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国内外真空镀膜技术及设备的基本现状

更新时间:2014-10-15 11:57:55点击次数:5059次字号:T|T

                              靳      
                   (国投南光有限公司四川成都610062)


摘要本文着重在光学应用领域、半导体器件、大规模集成电路制造的应用领域、电容器、包装和装饰金属膜材应用领域,介绍国内外真空镀膜技术及设备的现状,及国内真空镀膜设备厂家的优势与差距和发展方向.
      关键词:光学应用、半导体器件及大规模集成电路应用、电容器、包装及装饰金属化膜材应用、国内真空镀膜的发展


      真空镀膜技术是真空应用技术的重要组成部分,是一项综合的、应用范围很广的先进
技术,是许多前沿学科发展的基础技术之一,同时也是当今信息时代中许多高新技术发展
必不可少的手段。
真空镀膜技术及设备在当今和未来都拥有十分广阔的应用领域和发展前景 特别是在
制造大规模集成电路的电学膜:数字式纵向与横向均可磁化的数据纪录储存膜:在能充分
展示和应用各种光学特性的光学膜;在计算机显示用的感光膜;在TFT、PDP平面显示器
上的导电膜和增透膜;在建筑、汽车行业上应用的玻璃镀膜和装饰膜;在包装领域用防护
膜、阻隔膜;在装饰材料上具有各种功能装饰效果的功能膜;在工、模具上应用的耐磨超
硬膜:在纳米材料研究方面的各种功能性薄膜等等都是真空镀膜技术及设备在广泛应j{j的
基础上得到的不断发展的领域。
从中国的真空镀膜技术及设备的发展历史来看,是从20世纪60年代开始的,从无到
有,从模仿设计、自行研制到技术引进,并在技术引进的基础上促进了自行研制和发展,
特别是在20世纪80-,90年代我国的真空镀膜技术及设备都取得了长足的发展,在一些薄
膜的应用领域里甚至得到了跨越式的进展。但随着中国进入WTO和世界经济全球化进程
的加快,我国的真空镀膜技术及设备已经面临和正在面临着国外拥有先进的真空镀膜技术
和设备的跨国公司的强有力的竞争和挑战,这种竞争和挑战迫使我们要同世界贸易组织的
其它成员国一样,在同等条件下参与整个世界市场的竞争。但机遇也伴随竞争和挑战降临,
主要的机遇在于中国入世后将逐步成为世界各经济国的加工基地,同时设备制造的国际性
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优质配件的采购也将更容易,采购成本也会降低,国产设备的品质会得到大幅度的提高。
从目前真空镀膜设备的市场发展现状来看,国外许多实力雄厚的真空镀膜设备生产商已在
中国成立了许多合资或独资的加工企业,并将一些新的真空镀膜工艺技术和产品移植到这
些企业中来。因此我国真空镀膜设备在今后三~五年内的主要市场除了国内的企业外,外
商投资企业也是设备需求新的增长点。
真空镀膜工艺技术的不断发展,也推动了真空镀膜设备的不断更新,真可谓是一代工
艺、一代设备,而各类新的真空镀膜设备的出现,又为先进、复杂的工艺应用于工业化生
产提供了可靠的保证。
以下将从真空镀膜设备的几个主要应用领域,简述国内外真空镀膜应用技术及设备的
基本现状及主要差距。
1 在光学应用领域
真空镀膜技术在光学领域的应用近年来是发展得非常快的。在各种光学零件的光学镀
膜方面,主要是利用传统的电阻蒸发、电子束蒸发、低压等离子辅助镀膜、磁控溅射的方
法来制备各种具有光学特性的镜片和棱镜,在有机或无机材料上镀宽带增透膜、红外膜、
激光膜、冷光反射膜、热保护滤光片、宽带干涉光片、硬质增透膜等光学薄膜。平面玻璃
镀膜也是大面积光学镀膜应用的一种,它主要是利用高速磁控溅射技术在大面积的玻璃表
面镀制膜层厚度均匀,并且具有各种光学特性的薄膜,如高透明度、色泽中性、低辐射率
(Low.E)薄膜:低辐射率与太阳能控制(Low.Esun or sunbelt Low.E)的组合特性薄膜;
具有各种透光特性和反射不同色彩的阳光保护膜(solar contro1);用于汽车玻璃的透明、
导电、防热辐射膜;用于TFT、PDP平板显示技术的透明导电膜和防护膜:用于光通讯方
面的DWDM特性膜,用于背投电视的反射成像膜层等。
完成以上各种光学薄膜制备的设备是多种多样的,主要是箱式真空镀膜机、隧道式连
续磁控溅射台等。目前国内外这类设备的主要生产厂家有:
1)国外主要厂家:
