TWI893575B - 具高硬度塗層的低折射率薄膜及其製作方法與製作裝置 - Google Patents

Abstract

一種塗布物件，包括透明基板和保護塗層，該保護塗層包括：黏附層，形成於該基板上；保護層，形成於該黏附層之上且具有介於1.6至1.8的折射率；抗反射層，形成於該保護層之上，該抗反射層包括多數亞層，其中至少一個亞層的折射率高於該保護層的折射率，且至少一個亞層的折射率低於該保護層的折射率。

Description

具高硬度塗層的低折射率薄膜及其製作方法與製作裝置

本申請案主張2022 年 12 月 20 日提出的美國專利臨時申請案號 63/434,048的優先權，其公開內容全部併入本文作為參照。

本發明是關於物理氣相沉積系統，以及使用物理氣相沉積系統在物體上形成薄膜塗層的製程控制。

隨著行動裝置（例如手機、智慧手錶、VR 眼鏡和其他具有光學顯示器的裝置）的廣泛普及，越來越需要保護這些裝置免於使用時損壞，從而損及其顯示效果。用於保護光學顯示器的透明面板（玻璃或塑膠）需要光學透明、具有高透射率、低反射率，且須耐刮擦及耐磨損。如使用不會降低面板光學性能的塗層，則可以更增強該面板的耐刮擦性和耐磨損性。透過物理氣相沉積（PVD）製程（也稱為濺鍍），可以形成這種塗層。

在製造耐用的抗刮擦光學膜時，需要形成多層薄層，例如厚度小於250nm的材料層，以及至少一層厚層，例如厚度大於500nm的材料層。多層薄層用於修改光學特性，例如降低反射率，或修改機械特性，例如楊氏模量。

批次系統，例如鼓式塗布機，向來被用來沉積具有多層材料的結構。但有其局限性。由於基板是沿弧線通過沉積源，基板尺寸受到限制。此外，這種技術不能用來同時沉積特性不同的多層。例如，在鼓式塗布機中沉積折射率為1.65的SiON膜時，就不能同時沉積折射率為1.90的SiON膜。因為沉積材料源之間的流體連通過多，會對兩材料層都造成影響。此外，由於鼓式塗布機在批次之間必須對加工腔室進行排氣，結果會因排氣和重新啟動時吸入水蒸氣，而產生顆粒並對製程帶來變數。

線內塗布機使用裝載站來引入基板，故無基板尺寸限制。但亦有其局限性。由於基板是以頭尾互接的方式通過材料源，因此每一層材料層都必須使用自己的專用材料源。沉積的層數愈多、愈厚，所需材料源的數量也會增多。結果使得加工物件在每次進入下一個處理步驟前都必須排隊等待，導致系統內的在製時間（WIP time）漫長，系統因此變得龐大且昂貴。同時，由於基板從一個腔室移動到下一個腔室時，氣體也可能會隨之轉移到下一個腔室，導致很難將製程反應氣體完全隔離。

本申請人先前已公開一種靜置式加工和通過式加工的複合式系統架構。請參見Leahey等人的美國專利第9,914,994號。然而，這種複合式沉積系統帶來了若干製程控制上的挑戰，都是以傳統線內製程系統操作靜置式製程或使用具裝載站的批次製程系統時所沒有遇過的新挑戰。在這些傳統系統中，每個層的沉積室在開始進行濺鍍製程前都與其他腔室保持隔離狀態。在上述複合式沉積系統中，某一站可能正在進行靜置式製程，以沉積較厚的材料層，而相鄰的處理站正在快速改變製程以切換不同連續薄層的製程條件。這種系統的開放式通道設計就可能導致相鄰沉積室之間的濺射氣體來回改變擴散方向，進而顯著影響薄膜的特性。

因此，本技術領域需要一種改進反應性處理薄膜的方法和設備，包括系統架構和控制，以實現在批次站中形成快速但穩定的製程變化，同時保持線內站中能形成完整，均勻的厚層沉積的工藝和特性，從而快速有效地提供具有新穎特性的薄膜疊層。

以下對本發明內容的簡述，目的在於對本發明之數種面向和技術特徵作出基本的說明。發明的簡述並非對本發明的詳細表述，因此其目的不在特別列舉本發明的關鍵性或重要元件，也不是用來界定本發明的範圍。其唯一目的是以簡明的方式呈現本發明的數種概念，作為以下詳細說明的前言。

本發明的實施例提供一種沉積系統，該系統能夠增強對不同沉積製程的控制，以提供具有不同特性（例如密度和硬度）的不同薄層。本發明的系統特別適用於在基板上連續沉積不同類型的薄層，以增強基板的光學和機械性能。

本發明的一個面向包括一種獨特的系統架構，該架構結合批次製程和線內製程，並可在一個造價低廉的系統中，實現在不同材料層間的製程切換間，對於反應氣體進行良好控制。在進行濺射沉積時，是使用成對的磁控管。如果要形成較厚的單獨層，則使用多數對；反之，如要形成較薄層，則使用單一對。在沉積薄層時，使基板多次來回通過該單一對的材料源。每次通過時，所沉積的薄層可為不同材料。例如，第一次通過時用來沉積折射率1.6的SiON膜，第二次通過時用來沉積折射率1.9的膜，第三次通過時用來沉積折射率1.7的膜。餘此類推。

如要沉積厚層，可以使用多對材料源，以提高沉積量。基板以線內方式前進通過材料源，並使多數基板或基板載具以頭尾相接方式排列。只有在「線內」沉積腔室中，載具為頭尾相接排列。在「批次」腔室中，則只使用一個載具。在此設計下，在必須依照順序加工的塗布機系統中，可大幅縮短等待在耗時最久的製程之前的WIP時間，從而顯著提高沉積效率和產量。本發明的架構獲得使用批次處理系統所能產生的最大效益：基板可以多次通過一個或多個沉積源。同時也可以獲得使用配置有裝載站的線內系統所產生的最大效益：良好的材料層均勻性和高生產率。

本發明的面向包括一種塗布物件，該物件包括透明基板和保護塗層，該保護塗層包括：黏附層，形成於該基板上；保護層，形成於該黏附層之上且其具有介於1.6至1.8的折射率；以及抗反射層，形成於該保護層之上，該抗反射層包括多個亞層，其中至少一個亞層的折射率高於該保護層的折射率，且其中至少一個亞層的折射率低於該保護層的折射率。

本發明的另一面向是提供一種光學塗層膜，該塗層膜包含一種鹼性陽離子材料的氮氧化物，該膜的折射率低於1.8，硬度高於18GPa，且厚度大於500nm但低於3mm。藉由適當設定時鐘角度、陽極開口、基板傳送速度、氣體流速和陰極功率，可以調節該光學塗層膜的特性。

為了生產上述光學保護塗層，本發明提出一種電漿處理系統，該系統包括：真空外殼，具有第一站、第二站以及隔板，該隔板位於該第一站和該第二站之間，並具有永久打開的傳送端口；第一濺鍍源，位於該第一站內並具有第一氣體供應；第二濺鍍源，位於該第二站內並具有第二氣體供應；傳送軌道，用於在該第一站和該第二站之間傳送基板；以及控制器，用於根據預設的第一站配方和預設的第二站配方，在該第一站和該第二站執行電漿處理。該控制器還可以執行預測性控制，即根據氣體洩漏修正因子改變該預設的第二站配方。該系統還可以包括製程感測器，用於向該控制器發送狀態訊號，且該控制器還根據該狀態訊號對該預設的第二站配方執行迭代修正。該控制器可以執行預測控制，即根據該氣體洩漏修正因子，響應該第一站中氣體流量的變化，對該第二站的氣體流量進行調整。

本發明的另一面向提供一種用來操作電漿處理系統的方法，該方法包括以下步驟：為第一站專屬初始氣體流量、變換點和後續氣體流量設定第一製程配方；為第二站專屬第二氣體流量設定第二製程配方；設定氣體從第一站通過傳送開口洩漏到第二站的初始估計；以及使用該第一站的初始氣體流量、後續氣體流量以及該初始估計以計算該第二站的氣體流量變化；根據該第一製程配方、該第二製程配方以及該氣流變化，在該第一站和該第二站同時執行電漿處理。

另外，本發明還提供一種方法，該方法包括以下步驟：為第一站專屬第一氣體流量設定第一製程配方；為第二站專屬第二氣體流量設定第二製程配方；設定氣體從第一站通過傳送開口洩漏到第二站的初步估計；及啟動該第一站以根據該第一製程配方處理基板；啟動該第二站以根據該第二製程配方處理基板；監測該第一站的處理，及在該第一製程配方顯示該第一氣體流量變化時，使用該初始估計修改該第二氣體流量。

以下將參照附圖說明本發明的各種實施例。不同的實施例或其組合可以提供在不同的應用中或實現不同的優點。根據所要實現的結果，可以將本發明不同技術特徵全部或部分利用，也可以單獨使用或與其他技術特徵結合使用，從而在需求與限制之間，求得平衡的優點。因此，參考不同的實施例可能會突顯特定的優點，但本發明並不限於本發明實施例。也就是說，本發明技術特徵並不限於應用在所描述的實施例，而是可以與其他技術特徵「組合和配合」，並結合在其他實施例中。

本發明所公開的實施例提供一種複合式沉積系統，用於在基板上依序沉積各類型的薄膜。這種複合式沉積系統在製程控制上面臨若干挑戰。這些技術難題是使用靜置式製程的傳統線內系統或具裝載站的批次系統在操作上所沒有遭遇過的難題。在上述傳統系統中，每個材料層所使用的沉積室在開始濺鍍製程之前都與其他腔室保持隔離狀態。但在本發明的複合式沉積系統中，某一站可能正在進行沉積厚層的靜置式製程，而相連的鄰站卻正在快速轉換製程步驟，而為每個連續的薄層的製程步驟切換製程條件。

本發明所公開的實施例，是關於新型物理氣相沉積系統，該系統可以低成本、大量地製造各種多層薄膜塗層，厚度從幾奈米到幾微米。本發明也提供一種新穎的方法，該方法應用上述系統來生產具有高度可調光學和機械特性的高度透明硬質塗膜。此種組合結合了新穎的系統設計和新穎的加工方法，能夠使用眾所周知的材料組合製造出新穎的材料特性，這些材料特性在本技術領域尚無法以大量加工的方式獲得。本說明書選用以下所述的實施例，以闡述和舉例說明本發明的關鍵技術特徵，但絕非用於限制其工具、設計特徵或應用的範圍。在實施時也可採用本發明的替代實施例。

因此，本發明人已經發現，藉由新穎的沉積製程控制條件的結合，包括高功率及高度約束的電漿，可以在高電壓下進行氧化物和氮化物的高速沉積，而不會造成靶材汙染，從而實現具有高沉積率、極高硬度和高折射率均勻性的新穎膜特性。選擇最佳的開口設計和時鐘角度，則可以濾除低能量區域，有助於實現上述薄膜的製造。更詳細的說明請參照下文。

本發明人也發現，本發明所公開的系統能夠實現多種新穎的單層結構、分級層結構和多層結構。本發明可以快速製造出的新穎材料特性實例包括：奈米硬度（nano-hardness）高於20GPa且折射率相對較低（n=1.8 以下）的SiOxNy；折射率降低至n=1.35的SiO2層，可在多種應用中改善光學特性；及合成多層材料，既可保持硬度，同時還可透過調節薄膜密度以釋放應力並提高韌度。以下將提供以本發明製造上述幾種膜的實例。

前述開放的通道設計會導致相鄰沉積室之間發生濺射氣體變更流向而來回擴散、進而顯著影響製成薄膜的特性。為此，本發明乃提供一種改進製程控制的方法和裝置，以在批次站中實現快速且穩定的製程變換，同時在線內站中保持整個厚層沉積的均勻成長和特性。

本發明人已經發現，當一個或多個站中正在快速的變換製程方法時，僅憑反應性迭代製程控制可能尚不足以使在多個站點中同時進行沉積的薄膜都能保持均勻的加工和特性。因此，發明人開發一種新穎的適應性製程控制方法和裝置，將反應性控制及預測性控制相結合。其中，該預測性控制是根據在離線和處理期間的機器學習中，自多個感測器獲得的反饋資料開發而成。本發明部分實施例能使製程參數，包括每站內不同位置的反應氣流和載體氣流，以及功率等，能夠以最佳的速度和穩定性進行轉換，從而將站內濺鍍連續的層與層之間的WIP延遲時間縮至最短。另有部分實施例可以對所有站點的製程參數進行預測性同步修正，以輔助反應性修正，保持所有站點沉積膜製程的穩定與均勻。更有部分實施例可以對製程參數進行反應性和預測性修正，以因應長期漸進的變化（例如真空度劣化、機器老化或靶材腐蝕），這種情況可能需要對不同靶材位置間的氣流平衡及總氣流需求進行調整。本說明書選用以下所述的實施例，以闡述和舉例說明本發明的關鍵技術特徵，但絕非用於限制其幾何形狀、工具、設計特徵或應用。在實施時也可採用本發明的替代實施例。

本發明的方法和裝置，在本說明書中是以複合式濺鍍系統進行說明。該濺鍍系統使用成對的濺鍍源。本說明書會先說明該濺鍍源，以及該濺鍍源的多項特徵、使用成對濺鍍源的站點，以及具有多個濺鍍站的系統的實施例。此外，也會描述操作和控制該系統的方法，以及形成薄膜的製造步驟的範例。

圖1A顯示根據本發明實施例的第一組磁體和第二組磁體的配置俯視圖。第一組磁體105以直線排列，所有磁鐵以相同極性朝向。第二組磁體110以長橢圓形（俗稱跑道形狀）排列，環繞在第一組磁體105周圍。附帶一提，長橢圓形是一種具有扁平圓柱形的形狀，兩側面平行，兩端呈半球形，即磁體排列成兩條平行的線段，每端連接一個半圓。換句話說，該配置是由兩個半圓，以及兩平行線段以切線形式連接到其端點構成的平面形狀。第二組磁體110的所有磁體都以相同極性朝向，而與第一組磁體的極性朝向相反。例如，如果圖中所示的第一組磁體的一側（朝向讀者）是北極（其南極背向讀者，或進入頁面），則圖中所示第二組磁體的同一側是南極（其北極背向讀者，或進入頁面）。

