CN1033297A - 材料涂敷设备 - Google Patents

Abstract

一种往配置在一真空室中的基片上涂敷材料的 设备。装有电子发射器的独立发生器室经由作业室 与真空室相连，从而产生横截面形状可控制的大面积 等离子体，并由磁铁引向靶体系统。施加可调节的负 电压就可使正离子加速撞到靶体上。

Description

本申请是1988年2月12日申请的悬而未决的155，206号美国专利申请的部分继续申请。

本发明是关于一种材料涂敷设备，举例说，用溅射法或汽相淀积法将材料涂敷到配置在真空室中的一个基片上的设备。真空室中有一个电子发射器连同一个阳极安置在一个单独的发生器室中。发生器室与真空室连通，而引入发生器室的生产气体产生大面积等离子体，由在等离子体发生器与靶系统之间的磁铁的作用加以引导。加上可调节的电压使等离子体中的离子获得一个迎着靶面的加速度从而溅射或汽化靶面以便对基片进行涂敷。

有一种制造透明热反射镜的方法的公知技术（欧洲专利EU-PA0020256），该方法是将各色各样的氧化铟薄膜或各色各样的氧化锡薄膜淀积在一个基片上，其中采用了溅射、热蒸发、真空淀积或电子轰击等方法在聚合物基片上进行低温淀积，在淀积过程中采用氧分压，由此直接制造出上述透明度和反射能力都高的材料的薄膜。

在实施这种方法所使用的设备中，用水冷却的靶体是与配备有一个气体进口的真空室中的辐射源产生的离子束成大约45度角配置的，喷射出来的靶源材料在与靶体成一个角度且涂敷有聚合物的基片上形成一层涂敷层。

古贝尔、甘贝尔和高恩三人在阿姆斯特丹北荷兰物理出版部门出版的1984年第121期第277～282页的“核材料杂志”（Journal    of    Nuclear    Materials）中，广同等人在阿姆斯特丹北荷兰物理出版部门出版的1986年第141～143期“核材料杂志”（Journal    of    Nuclear    Materials）第193～197页中，还有古贝尔等人在阿姆斯特丹北荷兰物理出版部门出版的1987年第145～147期“核材料杂志”（Journal    of    Nuclear    Materials）第61～70页中分别公开了一种带离子束发生器的等离子体发生器。

古贝尔等人的等离子体发生器是配置在与真空室连通的独立小室中，同时独立小室近乎圆柱形的壁构成阳极，且设有生产气体的进口接头。靠近圆柱形小室一端背离实际真空室的部分壁上安置有一个加速器。往发生器中的试样或靶体上加偏压使试样腐蚀，以便研究等离子体对不同材料的影响。

古贝尔等人的发生器产生小型的圆柱形等离子体，且不能达到高的溅射速率，因为加到靶体上的电压有限。加到靶面的最高电压仅为300伏，电流密度达1安/平方厘米。

本发明提供一种借助于外部产生的、大面积、横截面形状变化着的等离子体，高速溅射和/或蒸发金属或绝缘材料的设备。加到靶体上的功率比现有技术诸如磁控管二极管之类的器件中的大得多。该设备的结构简单，且等离子体的产生与靶体无关。与现有技术的系统相比，该设备中的靶电压和靶电流可以彼此独立地加以调节。

相比之下，现有技术磁控管所需的工作压力必须在3～10毫乇范围内，而在这些压力下，溅射出来的原子其平均自由程充其量也只有一个厘米。由于行程长度如此之短，因而溅射出来的物质在到达基片之前就散开了。一般说来，要使磁控管达到实用的溅射速率需要400～600电子伏的能量，但在这些能级下，基片和靶体会显著损坏，且靶面上的各种化学反应受到抑制。参照IBM（国际商用机器公司）的4，588，490号美国专利。此外，磁控管系统是有专用的材料的，这就是说，靶面的二次电子产量确定了等离子体的性质。另外磁漂移（EXB）对溅射的影响，其中电力线（E）与磁力线（B）交叉，是周知的现象，如贝宁（美国专利2，146，025）和夏宾（美国专利4，166，018）解释过的那样。

在本发明中，有可能将涂敷系统从采用一般磁场辅助式阴极溅射转换成用外部产生的等离子体进行的阴极溅射。此外，靶体的有效厚度尽可能大，且其消蚀作用尽可能均匀。

本发明提供溅射涂敷或汽相淀积用的涂敷设备，最好是溅射涂敷用的涂敷设备，该设备包括：一与等离子束发生器连通的真空室、一处在真空室内的靶体（包括将等离子束引向和成形在靶面上的磁力装置）、一加速撞击着靶面的等离子束中的离子以形成溅射粒子的离子加速装置、一安置在小室中为待涂敷的基片提供溅射粒子的基片支座和将部分等离子束偏向基片的偏转装置。靶体可设在等离子束的路径中或路径外。

