CN102373423A - 溅镀装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种溅镀装置，其包括：处理室，用以对基板执行沉积工艺，并在其一内侧包括靶材；载具，用以在支撑基板的同时进出处理室；以及用于防止膜生长的屏蔽件，用以随载具一起移动并可分离地耦合至载具，并防止在基板的边缘部分上沉积上膜。利用此种配置，可降低由于停止沉积工艺来频繁地更换用于防止膜生长的屏蔽件而造成的各种工艺损耗，从而提高生产率。

Description

溅镀装置

相关申请案的交叉参考

本申请案主张2010年8月11日于韩国知识产权局提出申请的韩国专利申请案第10-2010-0077482号的优先权，该韩国专利申请案的揭露内容以引用方式全文并入本文中。

技术领域

本发明涉及一种溅镀装置，更具体而言，涉及一种可降低由于停止沉积工艺来频繁地更换用于防止膜生长的屏蔽件(anti-film-growing shield)而造成的各种工艺损耗、进而提高生产率的溅镀装置。

背景技术

例如液晶显示器(liquid crystal display；LCD)、等离子体显示面板(plasmadisplay panel；PDP)以及有机发光二极管(organic light emitting diode；OLED)等平板显示器或者半导体会经历例如薄膜沉积、蚀刻等各种工艺并作为产品进行投放。

在各种工艺中，薄膜沉积工艺根据主要原理而一般被划分成两类。

一类是化学气相沉积(chemical vapor deposition；CVD)，而另一类则是物理气相沉积(physical vapor deposition；PVD)，这两类已根据当前工艺的特征而被广泛地使用。

在CVD中，通过电极将由外部高频电源转变成等离子体(plasma)且具有高能量的硅化物离子从喷头(shower head)喷射出并沉积到基板上。

另一方面，在被称为溅镀装置的PVD中，等离子体中的离子被施以足够的能量来碰撞靶材，然后从靶材选出(即溅射出)的靶材原子被沉积到基板上。

当然，除溅镀方法之外，PVD还采用例如电子束蒸镀(E-beam evaporation)以及热蒸镀(thermal evaporation)等各种方法，但需要使用靶材作为溅镀源来向基板提供沉积材料。在下文中，将采用溅镀方法的溅镀装置称为PVD。

传统溅镀装置包括处理室以及作为溅镀源的靶材，在该处理室中执行基于溅镀方法的工艺，该溅镀源则用于向置于沉积位置上的基板提供沉积材料。

同时，在传统溅镀装置中，当具有预定厚度或更大厚度的薄膜沉积到围绕靶材设置的用于防止膜生长的屏蔽件以及靶材上时，会出现剥落(peeling)，从而造成颗粒、由于在玻璃基板端部处靠近不需要生长膜的部分而造成的短路等各种问题。

为最小化此种问题，已作出大量努力来优化用于防止膜生长的屏蔽件的表面上的形状、照明度等并使用于防止膜生长的屏蔽件的更换周期最大化。然而，如到目前所知，仍须以约5天至15天的某一周期频繁地进行更换来进行清洁。进一步，在更换期间，不仅需要大量的人力，而且为在停止所更换设备的操作来进行更换之后重新启动生产，要花费大约10小时或更多时间来进行各种准备，例如室的真空化、加热操作以及靶材特征稳定化等。这些工艺损耗一般可降低生产率，因此须准备对策来预防损耗。

发明内容

本发明提供一种可降低由于停止沉积工艺来频繁更换用于防止膜生长的屏蔽件而造成的各种工艺损耗、从而提高生产率的溅镀装置。

根据本发明的一方面，提供一种溅镀装置，其包括：处理室，用以对基板执行沉积工艺，并在其一内侧包括靶材；载具，用以在支撑所述基板的同时进出所述处理室；以及用于防止膜生长的屏蔽件，用以随所述载具一起移动并可分离地耦合至所述载具，并防止在所述基板的边缘部分上沉积膜。

所述用于防止膜生长的屏蔽件可包括：耦合本体，可分离地耦合至所述载具；以及屏蔽构件，连接至所述耦合本体并包括一个端部，所述端部在所述载具与所述靶材之间设置于所述基板的所述边缘部分中。

