專利名稱：涂覆設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種特別打算用于混合模式的涂覆過程的涂覆設(shè)備，其中，物理氣相沉積(PVD)過程和化學(xué)氣相沉積(CVD)過程交替或 同時(shí)實(shí)施。在該設(shè)備中，可轉(zhuǎn)動的磁控管用作濺射材料源。該涂覆設(shè) 備進(jìn)一步配備有管形開閉器，該管形開閉器能夠轉(zhuǎn)動地移動以便覆蓋 或露出磁控管的濺射區(qū)域。
背景技術(shù)：
在光學(xué)的、電學(xué)的、化學(xué)的、磁性的或機(jī)械的功能覆層的沉積領(lǐng) 域中，物理氣相沉積(PVD)和化學(xué)氣相沉積(CVD)經(jīng)常被使用。物 理氣相沉積涉及這樣的過程，其中，通過用涂覆原子對基體彈道簇射 形成覆層。涂覆原子來源于通常為固體、有時(shí)是液體的"靶材"。將靶 材材料轉(zhuǎn)移到基體上的優(yōu)選的方式是用高動能離子轟擊靶材表面。惰 性氣體(一般為諸如氬氣的惰性氣體)的等離子體被用作離子源。當(dāng) 離子朝向負(fù)偏壓的靶材加速時(shí)離子獲得動能并且向基體彈射出靶材材 料的原子。這種過程被稱為"濺射沉積"。通過來自設(shè)置在與等離子體 側(cè)相對的靶材側(cè)處的磁體的磁場，等離子體能夠被限制在靶材表面附 近，該過程,皮稱為"石茲控管濺射沉積"。可用直流電流、脈沖直流電流 或交流電流的電源向該靶材供電?，F(xiàn)在當(dāng)活潑氣體引入氬氣時(shí)，化合 物層將形成在基體的表面，該過程被稱為"反應(yīng)式磁控管濺射沉積"。 在"磁控管'減射沉積"的另一種型式中，磁控管能夠被制成為與"平 衡，，相對比的"不平衡"。"不平衡"表示部分磁場線不在靶材表面上 閉合，而是散開到基體。接著，圍繞這些磁場線旋轉(zhuǎn)的電子能夠到達(dá) 基體并且形成局部等離子體。這種過程被稱為"不平衡磁控管濺射"。通過相對于設(shè)備的其余部分對基體適當(dāng)?shù)仄珘夯蛲ㄟ^將基體隔離以使基體相對于設(shè)備的其余部分懸浮，朝向基體的離子流能夠被控制。 在后一種情況中，接著，自偏壓將形成，以將離子吸引到基體。這種 沖擊離子流導(dǎo)致沉積層的進(jìn)一步致密，該過程已知為"離子鍍"?；瘜W(xué)氣相沉積實(shí)質(zhì)上是這樣的過程，其中，氣態(tài)前體(通常是碳 氫化合物)被激發(fā)，以便形成原子團(tuán)，這些原子團(tuán)隨后在毛坯的表面 或已涂覆基體的表面化學(xué)反應(yīng)。通過多種方法能夠?qū)崿F(xiàn)氣態(tài)前體的激發(fā)-前體的熱激活。通過加熱基體或反應(yīng)器的壁，或通過使用加熱 絲(熱絲CVD),能夠?qū)崿F(xiàn)氣體的加熱。使用加熱絲具有額外的優(yōu)點(diǎn)， 即加熱發(fā)出的電子增加前體氣體的激活程度。-通過可見的(光化學(xué)氣相沉積)、紅外線的或微波的電磁波進(jìn)行 輻射。-通過在等離子體中激發(fā)(等離子體激活式CVD、 PACVD)。為 此目的，惰性氣體原子(通常是氬氣)與前體氣體混合以產(chǎn)生等離子 體，該等離子體隨后在前體氣體中產(chǎn)生原子團(tuán)。通過射頻電磁場(通 常13.56MHz)能夠激發(fā)等離子體。-該工藝的變型使用不平衡的磁控管，以便使等離子體向基體散 開，以至于除化學(xué)沉積外還發(fā)生離子鍍。通常，為了控制涂覆特性或提高涂覆速度，將不同模式的激活混合。出于本申請的目的，"過程"將被認(rèn)為是 -PVD過程，只要原子從靶材中移出； -CVD過程，只要在設(shè)備中有前體氣體原子團(tuán)；- "混合過程"，當(dāng)存在有機(jī)前體分子的同時(shí)靶材原子被移出時(shí)。越來越多的在工藝上重要的覆層被制出，它們包括利用PVD、反 應(yīng)式PVD和CVD沉積的多層的合成堆積層，以及涉及兩種過程同時(shí) 進(jìn)行的混合過程的梯度層。這種堆積層的一種例如在WO2005/014882 中被描述，其中，首先Ti層沉積在基體上(通過磁控管濺射)，隨后 是TiN層(通過反應(yīng)式磁控管濺射)，隨后是Ti層，該Ti層逐漸從TiC (混合過程)變成類金剛石覆層(DLC，化學(xué)氣相沉積)。這些特 定的覆層在各種應(yīng)用中用作硬的并且耐磨的覆層。在一個(gè)單獨(dú)的設(shè)備中兩種過程的組合對裝備來說提出了許多技術(shù) 挑戰(zhàn)，因?yàn)閮煞N過程的要求是不同的。