CN101792896B - 溅射设备及制造电子器件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种溅射设备，该溅射设备包括附装有靶的可旋转的旋转构件、连接端子和馈电端子。连接端子布置在旋转构件的沿着旋转构件的旋转轴线的方向的端部上并且电连接至靶。馈电端子经由连接端子向靶供应电力。当旋转构件在馈电端子与旋转构件的该端部接触的同时旋转时，切换馈电端子与连接端子之间的电连接或绝缘状态。

Description

溅射设备及制造电子器件的方法

技术领域

本发明涉及一种可应用在沉积处理、表面处理等的溅射设备以及一种制造电子器件的方法。

背景技术

图6是示出在日本专利特开No.2000-265264中说明的用于溅射靶的溅射设备的内部结构的剖视图。图6中所示的溅射设备具有可旋转的阴极旋转构件70。应当注意到，图6示出与阴极旋转构件70的旋转轴线垂直的剖面。布置在阴极旋转构件70的侧表面上的阴极60具有多个靶72。

阴极旋转构件70沿着其旋转方向具有四个侧表面，并且阴极60布置在阴极旋转构件70的四个侧表面上。每个阴极60都具有在阴极旋转构件70内突出的馈电连接端子75。在溅射室(未示出)中，当每个阴极60都设置在与形成溅射区域的空间61面对的位置处时，设置在该阴极60上的靶72与支承在衬底保持器66上的衬底73相对。该衬底73是待进行沉积处理的基础衬底。

此时，磁体74与阴极60的背面(阴极旋转构件70的内表面)相对，并且馈电端子62与阴极60的连接端子75相对。在该状态中，当气缸63被激活以使可运动轴64向前运动时，磁体74设置在阴极60的背面附近的位置处。当另一个气缸71被激活以使另一个可运动轴65向前运动时，馈电端子62连接至连接端子75。电力从馈电端子62经由连接至馈电端子62的连接端子75供应至阴极60。此后，供应处理气体以实施溅射沉积。在完成沉积时，气缸71和63被激活以使磁体74和馈电端子62从阴极60分离。

在日本专利特开No.2000-265264中，多个阴极60布置在阴极旋转构件70的侧表面上，所述阴极旋转构件70构造成可旋转。借助该结构，能使可以使用多个靶72溅射的溅射设备紧凑。

目前，经常通过相对于待进行沉积的衬底成预定的角度布置靶(或者阴极)而进行溅射。这样，众所周知，提高了形成在衬底上的膜的质量。

在诸如超出1米的大玻璃衬底的衬底上沉积的溅射设备中，多个靶经常布置成与衬底相对。在该情况中，为了使膜厚分布均匀，用于调节每个单独的靶以使其相对于衬底具有预定角度的技术日益变得重要。

然而，在日本专利特开No.2000-265264中说明的溅射设备中，连接端子75和从连接端子75延伸的线路经常由于阴极旋转构件70的旋转运动而受到载荷和扭曲。这是因为线路从阴极60沿着朝向阴极旋转构件70的内部的方向(即，沿着旋转的径向方向)突出。特别地，当在馈电端子62和连接端子75相互接触的同时阴极旋转构件70旋转时，施加在线路上的载荷和扭曲变得更大。由于这种载荷和扭曲，电力不能稳定地供应到阴极60。

在日本专利特开No.2000-265264中，馈电端子62和连接端子75构造成仅当阴极60布置在预定的位置处时才电连接。为此，难于在有角度而不是阴极面对衬底的情况下溅射。

从前述的观点，对于日本专利特开No.2000-265264中说明的溅射设备，难于调节阴极或靶相对于衬底的角度。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以解决现有技术的至少一个问题的溅射设备。该目的的一个例子是提供一种可以调节靶相对于衬底的角度的溅射设备。

根据本发明的一个方面，提供一种溅射设备，其包括：可旋转的旋转构件，其附装有靶；连接端子，所述连接端子电连接至靶，并且布置在旋转构件的沿着旋转构件的旋转轴线的方向的端部上；以及馈电端子，其经由连接端子向靶供应电力，其中，当旋转构件在馈电端子与旋转构件的端部接触的同时旋转时，切换馈电端子与连接端子之间的电连接或绝缘状态。

