CN108884558A - 磁控溅射方法 - Google Patents

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Abstract

根据本公开内容的一方面，提供一种利用至少一个阴极组件(10)涂布基板(100)的方法，此至少一个阴极组件(10)具有溅射靶材(20)及磁体组件(25)，磁体组件(25)围绕旋转轴(A)是可旋转的。此方法包括：当以往复方式在第一扇区(12)中移动磁体组件时对基板(100)进行涂布；以及当以往复方式在不同于第一扇区(12)的第二扇区(14)中移动磁体组件(25)时对基板(100)进行后续涂布。根据第二方面，提供一种用于执行所述的方法的涂布设备。

Description

磁控溅射方法
技术领域
本公开内容有关于一种涂布基板的方法及一种用于涂布基板的涂布设备。更特别是，本公开内容有关于一种通过溅射涂布薄层于基板的方法，及一种用于涂布基板的溅射设备。更特别是，本公开内容有关于磁控溅射，其中溅射靶材可为可旋转靶材。
背景技术
在基板上形成具有高均匀性的层(也就是在延伸的表面上有均匀的厚度及均匀的电特性)是许多技术领域中的相关议题。举例来说，在薄膜晶体管(thin filmtransistors，TFTs)的领域中，厚度均匀性及电特性均匀性可能是可靠地制造显示通道区域的议题。再者，均匀层通常有利于制造的重现性。
用于在基板上形成层的方法是溅射，溅射已经在多种制造领域中发展成有价值的方法，例如在TFTs的制造中。在溅射期间，通过利用能量粒子(例如惰性或反应气体的受激(energized)离子)轰击溅射靶材的材料，原子从溅射靶材的材料射出。射出的原子可沉积于基板上，使得已溅射材料的层可形成于基板上。
例如，由于已溅射材料的不规则空间分布，在大规模的基板表面上可能难以实现均匀的已溅射材料层。在基板的上方提供多个溅射靶材可能改善层的均匀性。在特性方面(例如已沉积层的生长晶体结构、比电阻(specific resistance)或其他电特性，和层的应力)具有高度的均质性可能是更为有利的。举例来说，在制造金属化层中，信号延迟取决于层的厚度，使得，例如，在显示器的制造中，变化的厚度可能导致像素在略微不同的时间点被通电(energized)。再者，当蚀刻层时实现均匀层厚度是进一步有利的，以在不同位置实现相同的蚀刻结果。
因此，用于促进已溅射材料的高度均匀层的其它方法和/或溅射设备是有利的。
发明内容
有鉴于上述，提供用于涂布基板的方法及用于涂布基板的涂布设备。
根据本公开内容的一方面，提供一种利用至少一个阴极组件涂布基板的方法，此至少一个阴极组件具有溅射靶材及磁体组件，磁体组件围绕旋转轴是可旋转的。此方法包括：当以往复方式在第一扇区中移动磁体组件时对基板进行涂布；以及当以往复方式在不同于第一扇区的第二扇区中移动磁体组件时对基板进行后续涂布。
根据进一步的方面，提供一种利用至少一个阴极组件涂布基板的方法，此至少一个阴极组件具有可旋转溅射靶材及磁体组件，磁体组件位于可旋转溅射靶材的内侧，磁体组件围绕旋转轴是可旋转的。此方法包括：当以往复方式在第一扇区中移动所述磁体组件时对基板进行涂布，其中第一扇区的第一中心角位置位于一平面的第一侧上，此平面从基板垂直地延伸至旋转轴；将磁体组件定位于第二扇区中，同时将靶材保持在本质上零电压；以及当以往复方式在第二扇区中移动磁体组件时对基板进行后续涂布，其中第二扇区的第二中心角位置位于平面的第二侧上。
根据再一方面，提供一种用于涂布基板的涂布设备。涂布设备包括：至少一个阴极组件，具有溅射靶材；磁体组件，位于溅射靶材的内侧并且围绕旋转轴是可旋转的；以及致动器，经构造以用于在涂布期间以往复方式在两个或更多个不同的扇区中连续移动磁体组件，其中这些扇区的中心角位置及/或扩展角度可分别被调整。
本公开内容的其它方面、优点、及特征通过所附权利要求书、说明书、及所附附图显而易见。
附图说明
为了使本公开内容的上述特征可被详细地了解的方式，可参照实施方式来获得简要概括于上的本公开内容的更特定的说明。所附附图有关于本公开内容的实施方式并说明于下文中。一些实施方式绘示于附图中并在下文中详细描述。
图1A及图1B绘示根据本文所述实施方式的用于说明涂布基板的方法的涂布设备的剖面图；
图2A及图2B绘示根据本文所述实施方式的用于说明涂布基板的方法的涂布设备的剖面图；
图3绘示根据本文所述实施方式的说明涂布基板的方法的涂布设备的示意图；
图4A及图4B绘示通过传统溅射工艺及通过本文所述溅射工艺沉积的薄膜的厚度均匀性的比较图；
图5A及图5B绘示通过传统溅射工艺及通过本文所述溅射工艺沉积的薄膜的电特性的比较图；以及
图6绘示根据本文所述实施方式的方法的流程图。
具体实施方式
将详细参照本公开内容的实施方式，这些实施方式的一个或多个示例绘示于附图中。各示例通过说明的方式提供且不意味为限制。举例来说，作为一个实施方式的部分而被说明或描述的特征可用于任何其它实施方式或与任何其它实施方式结合，以获得又一实施方式。本公开内容意欲包括这些修改及变化。
在下文的附图说明中，相同附图标记指示相同或类似的元件。一般来说，仅描述有关于个别实施方式的不同之处。除非另有说明，一个实施方式中的一部分或方面的描述也应用于另一实施方式中的对应部分或方面。