例如，等離子體濺射過程通常 在0.01Pa和100Pa之間的壓力發(fā)生，而化學(xué)氣相沉積過程能夠在壓力 處于1Pa和大氣壓力之間的任何壓力發(fā)生。而且，涂覆機(jī)理也不同。 在PVD過程中，涂覆粒子的通量能夠被基本上朝向基體導(dǎo)引。這就使 引入行星傳送帶以便運(yùn)載基體成為必要，以便在有時(shí)是很復(fù)雜曲線形 的基體上的每一點(diǎn)都能被達(dá)到。CVD過程以擴(kuò)散為基礎(chǔ)并且保形地涂 覆基體。但是它也趨于覆蓋整個(gè)沉積室，包括沉積室中存在的濺射靶 材表面。該濺射靶材表面被CVD層覆蓋，該CVD層干擾在靶材的下 次使用期間的PVD過程。在"混合模式"的過程中過程控制問題特別地明顯，在"混合模 式，，的過程中，濺射與施加惰性氣體和前體氣體的混合氣體相結(jié)合， 例如在乙炔(C2H2)-氬氣混合物中對Ti靶材濺射以便形成TiC層。 結(jié)果表明極難重復(fù)地控制該混合過程，這是因?yàn)榛衔飳硬粌H形成在 基體上，而且形成在靶材上，這導(dǎo)致諸如起弧之類的不理想現(xiàn)象(導(dǎo) 致較大的碎片從靶材中射出)和過程的不穩(wěn)定性。因此，在這些過程 中存在"靶材污染"的問題。現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)描述了能夠進(jìn)行"混合過程，，的許多反應(yīng)器。例 如，在WO01/79585中描述的涂覆器，WO01/79585示出安裝在真空 室外壁的平面磁控管。用于激發(fā)前體氣體的其它能源以低電壓電弧的 形式提供，在熱絲陰極和陽極之間能夠得到該低電壓電弧。被形成的 層的致密化利用基體和等離子體之間的脈沖DC激發(fā)來實(shí)現(xiàn)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種設(shè)備，該設(shè)備可允許在同一反應(yīng)器容 器中進(jìn)行穩(wěn)定的以及可控制的化學(xué)氣相沉積過程或物理氣相沉積過程 或兩者同時(shí)進(jìn)行。此外，該設(shè)備能夠清潔物理氣相裝置而不干擾化學(xué)氣相過程。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供允許過程進(jìn)度更有效率的設(shè)備 和方法。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，在權(quán)利要求l中提供一種用于涂覆基體 的設(shè)備。該設(shè)備用于為基體提供功能性覆層。施加的覆層能夠給基體 賦予特定需要的光學(xué)的、電的、磁的、化學(xué)的或機(jī)械的特性。該設(shè)備 優(yōu)選用于用機(jī)械功能性覆層來涂覆基體，例如抗摩擦覆層、耐磨覆層 等。更具體地，該設(shè)備特別地但不排他地用于用包括多層堆積層的覆層來涂覆基體，堆積層的各層是由不同的過程來施加的，特別是CVD 或PVD或二者的組合。這種堆積層優(yōu)選包括在現(xiàn)有技術(shù)中已知的元素 周期表的IVB族、VB族或VIB族的金屬層，所述金屬的碳化物或氮 化物層，類金剛石的層或類金剛石的納米復(fù)合材料層。這種設(shè)備實(shí)質(zhì)是室，該室設(shè)置有必要的輔助設(shè)備，例如泵、壓力 計(jì)、饋送裝置，以便使該室抽成真空。該室優(yōu)選是矩形，雖然對于本 發(fā)明來說這不是必須的圓柱形、六邊形或其它形狀也是可以考慮的。 在該室內(nèi)存在用于支撐要被涂覆的基體的裝置。這種裝置通常是行星 載運(yùn)器，該載運(yùn)器沿著相對于涂覆裝置的全部可能的方向轉(zhuǎn)動基體。 用于建立化學(xué)氣相沉積過程的一個(gè)或多個(gè)裝置設(shè)置在所述室內(nèi)熱絲 加熱源、將電磁能耦合入等離子體的RF天線、低電壓等離子體電弧 等。此外，用于建立物理氣相沉積過程的一個(gè)或多個(gè)裝置可設(shè)置在所 述設(shè)備中。與只是將平面磁控管用作物理氣相裝置的已知設(shè)備相反， 本發(fā)明的設(shè)備包括至少 一個(gè)可轉(zhuǎn)動的濺射磁控管。雖然主要使用在大 面積'減射的領(lǐng)域中，但是這種可轉(zhuǎn)動的濺射磁控管在本領(lǐng)域中是已知 的。然而迄今為止，在混合模式反應(yīng)器中使用這種可轉(zhuǎn)動的磁控管一 直沒有被考慮過。實(shí)質(zhì)上，可轉(zhuǎn)動的'賊射磁控管包括靶材管，在該靶材管中設(shè)置磁 體陣列。