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(1)

國 立 中 央 大 學

光 電 科 學 研 究 所 碩 士 論 文

以電漿表面預處理法 在塑膠基板上製鍍抗反射膜

研 究 生: 王 宣 文

指導教授: 李 正 中 博士

中 華 民 國 九十四 年 七 月

(2)

國立中央大學圖書館 碩博士論文電子檔授權書

(93 年 5 月最新修正版)

本授權書所授權之論文全文電子檔,為本人於國立中央大學,撰寫之 碩/博士學位論文。(以下請擇一勾選)

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以非專屬、無償授權國立中央大學圖書館與國家圖書館,基於推動讀 者間「資源共享、互惠合作」之理念,於回饋社會與學術研究之目的,

得不限地域、時間與次數,以紙本、微縮、光碟及其它各種方法將上 列論文收錄、重製、公開陳列、與發行,或再授權他人以各種方法重 製與利用,並得將數位化之上列論文與論文電子檔以上載網路方式,

提供讀者基於個人非營利性質之線上檢索、閱覽、下載或列印。

研究生簽名: 王宣文

論文名稱: 以電漿表面預處理法在塑膠基板上製鍍抗反射膜 指導教授姓名: 李正中 教授 `

系所 : 光電科學 所

†

博士

碩士班 學號: 92226015

日期:民國 94 年 7 月 7 日

備註:

1. 本授權書請填寫並親筆簽名後,裝訂於各紙本論文封面後之次頁(全文電子檔內之授權

(3)

摘要

近年來,塑膠基板在光學元件中的應用,日漸增加,凸顯了塑膠基 板鍍膜的重要性,但是薄膜材料與塑膠基板間的附著性不佳,為目前主 要待克服的問題點。

為了克服此問題,本研究選擇了電漿表面預處理法作為研究方向,

來增加薄膜與基板的附著力。重點在探討以不同氣體與預處理功率及不 同處理時間的情況下,對塑膠基板的表面粗糙度、化學鍵結與光學特性 產生之變化。除此之外,也以預處理過的基板繼續鍍上 Ta2O5單層膜,

來探討基板與薄膜材料間中間層﹙interface layer﹚折射率不連續之 現象,以及測試 Ta2O5之附著性。

研究結果顯示,基板經電漿表面預處理後,在基板表面有中間層產 生,且薄膜與基板的附著改善的程度,與電漿的功率及處理時間有關。

功率高時,處理時間短,便可得到附著力增進的效果;功率低時,所需 處理時間就比較長。

但是高功率電漿處理由於電漿反應較為劇烈,容易使基板表面之性 質改變以及因高溫所累積的熱而產生形變,故改採長時間、低功率電漿 處理,同時加上電極冷卻,以避免熱的因素。

本研究以模擬中間層的厚度與折射率設計膜層,並經優化修正後,

已可鍍出於可見光區﹙420~670nm﹚反射率小於 1%且附著佳的抗反射 膜。

(4)

Abstracts

The application of plastic substrates in optical components increased recently. The limitation in using plastic substrates for optical components was the poor adherence between thin films and substrates. This research focused on plasma surface treatment to enhance the adhesion.

The change of surface roughness, chemical bonding, substrate transmittance with different gas and pre-treatment power was investigated.

In addition, we coated Ta2O5 single layer on substrates after pre-treatment to find out the phenomenon of the inhomogeneity as well as the adhesion degree between Ta2O5 and plastic substrate.

The results revealed that the improvement of adhesion related to plasma power and pre-treatment time. It took shorter time to reach good adhesion under high plasma power, while longer time under low plasma power. But, high power plasma treatment caused substrate overheated due to the volatile interaction between plasma and substrates. So we chose low power treatment with longer time as well as cathode cooling.

Finally, it is found that by refining the design of anti-reflection coating with an interface layer, an anti-reflection coating on plastic substrates with good adhesion can be made.

(5)

誌謝

感謝指導教授李正中博士給予的指點以及教導,老師淵博的學問使 我在遇到困難時,得以釐清思緒,繼續前進。老師的拼勁更是我晚上做 實驗的另一種動力。老師都這麼拼了,學生不努力怎行。這是我碩士研 究生涯兩年來最深刻的印象。

也由衷感謝詹德均學長從頭帶領我熟悉機器操作、原理,學長在電 漿方面的豐富經驗對於我的研究幫助不少。唐謙仁學長對我實驗方面的 建議及討論也助益良多。謝謝實驗室其他學長如旻忠、駿逸、倩丞、錫 釗及同學、學弟們的熱心幫忙。有了大家,這個實驗室的氣氛才能如此 歡樂,給我有如家一般的感覺。

此外,也感謝口試委員趙煦教授及凌國基教授於口試時,給予諸多 的建議與指正。更感謝許許多多的好友與兄弟姊妹們在我心情不好時,

給予我精神上的支持與鼓勵。

最後,謹將此論文獻給我的父母,感謝他們給我的支持,不論是有 形的或是無形的關懷與照顧,使我得以安心的讀書,在人生的路途中,

順利的邁進。

(6)

目錄

第一章 前言 ...1

1-1 研究動機 ... 1

1-2 塑膠基板的種類 ... 1

第二章 基本理論 ...4

2-1 電漿原理 ... 4

2-1-1 射頻電漿預處理... 5

2-2 濺鍍原理 ... 6

2-2-1 直流濺鍍... 6

2-2-2 磁控濺鍍... 7

第三章 量測儀器 ...9

3-1 可見光-近紅外光光譜儀 ... 9

3-2 原子力顯微鏡﹙Atomic Force Microscopy﹚ ... 10

3-3 傅氏轉換紅外線光譜儀﹙Fourier Transform Infrared Spectroscopy﹚ ... 12

第四章 研究目標與實驗裝置及流程...13

4-1 研究目標 ... 13

4-2 實驗裝置 ... 13

4-3 實驗流程與方法 ... 15

第五章 結果與討論 ...17

5-1 低功率氬氣電漿預處理 ... 17

5-1-1 基板穿透率變化... 17

5-1-2 基板處理後續鍍 Ta2O5之穿透率變化... 19

5-2 低功率氧氣電漿預處理 ... 20

5-2-1 基板穿透率變化... 20

5-2-2 基板處理後續鍍 Ta2O5之穿透率變化... 22

5-3 高功率氬氣電漿預處理 ... 23

5-3-1 基板穿透率變化... 23

5-3-2 基板處理後續鍍 Ta2O5之穿透率變化... 24

5-4 高功率氧氣電漿預處理 ... 25

5-4-1 基板穿透率變化... 25

5-4-2 基板處理後續鍍 Ta2O5之穿透率變化... 26

5-5 FTIR 量測基板經由電漿處理後之變化... 27

5-5-1 高功率氬氣電漿處理後之變化... 27

5-5-2 高功率氧氣電漿預處理後之變化... 29

5-6 AFM 量測基板經由電漿處理後之表面粗糙度變化... 30

(7)

