專利名稱：鐵氧體熱蒸鍍薄膜沉積設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種熱蒸鍍薄膜沉積設(shè)備，尤指可在較佳效率利用下提高薄膜沉積質(zhì)量及降低成本的設(shè)備。
背景技術(shù)：
熱蒸鍍是實(shí)驗(yàn)室及工業(yè)界常用的真空鍍膜技術(shù)，蒸發(fā)源方式主要有熱蒸發(fā)、離子濺鍍、電漿法等程序，將原本可能為固體或液體的金屬元素轉(zhuǎn)換成氣體分子狀態(tài)，在中高度真空的條件下，分子的平均自由路徑大于真空室的垂直距離，因此分子是以垂直方向打上基板，這種鍍膜的優(yōu)點(diǎn)是薄膜沉積形式是由蒸鍍參數(shù)所控制，對(duì)于分析方面會(huì)有較小的誤差，且在中度以上的真空狀態(tài)下，表面的雜質(zhì)污染程度較小，真空蒸鍍的優(yōu)點(diǎn)有
1、 鍍膜均勻真空蒸鍍是在高真空系統(tǒng)內(nèi)，將蒸鍍物質(zhì)蒸發(fā)，使之冷凝在基板上的程
序，因?yàn)樵诟哒婵斩认?10—3 10—7Torr)，氣體分子的平均自由路徑約為10 105 cm，故蒸鍍物質(zhì)蒸發(fā)后，幾乎是以直線前進(jìn)的路徑凝結(jié)到基板上，這可避免因與空氣分子碰撞而受阻礙，形成不均勻的薄膜。
2、 可減少污染物任何不純物的吸附，都會(huì)使得薄膜成長產(chǎn)生顯著變化，而在高真空系統(tǒng)中恰可以減少不純物質(zhì)的吸附，避免空氣分介入薄膜中，而形成不純的化合物。
3、 干式制程 一般熔點(diǎn)低，蒸氣壓較高的物質(zhì)，可直接利用加熱的方法使之氣化并
凝結(jié)于基板上，而非溶液沉浸法需將欲鍍物質(zhì)溶于溶劑中，是一種"濕式"的制程，很難適用于真空下操作的微電子零件。
目前業(yè)界所使用的蒸鍍?cè)O(shè)備l，其構(gòu)造如圖l所示，該系統(tǒng)包含腔體l 1，腔體l l內(nèi)
部有基板l 2，主要是承載表面黏著式電源電感鐵氧體磁芯或其它被鍍物用，氧化鋁加熱器1 8則與基板1 2相連結(jié)，可將蒸鍍所需溫度傳至基板1 2上，在基板的側(cè)邊裝置了膜厚計(jì)1 6可監(jiān)測薄膜沉積的厚度，且可將蒸鍍制程的厚度變化記錄于系統(tǒng)中，鎢舟l 3裝于腔體1 1的基座上，主要用來承載待鍍?cè)?，如?Ti)、銀(Ag)、鎳(Ni)、錫(Sn)等
元素，腔體l 1外部則裝有用來控制腔體1 l溫度的控制器l 7與熱電偶溫度感應(yīng)器1 9，
另外也裝置了粗抽用的機(jī)械泵l5及高真空度的擴(kuò)散泵14。
已知的操作方式乃由機(jī)械泵l 5進(jìn)行粗抽，待腔體l l達(dá)到粗抽所需的真空度后(約
0.2 Torr)，則關(guān)閉機(jī)械泵1 5閥門，然后開啟擴(kuò)散泵1 4進(jìn)行高真空排氣作業(yè)達(dá)蒸鍍作業(yè)所需的真空度，當(dāng)腔體l 1穩(wěn)定后即利用溫度控制器1 7對(duì)氧化鋁加熱管1 8進(jìn)行加熱，基板1 2溫度由熱電偶溫度感應(yīng)器1 9將訊號(hào)傳回溫度控制器1 7中，當(dāng)腔體1 1溫度達(dá)到被鍍?cè)貧饣瘻囟葧r(shí)，被鍍?cè)貏t從鎢舟l 3內(nèi)以垂直方向蒸發(fā)至基板l 2上，最后當(dāng)膜厚計(jì)1 6偵測被鍍物表面膜厚達(dá)到所設(shè)定的厚度值時(shí)，依照上述程序切換第二或第三元素，待所有元素皆依照設(shè)定的膜厚沉積在表面黏著式電源電感鐵氧體磁芯后，系統(tǒng)即完成蒸鍍作業(yè)。
