TW201610195A - 用於可旋轉陰極之遮蔽裝置及可旋轉靶及用於遮蔽在沈積設備中的暗區區域之方法 - Google Patents

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Abstract

根據本揭露，一種遮蔽裝置(20)和一種方法係提供，此遮蔽裝置用於一可旋轉陰極，可旋轉陰極具有一可旋轉靶(10)，用以濺射材料於一基板上，此方法用於遮蔽一沈積設備中之一暗區區域。遮蔽裝置(20)包括一遮罩物(21)，配置以用以覆蓋可旋轉靶(10)之一部分；以及一固定物(80)，用以連接遮罩物(21)於可旋轉靶(10)。固定物(80)係配置以用以卡合於遮罩物(21)，以讓遮罩物於可旋轉靶之一軸方向中本質上膨脹遠離可旋轉靶(10)之中心。

Description

用於可旋轉陰極之遮蔽裝置及可旋轉靶及用於遮蔽在沈積設備中的暗區區域之方法
本揭露是有關於一種用於遮蔽一可旋轉陰極的裝置，特別是一種具有一遮罩物及一固定物之遮蔽裝置，以及一種用於遮蔽在一沈積設備中之一暗區區域的方法，固定物用於連接遮罩物於一可旋轉陰極。
在許多應用中，沈積薄層於基板上係有需要的。已知之用於沈積薄膜的技術特別是蒸鍍、化學氣相沈積及濺射沈積。舉例來說，濺射可使用來沈積薄層，薄層例如是金屬或陶瓷的薄層，金屬舉例為鋁。在濺射製程期間，藉由利用典型為在低壓之惰性處理氣體的離子轟擊靶的表面，塗佈材料係從將塗佈之材料的濺射靶傳送。離子係藉由處理氣體之電子衝擊電離(electron impact ionization)產生，且由在作為濺射陰極之靶及陽極之間的電壓差來加速。靶之轟擊係導致塗佈材料之原子或分子射出，而在基板上聚集成為沈積膜，基板係配置在相反於濺射陰極之處，例如是在濺射陰極之下方。
旋轉陰極一般係由濺射裝置之陰極驅動單元支撐。由於陰極之幾何形狀與設計，可旋轉靶一般係相較於平面靶具有較高利用與增加之操作時間。因此，可旋轉靶之使用一般係延長使用壽命及減少成本。在濺射期間，陰極驅動單元可旋轉地傳送運動(movement)至旋轉陰極。在提供旋轉陰極之縱向延伸例如是達約4 m且具代表性濺射裝置之數天之連續操作次數的情況下，陰極驅動單元之軸承一般係需要確實地支撐重的機械負載達長時間區段。
為了保護陰極主體而避免氣體放電與所產生之離子轟擊，暗室遮罩物可提供在陰極的驅動端和自由端。繞著陰極主體之驅動端的遮罩物應避免處理氣體放電而接觸驅動端。暗室遮罩物可固定於腔室牆上或驅動單元上，且可與固定表面電性絕緣。
從靶之邊緣濺射之材料可能導致不均勻沈積。為了促使沈積均勻，通常偏好擺置暗區遮罩物於相鄰靶之邊緣處。藉由遮蔽靶邊緣來避開電漿，暗區遮罩物係減少靶邊緣之濺射。
在濺射期間，沈積材料之膜係形成在於暗室遮罩物之表面上，在面對基板之暗室遮罩物表面之區域上。最後，通常在膜較厚之處的區域中所形成的膜開始破裂成碎片(chips)或破片(fragments)。如果產生之材料的破片係掉落在基板上，破片係阻隔在破片所掉落之基板的區域上之沈積而導致有缺陷之產品。因此，此種暗室遮罩物必需頻繁地更換，因而增加了濺射單元之維護成本。
再者，在反覆之熱循環期間，暗室或暗區遮罩物時常經歷熱膨脹。因此，例如是藉由提供縫隙或空的空間於暗區遮罩物和沈積設備之其他特徵之間，暗室或暗區遮罩物往往係配置而提供熱膨脹在縱向及橫向公差。
由於在熱膨脹期間之暗區遮罩物之尺寸變化，縫隙或空的空間可能在不需要的位置形成，而可能例如是減少一靶之可用空間，此靶係用於從靶濺射材料到基板上。
因此，對於改善遮蔽沈積設備之暗區的裝置及方法係有持續之需求。
有鑑於上述，根據一方面，一種用於一可旋轉陰極之遮蔽裝置係提供，可旋轉陰極具有一可旋轉靶，用以濺射材料於一基板上。遮蔽裝置包括：一遮罩物，配置以用以覆蓋可旋轉靶之一部分；以及一固定物，用以連接遮罩物於可旋轉靶。固定物係配置以用以卡合於遮罩物，以讓遮罩物於可旋轉靶之一軸方向中本質上膨脹遠離可旋轉靶之中心。
再者，根據另一方面，一種用於一可旋轉陰極之遮蔽裝置係提供，可旋轉陰極具有一可旋轉靶，用以濺射材料於一基板上。遮蔽裝置包括：一遮罩物，配置以用以覆蓋可旋轉靶之一部分；以及一固定物，用以連接遮罩物於可旋轉靶。固定物係配置以懸掛遮罩物，以讓遮罩物於可旋轉靶之一軸方向中本質上膨脹遠離可旋轉靶之中心。
再者，一種方法係提供來用於在一沈積設備之操作期間遮蔽在沈積設備中之一暗區區域。此方法係提供一固定物，用於連接沈積設備之一可旋轉靶於一遮罩物，以及組設數個部件在一起，其中形成遮罩物來覆蓋可旋轉靶之一部分，以遮蔽在沈積設備中之暗區區域。遮罩物係組設以卡合於可旋轉靶，使得在沈積設備之操作期間，遮罩物於可旋轉靶之一軸方向中本質上膨脹遠離可旋轉靶之中心。
再者，一種方法係提供來用於在一沈積設備之操作期間遮蔽在沈積設備中之一暗區區域。此方法係提供一固定物，用於連接沈積設備之一可旋轉靶於一遮罩物，以及組設數個部件在一起，其中形成遮罩物來覆蓋可旋轉靶之一部分，以遮蔽在沈積設備中之暗區區域。遮罩物係組設以由可旋轉靶懸掛，使得在沈積設備之操作期間，遮罩物於可旋轉靶之一軸方向中本質上膨脹遠離可旋轉靶之中心。
本揭露之其他方面、優點及特性係藉由附屬申請專利範圍、說明及所附圖式更為清楚。為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