等离子束发生器包括一电子发射器、一位于发射器下游具有导入生产气体以点燃等离子束的气体进口的管形阳极、一与阳极和真空室连通的作业室，以及将等离子束成形和导入阳极和作业室的磁力装置。

在一个实施例中，真空室中的靶体是在等离子束的路径上且垂直于等离子束，靶体前面围绕着等离子束安置有笼状基片支架，用以给待涂敷的基片提供溅射粒子。

本发明的一个适宜用以进行汽相淀积的实施例包括一个在真空室中用以容纳待汽化的材料的容器、将等离子束引导到待汽化的材料并在该材料上成形的磁力装置，以及使等离子束中的离子加速到达待汽化的材料上并使该材料汽化的离子加速装置。

本发明还提供一种涂敷法，该涂敷法包括下列步骤：提供一个真空室和一个与真空室内部连通的等离子束发生器，在真空室中设一靶体和一基片夹持器，所述夹持器给待涂敷的基片提供溅射粒子，用磁力将等离子束引到靶面并使其在靶面上成形;加速撞击着靶面的等离子束中的离子以形成溅射粒子并将部分等离子束偏转到基片上。所述靶体可在等离子束路径上或路径外。

本发明采用下列附图进行说明：

图1是示意说明本发明带独立等离子体源供涂敷带条和膜片的设备的纵向剖视图。

图2是本发明根据图1的第二实施例的示意图，展示了磁铁在靶体系统侧偏离发生器系统的位置。

图2A是图2（与作业管成一个角度安置的）靶体的放大了的横向剖视示意图。

图2B是图2处于与基片平行位置的靶体的放大后横向剖视示意图。

图3是本发明根据图1的第三实施例的示意图，展示了靶体系统相对于发生器室的另一种配置方式。

图4是图3设备的示意图，在靶体与基片之间的部位增设了反应气体进口。

图4A是图4靶体的放大横向剖视图，显示了从作业管出来的磁力线的走向。

图5是图3所示具有一锥形靶体的设备的另一实施例示意图。

图6是根据图3并在两靶体部位具有另一些彼此成一个角度配置的永久磁铁的本发明设备另一个实施例的示意图。

图7是一个多歧靶体的透视图。

图8是图6所示靶体的放大纵向剖视图。

图9是图6和8所示靶体的透视图。

图10是本发明根据图1的一个实施例，其中靶体系统是为涂敷金属丝而配置的。

图1的涂敷设备具有一个真空容器1，真空容器1上有一个泵送口2、一供料盘3、一卷料盘4和装在真空容器1中的轴颈上的涂敷筒5。分隔壁18将真空容器1分隔成两个室16和17，管19在真空容器1中平行于分隔壁18横向延伸，管19上绕有电磁线圈21。管22是个冷却管，靶体7与分隔壁18和管19成一个角度地固定在支柱24上，且可有选择地在任何方向上位移。绝缘体14a和两个管25和26分别载有电流和冷却水，它们和管22一样也是穿过真空容器1的一个端壁27在8′、8″和8′′′处延伸。

在图1所示的一个最佳实施例中，管20设在真空容器1与管19相对的壁上。管20在容器1中平行于分隔壁18而横向地延伸，其上绕有电磁线圈20a，且具有一冷却盘管23。冷却盘管23穿过端壁27在位置8处延伸，且密封就位。

另外，还可设进口接头38，令其穿过端壁27延伸至基片15与靶体7之间的某一位置，（如图1所示）。进口接头38是想在基片附近进行活性阴极溅射时使用的，这时活性气体就通过接头38引入室17中，从而形成与普通活性阴极溅射不相上下的物理条件。

此外该涂敷设备还具有一个导轨29，固定配置在真空容器1的另一端壁28上。在此导轨29上，载有可沿箭头A的方向连同它们的线圈吊架31和32移动的电磁线圈64和30。阳极11最好呈管状，系相对于电磁线圈64和30同轴配置，且配置成具有与真空容器1的室17中管19的纵向轴线成一直线的纵向轴线，其远离真空容器1的远端封闭有绝缘体14b，绝缘体14b上装有电子发射器9和加热器10。

阳极11毗邻真空容器1的一端有一个法兰33，阳极11即借助于法兰33固定在真空容器1的端壁28上，而在法兰33与端壁28之间配置一绝缘体34使管状阳极11与端壁19和端壁28实现电气绝缘。阳极11，呈空心构件的形式，其横截面大致呈矩形、椭圆形或圆形，有一个横向配置且径向向外突出的进口接头13，周围绕有盘管12，冷却水即在盘管12中流动。绝缘体14b固定在多孔板35上，多孔板35上设有水、电引线导管36、36′、36″和36′′′。

