真空中底基塗層的裝置的製作方法

2023-06-08 16:49:16 1

專利名稱：真空中底基塗層的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種在真空中底基塗層的裝置，它由一個交流電源組成，該交流電源與兩個設在一真空塗層室中的陰極相連接，後者與極靶相互電作用，極靶被霧化，其霧化的粒子沉澱在底基上，其中在塗層室中引入一種生產氣體，並在交流電源與陰極對之間設置了一個網絡，它起濾波作用並由變壓器、線圈及電容構成。
業已公知了一種製造薄層的霧化裝置(DD 252 205)，它由一個磁系統及至少兩個布置其上的、由待霧化材料作成的電極，這些電極在電方面構成了一個氣體放電部分的交替的陰極及陽極。為此目的，這些電極被連接在最好為50Hz的一個正弦波交流電壓上。
該公知的霧化裝置應特別適用於通過反應霧化的介電層的沉澱。通過該裝置用約50Hz工作應可避免在陽極上形成閃電及在金屬塗層的情況下的電短路(俗稱電弧放電)。
在另一種已公知的用於霧化沉積一薄膜的裝置中，沉積不同材料層的速度是可調節的(DE 39 12 572)。為了達到極薄的層群，至少設置了兩個不同類型的且設在陰極側的反電極。
另外公知了用一種電絕緣材料，例如二氧化矽(SiO2)使一底基反應塗層的方法及裝置(DOS 41 06 770)，它由一個交流電源組成，該電源與一個設在塗層室中包括磁鐵的陰極相連接，這些陰極與極靶相互作用，其中交流電源的兩個非接地輸出端各與一個攜帶一極靶的陰極相連接，其中在塗層室中的兩個陰極並列地設置在一個等離子空間中，並對於相對放置的底基總具有大約相等的空間距離。這裡放電電壓的有效值由對通過一個導體連接在陰極上的電壓有效值的檢測來測量，並作為直流電壓通過導線傳送給一個調節器，後者通過一個調節閥這樣來調節從容器到分配導管的反應氣體流，即所測量的電壓將與一給定電壓值相一致。
最後公知了一種使底基反應塗層的裝置(DOS 41 36 655.7)，其中具有一個與真空室電隔離的由兩個彼此電分離的且構成磁控管陰極的部分組成的陰極，在該裝置中具有磁軛和磁鐵的靶基體作為一部分(中間經由一個電容器)連接在一個直流電壓源的負極上，而靶作為另一部分通過一個導線及中間連接了一個扼流圈及與其並聯的電阻連接到電源上，並且其中靶經由另一電容與電源正極及陽極相連接，陽極本身(中間經由一電阻)接地，其中與無感電容相串聯的電感連接到至電阻及主扼流圈的分支導線上，及電阻的值典型在2kΩ及10kΩ之間。這種較早的裝置是這樣構成的，以致它抑制了在塗層處理期間出現的絕大多數的電弧並使電弧能量降低，及改善了電弧以後的等離子重觸發。
濺射方法的可利用性由於處理穩定性而停滯不前並正在下降。這就是說，該裝置必須長時間(300小時)穩定地及無電弧地保證電數據(陰極電流，功率)及層的光學數據(折射指標，層厚，層厚分布)。
陰極的長度愈大，所需的功率愈大且愈難滿足穩定性的要求。它的物理背景是，電壓由壓力、氣體種類及靶表面的性能來決定。而電流正比於長度地上升。靶表面性能的小變化引起小的電壓變化，但是與由於大的陰極長度產生的大電流相乘得到了過大的功率變化，這可能會引起靶的局部熔化。
特別成問題的是，在大功率時保持沉澱層的氧化度。這個任務是這樣產生出來的，即對於建築玻璃等大面積塗層沉澱了氧化物，其中被一種具有氧-氬混合物的金屬靶濺射，以便保持一確定的氧化物變更，該氧化物變更是需要的，以便調整層系的顏色或抗腐蝕穩定性。
如果在恆定功率下提高氧份額，則「在氧化物方式中使陰極傾覆」。如果提高氧份額僅很小地超過「傾覆點」，則可通過在金屬方式中提高功率使陰極恢復。
陰極的兩個基本特性是已知的類型1陰極電阻隨反應氣體份額增加而減少。
類型2陰極電阻隨反應氣體份額增加而增大。
存在哪種類型依賴於材料及反應氣體種類。
大多數應用中使用氧份額與功率的一個比例作為「工作點」，它位於「傾覆點」的附近。其依據在於，在該區域中達到了最高的氧化物塗層額。對於裝置的控制該工作點是非常不利的，因為很小的功率波動，可能導致氧或陰極周圍環境方式的突變並由此生產出廢品。
基於上述關係，即隨著陰極的加大功率波動急劇地上升，陰極穩定工作的餘度愈來愈小，以致在無附加措施時，對於不容易滿足的材料如Si/SiO2在技術上將根本不能再工作。
本發明的目的在於，在最高功率時藉助自穩定性也能保證可靠的工作。
該任務將根據本發明這樣地解決，即在塗層室中引入一種工作氣體及在交流電源及陰極對之間設置一個網絡，它起到濾波作用並由一個變壓器及其餘的線圈和電容構成，交流電源的頻率偏離濾波器的每個固有頻率及陰極功率p(r)作為陰極電阻的函數根據下式變化並構成對於交流電流的氣體放電，p(r)=rb0+b2r2]]>該陰極功率具有一個最大值，其中在最大值時這樣地選擇電阻，即工作點時的陰極電阻偏離最大值的電阻，以及網絡阻抗阻止從一個過程狀態向另一過程狀態的改變。
另外的特徵及細節詳細地描述在從屬權利要求中並作為它們的特徵。
本發明允許不同的實施可能性，其中的一個詳細地描繪在附圖中，且附圖為

