TW201912820A - 用於形成金屬/陶瓷鍍膜的蒸鍍方法 - Google Patents
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Abstract
一種用於形成金屬/陶瓷鍍膜的蒸鍍方法，適用於在一個基材表面形成一個金屬或陶瓷的鍍膜，該方法包含：步驟(a)及步驟(b)，該步驟(a)是在一個坩鍋內同時置放至少兩種蒸鍍靶材，所述蒸鍍靶材的至少一種為金屬材料。該步驟(b)是利用電子束對所述蒸鍍靶材進行加熱使其解離成離子態，同時藉由調整該電子束的掃描對焦、送料、添料系統、電場或磁場的變化，來改變電子束集束的大小及電漿分布，以控制所述蒸鍍靶材的蒸發，進而調整所述蒸鍍靶材在該鍍膜中的比例。前述方法可製作出漸進式的該鍍膜，並因此使該鍍膜具有耐磨、耐溫，改善摩擦力，以及產生機械、光學、光電等等特定的物理及化學性質。
Description
本發明是關於一種蒸鍍方法，特別是指一種可以在一個基材上形成鍍膜，且該鍍膜包含至少一種金屬或陶瓷成分的用於形成金屬/陶瓷鍍膜的蒸鍍方法。
物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition，簡稱PVD)是一種以物理現象進行薄膜沉積的技術，在半導體製程的發展上，主要的物理氣相沉積包含蒸鍍(Evaporation)及濺鍍(Sputtering)兩種，蒸鍍是藉由對靶材加熱，利用靶材在高溫時所具備的飽和蒸氣壓來進行薄膜的沉積，濺鍍則是利用電漿所產生的離子來轟擊靶材，使電漿的氣相內具有靶材的粒子，當粒子沉積在基材上時就可形成鍍膜。由於一般濺鍍方法所產生的離子解離率不高，故不容易產生附著力及反應性佳的鍍膜。
蒸鍍可因蒸發源不同，分為熱蒸著式、電弧加熱式、電子束加熱式(Electric Beam，簡稱EB)，以及中空陰極放電式(Hollow Cathode Discharge，簡稱HCD)，其中，電弧式鍍膜方法所形成的膜質粗糙，而中空陰極放電式可以產生高解離率及特優的附著力，鍍膜的品質也光滑細緻，但無論是中空陰極放電式或者電子束加熱式，都是利用電子束加熱擺放在一個坩鍋內的蒸鍍靶材，並且讓蒸鍍靶材蒸發形成鍍膜，或者藉由通入氣體反應來形成蒸鍍陶瓷薄膜，但是這些金屬或者非金屬的靶材有不同的熔點及沸點，因此，在同一個坩鍋內熔融蒸發所需的氣壓也不同，所以要控制兩種以上金屬或非金屬的靶材，使鍍膜中的成分比例不同非常的不容易。
本發明的目的，是在提供一種能夠克服先前技術的至少一個缺點的用於形成金屬/陶瓷鍍膜的蒸鍍方法。
本發明的蒸鍍方法適用於在一個基材表面形成一個金屬鍍膜或陶瓷鍍膜，該方法包含： 步驟(a)：在一個坩鍋內同時置放至少兩種蒸鍍靶材，所述蒸鍍靶材的至少一種為金屬材料；及 步驟(b)：利用電子束對所述蒸鍍靶材進行加熱並解離形成離子態，同時藉由調整該電子束的掃描對焦、送料及添料系統、電場或磁場的變化，來改變電子束集束的大小及電漿分布，以控制至少一種蒸鍍靶材蒸發，進而調整所述蒸鍍靶材在該鍍膜中的比例。
本發明所述的蒸鍍靶材並無特別的限制，主要是依據金屬鍍膜或陶瓷鍍膜的需要來選擇，該蒸鍍靶材可選自於：鋁(Al)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、金(Au)、鉑(Pt)、鈀(Pd)、鎳(Ni)、銀(Ag)、矽(Si)等等金屬或類金屬的元素或合金。
本發明所述的鍍膜可為金屬鍍膜或陶瓷鍍膜，其是一種以漸進方式成型的多層式結構，藉由膜層之間漸進式改變，可以提升各膜層之間的結合力，同時改善薄膜的內應力，以達到耐磨、耐溫，改善摩擦力，以及產生機械、光學、光電等等特定的物理及化學性質。具體之鍍膜如：TiSiN、TiAlN、AlTiN、TiAlCrN、AlCrN、TiAlSiN、AlTiSiN、CrSiN、TiAlSiN、TiCrN、含有矽的類鑽碳膜(Diamond-like carbon，簡稱DLC)、含有金屬的類鑽碳膜，以及含有矽及金屬的類鑽碳膜等等，或前述組成的碳化物。
本發明該蒸鍍方法是在真空環境中進行，並可根據須需要通入反應氣體，所述反應氣體可選自於：N2
、O2
、CH4
、SiH4
、Si(CH3
)4
、C2
H2
、BH3
，以及B2
H6
等等含有N、O、C、Si、B的氣體，在加工環境中通入N2
氣，可形成金屬氮化薄膜，通入O2
氣可形成金屬氧化薄膜，通入含有碳原子的反應氣體，可產生金屬碳化薄膜，通入含有矽原子的反應氣體，可產生金屬矽化薄膜，通入兩種以上的反應氣體，可產生由金屬、氮、氧、碳、矽、硼混合的陶磁化薄膜。
本發明的功效在於：前述方法可製作出漸進式的金屬鍍膜或陶瓷鍍膜，並因此使該鍍膜具有耐磨、耐溫，改善摩擦力，以及產生機械、光學、光電等等特定的物理及化學性質。