如图1所示，电磁线圈20a和21在两管20和19上的配置是在室17中这样进行的，以使它们与管状发生器室成一直线，管19取管状阳极11的延伸部分的形式，另一个管20则固定在真空容器1与阳极11相对的一端上，周围围绕着暗区（dark    space）屏蔽板7′的靶体7安置在两管19和20之间的自由空间中。电磁线圈20a和21由管形线圈绕组组成，管22和23载有冷却水，同时作为电流导体且彼此绝缘隔开。另一个磁铁66可以配置在基片15与真空室壁之间涂敷筒5的上方，（如图1所示），也可以配置在涂敷筒内或横向配置。

绕在管19和20上的电磁线圈21和20a彼此配合，使磁力线M保持在大致平行于等离子束S的方向，以便使等离子束S的一部分S1偏转到靶面从而冲击靶面。在磁铁66和20a的作用下，等离子束S的第二条路径S2朝向基片，（如图1所示）。

在呈管状结构抽真空了的发生器室37内侧，一次电子从若干电子发射器（最好是由六硼化镧制成）发射，借助加到发射器的负电压而加速离开发射器。电磁线圈30和64所产生的磁场阻止电子到达电极11。同时通过经由接头13往发生器室37中通入气体，气体受电子的冲击而电离，由此产生等离子体，产生带正电荷的离子和冷等离子体电子。在靶体和在发射器上的负偏压使等离子体电子以静电方式受到约束。靶体上的负偏压可以是由电源提供的偏压，也可以是因等离子体与靶体接触而产生的自偏压。

磁场只是由于电子碰撞的结果而促使发射出的一次电子沿磁力线M漂移并到达阳极11，同时使从靶体7撞击出来的二次电子（也是电离原因之一）被捕莸。于是离子产生类似的沿磁力线M朝靶体7的漂移。这样在靶体上就存在高强度的离子流，其大小达1安/平方厘米左右。但离子的能量小。

图2中例示了靶体系统的一个最佳实施例，其中靶体7背离基片的一边配置有磁铁6。从图2中可以看到电磁线圈6、30、21和64绕在发生器室37和靶体7上，它们使等离子体限制在发生器室37的电子发射器9与靶体7之间的管形区内。

图2A显示了可在支柱24上转动的靶体7表面位于与基片15和作业管19成一个锐角并在等离子束路径外。在此位置上，磁铁6和电磁线圈21使磁力线M朝向靶7的面，使等离子束偏向两条路径;路径S1冲击着靶面，而路径S2冲击着基片。

图2B显示靶体7处在等离子束S的路径之外与基片15和作业管19平行的位置。磁铁6相对于电磁线圈21和磁铁66在位置上的改变影响着等离子束路径S1和S2的偏转情况。

在一个最佳实施例中，靶体7可以用保存要由等离子束S1所汽化的可汽化材料的容器来代替。

令等离子体S分为两条路径S1和S2有许多有益的用途：（1）路径S2上的等离子束通过净化和活化基片15的表面对基片进行预处理，为基片接受溅射涂敷作好准备;（2）分开的等离子束可以活化经由气体进口管38通到靶体7的区域中的诸如氧、氮、氨、乙炔或任何适当气体的反应气体。这就是周知的化学汽相淀积（CVD）法。（3）在与基片筒5有关的磁铁66的协助下，偏转了的等离子束S2撞击基片15，因而产生由离子促进的淀积作用。等离子束路径S2中的离子同时撞击着正在涂敷中的基片从而促进涂敷过程而且提高粘结质量和涂敷质量;（4）从靶体7表面来的溅射粒子不仅为偏转路径S2上的等离子体所电离而且也为进来的等离子束路径S1中的等离子体所离子化，从而使溅射的粒子作为离子淀积下来，然后在该表面上通过获得电子而转入更稳定的中性状态。结果提高了涂敷层粘结到基片上的质量，而且得出与用一般溅射涂敷法得出的涂层类型不同的薄膜涂层。当靶体7为金属且在基片15上产生金属离子时这种效果更为理想。

借助于电磁线圈6、30、21、21a和64将单独的等离子体源所产生的大面积可变电流等离子束引到加了偏压的靶体7上，正离子从等离子体S被加速到达靶体（即S1）上，且溅射或蒸发过程所产生的原子被淀积到物体上。

通过改变磁场M不仅有可能使等离子束的横截面呈一定的形状而且还可使等离子束弯曲达180度之多。因此靶体7实际上可相对于发生器室37的纵向轴线和管19而安装在任何所希望的位置上。