詳細的參照將以各種實施例來達成，實施例的一或多個例子係繪示在各圖式中。各例子係藉由說明的方式提供且不意味為一限制。舉例來說，所說明或敘述而做為一實施例之部分之特性可用於其他實施例或與其他實施例結合，以取得再其他之實施例。此意指本揭露包括此些調整及變化。
本揭露之實施例係有關於具有代表性例子之奈米製造科技解決方案，奈米製造科技解決方案含括用於沈積薄膜和塗佈之裝備、製程及材料，代表性例子包括(但不以此為限)數種應用，包含：半導體和介電材料及裝置、矽基晶圓、平板顯示器(例如是薄膜電晶體(TFTs))、遮罩及過濾器、能量轉換和儲存(例如是光電電池、燃料電池、及電池(batteries))、固態照明(例如是發光二極(LEDs))、磁性及光學儲存、微機電系統(MEMS)及奈米機電系統(NEMS)、微光學及光電裝置、建築與汽車玻璃、用於金屬及聚合物箔之金屬化系統與封裝、以及微米及奈米模具。
濺射係因為有能量的粒子轟擊靶而原子從一固態靶材料射出之製程。塗佈基板之製程一般意指薄膜應用。名稱「塗佈(coating)」及名稱「沈積(depositing)」係於此可交替地使用。「濺射裝置(sputtering installation)」及「沈積設備(deposition apparatus)」係於此可交替地使用且應意指使用濺射來沈積靶材料於一基板上，沈積於基板上之靶材料一般係為薄膜。
一般來說，靶材料包括(但不限於此)純金屬、金屬合金、半導體材料、及介電材料，純金屬例如是鋁(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)及金，金屬合金例如是鋁鈮(AlNb)合金或鋁鎳(AlNi)合金，半導體材料例如是矽(Si)，介電材料例如是氮化物、碳化物、鈦酸鹽、矽酸鹽、鋁酸鹽及氧化物，氧化物舉例為透明導電氧化物(transparent conducting oxides，TCO)，透明導電氧化物例如是摻雜雜質ZnO，舉例為ZnO:Al、AlZnO、In2 O3 、SnO2 以及CdO，與錫(Sn)摻雜In2 O3 (ITO)和氟(F)摻雜SnO2 。氧化物、氮化物、氮氧化物及類似物可亦藉由反應式濺射來進行沈積，其中靶材料係與處理氣體中之反應氣體反應。
此處所使用之名稱「基板(substrate)」應意指不可撓性基板及可撓性基板，不可撓性基板例如是晶圓或玻璃板，可撓性基板例如是軟質基材(web)或箔。
此處所使用之名稱「暗區遮罩物(dark space shield)」應意指一般避免陰極之不需要的部分進行濺射之遮罩物。名稱「暗區遮罩物(dark space shield)」和「暗室遮罩物(dark room shield)」於此可交替地使用。
第1圖繪示為代表性剖面之用於濺射材料於基板上之沈積設備之區域100的示意圖，代表性剖面係沿著平行於旋轉軸50之一方向，旋轉軸50係由可旋轉靶10定義。區域100包括驅動單元30及遮蔽裝置20，驅動單元30用以旋轉可旋轉靶10，遮蔽裝置20連接於可旋轉靶10，用以覆蓋可旋轉靶10之至少一部分。在沈積設備之操作期間，可旋轉靶可繞著旋轉軸50旋轉。
根據此處之數個實施例，遮蔽裝置20之遮罩物21可覆蓋可旋轉靶10之一部分，例如是舉例為可旋轉靶10之底端15。可旋轉靶10之底端15可定義為連接於驅動單元30之可旋轉靶10之端。在濺射設備之操作期間，可旋轉靶10之中間區段16可使用來沈積材料於基板上。名稱「中間區段(middle section)」及名稱「未覆蓋區段(uncovered section)」係於此可交替地使用。可旋轉靶10之頂端17可由遮蔽裝置(未繪示於圖式中)覆蓋，以例如是避免電場累積所導致之氣體放電。
就這一點而言，例如是「頂(top)」、「底(bottom)」、「上面(upper)」、「下面(lower)」、「上方(above)」、「下方(below)」、「上(on)」等之方向專門用語係參照旋轉軸50之方向使用。此處使用之名稱「軸方向(axial direction)」係意欲說明平行於旋轉軸50之方向。同樣地，此處使用之名稱「徑向方向(radial direction)」係意欲說明正交於旋轉軸50且指離旋轉軸50之方向。同樣地，此處使用之名稱「軸距離(axial distance)」係意欲說明在旋轉軸50之方向中的距離。此處使用之名稱「軸延伸(axial extension)」係意欲說明在旋轉軸50之方向中的延伸。
第2圖繪示第1圖中所示之用於沈積材料於基板上之沈積設備之區域100的局部60的示意圖。特別是，根據此處實施例之遮蔽裝置20係繪示成繞著可旋轉靶10之驅動端組設。
遮蔽裝置20之遮罩物21包括第一區段26和第二區段27。第一區段可說明成於可旋轉靶對驅動器之貼附點之上方，在靶之軸方向中覆蓋可旋轉靶之一部分的遮罩物之區段。第二區段可說明成在可旋轉靶對驅動器之貼附點，於靶之軸方向中覆蓋可旋轉靶之一部分的遮罩物之區段，且在可旋轉靶對驅動器之貼附點之下方，第二區段可選擇性在軸方向中延伸。
根據此處之實施例，遮罩物21之第一區段26的直徑可小於遮罩物21之第二區段27的直徑。遮罩物21之第一區段26的直徑可本質上相同於可旋轉靶10之直徑。根據此處之實施例，可旋轉靶10之直徑可定義為直接在遮蔽裝置20之遮罩物21之上方之可旋轉靶10之此部分的直徑。在沈積設備之操作期間，在軸方向中，平行於直接在遮罩物21之上方的旋轉軸50之可旋轉靶10之此部分可使用來沈積材料於基板上。
