CN209227052U - 用于在基板上进行层沉积的设备 - Google Patents

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Abstract

本公开内容涉及一种用于在基板上进行层沉积的设备。所述设备包括：真空腔室，所述真空腔室具有用于处理基板的处理区；有至少三个溅射阴极的阵列，其中所述至少三个溅射阴极各自提供等离子体区，其中在所述至少三个溅射阴极的操作期间供应沉积材料；以及控制器，所述控制器被配置以用于仅使每个等离子体区围绕相应旋转轴线从第一旋转位置旋转至第二旋转位置一次，其中在所述第一旋转位置中，引导每个等离子体区远离所述处理区，并且其中所述控制器被配置以用于通过使每个等离子体区从所述第一旋转位置旋转至所述第二旋转位置而使每个等离子体区在所述处理区上方移动。

Description

用于在基板上进行层沉积的设备
技术领域
本公开内容的实施方式涉及一种用于控制材料沉积工艺的控制器和一种用于在基板上进行层沉积的设备。本公开内容的实施方式具体来说涉及在基板上进行材料沉积的溅射工艺、一种用于控制溅射工艺的控制器和一种溅射设备。
背景技术
已知在基板上沉积材料的若干方法。例如，基板可通过物理气相沉积 (PVD)工艺、化学气相沉积(CVD)工艺或等离子体增强化学气相沉积 (PECVD)工艺等等涂覆。所述工艺可在待涂覆的基板所位于的工艺设备或处理腔室中进行。在设备中提供沉积材料。多种材料，诸如金属材料，(也包括其氧化物、氮化物或碳化物)都可用于在基板上沉积。已涂覆的材料可用于若干应用和若干技术领域中。例如，用于显示器的基板可通过诸如溅射工艺的物理气相沉积(PVD)工艺来涂覆，例如，以在基板上形成薄膜晶体管(TETs)。
随着新显示器技术发展和朝更大显示器尺寸发展的趋势，一直存在对用于提供改善性能(例如，针对电气特性和/或光学特性)的显示器的层或膜的需求。例如，具有高纯度的层或层系统是有益的。此外，已沉积层的均匀性(诸如均匀厚度和均匀材料组分分布)是有益的。这特定应用于薄层，例如，可以将薄层用于形成薄膜晶体管(TETs)。鉴于上述，有益的是，沉积具有改善纯度和/或均匀性的层。此外，应当最小化用于层沉积的工艺时间，从而使用于层沉积的设备的产量提高。
鉴于上述，克服本领域的至少一些问题的用于控制材料沉积工艺的新型控制器和用于在基板上进行层沉积的设备是有益的。
实用新型内容
鉴于上述，提供了一种用于控制材料沉积工艺的控制器、和一种用于在基板上进行层沉积的设备。本公开内容的另外方面、优点和特征从权利要求书、说明书和附图显而易见。
根据本公开内容的一个方面，提供了一种用于在基板上进行层沉积的设备。所述设备包括真空腔室，真空腔室具有用于处理基板的处理区；有至少三个溅射阴极的阵列，其中至少三个溅射阴极各自提供等离子体区，在等离子体区中在至少三个溅射阴极的操作期间供应沉积材料；以及控制器，所述控制器被配置以用于仅使每个等离子体区围绕相应旋转轴线从第一旋转位置旋转至第二旋转位置一次，其中在第一旋转位置中，引导每个等离子体区远离处理区，并且其中所述控制器被配置以用于通过使每个等离子体区从第一旋转位置旋转至第二旋转位置而使每个等离子体区在处理区上方移动。
根据另一方面，提供一种用于控制材料沉积工艺的控制器。所述控制器被配置以执行在基板上进行材料沉积的方法，所述方法包括：将基板移入真空腔室中的处理区中，所述真空腔室具有有至少三个溅射阴极的阵列，其中所述至少三个溅射阴极各自提供等离子体区，其中在所述至少三个溅射阴极的操作期间供应沉积材料；以及仅使每个等离子体区围绕相应旋转轴线从第一旋转位置旋转至第二旋转位置一次，其中在所述第一旋转位置中，引导每个等离子体区远离所述处理区，并且其中在从所述第一旋转位置旋转至所述第二旋转位置期间每个等离子体区在所述处理区上方移动。
所述控制器被配置以执行所述方法，其中在从所述第一旋转位置旋转至所述第二旋转位置期间所述等离子体区在所述处理区上方移动的同时，由所述等离子体区提供的所述沉积材料沉积在所述基板上，和其中使所述等离子体区围绕所述旋转轴线旋转一次包括使磁体组件围绕所述相应旋转轴线旋转。