日本SHrNCRON 日本OPTORUN 德国Leyboid Optics 韩国HaniI
(新科龙) (先驰) (莱宝光学) (韩一)
BMC·70o~l800 NBPF-2型箱式 A904--A1504 系列箱 HVC.900系列箱
系列箱式真空镀膜机 真空镀膜机(DWDM) 式真空镀膜机 式真空镀膜机
SMC.1100型箱式 o矸C.1lo0型 APS9O4~1504系列箱
真空镀膜机(D、胁M) 箱式真空镀膜机 式真空镀膜机
CES系列连续式 SYRUS、SYRUS.Ⅱ
真空镀膜机 系列箱式真空镀膜机
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2)国内主要厂家:
固投南光有限公司 北京北仪 上海曙光机器厂 广东振华
ZZ5O0--1250系列箱 DM 系列箱式真空 KD 系列箱式真空镀 ZCK系列箱式真’
式真空镀膜机 钢族机 膜机 空镀膜机
ZZS500--2200系列箱 ZZSX系列箱式真 GX系列箱式真空
式真空镀膜机 空镀膜机 镀膜机
与国外厂家同类设备相比,我国生产的设备主要的差距在于:
1.设备的自动化程度低,光学膜镀层控制精度低,达不到自动控制的要求;
2.设备的可靠性较差, 电气控制以手动为主,全自动控制较少;
3.设备的研发落后于镀膜工艺技术的发展和市场的需求。
2 在半导体器件、大规模集成电路制造的应用领域
在电子学、半导体器件、大规模集成电路制造上,真空镀膜技术利用电阻蒸发和电子
束蒸发主要用于基片的金属化、混合电路与无源电路组件的制造,利用磁控溅射技术制作
半导体的单层或多层金属化膜、钝化膜与绝缘膜、透明导电膜与用于电子学的ITO膜、RC
网络与微波电路、大面积显示膜、大功率整流器件、继电器的电接触组件与控制电路元件
金属化膜等电学膜。
美国 美国
APPLID
美国 美国 MATERIAL 日本
NOVELLUE VARIAN RESEARCH 觇 c
M ATERL LS
公司
公司 公司 CORPORATION 公司
公司
E D U]RA n OVA 3000系列 ECLIPSE-Star CERAUSZX-looO
磁控溅射系统 磁控溅射系统 磁控溅射系统 MARKII磁控溅射系统 磁控溅射系统
ENDURA/XP XM.90 GALAXY.1ooO CERAUS ZX-1000
磁控溅射系统 磁控溅射系统 磁控溅射系统 磁控溅射系统
M2000/M2i/Mb2
磁控溅射系统
2)国内主要厂家
国投南光有限公司 沈阳科仪 北京北仪创新
JC500-2/D JGP240 JDS.800
磁控溅射系统 磁控溅射系统 磁控溅射系统
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JC600-2/D JGP350 J]f1 700
磁控溅射系统 磁控溅射系统 太阳能热管磁控溅射系统
JC80c啪 JGP600
磁控溅射系统 磁控溅射系统
半导体集成电路生产用的磁控溅射设备和电子束蒸发设备,国内研制已有近三十年的
历史,虽然在技术性能和水平方面有很大的进步,但在设备的可靠性和金属化薄膜沉积工
艺开发方面与国际先进水平相比差距还很大,至今最好的国产磁控溅射设备只相当于国际
90年代中期水平,到目前为止国产设备大多数为单室和双室结构,仅能适用于6”片以下,
0.8 u线宽以上的生产线,虽国投南光有限公司已研制出多室、多溅射源的全自动磁控溅射
设备,但国内集成电路生产在线所使用的溅射设备绝大部分是进口设备,国产设备所占份
额极少。国产的磁控溅射设备多数出在研究所的试验室内,用于作工艺的研究。我国进口
的磁控溅射设备,尤以美国Varian公司的3000系列磁控溅射系统和美国AM公司的Endura
磁控溅射系统居多,其次是英国ET公司的5200和6200型溅射系统,美国FNNOTIC公
司的VS.24磁控溅射系统,这些设备主要用于3”~5”硅片工艺生产在线。华晶集团98
年引进的美国AM 公司的(适用于6”、的生产线),属我国目前已引进的最先进的磁控溅
射系统。目前美国Varian公司的M2000型、M2i型、MB 型磁控溅射系统、AMi公司的
Endura/Endura XP型磁控溅射系统、MRC公司的GAKAXY.1000型磁控溅射系统都是适
用于大硅片(200.300mm)、亚微米级(0.8-0.25 m)的大批量生产设备。其特点都是多