根据本发明的另一方面，提供一种制造电子器件的方法，所述方法包括：使用上述的溅射设备处理待处理对象的步骤。

根据本发明的布置，可以消除电力供应的不稳定性，并且可以调节靶相对于衬底的角度。

本发明的其它特征将从以下参照附图的示例性实施例的说明变得清楚。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的溅射设备的剖视图；

图2是以图1中的虚线为界的区域中的旋转构件的放大图；

图3是从沿着旋转轴线的方向看到的旋转构件的平面图；

图4是用于解释连接端子与馈电端子之间的连接位置的允许范围的视图；

图5是根据本发明的实施例的溅射设备的俯视图；

图6是示出传统的溅射设备的示意性结构的剖视图；以及

图7是示出a-Si TFT(薄膜晶体管)的截面结构的视图。

具体实施方式

以下将参照附图说明本发明的实施例。

图1是根据本发明的实施例的溅射设备的剖视图。图2是以图1中的虚线为界的区域中的旋转构件的放大图。图3是从沿着旋转构件20的旋转轴线10的方向看到的旋转构件20的平面图。

在该实施例中，溅射设备具有室11、可旋转的旋转构件20和保持衬底(未示出)的衬底保持器13。旋转构件20具有接近正三棱柱的形状，并且三棱柱的中心轴线用作旋转的旋转轴线10。沿着该旋转构件20的旋转轴线10的三个侧表面分别用作阴极。这些侧表面可拆卸地附装有作为待溅射材料的靶12a、12b和12c。

旋转构件20的形状不限于接近三棱柱的形状，并且不受到具体限制，只要可以附装靶即可。因此，可以附装至旋转构件20的靶的数量不受到具体限制。在该实施例中，虽然旋转构件20可以附装有多个靶，但是允许仅附装一个靶。

室11的内部可以通过排气系统机构(未示出)抽空。在室11中，布置有保持待处理衬底的衬底保持器13。由于通过等离子体产生机构(未示出)和诸如Ar气的气体供应机构所形成的等离子体，在附装至阴极的靶12a的面对衬底保持器13的表面上发生溅射现象。结果，在附装至衬底保持器13的衬底上形成以靶12a的成分作为主要成分的薄膜。在通过溅射进行的薄膜形成期间中，衬底可以保持不动，也可以运动。为了使衬底运动，使用传送机构(未示出)。

在根据该实施例的溅射设备中，在旋转构件20内布置有用于磁控管溅射的磁体14。磁体14位于靶12a的后侧上(即，在与待溅射衬底相对的侧上)，所述磁体14附装至旋转构件20的侧表面并且与衬底保持器13相对。磁体14可以构造成沿着与旋转轴线10大体垂直的方向，即，沿着靶12a的与衬底保持器13相对的表面的方向(与图1的纸平面正交的方向)往复运动。借助该往复运动，可以提高衬底上形成的薄膜的膜厚均匀性和靶的使用效率。磁体14布置成在靶的表面附近产生磁通量并且使等离子体在靶附近聚集。

在该实施例中，旋转构件20构造成设置多个靶12a、12b和12c。这些靶12a、12b和12c附装至旋转构件20沿着旋转轴线10的侧表面。旋转构件20使用马达19作为动力源经由多个齿轮18、轴承15等而旋转。借助该旋转，靶12a、12b和12c绕旋转构件20的旋转轴线10枢转。然后，当附装至旋转构件20的多个靶12a、12b和12c中的任意一个与附装至衬底保持器13的衬底相对时进行溅射。

在旋转构件20沿着旋转构件20的旋转轴线10的方向的端面附近，布置有气缸21和固定到气缸21的馈电端子固定板24。在馈电端子固定板24上布置有馈电端子22。馈电端子22构造成可往复运动。更具体地，气缸21驱动以使馈电端子22往复运动，以便使馈电端子22与旋转构件20的位于沿旋转轴线10的方向上的端部接触或间隔开。

