CN208400806U - 用于溅射沉积的沉积源和真空沉积设备 - Google Patents

Abstract

说明了一种用于溅射沉积的沉积源和一种真空沉积设备。沉积源包括：阴极(130,230)，用于提供待沉积的靶材料；至少一个阳极组件(110,210)，至少具有第一阳极区段(111,211)和第二阳极区段(112,212)，第一阳极区段面对阴极的第一部分，第二阳极区段面对阴极的第二部分；和连接器组件(120)。连接器组件包括：第一电连接件(121)，用于将第一阳极区段(111,211)连接到第一参考电位(P1)；第二电连接件(122)，用于将第二阳极区段(112,212)连接到第二参考电位(P2)；和调整装置(150)，用于调整第一电连接件(121)的第一电阻和第二电连接件(122)的第二电阻中的至少一个。可改善所溅射的层的层均匀性。

Description

用于溅射沉积的沉积源和真空沉积设备

技术领域

本实用新型的实施方式涉及用于溅射沉积的沉积源和真空沉积设备。实施方式具体地涉及用于通过在阴极和阳极组件之间施加直流(DC)电压来溅射的沉积源、具有用于在真空腔室中直流溅射的真空沉积设备、和操作用于以一个或多个薄层涂覆基板的溅射沉积源的方法。

背景技术

物理气相沉积(PVD)工艺，特别是溅射工艺，在例如显示器制造的一些技术领域中获得越来越多的关注。良好的沉积速率和充足的层特性可通过各种溅射技术取得。溅射，特别是磁控溅射，是用于以金属或非金属层涂覆基板的技术，基板例如是玻璃或塑料基板。因此，通过使用等离子体溅射靶而产生涂覆材料流(stream of coating material)。由于与来自等离子体的高能量粒子碰撞，材料从靶表面释放，其中例如是压力、功率、气体、磁场等的等离子体参数受到控制。从靶释放的材料从靶朝向一个或多个要被涂覆的基板移动且贴附到基板上。各式各样的材料可溅射到期望的技术要求，这些材料包括金属、半导体和介电材料。磁控溅射在各种应用中广为接受，这些应用包括半导体处理、光学涂层、食品包装(food packaging)、磁性记录、及保护性磨损涂层(protective wear coating)。

溅射装置可包括至少一个阴极和至少一个阳极组件，阴极包括靶，用于提供待沉积于基板上的涂覆材料。可在阴极和阳极组件之间施加电场，使得位于阴极和阳极组件之间的气体离子化并且产生等离子体。可通过磁性元件控制等离子体离子的运动。涂覆材料是通过等离子体离子溅射靶而提供的。

使用具有不同的电、磁和机械结构的各式装置来完成溅射。已知的结构包括电力配置(power arrangemet)，用于提供直流电(direct current，DC)或交流电(alternatingcurrent，AC)以产生等离子体，其中直流溅射可提供特别高的沉积速率。在射频(radiofrequency，RF)溅射设备中，通过施加射频电场而点燃(ignite)并且维持等离子体。因此，也可溅射非导电材料。然而，射频溅射提供的沉积速率较低。

可使用同时具有静态靶和旋转靶的溅射装置，静态靶例如是平板靶，旋转靶例如是旋转圆柱靶。根据阴极的几何形状和基板的几何形状，阳极组件可配置在与阴极分隔的给定距离处。溅射装置可适用于涂覆大面积基板，例如大面积可移动基板。然而，在大面积基板上取得优秀的层均匀性可能有困难。根据本文所述的实施方式，可改善所溅射的层的层均匀性。

实用新型内容

鉴于上述情况，根据独立权利要求，提供用于溅射沉积的沉积源、用于溅射沉积的真空沉积设备和操作沉积源的方法。本实用新型的其他方面、优点、和特征通过从属权利要求、说明、和附图更为清楚。

根据一个实施方式，提供用于溅射沉积的沉积源。所述沉积源包括阴极，用于把待沉积的靶材料提供在基板上；至少一个阳极组件，至少具有第一阳极区段和第二阳极区段，第一阳极区段面对阴极的第一部分，第二阳极区段面对阴极的第二部分；和连接器组件。连接器组件包括第一电连接件，用于将第一阳极区段连接到第一电位，第一电位例如是接地电位或正电位；第二电连接件，用于将第二阳极区段连接到第二电位，第二电位例如是接地电位或正电位；和调整装置，用于调整第一电连接件的第一电阻和第二电连接件的第二电阻中的至少一个。

在一些实施方式中，调整装置包括至少一个可变电阻器或电位计。可以调整第一电连接件的第一电阻和第二电连接件的第二电阻。

根据另一方面，提供用于溅射沉积的真空沉积设备。真空沉积设备包括真空腔室和沉积源。沉积源包括：阴极，用于提供待沉积的靶材料；至少一个阳极组件，至少具有第一阳极区段和第二阳极区段，第一阳极区段面对阴极的第一部分，第二阳极区段面对阴极的第二部分；和连接器组件。连接器组件包括第一电连接件，用于将第一阳极区段连接到第一电位；第二电连接件，用于将第二阳极区段连接到第二电位；和调整装置，用于调整第一电连接件的第一电阻和第二电连接件的第二电阻中的至少一个。在实施方式中，阴极和阳极组件位于真空腔室内，其中至少调整装置的控制元件位于真空腔室外。可空间地控制沉积速率，使得可达到待沉积于基板上的层的更好的均匀性。

根据一个方面，所述调整装置可包括至少一个第一可变电阻器或电位计和至少一个第二可变电阻器或电位计，所述至少一个第一可变电阻器或电位计用于调整所述第一电连接件的所述第一电阻，所述至少一个第二可变电阻器或电位计用于调整所述第二电连接件的所述第二电阻。

根据一个方面，所述第一电位对应于所述第二电位。例如所述第一阳极区段和所述第二阳极区段均被装配以可连接至接地电位或可连接至电源的输出端，所述电源的输出端用于提供正电位、负电位或接地电位。通过改变将阳极区段连接到电位的电连接件的电阻，可改变在阴极与阳极区段之间的电场。

