复合式沉积系统的制作方法
【专利摘要】一种复合式沉积系统，包含一腔体、一抽气泵浦、一气体供应源、一阴极电弧源、一高功率脉冲磁控溅镀源与一基板。抽气泵浦与腔体内部连通以改变腔体的气压。气体供应源与腔体内部连通，并提供一气体进入腔体。阴极电弧源与腔体连接，阴极电弧源包含一第一靶材，第一靶材设置于腔体内。高功率脉冲磁控溅镀源与腔体连接，高功率脉冲磁控溅镀源包含一第二靶材，第二靶材设置于腔体内。基板设置于腔体内，且对应第一靶材与第二靶材。借此，可增加沉积速率与改善所沉积薄膜的性质，并可精简制程与提高产能。
【专利说明】复合式沉积系统
【技术领域】
[0001]本实用新型是有关于一种沉积系统，且特别是有关于一种复合式沉积系统。
【背景技术】
[0002]类钻碳膜(DLC film)因具有高硬度、高杨氏系数、高耐磨性、高热导系数、低摩擦系数以及化学惰性等特性，通过于精密工件及元件表面沉积类钻碳膜，可使得精密工件及元件的表面得到类似钻石般的特殊性质，而可提升工件的性能。
[0003]目前沉积类钻碳膜的方法包含磁控溅镀、阴极电弧沉积、脉冲激光沉积、等离子辅助化学气相沉积与等离子离子布植等等。以阴极电弧沉积为例，其采用真空电弧放电原理，将靶材蒸气粒子从阴极靶材的表面释放发射，靶材的離子化蒸气受到阳极的负偏压加速，而撞击并沉积在基板上形成膜层。然而，使用阴极电弧沉积类钻碳膜时，会产生数量可观的微粒，而影响所沉积的类钻碳膜的性质。
[0004]若以磁控溅镀沉积类钻碳膜，虽不会产生微粒，但其沉积速率远低于阴极电弧沉积，而不利于大规模量产。
[0005]因此相关学者与业者，持需寻求一种新的沉积系统，一方面可增加沉积速率，另一方面可改善所沉积薄膜的性质。
实用新型内容
[0006]本实用新型的一目的是在提供一种复合式沉积系统，其同时具有阴极电弧源(Cathodic Arc Source)与高功率脉冲磁控灘锻源(High Power Impulse MagnetronSputter Source)两种镀源,借此,可增加沉积速率,并可改善所沉积薄膜的性质。
[0007]本实用新型的另一目的是在提供一种复合式沉积系统，其同时具有阴极电弧源与高功率脉冲磁控溅镀源两种镀源，借此，可于同一腔体中对同一基板沉积两种以上的薄膜，一方面可精简设备，另一方面可精简制程。
[0008]依据本实用新型一实施方式是在提供一种复合式沉积系统，包含一腔体、一抽气泵浦、一气体供应源、一阴极电弧源、一高功率脉冲磁控溅镀源与一基板。抽气泵浦与腔体内部连通以改变腔体的气压。气体供应源与腔体内部连通，并提供一气体进入腔体。阴极电弧源与腔体连接，阴极电弧源包含一第一靶材，第一靶材设置于腔体内。高功率脉冲磁控溅镀源与腔体连接，高功率脉冲磁控溅镀源包含一第二靶材，第二靶材设置于腔体内。基板设置于腔体内，且对应第一 IE材与第二祀材。
[0009]依据前述的复合式沉积系统，气体供应源所提供的气体可为惰性气体，亦可为反应性气体。反应性的气体可为乙炔、氧或氮。
[0010]依据前述的复合式沉积系统，第一靶材可与第二靶材的成分不同，以于基板沉积复合式薄膜。第一靶材可与第二靶材的成分相同，以于基板沉积单一薄膜。第一靶材与第二靶材的成分可为碳，以于基板沉积类钻碳膜。当第一靶材与第二靶材的成分为碳时，先使用高功率脉冲磁控溅镀源，再使用阴极电弧源，以于基板沉积类钻碳膜，此外，气体供应源所提供的气体可为乙炔。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]为让本实用新型的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下:
