CN105431566B - 等离子体发射监测仪及工艺气体输送系统 - Google Patents

Abstract

用于将气体输送到溅射室的气体歧管设置有端口(116)以容纳等离子体发射监测仪，以监测所述溅射室中的等离子体信息，以提供反馈控制。所述等离子体发射监测仪的准直器暴露于气流中，并且所述监测仪的涂覆因此被大大减少。

Description

等离子体发射监测仪及工艺气体输送系统

技术领域

本发明的实施例涉及用于在涂覆室中将薄膜的受控溅射沉积到基底上的装置及方法。更具体地，本发明的实施例涉及监测等离子体的发射强度并且提供对气体输送系统的控制的溅射方法及溅射装置。

背景技术

在涂层玻璃工业中，期望将一层或多层的涂层材料薄层应用到玻璃板的一个或两个表面以将期望的特征提供给涂层玻璃成品。举例而言，通常期望应用红外线反射膜和/或其它的多层涂层系统以提供与透射比、发射率、反射比、耐久性、颜色、光催化和/或耐化学性有关的期望的特征。

可以证明，溅射沉积经常是在基底上形成薄膜的最有效的方法。与诸如真空蒸镀、电镀、无电镀和化学气相沉积之类的其它的薄膜成形方法相比，溅射沉积能够关于薄膜材料的选择、薄膜的更高纯度和受控制的成分、薄膜的更大的粘合强度和均匀性以及薄膜厚度的更好控制考虑更多种类。

在常规的溅射沉积系统中，基底通常被运送穿过真空室。该室包含在其外表面上由可溅射材料制成或在其外表面上包括可溅射材料的靶极。当被加能的离子颗粒冲击靶极的表面时发生溅射，从而导致靶极原子的释放。在反应溅射中，这种释放的靶极原子与反应气体原子结合以形成介质材料，该介质材料进而沉积到基底上。

沉积过程通常牵涉直流(“DC”)反应溅射。为了实现这种溅射，真空室中产生有电场。典型地，将DC负电压施加到靶极上而产生阴极，并且将DC正电压施加到在与靶极间隔开的位置处设置在室中的其它装置上而产生阳极。这样，阴极和阳极之间产生了电场。一种或多种气体被引入到真空室中。电场中的电子被加速，且获得足够的能量以使气体原子离子化并产生辉光放电等离子体。举例而言，诸如氩之类的惰性气体能够被用于生产这种等离子体。如果期望的话，附加的气体比如一种或多种反应气体也可被引入到室中。随着离子通过阴极套的电场被吸引到靶极上，离子轰击靶极并且释放原子。如上所述，当这种轰击和释放在存在诸如氧气或氮气之类的反应气体的情况下进行时，产生了涂层材料的反应产物(即，释放的靶极原子和反应气体原子的产物)，许多所述反应产物沉积到基底上。举例而言，将诸如氧气或氮气之类的反应气体引入到室中与释放的靶极原子形成了氧化物或氮化物。

DC反应溅射的一个缺点是阳极消失的问题。当阳极逐渐地涂覆有介质材料时发生这个问题。正如人们所知，介质材料经常涂覆室中的每个表面(包括基底)并且最终将阳极涂覆。当阳极上的区域被涂覆时，在该区域中的电子的传导路径被损害，从而导致涂覆区域失去其传导电子的能力并且由此切断该过程发射的电子的电流路径。当这种情况发生时，电子典型地传导到阳极上的未涂覆的区域，或者，如果阳极由溅射的介质材料覆盖时，情况往往是电子传导到阳极上的较少涂覆区域。

另一种方法牵涉将气体歧管用作阳极。通常，气体歧管与地面绝缘并且被连接至电源的输出的正极端。气体穿过进气口进入歧管中并且穿过一个或多个出气口离开。出气口周围的压力与溅射室的其它部分相比普遍偏高。当溅射发生时，大多数(如果不是全部)歧管外表面最终涂覆有介质材料。然而，从歧管出气口流出的气体防止溅射材料涂覆在出气口之上。出气口于是变成用于电子的优选的传导路径。这些路径由于向内流动电子与处于局部升高的压力下的向外流动气体碰撞而被稍微增强。该碰撞在每个出气口处产生了等离子体羽流。因为等离子体导电，每个羽流充当不能被涂覆的虚阳极。

正如人们所知，溅射系统中的典型的歧管包括的管道具有一个位置处的进气口和充当出气口的孔洞(例如，沿管道的长度周期性地钻孔)。然而，因为歧管进气口和每个出气口之间存在不同的气体传导性，气体的分配是不均匀的。这能够通过改变管道直径和出气口直径之间的相对尺寸而在一定程度上被改进。随着管道直径被增大，到每个出气口的传导路径被改善，从而导致改善的气体分配。替代性地，减少穿过出气口的传导性通过增大管道内部的压力来帮助改善分配，这增强了气体的分配。然而，这些改进的任何一个都具有增大管道的气体容量的副作用。容量，即歧管中的气体的总量，能够被认为是体积和压力的乘积。通过增大管道的气体容量，针对用于控制气体的任何闭环反馈控制的响应时间被减慢。这是因为歧管中的所有气体必须在任何改变能够在处理室中起作用之前离开歧管。