5-8 抗反射膜之製鍍 ... 35

5-8-1 四層抗反射膜... 35

5-9 電漿預處理方式之改良 ... 36

5-9-1 氦氣電漿預處理... 36

5-9-2 以 Quartz 基板將電漿區與基板隔開 ... 37

5-9-3 電極冷卻以氦氣與氬氣混合預處理... 38

5-9-4 修正中間層後製鍍四層抗反射膜... 39

第六章 結論 ...42

第七章 參考文獻 ...44

(8)

圖目錄

圖 2-1 電漿之氣壓與電子溫度 Te和電漿溫度 Tg之關係圖………5

圖 2-2 靶材下方加了磁場,磁場磁力線和電漿分佈圖………..8

圖 3-1 包絡線與穿透率曲線………...10

圖 3-2 原子力顯微鏡構造圖………..12

圖 4-1 鍍膜腔體示意圖………...14

圖 4-2 TAC 基板化學結構圖………...14

圖 4-3 實驗流程圖……….16

圖 5-1 50W 氬氣電漿對 TAC 基板處理於不同時間下之穿透率變化….17 圖 5-2 100W 氬氣電漿對 TAC 基板處理於不同時間下之穿透率變化….18 圖 5-3 150W 氬氣電漿對 TAC 基板處理於不同時間下之穿透率變化….18 圖 5-4 100W 氬氣電漿處理後續鍍 Ta2O5單層膜光譜圖……….………..19

圖 5-5 50W 氧氣電漿對 TAC 基板處理於不同時間下之穿透率變化…...20

圖 5-6 100W 氧氣電漿對 TAC 基板處理於不同時間下之穿透率變化….21 圖 5-7 150W 氧氣電漿對 TAC 基板處理於不同時間下之穿透率變化….21 圖 5-8 100W 氧氣電漿處理後續鍍 Ta2O5單層膜光譜圖……….….22

圖 5-9 250W 氬氣電漿對 TAC 基板處理於不同時間下之穿透率變化….23 圖 5-10 250W 氬氣電漿處理後續鍍 Ta2O5單層膜光譜圖……….…24

圖5-11 250W氧氣電漿對TAC基板處理於不同時間下之穿透率變化….25 圖5-12 250W氧氣電漿處理後續鍍Ta2O5單層膜光譜圖……….…..26

圖5-13 250W氬氣電漿處理不同時間之FTIR光譜圖(4000~400cm-1)…..27

(9)

圖 5-15 250W 氧氣電漿處理不同時間之 FTIR 光譜圖(4000~400cm-1)…29

圖 5-16 250W 氧氣電漿處理不同時間之 FTIR 光譜圖(1850~1300cm-1)..29

圖 5-17 250W 氬氣電漿處理 10 秒後之基板表面粗糙度………30

圖 5-18 250W 氬氣電漿處理 20 秒後之基板表面粗糙度………31

圖 5-19 250W 氬氣電漿處理 30 秒後之基板表面粗糙度………31

圖 5-20 250W 氬氣電漿處理 40 秒後之基板表面粗糙度………31

圖 5-21 250W 氧氣電漿處理 10 秒後之基板表面粗糙度………32

圖 5-22 250W 氧氣電漿處理 20 秒後之基板表面粗糙度………33

圖 5-23 250W 氧氣電漿處理 40 秒後之基板表面粗糙度………33

圖 5-24 四層抗反射膜設計……….……35

圖 5-25 比較不同氧氣電漿處理時間對四層抗反射成效的影響…….…35

圖 5-26 隔著 Quartz 以氦氣電漿處理後續鍍 Ta2O5單層膜之光譜……..37

圖 5-27 隔著 Quartz 以氧氣電漿處理後續鍍 Ta2O5單層膜之光譜……...38

圖5-28 不同處理功率於長時間處理後續鍍Ta2O5之光譜………....39

圖5-29 以軟體模擬於玻璃基板上之抗反射光譜………..……40

圖5-30 實際量測玻璃基板與塑膠基板鍍膜後之抗反射光譜………..…40

圖5-31 修正中間層後以軟體模擬於玻璃基板上之抗反射光譜……..…41

圖5-32 修正中間層後量測玻璃基板與塑膠基板鍍膜之抗反射光譜…..41

(10)

表目錄

表 1-1 常用光學塑膠基板特性列表………3 表 5-1 基板以電漿預處理後續鍍 Ta2O5之附著結果………34

(11)

第一章 前言

1-1 研究動機

近年來光電科技蓬勃發展,光學薄膜在光電科技產品中所扮演的角 色日益重要。尤其在產品微小化、輕量化的趨勢下,塑膠基板在光學元 件中的應用,將日漸增加,也凸顯了塑膠基板鍍膜的重要性。但是薄膜 材料與塑膠基板間的附著性不佳,為目前主要待克服的問題點。

為了克服此問題,我們需要將基板做預處理以增加附著力。依照許 多參考文獻,表面預處理方法有酸蝕、電漿處理、離子束轟擊等方法

1~8,22。因電漿處理法比起酸蝕法較沒有污染環境之顧慮,且處理面積也

比離子束轟擊來的大,所以本研究以電漿表面處理法作為主要的研究方 向。

在前人的研究中,提到了改善基板與薄膜之間附著的方法,以及基 板經由電漿表面預處理後,續鍍單層光學膜會有中間層產生與折射率不 連續的現象。

由於中間層折射率的不連續,當基板處理後續鍍抗反射膜時,此現 象會破壞其光學成效,因此如何以電漿預處理法在塑膠基板上鍍出兼具 附著與不受中間層影響的抗反射膜,值得做進一步的探討。

1-2 塑膠基板的種類

﹙1﹚PMMA: 又稱為壓克力,折射率約為 1.5,可見光區穿透率約 92%。其特性為光學塑膠中硬度最硬,耐摩擦性最好,機械穩定性好,

耐候性佳,抗酸鹼性佳。但其耐熱溫度不高約為 85∼95℃。用途非常廣

(12)