而，現(xiàn)有表面黏著式電源電感鐵氧體磁芯所使用的主原料由鐵氧體粉末經(jīng)過沖壓成型燒結(jié)而成，隨著近年來電子部品的小型化要求，電感的小型化是必需的，所以PCB基板上的附著性就顯得非常重要， 一般常見的表面黏著式電源電感鐵氧體磁芯的電極端子的組成由內(nèi)至外分別為銀(Ag)、鎳(Ni)、錫(Sn)層，其常見的問題有鍍膜層的剝離、電極端子焊接不良、鍍膜成本高等問題，對(duì)此業(yè)界有使用濺鍍裝置來作改善，但由于鍍膜時(shí)間長及材料成本等問題，所以，濺鍍有許多在開發(fā)上的問題是無法被接受的。由于蒸鍍生產(chǎn)成本小于濺鍍，所以是今后開發(fā)的重點(diǎn)與方向
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可在較佳效率
利用下提高薄膜沉積質(zhì)量及降低成本的鐵氧體熱蒸鍍薄膜沉積設(shè)備。
雖然蒸鍍生產(chǎn)成本小于濺鍍，但一般的蒸鍍附著力比濺鍍要來的弱，所以如果沒有對(duì)蒸鍍特性與制程參數(shù)熟悉的情況下，是很難去實(shí)現(xiàn)制造成本的降低。因此，本實(shí)用新型要解決
前述問題取決于下列條件的配合
1、 加熱條件表面黏著式電源電感鐵氧體磁芯乃由鐵氧體粉末燒結(jié)成型，其表面并不是呈現(xiàn)鏡面的狀態(tài)，所以薄膜的附著強(qiáng)度就會(huì)隨之減弱，鐵氧體磁芯的表面以濺鍍方式做薄
膜沉積，其鍍膜表面附著力強(qiáng)，本新型蒸鍍的操作溫度達(dá)4 0 (TC以上，所以得透過提高加
熱溫度來取得薄膜附著強(qiáng)度改善的條件。
2、 最下層膜鐵氧體磁芯電極端子的第一層膜開始由銀(Ag)、鎳(Ni)材料間表面狀態(tài)會(huì)影響表面附著的差異性，如果銀(Ag)、鎳(Ni)沒有依照上述的加熱條件升溫，鍍膜層的附著力就會(huì)脆弱，所以為了使附著度強(qiáng)，最下膜層就顯得非常重要，鈦(Ti)、鋯(Zr)及其合金是最下膜層最適當(dāng)?shù)牟牧稀?br> 3、 蒸鍍裝置濺鍍和蒸鍍成膜的速率差異很大，濺鍍的速率約為l 10nm/分，而蒸鍍的速率約為l 50nm/秒，以上兩種方法皆需真空設(shè)備，所以在考慮真空排氣，復(fù)壓作業(yè)所附帶的時(shí)間后，整體的成膜速率也可相差數(shù)倍到數(shù)十倍，蒸鍍與濺鍍的設(shè)備成本若相差不大時(shí)，蒸鍍的整體效益就相當(dāng)優(yōu)秀。
4為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是 一種鐵氧體熱蒸鍍薄膜沉積設(shè)備，包括腔體、蒸發(fā)源機(jī)構(gòu)、控制臺(tái)單元、變壓器轉(zhuǎn)換單元、壓縮機(jī)、冷凍泵、機(jī)械增壓泵，該腔體內(nèi)設(shè)有膜厚計(jì)、及可監(jiān)控基板溫度的熱電偶，其特點(diǎn)是所述腔體內(nèi)設(shè)有兩組可旋轉(zhuǎn)的十二角形滾筒，滾筒的上方設(shè)有兩組加熱器，所述膜厚計(jì)設(shè)于滾筒下方，所述熱電偶裝設(shè)于兩加熱器中間，該腔體的后方設(shè)有兩組控制滾筒的旋轉(zhuǎn)速度的變速馬達(dá)，該滾筒環(huán)周設(shè)有置放被鍍物的治具，腔體的基座位置則設(shè)有一組可移動(dòng)式平臺(tái)，該平臺(tái)上設(shè)置三列九組的鎢舟；該蒸發(fā)源機(jī)構(gòu)為可移動(dòng)式，包含氣壓式往復(fù)致動(dòng)器、數(shù)組冷卻水路、及電流控制器與電極，該氣壓式往復(fù)致動(dòng)器透過線性滑軌精準(zhǔn)的控制平臺(tái)線性運(yùn)動(dòng)與定位，該電流控制器及電極與與平臺(tái)上的九組鎢舟電性連接。