如第2圖中所示，根據此處之實施例，用於連接遮罩物21於可旋轉靶10之固定物80可在遮罩物21之第一區段26中連接於遮罩物21。特別是，用以卡合於遮罩物21之固定物80可在遮罩物21之內周緣連接於遮罩物21。根據可與此處所述其他實施例結合之一些實施例，固定物可藉由固定元件卡合於遮罩物，及/或固定物可配置以懸掛遮罩物於此處所述之固定物，固定元件像是一或多個螺絲或類似物。
根據此處之實施例，用以穩定及/或導引遮罩物之導引裝置90可貼附於沈積設備之驅動器。導引裝置90可由遮罩物21之第二區段27覆蓋。導引裝置可徑向地集中遮罩物。
第3圖繪示第1圖中所示之用於沈積材料於基板上之沈積設備之區域100的局部60的爆炸圖。根據可與此處所述其他實施例結合之數個實施例，遮罩物可包括一或多個凹口(notches)、溝槽(trenches)、通道(channels)、或凹陷部(hollows)，沿著暗室之遮罩物21的徑向內周緣形成。凹口22可位於遮罩物之一軸位置，此軸位置係在遮罩物21之頂端的50%或更少中、特別是20%或更少中。根據此處之實施例，凹口22可包括突出物(overhang)或突狀物(protrusion)23，用以穩固地連接固定物80與遮罩物21彼此。
根據此處之實施例，凹口22可調整尺寸，以容納固定物80之至少一部分，使得遮罩物21可藉由固定物80連接於可旋轉靶10。於此處之實施例中，例如是聚醚醚酮(PEEK)環之固定物80可夾持可旋轉靶10。
根據此處之實施例，可旋轉靶10可包括沿著可旋轉靶10之的外周緣形成之一或多個凹口、溝槽、通道、或凹陷部，適用於容納固定物80。凹口於下文可意指第一凹口11。第一凹口11可位於可旋轉靶10之驅動端，以在沈積設備之操作期間藉由遮蔽裝置20之遮罩物21覆蓋。
根據此處之實施例，可旋轉靶10可包括凹部(recessed portion)或凹口。亦於下文意指第二凹口12之凹部或凹口可適用於容納遮蔽裝置20，使得當遮蔽裝置20係固定於可旋轉靶10時，應用於沈積製程中之可旋轉靶10之外表面與遮罩物21之頂端之外表面係在相同平面中(見第2圖中所示之平面70)。
根據此處所述實施例，適用於容納固定物之第一凹口11可位於第二凹口12中，固定物係連接遮罩物於可旋轉靶。在沈積設備之操作期間，固定物本身可由遮罩物覆蓋。
根據此處之實施例，可覆蓋靶之一部分的遮蔽裝置係提供，靶之一部分例如舉例為可旋轉靶之一部分。遮蔽裝置可包括遮罩物和固定物，固定物用以連接遮罩物於靶。固定物可配置以讓遮罩物於靶之一軸方向(見第2圖中之箭頭25)中本質上膨脹遠離靶之中心。此處所使用之「本質上(essentially)」以說明遮罩物之軸膨脹係理解為大部分之遮罩物可於靶之軸方向中膨脹遠離靶之中心(見第1圖中之參考編號13)的意思。舉例來說，遮罩物之50%或更多，特別是在70%或更多內可於靶之軸方向中膨脹遠離靶之中心。
遮罩物可在遮罩物之軸位置可連接於固定物，軸位置係在遮罩物之頂端之50%或更少中，特別是20%或更少中。遮罩物之頂端可定義為最靠近可旋轉靶之中心的遮罩物之端。或者，遮罩物之頂端可定義為在遮罩物之軸方向中，相反於面對驅動單元之遮罩物之端的遮罩物之端。根據此處之實施例，遮罩物之重心可在遮罩物對可旋轉靶之貼附點之下方。舉例來說，當遮罩物係圍繞靶之一部分配置時，遮罩物之重心可在固定物之下方，固定物用以連接遮罩物於靶。
為了連接固定物及遮罩物彼此，遮罩物可包括特定之貼附位置，特定之貼附位置係位在遮罩物之頂端的50%或更少中，特別是20%或更少中。舉例來說，遮罩物可包括凹口。凹口可位於遮罩物之內周緣上，使得當遮罩物係圍繞靶裝設，凹口係面對靶。根據此處之實施例，凹口可部分地或完全地沿著遮罩物之內周緣延伸。
名稱「凹口(notch)」及名稱「通道(channel)」於此係可交替地使用。遮罩物之凹口或凹口之至少部分可包括底區域，底區域由各側之側牆所包圍。於此處之實施例中，側牆之至少一者可包括突出物結構或突狀物，至少沿著部分之側牆延伸，用以維持固定物於預設位置。
根據此處之實施例，遮蔽裝置之固定物可適用於從靶懸掛或懸吊遮罩物，靶例如是旋轉靶。名稱「懸掛(hanging)」或「懸吊(suspending)」於此係可交替地使用。如此處所述之懸掛或懸吊遮罩物一般係意指，當遮罩物係連接於可旋轉靶而用以覆蓋可旋轉靶之一部分時，遮罩物本質上係不從固定物之下方支撐。在熱循環期間，此可讓遮罩物從貼附點朝向固定物(例如是見第2圖)往下膨脹。遮罩物可從靶之中心於軸方向中膨脹遠離且朝向靶之驅動端。遮罩物之膨脹可因而控制且朝向預定方向。由於重力之影響，在此處所述之實施例中，遮罩物可本質上在單一方向中朝向地球表面膨脹。根據可與此處所述其他實施例結合之一些實施例，固定物及/或導引裝置可包括絕緣材料。此絕緣材料可選擇性包括熱阻塑膠。熱阻塑膠可改善在濺射沈積腔室中之使用。
根據實施例之遮蔽裝置可更包括導引裝置，用以在垂直或輻射(radial)於遮罩物之軸向之方向中導引及穩定遮罩物。導引裝置可穩定遮罩物而避免在離開遮罩物之旋轉軸的方向中移動。根據此處之實施例，導引裝置可適用於連接沈積設備之驅動器。