在溅射某一种金属靶体时，往发生器室37中通入氩气，于是产生氩等离子体，然后将100伏至1000伏范围的电压加到靶体7上。尽管靶面上的条件与直流磁控管阴极溅射中所示使用的靶体类似，而且所涂敷涂层的性能也不相上下，但本发明的系统却具有下列胜于直流磁控管阴极溅射的优点。

可馈到靶体7上的功率大大提高。举例说，1安/平方厘米的离子电流和750伏的靶电压在靶体上会产生750瓦/平方厘米的单位面积功率。相比之下，直流磁控管阴极溅射的最大单位面积功率仅为每平方厘米几十瓦。因而，提高了溅射速率。对铜来说，基片间隔为100毫米等离子束直径为100毫米时，测得的溅射速率为1200埃/秒。

靶体7的结构比直流磁控管系统的简单。此外靶电流和靶电压是彼此独立的变量，而在直流磁控管阴极溅射中，靶电流和靶电压则是由特性曲线联系在一起。这种电流和电压变化的独立性具有这样的好处，即可以用靶电流控制溅射速率，用靶电压控制溅射涂敷层的性能，彼此互不相关。加到靶体上的电压可达25伏。

本发明的方法与直流磁控管阴极溅射法的重要区别在于在反应直流磁控管阴极溅射系统中产生等离子体的电子是由阴极提供的，且该方法对阴极表面化学性能方面的变化非常敏感。在本发明的设备中，离子是从真空容器1外部靶体7的外侧供应的，因而系统实质上更为稳定。

本发明的设备完全具有金属靶溅射器所述的那些优点。另一优点在于，用强劲的等离子束可以使引入真空容器1中的活性气体变得更活跃（即，相应气体分子的分解，反应气体原子的激活和离子化）。在本发明的设备中，无需使用在反应气体溅射法中照例需用的附加掩膜系统、阳极和阳极电流源。

在一个实验中采用了本发明所述的设备，在大约100埃/秒的溅射速率下涂敷氮化铝涂层。该速率比反应直流磁控管溅射所能达到的速率快2倍左右。

若将靶体7前面的磁场充分削弱，则有可能将等离子体加以划分，从而可以用一些等离子体对某金属靶进行溅射，用另一些等离子体来激活反应气体，或用以对基片进行等离子体处理。还可以如图1和2中所示用配置在真空室供应盘3与卷盘4之间基片背面附近的磁铁66进一步使等离子体形成一定的形状。

在本发明的设备所能达到的高能量密度的情况下，若靶体7被冷却到足够低的温度，则有可能用等离子束熔化和蒸发适当的靶体。为此，靶体7应水平配置，即平行于管19的纵轴线。

强劲等离子体的存在使所形成的涂敷层比用公知的一般蒸发系统所形成的具有更好的性能，这是因为在等离子体中蒸发的成簇金属被分裂，且蒸发出来的金属原子部分离子化所致。

所述的方法使机械设备简化了，因为与电子束蒸发法相比不需要高电压（例如一般为80伏的源电压，一般为50伏至700伏的靶电压）。

该等离子体还可呈任何所希望形状而以大截面积形式产生。举例说，可用矩形、椭圆形、多角形或圆形的阳极11来确定等离子束的形状，且可通过改变电子发射器9和阳极11的大小和通过使用围绕着阳极管和作业室成形的电磁线圈或永久磁铁来改变磁场分布的横截面形状。还可采用闸板或掩膜来形成等离子束S。不难理解，还可使等离子体的形状不仅与靶体的形状一致，而且还可使其与待涂敷基片的外形或类型一致。无需使用扫描设备。此外，由于等离子束本身是准中性的，因而其操纵相当简单。无需另设为等离子束中性化的设备。

要将基片15涂以具有特定组分的合金时，有可能采用该组分的靶体7并溅射该靶体。但若想使待涂敷的涂层组分必须可变，则最好采用各种各样由各自合金组分组成且包括所具有单个大面积等离子束的靶体7。通过给各类型的靶体施加不同的电压可以确定溅射到该基片15上涂层的理想组成。

由于这里所使用的靶体7其相对于直流磁控管阴极的大小来说相当紧凑，因此有可能，例如，将两个不同成分的靶体部分配置成方格盘形式。这样就有可能将某种合金溅射到基片15上而使涂敷层整个宽度上的组成变化极小。

还可以将多个靶体7配置成与等离子束轴线共轴或垂直于磁力线。鉴于各靶体7与某一对称于等离子束轴线的溅射速率有关，因而溅射出来的不同涂敷成分的组成在平行于等离子束的基片的整个涂敷表面上该组成不变。