泛。

﹙2﹚CR-39:折射率約為 1.498,可見光區穿透率約 92%。其特性 為重量輕、不易破裂、易於染色、可吸收波長短於 350nm 的紫外線,且 熱傳導係數低,不易因蒸汽、熱水氣而產生模糊不明現象,再加上抗禦 化學品和溶劑的範圍極廣,幾乎一切家庭用溶劑和化學品對它都不會有 影響或損害,所以幾乎 90%的眼鏡鏡片材料為 CR-39。

﹙3﹚PC:折射率約為 1.6,可見光區穿透率約 90%。其特性為耐熱 溫度高﹙可至 130℃仍不會形變﹚、具有優異的耐衝擊性﹙建材用之 PC 其耐衝擊性為普通玻璃的 300 倍,強化玻璃的 100 倍﹚,但其缺點為易 被強酸、強鹼侵蝕。早期因其耐衝擊性佳,故被廣泛的應用在車窗及建 材窗戶。近期取代 CR-39,成為大部分眼鏡鏡片的材料以及光碟片的基 材。

﹙4﹚PET:折射率約為 1.6,可見光區的穿透率約 89~90%。耐熱溫 度為 120℃左右,特殊的 PET 更可忍受 230℃左右的高溫。一般在光學 方面的應用上為膜之型式,厚度約為 120~150μm 不等。早期應用於 5.5 吋大片磁碟片上。近年來廣泛被應用於 LCD 螢幕保護膜、隔熱紙等。

﹙5﹚TAC:化學學名為三醋酸纖維素﹙cellulose triacetate﹚,折射率 約為 1.485,可見光區的穿透率為 91.7%。不易與酸鹼起反應。耐熱溫度 約為 110℃。應用上亦為膜之型式,厚度約為 80μm。最常見的應用即 為相機用底片材料。由於它優異的穿透率以及不具雙折射特性,目前最 重要的應用即為 LCD 中之偏光膜的保護層。此基板為本研究中所使用 的基板。表 1-1 為常用光學塑膠之特性列表。

(13)

表 1-1 常用光學塑膠基板特性列表

特性 試驗方

單位 PC TAC PMMA PET ZEO

NEX

ART ON

比重 ASTM

D792 g/cm3 1.19 1.30 1.2 1.27 1.10 1.08

吸水率 ASTM

D570 % 0.4 5~6 0.3 0.4 <0.01 0.4

折射率 ASTM

D542 - 1.58 1.49 1.49 1.62 1.53 1.51

透光率 ASTM

D1003 % 90 93 92 89 91 92

雙折射

nm 60 <10 <20 <20 <25 <20

熱形變 溫度

ASTM

D648 130 110 80~90 114 123 164

抗拉強

ASTM

D638 MPa 450 140 700 670 643 750

(14)

第二章 基本理論

2-1 電漿原理

電漿的反應主要是由粒子和粒子間的碰撞而引起,在電漿中氣體分 子、原子及電子無序的運動,使得彼此間產生彈性及非彈性碰撞,在碰 撞的過程中,能量會發生互相轉移的現象,藉由能量的轉移,產生激發 (Excitation)、離子化(Ionization)、弛緩(Relaxation)和再結合

(Recombination)等反應;由激發態原子或分子產生的弛緩作用,使得電漿 發出不同波長的光。

電漿的種類依照電子動能與電子密度可區分為好幾種。一般用於薄 膜製程的為低壓輝光放電(glow discharge)產生的低溫電漿(cold

plasma)。其產生壓力在10–3 ~ 10 Torr,電子能量在1 ~ 10 eV,電子密度 為1010 cm-3。此種狀態的電漿電子溫度與氣體溫度處於不平衡的狀態。

使用電弧放電的電漿,由於電子與氣體分子的碰撞增加,因此電子 溫度與氣體溫度趨於一致,達到熱平衡的狀態。其所處的壓力超過100 Torr,電子密度超過10 16 cm–3。此種電漿用於材料製造與加工,電弧融 鍊、電漿融射等,又稱為高壓電漿(High pressure plasma);又因為電子溫 度和氣體溫度相同,故又稱為平衡電漿(Equilibrium plasma)或等溫電漿 (Isothermal plasma)。圖2 - 1為電漿之氣壓與電漿溫度Tg和電子溫度Te的 關係圖,顯示隨著壓力升高,電漿溫度與電子溫度趨於熱平衡狀態。

(15)

圖2-1 電漿之氣壓與電子溫度Te和電漿溫度Tg之關係圖

2-1-1 射頻電漿預處理

在本研究中預處理的電漿,主要為低溫電漿,其工作氣壓約為10-2

~10-1 Torr,電子密度為109~101l cm-3,電子能量均在1~l0eV 之間。低溫 電漿處於非熱平衡狀態,因此電漿溫度可維持在室溫。電子可藉著碰撞 與工作氣體反應產生離子、電子、中性原子、自由基﹙free radical﹚與

紫外線。利用這些粒子與基板碰撞使基板表面粗糙,而波長極短的紫 外線可破壞塑膠基板之化學鍵結進而與電漿中的自由基產生嫁接

﹙grafting﹚效應1,2,7,以利於薄膜材料與基板結合。以本研究中所使用 的基板TAC為例,其結構中包括了C-C、C-O、C=O、C=C幾個主要的鍵 結,鍵結能分別為3.614eV、3.729eV、7.759eV、6.676eV,對應的波長 為343nm、332nm、160nm、185.7nm。由原子躍遷機率9得知氬氣電漿中

(16)

於300~360nm有較高的躍遷機率,而氧氣電漿於115.2~130.5nm、

239nm、296nm、313.4~339nm有較高的躍遷機率。因此,有許多的文獻 指出,電漿預處理之所以能夠增進薄膜的附著力,主要原因為電漿所產 的紫外線所致7,10~12,17~19。

2-2 濺鍍原理 2-2-1 直流濺鍍

應用於薄膜濺鍍製程的電漿,電漿中之電子的能量可達1~10ev,電 子可藉著碰撞,將其能量轉移給反應物之分子,以提高反應物之內能。

在濺鍍方面最早採用的是直流放電法,這種放電現象是在一具有相對兩 電極的真空室中施以低壓氣體(約在數mTorr 到數百mTorr),而後在兩 極間加上高電壓。一般常用來形成電漿的工作氣體為氬氣。因為中性氣 體自然背景輻射的關係,本來就具有少量的電子與離子作為引發電漿的 游離種子,當游離電子被施以高電位加速撞擊到氬氣時,就產生了氬離 子,

公式如下:

Ar + e - (快) → Ar+ + e - (慢) + e - (慢)