如此，腔體內(nèi)設(shè)有兩組十二角形可旋轉(zhuǎn)的滾筒，該滾筒環(huán)周供被鍍物置放，并利用可移動(dòng)式蒸發(fā)源機(jī)構(gòu)的移位，以及搭配滾筒的旋轉(zhuǎn)，而能均勻的對(duì)被鍍渡進(jìn)行各個(gè)面的鍍膜，并能在同一批次中達(dá)到蒸鍍二層金屬薄膜，且利用偏壓器對(duì)滾筒及被鍍物加偏壓，以提高表面的清潔效果，來增加熱蒸鍍薄膜的質(zhì)量，從而達(dá)到提升產(chǎn)出的效用，而本設(shè)備具有蒸鍍速率快、膜層均勻高、原材料價(jià)格便宜、使用率高及產(chǎn)出率高的優(yōu)點(diǎn)。此項(xiàng)設(shè)備可廣泛應(yīng)用于裝飾、餐具、刀具、工具、模具、半導(dǎo)體及電子元器件等的表面處理，泛指各種金屬材料、超硬合金、陶瓷材料及晶圓基板的表面上，成長一層同質(zhì)或異質(zhì)材料薄膜的制程，以其獲得美觀、耐磨、耐熱、耐蝕、耐焊等特性。


圖l是已知熱蒸鍍?cè)O(shè)備的示意圖。
圖2是本實(shí)用新型熱蒸鍍?cè)O(shè)備的示意圖。
圖3是本實(shí)用新型熱蒸鍍?cè)O(shè)備的俯視圖。
圖4是本實(shí)用新型腔體的示意圖。
圖5是本實(shí)用新型可移動(dòng)式蒸發(fā)源機(jī)構(gòu)示意圖。
圖6是本實(shí)用新型可移動(dòng)式蒸發(fā)源機(jī)構(gòu)的剖示圖。
圖7是本實(shí)用新型腔體透視結(jié)構(gòu)圖。
圖8是本實(shí)用新型腔體的剖示圖(側(cè)視圖)。
圖9是本實(shí)用新型腔體的另一透視結(jié)構(gòu)圖。
圖10是本實(shí)用新型腔體的再一透視結(jié)構(gòu)圖。
圖ll是本實(shí)用新型十二角形滾筒裝置的示意圖。
圖12是本實(shí)用新型十二角形滾筒裝置的作動(dòng)原理圖。
5標(biāo)號(hào)說明1蒸鍍?cè)O(shè)備
1 2基板
1 4擴(kuò)散泵
1 6膜厚計(jì)
18氧化鋁加熱器2腔體
21十二角形滾筒
2 3平臺(tái)
2 5可變速馬達(dá)
2 7放射型溫度感應(yīng)器
2 9熱電偶
3可移動(dòng)式蒸發(fā)源機(jī)構(gòu)
3 2線性滑軌
3 4電流控制器
3 6冷卻水路
3 8冷卻水路6壓縮機(jī)
7 1主閥門
1 l腔體1 3鎢舟1 5機(jī)械泵
1 7PID溫度控制器
19熱電偶溫度感應(yīng)器
2 0被鍍物2 2加熱器2 4鎢舟
2 6觀測窗口
2 8膜厚計(jì)4控制臺(tái)單元
31氣壓式往復(fù)致動(dòng)器
3 3控制平臺(tái)3 5電極
3 7冷卻水路5變壓器轉(zhuǎn)換單元7冷凍幫泵8機(jī)械增壓泵
具體實(shí)施方式