所述屏蔽构件可在一个外侧面上包括斜面。

所述屏蔽构件可被处理成具有经过压花的外表面。

所述用于防止膜生长的屏蔽件可设置于所述载具的四个侧面中。

所述溅镀装置还可包括：驱动滚轮，设置于所述处理室内部，并在接触所述载具的上部区域或下部区域的同时驱动所述载具；以及导向件，设置于与所述驱动滚轮相对的一侧、使所述载具位于所述导向件与所述驱动滚轮之间，并用于引导被驱动的所述载具。

所述导向件可包括磁铁。

所述用于防止膜生长的屏蔽件可选自铝(Al)、不锈钢、及钛(Ti)。

所述溅镀装置还可包括屏蔽件驱动单元，所述屏蔽件驱动单元连接至所述载具及所述用于防止膜生长的屏蔽件并驱动所述用于防止膜生长的屏蔽件，以使所述用于防止膜生长的屏蔽件可在将被设置于所述基板中的设置位置与将从所述基板分离的分离位置之间移动。

所述屏蔽件驱动单元可选自旋转驱动器、线性运动驱动器、以及旋转及线性运动驱动器。

所述溅镀装置还可包括：加热室，连接至所述处理室并对穿过所述加热室的所述基板进行预先加热；加载互锁真空室，连接至所述加热室；以及加载/卸载室，连接至所述加载互锁真空室，并包括用于向所述加载互锁真空室中加载所述载具或从所述加载互锁真空室卸载所述载具的加载/卸载单元。

所述加载/卸载单元可包括用于载送所述载具的夹具。

所述加载/卸载单元可包括用于载送所述载具的机械手。

所述处理室、所述加热室、所述加载互锁真空室以及所述加载/卸载室可形成用于直列式工艺的生产线。

所述用于直列式工艺的生产线可包括至少一条循环线，并且在所述循环线的循环点处还可设置缓冲室，以用于反转所述载具或所述基板的方向。

所述处理室可包括沿径向排列的多个处理室，并且还可提供呈群簇形式的传送室，所述群簇设置于所述加热室与所述多个处理室之间。

附图说明

结合附图阅读以下详细说明，将会更清楚地理解本发明的实例性实施例，在附图中：

图1为显示根据本发明第一实例性实施例的溅镀装置的结构的示意图；

图2为显示图1所示靶材区域的结构的剖面图；

图3至图7分别显示用于防止膜生长的屏蔽件或用于驱动用于防止膜生长的屏蔽件的图1的替代实例性实施例；

图8为显示根据本发明第二实例性实施例的溅镀装置的结构的示意图；

图9为显示根据本发明第三实例性实施例的溅镀装置的结构的示意图；

图10为显示根据本发明第四实例性实施例的溅镀装置的结构的示意图；以及

图11为显示根据本发明第五实例性实施例的溅镀装置的结构的示意图。

主要元件标记说明

具体实施方式

为充分地理解本发明及其优点，须参照用于例示本发明实施例的附图以及附图的内容。

在下文中，将通过参照附图解释实例性实施例来详细说明本发明。附图中相同的参考编号指示相同的元件。

在参照附图进行说明之前，下文将要说明的基板可为用于例如液晶显示器(liquid crystal display；LCD)、等离子体显示面板(plasma display panel；PDP)、有机发光二极管(organic light emitting diode；OLED)等平板显示器的基板、用于太阳能电池(solar cell)的基板、或用于半导体晶圆的基板，然而其术语将被统一标准化为基板。

图1为显示根据本发明第一实例性实施例的溅镀装置的结构的示意图，且图2为显示图1所示靶材区域的结构的剖面图。

如图所示，该实例性实施例中的溅镀装置包括：处理室110，在处理室110中对基板执行沉积工艺并在一个内侧提供靶材140；载具120，能够在支撑基板的同时进出处理室110；以及用于防止膜生长的屏蔽件160，可分离地耦合至载具120并随载具一起移动以防止在基板的边缘部分上形成沉积膜。

