TW201742943A - 塗佈一基板之方法及用以塗佈一基板之塗佈設備 - Google Patents

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Abstract

根據本揭露之一方面，提供一種利用至少一陰極組件(10)塗佈一基板(100)之方法，此至少一陰極組件(10)具有一濺射靶材(20)及一磁鐵組件(25)，磁鐵組件(25)係繞著一旋轉軸(A)可旋轉的。此方法包括：在磁鐵組件以一往復方式於一第一扇區(12)中移動時塗佈基板(100)；以及在磁鐵組件(25)以一往復方式於相異於第一扇區(12)之一第二扇區(14)中移動時接續塗佈基板(100)。根據一第二方面，提供一種用以執行所述之方法的塗佈設備。

Description

塗佈一基板之方法及用以塗佈一基板之塗佈設備
本揭露係有關於一種塗佈一基板之方法及一種用以塗佈一基板之塗佈設備。更特別是，本揭露係有關於一種藉由濺射塗佈一薄層於一基板之方法，及一種用以塗佈基板之濺射設備。更特別是，本揭露係有關於磁控濺鍍，其中濺射靶材可為一可旋轉靶材。
形成具有高均勻性之一層於一基板上(也就是在延展之表面的上方有均勻的厚度及一致之電性質)在許多技術領域中係為一相關議題。舉例來說，在薄膜電晶體(thin film transistors，TFTs)之領域中，厚度均勻性及電性質一致性對可靠地製造顯示通道區域來說可為一議題。再者，均勻層一般有利於製造的重現性。
一種用以形成一層於一基板上之方法係為濺射。濺射已經在多種製造領域中發展成有價值的方法，舉例為TFTs之製造。在濺射期間，藉由利用能量粒子(舉例為惰性或反應氣體之受激(energized)離子)轟擊濺射靶材之材料，原子從濺射靶材之材料射出。射出之原子可沈積於基板上，使得已濺射材料層可形成於基板上。
舉例為因為已濺射材料之不規則空間分佈，在廣大之基板表面的上方可能難以達成均勻之已濺射材料層。在基板之上方提供多個濺射靶材可能改善層之均勻性。就已沈積層之例如是生成晶體之結構、比電阻(specific resistance)或其他電性質之特徵而言，具有高度之均質性可更為有利。舉例來說，在製造金屬化層中，訊號延遲係決定於層之厚度，使得舉例為在顯示器之製造中，改變厚度可能導致像素在略微不同之時間點通電(energized)。再者，在蝕刻一層時達成均勻層厚度係進一步有利的，以在不同位置達成相同之蝕刻結果。
因此，用以有助於已濺射材料之高度均勻層的其他方法及/或濺射設備係有利的。
有鑑於上述，提供用以塗佈ㄧ基板之方法及用以塗佈一基板之塗佈設備。
根據本揭露之一方面，一種利用至少一陰極組件塗佈一基板之方法係提供，此至少一陰極組件具有一濺射靶材及一磁鐵組件，磁鐵組件係繞著一旋轉軸可旋轉的。此方法包括：在磁鐵組件以一往復方式於一第一扇區中移動時塗佈基板；以及在磁鐵組件以一往復方式於相異於第一扇區之一第二扇區中移動時接續塗佈基板。
根據其他方面，一種利用至少一陰極組件塗佈一基板之方法係提供，此至少一陰極組件具有一可旋轉濺射靶材及一磁鐵組件，磁鐵組件位於可旋轉濺射靶材之內側，磁鐵組件係繞著一旋轉軸可旋轉的。此方法包括：在該磁鐵組件以一往復方式於一第一扇區中移動時塗佈基板，其中第一扇區之一第一中心角位置係位於一平面之一第一側上，此平面從基板垂直地延伸至旋轉軸；當保持濺射靶材於本質上零電壓時，定位磁鐵組件於一第二扇區中；以及在磁鐵組件以一往復方式於第二扇區中移動時接續塗佈基板，其中第二扇區之一第二中心角位置位於平面之一第二側上。
根據再另一方面，一種用以塗佈一基板之塗佈設備係提供。塗佈設備包括：至少一陰極組件，具有一濺射靶材；一磁鐵組件，位於濺射靶材之內側及繞著一旋轉軸為可旋轉的；以及一致動器，裝配以用於以一往復方式在二或多個不同之扇區中之接續塗佈期間，移動磁鐵組件，其中此些扇區之數個中心角位置及/或數個擴展角度可分別調整。
本揭露之其他方面、優點、及特徵係透過附屬申請專利範圍、說明、及所附之圖式更為清楚。為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：
詳細的參照將以本揭露之數種實施例達成，數種實施例之一或多個例子係繪示於圖式中。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，所說明或敘述而作為一實施例之部份之特徵可用於任何其他實施例或與任何其他實施例結合，以取得再其他實施例。此意指本揭露包括此些調整及變化。
在下方之圖式說明中，相同參考編號係意指相同或類似之元件。一般來說，僅有有關於個別實施例之相異處係進行說明。除非另有說明，在一實施例中之一部份或方面之說明係亦應用於另一實施例中之一對應部份或方面。
此處所述之以一材料塗佈基板之製程一般係意指薄膜應用。名稱「塗佈」及名稱「沈積」係於此以同義之方式使用。使用於此處所述實施例中之塗佈製程係為濺射。
