用於控制鋰均勻度的改善的方法
2023-05-28 14:59:21 1
用於控制鋰均勻度的改善的方法
【專利摘要】本發明提供一種在基底上提供均勻鋰塗層的方法和裝置。本發明的一個方面涉及一種通過將一定量的反應性氣體引入濺射腔室的特定區域而選擇性地控制在濺射過程中的金屬或鋰的沉積均勻度和/或沉積速率的方法。該方法可用於平面靶和轉動靶。
【專利說明】用於控制鋰均勻度的改善的方法
[0001]相關申請的交叉引用
本發明要求2011年4月7日提交的名稱為用於控制鋰均勻度的改善的方法的美國臨時申請第61/472，758號的申請日利益，其公開內容通過引用合併至本文。
【背景技術】
[0002]本發明涉及鋰的濺射，具體涉及鋰從平面或可轉動金屬鋰靶的磁控濺射。
[0003]濺射廣泛用於將薄膜金屬沉積到基底上，包括例如電致變色裝置。通常，這種過程涉及在電離氣體氛圍中離子轟擊要被濺射的材料平板或可轉動板(「靶」)。來自等離子體的氣體離子被朝著由要被濺射的材料構成的靶加速。材料被從靶分離(「濺射」)，之後被沉積在附近的基底上。該過程在密閉腔室內實現，該腔室在沉積開始之前被抽成真空基準壓力。在該過程中維持真空，從而導致靶材的顆粒被逐出並以薄膜形式沉積在正被覆蓋的基底上。
[0004]要被濺射在基底上的材料以靶板上的塗層形式存在(靶板本身可為旋轉靶板或平面靶板)。任何材料都可用於此目的，包括純金屬和混合金屬。因為許多純金屬和混合金屬或其他靶材是反應性的，因此需要將它們保持遠離任何潛在反應性試劑。
[0005]由鋰化合物(例如Li2CO3)形成的靶可被成功地濺射以將鋰沉積到電致變色材料中。但是，在大規模系統中，需要Li2CO3-的RF濺射勢能(potential)帶來了エ藝問題，例如不均勻性，並且需要昂貴的設備來生成並處理大功率RF。
[0006]為解決一些這些限制條件，已有人提議濺射基本上純的金屬形式的鋰。其中ー種濺射金屬鋰的方法已在美國專利5，830，336號和6，039，850號中描述，通過引用將它們整體合併至本文。鋰通過例如磁性地`限制在靶附近的氬等離子體而從金屬鋰靶濺射至電極上。靶優選通過AC (300至100 kHz, US 』 336)或脈衝DC供電(美國專利6，039，850號)。
[0007]該方法被認為是對將鋰添加到基底的一種很好的控制方式。但是，該方法也具有缺點:金屬鋰靶的處理和濺射非直接的，因為鋰具有很強的氧化性質。靶表面被認為可生長出厚的鋰氧化物層。去除該層並獲得用於靶的穩定濺射條件可能需要很長時間。對於通常的濺射，本領域孰知，在濺射室內添加反應劑(例如氧)可能減少總濺射速率(美國專利4，769，291 號)
而且，其他層(例如電極)的沉積步驟通常利用活性濺射在氧化氣氛中進行，它必須與鋰化步驟很好地隔開，從而防止鋰靶和電極的氧化。要注意的是，鋰化必須作為單獨エ藝步驟進行。為完成該步驟，常規做法是在濺射室內將鋰金屬靶與活性氣體分離。分離濺射室的ー種方法是通過引入閘(或閘室)而將鋰完全與相鄰エ藝過程隔離。但是，這種方法需要額外的製造空間並降低了整體處理速率，因為基底必須謹慎地移動至每個「閘」位置，並且「閘)必須在濺射之前被「抽真空」。這些閘的存在被認為極大地増加了成本，並且因為需要額外的時間和製造用地面空間，從而降低了整體エ藝效率。
[0008]而且，鋰被認為是高度反應性金屬，其在存在反應性氣體(例如水、氧氣和氮氣)時快速腐蝕。當暴露於這些氣體(或通常是空氣)時，鋰金屬的表面會反應並變黒。這樣的已反應的變黑的靶表面必須被濺射延長的時間段從而暴露出適合沉積到基底上的純金屬鋰。如果是平面靶，這種「燒入」通常需要約8小吋。對於轉動圓柱靶，該過程可耗時至多30小吋，因而需要清潔的表面積增加。這些程序不僅耗時且降低整體加工效率，而且降低了可被沉積到基底上的可用靶材的量。較少的材料意味著濺射腔室必須被打開並替換新的靶，這又降低了整體エ藝效率。
【發明內容】
[0009]本發明的ー個方面涉及ー種選擇性地控制濺射過程中金屬或鋰的均勻度和/沉積速率的方法，該方法通過將一定量的反應氣體引入至濺射腔室的特定區域而實現。該方法可適用於平面祀(planar target)和轉動祀(rotating target)。