圖1用於陰極對的供電電源的電路圖；及圖2功率相對電阻變化的曲線圖。
形式上線圈12及13可以合併成一個線圈。為了保持整個裝置儘可能對稱的結構，布置成兩個相同大小的線圈12及13。
從中頻發電機2將能量取出到它的振蕩迴路上。因為該振蕩迴路在結構形式上與供電網絡形成電的連接，故在該網絡1中必須接入一個變壓器3。在網絡1的什麼地點上接入變壓器3，對於進一步的考慮是不重要的。
在該實施例中電容器4及線圈5布置在變壓器的振蕩迴路側及其餘的元件布置在陰極6、7一側。當變壓器3直接地接在振蕩迴路2上，而所有的電容及線圈接在陰極側上，這樣的電路經試驗證明也是行之有效的。
電容器8選擇得這樣大，即它對電路的頻率特性具有很小的影響。它的作用是保護變壓器3避免其通以直流電流，該直流電流是由於兩個陰極6、7的特性曲線差別流過的並由此可能損害變壓器3的功能。
在變壓器直接地接在振蕩迴路上的情況下，電容器4的作用將由電容器8來承擔。
電容器9及10的作用是消除無線電幹擾，同時它們對地洩流甚高頻的電流。這些甚高頻的電流可能由於電路瞬態過程在等離子區中形成。
能夠實現自穩定性的固有特性是通過電容器4和11以及線圈5、12和13調整的。形式上線圈12及13可以合繞成一個線圈。再將其分配成兩個相同大小的線圈12及13，以便能得到整個裝置儘可能對稱的結構。
1.用於計算的參照值是濺射區段的等效電阻X1，在下文中用r來表示。它被構成瞬時功率時陰極6、7之間電壓的有效值與該時刻功率下的陰極電流有效值的商r＝Ukat/Ikat。
2.當該電阻下降，而在陰極6、7上功率p(r)根據式p(r)
上升時，在具有按照類型1的特性的陰極上將達到自穩定。為了對生產過程中的穩定性提供足夠的餘量，將選擇一電阻值，在該值時達到功率最大值並由此到達自穩定的終點，它選擇為Rmax＝0.5…0.75xr，r為所需額定功率時的值。對此見圖2中工作點Rkat。
3.在工作頻率時網絡1的固有阻抗從陰極側測量必須是感性的。
4.網絡1的固有阻抗Re在小頻率時比Rmax大，並在低於工作頻率的一個頻率上降到一個最小值(1.零點)。
5.在工作頻率時輸入電阻Re的值達到值1.414×Rmax，這就是說，輸入電阻Re的虛數分量及實數分量均等於Rmax。
6.隨著頻率的增加輸入電阻Re上升到一個最大值並重又下降到第2最小值(第2零值)。第2零值的頻率約為工作頻率的三倍。
各元件的實際值為工作頻率40KhzC1＝0.6μF，C2＝18μF，
C3＝108nF，C4＝8nF，C5＝8nF，L1＝16μH，L2＝L3＝23μH變壓器的變比為1∶2，在實施例(圖2)中在15KW額定功率時濺射區域r的等效電阻為2Ω，在最大功率時的電阻為1Ω。
權利要求
1.一種真空中底基(14)塗層用的裝置，它由一個交流電源(2)組成，該交流電源(2)與兩個設在一真空塗層室(15)中的陰極(6、7)相連接，後者與極靶相互電作用，極靶被霧化，其霧化的粒子沉澱在底基(14)上，其中在塗層室(15)中引入一種生產氣體，並在交流電源(2)與陰極對(6、7)之間設置了一個網絡(1)，它起濾波作用並由一個變壓器(3)及其餘線圈及電容器構成，交流電源(2)的頻率偏離濾波器的每個固有頻率，及構成交流氣體放電的、作為陰極電阻(r)函數的陰極功率(p)的曲線具有一個最大值，其中選擇最大值時的電阻，使得陰極電阻在工作點(A)時偏離最大值(M)時的電阻及網絡(1)的阻抗阻止從一種工作狀態改變到另一種工作狀態。
2.根據權利要求1所述的真空中底基塗層用的裝置，其特徵在於所說的網絡其陰極功率及陰極電阻的關係通過表達式
來描述。
3.根據權利要求1及2所述的真空中底基塗層用的裝置，其特徵在於所說的網絡這樣地選擇最大功率值(M)時的電阻，即在工作點(A)時的陰極電阻約為該電阻的兩倍。
4.根據權利要求1至3所述的真空中底基塗層用的裝置，其特徵在於所說的網絡(1)從陰極側測量的阻抗為感性的。
5.根據權利要求1至4所述的真空中底基塗層用的裝置，其特徵在於所說的網絡在所有工作狀態中陰極(6、7)的陰極電阻大於或小於最大功率值(M)時的電阻。
全文摘要
一種在真空中底基(14)塗層用的裝置由一個交流電源(2)組成，該交流電源與兩個設在一真空塗層室(15)中的陰極(6、7)相連接，後者與極靶相互電作用，極靶被霧化，其霧化的粒子沉澱在底基(14)上，其中在塗層室(15)中引入一種生產氣體，並在交流電源(2)與陰極對(6、7)之間設置了一個網絡(1)，它起濾波作用並由一個變壓器(3)及其餘線圈(5、12、13)及電容器(4、8、9、10、11)構成，由此保證一種穩定的塗層過程。
文檔編號C23C14/40GK1155748SQ96122829
公開日1997年7月30日 申請日期1996年9月28日 優先權日1995年10月6日
發明者J·施齊包斯基, G·蒂施納 申請人:鮑爾澤斯和利博爾德德國控股公司