TWM606427U - 反應式濺鍍裝置 - Google Patents

Abstract

一種反應式濺鍍裝置，包含一腔體單元、一用於在一濺鍍腔產生一第一電漿的第一電漿源單元、一用於在一反應腔產生一第二電漿的第二電漿源單元，及一傳輸單元。該第二電漿的離子密度大於該第一電漿的離子密度。該傳輸單元包括一承載一基材單元的載台。該載台可往返於該濺鍍腔與該反應腔間，在該濺鍍腔內時，該基材單元上沉積一鍍膜，在該反應腔內時，該鍍膜與該第二電漿產生反應，而形成化合物鍍膜。藉此，使該鍍膜以先沉積後反應的方式成型，進而提升鍍率、鍍膜品質與沉積效率。

Description

反應式濺鍍裝置

本新型是有關於一種濺鍍裝置，特別是指一種反應式濺鍍裝置。

物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition,PVD)通常以濺鍍法(Sputtering)和蒸鍍法(Evaporation)為大宗。濺鍍時，所使用的工作氣體多為氬氣(Ar，用於撞擊靶材)，主要是因為惰性氣體的化學鈍性高，不易與材料發生化學反應，而若是要濺鍍化合物薄膜，會同時通入與濺射出之靶材粒子反應的反應氣體如氧氣(O2)、氮氣(N2)，進而生成所需的化合物薄膜。

惟，沉積過程中，濺射出的靶材粒子會先與反應氣體碰撞並產生反應，才沉積在基材上，以致於薄膜的成型效率較低，且工作氣體與反應氣體的比例需要嚴格的配比，否則，當工作氣體過多，反應氣體過少時，濺射出之靶材粒子與反應氣體會因為反應不完全、或反應量不夠，使沉積的鍍膜金屬性偏高，且化合物產物少；當反應氣體過多，工作氣體過少時，會因為在靶材表面就發生反應， 使化合物沉積在靶材表面，進而使靶材毒化、導電率降低，及產生電荷累積。

因此，本新型之目的，即在提供一種能夠提升鍍率、鍍膜品質與沉積效率的反應式濺鍍裝置。

於是，本新型反應式濺鍍裝置，適用於轟擊一靶材單元，而適用於在一基材單元上沉積至少一鍍膜，該反應式濺鍍裝置包含：一腔體單元、一第一電漿源單元、一第二電漿源單元，及一傳輸單元。

該腔體單元界定出相間隔且可被抽真空的至少一濺鍍腔與一反應腔。

該第一電漿源單元適用於在該至少一濺鍍腔中產生一第一電漿。

該第二電漿源單元包括數設置於該反應腔內的感應耦合天線，該等感應耦合天線適用於在該反應腔中產生一第二電漿，該第二電漿的離子密度大於該第一電漿的離子密度。

該傳輸單元包括可被驅動的一載台，該載台具有至少一適用於承載該基材單元的承載面，該至少一承載面相對於該腔體單元在一鍍膜位置與一反應位置間位移，在該鍍膜位置時，該至少一 承載面位於該至少一濺鍍腔，適用於在該基材單元上沉積該至少一鍍膜，在該反應位置時，該至少一承載面位於該反應腔，適用於使該至少一鍍膜與該第二電漿產生反應，而形成化合物鍍膜。