[0010]本發明的另ー個方面涉及將鋰膜或鋰塗層沉積到基底上的方法，包括(i)將金屬靶和基底放置在腔室中；以及(ii)在具有増加來自金屬靶的金屬的濺射速率(rate ofsputtering)的成分的氣氛中派射祀,所述增加是與在標準惰性氣氛中來自該金屬祀的該金屬的濺射速率相比較而言的。在另ー個實施方式中，反應性氣體是從上遊程序引入的。在本發明的一個實施方式中，增加濺射速率的成分是反應性氣體。在本發明的另ー個實施方式中，反應性氣體選自氧氣、氮氣、滷素、水蒸氣以及它們的混合物。鋰可為純金屬鋰、摻雜另ー種金屬的鋰，或者鋰可含有其他化合物或雜質。鋰本身也可能為氧化物或氮化物或其他含鋰化合物。
[0011]本發明的另ー個方面涉及將鋰膜或鋰塗層沉積到基底上的方法，包括(i )將靶和基底放置在腔室中；和(ii)在包含反應性氣體和惰性氣體的氣氛中濺射所述靶。
[0012]本發明的另ー個方面涉及ー種將鋰膜或鋰塗層沉積在電致變色裝置的電極上的方法，包括(i)將鋰靶和電致變色裝置放置在腔室中；和(ii)在包含反應性氣體和惰性氣體的氣氛中濺射所述靶。
[0013]本發明的另ー個方面涉及ー種監控和/或改變鋰在基底上的沉積均勻度和/或沉積速率的方法，包括以下步驟(i)測定作為鋰的濺射速率的替代性指標的參數；(ii)將測定的參數與預定值或設定值比較以確定濺射速率是否需要被改變；以及(iii)調節濺射腔室的至少一部分內的氣氛以改變濺射速率。在一個實施方式中，濺射速率通過將反應性氣體引入至濺射腔室或其一部分而改變。
[0014]本發明的另ー個方面涉及ー種濺射系統，包括(i)用於濺射平面靶或轉動靶的腔室；(ii)與腔室流體連通的ー個或多個混合氣體歧管；以及(iii)與所述混合氣體歧管流體連通的反應性氣體源和惰性氣體源。
[0015]在本發明的一個實施方式中，反應性氣體選自氧氣、氮氣、滷素、水蒸氣和它們的混合物。
[0016]在本發明的另ー個實施方式中，惰性氣體選自IS氣。
[0017]在本發明的另ー個實施方式中，反應性氣體與惰性氣體的比為約1:100至約100:1。在另ー個實施方式中，添加至所述氣氛的反應性氣體的量或作為總氣流的一部分的反應性氣體的量為總氣流的約0.01%至約100%。
[0018]本發明的另ー個方面涉及ー種將鋰膜或鋰塗層沉積在基底上的方法，包括(i)將鋰靶和基底放置在腔室中；和(ii)在具有増加鋰的濺射速率的成分的氣氛中濺射所述靶，所述增加是相對鋰在惰性氣氛中的濺射速率而言的。在另ー個實施方式中，增加濺射速率的成分選自氧氣、氮氣、滷素、水蒸氣和它們的混合物。
[0019]本發明的另ー個方面涉及ー種將鋰膜或鋰塗層沉積在基底上的方法，包括(i)將鋰靶和基底放置在腔室中；以及(ii)在包含反應性氣體和惰性氣體的氣氛中濺射所述靶。在另ー個實施方式中，所述腔室是被抽真空的腔室。在另ー個實施方式中，所述腔室被至少部分地抽空至少ー些上遊エ藝成分。
[0020]在另ー個實施方式中，反應性氣體選自氧氣、氮氣、滷素、水蒸氣和它們的混合物。在另ー個實施方式中，反應性氣體是氧氣。在另一個實施方式中，惰性氣體選自氬氣、氦氣、氖氣、氪氣、氣氣和氡氣。
[0021]在另ー個實施方式中，基底選自玻璃、聚合物、聚合物的混合物、層壓材料、電極、包含金屬氧化物或摻雜的金屬氧化物的膜、以及電致變色裝置。在另ー個實施方式中，反應性氣體與惰性氣體的比為約1:100至約100:1。在另ー個實施方式中，添加至所述氣氛的反應性氣體的量為所述氣氛中氣體總量的約0.01%至約10%。在另ー個實施方式中，添加至所述氣氛的反應性氣體的量為所述氣氛中氣體總量的約0.01%至約7.5%。在另ー個實施方式中，反應性氣體增加濺射速率約1%至約30%。
[0022]在另ー個實施方式中，反應性氣體被添加至氣氛的一部分。在另ー個實施方式中，反應性氣體被添加至濺射 腔室的圍繞靶的特定部分的區域。在另ー個實施方式中，靶的特定部分是不均勻的區域。
[0023]在另ー個實施方式中，反應性氣體從上遊エ藝引入。在另ー個實施方式中，從上遊エ藝引入的反應性氣體是氧氣。在另ー個實施方式中，除了由上遊エ藝添加的反應性氣體之外，還引入了額外量的相同或不同的反應性氣體。在另ー個實施方式中，除了由上遊エ藝添加的反應性氣體，還引入了額外量的相同反應性氣體。在另ー個實施方式中，除了由上遊エ藝添加的反應性氣體，還引入了額外量的不同反應性氣體。
