CN104766779A - 用于涂覆衬底的方法和涂覆器 - Google Patents

Abstract

提供一种用具有可旋转靶(20)的阴极组件(10)涂覆衬底(100)的方法。可旋转靶具有至少一个位于其内的磁体组件(25)。该方法包括将磁体组件定位在第一位置，使得其相对于平面(22)不对称地排列达预定第一时间间隔，所述平面从衬底(100)垂直延伸到可旋转靶的轴线(21)；将磁体组件定位在第二位置处达预定第二时间间隔，第二位置相对于所述平面(22)不对称地排列；并且在涂覆过程中向可旋转靶提供随时间而变化的电压。此外，提供一种涂覆器，其包括具有可旋转弯曲靶的阴极组件；以及两个定位在可旋转弯曲靶内的磁体组件，其中，两个磁体组件之间的距离能变化。

Description

用于涂覆衬底的方法和涂覆器

本申请是于2012年4月1日进入中国国家阶段的国际申请号为WO2011/039316的中国专利申请号201080044690.0的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于涂覆衬底的方法和用于涂覆衬底的涂覆器。更具体地，涉及具体地通过溅射涂覆衬底的方法和用于涂覆衬底的涂覆器。更具体地，本发明涉及磁控溅射，其中靶通常是可旋转的靶。更具体地，该方法和该涂覆器涉及静止溅射沉积。本发明具体地涉及包括衬底和涂层的沉积、图案化和处理中使用的装备、处理和材料的衬底涂覆技术方案，其代表性示例所包括(但不限于)的应用涉及：半导体和介电材料和器件、硅基晶片、平板显示器(诸如TFT)、掩膜和过滤器、能量转换和存储器(诸如光伏电池、燃料电池和电池)、固态发光(诸如LED和OLED)、磁光存储器、微机电系统(MEMS)和纳米机电系统(NEMS)、微光和光机电系统(NEMS)、微光和光电装置、透明衬底、建筑和汽车玻璃、用于金属和聚合物箔和封装的金属化系统以及微和纳米模制。

背景技术

在许多应用中，期望在衬底上沉积薄层的涂覆材料。用于沉积层的公知的技术具体地是蒸发和溅射。

溅射是用来将各种材料的薄膜沉积到衬底的表面上的真空涂覆处理。例如，溅射能用来沉积诸如薄层铝或者陶瓷的金属层。在溅射处理过程中，涂覆材料通过用被高压加速的惰性气体或者反应气体的离子轰击靶的表面将由该材料组成的靶转移到要被涂覆的衬底。当气体离子撞击靶的外表面时，它们的动量传递给该材料的原子，使得它们的一些能获得足够的能量以克服它们的键合能量，以便从靶的表面逃离并沉积在衬底上。在那上面，它们形成期望的材料膜。沉积的膜的厚度尤其取决于将衬底暴露到溅射处理的持续时间。

期望进一步提高沉积的层的质量。当用层涂覆衬底时，期望在衬底上具有高度均匀的层。具体地，期望在衬底上沉积的层的厚度在整个衬底上尽可能一致。还期望在诸如生成的晶体结构、比阻力和层的应力的特性方面具有高度均一性。例如，在金属化层的产生过程中，信号延迟取决于层的厚度，使得例如在显示器的生产过程中，可变的厚度会造成在略微不同的时间被激励的像素。当为了在不同的位置实现相同的结果而蚀刻层时，更重要的要依靠一致的层厚度。

为了改进沉积的层的这些特性，已经提出在溅射过程中在可旋转的靶内摆动磁体。换言之，已经建议磁控溅射阴极的磁体以恒定的角速度在零位置周围的某最大外位置之间恒定地移动。

然而，证明这造成仍然要改进的均一性。

发明内容

鉴于以上，提出了一种用于涂覆衬底的方法和用于涂覆衬底的涂覆器。

根据一个方面，提出了一种用于以至少一个阴极组件涂覆衬底的方法。阴极组件具有可旋转靶，至少一个磁体组件定位在可旋转靶中。该方法包括将磁体组件定位在第一位置，使得其相对于平面不对称地排列达预定第二时间间隔，所述平面从衬底垂直延伸到可旋转靶的轴线。该方法还包括将磁体组件定位在第二位置处达预定第二时间间隔，第二位置相对于所述平面不对称地排列，并在涂覆过程中向可旋转靶提供随时间而变化的电压。

根据另一方面，提供一种用于涂覆衬底的涂覆器，其包括至少一个阴极组件，其具有可旋转弯曲靶，以及两个磁体组件，其定位在至少一个阴极组件的可旋转弯曲靶内。两个磁体组件之间的距离能变化。

其他方面、细节、优点和特征从从属权利要求、说明书和附图中变得明显。

实施例还涉及用于执行所公开的每个方法并包括用于执行每个描述的方法步骤的设备部分的设备。这些方法步骤可以借助于硬件部件、适合的软件完成的计算机程序、通过这两个的任何组合或者以任何其他方式执行。此外，实施例还涉及操作所描述的设备的方法或者制造所描述的设备的方法。它包括用于执行此设备的功能或者制造设备的部件的方法步骤。

