CN102051586A - 溅射系统以及对非平面表面的工件溅射的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种溅射系统以及对非平面表面的工件溅射的方法。所述溅射系统，可用以对表面为非平面的工件进行溅射，该溅射系统包括：一溅射腔体，溅射腔体内至少包括：一第一溅射源，以一第一预定距离与用以承载工件的载具或输送机构相对设置，并大约与载具平行；及一第二溅射源，第二溅射源所在平面位置的法线方向与水平方向形成一夹角，倾斜配设于第一溅射源的侧边，第二溅射源并环绕于第一溅射源周围，用以提供对工件的非平面的结构进行溅射。

Description

溅射系统以及对非平面表面的工件溅射的方法

技术领域

本发明关于一种含有侧靶的溅射系统及方法，特别是用以对具有非平面表面的工件进行溅射的溅射系统及方法。

背景技术

市面上的电子产品，比如：手机、笔记本电脑、随身听等，五花八门。消费者在选择是否购买时，除了注重功能之外，电子产品的外型及质感也占有很大的考量因素，比如：注重外型设计是否新颖、美观，是否重量轻方便携带，或者注重手持时触感是否良好等等。

由于工程塑料可以射出成形的方式制备成各种形状，因此，电子产品的外壳通常使用塑料外壳。然而，塑料材质制成的外壳，于视觉或触碰时质感较差，同时也无法防止电磁干扰。因此，必须对电子系统的塑胶外壳镀上金属层，除了使电子产品的外壳具有良好的视觉美感与质感之外，也可防止电磁波任意穿透塑胶外壳，影响电子产品的使用。

近年来，真空溅射工艺已逐渐取代喷导电漆、电解电镀，而被大量应用于各类产品上。其原理是将气体游离成等离子，等离子中的气体离子撞击靶材，靶材中的原子被溅击出来后沉积于基板，形成镀膜。真空溅射技术中的镀膜溅射系统，按被溅射基材的摆置方式，可将溅射系统分为水平式溅射系统、以及直立式溅射系统。然而，不管是水平式或直立式的溅射系统，由于溅射源是平行于欲镀工件表面，而设置于其正对面。因此，若工件表面具有多处凹陷部、柱状结构、阶梯或沟槽时，由于阴影效应，造成工件表面可能有许多部分无法被溅射到。

举例来说，对于具有非平面表面(non-planer surfaces)的工件而言，经过溅射后，其水平面膜厚通常比垂直面膜厚大两倍以上。工件表面的膜层厚度均匀性不佳，也会影响其防止电磁波穿透的功效。特别是工件表面具有圆柱状结构时，要使柱状结构的侧表面都能够均匀地被溅射，其困难度更高。因此，当工件表面为非平面时，如何提升表面溅射膜厚的均匀性，是一待解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种溅射系统，用以对具有非平面表面的工件进行溅射，溅射系统包括：一溅射腔体，溅射腔体内至少包括：一第一溅射源，以一第一预定距离与用以承载所述工件的载具或输送机构相对设置，并与载具平行；及一第二溅射源，第二溅射源的法线方向与水平方向形成一夹角，倾斜配设于第一溅射源的侧边，并且大体上环绕于第一溅射源周围，主要对该工件的非平面的结构进行溅射。

本发明并提供一种对非平面表面的的工件进行溅射的方法，包括：(a)提供一溅射系统，包括：一溅射腔体，溅射腔体内至少包括：一第一溅射源，以一第一预定距离与用以承载所述工件的载具或输送机构相对设置，并与载具平行；及一第二溅射源，第二溅射源所在位置平面的法线方向与水平方向夹角大约15～55度，倾斜配设于第一溅射源的侧边，并且环绕于第一溅射源周围，主要对该工件非平面的结构进行溅射；一第一电源装置，连接第一溅射源，用以对第一溅射源输出一第一功率；及一第二电源装置，连接第二溅射源，用以对第二溅射源输出一第二功率；(b)将工件放置在载具或输送机构上，工件表面并非平面；(c)依工件尺寸、数量及工件与该第一及第二溅射源的距离，设定第一功率及第二功率的大小，使具有非平面表面的工件可更加均匀受到溅射；及(d)开始进行溅射，待溅射完成后将该工件取出。

