CN106103787B - 用于静态反应溅射的工艺气体分段 - Google Patents

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Abstract

描述一种用于材料在基板上的静态沉积的设备。所述设备包括：气体分布系统，所述气体分布系统用于提供一或多种工艺气体，其中所述气体分布系统被配置成用于针对沿基板传送方向的两个或更多个位置独立控制所述一或多种工艺气体中的至少一种工艺气体的流率；以及阴极阵列，所述阴极阵列具有三个或更多个阴极，所述三个或更多个阴极沿所述基板传送方向间隔开。

Description

用于静态反应溅射的工艺气体分段
技术领域
本发明的实施方式涉及通过从靶材溅射而进行的层沉积。本发明的实施方式尤其涉及在大面积基板上溅射，更具体地涉及静态沉积工艺。实施方式具体涉及用于将材料层沉积在基板上的设备和方法。
背景技术
在许多应用中，有必要在基板(例如，在玻璃基板)上沉积薄层。通常，在涂覆设备的不同腔室中涂覆基板。对于一些应用，在真空中，使用气相沉积技术来涂覆基板。
已知若干方法用于在基板上沉积材料。例如，可以通过物理气相沉积(PVD)工艺、化学气相沉积(CVD)工艺或等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)工艺等来涂覆基板。通常，在待涂覆的基板所位于的工艺设备或工艺腔室中执行工艺。在设备中提供沉积材料。可将多种材料以及这些材料的氧化物、氮化物或碳化物用于基板上的沉积。经涂覆的材料可以用于若干应用和若干技术领域中。例如，通常通过物理气相沉积(PVD)工艺来涂覆用于显示器的基板。
对于PVD工艺，沉积材料能够以固相存在于靶材中。通过以高能粒子轰击靶材，靶材材料(即，待沉积的材料)的原子从靶材发射。靶材材料的原子被沉积在待涂覆的基板上。在PVD工艺中，溅射材料(即，待沉积在基板上的材料)能以不同的方式来布置。例如，靶材可以由待沉积的材料制成，或者可以具有待沉积的材料固定于其上的背衬元件。包括待沉积的材料的靶材被支撑或固定在沉积腔室中的预定位置中。在使用旋转靶材的情况下，靶材连接至旋转轴，或连接至连接此轴和靶材的连接元件。
通常，溅射可执行为磁控管溅射，其中利用磁体组件来约束等离子体以获得改善的溅射条件。由此，也可利用等离子体约束来调整待沉积在基板上的材料的颗粒分布。需要控制等离子体分布、等离子体特性和其他沉积参数以在基板上得到所期望的层沉积。例如，具有所期望的层性质的均匀的层是所期望的。这对于大面积沉积(例如，对于在大面积基板上制造显示器)是特别重要的。另外，对于其中不是连续地移动基板通过沉积区的静态沉积工艺，均匀性和工艺稳定性可能特别难以实现。因此，考虑到对于在大规模上制造光电器件和其他器件的增加的需求，需要进一步改善工艺均匀性和/或稳定性需要。
具体来说，通过反应溅射工艺而进行的化合物层的沉积对于大面积基板可能是具有挑战性的。通过使用非反应气体(例如，Ar)和反应气体(例如，O2、N2、H2、H2O等)的混合物来溅射金属靶材或半金属靶材或化合物靶材得到膜的化学计量比(stoichiometry)。
因此，期望改善PVD沉积、特别是改善在大面积基板上的PVD沉积。
发明内容
鉴于上述内容，提供根据独立权利要求的用于在基板上沉积材料层的设备和方法。通过从属权利要求、说明书和附图，本发明的另外方面、优点和特征是明显的。
根据一个实施方式，提供一种用于材料在基板上的静态沉积的设备。所述设备包括：气体分布系统，所述气体分布系统用于提供一或多种工艺气体，其中所述气体分布系统被配置成用于对于沿基板传送方向的两个或更多个位置独立控制所述一或多种工艺气体中的至少一种工艺气体的流率；以及阴极阵列，所述阴极阵列具有三个或更多个阴极，所述三个或更多个阴极沿基板传送方向间隔开。
根据第二实施方式，提供一种用于材料在基板上的静态沉积的设备。所述设备包括：气体分布系统，所述气体分布系统用于提供一或多种工艺气体，其中所述气体分布系统被配置成用于对于沿基板传送方向的两个或更多个位置独立控制所述一或多种工艺气体中的至少一种工艺气体的流率；以及阴极阵列，所述阴极阵列具有三个或更多个阴极，所述三个或更多个阴极沿基板传送方向间隔开；其中所述气体分布系统包括三条或更多条气体管线，其中所述三条或更多条气体管线平行于所述三个或更多个阴极的纵轴，其中所述三条或更多条气体管线沿所述基板传送方向间隔开。
