CN1993490A - 引导等离子体流的内部通道涂覆装置 - Google Patents

Abstract

一用来涂覆一工件(40、120和142)的表面的装置(10)，它构造成在通过工件的内部通道(44、46和48)内建立一压力梯度，以使内部通道内的涂层显现出所要求的特征，诸如涉及光洁度或硬度之类的特征。涂覆装置可包括多个合作系统中的任一或全部，包括一等离子体生成系统(12)、一可操纵的工件支承系统(34、90和122)、一构造成增加在工件内的或围绕工件的电离的电离激励系统(66和116)、一向工件施加选择的电压图形的偏压系统(52)，以及一双室式系统(96和98)，它能使等离子体的生成在一第一选定压力下发生以及使沉积在一第二选定的压力下发生。

Description

引导等离子体流的内部通道涂覆装置

技术领域

本发明大体涉及沉积系统，具体来说，涉及一种工件内部通道涂覆装置。

背景技术

在设计和制造用于特定工业内的系统部件的过程中，主要考虑的是包括表面光洁度、硬度、制造技术的成本和环境影响。作为一例子，半导体制造业常使用超高纯净的气体输送系统，其中，在选择制造系统部件的技术时就要考虑这些问题。这些系统部件包括质量流量控制器、阀、压力调节器、净化器、过滤器和管道。在半导体工业中，实现和保持无污染的环境的关键在于气体输送系统中的耐腐蚀性。光洁度对于控制涡流和最大程度减小湿气导致的状况起一重要作用。正如半导体设备和材料国际协会(SEMI)之类组织的规定，气体输送系统的部件的制造材料在清洁度、光洁度和硬度方面有着详细及严格的规定。视这些问题为重要因素的其它工业还包括医学和航天领域的工业。

许多气体输送部件必须满足的维氏硬度为300，其为一用来确保部件在彼此相碰时不会产生刮痕的标准。刮痕会是一个问题，因为其导致.微粒产生。因满足其它要求而选用的材料可能不满足该标准，所以，其必需经受精细的后制造技术来提高硬度。例如，316L不锈钢是由铁、铬、镍和其它微量材料制成的奥氏体合金，在部件未精加工之前，316L不锈钢并不能满足维氏硬度达300的要求。遗憾的是，精加工要花费大量时间并大大地影响批量生产的部件的产量。

解决这些问题的一种方法为相对某些特性选择一种母材，然后，在部件成形之后对母材进行涂覆。通常，涂覆材料可以是金属或者是含有金属的化合物(诸如陶瓷)。涂覆技术包括化学汽相沉积(CVD)、物理汽相沉积(PVD)、等离子体喷涂、电镀、以及溶胶凝胶。对于CVD，可将一种包括涂覆材料的气体引入一真空室内，这样，当气体在室内分解时，涂覆材料就沉积在部件(即，工件)上。相比之下，PVD是一种在气态下的薄膜沉积过程，其中，涂覆材料在真空中物理地转移而没有任何化学反应。即，涂覆材料的化学成分没有改变。PVD可通过在真空中以加热、离子束、阴极电弧或电子束汽化一涂覆材料靶体来进行。阴极电弧工艺可使用一磁场将一具有高电流密度的电弧限制在靶体的范围内。通过使用磁场来控制电弧，则在需要更换之前可使用较大部分的靶体。

与典型的CVD过程相比，在沉积诸如钛、氮化钛、铬和氮化铬之类的金属或含金属的薄膜时，PVD过程提供了改进的安全和环境条件。PVD通常在1毫托至10毫托范围内操作。这可使用磁场将等离子体电子限制在阴极附近来实现，即所谓的“溅射磁控管”，以在低压下增进等离子体。非磁控管形式的溅射可在较高压力下操作，例如，二极管溅射可在高达1托下操作。相比之下，CVD压力可以在50毫托至大气压的范围内，而低压CVD(LPCVD)则通常在100毫托和1托之间。然而，其它的过程前提可能会规定使用LPCVD。例如为了减少气体平均自由程和气流的定向，选择LPCVD方法胜过PVD过程。这在待涂覆的工件具有复杂几何形状时是很重要的。

当一工件包括内部通道时，诸如阀、压力调节器和管道中的内部通道，涂覆该工件就特别成问题。随着工件的几何形状的复杂性增加，基于使环境和人类安全性最大化来选择一涂覆过程的能力就会降低。授予Wesemeyer等人的美国专利No.5,026,466叙述了一种解决方案，其可用于有限数量的内部通道涂覆的应用。在Wesemeyer等人的美国专利中，阴极(即，由涂覆材料形成的靶)可定位在工件内腔内。例如，当工件是一管道时，该阴极定位在通过管道的内部通道内。在操作时，自阴极表面的材料汽化并沉积在工件的内表面上。或者，工件也可连接成阳极。即，一负电压可施加到工件上，以便提供条件以使自位于工件内的阴极的材料汽化。

