本發(fā)明涉及一種MEMS(微電子機械系統(tǒng))制造技術(shù)，尤其涉及一種在襯底圓片上真空鍍膜，制備類金剛石薄膜或者金屬薄膜的方法。

背景技術(shù)：

由于類金剛石薄膜具有硬度高，紅外區(qū)透明，高耐磨性、低摩擦系數(shù)、高熱導(dǎo)率、高電阻率、高化學(xué)穩(wěn)定性等一系列優(yōu)異性能，使得類金剛石鍍膜在光學(xué)領(lǐng)域、機械耐磨涂層、微電機系統(tǒng)以及半導(dǎo)體領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用前景。目前常用的類金剛石薄膜制備工藝有：離子束增強沉積法、脈沖激光沉積方法、陰極電弧沉積法、射頻等離子體化學(xué)氣相沉積法、射頻濺射沉積法等。上述方法中，為實現(xiàn)玻璃上制備金剛石薄膜的目的，通常只能采用等離子體化學(xué)氣相沉積法制備，且工程師需要設(shè)計較為繁瑣的工藝步驟(譬如要考慮氣體比例流量問題、模具氣密性的問題)。申請者通過在陽極鍵合機內(nèi)，通過抽真空，升溫，施加電壓，在微型腔室內(nèi)產(chǎn)生真空電弧，快速制備類金剛石薄膜，最終可得到在襯底圓片上鍍上類金剛石薄膜。此外，此種方法也可以在玻璃上快速制備金屬薄膜。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供真空鍍膜方法。通過采用本發(fā)明方案，在導(dǎo)電圓片和襯底圓片上加電，可在微型腔室內(nèi)產(chǎn)生真空電弧，為襯底圓片快速鍍上類金剛石薄膜或者金屬薄膜，可以達到節(jié)約成本和節(jié)省時間的效果。

技術(shù)方案：本發(fā)明的真空鍍膜方法，包括以下步驟：

第一步，通過激光切割或者刻蝕導(dǎo)電圓片(1)，在導(dǎo)電圓片(1)上得到通孔(2)；

第二步，將靶材圓片(3)、導(dǎo)電圓片(1)、襯底圓片(4)依次疊放，并置于真空中加熱至溫度穩(wěn)定；

第三步，在靶材圓片(3)和襯底圓片(4)上施加電壓，其中靶材圓片(3)接正電極，襯底圓片(4)接負電極，在電壓作用下襯底圓片(4)上鍍有靶材薄膜(8)。

其中：

所述的鍍膜裝置鍍膜裝置可以為陽極鍵合機，也可以為其他帶有真空泵、加熱器以及電壓產(chǎn)生單元的裝置。

所述的抽真空的真空度要求為10^‐5Pa—10^‐1Pa。

所述的升溫溫度在250℃—450℃之間。

所述的陽極與陰極之間的電壓差為200V—2000V之間。

所述的通電，時間為為1分鐘—20小時。

所述的襯底圓片為硼硅襯底圓片，厚度為100微米‐3毫米。

所述的靶材圓片為高碳鱗片石墨圓片，含碳量為99.5％以上。

所述的靶材圓片為金屬圓片，金屬為銅、鋁、金、銀、鎳，純度為99.5％以上。

所述靶材厚度為100微米‐5毫米。

所述的導(dǎo)電圓片為硅圓片，厚度為500微米‐2毫米。

所述的導(dǎo)電圓片為金屬圓片，金屬為銅、鋁、金、銀、鎳，厚度為500微米‐5毫米。

所述的微型通孔陣列之間有微通道相連。

所述的導(dǎo)電圓片通過靶材圓片與鍍膜裝置底盤間接連接，連接鍍膜裝置的正極。

所述的襯底圓片與鍍膜裝置的負極相連接。

有益效果：

1.本發(fā)明裝置簡單、成本低，可以在襯底圓片上快速，低成本的實現(xiàn)類金剛石薄膜以及金屬薄膜的生長；

2.本發(fā)明選用石墨紙與底盤相連接，通過真空電弧在玻璃上制備類金剛石薄膜，可實現(xiàn)兩個效果：一、為生成類金剛石薄膜提供優(yōu)質(zhì)低成本碳源；二、反應(yīng)過程不需要通入任何反應(yīng)氣體；