馈电端子22经由高压线路17连接至电源16。在该实施例中，电源16是DC电源，但是也可以使用DC脉冲电源或AC电源。当馈电端子22与旋转构件20接触时，电力供应经由形成在旋转构件20上的线路供应至附装至阴极的靶12。

下面将参照图2说明将来自电源16的电力从旋转构件20供应至靶12a、12b和12c的结构。三对连接端子25a、25b和25c从旋转构件20的位于沿着旋转轴线10的方向上的端部暴露(参见图3)。各对连接端子25a、25b和25c分别电连接到附装至旋转构件20的靶12a、12b和12c。不同对的连接端子决不同时连接至馈电端子22。即，馈电端子22一次仅向一个靶供应电力。电力从馈电端子22经由连接至馈电端子22的连接端子而供应至靶。

借助该布置，连接端子25a、25b和25c从旋转构件20在沿着旋转构件20的旋转轴线10的方向上的端部暴露。馈电端子22与暴露的连接端子25a、25b或25c接触。连接端子25a、25b和25c从旋转构件20的端部暴露，并且连接至连接端子的线路不从旋转构件20突出。由此，甚至当旋转构件20绕旋转轴线10旋转以相对于衬底(未示出)成角度或者改变靶的类型等时，也可以抑制连接端子25a、25b和25c以及线路的载荷和扭曲。特别地，当连接端子25a、25b和25c嵌入到旋转构件20的端部中时，可以进一步减小连接端子25a、25b和25c上的载荷。

馈电端子22构造成可在沿着旋转轴线10的方向上往复运动，并且可以与旋转构件20的端部接触或分离。更具体地，气缸平移单元23将气缸21的动力传递到馈电端子固定板24。然后，馈电端子22可在沿着旋转轴线10的方向上运动。

在固定到气缸21的馈电端子固定板24上，两个馈电端子22配备在彼此相对以将旋转轴线10夹在中间的位置处。这些馈电端子22经由高压线路17连接至电源16。

另一方面，电连接至电极26a、26b和26c的三对连接端子25a、25b和25c形成在旋转构件20沿着旋转轴线10的方向的端部上。各对连接端子25a、25b和25c中的每对连接端子(两个连接端子)布置在中心位于旋转构件20的旋转轴线10上的圆的圆周上。每对连接端子可以同时地连接至馈电端子22。

例如，附装至旋转构件20的一个靶12a经由线路27a电连接至电极26a，所述靶12a没有电连接至其它的靶12b和12c的电极26b和26c。

除了靶12a以外的靶12b和12c分别电连接至相对应的电极26b和26c。然而，电极26a、26b和26c通过绝缘体29a、29b和29c相互绝缘。分别电连接至电极26a、26b和26c的连接端子25a、25b和25c从旋转构件20的位于沿着旋转轴线10的方向上的端部暴露(参见图3)。

这样，各对连接端子25a、25b和25c仅电连接至相对应的靶(在靶12a的情况下是连接端子25a)。在该实施例中，每对连接端子都包括两个连接端子。然而，仅至少一个连接端子需要与每个靶相对应。

在该实施例中，两个连接端子25a布置成与一个靶12a相对应。这两个连接端子25a布置在绕旋转轴线10旋转通过180°的位置处。结果，从气缸平移单元23经由馈电端子22作用到连接端子25a的力是均匀的。

图3是从沿着旋转轴线10的方向看到的旋转构件20的平面图。即，图3示出旋转构件20沿着旋转轴线的方向的端部。分别电连接至电极26a、26b和26c的三对连接端子25a、25b和25c从旋转构件20的端部暴露。各连接端子25a、25b和25c都布置在中心位于旋转构件20的旋转轴线10上的圆的圆周上。即，所有连接端子25a、25b和25c都暴露在与旋转轴线间隔开几乎相等距离的位置处。布置有三对连接端子的旋转构件20的端部与能经由轴承15抽空的室11间隔开，并且所述端部布置在大气压力下。