附图说明

将部分地参照附图在以下说明书中描述以上本发明的其他更加详细方面中表示的一些。

图1、2、3a、3b和4是图示用于根据此处描述的实施例的用于涂覆衬底的方法的涂覆器的示意横截面视图。

图5是根据此处描述的实施例的涂覆器的示意横截面视图。

图6是示出根据此处描述的实施例磁体组件的角位置和沉积层的一致性之间关系的示意图。

图7是示出根据此处描述的实施例等待时间对整个涂覆时间的比率和沉积层的一致性之间的关系的示意图。

图8是示例性地示出根据此处描述的实施例施加到阴极组件的方波电压的示意图。

图9是示例性地示出根据此处描述的实施例施加到阴极组件的正弦电压的示意图。

图10是定位用于涂覆衬底的阴极组件的阵列的示意横截面视图。

图11是示出根据此处描述的实施例的得到的沉积轮廓的示意图。

具体实施方式

在以下对附图的描述中，相同的参考编号是指相同的部件。一般地，仅仅描述各个实施例的不同之处。

此处描述的用材料涂覆衬底的处理通常是指薄膜应用。术语“涂覆”和术语“沉积”在此处同义地使用。在此处描述的实施例中使用的通常的涂覆处理是溅射。

一般地，溅射能理解为二极管溅射或者磁控溅射。磁控溅射具体的优点是其沉积速率相当地高。通常，磁体定位在可旋转的靶内。此处使用的可旋转的靶通常是可旋转的弯曲靶。通过将该磁体或者多个磁体布置在靶后面(即，在可旋转的靶的情况下在靶的内部)，为了将自由的电子捕获在所产生的磁场(该磁场产生在靶表面的正下方)内，这些电子受迫在磁场内移动而不能逃离。这将气体分子的离子化增强了几个数量级。从而，显著地增大了沉积速率。

衬底可以在涂覆过程中连续地移动(“动态涂覆”)或者要被涂覆的衬底在涂覆过程中静止(“静态涂覆”)。静态涂覆的优点是涂覆所用完的靶材料的量相比于动态涂覆要小，这是因为在后者的情况下衬底保持器经常也被涂覆。静态涂覆特别允许大面积衬底的涂覆。该衬底进入涂覆区域中，执行涂覆，然后衬底再次从涂覆区域中取出。

在显示器生产过程中能使用溅射。更详细地，溅射可以用于金属化，诸如电极或者总线的产生。还用于薄膜晶体管(TFT)的产生。还可以用于ITO(氧化铟锡)层的产生。

溅射还能用在薄膜太阳能电池的产生中。一般地，薄膜太阳能电池包括背接触、吸收层和透明及导电氧化层(TCO)。通常，背接触和TCO层通过溅射而产生，而吸收层通常在化学气相沉积处理中制造。

相比于诸如化学气相沉积的蒸发处理，溅射的优点是不能被蒸发的材料还能被溅射。此外，所产生的层对衬底的附着在溅射处理中通常比在蒸发处理中要强。此外，溅射是方向性处理，使得材料的主要部分转移到衬底，因而不(像在蒸发应用中那样)涂覆沉积设备的内部。

此处使用的术语“衬底”应该包括非柔性衬底(例如，晶片或者玻璃板)和柔性衬底(诸如蹼和箔)。通常，本发明涉及静态涂覆。在大多数情况下，衬底是例如用在太阳能电池的生产中的非柔性衬底(诸如玻璃板)。术语“涂覆”应该具体地包括溅射。因而，此处描述的涂覆器通常是溅射设备，并且阴极组件是溅射阴极。

此处使用的术语“磁体组件”是能够产生磁场的单元。通常，磁体组件由永磁体组成。此永磁体通常布置在可旋转的靶内，使得自由电子被捕获在产生在可旋转靶表面下方的磁场内。在许多应用中，磁体组件包括磁轭。根据一方面，磁体组件可以在可旋转管内移动。通过移动磁体组件，更具体地通过沿着作为旋转中心的可旋转管的轴线旋转磁体组件，溅射材料能在不同的方向上取向。

根据本发明的一个方面，施加到可旋转靶的电压随时间而变化。即，非恒定电压施加到可旋转靶。通常，溅射功率取决于磁体组件位置而变化。注意，溅射功率通常直接对应于施加到可旋转靶的电压。除了接近0V的值，施加的电压和溅射功率之间的关系在第一近似的情况下呈线性。因而，一种溅射方式是溅射功率随时间而变化。

图1示意性地图示定位在衬底保持器110上的衬底100。阴极组件10的可旋转靶20定位在衬底100的上方。负电位施加到可旋转靶。磁体组件25如示意性地示出定位在可旋转的靶20内。在许多实施例中，正电位施加到的阳极(在图1中未示出)定位成靠近可旋转靶。这样的阳极可以具有杆的形状，杆的轴线通常布置成与成角度的管的轴线平行。在其他实施例中，单独的偏置电压可以施加到衬底。此处使用的“定位磁体组件”一般理解为在磁体组件位于某恒定位置处的情况下操作涂覆器。

在此处描述的实施例中使用的通常的永磁体具有两个北磁极和南磁极。这些磁极各以磁体组件的表面为基准。该表面通常从其内部面向可旋转靶。

在许多情况下，一个磁极定位在中间，而两个相反磁极布置成与其相邻。在图1中，为了图示这样的位置示出磁体组件25的放大图。如所示，南磁极定位在中间，而北磁极框住南磁极。磁极的表面形状可以适配于磁极定位在其中的可旋转弯曲靶的曲率。在许多实施例中，每个磁极的表面限定平面。磁极的平面通常不是平行的。然而，由布置在中间的磁极的表面所限定的平面具有这样的朝向，其通常精确地在由外磁极的磁极所限定的平面的朝向的中间。在数学的方面，外磁极表面的增加的竖直矢量分量加起来精确地达内磁极表面的竖直矢量分量。