根据一个方面，所述沉积源进一步包括探测器和控制单元，所述探测器用于探测已涂覆基板的特性，所述控制单元用于根据所述探测器的信号控制所述调整装置。可测量空间的层均匀性的特性。

根据一个方面，所述沉积源进一步包括直流电源，其中所述阴极连接于所述电源的第一输出端，所述第一阳极区段和所述第二阳极区段中的至少一个连接于所述电源的第二输出端。第二电位(例如提供第二正电压)可不同于第一电位。

根据一个方面，所述沉积源进一步包括功率控制单元，所述功率控制单元装配以用于控制所述电源的输出功率来在所述阴极与所述阳极组件之间保持恒定的整体电荷流。

根据一个方面，所述阴极具有圆柱形式。

根据一个方面，所述阳极组件在轴方向中延伸，所述第一阳极区段在所述轴方向中相邻于所述第二阳极区段配置。特别地，所述阳极组件平行于所述阴极的旋转轴延伸。当所述第一阳极区段和所述第二阳极区段在所述轴方向中彼此相邻地延伸时，沿着所述轴方向的沉积速率可控制，并且因此沿着所述轴方向的层均匀性可控制。此外，特别是如果在所述轴方向中的所述第一阳极区段和所述第二阳极区段之间的距离小，例如是小于10cm且特别是小于1cm时，可将更均匀的电场施加到沿着所述轴方向的靶，所述轴方向可为所述阴极和所述阳极组件两者的延伸方向。

根据一个方面，所述阳极组件设为阳极杆，所述第一阳极区段设为第一杆区段，所述第二阳极区段设为相邻于所述第一杆区段的第二杆区段。根据一个方面，所述阳极杆包括线性排列的三个、四个或更多个杆区段，各个杆区段通过对应的电连接件可连接于对应的电位，其中所述调整装置适用于调整各个所述的电连接件的电阻。如果各个所述的杆区段通过电连接件连接到对应的电位，且电连接件的电阻可调整，那么沉积速率的准确空间控制是可能做到的。

根据一个方面，所述阳极组件的所述阳极区段在所述阴极的大于50％上平行于所述阴极延伸。例如所述阳极组件的所述阳极区段在所述阴极的大于80％的总轴向长度上平行于所述阴极延伸。更特别地，所述阳极组件的所述阳极区段在所述阴极的大于100％的总轴向长度上平行于所述阴极延伸。可以提供空间均匀的沉积速率。

根据一个方面，所述沉积源进一步包括第二阳极组件，具有两个或更多个另外的阳极区段，其中所述连接器组件包括两个或更多个另外的电连接件，用于分别将另外的阳极组件连接到电位，并且其中所述调整装置适用于调整所述另外的电连接件的电阻。所述第二阳极组件可设在所述阴极的相对侧上。

根据一个方面，所述第一阳极组件设为第一阳极杆，所述第一阳极杆在第一阴极侧上平行于所述阴极延伸，所述第二阳极组件设为第二阳极杆，所述第二阳极杆在第二阴极侧上平行于所述阴极延伸，所述第二阴极侧相对于所述第一阴极侧。

根据一个方面，一种真空沉积设备包括真空腔室；和沉积源。所述沉积源包括：阴极，用于提供待沉积于基板上的靶材料；至少一个阳极组件，至少具有第一阳极区段和第二阳极区段，所述第一阳极区段面对所述阴极的第一部分，所述第二阳极区段面对所述阴极的第二部分；和连接器组件。连接器组件包括第一电连接件，用于将所述第一阳极区段连接到第一电位，第一电位例如是接地电位或正电位；第二电连接件，用于将所述第二阳极区段连接到第二电位，第二电位例如是接地电位或正电位；和调整装置，用于调整所述第一电连接件的第一电阻和所述第二电连接件的第二电阻中的至少一个。所述阴极和所述阳极组件位于所述真空腔室内，并且其中至少所述调整装置的控制元件位于所述真空腔室外。可以调整第一电连接件的第一电阻和第二电连接件的第二电阻。

根据一个方面，所述连接器组件包括附加的电连接件，用于将所述真空腔室连接到附加的电位，并且其中所述调整装置装配以用于调整所述附加的电连接件的电阻。

根据一个方面，所述阳极组件在轴方向中延伸，所述第一阳极区段在所述轴方向中相邻于所述第二阳极区段配置。特别地，所述阳极组件可平行于所述阴极的旋转轴延伸。

可与本文所述的实施方式结合的其他优点、特征、方面和细节可通过所附权利要求书、说明及附图更为明确。

附图说明

为了可详细理解本实用新型的上述特征的方式，可参照实施方式具有对上文简要总结的本实用新型的更详细说明。附图与实施方式相关并且说明于下方：

图1是根据本文所述实施方式的用于溅射沉积的沉积源的示意图；

图2是根据本文所述实施方式的用于溅射沉积的沉积源的示意图；

图3是根据本文所述实施方式的用于溅射沉积的沉积源的示意图；

图4是根据本文所述实施方式的具有用于溅射沉积的沉积源的真空沉积设备的平面图；

图5是图4中所示的真空沉积设备的透视图；

图6是根据本文所述实施方式的具有数个溅射沉积源的真空沉积设备的示意图；以及

图7示出了根据本文所述实施方式的操作用于溅射沉积的沉积源的方法的流程图。

具体实施方式

将详细地参照本文所述的各种实施方式，本文所述的各种实施方式的一个或多个例子在附图中图示。在以下的附图说明中，相同参考数字指的是相同部件。一般来说，仅说明有关于个别实施方式的不同处。每个例子通过解释的方式提供且不意味为限制。此外，作为一个实施方式的部分的特征可用于其他实施方式或与其他实施方式结合，以产生更进一步的实施方式。本说明意欲包括这些调整及变化。

在本公开内容中，“沉积源(deposition source)”可理解为用于溅射沉积的包括阴极的沉积源，阴极用于提供待沉积于基板上的靶材料。阴极可包括由待沉积的材料制成的靶。举例来说，靶可由选自群组的至少一种材料制成或包括选自群组的至少一种材料，所述群组由铝、硅、钽、钼、铌、钛、铟、镓、锌、锡、银和铜组成。特别地，靶材料可选自由铟、镓和锌组成的群组。另一方面，一般不提供具有待沉积的靶材料的阳极组件。