[0024]本發明的另ー個方面涉及ー種濺射系統，包括(i )用於濺射平面鋰靶或轉動鋰靶的腔室；(ii)與所述腔室流體連通的ー個或多個混合氣體歧管；以及(iii)與所述混合氣體歧管流體連通的反應性氣體源和惰性氣體源。在另ー個實施方式中，反應性氣體通過至少ー個混合氣體歧管被引入到腔室的一部分內。在另ー個實施方式中，腔室的該部分對應於靶的非均勻部分。在另ー個實施方式中，反應性氣體選自氧氣、氮氣、滷素、水蒸氣和它們的混合物。在另ー個實施方式中，反應性氣體與惰性氣體的比為約1:100至約100:1。在另一個實施方式中，反應性氣體由上遊エ藝引入至腔室。上遊エ藝可為另ー濺射エ藝、濺射腔室或其他沉積エ藝/腔室。在另ー個實施方式中，額外的反應性氣體被添加至腔室。在另一個實施方式中，除了由上遊エ藝添加的反應性氣體外，還引入了額外量的相同反應性氣體。在另ー個實施方式中，除了由上遊エ藝添加的反應性氣體外，還引入了額外量的不同反應性氣體。
[0025]本發明的另ー個方面涉及ー種監控或改變鋰在基底上的沉積均勻度或沉積速率的方法，包括以下步驟:(i)測定作為鋰的濺射速率的替代性指標的參數；(ii)將所測定的參數與預定值或設定值比較，以確定濺射速率是否需要改變；和(iii)調節濺射腔室的至少一部分內的氣氛，以改變濺射速率。在另ー個實施方式中，濺射速率通過將反應性氣體引入至濺射腔室的至少一部分而被改變。在另一個實施方式中，反應性氣體由上遊エ藝引入。在另ー個實施方式中，除了由上遊エ藝添加的反應性氣體外，還引入了額外量的相同反應性氣體。在另ー個實施方式中，除了由上遊エ藝添加的反應性氣體外，還引入了額外量的不同反應性氣體。在另ー個實施方式中，該參數是交叉對話水平(cross-talk level)。
[0026]與本領域已知的相反， 申請人:意外發現，當反應性氣體被引入到濺射腔室中或引入到濺射腔室的ー個區域時，鋰金屬的濺射速率増加。這是意料之外的結果，因為基本上所有其他金屬被認為在存在氧氣的情況下具有較低的濺射速率(因為靶表面氧化的原因)，因而形成較高的分子鍵強度以及隨後的濺射能向次級電子發射的轉化。實際上，美國專利4，769，291號說明了當氧氣流量比增加時，濺射沉積速率快速下降。 申請人:也發現，在氧氣存在條件下濺射的鋰金屬並不表現為好像它在基底上被氧化。實際上，它表現得完全和在純淨的未氧化狀態濺射的鋰ー樣。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1是顯示當引入反應性氣體時濺射速率改變的圖表。
[0028]圖2是濺射系統的示意圖。
[0029]圖3是濺射系統的示意圖。
[0030]圖4是顯示濺射方法的操作順序的流程圖。
【具體實施方式】
[0031] 申請人:發現了ー種選擇性地控制鋰靶(或金屬鋰靶)的濺射速率的方法。具體而言， 申請人:發現了在濺射期間引入反應性氣體導致濺射速率増加，並伴隨鋰在基底上的沉積速率的増加。 申請人:還發現，將反應性氣體引入到濺射腔室的特定區域、靶或惰性氣流，會使得對應於該反應性氣體被引入的靶區域中濺射速率的局部的、可逆的増加。因此， 申請人:認為，通過監控鋰在基底上的沉積並根據所監控的沉積的變化改變濺射腔室內的隨後存在條件，可以持續且選擇性地控制沿整個濺射靶或其部分的濺射速率。
[0032]術語「隨後存在條件」是指濺射腔室內的任何氣氛的成分。例如，它可以指純淨的惰性氣氛或包含反應性氣體和惰性氣體的混合物的氣氛。本領域技術人員將意識到該隨後存在條件可通過以下方法改變(i)引入一定量一種反應性氣體或反應性氣體的混合物(以増加特定反應性氣體的濃度或反應性氣體的總濃度)；(ii)引入一定量ー種惰性氣體或惰性氣體的混合物(以增加特定惰性氣體的濃度或惰性氣體的總濃度)；或(iii)引入反應性氣體和惰性氣體的混合物，其中所引入的混合物具有不同於存在於腔室內的反應性氣體濃度(即改變前)的反應性氣體濃度。
[0033]如本文所使用的，術語「引入」是指氣體(或氣體混合物)濃度的添加或改變。氣體可通過本領域已知的任何方法被引入。例如,額外量的反應性氣體可通過增加該特定反應性氣體(或氣體混合物)到濺射腔室的流量或通過增加氣體流(其中，所添加的氣體量可通過例如監控附接的流量計或其他質量流量控制器而測定)而添加到濺射腔室或惰性氣流中。
[0034]如本文所使用的，術語「濺射腔室」可指整個濺射腔室、其一部分或圍繞濺射靶的特定區域的區域。