在反应溅射过程中，当薄膜在基底上形成时，薄膜形成条件(具体地，气体流速)具有狭窄的适用范围，并且因此在控制诸如薄层电阻中的均匀性及透射比之类的薄膜形成参数中出现了困难。气体分配的均匀性是关键的。

作为改善，已知一种采用等离子体发射监测仪(即，“PEM”)的反应溅射过程。PRM为用于通过准直器聚集等离子发射、将发射穿过滤波器引入到光电倍增管或引入到分光镜并且通过电信号(通过由光电倍增管实现的发射的光电变换获得)来监测等离子体状态的设备。在采用PEM的溅射装置中，调节引入的反应气体的流速和保持等离子体常数的发射强度的功能能够通过将PEM的光电倍增管的灵敏度设定成某一特定值而被开发。

PEM的一个不足是PEM暴露于等离子体并且准直器的光学探针(光进入的位置)如同真空室中的其它物体一样随着时间的推移被涂覆。为了防止或减少这一事件发生，一些等离子体发生监测仪的制造商采用在光学探针的前部流动的气体遮蔽，从而使材料偏转离开光学探针。与这种方法相关的缺点是：对充分地遮蔽光学探针所必要的气体量为大约50sccm左右。该气体量占溅射过程中的总气流的很大的百分比，其范围根据阴极的尺寸从每对阴极大约100到大约1000sccm。进入室中的气体分配的均匀性通过引入该附加的气体而被破坏。

替代性地，另一种方法是远离等离子体安装准直器的光学探针并且优选地将管道安装在光学探针的前部中以限制材料在光学探针的透镜上的沉积。所述方法的缺点是其大大地减少了由光学探针聚集的信号并且因此减少了由PEM完成的测量的灵敏度。

发明内容

本发明的实施例被设计成提供强发射强度数据的同时减少准直器的透镜上的积累量，而不会对室中的气体分配的均匀性有不利影响。

根据本发明的一个方面，提供了一种在溅射室中使用的气体输送系统。所述系统包含气体歧管和准直器端口。所述气体歧管具有进气端口和多个出气端口，所述进气端口操作性地联接至气体供应设备以便接收处于选定气压下的气体，并且所述多个出气端口中的每个都位于所述溅射室内。所述进气端口经由具有至少大体上相等的传导性的路径与所述多个出气端口中的每个流体连通。所述准直器端口与所述出气端口中的一个流体连通，使得当光学探针的透镜端被容纳在所述准直器端口中时其透镜端暴露于流向与所述准直器端口流体连通的出气端口的气体，所述光学探针操作性地联接至等离子体发射监测仪。

根据本发明的另一方面，提供了一种溅射装置，所述溅射装置包含真空室、气体供应设备、第一气体歧管和准直器端口。所述真空室包含待由溅射工艺涂覆的基底。第一靶极被安装在真空室中，并且适于被激励为阴极并且具有待被溅射以便涂覆基底的表面。所述第一气体歧管具有进气端口和多个出气端口，所述进气端口操作性地联接至气体供应设备以便接收处于选定气压下的气体，并且所述多个出气端口中的每个都位于溅射室内。所述进气端口经由具有至少大体上相等的传导性的路径与所述多个出气端口中的每个流体连通。所述准直器端口与所述多个出气端口中的一个流体连通，使得当第一光学探针的透镜端被容纳在所述准直器端口中时其透镜端暴露于流向与所述准直器端口流体连通的出气端口的气体，所述光学探针操作性地联接至等离子体发射监测仪。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于在薄膜形成空间中在基底上形成薄膜的溅射方法，所述方法包含以下步骤：

在选定气压下将至少一种气体引入到所述薄膜形成空间中，所述薄膜形成空间具有第一靶极、气体供应设备和第一气体歧管，所述第一靶极被安装在真空室中，所述第一靶极适于被激励为阴极并且具有待被溅射以便涂覆所述基底的表面，所述第一气体歧管具有进气端口和多个出气端口，所述进气端口操作性地联接至气体供应设备以便接收处于选定气压下的气体，并且所述多个出气端口中的每个都位于真空室内，所述进气端口经由具有至少大体上相等的传导性的路径与所述多个出气端口中的每个流体连通；以及

通过具有用于聚集光的第一端的光学探针来监测在薄膜形成空间中形成的等离子体的发射强度，所述光学探针操作性地联接至等离子体发射监测仪，其中，所述光学探针在所述第一气体歧管中定位成邻近所述第一气体歧管的多个出气端口中的至少一个出气端口，使得所述光学探针的第一端暴露于流向与所述光学探针邻近的出气端口的气体。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于在溅射室中输送气体的气体歧管。所述歧管包含：