根据另一实施方式，提供一种用于材料在一基板上的静态沉积的方法。所述方法包括以下步骤：通过气体分布系统提供一或多种工艺气体；针对沿基板传送方向的两个或更多个位置独立控制所述一种或更多种工艺气体中的至少一种工艺气体的流率；以及从阴极阵列中溅射材料，其中所述阴极阵列具有三个或更多个阴极，所述三个或更多个阴极沿基板传送方向间隔开。
根据又一实施方式，提供一种用于材料在基板上的静态沉积的方法。所述方法包括：通过气体分布系统提供一或多种工艺气体；针对沿基板传送方向的两个或更多个位置独立控制所述一或多种工艺气体中的至少一种工艺气体的流率；从阴极阵列中溅射材料，其中所述阴极阵列具有三个或更多个阴极，所述三个或更多个阴极沿基板传送方向间隔开；所述方法进一步包括以下步骤：使用来自至少一条气体管线的工艺气体将材料溅射到基板上，所述至少一条气体管线平行于所述三个或更多个阴极的纵轴而定位。
附图说明
因此，为了可详细地理解上文陈述的本发明的特征的方式，可通过参考实施方式进行对上文简要概述的本发明的更特定的描述。附图关于本发明的实施方式，并且描述如下：
图1示出根据现有技术的具有单个气体入口点的工艺气体分布；
图2示出根据本文所述的具有二重水平分段和在多条气体管线内的多个气体进入点的工艺气体分布；
图3A示出旋转阴极阵列配置的俯视图，其中此阵列由AC发电机供电，并且提供根据本文所述的实施方式的分段气体分布；
图3B示出旋转阴极阵列配置的俯视图，其中此阵列由DC发电机供电，并且提供根据本文所述的实施方式的分段气体分布；
图4示出根据本文所述的实施方式的具有二重水平分段、二重竖直分段以及在多条气体管线内的多个气体进入点的工艺气体分布；
图5示出根据本文所述的实施方式的具有二重水平分段和在多条气体管线(水平对准气体管线)内的多个气体进入点的工艺气体分布；
图6示出根据本文所述的实施方式的用于测试具有气体管线的三重竖直分段的工艺气流的水平分段的布置；以及
图7示出根据本文所述的实施方式的阐释在基板上沉积材料层的方法。
具体实施方式
现在将详细地参考本发明的各种实施方式，在附图中阐释实施方式的一或多个实例。在以下对于附图的描述中，相同的元件符号指示相同的部件。一般而言，仅描述相对于单独实施方式的差异。每个实例通过解释本发明的方式来提供，而不旨在限制本发明。另外，作为一个实施方式的部分阐释或描述的特征可用于其他实施方式或可结合其他实施方式以产生更进一步的实施方式。说明书旨在包括此类修改和变型。
本文所述实施方式关于在基板上沉积材料层的设备和方法。特别是对于反应溅射工艺而言，均匀性和/或等离子体稳定性是要考虑的关键参数。需要参考等离子体稳定性来控制反应溅射工艺，例如，沉积工艺，在此沉积工艺期间，在氧气氛或另一反应气氛下溅射材料一沉积含所沉积材料的氧化物等的层。通常，反应沉积工艺具有迟滞曲线。反应沉积工艺可以是例如沉积以下各项：氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)、铟镓锌氧化物(IGZO)、ZnO(氧化锌)、ZnOH(氮氧化锌)、铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、或其他金属氧化物，其中当在等离子体中提供氧时，从阴极溅射铝、硅、铟、镓或锌。由此，可在基板上沉积氧化铝、氧化硅、铟镓锌氧化物、ZnO(氧化锌)、ZnOH(氮氧化锌)、铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)或其他金属氧化物。迟滞曲线通常是沉积参数的函数，所述沉积参数诸如，依赖于工艺气体(例如，氧)的流动的提供至溅射阴极的电压。
在静态反应溅射工艺期间，在靶材中心和靶材末端处可以得到不同等离子体密度。这个不同造成基板上的非均匀沉积。常见的工艺气体分布系统使用竖直分段(即，沿靶材的纵轴的分段)以补偿在靶材中心和靶材末端处的不同等离子体密度。本文所述实施方式在静态反应溅射工艺期间在沿基板传送方向(以下称为水平方向)的不同位置处存在不同等离子体密度或不同反应气体消耗的情况下允许改善的均匀性。这些不同也造成基板上的非均匀沉积。本文所述的实施方式允许补偿在水平方向(即，基板传送方向或垂直于旋转阴极的旋转轴的方向)上的膜性质变动。
根据本文所述实施方式，设备和方法包括用于提供工艺气体的气体分布系统。此后，气体分布系统配置成用于对于沿基板传送方向的两个或更多个位置独立地控制工艺气体的流率。因此，可修改在水平方向上局部的膜性质。这对于其中基板经定位而用于静态沉积工艺的沉积工艺是特别有益的。根据可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式，可随着时间的推移，对至少一个区段独立地改变至少一种工艺气体的流率。
