專(zhuān)利名稱(chēng)：用于使涂層快速沉積于基體上的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā) 明一般涉及使涂層快速沉積于基體上的方法。背景在包括微電子應(yīng)用和塑料涂層應(yīng)用在內(nèi)的各種類(lèi)型的應(yīng)用中，通常使用氣相沉積 技術(shù)以形成薄膜沉積層。在一種應(yīng)用中，在諸如微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)的微電子系統(tǒng)領(lǐng)域 中，將金屬化合物氣相沉積于玻璃、陶瓷、金屬或塑料基體的表面上是通常采用的技術(shù)。所 沉積的金屬化合物的通常的形式包括軟金屬，例如鋁(Al)、鋅(Zn)、錫(Sn)及其合金。在 另一應(yīng)用中，在諸如移動(dòng)電話(huà)、PDA和掌上游戲機(jī)的設(shè)備的蓋上，使用氣相沉積以形成均勻 的薄金屬涂層。能夠?qū)⑦@樣的沉積技術(shù)分為兩種主要的類(lèi)別。第一類(lèi)這樣的沉積技術(shù)被稱(chēng)為化學(xué) 氣相沉積(CVD)。CVD通常是指由于化學(xué)反應(yīng)而發(fā)生的沉積過(guò)程。CVD方法的常規(guī)實(shí)例包括 電沉積、外延和熱氧化。CVD的基本理念在于由于在CVD環(huán)境中發(fā)生的直接化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生 固體材料。通常在氣態(tài)反應(yīng)物之間進(jìn)行反應(yīng)，并且使由此形成的固體產(chǎn)物在基體表面上緩 慢地沉積并聚集預(yù)定量的時(shí)間以控制所述沉積的厚度。第二類(lèi)沉積通常被稱(chēng)為物理氣相沉積(PVD)。PVD通常是指由于物理過(guò)程而發(fā)生 的固體物質(zhì)的沉積。PVD方法的主要理念在于經(jīng)由直接的傳質(zhì)將沉積的材料物理地傳遞至 基體表面上。與CVD方法相反，在該過(guò)程中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并且沉積層的厚度與化學(xué)反應(yīng) 動(dòng)力學(xué)無(wú)關(guān)。(1)濺射是用于將金屬化合物沉積于基體上的已知技術(shù)，其中通過(guò)粒子轟擊從靶 材料(也被稱(chēng)為濺射靶)噴射原子、離子或分子，使得噴射的原子或分子積聚在基體表面而 形成薄膜。濺射已經(jīng)成為用于在晶片上沉積各種金屬膜的最廣泛使用的技術(shù)之一。然而， 濺射是能量較低的沉積方法并且導(dǎo)致噴射粒子的沉積不均勻，從而引起沉積層內(nèi)空隙的形 成。因此，所沉積的材料的缺點(diǎn)在于對(duì)基體表面的粘附差、密度低且強(qiáng)度弱。雖然能夠通過(guò) 在升高的溫度下(例如操作溫度為300°C至700°C)操作濺射方法來(lái)輕微地改善該問(wèn)題，但 這導(dǎo)致高能量消耗并導(dǎo)致沉積方法不適合于諸如塑料基體的熱敏基體。(2)沉積層與基體表面之間的粘附弱，導(dǎo)致在成品中的“碎屑”問(wèn)題，以及(3)濺射具有較大的在基體中引入雜質(zhì)的傾向。濺射的特殊問(wèn)題在于為了避免空隙的形成而采用較高的溫度，這排除了在濺射中 使用塑料基體，或者至少使得在濺射中使用塑料基體不適宜，因?yàn)闀?huì)發(fā)生塑性變形。因此， 由于以上公開(kāi)的原因，雖然與其它PVD方法相比，通過(guò)濺射的PVD可以相對(duì)較快，但其不適 合用于將金屬和金屬化合物沉積在塑料基體上以產(chǎn)生圖像。與在塑料基體上形成金屬層相關(guān)的另一問(wèn)題在于沉積在基體上的金屬需要以相 對(duì)低的溫度沉積，否則塑料基體將熔融或變形。