尽管Wesemeyer等人的专利和授予Gorokhovsky的专利(美国专利.5,435,900和6,663,755)叙述了可在多种应用中运作良好的涂覆装置，但当工件的几何形状复杂时，诸如涂覆均匀性之类的性能因素可能会大大地受到影响。

发明内容

一种具有至少一内部通道的工件的表面涂覆装置，其包括一产生一包括涂覆材料的等离子体的等离子体源，一将工件固定在一相对于等离子体源成一定距间隔关系的特定方位的支承件，以及一引导一受控等离子体流以通过所述固定的工件的每一内部通道的等离子体流系统。该装置可包括一由不同副系统组成的特定组合，诸如等离子体生成系统、工件支承系统、等离子体流系统、配置成增进工件内或工件周围的电离作用的电离激励系统，对工件施加一选定电压图形的偏压系统，以及一使等离子体生成可在一第一选定压力下进行并使沉积作用可在一第二选定压力下发生的双室式系统。

对于内部通道的均匀涂覆，重要的是避免出现分子流区域。即，通道内径的尺寸应大于离子(或原子)平均自由程的长度。在内径比平均自由程大一百倍的地方，则要求连续流。

工件支承系统配置成提供通过工件内部通道的等离子体流。一压力梯度建立在工件内。工件固定成使工件的各开口成为等离子体的抽空端或入射端。对诸如一节流阀之类的流量控制构件可进行调节，以平衡通过工件的流量和压力梯度。电压偏压系统可施加一具有特定工作循环的负脉冲偏压，选择该工作循环以使可在将电离的涂覆材料吸引到工件表面的期间补充离子。偏压的幅值可调节以控制离子相对于工件表面的到达角，使到可涂覆具有高长宽比特征的几何形状。

对于包括双室式系统的实施例，该装置可以是使用物理汽相沉积(PVD)的装置，其具有一保持在相对地低的压力下的源室以及一保持在较高压力下的沉积室。与CVD相比，由于安全和环境考虑，对金属源使用PVD较为理想。通过选择二极管溅射，可在不使用双室式系统下采用PVD技术。

高压沉积室的尺寸可以比低压源室的小。两室可通过一颈状收缩(或收缩)区耦合，该收缩区被加偏压以排斥离子并防止形成薄膜。该收缩区有助于防止自高压沉积室到源室的回流。可引入一诸如氩的气体来提供增加的压力。另一可能性是，可提供一对低压源室，这样，两个源室可以配合来馈送该高压沉积室。

任何的等离子体都会含有不同比例的离子与非电离气体原子或分子。电离化的范围从0.1％至100％。一般来说，较高的电离导致更佳的保形涂层。从源室到沉积室的压力增加可导致电离损失。一种解决方法是提供一电离激励系统以在工件内或工件附近增加电离。作为这种系统的一可能的实施例，可使用一微波源以在工件周围提供高的电离。或者，可使用诸如电子回旋加速器谐振源(ECR)、分布式ECR之类的等离子体源和射频(RF)源来增加电离。

达到一目标级的电离的较佳方法(其中，需要增加电离)是使用工件的通道作为一空心阴极以在内部通道本身内产生一等离子体。任何时候，在工件外面产生等离子体的时候，由于离子和原子从入口朝向出口流动，电离会有若干的下降。从而有可能造成沿内部通道长度上的涂覆膜的不均匀性，当通道长度增加时以及当通道直径减小时，出口处的涂层厚度趋近零。通过在通道的整个长度上产生等离子体(通过空心阴极方法)，就可实现一均匀的涂层，即使在非常长通道的情况下也如是。

本发明的优点在于，所述涂覆装置允许制造商提供一具有金属外部的优点的最终产物，诸如耐腐蚀性和高真空完整性，同时允许使用诸如塑料那样的较便宜的母材，金属涂层则可作用为母材的一种功能性、保护性屏障。本发明另外的优点在于，可实现提高的涂层均匀性。