所述控制器被配置以执行所述方法，所述方法可以进一步包括：当所述等离子体区已经在所述处理区上方仅移动了一次时，将所述基板移出所述处理区；以及将另一基板移入所述处理区中，其中相对于所述相应旋转轴线在所述第一旋转位置与所述第二旋转位置之间的角度是在180至360度的范围中，其中相对于所述相应旋转轴线在所述第一旋转位置与所述第二旋转位置之间的所述角度是约360度，其中有至少三个溅射阴极的所述阵列包括6个或更多个溅射阴极或者12个或更多个溅射阴极，其中所述至少三个溅射阴极的所述等离子体区从所述第一旋转位置同步旋转至所述第二旋转位置，其中在所述沉积材料的沉积期间所述基板是静态的，其中所述旋转轴线垂直定向，其中所述基板在垂直定向中，以及其中所述沉积材料包括选自由下列组成的群组中的材料：铝、硅、钽、钼、铌、钛和铜。
所述控制器被配置以执行所述方法，所述方法可以进一步包括：基于预定的层厚度确定所述等离子体区的旋转速度。
附图说明
以上简要概述的本公开内容的上述详述特征可以被详细理解的方式、以及本公开内容的更特定描述，可以通过参考实施方式获得。附图涉及本公开内容的实施方式，并且如下描述：
图1示出根据本文中所述的实施方式的用于将材料沉积在基板上的具有管状可旋转阴极的溅射阴极的示意图；
图2A和图2B示出根据本文中所述的实施方式图示了在基板上材料沉积的具有管状可旋转阴极的溅射阴极的示意图；
图3示出根据本文中所述的另外实施方式图示了在基板上材料沉积的具有平面可旋转阴极的溅射阴极的示意图；
图4示出根据本文中所述的实施方式图示了在基板上进行层沉积的设备的示意性俯视图，其中溅射阴极背对处理区；以及
图5示出根据本文中所述的实施方式的在基板上进行层沉积的设备的示意性俯视图，其中溅射阴极跨处理区移动。
具体实施方式
现将详细参考本公开内容的各种实施方式，这些实施方式的一或多个示例在附图中示出。在以下对附图的描述中，相同元件符号是指相同部件。一般来说，仅描述了相对于单个实施方式的差异。将每个示例以解释本公开内容的方式提供，而并非意在作为本公开内容的限制。此外，图示或描述为一个实施方式的部分的特征可以用于其他实施方式或与其他实施方式结合以产生另一实施方式。旨在使描述包括这样的修改和变更。
伴随着新显示器技术发展和朝更大显示器尺寸发展的趋势，一直存在对具有改善纯度的层或层系统的需求。这特定应用于薄层或薄膜，例如可以将薄层或薄膜用于形成薄膜晶体管(TFTs)。此外，存在对具有改善的均匀性的层或层系统的需求。举例来说，具有均匀厚度的层或层系统是有益的。另外，应最小化用于沉积层或层系统的工艺时间以使得用于层沉积的设备的产量提高。
根据本公开内容，溅射阴极的等离子体区在基板所定位的处理区上方移动或扫过一次。在等离子体区中可提供有待沉积在基板上以形成层的材料。在处理区上方仅移动或扫过一次改善在基板上沉积的层的均匀性。举例来说，可以改善已沉积层的厚度均匀性。此外，由于在引导等离子体区朝向基板之前从溅射阴极或溅射靶移除可能存在于溅射阴极(例如，溅射靶)上的杂质(例如，氧化颗粒)，因此所沉积层的纯度可得到改善。另外，可最小化工艺时间并且可以使沉积设备的产量提高。根据一些实施方式，本公开内容的层也可被称为“膜”或“超薄膜”。
图1示出如本文中所述的用于将材料沉积在基板10上的具有溅射阴极的沉积布置100的示意图。
沉积布置100包括有至少三个溅射阴极的阵列。有至少三个溅射阴极的阵列中的每个溅射阴极都提供了等离子体区。举例来说，有至少三个溅射阴极的阵列包括提供第一等离子体区116的第一溅射阴极110、提供第二等离子体区126的第二溅射阴极120、和提供第三等离子体区136的第三溅射阴极130。每个等离子体区可以围绕相应旋转轴线从第一旋转位置旋转至第二旋转位置。例如，第一等离子体区116可以围绕第一旋转轴线118 从第一旋转位置旋转至第二旋转位置或反之亦然。第二等离子体区126可以围绕第二旋转轴线128从第一旋转位置旋转至第二旋转位置或反之亦然。第三等离子体区136可以围绕第三旋转轴线138从第一旋转位置旋转至第二旋转位置或反之亦然。在旋转期间，等离子体区在基板10所定位的处理区上方仅移动或扫过一次。举例来说，在从第一旋转位置旋转至第二旋转位置期间等离子体区跨处理区移动的同时，在等离子体区中提供的沉积材料沉积在基板10上。
