CN103562431B - 用于控制锂均匀度的改善的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在基底上提供均匀锂涂层的方法和装置。本发明的一个方面涉及一种通过将一定量的反应性气体引入溅射腔室的特定区域而选择性地控制在溅射过程中的金属或锂的沉积均匀度和/或沉积速率的方法。该方法可用于平面靶和转动靶。

Description

用于控制锂均匀度的改善的方法

相关申请的交叉引用

本发明要求2011年4月7日提交的名称为用于控制锂均匀度的改善的方法的美国临时申请第61/472,758号的申请日利益，其公开内容通过引用合并至本文。

背景技术

本发明涉及锂的溅射，具体涉及锂从平面或可转动金属锂靶的磁控溅射。

溅射广泛用于将薄膜金属沉积到基底上，包括例如电致变色装置。通常，这种过程涉及在电离气体氛围中离子轰击要被溅射的材料平板或可转动板（“靶”）。来自等离子体的气体离子被朝着由要被溅射的材料构成的靶加速。材料被从靶分离（“溅射”），之后被沉积在附近的基底上。该过程在密闭腔室内实现，该腔室在沉积开始之前被抽成真空基准压力。在该过程中维持真空，从而导致靶材的颗粒被逐出并以薄膜形式沉积在正被覆盖的基底上。

要被溅射在基底上的材料以靶板上的涂层形式存在（靶板本身可为旋转靶板或平面靶板）。任何材料都可用于此目的，包括纯金属和混合金属。因为许多纯金属和混合金属或其他靶材是反应性的，因此需要将它们保持远离任何潜在反应性试剂。

由锂化合物（例如Li₂CO₃）形成的靶可被成功地溅射以将锂沉积到电致变色材料中。但是，在大规模***中，需要Li₂CO₃靶的RF溅射势能（potential）带来了工艺问题，例如不均匀性，并且需要昂贵的设备来生成并处理大功率RF。

为解决一些这些限制条件，已有人提议溅射基本上纯的金属形式的锂。其中一种溅射金属锂的方法已在美国专利5,830,336号和6,039,850号中描述，通过引用将它们整体合并至本文。锂通过例如磁性地限制在靶附近的氩等离子体而从金属锂靶溅射至电极上。靶优选通过AC（300至100kHz，US'336）或脉冲DC供电（美国专利6,039,850号）。

该方法被认为是对将锂添加到基底的一种很好的控制方式。但是，该方法也具有缺点：金属锂靶的处理和溅射非直接的，因为锂具有很强的氧化性质。靶表面被认为可生长出厚的锂氧化物层。去除该层并获得用于靶的稳定溅射条件可能需要很长时间。对于通常的溅射，本领域孰知，在溅射室内添加反应剂（例如氧）可能减少总溅射速率（美国专利4,769,291号）

而且，其他层（例如电极）的沉积步骤通常利用活性溅射在氧化气氛中进行，它必须与锂化步骤很好地隔开，从而防止锂靶和电极的氧化。要注意的是，锂化必须作为单独工艺步骤进行。为完成该步骤，常规做法是在溅射室内将锂金属靶与活性气体分离。分离溅射室的一种方法是通过引入闸（或闸室）而将锂完全与相邻工艺过程隔离。但是，这种方法需要额外的制造空间并降低了整体处理速率，因为基底必须谨慎地移动至每个“闸”位置，并且“闸）必须在溅射之前被“抽真空”。这些闸的存在被认为极大地增加了成本，并且因为需要额外的时间和制造用地面空间，从而降低了整体工艺效率。

而且，锂被认为是高度反应性金属，其在存在反应性气体（例如水、氧气和氮气）时快速腐蚀。当暴露于这些气体（或通常是空气）时，锂金属的表面会反应并变黑。这样的已反应的变黑的靶表面必须被溅射延长的时间段从而暴露出适合沉积到基底上的纯金属锂。如果是平面靶，这种“烧入”通常需要约8小时。对于转动圆柱靶，该过程可耗时至多30小时，因而需要清洁的表面积增加。这些程序不仅耗时且降低整体加工效率，而且降低了可被沉积到基底上的可用靶材的量。较少的材料意味着溅射腔室必须被打开并替换新的靶，这又降低了整体工艺效率。

发明内容

本发明的一个方面涉及一种选择性地控制溅射过程中金属或锂的均匀度和/沉积速率的方法，该方法通过将一定量的反应气体引入至溅射腔室的特定区域而实现。该方法可适用于平面靶（planartarget）和转动靶（rotatingtarget）。