濺射可以二極管濺射或磁控濺鍍之方式進行。磁控濺鍍特別是在相當高之沈積率上具有優點。藉由配置磁鐵或磁控管於濺射靶材之濺射材料的後方，以於產生在靶材表面之下方附近的磁場中捕捉自由電子，此些電子係被迫在磁場中移動且無法脫離。此一般提高數個數量級之機會來離子化氣體分子。此舉接著係大量地增加沈積率。舉例來說，在可具有本質上圓柱形式之可旋轉濺射靶材之情況中，磁鐵組件可位置於可旋轉濺射靶材之內側。
此處使用之名稱「磁鐵組件」可意指為能夠產生磁場之單元。一般來說，磁鐵組件可由永久磁鐵所組成。永久磁鐵可配置於濺射靶材中，使得帶電粒子係捕捉於產生之磁場中，舉例為在濺射靶材之上方的區域中。於一些實施例中，磁鐵組件包括磁軛。
基板可在塗佈期間連續地移動通過陰極組件(「動態塗佈」)，或基板可在塗佈期間本質上靜止於固定位置(「靜態塗佈」)。於本揭露中所說明之方法特別是有關於靜態塗佈製程。
在靜態沈積製程中，基板可在塗佈期間保持靜止。將注意的是，具有通常知識者會瞭解，相較於「動態」沈積製程不同之名稱的「靜態」沈積製程係不排除基板之任何運動。舉例來說，根據此處所述之數個實施例，靜態濺射可包括例如是在沈積期間之靜態基板位置(沒有任何基板運動)、在沈積期間之振盪(oscillating)基板位置、在沈積期間之實質上固定之平均基板位置、在沈積期間之微振(dithering)基板位置及/或在沈積期間之搖擺(wobbling)基板位置。因此，靜態沈積製程可理解為具有靜態位置之基板的沈積製程、具有實質上靜態位置之基板的沈積製程、或具有部份靜態位置之基板的沈積製程。
靜態塗佈可在因塗佈而用盡之靶材材料的總量相較於動態塗佈小具有優點，因為在後述之情況中，基板固持件時常也被塗佈。靜態塗佈特別是提供而用於塗佈大面積基板。基板係進入在一或多個濺射靶材之前方的塗佈區域中、塗佈係執行、及基板係在塗佈之後從塗佈區域取出。
此處所述之例子可利用來沈積於大面積基板上，舉例為針對鋰電池製造或電致變色視窗。作為一例子來說，藉由使用用以處理一層之冷卻裝置，且此層包括之一材料具有低熔化溫度，數個薄膜電池可形成於大面積基板上。根據一些例子，大面積基板可為第4.5代、第5代、第7.5代、第8代、或甚至是第10代，第4.5代對應於約0.67 m²之基板(0.73 m x 0.92 m)、第5代對應於約1.4 m²之基板(1.1 m x 1.3 m)、第7.5代對應於約4.29 m²之基板(1.95 m x 2.2 m)、第8代對應於約5.3m²之基板(2.16 m x 2.46 m)、第10代對應於約9.0 m²之基板(2.88 m × 3.13 m)。甚至是例如為第11代、第12代之更高代及/或對應之基板面積可以類似的方式應用。
此處使用之名稱「基板」應特別是包含不可彎曲基板，舉例為玻璃板材。本揭露係不以此為限且名稱「基板」可亦包含可彎曲基板，例如是網格(web)或箔。
濺射可用於顯示器之製造中。更詳細來說，濺射可用於金屬化，例如是生產電極或匯流排。濺射可亦使用於生產薄膜電晶體(thin film transistors，TFTs)。濺射可亦使用於生產氧化銦錫(indium tin oxide，ITO)層。濺射可亦使用於製造薄膜太陽能電池。薄膜太陽能電池包括背觸點、吸收層、及透明導電氧化物(transparent and conductive oxide，TCO)層。一般來說，背觸點及TCO層係由濺射製造，而吸收層可於化學氣相沈積製程中製成。
根據本揭露之一方面，利用塗佈設備之一種塗佈基板之方法係說明。第1A圖及第1B圖繪示裝配以用於執行此處所述之方法的設備的剖面圖。
如第1A圖及第1B圖中所示之塗佈設備包括陰極組件10及磁鐵組件25，陰極組件10包括濺射靶材20，濺射靶材20用以提供將沈積之材料。磁鐵組件25係可動地繞著旋轉軸A。
濺射靶材20可以選自群組之至少一材料製成，或包括選自群組之至少一材料。此群組包括：鋁、矽、鉭、鉬、鈮、鈦、銦、鎵、鋅、錫、銀及銅。特別是，靶材材料可選自包括銦、鎵及鋅之群組。
於一些實施例中，濺射靶材20可為可旋轉濺射靶材。舉例來說，濺射靶材20可為本質上圓柱靶材及/或可為繞著一軸可旋轉的，此軸可對應於磁鐵組件之旋轉軸A。於一些實施例中，磁鐵組件25係配置於濺射靶材20之內側且可沿著一磁鐵組件運動路徑繞著濺射靶材20之旋轉的軸樞轉。
將塗佈之基板100可配置，使得基板面對陰極組件10之濺射靶材20。基板100可於其中支承於基板固持件上，基板固持件可傳送進入塗佈設備中且離開塗佈設備。對於塗佈基板100來說，一電位可提供至濺射靶材20，此電位例如是負電位。
此處所述之濺射方法之第一塗佈階段I係繪示於第1A圖中，及在第一塗佈階段I之後將執行之濺射方法的接續塗佈階段II係繪示於第1B圖中。第一塗佈階段I包括在磁鐵組件25以往復方式於第一扇區12中移動時基板100之塗佈，如第1A圖中所示，及接續塗佈階段II包括在磁鐵組件25以往復方式於第二扇區14中移動時基板100之塗佈，如第1B圖中所示。
此處所使用之往復方式的運動可理解為重複之來回運動，且特別是磁鐵組件25於一扇區中繞著旋轉軸A重複之順時針及逆時針旋轉，特別是分別在兩個角位置之間。舉例來說，在第一塗佈階段I期間(如第1A圖中所示)，磁鐵組件25可於第一扇區12之第一轉向角位置16及第二轉向角位置17之間重複地來回，且在接續塗佈階段II期間(如第1B圖中所示)，磁鐵組件25可於第二扇區14之第一轉向角位置26及第二轉向角位置27之間重複地來回。於一些實施例中，第一扇區12之第一轉向角位置16及第二轉向角位置17及第二扇區14之第一轉向角位置26及第二轉向角位置27係分別為不同之角位置。
