CN101225514B - 涂敷系统、涂敷方法和涂敷制品 - Google Patents

涂敷系统、涂敷方法和涂敷制品 Download PDF

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Abstract

在使用包括PECVD和PICVD方法的CVD方法的情况下，本发明的目的在于避免杂质并尽可能定时定量精确供应用于目标层系统的过程气体。为此，本发明提供一种涂敷系统和涂敷具有交替层的制品的方法，在这种情况下，将过程气体以交替形式引入到气体混合点并与另一气体混合，然后导入反应室，在反应室中通过产生等离子体来进行沉积。

Description

涂敷系统、涂敷方法和涂敷制品
技术领域
本发明涉及一种涂敷系统，特别是CVD涂敷系统、涂敷方法及涂敷制品。
背景技术
应用多层系统来增强产品性能变得越来越重要。例如，现在的光学元件不具有抗反射性、多彩性或者一般的相位波前影响层系统是不可思议的。
然而，多层系统甚至可以对日常范围的产品的性能施加巨大的影响。阻挡层可以减少在塑料容器中不希望的材料的渗透，这样提高了贮藏于其中的物质的质量和耐久性。药剂或食物在这点上尤其重要。
所应用的层系统的质量及其经济可生产性在其应用的各种领域中具有决定性的作用。
在能够影响反射比和/或光谱吸收行为的光学活性层的情况下，为了能够局部地以在这些折射率的变化处尽可能有效限定的方式影响光波场的穿透性相位波前，所应用涂层的折射率的突然和尽可能急剧的改变是很重要的。
然而，除了这些在折射率方面尽可能急剧的改变之外，所应用涂层的厚度和组分，特别是其密度，也是很重要的，因为这些限定了多层系统中有效光学路径长度差并直接影响所获得最终产品的性能。
而且，为了不产生局部扩展缺陷形式的光谱偏离，在相对大面积平坦区域上保持这些参数恒定是必要的。
因此，层产生物质的纯度、限定供给及其受控反应是影响所得产品质量和涂敷方法效率的关键。
专利EP0519215B1公开了一种通过等离子体诱导气相沉积法以球形帽的形式涂敷基体的系统。所述系统可以用来同时涂敷多个基体，该系统设有一种气体分配装置，利用该气体分配装置可以将三种气体彼此相互混合。分别为三种气体提供专用的气体管线，并且将这些管线在一起集合到一条通向气体导入通道的共同气体管线中。一种连续混合的气体连续流过气体管线，而另外两种气体借助快速切换阀混合。
此外，提供具有阀的支路管线，以引导不需要的气体分别通过相应的支路管线流到泵中，并由此保持大量气流恒定。现有设备和方法中的另一缺陷在于可能由于等离子体反应产物富集而导致层中的杂质增加。
发明内容
因此，特别是在包括PECVD和PICVD方法的CVD方法中，本发明的目的是提高沉积层的纯度，以及尽可能避免杂质并尽可能在数量方面及时和精确地向目标层系统提供过程气体。
上述目的已经通过一种令人惊讶的简单方法实现，其借助的设备和方法已经在独立权利要求中详细描述。本发明的精巧优点和改进在从属权利要求中作了详细描述。
因此，本发明提供了一种用于涂敷制品的涂敷系统，特别是具有交替层的涂敷制品，该涂敷系统优选用于同时涂敷多个具有交替层的制品，该涂敷系统包括：待涂敷制品布置在其中的至少一个反应室，或者是用于形成具有待涂敷制品的反应室的装置。本系统还包括：涂敷过程中所使用过程气体的供应器，所述过程气体特别是前驱体气体；电磁能量源，其能以脉冲形式工作以在充满过程气体的反应器内激发出等离子体；以及用于控制电磁能量源的控制装置。
在这种情况下，上述控制装置被设定成控制电磁能量源，以便在工作期间电磁能量源输出电磁能量脉冲从而在反应器中产生脉冲式等离子体。
在这种情况下发现对脉冲停顿的下限进行的简单的线性调整。特别优选地通过控制装置设定等离子体脉冲之间的停顿，使得停顿长于P[ms]＝2.5+0.05*V，优选长于P[ms]＝2.5+0.055*V的停顿，P[ms]以毫秒为单位表示停顿，V以毫升为单位表示反应室中的涂敷体积。
对于体积小的反应器，随着反应器体积的增加，用于最适合的层沉积的脉冲停顿的下限增加地稍快。依据优选的表达，用于此目的的下限也应定义成下述公式：
P[ms]＝V*[(1/6)*exp(-V/300)+(1/20)]
这条曲线与上述限定的直线P[ms]＝2.5+0.05*V相交，得到用于非常小体积反应器的脉冲停顿的较小值。在这个范围内，脉冲停顿的下限可以重新选择为P[ms]＝2.5+0.05*V，为了避免太短的脉冲停顿，优选为P[ms]＝2.5+0.055*V。换句话说，依据本发明的此改进，脉冲停顿的长度由下限限制，该下限通过关系式P[ms]＝V*[(1/6)*exp(-V/300)+(1/20)]与P[ms]＝2.5+0.05*V的最大值得出：P[ms]＝max(2.5+0.05*V，V[(1/6)exp(-V/300)+(1/20)])。
特别的，上述控制装置用于控制电磁能量源，使得电磁能量源输出在时间上间隔开的脉冲，这些脉冲产生具有持续长度为D且脉冲之间的停顿长度为P的等离子体脉冲，对于所述等离子体脉冲，两个时间上相邻的脉冲之间以毫秒作为单位的脉冲停顿P长于上述关系式的值。
可以通过上述涂敷系统来实施并且在各个等离子体脉冲之间具有上述停顿的涂敷方法使得能够在脉冲停顿期间在反应器内实现完全的气体转变。一般来说，脉冲的长度与大体所产生等离子体脉冲长度的电磁能量相应，从而在这种情况下控制装置可以控制该源使其输出按照上述关系在时间上间隔开的电磁能量脉冲。另一方面，如果在切换或电磁能量脉冲开始后激发等离子体时发生延迟，可以适当考虑此延迟时间。这种情况下，控制装置将控制电磁能量源，使电磁脉冲之间的停顿适当地更短，从而在等离子体脉冲之间产生期望的停顿。但是，由于上述关系代表了下限，一般地可以将这种关系用于电磁脉冲。使脉冲停顿适应反应器体积还具有一个特别的好处。如果在后一等离子体停顿被激发时，反应器体积仅仅被部分清空，则与完全气体转换后的等离子体脉冲相比，后一等离子体脉冲就会发生不完全涂敷，因为在第一种情况下，前驱体气体在反应器体积中的浓度较低。这样，使最小的脉冲停顿适应反应器体积的效果在于沉积总是可以重复的量的层材料。因此，单个层的层厚可以精确确定。总之，由此在光学干涉层系统中获得特别高的质量。
可以以脉冲方式工作的高频微波或射频源是一种优选的源。例如，频率为2.45GHz(即与广泛用于家庭微波单元的频率相同的频率)的微波是合适的。