具有进气端口和多个出气端口的本体，所述进气端口操作性地联接至气体供应设备，所述进气端口与所述多个出气端口中的每个流体连通；

具有近端和远端的准直器端口，所述准直器端口在所述本体中被定位成与所述进气端口和所述出气端口分离，所述准直器端口的尺寸被设置成将光学探针容纳在其中，其中，所述准直器端口的远端流体接通至出气端口，使得输送到该出气端口的气体流经所述准直器端口的远端。

附图说明

图1为根据现有技术的溅射装置的示意性侧视图。

图2为根据现有技术的使用在图1中的气体歧管组件的示意性正视图。

图3为氧等离子体发射光谱的曲线图。

图4为根据本发明的实施例的分成两半的气体歧管的透视图的图片，该气体歧管被设计成减少或消除与溅射室中的PEM的准直器的使用相关的缺点。

图5为根据本发明的实施例的气体歧管的俯视图的示意图。

图6为图4中示出的气体歧管沿线5-5的侧视图的示意图。

图7为根据本发明的实施例的溅射装置的示意性侧视图，该溅射装置位于溅射室中。

图8-11为图7中使用的气体歧管的多个图片。

图12A为根据本发明的另一实施例的溅射装置的示意性侧视图，该溅射装置位于溅射室中。

图12B为根据本发明的另一实施例的溅射装置的示意性侧视图，该溅射装置位于溅射室中。

图12C为根据本发明的另一实施例的溅射装置的示意性侧视图，该溅射装置位于溅射室中。

具体实施方式

参考附图阅读以下详细说明，其中，不同的附图中的相同的元件具有相同的附图标记。不一定按比例的附图描绘了选择的实施例并且不意在限制本发明的范围。技术人员应明白，本文提供的示例具有属于本发明的范围内的许多有用的替代性选择。

本文描述的实施例通常涉及将诸如金属氧化物薄膜之类的透明的介质薄膜沉积在基底上；然而，本发明不应限于此。举例而言，本发明还可被用于金属沉积工艺。在涂层玻璃工业中，基底通常为玻璃板。然而，还能够使用塑料的和其它类型的基底。术语“金属”被用于指代比如锌、铝、钛、铌、锆等元素。另外，术语金属被限定成还包括硅和通常不认为是金属的准金属。

更具体地，本文描述的实施例涉及通过将气体经由气体歧管引入室中来在控制室内溅射含金属的靶极。气体能够包括单一气体或两种或多种气体的混合物。在特定实施例中，气体包括诸如氩气之类的一种或多种惰性气体和/或诸如氧气、氮气等之类的一种或多种反应气体。优选地，气体以使人们能够控制气体的质量流动速率的比值的方式被引入到溅射室中。

本发明的实施例通常牵涉具有进气口和多个出气口的气体歧管，借以使进气口经由相等的传导性或大体上相等的传导性的路径与每个出气口流体连通。在特定实施例中，气体歧管为二分式(binary)歧管，其中，进气口均匀地分成具有相等的传导性的两个路径。在特定实施例中，两个路径中的每个路径能够不断地且均匀地分成其它的路径，直到路径的数量等于所需的多个出气口。举例而言，如果需要十六个出气口，那么起源于进气口的两个路径将均匀地分裂，并且随后，产生的四个路径将各自均匀地分裂，并且进一步，产生的八个路径将各自均匀地分裂以提供所需的十六个出气口。这种是歧管的路径通常具有相等的传导性的情况。然而，气体歧管可反而被构造成提供传导性大体上相等的路径。这样，如果需要十四个出气口，通过使用以上示例，那么产生的八个路径中的六个路径能够被均匀地分裂以提供具有传导性大体上相等的十四个路径的气体歧管系统。产生的八个路径中的剩下两个路径可在尺寸上被调节以具有与(由六个均匀分裂的路径提供的)其它十二个路径相似的(虽然物理地不同的)传导性。气体歧管的进气口操作性地被联接至一个或多个气体供应设备。

气体歧管在(以下描述的)其任意一种示例性代表中能够用于对多种涂层进行溅射沉积。这样，本发明不应被限于以沉积的任何特定涂层为基础。在特定实施例中，沉积氧化膜的方法能够被提供在使用气体歧管中。举例而言，该方法可以牵涉提供配备有至少一个溅射靶极的溅射室(例如，以下描述的图1中典型说明的溅射室)。每个靶极能够可选地包含金属可溅射材料(尽管，可溅射材料能够替代性地为氧化物，例如，低价氧化物)。该方法能够有利地被用于对选自由氧化锌、氧化锡、锌锡氧化物、氧化钛和氧化硅组成的组的氧化膜进行溅射沉积。