因此，在PVD方法中，所采用的大多數(shù)金屬 和合金具有較低的溫度并且是相對(duì)的“軟金屬”。相對(duì)的軟金屬的實(shí)例包括諸如鋁(Al)、鋅 (Zn)、錫(Sn)和銅(Cu)的金屬。軟金屬的特殊問(wèn)題在于當(dāng)其與硬表面碰撞時(shí)，它們趨向于 容易劃傷并變形。這樣的表面劃傷和變形降低了沉積于塑料基體上的金屬層的整體美觀。這對(duì)于在可能不易于劃傷的塑料基體上沉積較硬金屬帶來(lái)明顯的限制。需要提供用于將涂層快速沉積于基體上的方法，所述方法不具有以上所列的缺點(diǎn)。需要提供使諸如硬金屬的硬材料層快速沉積于塑料基體上而不使塑料降解的方 法。概述根據(jù)一方面，提供了將涂層沉積于基體上的方法，所述方法包括以下步驟a)通過(guò)進(jìn)行陰極真空電弧(CVA)沉積步驟將材料沉積于基體上；以及b)通過(guò)進(jìn)行化學(xué)氣相沉積(CVD)步驟和除了 CVA沉積以外的物理沉積(PVD)步驟 中的至少一種將材料沉積于基體上，其中步驟(b)中沉積的材料的厚度大于步驟(a)中沉 積的材料的厚度。以上方法的步驟(a)中的CVA方法可以是過(guò)濾陰極真空電弧(FCVA)沉積步驟。 以上方法的步驟(b)中的PVD方法可以是濺射步驟。步驟(b)中的PVD方法可以以比步驟 (a)中的FCVA方法更快的速率沉積材料。所述方法可以進(jìn)一步包括將步驟(a)和步驟(b)交替進(jìn)行以形成連續(xù)的材料層。 材料可以是硬金屬、硬金屬化合物、碳和碳衍生物。硬金屬化合物可以選自硬金屬氧化物、 硬金屬碳化物、硬金屬碳氮化物、硬金屬硅化物和硬金屬硼化物。所述方法可以包括通過(guò)進(jìn)行FCVA沉積步驟，將第一材料層直接沉積于基體上。有 利地，第一 FCVA層對(duì)基體具有良好的粘附并且能夠在低溫下(即，低于200攝氏度，通常為 約50攝氏度至150攝氏度)涂敷，所述低溫對(duì)于可能是諸如塑料的熱敏材料的基體特別有 禾IJ。此外，將濺射層非常迅速地涂敷，因此沉積FCVA層和濺射層的組合產(chǎn)生快速涂敷的涂 層，所述涂層克服了與僅由濺射或任何其它PVD或CVD方法涂敷的涂層相關(guān)的問(wèn)題，所述方 法中涂層不硬或者不致密。因此，所述方法提供了能夠快速涂敷于基體表面的硬且致密的 涂層。在一實(shí)施方案中，提供了將涂層沉積于基體上的方法，所述方法包括以下步驟c)通過(guò)進(jìn)行過(guò)濾真空陰極電弧沉積步驟，將第一硬材料層沉積于基體上；以及d)通過(guò)進(jìn)行濺射步驟，將第二硬材料層沉積于基體上。在另一實(shí)施方案中，提供了將硬金屬涂層沉積于基體上的方法，所述方法包括以 下步驟e)通過(guò)進(jìn)行過(guò)濾真空陰極電弧沉積步驟，將第一硬金屬層沉積于基體上；f)通過(guò)進(jìn)行濺射步驟，將第二硬金屬層沉積于第一硬金屬層上；以及g)任選地重復(fù)交替進(jìn)行步驟(e)和(f)以形成連續(xù)的硬金屬層。因此有利地，所 得金屬涂層包括耐磨的硬金屬層，并且在外部碰撞下不會(huì)容易地變形或削去。FCVA沉積步驟還可以包括將負(fù)電壓脈沖施加至諸如金屬基體的導(dǎo)電基體上。負(fù)電 壓脈沖可以為約-1800V至約-4500V，頻率為約IkHz至約50kHz，脈沖持續(xù)時(shí)間為約1 μ s 至約50 μ S。由每一 FCVA循環(huán)沉積的材料層的厚度可以為約0. 01微米至約0. 2微米。由每一濺射循環(huán)沉積的材料層的厚度可以為約0. 1微米至約0. 5微米。根據(jù)另一方面，提供了涂層，其具有由過(guò)濾真空陰極電弧沉積而沉積的至少一層和由濺射沉積的另一層。根據(jù) 另一方面，提供了具有涂層的基體，所述涂層具有由過(guò)濾真空陰極電弧沉積 而沉積的至少一層和由濺射沉積的另一層。