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1、光盘制造中的溅镀工艺文章源自 :记录媒体技术二十世纪的前50 年，世界各国科技人员经过大量的试验研究基本建立了溅射理论。在二十世纪的后50 年里，薄膜技术获得了腾飞，这主要得益于真空技术在镀膜方面的应用，使真空镀膜实现了产业化。由于有了理论基础和成熟的工艺，各种镀膜设备也不断推陈出新。其中Leybold 公司较早的开发出各种镀膜设备，也包括用于光盘生产的真空溅镀机。之后，广泛用于光盘的溅镀机还有德国Balzers 和Singulus 公司的溅镀机。光盘生产中常用的镀膜方法主要有：蒸镀（evaporation ）和溅镀（ sputtering ）。蒸镀是在真空中将金属加热蒸发产生金属蒸气，使其附
2、着在基板上凝聚成薄膜。蒸镀的基板材质没有限制，从纸、金属到陶磁都能使用。蒸镀有加热式蒸镀，还有电子枪加热式及离子辅助式蒸镀。蒸镀是光盘母盘制作中常用的方式之一。溅镀是通过离子碰撞而获得薄膜的一种工艺，主要分为两类：阴极溅镀（ Cathode sputtering ）和射频溅镀（RFsputtering ）。阴极溅镀一般用于溅镀导体如铝（A1 ），银（ Ag）或半导体如硅（Si）。射频溅镀一般用于溅镀非导体如ZnS 一 SiO2，GesbTe（RW格式用镀层）。溅镀的原理如图1 所示，主要利用辉光放电（glow discharge ）将氩气（ Ar）离子撞击靶材（target ）表面；靶材的原子
3、被弹出而堆积在基板表面形成薄膜。同时用强力磁铁将电子呈螺旋状运动，加速靶材周围的氩气离子化，使得氩气离子对阴极靶材的撞击机率增加，形成雪崩式的状态，以此提高溅镀速率。溅镀薄膜的性质、均匀度都比蒸镀薄膜好。为了确保溅镀质量，实行阴极溅镀时对环境有较高的要求。首先要在真空环境条件下，高真空可以减少氧化物的产生；使用惰性工艺气体，通常为氩气，作为离子介质撞击靶材；形成电场靶材为阴极，盘片为阳极；在溅镀真空仓内，用强力磁铁产生磁场；由于溅镀时产生高热，须用冷却水对阴极进行及时冷却。光盘的溅镀过程：先将溅镀腔抽真空达到设定值，将盘片放入腔内，真空腔内盘片会被抽真空至高真空 high vacuum 10E
4、-4mbar 范围。注入氩气到溅镀腔， 这时溅镀腔的真空度降至10E 3mbar 范围，此时对靶材（阴极）和盘片（阳极）之间施以几百伏特的直流电压，使氩气在电场中被离子化，产生氩离子及自由电子、在电场的作用下，带正电荷的氩离子向阴极（靶材）加速，而自由电子向阳极加速，被加速的氩离子和自由电子撞向其他氩原子，因动能转移使更多的氩原子被离子化，最后产生雪崩现象，等离子体持续自行放电。大量氩离子撞击靶材表面，氩离子的动能转移至靶材原子，一部份转化成靶材原子的动能，当靶材原子获得足够动能，它们会脱离靶材表面并自由地在溅镀腔内移动，最后覆盖于盘片及腔内其他表面。而氩离子撞击靶材的另一部份动能转化为热，因
5、此靶材必须用冷却水冷却。为使盘片溅镀层的厚度均匀，靶材周围的磁场分布会提高等离子体的一致性。通过认真理解光盘的溅镀过程，并结合设备供应商提供的维护保养规范，可以使光盘生产人员更好更合理地使用溅镀机。首先使溅镀仓的真空度达到规范值，如果真空度不能达到要求，应该依次检查密封、真空探头（感应器）、预真空泵、分子泵的工作状态。由于光盘复制生产是自动连续进行，生产线中大量使用了传感器和电子控制，判断故障时，应该首先检查传感器和控制系统，然后再检查机械装置，这样做的好处是处理故障先易后难，也可以避免大动作处理小故障，从而提高故障处理效率。如果溅镀仓的真空度可以达到规范值，但是无法溅镀或者溅镀效果达不到要求
