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誠真企業有限公司濺射鍍膜之必要製程可分三大項，即：真空排氣（Pumping）氣體導入（Gasintroducing）放電（Discharge）1.真空排氣如一般之真空系統，可使用油擴散真空幫浦（Oildiffusionpump），渦輪分子真空幫浦（Turbomoleularpump）等高真空排氣裝置，配合油迴轉幫浦（Oilrotarypump），使濺鍍室之真空度最少能達到10-6Torr或更好的程度，方可實施濺鍍。一般依濺鍍材料之不同，真空排氣之要求，應特別注意濺鍍室內可能殘存氣體種類及含量（或濺鍍室內壁，在高真空下可能逸出之氣體），對濺鍍效果而安排適當的排氣元件組合。2.氣體導入濺射鍍膜時，氬氣為最主要濺射氣體源，若還有他種氣體欲導入時，目的即在做化學反應濺鍍，一般對氬氣的比例均較低，故氣體導入時，先以氬氣導入之控制為主。而其控制方式可採用定壓或定量方式。原則上以可容許之最大流量為佳，如此可減少器壁內殘存有害氣體逸出（Outgas）之影響，惟不可影響到排氣系統的排氣能力。一般氣體導入控制以質量流動控制器（MassFlowController）最容易操作，而且穩定。氣體導入操作方法，一般係在濺鍍室之真空度達到最好程度（10-6Torr以下）時，然後導入氣體，調整濺鍍室的真空度約在5～8x10-4Torr為最大流量（高真空排氣能力不調整時），惟需注意高真空幫浦之背壓，不可超過其臨界值為限（一般約在0.2Torr以下）。若背壓超過時，即表示補助幫浦（油迴轉幫浦）排氣能量不足。經以上氣體導入後，使其達到穩定狀態，即可將主真空閥之排氣度減低（關小主真空閥之開口，或控制節流閥之開合度）使濺鍍室的真空度達到5x10-2～5x10-3Torr（視靶材材質，靶面至遮板或基板距離及靶結構而定）。並待數分鐘，使其達到穩定狀態，即可進入放電操作。3.放電濺射目的之達成，即在使氬氣，電離成正離子後撞擊靶面，使靶材原子濺射出來並沈積於基板上。故必須將靶材施予負性高電壓，以達到此目的。其放電情況，在有磁控裝置時，如圖2-1所示。於濺射放電時，陰極靶面所形成之陰極暗區（簡稱暗區）具有相當重要之影響，一般於施加負電壓之陰極對陽極之濺鍍室壁及基板（一般為接地形態）放電時，暗區之寬度約在10到30mm之間。暗區寬度依氣體壓力而定，氣體壓力愈高（即真空度較差時），暗區寬度愈小。暗區太寬或太窄，對濺射鍍膜，都無法達到最好的效果。圖2-2a即氣體壓力太高，暗區寬度變窄，放電介於靶材及陰極遮罩之間。而靶材與陰極遮罩（接地電位）間距離約在7mm以下，當靶材與遮罩發生放電時，不僅產生不純物沈積，於陰陽極間的絕緣材，而導致陰極陽極間之高電壓短路，這是非常危險的。圖2-2c即當氣體壓力太低時，放電即很難產生，假使放電能產生，亦很難穩定。圖2-2a暗區寬度太窄圖2-2b暗區寬度適中圖2-2c暗區寬度太寬一、直流二極濺射原理直流二極濺射是利用直流輝光放電使氣體電進，如圖8-1所示。圖8-1a是一個輝光放電管，其中裝有兩個電極，作為陰極和陽極。將管內抽真空，使其真空度達到10Pa左右，再加上幾百伏的直流電壓，就會產生輝光放電。輝光放電區域並不是均勻的。只要兩個電極之間有足夠的距離，就能觀察到一些明暗程度不同的區域。這些區域主要是陰極暗區、負輝區、法拉第暗區和正輝區(圖8-1a)。除陰極暗區以外，其他各個區域或者是等離子體區(陽極輝柱)，或者近似於等離子體區(負輝區和法拉第暗區)。等離子體之中存在大量自由電子，是一種良導體，因此加在放電管兩極的電壓，幾乎毫無損失地通過各個等離子區，而全部加在陰極暗區。圖8-1b是輝光放電區的電位分布。圖8-1二極直輝光放電a)輝光放電區的結構1-陰極2-陰極暗區3-負輝區4-法拉第暗區5-陽極輝柱6-陽極b)輝光放電區的電位分布存在於負輝區等離子體之中的離子，一旦由於熱運動而進入陰極暗區，就會被其中存在的電場加速而飛向陰極。