使用具有不同的电、磁和机械结构的各式装置来完成溅射。一些结构包括连接到阴极和/或连接到阳极组件的电源，以将阴极和/或阳极组件连接到不同电位，例如将阳极组件连接到接地电位或正电位，将阴极连接到负电位。可将电位差和由于电位差的电场施加到位于阴极和电性相反的阳极组件之间的气体，使得气体离子化并且等离子体保持在阴极和阳极组件之间的区域中。

电源可适于提供直流电，以产生等离子体。举例来说，具有接地电位或正电位的电源的第一输出端可连接到阳极组件，具有负电位的电源的第二输出端可连接到阴极。本文使用的术语“连接到电位(connected to an electric potential)”可表示电连接到具有电位的导体，电位例如是接地电位、参考接地电位的正电位或负电位。

图1示出了用于溅射沉积的沉积源100，沉积源100包括阴极130和阳极组件110。阳极组件包括两个或更多个阳极区段，例如第一阳极区段111 和第二阳极区段112，其中第一阳极区段111面对阴极的第一部分而第二阳极区段112面对阴极的第二部分。可将电场施加到位于阴极和第一阳极区段之间、及阴极和第二阳极区段之间的气体，以离子化用于溅射靶的气体。

此外，沉积源100包括连接器组件120，连接器组件120具有第一电连接件121和第二电连接件122，第一电连接件121用于将第一阳极区段111 连接到第一电位P1，第一电位P1例如是正电位，第二电连接件122用于将第二阳极区段112连接到第二电位P2，第二电位P2例如是正电位。连接器组件120进一步包括调整装置150，用于调整第一电连接件121的第一电阻和第二电连接件122的第二电阻中的至少一个。

举例来说，调整装置150可装配以增大或减小第一电连接件121的第一电阻，第一电连接件121将第一阳极区段111与第一电位P1连接。减小第一电连接件121的电阻可使得流过第一阳极区段的电流增大。因此，从阴极 130流到第一阳极区段111的电荷流可增大，电荷流的增大随后可带来在阴极上部的较高的溅射速率而使得基板上部有较高的沉积速率。也就是说，通过改变将第一阳极区段连接到第一电位P1的第一电连接件的电阻，可改变在阴极与第一阳极区段之间的电场。

在一些实施方式中，调整装置150可额外或选择性装配以增加或减少第二电连接件122的第二电阻，第二电连接件122将第二阳极区段112与第二电位P2连接。增大第二电连接件122的电阻可使得流经第二阳极区段的电流减小。因此，从阴极流到第二阳极区段112的电荷流可减小，电荷流的减小随后可带来在阴极下部的较低的溅射速率而使得基板下部有较低的沉积速率。也就是说，通过改变将第二阳极区段连接到第二电位P2的第二电连接件122的电阻，可改变在阴极和第二阳极区段112之间的电场，第二电位 P2可为恒定正电位。

通过调整第一电连接件的第一电阻和第二电连接件的第二电阻中的至少一个，可空间地控制(spatially controlled)沉积速率，使得可达到待沉积于基板上的层的更好的均匀性。特别是，对于一些应用来说，沉积于大面积基板上的层的期望层均匀性可能是+/-3％或更好的均匀性，这可能难以在基板的整个面积上达成。然而，根据本文公开的实施方式，通过调整第一电阻和/ 或第二电阻，可达成良好的层均匀性。

根据本文所述的一些实施方式，将阳极区段111、112连接到对应的可单独调整的电源可能不是必要的，其中供应至各阳极区段的电压水平可通过对应的电源的控制单元调整。相较于此，根据如图1中所示的实施方式，可调整的电源可能不必要，因为流经阳极区段的电荷流可单独地通过改变第一电连接件121和第二电连接件122中的至少一个的电阻来调整。然而，在一些实施方式中，可提供可调整的电源。

在本文所述的一些实施方式中，第一电位P1和第二电位P2均可以是接地或零电位。也就是说，第一阳极区段111和第二阳极区段112均可连接到接地导体(earthedconductor)，例如是连接到接地的真空腔室或连接到设在相对于负阴极电位的接地电位上的电源的输出端。同时，至少一个连接阳极区段和接地导体的电连接件的电阻可为可调整的，使得流经所述阳极区段的电荷流可通过调整电阻来进行控制。

举例来说，在一些应用中，第一电位P1可对应于第二电位P2，其中第一和第二电位P1、P2相对于接地或零电位是正的。例子是将第一阳极区段和第二阳极区段都连接到电源的相同的正输出端，而电源的负输出端可连接到阴极。

在一些实施方式中，第一阳极区段可连接到电源的具有第一电位P1(例如是提供第一正电压)的第一输出端，第二阳极区段可连接到电源的具有第二电位P2(例如是提供第二正电压)的第二输出端，第二电位P2不同于第一电位P1。

在一些应用中，例如是通过将第一阳极区段和第二阳极区段连接到具有可调整的输出电压的电源，第一和/或第二电位P1、P2可为可调整的。在其他应用中，第一和/或第二电位P1、P2可为恒定的，例如是接地电位或恒定正电位。

第一电连接件121及第二电连接件122可包括导体，例如是股线 (wires)、电缆(cables)、导线(leads)等，其中导体的第一端可连接到对应的阳极区段，导体的第二端可连接到提供第一或第二电位P1、P2的对应的其他导体，例如是电源的输出端。一个或多个电阻器可插入在导体的第一端和导体的第二端之间。举例来说，第一电连接件121的第一电阻可在导体的第一端与导体的第二端之间测量，导体的第一端连接到第一阳极区段，导体的第二端连接到电源的输出端，其中一个或多个电阻器可插入到在第一和第二端之间的导体中。

根据本文所述的实施方式，第一电连接件121的第一电阻和第二电连接件122的第二电阻中的至少一个可由调整装置150调整。调整装置可包括至少一个第一可变电阻器和/或至少一个第二可变电阻器，第一可变电阻器用于调整第一电连接件121的第一电阻，第二可变电阻器用于调整第二电连接件122的第二电阻。举例来说，电位计(potentiometers)可用来作为可变电阻器。第一可变电阻器可插入位于第一阳极区段111和第一电位P1之间的第一电连接件121，使得第一可变电阻器是第一电连接件的部分。类似地，第二可变电阻器可插入位于第二阳极区段112及第二电位P2之间的第二电连接件122，使得第二可变电阻器是第二电连接件的部分。