本文所述的使用材料涂布基板的工艺一般是指薄膜应用。术语“涂布”及术语“沉积”在本文中以同义的方式使用。在本文所述实施方式中使用的涂布工艺为溅射。
溅射可以二极管溅射或磁控溅射的方式进行。磁控溅射特别有利，因为沉积率相当高。通过将磁体或磁控管布置于溅射靶材的溅射材料的后方，为了将自由电子捕获在靶材表面附近产生的磁场中，这些电子被迫在磁场中移动且无法脱离。此举将电子化气体分子的几率增强了数个数量级。此举接着显著地增加沉积率。举例来说，在可具有本质上为圆柱形式的可旋转溅射靶材的情况中，磁体组件可设置于可旋转溅射靶材的内侧。
本文使用的术语“磁体组件”可指示能够产生磁场的单元。一般来说，磁体组件可由永久磁体组成。永久磁体可布置于溅射靶材中，使得带电粒子被捕获于产生的磁场中，例如在溅射靶材的上方的区域中。于一些实施方式中，磁体组件包括磁轭。
基板可在涂布期间连续地移动通过阴极组件(“动态涂布”)，或基板可在涂布期间本质上静止于固定位置(“静态涂布”)。于本公开内容中所描述的方法特别是有关于静态涂布工艺。
在静态沉积工艺中，基板可在涂布期间保持静止。将注意的是，本领域的普通技术人员会了解，与“动态”沉积工艺相比有所不同的术语“静态”沉积工艺不排除基板的任何运动。举例来说，根据本文所述的实施方式，静态溅射可包括，例如，在沉积期间的静态基板位置(没有任何基板运动)、在沉积期间的振荡(oscillating)基板位置、在沉积期间的实质上恒定的平均基板位置、在沉积期间的抖动(dithering)基板位置及/或在沉积期间的摆动(wobbling)基板位置。因此，静态沉积工艺可理解为具有静态位置的基板的沉积工艺、具有实质上静态位置的基板的沉积工艺、或具有部分静态位置的基板的沉积工艺。
静态涂布在以下方面是有利的，用于涂布而用尽的靶材材料的总量比动态涂布小更少，因为在后者的情况中，基板保持件时常也被涂布。静态涂布特别允许涂布大面积基板。基板进入一个或多个溅射靶材前方的涂布区域中、涂布被执行、并且基板在被涂布之后从涂布区域移出。
本文所述的示例可用于大面积基板上的沉积，例如，用于锂电池制造或电致变色窗(electrochromic window)。作为一个示例，可以使用冷却装置在大面积基板上形成多个电池，冷却装置用于处理包括具有低熔化温度的材料的层。根据一些示例，大面积基板可为第4.5代、第5代、第7.5代、第8代、或甚至是第10代，第4.5代对应于约0.67m2的基板(0.73mx0.92m)、第5代对应于约1.4m2的基板(1.1m x 1.3m)、第7.5代对应于约4.29m2的基板(1.95m x 2.2m)、第8代对应于约5.3m2的基板(2.16m x 2.46m)、第10代对应于约9.0m2的基板(2.88m x 3.13m)。甚至是例如为第11代、第12代的更高代及/或对应的基板面积可也可被类似地实施。
本文使用的术语“基板”应特别是包含非柔性基板，例如玻璃板。本公开内容不以此为限且术语“基板”也可包含柔性基板，例如是腹板(web)或箔。
溅射可用于显示器的制造中。更详细来说，溅射可用于金属化，例如是生产电极或汇流排。溅射也可使用于生产薄膜晶体管(thin film transistors，TFTs)。溅射也可使用于生产氧化铟锡(indium tin oxide，ITO)层。溅射也可使用于制造薄膜太阳能电池。薄膜太阳能电池包括背接触(back contact)、吸收层、及透明导电氧化物(transparent andconductive oxide，TCO)层。一般来说，背接触及TCO层由溅射制造，而吸收层可在化学气相沉积工艺中制成。
根据本公开内容的一方面，描述了利用涂布设备的一种涂布基板的方法。图1A及图1B绘示了经构造以用于执行本文所述的方法的设备的剖面图。
如图1A及图1B中所示的涂布设备包括阴极组件10及磁体组件25，阴极组件10包括溅射靶材20，溅射靶材20用于提供将沉积的材料。磁体组件25围绕旋转轴A是可动的。
溅射靶材20可以由从以下群组中选择的至少一种材料制成，或包括以下群组中的至少一种材料。此群组包括：铝、硅、钽、钼、铌、钛、铟、镓、锌、锡、银及铜。特别是，靶材材料可从包括铟、镓及锌的群组中选择。
于一些实施方式中，溅射靶材20可为可旋转溅射靶材。举例来说，溅射靶材20可为本质上圆柱形的靶材及/或可为围绕一个轴是可旋转的，此轴可对应于磁体组件的旋转轴A。于一些实施方式中，磁体组件25布置于溅射靶材20的内侧且可沿着磁体组件运动路径围绕溅射靶材20的旋转的轴进行枢转。
可布置待涂布的基板100，使得基板面对阴极组件10的溅射靶材20。其中，基板100可被保持在基板保持件上，所述基板保持件可传送进入涂布设备中并可传送离开涂布设备。对于涂布基板100来说，电位(例如是负电位)可提供至溅射靶材20。
本文所述的溅射方法的第一涂布阶段I绘示于图1A中，并且在第一涂布阶段I之后将执行的溅射方法的后续涂布阶段II绘示于图1B中。第一涂布阶段I包括当以往复方式在第一扇区12中移动磁体组件25时对基板100进行涂布，如图1A中所示，并且后续涂布阶段II包括当以往复方式在第二扇区14中移动磁体组件25时对基板100进行涂布，如图1B中所示。