室、多源结构,阶梯形式的真空系统无交叉污染,先进的磁控溅射源(Quantum Source)
和CMP技术的采用,使线条宽度已向实用化0.1l u m、技术研究0.09u m发展。这些多室
的溅射系统不仅能适用PVD工艺,而且可灵活的组合发展为作PVD工艺和CVD工艺组
合,大大地扩展了设备的使用范围。
从半导体集成电路用磁控溅射设备和电子束蒸发设备上看,国产设备与国外九十年代
具有先进技术水平的设备相比差距主要在于:从结构形式上看,国产设备多为单室、双室
系统,国外设备已发展为多室系统:从硅片的传输上看,国内设备多为单片大盘,手动上
下片,国外设备为盒到盒的进出片系统和中央传片机械手的自动上下片及传片方式;从真
空系统的设置上,国内设备多为单、双室真空系统,国外设备为多室闸阀阶梯形式的真空
系统,这不仅使溅射室能获得10-6_10‘’Pa量级上的超高真空度,而且使各工序的交叉污染
大大降低;在磁控溅射源上国内设备基本上采用平面溅射源,国外设备有平面、锥形、锥
与平面组合,适用于贵重金属特有的VersaMag磁控溅射源和更为先进的“Quantum”磁控
溅射源,“Quantum”磁控溅射源的采用能提供最佳的对称台阶覆盖(即使8”-12”硅片
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也是如此),在高纵横比的沟道内外均可获得均匀的台阶覆盖,膜厚的均匀性分布在±3%
以内;在基片的加热方式上国内设备一般采用直接辐射加热,国外设备多采用基片背面气
体加热方式,使基片的加热既快捷又均匀,而且加热温度可提高到400.--550"C, 以满足多
种工艺的需求;从设备的生产能力上看国内设备生产率低,一般在20片/小时以下,国
外设备生产率高,一般都在45~90片/小时范围内。
从电气控制的自动工艺程控方面,国内设备自动工艺程控水平较低,人工干预手动操
作较多,国外设备都有全工艺过程的自动控制系统、参数的显视系统和故障自动诊断系统,
这样确保了成熟工艺在大规模生产中的应用,提高了批量的质量,也使设备的利用率大大
提高。
3 电容器、包装和装饰金属化膜材的应用
卷绕真空镀膜主要是利用电阻蒸发、电子束蒸发、磁控溅射技术在带状的非金属和金
属基材上镀制具有装饰和保护特性的包装和装饰膜材、具有电学特性的电容器用金属化薄
膜带材,具有磁纪录特性的录像带、软盘用带材,同时该类镀膜也用于软性电子学电路膜
片式开关元件、透明模式加热元件、电磁屏蔽膜的制作。
卷绕真空镀膜设备国外主要厂家
德国应用薄膜 意大利伽里略 通用真空设备
(APPLIED FILMS) (GALILEO VACUUM TEC) (GENE L)
电容器类 MUL IMET W65O
MUUrIWEB W65/5O
包装装饰类 T0PMET V2/HRLine DELTA
T0PBEAM M EGA Line
卷绕真空镀膜设备国内主要厂家
国投南光有限公司 上海曙光机器厂 兰州曙光机器厂
ZZ5OO.D 系列
电容器类
ZZ65O.D系列
ZZI100-Z系列 ZZ.1800K 系列 ZZL系列
包装装饰类 ZZI300.Z系列 ZZ.2400系列
ZZI6o0.Z系列 ZZB.2500系列
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与国外厂家同类设备相比,我国生产的设备主要的差距在于:
1.设备的自动化程度低,镀层控制精度低:
2.设备的可靠性低,生产效率低;
3.设备的结构形式落后,生产成本高。
4 发展国内真空镀膜设备的几点思考
4.1 真空镀膜设备的研制、技术水平与国外厂家设备的差距
(1)观念上的差距
创新意识不够。国内真空镀膜设备的生产厂家,主要考虑的是国内的中、低端市场,
常常受用户给出的低价格所迫,以牺牲设备的性能和可靠性来赢得市场,而生产厂家也缺
乏对设备研制的能付诸于实施的中长期规划。这样就使得对新技术、新工艺的应用迫切性
降低,而给国外厂家创造了进入中国市场的大好机会。国内厂家从观念上不是尽可能的利
用新技术、新工艺研制出市场发展需要的优质、高可靠的新一代设备,用新技术、新工艺、
新设备去引导市场需求的发展方向,而是被市场的某一些临时需求所左右,其结果就是设
备制造的技术水平与国外同类设备的差距不断加大,虽然能以低价格的设备参与竞争,但
最终结果却是镀膜的产品质量不高(如对CR-39树脂眼镜片的镀制)。
(2)规模和投入上的差距