由于阳极区段可能不直接地连接到接地电位(例如接地的真空腔室)，这些阳极区段也可称为安装在“浮地(floating ground)”上。

在图1中所示的实施方式中，第一阳极区段111面对阴极的上部，第二阳极区段112面对阴极的下部。在一些实施方式中，第一阳极区段可面对阴极的第一侧部，第二阳极区段可面对阴极的第二侧部，其中阳极区段可位于不同的阴极侧上。特别是，阳极区段可相对于阴极和/或相对于基板以这样的方式排列，使得在阴极和对应的阳极区段之间产生的等离子体的密度可控制而确保基板上有更加均匀的层特性。在一些实施方式中，可提供多于两个的阳极区段，例如是三个、四个、五个、六个、七个、八个或更多的阳极区段，其中各阳极区段可面对阴极的不同部分。此外，在一些实施方式中，连接器组件可包括电连接件，此电连接件具有可调整的电阻，用于至少一个阳极区段，特别是用于两个或更多个阳极区段。更特别的是，连接器组件可包括电连接件，此电连接件具有可调整的电阻，用于每个阳极区段。

阴极130以及阳极组件110的阳极区段可具有适用于溅射沉积的任意形状。举例来说，可提供具有诸如平板阴极(例如平面阴极)的静态阴极的沉积源、具有可移动阴极和/或可旋转阴极(例如具有可旋转圆柱阴极)的沉积源。在一些实施方式中，阴极可为具有可旋转圆柱靶的可旋转阴极。类似地，阳极区段可提供为静态板或杆，例如是平面或圆柱阳极区段。在一些实施方式中，阳极区段是可移动的，例如是根据阴极可移动或根据设在阴极中的磁性组件可移动。

图2示出了根据本文所述的用于涂覆基板的沉积源200。

沉积源200可包括阴极230，阴极230可绕着旋转轴A1旋转。在本公开内容中，“可旋转阴极”可理解为至少部分的圆柱阴极具有旋转轴。特别是，“可旋转阴极”可理解为在溅射期间，绕着旋转轴旋转的阴极。举例来说，“可旋转阴极”可在靶材料溅射沉积于基板上的期间由驱动装置驱动。在本公开内容中，圆柱可旋转阴极可沿着从可旋转阴极的第一端到可旋转阴极的第二端的纵轴延伸，例如是沿着纵向旋转轴(可旋转阴极可以是可绕着此纵向旋转轴旋转的)延伸。包括待沉积的靶材料的可旋转阴极的部分可从可旋转阴极的第一端延伸至可旋转阴极的第二端。

相较于平面阴极，可旋转阴极可提供以下优点：在溅射期间可靠地使用围绕靶的整个周缘的靶材料，而且在靶的侧向方向中没有靶表面上的溅射较少可能发生的靶的边缘部分。因此，通过利用可旋转阴极，材料成本可减少，在必须更换靶之前，靶可使用较长的时间区段。

在一些应用中，可旋转阴极230可装配以绕着旋转轴A1以在每分钟1 至50转、每分钟5至30转或每分钟15至25转的范围中的旋转速度旋转。所述旋转可包括至少一个或多个全360°旋转。一般来说，可旋转阴极230 可装配来以约每分钟20转的速度旋转。

可旋转阴极230可提供成至少部分是中空圆柱，以提供内部空间来容置磁性组件或“磁控管(magnetron)”。如本文所使用，“磁控溅射”指的是使用磁性组件进行溅射，磁性组件也就是能够产生磁场的单元。一般来说，磁性组件由一个或多个永磁铁组成。将磁场施加到气体可因电子沿着螺旋路径移动而使得离子化速率增大，并且可进一步有助于限制等离子体离子的运动。

如图2中所示，沉积源可包括阳极组件210，阳极组件210包括第一阳极区段211和第二阳极区段212。第一阳极区段211可面对可旋转之阴极 230的上部，第二阳极区段212可面对可旋转之阴极230的下部。此外，可提供连接器组件，连接器组件包括第一电连接件121、第二电连接件122、和调整装置，第一电连接件121将第一阳极区段211连接到第一电位P1，第二电连接件122将第二阳极区段212连接到第二电位P2，调整装置包括第一可变电阻器或电位计251和第二可变电阻器或电位计252，第一可变电阻器或电位计251用于调整第一电连接件121的第一电阻，第二可变电阻器或电位计252用于调整第二电连接件122的第二电阻。

可通过机械式连接第一阳极区段211及第二阳极区段212提供阳极组件 210，而第一阳极区段211和第二阳极区段212可彼此电性分隔。第一阳极区段和第二阳极区段的机械式连接可改善阳极组件的机械稳定性。举例来说，第一阳极区段211和第二阳极区段212可由绝缘部件固定在一起，而确保阳极区段的电性分隔。

在一些实施方式中，第一阳极区段和第二阳极区段以彼此分隔的方式提供。举例来说，第一阳极区段可设在阴极的第一侧上，第二阳极区段可设为在阴极的第二侧上的分离元件。然而，在图2中所示的实施方式中，第一阳极区段211和第二阳极区段212在阴极的相同侧上彼此相邻配置。

为了在阴极和阳极组件之间提供均匀的等离子体密度，阳极组件210可在轴方向中延伸，其中第一阳极区段211在轴方向中相邻于第二阳极区段 212配置。所述轴方向可平行于阴极230的旋转轴A1。此外，轴方向可对应于要涂覆的基板的延伸方向，例如是基板的高度或宽度方向。当第一阳极区段211和第二阳极区段212在轴方向中彼此相邻地延伸时，沿着所述轴方向的沉积速率可控制，并且因此层均匀性可控制。此外，特别是如果在轴方向中的第一阳极区段211和第二阳极区段212之间的距离小，例如是小于 10cm且特别是小于1cm时，可将更均匀的电场施加到沿着轴方向的靶，轴方向可为阴极和阳极组件两者的延伸方向。