因此，本文所述实施方式允许在水平方向上修改局部的工艺气体组成，由此，本发明允许调整所沉积的层在水平方向上的膜性质。本文所述的进一步的实施方式允许在例如水平和竖直两个方向上、在靶材阵列的不同位置处提供不同的局部工艺气体流率。本发明的竖直和水平分段提供相比其中仅竖直分段可能的层沉积更好的沉积性质。
根据可与本文所述其他实施方式结合的不同实施方式，溅射可执行为DC溅射、MF(中频)溅射、RF溅射或脉冲溅射。如本文中所述，一些沉积工艺可有益地应用MF、DC或脉冲溅射。然而，也可应用其他溅射方法。
根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式，根据所述实施方式的溅射能以三个或更多个阴极执行。然而，特别是对于大面积沉积的应用，阴极阵列具有六个或更多个阴极，例如，10个或更多个阴极。由此，可提供三个或更多个阴极或阴极对，例如，四个、五个、六个或甚至更多个阴极或阴极对。由此，可在一个真空腔室中提供此阵列。另外，阵列可通常定义成使得相邻的阴极或阴极对例如通过具有互相作用的等离子体约束来彼此影响。根据典型的实施方案，可由旋转阴极阵列(诸如但不限于，诸如应用材料公司的PiVot之类的系统)来执行溅射。
根据可与本文所述其他实施方式结合的更进一步的实施方式，通过反应溅射工艺来完成材料在基板上的静态沉积。那意味着，通过使用非反应气体和反应气体的混合物溅射金属靶材或半金属靶材或化合物靶材而得到膜的化学计量比。通常，本文所述的实施方式也可以适用于仅将非反应气体用作工艺气体来静态沉积金属层或半导电层。在这种情况下，本发明的设备和方法可以允许沿水平方向具有不同的局部工艺压力。
根据可与本文所述其他实施方式结合的实施方式，工艺气体中至少一种的分压沿水平方向(即，沿基板传送方向)来改变。例如，改变反应气体(例如，氧)的分压。附加地改变第二工艺气体的压力(例如，非反应气体或惰性气体)也是可能的。因此，总压力可以是基本上恒定的。根据可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式，沿水平方向(即，沿基板传送方向)改变两种或更多种工艺气体的混合物或组成。
不同的局部工艺压力可能造成沿基板水平方向不同的膜性质。例如，当关断沉积工艺时，将基板移动到沉积区中用于沉积的位置中。随后可使工艺压力稳定。根据一个实例，一旦稳定了工艺压力，可朝前部旋转阴极磁体组件，以将正确化学计量比的待沉积材料沉积到静态基板上，直到沉积结束为止。
根据典型实施方式，工艺气体可包括非反应气体和/或反应气体，非反应气体诸如，氩(Ar)，反应气体诸如，氧(O2)、氮(N2)、氢(H2)、水(H2O)、氨(NH3)、臭氧(O3)、活化气体，等等。
图1示出常见的工艺气体分布系统的实例，其中经由每种工艺气体混合物的单个质量流控制器(mass flow controller,MFC)134来供应工艺气体。根据可与本文所述的其他实施方式结合的更进一步实施方式，可由另一流率控制元件(诸如，针阀)来控制工艺气体中的一或多种的流率(即，工艺气体中的一或多种的量)。因此，MFC、针阀和/或其他流率控制元件可用于针对气体分布系统的多个区段独立地控制一或多种工艺气体的流率以获得气体分配系统的多个段，或针对气体分布系统的多个区段独立控制一或多种工艺气体的量。更具体地，图1示出工艺气体分布系统和阴极阵列222，此阴极阵列222具有多个阴极122。工艺气体分布系统具有含有工艺气体的两个气罐136。由MFC 135控制存在于工艺气体中的非反应气体和/或反应气体的流率和/或量。工艺气体被馈送至单个气体进入点138，此气体进入点138置于例如阴极阵列水平方向的中间点和阴极阵列竖直方向的中间点。经由单个MFC 134、通过气体导管或气体管道133来完成工艺气体馈送。类似地，分布系统可进一步具有在单个的气体管线内的多个气体进入点138，所述气体管线沿水平方向被置于阴极122对之间。
已经发现，对于静态沉积工艺，膜性质可能以多种方式变动，从而导致非均匀性。对于上述设计和工艺，在水平方向上补偿膜性质的任何变动是不太可能的。为了能够对于静态沉积在水平方向上修改局部膜性质，本发明提供设备和方法，利用所述设备可方法可实现工艺气流在水平方向上的变动。为了实现这一点，不再以来自共同的MFC的工艺气体来供应靶材阵列内的不同气体管线。相反，由多个MFC来供应工艺气体，这些MFC中的每一个连接至气体管线在水平方向上的不同区段。
