等離子體發(fā)射監(jiān)測儀及工藝氣體輸送系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實施例涉及用于在涂覆室中將薄膜的受控濺射沉積到基底上的裝置及方法。更具體地,本發(fā)明的實施例涉及監(jiān)測等離子體的發(fā)射強(qiáng)度并且提供對氣體輸送系統(tǒng)的控制的濺射方法及濺射裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在涂層玻璃工業(yè)中,期望將一層或多層的涂層材料薄層應(yīng)用到玻璃板的一個或兩個表面以將期望的特征提供給涂層玻璃成品。舉例而言,通常期望應(yīng)用紅外線反射膜和/或其它的多層涂層系統(tǒng)以提供與透射比、發(fā)射率、反射比、耐久性、顏色、光催化和/或耐化學(xué)性有關(guān)的期望的特征。
[0003]可以證明,濺射沉積經(jīng)常是在基底上形成薄膜的最有效的方法。與諸如真空蒸鍍、電鍍、無電鍍和化學(xué)氣相沉積之類的其它的薄膜成形方法相比,濺射沉積能夠關(guān)于薄膜材料的選擇、薄膜的更高純度和受控制的成分、薄膜的更大的粘合強(qiáng)度和均勻性以及薄膜厚度的更好控制考慮更多種類。
[0004]在常規(guī)的濺射沉積系統(tǒng)中,基底通常被運送穿過真空室。該室包含在其外表面上由可派射材料制成或在其外表面上包括可派射材料的革E極。當(dāng)被加能的離子顆粒沖擊革巴極的表面時發(fā)生濺射,從而導(dǎo)致靶極原子的釋放。在反應(yīng)濺射中,這種釋放的靶極原子與反應(yīng)氣體原子結(jié)合以形成介質(zhì)材料,該介質(zhì)材料進(jìn)而沉積到基底上。
[0005]沉積過程通常牽涉直流(“DC”)反應(yīng)濺射。為了實現(xiàn)這種濺射,真空室中產(chǎn)生有電場。典型地,將DC負(fù)電壓施加到靶極上而產(chǎn)生陰極,并且將DC正電壓施加到在與靶極間隔開的位置處設(shè)置在室中的其它裝置上而產(chǎn)生陽極。這樣,陰極和陽極之間產(chǎn)生了電場。一種或多種氣體被引入到真空室中。電場中的電子被加速,且獲得足夠的能量以使氣體原子離子化并產(chǎn)生輝光放電等離子體。舉例而言,諸如氬之類的惰性氣體能夠被用于生產(chǎn)這種等離子體。如果期望的話,附加的氣體比如一種或多種反應(yīng)氣體也可被引入到室中。隨著離子通過陰極套的電場被吸引到靶極上,離子轟擊靶極并且釋放原子。如上所述,當(dāng)這種轟擊和釋放在存在諸如氧氣或氮氣之類的反應(yīng)氣體的情況下進(jìn)行時,產(chǎn)生了涂層材料的反應(yīng)產(chǎn)物(即,釋放的靶極原子和反應(yīng)氣體原子的產(chǎn)物),許多所述反應(yīng)產(chǎn)物沉積到基底上。舉例而言,將諸如氧氣或氮氣之類的反應(yīng)氣體引入到室中與釋放的靶極原子形成了氧化物或氮化物。
[0006]DC反應(yīng)濺射的一個缺點是陽極消失的問題。當(dāng)陽極逐漸地涂覆有介質(zhì)材料時發(fā)生這個問題。正如人們所知,介質(zhì)材料經(jīng)常涂覆室中的每個表面(包括基底)并且最終將陽極涂覆。當(dāng)陽極上的區(qū)域被涂覆時,在該區(qū)域中的電子的傳導(dǎo)路徑被損害,從而導(dǎo)致涂覆區(qū)域失去其傳導(dǎo)電子的能力并且由此切斷該過程發(fā)射的電子的電流路徑。當(dāng)這種情況發(fā)生時,電子典型地傳導(dǎo)到陽極上的未涂覆的區(qū)域,或者,如果陽極由濺射的介質(zhì)材料覆蓋時,情況往往是電子傳導(dǎo)到陽極上的較少涂覆區(qū)域。
[0007]另一種方法牽涉將氣體歧管用作陽極。通常,氣體歧管與地面絕緣并且被連接至電源的輸出的正極端。氣體穿過進(jìn)氣口進(jìn)入歧管中并且穿過一個或多個出氣口離開。出氣口周圍的壓力與濺射室的其它部分相比普遍偏高。當(dāng)濺射發(fā)生時,大多數(shù)(如果不是全部)歧管外表面最終涂覆有介質(zhì)材料。然而,從歧管出氣口流出的氣體防止濺射材料涂覆在出氣口之上。出氣口于是變成用于電子的優(yōu)選的傳導(dǎo)路徑。這些路徑由于向內(nèi)流動電子與處于局部升高的壓力下的向外流動氣體碰撞而被稍微增強(qiáng)。該碰撞在每個出氣口處產(chǎn)生了等離子體羽流。因為等離子體導(dǎo)電,每個羽流充當(dāng)不能被涂覆的虛陽極。
