TWI447249B - 混合氣體供給系統、濺鍍裝置及濺鍍方法 - Google Patents

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Description

混合氣體供給系統、濺鍍裝置及濺鍍方法
本發明涉及濺鍍技術領域，尤其涉及混合氣體供給系統、一種濺鍍裝置及一種濺鍍方法。
濺鍍係利用離子撞擊靶材，將靶材內的原子撞出而沈積於基材表面堆積成膜。於濺鍍化合物薄膜時，若直接以化合物為靶材，濺鍍出的薄膜成份會與靶材成份相差很大，故一般於濺鍍化合物薄膜時，通常將反應氣體混合於放電氣體中，該反應氣體與靶材撞擊出來的原子進行化學反應，以控制化合物薄膜的組成與性質，此種濺鍍方法稱為反應性濺鍍。
於工件表面鍍上複數膜層可提高工件的表面性能。採用反應性濺鍍鍍複數膜時需採用複數反應氣體。對鍍一層膜而言，有時亦需於兩種或兩種以上反應氣體組成的混合氣體中進行。習知濺鍍裝置設有混合腔來混合兩種或兩種以上反應氣體，然後將混合後的氣體輸入濺鍍腔。若相鄰兩待鍍膜層所對應的混合氣體中各反應氣體的比例或者氣體種類不同，則需換氣，即將下層膜層所對應的混合氣體全部抽出該混合腔後，然後按比例輸入新的反應氣體至該混合腔混合，來獲得上層膜層對應的混合氣體，再將該混合氣體輸至濺鍍腔，比較耗時。對應地，於此段換氣時間內，因等待混合氣體，反應性濺鍍被迫中斷，不利於提高產能。
有鑑於此，提供一種混合氣體供給系統、一種濺鍍裝置及一種濺鍍方法來提高產能實為必要。
以下以實施方式為例說明一種混合氣體供給系統、一種濺鍍裝置及一種濺鍍方法。
一種混合氣體供給系統，包括至少兩氣體源、至少兩氣體質量流量控制器、至少兩第一閥門、至少兩個三通閥門、複數第二閥門、兩混合腔及兩第三閥門。每個氣體源與一第一閥門及一氣體質量流量控制器依次相連。每個氣體質量流量控制器藉由一三通閥門選擇性地與一第二閥門及該兩混合腔之一混合腔依次相連。各混合腔設有出氣口，該出氣口與一第三閥門相通。
一種濺鍍裝置，包括濺鍍腔及用於向該濺鍍腔內供應混合氣體的混合氣體供給系統。該混合氣體供給系統包括至少兩氣體源、至少兩氣體質量流量控制器、至少兩第一閥門、至少兩三通閥門、複數第二閥門、兩混合腔及兩第三閥門。每個氣體源與一第一閥門及一氣體質量流量控制器依次相連。每個氣體質量流量控制器藉由一三通閥門選擇性地與一第二閥門及該兩混合腔之一混合腔依次相連。各混合腔設有出氣口，該出氣口藉由一第三閥門與該濺鍍腔相連。
一種濺鍍方法，包括：提供前述濺鍍裝置及待鍍工件；於該三通閥門的控制下自該至少兩氣體源向該兩混合腔之一混合腔輸入各種反應氣體，混合，得第一混合氣體；輸送該第一混合氣體至該濺鍍腔，濺鍍該工件，同時於該三通閥門的控制下自該至少兩氣體源向該兩混合腔之另一混合腔輸入各種反應氣體，混合，得第二混合氣體；輸送該第二混合氣體至該濺鍍腔，濺鍍該工件。
相較於習知技術，本技術方案提供的濺鍍裝置包括兩混合腔。黨採用該兩混合腔之一混合腔的混合氣體於工件表面反應性濺鍍下層膜的同時，可採用該兩混合腔之另一混合腔混合上層膜所需氣體，待下層膜鍍完畢，可立即採用該另一混合腔內的氣體濺鍍上層膜，由此避免等待混合氣體，節約大量時間，大幅提高產能。
以下結合實施方式及附圖對本技術方案提供的混合氣體供給系統、濺鍍裝置及濺鍍方法進行詳細說明。
參見圖1，本技術方案一實施方式提供的濺鍍裝置100包括第一濺鍍腔10、第二濺鍍腔20、輸送裝置30及混合氣體供給系統40。
第一濺鍍腔10及第二濺鍍腔20可藉由連接閥50相通。第一濺鍍腔10及第二濺鍍腔20中均設有靶材11及惰性氣體進氣管12。該惰性氣體進氣管12與惰性氣體源（圖未示）相連，用於向第一濺鍍腔10及第二濺鍍腔20內輸入濺鍍所需的惰性氣體，如氬氣。
輸送裝置30於驅動裝置（圖未示）的驅動下，用於將工件自第一濺鍍腔10輸送至第二濺鍍腔20。
混合氣體供給系統50包括三相互獨立設置的氣體源51、三氣體質量流量控制器(mass flow controller，MFC)52、三第一閥門53、三三通閥54、六第二閥門55、第一混合腔56、第二混合腔57、兩排氣泵58及兩第三閥門59。