在一些实施方式中，处理区的旋转可以是在顺时针方向或逆时针方向中的旋转。举例来说，从第一旋转位置至第二旋转位置的旋转可以是在顺时针方向中的旋转并且从第二旋转位置至第一旋转位置的旋转可以是在逆时针方向中的旋转。在其他示例中，从第一旋转位置至第二旋转位置的旋转可以是在逆时针方向中的旋转并且从第二旋转位置至第一旋转位置的旋转可以是在顺时针方向中的旋转。
在一些实施方式中，等离子体区的旋转轴线可以实质上平行于上面待沉积有沉积材料的基板10的表面。术语“实质上平行的”涉及旋转轴线与基板表面的实质上平行的定向，其中与完全平行定向的几度偏差，例如，至多10°或甚至至多15°，仍被认为是“实质上平行的”。
如本说明书全文中所使用的术语“处理区”可以被理解为可定位基板10 以将沉积材料沉积在基板10上的区域或区，而用以形成例如是用于薄膜晶体管的层。可以将处理区定位成面对有至少三个溅射阴极的阵列。在溅射沉积工艺期间，等离子体区(例如，第一等离子体区116、第二等离子体区 126和第三等离子体区136)跨处理区移动或扫过以将沉积材料沉积在基板 10上。处理区可以是被提供和/或布置以用于将沉积材料沉积(预期沉积)在基板10上的区域或区。
尽管在图1的示例中图示了三个溅射阴极，本公开内容不限于此。根据可与本文中所述的其他实施方式结合的一些实施方式，至少三个溅射阴极的阵列包括6个溅射阴极或更多、10个溅射阴极或更多，诸如12个溅射阴极或更多。阵列中的每个溅射阴极可以提供相应等离子体区。根据本文中所述的实施方式，提供溅射阴极阵列，所述溅射阴极阵列被配置以用于大面积基板沉积，特定而言，其中阵列和基板是相对于彼此实质上固定的。
举例来说，在沉积材料的沉积期间，基板是静态的。根据本文中所述的实施方式，可以提供静态沉积工艺，例如，用于进行TFT处理。应注意到，与动态沉积工艺不同的“静态沉积工艺”不排除基板的任何移动，如本领域的技术人员将了解的。静态沉积工艺可以包括例如下列中的至少一个：在沉积期间的静态基板位置；在沉积期间的振动基板位置；在沉积期间的实质上不变的平均基板位置；在沉积期间的抖动基板位置；在沉积期间的摆动基板位置；在一个真空腔室中提供阴极(即在真空腔室中提供预定的阴极组)的沉积工艺；基板位置，其中真空腔室相对于相邻腔室而具有密封气氛，例如，通过关闭在沉积层期间将真空腔室与相邻腔室隔离的阀门单元；或者以上项的组合。静态沉积工艺可以被理解为具有静态位置的沉积工艺、具有实质上静态的位置的沉积工艺、或具有基板的部分静态位置的沉积工艺。鉴于此，静态沉积工艺，仍可与动态沉积工艺有区别，其中在一些情况下，基板位置可以在沉积期间并非完全没有移动的。
根据可与本文中所述的其他实施方式结合的一些实施方式，溅射阴极可连接至DC电源使得溅射可作为DC溅射而进行。根据可与本文中所述的其他实施方式结合的一些实施方式，溅射阴极可连接至AC电源使得可旋转阴极可以交替方式偏置，例如，用于进行MF(中频)溅射、RF(射频)溅射等等。
例如，溅射阴极可各自是可旋转阴极。可旋转阴极可以围绕旋转轴线旋转，旋转轴线可与相应等离子体区旋转所围绕的旋转轴线重合、或是一致。在一些实施方式中，第一溅射阴极110是第一可旋转阴极112(或第一可旋转靶)，第二溅射阴极120是第二可旋转阴极122(或第二可旋转靶)，并且第三溅射阴极130是第三可旋转阴极132(或第三可旋转靶)。第一可旋转阴极112可围绕第一旋转轴线118而旋转，第二可旋转阴极122可围绕第二旋转轴线128而旋转，并且第三可旋转阴极132可围绕第三旋转轴线138而旋转。可旋转阴极或可旋转靶可连接至相应旋转轴或连接元件，旋转轴或连接元件连接轴与可旋转阴极或可旋转靶。在一些实施方式中，溅射阴极可以是管状溅射阴极。
根据可与本文中所述的其他实施方式结合的一些实施方式，有至少三个溅射阴极的阵列中的每个溅射阴极包括磁体组件。举例来说，第一溅射阴极110具有第一磁体组件114，第二溅射阴极120具有第二磁体组件124，并且第三溅射阴极130具有第三磁体组件134。磁体组件可以提供在相应可旋转阴极中。可提供具有可旋转阴极和磁体组件的溅射阴极以用于沉积层的磁控管溅射。