本发明的另一个方面涉及将锂膜或锂涂层沉积到基底上的方法，包括（i）将金属靶和基底放置在腔室中；以及（ii）在具有增加来自金属靶的金属的溅射速率（rateofsputtering）的成分的气氛中溅射靶，所述增加是与在标准惰性气氛中来自该金属靶的该金属的溅射速率相比较而言的。在另一个实施方式中，反应性气体是从上游程序引入的。在本发明的一个实施方式中，增加溅射速率的成分是反应性气体。在本发明的另一个实施方式中，反应性气体选自氧气、氮气、卤素、水蒸气以及它们的混合物。锂可为纯金属锂、掺杂另一种金属的锂，或者锂可含有其他化合物或杂质。锂本身也可能为氧化物或氮化物或其他含锂化合物。

本发明的另一个方面涉及将锂膜或锂涂层沉积到基底上的方法，包括（i）将靶和基底放置在腔室中；和（ii）在包含反应性气体和惰性气体的气氛中溅射所述靶。

本发明的另一个方面涉及一种将锂膜或锂涂层沉积在电致变色装置的电极上的方法，包括（i）将锂靶和电致变色装置放置在腔室中；和（ii）在包含反应性气体和惰性气体的气氛中溅射所述靶。

本发明的另一个方面涉及一种监控和/或改变锂在基底上的沉积均匀度和/或沉积速率的方法，包括以下步骤（i）测定作为锂的溅射速率的替代性指标的参数；（ii）将测定的参数与预定值或设定值比较以确定溅射速率是否需要被改变；以及（iii）调节溅射腔室的至少一部分内的气氛以改变溅射速率。在一个实施方式中，溅射速率通过将反应性气体引入至溅射腔室或其一部分而改变。

本发明的另一个方面涉及一种溅射***，包括（i）用于溅射平面靶或转动靶的腔室；（ii）与腔室流体连通的一个或多个混合气体歧管；以及（iii）与所述混合气体歧管流体连通的反应性气体源和惰性气体源。

在本发明的一个实施方式中，反应性气体选自氧气、氮气、卤素、水蒸气和它们的混合物。

在本发明的另一个实施方式中，惰性气体选自氩气。

在本发明的另一个实施方式中，反应性气体与惰性气体的比为约1:100至约100:1。在另一个实施方式中，添加至所述气氛的反应性气体的量或作为总气流的一部分的反应性气体的量为总气流的约0.01%至约100%。

本发明的另一个方面涉及一种将锂膜或锂涂层沉积在基底上的方法，包括（i）将锂靶和基底放置在腔室中；和（ii）在具有增加锂的溅射速率的成分的气氛中溅射所述靶，所述增加是相对锂在惰性气氛中的溅射速率而言的。在另一个实施方式中，增加溅射速率的成分选自氧气、氮气、卤素、水蒸气和它们的混合物。

本发明的另一个方面涉及一种将锂膜或锂涂层沉积在基底上的方法，包括（i）将锂靶和基底放置在腔室中；以及（ii）在包含反应性气体和惰性气体的气氛中溅射所述靶。在另一个实施方式中，所述腔室是被抽真空的腔室。在另一个实施方式中，所述腔室被至少部分地抽空至少一些上游工艺成分。

在另一个实施方式中，反应性气体选自氧气、氮气、卤素、水蒸气和它们的混合物。在另一个实施方式中，反应性气体是氧气。在另一个实施方式中，惰性气体选自氩气、氦气、氖气、氪气、氙气和氡气。

在另一个实施方式中，基底选自玻璃、聚合物、聚合物的混合物、层压材料、电极、包含金属氧化物或掺杂的金属氧化物的膜、以及电致变色装置。在另一个实施方式中，反应性气体与惰性气体的比为约1:100至约100:1。在另一个实施方式中，添加至所述气氛的反应性气体的量为所述气氛中气体总量的约0.01%至约10%。在另一个实施方式中，添加至所述气氛的反应性气体的量为所述气氛中气体总量的约0.01%至约7.5%。在另一个实施方式中，反应性气体增加溅射速率约1%至约30%。

在另一个实施方式中，反应性气体被添加至气氛的一部分。在另一个实施方式中，反应性气体被添加至溅射腔室的围绕靶的特定部分的区域。在另一个实施方式中，靶的特定部分是不均匀的区域。