而且，在沉积交替层的情况下，例如特别是通过等离子体辅助化学气相沉积法沉积多干涉层系统的情况下，当层系统的单独层间的界面被限定得尽可能地明显和充分时，对层系统的质量及其光学性能相当有利。在气体转换为具有另一前驱体的气氛后，先前的前驱体气体的残余物仍然存在于涂敷体积中是不利的。这种情况下，先前的前驱体气体的反应产物沉积在后来的层上。于是就可能出现这样的情况，例如在具有交替SiO2-TiO2层的交替层系统的氧化硅层上存在氧化钛，以及相反的情况。因为特别是高活性干涉交替层系统具有多层，优选是超过30层，所以相继进行多次气体转换是必需的。这样的气体转换越快越经济，然而，在另一方面，应当尽可能在没有混合的情况下进行转换以让层系统获得高质量。为了达到这个目的，本发明提供了一种涂敷具有交替层的制品的系统，优选同时涂敷多个具有交替层的制品，该系统包括至少一个能够容纳待涂敷制品的反应室，或者是可以形成能够容纳待涂敷制品的反应室的装置。还提供一个供应器，借助于该供应器可以将涂敷过程中所使用过程气体特别是前驱体气体通过一个气体转换装置引入反应室。在这种情况下，上述气体转换装置包括至少一个气体混合点，通到所述气体混合点的包括设有阀的用于各种前驱体气体的两条供应管线、用于另一气体的至少一条供应管线、以及通向反应室的排出管线，所述另一气体用于在气体混合点中与通过一个阀引入的一种前驱体气体混合以产生不同的过程气体混合物。用于另一气体的供应管线与通向反应室的排出管线在两个阀之间的连接部中连接。而且，在每种情况下对于用于各种前驱体气体的供应管线中的每条提供连接到泵送装置的支路管线，在每种情况下将另一阀连接到支路管线中。而且，提供控制装置，该控制装置为了改变过程气体混合物而控制支路管线中的阀和用于各种前驱体气体的供应管线的阀，使得关闭一种前驱体气体供应管线中的阀，而同时打开用于该前驱体气体的支路管线中的阀，并相反地在关闭一种前驱体气体供应管线中的阀之后，打开供应另一前驱体气体的供应管线中的阀，而同时关闭用于该另一前驱体气体的支路管线中的阀。在关闭一种前驱体气体的供应管线上的阀和打开用于另一前驱体气体的供应管线上的阀之间可以有一个停顿。这个停顿要尽可能短暂，或者甚至完全没有。在后面的情况下，前述四个阀同时切换。
甚至在为了沉积在交替层系统上而直接连续的不同成分的气体脉冲情况下，当转换气体混合物时，在用于分别沉积各个层的微波脉冲的脉冲系列之间观测到一个停顿是特别有利的。位于两个脉冲系列之间的此停顿确保当转换过程气体时没有等离子体脉冲产生。如果随着气体转换进一步操作电磁能量源，则将导致沉积具有两种过程气体混合物的金属氧化物的混合氧化物。这样的混合氧化物的层是相当薄的，因为气体转换一般发生在仅仅一个或者少数几个等离子体脉冲期间，但是令人惊讶的是，它仍然在层间形成不太好的界面，这种界面显著影响光学性能。相反地，当观察到脉冲系列之间有与阀控制同步的停顿时，光学交替层系统的质量有了一个显著地提高。为此按照本发明提供了一种涂敷系统和一种用于涂敷具有交替层的制品的方法，该系统包括至少一个能够容纳待涂敷制品的反应室，或者室可以形成能够容纳待涂敷制品的反应室的装置。而且，为了在反应器内激发出等离子体还包括一个可以以脉冲形式工作的电磁能量源。借助一个供应器将在涂敷过程中使用的处理气体，特别是前驱体气体，通过一个气体转换装置引入反应室。上述气体转换装置包括至少一个气体混合点，通到所述气体混合点的包括设有阀的用于各种前驱体气体的两条供应管线、用于另一气体的至少一条供应管线、以及通向反应室的排出管线，所述另一气体用于在气体混合点中与通过一个阀引入的一种前驱体气体混合以产生不同的过程气体混合物。在有利的改进中，用于另一气体的供应管线与通向反应室的排出管线在两个阀之间的连接部中连接，在每种情况下对于用于各种前驱体气体的供应管线中的每条提供连接到泵送装置的支路管线，在每种情况下将另一阀连接到支路管线中。
而且，还提供用于阀和电磁能量源的控制装置，该控制装置为了改变过程气体混合物而控制支路管线中的阀和用于各种前驱体气体的供应管线的阀，使得关闭一种前驱体气体供应管线中的阀，而同时打开用于该前驱体气体的支路管线中的阀，并相反地打开供应另一前驱体气体的供应管线中的阀，而同时关闭用于该另一前驱体气体的支路管线中的阀。而且，所述控制装置根据阀切换时间来设定用于沉积交替层系统的一层的脉冲系列开始的时刻，所述控制装置在脉冲系列之间设定持续时间至少为0.8×|tadvance-treturn |且至多为5×|tadvance-treturn|的停顿，tadvance表示气体从气体混合点到达反应室需要的持续时间，treturn表示清空先前位于反应室中的过程气体混合物需要的持续时间。本发明的此实施例并不限于具有支路管线的阀的具体布置。这里重要的是，当驱动电磁能量源时，考虑气体脉冲从气体混合点发出并被引导通过供应管线到达反应器的时间和反应器的清空时间，并在脉冲系列之间设定如上所述的相应停顿。
而且，为了使脉冲系列的开始与用于沉积层而分别设置的过程气体混合物的注入同步，有利的是通过控制装置控制电磁能量源，使得用于沉积交替层系统的一层的脉冲系列相应地在以下时刻开始，所述时刻相对于供应管线中用于沉积交替层系统的该层的相应过程气体混合物的指定阀的切换时刻延迟了持续时间T。持续时间T优选在这个范围内：至少0.8×tadvance，至多500×tadvance(根据供应管线的长度)，优选至多50×tadvance。当用于形成具有待涂敷制品的反应室的装置具体是密封装置时考虑上述因素，借助于该密封装置可以将待涂敷制品表面区域与周围环境分离开，从而由制品表面限定的分离区域可以作为反应室。该区域可以被清空，使气体进入，并在此区域中激发出等离子体。其例子是球形帽的内部涂层，该球形帽例如是球形前照灯帽。在这里，球形帽的内部可以通过在其边缘密封与周围环境分离开，这样由球形帽内部所限定并形成的区域就形成反应室。
为了沉积涂层的多层，可以具体将电磁能量引导到涂敷区域由此激发出等离子体。在这种情况下，过程气体混合物的等离子体形成的反应产物在待涂敷制品的表面沉积。
在本发明中，前驱体气体具体是一种层形成元素的化合物。这里具体使用的是各种金属或半导体化合物，例如硅化合物，如HMDSO(六甲基二硅氧烷)或金属化合物，它们的氧化物形成高指数层。在这里可以提及的是，例如分别用于沉积氧化钛和氧化铌层的氯化钛或氯化铌。于是，这些可以组合而形成干涉交替层系统，例如，与由含有硅的前驱体气体沉积而成的氧化硅层交替。
特别是氧气或含有氧气的气体混合物可以用作与前驱体气体或混合点的气体相混合的另一气体。于是，氧气在等离子体中与前驱体气体或它们的反应产物进行反应，这样具有在前驱体气体中结合的金属的氧化层被沉积。
借助涂敷系统执行以涂敷具有交替层的制品的相应涂敷方法(优选同时涂敷多个具有交替层的制品)基于这样的事实：待涂敷的制品布置在至少一个反应室中，或者形成有待涂敷制品的反应室中，反应室的至少涂敷区域被抽空，将各种过程气体相继地引入到涂敷区域，并且激发用于沉积的等离子体，结果是具有不同组分层的层系统沉积在制品上，通过气体转换装置实现过程气体向反应室的引入，气体转换装置包括至少一个气体混合点，通到所述气体混合点的包括设有阀的用于各种前驱体气体的至少两条供应管线的、以及用于另一气体的至少一条供应管线，此另一气体在气体混合点中与通过一个阀引入的相应一种前驱体气体混合并由排出管线带离到反应室，用于另一气体的供应管线与通向反应室的排出管线在两个阀之间的连接部中连接，而且，在每种情况下对于用于各种前驱体气体的供应管线中的每条提供连接到泵送装置的支路管线，在每种情况下将另一阀连接到支路管线中，并且为改变过程气体混合物而切换支路管线中的阀和用于各种前驱体气体的供应管线的阀，使得关闭一种前驱体气体供应管线中的阀，而同时打开用于该前驱体气体的支路管线中的阀，并(可能在停顿后)相反地打开供应另一前驱体气体的供应管线中的阀，而同时关闭用于该另一前驱体气体的支路管线中的阀。
用这种方法，本发明生产出未混和到一起的不同气体组分的离散的气体脉冲。当在此情况下在反应室涂敷体积中用于一层的过程气体能够被完全清除或在具有另一过程气体的接着的气体脉冲进入反应室中以前至少基本上被完全清除，这种情况是特别有利的。
以规定的延迟时间切换阀产生快速的气体转换，这在交替层沉积的情况下，特别是干涉层系统的沉积中，首先确保了特别纯的层，其次还确保了层系统各个层之间明显的界面。
