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1、2023/10/14,2023/10/14,1,真空鍍膜設計及應用,2023/10/14,2,1.1 簡 介,現 代 化 的 薄 膜(Thin film)技 巧,已 發 展 成 許 多 產 品 製作 的 精 密 技 術。應 用 範 圍 包 含 使 用 極 為 廣 泛 之 積 體 電 路(Integrated Circuits)電 子 構 裝(electronic packaging)、感 應 器(Sensor)裝 置(device)、光 學 薄 膜(Optical films),一 如 保 護 或 裝飾 用 之 覆 膜(Coating),薄 膜 之 程 序 總 共 可 分 為 三 大類:(1)
2、物 理 氣 象 沈 積(Physical Vapor Deposition)(2)化 學 氣 象 沈 積(Chemical Vapor Deposition)(3)化 學 方 式(Chemical methods),2023/10/14,3,1.2 真 空 系 統,現 代 化 的 沈 積(Deposition)技 術,需 要 在 一 個真 空 的(Vacuum)環 境 之 下 來 發 生。對 許 多 的 技 巧 而 言,最 終 產 品 的 品 質 與 組 成,通 常 是 依 沈 積 過 程 中 之 真 空 條 件 來 決定 的。燃 而“真 空”必 須 存 在 的 理 由 有 那 些 呢對 在
3、真 空 環 境 下 的 沈 積 材 料(Deposition of material)而 言,真 空 條 件(Vacuum conditions)可 以增 加 原 子 的 自 由 平 均 路 徑(mean free path),消除 會 參 與 沈 積 材 料 一 同 反 應 之 氣 体,減 少,2023/10/14,4,蒸 氣 壓(Vapor pressure)即 使 是 更 低 溫 氣 象 之 材 料,以及 提 供 超 越 潔 淨 之 環 境(Ultimate clean environment)。簡 而 言 之 我 們 可 以 將 真 空 比 喻 成 在 我 們 週 遭 環 境中 之 氣
4、 体(gases),水 氣(moisture),微 粒(particles)都 缺 席(absence)的 情 況 之 下 的 一 番 景 象。,2023/10/14,5,一 般 而 言 真 空 可 以 定 義 為,10 W VACUUM(10 TO 10 Pa)(760 to 25 torr)medium vacuum(10 TO 10 Pa)(25 to 0.75 milli torr)High Vacuum(10 TO 10 Pa)(10 to 10 torr)Very High Vacuum(10 TO 10 Pa)(10 to 10 torr),2023/10/14,6,1.3真 空
5、 腔 體(Vacuum Chamber),當 維 持 真 空 的 情 況 之 下,腔 體(chamber)外 側 仍 需 抵抗 正 常 之 大 氣 壓 力,一 般 而 言 不 鏽 鋼(Stainless Steel)或 玻 璃(glass)製 成 之 腔 體,具 有 下 列 優 點:(1)不 易 被 侵 蝕(corrode)(2)較 易 清 潔(3)非 磁 性(nonmagnetic)(4)有 絕 佳 之 釋 氣(outgassing)性,2023/10/14,7,其 中 又 以 不 銹 鋼 因 具 有:加 工 容 易(machinability),高強 度(highstrength),容 易
6、 焊 接(welding),而 成 為 製 造 大型 腔 体 最 容 易 被 採 用 之 素 材。,2023/10/14,8,圖 1.傳 統 使 用 於 沈 積 鍍 膜 之 真 空 系 統,2023/10/14,9,1.4 排 氣 系 統 重 要 用 語 介 紹,真 空 幫 浦(Vacuum pump)有 兩 項 達 成 終 極 壓 力(Ultimate Pressure)之 關 鍵 性 條 件,分 別 為 置 換 能 力(displacement)及 抽 氣 速 率(pumping rate),2023/10/14,10,用 語 介 紹,逆 流(Back streaming),阻 擋(Baf
7、fles)及 陷 阱(Traps)。逆 流 可 定 義 為:傳 輸 口 的 排 出 流 体(Pumping fluid)會有 少 部 份 從 泵 浦 回 流 到 真 空 腔 中 之 現 象。為 了 進 一 步 減 少 逆 流 之 現 象,可 以 充 分 使 用 阻 擋 及 陷 阱,然 而 一 般 常 對 Baffle 及 Trap 有 錯 用 之 誤 解,2023/10/14,11,以 下 將 簡 略 說 明:阻 擋:為 一 項 用 於 凝 縮(condense)泵 浦 流 氣 体 化 與 流 体 回 流 至 泵 浦 沸 騰 器(boiler)之 誤 置陷 阱:則 為 針 對 泵 浦 中 氣
8、相(Vapor)之 物 質 作 凝 縮(condense)捕 捉 之 用,2023/10/14,12,1.5 蒸 發(Evaporation),蒸 發 的 形 式 或 許 可 說 是 膜 沈 積 中 最 簡 單 之 型 式真 空 蒸 發(Vacuum evaporation)是 沈 積 技 術 中 可 以使 用 多 樣 材 料 成 膜 的 方 法,通 常 之 形 式 為 在 真 空的 環 境,利 用 加 熱 源 加 熱 來 源 材 料(Source material)直 至 其 揮 發(evaporation or Sublimes),揮 發 後 之 物 質以 沈 積(deposited)或
9、凝 縮(condensed)於 基 板(Substrate)表 面 成 膜(film),2023/10/14,13,1.6蒸 發 源(Evaporation Sources),目 前 有 兩 種 廣 泛 被 使 用 之 蒸 發 源 型 式(1)Thermal evporation(2)electron beam evporation(1)Thermal evporation 是 其 中 最 常 使 用 之 蒸 發 源 即 為 直 接 加 熱 昇 華 材 料 之 形 式,採 用 坩 堝(Crucible)舟(boat)及 線 圈(wire coil)來 盛 接 蒸 發 材 料 件,然 後 利 用 外 部 之 電 流 通 過 加 熱 直 接 昇 華 之 方 式,2023/10/14,14,(2)electron beam evporation 則 是 被 有 效 改 良 後 之 利 器,其 能 力 遠 超 過 傳 統 之 方 式,增 加 其 廣 泛 之 使 用 性,其 原 理 為 利 用 高 能 量 之 電 子 束(Beam of electron)充 電 集 中 於 極 小 之 區 域 加 熱,2023/10/14,15,參考書籍,Thin Film Technology HandbookElshabini-RiadBarlow,