圖1B顯示根據本發明實施例的磁體裝置沿圖1A的A-A線所見的截面圖。該磁體裝置在本文中總稱為磁棒。如圖1B所示的朝向，在本說明書所稱的「向下」或「向前」即表示面向靶材和電漿的方向（參見圖1C），而 「向上」或「向後」的方向即表示背離靶材和電漿的方向。如圖1B所示，保持板115定位於第一組磁體和第二組磁體之間，使得從第一組磁體發出的磁力線（見虛線曲箭頭）必須越過保持板才能到達第二組磁體。換句話說，穿過第二組磁體軸心（即穿過磁體的兩個磁極）的直線在到達靶材內壁前必須先穿過保持板。而穿過第一組磁體軸心的直線（見圖1C虛線箭頭）則無需穿過保持板即可到達該內壁。該保持板是一塊導磁的長橢圓形板，用來輔助調整靶材表面的磁通，使磁場分流。

長橢圓形保持板的橫截面可具有類似U形槽的形狀，保持板隔該U形的谷部相對的兩端以一角度向外延伸。 該U形槽由平坦的底部111、兩個平行的豎壁113自底部111的相對邊緣延伸，以及兩個向外以定角度延伸的延伸部114組成。該兩個延伸部114從豎壁113的末端以彼此相反的方向延伸。第一組磁體配置在U形槽的谷部側（或保持板的前方），而第二組磁體則配置在U形槽的對側（或保持板的後方），由豎壁113、延伸部114和封板120所限定的區域中。因此，當磁棒安裝在濺鍍靶材內部時，從第一組磁體有達到靶材的直接視線，而第二組磁體則被保持板遮擋，沒有達到靶材的直接視線。

如前所述，封板120環繞第二組磁體，以將第二組磁體包覆在封板120和保持板115之間。換句話說，第二組磁體是定位在由封板120和保持板115所限定的空間內。如圖1B所示的整個磁體和保持板的總成還可以選用的絕緣材料112，例如樹脂等加以包覆（如圖1B虛點線所示）。

圖1C顯示安裝在旋轉圓柱形靶材130內部的磁棒1001截面圖。圓柱形靶材130塗布有濺鍍層132，該濺鍍層由要濺射到待塗布部位上的材料製成，例如，對於玻璃板的塗層，可以使用SiAl材料。換言之，濺鍍層132在濺射時會消耗。濺射時，磁棒1001保持靜止，而圓柱形靶材130圍繞其軸線（垂直於頁面）旋轉。隨著靶材旋轉，電漿濺射的材料所由來的靶材上的區域也會改變。因此，靶材的材料會自整個靶材的外圍均勻消耗。在這方面，儘管磁棒1001在處理循環期間保持固定，但其朝向可繞磁棒的軸線改變。也就是說，磁體保持方向相對於垂直方向的角度（在本說明書中也可稱為時鐘角度）可以因應不同製程而改變。以下將參考圖2A至圖2C進一步詳細解釋此特徵。

圖1D顯示根據本發明實施例使用單一旋轉靶材130的濺鍍室截面圖。該濺鍍室具有一個真空外殼，可以是矩形。濺鍍室具有出入口，用於將基板沿行進方向（見圖1D中的雙頭箭頭）引入到濺鍍室。圓柱形靶材則沿著與行進方向正交的橫向方向延伸（在圖1D中為進入頁面的方向）。在本發明某些實例中，圓柱形靶材可以橫向延伸到例如一公尺。

在此種實施例中，待塗布的基板107在靶材130下方的傳送帶17上傳送。電漿102被如本發明所述的特殊設計磁棒 1001限制在靶材和基板之間的區域內。如果提供將基板固定的裝置，例如夾鉗，則整個頁面可以上下顛倒，所形成的實施例將是靶材位於基板下方，濺射則是向上進行。這樣設計的目的是使任何不需要的粒子受到重力影響向下移動，以免落在基板上而污染基板。

圖1D中提供氣體注射組件135，用於注射反應性氣體，例如氧氣及/或氮氣。這些氣體會與從靶材濺射出來的材料發生反應，從而改變其成分。另一種做法是注射非反應性氣體，如氬氣，用來保持電漿，以從靶材中濺射出濺鍍材料。因此，如果靶材由例如SiAl的材料製成，且注射的氣體包括氬氣、氧氣和氮氣，則氬氣物種將使SiAl粒子自靶材中脫落，這些粒子將與氧氣和氮氣發生反應，則沉積在基板上的材料將會是SiAlON。

圖1E顯示的實施例使用兩組磁棒1001放置在圓柱形旋轉靶材內，從而在兩個靶區域同時維持電漿濺射。在這種實施例中，基板107是由載具171固定呈垂直朝向，並在進入及遠離頁面的方向上移動。注射組件135向靶材和基板之間的空間注入氣體，以使氣體與從靶材濺射出的材料進行交互作用。

根據以上的說明，本發明提供一種濺射系統，該系統包括：圓柱形靶材，在外表面上塗布有濺鍍材料；磁體裝置，位於該圓柱形靶材內部，並包括：第一組磁體，呈一直線排列，每個磁體具有面向該圓柱形靶材內壁的第一磁極和背向該圓柱形靶材內壁的第二磁極；第二組磁體，呈跑道形狀圍繞該第一組磁體排列，每個磁體具有背向該圓柱形靶材內壁的第一磁極和面向該圓柱形靶材內壁的第二磁極；保持板，定位在該第一組磁體和該第二組磁體之間，使得從第二組磁體的一個磁體軸心通過的直線在到達該內壁前會與通過該保持板，而從第一組磁體的一個磁體軸心通過的直線則無需通過該保持板即可到達該內壁；以及封板，將該第二組磁體封閉在該封板與該保持板之間。該保持板的橫截面可以類似於U形，隔其谷部相對的U形兩端以一角度延伸。

圖2顯示本發明濺鍍站的實施例。該濺鍍站利用將兩個旋轉靶材連續排列的方式，用以在兩陰極間維持電漿，從而自兩個靶材同時濺射材料。圖2所示的整個配置可以放置在真空腔室內，所以可在一個濺鍍室中形成其中一個濺鍍站。兩個靶材內的磁棒可以設定使其軸線朝向垂直方向，且互相平行。另一種替代性設計是使磁棒14以一角度互相朝外，或如圖2所示，互相朝內。例如，在一個靶材中的磁棒14可以相對於垂直方向朝另一個靶材偏向，該偏向角度可以是ϕ，例如大約在15-60度之間，例如30度，如圖中左側的靶材顯示的箭頭以及時鐘角度ϕ所示。利用如上的設計可將電漿102保持在兩個磁棒14之間的區域內，從而可以同時從兩個靶材濺射材料。此外，在本實施例中，該氣體注射組件16是定位在兩個靶材之間，以向兩個靶材之間朝電漿注射氣體，從而使該氣體物種能被自兩個靶材濺射出的材料消耗。

值得一提的是，本發明人一些關於上述腔室的實施例中已經發現，當磁棒位於垂直位置（即時鐘角度=0）時，在每個陰極正下方沉積的材料具有非常高的平均吸附原子能量，相應地在該處沉積而成的膜具有非常高的密度、硬度和應力。在這些位置沉積的SiNy薄膜可能是完全緻密，該薄膜的n=2.05，硬度超過25GPa，壓膜應力超過1GPa。同一時間，從角度ϕ呈大約負60度直到陽極側邊，即在濺鍍室的入口，與橫向陽極相鄰之處的區間所沉積的薄膜，具有低出很多的吸附原子能量，且可能具有低密度、折射率 n ＜1.8，和極低的壓縮應力。在部分實施例中，在腔室的中心線，即兩個陰極軸間的中間處所沉積的薄膜，也會具有較在每個陰極正下方沉積薄膜更低的吸附原子能量和折射率。

反之，如果使磁棒朝腔室中心線偏向時鐘角度ϕ 為諸如+30度時，則從每個陰極到腔室中心線之間的區域所形成的SiNy膜，都會是均勻且完全緻密，且折射率為 n=2.05。然而，在靠近濺鍍室入口，鄰近橫向陽極處所沉積的薄膜會具有低折射率，且該低折射率薄膜區域延伸到相當大的範圍。如果使磁棒朝遠離腔室中心線，即時鐘角度為負，例如負30度時，則在濺射室入口附近會形成更完全緻密的SiNy膜，但從靠近腔室中心線處延伸到大面積的區域中所形成的薄膜，折射率n＜1.8。

由此可知，藉由在不同處理期間改變該時間角度ϕ，可以沉積具有不同特性的不同薄膜。以下將更全面說明如何將不同的時鐘角度與不同的陽極開口結合運用。

圖2所示的其他特徵包括接地陽極15（另參見圖5）和靶材冷卻裝置。該冷卻裝置包括流體輸送管13’，用來將冷卻液輸送到靶材內部，達到靶材的一個端壁（參見圖2中的放大圖，圖中顯示圓柱形靶材的一部分，沿著靶材長度所見的橫截面圖）。輸送管13’ 在達到距端壁一定距離處終止，並具有開放的端點。在此情形下，從輸送管13’流出的流體會衝到端壁131後回流至流體回流套管133。回流套管133中的流動方向與輸送管13’中的流動方向相反，如虛線箭頭所示。靶材隨著回流套管133中的流體流動而冷卻。流體再次流回輸送管13’之前，會在相對於端壁131的另一端（圖2未顯示）收集並送到冷卻器231中。

圖2也顯示一組傳送機構，其中使用磁輪140傳送托盤172。該托盤172上放置有多個基板。以下將參照圖 6至圖9 更詳細說明有關傳送機構的實施例。

上述配置的典型用途是將材料從靶材的化學計量轉化為包含調整後的氧化態（與原始材料比較）的薄膜。此類薄膜通常會變成電介質，並且通常在光學、摩擦和擴散等領域提供用途。最常見的做法包括在加工過程中引入反應氣體（例如，O、N、H等），以在最終薄膜中形成所需的鍵合和最終的化學計量（例如SiAlON）。該過程通常會產生過量的電子。過量的電子可能會導致有害的電漿損傷和加熱效應，從而影響薄膜品質。一種補救措施是利用特殊設計的陽極來收集過量的通量，從而將過量的電子排除在可能的薄膜相互作用之外。然而，吸附物通常會隔離腔室內部的所有表面，陽極也不例外。因此，隨著陽極逐漸被掩埋，電漿會逐漸變得不穩定。換言之，陽極相對於電漿的電位被積累的氧化材料所隔離，因此從電漿的帶電粒子的角度來看，陽極並不存在。

圖2A顯示本發明利用兩個旋轉圓柱形靶材的實施例截面圖，圖中還包括參考線，用來顯示濺鍍室中各元件的空間朝向和關係。如圖所示，圓柱形靶材內的兩個磁控管105朝向彼此偏向，例如時鐘角度為30 ⁰，從而將電漿102保持在兩個陰極13之間。磁控管通常可以垂直朝向（如虛線所示），即磁控管的對稱軸與濺鍍腔室的底部正交，也可相對垂直線傾斜，而形成時鐘角度ϕ，如圖 2A 所示。該時鐘角度ϕ可以是，例如垂直方向0 ⁰-+/-60 ⁰，例如從垂直方向偏移-30 ⁰、0 ⁰、+30 ⁰，其中，負時鐘角度表示兩個磁控管互相朝外偏向，正時鐘角度表示兩個磁控管朝向彼此偏向。

每個磁控管界定出穿過其中心的對稱軸，在圖2A中以點線箭頭表示。當兩個靶材以正時鐘角度傾斜時，兩個磁控管的對稱軸會在旋轉靶材的表面前方的一點處彼此交叉。當兩個旋轉靶材水平放置時，即通過兩者旋轉軸的直線為水平線（見斷線），且時鐘角度為正時，兩條對稱軸會在水平線下方的交叉點處相交。此外，連接交叉點和氣體注射組件135的中心的直線將會垂直於該水平線（參見圖2A中的實線）。

如前所述，如果要製作具有新穎特性的薄層，所使用的處理站必須具有改變磁控管時鐘角度的結構和能力、必須使用成對的圓柱形靶材、有效去除電子的能力（以下將參考圖3-圖5說明），以及提供一個處理站開口，該開口可以縮小可能到達基板的顆粒形成的錐體，如此才能規範能落在基板上的顆粒的接近角度。最後一項特徵將會參考圖2B和圖2C進行描述。

圖2B示意性顯示一種電漿處理腔室截面圖，該電漿腔室構造成物理氣相沉積形式的真空處理腔室，該處理腔室具有根據本發明實施例的陽極開口護罩。在本實施例中，有一對濺鍍靶材130安裝在真空腔室100內靠近頂板處，但本發明也可使用其他形式的濺鍍靶材，例如旋轉型或靜止型，並且可以附接到頂板或側壁。而且，通常真空腔室100可以形成圓形、矩形、正方形等。但為了簡化起見，本發明的實施例為矩形真空腔室100。定位在靶材130內的磁控管105點燃電漿102並將電漿102維持在靶材130的前表面之前，使得靶材130上的沉積材料132被來自電漿的物種轟擊。其後，靶材130的沉積材料132粒子從靶材濺射並落在基板107上，以形成塗層。在圖中，作為示例，顯示基板在載具171上行進。但是基板在濺鍍製程期間可以保持靜止，也可移動，例如以傳送帶傳送。

從沉積材料132濺射出來的粒子在投向基板107時可能以不同的角度行進，如點線箭頭所示。以不同接近角度降落的粒子在基板上形成的薄膜則會具有不同的光學和物理特性。因此，在本發明的實施例中，乃使用接地陽極形成開口，用來限制朝向基板濺射的粒子可到達基板的視線。以下將參考圖2B和圖2C說明該開口及其不同的變化例。