根据不同的附加或替代的实施方案，可由各种实施方式在水平方向(即，基板传送方向)中提供分段，参考图2、图3A、图3B、图4和图5示例性地描述实施方式中的一些。参考这些附图，所述分段在水平方向上具有更细粒度是可能的。例如，可提供二重水平分段，但也可提供三个、四个或甚至更多数目的水平区段。
参考图2，示出以二重水平分段以及在多条气体管线116内的多个气体进入点138来提供工艺气体的工艺气体入口点138。所述多条气体管线116(例如，其中具有开口的导管)平行于它们沿水平方向的纵向轴而置于阴极阵列222的阴极122对之间。由两个不同的MFC 134和234供应工艺气体，每一个MFC用于二重水平分段的每一个水平区段。工艺气体分布系统具有含有工艺气体的四个气罐136。由MFC 135控制存在于工艺气体中的非反应气体和/或反应气体的流率和/或量。分别经由MFC 134和234、通过气体导管或气体管道133和233来将工艺气体馈送至多条气体管线116内的多个气体进入点138。
因此，当前实施方式允许对于阴极阵列222在水平方向上的两个位置、特别是以反应气体的变动来独立地提供不同的工艺气体流率和/或不同的工艺气体量和/或不同的工艺气体混合物。应当理解，在图2中使用二重水平分段仅出于说明目的。而根据可与本文所述的其他实施方式结合的不同实施方式，工艺气体分布系统可具有数重水平分段。因此，工艺气体分布系统允许对于阴极阵列在水平方向中的两个或更多个位置独立提供不同的工艺气体(尤其是反应气体)的流率和/或不同的工艺气体(尤其是反应气体)的量。
取决于在靶材阵列内的沉积工艺的本质，每一对相邻的阴极连接至AC电源(图3A)，或者每一个阴极连接至DC电源(图3B)。图3A示出沉积设备100。示例性地，示出用于在其中进行层沉积的一个真空腔室102。如图3A所指示，可相邻于腔室102来提供进一步的腔室102。真空腔室102可通过阀而从相邻的腔室分开，所述阀具有阀壳104和阀单元105。由此，在将其上具有基板14的载体114插入(如由箭头1所指示)在真空腔室102中之后，可关闭阀单元105。因此，可通过例如以连接至腔室102的真空泵产生技术真空(technicalvacuum)和/或通过将工艺气体灌入腔室内的沉积区中来单独控制多个真空腔室102中的气氛。如上所述，对于大面积处理应用，由载体支撑大面积基板。然而，本文所述的实施方式不受限于此，并且可以使用用于传送基板通过处理设备或处理系统的其他传送元件。
在腔室102内，提供传送系统以将其上具有基板14的载体114传送进出腔室102。如本文中所使用的术语“基板”应涵盖非柔性基板，例如，玻璃基板、晶片、透明晶体(诸如，蓝宝石)的薄片、或玻璃板。
如图3A中所阐释，在腔室102内提供沉积源122。沉积源可例如是可旋转阴极，此可旋转阴极具有待沉积在基板上的材料的靶材。通常，阴极可以是其中具有磁体组件121的可旋转阴极。由此，可执行磁控管溅射以沉积层。根据可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式，阴极122连接至AC电源123，使得阴极能以交流方式被偏压。
如图3A中进一步所阐释，在腔室102的内提供多条气体管线116。设备100的气体分布系统进一步具有含有工艺气体的六个气罐136。由MFC135控制存在于工艺气体中的非反应气体和/或反应气体的流率和/或量。分别经由MFC 134、234和334、通过气体导管或气体管道133、233和333将工艺气体馈送到在多条气体管线116内的多个气体进入点(未示出)。因此，当前的实施方式允许对于阴极阵列在水平方向中的三个位置独立地提供不同的工艺气体流率和/或不同的工艺气体混合物。
如本文中所使用，“磁控管溅射”是指使用磁控管执行的溅射，所述磁控管即磁体组件，也就是能够生成磁场的单元。通常，此类磁体组件由一或多个永久磁体组成。这些永久磁体通常以使得自由电子被陷捕在生成于可旋转靶材的表面下方的所生成的磁场内的方式而布置在可旋转靶材内或耦接至平面靶材。此类磁体组件也可布置成耦接至平面阴极(planar cathode)。根据典型的实施方案，可由双磁控管阴极(即，阴极122，诸如但不限于TwinMagTM阴极组件)来实现磁控管溅射。特别地，对于从靶材的MF溅射(中频溅射)，可应用包括双阴极的靶材组件。根据典型实施方式，沉积室中的阴极可以是可互换的。因此，在已消耗了待溅射的材料之后，改变靶材。根据本文实施方式，中频是在0.5kHz至350kHz的范围内的频率，例如，在10kHz至50kHz的范围内的频率。
根据可与本文所述的其他实施方式结合的不同实施方式，溅射可执行为DC溅射、MF(中频)溅射、RF溅射或脉冲溅射。如本文中所述，一些沉积工艺可有益地应用MF、直流或脉冲溅射。然而，也可应用其他溅射方法。
