薄膜制造技术 28页

成膜工艺 化学方法 物理方法 化学气相沉积 电镀 电解 阳极氧化 等等 真空蒸镀 离子镀 溅射 分子束外延 等等 光学真空镀膜机 1 真空系统 2 蒸发系统 3 厚度控制系统 真空系统 现代的光学薄膜制备，无论是 PVD( 真空镀膜机 ) 还是 CVD 都是在真空下获得的。根据： P- 压强、 V- 体积、 T- 绝对温度、 M- 分子量、 m- 质量、 R- 气体普适常数（ 8.31x10 23 /mol) 真空度的表示 : 1Pa=1N/m2 1Torr=133.3Pa 1(atm) 标准大气压 =760Torr 1mmHg=1.00000014Torr 初真空 低真空 高真空 超高真空 真空度 Pa >10 3 10 3 -10 -1 10 -1 -10 -6 <10 -6 平均自由程（ cm) <10 -4 10 -4 -5 5-10 5 >10 5 气流特点 1. 以气体分子间的碰撞为主 2. 粘滞流 过渡区域 1. 以气体分子与器壁的碰撞为主 2. 分子流 平均吸 附时间 气体分子以空间飞行为主 以吸附停留为主 镀膜机真空系统 泵名 原理 工作范围 Torr 10 2 1 10 -2 10 -4 10 -6 10 -8 10 -10 10 -12 机械泵 分子泵 罗茨泵 机械里压缩排除气体 扩散泵 靠蒸汽射流携带排除气体 溅射离子泵 钛升华泵 靠溅射或升华形成吸气、吸附排除气体 吸附泵 冷凝泵 利用低温表面对 气体进行物理吸附排气 真空泵抽气原理及工作范围 机械泵原理图 油扩散泵 扩散泵示意图 注意事项： 1 ． 不能在泵内气压高于 1 帕时加热扩散泵；已工作的扩散泵停止加热后，应继续用机械泵抽空，直至冷却，否则泵油易氧化变质。 2 ． 由于冷却不可能绝对完善，总有一些油分子未被冷凝而升向泵顶，进入待抽容器，这种现象叫 " 返油 " 。为减少其效果，在扩散泵顶部一般都装有水冷挡油板，它应当档去尽量多的油蒸汽而对抽气速率的影响尽量小。 3 ． 若泵油的温度不够高，则不仅抽速慢，而且因油蒸汽喷出的速度不够快而会在到达泵壁前就因碰撞而升向泵顶，造成严重的返油现象。所以，扩散泵的加热时间不能太短，一般约需 40 分钟左右。 真空测量 10~10-1 Pa 气体热传导与气压关系明显 , 这是它的测量范围 10 -2 ~10 -6 Pa 离子流正比与气压，这就是它的测量范围 冷阴极电离真空计 蒸发系统： 热蒸发 溅射 离子镀 离子辅助蒸发 钟罩镀膜机示意图 1 加热 2 玻璃 3 蒸发源 4 钟罩 热蒸发 坩埚 溅射技术 高频溅射又称射频溅射 —— 为溅射介质材料而设计 磁控溅射 —— 提高离化率、溅射速率，降低基片温度 离子镀技术 离子镀技术是在热蒸发技术和溅射技术结合的基础上发展起来的新工艺， 1963 年首先应用于人造卫星的金属滑膜。 特点： 膜层附着力强 密度高 均匀性好 沉积速度快、 应用： 高硬度刀具 耐磨固体润滑膜 电子束蒸发 属于热蒸发的一种形式 光学膜制备的最常用手段 常常可以配以其它辅助蒸发 电子枪示意图 APS1104 德国 Leybold APS1104 真空室内情况 镜片悬挂 机构 改进蒸发工艺、改善膜层的微观结构 基本的思路：附加一定的能量到被镀的表面上去，利用这些能量移开弱束缚的粒子，使达到基板的材料粒子有高的迁移率。由于附加了能量，膜料粒子可以穿透比较远的距离，去找到一个有比较强束缚的位置。从而使膜层的结构得到改善。 具体实施办法：在膜层沉积的同时， 利用电子、光子、离子将能量附加到基底上去，这不仅有利于清洁被镀表面，也增加了膜层的致密度。 近十几年的趋势是利用荷能的离子完成基片清洁和改善膜层结构的任务 离子体增强的离子辅助技术 等离子源采用热阴极、筒状阳极及轴向发散形磁场，在辅助沉积过程中，放电气体 (Ar 气 ) 进入 APS 源，放电产生的等离子体在交叉电磁场的作用下被拔出 APS ，并在电磁场作用下漂向基板，放电气体形成的等离子体形成一个园维体充满基板下的空间。这时充入反应气体 (O 2 等 ) ，等离子体电离并激活反应气体及从电子枪蒸发出的材料分子，并在基板上得到符合化学计量比的电介质薄膜。 光学膜厚监控系统 石英晶体法监控膜厚，主要是利用了石英晶体的两个效应，即压电效应和质量负荷效应。 石英晶体压电效应的固有频率不仅取决于其几何尺寸，切切割类型而且还取决于晶片的厚度。当品片上镀了某种膜层，使品片的厚度增大，则品片的固有频率会相应的衰减。石英晶体的这个效应是质量负荷效应。石英晶体膜厚监控仪就是通过测量频率或与频率有关的量进行膜厚测量的 辅助系统 加温 温度测量与控制 充气 真空度测量与压强控制 工件架 公、自 转 ，均匀性调整 离子轰击 直流与射频 比较片架 透射、反射、内反射