在此说明中术语“竖直”是指图1所示的竖直朝向。在一般方面，术语“竖直”是指衬底的朝向。即，短语“磁体组件定位在非零位置处”描述了其中限定为磁体组件的所有磁极表面的矢量和的平均表面具有与衬底表面的朝向不同的朝向。

衬底的表面限定了水平地布置在所示附图中的平面。技术人员一般能想到从衬底垂直延伸到可旋转靶的轴线的平面。在许多实施例中，此平面还与衬底保持器垂直。此平面此处应该称为“衬底-靶互连平面”。在图1、3a和3b中，此平面示例性地示出为竖直布置的虚线22。

尽管在附图中示出的实施例图示要布置在水平布置的衬底的上方的可旋转衬底并且对这些实施例图示性地说明衬底-靶互连平面的限定，但是应该提及衬底在空间中的朝向还可以是竖直。具体地，考虑到大面积涂覆，如果衬底被竖直朝向，可以使衬底的运输和处理简化和容易。在其他实施例中，甚至可以将衬底布置在水平朝向和竖直朝向之间的某个位置。

根据本发明的一个方面，磁体组件以预定的时间间隔相对于衬底-靶互连平面不对称地排列。应该注意，短语“不对称地排列定位磁体组件达一段时间”应该理解为不对称地定位磁体组件，并将其精确保持在此位置达一段时间。通常，此预定的时间间隔大于0.1秒，更具体地1秒，更通常地大于10秒，甚至更通常地大于30秒。

通常，可旋转弯曲靶具有柱体形状。为了确定柱体内诸如磁体组件的元件的角位置，技术人员能参照柱坐标。假定特别关注角位置，在本发明中，该角度用于指示位置。在本发明中，零角度位置应该限定为可旋转靶内最靠近衬底的位置。零角度位置因而通常直接在衬底靶互连平面22内。

根据本发明的各个方面，磁体组件定位在可旋转靶内非零角度位置处达预定的时间间隔。这在图2中图示。更具体地，它还在磁体组件25相对于零角度位置以-α的角度定位的图3a中示出。磁体组件然后移动到第二非零角度位置。图3b图示磁体组件相对于零角度位置以+α的角度定位达预定时间间隔的实施例。此处，负角应该是指向左偏转，而正角应该是指向右偏转。

将磁体组件定位在非零角度位置处(即，相对于与衬底-靶互连平面不对称地排列)造成不在靶表面上方最靠近衬底的那个区域处而在横向布置的区域处产生等离子体。因而，溅射变量增大，使得磁体组件的这样倾斜的位置会造成认为不要涂覆的区域(诸如衬底保持器或者涂覆室内的壁)更高的涂覆率。换言之，它因而会造成降低的效率。

尽管这种情况，本发明的发明者已经令人惊讶地发现沉积层在衬底上的均一性通过将磁体定位成相对于直接衬底靶连接平面不对称地排列而增大。当考虑该层的均一性时，这应该主要理解为在衬底上的整个涂覆区域一致的层厚度、晶体结构、比阻力和层应力。

根据一个方面，当涂覆衬底时，磁体组件定位在第一非零角度位置达第一预定时间间隔。然后，磁体组件移动到第二非零角度位置，并保持在那里达第二预定时间间隔。通常，第一预定时间间隔(即，磁体组件保持在第一非零角度位置处的时间间隔)和第二预定时间间隔(即，磁体组件定位在第二非零角度位置的时间间隔)相同。此外，根据实施例，第一位置和第二位置的角度的绝对值相同。通常，第二位置对应于相对于直接衬底靶连接平面对称的第一位置。

此情况在图3a和3b中示意性地示出，其中磁体组件25定位在图3a的实施例中的第一位置中，即，定位在相对于直接衬底靶连接平面以α角限定的第二位置处。为了增加附图的清晰，仅仅在一些附图中示出电压的图示。然而，应该理解到在操作中，负电压通常施加到阴极组件。

已经发现如果电场(即，电压)在磁体移动时降低或者关闭，则均一性能进一步增大。这是令人惊讶的，因为已经提出在恒定移动磁体(其在左右最大角度之间摆动)的过程中溅射。尽管此教导，本发明者已经发现如果溅射在磁体组件既不定位在第一位置处也不定位在第二位置处时暂停，则均一性能增大。

在许多实施例中，当电场开启，当磁体在外侧位置处(诸如至少15度或者甚至25度的角度处)时，能实现最佳的均一性。通常，磁体组件在外侧位置等待达一段时间。通常，电压仅仅在磁体组件在外侧位置处时开启。在磁体组件移动过程中，放电中断，即，阴极组件和阳极之间的电位差保持接近零或者零。

根据实施例，提出通过以下列方式溅射来涂覆衬底：磁体组件定位在可旋转靶内的第一非零角度位置处，并在用于溅射的电场开启的情况下保持在那里达第一时间间隔。例如，磁体组件可以以角度α定位。第二，在第一时间间隔已经经过之后，磁体组件移动到第二非零角度位置，由此通常经过零角度位置。在移动过程中，电场关闭。第三，在电场再次开启的情况下磁体组件保持在第二非零角度位置达第二时间间隔。短语“电场开启”理解为施加到阴极组件和阳极的电压。