如本文所使用，“磁控管溅射”是指使用磁控管(即，磁体组件，也就是能够产生磁场的单元)进行的溅射。这种磁体组件可由一或多个永久磁体组成。这些永久磁体可以被布置在靶的靶材后方，例如，在可旋转阴极或可旋转靶内，使得自由电子被捕获于在可旋转阴极或可旋转靶的表面下方产生的所产生的磁场内。永久磁体被布置在靶的靶材后方被理解为当引导等离子体区朝向处理区或基板10时在永久磁体与处理区或基板之间提供靶材的布置。换句话说，当引导等离子体区朝向处理区或基板10时处理区或基板10不直接暴露于永久磁体，但是靶是插置在永久磁体与处理区或基板之间的。
例如，溅射阴极可各自包括待沉积在基板上的材料的靶。靶的材料可以包括选自由下列组成的群组中的材料：铝、硅、钽、钼、铌、钛、铜、银、锌、MoW、ITO、IZO和IGZO。
在一些实施方式中，沉积材料以固相存在于靶(例如，可旋转靶)中。通过使用高能粒子轰击可旋转阴极或可旋转靶，靶材(亦即，沉积材料) 的原子从可旋转阴极或可旋转靶喷射出并且供应至等离子体区中。根据一些实施方式，沉积材料可以包括选自由下列组成的群组中的材料：铝、硅、钽、钼、铌、钛和铜。在反应溅射工艺中，可以将一或多种工艺气体(例如，氧和氮中的至少一种)供应至等离子体区。反应溅射工艺是沉积工艺，在此期间，在工艺气氛下溅射材料。举例来说，工艺气氛可以包括一或多种工艺气体(诸如氧和氮的至少一种)以得以沉积含有沉积材料的氧化物或氮化物的材料或层。
在等离子体区中提供沉积材料。举例来说，溅射阴极的磁体组件可用于约束等离子体以改善溅射条件。在一些实施方式中，等离子体区可以被理解为由溅射阴极提供的溅射等离子体或溅射等离子体区。等离子体约束也可用于调节待沉积在基板上的材料的颗粒分布。在一些实施方式中，等离子体区对应包括从靶喷射或释放的靶材(沉积材料)的原子的区。等离子体区可由磁体组件(即，磁控管)约束，其中处理气体和/或沉积材料的离子和电子被约束在磁控管或磁体组件附近。从靶喷射或释放的至少一些原子沉积在基板上以形成层。
在一些实施方式中，等离子体区在相应溅射阴极(例如，可旋转阴极或可旋转靶)的周向方向中延伸。举例来说，等离子体区在周向方向中不延伸跨过可旋转阴极或可旋转靶的完整圆周。根据一些实施方式，等离子体区跨过/越过小于三分之一并特定地小于四分之一的可旋转电极或可旋转靶的完整圆周上延伸。基于等离子体区的旋转位置，等离子体区可面对处理区或背对(不指向)处理区(例如，在第一旋转位置中)。
等离子体区可以相对于处理区和/或所述等离子体区的旋转轴线假定不同的旋转位置。举例来说，第一等离子体区116可以相对于第一旋转轴线118假设不同旋转位置。第二等离子体区126可以相对于第二旋转轴线 128假设不同旋转位置。第三等离子体区136可以相对于第三旋转轴线138 假设不同旋转位置。根据一些实施方式，每个等离子体区可以具有面向基板10所定位的处理区等离子体区所在的旋转位置，如在图1的示例中图示。换句话说，等离子体区面向基板10，使得沉积材料沉积在基板10上以形成层。等离子体区可以具有背对处理区的等离子体区所在的其他旋转位置。换句话说，引导等离子体区远离基板10，使得不将沉积材料沉积在基板10 上(例如，第一旋转位置和可选地第二旋转位置)。
根据可与本文中所述的其他实施方式结合的一些实施方式，等离子体区可以通过使溅射阴极的磁体组件围绕相应旋转轴线旋转而围绕旋转轴线旋转一次。等离子体区的旋转轴线与磁体组件的旋转轴线可重合或一致。举例来说，第一等离子体区116可以通过使第一溅射阴极110的第一磁体组件114围绕第一旋转轴线118旋转而围绕第一旋转轴线118旋转。第二等离子体区126可以通过使第二溅射阴极120的第二磁体组件124围绕第二旋转轴线128旋转而围绕第二旋转轴线128旋转。第三等离子体区136 可以通过使第三溅射阴极130的第三磁体组件134围绕第三旋转轴线138 旋转而围绕第三旋转轴线138旋转。沉积布置可以包括用于使磁体组件围绕相应旋转轴线旋转的驱动器或电机。驱动器或电机可以包括在溅射阴极中或结合在溅射阴极中的端部区块中。根据一些实施方式，端部区块可以被视为是溅射阴极的一部分。
图2A示出图出了在基板10上进行材料沉积的方法的图1的沉积布置 100的示意图。在图2A的示例中，以小于360度的方式旋转等离子体区一次。图2B示出根据另一实施例的图示了在基板10上进行材料沉积的方法的图1的沉积布置100的示意图。在图2B的示例中，以约360度的方式旋转等离子体区一次。换句话说，在图2B中，等离子体区围绕旋转轴线进行完整旋转或旋转循环，即，约360度的旋转。为了提供更好概述，图2A 和图2B的示例仅图示了有至少三个溅射阴极的阵列中的两个溅射阴极。