如下文所述，气体歧管在其任意一种示例性代表中能够被设置成增强溅射期间的离子化。这可提供改善的薄膜性能，例如，密度、表面形态等。在特定实施例中，能够提供一种用于在基底的#1表面(例如，窗或其它嵌装玻璃的外侧窗格玻璃的外表面)上沉积薄膜的方法。举例而言，该方法可牵涉在窗格玻璃的期望的表面上沉积薄膜并且然后安装窗格玻璃使得因此涂覆的表面为暴露于户外环境(可选地，遭受与雨的周期接触)的#1表面。在特定实施例中，薄膜可包含二氧化硅和/或二氧化钛；然而，如上所述，本发明不应限于此。举例而言，薄膜能够包含直接地沉积在窗格玻璃上的二氧化硅。另一示例可以牵涉沉积包含二氧化钛(例如，TiO2)的涂层。举例而言，涂层可以为光催化涂层，并且TiO2的低维护性能可由于通过歧管提供的增强的离子化而被改善。

进一步，在特定实施例中，至少一个靶极和气体歧管可以被安装在延伸穿过溅射室的基底行进路径的下方(例如，在比输送辊或另一基底支撑件的高度低的高度处)。在这种实施例中，溅射室包括安装在基底行进路径的下方的至少一个下溅射室。在操作中，该方法牵涉(可选地，在间隔开的输送辊之间)向上地溅射每个下靶极，使得溅射的薄膜沉积在运送穿过室的基底的底表面上。

图1示出了根据现有技术的磁控溅射系统10的示意性正视图。磁控溅射系统中使用的溅射技术和装备在本领域众所周知。举例而言，磁控溅射室和有关的装备在商业上可从多种渠道购得(例如，德国莱宝(Leybold))。有用的磁控溅射技术和装备的示例还在一些美国专利中公开，例如，申请号为4，166，018的授予查宾(Chapin)的美国专利，该专利的适用教导通过引用的方式并入本文。

图1的系统10包含限定受控环境(例如，真空室)的沉积室12；靶极14；以及气体分配系统16。沉积室12通常包含典型地由钢或不锈钢制成的金属壁，该金属壁可操作地被组装以形成能够容纳真空的室，溅射工艺在该室中发生。靶极14位于或部分位于沉积室12内。如应当明白的，靶极14一般可以具有例如为圆柱形或平面形的任何形状，并且虽然图1中仅示出了单个靶极14，但是两个或多个靶极14能够被使用在室12内。

在一些实施例中，靶极14包含由诸如不锈钢、铝或任何其它适合的导电材料形成的管状衬垫。靶极14的外表面由可溅射材料限定。替代性地，靶极14可以为平面形并且可以包含导电垫板，并将待被溅射的靶极材料的板坯通过本领域普通技术人员所周知的任何机械方法或通过焊料或粘合剂固定到垫板。在一些情况下，整个靶极14可以由待被溅射的材料形成。如上文简要描述的，可溅射的靶极材料包含但不限于诸如硅、锌、锡、铝、铜、钛、铌、锆或它们的组合的材料。优选地，这些靶极材料的原子能够与诸如氧气、氮气等或它们的组合的反应气体的原子反应，以形成诸如氧化锌、氧化硅或类似物的介质涂层。靶极14可以包含一个或多个可选的遮蔽组件20和可选的磁组件(未示出)，并且在旋转柱状靶极的情况下靶极14进一步被连接至电动机组件(未示出)。众所周知，对于旋转柱状阴极而言，这种电动机组件通过使靶极14旋转穿过溅射系统10中产生的等离子体来优化靶极14的效率。

沉积室12可选地包含用于基底18的入口门(或“通道”)22和出口门(或“通道”)24，由此使基底(或工件)能够持续地进给穿过室12。用于基底18的支撑系统26可包含输送辊28，但是可以替代性地包含沿基底的宽度延伸的传送带，以随着基底穿过室行进时支撑基底。示出的基底18靠置在输送辊28上并且通过辊28的旋转而穿过进气口门22被带进沉积室12中。辊28可在导致基底以每分钟大约100-500英寸移动穿过室的速度下旋转。一旦基底18被涂覆，基底18穿过出口门24离开示出的沉积室12。

气体分配系统16通常包含：一个或多个气体歧管30，一种或多种溅射气体穿过一个或多个气体歧管30被引入到沉积室12中；气体供应设备32；以及气体导管34，气体穿过气体导管34从气体供应设备32被运送到气体歧管30。虽然两个气体歧管30(其中，每个表示为方框)在图1中示例性地示出，但是应明白，本发明的实施例能够包含任何数量(例如，一个或多个)气体歧管。在特定实施例中，高电流电导线36将电源38电气性地连接至靶极14和气体分配系统16的一个或多个其它部件上。如下文进一步描述的，根据本发明的特定实施例，正电压(例如，经由一个或多个电导线36)被传送给气体歧管30或位于其中的导电块(未示出)，由此产生阳极表面，该阳极表面定位成足够接近靶极14。一个阳极表面或多个阳极表面的这种定位有助于保持等离子体并且稳定与靶极14的外表面邻近的溅射气体的区域(溅射区域)。