[0008]正如人們所知,濺射系統(tǒng)中的典型的歧管包括的管道具有一個位置處的進(jìn)氣口和充當(dāng)出氣口的孔洞(例如,沿管道的長度周期性地鉆孔)。然而,因為歧管進(jìn)氣口和每個出氣口之間存在不同的氣體傳導(dǎo)性,氣體的分配是不均勻的。這能夠通過改變管道直徑和出氣口直徑之間的相對尺寸而在一定程度上被改進(jìn)。隨著管道直徑被增大,到每個出氣口的傳導(dǎo)路徑被改善,從而導(dǎo)致改善的氣體分配。替代性地,減少穿過出氣口的傳導(dǎo)性通過增大管道內(nèi)部的壓力來幫助改善分配,這增強(qiáng)了氣體的分配。然而,這些改進(jìn)的任何一個都具有增大管道的氣體容量的副作用。容量,即歧管中的氣體的總量,能夠被認(rèn)為是體積和壓力的乘積。通過增大管道的氣體容量,針對用于控制氣體的任何閉環(huán)反饋控制的響應(yīng)時間被減慢。這是因為歧管中的所有氣體必須在任何改變能夠在處理室中起作用之前離開歧管。
[0009]在反應(yīng)濺射過程中,當(dāng)薄膜在基底上形成時,薄膜形成條件(具體地,氣體流速)具有狹窄的適用范圍,并且因此在控制諸如薄層電阻中的均勻性及透射比之類的薄膜形成參數(shù)中出現(xiàn)了困難。氣體分配的均勻性是關(guān)鍵的。
[0010]作為改善,已知一種采用等離子體發(fā)射監(jiān)測儀(即,“PEM”)的反應(yīng)濺射過程。PRM為用于通過準(zhǔn)直器聚集等離子發(fā)射、將發(fā)射穿過濾波器引入到光電倍增管或引入到分光鏡并且通過電信號(通過由光電倍增管實現(xiàn)的發(fā)射的光電變換獲得)來監(jiān)測等離子體狀態(tài)的設(shè)備。在采用PEM的濺射裝置中,調(diào)節(jié)引入的反應(yīng)氣體的流速和保持等離子體常數(shù)的發(fā)射強(qiáng)度的功能能夠通過將PEM的光電倍增管的靈敏度設(shè)定成某一特定值而被開發(fā)。
[0011]PEM的一個不足是PEM暴露于等離子體并且準(zhǔn)直器的光學(xué)探針(光進(jìn)入的位置)如同真空室中的其它物體一樣隨著時間的推移被涂覆。為了防止或減少這一事件發(fā)生,一些等離子體發(fā)生監(jiān)測儀的制造商采用在光學(xué)探針的前部流動的氣體遮蔽,從而使材料偏轉(zhuǎn)離開光學(xué)探針。與這種方法相關(guān)的缺點是:對充分地遮蔽光學(xué)探針?biāo)匾臍怏w量為大約50SCCH1左右。該氣體量占濺射過程中的總氣流的很大的百分比,其范圍根據(jù)陰極的尺寸從每對陰極大約100到大約lOOOsccm。進(jìn)入室中的氣體分配的均勻性通過引入該附加的氣體而被破壞。
[0012]替代性地,另一種方法是遠(yuǎn)離等離子體安裝準(zhǔn)直器的光學(xué)探針并且優(yōu)選地將管道安裝在光學(xué)探針的前部中以限制材料在光學(xué)探針的透鏡上的沉積。所述方法的缺點是其大大地減少了由光學(xué)探針聚集的信號并且因此減少了由PEM完成的測量的靈敏度。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0013]本發(fā)明的實施例被設(shè)計成提供強(qiáng)發(fā)射強(qiáng)度數(shù)據(jù)的同時減少準(zhǔn)直器的透鏡上的積累量,而不會對室中的氣體分配的均勻性有不利影響。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個方面,提供了一種在濺射室中使用的氣體輸送系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包含氣體歧管和準(zhǔn)直器端口。