于在基板上进行材料沉积的方法中，将基板10移入真空腔室(未示出) 中的处理区中，真空腔室具有有至少三个溅射阴极的阵列。至少三个溅射阴极提供等离子体区，在等离子体区处，在至少三个溅射阴极的操作期间供应沉积材料。等离子体区围绕相应旋转轴线仅从第一旋转位置140旋转至第二旋转位置144一次，或反之亦然。举例来说，第一等离子体区116 围绕第一旋转轴线118仅从第一旋转位置140旋转至第二旋转位置144一次，或反之亦然。第二等离子体区126围绕第二旋转轴线128仅从第一旋转位置140旋转至第二旋转位置144一次，或反之亦然。使等离子体区围绕相应旋转轴线仅旋转一次可以包括围绕旋转轴线旋转磁体组件，如参考图1所述。
在从第一旋转位置140旋转至第二旋转位置144期间等离子体区在处理区上方移动或扫过的同时，由等离子体区提供的沉积材料沉积在基板10 上。
等离子体区围绕旋转轴线仅旋转一次以在基板10上沉积层。换句话说，执行围绕旋转轴线的旋转仅一次且仅在一个方向中。举例来说，旋转可以是在顺时针方向或逆时针方向中的旋转。方法可以包括当等离子体区已经在处理区上方移动一次时将基板10移出到处理区之外，并且将另一基板移入处理区中。关于材料沉积的上述方法可针对其他基板重复以在所述其他基板上形成另一个层。
仅跨处理区移动或扫过等离子体区一次可以改善在基板上沉积的层的纯度和/或均匀性。举例来说，由于在引导等离子体区朝向用于沉积的基板之前从靶移除可能存在于至少三个溅射阴极的靶上的杂质(例如，氧化颗粒)，因此已沉积层的纯度可得到改善。例如，如果第一旋转位置对应在进行材料沉积之前的旋转位置，那么就可提供以下方面。在引导等离子体区远离在第一旋转位置中的处理区的同时，从靶移除杂质。可以通过使等离子体区在定位于处理区中的基板上方仅从第一旋转位置移动至第二旋转位置一次来在基板上沉积薄层。此外，当第二旋转位置是引导等离子体区远离处理区的旋转位置时，就可改善已沉积层的均匀性，例如，厚度均匀性。另外，可最小化工艺时间并且可以提高用于层沉积的设备的产量。
在本公开内容所描述的示例中，等离子体区和可选地溅射阴极的磁体组件在垂直于旋转轴线的二维平面中具有实质上相同的定向(例如，旋转位置)。举例来说，所有的等离子体区的第一旋转位置和第二旋转位置是实质上相同的或实质上一致的。术语“实质上相同的”或“实质上一致的”涉及等离子体区相对于彼此和/或旋转轴线的定向或定位，其中与完全相同定向的几度偏差，例如，多达10°或甚至多达15°，仍被认为是“实质上相同的定向”或“实质上一致的定向”。
在其他实施方式中，溅射阴极的等离子体区可以具有不同定向。至少一些溅射阴极的等离子体区和可选的磁体组件在垂直于旋转轴线的二维平面中可以具有不同定向(例如，旋转位置)。举例来说，等离子体区中的至少一些的第一旋转位置和/或第二旋转位置可以是不同的。在一些实施方式中，第一旋转位置和/或第二旋转位置可以是不同的，例如，可以具有相对于相应等离子体区的旋转轴线的不同角度。举例来说，第一等离子体区116 的第一旋转位置相对于第一旋转轴线118(或法线142)的角度可与第二等离子体区126的第一旋转位置相对于第二旋转轴线128(或法线142)的角度不同。同样，第一等离子体区116的第二旋转位置相对于第一旋转轴线 118(或法线142)的角度可与第二等离子体区126的第二旋转位置相对于第二旋转轴线128(或法线142)的角度不同。
在一些实施方式中，阵列的外部溅射阴极的等离子体区可以具有与阵列的内部溅射阴极的等离子体区的旋转位置不同的旋转位置。将此类不同旋转位置用于外部溅射阴极的等离子体区和内部溅射阴极的等离子体区可进一步改善已沉积层的均匀性，诸如厚度均匀性。
在基板上进行材料沉积的方法可以包括基于预定的层厚度确定(或选择)等离子体区的旋转速度。举例来说，可选择等离子体区的旋转速度以允许形成具有预定的层厚度的层。旋转速度越慢，将面向处理区的等离子体区越长并且在基板上沉积的层将越厚(例如，多达100nm)。旋转速度越高，将面向处理区的等离子体区越短并且在基板上沉积的层将越薄(例如，小于10nm)。