為能更易于了解本實(shí)用新型裝置及所能達(dá)到的功效，茲配合圖式說明如下如圖2-圖12所示，本實(shí)用新型為一種高產(chǎn)能、高效率及高潔凈度的真空熱蒸鍍薄膜沉積設(shè)備，首先請(qǐng)參閱圖2及圖3，本實(shí)用新型主要由腔體2、可移動(dòng)式蒸發(fā)源機(jī)構(gòu)3、控制臺(tái)單元4、變壓器轉(zhuǎn)換單元5、壓縮機(jī)6、冷凍泵7、機(jī)械增壓泵8所組成，次請(qǐng)參閱圖4，為腔體2內(nèi)的滾筒式基板的機(jī)構(gòu)，兩組十二角形滾筒2 l在腔體2內(nèi)作旋轉(zhuǎn)，滾筒2 l的上方設(shè)有兩組加熱器2 2，腔體2的基座位置則設(shè)有一組可移動(dòng)式平臺(tái)2 3 ，目的是藉由移動(dòng)靶材位置來切換蒸鍍?cè)?，平臺(tái)2 3上共設(shè)置了三列九組的鎢舟2 4，共可提供三種不同的蒸鍍?cè)卦谕磺惑w2內(nèi)進(jìn)行蒸鍍作業(yè)，進(jìn)而提升蒸鍍效率，再請(qǐng)參閱圖5、圖6，是可移動(dòng)式蒸發(fā)源機(jī)構(gòu)3 ，包含氣壓式往復(fù)致動(dòng)器3 1 ，透過線性滑軌3 2可精準(zhǔn)的控制平臺(tái)3 3的線性運(yùn)動(dòng)與定位，平臺(tái)上的九組鴨舟2 4則透過電流控制器3 4與電極3 5達(dá)到加熱的目的，冷卻的控制則是透過冷卻水路3 6、 3 7、 3 8來達(dá)成，圖7、圖8主要是說明腔體2的內(nèi)部構(gòu)造，腔體2內(nèi)含有兩組十二角形滾筒2 1，并透過腔體2后方的兩組可變速馬達(dá)2 5控制滾筒2 1的旋轉(zhuǎn)速度，在腔體2的外部設(shè)有一組觀測窗口2 6，目的是觀測蒸鍍制程中的狀況與制程監(jiān)控，腔體2側(cè)面則裝有一組放射型溫度感應(yīng)器2 7，用來監(jiān)控腔體2內(nèi)部溫度，圖9、圖10、圖11中，兩滾筒2 1間的下方設(shè)有可監(jiān)控薄膜厚度的膜厚計(jì)2 8，兩加熱器中間亦裝有熱電偶2 9可監(jiān)控基板溫度，在圖12中，兩滾筒2 l外部可加裝蒸鍍治具，治具內(nèi)部則是放置被鍍物2 0，例如表面黏著式電源電感鐵氧體磁芯等。
操作時(shí)需先打開機(jī)械增壓泵8，對(duì)腔體2內(nèi)部進(jìn)行粗抽，當(dāng)真空度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉機(jī)械增壓泵8，同時(shí)打開冷凍泵7的主閥門7 1 ，并啟動(dòng)冷凍泵7，對(duì)腔體2進(jìn)行進(jìn)抽，當(dāng)真空度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，對(duì)腔體2內(nèi)加氬氣同時(shí)并以偏壓器對(duì)基板及被鍍物加偏壓，使氬氣形成氬離子并對(duì)被鍍物表面形成放電效應(yīng)，表面雜質(zhì)將被冷凍泵7中的活性碳吸收，以達(dá)到被鍍物表面清潔的效果，接著啟動(dòng)加熱器2 2，對(duì)滾筒2 l加熱到設(shè)定溫度上限值后，保持此溫度約lO分鐘左右后停止加熱，當(dāng)滾筒21溫度降至設(shè)定溫度下限值時(shí)，以大電流方式加熱鎢舟2 4將原材料氣化，并均速轉(zhuǎn)動(dòng)滾筒2 1，讓被鍍物正面焊錫端及側(cè)面焊錫端都可以接觸到原材料分子，在真空狀態(tài)下原材料分子運(yùn)動(dòng)至被鍍物正面焊錫端表面及側(cè)面焊錫端形成第一層薄膜沉積。
