专利名称：用于通过物理汽相沉积和化学汽相沉积同时沉积的设备及其方法
技术领域：
本发明一般地涉及以物理汽相沉积(“PVD”)和化学汽相沉积(“CVD”)使薄膜材料同时沉积在基底上的设备，尤其是涉及以溅射和微波化学汽相沉积使薄膜材料同时沉积在基底上，最好是在基底材料的加长幅面料上的新颖设备。
背景技术：
通过薄膜工艺可制出各种产品。通过薄膜材料的沉积可制造的产品的例子包括用于光学控制及太阳能控制的干涉仪堆栈。一种太阳能控制产品的例子公开于Woodard等人的美国专利No.5,494,743中，题目为“ANTIREFLECTION COATINGS”，其公开在本文中作为参考。特别是，Woodard等人公开了一种在其上设置有抗反射涂层的聚合物基底，该抗反射涂层由一种或多种无机的金属化合物组成，该化合物的折射率高于聚合物基底的折射率。
用于光学控制的薄膜材料通常包括一系列金属层及电介质层，它们具有变化的介电常数及折射率。这些薄膜材料例如可用于减少闪光或反射。薄膜材料还可用作太阳能控制膜，该太阳能控制膜用于红外辐射的低发射，以减小热量的损失。
在应用于光学控制的薄膜材料的制造中，许多干涉仪堆栈都具有二氧化硅的顶层。单层材料用的抗反射层的折射率大于1.00，其折射率等于单层材料的折射率的平方根。有争议的频带的中心波长处计算所得的材料厚度，更精确地说，光学厚度是中心频率处的波长的1/4。例如，人眼通常看见的光的波长在4000与7000之间。因此，抗反射光学涂层在波长5500时的厚度约为1375。根据包含折射率及透光度的光学性质以及二氧化硅的机械性能来选择抗反射涂层的材料。
一些工艺现被应用于沉积薄膜材料，其中一些在Thin FilmProcesses中作了描述，该文由John L.Vossen和Warner Kern主编，Academic Film，Inc.，纽约州纽约市，1978。化学汽相沉积的基本原理由Warner Kern和V1adimir S.Ban在Thin FilmProcesses的第III-2篇中作了公开。化学汽相沉积(CVD)作为生成和沉积材料的一种方法，它使材料的气相或汽相的组成部分生成沉积在一些表面上的产品。因此，其化学反应可能是吸热的或放热的中的一种。
堆栈设计的合乎逻辑的结果就是CVD工艺的反应物，该反应物取决于先前材料。例如，如果要沉积二氧化硅(SiO2)，可用氧(O2)去氧化硅烷(SiH4)以产生所希望的产品二氧化硅和副产品氢(H2)。另一种办法，可使硅烷分解以使非晶硅合金材料沉积在基底上。例如，可通过给反应物供能至反应温度来生成产品。该反应温度可通过已知技术的任何合适方法来达到，该已知技术包含R.F.(射频)辉光放电和电阻加热。CVD反应可在广泛的压力范围内发生，从高于大气压至低于1毫乇。
低压CVD工艺实际优于约在大气压力下运行的CVD工艺。气体的扩散率及气体分子的平均自由路径与压力成反比。当压力从大约大气压降到1乇，其效果是扩散常数增大约2个数量级。共同受让的授予Ovshinsky等人的题为“METHOD OF MAKING AMORPHOUS SEMICONDUCTORALLOYS AND DEVICES USING MICROWAVE ENERGY”的美国专利NOs.4,517,223及4,504,518描述了在低压下以微波辉光放电等离子体将薄膜沉积在小面积基底上的工艺，这些专利公开在本文中作为参考这些专利中特别指明，在低压力工况下运行，不仅消除了粉末及等离子体中的聚合构成，而且还提供等离子沉积的最经济模式。在共同受让的授予Fournier等人的“METHOD AND APPARATUS FOR MAKINGELECTROPHOTOGRAPHIC DEVICES”美国专利NO.4,729,341中公开了一种低压微波激发的等离子工艺，该工艺使用高能工艺中的一对辐射波导涂敷器把光敏半导体薄膜沉积在大面积的圆柱基底上，该专利的公开在本文中作为参考。但是该’341专利中描述的大面积沉积的原理被局限于圆柱形的基底并且其中提出的教导不能直接搬用到基底材料的加长幅面料上。
微波辐射涂敷器的应用已延伸至基底材料的加长幅面料上的化学汽相沉积中，该基底材料出现在共同受让的授予Doehler等人的美国专利NO.4,893,584的“LARGE AREA MICROWAVE PLASMAAPPARATUS”中，其公开在本文中作为参考。通过为抵御压缩力而优化隔离窗，窗的厚度可减小以提供快速的热冷却，由此’584专利实现了高能量密度而窗不碎裂。再有，通过使’584专利的设备维持在负压下，就可能使该设备在一定压力下运行，该一定压力接近在修正的Paschen曲线的最小值附近运行所需的压力。如在共同受让的美国专利NO.4,504,518中所公开的，Paschen曲线是在每个压力下保持等离子体所需的电压的曲线。修正的Paschen曲线是关于在每个压力下支持等离子体所需的功率的曲线。正常的运行范围由曲线的最小值限定。另外，低压可使各种等离子体移动的平均自由路径更长，因此提高了总的等离子体均匀性。
在CVD工艺中提供了足够比例的原料气体，以实现材料的正确化学计量沉积。在共同受让的授予1zu，Dotter，Ovshinsky和Hasegawa的题为“APPARATUS FOR THE SIMULTANEOUS MICROWAVE DEPOSITIONOF THIN FILM IN MULTIPLE DISCRETE ZONES”的美国专利NO.5,411,591中公开了一种化学汽相沉积的优良方法，其公开在本文中作为参考，1zu等人公开了一种利用直线式微波涂敷器把薄膜材料沉积在基底的幅面料上的微波等离子强化的化学汽相沉积设备。通过使等离子区维持负压，可达到使各种等离子体移动的平均自由路径更长，这提高了总的等离子体的均匀性。为了使均匀的等离子体保持在更宽的，约1米或更宽基底的上方，各窗之间的间隔必须减小。由于直线式涂敷器隔离窗之间的间隔减小了，缩短的潜力增加了。如果倾向于缩短直线式涂敷器，就不可能维持等离子体。CVD工艺的一个优点在于膜沉积率。CVD设备中的产品生成率与原料气体的流动率有关。当产品生成率增大，沉积率也增加。只要提供足够的能量使原料气体起反应，沉积率由非沉积的各种等离子体排出CVD设备的速率来限定。虽然CVD工艺能良好地用于许多薄膜材料，但有许多想要沉积但不能以任何已知的CVD工艺沉积的材料，诸如氧化锡铟、ITO。另一个已知的薄膜材料的沉积方法是PVD(物理汽相沉积)工艺。有许多种技术上已知的薄膜材料沉积的PVD工艺，它们中的许多公开在J.L.Vossen和W.Dern主编的“THIN FILM PROCESSES”第II篇中，Academic Press，纽约州纽约市，1978。
普通的PVD工艺是从源材料沉积细小颗粒的溅射。虽然术语是非直观的，要沉积在基底上的材料的源称为靶。术语“靶”是从用带电惰性气体轰击源材料的工艺演变出来。靶被附着在阴极上，阴极是一块具有负的电偏压的板。靶面向基底材料，该基底材料可能是接地的、浮动的、偏压的、加热的、冷却的或它们的一些组合。惰性反应气体，典型的是氩，被导入和离子化以供作输送电荷的介质。反应气体可用几种方法离子化，包括阳极板、正偏压的入口或使基底本身带偏压。带正电荷的反应气体离子由带正电荷的源极排斥并被电吸到靶板，在此，带正电荷离子冲击靶并通过动量转移除去靶原子。被除去的原子朝向基底移动，它们在基底凝聚成薄膜。
