真空蒸发镀膜法
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发料线径尺寸的关系
2
说明：
1. 1密耳=25.4微米 2.
40.3d 2 l t r2
该公式何来？ 如何看图？
点蒸发源淀积膜厚与蒸 发料重量的关系
2.2.3细长平面蒸发源
2.2.4环状蒸发源
小平面蒸发源
采用环形蒸发源或旋转基片， 可以提高膜厚的均匀性
2.2.5球曲面基板上的膜厚分布
各种基片架
2.2.6实际蒸发源的发射特性
a. 发针式 b.螺旋丝状 c.锥形篮式 d.e. 舟式
f.坩埚式
2.2.7 蒸发源与基板的相对位置配置
多个点源配置对膜厚均匀性的影响
2.3蒸发源的类型
2.3.2 电子束蒸发源
（4）加热迅速。可以快速关闭蒸发源或切换靶源。适合于多层膜
E枪电子束蒸发源实物
第二章 真空蒸发镀膜法
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5
真空蒸发原理 蒸发源的蒸发特性及膜厚分布 蒸发源的类型 合金及化合物的蒸发 膜厚和淀积速率的测量与监控
真空蒸发镀膜法(简称真空蒸镀，又称热蒸发法)： 在真空室中，加热蒸发源中的原材料（蒸发料，靶材 ）， 使其原子或分子从表面气化逸出，开成蒸气流，入射到固 体（称为衬底或基片）表面，凝结形成固态薄膜的方法。
2.1.2饱和蒸汽压与温度的关系
在一定温度下，固液平衡时所形成的压 强。 不同物质的饱和蒸汽压不同。 饱和蒸汽压随温度升高而增大。 某一物质在饱和蒸气压为10-2Torr （1.33Pa）时的温度，称为蒸发温度。
上式即为饱和蒸汽压与温度的近似关系式，在P<133Pa 的较窄的温度范围内，此式比较精确。实际上，它们的关 系通常用实验测定，即A，B值用实验得到。
蒸发料：待镀膜的固体原材料，呈丝状，大颗粒状，片状
蒸发源：钨丝，钼丝，钨舟，钼舟，陶瓷坩埚
加热方法：电阻加热，高频电涡流加热，电子束，高能激光束 衬底：substrate （载体） 基片：wafer (晶园片)
典型应用：铝箔包装膜，电解电容器 装饰彩条， 香烟锡纸
2.1真空蒸源自文库原理
靶基距
2.1.1 真空蒸发的特点与蒸发过程
要提高薄膜的纯度，就要尽量减少残余气体分子的数量，即 提高镀膜系统的真空度。
分子平均自由程：
取温度为室温25度，平均自由程约为：
取P＝10-3Pa，λ≈667cm。中等大小的真空室，靶基板间距为 数十厘米。因此10-3Pa的真空已经能满足一般的镀膜要求， 即蒸发分子几乎不发生碰撞就到达衬底表面。
平均自由程要远大于实际行程（源－基板间距），碰撞几率才 能有效降低。平均自由程远大于靶基距时，被碰撞的分子百分数：
2.1.3蒸发速率
又有：
代入前式,微分可得：
结论： 1.蒸发速率主要决定于源温度，控制蒸发速率必须精确 控制蒸发源的温度。 2. 一旦超过蒸发温度，蒸发源温度的微小变化即可引起 蒸发速率发生很大变化。
2.1.4蒸发分子的平均自由程与碰撞几率
真空室有两种粒子：蒸发物质的分子/原子和残 余气体分子。由于P不可能为0，所以要考虑残余气 体分子对薄膜沉积的影响。
彩色滤光片
膜系结构
2.3.3 高频感应加热
高频感应加热源实物照片
2.4合金及化合物的蒸发
实验室实际采用的膜厚测量法
