专利名称：高反射镜连续磁控溅射镀膜生产设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是镀膜设备，特别涉及的是一种高反射镜连续磁控溅射镀膜生产设备。
背景技术：
众所周知，高反射镜的镀膜是一种复合的光学膜系即高反射膜系。高反射膜系是由金属反射层+低折射率介质膜与高折射率介质膜组成。该膜系在可见光波段(400～700nm)具有很高的反射率。很显然对高反射镜镀膜的膜系设计和各层膜的厚度要求都是十分严格的。早期主要应用于照相机、扫描仪、复印机、传真机等领域，因此都采用单箱式的真空蒸发镀的方式来实现一方面是膜厚的控制比较容易实现，另一方面，因应用的领域尺寸都较小，真空蒸发的均匀性还能够满足要求。随着应用领域的扩大和产量等增加，例如应用于背投，尺寸就大得多，再采用真空蒸发镀等方法，均匀性和产量都很能满足要求，于是人们开始采用磁控溅射的方法来取代真空蒸发镀的方法。传统的磁控溅射镀膜生产设备都是采用单阴极靶直流磁控溅射来生产介质膜。采用传统的单阴极靶直流磁控溅射来生产介质膜必须充入工作反应气体O2，进行反应磁控溅射，伴随着这一工作模式必然会存在两大问题即工艺的不稳定和低的沉积速率。这是由于生成的介质膜是电绝缘层，它不仅复盖在基材上，而且也溅射在靶材和周围真空室壁上(即阳极)。沉积在阴极上会影响阴极靶材的溅射速率，称为阴极中毒。反应溅射时间越长，中毒越严重，甚至无法工作；而沉积在阳极上会使阳极的面积减少影响电场的分布，严重时阳极已被介质膜复盖，称为“阳极消失”。同时靶和阳极上复盖介质膜，会产生正电荷的积累，而造成起弧(弧放电)，导致工艺的不稳定，影响膜层的质量。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了克服以上不足，提供一种提高沉积速率，工作稳定的高反射镜连续磁控溅射镀膜生产设备。
本实用新型是这样来实现的本实用新型是在已有的磁控溅射镀膜生产设备基础上的改进，包括依次连接的前锁定室，前等待室，过渡室，金属膜工作室，含氩气进口和氧气进口的介质膜工作室，和各室相连的真空抽气机组，其特征是介质膜工作室至少为二个，每个介质膜工作室中至少有一个中频孪生反应磁控溅射装置，中频孪生反应磁控溅射装置包括分别与中频电源两极连接的装在安装架上的双磁控靶，控制进入介质膜工作室氧气量的等离子体发射谱强度监测器闭环平衡控制装置，介质膜工作室的数量视需要而定，设备中各室除前、后锁定室外，均处于真空状态，确保基片一次性连续通过各室，在镀膜完成之前不与大气接触，从而达到高的生产量和高的镀膜质量，双磁控靶中的两个“孪生”靶互为阴、阳极，在每个半周，一个磁控靶作为阴极而另一个作为阳极，这样始终有一个很好的正电极，因而在负半周时复盖在靶表面累积的正电荷在正半周被中和而不会产生击穿，从而抑制了起弧，确保了工艺的稳定性，等离子体发射谱强度监测器(Plasma Emission Monitor，简称PEM)闭环平衡装置可外购，它是通过监测溅射粒子的等离子体发射谱线强度来闭环控制进入的反应气体O2的流量，使其稳定地工作在设定的工作点处，既保证溅射粒子与O2粒子达稳定的完全反应的比率，又提高沉积速率(比反应模式的溅射速率高3倍以上)。
上述的金属膜工作室与介质膜工作室间有隔离室，防止介质镀膜室内的O2进入金属镀膜室，防止金属膜层被氧化，保证镀膜质量。
本实用新型生产设备可以是卧式结构也可以是立式结构，视产品的需要而定；卧式结构相对简单，基片的板面可以较大，没有基片装架的问题，适合于对膜的质量要求不是特别高的场合，例如用于背投的反光板等；而立式结构较复杂，因运行时基片的支承架必须是立式的，就存在清洗后的基片装架问题，对于大尺寸的基片板面就更困难。但立式结构的膜质量相对较好，一方面是减少了掉灰的污染，另一方面是可以整条线设计具有加热烘烤，使膜层的质量及附着力增强，同时可以设计二面同时镀，产量可以提高一倍，单片的运行费用可降低。该结构适合于小尺寸、高质量要求场合。