根据本发明提供的技术方案，当对工件的非平面表面溅射时，提升了表面溅射膜层厚度的均匀性。

附图说明

图1A及图1B显示本发明实施例所提供的溅射系统内部的俯视及剖面示意图；

图2显示本发明实施例中欲溅射的工件；

图3A及图3B显示本发明另一实施例所提供的溅射系统内部的俯视及剖面示意图；及

图4显示本发明另一实施例的多溅射室腔体的示意图。

附图标号

溅射系统1                    溅射腔体10

载具102                      旋转装置1021

遮罩103                      第一溅射源104

第二溅射源106                第一电源供应器11

第二电源供应器13             第一磁铁105

第二磁铁107                  第一溅射靶1041～1042

第二溅射靶1061～1064         工件2

凹陷部20                     沟槽21

斜面22                       阶梯23

柱状结构24                   溅射室110～130

旋转传输装置140

具体实施方式

关于本发明的优点与精神，可通过以下的发明说明及所附附图得到进一步的了解，然而所附附图仅供参考与说明，非以对本发明加以限制。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文依本发明含有侧靶的三维溅射系统及其方法，特举较佳实施例，并配合所附相关附图，作详细说明如下，其中相同的元件将以相同的元件符号加以说明。

请参照图1A及图1B，分别为本发明实施例所提供的溅射系统内部的俯视及剖面示意图。本发明提供一种溅射系统1，用以对具有非平面表面的工件进行溅射。

所述的溅射系统1包括：一溅射腔体10，溅射腔体内至少包括一第一溅射源104及一第二溅射源106。

载具102用以承载工件。但事实上也可依需要选择一输送机构，除了可运输工件进入腔体内之外，也包括承载的功能。本发明实施例中，载具102上可选择性地设有一固定机构(未图示)，以固定工件2。由于工件2表面是立体的结构，所以，为了避免工件之间阴影效应，造成工件2表面某些部份无法受到沉积。因此，本发明实施例中，一个载具102仅放置一个工件2。但是，若工件2的尺寸较小，该载具102也可放置多个工件2。但要注意的是，所述这些工件2并依照所述这些工件尺寸、形状及载具102的大小，相互之间间隔一预定距离，以防止工件2之间相互遮蔽。

为了使表面具有立体结构的工件，能够更加均匀地受到溅射。因而，本发明所提供的溅射系统中使用了两个溅射源。第一溅射源104及第二二溅射源106。

所述的第一溅射源104以一第一预定距离与载具102相对设置，并大约与载具102平行。由于第一溅射源104与载具102平行设置，因此，可想而知，当工件2水平放置于载具102上时，第一溅射源104对工件2表面的水平面进行溅射时效果较佳，而对于工件2表面的阶梯垂直面或柱状体侧表面的溅射效果较差。

另外，由图1B中可看出，所述的第二溅射源106所在位置平面的法线方向与水平方向成一夹角θ，倾斜配设于第一溅射源104的侧边，并且大体上环绕于第一溅射源104周围。此夹角θ依工件2表面的凸起高度与溅射源之间的距离，以及工件2的尺寸作调整。溅射工件时，针对第一溅射源104无法顾及的垂直面及柱状体的侧表面进行溅射。

举例来说，若工件为一11寸笔记本电脑的壳体，则在本发明最佳实施例中，夹角θ大约15～55度，接着可通过调整靶材功率等等参数，来最佳化镀膜品质。

在本实施例中，第一溅射源104及第二溅射源106为一环型结构。由图1A可看出，由上往下俯视时，第一溅射源104位于第二溅射源106环型结构中间。

此外，第一溅射源104与该第二溅射源106分别外接一第一电源供应器11及一第二电源供应器13，分别控制第一溅射源104及第二溅射源106的功率。其中，第一溅射源104及第二溅射源106的功率可依工件尺寸大小及数量个别调整，来提升镀膜品质。

溅射腔体10内可依需求增设一旋转装置1021、一第一磁铁105及一第二磁铁107。

旋转装置1021设置于载具102下方，由于在溅射腔体10中，不同位置的等离子密度可能不同，而造成溅击效率不同，致使工件2表面镀膜不均匀。因此本发明实施例中，载具102并设置一旋转装置1021，使载具102在溅射过程中可自转，并连带使放置于载具102上的工件2自转，降低因不同位置，等离子密度不同而使镀膜不均匀的因素。同时，在欲对工件进行混合材料的溅射时，通过旋转装置1021，可使材料充分混合后形成复合材质薄膜。

并且，为了增加两个靶材的溅击率，使溅射速率提升。本发明实施例中，溅射腔体10内更增设一第一磁铁105及第二磁铁107，分别紧邻第一溅射源104及该第二溅射源106而设置。磁铁所产生的磁场能陷住溅射源表面发射的二次电子，电子和气体分子的碰撞机率增加，可击出更多离子，撞击溅射源，来达到提升薄膜沉积速率的效果。为了配合第一溅射源104及第二溅射源106的形状，因此第一磁铁105及第二磁铁107也设计成环型结构。

除此之外，为了对工件2做区域选择性溅射，在溅射腔体10内可选择性地于工件2上方加装一遮罩103，并可依需要来设计遮罩图案，利用遮罩图案可选择工件2的溅射区域及范围。

