专利名称：镀覆基底的方法
技术领域：
本发明一般涉及镀覆和涂敷材料的真空系统和沉积技术领域，具体涉及可配置真空系统和方法。
背景技术：
涂敷和镀覆材料以及改善工程表面的沉积技术可包括任何一种沉积技术。这些沉积技术可以包括例如真空淀积或物理汽相淀积(“PVD”)、化学气相淀积(“CVD”)、溅射和离子镀。通常，所有这些沉积技术均要求有具有平台的真空系统，该平台对位于真空室内的基底提供适当的支撑和定位，以保证完成所需的镀覆工艺。该平台也可以称作工作台、转台和基板等。在镀覆过程中，基底在平台上或由平台的适当支撑和定位，对于完成所需的可重复和成功的镀覆来说很关键。通常，在镀覆过程中平台必须使基底旋转，以获得更为均匀或理想的涂敷或镀覆。
不幸的是，基底的形状和尺寸各异，在真空室内使用的支撑基底或在镀覆过程中使基底旋转的平台对于一种特定形状或类型的基底适用，而对于其它的基底则不适用。另外，许多真空室只支持一种类型的平台或工作台，几乎没有平台能适用于形状和尺寸变化显著的基底。这明显限制了昂贵的沉积和镀覆系统包括昂贵的真空室和平台的有效使用。
发明概述从以上可以认识到人们已经有了对于涂敷和镀覆工艺中使用的可配置真空系统和方法的需要，该系统和方法能够处理具有显著不同的形状和尺寸的基底。根据本发明，提供了一种基本上消除了上述一或多个缺点和问题的可配置真空系统和方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种可配置真空系统，该系统包括真空工作台组件和真空室。该真空工作台组件可包括支撑架，绝缘表面，安装在支撑架上的机械传动件，安装在支撑架上的馈电通路，位于在第一丝极导电体和第二丝极导电体之间的绝缘表面上的丝极，通过丝极电源接头的第一丝极电源触点与第一丝极导电体电连接、并通过丝极电源接头的第二丝极电源触点与第二丝极导电体电连接的丝极电源接头，以及可操作地支撑基底的平台。真空室可包括在门上有主开口的真空室、限定内部空间的壁、丝极电源接头、馈电通路接头、机械传动接头、可操作地接受并支撑真空室内的真空工作台组件的轨道。真空工作台组件和真空室的各种接头可以自动地相互连接。
本发明具有许多技术优点，包括能够使用用于镀覆工艺如等离子镀覆的真空系统，以及能够使用显著不同形状、尺寸和大小的基底。由于具有使用同样的系统来涂敷许多不同类型的基底的通用性，因此极大地增加了这种真空系统的价值。
本发明的另一个技术优点包括能够使基底在不同的平面如水平面和垂直面上旋转。这一点增加了真空系统和真空工作台组件的通用性(versatility)。
本发明的还有一个技术优点，包括使用本发明的真空系统能够有效地镀覆第一批工件，然后快速敏捷地转而镀覆第二批工件，无论该工件相似与否，或者是否需要有不同的镀覆用平台。
从以下的附图、说明书和权利要求书中，本领域的专业人员很容易想见本发明的其它技术优点。
现在参照下面的简要说明、并结合附图和发明详述部分的说明来更全面地理解本发明及其优点，其中同样的数字标记代表相同的构件图1是根据本发明的一个实施方案，说明可用于镀覆材料的等离子镀覆系统的示意图；图2是等离子镀覆系统的真空室顶视图，描绘了平台为转台的一个实施方案；图3是说明根据本发明的一个实施方案的丝极周围的等离子体形成和扩散，以等离子镀覆基底的侧视图；图4是表示包括底层、过渡层和工作层的沉积层的剖视图；图5是说明根据本发明的一个实施方案的等离子镀覆方法的流程图；图6是根据本发明的一个实施方案，说明使用本发明的系统的背溅射方法的流程图；图7是根据本发明的一个实施方案的可配置真空系统中使用的真空室的前视图；图8是根据本发明的一个实施方案的真空工作台组件的支撑架的底视图；图9是如图8中表示的支撑架的底视图，只是增加了丝极电源接头与支撑架相连；图10是如图8中表示的支撑架的底视图，只是根据本发明的一个实施方案，增加了机械传动件与支撑架相连，以及馈电通路与支撑架相连；图11是根据本发明的一个实施方案的位于支撑件和所示的真空工作台组件的两个支撑件之间的绝缘表面顶视图；图12a-b是真空工作台组件的顶视图和侧视图，其中的平台为转台，丝极位于所需位置；图13是真空工作台组件的顶视图和侧视图，其中的平台为双滚轴组件；图14a-b是真空工作台组件的顶视图和侧视图，其中平台为单滚轴组件；图15a-b是真空工作台组件的顶视图和侧视图，其中的平台为导电板；和图16是可配置真空系统的侧视图，其使用拖车将真空工作台组件装入真空室中。
发明详述首先应该理解尽管在下面说明了本发明的示范性实施方案，本发明还可以使用许多无论是目前已知的或是现有的技术来实施。本发明决不应受限于示范性装置、附图和下面说明的技术，包括在此说明和描述的示范性设计和装置。
首先，以下结合图1-6来详细说明等离子镀覆系统和方法，并说明了一种可与移动式镀覆系统和方法一同使用的沉积技术。最后，结合图7-16来详细说明可配置真空系统和方法的一种实施方案，该实施方案示范了结合前面的图1-6详述的沉积技术的等离子镀覆系统类型。但是应理解的是，本发明的可配置真空系统和方法并不限于该沉积技术。
图1是说明根据本发明的实施方案的可用于镀覆各种材料的等离子镀覆系统10的示意图。系统10包括了用于支撑等离子镀覆真空室14内基底12的各种设备。一旦达到了合适的工作参数和条件，丝极16和丝极18提供的沉积物质可被蒸发或汽化，形成等离子体。等离子体通常含有沉积物质的正离子，并会被吸引到基底12上形成沉积层。等离子体可以想像为围绕或邻近基底12的离子云。等离子体通常在从丝极16和丝极18到接近基底12的最近表面之间形成一个暗区，使正离子加速向基底12移动。
丝极16和丝极18与支撑基底12的平台20一起，位于真空室14内。传动件22表示了驱动马达24与真空室14内平台20的主轴之间的连接。在图1所示的实施方案中，平台20为在真空室14内旋转的转台。传动件22将驱动马达24的旋转运动与平台20的主轴机械连接起来，以使平台20旋转。平台20的主轴的旋转通过各种支承轴承如底板轴承28和平台轴承30而得到增强。
如上所述，真空室14位于或封接于底板32之上。事实上，真空室14可以使用任何具备承受内部真空和外部压力如大气压的适宜的机械特性的材料制成。例如，真空室14可以是金属腔或是玻璃罩。在一个可选的实施方案中，底板32起着平台20的作用，支撑着基底12。底板32可以认为是真空室14的一部分。
