CN114008741A - 在基板上沉积材料的方法 - Google Patents

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Abstract

描述一种在基板上沉积材料的方法。所述方法包括从具有第一磁体组件的第一旋转靶材和具有第二磁体组件的第二旋转靶材溅射材料的至少一成分。第一旋转靶材内的第一磁体组件在朝向第二旋转靶材的第一方向上提供第一等离子体约束。第二旋转靶材内的第二磁体组件在朝向第一旋转靶材的第二方向上提供第二等离子体约束。

Description

在基板上沉积材料的方法
技术领域
本公开内容的实施方式涉及基板上的材料沉积。本公开内容的实施方式特别涉及通过对向靶材溅射进行的基板上的材料沉积。
背景技术
基板上的材料沉积在各种技术领域中具有许多应用。溅射是一种用于在基板上沉积材料的方法。溅射可有关于由高能粒子对基板的轰击，特别是对位于基板上的膜的轰击。轰击(bombardment)可能会对位于基板上的材料(特别是膜)的性质产生不利影响。为了避免轰击，设计了对向靶材溅射(facing target sputtering，FTS)系统。在对向靶材溅射系统中，靶材彼此面对，而不是直接面对基板。然而，常规的对向靶材溅射系统中溅射等离子体的稳定性是有限的。常规的对向靶材溅射系统用于大规模生产的适用性受到损害。
鉴于上述情况，提供在基板上沉积材料的改良方法是有益的。
发明内容
根据一实施方式，提供一种在基板上沉积材料的方法。所述方法包括从具有第一磁体组件的第一旋转靶材和具有第二磁体组件的第二旋转靶材溅射所述材料的至少一成分。第一旋转靶材内的第一磁体组件在朝向第二旋转靶材的第一方向上提供第一等离子体约束(plasma confinement)。第二旋转靶材内的第二磁体组件在朝向第一旋转靶材的第二方向上提供第二等离子体约束。
根据一实施方式，提供一种用于沉积材料的系统。所述系统包括具有第一磁体组件的第一旋转阴极和具有第二磁体组件的第二旋转阴极。所述系统被配置成使得在沉积所述材料期间，第一旋转阴极内的第一磁体组件被配置成在朝向第二旋转阴极的第一方向上提供第一等离子体约束。
本公开内容将被理解为包含用于执行所公开方法的设备和系统，包括用于执行每个所述方法方面的设备部件。方法方面可例如通过硬件部件、通过由适当软件编程的计算机或通过两者的任何组合来执行。本公开内容也应理解为包含用于操作所述设备和系统的方法。用于操作所述设备和系统的方法包括用于执行对应设备或系统的每个功能的方法方面。
附图说明
为了可详细地理解上述特征，下文可通过参考实施方式来提供对上文简要概述的主题的更特定的描述。附图与实施方式有关，并在下文进行说明：
图1绘示根据本文所述实施方式的用于沉积材料的系统；
图2绘示根据本文所述实施方式的用于沉积材料的系统；
图3绘示根据本文所述实施方式的用于沉积材料的系统；以及
图4是绘示根据本文所述实施方式的在基板上沉积材料的方法的示意图。
具体实施方式
现在将详细参照各种实施方式，其中附图示出实施方式的一或多个示例。在附图的以下描述中，相同的附图标记意指相同的部件。一般而言，仅描述关于各个实施方式的差异。每个示例仅作为说明，并不用作为限制。此外，作为一个实施方式的一部分所示或所述的特征可用于其他实施方式或与其他实施方式结合使用以产生又一实施方式。旨在使此描述包括这样的修改和变化。
图1绘示根据本文所述实施方式的用于沉积材料的系统。系统100包括具有第一磁体组件104的第一旋转靶材102。系统还包括具有第二磁体组件110的第二旋转靶材108。第一磁体组件位于第一旋转靶材内。第二磁体组件位于第二旋转靶材内。旋转靶材可操作为彼此面对。举例而言，第一磁体组件在朝向第二旋转靶材的第一方向上提供第一等离子体约束，第二磁体组件在朝向第一旋转靶材的第二方向上提供第二等离子体约束。
在沉积材料期间，第一旋转靶材102内的第一磁体组件104在朝向第二旋转靶材108的第一方向上提供第一等离子体约束106。在沉积材料期间，第二旋转靶材108内的第二磁体组件110可在朝向第一旋转靶材102的第二方向上提供第二等离子体约束112。与溅射沉积相关的等离子体可被捕获于第一旋转靶材和第二旋转靶材之间。第一和第二等离子体约束可至少部分重叠。一般而言，第一和第二旋转靶材是相邻的靶材。特别地，在第一旋转靶材和第二旋转靶材之间的区域中不存在其他的靶材。