3.本發(fā)明通過激光切割或者刻蝕形成的帶有微型通孔陣列的導(dǎo)電圓片，在鍍膜過程中直接充當(dāng)了鍍膜工藝中所需要的微型反應(yīng)腔；可重復(fù)利用，成本低，有利于圓片級低成本制造；

4.本發(fā)明通過激光切割或者刻蝕導(dǎo)電圓片形成的微腔室，為鍍膜工藝提供了密封的微型反應(yīng)空間，具有以下優(yōu)勢：一、一般的類金剛石鍍膜工藝很難在微小腔室(譬如300微米寬的微型通道)上生成類金剛石，而本發(fā)明生成類金剛石的反應(yīng)直接在微腔室內(nèi)進行，可解決小區(qū)域上鍍膜困難的問題；二、因反應(yīng)空間小，利于生成物快速附著到襯底上，提高沉積速率；三、密封的反應(yīng)空間可防止生成物外泄而污染鍍膜部件；四、密封腔室提供一個真空反應(yīng)空間，無需充入其他保護氣體；

5.現(xiàn)有技術(shù)中為實現(xiàn)微型區(qū)域上圖案化類金剛石薄膜的制備，譬如在尺寸在亞毫米級別的區(qū)域上，一般需要采用等離子體化學(xué)氣相沉積法，且要求高氣密性的模具保護不需要鍍膜的區(qū)域。通過采用本發(fā)明方案，通過抽真空，升溫，加電產(chǎn)生真空電弧，即可在襯底圓片鍍上類金剛石薄膜，可以達到節(jié)約成本和節(jié)省時間的效果。

6.在加熱情況下，硅圓片的導(dǎo)電性會有較大的增加，更容易發(fā)射電子形成電弧，從而轟擊碳靶，并在電壓作用下覆蓋在襯底圓片表面，從而用于金剛石的生成。

附圖說明

圖1為導(dǎo)電圓片通孔不通過微型通道連接的掩膜模具表面示意圖，

圖2為導(dǎo)電圓片通孔通過微型通道連接的掩膜模具表面示意圖，

圖3為加電過程中襯底圓片、導(dǎo)電圓片、靶材圓片的橫向截面示意圖，

圖4為加電鍍膜后微腔室內(nèi)鍍有類金剛石薄膜或者金屬薄膜的橫向截面示意圖，

圖5為鍍有圖案化類金剛石薄膜或金屬薄膜的的襯底圓片示意圖。

以上的圖中有：導(dǎo)電圓片1，硅通孔2，靶材圓片3，襯底圓片4，微通道5，鍍膜裝置底盤即正電極6，鍍膜裝置負電極7，類金剛石薄膜或者金屬薄膜8，微型腔室9。

具體實施方式

本發(fā)明的真空鍍膜方法，包括以下步驟：

第一步，通過激光切割或者刻蝕導(dǎo)電圓片(1)，在導(dǎo)電圓片(1)上得到通孔(2)；

第二步，將靶材圓片(3)、導(dǎo)電圓片(1)、襯底圓片(4)依次疊放，并置于真空中加熱至溫度穩(wěn)定；

第三步，在靶材圓片(3)和襯底圓片(4)上施加電壓，其中靶材圓片(3)接正電極，襯底圓片(4)接負電極，在電壓作用下襯底圓片(4)上鍍有靶材薄膜(8)。

在上述方案中，鍍膜裝置可以為陽極鍵合機，也可以為其他帶有真空泵、加熱器以及電壓產(chǎn)生單元的裝置。抽真空的真空度要求為10^‐5Pa—10^‐1Pa。升溫溫度在250℃—450℃之間。陽極與陰極之間的電壓差為200V—2000V之間。通電時間為為1分鐘—20小時。襯底圓片為硼硅襯底圓片，譬如Pyrex7740玻璃、TemPax玻璃。靶材圓片為高碳鱗片石墨圓片，含碳量為99.5％以上。靶材圓片為金屬圓片，金屬為銅、鋁、金、銀、鎳，純度為99.5％以上。靶材圓片厚度為100微米‐5毫米。導(dǎo)電圓片為硅圓片，厚度為500微米‐2毫米。導(dǎo)電圓片為金屬圓片，金屬為銅、鋁、金、銀、鎳，厚度為500微米‐5毫米。微型通孔陣列之間有微通道相連。導(dǎo)電圓片通過靶材圓片與鍍膜裝置底盤間接連接，連接鍍膜裝置的正極。襯底圓片與鍍膜裝置的負極相連接。