當(dāng)該設(shè)備工作時(shí)，磁場線穿透靶材管并且在靶材外表面限定 優(yōu)選的'減射區(qū)域。至少該革巴材管的外層由用于濺射的靶材材料制成。 在操作期間，被稱為軌道的一個(gè)或多個(gè)封閉的等離子體環(huán)形成在靶材的表面，映射磁體陣列中的磁體的布置。在這些軌道之下的徑向，靶材材料非?？斓乇磺治g，而在軌道外，侵蝕可忽略不計(jì)。當(dāng)在軌道中 時(shí)，靶材材料沿著優(yōu)先方向被彈射離開，磁體陣列的布置應(yīng)該是指向 要被涂覆的基體。當(dāng)在靶材和磁體陣列之間存在相對運(yùn)動時(shí)，與平面磁控管相比， 可轉(zhuǎn)動的磁控管的優(yōu)點(diǎn)變得非常明顯。這種相對運(yùn)動持續(xù)地供給新材 料到軌道中，導(dǎo)致在背襯管上的靶材材料的均勻使用。此外，在反應(yīng) 濺射或混合模式的氣相沉積的情況下，該相對運(yùn)動減少了靶材表面上 的化合物層的形成。實(shí)際上，首先，形成的化合物層在軌道中被侵蝕， 露出隨后將被濺射的新的靶材材料。因此，靶材材料的污染-或者有 時(shí)被稱為中毒-被減少，導(dǎo)致即使當(dāng)與非?；钴S的氣體諸如有機(jī)前體 氣體一起工作時(shí)也能進(jìn)行更穩(wěn)定的過程。磁體陣列可以是平衡型的(權(quán)利要求12)。當(dāng)軌道中的侵蝕是由 磁體陣列決定時(shí)，許多類型的磁體陣列配置已經(jīng)被描述。磁體陣列優(yōu)選是具有一個(gè)或多個(gè)環(huán)的定向型，這些環(huán)限定了材料優(yōu)先被濺射離開 的方向(例如在US6264803描述的)。磁體陣列可以是不平衡型的(權(quán) 利要求13),從而在物理氣相沉積期間或在混合模式過程期間能夠進(jìn) 行一定程度的離子鍍。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例，可轉(zhuǎn)動的磁控管保持在外殼中，該 外殼能夠安裝于真空室的壁上(權(quán)利要求2)。由于該外殼不得不保持 管形磁控管，該外殼必須被延長。通過將外殼與真空室連通的開口， 基體被涂覆?？赊D(zhuǎn)動的磁控管安裝在一個(gè)或兩個(gè)端部夾具之間。該端 部夾具是綜合的機(jī)電模塊，用于-給靶材提供可轉(zhuǎn)動的機(jī)械支撐以及轉(zhuǎn)動運(yùn)動；-將磁體陣列保持在相對于真空室的固定位置；-將電流輸送到靶材表面，以便吸引出等離子體中的離子；-將冷卻劑輸送到靶材并且收集返回的冷卻劑；-在靶材轉(zhuǎn)動時(shí)保持真空完整性。 使用外殼將可轉(zhuǎn)動的磁控管安裝入其中具有特別的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)檫@樣就允許端部夾具筆直地伸出所述外殼(權(quán)利要求4)。這樣，端部夾9具能夠更簡單地被設(shè)計(jì)并且非常容易拆卸以便從外面進(jìn)行維護(hù)。優(yōu)選 地，雖然對于本發(fā)明這不是強(qiáng)制性的，但是當(dāng)面對真空室的前面時(shí)， 磁控管豎直地安裝在真空室的左壁或右壁。通過將外殼可樞轉(zhuǎn)地安裝于真空室(權(quán)利要求3)，對裝入外殼的 靶材管的更換被簡化。當(dāng)外殼和靶材的重量相當(dāng)大時(shí)，可以通過例如 重型鉸鏈來將外殼可樞轉(zhuǎn)地安裝于真空室。設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行的過程通過引入開閉器能夠有利地組織(權(quán)利要求 5)。這種開閉器能夠至少覆蓋磁控管的濺射區(qū)域。"濺射區(qū)域"表示當(dāng) 磁控管工作時(shí)耙材表面上形成等離子體的區(qū)域。開閉器圍繞磁控管可 轉(zhuǎn)動地移動。但是，開閉器和磁控管不是必須具有同一軸線。更方便 的是，開閉器軸線相對于磁控管軸線是偏心的(權(quán)利要求6)。通過安裝在外殼外面的裝置，開閉器能夠從外殼的外面被方便地 驅(qū)動(權(quán)利要求7)。雖然也能夠釆用介電材料(例如玻璃，優(yōu)選抗高 溫玻璃，例如類似Pyrex⑧的熔凝石英)，但是開閉器優(yōu)選由導(dǎo)電材料 制成。開閉器最好由金屬制成，特別是抗高溫金屬，例如不銹鋼或者 鈦合金或者甚至一些鋁合金。當(dāng)例如厚度適于耐受等離子體環(huán)境足夠 長的時(shí)間時(shí)，也能用其它金屬或合金。