等离子体脉冲之间的最优脉冲停顿还可以是被涂敷基体和层的所需层结构的函数，并且为了获得最优的结果，还可以选择该脉冲停顿比前面所述的最短持续时间长很多。根据本发明的改进，为此将停顿设定为长于P[ms]＝10+0.133*V，P[ms]以毫秒为单位表示持续时间，V以毫升为单位表示反应室中的涂敷体积。
另一方面，等离子体之间过长的停顿对反应速度不利。已经发现为了正好获得所限定层厚的层，一般可以将脉冲停顿设置为小于P[ms]＝80+0.05*V的持续时间。一般来说，在多数情况下使用短于P[ms]＝60+0.05*V，优选短于P[ms]＝50+0.05*V的脉冲停顿可实现好的涂层。
为了在不同的过程气体混合物之间进行切换时获得切换操作对气流的尽可能小的影响，提出使支路管线的压力适应气体混合点的压力。这可以具体在调节器的帮助下实现。理想的是尽可能精确的适应压力，但是优选的是支路管线的压力应当以不超过气体混合点的压力的20％的压力差适应气体混合点的压力。
而且，精确调节气流以提供质量流调节是特别有利的，其中在调节点出现被强烈加速并因此基本没有反应的流动。为此，提供一个调节器，在其帮助下，将随着气体供应到气体混合点而沿着供应管线出现的压力降保持或设定为大于2倍。上述压力降可以发生在一个针状阀处，例如一个质量流调节器的针状阀处，或者例如孔处。
依据本发明的另一替代或附加实施例，提供涂敷系统，用于涂敷具有交替层的制品，优选同时涂敷多个具有交替层的制品，上述涂敷系统包括待涂敷制品布置在其中的至少一个反应室，其具有在涂敷过程中所使用过程气体的供应器，所述过程气体特别是前驱体气体，上述过程气体可以通过气体转换装置引入反应室，气体转换装置包括至少一个气体混合点，该气体混合点为混合点阀单元的部件，混合点阀单元包括与过程气体混合物的各种前驱体气体的两条供应管线相连接的两个阀、用于另一气体的至少一条供应管线、以及通向反应室的排出管线，所述另一气体用于在气体混合点中与通过一个阀引入的一种前驱体气体混合，用于另一气体的供应管线与通向反应室的排出管线在两个阀之间的连接部中连接。用于前驱体气体的两个阀之间的距离通过混合点阀单元而最小化。通过这种途径，在脉冲停顿中或者当过程气体被转换以沉积交替层系统时，实现从气体混合点的改进的气体排出。为了提供紧凑的混合点阀单元，两个阀的阀座可以被结合起来，特别是结合在共用阀体中。
可以在本发明此实施例的帮助下实施的用于涂敷具有交替层的制品的方法，优选用于同时涂敷多个具有交替层的制品的方法，相应地基于以下：待涂敷制品布置在至少一个反应室中，反应室的至少涂敷区域被抽空，并且各种过程气体被相继引入到涂敷区域中，并激发用于沉积的等离子体，结果是将具有不同成分的多层的层系统沉积在制品上，过程气体通过气体转换装置向反应室引入，上述气体转换装置包括至少一个被设计成混合点阀单元的气体混合点，该混和点阀单元优选具有结合在阀体中的多个阀座，并且包括与过程气体混合物的各种前驱体气体的两条供应管线相连接的两个阀、用于另一气体的至少一条供应管线、以及通向反应室的排出管线，用于另一气体的供应管线与通向反应室的排出管线在两个阀之间的连接部中连接，所述另一气体用于在气体混合点中与通过一个阀引入的一种前驱体气体混合并被引到反应室，并通过切换阀而在气体混合点中混和另一气体成分以沉积另一成分的层。
混合点阀单元被用于使仅在一侧打开的体积形式的死区最小化，并且上述死区在混和点区域中由到关闭的阀的供应管线形成。无论如何，这些供应管线区域与通向反应室的排出管线相比应当尽可能的短。为此，本发明提供了这样的改进：两个阀的阀座之间的连接部到气体混合点中心的距离分别小于从气体混合点到反应室的排出管线的长度的1/10。
另外还发现当从气体混合点到反应室之间避免了直线路径时，还可以获得层质量的非常大的提高，特别是在同时涂敷多个制品的情况下。其原因被认为是在直线连接的情况下过程气体可以仅仅是不完全混合。于是，在平行驱动多个反应室的情况下，就会发生流入到各个反应室的气体混合物具有不同成分的情况。因此，为了避免这样的问题，另外提供了一种用于涂敷具有交替层的制品的涂敷系统，优选是用于同时涂敷多个具有交替层的制品的涂敷系统，上述系统包括待涂敷制品布置在其中的至少一个反应室，或者是用于形成具有待涂敷制品的反应室的装置，还包括涂敷过程中所使用过程气体的供应器，所述过程气体特别是前驱体气体，所述过程气体可以通过气体转换装置引入到反应室中，上述气体转换装置包括至少一个气体混合点，通到所述气体混合点的包括用于各种前驱体气体的两条供应管线、用于另一气体的至少一条供应管线、以及从气体混和点通向反应室的排出管线，所述另一气体用于在气体混合点中与通过相应的一条供应管线引入的一种前驱体气体混合以产生不同的过程气体混合物。依据本发明，通往反应室的排出管线包括以多次转向通往反应室的迂回管线，以便在气体混合点中发生相互接触的气体的湍流混合。为此，上述迂回管线可以简单地设计成带有多个转向部或弯曲部的管子。替代或附加地，可以在管线中安装障碍物，这将在气流中导致产生漩涡。
另外，关于从气体供应装置到反应室的管线系统，已经证实当管线系统的管线被分成相应的正好两条管线时特别有利。这样的供应管线结构令人惊讶地导致在所有连通的反应室中特别可靠地激发出等离子体，而且导致气流的精确分离，这样可以在所有反应室中产生最大可能均匀的气体压力。因此，依据本发明另一个替代或附加实施例，提供一种通过等离子体辅助化学气相沉积法同时涂敷多个具有交替层的制品的涂敷系统，上述涂敷系统包括待涂敷制品布置在其中的多个反应室或者用于形成具有待涂敷制品的反应室的装置，还包括通向反应室的排出管线的气体供应装置、以及辐射电磁能量的装置，此装置是为了在反应室中充满过程气体的区域激发等离子体。在这种情况下，上述排出管线被分成分别连接到反应室的多条支线，从包括气体供应装置的排出管线和管线的支线在内的管线系统中的每一条管线正好分离出两条支线，这样排出管线被分成2n条支线，n＝2，3，……，并且用于每个反应室的供应管线分成同样多的支线。因此，这样一个管线系统在某种程度上可以看作是一棵树，主管线被分成两条分支，并且每条分支又被分成另两条分支。对于n＞2和相应数目的反应室，这种使供应管线加倍的方法相应多地重复。
可以借助于此涂敷系统执行的相应的方法基于这样的事实：多个待涂敷制品被安排在多个反应室中，或者多个反应室形成有待涂敷制品，反应室的至少涂敷区域被抽空，并且过程气体被引入到涂敷区域，激发用于沉积的等离子体以沉积涂层，过程气体向反应室的引入是通过一条从气体混合点开始的排出管线实施的。在这种情况下，过程气体的各种气体在混合点被混合，并且经过排出管线的气流被分成2n条支线，n＝2，3，……，而成为相应的多个分流，所述分流被分别导入反应室中，每条分流从气流相同地分离出并在气流的每一分离点正好分离成两条分流。
关于在各个反应室中可靠地激发等离子体，已经证明这种分离气流的方法优于将气流在同一点分离成两条以上如四条分流的气流分离方法。这种方法甚至对于气体分配也是有效的，在此情况下例如实现在排出管线的一点分离成对称排列的四条支线。
另外，气流分离的均匀性还可以通过使排出管线的支线在一个平面上分叉而进一步提高。在此还可以具体地进一步实现涂敷系统的模块化设计，系统中提供多个气体混合点，这些气体混合点沿着与支线所在的平面横交的方向布置，优选是与此平面垂直。在本发明的这种实施例的情况下，于是分配到气体混合点的单元可以与反应室设计成能以任何期望数目并列的模块。
