CN101410931B

CN101410931B - 涂覆设备

Info

Publication number: CN101410931B
Application number: CN2007800111110A
Authority: CN
Inventors: E·德克姆佩涅尔; W·德博斯谢尔; P·费尔黑延
Original assignee: Bekaert NV SA
Current assignee: Bekaert NV SA
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2007-03-14
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2027-03-14
Also published as: US8192597B2; WO2007110323A1; US20090130336A1; JP2009531545A; EP1999776A1; CN101410931A

Abstract

提供一种用于成批涂覆基体的涂覆设备(100)。在该成批涂覆设备中，通过物理气相沉积、通过化学气相沉积或通过这两种过程的混合能够沉积堆积层的各层。与现有的设备比较，混合模式的过程特别稳定。这是通过采用转动的磁控管(112)而不是现有技术的平面磁控管来实现的。该设备进一步配备有可转动的开闭器，该可转动的开闭器允许进行同时或交替的过程步骤。

Description

涂覆设备

技术领域

本发明涉及一种特别打算用于混合模式的涂覆过程的涂覆设备，其中，物理气相沉积(PVD)过程和化学气相沉积(CVD)过程交替或同时实施。在该设备中，可转动的磁控管用作溅射材料源。该涂覆设备进一步配备有管形开闭器，该管形开闭器能够转动地移动以便覆盖或露出磁控管的溅射区域。

背景技术

在光学的、电学的、化学的、磁性的或机械的功能覆层的沉积领域中，物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)经常被使用。物理气相沉积涉及这样的过程，其中，通过用涂覆原子对基体弹道簇射形成覆层。涂覆原子来源于通常为固体、有时是液体的“靶材”。将靶材材料转移到基体上的优选的方式是用高动能离子轰击靶材表面。惰性气体(一般为诸如氩气的惰性气体)的等离子体被用作离子源。当离子朝向负偏压的靶材加速时离子获得动能并且向基体弹射出靶材材料的原子。这种过程被称为“溅射沉积”。通过来自设置在与等离子体侧相对的靶材侧处的磁体的磁场，等离子体能够被限制在靶材表面附近，该过程被称为“磁控管溅射沉积”。可用直流电流、脉冲直流电流或交流电流的电源向该靶材供电。现在当活泼气体引入氩气时，化合物层将形成在基体的表面，该过程被称为“反应式磁控管溅射沉积”。在“磁控管溅射沉积”的另一种型式中，磁控管能够被制成为与“平衡”相对比的“不平衡”。“不平衡”表示部分磁场线不在靶材表面上闭合，而是散开到基体。接着，围绕这些磁场线旋转的电子能够到达基体并且形成局部等离子体。这种过程被称为“不平衡磁控管溅射”。

通过相对于设备的其余部分对基体适当地偏压或通过将基体隔离以使基体相对于设备的其余部分悬浮，朝向基体的离子流能够被控制。在后一种情况中，接着，自偏压将形成，以将离子吸引到基体。这种冲击离子流导致沉积层的进一步致密，该过程已知为“离子镀”。

化学气相沉积实质上是这样的过程，其中，气态前体(通常是碳氢化合物)被激发，以便形成原子团，这些原子团随后在毛坯的表面或已涂覆基体的表面化学反应。通过多种方法能够实现气态前体的激发：

-前体的热激活。通过加热基体或反应器的壁，或通过使用加热丝(热丝CVD)，能够实现气体的加热。使用加热丝具有额外的优点，即加热发出的电子增加前体气体的激活程度。

-通过可见的(光化学气相沉积)、红外线的或微波的电磁波进行辐射。

-通过在等离子体中激发(等离子体激活式CVD、PA CVD)。为此目的，惰性气体原子(通常是氩气)与前体气体混合以产生等离子体，该等离子体随后在前体气体中产生原子团。通过射频电磁场(通常13.56MHz)能够激发等离子体。