底板32也对系统10起着机械支撑的作用，同时还允许各种设备从其下表面贯通至其位于真空室14中的上表面。例如，丝极16和丝极18从丝极电源控制元件34接收电能。应注意，尽管图1中标出了两组丝极电源控制元件34，优选的是这两组元件如一组元件那样工作。为了向丝极16和丝极18提供电能，电导线必须如图1所示穿过底板32。类似地，驱动马达24也必须穿过或贯穿底板32，向传动件22传送机械动作，从而使平台20旋转。馈电通路26，下面会有更详尽的说明，也贯穿底板32，并在平台20和各种信号发生器之间提供电传导通道，下面也会有更详尽的说明。在一个优选的实施方案中，馈电通路26作为换向器与平台20的底面接触，在该实施方案中，平台20用作转台。馈电通路26可以作为换向器，象金属刷那样工作，其能与平台20的底面接触，并且即使平台20旋转，也能与之保持电接触。
丝极电源控制元件34向丝极16和丝极18提供电流。在一个实施方案中，丝极电源控制元件34能在一个特定的时间段向丝极16提供电流，然后在第二个时间段向丝极18提供电流。根据丝极的设置情况不同，丝极电源控制元件34可以向丝极16和丝极18同时提供电流，或者以分开的时间间隔提供电流。这种灵活性容许多于一种的特定沉积材料在不同时间被等离子镀覆到基底12上。优选丝极电源控制元件34向丝极提供交流电，但是可以使用任何已知的产生电流的方法来提供电流。在一个优选的实施方案中，丝极电源控制元件34提供了足够幅度或强度的电流，以在丝极16中产生充足的热量，从而蒸发或汽化其中提供的沉积物质。
为了保证均匀加热位于丝极16或丝极18之上或之中的沉积物质，优选丝极控制元件34以递增的方式提供电流，以使在真空室14内熔化的沉积物质中热量分布更均匀。
在一个优选的实施方案中，平台20用作转台，使用如上所述的机械联动装置使之旋转。可用如图1所示的速度控制元件36来控制平台20的旋转速度。优选平台20的旋转速率为5转/分～30转/分。据信等离子镀覆用的平台20的最佳旋转速率为12转/分～15转/分。平台20旋转的优点是能使基底12受到更均匀的镀覆或涂敷。这在当平台20表面上置有多个基底时尤其如此。这容许在等离子镀覆过程中真空室14内多个基底中的每一个均同等、均匀地放置。
在其它的实施方案中，事实上平台20可以以任何所需的角度或倾斜度倾斜。例如，平台20可以是平面、水平面、垂直面、倾斜面、弯曲表面、曲线面、螺旋面，或者作为真空室的一部分如真空室内的支承结构。如前所述，平台20可以是固定的或者是旋转的。在一个可选的实施方案中，平台20包括可用来旋转一个或多个基底的滚轴。
在一个优选的实施方案中，平台20提供或者包括了连通馈电通路26和基底12之间的导电通路。在一个实施方案中，平台20为金属或导电材料，因此可在平台20上的任何位置提供馈电通路26和基底12之间的导电通路。在这样的情况下，在平台20和使平台20旋转的轴之间设置绝缘体21，以便电绝缘。另一个实施方案中，在平台20顶面的某个位置有导电材料与平台20底面的某个位置有电连接。这样，基底12可以置于平台20顶侧的适当位置，而馈电通路26可以置于平台20底侧的适当位置。如此进行基底12与馈电通路26之间的电连接。
馈电通路26向平台20和基底12提供直流信号和射频信号。与这些信号均有关的所需工作参数在下面有更详尽的说明。优选通过直流电源66产生负压直流信号，通过射频发射器64产生所需功率水平的射频信号。然后优选用直流/射频混合器68将两组信号混合，通过射频平衡电路70提供给馈电通路26，通过最小化驻波反射功率来平衡信号。优选用人工来控制射频平衡电路70。
在一个可选的实施方案中，平台20，包括其所有的支撑元件、构件和设备如驱动电机24和传动件22均被去除。在这种情况下，基底12与馈电通路26电连接。
用图1中系统10的剩余设备和部件来产生、维持并控制真空室14内所需的真空条件。这是通过使用真空系统来做到的。真空系统包括低真空泵46和初级阀48，在刚开始时用来降低真空室14中的压力。真空系统还包括前级真空泵40、前级阀44、扩散泵42和主阀50。开启前级阀44，使前级真空泵(roughing pump)40可以开始工作。在通过关闭初级阀48以关闭低真空泵46之后，将扩散泵42加热到合适的温度，然后开启主阀50。这使得扩散泵42可以进一步将真空室14中的压力降低到所需水平。
然后可以以所需的速率向真空室14中引入气体60如氩气，从而将真空室14中的压力增加到所需的压力值或达到一定的压力范围。气体调节阀控制着气体60通过底板32进入真空室14内的流速。
正如以下将根据本发明的教导联系图5和图6要作的更详尽的说明那样，一旦所有的工作参数和条件均达到了，系统10中便发生等离子镀覆。通过真空室14内等离子体的形成，可以在基底12上等离子镀覆一层或多层包括如基层、过渡层和工作层在内的沉积层。优选等离子体包括沉积物质蒸发或者汽化得到的带正电荷的沉积物质离子，以及被引入真空室14中的气体60产生的正离子。人们相信，在等离子中存在并最终成为沉积层的一部分的气体离子如氩气离子不会显著降低沉积层的性能。向真空室14中引入气体同样有助于控制真空室14内所需的压力，从而可以根据本发明的教导产生等离子体。在一个可选的实施方案中，等离子镀覆工艺在无气体的环境下进行，因此通过真空系统来形成并充分维持真空室14内的压力。
真空室14中等离子体的产生被认为是各种影响因素的结果，这些影响因素如加热位于丝极如丝极16和丝极18中的沉积物质产生的热离子(thermionic)效应，以及施加所需电压水平的直流信号和施加所需功率水平的射频信号。
系统10的真空系统可以包括各种真空系统如扩散泵、前级真空泵、低真空泵、低温泵、涡轮泵和任何能够使真空室14中的压力达到本发明所需的压力的泵。
如上所述，真空系统包括低真空泵46和与前级真空泵40一起使用的扩散泵42。低真空泵46通过初级阀48与真空室14相连。当初级阀48打开时，可以在刚开始时用低真空泵46来降低真空室14中的压力。一旦真空室14内达到了所需的低压，即关闭初级阀48。低真空泵46通过底板32上的通孔或开口与真空室14相连。优选低真空泵46为机械泵。在图1所示的系统10的真空系统的一个优选实施方案中，该实施方案中的真空系统还包括通过前级阀44与扩散泵42相连的前级真空泵40。前级真空泵40可以是一个机械泵，其与扩散泵42结合使用，将真空室14内的压力降低到比使用低真空泵46所产生的压力还要低。