實施例1

本發(fā)明真空鍍膜方法，包括以下步驟：

第一步，在硅圓片(1)(譬如4英寸導(dǎo)電圓片)上刻蝕微型硅通孔(2)陣列，通孔互相獨立不連通。所用硅圓片可以是標(biāo)準(zhǔn)厚度的硅圓片，譬如500微米厚的硅圓片。所述微型硅通孔直徑為1‐5毫米，譬如1毫米，1.5毫米，1.8毫米，2毫米，4毫米，5毫米。所述硅圓片上圖案結(jié)構(gòu)的微加工工藝為激光鉆孔工藝、濕法刻蝕工藝、干法感應(yīng)耦合等離子體(ICP)刻蝕工藝或者反應(yīng)離子刻蝕中的一種，該圖案可以是方形或者圓形通孔陣列；

第二步，將清潔的石墨圓片(3)放在陽極鍵合機底盤上，石墨圓片厚度為100微米—5毫米，譬如100微米，500微米，1毫米，1.5毫米，1.8毫米，2毫米，4毫米，5毫米，然后將刻蝕后的硅圓片(1)放置在石墨圓片(3)上，最后放置襯底圓片(4)。保證上述的石墨圓片與陽極鍵合機底盤(6)相接觸，硅圓片(1)與石墨圓片(3)相接觸，連接陽極鍵合機正極，鍵合機負極(7)與襯底圓片(4)相連接；

第三步，陽極鍵合機中升溫，溫度在250℃—450℃，譬如250℃，300℃，350℃，400℃，450℃。抽真空至10^‐5Pa‐10^‐1Pa，譬如0.05Pa，0.02Pa，0.01Pa，0.005Pa，0.001Pa，0.0001Pa。在襯底圓片(4)與上述硅圓片(1)上加一定電壓，電壓為200V—2000V，譬如200V，400V，600V，1000V，1500V，2000V。通電1分鐘—20小時，譬如1分鐘，30分鐘，2小時，10小時，20小時。

第四步，去除硅圓片(1)，得到鍍有類金剛石薄膜(8)的襯底圓片(4)。

上述技術(shù)方案中，將石墨圓片與鍵合底盤相連接，利用石墨圓片與上述硅圓片、玻璃形成的微型反應(yīng)空間，具有以下優(yōu)勢：一般的類金剛石制備工藝很難在微小腔室(譬如300微米寬的微型通道)上生成類金剛石，而本發(fā)明生成類金剛石的反應(yīng)直接在微腔室內(nèi)進行，可解決小區(qū)域上鍍膜困難的問題；因反應(yīng)空間小，利于生成物快速附著到襯底上，提高沉積速率；密封的反應(yīng)空間可防止生成物外泄而污染鍵合機部件。

實施例2

本發(fā)明真空鍍膜方法，包括以下步驟：

第一步，在硅圓片(1)(譬如4英寸導(dǎo)電圓片)上刻蝕微型硅通孔(2)陣列，通孔通過溝道相互連通。所用硅圓片可以是標(biāo)準(zhǔn)厚度的硅圓片，譬如500微米厚的硅圓片。所述微型硅通孔直徑為1‐5毫米，譬如1毫米，1.5毫米，1.8毫米，2毫米，4毫米，5毫米。所述硅圓片上圖案結(jié)構(gòu)的微加工工藝為激光鉆孔工藝、濕法刻蝕工藝、干法感應(yīng)耦合等離子體(ICP)刻蝕工藝或者反應(yīng)離子刻蝕中的一種，該圖案可以是方形或者圓形通孔陣列；

第二步，將清潔的石墨圓片(3)放在改造的鍍膜設(shè)備底盤上，石墨圓片厚度為100微米—5毫米，譬如100微米，500微米，1毫米，1.5毫米，1.8毫米，2毫米，4毫米，5毫米，然后將刻蝕后的硅圓片(1)放置在石墨圓片(3)上，最后放置襯底圓片(4)。保證上述的石墨圓片與改造的鍍膜設(shè)備底盤(6)相接觸，硅圓片(1)與石墨圓片(3)相接觸，連接改造的鍍膜設(shè)備正極，改造的鍍膜設(shè)備負極(7)與襯底圓片(4)相連接；