附图说明

图1所示为一根据本发明的一实施例的涂覆装置的功能图。

图2所示为一固定在沉积室的简化视图内的工件的侧视图，其中，等离子体流通过工件的不同的内表面。

图3所示为图2的工件在一等离子体内的视图。

图4所示为一根据本发明的收缩区的侧视图。

图5所示为本发明的一具有两个可将等离子体同时供应到一单一沉积室的源室的实施例的侧视图。

图6所示为一根据本发明的使用二极管溅射的第三实施例的侧视图。

具体实施方式

参照图1，所示的一涂覆装置10的一实施例，其包括一等离子体生成系统、一工件支承系统、一等离子体流系统、一电离激励系统，以及一双室式系统。此外，其包括一工件偏压系统，正如将会参照图2所述的那样。然而，根据本发明的一涂覆装置的其它实施例可以只具有一个子集的不同系统。例如，图6的实施例就不包括该双室式系统，因为其利用有利的二极管溅射方式。不同实施例的一共同特征在于，电离等离子体流过一待涂覆的工件的至少一个内部通道。

涂覆装置10包括一等离子体源12。尽管可使用其它的技术(例如，CVD)，但由于上述的理由，PVD是较佳的技术。阴极电弧技术提供了一高电离的源等离子体(其可接近100％电离)，同时引入少量较低电离的本底气体(活性或惰性)。或者，如同在许多不同的已知溅射方法中那样，本底气体可以电离并可包括中性的源原子。对不同操作参数的设定的选择将根据所选技术而变化，但共同的特征还是“流过”的特征。

等离子体源12与相对低压的源室14相关连。该室内的压力可使用一高压真空泵16和一涡轮泵18来维持。作为例子，该室14内的压力可以在1毫托至10毫托的范围之内，其中，该等离子体源是较佳的PVD源。与其相比，一CVD源会要求一高得多的压力，诸如50毫托。

除了低压源室14，还有一高压沉积室20。两个室之间的压差通过一第二真空泵26和一鼓风机30的组合来保持，而压力控制阀22和24则允许调节压力。沉积室20的可接受的压力范围从50毫托至1托。在要求的压力靠近该范围的极限1托的情况下，图6的单室、二极管溅射的实施例特别地适用。

装在沉积室20内的是工件支承系统，其包括一支承构件34。在此实施例中，支承系统还包括一具有四个垂直突出部38的紧固构件36，其将工件固定于支承构件34上。或者，紧固构件36及其垂直的突出部可以视为图1中的工件。不管考虑是工件支承系统的一部分还是工件本身，该构件总包括通道以允许流体在沉积室20和泵26之间的流动。

现参照图1、2和3，本发明的重要之处在于，一工件40被支承，以便可引导气体流通过该工件。因此，如图2和3中箭头所示，工件的至少一个内部通道定位成使一开口与该通向真空泵26的气体流对齐，而其它开口则暴露于等离子体环境(图1和3中的42)。如图所示，外表面将与内表面会同时被涂覆。由于真空泵26保持的低压和沉积室20内的通过一自气体源62的本底气体来保持的较高压力，结果形成了一压力梯度。该压力梯度引导等离子体流通过工件的内部通道以使内表面可被涂覆。可使用压力控制阀22和24以及使用真空泵16、18和26的有效调节和/或调节该本底气体的流速可平衡和调节该梯度。

图2和图3示出了三个压力区域(P1、P2和P3)，其中P3＞P2＞P1。P1是由泵16产生的非常低压的区域，该泵16可以是一产生大约10毫托的基础压力的机械泵(虽然可使用一高真空泵就有可能产生一更低的基础压力)。P1和P3之间的压差驱使气体流通过内部通道44朝向真空泵26(如箭头49所示)，而P2和P3之间的压差则驱使气体流通过内部通道46和48朝向真空泵26(如箭头50所示)。该压力梯度控制朝向工件40的开口和通过内部通道的气体流的速度。内部通道的直径也影响压力梯度，但这是一由工件的设计而选定的常数。为了补偿不同工件的尺寸差异，可调节节流阀24的位置以设定P1和/或气体流速，而调节节流阀22的位置则可设定P3。作为对图1-3工件支承系统的一种替代，图2和3的支承构件34可放置在工件的顶端上，这样，所有气体流将在压力P3下进入主开口内，并于泵压力P1下流出其它三个开口。

在图2中，包括一工件(零件)偏压系统52。该偏压系统施加一电压，其极性与等离子体内的离子极性相反。该偏压可以是连续的，但最好施加成一脉冲，其工作循环可以调节以使离子可在等离子体42内补充，尤其是在通道44、46和48中的等离子体内补充。偏压值的上限至少部分地根据等离子体内的电离水平。对于涂敷材料在表面以下进行涂覆的应用，应施加诸如-25kV至-100kV的高电压。在表面以下进行涂覆的情况的实例是钢的渗氮或氮化。相比之下，对于要沉积顶膜的应用和工件内部通道具有高长宽比的应用，应采用较低的电压。较低的电压值降低了工件40内失去等离子体的可能性，归因于等离子体护套的尺寸的增加是。等离子体的失去对涂层的均匀性带来不利影响。就高长宽比的应用来说，较低的电压将导致引入的离子的到达角会较小，提高了涂覆的性能。在小的内径的涂覆的应用中，可接受的电压可以在-50V至-2kV的范围内。因此，在通过施加相对较高的偏压来增加沉积速率和达到最佳质量和最均匀涂层两者之间需作出权衡。