快速電子因碰撞後能量減少而慢了下來,而慢電子乃是因快速電子將其 自氬原子中給撞了出來,此過程的游離能是15.76 eV。因外加高電壓之 故,此二電子又再被加速而成為下次反應的快電子,如此週而復始的過 程,很快地,我們就會得到一大堆的離子和電子。

(17)

利用氬離子撞擊至於陰極的靶材,利用動能與動量交換,將靶材粒 子敲出,沈積於陽極的基板上。除此之外,當沈積粒子在基板上形成薄 膜的同時,電漿中帶高能量的粒子也在撞擊正在沈積的薄膜材料,將附 著力較差的沈積粒子重新濺射出來,同時因具高能離子的撞擊基板,使 得生成的薄膜附著性較佳且緻密無孔隙。

2-2-2 磁控濺鍍

直流濺鍍與射頻濺鍍的濺鍍速率過低,主要是由於在輝光放電的過 程中,氣體分子的電離度過低。磁控濺鍍的原理是在陰極附近加一平行 陰極磁場(圖2-2),由於電子在電場E與磁場B並存下的動量方程式為

式中e為電子的電量,m為電子質量。使電漿中的電子以螺旋方式沿磁力 線前進。由於增加電子與氣體分子的碰撞機率,使得分子的電離效率提 升,圖2-2顯示使用磁場與不使用磁場對電荷臨界電壓的Paschen 曲線,

可知使用磁場,電荷的臨界電壓較小,因此較易於游離氣體分子,離子 濃度可由1010 ion/cm

-3

提升至1012 ~ 10

13

ion/cm

-3

,因此提高濺鍍速率。

此外,由於磁場將電子偏離基板,可避免基板被電子二次濺鍍。另 外電子與氣體分子的碰撞機率提高,使得電子在到達基板時能量已損耗 大半,因此基板溫度不致過高,磁控濺鍍可用在不耐高溫的基板上,且 由於磁控濺鍍的工作氣壓可較低,因此經由磁控濺鍍,可提升膜的品質 和濺鍍速率。

(18)

圖2-2 靶材下方加了磁場,磁場磁力線和電漿分佈圖

(19)

第三章 量測儀器

3-1 可見光-近紅外光光譜儀

本實驗使用的可見光-近紅外光光譜儀是HITACHI 公司製造的 U4100 型的光譜儀。功能包含穿透率量測、5度角反射量測與散射量之 量測。掃描範圍可由170nm~3200nm。本實驗中所使用的量測範圍為 350nm~850nm,量測穿透率對波長之光譜圖,並利用包絡法計算光學常 數,折射率(Refractive index:n)、吸收係數(Extinction coefficient:k)、

薄膜厚度(Thickness:d)。如圖3-1所示,TM(

λ

)為穿透率之極大值,

Tm(

λ

)為穿透率之極小值,另外自行定義nS(

λ

) 為基板之折射率,λ1、λ

2及n1、n2為相鄰兩個極大值或極小值之波長上之折射率。由(3-1)式可得 出薄膜之折射率。(3-2)式可導出薄膜之吸收係數,(3-3)式可得出薄膜之 厚度。

( ) λ N

(

λ

)

N

2(

λ

)

n

2S(

λ

)

n

= +

(3-1)

其中

2 1

2

2

) 1 ( 1 )

( ) 1 (

2 1 ) ( )

( ) (

) ( ) 2 (

) (





+

=

+ +

=

λ λ λ

λ λ

λ λ λ λ

S S

S

S m

M

m M

S

T T n

n T

T

T n T

N

π λ λ λ α

4 ) ) (

( =

k (3-2)

(20)

其中

( ) ( )

[ ]

{ }

( ) ( )

[ ]

( ) λ ( ) λ ( ( ) λ ) ( ( ) λ ( ) λ )

λ λ

λ

λ λ

λ λ

λ λ α

2 2

2 2

2 2

4 3 2

2

8 1

) ( ) ( 1 ) (

) ( ) ( 1 ) ( ) ( )

) ( (

S M

S m

S

S m

m

n n

T n n E n

n n

n

n n

n E

E

+

=

=

(

1 21 2 2 1

)

2

n n

d λ λ

λ λ

= −

(3-3)

圖3-1 包絡線與穿透率曲線 3-2 原子力顯微鏡﹙Atomic Force Microscopy﹚

本實驗所使用的原子力顯微鏡為Digital Instruments Nanoscope II之 原子力顯微鏡。其主要工作原理為利用探針之針尖與待測物表面之原子 力交互作用,使非常柔軟的探針臂產生偏折此時用特殊微小之雷射光照

(21)

來記錄,雷射光被偏移之變化,將此訊號經由電路計算,回饋至掃描裝 置上,來控制探針與待測物之相對位置。若此時探針與待測物之間做相 對之X及Y軸掃描,則系統可得到X、Y、Z三軸之訊號。

將此X,Y,Z三軸之訊號處理後,即可得到待測物表面之立體影像。

圖3-2為原子力顯微鏡之構造圖。由以下的計算,可以算出物體的表面 平均粗糙度。

在表面粗糙度量測之定義為一影像任一水平面切割,當水平面上下 兩平面體積相同之水平面處,設其 Z 軸為原點 Z0。定義粗糙度如下:

平均高度(Zave)

= n

Zn

n 1

平均粗糙度(Ra)

=

n Zave Zn

n 1

均方根粗糙度

Rq

)=

n Zave Zn

n 1

)2

(

(22)

圖3-2 原子力顯微鏡構造圖

3-3 傅氏轉換紅外線光譜儀﹙Fourier Transform Infrared Spectroscopy﹚

本研究所使用的傅氏轉換紅外線光譜儀為Bruker之Vector33型。主 要的原理為利用Michelson干涉儀造成光學干涉現象,而得到強度相對 時間干涉光譜,然後經由傅立葉轉換,得到強度對頻率IR光譜,其優 點有為:﹙1﹚非破壞性分析儀器,﹙2﹚測量所需時間很短, ﹙3﹚

(23)

第四章 研究目標與實驗裝置及流程

4-1 研究目標

在進行實驗之前,我們推測基板經由電漿表面處理後,基板表面將 會變粗糙,且某些化學鍵結比例亦會改變1,2,6~8。且經由表面處理後的基 板,鍍上單層膜或多層膜之後,會因為基板與薄膜材料間中間層

(interface layer)的產生而造成與原先鍍膜前的設計不同,光學成效 因此而變。

所以本研究將分為兩部分。第一部分主要先以射頻電漿對塑膠基板 表面處理後,量測基板的穿透率變化與表面粗糙度變化以及化學鍵結的 變化。第二部分則以表面處理過的基板鍍上 Ta2O5或是 SiO2單層膜,再 去量測鍍膜後的穿透率以模擬中間層的現象以及基板與薄膜附著之程 度。