在另一个实施方式中，反应性气体从上游工艺引入。在另一个实施方式中，从上游工艺引入的反应性气体是氧气。在另一个实施方式中，除了由上游工艺添加的反应性气体之外，还引入了额外量的相同或不同的反应性气体。在另一个实施方式中，除了由上游工艺添加的反应性气体，还引入了额外量的相同反应性气体。在另一个实施方式中，除了由上游工艺添加的反应性气体，还引入了额外量的不同反应性气体。

本发明的另一个方面涉及一种溅射***，包括（i）用于溅射平面锂靶或转动锂靶的腔室；（ii）与所述腔室流体连通的一个或多个混合气体歧管；以及（iii）与所述混合气体歧管流体连通的反应性气体源和惰性气体源。在另一个实施方式中，反应性气体通过至少一个混合气体歧管被引入到腔室的一部分内。在另一个实施方式中，腔室的该部分对应于靶的非均匀部分。在另一个实施方式中，反应性气体选自氧气、氮气、卤素、水蒸气和它们的混合物。在另一个实施方式中，反应性气体与惰性气体的比为约1:100至约100:1。在另一个实施方式中，反应性气体由上游工艺引入至腔室。上游工艺可为另一溅射工艺、溅射腔室或其他沉积工艺/腔室。在另一个实施方式中，额外的反应性气体被添加至腔室。在另一个实施方式中，除了由上游工艺添加的反应性气体外，还引入了额外量的相同反应性气体。在另一个实施方式中，除了由上游工艺添加的反应性气体外，还引入了额外量的不同反应性气体。

本发明的另一个方面涉及一种监控或改变锂在基底上的沉积均匀度或沉积速率的方法，包括以下步骤：（i）测定作为锂的溅射速率的替代性指标的参数；（ii）将所测定的参数与预定值或设定值比较，以确定溅射速率是否需要改变；和（iii）调节溅射腔室的至少一部分内的气氛，以改变溅射速率。在另一个实施方式中，溅射速率通过将反应性气体引入至溅射腔室的至少一部分而被改变。在另一个实施方式中，反应性气体由上游工艺引入。在另一个实施方式中，除了由上游工艺添加的反应性气体外，还引入了额外量的相同反应性气体。在另一个实施方式中，除了由上游工艺添加的反应性气体外，还引入了额外量的不同反应性气体。在另一个实施方式中，该参数是交叉对话水平（cross-talklevel）。

与本领域已知的相反，申请人意外发现，当反应性气体被引入到溅射腔室中或引入到溅射腔室的一个区域时，锂金属的溅射速率增加。这是意料之外的结果，因为基本上所有其他金属被认为在存在氧气的情况下具有较低的溅射速率（因为靶表面氧化的原因），因而形成较高的分子键强度以及随后的溅射能向次级电子发射的转化。实际上，美国专利4,769,291号说明了当氧气流量比增加时，溅射沉积速率快速下降。申请人也发现，在氧气存在条件下溅射的锂金属并不表现为好像它在基底上被氧化。实际上，它表现得完全和在纯净的未氧化状态溅射的锂一样。

附图说明

图1是显示当引入反应性气体时溅射速率改变的图表。

图2是溅射***的示意图。

图3是溅射***的示意图。

图4是显示溅射方法的操作顺序的流程图。

具体实施方式

申请人发现了一种选择性地控制锂靶（或金属锂靶）的溅射速率的方法。具体而言，申请人发现了在溅射期间引入反应性气体导致溅射速率增加，并伴随锂在基底上的沉积速率的增加。申请人还发现，将反应性气体引入到溅射腔室的特定区域、靶或惰性气流，会使得对应于该反应性气体被引入的靶区域中溅射速率的局部的、可逆的增加。因此，申请人认为，通过监控锂在基底上的沉积并根据所监控的沉积的变化改变溅射腔室内的随后存在条件，可以持续且选择性地控制沿整个溅射靶或其部分的溅射速率。

术语“随后存在条件”是指溅射腔室内的任何气氛的成分。例如，它可以指纯净的惰性气氛或包含反应性气体和惰性气体的混合物的气氛。本领域技术人员将意识到该随后存在条件可通过以下方法改变（i）引入一定量一种反应性气体或反应性气体的混合物（以增加特定反应性气体的浓度或反应性气体的总浓度）；（ii）引入一定量一种惰性气体或惰性气体的混合物（以增加特定惰性气体的浓度或惰性气体的总浓度）；或（iii）引入反应性气体和惰性气体的混合物，其中所引入的混合物具有不同于存在于腔室内的反应性气体浓度（即改变前）的反应性气体浓度。