在低真空泵46降低了真空室14内的压力之后，通过主阀50和图1中用位于主阀50之上、平台20之下的虚线表示的底板32上的通孔或开口来使扩散泵42与真空室14相连。使用加热器并且可能需要使用冷却水或其他物质来冷却扩散泵42。一旦扩散泵42已被加热并已做好了工作准备，就可以开启主阀50，以使真空室14内的压力通过扩散泵42协同前级真空泵44的作用得到进一步降低。例如，真空室14内的压力可被降低到4毫乇以下。在背溅射工艺过程中，真空室14内的压力可以降低到100毫乇直至20毫乇。优选在背溅射工艺过程中，真空室14内的压力为50毫乇直至30毫乇。在等离子镀覆工艺的系统10正常运转的过程中，可以通过真空系统将真空室14内的压力降低到4毫乇直至0.1毫乇。优选在等离子镀覆工艺过程中使用真空系统以将真空室14内的压力降低到1.5毫乇直至0.5毫乇。
图2是等离子镀覆系统的真空室顶视图，表示了平台为转台20的一个实施方案。在转台20的表面上对称放置了基底12a、12b、12c和12d。转台20可以顺时针或者逆时针方向旋转。事实上基底12a-12d可以由任何现有材料制成，在图2中为圆柱形，因此每个基底在顶视图中表现为圆形。
丝极电源控制元件34与第一套丝极94和96以及第二套丝极90和92有电连接。尽管图2中没有完全标示出这种电连接关系，应理解丝极电源控制元件34可以向第一套丝极94和96、或者是第二套丝极90和92提供电流。这样，沉积层可有两层如基层和工作层。优选首先通过第一套丝极94和96提供的沉积物质来镀覆基层，再用第二套丝极90和92上提供的沉积物质在基底12a-12d的基层上沉积工作层。
图2中基底的布置可被描述成一系列的基底，其包括与转台20的中心更为接近的朝内表面，和与转台20的外缘更为接近的朝外表面。例如，12a-d系列基底的朝内表面在基底旋转靠近丝极时分别在不同的时间面向丝极92和丝极96。同样，基底12a-d的朝外表面在它们旋转靠近丝极时面向丝极90和94。
如前所述，事实上丝极电源控制元件34可以提供任何种类的电流如直流电流或交流电流，但是优选提供交流电流。
在工作中，例如转台20按顺时针方向旋转，这样在基底12b靠近或者经过丝极之后，下一个靠近或者经过丝极的基底是基底12c，如此下去。在一个实施例中，第一套丝极94和96上装载着沉积物质如镍(或钛)，第二套丝极上装载着沉积物质如银/钯合金。该实施例是镀覆两套沉积物质或者两层沉积层的例子。
在设定了真空室内所有的工作参数之后，正如在这里自始至终描述的那样，丝极电源控制元件34可以向第一套丝极94和96提供交流电流，将使镍蒸发或者汽化，以与真空室内的气体如氩气一起形成等离子体。等离子体中带正电荷的镍离子和带正电荷的氩离子将被吸引到处于负电位的基底12a-d上。通常基底旋转时离第一套丝极90和92的距离越近，将会沉积越多的材料。因为转台是旋转的，施加到各个基底上的一层或多层沉积层是均匀的。
在开始的等离子体已被镀覆到12a-d系列基底上形成沉积层的基层之后，丝极电源控制元件34被通电，以向第二套丝极90和92提供足量的电流。类似地，在氩离子和银/钯离子之间形成了等离子体，然后在正在旋转的基底上形成工作层。
在镀覆基层的过程中，主要通过丝极94中的沉积物质镍来涂敷基底12a-d的朝外表面。类似地，通过丝极96中的沉积物质镍来涂敷基底的朝内表面。对于将银/钯等离子镀覆到基底上形成沉积层的第二次镀覆(shot)来说，也存在同样的关系。
图3是根据本发明的一个实施方案，说明丝极100周围的等离子体形成和扩散，以等离子镀覆基底12的侧视图。丝极100做成导线篮子的形状，如钨丝篮子，如图所示，沉积物质102置于其中，并由丝极100机械支撑住。当丝极电源控制元件34向丝极100提供了足够的电流时，沉积物质102会熔化或者汽化，形成等离子体104。当然，本发明的所有工作参数必须能使沉积物质达到等离子体状态，以便发生等离子镀覆。
处于负电位的基底12吸引等离子体104的正离子，以形成沉积层。如图所示，等离子体104的分布图显示等离子体104的大部分正离子被吸引到丝极100和沉积物质102附近。如图所示当等离子体104与基底12的顶面接触时将产生一些卷曲。类似地，等离子体104的一部分正离子可能被吸引到平台或者转台上。正如已说明的那样，本发明提供了一种形成沉积层的有效办法，即确保沉积物质的大部分离子被用于形成沉积层。
图4是表示包括基层110、过渡层112和工作层114在内的基底12的沉积层的剖视图。首先应注意构成沉积层的各个层的厚度与基底12的尺寸基本上不成比例；然而，根据本发明的一个实施方案，沉积层的各内层的相对厚度彼此成比例。
一般地，根据本发明的教导，基底上整个沉积层的厚度通常被认为是介于500埃和20,000埃之间。在一个优选的实施方案中，整个沉积层的厚度被认为是介于3,000埃和10,000埃之间。本发明提供了包括所有的沉积层如基层110、过渡层112和工作层114在内的沉积层厚度的优异的再现性和可控性。据信，本发明可以提供精度约为500埃的可控层厚。还应提到的是，本发明可用来形成具有一层或多层内层的沉积层。
沉积层的厚度通常根据等离子镀覆基底的预定用途的性质来决定。除了其它的许多变量和因素外，还可包括这些变量如温度、压力和工作环境的湿度。对于每层的金属或沉积物质种类的选择也高度依赖于等离子镀覆基底的所需用途的性质。
例如，本发明防止或者显著减少了部件之间因过度磨损而发生的咬住。这种咬住(galling)包括配合部件的两个表面如螺纹表面装配在一起时常会发生的相互咬住。咬住可能引起部件断裂和破裂，这常常导致严重破坏。通过对一个或多个接触表面进行等离子镀覆，可以防止或减少咬住发生。
可使用各种沉积物质来获得这种有益的效果。然而，优选用等离子镀覆工艺在一个或多个接触表面上沉积镍或钛基层和银/钯合金工作层，来减少咬住。对于高温如超过650华氏度的应用来说，优选通过等离子镀覆工艺沉积镍或钛基层和金工作层来减少咬住。
通过试验，人们发现当铬被沉积，无论是作为基层、过渡层还是作为工作层时，对于减少咬住的效果并不好。人们相信，铬可能是一种在等离子镀覆工艺过程中更难加以控制的沉积物质。
等离子镀覆还可用来镀覆阀零件如在非核爆炸应用中的阀杆，优选等离子镀覆钛基层、金过渡层和铟工作层。在原子核应用如核电站应用中，铟并不是优选的等离子镀覆沉积物质，因为它被认为是过高的放射性同位素吸收体。替代地，镍基层和银/钯合金工作层对于等离子镀覆原子核应用中的阀杆则是优选的。
如图4所示，工作层14通常比相应的过渡层112和基层110厚得多。还应注意到的是图示中基底12顶部的涂层在基底12的中央或中央附近较薄。这取决于在等离子镀覆工艺过程中丝极如何放置。例如，如果丝极如同图2-3中所示那样放置，基底12中央的沉积层一般会比其侧边的沉积层薄。