此外，层的沉积可以有利地在用于时间分析获取发射线和/或光谱的分光计的帮助下被监控，上述发射线和/或光谱是在反应室涂敷过程中产生的。除其它之外，由于发射线和/或光谱的获取，还可以有利地校正阀、质量流调节器和/或压力调节的时间控制。
附图说明
结合在下面优选实施例及附图对本发明做更详细的描述：
图1示出涂敷系统的部件，
图2示出图1中显示的涂敷系统的一个改进，其带有分别具有多个反应室的多个模块，
图3示出位于CVD涂敷系统(特别是PICVD涂敷系统)的图1或图2所示气体供给器中的前驱体气体的特征脉冲系列形状的图表说明，
图4和图5示出在各种基体上TiO2/SiO2交替层沉积期间的脉冲停顿的经验值的图表，
图6示出用于获得图3表示的前驱体气体脉冲系列形状(特别用于测量其时间密度曲线)的光学装置，
图7示出一个CVD涂敷系统的示意图，特别是PICVD涂敷系统，其具有供给前驱体气体的装置和用于时间分辨获取在反应室内涂敷过程中产生的光谱的分光计装置，
图8A到8C示出用于交替层系统沉积的脉冲系列图，和
图9示出等离子体脉冲系列和阀的同步图。
具体实施方式
本发明在下面优选实施例的帮助下做了更详细的描述，尽管在附图中所示出的只用于举例解释而并不按比例示出。
本发明的目的还具磷地在于使用于CVD过程的气体交换更快速更清洁，该CVD过程优选为具有两种或两种以上反应气体的PECVD或PICVD过程，特别是CVD高速率过程和具有多个模块的大CVD系统，其中必须提供相对快速改变的大气体量(用于交替层)，并且这些气体量必须精确的分配到所有的模块上，也就是说均匀分配。均匀分配是非常重要的，因为可用的气体量直接影响各个涂敷站处的当前涂敷速率。
在这种情况下，本发明的重要方面具体包括切换通向气体混合点的供应管线的阀、使气体供应器死区最小化的气体混合点、和设计成混合管线的迂回管线，以及设计成双管的分配管和站的相应分离，优选为模块化设计。
本发明的以下说明描述本发明的优选和尤其优选的特性，并且上述特性在这个阶段还可以分别与其它没有详细描述的实施例结合。
为了这个目的，图1示出具有气体转换装置2和反应室7的涂敷系统1的一部分。气体转换装置2包括两条用于各种前驱体气体的供应管线3和5。例如，硅前驱体气体可以通过管线3和5中的一条供给，而钛前驱体气体通过管线3和5中的另一条供给。前驱体气体的气流在质量流调节器6和8的帮助下进行调节。供应管线3和5以可以通过阀13和15断开的方式通入气体混合点11。通往上述气体混合点11的还有被安排在上述两个阀之间的连接处的供应管线17，此管线用于在气体混合点11与分别切换进入的前驱体气体混合的另一气体。供应管线17也可以通过阀19断开，并且流经此管线17的气流通过质量流调节器21调节。
气体转换装置2还包括两条分别在阀13和15的上游从供应管线3和5分叉的支路管线25和27，这两条支路管线25和27分别可以通过阀29或31断开。这些支路管线连接到一个或多个泵。
本发明的阀切换的优选实施例在图1的帮助下进行如下详述。
多层沉积系统需要在用于单层材料的各种前驱体气体之间转换。层系统的质量，特别是单个层之间的界面区域，需要尽可能快的气体转换，但同时尽可能地不混合。这通过在整个涂敷过程中稳定的、连续的前驱体气体流动可以实现。如果合适的层材料刚刚开始沉积形成，将此稳定的前驱体气体流引入到气体混合点11，按照所需的前驱体气体打开供应管线上的阀13或15，并将支路管线上的阀29或31关闭。
在另一种情况下，气流流入到支路管线25或27，分别关闭阀13或15。
本原理的一个决定性优势在于气流不需要循环过程，特别是初始的停滞气柱直到达到稳定的气流状态才需要加速。因此，前驱体气体可以实质上同步地由另一气体转换而来。支路管线前驱体气体的压力在这种情况下被设定成与气体混合点的压力相同，所以尽可能相同的压力杂件与前驱体气体是否借助阀引入到气体混合点11或者各条支路管线25或27中无关地形成。在某种程度上，支路管线25和27反映在当前过程中不需要相应的前驱体气体的情况下的气体混合点11。
这样具有前驱体物质的气体供应通过在每种情况下组合用于每条气体供应管线3、5的两个阀13、29或15、31来实施。
于是气体以与来自管线17的氧气混合的方式直接导入到反应室7中，或者通过支路管线25或27直接排出到未使用的泵。
在这种情况下同时进行在两种气体(至少两种)之间的交替切换，也就是说，两个阀总是基本上同时切换。总之，两种前驱体气体使用时有三种可能的阀位置(例如生产TiO2和SiO2交替层的TiCl4和HMDSO)，另外氧气也通过供应管线17输送到气体混合点作为反应气体。在以下的阀位置表中假定HMDSO作为硅前驱体气体通过管线3，TiCl4作为钛前驱体气体经过管线5供应。
  当前过程   Si阀   Si阀   Ti阀15   Ti阀   O<sub>2</sub>阀
  无   关   开   关   开   关
  Ti   关   开   开   关   开
  Si   开   关   关   开   开
一个尤其优选实施例还包括具有最小化死区的气体混合点，特别是在混合点阀处。该混合点阀的特征在于其在绝对意义上最小化两条气体供应管线3和5之间的死区。为了这个目的，气体供应管线3和5的两个阀13和15的阀座被设置成尽可能地接近。
阀13、15和气体混合点11之间的供应管线3和5的部分30、50保持尽可能的短，以致于存于上述部分中的气体(包括过程气体转换)随着阀13、15的关闭被尽可能快的排出。为了这个目的，阀13和15的底座以阀组块23的形式在混合点阀单元中与气体混合点11成为一体，也就是说，上述两个阀底座是阀组块的部件。
由此与气体混合点11临近的两条气体供应管线30、50应该优选根据本发明形成，这样两个阀13和15之间的线路尽可能短。
这样混合两种气体的混合点阀优选具有四个连接：
两种气体的两个供给部(带有非常短的管线以使死区最小化)，(至少)一个氧气供给部，(至少)一条气体混合物到CVD反应器的排出管线。
使死区最小化的目的在下面描述。
在有效的涂敷过程状态中，也就是说，当一个阀13或5打开，且另一个关闭时，涂敷所需气体可以与另一气体的阀同样远地穿透另一气体的管线。当气体被转换时，对于光学交替层在一种涂敷材料向接下来的材料的每一次转换时的普遍的情况在于，阀同步切换后，前一涂敷步骤中的一些气体开始同目前期望涂敷用的新的气体进一步混合，并转送至CVD反应室中而作为涂层沉积。因此，在每一个涂敷步骤的最初始，气体成分不能准确的限定，因而进行精确、薄的单层涂敷是不可能的，这些单层在用于光学应用的交替层系统中彼此清洁地分离。
当分别在交替层系统中开始相应的后续涂敷过程时，将会带来另外的困难，并且该系统会变成需要在每一次转换涂层之前清空一段时间，以再次清除前一涂敷步骤中不期望的气体，达到后续涂敷步骤可以开始的程度。
气体供给系统的质量流调节是通过在每条供给管线中安装针状阀或具有合适的固定直径的非常小的孔来实施的，也就是说，在每种前驱体气体的压力调节供应管线3或5中以及在输送氧气的压力调节供给管线17中安装。
支路管线25、29同样被调节压力。选择针状阀和孔的设计及输入管线的压力设定，使得在针状阀或孔的位置处出现的流动被强烈加速并基本上没有反应。这以以下压力状态作为先决条件，其中各条分配管线中的压力即针状阀或孔的前向压力是其背向压力的两倍以上。背向压力对应于各种过程气体所引入到的气体混合点11中的压力。
强烈加速流动的原理带来多个好处：