在上述实施例中，第一溅射源104及第二溅射源106的材料可相同，选自铜、铝镁合金、不锈钢或硅其中的一种。但也可依工艺需要，选择不同的材料。

要注意的是，由于笔电、手机的外壳为了流线化，常常都不是呆滞的方块状，而是流线体。此外，外壳的内部须包括多个凹陷区以分别容置如：硬盘、散热片、键盘等装置，并有多个螺丝柱用以锁固螺丝，甚至具有许多沟槽等。因此，在本发明实施例中，欲处理的工件表面如图2所示，通常为一非平面的结构，包括许多凹陷部20、沟槽21、斜面22、阶梯23或柱状结构24等等。因此，在本发明中，第二溅射源106大体上环绕于第一溅射源104周围，可使工件2表面的立体结构在360度皆能平均地受到溅射，降低阴影效应的影响。

本发明的另一实施例中，第一溅射源104及第二溅射源106可设计成多个溅射靶。请参照图3A及图3B，分别为本发明的另一实施例所提供的溅射系统内部的俯视及剖面示意图。

本实施例中，第一溅射源104包括两个第一溅射靶1041及1042。第二溅射源106则包括四个第二溅射靶1061～1064。第二溅射靶1061～1064所在位置平面的法线方向和水平方向成一夹角θ，倾斜配设于第一溅射源104的侧边，并大体上环绕第一溅射源104周围。

在本实施例中，多个第一溅射靶1041～1042可连接同一个第一电源供应器11。而第二溅射靶1061～1064可连接于同一个第二电源供应器13，以同时控制所述这些溅射靶的功率。并且，每个第二溅射靶之间相距一第二预定距离，大约0.1至15mm，是依据紧邻于第二溅射靶106周围的第二磁铁107所产生的磁场大小来设置。在本发明较佳实施例中，第二预定距离大约为0.5～3mm。

当然，为了单独针对不同靶材调整功率，达到调整不同材质比例的目的，第一溅射靶1041～1042及第二溅射靶1061～1064，亦可选择分别连接于多个第一及第二电源供应器，来个别控制所述这些溅射靶的功率。

而分别环绕于第一溅射源及第二溅射源的第一磁铁及第二磁铁，则依照两溅射源的形状紧邻于两溅射源设置。

在上述实施例中，第一溅射源及第二溅射源具有多个溅度靶时，每一个溅射靶可依溅射需求，选用不同材料，比如溅射电磁波遮蔽层时可选用铜、铝镁合金、不锈钢或硅其中一种，此种溅射方式是属于金属溅射。同时配合旋转装置1021使载具102上的工件2旋转，对工件2进行混合材料的溅射工艺。若是想溅射陶瓷材料时，可选择使用陶瓷靶材溅射，或者是利用反应式溅射，也就是仍利用金属作为靶材，但通入气体，比如：氧气或氮气，和被溅击出的金属原子反应来形成欲镀物。

利用本发明所提供的含有侧靶的三维溅射系统，针对非平面的工件进行溅射时，可使工件的凹陷部、沟槽、斜面、阶梯或柱状结构等等，能较为均匀地受到靶材所溅射。并且，由于第二溅射源环绕于第一溅射源周围，因此，对于表面具有柱状体、阶梯或有多个凹陷部的工件来说，可降低因为阴影效应而造成部分表面无法受到靶材原子沉积的情况。

如上述，利用本发明的溅射系统有明显改善，不过若工件表面存在一些深宽比大于5的沟槽，仍会由于阴影效应太大而未被溅射到。但整体而言，已经可以大幅提升工件表面的均匀性。举例来说，针对11寸笔记本电脑的壳体进行溅射时，比较使用本发明所提供的溅射系统后，工件表面螺丝柱侧表面的电阻值，远较单向正靶镀出的产品显著较低。可明显看出利用本发明的溅射系统，的确可改善工件表面的膜厚均匀度，上述实施例也可应用在手机外壳、PDA机壳等电子装置。

除了上述优点之外，本发明的溅射系统中，第一溅射源及第二二溅射源可分成多个溅射靶。除了可选用不同的靶材来对工件进行混合材料溅射之外，也可通过个别调整靶材功率，来调配混合材质中每种材料的比例，在复合薄膜材料的选定及比例的控制上有很大的自由度。

上述的溅射腔体1也可设置多个溅射室，图4所示为本发明其中一实施例，一个溅射腔体10中可分成三个溅射室110～130，每个溅射室内靶材设置如前述。中间并有一旋转传输装置140，用以运输工件至各个溅射室进行多层膜的堆迭工艺。

本发明并提供一种对非平面表面的工件进行溅射的方法，包括：

(a)提供如前所述的溅射系统，其中，一第一电源装置，连接第一溅射源，用以对第一溅射源输出一第一功率；第二电源装置，则连接第二溅射源，以对第二溅射源输出一第二功率；(b)将工件放置在载具或输送机构上，工件表面为一非平面的结构；(c)依工件尺寸、数量及工件与第一及第二溅射源的距离，设定第一功率及第二功率的大小，使工件的表面可均匀受到溅射；及(d)开始进行溅射，待溅射完成后将工件取出。