尽管在这里已经讨论过了各种厚度范围，应理解本发明并没有对最大沉积层厚度作出限制。事实上，沉积层的厚度，尤其是工作层114的厚度，可以为通常取决于等离子镀覆基底12将来的工作环境的任何所需厚度。优选基层110和过渡层112以及工作层114之下的任何其它层的厚度显著小于相应的工作层114的厚度。例如，基层110和过渡层112的厚度范围可为500～750埃，而工作层114的厚度事实上可以为如18,000埃。
图5是根据本发明的一个实施方案的等离子镀覆方法500的流程图。方法500从方框502开始，进行到方框504。在方框504，准备了等离子镀覆的材料或基底。包括清理基底，以除去异物、污物和油。可以使用任何已知的清理工艺，如钢结构刷涂委员会(SSPC)规定的那些工艺。例如，可用标准SSPC-5来保证基底被清理达到纯净金属的状态。同样，可以使用标准SSPC-10。优选将基底进行喷砂处理，例如进行喷丸处理以进一步保证除去异物或污物。应注意在基底的表面可以存在氧化层。本发明容许即使在基底表面存在氧化层的情况下仍能用等离子镀覆具有优异的粘附性能和机械性能的沉积层。
方法500进行到方框506，在这里设定等离子镀覆系统的必要条件。等离子镀覆系统的装置不同，该必要条件的内容有所不同。在使用扩散泵作为真空系统的一部分的情况下，例如必须确保冷却水的供应。同样，必须确定具备足够的润滑油(lube oil)和空气，以使与等离子镀覆系统相关的各种设备、阀和装置能够运转。在进行到方框510之前，还应该在此落气体如氩气的足量供应。
假定扩散泵用作真空系统的一部分，在方框510处使扩散泵做好工作的准备。包括打开前级阀，启动与扩散泵结合使用的前级真空泵。一旦达到了前级真空度，就可使扩散泵的加热器通电。这使得扩散泵开始工作。
方法500进行到方框512，在这里作真空室准备。包括如将基底放置于真空室内等许多步骤。通常将基底放置在真空室内的平台或转台上的指定位置。在进入真空室内部之前，真空室的密封要被破坏，优选将钟形罩或外部构件从底板上抬起。将基底放置到平台上之后，就可将丝极放置到与基底相应的位置。
放置丝极可能涉及许多技术，并且包括这些变量如丝极提供的沉积物质数量和种类，相对于基底的距离以及相对于其它丝极的距离。一般从丝极或沉积物质的中心线算起到基底上最近点的距离为0.1～6英寸。但是，当沉积物质将成为沉积层的基层或过渡层时，优选丝极或沉积物质与基底之间的距离范围为2.75～3.25英寸。类似地，当沉积物质将作为沉积层的工作层沉积到基底上时，优选丝极或沉积物质与基底之间的距离为2～2.5英寸。
在等离子镀覆多种沉积物质的情况下，有必要考虑容纳第一沉积物质的丝极与容纳第二沉积物质的丝极的相对位置，使每个丝极之间以及与基底之间的相对位置相互对应。一般来说，包含作为沉积层的基层、过渡层或工作层的沉积物质的第二丝极和第一丝极之间的距离应为0.1～6英寸。
包含将作为基层的沉积物质的丝极之间的距离一般为0.1～6英寸。优选该距离为3～4英寸。上述关于丝极之间距离的数据也适用于丝极中的沉积物质将作为沉积层中的过渡层的情形。类似地，包含将作为沉积层的工作层的沉积物质的丝极之间的距离一般应为0.1～6英寸，但是优选为2.5～3英寸。
方框512的真空室准备中也可能需要考虑平台上要被等离子镀覆的一系列基底的布置情况。例如，设置在真空室内的向一系列基底的朝内表面镀覆沉积物质覆层的丝极与位于真空室内的镀覆一系列朝外表面的丝极相比，需要的沉积物质的质量或重量可能要少20～80％。确定朝内表面和朝外表面是以相对于平台或转台的位置关系为基准的，朝内表面是指靠近平台或转台中心的那些表面。上述的原因在由于一般来说朝内表面和朝外表面对等离子体的正离子的吸引力有所不同，造成一系列基底的朝内表面的等离子镀覆工艺效率高于该系列基底的朝外表面的等离子镀覆工艺效率。这样也确保朝内表面和朝外表面上的沉积层厚度更加均匀。在这种情况下，优选丝极位置，丝极上沉积物质的重量或质量也将有所不同。通常，两个不同位置之间的沉积物质的质量或重量可相差20～80％。优选镀覆朝内表面的丝极中的沉积物质的质量或重量比镀覆朝外表面的丝极上的沉积物质的质量或重量要少40～50％。放置在丝极中的沉积物质的量与沉积层和其各内层所需的厚度相对应。这已结合图3作过更详尽的讨论和说明。
在形成等离子的过程中，丝极的类型影响着其中的沉积物质熔化或蒸发形成的分布图谱。本发明中可以使用各种类型、形状和结构的丝极。例如，丝极可以是钨篮、舟皿、线圈、坩埚、射线枪、电子束枪、加热枪或任何其它的结构如真空室内的支承结构。一般通过向丝极通电流来加热丝极。但是，本发明可以使用任何方法或方式来加热丝极内的沉积物质。
真空室准备还包括将沉积物质放置在一个或多个丝极中。事实上本发明可使用任何能在本发明的条件和参数下蒸发从而形成等离子体的材料。例如，沉积物质事实上可包括任何金属如金属合金、金、钛、铬、镍、银、锡、铟、铅、铜、钯、银/钯和其它各种金属。同样，沉积物质可包括任何其它材料如碳、非金属、陶瓷、金属碳化物、金属硝酸盐和各种其它材料。沉积物质通常为丸状、颗粒、细粒、粉末、线状、带状或条状材料。一旦装好了丝极，就可以关闭并密封真空室。这可能包括用真空室的底板来密封真空室的外罩部分。
方法500进行到方框514，在此初步设置真空室内的真空条件。在一个实施方案中，如图1中表示的系统10，刚开始用低真空泵对真空室抽真空，将真空室内的压力降到足够低，以使其它的泵可以接替它并进一步降低真空室内的压力。在一个实施方案中，开始启用的低真空泵为机械泵，随后可打开初级阀，以连通真空室。一旦低真空泵起到了预定的作用，将真空室内的压力降到了预定或设计水平，就关闭初级阀。此时，方法500转到方框516。
在方框516，用另一个真空泵来进一步降低真空室内的压力。例如，在一个实施方案中，使用扩散泵/前级真空泵来进一步降低真空室内的压力。在图1所示的本发明的实施方案中，通过开启主阀，使用扩散泵，并辅以机械前级真空泵，来进一步降低真空室内的压力。
通常将真空室内的压力降低到4毫乇以下。优选将真空室内的压力降低到1.5毫乇以下。在下面结合方法500的方框518说明的进行背溅射的情况下，真空室内的压力降低到100毫乇以下，一般为20毫乇～100毫乇。在进行背溅射的一个优选实施方案中，真空室内的压力降低到50毫乇以下，一般为20毫乇～50毫乇。
进行到方框518，可实施背溅射工艺来进一步清理、准备基底。但是应该理解的是该工艺不是必须的。在下面会结合图6来对背溅射工艺作更详细说明。背溅射工艺可包括真空室内平台或转台的旋转。在这种情况下，通常转台的转速为5转/分～30转/分。优选转台的转速为12转/分～15转/分。根据本发明的教导，优选在基底上形成沉积层时转台也运转。