參閱圖1、2，本發明蒸鍍方法的一個第一實施例是藉由一個蒸鍍設備1來進行，該蒸鍍設備1可在一個基材10的表面形成一個鍍膜101，並包含一個腔體11，該腔體11具有一個中空的腔室111，而該蒸鍍設備1還包含一個安裝在該腔室111內並可供數個蒸鍍靶材121置放的坩鍋12、一個電子鎗形式並可熔解所述蒸鍍靶材121的電子束產生器13、一個可將反應氣體送入該腔室111內的進氣管14、一個活化電極15，以及至少一個電磁線圈16。所述蒸鍍靶材121為金屬元素或者是合金。該電磁線圈16亦可為電極，其可如實施例所示兩者平行設置，亦可圓形圍繞該腔體11，其可單獨使用，亦可兩種共同使用。
本發明該蒸鍍方法是在該基材10表面形成金屬或者陶瓷的該鍍膜101，並包含：
步驟(a)：在該坩鍋12內擺放成分不同的所述蒸鍍靶材121，上述蒸鍍靶材121可選自於：鋁(Al)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、金(Au)、鉑(Pt)、鈀(Pd)、鎳(Ni)、銀(Ag)、矽(Si)，但不以前述舉例為限。
步驟(b)：利用該電子束產生器13產生電子束，對所述蒸鍍靶材121的其中一個進行加熱，使其解離形成離子態，即藉由調整該電子束的掃描對焦、送料及添料系統、電場或磁場的變化，來改變電子束的大小及電漿分布，以控制該蒸鍍靶材121蒸發，進而調整所述蒸鍍靶材121在該鍍膜101中的比例。
進一步說明的是，在該步驟(b)中，本實施例可由該通氣管14通入一種反應氣體，該反應氣體的種類是根據該鍍膜101的組成不同而定，舉例來說，如果在該基材10的表面所蒸鍍的該鍍膜101是TiSiN，需要由該進氣管14通入N2
，如果要製作碳化物，則是通入C2
H2
，以此類推，即可利用該方法製作出漸進式的該鍍膜101，由於前述鍍膜101之各膜層之間採用漸進式蒸鍍，故各膜層之間具有較佳的結合力，也可以因此改善該鍍膜101的內應力，同時讓該鍍膜101具有耐磨、耐溫，改善摩擦力，以及產生機械、光學、光電等等特定的物理及化學性質。
參閱圖3，本發明蒸鍍方法的一個第二實施例也是藉由該蒸鍍設備1來進行，第二實施例與第一實施例的差別在於：該電子束產生器13是一種中空陰極管的形式，即在該陰極管及輔助陽極之間施加直流電並通入氬氣，以產生氬離子輝光放電，而氬離子在電場作用下轟擊陰極管，可以放射出大量熱電子，以形成電漿電子束射向該坩鍋12，進而對擺放在該坩鍋12內的蒸鍍靶材(圖未示)加熱以形成蒸氣，藉由改變該電子束產生的方式，亦可達到相同的發明目的。
參閱圖4，本發明蒸鍍方法的一個第三實施例也是藉由該蒸鍍設備1來進行，該第三實施例所使用的蒸鍍設備1與第一實施例類似，不同之處在於：可在該腔室111內設置兩個直立並左右間隔的所述基材10，而該坩鍋12及該電子束產生器13是上下設置，並介於該等基材10之間。藉由改變該蒸鍍設備1的結構，可以達到相同的發明目的。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
1‧‧‧蒸鍍設備
10‧‧‧基材
101‧‧‧鍍膜
11‧‧‧腔體
111‧‧‧腔室
12‧‧‧坩鍋
121‧‧‧蒸鍍靶材
13‧‧‧電子束產生器
14‧‧‧進氣管
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16‧‧‧電磁線圈
本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是本發明蒸鍍方法的一個第一實施例的一個設備簡圖，說明該蒸鍍方法所使用的一個蒸鍍設備； 圖2是該第一實施例的一個俯視圖，主要說明該蒸鍍設備的一個坩鍋； 圖3是本發明蒸鍍方法的一個第二實施例的設備簡圖，也是說明該蒸鍍設備；及 圖4是本發明蒸鍍方法的一個第三實施例的設備簡圖，也是說明該蒸鍍設備。
Claims (4)
- 一種用於形成金屬/陶瓷鍍膜的蒸鍍方法，適用於在一個基材表面形成一個鍍膜，該方法包含： 步驟(a)：在一個坩鍋內同時置放至少兩種蒸鍍靶材，所述蒸鍍靶材的至少一種為金屬材料；及 步驟(b)：利用電子束對所述蒸鍍靶材進行加熱並解離形成離子態，同時藉由調整該電子束的掃描對焦、送料及添料系統、電場或磁場的變化，來改變電子束集束的大小及電漿分布，以控制至少一種蒸鍍靶材的蒸發，進而調整所述蒸鍍靶材在該鍍膜中的比例。
- 如請求項1所述的用於形成金屬/陶瓷鍍膜的蒸鍍方法，其中，該鍍膜是選自於：TiSiN、TiAlN、AlTiN、TiAlCrN、AlCrN、TiAlSiN、AlTiSiN、CrSiN、TiAlSiN、TiCrN、含有矽的類鑽碳膜、含有金屬的類鑽碳膜，以及含有矽及金屬的類鑽碳膜。
- 如請求項1所述的用於形成金屬/陶瓷鍍膜的蒸鍍方法，其中，該電子束是由一個電子束產生器所產生，所述電子束產生器選自於：電子鎗及中空陰極管。
- 如請求項1所述的用於形成金屬/陶瓷鍍膜的蒸鍍方法，其中，在該步驟(b)中通入一個反應氣體，反應氣體可選自於含有：N、O、C、Si及B的氣體。
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