反应磁控管溅射装置和方法制造方法及图纸

一种在基片上形成光学薄膜的方法和装置，该装置具有安装着传统磁控管溅射系统和异常高速真空泵的真空室。惰性气体的低压在５×１０↑［－５］乇至２．０×１０↑［－４］乇范围内，而磁控管溅射系统与所述基片相距至少２０英寸。一气体总管将惰性工作气体限制在磁控管附近，当气体扩散和膨胀进入腔室时，高速真空泵将膨胀的气体高速抽出真空室。一离子枪将电离的反应气体射向基片，由此可改进薄膜的化学计量比，以及减少在磁控管处的反应气体。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用来在基片上形成绝缘光学涂层的非常低压力的。在这种应用中的本专利技术涉及光学干涉滤光片这一专业
，这种光学干涉滤光片适用于(例如)激光镜和输出耦合器。在这种类型的薄膜里，薄膜散射、吸收和缺陷必需维持在最低程度。至今，只知在这方面作出成功努力的薄膜加工方法是离子束溅射(IBS)或一种较小程度的离子辅助淀积(IAD)。下面将进一步介绍IBS。现有技术利用IBS已制造出需要非常低水平的散射和吸收的光学涂层。使用这种方法，将在一非常高真空环境里将在500至1500电子伏特能量范围内的高能离子束射向由所需的涂层材料组成的靶子(源)。离子轰击使得靶子点阵发生动量变化，从而自靶子溅射或迁移出原子(核素或粒子)。然后，溅射的核素凝结在基片上。腔室里的压力最好维持在一个很低的水平上，以便防止溅射的粒子与本底气体气相碰撞。有大量资料提供了IBS相对于其它涂敷技术、诸如蒸发及其它溅射方法具有改进光学薄膜性能的理由。在美国专利Re 32,849号“制造多层光学薄膜的方法”里，韦等人最初发现用于激光高反射镜的IBS的好处。在韦等人的专利里，只要利用单个离子枪照射一个靶子就可产生用于激光镜的四分之一波束。附图说明图1(它是韦等人的专利中的图1的复制件)显示了一离子枪“A”、一靶子“B”和一基片“C”。在这个系统里，氩气(惰性气体)的本底水平保持在1.5×10-4乇这个非常低的压力水平上。而反应气体(氧气)的压力被设置在能确保淀积水平的适当化学计量比的水平上，即在高折射率材料为5×10-5乇和低折射率材料为3×10-5乇的范围内。斯科特等人的、专利号为4,793,908、名称是“用来制造多层光学薄膜的多个离子源方法和装置”的另一个IBS专利使用韦等人的专利，并增添了对准基片的第二离子束，而该基片部分是由所需的反应核素组成的。第二离子束提供改进的光学性能。图2(它是斯科特等人的专利中的图2的复制件)显示了离子枪“A”、靶子“B”、基片“C”和第二离子枪“D”。在这个专利里，斯科特等人指出，IBS已在传统的磁控管溅射上进行了改进，即“…利用这种装置可使腔室里(例如，在基片表面处)的气体压力处于1毫乇的十分之几或百分之几范围内。这是一个巨大的进步，因为最后形成的薄膜趋向于包含更少的气体原子，并具有改进的区域结构和原子充填密度”。见第2栏第14-19行。利用上述技术可生产所谓“低损耗”薄膜，诸如小于500ppm甚至100ppm的损耗的薄膜或涂层。例如，当用于一种诸如高反射激光镜的用途中时，用上述技术生产的薄膜可具有远小于100ppm的总损耗。这里使用的术语“低损耗”薄膜或涂层(除非另有说明)均指具有小于500ppm损耗的薄膜或涂层。“损耗”涉及除反射之外的任何方式，或者说总损耗=1-R，而R = 1-T-A-S其中，R是反射，T是传送，A是吸收，S是散射。福森和克恩在“薄膜加工”这本书(Academic出版社，纽约，1978年)里将IBS说成不同于其它溅射加工，因为“低的本底压力在往基片的道路上提供较少的气体结合和较少的溅射粒子的散射”(“低的本底压力”在原文里是斜体字)。如上面讨论的，这对于淀积光学薄膜来说是一个显著的优点。诸如蒸发精炼之类的非溅射技术不能形成适合于高质量用途的薄膜。在真空条件下对涂敷材料加热并使其在该处蒸发的蒸发技术几乎不能提供溅射的动能，使薄膜以多孔柱状方式生长。此外，由于俘获的气体膨胀或不均匀的加热可能产生的源材料的小的源爆发，这种蒸发加工会从热源射出小的粒子。为此，蒸发加工只能用于形成相当低公差的涂层。直流或磁控管溅射已被用来形成供相当低公差或低薄膜质量用途使用的绝缘涂层。通常，这些方法包括用惰性气体填充腔室，然后将惰性气体电离以形成低能等离子体。接着对一靶子充电，使其达到400至900伏特范围的负电位，这对用高能带电离子轰击靶子以及溅射来自靶子的原子或分子粒子有作用。然后，溅射的粒子凝结在基片上。直流溅射被用来溅射金属。射频溅射利用直流电流净值为零的振荡靶子电压使绝缘靶子被溅射。在反应直流溅射的情况下，即将反应气体加入腔室以在基片上形成复合薄膜的情况下，最好有发生在基片上而不是靶子上的反应，因为当靶子由反应的绝缘核素覆盖时，除了靶子上的电弧作用增加外，还将严重地降低淀积速度。现有技术中的许多技术是用来对付这个问题的，它们都是某种形式的靶子和基片隔离，就是使靶子上的反应气体压力维持在一个低水平上，防止靶子“中毒”，而基片上的反应气体压力维持在一个高水平上，以影响反应。