-该工艺的变型使用不平衡的磁控管，以便使等离子体向基体散开，以至于除化学沉积外还发生离子镀。

通常，为了控制涂覆特性或提高涂覆速度，将不同模式的激活混合。

出于本申请的目的，“过程”将被认为是：

-PVD过程，只要原子从靶材中移出；

-CVD过程，只要在设备中有前体气体原子团；

-“混合过程”，当存在有机前体分子的同时靶材原子被移出时。

越来越多的在工艺上重要的覆层被制出，它们包括利用PVD、反应式PVD和CVD沉积的多层的合成堆积层，以及涉及两种过程同时进行的混合过程的梯度层。这种堆积层的一种例如在WO2005/014882中被描述，其中，首先Ti层沉积在基体上(通过磁控管溅射)，随后是TiN层(通过反应式磁控管溅射)，随后是Ti层，该Ti层逐渐从TiC(混合过程)变成类金刚石覆层(DLC，化学气相沉积)。这些特定的覆层在各种应用中用作硬的并且耐磨的覆层。

在一个单独的设备中两种过程的组合对装备来说提出了许多技术挑战，因为两种过程的要求是不同的。例如，等离子体溅射过程通常在0.01Pa和100Pa之间的压力发生，而化学气相沉积过程能够在压力处于1Pa和大气压力之间的任何压力发生。而且，涂覆机理也不同。在PVD过程中，涂覆粒子的通量能够被基本上朝向基体导引。这就使引入行星传送带以便运载基体成为必要，以便在有时是很复杂曲线形的基体上的每一点都能被达到。CVD过程以扩散为基础并且保形地涂覆基体。但是它也趋于覆盖整个沉积室，包括沉积室中存在的溅射靶材表面。该溅射靶材表面被CVD层覆盖，该CVD层干扰在靶材的下次使用期间的PVD过程。

在“混合模式”的过程中过程控制问题特别地明显，在“混合模式”的过程中，溅射与施加惰性气体和前体气体的混合气体相结合，例如在乙炔(C₂H₂)-氩气混合物中对Ti靶材溅射以便形成TiC层。结果表明极难重复地控制该混合过程，这是因为化合物层不仅形成在基体上，而且形成在靶材上，这导致诸如起弧之类的不理想现象(导致较大的碎片从靶材中射出)和过程的不稳定性。因此，在这些过程中存在“靶材污染”的问题。

现有技术中已经描述了能够进行“混合过程”的许多反应器。例如，在WO01/79585中描述的涂覆器，WO01/79585示出安装在真空室外壁的平面磁控管。用于激发前体气体的其它能源以低电压电弧的形式提供，在热丝阴极和阳极之间能够得到该低电压电弧。被形成的层的致密化利用基体和等离子体之间的脉冲DC激发来实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种设备，该设备可允许在同一反应器容器中进行稳定的以及可控制的化学气相沉积过程或物理气相沉积过程或两者同时进行。此外，该设备能够清洁物理气相装置而不干扰化学气相过程。本发明的另一个目的是提供允许过程进度更有效率的设备和方法。

根据本发明的第一方面，在权利要求1中提供一种用于涂覆基体的设备。该设备用于为基体提供功能性覆层。施加的覆层能够给基体赋予特定需要的光学的、电的、磁的、化学的或机械的特性。该设备优选用于用机械功能性覆层来涂覆基体，例如抗摩擦覆层、耐磨覆层等。更具体地，该设备特别地但不排他地用于用包括多层堆积层的覆层来涂覆基体，堆积层的各层是由不同的过程来施加的，特别是CVD或PVD或二者的组合。这种堆积层优选包括在现有技术中已知的元素周期表的IVB族、VB族或VIB族的金属层，所述金属的碳化物或氮化物层，类金刚石的层或类金刚石的纳米复合材料层。

这种设备实质是室，该室设置有必要的辅助设备，例如泵、压力计、馈送装置，以便使该室抽成真空。该室优选是矩形，虽然对于本发明来说这不是必须的：圆柱形、六边形或其它形状也是可以考虑的。在该室内存在用于支撑要被涂覆的基体的装置。这种装置通常是行星载运器，该载运器沿着相对于涂覆装置的全部可能的方向转动基体。用于建立化学气相沉积过程的一个或多个装置设置在所述室内：热丝加热源、将电磁能耦合入等离子体的RF天线、低电压等离子体电弧等。此外，用于建立物理气相沉积过程的一个或多个装置可设置在所述设备中。与只是将平面磁控管用作物理气相装置的已知设备相反，本发明的设备包括至少一个可转动的溅射磁控管。虽然主要使用在大面积溅射的领域中，但是这种可转动的溅射磁控管在本领域中是已知的。然而迄今为止，在混合模式反应器中使用这种可转动的磁控管一直没有被考虑过。