在本公开内容的上下文中，等离子体约束特别应被理解为等离子体约束区域。等离子体约束区域可理解为相对于环境而言等离子体量增加的区域，特别是由于与旋转靶材的磁体组件相关的磁场的影响。在本公开内容的上下文中，在一方向上提供等离子体约束特别应被理解为提供等离子体约束以使等离子体约束的主方向位于此方向上。特别地，在磁体组件包括永久磁体的实施方式中，在朝向旋转靶材的方向上提供等离子体约束可被理解为在一位置处提供磁体组件以使磁体组件朝向该旋转靶材，例如相邻的旋转靶材。
一般而言，定位在旋转靶材内的磁体组件可实现磁控溅射。如本文所用，“磁控溅射”(magnetron sputtering)是指使用磁控管(即磁体组件)所执行的溅射。磁体组件特别应被理解为能够产生磁场的单元。磁体组件可包括一或多个永久磁体。永久磁体可布置在旋转靶材内，使得自由电子被捕获于所产生的磁场内。磁体组件可设置在旋转靶材的背衬管(backing tube)内或靶材材料管内。第一旋转靶材和第二旋转靶材皆可为阴极。系统可配置成用于直流溅射(DC sputtering)。在实施方式中，系统可配置成用于脉冲直流溅射(pulsed DC sputtering)。
旋转靶材特别应理解为可旋转的溅射靶材。特别地，旋转靶材可为包括待沉积材料的可旋转阴极。旋转靶材可连接至配置成在系统的至少一种操作状态下旋转的轴。旋转靶材可直接地或经由连接元件间接地连接至轴。根据一些实施方式，沉积室中的旋转靶材可为可更换的(exchangeable)。在要溅射的材料消耗完之后，可更换旋转靶材。
在实施方式中，系统可配置成用于溅射透明导电氧化物膜。系统可配置成用于沉积例如氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铟镓锌(IGZO)或氮化钼(MoN)的材料。在实施方式中，系统可配置成用于沉积金属材料。系统可被配置成用于沉积显示器中的电极，特别是透明电极，所述显示器特别是有机发光二极管(OLED)显示器、液晶显示器和触摸屏。系统可被配置成用于沉积薄膜太阳能电池、光电二极管和智能或可切换玻璃(smart orswitchable glass)中的电极，特别是透明电极。
在实施方式中，旋转靶材的靶材材料可选自由铝、硅、钽、钼、铌、钛和铜组成的群组。特别地，靶材材料可选自由铝和硅组成的群组。系统可配置成经由反应性溅射工艺(reactive sputter process)来沉积材料。在反应性溅射工艺中，通常沉积靶材材料的氧化物。然而，也可能会沉积氮化物或氮氧化物。
第一旋转靶材的等离子体约束朝向第二靶材以及第二旋转靶材的等离子体约束朝向第一靶材，上述特征中的任何特征可具有实现软沉积的优点。举例而言，可减少高能量粒子对基板的轰击。可减轻基板的损害，特别是减轻基板上的涂层的损害。对于在敏感基板或层上的沉积，更特别是在具有敏感涂层的基板上的沉积，这是特别有利的。举例而言，当沉积OLED的电极时，材料可能必须沉积在高度敏感的层上。此外，通过如本文所述的软沉积，可减少撞击在基板上的电子的量。可减小基板表面上或附近的温度变化。特别地，可实现基板表面上或附近的较低温度。
已知的对向靶材溅射(FTS)设置使用平面靶材。大量材料沉积在相邻的靶材表面上。沉积材料于靶材表面上例如可能导致产生电弧或所沉积的材料(特别是所沉积的材料层)从靶材上剥落。一般而言，在已知的对向靶材溅射设置中可能会损害长期稳定性，特别是使得在大规模生产中应用是不可行的。已知的对向靶材溅射设置可能具有不到一天的预期稳定性。
根据本公开内容的实施方式，第一旋转靶材的等离子体约束朝向第二旋转靶材具有以下优点：沉积在旋转靶材的表面上的材料可被再次溅射。在具有平面阴极的已知对向靶材溅射设置中，仅有沉积在平面阴极的轨道上的少量材料可被再次溅射。用于平面靶材的稳定对向靶材溅射工艺是难以实现或不可能实现的。
