DE102011002451B4

DE102011002451B4 - Sputteranlage

Info

Publication number: DE102011002451B4
Application number: DE102011002451.4A
Authority: DE
Inventors: Seung-Ho Choi; Suk-Won Jung; Young-Mook CHOI; Hyun-Keun Song
Original assignee: Samsung Display Co Ltd
Current assignee: Samsung Display Co Ltd
Priority date: 2010-01-11
Filing date: 2011-01-05
Publication date: 2015-02-26
Anticipated expiration: 2031-01-06
Also published as: DE102011002451A1; JP5485077B2; US20110168553A1; KR101097329B1; CN102121095B; CN102121095A; JP2011140710A; KR20110082320A; US8382966B2

Abstract

Sputteranlage umfassend:
eine erste Sputtereinheit (1) umfassend:
eine erste Beschichtungsmaterialplatte (10), eine zweite Beschichtungsmaterialplatte (20), wobei die erste und zweite Beschichtungsmaterialplatte einander zugewandt sind, und
jeweils einen Magnetfeldgenerator (35), der hinter jeder der ersten Beschichtungsmaterialplatte und der zweiten Beschichtungsmaterialplatte angeordnet ist und zur Erzeugung eines Magnetfelds ausgebildet ist,
eine zweite Sputtereinheit (2) umfassend:
eine dritte Beschichtungsmaterialplatte (30), die neben der ersten Beschichtungsmaterialplatte angeordnet ist,
eine vierte Beschichtungsmaterialplatte (40), die neben der zweiten Beschichtungsmaterialplatte angeordnet ist, wobei die dritte und vierte Beschichtungsmaterialplatte einander zugewandt sind, jeweils einen Magnetfeldgenerator (35), der hinter jeder der dritten Beschichtungsmaterialplatte und der vierten Beschichtungsmaterialplatte angeordnet ist und zur Erzeugung eines Magnetfelds ausgebildet ist, ein erstes, zwischen der ersten und dritten Beschichtungsmaterialplatte (10, 30) angeordnetes Gaszufuhrrohr (50), das zum Entladen von Gas an die zweite und vierte Beschichtungsmaterialplatte (20, 40) ausgebildet ist,
ein zweites, zwischen der zweiten und vierten Beschichtungsmaterialplatte angeordnetes Gaszufuhrrohr (60), das zum Entladen von Gas an die erste und dritte Beschichtungsmaterialplatte (10, 30) ausgebildet ist,
eine erste Substratträgereinheit (70), die zum Tragen eines ersten Beschichtungssubstrats (71) ausgebildet ist und zu Außenkanten der ersten und zweiten Beschichtungsmaterialplatte ausgerichtet ist, und
eine zweite Substratträgereinheit (80), die zum Tragen eines zweiten Beschichtungssubstrats (81) ausgebildet ist und zu Außenkanten der dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte ausgerichtet ist.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2010-0002243 , eingereicht beim Patentamt von Korea am 11. Januar 2010, auf deren Offenbarungsgehalt in vollem Umfang Bezug genommen wird.
HINTERGRUND
Gebiet
Das Gebiet betrifft allgemein eine Sputteranlage, und insbesondere eine Sputteranlage, die ausgebildet ist, ein gleichmäßiges Sputtern bzw. eine gleichmäßige Abscheidung zu realisieren.
Beschreibung der verwandten Technologie
Es sind Sputterverfahren bekannt, die zur Ausbildung von anorganischen Schichten, z. B. Metallschichten, transparenten leitenden Schichten oder dergleichen verwendet werden. Bei diesen Sputterverfahren wird ein Edelgas wie beispielsweise Argongas (Ar) in einen Vakuumbehälter eingebracht, und es wird eine Kathode mit einer Sputterbeschichtungsmaterialplatte mit einer Gleichstromspannung oder einer Hochfrequenzspannung von mehr als 150 V beaufschlagt, wodurch mittels langsamer Entladung des Gases eine Schicht gebildet wird.
Sputterverfahren finden im Allgemeinen Anwendung in einem Schichtbildungsvorgang bei der Herstellung von Flachbildschirmvorrichtungen (FPD), um eine Dünnschichttransistor(TFT)-Flüssigkristallanzeigen-(LCD)-Vorrichtung oder eine organische Elektrolumineszenz-Leuchtemissionsdisplay-Vorrichtung bzw. verschiedene andere elektronische Vorrichtungen auszubilden. Diese Sputterverfahren werden als Trockenverfahrentechnik eingestuft und haben einen großen Anwendungsbereich.
Wird ein Inertgas, z. B. Ar, das für eine Plasmaquelle verwendet wird, ionisiert, so wird die Oberfläche einer Beschichtungsmaterialplatte mit Druck beaufschlagt, und wenn das Material verdampft, kann eine Reflexion auftreten. Ferner gelangen beim Sputtern eines oxidbasierten Materials Anionen von Sauerstoff oder anderen Molekülen hoher Energie aufgrund einer starken Abstoßungskraft von einer Kathode auf ein Beschichtungssubstrat.
Bei diesen Sputterverfahren befinden sich Teilchen in einem hoch energetischen Zustand mehrerer eV oder mehr. Gelangen Teilchen mit hoher kinetischer Energie auf das Beschichtungssubstrat, so kann eine Beschädigung der Oberfläche des Beschichtungssubstrats auftreten, oder es kann eine auf der Substratoberfläche ausgebildete dünne Schicht gesputtert werden.
Wird beispielsweise eine anorganische Schicht auf eine organische Schicht gesputtert, um obere Elektroden von organischen Elektrolumineszenz-Leuchtemissionsdisplay-Vorrichtungen bzw. Elektroden organischer Dünnschichttransistoren auszubilden, so kollidieren bei den Sputterverfahren erzeugte Teilchen mit einer hohen Energie von 100 eV oder mehr mit der organischen Schicht und beschädigen die organische Schicht.
Um eine derartige Beschädigung der organischen Schicht zu verringern, wird mittels einiger vorhandener Anlagen und Verfahren versucht, den Zugriff der Ionen zu unterbrechen, indem zwischen der Beschichtungsmaterialplatte und dem Beschichtungssubstrat ein Gitter mit einem vorbestimmten elektrischen Potential angeordnet wird. Andere vorhandene Anlagen und Verfahren versuchen die Auswirkung von Plasma durch Anlegen einer Vorspannung an das Beschichtungssubstrat zu minimieren. Derartige Anlagen mögen die Auswirkung des Plasmas nicht vollständig ausschließen.
US 2008/0 245 657 A1 offenbart eine Sputteranlage, die vier Zielobjekte und vier magnetische Elemente, die hinter jedem Zielobjekt angeordnet sind, umfasst.
US 2005/0 011 756 A1 offenbart eine Sputteranlage, die vier Zielobjekte und zwei Gaszufuhrsysteme jeweils zwischen beiden nebeneinander liegenden Zielobjekten aufweist.
US 5,328,583 A offenbart eine Sputteranlage, die zwei magnetische Zielobjekte, zwei nichtmagnetische Zielobjekte und zwei Substratträger, die zu Außenkanten der zwei nichtmagnetischen Zielobjekte ausgerichtet sind, aufweist. Keiner von den Substratträgern ist zu Außenkanten der magnetischen Zielobjekte ausgerichtet.
ZUSAMMENFASSUNG EINIGER ERFINDUNGSGEMÄSSER ASPEKTE
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine Sputteranlage bereitgestellt, in der dünne Schichten effizient und gleichzeitig auf eine Vielzahl von Substraten abgeschieden werden.
In Ausführungsformen der offenbarten Sputteranlage kollidieren eine hohe erzeugte Energie aufweisende Teilchen nicht mit einem Substrat, wodurch eine Beschädigung einer dünnen Filmschicht, z. B. einer auf dem Substrat ausgebildeten organischen Schicht verhindert wird.
