TWI278523B - Method for manufacturing porous getter devices with reduced particle loss and devices so manufactured - Google Patents

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1278523 A7 B7 五、發明説明（彳） 發明領域： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係相備於一種低粒子損失之多孔吸氣裝置製造 方法與以此方法製成的裝置。 發明背景： 吸氣裝置能夠使用在所有技術的及科學的應用，其中 需要維護真空，諸如平面顯示器（電漿的或場效發射型）、某 些種類的燈或供科學硏究的粒子加速器。吸氣裝置另外重 要的使用領域，爲螢光燈內部氣體純化之用，但主要用途 是爲微電子工業製程氣體方面。本發明對特別型態之吸氣 裝置製造特別有用，例如在微電子工業製程於沈積室襯底 (受質：substrate)之形狀及尺寸待處理時，其中此裝置可保 證一較短的排出時間及較好淸淨的工作氣氛；此種吸氣裝 置係以申請者之名描述於國際專利申請PCT/IT00/00136。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 形成此等裝置之活性材料主要爲鉻、鈦，及它們與選 擇在過渡兀素及銘之中一個或更多元素的合金。此等材料 對低分子量的氣體種類諸如氧、水、氫、氧化碳及有時 氮，具有強親和力。因此它們係使用於要求維持真空、或 從大氣或針對此等材料其係惰性（主要爲鈍氣）之氣體流動， 自空間中移除微量的此等氣體。 因爲通過吸氣材料表面發生氣體吸附，通常希望這是 盡可能的寬廣。爲了要獲得此結果，同時維持小的裝置尺 寸，通常使用多孔吸氣裝置，形成固結粉末之吸氣材料， 其可獲得活性材料曝露表面與吸氣裝置幾何表面之間的高 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公董） -4- 1278523 A7 B7 五、發明説明（2) 比値。 製造多孔吸氣裝置之各種方法，描述於文獻中。

Patent GB-B-2,077,487描述產製多孔吸氣裝置，其由吸 氣金屬粉末之混合物所形成，特別是鈦或鍩和吸氣合金； 混合物係經預壓縮及在溫度800〜ll〇(TC之真空爐燒結。燒 結溫度高於金屬之吸氣合金，以抗燒結的功能加入，避免 粉末之過渡壓密和下列氣體吸附特色之減低。

Patent Application DE-A-2,204,7 14 揭示一種方法，相似 於Patent GB-B-2,077，487，其差異爲在本案使用石墨粉末 作爲抗燒結劑。 具有高於那些以描述於前之兩種技術製得的孔隙度之 吸氣裝置，能以電泳技術製造，例如描述於US 5,242,559。 根據此技術，配製懸浮液的通常含水醇的粒子吸氣材料。 在懸浮液中插入兩電極，其中之一由金屬或石墨製造，亦 作爲最終吸氣裝置之撐體。吸氣材料粒子之遷移向撐體及 它們的吸附在那，係導因於應用兩極間之電位差。如此獲 得的沈積物然後以在真空爐，通常於溫度900〜1000°C間燒 結熱處理固結。 吸氣裝置其中活性材料是能夠藉網板印刷技術，以一 層的形式產製在平面的撐體上，例如描述於US 5,882,727 專利者。根據此技術，一吸氣材料粒子之糊槳係配製於含 有低百分率之高沸點有機化合物的水性溶液中，其當作黏 結劑；此糊漿係通過一適當網之網目，而沈積在下面的襯 底。沈積物然後乾燥之，並以真空爐在溫度800〜1000°C間 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 衣· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -5- 1278523 Α7 Β7 五、發明説明（j 燒結熱處理固結。