在一些实施方式中，使等离子体区围绕旋转轴线旋转包括使磁体组件围绕相应旋转轴线旋转。举例来说，第一溅射阴极110的第一磁体组件114 可围绕第一旋转轴线118而旋转，并且第二溅射阴极120的第二磁体组件 124可围绕第二旋转轴线128而旋转。等离子体区的旋转速度可通过调节溅射阴极的相应磁体组件的旋转速度来调节。
根据可与本文中所述的其他实施方式结合的一些实施方式，在第一旋转位置140与第二旋转位置144之间相对于相应旋转轴线的角度是在180 至360度的范围中。角度是由图2A和图2B中的箭头表示。在图2A中，箭头连接表示第一旋转位置140和第二旋转位置144的虚线。例如，在第一旋转位置140与第二旋转位置144之间相对于相应旋转轴线的角度可以是约180度或可以是约360度。然而，本公开内容不限于此。可以选择任何合适角度，只要这个角度允许等离子体区背对第一旋转位置的处理区和可选的第二旋转位置处的处理区并且允许等离子体区面向于在第一旋转位置140与第二旋转位置144之间的至少一些旋转位置中的处理区即可。
图示图2A的示例中的角度为在第一旋转位置140与第二旋转位置144 之间的绝对角。然而，角度也可被定义为相对于法线142的角度。法线142 可正交或垂直于基板10的表面并且可跨溅射阴极的相应等离子体区和/或磁体组件的旋转轴线。在第一旋转位置140与第二旋转位置144之间的角度可随后定义为加上/减去相对于法线142的角度。举例来说，角度可为相对于法线142而加上/减去90度(对应180度的绝对角或总角)或加上/减去180度(对应360度的绝对角或总角)。
根据可与本文中所述的其他实施方式结合的一些实施方式，三个或更多个溅射阴极的等离子体区从第一旋转位置140同步旋转至第二旋转位置 144或反之亦然。换句话说，三个或更多个溅射阴极的等离子体区可在从第一旋转位置140移动至第二旋转位置144期间具有相同旋转位置或定向或反之亦然。
在其他实施方式中，三个或更多个溅射阴极的等离子体区可以异步旋转。举例来说，三个或更多个溅射阴极的相邻等离子体区可在至少50％的在第一旋转位置与第二旋转位置之间的移动期间在相反旋转方向中旋转。
根据可与本文中所述的其他实施方式结合的一些实施方式，等离子体区的旋转轴线垂直定向。同样，磁体组件的旋转轴线可以垂直定向。“垂直”被理解为“实质上垂直的”，尤其当涉及等离子体区和/或磁体组件的旋转轴线的定向时，以允许与垂直方向20°或更低的偏差，例如，10°或更低的偏差。例如，可提供此偏差，因为溅射阴极或可旋转阴极可定位成与垂直定向有一定偏差。然而，相应旋转轴线的定向被认为是垂直的，垂直被认为与水平定向不同。术语“垂直”可被理解为是平行于重力的。
在一些实施方式中，基板是在垂直定向中。术语“垂直方向”或“垂直定向”被理解为与“水平方向”或“水平定向”相区别。即，“垂直方向”或“垂直定向”涉及例如是基板的实质上垂直的定向，其中与完全垂直方向或垂直定向的几度偏差，例如多达10°或甚至多达15°，仍被认为是“垂直方向”或“垂直定向”。垂直方向可以是实质上平行于重力的。
如本文所使用的术语“基板”应具体地包括非柔性基板，例如，晶片、透明晶体(诸如蓝宝石等)切片或玻璃板。然而，本公开内容不限于此，并且术语“基板”也可包括柔性基板，诸如卷材或箔。
本文中所述的实施方式可以用于在大面积基板上进行蒸发，例如，显示器制造。例如，大面积基板或载体可以是第4.5代(对应约0.67m2的基板(0.73×0.92m))、第5代(对应约1.4m2的基板(1.1m×1.3m))、第7.5代 (对应约4.29m2的基板(1.95m×2.2m))、第8.5代(对应约5.7m2的基板 (2.2m×2.5m))、或甚至第10代(对应约8.7m2的基板(2.85m×3.05m))。可类似地实施甚至诸如第11代和第12代之类的更大代以及相应基板面积。
图3示出图示了在基板10上进行材料沉积的实施例的具有平面可旋转阴极510的溅射阴极的示意图。图3的实施方式与上文参考图1、图2A和图2B所述的实施方式类似，并且关于所述图1、图2A和图2B而给出的描述也适用于图3的实施方式。为了提供更好概述，图3仅图示了有至少三个溅射阴极的阵列中的一个溅射阴极。