虽然溅射工艺一般不消耗用于薄膜沉积的气体，但还是需要使惰性气体流动。使惰性气体流动为的是除去杂质，否则杂质会累积在室内。当使惰性气体流动时，应该采用一种泵方案，以便维持溅射室内的压力。维持溅射靶附近的恒压条件是重要的。压力变化将导致对溅射靶的非均匀轰击以及接下来的非均匀膜沉积。通常，溅射工艺的室压力为75毫乇或更低。低压力溅射，其溅射室压力约为10毫乇或更低，使反应气体离子化远离阴极，在阴极处电荷丢失在室壁上的机会极大地增加。因此，在平面溅射工艺中，离子化效率低并且不能维持自保持放电。
反应溅射，一种用于生成氧化物的方法，例如在约5乇或更低的非常低的压力下进行。反应溅射的目标是增加汽相化学组成的量，它将增加碰撞的概率，这可通过升高压力来实现。但是，如果要通过D.C.溅射来沉积SiO2，例如在含氧的大气中应用硅靶。然而，氧将与硅靶材料发生反应，生成SiO2，它是一种绝缘体。一旦硅靶被氧化，直流电流在本例子中不能保持；将没有电场可使带电颗粒移动通过。通过给溅射工艺增加磁场，溅射可维持在低于10毫乇的压力下。带电粒子的平均自由路径因增加磁场而加长。通过施加垂直于电场的磁场，使电子的路径受到影响并变为垂直于磁场和电场。一种平面磁控溅射装置，例如具有多个永久磁铁的装置产生了圆形的或椭圆的电子路径，该磁铁互相平行配置并在一个平面内具有交变极性取向。利用增加电场，带电粒子就具有螺旋路径。
带电粒子的螺旋路径有两个优点第一，由于有磁场，可避免带电粒子接触室壁，因此增加了低压效率；和第二，通过增加移动路径的长度，增加了与其它粒子碰撞的可能性。
虽然溅射是一种普通的和良好经验过的实践，它还有某些缺点。与溅射有关的一个缺点是沉积率问题。例如，二氧化硅可通过磁控溅射和微波等离子强化的化学汽相沉积两种方法来沉积。脉动磁控溅射用的二氧化硅的沉积率是10～20/每秒，提高了一个数量级。然而，如上面所指出，有些材料，诸如ITO，还没有已知的利用化学汽相沉积的沉积方法。
用于制造干涉仪堆栈的光学及热量控制部件的薄膜材料通常由多层材料组成，成层在基底上的这些材料具有确定的厚度。这些材料及其相关的厚度总的称为“堆栈”。堆栈被设计用来实现特定目的，该目的或是光学控制、太阳能控制或者是任何其它设法要实现的设计目标。如上面所指出，许多光学及太阳能控制堆栈具有相对厚的、约1000的SiOx的顶层。如果堆栈至少有一层要溅射，那么在现有技术条件下，两个供选择方案中的一个用来产生SiOx的顶层是合适的。第一可选择的方案是溅射整个堆栈。然而，由于SiOx的溅射沉积率和堆栈的顶层的所需SiOx材料厚度的原因，制造堆栈需要相当长的工艺时间。另一种方案是，除SiOx的顶层外，所有层以PVD制造，然后整卷已溅射基底材料被运送至制造1000 SiOx层的CVD机器上。虽然这两者接近生产出所希望的最终产品，但制造堆栈所需时间相当长，导致较高的生产成本及效率降低。再有，如果是供宽材料用的涂层，该宽材料约1米宽，诸如商业大厦的窗户，技术状况还不能提供一种装置用于通过CVD沉积均匀的材料层。
因此，在技术上对设备有一种需求，该设备显著地缩减制造产品所需的时间总量，该产品由多层薄膜材料构成，该薄膜材料由包含PVD工艺及CVD工艺的单台机器沉积在基底上。再有，在技术上对CVD工艺有一种需求，即能够在加宽的基底上沉积均匀的材料层。
本发明的简述本文公开了一种在基底上沉积薄膜材料的新颖设备。该设备包括沉积室和用于抽空该室内部的泵。基底可操作地被配置在室内，并且为在基底上沉积不同的层，该基底可从第一站移动到至少一个第二站。该设备还包括用于在基底上沉积第一层薄膜材料的第一装置和用于在第一层的顶部沉积第二层薄膜材料的第二装置。第一和第二装置适于通过从工艺组中选出的两种不同沉积工艺沉积各个层，该工艺组包含PVD工艺和CVD工艺。
PVD工艺选自包含D.C.溅射、D.C.磁控溅射、R.F.(射频)溅射、R.F.磁控溅射、反应溅射、汽相沉积、反应汽相沉积以及等离子弧沉积的工艺组；而CVD工艺选自包含热CVD、热丝CVD、PECVE、MPECVD、DCPECVD、RFPECVD、WMPECVD以及ECR(电子回旋加速器谐振)的工艺组。由至少两个不同沉积工艺的每个提供的材料被限制在不同的及实际上隔离的沉积区。每个沉积区被约束系统所隔离。PVD工艺和CVD工艺在基本上相同的压力下运行。每种不同工艺之间的压力差不大于一个数量级。
本文还公开了一种在负压下把薄膜材料沉积到基底上的设备。该设备包括沉积室、至少一个PVD装置以及至少一个CVD装置；该PCV装置用于把薄膜材料沉积在基底上，PVD装置可操作地配置于沉积室中位于PVD区内；该CVD装置用于把薄膜材料沉积在基底上，CVD装置可操作地配置于沉积室中位于CVD区内。
多个约束系统配置在沉积室内。PVD区实际上被至少一个约束系统所隔离，而CVD区实际上被至少另一个约束系统所隔离并至少是部分地被另一个约束系统限制，由此防止了来自各沉积区的各种非沉积物污染相邻的沉积区。
PVD装置是一种配置在沉积室内的溅射装置。溅射装置包括在沉积室内的阴极和至少一个固定在阴极上的靶。靶由要沉积到基底上的材料构成。CVD装置是一种微波等离子强化的化学汽相沉积(“MPECVD”)装置，该装置包括涂敷器罩及具有第一端部和第二端部的直线式涂敷器。直线式涂敷器具有至少一个开口并被配置在涂敷器罩内以把直线式涂敷器与沉积室隔开。与直线式涂敷器的第一端部连通的波导管引导着来自微波源的微波能量，该微波源与波导管相连通。开口适于从微波能量中产生均匀的等离子体，该微波能量扩散在所述沉积室的CVD区内。
本文还公开了一种加宽的微波装置，该装置包括涂敷器罩和配置在涂敷器罩内的加宽的微波直线式涂敷器。该加宽的直线式涂敷器具有涂敷器第一半部和涂敷器第二半部，涂敷器第一半部和第二半部的每个具有第一端部和第二端部。至少一个开口配置在所述涂敷器第一和第二半部的每个内。涂敷器第一半部的第二端部与涂敷器第二半部的第二端部连通。第一波导管与涂敷器第一半部的第一端部连通，而第二波导管与涂敷器第二半部的第一端部连通。微波源与第一及第二波导管连通，由此由微波源产生的微波能量被引导至涂敷器第一及第二半部。当所述装置可操作地配置在抽空的沉积室内及工艺气体被导入室内时，配置在每个涂敷器第一及第二半部内的开口使微波能量形成CVD等离子体。
还公开了一种制造干涉仪堆栈的方法，该堆栈被沉积在基底上，该堆栈具有至少两层，每层由不同的沉积工艺生成，该不同的沉积工艺选自包含PVD工艺及CVD工艺的工艺组，该方法包括以下步骤提供沉积室；抽空沉积室至负大气压；在沉积室内设置基底；以选自PVD工艺或CVD工艺的第一工艺把第一层材料沉积到基底上；和以其它的PVD工艺或CVD工艺把第二层材料沉积到基底的第一已沉积层的顶部。干涉仪堆栈是光学基底的多层选择性太阳能控制涂层，该光学基底由至少一种抗湿电介质材料及半导体材料制成。电介质材料是选自化合物组的一种或多种化合物，该化合物组包含氮化硅、氧化硅、氧化钛、硝酸氧化硅和这些材料与碳及钻石状碳的合金。半导体材料是选自化合物组的一种或多种化合物，该化合物组包含碳化硅、硅、掺杂硅、锗、掺杂锗以及碳化锗。