圖2C顯示一個通過型沉積腔室100去蓋後幾何結構的示意性俯視圖，圖中顯示該沉積腔室100包括本發明實施例的接地陽極開口。圖中顯示該腔室100包括兩個沿橫向軸線的橫向腔室壁31、兩個沿傳送軸線34（圖中的雙頭箭頭）的傳送向腔室壁32，其中的傳送載具171（參照圖2B）沿傳送軸線34穿越腔室100行進。接地陽極開口由兩個橫向開口護罩36和兩個傳送向開口護罩37界定形成，每個橫向開口護罩36附接到一個橫向腔室壁31，每個傳送向開口護罩37附接到一個傳送向腔室壁32。配置在全部四個腔室壁長度的橫向護罩和傳送向護罩共同形成一個開口護罩，限定出一個開口33，用來限制從靶材到基板的視線，且在圖2C所示的實施例中，該開口33大致形成為矩形。該開口護罩阻擋淺角度、低能量的電漿沉積，該沉積在腔室的邊緣周圍產生不需要的低密度沉積，如圖2B中點劃箭頭所示。淺角度沉積路徑411，例如從垂直方向到基板方向的角度大於30度，45度或60度的沉積路徑，是以橫向陽極護罩阻止其在載具 171 上沉積薄膜。並在載具 171行經腔室100時，經過箭頭33所指示的位置時，僅允許垂直和陡角度沉積，因此可以提高沉積在基板107上的薄膜的薄膜密度和均勻性。

如先前所說明，平均吸附原子能量和相應的膜密度以及其他性質在整個載具上沿橫軸會有不均勻的變化。在本發明一些實施例中，橫向不均勻性變化可以透過設計如圖2B的放大圖所示的非矩形開口護罩來提供補償。矩形開口51可以提供能夠沿著載具橫軸都可以進行沉積的恆定傳送路徑長度。中央內凹開口52提供的則是跨載具橫軸能夠進行沉積的連續的較長的傳送路徑長度。中央內凹的開口可以在橫向軸線的中心處沿著傳送方向形成較窄的高角度濺鍍，這樣可以補償由於從沿著橫向軸線的兩側接收更多的高角度橫向濺射而增加的高角度濺鍍。邊緣缺角開口53是用於補償沿著腐蝕凹槽的快速邊緣沉積的適當設計，該腐蝕凹槽通常在通過型沉積製程中，由於在每個端部處需要磁通閉合，故而形成在陰極的每個端部處。

現回到圖2B，護罩組件，尤其是兩個橫向開口護罩36可以構造成各種設計，其中的兩種顯示在圖2B中。在這些設計型態中，每個開口護罩組件都是由頂板36T，底板36B以及位於其間的間隔件36S構造而成。在本發明一些實施例中，間隔件36S可以包括嵌入其中的磁體陣列。頂板36T和底板36B中的至少一者可導電，並且例如以安裝到腔室100的接地側壁上的方式，而耦接至地電位。這些組合成陽極開口的板可以由Al、Cu或Fe等基板料製成，例如為不銹鋼。在本發明實施例中，頂板36T包括穿孔36P。根據本發明另一個實施例，該橫向護罩36的頂板36T結合有接地陽極15。該陽極15的結構和功能將在下面參考圖4和圖5更全面的說明。

在操作時，從注射組件135噴射前驅氣體以點燃和維持電漿。注射組件135也充當陽極，詳情將在說明圖4時解釋。磁通量在經典磁控管動力學下產生，其中由磁控管105界定的磁力約束區域能夠實現諸如Ar、Kr、Xe、Ne、He等氣體種類的有效電離，並使電離的物種隨後朝向保持在電位（例如，-400 V或更高）的陰極加速。這些加速物種的衝擊賦予足夠的能量以將靶材130先前已結合的材料132移入真空空間，接著將該材料在真空空間中沉積到基板107上。靶材130是由最終要沉積在預期基板107上的材料132的相同化學計量組成。否則，也可以由注射組件135另外注射反應氣體，例如氧氣及/或氮氣，使其與濺射物種反應，使得形成在基板107上的材料層包含反應後的物種。

為了維持穩定電漿以形成均勻的薄膜，有個重要的議題是透過不間斷向電子提供無阻礙的接地路徑以去除多餘的電子。本發明提供新穎的技術特徵，可以有效地實現維持耦接到地電位的暢通路徑。

圖3顯示本發明新穎設計的置中陽極的技術特徵示意圖，該陽極結合在氣體注射組件135內。應當注意的是，雖然在圖1D中氣體注射組件135是顯示成位在腔室的一個側壁上，但實際上氣體注射組件135可以放置在任何適合注射氣體的地方，例如頂板上，如圖2所示。此外，當如圖2所示將陽極部署在兩個圓柱形旋轉靶材之間時，圖3的置中陽極的元件（例如，以下描述的陽極塊3、磁體陣列7、保持板8、氣體分注板5和過濾器6）可以延伸至圓柱形靶材的長度上（亦即，延伸進入如圖2所示的紙中）。

如圖3所示，陽極塊3固定在腔室壁1（或頂板，見圖2）。陽極塊3最適合的材料是金屬，例如鋁或銅，或其他導電材料（提供導電性和導熱性兩者）。磁體7安裝在保持板8上，保持板8也直接固定至腔室壁1並延伸到陽極塊3內的空腔23中，使得當處於真空狀態時，磁體7與陽極塊3之間不存在直接形成橫向電或熱連接的連接材料。以上設計標準有利於抑制電流直接流過磁體結構，並能保持磁體的熱穩定性。

冷卻通道9切入陽極塊3，以允許冷卻劑在其中流動，藉以控制陽極塊3的溫度。此外，氣體輸送管線2穿過陽極塊，並向至少一個氣體注射孔25提供氣體。該一個或多個氣體注射孔是設置在氣體分注板5 （也是導電材料），該氣體分注板5附接到陽極塊3的頂部並連接到氣體輸送管線2，以便經由氣體注射孔25將規定的氣體物種輸送到真空環境。氣體注射孔25的鑽孔直徑小於2mm，較優選為小於1.6mm。無論可能的電位如何，這種規格都可抑制在分注板5內形成電漿（根據帕邢定律Paschen’s Law）。因此可以在注射孔口周圍的區域中形成較少的二次電子，並因此形成較低的電漿密度。此外，該至少一個注射孔與來自磁體7的磁場線的最高密度共線。

圖4顯示電子過濾器6的結構的空間關係。該過濾器6由兩個彼此對向的過濾條18組成，兩者之間形成間隙，標記為d。過濾器6界定出促使沿著磁場線行進的電子與沿著視線軌跡行進的吸附粒子兩者分離的尺寸。具體而言，過濾條的自由端的總厚度t設成較大，並且優選為兩個鏡射配置的過濾條18的最接近邊緣之間，跨過陽極結構的中心線而隔開的距離d的兩倍。在本發明實施例中，厚度t大於3毫米，且甚至可以大於5毫米。這種準直關係可以優化電子過濾量和電子總捕獲量之間的競爭效果。而且，過濾條的自由端較好設成比附接到陽極塊的相對端更薄，從而在陽極塊和過濾條之間界定出一個中空區域。

圖 4顯示鏡射配置的電子過濾機制對接地捕獲產生的效果。如圖所示，磁場線（虛線）10將陰極陣列連接到陽極的中心。區域11 （實線橢圓形）顯示當磁場線接近陽極磁體7時，磁場線會緻密化。磁場強度B的提高造成入射電子e反射。動量轉移的可能性導致電子的反向運動，其方向與入射角形成一定角度，請參閱標記為 e 的斷線箭頭。因此，反射軌跡的集合形成一個損耗錐，該損耗錐的寬度大於允許電子進入陽極過濾器結構的開口寬度。在圖4中以實線橢圓形12表示損耗錐的範圍，是位於陽極塊3（如已配置氣體分注板5則為氣體分注板5）和過濾器6之間所界定的中空區域內。該損耗部分的反射使得其中的電子在反射後撞擊到過濾器6上，不會遭到絕緣材料塗布的內部導電表面，該導電表面提供最終連接到地電位的路徑。利用這種設計，無論腔室本體中所進行的塗布作用如何發展，陽極都保持可用。換言之，即使過濾器6的前表面（即面向電漿的表面）遭到絕緣材料塗布，其內部表面（即非面向電漿的表面）也能保持未遭塗布的狀態，因此存在可用的接地傳導路徑。

現在回到圖3。因為本發明上述設計的組合產生的現象可以降低在氣體分注板5上方，或例如電子過濾器6等其他局部結構的導電金屬表面上方，形成諸如氧化物或氮化物之類的絕緣材料的機會。本發明可以優化陽極結構，即使在長時間的惡劣環境中操作後仍保有效用。為了抵抗製造上的嚴格條件，可以將消耗性或犧牲性護罩4附著至陽極塊3的外部，使積聚的材料粘附在該處，以進一步保護陽極免於絕緣材料的沉積。

接地陽極15的另一個實施方式是設置在腔室的側壁上，位在陰極13的外圍。這種設置的詳情顯示在圖5中。外圍陽極塊20是附接至腔室壁1。代替如圖3所示的雙過濾器結構，在圖5中只需要這種組合方式的一半。這是因為圖5的實施例只有一個陰極提供磁場線19連接到外圍陽極15。過濾條18附接到陽極塊20，由間隔件26隔開，從而形成半島形過濾條18，並以其腰部處連接到陽極塊，藉此在過濾條18和陽極塊20之間界定出中空區域H。在這種設計下，可以描寫成過濾條18是從間隔件26懸臂伸出。此外，值得注意的是，如圖中的放大圖所示，在任何本發明的實施例中，陽極塊20、間隔件26和過濾條18可以一體地製成單塊，該單塊在後方部分具有用於容納磁體的空腔，在前方部分則為該懸臂過濾條。在任何本發明的實施例中，該過濾條18的自由端可以設成比附接至陽極塊的附接端更薄，或者也可以使整個過濾條18的厚度由附接端朝向自由端逐漸變細，如圖5的放大圖中所示。

磁體21插入陽極塊中的空腔中並附接至保持板22，其中，磁體21或保持板22的任何部分均不與陽極塊20形成物理接觸，使得在磁體21和保持板22兩者與陽極塊20之間形成真空間隔。過濾條18定位成部分與從磁體21發出的磁場線相交，使得一些磁場線穿過該過濾條18，而另一些磁場線則未穿過該過濾條18。因此，被磁場偏轉的電子會撞擊過濾條18上非面向電漿的內表面，並藉此保持陽極不被絕緣物種塗布。

在本發明的任何實施例中，陽極塊可以電連接到腔室本體並且處於與腔室本體相同的電位，例如地電位。反之，如圖5所示，陽極塊也可以與腔室本體絕緣並單獨連接到電位源V，或者也可以將過濾條連接到電位源V。而且，在任何本發明的實施例中，磁體具有大於30MGOe（兆高斯奧斯特）的強度。在任何本發明的實施例中，磁鏡比（r＝B(max)/B(min)，其中B是磁場強度）大於10，並且更優選為大於100。在此所稱的磁鏡是指利用陽極和陰極影響範圍內的磁力配置，以在磁力約束區域的任一端創建一個磁場線密度漸增的區域。在本發明的實施例中，創建該區域的一端位在陽極處。朝該端部接近的粒子會受到越來越大的力，最終導致粒子反轉方向，並返回磁場的約束區域。這種鏡射效應只會發生在速度和接近角度都在有限範圍內的粒子，而超出該範圍的粒子將會逃逸。在本發明所揭示的實施例中，是將電子偏轉至相反方向，並撞擊電子過濾器上非暴露於絕緣塗布的內側面上，藉此方法確保到地電位的暢通路徑，以用於從電漿去除電子。

再回到圖2B和2C，在本發明實施例中，橫向開口護罩36可以包括具有電子過濾器的陽極15。一種實例是將圖2B中位在腔室100左側的陽極15併入到開口護罩的頂板36T。然而，也可以使兩個橫向開口罩板都結合該陽極15。在該特定範例中，頂板36T用作陽極塊，並且將磁體和保持板安裝到該頂板上。過濾條18和間隔件26則安裝在開口罩板的頂部表面上，即面向電漿102的表面上。如上所述，通常開口罩板是附接到陰極下方的側壁上，但位在用於將基板傳送進該處理腔室的出入口上方，因此陽極15可能形成通到陰極的適當磁場線。上述結構可以持續提供到地電位的路徑，從而有助於去除電子。

上述發明提供一種濺鍍站，包括：腔室外殼，該腔室外殼具有：頂板；氣體注射組件，定位成可將處理氣體傳送到該腔室外殼內；接地陽極，安裝在該外殼壁上；以及至少一個陰極組件，該陰極組件包括可旋轉的圓柱形靶材，其外表面上塗布有濺射材料；磁體裝置，該磁體裝置以固定不旋轉朝向定位在該圓柱形靶材內部，並包括：呈直線排列的第一組磁體，其中該第一組磁體的所有磁體以相同極性朝向，以及呈長橢圓形排列的第二組磁體，其中第二組磁體所有磁體朝向以與第一組磁體相反的同一極性；保持板，介於該第一組磁體和該第二組磁體之間，其中，該第一組磁體定位在該保持板的一面，而該第二組磁體定位在該保持板的另一面，使得從第一組磁體發出的磁力線在到達第二組磁體前會通過該保持板。

該濺鍍站還可以包括多個冷卻管，該冷卻管的接收端耦接到冷卻器，且在該接收端的相對側具有開口端，該開口端的端點與靶材端壁間隔一定的距離；該靶材還包括一個位於該濺鍍材料內側的回流套筒，使得流經該冷卻管的冷卻流體從該開口端流出，達到該冷卻管和該端壁之間的空間後，流入該回流套筒。

本發明的實施例也提供一種沉積系統，該沉積系統包括：真空外殼，具有側壁和頂板；兩個濺鍍靶材，定位在該真空外殼內部並在兩者之間限定電漿區域；其中，每個濺鍍靶材具有塗布有濺鍍材料的前表面，以及後表面，該前表面面向該電漿區域；兩個磁控管，每個磁控管位於該兩個濺鍍靶材中對應的一個靶材的後表面之後方；氣體注射器，安裝在該頂板上，並位於該兩個靶材之間的中央位置；以及中央陽極，安裝在該頂板上並位於該兩個靶材之間的中央位置，該中央陽極具有陽極塊和位於該陽極塊內的磁體；其中，該兩個靶材、該兩個磁控管和該陽極將電漿約束在該電漿區域內，並使log(I)對log(V)的斜率大於至少3或大於4。在此種實施例中，該沉積系統還包括兩個外圍陽極，分別安裝到該側壁上，並定位在該兩個靶材中相應的一個靶材的側邊，每個外圍陽極包括具有空腔的陽極塊，定位在該空腔內並可產生磁場線的磁體，以及懸臂式過濾器，該懸臂式過濾器攔截該磁場線的至少一部分。

