TWI379916B - Vacuum coating device and coating method - Google Patents

Description

1379916 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明有關於一種薄膜沉積技術’特別是有關於一種 真空鍍膜裝置及適用於上述真空鍍膜裝置的鍍膜方法。 【先前技術】 傳統物理氣相沉積（physical vapor deposition, PVD ) 技術常用於薄膜沉積，例如：熱蒸鐘（thermal evaporation )、 電子束蒸鍍（e-beam evaporation)、濺鍍（sputtering)、 分子束县晶（molecular beam epitaxy, MBE)。而雷射觸發 高電流脈衝電弧（laser induced high current pulsed arc, LIHCPA)技術是後續發展出一種多功能性的鍍膜技術。不 同於傳統物理氣相沉積技術或是化學氣相沉積（chemical vapor deposition，CVD)，雷射觸發高電流脈衝電弧技術是 唯一運用脈衝雷射（pulsed laser)光束由真空腔體外部射 入激發材料（即，靶材）以及使用脈衝電弧放電裝置沉積 高動能粒子的鍍膜技術，故可以在真空腔體内部充入高濃 度的各種氣體來參與薄膜的生長。此項技術可應用在任何 單元素或化合物的非晶材料、多晶材料與磊晶材料等高品 質薄膜的製作。 雷射觸發高電流脈衝電弧（LIHCPA)之技術成長薄 膜，是藉由雷射光在靶材表面的移動產生許多之微小電漿 區。配合高功率脈衝電弧設計，脈衝雷射結合電弧進行高 能離子電浆沉積薄膜。此雷射光是透過一步進馬達（step 4 1379916 ::)使其具縱向U方向）掃描的能力，可將 s θ至20cm以上。因此當雷 丄& 陽極會誘發陰極表面產生小的m上時’ 電機制’在放電過程中產 之充放 ^體内產生减量之電毁。藉由此 = 材產生更高游離化之離子與 电水了使靶 量電漿之優點，因此而降低。、” 1。利用此高能 度。由於在室溫即可^ _、之沉積溫度與表面粗糙 生破壞。 軸，因此龍㈣基材不會產 料時然=料或非導電性薄膜材 造成陽極表面導電性的 水在陽極表面產生污染， 由電弧放電的電漿，而大:降:薄不膜易:^^ .【發明内容】 有鑑於此，本發明 及錢膜方法，適用於上 一種真空鍍膜裝置 極的設計，於鍍膜期間在直其中藉由多組陽 效增加薄膜厚度以及維持鍍膜效率。^更換陽極，以有 括明提供—種真空鍍膜裝置，其包 材複數陽極、一運 電裝置，—脈衝雷射裝置。：脈衝電弧： 陽極’使每-陽極依序經過一可=_置及移: 裝:電性連接陰極材舆位於可操作位】：電::： ”空腔體域生電激錢行賴。_雷射裝置設置会 5 二：：體：锻用以提供一脈衝雷射光束至陰極靶材表面， 戸马一電漿觸發器。 -直3=目的’本發明提供-種鍍膜方法，適用於 送裝置，又用包括：一陰極乾材、複數陽極、一運 於陰極乾材4=之;;及一脈衝電弧放電裝置，接 一第運送裝置將這些陽極中的 連接於第:可操作位置’使脈衝電弧放電裝置電性 陰極靶材矛面玉：陰極靶材之間。提供一脈衝雷射光束至 之電=:?以離出崎粒子，而觸發第-陽極與㈣ 出可操μ送裝置將第一陽極移 作位置，#r#T 24些陽極中的—第二陽極移進可操 置錢衝電弧放電裝置電性連接第二陽極與陰極乾 【實施方式】 了龃2說明本發明實施例之製作與使用。然而，可輕易 使的實施例僅用於說明以特定方法製作及 使用=發明’麵㈣舰本發明的範圍。 ^!圖係缚示出根據本發明—實 不意圖。請參昭第〗围，亩处μ ，、二殿联珉置 2置―及-脈衝雷射裝=10在4本;=3 極靶材100製作成予笛保计况 不只她例中陰 可為順時斜衰狀D—縱轴作旋轉，其旋轉方向 1為順時針或逆時針（為簡化圖式给 針旋轉的陰極乾.材100)。 僅、，，日不出物 陽極呢放置於運送裝置1〇4上，依特定形式排列且 1379916 大二=1〇0。陽極⑽為條狀，且每-陽極長度 極乾材的長度。再者，每-條狀陽極 圖僅矩形、或多邊形(為簡化圖式，第1 α值曰不出截面為圓形的陽極102)。 在本實施例中，運送裝置1〇4具有一平台設置於 ?靶：1〇0下方’用以承載陽極1〇2並移動陽極1〇2 ; ::了依序經過一可操作位置^此處「可操作 ^表一相對於陰極乾材1⑼表面的位置，使位於該 放電。…絲::ί 在施加電壓時可產生電弧 ^在本貫施例中’可操作位置1〇5與陰_才 面之間的間距d在〇 ς .η ^ Ί ·至5cm的範圍，而較佳的間距d 在〇.5cm至lcm的範圍。 再者，平台上的陽極1〇2係以陰 =列’且物置104以陰極把 二作 其旋轉方向可為順時針或逆時針u簡化圖式，第?:僅 繪示出逆時針旋轉的陰極® 封loom㈣ /、運讀置1G4分別獨立旋轉且兩者的旋轉方向可 不同（為簡化圖式’ f 1圖僅繪示 方向的陰極靶材100及運送裝置104)。 j旋轉 =狀排列的陽極1G2彼此保持—岐間距 施例僅以6個陽極1()2作為範 極二 :際-之間的間距可依照設計需= :運4可_一步進馬達(未繪示）， 可扭™5。在另-實施例中，運送裝置== 7 1379916 陰極靶材1〇0上方而將陽極1〇2組裝於運送裝置1〇4的底 部，使其環繞運送裝置104下方的陰極靶材1〇〇。另外， 他只施例中’平台上的陽極1Q2可不以陰極乾材1〇〇 為中心作環狀排列。亦即，運送裝置104不以陰極靶材1〇〇 為軸作旋轉。然而，運送裝置104仍需每—陽極1〇2傳送 經過可操作位置105。 〜脈衝電弧放電裝1106通常包括一電源供應器及一電 容，其可耦接陰極靶材100與運送裝置1〇4之間，用以電 ί生連接陰極靶材100與位於可操作位置1〇5的陽極1〇2。 舉例而言，陰極靶材100與脈衝電弧放電裝置1〇6的負電 位連接，而位於可操作位置105的陽極102與脈衝電弧放 電裝置1G6的正電位連接，用以在—真空題（未繪示） 產生電水來進行鍍膜。在一實施例中，脈衝電弧放電裝 置1〇6的工作電壓在50V至1000V的範圍。 脈衝雷射裝置1〇8設置於真空腔體外，作為一電漿觸 發。。(或稱引弧n (arctrigger))，其與脈衝電弧放電裝 置106係構成一雷射觸發高電流脈衝電弧（LIHCPA)系 先脈衝雷射裝置108提供一脈衝雷射光束109至陰極靶 材100的表面。在本實施例中，脈衝雷射裝置⑽包括： 準分子雷射裝置、ArF準分子雷射裝置