通过详细说明、附图及附在本文后的权利要求书，本发明的这些和其它目的及优点将变得明显清楚。
图1是根据本发明教导的设备的第一实施例的示意图，部分为剖视，剖视通过真空沉积室截取，以虚线显示基底，以展现配置于单室内的工作元件，本示了从PVD站直线地移动至CVD站的基底；图2是根据本发明教导的设备的第二实施例的剖视图，其中PVD区及CVD区包含在真空沉积室内，而基底依随蛇形路径穿过真空沉积室；图3是根据本发明教导的设备的第三实施例的剖视图，使用了带有基底的多个约束系统，基底依随与多个约束系统相邻的拱形路径并与激冷轮接触；
图4是PVD装置的实施例的示意图，更准确地说，是磁控溅射装置的示意图，图示说明反应气体进气总管的沉积情况；图5是CVD装置的第一实施例的剖视图，更准确地说，是等离子强化的化学汽相沉积装置的剖视图，图示说明的是配置在约束系统内的工作元件以及包含原料气体入口总管、原料气体出口总管，以及本发明的直线式微波涂敷器；图6是本发明的微波强化的化学汽相沉积系统实施例的示意图，带有工作上位于真空沉积室内的基底，以及显露的工作元件，这些元件包含电源、微波源、三口隔离器、调谐器、直线式微波涂敷器及微波隔离罩；图7是直线式微波涂敷器的实施例的等轴视图；图8是加宽的微波等离子强化的CVD装置的第一实施例的解释图；和图9是本发明的加宽的直线式微波涂敷器的实施例的等轴视图。
具体实施例方式
本发明涉及通过物理汽相沉积(“PVD”)工艺和/或化学汽相沉积(“CVD”)工艺把薄膜材料同时沉积到基底上的设备。虽然本领域技术人员会理解到各工艺包含在称为PVD工艺和CVD工艺的工艺组内，而且不认定是无遗漏的；PVD工艺包括D.C.溅射、D.C.磁控溅射、R.F.溅射、R.F.磁控溅射、反应溅射、汽相沉积、反应汽相沉积以及等离子弧沉积；而CVD工艺包括热CVD、热丝CVD、等离子强化的化学汽相沉积(“PECVD”)、微波等离子强化的化学汽相沉积(“MPECVD”)、D.C.PECVD(“DCPECVD”)、R.F.PECVD(“RFPECVD”)、加宽的MPECVD(“WMPECVD”)以及电子回旋加速器谐振。
依照主体发明，至少有两种不同的工艺在单个的真空沉积室内运行。该工艺可选自PVD组、CVD组或它们的任何组合。该工艺最好运行在基本相同的工作压力下，通常每种不同工艺之间的压力差不大于一个数量级。通过实际上约束由于在基本隔离的沉积区的每种工艺内生成的各种物质，使至少两种不同的工艺的每一种得以运行。沉积区是沉积室的一部分，在沉积室内，把来自PVD工艺或CVD工艺的材料沉积在基底上。
材料的交叉污染的威胁，无论是它们引出的各种物质、先前的气体、CVD工艺的产品或PVD工艺的产品，都是不能允许的。为了防止交叉污染，PVD或CVD工艺的结合可在功能上在单个沉积室内进行，使效率提高和降低生产成本。通过约束系统可以防止交叉污染。根据工作压力的需要约束系统可以是颗粒矢量约束、气体门约束等等。事先，如果堆栈设计要求材料必须经由至少两种不同的工艺沉积而不能在同一沉积室内沉积，因为涉及到交叉污染，则两个工艺必须分开执行。
本发明的设想是基底可从至少两个沉积站的第一站移动至第二沉积站。但是本发明的原理可应用于静止的基底，该静止基底工作上配置在至少两个沉积站的每个站的邻近处。沉积站是空间上不连续的沉积位置，在该位置上执行沉积工艺。
在示例性的实施例中，公开了一种结合PVD装置和CVD装置的设备，在该设备中利用颗粒矢量约束来防止交叉污染。公开的一种特殊PVD装置是磁控溅射装置，公开的一种特殊CVD装置是MPECVD装置。应当指出，任何适宜的CVD装置或工艺可以代替MPECVD装置。同样，还应当指出，任何适宜的PVD装置或工艺可以代替磁控溅射。溅射和微波等离子强化的化学汽相沉积工艺发生在负压的抽真空的室内。通过在同一沉积室内实施PECVD及溅射，每种工艺的优点可导致获得超过先前技术的高效率结果。
本发明设备的示例性实施例结合有由PECVD实施的材料沉积的高沉积率和涉及的多种材料，该材料可利用溅射进行沉积。
现参见图1，所示为设备10的第一实施例的示意性剖视图，设备10通过CVD工艺及PVD工艺把一种或多种薄膜材料同时沉积在一个基底材料上。
设备10包含真空沉积室20，该沉积室20的壁最好由耐久的、抗腐蚀的材料诸如不锈钢制成。PVD装置50及CVD装置60配置在沉积室20内。由PVD装置50提供的材料在PVD沉积区55内被沉积到基底30上。同样，由CVD装置60提供的材料在CVD沉积区65内被沉积到基底30上。基底30配置在沉积室20内，为在基底30上沉积不同的各层，基底30可从至少第一沉积站70移动至第二沉积站80。虽然两个层可由相同的材料构成，如果各层是在室20内的分离位置上沉积的，它们就是用于本发明目的的不同层。不同的层还涉及通过选自工艺组的至少两种不同方法沉积的各层，该工艺组包括PCV工艺及CVD工艺。PVD工艺或CVD工艺可在第一沉积站70实施。同样，第二沉积站80可实施PCV工艺或CVD工艺。多个约束腔90配置在沉积室20内。多个约束腔90中的每个具有至少一个开口95。PVD区55和CVD区65的每一个都被多个约束系统中的一个所隔离开。PVD装置50和CVD装置60中的每一个配置其内、部分地配置在其内，或与多个约束腔90的一个连通。基底30紧靠着每个约束腔90的开口95进行配置，至少部分地约束了PVD区55和CVD区65，由此进一步地约束了PVD区55和CVD区65。
一个或多个辉光棒40可配置在沉积室20内。添加一个或多个辉光棒40有助于使薄膜材料附着在基底30上。基底30可以是基底材料的加长幅面料，适于沉积薄膜材料。容器的抽气口350适于与沉积室20连通并也与泵室360连通。
现参见图2，所示为根据本发明教导的设备10的第二实施例的示意性剖视图。一个或多个导辊340用于在真空沉积室20内引导基底30。在本发明的当前实施例中，PVD装置50和CVD装置60的每个都被约束系统所隔离，而更准确地说，是被多个约束腔90的一个所隔离。PVD区55及CVD区65的每个被多个约束腔90的一个所约束，确定PVD区55或CVD区65的每个约束腔90具有开口95，基底30对着每个开口95。
虽然在沉积方面PVD装置50领先于CVD装置60，如装置10的本实施例中所公开的，但可以应用CVD装置60和/或PVD装置50的任何组合。在沉积室20内的沉积顺序通过干涉仪堆栈的设计所决定。举个例子，如果堆栈的设计需要最靠近基底30的第一层有一种组分，该组分是利用PVD工艺以更高效率沉积出来的，则PVD装置50将在基底30上沉积一层材料。本发明的灵活性使得几种PVD和/或CVD工艺可以任何所需顺序在沉积室20内运行。于是，对本领域技术人员而言变得很明显，即本发明的新颖教导提供了超过先有技术的显著优点。
现参见图3，所示为本发明的第三实施例的示意性剖视图。在本实施例中，基底30被卷带器330从展卷器310中拉出穿过沉积室20。在本发明的当前实施例中，激冷辊320配置在沉积室20内。多个导辊340配置在真空沉积室20内以引导基底材料的幅面料，并在基底材料30穿过真空沉积室20时消除基底材料30上的任何松驰或脱开应力。