本發明也公開一種電漿腔室，包括：真空外殼，用於容納靶材，該靶材具有面向該真空外殼內的電漿區域的前表面，以及背向該電漿區域的後表面，該前表面塗布有濺射材料；磁控管，位於該後表面後方，用於點燃電漿並將該電漿約束在該電漿區域；陽極，位在該真空外殼內，並結合電子過濾器，該電子過濾器具有面向該電漿區域的暴露表面和背向該電漿區域的隱藏表面，該電子過濾器產生鏡射效應，以將電子偏轉到該隱藏表面上。在此種實施例中，該電子過濾器保持一個磁鏡比（r=B(max)/B(min)，其中B是磁場強度），該磁鏡比大於10，並且更優選為大於100。在這種實施例中，該電子過濾器包含強度大於30 MGOe 的磁體。且在這種實施例中，該靶材是成形為長形的圓柱體，且該過濾器延伸至該靶材的長度上，其中該磁體形成磁體陣列，並延伸至該靶材的長度上。

本發明的一個面向揭示一種電漿腔室，該腔室包括：真空外殼，具有側壁和頂板，該側壁具有出入口，可用於將基板傳送到該真空外殼中；靶材，收容在該真空外殼內，並具有面向該真空外殼內的電漿區域的前表面，以及背對電漿區域的後表面，該前表面塗布有沉積材料；磁控管，位於該後表面後方，用於點燃電漿並將電漿約束在該電漿區域；開口護罩，附接至該側壁並位在低於該靶材的前表面且高於該出入口的高度處，該開口護罩以與側壁正交的角度從側壁延伸出來，從而在該電漿區域下方形成一個開口。該開口護罩可包括多個護罩區段，其中至少一個護罩區段包括上罩板、下罩板以及定位在上罩板和下罩板之間的間隔件。該上罩板可以包括穿孔。替代的作法是，該上罩板可以包括電子過濾器，該電子過濾器可以包括過濾器條和位於該上罩板內的磁體陣列。而且，該開口護罩可包括兩個橫向開口罩板和兩個傳送向開口罩板，其中該傳送向開口罩板包括穿孔。該側壁可包括沿橫向軸線配置的兩個橫向腔室壁，以及沿傳送軸線配置的兩個傳送向腔室壁，且該開口護罩可包括兩個橫向開口罩板，每個橫向開口遮板附接至一個橫向腔室壁，以及兩個傳送向開口罩板，每個傳送向開口罩板附接至一個傳送向腔室壁。

該電漿腔室還可以包括定位在該真空外殼內部並結合電子過濾器的陽極。該電子過濾器具有面向該電漿區域的暴露表面和背向該電漿區域的隱藏表面。該電子過濾器產生鏡像效應，以將電子偏轉到該隱藏表面上。在本發明實施例中，該電子過濾器保持一個磁鏡比（r=B(max)/B(min)，其中B是磁場強度），該比值大於10，並且更優選為大於100。在本發明的實施例中，該電子過濾器包含強度大於30 MGOe的磁體。在本發明實施例中，該靶材成形為長形的圓柱體，且該電子過濾器延伸至該靶材的長度上，其中該磁體形成磁體陣列，並延伸至該靶材的長度上。

本發明的實施例也提供一種沉積系統，該沉積系統包括：真空外殼，具有側壁，底板和頂板；兩個濺鍍靶材，定位在該真空外殼內部並在兩者之間限定電漿區域；其中，每個濺鍍靶材具有塗布有沉積材料的前表面，以及後表面，該前表面面向該電漿區域；兩個磁控管，每個磁控管位於該兩個濺鍍靶材中對應的一個靶材的後表面之後方；氣體注射器，安裝在該頂部上，並位於該兩個濺鍍靶材之間的中央位置；基板傳送軌道，用於支持位在該電漿區域下方的基板載具；以及開口護罩，附接至該傳送軌道上方的側壁並在該電漿區域與該基板載具之間界定一個開口。該開口護罩可以包括上罩板和下罩板，其中該上罩板具有穿孔。另一種替代設計是，該上罩板可以結合電子過濾器。在任一配置中，該開口護罩可以接地並用作陽極。

在此種實施例中，該沉積系統還包括兩個外圍陽極，分別安裝到該側壁上，位在該陽極開口護罩上方，並定位在該兩個靶材中相應的一個靶材的側邊，每個外圍陽極包括具有空腔的陽極塊，定位在該空腔內並可產生磁場線的磁體，以及懸臂式過濾器，該懸臂式過濾器攔截該磁場線的至少一部分，以及中央陽極，安裝在該頂板上並位於該兩個靶材之間的中央位置，該中央陽極具有陽極塊和位於該陽極塊內的磁體；其中，該兩個靶材、該兩個磁控管和該陽極將電漿約束在該電漿區域內，並使log(I)對log(V)的斜率大於至少3或大於4。

本發明也公開一種電漿腔室，包括：真空外殼，用於容納靶材，該靶材具有面向該真空外殼內的電漿區域的前表面，以及背向該電漿區域的後表面，該前表面塗布有沉積材料；磁控管，位於該後表面後方，用於點燃電漿並將該電漿約束在該電漿區域；陽極，位在該真空外殼內，並結合電子過濾器，該電子過濾器具有面向該電漿區域的暴露表面和背向該電漿區域的隱藏表面，該電子過濾器產生鏡射效應，以將電子偏轉到該隱藏表面上；以及陽極開口護罩，定位成可限制從電漿到基板的視場及/或限制到達基板的粒子的沉積角度。在此種實施例中，該電子過濾器保持一個磁鏡比（r=B(max)/B(min)，其中B是磁場強度），該磁鏡比大於10，並且更優選為大於100。在這種實施例中，該電子過濾器包含強度大於30 MGOe 的磁體。且在這種實施例中，該靶材是成形為長形的圓柱體，且該過濾器延伸至該靶材的長度上，其中該磁體形成磁體陣列，並延伸至該靶材的長度上。

圖6以分解圖的形式顯示本發明基板載具200的實施例總體構造。基板載具包括三個主要部分：載具底座225、載具托盤250和一個或多個基板基座275。這三個主要部分是以如圖所示方式組裝，以形成基板載具。載具底座225 是基板載具的最下方部分，用來支撐其他兩個主要部分，以及提供介面。通過該介面基板載具可以耦接到諸如圖2中所示的軌道/滾輪系統的傳送系統。載具底座225結構實施例的細節將在以下結合圖7A-圖7C討論。

載具托盤250是基板載具的中間部分，用來提供載具底座和基板基座之間的介面，並且還支撐基板基座（圖中顯示支撐六個基座的配置，但僅作為一個示例）。使用諸如銷和孔之類的對準特徵，將載具托盤250放置在載具底座225上，以確保載具托盤與載具底座牢固地接合，並確保托盤與載具底座的對準準確且可重複。載具托盤250的實施例的細節將在下面結合圖8A至圖8C進行討論。

將一個或多個基板基座275放置在載具托盤250上即組成完整的基板載具。圖6所示實施例僅顯示正要組裝到載具托盤250上的單一基板基座，但其他實施例可以對每個載具托盤配備多個基板基座。以下將結合圖9A-圖9C討論載具基座275的實施例的細節。

圖7A-圖7C顯示載具底座225的實施例的細節。圖7A顯示載具底座，而圖7B顯示傳送介面的實施例的細節，透過該傳送介面可以將載具底座耦接到傳送系統，例如圖 7C所示的軌道型傳送系統。

載具底座225的形狀為四邊形（此處為矩形），但在其他實施例則不必為四邊形。載具底座包括具有邊緣支撐件226a-226d的厚剛性腹板本體，每個邊緣支撐件沿著四邊形的一個邊定位。剛性腹板本體的厚度將取決於所用材料的材料特性、支撐件的配置以及預期負載。一般而言，可以設定厚度使得剛性腹板本體可以支撐載具托盤、基板基座、調整器和基板而幾乎不變形或不變形，使得基板的位置和朝方基本上不受載具變形的影響。例如，在一個實施例中，剛性腹板本體的厚度大於載具托盤的厚度，但在其他實施例中，剛性腹板本體可具有與載具托盤相同或小於載具托盤的厚度，均取決於剛性腹板本體的構造和材料。中心支撐件230透過對角支撐件228連接至邊緣支撐件226。圖中所示實施例具有四個對角支撐件228，用來將中心支撐件230連接至每對邊緣支撐件226相交的角落。這種配置產生四個空隙或開放區域，包括兩個梯形空隙232和兩個三角形空隙234。除了可以減輕重量，同時還提供對載具托盤250和基座275的支撐，而不會在製程溫度下下垂或翹曲。載具底座225的其他實施例可以與圖中所示不同的方式配置－例如，具有其他配置的支撐件226、228和230，或具有不同數量的支撐件、不同的支撐件形狀和尺寸以及支撐件之間的不同連接方式。在所示實施例中，傳送介面238定位在相對邊緣226b和226d上，但在其他實施例中或與其他類型的傳送系統一起使用時可以使用不同的定位方式。

載具底座225還包括對準銷236，用於對諸如載具托盤250的相對基板載具部件進行精確且可重複的定位，以及快速裝載和卸載。通常，將要放置在載具底座225上的相對部件會具有相應的對準孔，以接收並接合該對準銷236。在所示的實施例中，對準銷236定位在載具底座的相對兩邊緣226b和226d上，但是在其他實施例中，對準銷可以定位及分布成與圖中所示的不同。在其他實施例中，載具底座可以包括對準孔而不是對準銷。在這種情況下，相對的部件可以包括對準銷而不是對準孔。在其他實施例中，可以使用其他對準特徵，例如接合載具托盤角落的角落止動件或接合托盤邊緣的邊緣止動件。

圖7B顯示傳送介面238的實施例的細部設計，載具托盤225透過該傳送介面238耦接至傳送系統。傳送介面238透過載具座腳244將載具底座耦接到軌道傳送系統。傳送介面238還包括與腔室引導凸緣242重疊的驅動側引導件240，以沿著傳送方向引導基板載具。傳送介面238還包括具有磁性趾部246的載具座腳244，如上方展開圖中所示。在本發明一個實施例中，磁性趾部246由磁性材料製成並且騎乘在位於腔室內的滾輪上。個別磁性趾部246分別具有不同的趾長度，以提高摩擦係數，且在載具從一個部分移動到另一部分時，可響應於所施加的力而在不同時間脫離磁性輪。如此可使得從一個部分到另一個部分的過渡更加平滑，因為趾部按長度順序從一個輪子移動到下一個輪子，而不是同時一起移動。

圖7C顯示本發明基板載具，諸如載具200的實施例。該基板載具與傳送系統一起使用。如上所述，基板載具200包括三個主要部分：載具底座225、載具托盤250和一個或多個基板基座275。基板載具使用諸如上述的介面238的傳送介面來耦接至傳送系統302。傳送介面238與傳送系統的多磁輪組件304接合，且每個磁輪組件包括三個輪306。每個載具座腳244包括三個磁性趾部246，每個磁性趾部都是磁棒，用來騎乘在三個輪306之一上面。三個磁性趾部246的長度不同。在圖中所示實施例中，中央趾部最長，而外側趾部之一最短，但在其他實施例中，趾部的順序可以與所示的不同。當載具從傳送系統302的一個部分移動到另一部分時，三個趾部會響應於所施加的力而提高摩擦係數並且會在不同時間脫離磁輪。

圖8A至圖8C顯示本發明載具托盤250的實施例。圖8A顯示定位在載具底座225上的載具托盤250並且顯示其基本構造。圖8B和圖8C顯示載具托盤上的基座位置的實施例。

載具托盤250包括具有基本平坦的沉積表面254的薄托盤252。沉積表面254可以提供用於沉積的均勻濺射表面。在本發明一些實施例中，該沉積表面254可包括粗糙表面以最少化塗層分層，加工方法包括電弧噴塗表面塗層。在載具底座225包括對準銷236的實施例中，薄托盤252可以包括可接合對準銷的對準孔256，以精確且可重複地將載具托盤對準在載具底座上。所示實施例具有沿著薄托盤252的相對兩邊緣定位的8個對準孔256，且沿著每個邊緣具有4個對準孔。其他實施例可以使用不同數量的對準孔並且可以與所示的不同的方式定位和分布對準孔。且在載具底座225使用對準孔而非對準銷236的實施例中，載具托盤250可以相應地使用對準銷來取代對準孔256。

載具托盤250還包括基座位置258。基座位置是NX M組位置，其中N≥1且M≥1。在M＝N＝1的實施例中，存在單一基座位置，但在M＞1或 N＞1 或兩者皆是的實施例中，將具有多個基座位置。所示實施例具有規則性陣列配置的8× 4組位置258，但是其他實施例當然可以具有不同數量的位置（參見例如圖6）。在其他實施例中，位置258也不需要形成規則陣列；既可以形成不規則的陣列，也可以根本不形成陣列。在載具托盤250的一個實施例中，所有基座位置都是相同的－相同的尺寸、相同的形狀、相同的輪廓－但在其他實施例中，所有的基座位置不需要相同。

圖8B-圖8C顯示基座位置258的實施例。每個基座位置258的尺寸和形狀是設計成可以容納對應的基座275，但是在不同的實施例中可以不同方式配置基座位置。例如，在圖8B的實施例中，基座位置258可以由定位在該位置周圍的數個側邊或所有側邊的止動件260界定。在圖8C的實施例中，基座位置258可以由形成在薄托盤252中的表面凹陷262的邊緣界定。在其他實施例中，基座位置可以不同方式形成。例如，基座位置可以使用簡單的標記標示在沉積表面254上。如圖9B- 圖9C所示，一個或多個基座位置258可包含調整器，透過該調整器可調整基座工作表面的高度、工作表面的朝向角度或調整兩者。位於基座位置的調整器提供一種機構，用於根據基座安裝位置的高度來調整靶材到基板的距離，或每個基板從基板垂直線偏移的傾斜度。