实质上，可转动的溅射磁控管包括靶材管，在该靶材管中设置磁体阵列。当该设备工作时，磁场线穿透靶材管并且在靶材外表面限定优选的溅射区域。至少该靶材管的外层由用于溅射的靶材材料制成。在操作期间，被称为轨道的一个或多个封闭的等离子体环形成在靶材的表面，映射磁体阵列中的磁体的布置。在这些轨道之下的径向，靶材材料非常快地被侵蚀，而在轨道外，侵蚀可忽略不计。当在轨道中时，靶材材料沿着优先方向被弹射离开，磁体阵列的布置应该是指向要被涂覆的基体。

当在靶材和磁体阵列之间存在相对运动时，与平面磁控管相比，可转动的磁控管的优点变得非常明显。这种相对运动持续地供给新材料到轨道中，导致在背衬管上的靶材材料的均匀使用。此外，在反应溅射或混合模式的气相沉积的情况下，该相对运动减少了靶材表面上的化合物层的形成。实际上，首先，形成的化合物层在轨道中被侵蚀，露出随后将被溅射的新的靶材材料。因此，靶材材料的污染-或者有时被称为中毒-被减少，导致即使当与非常活跃的气体诸如有机前体气体一起工作时也能进行更稳定的过程。

磁体阵列可以是平衡型的(权利要求12)。当轨道中的侵蚀是由磁体阵列决定时，许多类型的磁体阵列配置已经被描述。磁体阵列优选是具有一个或多个环的定向型，这些环限定了材料优先被溅射离开的方向(例如在US6264803描述的)。磁体阵列可以是不平衡型的(权利要求13)，从而在物理气相沉积期间或在混合模式过程期间能够进行一定程度的离子镀。

根据本发明的优选的实施例，可转动的磁控管保持在外壳中，该外壳能够安装于真空室的壁上(权利要求2)。由于该外壳不得不保持管形磁控管，该外壳必须被延长。通过将外壳与真空室连通的开口，基体被涂覆。可转动的磁控管安装在一个或两个端部夹具之间。该端部夹具是综合的机电模块，用于：

-给靶材提供可转动的机械支撑以及转动运动；

-将磁体阵列保持在相对于真空室的固定位置；

-将电流输送到靶材表面，以便吸引出等离子体中的离子；

-将冷却剂输送到靶材并且收集返回的冷却剂；

-在靶材转动时保持真空完整性。

使用外壳将可转动的磁控管安装入其中具有特别的优点，因为这样就允许端部夹具笔直地伸出所述外壳(权利要求4)。这样，端部夹具能够更简单地被设计并且非常容易拆卸以便从外面进行维护。优选地，虽然对于本发明这不是强制性的，但是当面对真空室的前面时，磁控管竖直地安装在真空室的左壁或右壁。

通过将外壳可枢转地安装于真空室(权利要求3)，对装入外壳的靶材管的更换被简化。当外壳和靶材的重量相当大时，可以通过例如重型铰链来将外壳可枢转地安装于真空室。

设备内部进行的过程通过引入开闭器能够有利地组织(权利要求5)。这种开闭器能够至少覆盖磁控管的溅射区域。“溅射区域”表示当磁控管工作时靶材表面上形成等离子体的区域。开闭器围绕磁控管可转动地移动。但是，开闭器和磁控管不是必须具有同一轴线。更方便的是，开闭器轴线相对于磁控管轴线是偏心的(权利要求6)。

通过安装在外壳外面的装置，开闭器能够从外壳的外面被方便地驱动(权利要求7)。虽然也能够采用介电材料(例如玻璃，优选抗高温玻璃，例如类似

的熔凝石英)，但是开闭器优选由导电材料制成。开闭器最好由金属制成，特别是抗高温金属，例如不锈钢或者钛合金或者甚至一些铝合金。当例如厚度适于耐受等离子体环境足够长的时间时，也能用其它金属或合金。开闭器可以相对于该环境电漂浮，但是更优选的是开闭器的电势能够相对于下面的基准中的一个被控制：真空室的电势，或者靶材的电势，或者基体的电势(权利要求8)。最优选的是，开闭器和真空室被保持处于相同的电势。