開閉器可以相對于該環(huán)境電漂 浮，但是更優(yōu)選的是開閉器的電勢能夠相對于下面的基準(zhǔn)中的一個(gè)被 控制真空室的電勢，或者靶材的電勢，或者基體的電勢(權(quán)利要求 8)。最優(yōu)選的是，開閉器和真空室被保持處于相同的電勢。在乾材濺射區(qū)域和在濺射區(qū)域的開閉器之間的間隙最好足夠大， 以便允許激發(fā)等離子體(權(quán)利要求9)。在等離子體激發(fā)之前，必須滿 足各種條件。為了使離子具有從陰極加速并釋放二次電子的充分的平 均自由行程，氣體密度(由壓力控制)必須足夠低。另一方面，氣體 密度一定不能太低，因?yàn)榉駝t的話將不發(fā)生足夠的碰撞。場強(qiáng)必須足 夠高并且電子的平均自由行程必須足夠長，以便允許電子獲得充足的 能量來電離氣體中的中性原子。盡管在等離子體中在電子和離子之間 存在電荷平衡，并且因此電勢相對恒定，但在大部分電勢降低的靶材 陰極附近處并不是這樣。在那里，當(dāng)電子獲得動能并且不能電離氣體原子時(shí)，暗區(qū)將形成在靶材表面上方。當(dāng)磁控管和開閉器之間的間隙 比暗區(qū)的厚度小的時(shí)候，將沒有等離子體。本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道參 數(shù)的這種微妙平衡，并且知道為了激發(fā)那里的等離子體，需要一定的 間隙寬度。該間隙僅僅必須在等離子體形成的區(qū)域即在濺射區(qū)域上方 足夠?qū)挕Ｔ谲壍劳?，間隙可以小得多，因?yàn)槟抢餆o論如何將沒有等離 子體形成。對于實(shí)際可達(dá)到的電壓和電流密度，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)3cm的最 小距離足以在磁控管和開閉器之間激發(fā)等離子體。更優(yōu)選4cm或者甚 至5cm的距離。更優(yōu)選大的距離，但是這種要求與這種設(shè)備內(nèi)部的空 間限制沖突。開閉器相對于磁控管的偏心布置幫助增加該距離，而不 必增大外殼。因?yàn)橥鈿ぶ械拈_口會妨礙對這種開閉器的拆卸，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā) 現(xiàn)最好使該開閉器以模塊化的方式制成(權(quán)利要求10)。形成開閉器 的每一件被制成為足夠小，以便通過開口可拆除。通過任何已知的緊 固方式，例如螺釘、夾子、鉤子、螺母以及螺栓等，只要它們能容易 地被緊固或打開，形成開閉器的各個(gè)件能夠在外殼中被組裝。在該設(shè)備中還可設(shè)置其它裝置，例如在靶材和管形開閉器之間的 單獨(dú)的氣體供給器。這種氣體供給器優(yōu)選在磁控管和開閉器之間的間 隙中提供惰性氣體(權(quán)利要求11)。當(dāng)現(xiàn)在開閉器充分關(guān)閉在外殼和 真空室之間的開口時(shí)，能夠在靶材周圍保持單獨(dú)的氣體氣氛，該氣體 氣氛不同于存在于真空室內(nèi)的氣體氣氛(權(quán)利要求12)。該特征特別 有助于清潔革巴材表面。當(dāng)靶材不使用時(shí)，該特征也有助于防止靶材的 污染。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了高效率的過程進(jìn)度(權(quán)利要求 15)。由于通?；w的涂覆是批處理過程，真空室的抽吸、加熱真空室、 濺射清潔、放空等花費(fèi)很多時(shí)間。因此，減少這些步驟或使它們同步 是有利的。涂覆基體的方法包括下面的步驟a.)首先將基體安裝到基體載運(yùn)器上。接著，將該載運(yùn)器裝載在真 空室內(nèi)的行星式基體保持器上。b.)將真空室抽吸降低到基礎(chǔ)壓力?？梢酝瑫r(shí)用氬氣吹掃真空室。 而且，通過對基體施加適當(dāng)?shù)钠珘海軐w進(jìn)行等離子蝕刻。C.)啟動涂覆過程的預(yù)定順序，并且在所述基體上形成分層的涂覆 堆積層。該涂覆過程從濺射沉積、反應(yīng)濺射沉積和化學(xué)氣相沉積或它們的組合的組中選出。順序最好是濺射沉積、反應(yīng)濺射沉積、與化 學(xué)氣相沉積結(jié)合的反應(yīng)賊射沉積、使用碳?xì)浠衔锴绑w氣體的化學(xué)氣 相沉積。在每個(gè)過程步驟期間，控制必要的過程條件，例如靶材電勢、 基體偏壓、氣體壓力和流量、溫度、行星式基體保持器的轉(zhuǎn)動速度以 及其他條件。d. )當(dāng)堆積層完成時(shí)，停止全部涂覆過程。e. )放空真空室-優(yōu)選用氮?dú)饣蚩諝?，但是也能夠使用其它氣體-并且冷卻真空室以及將載運(yùn)器上的基體從真空室移除。