專利名稱：真空中底基涂層的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在真空中底基涂層的裝置，它由一個(gè)交流電源組成，該交流電源與兩個(gè)設(shè)在一真空涂層室中的陰極相連接，后者與極靶相互電作用，極靶被霧化，其霧化的粒子沉淀在底基上，其中在涂層室中引入一種生產(chǎn)氣體，并在交流電源與陰極對之間設(shè)置了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，它起濾波作用并由變壓器、線圈及電容構(gòu)成。
業(yè)已公知了一種制造薄層的霧化裝置(DD 252 205)，它由一個(gè)磁系統(tǒng)及至少兩個(gè)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(gòu)成了一個(gè)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(gè)正弦波交流電壓上。
該公知的霧化裝置應(yīng)特別適用于通過反應(yīng)霧化的介電層的沉淀。通過該裝置用約50Hz工作應(yīng)可避免在陽極上形成閃電及在金屬涂層的情況下的電短路(俗稱電弧放電)。
在另一種已公知的用于霧化沉積一薄膜的裝置中，沉積不同材料層的速度是可調(diào)節(jié)的(DE 39 12 572)。為了達(dá)到極薄的層群，至少設(shè)置了兩個(gè)不同類型的且設(shè)在陰極側(cè)的反電極。
另外公知了用一種電絕緣材料，例如二氧化硅(SiO2)使一底基反應(yīng)涂層的方法及裝置(DOS 41 06 770)，它由一個(gè)交流電源組成，該電源與一個(gè)設(shè)在涂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(gè)非接地輸出端各與一個(gè)攜帶一極靶的陰極相連接，其中在涂層室中的兩個(gè)陰極并列地設(shè)置在一個(gè)等離子空間中，并對于相對放置的底基總具有大約相等的空間距離。這里放電電壓的有效值由對通過一個(gè)導(dǎo)體連接在陰極上的電壓有效值的檢測來測量，并作為直流電壓通過導(dǎo)線傳送給一個(gè)調(diào)節(jié)器，后者通過一個(gè)調(diào)節(jié)閥這樣來調(diào)節(jié)從容器到分配導(dǎo)管的反應(yīng)氣體流，即所測量的電壓將與一給定電壓值相一致。
最后公知了一種使底基反應(yīng)涂層的裝置(DOS 41 36 655.7)，其中具有一個(gè)與真空室電隔離的由兩個(gè)彼此電分離的且構(gòu)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(jīng)由一個(gè)電容器)連接在一個(gè)直流電壓源的負(fù)極上，而靶作為另一部分通過一個(gè)導(dǎo)線及中間連接了一個(gè)扼流圈及與其并聯(lián)的電阻連接到電源上，并且其中靶經(jīng)由另一電容與電源正極及陽極相連接，陽極本身(中間經(jīng)由一電阻)接地，其中與無感電容相串聯(lián)的電感連接到至電阻及主扼流圈的分支導(dǎo)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(gòu)成的，以致它抑制了在涂層處理期間出現(xiàn)的絕大多數(shù)的電弧并使電弧能量降低，及改善了電弧以后的等離子重觸發(fā)。
濺射方法的可利用性由于處理穩(wěn)定性而停滯不前并正在下降。這就是說，該裝置必須長時(shí)間(300小時(shí))穩(wěn)定地及無電弧地保證電數(shù)據(jù)(陰極電流，功率)及層的光學(xué)數(shù)據(jù)(折射指標(biāo)，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(wěn)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。而電流正比于長度地上升。靶表面性能的小變化引起小的電壓變化，但是與由于大的陰極長度產(chǎn)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(shí)保持沉淀層的氧化度。這個(gè)任務(wù)是這樣產(chǎn)生出來的，即對于建筑玻璃等大面積涂層沉淀了氧化物，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(diào)整層系的顏色或抗腐蝕穩(wěn)定性。