图3A示出多个阴极122以及在阴极中提供的磁体组件121或磁控管。根据可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式，能以三个或更多个阴极执行根据所述实施方式的溅射。然而，特别是对于大面积沉积的应用，可提供阴极或阴极对的阵列。由此，能够提供三个或多更个(例如，三个、四个、五个、六个或甚至更多个)阴极或阴极对。由此，可在一个真空腔室中提供此阵列。另外，阵列通常可界定成使得相邻的阴极或阴极对例如通过具有互相作用的等离子体约束而彼此影响。
对于可旋转阴极，磁体组件可提供在背衬管内，或磁体组件可设有靶材材料管。图3A示出各自分别提供沉积源120a、120b和120c的3对阴极。阴极对具有AC电源，例如，用于MF溅射、RF溅射等的AC电源。特别是对于大面积沉积工艺以及对于工业规模的沉积工艺，可执行MF溅射以提供所期望的沉积速率。通常，如图3A中所示，一个腔室中的阴极的磁体组件可具有基本上相同的旋转位置，或至少可全部导向至基板14或对应的沉积区。通常，沉积区是沉积系统的、为材料在基板上的沉积(预期的沉积)而提供和/或布置的区或区域。
然而，根据可与本文所述的其他实施方式结合的不同实施方式，一个腔室中的等离子体源在层在基板上沉积期间可具有变动的等离子体位置(对于旋转阴极而言是旋转位置)。例如，可例如以振荡方式或往复方式、相对于彼此和/或相对于基板移动磁体组件或磁控管，以增加待沉积的层的均匀性。
根据可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式，本文所述的实施方式可用于显示器PVD，即，在用于显示器市场的大面积基板上的溅射沉积。根据一些实施方式，大面积基板或各自载体(其中，载体具有多个基板)可以具有至少0.67平方米的尺寸。通常，尺寸可以是约0.67平方米(0.73米×0.92米，第4.5代)至约8平方米，更通常，约2平方米至约9平方米，或甚至高达12平方米。通常，根据本文所述实施方式的结构、设备(诸如，阴极组件)和方法为其提供的基板或载体是如本文所述的大面积基板。例如，大面积基板或载体可以是对应于约0.67平方米的基板(0.73米×0.92米)的第4.5代、对应于约1.4平方米的基板(1.1米×1.3米)的第5代、对应于约4.29平方米的基板(1.95米×2.2米)的第7.5代、对应于约5.7平方米的基板(2.2米×2.5米)的第8.5代、或甚至对应于约8.7平方米的基板(2.85米×3.05米)的第10代。更高代(诸如，第11代和第12代)以及对应基板面积能以类似方式实现。
根据可与本文所述的其他实施方式结合的更进一步实施方式，靶材材料能够选自由以下各项组成的组：铝、硅、钽、钼、铌、钛、铟、镓、锌和铜。特别地，靶材材料能够选自由以下各项组成的组：铟、镓和锌。反应溅射工艺通常提供这些靶材材料的沉积氧化物。然而，也可以沉积氮化物或氮氧化物。
根据本文所述实施方式，所述方法提供溅射沉积，用于定位基板以进行静态沉积工艺。通常，特别是对于大面积基板处理(诸如，对竖直取向的大面积基板的处理)，可区别静态沉积与动态沉积。根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式，本文所述的基板和/或载体以及本文所述的用于利用气体分布系统的设备可配置成用于竖直基板处理。由此，术语“垂直”理解成与水平基板处理进行区别。也就是说，竖直基板处理关于在基板处理期间载体和基板基本上竖直的取向，其中距精准的竖直取向的几度(例如，高达10°或甚至高达15°)的偏差仍然被视为竖直基板处理。具有小幅倾斜的竖直基板取向可例如带来更稳定的基板传送(handling)或减小颗粒污染所沉积层的风险。或者，根据本文所述实施方式的气体分布系统也可以用于除了基本上竖直的取向以外的基板取向，例如，水平基板取向。对于水平基板取向，阴极阵列也将例如是基本上水平的。
