磁控濺射是製備薄膜材料的主要技術之一,因其高致密度、優良附著性等優點,在電子薄膜、光學薄膜、光電薄膜、磁性薄膜和超導薄膜等技術領域得到廣泛的應用。隨著上述領域的高速發展,濺射靶材的需求量急劇增加。濺射靶材通常有兩種:平麵靶材和旋轉靶材。
平麵靶材利用率一般隻有20%~30%;隨著技術的進步,逐漸開始向旋轉靶過渡,旋轉靶在使用過程中能夠圍繞在固定的磁控濺射設備上旋轉,可360度均勻刻蝕靶麵,這樣均勻的使用可使鍍膜均勻、穩定性高、成品率高,靶材利用率可高達80%以上,在使用過程中不會出現靶材“結瘤”現象。
采用綁定貼合的手段是旋轉靶材製造行業最重要的一類旋轉靶材製備手段,把靶材分節綁定在金屬襯管(通常為不鏽鋼或者鈦材料製備)上,以提高導熱性能和強度。
目前旋轉靶材的綁定基本工藝為:將內表麵金屬化的靶管套在經過處理的襯管外表麵,靶管和金屬襯管之間通過金屬焊料(通常為金屬銦)粘結。在綁定的過程中,需要對金屬襯管和靶管進行加熱,然後把熔化的金屬焊料填充到靶管和金屬襯管的縫隙裏,隨後冷卻、焊料固化,將靶管牢牢地固定在襯管上。
綁定焊接率(貼合率)的質量直接關係到靶材濺射過程中的導熱效果,如果綁定後靶管、背管和銦層貼合效果不夠,在濺射過程中會出現導電不良,散熱效果不好,導致局部受熱不均勻,當溫度超過焊料的熔點,金屬焊料就會熔化流出滴落在膜麵上,或者導致靶材受熱不均勻開裂(陶瓷靶),開裂的靶材碎片損傷薄膜表麵的質量。因此對旋轉靶材進行高質量的綁定貼合,提升焊接率(貼合率)可以有效提升後續磁控濺射鍍膜的質量。
德國析塔SITA清潔度儀可以量化靶管表麵清潔度情況,通過德國析塔SITA清潔度儀實時測量靶管表麵清潔度情況,確保後續金屬化及綁定貼合工序時靶管表麵無油汙,提高焊接率。
RFU:relative fluorescence units (相對熒光單位),常被用於做表麵殘留汙染物檢測,數值越大,則表明測試點的各類有機汙染物(拉伸油、切削油、清洗劑、脫模蠟、膠黏劑、助焊劑等)殘留量越大。
德國析塔SITA表麵清潔度儀采用共焦法原理,通過光源發射出較佳波長的UV光檢測金屬表麵的汙染物,內置的傳感器精準探測汙染物引起的熒光強度,該熒光強度的大小取決於基材表麵有機物殘留情況,從而能精準量化檢測金屬表麵清潔度。
某國內靶材製造商,在旋轉靶材進行研磨、切割清洗後會對靶管進行清潔度量化管控,確保靶管內表麵無肉眼可見油汙或清洗劑殘留後才允許進行後續的金屬化及綁定貼合工序,以確保綁定焊接率(貼合率)。
樣品:5個樣品
測量儀器:德國析塔SITA表麵清潔度檢測儀CleanoSpector
測量模式:RFU值(相對熒光單位,RFU值越高,汙染程度越大)
測量值:在靶管上隨機選取10個測試點,測試結果取平均值;
以下為使用德國析塔SITA清潔度儀測試靶管不同位置清潔度的測試結果,由於油汙分布不均勻,因此不同位置的清潔度也不一樣:
測試點(單位:RFU) | 平均值 (單位:RFU) | ||||||||||
測試樣品 | P1 | P2 | P3 | P4 | P5 | P6 | P7 | P8 | P9 | P10 | |
剛燒結完 (無油汙) | 0.3 | 0.3 | 0.2 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.3 | 0.7 | 0.1 | 0.22 |
燒結完 (倉庫放置幾個月) | 27.7 | 25.5 | 27.6 | 84.1 | 57.3 | 15.4 | 91.6 | 9.9 | 145.3 | 60.8 | 59.48 |
開裂殘靶 (殘次品) | 68.5 | 21.5 | 128.6 | 73 | 68.7 | / | / | / | / | / | 72.06 |
未清洗 (研磨、切割後肉眼可見汙染區) | 22.5 | 30.6 | 83.3 | 97.5 | 22.4 | 15.7 | 12.2 | 24 | 39.3 | 54.3 | 41.98 |
清洗後 (肉眼不可見汙染物) | 4.4 | 6 | 6.4 | 6.8 | 5.3 | 9.7 | 9.4 | 8.3 | 6.6 | 4.6 | 6.58 |
如上圖所示,可以得出以下結論:
①剛燒結完的靶管工件,RFU值低,說明靶材表麵很幹淨,無油汙
②靶管燒結完後在倉庫放置期間,受到汙染, RFU值升高
③開裂殘靶次品RFU值高,清潔度很差
④研磨、切割後的靶管未清洗前RFU值高,說明表麵不幹淨,存在汙染
⑤清洗後的靶管RFU值低,說明靶管清洗效果較理想
德國析塔SITA表麵清潔度儀能量化測出靶管清洗前後的清潔度差異。在旋轉靶材的綁定工藝前,使用德國析塔SITA表麵清潔度儀可以更好幫助企業判斷靶管表麵清洗情況,以提供足夠幹淨的靶管進行後續綁定工藝,從而保證磁控濺射鍍膜的質量。
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