相较于从平面靶材进行磁控溅射的情况，在旋转靶材中在磁控溅射期间从靶材去除材料具有改善的均匀性。在旋转靶材的情况下的均匀性特别是由于靶材旋转引起靶材表面相对于磁场的移动所导致的。可减少甚至消除收集在靶材表面上的材料量。可减少甚至消除电弧。可减少或消除材料剥落。可增加沉积工艺的稳定性，特别是长期稳定性。对向靶材溅射构思可用于大规模生产。可提高收集效率，特别是由于沉积在靶材上的材料的增加的材料量被再次溅射的效果。收集效率特别应理解为基板捕获的溅射材料的量相对于溅射靶材发射的材料的总量。可提高材料利用率。可减少材料浪费和成本。
在实施方式中，系统100可配置成将材料沉积在基板114上。系统可进一步配置成使第一方向和第二方向从平行于基板平面偏离小于40°的角度。在本公开内容的上下文中，“基板平面”特别是指基板114的在其上沉积材料的平面。特别地，第一方向和第二方向可从平行于基板平面偏离例如小于30°、20°或10°的角度。可实现一种有利的配置，其中使高能粒子对基板的轰击最小化，同时在基板上沉积至少令人满意量的材料。如果第一方向和第二方向中的任何一者在朝向基板的方向上较大地偏离平行于基板平面的方向，则可能会发生高能粒子对基板的不利轰击。如果第一方向和第二方向中的任何一者在远离基板的方向上较大地偏离平行于基板平面的方向，则可能导致在基板上的令人不满意的低沉积速率。附加地或替代地，可能产生靶材材料的浪费。
第一方向可对应于极坐标系的第一角度，特别是第一极角。极坐标系的参考点，特别是极点，可位于旋转靶材的旋转轴上。极坐标系的参考方向可垂直于旋转靶材的旋转轴。第一方向从平行于基板平面的偏离可参考第一旋转靶材的极坐标系。第二方向从平行于基板平面的偏离可参考第二旋转靶材的极坐标系。
在实施方式中，系统可配置成使第一方向和第二方向从平行于基板平面朝向基板偏离小于40°、30°或20°的角度及远离基板偏离小于10°的角度。
图2绘示根据本文所述实施方式的用于沉积材料的系统200。第一旋转靶材102和第二旋转靶材108位于沉积室216中。可与沉积室相邻设置第一附加室218和第二附加室219。根据可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式，可由动态沉积工艺于基板之上沉积材料。举例而言，在沉积材料的同时，基板可移动经过第一旋转靶材和第二旋转靶材。真空处理系统的沉积室或区域可通过阀与其他腔室或其他区域分开。
根据一些实施方式，处理气体可包括惰性气体和反应性气体的任何气体，其中惰性气体例如为氩气，反应性气体例如为氧气、氮气、氢气和氨气(NH3)、臭氧(O3)、活化气体或类似气体。
基板114被示出为提供于基板载体224上。可在沉积室216内设置滚轮222，用于将基板载体224运入和运出沉积室216。基板载体的示例性移动方向由箭头232指出。本文所用的术语“基板”应包括非柔性基板和柔性基板，非柔性基板例如玻璃基板、晶片、诸如蓝宝石等的透明晶体切片、或玻璃板，柔性基板例如网或箔。根据可与本文所述的其他实施方式结合的又一些实施方式，可通过磁悬浮系统来分别地运输基板和/或基板载体。可通过磁力在没有机械接触或具有减少的机械接触的情况下悬浮或保持载体，且可通过磁力移动载体。
第一旋转靶材102和第二旋转靶材108皆可为阴极。第一旋转靶材和第二旋转靶材可电连接至直流电源230。举例而言，可将室壳体(chamber housing)或真空室中的一或多个屏蔽件提供于大电位(mass potential)下，如附图标记220所示。这些部件可作为阳极。可选地，系统可进一步包括阳极。在可与本文所述的其他实施方式结合的实施方式中，至少一或多个旋转靶材可电性连接至各自的单独电源。特别地，每个旋转靶材可连接至各自的单独电源。举例而言，第一旋转靶材可连接至第一直流电源，并且第二旋转靶材可连接至第二直流电源。
图3绘示根据本文所述实施方式的用于沉积材料的系统。系统300可包括多个旋转靶材。举例而言，示出了四个旋转靶材。系统可包括包含第一旋转靶材102和第二旋转靶材108的至少一对旋转靶材，第一旋转靶材102和第二旋转靶材108具有关于图1和图2所描述的性质。