方法500进行到方框520，在此设定工作真空度。尽管如上面结合方框514和516讨论过的那样真空室内的真空条件已经建立，但现在可以通过将气体以一定的流速引入真空室内来确定工作真空度，通常将真空室内的压力升高到0.1毫乇～4毫乇。优选引入气体将真空室内的压力升高到0.5毫乇～1.5毫乇。这将保证在等离子体中没有沉积物质离子相撞，并将提高沉积效率，向基底提供干净的、高度粘附的沉积层。引入到真空室内的气体可以是各种气体，但是优选为惰性气体、稀有气体、活性气体或者如氩气、氙气、氡气、氦气、氖气、氪气、氧气、氮气等气体，以及其它各种气体。该气体最好为非易燃性气体。应理解本发明并不要求引入气体，而是可以在没有气体的情况下进行。
方框522处设定系统的各种工作参数和数值。这一般包括使转台旋转，需要的话，施加直流信号，和施加射频信号。假定平台包括转台或某些其它的旋转设备，优选在此使转台旋转。当然这要假定先前转台没有旋转，并且进行背溅射方框518的处理与否可自行酌定。一旦转台旋转被设定，就可以向基底施加直流信号和射频信号。通常向基底施加的直流信号的电压为1～5,000伏特。应注意优选电压的极性为负；但也不总是这样要求。在一个优选的实施方案中，向基底施加的直流信号的电压为负500～负750伏特。
向基底施加的射频信号的功率一般为1～50瓦特的。优选射频信号的功率为10瓦特或者为5～15瓦特。射频信号的频率一般为几千赫兹或者几兆赫兹的工业指定频率。优选频率信号为13.56千赫兹。尽管自始至终使用术语射频来描述在基底上产生和施加的射频信号，应理解的是术语射频并不限于通常意义上的频率约为10千赫兹～100,000兆赫兹的信号。术语射频还应包括能有助于在真空室内形成或激发等离子体的任何频率的信号。
优选方框522还包括使用混合器电路来混合直流信号和射频信号，从而复合信号。这使得向基底上施加的只有一个信号。通常使用穿过真空室的底板并与平台的导电部分接触、随后与基底电连接的馈电通路来实现这一点。方框522还包括通过使用射频平衡网路来平衡复合信号。优选通过降低驻波反射功率来平衡复合信号。这优选通过人工进行控制。
如曾在混合器电路中看到的那样，在天线或输出的输出特性或负荷特性改变时，当电信号或电波从输出负载反射回到混合器或信号源时可能出现问题。这些问题可能包括射频发射器破坏，和转移到基底和真空室中的功率减少，转移到基底和真空室中的功率是为了保证形成足够的等离子体来圆满完成等离子镀覆工艺。
这个问题可以通过射频平衡网路来减少或解决，该射频平衡电路能调整它的阻抗来抵消或降低反射波，在一个实施方案中阻抗包括电阻、电感和电容。输出载荷或天线的阻抗和电特性受到如等离子体存在与否、平台上基底的形状和性能等的影响。由于在等离子镀覆工艺过程中存在这些变化，在工艺过程中可能需要调整射频平衡电路来降低驻波反射功率，换句话说或者是防止或减小返回到射频发射器的驻波比例。优选在等离子镀覆工艺过程中，这些调整由操作者手工进行。在其它的实施方案中，射频平衡电路是自动调整的。但是必须小心操作，以保证自动调整不会补偿过度或者是不能跟踪输出载荷的变化。
方法500进行到方框524，在此一种或多种沉积物质被熔化或蒸发，产生等离子体。等离子体在本发明提供的条件下产生，使得沉积层通过等离子镀覆在基底表面上形成。据信沉积层在形成中等能量水平形成，该中等能量一般为10eV～90eV。
一般通过向沉积物质周围的丝极提供电流来使沉积物质蒸发或汽化。在一个优选的实施方案中，沉积物质被慢慢或逐渐加热，以使沉积物质中具有更均匀的热量分布。这也促进了等离子体的形成。提供的电流可以是交流电流或者是任何其它足以在丝极中产生熔化沉积物质的热量的电流。在其它的实施方案中，可以引入与沉积物质进行化学接触的试剂来加热沉积物质。在另外的实施方案中，可以使用电磁能或微波能来加热沉积物质。
真空室内的条件将利于形成等离子体。等离子体一般包括气体离子如氩离子，和沉积物质离子如金、镍或钯离子。由于缺失一个或多个电子，气体离子和沉积物质离子一般为正离子。人们相信引入射频信号以及加热沉积物质产生的热离子现象有助于形成等离子体。在某些情况下，产生的等离子体可能包括带负电荷的离子。
基底上用直流信号而产生的负电位将会吸引等离子体中的正离子。同样，这主要包括沉积物质离子，可能还包括气体离子如在方法500中较早引入的气体中的氩气离子。人们相信气体离子如氩气离子的掺入不会使材料变劣或降低沉积层的机械性能。
应注意一些在先著作建议最好在基底上或其附近引入磁铁，从而在等离子体被吸引到基底上形成沉积层时影响等离子体的离子移动路径。现在，实验证据表明，引入这样的磁铁事实上是没有必要的，会产生有害影响。磁铁的存在可能导致沉积厚度不均匀，并对工艺的可控性、再现性和可靠性显然不利。
当设计的沉积层包括多个内层时，在方框524要进行多层镀覆。这意味着在通过加热丝极而使基层沉积物质熔化之后，再通过加热丝极来使过渡层沉积物质(或者是接着要施加的覆层沉积物质)受热熔化。照这样，就可以镀覆任意层内层的沉积层。在形成后续的沉积内层之前，前面的沉积层应该已经完全或近乎完全形成。由此方法500具有显著的优点，其容许无需破坏和重新设立真空室的真空度而沉积具有多层内层的沉积层。这一点能显著地减少总的等离子镀覆时间和成本。
方法500进行到方框526，在这里关闭系统。在图1所示系统的实施方案中，关闭主阀，打开通向真空室的通气阀，以平衡真空室内的压力。然后打开真空室，就可以立刻取出基底。这是因为方法500的等离子镀覆工艺中不会在基底内产生过多热量。这具有显著的优点，因为基底和沉积层的材料或机械结构不会受到过高温度的不利影响。然后就可以根据需要使用等离子镀覆基底。因为基底的温度一般等于或低于125华氏温度，通常无需任何热保护就能立即对基底进行处理。
方法500还具有不产生任何废弃副产物的优点，是环保的。另外，方法500还能有效利用沉积物质，因此能有效利用而不会浪费贵重金属如金和银。此外，由于本发明不使用高能沉积技术，因此对基底无不利的冶金或机械作用。相信是因为本发明的沉积层没有深嵌入基底内部，但是沉积层仍然表现出优异的粘着性能、机械性能和材料性能。在方框528处取出基底之后，方法500在方框530处结束。
图6是根据本发明的一个实施方案，使用本发明的系统和方法的背溅射方法600的流程图。如前述，在沉积层通过等离子镀覆在基底上形成之前，可以用背溅射来进一步清理基底。背溅射通常清除污物和异物，从而使基底更干净，沉积层更加坚固和均匀。方法600从方框602开始，进行到方框604处将气体引入真空室，引入速率要能维持或产生真空室内所需的压力。这与前面图5中方框520的说明类似。一般地，真空室内的压力应为100毫乇以下，如20毫乇～100毫乇。优选真空室内的压力为30毫乇～50毫乇。