本發(fā)明方法的發(fā)明點(diǎn)在于在任何時(shí)刻，可在各步驟之間引入下 列子步驟或在任一步驟期間同時(shí)地執(zhí)行下列子步驟-使開閉器轉(zhuǎn)動以便覆蓋濺射將發(fā)生的區(qū)域。該開閉器可能已經(jīng) 處于該位置或能夠被帶到該位置。-在磁控管和開閉器之間實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)臍怏w氣氛，以便等離子體能 夠被激發(fā)。-通過向磁控管供給電力，使磁控管和開閉器之間的等離子體激發(fā)。-當(dāng)?shù)入x子體激發(fā)時(shí)，也能將開閉器轉(zhuǎn)回。當(dāng)沉積第一金屬層時(shí)， 這是有用的首先清潔靶材，并且等待直到獲得穩(wěn)定的等離子體。之 后，開閉器轉(zhuǎn)動離開并且基體逐步被涂覆。這一程序的優(yōu)點(diǎn)是等離子 體沉積從開始就纟皮穩(wěn)定?；蛘呖蛇x擇將開閉器保持在濺射區(qū)域前面，例如，當(dāng)化學(xué)氣相沉 積正在進(jìn)行的時(shí)候。等離子體能夠被激發(fā)，以用于在一涂覆程序結(jié)束 時(shí)清潔靶材，同時(shí)開閉器保持在關(guān)閉的位置。-滅活所述等離子體。這可以由于壓力太低(在抽吸循環(huán)期間) 而發(fā)生，或者通過開閉磁控管電源實(shí)現(xiàn)。為了防止其它過程步驟造成的靶材污染，開閉器能夠保持在覆蓋位置。上述子步驟能夠在主要步驟"b，，至"e"之間執(zhí)行并且能夠包括 各主要步驟"b"至"e"。當(dāng)在各主要步驟期間執(zhí)行上述子步驟時(shí)能夠 節(jié)省循環(huán)時(shí)間。例如，當(dāng)進(jìn)行抽吸(主要步驟"b，，)以及用氬氣在耙 材和開閉器之間吹掃時(shí)，將在一定的時(shí)刻及時(shí)達(dá)到適當(dāng)?shù)膲毫?通常 1Pa)，以便通過給磁控管通電來激發(fā)等離子體。開閉器必須轉(zhuǎn)動到濺 射區(qū)域上，以便防止基體受污染。雖然現(xiàn)在壓力進(jìn)一步減小，在大約 0.01Pa左右等離子體將滅活。接著，為了達(dá)到通常lmPa的基礎(chǔ)壓力， 該系統(tǒng)能夠進(jìn)一步被抽真空。如上所述的清潔步驟的優(yōu)點(diǎn)是靶材清潔在全部靶材表面上進(jìn)行， 而不需要拆除靶材并且作為過程循環(huán)的一部分。對平面靶材來說這是 不可能的。當(dāng)使用平面靶材時(shí)，靶材材料只在軌道內(nèi)磨蝕。在使用期 間，化合物層形成在軌道外。該化合物層只能離線除去，即，需要清 潔步驟，其中該化合物層從靶材上被機(jī)械地去除(例如，通過金屬刷 或砂紙)。平面革G材的另一缺點(diǎn)是當(dāng)活性氣體，例如有機(jī)前體，在濺射的 同時(shí)被引入時(shí)，軌道本身將越來越多地被化合材料覆蓋，直到該過程 突然從金屬模式轉(zhuǎn)換到在所沉積材料的類型和數(shù)量方面具有顯著不同 特性的復(fù)合模式。當(dāng)使用轉(zhuǎn)動磁控管的時(shí)候該問題會少很多，這是因 為軌道相對于靶材移動，從而首先磨蝕可能已經(jīng)形成在靶材表面上的 化合物層。而且，與平面磁控管相比，能夠向可轉(zhuǎn)動的磁控管供給顯 著更多的能量，這是因?yàn)橛捎跓崃吭诎胁牡娜勘砻嫔⒉?，所以?轉(zhuǎn)動的磁控管的冷卻更有效。這樣就使得在過程的物理氣相沉積步驟 或混合模式沉積步驟中涂覆更快。在開閉器完全覆蓋磁控管時(shí)，甚至可能有更大的靈活性例如， 能夠使開閉器內(nèi)為氬氣氣氛并且在那里保持等離子體，同時(shí)在開閉器 外用有機(jī)前體氣體進(jìn)行化學(xué)氣相沉積過程。從開閉器泄漏的氬氣能夠 用于使前體氣體離子化。這樣，各過程步驟能夠同時(shí)進(jìn)行。


現(xiàn)在參考附圖將詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中 圖1示出根據(jù)本發(fā)明的涂覆設(shè)備的示意圖。圖2示出具有可轉(zhuǎn)動磁控管和開閉器的透視工程圖。 圖3示出怎樣能夠拆除開閉器的第一部分。 圖4示出怎樣能夠拆除開閉器的第二部分。
具體實(shí)施方式