自偏压系统52的电压图形的幅值和其工作循环对再溅射具有影响，尤其是在涂覆具有高长宽比的小直径管子时。一般来说，对于这样的应用应采用1％至75％之间的工作循环。在此一般范围内，最佳工作循环将根据偏压的大小和在对所述室的压力输送而变化。

在图2中，示出一阳极54和一阴极56。阴极电弧的操作和条件、溅射磁控管以及其它的等离子体生成器在本技术领域内是公知的，这里将不再说明。

在图1的双室式系统中，从等离子体源12到沉积室20有一磁性操纵区域55。该磁性操纵区域可以看作是等离子体流控制系统的一部分。固定的磁性构件57可以小心地定位，或可使用一电磁的装置。磁性操纵区域的诸多益处之一在于，等离子体源12处产生的颗粒从到达沉积室20的等离子体流中过滤出来。图4也显示了一磁性操纵区域，但有一不同的定向。相同的标号将用于图1和4中的等效部件。尽管磁性操纵区域将参照图1的双室式实施例进行描述，但可相比的区域可用于图6的单室式实施例或图5的双等离子体源的实施例。

限定总的压力梯度其中一个因素在于一“颈状收缩”(或收缩)端口58的几何形状。较佳地，该端口使用一路径偏压系统60实现偏压，该系统提供一电压，电压的极性与参照图2所述的工件偏压系统52的极性相反。端口的偏压可用来排斥离子和防止膜在不需要的部位处形成。从源室到沉积室的收缩减小了室与室之间的传导，其与注入室20内的气体流和两个室的泵送速度之间的可调节的泵速差相结合下可使沉积室20内有一较高的压力。

如上所述，一气体源62可连接到沉积室，以提供一可调节的本底气体流量。在图1中，所示的一第二气体源64连接到源室14，但其目的不是平衡两个室之间的压力。引入的气体可以是一诸如氩的惰性气体，或是一用于反应性溅射中的反应气体。然而，必须注意不要将源气体稀释到使沉积速率下降到一不理想水平的程度。

与两个室14和20的压力增加有关的问题是，等离子体将开始失去电离。即，当压力增加时，电离减小。对于等离子体沉浸离子注入沉积法(PIIID)，需要一高的电离。因此，在图1的涂覆装置10内可包括一离子激励系统66。在一实施例中，离子激励系统是围绕构件或在构件内增加电离的微波源。或者，可使用其它的等离子体源，诸如RF激励，或ECR或DECR源。在构件内发生增加的电离的情形中，该实施例可考虑为一“空心阴极”。由于较短的平均自由程，沉积室20内的较高的压力状态将造成气体流更加缺乏方向性。其结果，碰撞将增加。在希望涂覆一复杂形状工件的内表面的情形中，使用上述的压力梯度，可提供导向气体流通过工件内部通道的能力。其本身造成一根据工件大小的压差。

当考虑通过工件40所需要的流量和压力时，如果内部近似为带有层流的长圆管的内部，则可采用Poisuille方程：

$\frac{Q}{P_1-P_2}=\frac{\mathrm{\π}{d}^{4}P}{\mathrm{\ηl}}$

其中，Q是通过量或压力乘以体积流量，d是通道直径，P是平均压力((P₁+P₂)/2)，I是通道长度，η是粘度，P₁是工件开口处通向沉积室的压力，P₂是通向泵的工件开口处的压力。当压力梯度通过打开通向泵26的节流阀(降低P₂)而增加时，Q将增加，而工件内部通道内的压力将下降。如果压力梯度进一步增加，则Q将继续增加直到它达到一最大值，此时，气体以声速流动。当Q达到其最大值时，该方程不再适用，该条件称之为“阻塞”或“临界”流。在该方程中，d提高到四次幂并将对Q和压力梯度具有非常显著的影响。这就是对沉积室提供一可调整的替代的泵送路径的原因，可有效地提供一替代的较大的d值。