基底30移过PVD区55后，基底30继续移动通过沉积室20到达CVD区65，在区65以CVD工艺使薄膜材料沉积到基底30上。图3显示了本发明的设备10具有两个约束腔90，每个具有配置在其内的溅射装置100，而其它两个约束腔90，每个具有配置在其内的微波强化的化学汽相沉积(“MPECVD”)装置110。
现参见图4，所示为含有溅射装置100的约束腔90的剖视图。溅射装置100包含有连接在阴极140上的靶150。靶150实际上是要被沉积的材料，例如ITO的源。多个磁铁160配置在沉积室20内并接近阴极140。虽然在本发明的这个特定实施例中磁铁160的存在显露了这是个磁控溅射装置，但应当指出任何技术上已知的用于负压下的PVD工艺方法都可应用在本发明中。反应气体输入总管120适于在含有PVD区的约束腔90内提供反应气体。一个或多个反应气体排出总管130被设置用来与多个约束腔90的一个连通。
反应气体，例如氩，可利用反应气体输入总管120把它导至约束腔90。在溅射工艺过程中提供了反应气体的稳定气流以维持理想配比。现还参见图3，阴极140具有负电荷，它可能是直流电或调频交流电，也称为射频的形式。通过增加磁场，实现了在等离子体内使电子的移动路径增大以保持等离子电荷。低压溅射装置典型地使用了磁场，因为在等离子区内的颗粒密度非常低，例如处于毫乇工况。另外，脱离阴极140的电子会冲击室20的壁或任何其它表面并放电，导致缺乏效率并最终等离子体消失。磁场迫使电子在螺旋路径上移动，由此磁性地约束着电子。沉积室20可具有正电偏压。一旦电子冲击反应气体原子，电子将被俘获，而在反应气体原子上将产生正电荷，并且之后朝带负电荷的表面推进，该表面例如是带负电荷的靶150。与靶150的碰撞将导致靶材料150的一小部分脱位并被沉积到基底30上。氩气通常用作溅射的反应气体，但是本领域技术人员将能理解可用其它反应气体代替。
现还参见图1，至少部分地确定PVD区55的约束腔90内的压力约在1毫乇与10毫乇之间，最好在2至3毫乇之间的压力下运行。至少部分地确定PVD区55的约束腔90内的压力是通过采用与反应气体排出总管130连通的真空源来达到的。可使用少至一个真空源以在整个室20内达到所希望的压力。本发明的优先实施例中所用的真空源由一个或多个扩散泵驱动，但是，本领域技术人员立刻就能理解可采用合适的泵代替扩散泵。
现在参见图5，所示为至少部分地确定CVD区65的另一个约束腔90的剖视图。在本实施例中，CVD装置60配置在至少部分地确定CVD区65的约束腔90之内。CVD装置60包含直线式微波涂敷器250，该涂敷器250配置在约束腔90内。原料气体输入总管180配置在约束腔90内，或者另一种办法是原料气体输入总180具体地位于约束腔90外边但与腔90连通，该腔90至少部分地确定CVD区65。一种优良的直线式微波涂敷器的例子可在共同受让的1zu等人的美国专利NO.5,411,591的“APPARATUS FOR SIMULTANEOUS MICROWAVEDEPOSITION OF THIN FILMS IN MULTIPLE DISCRETE ZONES”中找到，该专利在本文中列为参考资料。虽然在当前的例子中公开了等离子强化的化学汽相沉积装置，但对于本领域技术人员将变得很明显的是任何能在本文中公开的压力下运行的化学汽相沉积工艺装置都将是合适的替代者。本文公开的MPECVD装置的约1至10毫乇压力之间运行，最好是在5至10毫乇之间运行。原料气体的物质流通率及真空源的容量初步决定了约束腔90内的压力，该腔90至少部分地约束着CVD区。
现还参见图3，在本发明的一个实施例中，室20具有背景压力，这是未被CVD区65或PVD区55占据的室20内的空间的压力，位于CVD区65或PVD区55的下方，以防止交叉污染。在此情况中各种物质将逸出PVD区55或CVD区65，各种物质将被抽吸至未被CVD区65或PVD区55占据的室20内的一个区域。通过采用流量限制装置，诸如人字型限制装置，可以有选择地限制气体流动，以便在少至一个真空源的条件下达到所希望的压力。在本发明的另一个实施例中，一个真空源可使每个室的背景压力、PVD区55的压力及CVD区65的压力的分配变得容易。
现再参见图5，原料气体输入总管180提供原料气体，这些原料气体是CVD工艺的反应物。原料气体被优化以提供所希望的沉积材料的正确成分。例如，如果希望的是二氧化硅，约200 sccm SiH4(硅烷)、600 sccm O2及150 sccm Ar的混合物被导入CVD区65内。为了使硅烷的反应达最大，供应这样的富氧混合物，导致在沉积的膜上的二氧化硅沉积是高百分率而Si-H键合是较低百分率。在CVD工艺中的沉积率仅受限于供向CVD区的原料气体的物质流通率。为了利用低压力CVD的优点，约束腔90内的压力必须维持低至约10毫乇。低压力CVD工艺，诸如MPECVD的沉积率的界限受限于真空源的抽气量。
微波装置110向原料气体流内辐射微波能量，该原料气体流由原料气体输入总管180供应。当原料气体被辐射以微波能量，在CVD区65内就生成等离子体，引致原料气体起反应并生成要沉积在基底30上的材料。可以使用等离子体保持气体，例如氩气协助维持等离子体。由于先前的气体流过CVD区65，非沉积的各种物质及任何等离子体保持气体通过原料气体排出总管190被抽出CVD区65。现还参见图3，泵出区170在沉积室20内沿基底30的路径配置。在当前的实施例中，泵出区170包括空的约束腔90。泵出区170可邻接CVD区域65进行配置并用作非沉积的各种物质及任何等离子体保持气体的共同收集器。图中显示原料气体排出总管190与泵出区170连通，以形成泵出区170与真空源之间的通道。本领域技术人员立刻就能理解原料气体排出总管190可配置在约束腔90内或与该腔相邻，该腔90包含CVD区65而不含泵出区170。
现参见图6，所示为微波强化的化学汽相沉积装置110的实施例的解释图。微波装置110含有电源200，该电源200以任何技术领域已知的方法连接在微波源210上，以给微波源210提供电能。微波源210是技术领域熟知的磁控头。一种磁控头使用了充以极高电压(至少1KV)的灯丝并配置在厚壁真空室的中心。磁控头的真空室具有磁场，其磁力线的走向平行于真空室的长轴并且也平行于充电的灯丝。磁场使来自灯丝的电子沿灯丝轨迹运行，和内室壁相切，该室壁是圆柱形的。多个空腔与罩住灯丝的磁控室相连通。各空腔有它们自己的频率及节奏，导致当电子在磁控室内沿灯丝轨迹运行时，电子在每个空腔附近聚束。电子继续在磁控室内循环直至它们达到约2.45千兆赫的工作频率。配置在其中一个空腔中的天线受循环电子的影响并适于向靶输送高频高能。从天线向波导管260内辐射微波，波导管260引导微波通过三口隔离器220，然后到达谐调器230。三口隔离器220限制微波的单方向运动。任何反射回来朝向三口隔离器220的微波都由三口隔离器220再引导到例如水负载。谐调器230是用于降低再反射功率的负载匹配装置。微波继续移动通过波导管260并进入直线式微波涂敷器250，该涂敷器250均匀地分配微波能量进入CVD区。直线式微波涂敷器250可以是波导管260的分离部件，或者波导管260与直线式涂敷器250可能是集成部件。