Gemäß einem Aspekt umfasst eine Sputteranlage eine erste Sputtereinheit umfassend eine erste Beschichtungsmaterialplatte, eine zweite Beschichtungsmaterialplatte, wobei die erste und zweite Beschichtungsmaterialplatte einander zugewandt sind, und jeweils einen Magnetfeldgenerator, der hinter jeder der ersten Beschichtungsmaterialplatte und der zweiten Beschichtungsmaterialplatte angeordnet ist und zur Erzeugung eines Magnet felds ausgebildet ist, eine zweite Sputtereinheit umfassend eine dritte Beschichtungsmaterialplatte, die neben der ersten Beschichtungsmaterialplatte angeordnet ist, eine vierte Beschichtungsmaterialplatte, die neben der zweiten Beschichtungsmaterialplatte angeordnet ist, wobei die dritte und vierte Beschichtungsmaterialplatte einander zugewandt sind, und jeweils einen Magnetfeldgenerator, der hinter jeder der dritten Beschichtungsmaterialplatte und der vierten Beschichtungsmaterialplatte angeordnet ist und zur Erzeugung eines Magnetfelds ausgebildet ist, ein erstes, zwischen der ersten und dritten Beschichtungsmaterialplatte angeordnetes Gaszufuhrrohr, das zum Entladen von Gas an die zweite und vierte Beschichtungsmaterialplatte ausgebildet ist, ein zweites, zwischen der zweiten und vierten Beschichtungsmaterialplatte angeordnetes Gaszufuhrrohr, das zum Entladen von Gas an die erste und dritte Beschichtungsmaterialplatte ausgebildet, eine erste Substratträgereinheit, die zum Tragen eines ersten Beschichtungssubstrats ausgebildet ist und zu Außenkanten der ersten und zweiten Beschichtungsmaterialplatte ausgerichtet ist, und eine zweite Substratträgereinheit, die zum Tragen eines zweiten Beschichtungssubstrats ausgebildet ist und zu Außenkanten der dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte ausgerichtet ist. Außenkanten der ersten und zweiten Beschichtungsmaterialplatte, die zur ersten Substratträgereinheit ausgerichtet sind, können näher beieinander liegen als die Innenkanten der ersten und zweiten Beschichtungsmaterialplatte, und Außenkanten der dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte, die zur zweiten Substratträgereinheit ausgerichtet sind, können näher beieinander liegen als die Innenkanten der dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte. Die Außenkanten der ersten und zweiten Beschichtungsmaterialplatte können um einen vorbestimmten Winkel geneigt sein und näher beieinander und zu der ersten Substratträgereinheit liegen als Innenkanten, und die Außenkanten der dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte können um einen vorbestimmten Winkel geneigt sein und näher zu der zweiten Substratträgereinheit liegen als Innenkanten. Der Magnetfeldgenerator kann einen äußeren Magnetbereich aufweisen, der hinter jeder der ersten, zweiten, dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte angeordnet ist. Der Magnetfeldgenerator kann einen mittleren Magnetbereich aufweisen, der über einer Mitte einer Rückfläche jeder der ersten, zweiten, dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte angeordnet ist. Der äußere Magnetbereich kann ein Magnetfeld erzeugen, das stärker ist, als ein durch den mittleren Magnetbereich erzeugtes Magnetfeld. Der Magnetfeldgenerator kann ferner eine Jochplatte umfassen, die zur Ablenkung eines Magnetfelds ausgebildet ist und zwischen jeder der ersten, zweiten, dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte und den äußeren Magnetbereichen angeordnet ist. Jede Jochplatte kann eine Nut für den äußeren Magnetbereich aufweisen, um die Beschichtungsmaterialplatte zu umgeben. Die Vorderflächen der ersten, zweiten, dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte können mit einstellbaren Neigungswinkeln ausgebildet sein. Die Sputteranlage kann ferner Abschirmeinheiten umfassen, die vor den Kanten jeder der ersten, zweiten, dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte angeordnet und zur Erzeugung einer Entladung an die jeweiligen Materialplatten ausgebildet sind. Jede der Abschirmeinheiten kann dasselbe Material umfassen, das auf die ersten und zweiten Beschichtungssubstrate abgeschieden wird. Die Abschirmeinheiten und die erste, zweite, dritte und vierte Beschichtungsmaterialplatte können mit mindestens einer aus einer Gleichstromspannung, einer Impulsgleichstromspannung und einer Hochfrequenzspannung ausgewählten Spannung beaufschlagt werden. Die Sputteranlage kann ferner eine Vielzahl von ersten Substratträgereinheiten sowie eine Vielzahl von zweiten Substratträgereinheiten umfassen, die parallel angeordnet sind und die zu der ersten Sputtereinheit und der zweiten Sputtereinheit hin beweglich ausgebildet sein können. Die Sputteranlage kann außerdem eine erste Vielzahl von Substratträgereinheiten und eine zweite Vielzahl von Substratträgereinheiten umfassen, die parallel angeordnet sind, und wobei die erste Sputtereinheit und die zweite Sputtereinheit zu den aufeinanderfolgenden der ersten Vielzahl von Substratträgereinheiten und der zweiten Vielzahl von Substratträgereinheiten hin sequentiell beweglich ausgebildet sind.
Ein weiterer Aspekt betrifft eine Sputteranlage, umfassend eine erste Sputtereinheit umfassend eine erste und zweite Beschichtungsmaterialplatte, die einander zugewandt sind, sowie einen Magnetfeldgenerator mit einem hinter jeder Platte angeordneten äußeren Magnetbereich, einem mittleren Magnetbereich, der über einer Mitte einer Rückfläche jeder Platte angeordnet ist, wobei der äußere Magnetbereich ausgebildet ist, ein stärkeres Magnetfeld zu erzeugen als der mittlere Magnetbereich, sowie mit einer Jochplatte mit einer Nut für den äußeren Magnetbereich, um die Beschichtungsmaterialplatte zu umgeben, die zwischen jeder Platte und dem äußeren Magnetbereich angeordnet und zur Ablenkung eines Magnetfelds ausgebildet ist, eine zweite Sputtereinheit umfassend eine dritte und vierte Beschichtungsmaterialplatte, die einander zugewandt sind, sowie einen Magnetfeldgenerator mit einem hinter jeder Platte angeordneten äußeren Magnetbereich, einem mittleren Magnetbereich, der über einer Mitte einer Rückfläche jeder Platte angeordnet ist, wobei der äußere Magnetbereich ausgebildet ist, ein stärkeres Magnetfeld zu erzeugen als der mittlere Magnetbereich, sowie mit einer Jochplatte mit einer Nut für den äußeren Magnetbereich, um die Beschichtungsmaterialplatte zu umgeben, die zwischen jeder Platte und dem äußeren Magnetbereich angeordnet und zur Ablenkung eines Magnetfelds ausgebildet ist, wobei sich die dritte Beschichtungsmaterialplatte neben der ersten Beschichtungsmaterialplatte befindet und sich die vierte Beschichtungsmaterialplatte neben der zweiten Beschichtungsmaterialplatte befindet, Abschirmeinheiten, die vor Kanten jeder der ersten, zweiten, dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte angeordnet und zur Erzeugung einer Entladung an die jeweiligen Materialplatten ausgebildet sind, wobei die Abschirmeinheiten dasselbe Material umfassen wie ein Material, das auf die ersten und zweiten Beschichtungssubstrate abgeschieden werden soll, sowie eine aus der Gruppe bestehend aus einer Gleichstromspannung, einer Impulsgleichstromspannung und einer Hochfrequenzspannung ausgewählte Spannung, mit der die Abschirmeinheiten und die erste, zweite, dritte und vierte Beschichtungsmaterialplatte beaufschlagt werden. Außenkanten der ersten und zweiten Beschichtungsmaterialplatte, die zur ersten Substratträgereinheit ausgerichtet sind, können näher beieinander liegen als die Innenkanten der ersten und zweiten Beschichtungsmaterialplatte, und Außenkanten der dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte, die zur zweiten Substratträgereinheit ausgerichtet sind, können näher beieinander liegen als die Innenkanten der dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte. Die Außenkanten der ersten und zweiten Beschichtungsmaterialplatte können um einen vorbestimmten Winkel geneigt sein und näher beieinander und zu der ersten Substratträgereinheit liegen als Innenkanten, und die Außenkanten der dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte können um einen vorbestimmten Winkel geneigt sein und näher zu der zweiten Substratträgereinheit liegen als Innenkanten. Die Vorderflächen der ersten, zweiten, dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte können mit einstellbaren Neigungswinkeln ausgebildet sein. Die Sputteranlage kann ferner ein erstes zwischen der ersten und dritten Beschichtungsmaterialplatte angeordnetes Gaszufuhrrohr, das zum Entladen von Gas an die zweite und vierte Beschichtungsmaterialplatte ausgebildet ist, ein zweites zwischen der zweiten und vierten Beschichtungsmaterialplatte angeordnetes Gaszufuhrrohr, das zum Entladen von Gas an die erste und dritte Beschichtungsmaterialplatte ausgebildet ist, eine erste Substratträgereinheit, die zum Tragen eines ersten Beschichtungssubstrats ausgebildet ist und zu Außenkanten der ersten und zweiten Beschichtungsmaterialplatte ausgerichtet ist, und eine zweite Substratträgereinheit, die zum Tragen eines zweiten Beschichtungssubstrats ausgebildet ist und zu Außenkanten der dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte ausgerichtet ist, umfassen. Die Sputteranlage kann ferner eine erste Vielzahl von Substratträgereinheiten und eine zweite Vielzahl von Substratträgereinheiten umfassen, die parallel angeordnet sind, und wobei die erste Sputtereinheit und die zweiten Sputtereinheit zu den aufeinanderfolgenden der ersten Vielzahl von Substratträgereinheiten und der zweiten Vielzahl von Substratträgereinheiten hin sequentiell beweglich ausgebildet sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sollen anhand einer detaillierten Beschreibung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Sputteranlage;
2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Sputteranlage;
3 Bahnen beschleunigter Teilchen in den Ausführungsformen nach 1 und 2 der Sputteranlage nach 1 oder 2;
4 die Magnetfelder einer Sputteranlage ohne Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
5 die Magnetfelder nach der Ausführungsform der Sputteranlage nach 1;
6 die Magnetfelder nach der Ausführungsform der Sputteranlage nach 2;
7 eine graphische Darstellung, die die Magnetfelder auf Flächen von Beschichtungsmaterialplatten der Sputteranlage nach den 4 bis 6 zeigt;
8 eine graphische Darstellung, die die Magnetfelder in einer senkrechten Richtung zu Flächen von Beschichtungsmaterialplatten der Sputteranlage nach den 4 bis 6 zeigt;
9 eine graphische Darstellung, die die Magnetfelder in einer horizontalen Richtung zu Flächen von Beschichtungsmaterialplatten der Sputteranlage nach den 4 bis 6 zeigt;
10 eine graphische Darstellung, die die Magnetfelder im Zentrum einander zugewandter Beschichtungsmaterialplatten der Ausführungsformen der Sputteranlage nach den 5 und 6 zeigt;
11 eine graphische Darstellung, die einen Einfallswinkel magnetischer Felder auf Beschichtungsmaterialplatten der Ausführungsformen der Sputteranlage nach den 1 und 2 in Abhängigkeit der Positionen der Beschichtungsmaterialplatten zeigt; und
12 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Sputteranlage.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BESTIMMTER ERFINDUNGSGEMÄSSER AUSFÜHRUNGSFORMEN
In der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung sind lediglich bestimmte beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wiedergegeben und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Dem Fachmann ist bekannt, dass die beschriebenen Ausführungsformen in unterschiedlicher Weise abgeändert werden können, ohne dabei vom Wesen oder Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Deshalb sind die Zeichnungen und die Beschreibung als veranschaulichend und nicht als beschränkend zu verstehen. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen im Allgemeinen gleiche Elemente in Beschreibung und Zeichnungen.