涂層可以包括一個(gè)或多個(gè)納米膜材料層。定義本文使用的以下單詞和術(shù)語(yǔ)應(yīng)當(dāng)具有所表明的含義本文使用的術(shù)語(yǔ)“硬材料”是指諸如純硬金屬、硬金屬化合物或類(lèi)金剛石碳的材 料，其特征在于高硬度和高耐磨性。該術(shù)語(yǔ)包括對(duì)于50mg的給定的維氏硬度負(fù)荷(Vickers load)，維氏硬度大于500kg/mm2，通常大于800kg/mm2或大于900kg/mm2或大于1，000kg/mm2 的材料。本文使用的術(shù)語(yǔ)“硬金屬”是指金屬，一般是諸如Cr、Ti或W的金屬，其相對(duì)于諸 如Al或Zn的軟金屬，具有較高的硬度和耐磨性，并且其特征在于對(duì)于50毫克的給定的維 氏硬度負(fù)荷，維氏硬度至少為500kg/mm2。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，該術(shù)語(yǔ)可以包括多于一種的金屬，即 該術(shù)語(yǔ)還包括硬金屬合金。術(shù)語(yǔ)“硬金屬化合物”是指以上定義的硬金屬的氧化物、碳化物、氮化物、碳氮 化物、硅化物和硼化物及其混合物，其對(duì)于50毫克的給定的維氏硬度負(fù)荷，維氏硬度為 1，000kg/mm2。本文使用的術(shù)語(yǔ)“軟材料”是指諸如純軟金屬、金屬化合物或諸如石墨的無(wú)定形碳 的材料，其特征在于低硬度。該術(shù)語(yǔ)包括對(duì)于50mg的給定的維氏硬度負(fù)荷，維氏硬度低于 500kg/mm2 的材料。本文使用的術(shù)語(yǔ)“軟金屬”是指金屬，通常是諸如Al或Zn的金屬，其與諸如Cr、Ti 或W的硬金屬相比，具有較低硬度和耐磨性，并且其特征在于對(duì)于50毫克的給定的維氏硬 度負(fù)荷，維氏硬度低于500kg/mm2。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，該術(shù)語(yǔ)可以包括多于一種的金屬，即術(shù)語(yǔ)還 包括軟金屬合金。術(shù)語(yǔ)“軟金屬化合物”是指以上定義的硬金屬的氧化物、碳化物、氮化物、碳氮化 物、硅化物和硼化物及其混合物，其對(duì)于50毫克的給定的維氏硬度負(fù)荷，維氏硬度低于 500kg/mm2。本文使用的術(shù)語(yǔ)“類(lèi)金剛石碳”及其縮寫(xiě)“DLC”涉及化學(xué)上與金剛石類(lèi)似的，但不 存在明確的晶體結(jié)構(gòu)的硬碳。類(lèi)金剛石碳大部分是亞穩(wěn)態(tài)無(wú)定形材料但能夠包括微晶相。 類(lèi)金剛石碳的實(shí)例包括無(wú)定形金剛石(a_D)、無(wú)定形碳(a_C)、四面體無(wú)定形碳(ta-C)以及 類(lèi)金剛石烴(diamond-like hydrocarbon)等。Ta-C是最優(yōu)選的類(lèi)金剛石碳。術(shù)語(yǔ)“納米膜”是指厚度尺寸為約Inm至低于約1微米的納米大小的膜。術(shù)語(yǔ)“微米膜”是指厚度尺寸為約1微米至約10微米的微米大小的膜。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí) 到，微米膜可以包括多個(gè)納米膜層。術(shù)語(yǔ)“過(guò)濾陰極真空電弧”及其縮寫(xiě)“FCVA”可互換地使用。在第WO 96/26531號(hào) 國(guó)際專(zhuān)利公開(kāi)中公開(kāi)了用于進(jìn)行FCVA沉積的方法，將其以引用的方式整體并入本文。將陰 極電弧束中產(chǎn)生的等離子體“過(guò)濾”，使得它們基本上沒(méi)有大粒子。在本說(shuō)明書(shū)的范圍內(nèi)，術(shù)語(yǔ)“大粒子”是指陰極電弧束中的雜質(zhì)粒子。