4-2 實驗裝置

本實驗系統之鍍膜腔體大小約為 80*80*40cm3,抽真空系統由機械 幫浦與冷凍幫浦所組成。腔體中有兩個直徑 6 吋之磁控管,靶材使用純 度 99.999%之鉭(Tantalum)及矽(Silicon)靶,輔以 Sparc-LE 脈衝產生器連 接至 DC 電源。基板置於高速旋轉之載具上,與磁控源之距離約為 8cm。

腔體內之電漿預處理系統以兩片直徑 10 公分,厚度約 1mm 之鋁板為電 極所組成。兩片鋁板間格 0.5 公分,一片接地,另外一片則經由匹配網

(24)

路與 RF 電源供應器連接。鋁板距離基板約 6 公分。另有光學監控系統,

可即時量測鍍膜過程中基板穿透率之變化。裝置結構如圖 4-1 所示。

圖 4-1 鍍膜腔體示意圖

本研究中所使用的基板均為 KODAK 公司 KC8UX TAC film,化學 學名為三醋酸纖維素,厚度為 80μm。其化學結構如圖 4-2 所示。

圖 4-2 TAC 基板化學結構圖

(25)

4-3 實驗流程與方法

本研究主要以不同的氣體產生高低不同功率的電漿對基板進行表 面處理。初步著重於基板經由電漿處理後的變化,分別從基板穿透率變 化、基板表面粗糙度變化、基板表面鍵結變化探討之。

其中基板穿透率變化以可見光-近紅外光光譜儀量測;基板鍵結的 變化主要以傅氏轉換紅外線光譜儀﹙FTIR﹚量測基板在紅外線的吸收,

由吸收譜線可知鍵結強度的改變;表面粗糙度則以原子力顯微鏡﹙AFM﹚

量測之。

基板經由電漿表面處理後,我們必須實際鍍膜於基板上才能知道有 吸收或其他現象,同時我們也可以測試鍍膜後,薄膜材料與基板的附著 程度。

附著力則依照 ASTM﹙American Society for Testing and Materials﹚

所訂出的 D3359 標準測試方式,以百格刀於膜面劃出一百格後,以膠帶 黏貼後快速撕開,觀察膜面脫落的百分比。殘餘膜面積小於 60%定為 0B,完全沒有薄膜脫落則訂為 5B。介於此兩者之間則分別以 1B~4B 訂 定之。

得到了以上的實驗結果後,才能掌握欲使鍍膜後附著良好的電漿預 處理參數,以及如何修正因為電漿預處理所造成的光學方面的缺失。最 後才能在塑膠基板上鍍出一個兼具附著與抗反射效果的光學薄膜。實驗 的完整流程如圖 4-3 所示。

(26)

圖 4-3 實驗流程圖 電漿預處理

氬氣預處理 氧氣預處理

低功率 高功率

低功率 高功率

量測: 基板的穿透率與鍵結及表面粗糙度變化 鍍單層膜

量測: 穿透率與附著力 設計與鍍抗反射膜

(27)

第五章 結果與討論

5-1 低功率氬氣電漿預處理 控制參數:

預處理功率: 50W、100W、150W 真空度: 8.5*10-2 Torr

預處理時間: 30 秒、1 分鐘、1 分 30 秒、2 分鐘

5-1-1 基板穿透率變化

400 500 600 700 800

91 92 93

Transmittance (%)

Wavelength (nm)

substrate 30sec 1min 1min30sec 2min

圖 5-1 50W 氬氣電漿對 TAC 基板處理於不同時間下之穿透率變化

(28)

400 500 600 700 800 89

90 91 92 93

Transmittance (%)

Wavelength (nm)

substrate 30sec 1min 1min30sec 2min

圖 5-2 100W 氬氣電漿對 TAC 基板處理於不同時間下之穿透率變化

400 500 600 700 800

75 78 81 84 87 90 93

Transmittance (%)

Wavelength (nm)

substrate 30sec 1min 1min30sec 2min

圖 5-3 150W 氬氣電漿對 TAC 基板處理於不同時間下之穿透率變化

由圖 5-1、5-2、5-3 可看出,同樣的處理時間,隨著電漿功率提高,

基板穿透率下降越多。推測原因由於表面處理後所產生之中間層會造成 吸收收,當電漿功率越強,產生的中間層所造成的吸收就越嚴重。

(29)

5-1-2 基板處理後續鍍 Ta2O5之穿透率變化 控制參數:

預處理功率: 100W

預處理時間: 30 秒、1 分鐘、2 分鐘 鍍膜真空度: 1.1*10-3 Torr

鍍膜厚度 : 300nm

400 500 600 700 800

40 50 60 70 80 90

Transmittance (%)

Wavelength (nm)

TACsubstrate 30sec 1min 2min

圖 5-4 100W 氬氣電漿處理後續鍍 Ta2O5單層膜光譜圖

由圖5-4中可看出,隨著處理時間增長,鍍上TAC基板的Ta2O5其厚 度等效變薄,折射率等效變小。這表示,Ta2O5與TAC間有一層折射率漸 變的中間層﹙interface layer﹚,隨著處理時間增長,中間層的厚度會越厚。

這對表面處理後續鍍抗反射膜,在光學成效上會有所影響。

(30)

5-2 低功率氧氣電漿預處理 控制參數:

預處理功率: 50W、100W、150W 真空度: 9.0*10-2 Torr

預處理時間: 30 秒、1 分鐘、1 分 30 秒、2 分鐘

5-2-1 基板穿透率變化

400 500 600 700 800

91 92 93

Transmittance (%)

Wavelength (nm)

substrate 30sec 1min 1min30sec 2min

圖 5-5 50W 氧氣電漿對 TAC 基板處理於不同時間下之穿透率變化

(31)

400 500 600 700 800 88

89 90 91 92 93

Transmittance (%)

Wavelength (nm)

substrate 30sec 1min 1min30sec 2min

圖 5-6 100W 氧氣電漿對 TAC 基板處理於不同時間下之穿透率變化

400 500 600 700 800

81 84 87 90 93

Transmittance (%)

