天游线路检测中心 高功率内置等离子枪应用实例：等离子体辅助沉积光学薄膜生产实例

近年来，在光学薄膜市场，尤其是家电光学部件，对更低价格和更高质量的需求日益增加，高品质薄膜沉积设备变得更加突出。 在这种情况下，除了引进新的系统设备外，越来越多的人要求通过改造现有的真空蒸镀设备来提高薄膜的质量（耐环境性、附着力、硬度），并且越来越多地认识到离子等离子体技术的使用对于提高薄膜的附加值至关重要。 光学元件的低价格和高质量是很难同时实现的，但如果我们拥有能够使用大型设备（例如φ1800级设备）增加薄膜附加值的技术，例如φ1800级设备，我们相信我们可以满足光学元件更低价格和更高质量的市场需求。 从这个角度来看，除了现有的3kW等离子输出规格的内置等离子枪EPG-3010之外，JEOL还开发了6kW等离子输出规格的内置等离子枪BS-80010，以期与大型设备兼容。

图1内置等离子枪BS-80010)外观

2。高功率内置等离子枪装置概述

高输出内置等离子枪的工作原理与现有3kW等离子输出规格的内置等离子枪EPG-3010相同。 首先，利用钨丝的热电子发射，通过直流放电在等离子枪内部产生氩等离子体。所产生的等离子体中的电子随后被提取电极产生的电场加速并照射到真空室中，从而有助于真空室中蒸发的颗粒和引入的气体的激发和电离。 最大输出放电电压160V，放电电流38A。通过用电子束照射真空室，等离子体在真空室的大范围内扩散，从而可以在整个真空室中产生高密度等离子体。此外，通过更换连接到真空室壁和引出电极的电阻B和C，可以选择两种光束方式：照射光束和反射光束。

图2 高功率内置等离子枪概念图

照射光束
这是一种使束流（电子）穿过真空室壁等研磨面的方法，有望实现高效电离。在使用离子镀沉积金属膜等保持接地表面导电性的环境中，可以保持稳定的放电。

这是一种将射束（电子）照射到真空室中并且同时使射束（电子）返回引出电极的方法。此时，引出电极因流动的电流而自发热，并自清洁电极表面。根据该方法，即使在真空室壁等研磨面被离子镀覆有绝缘体的情况下，也能够维持引出电极的导电性，从而能够维持稳定的放电。

图3 大功率内置等离子枪反射光束

3。内置等离子枪（BS-80010）规格

内置等离子枪的主要规格如下。

• 最大输出：608kW（放电电压160V，放电电流38A）
• 工作压力：1×10-2至1×10-1Pa
• 放电气体：~20ml/min(Ar)
• 冷却水：7L/min~（水温25℃以下）

4。应用示例 (BS-80010)

高功率内置等离子枪（BS-80010）是针对光学薄膜市场作为等离子发生器（专用机）开发的组件产品。主要用于通过将其安装在现有或新的真空蒸发设备中，在真空中产生高密度等离子体，并使用离子镀法沉积薄膜来增加薄膜的附加值。

在这里，我们与光学制造商合作，使用φ1800真空蒸发器进行离子镀膜形成，并评估其有效性，我们将在下面介绍。

41 实验条件

φ1800 将内置等离子枪（BS-80010）安装在真空蒸镀设备的门地板上，调整束照射角度以用等离子束照射沉积空间，并使用与真空蒸镀方法相同的极限压力、基板设定温度和沉积速率进行各种膜沉积实验。

42 单层膜折射率

从基板圆顶中心到外周等间隔设置12块玻璃基板，Ta2O5图4显示了单层膜的折射率和基材分布的研究结果。图4中未显示真空蒸镀法的比较数据，但使用内置等离子枪（BS-80010）的离子镀法比真空蒸镀法产生更高的折射率，并且基板分布与真空蒸镀法相当。

图 4 Ta2O5单层膜的折射率与基材分布

43 多层膜波长偏移

图 5 中的 SiO2/Ta2O5显示多层膜（19 层）的波长偏移。波长偏移是在室温和加热至 100℃（热空气）时评估的。图5显示，在真空蒸镀法中，波长向较短波长方向偏移了6 nm至13 nm，而在使用内置等离子枪（BS-80010）的离子镀法中，在整个基板圆顶上，波长偏移被抑制到较小程度。

图 5 SiO2/Ta2O5多层膜的波长偏移（19层）

44多层膜粘合

图6表示使用NEC三荣薄膜物性评价系统(MH4000)对43节中的成膜样品测定多层膜的密合性的结果。图6显示，使用内置等离子枪（BS-80010）的离子镀法比真空蒸镀法具有更强的附着力。

●真空蒸镀法附着力：316240MPa	●离子镀法附着力：479857MPa
图6 SiO2/Ta2O5多层膜(19层)的附着力

45 AFM图像观察

图7显示了使用我们的扫描探针显微镜（JSPM-4210）对43节中的成膜样品进行表面观察的结果。如图7所示，在真空蒸镀法中，在2μm见方的地方可以看到多个突起，但在使用内置等离子枪（BS-80010）的离子镀法中，没有特别明显的突起，面内平滑度良好。

图7 SiO2/Ta2O5多层膜（19层）的AFM图像

46 SEM截面图像观察

图8显示了使用我们的场发射扫描电子显微镜(JSM-6700F)对43节中的成膜样品进行截面观察的结果。在真空蒸发方法中，薄膜倾向于以柱状生长，间隙之间的水吸附和解吸导致波长偏移。图8显示使用内置等离子枪（BS-80010）的离子镀方法沉积了具有光滑界面的致密膜。

图 8 SiO2/Ta2O5多层膜（19层）的SEM截面图像

5 摘要

在使用使用高功率内置等离子枪（BS-80010）的φ1800真空蒸镀装置进行离子镀膜形成的评估中，我们能够确认它比传统真空蒸镀方法获得的膜质量具有附加值（减少波长偏移、附着力等），并且我们相信该产品可以帮助满足光学薄膜市场的需求。

未来，我们将努力探索内置等离子枪的新用途，改进设备，开发新设备，并报告研究成果，使该设备能够在更广泛的领域发挥作用。最后，感谢配合使用φ1800真空蒸镀设备进行薄膜沉积实验的光学厂商相关人员。