1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Sputteranlage. Gemäß 1 umfasst eine Ausführungsform der Sputteranlage eine erste Sputtereinheit 1 mit einer ersten Beschichtungsmaterialplatte 10, einer zweiten Beschichtungsmaterialplatte 20 und einem Magnetfeldgenerator 35; eine zweite Sputtereinheit 2 mit einer dritten Beschichtungsmaterialplatte 30, einer vierten Beschichtungsmaterialplatte 40 und einem weiteren Magnetfeldgenerator 35; ein erstes Gaszufuhrrohr 50, ein zweites Gaszufuhrrohr 60; eine erste Substratträgereinheit 70 und eine zweite Substratträgereinheit 80. In einigen Ausführungsformen kann die Sputteranlage nach 1 in einer Kammer angeordnet sein, die gegenüber der Außenluft abgeriegelt ist (nicht dargestellt). Die Kammer kann an eine Vakuumpumpe (nicht dargestellt) angeschlossen sein, um den Vakuumzustand in der Kammer aufrechtzuerhalten, und die Kammer kann Elemente umgeben, beispielsweise die erste Sputtereinheit 1, die zweite Sputtereinheit 2, die erste Substratträgereinheit 70 sowie die zweite Substratträgereinheit 80 der Sputteranlage.
In einer Ausführungsform kann die erste Sputtereinheit 1 eine erste Beschichtungsmaterialplatte 10 und eine zweite Beschichtungsmaterialplatte 20, die einander zugewandt sind, aufweisen, sowie einen Magnetfeldgenerator 35, der hinter der ersten Beschichtungsmaterialplatte 10 und der zweiten Beschichtungsmaterialplatte 20 angeordnet ist und ein Magnetfeld erzeugt.
In einer Ausführungsform kann die zweite Sputtereinheit 2 denselben Aufbau wie die erste Sputtereinheit 1 aufweisen. Die zweite Sputtereinheit 2 kann eine dritte Beschichtungsmaterialplatte 30 und eine vierte Beschichtungsmaterialplatte 40, die einander zugewandt sind, aufweisen, sowie einen Magnetfeldgenerator 35, der hinter der dritten Beschichtungsmaterialplatte 30 und der vierten Beschichtungsmaterialplatte 40 angeordnet ist und ein Magnetfeld erzeugt. In einer Ausführungsform kann die dritte Beschichtungsmaterialplatte 30 neben der ersten Beschichtungsmaterialplatte 10 angeordnet sein, und die vierte Beschichtungsmaterialplatte 40 kann neben der zweiten Beschichtungsmaterialplatte 20 angeordnet sein.
In einigen Ausführungsformen können die erste Beschichtungsmaterialplatte 10, die zweite Beschichtungsmaterialplatte 20, die dritte Beschichtungsmaterialplatte 30 und die vierte Beschichtungsmaterialplatte 40 auf ein erstes Beschichtungssubstrat 71 abzuscheidendes Material sowie auf ein zweites Beschichtungssubstrat 81 abzuscheidendes Material umfassen. Beispielsweise können zur Herstellung einer organischen Leuchtemissionsdisplay-Vorrichtung die erste Beschichtungsmaterialplatte 10, die zweite Beschichtungsmaterialplatte 20, die dritte Beschichtungsmaterialplatte 30 und die vierte Beschichtungsmaterialplatte 40 verschiedene Metalle wie Aluminium (Al), Molybdän (Mo), Kupfer (Cu), Gold (Au), Platin (Pt) oder dergleichen zur Ausbildung einer Source-Elektrode, einer Drain-Elektrode, einer Gate-Elektrode und dergleichen eines Dünnschichttransistors (TFT) der organischen Leuchtemissionsdisplay-Vorrichtung und eine Legierung davon enthalten. In einigen Ausführungsformen können die erste, zweite, dritte und vierte Beschichtungsmaterialplatte 10, 20, 30 und 40 Indium-Zinnoxid (ITO), Indium-Zinkoxid (IZO), Indiumoxid (IO), ZnO, Zinn-Zinkoxid (TZO), AZO, GZO oder dergleichen zur Ausbildung einer Schicht einer Anode, einer gemeinsamen Elektrode und dergleichen einer organischen lichtemittierenden Schicht enthalten.
Weiterhin bezugnehmend auf 1 kann in einigen Ausführungsformen das erste Gaszufuhrrohr 50 zwischen der ersten Beschichtungsmaterialplatte 10 und der dritten Beschichtungsmaterialplatte 30 angeordnet sein und über eine Zufuhrdüse 51 Gas an die zweite Beschichtungsmaterialplatte 20 und die vierte Beschichtungsmaterialplatte 40 abgeben. Das zweite Gaszufuhrrohr 60 kann zwischen der zweiten Beschichtungsmaterialplatte 20 und der vierten Beschichtungsmaterialplatte 40 angeordnet sein und über eine Zufuhrdüse 61 Gas an die erste Beschichtungsmaterialplatte 10 und die dritte Beschichtungsmaterialplatte 30 abgeben. Gase, die über das erste Gaszufuhrrohr 50 und das zweite Gaszufuhrrohr 60 zugeführt werden, können Krypton (Kr), Xenon (Xe), Argon (Ar) oder ein Mischgas aus Ar und Sauerstoff (O₂) enthalten.
Abschirmeinheiten 91 können vor der ersten Beschichtungsmaterialplatte 10, der zweiten Beschichtungsmaterialplatte 20, der dritten Beschichtungsmaterialplatte 30 und der vierten Beschichtungsmaterialplatte 40 angeordnet sein. Jede der Abschirmeinheiten 91 kann geerdet sein und die Funktion einer Anode erfüllen. In einigen Ausführungsformen wird eine von einer Stromversorgungseinheit 5 erzeugte negative Spannung an jede der ersten Beschichtungsmaterialplatte 10, der zweiten Beschichtungsmaterialplatte 20, der dritten Beschichtungsmaterialplatte 30 und der vierten Beschichtungsmaterialplatte 40 derart angelegt, dass die erste, zweite, dritte und vierte Beschichtungsmaterialplatte 10, 20, 30 und 40 die Funktion einer Kathode erfüllen können. Jede der Abschirmeinheiten 91 kann dasselbe Material wie ein Sputtermaterial enthalten, um so eine Kontamination zu verhindern.
Die Stromversorgungseinheit 5 kann eine Gleichstromspannung, eine Hochfrequenzspannung, eine Impulsgleichstromspannungskraft oder dergleichen erzeugen.