如果在恒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(diǎn)”，則可通過在金屬方式中提高功率使陰極恢復(fù)。
陰極的兩個(gè)基本特性是已知的類型1陰極電阻隨反應(yīng)氣體份額增加而減少。
類型2陰極電阻隨反應(yīng)氣體份額增加而增大。
存在哪種類型依賴于材料及反應(yīng)氣體種類。
大多數(shù)應(yīng)用中使用氧份額與功率的一個(gè)比例作為“工作點(diǎn)”，它位于“傾覆點(diǎn)”的附近。其依據(jù)在于，在該區(qū)域中達(dá)到了最高的氧化物涂層額。對于裝置的控制該工作點(diǎn)是非常不利的，因?yàn)楹苄〉墓β什▌?dòng)，可能導(dǎo)致氧或陰極周圍環(huán)境方式的突變并由此生產(chǎn)出廢品。
基于上述關(guān)系，即隨著陰極的加大功率波動(dòng)急劇地上升，陰極穩(wěn)定工作的余度愈來愈小，以致在無附加措施時(shí)，對于不容易滿足的材料如Si/SiO2在技術(shù)上將根本不能再工作。
本發(fā)明的目的在于，在最高功率時(shí)借助自穩(wěn)定性也能保證可靠的工作。
該任務(wù)將根據(jù)本發(fā)明這樣地解決，即在涂層室中引入一種工作氣體及在交流電源及陰極對之間設(shè)置一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，它起到濾波作用并由一個(gè)變壓器及其余的線圈和電容構(gòu)成，交流電源的頻率偏離濾波器的每個(gè)固有頻率及陰極功率p(r)作為陰極電阻的函數(shù)根據(jù)下式變化并構(gòu)成對于交流電流的氣體放電，p(r)=rb0+b2r2]]>該陰極功率具有一個(gè)最大值，其中在最大值時(shí)這樣地選擇電阻，即工作點(diǎn)時(shí)的陰極電阻偏離最大值的電阻，以及網(wǎng)絡(luò)阻抗阻止從一個(gè)過程狀態(tài)向另一過程狀態(tài)的改變。
另外的特征及細(xì)節(jié)詳細(xì)地描述在從屬權(quán)利要求中并作為它們的特征。
本發(fā)明允許不同的實(shí)施可能性，其中的一個(gè)詳細(xì)地描繪在附圖中，且附圖為

圖1用于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可以合并成一個(gè)線圈。為了保持整個(gè)裝置盡可能對稱的結(jié)構(gòu)，布置成兩個(gè)相同大小的線圈12及13。
從中頻發(fā)電機(jī)2將能量取出到它的振蕩回路上。因?yàn)樵撜袷幓芈吩诮Y(jié)構(gòu)形式上與供電網(wǎng)絡(luò)形成電的連接，故在該網(wǎng)絡(luò)1中必須接入一個(gè)變壓器3。在網(wǎng)絡(luò)1的什么地點(diǎn)上接入變壓器3，對于進(jìn)一步的考慮是不重要的。
在該實(shí)施例中電容器4及線圈5布置在變壓器的振蕩回路側(cè)及其余的元件布置在陰極6、7一側(cè)。當(dāng)變壓器3直接地接在振蕩回路2上，而所有的電容及線圈接在陰極側(cè)上，這樣的電路經(jīng)試驗(yàn)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(hù)變壓器3避免其通以直流電流，該直流電流是由于兩個(gè)陰極6、7的特性曲線差別流過的并由此可能損害變壓器3的功能。
在變壓器直接地接在振蕩回路上的情況下，電容器4的作用將由電容器8來承擔(dān)。
電容器9及10的作用是消除無線電干擾，同時(shí)它們對地泄流甚高頻的電流。這些甚高頻的電流可能由于電路瞬態(tài)過程在等離子區(qū)中形成。
能夠?qū)崿F(xiàn)自穩(wěn)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(diào)整的。形式上線圈12及13可以合繞成一個(gè)線圈。再將其分配成兩個(gè)相同大小的線圈12及13，以便能得到整個(gè)裝置盡可能對稱的結(jié)構(gòu)。
1.用于計(jì)算的參照值是濺射區(qū)段的等效電阻X1，在下文中用r來表示。它被構(gòu)成瞬時(shí)功率時(shí)陰極6、7之間電壓的有效值與該時(shí)刻功率下的陰極電流有效值的商r＝Ukat/Ikat。
2.當(dāng)該電阻下降，而在陰極6、7上功率p(r)根據(jù)式p(r)