现还参见图7，所示为直线式微波涂敷器250的实施例的等轴视图。涂敷器250通常是矩形的通道，它具有多个沿一侧配置的开口。图7公开了直线式涂敷器250，它具有第一端部251、第二端部252及一系列开口253至258，从开口253至258的每个开口的中心间隔约一个波长。微波能量进入邻近开口253的第一端部261。微波能量从直线式涂敷器通过开口253至258而“漏出”。
由于微波能量泄漏，涂敷器内的微波功率的强度降低了。例如，如果允许16％的微波能量从开口253漏出，微波信号的功率将降低至原功率的84％。通过允许微波能量以基本均匀的方式泄漏，均匀的等离子体就在CVD区65内产生。应当指出，虽然直线式涂敷器250展示了6个开口，253至258，如基本上是矩形的，应指出的是，可以使用各种和变化的开口几何形状在CVD区65内实现均匀的微波场。还应指出，开口253至258的泄漏的调节是严格地以实验为基础的，并且需要谐调，以在CVD区65内实现均匀的微波场。还应指出，虽然本发明的这个实施例中展示了6个开口，如图7中所示，但可使用任何合适数量的开口来实现所希望的结果。
多个开口253至258间隔开大约一个波长，以防止相邻的微波场互相抵消。微波装置110被设计用来提供行波，以避免有驻波伴随的问题。只有通过以实验为基础的方法，等离子体才是稳定的。目前的技术水平不能提供足够的信息，该信息将能使本领域技术人员建立有关这个阶段相关吸收的现有关系模型。
现回到图6，微波装置110还含有微波涂敷器外罩240，外罩240防止CVD区65内的颗粒污染直线式涂敷器250。微波涂敷器外罩240最好用电介质材料制造，该材料基本上可透过微波能量。较合适的材料是石英，但是，本领域技术人员应是清楚的，其它合适的材料可以代替石英。微波涂敷器外罩240有个开口端，直线式涂敷器250就从该处插入微波涂敷器外罩240。外罩240一般但并非必须处在接近大气压力。涂敷器外罩240可用液体或任何其它技术上已知的合适冷却方法进行冷却。此外，微波涂敷器外罩240具有第二开口端并在两端凸出通过真空沉积室20。出于增加强度的目的，微波涂敷器外罩240通常应具有圆柱或大致弯曲形状。微波涂敷器外罩240在一端用端盖270密封，该端盖270用与微波隔离外罩240相同的材料制成，外罩240还用止动盖290及止动杆280牢固地连接在真空沉积室20上。如果愿意，微波涂敷器外罩240还可做成试管形状，去掉端盖270。一个或多个密封垫300被用来防止在微波涂敷器外罩240穿入真空沉积室20处发生的空气泄漏。
现再参见图5及图3，如前面提到的，来自微波装置110的微波能量引起原料气体发生反应并生成沉积在基底30上的产品。微波能量提供了与射频(R.F.)产生的最普通密度相比是高密度的自由原子团，该原子团导致较高的沉积率及几乎是100％的原料气体利用率。另外，低压力使被激励的各种物质发生了更长的运行平均自由路径，提高了总的等离子体均匀性。在负压运行的另一个好处是被沉积材料的质量好。在低压力工况下运行消除了粉末及等离子体中的聚合结构，同时提供了等离子沉积的最经济模式。沉积室20内的每个沉积区由约束系统所隔离。在约1毫乇至10毫乇的压力工况下，气体分子的性质介于层流与分子流之间。层流的特征是对某些力的牛顿流体响应。即，共同作用的气体分子是可压缩的，具有浓度、粘度、并且在运动中的特征是边界层流场。在分子流工况下，气体分子在容积内独立地运动；由于碰撞的结果使气体分子改变了运动或矢量。在分子流工况下，气体分子将继续运动直至分子碰撞某些表面或另一个气体分子，由此气体分子的轨迹发生改变。
在分子流与层流之间的传递工况称为Knudsen工况，其特征是包含分子流体及牛顿流体两者性质的混合性能。Knudsen工况下气体的物质流通率用方程F＝CΔP来描述，其中F是气体的物质流通率，C是传导系统，而ΔP是经过某些阻力时压力从P1降至P2的压力降，其中ΔP是P1与P2的压力差。在Knudsen气体工况下运行时，可获得的最佳两领域是在这个压力内可保持等离子体，而气体显示出分子性质。
在优先实施例中，每一个约束腔90具有至少一个开口95。基底30紧密接近每个约束腔90的开口95，该约束腔90至少部分地确定着PVD区55或CVD区65。基底30紧密接近每个约束腔90的开口95，该约束腔90进一步确定PVD区55和/或CVD区65。
技术上已知晓确定在区内的各种物质的各种方法。在基底30与约束腔90之间设置的缝隙应足够大，以便考虑可导致约束腔90与基底30之间相接触的任何允差。这个缝隙被减至最小，以确定每个约束腔90内的物体而不接触基底30。为了使气体分子从PVD区55或CVD区65逸出，气体分子必须在几乎平行于基底30的路径中移动。因为气体流设有被引导沿着并平行于基底30的表面，气体分子以这种方式逸出的可能性几乎是零，这一技术涉及本文的颗粒矢量约束，并且通常应用于在技术称为“人字型”的装置上。因此，在PVD区55区或CVD区65内的任何非沉积的各种物质，在PVD工艺的情况下将通过反应气体排出总管130，或在CVD工艺的情况下将通过原料气体排出总管190，从约束腔90中清除出去。颗粒矢量约束防止了有潜在危险的硅烷分子运行至PVD区55，在PVD区55硅烷分子可与靶150起反应导致污染。
另一种办法，可在压力高于Knudsen工况下，通过结合气体门约束来防止交叉污染。通过吸取牛顿性质液体的优点，可利用使气体流动来约束非沉积的各种物质，在两个沉积区之间，惰性气体是典型配置，但不是总是需要的。一种气体门约束方法在共同受让的Nath等人的美国专利NO.4,462,333“PROCESS GAS INTRODUCTION，CONFINEMENT AND EVACUATION SYSTEM FOR GLOW DISCHARGEDEPOSITION APPARATUS”中作了公开，其公开在本文列为参考资料。气体可在两个PVD区55之间、两个CVD区65之间或它们的任意组合之间流动。通过导入较高压力的气体，可产生压力降，可操纵在PVD区55内或CVD区65内的颗粒流。本发明的设想是需要约束少至一个的沉积区。在该情况下，来自一个沉积区的非沉积的多种物质开始跑到沉积室20内的任何其它沉积区，将不需要约束。通过提供约束系统可把每个沉积区隔离开。因此，选自工艺组的至少两种不同工艺的每一种可在同一室20内进行薄膜沉积而不受到交叉污染，该工艺组包括PVD工艺及CVD工艺。
如图8所图示，一种加宽的微波等离子强化的化学汽相沉积(“WMPECVD”)装置400可代替MPECVD装置110，以增大所希望的化学汽相沉积工艺的沉积宽度。WMPECVD装置400包括含微波涂敷器外罩410及加宽的微波直线式涂敷器420。现还参见图9，加宽的微波直线式涂敷器420具有第一端部421及第二端部422。涂敷器第一半部430与涂敷器第二半部440紧密接近以形成加宽的涂敷器420。涂敷器第一半部430具有第一端部431及第二端部432，而多个开口433至438配置在第一半部430上。相似地，涂敷器第二半部440具有第一端部441及第二端部442，而多个开口443至448配置在第二半部440上。