舉例來說，於一些實施例中，第一扇區12及第二扇區14確實部份地重疊舉例為30°或更少，特別是15°或更少之重疊角度，但沒有完全地重疊 。於其他實施例中，第一扇區12及第二扇區14沒有重疊。舉例來說，第二扇區14起始於第一扇區12結束之一角位置。也就是說，第一扇區12之第一轉向角位置16可對應於第二扇區14之第一轉向角位置26，如第1A及1B圖中所示。於再其他實施例中，第一扇區12可遠離第二扇區14，使得第一扇區12及第二扇區14不共用共同之角位置。
往復方式的運動可亦於此意指為磁鐵組件之搖擺運動。在搖擺運動期間，磁鐵組件25首先移動至中心角位置之第一側，接著於第一轉向位置轉向且移動至中心角位置之第二側，然後於第二轉向位置再次轉向且移動回到中心角位置之第一側。因此，搖擺運動可停止或可對應地繼續。濺射沈積可於磁鐵組件之搖擺運動期間進行。也就是說，基板係在磁鐵組件之搖擺運動期間塗佈有薄材料層。由於單一濺射靶材可因磁鐵組件之搖擺運動而使用以塗佈較大面積之基板，沈積於基板上之層之厚度均勻性可改善。特別是，磁鐵組件之搖擺可致使在第一徑方向及第二徑方向之間以往復方式順時針及逆時針空間移動之帶電粒子雲。
在一些實施例中，搖擺運動可為本質上連續運動。磁鐵組件於其中可在一扇區中順時針及逆時針移動，而本質上不在轉向角位置停止。舉例來說，磁鐵組件在轉向位置之停留時間可為0.1秒或更少、或0.05秒或更少之短暫期間。
根據此處所述之數個方法，磁鐵組件25之搖擺係接續發生在磁鐵組件運動路徑之二或多個不同扇區中。首先，如第1A圖中所示，在第一搖擺階段期間，基板之第一區段可主要進行塗佈，且接著，如第1B圖中所示，在第二搖擺階段期間，基板之第二區段可接續地主要進行塗佈。在第一搖擺階段期間，層之第一部份或第一層可沈積於基板上，且在第二搖擺階段期間，層之第二部份或第二層可沈積於基板上。磁鐵組件在不同扇區中之連續搖擺可進一步改善已沈積層之均質性。特別是，層特性之均勻性變化可藉由在不同中心角位置附近連續搖擺減少，層特性之均勻性變化例如是電性質之一致性變化，舉例為已沈積層之導電性之一致性變化。特別是，藉由劃分大搖擺扇區成為二或多個較小之扇區，且搖擺係於此二或多個較小之扇區中接續地執行，整個層之均勻性可改善。
於一些實施例中，在第一塗佈階段I期間，磁鐵組件係於第一扇區12之第一轉向角位置16及第二轉向角位置17之間來回移動兩次或更多次，特別是三次或更多次，更特別是四次或更多次，或甚至是五次或更多次。於一些實施例中，在接續塗佈階段II期間，磁鐵組件係選擇地或額外地於第二扇區14之第一轉向角位置26及第二轉向角位置27之間來回移動兩次或更多次，特別是三次或更多次，更特別是四次或更多次，或甚至是五次或更多次。轉向角位置可定義為個別之扇區之兩個外角位置。
在磁鐵組件25繞著旋轉軸A運動期間，磁鐵組件之方向可對應於磁鐵組件之角位置改變。舉例來說，當磁鐵組件25係配置於第一角位置時，由磁鐵組件產生之磁場可定向，使得帶電粒子可侷限於第一徑方向附近，第一徑方向係從旋轉軸延伸通過第一角位置。因此，當磁鐵組件25移動至第二角位置時，由磁鐵組件產生之磁場可移動，以侷限自由之帶電粒子在第二徑方向附近，第二徑方向係從旋轉軸延伸通過第二角位置。
第一扇區12及第二扇區14係為不同的扇區。於一些實施例中，第一扇區12之第一角度擴展範圍α可不同於第二扇區14之第二角度擴展範圍β。於可與此處所揭露之其他實施例結合之一些實施例中，第一扇區12之第一中心角位置18可不同於第二扇區14之第二中心角位置28。
此處使用之一扇區之一中心角位置可理解為在此扇區之兩個外角位置(轉向角位置)之間的一角位置，且特別是此兩個外角位置之間的中間的角位置。舉例來說，如果扇區延伸超過30°之角度擴展範圍時，中心角位置可位於扇區之此兩個外角位置之間之從兩個外角位置的15°處。
於一些實施例中，第一扇區12及第二扇區14具有本質上相同之第一角度擴展範圍α及第二角度擴展範圍β。因此，在第一扇區12之第一轉向角位置16及第二轉向角位置17之間的第一角度擴展範圍α可本質上對應於在第二扇區14之第一轉向角位置26及第二轉向角位置27之間的第二角度擴展範圍β。然而，第一扇區12之第一中心角位置18可不同於第二扇區14之第二中心角位置28。於此情況中，在塗佈期間，由磁鐵組件25產生之磁場可藉由在兩個不同中心角位置附近之本質上相同總量進行搖擺。
於可與此處所述其他實施例結合之一些實施例中，第一扇區12之第一中心角位置18不同於第二扇區14之第二中心角位置28。更特別是，於一些實施例中，第一中心角位置18及第二中心角位置28可包圍30°或更多之角度，特別是45°或更多之角度，更特別是60°之角度或甚至高達90°之角度。因此，在第一塗佈階段I期間，基板之第一區段可主要進行塗佈，及在接續塗佈階段II期間，基板之第二區段可主要進行塗佈。