根据可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式，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。该阵列可包括两个或更多个阴极或阴极对，例如三个、四个、五个、六个或更多个阴极或阴极对。该阵列可设置在一个沉积室中。
本公开内容还涉及一种控制器，该控制器被配置成可连接至用于沉积材料的系统。该控制器还配置成控制该系统以执行根据本文所述实施方式的方法。
控制器可包括中央处理单元(CPU)、存储器和例如支持电路。为了促进系统的控制，CPU可为任何形式的通用计算机处理器之一，可在工业环境中用于控制各种部件和子处理器。存储器耦接至CPU。存储器或计算机可读介质可为一或多个容易获得的存储器装置，例如随机存取存储器、只读存储器、软盘、硬盘或本地或远程的任何其他形式的数字储存器。支持电路可耦接至CPU，以便以常规方式支持处理器。这些电路包括高速缓存、电源、时钟电路、输入/输出电路和相关的子系统等。
控制指令通常储存在存储器中，以作为软件例程或程序。软件例程或程序也可由第二CPU来储存和/或执行，第二CPU远离由此CPU控制的硬件。根据本公开内容的任何实施方式，软件例程或程序当由CPU执行时将通用计算机转换成控制用于沉积材料的系统的专用计算机(控制器)。
本公开内容的方法可被实现为软件例程或程序。本文公开的至少一些方法操作可经由硬件和由软件控制器来执行。如此，实施方式可由在计算机系统上执行的软件、及作为专用集成电路或其他类型的硬件实现方式的硬件、或软件和硬件的组合而实现。，控制器可执行或进行根据本公开内容的实施方式的在基板上沉积材料的方法。可使用计算机程序、软件、计算机软件产品和相关联的控制器来执行本文所述的方法，其中所述相关联的控制器可具有CPU、存储器、用户界面以及与用于沉积材料的系统的对应部件通信的输入和输出装置。
本公开内容还涉及一种在基板上沉积材料的方法。所述材料可包括例如氧化铟锡(ITO)和氧化铟锌(IZO)中的任何一种。所述方法包括从具有第一磁体组件的第一旋转靶材和具有第二磁体组件的第二旋转靶材溅射所述材料的至少一成分。第一旋转靶材内的第一磁体组件在朝向第二旋转靶材的第一方向上提供第一等离子体约束。第二旋转靶材内的第二磁体组件在朝向第一旋转靶材的第二方向上提供第二等离子体约束。
特别是在执行非反应性溅射的实施方式中，可从第一旋转靶材和第二旋转靶材溅射要沉积在基板上的材料。这应特别地理解为从第一或第二旋转靶材的表面喷射的颗粒形成沉积材料。特别是在执行反应性溅射的实施方式中，可从第一靶材或第二靶材的表面喷射第一材料的颗粒。第一材料的颗粒可与第二材料结合以形成要沉积在基板上的材料。可将第一材料理解为沉积材料的一成分。围绕第一旋转靶材和第二旋转靶材的气体可包括第二材料。
在实施方式中，第一方向和第二方向从平行于基板平面偏离小于40°的角度。特别地，第一方向和第二方向可从平行于基板平面偏离小于30°、20°或10°的角度。在实施方式中，第一方向和第二方向从平行于基板平面朝向基板偏离小于40°、30°或20°的角度及远离基板偏离小于10°的角度。
根据可与本文所述的其他实施方式结合的本文所述的实施方式，与溅射相关的等离子体与基板相对于彼此移动，以在基板上沉积材料。
一般而言，磁体组件可在材料沉积在基板上的期间保持静止。在实施方式中，磁体组件可在沉积期间相对于彼此和/或相对于基板移动，例如以摆动(oscillating)或来回(back-and-forth)的方式移动。可增加沉积层的均匀性。
图4是绘示根据本文所述的实施方式的在基板上沉积材料的方法的示意图。方法400包括在方块402中适配(adapting)第一旋转靶材的第一磁体组件，使得第一磁体组件在朝向第二旋转靶材的第一方向上提供第一等离子体约束。方法还包括在方块404中适配第二磁体靶材的第二磁体组件，使得第二磁体组件在朝向第一旋转靶材的第二方向上提供第二等离子体约束。特别是在磁体组件包括永久磁体的实施方式中，适配磁体组件可理解为将磁体组件提供在旋转靶材内的特定位置，特别是以特定取向来提供磁体组件。方法还包括在方块406中通过从第一旋转靶材和第二旋转靶材溅射所述材料的至少一成分，来在基板上沉积材料。