圖9A顯示基板基座275的實施例。基座275可以包括光滑且基本上平坦的工作表面276，用來接收放置在基座上的基板。通氣孔278防止截留的氣體影響進入真空系統時的元件對準。溝槽280定位成剛好可以覆蓋基板的邊緣並防止邊緣沉積或背面沉積，但不遮蔽正面沉積。基座275可以由具有高導熱性的材料製成，例如鋁，用於沉積期間的溫度控制。

基座275具有兩個正交的軸線，軸線1和軸線2，工作表面276的朝向角度可以透過圍繞任一軸線或兩個軸線旋轉基座來調整。換言之，工作表面276具有法向量np ，其方向可透過繞軸1、軸2或軸1和軸2兩者旋轉基座來改變。當基板安裝或保持在工作表面276上時，工作表面的朝向改變將導致基板朝向的相應變化。基座275的旋轉和平移可以利用配置在供放置基座275的基座位置上的調整器來實現。調整器可以是能夠使基座相對於托盤旋轉和平移的任何裝置、機構或物體。調整器的一些實施例可以使用可以設定為任何位置或角度的簡單或複雜的機構，而其他實施例可以是簡單的物體，例如塊材或墊片。圖9B-圖9C中顯示調整器的一些實施例。

圖中所示的載具基座275實施例具有基本平坦的工作表面276，適合於安裝具有大部分為平坦的表面且邊緣附近彎曲的三維基板。但在其他實施例中，工作表面276不需要形成平坦；工作表面276可經特殊設計，用來收容各種不同形狀和尺寸的基板，基板表面可為平坦或複雜三維形狀。無論工作表面276是否平坦，都可以使用對應基座位置中的調整器以如上所述的方式調整其朝向角度。

圖9B-圖9C顯示配置在基座位置的調整器的實施例。調整器可用於透過基座相對於載具托盤的旋轉、平移或兩者來調整基座及其工作表面相對於載具托盤的朝向角度和位置。透過調整工作表面的位置和方向，可以傾斜基板垂直軸以匹配局部平均橫向入射角，並優化沉積的覆蓋均勻性。也可以升高或降低基板表面的平面，以調整濺鍍源到基板的距離，從而微調沉積和薄膜應力。在如圖1D，圖1E及圖2所示的沉積腔室中使用時，工作表面相對於載具托盤的位置和朝向角度的調整可達成工作表面相對於濺射源的位置和朝向角度的相應調整。

圖9B顯示定位在基座位置258與其對應基座275之間的調整器600的實施例。調整器600使用楔形墊片602，配置在如圖8B所示的基座位置上，其中基座位置由止動件260界定。具有楔角β的楔形墊片602先是放置在基座位置258上，抵住止動件260。之後將基座275放置到楔形墊片上。止動件260可防止基座和楔形墊片橫向滑動。楔形墊片改變工作表面276的朝向，其中墊片的角度β使工作表面的法向量np相對於沉積表面254的法向量nt傾斜一定角度。在不同的實施例中，楔角β可以是0度和75度之間的任何值。另外，在一些實施例中，楔形墊片602可以是複合楔形物，其同時圍繞多個軸（例如圖9A中所示的軸1和軸2）相對於法向量傾斜。楔形墊片602可以在其中包括孔（圖中未顯示），該孔與基座通氣孔278 （參見圖9A）流體連通，以允許通氣孔執行其通氣功能。

圖9C顯示調整器635的另一個實施例。調整器635的大多數特徵都類似於調整器600，但是可以應用在基座位置258是由形成在托盤252上的表面凹陷262界定的實施例中。此外，在本實施例中，楔形墊片602可以由表面凹陷262保持定位，表面凹陷262的邊緣可以防止墊片與基板基座橫向移動。

根據上述實施例，本發明提供一種濺鍍腔室，該濺鍍室包括：真空腔室；圓柱形靶材，位於該真空腔室內，其外表面上塗布有濺鍍材料；磁體裝置，位於該圓柱形靶材內部，並包括：第一組磁體，包含多個磁體呈一直線排列，每個磁體具有面向該圓柱形靶材內壁的第一磁極和背向該圓柱形靶材內壁的第二磁極；第二組磁體，包含多個磁體，該多個磁體呈長橢圓形排列並圍繞該第一組磁體，每個磁體具有背向該圓柱形靶材內壁的第一磁極和面向該圓柱形靶材內壁的第二磁極；保持板，定位在該第一組磁體和該第二組磁體之間，使得通過該第二組磁體的一個磁體軸線的直線在到達該內壁前會通過該保持板，其中該軸線連接該磁體的第一磁極與第二磁極，而通過該第一組磁體的一個磁體的軸線的直線則不需通過該保持板，即可到達該內壁，其中該軸線連接該磁體的第一磁極與第二磁極；載具托盤，具有沉積表面，該沉積表面上具有 組基座位置，其中N≥1且M≥1，其中每個基座位置適於接受對應的基板基座，且其中每個基板基座具有適於接收基板的工作表面；以及一個或多個調整器，每個調整器定位在相應的基座位置，其中每個調整器可以調整該沉積表面和該工作表面之間的距離、該工作表面相對於該沉積表面的朝向角度，或調整兩者。

以下繼續說明本發明複合式系統架構和製程控制。圖10顯示與本發明部分實施例相容的複合式沉積系統。該複合式沉積系統101包括：入口裝載站311，用來將載有多個待塗布基板的載具310從大氣中載入，並在處理循環期間抽至真空處理條件；第一薄膜塗布站312，在該處理循環期間以來回的製程沉積多個薄膜層；第二厚膜單程處理站313，用於在多個頭尾相接的載具緩慢通過該處理站時連續沉積膜層，在每個處理循環期間內前進一個載具的長度；第三薄膜塗布站314，在該處理循環期間以來回的製程沉積多個薄膜層；出口裝載站315，在沉積完成後接收載具，並在一個處理循環期間完成排氣、卸載和抽氣。

在本實施例的系統中，裝載站是以閘閥GV與外界隔絕；沉積站則以隔板320分隔，每個隔板具有供載具通過的傳送開口322，但沒有設置任何閘閥，亦即沒有能力關閉傳送開口。因此，在處理過程中，氣體可能通過傳送開口322在沉積站之間流動。另外請注意，循環型塗布站312和314在處理循環期間是執行來回處理。該塗布站包括：緩衝區段312b和314b，在該區段中不執行任何處理；以及處理站312p和314p，在該站中執行處理。緩衝區段與處理站之間以具有傳送開口的隔板分隔，該傳送開口沒有設置任何閘閥，無法關闔或封閉。在圖中所示實施例中，以及根據本文所揭露的任何實施例，例如圖2中所示的雙靶材配置中，每個循環型塗布站312和314分別包括一個濺射源316和318。該單程處理站313 則包括兩個濺射源317，可為根據本說明書所揭露的任何實施例，例如圖2中所示的雙靶材配置。

圖10的系統是配置成在規定的循環期間內處理基板。該循環期間結束後，所有基板載具一起移動到系統中的下一個位置。例如，該系統可以配置為在每個基板上沉積六個不同的 SiOxNy 層，比如以100 秒作為處理循環期間。在此實施例中，循環型站312是編程為根據時序圖執行如下製程：在時間T=5，打開電源並設定第一層的氣體流量。例如，功率設定為30kW，氣體流量設定為Ar:100 sccm、N ₂:10 sccm、O ₂:150 sccm，以形成折射率n＝1.5的層。在時間T=10，載具從緩衝區段312b移動到處理站312p，載具來回移動以沉積第一層，直到時間T=50為止。在時間T=50，將功率和氣體流量修改至所需條件，以形成具有不同折射率（例如n=1.7）的第二層。例如將功率降低至10Kw，並將氣體流量調整至Ar:90 sccm、N2:5 sccm和O2:50 sccm。在 T=55 時，載具回復到來回運輸的狀態。值得注意的是，在時間T=50和T=55之間，可以將載具放置在緩衝區段312b。在 T = 90 時，停止處理基板，載具運送至單程處理站 313。

在單程處理站313，載具以單程、緩慢的速度移動。在載具移動的過程中形成單層，即層3。換言之，載具在處理站312和處理站314中的傳送速度，會高於其在處理站313中的傳送速度。舉例而言，如要形成折射率n＝2.0的層，處理站313可以設定為功率40kW和氣體流量Ar:70 sccm、N ₂:200 sccm和O ₂:10 sccm。此設定對於兩個濺射源皆適用，且在整個循環期間內維持不變。載具持續地移動通過處理站313，接著進入循環型塗布站314。

在循環型塗布站314中，以如下方式形成三個不同的層，即層4、層5和層6。在時間T=5時，打開電源並設定第一層的氣體流量。例如，將功率設定為30kW，並將氣體流量設定為Ar:100 sccm、N ₂:15 sccm和O ₂:150 sccm，以形成折射率n=1.5的層。在時間T=10，載具從緩衝區段312b移動到處理站312p，載具來回移動以沉積第四層，直到時間T=30為止。在時間T=30，將功率和氣體流量修改至所需條件，以形成具有不同折射率（例如n=2.0）的第五層。例如將功率降低至20kW，並將氣體流量調整至Ar:70 sccm、N ₂:100 sccm和O ₂:5 sccm。在T=35時，載具回復到來回運輸的狀態，一直到時間T=65為止。在T＝65時，將功率設定為30kW，並將氣體流量設定為Ar:100 sccm、N ₂:15 sccm和O ₂:150 sccm，以形成折射率n＝1.5的第六層。

在如上所述的整個多層處理循環中，處理氣體的流量不斷變換，並根據傳送時段在站點312、313和314之間來回流動，如虛線箭頭所示。在整個 100 秒的循環中，始終會有一些氣流的緩慢變動能夠從每個站點中逸出，這是因為各種持續的載具運動阻擋了達到開口和泵的視線，從而影響真空系統的傳導。對應於沉積層的轉變，還會有更突然的變化影響各站之間的氣體交換。例如，在T=5秒時，隨著功率增加至30kW，站點312和站點314皆快速改變氣流而流向站點313。在T=30秒時，站點314快速增加氧氣流量並減少氮氣和氬氣，同時改變功率。在T=50秒時，站點312快速減少氧氣、氮氣和氬氣流量，同時也降低功率。在T＝65秒時，站點314快速增加氧氣和氬氣流量，減少氮氣並提高功率。在T＝90秒，站點312和/或站點314都斷電或降低功率，隨著反應消耗的停止或減少而使反應氣體短暫暴增。每一個轉換事件中，都會有複雜且遽然上升或下降的氣流通過連接至靜置式站點313的開口。傳統反應性修正的回應不夠快速，無法抵銷如此複雜且快速的系統變化。為了確保對此類事件的正確修正，有必要分析並預先決定變化的性質，並採用預測性修正來銷除這些變化。

在本發明一些實施例中，反應性製程控制包括：監測電漿讀回值，例如穩定沉積期間，在恆定功率模式下的電壓值；以及設定響應函數，以在偵測到任何電壓變化時，可自動調節該反應氣體的流量，作為回應。例如，在使用Si陰極靶材進行反應性沉積SiOxNy的製程中，增加反應物可以降低陰極電壓。因此，在電壓上升時藉由增加反應氣體流量可以使電壓下降，反之電壓下降時則減少反應氣體流量，即可實現更穩定的製程。其他監測變數包括多個陰極的平均電壓、來自 PEM（plasma emission monitoring電漿發射監測）感測器的壓力和光學測量值，以及氧氣流量、氮氣流量或氬氣流量等備用控制參數，也可用於機器學習和製造控制。 PEM 感測器是一種光電感測器，可取得即時電漿發射光譜，用來控制和管理使用電漿的製程。

圖10中的放大圖顯示一個控制器350。該控制器的形式可以是經過特別編程的通用計算機，也可為專用計算機平台，耦接到上述處理系統的各個元件，以根據本發明實施例執行控制。用於處理的氣體由氣體源 340提供，氣體源 340 耦接到位於氣體面板上的氣體供應器 ，該氣體面板包括MFC （mass flow controller質量流量控制器）342，用來根據控制器 350 的控制信號控制進入站點的氣體流量。陰極的電力由電源348提供，其電壓和電流值由控制器350測量和監測。站內的氣壓可由壓力感測器344測量並向控制器350報告。而且，每個站內電漿的光發射可由PEM感測器346監測並向控制器350報告。

當圖10中系統在相連的處理站正運行不同的製程時，壓力、電壓和PEM感測器等的製程變數都會發生變化，這些變化都可以預先研究並預測。例如，可以定義好第1層、第3層和第4層的穩定單站製程。為使同時沉積的多種沉積層的每一層都獲得相同的薄膜沉積條件和薄膜特性，可能需要對製程設定進行重大更改，但反應性製程控制卻無法立即進行最佳化的修正，因為反應性製程控制只是被動的因應條件變化而修正。反之，本發明的預測性調整函數則可以在正確的時間點直接傳送到現場匯流排質量流量控制器（MFC）342，故可在互動環境改變時保持製程變數穩定。可預測的變化對於反應性控制來說基本上是不存在的，因為這些變化已經立即被預測性製程控制所銷除。

在本發明實施例中，僅依靠觀察製程改變前後的靜置式製程狀態來定義所需的調校可能仍然不夠。詳細的預測性調整函數可以根據關鍵製程參數的具體變更時間改變控制條件，才能快速、穩定地從一種製程轉換到另一種製程。因此，本發明有部分實施例會採用機器學習演算法來確定最佳預測性修正函數。根據靜置式製程調整和沉積層轉換配方，可以定義出初始修正函數。其後使用迭代運行該沉積層轉換配方和修正，來選擇最終修正函數，直到達成平順的製程轉換為止。該平順的製程轉換是指反應性製程控制不能感測到該製程轉換。

