磁控溅射玻璃镀膜电源.pdf

磁控溅射玻璃镀膜电源      Dr. Dirk Ochs HÜTTINGER Elektronik GmbH + Co KG, Freiburg, Germany 黄新盈  深圳市微普真空系统集成有限公司        介绍：        近年来，建筑玻璃市场对 Low‐e 镀膜玻璃产生了巨大的需求。特别是经济快速增长的中 国，印度和东欧地区。目前高档 Low‐e 主要采用磁控溅射方式镀膜，关于镀膜设备，Low‐E 制造商们关注的是溅射速率，薄膜质量和生产成本。在 Low‐E 生产中，连续镀膜系统常用的 是 30‐200KW 的直流和中频磁控溅射电源[1,2,3,4]。  对于建筑玻璃镀膜所使用的电源，则要求高精度的过程控制能力，配备强大的打弧管理 系统，并提供可调整的参数。能使生产过程中的干扰最大程度的减少，获得最优化的膜层。 为了保证溅射速率和产量，生产过程中对电源的打弧管理提出了很高的要求。比如反应溅射 低熔点材料，打弧非常容易在靶面上造成孔洞。快速先进的打弧管理，能预防靶面产生的缺 陷并且获得更高的功率，意味着安全可靠的获得更高的溅射速率。    应用：    建筑玻璃的主要应用是阳光控制膜，低辐射膜和减反膜。图 1 是典型的阳光控制膜系。 玻璃基板首先沉积了一层厚度在 10‐100nm 的SnO2 。膜厚从 10nm 从增加到 100nm 时，颜 色则从银色渐变为青铜色，最后是蓝色。在 SnO2 上还需要沉积 CrNx 和 SnO2 膜。一个典型 的低辐射膜系图 2，开始也是先在玻璃基板上沉积 SnO2，起到减反的作用。然后是反射红 外线的银层，再沉积阻挡层 NiCrOx，和减反层 SnO2 。    减反的膜系（图 3 ）由一个高折射系数材料和一个低折射系数的材料交替组合而成。常 用的高折射系数的材料有 ZrO2,Ta2O5 和 TiO2 。低折射系数材料如 MgF2，SiO2，或Al2O3 。  金属膜通常是用直流电源驱动单个磁控靶溅射。而氧化物和氮化物膜层则使用中频电 源，配合孪生磁控靶进行反应溅射。磁控溅射原理如图 4 所示    首先是工艺气体通入到已经抽空的腔体中。在靶材上施加几百伏的负高压后，在靶面前 方产生辉光放电的（起辉）等离子体，工艺气体的离子（通常是氩气）被靶的负高压吸引而 撞向靶材，碰撞后将靶材溅射出来。溅射出的材料则沉积在与靶相对的基板上。而对于介质 材料的镀膜，如氧化物或氮化物则需要对等离子体额外通入氧气或氮气。孪生靶的两个阴极 各自连接到电源的一极。这样的话，当其中一个阴极处于负压溅射状态时，另一个处于正压 可以看作是阳极。以一定频率（中频）交替互为阴阳极  。  对于所有的镀膜过程而言，都要对打弧现象进行控制尤其是在高功率密度下，以增加溅 射速率。除了镀膜系统本身的功能如工艺和气体控制，电源及其打弧管理功能也扮演着重要 的角色。电源的作用是将电网的能量转变成不同的电压和频率水平，对电网和负载进行隔离， 还有对镀膜过程中的功率实施动态控制。在电源设计时必须仔细考虑等离子体的阻抗动态变 化的三个阶段，从气体隔离，起辉，然后产生等离子体，打弧再到打弧熄灭。    直流电源    为了提高电源性能同时降低成本，提出了直流电源模块化的概念。电源系统可按单台20kw 或30kw设计成一个模块（图5 ）。该模块设计紧凑，风冷或水冷，可组合堆栈（主/从设计）。 最大功率可组合到120kw。额定功率为30kw时，输出电压从400‐800V随不同的靶材变化。为 保证等离子体的产生（起辉），集成了一个帮助装置提供＞1400V的起辉电压。智能打弧管 理和直流电源的控制是等离子体应用中的重要一环。参数设置可通过DeviceNet或Profibus接 口由外部进行控制。打弧检测非常迅速（＜1ms﹚，打弧关断延长时间可调(1μs up to 100 ms)。