在靶材溅射区域和在溅射区域的开闭器之间的间隙最好足够大，以便允许激发等离子体(权利要求9)。在等离子体激发之前，必须满足各种条件。为了使离子具有从阴极加速并释放二次电子的充分的平均自由行程，气体密度(由压力控制)必须足够低。另一方面，气体密度一定不能太低，因为否则的话将不发生足够的碰撞。场强必须足够高并且电子的平均自由行程必须足够长，以便允许电子获得充足的能量来电离气体中的中性原子。尽管在等离子体中在电子和离子之间存在电荷平衡，并且因此电势相对恒定，但在大部分电势降低的靶材阴极附近处并不是这样。在那里，当电子获得动能并且不能电离气体原子时，暗区将形成在靶材表面上方。当磁控管和开闭器之间的间隙比暗区的厚度小的时候，将没有等离子体。本领域的技术人员知道参数的这种微妙平衡，并且知道为了激发那里的等离子体，需要一定的间隙宽度。该间隙仅仅必须在等离子体形成的区域即在溅射区域上方足够宽。在轨道外，间隙可以小得多，因为那里无论如何将没有等离子体形成。

对于实际可达到的电压和电流密度，本发明人已经发现3cm的最小距离足以在磁控管和开闭器之间激发等离子体。更优选4cm或者甚至5cm的距离。更优选大的距离，但是这种要求与这种设备内部的空间限制冲突。开闭器相对于磁控管的偏心布置帮助增加该距离，而不必增大外壳。

因为外壳中的开口会妨碍对这种开闭器的拆卸，本发明人已经发现最好使该开闭器以模块化的方式制成(权利要求10)。形成开闭器的每一件被制成为足够小，以便通过开口可拆除。通过任何已知的紧固方式，例如螺钉、夹子、钩子、螺母以及螺栓等，只要它们能容易地被紧固或打开，形成开闭器的各个件能够在外壳中被组装。

在该设备中还可设置其它装置，例如在靶材和管形开闭器之间的单独的气体供给器。这种气体供给器优选在磁控管和开闭器之间的间隙中提供惰性气体(权利要求11)。当现在开闭器充分关闭在外壳和真空室之间的开口时，能够在靶材周围保持单独的气体气氛，该气体气氛不同于存在于真空室内的气体气氛(权利要求12)。该特征特别有助于清洁靶材表面。当靶材不使用时，该特征也有助于防止靶材的污染。

根据本发明的第二方面，提供了高效率的过程进度(权利要求15)。由于通常基体的涂覆是批处理过程，真空室的抽吸、加热真空室、溅射清洁、放空等花费很多时间。因此，减少这些步骤或使它们同步是有利的。涂覆基体的方法包括下面的步骤：

a.)首先将基体安装到基体载运器上。接着，将该载运器装载在真空室内的行星式基体保持器上。

b.)将真空室抽吸降低到基础压力。可以同时用氩气吹扫真空室。而且，通过对基体施加适当的偏压，能对基体进行等离子蚀刻。

c.)启动涂覆过程的预定顺序，并且在所述基体上形成分层的涂覆堆积层。该涂覆过程从溅射沉积、反应溅射沉积和化学气相沉积或它们的组合的组中选出。顺序最好是：溅射沉积、反应溅射沉积、与化学气相沉积结合的反应溅射沉积、使用碳氢化合物前体气体的化学气相沉积。在每个过程步骤期间，控制必要的过程条件，例如靶材电势、基体偏压、气体压力和流量、温度、行星式基体保持器的转动速度以及其他条件。

d.)当堆积层完成时，停止全部涂覆过程。

e.)放空真空室-优选用氮气或空气，但是也能够使用其它气体-并且冷却真空室以及将载运器上的基体从真空室移除。

本发明方法的发明点在于：在任何时刻，可在各步骤之间引入下列子步骤或在任一步骤期间同时地执行下列子步骤：

-使开闭器转动以便覆盖溅射将发生的区域。该开闭器可能已经处于该位置或能够被带到该位置。

-在磁控管和开闭器之间实现适当的气体气氛，以便等离子体能够被激发。

-通过向磁控管供给电力，使磁控管和开闭器之间的等离子体激发。

-当等离子体激发时，也能将开闭器转回。当沉积第一金属层时，这是有用的：首先清洁靶材，并且等待直到获得稳定的等离子体。之后，开闭器转动离开并且基体逐步被涂覆。这一程序的优点是等离子体沉积从开始就被稳定。