本文所使用的往复方式的运动可理解为重复的来回运动，且特别可被理解为磁体组件25在一个扇区(特别是分别在两个角位置之间)中围绕旋转轴A重复的顺时针及逆时针旋转。举例来说，在第一涂布阶段I期间(如图1A中所示)，磁体组件25可在第一扇区12的第一转向角位置16及第二转向角位置17之间重复地来回运动，并且在后续涂布阶段II期间(如图1B中所示)，磁体组件25可在第二扇区14的第一转向角位置26及第二转向角位置27之间重复地来回运动。于一些实施方式中，第一扇区12的第一转向角位置16和第二转向角位置17以及第二扇区14的第一转向角位置26及第二转向角位置27分别是不同的角位置。
举例来说，于一些实施方式中，第一扇区12及第二扇区14确实部分地重叠，但是不完全重叠，例如，以30°或更少，特别是15°或更少的重叠角度重叠。于其它实施方式中，第一扇区12及第二扇区14没有重叠。举例来说，第二扇区14起始于第一扇区12结束的角位置。也就是说，第一扇区12的第一转向角位置16可对应于第二扇区14的第一转向角位置26，如第1A及1B图中所示。于进一步的其它实施方式中，第一扇区12可远离第二扇区14，使得第一扇区12及第二扇区14不共享共同的角位置。
往复方式的运动也可在本文称为磁体组件的摇摆(wobble)运动。在摇摆运动期间，磁体组件25首先移动至中心角位置的第一侧，接着于第一转向位置转向且移动至中心角位置的第二侧，然后于第二转向位置再次转向并移动回到中心角位置的第一侧。因此，摇摆运动可停止或可对应地继续。溅射沉积可在磁体组件的摇摆运动期间进行。也就是说，基板在磁体组件的摇摆运动期间被涂布有薄材料层。由于单一溅射靶材可基于磁体组件的摇摆运动而被用于涂布较大面积的基板，沉积在基板上的层的厚度均匀性可改善。特别是，磁体组件的摇摆可导致在第一径方向及第二径方向之间以往复方式顺时针及逆时针空间转移的带电粒子云。
在一些实施方式中，摇摆运动可为本质上连续运动。其中，磁体组件可在一个扇区中顺时针及逆时针移动，而本质上不在转向角位置停止。举例来说，磁体组件在转向位置的停留时间可为0.1秒或更少、或0.05秒或更少的短暂期间。
根据本文所述的方法，磁体组件25在磁体组件的运动路径的两个或更多个不同扇区中顺序地进行摇摆。首先，如图1A中所示，在第一摇摆阶段期间，基板的第一区段可被主要涂布，且接着，如图1B中所示，在第二摇摆阶段期间，基板的第二区段可后续地被主要涂布。在第一摇摆阶段期间，层的第一部分或第一层可沉积于基板上，且在第二摇摆阶段期间，层的第二部分或第二层可沉积于基板上。磁体组件在不同扇区中的连续摇摆可进一步改善已沉积层的均一性。特别是，层特性(例如，电特性)的均匀性变化，例如，沉积层的导电性的均匀性变化，可通过围绕不同中心角位置的连续摇摆而减少。特别是，通过将大摇摆扇区划分为两个或更多个较小的扇区，摇摆在所述两个或更多个较小的扇区中依次地执行，可改善整体层均匀性。
于一些实施方式中，在第一涂布阶段I期间，磁体组件在第一扇区12的第一转向角位置16及第二转向角位置17之间来回移动两次或更多次，特别是三次或更多次，更特别是四次或更多次，或甚至是五次或更多次。可选地或另外地，于一些实施方式中，在后续涂布阶段II期间，磁体组件在第二扇区14的第一转向角位置26及第二转向角位置27之间来回移动两次或更多次，特别是三次或更多次，更特别是四次或更多次，或甚至是五次或更多次。转向角位置可定义为个别的扇区的两个外角位置。
在磁体组件25围绕旋转轴A运动期间，磁体组件的方向可对应于磁体组件的角位置而改变。举例来说，当磁体组件25布置于第一角位置时，由磁体组件产生的磁场可被定向，使得带电粒子可被局限于第一径方向附近，所述第一径方向从旋转轴延伸通过第一角位置。因此，当磁体组件25移动至第二角位置时，由磁体组件产生的磁场可移动，从而在第二径方向周围局限自由的带电粒子，第二径方向从旋转轴延伸通过第二角位置。
第一扇区12及第二扇区14为不同的扇区。于一些实施方式中，第一扇区12的第一角度扩展范围α可不同于第二扇区14的第二角度扩展范围β。于可与本文所公开的其它实施方式结合的一些实施方式中，第一扇区12的第一中心角位置18可不同于第二扇区14的第二中心角位置28。
本文使用的扇区的中心角位置可理解为在此扇区的两个外角位置(转向角位置)之间的角位置，且特别是这两个外角位置之间的中间的角位置。举例来说，如果扇区延伸超过30°的角度扩展范围，中心角位置可位于扇区的这两个外角位置之间的距离这两个外角位置15°的位置处。
于一些实施方式中，第一扇区12及第二扇区14具有本质上相同的第一角度扩展范围α及第二角度扩展范围β。因此，第一扇区12的第一转向角位置16及第二转向角位置17之间的第一角度扩展范围α可本质上对应于第二扇区14的第一转向角位置26及第二转向角位置27之间的第二角度扩展范围β。然而，第一扇区12的第一中心角位置18可不同于第二扇区14的第二中心角位置28。于此情况中，在涂布期间，由磁体组件25产生的磁场可围绕两个不同中心角位置以本质上相同的摇摆量进行摇摆。
在可与本文所述其它实施方式结合的一些实施方式中，第一扇区12的第一中心角位置18不同于第二扇区14的第二中心角位置28。更特别是，于一些实施方式中，第一中心角位置18及第二中心角位置28可包围30°或更多的角度，特别是45°或更多的角度，更特别是60°的角度或甚至高达90°的角度。因此，在第一涂布阶段I期间，基板的第一区段可被主要涂布，并且在后续涂布阶段II期间，基板的第二区段可被主要涂布。