作為一個簡單的示例，請參考上述範例的製程。在T＝50時，站點312執行從層1到層2的製程轉換。在該過程中，氬氣、氮氣和氧氣的流量減少。在此示例中，初始假設是設定有10%的氣體會經由「洩漏」開口傳送端口從站點 312流入站點 313。然而，由於在T＝50時進入站點312的流量減少，所以進入站點313的「洩漏」流量也隨之減少。因此，預測性修正即在T=50時調整站點313的配方，其方式是提高每種氣體流量，且提高的量是站點312中所對應的氣體流量減少量的10%。例如，如果在T=50時，站點312中的氬氣從100 sccm調整為90 sccm，即減少10 sccm，則進入站點313的氬氣流量（原本為70 sccm）應當增加10 sccm的10%，即增加3 sccm，成為73 sccm。

順帶一提，該10%氣體洩漏的初始設定值可以經由實驗配置得知，例如，僅在站點312中流動氣體，並在站點312和站點313測量兩個站點內的壓力，兩者之間的有開啟的閥門或無閥門。該壓力的變化就會顯示有多少氣體從站點312流到站點313。例如，可以將氣體洩漏修正因子儲存在控制器350中，且控制器350可以使用該氣體洩漏修正因子來修改第二站的配方。一個更有效率的例子是，在未通電的情況下，將該互動型訓練施用於站點312中的全部或任一氣流（例如只對氬氣測試），以決定要使站點313內的壓力保持恆定時，該站所需要的氬氣流量變化。

假如在上述調整後，站點 313的處理電壓下降 20 伏特，代表調整後的反應氣體過多，則下一次迭代會從初始調整量中減少流入站點313 的反應氣體流量，直到站點 313 中的電壓維持不變。換句話說，如果初始調整量使得站點313中的電壓過高，則會將站內的反應氣體流量減少，直到站點312中所發生的所有製程轉換都不會影響電壓保持恆定為止。此學習循環會重複進行，直到電壓保持在指定範圍內。

與此類似，站點312的沉積層轉換，導致站點313發生整體電壓無變化的振盪電壓響應，也可以透過調整氣體調節的時點和變化率進行修正。利用與前述類似的迭代運算可使振盪幅度達到最小。因此，預測某站的製程變化對於相鄰站所造成的影響，就可以利用單一站點中已經編程的變化，預動調整相鄰站點的製程條件。藉由使用更多感測器，例如使用壓力和 PEM 光學感測器來檢測站點內不同位置的反應氣體混合物，可以從更多面向調整製程條件，並提高準確性和可預測性。例如，可以監測站點313中電漿發射監測器（PEM）的感測器，並迭代調整氣體流量，直到PEM感測器在站點312的氣體流量無論如何變化，都能保持恆定為止。同樣地，也可以在站點313中監測氣壓，並迭代調整氣體流量，直到該氣壓在站點312的氣體流量無論如何變化，都能保持恆定為止。

上述的預測性製程控制有助於解決由於不同站點執行不同製程，氣流通過開放的傳送端口而影響相鄰站的問題。因此，例如，對於站點312中進行多層製程的每一個時點，站點313中的每種氣體流量都需要不同的修正因子來調整。於是，如要在站點313達成瞬時最佳流量修正，可透過在站點312中進行多層製程的整個循環期間，使用迭代製程訓練，得出所需的參數。此外，如果站點313也有製程轉換，則很難將製程轉換所帶來的變化與站點312的影響區分開來。同樣地，如果有第三站314正在運行多層製程，則需要開發一個訓練修正方案，以在多個不同時點發生層製程變換時能同時輸入，並持續執行載具位置改變與氣體傳導的關係函式。因此，本發明以迭代訓練修正初始預測性控制的方法有助於解決即時多重製程變換所產生的各種影響。

因此，以下為另一個關於迭代訓練過程的操作實施例。將系統循環時間設定為每100秒即重複站點312、站點313和站點314中的加工，使得在接下來的每次循環中，載具會從進入站點312的起始位置移動到進入站點313的起始位置，再移動到進入站點314的起始位置。站點312和站點314中的可變氬氣流量和定時載具運動在各自的100秒配方中加以規定。並且針對站點313中的線內載具運動，以及站點313中的初始Ar流量的100秒配方進行編程。上述配方同時運行，並記錄站點313在整個100秒期間中的氣壓。考慮到MFC會發生流量延遲，所採用的演算法會在測得的壓力下降之前稍微提高站點313中的流量，並且在測得的壓力上升之前稍微降低站點313中的流量。同時重複上述三個配方，再次測量站點313在整個100秒期間中的氣壓，並應用流量修正。透過此迭代過程，可以在考慮所有三個站點在指定的完整系統製程中，所發生的所有載具運動和Ar流量變化後，在站點313中確定一組精確的流量調節，從而維持穩定恆定的Ar壓力。更廣泛地說，這種基本技術可以應用在包括任意數量的載具和站點的特定製程，為該製程提供精確的製程控制。上述技術還可以更普遍地用於優化製程，該製程伴隨著通電、使用反應氣體，以及使用不同的反饋感測器，來探測和維持在製程操作前或操作期間，用來定義預測修正的其他所需製程或電漿特性。

本發明提供一種方法，該方法適用於一種電漿處理系統，該系統具有第一站；第二站；以及隔板，該隔板位於該第一站和該第二站之間，並具有在加工期間永久打開的傳送端口； 該方法包括如下步驟：在可重複的定時處理期間，為該第一站設定第一製程配方，該配方包括：關於氣體流速，載具傳送速度和位置當中的至少一者的規格，以及在一個可重複的定時處理期間的陰極功率；為該第二站設定第二製程配方，該配方包括：關於氣體流速，載具傳送速度和位置當中的至少一者的規格，以及在一個可重複的定時處理期間的陰極功率，其中，該第二站可重複定時處理期間，與該第一站可重複定時處理期間等長；設定在該第二站測量的製程參數的目標輸出值；測量在該第二站中測量的製程參數的該輸出值；及迭代修正該製程參數，直到該輸出值減去該目標輸出值小於為該可重複定時處理期間所執行的每次測量所選定的選定值。

本發明部分實施例的另一面向是提供一種方法和裝置，以實現從一材料層的製程設定到下一材料層的製程設定能進行快速但穩定的轉換，從而使批次站中的多層產量達到最大。該製程條件在氣流、功率和靶材電壓方面可能有所差異。但本發明的實施例只要兩種層的製程條件已知，就能自動計算出適用該兩層之間的快速轉換配方。亦即，本發明系統採用一種演算法來決定兩組期望製程條件之間的初始轉換期配方，而不是直接從第一製程配方設定切換到第二製程配方設定。該演算法還根據先前的經驗選擇功率和氣體流量在轉換期的步驟順序和變化率，以實現快速的製程轉換，但不會出現轉換規格失敗。所稱的轉換規格失敗包括：靶材汙染、發生電弧、電漿損失、過電壓、轉換結束時靶材電壓波動過大、轉換時間過長。失敗參數，例如轉換時間，可以加以改變，以使演算法提供大致完整的優化。本發明部分實施例會自動測試該轉換期配方。如果不符合所定義的規格，則會自動進行調整。測試和調整將迭代持續進行，直到滿足轉換規格為止。在部分實施例中，用於設定該初始配方的演算法本身，還會根據初始轉換配方與每次該演算法對新的轉換最佳化得到的最終轉換配方之間的差異，進行連續的機器學習。

在一個非常簡單的本發明應用實施例中，第一製程條件是40kW，用於沉積SiO2 層，第二製程條件是40kW，用於沉積Si3N4層。在變換時點，本發明並不是關閉氧氣並同時打開氮氣流量，而是以轉換期配方可控地減少氧氣流量，並同時逐漸引入氮氣流量，兩種氣體的流速都經過計算，以在不會造成任何製程失敗的情況下快速改變配方。此實施例將以迭代方式在該系統自動測試該轉換期配方，直到實現最佳轉換。如果轉換不符合規格，則將根據故障種類調整該轉換期配方的流量變化，或增長該轉換期配方的執行時間。例如，靶材遭受汙染的失敗可能會啟動減少氧氣量和增加氮氣量之間的轉換短暫延遲，以做修正。而過電壓可能會啟動氮氣快速增加以及氧氣緩慢減少，作為修正。測試和調整的循環將持續進行，直到製程轉換符合規格為止。

關於製程修正應用在預測式控制方向的進一步實施例，可以應用於解決沉積系統在長期操作下，製程環境所發生的緩慢變化。應用較慢的反饋迴路和學習週期進行機器學習，利用沉積後測得與膜特性相關的數據，結合記錄到的系統讀回，以提供預測式修正，可改進膜特性以及間隔數小時乃至數天所製造的膜的一致性。適用的例子包括在除氣水量或甚至工廠濕度較高時，透過減少氧氣流量來維持薄膜折射率；當靶材腐蝕曲線影響到局部濺射速度時，透過調整橫向穿過陰極的氣流來維持整個載具全面的化學計量反應性。

圖11為流程圖，顯示根據本發明實施例可以由一台經過編程的通用電腦、專用計算機器、人工智慧機器等執行的製程。如前所述，可以在不點燃電漿的情況下往各站流入氣體，並藉由測量洩漏率，例如測量站內的壓力變化，根據經驗值導出站點中氣體洩漏率的初始估計。該控制器350可編程為使用該初始估計，並使用如圖11的範例中所示的預測式控制，以在系統中執行處理。在步驟350中，對所有站的配方進行編程。對於每一個站點，該配方可以包括變換點，在該變換點到達時該配方會指示新的設定，例如新的氣體流量、新的陰極功率等，用來沉積不同的層。在步驟352，辨認所有變換點，且在步驟354，使用該初始估計來計算預測的動作，詳情如同前述範例的說明。該預測性動作是根據估計或憑經驗得出站點之間的氣流洩漏，並據以為相鄰的站點計算得到。因此，例如，如果在一個變換點，某一腔室中的氣體流量增加，則藉由該初始估計可決定減少相鄰站中的氣體流量。在可選用的步驟356中，為變換點開發轉換期配方，使得控制器在到達該變換點時先執行該轉換期配方，而不是直接執行該變換點對應的製程配方。另一種方式是使控制器執行計算步驟356的變換，且步驟354的預測性動作是選用的，並不會準備及/或執行。在步驟358，根據所有站點的配方、預測性動作的配方及/或轉換期配方執行製程。

本說明書繼續說明使用具有上述本發明各種特徵的系統，在基板上產生薄膜的方法。如前所述，該系統的大部分用途在於濺鍍光學薄膜，以增強和保護透明基板，例如電子設備的玻璃蓋板（比如觸控螢幕）。這種玻璃需要多種具有不同特性的薄膜，其種類與數量取決於每層薄膜的功能。將這些膜加以堆疊可以增強玻璃的光學性能，例如提供抗反射功能，還可以增強玻璃的物理性能，例如提高強度及/或提供防刮擦能力。以下將會提供關於上述薄膜的製造和特性的實例。

在本發明一個實施例中，在通過模式下，利用一公尺長、運轉功率為40kW的旋轉陰極，以約65nm*(mm/s)/(kw/m) 的行進速度，可以在大約3分鐘內完成2微米的低折射率完全反應SiOxNy膜，該膜的折射率為n=1.7、奈米硬度為20GPa。在此，該基板載具速度是以毫米/每秒 (mm/s) 表示，並作為時間倒數 (1/T) 的度量 -- 當載具的速度越快時，基板暴露於濺鍍的時間就越短，因此沉積出的膜厚度也越小。施加到陰極的功率則以千瓦/每公尺 (kW/m) 表示，因為功率會被陰極的橫跨長度所除。因此，根據功率的變化，該施加到陰極的功率會與從一個陰極位置沉積的原子數量成正比。於是，65nm*(mm/s)/(kw/m) 用來表達一個正規化的比率，因為當 65nm*(mm/s)/(kw/m) 乘以功率密度 (kW/m)，再乘以沉積時間 (1/mm/s) 時，功率和時間的正規化單位會與速率單位相約，最後僅留下厚度 (nm) 作為以指定功率濺射指定時間的結果。

採用朝向腔室中心線的正時鐘角度值，足以使在兩條陰極中心線之間的任何點上都不會形成低密度膜。以反應性方式控制氣流，以在電壓對反應氣體的曲線上，維持在較高電壓，未汙染，「金屬模式」的部分而實現低氣壓、高電壓、高吸附原子能量的沉積。在此，「汙染模式」是指在濺鍍過程中，所使用的氣流和製程參數會使一些氣體物種發生反應，從而在靶材表面形成氧化物（例如，N2與矽靶材反應，結果在靶材表面形成SiNx）的情形。而「金屬模式」則是指在濺鍍過程中所使用的條件使靶材的活性表面基本上不形成氧化物的情形。

使用本發明的系統，可以在氣壓為大約0.5mT到10Mt之間以及10mT以上，製作出完全反應、低可見光吸收、高透射率、在400nm波長下k值小於0.001的低折射率薄膜。上述特性適用於折射率從n~1.46到n~2.05的全部範圍。如果把氣壓降低，則可以形成奈米壓痕硬度約25GPa的SiNy。還可以形成硬度高於8GPa的SiOx ，並且可以形成相當硬度的高硬度層，均適用在n~1.46到n~2.05之間的所有折射率。包括折射率n=1.5時測得的硬度約高於12GPa，n =1.6時14GPa，n=1.7時17GPa，n=1.8 時20GPa，n=1.9 時22GPa，n=2.0 時24GPa。實現如此高硬度和高沉積速率的因素包括：因為使用磁棒電漿約束技術增加硬度和速率，設定磁棒的時鐘角度提高膜密度，因可濾除低能量沉積（例如藉由陽極開口和電子過濾器）增加硬度和均勻性，透過同步優化時鐘角度和陽極開口來最大化硬度和速率，以及在低濺射氣壓下執行高電壓金屬模式沉積而提高薄膜硬度。