如本文所使用的，术语“引入”是指气体（或气体混合物）浓度的添加或改变。气体可通过本领域已知的任何方法被引入。例如，额外量的反应性气体可通过增加该特定反应性气体（或气体混合物）到溅射腔室的流量或通过增加气体流（其中，所添加的气体量可通过例如监控附接的流量计或其他质量流量控制器而测定）而添加到溅射腔室或惰性气流中。

如本文所使用的，术语“溅射腔室”可指整个溅射腔室、其一部分或围绕溅射靶的特定区域的区域。

如本文所使用的，术语“总气流”是指流经溅射***一部分的气体的量或速率。例如，它可以指流经特定歧管或流过溅射靶特定部分的气体的量。

本发明的一个实施方式涉及一种在基底上沉积锂膜或锂涂层的方法，包括（i）将锂靶和基底放置在抽真空的腔室中；和（ii）在具有用来增加锂的沉积速率的成分的气氛中溅射所述靶，所述增加是相比较于锂在标准惰性气氛中的溅射速率而言的。在一些实施方式中，所述锂靶是纯度至少为约95%的金属靶。该靶可为平面靶或转动靶。

在一些实施方式中，基底选自绝缘材料、玻璃、塑料、电极、电致变色层、包含金属氧化物、掺杂的金属氧化物或金属氧化物混合物的层、或电致变色装置。

在一些实施方式中，用以增加溅射速率的成分是反应性气体。适合用于本发明的反应性气体包括氧气、氮气、卤素、水蒸气和它们的混合物。在优选的实施方式中，反应性气体是氧气。本领域技术人员将能够选择特定的反应性气体或其混合物以提供期望的锂溅射速率。适合用于本发明的惰性气体包括氩气、氦气、氖气、氪气、氙气和氡气。在优选的实施方式中，惰性气体是氩气。

引入到溅射腔室或惰性气流的反应性气体的量取决于引入的反应性气体的类型、期望的溅射速率以及反应性气体所要引入的位置。通常，引入的反应性气体的量为总气流或溅射腔室的总气氛的约0.01%至约100%。在一些实施方式中，引入的反应性气体的量为总气流或溅射腔室的总气氛的约0.01%至约10%。在一些实施方式中，引入的反应性气体的量为总气流或溅射腔室的总气氛的约0.01%至约7.5%。在一些实施方式中，引入的反应性气体的量为总气流或溅射腔室的总气氛的约0.01%至约5%。在一些实施方式中，所述反应性气体是氧气，并且引入的氧气的量为总气流或溅射腔室的总气氛的约0.01%至约7.5%。

在溅射腔室内的反应性气体的量和锂的溅射速率之间被认为存在关系。例如，在实验中已确定，添加约0.1%的氧气至溅射腔室的一个区域导致溅射腔室该区域的溅射速率增加约10%。而且，如以下将讨论的，该增加被发现是可逆的，因而是可控的，因而氧气的添加可被用来增加溅射速率，或者氧气可被局部地引入从而通过局部改变溅射速率而影响加工区域中的溅射均匀度。

在一些实施方式中，反应性气体被添加至溅射腔室内的整个气氛中。本领域技术人员将意识到其中一种增加溅射速率的方法是通过增加溅射***的功率来实现的。但是，增加***的功率通常导致靶的不期望的熔化或翘曲，并伴随能量成本上升。不愿受任何特定理论的约束，申请人认为，通过在溅射期间引入反应性气体，会使溅射速率增加，而不损坏靶或产生与增加***功率相关的额外能量需求。申请人还认为，通过以适当速率引入合适浓度的反应性气体，溅射***能够以较低的功率水平运行，并且仍达到期望的溅射速率。

在其他实施方式中，反应性气体被引入至溅射腔室的特定区域或围绕靶的特定部分的区域。这样，对于反应性气体被引入的区域，溅射速率被认为被局部提高。在其他实施方式中，反应性气体被引入至溅射靶的被认为是不均匀、不平坦或不一致（统称为“被不均匀”）的区域。在另外的实施方式中，反应性气体被引入至对应于基底的不均匀区域的溅射靶区域。