在可与本文所公开的其它实施方式结合的一些实施方式中，第一扇区12可延伸超过15°或更多及60°或更少的第一角度扩展范围α，和/或第二扇区14可延伸超过15°或更多及60°或更少的第二角度扩展范围β。已沉积层的均匀性可改善。
于一些实施方式中，阴极组件可仅包括单一磁体组件。举例来说，围绕旋转轴是可移动的单一磁体组件可布置于可旋转靶材的内侧，且可经构造以使得利用此单一磁体组件实现在不同扇区中的后续摇摆。当这些溅射靶材分别仅包括单一磁体组件时，可避免两个或更多个磁体组件之间的相互作用及干扰。
在可与本文所公开的其它实施方式结合的一些实施方式中，从基板100垂直地延伸至旋转轴A的平面22定义了相对于旋转轴A的磁体组件25的零角位置。磁体组件25的零角位置可为本质上圆形的磁体组件运动路径及平面22的相交点。举例来说，磁体组件的零角位置可为在磁体组件与基板之间具有最小距离的磁体组件的角位置。在180°的角度处，磁体组件与基板之间的距离可为最大的。磁体组件25可从零角位置围绕旋转轴A顺时针旋转(正角范围)，且磁体组件可从零角位置围绕旋转轴A逆时针旋转(负角范围)，或反之亦然。
第一扇区12的第一中心角位置18可从零角位置偏移，且第二扇区14的第二中心角位置28可从零角位置偏移。于一些实施方式中，第一中心角位置18可位于平面22的第一侧上，并且第二中心角位置28可位于平面22的第二侧上。举例来说，第一中心角位置18可在平面22的第一侧上位于距离零角位置的15°和45°之间的位置处，并且第二中心角位置28可在平面22的第二侧上位于距离零角位置的-15°和-45°之间的位置处。特别是，第二中心角位置28可以是第一中心角位置18相对于平面22的镜像位置。因此，在第一涂布阶段I期间沉积的已沉积层的第一部分可以是相对于平面22的在后续涂布阶段II期间沉积的已沉积层的第二部分的镜像部分。整体层均匀性可改善。
如图1A中所示，于一些实施方式中，第一中心角位置18可位于相对于零角位置的15°和25°之间的角度处，并且从图1B可以看出，第二中心角位置28可位于相对于零角位置的-15°和-25°之间的角度处，零角位置由平面22所定义。再者，第一扇区12的第一角度扩展范围α及第二扇区14的第二角度扩展范围β可均在30°和60°之间，但位于平面22的相对两侧上，也就是位于从零角度顺时针及逆时针的位置。
于一些实施方式中，第一扇区12的第一转向角位置16(即，内转向位置)可对应于第二扇区14的第一转向角位置26(即，内转向位置)，其中这两个内转向角位置可本质上位于平面22中。此可致使从靠近溅射靶材的基板区域到远离溅射靶材的基板区域(例如两个相邻溅射靶材间的中间)的涂布层的恒定厚度。
当第一扇区12部分地或全部地位于平面22的第一侧上，且第二扇区14系部分地或全部地位于平面22的另一侧上时，溅射靶材的离子轰击可保持得更加恒定。举例来说，多于80％或多于95％的第一扇区12可位于平面22的第一侧上，且多于80％或多于95％的第二扇区14可位于平面22的第二侧上。在可与本文所公开的其它实施方式结合的一些实施方式中，第一扇区12可对应于第二扇区14在平面22的镜像。
像是在涂布期间于单一扇区中摇摆磁体组件的溅射模式或在保持磁体组件固定位置时涂布的溅射模式可在层的均匀性方面为可改善的，因为离子轰击可取决于靶材到基板的距离及在不同磁控位置的离子的入射角。为了以更均匀的方式控制离子轰击，本文所公开的方法包括在不同扇区中以往复方式连续地移动磁体组件。根据本文所述实施方式的此种“分离摇摆沉积模式(split wobble deposition mode)”相较于先前所述的溅射模式来说提供了更广泛的离子轰击控制，且可提高有关于已沉积层的层厚度及已沉积层的电性质的层均匀性。
图2A及图2B绘示用于溅射沉积的涂布设备的示意图，涂布设备经构造以根据本文所述方法进行操作。图2A绘示第一涂布阶段I，其中当以往复方式在第一扇区12中移动磁体组件25时，基板100被进行涂布。图2B绘示后续涂布阶段II，其中当以往复方式在第二扇区14中移动磁体组件25时，基板100被进行涂布。绘示于图2A及图2B中的涂布方法可包括上述涂布方法的一些或全部特征，且于此不再重复描述。
在涂布操作开始之前，第一扇区12的第一中心角位置18及第二扇区14的第二中心角位置28可被适当地设置。举例来说，第一中心角位置18可被设置，使得在第一涂布阶段I期间，磁体组件可在平面22的第一侧上相对于第一中心角位置18以往复方式进行枢转。其中，平面22从基板100垂直地延伸通过磁体组件25的旋转轴A。第二中心角位置28可被设置，使得在后续涂布阶段II期间，磁体组件可在平面22的第二侧上相对于第二中心角位置28以往复方式进行枢转，平面22的第二侧相对于平面22的第一侧。
在可与本文所述其它实施方式结合的一些实施方式中，在开始涂布操作之前，第一扇区12的第一角度扩展范围α及第二扇区14的第二角度扩展范围β可被适当地设置。于一些实施方式中，第一角度扩展范围及第二角度扩展范围本质上是相同的。于一些实施方式中，第二扇区14是第一扇区12相对于平面22的镜像。于一些实施方式中，第一扇区12及第二扇区14不重叠。然而，第一扇区12的内转向位置及第二扇区14的内转向位置可位于平面22中的相同位置，也就是距离基板最小距离的位置。