、或是 Nd-YAG f態雷射裝置。再者’脈衝雷射光束H)9沿平行陰姉材 〇〇旋轉軸之軸向’對陰極乾材1〇〇表面進行掃描。藉由 脈衝雷射光束⑽的觸發，陰姉材1GG與位於可操作位 f 105的陽極102之間可.產生電弧放電而形成電漿110。 一基板112可軸至—負電位，以將㈣11G導引至其表 8 i379916 面而沉積薄膜114。 第2圖係繪示出根據本發明另一實施例之真空鍍膜 f示意圖’其中相同於第1圖的部件係使用相“^

省略其說明。不同於第i圖的實施例，運送裝置1〇心近 於陰極靶材100,而陽極102作直線排列，且運送孽置1 以步進方式沿一方向將每一陽極102依序移進/移^可操a 位置105。舉例而言，陽極1()2移動的方向大體垂直陰極 靶材100旋轉軸之軸向或是脈衝雷射光束1〇9沿陰極=材 100旋表面的掃描方向。同樣地，·意的是^ 以4個陽極102作為範例說明，陽極1G2的實際數目 陽極102之間的間距可依照設計需求作調整。 以下配合第i或2圖說明根據本發明實施例之適用於 真空鍵膜裝置.200的鍍臈方法。首先 入一純性氣链’例如A(He)、氖（J、氬=體= (Kr)、^ (Xe)。再者，製程壓力可控制在 至2Pa的範圍。 以運送裝置104或104a將複數陽極1〇2的立中之 位置105 ’使脈衝電弧放電襄請電性連接位 於可操作位置⑽的陽極1G2與陰極乾材。如以上杳 =斤述，可操作，5與崎材1〇〇之間的間“ • cm至5cm的範圍。而電弧放電f 衝電壓（工作電壓）約在㈣5 ^裝置106所施加的脈 極乾材κκ)與陽極】〇2之間產生電弧心的範圍，用以在陰 在此^贅=Μ2的排列及移動方式如上實施例所述， 9 1379916 藉由脈衝雷射裝置108作為弓丨弧器，提 光束⑽，極料100表面，例如準分