根据实施例，施加的电压在第一时间间隔和/或第二时间间隔期间恒定。施加的电压通常在磁体组件处于第一位置时和磁体组件处于第二位置时相等。

根据通常实施例，相对于零角度位置在15度和45度之间的角度，更具体地在15度和35度之间进行将磁体组件定位成相对于衬底靶互连平面而不对称地排列。在一些实验中，证明接近30度的角度造成最佳的沉积层的均一性。当然，这些示例性角度理解为角度的绝对值。

如已经阐述，通常在第一和第二位置定位磁体组件，其中第二位置具有该角度的相同的绝对值，但是关于衬底-靶互连平面对称。

根据一个方面，磁体组件定位在第一位置处，定位在第二位置处，定位在第三位置处并定位在第四位置处。它保持在每个位置达预定的时间间隔，即，在第一位置达第一预定的时间间隔，在第二位置达第二预定时间间隔，在第三位置达第三预定时间间隔，并在第四位置达第四预定时间间隔。

根据实施例，其中两个位置(诸如第三和第四位置)的角度的绝对值大于其他两个位置(诸如第一和第二位置)的绝对值。通常，第二位置具有与第一位置相同的角度绝对值，但是关于衬底-靶互连平面对称，并且/或者第四位置具有与第三位置相同的角度绝对值，但是关于衬底-靶互连平面对称。根据实施例，定位顺序对应于位置编号，即，磁体组件首先定位在第一位置处，其次在第二位置，然后在第三位置，最后在第四位置。

根据能与其他实施例组合的又一实施例，电压保持在第一非零值达预定时间间隔，并且电压保持在第二非零值达预定时间间隔。第一非零值可选地大于第二非零值。例如，第二非零电压值是第一非零电压值的80％的最大值，或者甚至第一非零电压值的50％的最大值。

例如，当至少一个磁体组件定位在第一位置和第二位置处时，电压可以保持在第一非零值。此外，当至少一个磁体组件定位在第三位置和第四位置处时，电压可以保持在第二非零值。

根据实施例，第二位置对应于关于衬底-靶互连平面对称的第一位置，并且/或者第四位置对应于关于衬底-靶互连平面对称的第三位置。

图4示例性地图示在此处更详细地描述的实施例中使用的阴极组件。要理解到图4所示的所有元件还可以应用在此处描述的其他实施例中，尤其是对图1、2、3a、3b和5描述的那些实施例中。图4所示的是可旋转靶20能放置在背撑管上。背撑管主要用于安装可旋转靶，该可旋转靶的材料认为在溅射过程中要清除。为了降低溅射处理造成的靶的高温，在许多实施例中，可旋转靶在其内部布置有冷却材料管40。通常，水用作冷却材料。冷却是必要的，因为用于溅射处理的能量的主要部分-通常是几千瓦数量级-转换成靶的热量。如图4的示意图所示，磁体组件定位在背撑管和冷却材料管内，使得如果期望它能在其中移动到不同的角度位置。根据其他实施例，靶管的整个内部填充有诸如水的冷却材料。

一般地且不限于图4的实施例，磁体组件可以安装在靶管的轴线上。此处描述的枢转运动可以通过提供必要的旋转力的电动机引起。在通常实施例中，阴极组件装备有两个轴：第一轴，可旋转靶管安装在第一轴上。第一轴在阴极组件的操作中旋转。可移动磁体组件通常安装到第二轴。第二轴独立于第一轴通常以允许此处描述的磁体组件的运动的方式而移动。

图5示意性地示出具有包括两个磁体组件25的可旋转弯曲管的本发明的一个方面。通常，两个磁体组件定位成相对于衬底靶互连平面不对称地排列，即，它们定位在非零角度位置处。此外，通常，它们的位置相对于零角度位置的角度的绝对值相同。相比于每个靶管仅仅设置一个磁体组件相比，此构造允许两个等离子体在与两个磁体组件相邻的靶表面的前方产生。因而能增大溅射效率。此外，通过在非零角度位置处定位两个磁体组件，此构造能受益于增大的均一性，在涂覆器的操作过程中在将磁体组件定位在非零角度位置达预定时间间隔时，能观察到增大的均一性。

通常，两个磁体相对于零角度位置定位在15度和45度之间，更通常地在25度和35度之间或者甚至在25度和30度之间的绝对角度值处。通常，两个磁体组件相对于零角度位置的绝对角值是相同的。可以在各个位置处恒定地布置两个磁体。根据实施例，第二磁体组件定位的位置是指第一磁体组件关于衬底-靶互连平面对称的位置处。

根据此处描述的实施例，至少一个阴极组件包括定位在可旋转靶内的两个磁体组件，且两个磁体组件之间的距离是可变的。两个磁体组件之间通常的角度在45度和75度组件，例如在55度和65度之间。一般地，磁体组件的位置相对于它们距可旋转靶中心的距离不变化。相反，磁体组件通常可沿着可旋转弯曲靶的内周而移动。因而从作为旋转中心的可旋转靶中心得到两个磁体组件之间的距离(以角度表示)。