通过适当选择工作参数还可能将所述设备作为金属离子源来使用。溅射金属原子在等离子束中离子化的可能性还在于它是等离子体密度和电子温度的一个函数。

在这种通用的等离子体密度的情况下，可以通过将中性分压降低到1×10^-4毫巴使电子温度提高到这样的程度，例如使得等离子体会使铜原子在通过等离子体中行进几厘米时离子化。

若靶体7垂直于磁力线，则结果会是，由于各种不同类型离子的质量和能量都不同，不同的拉莫（Larmor）半径，各种类型的离子即以此半径环绕磁力线旋转（例如在100高斯的磁场强度下氩二约4厘米，铜二约14厘米）。因此有可能将金属离子的类型分别开来。

图3的设备有一个横截面为矩形的阳极55和类似形状的管子38′，管38′上套有另一个可在箭头E的方向上位移的框架式电磁铁39。此外，配置在真空容器53的小室50中的靶体40与冷却法兰41一起固定到环状或框式绝缘体42上，绝缘体42又固定到管38一部分的法兰43上。管38′上绕有同时作为电磁线圈44且连接到管45的盘管。管45一方面供冷却水的进出之用，另一方面构成磁铁44的导体。靶体40对面是涂敷筒46，基片或基片膜47即顺着涂敷筒46从供片辊48卷到收片辊49上。

在设备工作期间从管38′引出的等离子束S基本上沿磁力线M往下沿作业管38′的中心线行进。等离子束S由磁铁39和磁铁60所提供的磁场形成一定的形状，然后往后弯曲以撞击靶体40。在基片15前面，靶体40与基片之间可设屏蔽片66′以将基片屏蔽起来，使其免受等离子束S2的等离子体的直接冲击。这种设备的靶体40上没有腐蚀坑产生;相反，靶体40的材料烧蚀得相当均匀。

至于图4的设备中，管54和阳极55都配备有隔膜56和57;为两隔膜所界定的室58系连接到另一排气管59上。这个中间排气管，使其能减少或完全避免任何可能有的中性粒子从靶体40流向源9。磁场将等离子体S汇集成计时砂漏形状，然后将隔膜56、57安置在成形的等离子体S周围以防反应性低能量气体返回到发生器中，这样可以延长设备的寿命。由于等离子体S中没有未占用的空间，因而中性气体如不与等离子体S反应是不能通过其中的。

涂敷筒46与靶体40之间还配置有电磁线圈60和一框式气体进口管61，气体进口管61连接到具有喷咀63、63′和63″的管62上。此外还设有另一可位移的电磁线圈65，该线圈与其它电磁线圈44和60一起使靶体40范围内的等离子束受影响。举例说，磁铁39起到将磁力线M拉出作业管38′的作用，而加了磁场方向与磁铁39相反的磁铁60就使磁力线M被推回到靶体40。磁铁65与磁铁60的组合使用可改变磁场的形状。

磁铁65可在平行于作业管38′的方向移动（如箭头G所示）而磁铁65的第二位置如剖视线所示。图4A中只显示出磁力线M，但应该理解的是，等离子体S是跟随着磁力线M的。

来自喷咀63和63′的气体（例如氧）在淀积在基片上之前与各原子及等离子体产生化学反应，从而使原子和等离子体变得与基片更易反应。配置在管54的纵向轴线区的板66′使其有可能对中心的等离子体起屏蔽作用。配置在板66′区域中的喷咀63″使得出射气体更易于与等离子体起反应。

当采用较大的管21时，则可设或不设另一供分配生产气体之用的气体进口13。当想使用长的矩形等离子体（即带状）时，最好采用多个进口。横截面为椭圆形或圆形的等离子束从一个气体框架点燃就足够了。

在图5的实施例中，靶体67呈槽形或漏斗形。连接到冷却管线69并固定到绝缘体环42上的冷却法兰68也同样呈槽形或漏斗形。冷却法兰68的横截面可以大致呈圆形、矩形或梯形。

由于靶体67的表面相对于管38′的纵向轴线倾斜，因而利用垂直于磁场的一个电场分量使得在靶体67上形成象磁控管那样的粒子轨道（即电子轨道）。

在图3和4中，与图5比较，由于磁力线（b）几乎平行于电场，因而不存在EXB磁场效应。图5中，EXB效应是通过将靶体67倾斜而加以利用的。

在图6的实施例中，冷却法兰71、71′上固定有两扁平或长方形的靶体70和70′，法兰71、71′连接到冷却剂管线73上，且它们的内部分别具有永久磁铁72、72′、72″、72′′′和74、74′、74″、74′′′（见图8），这些磁铁的磁场能产生若干粒子轨道75、76、75′、76′。两靶体70、70′分别与矩形管纵向轴线构成大约各为45度的角α和α′。