由于在基板移动到沉积区域中之前可使工艺稳定且随后在基板通过沉积源时工艺可保持恒定这一事实，动态溅射(即，其中基板邻近沉积源连续或准连续地移动的直列式(inline)工艺)将更容易。然而，动态沉积可能具有其他缺点，例如，颗粒生成。这可能特别适用于TFT背板沉积。根据本文所述的实施方式，可提供静态的溅射，例如用于其中在原始基板上沉积之前可使等离子体稳定的TFT处理。由此，应注意的是，术语“静态沉积工艺”(它与动态沉积工艺相比是不同的)不排除如本领域的技术人员所领会的基板的任何移动。静态沉积工艺可包括例如，在沉积期间的静态基板位置、在沉积期间的振荡的基板位置、在沉积期间基本上恒定的平均基板位置、在沉积期间的抖动的基板位置、在沉积期间的晃动的基板位置、为其而在一个腔室中提供阴极的(即，在腔室中提供的预先确定的阴极组)的沉积工艺、在层沉积期间沉积腔室具有相对于相邻腔腔室的密封的气氛(例如，通过关闭将腔室与相邻腔室分开的阀单元)的基板位置、或上述各项的组合。因此，静态沉积工艺可理解为具有静态位置的沉积工艺、具有基本上静态的位置的沉积工艺、或具有部分静态的基板位置的沉积工艺。由此，如本文中所述，静态沉积工艺可清楚地与动态沉积工艺区别，而不一定要求静态沉积工艺的基板位置在沉积期间完全没有任何移动。根据可与本文所述其他实施方式结合的更进一步实施方式，可通过阴极或阴极阵列的移动(例如，晃动、振荡等)附加地或替代地提供偏离完全静止的基板位置的偏差(例如，如上文所述的振荡、晃动或以其他方式移动基板)，所述偏离完全静止的基板位置的偏差仍被本领域技术人员视为静态沉积。一般而言，基板和阴极(或阴极阵列)可相对于彼此移动，例如，在基板传送方向上、在基本上垂直于基板传送方向的横向方向上或在上述两个方向上相对于彼此移动。
如图3A中所示，可将多个旋转电极(例如，三个或更多个旋转电极)提供给本文中所述的实施方式，用于静态沉积工艺(例如，在沉积期间，阀单元105被关闭)。当关断沉积工艺时，基板14被移动到沉积区中用于沉积的位置中。能够稳定工艺压力。一旦使工艺稳定，就朝前部旋转阴极磁体组件121是朝前旋转，以便将待沉积的正确化学计量比的材料沉积到静态基板上，直到沉积结束为止。例如，这可以是对于氧化铝(AlxOy)沉积的正确化学计量比。
如图3A中所示，对于一些膜(诸如，氧化铝(Al2O3))，可提供AC电源123，诸如，MF电源。在此类情况下，由于由阴极122的对提供包括阴极和阳极的完整电路，因此阴极不需要附加的阳极，所述阳极可例如被移除。
如图3B中所示，也可提供本文所述的方法，用于其他溅射沉积工艺。图3B示出阴极124和阳极115，所述阴极124和阳极115电连接至DC电源226。例如用于透明导电氧化物膜的从靶材的溅射通常执行为DC溅射。阴极124与阳极115一起连接至DC电源226，以在溅射期间收集电子。根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式，可在阳极115或屏蔽物(见图3A)的一侧上提供气体管线116，并且可在此阳极或屏蔽物的另一侧上提供阴极。可通过阳极或屏蔽物中的开口(未示出)而在沉积区中提供气体。根据替代实施方案，可以在阳极或屏蔽物的同一侧提供气体管线或导管以及阴极。
根据可与本文所述的其他实施方式结合的更进一步实施方式，阴极中的一或多个可各自具有它们对应的单独的电压供应。从而，对于阴极中的至少一个、一些或全部，可对每个阴极提供一个电源。因此，至少第一阴极可连接至第一电源，而第二阴极可连接至第二电源。根据可与本文所述的其他实施方式结合的更进一步的实施方式，能以DC溅射沉积工艺来沉积例如像ITO(铟锡氧化物)、IZO(铟锌氧化物)、IGZO(铟镓锌氧化物)或MoN(氮化钼)之类的材料。
如图3B中进一步所阐释，在腔室102的内，也提供多条气体管线116和掩模屏蔽物130。设备100的气体分布系统进一步具有含有工艺气体的六个气罐136。由MFC 135控制存在于工艺气体中的非反应气体和/或反应气体的流率。分别经由MFC 134、234和334、通过气体导管或气体管道133、233和333将工艺气体馈送到多条气体管线126内的多个气体进入点138(未示出)。因此，当前的实施方式允许对于阴极阵列在水平方向中的三个位置独立地提供不同的工艺气体流率和/或不同的工艺气体混合物。
如图3A和图3B中所示，可提供三重水平(在基板传送方向上)分段，其中从一个区段至相邻区段，至少一种工艺气体(诸如，反应气体)的流率有所改变。在图3A中，其他气体管线116各自都提供一个区段，即，两个外区段。另外，提供中央区段。在图3A中，中央区段示例性地包括三个气体管线116。在图3B中，两个其他气体管线116分别各自提供一个区段，即，两个外区段。另外，提供中央区段。在图3B中，中央区段示例性地包括一个气体管线116。
等离子体稳定对于具有迟滞曲线的溅射工艺(例如，反应溅射工艺)可能是特别有用的。如图3A和图3B中示例性地所示，能以旋转阴极和旋转磁体组件(即，其中的旋转磁轭)来执行此工艺。由此，执行绕旋转阴极的纵轴的旋转。