[0012]图1是绘示依照本实用新型一实施方式的一种复合式沉积系统的示意图；
[0013]图2是绘示依照本实用新型另一实施方式的一种复合式沉积系统示意图；
[0014]图3是一比较例的类钻碳膜的扫描式电子显微镜(SEM)照片；
[0015]图4是依照本实用新型一实施例的类钻碳膜的SEM照片；
[0016]图5是另一比较例的类钻碳膜的SEM照片；
[0017]图6是依照本实用新型另一实施例的类钻碳膜的SEM照片；
[0018]图7A为图3至图6中各比较例与各实施例的类钻碳膜维式硬度试验分析比较图；
[0019]图7B为图3至图6中各比较例与各实施例的类钻碳膜磨耗磨损试验分析图。
【具体实施方式】
[0020]请参照图1，其是绘示依照本实用新型一实施方式的一种复合式沉积系统100的不意图。图1中，复合式沉积系统100包含一腔体160、一阴极电弧源110、一高功率脉冲磁控溅镀源120、一基板130、一抽气泵浦140与一气体供应源150。
[0021 ] 阴极电弧源110与腔体160连接，阴极电弧源110包含第一靶材111，第一靶材111设置于腔体160内。关于阴极电弧源110的结构与工作原理为习用，在此不予赘述。
[0022]高功率脉冲磁控溅镀源120与腔体160连接，高功率脉冲磁控溅镀源120包含第二靶材121，第二靶材121设置于腔体160内。关于高功率脉冲磁控溅镀源120的结构与工作原理为习用，在此不予赘述。
[0023]基板130设置于腔体160内，且对应第一靶材111与第二靶材121，在本实施方式中，基板130可逆时针转动，可有利于所沉积薄膜的均匀性，在其他实施方式中，基板130可改变其转动方向。
[0024]抽气泵浦140与腔体160内部连通，通过抽气泵浦140可改变腔体160的气压。更具体言之，抽气泵浦140可对腔体160内部抽真空，使腔体160的内部气压满足阴极电弧源110或高功率脉冲磁控溅镀源120所需的工作条件。
[0025]气体供应源150与腔体160内部连通，并提供气体(图未揭示)进入腔体160。气体供应源150可同时提供两种以上的气体，且气体的种类可为惰性气体或反应性气体，可使用的惰性气体包含但不限于氩，可使用的反应性气体包含但不限于乙炔、氧或氮。前述“反应性气体”是指气体会与第一靶材111或第二靶材121的原子以化合物的型态沉积于基板130上，亦即气体为所沉积薄膜的成分来源之一，前述“惰性气体”是指气体不会与第一靶材111或第二靶材121的原子以化合物的型态沉积于基板130上。使用者可依所欲沉积薄膜的种类与性质，选择适当的气体种类以及调整气体通入腔体160中的流速与压力。
[0026]第一靶材111与第二靶材121的成分可不同，借此，可先后以阴极电弧源110及高功率脉冲磁控溅镀源120 (阴极电弧源110与高功率脉冲磁控溅镀源120的使用顺序可对调)于基板130进行沉积，而于基板130形成复合式薄膜，前述“复合式薄膜”是指薄膜由两种以上不同成分的膜层所组成。在一实施例中，第一靶材111可为石墨，第二靶材121可为金属，在另一实施例中，第一祀材111可为金属，第二祀材121可为石墨，以于基板130形成石墨与金属的复合式薄膜。
[0027]习用以不同的沉积方式于同一基板沉积不同成分的膜层时，需使用两种不同的沉积系统，并先后以两种沉积系统沉积所需的膜层，每次进行沉积皆需使腔体达到预定的真空度，在使用上颇为费时，此外，使用者需负担两种沉积系统的成本，并需有足够的空间放置两种沉积系统，因此具有设备繁复，制程冗长的缺失。