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 最終，具有特別高孔隙度之吸氣裝置，可以根據描述 於US 5,908,579專利獲得。在此情況，它使用一種吸氣材 料粉末與一種有機化合物之混合物，例如氨基甲酸酯銨， 當裝置之固結熱處理時蒸發之（處理溫度達900〜1 200 °C 間），離開互通孔隙之網，其給與氣體接近裝置吸氣材料之 最內部粒子表面。 根據既知技術吸氣裝置遭遇的問題爲損失粒子之可能 性，由於事實上表面粒子能較最內者更弱的黏結。游離粒 子之出現，對於吸氣裝置大多數可預知的應用是有害的。 因爲這些可能干擾電的功能性（例如平面顯示器），它們可能 來到照射路徑或基本粒子光束間（應用在粒子加速器），或它 們可能沈積在正在製造之微電子裝置上。 一排除問題之可能途徑爲增加燒結溫度，如此有利於 粒子的相互黏著；無論如何，此方法不僅減低問題的整體 性而沒有解決它，而且亦有缺點爲它導致孔隙度及活性材 料曝露面積的減低，因而降低吸氣裝置氣體吸附性質。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明之目的，爲提供一種製造低粒子損失之多孔吸 氣裝置製造方法，無既知技術缺點，和提供以此方法製成 的裝置。 發明之槪述： 根據本發明方法獲得之此目的，其在於產製在多孔吸 氣本體表面上，一層具有厚度至少〇·5 μιη與吸氣裝置之使 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐ΐ ' ---- -6 - 1278523 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（4 用條件相容的材料之沈積物，和選擇在蒸發法、從電弧發 生電獎之沈積法、從離子光束之沈積法及陰極沈積法等之 中的沈積技術。 本發明者發現與先前可相信的大爲不同，適當材料以 低厚度沈積在多孔吸氣本體表面，不偏頗它的氣體吸附性 質，同時敏感的減低粒子損失的現象。 圖式簡要說明： 本發明將參考圖幅描述如下： -圖1 :顯示根據本發明方法覆蓋前多孔吸氣本體之懷 剖面示意圖； ^ -圖2 :顯示根據本發明方法覆蓋後圖1之多孔吸氣本 體之相同橫剖面； -圖3 :顯示根據本發明方法較佳實施例之覆蓋的吸氣 材料的少數晶粒之橫剖面。 元件對照表 10 多孔吸氣車體 11 吸氣材料 1 2 頸 13 粒子 2 0 洗積物 2 1 區位 22 多孔吸氣車體 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁j

-7 1278523 A7 B7 五、發明説明（g 3 0 沈積物 3 1 沈積物 3 2 微通道。 較佳實施例之詳細描述： 圖1顯示多孔吸氣本體（10)之表面部分橫剖面。在那一 點當發生材料之燒結微熔化之際，吸氣材料粒子（11)經” 頸”（1 2)連接在一起。因爲此等”頸”之不足的機械阻力（力 阻）（由於低溫的燒結方法）或它們的數目減低，特別是就小 尺寸的粒子（13)而論，表面粒子之黏結對於結構的其餘部分 能夠減低。 圖2代表根據本發明方法覆蓋後圖1之相同本體。吸 氣本體（1 0)之上部表面是以使用列舉技術之一所得的，以一 層（20)覆蓋之。此等技術是方向性的，而沈積物僅僅覆蓋沈 積時本體（1 0)之曝露向材料源頭部分。表面吸氣粒子之某些 區位（21)，其爲關於待沈積材料源頭之陰影面積部分，留下 無沈積物。總效果爲沈積物（20)當作爲材料粒子之黏著劑， 但是它並不阻塞吸氣材料粒子中之大通道，其容許氣體接 近向最內部的粒子，它的表面是不根據本發明方法覆蓋， 因而保留活性供氣體吸附。結果是使用沈積物（20)表面覆蓋 的多孔吸氣本體（10) 〇 吸氣材料其能使用於產製多孔本體者爲各式各樣，而 通常包含鈦及锆金屬、它們的氫化物、鈦或銷與選擇在過 渡兀素及銘之中一個或更多兀素的合金，及此等合金之一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -8 - 1278523 A7 B7 五、發明説明（3 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 個或更多與鈦及/或銷或它們的氫化物之混合物。