該三氣體源51用於分別提供各種需混合的反應氣體。本實施方式中，該三氣體源51分別提供氮氣、乙炔及氧氣。每個氣體源51與一第一閥門53、一氣體質量流量控制器52依次串聯。每個三通閥54分別與一氣體質量流量控制器52及兩第二閥門55相連。
第一混合腔56及第二混合腔57均分別藉由一第二閥門55與同一三通閥54相連。由此，每個氣體源51中的氣體均可經由一第一閥門53、一氣體質量流量控制器52、輸至一三通閥54，並於該三通閥54及一第二閥門55的控制下，選擇性地輸入第一混合腔56或第二混合腔57。
第一混合腔56及第二混合腔57均設有第一出氣口561及第二出氣口562。第一出氣口561與一第三閥門59相通，而達成第一混合腔56與第一濺鍍腔10相通，及第二混合腔57與第二濺鍍腔20相通。第一混合腔56及第二混合腔57還分別藉由一第二出氣口562與一排氣泵58連通。排氣泵58用於抽淨第一混合腔56或第二混合腔57中的氣體。
相較於先前技術，本實施方式提供的濺鍍裝置100設有兩混合腔，即第一混合腔56及第二混合腔57。若需於第一濺鍍腔10中對工件進行反應性濺鍍，可先於該三個三通閥門54的控制下自該三氣體源51向該第一混合腔56中輸入各反應氣體，混合，得第一混合氣體，並將該第一混合氣體經由該出氣口561及第三閥門59輸送至該第一濺鍍腔10，濺鍍該工件。與此同時，藉由控制三通閥54，使各氣體源51中的氣體輸至第二混合腔57中進行混合，得第二混合氣體。待完成鍍下層膜後，利用輸送裝置30將該工件轉移至第二濺鍍腔20內，打開與第二混合腔57相連的第三閥門59，將該第二混合氣體輸至該第二濺鍍腔20，可立即使用該第二混合氣體於該下層膜鍍膜。與此同時，控制三通閥54，使各氣體源51中的氣體輸入第一混合腔56中進行混合。如此重複，則可達成濺鍍複數膜，並避免等待混合氣體，節約大量時間，大幅提高產能。
可以理解，若完成鍍下層膜後，若第一混合腔56中仍存有少量混合氣體，可於輸送該第二混合氣體至該第二濺鍍腔57內的同時，關閉第二閥門55及與第一混合腔56相連的第三閥門59，利用排氣泵58抽淨該剩餘第一混合氣體。再控制三通閥54，自各氣體源51向第一混合腔56中輸入氣體。對於第二混合腔57亦然，不再贅述。
參見圖2，本技術方案又一實施方式提供的濺鍍裝置200包括混合氣體供給系統240及一濺鍍腔250。
混合氣體供給系統240具有與混合氣體供給系統40相類似的結構，其包括三相互獨立設置的氣體源251、三氣體質量流量控制器252、三第一閥門253、三三通閥254、六第二閥門255、第一混合腔256、第二混合腔257、兩排氣泵258及兩第三閥門259。
混合氣體供給系統240還包括三逆止閥260。每個逆止閥260分別與一氣體質量流量控制器252及一三通閥254相通。逆止閥260可避免第一混合腔256或第二混合腔257中的混合氣體逆流回氣體質量流量控制器252，污染其內的氣體。
另，該第一混合腔256藉由該兩第三閥門259與第二混合腔257相通。該第一混合腔256還與濺鍍腔250藉由一閥門相通。
濺鍍腔250設有靶材270。於濺鍍腔250中對工件鍍複數膜時，待利用第一混合腔256中混合氣體完成鍍下層膜後，關閉與第一濺鍍腔256相連的第三閥門259，打開與第二濺鍍腔257相連的第三閥門259，可立即將第二混合腔257中的混合氣體輸送至該濺鍍腔250來於該下層膜鍍上層膜，從而避免等待混合氣體。可以理解，若完成鍍下層膜後，若第一混合腔256中仍存有少量的第一混合氣體，可關閉與第一混合腔256相連的第二閥門255及第三閥門259，利用排氣泵258抽淨該剩餘第一混合氣體後，再控制三通閥254，自各氣體源251向第一混合腔256中輸入氣體。對於第二混合腔257亦然，不再贅述。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限製本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
100、200‧‧‧濺鍍裝置
40、240‧‧‧混合氣體供給系統
51、251‧‧‧氣體源
52、252‧‧‧氣體質量流量控制器
53、253‧‧‧第一閥門
