专利名称：玻璃模造用模仁的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种模仁(molding core)，特别是指一种玻璃模造用模仁。
背景技术：
一般而言，玻璃模造用模仁，包含有一基材及一形成于该基材上并具有一供玻璃模造用的塑形面的保护膜。在高温模造过程中，是将一玻璃素材放置于该保护膜的塑形面上，并对该玻璃模造用模仁施予一致使该玻璃素材软化的温度，借由该塑形面以使得该玻璃素材在高温模压的条件下形成一具有一与该塑形面形状互补的光学功能面的光学玻璃镜片。
由于一般常见的玻璃素材本身化学稳定性不足，于高温模造过程，该玻璃素材与该保护膜两者之间易经由化学反应而产生玻璃融着(fusion)现象并使得保护膜易附着有部分熔融的玻璃素材。然而，前述的玻璃融着现象不但因为降低该保护膜的塑形面的表面转写精度而严重地影响模仁的使用寿命，此外，亦使得最终所制得的光学玻璃镜片无法符合光学品质的要求。
因此，为了降低模仁的保护膜于高温模造过程中所产生的表面粗化(roughen)及化学反应等问题，以使得所制得的光学玻璃镜片于使用上可符合光学品质的要求，于高温模造过程中用来与该玻璃素材相接触的保护膜大致上有几类由金属碳化物或金属氮化物所制成的陶瓷(ceramics)膜、由贵金属(noble metal)所制成的贵金属膜及由类钻碳(diamond like carbon；简称DLC)所制成的DLC膜。
参阅图1，日本特开2000-319028号专利揭露一种玻璃模造用的模仁11，包含一基材111、一形成在该基材111上且是由碳化钛(TiC)或碳化钽(TaC)所制成的保护膜112。当该模仁11经过频繁的高温模造使用次数之后，亦难免会产生该保护膜112的表面粗糙度提升的问题，因此，该模仁11则需利用由盐酸(HCl)、硝酸(HNO3)及氢氟酸(HF)混合所构成的酸性蚀刻剂(etching agent)移除该保护膜112，且进一步地于该基材111上形成一新的保护膜112，借以完成该模仁11的返修(repair)制程并使得该模仁11得以重复地被使用。然而，利用前述的酸性蚀刻剂对该模仁11施予返修时，则容易造成该保护膜112的过度蚀刻(over etching)，因而损毁该基材111。
此外，参阅图2，日本特开2000-319028号专利亦揭露另一种玻璃模造用的模仁11’，大致上是与该模仁11相同，其不同处在于，该模仁11’更包含一夹置于该基材111及该保护膜112之间的中间膜113，且该模仁11’的保护膜112是由氮化钛(TiN)或氮化钽(TaN)所制成。其中，该中间膜113是由氧化铝(Al2O3)、氧化镁(MgO)或氧化铍(BeO)所制成。当该模仁11’经过频繁的高温模造使用次数之后，是利用由煮沸的氢氧化钠(NaOH)所构成的碱性蚀刻剂移除该保护膜112并留下该中间膜113，且进一步地于该中间膜113上形成一新的保护膜112，借以完成该模仁11’的返修制程进而使得该模仁11’得以重复地被使用。由于该中间膜113对于前述的碱性蚀刻剂的抵抗能力不足，因此，于该模仁11’经过几次的返修之后，仍然会造成该保护膜112的过度蚀刻，因而损毁该模仁11’的基材111。
参阅图3，日本特开2001-130918号专利揭露一种玻璃模造用的模仁12，包含一基材121、一形成在该基材121上且是由金(Au)、铱(Ir)或铼(Re)等贵金属所制成的保护膜122、一夹置于该基材121及该保护膜122之间且是由铬(Cr)所制成的第一中间膜123，及一夹置于该基材121及该第一中间膜123之间且是由金属氮化物所制成的第二中间膜124，其中，该第一及第二中间膜123、124的用途是在于提供该保护膜122及该基材121之间的附着性(adhesion)。
首先，该模仁12是利用离子束蚀刻法(ion beam etching)移除该保护膜122，再利用湿式蚀刻(wet etching)分别地移除该第一及第二中间膜123、124，且进一步地于该基材121上依序地形成该第二中间膜124、该第一中间膜123及该保护膜122，借以完成该模仁12的返修制程进而使得该模仁12得以重复地被使用。然而，该模仁12在实施返修过程中，其湿式蚀刻亦容易产生过度蚀刻等问题并损伤该基材121。