处理室110形成外观(outer appearance)以及壁本体(wall body)，且在沉积工艺期间被密封以保持高的真空度。为此，如图1所示意性地显示，在处理室110的一侧提供闸阀(gate valve)111，且在闸阀111的一侧提供真空泵112。因此，如果当闸阀111打开时，真空泵112产生真空压力，则处理室110的内部可保持高的真空度。

尽管未详细显示，然而在处理室110的一个侧壁处形成开口，以使载具120及基板可经由该开口而进出处理室110。载具120及基板可经由一个开口进出，然而也可通过两个开口而分别进出。此一开口设置有用于保持真空的闸阀。

进一步，在处理室110的一个内侧提供靶材140作为溅镀源，以向基板提供沉积材料。在图1中，沉积材料是从靶材140直接溅镀至基板上，然而并不仅限于此。作为另外一种选择，可在靶材140与基板之间设置单独的遮罩。

如图2所示，磁铁单元150设置于靶材140的一侧，并在靶材140与基板之间产生用于沉积的磁场。通常，靶材140与磁铁单元150的区域形成阴极，且基板的区域形成阳极。

在该实例性实施例中，靶材140是以旋转靶材140的形式提供。为此，用于使靶材140旋转的靶材旋转单元145耦合至靶材140的一侧。靶材旋转单元145可被设置成暴露于处理室110的外部，并包括电动机，在该电动机中可设置稍后所要说明的电源142。当然，无需将本发明限制于图1及图2。作为另外一种选择，靶材140可为平面型静止靶材(图中未示出)，且与附图所示相反，可提供多个靶材。

在靶材140与磁铁单元150之间，以环绕磁铁单元150的形式提供阴极垫板(cathode backing plate)141，以用于设置靶材140且还用于使磁铁单元150为气密性的。阴极垫板141连接至射频(radio frequency；RF)或直流(direct current；DC)电源142。

参见图2，磁铁单元150设置于靶材140的一侧，换句话说，设置于阴极垫板141内部，并用以在靶材140与基板之间产生用于沉积的磁场。

磁铁单元150包括多个磁铁151至153以及用于支撑磁铁151至153的底板(base plate)154。在该实例性实施例中，这些磁铁151至153被一体地支撑于底板154上，然而并不仅限于此。作为另外一种选择，这些磁铁151至153可分别被单独地支撑于底板154上，且其相对于底板154的位置也可有所变化。这可便于容易地控制磁场的流量或强度。

磁铁151至153包括设置于底板154的中心区域的中心磁铁151、以及设置于中心磁铁151外侧的外部磁铁152及153。通过该结构，外部磁铁152及153从底板154突出至具有低于中心磁铁151的高度或具有小于中心磁铁151的体积。这是考虑到磁场的流量或强度而设计的，但可根据需要进行改变。而且，外部磁铁152与153也可具有不同的尺寸。

接着，载具120被设置成在支撑基板的同时进出处理室110。当靶材140被设置于处理室110内部时，载具120可进出处理室110。因此，处理室110设置有开口，载具120可经由该开口而进出。

为驱动(或移动)载具120，提供驱动滚轮131以及导向件133。驱动滚轮131设置于处理室110内的下部区域中，并接触载具120的下部区域以驱动载具120。导向件133设置于与驱动滚轮131相对的一侧、使载具120位于导向件133与驱动滚轮131之间，并用于引导被驱动的载具120。此时，导向件133可为磁铁。进一步，加热器135可由加热器支架136支撑于载具120的一侧。

同时，用于防止膜生长的屏蔽件160耦合至载具120并随载具120一起移动，并防止在基板的边缘部分S上沉积上膜。

当然，传统溅镀装置也设置有用于防止膜生长的屏蔽件(图中未示出)。然而，由于传统的用于防止膜生长的屏蔽件被固定在处理室110中的预设位置上，因而如果将具有预定厚度或更大厚度的薄膜沉积到用于防止膜生长的屏蔽件上，则须以约5天至15天的某一周期频繁地进行更换来进行清洁。在更换期间，不仅需要大量人力，而且为在停止所更换设备的操作来进行更换之后重新启动生产，要花费大约10小时或更多时间来进行各种准备，例如室真空化、加热操作以及靶材特征稳定化等。这些工艺损耗一般可降低生产率。