根据实施例，相同的衬底涂覆有相对于衬底-靶互连平面而以不同角度定位的磁体组件，并且可以在涂覆过程中修改两个磁体组件的位置。例如，在第一步骤，两个磁体组件之间的角度可以设定为15度和45度之间的值，并且在第二步骤(步骤的顺序可以颠倒)，设定为35度和90度之间的值。如所论述，可以将在第一步骤施加的电压设定为比在第二步骤施加的电压大的值。

在本发明中，附图图示带有示例性示出衬底的涂覆器的横截面示意图。通常，阴极组件10包括具有柱体形状的可旋转靶。换言之，当看着附图时，靶延伸进出纸面。对于也仅仅作为横截元件示意示出的磁体组件也是这样。磁体组件可以沿着柱体的整个长度延伸。由于技术原因，通常，它们延伸柱体长度的至少80％，更通常地，至少柱体长度的90％。

图6是示出沉积层的均一性U与磁体组件/多个磁体组件定位在可旋转管内的角度α的绝对值之间的关系的示意图。发明者测量到代表沉积层的均一性并以距期望厚度的偏差来表示的曲线下降达约30度的角度值。图6的图还示出如果角度α的绝对值进一步增大则均一性开始降低。因而，通常根据此处描述的实施例在约20度和40度之间，更通常地在25度和35度之间或者甚至25度和30度之间的范围中调节磁体组件。

所示出的单位“U”是指从期望的层厚度按百分位变化测量的层的均一性。在与α-轴线相交处，百分比是零。尽管从理论上看当然这是期望的，但是像那样的值是难以达到的。不管怎样，本发明允许达到3％以下的均一性，在一些实施例中甚至在2％的范围中的百分比值。图6和图7所示的测量结果在约17.5kW/meter的功率和约0.5Pascal的压力值下的纯铜溅射处理下测量。被涂覆的衬底是大面积的衬底。

图7示出均一性与t_w和t_p之间的比率之间关系的示意图。时间“t_w”表示磁体组件以大于15度的恒定角度(诸如例如30度的角度)定位成相对于衬底-靶互连平面不对称排列的整个时间。更详细地，磁体组件定位在第一非零角度位置达第一时间间隔，并在移动到此位置之后定位在第二非零角度位置达第二时间间隔。

时间“t_p”是涂覆的整个处理时间。因而，在整个时间t_p-t_w，磁体组件从第一非零角度位置移动到第二非零角度位置，且电位在整个处理时间t_p期间恒定。换言之，此图示出了根据磁体组件定位在第一和/或第二非零角度位置(即，相对于直接衬底靶连接平面不对称排列)多长时间，衬底的均一性提高了多少。从附图可见，发明者已经发现磁体组件位于第一和第二非零角度位置相对于整个处理时间越长，获得更好的均一性尤其是获得更好的一致性。

因而，通过远离零角度位置溅射能实现最大均一性。如所述，这能通过将两个磁体布置在可旋转靶内且通常两个磁体组件定位在非零角度位置处而实现。通过仅仅使用定位第一非零角度位置处达一段时间的一个磁体组件也能实现。此磁体组件能在可旋转靶内移动到通常与第一非零角度位置对称的第二非零角度位置。通常，它停留在那里达第二时间间隔。

根据实施例，此运动以高速进行，使得整个移动时间在1秒以下更通常地在0.5秒以下的范围中。可以在移动时切换施加到靶的电压，这将进一步增大均一性，这可以从图7明显可见。

图8示出对于电压在时间上不恒定但是具有方波形状的实施例在衬底和靶之间施加的电压。在附图中可见，电压保持在某恒定水平达一段时间，该段时间在磁体组件在恒定位置处的溅射过程中通常是第一或者第二时间间隔。电压然后大致在某时间间隔降低。这些时间间隔通常是指磁体组件在可旋转靶内例如从第一非零角度位置到第二位置的移动的时间。

根据实施例，电压在其大致降低的时间可以为零。溅射立即停止。根据其他实施例，电压可以降低到某阈值，该阈值是溅射处理的一种初始电压。例如，此阈值电压可以停止溅射，但是可以允许更容易地重新开始溅射处理。然而，通常，电压在磁体组件移动的时间(即，在其重新定位的过程中)降低到比溅射电压的10％低，更通常地比溅射电压的5％低的值。

一般地，可以施加具有不同形状的电位。然而，通常，施加的电位与磁体组件的定位同步。例如，电位在磁体组件移动的过程中降低到最大电位值的最大35％、更通常地最大20％的值。例如，图9示出了正弦形状的电位。技术人员能想到其中磁体组件在电位大于图9所示的虚线的时间位于恒定位置处的实施例。更明显地，在涂覆过程中，位于可旋转靶内的磁体组件从一侧枢转到另一侧，且溅射功率根据磁体组件的角位置而随时间变化。

根据实施例，磁体组件仅仅每个衬底移动一次。即，当涂覆衬底时，磁体组件仅仅一次位于每个第一和第二位置处。在其他实施例中，磁体组件可以移动几次。例如，它可以移动三次，使得当涂覆衬底时，磁体组件位于每个第一和第二位置两次。尽管这会由于移动和在移动过程中溅射功率可能的关闭而增大整个处理时间，但是还进一步沉积层的均一性。

本发明具体地涉及大面积衬底涂覆。一般地，术语“大面积衬底”包括尺寸为至少1500mm×1800mm的衬底。

根据各个方面，各具有可旋转弯曲靶的多个阴极组件设置用于涂覆大面积衬底。适于涂覆衬底的室应该称为“涂覆室”。通常，每个涂覆室适于在一个时间点涂覆一个衬底。多个衬底能一个接着另一个地涂覆。