ArF Γ:子=、或是Nd-YAG固態雷射。脈衝雷射光束 109係用以觸發電弧而形成用於链膜的電裝 電流達麵A以上。再者’脈衝雷射光束1〇9沿平行 靶材100旋轉轴之轴向，對陰極乾材】 = 此時，可選擇在基板112上施加 麵知描。 材100所解離的離子引向基板而藉此形 ::可:作位置105的陽極102因容:二 材_所產生之粒子覆蓋或消耗，造成電阻特性升高 脈衝電弧放電次數減少，使得離子u 11() Μ 限’所以不易累積薄膜114厚度。 為解決此一問題，在一實施例中，當位於可齡 105的陽極1〇2的使用時間到達一既定時間之後 裝置104或l〇4a將雜1〇2移出可操作位置⑼ 將 下-個陽極㈣移進可操作位置奶，使 = 置106電性連接具有齡签主二& 电5瓜现軍裝 以進賴膜製程乎表面的陽極1G2與陰錄材刚 太在另一實施例中，當位於可操作位置105的陽極102 所產生的電聚次數到達—既定次數時，以運送裝置⑽或 l〇4a將陽極102移出可操作位置1()5，同時將下—個陽極 搬移進可操作位置1〇5,使脈衝電弧放電裝置⑽電性連 接具有乾淨表面的陽極1〇2與陰極乾材1〇〇以進行鑛膜製 程。 根據上述實施例，具有多重陽極的真空錢膜裝置可在 1379916 陽極耗損或表面受到污染而使導電度下降時，提供另一具 有乾淨表面的陽極來進行鍍膜。因此，可有效增加產生離 子電漿的次數及提高激發電漿的效率，進而增加沉積薄膜 的厚度、縮短沉積既定厚度的薄膜所需的時間、以及降低 清潔陽極所耗費的時間。另外，由於多重陽極的設計可延 長陽極的導電度下降至無法使用的時間，因此可使用導電 度較低的材料。亦即，具有多重陽極的真空鍍膜裝置不僅 可用於導電薄膜的沉積，也可應用於高電阻薄膜沉積。 # 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不 脫離本發明之精神和範圍内，當可作更動與潤飾，因此本 發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 1379916 【圖式簡單說明】 第1圖係繪示出根據本發明一實施例之具有多重陽極 的真空鍍膜裝置示意圖。 第2圖係繪示出根據本發明另一實施例之具有多重陽 極的真空鍍膜裝置示意圖。 【主要元件符號說明】 100〜陰極靶材； 102〜陽極； 104、104a〜運送裝置； 105〜可操作位置； , 106〜脈衝電弧放電裝置； 108〜脈衝雷射裝置； 109〜脈衝雷射光束； 110〜電漿； 112〜基板； • 114〜薄膜； 200〜真空鍍膜裝置； d~間距。 12

Claims (1)