在溅射工艺中，在沉积室12的初始预调节之后，气体供应设备32通过气体歧管30提供气体(例如惰性气体比如氩气)供应。气体可以包括一种或多种气体。系统10可以牵涉通过气体歧管30提供的与惰性气体组合的或代替惰性气体的其它气体。这样，虽然系统10中示出仅有一个气体供应设备32和一个气体导管34，但是替代性地，能够存在多个气体供应设备和各自将气体供应设备中的一个连接至气体歧管30的多个气体导管。举例而言，沉积室12能够经由连接至气体歧管30的相应的气体导管被可操作地联接至氧气供应设备和氩气供应设备。这种相应的气体分配管使氧气和氩气能够流入室12中。另外，氧气和氩气可在其进入气体歧管30之前被混合到一起或可被分别引入到歧管30中。流入气体歧管30中的每种气体的流动能够被设定为不同的质量流动速率。这样，流动调节器(未示出)优选地被采用以控制流入气体歧管30中的每种气体的流动速率，并且进而控制流入室12中的每种气体的流动速率。举例而言，气体可被引入到沉积室12中，直到获得大约1毫托(mtorr)到20毫托(mTorr)的范围的压力。在该示例中，为了保持室压力在大约1mtorr到20mTorr的范围内，附加的气体随着时间的推移被添加。

如上所述，在沉积室中使用常规的管状气体歧管(例如，具有穿过管表面钻的孔洞以用作歧管出气口)通常导致由这种歧管提供的气体的不均匀分配。这通常是不利的，因为这对在沉积室中产生的等离子体的均匀性有损害。进而，不均匀的等离子体能够最终导致不均匀的沉积。如上所述，虽然构造这种管状气体歧管的多种方法已被使用以使气体分配能够更均匀，但是通常发现这些方法对歧管的气体容量有不利影响。进而，这些气体歧管的响应时间被损害。为了克服这些限制，在特定实施例中，使用了在歧管的进气口和每个出气口之间具有相等的或大体上相等的传导路径的气体歧管。在特定实施例中，使用了二分式歧管。通过使用具有相等的或大体上相等的传导路径的气体歧管，人们能够实现大体上均匀的气体分配的同时还保持了歧管的响应时间。因此，能够实现更均匀的等离子体以便促进一致的沉积工艺。

图2示出了气体歧管50的示意性正视图，气体歧管50能够被用于根据本发明的特定实施例的图1的气体歧管30。如图示，气体歧管50的气体进气口52连通到气体路径，该气体路径连通到至少两个不同的气体流动长度。在特定实施例中，如图示，气体歧管50为二分式歧管。这样，歧管50包含被分裂成两个相等的或大体上相等的传导路径54的气体进气口52。虽然这种二分式歧管不需要具有对称的出气口布置或源于不同的气体流动长度的相同数量的出气口，但是这可以是有利的。这样，在特定实施例中，路径54中的每个路径被分裂成更多的两个相等的或大体上相等的传导路径56。进一步，路径56中的每个路径再次被分裂成更多的两个相等的或大体上相等的传导路径58。最后，路径58中的每个路径进一步被分裂成更多的两个相等的或大体上相等的传导路径60，其中，路径60中的每个路径在歧管50的不同的出气口62处终止。歧管进气口52和路径54、56、58和60的示例包含但不限于管、空心轴、管道、空心棒、空心梁或穿过歧管的一个壁或多个壁的通道。应明白，初始路径54被分裂的次数取决于所需的出气口62的数量。这样，本发明的实施例不应限于

图2的构造。此外，如上文举例说明的，初始路径54不需要通往相同数量的出气口。

如上所述，在将二分式歧管50用于图1的一个或多个气体歧管30时，可以在歧管50的进气口52和每个出气口62之间设置相同传导性的路径，其中，允许所述路径具有很少的容量。在特定实施例中，每个传导路径具有相等的流动阻力。因此，在图1的系统10中，当二分式歧管(例如，图2的歧管50)被用于气体歧管30中的每个时，与常规的管状气体歧管相比，能够通过歧管50提供流入气体63(图2中箭头所示)的均匀分配，并且能够实现与流经歧管50的气体63有关的减少的(即，改善的)响应时间。

如前所述，期望采用等离子体发射监测仪(即，“PEM”)。PEM典型地包含位于溅射室中的一个或多个准直器和利用滤波器的光电倍增管或分光仪(典型地，位于溅射室的外部)。每个准直器具有拥有透镜的光学探针，光学探针收集来自溅射室内的等离子体信息并且将该等离子体信息下载给光电倍增管或分光仪。使用具有滤波器的光电倍增管阻碍除了关注波长以外的所有光，并且使用分光仪收集了来自许多不同的波长的光但仅使用了用于关注波长的数据。光电倍增管或分光仪中的任何一个都能够与根据本发明的实施例的气体歧管一起使用。

来自等离子体的可见光经由光学发射光谱包含存在于等离子体的所有种类的信息。为了监测等离子体中的任何元素的强度，窄带通滤波器能够与每个准直器一起使用以仅允许通过光电倍增管的关注的材料或气体的光的波长。替代性地，由每个准直器聚集的等离子体光由分光仪捕获。等离子体强度的分析基于由光电倍增管或分光仪捕获的信息来做出。