在许多实施例中，多个阴极组件布置成阴极组件阵列。具体地，对于静态大面积衬底沉积，通常提供整齐布置的阴极组件的一维阵列。通常，对于每个涂覆室，阴极组件的数量在2和20之间，更具体地在9和16之间。

在通常实施例中，阴极组件彼此等距离地间隔开。还通常地，可旋转靶的长度略大于要被涂覆的衬底的长度。附加地或者可选地，阴极阵列可以略宽于衬底的宽度。“略”通常包括100％和110％之间的范围。设置略大的涂覆长度/宽度有助于避免边界效应。通常，阴极组件等距离地远离衬底定位。

在实施例中，多个阴极组件不相对于衬底等距离地布置，而是沿着弧形形状布置。弧形形状可以使得内阴极组件定位成比外阴极组件更靠近衬底。这种情况在图10中示意性地示出。可选地，限定多个阴极组件的位置的弧形形状可以使得外阴极组件定位成比内阴极组件更靠近衬底。散布行为取决于要被溅射的材料。因而，取决于应用(即，取决于要被溅射的材料)，以弧形形状设置阴极组件将进一步增大均一性。弧形的朝向取决于应用。

此外，图10示意性地示出定位在阴极组件之间的阳极杆，该阴极组件可以用在此处描述的一些实施例中。

根据阵列实施例，每个可旋转靶中的各个磁体组件同步地从第一位置移动到第二位置。同步移动进一步增大了层的均一性。

此外，在阵列实施例中，多个可旋转靶的第一和第二位置的角度可相同。然而，对于不同的可旋转靶，该角度还可以不同。更具体地，它们可以取决于阴极组件相对于衬底的位置而不同。例如，磁体组件移动到外阴极组件的角度可以大于或者小于磁体组件移动到内阴极组件的角度。通过利用这种操作方法，还可以增强弧形布置的效果，或者在阴极组件等距离地远离衬底定位的情况下，可以模拟弧形定位。

除了将磁体组件定位在可旋转靶内的至少两个位置处之外，可选地或者附加地可以摆动衬底。术语“摆动”衬底应该理解为在有限距离内前后移动衬底。通常，衬底定位在第一位置处达预定时间间隔，并且定位在第二位置处达预定时间间隔。在其他实施例中，衬底可以附加地定位在第三位置和第四位置处。

以下，将描述造成特别高的均一性的实施例。

发明者已经观察电弧放电随着处理功率和磁体组件的角度的增大而非线性地增大。电弧放电对于沉积处理是不利的，并且必须最小化。然而，如之前所述，由于更大的角度增大均一性，期望以大的角度(例如，30度)定位磁体组件。此外，高处理电压允许高产量，降低整个处理时间和成本。

发明者已经发现考虑产量时间和均一性优化在内的特别优化方法。由此，通过几个子层的叠加能获得高度均一性的层，其中每个子层以特定电压和特定角度沉积。通常，为了实现具有高均一性的层，进行四个沉积步骤。处理能在没有或者仅仅有几个电弧出现的情况下以高产量速率而实现。任何步骤的顺序通常都可以。

根据此实施例，在磁体组件定位在第一位置处并且电压设定为第一电压值达预定第一时间间隔的情况下进行第一沉积步骤。随后进行第二步骤，其中磁体组件定位在第二位置处，并且电压设定为第一电压值达预定第一时间间隔。第二位置对应于关于衬底-靶互连平面对称的第一位置。具体地，第一和第二位置的绝对角度相同。

在磁体组件定位在第三位置处并且电压设定为第二电压达预定第二时间间隔的情况下进行进一步的沉积步骤。随后可以进行第四步骤，其中磁体组件定位在第四位置处，并且电压设定为第二电压达预定第二时间间隔。第四位置通常对应于关于衬底-靶互连平面对称的第三位置。具体地，第三和第四位置的绝对角度相同。

根据实施例，预定第一时间间隔和预定第二时间间隔相同。可选地或者附加地，预定第三时间间隔和预定第四时间间隔可以相同。此处使用的术语“相同”应该理解为包括最大15％的偏差。

根据实施例，第一时间间隔大于第二时间间隔。例如，第一时间间隔可以在20秒和1分钟之间，例如约30秒。第二时间间隔在最大均一性和可接受的整个沉积时间之间的折衷。通常，第二时间间隔小于30秒或者甚至小于15秒。在此实施例中，第一电压值大于第二电压值，而同时，第一和第二位置的角度的绝对值小于第三和第四位置的角度的绝对值。通常，在以第一电压进行沉积的过程中沉积大多数材料。通常值中的一个或者多个能如下选择。第一电压通常至少40kW。第二电压通常小于30kW。第一角度通常小于20度。第二角度通常大于35度。

根据实施例，在将至少一个磁体组件定位在第一位置的过程中和在将至少一个磁体组件定位在第二位置达预定时间间隔的过程中电压保持在第一非零值。此外或者可选地，在将至少一个磁体组件定位在第三位置的过程中和在将至少一个磁体组件定位在第四位置达另一预定时间间隔的过程中电压保持在第二非零值。通常，第一非零值大于第二非零值。即，电压在磁体组件搁置在第一、第二、第三或者第四位置中的一个或者全部位置处时通常为非零。