當(dāng)膜厚計(jì)2 8測試到所鍍的薄膜達(dá)到設(shè)定的厚度時(shí)(可依需求來選擇不同的厚度)，真空蒸鍍機(jī)的可移動(dòng)式蒸發(fā)源機(jī)構(gòu)3可自動(dòng)程序移動(dòng)，令可移動(dòng)式蒸發(fā)源機(jī)構(gòu)3上的第二組原材料鎢舟2 4移動(dòng)至兩滾筒2 l的正中央，當(dāng)滾筒2 l溫度降到第二組原材料所設(shè)定的蒸鍍溫度時(shí)，以大電流對(duì)第二組原材料加熱氣化成分子并旋轉(zhuǎn)基板回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的滾筒2 1 ，如圖12所示，該基板回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的滾筒2 l共切割成十二個(gè)面，每個(gè)面處均可置放被鍍物2 0，在真空狀態(tài)下分第二組原材料子運(yùn)動(dòng)至第一層薄膜上沉積，形成第二層金屬薄膜，重復(fù)上述步驟即可形成第三層金屬薄膜，最后開啟氮?dú)忾y門灌入氮?dú)?，以進(jìn)行對(duì)腔體2降溫動(dòng)作，當(dāng)腔體2的溫度降至約1 2 (TC左右，即可打開腔體2并取出被鍍物2 0 ，金屬薄膜沉積制程完成。
本新型的蒸發(fā)源材料是使用氮化硼(BN)及鎢舟(Tungsten Boat)，其中，氮化硼(BN)的優(yōu)點(diǎn)可承受大電流的負(fù)載，而鴨舟(Tungsten Boat)的優(yōu)點(diǎn)則是在較低溫蒸鍍環(huán)境下材料的穩(wěn)定性很高，在本新型設(shè)備我們可依據(jù)各元素不同的操作溫度來選擇所需的蒸發(fā)源材料，本新型設(shè)備在真空腔體內(nèi)亦考慮以氬氣與偏壓器對(duì)基板及被鍍物施加偏壓的應(yīng)用，使氬氣形成氬離子并對(duì)被鍍物表面形成放電效應(yīng)，表面雜質(zhì)將被冷凍泵中的活性碳吸收，進(jìn)而達(dá)到被鍍物表面清潔的效果，提升表面的附著力，目前業(yè)界所使用的真空排氣系統(tǒng)是以擴(kuò)散 泵(Diffusion Pump)為主要組件，擴(kuò)散泵的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備與維修成本低，但擴(kuò)散泵有污染腔 體的風(fēng)險(xiǎn)，因擴(kuò)散泵內(nèi)的潤滑液易因壓力差與使用壽命，使擴(kuò)散泵內(nèi)部零件產(chǎn)生間隙而造成 潤滑液逆流污染腔體，本新型的真空排氣系統(tǒng)則是以冷凍泵(CRY0 Pump)為主，其優(yōu)點(diǎn)是 真空效率高，可大幅提升蒸鍍的質(zhì)量與效率，且由于冷凍泵沒有潤滑油逆流的風(fēng)險(xiǎn)，所以腔 體不會(huì)有被污染的風(fēng)險(xiǎn)，此外目前業(yè)界在基板端的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是采用平面旋轉(zhuǎn)式的設(shè)計(jì)，這樣 的設(shè)計(jì)雖然已可提供良好的蒸鍍均勻度，但由于蒸鍍方向是垂直于基板平面，以致被鍍物側(cè) 向的區(qū)域并無法進(jìn)行蒸鍍，導(dǎo)致平面旋轉(zhuǎn)式的設(shè)計(jì)大大的降低蒸鍍的涵蓋面積，本新型在基 板端采用可回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，可解決傳統(tǒng)蒸鍍的死角區(qū)域，而在蒸發(fā)源的部分采用"真空蒸鍍技術(shù) "在被鍍物焊錫端表面形成金屬薄膜沉積，該薄膜沉積可以透過真空蒸鍍機(jī)內(nèi)"蒸發(fā)源移動(dòng) 