石英晶振法（在线，质量膜厚） 干涉极值法 （在线，透明膜） 椭偏法 （离线，透明膜，光学膜 厚） 台阶仪 （离线，需制作台阶，几 何膜厚） 膜电阻法 （离线，导电膜，不常用）
优点：������
设备简单、操作容易；������ 薄膜纯度高，质量好，可精确控制膜厚； 沉积速率快、用掩模能获得清晰的图形。
缺点：薄膜附着力小； 工艺重复性不好； 不易获得结晶结构的薄膜； 对靶材有一定限制。
蒸发过程
（1）加热蒸发过程，固相/液相→气相； （2）气化原子或分子在蒸发源与基片之间的输运，即 飞行过程； （3）蒸发原子或分子在基片上的沉积过程。 根据这三个过程，考虑如果真空室压力过高，会 出现什么情况？ （1）蒸发源被氧化； （2）气化原子或分子在飞行过程中被空气分子频繁碰 撞，致使难以形成均匀的膜层；（粉未状） （3）蒸发原子或分子沉积在基片上被污染（形成氧化 物等）。
f 1.5lp
例：l=25cm P=3*10-3Pa f=10%
残余气体的组成及对膜层的污染影响：
除空气外，真空系统表面的气体解吸、靶材的初期加热 排气、真空泵的回流扩散构成残余气体。 真空室内的残余气体主要由氧、氮、水汽、扩散泵油蒸 汽、真空室支架和夹具以及蒸发源材料所含有的污染气 体组成。 在高真空下，真空系统表面的气体解吸是主要的气体的 来源。其中，又以水汽为主。 残余气体不仅影响平均自由程，还会与膜材料发生反应， 产生污染。
2.1.5蒸发所需热量和蒸发粒子 的能量
2.2蒸发源的蒸发特性及膜厚 分布
2.2.1点蒸发源
2.2.2小平面蒸发源
点蒸发源和小平面蒸发源相对厚度的分布曲线 厚度分布曲线，两者相似。但在给定蒸发料、靶基距的情况下， 小平面蒸发源的最大厚度为点蒸发源的四倍。（2-27式和2-32 式）
40.3d l t 点蒸发源淀积膜厚与蒸 r2
2
说明：
1. 1密耳=25.4微米 2.
40.3d 2 l t r2
该公式何来？ 如何看图？
点蒸发源淀积膜厚与蒸 发料重量的关系
2.2.3细长平面蒸发源
2.2.4环状蒸发源
小平面蒸发源
采用环形蒸发源或旋转基片， 可以提高膜厚的均匀性
2.2.5球曲面基板上的膜厚分布
各种基片架
2.2.6实际蒸发源的发射特性
a. 发针式 b.螺旋丝状 c.锥形篮式 d.e. 舟式
f.坩埚式
2.2.7 蒸发源与基板的相对位置配置
多个点源配置对膜厚均匀性的影响
2.3蒸发源的类型
2.3.2 电子束蒸发源
（4）加热迅速。可以快速关闭蒸发源或切换靶源。适合于多层膜
E枪电子束蒸发源实物
第二章 真空蒸发镀膜法
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5
真空蒸发原理 蒸发源的蒸发特性及膜厚分布 蒸发源的类型 合金及化合物的蒸发 膜厚和淀积速率的测量与监控
真空蒸发镀膜法(简称真空蒸镀，又称热蒸发法)： 在真空室中，加热蒸发源中的原材料（蒸发料，靶材 ）， 使其原子或分子从表面气化逸出，开成蒸气流，入射到固 体（称为衬底或基片）表面，凝结形成固态薄膜的方法。
2.1.2饱和蒸汽压与温度的关系
在一定温度下，固液平衡时所形成的压 强。 不同物质的饱和蒸汽压不同。 饱和蒸汽压随温度升高而增大。 某一物质在饱和蒸气压为10-2Torr （1.33Pa）时的温度，称为蒸发温度。
上式即为饱和蒸汽压与温度的近似关系式，在P<133Pa 的较窄的温度范围内，此式比较精确。实际上，它们的关 系通常用实验测定，即A，B值用实验得到。