陰極表面的濺射效應，就是由這些離子造成的。此外，這些離子還從陰極表面擊出電子，即所謂二次電子。二次電子也受到陰極暗區電場的加速，但飛行方向是飛離陰極。輝光放電之所以能夠維時不變，正是依賴於這些二次電子在行程中與氣體原子發生碰撞電離，恢而不斷產生新的離子和電子，來補充等離子體的損失。儘管二次電子在陰極暗區也與氣體原子碰撞，但未能引起大量碰撞電離。二次電子發生首次碰撞電離的平均位置，大致在陰極暗區與負輝區的界面處。負輝區的二次電子大致分為兩類：一類是高能電子，另一類是低能電子。高能電子是經陰極暗區加速之後的二次電子。正是這些高能電子在負輝區進行大量碰撞電離。高能電子進行多次碰撞電離之後，其能量大量消耗即轉化為低能電子。低能電子的能量不足以產生碰撞電離，但還可以激勵氣體原子產生能級跳遷，使其發出輝光。最後，當二次電子的能量降到達輝光都不能激發的程度時，就到達了法拉第暗區。碰撞電離產生的電子，也是低能電子。可以簡單地認為，負輝區的等離子體是來源於高能電子，而其輝光來源於低能電子。緊接法拉第暗區，是陽極輝光區，這也是等離子區。陽極輝區單純起導電作用，相當於陽極的延長物。如果使陽極向陰極靠近，則陽極輝區相應縮短，但對陰極放電區(包括陰極暗區和負輝區)以及放電參數(電流和電壓)並沒有任何影響。一旦陽極進入陰極放電區，就要提電高壓才能維持放電，否則輝光放電就熄滅了。由此可見，陰極放電區是輝光放電的主體；而陽極輝區往往是陽極與陰極放電區之間的導電填充物。直流二極濺射的放電氣體，如同其他一切濺射技術一樣，是採用氬氣。濺射電壓為2〜3Kv，這就是氬氣子通過陰極暗區時的加速電壓。氬離子在陰極暗區進行中，可能與氣體原子發生碰撞而損失一部分能量，所以轟擊靶材的離子能量，一般都低於2〜3Kv。如果陰極靶面擊出一個二次電子按照自持輝光放電的條件，每個二次電子必須再生十個氬離子，以補充為了產生一個二次電子而喪失的十個氬離子。氬離子的再生，通過二次電子行程中，使氬原子碰撞電離來實現。實際上，要由二次電子補償的氬離子還不只這一些，因為氬離子會不斷飛向放電管的管壁，在管壁上與電子復合為氬原子。這稱為管壁損失。簡單的直流二極濺射裝置，相當於一個大型的氣體放電管，包括這樣幾部分；裝有兩個水冷電極的真空容器，真空系統，充氣系統和直流電源(見圖8-2)。陰極上安裝靶材；陽極上安裝基片，也就是鍍膜的工件。兩極之間的距離為5〜7cm2。工作壓強為5Pa左右。圖8-2直流二極濺射裝置1-陽極2-基片台3-真空室4-靶材5-屏蔽罩6-陽極直流二極濺射，作為一種獨立的鍍膜工程已經被淘汰，但仍然在其他鍍膜工程中作為輔助手段應用。例如，在磁控濺射之前，先用直流二極濺射的方式清洗基片。這時是以基片為陰極，使其受離子轟擊，清除其表面吸附的氣體和氧化物等污染層。這樣處理以後，可以增強膜層與基片的結合強度。又如，直流二極型離子鍍，就是由蒸鍍配合直流二極濺射構成的。二、磁控濺射原理磁控濺射是70年代迅速發展起來的一種新型濺射技術，目前已經在大規模工廠生產中獲得實際應用。磁控濺射與其他濺射技術相比，具有高速、低溫、低損傷等優點。高速，是指鍍膜速率快；低溫，是指鍍膜時基片的溫升小；低損傷，是指鍍膜時沒有高能電子轟擊基片所造成的損傷。所有這些優點，都是相對於其他濺射鍍膜技術而言。磁控濺射之所以具有這些優點，並健在於陰極靶面上有一個封閉的環狀磁場。圖8-3是矩形靶面上的環狀磁場情況。圖8-3矩形磁控靶的環狀磁場1-靶面2-靶材3-跑道區4-磁力線磁力線由靶面的外沿穿出靶面，然後由靶面的中心區域穿入。環狀磁場區就像一條跑道，磁力線由跑道的外圈指向內圈，橫貫跑道。二次電子一旦離開靶面，就同時受到電場和磁場的作用。為了便於說明電子的運動情況，可以近似認為：二次電子在陰極暗區時，只受電場作用；一旦進入負輝區就只受磁場作用。於是，靶面發出的二次電子，首先在陰極暗區受到電場加速，飛向負輝區。進入負輝區的電子具有一定速度，並且是垂直於磁力線運動的。這種情況下，磁場對電子產生作用力(即勞倫茲力)，迫使電子繞磁力線旋轉。