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)：
熱蒸鍍是實驗室及工業(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)點是薄膜沉積形式是由蒸鍍參數(shù)所控制，對于分析方面會有較小的誤差，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，因為在高真空度下(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)界所使用的蒸鍍設(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，主要用來承載待鍍元素，如鈦(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械泵l5及高真空度的擴散泵14。
已知的操作方式乃由機械泵l 5進行粗抽，待腔體l l達到粗抽所需的真空度后(約
0.2 Torr)，則關(guān)閉機械泵1 5閥門，然后開啟擴散泵1 4進行高真空排氣作業(yè)達蒸鍍作業(yè)所需的真空度，當腔體l 1穩(wěn)定后即利用溫度控制器1 7對氧化鋁加熱管1 8進行加熱，基板1 2溫度由熱電偶溫度感應(yīng)器1 9將訊號傳回溫度控制器1 7中，當腔體1 1溫度達到被鍍元素氣化溫度時，被鍍元素則從鎢舟l 3內(nèi)以垂直方向蒸發(fā)至基板l 2上，最后當膜厚計1 6偵測被鍍物表面膜厚達到所設(shè)定的厚度值時，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，對此業(yè)界有使用濺鍍裝置來作改善，但由于鍍膜時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)的重點與方向
實用新型內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(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，所以如果沒有對蒸鍍特性與制程參數(shù)熟悉的情況下，是很難去實現(xiàn)制造成本的降低。因此，本實用新型要解決
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)，所以薄膜的附著強度就會隨之減弱，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，本新型蒸鍍的操作溫度達4 0 (TC以上，所以得透過提高加
熱溫度來取得薄膜附著強度改善的條件。
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脆弱，所以為了使附著度強，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?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，蒸鍍的整體效益就相當優(yōu)秀。
4為了解決上述技術(shù)問題，本實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)源機構(gòu)、控制臺單元、變壓器轉(zhuǎn)換單元、壓縮機、冷凍泵、機械增壓泵，該腔體內(nèi)設(shè)有膜厚計、及可監(jiān)控基板溫度的熱電偶，其特點是所述腔體內(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，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)有一組可移動式平臺，該平臺上設(shè)置三列九組的鎢舟；該蒸發(fā)源機構(gòu)為可移動式，包含氣壓式往復(fù)致動器、數(shù)組冷卻水路、及電流控制器與電極，該氣壓式往復(fù)致動器透過線性滑軌精準的控制平臺線性運動與定位，該電流控制器及電極與與平臺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，并利用可移動式蒸發(fā)源機構(gòu)的移位，以及搭配滾筒的旋轉(zhuǎn)，而能均勻的對被鍍渡進行各個面的鍍膜，并能在同一批次中達到蒸鍍二層金屬薄膜，且利用偏壓器對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、原材料價格便宜、使用率高及產(chǎn)出率高的優(yōu)點。此項設(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是已知熱蒸鍍設(shè)備的示意圖。
圖2是本實用新型熱蒸鍍設(shè)備的示意圖。
圖3是本實用新型熱蒸鍍設(shè)備的俯視圖。
圖4是本實用新型腔體的示意圖。
圖5是本實用新型可移動式蒸發(fā)源機構(gòu)示意圖。
圖6是本實用新型可移動式蒸發(fā)源機構(gòu)的剖示圖。
圖7是本實用新型腔體透視結(jié)構(gòu)圖。
圖8是本實用新型腔體的剖示圖(側(cè)視圖)。
圖9是本實用新型腔體的另一透視結(jié)構(gòu)圖。
圖10是本實用新型腔體的再一透視結(jié)構(gòu)圖。
圖ll是本實用新型十二角形滾筒裝置的示意圖。
圖12是本實用新型十二角形滾筒裝置的作動原理圖。
5標號說明1蒸鍍設(shè)備
1 2基板
1 4擴散泵
1 6膜厚計
18氧化鋁加熱器2腔體
21十二角形滾筒
2 3平臺
2 5可變速馬達
2 7放射型溫度感應(yīng)器
2 9熱電偶
3可移動式蒸發(fā)源機構(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
7 1主閥門
1 l腔體1 3鎢舟1 5機械泵
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4控制臺單元
31氣壓式往復(fù)致動器
3 3控制平臺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機械增壓泵
具體實施方式