因为准直器的光学探针位于溅射室中，光学探针和位于溅射室中的其它任何事物一样在沉积供应期间被涂覆。这种涂层减少了由探针聚集的信号，这对做出的等离子体发射测量的灵敏度有不利影响。

来自工艺相关的等离子体颗粒的光发射被实时获得并追踪。这允许连续监测等离子体状态并且如果需要的话能够快速地做出变更。光电倍增管或分光仪提供了关于以待监测的元素的等离子体发射为表征的特定的波长的光有关的信息。通过察看正确的波长或波长的组合，等离子体中的各种离子的数量能够被确定并且该信息能够被用作诸如气流或电压之类的工艺参数的反馈，以便控制工艺。

等离子体过程的实时监测容易支持针对引入的气体的体积和等离子体能量做出设定。通过改善的工艺稳定性和工艺异常情况的早期检测增加了产品产量。

因此，本发明的实施例允许等离子体发射监测仪与工艺气体输送系统的结合，与之前描述的系统相比，该工艺气体输送系统提供更高强度的等离子体信号、对等离子体发射监测仪的较少维护和更均匀的气体分配。

在本文描述的所有实施例中，可以有单个准直器探针或可以有数个准直器探针。举例而言，气体歧管可被分割成节段，使得气体的流动能够被改变成大约流动经过气体歧管的宽度的仅l/5或l/7。在具有多个节段的这种情况下，PEM准直器能够监测每个节段。

举例而言，图3为氧等离子体发射光谱的曲线图。该曲线图示出了来自氧等离子体的等离子体发射。每个峰值与特定的原子或离子相关。777nm处的峰值为最强的，使得其为监测器追踪存在于等离子体中的氧的量的一个好的选择(通过察看随着时间推移的峰值高度)。反馈回路将通过PEM被应用，使得如果氧信号下降，则更多的氧被添加到工艺气体。

如果具有与多种原子或离子(例如，溅射氧化锌时的氧和锌)相关的峰值，可以追踪多个峰值并且使用反馈控制以保持(例如)氧峰值与锌峰值之间的具体比率。

工艺中的自然变化(玻璃穿过涂覆器的运动、靶极的不均匀性、变化的基础压力等)将影响等离子体成分，这进而影响生长的薄膜的性能。所以，PEM的目的是快速地检测并校正等离子体成分中的变化。如果这正常发挥作用，将减少或消除由于薄膜不均匀性而不合格的涂层玻璃的数量，并且还能够实现在其它方式下无法稳定运行的一些工艺。

图4为根据实施例的气体歧管100的透视图的图片，该气体歧管100被设计成通过在溅射室中使用PEM的准直器来减少或消除上述的问题。图4的气体歧管100被示出成沿纵向轴线I分成两半。优选地，气体歧管延伸溅射室的整个宽度。优选地，气体歧管100为二分式歧管并且具有操作性地联接到至少一个气体供应设备(未示出)的进气端口110和多个出气端口112。进气端口110经由具有至少大体上相等的传导性的路径114与出气端口112中的每个流体连通。出气端口112具有与歧管的纵向轴线I垂直的纵向轴线。气体歧管100还具有至少一个准直器端口116，端口116用于将PEM的光学探针容纳在其中，准直器端口通过路径114中的一个流体连通到出气端口110，使得当被容纳在准直器端口中时，光学探针的透镜端暴露于流向与准直器端口流体连通的出气端口的气体。准直器端口116具有与歧管的纵向轴线I垂直的纵向轴线。准直器端口的纵向轴线可与出气端口的纵向轴线平行或准直器端口的纵向轴线可相对于出气端口的纵向轴线成角度。优选地，角度的范围从大约0°到大于30°。具体地，准直器端口116的导管在歧管110的每个端部处邻近出气口定位(图4中仅示出了一个)。当光学探针被定位在端口116中时，在气体由邻近探针的出气口排出之前，随着气体流动经过光学探针的面，光学探针的透镜被暴露于气体。

优选地，气体出口大致被定位为大约每2英寸(inch)一个。当然，密封件被设置用于准直器端口116，使得当光学探针位于其中时，使得气体不会穿过准直器端口116离开。

图5为根据本发明的实施例的气体歧管的俯视图的示意图。进气口和出气口以及将它们联接的导管用虚线示出。另外，以虚线示出了位于歧管的每个端部处的用于PEM的光学探针的导管。图6为图4中示出的气体歧管沿线6-6的侧视图的示意图。图6中还用虚线示出了用以将气体歧管安装到溅射室中的安装管。

图7为根据本发明的实施例的溅射装置的示意性侧视图，该溅射装置位于溅射室200中。虽然溅射室200被示出成具有位于基底206之上的两个靶极202、204以向下溅射涂覆物，但是根据该实施例的气体歧管208还可与位于基底下方的用于向上溅射沉积的靶极一起使用。

