[发明专利]利用调制功率信号用于控制离子密度和能量的系统和方法

说明书

本发明是申请日为2006年6月14日、申请号为200610092768.1且发明名称为“利用调制功率信号用于控制离子密度和能量的系统和方法”的发明专利申请的分案申请。 

技术领域

本发明涉及用于溅射操作的功率源和系统。 

背景技术

镀膜基片的用途十分广泛，它对于当今的消费产品，太阳能产品，和玻璃是至关重要的。例如，利用镀膜基片的典型消费产品包括：移动电话显示器，平板计算机显示器，平板电视，个人数字辅助器，和数字钟表。这些镀膜基片通常是通过沉积薄层材料到特定基片上制成的。通常，这种沉积材料是透明导电氧化物(TCO)，它发射光并能够传导电流。典型的TCO包括：铟锡氧化物(ITO)和铝锌氧化物(AZO)，但是，专业人员还知道其他的TCO。 

制造商利用称之为“溅射操作”的过程沉积TCO和其他薄膜到基片上。溅射操作涉及利用离子轰击靶得到靶原子。从靶上溅射出的原子沉积在基片上，该基片通常是在溅射过程时移动通过该靶。溅射的原子聚集在基片上并形成晶体，而最终形成薄膜。高密度和高质量晶体对于高质量薄膜是重要的。 

图1至图4表示溅射过程的实施方案。例如，图1表示称之为“可转动磁控管”的溅射系统。这个系统通常用于涂敷玻璃。基本的可转动磁控管包括：可转动的阴极10和靶15，它们放置在真空室20内。真空室20包括气体入口25和气体出口30，分别用于引入气体到真空室 20和从真空室20中去除气体。该基本系统还包括：功率源35，它可以是交流电源，直流电源，或射频基电源。功率源35提供能量给阴极10以激励真空室20内的气体，因此，在阴极10周围形成等离子体。等离子体产生的气体离子被放置在可转动阴极10内的磁性装置40聚焦，从而使离子轰击靶15并溅射靶15的原子。最后，这个可转动磁控管系统包括：基片传输系统45，它在溅射过程期间传输基片通过阴极10。从靶15溅射出的原子停留在基片上并形成薄膜。 

图2表示另一种溅射系统的部分剖面图。这个系统称之为“平面磁控管”，因为它利用平面阴极50和平面靶55，而不是利用可转动的阴极和靶。与可转动磁控管类似，平面磁控管利用磁铁60迫使等离子体中的离子轰击靶55。平面磁控管通常用于制作显示器的薄膜。 

图3表示平面磁控管中磁性装置70产生的磁场65。当电子和二次电子在粒子轨道周围漂移运动时，磁场把它们限制在产生离子的溅射阴极表面上和表面附近。产生的离子轰击靶(图2中所示的单元55)。从图2中可以看出，这种轰击对于靶的某些部分是相当强烈的。例如，靶55的两个部分75已被严重溅射，而靶55的其余部分是相对地未受影响。这个溅射过程形成的图形称之为“粒子轨道”。图4表示有形成粒子轨道80的平面靶75。 

由于需要薄膜产品的增多，薄膜行业最近以来把重点放置在薄膜质量上。低质量薄膜往往是由于在基片上聚集的多余碎片和/或在基片上形成的不良薄膜。薄膜行业试图用各种方法解决这些薄膜质量问题，其中包括改变功率源和引入离子辅助沉积过程。但是，薄膜行业对于这些新的薄膜要求至今还没有开发出可用于解决薄膜碎片和薄膜形成问题的可靠、有效、和商品化实际方案。 

面临薄膜行业的碎片(厚和薄)问题涉及两种碎片类型。第一种碎片类型包括来自靶的碎片，而第二种碎片类型来自薄膜本身和基片托架。这第二种碎片类型往往是在靶的碎片撞击薄膜之后产生的。来自靶的碎片通常是结块和电弧的结果。(结块是由靶上材料堆积而成，且通常是在溅射材料沉积到靶或阴极上而不是沉积到基片上形成的。) 

图5表示形成在阴极90和/或靶95上典型的结块85例子。在这个例子中，阴极90和靶95表示成相邻的单独元件。例如，靶95可以是由ITO制成，且它可以粘贴或连接到阴极90。一般地说，该系统应当溅射ITO靶95，而不是溅射支承靶95的阴极90。在其他的实施例中，阴极90和靶95可以集成为一个单元或者是可转动类型。 

这个溅射系统中的等离子体是由氩气100形成的。功率源(未画出)给阴极90提供功率以使气体电离，从而形成正电荷离子105，它们被吸引到负电荷阴极90和靶95。在这个实施方案中，加到阴极90上的功率是稳态直流波形，虽然专业人员也可以利用其他类型的功率。 

一旦形成离子105，离子105与负电荷靶95之间的电吸引力导致靶的轰击和靶材料的溅射。大部分溅射材料沉积在基片110上形成薄膜115。但是，一些溅射材料重新沉积到阴极90和/或靶95上并形成结块85。