Wavelength (nm)

substrate 30sec 1min 1min30sec 2min

圖 5-7 150W 氧氣電漿對 TAC 基板處理於不同時間下之穿透率變化  

圖5-5因為電漿功率不高,所以基板穿透率變化不明顯。圖5-6基板 處理1分30秒之穿透率值有回升的趨勢。於圖5-7中基板處理1分鐘其穿透 率值也比處理30秒之穿透率值來得高。造成這個現象可能是氧氣電漿的 活性較強,具有蝕刻的效果所致。經過一段時間的處理後會使表面粗糙 度稍微變小,因此散射較少,穿透率稍微提升。而繼續處理後,表面粗 糙度又變大,穿透率因而又下降。

(32)

5-2-2 基板處理後續鍍Ta2O5之穿透率變化 控制參數:

預處理功率: 100W

預處理時間: 30 秒、1 分鐘、1 分 30 秒、2 分鐘 鍍膜真空度: 1.1*10-3 Torr

鍍膜厚度 : 300nm

400 500 600 700 800

50 60 70 80 90

Transmittance (%)

Wavelength (nm)

TACsubstrate 30sec 1min 1.5min 2min

圖 5-8 100W 氧氣電漿處理後續鍍 Ta2O5單層膜光譜圖

圖5-8中,也可以看出中間層的厚度隨著處理時間的增長而變厚,

更值得注意的是,經過處理1分鐘後,等效折射率差異非常大,以致於 穿透率及大與極小值差異很小。簡單來說,就是中間層厚度最厚,搭配 圖5-6之結果可看出氧氣電漿對基板預處理之奇怪現象,就介於處理1分 鐘至1分30秒鐘這段期間。推測原因為,基板經由氧氣電漿預處理後,

(33)

5-3 高功率氬氣電漿預處理 5-3-1 基板穿透率變化 控制參數:

預處理功率: 250W

真空度: 9.0*10-2 Torr

預處理時間: 10 秒、20 秒、30 秒、40 秒

400 500 600 700 800

75 78 81 84 87 90 93

Transmittance (%)

Wavelength (nm)

TACsubstrate 10sec 20sec 30sec 40sec

圖 5-9 250W 氬氣電漿對 TAC 基板處理於不同時間下之穿透率變化

由圖 5-9 可看出,其趨勢與低功率氬氣電漿處理相同。基板穿透率 隨著處理時間的增加而變低。比較圖 5-3 與圖 5-9 可知,功率提高,對 基板的破壞越強,短時間基板的穿透率就下降許多。

(34)

5-3-2 基板處理後續鍍 Ta2O5之穿透率變化 控制參數:

預處理功率: 250W

預處理時間: 10 秒、20 秒、30 秒、40 秒 鍍膜真空度: 1.1*10-3 Torr

鍍膜厚度 : 300nm

400 500 600 700 800

40 50 60 70 80 90

Transmittance (%)

Wavelength (nm)

TACsubstrate 10sec 20sec 30sec 40sec

圖 5-10 250W 氬氣電漿處理後續鍍 Ta2O5單層膜光譜圖

以圖 5-4 與圖 5-10 之比較可看出,預處理的功率越高,表面所產生 的中間層所導致的吸收就越嚴重。

(35)

5-4 高功率氧氣電漿預處理 5-4-1 基板穿透率變化 控制參數:

預處理功率: 250W

真空度: 9.0*10-2 Torr

預處理時間: 10 秒、20 秒、30 秒、40 秒

400 500 600 700 800

50 60 70 80 90

Transmittance (%)

Wavelength (nm)

TACsubstrate 10sec 20sec 30sec 40sec

圖5-11 250W氧氣電漿對TAC基板處理於不同時間下之穿透率變化

由圖可看出,基板穿透率變化也有如圖5-6的趨勢,造成這個現象亦 解釋為氧氣電漿的活性較強,具有蝕刻的效果所致。經過一段時間的處 理後會使表面粗糙度稍微變小,因此散射較少,穿透率稍微提升。而繼 續處理後,表面粗糙度又變大,穿透率因而又下降。

(36)

5-4-2 基板處理後續鍍Ta2O5之穿透率變化

預處理功率: 250W

預處理時間: 10 秒、20 秒、30 秒、40 秒 鍍膜真空度: 1.1*10-3 Torr

鍍膜厚度 : 300nm

400 500 600 700 800

40 50 60 70 80 90

Transmittance (%)

Wavelength (nm)

TACsubstrate 10sec 20sec 30sec 40sec

圖 5-12 250W 氧氣電漿處理後續鍍 Ta2O5單層膜光譜圖

由圖5-12可知,以高功率氧氣電漿處理後續鍍單層Ta2O5吸收蠻嚴重 的。吸收產生的主要原因如同前文所述,由於表面處理後產生的中間層 導致。

不論預處理所使用的氣體為何,低功率電漿表面處理後,TAC基板 所產生的中間層所造成的吸收,較高功率電漿表面處理來的小。吸收越 大代表穿透率越低,對於一個透明的光學塑膠基板而言,或許採用高功 率電漿處理較不適合;若塑膠基板的應用不考量透光性,則可採用高功

(37)

5-5 FTIR量測基板經由電漿處理後之變化

由表5-1可知,有助於附著之預處理電漿參數為短時間、高功率處 理,所以選擇以短時間、高功率電漿處理過的基板,以FTIR量測,期望 在基板的化學鍵結方面可以看到一些變化。

5-5-1 高功率氬氣電漿處理後之變化

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 6

5 4 3 2 1 0

Absorption (a.u.)

Wavelength (cm-1)

TACsub

10sec 20sec 30sec 40sec

圖5-13 250W 氬氣電漿處理不同時間之FTIR光譜圖(4000~400cm-1)

由圖5-13可看出,於3650~3400cm-1以及1760、1720cm-1與1375 cm-1 有鍵結強度上的變化,而1300~1000cm-1因為有太多可能的化學鍵結在此 一波段會產生吸收,難以正確的分析鍵結的種類,故僅看以上三個波段 的變化。

(38)

1800 1700 1600 1500 1400 1300 6

5 4 3 2 1 0

Absorption (a.u.)

Wavelength (cm-1)

TACsub 10sec 20sec 30sec 40sec

圖5-14 250W氬氣電漿處理不同時間之FTIR光譜圖(1850~1300cm-1)'

圖5-14為5-13取1850~1300cm-1波段放大來看,查詢資料庫所得1760 cm-1 為O-C=O,1375 cm-1為O-CO-CH3,3650~3400 cm-1為-OH。前兩者都是 TAC基板所含有的鍵結。由圖可看出1760 cm-1與1375 cm-1部份,僅有處 理20秒之強度比原始基板強度來的強,其餘強度都較低,大概可解釋為 鍵結被破壞所致。

(39)

5-5-2 高功率氧氣電漿預處理後之變化

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 6

5 4 3 2 1 0

Absorption (a.u.)