[0035]如本文所使用的，術語「總氣流」是指流經濺射系統一部分的氣體的量或速率。例如，它可以指流經特定歧管或流過濺射靶特定部分的氣體的量。[0036]本發明的一個實施方式涉及ー種在基底上沉積鋰膜或鋰塗層的方法，包括(i )將鋰靶和基底放置在抽真空的腔室中；和(ii)在具有用來增加鋰的沉積速率的成分的氣氛中濺射所述靶，所述增加是相比較於鋰在標準惰性氣氛中的濺射速率而言的。在一些實施方式中，所述鋰靶是純度至少為約95%的金屬靶。該靶可為平面靶或轉動靶。
[0037]在一些實施方式中，基底選自絕緣材料、玻璃、塑料、電極、電致變色層、包含金屬氧化物、摻雜的金屬氧化物或金屬氧化物混合物的層、或電致變色裝置。
[0038]在一些實施方式中，用以增加濺射速率的成分是反應性氣體。適合用於本發明的反應性氣體包括氧氣、氮氣、滷素、水蒸氣和它們的混合物。在優選的實施方式中，反應性氣體是氧氣。本領域技術人員將能夠選擇特定的反應性氣體或其混合物以提供期望的鋰濺射速率。適合用於本發明的惰性氣體包括氬氣、氦氣、氖氣、氪氣、氙氣和氡氣。在優選的實施方式中，惰性氣體是氬氣。
[0039]引入到濺射腔室或惰性氣流的反應性氣體的量取決於引入的反應性氣體的類型、期望的濺射速率以及反應性氣體所要引入的位置。通常，引入的反應性氣體的量為總氣流或濺射腔室的總氣氛的約0.01%至約100%。在一些實施方式中，引入的反應性氣體的量為總氣流或濺射腔室的總氣氛的約0.01%至約10%。在一些實施方式中，引入的反應性氣體的量為總氣流或濺射腔室的總氣氛的約0.01%至約7.5%。在一些實施方式中，引入的反應性氣體的量為總氣流或濺射腔室的總氣氛的約0.01%至約5%。在一些實施方式中，所述反應性氣體是氧氣，並且引入的氧氣的量為總氣流或濺射腔室的總氣氛的約0.01%至約7.5%。
[0040]在濺射腔室內的反應性氣體的量和鋰的濺射速率之間被認為存在關係。例如，在實驗中已確定，添加約0.1%的氧氣至濺射腔室的ー個區域導致濺射腔室該區域的濺射速率增加約10%。而且，如以下將討論的，該增加被發現是可逆的，因而是可控的，因而氧氣的添加可被用來增加濺射速率，或者氧氣可被局部地引入從而通過局部改變濺射速率而影響加工區域中的濺射均勻度。
[0041]在一些實施方式中，反應性氣體被添加至濺射腔室內的整個氣氛中。本領域技術人員將意識到其中一種增加濺射速率的方法是通過增加濺射系統的功率來實現的。但是，増加系統的功率通常導致靶的不期望的熔化或翹曲，並伴隨能量成本上升。不願受任何特定理論的約束， 申請人:認為，通過在濺射期間引入反應性氣體，會使濺射速率増加，而不損壞靶或產生與増加系統功率相關的額外能量需求。 申請人:還認為，通過以適當速率引入合適濃度的反應性氣體，濺射系統能夠以較低的功率水平運行，並且仍達到期望的濺射速率。
[0042]在其他實施方式中，反應性氣體被引入至濺射腔室的特定區域或圍繞靶的特定部分的區域。這樣，對於反應性氣體被引入的區域，濺射速率被認為被局部提高。在其他實施方式中，反應性氣體被引入至濺射靶的被認為是不均勻、不平坦或不一致(統稱為「被不均勻」)的區域。在另外的實施方式中，反應性氣體被引入至對應於基底的不均勻區域的濺射靶區域。
[0043]不願受任何特定理論的約束， 申請人:認為基底上濺射的鋰的均勻度可通過局部增加濺射速率而控制。這樣，局部增加濺射速率被認為可有利地應用在被供應的靶不均勻的時候。而且，局部增加濺射速率被認為可被有利地應用在靶的磨損不均勻(可能由退化或不適當放置的磁體導致)的時候，或應用在濺射腔室內惰性氣體流動未均勻分布的時候。本領域技術人員將意識到，由非均勻靶濺射可導致基底上任何濺射膜或塗層不規則。此外，當相鄰區域使用反應性氣體並且對鋰濺射區域產生不受控氣流(交叉對話)的情況下，反應性氣體的局部引入可被用來控制均勻度。
[0044] 如圖1所證實的，反應性氣體的引入局部地増加了濺射速率，即在靠近或圍繞靶的反應性氣體被引入部分的區域內。例如，當氧氣(ー種反應性氣體)被引入至頭部4吋，該頭部局部的濺射速率(通過檢測通過基底的透射率來測定)増加，而其他頭部(頭部3和頭部2)的濺射速率未受到實質性影響。
[0045]而且， 申請人:已確定，受反應性氣體的引入影響的增加的濺射速率是可逆的，SP，當引入的反應性氣體的量降低或停止時，濺射速率分別減慢或回復至引入反應性氣體之前觀察到的濺射速率。例如，圖1證實，當引入在頭部4的氣流含有約1%氧氣或約5%氧氣吋，靠近或圍繞濺射靶該部分的濺射速率増加(表現為透射百分率的降低)。當氧氣流停止吋，頭部4的濺射速率恢復至約引入反應性氣體前的濺射速率。