不愿受任何特定理论的约束，申请人认为基底上溅射的锂的均匀度可通过局部增加溅射速率而控制。这样，局部增加溅射速率被认为可有利地应用在被供应的靶不均匀的时候。而且，局部增加溅射速率被认为可被有利地应用在靶的磨损不均匀（可能由退化或不适当放置的磁体导致）的时候，或应用在溅射腔室内惰性气体流动未均匀分布的时候。本领域技术人员将意识到，由非均匀靶溅射可导致基底上任何溅射膜或涂层不规则。此外，当相邻区域使用反应性气体并且对锂溅射区域产生不受控气流（交叉对话）的情况下，反应性气体的局部引入可被用来控制均匀度。

如图1所证实的，反应性气体的引入局部地增加了溅射速率，即在靠近或围绕靶的反应性气体被引入部分的区域内。例如，当氧气（一种反应性气体）被引入至头部4时，该头部局部的溅射速率（通过检测通过基底的透射率来测定）增加，而其他头部（头部3和头部2）的溅射速率未受到实质性影响。

而且，申请人已确定，受反应性气体的引入影响的增加的溅射速率是可逆的，即，当引入的反应性气体的量降低或停止时，溅射速率分别减慢或回复至引入反应性气体之前观察到的溅射速率。例如，图1证实，当引入在头部4的气流含有约1%氧气或约5%氧气时，靠近或围绕溅射靶该部分的溅射速率增加（表现为透射百分率的降低）。当氧气流停止时，头部4的溅射速率恢复至约引入反应性气体前的溅射速率。

申请人认为本发明的方法还具有以下优点，即如果锂溅射过程本身需要存在至少一部分反应性气体时，就不需要提前移除用在上游工艺步骤中的该反应性气体。这样，在一些实施方式中，添加至溅射腔室的反应性气体的量即为用在之前涂布步骤中的量。当需要时，可添加额外量的反应性气体或其他反应性气体，从而沿整个靶或局部地在一个或多个混合气体歧管处进一步增加溅射速率。类似地，为增加总溅射速率或局部溅射速率，例如当太多反应性气体存在于上游工艺时（导致溅射速率比期望的高），那么可将额外量的一种或多种惰性气体加回至整个腔室或局部地加至一个或多个混合气体歧管处。

类似地，申请人认为如果后续下游步骤需要存在至少一部分反应性气体，就不需要从锂溅射步骤移除该反应性气体。申请人认为，可利用更多的常规手段（例如泵和通道）实现足够的隔离。这被认为将允许沿一个生产线更快速地处理基底。申请人认为可至少部分地避免使用闸。

本发明的另一个方面涉及一种溅射***，包括（i）用于包含锂靶和基底的腔室；（ii）与腔室流体连通的一个或多个歧管；以及（iii）与所述歧管流体连通的反应性气体源和惰性气体源。

在本发明的一个实施方式中，如图2和3所示，溅射***含有与溅射腔室流体连通的多个混合气体歧管210或310。在一些实施方式中，混合气体歧管210或310包含入口和出口，以允许惰性气体和/或反应性气体从树上管线传输到溅射腔室200或300。歧管使得恒定的气流被引入到溅射腔室中。

混合气体歧管210或310可以沿腔室的周边等间距或随机间隔开。在一些实施方式中，混合气体歧管如图2和图3所示那样等距离间隔开。不愿受任何特定理论约束，申请人认为通过提供等间距隔开的混合气体歧管，可以为腔室内的气氛或围绕或靠近锂靶200或300的区域提供均匀分布的气体。可添加任何数量的歧管，从而提供对溅射的期望控制。

在一些实施方式中，如图2所示，每个歧管210被连接至惰性气体歧管供应管线235和反应性气体歧管供应管线225。反应性气体和惰性气体歧管供应管线225和235分别将反应性气体或惰性气体以预定流速携带至每个混合气体歧管210。在入口处可具有流量计或压力传感器，从而监控气体流速。

在一些实施方式中，歧管210和惰性气体歧管供应管线235使得恒定的惰性气体流被供应至腔室。预定量的反应性气体可按需要和本文所述的方式以预定速率被引入至从反应性气体歧管供应管线225引入到惰性气体中。在一些实施方式中，反应性气体和惰性气体歧管供应管线225和235被连接至混合气体歧管210的入口。适用于将反应性气体引入至惰性气体流的任何入口都可适用于该目的。

在一些实施方式中，每个混合气体歧管210、反应性气体歧管供应管线225和/或惰性气体歧管供应管线235包含一个或多个质量流量控制器（MFC）或阀（在本文互换使用），其操作以选择性将惰性气体或反应性气体以预定速率引入腔室。本领域技术人员能够选择合适的MFC、阀或其他控制机构用于该目的。每个MFC可被选择性地或独立地操作，以允许控制引入气体的量、气体相对溅射靶的引入位置以及气体的释放速率。该***可根据气味的控制水平而具有任何数量的混合气体歧管210以及相应的独立控制的MFC。

