[发明专利]减小由物理气相沉积生成的镀膜中的压力

说明书

本申请是已于2005年1月13日提交的以下发明专利申请的分案申请，申请号为：200510005711.9、优先权日为：2004年1月21日、发明名称为“减小由物理气相沉积生成的镀膜中的压力”。

技术领域

本发明涉及减小镀膜中的压力，该镀膜由电弧沉积设备沉积，特别是那些能够使一个基板具有一个较大的负偏压的设备。

背景技术

近些年，大量的等离子体沉积方法取代了溅镀系统成为在各种各样的基板上沉积薄的镀膜的理想装置。

公知的是通过物理气相沉积(PVD)处理在一个镀膜的沉积过程中的一个基板的偏压的使用。这个偏压在整个沉积阶段倾向于保持在一个稳定的级别，在大约-1,000V或大约-600V。例如，生产了各种PVD设备，其中一个的名称为‘PVD-350’，在其中一个基板被加以-1,000V的不变的偏压。这个偏压阻止正的静电势的增大，并使得可接受的厚度的膜被沉积。

由这种和其他已知的方法生成的镀膜的问题是它们能够具有非常高的硬度的同时，在所述镀膜内存在很高的压力。这限制了所述镀膜厚度以及所述镀膜产品的可能的应用。

因此，需要较低压力的镀膜，使得所述镀膜非常容易地粘着于所述基板，更加的柔韧(即，不易碎)，具有更大的厚度和/或具有改善的坚固性。

本发明的一个目的是提供一个方法和装置，用于镀膜的沉积，该镀膜具有迄今尽可能的被减小的压力。本发明的另一个目的是生成一个镀膜，其具有改善的压力级别。本发明的另一个目的是使得更厚的镀膜沉积到所述基板上，比起以前得到的镀膜具有更高的坚固性。

发明内容

本发明基于施加到所述基板上的大的负偏压的使用。相应地，本发明提供一个方法，用于镀膜一个基板，包括：

生成一个镀膜材料的等离子体；

沉积等离子体到所述基板上；以及

使所述基板有-1,500V的偏压或更低的偏压。

这个偏压的使用导致所述被镀膜的膜的减小的压力。在下面的例子中，我们使一个钛测试片具有-4,500V的偏压，并且观察到所述镀膜中的相当低的压力级别，比那些使用已知的固定偏压得到的膜中的压力级别要低。

本发明的另一个特征是应用一个偏压，其在所述沉积处理中变化，以及另一个方法用于镀膜一个基板，包括：

生成一个镀膜材料的等离子体；

沉积等离子体到所述基板上；以及

使用一个可变的偏压使所述基板具有偏压。

不需要施加一个稳定的高量级偏压来得到压力的减小，并且在本发明的这个实施例中，所述偏压的变化，连同所述偏压在峰值之间回到或接近于零，也能够实现所述被沉积的膜的压力的减小。

优选地，镀膜的沉积被实施的同时，改变在所述基板上的偏压并施加一个-1,500V的偏压或更低的偏压。

在本发明的一个方法的使用中，施加到所述基板上的所述偏压可达到-10,000V，优选地达到-5,000V。当可以施加一个更高量级的峰值偏压时，我们发现在这些限度内可以得到压力减小。进一步适宜的所述偏压是-2,000V或更低的偏压。特别优选地，对于过滤阴极真空电弧源(FCVA)，所述偏压在从-2,000V到-4,000V的范围内，对于其他电弧源，所述偏压在-2,000V到-3,000V的范围内。

本发明的方法使用了一个可变的或脉冲的偏压，从一个较大的负值到零或接近零的范围变化。达到峰值后，如大约-1,500V，所述偏压能够回到非常小的值，如-300V或稍高，优选地-200V或稍高。这可以依赖于使用的电源到达某个范围，并且在例子中，在脉冲下通常从它的峰值回到从大约-100V到零且有时瞬时为正的一个值，。在所述例子中的偏压的变化遵循一个近似方波的图样，虽然其他波形也适合，包括规则波形和不规则波形。

在沉积过程中，所述脉冲持续时间和频率通常遵循一个预定的图样。所述脉冲持续时间通常很短，可以是1-50μs。对于直接电弧源，所述脉冲持续时间优选地是1-20μs，更优选地是5-10μs。对于FCVA源，所述脉冲持续时间优选地是10-40μs，更优选地是15-25μs。所述频率通常很快，每秒几百或几千个脉冲。一个优选的方法包括在所述基板上给所述偏压加以最高达10kHz频率的脉冲，优选地1-3kHz，更优选地1.5-2.5kHz。

在本发明的实施例中，所述电源来自于Nanofilm TechnologiesInternational(NTI)，被称作“高电压脉冲发生器”(HVPG)。然而，本领域技术人员可以理解可以使用如在这里描述的，能够加偏压到一个基板的任何电源。