[0028]而本实用新型的复合式沉积系统100同时具有阴极电弧源110与高功率脉冲磁控溅镀源120，一方面可精简设备，另一方面于沉积复合式薄膜时，当以其中一种镀源(阴极电弧源110或高功率脉冲磁控溅镀源120)沉积完第一种膜层时，腔体160仍具有一定的真空度，因此可快速调整为另一种镀源(高功率脉冲磁控溅镀源120或阴极电弧源110)所需的真空度，故可精简制程。此外，当基板130为非导体而无法使用阴极电弧源110沉积薄膜时，可先以高功率脉冲磁控溅镀源120于基板130沉积一层导电性膜层，以改变基板130的导电性，使基板130可适用于阴极电弧源110，故可扩大复合式沉积系统100的应用层面。
[0029]第一靶材111与第二靶材121的成分亦可相同，借此，可先后以阴极电弧源110及高功率脉冲磁控溅镀源120于基板130进行沉积，而于基板130形成单一薄膜，前述“单一薄膜”是指薄膜由相同成分的膜层所组成，且前述阴极电弧源110与高功率脉冲磁控溅镀源120的使用顺序可视薄膜种类与性质而予以对调。与习用使用单一镀源沉积单一薄膜相较，本实用新型以不同的镀源(高功率脉冲磁控溅镀源120及阴极电弧源110)沉积单一薄膜，可改善所沉积单一薄膜的性质。
[0030]请参照图2，其是绘示依照本实用新型另一实施方式的一种复合式沉积系统100示意图。图2中，复合式沉积系统100包含一腔体160、二阴极电弧源110、二高功率脉冲磁控溅镀源120、一基板130、一抽气泵浦140与一气体供应源150。
[0031]二阴极电弧源110相对设置，各阴极电弧源110与腔体160连接，各阴极电弧源110包含第一靶材111，且第一靶材111设置于腔体160内。关于阴极电弧源110的结构与工作原理为习用，在此不予赘述。
[0032]二高功率脉冲磁控溅镀源120相对设置，各高功率脉冲磁控溅镀源120与腔体160连接，各高功率脉冲磁控溅镀源120包含第二靶材121，且第二靶材121设置于腔体160内。关于高功率脉冲磁控溅镀源120的结构与工作原理为习用，在此不予赘述。
[0033]由图2的实施方式可知，复合式沉积系统100可弹性改变阴极电弧源110与高功率脉冲磁控溅镀源120的数量与配置方式，以提升所生成薄膜的性能。
[0034]关于如何通过复合式沉积系统100提升所生成薄膜的性能，以下提出具体比较例与实施例予以详细说明。
[0035]请参照图3至图6，图3是一比较例的类钻碳膜的SEM照片，图4是依照本实用新型一实施例的类钻碳膜的SEM照片，图5是另一比较例的类钻碳膜的SEM照片，图6是依照本实用新型另一实施例的类钻碳膜的SEM照片。
[0036]图3中，以高功率脉冲磁控溅镀源作为镀源、以石墨作为靶材，先后于基板上沉积第一膜层371与第二膜层372，其中，第一膜层371的厚度LI为43lnm，成分为类钻碳膜，第二膜层372的厚度L2为1828nm，成分为类钻碳膜，简而言之，图3是以单一镀源于基板上沉积单一薄膜。
[0037]图4中，是使用本实用新型的沉积系统，先以阴极电弧源作为镀源、以石墨为第一靶材，于基板上沉积第一膜层471，再以高功率脉冲磁控溅镀源作为镀源、以石墨作为第二革巴材，于基板上沉积第二膜层472,其中，第一膜层471的厚度L3为169nm,成分为类钻碳膜，第二膜层472的厚度L4为1767nm，成分为类钻碳膜，此外，第二膜层472表面有微粒473。简而言之，图4是以两种镀源于基板上沉积单一薄膜。
[0038]图5中，以阴极电弧源作为镀源、以石墨作为靶材，先后于基板上沉积第一膜层571与第二膜层572，其中，第一膜层571的厚度L5为283.4nm，成分为类钻碳膜，第二膜层572的厚度L6为494.9nm，成分为类钻碳膜，此外，第二膜层572表面有微粒573。简而言的，图5是以单一镀源于基板上沉积单一薄膜。
