[发明专利]气相沉积涂覆设备

说明书

本发明涉及气相沉积涂覆设备。特别涉及在其中离子流密度受到精细控制以改善涂覆的设备。这种控制增强了可在一单个设备中可获得的多样性并扩大了沉积条件的范围，使得具有很不相同特性的涂层可在同一设备中被沉积。而且本发明能够在大容积设备中沉积高质量的涂层，改进涂层生产率及成份通过量。该沉积设备以在其中被驱向样品的离子流受到精细控制的磁控管溅射源为基础。

磁控管溅射是能够生产用于广泛应用范围的高质量气相沉积涂层的很好的既定技术。

在过去的十年内已发生了许多对磁控管溅射的改进。通过不平衡性磁控管提供了第一次突破[B.WINDOWS，N.SAVVIDES，真空科学技术杂志(J.Vac.Sci.Technol.)A4(1986)453]，它改进了从磁控管环境逃逸的离子通量，使要被涂覆的样品受到较高离子轰击产生了以一定类型涂层结构中的良好效果。这一原理中的变量及不平衡度的控制模式先前已被披露在[W.MAASS，B.CORD.D.FERENBACH，T.MAR ENS，P.WIR2，专利DE3812379，1980年4月14日]。

在一大容积涂覆设备的场合，必须在远离磁控管的区域内提供高的离子化源。通过使用辅助激励源如射频和微波装置[M.NIHEL，J.ONUKI，Y.KOUBUCHI，K.MIYAZAKI，T.ITAGAKI，专利JP60421/87，1988年3月16日优先权]和相邻于磁控管源的磁配置装置[D.G.TEER，第一届国际溅射与等离子体处理会议报告-ISSPO91，日本东京，1991年2月；及A.FEUERSTEIN，D.HOFMANN，H.SCHUSSELER，专利DE 4038497，1990年12月3日优先权，及S.KAPLEC，J.MUSIL，专利CS4804/89，1989年8月14日优先权；及W.P.MUNZ，F.J.M.HAUZER，B.J.A.BUIL，D.SCHULZE，R.TIETEMA，专利DE 4017111，1990年5月28日优先权]进行这种附加电离。所有被描述的方法都有最大室尺寸上的限制，一般限为0.5到1米直径，这可用于成功涂层的沉积。

本发明克服了这种限制可产生直径达4米的新颖设备。

根据本发明的一个方面，提供了一种气相沉积设备，包括真空室(1)，置于或围绕在涂覆区(2)周边的至少一个涂覆装置或电离源(3)，其特征为该设备带有这样定位的以便跨涂覆区(2)产生磁力线的一个或更多个内磁装置(6)以及用于改变磁力线强度或位置的装置。

根据本发明的另一个方面，提供一多段沉积单元，包括多个涂覆段(station)(3，6)每一个段都确定一约束容积，该单元包括放置在或围绕在涂覆区的周边的多个涂覆装置或电离源(3)，及定位设置成产生穿过每一个涂覆区(2)磁力线(7)的一个或多个内部磁装置(6)(10)，以及用于改变磁力线的强度或位置的装置。

根据本发明的再一个方面，提供一个气相沉积涂覆方法，其特征在于用装置(3)、(6)可跨过涂覆区(2)调节磁力线(7)，装置(3)(6)能够使离子流密度被控制。

该设备可包括一些涂覆装置，涂覆装置之一最好是围绕要涂覆样品放置的磁控管阴极。在室的内部或朝向室的内部一个或多个装置产生磁场。这些装置可构成一个或多个磁极性，它们可以是与磁控管源的外部磁阵列相同或不同的磁极性。这些磁源提供一种装置使得可以在要控制的不同离子轰击条件下在涂覆设备不同区域内和/或在沉积过程的不同时间上沉积。

这些磁极的磁强度可以通过不同装置来控制，如通过改变电磁单元的电流或通过永久磁铁装置的机械移位或二者都用。

在同一设备中可使用同一或不同的磁控管极性。

磁控管的磁强度也可以随内部及外部磁极的相对位置的所能进行的变化而变化。

为了使等离子体约束最佳化，在仓室环境内可应用辅助磁极。磁封闭的加强可通过与中央磁极呈相反极性的磁装置来取得。而且通过产生磁场适当的电流能提供恰当的磁约束，特别是当这些电流与其他的磁装置组合在一起时更是如此。所有这些磁变化使这种设备在其应用中具有多用性。