於可與此處所揭露之其他實施例結合之一些實施例中，第一扇區12可延伸超過15°或更多及60°或更少之第一角度擴展範圍α，及/或第二扇區14可延伸超過15°或更多及60°或更少之第二角度擴展範圍β。已沈積層之均勻性可改善。
於一些實施例中，陰極組件可僅包括一個單ㄧ磁鐵組件。舉例來說，在旋轉軸附近可移動的單一磁鐵組件可配置於可旋轉靶材之內側，且可裝配而使得利用此單一磁鐵組件在不同扇區中之接續搖擺係為可行的。當此些濺射靶材分別僅包括一個單一磁鐵組件時，二或多個磁鐵組件之間可避免相互作用及干擾。
於可與此處所揭露之其他實施例結合之一些實施例中，從基板100垂直地延伸至旋轉軸A之平面22係定義相對於旋轉軸A之磁鐵組件25的零角位置。磁鐵組件25之零角位置可為本質上圓形之磁鐵組件運動路徑及平面22之相交點。舉例來說，磁鐵組件之零角位置可為在磁鐵組件與基板之間具有最小距離之磁鐵組件之角位置。在180°之角度處，磁鐵組件與基板之間的距離可為最大的。磁鐵組件25可從零角位置繞著旋轉軸A順時針旋轉(正角範圍)，且磁鐵組件可從零角位置繞著旋轉軸A逆時針旋轉(負角範圍)，或反之亦然。
第一扇區12之第一中心角位置18可從零角位置偏移，且第二扇區14之第二中心角位置28可從零角位置偏移。於一些實施例中，第一中心角位置18可位於平面22之第一側上，及第二中心角位置28可位於平面22之第二側上。舉例來說，第一中心角位置18可在平面22之第一側上位於從零角位置之15°及45°之間處，及第二中心角位置28可在平面22之第二側上位於從零角位置之-15°及-45°之間處。特別是，第二中心角位置28可相對於平面22為第一中心角位置18之鏡像位置。因此，在第一塗佈階段I期間沈積之已沈積層之第一部份可相對於平面22為在接續塗佈階段II期間沈積之已沈積層之第二部份的鏡像部份。整個層之均勻性可改善。
如第1A圖中所示，於一些實施例中，第一中心角位置18可位於相對於零角位置之15°及25°之間的一角度處，以及如可見於第1B圖中，第二中心角位置28可位於相對於零角位置之-15°及-25°之間的一角度處，零角位置由平面22所定義。再者，第一扇區12之第一角度擴展範圍α及第二扇區14之第二角度擴展範圍β可皆為30°及60°之間，但位在平面22之相對側上，也就是位在從零角度順時針及逆時針之位置。
於一些實施例中，第一扇區12之第一轉向角位置16可對應於第二扇區14之第一轉向角位置26，第一轉向角位置16也就是內轉向角位置，第一轉向角位置26也就是內轉向角位置，其中此兩個內轉向角位置可本質上位於平面22中。此可致使從靠近濺射靶材之一基板區域到遠離濺射靶材之一基板區域的塗佈層之厚度固定，從靠近濺射靶材之基板區域到遠離濺射靶材之基板區域舉例為兩個相鄰濺射靶材間的中間。
當第一扇區12係部份地或全部地位於平面22之第一側上，且第二扇區14係部份地或全部地位於平面22之另一側上時，濺射靶材之離子轟擊可更保持固定。舉例來說，多於80%或多於95%之第一扇區12可位於平面22之第一側上，且多於80%或多於95%之第二扇區14可位於平面22之第二側上。於可與此處所揭露之其他實施例結合之一些實施例中，第一扇區12可對應於在平面22所鏡像之第二扇區14。
像是在塗佈期間於單一扇區中搖擺磁鐵組件之濺射模式或在保持磁鐵組件固定位置時塗佈的濺射模式可在層之均勻性方面為可改善的，因為離子轟擊可取決於靶材到基板之距離及在不同磁控位置之離子的入射角。為了以更均勻的方式控制離子轟擊，此處所揭露之方法包括在不同扇區中以往復方式連續地移動磁鐵組件。相較於先前所述之濺射模式來說，根據此處所述實施例之此種「分離搖擺沈積模式(split wobble deposition mode)」提供較廣之離子轟擊控制，且可提高有關於層厚度及電性質之已沈積層之層均勻性。
第2A圖及第2B圖繪示用以濺射沈積之塗佈設備的示意圖，塗佈設備係裝配以根據此處所述方法進行操作。第2A圖繪示第一塗佈階段I，其中基板100係在磁鐵組件25以往復方式於第一扇區12中移動時進行塗佈。第2B圖繪示接續塗佈階段II，其中基板100係在磁鐵組件25以往復方式於第二扇區14中移動時進行塗佈。繪示於第2A及2B圖中之塗佈方法可包括上述塗佈方法之一些或全部特徵，且不於此重複說明。
在塗佈操作開始之前，第一扇區12之第一中心角位置18及第二扇區14之第一中心角位置28可適當地設置。舉例來說，第一中心角位置18可設置，使得磁鐵組件在第一塗佈階段I期間可在平面22之第一側上以往復方式相對於第一中心角位置18樞轉。其中，平面22從基板100垂直地延伸通過磁鐵組件25之旋轉軸A。第二中心角位置28可設置，使得磁鐵組件在接續塗佈階段II期間可在平面22之第二側上以往復方式相對於第二中心角位置28樞轉，平面22之第二側相對於平面22之第一側。
於可與此處所述其他實施例結合之一些實施例中，在開始塗佈操作之前，第一扇區12之第一角度擴展範圍α及第二扇區14之第二角度擴展範圍β可適當地設置。於一些實施例中，第一角度擴展範圍及第二角度擴展範圍係本質上相同。於一些實施例中，第二扇區14係相對於平面22為第一扇區12之鏡像。於一些實施例中，第一扇區12及第二扇區14係不重疊。然而，第一扇區12之內轉向角位置及第二扇區14之內轉向角位置可位於平面22中之相同位置，也就是具有相對於基板之最小距離的位置。