Weiterhin bezugnehmend auf 1 kann in einigen Ausführungsformen die erste Sputtereinheit 1 und die zweite Sputtereinheit 2 den Magnetfeldgenerator 35 umfassen, der hinter der ersten Beschichtungsmaterialplatte 10, der zweiten Beschichtungsmaterialplatte 20, der dritten Beschichtungsmaterialplatte 30 und der vierten Beschichtungsmaterialplatte 40 angeordnet ist und ein Magnetfeld erzeugt. Der Magnetfeldgenerator 35 kann einen äußeren Magnetbereich 31 aufweisen. Der äußere Magnetbereich 31 kann die Form eines Rings aufweisen, der die Randfläche jeder der ersten Beschichtungsmaterialplatte 10, der zweiten Beschichtungsmaterialplatte 20, der dritten Beschichtungsmaterialplatte 30 und der vierten Beschichtungsmaterialplatte 40 umgibt. Der Magnetfeldgenerator 35 kann ferner einen mittleren Magnetbereich 32 umfassen, der über der Mitte einer Rückfläche jeder der ersten Beschichtungsmaterialplatte 10, der zweiten Beschichtungsmaterialplatte 20, der dritten Beschichtungsmaterialplatte 30 und der vierten Beschichtungsmaterialplatte 40 angeordnet ist. Der mittlere Magnetbereich 32 kann beispielsweise die Form eines Stabmagneten aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann der äußere Magnetbereich 31 ein Magnetfeld erzeugen, das stärker ist, als das des mittleren Magnetbereichs 32.
In einigen Ausführungsformen sind die Richtungen von Magnetpolen des äußeren Magnetbereichs 31 und des mittleren Magnetbereichs 32 senkrecht zu Flächen der ersten Beschichtungsmaterialplatte 10, der zweiten Beschichtungsmaterialplatte 20, der dritten Beschichtungsmaterialplatte 30 und der vierten Beschichtungsmaterialplatte 40 angeordnet. Die Richtung des Magnetpols des Magnetfeldgenerators 35, der hinter der ersten Beschichtungsmaterialplatte 10 angeordnet ist, ist so festgelegt, dass sie der Richtung des Magnetpols des hinter der zweiten Beschichtungsmaterialplatte 20 angeordneten Magnetfeldgenerators 35 gegenüberliegt, so dass ein Magnetfeld zum Verbinden der ersten Beschichtungsmaterialplatte 10 und der zweiten Beschichtungsmaterialplatte 20 gebildet werden kann.
Wie in der Ausführungsform nach 1 dargestellt, können der hinter der ersten Beschichtungsmaterialplatte 10 angeordnete äußere Magnetbereich 31 und mittlere Magnetbereich 32 einen nach unten gerichteten N-Pol aufweisen, während der hinter der zweiten Beschichtungsmaterialplatte 20 angeordnete äußere Magnetbereich 31 und mittlere Magnetbereich 32 einen nach unten gerichteten S-Pol aufweisen kann.
Ebenso kann die Richtung des Magnetpols des hinter der dritten Beschichtungsmaterialplatte 30 angeordneten Magnetfeldgenerators 35 so festgelegt sein, dass sie der Richtung des Magnetpols des hinter der vierten Beschichtungsmaterialplatte 40 angeordneten Magnetfeldgenerators 35 gegenüberliegt, so dass ein Magnetfeld zum Verbinden der dritten Beschichtungsmaterialplatte 30 und der vierten Beschichtungsmaterialplatte 40 gebildet werden kann. Weiterhin bezugnehmend auf 1 kann der Magnetfeldgenerator 35 ferner eine Jochplatte 33 umfassen. Die Jochplatte 33 kann plattenförmig sein und zwischen jeder der ersten Beschichtungsmaterialplatte 10, der zweiten Beschichtungsmaterialplatte 20, der dritten Beschichtungsmaterialplatte 30 und der vierten Beschichtungsmaterialplatte 40 und dem jeweiligen äußeren Magnetbereich 31 angeordnet sein. Die Jochplatte 33 kann aufgrund des äußeren Magnetbereichs 31 und des mittleren Magnetbereichs 32 aus einem magnetischen Material bestehen. In einigen Ausführungsformen kann die Jochplatte 33 aus einem ferromagnetischen Material bestehen, enthaltend mindestens eines aus Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni) oder eine Legierung hiervon.
Die Jochplatte 33 kann für mehr Gleichmäßigkeit des von dem äußeren Magnetbereich 31 und dem mittleren Magnetbereich 32 gebildeten Magnetfelds sorgen, indem eine Richtung des Magnetfelds so abgelenkt wird, dass sie senkrecht zu den Flächen der ersten Beschichtungsmaterialplatte 10, der zweiten Beschichtungsmaterialplatte 20, der dritten Beschichtungsmaterialplatte 30 und der vierten Beschichtungsmaterialplatte 40 ist. Das aufgrund der Jochplatte 33 senkrecht zu den Flächen der Beschichtungsmaterialplatten 10, 20, 30 und 40 gebildete Magnetfeld soll im Folgenden beschrieben werden.
In einigen Ausführungsformen kann die Jochplatte 33 eine Nut 33a für den jeweiligen äußeren Magnetbereich 31 aufweisen, um die Beschichtungsmaterialplatten 10, 2, 30, 40 zu umgeben. Dadurch, dass die Jochplatte 33 die unteren Kanten der Beschichtungsmaterialplatten 10, 20, 30 und 40 umgibt, wird an den Kanten der Beschichtungsmaterialplatten 10, 20, 30 und 40 ein starkes Magnetfeld ausgebildet, so dass ein Plasmabereich auf einen Raum zwischen der ersten, zweiten, dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte 10, 20, 30 und 40 begrenzt werden kann.
Der äußere Magnetbereich 31 und der mittlere Magnetbereich 32 können jeweils aus einem ferromagnetischen Material wie einem ferrit-basierten, neodym-basierten (z. B. Neodym (Nd), Fe, Bor (B) etc.) Magneten, einem samarium-kobalt-basierten Magneten oder dergleichen gebildet sein.
In einigen Ausführungsformen können die erste, zweite, dritte und vierte Beschichtungsmaterialplatte 10, 20, 30 und 40, die Magnetfeldgeneratoren 35 sowie die Abschirmeinheiten 91 von einem Gehäuse 92 mit einer in einer Seite desselben ausgebildeten Öffnung umgeben sein. Die erste, zweite, dritte und vierte Beschichtungsmaterialplatte 10, 20, 30 und 40 können in dem Gehäuse 92 derart angeordnet sein, dass sie durch die Öffnung in dem Gehäuse 92 nach außen hin freigelegt sind, und die Abschirmeinheiten 91 können an einer Vorderfläche des Gehäuses 92 vor den Kanten der ersten, zweiten, dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte 10, 20, 30 und 40 angeordnet sein.
Wie in 1 dargestellt, kann eine erste Substratträgereinheit 70 außerhalb der ersten Sputtereinheit 1 angeordnet sein, um zu Außenkanten der ersten und zweiten Beschichtungsmaterialplatte 10 und 20 ausgerichtet zu sein. Die erste Substratträgereinheit 70 trägt das erste Beschichtungssubstrat 71. Eine zweite Substratträgereinheit 80 kann außerhalb der ersten Sputtereinheit 2 angeordnet sein, um zu Außenkanten der dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatten 30 und 40 ausgerichtet zu sein. Die zweite Substratträgereinheit 80 trägt das zweite Beschichtungssubstrat 81.
In Ausführungsformen, in welchen eine durch die Stromversorgungseinheit 5 erzeugte negative Spannung an jede der ersten, zweiten, dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte 10, 20, 30 und 40 angelegt ist, wobei jede Beschichtungsmaterialplatte als eine Kathode wirkt, findet eine Entladung statt, und aufgrund der Entladung erzeugte Elektronen kollidieren mit einem Ar-Gas in der Kammer, so dass Ar⁺-Ionen und Plasma erzeugt werden können. Plasma kann aufgrund des durch den Magnetfeldgenerator 35 erzeugten Magnetfelds in einem Raum zwischen der ersten Beschichtungsmaterialplatte 10 und der zweiten Beschichtungsmaterialplatte 20 sowie in einem Raum zwischen der dritten Beschichtungsmaterialplatte 30 und der vierten Beschichtungsmaterialplatte 40 eingeschlossen sein, wie oben beschrieben. Plasma kann Gamma-Elektronen, negative Ionen, positive Ionen oder dergleichen enthalten.