[0046] 申請人:認為本發明的方法還具有以下優點，即如果鋰濺射過程本身需要存在至少一部分反應性氣體時，就不需要提前移除用在上遊エ藝步驟中的該反應性氣體。這樣，在一些實施方式中，添加至濺射腔室的反應性氣體的量即為用在之前塗布步驟中的量。當需要吋，可添加額外量的反應性氣體或其他反應性氣體，從而沿整個靶或局部地在ー個或多個混合氣體歧管處進ー步增加濺射速率。類似地,為增加總濺射速率或局部濺射速率,例如當太多反應性氣體存在於上遊エ藝時(導致濺射速率比期望的高)，那麼可將額外量的ー種或多種惰性氣體加回至整個腔室或局部地加至ー個或多個混合氣體歧管處。
[0047]類似地， 申請人:認為如果後續下遊步驟需要存在至少一部分反應性氣體，就不需要從鋰濺射步驟移除該反應性氣體。 申請人:認為，可利用更多的常規手段(例如泵和通道)實現足夠的隔離。這被認為將允許沿ー個生產線更快速地處理基底。 申請人:認為可至少部分地避免使用閘。
[0048]本發明的另ー個方面涉及ー種濺射系統，包括(i)用於包含鋰靶和基底的腔室；
(ii)與腔室流體連通的一個或多個歧管；以及(iii)與所述歧管流體連通的反應性氣體源和惰性氣體源。
[0049]在本發明的一個實施方式中，如圖2和3所示，濺射系統含有與濺射腔室流體連通的多個混合氣體歧管210或310。在一些實施方式中，混合氣體歧管210或310包含入口和出ロ，以允許惰性氣體和/或反應性氣體從樹上管線傳輸到濺射腔室200或300。歧管使得恆定的氣流被引入到濺射腔室中。
[0050]混合氣體歧管210或310可以沿腔室的周邊等間距或隨機間隔開。在一些實施方式中，混合氣體歧管如圖2和圖3所示那樣等距離間隔開。不願受任何特定理論約束， 申請人:認為通過提供等間距隔開的混合氣體歧管，可以為腔室內的氣氛或圍繞或靠近鋰靶200或300的區域提供均勻分布的氣體。可添加任何數量的歧管，從而提供對濺射的期望控制。
[0051]在一些實施方式中，如圖2所示，每個歧管210被連接至惰性氣體歧管供應管線235和反應性氣體歧管供應管線225。反應性氣體和惰性氣體歧管供應管線225和235分別將反應性氣體或惰性氣體以預定流速攜帯至每個混合氣體歧管210。在入口處可具有流量計或壓カ傳感器，從而監控氣體流速。
[0052]在一些實施方式中，歧管210和惰性氣體歧管供應管線235使得恆定的惰性氣體流被供應至腔室。預定量的反應性氣體可按需要和本文所述的方式以預定速率被引入至從反應性氣體歧管供應管線225引入到惰性氣體中。在一些實施方式中，反應性氣體和惰性氣體歧管供應管線225和235被連接至混合氣體歧管210的入口。適用於將反應性氣體引入至惰性氣體流的任何入口都可適用於該目的。
[0053]在一些實施方式中，每個混合氣體歧管210、反應性氣體歧管供應管線225和/或惰性氣體歧管供應管線235包含一個或多個質量流量控制器(MFC)或閥(在本文互換使用)，其操作以選擇性將惰性氣體或反應性氣體以預定速率引入腔室。本領域技術人員能夠選擇合適的MFC、閥或其他控制機構用於該目的。每個MFC可被選擇性地或獨立地操作，以允許控制引入氣體的量、氣體相對濺射靶的引入位置以及氣體的釋放速率。該系統可根據氣味的控制水平而具有任何數量的混合氣體歧管210以及相應的獨立控制的MFC。
[0054]在一些實施方式中，MFC存在於(i)混合氣體歧管入口和反應性氣體歧管供應管線225的接合點，和(ii)混合氣體歧管入口和惰性氣體歧管供應管線235的接合點。當被命令時(通過電腦或人)，這些MFC可被控制用來將預定量的氣體以預定速率引入。本領域技術人員將意識到，每個混合氣體歧管入口處的MFC可被一起調節或獨立調節從而調節在每個混合氣體歧管處的氣流。例如，如果確定需要増加鋰靶上的中央位點的濺射速率，位於該中央位點或該中央位點附近的歧管將被命令以引入惰性氣流和預定量的反應性氣體。
[0055]反應性氣體歧管供應管線225被連接至反應性氣體歧管220並與其流體連通。類似地，惰性氣體歧管供應管線235被連接至惰性氣體歧管230並與其流體連通。本領域技術人員將意識到，惰性氣體歧管230和反應性氣體歧管220每個都適合分別將預定量的不同惰性氣體或反應性氣體混合。