大粒子通常 具有中性電荷并且比等離子體的離子和/或原子大。更典型地，在使用陰極電弧方法沉積的膜中，它們是多原子簇的粒子并且在光學(xué)顯微鏡下是可見(jiàn)的。術(shù) 語(yǔ)“濺射”或“濺射沉積”描述了其中原子一經(jīng)能量充足的粒子碰撞即從靶材料 表面噴射的機(jī)理。例如第4，361，472號(hào)美國(guó)專(zhuān)利(Morrison, Jr.)和第4，963，524號(hào)美國(guó) 專(zhuān)利(Yamazaki)教導(dǎo)了代表性的濺射沉積。單詞“基本上”不排除“完全地”，例如“基本上沒(méi)有Y”的組合物可以完全地沒(méi)有 Y。必要時(shí)，可以將單詞“基本上”從本發(fā)明的定義中省略。除非另外限定，術(shù)語(yǔ)“包括(comprising) ”和“包括(comprise) ”及其語(yǔ)法型變體， 旨在表示“開(kāi)放的”或“包括的”語(yǔ)言，使得它們包括列舉的組成部分，而且允許包括附加的 未被列舉的組成部分。如本文所使用的，在制劑組分的濃度的上下文中，術(shù)語(yǔ)“約”通常是指設(shè)定值的 +/-5%，更通常指設(shè)定值的+/-4%，更通常指設(shè)定值的+/_3%，更通常指設(shè)定值的+/-2%， 甚至更通常指設(shè)定值的+/_1%，以及甚至更通常指設(shè)定值的+/-0. 5%。貫穿于本公開(kāi)中，可以以范圍的形式公開(kāi)某些實(shí)施方案。應(yīng)當(dāng)理解，范圍形式的說(shuō) 明僅是為了方便和簡(jiǎn)潔，并且不應(yīng)當(dāng)被解釋為對(duì)公開(kāi)范圍不可改變的限定。因此，范圍的描 述應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為已經(jīng)具體地公開(kāi)了所有可能的子范圍以及在該范圍內(nèi)單獨(dú)的數(shù)值。例如，諸 如1至6的范圍的描述應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為已經(jīng)具體地公開(kāi)了諸如1至3、1至4、1至5、2至4、2至 6、3至6等的子范圍，以及在該范圍內(nèi)單獨(dú)的數(shù)，例如1、2、3、4、5和6。無(wú)論范圍的寬度如 何，這均適用。任選實(shí)施方案的公開(kāi)現(xiàn)在公開(kāi)用于將涂層快速沉積于基體上的方法的代表性非限制性實(shí)施方案。基體可以為塑料基體、玻璃基體、陶瓷基體或金屬基體。PVD方法可以包括離子鍍、熱蒸發(fā)、濺射、陰極電弧氣相(CAV)沉積和過(guò)濾真空陰 極電弧(FCVA)沉積。PVD方法可以進(jìn)一步包括以交替、連續(xù)或兩者組合的方式采用所述濺射和所述 FCVA沉積方法以形成包括由濺射和PVD形成的多層的涂層。PVD方法還可以包括用于與 FCVA和濺射方法結(jié)合的其它適當(dāng)形式的化學(xué)或物理氣相沉積方法。沉積的圖案層可以包括分別經(jīng)由濺射或FCVA沉積的金屬或諸如金屬碳化物、金 屬氮化物、金屬硅化物、金屬硼化合物或其組合的金屬化合物的交替層。沉積的圖案層可以包括重復(fù)層，其中所述重復(fù)層可以包括經(jīng)由濺射沉積的第一材 料層和經(jīng)由FCVA沉積的第二材料層。重復(fù)層還可以包括大于2層?？梢愿鶕?jù)需要復(fù)制重 復(fù)層以實(shí)現(xiàn)需要的靶厚度，以產(chǎn)生多層排列。