然而，在该实例性实施例中，用于防止膜生长的屏蔽件160耦合至能够进出处理室110的载具120，使得在载具120进入处理室110之前或离开处理室110之后的备用状态中，可根据需要而更换用于防止膜生长的屏蔽件160。因此，可在不停止沉积工艺的情况下更换用于防止膜生长的屏蔽件160，从而与传统情形相反，可降低由于频繁更换而造成的各种工艺损耗，进而提高生产率。

如图1所示，用于防止膜生长的屏蔽件160包括耦合本体161以及屏蔽构件162，耦合本体161可分离地耦合至载具120，屏蔽构件162则连接至耦合本体161并将一个端部设置于载具120与靶材140之间的基板的边缘部分中。

用于防止膜生长的屏蔽件160可设置于载具120的四个侧面中。为此，可以单一矩形回路形式或以分别耦合至载具120的四个侧面的四个棒材的形式提供用于防止膜生长的屏蔽件160。

可通过例如螺栓、粘着、闩锁等各种方法来实现载具120与耦合本体161之间的耦合。

进一步，屏蔽构件162的一个外侧面(即实质上用于屏蔽基板的部分的一个外侧面)形成有斜面162a。该斜面162a是一种能减小用于防止膜生长的屏蔽件160的重量的设计，但并非是必不可少的。

耦合本体161与屏蔽构件162可被成型为一体，但并不仅限于此。至少屏蔽构件162可选自铝(Al)、不锈钢、及钛(Ti)，但并不仅限于此。作为另外一种选择，除上述材料之外，还可使用各种合金。

通过此种配置，溅镀装置的操作方式如下。

在处理室110的外部将基板加载于载具120上，并使载具120进入处理室110，以便可将基板放置于沉积位置上。此时，用于防止膜生长的屏蔽件160已将基板的边缘区域屏蔽。

在基板被放置就位时，通过加热器135加热基板。与此同时或在加热之前及之后，用例如氩气(Ar)填充处理室110，然后密封处理室110以保持高的真空度。

当沉积工艺准备就绪时，电源142对靶材140施加负压，并且从靶材140释放的电子与氩气(Ar)碰撞，进而使氩(Ar)气电离。

经电离的氩气在电位差作用下朝向靶材140加速，并与靶材140的表面碰撞。此时，从靶材140产生靶材140的原子(即沉积材料)，这些原子下落到基板的沉积表面上，从而可对基板执行沉积工艺。

在完成沉积工艺后，释放处理室中的真空，且在出口被打开的同时使基板随载具120一起经由该出口而离开。然后，新的基板进入处理室，并且重复上述过程。

在重复上述沉积工艺期间，当到达需要清洁用于防止膜生长的屏蔽件160的时间点时，可在载具120进入处理室110之前或离开处理室110之后的备用状态中根据需要而用新的用于防止膜生长的屏蔽件更换用于防止膜生长的屏蔽件160，而不需如传统情形一样停止沉积工艺。因此，可在不停止沉积工艺的情况下更换用于防止膜生长的屏蔽件160，从而与传统情形相反，可降低各种工艺损耗，进而提高生产率。

通过根据本发明的溅镀装置的结构及操作，可降低由于停止沉积工艺来频繁地更换用于防止膜生长的屏蔽件160而造成的各种工艺损耗，进而提高生产率。

图3至图7分别显示用于防止膜生长的屏蔽件或用于驱动用于防止膜生长的屏蔽件的图1的替代实例性实施例。

如图3所示，屏蔽构件160a可被处理成具有经过压花的外表面E。如果屏蔽构件160a被处理成具有经过压花的外表面E，则压花部分可减少沉积材料在屏蔽构件160a的外表面上的沉积，因此可有利地延长用于防止膜生长的屏蔽构件160a的更换周期。

图4至图7显示替代实例，在这些替代实例中，屏蔽件驱动单元170b至170e连接至载具120及用于防止膜生长的屏蔽件160b至160e，并驱动用于防止膜生长的屏蔽件160b至160e，以使用于防止膜生长的屏蔽件160b至160e可在将被设置于基板中的设置位置与将从基板分离的分离位置之间移动。