方法600进行到方框606，必要的话在此使平台或转台旋转。如上所述，转台的旋转速率为5转/分～30转/分，但是优选为12转/分～15转/分。
进行到方框608时，设定直流信号并施加到基底上。通常施加的直流信号为1～4,000伏特。优选施加的直流信号的电压为负100～负250伏特。
方框608处还包括产生射频信号并施加到基底上。射频信号的功率一般为1～50瓦特。优选射频信号的功率为10瓦特，或者为5～15瓦特。优选将直流信号和射频信号混合、平衡，并作为复合信号施加到基底上。结果，在方框604处引入的气体将形成等离子体。该气体一般为惰性气体或稀有气体如氩气。等离子体的形成包括由气体生成正离子。这些等离子体的正离子受到吸引并加速移向优选处于负电位的基底，从而除去基底上的污物。一旦污物或异物离开基底，便可通过真空泵如扩散泵的运转将它们从真空室中抽出。
进行到方框610处，持续进行背溅射工艺通常达30秒～1分钟。取决于基底的条件和清洁程度，背溅射工艺持续的时间可长可短。一般地，允许背溅射工艺持续进行，直到背溅射工艺产生的电容放电基本上完成或者显著减少。这可以通过观察与基底的污物的电容放电相一致的火花或闪光来进行肉眼监控。可称之为微弧。
在背溅射工艺过程中，必须对直流信号加以控制。这通常是通过手工调整直流电源来做到的。优选直流信号的电压达到最大值，但不要使直流电源过载。随着背溅射工艺的进行，由于背溅射工艺过程中等离子体发生变化，直流电源中的电流将会改变。因此在背溅射工艺过程中有必要调整直流信号的电压。
方法600进行到方框612，在此去除直流信号和射频信号，并关掉气体。方法600进行到方框614便结束。
图7是根据本发明的一个实施方案的可配置真空系统700中使用的真空室的前视图。图中的真空室700为圆柱体真空室，在真空室700的主开口上铰接有真空室门702，有支架710和708来支撑该真空室700。真空室门702和真空室700的主开口之间的铰接是通过合页712实现的。真空室700可用各种材料如金属、钢或复合材料制成。图示中位于真空室700内的轨道704和706安装在真空室700的内壁上。这些轨道是用来在真空工作台组件滑进或滚进真空室700内时支撑真空工作台组件的，轨道704在一边支撑，而轨道706在另一边支撑。
在真空室700内还可以有与真空工作台组件的各种接头相连的各种类型的接头。这些接头允许在镀覆工艺过程中和当真空室700中为真空时向真空工作台组件提供电能(或电流)、电信号和机械能。当真空工作台组件位于真空室700内时，这些连接自动形成。由于各镀覆或涂敷批次均高效快速地进行，因此将显著增加镀覆工艺的总生产率。
该连接可以如前面结合图1讨论过的那样，在等离子镀覆工艺过程中向各种装载沉积物质的真空工作台组件的丝极提供电流，从而加热沉积物质，使其在镀覆过程中汽化。可以用图1中所示的丝极电源控制元件来产生并提供该电流。类似地，如果真空工作台组件需要机械能，如基底的旋转，可将这样的机械能源从外部接入真空室内以供给所需的旋转运动。如果真空工作台组件需要电信号，如前面说明过的图1中的馈电通路26所提供的那样，则接头和导电体可以提供这样的通道。真空室700具有电源、电信号和机械能源接口或接头，因此在沉积工艺过程中可以从外部向真空室700内引入这样的能源和信号。
这种接头的例子在真空室700中表示出来了。图示中丝极电源接头714在真空室700底部，包括各种与各种触点如图7所示的丝极电源触点716电连接的导电体。优选丝极电源接头714的每个触点在插入真空室700中时，将自动与真空工作台组件的相应触点相连。于是，能量将传递给各种丝极、丝极电源导电体，优选该导电体对丝极进行机械支撑，并可以在真空工作台组件上任意安置。图示中馈电通路接头718与机械传动接头720一起，位于真空室700内的后部。
当真空工作台组件在真空室700内滑动或安装在真空室700内时，它将具有优选与相应的配合接头自动连接的对应接头。机械传动接头720向真空工作台组件的机械传动件或传动轴提供机械旋转能。馈电通路接头718与馈电通路电连接，这与结合图1所示并说明的馈电通路26相类似。总之，这提供了导电通道，使得在镀覆工艺过程中和当真空室700中为真空时能向真空工作台组件提供电信号如直流信号/射频信号。例如，当使用的涂敷或镀覆工艺为等离子镀覆工艺时，最终在基底上提供的电信号可以是直流信号/射频信号。
图8是根据本发明的一个实施方案的在真空工作台组件732中使用的支撑架730的底视图。事实上支撑架730可以为任何现有的结构，并可以任何方式安置。例如，支撑架730可以为包括水平构件和垂直构件的单一撑条(unistruts)。在第一平行边上可以安装一个或多个轮子如轮子或滚轴738。类似地，如图8所示，第二平行边可以包括各种轮子或滚轴。这些轮子或滚轴将帮助将真空工作台组件732置入、滑入或滚入真空室700内。例如，第一平行边734和第二平行边736的滚轴或轮子可以分别置于真空室700的轨道704和轨道706上。这对镀覆工艺大有帮助。
图9是图8中所示的支撑架730的底视图，添加了与支撑架730相连的丝极电源接头740。当真空工作台组件732由滚轮载入或滑入真空室700中时，优选丝极电源接头740自动与图7所示的丝极电源接头714相连。类似地，这两个丝极电源控制接头740和714的所有的各个触点均相配合或连接。在一个优选的实施方案中，这可以用弹簧式触点如丝极电源触点742和如图7中所示的丝极触点716来实现。
图10是如图8中所示的支撑架730的底视图，根据本发明的一个实施方案，增加了与支撑架730相连的机械传动件750，和与支撑架相连或位于支撑架之上或其附近的馈电通路760。图9中的丝极电源接头740在图10中没有表示出来，以便简化对真空工作台组件732的讨论和理解。
来看机械传动件750，图示中机械传动接头752位于其一端。当真空工作台组件732位于真空室700内时，其将与真空室700的相应的机械传动接头720相连。图示中机械传动件750作为轴，安装在支撑架730的横向构件758和横向构件780上。图中还显示机械传动件750一般位于支撑架730的中央，但是在其它的实施方案中，其可以偏向这一侧或那一侧。机械传动件750在机械传动接头752处接收旋转机械能，以使机械传动轴750旋转。该旋转能可以带动齿轮箱754旋转，在齿轮箱754处将机械传动件750的旋转能转换成可使在图10中未示出的平台旋转的第二旋转能。优选平台或转台安装在支撑架730的另一侧或顶部。被镀覆基底一般放置在平台上。齿轮箱754可以使用传动件如带传动件、或直接连接件与平台底部相连。