本新型之功效在於：使該鍍膜以先沉積後反應的方式成型，進而提升鍍率、鍍膜品質與沉積效率。

1:靶材單元

11:靶材

2:基材單元

21:基材

3:鍍膜

4:腔體單元

41:濺鍍腔

42:反應腔

43:緩衝腔

5:真空泵單元

6:第一電漿源單元

61:陰極裝置

62:第一電源供應器

63:第一電漿

7:第二電漿源單元

71:感應耦合天線

72:第二電源供應器

73:第二電漿

8:傳輸單元

81:載台

811:承載面

X:長度方向

L:軸線

θ:夾角

本新型之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一前視示意圖，說明本新型反應式濺鍍裝置的一第一實施例，其中，一載台具有一承載面，且位於一濺鍍腔；圖2是類似於圖1的一前視示意圖，但該承載組位於一反應腔；圖3是一頂視示意圖，說明本新型反應式濺鍍裝置的一第二實施例，其中，一載台具有二承載面，且其中一承載面位於其中一濺鍍腔，另一承載面位於一反應腔；及圖4是類似於圖3的一頂視示意圖，但該其中一承載面位於該反應腔，該另一承載面位於另一濺鍍腔。

參閱圖1，本新型反應式濺鍍裝置的一第一實施例，為一直線式(in-line type)濺鍍裝置，適用於轟擊一靶材單元1，而適用於在一基材單元2上沉積一鍍膜3。該反應式濺鍍裝置包含一腔體單元4、一真空泵單元5、一第一電漿源單元6、一第二電漿源單元7，及一傳輸單元8。

在本實施例中，該腔體單元4界定出沿一長度方向X排列且相間隔的一濺鍍腔41與一反應腔42，及彼此相間隔且位於該濺鍍腔41、該反應腔42間與前、後的三緩衝腔43。該濺鍍腔41內適用於設置該靶材單元1，且適用於導入工作氣體，該反應腔42內適用於導入反應氣體。另，要說明的是，頭尾兩端的該等緩衝腔43或是其中一緩衝腔43，可用來進行取付該基材單元2之用途，由於取付該基材單元2非本案特徵，且本領域中具有通常知識者根據以上說明可以推知擴充細節，因此不多加說明。

值得說明的是，該靶材單元1可以是Nb、Ti、Si、Al、Ta...等金屬材料或介電材料。工作氣體可以是惰性氣體，如Ar。反應氣體配需求的化合物，可以是O₂、N₂、CO₂、H₂、C₂H₂、C₂H₄...等等。

該真空泵單元5連通於該濺鍍腔41、該反應腔42與該等緩衝腔43，且用於將該濺鍍腔41、該反應腔42與該等緩衝腔43內的大氣排出，至形成真空狀態。在本實施例中，該真空泵單元5包 括至少一用來將該腔體單元4抽氣至低真空狀態的低真空泵浦，及至少一用來將該腔體單元4抽氣至高真空狀態的高真空泵浦，由於低真空泵浦或高真空泵浦非本案特徵，且本領域中具有通常知識者根據以上說明可以推知擴充細節，因此不多加說明。

該第一電漿源單元6包括設置於該濺鍍腔41內的一陰極裝置61(cathode)，及電連接於該陰極裝置61的一第一電源供應器62。該第一電源供應器62用於在該等陰極裝置61與該腔體單元4間施加高電壓，使該工作氣體中的高能量離子游離，而產生一第一電漿63。

在本實施例中，該第一電漿源單元6可以使用直流放電原理、或射頻放電原理產生該第一電漿63。

該第二電漿源單元7包括數設置於該反應腔42內的感應耦合天線71，及電連接於該等感應耦合天線71的一第二電源供應器72。該第二電源供應器72用於在該等感應耦合天線71間施加高電壓，使該反應氣體中的高能量離子游離，而產生一第二電漿73。該第二電漿73的離子密度大於該第一電漿63的離子密度。

在本實施例中，每一感應耦合天線71是由金屬材料的管材彎曲成U字形而成，其封閉端是朝向該反應腔42內，該等感應耦合天線71可以排列成直線型、或方型，而增加該第二電漿73的面積，以提升該基材單元2處理之寬幅。

該傳輸單元8包括一載台81。在本實施例中，該載台81可被驅動地沿該長度方向X移動，並具有一適用於承載該基材單元2適用於朝向該靶材11的承載面811。該承載面811相對於該腔體單元4在一鍍膜3位置(如圖1)與一反應位置(如圖2)間位移，在該鍍膜3位置時，該承載面811位於該濺鍍腔41，在該反應位置時，該承載面811位於該反應腔42。