式"及"旋轉(zhuǎn)式基板"設(shè)計(jì)，使多種金屬薄膜可以在一個(gè)批次(Batch)內(nèi)完成，且可以在 被鍍物表面多角度(面)形成薄膜沉積，降低了為達(dá)到多角度、多金屬表面沉積而更換批次 (Batch)所需要的抽真空及預(yù)熱、加熱的循環(huán)時(shí)間，從而達(dá)到提升產(chǎn)出的效用，而使本新 型具有蒸鍍速率快、膜層均勻高、原材料價(jià)格便宜、使用率高及產(chǎn)出率高的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求權(quán)利要求1一種鐵氧體熱蒸鍍薄膜沉積設(shè)備，包括腔體、蒸發(fā)源機(jī)構(gòu)、控制臺(tái)單元、變壓器轉(zhuǎn)換單元、壓縮機(jī)、冷凍泵、機(jī)械增壓泵，該腔體內(nèi)設(shè)有膜厚計(jì)、及可監(jiān)控基板溫度的熱電偶，其特征在于所述腔體內(nèi)設(shè)有兩組可旋轉(zhuǎn)的十二角形滾筒，滾筒的上方設(shè)有兩組加熱器，所述膜厚計(jì)設(shè)于滾筒下方，所述熱電偶裝設(shè)于兩加熱器中間，該腔體的后方設(shè)有兩組控制滾筒的旋轉(zhuǎn)速度的變速馬達(dá)，該滾筒環(huán)周設(shè)有置放被鍍物的治具，腔體的基座位置則設(shè)有一組可移動(dòng)式平臺(tái)，該平臺(tái)上設(shè)置三列九組的鎢舟；該蒸發(fā)源機(jī)構(gòu)為可移動(dòng)式，包含氣壓式往復(fù)致動(dòng)器、數(shù)組冷卻水路、及電流控制器與電極，該氣壓式往復(fù)致動(dòng)器透過線性滑軌精準(zhǔn)的控制平臺(tái)線性運(yùn)動(dòng)與定位，該電流控制器及電極與與平臺(tái)上的九組鎢舟電性連接。
2 如權(quán)利要求l所述的鐵氧體熱蒸鍍薄膜沉積設(shè)備，其特征在于所 述腔體的外部設(shè)有一組觀測窗口 。
3 如權(quán)利要求l所述的鐵氧體熱蒸鍍薄膜沉積設(shè)備，其特征在于所 述腔體側(cè)面設(shè)有一組可用來監(jiān)控腔體內(nèi)部溫度的放射型溫度感應(yīng)器。
4 如權(quán)利要求l所述的鐵氧體熱蒸鍍薄膜沉積設(shè)備，其特征在于所 述真空腔體內(nèi)亦可設(shè)一對(duì)基板及被鍍物施加偏壓達(dá)到腔體潔凈的偏壓器。
專利摘要一種鐵氧體熱蒸鍍薄膜沉積設(shè)備，包括腔體、可移動(dòng)式平臺(tái)，腔體內(nèi)設(shè)有兩組可旋轉(zhuǎn)的十二角形滾筒，該滾筒環(huán)周設(shè)有置放被鍍物的治具，腔體的基座位置則設(shè)有一組可移動(dòng)式平臺(tái)，該平臺(tái)上設(shè)置三列九組的鎢舟；從而，可利用可移動(dòng)式蒸發(fā)源機(jī)構(gòu)的移位，搭配滾筒的旋轉(zhuǎn)，達(dá)到高效率的產(chǎn)能，此外利用本設(shè)備偏壓裝置的放電效應(yīng)，可有效提升腔體內(nèi)的潔凈度，進(jìn)而提升鍍膜質(zhì)量及降低成本的目標(biāo)。
文檔編號(hào)C23C14/24GK201261803SQ20082030189
公開日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2008年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月21日
發(fā)明者永崎高人 申請(qǐng)人:賴盈方