根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式，阳极组件210可设为阳极杆，第一阳极区段211设为第一杆区段，第二阳极区段212设为第二杆区段，第二杆区段相邻于第一杆区段。第一杆区段可例如是通过配置在杆区段之间的绝缘体与第二杆区段电性分隔。阳极杆和阴极230可彼此大体上平行且相邻地定位。阳极杆的形状可以是圆柱。然而，其他形状也是可行的。避免尖锐的边缘是有利的，以防止电场集中或电弧。一般来说，阳极杆的最小弯曲外径应为2mm或以上，例如是10mm或以上，特别是约50 mm。

阳极杆的外尺寸可小于圆柱阴极230的外直径，阳极杆的外尺寸例如是垂直于阳极杆的纵轴的外尺寸。举例来说，阳极杆的外直径可小于50％或小于25％的阴极的外部直径。在阳极杆的外表面与阴极的外表面之间的距离可小于阳极杆的外尺寸。阳极杆可设有用于冷却目的的散热器(heat sink)。

为了提供空间均匀的沉积速率，阳极杆可在80％，特别是100％的阴极 230的总轴向长度上沿着轴方向平行于阴极230延伸。阳极杆可包括在轴方向中可一个接着一个延伸的多于两个的杆区段，例如是三个、四个或更多个杆区段。如果各所述杆区段通过电连接件连接到对应的电位，且电连接件的电阻可调整，那么沉积速率的准确空间控制是可能做到的。

第一电位P1可对应于第二电位P2。特别是，第一阳极区段211和第二阳极区段212均可连接到直流电源10的相同的输出端，其中输出端可装配以用于提供相对于负阴极电压的恒定正电压。可变电阻器或电位计可分别插入阳极区段和直流电源的输出端之间。第一(第二)电连接件的第一(第二)电阻可在连接到第一(第二)阳极区段的第一(第二)电连接件的第一端与连接到第一(第二)电位的第一(第二)电连接件的第二端之间测量，连接到第一(第二) 电位例如是连接到直流电源10的输出端。

在一些实施方式中，阴极230连接到电源10的第一输出端11，电源10 的第一输出端11可装配以用于提供负电压，且第一电连接件121和第二电连接件122中的至少一个连接到电源的第二输出端12，电源的第二输出端 12可装配以用于提供零电压或正电压。特别是，在一些情况中，电源的第二输出端12可设在接地电位上。同时，容置沉积源的处理腔室的壁可在接地电位上。因此，在一些应用中，第二输出端12的电位和处理腔室壁的电位均可为接地电位。

在一些实施方式中，第一电连接件121和第二电连接件122均可连接到接地电位。

通过调整第一电阻和/或第二电阻，可空间地控制溅射和沉积速率。举例来说，如果涂覆在基板上的层的均匀性不是令人满意的时，第一和/或第二电阻可依据需求调整，以在接下来的基板上获得更均匀的涂覆层。层均匀性可人工地或自动地检查，而且在涂覆工艺后或在涂覆工艺期间，对应的第一和/或第二电阻的调整可通过调整装置人工地或自动地执行。

在一些实施方式中，例如是在涂覆工艺期间或不需要充填(flood)真空腔室(阳极区段可配置在所述真空腔室中)的情况中，第一电阻和/或第二电阻可原位调整。特别是，沉积速率的原位空间调整在显示涂覆设备中可以是可行的，例如是在用于涂覆玻璃基板的设备中。在这种系统中，可移动的基板可在移动通过处理装备时被涂覆，基板例如是薄玻璃基板。

在一些实施方式中，沉积速率的原位空间调整可在所谓的幅材(web)涂覆系统中可行。在这种系统中，例如是柔性的基板可在移动通过处理装备时被涂覆。特别是，金属、半导体或塑料膜或箔的涂覆在包装工业、半导体工业和其他工业中有高需求。执行此任务的系统包括可移动的基板支撑件，用于移动基板通过沉积源，基板支撑件例如是处理筒(drum)，耦接到处理系统而用于移动基板。允许基板在基板支撑件(例如是处理筒)的引导表面上移动的同时进行涂布的所谓幅材涂覆系统可提供高产量。

待涂覆的基板可在第一侧上进入沉积源的源壳体，而已涂布的基板可在第二侧上离开源壳体。移动的基板的涂覆层的特性可通过例如光学设备进行检查，并且潜在的层均匀性的缺少可传递信号至用于控制调整装置的控制单元，涂覆层的特性例如是涂覆在基板上的层的空间均匀性，光学设备例如是照相机。调整装置可接着被控制以调整第一电阻和第二电阻中的至少一个，使得已检测的层均匀性的缺少可被修正。

在本文所述的一些实施方式中，沉积源可包括检测器和控制单元30，检测器用于检测已涂覆的基板的特性，控制单元30用于根据检测器信号控制调整装置。举例来说，已涂覆的基板的特性可以是表示空间的层均匀性的量度(measure)，特别是在第一基板区域中的涂覆层厚度和在第二基板区域中的涂覆层厚度。每个基板区域可与一个阳极区段有关。举例来说，上部的阳极区段可与上部的基板区域有关，下部的阳极区段可与下部的基板区域有关。检测器可以是光学检测器，例如是照相机。检测器可配置于真空腔室内，用于执行溅射处理。检测器可配置于真空腔室外，例如是位于柔性基板涂覆系统的基板出口处。

图3示出了根据本文所述实施方式的用于涂覆基板的沉积源201。沉积源201的装配可大体上与示出于图2中的沉积源200的装配相符，使得可对上述说明进行参照而不在此重复。

溅射沉积源201包括圆柱阴极230，用于提供待沉积于基板上的靶材料；和阳极组件210，总共具有三个阳极区段(第一阳极区段211、第二阳极区段212、和第三阳极区段213)，其中各阳极区段面对圆柱阴极230的不同部分。三个阳极区段沿着阳极组件210的轴方向彼此相邻地直线(linear)配置。

