TW201233830A - Apparatus and method for surface processing - Google Patents

Description

塗布料件之裝置及方法， 產生各種塗料之電漿，用 面上。在工具、儀器、電 品的塗布與硬化中，可不 201233830 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明關於一種用於 是關於一種裝置，該裝置 積在將被塗布之料件的表 件、含手錶及眼鏡等之物 地使用此塗布裝置。 【先前技術】 已知有各種方法及裝置用以塗布及硬化料件。 之物理氣相沉積（PVD)法使用陰極及陽極。陰極與陽 間之電場的施加將來自陰極之材料蒸發，其形成可 偏折及過濾之粒束以傳達到安置待塗布料件之真空 室。來自陽極之被蒸發的材料係沉積在沉積室中之 上’違料件係彳盾序地塗布有此材料。 US6663755中說明使用金屬過濾式電弧離子 PVD設備的範例。為了增加沉積速率，此裝置使用 電漿源，s玄等電漿源產生朝向同—沉積室之兩電漿 因該兩個源係朝向彼此，須導電遮護作為擋板，用 止由一電漿源所產生之電漿流傳達到另一電漿源。 板增加設備之成本及體積’且需週期性地加以清洗 至更換。而且，可增進過濾之品質；相異尺寸之離 傳達到標的，產生不均勻之塗布。 在 W02007089216 及 WO2007 136777 中揭露以 過濾式電弧離子源供塗布料件用的類似設備。 雷射剝蝕設備亦已被使用於塗布料件；其大致 尤其 於沉 子組 受限 習知 極之 加以 沉積 料件 源之 兩個 流。 以防 此播 或甚 子粒 金屬 利用 -4 - 201233830 朝向如一團碳料之待剝蝕材 刊针之脈衝式雷射源。該 脈衝產生材料之制姓，兮· ?汁之別蝕.°亥材料被投射且可能被偏折 沉積室中之料件。 US5747120中說明雷射剥姓設備之範例。在此 中，正好將被以雷射剝蝕之標的安置在室中。此種 使標的之更換變得困難’尤其是，若室維持在真* :。而且’待塗布之料件係在主室之外部被安置： 2：，使得僅能同時塗布有限數量之料件。 US6372103中揭露另一雷射剝蝕系統，在此 中’在沉積室外部之雷射產生雷射束，其越過窗且 到在沉積室中旋轉之圓柱形標的。同樣的，該標的 換需要開啟整個沉積室’若該室係在真空情況下， 時且昂貴。而且，雷射束與旋轉標的之表面成直角 得經剝蝕材料之至少一部分抵靠著窗而彈跳，該窗 側迅速被遮覆且需清洗以保持其透明度。 US623 19 56中揭露用於碳沉積之雷射電弧系統 它範例。 某些料件需要具有相異材料之異層的精緻塗層 製造製程向來利用在相異沉積室中所執行之相異I 以便連續沉積該專相異層。此為一種昂貴之方法 需要具有相關真空產生設備等之多個沉積室。 需將料件自一個沉積室轉移至下個沉積室，故減低 產量；在各次轉移後常需重新產生真空。 "" W02008015016說明用以塗布具有如鑽石的層 板的裝置。其中相異型式之相異塗布設備係配置2 雷射 朝向 文件 安置 情況 —小 文件 傳達 之更 會耗 ，使 之内 之其 ，該 驟， 因其 ，因 製造 之基 朝向 -5- 室中對齊。此允許在單一批二欠 且不需在以相異型式之源設備 開啟沉積室。 W02008015016中所說明設備 換整個裝置下，塗布及製造具 於塗布料件之設備達成此等目 ;以及複數個塗布設備，係用 該沉積室， 少一者為金屬過濾式（或非過 少一其它者為雷射剝蝕源， 少兩者係透過連接凸緣可拆卸 者為相同，使得可將—個設備 異位置。 