於一些實施例中，陰極組件10之濺射靶材20係連接於電源供應器30，用以設定濺射靶材於一電位，舉例為在塗佈操作期間為負電位及/或在塗佈操作之前及之後為本質上零電位。
於一些實施例中，一或多個陽極(未繪示於第2A圖及第2B圖中)可提供正或接地電位，此一或多個陽極可位於靠近濺射靶材20之位置，也就是在濺射靶材之外側。此種陽極可具有棒之形狀，且以棒之軸一般係平行於濺射靶材之旋轉軸的方式配置。於一些實施例中，分開之偏壓可提供至基板。
使用於此處所述之數個實施例中之永久磁鐵可具有兩個北磁極N及一個南磁極S。此些極分別意指磁鐵組件25之一表面。此些表面一般係從其內側面對濺射靶材20。
在許多情況中，第一極係位於中間，而兩個相反極係配置而相鄰於第一極。在第2A圖中，磁鐵組件25之放大圖係繪示而說明此一情況。如圖所示，南磁極S係位於中間，而北磁極N框住南磁極S。極表面之形狀可適用於可旋轉之彎曲的濺射靶材之曲面。於一些實施例中，各極之表面係定義一平面。磁鐵極之平面一般係不平行的。然而，由配置在中間之極的表面定義的平面具有一方向，此方向一般係準確地位於由外磁鐵極之極所定義之此些平面之方向的中間。以更數學之術語來說，外極表面之向量分量總和成內極表面之向量分量。也就是說，用語「磁鐵組件係定位於非零角位置」係描述一情況，其中定義為磁鐵組件之所有極表面之向量總和的平均表面具有一方向，此方向不同於基板表面之方向。
基板表面係定義水平配置於所示之圖式中的平面。從基板100垂直地延伸至旋轉軸A之平面22係定義磁鐵組件之零角位置，且可亦意指為「基板-靶互連平面」。在第2A圖之剖面圖中，基板-靶互連平面於垂直方向中延伸通過基板100之中心。
雖然繪示於圖式中之實施例係說明濺射靶材20配置於水平配置之基板的上方，且基板-靶互連平面之定義係參照此些實施例說明性解釋，應提及的是，基板在空間中之定向可亦為垂直的。特別是，有鑑於大面積塗佈，基板之傳送與處理可藉由基板之本質上垂直定向來簡化。此處使用之「本質上垂直」可意指為相對於垂直平面之少於15°之角度。
根據本揭露之一方面，磁鐵組件係在第一塗佈階段I期間相對於基板-靶互連平面非對稱地定位，也就是位在基板-靶互連平面之第一側上，且磁鐵組件係在接續塗佈階段II期間相對於基板-靶互連平面非對稱地定位，也就是位在基板-靶互連平面之第二側上。
將注意的是，第一塗佈階段I可具有30秒或更多及5分鐘或更少之持續時間，及接續塗佈階段II可具有30秒或更多及5分鐘或更少之持續時間。舉例來說，磁鐵組件從其中一個扇區之第一轉向角位置至第二轉向角位置及再回到第一轉向角位置之一運動可花費10秒或更多及30秒或更少之時間。
因此，在一些實施例中，第一塗佈階段I可執行超過30秒或更多之時間，且接續塗佈階段II可執行超過30秒或更多之時間。
於一些實施例中，基板100可至少在第一塗佈階段I期間及接續塗佈階段II期間保持靜止。於一些實施例中，基板100可亦在第一塗佈階段I及接續塗佈階段II之間保持靜止。層均勻性可改善。
根據此處所揭露之一些實施例，電壓可提供於濺射靶材20，電壓係隨著時間在舉例為本質上零電壓和用於濺射操作之非零電壓之間改變。
舉例來說，在磁鐵組件於此些扇區之間移動期間之零電壓係減少到濺射靶材於濺射操作期間之非零電壓數值之少於10%、更代表性少於5%之一數值。
如果電場，也就是電壓在磁鐵組件沒有以往復方式移動時減少或關閉，層均勻性可進一步改善。舉例來說，如果濺射係在磁鐵組件沒有在第一扇區中搖擺，也沒有在第二扇區中搖擺時暫停，已沈積層之均質性可增加。
在塗佈操作開始之前，磁鐵組件可位於第一扇區12中，舉例為在第一扇區12之第一中心角位置18。在磁鐵組件定位期間，本質上零電位可供應至濺射靶材20。塗佈操作可接著藉由提供一電位至濺射靶材20時開始，此電位舉例為負電壓，如第2A圖中所示。電漿可因電場產生，此電場建立在帶負電之濺射靶材20及帶正電之或接地之陽極表面之間。
在如第2A圖中所示之第一塗佈階段I期間，磁鐵組件25可以往復方式在第一扇區12之第一轉向角位置16及第二轉向角位置17之間移動，而提供至濺射靶材20之電位可保持負的，舉例為固定之負電壓。舉例來說，磁鐵組件25可在保持固定之負靶材電壓時於第一轉向角位置16及第二轉向角位置17之間來回移動兩次或多次。層之第一部份可沈積於基板100上。
在第一塗佈階段I之後，磁鐵組件25可從第一扇區12定位至第二扇區14，舉例為定位至第二扇區14之第二中心角位置28。在磁鐵組件25定位於第二扇區14中的期間，本質上零電位可供應至濺射靶材。因此，在第一塗佈階段I之後及接續塗佈階段II開始之前，塗佈操作可停止。
在如第2B圖中所示之接續塗佈階段II期間，磁鐵組件25可以往復方式在第二扇區14之第一轉向角位置26及第二轉向角位置27之間移動，而提供至濺射靶材20之電位可保持負的，舉例為固定之負電壓。舉例來說，磁鐵組件25可在保持本質上固定之負靶材電壓時於第二扇區14之第一轉向角位置26及第二轉向角位置27之間來回移動兩次或多次。層之第二部份可沈積於基板100上。