6、，应该考虑电场、磁场或环境条件（如：氩气、冷却水）的原因。全属靶材、MASK、磁铁的老化都可能是无法溅镀和溅镀质量不佳的直接原因，氩气的不足和过量都会影响溅镀。特别注意的是在更换金属靶材后，由于靶材不良、安装不当或者保养不到位，常常会出现不能产生电场而无法溅镀的情况。另外，溅镀机的冷却水也是非常重要的外部条件，它将影响溅镀源，没冷却水，冷却水流量计错误以及电磁阀故障部将导致无法溅镀，因为溅镀机有自身保护的设置。对金属镀膜性质的掌控也是镀膜工艺师的基础，不同材料在各波长段的性质也有差异。如表一所示。银是在可见光和近红外光中最佳的反射膜材料，银膜在波长800nm时的反射率可以达到99.2 。铝在近
7、紫外光、可见光、近红外光都有良好的反射率，是光学反射膜最常使用的材料，但是铝膜材质较软而且容易氧化，其表面上必需有保护膜，金与铜在波长650 800nm 的反射率表现不错，问是当波长小于 500nm 时，金、铜的反射率却远低于铝和银。盘片常见溅镀缺陷主要有以下几种：1溅镀层太薄产生的原因是：l）选错溅镀机上的靶材设定2）有真空泄漏3）系统泄漏（空气或水）4）氩气流量不合适，过高或过低5）磁铁系统损坏2溅镀层偏心产生的原因是：l）SA 手掌上盘片固定珠没对中2）Inner mask变形3）Inner mask冷却水管变形3溅镀层边沿发黑产生的原因是：l）Mask 边沿变滑2）盘片跟 mask 接
8、触不好3）磁铁系统损坏4溅镀层边沿不齐整产生的原因是：l）Mask 边沿不齐整2）电弧太多，清洗或更换mask 5溅镀层厚度不均匀产生的原因是：l）真空泄漏2）系统泄漏（空气或水）3）氩气流量过高或过低4）磁铁系统损坏5）磁铁系统安装错误基于不同的溅镀源型号，工艺参数亦有所不同。根据不同硬件 /环境条件， 如真空泄漏， 氩气纯度过低，冷却水品质不理想，等等，相应工艺参数须作调整。另外，因不同工艺，如所需镀层厚薄不同，溅镀材料的不同，工艺参数亦须作相应调整。由于真空镀膜技术的进步，使得各种特殊的光学镀膜可以被开发出来。又随着科技的发展，人类对于材料的需求，也愈来愈严格，金属材料对于光学的贡献，也
9、将随着材料科学的发展，而起到更加重要的作用，从而推动光存储技术进步。（作者：胡平舟）磁控溅射原理电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞向基片。氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子（或分子）沉积在基片上成膜。 二次电子在加速飞向基片的过程中受到磁场洛仑磁力的影响，被束缚在 * 近靶面的等离子体区域内，该区域内等离子体密度很高，二次电子在磁场的作用下围绕靶面作圆周运动，该电子的运动路径很长，在运动过程中不断的与氩原子发生碰撞电离出大量的氩离子轰击靶材，经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低，摆脱磁力线的束缚，远离靶材，最终沉积在基片上。磁控溅射就是以磁场束缚和延长电子的运动路径，改变电子的运动方向，提高工作气体的电离率和有效利用电子的能量。电子的归宿不仅仅是基片，真空室内壁及靶源阳极也是电子归宿。但一般基片与真空室及阳极在同一电势。磁场与电场的交互作用（E X B shift ）使单个电子轨迹呈三维螺旋状，而不是仅仅在靶面圆周运动。至于靶面圆周型的溅射轮廓，那是靶源磁场磁力线呈圆周形状形状。磁力线分布方向不同会对成膜有很大关系。在 E X B shift 机理下工作的不光磁控溅射，多弧镀靶源，离子源，等离子源等都在次原理下工作。所不同的是电场方向，电压电流大小而已。