规模和投入的基础较为薄弱。目前国内的生产厂商以中、小规模居多,规模小,综合
实力低,就算年产值达到6000万元人民币的企业,其产值也仅是国外同等规模企业的
1/15~1/2O。由于大多数企业以国有资产为主,普遍经济效益不高,对新产品新技术的
研制都存在投入较少的问题,这使企业的发展后劲不足。如何增加国内企业的创新实力,
是我们目前面临着的一个急待解决的问题。
(3)在新技术、新工艺的转换应用上的差距
国内一些企业为适应市场的激烈竞争的环境,容易产生短期行为,造成产品低水平,
以低价格竞争,加上某些厂产品自我开发能力不足,其产品设计就是低水平的抄袭,产品
生产也是低水平的重复。生产厂家同大学和研究单位的新技术新工艺的转换应用上结合不
紧密,使得有些在我国已研制出的新技术新工艺得不到有效、及时的转换和应用,另一方
面企业不能正确预测产品的发展方向,提不出产品更新换代的思路,有的能预测却拿不出
用于研制的投入资金,使得一些大学和研究单位即使有能力参与也使不上劲。
(4)产品质量上的差距
由于国内的整体配套更新较慢,加工设备较差,加工手段不先进,造成产品的一致性
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差,产品质量在许多方面低于国外同类产品的水平。有一些能提高产品质量的手段和方法,
也因为要降低产品成本的原因和一些较为落后的生产工艺方式而无法得以应用。产品的整
体设计质量也低于国外公司的技术水平。由于我国现在大多数真空镀膜设备的自动化操作
水平低,都不随设备提供工艺技术,所以利用这些产品生产出的最终镀膜产品的质量是由
用户的操作水平来作决定,而不是设备的性能就能决定产品的质量。
4.2 中国真空镀膜设备的发展和应用的优势
(1)资源上的优势
我国有近20多个有一定规模的真空镀膜设备的研制和生产厂家,并都拥有一支有一
定技术水平和研发能力的技术队伍和销售网络,从真空行业的组织机构来看,有中国通用
机械真空设备行业协会和中国真空学会的组织、协调和指导,体系是健全的,整个真空行
业是有凝聚力的。从全行业的研制生产规模和从业人数上来看都是具有一定优势的。
(2)市场上的优势
随着中国进入WTO 以后,中国将逐步成为世界最大工业产品的加工基地,中国范围
内就有巨大的市场发展空间,同时中国国内的真空镀膜设备,由于价格上的优势,也正将
市场扩大到泰国、新加坡、印度、马来西亚等亚洲发展中国家。因此,中国的真空镀膜设
备的市场销售潜力是巨大的(国产真空镀膜设备的销售额在2亿多人民币,而进口的真空
镀膜设备的销售总额在3O亿人民币以上)。
(3)研制和制造成本的优势
国内的主要真空镀膜设备生产企业,同国外厂家相比都具备低的人工成本和低的加工
设备和工作场地的租金成本(或资产占用费),这也许是国外许多同类企业无法比拟的优
势,同时也是中国成为世界制造业的最大的加工基地的必要条件之一。
4.3 我国真空镀膜设备发展的基本思路
(1)首先是提高我国真空镀膜设备的综合技术水平、产品质量和可靠性。在新的工
艺技术、新设备的发展上应加强科研院所与生产企业之间的结合,及时地响应市场发展的
需求变化,积极跟踪国外的先进工艺技术及设备的进展,采用引进部分先进技术和生产模
式,同国外著名真空镀膜厂家的合作方式,推行关键部件国际化采购的方式,提高我国真
空镀膜设备的质量及整体的技术水平, 以真正能适应市场发展的需求。
(2)提高从业人员素质,学习国外先进的企业管理生产模式,提高产品的集成设计
能力,提高工作效率,以达到在意识和产品上不断创新的目的。
(3)转变企业的运行机制,以民营、私营的经营机制来改变现有的国有机制中不利
于生产发展的弊端,加大对新产品新技术的投入, 以适应市场的变化。
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(4)建立完善的质量管理体制,严格按IS09001/2000质量认证管理体系运行,确
保产品的质量。
(5)增强服务意识,为用户提供可靠的技术支持和完善的售后服务。
在新的21世纪里,我们中国真空人要抓住机遇,勇敢地去面对挑战,在市场的竞争
中不断地完善自我,与时俱进。以创新求发展,以提高真空镀膜设备的技术含量求效益,
研制和生产出更多具有更高技术水平的设备,来推动我国真空应用事业的发展。
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