Elektronen in dem von der ersten Sputtereinheit 1 und der zweiten Sputtereinheit 2 erzeugten Plasma bilden ein Plasma hoher Dichte aus, während sie eine Drehbewegung entlang einer Magnetkraftlinie zwischen der ersten, zweiten, dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte 10, 20, 30 und 40 ausführen, die einander zugewandt sind. Die Elektronen im Plasma können gleichzeitig das Plasma hoher Dichte aufrechterhalten, während sie aufgrund der an jeder der ersten, zweiten, dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte 10, 20, 30 und 40 angelegten negativen Spannung eine Hin- und Herbewegung ausführen.
Sämtliche Elektronen oder Ionen, die in dem Plasma gebildet sind bzw. aufgrund der an jeder der ersten, zweiten, dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte 10, 20, 30 und 40 angelegten negativen Spannung gebildet sind, führen eine Drehbewegung entlang der Magnetkraftlinie zwischen der ersten, zweiten, dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte 10, 20, 30 und 40 aus. Gleichermaßen führen Ionenteilchen mit elektrischen Ladungen, z. B. Gamma-Elektronen, negative Ionen, positive Ionen oder dergleichen, eine Hin- und Herbewegung entlang der Magnetkraftlinie zwischen der ersten, zweiten, dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte 10, 20, 30 und 40 aus. Dadurch werden die Ionenteilchen mit einer hohen Energie von 100 eV auf die gegenüberliegenden Beschichtungsmaterialplatten 10, 20, 30 und 40 beschleunigt und sind in dem Plasma, das in einem Raum zwischen der ersten, zweiten, dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte 10, 20, 30 und 40 gebildet ist, eingeschlossen.
In einigen Ausführungsformen werden die Ionenteilchen hoher Energie, die aus einer der ersten, zweiten, dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte 10, 20, 30 und 40 herausgeschleudert werden, auf irgendeine der gegenüberliegenden Beschichtungsmaterialplatten 10, 20, 30 und 40 beschleunigt, so dass sich mittels Diffusion neutraler Teilchen relativ geringer Energie eine dünne Schicht ohne Auswirkung auf das erste Beschichtungssubstrat 71 und das zweite Beschichtungssubstrat 81 ausbilden kann.
Da dem Raum zwischen der ersten, zweiten, dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte 10, 20, 30 und 40 über das zwischen der ersten Beschichtungsmaterialplatte 10 und der dritten Beschichtungsmaterialplatte 30 angeordnete erste Gaszufuhrrohr 50 und das zwischen der zweiten Beschichtungsmaterialplatte 20 und der vierten Beschichtungsmaterialplatte 20 angeordnete zweite Gaszufuhrrohr 60 gleichmäßig Gas zugeführt wird, ergibt sich eine gleichmäßige Plasmabildung. Eine derartige gleichmäßige Plasmabildung dient dem Erreichen einer ausreichenden Abscheidung auf dem ersten und zweiten Beschichtungssubstrat 71 und 81.
Beim Vergleich der Ausführungsform der Sputteranlage nach 1 mit einer herkömmlichen Sputteranlage läßt sich eine Beschädigung durch Plasma, d. h. eine Beschädigung eines Substrats aufgrund einer Kollision von hoch energetischen Teilchen verringern und eine dünne Schicht höherer Qualität auf dem Substrat ausbilden. In der Ausführungsform der Sputteranlage nach 1 sind beide der ersten Sputtereinheit 1 und der zweiten Sputtereinheit 2 in Betrieb, so dass ein Vorgang der Dünnschichtausbildung gleichzeitig auf dem ersten und zweiten Beschichtungssubstrat 71 und 81 ausgeführt werden kann und im Vergleich zu herkömmlichen Sputteranlagen die Herstellungsgeschwindigkeit erheblich erhöht werden kann.
2 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Sputteranlage. Elemente der Ausführungsform der Sputteranlage nach 2 sind die gleichen wie diejenigen der Ausführungsform der Sputteranlage nach 1, so dass gleiche Bezugszeichen verwendet werden.
Gemäß 2 unterscheiden sich relative Positionen einer ersten Beschichtungsmaterialplatte 10 und einer zweiten Beschichtungsmaterialplatte 20 sowie relative Positionen einer dritten Beschichtungsmaterialplatte 30 und einer vierten Beschichtungsmaterialplatte 40 von denen gemäß 1. Auf eine erste Substratträgereinheit 70 ausgerichtete Außenkanten der ersten Beschichtungsmaterialplatte 10 und der zweiten Beschichtungsmaterialplatte 20 sind so festgelegt, dass sie näher beieinander liegen. Mindestens eine der ersten Beschichtungsmaterialplatte 10 und der zweiten Beschichtungsmaterialplatte 20 ist um einen vorbestimmten Winkel geneigt angeordnet, so dass die erste Beschichtungsmaterialplatte 10 und die zweite Beschichtungsmaterialplatte 20 näher beieinander und an der ersten Substratträgereinheit 70 liegen können. Auf eine zweite Substratträgereinheit 80 ausgerichtete Außenkanten der dritten Beschichtungsmaterialplatte 30 und der vierten Beschichtungsmaterialplatte 40 sind so festgelegt, dass sie näher beieinander liegen. Mindestens eine der dritten Beschichtungsmaterialplatte 30 und der vierten Beschichtungsmaterialplatte 40 ist um einen vorbestimmten Winkel geneigt angeordnet, so dass die dritte Beschichtungsmaterialplatte 30 und die vierte Beschichtungsmaterialplatte 40 näher beieinander und an der zweiten Substratträgereinheit 80 liegen können.
In einigen Ausführungsformen können die erste Beschichtungsmaterialplatte 10 und die zweite Beschichtungsmaterialplatte 20 einen vorbestimmten Winkel bilden, so dass sie näher beieinander und an einem ersten Beschichtungssubstrat 71 liegen können, und die dritte Beschichtungsmaterialplatte 30 und die vierte Beschichtungsmaterialplatte 40 können einen vorbestimmten Winkel bilden, so dass sie näher beieinander und an einem zweiten Beschichtungssubstrat 81 liegen können. In derartigen Ausführungsformen kann der Plasmabereich mehr auf einen Raum zwischen der ersten, zweiten, dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte 10, 20, 30 und 40 begrenzt sein.
Die Beschichtungsmaterialplatten 10, 20, 30 und 40 können so angeordnet sein, dass Neigungswinkel ihrer Vorderflächen einstellbar sind. In einigen Ausführungsformen kann ein Gehäuse 92, das die erste, zweite, dritte und vierte Beschichtungsmaterialplatte 10, 20, 30 und 40 trägt, mittels einer Antriebseinheit, z. B. eines Motors (nicht gezeigt) drehbar sein. Das Gehäuse 92 kann so gedreht werden, dass sich die Neigungswinkel der ersten, zweiten, dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte 10, 20, 30 und 40 optimal entsprechend dem durch einen Magnetfeldgenerator 35 erzeugten Magnetfeld einstellen lassen.
Die 3 zeigt Bahnen beschleunigter Teilchen in den Ausführungsformen nach 1 und 2 der Sputteranlage nach 1 oder 2.
Bezugnehmend auf 3(a) werden in Ausführungsformen, in denen die beschleunigten Teilchen mit der parallel angeordneten Beschichtungsmaterialplatte 10a, wie in der Ausführungsform der in 1 gezeigten Sputteranlage, in einem Einfallswinkel θ kollidieren, Materialteilchen zur Ausbildung einer Beschichtungsmaterialplatte 10 aus der Beschichtungsmaterialplatte 10a herausgeschleudert oder aufgrund der elastischen oder nicht elastischen Kollision der Teilchen mit der Beschichtungsmaterialplatte 10a gestreut, so dass ein Teilchenfluss von cosθ mit Bezug auf eine Normale zu der Fläche der Beschichtungsmaterialplatte 10a auftreten kann. In derartigen Ausführungsformen wird ein Winkel derart festgelegt, dass die Teilchen des Materials zur Ausbildung der Beschichtungsmaterialplatte 10a aus der Beschichtungsmaterialplatte 10a nach außerhalb der Beschichtungsmaterialplatte 10a geschleudert werden und die beschleunigten Teilchen hin zu einem Beschichtungssubstrat gelangen können.