也就是說，於一些實施例中，靶材電壓可在塗佈期間及接續塗佈期間為非零的，及靶材電壓可在塗佈之後磁鐵組件從第一扇區12至第二扇區14定位期間且接續塗佈之前本質上為零。
於可與此處所揭露之其他實施例結合之一些實施例中，在接續塗佈階段II之後，塗佈方法可完成。舉例來說，在接續塗佈階段II之後，基板100可移動離開如圖式中所示之塗佈區域。
於其他實施例中，塗佈可在接續塗佈階段II之後繼續進行。舉例來說，於一些實施例中，第三塗佈階段可接著進行。在第三塗佈階段中，基板係在磁鐵組件以往復方式於第三扇區中移動時塗佈，第三扇區係不同於第一及第二扇區，特別是其中第三扇區之第三中心角位置不同於第一及第二中心角位置。於一些實施例中，在接續塗佈階段II之後，塗佈可藉由移動磁鐵組件回到第一扇區12而持續下去，基板因此可在磁鐵組件以往復方式於第一扇區中移動時塗佈。之後，此方法可停止或可對應地繼續。
根據此處所揭露之其他方面，利用至少一陰極組件10塗佈基板100之方法係提供，此至少一陰極組件10具有可旋轉之濺射靶材20及磁鐵組件25，磁鐵組件25位於可旋轉之濺射靶材20中，磁鐵組件25繞著旋轉軸A可旋轉。此方法係以流程圖繪示於第6圖中。
第6圖之操作之方塊210中，磁鐵組件25係在保持濺射靶材於本質上零電壓時位於第一扇區12中。於方塊212，基板100係於磁鐵組件以往復方式在第一扇區12中移動時進行塗佈，其中第一扇區12之第一中心角位置18係位於平面22之第一側上，平面22係從基板垂直地延伸至旋轉軸A。於操作之方塊214中，磁鐵組件25係於保持濺射靶材20在本質上零電壓時定位於第二扇區14中。於方塊216中，基板係於磁鐵組件以往復方式在第二扇區14中移動時持續塗佈，其中第二扇區之第二中心角位置28係位於平面22之第二側上。
靶材電壓可在由方塊212及216所示之塗佈階段期間為非零的。
根據其他方面，一種裝配以用以根據此處所述之方法操作之塗佈設備係提供。
根據此處所述數個實施例之用以塗佈基板之塗佈設備包括至少一陰極組件10、磁鐵組件25及致動器，此至少一陰極組件10具有濺射靶材20，磁鐵組件25可位於濺射靶材20之內側且可繞著旋轉軸A為可旋轉的，致動器裝配以用於在塗佈期間以往復方式於二或多個不同之扇區中連續移動磁鐵組件，其中扇區之中心角位置及擴展角度之可調整。
塗佈設備可包括控制器，裝配以用於提供可變電壓至濺射靶材20，特別是用以於第一塗佈階段I期間及接續塗佈階段II期間，磁鐵組件以往復方式移動時提供非零電壓至濺射靶材20，及/或用以在定位磁鐵組件於第一扇區12中及/或第二扇區14中時提供本質上零電壓至濺射靶材20。
根據本揭露之一方面，供應至濺射靶材之電壓可隨著時間變化。也就是說，非固定電壓可提供至濺射靶材。濺射功率不僅根據磁鐵組件位置改變，且根據供應至濺射靶材之電壓改變。 供應之電壓及濺射功率之間的關在第一近似(first approximation)中係為線性的。
於可與此處所揭露之其他實施例結合之一些實施例中，濺射靶材20可放置於背襯管上。背襯管主要用以固定濺射靶材，濺射靶材包括將沈積之靶材料。為了減少因濺射製程導致之濺射靶材的高溫，在許多實施例中之濺射靶材係對準冷卻材料管。水可作為冷卻材料。冷卻係有利的，因為輸入濺射製程之能量的主要部份係轉換成濺射靶材之熱，輸入濺射製程之能量的主要部份可能為數千瓦之數量級。磁鐵組件可位於背襯管及冷卻材料管中，使得磁鐵組件可於其中移動至不同的角位置，特別是沿著本質上圓形之磁鐵組件運動路徑。根據其他實施例，靶管之整個內部係填充例如是水之冷卻材料。
於一些實施例中，磁鐵組件可固定於圓柱形及可旋轉之濺射靶材之軸上。如此處所述之磁鐵組件之樞轉運動可由電動機所引發，電動機提供旋轉力。於一些實施例中，陰極組件係裝配有兩個軸：第一軸及第二軸，可旋轉之濺射靶材管固定於第一軸上。第一軸可在陰極組件操作期間旋轉。可移動之磁鐵組件一般係固定於第二軸。第二軸可以提供如此處所述之磁鐵組件的旋轉運動或樞轉運動的方式來獨立於第一軸移動。因此，塗佈組件之致動器可包括第二軸、馬達及控制系統，馬達用以驅動第二軸，控制系統裝配以用於移動如此所述之磁鐵組件。
於一些實施例中，致動器可連接於處理器及使用者介面或包括處理器及使用者介面。使用者介面裝配以用於輸入此至少兩個扇區之中心角位置及/或擴展角度，用以適當地調整塗佈方法。
在本揭露中，圖式係繪示出沿著範例性所示之基板之塗佈設備的剖面圖。一般來說，陰極組件10包括濺射靶材20，濺射靶材20可具有圓柱之形狀。換言之，濺射靶材之軸相對於圖式之紙張平面垂直地延伸。此同樣適用於磁鐵組件，磁鐵組件亦僅繪示成剖面元件。磁鐵組件之旋轉軸A相對於圖式之紙張平面垂直地延伸。磁鐵組件可沿著圓柱形之濺射靶材的整個長度延伸。基於技術理由，磁鐵組件延伸超過至少80 %之圓柱長度，更代表性延伸至少超過至少90 %之圓柱長度。
根據此處所述之一方面，許多陰極組件10係各具有可旋轉之濺射靶材20，且提供而用以塗佈大面積基板。適用於塗佈基板100之面積應意指為「塗佈面積」。塗佈面積可適用於即時於一處(point)塗佈一基板100。許多基板100可一個接著另一個在塗佈區域中進行塗佈。
