PVD(Physical Vapor Deposition)
真空蒸鍍、濺鍍
真空蒸鍍:將基板置於真空艙(chamber)內,置入source,用電子束激發
source,使之離子化(類似蒸發固變氣),即可附著在基板上(coating),而膜厚的量測則由內置一組石英震盪器測量(由震盪頻率的改變而量出膜厚)。
濺鍍(sputter):與蒸鍍相似,差別在於利用電漿(plasma)來激發。
差別:一般純金屬(如鎳、鉻)之source利用蒸鍍,不純(鎳鉻合金)則利
用濺鍍。
而成本上以濺鍍較高,所以雖然濺鍍也可用於純金屬,一般基於成本考量傾向使用蒸鍍。
※真空室內的真空要做好,因可使離子之平均自由徑變大,易於coating。
(ι=K/Ρ)K=氣體常數,P=壓力。
塑膠材料表面蒸鍍具特色且為附著力強的鍍膜,可以達到保護基材、裝飾、抗電磁波、導電或是抗反射等目的。
塑膠表面真空鍍膜的應用領域極廣,包含包裝用薄膜材料、各種塑膠殼料、光學鏡片、觸控面板、軟式印刷電路板等,必須配合各自的需求及功能而蒸鍍不同的鍍膜材料。
【摘錄至9/19經濟日報】
薄膜濺鍍
濺鍍的原理如圖主要主要利用輝光放電(glow discharge)將氬氣(Ar)離子撞擊靶材(target)表面, 靶材的原子被彈出而堆積在基板表面形成薄膜。
濺鍍薄膜的性質、均勻度都比蒸鍍薄膜來的好,但是鍍膜速度卻比蒸鍍慢很多。
新型的濺鍍設備幾乎都使用強力磁鐵將電子成螺旋狀運動以加速靶材周圍的氬氣離子化, 造成靶與氬氣離子間的撞擊機率增加, 提高濺鍍速率。
一般金屬鍍膜大都採用直流濺鍍,而不導電的陶磁材料則使用RF交流濺鍍,基本的原理是在真空中利用輝光放電(glow discharge)將氬氣(Ar)離子撞擊靶材(target)表面,電漿中的陽離子會加速衝向作為被濺鍍材的負電極表面,這個衝擊將使靶材的物質飛出而沈積在基板上形成薄膜。
一般來說,利用濺鍍製程進行薄膜披覆有幾項特點:(1)金屬、合金或絕緣物均可做成薄膜材料。
(2)再適當的設定條件下可將多元複雜的靶材製作出同一組成的薄膜。
(3)利用放電氣氛中加入氧或其他的活性氣體,可以製作靶材物質與氣體分子的混合物或化合物。
(4)靶材輸入電流及濺射時間可以控制,容易得到高精度的膜厚。
(5)較其他製程利於生產大面積的均一薄膜。
(6)濺射粒子幾不受重力影響,靶材與基板位置可自由安排。
(7)基板與膜的附著強度是一般蒸鍍膜的10倍以
上,且由於濺射粒子帶有高能量,在成膜面會繼續表面擴散而得到硬且緻密的薄膜,同時此高能量使基板只要較低的溫度即可得到結晶膜。
(8)薄膜形成初期成核密度高,可生產10nm以下的極薄連續膜。
(9)靶材的壽命長,可長時間自動化連續生產。
(10)靶材可製作成各種形狀,配合機台的特殊設計做更好的控制及最有效率的生產。
薄膜檢測
–Thickness uniformity
–Defect generation
–Stress (tension/ compression)
–Conductivity/ resistivity
–Reflectivity
–Through life uniformity
隨著國內光電及半導體產業快速發展,對真空鍍膜製程技術及設備需求日益迫切,金屬工業研究發展中心執行經濟部科技專案,整合連續式製程監控模組與鍍膜硬體設備,開發連續式鍍膜自動化系統,成本僅為進口設備的五分之三,將可取代進口增加國產設備產值13億元/年,帶動國內功能性鍍膜產業發展。
真空鍍膜已被大量應用在光電、半導體、光磁儲存媒體、被動元件、平面顯示器、微機電、光學元件、金屬切削刀具及各類機械耐磨/潤滑、包裝、生醫材料等,具有無可取代、主導產品未來走向的關鍵地位;目前國內自製之鍍膜設備仍以單一腔體為主,一次只能進行一批次產品之單一鍍膜處理,生產效率低,少數廠商雖有能力製作連續濺鍍設備,但因多採側掀式真空門閥,受限於門閥尺寸只能鍍2D形狀或小型零件等工件,且不具備網路遠距管理與工廠製造管理系統設備連線能力。
金屬中心開發之連續式鍍膜自動化系統,採多腔體連續式設計,可同時進行多批次產品之鍍膜或複合鍍膜處理,有效提高生產效率;真空門閥尺寸達
400mm(W)×400mm(H),可滿足大面積尺寸基板與3D形狀工件之蒸鍍需求,擴大了鍍膜應用領域;模組化真空腔體與門閥設計更能滿足不同產業的製程需求與彈性擴增;此外系統更具備了遠端同步監控管理功能與SECS/HSMS機台通訊協定,可與工廠CIM系統連線,使管理者能輕易掌握製程狀況,達到製程即時監
控及降低人力成本。
金屬中心表示,真空鍍膜設備製造屬技術、資本密集產業,進入障礙高,而國產設備之功能與品質尚無法與歐美日大廠競爭,因此設備仍以進口為主;隨著半導體、光記錄媒體(CD-R、CD-RW、DVD等)及平面顯示器(透明導電膜)產業的急速成長,具整合性系統、低成本之連續式自動化鍍膜設備,是支援產業持續成長的重要關鍵;金屬中心多年以來已建立各項真空表面處理製程技術,與鍍膜處理自動化設備規劃設計及系統整合能量,歡迎國內相關應用產業技術諮詢。
【資本家國際新聞網報導於2003/4/2】
一般鍍膜處理
2. 接觸角增大(silicone)
2. 含氟化合物
2. dip、spin coat
5防濕處理防止吸濕抗變異膜形成 1. polyvinylidene
chloride有機
silicate
2. SiO等無機材
料dip、spin coat 真空蒸鍍
6染色著色染色染色dip
製程技術
乾式鍍膜法
濺鍍法sputting﹕由上往下鍍上藥劑﹐一般來說﹐只能做
單面處理
蒸鍍法﹕在真空下進行﹐而且要有除塵設備﹐附著力比前
者略差
濕式鍍膜法
float coat﹕適合用於不規則表面﹐缺點是平整度較差﹐有
流痕產生
spin coat﹕藥劑由上滴下﹐待鍍件超音波旋轉﹐如CD片之
表面處理質硬﹐但缺點是表面不夠光亮
spray﹕以高壓噴出﹐適合用在大型平板﹐但缺點是平整度
不夠
dipping﹕以浸泡方式,可以控制到相當高之平整度,適合用在光學元件,但缺點是速度慢
roller﹕以細鋼線為滾子﹐適合生產平板﹐但缺點是厚度太厚﹐浪費藥水。