上升時(shí)，在具有按照類型1的特性的陰極上將達(dá)到自穩(wěn)定。為了對生產(chǎn)過程中的穩(wěn)定性提供足夠的余量，將選擇一電阻值，在該值時(shí)達(dá)到功率最大值并由此到達(dá)自穩(wěn)定的終點(diǎn)，它選擇為Rmax＝0.5…0.75xr，r為所需額定功率時(shí)的值。對此見圖2中工作點(diǎn)Rkat。
3.在工作頻率時(shí)網(wǎng)絡(luò)1的固有阻抗從陰極側(cè)測量必須是感性的。
4.網(wǎng)絡(luò)1的固有阻抗Re在小頻率時(shí)比Rmax大，并在低于工作頻率的一個(gè)頻率上降到一個(gè)最小值(1.零點(diǎn))。
5.在工作頻率時(shí)輸入電阻Re的值達(dá)到值1.414×Rmax，這就是說，輸入電阻Re的虛數(shù)分量及實(shí)數(shù)分量均等于Rmax。
6.隨著頻率的增加輸入電阻Re上升到一個(gè)最大值并重又下降到第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(shí)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(shí)施例(圖2)中在15KW額定功率時(shí)濺射區(qū)域r的等效電阻為2Ω，在最大功率時(shí)的電阻為1Ω。
權(quán)利要求
1.一種真空中底基(14)涂層用的裝置，它由一個(gè)交流電源(2)組成，該交流電源(2)與兩個(gè)設(shè)在一真空涂層室(15)中的陰極(6、7)相連接，后者與極靶相互電作用，極靶被霧化，其霧化的粒子沉淀在底基(14)上，其中在涂層室(15)中引入一種生產(chǎn)氣體，并在交流電源(2)與陰極對(6、7)之間設(shè)置了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)(1)，它起濾波作用并由一個(gè)變壓器(3)及其余線圈及電容器構(gòu)成，交流電源(2)的頻率偏離濾波器的每個(gè)固有頻率，及構(gòu)成交流氣體放電的、作為陰極電阻(r)函數(shù)的陰極功率(p)的曲線具有一個(gè)最大值，其中選擇最大值時(shí)的電阻，使得陰極電阻在工作點(diǎn)(A)時(shí)偏離最大值(M)時(shí)的電阻及網(wǎng)絡(luò)(1)的阻抗阻止從一種工作狀態(tài)改變到另一種工作狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空中底基涂層用的裝置，其特征在于所說的網(wǎng)絡(luò)其陰極功率及陰極電阻的關(guān)系通過表達(dá)式
來描述。
3.根據(jù)權(quán)利要求1及2所述的真空中底基涂層用的裝置，其特征在于所說的網(wǎng)絡(luò)這樣地選擇最大功率值(M)時(shí)的電阻，即在工作點(diǎn)(A)時(shí)的陰極電阻約為該電阻的兩倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3所述的真空中底基涂層用的裝置，其特征在于所說的網(wǎng)絡(luò)(1)從陰極側(cè)測量的阻抗為感性的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4所述的真空中底基涂層用的裝置，其特征在于所說的網(wǎng)絡(luò)在所有工作狀態(tài)中陰極(6、7)的陰極電阻大于或小于最大功率值(M)時(shí)的電阻。
全文摘要
一種在真空中底基(14)涂層用的裝置由一個(gè)交流電源(2)組成，該交流電源與兩個(gè)設(shè)在一真空涂層室(15)中的陰極(6、7)相連接，后者與極靶相互電作用，極靶被霧化，其霧化的粒子沉淀在底基(14)上，其中在涂層室(15)中引入一種生產(chǎn)氣體，并在交流電源(2)與陰極對(6、7)之間設(shè)置了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)(1)，它起濾波作用并由一個(gè)變壓器(3)及其余線圈(5、12、13)及電容器(4、8、9、10、11)構(gòu)成，由此保證一種穩(wěn)定的涂層過程。
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(yōu)先權(quán)日1995年10月6日
發(fā)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