在图3的示例中，溅射阴极是提供等离子体区516的平面阴极510。等离子体区516可围绕旋转轴线530而旋转。举例来说，平面阴极510可围绕旋转轴线530而旋转，并且也使等离子体区516旋转。可以使平面阴极510和相应地等离子体区516旋转以跨处理区移动或扫过一次，从而将基板10暴露于等离子体区516和沉积材料。
等离子体区516可以相对于处理区和/或所述等离子体区的旋转轴线假设不同旋转位置。举例来说，等离子体区516可以具有面向基板10所定位的处理区的等离子体区516所在的至少一个旋转位置，如在图3中由虚线所表示。换句话说，等离子体区516面向基板10，使得沉积材料沉积在基板10上以形成层。等离子体区可以具有其他旋转位置，诸如第一旋转位置和可选的第二旋转位置，在其他旋转位置处等离子体区516背对处理区，如在图3中由实线所表示。换句话说，引导等离子体区516远离基板10使得不将沉积材料沉积在基板10上。
磁体组件(未示出)可布置在平面阴极510或平面靶后方。举例来说，当引导等离子体区516朝向处理区或基板10时，在磁体组件与处理区或基板10之间提供平面阴极510或平面靶。
在一些实施方式中，平面靶可以在纵向方向中和在横向方向中延伸。旋转轴线530可以实质上平行于纵向方向，并且可以实质上垂直于横向方向。换句话说，平面阴极或平面靶可围绕其纵向延度旋转。
图4示出根据本文中所述的实施方式的具有背对处理区的至少三个溅射阴极324的等离子体区2的用于在基板上进行层沉积的设备300的示意性俯视图。图5示出根据本文中所述的实施方式的具有在处理区上方移动的至少三个溅射阴极324的等离子体区2的设备300的示意性俯视图。设备300经配置以用于溅射沉积，例如，诸如反应溅射沉积之类的。
设备包括：真空腔室302，真空腔室302具有用于处理基板10的处理区；有至少三个溅射阴极324的阵列，其中至少三个溅射阴极324各自提供在至少三个溅射阴极324的操作期间供应沉积材料的等离子体区2；以及控制器，所述控制器经配置以用于使等离子体区2围绕旋转轴线仅从第一旋转位置旋转至第二旋转位置一次。引导每个等离子体区2远离在第一旋转位置中的处理区。控制器经配置以用于通过使每个等离子体区2从第一旋转位置旋转至第二旋转位置，使每个等离子体区2在处理区上方移动。真空腔室302也可称为“处理腔室”。
在图4中，至少三个溅射电极324的等离子体区2背对处理区。等离子体区(在图4中未示出)，例如，溅射等离子体，也被约束而背对基板 10并且可被引导至屏蔽件(未示出)，这样在引导等离子体区2朝向屏蔽件的同时能够收集待溅射的材料。例如，这种不暴露条件可得以维持，直至由至少三个溅射阴极324提供的等离子体区2的等离子体稳定。如图5 所示，溅射阴极324的磁体组件可随后围绕其旋转轴线旋转，并且也使等离子体区2旋转。磁体组件和对应地等离子体区2可旋转以跨处理区移动或扫过一次，从而将基板10暴露于等离子体区2和沉积材料。
示例性地，示出用于在其中沉积层的一个真空腔室302。可提供邻近真空腔室302的另一真空腔室303。真空腔室302可通过阀门与另一相邻真空腔室303分离，阀门具有阀门外壳304和阀门单元305。在具有基板 10在其上的载具314(如由箭头1表示)插入真空腔室302后，阀门单元 305就会关闭。诸如用于反应溅射工艺的工艺气氛之类的真空腔室302中的气氛，可以通过产生技术真空(例如，使用连接至真空腔室302的真空泵)和/或通过将一或多种工艺气体插入真空腔室302中的处理区中进行独立地控制。一或多种工艺气体可包括用于产生工艺气氛的气体，工艺气氛用于反应溅射工艺。在真空腔室302内，可提供辊310以将具有基板10在其上的载具314运输至真空腔室302中和运输到真空腔室之外。
在真空腔室302内，提供至少三个溅射阴极324。至少三个溅射阴极 324可如关于图1、图2A和图2B所描述的进行构造。举例来说，至少三个溅射阴极324可以各自包括一或多个可旋转阴极和一或多个阳极326。例如，一或多个可旋转阴极可具有待沉积在基板10上的材料的溅射靶。一或多个可旋转阴极中可具有磁体组件并且可进行磁控管溅射以用于沉积层。
一或多个可旋转阴极和一或多个阳极326可电气连接至DV电源328。在一些实施方式中，一或多个可旋转阴极可朝向基板10同时(例如，同步) 旋转以用于使基板10暴露。用于在基板10上形成层的溅射可作为DC溅射而进行。一或多个阴极连同一或多个阳极326连接至DC电源328以用于在溅射期间收集电子。根据可与本文中所述的其他实施方式结合的又一实施方式，一或多个可旋转阴极的至少一个可具有其相应独立DC电源。
