专利名称：铁氧体热蒸镀薄膜沉积设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种热蒸镀薄膜沉积设备，尤指可在较佳效率利用下提高薄膜沉积质量及降低成本的设备。
背景技术：
热蒸镀是实验室及工业界常用的真空镀膜技术，蒸发源方式主要有热蒸发、离子溅镀、电浆法等程序，将原本可能为固体或液体的金属元素转换成气体分子状态，在中高度真空的条件下，分子的平均自由路径大于真空室的垂直距离，因此分子是以垂直方向打上基板，这种镀膜的优点是薄膜沉积形式是由蒸镀参数所控制，对于分析方面会有较小的误差，且在中度以上的真空状态下，表面的杂质污染程度较小，真空蒸镀的优点有
1、 镀膜均匀真空蒸镀是在高真空系统内，将蒸镀物质蒸发，使之冷凝在基板上的程
序，因为在高真空度下(10—3 10—7Torr)，气体分子的平均自由路径约为10 105 cm，故蒸镀物质蒸发后，几乎是以直线前进的路径凝结到基板上，这可避免因与空气分子碰撞而受阻碍，形成不均匀的薄膜。
2、 可减少污染物任何不纯物的吸附，都会使得薄膜成长产生显著变化，而在高真空系统中恰可以减少不纯物质的吸附，避免空气分介入薄膜中，而形成不纯的化合物。
3、 干式制程 一般熔点低，蒸气压较高的物质，可直接利用加热的方法使之气化并
凝结于基板上，而非溶液沉浸法需将欲镀物质溶于溶剂中，是一种"湿式"的制程，很难适用于真空下操作的微电子零件。
目前业界所使用的蒸镀设备l，其构造如图l所示，该系统包含腔体l 1，腔体l l内
部有基板l 2，主要是承载表面黏着式电源电感铁氧体磁芯或其它被镀物用，氧化铝加热器1 8则与基板1 2相连结，可将蒸镀所需温度传至基板1 2上，在基板的侧边装置了膜厚计1 6可监测薄膜沉积的厚度，且可将蒸镀制程的厚度变化记录于系统中，钨舟l 3装于腔体1 1的基座上，主要用来承载待镀元素，如钛(Ti)、银(Ag)、镍(Ni)、锡(Sn)等
元素，腔体l 1外部则装有用来控制腔体1 l温度的控制器l 7与热电偶温度感应器1 9，
另外也装置了粗抽用的机械泵l5及高真空度的扩散泵14。
已知的操作方式乃由机械泵l 5进行粗抽，待腔体l l达到粗抽所需的真空度后(约
0.2 Torr)，则关闭机械泵1 5阀门，然后开启扩散泵1 4进行高真空排气作业达蒸镀作业所需的真空度，当腔体l 1稳定后即利用温度控制器1 7对氧化铝加热管1 8进行加热，基板1 2温度由热电偶温度感应器1 9将讯号传回温度控制器1 7中，当腔体1 1温度达到被镀元素气化温度时，被镀元素则从钨舟l 3内以垂直方向蒸发至基板l 2上，最后当膜厚计1 6侦测被镀物表面膜厚达到所设定的厚度值时，依照上述程序切换第二或第三元素，待所有元素皆依照设定的膜厚沉积在表面黏着式电源电感铁氧体磁芯后，系统即完成蒸镀作业。
而，现有表面黏着式电源电感铁氧体磁芯所使用的主原料由铁氧体粉末经过冲压成型烧结而成，随着近年来电子部品的小型化要求，电感的小型化是必需的，所以PCB基板上的附着性就显得非常重要， 一般常见的表面黏着式电源电感铁氧体磁芯的电极端子的组成由内至外分别为银(Ag)、镍(Ni)、锡(Sn)层，其常见的问题有镀膜层的剥离、电极端子焊接不良、镀膜成本高等问题，对此业界有使用溅镀装置来作改善，但由于镀膜时间长及材料成本等问题，所以，溅镀有许多在开发上的问题是无法被接受的。由于蒸镀生产成本小于溅镀，所以是今后开发的重点与方向
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种可在较佳效率
利用下提高薄膜沉积质量及降低成本的铁氧体热蒸镀薄膜沉积设备。