Bezugnehmend auf 3(b) werden in Ausführungsformen, in denen die Beschichtungsmaterialplatten 10b um einen vorbestimmten Winkel geneigt angeordnet sind, so dass die Beschichtungsmaterialplatten 10b näher beieinander und nach außen liegen, d. h. in einer Richtung zu einem Beschichtungssubstrat, wie in der Ausführungsform der in 2 gezeigten Sputteranlage, selbst wenn beschleunigte Teilchen denselben Einfallswinkel θ bilden und mit einer der Beschichtungsmaterialplatten 10b kollidieren, die beschleunigten Teilchen zur Mitte der Sputteranlage gestreut, im Vergleich zu dem Fall, in dem die beschleunigten Teilchen mit der Beschichtungsmaterialplatte 10a, wie in 3(a) gezeigt, kollidieren. Selbst wenn die beschleunigten Teilchen hoher Energie auf die Fläche der Beschichtungsmaterialplatte 10b gestreut werden, wird die Möglichkeit, dass die beschleunigten Teilchen aus der Sputteranlage austreten, deutlich verringert. Somit kann eine Beschädigung eines Substrats aufgrund einer Kollision der beschleunigten Teilchen hoher Energie verhindert werden. Aus diesem Grund kann bei der Verwendung von Ausführungsformen der Sputteranlage wie in 1 oder 2 gezeigt das Sputtern auf ein großes Substrat ohne Beschädigung des Substrats durchgeführt werden.
In der 4 sind die Magnetfelder einer Sputteranlage ohne Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung als Vergleichsbeispiel dargestellt. Das Vergleichsbeispiel gemäß 4 besteht aus einer Anlage, die eine Sputtereinheit verwendet. Selbst wenn die hinter Beschichtungsmaterialplatten 101 und 102 angeordneten Magneten 110 und 120 und die Stärke einer Magnetkraft optimiert sind, um den Plasmabereich in einem Raum zwischen den einander zugewandten Beschichtungsmaterialplatten 101 und 102 zusammenzuhalten, können Teilchen, die mit großer Energie von Oberflächen der Beschichtungsmaterialplatten 101 und 102 ausgehen, ein Beschichtungssubstrat 103 erreichen. Da ferner beschleunigte Teilchen, die in dem zwischen den Beschichtungsmaterialplatten 101 und 102 gebildeten Plasmabereich erzeugt werden, nach rechts und links der Beschichtungsmaterialplatte 101 und 102 diffundiert werden können, wird nur ein Teil der Verbrauchsmenge der Beschichtungsmaterialplatten 101 und 102 bei der Ausbildung dünner Schichten verwendet.
In der 5 sind die Magnetfelder der Ausführungsform der Sputteranlage nach 1 dargestellt.
Gemäß 5 sind die erste Sputtereinheit 1 und die zweite Sputtereinheit 2 parallel so angeordnet, dass eine dünne Schicht auf dem ersten Beschichtungssubstrat 71 über eine zwischen der ersten Beschichtungsmateralplatte 10 und der zweiten Beschichtungsmaterialplatte 20 definierte Öffnung gebildet werden kann, und es kann eine dünne Schicht auf dem zweiten Beschichtungssubstrat 81 über eine zwischen der dritten Beschichtungsmaterialplatte 30 und der vierten Beschichtungsmaterialplatte 40 definierte Öffnung gebildet werden. Bei Verwendung der Öffnungen durch paralleles Anordnen der ersten Sputtereinheit 1 und der zweiten Sputtereinheit 2 kann die Effizienz von abgeschiedenem Material auf 100% erhöht werden. Da ferner ein Abscheideprozess gleichzeitig auf zwei Beschichtungssubstraten stattfinden kann, ist es möglich, den Aufbau der Anlage zu vereinfachen und eine Taktzeit zu verkürzen.
In der 6 sind Magnetfelder der Ausführungsform der Sputteranlage nach 2 dargestellt. Bei paralleler Anordnung zweier Sputtereinheiten (wie bei der Ausführungsform nach 1) wird die Magnetflussdichte in einem mittleren Bereich, in welchem die beiden Sputtereinheiten aneinander angrenzen, aufgrund eines angrenzenden Magneten erhöht, so dass auf der Oberfläche einer Beschichtungsmaterialplatte eine Verzerrung eines Magnetfelds auftreten kann. Um dieses Phänomen zu verhindern, muss deshalb die mechanische Größe eines Magneten oder die Stärke des Magnetismus angepasst werden.
Die 6 zeigt, dass die Ausführungsform der in 2 dargestellten Sputteranlage die Verzerrung des Magnetfelds, die an Kanten der ersten, zweiten, dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte 10, 20, 30 und 40 nach 5 auftreten kann, abschwächen kann. Sind die erste, zweite, dritte und vierte Beschichtungsmaterialplatte 10, 20, 30 und 40 um einen vorbestimmten Winkel geneigt angeordnet, so dass Außenkanten der ersten, zweiten, dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte 10, 20, 30 und 40 näher beieinander liegen können und die Anordnung und Größe von Magneten optimiert sind, lässt sich die Magnetflussdichte gemäß 6 erzielen.
In der 6 kann die Magnetflussdichte höher sein als die Magnetflussdichte von Ausführungsformen der Sputteranlage gemäß 4 und 5. Der Plasmabereich kann in einem Raum zusammengehalten sein, in dem die erste, zweite, dritte und vierte Beschichtungsmaterialplatte 10, 20, 30 und 40 der Sputteranlage einander zugewandt sind. Eine Beschichtungsmaterialplatten-Sputterausbeute kann erhöht werden, und die Beschichtungseffizienz kann gesteigert werden. Da Magnetflussdichten an Kanten der ersten, zweiten, dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte 10, 20, 30 und 40 erhöht sind, kann außerdem das Maß des Ausflusses, in dem die beschleunigten Teilchen aus dem Plasma herausfließen, minimiert werden.
Da ferner die Oberflächen der einander zugewandten ersten, zweiten, dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte 10, 20, 30 und 40 nicht parallel sind, liegt die Möglichkeit, dass hoch energetische Teilchen eine Auswirkung auf das erste und zweite Beschichtungssubstrat 71 und 81 haben könnten, bei nahezu 0%.
Die 7 zeigt eine graphische Darstellung, in der die Magnetfelder auf Oberflächen der Beschichtungsmaterialplatten der Sputteranlage gemäß 4 bis 6 abgebildet sind. Die 8 zeigt eine graphische Darstellung, in der die Magnetfelder in senkrechter Richtung zu Oberflächen von Beschichtungsmaterialplatten der Sputteranlage gemäß 4 bis 6 abgebildet sind. Die 9 zeigt eine graphische Darstellung, in der die Magnetfelder in horizontaler Richtung zu Oberflächen von Beschichtungsmaterialplatten der Sputteranlage gemäß 4 bis 6 abgebildet sind. Die 10 zeigt eine graphische Darstellung, in der die Magnetfelder in der Mitte von einander zugewandten Beschichtungsmaterialplatten der Ausführungsformen der Sputteranlage gemäß 5 und 6 abgebildet sind.
Die Ausführungsformen der Sputteranlagen, für welche gemessene Magnetfelder in den 7 bis 10 abgebildet sind, verwenden NbFeB-basierte Magneten. Eine mit „Einfach” bezeichnete Kurve entspricht der Vergleichsbeispielanlage nach 4, eine mit „Doppelt” bezeichnete Kurve gibt eine Sputteranlage mit einer Doppelstruktur entsprechend der Ausführungsform nach 5 an, und eine mit „Modifiziert” bezeichnete Kurve gibt eine Sputteranlage mit einer modifizierten Doppelstruktur entsprechend der Ausführungsform nach 6 an.
In der „modifizierten” Sputteranlage entsprechend der Ausführungsform nach 6 sind die Magnetfelder von an Außenkanten der Beschichtungsmaterialplatten angeordneten äußeren Magnetbereichen halb so groß wie Magnetfelder mittlerer Magnetbereiche, die über der Mitte der Beschichtungsmaterialplatten angeordnet sind, und sind optimiert.
Gemäß 7 ist die Größe von Magnetfeldern auf den Oberflächen der Beschichtungsmaterialplatten in der Sputteranlage mit der verbesserten Doppelstruktur gemäß der Ausführungsform nach 6 größer als die Größe von Magnetfeldern auf der Oberfläche der Beschichtungsmaterialplatten in der Sputteranlage nach 4. Dies ist teilweise darauf zurückzuführen, dass den Beschichtungsmaterialplatten Magneten hinzugefügt werden, wobei die Beschichtungsmaterialplatten um einen vorbestimmten Winkel geneigt angeordnet sind und die äußeren Magnetbereiche an den Außenkanten der näher zueinander liegenden Beschichtungsmaterialplatten angeordnet sind.
Die größeren Magnetfelder ergeben sich teilweise auch aufgrund einer magnetischen Jochplattenstruktur, welche die verwendeten Beschichtungsmaterialplatten umgibt, so dass die Größen von Magnetfeldern senkrechter Komponenten an den Außenkanten der Beschichtungsmaterialplatten vergrößert werden können. Selbst wenn die Beschichtungsmaterialplatten in der Sputteranlage mit der Doppelstruktur gemäß der Ausführungsform nach 5 nicht parallel angeordnet sind, ergibt sich eine optimierte Magnetanordnung, so dass Magnetfelder auf den Oberflächen der Beschichtungsmaterialplatte konstant gehalten werden können, und es kann ein Erosionsprofil der Beschichtungsmaterialplatten in sämtlichen Bereichen der Beschichtungsmaterialplatten erzeugt werden.