通常，电压在重新定位磁体组件过程中降低到第一非零值或者第二非零值的小于10％，更通常地小于5％的值。

图11示意性地示出在沉积处理之后测量的几个膜轮廓。y轴线表示用于膜高度的测量单元，而x轴表示用于衬底长度的测量单元。沉积通过阴极阵列进行，使得每个沉积设置造成一种正弦曲线形状。

磁体组件在第一位置处的沉积得到膜轮廓111，并且磁体组件在第二位置处的沉积得到膜轮廓112。沉积以比较高的电压和比较小的角度进行沉积(该关系对应于第三和第四沉积)。磁体组件在第三位置处的沉积得到膜轮廓113，并且磁体组件在第四位置处的沉积得到膜轮廓114。以比较小的电压和比较高的角度进行沉积(关于在第一和第二位置的沉积)。

得到的整个膜轮廓示出为轮廓120。它是第四沉积与膜轮廓111、112、113和114的叠加。从示意图明显可见，得到的轮廓具有高度的均一性。此外，处理时间是可接受的，这是因为在第一和第二沉积步骤过程中进行主要的材料沉积。由于这要求高沉积功率(即，高电压)，磁体组件的角度相比于第三和第四沉积步骤相对较小，以为了防止电弧放电。从图11的示例可见，然而，沉积层111和112之间的相位差小于180度，使得波纹局部地被补偿。

通过执行第三和第四沉积步骤补偿所造成的均一性的缺乏。这些步骤主要旨在补偿第一和第二沉积步骤所产生的膜轮廓的波形。在第三和第四处理步骤中磁体组件的角度比较大。由于沉积功率(即，电压)保持在比较小的值以为了避免电弧放电，第三和第四处理步骤的整个材料沉积较小。如在图11图示的示例中可见，沉积层113和114的相位差小于180度。因而，通常地，得到的正弦曲线轮廓与阴极阵列周期和/或者第一和第二沉积的层轮廓不同相，使得其余波纹被补偿。

对于所描述的步骤顺序，任何顺序也是可行的。具体地，为了降低磁体组件的必要的重新开始时间，首先可以进行第一和第三步骤，然后进行第二和第四步骤。由此，磁体组件在第一和第三步骤之间或者在第二和第四步骤之间不与衬底-靶互连平面相交。一般地，四个沉积的顺序由处理循环时间和形态膜特性确定。

此处描述的方法和涂覆器能用于在衬底上沉积材料。更具体地，它们允许高均一性沉积层，并因而能用在生产诸如平板显示器(例如，TFT)的显示器中。它还可以用在生产太阳能电池(尤其是薄膜太阳能电池)中。假定提高了一致性，作为其进一步的效果，整个材料消耗能降低，这在使用昂贵材料时特别期望。例如，提出的方法和涂覆器能用于在生产平板显示器或者薄膜太阳能电池中沉积氧化铟锡(ITO)层。

可选地或者附加地，如Applied Materials于2010年9月30日向欧洲专利局提交的申请“Systems and methods for forming a layer of sputtermaterial”所描述，通过改变可旋转靶和衬底之间的相对位置可以形成膜分布，其中，该位置维持达预定时间间隔，该专利在该申s请与本公开，特别是描述不同材料分布的形成的那些方面一致的范围内通过应用而结合于此。具体地，描述靶和衬底的相对位置的变化的上述专利申请也应该应用到本公开中，其中，靶和衬底的相对位置此处应该理解为靶内的磁体组件和衬底之间的相对位置。

根据其他实施例，提出了一种用于以至少一个阴极组件涂覆衬底的方法。该阴极组件具有可旋转靶，至少一个磁体组件定位在可旋转靶中。该方法包括将该至少一个磁体组件定位在第一位置处达预定第一时间间隔，使得该至少一个磁体组件相对于平面不对称地排列，该平面从衬底垂直地延伸到该可旋转靶的轴线。该方法还包括将该至少一个磁体组件定位在第二位置处达预定第二时间间隔，该第二位置相对于该平面不对称布置，并且在涂覆过程中向该可旋转靶提供随时间而变化的电压。

该预定第一时间间隔可以至少是0.1秒，优选地至少是0.5秒，甚至更优选地至少是1秒。该至少一个磁体组件可定位成不对称排列达整个涂覆时间的至少80％，优选地至少95％。该平面可限定该可旋转靶内的零角度位置，使该磁体组件定位在15度和45度之间的角度处，优选地在25度和35度之间。该方法可包括将该至少一个磁体组件从该第一位置移动到该第二位置，且在该磁体组件从该第一位置移动到该第二位置过程中该电压优选地大致为零。该随时间而变化的电压可具有方形波形。该电压可保持在第一非零值达预定时间间隔，并且该电压可保持在第二非零值达另一预定时间间隔。该第一非零值可大于该第二非零值。该方法可包括将该至少一个磁体组件定位在第三位置达预定第三时间间隔，该第三位置相对于该平面不对称布置，并且将该至少一个磁体组件定位在第四位置达预定第四时间间隔，该第四位置相对于该平面不对称布置。其中两个位置的角度的绝对值大于另两个位置的角度。在将该至少一个磁体组件定位在该第一位置过程中和在将该至少一个磁体组件定位在该第二位置过程中，该电压可保持在该第一非零值，并且在将该至少一个磁体组件定位在该第三位置过程中和在将该至少一个磁体组件定位在该第四位置过程中，该电压可保持在该第二非零值。该第一和第二位置的角度可小于该第三和第四位置的角度。可在将该至少一个磁体组件定位在该第三和第四位置之前将该至少一个磁体组件定位在该第一和第二位置。该第二位置可对应于以该平面被镜像的第一位置。并且/或者，该第四位置可对应于以该平面被镜像的第三位置。该预定第一时间间隔和该预定第二时间间隔可相同。并且/或者该预定第三时间间隔和该预定第四时间间隔可相同。