参见图4，屏蔽件驱动单元170b是例如由旋转驱动器170b实现，旋转驱动器170b则可通过铰链等实现。用于防止膜生长的屏蔽件160b通过旋转驱动器170b而在箭头方向上从虚线旋转至实线，从而设置于基板的防止膜生长的侧上。

参见图5，屏蔽件驱动单元170c是例如由旋转及线性运动驱动器170c实现。用于防止膜生长的屏蔽件160c通过旋转及线性运动驱动器170c而在箭头方向上线性地移动并接着旋转，从而设置于基板的防止膜生长的侧上。

参照图6，屏蔽件驱动单元170d是例如由线性运动驱动器170d实现。用于防止膜生长的屏蔽件160d通过线性运动驱动器170d而沿基板的纵向方向(如箭头方向)线性地移动，侧设置于基板的防止膜生长的侧上。在图6所示的情形中，需要预定空间A，以使用于防止膜生长的屏蔽件160d向回移动并设置于载具120d上。

参见图7，屏蔽件驱动单元170e是例如由线性运动驱动器170e实现。用于防止膜生长的屏蔽件160d通过屏蔽件驱动单元170e而沿与基板的纵向方向相交的方向(如箭头方向)线性地移动，从而设置于基板的防止膜生长的侧上。

结果，即使应用图3至图7以及图1所示的任何结构，也足以使本发明能够通过降低由于停止沉积工艺来频繁地更换用于防止膜生长的屏蔽件160而造成的各种工艺损耗，从而提高生产率。

图8为显示根据本发明第二实例性实施例的溅镀装置的结构的示意图。

在该实例性实施例中，溅镀装置包括：加热室181，连接至处理室110并对穿过加热室181的基板进行预先加热；加载互锁真空室182，连接至加热室181；以及加载/卸载室183，连接至加载互锁真空室182，并具有用于向加载互锁真空室182中加载载具120及从加载互锁真空室182卸载载具120的加载/卸载单元184。

如图所示，处理室110、加热室181、加载互锁真空室182以及加载/卸载室183可形成用于直列式沉积工艺(in-line deposition process)的生产线。

同时，加载/卸载室183中所设置的加载/卸载单元184可由用于载送载具120的夹具184来实现。

据此，通过夹具184将加载有基板的载具120经由加载/卸载室183、加载互锁真空室182以及加热室181载送至处理室110中，然后对处理室110中的基板执行沉积工艺。在完成沉积工艺后，可以相反的顺序取出载具120。

图9为显示根据本发明第三实例性实施例的溅镀装置的结构的示意图。

在该实例性实施例中，溅镀装置具有如下的结构：在该结构中，加载互锁真空室182a设置于处理室110的一侧且一对加载/卸载室183a设置于处理室110的相对侧。在此种情形中，未形成用于直列式工艺的生产线。

在此种情形中，设置于加载/卸载室183a中的加载/卸载单元184a可由用于载送载具120的机械手184a来实现。进一步，盒式载具185可分别围绕所述一对加载/卸载室183而设置。

图10为显示根据本发明第四实例性实施例的溅镀装置的结构的示意图。

在该实例性实施例中，溅镀装置具有如下的结构：在该结构中，类似于图8所示者，处理室110b、加热室181b、加载互锁真空室182b以及加载/卸载室183b形成用于直列式沉积工艺的生产线，但沿箭头方向上形成循环线。在该实例性实施例中，揭露了两条循环线。

在此种情形中，存在其中沉积工艺的箭头方向被反转的部分，且可在该部分中额外地设置缓冲室186b，以用于使载具120或基板反转方向。

图11为显示根据本发明第五实例性实施例的溅镀装置的结构的示意图。

在该实例性实施例中，溅镀装置具有其中将多个处理室110c沿径向排列的结构。

在此种情形中，传送室187c可以群簇形式设置于加热室181c与多个处理室110c之间。传送室187c用以通过内部机械手(图中未示出)将载具或基板从加热室181c传送至处理室110c。图11所示的结构有利地设置于相对狭窄的空间中，进而额外地具有减小占用面积(footprint)的效果。