[0056]在一些實施方式中，惰性氣體歧管230的入口連接至惰性氣體供應管線238(該管線238本身又連接至ー個或多個惰性氣體源)，從而將ー種或多種惰性氣體傳輸至惰性氣體歧管230。在一些實施方式中，惰性氣體歧管230的出ロ被連接至惰性氣體歧管供應管線235。`
[0057]類似地，在一些實施方式中，反應性氣體歧管220的入口被連接至ー個或多個反應性氣體供應管線228，優選地，每個反應性氣體供應管線獨立地被連接至不同的反應性氣體源。在一些實施方式中，反應性氣體歧管220的出ロ被連接至反應性氣體歧管供應管線225。
[0058]在其他實施方式中，每個惰性氣體歧管230和反應性氣體歧管220可具有ー個或多個MFC，優選位於它們的入口和出ロ處，因而每個惰性氣體歧管230或反應性氣體歧管220可被選擇性地放置得與相應的歧管供應管線235和225、惰性氣體供應管線238或反應性氣體供應管線228流體連通。這些MFC每個都可被計算機250和/或界面模塊260獨立控制。
[0059]作為例子，在操作期間，惰性氣體被持續通過每個歧管210以預定速率引入至濺射腔室200。當需要時，反應性氣體可被引入至在特定歧管處的惰性氣體流，從而增加該反應性氣體弓丨入點局部的濺射速率。同吋，未接收反應性氣體的其他歧管將繼續以預定速率供應惰性氣體。當靶的特定部分不需要接收反應性氣體時，引入反應性氣體的歧管將被轉換至僅提供預定的惰性氣體流。反應性氣體的供應可逐漸關閉從而逐漸降低濺射速率，或者被完全停止。[0060]在其他實施方式中，例如圖3所示，每個混合氣體歧管310被連接混合氣體歧管供應管線310並與其連通。在一些實施方式中，混合氣體供應管線315被連接至混合氣體歧管310的入口。混合氣體歧管供應管線315將預定氣體或氣體混合物以預定流速攜帯至每個混合氣體歧管310。在一些實施方式中，每個混合氣體歧管310具有其本身專屬的歧管供應管線315。在其他實施方式中，每個混合氣體歧管310共用相同的混合氣體供應管線315。本領域技術人員將能夠按需要使用許多混合氣體歧管310和混合氣體歧管供應管線315，從而實現如此文所述的對濺射過程的期望水平的控制。
[0061]在一些實施方式中，每個混合氣體歧管310和/或混合氣體歧管供應管線315具有ー個或多個MFC，其操作以獨立地將預定氣體以預定速率選擇性地引入至腔室。本領域技術人員將能夠選擇合適的MFC用於此目的。該系統可根據期望的控制水平而具有任何數量的混合氣體歧管310和相應的獨立控制的MFC。
[0062]在一些實施方式中，在混合氣體歧管入口和混合氣體歧管供應管線315的接合點具有單個MFC。當被命令時(計算機或人命令)，該MFC可打開從而以預定速率引入預定量的預定氣體。本領域技術人員將意識到，每個混合氣體歧管入口處的MFC可被一起或獨立地調節，從而調節每個混合氣體歧管處的氣流。
[0063]在一些實施方式中，混合氣體歧管供應管線315被連接至任選的其他混合腔室340，從而預定量的惰性氣體和/或反應性氣體在進入混合氣體歧管供應管線315之前被混合和/或保持住。在一些實施方式中，氣體混合腔室340具有在混合腔室的出口和入口處的ー個或多個MFC，從而可以獨立地控制混合氣體歧管供應管線和混合氣體供應管線345之間的流體連通。混合腔室340可具有葉輪，用以輔助混合氣體。
[0064]在其他實施方式中，混合氣體歧管供應管線315被直接連接至混合氣體供應管線345，混合氣體供應管線345又與惰性氣體歧管330和反應性氣體歧管320連通。
[0065]在一些實施方式中，`惰性氣體歧管330的入口連接至惰性氣體供應管線338 (它本身被連接至ー個或多個惰性氣體源)，從而將ー種或多種惰性氣體傳輸至惰性氣體歧管330。在一些實施方式中，惰性氣體歧管的出口被連接至混合氣體供應管線345。
[0066]類似地，在一些實施方式中，反應性氣體歧管320的入口被連接至ー個或多個反應性氣體供應管線328，優選地，每個反應性氣體供應管線被獨立地連接至不同的反應性氣體源。在一些實施方式中，反應性氣體歧管320的出ロ被連接至混合氣體供應管線345。
[0067]在其他實施方式中，每個惰性氣體歧管330和反應性氣體歧管320可具有ー個或多個MFC，優選位於它們的入口和出口處，因而每個氣團可選擇性地被設置得與各混合氣體供應管線345、惰性氣體供應管線338或反應性氣體供應管線328流體連通。這些MFC每個都可由計算機350或界面360獨立控制。