在该实施例中，居中气体歧管208被使用在靶极202、204之间，使得气体歧管的纵向轴线(垂直于附图的平面)与靶极的纵向轴线(也垂直于附图的平面)平行。

居中歧管208的出气口向下指向基底206(如果居中歧管208被使用在向下溅射构造中)。居中歧管208的构造在图8-11中更详细地示出。

图8示出了分成两半的居中气体歧管208。如前所述，出气口210将指向基底。气体歧管的另一半(未示出)具有相同的构造。朝向气体歧管208的中心的是光学端口212，光学端口212用于容置等离子体发射传感器的光学探针。和之前描述的光学端口不一样，用于居中气体歧管的光学端口212相对于气体通道和气体端口成角度。图9示出了成角度端口212的更详细的视图。具体地，该端口成向上的角度。图10示出了气体歧管的两半，气体歧管的两半将被结合在一起以形成居中歧管208。每一半将具有沿歧管208的长度位于大约中间位置的成角度光学端口212。在其它的实施例中，沿歧管的长度可发现多个成角度光学端口以在需要时容置多个光学探针。图11示出了位于成角度光学端口21中的笔状物以更好地示出端口212的角度。

在一个实施例中，准直器端口相对于出气端口稍微成角度，由此允许安装在准直器端口中的光学探针感测位于靶极的正下方的最明亮的位置处的等离子体。优选地，角度能够从大约15度到大约75度的范围变化，并且更优选地，角度从大约30度到大约60度的范围变化。

优选地，中心气杆能够为相对于靶极的任何高度，但是优选地，气杆的底部不在靶极的底部的下方。对于该居中气体歧管实施例而言，使用了彼此直面的两个准直器，使得每个准直器主要地察看两个靶极中的一个靶极的等离子体。

图12A至图12C为根据本发明的另一些实施例的溅射装置的示意性侧视图，该溅射装置位于溅射室300中。再次，虽然示出了向下溅射室，但是本发明的该实施例同样可用于向上溅射模式。在该实施例中，如所示出的，气体歧管308邻近边缘位于靶极302、304的下方。在一个实施例中，放大视图中示出的准直器端口312与出气端口平行，因此准直器横切等离子体进行察看，但是仍观察等离子体的最明亮的部分。

Claims (19)

1.一种在反应溅射室中使用的气体输送系统，所述系统包括：

气体歧管，所述气体歧管具有进气端口和多个出气端口，当所述系统处于使用中时所述出气端口指向将与基底垂直的第一方向，所述进气端口操作性地联接至气体供应设备以便接收处于选定气压下的气体，并且所述多个出气端口中的每个都位于所述溅射室内，所述进气端口经由具有至少大体上相等的传导性的路径与所述多个出气端口中的每个流体连通；以及

准直器端口，所述准直器端口与所述出气端口中的一个流体连通，其中，所述准直器端口相对于所述出气端口中的一个以非平行的定向成角度，使得当光学探针的透镜端被容纳在所述准直器端口中时其透镜端暴露于流向与所述准直器端口流体连通的出气端口的气体中，所述光学探针操作性地联接至等离子体发射监测仪。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述气体歧管为二分式歧管，其中，所述进气端口经由具有相等的传导性的路径与所述多个出气端口中的每个流体连通。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述气体歧管的进气端口被均匀地分裂成两个路径，其中，每个所述路径被不断地且均匀地分裂成其它的路径，直到路径的数量等于所述歧管的多个出气端口的数量为止。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述准直器端口具有相对于所述出气端口的纵向轴线成角度的纵向轴线。

5.一种反应溅射装置，包括：

用于容纳待由溅射工艺涂覆的基底的真空室；

安装在所述真空室中的第一靶极，所述第一靶极适于被激励为阴极并且具有待被溅射以便涂覆所述基底的表面；

气体供应设备；

第一气体歧管，所述第一气体歧管具有进气端口和多个出气端口，当系统处于使用中时所述出气端口指向将与基底垂直的第一方向，所述进气端口操作性地联接至所述气体供应设备以便接收处于选定气压下的气体，并且所述多个出气端口中的每个都位于所述溅射室内，所述进气端口经由具有至少大体上相等的传导性的路径与所述多个出气端口中的每个流体连通；以及

准直器端口，所述准直器端口与所述出气端口中的一个流体连通，其中，所述准直器端口相对于所述出气端口中的一个以非平行的定向成角度，使得当光学探针的透镜端被容纳在所述准直器端口中时其透镜端暴露于流向与所述准直器端口流体连通的出气端口的气体中，所述光学探针操作性地联接至等离子体发射监测仪。

6.根据权利要求5所述的装置，还包括第二靶极，所述第二靶极适于被激励为阴极并且具有待被溅射以便涂覆所述基底的表面，其中，所述第一靶极和所述第二靶极位于待涂覆的基底上方，当所述第一靶极和所述第二靶极被安装在所述真空室中时，所述第一靶极和所述第二靶极各自具有相互平行的纵向轴线。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述第一气体歧管位于所述第一靶极和所述第二靶极之间。