如图7所示，图3和4的靶体40也可由多个扇形部分40′、40″、40′′′组成。应该理解的是，各部分40′、40″、40′′′可用本技术领域内适用和公知的不同材料制成。

图8和9中不同视图所表示的靶体70和70′可以使宽度较大的带具有完全均匀的涂层，从图9中可以看到，管38′呈矩形，且两平面靶面系配置得与管38′的相对的内壁77、77′成某一角度。

图10是涂敷金属丝用的设备的一个最佳实施例示意图。与图1所示的本发明相比，该实施例在真空容器80中配置的是笼状框架81而不是装在卷盘上方的带状基片。笼状框架81配备有六个平行的辊子82、82′、82″、82′′′（有两个辊子图中未示出）用枢轴装在框架上，而呈金属丝83形式的基片则被导向各辊子82、82′、82″、82′′′上方。金属丝83在涂敷过程中从供料盘84（装在辊82、82′、82″、82′′′上方的轴85的轴颈中）运行到配置在从动轴81上的收料卷盘86上。电子发射器连同加热器和水、电源进口90、90′一起与图1所示的不同点在于只有一个电磁线圈91围绕着管形阳极92连同其管状线圈93。靶体94、94′、94″系由多个共轴的组成部件构成，且配置得使其平圆形端面95垂直于管状阳极92的纵向轴线。

靶体94、94′、94″配备有水和电源接头96、96′、96″，这些接头在98、98′98″处穿过壁97。

阳极52中所有管接头99供往源100中通入气体之用，真空容器80周围绕有电磁线圈101。两电磁线圈91和101都可在平行于管状阳极92的纵向轴线如箭头B所示的方向上位移。真空容器80的泵送孔102上连接有真空泵（图中未示出）。

在本实施例中，其溅射是通过将靶等离子体排成一直线实现的。因靶体94、94′、94″面向而且垂直于等离子束而产生的溅射粒子的高度离子化，故对涂敷卷绕或喂绕在笼状框架81上的金属丝或其它线式基片特别实用。象齿轮之类的小型基片部件可以悬挂在笼状框架81上且在涂敷过程中加以转动，类似于挂在移动着的转轮上的部件情况。

尽管将不同的靶体材料一起使用也没有观察到溅射的材料在斜率上有变化。举例说，若铜和铝为所选用的靶体时，则当采用金属靶体时，意外地发现，在金属丝或类似的基片上获得均匀的涂敷层，溅射出来的粒子的高度离子化提高了涂敷层和粘结的质量。此外，还得出在结构上不同于用一般金属溅射法在溅射粒子到达基片之前不加以离子化所得到的涂敷层。

上述最佳实施例实现了本发明的目的，但应该指出的是，对本领域的专业人员来说在不脱离本发明的精神实质的情况下是可能对上述最佳实施例作出变更和改进的，因此，本发明的范围仅由下列权利要求书来规定。

Claims (76)

1、一种溅射涂敷设备，其特征在于，该设备包括：

(a)真空室装置，它与用于产生等离子束的装置相连接；

(b)靶体装置，位于真空室中，包括用于将等离子束引到靶体装置表面的磁力装置，和为加速冲击着靶体装置的表面以形成溅射粒子的等离子束中的离子的磁力装置；

(c)基片夹持装置，位于真空室装置中，用以给待涂敷基片提供溅射粒子；和

(d)偏转装置，用以将部分等离子束偏转到基片上。

2、权利要求1的设备，其特征在于，所述等离子束发生器包括：

（a）电子发射装置;

（b）管状阳极装置，它在发射装置下游，具有气体进口装置，供通入生产气体以点燃等离子束之用;