在授予斯科比等人的、名称为“磁控管溅射装置和加工”的第4,851,095号美国专利里，零件在一高速鼓上穿梭移动，而高速鼓在一维持很高压力氩气的淀积区和一包含高能反应气体等离子体的反应区之间。在授予马尼夫等人的、名称为“反应淀积方法和装置”的第4,392,931号美国专利里，靶子材料通过一小孔或缝隙溅射在一转动鼓上。惰性工作气体进入靶子室，而反应气体进入腔室的其余部分。所述缝隙限制向靶子流动的反应气体的量。在鼓上设立一区域，以便电离反应气体和增加薄膜透明度。谢雷尔等人的、名称为“在基片上涂敷介质的装置”的第4,931,169号美国专利也公布了一种通过小孔进行溅射的方法，并给直流驱动电压产生一个交流场分量，以防止产生电弧。在谢雷尔等人的专利里，交流场被认为具有增加淀积速度的额外作用，因为在振荡的电子和工作气体之间的碰撞增加了。该交流场还被认为具有允许涂敷压力降低至0.5乇的另外的作用。授予迪特里希等人的、名称为“给基片提供薄层的装置”的第4,946,576号美国专利也公开了在阴极和基片之间使用孔隙，并在流过反应气体的基片附近添加正电压。反应气体由阳极电离，该阳极具有改善薄膜化学计量比的作用。授予迪特里希等人的、名称为“金属和半导体混合物的反应汽相淀积的方法和装置”的、编号为第4,572,840号的另一个美国专利在磁控管和基片之间使用一流动约束，它至少等于空间横截面的40％。在所有上面引用的现有技术里，源至基片的距离较短。在斯科比等人的专利里，该距离约是10cm；在马尼夫等人的专利里，该距离是10cm；在谢雷尔等人的专利里，该距离是4cm；迪特里希等人的’842号专利使用了6cm的距离作为一个例子，而迪特里希等人的’576号专利未涉及该距离。有关在低压和长发射距离的情况下使用磁控管溅射的设想已经作了介绍。邦德等人在“先进的涂敷发展提纲，最后报告”(1994年6月)(美国新墨西哥州，Kirtland空军基地，Phillips实验室，PL-TR-93-1033)中提到了利用8英寸的磁控管在直径为8英寸或更小的适当大小的基片上进行涂敷的一种磁控管溅射加工。为了获得适当的淀积速度，邦德将磁控管倾斜20°角。邦德通过一种“气体分离加工”降低在磁控管上的反应气体压力，这种“气体分离加工”通过一总管将反应气体导入或靠近基片平面和磁控组件的反面，而惰性工作气体则通过在磁控管上的一防护屏。这样做是为了减少在靶子上的中毒和电弧作用，并有助于提供完全反应的和按化学计量比的薄膜。由于较高的本底气体压力降低薄膜密度，邦德企图降低腔室里的惰性气体压力，而该腔室使用配备有特别高强度磁铁的磁控管。邦德系统的特点是一般只有0.5至1.5/秒的较低的涂敷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在一基片上淀积溅射粒子、以形成低损耗光学涂层的方法，它包括以下步骤：将基片置于一真空室里，该真空室具有一溅射粒子的磁控管和源，以及部分地遮盖磁控管的惰性气体挡板，所述基片具有面向与其相距较长投射行程距离的所述源的表面；使磁控管工 作，自所述源溅射粒子以在基片表面上涂敷，还包括将惰性气体引导至所述挡板；用高速高真空泵自真空室迅速抽取和减少惰性气体；以及使电离的反应气体对准基片表面，以便于反应涂敷，从而在基片表面形成低损耗光学涂层。

【技术特征摘要】
1．一种在一基片上淀积溅射粒子、以形成低损耗光学涂层的方法，它包括以下步骤将基片置于一真空室里，该真空室具有一溅射粒子的磁控管和源，以及部分地遮盖磁控管的惰性气体挡板，所述基片具有面向与其相距较长投射行程距离的所述源的表面；使磁控管工作，自所述源溅射粒子以在基片表面上涂敷，还包括将惰性气体引导至所述挡板；用高速高真空泵自真空室迅速抽取和减少惰性气体；以及使电离的反应气体对准基片表面，以便于反应涂敷，从而在基片表面形成低损耗光学涂层。2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述源和基片之间的投射行程距离至少是20英寸。3．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述源是一混合物源，将混合物溅射粒子淀积在所述基片上。4．如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括给多个溅射粒子、以便淀积在所述基片上的源提供多个磁控管的步骤。5．如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括使基片相对所述腔室转动的步骤。6．如权利要求1所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔A斯科比，
申请(专利权)人：康宁OCA有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]