離子/原子可以是元素的帶正電荷離子(陽(yáng)離子)/原子，所述元素選自鈧(Sc)、 鈦(Ti)、釩(V)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、釔(Y)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鉬 (Mo)、锝(Tc)、銣(Ru)、銠(Rh)、鈀(Pd)、銀(Ag)、鎘(Cd)、鉿(Hf)、鉭(Ta)、鎢(W)、錸(Re)、 鋨(Os)、銥(Ir)、鉬(Pt)、金(Au)、汞(Hg)、鑪(Rutherfordium) (Rf)、釷(Dubnium) (Db)、 106 號(hào)元素 Seaborgium(Sg)、107 號(hào)元素 Bohrium(Bh)、108 號(hào)元素 Hassium(Hs)和 109 號(hào) 元素Meitnerium(Mt)。離子/原子還可以是元素的帶正電荷離子(陽(yáng)離子)/原子，所述 元素選自鋁(Al)、鋅(Zn)、銅(Cu)、鉛(Pb)、錫(Sb)、金(Au)、銀(Ag) M (Mg) M (Sb)、鎘 (Cd)、鉈(Tl)、鉍(Bi)、銦(In)、鎵(Ga)、汞(Hg)、錳(Mn)及其合金。
對(duì)于50毫克的維氏硬度負(fù)荷，沉積的材料的維氏硬度可以為約500kg/mm2至約 2000kg/mm2、約 500kg/mm2 至約 1800kg/mm2、約 500kg/mm2 至約 1，500kg/mm2、約 500kg/mm2 至 約 1300kg/mm2、約 500kg/mm2 至 1100kg/mm2、約 500kg/mm2 至約 1000kg/mm2、約 500kg/mm2 至 約900kg/mm2、約500kg/mm2至約800kg/mm2 。有利地，所公開(kāi)的沉積的材料的維氏硬度可以 為至少約1000kg/mm2，賦予所沉積的材料耐磨性和耐久性。所沉積的材料可以是硬金屬化合物。硬金屬化合物可以包括硬金屬的氧化物、碳 化物、氮化物、碳氮化物、硅化物和硼化物和/或其復(fù)合的混合物，其維氏硬度為500kg/mm2 至大于 1，000kg/mm2。用于形成硬金屬化合物的硬金屬可以選自鈧(Sc)、鈦(Ti)、釩(V)、鉻(Cr)、錳 (Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、釔(Y)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鉬(Mo)、锝(Tc)、銣(Ru)、銠(Rh)、 鈀(Pd)、銀(Ag)、鎘(Cd)、鉿(Hf)、鉭(Ta)、鎢(W)、錸(Re)、鋨(Os)、銥(Ir)、鉬(Pt)、金 (Au)、汞(Hg)、鑪(Rutherfordium) (Rf)、釷(Dubnium) (Db)、106 號(hào)元素 Seaborgium(Sg)、 107 號(hào)元素 Bohrium (Bh)、108 號(hào)元素 Hassium(Hs)和 109 號(hào)元素 Meitnerium(Mt)。所沉積的材料還可以是軟金屬、軟金屬化合物和碳中的至少一種。在一實(shí)施方案 中，軟金屬化合物為軟金屬氧化物、軟金屬碳化物、軟金屬氮化物、軟金屬碳氮化物、軟金屬 硅化物和軟金屬硼化物中的至少一種。軟金屬化合物可以包括金屬的氧化物、碳化物、氮化 物、碳氮化物、硅化物和硼化物和/或其復(fù)合的混合物，對(duì)于50mg的給定的維氏硬度負(fù)荷， 其維氏硬度低于500kg/mm2，優(yōu)選地低于100kg/mm2。軟金屬可以選自鋁(Al)、鋅(Zn)、銅(Cu)、鉛(Pb)、錫(Sb)、金(Au)、銀(Ag)、鎂 (Mg)、銻(Sb)、鎘(Cd)、鉈(Tl)、鉍(Bi)、銦(In)、鎵(Ga)、汞(Hg)、錳(Mn)及其合金。過(guò)濾真空陰極沉積步驟可以包括將負(fù)電壓脈沖施加至諸如金屬的導(dǎo)電基體上。負(fù) 電壓脈沖可以為約-1800V至約-4500V、約-2500V至約-4500V、約-3500V至約-4500V。