通过针状阀的质量流与分配管线中的前向压力成正比并依赖于背向压力(＝混合点压力)。因此，气体混合点11处的压力变化不会给各种过程气体的质量流带来影响。因此质量流可以通过改变分配管线的压力简单地设定或改变。
气流的强烈加速阻止了气体分子的向后扩散传输，或者从气体混合点11流入供应管线。这样就排除了各种前驱体气体的反应性混合。而且在气体混合点或其下游(在反应室7的方向上)处形成火焰的情况下，上述气流的强烈加速阻止火焰向前突破在气体生产源的方向上的后部。这提供了一种逆燃防止装置。
气体混合点11中的压力依赖于氧气供应的量、气体混合点的几何结构和连接CVD反应室的管线、以及CVD反应室中的压力。对于优选的操作模式，前驱体气体的数量相对于占过程气体混合物多于70％的氧气来说是可以忽略的。
例如，在气体混合点处的一个典型的压力值是10毫巴。在这种情况下，在质量流调节器6、8、21上游连接到气体混合点的供应管线3、5和17的压力被设定成至少20毫巴，从而保证气体强烈的加速作用。如果涂敷一种特殊的基体需要大大增加氧气流，结果会导致气体混合点11的压力增加。在这种情况下，可能类似地需要增加分配管线的压力以确保流动状态下强烈的加速作用。
当在前向压力和背向压力之间至少相差2倍时，针状阀下游(例如相应的质量流调节器6、8和21)的压力变化不会影响通过针状阀的气流。只要仍然达到2或更大的倍数，就通过针状阀建立正好相同的气流，而不管下游形成的是较低的压力还是相对较高的压力。这是基于强加速物理学原理的。如果向具有压力调节供应管线和恰好这种排出管线的CVD系统提供气体的气体供给部另外在输入管线中装有针状阀，并且排出管线设置成在针状阀处形成沿着气体供给的流动方向的强大的气流加速状态，就可以形成与当气体供给系统中不包括针状阀或针状阀未设置成形成这种加速物理状态时相比，精确得多而且基本绝对没有反应的气体调节。
如果在CVD系统的气体供应中没有采用这种创造性的措施(也就是说没有安装针状阀或它们开的太远以至于强的加速状态不能建立)，在前驱体气体的情况下，在气体混合点处的压力变化，特别是在每次切换到支线时，将相反地一定导致相关前驱体气体质量流的变化，也就是是说反应会发生。
如果压力远离在流动方向上的此气流强加速状态(也就是说气体混合点处的压力不小于压力调节供给线的压力的至少2倍)，这种反应会导致一种线性依赖性(在相关的前驱体气体质量流中会增强或减弱)。
除了通过产生这种加速状态防止反应的发生之外，该加速还可用于保护免受火焰影响，并且当火焰在气体混合点或下游(在CVD反应器或反应室的方向上)发生时，此加速用于防止前方的火焰突破在气体产生源(在大储存器中的大量的可燃烧和/或爆炸性反应化学物)的方向上的后部(逆火防止装置)。
所以为了在气体产生侧产生加速的目的，在面对阀座的另一侧必须形成至少两倍的压力。
本发明的特别优选的实施例还包括迂回管线33作为从气体混合点11到反应室7的排出管线的一个部件。
将在气体混合点处引到一起的两种气体从阀组块23进一步引导到反应室7。在这种情况下，两种引到一起的气体必须在一起混合充分。由于在气体混合点两种气体从两侧从两条供给管线流入共同的排出管线，在占优势的压力下它们不会自己和对方相混合，或者只能不令人满意地混合(没有湍流)。
因此，本发明能够确保通过激烈的湍流在到反应器的路径上进行足够充分的混合。这原则上可以通过多种机械措施来达到，例如，引入能够产生气流分离以至导致漩涡的障碍物(特别是具有锋利边缘的障碍物)。但是，如附图1所示，本发明优选的措施是把通向反应器的管线设置成具有回路、S曲线、蜿蜒形的迂回管线形式，在这种情况下，在弯曲部中至少两种气体就会发生湍流混合。
在优选的实施例所使用的分配管线非常重要，关键在于这些分配管线的任务是以尽可能均匀的方式将进入的气体混合物引导到各个涂敷站。
除此之外，从多种支线到各自的涂层工作台之间的气流的最大可能均匀分配的另一优点是分配管线设计成双管的设计特征：在一平面中，例如在顶部的平面中，中央供应管线连接到涂敷站(其中气流在各个排出管线之间分流)，而到泵的一条或多条排出管线被安排在例如在该平面之下的另一平面中。
因此，排出管线的强吸力基本上对气流没有影响，进而对流入各自支线的质量流没有影响。
在另外一种情况，如果排出管线的连接和多条支线位于同一平面的情况下，由于形成压力梯度，位于附近的支线上的吸力会大于从其进一步移除的支线的吸力，位于附近的支线将成比例地提供稍小的气流。此外，当这些排出管线彼此之间与供应管线都具有相同间距时，多条排出管线到各自涂敷站的均匀供应是非常有利的。
对于本发明的CVD涂敷系统的设计而言，如果系统中的每条分配管线都按照该设计原则设计，那是非常有益的。
在图1的示例性框图中一共有5条供应管线：例如对两种气体中的每种的旁路，各有1条供应管线和1条排出管线，以及氧气供给管线。按照这种有创造性的原则设计这些分配管线是十分有利的，以便在整体上得到尽可能均匀的气流。
在另一实例中，将站分解成模块化设计是尤其优选的。
当然可以如上所述使用阀组块23切换相关的阀13、15、29、31来为每个单独的反应室7提供单独的气体混合点11，但是比此更为有利的做法是，将支线从气体混合点11在相连混合管线或迂回管线33的下游分成多个单独分开的管线，这些管线分别导入涂敷台以产生湍流。
根据本发明，在此将其分成2n条，n＝2，3，……，是非常有利的，因为这样能够以简单的设计在多个独立的涂敷站之间均匀分离质量流。
从气体混合点11开始的支线开始时在此对称分离成两条管线35、36。如图1所示，这两条支线可以再次被分别分离成另两条支线38、39和40、41，等等，这样可以从一个气体混合点向单独的CVD涂敷反应器或反应室7提供2、4、8、16……个均匀的气体质量流。
因此，该发明的实施例是建立在以下事实的基础上的，从气体混合点11起排出管线被分离成多个支线38、39、40、41，这些支线分别和反应器7相连，分别正好有两条支线从具有气体供给装置的排出管线和管线支线的管线系统的一条管线分开，这样排出管线被分成2n条支线，n＝2，3，……，用于每个反应室7的供应管线分成同样多的支线。
在此，当相继跟随的分离发生在同一平面(表面)中时这种分别分离成两条管线是非常有利的。这样就可以将任意期望数量的气体混合点11在第三维中一个接一个的排列起来，在此情况下不需要对数量和对称性的具体限制进行过多的考虑。因此，例如可以在模块化设计系统中一个接一个地实现12个气体混合点，在这种情况下，通过在每一种情况下两条管线上的连续的二分分离，可以从每个气体混合点开始为总共12×4＝48个独立的涂敷反应器均匀地提供气体。
在附图2中对本发明的这种改进通过透视图进行了说明。涂敷系统1包括一定数量的模块45、46、47，每个模块有一定数量的气体反应室7。在这种情况下，反应室7分别在模块45、46、47中连接到气体输送系统48，如前面所描述的，气体输送系统48将从模块的气体混合点11开始的排出管线分离成2n条支线，从每个分离点正好开始两条支线，而且支线开口于相应地同样多分离的反应室7。在所示出的示例中，来自气体混合点11的排出管线被分离成22＝4条支线，这些支线相应地开口于4个反应室7。在每个模块中，气体输送系统48的管线分别平行于平面50，气体混合点11沿着垂直于平面50的方向51排列。
为改变过程气体混合物而切换图1所示实例中的成对的阀13、29和15、31不需要同步操作，而可以在时间上交错。尽管正类似于切换阀15、31而同步切换阀13、29，但在此情况下可以通过适当的控制观察阀15的开和阀13的关之间或阀15的关和阀13的开之间的停顿。该停顿的效果是可以将气流以离散气体脉冲的形式引入反应室，这样不同的过程气体混合物的连续气体脉冲不会彼此相互混合。
