[发明专利]用于在真空处理过程中使用的组件

说明书

技术领域

本发明涉及用于在真空处理过程中使用的组件以及执行真空处理过程的方法，真空处理过程包括物理或化学涂覆过程或等离子体蚀刻过程。

背景技术

在用于表面工程目的的系统中在生产和研究时使用真空制造和处理方法比如物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)和低温等离子处理。真空处理过程可能固有地不稳定(例如，反应磁控溅射过程可以在溅射靶状态、磁滞行为和电弧[Surface&Coatings Technology 204(2010)2159-2164]之间展现快速转变)或者在处理参数方面易于漂移(例如由于材料消耗或由于诸如室温和除气的局部环境变化)。作为这样的不稳定的结果，系统的工作可能是困难的并且可能存在过程可再现性和产品质量方面的问题。因此，在尝试使特定真空过程稳定时经常采用开环或闭环(或两者的组合)过程控制系统。这样的控制系统经常采用被设计用以监视过程并且为控制系统供应表示这些过程的状态的信号的传感器。基于这些信号，控制系统能够调整经由致动器(例如气体流量控制器或电力供应)而被监视的过程的参数以将特定过程特性保持在所期望的设定点。为了控制快速变化的过程，可能需要快速的传感器响应时间、数据处理和致动(例如，具有几毫秒的量级)。

为了监视和控制真空处理过程，存在能够被用来分析气体或气体混合物的许多种传感器技术。这些传感器技术可以通过传感器感测头设计而被粗略地分成两个主要组：a)需要用于调节所监视的环境或传感器感测头自身(例如，用于气体的电离和/或激发、电解加热的交流或直流电压)以产生可用反馈信号的器件的传感器，以及b)在没有这样的调节的情况下允许监视并且使得能够产生可用反馈信号的传感器感测头。为了方便起见，在本文件中将这两组中的第一组称为“内部调节式传感器”。

内部调节式传感器经常包含并且基于诸如质谱仪、气体电离源和固态电解质的器件。

调节并且分析气体的传感器自身表示气体分析装置。在这样的情况下的气体分析装置通常包括接纳部以及测量部，该接纳部包含被分析的气体或与被分析的气体接触。测量部通过例如电离气体或激发气体来执行对(被接纳部所包含或者与接纳部相邻的)气体的调节。测量部对所包含的气体的属性进行测量，例如特定的被带电或被激发的组分的百分比和总数，并且产生表示测量结果的光信号和/或电信号。

如果气体分析装置是由与光学发射光谱器件耦接的等离子体源组成，则测量部的部件例如负责点燃并且将等离子体驱动到接纳部中或驱动成与接纳部相邻的器件可以被定位在真空侧以及大气侧两侧；测量部的其它部件例如负责传送以及处理光的光学组件往往被定位在大气侧，但是测量部的一些组件也可以被定位在真空侧。

后续段落提供涉及不同的传感器/气体分析装置的现有技术的示例。

美国专利第4428811号公开了用于金属化合物的高速磁控溅射沉积的方法和装置。在该过程中，真空室填充有被电离并且轰击该室内的金属目标以开始溅射过程的惰性气体。第二反应气体以经测量的比率被馈送到该室中以与来自目标的原子化的金属结合并且在衬底上形成膜层。控制系统采用基于质谱仪的气体分析装置，该基于质谱仪的气体分析装置提供用于调节反应气体以用于最高效的处理条件的合适速率的进入的控制信号。在美国专利第4362936号以及其中的引用中公开了用于在这样的情况的典型的质谱仪机构及其功能。

使用这样的用于过程控制解决方案的质谱仪的一些缺点是：i)需要以比典型真空或等离子体过程更高的真空度来操作质谱仪，ii)质谱仪组件的尺寸，iii)对传感器可以与系统附接的可能位置的多个约束，该约束不考虑最优性能，iii)需要维修，以及iv)用于多个传感器感测头机构的过高的成本。