金属镀膜 (Metal Deposition)
又称物理镀膜 (Physical Vapor Deposition;PVD),依原理分为蒸镀(evaporation) 与溅镀 (sputtering) 两种。PVD基本上都需要抽真空:前者在10-6~10-7Torr的环境中蒸着金属;后者则须在激发电浆前,将气室内残余空气抽除,也是要抽到10-6~ 10-7Torr的程度。
一般的机械式抽气帮浦,只能抽到10-3Torr的真空度,之后须再串接高真空帮浦 (机械式帮浦当作接触大气的前级帮浦),如:扩散式帮浦 (diffusion pump)、涡轮式帮浦 (turbo pump)、或致冷式帮浦 (cryogenic pump),才能达到10-6 ~10-7Torr的真空程度。当然,不同的真空帮浦规范牵涉到不同原理之压力计、管路设计、与价格。
1、蒸镀
蒸镀就加热方式差异,分为电阻式 (thermal coater) 与电子枪式 (E-gun evaporator) 两类机台。前者在原理上较容易,就是直接将准备熔融蒸发的金属以线材方式挂在加热钨丝上,一旦受热熔融,因液体表面张力之故,会攀附在加热钨丝上,然后徐徐蒸着至四周 (包含晶圆)。因加热钨丝耐热能力与供金属熔液攀附空间有限,仅用于低熔点的金属镀着,如铝,且蒸着厚度有限。
电子枪式蒸镀机则是利用电子束进行加热,熔融蒸发的金属颗粒全摆在石墨或钨质坩埚 (crucible) 中。待金属蒸气压超过临界限度,也开始徐徐蒸着至四周 (包含晶圆)。电子枪式蒸镀机可蒸着熔点较高的金属,厚度也比较不受限制。
蒸镀法基本上有所谓阶梯覆披 (step coverage) 不佳的缺点,如图2-12所示。也就是说在起伏较剧烈的表面,蒸着金属有断裂不连续之虞。另外,多片晶圆的大面积镀着也存在厚度均匀的问题。为此,芯片之承载台加上公自转的机构,便用于上述两问题之改善。
2、溅镀
溅镀虽是物理镀膜的方法,但与蒸发毫无关系。就如同将石头丢入一滩泥沼中,会喷溅出许多泥浆般,溅镀利用氩气电浆,高速冲击受镀靶材 (target),因而将靶材表面附近材质喷溅出来,落至晶圆之上。由于靶材是一整面而不是一点接受轰击,所以喷溅出来的材质,也有可能填塞到芯片表面阶梯死角的部位,而比较没有断线不连续或所谓阶梯披覆的问题。
溅镀也依电浆受激之能量源不同,分为直流 (DC) 与射频 (RF) 两种。基本上,两种溅镀机都可镀着金属薄膜。但后者特别可以针对非金属薄膜,如压电(piezoelectric) 或磁性材料,具有「绝缘、熔点高、成份复杂、对堆栈方式相当敏感」等智能型薄膜之镀着特征。
虽然塑料可以在许多场合代替金属,但显而易见缺乏金属的质感,为此,需要采用一定的方法,在塑料表面镀上一层金属(铝、锌、铜、银、金、铬等),一种方法是采用类似化学镀和电镀的方法,另一种是直接在塑料表面进行真空喷镀金属—即在真空状态下,将金属融化后,以分子或原子形态沉积在塑料表面形成5—10μm的金属膜。
真空喷镀金属需要与塑料表面底漆之间的良好配合,底漆的厚度通常为10—20μm,主要作用是防止塑料中水、有机溶剂、增塑剂等排出影响金属附着。要求涂层硬度高、底漆具有可以修饰塑料缺陷,能提供一个光滑、平整的平面以利于真空镀的性能,并与塑料底材和所镀金属附着牢固。通常选用双组分常温固化的聚氨酯和环氧涂料,低温烘烤的氨基涂料以及热塑性丙烯酸酯涂料。
金属镀膜在空气中容易氧化变暗,同时还存在细微的真空等缺陷,所以要再涂上一层5—10μm的保护面漆。对面漆的要求是:透明、优良的耐水性、耐磨性、耐候性,不操作镀金属膜,对金属镀膜附着牢固。通常可采用丙烯酸酯清漆、聚酯清漆、聚氨酯清漆等,当底漆采用的是热塑性丙烯酸酯涂料时,为防止面漆溶剂通过镀膜缺陷溶蚀底漆,可以选用弱溶剂、快干性的面漆,如丙烯酸改性醇酸清漆、聚乙烯醇缩丁醛清漆、氨酯油等。
真空镀金属的工艺流程为:塑料表面处理(净化、活化)→涂底漆→干燥→真空镀金属→涂面漆→干燥

