260‧‧‧逆止閥
54、254‧‧‧三通閥
55、255‧‧‧第二閥門
56、256‧‧‧第一混合腔
561‧‧‧第一出氣口
562‧‧‧第二出氣口
57、257‧‧‧第二混合腔
58、258‧‧‧排氣泵
59、259‧‧‧第三閥門
11、270‧‧‧靶材
10‧‧‧第一濺鍍腔
20‧‧‧第二濺鍍腔
30‧‧‧輸送裝置
12‧‧‧惰性氣體進氣管
50‧‧‧連接閥
圖1為本技術方案一實施方式提供的濺鍍裝置的示意圖。
圖2為本技術方案另一實施方式提供的濺鍍裝置的示意圖。
200‧‧‧濺鍍裝置
240‧‧‧混合氣體供給系統
250‧‧‧濺鍍腔
251‧‧‧氣體源
252‧‧‧氣體質量流量控制器
253‧‧‧第一閥門
260‧‧‧逆止閥
254‧‧‧三通閥
255‧‧‧第二閥門
256‧‧‧第一混合腔
257‧‧‧第二混合腔
258‧‧‧排氣泵
259‧‧‧第三閥門
270‧‧‧靶材

Claims (10)

  1. 一種混合氣體供給系統，其包括至少兩氣體源、至少兩氣體質量流量控制器及至少兩第一閥門，每個氣體源與一第一閥門及一氣體質量流量控制器依次相連，其改進在於，該混合氣體供給系統還包括至少兩個三通閥門、複數第二閥門、兩混合腔及兩第三閥門，每個氣體質量流量控制器藉由一個三通閥門選擇性地與一第二閥門及該兩混合腔之一混合腔依次相連，各混合腔設有出氣口，該出氣口由一第三閥門開合。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的混合氣體供給系統，其中，該混合氣體供給系統還包括兩排氣泵，每個排氣泵與一混合腔相通。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的混合氣體供給系統，其中，該兩混合腔藉由該兩第三閥門相互連通。
  4. 如申請專利範圍第1至3任一項所述的混合氣體供給系統，其中，該混合氣體供給系統還包括至少兩逆止閥，每個逆止閥設於一氣體質量流量控制器及一與該氣體質量流量控制器對應的三通閥門之間。
  5. 一種濺鍍裝置，其包括濺鍍腔及用於向該濺鍍腔內供應混合氣體的混合氣體供給系統，該混合氣體供給系統包括至少兩氣體源、至少兩氣體質量流量控制器及至少兩第一閥門，每個氣體源與一第一閥門及一氣體質量流量控制器依次相連，其改進在於，該混合氣體供給系統還包括至少兩個三通閥門、複數第二閥門、兩混合腔及兩第三閥門，每個氣體質量流量控制器藉由一個三通閥門選擇性地與一第二閥門及該兩混合腔之一混合腔依次相連，各混合腔設有出氣口，該出氣口藉由一第三閥門與該濺鍍腔相連。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的濺鍍裝置，其中，該混合氣體供給系統還包括兩排氣泵，每個排氣泵與一混合腔相通。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的濺鍍裝置，其中，該兩混合腔藉由該兩第三閥門相互連通後與該濺鍍腔相連。
  8. 如申請專利範圍第5至7任一項所述的濺鍍裝置，其中，該混合氣體供給系統還包括至少兩逆止閥，每個逆止閥設於一氣體質量流量控制器及一與該氣體質量流量控制器對應的三通閥門之間。
  9. 一種濺鍍方法，包括：
    提供如申請專利範圍第5項所述的濺鍍裝置及待鍍工件；
    於該三通閥門的控制下自該至少兩氣體源向該兩混合腔之一混合腔輸入各種反應氣體，混合，得第一混合氣體；
    輸送該第一混合氣體至該濺鍍腔，濺鍍該工件，同時於該三通閥門的控制下自該至少兩氣體源向該兩混合腔之另一混合腔輸入各種反應氣體，混合，得第二混合氣體；及
    輸送該第二混合氣體至該濺鍍腔，濺鍍該工件。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的濺鍍方法，其中，該濺鍍裝置還包括兩排氣泵，每個排氣泵與一混合腔相通，該濺鍍方法還包括於輸送該第二混合氣體至該濺鍍腔內的同時，採用該排氣泵抽淨該第一混合氣體。
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