Da, mit Bezugnahme auf die 8, senkrechte Magnetfeldkomponenten der Beschichtungsmaterialplatten groß ausfallen, wird im Vergleich zu den Sputterausbeuten der Sputteranlage des Vergleichsbeispiels nach 4 und der Sputteranlage gemäß der Ausführungsform nach 5 eine Sputterausbeute der verbesserten Sputteranlage gemäß der Ausführungsform nach 6 erhöht. Dadurch wird eine erhöhte Beschichtungseffizienz erwartet.
Die 9 ist eine graphische Darstellung, die einen Vergleich von Magnetfeldern von Zielflächen in einer horizontalen Richtung gegenüber Magnetfeldern zeigt, die in den 4 bis 6 dargestellt sind. Im Gegensatz zu den Magnetfeldern in einer senkrechten Richtung zeigt die graphische Darstellung nach 9, dass die Magnetfelder in horizontaler Richtung keinen Unterschied machen.
Mit Bezugnahme auf die 10 ist ein Magnetfeld der Sputteranlage gemäß der Ausführungsform nach 6 größer als das Magnetfeld der Sputteranlage nach 5. Dies ist teilweise darauf zurückzuführen, dass die Beschichtungsmaterialplatten nicht parallel angeordnet sind, sondern näher zueinander angeordnet sind, und dass Magnete zusätzlich über der Mitte der Beschichtungsmaterialplatten angeordnet sind. Da Ionen im Plasma aufgrund eines starken Magnetfelds eingeschlossen werden können, können beschleunigte Ionen in einem Raum, in dem die Beschichtungsmaterialplatten einander zugewandt sind, konzentrierter auftreten. Von daher kann die Dichte von Plasma erhöht werden, und Ionen, die in Richtung eines Beschichtungssubstrates ausfließen, können isoliert werden.
Die 11 ist eine graphische Darstellung, die einen Einfallswinkel magnetischer Felder auf Beschichtungsmaterialplatten gemäß den Ausführungsformen der Sputteranlage nach den 1 und 2 in Abhängigkeit der Positionen der Beschichtungsmaterialplatten zeigt.
Liegt ein Einfallswinkel beschleunigter Teilchen während des Sputterns im Allgemeinen nahe 60°, wird die Sputterausbeute der Sputteranlage gesteigert. Gemäß 11 ist eine Sputterausbeute an Kanten der Beschichtungsmaterialplatten in der Sputteranlage des Vergleichsbeispiels nach 4 und in der Sputteranlage gemäß der Ausführungsform nach 5 hoch, so dass deshalb in diesen Anlagen eine ungleichmäßige Erosion stattfindet. Werden Magnete, die nahe den Kanten der Beschichtungsmaterialplatten angeordnet sind, hinter den Beschichtungsmaterialplatten angeordnet (nicht neben den Beschichtungsmaterialplatten), wird eine Erosionsrate in der Mitte der Beschichtungsmaterialplatten verbessert. Wird jedoch eine Magnetflussdichte an den Kanten der Beschichtungsmaterialplatten erhöht und zusätzlich Magnete über der Mitte der Beschichtungsmaterialplatten angeordnet, so kann ein Einfallswinkel des Magnetflusses in sämtlichen Bereichen der Beschichtungsmaterialplatten reduziert werden, so dass deshalb eine Erosion der Beschichtungsmaterialplatten gleichmäßig in sämtlichen Bereichen der Beschichtungsmaterialplatten auftreten kann.
Die 12 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Sputteranlage. Gemäß 12 besitzt die Ausführungsform der Sputteranlage einen ähnlichen Aufbau wie die Ausführungsform der in 2 gezeigten Sputteranlage. Allerdings besteht ein Unterschied zwischen 12 und 2 dahingehend, dass eine Vielzahl von ersten Substratträgereinheiten 70 und 73 parallel angeordnet sind und eine Vielzahl von zweiten Substratträgereinheiten 80 und 83 parallel angeordnet sind. Jede der ersten Substratträgereinheiten 70 und 73 sowie jede der zweiten Substratträgereinheiten 80 und 83 sind zu einer ersten Sputtereinheit 1 und einer zweiten Sputtereinheit 2 hin entlang einer Richtung des Pfeils A beweglich angeordnet.
Bei derartigen Ausführungsformen können nach der Durchführung eines Schichtbildungsvorgangs auf einem ersten Beschichtungssubstrat 71 bzw. einem zweiten Beschichtungssubstrat 81 die ersten Substratträgereinheiten 70 und 73 und die zweiten Substratträgereinheiten 80 und 83 derart bewegt werden, dass ein Schichtbildungsvorgang auf einer weiteren Gruppe von Beschichtungssubstraten durchgeführt werden kann, nämlich dem ersten Beschichtungssubstrat 72 bzw. dem zweiten Beschichtungssubstrat 82. Somit vermag die Ausführungsform der Sputteranlage nach 12 einen Schichtbildungsvorgang auf einer Vielzahl von Beschichtungssubstraten kontinuierlich durchzuführen und ist mithin für Massenproduktion geeignet.
Ausführungsformen der Sputteranlage sind nicht auf einen Aufbau beschränkt, bei dem die ersten Substratträgereinheiten 70 und 73 und die zweiten Substratträgerreinheiten 80 und 83 beweglich angeordnet sind. Andere Ausführungsformen können einen modifizierten Aufbau aufweisen. Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen die Vielzahl erster Substratträgereinheiten 70 und 73 parallel angeordnet sein, und die Vielzahl zweiter Substratträgereinheiten 80 und 83 kann parallel angeordnet sein, und es können die erste Sputtereinheit 1 und die zweite Sputtereinheit 2 beweglich zu den ersten Substratträgereinheiten 70 und 73 und den zweiten Substratträgereinheiten 80 und 83 entlang einer Richtung des Pfeils B angeordnet sein.
In derartigen Ausführungsformen können nach Beendigung des Schichtbildungsvorgangs auf dem ersten Beschichtungssubstrat 71 und dem zweiten Beschichtungssubstrat 81 die erste Sputtereinheit 1 und die zweite Sputtereinheit 2 zu den nächsten Beschichtungssubstraten hin bewegt werden, nämlich dem ersten Beschichtungssubstrat 72 und dem zweiten Beschichtungssubstrat 82, so dass auf dem ersten Beschichtungssubstrat 72 und dem zweiten Beschichtungssubstrat 82 kontinuierlich ein Schichtbildungsvorgang durchgeführt werden kann.
In einigen Ausführungsformen sind die erste Sputtereinheit 1 und die zweiten Sputtereinheit 2 nicht gleichzeitig in Betrieb. Es kann beispielsweise eine Spannung nur an die erste Sputtereinheit 1 angelegt werden und die Spannung an der zweiten Sputtereinheit 2 unterbrochen werden, so dass ein Schichtbildungsvorgang nur auf den ersten Beschichtungssubstraten 71 und 72 durchgeführt wird und die Effizienz des Anlagenbetriebs verbessert werden kann.
Herkömmliche Sputteranlagen besitzen einen Einzelaufbau unter Verwendung einer einseitig gerichteten Öffnung, und der Grad der Verwendung von Material der Beschichtungsmaterialplatten beträgt bei solchen Anlagen maximal ½. Vorliegend offenbarte Ausführungsformen der Sputteranlage verwenden in zwei Richtungen wirkende Öffnungen, so dass ein Grad der Materialverwendung der Beschichtungsmaterialplatten von nahezu 100% zu erwarten ist. Ferner lässt sich in derartigen Ausführungsformen ein Schichtbildungsvorgang gleichzeitig auf zwei Beschichtungssubstraten durchführen, so dass während der Anlagenkonstruktion eine Taktzeit auf etwa die Hälfte reduziert werden kann.
Einander zugewandte Beschichtungsmaterialplatten sind nicht parallel, sondern um einen vorbestimmten Winkel geneigt angeordnet, so dass die Beschichtungsmaterialplatten in den Öffnungen der Sputtereinheiten, die zu dem Beschichtungssubstrat hin ausgerichtet sind, näher beieinander liegen können, und es können die Magnetfelder an Außenkanten der Beschichtungsmaterialplatten vergrößert werden. Deshalb lässt sich der Plasmabereich in der Sputteranlage zusammenhalten, so dass eine Beschädigung des Beschichtungssubstrats verhindert wird. Folglich lassen sich eine anorganische Schicht und Elektroden ohne Beschädigung eines Substrats, auf das eine organische Schicht abgeschieden wird, oder dergleichen ausbilden.