負(fù)電壓脈沖的頻率可以為約IkHz至約50kHz、約IOkHz至約50kHz、約20kHz至約 50kHz、約 30kHz 至約 50kHz、約 40kHz 至約 50kHz。負(fù)電壓脈沖的脈沖持續(xù)時(shí)間為約Iys至約50μ S、約5μ S至約45μ S、約10 μ S 至約40 μ s以及約15 μ s至約35 μ S。濺射步驟可以比FCVA步驟沉積更厚的材料層。使用濺射步驟沉積的材料層可以 比使用FCVA步驟沉積的材料層厚約2倍至15倍。通過(guò)濺射步驟沉積的材料層的厚度可以為約0. 1微米至約1微米、0. 1微米至約 0. 5微米、約0. 1微米至約0. 2微米、約0. 1微米至約0. 3微米、約0. 1微米至約0. 4微米、 約0. 2微米至約0. 3微米以及約0. 2微米至約0. 4微米。通過(guò)FCVA步驟沉積的材料層的厚度為約0. 01微米至約0. 2微米、約0. 01微米至 約0. 12微米、約0. 02微米至約0. 12微米、約0. 04微米至約0. 12微米。附圖簡(jiǎn)述隨后的附圖例示了公開(kāi)的實(shí)施方案，并且用于解釋公開(kāi)的實(shí)施方案的原理。然而 應(yīng)當(dāng)理解，設(shè)計(jì)附圖僅是為了例示的目的而不是作為本發(fā)明限度的定義。

圖1顯示在塑料基體上由FCVA和濺射形成的多層膜的金屬涂布層；以及圖2顯示在金屬基體上由FCVA和濺射形成的多層膜的金屬涂布層。附圖詳述
現(xiàn)在參考圖1，顯示沉積的圖案層33的示意圖。該示意圖顯示彼此連續(xù)沉積的鉻 (Cr)和氮化鉻(CrN)的交替層。經(jīng)由FCVA沉積使最內(nèi)部的Cr層42直接地沉積于塑料基 體12的表面。Cr層42的厚度通常為約0.02微米。有利地，這樣做時(shí)，熱敏塑料基體將與 由于隨后的連續(xù)層的濺射沉積而產(chǎn)生的高溫部分地隔離。更有利地，F(xiàn)CVA層42具有對(duì)基 體表面12a的強(qiáng)粘附。甚至更有利地，最內(nèi)部的Cr層42的緊密而均勻的粒子排列為隨后 的Cr或CrN的沉積提供了理想的播種層(seeding layer)。隨后還經(jīng)由FCVA沉積，將倒數(shù) 第二的CrN層44沉積于最內(nèi)部Cr層42的頂部。隨后使重復(fù)層45沉積于所述CrN層44的頂部。雖然僅在圖中顯示一個(gè)重復(fù)層 45，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，這僅是為了例示和實(shí)踐的方便，能夠沉積多個(gè)“η”的重復(fù)層45，其中η 為約2至4。每一重復(fù)層45包括濺射的CrN層46 (通過(guò)濺射方法沉積)和FCVA-CrN層48 (通 過(guò)FCVA方法沉積)。相對(duì)于使用FCVA方法沉積的Cr/CrN層，濺射的CrN層46的厚度大得 多。濺射的CrN層46的厚度通常為約0. 3微米，而相應(yīng)的FCVA-CrN層為約0. 04微米。有 利地，通過(guò)經(jīng)由濺射沉積的層和經(jīng)由FCVA方法沉積的層的交替，所得涂層33具有由于較厚 層的濺射而高質(zhì)量的FCVA沉積、較短沉積時(shí)間的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)將與常規(guī)濺射方法相關(guān)的缺陷 最小化。以及有利地，沉積的圖案層33包括硬金屬?gòu)?fù)合CrN，其賦予所得的沉積圖像高度的 耐磨性。最外面的層50是使用FCVA沉積而沉積的光亮的、吸引人的Cr層。有利地，這為 成品涂層33帶來(lái)有光澤且光亮的外觀并且是賞心悅目的。這是對(duì)于所有商業(yè)應(yīng)用特別重 要的方面?，F(xiàn)在參考圖2，顯示了沉積于金屬基體表面12b上的圖案層33a的另一實(shí)施方案。 