在工件内，如果要达到均匀的涂层，希望能保持层流，避免分子流。为了避免典型的低压阴极电弧或溅射的方向性，应使用较高的压力沉积(50毫托至1托)。对于层流，可采用努森值(Knudson number)Kn＜0.01，雷诺数(Reynolds number)Rn＜1200，其中，Kn＝λ/d，其中，λ＝离子或原子的平均自由程，Rn＝4m/(kTπη)×(Q/d)，其中，Q是“通过量”Pa-L/s，k＝波耳兹曼(boltzmans)常数，而η是粘度。努森数显示从分子流态(Kn＜1)到粘滞或湍流状态的过渡。对于1cm直径的管子，在λ＜1cm时，流动将移出分子流进入过渡区域流。对于N₂，这对应于0.8Pa(6毫托)的压力，而在λ＝0.01cm时，流动将是全粘滞的(如果Rn＜1200)，对于N₂，这对应于65Pa(488毫托)的压力。

尽管所示的工件支承系统静止地处于沉积室20内，但可以提供水平或垂直或既可水平也可垂直地移动的工件支承构件34，由此，促进涂层的均匀性。作为另一可能性，支承构件围绕一垂直轴线转动，这可有利于涂覆某些具有复杂几何形的工件。

一第二实施例示于图5中。在此实施例中，有两个源室96和98，它们供应一单一的沉积室100。两个源室是相同的。各个源室包括一阳极102、一阴极104、一泵送结构106以及一“颈状收缩”区域108。

从两个源室96和98到沉积室100的通道受到节流阀110和112控制。尽管未予示出，但颈状收缩区域108较佳地被偏压以防止涂覆材料的积聚。压力控制系统的另一元件是沉积室的节流控制的泵送结构114。

在图5中，沉积室100连接到一离子激励系统116和一气体源118。如上所述，离子激励系统可以是一微波源或等离子体源，诸如利用ECR、分布的ECR或RF技术的离子激励系统。气体源118可提供一诸如氩的惰性气体，或可以是一反应气体。

在沉积室100内是一工件120，它由工件支承系统122固定就位。工件支承系统能转动工件(如弧线124所示)，并能使工件作上下运动(如线126所示)。较佳地，工件也可沿水平方向移动。

在操作中，节流阀110和112调节等离子体从两个源室96和98进入单一沉积室100内的流动。气体源118可起通向室的第三气体入口的作用。从所述室排出的气体由节流控制的泵送结构114确定。工件120是这样进行固定的：通过内部通道或工件的通道建立一压力梯度。工件支承系统122能垂直地和水平地移动工件，并能转动工件。可供选择地是，该实施例还包括一磁性操纵系统，其中，涂覆过程由连续变化的磁场进行光栅扫描，该磁场位于工件内和围绕工件的等离子体内。改变磁场将涂覆过程集中在局部区域可用于不包括涂覆工件内部通道的实施例中。例如，可操纵包围半导体基底的等离子体内的磁场，以便确保沿半导体基底表面在沟槽处合适的台阶形覆盖。当与线性地和/或转动地重新定位沉积室内的工件能力组合时，磁场操纵特别地有效。

本发明的一第三实施例示于图6中。该实施例使用一能在诸如二极管溅射那样的较高压力下操作的PVD方法。其结果，仅需要一个单一的室，由此，与上述实施例相比，提供了一种简化。如前那样，一惰性或反应性的本底气体可通过一气体集管入口130引入。本底气体的引入旨在使沉积室132达到连续流所要求的压力，并有效地使用流通技术。工件支承构件34和节流阀22和24在功能上与图1实施例的相同，因此，使用了相同的标号。工件支承构件由绝缘材料形成并构造成确保气体流动可通过构件。节流阀22和24的调节以及本底气体流量的调节确定了通过工件的压力梯度。

一负偏压134施加到阴极136，而阳极138放置在接地电势处。负偏压可以是一固定电势或可以是一脉冲信号。由于在二极管溅射中使用较高的压力，所以通常需要较高的偏压电压，诸如大于3kV的电压。这是因为加速通过等离子体护套的离子的平均自由程可能变得小于护套的厚度，这导致碰撞和能量损失。增加的电压补偿该能量损失。然而，阴极的水冷却是必要的。阴极可由一基本单元金属组成，诸如钛或铬，或可以是金属合金组成。

正如溅射技术领域内的技术人员所公知的，对于溅射来说，跨越阳极138和阴极136的电压将使本底气体电离，而离子将加速进入阴极内。其结果，金属原子将通过动量传递而迁移到气体流。压力梯度将抽取气体流通过工件。