在本實施例中，可以通過一動力組(圖未示)驅動該載台81。該動力組可以是與該載台81滾動連接的傳動輪。由於該動力組非本案特徵，且本領域中具有通常知識者根據以上說明可以推知擴充細節，因此不多加說明。

參閱圖1，濺鍍時，被驅動的載台81會先承載該基材單元2沿該長度方向X由圖面左側進入第1個緩衝腔43，然後，移動至該濺鍍腔41而位於該鍍膜位置，此時，該第一電源供應器62會在該陰極裝置61與該腔體單元4間施加高電壓，使該工作氣體中的高能量離子游離，而產生該第一電漿63。當高能量離子撞擊該靶材單元1時，就會產生能量轉移，進而撞擊出靶材11粒子，使粒子濺射出該靶材11，並沉積至該基材單元2上，而形成一鍍膜3。

參閱圖2，緊接著，該載台81會沿該長度方向X通過第二個緩衝腔43，且移動至該反應腔42而位於該反應位置，此時，該第二電源供應器72會在該等感應耦合天線71施加高電壓，使該反應 氣體中的高能量離子游離，而產生該第二電漿73。藉此，高密度的離子會與該基材單元2上的該鍍膜3交互反應，而形成化合物薄膜。

最後，被驅動的載台81會承載形成有化合物薄膜的基材單元2沿該長度方向X通過第3個緩衝腔43，而由圖面右側送出，並完成反應式濺鍍，而形成有一層化合物之鍍膜3。

應當注意的是，該鍍膜3不限於一層，在本實施例的其它變化例中，也可以使該載台81往返於該濺鍍腔41與該反應腔42間，而形成多層化合物之鍍膜3。由於本領域中具有通常知識者根據以上說明可以推知擴充細節，因此不多加說明。

參閱圖3與圖4，是本發明一第二實施例，為一爐式(batch type)濺鍍裝置，其與該第一實施例相同，同樣包含有該腔體單元4、該真空泵單元5、該第一電漿源單元6、該第二電漿源單元7，及該傳輸單元8。差異在於：該腔體單元4包括彼此相間隔且環繞一軸線L排列的二濺鍍腔41、一反應腔42與二緩衝腔43。

該第一電漿源單元6包括二陰極裝置61。每一陰極裝61設置於各別的濺鍍腔41內。

該傳輸單元8的載台81以該軸線L為中心轉動，並具有二相隔一夾角θ的承載面811。

該靶材單元1包括二配置於該等陰裝裝置61的靶材11， 且該基材單元2包括數配置於該等承載面811的基材21。

當該載台81以該軸線L為中心轉動，使其中一承載面811承載對應之基材21移動至對應之濺鍍腔41而位於該鍍膜位置時，第一電漿63中的高能量離子同樣會撞擊對應之靶材11，使濺射出的靶材11粒子，沉積至對應的基材21上，而形成該鍍膜3，同時，另一承載面811會承載對應之基材21移動至該反應腔42而位於該反應位置，並通過該第二電漿73中高密度的離子與該等基材21上的鍍膜3交互反應，而形成化合物薄膜。

藉此，通過二個濺鍍腔41、一個反應腔42的設計，就可以在部分的基材21進行濺鍍同時，使另一部分之基材21上的鍍膜3進行交互反應，同樣的，也可以使該載台81正、逆向轉動，使每一承載面811往返於對應之濺鍍腔41與該反應腔42間，而形成多層化合物之鍍膜3。

經由以上的說明，可將前述實施例的優點歸納如下：

1、本新型通過濺鍍腔41、反應腔42的特殊設計，使該鍍膜3以先沉積後反應的方式成型，可以有效區隔工作氣體與反應氣體，使工作氣體與反應氣體在不互相干擾的情形下，分別根據鍍膜3厚度需求及化合物需求，配置需求的氣體量。藉此，該反應腔42中的化合物不會有附著在靶材11的情形，不但能夠提升該鍍膜3的反應量，且能夠使該鍍膜3反應完全，而提升鍍膜3品質。

