TW495555B - Arc type evaporation source - Google Patents

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五、發明說明（1) 【背景說明】 本务明係關於一弧型蒗，# 陰極以達到蒸發陰極物質二的1由弧型放電來炫化一 用來產生由一陰極物或 言，該蒸發源係 所組成的薄^ ' 险桎物貝的氮化物、氧化物等 取白L專膑’ §亥陰極物質係位 件、一鱗模、一外部電工具 执械零 因此該基板在抗磨银、滑丄或；；物：的；板表面上’ 同類性質上均有改善。 抗卡叹性、裝飾性及其它 名人在弧型蒸發源中墓發 所 的陰極物質離+，該陰極物；二括了相當大的比例 之弧型電漿所離子化而彤成。、 被位於陰極附近產生 型離子電鍍裝置中，Μ ^ 一弧型離子電鍍法或一弧 導入-基板ΐ::;:::;;:;離子係藉由-電場而 弧型離子電鑛法或裝置的優點為：薄成。因此，該 優越的生產率，薄膜的黏度高:、以及心類速二：，具有 法或裝置已被廣泛作為利用-金屬膜；： = = 方 具、一鑄杈、或類似物件等的裝置。 、土復工 薄膜形成速度快的原因是因為 化，使得大量的陰極物質得以蒸發炫 壓電壓或細生質者所產生的電場而被2 J子精由負偏 子可和基板碰撞。 土板’使得離 89116734.ptd 第5頁 五、發明說明（2) ①圖2係顯示一弧型離子電鍍裝置的例子，該裝置具有一 習知的弧型蒸發源。 一用來支撐一欲覆以薄膜之基板6的支架8，係設置於一 真空容器2中，該容器係藉由未顯示於此的真空幫浦來達 到真空抽氣的目的。舉例而言，一負偏壓電壓的範圍約為 ^負數十伏特到負數百伏特，係由一偏壓電源1 0來供應 給該支架8並供應給由該支架8所支撐的基板6。 ^括有鈍氣、活性氣體（該氣體易與將說明於後的陰極 Φ 物質1 6起化學作用）和其他同性質的氣體4，被導入真空 容器2中。 4知的弧型蒸發源1 2係附著於該真空容器2的壁表 上 > 俾使该瘵發源1 2可正對著支架8上的基板6。 4弧型洛發源丨2具有一由預期材料所組成的碟狀陰極 =。j陰極14係固定於一陰極支架18。該陰極支架18通常 ίΐΐ:用來冷卻陰極14的水冷結構。在陰極支架18的後 ° 區域，配置有一用來控制位於陰極1 4蒸發表面丨5上 之弧型點的永久磁鐵20。該陰極支架1 8係透過一絕缘俨22 ::::真空容器2上。附帶-提，…常配置有用 此户賓C的觸發電極’但有關該觸發電極的說明於 此處名略（同於圖1所示）。 二該：知案例中，該真空容器2的作用也如同 牛Ρ而5 ，約為數十伏特的一弧型放電電壓，彳,Λ y y、 2 4被施力π到直空定％ $ $ <弧*31電源 容器2和陰極ίΓ之門Ϊ極支架18之間，並由此到真空 位1 4之間，而陰極1 4則被設為一負極。 495555 五、發明說明（3) 、、’口果真工弧型放電在陰極1 4的蒸發表面1 5和真空容器 2之間產生，使得瘵發表面丨5可部分熔化且陰極物質1 6可 從該處被瘵發。接著，電漿藉由位於陰極丨4前端附近區域 中的弧型放電而產生，俾使陰極物質丨6的一部份得以離子 化。該陰極物質16可到達基板6而沈積於該處。因此，一 薄膜可在該基板6的表面上形成。在該案例中，如果事先 將活性氣體導入該真空容器2中，陰極物質丨6則會與活性 氣體起化學作用，而使得基板6表面上有一化合物之薄膜 產生。 、 在上述的弧型蒸發源12中，陰極14因為弧型放電而逐漸 耗損且變短（變薄），故必須在一預先決定的循環過程中 置換一個新的陰極1 4。 然而，該習知弧型蒸發源丨2具有一碟狀的外型，其軸向 長度比其直徑為短（例如，直徑64 _且長度3〇丽）。 口 =陰極1 4必須經常更換。如此一來，更換陰極1 4極為 費事，且其餘使用該弧型蒸發源丨2的薄膜產生裝置之頻率 也會增加而使得生產率降低。 、 即使陰極1 4僅在其軸向延長，也會產生以下問題。亦 即丄)陰極1 4之蒸發表面1 5的冷卻會變得沒有效率，因 此:易產生過多的熔化部分。（2 )由永久磁鐵2 〇所產生 之瘵發表面15上的磁通量狀態會隨著陰極14的耗損而大大 地改變，故蒸發表面1 5的耗損會有偏壓影響。、 另外，陰極14的壽命通常在陰極14的重量約消耗5〇%時 即告終止。因I陰極14的浪費性消耗頗多。{其在陰極

