CN102409296A - 真空蒸镀用镀材舟及真空蒸镀系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种镀材舟和真空蒸镀系统，所述的镀材舟包含：一镀材容器，用以容纳镀材，并具有一开口；一盖板，设置于该镀材容器的开口上方并与该镀材容器保持一预定间隙，且该盖板的垂直投影面覆盖该镀材容器的该开口，使该镀材汽化后所产生的镀材蒸气经由该预定间隙发散至该镀材舟外部时，通过该盖板控制该镀材蒸气的发散范围；以及一支撑构件，连接该镀材容器及该盖板，以维持其二者间的预定间隙。

Description

真空蒸镀用镀材舟及真空蒸镀系统

技术领域

本发明关于一种蒸镀用镀材舟及一种真空蒸镀系统。更具体而言，本发明关于一种具有盖板的蒸镀用镀材舟，以及一种包含该镀材舟的真空蒸镀系统。

背景技术

真空蒸镀技术是一种物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术。在真空蒸镀制程中，利用电力或其它加热方式使镀材汽化。由于蒸镀环境为高度真空，所以蒸镀空间中几乎不存在任何可能撞击经汽化的镀材分子的其它气体分子。因此，在真空的蒸镀空间中，镀材分子的行进方向为直线。当经汽化的镀材分子接触被镀物的表面时，便遇冷凝结并在被镀物的表面上形成薄膜。

为了达到置放镀材并加热的目的，一般常使用可利用电阻方式加热的金属线、镀材舟或坩埚(适用低于1500℃的汽化温度)。其中因镀材舟具有价格低廉及易于操作的优点，所以受到最为广泛的使用。大多数的镀材舟利用例如钨、钼及钽等高熔点金属的长条形薄片所制成。图1a为已知技术中的镀材舟10，图1b为图1a的AA方向的横剖面图。由图1b可知，镀材舟10具有朝上的开口，且具有用以存放镀材11的凹部。镀材舟10的长度方向上的两端连接至电源(未显示)，用以加热镀材舟10的凹部内的镀材11，使得镀材11汽化产生镀材蒸气。

虽然已知的镀材舟具有上述的优点，但由于其开口朝向上方，因此偏好将被镀物置于镀材舟的上方，以达到薄膜均匀分布的效果。而当将被镀物13如图2所示设置在镀材舟10侧边时，由于镀材11的分子在真空环境中仅可朝直线方向行进，导致镀材蒸气发散的范围受到限制，因此不容易在被镀物13的表面形成具有均匀厚度的薄膜。此外，当被镀物的镀膜面形状不平整或较为复杂时，由于镀材蒸气发散的范围受到限制，亦可能如图2所示，发生镀材11的分子无法到达被镀物13的部分表面的情形，亦即薄膜无法完整地覆盖被镀物13所欲镀膜的表面(图2中方点所示的区域)。

发明内容

在被镀物置于镀材舟侧边的真空蒸镀系统中，由于已知的镀材舟的蒸镀方向朝向上方，因此具有以下的缺点：(1)被镀物上的膜厚不容易达到所需的均匀程度；(2)可蒸镀区域受限；(3)对于非平面被镀物而言，镀材蒸气可能无法到达并附着至部分区域，亦即无法在部分区域镀膜。

因此，为了解决上述的问题，本发明提供一种镀材舟，包含：一镀材容器，用以容纳镀材，并具有一开口；一盖板，设置于该镀材容器的开口上方并与该镀材容器保持一预定间隙，且该盖板的垂直投影面覆盖该镀材容器的该开口，俾于该镀材汽化后所产生的镀材蒸气经由该预定间隙发散至该镀材舟外部时，通过该盖板控制该镀材蒸气的发散范围；以及一支撑构件，连接该镀材容器及该盖板，以维持其二者间的预定间隙。

另，本发明还提供一种真空蒸镀系统，其具有真空腔室、工件架、与上述的镀材舟。工件架与镀材舟均设置于真空腔室内，并且工件架用以支持被镀物并设置于镀材舟的侧边。镀材汽化后所产生的镀材蒸气可经由镀材容器与盖板之间的间隙发散至被镀物上，并通过盖板来控制镀材蒸气发散的范围。