第三步，改造的鍍膜設(shè)備中升溫，溫度在250℃—450℃，譬如250℃，300℃，350℃，400℃，450℃。抽真空至10^‐5Pa‐10^‐1Pa，譬如0.05Pa，0.02Pa，0.01Pa，0.005Pa，0.001Pa，0.0001Pa。在襯底圓片(4)與上述硅圓片(1)上加一定電壓，電壓為200V—2000V，譬如200V，400V，600V，1000V，1500V，2000V。通電1分鐘—20小時，譬如1分鐘，30分鐘，2小時，10小時，20小時。

第四步，去除硅圓片(1)，得到鍍有類金剛石薄膜的襯底圓片(4)。

實施例3

本發(fā)明真空鍍膜方法，包括以下步驟：

第一步，在鋁圓片(1)(譬如4英寸導(dǎo)電圓片)上刻蝕微型通孔(2)陣列，通孔互相獨立不連通。所用鋁圓片可以是標(biāo)準(zhǔn)厚度的鋁圓片，譬如1毫米厚的鋁圓片。所述微型通孔直徑為1‐5毫米，譬如1毫米，1.5毫米，1.8毫米，2毫米，4毫米，5毫米。所述硅圓片上圖案結(jié)構(gòu)的微加工工藝為激光鉆孔工藝、濕法刻蝕工藝一種，該圖案可以是方形或者圓形通孔陣列；

第二步，將清潔的銅圓片(3)放在陽極鍵合機底盤上，銅圓片厚度為100微米—5毫米，譬如100微米，500微米，1毫米，1.5毫米，1.8毫米，2毫米，4毫米，5毫米，然后將刻蝕后的鋁圓片(1)放置在銅圓片(3)上，最后放置襯底圓片(4)。保證上述的銅圓片與陽極鍵合機底盤(6)相接觸，鋁圓片(1)與銅圓片(3)相接觸，連接陽極鍵合機正極，鍵合機負極(7)與襯底圓片(4)相連接；

第三步，陽極鍵合機中升溫，溫度在250℃—450℃，譬如250℃，300℃，350℃，400℃，450℃。抽真空至10^‐5Pa‐10^‐1Pa，譬如0.05Pa，0.02Pa，0.01Pa，0.005Pa，0.001Pa，0.0001Pa。在襯底圓片(4)與上述硅圓片(1)上加一定電壓，電壓為200V—2000V，譬如200V，400V，600V，1000V，1500V，2000V。通電1分鐘—20小時，譬如1分鐘，30分鐘，2小時，10小時，20小時。

第四步，移除鋁圓片(1)，得到鍍有銅金屬薄膜(8)的襯底圓片(4)。

實施例4

本發(fā)明真空鍍膜方法，包括以下步驟：

第一步，在硅圓片(1)(譬如4英寸導(dǎo)電圓片)上刻蝕微型硅通孔(2)陣列，通孔通過溝道相互連通。所用硅圓片可以是標(biāo)準(zhǔn)厚度的硅圓片，譬如500 微米厚的硅圓片。所述微型硅通孔直徑為1‐5毫米，譬如1毫米，1.5毫米，1.8毫米，2毫米，4毫米，5毫米。所述硅圓片上圖案結(jié)構(gòu)的微加工工藝為激光鉆孔工藝、濕法刻蝕工藝、干法感應(yīng)耦合等離子體(ICP)刻蝕工藝或者反應(yīng)離子刻蝕中的一種，該圖案可以是方形或者圓形通孔陣列；

第二步，將清潔的鋁圓片(3)放在改造的鍍膜設(shè)備底盤上，石墨圓片厚度為100微米—5毫米，譬如100微米，500微米，1毫米，1.5毫米，1.8毫米，2毫米，4毫米，5毫米，然后將刻蝕后的硅圓片(1)放置在鋁圓片(3)上，最后放置襯底圓片(4)。保證上述的鋁圓片與改造的鍍膜設(shè)備底盤(6)相接觸，硅圓片(1)與鋁圓片(3)相接觸，連接改造的鍍膜設(shè)備正極，改造的鍍膜設(shè)備負極(7)與襯底圓片(4)相連接；

第三步，改造的鍍膜設(shè)備中升溫，溫度在250℃—450℃，譬如250℃，300℃，350℃，400℃，450℃。抽真空至10^‐5Pa‐10^‐1Pa，譬如0.05Pa，0.02Pa，0.01Pa，0.005Pa，0.001Pa，0.0001Pa。在襯底圓片(4)與上述硅圓片(1)上加一定電壓，電壓為200V—2000V，譬如200V，400V，600V，1000V，1500V，2000V。通電1分鐘—20小時，譬如1分鐘，30分鐘，2小時，10小時，20小時。