如图4中所示，本文所述的进一步的实施方式提供具有进一步分段的工艺气体分布系统，例如，二重水平分段和二重竖直分段，并且具有在多条气体管线内的多个气体进入点。所述多条气体管线116例如平行于沿水平方向的它们的纵轴而置于阴极122的对之间。当前实施方式的多条气体管线116还提供沿竖直方向的两个或更多个区段。由此由四个不同的MFC134、234、334和434来供应工艺气体，两个用于二重水平分段中的每一个水平区段，而两个用于二重竖直分段中的每一个竖直区段。图4的工艺气体分布系统进一步具有含有工艺气体的八个气罐136。由MFC 135控制存在于工艺气体中的非反应气体和/或反应气体的流率和/或量。分别经由MFC134、234、334和434、通过气体导管或气体管道133、233、333和433将工艺气体馈送到多条气体管线116内的多个气体进入点138。虽然在本文所述的实施方式中，通常分开地示出用于每一个区段的气罐(例如，图4中所示的四个区段对应至四对气罐)，但是根据本文所述的实施方式的区段可连接至分别用于工艺气体中的每种的一个单个气罐或一个单个的气罐组(gas tank battery)，和/或连接至制造设施的气体分布系统。另外，可由共同源提供一些气体，而可由用于每一个区段的单独的源(例如，罐)来提供一些气体。
因此，当前的实施方式允许在水平和竖直两个方向上、在阴极阵列222的不同位置处提供不同的工艺气体、尤其是反应气体的流率。应当理解，在图4中使用二重水平分段和二重竖直分段仅出于说明目的。而根据可与本文所述的其他实施方式结合的不同实施方式，工艺气体分布系统能够具有例如三重、四重、五重或甚至更多重的水平分段以及例如三重、四重、五重或甚至更多重的竖直分段。因此，工艺气体分布系统允许对于靶材阵列在水平方向上的两个或更多个位置以及对于在竖直方向上的两个或更多个位置独立地提供不同的工艺气体尤其是反应气体的流率。根据可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式，可通过其中设有开口(例如，气体进入点138)的气体管线116来提供气体。例如，每条气体管线可具有三个或更多个开口，诸如，六个或更多个开口，例如，6个至20个开口。
根据可与本文所述其他实施方式结合的更进一步典型实施方式，工艺气体分布系统可以是具有二重水平分段以及多条气体管线内的多个气体进入点的工艺气体分布系统。如图5中所示，多条气体管线116垂直于沿竖直方向的阴极122的纵轴而放置。由两个不同的MFC 134和234供应工艺气体，一个MFC用于二重水平分段的每一个水平区段。图5的工艺气体分布系统进一步具有含有工艺气体的四个气罐136。由MFC 135控制存在于工艺气体中的非反应气体和/或反应气体的流率。分别经由MFC 134和234、通过气体导管或气体管道133和233将工艺气体馈送到多条气体管线116内的多个气体进入点138。因此，当前实施方式允许在水平方向上、在阴极阵列222的不同位置处提供至少一种工艺气体尤其是一或多种反应气体的不同的流率。
对应于图2、图3A和图3B以及图4的实施方式示出每两个靶材具有一条气体管线的气体分布系统。然而，根据本文所述实施方式的气体分布系统可具有任何数目的气体管线。例如，气体分布系统能够具有四条至十三条气体管线。类似地，每条气体管线可具有两个至三十个气体进入点。例如，每条气体管线可具有三个至二十个气体进入点，诸如，五个至十个气体进入点，例如，九个气体进入点。
图6示出关于用于测试工艺气流的水平分段的沉积设备的更进一步实施方式。所述设备包括：气体分布系统，所述气体分布系统用于以四重水平分段提供工艺气体；以及阴极阵列，所述阴极阵列具有十二个阴极122，这些阴极122沿水平方向间隔开。气体分布系统可例如由十一条气体管线116来提供，这些气体管线116平行于沿水平方向的阴极的纵轴，并且具有三重竖直分段。设备的气体分布系统进一步包括一个MCF 134，其中由MFC(例如,阀)来调节或关闭单独气体管线是可能的。经由MFC 134\通过气体导管或气体管道将工艺气体馈送到多条气体管线内的多个气体进入点138。根据本文所述的实施方式的气体分布系统可具有任何数目的MFC。举例来说，气体分布系统可具有两个至三十六个MFC。图6中所示的实施方式包括由虚线指示的12个区段634。对于区段中的每者，可单独地(也就是说，独立于邻近区段)控制至少一种工艺气体的流率和/或至少一种工艺气体的分压。
因此，本文所述实施方式利用通过气体管线的工艺气流的变动而非仅打开或关上单独气体管线来提供对于层性质的水平分布更精准的控制。
根据可与本文所述其他实施方式结合的更进一步实施方式，沉积设备可包括沿水平方向延伸的一个阳极或沿水平方向间隔开的至少三个阳极。