第一阳极区段211通过第一电连接件121连接到电源10的输出端12，第一电连接件121例如是股线，其中第一可变电阻器或电位计251插入第一电连接件121中。第二阳极区段212通过第二电连接件122连接到电源10 的输出端12，其中第二可变电阻器或电位计252插入第二电连接件122 中。第三阳极区段213通过第三电连接件123连接到电源10的输出端12，其中第三可变电阻器或电位计253插入第三电连接件123中。通过提供这样的配置，在阴极230和阳极组件210之间的等离子体60的密度通过单独调整第一电连接件121、第二电连接件122、和第三电连接件123的电阻而在沿着基板高度的三个不同区域中可空间地控制。

在本文公开的一些实施方式中，可变电阻器可为低欧姆电阻器。举例来说，可变电阻器的电阻可分别是在0到10Ohm之间可调整的。

根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式，电源10可以是可调整的电源，可调整的电源可装配以提供可调整的直流电压。由电源提供可调整的直流电压可以是在第一输出端11和第二输出端12之间可调整的电位差，第一输出端11连接到阴极230，第二输出端12连接到一个或多个阳极区段。此外，功率控制单元可提供而用于控制电源10的输出功率。通过调整电源10的输出功率，可维持阴极与阳极组件之间期望的整体电荷流，特别是恒定的整体电荷流。

也就是说，调整装置可装配以用于单独调整在阴极和对应的阳极区段之间的局部区域中的电荷流，而可调整的电源可装配以用于调整阴极和阳极组件的全部阳极区段之间的总电荷流。

作为例子，例如通过计算流经可变电阻器的电流和跨可变电阻器的电压降的乘积，可测量由电源10输送的输出功率(P_out)和在可变电阻器或电位计 251、252、253中消耗的功率(P_R1、P_R2、P_R3)。在图3中，示出了对应的电压表(V)和电流测量装置(A。接着，从输出功率减去消耗的功率可得出存于等离子体中的功率：P_PLASMA＝P_out-P_R1-P_R2-P_R3。功率控制单元可装配以用于控制电源10的输出功率P_out，使得P_PLASMA在溅射期间大体上保持恒定。沉积速率可估测成与存于等离子体中的功率P_PLASMA成比例。为了不在调整可变电阻器期间改变沉积速率，存于等离子体中的功率可通过如上所述的功率控制单元保持恒定。因此，已沉积层的均匀性可独立于整体沉积速率进行调整。

特别地，在溅射期间，阳极组件的外表面在某种程度上可能也涂覆有靶材料，这种情况的效应可能导致在阴极和被涂覆的阳极表面之间的电场随着时间变化整体下降。所述下降可通过增加电源10的第一输出端11和第二输出端12之间的电压差来补偿。电源可包括功率控制单元，用于控制电源的输出功率来在阴极和阳极组件之间维持恒定的整体电荷流或电流。

如图3中所示，真空腔室510的腔室壁一般容置溅射沉积源的阴极和阳极组件，真空腔室510的腔室壁在某种程度上可能也有阳极表面的效应。这是因为腔室一般接地，使得腔室壁的电位可能高于一般带负电的阴极的电位。

为了能够调整等离子体60朝向真空腔室510的腔室壁的空间延伸，根据本文所述的一些实施方式，真空腔室510可通过附加的电连接件124连接到附加的电位P4。附加的可变电阻器或电位计254可插入附加的电连接件 124中，使得附加的电连接件124的电阻也可调整。

在一些实施方式中，附加的电位P4可以是接地电位。在一些实施方式中，附加的电位P4可对应于第一电位P1、第二电位P2中的一个或多个。在一些实施方式中，附加的电位P4可以是电源10的第二输出端12的电位，电源10的第二输出端12的电位可以是接地电位或正电位。特别地，真空腔室510可电连接到第二输出端12，其中附加的可变电阻器或电位计254插入附加的电连接件中。附加的可变电阻器或电位计254可以是高欧姆电阻器，高欧姆电阻器可以是能改变至高达数十kΩ的，例如是45kΩ。附加的可变电阻器或电位计254的高电阻值将具有几乎全部电流将流经阳极区段 211、212、213的效应，真空腔室将仅在有限或不重要的程度上起阳极的作用。

由于附加的可变电阻器或电位计254也可消耗由电源提供的一些输出功率，所述的消耗的功率(P_R4)可通过示出于图3中的对应的电压表(V)和电流测量装置(A)进行测量。在这种情况中，存于等离子体中的功率(P_PLASMA)可利用以下的公式计算：P_PLASMA＝P_out-P_R1-P_R2-P_R3-P_R4。功率控制单元可装配以用于控制电源10的输出功率P_out，使得P_PLASMA在溅射期间保持大体恒定。

图4示出了根据本文所述实施方式的具有用于溅射沉积的沉积源300的真空沉积设备500的平面图。图5示出了如图4中所示的真空沉积设备的透视图。真空沉积设备500包括真空腔室510和用于溅射沉积的沉积源300，真空沉积设备500可具有上述任何实施方式的一些或全部的特征，使得可参照上述说明。

沉积源包括可旋转阴极230、第一阳极组件310和第二阳极组件315，可旋转阴极230用于提供待沉积的靶材料，第一阳极组件310具有两个或更多个阳极区段，第二阳极组件315具有两个或更多个阳极区段。在一些实施方式中，阴极230、第一阳极组件310和第二阳极组件315位于真空腔室 510内，至少调整装置350的控制元件位于真空腔室510外。调整装置350 装配以用于调整电连接件的电阻，所述电连接件连接阳极区段和对应的电位。例如在溅射期间或在保持真空腔室被排空(evacuated)时，电连接件的电阻可从真空腔室外调整，因为调整装置350的控制元件位于真空腔室510 外。

第一阳极组件310可具有在第一阴极侧上平行于阴极230延伸的第一阳极杆的形式，第二阳极组件315可具有在第二阴极侧上平行于阴极延伸的第二阳极杆的形式，第二阴极侧相对于第一阴极侧。待涂覆的基板20可在第三阴极侧上移动经过阴极。阴极可包括磁控管，用于引导等离子体朝向基板所在的第三阴极侧。

