实验十溅镀实验讲义.PDFVIP

實驗十 濺鍍實驗講義 實驗目的： 以磁控射頻濺鍍的方式在玻璃上鍍鋁 ，使同學了解濺鍍流程。 實驗原理： 直流濺射鍍膜系統 直流濺射鍍膜系統基本上是在高真空環境中充入工作氣體（一般為氬氣）， 藉著兩個相對應的金屬板（陽極板和陰極板），在陰極板上通直流電，陽極版一 般為接地，使其兩金屬板之間產生一電位場。此電位場會使之間的工作氣體解 離，產生電漿。電漿中的正離子被陰極板的負電壓吸引加速，具有高能量後，轟 擊陰極靶材表面，將離子動量轉移給靶材原子，靶材原子獲得動量後逸出靶材表 面，附著於基板上。此有別於使用熱能熔融材料，材料蒸發後附著基板的熱蒸鍍。 一般來說，濺擊原子在靶材上獲得的能量約2～30 eV ，而熱蒸鍍蒸發原子能 量約0.1 eV ，因此濺鍍所得薄膜的緻密性與附著性較好。 典型的直流鍍膜系統構造如下圖示，靶材放置於陰極上，基板也就是被鍍物 放置於陽極上，工作氣體（一般為Ar ）從氣體入口進入真空室（chamber ），真空 抽氣設備（本實驗使用擴散幫浦）則從抽氣出口持續抽氣，使得真空室的壓力維 -3 持約在 1×10 torr ，加入負直流高壓電（1~5 kV ）於靶材上，陽極接地，所以在陰 陽兩極間會有輝光放電現象，此乃氣體已成為部份離子電漿。電漿中的正離子被 陰極板的負電壓吸引加速，轟擊陰極靶材表面，且隨著電流密度增大，電壓也會 隨著增加，也就能是提高濺鍍功率，使效率增加。 圖1 典型直流鍍膜系統的構造示意。 射頻濺射鍍膜系統 射頻濺射鍍膜系統基本上與直流濺射鍍膜系統類似，差別在於施加在陰極與 陽極間的電壓不是直流電而是頻率為13.56MHz 的交流電壓。 下圖2 為典型的射頻濺射鍍膜系統的示意圖，靶材放置於陰極上，基板也就 是被鍍物放置於陽極上，工作氣體（一般為Ar ）從氣體入口進入真空（chamber ）， 真空抽氣設備（本實驗是用擴散幫浦）則從抽氣出口持續抽氣，使得真空式的壓 -3 力維持約在1×10 torr ，輸入頻率13.56MHz 的交流電於靶材上，陽極接地 ，則在 陰陽兩極間會有輝光放電現象，此乃氣體已成為部份離子電漿。由於交流電源的 頻率為 13.56MHz 絕緣靶材上因自我偏壓效應形成直流補償負電位，吸引電漿中 的正離子轟擊靶材，使的靶材原子或分子附著於基板上，進行介電質薄膜製鍍工 作。若靶材為金屬材料時，將會因導體特性無法在靶材上形成自我偏壓效應，可 在陰極靶材和射頻電源產生器間安裝一個阻隔電容，如下圖，隔絕直流電壓成 份，如此一來，金屬靶材也能產生自我偏壓效應，進行金屬薄膜製鍍。 圖2. 典型的射頻濺射鍍膜系統的構造示意圖 實驗儀器： 機械幫浦、擴散幫浦、濺鍍系統 鋁靶 實驗步驟： 1. 開總電源 2. 確認洩氣閥已關閉 3. 開機械幫浦、擴散幫浦(先確定水路已開) 4. 開粗抽閥開始抽腔體 （chamber ） 5. 打開真空計，看真空度。 -3 真空度到1×10 torr 時，關粗抽閥，開細抽閥 6. 等機械幫浦抽擴散幫浦(約 10 min)同時確認擴散幫浦已加熱 7. 開主閥，看真空計。 -5 8. 等抽到約 1×10 torr ，開始灌氬氣，此時真空度會上升 -3 控制針閥使真空度達 1×10 torr 。 9. 打開sputter 的冷卻水，打開電源供應器 ，選擇輸出功率及電壓 10. 此時腔體內會有輝光放電現象 ，開始鍍膜 11. 鍍膜結束後關閉RF power 、主閥，打開真空腔取出鍍好之基板。 問題與討論 ： -3 1. 鍍膜時為何要維持 10 torr 之工作氣壓？ 2. 通入工作氣體的作用為何？ 參考資料 1.薄膜製程上課講義 2.真空技術與應用,行政院國家科學委員會.