或者可选择将开闭器保持在溅射区域前面，例如，当化学气相沉积正在进行的时候。等离子体能够被激发，以用于在一涂覆程序结束时清洁靶材，同时开闭器保持在关闭的位置。

-灭活所述等离子体。这可以由于压力太低(在抽吸循环期间)而发生，或者通过开闭磁控管电源实现。为了防止其它过程步骤造成的靶材污染，开闭器能够保持在覆盖位置。

上述子步骤能够在主要步骤“b”至“e”之间执行并且能够包括各主要步骤“b”至“e”。当在各主要步骤期间执行上述子步骤时能够节省循环时间。例如，当进行抽吸(主要步骤“b”)以及用氩气在靶材和开闭器之间吹扫时，将在一定的时刻及时达到适当的压力(通常1Pa)，以便通过给磁控管通电来激发等离子体。开闭器必须转动到溅射区域上，以便防止基体受污染。虽然现在压力进一步减小，在大约0.01Pa左右等离子体将灭活。接着，为了达到通常1mPa的基础压力，该系统能够进一步被抽真空。

如上所述的清洁步骤的优点是：靶材清洁在全部靶材表面上进行，而不需要拆除靶材并且作为过程循环的一部分。对平面靶材来说这是不可能的。当使用平面靶材时，靶材材料只在轨道内磨蚀。在使用期间，化合物层形成在轨道外。该化合物层只能离线除去，即，需要清洁步骤，其中该化合物层从靶材上被机械地去除(例如，通过金属刷或砂纸)。

平面靶材的另一缺点是：当活性气体，例如有机前体，在溅射的同时被引入时，轨道本身将越来越多地被化合材料覆盖，直到该过程突然从金属模式转换到在所沉积材料的类型和数量方面具有显著不同特性的复合模式。当使用转动磁控管的时候该问题会少很多，这是因为轨道相对于靶材移动，从而首先磨蚀可能已经形成在靶材表面上的化合物层。而且，与平面磁控管相比，能够向可转动的磁控管供给显著更多的能量，这是因为：由于热量在靶材的全部表面散布，所以可转动的磁控管的冷却更有效。这样就使得在过程的物理气相沉积步骤或混合模式沉积步骤中涂覆更快。

在开闭器完全覆盖磁控管时，甚至可能有更大的灵活性：例如，能够使开闭器内为氩气气氛并且在那里保持等离子体，同时在开闭器外用有机前体气体进行化学气相沉积过程。从开闭器泄漏的氩气能够用于使前体气体离子化。这样，各过程步骤能够同时进行。

附图说明

现在参考附图将详细地描述本发明，其中

图1示出根据本发明的涂覆设备的示意图。

图2示出具有可转动磁控管和开闭器的透视工程图。

图3示出怎样能够拆除开闭器的第一部分。

图4示出怎样能够拆除开闭器的第二部分。

具体实施方式

在下文中，附图标号的最后两个数字表示该设备的相同和类似的部件，而第一个数字表示图号。

图1示出根据本发明的涂覆设备100的第一实施例。在该实施例中，真空室102具有箱式涂料器的典型的矩形形状。这种箱式涂料器配备有可接近行星式基体保持器108的门104，基体悬挂在行星式基体保持器108上。在该实施例中，在化学气相沉积期间前体气体的激发通过RF激发器实现，该RF激发器可能用加热丝110辅助。真空室102通过真空泵(未示出)抽成真空，同时真空或气体气氛通过已知类型的压力计和气敏元件(未示出)被监控。不同的气体以由质量流量控制器(未示出)控制的量通过气体供给器106、106’和106”供给到真空室。可转动的磁控管安装在设置在真空室侧壁处的外壳112内。端部夹具114安装成与磁控管的轴线成一条直线。端部夹具114通过馈送装置116、116’和116”供给电流、冷却剂到外壳内的靶材，并且端部夹具114还供给运动到外壳内的靶材。外壳112内的开闭器224能够通过端部夹具118被移动。单独的气体提供器109向开闭器和磁控管之间的间隙内提供气体。显然，在相应外壳内的其它磁控管能够在其它壁上被连接于相同的真空室。