本发明的实施例具有以下有益效果：

由于本发明可使汽化镀材所产生的镀材蒸气自镀材舟的侧边逸出，且通过调整上述的镀材容器与盖板之间的间隙，即可将蒸镀范围控制在适当的角度区间，因此具有以下的功效：(1)使镀材蒸气发散至位于镀材舟侧边的被镀物，并形成均匀的镀膜；(2)增加镀材蒸气发散的范围；以及(3)可使镀材蒸气较为全面性地附着于非平面被镀物的被镀面，以形成镀膜。

附图说明

图1a为已知技术的镀材舟。

图1b为图1a中AA方向的剖面图。

图2为使用已知的镀材舟对设置于侧边的被镀物进行蒸镀时，镀材蒸气的发散范围及镀膜覆盖范围示意图。

图3显示包含本发明的镀材舟的真空蒸镀系统。

图4a为依据本发明的实施例的镀材舟的前视图。

图4b为图4a中BB方向的剖面图

图5显示使用本发明的镀材舟对设置于侧边的被镀物进行蒸镀时，镀材蒸气的发散范围示意图。

图6a为用以测试本发明的镀材舟的最佳参数设定的配置示意图。

图6b及6c分别为试片上的镀膜的红色色度(a值)及黄色色度(b值)的分布情形。

图7为本发明的镀材舟及已知的镀材舟所生成的镀膜的膜厚分布图。

图8为使用本发明的镀材舟对非平面被镀物进行蒸镀的镀膜覆盖情形。

图9为依据本发明的另一实施例的镀材舟的剖面图。

图10显示本发明的镀材舟的支撑构件的变化例。

组件符号说明：

2     真空蒸镀系统

10    镀材舟

11    镀材

13    被镀物

14    电源

20    镀材舟

21    真空腔室

22    工件架

23    被镀物

24    电源

80    镀材舟

83    被镀物

201   镀材容器

202   盖板

203    支撑构件

204    镀材

901    镀材容器

902    盖板

1001   镀材容器

1002   盖板

1003   支撑构件

1005   分隔片

具体实施方式

为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

图3显示本发明的真空蒸镀系统2，具有：镀材舟20、真空腔室21、及用以固定被镀物23的工件架22，其中如图3所示，镀材舟20电连接至电源24，而工件架22设置于镀材舟20的侧边。

图4a显示图3中的镀材舟20，图4b为图4a中BB方向的剖面图。如图4a及4b所示，镀材舟20包含：用以置放镀材204的镀材容器201，其具有朝上的开口，使受热蒸发的镀材得以通过该开口而由镀材容器201发散；设置于镀材容器201上方并与其保持1mm至10mm的预定间隙d的盖板202，且盖板202的垂直投影面覆盖镀材容器201的开口；连接镀材容器201与盖板202的支撑构件203。镀材容器201的开口的宽度介于3～10mm之间，而盖板202的宽度亦介于3～10mm之间。

参照图3、图4a及4b，当进行真空蒸镀时，镀材舟20与其上固定有被镀物23的工件架22均设置于真空腔室21中。电源24对镀材舟20施加电力来加热镀材舟20，使得镀材容器201中的镀材204汽化并产生镀材蒸气。由于在高度真空环境中，镀材蒸气中的镀材分子的行进方向为如同光线一般的直线行进，因此镀材蒸气中的镀材分子通过镀材容器201的开口之后，可依特定路径直接由镀材容器201与盖板202之间的间隙d离开镀材舟20，或可经过一或多次与盖板202及/或镀材容器201的碰撞反弹后再由间隙d离开镀材舟20。换言之，如图5所示，盖板202使得一部分朝上发散的镀材分子经由碰撞而改变行进方向，达到控制镀材分子往侧边的任何方向(角度)移动的功效，因而有效扩大蒸镀范围。当镀材蒸气到达被镀物23的表面时，因该处的温度较低，镀材便凝结在被镀物23的表面上，进而在该表面上形成薄膜。