图4和图5示出多个溅射阴极324，其中每个溅射阴极324包括一个可旋转阴极和一个阳极326。特定针对用于大面积沉积的应用，在真空腔室302内可提供有溅射阴极的阵列。在一些示例中，提供六个或更多个溅射阴极324。举例来说，可以提供12个溅射阴极324。
此外，还可采用预溅射和/或靶调节。在预溅射和/或靶调节期间，等离子体区2可以背对处理区，如图4所示。举例来说，在预溅射和/或靶调节期间，可以引导等离子体区2远离处理区。例如，可以朝屏蔽件(未示出) 引导等离子体区2。
根据本实施方式，提供了一种用于控制材料沉积工艺的控制器。如本文中所述的，控制器被配置以执行在基板上进行材料沉积的方法。根据本文中所述的实施方式，控制器可以包括在用于层沉积的设备中。根据本文中所述的实施方式，控制器可以被配置以借助计算机程序、软件、计算机软件产品和相关的控制器执行在基板上进行材料沉积的方法，控制器可以具有CPU、存储器、用户界面和与用于处理大面积基板的设备的相应部件通信的输入和输出构件。
根据本公开内容，溅射阴极的等离子体区在基板所定位的处理区上方仅移动或扫过一次。等离子体区包括待沉积在基板上以形成层的材料。跨处理区移动或扫过一次，改善在基板上沉积的层的以下至少一个方面：均匀性和纯度。举例来说，可以改善已沉积层的厚度均匀性。此外，由于在引导等离子体区朝向基板进行沉积前从靶移除可存在于至少三个溅射阴极的靶上的杂质(例如，氧化颗粒)，因此已沉积层的纯度可得到改善。另外，可最小化工艺时间并且可以提高用于层沉积的设备的产量。
虽然前述针对本公开内容的实施方式，但是在不背离本实用新型的基本范围的情况下，可设计出本公开内容的其他的和进一步的实施方式，并且本实用新型的范围是由随附权利要求书确定。

Claims (13)

1.一种用于在基板上进行层沉积的设备，其特征在于，包括：
真空腔室，所述真空腔室具有用于处理基板的处理区；
有至少三个溅射阴极的阵列，其中所述至少三个溅射阴极各自提供等离子体区，其中在所述至少三个溅射阴极的操作期间供应沉积材料；以及
控制器，所述控制器被配置以用于仅使每个等离子体区围绕相应旋转轴线从第一旋转位置旋转至第二旋转位置一次，其中在所述第一旋转位置中，引导每个等离子体区远离所述处理区，并且其中所述控制器被配置以用于通过使每个等离子体区从所述第一旋转位置旋转至所述第二旋转位置而使每个等离子体区在所述处理区上方移动。
2.如权利要求1所述的设备，其中在从所述第一旋转位置旋转至所述第二旋转位置期间所述等离子体区在所述处理区上方移动的同时，由所述等离子体区提供的所述沉积材料沉积在所述基板上。
3.如权利要求1所述的设备，其中使所述等离子体区围绕所述旋转轴线旋转一次包括使磁体组件围绕所述相应旋转轴线旋转。
4.如权利要求1所述的设备，其中所述控制器被进一步配置为：
当所述等离子体区已经在所述处理区上方仅移动了一次时，将所述基板移出所述处理区；以及
将另一基板移入所述处理区中。
5.如权利要求1所述的设备，其中相对于所述相应旋转轴线在所述第一旋转位置与所述第二旋转位置之间的角度是在180至360度的范围中。
6.如权利要求1所述的设备，其中相对于所述相应旋转轴线在所述第一旋转位置与所述第二旋转位置之间的角度是360度。
7.如权利要求1所述的设备，其中有至少三个溅射阴极的所述阵列包括6个或更多个溅射阴极或者12个或更多个溅射阴极。
8.如权利要求7所述的设备，其中所述至少三个溅射阴极的所述等离子体区从所述第一旋转位置同步旋转至所述第二旋转位置。
9.如权利要求1所述的设备，其中在所述沉积材料的沉积期间所述基板是静态的。
10.如权利要求1所述的设备，其中所述旋转轴线垂直定向。
11.如权利要求1所述的设备，其中所述基板在垂直定向中。
12.如权利要求1所述的设备，其中所述沉积材料包括选自由下列组成的群组中的一种材料：铝、硅、钽、钼、铌、钛和铜。
13.如权利要求1所述的设备，所述控制器被进一步配置为：
基于预定的层厚度确定所述等离子体区的旋转速度。
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