圖案層33a具有多層排列，其中濺射的CrN層(46a、46b、46c)與FCVA沉積的CrN層(48a、 48b,48c)交替。使用FCVA方法將最內(nèi)部的Cr層42a類(lèi)似地沉積于金屬基體上。交替的設(shè) 計(jì)有利地確保所得圖案層具有期望的品質(zhì)，例如良好的粘附、低空隙率、高強(qiáng)度和較短的沉 積時(shí)間。能夠?qū)⑷芜x的CrN層44a接近并在所述最內(nèi)部的層42a的頂部沉積。最外面的層 50a為FCVA沉積的Cr層以賦予其有光澤并且賞心悅目的外觀。此外，由于經(jīng)由FCVA方法 沉積最外面的層50a，當(dāng)受到外部碰撞時(shí)，其不易剝落。通過(guò)引用具體的實(shí)施例會(huì)進(jìn)一步詳細(xì)地描述包括最佳模式在內(nèi)的本發(fā)明的非限 制性實(shí)施例和比較例，無(wú)論如何不應(yīng)當(dāng)將具體的實(shí)施例理解為限定本發(fā)明的范圍。應(yīng)用 可將所公開(kāi)的方法用于將硬金屬和硬金屬化合物快速地沉積于各種基體表面上， 例如塑料基體、金屬基體、玻璃基體、陶瓷基體和塑料基體。有利地，能夠?qū)⒂膊牧系亩嗉{米膜層涂層涂敷于表面上。在一方面中，能夠?qū)⑦@些 納米膜涂層涂敷于塑料基體上而不通過(guò)熱降解破壞塑料。有利地，能夠?qū)⒍嗉{米膜層涂敷 于基體上以形成微米膜。更有利地，用肉眼看，基體上的納米膜或微米膜層似乎與它們所附著的表面整體 地形成。這為被涂敷的物品提供了良好的整體美觀效果。有利地，在一方面中，所公開(kāi)的 方法允許將硬金屬、DLC和硬化合物沉積于塑料基體上，而不引起塑料基體的任何變形或破 壞。
在一方面中，所公開(kāi)的方法采用用于物理氣相沉積步驟的濺射和FCVA方法。有利 地，所公開(kāi)的方法能夠?qū)⒂步饘俪练e于塑料基體上而不需要高的操作溫度，所述高的操作 溫度或許會(huì)破壞基體或使基體變形。在金屬層內(nèi)，F(xiàn)CVA沉積的層也是基本上無(wú)空隙的，這 允許形成較致密以及品質(zhì)較高的涂層。此外，硬金屬涂層還耐表面劃傷和由外部碰撞引起 的變形，這或許將損害沉積的涂層的整體美觀。還有利地，在一方面中，由于采用濺射方法結(jié)合FCVA將金屬涂層的某些層沉積， 所公開(kāi) 的方法具有相對(duì)短的整體沉積時(shí)間。因此，能夠使涂層快速地沉積于基體上。 與單獨(dú)使用濺射相比，將FCVA沉積與濺射一起使用具有顯著的優(yōu)勢(shì)。具體地，經(jīng) 由FCVA方法沉積的薄金屬膜具有與基體表面更好的粘附。與僅經(jīng)由濺射方法沉積的膜相 比，沉積的膜還更緊密地壓緊而且致密，其中包含少量或沒(méi)有空隙。應(yīng)當(dāng)注意，諸如濺射的某些低能量PVD方法引起涂層中一定程度的拉應(yīng)力，而 FCVA引起涂層中一定程度的壓縮應(yīng)力。因此，當(dāng)將由諸如濺射的PVD形成的涂層與由FCVA 形成的層交替時(shí)，各自層的拉應(yīng)力和壓縮應(yīng)力趨于互相抵消，或至少降低整個(gè)涂層中層的 應(yīng)力效應(yīng)。這導(dǎo)致應(yīng)力降低的涂層，當(dāng)將其涂敷于基體上時(shí)，不易于使涂層碎裂或剝落。顯然，在不偏離本發(fā)明的精神及范圍的條件下，閱讀完以上公開(kāi)內(nèi)容后，本發(fā)明各 種其它的修飾和改變對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)是顯而易見(jiàn)的，并且預(yù)期所有這樣的修飾和改 變落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.