参阅图4，日本特开2004-035359号专利揭露一种玻璃模造用的模仁13，包含一基材131、一形成在该基材131上且是由DLC所制成的保护膜132，及一夹置于该基材131及该保护膜132之间且是由碳化物(carbide)或氮化物(nitride)所制成并提供该保护膜132及该基材131两者之间的附着性的中间膜133。
首先，该模仁13是利用氧电浆(O2plasma)移除该保护膜132，再利用湿式蚀刻剂移出该中间膜133，且进一步地于该基材131上依序地形成该中间膜133及该保护膜132，借以完成该模仁13的返修制程进而使得该模仁13得以重复地被使用。同样地，该模仁13在实施返修过程中，其湿式蚀刻亦容易产生过度蚀刻等问题并损伤该基材131。
前揭数篇日本专利前案分别采用化学式的湿式蚀刻或干式蚀刻(dry etching)等方式对模仁施予返修制程，皆易因为过度蚀刻的问题而降低模仁的使用寿命。然而，虽然借由钻石刀具并采用研削(grinding)或精密切削加工(single point diamond turning)等机械加工法，亦可以对前揭的模仁12的贵金属保护膜122进行返修并恢复该保护膜122的表面精密，但此种机械式的移除方法不但相当耗时又容易耗损钻石工具，因此也增加了实施在返修制程上的时间成本及加工耗材成本。
因此，简化玻璃模造用的模仁的返修制程并解决因化学湿式蚀刻对基材造成过度蚀刻的现象以增加模仁的使用寿命，同时亦可满足实施在返修制程上的时间成本及加工耗材成本，是目前玻璃模造用的模仁相关领域者有待研发解决的重要课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种玻璃模造用模仁。
本发明的一种玻璃模造用模仁，包含一基材、一形成于该基材上并具有一远离该基材且供模造用的塑形面的保护膜，及一夹置介于该基材及该保护膜之间的蚀刻阻障膜。
该保护膜是一选自于下列所构成的群组含有M1的组份(component containing M1)、含有M1及碳的组份(component containing M1and carbon)、含有M1及氮的组份(componentcontaining M1and nitrogen)，及含有M1、碳及氮的组份(component containing M1，carbon andnitrogen)。该M1是一选自于下列所构成的群组钛(Ti)、铝(Al)、钨(W)、钽(Ta)、铬(Cr)、锆(Zr)、钒(V)、铌(Nb))、铪(Hf)、硼(B)、铂(Pt)、铱(Ir)、铼(Re)、钌(Ru)、铑(Rh)、锇(Os)及此等的一组合。
本发明的功效在于可简化模仁的返修制程，并解决因化学湿式蚀刻对基材造成过度蚀刻以增加模仁的使用寿命。
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明图1是一剖视图，说明日本特开2000-319028号专利的一玻璃模造用的模仁。
图2是一剖视图，说明日本特开2000-319028号专利的另一玻璃模造用的模仁。
图3是一剖视图，说明日本特开2001-130918号专利的一玻璃模造用的模仁。
图4是一剖视图，说明日本特开2004-035359号专利的一玻璃模造用的模仁。
图5是一剖视图，说明本发明玻璃模造用模仁的一第一较佳实施例。
图6是一剖视图，说明本发明玻璃模造用模仁的一第二较佳实施例。
图7是一剖视图，说明本发明玻璃模造用模仁的一第三较佳实施例。
图8是一剖视图，说明本发明玻璃模造用模仁的一第四较佳实施例。
具体实施例方式
由于，只借由物理气相沉积(physical vapor deposition；简称PVD)法所形成的不同组成薄膜相比较，非晶碳膜或类钻碳膜对于化学湿式蚀刻剂的抗蚀性，远比金属膜、金属氧化物膜、金属碳化物膜或金属氮化物膜高。此外，利用化学湿式蚀刻法进行返修所需耗费的时间又远比机械加工法减少许多。