图2中的透视图示出在外壳201内的磁控管的详细的工程图。基本上，磁控管222的外壳212是具有凸缘221、221’的不锈钢管，端部夹具214和218安装在凸缘221、221’上。设置的开口由安装凸缘220界定，安装凸缘220用于将外壳201真空密封地安装于真空室102。通过该开口，从磁控管222被溅射出的材料进入真空室102，并且涂覆连接于基体保持器108的基体。磁控管222包括可转动的靶材，固定的磁体阵列(未示出)可安装于该可转动的靶材内，该固定的磁体阵列导引溅射的原子通过所述开口。通过坚固的铰链226、226’，连接有全部装置的外壳能够转动离开真空室，以便容易维护靶材和开闭器。

在外壳的任意端，端部夹具214和218安装于端部凸缘221、221’。在该实施例中，上端夹具214从电机215传递运动到靶材，同时保持外壳212的真空完整性。通过冷却剂连接部分216，冷却剂被提供和取出。通过电连接器216’提供电流到靶材。在外壳212内，设置管形可转动开闭器224。图2示出当所述管形开闭器224中的伸长开口在可转动磁控管222的溅射区域前面转动时在打开位置的开闭器。通过端部夹具218从外壳的外部启动开闭器。例如，通过由电子控制单元(未示出)启动的小电机启动开闭器，该控制单元是例如根据所选工艺而决定的PLC或计算机。在该实施例中，磁控管和开闭器彼此偏心地被安装。虽然这是优选的，但这不是本发明的先决条件。

其它实施例也是可以的，其中端部夹具的功能性被不同地分配，这些实施例例如：

-开闭器由上端夹具控制，而靶材由下端夹具驱动，这样，在靶材不得不被替换的情况下能更容易地排出靶材的水。

-磁控管的电供给器与开闭器驱动器一起合并在相同的端部夹具中(但条件是磁控管和驱动器偏心地安装)。

-冷却剂的供给和取出分别由上端夹具和下端夹具完成，例如，冷的冷却剂从底部被供给并且通过顶部被取出。

本领域的技术人员能够容易地想出功能性的其他等同的分配方式，这些等同方式能实现相同的总体效果而不延伸出本发明的范围。

图3详细地示出开闭器怎样被设计以及其怎样能够从外壳被拆除。开闭器224由两个管形半部328和429构成，其中一个半部328具有伸长的开口。这两个半部328、429均由挡圈325支撑，该挡圈325通过端部夹具318被驱动。这两个半部由螺栓连接于挡圈325。两个半部328和429彼此螺钉连接。图4所示与图3相同，但是其示出整个部分429怎样被拆除。

下面描述对基于钛附着层的耐磨覆层的典型的涂覆程序。在涂覆之前，基体安装在行星式传送带的基体保持器上。首先，真空室被抽吸降低到低于0.01Pa的基础压力。短时氩等离子体蚀刻用于清洁转动的基体。为了产生用于裂化有机前体气体的局部等离子体，RF电源连接于基体。开闭器保持关闭，同时导入氩气达到大约1Pa的压力，并且DC电压施加于Ti靶材。当达到合适的条件时，等离子体将在开闭器和靶材之间激发。开闭器保持关闭大约五分钟，以便清洁转动的Ti靶材表面的在暴露于大气期间形成的氧化物并且使溅射过程稳定。此后，开闭器打开并且Ti基层被溅射在基体上。一旦形成Ti基层，包含有机前体气体例如乙炔的碳以增加的比率被引入真空室。同时，施加于Ti靶材的电力逐渐减少。在该过程期间，该过程是混合过程，因为在溅射等离子体和RF电源的联合作用下，不仅Ti原子从靶材中被移出，同时有机前体分子被裂化。当溅射功率逐渐减小时，化学气相沉积过程取代物理气相沉积过程。同时，增加基体的偏压，以便增加离子喷镀的量。这样，形成具有类金刚石的碳的Ti梯度层，Ti的量随层厚增加而减少。在该混合过程期间，尽管存在活性的有机前体气体但没有观察到起弧，该有机前体气体通常在平面靶材的非溅射部分上形成化合物层。而且，溅射过程保持稳定并且靶材表面没有中毒。因此，当使用可转动的磁控管时的该过程与当使用平面磁控管时相比更加稳定。一旦混合过程完成，开闭器关闭并且剩下的堆积层只通过化学气相沉积而增长。在循环结束时，在“后溅射”步骤中，氩气被导入磁控管与开闭器之间的间隙并且靶材表面由等离子体清洁，以便当开始下一个循环时靶材表面处于清洁状态。因此，不需要对靶材进行另外的离线清洁。