電子旋轉半圈之後，重新進入陰極暗區，受到電場減速。當電子接近靶面時，速度即可降到零。此後，電子又再在電場的推動下，再次飛離靶面，開始一個新的運動周期。電子就這樣周而復始，跳躍地朝E(電場)×B(磁場)所指的方向漂移(圖8-4)。簡稱為E×B漂移。電子的運動軌跡近似於一條擺線。圖8-4電子在正交電磁場作用下產生E×B漂移。電場E的方向指向靶面；磁場B的方向紙面；E×B的方向是從左向右1-靶面2-靶材三、磁控濺射的特點磁控濺射以外的其他濺射技術也都採用了磁場，但都沒有構成封閉跑道。這類磁場盡管可以延長電子的行程，使其多用一些能量於碰撞電離，但終究不能像磁控濺射那樣對其施行完全控制，使其幾乎耗盡全部能量。如果說，其他濺射技術雖免有高能電子轟擊基片的話，那麼，磁控濺射到進基片的幾乎都是低能電子。這就不難理解為什麼磁控濺射具有“低溫”和“低損傷”這樣一些優點。另外，磁控濺射的“高速”優點，也是由於磁場對電子施行了完全控制。磁控濺射時，每個電子的能量幾乎全部用於電離。這對提高等離子體密度大為有利。於是磁濺控射在不利於氣體電離的條件下，仍然可以獲得很高的靶面電流密度。例如，二極直流濺射的氣體壓強為5Pa，濺射電壓為2Kv，靶面電流密度為5mA/cm2；而磁控濺射時，壓強降到0.5Pa，電壓降到0.5\Kv而電子流密度反而增到20mA/cm2。總之，對電子施行磁控以後，放電氣體的阻抗大幅度下降，於是可以在高真空和低電壓的情況下，獲得高電流密度。高真空可以減少濺射原子與氣體原子的相互碰撞，因而有更多的濺射原子順利到達基片。這有利於提高鍍膜速率。至於電壓和電流密度對鍍膜速率的影響，必須綜合為一個影響因素來統一考慮。因為電壓與電流有一定函數關係，不能分別作為獨立變數處理。濺射靶面的功率密度有一定限額。超過限額以後，靶材會變形、開裂，甚至熔化。這一限額取決於靶材的性能(熔點和導墊率等)以及靶的結構(靶材厚度和散熱條件等。)靶面的功率密度等於電壓與電流密的乘積。在功率密度已經確定的條件下，電壓與電流密度是相互製約的。高電壓必然配以低電流密度(例如二極濺射)；低電壓必然配以高壓流密度(例如磁控濺射)。分析哪種搭配方有式更有利於提高鍍膜速率，可以完結為單因素例如電壓對鍍膜率的影響來進行討論。電壓對鍍膜速率的影響，是通過對靶面剝離速率的影響來實現的。靶面剝離速率是指單位時間由單位面積靶面上剝離的原子數目。靶面剝離速率的提高，有利於提高鍍膜速率。靶面剝離速率，正比於濺射產額(即每個離子由靶面擊出的原子數目)與電流密度(單位時間轟擊靶面的離子數目的度量)的乘積：剝離速率∞(濺射產額×電流密度)在功率密度已經確定的情況下，電壓與電流密度的乘積是常數，於是：濺射產額剝離速率∞(濺射產額)上式右方的各比值，可以根據濺射產額曲線來估計。圖8-5的實驗曲線，是各種能量的氬離子轟擊銅靶材所得的濺射產額曲額。橫坐標為離子能量(電子伏)；縱坐標為濺射產額(原子/離子)。由原點到曲線上任一點作連線，其斜率就是濺射產額與離子能量比值。為了得出濺射產額與濺射電壓的比值，這必須得到離子能量與濺射電壓的函數關係。這關係相當複雜。例如，濺射電壓為500V時，如果某個離子在陰極暗區的行程中，未與其他氣體原子發生碰撞，則其能量可以達到500eV的極限值。但是，實際上必然有一部分離子與氣體原子碰撞，而達不到這一極限能量。為了便於討論問題，簡單認為離子能量為極限能量一半。就本例而言即認為離子能量為250eV。利用上述簡單換算關係，就可以由圖8-5得到濺射產額與濺射電壓的比值。圖8-5氬離子對銅的濺射產額依圖8-5的原點，作一條直線與濺射產額曲線相切。切點的橫坐標為200eV，換算成濺射電壓為400V。由此可見，當濺射電壓為400V時，銅靶的濺射產額與濺射電壓的比值達到峰值。這時靶面剝離速率最高，因而鍍膜速率也最高。各種靶材的這一峰值電壓，大致在500V左右。這正是磁控濺射經常採用的電壓值。這時，濺射一個靶材原子所需的能量最少。為了最大限度的提高鍍膜速率，必須往