结果，即使应用图8至图11以及图1所示的任何结构，只要用于防止膜生长的屏蔽件160耦合至图1所示的载具120，也足以使本发明能够降低由于停止沉积工艺来频繁地更换用于防止膜生长的屏蔽件160而造成的各种工艺损耗，从而提高生产率。

如上所述，通过降低由于停止沉积工艺来频繁地更换用于防止膜生长的屏蔽件而造成的各种工艺损耗，可提高生产率。

尽管已参照实例性实施例具体显示和说明了本发明，然而应理解，在不背离以上权利要求的精神与范围的条件下，可对本发明作出形式及细节上的各种改变。

Claims (16)

1.一种溅镀装置，其特征在于，包括：

处理室，用以对基板执行沉积工艺，并在其一内侧包括靶材；

载具，用以在支撑所述基板的同时进出所述处理室；以及

用于防止膜生长的屏蔽件，用以随所述载具一起移动并可分离地耦合至所述载具，并防止在所述基板的边缘部分上沉积膜。

2.如权利要求1所述的溅镀装置，其特征在于，所述用于防止膜生长的屏蔽件包括：

耦合本体，可分离地耦合至所述载具；以及

屏蔽构件，连接至所述耦合本体并包括一个端部，所述端部在所述载具与所述靶材之间设置于所述基板的所述边缘部分中。

3.如权利要求2所述的溅镀装置，其特征在于，所述屏蔽构件在一个外侧面上包括斜面。

4.如权利要求2所述的溅镀装置，其特征在于，所述屏蔽构件被处理成具有经过压花的外表面。

5.如权利要求1所述的溅镀装置，其特征在于，所述用于防止膜生长的屏蔽件设置于所述载具的四个侧面中。

6.如权利要求1所述的溅镀装置，其特征在于，还包括：

驱动滚轮，设置于所述处理室内部，并在接触所述载具的上部区域或下部区域的同时驱动所述载具；以及

导向件，设置于与所述驱动滚轮相对的一侧、使所述载具位于所述导向件与所述驱动滚轮之间，并用于引导被驱动的所述载具。

7.如权利要求6所述的溅镀装置，其特征在于，所述导向件包括磁铁。

8.如权利要求1所述的溅镀装置，其特征在于，所述用于防止膜生长的屏蔽件是选自铝、不锈钢、及钛。

9.如权利要求1所述的溅镀装置，其特征在于，还包括屏蔽件驱动单元，所述屏蔽件驱动单元连接至所述载具及所述用于防止膜生长的屏蔽件并驱动所述用于防止膜生长的屏蔽件，以使所述用于防止膜生长的屏蔽件可在将被设置于所述基板中的设置位置与将从所述基板分离的分离位置之间移动。

10.如权利要求9所述的溅镀装置，其特征在于，所述屏蔽件驱动单元选自旋转驱动器、线性运动驱动器、以及旋转及线性运动驱动器。

11.如权利要求1所述的溅镀装置，其特征在于，还包括：

加热室，连接至所述处理室并对穿过所述加热室的所述基板进行预先加热；

加载互锁真空室，连接至所述加热室；以及

加载/卸载室，连接至所述加载互锁真空室，并包括用于向所述加载互锁真空室中加载所述载具或从所述加载互锁真空室卸载所述载具的加载/卸载单元。

12.如权利要求11所述的溅镀装置，其特征在于，所述加载/卸载单元包括用于载送所述载具的夹具。

13.如权利要求11所述的溅镀装置，其特征在于，所述加载/卸载单元包括用于载送所述载具的机械手。

14.如权利要求11所述的溅镀装置，其特征在于，所述处理室、所述加热室、所述加载互锁真空室以及所述加载/卸载室形成用于直列式工艺的生产线。

15.如权利要求14所述的溅镀装置，其特征在于，所述用于直列式工艺的生产线包括至少一条循环线，并且

在所述循环线的循环点处还设置缓冲室，以用于反转所述载具或所述基板的方向。

16.如权利要求11所述的溅镀装置，其特征在于，所述处理室包括沿径向排列的多个处理室，并且

还提供呈群簇形式的传送室，所述群簇设置于所述加热室与所述多个处理室之间。

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