应当指出虽然加宽的直线式涂敷器420的实施例在每个涂敷器第一半部430上及涂敷器第二半部440上展示了6个开口，它们基本上是矩形的，但可采用各种及变化的开口几何形状，以使获得有均匀的微波场。还应当指出，开口433至438及443至448的泄漏的调节是严格地建立在实验基础上并需要调谐，以在CVD区65内获得一均匀的微波场。还应当进一步指出，虽然如在图9中本发明的这个实施例展示了在每个涂敷器第一半部430上及涂敷器第二半部440上有6个开口，但可采用任何合适数量的开口以实现所希望的结果。
涂敷器第一半部430的第二端部432与涂敷器第二半部440的第二端部442相邻，加宽的微波直线式涂敷器420配置在微波涂敷器外罩410内，以防止颗粒接触加宽的微波直线式涂敷器420。WMPECVD装置400还包含有第一波导管450及第二波导管460。第一波导管450与涂敷器第一半部430的第一端部431连通，第二波导管460与涂敷器第二半部440的第一端部441连通。微波源470与第一波导管450及第二波导管460连通，由此由微波源470产生的微波能量被导向致涂敷器的第一半部430及涂敷器第二半部440。至少一个开口配置在涂敷器第一半部430及涂敷器第二半部440的每个的侧边内，该开口可使微波源470供应的微波能量穿透入CVD区65。涂敷器第一半部430及涂敷器第二半部440的每个可以是分别与第一波导管450及第二波导管460分开的分离部件，或者是集成部件。
电源500适于用任何技术上已知的方法与微波源470连接。如上面公开的，微波源的例子就是磁控头。微波源470可连接微波分离器540，以将从微波源470辐射来的微波能量进行分配。通过分配来自微波源470的微波能量，仅需配置一个微波源470。另一种办法是，为了获得同样的结果，可配置两个微波源(未图示)，它们中的每一个可分别与第一及第二波导管450及460中的一个连通，而不用结合分离管540。
至少一个短螺钉530被配置在涂敷器第一半部430及涂敷器第二半部440之间，以防止微波能量从涂敷器第一半部430传至涂敷器第二半部440，和反过来防止微波能量从涂敷器第二半部440传至涂敷器第一半部430。短螺钉530提供了对过量的微波能量的屏蔽并导引过量的微波能量远离微波源470及加宽的直线式涂敷器420。第一波导管450与第一谐调器550连通，而第二波导管460与第二谐调器560连通。第一个三口隔离器510及第二个三口隔离器520与分离器540连通。第一及第二个三口隔离器510、520起作用的方式与上面公开的三口隔离器220的相似。三口隔离器510与第一谐调器550连通，而第二个三口隔离器520与第二谐调器560连通。谐调器550、560控制供应给化学汽相沉积的功率量。
本发明的加宽的微波装置400为短缺问题提供了解决办法，当试图把材料沉积在1米或更宽的基底上时，曾经历过该短缺问题。为了给加宽的微波直线式涂敷器420供应所需量值的微波能量，习惯上要求配置在直线式涂敷器内的开口必须变得非常窄。窄开口在直线式涂敷器中通常对短缺问题是敏感的，使装置变得不可实现。但是，这个障碍已经被本发明的加宽的微波涂敷器420所克服。应用本发明的教导，在本发明的加宽的微波涂敷器420中，可获得约120厘米长度或更长的直线式涂敷器。
如图9所示，涂敷器第一半部430及涂敷器第二半部440以等轴视图展示。涂敷器第一半部430基本上是涂敷器第二半部440的镜像。关于涂敷器第一半部430，开口433至438的尺寸是上升的；而关于涂敷器第二部分440，开口443至448的尺寸是下降的。因此，通过向加宽的微波涂敷器420的第一端部421及第二端部422的每个供应微波能量，就可能产生均匀的等离子体，同时避免不希望有的弧光。
干涉仪堆栈可通过应用本文的教导来制造。堆栈具有至少两个已制成的层，其中每个至少两层的每一层是用不同的沉积工艺生成的，该工艺选自PVD装置和/或CVD装置。如上所述，这些工艺被包含在和从属于称为PVD工艺及CVD工艺的工艺组，但不一定是唯一的，PVD工艺包含D.C.溅射、D.C.磁控溅射、R.F.溅射、R.F.磁控溅射、反应溅射、汽相沉积、反应汽相沉积及等离子弧沉积；而CVD工艺包含热CVD、热丝CVD、等离子强化的化学汽相沉积(“PECVD”)、微波等离子强化的化学汽相沉积(“MPECVD”)、D.C.PECVD(“DCPECVD”)、R.F.PECVD(“RFPECVD”)、加宽的MPECVD(“WMPECVD”)以及电子回旋加速器谐振(ECR)。
当需要时，在沉积室内提供PVD装置和/或CVD装置，同时避免了交叉污染，可制造具有至少两层的堆栈，至少提供了两种不同的工艺把材料沉积在基底上。沉积室被抽空至负压。提供了基底用来容纳放在其上的材料。在沉积室内提供PVD装置和/或CVD装置。
提供了选自包含PVD装置和/或CVD装置的工艺组的第一工艺。通过第一工艺提供的一层材料被沉积到基底上。提供了选自包含PVD装置和/或CVD装置的工艺组的第二不同工艺。另一层材料然后被沉积在基底上。
例子制造干涉仪堆栈的第一步是提供用于容纳沉积薄膜材料的基底。一卷基底材料放置在展卷器上，该展卷器配置在本发明装置的沉积室内。基底被卷绕穿过沉积室，由多个导辊导引，送至卷带器，该卷带器设在沉积室内。基底与激冷轮接触以冷却基底，因为工艺在沉积室内运行产生大量的热。当基底被拉离展卷器移向第一沉积站时，基底经过多个辉光棒。辉光棒帮助基底为将要沉积的材料的贴合而作好准备。
然后基底被拉向第一沉积站以容纳第一层材料。出于本例子的目的，PVD装置提供200的ITO层，溅射工艺专门提供了要沉积到基底上的薄膜材料。由溅射工艺提供的材料被确定在与第一沉积站相邻的沉积区内。出于本例子的目的，基底继续移动，虽然本领域技术人员能立刻理解本公开的教导不限制在继续移动的基底。
本发明的一个优点是堆栈结构所需的材料不用暴露在外界的影响下。在当前的例子中，沉积室内的背景气体是氩气。如沉积了第一层硅之后，基底从沉积室移离，则该层将暴露在氧气及其它外部影响之下。在硅层的表面上氧化层将是明显的。通过在沉积室内沉积整个堆栈，保留了材料的性质并避免了杂质另外生成在各个已沉积层的暴露表面上。已容纳第一层的部分基底然后被拉向第二沉积站，在该处利用PVD装置或CVD装置把第二层被沉积在基底上。在本例子中，通过PVD装置，特别是溅射工艺，提供了200的SiOx层。由溅射工艺提供的材料被约束在沉积区位于与第二沉积站相邻之处。已容纳第二层的部分基底然后被拉到第三沉积站，在该处通过溅射工艺提供了800的ITO层。由溅射工艺提供的非沉积的各种物质被约束在沉积区内，如同第一及第二层的情况。
已经容纳第三层材料的部分基底然后被拉到第四沉积站，在该处利用CVD装置，特别是MPECVD工艺，提供了1000的SiOx层。硅烷被严格限制在第四沉积站。否则，硅烷分子与ITO溅射靶进入接触将会污染ITO靶。
已经容纳堆栈设计所需的所有层的基底，然后被拉向卷带器。已完成的材料卷从设备中被取走并准备装运。
选择性的太阳能辐射控制涂层可应用于开发SSRC涂敷玻璃的全部潜在市场，特别是对于南方气候。该涂层实际上是通过低压、高沉积率的微波等离子强化的化学汽相沉积(PECVD)工艺制成的，如上面公开的，它比PVD工艺更经济。SSRC涂层仅用作抗湿电介质和/或半导体的涂层，它被沉积在无论什么所需的光学基底上、典型的玻璃或聚合物上，以生成一种形式的称为光学堆栈的干涉仪堆栈。光学堆栈被设计用来吸收尽可能多的紫外线辐射、反射尽可能多的近红外线辐射，以及传输尽可能多的可见光。