[0068]本領域技術人員知道的可適用在本發明裝置中的其他非限制性的控制方法包括壓カ控制、分壓控制以及電源的電壓控制。例如，ー個普通的實施方式是在壓力控制下操作陰極。因為壓カ是可影響速率的ー個變量，通過壓カ計(例如電容壓カ計)保持它恆定，並使用該測量值來控制氣體流動(例如通過PLC的閉環)，是ー種增加工藝穩定性的方法。在一些實施方式中，氬氣和氧氣都可以是流動的，並且質量流量控制器將獲得模擬信號或數位訊號，以增加或降低流量，從而保持壓カ恆定，同時維持預定的流量比。分壓控制可通過利用殘留氣體分析器(「RGA」)或其他測量裝置來提供分壓信息而類似地實現。這將使得氬氣和氧氣分壓被獨立地控制。
[0069]濺射壓カ和氣流通常是利用濺射腔室中的設備和塗布機上的控制系統來控制的。通常，使用基於可編程邏輯控制器(「PLC」)或個人計算機(「PC」)的控制系統，控制軟體允許從人機界面(HMI)並且也經由使用エ藝監控的自動控制而控制壓カ和氣流分布。壓カ可使用多種真空計測定，例如電容真空計、電離真空計、薄膜計等等。壓カ可通過改變氣體流速、増加或降低泵送速率(通過限流、降低泵轉速、添加可被調節的泵縫隙(pump slit))而被控制。在一個實施方式中，該方法在壓カ控制下操作，壓カ控制使用電容壓力計的輸出來為控制氣流的MFC提供控制輸入。
[0070]鋰濺射速率的控制使用本文所述的光學方法或其他設備(例如晶體率監控器、自動吸收光譜監控或本領域技術人員已知的其他方法)來提供。
[0071]本發明的另一方面涉及監控並且需要時校正基底上的鋰的沉積均勻度和/或沉積速率的方法，如圖4所示。鋰的沉積均勻度和/或沉積速率可通過測量例如基底上產生的鋰薄膜塗層的厚度、光穿過塗布的基底的透射率、和/或被塗布基底離開濺射腔室的速率來監控。在優選的實施方式中，濺射速率通過監控光穿過被沉積的鋰的透射率來測定。 申請人:認為，隨著鋰濺射速率的増加(因而沉積的鋰的量増加)，光穿過基底的透射被降低。
[0072]任何這些測定的參數410可被用作指標來測定濺射速率和/或基底上的沉積膜或塗層的均勻度。
[0073]所測定的參數隨後與預定值或設定值420 (或者，在一些實施方式中，ー個範圍值)比較。如本領域技術人員將意識到的，對於不同類型的基底、不同類型的基底應用或不同類型的鋰靶，該預定值或設定值可以是不同的。
[0074]隨後，計算機或人將在步驟430確定所測定的參數是否符合預定值或設定值。如果所測定的參數是足夠的，即符合預定標準，該方法即以濺射腔室400內隨後存在的條件運行。但是，如果測定的參數不足夠，即不滿足預定標準，那麼該方法隨後通過改變腔室內的隨後存在條件的一個或多個組成`部分或惰性氣體流中的一個或多個組成部分而被改變。計算機或人將計算實現濺射速率改變450所需的反應性氣體的傳輸量、類型和/或速率。隨後，反應性氣體將被引入從而實現所述改變460。該循環可持續並按需要重複。
[0075]在一些實施方式中，算法450被用來確定濺射腔室(沿整個腔室或靶的任何部分局部)或惰性氣體流內的最佳氣氛條件，即，使用算法來確定腔室或惰性氣流內反應性氣體與惰性氣體的比率，從而優化濺射速率。例如，可使用線性等式，其可對於每需要調節1%的局部的鋰的濺射速率而增加或減少0.1%的氧氣流。此外，該算法可用來同時全局地調節幾個歧管間氧氣流動，從而維持整體均勻度和濺射速率。該算法還可按需要包括功率調節，從而保持整體濺射速率在控制之下。在一些實施方式中，計算機或人將確定執行所述改變460從而改變濺射腔室的隨後存在條件的最佳方式，即，確定改變特定歧管處或惰性氣體流中的氣流、所需的反應性氣體/惰性氣體比率、和/或所需的反應性氣體/惰性氣體混合物的成分的最佳方式。
[0076]例如，如果所測定的基底的透射率低於預定的設定值，那麼本發明的濺射系統將通過引入一定量反應性氣體而響應，從而修正該缺陷。例如，如果確定基底中心部分沉積的鋰的均勻度不足，那麼足以實現濺射速率増加的量的反應性氣體將被傳輸至鋰靶的對應基底的不均勻部分的那個部分。[0077]所測定的參數410可被持續監控或可以預定時間間隔監控。這樣，可以持續調節濺射腔室內或惰性氣流內的隨後存在條件，從而產生具有均勻的、預定厚度的被塗布基底，或以預定速率在基底上沉積塗層。