在下文中，附圖標(biāo)號的最后兩個(gè)數(shù)字表示該設(shè)備的相同和類似的 部件，而第一個(gè)數(shù)字表示圖號。圖1示出才艮據(jù)本發(fā)明的涂覆i殳備100的第一實(shí)施例。在該實(shí)施例 中，真空室102具有箱式涂料器的典型的矩形形狀。這種箱式涂料器 配備有可接近行星式基體保持器108的門104，基體懸掛在行星式基 體保持器108上。在該實(shí)施例中，在化學(xué)氣相沉積期間前體氣體的激 發(fā)通過RF激發(fā)器實(shí)現(xiàn)，該RF激發(fā)器可能用加熱絲110輔助。真空 室102通過真空泵(未示出)抽成真空，同時(shí)真空或氣體氣氛通過已 知類型的壓力計(jì)和氣敏元件(未示出)被監(jiān)控。不同的氣體以由質(zhì)量 流量控制器(未示出)控制的量通過氣體供給器106、 106，和106"供 給到真空室?？赊D(zhuǎn)動的磁控管安裝在設(shè)置在真空室側(cè)壁處的外殼112 內(nèi)。端部夾具114安裝成與磁控管的軸線成一條直線。端部夾具ll4 通過饋送裝置116、 116，和116"供給電流、冷卻劑到外殼內(nèi)的靶材， 并且端部夾具114還供給運(yùn)動到外殼內(nèi)的靶材。外殼112內(nèi)的開閉器 224能夠通過端部夾具118被移動。單獨(dú)的氣體提供器109向開閉器 和磁控管之間的間隙內(nèi)提供氣體。顯然，在相應(yīng)外殼內(nèi)的其它磁控管能夠在其它壁上被連接于相同的真空室。圖2中的透視圖示出在外殼201內(nèi)的磁控管的詳細(xì)的工程圖?；?本上，磁控管222的外殼212是具有凸緣221、 221，的不銹鋼管，端 部夾具214和218安裝在凸緣221、 221，上。設(shè)置的開口由安裝凸緣 220界定，安裝凸緣220用于將外殼201真空密封地安裝于真空室102。14通過該開口，從》茲控管222凈皮濺射出的材料進(jìn)入真空室102，并且涂 覆連接于基體保持器108的基體。磁控管222包括可轉(zhuǎn)動的乾材，固 定的磁體陣列(未示出)可安裝于該可轉(zhuǎn)動的靶材內(nèi)，該固定的磁體 陣列導(dǎo)引濺射的原子通過所述開口。通過堅(jiān)固的鉸鏈226、 226，，連 接有全部裝置的外殼能夠轉(zhuǎn)動離開真空室，以便容易維護(hù)靶材和開閉 器。在外殼的任意端，端部夾具214和218安裝于端部凸緣221 、221，。 在該實(shí)施例中，上端夾具214從電機(jī)215傳遞運(yùn)動到靼材，同時(shí)保持 外殼212的真空完整性。通過冷卻劑連接部分216,冷卻劑被提供和 取出。通過電連接器216，提供電流到靶材。在外殼212內(nèi)，設(shè)置管形 可轉(zhuǎn)動開閉器224。圖2示出當(dāng)所述管形開閉器224中的伸長開口在 可轉(zhuǎn)動磁控管222的濺射區(qū)域前面轉(zhuǎn)動時(shí)在打開位置的開閉器。通過 端部夾具218從外殼的外部啟動開閉器。例如，通過由電子控制單元 (未示出)啟動的小電機(jī)啟動開閉器，該控制單元是例如根據(jù)所選工 藝而決定的PLC或計(jì)算機(jī)。在該實(shí)施例中，磁控管和開閉器彼此偏心 地被安裝。雖然這是優(yōu)選的，但這不是本發(fā)明的先決條件。其它實(shí)施例也是可以的，其中端部夾具的功能性被不同地分配， 這些實(shí)施例例如-開閉器由上端夾具控制，而靶材由下端夾具驅(qū)動，這樣，在靶 材不得不被替換的情況下能更容易地排出靶材的水。-磁控管的電供給器與開閉器驅(qū)動器一起合并在相同的端部夾具 中(但條件是磁控管和驅(qū)動器偏心地安裝)。-冷卻劑的供給和取出分別由上端夾具和下端夾具完成，例如， 冷的冷卻劑從底部被供給并且通過頂部被取出。本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠容易地想出功能性的其他等同的分配方 式，這些等同方式能實(shí)現(xiàn)相同的總體效果而不延伸出本發(fā)明的范圍。圖3詳細(xì)地示出開閉器怎樣被設(shè)計(jì)以及其怎樣能夠從外殼被拆 除。開閉器224由兩個(gè)管形半部328和429構(gòu)成，其中一個(gè)半部328 具有伸長的開口。這兩個(gè)半部328、 429均由擋圏325支撐，該擋圏325通過端部夾具318被驅(qū)動。這兩個(gè)半部由螺栓連接于擋圏325。兩 個(gè)半部328和429彼此螺釘連接。圖4所示與圖3相同，但是其示出 整個(gè)部分429怎樣被拆除。下面描述對基于鈦附著層的耐磨覆層的典型的涂覆程序。在涂覆 之前，基體安裝在行星式傳送帶的基體保持器上。首先，真空室被抽 吸降低到低于0.01Pa的基礎(chǔ)壓力。短時(shí)氬等離子體蝕刻用于清潔轉(zhuǎn)動 的基體。為了產(chǎn)生用于裂化有機(jī)前體氣體的局部等離子體，RF電源 連接于基體。