待涂覆的基板20可在第一侧上进入沉积源的源壳体，已涂覆的基板可在第二侧上离开源壳体。基板的涂覆层的特性可例如通过光学仪器检查，并且潜在的层均匀性的缺少可传递信号至用于控制调整装置的控制单元，涂覆层的特性例如是涂覆在基板上的层的空间均匀性，光学设备例如是照相机。调整装置可接着被控制以调整第一电阻和第二电阻中的至少一个，使得已检测的层均匀性的缺少可被修正。

如图5中所示的实施方式中，第一阳极组件310包括线性排列的总共四个杆区段311、312、313、314，其中各个杆区段可通过对应的电连接件 321、322、323、324连接到对应的电位，其中调整装置350可适用于单独调整各所述的电连接件321、322、323、324的电阻。因此，可单独控制在基板高度方向中的四个不同区域中的等离子体密度。第一阳极组件可在阴极 230的大于50％，特别地大于80％，更特别地大于100％或更多的总轴向长度上平行于阴极230延伸，以允许在阴极的整个高度上调整沉积速率，阴极的整个高度可对应于基板20的高度。

类似地，配置于阴极230的相对侧的第二阳极组件315可包括线性排列的总共四个杆区段316、317、318、319，其中各个杆区段可通过对应的电连接件326、327、328、329连接到对应的电位，其中调整装置350可适用于单独调整各个所述的电连接件326、327、328、329的电阻。因此，可单独控制在基板高度方向中的四个不同区域中的第二等离子体云的等离子体密度。第二阳极组件315可在阴极230的大于50％，特别地大于80％，更特别地大于100％或更多的总轴向长度上平行于阴极230延伸，以允许在阴极的整个高度上调整沉积速率。

至少一个可变电阻器或电位计可插入各个电连接件321、322、323、 324、326、327、328、329中。在一些实施方式中，所有杆区段311、312、 313、314、316、317、318、319可通过对应的电连接件连接到电源的相同输出端。输出端可具有恒定或变化的电位，例如是正电位。在一些实施方式中，第一阳极组件310的杆区段311、312、313、314可连接到第一电源的输出端，第二阳极组件的杆区段316、317、318、319可连接到第一电源的其他输出端或连接到第二电源的输出端。在一些实施方式中，每个电连接件可连接到接地电位。

在一些实施方式中，真空沉积设备可包括附加的电连接件124，用于将真空腔室510连接到附加的电位，并且其中调整装置350被装配以用于调整附加的电连接件124的电阻。举例来说，附加的可变电阻器或电位计254可包括在附加的电连接件124中。

图6示出了根据本文所述实施方式的溅射设备400的示意图。

溅射设备400包括根据本文所述任何实施方式的真空腔室410和沉积源。在所示的实施方式中，沉积源包括四个可旋转阴极230和五个对应的阳极组件210，各个阳极组件210面对至少一个阴极230。阴极230和阳极组件210配置在真空腔室410内。可提供多于四个的可旋转阴极。此外，可提供多于五个的阳极组件。举例来说，可提供用于各个阴极的两个阳极组件，类似于图5中所示的配置。

数个直流电源可配置在真空腔室410外，并且通过对应的电连接件连接到阴极230和阳极组件210。各个阳极组件210可包括第一阳极区段和第二阳极区段。如图6中所示，各个电源10可包括第一输出端，第一输出端连接到至少一个阴极。此外，各个电源10可包括第二输出端，第二输出端通过第一电连接件421和第二电连接件422连接到至少一个阳极组件的两个阳极区段。第一电连接件421的电阻可通过第一电位计调整，第二电连接件 422的电阻可通过第二电位计调整。

然而，在一些实施方式中，可提供单一直流电源，所述单一直流电源包括两个或更多个输出端，两个或多个输出端用于提供要施加在阴极和阳极组件之间的电位差。

如图6中所示，可相邻于真空腔室410提供其他腔室411。真空腔室 410可分别通过具有阀壳体404和阀单元405的阀与相邻的腔室分隔。在带有待涂覆的基板20的载体406如箭头401所示地插入真空腔室410中之后，阀单元405可关闭。因此，通过产生技术真空，可单独控制在真空腔室 410中的气氛(atmosphere)，例如利用连接到真空腔室410的真空泵，和/或通过在真空腔室410的沉积区域中引入处理气体来产生技术真空。

根据典型的实施方式，处理气体可包括惰性气体和/或反应气体、臭氧、活性气体(activated gases)或诸如此类，惰性气体例如是氩，反应气体例如是氧、氮、氢和氨。

在真空腔室410中，提供辊408以将带有基板20的载体406传送至真空腔室410中和离开真空腔室410。本文使用的术语“基板”应包含硬性 (inflexible)基板和柔性基板，硬性基板例如是玻璃基板、镜片、诸如蓝宝石或类似物的透明晶体(crystal)片，柔性基板例如是软质基板或箔。

图6示出了具有磁性组件或磁控管431的可旋转阴极230，磁性组件或磁控管431设在可旋转阴极230中，其中磁控管431可设在背管中，背管分别在外表面上设有靶材料。

图7示出了根据本文所述实施方式的操作沉积源的方法的流程图。在第一个方框602中，所述方法包括通过调整连接到第一阳极区段的第一电连接件的第一电阻和连接到第二阳极区段的第二电连接件的第二电阻中的至少一个，空间地控制在阴极与阳极组件的第一和第二阳极区段之间的电荷流。第一电连接件可装配以用于将第一阳极区段连接到第一电位，第一电位例如是电源的输出端，用于提供正电压，第二电连接件可装配以用于将第二阳极区段连接到第二电位，第二电位例如是电源的输出端，用于提供正电压。第一电位可对应于第二电位。特别地，第一阳极区段和第二阳极区段均可通过具有可调整电阻的对应的电连接件连接到接地电位或连接到电源的相同输出端。

所述方法可进一步包括检测已涂覆的基板的特性，例如是涂覆层的特性，例如是层厚度、层均匀性等，并且根据已检测的特性调整第一电阻和/ 或第二电阻。举例来说，可检测在基板的第一区域与基板的第二区域之间的涂覆层厚度的差异。接着，第一电连接件的第一电阻可例如是减少，以增加通过第一阳极区段的电荷流，而可带来朝向基板的第一区域的沉积速率增加。