Werden die einander zugewandten Beschichtungsmaterialplatten um einen vorbestimmten Winkel geneigt angeordnet, so dass Richtungen der Beschichtungsmaterialplatten auf die Mitte der Sputteranlage ausgerichtet werden können, können Teilchen hoher Energie, die von Oberflächen der Beschichtungsmaterialplatten zurückgeworfen werden, in der Sputteranlage zusammengehalten werden, so dass ein starker Aufprall auf der Oberfläche des Substrats verhindert und das Sputtern ohne Beschädigung durchgeführt werden kann.
Wenn die einander zugewandten Beschichtungsmaterialplatten um einen vorbestimmten Winkel geneigt angeordnet sind und die Anordnung von Magneten und die Größen von Magnetfeldern optimiert sind, findet ferner keine Verzerrung der Magnetfelder statt, und es kann eine Magnetflussdichte der Sputteranlage erhöht werden. Somit lässt sich die Dichte von Plasma erhöhen, und es kann eine herausragende Beschichtungseffizienz erzielt werden.
Die Sputteranlage gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist in der Lage, eine großflächige Beschichtung durchzuführen, ohne Beschädigung der Elektroden und einer anorganischen Schicht einer allgemeinen Flachbildschirmvorrichtung (FPD) und der Elektroden einer organischen Leuchtdiodenanzeigevorrichtung (OLED). Ein Beschichtungssubstrat wird nicht beschädigt, so dass Ausführungsformen der Sputteranlage für die Durchführung eines groß angelegten Dünnschichtkapselungsverfahrens für eine organische Elektrolumineszenz-Leuchtemissionsdisplay-Vorrichtung sowie beim Abscheiden einer Grenzschicht wie Al₂O₃, SiN_x oder dergleichen ohne Beschädigung Verwendung finden können.
In Ausführungsformen der Sputteranlage gemäß der vorliegenden Erfindung sind einander zugewandte Beschichtungsmaterialplatten aufweisende Sputtereinheiten parallel angeordnet, und es wird über Gaszufuhrrohre zwischen den Sputtereinheiten Gas einem von den Beschichtungsmaterialplatten ausgebildeten Raum zugeführt, so dass eine gleichmäßige Beschichtung auf einem Beschichtungssubstrat stattfinden kann. Die Dünnschichtabscheidung kann gleichzeitig auf zwei Beschichtungssubstraten über in beiden Seiten der Sputtereinheiten ausgebildete Öffnungen stattfinden. Ein Plasmabereich kann in einem Raum ausgebildet sein, in welchem die Beschichtungsmaterialplatten einander zugewandt sind, so dass Teilchen hoher Energie nicht mit dem Beschichtungssubstrat kollidieren können und eine Beschädigung des Beschichtungssubstrats weitgehend verringert werden kann.

Claims

Sputteranlage umfassend: eine erste Sputtereinheit (1) umfassend: eine erste Beschichtungsmaterialplatte (10), eine zweite Beschichtungsmaterialplatte (20), wobei die erste und zweite Beschichtungsmaterialplatte einander zugewandt sind, und jeweils einen Magnetfeldgenerator (35), der hinter jeder der ersten Beschichtungsmaterialplatte und der zweiten Beschichtungsmaterialplatte angeordnet ist und zur Erzeugung eines Magnetfelds ausgebildet ist, eine zweite Sputtereinheit (2) umfassend: eine dritte Beschichtungsmaterialplatte (30), die neben der ersten Beschichtungsmaterialplatte angeordnet ist, eine vierte Beschichtungsmaterialplatte (40), die neben der zweiten Beschichtungsmaterialplatte angeordnet ist, wobei die dritte und vierte Beschichtungsmaterialplatte einander zugewandt sind, jeweils einen Magnetfeldgenerator (35), der hinter jeder der dritten Beschichtungsmaterialplatte und der vierten Beschichtungsmaterialplatte angeordnet ist und zur Erzeugung eines Magnetfelds ausgebildet ist, ein erstes, zwischen der ersten und dritten Beschichtungsmaterialplatte (10, 30) angeordnetes Gaszufuhrrohr (50), das zum Entladen von Gas an die zweite und vierte Beschichtungsmaterialplatte (20, 40) ausgebildet ist, ein zweites, zwischen der zweiten und vierten Beschichtungsmaterialplatte angeordnetes Gaszufuhrrohr (60), das zum Entladen von Gas an die erste und dritte Beschichtungsmaterialplatte (10, 30) ausgebildet ist, eine erste Substratträgereinheit (70), die zum Tragen eines ersten Beschichtungssubstrats (71) ausgebildet ist und zu Außenkanten der ersten und zweiten Beschichtungsmaterialplatte ausgerichtet ist, und eine zweite Substratträgereinheit (80), die zum Tragen eines zweiten Beschichtungssubstrats (81) ausgebildet ist und zu Außenkanten der dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte ausgerichtet ist.
Sputteranlage nach Anspruch 1, wobei Außenkanten der ersten und zweiten Beschichtungsmaterialplatte (10, 20), die zur ersten Substratträgereinheit (70) ausgerichtet sind, näher beieinander liegen als die Innenkanten der ersten und zweiten Beschichtungsmaterialplatte, und Außenkanten der dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte (30, 40), die zur zweiten Substratträgereinheit (80) ausgerichtet sind, näher beieinander liegen als die Innenkanten der dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte.
Sputteranlage nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Außenkanten der ersten und zweiten Beschichtungsmaterialplatte (10, 20) um einen vorbestimmten Winkel geneigt sind und näher beieinander und zu der ersten Substratträgereinheit (70) liegen als Innenkanten, und die Außenkanten der dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte (30, 40) um einen vorbestimmten Winkel geneigt sind und näher zu der zweiten Substratträgereinheit (80) liegen als Innenkanten.
Sputteranlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Magnetfeldgenerator (35) einen äußeren Magnetbereich (31) aufweist, der hinter jeder der ersten, zweiten, dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte (10, 20, 30, 40) angeordnet ist.
Sputteranlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Magnetfeldgenerator (35) einen mittleren Magnetbereich (32) aufweist, der über einer Mitte einer Rückfläche jeder der ersten, zweiten, dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte (10, 20, 30, 40) angeordnet ist.
Sputteranlage nach Anspruch 5, wobei der äußere Magnetbereich (31) ein Magnetfeld erzeugt, das stärker ist, als ein durch den mittleren Magnetbereich (32) erzeugtes Magnetfeld.
Sputteranlage nach Anspruch 6, wobei der Magnetfeldgenerator (35) ferner eine Jochplatte (33) umfasst, die zur Ablenkung eines Magnetfelds ausgebildet ist und zwischen jeder der ersten, zweiten, dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte (10, 20, 30, 40) und den äußeren Magnetbereichen (31) angeordnet ist.
Sputteranlage nach Anspruch 7, wobei jede Jochplatte (33) eine Nut (33a) für den äußeren Magnetbereich aufweist, um die Beschichtungsmaterialplatte zu umgeben.
Sputteranlage nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei die Vorderflächen der ersten, zweiten, dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte (10, 20, 30, 40) mit einstellbaren Neigungswinkeln ausgebildet sind.
Sputteranlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, weiterhin umfassend Abschirmeinheiten (91), die vor Kanten jeder der ersten, zweiten, dritten und vierten Beschichtungsmaterialplatte (10, 20, 30, 40) angeordnet und zur Erzeugung einer Entladung an die jeweiligen Materialplatten ausgebildet sind.
Sputteranlage nach Anspruch 10, wobei jede der Abschirmeinheiten (91) dasselbe Material umfasst wie ein Material, das auf die ersten und zweiten Beschichtungssubstrate abgeschieden wird.
Sputteranlage nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Abschirmeinheiten und die erste, zweite, dritte und vierte Beschichtungsmaterialplatte (10, 20, 30, 40) mit mindestens einer aus einer Gleichstromspannung, einer Impulsgleichstromspannung und einer Hochfrequenzspannung ausgewählten Spannung beaufschlagt werden.
Sputteranlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, weiterhin umfassend eine Vielzahl von ersten Substratträgereinheiten (70, 73) sowie eine Vielzahl von zweiten Substratträgereinheiten (80, 83), die parallel angeordnet sind und die zu der ersten Sputtereinheit und der zweiten Sputtereinheit hin beweglich ausgebildet sind.
Sputteranlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, weiterhin umfassend eine erste Vielzahl von Substratträgereinheiten (70, 73) und eine zweite Vielzahl von Substratträgereinheiten (80, 83), die parallel angeordnet sind, und wobei die erste Sputtereinheit (1) und die zweiten Sputtereinheit (2) zu den aufeinanderfolgenden der ersten Vielzahl von Substratträgereinheiten und der zweiten Vielzahl von Substratträgereinheiten hin sequentiell beweglich ausgebildet sind.