在許多實施例中，許多陰極組件10係排列成陰極組件陣列。特別是，對於靜態大面積基板沈積來說，提供一維陣列之陰極組件係可行的，一維陣列之陰極組件係為線性排列或沿著曲線交替配置，此曲線舉例為弓狀設置。一般來說，陰極組件之數量係每塗佈面積為2個及20個之間，更代表性為9個與16個之間。
於一些實施例中，陰極組件10係彼此等距地分隔。此些濺射靶材之長度略微地長於將塗佈之基板之長度係進一步具有優點。
陰極陣列可在寬度方向W中額外地或選擇性略微地寬於基板之寬度。「略微地」一般包括100%及110%之間的範圍。提供略微地大於塗佈長度/寬度有助於避免邊界效應。於一些情況中，陰極組件等距地位在遠離基板之位置。
於一些實施例中，許多陰極組件不是以相對於基板等距方式配置，反而是沿著弧形配置。弧形可使得內部之陰極組件較外部之陰極組件接近基板。此情況係繪示於第3圖中。或者，定義許多陰極組件之位置的弧形使得外部之陰極組件較內部之陰極組件接近基板係亦為可行的。散射行為係決定於將濺射之材料。因此，根據應用，也就是根據將濺射之材料，提供陰極組件於弧形上將進一步增加均質性。弧之方向可決定於應用。
此外，第3圖範例性繪示位於此些陰極組件之間的數個陽極棒35，此些陽極棒35可使用於此處所述之一些實施例中。
根據一些實施例，在濺射靶材20中之個別之磁鐵組件可同步運動。同步運動可進一步增加層之均質性。
第3圖之上部繪示出第一塗佈階段I，及第3圖之下部繪示出接續塗佈階段II。在第ㄧ塗佈階段I期間，磁鐵組件25係在個別之濺射靶材中以往復方式於第一扇區12中同步移動，且在接續塗佈階段期間，磁鐵組件25係在個別之濺射靶材中以往復方式於第二扇區中同步移動，其中第二扇區係不同於第一扇區。
至於磁鐵組件25在個別之濺射靶材20中之運動軌跡之細節係參照上述之數個實施例，其中細節不於此重複。再者，至於提供至個別之濺射靶材20之電壓係參照第2A圖及第2B圖之說明。
除了濺射靶材中之磁鐵組件在二或多個中心角位置附近之搖擺運動之外，選擇地或額外地搖擺基板係為可行的。名稱「搖擺」基板應理解為在限定距離中來回移動基板。一般來說，基板係定位在第一位置一段預定之時間區段，且基板定位在第二位置一段預定之時間區段。在其他實施例中，基板可額外地位在第三位置及第四位置。
本揭露特別是有關於大面積基板塗佈。名稱「大面積基板」可包括具有至少1 m²之尺寸的基板，舉例為具有2 m²或更大之尺寸的基板。
第4A及4B圖繪示藉由傳統製程及此處所述製程沈積之薄膜之厚度的比較圖。沈積係使用兩個相鄰之可旋轉的濺射靶材60及70進行，兩個相鄰之可旋轉的濺射靶材60及70係位於第4A圖中之垂直線的位置。
第4A圖繪示以傳統製程及以此處所述製程沈積之後進行測量的兩個薄膜的輪廓之示意圖。y軸表示用於薄膜之厚度的任意單位(a.u.)，而x軸表示用於基板之寬度方向W的單位，此寬度方向W對應於亦如第2A圖中所示之基板之寬度方向W。如從第4A圖可見，相較於傳統製程之情況，由此處所述製程沈積在此些可旋轉之濺射靶材60及70之間的一面積中的薄膜之厚度比在可旋轉之靶材之下方的一面積中的厚度係偏差略微的少。也就是說，在兩個濺射靶材間的中間之基板面積內的厚度均勻性可改善。
此處所述製程對應於第1A及1B圖中之製程，而在傳統之製程中，基板係在交替地維持磁鐵組件之兩個固定位置時進行塗佈。也就是說，在傳統製程中，磁鐵組件係不在塗佈操作期間移動。
第4B圖繪示以傳統製程及以此處所述製程沈積之薄膜的厚度之偏差的統計分析圖。如從第4B圖可見，相較於繪示在右側之此處所述製程而言，繪示在左側之傳統製程之厚度的偏差係略微地較高。當實行此處所述之數個實施例時，層厚度之均勻性可增加。
第5A及5B圖繪示藉由兩個傳統製程及使用此處所述製程沈積之薄膜的電性質之比較圖，薄膜之電性質係有關於薄膜之導電性。沈積係使用兩個相鄰之可旋轉之濺射靶材60及70進行，兩個相鄰之可旋轉之濺射靶材60及70係位於第5A圖中之垂直線的位置。
第5A圖繪示以兩個不同之傳統製程及以此處所述製程沈積之後進行測量的三個薄膜的輪廓之示意圖。y軸表示用於薄膜之電性質的任意單位(a.u.)，而x軸表示用於基板之寬度方向W的單位，此寬度方向W對應於亦如第2A圖中所示之基板100之寬度方向W。如從第5A圖可見，相較於傳統製程的情況，由此處所述製程沈積之薄膜的說明之電性質係更為固定，特別是整體而言更為固定，說明之電性質對應於導電性。
第5B圖繪示以兩個傳統製程及以此處所述製程沈積之薄膜的電性質之偏差的統計分析圖。如從第5B圖可見，相較於繪示在右側之此處所述製程，繪示在左側及中間之傳統製程之說明之電性質的偏差係較高。當實行數個實施例時，已沈積層之電性質的一致性可增加。
此處所述製程對應於如第1A及1B圖中所示之製程。在如第5B圖之左側上之傳統製程1中，基板係在交替地維持磁鐵組件之兩個固定位置時進行塗佈。也就是說，在傳統製程1中，磁鐵組件係不在塗佈操作期間移動。在如第5B圖之中間之傳統製程2中，基板係在基板於單一扇區中移動時進行塗佈。也就是說，在傳統製程2中，磁鐵組件係沒有以往復方式在兩個不同扇區中連續移動。