第7頁 五、發明說明（4) 14乃是由昂貴物質如鉻金屬、鈦鋁人 成時，以成本的觀點來看，眷二降或頰似物質所組 另外，由於陰極1 4的耗指，苴—代主文馮顯者。 板6間的距離會改變， …知表面1 5和基 ^^ ^：ί；Ιί^ 狀恶會受到破壞。該、，、厚度的均勻 【發明概要】 ，-化現象係在紐時間内發生。 其中一陰 同時薄膜 實質上為 陰極推進 極；：的-目的為提供-弧型蒸發源 產^逮度可長時間維持穩定。 低 -根據本發日月而實施的弧型蒸發 形的陰極，其轴向長度係比其直徑Π: =，用來沿著該實質上為圓柱形 ^將；：極推進 丨 陰極冷部機構，其藉由冷卻劑來、人知# 二：側表面；及-磁線圈，用來在該陰極：_=極的至 具體而言’該磁線圈產生的磁通量 ::直於陰極如端的蒸發表面而 貝上 外延伸。 a攸瘵發表面而往 U該弧型蒸發源’此磁通量係藉 療發表面上產生，故-弧型點的位置可侷=在陰極的 “内。另外，該弧型點在蒸發表面内均的蒸發 任何偏壓的情形下均勻地2 得 陰極可根據陰極的祕而藉由陰極推進機 89116734.ptd 第8頁 495555 五、發明說明（5) ___ 前推進。結果，即使陰極已經耗損， 磁通量狀態仍可實質地保持穩定。.這^ =表面上的 均勻耗損。 、也有证於蒸發表面的 根據該弧型蒸發源，其軸向長度較复 為圓柱形的陰極（換言之，其在軸向較實質上 操作而均句地耗損，故陰極的大部分心土述的 同樣地，陰極可被有效率地使用且 2相吏用。 低。 尺秧陰極的頻率也可降 另外，因為陰極可根據陰極的耗損 以向前推進’蒸發表面和基板間 4 進=構 值。因此，薄膜產生速度遂可能長時二至-固定 -另：表：：冷卻機構係為了藉由冷卻劑來‘卻陰極的至 少一側表面而設置。因此，即使阶 丨1扪至 圓柱形外m，陰極的i發表面可:^個轴向較長的 影響下而有效率並穩定地冷卻 U =狀態之 小滴）在瘵發表面上產生。因此，可步# ^ ^ ± 面粗糙度的薄膜。 』形成一具有較佳表 【本發明之較佳具體例】 的=二顯據本發明而實施的弧型蒸發源之具體例 二二所示之習知弧型蒸發源相同或相對應的 關性而參考對照之。以下所說明的主要是該 具肢例和自知例子之不同點。 在该具體例中^ ^y上能士 在使用狀&、中，一弧型蒸發源3 0係附著 五、發明說明（6) ::ί 1容器2的壁表上，而該真空容器2係構成-以上所 ^ :=離子電鍍裝置以正對著一基板6。參考編號22代 表上述的絕緣體。 Ϊ弧型洛發源3〇包含有··一實質為圓柱形的陰極32，其 # ^軚其直杈為長；一陰極推進機構4 8，用來沿著陰 ;么_、由向—來將陰極32向前推進（亦即，朝向基板6 )， —陰極冷卻機構36 ’制由冷卻劑40來冷 =至少—側表面；及一磁線圈52，其用來產生磁 4面33 L 2量54在實質上係垂直於在陰極32前端的蒸 "表=33，延伸，或從蒸發表面33而往外延伸。 v> ^ 'Z ^ ^近磁線圈5 2的構件係由非磁性物質所構 P i = it干擾到由磁線圈52所產生的磁通量54。 (例如，金屬、合全、種類而由預期物質所組成 陰極32的組成物質：含；：：目同性質者）。*體而言， 如…金或“；：！：=.鈦、絡或其同類金屬； ^ L σ至，石反（c);以及苴它箄算。 極3; 例中係支撐於-支撐軸46的前端部。陰 陰極推進機構48並未侷==撐軸46來向前推進。 或自動動力操作。例如飞：：白結構1時其可為手動 機構，其具有-附著於4;;機構48可為-手動操作 -在支撐軸46的一部分中所的把手’該螺帽係旋入 在該具體例中，電力係從^ =狀螺絲釘。 46而供應給陰極32。 返的狐型電源24透過支撐軸