于一些实施方式中，阴极组件10的溅射靶材20连接于电源供应器30，用于将溅射靶材设定至一定电位，例如，在涂布操作期间设定为负电位和/或在涂布操作之前及之后设定为本质上零电位。
于一些实施方式中，一个或多个阳极(未绘示于图2A及图2B中)可提供正电位或接地电位，此一个或多个阳极可靠近溅射靶材20，也就是在溅射靶材的外侧。此种阳极可具有棒的形状，且具有通常被布置为平行于溅射靶材的旋转轴的棒轴。于一些实施方式中，分开的偏压可提供至基板。
使用于本文所述的实施方式中的永久磁体可具有两个北磁极及一个南磁极。这些极分别指示磁体组件25的一个表面。这些表面一般从其内侧面对溅射靶材20。
在许多情况中，第一极位于中间，而两个相反极布置在第一极附近。在图2A中，磁体组件25的放大图被绘示而用于描述这一情况。如图所示，南磁极位于中间，而北磁极框住(enframe)南磁极。极表面的形状可适用于可旋转的弯曲溅射靶材的曲率。于一些实施方式中，各极的表面定义了一个平面。磁体极的平面一般是不平行的。然而，由布置在中间的极的表面定义的平面具有一定方向，此方向一般准确地位于由外磁极的极所定义的这些平面的方向的中间。以更数学的术语来说，外极表面的向量分量总和为内极表面的向量分量。也就是说，用语“磁体组件系定位于非零角位置”描述了这样一种情况，其中定义为磁体组件的所有极表面的向量总和的平均表面具有不同于基板表面的方向的方向。
基板表面定义了水平布置于所示的附图中的平面。从基板100垂直地延伸至旋转轴A的平面22定义了磁体组件的零角位置，且也可称为“基板-靶互连平面”。在图2A的剖面图中，基板-靶互连平面在垂直方向中延伸通过基板100的中心。
虽然图示于附图中的实施方式绘示了溅射靶材20布置于水平布置的基板的上方，且基板-靶互连平面的定义是参照这些实施方式而被说明性解释，应提及的是，基板在空间中的定向也可也为垂直的。特别是，有鉴于大面积涂布，可通过基板的本质上垂直定向来简化基板的传送与处理。本文使用的“本质上垂直”可指示相对于垂直平面的少于15°的角度。
根据本公开内容的一方面，磁体组件在第一涂布阶段I期间相对于基板-靶互连平面非对称地定位，也就是位于基板-靶互连平面的第一侧上，且磁体组件在后续涂布阶段II期间相对于基板-靶互连平面非对称地定位，也就是位于基板-靶互连平面的第二侧上。
将注意的是，第一涂布阶段I可具有30秒或更多及5分钟或更少的持续时间，并且后续涂布阶段II可具有30秒或更多及5分钟或更少的持续时间。举例来说，磁体组件从其中一个扇区的第一转向角位置至第二转向角位置并再回到第一转向角位置的运动可花费10秒或更多及30秒或更少的时间。
因此，在一些实施方式中，第一涂布阶段I可执行超过30秒或更多的时间，且后续涂布阶段II可执行超过30秒或更多的时间。
于一些实施方式中，基板100至少在第一涂布阶段I期间及后续涂布阶段II期间可保持静止。于一些实施方式中，基板100在第一涂布阶段I及后续涂布阶段II之间也可保持静止。层均匀性可改善。
根据本文所公开的一些实施方式，电压可提供于溅射靶材20，电压随着时间是变化的。例如，在本质上零电压和用于溅射操作的非零电压之间变化。
举例来说，在磁体组件在这些扇区之间的重定位期间的零电压被减少到溅射操作期间溅射靶材的非零电压数值的10％以下、更典型地5％以下的数值。
如果电场，也就是电压，在磁体组件没有以往复方式移动时减少或关闭，层均匀性可进一步改善。举例来说，如果在磁体组件既没有在第一扇区中摇摆，也没有在第二扇区中摇摆时暂停溅射，已沉积层的均质性可增加。
在涂布操作开始之前，磁体组件可位于第一扇区12中，例如，定位在第一扇区12的第一中心角位置18。在磁体组件定位期间，本质上零电位可供应至溅射靶材20。可接着通过提供一定电位(例如，负电压)至溅射靶材20时开始涂布操作，如图2A中所示。等离子体可基于建立在带负电的溅射靶材20及带正电的或接地的阳极表面之间的电场而产生。
在如图2A中所示的第一涂布阶段I期间，磁体组件25可在第一扇区12的第一转向角位置16及第二转向角位置17之间以往复方式移动，同时提供至溅射靶材20的电位可保持为负，例如，保持在恒定的负电压。举例来说，磁体组件25可在保持恒定的负靶材电压的同时在第一转向角位置16及第二转向角位置17之间来回移动两次或更多次。层的第一部分可沉积于基板100上。
在第一溅射阶段I之后，磁体组件25可从第一扇区12定位至第二扇区14，例如，定位至第二扇区14的第二中心角位置28。在磁体组件25定位于第二扇区14中的期间，本质上零电位可供应至溅射靶材。因此，在第一涂布阶段I之后及后续涂布阶段II开始之前，可停止涂布操作。
在如图2B中所示的后续涂布阶段II期间，磁体组件25可在第二扇区14的第一转向角位置26及第二转向角位置27之间以往复方式移动，同时提供至溅射靶材20的电位可保持为负，例如，保持为恒定的负电压。举例来说，磁体组件25可在保持本质上恒定的负靶材电压的同时在第二扇区14的第一转向角位置26及第二转向角位置27之间来回移动两次或更多次。层的第二部分可沉积于基板100上。
也就是说，于一些实施方式中，在涂布期间及后续涂布期间靶材电压可为非零的，并且，在一些实施方式中，在涂布之后和后续涂布之前的从第一扇区12至第二扇区14的磁体组件的定位期间靶材电压可本质上为零。
在可与本文所公开的其它实施方式结合的一些实施方式中，在后续涂布阶段II之后，涂布方法可完成。举例来说，在后续涂布阶段II之后，基板100可移动离开如附图中所示的涂布区域。