之相異源設備連接至共通沉積 利的’因其允許易於以任—其 種型式的一個塗布設備。圍繞 可完全互換。例如’—個料件 狐離子源設備供金屬沉積及 ，而另一料件將使用兩個金屬 —個層之較快速沉積，或者供 201233830 共通之沉積室或各在個別 製程中大量料件之塗布， 之在兩相異層的沉積之間 本發明之目標在增加 及方法的彈性。 另一目標在允許未更 有相異層之相異料件。 【發明内容】 依據本發明，藉由用 標，該設備包括：沉積室 以同時或連續提供塗料給 其中該塗布設備之至 濾式）電弧離子源， 其中該塗布設備之至 其中該塗布設備之至 式地連接至該沉積室， 其中該凸緣之至少兩 裝設在圍繞該沉積室的相 使用用以將相異型式 室的類似或相同凸緣是有 它型式之塗布設備更換— 共通室之塗布設備因此係 可需要一個金屬過濾式電 一個雷射剝蝕源供碳沉積 過濾式電弧離子源設備供 •6- 201233830 兩相異金屬在兩連 對於相異設裔 者，但凸緣之每一 換且無法裝設在任 依據可能為獨 置包括：沉積室、 一個金屬過渡式電 個陰極、至少一個 兩個源之放射方向 小於175。之角 料的風險，且去除 兩個源之放射方向 雨個源之間具有大 允許重大偏折角朝 過濾。 在一個實施例 一平面上。此允許 均質之塗布。 金屬離子源較 雨個聚焦線圈。共 圈被由金屬離子源 過；及位在該金屬 同用以將該金屬離 數目之線圈作有效 依據可能為獨 續層中之沉積。 t具有類似凸緣之習知裝置可為現有 者仍明確地配合特定設備，其不可互 一位置或任一凸緣上。 立觀點之另一者，用於塗布料件之裝 以及具有至少一對金屬離子源的至少 弧離子源，各金屬離子源具有至少— 陽極及相關聯線圈，其中各該對中之 之間的角度大於90。但小於175。。 度避免各源在另一源之方向中放射材 兩個源之間遮護之需求。各該對中之 之間的角度可大於9 0。但小於1 3 5。。 於90。，且較佳是小於135。之角度， 向待塗布之料件’且確保流量之有效 中，各對中兩個源之放射方向未在同 沉積室中兩種流量之較佳散布，及更 是各包括用以將金屬離子束聚焦之^ k偏折系統包括一個第一線圈，該線 、之每—土 —者所產生的金屬離子束所通 子源後之一個第二線圈，兩線圈協 束朝該沉積室偏折。此 以有限 率之偏折。 立觀點之另一者，用於塗布料件之裝 201233830 置匕括.具有雷射之雷射剝触設備；用以將由 產生之雷射束朝標的偏折的鏡子； ;:二射所 -馬達；以及用以偏移該鏡子以便 ：:广的之第

位的第一馬達。可使用第二 相異。P 行於標的旋轉軸之軸，相 係〜者平 相對於，該雷射束偏移標 及第二馬達允許使用非常 一 蝕相異料件，且增加連續f I 、·賣也剝 逆々更換標的之間的期間。 依據可能為獨立觀點之另一 力者，用於塗布料件之捉 置包括雷射剝餘設備’其中導引 、 ^ Λ 甲導引雷射束，以便與標的形