1. 修正日期:101.10,2 申請專刺範圍 1.一種真空鍍膜裝置，包括： 一陰極乾材； 複數陽極； 一運送裝置，用以放置及移動該等陽極，使每一該等 陽極依序經過一可操作位置； 一脈衝電弧放電裝置，電性連接該陰極靶材與位於該 可操作位置的該陽極，用以在該一真空腔體内產生電漿來 進行鍍膜；以及 一脈衝雷射裝置，設置於該真空腔體外，用以提供一 脈衝雷射光束至該陰極靶材表面，以作為一電漿觸發器。 2. 如申請專利範圍第1項所述之真空鍍膜裝置，其中該 脈衝雷射光束沿一第一方向對該陰極靶材表面進行掃描。 3. 如申請專利範圍第2項所述之真空鍍膜裝置，其中該 陰極靶材沿一軸作旋轉，且該軸之軸向平行該第一方向。 4. 如申請專利範圍第2項所述之真空鍍膜裝置，其中該 等陽極作直線排列，且該運送裝置以步進方式沿一第二方 向將每一該等陽極依序移進/移出該可操作位置。 5. 如申請專利範圍第4項所述之真空鍍膜裝置，其中該 第一方向大體垂直該第二方向。 6. 如申請專利範圍第1項所述之真空鍍膜裝置，其中該 等陽極作環狀排列，且該運送裝置以步進方式將每一該等 陽極依序移進/移出該可操作位置。 7. 如申請專利範圍第6項所述之真空鍍膜裝置，其中該 等陽極以該陰極靶材為中心作環狀排列，且該運送裝置以 1379916 ' 第98105765號 修正日期·_101·Ι0.2 修正本 - 該陰極乾材為轴作旋轉。 8. 如申請事利範圍第1項所述之真空鍍膜裝置，其中該 可操作位置與該陰極靶材之間的間距在〇.5cm至5cm的範 圍。 9. 如申請專利範圍第1項所述之真空鍍膜裝置，其中該 等陽極為條狀，且每一該等陽極長度大體相同於該陰極靶 材的長度。 10. 如申請專利範圍第9項所述之在真空鍍膜裝置，其 • 中每一該等條狀陽極的截面為圓形、矩形、或多邊形。 11. 如申請專利範圍第1項所述之真空鍍膜裝置，其中 該脈衝電弧放電裝置的工作電壓在50V至1000V的範圍。 • ' 12.如申請專利範圍第1項所述之真空鍍膜裝置，其中 ' 該脈衝雷射裝置包括：KrF準分子雷射裝置或ArF準分子 雷射裝置。 13.如申請專利範圍第1項所述之真空鍍膜裝置，其中 該脈衝雷射裝置包括Nd_YAG固態雷射裝置。 ® 14.一種鍍膜方法，適用於一真空鍍膜裝置，該真空鍍 膜裝置包括：一陰極靶材、複數陽極、一運送裝置，用以 放置該等陽極、以及一脈衝電弧放電裝置，耦接於該陰極 靶材與該運送裝置之間，該方法包括： 以該運送裝置將該等陽極的一第一陽極移進一可操作 位置，使該脈衝電弧放電裝置電性連接於該第一陽極與該 陰極靶材之間； 提供一脈衝雷射光束至該陰極靶材表面，而觸發該第 一陽極與該靶材之電弧而形成用於鍍膜的電漿；以及 14 1379916 第98105765號 修正日期:101.10.2 修正本 以該運送裝置將該第一陽極移出該可操作位置，同時 將該等陽極的一第二陽極移進該可操作位置，使該脈衝電 弧放電裝置電性連接該第二陽極與該陰極靶材。 15. 如申請專利範圍第14項所述之鍍膜方法，其中當該 第一陽極的使用時間到達一既定時間，將該第一陽極移出 該可操作位置，同時將該等陽極的一第二陽極移進該可操 作位置。 16. 如申請專利範圍第14項所述之鍍膜方法，其中當該 • 第一電極所產生的電漿次數到達一既定次數，將該第一陽 極移出該可操作位置，同時將該等陽極的一第二陽極移進 該可操作位置。 17. 如申請專利範圍第14項所述之鍍膜方法，其中該脈 衝雷射光束沿一第一方向對該陰極靶材表面進行掃描。 18. 如申請專利範圍第17項所述之鍍膜方法，其中該等 陽極作直線排列，且該運送裝置以步進方式沿大體垂直於 該第一方向的一第二方向將每一該等陽極依序移進/移出 •該可操作位置。 19. 如申請專利範圍第14項所述之鍍膜方法，其中該等 陽極作環狀排列，且該運送裝置以步進方式將每一該等陽 極依序移進/移出該可操作位置。 20. 如申請專利範圍第19項所述之鍍膜方法，其中該等 陽極以該陰極靶材為中心作環狀排列，且該運送裝置以該 陰極靶材為轴作旋轉。 21. 如申請專利範圍第14項所述之鍍膜方法，其中該可 操作位置與該陰極靶材之間的間距在〇.5cm至5cm的範圍。 15 1379916 ’ 第98105765號 修正日期:101.10.2 修正本 — 22.如申請專利範圍第14項所述之鍍膜方法，其中該脈 . 衝電弧放電裝置的工作電壓在50V至1000V的範圍。 23. 如申請專利範圍第14項所述之鍍膜方法，其中該脈 衝雷射光束包括：KrF準分子雷射或ArF準分子雷射。 24. 如申請專利範圍第14項所述之鍍膜方法，其中該脈 衝雷射光束包括Nd-YAG固態雷射。

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