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在孩八肢例中’陰極冷卻機構％具有一陰極收納容器 3 8其係用來收容在陰極32蒸發表面33已暴露於外的狀態 下，陰極3 2。冷部劑4 〇係作為流入陰極收納容器3 8之用。 在4具體，中，陰極3 2的側表面和底部表面（與蒸發源3 3 相對）可藉由該冷卻劑4〇來加以冷卻。在陰極32和支撐軸 46穿透陰極收納容器38的部分，設置有襯墊“和“以防止 冷部劑4 0的滲漏。在該具體例中，陰極收納容器3 8係經 由一凸緣39和一絕緣體56而附著到一線圈收納容器5〇中， 其將說明於後。 4磁線圈5 2係繞著陰極3 2而彎曲捲繞。磁線圈$ 2係由一 未顯示方；此的D C (直流）電源而激發。圖1中的磁通量$ 4 係顯示一由磁線圈5 2所產生的磁通量之範例。該磁線圈5 2 在該具體例中係收容於線圈收納容器5 〇中。在該具體例 中，該線圈收納容器50係經由上述的絕緣體22而附荖於卜 述的真空容器2中。 者於上 在該具體例中，一電阻7 0係設置於線圈收納容器5 〇和接 地的真空谷為、2之間。該電阻7 0可避免弧型放電在陰極3 2 和線圈收納容器5 0之間發生。因此，該電阻7 〇的作用乃是 延長弧型，亦即，在陰極32以及與陰極32有一特定距離$ 真空容器2之間產生弧型放電。 該具體例中，更設置有一氣體吹送機構58，其用來將活 性氣體62吹入陰極32蒸發表面33的周圍。該活性氣體62會 跟組成陰極32的物質起化學作用，以產生一化合物。 曰 在該具體例中，氣體吹送機構5 8包括：一氣體來源6 〇，

495555 五、發明說明（8) 其用來供應活性氣體62 ; —氣體通道64，其係通過線圈收 納容器5 0而設置以導入活性氣體6 2 ; 一環狀部6 6，其與該 氣體通道64相連並設置於線圈收納容器5〇中以包圍住陰極 32蒸發表面33的周圍；及複數個氣體出口68，其在實f上 係均勻地散佈在該環狀部6 6中。例如，活性氣體6 2包括 氮、故、氧、或其它類似氣體。更具體而言，活性氣體6 2 可為氮氣。

該弧型蒸發源30也會在陰極32的蒸發表面33和真空容器 2之間展生弧型放電，使得蒸發表面3 3可藉由該弧型放電 而局部熔化。因此，已部分離子化的陰極物質34可從蒸發 表面33而被蒸發。結果，一由陰極物質34所組成的薄膜或 一由陰極物質34和活性氣體（例如，活性氣體62 )間的化 學作用而產生的化合物所組成的薄膜，可在位於蒸發表面 3 3如端的基板6表面上形成。