成一角度，S玄角度小於雷射+ l U 由耵果與私的之切線之間 度。此減低經剝姓之材料跳^^ λ π咖 啊讨跳向入口窗之風險，且取消、生 洗此窗之要求。 月 使用兩個雷射之一個源設備供剝蝕同一標的，或供 剝餘兩個相異標的可達成較快速之塗布。 八 【實施方式】 —藉助於實施例之說明將更加了解本發明，該說明係 藉由範例且由表示本發明之裝置之截面圖的第1圖所例 示。 第1圖表示依據本發明之裝置，其具有單一沉積室 1。將如基板、鑽孔、機械料件等之待塗布的料件（未示 出）安置在沉積室1中之一個或數個料件托座上。取決於 用途，可使用真空產生系統（未示出），對沉積室i施加 真空。 沉積室1包括複數個連接凸緣10，用以連接各種塗 布設備。在本文件中’「塗布設備」之表示大致指稱可作 201233830 為源用’肖以產生被導向沉積室！之材料流以便塗布室 中料件的設備。依據本發明之觀點’至少兩個連接凸緣 iO為相_至 >相容’使得可將—個設備等同地連接至 一個凸緣或另一者。 在所例示之範例巾，儘管可使用兩個以上之凸緣， 沉積室1具兩個相同之連接凸緣1Q。該等凸緣較佳是真 空凸緣。形式為金屬過濾式電弧離子源2之第一塗布設 備係連接至連接凸緣1 0之一者， ^ 香而形式為雷射剝蝕源3 之第二塗布設備係連接至所圖示範例之另一連接凸緣 1〇。因該裝置具有兩個相容之連接凸緣1〇，在盆它配置 中亦可能將相異型式之設備裝設在同-沉積室卜例如： •:―型式之兩個以上的金屬過渡式電弧離子 源，用於較快速及/或更均質之金 •柏s _ a J貝 < 备屬塗布的沉積； 源，、、式之兩個以上的金屬過濾式電弧離子 • 了，用U塗布具有兩層相異金屬之料件； 於軔&^ ;由射到蝕源，以此製程用 、較快逮或更均質之材料的沉積（如碳），· 目異型式之兩個以上的雷射剝蝕源，用以 有兩層相異材料之料件； ”布〃 ·:上：量離子錄5’例如，依據霍爾㈣〇 由使：便以離子束抛光料件或《便藉 植入，使表面硬化； •-個以上之磁控管，其可為平衡 φ —個以上之Γνη时从 卜卞銜式， 件；之㈣益件，如電聚增強式之_器 "9 - 201233830 鲁一個以上之加熱或冷卻器件； *或其任何組合。 所有彼等設備具有相同凸緣且可以互換式地被裝設 在裝置之相異凸緣的任一者上。 在較佳實施例中，使用設備之一者於如金屬層之子 層的’几積，而使用另一設備於如硬碳或dlc層之外層的 ’儿積。因此可能以單一設備’將各種連續層沉積在同一 料件之表面上， 。因此建議或銷售套裝之單一室，該套裝包括各種 塗布設備，JL Φ盔^ Α ，、中為了配合使用者之需要及相異料件之各 種塗布要求，你用士_ π、时π 種對等位置。 選擇且裝設在圍繞沉積室1之各 借&在Α半1^况中’將-個接-個地使用相異之塗 布目又備’以便將塗料 聂 嗟置層連續塗布在單一料件上， 系二衣程亦可能同拉你 積势栽…兩個設備’例如，《了加速沉 料來混合束且沉積層之兩：…來自相異源之混合材 備的#用> Μ積層之兩個相異設備。而且，若在各設 W的使用之間更拖 相里之H < 、 之料件，則在相異製程中可使用 ，、之塗布设備於塗布相異料件。 依據本發明之— 離子源2勺紅^ ,個嬈點，至少—個金屬過濾式電弧 '、 匕括兩個相異全屈Μ工％ δ 在塗布料件時增力mi子源兩個源的使用， 電漿的均質性一士 增進形成於沉積室1中之 製或將為塗布用快且更規律之塗布。各源具金屬 個陽極以，在啟動所製的一個陰極20 ’及一個或數 至少—個電流源時產生電弧放電，以 201233830 便自陰極抽取材料。 陰極較佳是具具錐形以便在運轉期間使沉積均質 化。在表面陰極被腐蝕，使得其離標的之距離增加時， 由於錐形之故，其表面增大，使得沉積速率維持大致固 定。 偏折系統包括兩個線圈23、24 ’其就在陰極2〇後 圍繞部分之導管。使用線圈23、24將沿陰極2〇之軸2〇〇 抽取自陰極20之粒子流聚焦，且針對導管之側壁降低分 散。 _ 各陰極20之軸200與導入沉積室}内之軸1〇〇成角 度α，其亦為凸緣1〇之中心軸。因此需將所放射之粒子 束自初始之放射方向100偏折至導入沉積室ι内之方 向。此偏折係由圍繞在連接凸緣丨〇所裝設之至少一個第 一偏折線圈27所產生，以便為在其導入沉積室i内之前 的偏折束所越過。設置於金屬離子源28後之另一選用線 圈25與線圈27協同用以將該金屬離子束朝該沉積室偏 折。彼等線圈25及27較佳是各具圓柱形或環形曲面形， 其有一軸對應於連接凸緣1〇之軸且對應於導入軸1〇〇。 此偏折作為過濾手段，用以自重量異於理想重量均值 粒子過滤中性粒子’其未在相異方向令分別被偏折。 束所越過之金相29係維持在變化之電位，用以捕捉 相異重量之離子。 第一線圈26較佳係配 27 ’以便為偏折束所越過。 一側之另一線圈3 8協同，以 置為接近且平行於第—線圈 此第二線圈與位在沉積室另 便控制由沉積室中之電弧離

S 201233830 子源2或雷射剝蝕源3所吝 j所產生之粒子雲且使其均質化。 α角較佳是小於1 3 5 〇， β 更佳疋小於120。，以提供足 夠的偏折及足夠的過滹。缺 應、然而，依據本發明與所有其它 硯點無關之觀點，此角声t +认ηΛ。 两度亦大於90。，較佳是大於95。， 以避免兩個金屬過濾式電狐 、€弧離子源2之軸2〇〇係對準且 其中將由一個源所產生之走藤 —果導向另一個源的情況。此特 疋配置避免在兩束之間的交 點^要任何遮護或擋板元 件，因此造成較簡單及更小 ^ α 丄 J )之6又计，其亦易於清洗。 而且，因為該束並未對準’所以此設 及空間擴散，因此造成室 束之混σ 〜 成至1中杻子之更均質分布。 在較佳貫施例中，兩個仓屬 m l ν 金屬離子源28之軸2〇〇未在 千面上，但部在兩平行或 -,, 1〜心十面上，#俱哈 了沁兩不同方向外，且沿妓 ’、 束導入竹藉〜u /、通之導官’將來自源28之兩 中。此有用於在垂直於圖的平面之η 中増進粒子之分布，且在塗布時 ^ + 曰進化成於沉積室1中 之電衆的均質性，因此，造成增進之塗布品質。 在-個實施例中’塗布設備包括疊置於 兩對金屬離子源28,因此，提供甚至更快速：：上的 /或相異陰極之連續更換而無塗布製程之全然：布，及 驅動兩個金屬離子源28之電泣 。 脈衝式電流，其頻率係組成在上以佳是產生 於i，000Hz且更使用力大致低 更使用在▲知之金屬離子源中。m — 施例令，傳遞至第二離子源28 纟較佳貫

9〇 电抓相對於第一雜工、K 28之電流為相位偏離(dephased)，因 f離子源 造成較小之擾動，及粒子之更加 乳網路系統 戈抓動進入沉積室j。 -12- 201233830 各脈衝較佳是具有150mJ以上之能量。纟電流脈衝較佳 是大於4,000A，因此大致大於習知系統中所使用之約為 1000A之習知電流。儘管需要更複雜之電子設備，測試 及實驗已顯示此高電流提供料件改良的及更規律的塗 布。 圖中所圖示之裝置更包括裝設於沉積室丨，位在第 二連接凸緣10上方之脈衝式雷射剝蝕源3，該第二連接 凸緣10與連接有離子源2之帛一連接凸缘1〇相同或相 容。脈衝式雷射剝蝕源3適於剝蝕標@ 32,如石墨或碳 標的。由於其產生’例士σ，如鑽石塗層(dlc)之高純度膜 的能力，此脈衝式雷射剝㈣3是有用的。雷射源3〇產 生透過窗37被導向碳標的32之脈衝式雷射束3〇〇。可 使用聚焦透鏡（未示出）將雷射束聚焦。 