在一些实施方式中，MFC存在于（i）混合气体歧管入口和反应性气体歧管供应管线225的接合点，和（ii）混合气体歧管入口和惰性气体歧管供应管线235的接合点。当被命令时（通过电脑或人），这些MFC可被控制用来将预定量的气体以预定速率引入。本领域技术人员将意识到，每个混合气体歧管入口处的MFC可被一起调节或独立调节从而调节在每个混合气体歧管处的气流。例如，如果确定需要增加锂靶上的中央位点的溅射速率，位于该中央位点或该中央位点附近的歧管将被命令以引入惰性气流和预定量的反应性气体。

反应性气体歧管供应管线225被连接至反应性气体歧管220并与其流体连通。类似地，惰性气体歧管供应管线235被连接至惰性气体歧管230并与其流体连通。本领域技术人员将意识到，惰性气体歧管230和反应性气体歧管220每个都适合分别将预定量的不同惰性气体或反应性气体混合。

在一些实施方式中，惰性气体歧管230的入口连接至惰性气体供应管线238（该管线238本身又连接至一个或多个惰性气体源），从而将一种或多种惰性气体传输至惰性气体歧管230。在一些实施方式中，惰性气体歧管230的出口被连接至惰性气体歧管供应管线235。

类似地，在一些实施方式中，反应性气体歧管220的入口被连接至一个或多个反应性气体供应管线228，优选地，每个反应性气体供应管线独立地被连接至不同的反应性气体源。在一些实施方式中，反应性气体歧管220的出口被连接至反应性气体歧管供应管线225。

在其他实施方式中，每个惰性气体歧管230和反应性气体歧管220可具有一个或多个MFC，优选位于它们的入口和出口处，因而每个惰性气体歧管230或反应性气体歧管220可被选择性地放置得与相应的歧管供应管线235和225、惰性气体供应管线238或反应性气体供应管线228流体连通。这些MFC每个都可被计算机250和/或界面模块260独立控制。

作为例子，在操作期间，惰性气体被持续通过每个歧管210以预定速率引入至溅射腔室200。当需要时，反应性气体可被引入至在特定歧管处的惰性气体流，从而增加该反应性气体引入点局部的溅射速率。同时，未接收反应性气体的其他歧管将继续以预定速率供应惰性气体。当靶的特定部分不需要接收反应性气体时，引入反应性气体的歧管将被转换至仅提供预定的惰性气体流。反应性气体的供应可逐渐关闭从而逐渐降低溅射速率，或者被完全停止。

在其他实施方式中，例如图3所示，每个混合气体歧管310被连接混合气体歧管供应管线310并与其连通。在一些实施方式中，混合气体供应管线315被连接至混合气体歧管310的入口。混合气体歧管供应管线315将预定气体或气体混合物以预定流速携带至每个混合气体歧管310。在一些实施方式中，每个混合气体歧管310具有其本身专属的歧管供应管线315。在其他实施方式中，每个混合气体歧管310共用相同的混合气体供应管线315。本领域技术人员将能够按需要使用许多混合气体歧管310和混合气体歧管供应管线315，从而实现如此文所述的对溅射过程的期望水平的控制。

在一些实施方式中，每个混合气体歧管310和/或混合气体歧管供应管线315具有一个或多个MFC，其操作以独立地将预定气体以预定速率选择性地引入至腔室。本领域技术人员将能够选择合适的MFC用于此目的。该***可根据期望的控制水平而具有任何数量的混合气体歧管310和相应的独立控制的MFC。

在一些实施方式中，在混合气体歧管入口和混合气体歧管供应管线315的接合点具有单个MFC。当被命令时（计算机或人命令），该MFC可打开从而以预定速率引入预定量的预定气体。本领域技术人员将意识到，每个混合气体歧管入口处的MFC可被一起或独立地调节，从而调节每个混合气体歧管处的气流。

在一些实施方式中，混合气体歧管供应管线315被连接至任选的其他混合腔室340，从而预定量的惰性气体和/或反应性气体在进入混合气体歧管供应管线315之前被混合和/或保持住。在一些实施方式中，气体混合腔室340具有在混合腔室的出口和入口处的一个或多个MFC，从而可以独立地控制混合气体歧管供应管线和混合气体供应管线345之间的流体连通。混合腔室340可具有叶轮，用以辅助混合气体。