另外，该弧型蒸發源3 0具有其軸向長度較其直徑為長之 實質上為圓柱形的陰極32 (換言之，其在轴向較長）。其 間不僅有軸向較長的圓柱形陰極32，也設置有陰極推進機 構48來將陰極3 2向前推進，還有用來將陰極32之至少一側 表面冷卻的陰極冷卻機構36，以及一用來產生上述之陰極 3 2蒸發表面3 3上的磁通量5 4之磁線圈。結果，則可能有效 率地使用陰極3 2並因而降低更換陰極的頻率。另外，也可 能將薄膜產生速度長時間維持穩定。 更詳細的說明之，根據該弧型蒸發源3 〇，上述的磁通量 54係藉由磁線圈52而在陰極32蒸發表面33上產生，使得弧

495555 五、發明說明（9) ^。： 2，： f點的位置可侷限在陰極32的蒸發表面33 極32從開始二= f表面33内均勾地移動，使得陰 的狀況下均勾：；：使用期間’蒸發表面33可在沒有偏塵 機L外8來=可根據陰極32的耗損狀況而藉由陰極推進 iU冓48來向別推進。結果 =進 32蒸發表面33上的”已‘耗相，在陰極 的數值。這也有益二上維持與一開始同樣 ,^ 、也啕现於瘵發表面33的均勻耗損。 形源3〇,其轴向長度較長之實質上為圓柱 ，：以比習知狀況為佳的效率來加:使==大 吕’約有m的陰極32重量可有效率 /，用舉二而 的例子中說明。於是，降_叮h /史用其將於之後 陰極32的頻率。 可有效率地使用並降低更換 結果’因為更換陰極32的 r一作量。另外，其=用=蒸 產生i置之頻率也會降低而使得生產率辦 只、、潯膜 的浪費情形減少使得陰極所需的成；也可降低：J J 在陰極32乃是由昂貴物質如鉻金屬、鈦鋁人八、弋^ _ 質所組成時，陰極所需的成本更是大幅降二,5 4以物 另外’因為陰極32可根據陰極32的耗指悴#二“丄 :進罐向前推進，蒸發表面33二= 精， =近至:固定數值。因此，則可能長“ 巨離可以 又之穩疋。結果，薄膜產生速度的可再生性得以改善，= 89116734 ptd 第13頁

JJJ 五、發明說明（10) 也可加強在基板μ方 - 產生的溥膜厚度之均勻性。 :卜：陰極冷卻機構36係為了藉由冷卻劑4〇來冷 亟 向則表面而設置。因此，即使陰極32具有-個軸 =，形外觀，陰極的32 面⑽可 ==態之影響下而有效率並穩定地冷卻。結果，； 發表面3 3的溫度增其壬目务π1 & …、 (it 一 i ± J ^ ) 在瘵發表面33上產生。因此， 4 i Μ ^ #二面粗糙度的薄膜（亦即，細緻的薄膜表面和 優越的平滑度）可在基板6的表面上形成。 放ΐ2 =!’當設置有前述的氣體吹送機構58，弧型 曰：活性虱體62被吹入陰極32蒸發表面33的周圍之際 作用：：：:=性氣體62會跟組成陰極32的物質起化學 :用"以在条發表面33上產生-化合物，而該化合物的炫 點比原始陰極物質更古 谷 险搞點r π L 、间因此，大量用來作為弧型放電的 ;i : f弧孓）在蒸發表面33上產生，使得一弧型電产 可在大置的陰極點間被其分享。姓電瓜 大微粒的生二t作；細且ΠΓ效率地抑制 的薄膜。 了此產生一具有更優越表面粗糙度 具體例 具有陰極32結構的弧型蒸發源3G (其由鉻所 64mm的直徑和150mm的軸長） 风有 + #供# @ ^ ]孕由長）係附者於如圖2所示的弧型離 2，置，同時並實施一薄膜產生的程 離 南速工具鋼鐵製品所製成。亦即，在真空容器2被真=