雷射束以大致之切線角度傳達至圓柱形標的32,使 得自標的3 2瞬間蒗發之难缺2 am λ …\之妷離子被投射在與雷射之源起 方向相異的方向。此有* 。令助於防止將碳沉積在窗37上。 較佳實施例中，雷射φ Ί λ Λ m , 貫“i"射束300因此與標的32之切線形成小 於45。之角度，較佳是小於 .. θ 』於20 。杈佳是控制受步進馬達 34控制之移動鏡31，以插产揭认 便在標的32之理想位置使雷射 束偏折。 ιπ田耵 使用第一馬達33，用、击病士 ± ^ ,, ^ 用乂連、，只或以連續步驟旋轉圓柱 彤才示的3 2。使用第二*洁 達34 ’用以沿圓柱形標的32之 的縱向部位。控制2,以便改變被剝触之圓柱 面之規律性剝心以產生標…體表 了選用附加之馬達，用以在垂直於到 -13- 201233830 來的雷射束的方向中，相對於該雷射移動標的32。在選 項中卩手動凡成用以抵銷標的直徑之減縮的此偏移。 在一個實施例中，兩個雷射3〇係設置於同一脈衝式 田射剝蝕源3巾’且被用於同時攻擊同一碳標的32，或 兩相異的32’因此造成更快速之剝蝕及更快速之塗布。 將自‘的3 2所剝蝕之粒子流導向將其鏈結至沉積 至1之着曲導官，且使用由粒子束所越過之偏折線圈3 8 使其在此導管中偏折。較佳是將此線圈38裝設在執條 上，使得能將其手動旋轉且沿導管偏移以便控制偏折。 已提及之第二線圈3 9為束所越過且在沉積室之另一側 上與線圈26協同，以便控制沉積室中雲的均質性。 導管中之彎角較佳是組成在3 0。與6 0。之間，且較佳 疋45。’以便提供緩和之過濾且在彎束中保持某些較大 之碳粒子’因此造成較若使用更彎曲或甚至雙倍彎曲之 導管時更快且較佳之塗布。阱35將具相異重量之粒子捕 捉於導管中。 本方法亦關於一種起自未經塗布之料件製造經塗布 之料件的方法，該方法使用圍繞共通沉積室之複數個塗 布設備’其中該沉積室包括複數個對等之凸緣且其中該 方法包括將金屬過濾式電弧離子源裝設至該凸緣之任一 者’將雷射剝蝕源裝設至該凸緣之任一其它者，以及將 相異塗料之相異層連續沉積至該沉積室中的料件。特別 就純度及規律性而論，此方法，以及如上述之新金屬過 渡式離子源與雷射剝蝕源的使用，造成製造具有先前從 未達成之塗布特性的新料件。 -14- 201233830 【圖式簡單說明】 第1圖係表示本發明之裝置之截面圖。 【主要元件符號說明】 1 沉積室 2 第一塗布設備：金屬過濾式電弧離子源 10 連接凸緣 100 導入沉積室内之軸 20 陰極 200 陰極之軸 21 陽極 23、 24 聚焦線圈 2 5〜 27 偏折線圈 28 金屬離子源 29 金屬阱 3 第二塗布設備：雷射剝蝕源 30 雷射 300 雷射束 31 鏡子 32 標的（如碳標的） 33 第一馬達 34 第二馬達 35 阱 36 陽極 37 窗 38、 39 偏折線圈 5 離子餘 -15-

Claims (1)

1. 201233830 七、申請專利範圍：. 1· 一種用於塗布料件之裝置，包括：沉積室（1);以及複 數個塗布設備（2、3)，係用以同時或連續提供塗料給 該沉積室（1)， 其中該塗布設備（2)之至少一者為金屬過據式電 弧離子源（2)， 其中該塗布設備（3)之至少一其它者為在雷射剝 钮源（3)、磁控管、CVD設備或低能量離子鎗（5)之中 所選出之設備， 其特徵為該塗布設備（2、3)之至少兩者係透過連 接凸緣（10)可拆卸式地連接至該沉積室（1)， 其中該凸緣（10)之至少兩者為相同，使得可透過 相異之凸緣（1〇)，將一個該塗布設備（2、3)連接至該 沉積室（1)。 