教育訓練-真空鍍膜课件

1、2021/11/10 机密等级 密件 科 目 真空镀膜 教 育 讲 习 发行单位: 工程技术处 发行编号: 技2001-10-15-0001 版 本: 1.0版 页 数: 15 2021/11/101真空鍍膜設計及應用真空鍍膜設計及應用2021/11/102 1.1 1.1 簡簡 介介 現現 代代 化化 的的 薄薄 膜膜 (Thin film) 技技 巧巧 , 已已 發發 展展 成成 許許 多多 產產 品品 製製作作 的的 精精 密密 技技 術。術。應應 用用 範範 圍圍 包包 含含 使使 用用 極極 為為 廣廣 泛泛 之之 積積 體體 電電 路路 (Integrated Circuits)電

2、電 子子 構構 裝裝 (electronic packaging)、感感 應應 器器 (Sensor)裝裝 置置 (device)、光光 學學 薄薄 膜膜 (Optical films) , 一一 如如 保保 護護 或或 裝飾裝飾 用用 之之 覆覆 膜膜 (Coating) , 薄薄 膜膜 之之 程程 序序 總總 共共 可可 分分 為為 三三 大類大類 : (1) 物物 理理 氣氣 象象 沈沈 積積 (Physical Vapor Deposition) (2) 化化 學學 氣氣 象象 沈沈 積積 (Chemical Vapor Deposition) (3) 化化 學學 方方 式式 (Che

3、mical methods) 2021/11/103 1.2 1.2 真真 空空 系系 統統現現 代代 化化 的的 沈沈 積積 ( (Deposition) Deposition) 技技 術術 , , 需需 要要 在在 一一 個個真真 空空 的的 ( (Vacuum) Vacuum) 環環 境境 之之 下下 來來 發發 生。生。對對 許許 多多 的的 技技 巧巧 而而 言言 , , 最最 終終 產產 品品 的的 品品 質質 與與 組組 成成 , , 通通 常常 是是 依依 沈沈 積積 過過 程程 中中 之之 真真 空空 條條 件件 來來 決決定定 的。燃的。燃 而而 “ “真真 空空” ” 必

4、必 須須 存存 在在 的的 理理 由由 有有 那那 些些 呢呢對對 在在 真真 空空 環環 境境 下下 的的 沈沈 積積 材材 料料 ( (Deposition of Deposition of material) material) 而而 言言 , , 真真 空空 條條 件件 ( (Vacuum conditions)Vacuum conditions)可可 以以增增 加加 原原 子子 的的 自自 由由 平平 均均 路路 徑徑 ( (mean free path) , mean free path) , 消消除除 會會 參參 與與 沈沈 積積 材材 料料 一一 同同 反反 應應 之之 氣氣

5、体体 , , 減減 少少 2021/11/104 蒸蒸 氣氣 壓壓 (Vapor pressure) 即即 使使 是是 更更 低低 溫溫 氣氣 象象 之之 材材 料料 , 以以及及 提提 供供 超超 越越 潔潔 淨淨 之之 環環 境境 (Ultimate clean environment)。簡簡 而而 言言 之之 我我 們們 可可 以以 將將 真真 空空 比比 喻喻 成成 在在 我我 們們 週週 遭遭 環環 境境中中 之之 氣氣 体体 (gases) , 水水 氣氣 (moisture) , 微微 粒粒 (particles) 都都 缺缺 席席 (absence) 的的 情情 況況 之之 下

6、下 的的 一一 番番 景景 象。象。 2021/11/105 一一 般般 而而 言言 真真 空空 可可 以以 定定 義義 為為 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) 2021/11/106 1.31.3真真 空空 腔腔 體體 ( (Vacuum Chamber)Vacu

7、um Chamber)當當 維維 持持 真真 空空 的的 情情 況況 之之 下下 , 腔腔 體體 (chamber) 外外 側側 仍仍 需需 抵抵抗抗 正正 常常 之之 大大 氣氣 壓壓 力力 , 一一 般般 而而 言言 不不 鏽鏽 鋼鋼 (Stainless Steel) 或或 玻玻 璃璃 (glass) 製製 成成 之之 腔腔 體體 , 具具 有有 下下 列列 優優 點點 :(1) 不不 易易 被被 侵侵 蝕蝕 (corrode) (2) 較較 易易 清清 潔潔 (3) 非非 磁磁 性性 (nonmagnetic) (4) 有有 絕絕 佳佳 之之 釋釋 氣氣 (outgassing) 性性