2、由於靶材11粒子不會在沉積過程中，與第二電漿73中的離子碰撞，因此，靶材11粒子能夠直接朝該基材單元2濺射及沉積，成膜速度相較於習知反應式濺鍍之成膜速度更快，進而提升鍍率與沉積效率。

惟以上所述者，僅為本新型之實施例而已，當不能以此限定本新型實施之範圍，凡是依本新型申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。

1:靶材單元

11:靶材

2:基材單元

3:鍍膜

4:腔體單元

41:濺鍍腔

42:反應腔

43:緩衝腔

5:真空泵單元

6:第一電漿源單元

61:陰極裝置

62:第一電源供應器

63:第一電漿

7:第二電漿源單元

71:感應耦合天線

72:第二電源供應器

8:傳輸單元

81:載台

811:承載面

X:長度方向

Claims (12)

1. 一種反應式濺鍍裝置，適用於轟擊一靶材單元，而適用於在一基材單元上沉積至少一鍍膜，該反應式濺鍍裝置包含：一腔體單元，界定出相間隔且可被抽真空的至少一濺鍍腔與一反應腔；一第一電漿源單元，適用於在該至少一濺鍍腔中產生一第一電漿；一第二電漿源單元，包括數設置於該反應腔內的感應耦合天線，該等感應耦合天線適用於在該反應腔中產生一第二電漿，該第二電漿的離子密度大於該第一電漿的離子密度；及一傳輸單元，包括可被驅動的一載台，該載台具有至少一適用於承載該基材單元的承載面，該至少一承載面相對於該腔體單元在一鍍膜位置與一反應位置間位移，在該鍍膜位置時，該至少一承載面位於該至少一濺鍍腔，適用於在該基材單元上沉積該至少一鍍膜，在該反應位置時，該至少一承載面位於該反應腔，適用於使該至少一鍍膜與該第二電漿產生反應，而形成化合物鍍膜。
2. 如請求項1所述的反應式濺鍍裝置，其中，該至少一濺鍍腔、該反應腔沿該腔體單元的一長度方向排列。
3. 如請求項2所述的反應式濺鍍裝置，其中，該傳輸單元的載台可被驅動地沿該長度方向移動，並具有一承載面。
4. 如請求項1所述的反應式濺鍍裝置，其中，該至少一濺鍍腔、該反應腔環繞一軸線配置。
5. 如請求項4所述的反應式濺鍍裝置，其中，該傳輸單元的載台以該軸線為中心轉動，並具有二相隔一夾角的承載面，當其中一承載面位於該鍍膜位置時，另一承載面位於該反應位置。
6. 如請求項1所述的反應式濺鍍裝置，其中，該第二電漿源單元是以射頻放電原理產生該第二電漿。
7. 如請求項1所述的反應式濺鍍裝置，其中，該腔體單元還包括至少一介於該至少一濺鍍腔與該反應腔間的緩衝腔。
8. 如請求項7所述的反應式濺鍍裝置，其中，該腔體單元界定出二濺鍍腔。
9. 如請求項8所述的反應式濺鍍裝置，其中，該腔體單元還界定出二可被抽真空的緩衝腔。
10. 如請求項7所述的反應式濺鍍裝置，還包含一真空泵單元，該真空泵單元連通於該至少一濺鍍腔、該反應腔與該至少一緩衝腔，且用於將該至少一濺鍍腔、該反應腔與該至少一緩衝腔內的大氣排出。
11. 如請求項1所述的反應式濺鍍裝置，其中，每一感應耦合天線是由金屬材料彎曲成U字型而成。
12. 如請求項11所述的反應式濺鍍裝置，其中，該等感應耦合天線可以排列成直線、或方型。

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