尽管前述涉及本发明的实施例，但是本发明的其他和进一步的实施例在不脱离其基本范围的情况下进行设计，并且其范围由权利要求限定。

这里撰写的说明书使用示例来公开本发明，包括最佳实施方式，并且还使本领域的技术人员制造和使用本发明。尽管已经描述本发明的各个特定实施例，但是本领域的技术人员将认识到本发明可以在权利要求的精神和范围内进行修改。尤其是，以上所述实施例的相互非排他性特征可以彼此组合。本发明的可专利的范围由权利要求限定，并且可以包括本领域的技术人员想到的其他示例。如果这种其他示例具有与权利要求的文字语言相同的结构元件或者包括等同的结构元件且与权利要求的文字语言非实质性不同，则它们在权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种用于涂覆衬底的涂覆器，包括：

阴极组件(10)，具有可旋转弯曲靶(25)；以及

两个磁体组件(25)，定位在所述阴极组件的所述可旋转弯曲靶内，

其中，所述两个磁体组件之间的距离能在涂覆过程中变化。

2.如权利要求1所述的涂覆器，其中，所述两个磁体组件为第一磁体组件和第二磁体组件，其中所述可旋转弯曲靶具有形成所述可旋转弯曲靶的旋转中心的轴线(21)，并且从衬底(100)垂直地延伸到所述可旋转靶的所述轴线的平面(22)定义所述可旋转弯曲靶内的零角度位置。

3.如权利要求2所述的涂覆器，其中，所述两个磁体组件之间的距离能在所述涂覆过程中通过改变所述两个磁体组件之间的角度来改变。

4.如权利要求2所述的涂覆器，其中，所述第一磁体组件相对于所述平面不对称地排列并关于所述零角度位置形成具有介于15°和45°之间的绝对值的角度，并且所述第二磁体组件相对于所述平面不对称地排列并关于所述零角度位置形成具有介于15°和45°之间的绝对值的角度。

5.如权利要求3所述的涂覆器，其中，所述第一磁体组件相对于所述平面不对称地排列并关于所述零角度位置形成具有介于15°和45°之间的绝对值的角度，并且所述第二磁体组件相对于所述平面不对称地排列并关于所述零角度位置形成具有介于15°和45°之间的绝对值的角度。

6.如权利要求2所述的涂覆器，其中，所述第一磁体组件和所述第二磁体组件位于所述平面的相对两侧。

7.如权利要求3所述的涂覆器，其中，所述第一磁体组件和所述第二磁体组件位于所述平面的相对两侧。

8.如权利要求4所述的涂覆器，其中，所述第一磁体组件和所述第二磁体组件位于所述平面的相对两侧。

9.如权利要求5所述的涂覆器，其中，所述第一磁体组件和所述第二磁体组件位于所述平面的相对两侧。

10.如权利要求2至9中任一项所述的涂覆器，其中，所述第一磁体组件关于所述零角度位置的角度的绝对值和所述第二磁体组件关于所述零角度位置的角度的绝对值相等。

11.如权利要求1至9中任一项所述的涂覆器，其中，所述两个磁体组件之间的角度介于30°和90°之间。

12.如权利要求1至9中任一项所述的涂覆器，其中，所述两个磁体组件之间的角度介于45°和75°之间。

13.如权利要求1至9中任一项所述的涂覆器，其中，所述两个磁体组件之间的角度介于55°和65°之间。

14.如权利要求1至9中任一项所述的涂覆器，其中，在所述涂覆过程中所述两个磁体组件之间的角度在一情形下能设为介于15°和45°之间的值，以及在所述涂覆过程中所述两个磁体组件之间的角度能被改变且在第二情形下设为介于35°和90°之间的值。

15.如权利要求1至9中任一项所述的涂覆器，其中，所述两个磁体组件可沿所述可旋转弯曲靶的内周移动。

16.如权利要求11所述的涂覆器，其中，所述两个磁体组件可沿所述可旋转弯曲靶的内周移动。

17.如权利要求1至9中任一项所述的涂覆器，其中，所述可旋转弯曲靶具有柱体形状。

18.如权利要求1至9中任一项所述的涂覆器，包括2至20个阴极组件。

19.一种用于操作如权利要求1至9中任一项所述的涂覆器以在涂覆过程中涂覆衬底的方法，所述方法包括：

在所述涂覆过程中将所述两个磁体组件之间的角度设为介于15°和45°之间的值达预定第一时间间隔；以及

在所述涂覆过程中改变所述两个磁体组件之间的角度并将所述两个磁体组件之间的角度设为介于35°和90°之间的值达预定第二时间间隔。

20.如权利要求19所述的方法，包括：

在所述预定第一时间间隔期间对所述可旋转弯曲靶施加第一电压；以及

在所述预定第二时间间隔期间对所述可旋转弯曲靶施加第二电压，

其中所述第二电压大于所述第一电压。