于其它实施方式中，涂布可在后续涂布阶段II之后继续进行。举例来说，于一些实施方式中，可接着进行第三涂布阶段。在第三涂布阶段中，当以往复方式于第三扇区中移动磁体组件时，对基板进行涂布，第三扇区不同于第一及第二扇区，特别是，其中第三扇区的第三中心角位置不同于第一及第二中心角位置。于一些实施方式中，在后续涂布阶段II之后，可通过移动磁体组件回到第一扇区12而持续进行涂布，因此，当以往复方式在第一扇区中移动磁体组件时对基板进行涂布。之后，此方法可停止或可对应地继续。
根据本文所公开的其它方面，提供了利用至少一个阴极组件10涂布基板100的方法，此至少一个阴极组件10具有可旋转的溅射靶材20及磁体组件25，磁体组件25位于可旋转的溅射靶材20中，磁体组件25围绕旋转轴A是可旋转的。此方法以流程图的形式绘示于图6中。
在图6的可选方块210中，磁体组件25定位在第一扇区12中，同时保持溅射靶材为本质上零电压。于方块212，当以往复方式在第一扇区12中移动磁体组件时对基板100进行涂布，其中第一扇区12的第一中心角位置18位于平面22的第一侧上，平面22从基板垂直地延伸至旋转轴A。在可选方块214中，磁体组件25定位在第二扇区14中，同时保持溅射靶材20为本质上零电压。于方块216中，当以往复方式在第二扇区14中移动磁体组件时对基板进行后续涂布，其中第二扇区的第二中心角位置28位于平面22的第二侧上。
在由方块212及214所示的涂布阶段期间，靶材电压可为非零的。
根据其它方面，提供了一种经构造以用于根据本文所述的方法进行操作的涂布设备。
根据本文所述实施方式的用于涂布基板的涂布设备包括至少一个阴极组件10、磁体组件25及致动器，此至少一个阴极组件10具有溅射靶材20，磁体组件25可位于溅射靶材20的内侧且可围绕旋转轴A为可旋转的，致动器经构造以用于在涂布期间以往复方式在两个或更多个不同的扇区中顺序移动磁体组件，其中扇区的中心角位置及扩展角度可被调整。
涂布设备可包括控制器，经构造以用于提供可变电压至溅射靶材20，特别是用于在第一涂布阶段I期间及后续涂布阶段II期间以往复方式移动磁体组件的同时提供非零电压至溅射靶材20，和/或用于在第一扇区12中及/或第二扇区14中定位磁体组件的同时提供本质上零电压至溅射靶材20。
根据本公开内容的一方面，供应至溅射靶材的电压可随着时间变化。也就是说，非固定电压可提供至溅射靶材。溅射功率不仅根据磁体组件位置而改变，也根据供应至溅射靶材的电压而改变。供应的电压及溅射功率之间的关系在第一近似(firstapproximation)中可以是线性的。
在可与本文所公开的其它实施方式结合的一些实施方式中，溅射靶材20可放置于背衬管上。背衬管主要用于安装溅射靶材，溅射靶材包括将沉积的靶材材料。为了减少因溅射工艺而导致的溅射靶材的高温，在许多实施方式中，溅射靶材与冷却材料管对准。水可作为冷却材料。冷却是有利的，因为输入溅射工艺的大部分能量(可能在几千瓦的数量级)被转换成溅射靶材的热。磁体组件可定位在背衬管及冷却材料管中，使得磁体组件可在其中移动至不同的角位置，特别是沿着本质上圆形的磁体组件运动路径。根据其它实施方式，靶管的整个内部被填充有冷却材料(例如，水)。
于一些实施方式中，磁体组件可固定于圆柱形并可旋转的溅射靶材的轴上。如本文所述的磁体组件的枢转运动可由提供旋转力电动机驱动。于一些实施方式中，阴极组件装配有两个轴：第一轴及第二轴，可旋转的溅射靶材管安装在所述第一轴上。第一轴在阴极组件操作期间可被旋转。可移动的磁体组件通常安装在第二轴。第二轴可以允许如本文所述的磁体组件的旋转运动或枢转运动的方式而独立于第一轴移动。因此，涂布组件的致动器可包括第二轴、马达及控制系统，所述马达用于驱动第二轴，所述控制系统经构造以用于移动本文所述的磁体组件。
于一些实施方式中，致动器可连接于处理器及使用者界面或包括处理器及使用者界面。所述使用者界面经构造以用于输入所述至少两个扇区的中心角位置及/或扩展角度，用于适当地调整涂布方法。
在本公开内容中，附图绘示出了沿着示例性示出的基板的涂布设备的剖面图。一般来说，阴极组件10包括溅射靶材20，溅射靶材20可具有圆柱的形状。换言之，溅射靶材的轴相对于附图的纸面垂直地延伸。对于仅绘示成剖面元件的磁体组件也是如此。磁体组件的旋转轴A相对于附图的纸面垂直地延伸。磁体组件可沿着圆柱形的溅射靶材的整个长度延伸。基于技术原因，磁体组件延伸超过至少80％的圆柱长度，更典型地延伸至少超过至少90％的圆柱长度是有利的。
根据本文所述的一方面，提供各自具有可旋转的溅射靶材20的多个阴极组件10用于涂布大面积基板。适用于涂布基板100的面积应称为“涂布面积”。涂布面积可适于实时地在一点处涂布基板100。多个基板100可一个接着另一个地在涂布区域中进行涂布。
在许多实施方式中，多个阴极组件10排列成阴极组件阵列。特别是，对于静态大面积基板沉积来说，提供一维阵列的阴极组件是可行的，一维阵列的阴极组件是线性排列的或沿着曲线(例如，弓状设置)交替布置。一般来说，阴极组件的数量为每涂布面积2个和20个之间，更典型为9个和16个之间。
于一些实施方式中，阴极组件10彼此等距地分隔。这些溅射靶材的长度略微地长于将涂布的基板的长度是进一步有利的。