開閉器保持關(guān)閉，同時(shí)導(dǎo)入氬氣達(dá)到大約1Pa的壓力， 并且DC電壓施加于Ti靶材。當(dāng)達(dá)到合適的條件時(shí)，等離子體將在開 閉器和靶材之間激發(fā)。開閉器保持關(guān)閉大約五分鐘，以便清潔轉(zhuǎn)動的 Ti粑材表面的在暴露于大氣期間形成的氧化物并且使濺射過程穩(wěn)定。 此后，開閉器打開并且Ti基層被濺射在基體上。 一旦形成Ti基層， 包含有機(jī)前體氣體例如乙炔的碳以增加的比率被引入真空室。同時(shí)， 施加于Ti耙材的電力逐漸減少。在該過程期間，該過程是混合過程， 因?yàn)樵跒R射等離子體和RF電源的聯(lián)合作用下，不僅Ti原子從靶材中 被移出，同時(shí)有機(jī)前體分子被裂化。當(dāng)濺射功率逐漸減小時(shí)，化學(xué)氣 相沉積過程取代物理氣相沉積過程。同時(shí)，增加基體的偏壓，以便增 加離子噴鍍的量。這樣，形成具有類金剛石的碳的Ti梯度層，Ti的 量隨層厚增加而減少。在該混合過程期間，盡管存在活性的有機(jī)前體 氣體但沒有觀察到起弧，該有機(jī)前體氣體通常在平面靶材的非濺射部 分上形成化合物層。而且，濺射過程保持穩(wěn)定并且靶材表面沒有中毒。 因此，當(dāng)使用可轉(zhuǎn)動的磁控管時(shí)的該過程與當(dāng)使用平面磁控管時(shí)相比 更加穩(wěn)定。 一旦混合過程完成，開閉器關(guān)閉并且剩下的堆積層只通過 化學(xué)氣相沉積而增長。在循環(huán)結(jié)束時(shí)，在"后濺射"步驟中，氬氣被 導(dǎo)入磁控管與開閉器之間的間隙并且靶材表面由等離子體清潔，以便 當(dāng)開始下一個(gè)循環(huán)時(shí)靶材表面處于清潔狀態(tài)。因此，不需要對靶材進(jìn) 行另外的離線清潔。雖然特別參考一些優(yōu)選的實(shí)施例示出并描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng) 域的技術(shù)人員將理解可以對本發(fā)明作出形式上以及細(xì)節(jié)上的各種操作和修改,
權(quán)利要求
1.一種用于涂覆基體的涂覆設(shè)備(100)，包括真空室(102)，和用于建立物理氣相沉積過程的物理氣相沉積裝置(222)，和用于建立化學(xué)氣相沉積過程的化學(xué)氣相沉積裝置(110)，其中，所述物理氣相沉積裝置和化學(xué)氣相沉積裝置(222，110)能夠在所述真空室內(nèi)可選擇地或者同時(shí)地被操作；其特征在于所述物理氣相沉積裝置(222)包括一個(gè)或多個(gè)可轉(zhuǎn)動的濺射磁控管，所述磁控管用于在所述基體上實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的化學(xué)氣相沉積和物理氣相沉積的聯(lián)合過程。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的涂覆設(shè)備，其中，所述可轉(zhuǎn)動的濺射磁 控管(222 )封裝入可安裝于所述真空室(102 )的壁上的外殼(212 ), 所述外殼(212)具有開口 ，用于通過所述開口從所述可轉(zhuǎn)動的濺射磁 控管(222)濺射進(jìn)入所述真空室(102)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的涂覆設(shè)備，其中，所述外殼(212)樞 轉(zhuǎn)地(226、 226，)連接于所述真空室(102)，用于容易地維護(hù)所述磁 控管(222 )。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的涂覆設(shè)備，其中，所述外殼還承載 有用于轉(zhuǎn)動、冷卻以及通電所述濺射磁控管(222)的裝置，所述用于 轉(zhuǎn)動、冷卻以及通電所述濺射磁控管(222 )的裝置(214)能被在所 述外殼(212)的外面沿軸向安裝到所述濺射磁控管(222)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的涂覆設(shè)備，其中，所述 可轉(zhuǎn)動的濺射磁控管(222 )的濺射區(qū)域可由管形開閉器(224)覆蓋， 所述管形開閉器(224)可圍繞所述磁控管(222)轉(zhuǎn)動地移動。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的涂覆設(shè)備，其中，所述管形開閉器(224 ) 偏心地安裝于所述可轉(zhuǎn)動的磁控管(222 )。