導引裝置可包括一或多個摩擦力減少部，位於對遮罩物之接觸點處。此一或多個摩擦力減少部可與遮罩物一起可移動的。根據此處之實施例，摩擦力減少部可獨立於導引裝置之剩餘部分可移動的。舉例來說，摩擦力減少部可為一或多個滾軸。根據此處之實施例，遮罩物可選擇性或額外地包括摩擦力減少部，位在對導引裝置之接觸點處。
遮罩物一般係與可旋轉靶電性絕緣。舉例來說，至少固定物及導引裝置與遮罩物之接觸表面可以絕緣材料製成。絕緣材料可例如是熱阻塑膠，例如是聚醚醚酮(polyether ether ketone，PEEK)。
根據此處之實施例，可旋轉靶可包括特定之貼附位置，用以經由固定物連接遮罩物於可旋轉靶。舉例來說，貼附位置可為第一凹口，沿著靶之外周緣延伸。第一凹口可部分地或完全地沿著靶之外周緣延伸。固定物可舉例以形狀配合(form-fit)或嵌合(snap-fit)貼附於可旋轉靶而包括定位和鎖固特性(限制特性)。
可旋轉靶可包括凹部或第二凹口。可旋轉靶之凹部或第二凹口可適用於提供空間或縫隙，用以容置遮蔽裝置。此空間或縫隙係採用，使得遮罩物與可旋轉靶之表面係本質上共平面，可旋轉靶係使用於沈積材料於基板上。
根據此處之實施例，在遮罩物和可旋轉靶之間的接合(junction)可形成本質上平面或齊平過度區域(flush transition region)。直接位於遮蔽裝置的遮罩物之頂端的上方之可旋轉靶之此區段與遮蔽裝置之遮罩物之頂端可在相同平面。在沈積設備的操作期間，此係確保材料均勻沈積於基板上。
根據此處之實施例，可旋轉靶之第一凹口可位於可旋轉靶之第二凹口或凹部中，可旋轉靶之第一凹口用以連接遮蔽裝置之固定物於其。
繪示於圖式中之遮蔽裝置20可包括分段暗區之遮罩物21，適用於和可旋轉靶10一起旋轉。舉例來說，分段暗區之遮罩物可分成兩個區段(此處亦稱為「部件(parts)」)。此處所使用之名稱「分段(segmented)」意欲說明由許多部件組設在一起之暗區遮罩物。名稱「分段」、「多個部件(multi-part)」、及「分成許多部件(in several parts)」係於此同時使用。一般來說，遮罩物具有不平坦表面，代表性為RZ 25與RZ 70之間之粗糙度。
暗區遮罩物可分段為可組設在一起之數個區段。當遮罩物例如是藉由使用牢固裝置(securing device)固定於靶時，此至少兩個部件可固定在一起，牢固裝置例如是緊固件。此些區段可為分開之片段，或者此些區段可藉由例如是鉸鏈(hinge)或接頭(joint)連結在一起。特別是，鉸鏈或接頭可位於相對於徑方向之此些區段之內側上。
暗區遮罩物包括數個部件之情況中，暗區遮罩物可輕易地配置在可旋轉靶之至少一部分的上方，且可固定於其。一片式遮罩物會必需擺置在靶之上方，以配置成位於靶之至少一部分的上方。既然靶可具有實質上長達數公尺之長度，且既然靶材料可輕易地受與遮罩物接觸影響，維護工作可本質上藉由使用此處所述之數個部件之遮罩物來減少。根據數個實施例，遮罩物或其之至少數個部件可以與可旋轉靶同中心之方式組設。
此處使用之名稱「可旋轉靶(rotatable target)」應意指適用於可旋轉地固定於濺射裝置之任何陰極組件。一般來說，可旋轉靶包括適用於濺射之靶結構。此處使用之名稱「可旋轉靶」應特別是意指磁增強陰極組件，在磁增強陰極組件中，組件係以額外之內部磁性單元增強，以改善濺射，內部磁性單元例如是永久磁鐵。
可旋轉靶可以靶材料製成中空圓柱主體，可旋轉靶在下文中亦意指可旋轉濺射陰極或旋轉陰極。此些旋轉靶亦意指整體(monolithic)靶，且可以由靶材料鑄造或燒結(sintering)之方式製造。
非整體之可旋轉靶一般包括圓柱可旋轉管，具有靶材料層塗佈於其之外表面，圓柱可旋轉管例如是背襯管。在製造此種可旋轉濺射陰極中，靶材料可例如是藉由噴塗、或鑄造或等力加壓(isostatic pressing)之方式提供於背襯管之外表面上。或者，靶材料之中空圓柱可配置於背襯管上且以例如是銦接合於背襯管來形成旋轉陰極，靶材料之中空圓柱可亦意指靶管。根據再其他選擇，非接合之靶圓柱可從背襯管徑向地向外設置。
為了取得增加之沈積率，磁增強陰極之使用係已經提出。此可亦意指磁控濺射(magnetron sputtering)。可包括磁鐵陣列之磁性單元可配置於濺射陰極之內側，例如是在背襯管之內側或在整體靶之內側，且可提供用以磁增強濺射之磁場。陰極一般係繞著其之縱軸可旋轉，使得陰極可相對於磁性單元旋轉。此處在內文中使用之可旋轉靶或陰極的名稱「端(end)」或「邊緣(edge)」應意指，於陰極或靶之軸方向中之端或邊緣。一般來說，靶或陰極之外剖面係為圓形，具有例如是8 cm及30 cm之間的直徑，而靶或陰極之長度可為數公尺，例如是長達0.3 m或甚至長達4 m。
在操作期間，因為電場累積之故，電性非屏蔽(non-screen)之陰極可能在陰極邊緣面臨氣體放電(電弧)。此放電係不需要的。相鄰於陰極端之氣體放電的區域係稱為「暗室(dark room)」。根據此處所述之實施例，暗室遮罩物可配置，以覆蓋陰極之一端或兩端。
根據此處之實施例，為了避免氣體放電於陰極之驅動端上，遮罩物係提供而用於屏蔽靶之暗室區域。遮罩物一般係以絕緣體製成。在濺射製程期間，藉由非旋轉之遮罩物屏蔽的靶可能只在暗室遮罩物之一側上遭受到材料沈積。在暗室遮罩物表面上形成之膜可能在數個沈積週期後形成破片且材料粒子可能釋放而可能沈積在基板的表面上，因而濺射材料沈積於基板上係被遮蔽且導致產品有瑕疵。前述之材料粒子一般可能堆積且汙染沈積設備。