[0039]图6中，是使用本实用新型的沉积系统，先以高功率脉冲磁控溅镀源作为镀源、以石墨为第一靶材，于基板上沉积第一膜层671，再以阴极电弧源作为镀源、以石墨作为第二革巴材，于基板上沉积第二膜层672,其中，第一膜层671的厚度L7为456nm,成分为类钻碳膜，第二膜层672的厚度L8为721nm，成分为类钻碳膜，此外，第二膜层672表面不具有微粒。简而言之，图6是以两种镀源于基板上沉积单一薄膜。
[0040]由图3至图6可知，其中图4与图5的类钻碳膜表面有微粒473与微粒573产生，因此类钻碳膜表面的平整性不甚理想。
[0041]请同时参照图7A与图7B，图7A为图3至图6中各比较例与各实施例的类钻碳膜维式硬度试验分析比较图，图7B为图3至图6中各比较例与各实施例的类钻碳膜磨耗磨损试验分析图。在图7A与图7B中，A代表图3的比较例、B代表图4的实施例、C代表图5的比较例以及D代表图6的实施例。由图7A可知，硬度D>C>B>A，以D为最佳。由图7B可知，摩擦系数B及D小于A及B，以D为最佳。
[0042]由图3至图7的结果可知，当以本实用新型的沉积系统沉积类钻碳膜时，先以高功率脉冲磁控溅镀源作为镀源于基板上沉积第一膜层671、再以阴极电弧源作为镀源，于基板上沉积第二膜层672，可使类钻碳膜具有良好的表面平整性，并具有良好的硬度与低摩擦系数等特性，优于以单一镀源所沉积的类钻碳膜。
[0043]虽然本实用新型已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本实用新型，任何熟悉此技艺者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本实用新型的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。
【权利要求】
1.一种复合式沉积系统，其特征在于，包含: 一腔体； 一抽气泵浦，与该腔体内部连通，该抽气泵浦改变该腔体的一气压； 一气体供应源，与该腔体内部连通，并提供一气体进入该腔体； 一阴极电弧源，与该腔体连接，该阴极电弧源包含一第一靶材，该第一靶材设置于该腔体内； 一高功率脉冲磁控溅镀源，与该腔体连接，该高功率脉冲磁控溅镀源包含一第二靶材，该第二靶材设置于该腔体内；以及 一基板，设置于该腔体内，且对应该第一 IE材与该第二祀材。
2.根据权利要求1所述的复合式沉积系统，其特征在于，该气体是惰性气体。
3.根据权利要求1所述的复合式沉积系统，其特征在于，该气体是反应性气体。
4.根据权利要求3所述的复合式沉积系统，其特征在于，该气体是乙炔、氧或氮。
5.根据权利要求1所述的复合式沉积系统，其特征在于，该第一靶材与该第二靶材的成分不同，以于该基板沉积一复合式薄膜。
6.根据权利要求1所述的复合式沉积系统，其特征在于，该第一靶材与该第二靶材的成分相同，以于该基板沉积一单一薄膜。
7.根据权利要求6所述的复合式沉积系统，其特征在于，该第一靶材与该第二靶材的成分为碳，以于该基板沉积一类钻碳膜。
8.根据权利要求7所述的复合式沉积系统，其特征在于，先使用该高功率脉冲磁控溅镀源，再使用该阴极电弧源，以于该基板沉积该类钻碳膜。
9.根据权利要求7所述的复合式沉积系统，其特征在于，该气体为乙炔。
【文档编号】C23C14/32GK203683653SQ201420017179
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年1月10日 优先权日:2013年11月13日
【发明者】张奇龙, 吴宛玉, 陈品宏, 陈威池, 汪大永 申请人:明道学校财团法人明道大学