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的涂覆設(shè)備，其中，所述外殼(212) 還承載有用于轉(zhuǎn)動所述開閉器(224)的裝置(218),所述用于轉(zhuǎn)動所述開閉器(224)的裝置(218)可在所述外殼外面安裝到所述濺射磁 控管。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5或7所述的涂覆設(shè)備，其中，所述開閉器(224 ) 由導(dǎo)電材料構(gòu)成并且可相對于所述磁控管(222)被加電偏壓。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5至8中的任意一項(xiàng)所述的涂覆設(shè)備，其中，所 述磁控管(222)和所述開閉器(224)在所述賊射區(qū)域被間隙分離， 所述間隙足夠?qū)捯员阍谒龃趴毓芎退鲩_閉器之間激發(fā)等離子體。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5至9中的任意一項(xiàng)所述的涂覆設(shè)備，其中， 所述開閉器(224)可由一件或多件(328、 429)組裝成。
11. 根據(jù)權(quán)利要求5至10中的任意一項(xiàng)所述的涂覆設(shè)備，其中， 氣體供給器(109)設(shè)置在所述磁控管(222)和所述開閉器(224)之 間。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的涂覆設(shè)備，其中，當(dāng)所述開閉器覆蓋 所述濺射區(qū)域時(shí)在所述磁控管(222)和所述開閉器(224)之間能夠 保持氣體氣氛，所述氣體氣氛與所述真空室(102 )內(nèi)的氣體氣氛不同。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1至12中的任意一項(xiàng)所述的涂覆設(shè)備，其中， 所述可轉(zhuǎn)動的濺射磁控管(222 )是平衡型的。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1至12中的任意一項(xiàng)所述的涂覆設(shè)備，其中， 所述可轉(zhuǎn)動的濺射磁控管(222)是非平衡型的。
15. —種在根據(jù)權(quán)利要求1至14中的任意一項(xiàng)所述的涂覆設(shè)備 (100)中涂覆基體的方法，包括以下步驟(a) 給所述涂覆設(shè)備(100)裝載所述基體；(b) 將所述真空室(102)抽吸到低壓；(c) 在所述基體上施加涂覆堆積層，其中，通過從濺射沉積、反應(yīng) 賊射沉積、化學(xué)氣相沉積或它們的組合構(gòu)成的組中選出的過程來施加 所述堆積層的各層；(d) 當(dāng)所述順序完成時(shí)，停止涂覆過程；(e) 引入氣體以便使所述真空室(102)達(dá)到大氣壓力并且從所述 涂覆設(shè)備(100)移除所述基體；其特征在于在步驟(b)至(e)之間或步驟(b)至(e)中的任一步驟期間，可引入包 括下列子步驟的步驟-使所述開閉器(224)轉(zhuǎn)到所述濺射區(qū)域上；-在所述磁控管(222)和所述開閉器(224)之間的間隙中達(dá)到 等離子體激發(fā)的氣體壓力；-在所述磁控管(222 )和所述開閉器(224)之間激發(fā)等離子體;-轉(zhuǎn)回或不轉(zhuǎn)回所述開閉器(224);-滅活所述等離子體。
全文摘要
提供一種用于成批涂覆基體的涂覆設(shè)備(100)。在該成批涂覆設(shè)備中，通過物理氣相沉積、通過化學(xué)氣相沉積或通過這兩種過程的混合能夠沉積堆積層的各層。與現(xiàn)有的設(shè)備比較，混合模式的過程特別穩(wěn)定。這是通過采用轉(zhuǎn)動的磁控管(112)而不是現(xiàn)有技術(shù)的平面磁控管來實(shí)現(xiàn)的。該設(shè)備進(jìn)一步配備有可轉(zhuǎn)動的開閉器，該可轉(zhuǎn)動的開閉器允許進(jìn)行同時(shí)或交替的過程步驟。
文檔編號C23C14/35GK101410931SQ200780011111
公開日2009年4月15日 申請日期2007年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月28日
發(fā)明者E·德克姆佩涅爾, P·費(fèi)爾黑延, W·德博斯謝爾 申請人:貝卡爾特股份有限公司