虽然蒸镀生产成本小于溅镀，但一般的蒸镀附着力比溅镀要来的弱，所以如果没有对蒸镀特性与制程参数熟悉的情况下，是很难去实现制造成本的降低。因此，本实用新型要解决
前述问题取决于下列条件的配合
1、 加热条件表面黏着式电源电感铁氧体磁芯乃由铁氧体粉末烧结成型，其表面并不是呈现镜面的状态，所以薄膜的附着强度就会随之减弱，铁氧体磁芯的表面以溅镀方式做薄
膜沉积，其镀膜表面附着力强，本新型蒸镀的操作温度达4 0 (TC以上，所以得透过提高加
热温度来取得薄膜附着强度改善的条件。
2、 最下层膜铁氧体磁芯电极端子的第一层膜开始由银(Ag)、镍(Ni)材料间表面状态会影响表面附着的差异性，如果银(Ag)、镍(Ni)没有依照上述的加热条件升温，镀膜层的附着力就会脆弱，所以为了使附着度强，最下膜层就显得非常重要，钛(Ti)、锆(Zr)及其合金是最下膜层最适当的材料。
3、 蒸镀装置溅镀和蒸镀成膜的速率差异很大，溅镀的速率约为l 10nm/分，而蒸镀的速率约为l 50nm/秒，以上两种方法皆需真空设备，所以在考虑真空排气，复压作业所附带的时间后，整体的成膜速率也可相差数倍到数十倍，蒸镀与溅镀的设备成本若相差不大时，蒸镀的整体效益就相当优秀。
4为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是 一种铁氧体热蒸镀薄膜沉积设备，包括腔体、蒸发源机构、控制台单元、变压器转换单元、压縮机、冷冻泵、机械增压泵，该腔体内设有膜厚计、及可监控基板温度的热电偶，其特点是所述腔体内设有两组可旋转的十二角形滚筒，滚筒的上方设有两组加热器，所述膜厚计设于滚筒下方，所述热电偶装设于两加热器中间，该腔体的后方设有两组控制滚筒的旋转速度的变速马达，该滚筒环周设有置放被镀物的治具，腔体的基座位置则设有一组可移动式平台，该平台上设置三列九组的钨舟；该蒸发源机构为可移动式，包含气压式往复致动器、数组冷却水路、及电流控制器与电极，该气压式往复致动器透过线性滑轨精准的控制平台线性运动与定位，该电流控制器及电极与与平台上的九组钨舟电性连接。
如此，腔体内设有两组十二角形可旋转的滚筒，该滚筒环周供被镀物置放，并利用可移动式蒸发源机构的移位，以及搭配滚筒的旋转，而能均匀的对被镀渡进行各个面的镀膜，并能在同一批次中达到蒸镀二层金属薄膜，且利用偏压器对滚筒及被镀物加偏压，以提高表面的清洁效果，来增加热蒸镀薄膜的质量，从而达到提升产出的效用，而本设备具有蒸镀速率快、膜层均匀高、原材料价格便宜、使用率高及产出率高的优点。此项设备可广泛应用于装饰、餐具、刀具、工具、模具、半导体及电子元器件等的表面处理，泛指各种金属材料、超硬合金、陶瓷材料及晶圆基板的表面上，成长一层同质或异质材料薄膜的制程，以其获得美观、耐磨、耐热、耐蚀、耐焊等特性。
图l是已知热蒸镀设备的示意图。
图2是本实用新型热蒸镀设备的示意图。
图3是本实用新型热蒸镀设备的俯视图。
图4是本实用新型腔体的示意图。
图5是本实用新型可移动式蒸发源机构示意图。
图6是本实用新型可移动式蒸发源机构的剖示图。
图7是本实用新型腔体透视结构图。
图8是本实用新型腔体的剖示图(侧视图)。
图9是本实用新型腔体的另一透视结构图。
图10是本实用新型腔体的再一透视结构图。
图ll是本实用新型十二角形滚筒装置的示意图。
图12是本实用新型十二角形滚筒装置的作动原理图。
5标号说明1蒸镀设备
1 2基板
1 4扩散泵
1 6膜厚计
18氧化铝加热器2腔体
21十二角形滚筒
2 3平台
2 5可变速马达
2 7放射型温度感应器
2 9热电偶
3可移动式蒸发源机构
3 2线性滑轨
3 4电流控制器
3 6冷却水路