可选地或另外的，阴极阵列可在宽度方向W中略微地宽于基板的宽度。“略微地”一般包括100％和110％之间的范围。提供略微地大于涂布长度/宽度有助于避免边界效应。于一些情况中，阴极组件等距地远离基板。
于一些实施方式中，多个阴极组件相对于基板不是以等距方式布置，而是沿着弧形布置。弧形可使得内部的阴极组件比外部的阴极组件更接近基板。这种情况绘示于图3中。或者，定义多个阴极组件的位置的弧形使得外部的阴极组件比内部的阴极组件更接近基板也是可行的。散射(scattering)行为取决于将溅射的材料。因此，取决于应用，也就是取决于将溅射的材料，在弧形上提供阴极组件将进一步增加均一性。弧的方向可取决于应用。
此外，图3示例性地绘示了位于这些阴极组件之间的数个阳极棒35，这些阳极棒35可使用于本文所述的一些实施方式中。
根据一些实施方式，在溅射靶材20中的各个磁体组件可同步运动。同步运动可进一步增加层的均一性。
图3的上部绘示出第一涂布阶段I，并且图3的下部绘示出后续涂布阶段II。在第一涂布阶段I期间，磁体组件25在相应的溅射靶材中以往复方式在第一扇区12中同步移动，且在后续涂布阶段期间，磁体组件25在相应的溅射靶材中以往复方式在第二扇区中同步移动，其中第二扇区不同于第一扇区。
对于磁体组件25在相应的溅射靶材20中的运动轨迹的细节可参照上述实施方式，其中细节不于此重复。再者，对于提供至各个溅射靶材20的电压可参照图2A及图2B的描述。
除了溅射靶材中的磁体组件围绕两个或更多个中心角位置的摇摆运动之外，可选地或额外地，摇摆基板是可行的。术语“摇摆”基板应理解为在限定距离中来回移动基板。一般来说，基板定位在第一位置一段预定的时间区段，且其定位在第二位置一段预定的时间区段。在其它实施方式中，基板可额外地位在第三位置及第四位置。
本公开内容特别是有关于大面积基板涂布。术语“大面积基板”可包括具有至少1m具的尺寸的基板，例如具有2m基或更大的尺寸的基板。
图4A及图4B绘示通过传统工艺及本文所述工艺沉积的薄膜的厚度的比较图。沉积使用两个相邻的可旋转的溅射靶材60及70进行，两个相邻的可旋转的溅射靶材60及70位于图4A中的垂直线的位置。
图4A绘示以传统工艺及以本文所述工艺沉积之后进行测量的两个薄膜的轮廓的示意图。y轴表示用于薄膜的厚度的任意单位，而x轴表示用于基板的宽度方向W的单位，宽度方向W对应于也如图2A中所示的基板100的宽度方向W。如从图4A可见，相较于传统工艺的情况，由本文所述工艺而沉积在这些可旋转的溅射靶材60及70之间的面积中的薄膜的厚度比在可旋转的靶材的下方的面积中的厚度偏差得更少。也就是说，在两个溅射靶材之间的中间的基板面积内的厚度均匀性可改善。
本文所述工艺对应于图1A及图1B中的工艺，而在传统的工艺中，在交替地维持磁体组件的两个恒定位置的同时对基板进行涂布。也就是说，在传统工艺中，磁体组件不在涂布操作期间移动。
图4B绘示以传统工艺及以本文所述工艺沉积的薄膜的厚度的偏差的统计分析图。如从图4B可见，相较于绘示在右侧的本文所述工艺而言，绘示在左侧的传统工艺的厚度的偏差略微地更高。当实行本文所述的实施方式时，层厚度的均匀性可增加。
图5A及图5B绘示通过两个传统工艺及使用本文所述工艺沉积的薄膜的与导电性相关的电特性的比较图。沉积是使用两个相邻的可旋转的溅射靶材60及70进行的，两个相邻的可旋转的溅射靶材60及70位于图5A中的垂直线的位置。
图5A绘示以两个不同的传统工艺及以本文所述工艺沉积之后进行测量的三个薄膜的轮廓的示意图。y轴表示用于薄膜的电特性的任意单位，而x轴表示用于基板的宽度方向W的单位，宽度方向W对应于也如图2A中所示的基板100的宽度方向W。如从图5A可见，相较于传统工艺的情况，由本文所述工艺沉积的薄膜的对应于导电性的描述的电特性更为恒定，特别是整体而言更为恒定。
图5B绘示以两个传统工艺及以本文所述工艺沉积的薄膜的电特性的偏差的统计分析图。如从图5B可见，相较于绘示在右侧的本文所述工艺，绘示在左侧及中间的传统工艺的描述的电特性的偏差更高。当实行实施方式时，已沉积层的电性质的均匀性可增加。
本文所述工艺对应于图1A及图1B中所示的工艺。在如图5B的左侧的传统工艺1中，在交替地维持磁体组件的两个恒定位置的同时对基板进行涂布。也就是说，在传统工艺1中，磁体组件不在涂布操作期间移动。在如图5B的中间的传统工艺2中，在单一扇区中移动基板的同时对基板进行涂布。也就是说，在传统工艺2中，磁体组件没有以往复方式在两个不同扇区中连续移动。
如本文所公开的方法及涂布设备可用于在基板上沉积材料。更特别是，本文所公开的方法允许已沉积层的高均匀性，且可因此用于显示器的制造，例如是平板显示器，例如薄膜晶体管。所公开的方法也可用于太阳能电池的制造，特别是薄膜太阳能电池的制造。有鉴于改善的均匀性作为其进一步效果，整体材料损耗可减少，这在使用昂贵材料时是特别期望的。举例来说，所提的方法可在平板显示器或薄膜太阳能电池的制造中用于沉积氧化铟锡(indium tin oxide，ITO)层。
综上所述，虽然上述内容针对本公开内容的实施方式，然而在不脱离本公开内容的基本保护范围的情况下，可以设计本公内容的其它和进一步的实施方式，并且本发明的保护范围由随附的权利要求书所确定。

Claims (15)

1.一种利用至少一个阴极组件(10)涂布基板(100)的方法，所述至少一个阴极组件(10)具有溅射靶材(20)及磁体组件(25)，所述磁体组件(25)围绕旋转轴(A)是可旋转的，所述方法包括：