在其他实施方式中，混合气体歧管供应管线315被直接连接至混合气体供应管线345，混合气体供应管线345又与惰性气体歧管330和反应性气体歧管320连通。

在一些实施方式中，惰性气体歧管330的入口连接至惰性气体供应管线338（它本身被连接至一个或多个惰性气体源），从而将一种或多种惰性气体传输至惰性气体歧管330。在一些实施方式中，惰性气体歧管的出口被连接至混合气体供应管线345。

类似地，在一些实施方式中，反应性气体歧管320的入口被连接至一个或多个反应性气体供应管线328，优选地，每个反应性气体供应管线被独立地连接至不同的反应性气体源。在一些实施方式中，反应性气体歧管320的出口被连接至混合气体供应管线345。

在其他实施方式中，每个惰性气体歧管330和反应性气体歧管320可具有一个或多个MFC，优选位于它们的入口和出口处，因而每个气团可选择性地被设置得与各混合气体供应管线345、惰性气体供应管线338或反应性气体供应管线328流体连通。这些MFC每个都可由计算机350或界面360独立控制。

本领域技术人员知道的可适用在本发明装置中的其他非限制性的控制方法包括压力控制、分压控制以及电源的电压控制。例如，一个普通的实施方式是在压力控制下操作阴极。因为压力是可影响速率的一个变量，通过压力计（例如电容压力计）保持它恒定，并使用该测量值来控制气体流动（例如通过PLC的闭环），是一种增加工艺稳定性的方法。在一些实施方式中，氩气和氧气都可以是流动的，并且质量流量控制器将获得模拟信号或数字信号，以增加或降低流量，从而保持压力恒定，同时维持预定的流量比。分压控制可通过利用残留气体分析器（“RGA”）或其他测量装置来提供分压信息而类似地实现。这将使得氩气和氧气分压被独立地控制。

溅射压力和气流通常是利用溅射腔室中的设备和涂布机上的控制***来控制的。通常，使用基于可编程逻辑控制器（“PLC”）或个人计算机（“PC”）的控制***，控制软件允许从人机界面（HMI）并且也经由使用工艺监控的自动控制而控制压力和气流分布。压力可使用多种真空计测定，例如电容真空计、电离真空计、薄膜计等等。压力可通过改变气体流速、增加或降低泵送速率（通过限流、降低泵转速、添加可被调节的泵缝隙（pumpslit））而被控制。在一个实施方式中，该方法在压力控制下操作，压力控制使用电容压力计的输出来为控制气流的MFC提供控制输入。

锂溅射速率的控制使用本文所述的光学方法或其他设备（例如晶体率监控器、自动吸收光谱监控或本领域技术人员已知的其他方法）来提供。

本发明的另一方面涉及监控并且需要时校正基底上的锂的沉积均匀度和/或沉积速率的方法，如图4所示。锂的沉积均匀度和/或沉积速率可通过测量例如基底上产生的锂薄膜涂层的厚度、光穿过涂布的基底的透射率、和/或被涂布基底离开溅射腔室的速率来监控。在优选的实施方式中，溅射速率通过监控光穿过被沉积的锂的透射率来测定。申请人认为，随着锂溅射速率的增加（因而沉积的锂的量增加），光穿过基底的透射被降低。

任何这些测定的参数410可被用作指标来测定溅射速率和/或基底上的沉积膜或涂层的均匀度。

所测定的参数随后与预定值或设定值420（或者，在一些实施方式中，一个范围值）比较。如本领域技术人员将意识到的，对于不同类型的基底、不同类型的基底应用或不同类型的锂靶，该预定值或设定值可以是不同的。

随后，计算机或人将在步骤430确定所测定的参数是否符合预定值或设定值。如果所测定的参数是足够的，即符合预定标准，该方法即以溅射腔室400内随后存在的条件运行。但是，如果测定的参数不足够，即不满足预定标准，那么该方法随后通过改变腔室内的随后存在条件的一个或多个组成部分或惰性气体流中的一个或多个组成部分而被改变。计算机或人将计算实现溅射速率改变450所需的反应性气体的传输量、类型和/或速率。随后，反应性气体将被引入从而实现所述改变460。该循环可持续并按需要重复。