3 8冷却水路6压縮机
7 1主阀门
1 l腔体1 3钨舟1 5机械泵
1 7PID温度控制器
19热电偶温度感应器
2 0被镀物2 2加热器2 4钨舟
2 6观测窗口
2 8膜厚计4控制台单元
31气压式往复致动器
3 3控制平台3 5电极
3 7冷却水路5变压器转换单元7冷冻帮泵8机械增压泵
具体实施方式
为能更易于了解本实用新型装置及所能达到的功效，兹配合图式说明如下如图2-图12所示，本实用新型为一种高产能、高效率及高洁净度的真空热蒸镀薄膜沉积设备，首先请参阅图2及图3，本实用新型主要由腔体2、可移动式蒸发源机构3、控制台单元4、变压器转换单元5、压縮机6、冷冻泵7、机械增压泵8所组成，次请参阅图4，为腔体2内的滚筒式基板的机构，两组十二角形滚筒2 l在腔体2内作旋转，滚筒2 l的上方设有两组加热器2 2，腔体2的基座位置则设有一组可移动式平台2 3 ，目的是藉由移动靶材位置来切换蒸镀元素，平台2 3上共设置了三列九组的钨舟2 4，共可提供三种不同的蒸镀元素在同一腔体2内进行蒸镀作业，进而提升蒸镀效率，再请参阅图5、图6，是可移动式蒸发源机构3 ，包含气压式往复致动器3 1 ，透过线性滑轨3 2可精准的控制平台3 3的线性运动与定位，平台上的九组鸭舟2 4则透过电流控制器3 4与电极3 5达到加热的目的，冷却的控制则是透过冷却水路3 6、 3 7、 3 8来达成，图7、图8主要是说明腔体2的内部构造，腔体2内含有两组十二角形滚筒2 1，并透过腔体2后方的两组可变速马达2 5控制滚筒2 1的旋转速度，在腔体2的外部设有一组观测窗口2 6，目的是观测蒸镀制程中的状况与制程监控，腔体2侧面则装有一组放射型温度感应器2 7，用来监控腔体2内部温度，图9、图10、图11中，两滚筒2 1间的下方设有可监控薄膜厚度的膜厚计2 8，两加热器中间亦装有热电偶2 9可监控基板温度，在图12中，两滚筒2 l外部可加装蒸镀治具，治具内部则是放置被镀物2 0，例如表面黏着式电源电感铁氧体磁芯等。
操作时需先打开机械增压泵8，对腔体2内部进行粗抽，当真空度达到设定值时，关闭机械增压泵8，同时打开冷冻泵7的主阀门7 1 ，并启动冷冻泵7，对腔体2进行进抽，当真空度达到设定值时，对腔体2内加氩气同时并以偏压器对基板及被镀物加偏压，使氩气形成氩离子并对被镀物表面形成放电效应，表面杂质将被冷冻泵7中的活性碳吸收，以达到被镀物表面清洁的效果，接着启动加热器2 2，对滚筒2 l加热到设定温度上限值后，保持此温度约lO分钟左右后停止加热，当滚筒21温度降至设定温度下限值时，以大电流方式加热钨舟2 4将原材料气化，并均速转动滚筒2 1，让被镀物正面焊锡端及侧面焊锡端都可以接触到原材料分子，在真空状态下原材料分子运动至被镀物正面焊锡端表面及侧面焊锡端形成第一层薄膜沉积。
当膜厚计2 8测试到所镀的薄膜达到设定的厚度时(可依需求来选择不同的厚度)，真空蒸镀机的可移动式蒸发源机构3可自动程序移动，令可移动式蒸发源机构3上的第二组原材料钨舟2 4移动至两滚筒2 l的正中央，当滚筒2 l温度降到第二组原材料所设定的蒸镀温度时，以大电流对第二组原材料加热气化成分子并旋转基板回转机构的滚筒2 1 ，如图12所示，该基板回转机构的滚筒2 l共切割成十二个面，每个面处均可置放被镀物2 0，在真空状态下分第二组原材料子运动至第一层薄膜上沉积，形成第二层金属薄膜，重复上述步骤即可形成第三层金属薄膜，最后开启氮气阀门灌入氮气，以进行对腔体2降温动作，当腔体2的温度降至约1 2 (TC左右，即可打开腔体2并取出被镀物2 0 ，金属薄膜沉积制程完成。