藉由此處所述之與靶一起旋轉的暗室遮罩物，暗室遮罩物的表面係暴露於材料沈積。材料層係以均勻方式沈積而在整個暗室遮罩物之表面形成膜。此係意味膜可在變成破片之前沈積較長的時間區段，而減少膜的破片掉落到基板上的可能性。相較於提供非旋轉之暗室遮罩物，基板與沈積設備之汙染的風險、維護時間及成本可因此減少。
根據數個實施例，數個區段可為數個圓柱區段，當此些圓柱區段係組設在一起時係形成圓柱形之遮罩物。一般來說，兩個區段係提供而各覆蓋圓柱圓周之180°。根據其他實施例，如例如是第6圖中所示，遮罩物21可自三個區段24組設，其中各區段覆蓋圓柱之120°。
遮罩物可以分段(piecewise)方式可旋轉對稱。遮罩物之此至少兩部件係圓柱區段部件，覆蓋例如是圓周之180°或120°。組設在一起之此些部件係形成圓柱，從在此些部件之間的交界處分離之圓柱可為可旋轉對稱。根據本揭露，如果一部件係稱作「可旋轉對稱(rotational symmetry)」時，表面係在此部件轉動之後相同。旋轉係相對於旋轉之中心進行，在圓柱區段之情況中，旋轉之中心係為圓柱之中心。覆蓋360°/n(例如是n=2或n=3)之圓柱區段可因此旋轉任何高達360°/n的角度，且表面係相同的。名稱表面特別是包括在徑向外周長上的表面。不限於此處之任何特定實施例，遮罩物可包括多於三個部件，例如是四個、六個或更多部分，此些部件組設在一起係覆蓋圓柱之360°。
可旋轉對稱之圓柱區段的剖面圖係繪示於第7圖中。覆蓋圓柱之180°的遮罩物部件或區段24具有中心26。繪示的箭頭25應說明此部件可旋轉180°且特別是徑向外表面之表面係相同的。
特別是，根據此處所述之實施例，遮罩物區段可不具有孔，例如是用以容納螺絲或栓或相似物。孔會讓遮罩物部件可旋轉非對稱。在已知之遮罩物中，孔係提供來組設遮罩物於其他元件。然而，任何在遮罩物中之可旋轉非對稱形狀係在濺射期間干擾電場。此反而減少已塗佈基板上之層的均勻性。
此外，孔係提供以讓螺絲或相似物插入。因此，為了解除遮罩物之組設與固定而例如是進行維修，鬆開螺絲係必要的。此係耗費時間，特別是因為螺絲頭在濺射期間係進行塗佈，且為了解除遮罩物之組設與固定，首先必需從螺絲頭移除塗佈，且接著鬆開螺絲。
因此，提供不具有任何之可旋轉不對稱元件之可旋轉對稱之遮罩物不僅係改善塗佈品質，且亦減少維護工作及成本，可旋轉不對稱元件例如是孔。
根據可與此處所述其他實施例結合之特定實施例，可旋轉靶可包括頂遮罩物。頂遮罩物係位於可旋轉靶之頂端。名稱「頂端(top end)」應理解為在靶之軸方向中，靶之此端係相反於連接至驅動器之端(於此稱作可旋轉靶之「驅動端(drive end)」)。頂遮罩物係適用於與可旋轉靶一起旋轉。類似於驅動端遮罩物，頂遮罩物或其之至少數個部件可與可旋轉靶同心地組設。
在沈積腔室之反覆的熱循環期間，暗室或暗區遮罩物時常經歷熱膨脹。因此，連接於遮罩物於旋轉靶之固定物或元件可採用，以在不修理旋轉靶之情況下，有助於此種反覆的熱膨脹。
在此領域中，遮罩物可貼附於陰極驅動器，以覆蓋可旋轉靶之驅動端。驅動器支撐遮罩物及旋轉靶。在此種情況中，遮罩物係在靶之軸方向中膨脹遠離支撐之驅動器且朝向旋轉靶之中心膨脹。因此，大空間或縫隙可提供於在驅動端之遮罩物和旋轉靶之間，以讓遮罩物進行熱膨脹。此些空間可減少用於沈積材料於基板上之靶的表面積。
第4圖繪示根據實施例之用以連接暗區遮罩物於可旋轉靶之遮蔽裝置之一部分的示意圖。特別是，第4圖係繪示在第2圖中所示之實施例的局部61之放大圖。固定物80可連接於可旋轉靶10之第一凹口11。根據此處之實施例，第一凹口11可例如是銑(milled)至可旋轉靶內。
根據此處之實施例，固定物80可包括鉤狀部，鉤狀部係插入遮罩物21之凹口22中。遮罩物21可懸吊或懸掛在鉤狀部。
在此處之實施例中，突出物結構或突狀物23可擋住位於凹口22內側之固定物80。舉例來說，突出物結構或突狀物23可在遮罩物21之軸方向中朝向遮罩物21之底端延伸。根據此處之實施例，突出物結構或突狀物23可位於凹口22之邊緣，特別是最接近遮罩物21之頂端的凹口22的邊緣。
根據此處之實施例，固定物80可配置，使得遮罩物係與可旋轉靶相隔從1.5 mm至4.5 mm之距離，例如是約3 mm ± 0.5 mm。既然遮罩物21可懸掛或懸吊在固定物80，在熱循環進行期間，遮罩物和可旋轉靶之間的縫隙或距離40、41可本質上保持固定。特別是，在熱循環期間，因適用於懸掛遮罩物21之特定之固定物80之故，在軸方向中之遮罩物21之頂端和可旋轉靶10之間的縫隙或距離40可本質上保持固定，此特定之固定物80係讓遮罩物21在熱循環期間從可旋轉靶之中心本質上向下膨脹。有利的是，在用於沈積材料於基板上之沈積設備的操作期間，所使用之可旋轉靶之表面的延伸係本質上保持固定而可確保沈積於基板上之材料層的均勻性。
第5圖繪示根據實施例之遮蔽裝置之其他部分的示意圖，遮蔽裝置之其他部分用以連接暗區遮罩物於可旋轉靶。第5圖繪示如第2圖中所示之實施例的局部62之放大圖。特別是，第5圖繪示遮蔽裝置20之底部件。根據此處之實施例，在沈積設備之操作期間，遮蔽裝置20之遮罩物21之底部分可適用於覆蓋可旋轉靶10之底端。可旋轉靶10之底端可包括可旋轉靶之連接於沈積設備之驅動器的部分。