為能更易于了解本實用新型裝置及所能達到的功效，茲配合圖式說明如下如圖2-圖12所示，本實用新型為一種高產(chǎn)能、高效率及高潔凈度的真空熱蒸鍍薄膜沉積設(shè)備，首先請參閱圖2及圖3，本實用新型主要由腔體2、可移動式蒸發(fā)源機構(gòu)3、控制臺單元4、變壓器轉(zhuǎn)換單元5、壓縮機6、冷凍泵7、機械增壓泵8所組成，次請參閱圖4，為腔體2內(nèi)的滾筒式基板的機構(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)有一組可移動式平臺2 3 ，目的是藉由移動靶材位置來切換蒸鍍元素，平臺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元素在同一腔體2內(nèi)進行蒸鍍作業(yè)，進而提升蒸鍍效率，再請參閱圖5、圖6，是可移動式蒸發(fā)源機構(gòu)3 ，包含氣壓式往復(fù)致動器3 1 ，透過線性滑軌3 2可精準的控制平臺3 3的線性運動與定位，平臺上的九組鴨舟2 4則透過電流控制器3 4與電極3 5達到加熱的目的，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。
操作時需先打開機械增壓泵8，對腔體2內(nèi)部進行粗抽，當真空度達到設(shè)定值時，關(guān)閉機械增壓泵8，同時打開冷凍泵7的主閥門7 1 ，并啟動冷凍泵7，對腔體2進行進抽，當真空度達到設(shè)定值時，對腔體2內(nèi)加氬氣同時并以偏壓器對基板及被鍍物加偏壓，使氬氣形成氬離子并對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，以達到被鍍物表面清潔的效果，接著啟動加熱器2 2，對滾筒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，當滾筒21溫度降至設(shè)定溫度下限值時，以大電流方式加熱鎢舟2 4將原材料氣化，并均速轉(zhuǎn)動滾筒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)下原材料分子運動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。
當膜厚計2 8測試到所鍍的薄膜達到設(shè)定的厚度時(可依需求來選擇不同的厚度)，真空蒸鍍機的可移動式蒸發(fā)源機構(gòu)3可自動程序移動，令可移動式蒸發(fā)源機構(gòu)3上的第二組原材料鎢舟2 4移動至兩滾筒2 l的正中央，當滾筒2 l溫度降到第二組原材料所設(shè)定的蒸鍍溫度時，以大電流對第二組原材料加熱氣化成分子并旋轉(zhuǎn)基板回轉(zhuǎn)機構(gòu)的滾筒2 1 ，如圖12所示，該基板回轉(zhuǎn)機構(gòu)的滾筒2 l共切割成十二個面，每個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動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，最后開啟氮氣閥門灌入氮氣，以進行對腔體2降溫動作，當腔體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)點可承受大電流的負載，而鴨舟(Tungsten Boat)的優(yōu)點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基板及被鍍物施加偏壓的應(yīng)用，使氬氣形成氬離子并對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，進而達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)是以擴散 泵(Diffusion Pump)為主要組件，擴散泵的優(yōu)點是設(shè)備與維修成本低，但擴散泵有污染腔 體的風險，因擴散泵內(nèi)的潤滑液易因壓力差與使用壽命，使擴散泵內(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險，所以腔 體不會有被污染的風險，此外目前業(yè)界在基板端的機構(gòu)設(shè)計是采用平面旋轉(zhuǎn)式的設(shè)計，這樣 的設(shè)計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)域并無法進行蒸鍍，導(dǎo)致平面旋轉(zhuǎn)式的設(shè)計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內(nèi)"蒸發(fā)源移動 式"及"旋轉(zhuǎn)式基板"設(shè)計，使多種金屬薄膜可以在一個批次(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)時間，從而達到提升產(chǎn)出的效用，而使本新 型具有蒸鍍速率快、膜層均勻高、原材料價格便宜、使用率高及產(chǎn)出率高的優(yōu)點。
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)源機構(gòu)、控制臺單元、變壓器轉(zhuǎn)換單元、壓縮機、冷凍泵、機械增壓泵，該腔體內(nèi)設(shè)有膜厚計、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，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)有一組可移動式平臺，該平臺上設(shè)置三列九組的鎢舟；該蒸發(fā)源機構(gòu)為可移動式，包含氣壓式往復(fù)致動器、數(shù)組冷卻水路、及電流控制器與電極，該氣壓式往復(fù)致動器透過線性滑軌精準的控制平臺線性運動與定位，該電流控制器及電極與與平臺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)一對基板及被鍍物施加偏壓達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、可移動式平臺，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)有一組可移動式平臺，該平臺上設(shè)置三列九組的鎢舟；從而，可利用可移動式蒸發(fā)源機構(gòu)的移位，搭配滾筒的旋轉(zhuǎn)，達到高效率的產(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，進而提升鍍膜質(zhì)量及降低成本的目標。
文檔編號C23C14/24GK201261803SQ20082030189
公開日2009年6月24日 申請日期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 申請人:賴盈方