阴极电弧和磁控溅射镀膜设备改造前后对比

分子增压泵磁控溅射镀膜设备

储继国1，龚建华2

1.深圳大学物理科学与技术学院，

2.深圳市摩尔真空技术

（广东省产学研基金工程）

一、背景

传统大型磁控溅射镀膜设备采用扩散泵抽气，能耗高，油蒸汽污染严重，影响产品质量。最近，越来越多的设备改用分子泵抽气，镀膜阶段的油蒸汽污染基本消除，能耗也有所降低，取得了较好的经济效益。然而，仍然存在如下问题：

1．粗抽阶段，油蒸汽污染严重。粗抽通常采用旋片泵+罗茨泵机组（其油蒸汽本底为10-1~10-2 Pa ），粗抽压强通常为1~3Pa ，此压强是返油率最高的区段，不到1秒钟，尚未镀膜的工件外表，就会形成几个分子厚的油分子薄层，严重影响镀膜产品的结合力和其它质量指标。在待镀件不能高温烘烤的场合，其危害更大。

2．有效抽速低。在磁控溅射镀膜最关键的磁控放电阶段（约0.3~0.8Pa ），分子泵的抽速仅为标称值的50%，即分子泵的抽速利用率仅50%，一台泵只能作半台泵使用，浪费抽气资源。

3．能耗高。分子泵的能耗较低，但前级泵能耗很高，Φ1200×1000镀膜设备的标称抽气功率达14 kW ，总能耗仍然很高。

4．开、停泵时间长，影响生产效率。主泵通常采用2台F-400分子泵，开、停泵时间约50分钟。 5．分子泵易发生打片损坏。

二、分子增压泵—磁控溅射设备的最正确选择

最近，深圳大学的原创性成果分子增压泵实现了产业化1。该泵具有如下特点： ■ 兼有中、高真空双重性能，高真空设备从此不再需要罗茨泵。

■ 抽气量大，磁控溅射和阴极电弧（0.5~2 Pa ）压强范围，抽速达最大值，3台1,000L/s 分子增压泵的抽速已超过2台3,500L/s 涡轮分子泵的抽速。

■ 消除中真空油蒸汽污染，显著提高产品质量。 ■ 能耗低，仅为相同抽速分子泵机组的40%，扩散泵机组的20%。

■ 费用低，仅为分子泵抽气机组的80%。 ■ 结构简单，转子全部由平圆盘组成。 ■ 运行可靠，能承受大气冲击，消除分子泵转子易打片的一大缺陷。

三、分子增压泵磁控溅射镀膜设备（Φ1400×1000）

分子泵磁控溅射镀膜设备通常采用如下机组： 粗抽：2X-70泵

精抽：2台F-400分子泵+ZJ-300泵+2X-30泵。

分子增压泵溅射镀膜设备采用如下机组： 粗抽：2X-70旋片泵

精抽：3台MB-200分子增压泵+2X-15（详见图3）

抽速 / LS -1

10

-410

-3

10

-2

10

-1

10

10

1

10

2

200

400

600

800

1000

1200

图1 分子增压泵转子的示意图

压强 / Pa

图2 分子增压泵的抽速

四、分子增压泵磁控溅射镀膜设备的经济效益

1．设备费用低。MB-200分子增压泵的价格仅为F-400分子泵50%，加上节省一台罗茨泵，精抽泵机组费用节省30%。

2．消除中真空油蒸汽污染，提高膜层结合力，提高镀膜产品质量。

3．能耗高。抽气能耗节省60%，节电5kW，年节电4万度/台。

4．开、停泵时间短，仅5分钟，每抽气周期，比分子泵机组节省时间1.5小时。

5．简化真空系统，节省费用和占地空间。

6．能承受大流量气体冲击，攻克分子泵转子易发生打片损坏的一大缺陷。

五、讨论

本项技术还有很大的潜能和开展空间。现有抽

气、镀膜工艺，是在扩散泵和分子泵抽气能力的制约

下总结出来的。连续工作压强达100 Pa的分子增压泵

的问世，将为阴极电弧和磁控溅射镀膜提供更加宽广

的工艺选择空间，有必要对抽气工艺和镀膜工艺进行

重新调整和优化，例如：

1．进一步提高辉光放电的压强和Ar流量，有望

获得更佳的清洗效果3。

2．适当提高磁控溅射压强可以改变膜层的细微

结构和色泽3，提高沉积速率。

附件：分子增压泵磁控溅射镀膜设备与分子泵设备比较（Φ1200×1000）

真空泵型号数量标称能耗

kW

实际能耗

kW

分子

增压泵设备

旋片泵2X-70 1 5.5/10 0.4 旋片泵2X-15 1 1.8 1.0 分子增压泵MB400 3 1.0 1.0 合计 2.4

分子泵设备旋片泵2X-70 1 5.5/10 0.4 旋片泵2X-30 1 3.0 1.8 分子泵MB400 4 2.0 3.0 罗茨泵ZJ-300 1 4.0 2.4 合计14.0. 7.6

联系人：褚小姐，：-29994882，Fax：-29994886图3 分子增压泵磁控溅射镀膜设备