利用电浆辅助法进行类钻碳薄膜溅镀速率提昇之研究-YOKE.doc

利用電漿輔助法進行類鑽碳薄膜濺鍍速率提昇之研究 Studies on the Promotion of DLC Film Deposition Rate by Plasma Enhanced Magnetron Sputtering Method *高于迦 華振宇 卓廷彬 邱松茂 莊道良 Y.J. Gao, C.Y. Hua, T.P. Cho, S.M. Chiu, T.L. Chuang 財團法人金屬工業研究發展中心 Metal Industries Research Development Centre (MIRDC) 摘要： 類鑽碳(Diamond-like carbon,DLC)膜具有高硬度、耐磨耗、低摩擦係數等性質，由於具有這些優越特性，因此類鑽碳膜廣泛的用在金屬模具、刀具表面處理等工業應用上。真空物理濺鍍製作之類鑽碳膜雖然具備相當優良的物理、化學特性，但是亦有鍍膜速率極為緩慢之缺點，往往需要長達數個小時的鍍膜時間，為了提昇類鑽碳膜之鍍膜速率，本研究中以電漿輔助法結合PVD真空濺鍍，進行類鑽碳薄膜之製作，並探討鍍膜參數與DLC薄膜鍍膜速率及附著力之關係。 Abstract: DLC thin film possesses high hardness、wear resistance and low friction coefficient characteristics. The advantages of DLC coating film are extensively applied in the surface treatment industries of metal molds(dies)、cutting tools. The manufacturing of DLC thin film using vacuum PVD sputtering technology has excellent physical and chemical properties, however, the deposition rate is very slow,　usually takes several hours to deposit the DLC film. To promote the deposition rate of DLC coating film, we use the plasma enhancement method combined with PVD vacuum sputtering technology to perform the manufacturing of DLC coating film, also investigate the deposition parameters and relationship of the deposition rate of DLC coating film and adhesion. 關鍵字：類鑽碳膜、電漿輔助、磁控濺鍍、鍍膜速率 Keywords: DLC、Plasma Enhancement、Magnetron Sputtering、Deposition Rate 一、前言 類鑽碳膜具有極佳的物理特性、高導熱率與低摩擦係數等優良性質，由於具有這些優越特性，使其在機械、電子、半導體等工業之應用日益廣泛，因為類鑽碳為一種介穩態之碳材料，其組成包括了鑽石形態的sp3四面體結構與石墨形態的sp2平面結構，使的類鑽碳擁有優良的機械特性、熱傳、光學及電化學特性，尤其是在低摩擦、耐磨耗之應用[1-2]。 濺鍍法是目前廣泛的使用在半導體、電子元件、光學元件，具備裝飾性及功能性之鍍膜技術，藉由在真空中通入工作氣體形成電漿，並利用氣體離子轟擊靶材表面，撞擊出的靶材原子沉積於基材上即可形成薄膜，優點是對於材料的選擇性極大，幾乎所有材料皆可以使用濺鍍法沉積薄膜[3]。類鑽碳膜雖然具備許多優良特性，但是缺點是使用真空濺鍍法製作類鑽碳薄膜之速率極為緩慢，往往需要數小時以上的製程時間，並且難以達成厚膜化鍍層，也因此基於成本與效率的考量上會限制類鑽碳部份領域之應用。本研究中以電漿輔助模組結合PVD磁控濺鍍，產生熱電子發射與電漿進行反應，可提高電漿內激發物種之濃度並提昇電漿離子密度，以此方式進行類鑽碳薄膜之製作，並探討鍍膜參數與DLC薄膜鍍膜速率及附著力之關係。 二、實驗方法與步驟 2.1電漿輔助模組 本研究使用電漿輔助沉積模組，電漿輔助模組內之鎢絲通入高電流後，達到白熾狀態並釋放出熱電子。一般在室溫狀態時，線材表面之電子沒有足夠能量離開金屬線材，因為能障會阻止電子逃脫，直到施加的能量大到足以使電子越過能障後，電子才能夠脫離金屬線材表面，此時金屬線材被加熱至極高溫，電子藉由熱震