为了进行说明，附图3展示了一幅在通向反应室的排出管线中质量流的时序图。第一前驱体气体混合物的气体脉冲60和第二前驱体气体混合物的气体脉冲61交替从气体混合点通过排出管线供给。在此情况下质量流的气体脉冲60、61也可以不同。这特别对于它们的长度也是对的。因此，例如，当沉积具有交替作为高指数层和低指数层的涂层的干涉交替层系统时，通常明智的是使涂层的厚度适应它们的光学厚度。
例如，如果为了沉积一系列的具有四分之一波长的光学厚度的涂层，那么对于低指数的板，层厚更大。如果高指数和低指数的板沉积的速率相似，那么对于低指数的板相应的气体脉冲设定得就要长一些。因此，在附图3的所示的情况下，较长的气体脉冲60可以是一种具有用于沉积SiO2板的硅前驱体的气体混合物的气体脉冲，而较短的气体脉冲61可以是一种具有用于沉积较高指数的TiO2板的钛前驱体的气体混合物的气体脉冲。不一定具有相同长度的停顿62、63分别位于脉冲60、61之间。其目的是控制气体交换系统，使得停顿62、63尽可能短。理想状态下，其目标是让气体脉冲紧接着另一个气体脉冲，而不发生不同种类气体的混合的操作。因此，停顿62、63应当尽可能短，甚至在理想的情况下可以消失。
图4和5示出了用于沉积TiO2/SiO2干涉交替层的等离子脉冲停顿的经验值随反应体积的变化。在图4所示值的情况下涂敷玻璃陶瓷器。图5显示了使用相应的值从Suprax玻璃来涂敷反射层。为了得到具有高质量和锐利界面的高指数交替层，其所示的数值是特别有益的。在图示的帮助下可以看出，所有的值都位于成立关系P[ms]＝2.5+0.05*V优选是关系P[ms]＝2.5+0.055*V的直线之上。此外，这些值位于由P[ms]＝80+0.05*V给定的直线之下。在时间相邻的等离子体脉冲之间的脉冲停顿由此可以在时间上限制到此上部边界，而不会对界面的形成和所产生层的纯度产生不利影响。
根据对本发明的一项改进，一般可以使用小于P[ms]＝60+0.05*V或甚至小于P[ms]＝50+0.05*V的脉冲停顿。在附图4或附图5中，根据前面提到的关系绘画出两条直线。从附图4和附图5中可以明显看出，这些极限一般很好地适合于玻璃基体(附图5)和玻璃陶瓷基体(附图5)，在后一种情况下，特别适合较大的反应器体积，优选体积超过100毫升。
根据对本发明的进一步改进，可以选择脉冲停顿使得停顿至少长达最大值：
P[ms]＝max(2.5+0.05*V，V[(1/6)exp(-v/300)+(1/20)])
为了说明该实例，在图4和5中绘出函数P[ms]＝V[(1/6)exp(-v/300)+(1/20)]。特别的是，对于最优化的涂敷和大范围的反应器体积而言，图5中所绘的值展现出上述给定函数是下限的良好近似。附图6示出了光学装置64的示范性实施例，借助于该装置可以获得气体脉冲的密度时序图或质量流的时序图。从气体混合点离开的排出管线(例如迂回管线33)中设置窗口70、71，这样可以将从大光源65中射出的光束引导横穿过管线33，而且出来的光束线可以被分光仪67检测到。在附图6的例子中可以看到，光束还被两面镜子73、74所反射。这些镜子本身可以是分光仪的一部分。因此，例如，镜子74可以是二向色的，且只反射受到激发的荧光，而且传递从光源来的光。镜子74也可以是光栅，从而用来实现谱分。分光仪可以用来探测引导通过的荧光线或混合物气体脉冲60、61的吸收线，并且可以使用其强度来监控脉冲60、61的时序图。光学装置64也可以用来控制气体的供应，特别是在气体转换装置中。特别的是，通过这种装置还可以得到实际引导通过的气体量的测量值。控制的方式可以如下，当引导通过借助测量值所确定的气体量时，切换相应前驱体气体的阀。然后在所规定脉冲停顿之后，切换另一前驱体气体的阀。
一条或多条等离子体的排放线也可以用相似的方式来检测。在这种情况下，光学装置被设置在反应室之中或其外。由于等离子体自身发光，在这种情况下光源65可以省略。同样，可以使用具体排放线的强度的记录，来控制气体脉冲的脉冲长度。
在图7中示意性示出具有这样一种示例性的光学装置75的CVD反应器。根据附图6的光学装置也与到反应器7的供应管线相连。待涂敷的制品80布置在反应室7中，并且反室被抽空。气体脉冲通过供应管线被引入，例如再次通过迂回管线33，等离子体通过一装置(没有标出)激发，该装置在充满过程气体混合物的反应器中辐射电磁能量。例如，微波源可以作为用来辐射电磁能量的装置。等离子所产生的光穿过窗口78到外面，该窗口位于反应室7的壁上。该光在光棱柱76的协助下分散成其光谱分量，通过照相机77或其它记录装置被记录。前驱体气体具体的发射线的强度可以由此通过时间分析的方式获得，以获得沉积材料量的精确测量值。和光学装置64一样，该装置通过气体转换装置也可用来控制气体脉冲的脉冲长度。
在以上发明所描述的情况中，术语“制品”覆盖了平的和不平的三维形状的基体或产品，例如，用在例如眼镜、显示透镜、汽车零件等中的光学元件、反射器、透镜、眼科透镜或塑料，所述汽车零件例如仪器罩、发光罩或箱、灯或发光源，例如闪烁灯泡、卤素灯泡、特别是H3和H4灯泡、或高压发光源。
上述涂层可以用于施加光谱影响，和/或改变反射率和/或吸收率。
另外，通过精确地控制涂层的密度、组成和厚度，可以用本发明的方法生产阻隔层或限定的迁移层。
附图8A到8C显示了用来沉积交替层系统的脉冲系列图。除了不同的过程气体组分之外，为了对成分不同的交替层系统的板进行沉积，还可以使用不同的参数例如特别是脉冲高度、脉冲持续时间、脉冲停顿，如果合适的话还可以使用电磁脉冲的脉冲形状。具有这些参数的脉冲系列下面也称为“轨迹”。在附图8A的时序图中示出标为轨迹1的轨迹85。能量源(此处是微波源)按脉冲方式在持续时间ΔtMWtrack1期间工作，从而在这段时间内产生一系列的等离子体脉冲。为此在附图8B中将等离子体的光信号示为时间的函数。附图8C展示了附图8B中一段在时间上拉长的部分。等离子体脉冲90具有持续时间91，并在时间上由停顿92隔开，而本实例中所选的停顿92要比脉冲持续时间91要长。
脉冲系列中的等离子体脉冲表现为光闪烁，不同的轨迹的光闪烁可以表现为不同的强度，如附图8B所示的例子。对于如附图8B所示的例子情况下的轨迹85、86，脉冲停顿也不同。
还可以进一步的发现，在两条轨迹85、86之间的微波脉冲被中断了。该中断的时间段“MW关”，也就是说在“MW轨迹2关”和“MW轨迹1开”之间的持续时间或“MW轨迹1关”与“MW轨迹2开”之间的持续时间，在这种情况下通常要比轨迹或脉冲系列中单独的等离子体脉冲之间的脉冲停顿要长。
改变气体的涂敷操作包括以下时间序列：
1.将反应器中充满反应气体，例如HMDSO+O2。
2.通过打开微波激发等离子体→将能量引入到气体中。结果，分子特别是包括前驱体分子的分子被分成反应成分。然后这些成分经历反应，在所有可用的自由表面上反应产物发生凝结，当然特别是在要涂敷的工件上面，例如，优选在反射器内侧。不会在自由表面凝结的反应产物用泵排出。
3.用泵排出同时填满反应器的空间。操作的持续时间在时间上取决于反应器的空间(例如，反射器的内部凹陷区域)和气流高度。实现此目的所需的最小时间是附图4和附图5中所绘的下部直线，也就是说，这个时间是在给定条件下所需的至少的单独完成气体交换的时间，所述给定条件具体是反应器空间的体积和气流的高度。