所述氣體歧管具有進(jìn)氣端口和多個出氣端口,所述進(jìn)氣端口操作性地聯(lián)接至氣體供應(yīng)設(shè)備以便接收處于選定氣壓下的氣體,并且所述多個出氣端口中的每個都位于所述濺射室內(nèi)。所述進(jìn)氣端口經(jīng)由具有至少大體上相等的傳導(dǎo)性的路徑與所述多個出氣端口中的每個流體連通。所述準(zhǔn)直器端口與所述出氣端口中的一個流體連通,使得當(dāng)光學(xué)探針的透鏡端被容納在所述準(zhǔn)直器端口中時其透鏡端暴露于流向與所述準(zhǔn)直器端口流體連通的出氣端口的氣體,所述光學(xué)探針操作性地聯(lián)接至等離子體發(fā)射監(jiān)測儀。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的另一方面,提供了一種濺射裝置,所述濺射裝置包含真空室、氣體供應(yīng)設(shè)備、第一氣體歧管和準(zhǔn)直器端口。所述真空室包含待由濺射工藝涂覆的基底。第一靶極被安裝在真空室中,并且適于被激勵為陰極并且具有待被濺射以便涂覆基底的表面。所述第一氣體歧管具有進(jìn)氣端口和多個出氣端口,所述進(jìn)氣端口操作性地聯(lián)接至氣體供應(yīng)設(shè)備以便接收處于選定氣壓下的氣體,并且所述多個出氣端口中的每個都位于濺射室內(nèi)。所述進(jìn)氣端口經(jīng)由具有至少大體上相等的傳導(dǎo)性的路徑與所述多個出氣端口中的每個流體連通。所述準(zhǔn)直器端口與所述多個出氣端口中的一個流體連通,使得當(dāng)?shù)谝还鈱W(xué)探針的透鏡端被容納在所述準(zhǔn)直器端口中時其透鏡端暴露于流向與所述準(zhǔn)直器端口流體連通的出氣端口的氣體,所述光學(xué)探針操作性地聯(lián)接至等離子體發(fā)射監(jiān)測儀。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一方面,提供了一種用于在薄膜形成空間中在基底上形成薄膜的濺射方法,所述方法包含以下步驟:
[0017]在選定氣壓下將至少一種氣體引入到所述薄膜形成空間中,所述薄膜形成空間具有第一靶極、氣體供應(yīng)設(shè)備和第一氣體歧管,所述第一靶極被安裝在真空室中,所述第一靶極適于被激勵為陰極并且具有待被濺射以便涂覆所述基底的表面,所述第一氣體歧管具有進(jìn)氣端口和多個出氣端口,所述進(jìn)氣端口操作性地聯(lián)接至氣體供應(yīng)設(shè)備以便接收處于選定氣壓下的氣體,并且所述多個出氣端口中的每個都位于真空室內(nèi),所述進(jìn)氣端口經(jīng)由具有至少大體上相等的傳導(dǎo)性的路徑與所述多個出氣端口中的每個流體連通;以及
[0018]通過具有用于聚集光的第一端的光學(xué)探針來監(jiān)測在薄膜形成空間中形成的等離子體的發(fā)射強(qiáng)度,所述光學(xué)探針操作性地聯(lián)接至等離子體發(fā)射監(jiān)測儀,其中,所述光學(xué)探針在所述第一氣體歧管中定位成鄰近所述第一氣體歧管的多個出氣端口中的至少一個出氣端口,使得所述光學(xué)探針的第一端暴露于流向與所述光學(xué)探針鄰近的出氣端口的氣體。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一方面,提供了一種用于在濺射室中輸送氣體的氣體歧管。所述歧管包含:
[0020]具有進(jìn)氣端口和多個出氣端口的本體,所述進(jìn)氣端口操作性地聯(lián)接至氣體供應(yīng)設(shè)備,所述進(jìn)氣端口與所述多個出氣端口中的每個流體連通;
[0021]具有近端和遠(yuǎn)端的準(zhǔn)直器端口,所述準(zhǔn)直器端口在所述本體中被定位成與所述進(jìn)氣端口和所述出氣端口分離,所述準(zhǔn)直器端口的尺寸被設(shè)置成將光學(xué)探針容納在其中,其中,所述準(zhǔn)直器端口的遠(yuǎn)端流體接通至出氣端口,使得輸送到該出氣端口的氣體流經(jīng)所述準(zhǔn)直器端口的遠(yuǎn)端。