第四步，去除硅圓片(1)，得到鍍有鋁膜的襯底圓片(4)。

實施例5

本發(fā)明真空鍍膜方法，包括以下步驟：

第一步，在硅圓片(1)(譬如4英寸導(dǎo)電圓片)上刻蝕微型硅通孔(2)陣列，通孔互相獨立不連通。所用硅圓片可以是標(biāo)準(zhǔn)厚度的硅圓片，譬如500微米厚的硅圓片。所述微型硅通孔直徑為1‐5毫米，譬如1毫米，1.5毫米，1.8毫米，2毫米，4毫米，5毫米。所述硅圓片上圖案結(jié)構(gòu)的微加工工藝為激光鉆孔工藝、濕法刻蝕工藝、干法感應(yīng)耦合等離子體(ICP)刻蝕工藝或者反應(yīng)離子刻蝕中的一種，該圖案可以是方形或者圓形通孔陣列；

第二步，將清潔的金圓片(3)放在陽極鍵合機底盤上，石墨圓片厚度為100微米—5毫米，譬如100微米，500微米，1毫米，1.5毫米，1.8毫米，2毫米，4毫米，5毫米，然后將刻蝕后的硅圓片(1)放置在金圓片(3)上，最后放置襯底圓片(4)。保證上述的金圓片與陽極鍵合機底盤(6)相接觸，硅圓片(1) 與金圓片(3)相接觸，連接陽極鍵合機正極，鍵合機負極(7)與襯底圓片(4)相連接；

第三步，陽極鍵合機中升溫，溫度在250℃—450℃，譬如250℃，300℃，350℃，400℃，450℃。抽真空至10^‐5Pa‐10^‐1Pa，譬如0.05Pa，0.02Pa，0.01Pa，0.005Pa，0.001Pa，0.0001Pa。在襯底圓片(4)與上述硅圓片(1)上加一定電壓，電壓為200V—2000V，譬如200V，400V，600V，1000V，1500V，2000V。通電1分鐘—20小時，譬如1分鐘，30分鐘，2小時，10小時，20小時。

第四步，去除硅圓片(1)，得到鍍有金膜(8)的襯底圓片(4)。

實施例6

本發(fā)明真空鍍膜方法，包括以下步驟：

第一步，在銅圓片(1)(譬如4英寸導(dǎo)電圓片)上刻蝕微型通孔(2)陣列，通孔通過溝道相互連通。所用銅圓片可以是標(biāo)準(zhǔn)厚度的硅圓片，譬如2毫米厚的銅圓片。所述微型通孔直徑為1‐5毫米，譬如1毫米，1.5毫米，1.8毫米，2毫米，4毫米，5毫米。所述銅圓片上圖案結(jié)構(gòu)的微加工工藝為激光鉆孔工藝、濕法刻蝕工藝中的一種，該圖案可以是方形或者圓形通孔陣列；

第二步，將清潔的銀圓片(3)放在改造的鍍膜設(shè)備底盤上，銀圓片厚度為100微米—5毫米，譬如100微米，500微米，1毫米，1.5毫米，1.8毫米，2毫米，4毫米，5毫米，然后將刻蝕后的銅圓片(1)放置在銀圓片(3)上，最后放置襯底圓片(4)。保證上述的銀圓片與改造的鍍膜設(shè)備底盤(6)相接觸，銅圓片(1)與銀圓片(3)相接觸，連接改造的鍍膜設(shè)備正極，改造的鍍膜設(shè)備負極(7)與襯底圓片(4)相連接；

第三步，改造的鍍膜設(shè)備中升溫，溫度在250℃—450℃，譬如250℃，300℃，350℃，400℃，450℃。抽真空至10^‐5Pa‐10^‐1Pa，譬如0.05Pa，0.02Pa，0.01Pa，0.005Pa，0.001Pa，0.0001Pa。在襯底圓片(4)與上述銅圓片(1)上加一定電壓，電壓為200V—2000V，譬如200V，400V，600V，1000V，1500V，2000V。通電1分鐘—20小時，譬如1分鐘，30分鐘，2小時，10小時，20小時。

第四步，移除銅圓片(1)，得到鍍有銀膜的襯底圓片(4)。