因此，本发明借由非晶碳膜及类钻碳膜对于化学湿式蚀刻剂的抗蚀性远比金属材料及化合物优异的特点，于一基材上形成一含有金属的组份的保护膜，并于该保护膜及该基材之间夹置有一非晶碳膜或类钻碳膜作为一蚀刻阻障(etching stop)膜，借以构成本发明的玻璃模造用模仁。
一般而言，碳膜(carbon film)可分为非晶碳膜及类钻碳膜，其主要是由sp2键结与sp3键结两种键结混合所构成，且前述的非晶碳膜及类钻碳膜对于化学湿式蚀刻剂的抗蚀性是随着形成于碳膜内的sp3键结百分比增加而增加，而形成碳膜内的sp3键结百分比的多寡则可借由镀膜方法加以改善，因此，形成于本发明的玻璃模造用模仁内的蚀刻阻障膜是不限于由PVD法所制得，亦可以是由化学气相沉积法(chemical vapordeposition；简称CVD)所制得。
有关本发明之前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的四个较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。
参阅图5，本发明玻璃模造用模仁的一第一较佳实施例，包含一基材2、一形成于该基材2上并具有一远离该基材2且供模造用的塑形面31的保护膜3，及一夹置介于该基材2及该保护膜3之间的蚀刻阻障膜4。
该保护膜3是一选自于下列所构成的群组含有M1的组份、含有M1及碳的组份、含有M1及氮的组份，及含有M1、碳及氮的组份。该M1是一选自于下列所构成的群组钛、铝、钨、钽、铬、锆、钒、铌、铪、硼、铂、铱、铼、钌、铑、锇及此等的一组合。
适用于本发明的该蚀刻阻障膜4是一选自于下列所构成的群组非晶碳、类钻碳及此等的一组合。在一具体实施例中，该蚀刻阻障膜4是一类钻碳。
较佳地，该蚀刻阻障膜4的厚度是至少大于50nm。更佳地，该蚀刻阻障膜4的厚度是介于50nm至300nm之间。
较佳地，该保护膜3是一含有M1及氮的组份，在一具体实施例中，该M1是钛及铝的一组合，亦即；该保护膜3是一Ti-Al-N。
较佳地，该保护膜3是一含有M1的组份，在另一具体实施例中，该M1是铂及铱的一组合，亦即；该保护膜3是一Pt-Ir。较佳地，该保护膜3的厚度是介于50nm至1000nm之间。
较佳地，如图6所示，本发明的玻璃模造用模仁的一第二较佳实施例更包含有一夹置于该保护膜3及该蚀刻阻障膜4之间的第一中间膜5，其是用以提升该蚀刻阻障膜4与该保护膜3两者间的薄膜同质性(coherence)并增加该蚀刻阻障膜4对该保护膜3薄膜附着性。该第一中间膜5是一选自于下列所构成的群组含有M2及碳的组份、含有M2及氮的组份，及含有M2、碳及氮的组份。适用于本发明的该M2是一选自于下列所构成的群组钛、铝、钨、钽、铬、锆、钒、铌、铪、硼、铂、铱、铼、钌、铑、锇及此等的一组合。
较佳地，该第一中间膜5是一含有M2及碳的组份，在一具体实施例中，该M2是钛及铝的一组合，亦即；该第一中间膜5是一Ti-Al-C。在另一具体实施例中，该M2是铱及铼的一组合，亦即；该第一中间膜5是一Re-Ir-C。较佳地，该第一中间膜5的厚度是介于20nm至50nm之间。
较佳地，如图7所示，本发明的玻璃模造用模仁的一第三较佳实施例更包含有一夹置于该基材2及该蚀刻阻障膜4之间的第二中间膜6，其是用以提升该蚀刻阻障膜4与该基材2两者间的薄膜同质性并增加该基材2对该蚀刻阻障膜4的薄膜附着性。该第二中间膜6是一选自于下列所构成的群组含有M3的组份、含有M3及氮的组份、含有M3及碳的组份，及含有M3、氮及碳的组份。适用于本发明的该M3是一选自于下列所构成的群组硅(Si)、钛、铝、钨、钽、铬、锆、钒、铌、铪、硼及此等的一组合。
较佳地，该第二中间膜6是一含有M3的组份，在一具体实施例中，该M3是钛及铝的一组合，亦即；该第二中间膜6是一Ti-Al。在另一具体实施例中，该M3是硅。较佳地，该第二中间膜6的厚度是介于10nm至50nm之间。
较佳地，参阅图8，本发明的玻璃模造用模仁的一第四较佳实施例，大致上是与该等较佳实施例相同，其不同处在于该基材2上是依序形成有该第二中间膜6、该蚀刻阻障层4、该第一中间膜5及该保护膜3。
此外，适用于本发明的该基材2是一选自于下列所构成的群组碳化钨(WC)、碳化硅(SiC)及氮化硅(Si3N4)。