供本發明 目的最有用的材料之中可以提及描述於US 3,203,90 1專利 之锆-鋁合金及較佳者爲具有重量百分率組成鍩84%-鋁16% 之合金’爲申g靑者在品名St 101.下’生產及銷售者，描述 於US 4,3 1 2,669專利之錐-釩-鐵合金及較佳者爲具有重量百 分率組成锆70%-釩24.6%-鐵5.4%之合金，爲申請者在品名 St 707下，生產及銷售者；描述於US 5,961，750專利之鉻-鈷-A(其中A表示選擇在釔、鑭、稀土類或它們的混合物中 之一個元素）合金及較佳者爲具有重量百分率組成鍩80.8%-銘14.2%- A 5 %之合金，爲申請者在品名St 7 87下，生產及 銷售者；揭75於U S 4，4 5 7，8 9 1專利之欽-飢-猛合金，混合物 以重量計，包含鈦70%- St 101合金30% ;混合物以重量 計，包含鈦70%- St 707合金30% ;混合物以重量計，包含 锆40%- St 707合金60% ;混合物以重量計，包含鈦60%- St 707合金40% ;混合物以重量計，包含鉬10%-鈦 80%-TiH210%，描述於US 4,428,856專利，爲申請者在品名St 175下，生產及銷售者。此等吸氣材料通常係以粒子尺寸小 於125 μιη之粉末型態使用，而較佳者爲在20〜100 μιη間。 根據列舉技術之一製造吸氣本體後，它是依據使用材 料以在真空或惰性氣氛下，溫度通常在800〜1200°C間藉熱 燒結處理方式固結之。 如此獲得之吸氣本體使用選擇在蒸發法、從電弧發生 電漿沈積法、從離子光束沈積法及陰極沈積法等之中的沈 積技術，加以沈積的處理到至少0.5 μιη厚度之層。. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -9- 1278523 A7 ____B7 五、發明説明（i 蒸發能夠以待覆蓋吸氣試樣及待沈積材料源頭放置於 同一室實施，此後以既知技術蒸發（惰性氣體或真空下），諸 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 如直接加熱（即通電流於材料保持物）、間接加熱（感應加 熱）、電子撞擊或相似方式。 ;人一技術（滅知定義爲電弧電漿沈積）在於引發材料之顯 微洛滴’其必須以局部電弧使用相同材料的固體本體表面 熔化來沈積；如此形成之落滴然後加速向必須被覆蓋之襯 底。本技術使能快速獲得緊密覆蓋，並爲改善它們的硬度 特色而使用於覆蓋機械器具。 從離子光束沈積之技術，熟知之定義爲離子光束沈 積’在於引發待沈積材料之電漿離子，然後以電場方式加 速此等離子衝向待覆蓋之襯底。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明之目的’較喜愛使用陰極沈積技術。陰極沈積 技術容許生產由不同材料形成撐體上材料之薄膜，其厚度 通常高至約10〜20μιη。本技術有許多變數，領域中較熟知 者爲定義”濺鍍”或”物理蒸汽沈積”或它的頭字語”PVD”。濺 鍍技術廣爲人知’且已使用於工業上，因爲它容許生產活 性材料之薄膜（例如導體材料層）或非活性的功能性（例如絕 緣劑），但是亦有許多廣領域的應用，例如製造成層之鋁的 壓縮磁片。 濺鍍及它的變化極爲人知並有許多，在此不作詳細描 述。爲了瞭解本發明充分回憶本技術之基礎。誠如熟知 者，本技術是使用一真空室其中它可能產生電場。在室中 係放置一待沈積之材料標靶（通常爲短圓柱形）’標靶前待形 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -10- 1278523 A7 B7 五、發明説明（8) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 成之薄膜在撐體上。真空室首先排氣，然後充以惰性氣體 通常爲氬氣之氣氛，在1〇·2〜l(T5mbar之壓力；以應用撐體 襯裏及標靶襯裏間數千伏特之電位差，即產生電子之電漿 及氬離子；此等離子係以電場加速衝向標靶，如此導致它 的碰撞侵鈾；衍生自標靶侵蝕之種（通常爲原子或原子團）沈 積在撐體上而形成它的薄層。