真空镀膜之基础与应用

3.3.1 雙靶濺鍍A
金屬膜
- Ti -Al - Cr -Au - Ag -Cu - Si -Ni
陶瓷膜
- SiO2 - Ta2O5 - ZrO2 - ZnO
-TiO2 -Al2O3 -ITO
-Si3N4
3.3.1 雙靶濺鍍B
蓋板 氣體導入 電與冷卻水導入
浮動電位之暗場遮蔽 磁鐵系統 冷卻水路
濺鍍靶材與背板 氣體分佈系統 基材
2.3 設備種類
• 批次(batch)型態 • 連續(inline)型態 • 捲膜(web)型態 • 集合(cluster)型態
3. 真空鍍膜技術與應用 - 濺鍍
• 真空電漿技術為現今高科技所依賴不可或 缺的重要科技
• 半導體工業、光電通訊工業、民生傳統工 業升級接需要這項重要的產業技術
• 歐美先進國家以此技術為重要的科技武 器，在亞洲只有日本具有抗衡的相對技術
– 高真空(10-4~10-8 torr)
• 油擴散幫浦
– 樣品台(substrate holder)
• 渦輪分子幫浦
• 偏壓(bias)
• 冷凝幫浦
• 溫度(temperature)
– 超高真空(10-8~10-12 torr)
• 遮罩(mask)
• 離子幫浦
– 閥門
• 角閥、閘閥、蝴蝶閥
3.2.1.2 真空技術
• 中頻電漿(Middle Frequency,簡稱MF)
– 以KHz為主 – 50KHz、100KHz、200KHz、300KHz為代表
• 直流電漿(Direct Current,簡稱DC)
– 頻率為0
3.3 真空電漿技術-濺鍍
3.3.1 雙靶濺鍍 3.3.2 電漿製程控制 3.3.3 電源供應器
– 總和電性為零(中性)
3.2 電漿的存在
• 大自然
– 太陽：融熔態的電漿體
– 彗星的離子尾巴
– 南北極的極光
– 大氣的閃電
– 太空(95%以上)
• 電離層(通訊用的電波反射 層)
– 離地表300~500公里上空， 稀薄的大氣分子受到太陽光 中強大能量的ｘ光、超紫外 線及紫外線的照射，而離化 成電漿態
ITO, SiO2, Cr, Cu, Al, CrOxNy, T-layer ITO, Al, Ta, Mo, Cr, SiC Cermets,
SiO2, SiOxNy ITO, ZnS:Mn, ZnS:Tb,
SiOxNy, TaxOy ITO, Al, Cr, Cu
Cr, Cu, Al Interpose
3.3.3.4 電弧消除
3.4 產業應用實例-濺鍍
3.4.1 水平連續式濺鍍系統---垂直濺鍍
• 大樓帷幕玻璃(能源玻璃:Low-e glass) • 電腦護目鏡(鏡面與抗反射鍍膜) • 高階光學用途之反射鏡、濾光片
3.4.2 垂直連續式濺鍍系統---水平濺鍍
• STN、TFT、Color Filter • PDP • Solar Cell
3.3.2.2 配置示意圖
3.3.3 電源供應器(脈衝直流)
3.3.3.1 3.3.3.2 3.3.3.3 3.3.3.4
操作模பைடு நூலகம் 輸出波型與控制參數 雙靶接法 電弧消除
3.3.3.1 操作模式
• Dc+ • Dc• Up+ • Up• Bp
3.3.3.2 輸出波型與控制參數
3.3.3.3 雙靶接法
• 以濺鍍在PVD技術中佔最重要的角色
3.0 綱要
3.1 電漿的基本概念 3.2 產生真空電漿的基本要素 3.3 真空電漿的技術-濺鍍 3.4 產業應用實例-濺鍍
3.1 電漿的基本概念
• 兩岸的定義
– 台灣：電漿 – 大陸：等離子體
• 第四物質狀態
– 固體、液體、氣體 – 電漿(指所有物質)
• 電性
設備
真空鍍膜
基材 鍍材 膜層設計 鍍膜技術 製程
品質檢測
檢測
環境檢測
1.1 設備
• 真空腔體 • 真空幫浦 • 自動控制 • 感測元件
1.2 製程
• 基材
– 玻璃、塑膠、晶圓、金屬等
• 鍍材
– 金屬、介電質、半導體等
• 膜層設計
– 考慮適用的鍍膜材料、膜的 功能
• 鍍膜技術
– 考慮尺寸、基材、鍍材、功 能與適用的鍍膜方式
待鍍物 氣體噴嘴
工作壓力: 10-4~10-6 torr
鍍材:
金屬如:
Al, Ag, Au, W, Cu, Ni, Cr 等
介電質材料如:
SiO2, TiO2, Ta2O5, Al2O3,
v
ITO, SnO2等
2.1.3 濺鍍Sputtering
直流電源
Al Ar+
真空腔體 鋁靶材 磁控濺鍍靶
接地
3.2.2 氣體
• 基本氣體
– Ar、He
• 反應氣體
– O2、H2、N2 – CF4、Cl2、HCl、BCl3、SF6
3.2.3 能量供應
• 微波電漿(Microwave,簡稱MW)
– 以GHz為主 – 2.45GHz為代表
• 射頻電漿(Radio Frequency,簡稱RF)
– 以MHz為主 – 13.56MHz為代表
太陽能電池與平面顯示器生產線
3.4.3 捲膜式濺鍍系統
ITO PET捲膜生產線
3.4.4 應用的膜層種類
Display types