8、2021/11/107 其其 中中 又又 以以 不不 銹銹 鋼鋼 因因 具具 有有 : 加加 工工 容容 易易 (machinability) , 高高強強 度度 (highstrength) , 容容 易易 焊焊 接接 (welding) , 而而 成成 為為 製製 造造 大大型型 腔腔 体体 最最 容容 易易 被被 採採 用用 之之 素素 材。材。2021/11/108 圖 1. 傳 統 使 用 於 沈 積 鍍 膜 之 真 空 系 統 2021/11/109 1.4 1.4 排排 氣氣 系系 統統 重重 要要 用用 語語 介介 紹紹真真 空空 幫幫 浦浦 (Vacuum pump)有有 兩

9、兩 項項 達達 成成 終終 極極 壓壓 力力(Ultimate Pressure) 之之 關關 鍵鍵 性性 條條 件件 , 分分 別別 為為 置置 換換 能能 力力(displacement) 及及 抽抽 氣氣 速速 率率 (pumping rate) , 2021/11/1010 用用 語語 介介 紹紹 逆逆 流流 (Back streaming), 阻阻 擋擋 (Baffles) 及及 陷陷 阱阱 (Traps)。逆逆 流流 可可 定定 義義 為為 : 傳傳 輸輸 口口 的的 排排 出出 流流 体体 (Pumping fluid) 會會有有 少少 部部 份份 從從 泵泵 浦浦 回回 流流

10、到到 真真 空空 腔腔 中中 之之 現現 象。象。為為 了了 進進 一一 步步 減減 少少 逆逆 流流 之之 現現 象象 , 可可 以以 充充 分分 使使 用用 阻阻 擋擋 及及 陷陷 阱阱 , 然然 而而 一一 般般 常常 對對 Baffle 及及 Trap 有有 錯錯 用用 之之 誤誤 解解2021/11/1011 以以 下下 將將 簡簡 略略 說說 明明 :阻阻 擋擋 : 為為 一一 項項 用用 於於 凝凝 縮縮 (condense) 泵泵 浦浦 流流 氣氣 体体 化化 與與 流流 体体 回回 流流 至至 泵泵 浦浦 沸沸 騰騰 器器 (boiler) 之之 誤誤 置置陷陷 阱阱 : 則

11、則 為為 針針 對對 泵泵 浦浦 中中 氣氣 相相 (Vapor) 之之 物物 質質 作作 凝凝 縮縮 (condense) 捕捕 捉捉 之之 用用 2021/11/1012 1.5 1.5 蒸蒸 發發 ( ( Evaporation)Evaporation) 蒸蒸 發發 的的 形形 式式 或或 許許 可可 說說 是是 膜膜 沈沈 積積 中中 最最 簡簡 單單 之之 型型 式式真真 空空 蒸蒸 發發 (Vacuum evaporation) 是是 沈沈 積積 技技 術術 中中 可可 以以使使 用用 多多 樣樣 材材 料料 成成 膜膜 的的 方方 法法 , 通通 常常 之之 形形 式式 為為 在

12、在 真真 空空的的 環環 境境 , 利利 用用 加加 熱熱 源源 加加 熱熱 來來 源源 材材 料料 (Source material)直直 至至 其其 揮揮 發發 (evaporation or Sublimes) , 揮揮 發發 後後 之之 物物 質質以以 沈沈 積積 (deposited) 或或 凝凝 縮縮 (condensed) 於於 基基 板板 (Substrate)表表 面面 成成 膜膜 (film) 2021/11/1013 1.61.6蒸蒸 發發 源源 ( (Evaporation Sources)Evaporation Sources)目目 前前 有有 兩兩 種種 廣廣 泛泛

13、 被被 使使 用用 之之 蒸蒸 發發 源源 型型 式式 (1) Thermal evporation (2) electron beam evporation(1) Thermal evporation 是是 其其 中中 最最 常常 使使 用用 之之 蒸蒸 發發 源源 即即 為為 直直 接接 加加 熱熱 昇昇 華華 材材 料料 之之 形形 式式 , 採採 用用 坩坩 堝堝 (Crucible) 舟舟 (boat) 及及 線線 圈圈 (wire coil) 來來 盛盛 接接 蒸蒸 發發 材材 料料 件件 , 然然 後後 利利 用用 外外 部部 之之 電電 流流 通通 過過 加加 熱熱 直直 接接 昇昇 華華 之之 方方 式式 2021/11/1014(2) electron beam evporation 則則 是是 被被 有有 效效 改改 良良 後後 之之 利利 器器 , 其其 能能 力力 遠遠 超超 過過