调整动作可举例是在溅射期间原位执行或从真空腔室外执行，而不需充填真空腔室。

此外，所述方法可包括调整电源的输出功率，以在阴极和阳极组件之间保持恒定的整体电荷流。

虽然前述内容针对本实用新型的实施方式，可在不脱离本实用新型的基本范围的情况下，设计其他或进一步的实施方式，本实用新型的保护范围由随后的权利要求书确定。

Claims (22)

1.一种沉积源，用于溅射沉积，其特征在于：

阴极(130,230)，所述阴极可围绕旋转轴(A1)旋转，所述阴极用于提供待沉积于基板(20)上的靶材料；

至少一个阳极组件(110,210,310)，至少具有第一阳极区段(111,211)和第二阳极区段(112,212)，所述第一阳极区段面对所述阴极的第一部分，所述第二阳极区段面对所述阴极的第二部分；和

连接器组件(120)，包括：

第一电连接件(121)，用于将所述第一阳极区段(111,211)连接到第一电位(P1)；

第二电连接件(122)，用于将所述第二阳极区段(112,212)连接到第二电位(P2)；和

调整装置(150,350)，用于调整所述第一电连接件(121)的第一电阻和所述第二电连接件(122)的第二电阻中的至少一个。

2.如权利要求1所述的沉积源，其中所述调整装置(150)包括至少一个第一可变电阻器或电位计(251)和至少一个第二可变电阻器或电位计(252)，所述至少一个第一可变电阻器或电位计用于调整所述第一电连接件(121)的所述第一电阻，所述至少一个第二可变电阻器或电位计用于调整所述第二电连接件(122)的所述第二电阻。

3.如权利要求1或2所述的沉积源，其中所述第一电位(P1)对应于所述第二电位(P2)。

4.如权利要求1或2所述的沉积源，其中所述第一阳极区段和所述第二阳极区段均被装配以可连接至接地电位或可连接至电源的输出端，所述电源的输出端用于提供正电位、负电位或接地电位。

5.如权利要求1至2中任一项所述的沉积源，进一步包括探测器和控制单元(30)，所述探测器用于探测已涂覆基板的特性，所述控制单元用于根据所述探测器的信号控制所述调整装置。

6.如权利要求1至2中任一项所述的沉积源，进一步包括电源，其中所述阴极(230)连接于所述电源的第一输出端(11)，所述第一阳极区段和所述第二阳极区段中的至少一个连接于所述电源的第二输出端(12)。

7.如权利要求6所述的沉积源，包括功率控制单元，所述功率控制单元装配以用于控制所述电源的输出功率来在所述阴极与所述阳极组件之间保持恒定的整体电荷流。

8.如权利要求1至2中任一项所述的沉积源，其中所述阴极(130,230)具有圆柱形式。

9.如权利要求1至2中任一项所述的沉积源，其中所述阳极组件(210)在轴方向中延伸，所述第一阳极区段(211)在所述轴方向中相邻于所述第二阳极区段(212)配置。

10.如权利要求9所述的沉积源，其中所述阳极组件(210)平行于所述阴极(230)的所述旋转轴(A1)延伸。

11.如权利要求9所述的沉积源，其中所述阳极组件(210)设为阳极杆，所述第一阳极区段(211)设为第一杆区段，所述第二阳极区段(212)设为相邻于所述第一杆区段的第二杆区段。

12.如权利要求10所述的沉积源，其中所述阳极组件(210)设为阳极杆，所述第一阳极区段(211)设为第一杆区段，所述第二阳极区段(212)设为相邻于所述第一杆区段的第二杆区段。

13.如权利要求11所述的沉积源，其中所述阳极杆包括线性排列的三个、四个或更多个杆区段(311,312,313,314)，各个所述杆区段通过对应的电连接件(321,322,323,324)可连接于对应的电位，其中所述调整装置(350)适用于调整各个所述的电连接件(321,322,323,324)的电阻。

14.如权利要求9所述的沉积源，其中所述阳极组件(210)的所述阳极区段在所述阴极(230)的大于50％上平行于所述阴极(230)延伸。

15.如权利要求14所述的沉积源，其中所述阳极组件(210)的所述阳极区段在所述阴极(230)的大于80％的总轴向长度上平行于所述阴极(230)延伸。

16.如权利要求15所述的沉积源，其中所述阳极组件(210)的所述阳极区段在所述阴极(230)的大于100％的总轴向长度上平行于所述阴极(230)延伸。

17.如权利要求1至2项中任一项所述的沉积源，其中所述至少一个阳极组件包括第一阳极组件(310)和第二阳极组件(315)，

其中所述第二阳极组件(315)包括两个或更多个另外的阳极区段，其中所述连接器组件包括两个或更多个另外的电连接件，用于分别将所述另外的阳极区段连接到电位，并且其中所述调整装置(350)适用于调整所述另外的电连接件的电阻。

18.如权利要求17所述的沉积源，其中所述第一阳极组件(310)设为第一阳极杆，所述第一阳极杆在第一阴极侧上平行于所述阴极(230)延伸，所述第二阳极组件(315)设为第二阳极杆，所述第二阳极杆在第二阴极侧上平行于所述阴极延伸，所述第二阴极侧相对于所述第一阴极侧。

19.一种真空沉积设备，其特征在于：

真空腔室(510)；和

如权利要求1至2中的任一项所述的沉积源(100,200,201,300)，其中所述阴极(230)和所述阳极组件(110,210,310)位于所述真空腔室(510)内，并且

其中至少所述调整装置(150,350)的控制元件位于所述真空腔室(510)外。

20.如权利要求19所述的真空沉积设备，其中所述连接器组件包括附加的电连接件(124)，用于将所述真空腔室(510)连接到附加的电位(P4)，并且其中所述调整装置装配以用于调整所述附加的电连接件(124)的电阻。

21.如权利要求19至20中任一项所述的真空沉积设备，其中所述阳极组件(210)在轴方向中延伸，所述第一阳极区段(211)在所述轴方向中相邻于所述第二阳极区段(212)配置。

22.如权利要求21所述的真空沉积设备，其中所述沉积源的所述阳极组件(210)平行于所述阴极(230)的旋转轴(A1)延伸。