在本發明的另一個實施例中， 希望能在整個膜或膜中的特定深度處降低壓縮應力，以降低界面應力，提高膜韌度並提高對基板或後續層的黏附力。一種有效的方法是移除或調整任何開口護罩的尺寸，以沉積所需量的低能量沉積，該沉積部分包括已沉積薄膜的深度的所需部分。如果陰極具有朝向腔室中心線的正時鐘角度值，當單程沉積通過該陰極時，足以使在兩條陰極中心線之間的任何點上都不會形成低密度膜，如此可以降低膜的頂部和/或底部亞層的膜密度。也就是說，只要增大時鐘角度，就可以在兩個靶材之間的中間處生成高密度薄膜，並允許較淺沉積角度的物種抵達位在腔室邊緣的基板，而在該處形成較低密度的膜。當基板進入腔室時，首先被較低密度的膜覆蓋。接著基板向位於兩個靶材下方的腔室中心移動，會形成較高密度的薄膜。最後當基板向出口移動時，會再次形成較低密度的薄膜。因此，透過適當設定時鐘角度、陽極開口以及基板傳送速度，所形成的膜可以在界面深度具有較低的密度，而在中間深度具有較高的密度。亞層的密度和厚度的降低量可以透過開口設計或可變的通過傳送速度來調節。利用選用更高的氣壓和運用較低能量沉積的腔室區域，可以將壓縮應力從 1GPa 以上降低到 300MPa 甚至 100MPa 以下，但得到雖然降低但仍然相當高的硬度。

在本發明其他實施例中，可以將一個或兩個陰極的時鐘角度值減少到可以在沉積室的中心線附近形成低密度的應力消除層，藉此而在層的深度中的可選範圍內形成低密度應力消除層。這種薄膜結構可以最大化表面硬度和抗刮性，同時提高韌度和抗脆性斷裂的能力。

在本發明另外的實施例中採用上述適當的時鐘角度和開口設計，以執行多次快速通過沉積腔室，可以提供合成多層結構，該結構的膜層內包括多個不同構成的密度梯度圖案。推而廣之，使用上述方法，還可以在單一快速沉積薄膜中，實現許多採用多層複合膜才能實現的材料特性優點。上述實施例所產生的膜結構通常可以使用顯微技術（例如掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)）直接觀察。

在本發明其他實施例中，可以利用多次通過系統的方式形成性能更佳的多層結構，在該系統中一對陰極中的不同陰極包含不同的靶材料。在本發明另外的實施例中，每個陰極的驅動功率可設為不同，以使每個陰極具有不同的沉積速率、沉積電壓和沉積化學計量。例如，以較低功率驅動其中一個低功率陰極，使其以低電壓的「汙染模式」運作，其靶材由於表面被反應氮氧化物層覆蓋而處於低電導率狀態，而另一個靶材表面則保持不與較高電導率的裸金屬或高壓「金屬模式」的半導體反應。在上述沉積條件下通過多次後所形成的膜為在成分和密度上具有非常強的周期性波動的多層結構，適用於各種各樣的應用。本發明所能製成的多種多層結構，還包括非常薄的層壓膜，該層壓膜可在更長波長的可見光下提供極其穩定的平均光學性能，僅略低於全緻密薄膜的高奈米硬度，以及由於多層的機械彈簧行為所產生的顯著提高的機械韌性。

在本發明部分實施例中，還可以如前所述的方式，透過控制氣壓和微調沉積膜能量，來改變習知技術所無法改變的光學特性。由於膜密度降低，SiOxNy系統的膜的折射率已從n=1.46降低至約n=1.3，但同時還能保持透明度和穩定的機械特性。這種新穎的膜特性可以顯著改善光學膜（包括抗反射塗層）的性能。

本發明的部分實施例結合本發明新創的薄膜範圍，以提供完整的多層結構。例如，新開發的保護性硬質光學塗層疊層可以包括：多數薄層，具有優化的黏附力和匹配基板的光學指數 n 及機械彈性；一個厚硬層，其硬度和韌度已針對基材的機械彈性優化；以及多數薄層，其折射率值n經過優化以提供最高度抗反射塗層（ARC），同時符合機械特性需求。對於已經硬化的玻璃基板，要施用ARC結構的硬塗層可能較採用一種薄膜堆疊，該堆疊具有初始減少應力黏附層，然後是一系列具有最大化硬度的全緻密高折射率層，然後是由多層組成的ARC 設計，其中該多層提供優化的硬度，並滿足高透射率所需的低光學指數。反之，用於彈性聚合物基板的ARC結構硬塗層可能需要更堅韌、較不易脆裂的黏附層，該黏附層還要提供能與基材的折射率相匹配的折射率，該基材的折射率可能較玻璃更高或更低。對於折射率n=1.6或1.4的基材，可能需要以高壓、降低的沉積能量的沉積製程產生的薄膜來實現所需的特性。用於上述彈性基材，最理想的硬層可能包括具有相當高硬度的厚層，以及多層薄層。該多層薄層主要提供低折射率、低應力、低密度或密度梯度的多層，以在彎曲期間實現最大韌性和黏附力。該ARC設計可能著重於最大化光傳輸，因此需要提供與適度高硬度相容的最大折射率範圍，並能結合具有不易脆裂、彈性、堅韌的保護塗層。

圖12顯示本發明硬質光學保護塗膜疊層40的實施例橫截面圖。圖中顯示，該塗膜疊層40包括數層根據上述幾種實施例所述的新發明膜層，沉積在基板41上。該基板41在圖中顯示成一片平板，但可以包括任何平坦的、彎曲的或任何適於在沉積腔室製作的三維形狀。該基板41可能是但不限於手機、智慧手錶、可折疊設備、VR眼鏡、平板電腦、筆記型電腦等的螢幕，或汽車的螢幕。該基板41可以包括傳統玻璃或硬化玻璃，或者陶瓷、塑膠、聚合物或其他材料。在本發明部分例示性的實施例中，該多數沉積層是以矽陰極靶形成，並包括SiOxNy膜。

沉積在基板41上的黏附層42形成為具有與基板41相同的折射率，以便最小化頻率相關的反射率振盪。該振盪的振幅會隨著折射率失配的提高而增加。在沉積期間可以選擇或調節黏附層42的沉積氣壓和吸附原子能量，以減少膜應力並保持基板界面處以及整個黏附層42厚度的折射率匹配度。該黏附層42厚度通常小於200nm，但也可以更厚，特別是在黏附挑戰可能很極端（較軟的彈性基板或塑膠基板）的情況下。在本發明部分實施例中，是將中介層43包括在黏附層42和厚的硬層44之間，以降低層與層之間的界面應力。該中介層43通常包括介於黏附層42和厚的硬層44的折射率之間的折射率，並且還可以包括應力消除低密度區域。該中介層43的厚度通常小於200nm。

在本發明部分實施例中，該厚的硬層44可以包括厚度約兩微米的材料，該材料具有針對特定折射率優化的均勻性和高硬度。一個較佳的實施例是提供在約n=1.7的低折射率下具有近20 GPA的高硬度，同時由於實現該硬度故可維持高韌性。其他本發明實施例可以採用折射率約為n=2.0，厚度1-3微米的材料層，該層具有較低的密度以減少應力。對軟質且具彈性的基板可能需要使用較薄且折射率較低的硬層，例如厚度0.5-1.5微米，折射率n約為1.6的硬層。

該塗膜疊層40進一步包括抗反射塗層(ARC)疊層49，其包括亞層45、46、47、48。業界已有許多不同的特定厚度、折射率和數量的亞層可以提供良好的抗反射特性，相關特性可以透過各種適用的計算機模型計算得到。其中所使用的原理不外是應用四分之一波片消除反射的基本原理。一般而言，需要提供具有精確折射率和厚度控制的ARC亞層45-48，其中一層或多層亞層的折射率n必須顯著高於硬層44的折射率，其後跟著至少一層亞層的折射率n遠低於硬層44的折射率。

例如，膜疊層40包括：n=1.46的基板；匹配該折射率1.46的100nm黏附層42；折射率1.60的100nm中介層43；以及折射率1.70的2微米硬層44；第一ARC亞層45可包括n=1.90（明顯高於硬層44的折射率）；第二ARC亞層46可包括n=1.80；第三ARC亞層47可包括n=1.90；以及第四ARC亞層48可包括n=1.5（低於基板的折射率，也遠低於硬層44的折射率）。達成最佳光學性能的具體厚度，取決於包括基材在內的所有層的詳細頻率相關光學特性，但ARC亞層的厚度範圍通常約為10-150nm，即可適於大多數實用設計。第一ARC亞層45需要均勻的製程和折射率，但如果硬層44具有不匹配的折射率和材料組成，則可能有助於緩解第一ARC亞層45的界面應力。第二ARC亞層46和第三ARC亞層47具有相似的折射率，因此其界面不匹配度相對較小。可以用來針對給定的應用優化整個結構。在某些實施例中，層設計的重點可能是最大化硬度和均勻性，而在其他實施例中，層設計的重點可能是最小化膜疊層中的脆性或應力。在另外的實施例中，除須提供高折射率外還提供良好的機械特性控制，就可能需要使用更高折射率的ARC疊層49來提高折射率。第四ARC亞層48很可能是優化方面最關鍵的ARC亞層，因為第四ARC亞層48通常與第三ARC亞層47的折射率和材料特性非常不匹配。在本發明一些實施例中，可能希望使應力最小化，以改善黏附性。在一些實施例中，則可能希望使硬度最大化，以減少疊層的其餘部分所產生的刮擦性能退化。在一些實施例中，可能希望將折射率降低到1.4或更低，以使抗反射能力最大化。在本發明所有實施例中，能將高硬度、高韌度、低應力和增大的光學範圍的新穎改進同時組合，提供有利的性能。

根據以上說明，本發明提供一種光學塗層膜，該塗層膜包括鹼性陽離子材料的氮氧化物。該膜的折射率低於1.8，硬度高於18GPa，厚度大於500nm但小於3微米。在該膜中，該陽離子材料可以包括矽或鋁，或矽和鋁。該膜在深度的中心處可以具有比朝向單一表面或朝向兩個表面的深度處更高的密度。如前所述，上述特性可以利用適當設定時鐘角度、陽極開口、基板傳送速度、氣體流量和陰極功率等條件，加以實現。

本發明也提供一種光學塗層膜，該光學塗層膜包含由鹼性陽離子材料的氮氧化物。該塗層包含以下特徵之中的一項：折射率在n=1.9至n=2.05之間，且膜層硬度大於20GPa；折射率在n=1.8至n=1.9之間，且膜層硬度大於18GPa；折射率在n=1.7至n=1.8之間，且膜層硬度大於15GPa；折射率在n=1.6至n=1.7之間，且膜層硬度大於12GPa；折射率在n=1.5至n=1.6之間，且膜層硬度大於10GPa；及折射率在n= 1.3至n=1.5之間，且膜層硬度大於6GPa 的膜層。如前所述，上述特性可以利用適當設定時鐘角度、陽極開口、基板傳送速度、氣體流量和陰極功率等條件，加以實現。

本發明還提供一種光學塗層膜，該塗層膜包含由鹼性陽離子材料的氮氧化物。該塗層膜包含以下特徵中的一項：折射率在n=1.9至n=2.05之間，且膜層硬度大於22GPa；折射率在n=1.8至n=1.9之間，且膜層硬度大於20GPa；折射率在n=1.7至n=1.8之間，且膜層硬度大於17GPa；折射率在n=1.6至n=1.7之間，且膜層硬度大於14GPa；折射率在n=1.5至n=1.6之間，且膜層硬度大於12GPa；及在n=1.3至n=1.5之間，且其膜層硬度大於8GPa的膜層。如前所述，上述特性可以利用適當設定時鐘角度、陽極開口、基板傳送速度、氣體流量和陰極功率等條件，加以實現。

在上述塗層膜中，壓縮應力均低於300MPa，甚至低於100MPa。而且，可以透過改變膜的厚度來調節膜內的密度。

本發明的一個面向包括一種塗布物件，該物件包括：透明基板和保護塗層，該保護塗層包括：黏附層，形成於該基板上；保護層，形成於該黏附層之上且具有介於1.6至1.8的折射率；抗反射層，形成於該保護層之上，該抗反射層包括多數亞層，其中至少一個亞層的折射率高於該保護層的折射率，且至少一個亞層的折射率低於該保護層的折射率。該物件還可包括應力消除中介層，該中介層由含氧化物層組成，且該含氧化物層的折射率n高於該黏附層的折射率，但低於該保護層的折射率。在該物件中，該黏附層可以由折射率與該透明基板的折射率相匹配的含氧化物層組成。在該物件中，該保護層的厚度可以是該黏附層的至少三倍，且折射率可以高於該基板的折射率。在該物件中，至少一個抗反射亞層可以具有低於1.46的折射率。在該物件中，該抗反射層包括三個亞層：第一亞層緊接該保護層，並具有比該保護層的折射率高的折射率；第二亞層緊接該第一亞層，並具有比該第一亞層的折射率高的折射率；以及第三亞層緊接該第二亞層，並具有比該保護層的折射率低的折射率。該物件的另一種替代性設計為，該抗反射層包括四個亞層：第一亞層緊接該保護層，並具有比該保護層高的折射率；第二亞層緊接該第一亞層，並具有比該保護層高，但比該第一亞層低的折射率；第三亞層緊接該第二亞層，並具有比該第二亞層高的折射率；以及第四亞層緊接該第三亞層，並具有比該保護層低的折射率。此外，穿過該保護塗層和該基板的透射率，會高於穿過僅有該基板而無該保護塗層的透射率。

在該保護塗層中，至少有一層膜層包括以下特徵中的至少一項：折射率在n=1.9至n=2.05之間，且膜層硬度大於20GPa；折射率在n=1.8至n=1.9之間，且膜層硬度大於18GPa；折射率在n=1.7至n=1.8之間，且膜層硬度大於15GPa；折射率在n=1.6至n=1.7之間，且膜層硬度大於12GPa；折射率在n=1.5至n=1.6之間，且膜層硬度大於10GPa；折射率在n= 1.3至n=1.5之間，且膜層硬度大於6GPa 。該保護塗層的另一種替代性設計為，至少有一層膜層包括以下特徵中的至少一項：折射率在n=1.9至n=2.05之間，且膜層硬度大於22GPa；折射率在n=1.8至n=1.9之間，且膜層硬度大於20GPa；折射率在n=1.7至n=1.8之間，且膜層硬度大於17GPa；折射率在n=1.6至n=1.7之間，且膜層硬度大於14GPa；折射率在n=1.5至n=1.6之間，且膜層硬度大於12GPa；折射率在n=1.3至n=1.5之間，且膜層硬度大於8GPa。