气体流包含诸如铬那样的涂覆材料。由于金属离子的反应性特性，涂覆材料趋于粘结到最靠近阴极的工件的部分上，而较少涂层沉积在最靠近泵的工件部分上。图6的实施例使用分离的脉冲电源140对工件施加负偏压，从而克服了该朝向不均匀沉积的趋势。如果本底气体是Ar⁺，则除了改进膜特性之外，该Ar⁺将加速横过等离子体护套并将造成涂覆材料重新溅射回到气体流。由于压力梯度，气体流的速度朝向工件的泵端。该速度将携带涂层材料的原子朝向泵端。该过程沿管子长度重复，如果Ar⁺在工件内部通道的整个长度上保持电离，则会导致均匀地沉积。沉积/再溅射之比可通过调整工作循环和由电源140施加到零件上的负偏压大小来进行控制。工作循环和大小的调整也可改变沉积速率。

本发明的另一方面是使用空心阴极来保持工件内的电离。该技术需要一电子的平均自由程小于工件内部通道的直径。在此状态下，一旦由电源140施加负偏压，则电子将在通道壁之间振荡。该振荡将导致多次离子碰撞并在内部通道内形成等离子体。当涂覆一带有变化内径的多个内部通道的工件时，过程压力可调节成使电子平均自由程刚好略小于最小直径的通道，这样，所有通道将具有内部产生的等离子体，而所有大的通道将会保持等离子体。如果根据对于内部空心阴极等离子体的要求，设定λ/d＝1，其中，λ是电子的平均自由程，而d是最小的内管直径，则随着直径变小，压力将增加(以减小λ)。因此，在被涂覆的工件或成组的工件的该最小内部间距内，操作压力将被调谐到产生等离子体。该调谐可通过调整节流阀22和24和/或调整通过入口130的气体流量来实现。

在使用内部空心阴极和使用流过的技术所需要的操作压力下，阴极和被涂覆的工件142(和阳极138)之间的间距很大。被溅射原子的降低的平均自由程将增加原子的反溅射到阴极，并增加到沉积室132的壁的损失。这要求更靠近阴极的间距，这样，流过的压力梯度将在原子损失之前曳拉溅射原子进入到工件内。在实践中，一方面要求靠近的间距，另一方面由于距离的靠近将发生电弧或不均匀溅射的问题，在这两个方面之间需要作出平衡。图4的实施例包括一垂直可调整的平台144，如箭头145所示，该平台144能调整间距。

权利要求书

(按照条约第19条的修改)

1.一种具有至少一内部通道的工件的表面涂覆装置，其包括：

一产生一包括一涂覆材料的等离子体的等离子体源；

一配置成使所述工件固定于一相对于所述等离子体源成一定距间隔关系的特定方位的支承件；

一在所述工件固定于所述支承件时可将一受控的所述等离子体的流自所述等离子体源导入每一所述内部通道以及可将所述等离子体自所述工件排出的等离子体流系统；以及

一配置成在所述工件内增进所述等离子体的电离化的电离激励系统，所述电离激励系统包括一在所述工件固定于所述支承件时施加于所述工件的偏压装置，所述电离激励系统配置成在所述工件内施加空心阴极技术。

2.如权利要求1所述的涂覆装置，其特征在于，所述支承件将所述工件定位于一沉积室内，而且其中所述等离子体流系统限定一压力状态，在所述状态下的所述工件的至少一内部通道开口暴露于所述沉积室以及所述工件的至少另一内部通道开口暴露于所述等离子体流系统的一泵送系统，以致于可引导所述流通过每一所述内部通道，而所述流的引入和引出是通过所述内部通道开口。

3.如权利要求2所述的涂覆装置，其特征在于，通过变更一在所述支承件内的从所述沉积室到所述泵送系统的可调节开口，可控制通过每一所述内部通道的流速。

4.删除。

5.如权利要求1所述的涂覆装置，其特征在于进一步包括一低压源室和一高压沉积室，所述等离子体源位于所述低压源室内，所述支承定位成使所述工件位于所述高压沉积室内，所述低压沉积室与一真空源连接以维持一比所述高压沉积室内的压力要低的压力。

6.如权利要求5所述的涂覆装置，其特征在于，所述低压源室和所述高压沉积室组合成一阴极电弧系统。

7.如权利要求6所述的涂覆装置，其特征在于，所述阴极电弧系统提供物理汽相沉积，所述等离子体流系统包括一磁性操纵区域，所述磁性操纵区域内产生一磁场以将电离的等离子体自所述等离子体源导引至所述工件。

8.如权利要求7所述的涂覆装置，其特征在于，所述等离子体流系统进一步包括一真空控制装置，它具有所述低压源室的一第一抽空端和所述高压源室的一第二抽空端，所述第二抽空端通过所述工件，以使