Liquid Crystal Display (TN, STN, TFT, Color Filter and Black Matrix) Plasma Display Panel
• 供氣系統
– 氣體導入
• 噴嘴 • 氣孔口徑與位置
– 流量控制
• 質流量控制器(Mass Flow Controller)
• 流量計(Flow Meter) • 針型閥(Needle Valve) • 壓電陶瓷閥(Piezo
Electric Valve:簡稱 PZT閥)
• 電控系統
– 工業電腦 – 可程式邏輯控制器 – 人機介面-觸控面板
3.3.2 電漿製程控制
3.3.2.1 工作原理 3.3.2.2 配置示意圖
3.3.2.1 工作原理
PEM
PEM software
Particle density Line intensity Actual value of density
Set-point value of density
Gas flow control
3.4.5 應用範圍
發光二極體與雷射 半導體
太陽能電池 平面顯像器
真空鍍膜 光碟與硬碟
微機電 光學元件 觸控面板 其他
3.4.6 產業範例1
3.4.7 產業範例2
4. 結論
• 真空鍍膜工業為高科技之基礎工業 • 真空電漿技術掌控目前與未來的科技發展 • 需要產官學合作投入更多的人力來發展本土技術 • 積極建立自主性、本土化的真空鍍膜工業
1.3 檢測
• 品質檢測
– 光學特性 – 機械特性 – 電磁性
• 環境檢測
– 耐候性 – 化學特性
2. 真空鍍膜技術與設備的種類
技術種類
A. 物理氣相鍍膜(PVD) ‧ 熱蒸著 ‧ 濺鍍 ‧ 多弧離子鍍膜
設備種類
‧ 批次(batch)型態 ‧ 連續(inline)型態 ‧ 集合(cluster)型態 ‧ 捲膜(web)型態
• 日常生活中的電漿
– 日光燈、霓虹燈
– 鹵素燈：水銀燈、汞燈、疝 燈、HID (High Intensity Discharge)
– PDP電漿電視-Plasma Discharge Panel
– 傳統陰極射線管的電視與螢 幕
3.3 電漿的工業應用
• 電漿CVD • 電漿蝕刻 • 濺鍍 • 離子鍍 • 電漿顯示器 • 電漿核融合 • 電漿切割 • 電漿噴銲 • 電漿銲接
待鍍物
工作壓力: 10-1~10-3 torr
2.1.4 多弧離子鍍膜 Multi-arc deposition
• 切削刀具 • 超硬鑽頭 • 外觀裝飾鍍膜
2.2 化學氣相沉積CVD (Chemical Vapor Deposition)
矽
氧 待鍍物
氣體噴嘴
RF電源
偏壓載具
工作壓力: 10-1~10-3 torr
3.2.1.1 真空技術
• 真空腔體
• 抽氣系統
– SUS304、SUS316、石 英、玻璃、鋁合金
– 氣密 • O-ring (KF法蘭)
– 低真空(760~10-4 torr)
• 機械油迴轉幫浦 • 魯式助力幫浦 • 乾式迴轉幫浦
• 無氧銅Gasket(CF法蘭) • Load-Lock(閘閥)
• 電漿熱處理 • 電漿冶金 • 電漿精煉 • 電漿熔融爐 • 電暈放電反應器 • 電漿放電洗淨 • 電漿開關 • 電漿磁流體 • 電漿照明
3.2 產生真空電漿的基本要素
3.2.1 真空技術 3.2.2 氣體 3.2.3 能量供應
3.2.1 真空技術
• 真空腔體 • 抽氣系統 • 供氣系統 • 電控系統
輔仁大學物理系/所 啟動產業人力扎根計畫-真空鍍膜技術學程
｢薄膜應用專題｣系列演講
真空鍍膜之基礎與應用
歐特威科技股份有限公司 湛本岱
總綱
1. 構成真空鍍膜的基本要素 2. 真空鍍膜技術與設備的種類 3. 真空鍍膜技術與應用 - 濺鍍 4. 結論
1. 構成真空鍍膜的基本要素
真空腔體 真空幫浦 自動控制 感測元件
Field Emission Panel
Electroluminiscence Display
Plasma Adresse Liquid Crystal Display
Multi Chip Modules Flex
Layer types
ITO, SiO2, Cr, CrOxNy, T-layer, Al, Ti, Ta, Mo
B. 化學氣相鍍膜(CVD) ‧ PECVD電漿輔助CVD ‧ ECR/ICP高密度電漿CVD
2.1.1 熱蒸著：鎢舟(鎢絲)型 待鍍物 氣體噴嘴 鍍材
工作壓力: 待鍍物
10-4~10-6 torr 氣體噴嘴
鎢舟
P
P
低電壓高電流電源供應器
鎢絲
2.1.2 熱蒸著：電子槍型
電子槍蒸發源
電子加速 撞擊鍍材
3.4.3 捲膜式濺鍍系統
• 高分子捲膜(PET ITO、軟性電路板用的薄銅) • 金屬捲片(裝飾、太陽能電池、燈具的反射片)
3.4.4 應用的膜層種類 3.4.5 應用範圍 3.4.6 產業範例1 3.4.7 產業範例2
3.4.1 水平連續式濺鍍系統
大樓惟幕玻璃生產線
3.4.2 垂直連續式濺鍍系統