在一些实施方式中，算法450被用来确定溅射腔室（沿整个腔室或靶的任何部分局部）或惰性气体流内的最佳气氛条件，即，使用算法来确定腔室或惰性气流内反应性气体与惰性气体的比率，从而优化溅射速率。例如，可使用线性等式，其可对于每需要调节1%的局部的锂的溅射速率而增加或减少0.1%的氧气流。此外，该算法可用来同时全局地调节几个歧管间氧气流动，从而维持整体均匀度和溅射速率。该算法还可按需要包括功率调节，从而保持整体溅射速率在控制之下。在一些实施方式中，计算机或人将确定执行所述改变460从而改变溅射腔室的随后存在条件的最佳方式，即，确定改变特定歧管处或惰性气体流中的气流、所需的反应性气体/惰性气体比率、和/或所需的反应性气体/惰性气体混合物的成分的最佳方式。

例如，如果所测定的基底的透射率低于预定的设定值，那么本发明的溅射***将通过引入一定量反应性气体而响应，从而修正该缺陷。例如，如果确定基底中心部分沉积的锂的均匀度不足，那么足以实现溅射速率增加的量的反应性气体将被传输至锂靶的对应基底的不均匀部分的那个部分。

所测定的参数410可被持续监控或可以预定时间间隔监控。这样，可以持续调节溅射腔室内或惰性气流内的随后存在条件，从而产生具有均匀的、预定厚度的被涂布基底，或以预定速率在基底上沉积涂层。

自动控制***的一个例子是与涂布机PLC控制***结合操作的光学监控***。该装置将监控涂层均匀度，并且信息将利用上述算法被处理。该信息随后被送至PLC，并用来调节MFC流动参数、功率设置、压力或***的其他控制输出。

虽然本发明已参考具体实施方式描述，但要理解的是这些实施方式仅是对本发明的原理和应用的解释。因此，要理解的是，可对所示实施方式作出多种修改，并且可设计出其他排布方式，而不背离本发明的如所附权利要求限定出的实质和范围。

Claims (19)

1.一种在基底上沉积锂膜或锂涂层的方法，所述方法包括：

将锂靶和所述基底放置在腔室中；

将反应性气体引入腔室内，所述腔室具有沉积在其中的锂靶和所述基底，其中所述腔室具有包含惰性气体的气氛；

将所述靶的表面的至少一部分与所述反应性气体反应；和

在包含反应性气体和惰性气体的气氛中溅射所述靶，其中所述反应性气体增加溅射速率1％至30％，

其中在所述方法的至少一部分期间反应与溅射同时进行。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应性气体选自氧气、氮气、卤素、水蒸气和它们的混合物。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述反应性气体是氧气。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述惰性气体选自氩气、氦气、氖气、氪气、氙气和氡气。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述基底选自玻璃、聚合物、聚合物的混合物、层压材料、电极、包含金属氧化物的膜、以及电致变色装置。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应性气体与惰性气体的比为1∶100至100∶1。

7.根据权利要求1所述的方法，其中添加至所述气氛的所述反应性气体的量为所述气氛中气体总量的0.01％至10％。

8.根据权利要求1所述的方法，其中添加至所述气氛的所述反应性气体的量为所述气氛中气体总量的0.01％至7.5％。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应性气体被添加至所述溅射腔室的围绕所述靶的特定部分的区域。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述靶的所述特定部分是非均匀的区域。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应性气体从上游工艺引入。

12.一种溅射***，包括：

用于溅射平面锂靶或转动锂靶的腔室；

与所述腔室流体连通的一个或多个混合气体歧管，其中一个或多个混合气体歧管的每个经配置以将反应性气体和惰性气体提供入所述腔室；和

与所述混合气体歧管流体连通的反应性气体源和惰性气体源，

其中在溅射期间所述溅射***经配置以将所述反应性气体指向所述靶的表面的至少一部分。

13.根据权利要求12所述的***，其中所述反应性气体通过至少一个混合气体歧管被引入至所述腔室的一部分。

14.根据权利要求13所述的***，其中所述腔室的所述部分对应于所述靶的不均匀部分。

15.根据权利要求12所述的***，其中所述反应性气体选自氧气、氮气、卤素、水蒸气和它们的混合物。

16.根据权利要求12所述的***，其中所述反应性气体与所述惰性气体的比率为1∶100至100∶1。

17.根据权利要求12所述的***，其中所述反应性气体是从上游工艺被引入至所述腔室的。

18.根据权利要求17所述的***，其中额外的反应性气体被添加至所述腔室。

19.根据权利要求18所述的***，其中添加至所述腔室的所述额外的反应性气体不同于从所述上游工艺引入的所述反应性气体。