在此處之實施例中，遮蔽裝置20之遮罩物21可與可旋轉靶在一方向中分隔距離41，此方向係垂直於可旋轉靶之軸方向，此距離41可本質上在沈積設備之熱循環操作期間保持固定。根據數個實施例，在可旋轉靶與遮罩物21之間的縫隙或距離41可從1.5 mm至4.5 mm，例如是約3 mm ± 0.5 mm。
根據此處之實施例，遮蔽裝置20可包括導引裝置90，用以穩定遮蔽裝置20之遮罩物21之底端。導引裝置可在一方向中穩定遮罩物21，此方向係垂直於遮罩物之軸方向或者此方向係在自可旋轉靶之徑向方向中。
導引裝置可適用於連接於沈積設備之驅動器。於此處之實施例中，導引裝置可包括摩擦力減少部，位於與遮蔽裝置20之遮罩物21之接觸點。舉例來說，摩擦力減少部可為一可移動部。在沈積設備的操作期間，摩擦力減少部之可移動部可適用於與遮罩物21一起可移動的。
遮蔽裝置20的導引裝置90及遮罩物21可配置，使得空間或縫隙42係在導引裝置90及遮罩物21之間的軸方向中形成。在沈積設備之熱循環操作期間，縫隙42可適用於讓遮罩物自由地從可旋轉靶之中心向下膨脹。根據此處之實施例，相較於遮罩物處於非膨脹狀態來說，當遮罩物21係處於膨脹狀態時，縫隙42可較小。
第8圖繪示根據實施例之沿著旋轉軸50之濺射裝置200之剖面圖。濺射裝置200一般包括處理腔室220，處理腔室220係由牆231及232形成。根據典型之實施例，陰極、靶、或背襯管的旋轉軸50係本質上平行於牆231，其中陰極之插入式(drop-in)配置係實現。
根據數個實施例，至少一端塊101係固定於處理腔室220中，端塊101可包括驅動器，用以旋轉可旋轉靶。底主體110一般係經絕緣板116固定於處理腔室220之蓋(flap)或門230。在濺射期間，蓋或門230係關閉。因此，底主體110一般係在濺射期間係靜止的，至少是非可旋轉的。或者，外殼125可直接緊固於處理腔室220之牆231。
根據數個實施例，旋轉驅動器150係藉由固定支撐件152配置於處理腔室220之外側，旋轉驅動器150一般係為電性驅動器。然而，旋轉驅動器150可亦置放於外殼125中。一般來說，在濺射期間，旋轉驅動器150係經由其之馬達軸154、連接於其之小齒輪(pinion)153及鍊子或齒狀皮帶(未繪示)驅動可旋轉靶10，鍊子或齒狀皮帶係環繞小齒輪153及齒輪(gear-wheel)151，齒輪151係貼附於轉子122之軸承殼123。
一般來說，冷卻劑供應管134及/或電性供應線係從冷卻劑供應與排出單元130及/或電性供應單元經由外殼125提供至處理腔室220之外側。
可旋轉靶10一般係由端塊101支撐。此外，可旋轉靶10可更在其之頂端被支撐。根據此處之實施例，在更詳細之相關前述圖式中的遮蔽裝置20可覆蓋可旋轉靶10之至少一部分。遮蔽裝置可於可旋轉靶10之旋轉軸50之軸方向中延伸，且覆蓋可旋轉靶10與端塊101之接合的至少一部分。
根據此處之實施例，可旋轉靶10可沿著旋轉軸50固定於端塊之靶凸緣121。根據數個實施例，靶凸緣121及可旋轉靶10係彼此共軸。遮蔽裝置20沿著軸方向可延伸至靶之旋轉軸50，以覆蓋靶凸緣121之至少一部分。
可旋轉靶10可使用環狀夾來安裝於靶凸緣121之上部，環狀夾係抵壓可旋轉靶10於靶凸緣121。O形環密封件可分別配置於靶凸緣121和背襯管和可旋轉靶10之接合部之間。因此，可旋轉靶10可為真空緊密固定於靶凸緣121。
根據數個實施例，可旋轉靶10可真空緊密固定於靶凸緣121之上部，以例如是避免流體洩漏至低壓處理腔室。此部分一般係藉由環狀密封(未繪示)來達成。
在濺射期間，為了讓可旋轉靶10做為一陰極，用於可旋轉靶10的至少一電供應器(未繪示)可亦藉由靶凸緣121提供。
根據可與此處所述其他實施例結合之數個實施例，靶凸緣及軸承殼可以導電材料製成，導電材料例如是鋼。於此些實施例中，電流可從電流收集板經由軸承殼和靶凸緣流至可旋轉靶。
根據可與此處所述其他實施例結合之數個實施例，靶凸緣可適用於機械式支撐可旋轉靶。此外，用於靶管之冷卻劑及電源供應可藉由靶凸緣提供。
第9圖係繪示如第8圖中所示之濺射裝置200之示意圖。第9圖之剖面圖係正交於第8圖之剖面圖。根據一實施例，濺射裝置200具有真空處理腔室220，真空處理腔室220包括氣體入口201，用以提供例如是氬之處理氣體至真空處理腔室220。真空處理腔室220更包括基板支撐件202及設置於基板支撐件202上之基板203。再者，真空處理腔室220包括可旋轉靶10。
高電壓差可提供於作為陰極之可旋轉靶10與作為陽極之基板支撐件202之間。電漿一般係藉由例如是氬原子之加速電子的衝擊電離來形成。形成之氬離子係在可旋轉靶10之方向中加速，使得通常為可旋轉靶10之粒子係濺射且接續地沈積於基板203上，粒子通常係為原子。
於數個實施例中，其他適合之氣體可使用以產生電漿，其他適合之氣體舉例為其他惰性氣體或反應氣體，惰性氣體例如是氪，反應氣體例如是氧或氮。根據可與此處所述其他實施例結合之典型實施例，在電漿區域中的壓力可為約10-4 mbar至約10-2 mbar，代表性約10-3 mbar。在其他實施例中，真空處理腔室220可包括一或多個孔及/或閥，用以導引或收回基板203至真空處理腔室220內或外。