本文所述的实施方式可用于显示器PVD，亦即在用于显示器市场的大面积基板上溅射沉积。根据一些实施方式，大面积基板或对应的载体(其中载体具有多个基板)可具有至少0.67m2的尺寸。一般而言，所述尺寸可为约0.67m2(0.73x0.92m-第4.5代)至约8m2，更典型地为约2m2至约9m2，或甚至达12m2。一般而言，根据本文所述实施方式的结构、设备(例如阴极组件)和方法所针对的基板或载体是如本文所述的大面积基板。举例而言，大面积基板或载体可为第4.5代(对应于约0.67m2基板(0.73x0.92m))、第5代(对应于约1.4m2基板(1.1mx 1.3m))、第7.5代(对应于约4.29m2基板(1.95m x 2.2m))、第8.5代(对应于约5.7m2基板(2.2m x 2.5m))、或甚至第10代(对应于约8.7m2基板(2.85m×3.05m)。甚至例如第11代和第12代的更大的世代以及对应的基板面积也可类似地实现。
尽管上文针对一些实施方式，但是在不脱离本公开内容的基本范围下可设计其他和进一步的实施方式。保护范围由随附的权利要求书所确定。

Claims (13)

1.一种在基板上沉积材料的方法，所述方法包括：
从具有第一磁体组件的第一旋转靶材和具有第二磁体组件的第二旋转靶材溅射所述材料的至少一成分，
所述第一旋转靶材内的所述第一磁体组件在朝向所述第二旋转靶材的第一方向上提供第一等离子体约束，以及
所述第二旋转靶材内的所述第二磁体组件在朝向所述第一旋转靶材的第二方向上提供第二等离子体约束。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一方向和所述第二方向从平行于基板平面偏离小于40°的角度。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述第一方向和所述第二方向从平行于基板平面朝向所述基板偏离小于40°的角度及远离所述基板偏离小于10°的角度。
4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中沉积在所述基板上的所述材料形成透明导电氧化物膜。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述材料包括氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)。
6.一种控制器，所述控制器被配置成能连接至用于沉积材料的系统并进一步被配置成控制所述系统，使得执行如权利要求1至5中任一项所述的方法。
7.一种用于沉积材料的系统，所述系统包括具有第一磁体组件的第一旋转阴极和具有第二磁体组件的第二旋转阴极，所述系统被配置成使得在沉积所述材料期间：
所述第一旋转阴极内的所述第一磁体组件被配置成在朝向所述第二旋转阴极的第一方向上提供第一等离子体约束。
8.如权利要求7所述的系统，所述系统被配置成将所述材料沉积在基板上，其中所述第一方向从平行于基板平面偏离小于40°的角度。
9.如权利要求7所述的系统，所述系统还被配置成使得在沉积所述材料期间：
所述第二旋转阴极内的所述第二磁体组件在朝向所述第一旋转阴极的第二方向上提供第二等离子体约束。
10.如权利要求9所述的系统，所述系统被配置成将所述材料沉积在基板上，其中所述第一方向和所述第二方向从平行于基板平面偏离小于40°的角度。
11.如权利要求10所述的系统，其中所述第一方向和所述第二方向从平行于基板平面朝向所述基板偏离小于40°的角度及远离所述基板偏离小于10°的角度。
12.如权利要求7至11中任一项所述的系统，其中沉积的所述材料形成透明导电氧化物膜。
13.如权利要求7至12中任一项所述的系统，其中所述材料包括氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)。
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