Wavenumber (cm-1)

TACsub

10s 20s 30s 40s

圖5-15 250W 氧氣電漿處理不同時間之FTIR光譜圖(4000~400cm-1)

分析方式如同以氬氣電漿預處理,專注於1850~1300cm-1的波段。

1800 1700 1600 1500 1400 1300

6 5 4 3 2 1 0

Absorption (a.u.)

Wavenumber (cm-1)

TACsub 10s 20s 30s 40s

圖5-16 250W 氧氣電漿處理不同時間之FTIR光譜圖(1850~1300cm-1)

(40)

由1760 cm-1與1375 cm-1看出的趨勢為,鍵結強度的變化為先減弱再 回升,推測為一開始鍵結被破壞,多出一個自由電子後,與氧氣電漿中 的氧氣結合,再形成此鍵結。

5-6 AFM量測基板經由電漿處理後之表面粗糙度變化

5-6-1 高功率氬氣電漿處理後之變化

以250W氬氣電漿對基板處理之變化如圖5-17至圖5-20所示。圖5-17 為處理10秒,表面粗糙度方均根值(r.m.s)為0.35nm。圖5-18為處理20秒,

表面粗糙度方均根值為0.74nm。圖5-19為處理30秒,表面粗糙度方均根 值為0.49nm。圖5-20為處理40秒,表面粗糙度方均根值為0.53nm。

圖5-17 250W 氬氣電漿處理10秒後之基板表面粗糙度

(41)

圖5-18 250W 氬氣電漿處理20秒後之基板表面粗糙度

圖5-19 250W 氬氣電漿處理30秒後之基板表面粗糙度

圖5-20 250W 氬氣電漿處理40秒後之基板表面粗糙度

(42)

由這四張圖的比較可看出氬氣電漿表面處理對基板表面粗糙度的 改變不大,故可印證圖5-9基板穿透率下降主要原因為基板表面中間層所 造成的吸收,而非表面粗糙度變大所產生的散射所致。

5-6-2 高功率氧氣電漿處理後之變化

以250W氧氣電漿對基板處理之變化如圖5-21至圖5-23所示。圖5-21 為處理10秒,表面粗糙度方均根值(r.m.s)為0.485nm。圖5-22為處理20 秒,表面粗糙度方均根值為0.813nm。圖5-23為處理40秒,表面粗糙度 方均根值為1.317nm。

圖5-21 250W 氧氣電漿處理10秒後之基板表面粗糙度

(43)

圖5-22 250W 氧氣電漿處理20秒後之基板表面粗糙度

圖5-23 250W 氧氣電漿處理40秒後之基板表面粗糙度

由這三張圖的比較可看出氧氣電漿表面處理對基板表面粗糙度有 些微的改變。隨著處理時間增加粗糙度變大,也印證了氧氣電漿與基板 的反應較為劇烈,可能有些蝕刻的效果。

(44)

5-7 附著力測試結果

本研究之附著力測試方法依據ASTM﹙American Society for Testing and Materials﹚D3359 Standard Test Methods for Measuring Adhesion by Tape Test,以百格刀在膜面上割出100個長寬各為1mm之格子後,以膠 帶黏貼於薄膜上,再快速的撕下膠帶,當殘餘薄膜的面積小於60%時,

定為0B,100%完全附著定為5B。介於兩者之間分別以1B~4B定之。下 表整理基板以電漿預處理後續鍍Ta2O5之附著結果。

表5-1 基板以電漿預處理後續鍍Ta2O5之附著結果

電漿功率 工作氣體 預處理時間 附著力等級

Ar 50W

O2 0.5~2min 0B

Ar 100W

O2 0.5~2min 0B

Ar 150W

O2 0.5~2min 0B

10~20sec 1B Ar

30~40sec 2B 10~20sec 3B 250W

O2

30~40sec 5B

(45)

5-8 抗反射膜之製鍍

5-8-1 四層抗反射膜

找到對基板處理附著可以通過測試的參數後,接下來就是實際在基 板上鍍四層的抗反射膜,以比較基板經由電漿處理後的變化。抗反射膜 厚設計如圖5-24所示。由於抗反射膜的設計是針對TAC基板為主,所以 玻璃基板所呈現的並非最佳化的抗反射效果。

      圖5-24 四層抗反射膜設計

400 500 600 700 800

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Reflectance (%)

Wavelength (nm) glass

TAC10sec TAC15sec TAC20sec

圖5-25 比較不同氧氣電漿處理時間對四層抗反射成效的影響

(46)

圖5-25為以250W氧氣電漿對基板處理10秒、15秒、20秒後續鍍 抗反射膜之光譜,同時也與玻璃基板比較由於處理30、40秒之時間過 久,基板已經產生形變,故在此不納入討論。

不過由圖5-25中可看出經由氧氣電漿處理後,對TAC基板抗反射成 效影響甚大。嘗試模擬中間層的現象仍無法對抗反射成效做修正,推斷 原因為氧氣電漿處理使得中間層的厚度與折射率難以掌握之故。

5-9 電漿預處理方式之改良

本研究至此,還沒找出一個兼具附著與光學成效的預處理方法。

參考國外期刊的文章7得知以氫氣與氦氣電漿預處理對塑膠基板附著力 的提升有很大的幫助,主要原因為氦氣電漿與氫氣電漿會放出真空紫外

﹙Vacuum Ultra Violet﹚波段的紫外線,利用這些短波長的紫外線破壞基 板表面的化學鍵結以增進鍍膜的附著力。但需盡量避免基板的熱累積,

以免導致基板形變。

5-9-1 氦氣電漿預處理

依照之前所使用的參數,以250W氦氣電漿對基板處理10、20、30、

40秒後續鍍Ta2O5單層膜,測試附著力結果均可達5B等級,但是由於氦 氣電漿反應過於激烈,塑膠基板已經變黃變形,所以此方法無法採用。

(47)

5-9-2 以Quartz基板將電漿區與基板隔開

在相同的實驗架構下,以Quartz放在substrate holder孔洞上方隔絕 基板與電漿區。此Quartz基板經由光譜儀量測後,可得知於190nm處仍 有85%的穿透率。工作氣體選用氦氣與氧氣。隔開電漿區的優點如下:

第一,避免電漿中的電子直接撞擊塑膠基板使得基板的溫度升高;第 二,只讓電漿中所放出的紫外線通過,隔絕電漿中的自由基與氣體粒子 對基板的碰撞。但由於實驗架構的關係,基板處理後必須破真空再鍍 膜。以氦氣電漿處理後鍍Ta2O5單層膜之光譜如圖5-26所示。