虽然特别参考一些优选的实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解可以对本发明作出形式上以及细节上的各种操作和修改。

Claims

1.一种用于涂覆基体的涂覆设备(100)，包括

真空室(102)，和用于建立物理气相沉积过程的物理气相沉积装置(222)，和用于建立化学气相沉积过程的化学气相沉积装置(110)，其中，所述物理气相沉积装置和化学气相沉积装置(222，110)能够在所述真空室内可选择地或者同时地被操作；

其特征在于：

所述物理气相沉积装置(222)包括一个或多个可转动的溅射磁控管，所述磁控管用于在所述基体上实现稳定的化学气相沉积和物理气相沉积的联合过程。

2.根据权利要求1所述的涂覆设备，其中，所述可转动的溅射磁控管(222)封装入可安装于所述真空室(102)的壁上的外壳(212)，所述外壳(212)具有开口，用于通过所述开口从所述可转动的溅射磁控管(222)溅射进入所述真空室(102)。

3.根据权利要求2所述的涂覆设备，其中，所述外壳(212)枢转地(226、226’)连接于所述真空室(102)，用于容易地维护所述磁控管(222)。

4.根据权利要求2或3所述的涂覆设备，其中，所述外壳还承载有用于转动、冷却以及通电所述溅射磁控管(222)的装置，所述用于转动、冷却以及通电所述溅射磁控管(222)的装置(214)能被在所述外壳(212)的外面沿轴向安装到所述溅射磁控管(222)。

5.根据权利要求2或3所述的涂覆设备，其中，所述可转动的溅射磁控管(222)的溅射区域可由管形开闭器(224)覆盖，所述管形开闭器(224)可围绕所述磁控管(222)转动地移动。

6.根据权利要求5所述的涂覆设备，其中，所述管形开闭器(224)偏心地安装于所述可转动的磁控管(222)。

7.根据权利要求5所述的涂覆设备，其中，所述外壳(212)还承载有用于转动所述开闭器(224)的装置(218)，所述用于转动所述开闭器(224)的装置(218)可在所述外壳外面安装到所述溅射磁控管。

8.根据权利要求5所述的涂覆设备，其中，所述开闭器(224)由导电材料构成并且可相对于所述磁控管(222)被加电偏压。

9.根据权利要求5所述的涂覆设备，其中，所述磁控管(222)和所述开闭器(224)在所述溅射区域被间隙分离，所述间隙足够宽以便在所述磁控管和所述开闭器之间激发等离子体。

10.根据权利要求5所述的涂覆设备，其中，所述开闭器(224)可由多件(328、429)组装成。

11.根据权利要求5所述的涂覆设备，其中，气体供给器(109)设置在所述磁控管(222)和所述开闭器(224)之间。

12.根据权利要求11所述的涂覆设备，其中，当所述开闭器覆盖所述溅射区域时在所述磁控管(222)和所述开闭器(224)之间能够保持气体气氛，所述气体气氛与所述真空室(102)内的气体气氛不同。

13.根据权利要求1至3中的任意一项所述的涂覆设备，其中，所述可转动的溅射磁控管(222)是平衡型的。

14.根据权利要求1至3中的任意一项所述的涂覆设备，其中，所述可转动的溅射磁控管(222)是非平衡型的。

15.一种在根据权利要求5至12中的任意一项所述的涂覆设备(100)中涂覆基体的方法，包括以下步骤：

(a)给所述涂覆设备(100)装载所述基体；

(b)将所述真空室(102)抽吸降低到小于0.01Pa的基础压力；

(c)在所述基体上施加涂覆堆积层，其中，通过从溅射沉积、反应溅射沉积、化学气相沉积或它们的组合构成的组中选出的过程来施加所述堆积层的各层；

(d)当在所述基体上施加涂覆堆积层完成时，停止涂覆过程；

(e)引入气体以便使所述真空室(102)达到大气压力并且从所述涂覆设备(100)移除所述基体；

其特征在于：

在步骤(b)至(e)之间或步骤(b)至(e)中的任一步骤期间，引入包括下列子步骤的步骤：

-使所述开闭器(224)转到所述溅射区域上；

-在所述磁控管(222)和所述开闭器(224)之间的间隙中达到等离子体激发的气体压力；

-在所述磁控管(222)和所述开闭器(224)之间激发等离子体；

-转回或不转回所述开闭器(224)；

-灭活所述等离子体。