改變製程參數時，製造薄膜 之性質及條件被控制；例如增加應用在電極之電力，同時 間生產之厚度是增加了及所得薄層之形態學是改變了；形 態學可以藉改變對襯底沈積的入射角之更有效方式控制 之。 沈積在多孔吸氣裝置表面層之層厚至少0.5 μιη，因爲在 更薄的値時’層的內聚力不足以保留吸氣材料粒子好不容 易黏結到裝置之其餘部分。沈積物的厚度上限並沒有嚴格 的定義，然通常此爲低於5 μ m，因爲較高的厚度値需要長 的加工處理時間，且沒有得到特別的優點，較佳者爲沈積 層厚是在1〜2.5μιη間。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 形成沈積物的材料，可以是任何能與最終應用上裝置 使用條件相容的材料。特別是沈積物的材料當在裝置之預 定製造步驟’必須有低的氣體釋出及必須能夠忍受吸氣裝 置受到的溫度而不變質，諸如燒結操作密封平面顯示器或 燈；論及在沈積室具有待處理襯底之形狀及尺寸之裝置， 描述於上面列寧的國際專利申請PCT/IT00/001 36，沈積在多 孔吸氣本體上之材料必須能夠忍耐加熱在吸氣材料活化溫 度，向那真空室爲了它的壁面脫氣，受到至少在500°C左右 本紙張尺度適财酬家標準（CNS ) A4規格（21GX297公羡1 "" 一 -11- 1278523 A7 B7 五、發明説明（g) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 之溫度。普通，沈積的材料可以選擇在過渡金屬、稀土類 及鋁中之一。它亦可能一次沈積多於一種金屬（以諸如共蒸 發作用或所謂的共濺鍍技術），於是得到混合物或列舉金屬 的合金。 較佳者，沈積的材料是具有吸氣性質的金屬，諸如 飢、妮、給 '組、或較佳者爲駄及銷，或此等金屬之合 金。論及此等材料之一的沈積，與所得不覆蓋的多孔本體 比較時，除減低粒子損失外，亦可增加氣體吸附性質。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 假如此層係以顆粒狀或柱狀形態學沈積時，從此立場 特別良好的結果可獲得。在圖3代表多孔吸氣本體表面覆 蓋以具有此形態學之沈積物的實施例，其顯示表面的吸氣 晶粒（11)被多重的微沈積物（30)所覆蓋，總得能夠實施供晶 粒在面積（31)黏著之功能，但在內係出現微通道（32)，其增 進氣體對在下的多孔吸氣及亦對同樣覆蓋的吸氣晶粒的表 面之接近度。顆粒狀或柱狀形態學能夠經由以控制沈積條 件之濺鍍技術得到，特別是以操作在高壓的惰性氣體下及 在低溫的襯底（多孔吸氣）；較佳者，氣體壓力是維持在 1 X 10 _3及5 X 1 (Γ2 m b a r，而襯底的溫度爲接近室溫。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -12-

Claims (1)

1. Ϊ278523 A8 B8 C8 D8 修正 在 、申請範圍 附件2A: 第90 1 23227號專利申請案 中文申請專利範圍替換本 民國95年1 0月12 曰修正 1 · 一種低粒子損失之多孔吸氣裝置（22)的製造方法， 在於以一種選自蒸發法、從電弧發生電漿之沈積法、從離 子束之沈積法及陰極沈積法之技術，在由連接一起的吸氣 材料粒子形成的多孔吸氣本體（10)表面上，產生具有厚度至 少0.5 pm之低氣體釋出且能夠抵抗此吸氣裝置之目標應用 裝置製造步驟期間所受溫度而不變質之材料的沈積物（20 ; 3〇 ’ 31)，其中該多孔本體之吸氣材料係選自鈦及鉻金屬、 它們的氫化物、鈦或鍩與一或多種選自過渡元素及鋁之元 素的合金，及一或多種此等合金與鈦及/或鉻或其氫化物之 混合物。 2 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中待覆蓋的多 孔吸氣本體，係以一種選自使用或不使用在後續熱處理、 電泳及絹印期間會蒸發之有機成分的粉末壓縮的方法來製 造。 