在附图8B所示的例子中，脉冲持续时间91(也就是说MW能量是“开”)一般具有0.6到1.2ms之间的值，而且在异常的情况下也可以更多或更少。根据本发明，在各个停顿之间的脉冲停顿92(也就是说MW能量是“关”，但是气体依然流动)至少长到使得可以在反应器空间中发生一次完全的气体交换，否则在下次MW脉冲中反射器仅仅部分被涂敷。在附图4和5中，脉冲停顿被绘作纵坐标。
由于在本发明的有利发展中通过脉冲停顿来调节有效MW能量的总输入，并因此还调节涂敷过程中产生的温度，所以也可以选择脉冲停顿比一次完全的气体交换所需的最少时间长得多。已经证明较长的脉冲停顿92对于玻璃陶瓷基体的涂敷特别有利。
下面借助图9说明当在沉积交替层的两个板层之间改变气体时，等离子体脉冲系列或轨迹与阀切换的同步。气体转换被理解为在两种前驱体气体之间，例如在HMDSO+O2和TiCL4+O2之间的转换。
用于执行图9所示序列的涂敷系统在此情况下是与附图1中例子相对应的。图9显示为了达到该目的的4幅时序图。最上面的时序图(阀1)展示了附图1中所安排的阀13、15中的一个对时间依赖的切换状态，而图示“阀2”展示了这两个阀中的另外一个的切换状态。另外两个图展示了两条轨迹或脉冲系列85、86的切换状态。在这种状况下阀1指定轨迹85，阀2指定轨迹86。这意味着，在通过阀1引入的过程气体的协助下，按照轨迹85的过程参数沉积一个板层，而在通过阀2引入的过程气体的协助下，按照轨迹86的过程参数沉积另一板层。
气体从阀1到反应体积例如到反射器内部凹陷空间所需的时间叫做前进时间tadvance。在前进时间之后将阀打开且将适当的微波轨迹打开。
前进时间或返回时间基本上是涂层系统的几何形状的函数。在这里要特别提醒一下，从气体混合点到单独的反应模块的相应管线的直径和长度可以在附图2中看到。
在理想状态下前进时间等于返回时间。在理想状况下源(例如微波源)在理论上可以在所有的时间被激发，也就是说在脉冲操作期间持续将功率联接到反应器空间。在这种状况下，仅在特定的瞬间需要将源的功率从用于一个轨迹的设置转换到用于另一轨迹的设置。
但是，在实际状况中一般不是这种情况。结果，前进时间和返回时间treturn在长度上有些不同。结果，为了不在板层的界面处沉积上任何不期望的混合涂层，在时间间隔“tMW off”时将源完全关闭。这个时间间隔优选以两个时间之间的差的绝对值给出。作为一种偏离，可以选择在0.8×|tadvance-treturn|和至多5×|tadvance-treturn|之间的持续时间作为时间间隔“tMW off”。对于“tMW off”较长的持续时间是明智的，例如，无论何时阀13、15不像图9的例子中那样同步转换，而有一个短的延迟时。
因为在时间间隔tMW off”期间没有联接功率，并因此也没有任何反应产物产生，而且也没有涂层沉积，所以这段时间应当尽可能的短，以使系统的涂敷性能最大化。
很显然对于本领域技术人员来说，本发明不仅仅局限于上面所描述的实例，可以通过多种方式对其加以改变。特别的是，各个实施例中的特征可以相互组合在一起，也可以例如省略某些特征。

Claims (32)

1.一种用于涂敷具有交替层的制品的涂敷系统，包括：待涂敷制品布置在其中的至少一个反应室，或者是用于形成具有待涂敷制品的反应室的装置；电磁能量源，其能以脉冲形式工作以在反应器内激发出脉冲式等离子体；涂敷过程中所使用过程气体的供应器，所述过程气体能够通过涂敷系统的气体转换装置引入到反应室中；气体转换装置包括至少一个气体混合点，通到所述气体混合点的包括设有阀的用于各种前驱体气体的至少两条供应管线、用于另一气体的至少一条供应管线、以及通向反应室的排出管线，所述另一气体用于在气体混合点中与通过一个阀引入的一种前驱体气体混合以产生不同的过程气体混合物，用于另一气体的供应管线与通向反应室的排出管线在两个阀之间的连接部中连接，而且，在每种情况下对于用于各种前驱体气体的供应管线中的每条提供连接到泵送装置的支路管线，在每种情况下将另一阀连接到支路管线中，并且为阀和电磁能量源提供控制装置，所述控制装置为了改变过程气体混合物而控制支路管线中的阀和用于各种前驱体气体的供应管线的阀，使得关闭一种前驱体气体供应管线中的阀，而同时打开用于该前驱体气体的支路管线中的阀，并相反地打开供应另一前驱体气体的供应管线中的阀，而同时关闭用于该另一前驱体气体的支路管线中的阀，并且所述控制装置根据阀切换时间来设定用于沉积交替层系统的一层的脉冲系列开始的时刻，所述控制装置在脉冲系列之间设定持续时间至少为0.8×|tadvance-treturn|且至多为5×|tadvance-treturn|的停顿，tadvance表示气体从气体混合点到达反应室需要的持续时间，treturn表示清空先前位于反应室中的过程气体混合物需要的持续时间。
2.根据权利要求1所述的涂敷系统，其特征在于：控制装置控制电磁能量源，使得用于沉积交替层系统的一层的脉冲系列相应地在以下时刻开始，所述时刻相对于供应管线中用于沉积交替层系统的一层的相应过程气体混合物的指定阀的切换时刻延迟了持续时间T，持续时间T至少为0.8×tadvance，至多为50×tadvance。
3.根据权利要求1所述的涂敷系统，其特征在于：提供了一种用于使支路管线中的压力适应于气体混合点的压力的调节器。
4.根据权利要求3所述的涂敷系统，其特征在于：提供调节器，以使支路管线的压力以不超过气体混合点的压力的20％的压力差适应于气体混合点的压力。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的涂敷系统，其特征在于：气体混和点是混和点阀单元的一个部件，所述混和点阀单元包括与用于过程气体混合物的各种前驱体气体的两条供应管线相连的两个阀、用于另一气体的至少一条供应管线、以及通向反应室的排出管线，所述另一气体用于在气体混合点中与通过一个阀引入的一种前驱体气体混合，用于另一气体的供应管线与通向反应室的排出管线在两个阀之间的连接部中连接。
6.根据权利要求5所述的涂敷系统，其特征在于：两个阀的阀座结合在一个共用阀体中。
7.根据权利要求6所述的涂敷系统，其特征在于：两个阀的阀座之间的连接部到气体混合点中心的距离分别小于从气体混合点到反应室的排出管线的长度的1/10。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的涂敷系统，其特征在于：所述控制装置被设定成控制电磁能量源，以便电磁能量源输出在时间上间隔开的脉冲，这些脉冲产生具有持续长度为D且脉冲之间的停顿长度为P的等离子体脉冲，对于所述等离子体脉冲，两个时间上相邻的脉冲之间以毫秒作为单位的脉冲停顿P长于Pmin＝2.5+0.05＊V，其中V以毫升为单位表示反应室中的涂敷体积，Pmin以毫秒为单位表示持续时间。
9.根据权利要求8所述的涂敷系统，其特征在于：控制装置被设定成控制电磁能量源，以便在等离子体脉冲之间的停顿P的持续时间长于Pmin＝10+0.133＊V，其中Pmin以毫秒为单位表示持续时间，V以毫升为单位表示反应室中的涂敷体积。
10.根据权利要求8所述的涂敷系统，其特征在于：控制装置被设定成将两个等离子体脉冲之间的停顿设成短于P＝80+0.05＊V，其中P以毫秒为单位表示持续时间，V以毫升为单位表示反应室中的涂敷体积。