借由本发明的玻璃模造用模仁的第四较佳实施例所延伸的两个具体实施例说明如下<实施例一参阅图8，在本发明玻璃模造用模仁的一具体实施例一中，该基材2是一碳化钨基材，该保护膜3是一厚度约为350nm的Ti-Al-N膜，该蚀刻阻障膜4是一厚度约为200nm的类钻碳膜，该第一中间膜5是一厚度约为30nm的Ti-Al-C膜，该第二中间膜6是一厚度约为10nm的Ti-Al膜。
本发明玻璃模造用模仁的该具体实施例一的制作方法，简单地说明于下。
首先，在一真空系统内通入氩气(Ar)以维持2×10-1Pa的工作压力及350℃的镀膜温度，并对一由Ti-Al所构成的合金靶材(target)施予500W的射频功率(r.f.power)，于一由碳化钨所构成的基材2上形成一厚度约10nm的Ti-Al膜以完成该第二中间膜6。
此外，控制同一真空镀膜系统的镀膜温度为300℃，通入甲苯(C6H6)作为反应气体使工作压力维持在1×10-1Pa，以2500V的基板偏压利用离子镀(ion plating)在该Ti-Al膜表面形成一厚度约为200nm的类钻碳膜以完成该蚀刻阻障膜4。
进一步地，控制同一真空镀膜系统的镀膜温度为300℃并通入Ar气体以维持2×10-1Pa的工作压力，对该Ti-Al合金靶材施予500W的射频功率，随后通入乙炔(C2H2)气体以维持3×10-1Pa的工作压力，利用反应式离子溅镀法(reactive ion sputtering)于该类钻碳膜表面形成一厚度约30nm的Ti-Al-C膜以完成该第一中间膜5。
最后，在同一真空镀膜系统中维持300℃的镀膜温度并通入Ar气体以维持2×10-1Pa的工作压力，对该Ti-Al合金靶材施予550W的射频功率，随后通入氮气(N2)以维持3×10-1Pa的工作压力，利用反应式离子溅镀法于该Ti-Al-C膜表面形成一厚度约350nm的Ti-Al-N膜以完成该保护膜3。
当该具体实施例一中的玻璃模造用模仁经过频繁的高温模造次数并达到其成形寿命后，可将该模仁浸泡于体积比介于7∶3至6∶4的氨水(ammonia water)及双氧水(H2O2)的混合溶液中，进而对该模仁施予返修制程并完全移除该保护膜3与该第一中间膜5，其中，蚀刻行为将会停止在该蚀刻阻障膜4的表面。因此，本发明具体实施例一的玻璃模造用模仁于蚀刻处理之后，只需经过擦拭洗净并重新依序地形成一第一中间膜5与一保护膜3即可循环地被使用。
<实施例二参阅图8，在本发明玻璃模造用模仁的一具体实施例二中，该基材2是一碳化钨基材，该保护膜3是一厚度约为800nm的Pt-Ir膜，该蚀刻阻障膜4是一厚度约为200nm的类钻碳膜，该第一中间膜5是一厚度约为50nm的Re-Ir-C膜，该第二中间膜6是一厚度约为20nm的硅膜。
本发明玻璃模造用模仁的该具体实施例二的制作方法，简单地说明于下。
首先，在一真空系统内通入氩气(Ar)以维持2×10-1Pa的工作压力及350℃的镀膜温度，并对一硅靶材施予500W的射频功率，于一碳化钨所构成的基材2上形成一厚度约20nm的硅膜以完成该第二中间膜6。
此外，利用相同于该具体实施例一的蚀刻阻障膜的制程条件，于该硅膜表面形成一厚度约为200nm的类钻碳膜以完成该蚀刻阻障膜4。
进一步地，控制同一真空镀膜系统的镀膜温度为350℃并通入Ar气体以维持2×10-1Pa的工作压力，对一铱(Ir)靶材、一铼(Re)靶材及一碳(C)靶材分别施予800W、600W与900W的射频功率，于该类钻碳膜表面形成一厚度约50nm的Ir-Re-C膜以完成该第一中间膜5。
最后，在同一真空镀膜系统中维持350℃的镀膜温度并通入Ar气体以维持2×10-1Pa的工作压力，对一铂(Pt)靶材及该铱(Ir)靶材分别施予600W与800W的射频功率，于该Ir-Re-C膜表面形成一厚度约800nm的Pt-Ir膜以完成该保护膜3。
当该具体实施例二中的玻璃模造用模仁经过频繁的高温模造次数并达到其成形寿命后，可将该模仁浸泡于体积比为1∶3的硝酸(NHO3)及盐酸(HCl)混合水溶液中，进而对该模仁施予返修制程并完全移除该保护膜3与该第一中间膜5，其中，蚀刻行为亦停止在该蚀刻阻障膜4的表面。因此，本发明具体实施例二的玻璃模造用模仁于蚀刻处理之后，只需经过擦拭洗净并重新依序地形成一第一中间膜5与一保护膜3即可重复地被使用。