磁控濺鍍特別在其沈積率係相當高的部分有優勢。藉由配置一或多個磁鐵14於可旋轉靶10之內側，可捕捉直接在靶表面之下方之產生的磁場內的自由電子。此通常係增加離子化氣體分子的機率達數個數量級。沈積率可接著顯著地增加。基於應用與將濺射之材料，可使用固定或隨時間變化之磁場。再者，冷卻流體可於可旋轉靶10中循環，以冷卻磁鐵14及/或可旋轉靶10。
可旋轉靶10可由端塊101支撐，端塊係未見於所示之剖面圖中，且因而以虛線圓繪示。端塊101可非可旋轉地固定於牆231或處理腔室220之門230或蓋，牆231或處理腔室220之門230或蓋係未見於所示之剖面圖中，且因而以虛線矩形繪示。
根據此處之實施例，在沈積設備操作期間，在沈積設備中用於遮蔽暗區區域之方法係提供。此方法包括提供固定物，固定物用以連接遮罩物於沈積設備之可旋轉靶，其中提供固定物可包括連接固定物於可旋轉靶。此方法可更包括組設數個部件在一起，其中形成遮罩物來覆蓋可旋轉靶之一部分，以遮蔽在沈積設備中之暗區區域，其中遮罩物係組設以懸掛在可旋轉靶及/或卡合於可旋轉靶，使得在沈積設備之操作期間，遮罩物在可旋轉靶之軸方向中本質上膨脹遠離可旋轉靶之中心。組設數個部件可例如是包括組設兩個或多個遮罩物部件，以形成遮罩物。
根據此處之實施例，在沈積設備之操作期間，在沈積設備中用以遮蔽暗區區域之方法可更包括組設遮罩物，使得遮罩物於貼附點懸掛在可旋轉靶，且其中遮罩物之重心係在貼附點之下方。此方法可亦包括於一方向中穩定遮罩物，此方向係垂直於遮罩物之軸方向。
雖然本揭露之各種實施例之特定特徵可能繪示於一些圖式中而未繪示於其他圖式中，然而此僅為方便之故。一圖式中之任何特性可以參照及/或宣告(claimed)之方式與任何其他圖式之任何特徵結合。
所述之說明係使用數個例子來揭露包括最佳模式之本揭露，且亦讓此領域中具有通常知識者實現所述之標的，包括製造及使用任何裝置或系統且執行任何併入之方法。當各種特定實施例係已經於前述中揭露時，此技術領域中具有通常知識者將理解申請專利範圍之精神與範疇係允許等效之調整。特別是，上述實施例之彼此不互斥的特性可彼此結合。可專利之範疇係由申請專利範圍所界定，且可包括此些調整及由此技術領域中具有通常知識者所想起之其他例子。如果此些例子具有之結構元件係和本申請專利範圍之字面語言(literal language)沒有差異時，或者如果此些例子包括等效之結構元件，且等效之結構元件與本申請專利範圍之字面語言係為非實質差異時，此些其他例子係意欲含括於本申請專利範圍之範疇中。
10‧‧‧可旋轉靶
11‧‧‧第一凹口
12‧‧‧第二凹口
13、28‧‧‧中心
14‧‧‧磁鐵
15‧‧‧底端
16‧‧‧中間區段
17‧‧‧頂端
20‧‧‧遮蔽裝置
21‧‧‧遮罩物
22‧‧‧凹口
23‧‧‧突狀物
24‧‧‧區段
25‧‧‧箭頭
26‧‧‧第一區段
27‧‧‧第二區段
30‧‧‧驅動單元
40、41‧‧‧距離
42‧‧‧縫隙
50‧‧‧旋轉軸
60、61、62‧‧‧局部
70‧‧‧平面
80‧‧‧固定物
90‧‧‧導引裝置
100‧‧‧區域
101‧‧‧端塊
110‧‧‧底主體
116‧‧‧絕緣板
121‧‧‧靶凸緣
122‧‧‧轉子
123‧‧‧軸承殼
125‧‧‧外殼
130‧‧‧冷卻劑供應與排出單元
134‧‧‧冷卻劑供應管
150‧‧‧旋轉驅動器
151‧‧‧齒輪
152‧‧‧固定支撐件
153‧‧‧小齒輪
154‧‧‧馬達軸
200‧‧‧濺射裝置
201‧‧‧氣體入口
202‧‧‧基板支撐件
203‧‧‧基板
220‧‧‧處理腔室
230‧‧‧門
231、232‧‧‧牆
部分之上述實施例將參照下方之圖式更詳細地說明於下方代表性實施例中，下方之圖式包括： 第1圖繪示根據實施例之用於濺射材料於基板上之沈積設備之遮蔽裝置、可旋轉靶及陰極驅動器的側視圖； 第2圖繪示根據實施例之第1圖中所示之實施例的局部60的放大圖； 第3圖繪示根據實施例之遮蔽裝置之遮罩物的爆炸圖； 第4圖繪示根據實施例之用於連接暗區遮罩物於可旋轉靶之遮蔽裝置之一部分的示意圖； 第5圖繪示根據實施例之用於連接暗區遮罩物於可旋轉靶之遮蔽裝置之其他部分的示意圖； 第6圖繪示根據實施例之暗室遮罩物之上視圖； 第7圖繪示根據實施例之遮罩物部件之示意圖； 第8圖繪示根據實施例之濺射裝置之剖面圖；以及 第9圖繪示根據實施例之濺射裝置之剖面圖。
10‧‧‧可旋轉靶
13‧‧‧中心
15‧‧‧底端
16‧‧‧中間區段
17‧‧‧頂端
20‧‧‧遮蔽裝置
21‧‧‧遮罩物
30‧‧‧驅動單元
50‧‧‧旋轉軸
60‧‧‧局部
100‧‧‧區域

Claims (20)

  1. 一種遮蔽裝置(20)，用於一可旋轉陰極，該可旋轉陰極具有一可旋轉靶(10)，用以濺射材料於一基板上，該遮蔽裝置包括： 一遮罩物(21)，配置以用以覆蓋該可旋轉靶(10)之一部分；以及 一固定物(80)，用以連接該遮罩物(21)於該可旋轉靶(10)； 其中該固定物(80)係配置以用以卡合於該遮罩物(21)，以讓該遮罩物於該可旋轉靶之一軸方向中本質上膨脹遠離該可旋轉靶(10)之中心(13)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之遮蔽裝置(20)，其中該遮罩物(21)係在該遮罩物(21)之一軸位置可連接於該固定物(80)，該遮罩物之該軸位置係在該遮罩物之頂端之50%或更少中。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之遮蔽裝置(20)，其中該遮罩物(21)係在該遮罩物(21)之一軸位置可連接於該固定物(80)，該遮罩物之該軸位置係在該遮罩物之頂端之20%或更少中。