当以往复方式在第一扇区(12)中移动所述磁体组件(25)时对所述基板(100)进行涂布(I)；以及
当以往复方式在不同于所述第一扇区(12)的第二扇区(14)中移动所述磁体组件时对所述基板(100)进行后续涂布(II)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述涂布(I)包括在所述第一扇区(12)的第一转向角位置(16)与所述第一扇区(12)的第二转向角位置(17)之间来回移动所述磁体组件(25)两次或更多次，且其中所述后续涂布(II)包括在所述第二扇区(14)的第一转向角位置(26)与所述第二扇区(14)的第二转向角位置(27)之间来回移动所述磁体组件(25)两次或更多次。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一扇区(12)的第一中心角位置(18)不同于所述第二扇区(14)的第二中心角位置(28)，特别是，其中所述第一中心角位置及所述第二中心角位置包围30°或更多及90°或更少的角度。
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其中所述第一扇区(12)延伸超过第一角度扩展范围(α)，所述第一角度扩展范围(α)为15°或更多及60°或更少，和/或所述第二扇区(14)延伸超过角度扩展范围(β)，所述角度扩展范围(β)为15°或更多及60°或更少。
5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其中从所述基板(100)垂直地延伸至所述旋转轴(A)的平面(22)定义相对于所述旋转轴(A)的所述磁体组件(25)的零角位置，其中所述第一扇区(12)的第一中心角位置(18)及所述第二扇区(14)的第二中心角位置(28)从所述零角位置偏移，特别地，其中所述第一中心角位置(18)位于15°及45°之间，及所述第二中心角位置(28)位于-15°及-45°之间。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一扇区(12)部分地或全部地位于所述平面(22)的第一侧上，并且所述第二扇区(14)部分地或全部地位于所述平面(22)的第二侧上，特别地，其中所述第一扇区(12)对应于所述第二扇区(14)在所述平面(22)处的镜像。
7.根据权利要求1至6任一项所述的方法，进一步包括：在涂布之前，设定所述第一扇区(12)的第一中心角位置及第一角度扩展范围(α)并设定所述第二扇区(14)的第二中心角位置及第二角度扩展范围(β)。
8.根据权利要求1至7任一项所述的方法，其中所述溅射靶材(20)是可旋转的，特别的，所述溅射靶材(20)是圆柱形的，并且其中所述磁体组件(25)布置在所述溅射靶材(20)的内侧。
9.根据权利要求1至8任一项所述的方法，其中所述涂布(I)执行超过30秒或更多，并且所述后续涂布(II)执行超过30秒或更多。
10.根据权利要求1至9任一项所述的方法，其中在涂布期间，所述基板保持静止。
11.根据权利要求1至10任一项所述的方法，进一步包括：提供电压至所述溅射靶材(20)，所述电压随时间改变。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述电压在所述涂布期间及所述后续涂布期间是非零的，并且其中在所述涂布之后和所述后续涂布之前，在所述磁体组件(25)从所述第一扇区(12)至所述第二扇区(14)的定位期间所述电压本质上为零。
13.一种利用至少一个阴极组件(10)涂布基板(100)的方法，所述至少一个阴极组件(10)具有可旋转的溅射靶材(20)及磁体组件(25)，所述磁体组件(25)位于所述可旋转的溅射靶材(20)的内侧，所述磁体组件(25)围绕旋转轴(A)是可旋转的，所述方法包括：
当以往复方式在第一扇区(12)中移动所述磁体组件时对所述基板(100)进行涂布(I)，其中所述第一扇区的第一中心角位置位于平面(22)的第一侧上，所述平面(22)从所述基板垂直地延伸至所述旋转轴(A)；
将所述磁体组件(25)定位于第二扇区(14)中，同时将所述可旋转的溅射靶材(20)保持在本质上零电压；以及
当以往复方式在所述第二扇区(14)中移动所述磁体组件时对所述基板进行后续涂布(II)，其中所述第二扇区的第二中心角位置位于所述平面(22)的第二侧上。
14.一种用于涂布基板的涂布设备，包括：
至少一个阴极组件(10)，具有溅射靶材(20)；
磁体组件(25)，位于所述溅射靶材(20)的内侧并且围绕旋转轴(A)是可旋转的；以及
致动器，经构造以用于在涂布期间以往复方式在两个或更多个不同的扇区中连续移动所述磁体组件，其中所述扇区的中心角位置和/或扩展角度是可调整的。
15.根据权利要求14所述的涂布设备，进一步包括控制器，经构造以用于提供可变电压至所述溅射靶材，特别地，所述控制器经构造以用于当以往复方式移动所述磁体组件时向所述溅射靶材提供非零电压，和/或经构造以用于当将所述磁体组件从第一扇区定位至第二扇区时向所述溅射靶材提供本质上零电压。
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