一种特别优良的生产光学堆栈的材料组合是Si3Ni4(氮化硅)电介质和非晶硅半导体SiC(碳化硅)，该半导体添加了碳以增加带隙。不幸的是，先有技术状况不能提供高速、低成本的生产这样一种大面积，例如商业大厦窗户应用的光学堆栈。先有技术提供了一种溅射工艺，对氮化硅其速率是10/每秒，对碳化硅其速率低于5/每秒。这需要接近更高数量级的溅射机器，于是该工艺将比提供ZnO/Ag涂层贵。但是，本文公开的加宽的MPECVD装置使这涂层变得经济。
极重要的事实是这些SSRC涂层不含湿敏性电介质(如ZnO)或对氧化敏感的自由金属(如银)。因此，这些涂层不需放置在绝缘玻璃单元的惰性间隙中。
对于南方气候，光学SSRC装置在冬天和夏天会有不同的性质。在这些气候中。在冬天和夏天都希望反射(或吸收)紫外线和反射远红外线。但是，在冬天希望能传输近红外线以降低取暖成本。而在夏天，希望反射近红外线以降低致冷成本。当涂层安装在透明的、柔性的塑料基底上时，这些SSRC堆栈的耐用性及低成本将使窗户的结构经久耐用。它将使窗户成为遮阴式的或不透光式的。
电介质或半导体的带隙是能量值，是电子从价带转移到导带所需的能量值。在选择性的太阳能控制涂层中，带隙的意义是波长与能量的对比关系，以光的电子伏特表示。例如，可见光的中心频率具有的波长接近5500，它相当于2.2电子伏特(eV)。电介质或半导体的带隙将决定光的给定频率是否将被吸收。光在特定频率的能量通常称为光子能量。光子能量大于带隙能量时将导致吸收。因此，需要表述材料与它们的带隙的关系。
本发明的选择性太阳能辐射控制涂层的一个例子是一个由碳化硅层生成的涂层，该碳化硅层沉积在第一及第二氧化硅层之间。碳化硅层具有约2.0eV或高些的带隙并且厚度约在500至700之间。这种碳化硅层基本上吸收全部紫外线辐射。第一及第二氮化硅层的第一层具有约为1.9或更高的折射率并且厚度分别约在100至300和300至500之间。
这种氮化硅/碳化硅SSRC涂层几乎吸收全部紫外线，反射约40％的红外线，并传递超过86％的可见光。传递峰值集中在光谱中心的周围，人眼对该光谱是敏感的；因此，使涂层像似是无色。涂层的厚度及SiC涂层的带隙可被调节以细调传送曲线的位置及形状，这是为达到色彩平衡而调节涂层。
本发明的选择性太阳能辐射控制涂层的另一个例子是由碳化硅层生成的一个涂层，该碳化硅层沉积在第一及第二钻石状碳层之间。碳化硅层具有约2.0eV或更高的带隙并且厚度约在300至450之间。第一及第二钻石状碳层的每一层具有约为2.3或更高的折射率并且厚度分别约在200至350和约400至500之间。
这个钻石状碳化硅SSRC涂层几乎吸收全部紫外线，反射约40％的红外线并传递约94％的可见光。传递峰值集中在部分光谱的周围，人眼对该光谱是敏感的，因此，使涂层像似无色。涂层的厚度及SiC涂层的带隙可被调节以细调传送曲线的位置及形状，这是为达到色彩平衡而调节涂层。
本发明的选择性太阳能辐射控制涂层还有的另一个实施例是由氧化硅及氮化硅的一个或多个复式层涂层生成的一个涂层，该氧化硅及氮化硅涂层沉积在基底上。氮化硅沉积在与基底相邻之处并且如果应用了一层以上的复式层涂层，氧化硅与氮化硅就交替使用。氧化硅层具有约为1.48的折射率并且典型的厚度约在1100至1900之间。而氮化硅具有约为1.97的折射率并且典型的厚度约在1000至1500之间。
这些复式层的氧化硅/氮化硅SSRC涂层几乎吸收全部紫外线，一个复式层反射约21％的红外线，两个复式层反射45％的红外线和三个复式层反射63％的红外线，并且传送约94％至95％的可见光。传送峰值集中在部分光谱的周围，人眼对该光谱是敏感的；因此，使涂层像似无色。
这些涂层对生成涂敷的光学器件是有用的，该器件包含具有至少一个表面和至少一个选择性太阳能辐射控制涂层的光学基底，该涂层沉积在光学基底上。该光学基底可能是玻璃或塑料。
本发明的选择性太阳能辐射控制涂层还有的另一个实施例是由一个或多个氧化硅及氧化钛的复式层涂层生成的一个涂层，该氧化硅及氧化钛涂层沉积在基底上。该氧化钛层沉积在与基底相邻之处并且如果应用了一个以上的复式层涂层，氧化硅及氧化钛层就交替使用。氧化硅层具有约为1.45的折射率并且典型的厚度约在250至1260之间，而氧化钛层具有约为2.30的折射率并典型的厚度约在400至1160之间。
一些对本发明的SSRC涂层有用的电介质材料是氮化硅、氧化硅、氧化钛、硝酸氧化硅、加碳和钻石状碳的这些材料的合金。此外，当碳化硅作为半导体而公开时，其它的材料，如硅、掺杂硅、锗、掺杂锗及碳化锗都是有用的半导体。
当结合优先实施例及实施步骤来描述本发明时，应理解这不是要把本发明限定在描述的实施例及步骤中。相反，其意图是要覆盖所有的替代、变型及等效方案，它们可包含在本发明的精神和范围内。如由此所附的权利要求来限定。
权利要求
1.一种用于把薄膜材料沉积到基底上的装置，其包括沉积室；用于抽空所述室内部的泵；可运行地配置在所述室内的基底，为了在其上沉积不同的层，所述基底可从第一站移动到至少一个第二站；用于把第一层薄膜材料沉积到基底上的第一装置；用于把第二层薄膜材料沉积到第一层顶部的第二装置；和所述第一及第二装置适于利用两种不同的沉积工艺沉积各层，该两种不同的沉积工艺选自包含PVD工艺及CVD工艺的工艺组。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述至少两种不同的沉积工艺的每一种的材料被限制在不同的及基本上隔离的沉积区。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述PVD工艺及CVD工艺在基本上相同的压力下运行。
4.如权利要求2所述的设备，其特征在于每个沉积区被约束系统所隔离。
5.如权利要求3所述的设备，其特征在于每种不同的工艺之间的压力差不大于一个数量级。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述PVD工艺选自工艺组，该工艺组包含D.C.溅射、D.C.磁控溅射、R.F.溅射、R.F.磁控溅射、反应溅射、汽相沉积、反应汽相沉积以及等离子弧沉积；和所述CVD工艺选自工艺组，该工艺组包含热CVD、热丝CVD、PECVD、MPECVD、DCPECVD、REPECVD以及WMPECVD。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于所述PVD工艺利用R.F.溅射来沉积ITO层，而所述CVD工艺利用MPECVD来提供SiOx层。
8.一种用于在负压下把薄膜材料沉积到基底上的设备，其包括沉积室；至少一个用于把薄膜材料沉积到基底上的PVD装置，该基底可操作地配置在所述沉积室中的PVD区内；和至少一个用于把材料沉积到所述基底上的CVD装置，该所述基底可操作地配置在所述沉积室中的CVD区内。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于对于所述PVD装置及CVD装置，所述室内的负压值基本是相同的。
10.如权利要求9所述的设备，其还包括配置在所述沉积室内的多个约束系统，PVD区基本上被至少一个所述约束系统隔离，CVD区基本上被至少另一个所述约束系统隔离，由此防止了来自各沉积区的各种非沉积物质污染相邻沉积区。