蒸发料：待镀膜的固体原材料，呈丝状，大颗粒状，片状
蒸发源：钨丝，钼丝，钨舟，钼舟，陶瓷坩埚
加热方法：电阻加热，高频电涡流加热，电子束，高能激光束 衬底：substrate （载体） 基片：wafer (晶园片)
典型应用：铝箔包装膜，电解电容器 装饰彩条， 香烟锡纸
2.1真空蒸源自文库原理
靶基距
2.1.1 真空蒸发的特点与蒸发过程
要提高薄膜的纯度，就要尽量减少残余气体分子的数量，即 提高镀膜系统的真空度。
分子平均自由程：
取温度为室温25度，平均自由程约为：
取P＝10-3Pa，λ≈667cm。中等大小的真空室，靶基板间距为 数十厘米。因此10-3Pa的真空已经能满足一般的镀膜要求， 即蒸发分子几乎不发生碰撞就到达衬底表面。
平均自由程要远大于实际行程（源－基板间距），碰撞几率才 能有效降低。平均自由程远大于靶基距时，被碰撞的分子百分数：
2.1.3蒸发速率
又有：
代入前式,微分可得：
结论： 1.蒸发速率主要决定于源温度，控制蒸发速率必须精确 控制蒸发源的温度。 2. 一旦超过蒸发温度，蒸发源温度的微小变化即可引起 蒸发速率发生很大变化。
2.1.4蒸发分子的平均自由程与碰撞几率
真空室有两种粒子：蒸发物质的分子/原子和残 余气体分子。由于P不可能为0，所以要考虑残余气 体分子对薄膜沉积的影响。
彩色滤光片
膜系结构
2.3.3 高频感应加热
高频感应加热源实物照片
2.4合金及化合物的蒸发
实验室实际采用的膜厚测量法
石英晶振法（在线，质量膜厚） 干涉极值法 （在线，透明膜） 椭偏法 （离线，透明膜，光学膜 厚） 台阶仪 （离线，需制作台阶，几 何膜厚） 膜电阻法 （离线，导电膜，不常用）
优点：������
设备简单、操作容易；������ 薄膜纯度高，质量好，可精确控制膜厚； 沉积速率快、用掩模能获得清晰的图形。
缺点：薄膜附着力小； 工艺重复性不好； 不易获得结晶结构的薄膜； 对靶材有一定限制。
蒸发过程
（1）加热蒸发过程，固相/液相→气相； （2）气化原子或分子在蒸发源与基片之间的输运，即 飞行过程； （3）蒸发原子或分子在基片上的沉积过程。 根据这三个过程，考虑如果真空室压力过高，会 出现什么情况？ （1）蒸发源被氧化； （2）气化原子或分子在飞行过程中被空气分子频繁碰 撞，致使难以形成均匀的膜层；（粉未状） （3）蒸发原子或分子沉积在基片上被污染（形成氧化 物等）。
f 1.5lp
例：l=25cm P=3*10-3Pa f=10%
残余气体的组成及对膜层的污染影响：
除空气外，真空系统表面的气体解吸、靶材的初期加热 排气、真空泵的回流扩散构成残余气体。 真空室内的残余气体主要由氧、氮、水汽、扩散泵油蒸 汽、真空室支架和夹具以及蒸发源材料所含有的污染气 体组成。 在高真空下，真空系统表面的气体解吸是主要的气体的 来源。其中，又以水汽为主。 残余气体不仅影响平均自由程，还会与膜材料发生反应， 产生污染。
2.1.5蒸发所需热量和蒸发粒子 的能量
2.2蒸发源的蒸发特性及膜厚 分布
2.2.1点蒸发源
2.2.2小平面蒸发源
点蒸发源和小平面蒸发源相对厚度的分布曲线 厚度分布曲线，两者相似。但在给定蒸发料、靶基距的情况下， 小平面蒸发源的最大厚度为点蒸发源的四倍。（2-27式和2-32 式）
40.3d l t 点蒸发源淀积膜厚与蒸 r2