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qc超高真空离子束溅镀机 精品好文档，推荐学习交流

仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢34 超高真空離子束濺鍍機

Ultra-High Vacuum Ion Beam Sputter

撰寫者：蔡名琨 部份修改：彭政展 2009/05/23

目錄

一、 前言………………………………..…………….3 精品好文档，推荐学习交流

仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢34 二、 原理…………………………………………...…3

三、 系統分類……………………………………...…7

四、 配備介紹……………………………………...…9

五、 操作面版介紹……………………………….…11

六、 操作流程…………………………………….…17

七、 注意事項…………………………………….…30

八、 參考文獻……………………………….………32

一、 前言：

所謂物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition，簡稱PVD），是以物理現象來沉積的方式，最常使用的有蒸鍍(Evaporation)與濺鍍(Sputter)。蒸鍍最主要的原理是藉由對靶材(Target)加熱，使靶材在高溫精品好文档，推荐学习交流

仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢34 （接近熔點）時所產生的飽和蒸氣壓，來進行薄膜的沉積(詳細內容可參看電子蒸鍍機的操作手冊)；然而濺鍍是利用電漿(plasma)中的離子，對有外加電極（Electrode）的靶材進行轟擊(Bombardment)，藉由將靶材上的原子或團簇(cluster)打出，使其沉積在欲沉積的基材(substrate)上，以產生薄膜。而超高真空離子濺鍍法(UHV IBS)便是屬於濺鍍的一種，以下會加以說明。

二、 原理：

2-1介紹

超高真空離子束濺鍍法(UHV IBS)的濺鍍原理和薄膜成長機制與直流磁控濺鍍有許多相似的地方，不同處在於濺射過程中高能離子的來源不是用陰極輝光放電(Cathode Glow Discharge)，而是採用電子迴旋共振精品好文档，推荐学习交流

仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢34 (Electron Cyclotron Resonance，簡稱ECR)。也就是說離子源乃是利用微波產生器(microwave generator)來形成的，利用產生的微波控制電場的大小，使電子產生迴旋共振放電(ECR)，以產生高能的離子束。且氣體分子之離子化及加速過程，皆在離子發射源中完成。如圖2-1[2]便是其示意圖。

圖2-1 離子束濺鍍裝置圖。[2]

2-2電子迴旋共振(ECR)

參考圖2-1，當微波通過一個介電層，進入到一個由外加螺形線圈所構成之磁場的腔體中，自由電子受到垂直於磁場方向之微波電場的加速，會繞著垂直於磁場之平面做旋轉。此種現象便稱為電子迴旋加速共振(ECR)，此即在離子槍中產生電漿之區域。

當腔體壓力夠低時，將有許多電子環繞著垂直於磁場之平面旋轉，在此過程，電子能量將提高且以螺旋形的旋轉方式向外擴張其迴轉加速半徑精品好文档，推荐学习交流

仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢34 rc，直到電子碰撞到氣體分子或腔體壁為止。為了使電漿持續存在，電子必須具有足夠碰撞游離之能量，以平衡某些電子因往電漿外圍擴散而失去的電子。因此，工作壓力必須有其限制，通常控制在10-2~10-4Pa之間。若工作壓力太高，則電子在迴旋加速的過程，將伴隨許多電子間之碰撞，如此，將使的共振頻率降低，會將低磁場的效能。同樣的，若工作壓力太低，則電子所產生的有效碰撞次數會很少，產生的離子數目也相對的減少，不利於離子束的形成。

2-3微波(microwave)原理

由圖2-2[2]可以了解微波為何能激發出電漿，當微波進入Ar氣體中時，電子(存在於大氣中)因與氣體碰撞而改變其原先之混亂方向，部份電子將受到微波電場之影響，而改變相位，藉此獲得加速度。如圖2-2(a)[2]所示，微波振動所產生的電場為

由電場作用在電子上之力量，將使電子產生平行於電場方向之加速度，此時，電子之速度與時間的關係，如圖2-2(b)[2]所示。當微波之電場到達零點(π/2)並朝向負方向移動時，則電子之加速度(Ve)將達到負值之最大值，並開始行減速度；接著，電場到下一個零點(3π/2)，則電子之速度(Ve)將達到正值之最大值。由此可知，微波之電場(E)與電子速度(Ve)，其相位差90o(π/2)，且電子沒有淨能量之增益。 精品好文档，推荐学习交流

仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢34 使用微波產生的電漿有許多優點：

(1) 微波電漿具有較高的電漿密度(plasma density)及游離率。

(2) 微波電漿中被活化的分子及化學活化基(chemical radical)的數量可以高出射頻電漿許多。

(3) 微波電漿不需要電極，且電漿層(plasma sheath)的電位較低，因此製程上污染的問題較小。

圖2-2 (a)微波下電場之影響，與(b)自由電子在真空中的速度，兩者相位差90o(π/2)。[2]

2-4濺鍍原理

當離子從電漿中被引出，並藉由離子槍正偏壓作用，將離子加速去撞擊靶材，讓被打出的原子或團簇(cluster)沉積在基材(substrate)上，來形成薄膜。相較於磁控濺鍍的離子源通常垂直靶材之角度入射，離子束撞擊靶材有一角度θ可以變動(參考圖2-1)，因此可以調整角度來決定原子或團簇的行進路線。 精品好文档，推荐学习交流

仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢34 另外，離子束流量與能量是影響沉積的變數，而兩者是獨立控制的。離子流量由離子槍中，電漿密度所決定的，而電漿密度與電子迴旋共振，亦即微波(microwave)的影響有關。另外離子能量由離子槍正偏壓決定的。改變離子流量與能量，在配合改變離子入射角度，其濺鍍速率會較慢，因此可以製備極薄的薄膜。

三、 系統分類：

圖3.1[3]為系統整體架構，此外，會將系統分五大類來介紹。

3-1真空系統

真空腔體分為準備室與成膜室兩部份，故可使成膜室維持超高真空(除非污染或破真空)。為維持超高真空、避免污染，不採用油汽式擴散幫浦(Oil Diffusion Pump)，而採用迴旋幫浦(Rotary Pump)與渦輪分子幫浦(Turbo Molecular Pump)之組合，可使成膜室真空腔體(Deposition Chamber)達到約1×10-9torr的最低壓力(一般實驗可達到7~8×10-9torr的壓力)。

3-2控制系統

本系統與一般DC或RF磁控濺鍍系統最大之差別在於其使用微波產生器(microwave generator)，利用產生的微波來控制電場大小，使電子產生迴旋共振放電(ECR)來產生高能的離子束。使所有氣體分子之離子化及加速過程皆在離子發射源中完成。

3-3加熱與量測系統 精品好文档，推荐学习交流

仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢34 有石英燈管及熱電耦式測溫計(Thermal Couple Thermometer)做為基板之加熱控制系統，準備室溫度最高可加至200℃、成膜室溫度可加至800℃。量測設備中，主要有測定濺鍍腔體真空度的離子真空計(Ion Gauge)及管路真空度的熱電耦式真空計(Thermal Couple Gauge)；氣體流量之控制則採用質流量計(Mass Flow Controller)。

3-4冷卻系統

包含冰水主機、冷卻水循環管路與冷卻水塔。

3-5進排氣管路及其他系統

圖3.1 系統整體架構。[3] 精品好文档，推荐学习交流

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四、 配備介紹：

◎ 機台

◎ 操作主機

◎ 氮氣流量控制閥(破真空) ； 氣源開關(工作氣體) 精品好文档，推荐学习交流

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◎ 冰水機

五、 操作面版介紹：

◎ 真空壓力計 精品好文档，推荐学习交流

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IG1 IG2

◎ 加熱面版

◎ 主控面版

＊ Title畫面 精品好文档，推荐学习交流

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＊ Exhaust畫面

＊ Process畫面 精品好文档，推荐学习交流

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＊ Bake畫面

＊ Trace畫面 精品好文档，推荐学习交流

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＊ Shutter畫面

＊ Alarm畫面 精品好文档，推荐学习交流

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◎ Anode current

◎ 氣源流量控制面版 精品好文档，推荐学习交流

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Ar流量控制面板 N2流量控制面板

◎

Pf與Pr調控面版

◎IV

六、 操作流程：

6-1(在Exhaust畫面中)

1. 破真空前，先確定準備室窗flange螺絲處於鬆配合狀態。