11.如权利要求8所述的设备，其特征在于所述PVD装置是溅射装置，所述溅射装置包括在所述沉积室内的阴极，和固定在所述阴极上的至少一个靶，所述靶含有要沉积在基底上的材料。
12.如权利要求8所述的设备，其特征在于所述CVD装置是微波等离子强化的化学汽相沉积(MPECVD)装置，所述MPECVD装置包括涂敷器外罩；具有第一端部及第二端部的直线式涂敷器，以及至少一个开口，所述直线式涂敷器被配置在所述涂敷器外罩内，以便把所述直线式涂敷器与所述沉积室内的各种物质隔离开；与所述直线式涂敷器的所述第一端部连通的波导管；和与所述波导管连通的微波源，由此由所述微波源辐射的微波能量通过所述波导管被引导到所述直线式涂敷器，所述开口适于从微波能量中产生均匀的等离子体，该微波能量扩散在所述沉积室的所述CVD区内。
13.如权利要求8所述的设备，其特征在于所述CVD装置是加宽的微波等离子强化的化学汽相沉积(WMPECVD)装置，所述WMPECVD装置包括涂敷器外罩；具有涂敷器第一半部及涂敷器第二半部的加宽的微波直线式涂敷器，所述涂敷器的第一及第二半部的每个具有第一端部及第二端部，所述直线式涂敷器第二半部的所述第二端部与所述直线式涂敷器第二半部的所述第二端部连通，所述涂敷器第一半部及涂敷器第二半部的每个具有至少一个开口，所述加宽的微波直线式涂敷器被配置在所述微波涂敷器外罩内，以便使所述直线式涂敷器与所述沉积室隔离；第一波导管及第二波导管，所述第一波导管与所述涂敷器第一半部的所述第一端部连通，所述第二波导管与所述涂敷器第二半部的所述第一端部连通；而微波源与所述涂敷器第一及第二半部的每个连通，由此由所述微波源辐射的微波能量通过所述第一及第二波导管被引导到所述宽微波直线式涂敷器，在该处所述涂敷器第一及第二半部的每个的所述开口使微波均匀地在所述CVD区内扩散。
14.如权利要求13所述的设备，其特征在于所述微波源包含第一微波源及第二微波源，所述第一微波源与所述第一波导管连通，而所述第二微波源与所述第二波导管连通。
15.如权利要求8所述的设备，其特征在于所述PVD工艺及所述CVD工艺在约1至10毫乇之间的压力下运行。
16.如权利要求15所述的设备，其特征在于所述PVD工艺在约2至3毫乇之间的压力下运行，而所述CVD工艺在约5至10毫乇之间的压力下运行。
17.一种制造干涉仪堆栈的方法，该堆栈沉积在基底上并至少具有两层，每层由选自工艺组的不同沉积工艺生成，该工艺组包含PVD工艺及CVD工艺所述方法包括以下步骤提供沉积室；抽空沉积室至负大气压；在沉积室内设置基底；利用选自PVD工艺或CVD工艺中的第一工艺在基底上沉积第一层材料；和利用PVD工艺或CVD工艺中的另一工艺在基底的第一已沉积层的顶部上沉积第二材料层。
18.如权利要求17所述的方法，其还包括步骤在沉积室内设置多个约束系统，用于把至少一个沉积区与另一沉积区隔离开。
19.如权利要求17所述的制造干涉仪堆栈的方法，其特征在于所述PVD工艺选自工艺组，该工艺组包含D.C.溅射、D.C.磁控溅射、R.F.溅射、R.F.磁控溅射、反应溅射、汽相沉积、反应汽相沉积以及等离子弧沉积；和所述CVD工艺选自工艺组，该工艺组包含热CVD、热丝CVD、PECVD、MPECVD、CEPECVD、RFPECVD以及WMPECVD。
20.如权利要求17所述的方法，其特征在于堆栈是多层选择性太阳能控制涂层，该涂层用于由至少一个抗湿电介质材料及半导体材料制成的光学基底。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于电介质材料是一种或多种选自化合物组的化合物，该化合物组包含氮化硅、氧化硅、氧化钛、硝酸氧化硅、含碳的这些材料的合金，以及钻石状碳；和半导体材料是选自化合物组的一种或多种化合物，该化合物组包含碳化硅、氧化硅、掺杂硅、锗、掺杂锗以及碳化锗。
22.如权利要求20所述的方法，其特征在于堆栈由沉积在第一及第二氮化硅层之间的碳化硅构成；碳化硅层具有约为2.0eV或更高的带隙并且厚度约在500至700之间；和第一及第二氮化硅层的每层具有约为1.9或更高的折射率，并且所述第一及第二氮化硅层厚度分别约在100至300之间和约在300至500之间。
23.如权利要求20所述的方法，其特征在于堆栈由沉积在第一及第二钻石状碳层之间的碳化硅构成；碳化硅层具有约为2.0eV或更高的带隙，并且厚度约在300至450之间；第一及第二钻石状碳层的每个具有约为2.3或更高的折射率，并且第一及第二钻石状碳层厚度分别约在200至350之间和约在400至500之间。
24.如权利要求20所述的方法，其特征在于堆栈由至少一个氮化硅层及氧化硅层构成；氮化硅层具有1.97或更高的折射率，并且厚度约在1000至1500之间；和氧化硅层具有1.48或更高的折射率，并且厚度约在1100至1900之间。
25.如权利要求20所述的方法，其特征在于堆栈由至少一个氧化钛层及氧化硅层构成；氧化钛层具有2.30或更高的折射率，并且厚度约在400至1160之间；和氧化硅层具有1.45或更高的折射率，并且厚度约在250至1260之间。
26.一种加宽的微波装置，其包括微波涂敷器外罩；具有涂敷器第一半部及涂敷器第二半部的加宽的微波直线式涂敷器，所述涂敷器第一及第二半部的每个具有第一端部及第二端部，至少一个开口配置在所述涂敷器第一及第二半部的每个内，所述涂敷器第一半部的所述第二端部与所述涂敷器第二半部的所述第二端部相邻，所述宽微波直线式涂敷器配置在所述微波涂敷器外罩内；第一波导管及第二波导管，所述第一波导管与所述涂敷器第一半部的所述第一端部连通，所述第二波导管与所述涂敷器第二半部的所述第一端部连通；微波源与所述第一及第二波导管连通，由此由所述微波源产生的微波能量被引导到所述涂敷器第一及第二半部，所述至少一个开口配置在所述涂敷器第一及第二半部的每个内，使得当所述装置可运行地配置在抽空的沉积室内及原料气体被导入该沉积室内时，微波能量生成CVD等离子体。
27.如权利要求26所述的加宽的微波装置，其特征在于所述加宽的微波直线式涂敷器至少约长120毫米。
28.如权利要求26所述的加宽的微波装置，其还包括至少一个短螺钉，该短螺钉位于所述涂敷器第一及第二半部之间，所述短螺钉接近所述涂敷器第一及第二半部的每个的所述第二侧面。
29.如权利要求28所述的加宽的微波装置，其还包括可操作地配置在所述微波源及所述第一及第二波导管的每个之间的分离器，由此所述分离器向所述第一及第二波导管的每个分配微波能量。
30.如权利要求29所述的加宽的微波装置还包括三口隔离器，该隔离器可操作地配置在所述微波源与所述第一及第二波导管的每个之间。
全文摘要
一种利用两种不同的真空沉积工艺把至少两种不同层的薄膜材料真空沉积到基底上的设备和方法。还公开了一种新颖的直线式涂敷器,该涂敷器应用微波强化的CVD把薄膜材料均匀地沉积在整个加长的基底上。
文档编号H01J37/32GK1349566SQ00807165
公开日2002年5月15日 申请日期2000年2月15日 优先权日1999年3月4日
发明者B·R·多特二世, J·德勒, T·埃利松, M·伊祖, H·C·奥夫辛斯基 申请人:能源变换设备有限公司