[0078]自動控制系統的ー個例子是與塗布機PLC控制系統結合操作的光學監控系統。該裝置將監控塗層均勻度，並且信息將利用上述算法被處理。該信息隨後被送至PLC，並用來調節MFC流動參數、功率設置、壓カ或系統的其他控制輸出。
[0079]雖然本發明已參考【具體實施方式】描述，但要理解的是這些實施方式僅是對本發明的原理和應用的解釋。因此，要理解的是，可對所示實施方式作出多種修改，並且可設計出其他排布方式，而不背離本發明 的如所附權利要求限定出的實質和範圍。
【權利要求】
1.ー種在基底上沉積鋰膜或鋰塗層的方法，所述方法包括(i)將鋰靶和所述基底放置在腔室中；和(ii)在具有用以增加鋰的濺射速率的成分的氣氛中濺射所述靶，所述增加是相對在惰性氣氛中的鋰的濺射速率而言的。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述用以増加鋰的濺射速率的成分選自氧氣、氮氣、滷素、水蒸氣和它們的混合物。
3.ー種在基底上沉積鋰膜或鋰塗層的方法，所述方法包括(i)將鋰靶和所述基底放置在腔室中；和(ii)在包含反應性氣體和惰性氣體的氣氛中濺射所述靶。
4.根據權利要求3所述的方法，其中所述反應性氣體選自氧氣、氮氣、滷素、水蒸氣和它們的混合物。
5.根據權利要求4所述的方法，其中所述反應性氣體是氧氣。
6.根據權利要求3所述的方法,其中所述惰性氣體選自IS氣、氦氣、氖氣、氪氣、氣氣和氡氣。
7.根據權利要求3所述的方法，其中所述基底選自玻璃、聚合物、聚合物的混合物、層壓材料、電極、包含金屬氧化物的膜、以及電致變色裝置。
8.根據權利要求3所述的方法，其中所述反應性氣體與惰性氣體的比為約1:100至約100:1。
9.根據權利要求3所述的方法，其中添加至所述氣氛的所述反應性氣體的量為所述氣氛中氣體總量的約0.01%至約10%。
10.根據權利要求3所述的方法，其中添加至所述氣氛的所述反應性氣體的量為所述氣氛中氣體總量的約0.01%至約7`.5%。
11.根據權利要求3所述的方法，其中所述反應性氣體增加濺射速率約1%至約30%。
12.根據權利要求3所述的方法，其中所述反應性氣體被添加至所述氣氛的一部分。
13.根據權利要求3所述的方法，其中所述反應性氣體被添加至所述濺射腔室的圍繞所述靶的特定部分的區域。
14.根據權利要求13所述的方法，其中所述靶的所述特定部分是非均勻的區域。
15.根據權利要求3所述的方法，其中所述反應性氣體從上遊エ藝引入。
16.ー種濺射系統，包括(i)用於濺射平面鋰靶或轉動鋰靶的腔室；(ii)與所述腔室流體連通的ー個或多個混合氣體歧管；和(iii)與所述混合氣體歧管流體連通的反應性氣體源和惰性氣體源。
17.根據權利要求16所述的系統，其中所述反應性氣體通過至少ー個混合氣體歧管被引入至所述腔室的一部分。
18.根據權利要求17所述的系統，其中所述腔室的所述部分對應於所述靶的不均勻部分。
19.根據權利要求16所述的系統，其中所述反應性氣體選自氧氣、氮氣、滷素、水蒸氣和它們的混合物。
20.根據權利要求16所述的系統，其中所述反應性氣體與所述惰性氣體的比率為約1:100 至約 100:1。
21.根據權利要求16所述的系統，其中所述反應性氣體是從上遊エ藝被引入至所述腔室的。
22.根據權利要求21所述的系統，其中額外的反應性氣體被添加至所述腔室。
23.根據權利要求22所述的系統，其中添加至所述腔室的所述額外的反應性氣體不同於從所述上遊エ藝引入的所述反應性氣體。
24.一種監控或改變在基底上的鋰的沉積均勻度或沉積速率的方法，所述方法包括以下步驟:(i)測定作為鋰的濺射速率的指標的參數；(ii)將所測定的參數與預定值或設定值比較，從而確定濺射速率是否需要改變；以及(iii)調節濺射腔室的至少一部分內的氣氛從而改變濺射速率。
25.根據權利要求24所述的方法，其中所述濺射速率通過將反應性氣體引入所濺射腔室的至少一部分而改變。
26.根據權利要求24所述的方法，其中所述反應性氣體由上遊エ藝引入。
27.根據權利要求2`4所述的方法，其中所述參數是交叉對話水平。
【文檔編號】C03C17/09GK103562431SQ201280026857
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2012年3月26日 優先權日:2011年4月7日
【發明者】艾瑞克·伯約納 申請人:賽智電致變色公司