借助上述布置，当在馈电端子22与旋转构件20的端部接触的同时旋转构件20旋转时，在馈电端子22与连接端子25a、25b和25c之间切换电连接或绝缘状态。借助该布置，当旋转构件20旋转时，可以调节附装至阴极的靶相对于衬底的角度。

在旋转构件20沿着旋转轴线方向的端部上布置有接地环33，该接地环33连接至接地的接地线路31。接地环33具有在圆的圆周内的同心圆形状，连接端子25a、25b和25c从该圆暴露。图3也示出当馈电端子22与连接端子25a接触时在接地环33上的馈电端子22的接地位置32a。以与馈电端子22压迫连接端子25a、25b或25c同样的方式，两个接地位置32设定成绕旋转轴线10是对称的，从而确保高接触稳定性。

如上所述，在该实施例中，当馈电端子22将电力供应至靶时，馈电端子22接触两个连接端子和接地环的两个位置，即，总共四个位置。然而，本发明不限于这些位置。

虽然没有从旋转构件20的端部暴露，但是图3也使用虚线示出分别连接靶12a、12b和12c与连接端子25a、25b和25c的线路27a、27b和27c的位置，以用于参考。

连接端子25a、25b和25c布置在将旋转构件20的旋转轴线10作为中心的圆上。由于来自阴极(各靶可从阴极拆卸)的线路没有突出，所以甚至当旋转构件20旋转时也可以抑制线路的载荷和扭曲，并且电力可以稳定地供应到靶。

作为接地端子的接地环33形成为具有圆形形状，所述圆形形状将旋转构件20的旋转轴线10作为中心。在该实施例中，例如，接地环33布置在连接端子的内侧上。

连接端子25a、25b和25c布置在将旋转构件20的旋转轴线10作为中心的圆的圆周上。各连接端子25a、25b和25c都优选地具有沿着圆的圆周(即，沿着旋转构件20的旋转方向)延伸的形状，所述形状将旋转轴线10作为中心并且具有预定的中心角θ。于是，连接端子25a、25b和25c与馈电端子22之间的接触位置可以具有一定区域范围(预定的范围)。由此，可以防止连接端子25a、25b和25c以及馈电端子22的引起电力供应不稳定的位移。因此，电力可以更稳定地供应到阴极。

连接至相应的靶12a、12b和12c的连接端子25a、25b和25c布置在旋转构件20沿着旋转轴线10的方向的端面上以沿着该旋转方向并置。于是，在旋转构件20旋转时，可以切换连接至馈电端子22的连接端子。

该实施例的溅射设备具有三对连接端子25a、25b和25c，其中两个连接端子与一个靶相对应。在该情况中，在将旋转轴线10作为中心的圆的圆周上的连接端子可以每隔60°(360÷3(靶的数量)÷2(每个靶的连接端子的数量))进行布置。

在相邻的连接端子25a、25b和25c之间必须确保有间隙，从而使相邻的连接端子相互绝缘。即使在该情况中，连接端子25a、25b和25c也可以具有绕旋转轴线10的小于60°的最大旋转角。这样，电力供应可以稳定，并且可以放宽阴极(或靶)相对于衬底的角度调节的允许范围。

图4示出与图3中所示的连接端子25a、25b或25c相关的每个馈电端子22的加压位置的允许范围。各连接端子25a、25b和25c在旋转构件20沿着旋转构件20的旋转方向的端部上延伸。图4使用从中心位置30的偏移角θ和作为调节上限的加压位置示出维持沿着旋转方向延伸的各连接端子25a、25b和25c的连接的允许范围。

由于连接端子25a、25b和25c以这种方式沿着旋转方向形成，电力供应很少由于在连接端子25a、25b和25c与馈电端子22之间的位移的连接位置而变得不稳定，并且可以实现更稳定的电力供应。此外，可以在允许范围内任意地调节附装至阴极的靶相对于衬底的角度，并且可以扩展溅射的处理条件。