3 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中該吸氣材料 爲具有重量百分率組成鉻84% -銘16%之合金。 4 _如申請專利範圍第1項之方法，其中該吸氣材料 爲具有重量百分率組成鉻70%-釩24.6%-鐵5.4%之合金。 5 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中該吸氣材料 爲具有重量百分率組成鉻80.8%-鈷14.2%- A 5%之合金，其 中A表示選自釔、鑭、稀土類、或它們的混合物之元素。 (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家摞準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） -1 - 1278523 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^、申請專利範圍 6 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中該吸氣材料 爲一混合物，以重量計，包含鈦70%及具有重量百分率組 成鍩84%·鋁16%之合金30%。 7 .如申請專利範圍第1項之方法，其中該吸氣材# 爲一混合物，以重量計，包含駄7 0 %及具有重量百分率糸且 成鉻70%-釩24.6%-鐵5.4%之合金30%。 8 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中該吸氣材料 爲一混合物，以重量計，包含鉻40%及具有重量百分率糸且 成鉻70%·釩24.6%-鐵5.4%之合金60%。 9 .如申請專利範圍第1項之方法，其中該吸氣材料 爲一混合物，以重量計，包含鈦60%及具有重量百分率組 成鉻70%-釩24.6%·鐵5.4%之合金40%。 1 0 _如申請專利範圍第1項之方法，其中該吸氣材 料爲一混合物，以重量計，包含鉬1 0 %、欽8 〇 %、及T i Η 2 10%。 1 1 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中該吸氣材 料係爲粉末形式，粒子尺寸小於125μιη。 1 2 .如申請專利範圍第11項之方法，其中該吸氣材 料係爲粉末形式，粒子尺寸在約2 0〜1 0 〇 μ m間。 1 3 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中該沈積物 厚度小於5 μηι。 1 4 ·如申請專利範圍第1 3項之方法，宜中該沈積物 厚度在1〜2.5 μπι間。 1 5 .如申請專利範圍第1項之方法，其中沈積的材 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） -2 請 面 之 注 I 頁 訂 1278523 Α8 Β8 C8 D8 々、申請專利範圍 料係選自過渡金屬、稀土類及鋁。 1 6 .如申請專利範圍第15項之方法，其中沈積的材 料係選自釩、銳、鈴、钽、欽及錯。 1 7 ·如申請專利範圍第1 6項之方法，其中該材料係 以陰極沈積法獲得一層具有顆粒狀或柱狀形態之沈積。 1 8 ·如申請專利範圍第17項之方法，其中該陰極沈 積法係在惰性氣體壓力在約1 xlO·3及5 xl(T2mbai·之間， 及多孔吸氣本體的溫度接近室溫下實施。 1 9 · 一種由連接一起的吸氣材料粒子（11)所形成的多 孔吸氣本體（22)，其中在該本體上部表面的吸氣粒子係部分 被選自過渡金屬、稀土類及鋁的材料之沈積物（20 ; 30，31) 所覆蓋，該沈積物具有至少0.5 μιη之厚度，且其中該多孔 本體之吸氣材料係選自鈦及鉻金屬、它們的氫化物、鈦或 鉻與一或多種選自過渡元素及鋁之元素的合金，及一或多 種此等合金與鈦及/或鉻或其氫化物之混合物。 (請先閲·#背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210><297公釐） 一 3 -