第三章 實驗方法與儀器
第二節 銅電極層的製程
本實驗使用高真空直流濺鍍系統與PLD(脈衝雷射沉積系統)鍍銅電極層在 Si 基板上，以下先針對高真空直流濺鍍系統作工作說明。
2.1 高真空直流濺鍍系統實驗流程:
1.檢查冷卻水、主腔體真空度、抽氣氣壓 2.置入基板：
(1) 先將預備腔體以氮氣破真空，在快接近一大氣壓前，打開腔門，置入基板，
關上腔門。
(2) 等待機械幫浦將預備腔體抽至 5.0×10-6 torr 後將基板由粗抽腔體傳送至主腔 體。
3.真空系統操作：
(1) 開啟機械幫浦，對預備腔體進行粗抽，直至約 1.0×10-3 torr 以下。
(2) 開啟渦輪幫浦，對預備腔體進行細抽，直至約 2.5×10-6 torr 以下。
4.腔體操作：
(1) 把基板以樣品載台傳送入主腔體中，放置好基板後關上主副腔的隔門，並續 抽至約2.0×10-6 torr 以下。
(2) 將基板放置於鍍膜的位置，打開氬氣瓶，並開啟流量控制器與氣體控制閥，
進行5 分鐘的預鍍。
(3) 啟動直流電源供應器進行濺鍍。
(4) 濺鍍銅薄膜相關設定參數如表 3-2.1-1 表3-2.1-1 相關濺鍍參數
條件 數值
功率 50 W
背景壓力 1.8 × 10‐6 torr 工作壓力 9 × 10‐3 torr
時間 由石英振盪器測定膜厚
圖3-2.1-1 濺鍍系統
2.2 脈衝雷射沉積系統實驗流程:
1. 清洗基板並以氮氣槍吹去灰塵後，放入 PLD 高真空腔體。
2. 開啟機械幫浦，將壓力抽至約 1x10‐1 torr。
3. 開啟 Turbo pump，將壓力抽至約 1x10‐7 torr
4. 打開雷射電源，將雷射控制器上螢幕顯示的雷射能量提升至約 21mJ，此時雷 射能量強度不至於打出輝光電漿，卻可用來校正雷射光路。
5. 校正光路後，將雷射控制器上螢幕顯示的雷射能量提升至 33.5~36mJ。此處 之雷射能量有所調整是因 Nd3+:YAG 雷射內的燈管老化，所以為達以前的雷射 功率，須將控制器之能量提高。
6. 利用雷射能量偵測器，調整雷射能量衰減片，讓雷射經過能量衰減片(圖 3.6‐1) 後雷射功率維持約 0.490w，當雷射經焦距 40cm 的放大鏡聚焦後，靶材上的 光點直徑約為 1mm，經量測計算每發雷射打在靶材上的每單位面積雷射能量 為 3 ⁄ ，之後維持雷射能量約 20~30 分鐘，此動作為雷射源熱機，若跳 過此步驟，可能會導致雷射能量不夠穩定而時高時低。
圖3-2.2 -1 能量衰減器
7. 預鍍 5 分鐘，以除去靶材上的氧化物等，注意預鍍之時要轉動 shutter 以避免 基板被具有雜質之輝光電漿汙染。預鍍完後轉開 shutter 並開始鍍膜，鍍膜過
程中鍍上一層銅(Cu；純度 99.5%)的種子層。而鍍率經 AFM 量測，估算出每 發雷射可沉積的 Cu 厚度皆為 2.67x10‐3nm/pulse。而在鍍膜過程中壓力的變化 不會超過 1x10‐6 torr。
8. 鍍膜完成後，量測雷射功率確定沒有變化超過 0.020w，之後將雷射能量調至 最低，並關閉雷射電源。
9. 破真空，拿出樣品並放入樣品盒。
10. 放入下一次鍍膜所須清洗後的乾淨基板，重複上述所有步驟。
圖3-2.2 -2 脈衝雷射沉積系統