11.根据权利要求8所述的涂敷系统，其特征在于：控制装置被设定成控制电磁能量源，以便在相邻的等离子体脉冲之间的停顿具有至少以下长度：P＝2.5+0.05＊V与V＊[(1/6)＊exp(-V/300)+(1/20)]中的较大值，其中P以毫秒为单位表示持续时间，V以毫升为单位表示反应室中的涂敷体积。
12.根据权利要求1-4中任一项所述的涂敷系统，其特征在于：通往反应室的排出管线包括以多次转向通往反应室的迂回管线，和/或包括在排出管线中的障碍物，所述障碍物在气流中导致产生漩涡，以便在气体混合点中发生相互接触的气体的湍流混合。
13.根据权利要求12所述的涂敷系统，其特征在于：
所述涂敷系统通过等离子体辅助化学气相沉积来同时涂敷多个具有交替层的制品，
所述涂敷系统包括：待涂敷制品布置在其中的多个反应室或者用于形成具有待涂敷制品的反应室的装置；具有通向反应室的排出管线的气体供应装置；以及用于辐射电磁能量的装置，以在反应室中充满过程气体的区域激发等离子体，
其中排出管线被分成分别连接到反应室的多条支线，从包括气体供应装置的排出管线和管线的支线在内的管线系统中的每一条管线正好分离出两条支线，这样排出管线被分成2n条支线，n＝2，3，......，并且用于每个反应室的供应管线分成同样多的支线。
14.根据权利要求13所述的涂敷系统，其特征在于：支线在一个平面中从排出管线分出。
15.根据权利要求14所述的涂敷系统，其特征在于：所述涂敷系统具有多个气体混合点，所述气体混合点沿着与支线所在的平面横交的方向布置。
16.根据权利要求1-4中任一项所述的涂敷系统，其特征在于：安排用来通过时间分析获取发射线和/或光谱的分光计，所述发射线和/或光谱是在反应室内涂敷过程中产生的。
17.根据权利要求1-4中任一项所述的涂敷系统，其特征在于：包括用于获得前驱体气体的脉冲系列形状的装置。
18.根据权利要求17所述的涂敷系统，其特征在于：所述用于获得前驱体气体的脉冲系列形状的装置是用于测量其时间密度分布图和速度的装置。
19.根据权利要求17所述的涂敷系统，其特征在于：用于获得前驱体气体的脉冲系列形状的装置包括用来获得荧光和/或吸收线的光学分光计。
20.一种在涂敷系统中涂敷具有交替层的制品的方法，待涂敷制品放置在至少一个反应室中，或者是反应室形成有待涂敷制品，反应室的至少涂敷区域被抽空，并且各种过程气体依次被引入到涂敷区域，并用于沉积的脉冲式等离子体通过电磁能量源而激发，电磁能量源以脉冲的形式操作，结果具有不同成分的层的层系统沉积到制品上，通过气体转换装置将过程气体引入到反应室中，气体转换装置包括至少一个气体混合点，通到所述气体混合点的包括设有阀的用于各种前驱体气体的至少两条供应管线、以及用于另一气体的至少一条供应管线，此另一气体在气体混合点中与通过一个阀引入的相应一种前驱体气体混合并由排出管线带离到反应室，用于另一气体的供应管线与通向反应室的排出管线在两个阀之间的连接部中连接，而且，在每种情况下对于用于各种前驱体气体的供应管线中的每条提供连接到泵送装置的支路管线，在每种情况下将另一阀连接到支路管线中，并且为改变过程气体混合物而切换支路管线中的阀和用于各种前驱体气体的供应管线的阀，使得关闭一种前驱体气体供应管线中的阀，而同时打开用于该前驱体气体的支路管线中的阀，并相反地打开供应另一前驱体气体的供应管线中的阀，而同时关闭用于该另一前驱体气体的支路管线中的阀，通过等离子体脉冲的脉冲序列相应沉积交替层的一层，根据阀的切换时间来设定用于沉积交替层系统的一层的脉冲系列开始的时刻，并且在沉积相继层的脉冲系列之间设定持续时间至少为0.8×|tadvance-treturn|且至多为5×|tadvance-treturn |的停顿，tadvance表示气体从气体混合点到达反应室需要的持续时间，treturn表示清空先前位于反应室中的过程气体混合物需要的持续时间。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于：控制电磁能量源，使得用于沉积交替层系统的一层的脉冲系列相应地在以下时刻开始，所述时刻相对于供应管线中用于沉积交替层系统的一层的相应过程气体混合物的指定阀的切换时刻延迟了持续时间T，持续时间T至少为0.8×tadvance，至多为50×tadvance。
22.根据权利要求20或21所述的方法，其特征在于：通过调节器，使支路管线中的压力适应于气体混合点的压力。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于：使支路管线的压力以不超过气体混合点的压力的20％的压力差适应于气体混合点的压力。
24.根据权利要求20或21所述的方法，其特征在于：气体在混合点阀单元中混合，在所述混合点阀单元中两个阀的阀座结合在一个共用阀体中。
25.根据权利要求20或21所述的方法，其特征在于：在混合点中将氧气和至少一种前驱体混合。
26.根据权利要求20所述的方法，其特征在于：通过等离子体辅助化学气相沉积来涂敷所述制品，并且控制装置控制电磁能量源，使得电磁能量的辐射脉冲在反应器中产生具有持续长度为D且脉冲之间的停顿长度为P的等离子体脉冲，对于所述等离子体脉冲，两个时间上相邻的脉冲之间以毫秒作为单位的脉冲停顿P长于Pmin＝2.5+0.05＊V，其中V以毫升为单位表示反应室中的涂敷体积，Pmin以毫秒为单位表示持续时间。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于：停顿P被设定为长于P＝10+0.133＊V，其中P以毫秒为单位表示持续时间，V以毫升为单位表示反应室中的涂敷体积。
28.根据权利要求26所述的方法，其特征在于：时间相邻的脉冲之间的脉冲停顿P被设定为长于
P＝2.5+0.05＊V与V＊[(1/6)＊exp(-V/300)+(1/20)]中的较大值，其中P以毫秒为单位表示持续时间，V以毫升为单位表示反应室中的涂敷体积。
29.根据权利要求26-28中任一项所述的方法，其特征在于：停顿P被设定为短于P＝80+0.05＊V，其中P以毫秒为单位表示持续时间，V以毫升为单位表示反应室中的涂敷体积。
30.根据权利要求20或21所述的方法，其特征在于：通往反应室的排出管线包括以多次转向通往反应室的迂回管线和/或包括在排出管线中的障碍物，气体的气流在气体混合点中相互接触，而在迂回管线中的转向处和/或在障碍物处打漩并湍流混合，这导致在气流中产生漩涡，使得在气体混合点气体中发生相互接触的气体的湍流混合。
31.根据权利要求20或21所述的方法，其特征在于：多个待涂敷制品放置在多个反应室中，或者是反应室形成有待涂敷制品，反应室的至少涂敷区域被抽空，过程气体被引入到涂敷区域，并且激发用于沉积的等离子体，以沉积涂层，通过从气体混合点开始的排出管线将过程气体引入到反应室中，过程气体的各种气体在混合点中混合，经由排出管线的气流被分成2n条支线，n＝2，3，......，而成为相应的多个分流，所述分流被分别导入反应室中，每条分流从气流相同地分离出并在气流的每一分离点正好分离成两条分流。
32.根据权利要求31所述的方法，其特征在于：分流是从排出管线之一分出的。
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CN 1067686 A,说明书第10页第7-14行，说明书第13页、图3，图14b.

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