为了使蒸镀范围最佳化，因此针对单一镀材舟而言，在镀材容器宽度不变的情况下，搭配不同宽度的盖板进行蒸镀，并采用适当的测量方式来测量所镀的薄膜，以分析蒸镀的范围与效果。各项参数设定如下：使用单一镀材舟，其中镀材容器宽度为5mm；盖板宽度分别为5mm、6mm、7mm及8mm，材质为钨；镀材容器与盖板之间的间隙为3mm；镀材为2g的铜(Cu)；且被镀物为直径30mm的圆形不锈钢(SUS304)试片。试片的配置以镀材舟为基准，如图6a所示，在镀材舟20的侧边的约略同水平位置设置1片试片(TP5)，并分别在镀材舟的侧边的上方及下方设置4片试片(TP1-TP4及TP6-TP9)，其中上下相邻的试片间隔85mm。

由于所使用的镀材为铜，因此利用色度计来针对各试片的整体面积测量红色色度(a值)及黄色色度(b值)，并基于测量结果来分析蒸镀范围，其中，所测得的a值及b值越高，则表示该试片上的铜镀膜越厚。如图6b及6c所示，当将盖板宽度增加至8mm时，第5号试片的a值及b值为所有试片中最高者，且其它试片的a值及b值的分布亦以该最高值为中心约呈对称分布。换言之，此盖板宽度的配置可将镀材舟的侧边的上方及下方的蒸镀范围控制为约略相等。

此外，由于铜镀膜的颜色与不锈钢试片的颜色差异相当明显，因此在完成前述的利用单一镀材舟对9个试片所进行的蒸镀制程之后，利用目测方式即可分辨试片上有无镀膜形成。若将单一镀材舟的可蒸镀范围利用以镀材舟的水平线起算的仰角及俯角的形式来表示，所测得的结果如表1所示。

盖板宽度	镀膜范围仰角(度)	镀膜范围俯角(度)
			5mm	45	15
6mm	40	17
			7mm	40	22
8mm	35	30

由表1的内容可得知，使镀材舟的蒸镀范围的仰角及俯角约略相等的最佳的参数设定为：镀材容器宽度为5mm、盖板宽度为8mm、及镀材容器与盖板之间的间隙为3mm。

接下来，以图3所示的蒸镀系统，将14个具有上述最佳参数设定的镀材舟沿垂直方向间隔设置，以对被镀物进行蒸镀(实验组)，另一方面，在相同条件及配置下，亦使用14个已知的无盖板的镀材舟进行蒸镀(对照组)。其中在每一镀材容器中置入2g的铜作为镀材，并使用共11片直径30mm的不锈钢(SUS304)试片作为被镀物；上下相邻的两镀材舟之间相隔30mm，且上下相邻的两试片间隔85mm。蒸镀完成后，利用扫描式电子显微镜(SEM)分别测量实验组及对照组中各试片上的镀膜厚度，以了解所生成的镀膜厚度的分布情形，其中SEM的测量位置为各试片的中心处。图7显示实验组及对照组中各不锈钢试片的铜镀膜的厚度测量结果。由图7中的测量结果可计算出：实验组(即本发明的平均膜厚为0.236μm，且标准差仅为0.017μm；而对照组(已知技术)的平均膜厚为0.240μm，标准差为0.055μm。尽管两组结果的平均镀膜厚度相近，但使用本发明的镀材舟所蒸镀的铜镀膜厚度标准差却远低于使用已知的镀材舟进行蒸镀的结果。因此可得出，依据本发明的最佳实施例的镀材舟可使镀膜的厚度趋向均匀分布。

对于非平面被镀物而言，使用本发明的镀材舟进行蒸镀可使得被镀物上无法被镀膜所覆盖的区域大幅减少。参照回图2，使用已知的镀材舟进行蒸镀的镀膜覆盖情形如图所示。由于镀材蒸气向侧面行进的范围有限，因此当将被镀物13置于镀材舟10的侧面时，便会产生被镀物13的局部表面无法镀膜的情形(方点分布区域)。而参照图8，当使用本发明的镀材舟80对置于其侧面的非平面被镀物83进行蒸镀时，由于可控制及扩大镀材蒸气向镀材舟侧面行进的范围，因此镀膜状况如图8所示，其中与已知的镀材舟相比，被镀物表面无法镀膜的区域(方点分布区域)已明显缩小。换言之，针对置于镀材舟侧面的非平面被镀物，本发明具有缩小被镀物的无法镀膜区域的功效。