本發明也公開一種在基板上製作薄膜塗層的方法，該方法包括如下步驟：在具有一對兩個旋轉靶材，每個靶材內定位有一個磁控管的第一濺射站，將各該磁控管朝向從距垂直方向0°到+/-60 ⁰之間的一個時鐘角度，其中，零時鐘角度表示該磁控管為垂直朝向，正時鐘角度表示該磁控管朝向偏向該濺射站中心，負時鐘角度表示該磁控管的朝向偏向遠離該濺射站中心；在兩個旋轉靶材之間流入濺鍍氣體和反應氣體；向該靶材通電以使靶材旋轉；向該磁控管施加偏壓電位以在兩個旋轉靶材之間點燃電漿；連續使基板進入站內並經過該靶材下方，以使從該靶材濺射出的材料塗布到該基板。該方法還包括以下步驟：將該基板傳送到第二站，該第二站具有兩對，每對兩個旋轉靶材，且每個靶內材定位有一個磁控管；將每個磁控管朝向從距垂直方向0°到+/-60 ⁰之間的一個時鐘角度；將濺鍍氣體和反應氣體流入到該兩個旋轉靶材之間；向該靶材通電以使其旋轉；向該磁控管施加偏壓電位以在該兩個旋轉靶材之間點燃電漿；連續使基板在該第二站內經過該靶材下方，以使從靶材濺射出的材料塗布到該基板。在本發明方法的一個實施例中，該第二濺鍍站中的時鐘角度與該第一濺鍍站中的時鐘角度不同。在本發明方法的一個實施例中，該基板在該第一濺鍍站中向前和向後傳送至少一次，並且在該第二濺射站中該基板僅沿前進方向傳送一次。在本發明方法的一個實施例中，至少一對靶材是在金屬模式下操作，並且至少一對靶材是在汙染模式下操作。在本發明方法的一個實施例中，使用在該靶材之間的下方安裝陽極開口的方式限制濺鍍材料進入基板的接近角度。在本發明方法的一個實施例中，則是提供具有電子過濾器的陽極以從靶材中去除電子。

本發明提供一種以光學塗層塗布透明基板的方法，該方法包括以下步驟：使氣體在第一對旋轉濺鍍靶材之間以第一速率流動，並以第一功率強度對該第一對旋轉濺鍍靶材通電，以在該第一對旋轉濺鍍靶材之間維持電漿；在該第一對旋轉濺鍍靶材下方，以第一速度，以反覆前進後退的方式傳送基板，以在該基板上沉積黏附層，該黏附層的折射率與該基板的折射率匹配；使氣體在第二對旋轉濺鍍靶材之間以第二速率流動，並以第二功率強度對該第二對旋轉濺鍍靶材通電，以在該第二對旋轉濺鍍靶材之間維持電漿；在該第二對旋轉濺鍍靶材下方，以低於該第一速率的第二速率，以單向前進的方式傳送基板，以沉積保護層，該保護層的折射率高於該基板的折射率；使氣體在第三對旋轉濺鍍靶材之間以第三速率流動，並以第三功率強度對該第三對旋轉濺鍍靶材通電，以在該第三對旋轉濺鍍靶材之間維持電漿；以及在該第三對旋轉濺鍍靶材下方，以第三速率，以反覆前進後退的方式傳送基板，以在該保護層上沉積抗反射層。在該方法中，該使氣體以第三速率流動的步驟包括在該基板前進後退之變換期間改變該流速，藉以沉積具有不同折射率的連續亞層，以形成該抗反射層。在該方法中，該對第三對旋轉濺鍍靶材通電的步驟包括在該基板前進後退的變換期間改變該功率強度，藉以沉積具有不同折射率的連續亞層，以形成該抗反射層。在該方法中，使氣體以第三速率流動、以第三功率強度通電以及以第三速率傳送基板的步驟參數經過調整，以形成每層厚度為10-150nm的亞層。在該方法中，使氣體以第二速率流動、以第二功率強度通電以及以第二速率傳送基板的步驟參數經過調整，以形成厚度為500nm至2μm的保護層。在該方法中，使氣體以第一速率流動、以第一功率強度通電以及以第一速率傳送基板的步驟參數經過調整，以形成厚度為50-250nm的黏附層。在該方法中，傳送基板的步驟包括將多個基板放置在基板載具上，並將至少兩個基板朝向不同的高度方向。在該方法中，該將至少兩個基板朝向不同的高度方向的步驟包括將位於載具中間位置的基板朝向水平方向平放，及將位於載具外圍位置的基板朝向從水平面傾斜的方向放置。

通常會有三種不同的氣體流入反應腔室中，且氣體的相對流速和總流速可用於控制最終膜的特性。例如，調節氧氣和氮氣之間的相對流量比可以控制折射率，而調節載體氣體（例如氬氣）的流量可以控制膜的硬度。因此，在本發明的申請專利範圍的記載中，所謂設定或改變流速可以是指一種氣體、幾種或全部氣體的流速；或兩種或更多種氣體之間的流速比。基於此理解，除非特別明確指定，所謂的「第一速率」、「第二速率」及/或「第三速率」可以彼此相同或不同。同理，除非特別明確指定，「第一功率強度」、「第二功率強度」和「第三功率強度」也可以彼此相同或不同。

雖然以上的說明是以特定實施條件描述本發明的實施例，但本發明的原理也可以其他方式實施。此外，製程步驟雖然以特定順序描述，但該順序只是提供可能的操作方式的一種示例。只要符合本發明的各面向，任何特定實施方式都可以經過重新安排、修改或省略步驟加以實施。

所有關於方向的說明（例如，上、下、向上、向下、左、右、向左、向右、頂部、底部、上方、下方等）僅用於識別的目的，用來幫助讀者理解本發明的實施例，並不能用來限制本發明的範圍。特別是關於本發明的位置、朝向或用途，除非在申請專利範圍中明確記載，都不能用來限制本發明的範圍。連接方式的說明（例如，附接、耦接、連接等）應以廣義方式解釋，並且可以包括元件的連接和元件之間的相對移動之間的中間構件。因此，連接方式的說明並不一定意味著兩個元件直接連接且彼此之間存在固定關係。

在某些情況下，本說明書會參照具有特定特徵及/或連接到另一部分的「端部」來描述組件。然而，本領域的技術人員都理解，端部不限於在與其他部件的連接點處立即終止的元件。因此，所謂 「端部」應該以廣義解釋，以包括特定元件、連結、部件、構件等的末端附近、後方、前方或接近的區域。以上說明中包含的或附圖中所顯示的所有內容都應解釋為僅是說明性質，而非限制性質。在不脫離如所附申請專利範圍所限定的本發明精神的情況下，可以對細節或結構進行改變。

必須注意，如本文和所附申請專利範圍中所使用的單數形式「一個」、「一」、「該」等等，都包括複數對象，除非上下文另有明確規定。

如本領域技術人員在閱讀本說明書內容後將顯而易見，本文描述和圖示的每個單獨實施例具有分別的組件和技術特徵。這些組件和技術特徵可以容易與其他幾個實施例中的任何一個的技術特徵分離或組合，而不背離本發明的範圍或精神。

1:腔室壁 2:氣體輸送管線 3:陽極塊 4:消耗性或犧牲性護罩 5:氣體分注板 6:過濾器 7:磁體陣列 8:保持板 9:冷卻通道 10:磁場線 11:區域 12:損耗錐的範圍 13:陰極 13’:輸送管 14:磁棒 15:接地陽極 16:氣體注射組件 17:傳送帶 18:過濾條 19:磁場線 20:陽極塊 21:磁體 22:保持板 23:空腔 25:氣體注射孔 26:間隔件 31:腔室壁 32:腔室壁 33:開口 34:傳送軸線 36:橫向開口護罩 36B:底板 36P:穿孔 36S:間隔件 36T:頂板 37:傳送向開口護罩 40:塗膜疊層 41:基板 42:黏附層 43:中介層 44:硬層 45、46、47、48:亞層 49:抗反射塗層(ARC)疊層 51:矩形開口 52:中央內凹開口 53:邊緣缺角開口 100:腔室 101:複合式沉積系統 102:電漿 105:第一組磁體 107:基板 110:第二組磁體 111:U形槽由平坦的底部 112:絕緣材料 113:豎壁 114:延伸部 115:保持板 120:封板 130:旋轉圓柱形靶材 131:端壁 132:濺鍍層 133:回流套管 135:氣體注射組件 140:磁輪 171:載具 172:托盤 200:基板載具 225:載具底座 226:邊緣支撐件 226a-226d:邊緣支撐件 228:對角支撐件 230:中心支撐件 231:冷卻器 232:梯形空隙 234:三角形空隙 236:對準銷 238:傳送介面 240:驅動側引導件 242:腔室引導凸緣 244:載具座腳 246:磁性趾部 250:載具托盤 252:薄托盤 254:沉積表面 256:對準孔 258:基座位置 260:止動件 262:表面凹陷 275:基板基座 276:工作表面 278:基座通氣孔 280:溝槽 302:傳送系統 304:磁輪組件 306:三個輪 310:載具 311:入口裝載站 312:第一薄膜塗布站 312b、314b:緩衝區段 312p、314p:處理站 313:第二厚膜單程處理站 314:第三薄膜塗布站 315:出口裝載站 316、318:濺射源 317:濺射源 320:隔板 322:傳送開口 340:氣體源 342:質量流量控制器（MFC） 344:壓力感測器 346:PEM感測器 348:電源 350:控制器 411:淺角度沉積路徑 600:調整器 602:楔形墊片 635:調整器 1001:磁棒 β:楔角 H:中空區域

本發明的其他技術特徵和面向可由以下詳細說明，並參考所附圖式更形清楚。應該理解的是，詳細說明和附圖都是在提供由所附申請專利範圍所限定的本發明各種實施例的各種非限制性示例。

所附的圖式納入本專利說明書中，並成為其一部份，是用來例示本發明的實施例，並與本案的說明內容共同用來說明及展示本發明的原理。圖式的目的旨在以圖型方式例示本發明實施例的主要特徵。圖式並不是用來顯示實際上的範例的全部特徵，也不是用來表示其中各個元件之相對尺寸，或其比例。

圖1A示意性顯示根據本發明實施例的磁控管俯視圖，為了顯示清楚起見，磁控管的其他元件已經移除。 圖1B示意性顯示根據本發明實施例的磁控管沿圖1A的A-A線所見的截面圖。 圖1C示意性顯示根據本發明實施例的圓柱形靶材的截面圖，該靶材中插設該磁控管。 圖1D示意性顯示根據本發明實施例具有單一圓柱形靶材的濺鍍室截面圖，該靶材中插設一個磁控管；而圖1E顯示根據本發明實施例具有單一圓柱形靶材的濺鍍室截面圖，該靶材中插設兩個磁控管。 圖2示意性顯示根據本發明實施例具有兩個圓柱形靶材的濺鍍室截面圖；而圖2A顯示根據本發明實施例具有兩個旋轉圓柱形靶材的截面圖，圖中並以參考線標示濺鍍室中各元件的空間朝向和空間關係。 圖2B和圖2C顯示根據本發明實施例採用開口護罩的處理站。 圖3示意性顯示根據本發明實施例的氣體注入和接地端口。 圖4示意性顯示根據本發明實施例的接地端口的操作。 圖5顯示根據本發明實施例的側面接地端口。 圖6 示意性顯示根據本發明實施例的載具和基板傳送機構的分解圖。 圖7A至圖7C示意性顯示根據本發明實施例的載具底座及基板傳送機構的示意圖。 圖8A至圖8C示意性顯示根據本發明實施例，定位在載具底座頂部的基板載具托盤俯視圖和側視圖。 圖9A至圖9C示意性顯示根據本發明實施例供定位在載具托盤上的基板基座示意圖，其中，載具底座頂部包含或未包含調整器。 圖10示意性顯示根據本發明實施例的處理系統示意圖。 圖11為流程圖，顯示根據本發明實施例，可以由一台經過編程的通用電腦、專用計算機器、人工智慧機器等執行的製程。 圖12示意性顯示根據本發明實施例具有光學保護塗層的基板物件的截面圖。

40:塗膜疊層

41:基板

42:黏附層

43:中介層

44:硬層

45、46、47、48:亞層

49:抗反射塗層(ARC)疊層

Claims (7)

1. 一種光學塗層膜，該塗層膜包括鹼性陽離子材料的氮氧化物，該光學塗層膜的折射率低於1.8，硬度高於18GPa，厚度大於500nm但小於3微米；且         該光學塗層膜在深度的中心處具有比朝向單一表面或朝向兩個表面的深度處更高的密度。
2. 根據請求項1所述的光學塗層膜，其中，該陽離子材料包括矽或鋁，或矽和鋁。
3. 根據請求項2所述的光學塗層膜，另包括一層或一亞層，該層或亞層具有以下特徵中的一項：折射率在n=1.9至n=2.05之間，且膜層硬度大於20GPa；折射率在n=1.8至n=1.9之間，且膜層硬度大於18GPa；折射率在n=1.7至n=1.8之間，且膜層硬度大於15GPa；折射率在n=1.6至n=1.7之間，且膜層硬度大於12GPa；折射率在n=1.5至n=1.6之間，且膜層硬度大於10GPa；及折射率在n= 1.3至n=1.5之間，且膜層硬度大於6GPa 。
4. 根據請求項2所述的光學塗層膜，另包括一層或一亞層，該層或亞層具有以下特徵中的一項：折射率在n=1.9至n=2.05之間，且膜層硬度大於22GPa；折射率在n=1.8至n=1.9之間，且膜層硬度大於20GPa；折射率在n=1.7至n=1.8之間，且膜層硬度大於17GPa；折射率在n=1.6至n=1.7之間，且膜層硬度大於14GPa；折射率在n=1.5至n=1.6之間，且膜層硬度大於12GPa；及在n=1.3至n=1.5之間，且其膜層硬度大於8GPa。
5. 根據請求項2所述的光學塗層膜，其中，該光學塗層膜的壓縮應力低於300MPa。
6. 根據請求項2所述的光學塗層膜，其中，該光學塗層膜的壓縮應力低於100MPa。
7. 根據請求項2所述的光學塗層膜，其中，該光學塗層膜在整個膜厚度上具有調變的密度。