將涂層沉積于基體上的方法，所述方法包括以下步驟(a)通過(guò)進(jìn)行陰極真空電弧(CVA)沉積步驟將材料沉積于基體上；以及(b)通過(guò)進(jìn)行化學(xué)氣相沉積(CVD)步驟和除了CVA沉積以外的物理氣相沉積(PVD)步 驟中的至少一種將材料沉積于基體上，其中步驟(b)中沉積的材料的厚度大于步驟(a)中沉積的材料的厚度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述步驟(a)包括通過(guò)進(jìn)行過(guò)濾真空陰極電弧沉積 (FVCA)步驟，將材料沉積于基體上的步驟。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述步驟(b)包括比所述(FVCA)步驟更快地沉積材 料的PVD步驟。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述步驟(b)包括濺射步驟。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其還包括將(a)和(b)中至少一個(gè)步驟重復(fù)交替進(jìn)行以 形成連續(xù)的層的步驟。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述材料包括硬金屬、硬金屬化合物和碳中的至少一種。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述硬金屬化合物為硬金屬氧化物、硬金屬碳化物、 硬金屬氮化物、硬金屬碳氮化物、硬金屬硅化物和硬金屬硼化物中的至少一種。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述材料包括軟金屬、軟金屬化合物和碳中的至少一種。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述軟金屬化合物為軟金屬氧化物、軟金屬碳化物、 軟金屬氮化物、軟金屬碳氮化物、軟金屬硅化物和軟金屬硼化物中的至少一種。
10.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述濺射步驟沉積的材料層的厚度尺寸大于所述 FCVA步驟。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述濺射步驟沉積的材料層的厚度尺寸為通過(guò)所 述FCVA步驟沉積的層的厚度尺寸的2倍至10倍。
12.如權(quán)利要求2所述的方法，其中將所述FCVA沉積層直接地沉積于所述基體上。
13.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述濺射步驟沉積的材料層的厚度為約0.1微米至 約1微米。
14.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述FCVA步驟沉積的材料層的厚度為約0.01微米 至約0.2微米。
全文摘要
將涂層沉積于基體上的方法，所述方法包括以下步驟(a)通過(guò)進(jìn)行陰極真空電弧(CVA)沉積步驟將材料沉積于基體上；以及(b)通過(guò)進(jìn)行化學(xué)氣相沉積(CVD)步驟和除了CVA沉積以外的物理氣相沉積(PVD)步驟中的至少一種將材料沉積于基體上，其中步驟(b)中沉積的材料的厚度大于步驟(a)中沉積的材料的厚度。
文檔編號(hào)C23C28/00GK102046844SQ200980119078
公開(kāi)日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2009年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月9日
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