齿轮756也可位于机械传动件750上，这样机械传动件750的旋转也能使齿轮756旋转。在另一个实施方案中，齿轮756可以为使用皮带来驱动作为滚轴的平台的滑轮。这将在下面进行更为详细的说明。与齿轮箱754一样，齿轮756向平台提供旋转能，以使基底按要求旋转。
现在来看馈电通路760，图示中馈电通路接头762位于横向构件758上。优选该馈电通路接头762将自动与真空室700的馈电通路接头718相连。馈电通路760提供了导电通道，因此可将电信号如直流信号/射频信号最终提供给基底，以协助进行如等离子镀覆工艺。馈电通路760的第二端764可包括换向器，如电刷或弹簧式滚轴，因此向被镀覆的基底提供了导电通道。该换向器可以直接与旋转的基底接触，如当使用弹簧式滚轴作为换向器时；或者该换向器可以与平台如转台或导电板电接触，以在镀覆过程中向基底提供导电通道，因此允许向基底提供所需的电信号。
图11是支撑架730与真空工作台组件732的两个支撑构件802和804之间放置的绝缘表面的顶视图。从该视图中看不见支撑架730。事实上绝缘表面800可使用一层任何已知或现有的材料如米卡塔(micarta)。优选绝缘表面800提供了某种程度的刚性和机械支撑，因此可将丝极杆、棒或导电体通过该绝缘表面800进行安装，使得各种丝极可以按照所需安置在绝缘表面800的顶面上。图示中绝缘表面800上还有通过其表面的开口806。应该注意的是，可以按照需要在绝缘表面800上开通各种开口或孔洞。这使得可以从绝缘表面800的底面向绝缘表面800的顶面提供机械通路和馈电通路。例如，总之将通过绝缘表面800中的开口来引入机械传动件750和馈电通路760。
使用支撑构件802和支撑构件804来提供支撑，因此可在真空工作台组件732的顶部安装各式各样的平台。在一个实施方案中，支撑构件802和804为与位于绝缘表面800底面的支撑架730相连的单一的金属撑条构件。该单一的撑条带来了有价值的通用性，并将各种平台如转台、滚轴和导电板与真空工作台组件732相连。
优选绝缘表面800的底面将提供任何种类的导电通道或导线，因此丝极电源接头714的丝极电源触点将通过这样的导电体或通道连接到绝缘表面800上所要求的位置。然后在绝缘表面800上开出孔洞或开口，以通过该孔洞提供仍然与丝极电源接头714电连接的丝极导电体。这允许丝极可以按照要求放置，并且事实上可以放置在绝缘表面800的顶面上任何位置。
图12a-b为真空工作台组件732的顶视图和侧视图，表示了由第一丝极导电体822和第二丝极导电体824机械支撑的丝极820。如上面刚刚讨论过的那样，第一丝极导电体822和第二丝极导电体824也提供了回到丝极电源接头740的所需触点的导电通道。
图示中，使用支撑构件804和802来安装平台830，机械传动件750的齿轮箱754驱动的皮带832通过绝缘表面800上的开口与工作台或平台830下的底部相连。基底可以放置在平台830的顶面进行涂敷。通过绝缘表面800在馈电通路760的第二端764处提供了换向器，该换向器在图12a中没有表示出来，因此该换向器与平台830的底部接触，其提供了通向平台830的顶面从而通向被涂敷基底的导电通道。
图12b表示了图12a的侧视图，其中真空工作台组件732位于真空室700内部。图示中换向器840与馈电通道760相连，并与平台830的底面电连接。如上所述，图示中当真空工作台组件732位于真空室700之内时，各种机械连接和电气连接均已接好。
图13为真空工作台组件732的顶视图，其中平台830为双滚轴组件。这种安排允许两个长圆柱形基底同时旋转并被镀覆。齿轮756通过与齿轮854相连的皮带850来驱动中央的滚轴852。这样的旋转运动允许如两个反应堆容器的盖螺柱并排安放并旋转。换向器880如为弹簧式滚轴时，该换向器将与每个基底如反应堆容器盖螺柱接触，因此可将所需的电信号提供给基底。通过说明可以使用各种类型的平台，也说明了支撑构件804和802的通用性。
图14a-b为真空工作台组件732的顶视图和侧视图，其中平台830为单滚轴组件。被称作为单滚轴组件是因为在一个给定的时间只可提供一个圆柱体基底，这与图13中的不同。除了旋转时在基底的每一端只有两个滚轴之外，图14a与图13类似。
图14b为侧视图，与图12b相类似，只是平台830为位于基底900各端的滚轴。基底900可以是被旋转和涂敷的反应堆容器盖螺柱(headsfud)。沉积物质可装在丝极820中，并在镀覆工艺过程中蒸发。
图15a-b为真空工作台组件732的顶视图和侧视图，其中平台为导电板902。现在参见图15a，导电板902如前面结合图13说明过的那样位于双滚轴组件的顶部。在一个优选的实施方案中，如图所示，角铁构件920和角铁构件922与滚轴交叉。这对于板902提供了额外的机械稳定性和支撑。
图15b为图15a的侧视图，只是在导电板902表面表示出了基底900。导电板902通过换向器或直接连接件880与馈电通路760电连接。
图16为可配置真空系统1000的侧视图，图示中真空工作台组件732放置在推车960上，并由该推车运往真空室700，使得在该真空工作台组件732滑入或滚入真空室700时，真空工作台组件732的各种连接件可以自动接好。图示中，控制柜是用来控制镀覆或沉积工艺的，并控制对于真空室700的机械输入和电输入。
因此，显然本发明提供了一种具备上述一种或多种优点的可配置真空系统和方法。尽管上面已经详细说明了优选的实施方案，应理解的是，在这里所能作出的各种改变、替代和变更并不脱离本发明的范围，即便是缺少以上认识到的所有、一个或一些优点。例如，在特定的沉积技术应用场合，可能不需要一种或多种机械传动件、馈电通路和丝极电源接头。还例如，机械传动件和丝极电源接头可以从真空工作台组件直接与支撑件相连，通过彼此，或通过一些中间连接件与支撑件相连。本发明可使用各种材料和结构来实施。例如，本发明中可使用各种真空泵系统、设备和技术。这些只是本发明规划和覆盖的可配置真空系统和方法的其它配置或结构的一部分例子。