(a)所述磁性操纵区域限定一第一流态；以及

(b)所述第二抽空端限定一第二流态。

9.如权利要求5所述的涂覆装置，其特征在于，一自所述高压源室到所述低压沉积区域的连接区域具有一递减的横截面尺寸。

10.如权利要求9所述的涂覆装置，其特征在于，所述连接区域被偏压以排斥所述等离子体的离子。

11.如权利要求1所述的涂覆装置，其特征在于进一步包括一用来增进在所述支承件的一区域内的所述等离子体的电离作用的装置。

12.如权利要求11所述的涂覆装置，其特征在于，所述装置是一微波源。

13.如权利要求11所述的涂覆装置，其特征在于，所述装置是一射频(RF)源、或一电子回旋加速器谐振源或一分布式电子回旋加速器谐振源。

14.如权利要求1所述的涂覆装置，其特征在于进一步包括一至所述工件的偏压连接，以吸引离子到所述工件的每一所述内部通道的表面。

15.如权利要求14所述的涂覆装置，其特征在于进一步包括一偏压源以调节至所述工件的所述偏压连接的偏压幅值和工作循环。

16.如权利要求1所述的涂覆装置，其特征在于，所述支承件配置成抓住具有多条所述内部通道的所述工件，其中所述内部通道具有不同的横截面尺寸，所述等离子体流系统与所述支承件合作以使所述等离子体进入每一所述内部通道，以形成一通过所述内部通道的连续流。

17.如权利要求16所述的涂覆装置，其特征在于，所述等离子体流系统可相对于限定的通过所述工件的所述内部通道的流速作调节。

18.如权利要求1所述的涂覆装置，其特征在于，所述内部通道内的通过使用所述等离子体流系统获得的压力导致一等于或小于所述至少一内部通道的最小内径的电子平均自由程，以致于通过一偏压源对所述工件施加的一负偏压可产生一用于产生和维持一本底气体的电离的空心阴极状态。

19.如权利要求18所述的涂覆装置，其特征在于，所述偏压源具有一可调整的工作循环和幅值，以便可在沉积期间改变涂层质量，选择所述负偏压以使初始沉积在所述至少一内部通道的每一上游端处的所述涂覆材料再溅射以在所述上游端的下游重新沉积，其中再溅射的涂覆材料以所述流的速率被带到下游。

20.一种工件的内部通道涂覆装置，其包括：

一电离等离子体的等离子体源；

一沉积室，所述电离等离子体在所述沉积室内被施加到所述工件上；以及

一电离激励系统，所述电离激励系统在所述电离等离子体自所述等离子体源移到所述沉积室后可有效地增进靠近所述工件处的所述电离等离子体的电离，所述电离激励系统使用空心阴极技术。

21.删除。

22.如权利要求20所述的涂覆装置，其特征在于，所述等离子体源保持在一比所述沉积室要低的压力。

23.如权利要求20所述的涂覆装置，其特征在于进一步包括一向所述工件施加电压的偏压系统，所述电压的极性与所述电离等离子体中的离子的相反。

24.如权利要求23所述的涂覆装置，其特征在于，控制所述偏压系统以根据一选定来限定涂覆状态的工作循环来施加所述电压。

25.如权利要求20所述的涂覆装置，其特征在于进一步包括一与所述沉积室成一供给关系的第二等离子体源。

26.一种涂覆装置，其包括：

一使用阴极电弧技术来供应一电离等离子体的等离子体生成系统；

一相对于等离子体流位于所述等离子体生成系统的下游的沉积室；以及

一位于所述沉积室内的工件支承系统以定位一工件，以使所述等离子体流必定和连续地流过所有的在所述工件内的多条内部通道，

一配置成在所述工件内增进所述等离子体的电离化的电离激励系统，所述电离激励系统包括一偏压装置且配置成在所述工件内施加空心阴极技术；

其中，所述内部通道通过物理汽相沉积进行涂覆。

27.删除。

28.如权利要求27所述的涂覆装置，其特征在于进一步包括一可调整的流量控制系统，它配置成设定通过所述工件的所述内部通道的等离子体的流速。

29.删除。

Claims (29)