本发明的镀材容器除图4b所示的碗型剖面结构外，亦可配置成如图9所示的碟形剖面结构。此碟形结构的镀材容器901的边缘与盖板902形成通道状的构造，使得调整镀材蒸气逸出的方向及范围更加容易及准确。

尽管未限制本发明的镀材舟中的盖板的材质，但偏好使用钨、钼、钽或陶瓷来制成盖板。

在本发明的镀材舟的支撑构件中，亦可使用分隔片来调整镀材容器与盖板之间的间隙。更具体而言，如图10所示，由于支撑构件1003中的分隔片1005设置于镀材容器1001与盖板1002之间，因此通过更换不同厚度的分隔片1005，即可在利用支撑构件1003固定镀材容器1001与盖板1002的同时，将二者之间的间隙维持在所需的距离。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种蒸镀用镀材舟，其特征在于，包含：

一镀材容器，用以容纳镀材，并具有一开口；

一盖板，设置于该镀材容器的开口上方并与该镀材容器保持一预定间隙，且该盖板的垂直投影面覆盖该镀材容器的该开口，使该镀材汽化后所产生的镀材蒸气经由该预定间隙发散至该镀材舟外部时，通过该盖板控制该镀材蒸气的发散范围；以及

一支撑构件，连接该镀材容器及该盖板，以维持其二者间的预定间隙。

2.如权利要求1所述的蒸镀用镀材舟，其特征在于，该盖板由钨、钼、钽或导电性陶瓷所制成。

3.如权利要求1或2所述的蒸镀用镀材舟，其特征在于，该镀材容器具有碟形结构或碗形结构。

4.如权利要求1或2所述的蒸镀用镀材舟，其特征在于，该预定间隙介于1mm至10mm之间。

5.如权利要求1或2所述的蒸镀用镀材舟，其特征在于，该镀材容器的宽度介于3mm至10mm之间，且该盖板的宽度介于3mm至10mm之间。

6.如权利要求1或2所述的蒸镀用镀材舟，其中该支撑构件具有一分隔片，通过更换不同厚度的分隔片，来调整该镀材容器与该盖板之间的该预定间隙。

7.一种真空蒸镀系统，其特征在于，包含

一真空腔室，用以提供真空环境；

一工件架，设置于该真空腔室内，用以支持被镀物；

一镀材舟，设置于该真空腔室内，并位于该工件架的侧边，该镀材舟包含：

一镀材容器，用以容纳镀材，并具有一开口；

一盖板，设置于该镀材容器的开口上方并与该镀材容器保持一预定间隙，且该盖板的垂直投影面覆盖该镀材容器的该开口，使该镀材汽化后所产生的镀材蒸气经由该预定间隙发散至该被镀物上，并通过该盖板控制该镀材蒸气的发散范围；以及

一支撑构件，连接该镀材容器及该盖板，以维持其二者间的预定间隙。

8.如权利要求7所述的真空蒸镀系统，其特征在于，该镀材舟的该盖板由钨、钼、钽或导电性陶瓷所制成。

9.如权利要求7或8所述的真空蒸镀系统，其特征在于，该镀材容器具有碟形结构或碗形结构。

10.如权利要求7或8所述的真空蒸镀系统，其特征在于，该预定间隙介于1mm至10mm之间。

11.如权利要求7或8所述的真空蒸镀系统，其特征在于，该镀材容器的宽度介于3mm至10mm之间，且该平面盖板的宽度介于3mm至10mm之间。

12.如权利要求7或8所述的真空蒸镀系统，其特征在于，该支撑构件具有一分隔片，通过更换不同厚度的分隔片，来调整该镀材容器与该盖板之间的该预定间隙。

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