（c）作业室装置，它与阳极装置和所述真空室装置相连通;和

（d）用以使等离子束形成一定的形状，并引导等离子束通过阳极装置和作业室装置的磁力装置。

3、权利要求2的设备，其特征在于，电子发射装置的形状对应于等离子束横截面的形状。

4、权利要求3的设备，其特征在于，电子发射装置是圆的。

5、权利要求3的设备，其特征在于，电子发射装置是长方形的。

6、权利要求1的设备，其特征在于，靶体装置在等离子束路径之外。

7、权利要求6的设备，其特征在于，靶体装置对称地环绕着等离子束且面对待涂敷的基片。

8、权利要求1的设备，其特征在于，该设备包括为将反应物质引入靶体装置表面区的反应物质引入装置。

9、权利要求1的设备，其特征在于，用于偏转部分等离子束的装置包括与基片夹持装置相连的磁力装置。

10、权利要求1的设备，其特征在于，引导等离子束的磁力装置位于靶体装置表面背后。

11、权利要求1的设备，其特征在于，靶体装置相对等离子束的位置是可调节的。

12、权利要求2的设备，其特征在于，作业室装置的横截面大致上呈多角形。

13、权利要求2的设备，其特征在于，作业室装置的横截面大致上呈长方形。

14、权利要求2的设备，其特征在于，作业室装置的横截面大致是椭圆的。

15、权利要求2设备，其特征在于，作业室装置的横截面大致上是圆的。

16、权利要求1的设备，其特征在于，该设备包括靶体装置的冷却装置。

17、权利要求2的设备，其特征在于，阳极装置和作业室装置包括至少两个界定一个小室的喉部，所述小室与真空装置连通。

18、权利要求7的设备，其特征在于，靶体装置大致上呈槽形。

19、权利要求7的设备，其特征在于，靶体装置大体上呈盘形。

20、权利要求7的设备，其特征在于，靶体装置大致上呈漏斗形。

21、权利要求1的设备，其特征在于，靶体装置包括由至少两种不同材料制成的各个部件。

22、权利要求21的设备，其特征在于，靶体装置的各部件系同轴围绕等离子束的轴线配置，各部件具有为加速等离子束中离子的独立装置。

23、权利要求22的设备，其特征在于，靶体的各部件是在一公共平面上并排配置的诸段，各部件具有为加速等离子束中离子的独立装置。

24、权利要求7的设备，其特征在于，靶体装置包括磁力装置，用以在靶体装置表面上形成闭环的磁通道。

25、权利要求2的设备，其特征在于，电子发射装置由六硼化镧构成。

26、权利要求7的设备，其特征在于，靶体装置包括一对靶体。

27、权利要求26的设备，其特征在于，各靶体呈矩形，且各靶体安置在与等离子束的轴线成不大于90度的角度。

28、权利要求1的设备，其特征在于，离子加速装置是高频电压、电压脉冲或可调节的交流电压。

29、权利要求8的设备，其特征在于，引入装置包括气体进口装置，且反应物质是某种气体。

30、权利要求29的设备，其特征在于，气体进口装置与靶体装置共轴。

31、权利要求29的设备，其特征在于，气体进口装置大致上平行于靶体装置的表面。

32、权利要求1的设备，其特征在于，该设备包括往待涂敷的基片上施加可调节电压的装置。

33、一种溅射涂敷设备，其特征在于，该设备包括：

（a）真空室装置，它与等离子束发生装置相连接;

（b）靶体装置，位于真空室中，处于等离子束路径中并垂直于等离子束，所述靶体装置包括将等离子束引到靶体装置表面的磁力装置和为加速冲击着靶体装置表面以形成溅射粒子的等离子束中的离子的加速装置;和

（c）笼状基片夹持装置，它处在靶体装置前面围绕等离子束以便给待涂敷的基片提供溅射粒子。

34、权利要求33的设备，其特征在于，夹持装置包括平行辊，用以提供绕在笼状夹持装置上的线式基片。

35、一种真空涂敷设备，其特征在于，该设备包括：

（a）真空室装置，它与等离子束发生装置相连接;

（b）容器装置，位于真空室中的，用以容纳待汽化的材料;

（c）磁力装置，用以将等离子束引到待汽化的材料上;

（d）用以加速到达待汽化材料上的等离子束中的离子使该材料汽化;和

（e）基片夹持装置，该装置安置在真空室装置中用以给待涂敷的基片提供汽化物质。

36、权利要求35的设备，其特征在于，该设备包括将部分等离子束引到基片上的装置。

37、一种溅射涂敷设备，其特征在于，该设备包括：

（a）真空室装置，它与等离子束发生装置相连接;

（b）靶体装置，它在真空室中的，包括将等离子束引向靶体装置表面的磁力装置和为加速冲击着靶体装置表面以生成溅射粒子的等离子束中的离子的加速装置;

（c）基片夹持装置，安置在真空室装置中，用以给待涂敷的基片提供溅射粒子;和

（d）所述溅射装置处在等离子束路径外。

38、权利要求37的设备，其特征在于，所述等离子束发生装置包括：

（a）电子发射装置;

（b）管状阳极装置，在发射装置的下游，具有引入生产气体以点燃等离子束的气体进口装置;