1.一种用来涂覆具有至少一个内部通道的工件的表面的装置，该装置包括：

一产生等离子体的等离子体源，它包括涂覆材料；

一支承，构造成将所述工件固定在一特定定向并相对于所述等离子体源保持间隔开关系；以及

一等离子体流系统，它能引导控制的所述等离子体流进入各所述内部通道，并在所述工件固定到所述支承上时，从所述工件中抽出所述等离子体。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述支承将所述工件定位在一沉积室内，其中，所述等离子体流系统形成一压力状态，其中，所述工件的至少一个内部通道开口暴露于所述沉积室，且所述工件的至少另一个内部通道暴露于所述等离子体流系统的一泵送系统，以使流动从所述沉积室被引导通过各个所述内部通道。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，通过从所述沉积室到所述泵送系统改变所述支承内的一可调整的开口，可控制通过各所述内部通道的流量。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括一使用空心阴极技术在各所述内部通道内产生等离子体的装置。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括一低压源室和一高压沉积室，所述等离子体源位于所述低压源室内，所述支承定位成使所述工件位于所述高压沉积室内，所述低压沉积室连接到一真空源，它保持一比所述高压沉积室内要低的压力。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述低压源室和所述高压沉积室组合而形成一阴极电弧系统。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述阴极电弧系统提供物理汽相沉积(PVD)，所述等离子体流系统包括一磁性操纵区域，其中，建立一磁场来引导电离的等离子体从所述等离子体源到所述工件。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述等离子体流系统还包括一真空控制结构，它具有所述低压源室的一第一真空和所述高压源室的一第二真空，所述第二真空通过所述工件，以使

(a)所述磁性操纵区域形成一第一流动状态；以及

(b)所述第二真空形成一第二流动状态。

9.如权利要求5所述的装置，其特征在于，从所述高压源室到所述低压沉积区域的接口或连接区域具有一减小的横截面尺寸。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述连接区域被偏压而排斥所述等离子体的离子。

11.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括一用来在所述支承的一区域内增加所述等离子体的电离作用的装置。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述装置是一微波源。

13.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述装置是以下装置之一：射频(RF)源、电子回旋共振(ECR)源或分布的ECR源。

14.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括一与所述工件的偏置或偏压连接，以吸引离子到所述工件的各所述内部通道的表面。

15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，还包括一偏压源，它用来调整一偏压数量和与所述工件的所述偏压连接的工作循环。

16.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述支承构造成抓住具有多个所述内部通道的所述工件，其中，所述内部通道具有不同的横截面尺寸，所述等离子体流系统与所述支承联合，以使所述等离子体进入到各个所述内部通道，以形成一通过其间的连续流。

17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述等离子体流系统对于形成通过所述工件的所述内部通道的流量可进行调整。

18.如权利要求1所述的装置，其特征在于，通过使用所述等离子体流系统获得的所述内部通道内的压力导致产生一电子的平均自由程，它等于或小于所述至少一个内部通道的最小内部直径，这样，通过一偏压源对所述工件施加一负偏压，可产生一中空的阴极状态，以便产生和保持本底气体的电离。

19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述偏压源具有一可调整的工作循环和数量，以在沉积过程中能改变涂层质量，选择所述负偏压以使初始沉积在所述至少一个内部通道的各上游端处的所述涂覆材料在所述上游端的下游重新进行溅射，其中，重新溅射的涂覆材料以流动速度携带到下游。

20.一用来涂覆工件的内部通道的装置包括：

一电离等离子体的等离子体源；

一沉积室，其中，所述电离等离子体被施加到所述工件上；以及

一电离激励系统，在所述电离的等离子体从所述等离子体源移动到所述沉积室之后，该激励系统能在靠近所述工件处增加所述等离子体的电离。

21.如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述离子激励系统使用微波和ECR技术中的一种。

22.如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述离子激励系统使用空心阴极技术，所述等离子体源保持在比所述沉积室低的压力下。

23.如权利要求20所述的装置，其特征在于，还包括一个对所述工件施加电压的偏压系统，所述电压具有与所述电离的等离子体中的离子相反的极性。

24.如权利要求23所述的装置，其特征在于，控制所述偏压系统，根据所选的工作循环施加所述电压，以形成涂覆状态。

25.如权利要求20所述的装置，其特征在于，还包括一第二等离子体源，它与所述沉积室保持一供应的关系。

26.一涂覆装置，它包括：

一等离子体生成系统，它使用阴极电弧技术来供应一电离等离子体；

一沉积室，相对于等离子体流位于所述等离子体生成系统的下游；以及

一工件支承系统位于所述沉积室内，以定位一工件，以使所述等离子体流必要和连续地流过所述工件内的所有多个内部通道，

其中，所述内部通道通过物理汽相沉积(PVD)进行涂覆。

27.如权利要求26所述的涂覆装置，其特征在于，它还包括一电离激励系统，它构造成在所述工件的所述内部通道内增加电离。

28.如权利要求27所述的涂覆装置，其特征在于，还包括一可调整的流量控制系统，它构造成设定通过所述工件的所述内部通道的等离子体流量。

29.如权利要求28所述的涂覆装置，其特征在于，还包括一偏压系统，它构造成对所述工件施加一偏压图。

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