8.根据权利要求6所述的装置，还包括用于在所述真空室中支撑基底的基底输送装置。

9.根据权利要求8所述的装置，还包括第二气体歧管和第二准直器端口，所述第二气体歧管具有进气端口和多个出气端口，所述进气端口操作性地联接至所述气体供应设备以便接收处于选定气压下的气体，并且所述多个出气端口中的每个都位于所述溅射室内，所述进气端口经由具有至少大体上相等的传导性的路径与所述多个出气端口中的每个流体连通，所述第二准直器端口与所述多个出气端口中的不同的一个流体连通，使得当第二光学探针的透镜端被容纳在所述准直器端口中时其透镜端暴露于流向与所述准直器端口流体连通的出气端口的气体中，所述第二光学探针操作性地联接至所述等离子体发射监测仪，所述第二光学探针位于所述第二气体歧管的多个出气端口中的至少一个出气端口附近，其中，所述第一气体歧管位于所述基底输送装置和所述第一靶极之间，并且所述第二气体歧管位于所述基底输送装置和所述第二靶极之间。

10.根据权利要求5所述的装置，其中，所述气体歧管为二分式歧管，其中，所述进气端口经由具有相等的传导性的路径与所述多个出气端口中的每个流体连通。

11.根据权利要求6所述的装置，其中，所述气体歧管为二分式歧管，其中，所述进气端口经由具有相等的传导性的路径与所述多个出气端口中的每个流体连通。

12.根据权利要求6所述的装置，还包括第二气体歧管，所述第二气体歧管具有进气端口和多个出气端口，其中，所述第一气体歧管和所述第二气体歧管各自为二分式歧管，其中，所述进气端口经由具有相等的传导性的路径与所述多个出气端口中的每个流体连通。

13.根据权利要求5所述的装置，还包括气体速率控制机构，所述气体速率控制机构用于接收发射强度监测仪的靶极值并且根据所述靶极值控制引入到所述真空室中的至少一种气体的流动速率。

14.一种当所述基底位于真空室中时使用根据权利要求1所述的系统通过反应溅射靶极来在所述基底上沉积薄膜的方法。

15.一种用于在薄膜形成空间中在基底上形成薄膜的反应溅射方法，所述方法包括以下步骤：

在选定气压下将至少一种气体引入到所述薄膜形成空间中，所述薄膜形成空间具有第一靶极、气体供应设备和第一气体歧管，所述第一靶极安装在真空室中，所述第一靶极适于被激励为阴极并且具有待被溅射以便涂覆所述基底的表面，所述第一气体歧管具有进气端口和多个出气端口，当系统处于使用中时所述出气端口指向将与基底垂直的第一方向，所述进气端口操作性地联接至所述气体供应设备以便接收处于选定气压下的气体，并且所述多个出气端口中的每个都位于所述真空室内，所述进气端口经由具有至少大体上相等的传导性的路径与所述多个出气端口中的每个流体连通；以及

通过具有用于聚集光的第一端的光学探针来监测在所述薄膜形成空间中形成的等离子体的发射强度，所述光学探针操作性地联接至等离子体发射监测仪，其中，所述光学探针在所述第一气体歧管中定位成邻近所述第一气体歧管的多个出气端口中的至少一个出气端口，其中，准直器端口相对于所述出气端口中的一个以非平行的定向成角度，使得所述光学探针的第一端暴露于流向与所述光学探针邻近的出气端口的气体中。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括以下步骤：将由所述光学探针监测的等离子体发射的值与所需范围比较，并且如果比较结果在所述所需范围以外，则调节引入到所述薄膜形成空间中的至少一种气体的流动速率以使被监测的等离子体发射的值处于所述所需范围内。

17.根据权利要求15所述的方法，还包括以下步骤：允许从邻近所述光学探针的所述至少一个出气端口流出的气体流经所述光学探针以充分移除沉积在所述光学探针的透镜上的等离子体。

18.一种用于在溅射室中输送气体的反应气体歧管，所述歧管包括：

具有进气端口和多个出气端口的本体，所述进气端口操作性地联接至气体供应设备，所述进气端口与所述多个出气端口中的每个流体连通，当系统处于使用中时所述出气端口指向将与基底垂直的第一方向；

具有近端和远端的准直器端口，所述准直器端口在所述本体中被定位成与所述进气端口和所述出气端口分离，其中，所述准直器端口相对于所述出气端口中的一个以非平行的定向成角度，所述准直器端口的尺寸被设置成将光学探针容纳在其中，其中，所述准直器端口的远端流体接通至出气端口，使得输送到该出气端口的气体流经所述准直器端口的远端，其中，所述气体歧管的进气端口被均匀地分裂成两个路径，其中，每个所述路径被不断地且均匀地分裂成其它的路径，直到路径的数量等于所述歧管的多个出气端口的数量为止。

19.根据权利要求18所述的气体歧管，其中，所述进气端口经由具有相等的传导性的路径与所述多个出气端口中的每个流体连通。