本新型的蒸发源材料是使用氮化硼(BN)及钨舟(Tungsten Boat)，其中，氮化硼(BN)的优点可承受大电流的负载，而鸭舟(Tungsten Boat)的优点则是在较低温蒸镀环境下材料的稳定性很高，在本新型设备我们可依据各元素不同的操作温度来选择所需的蒸发源材料，本新型设备在真空腔体内亦考虑以氩气与偏压器对基板及被镀物施加偏压的应用，使氩气形成氩离子并对被镀物表面形成放电效应，表面杂质将被冷冻泵中的活性碳吸收，进而达到被镀物表面清洁的效果，提升表面的附着力，目前业界所使用的真空排气系统是以扩散 泵(Diffusion Pump)为主要组件，扩散泵的优点是设备与维修成本低，但扩散泵有污染腔 体的风险，因扩散泵内的润滑液易因压力差与使用寿命，使扩散泵内部零件产生间隙而造成 润滑液逆流污染腔体，本新型的真空排气系统则是以冷冻泵(CRY0 Pump)为主，其优点是 真空效率高，可大幅提升蒸镀的质量与效率，且由于冷冻泵没有润滑油逆流的风险，所以腔 体不会有被污染的风险，此外目前业界在基板端的机构设计是采用平面旋转式的设计，这样 的设计虽然已可提供良好的蒸镀均匀度，但由于蒸镀方向是垂直于基板平面，以致被镀物侧 向的区域并无法进行蒸镀，导致平面旋转式的设计大大的降低蒸镀的涵盖面积，本新型在基 板端采用可回转机构，可解决传统蒸镀的死角区域，而在蒸发源的部分采用"真空蒸镀技术 "在被镀物焊锡端表面形成金属薄膜沉积，该薄膜沉积可以透过真空蒸镀机内"蒸发源移动 式"及"旋转式基板"设计，使多种金属薄膜可以在一个批次(Batch)内完成，且可以在 被镀物表面多角度(面)形成薄膜沉积，降低了为达到多角度、多金属表面沉积而更换批次 (Batch)所需要的抽真空及预热、加热的循环时间，从而达到提升产出的效用，而使本新 型具有蒸镀速率快、膜层均匀高、原材料价格便宜、使用率高及产出率高的优点。
权利要求权利要求1一种铁氧体热蒸镀薄膜沉积设备，包括腔体、蒸发源机构、控制台单元、变压器转换单元、压缩机、冷冻泵、机械增压泵，该腔体内设有膜厚计、及可监控基板温度的热电偶，其特征在于所述腔体内设有两组可旋转的十二角形滚筒，滚筒的上方设有两组加热器，所述膜厚计设于滚筒下方，所述热电偶装设于两加热器中间，该腔体的后方设有两组控制滚筒的旋转速度的变速马达，该滚筒环周设有置放被镀物的治具，腔体的基座位置则设有一组可移动式平台，该平台上设置三列九组的钨舟；该蒸发源机构为可移动式，包含气压式往复致动器、数组冷却水路、及电流控制器与电极，该气压式往复致动器透过线性滑轨精准的控制平台线性运动与定位，该电流控制器及电极与与平台上的九组钨舟电性连接。
2 如权利要求l所述的铁氧体热蒸镀薄膜沉积设备，其特征在于所 述腔体的外部设有一组观测窗口 。
3 如权利要求l所述的铁氧体热蒸镀薄膜沉积设备，其特征在于所 述腔体侧面设有一组可用来监控腔体内部温度的放射型温度感应器。
4 如权利要求l所述的铁氧体热蒸镀薄膜沉积设备，其特征在于所 述真空腔体内亦可设一对基板及被镀物施加偏压达到腔体洁净的偏压器。
专利摘要一种铁氧体热蒸镀薄膜沉积设备，包括腔体、可移动式平台，腔体内设有两组可旋转的十二角形滚筒，该滚筒环周设有置放被镀物的治具，腔体的基座位置则设有一组可移动式平台，该平台上设置三列九组的钨舟；从而，可利用可移动式蒸发源机构的移位，搭配滚筒的旋转，达到高效率的产能，此外利用本设备偏压装置的放电效应，可有效提升腔体内的洁净度，进而提升镀膜质量及降低成本的目标。
文档编号C23C14/24GK201261803SQ20082030189
公开日2009年6月24日 申请日期2008年8月21日 优先权日2008年8月21日
发明者永崎高人 申请人:赖盈方