真空制程讲解

真空制程讲解*1.1常用的真空制程*1.2高科技真空制程*1.3

镀膜技术简介1第一节

常用的真空制程除气及干燥制程*制程的特征*必须处理大量的气体，水蒸气或有机物蒸气*制程温度有限制*真空帮浦仅用作维持抽系统中的空气或气体*真空帮浦及辅助系统*水环帮浦（water

ring

pump）及蒸气喷流帮浦（vaporejector

pump）*回转滑翼帮浦加冷凝器*冷冻干燥（freeze

drying）2产生气体或固体粒子的制程*制程的特征*真空系统需抽大量的气体，可能有温度的变化*操作时很多制程系放入气体

，利用气体与气体

反应，气体与固体反应，亦有加高电场，利用

电子撞击，离子碰撞，及电浆反应等*反应生成物会产生气体或固体粒子

，可能有污

染性或腐蚀性

，最后排出的气体应作污染防治*真空帮浦及辅助系统*粗略至中度真空范围*高真空范围3清洁制程*

制程的特征*制程的特征即为清洁，视制程的性质不同要求的清洁

亦不尽相同*例如有些制程要求的清洁包括某些气体亦被认为污染，

故制程中即使此些气体亦不应存在*真空帮浦及辅助系统*粗略至中度真空范围*高真空至超高真空范围4高温制程*

制程的特征*高温制程不仅有高温而且制程亦常有气体产生

，故抽

大量的热气为其特征之一*产生高温的方法及装置常用*电阻加热，射频感应加热，电浆加热，电子加热，

或雷射加热*制程中所用的机件及衬垫等要用耐高温材料*有些高温制程中亦可能产生固体粒子或飞灰

，故应注

意污染问题*真空帮浦及辅助系统*粗略至中度真空范围*高真空范围5第二节高科技真空制程真空镀膜*真空镀膜（film

coating）技术可用于*镀光学膜（optical

film）*

导电膜（

electric

conductive

film）*

介电膜（

dielectric

film）*

绝缘膜（insulating

film）*晶体膜（

crystalline

film）*

半导体膜（

semiconductive

film）*

超导体膜（superconductive

film）*

生物膜（biological

film）*

高科技工业产品如微电子（micro-electron）元件，光电（opto-electron）元件

，或奈米（

nano

）元件等多需要镀膜制程

，因为要

达到符合高科技要求的质量，真空镀膜几乎为唯一的方法，故真空镀

膜技术为高科技工业的关键技术*常用的镀膜制程包括如*加热蒸镀（thermalevapourationcoating）*电子蒸镀（electron

coating）*撞溅离子镀（

ion

sputtering

coating）*电浆蒸镀（plasma

coating）等6离子布置*离子布置（ion

implantation）技术系利用离子布置机

（ion

implantator）将半导体元件制程中所需的杂质以离子布置手段植入半导体晶元中，如超大型集成电路

（VLSI）等的制程即为常用此技术*离子布置用来作表面修饰（surface

modification）将

离子植入表层以改变材料表面的性质如晶体结构

，化学

性质等，其结果可达到抗蚀，耐磨，不受化学剂作用，

减低磨擦系数

，以及改变电性质如电阻等*离子布置不同于镀膜在于其材料整体尺寸并不改变，即

材料表面上并未增加一或多层其他材料薄膜7真空磊晶

&分子束*真空磊晶（epitaxy）技术为将一种矿物晶体长在另一种

矿物晶面上，而使晶体基板上两种矿物晶体的构造排列相

同

，此技术可用于电子及光电元件的生产*磊晶需要高度洁净的环境，利用真空才能达到此条件*分子束（

molecular

beam）应用的范围很广

，上述的分

子束磊晶即为一例*分子束为中性的自由分子具有一定的能量

，故必须在真空

中进行8电子束

&生物样品*电子束（electron

beam）应用的范围很广，例如电子

镀膜

，电子焊接

，电子加工

，或电子束平版印刷术（

e-beam

lithography）等*生物样品（biological

sample）中的生物分子（biomolecule）的特性及辩识利用质谱仪（

massspectrometer）作分析

，利用反向散射电子显微镜（backscat-tering

electron

microscope）摄取生物

样品的显微影像等均与真空技术有关9离子刻蚀

&微精密加工*离子刻蚀（ion

etching）利用聚焦及扫瞄技术而作离子

加工者常归类在下述的微精密加工*利用大面积的离子束而作细微图形的刻蚀，例如微机电MEMS（micro-electro-mechanical

system）利用深

层反应刻蚀DRIE（deep

reactive

ion

etching）制作微

机电装置，或反应刻蚀作磁性物质薄膜的刻蚀等*微精密加工（

micro

machining）系利用聚焦及扫瞄技