参见图1～图6，本实用新型工作时，利用真空抽气机组对各工作室抽空，使各工作室真空度达到要求的极限真空度，将已清洗好的待镀玻璃(基片)快速传送至上料台，依次经过各工作室，待镀膜玻璃在金属膜工作室镀上金属膜后经隔离室进入介质膜工作室，靶材磁控溅射出溅射粒子(Si+)，PEM闭环平衡装置中有光学发射探测器监测溅射粒子(Si+)等离子光谱强度，通过比例微积分运算控制器(PID)算出O2量与溅射粒子(Si+)量的比值，如果比值不对，由PID控制压电阀，调节进入介质膜工作室中的O2量直到平衡。在基片的金属层上镀上介质膜后又送入第二介质膜工作室，......直到达到要求镀介质膜层的数量后进入后等待室、后锁定室进入下料台。
本实用新型采用了中频孪生反应磁控溅射装置和PEM闭环平衡控制装置，确保了工艺的稳定性，提高了沉积效率，生产出高质量的高反射镜。
图1为本实用新型结构示意图。
图2为介质膜工作室结构示意图。
图3为孪生中频反应磁控溅射装置原理图1。
图4为孪生中频反应磁控溅射装置原理图2。
图5为PEM闭环平衡控制装置控制原理图。
图6为反应溅射的氧气量和溅射速率的关系的滞后效应图。
具体实施方式
参见图1，本装置包括依次连接有上料台1，前锁定室2、前等待室3，第1过渡室4，金属膜工作室5、第2过渡室6、隔离室7、第3过渡室8，介质膜工作室9、10、11、12，后等待室13、后锁定室14、下料台15，和各室相连的真空抽气机组16。介质室9中装有如图2～图4所示的中频孪生反应磁控溅射装置17。介质室10、11、12中分别装有1个中频孪生反应磁控溅射装置17。
参见图2，图4频孪生反应磁控溅射装置17包括装在工作室安装架18上的分别与中频交流电源两极相连的双磁控靶19。PEM闭环平衡控制装置27。工作室上分别有O2、Ar进口20、21。图中序号22为基材。图3、图4分别为孪生中频反应磁控溅射装置中频电源23为上、下半周时的溅射原理图。序号24、25、26分别为磁体、靶材、双磁控阴极。
图4为PEM闭环平衡控制装置控制原理图。PEM闭环平衡控制装置27包括装在工作室上的光学发射探测器28，与光学发射探测器，中频电源连接的PID比例微积分运算控制器29，装在O2输送管上的压电阀30通过反应气体流管道31与PID连接。图中序号32、33分别为质量流量计。
图6为反应溅射的氧气流量与溅射速率的关系的滞后效应图。反应磁控溅射生长介质膜不管是采用直流单靶还是孪生中频都同样存在滞回特性。当充入的O2流量较低时，阴极靶工作在区域I的金属模式，溅射速率高，但因氧量少，生成的介质膜也少。至A点为金属模式的极点，再增加O2量，溅射速率会发生突降至B′点，即进入区域III的反应模式能生成完全的介质膜，但溅射速率较低。要想从反应模式返回金属模式，O2流量并不是降到B′处，溅射速率就上升回金属膜式，而是必须降到B处才产生突变至金属模式，这就是“滞后效应”。在区域I和III之间的区域II称为过渡模式。这是人们最感兴趣的，但如不采取特殊的控制方式是不稳定的，经研究，目前最先进的控制方法是PEM(等离子体发射谱强度监测器)。
权利要求1.高反射镜连续磁控溅射镀膜生产设备，包括依次连接的前锁定室，前等待室，过渡室，金属膜工作室，含氩气进口和氧气进口的介质膜工作室，和各室相连的真空抽气机组，其特征在于介质膜工作室至少为二个，每个介质膜工作室中至少有一个中频孪生反应磁控溅射装置，中频孪生反应磁控溅射装置包括分别与中频电源两极连接的装在安装架上的双磁控靶，控制进入介质膜工作室氧气量的等离子体发射谱强度监测器闭环平衡控制装置。
2.根据权利要求1所述的高反射镜连续磁控溅射镀膜生产设备，其特征在于金属膜工作室与介质膜工作室间有隔离室。
专利摘要本实用新型提供了一种高反射镜连续磁控溅射镀膜生产设备。包括依次连接的前锁定室，前等待室，过渡室，金属膜工作室，含氩气进口和氧气进口的介质膜工作室，和各室相连的真空抽气机组，其特征是介质膜工作室至少为二个，每个介质膜工作室中至少有一个中频孪生反应磁控溅射装置，中频孪生反应磁控溅射装置包括分别与中频电源两极连接的装在安装架上的双磁控靶，控制进入介质膜工作室氧气量的等离子体发射谱强度监测器闭环平衡控制装置。本设备确保了工艺的稳定性，提高了沉积效率，生产出高质量的高反射镜。
文档编号C23C14/35GK2594278SQ0323279
公开日2003年12月24日 申请日期2003年1月13日 优先权日2003年1月13日
发明者王寿设 申请人:甘国工