根据典型的实施方式，阴极阵列可以包括三个或更多个旋转溅射靶材，特别地，阴极阵列可以包括八个旋转溅射靶材，更特别地，阴极阵列可以包括十二个旋转溅射靶材。通常，阴极阵列的阴极彼此间隔，使得它们的纵轴彼此平行，并且其中这些纵轴与待处理的基板等距离地布置。
在图7中示出一种在基板上沉积材料层的方法的实施方式。在步骤802中，通过气体分布系统提供工艺气体，所述气体分布系统配置成用于对于沿基板传送方向的两个或更多个位置独立地控制工艺气体的流率。在步骤804中，从阴极阵列中溅射材料，所述阴极阵列具有沿基板传送方向间隔开的三个或更多个阴极。在基板上沉积材料，其中基板经定位以进行静态沉积工艺。通常，能以靶材材料的氧化物、氮化物或氮氧化物的形式(即，利用反应溅射工艺)来沉积靶材材料。
虽然上述内容关于本发明的实施方式，但是可设计本发明的其他和更进一步的实施方式而不背离本发明的基本范围，并且本发明的范围由所附权利要求书来确定。

Claims (19)

1.一种用于材料在基板上的静态沉积的设备，所述设备包括：
阴极阵列，所述阴极阵列具有三个或更多个阴极，所述三个或更多个阴极沿基板传送方向间隔开；以及
气体分布系统，所述气体分布系统用于提供一或多种工艺气体，其中所述气体分布系统被配置成用于针对沿所述基板传送方向的两个或更多个位置独立控制所述一或多种工艺气体中的至少一种工艺气体的流率，其中所述气体分布系统包括三条或更多条气体管线，且所述三条或更多条气体管线沿平行于所述三个或更多个阴极的纵轴的方向提供两个或更多个区段。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述三条或更多条气体管线平行于所述三个或更多个阴极的纵轴，其中所述三条或更多条气体管线沿所述基板传送方向间隔开。
3.如权利要求1所述的设备，其中所述三条或更多条气体管线垂直于所述三个或更多个阴极的纵轴，其中所述三条或更多条气体管线垂直于所述基板传送方向间隔开。
4.如权利要求1至3中任一项所述的设备，其中所述气体分布系统进一步包括三个或更多个质量流控制器，所述三个或更多个质量流控制器被配置成用于针对三条或更多条气体管线独立控制一种或更多种工艺气体的流率。
5.如权利要求1至3中任一项所述的设备，其进一步包括沿水平方向延伸的一个阳极或沿所述基板传送方向间隔的至少三个阳极。
6.如权利要求4所述的设备，其进一步包括沿水平方向延伸的一个阳极或沿所述基板传送方向间隔的至少三个阳极。
7.如权利要求1至3中任一项所述的设备，其中所述阴极阵列包括8个或更多个旋转溅射靶材。
8.如权利要求6所述的设备，其中所述阴极阵列包括8个或更多个旋转溅射靶材。
9.如权利要求1至3中任一项所述的设备，其中所述阴极阵列包括12个旋转溅射靶材。
10.如权利要求6所述的设备，其中所述阴极阵列包括12个旋转溅射靶材。
11.如权利要求1至3中任一项所述的设备，其中所述三个或更多个阴极被连接至DC电源。
12.如权利要求1至3中任一项所述的设备，其中所述三个或更多个阴极中的相邻的阴极对被连接至AC电源。
13.如权利要求1至3中任一项所述的设备，其中所述阴极阵列中的所述三个或更多个阴极彼此间隔开来，使得它们纵轴彼此平行，并且其中所述纵轴与待处理的基板等距离地布置。
14.一种用于材料在基板上的静态沉积的方法，所述方法包括：
通过气体分布系统提供一或多种工艺气体；
针对沿基板传送方向的两个或更多个位置独立控制所述一或多种工艺气体中的至少一种工艺气体的流率；以及
从阴极阵列中溅射材料，其中所述阴极阵列具有三个或更多个阴极，所述三个或更多个阴极沿所述基板传送方向间隔开；
其中所述气体分布系统包括三条或更多条气体管线，且所述三条或更多条气体管线沿平行于所述三个或更多个阴极的纵轴的方向提供两个或更多个区段。
15.如权利要求14所述的方法，其进一步包括以下步骤：使用来自所述三条或更多条气体管线的所述一或多种工艺气体将材料溅射到基板上，所述三条或更多条气体管线平行于所述三个或更多个阴极的纵轴定位。
16.如权利要求14或15所述的方法，其中由所述气体分布系统提供的所述一或多种工艺气体是提供非反应气体和反应气体的混合物的两种或更多种工艺气体。
17.如权利要求14或15所述的方法，其中由所述气体分布系统提供的所述一或多种工艺气体是非反应气体。
18.如权利要求16所述的方法，其中由所述气体分布系统提供的所述一或多种工艺气体是非反应气体。
19.如权利要求14或15所述的方法，其中所述一或多种工艺气体中的所述至少一种工艺气体的分压可变。
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