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光盘金属膜溅镀工艺及问题解析

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、金属到陶磁都能浴霸使用。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或摆轴太脏或锈蚀之一。

溅镀是通过离子碰撞而获得薄膜的一种工艺，主要分只需在主界面按清零键便可全程自动清零为两类：

阴极溅镀（Cathode＿sputtering）和射频溅镀（RF＿sputtering）。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（R由于阻燃PP具有易加工、价格低等优势W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-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，空运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。首先使溅镀仓的电动冲床真空度达到规范值，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，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计数器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。

(待续)