与现有技术所提及的该等模仁11、11’、12及13相比较，本发明的两个具体实施例的玻璃模造用模仁在返修制程中，不但皆只需借由化学湿式蚀刻法即可移除该保护膜3及该第一中间膜5，且由于蚀刻作用停止于蚀刻阻障膜4，因此亦不至于损伤到该基材2。此外，与利用钻石刀具实施的机械加工法相比较，本发明的玻璃模造用模仁的返修速度远比机械加工法快，且没有钻石刀具的磨耗问题，因此，可有效地降低花费于返修制程的时间成本及加工耗材成本。
归纳上述，本发明玻璃模造用模仁可简化模仁的返修制程并解决因化学湿式蚀刻对基材造成过度蚀刻的现象进而增加模仁的使用寿命，同时亦可减少实施在返修制程上的时间成本并具有降低加工耗材成本等特点，所以确实能达到本发明的目的。
权利要求
1.一种玻璃模造用模仁，其特征在于其包含一基材；一形成于该基材上的保护膜，具有一远离该基材且供模造用的塑形面，该保护膜是一选自于下列所构成的群组含有M1的组份、含有M1及碳的组份、含有M1及氮的组份，及含有M1、碳及氮的组份，该M1是一选自于下列所构成的群组钛、铝、钨、钽、铬、锆、钒、铌、铪、硼、铂、铱、铼、钌、铑、锇及此等的一组合；及一夹置介于该基材及该保护膜之间的蚀刻阻障膜。
2.如权利要求1所述的玻璃模造用模仁，其特征在于该蚀刻阻障膜是一选自于下列所构成的群组非晶碳、类钻碳及此等的一组合。
3.如权利要求1所述的玻璃模造用模仁，其特征在于该蚀刻阻障膜的厚度是至少大于50nm。
4.如权利要求1所述的玻璃模造用模仁，其特征在于该蚀刻阻障膜的厚度是介于50nm至300nm之间。
5.如权利要求1所述的玻璃模造用模仁，其特征在于该保护膜是一含有M1及氮的组份，该M1是钛及铝的一组合。
6.如权利要求1所述的玻璃模造用模仁，其特征在于该保护膜是一含有M1的组份，该M1是铂及铱的一组合。
7.如权利要求1所述的玻璃模造用模仁，其特征在于该保护膜的厚度是介于50nm至1000nm之间。
8.如权利要求1所述的玻璃模造用模仁，其特征在于更包含有一夹置于该保护膜及该蚀刻阻障膜之间的第一中间膜，该第一中间膜是一选自于下列所构成的群组含有M2及碳的组份、含有M2及氮的组份，及含有M2、碳及氮的组份，该M2是一选自于下列所构成的群组钛、铝、钨、钽、铬、锆、钒、铌、铪、硼、铂、铱、铼、钌、铑、锇及此等的一组合。
9.如权利要求8所述的玻璃模造用模仁，其特征在于该第一中间膜是一含有M2及碳的组份，该M2是钛及铝的一组合。
10.如权利要求8所述的玻璃模造用模仁，其特征在于该第一中间膜是一含有M2及碳的组份，该M2是铱及铼的一组合。
11.如权利要求8所述的玻璃模造用模仁，其特征在于该第一中间膜的厚度是介于20nm至50nm之间。
12.如权利要求1所述的玻璃模造用模仁，其特征在于更包含有一夹置于该基材及该蚀刻阻障膜之间的第二中间膜，该第二中间膜是一选自于下列所构成的群组含有M3的组份、含有M3及氮的组份、含有M3及碳的组份，及含有M3、氮及碳的组份；该M3是一选自于下列所构成的群组硅、钛、铝、钨、钽、铬、锆、钒、铌、铪、硼及此等的一组合。
13.如权利要求12所述的玻璃模造用模仁，其特征在于该第二中间膜是一含有M3的组份，该M3是钛及铝的一组合。
14.如权利要求12所述的玻璃模造用模仁，其特征在于该第二中间膜是一含有M3的组份，该M3是硅。
15.如权利要求12所述的玻璃模造用模仁，其特征在于该第二中间膜的厚度是介于10nm至50nm之间。
16.如权利要求1所述的玻璃模造用模仁，其特征在于该基材是一选自于下列所构成的群组碳化钨、碳化硅及氮化硅。
全文摘要
本发明公开了一种玻璃模造用模仁，包含一基材、一形成于该基材上并具有一远离该基材且供模造用的塑形面的保护膜，及一夹置介于该基材及该保护膜之间的蚀刻阻障膜；该保护膜是一选自于下列所构成的群组含有M
文档编号C03B11/00GK1834044SQ200510055709
公开日2006年9月20日 申请日期2005年3月18日 优先权日2005年3月18日
发明者王坤池 申请人:亚洲光学股份有限公司