[發明專利]用于施加涂層的方法和裝置、以及經涂覆的物體

在審

• 申請號: 202180043064.8
• 申請日: 2021-06-17
• 公開（公告）號: CN115867687A
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 韋爾納·克爾克;斯特凡·博爾茨
• 申請（專利權）人: 塞梅孔公司
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 蔡勝有;孫雅雯

本發明涉及用于向物品(60)、(62)施加層(64)的方法和裝置(10)。本發明還涉及經涂覆的物品(60)。將物品(60)、(62)設置在真空室(12)中，并供應工藝氣體。通過經由施加具有陰極脈沖的陰極電壓VP給陰極(30)供電并通過使靶(32)原子化，在真空室(12)中產生等離子體。向物品(60)、(62)施加偏壓VB使得等離子體的電荷載流子朝向物品(60)、(62)加速并附著于物品的表面。為了以受控的方式實現涂層(64)的有利特性，使偏壓VB的時間曲線在涂覆持續時間D期間變化。在物品(60)、(62)的涂層(64)中，層(64)的材料包含稀有氣體，所述稀有氣體在層(64)中的濃度在層厚度上變化。

本發明涉及用于向物體施加層的方法和裝置，以及涉及經涂覆的物體。特別地，本發明涉及通過陰極濺射產生的涂層。

已知向物體或物體的一部分提供表面涂層以改善其機械特性或化學特性。特別地，對于經受磨損的工具和組件，已知向功能表面提供涂層。特別地，硬物質層被稱為涂層。

為了形成薄涂層，除了CVD法之外，特別地已知PVD涂覆法，特別地陰極濺射法。

WO 2014/063676 A1描述了具有由鉻、氮和碳制成的涂層的組件，所述涂層以PVD法用陰極電弧蒸發進行施加。在真空室中，引入稀有氣體并使用-800V至-1200V的偏壓進行初始離子蝕刻。然后將偏壓設定為低值并施加層。可以使用氬作為稀有氣體，或使用比嵌入的氬引起更低內應力的氖。

WO 2013/045454 A2描述了用于涂覆基底的方法和裝置。將具有濺射靶的磁控管陰極設置在真空室中。一些陰極為HIPIMS陰極，即，其通過HIPIMS電源以電壓脈沖的形式用電力操作。向待涂覆的基底施加偏壓，在優選的實施方案中，所述偏壓具有與陰極處的電壓脈沖同步的脈沖，使得偏壓在以通過陰極處的HIPIMS脈沖產生的大量金屬離子為特征的階段的至少一部分期間施加。因此，與施加較長或連續的DC偏壓的脈沖相比，較低量的工藝氣體例如氬嵌入層中。

US 2008/0135401 A1描述了用于以0.1A/cm²至10A/cm²的磁控管陰極上的電流密度使靶濺射以在基底上產生涂層的裝置。所述裝置包括連接至磁控管的電源和連接至電源的電容器。第一開關將電源連接至磁控管以協同第一脈沖對磁控管進行充電。偏壓裝置連接至基底以預調基底偏壓。偏壓可以被施加為例如呈脈沖模式的RF功率，并且可以與HIPIMS脈沖同步。同步裝置使第一脈沖的頻率和時間延遲同步。

EP 3457428 A1描述了用于處理半導體基底的方法和裝置。將脈沖同步控制器連接在脈沖RF偏壓發生器與HIPIMS發生器之間。從脈沖同步控制器向脈沖RF偏壓發生器以及向HIPIMS發生器發射第一時序信號。基于第一時序信號使濺射靶和基底載體上的RF電極通電，并在時序信號結束時斷電。從脈沖同步控制器向脈沖RF偏壓生成器發射第二時序信號，并基于第二時序信號在不使靶通電的情況下使電極通電和斷電。

可以認為目的是提出用于向物體施加層的方法和裝置、以及經涂覆的物體，其中可以以受控的方式實現特別有利的層特性。

所述目的通過根據權利要求1的方法、根據權利要求15的裝置、和根據權利要求16的經涂覆的物體來解決。從屬權利要求涉及本發明的有利實施方案。

本發明人從如下考慮開始：當在向陰極施加脈沖電壓的同時通過陰極濺射產生層時，可以通過偏壓的時間曲線不同地預先確定層組成。取決于偏壓是作為DC電壓還是脈沖電壓施加，并且在脈沖電壓起到與陰極處的脈沖時間同步的作用的情況下，不同時間點處等離子體中主要的組分可以以受控的方式選擇并且用于形成層。特別地當存在于等離子體中的氣體離子的時間曲線不同于金屬離子的時間曲線時，如在HIPIMS法中，氣體離子相對于金屬離子的比例可以因此通過偏壓的時間進程以受控的方式來設定。