（c）作业室装置，它与阳极装置和所述真空室装置连通;和

（d）磁力装置，用以使等离子束形成一定的形状，并引导等离子束通过阳极装置和作业室装置。

39、权利要求38的设备，其特征在于，电子发射装置的形状对应于等离子束横截面的形状。

40、权利要求39的设备，其特征在于，电子发射装置是圆的。

41、权利要求39的设备，其特征在于，电子发射器是矩形的。

42、权利要求37的设备，其特征在于，该设备包括将部分等离子束引向基片的装置。

43、权利要求37的设备，其特征在于，该设备包括将反应物质引到靶体装置表面区的装置。

44、权利要求42的设备，其特征在于，偏转部分等离子束的装置包括与基片夹持装置相连接的磁力装置。

45、权利要求37的设备，其特征在于，引导等离子束的磁力装置处在靶体装置表面的背后。

46、权利要求37的设备，其特征在于，靶体装置可调节地相对于等离子束配置。

47、权利要求38的设备，其特征在于，作业室装置的横截面大致上为多角形。

48、权利要求38的设备，其特征在于，作业室装置的横截面大致上为矩形。

49、权利要求38的设备，其特征在于，作业室装置的横截面大致上为椭圆形。

50、权利要求38的设备，其特征在于，作业室装置的横截面大致上是圆的。

51、权利要求37的设备，其特征在于，该设备包括靶体装置的冷却装置。

52、权利要求38的设备，其特征在于，阳极装置和作业室装置包括至少两个界定着一小室喉部，所述小室与真空装置连通。

53、权利要求37的设备，其特征在于，靶体装置包括至少两种不同材料制成的各部件。

54、权利要求53的设备，其特征在于，靶体装置的各部件共轴围绕等离子束的轴线配置，每个部件具有独立的为加速等离子束中离子的加速装置。

55、权利要求53的设备，其特征在于，靶体各部件系并排在一公共平面内的若干部分，每一部分具有独立的为加速等离子束中离子的加速装置。

56、权利要求38的设备，其特征在于，电子发射装置是由六硼化镧制成的。

57、权利要求37的设备，其特征在于，离子加速装置是个高频电压、电压脉冲或可调节的交流电压。

58、权利要求43的设备，其特征在于，引入装置包括气体进口装置，且反应物质是气体。

59、权利要求58的设备，其特征在于，气体进口装置与靶体装置共轴。

60、权利要求58的设备，其特征在于，气体进口装置大致上平行于靶体装置表面。

61、权利要求37的设备，其特征在于，该设备包括将可调节的电压加到待涂敷基片的装置。

62、一种溅射涂敷法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

（a）提供一真空室和一与真空室内部连通的等离子束发生器;

（b）在真空室内设置靶体装置和基片夹持装置，所述夹持装置给待涂敷的基片提供溅射粒子;

（c）用磁力将等离子束引到靶体装置表面;

（d）对冲击着靶体装置表面的等离子束中的离子加速以产生溅射粒子;和

（e）使部分等离子束偏转到基片上。

63、权利要求62的方法，其特征在于，靶体装置处在等离子束路径外，且步骤（e）可有可无。

64、权利要求62的方法，其特征在于，靶体装置对称围绕着等离子束并面对待涂敷的基片。

65、权利要求62的设备，其特征在于，靶体装置面对并垂直于等离子束，基片夹持装置是个位于围绕等离子束的靶体装置前面的笼状夹持装置，且步骤（e）可有可无。

66、权利要求62的方法，其特征在于，靶体装置系分成由待溅射的不同材料制成的各部分。

67、权利要求66的方法，其特征在于，靶体的各部分是共轴的。

68、权利要求66的方法，其特征在于，所述各部分是在同一平面内并排配置的扇形体。

69、权利要求62的方法，其特征在于，该方法还包括往靶体装置区引入反应物质的步骤。

70、权利要求69的方法，其特征在于，反应物质是气体。

71、权利要求70的方法，其特征在于，所述气体被共轴地引到靶体上。

72、权利要求62的方法，其特征在于，等离子束在溅射粒子涂敷到基片之前将其离子化，且步骤（e）可有可无。

73、权利要求72的方法，其特征在于，靶体是金属，且金属离子被溅射涂敷到基片上。

74、权利要求62的方法，其特征在于，靶体是可汽化的材料，该材料由等离子束汽化并淀积在基片上，且步骤（e）可有可无。

75、权利要求74的方法，其特征在于：等离子束在材料淀积在基片上之前将材料加以汽化，且步骤（e）可有可无。

76、一种阴极喷涂设备，其特征在于，真空室（17）与等离子束（S）发生器相连接，该等离子束发生器有一个电子发射器（9），电子发射器（9）后面通到管状阳极（11），阳极（11）有一个进口（13）供生产气体点燃等离子束（S）之用，其中阳极（11）与管（19）相对应，管（19）不仅通向阳极（11），而且也通向真空室（17），且其中磁铁（12，21，30，64，106）是为将等离子束（S）对准并引入真空室（17）中的阳极（11）而设的，真空室（17）中有基片夹持器连同其中一种所夹持和/或引导的基片，例如从松卷盘（3）绕涂敷辊（5）卷到卷上盘（4）上的基片箔（15），且其中用以通入等离子聚合引发剂[例如SiH₄（硅烷）]的的管（38）通向从管（19）出来的等离子束（S）中。

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