在该实施例中，连接端子25a、25b和25c沿着旋转构件20的旋转方向延伸。然而，各馈电端子和连接端子中的至少一个仅需要沿着旋转构件的旋转方向延伸。甚至在该情况中，可以得到与当连接端子沿着旋转方向延伸时所获得的效果相同的效果。

图5是根据本发明的另一个实施例的溅射设备的俯视图(从沿着旋转轴线的方向看到的平面图)。在该实施例的溅射设备中，在室11中布置有四个旋转构件20a、20b、20c和20d，其中每个旋转构件都具有与图1中所示的旋转构件的布置相同的布置。四个旋转构件20a、20b、20c和20d并置。各旋转构件20a、20b、20c和20d的阴极中的一个可以与衬底保持器13相对。在该实施例中，旋转构件的数量是四，但是这并不受到具体限制。

在以上实施例中，靶可拆卸地附装至阴极旋转构件20。或者，靶可以一体地附装至阴极旋转构件20。

在以上的实施例中，已经详细地举例说明了磁控管溅射设备。然而，本发明的溅射设备可以是二极管溅射设备，并且本发明不限于这些溅射设备。

已经提供并且已经详细地说明本发明的优选实施例。然而，本发明不限于以上实施例，并且在不脱离本发明的范围的情况下可以进行多种改变和修改。

(制造电子器件的方法)以下将参照图7说明使用本发明的溅射设备作为电子元件示例的制造显示器元件的方法。图7示出a-Si TFT(薄膜晶体管)的剖面结构。在制造显示器元件的方法中，沉积设备用于阵列制造处理和BM(黑矩阵)制造处理。

例如，在阵列制造处理中，在衬底701上形成晶体管和互连。在以下处理a、d和e中是主要使用与沉积相关联的溅射的处理，并且在以下处理a至f中相继堆叠膜。

处理a：门电极(Mo，Al等)702处理b：门绝缘膜(SiN_x等)703处理c：半导体层(a-Si或a-Si(n+)P等)704和705处理d：源电极/漏极(Mo，Al等)706和707处理e：透明电极(ITO等)708处理f：保护膜(SiN_x等)709在图7中所示的TFT的截面结构中，适用于显示器元件的薄膜通过调节相应的参数而形成，这些参数例如与作为薄膜材料源的靶种相对应的溅射气体、真空度、衬底温度、放电功率和放电时间。

虽然已经参照示例性实施例说明本发明，但应理解本发明不受所公开的示例性实施例限制。下述权利要求的范围将与最广泛解释一致，从而包含所有这些修改和等同结构以及功能。

Claims (8)

1.一种溅射设备，包括：

可旋转的旋转构件，其附装有靶；

连接端子，所述连接端子电连接至所述靶，并且布置在所述旋转构件的沿着所述旋转构件的旋转轴线的方向的端部上；以及

馈电端子，其经由所述连接端子向所述靶供应电力，

其中，所述馈电端子构造成能够在沿着所述旋转构件的旋转轴线的方向上往复运动，并与所述旋转构件的所述端部接触或分离，并且通过所述馈电端子与所述旋转构件的所述端部之间的接触或分离来切换所述馈电端子与所述连接端子之间的电连接或绝缘状态。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述馈电端子和所述连接端子中的至少一个沿着所述旋转构件的旋转方向延伸。

3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述旋转构件构造成附装有多个靶，

分别连接至所述靶的连接端子布置在所述旋转构件的所述端部上，并且

各个连接端子布置在所述旋转构件的旋转方向上。

4.根据权利要求3所述的设备，其中，在所述旋转构件旋转时切换连接至所述馈电端子的连接端子。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中，在所述旋转构件内布置有磁体，所述磁体在附装至所述旋转构件的靶的表面上产生磁通量。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，布置有与所述旋转构件等效的至少两个旋转构件。

7.根据权利要求1所述的设备，还包括保持器，所述保持器布置成与所述旋转构件的附装有所述靶的表面相对，并且所述保持器保持待进行处理的衬底。

8.一种制造电子器件的方法，包括：

使用根据权利要求1的溅射设备处理待处理对象的步骤。

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