2 ·如申請專利範圍第1項之裝置，其中該金屬過濾式電 弧離子源（2)包括：至少一對金屬離子源（28)，各金屬 離子源具有至少一個陰極（2〇)、至少一個陽極（21)及 相關聯之線圈（23、24、25、26、27)，其中各該對中 之兩個金屬離子源（28)之放射方向之間的角度（β)大 於9 0。但小於1 7 〇 〇。 3. 如申請專利範圍第2項之裝置，其中各或該對中之該 兩個金屬離子源（28)之該放射方向不在同一平面上。 4. 如申請專利範圍第2或3項之裝置，其中該裝置包括 疊置於彼此之上的兩對金屬離子源（28)。 5. 如申請專利範圍第2至3項之裝置，其中該陰極（20) 201233830 具錐形以便在運轉期間使沉積均質化。 6. 如申請專利範圍第2至5項中任一項之裝置其中該 金屬離子源（28)之每一者包括用以將金屬離子束聚焦 之兩個聚焦線圈（23、24)。 7. 如申請專利範圍第2至6項中任一項之裝置，其中該 第一金屬過濾式電弧離子源（2)包括至少一個第一線 圈（27) ’該第一線圈被由該金屬離子源之每一者所產 生的金屬離子束所越過。 士申。月專利範圍第7項之裝置，其中該金屬過濾式電 子源（2)包括位在該金屬離子源後之至少一個第 一線圈（25)，該第一線圈及該第二線圈協同用以將該 金屬離子束朝該沉積室偏折。 9·=申請專利範圍第丨至8項中任一項之的裝置，其更 ^ 至乂 個電流源’用以產生脈衝式電流，供電給 j金屬電狐離子源，其中該電流源被配置用以產生頻 率在1與100 Hz之間具有最大振幅高於4〇〇〇 A之電 流。 1〇:申請專利範圍第1至9項十任一項之裝置，其中該 孝丨蝕原（3)包括至少一個偏折線圈（39)，用以將被 n該雷射剝姓源所剝蚀之粒子偏折及過滤。 申#專利知*圍第10項之裝置，其中用以將被該雷 ^ H原所剥触之粒子偏折及過濾的該偏折線圈 係可旋轉以控制粒子束之偏離。 申請專利範圍第10或11項之裝置，其更包括被金 屬離子走 作越過之至少一個線圈（26)及被該雷射剝链 201233830 源所剝银之粒子束所越過之至少一個線圈（38)，該等 線圈（2 6、3 8)協同用以控制該沉積室（1)中粒子的分 散。 13. 如I請專利範圍第1至12項中任-項之裝置，其中 。亥田射剝蝕源（3)包括：雷射（3〇);用以將由該雷射所 產^之雷射束朝標的（32)偏折的鏡子（31);用以旋轉 °亥枯的之第一馬達（33);以及用以偏移該鏡子以便剝 蝕該標的之相異部位的第二馬達（34)。 14. 如申請專利範圍第13項之裝置，其中該雷射束(300) 與该標的（32)之切線形成小於45。之角度。 15·如申請專利範圍第13或14項之裝置其更包括第三 馬達，忒第二馬達係沿著平行於該標的旋轉軸之軸， 相對於該雷射束偏移該標的。 16·如申請專利範圍第！至15項中任一項之裝置其中 該雷射剝蝕源包括用以剝蝕—個以上標的之兩個雷 射（30) 〇 17.—種由未經塗布之料件製造經塗布之料件的方法，該 方法使用圍繞共通沉積室（1 )之複數個塗布設備（2、 3) ’其中該沉積室（1)包括複數個相容之連接凸緣 (10)， 該方法包括將金屬過濾式電弧離子源裝設在 忒連接凸緣（10)之任一者上，將雷射剝蝕源㈠）裝設至 該連接凸緣（1 0)之任一其它者，以及將相異塗料之相 異層連續沉積在該沉積室（1)中一個以上的料件上。 -18-