  4. 如申請專利範圍第1至3項之任一項所述之遮蔽裝置(20)，其中該固定物(80)係配置以維持該遮罩物(21)在一方向中與該可旋轉靶(10)相隔一固定距離，該方向垂直於該可旋轉靶之該軸方向。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之遮蔽裝置(20)，其中該固定物(80)係配置以維持該遮罩物在該方向中與該可旋轉靶(10)相隔該固定距離(41)，該方向垂直於該可旋轉靶之該軸方向，該固定距離係從1.5 mm至4.5 mm。
  6. 如申請專利範圍第1至3項之任一項所述之遮蔽裝置(20)，其中該遮罩物(21)之重心係在該固定物(80)之下方，該固定定物係用以連接該遮罩物於該可旋轉靶。
  7. 如申請專利範圍第1至3項之任一項所述之遮蔽裝置(20)，更包括一導引裝置(90)，用以於一方向中穩定該遮罩物(21)，該方向係垂直於該遮罩物之一軸方向。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之遮蔽裝置(20)，其中該導引裝置(90)包括一摩擦力減少部，位於與該遮罩物(21)之一接觸點。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之遮蔽裝置(20)，其中該摩擦力減少部與該遮罩物(21)一起可移動的。
  10. 如申請專利範圍第1至3項之任一項所述之遮蔽裝置(20)，其中該固定物(80)及該導引裝置(90)包括一絕緣材料。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之遮蔽裝置(20)，其中該絕緣材料包括一熱阻塑膠。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之遮蔽裝置(20)，其中該固定物(80)包括一絕緣材料。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之遮蔽裝置(20)，其中該導引裝置(90)包括一絕緣材料。
  14. 如申請專利範圍第12至13項之任一項所述之遮蔽裝置(20)，其中該絕緣材料包括一熱阻塑膠。
  15. 如申請專利範圍第1至3項之任一項所述之遮蔽裝置(20)，其中該固定物(80)包括一聚醚醚銅(PEEK)環，用以懸掛該遮罩物(21)。
  16. 一種可旋轉靶(10)，具有一材料，該材料用於在一沈積設備中濺射於一基板上，該可旋轉靶包括一第一凹口(11)，沿著該可旋轉靶的周緣，該第一凹口用以連接如申請專利範圍第1至3項之任一項所述之該遮蔽裝置。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之可旋轉靶(10)，其中該可旋轉靶包括一第二凹口(12)，沿著該可旋轉靶的周緣，該第二凹口用於容納該遮罩物(21)之至少一部分，使得該遮罩物及該可旋轉靶係本質上相對於彼此齊平(flush)。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之可旋轉靶(10)，其中該第一凹口(11)係位於該第二凹口(12)內。
  19. 一種用於在一沈積設備之操作期間遮蔽在該沈積設備中之一暗區區域之方法，該方法包括： 提供一固定物(80)，用於連接該沈積設備之一可旋轉靶(10)於一遮罩物(21)；以及 組設複數個部件在一起，其中形成該遮罩物(21)來覆蓋該可旋轉靶之一部分，以遮蔽在該沈積設備中之該暗區區域； 其中該遮罩物(21)係組設以卡合於該可旋轉靶，使得在該沈積設備之操作期間，該遮罩物於該可旋轉靶之一軸方向中本質上膨脹遠離該可旋轉靶(10)之中心。
  20. 一種遮蔽裝置(20)，用於一可旋轉陰極，該可旋轉陰極具有一可旋轉靶(10)，用以濺射材料於一基板上，該裝置包括： 一遮罩物(21)，配置以用以覆蓋該可旋轉靶(10)之一部分；以及 一固定物(80)，用以連接該遮罩物(21)於該可旋轉靶(10)， 其中該固定物(80)係配置以用以卡合於該遮罩物(21)，以讓該遮罩物於該可旋轉靶之一軸方向中本質上膨脹遠離該可旋轉靶(10)之中心(13)，其中該固定物(80)係配置以維持該遮罩物(21)在垂直於該可旋轉靶之該軸方向之一方向中與該可旋轉靶(10)相隔一固定距離，且其中該遮蔽裝置更包括：。 一導引裝置(90)，用以於垂直該遮罩物之該軸方向之一方向中穩定該遮罩物(21)；以及 一可旋轉靶(10)，具有一材料，該材料用於在一沈積設備中濺射於一基板上， 其中該可旋轉靶(10)包括一第一凹口(11)，沿著其周緣，用以連接該遮蔽裝置(20)。
TW104114535A 2014-05-09 2015-05-07 用於可旋轉陰極之遮蔽裝置及可旋轉靶及用於遮蔽在沈積設備中的暗區區域之方法 TWI713449B (zh)

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