术而作离子加工例如将基板上的金属如铜，以不同的像素（pixel）空间进行离子刻蚀加工*在硅基板上利用电浆刻蚀（plasma

etching）的微精密

加工，制作积成传感器（integrated

sensor

），利用离

子束在基板上的磊晶层作微精密加工制作电子元件等10超导体*

超导体（

superconductor）为电阻等于零的材料

，通常

所用的超导体均须在液态氦温度4.2

K下操作*所谓高温超导为一种材料可在高于液态氦温度4.2

K下操

作而具有超导性质的材料。高温超导薄膜利用离子撞溅在

超高真空中磊晶成长为高临界温度（

critical

temper-ature）（例如90

K）的超导氧化膜11显示器*用作显示器的LED

，

LCD

，TFT/LCD

，以及CRT其导电

玻璃，介电薄膜，导电膜等的制作均需要在真空中进行*有些显示器如传统的阴极射线管电视（

CRT

TV

）

，电浆

电视（Plasma

TV）等其中有电子发射，故必需高真空12第三节

镀膜技术简介镀装饰薄膜*装饰薄膜种类*金色氮化钛（TiN）膜

*黑色硬石墨膜*灰色膜及金属色彩氮化铬（CrN）膜

*镀金属保护膜*直接薄膜材料用加热蒸镀包括电阻加热及电子枪加热蒸

镀

，离子撞溅镀（

ion

sputtering

coating）或利用反

应蒸镀（

reactive

coating）将真空系统中通入气体如

氮气而使其与蒸发的金属蒸气作用形成所需的薄膜例如:

镀氮化钛膜在物品上即可用此反应蒸镀方法13镀金属保护膜*镀金属保护膜（

metallic

protective

film

coating）主

要在物品表面上镀一或多层金属膜，用作取代电镀或化学

镀的各种保护膜*此类膜附着力强，亦可具抗腐蚀，抗化学药剂，及光彩等

特征。若所用镀膜材料为硬度高的金属，则此保护膜亦为

耐磨膜

。*保护膜种类*此类膜包括较软金属如金

，银

，铝

，铜等用作装饰

，抗蚀，镜面等金属膜。硬度高的金属膜包括金属如钛，

铬

，镍等及其合金膜

，耐磨膜的厚度约在0.1至2.0微

米间视用途而定14镀光学薄膜*

镀光学薄膜（optical

thin

film

coating）为光学及光电

工业上的重要技术*光学薄膜用作光学及光电仪器各类元件包括透镜，稜镜，

反射镜，分光镜，穿透镜片，滤光片，窗等所镀的单层或

多层膜（

multilayer

film

）

，所镀的光学薄膜有下列几

种：*镀反射膜*镀抗反射膜*镀滤光膜及干涉膜*镀光学保护膜15镀电子及光电薄膜*

镀电子膜*电子元件*信息贮存*

镀光电薄膜*太阳能转换器*发光元件16真空镀膜所需的设备辉光放电系统*辉光放电系统（glow

discharge

system）利用射

频（RF）电压或直流高电压产生辉光放电，使离子

撞击基板表面将污染物分离被帮浦抽除而清洁基板*辉光放电作基板及其支架等的清洁均甚有效，但其

操作必须在较高的压力下进行

，因必须有足够的气

体分子密度才会产生辉光放电18*高真空系统*真空室*抽真空系统*冷却系统*真空压力与气体流量控

制系统（

pressureandgas

flow

controlsystem）17蒸镀源–电电阻与感应式*

加热蒸镀源（thermal

evapouration

source*电阻加热（

resistance

heating）*钨丝（tungsten

filament）常用者有钨丝线圈

（tungsten

coil

filament）及钨丝锥形网篮

（tungstenconical

basket

filament）*船形钨片加热源（tungsten

boat）常用者有独木

舟形（

canoe

type）及凹槽式（dimple

type）*感应加热蒸镀源（

induction

heating

evapourationsource

）一般多用射频电源的高周波电感应加热（high

frequency

electric

heating）19常用的电阻加热蒸镀源20高周波电感应加热21蒸镀源

-电子束加热*电子束加热蒸镀源（

electron

beam

evapourationsource）*180度电子束蒸镀源（

180

°e

beam

evapourationsource

）利用磁场偏转使电子束发射的方向与打到靶

材的方向成180

°*270度电子束蒸镀源（270

°

e

beam

evapourationsource

）利用磁场偏转使电子束发射的方向与打到靶

材的方向成270

°*利用电子束蒸镀源加热及以石英芯片振荡式膜厚监

视器作现场监控膜厚的真空蒸镀系统22180&270度电子束蒸镀源23电子束加热蒸镀源24蒸镀源

-离子撞溅*离子撞溅镀膜源（ion

sputtering

coating

source）*利用离子撞溅技术将靶材溅射出镀在物品或基板上统