89116734.ptd 第14頁 495555 五、發明說明（11) 氣至約為5xl0-5T〇rr的程度後，從氣體吹送機構58提供 2〇〇SCCm的氮氣以作為活性氣體62之用，俾使真介容哭^ 的壓力可維持在約20mTorr。在該狀態中，弧型；電;弧 型瘵發源30中產生，故可在一弧型電流維持在約15(^之陪 來實施薄膜產生的製程。在此刻，施加— _τ' 到基板6上。因此，每個小時可形成一 2二旱=膜2。°: 當基板6上的3 厚之薄膜產生製程實施三次，陰極32 向前推進2mm。 結果，陰極32重量約有80%的使用是令人滿音的。另 外，該弧型蒸發源30的操作時間可能約為具有u習知結構之 1瓜型瘵發源12的十倍，該習知結構係具有64_直徑和3〇_ 碟狀固定陰極14。另外，在以上操作期間，薄 生的速度可實質地維持穩定。 座 因為本發明係如以上所述而配置，其具有以下作用。 根據本發明，一弧型蒸發源具有其軸向長度較其直徑為 j實質上為圓柱形的陰極。其間不僅有軸向較長的圓柱ς :極’也設置有陰極推進機構來將陰極向前㈣，還有用 ::將陰極之至少一側表面冷卻的陰極冷卻機構，以及一用 :Ϊ ί陰極之一条發表面上的磁通量之磁線圈。結果，則 σ此有效率地使用陰極並因而降低更換陰極的頻率。另 外，也可能將薄膜的產生速度長時間維持穩定。 搞ί果f為更換陰極的頻率可以降低，故可降低更換陰 罟夕^里丄另外，其餘使用該弧型蒸發源的薄膜產生裝 置之頻率也會降低*使得生產率增加。另夕卜，該陰極的浪

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495555 20 永 久 磁 鐵 22 絕 緣 體 24 弧 型 電 源 30 弧 型 蒸 發 源 32 陰 極 33 蒸 發 表 面 34 陰 極 物 質 36 陰 極 冷 卻 機 構 38 陰 極 收 納 容 器 39 凸 緣 40 冷 卻 劑 42 襯 墊 44 概 墊 46 支 撐 轴 48 陰 極 推 進 機 構 50 線 圈 收 納 容 器 52 磁 線 圈 54 磁 通 量 56 絕 緣 體 58 氣 體 吹 迗 機 構 60 氣 體 來 源 62 活 性 氣 體 64 氣 體 通 道 66 環 狀 部

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89116734.ptd 第18頁 495555 圖式簡單說明 在隨附圖式中： 圖1為一顯示根據本發明而實施的弧型蒸發源之具體例 的剖面圖；及 圖2為一顯示具有一習知蒸發源之弧型離子電鍍裝置的 具體例之剖面圖。

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Claims (1)

1. 申請專利範圍 L __________________ ι_ 1 · 一藉由弧型放電來熔化险 發源，包含有： ° 洛备陰極物質的弧型蒸 一貫質上為圓柱形的陰極， 長； /、轴向長度係比其直徑為 陰極推進機構，其用來沿 向前推進； 者孩陰極的軸向來將該陰極 一陰極冷卻機構，苴蕻A、人 側表面；及 /、a〜。卩刎來冷卻該陰極的至少一 一磁線圈，用來在該陰極之一 2 士口由士主*立丨… 衣田的周圍產生磁通$。 & .如申明專利範圍第1項之弧型茱笋泝，#勺a右$ 體吹送機構，並用步腺、^1卩土尸I 1源，更包含有亂 的周圖，i 「a末將活性氣體吹入該陰極之該蒸發表面 A j性氣體會與組成該陰極的物質起化學作用而 厘王一化合物。 . 申"月專利範圍第1項之弧型装發源，豆中鄰近該磁 線圈的數個媸放—人丄 .、、、％ m ^τ 遙士 匕έ有非磁性物質以避免干擾該磁線圈所 屋生的磁通量。 所4產t::專,範圍第1項之弧型蒸發源，其中該磁線圈 rfi M A々r通里在實質上係垂直於該陰極前端的蒸發表面 而延伸或從該蒸發表面而向外延伸。