GM500数字高斯计在玻璃镀膜质量控制中的应用----阴极磁场强度一致性控制

 Low-E玻璃又称低辐射镀膜玻璃，是在玻璃表面镀上以银为基础的若干层金属或其化合物薄膜，这些膜层具有对可见光高透过及对中远红外线高反射的特性，具有良好的节能效果和光学性能。真空磁控溅射法（PVD）也称离线法，可以实现复杂膜系Low-E玻璃的大规模量产，成为近年来Low-E玻璃的主流生产工艺。
　　
　　相比传统的热反射镀膜玻璃，Low-E玻璃的镀膜层数多也更薄，特别是近年来双银／三银Low-E玻璃的推广，有的产品需要沉积多达20多层不同材料的薄膜，这就对每层薄膜的质量和均匀性提出了非常苛刻的要求。如果不能很好的控制单层薄膜的质量和均匀性，这么多层薄膜累加后的颜色、透光率等光学不均匀性就会非常明显。因此对现有的PVD镀膜工艺来说，提高镀膜的质量和均匀性是一个非常关键的课题。
　　
　　

１工艺气体布气均匀性
　　
　　作为膜层均匀性控制的主要手段之一，工艺气体布气均匀性非常重要。我们采用如下二种方法确保工艺气体沿玻璃板宽方向分布的均匀性：
　　
　　１）布气管路分为主管和辅管，主管由3个质量流量计分别控制Ar、O2、N2气的供气量，辅管根据阴极宽度分为3～7段，每段由一个质量流量计单独控制工艺气体流量，见图1。

　　２）主管和每段辅管均采用二元布气方式（见图2），确保每个喷嘴的流导一致。

２阴极磁场强度一致性
　　
　　根据磁控溅射的原理，磁场强度越大，其对电子的束缚能力越强，相应地，该处的气体离化程度就越高，溅射速率也就越大。精确的调整阴极磁铁的磁场强度在宽度方向的一致性，可以有效地控制溅射速率的横向一致性，进而控制薄膜沿宽度方向的均匀性。
　　
　　阴极磁场强度的均匀性的控制手段包括以下2个：
　　
　　１）为确保磁场的强度一致性，需要对所用磁铁的磁场强度进行挑选，尽量选择磁场强度一致的磁铁。阴极装配完毕后，采用高斯计沿阴极横向对磁场强度进行扫描测量，绘出磁场强度曲线，可采用调整磁铁到靶材距离的方法微调该处磁场强度，确保磁场沿阴极横向的一致性。
　　
　　２）阴极使用过程中应严格控制冷却水温，并及时更换靶材，防止永磁体过热，因其过热不仅会导致磁场强度衰减，也会造成磁场不均现象。
　　
　　

３镀膜室真空度、温度、干燥度控制
　　
　　３．１恒定的真空度
　　
　　１）根据工艺气体流量，对分子泵抽速、数量配置和安装位置进行合理配置。
　　
　　２）完善可靠的腔室密封，所有的动密封如传动站、翻版阀等处均采用磁流体密封，盖板和腔室之间采用压差密封，即对两道密封圈之间的空间抽真空，从而提高大型密封面的密封效果。
　　
　　３）进出片过渡室内部各布置2～3套阻流器，减少门阀开启闭合对镀膜室内真空度的扰动。
　　
　　３．２温度控制
　　
　　阴极及镀膜室腔体通软化水冷却，并对进出水的温度和流量进行监控。
　　
　　３．３干燥度控制
　　
　　１）玻璃清洗完毕后应确保干燥充分。
　　
　　２）生产线旁应布置干燥压缩空气（CDA）储气罐，在空气湿度大的时候，进出片室在充气时可选择接通CDA，以减少进入腔室内的水蒸气分子。
　　
　　３）在镀膜室入口处设置低温冷阱，用于捕获进入腔室内的水蒸气分子。

---转自 <<中国玻璃网>> http://www.glass.com.cn/glassnews/newsinfo_128199_2.html

４靶材中毒及打弧现象的抑制
　　
　　反应溅射产生的氧化物会在靶材刻蚀区附近再沉积，形成一层绝缘层，绝缘层上会积累正离子电荷而改变靶表面电势，造成溅射速率下降，当靶表面电势升高到一定程度时，会引发电弧放电，放电会破坏靶和膜层，这就是靶材“中毒”现象，如图3所示。

　　目前，解决这个问题的常用方法是采用双旋转阴极和交流电源组合，（参见图3），由于旋转阴极的靶是旋转的，靶材的刻蚀均匀的分布于整个靶筒的表面，可以避免反应溅射中由于再沉积而形成绝缘层。另外，中频电源分别与两个磁控管相接，使得两个靶互为阴阳极，并随着中频电源的电势和相位每半个周期变换一次，这样，磁控管就可以捕获电子，改变再沉积区域的表面电势，进而起到抑制电弧的作用。关于这一技术的详细论述，请读者参见文献一。
　　
　　５不同靶位间反应气体的隔离
　　
　　由于Low-E膜的膜系复杂，现代连续式镀膜线通常布置有10～30个靶位，对于采用不同工艺气体的溅射单元之间，应采取严格的气体隔离措施，否则会使得各靶位间产生不必要的交叉污染，造成膜层质量下降。以图4所示为例进行说明：

　　如图4所示，假定右一单元是Ag靶（平面靶），采用金属模式溅射并生成Ag膜，左三单元为旋转靶，加入O2进行反应溅射，生成氧化物膜。Ag在溅射时不能接触O2，否则会产生AgO，影响膜层的光学性能和辐射率，并最终导致Low-E膜质量下降。这种情况下，就需要对两个靶位间的气体进行严格的隔离，图示中右二和右三单元设置为气体隔离单元，布置有分子泵盖板和气体隔离组件，能够有效阻止反应气体O2从左三单元渗透到右一单元。而对于左二和左三的旋转靶，用于采用同一种工艺气体，则可以相邻放置，不会影响膜层质量。模块化的镀膜室结构设计有助于上述功能的实现，因镀膜室各单元结构和尺寸一致，可实现阴极和分子泵盖板位置的完全互换，有利于用户依据不同膜系要求对机组进行柔性配置。
　　
　　６结语
　　
　　影响Low-E镀膜质量和均匀性的因素很多，文章重点论述了通过提升镀膜设备硬件配置来提高镀膜质量，其他还有诸如：玻璃原片质量及新鲜度、玻璃清洗质量、靶材质量、镀膜室清洁度、工艺操作水平等因素。因此，提高Low-E镀膜质量是一个系统工程，不仅需要高水平的设备硬件配置，也需加强对生产中各个环节的管理，同时还应强化工艺人员的操作水平，从硬件和软件两方面保证高水平的Low-E镀膜质量的实现。