400 500 600 700 800

40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95

Transmittance (%)

Wavelength (nm)

10min 15min

圖5-26 隔著Quartz以氦氣電漿處理後續鍍Ta2O5單層膜之光譜

由圖5-26中可以看出隔著Quartz以氦氣電漿處理,基板完全沒有變化,

主要原因為氦氣電漿所放出的紫外線波長太短,會被Quartz基板吸收,

所以此結果形同基板不做任何處理直接鍍上Ta2O5單層膜。附著測試結果 為0B,薄膜幾乎完全被撕下。比較5-9-1所述可知基板有無紫外線的照射 對附著力的提升為相當重要的因素。以氧氣電漿處理後鍍Ta2O5單層膜之 光譜如圖5-27所示。

(48)

400 500 600 700 800 40

45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95

Transmittance (%)

Wavelength (nm)

10min 15min

圖5-27隔著Quartz以氧氣電漿處理後續鍍Ta2O5單層膜之光譜

由圖5-27可看出處理10min之光譜,Tmin值與沒有處理過的基板直接鍍膜 相同,處理15min後,表面生出一層折射率較低的層。不過,以此方法 處理後的附著力僅接近50%的膜面殘留,仍然不到0B的等級。

5-9-3 電極冷卻以氦氣與氬氣混合預處理

由之前實驗的結論,預處理功率高對基板附著有幫助,但是功率 太高會產生高熱,且電漿的反應較劇烈,產生的中間層往往難以擬合

﹙curve fitting﹚,不易鍍出效果很好的抗反射膜。所以另外增加了水冷 裝置,使得放電的電極能夠冷卻,進而降低整體電漿環境的溫度,使塑 膠基板可以長時間處理不因熱而形變。預處理的參數則改以低功率、長 時間、氦氣氬氣混合的方式。圖5-28為不同處理功率於長時間處理後續 鍍Ta2O5之光譜。由圖5-28可看出,比起另外兩個參數,以60W處理10

(49)

5B,基板不會因為過熱產生形變,故可以此預處理參數進行抗反射膜的 製鍍。

400 500 600 700 800

70 75 80 85 90 95

Transmittance (%)

Wavelength (nm) 60W 10min Substrate

60W 12min 70W 10min

圖5-28 不同處理功率於長時間處理後續鍍Ta2O5之光譜

5-9-4 修正中間層後製鍍四層抗反射膜

為了證明中間層的產生對抗反射效果的影響,以不同功率氦氣氬 氣混合預處理後,製鍍抗反射膜,同時也放入一塊玻璃基板作為比 較。由於抗反射的設計是針對塑膠基板,所以在玻璃上所呈現的光譜並 非最佳化之結果。圖5-29為利用Essential Macleod軟體所模擬之玻璃抗反 射光譜,橫軸為波長,範圍為400~700nm,縱軸為反射率,範圍為0~5%。

圖5-30為實際鍍膜後所量測得之光譜圖。由圖5-30中可看出實際鍍膜之 反射率與軟體模擬之結果相當接近,代表膜層的厚度誤差很小。因此可 以證明於TAC基板上抗反射效果與設計不符合的原因,並非膜厚不對所 造成,而是電漿預處理後衍生出的中間層的影響。

(50)

圖5-29 以軟體模擬於玻璃基板上之抗反射光譜

400 500 600 700

0 1 2 3 4 5 6 7

Reflectance(%)

Wavelength (nm) TAC 70W 10min

TAC 80W 10min TAC 90W 10min

glass

圖5-30 實際量測玻璃基板與塑膠基板鍍膜後之抗反射光譜

因此,以軟體模擬中間層之厚度與折射率後,修正抗反射膜的設 計可得圖5-31之結果。圖5-31為修正過後以軟體模擬於玻璃基板上之抗 反射光譜。同樣地,在製鍍抗反射膜時也放入一塊玻璃基板作為比較。

實際量測結果如圖5-32所示,實線為TAC基板,虛線為玻璃基板。由圖 5-32可知,玻璃基板的結果與模擬之結果相同,表示膜層厚度正確;然 而於TAC基板的抗反射效果改善許多,達到一般的要求。而附著力測試

(51)

圖5-31 修正中間層後以軟體模擬於玻璃基板上之抗反射光譜

400 500 600 700

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Reflectance (%)

Wavelength (nm)

TAC glass

圖5-32 修正中間層後量測玻璃基板與塑膠基板鍍膜之抗反射光譜

(52)

第六章 結論

由研究結果可知,TAC基板經由電漿預處理後,所造成的影響主 要可分為兩點。第一點:可以增進與薄膜材料的附著力;第二點:基板 的穿透率會產生變化。

以電漿表面處理改善附著力主要是因為電漿中的自由基以及電漿 所放射出的紫外線之故,波長短、能量高的紫外線可使基板產生化學鍵 結斷裂,斷鍵後的化學鍵結多出自由電子,因此易與其他分子結合,因 此附著力得以改善。功率高時,處理時間短,便可得到附著力增進的效 果;功率低時,所需處理時間就比較長。

但是提高電漿功率的同時,電漿中粒子﹙包含離子與電子﹚能量 也跟著提高,粒子碰撞基板對基板溫度上升的影響甚巨,基板會因此而 變形。嚴重時會因為應力過大導致薄膜與基板附著不佳,反而失去電漿 預處理的效果。而由研究結果可知,低功率、長時間以及電極冷卻,可 以有效增進附著力而不會使基板形變,為一個較好的方法。

基板穿透率變化主要因為塑膠基板表面產生一層中間層,此中間 層的折射率與厚度隨著電漿預處理參數之不同而不同,且會影響抗反射 的成效,所以膜層設計必須另外做修正。本研究以單層膜模擬中間層修 正後可製鍍出符合一般要求的抗反射膜(420~670nm R< 1%),但仍有進 步的空間。此中間層若以多層折射率漸變膜的方式模擬,可能使修正後

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本研究掌握了一個合適的方法與參數,可在塑膠基板上鍍出一個 兼具附著力與抗反射效果的光學膜。使用之電漿表面預處理法以增加附 著力的方法,可應用於抗反射膜以及隔熱膜之製鍍。亦可應用在捲繞式

﹙roll-to-roll﹚鍍膜做大量的生產。甚至,未來可曲撓式顯示器﹙flexible display﹚,也可以電漿表面處理的方式來解決附著力方面的問題。

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第七章 參考文獻

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