本发明虽以较佳实例阐明如上，然其并非用以限定本发明的精神与发明实体仅止于上述实施例。是以在不脱离本发明的精神与范围内所作的修改，均应包括在权利要求范围内。

Claims (14)

1.一种溅射系统，其特征在于，所述溅射系统用以对具有非平面表面的工件进行溅射，所述溅射系统包括：

一溅射腔体，所述溅射腔体内至少包括：

一第一溅射源，以一第一预定距离与用以承载所述工件的载具或输送机构相对设置，并大约与所述载具平行；及

一第二溅射源，所述第二溅射源所在平面位置的法线方向与水平方向形成一夹角，倾斜配设于所述第一溅射源的侧边，所述第二溅射源并大体上环绕于所述第一溅射源周围，用以提供对所述工件的非平面的结构进行溅射。

2.如权利要求1所述的溅射系统，其特征在于，所述第二溅射源为一环型结构，由上往下俯视时，所述第一溅射源位于所述环型结构中间。

3.如权利要求1所述的溅射系统，其特征在于，所述溅射腔体包括一第一磁铁及一第二磁铁，分别紧邻所述第一溅射源及所述第二溅射源而设置，并且，所述第一溅射源与所述第二溅射源分别连接一第一电源供应器及一第二电源供应器，分别控制所述第一溅射源及所述第二溅射源的功率。

4.如权利要求1所述的溅射系统，其特征在于，所述第一溅射源及所述第二溅射源分别包括多个第一溅射靶及第二溅射靶，并且，每个第二溅射靶之间相距一第二预定距离。

5.如权利要求4所述的溅射系统，其特征在于，所述这些第一溅射靶及第二溅射靶连接多个电源供应器，以分别控制所述这些溅射靶的功率。

6.如权利要求4所述的溅射系统，其特征在于，所述这些第二溅射靶连接同样一第二电源供应器，以同时控制所述这些溅射靶的功率，并且所述第二预定距离大约0.1～15mm。

7.如权利要求4所述的溅射系统，其特征在于，所述溅射腔体更包括一旋转装置及一遮罩，所述旋转装置使所述载具旋转，以提供当对所述工件进行混合材料的溅射工艺时，能使材料充分混合后形成复合材质薄膜，所述遮罩设置于所述工件上方，以对所述工件做区域选择性溅射。

8.如权利要求1所述的溅射系统，其特征在于，所述夹角大约介于15至55度之间。

9.如权利要求1所述的溅射系统，其特征在于，所述工件的表面包括许多凹陷部、沟槽、斜面、阶梯或柱状结构。

10.一种对非平面表面的工件溅射的方法，其特征在于，所述方法包括：

(a)提供一溅射系统，所述系统包括：

一溅射腔体，所述溅射腔体内至少包括：

一第一溅射源，以一第一预定距离与用以承载所述工件的载具或输送机构相对设置，并大约与所述载具平行；及

一第二溅射源，所述第二溅射源所在位置平面的法线方向与水平方向形成约15至55度的夹角，倾斜配设于所述第一溅射源的侧边，并且大体上环绕于所述第一溅射源周围，用以提供对所述工件的非平面结构进行溅射；

一第一电源装置，连接所述第一溅射源，用以对所述第一溅射源输出一第一功率；及

一第二电源装置，连接所述第二溅射源，用以对所述第二溅射源输出一第二功率；

(b)将所述工件放置在所述载具或输送机构上，所述工件表面为一非平面的结构；

(c)依所述工件尺寸、数量及所述工件与所述第一及第二溅射源的距离，设定所述第一功率及所述第二功率的大小，使所述工件的表面可均匀受到溅射；及

(d)开始进行溅射，待溅射完成后将所述工件取出。

11.如权利要求10所述的溅射方法，其特征在于，所述第二溅射源为一环型结构。

12.如权利要求10所述的溅射方法，其特征在于，所述溅射腔体中更包括多个工件，放置于所述载具或输送机构上，所述这些工件之间相互间隔一适当距离，使所述这些工件之间不会造成阴影效果，所述工件表面包括凹陷部、沟槽、斜面、阶梯或柱状结构。

13.如权利要求10所述的溅射方法，其特征在于，所述溅射腔体内更包括一第一磁铁及一第二磁铁，分别紧邻所述第一溅射源及所述第二溅射源而设置，以提升所述第一溅射源及所述第二溅射源被溅击的机率。

14.如权利要求11所述的溅射方法，其特征在于，对所述工件进行溅射时，溅射的方式可选择金属溅射或反应式溅射。

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