在优选的实施方案独立或分开描述和说明的各种部件、设备、物质、元件和工艺可以与其它元件和工艺相结合，而不会背离本发明的范围。例如，机械传动件和馈电通路可以用一个构件来实现。本领域的专业人员可以很容易地做出其它的改变、替代和变更的实施例，而这些实施例并不背离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种镀覆基底的方法，包括将具有螺纹表面的基底设置于真空室中；将沉积物质设置于真空室内的蒸发源中，所述沉积物质包括至少一种第一金属；将所述真空室中的初始压力降至4毫乇以下；一种气体以使得所述真空室中的压力能升高到0.1-4毫乇之间的流速通过所述真空室；将负压直流信号在负1伏到负5000伏的电压振幅下施加到所述基底；将射频信号在1瓦到50瓦的能级下施加于所述基底；以及将所述沉积物质加热到所述沉积物质的熔点温度以上，由此在所述真空室中产生等离子体，其中所述等离子体包括正电性沉积物质离子和负电性电子的混合物，并且其中所述沉积物质离子镀覆于所述基底上得到经镀覆的基底。
2.权利要求1的方法，其中所述真空室中的初始压力被降至1.5毫乇以下，并且所述气体以使得所述真空室中的压力能升高到0.5-1.5毫乇之间的流速通过所述真空室。
3.权利要求1的方法，其中所述负压直流信号是在负500伏到负750伏的电压振幅下施加到所述基底。
4.权利要求1的方法，其中所述真空室中的初始压力被降至1.5毫乇以下，并且所述气体以使得所述真空室中的压力能升高到0.5-1.5毫乇之间的流速通过所述真空室，其中所述负压直流信号是在负500伏到负750伏的电压振幅下施加到所述基底，并且提供5瓦到15瓦的能级。
5.权利要求1的方法，其中将所述基底设置于所述真空室中包括将所述基底设置于具有导电性材料的转台上，所述导电性材料提供到所述基底的导电通路，其中将所述负压直流信号和所述射频信号施加到所述基底包括使用换向器将所述负压直流信号和所述射频信号施加于所述转台的所述导电性材料上。
6.权利要求1的方法，其中将所述基底设置于所述真空室中包括将所述基底设置于具有导电性材料的转台上，所述导电性材料提供到所述基底的导电通路，其中将所述负压直流信号和所述射频信号施加到所述基底包括使用导电性电刷将所述负压直流信号和所述射频信号施加于所述转台的所述导电性材料上。
7.权利要求1的方法，其进一步包括将所述负压直流信号和所述射频信号混合以产生混合信号，其中将所述负压直流信号和所述射频信号施加于所述基底包括将所述混合信号施加于所述基底。
8.权利要求1的方法，其进一步包括在将所述真空室中的初始压力降至4毫乇以下之前将第二沉积物质设置于所述真空室中的第二蒸发源中；以及将所述第二沉积物质加热到所述第二沉积物质的熔点温度以上，由此在所述真空室中产生第二等离子体，其中所述第二等离子体包括正电性沉积物质离子和负电性电子的混合物，并且其中所述第二沉积物质离子镀覆于所述基底上。
9.权利要求8的方法，其进一步包括在将所述真空室中的初始压力降至4毫乇以下之前将第三沉积物质设置于所述真空室中的第三蒸发源中；以及将所述第三沉积物质加热到所述第三沉积物质的熔点温度以上，由此在所述真空室中产生第三等离子体，其中所述第三等离子体包括正电性沉积物质离子和负电性电子的混合物，并且其中所述第三沉积物质离子镀覆于所述基底上。
10.权利要求8的方法，其进一步包括在将所述基底设置于所述真空室中之前清洁所述基底。
11.权利要求10的方法，其中清洁所述基底包括清洁所述基底达到由钢结构刷涂委员会(SSPC)规定的标准。
12.权利要求11的方法，其中所述标准为SSPC-5。
13.权利要求11的方法，其中所述标准为SSPC-10。
14.权利要求1的方法，其中所述气体为氩气，并且所述沉积物质为银/钯金属合金，以及所述等离子体包括氩离子和银/钯离子。
15.权利要求1的方法，其中所述等离子体形成在所述基底上的一层以产生厚度为500到20000埃的镀覆螺纹表面。
16.权利要求1的方法，其中所述等离子体形成在所述基底上的一层以产生厚度为3000到10000埃的镀覆螺纹表面。
17.权利要求1的方法，其中所述等离子体形成在所述基底上的一层以产生厚度经控制为500埃的镀覆螺纹表面。
18.权利要求1的方法，其进一步包括将所述沉积物质加热到所述沉积物质的熔点温度以上之前背溅射所述基底。
19.权利要求1的方法，其中背溅射所述基底包括将所述真空室中的压力降至100毫乇以下；一种气体以使得所述真空室中的压力能升高到20-100毫乇之间的流速通过所述真空室；将直流信号在1伏到4000伏的电压振幅下施加到所述基底；将射频信号在1瓦到50瓦的能级下施加于所述基底。
20.权利要求19的方法，其中降低所述真空室中的压力包括将所述真空室中压力降至50毫乇以下；所述气体以使得所述真空室中的压力能升高到20-100毫乇之间的流速通过所述真空室包括所述气体以使得所述真空室中的压力能升高到20-50毫乇之间的流速通过所述真空室。
21.权利要求19的方法，其中将射频信号在1瓦到50瓦的能级下施加于所述基底包括将射频信号在5瓦到15瓦的能级下施加于所述基底。
22.一种镀覆基底的方法，包括将具有螺纹表面的基底设置于真空室中；将沉积物质设置于真空室内；将所述真空室中的初始压力降至0.5-1.5毫乇的范围；将负压直流信号在负500伏到负750伏的电压振幅下施加到所述基底；将射频信号在1瓦到50瓦的能级下施加于所述基底；以及将所述沉积物质加热到所述沉积物质的熔点温度以上，由此在所述真空室中产生等离子体，其中所述等离子体包括正电性沉积物质离子和负电性电子的混合物，并且其中所述沉积物质离子镀覆于所述基底的螺纹表面上得到镀覆螺纹表面，并且其中所述镀覆螺纹表面减少了所述镀覆螺纹表面与配合部件的表面之间的咬住效应。
全文摘要
本发明提供了一种用于涂敷或镀覆的示范性的可配置真空系统和方法，该系统和方法能够处理具有显著不同形状和尺寸的基底。该可配置真空系统包括真空工作台组件和真空室。该真空工作台组件可包括支撑架，绝缘表面，安装在支撑架上的机械传动件，安装在支撑架上的馈电通路，位于在第一丝极导电体和第二丝极导电体之间的绝缘表面上的丝极，通过丝极电源接头的第一丝极电源触点与第一丝极导电体电连接、并通过丝极电源接头的第二丝极电源触点与第二丝极导电体电连接的丝极电源接头，以及可支撑基底的平台。真空室可包括在门上有主开口的真空室、限定内部空间的墙壁、丝极电源接头、馈电通路接头、机械传动接头、可接受并支撑真空室内的真空工作台组件的轨道。真空工作台组件和真空室的各种接头可以自动地相互连接。
文档编号C23C14/54GK1800442SQ20051012025
公开日2006年7月12日 申请日期2001年5月22日 优先权日2000年5月22日
发明者杰里·D·基德, 克雷格·D·哈林顿, 丹尼尔·N·霍普金斯 申请人:基础资源有限公司