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鍍膜首要考慮到均勻度與大面積，所以我們有興趣的地方在輝光放電的區域。 利用電漿來鍍膜依靠的主要是電漿態中的離子和自由基。離子可能是反應物或惰性氣體，如果是反應離子，藉由在基板施加偏壓加速撞擊基材；如果是工作離子，例 如氬離子，也是靠著偏壓加速撞擊靶材，撞出靶材的原子飛行至基材， 沉積，這是濺鍍的原理。自由基無法受到電場加速，是利用擴散方式鍍膜，然而 薄膜的應力也較小，另有其重要性。這裡先從電漿反應器裝置開始，再談到一些利用電漿的應用。電漿反應器裝置電漿反應器裝置是由電源供應器、抽氣系統、反應 器、進料系統、壓力量測系統及監控系統組成。
1.電源供應器引發電漿的電源供應器一般分為直流(DC, Direct Current)電源、射頻(RF, Radio Frequency)電源及微波(MW, Microwave)電源，一般 RF 的頻率 13.56MHz， MW 在 2.45GHz，這是法令與許工廠使用的頻率，現在還有介於中間範圍的電源。 直流輝光放電的方式，電極需裝置在反應器內部，對於要求高純度組成的製程有 污染之虞，而且這種方式容易在電極或反應器上某些地方，因人為或機械製程上的問題造成導電度不好或表面的小突起，容易形成電荷累積產生小電弧。而且直流輝 光放電不能用在鍍絕緣膜或者不導電基板，例如塑膠基材。RF 是目前應用最普遍的電源，電極可以如 DC 放電裝置般置入反應器中，或者放到反應器外以耦合(coupled)的方式供給能量。將電極置於反應器內不會造 成上述 DC 放電電荷累積的問題，而且 RF 及 MW 可以用來鍍不導電的基板或絕 緣膜。電極置於反應器外的耦合裝置則如圖二。由於電漿負載阻抗大，使用 RF 需設置匹配電路。目前為避免 DC 的缺點而又不想有 RF 匹配的問題，廠商有脈 衝式電源可供選擇。MW 具有增加解離率的特性，但放電體積較小，而且導引 MW 需利用導波管傳遞為其缺點。目前開發出 ECR 等技術採 MW 配合磁場造成電子的迴旋共振，可使放電大面積化，在高密度電漿會提到。磁場在電漿方面的應用極廣，使電子沿著磁力線迴旋進而增加電子的壽命及極低氣壓下與 中性原子或分子碰撞的機率以提高解離率。配合適當大小和方向的磁場，可使高頻能源傳遞進入電漿的效率提高，現在正熱門的高密度電漿，如 Helicon、ECR 即採此原理，在高真空度下產生高解離率的電漿。磁場垂直於基板還可以減少電漿傷害基材(Wafer Damage)的機會。
2. 抽氣系統 真空技術是一門獨立的學問，不同真空度要選擇不同抽氣系統和反應器材料。PECVD 因利用到化學反應，所以真空度不高，只需使用到機械幫浦配合魯式幫浦提高抽氣量就足夠，但一般認為最好用擴散幫浦或渦輪分子幫浦將反應器 抽至高真空再通氣鍍膜，以減少污染源。取出試片前也先將壓力抽至高真空度，再採用氮氣清洗系統，因為進料氣體一般具有腐蝕性、可燃性、爆炸性及劇毒，這種 程序對安全上的考量是必須的。有時，排氣中混有粉末、顆粒等物質，會造成幫浦的傷害，所以通常排氣在送入幫浦前會先以過濾器移走大顆粒。幫浦油的選擇也很 重要，多氟類的機械幫浦油較穩定，操作溫度也較高，這樣好趕走經幫浦壓縮過程造成蒸氣的凝結。由於 CVD 大都使用具腐蝕性及毒性的反應物，排氣處理要特別注意。一般排氣先通過冷卻擷取裝置(Cold Trap)吸收排出的氣體或將排氣經水稀釋、中和後排出。 另外，如果遭遇突然停電。幫浦油容易擴散到反應器造成污染，所以需在反應器與幫浦之間裝置斷電自動關閉的保護閥。

圖二、RF 耦合感應裝置

電容式耦合裝置 電感式耦合裝置
3.反應器
圖 二、RF 耦合感應裝置反應器的設計主要符合放電的形式，內部材料的選擇應考慮加熱溫度、耐腐 蝕、表面光滑平整不易包覆氣體等。基材的加熱裝置一般採電阻式或紅外線式加熱器，大型反應器為使鍍膜均勻，多採基板旋轉裝置。因為反應器表面能促使電子離 子的結合，所以在設計時應使電極與反應器壁盡量離開。
4.進料系統 鍍膜的原料可以是氣體、液體或固體。氣體原料儲存在高壓鋼瓶，利用管路輸送至反應器，中間經過流量計控制流量，最為簡便。液體進料則裝入蒸發容器中，利用 恆溫槽等工具保持在固定的溫度下，液體在恆溫環境蒸發出一定量的蒸汽，通常會經由惰性氣體載體將液體進料帶出。氣體載體可通入液體液面上或液體下方經氣泡 方式將原料帶出。固體進料是將反應固體置於蒸發容器然後加熱使 其熔化蒸發或昇華，再送入反應器。固體及液體進料在通過管路時，會因為溫度的下降而造成凝結現象，不但影響流量的穩定甚至可能塞住管路。這種情形下管路一 定要加熱，保持溫度高於蒸發容器的溫度則可避免。原料為固體、液體時，供給反應器的流量是由蒸發溫度及氣體載體流量控制，數種氣體的混合比則由各個流量計 或控制針閥來決定。
5.壓力量測系統由於背壓(Base Pressure)在高真空度(~10-5torr)而工作壓力在數 torr 到 0.1 torr 之間，壓力計要分別設置。一般高真空度下壓力量測用離子真空壓力計(Ion Gauge) 或 Pirani Gauge，而工作壓力下常用薄膜電容式真空壓力計(Baratron)及熱電偶式壓力計(Convectron)，後者可以量測極廣的範圍，從常壓到工 作壓力，但其讀值受到氣體種類的影響，只能作為參考用。電容式壓力計雖然範圍較窄，但讀值與氣體種類無關，量得的是絕對壓力、精確度高。一般系統會採配合 兩者的壓力量 測系統。電漿反應器的壓力測量很重要，不但影響到電漿的均勻度、反應速率，還影 響了薄膜性質等，例如利用電漿聚合鍍高分子薄膜，壓力決定了成長為顆粒狀還 是長成薄膜。
6.監控系統 操作中需監控薄膜成長時的厚度及組成，當到達特定指標後停止反應，如此可對薄膜品質做精確的控制。膜厚的偵測主要是使用紅外光，利用薄膜與基材產生的光干 涉波形來量測厚度，當然先決條件是反應器的材料可穿透紅外光，如圖 三。組成的偵測是比較困難的，通常採紅外光吸收、質量分析、氣相層析法等分析反應氣體。薄膜組成的監控如下，膜厚的監控除上述的紅外線干涉法外，另有利用 膜厚計的方式。這是置入一片石英與基材同時鍍膜，然後量測石英震盪頻率的改變來監控薄膜厚度。電漿內參數的監控採 Langmuir Probe 量測電子、離子的動能(溫度)、解離率等，使用 OES(Optical Emission Spectroscopy)量測中間產物。 這些數據有利於瞭解電漿內的反應。

圖三 膜後監控裝置
參考文獻：
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