如此處所揭露之方法及塗佈設備可使用於沈積材料於基板上。更特別是，此處所揭露之方法提供已沈積層之高均勻性，且可因此使用於顯示器之製造，例如是平板顯示器，舉例為薄膜電晶體。所揭露之方法可亦使用於太陽能電池之製造，特別是薄膜太陽能電池之製造。有鑑於改善之均勻性作為其之進一步效應，整體材料損耗可減少，此特別是在使用昂貴材料時有所需求。舉例來說，所提之方法可在平板顯示器或薄膜太陽能電池之製造中使用以沈積氧化銦錫 (indium tin oxide，ITO)層。
綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧陰極組件 12‧‧‧第一扇區 14‧‧‧第二扇區 16、26‧‧‧第一轉向角位置 17、27‧‧‧第二轉向角位置 18‧‧‧第一中心角位置 20、60、70‧‧‧濺射靶材 22‧‧‧平面 25‧‧‧磁鐵組件 28‧‧‧第二中心角位置 30‧‧‧電源供應器 35‧‧‧陽極棒 100‧‧‧基板 210、212、214、216‧‧‧方塊 A‧‧‧旋轉軸 N‧‧‧磁北極 S‧‧‧磁南極 W‧‧‧寬度方向 I‧‧‧第一塗佈階段 II‧‧‧接續塗佈階段 α‧‧‧第一角度擴展範圍 β‧‧‧第二角度擴展範圍
為了使本揭露的上述特徵可詳細地瞭解，簡要摘錄於上之本揭露更特有之說明可參照數個實施例。所附之圖式係有關於本揭露之數個實施例且係說明於下文中。一些實施例係繪示於圖式中且於下方之說明中詳述。 第1A圖及第1B圖繪示根據此處所述實施例之說明塗佈基板之方法的塗佈設備之剖面圖； 第2A圖及第2B圖繪示根據此處所述實施例之說明塗佈基板之方法的塗佈設備之剖面圖； 第3圖繪示根據此處所述實施例之說明塗佈基板之方法的塗佈設備之示意圖； 第4A圖及第4B圖繪示藉由傳統濺射製程及藉由此處所述濺射製程沈積之薄膜之厚度均勻性的比較圖； 第5A圖及第5B圖繪示藉由傳統濺射製程及藉由此處所述濺射製程沈積之薄膜之電性質的比較圖；以及 第6圖繪示根據此處所述實施例之方法的流程圖。
10‧‧‧陰極組件
12‧‧‧第一扇區
16‧‧‧第一轉向角位置
17‧‧‧第二轉向角位置
18‧‧‧第一中心角位置
20‧‧‧濺射靶材
22‧‧‧平面
25‧‧‧磁鐵組件
100‧‧‧基板
A‧‧‧旋轉軸
I‧‧‧第一塗佈階段
α‧‧‧第一角度擴展範圍

Claims (20)

  1. 一種利用至少一陰極組件(10)塗佈一基板(100)之方法，該至少一陰極組件(10)具有一濺射靶材(20)及一磁鐵組件(25)，該磁鐵組件(25)係繞著一旋轉軸(A)可旋轉的，該方法包括： 在該磁鐵組件(25)以一往復方式於一第一扇區(12)中移動時塗佈(I)該基板(100)；以及 在該磁鐵組件以一往復方式於相異於該第一扇區(12)之一第二扇區(14)中移動時接續塗佈(II)該基板(100)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該塗佈(I)包括於該第一扇區(12)之一第一轉向角位置(16)與該第一扇區(12)之一第二轉向角位置(17)之間來回移動該磁鐵組件(25)二或多次，且其中該接續塗佈(II)包括於該第二扇區(14)之一第一轉向角位置(26)與該第二扇區(14)之一第二轉向角位置(27)之間來回移動該磁鐵組件(25)二或多次。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該第一扇區(12)之一第一中心角位置(18)相異於該第二扇區(14)之一第二中心角位置(28)。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該第一中心角位置及該第二中心角位置包圍30°或更多及90°或更少之一角度。
  5. 如申請專利範圍第1至4項之任一項所述之方法，其中該第一扇區(12)延伸超過15°或更多及60°或更少之一第一角度擴展範圍(α)，及/或該第二扇區(14)延伸超過15°或更多及60°或更少之一第二角度擴展範圍(β)。
  6. 如申請專利範圍第1至4項之任一項所述之方法，其中從該基板(100)垂直地延伸至該旋轉軸(A)之一平面(22)係定義相對於該旋轉軸(A)之該磁鐵組件(25)之一零角位置，其中該第一扇區(12)之一第一中心角位置(18)及該第二扇區(14)之一第二中心角位置(28)係從該零角位置偏移。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該第一中心角位置(18)係位於15°及45°之間，及該第二中心角位置(28)係位於-15°及-45°之間。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該第一扇區(12)係部份地或全部地位於該平面(22)之一第一側上，及該第二扇區(14)係部份地或全部地位於該平面(22)之一第二側上。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該第一扇區(12)對應於在該平面(22)所鏡像之該第二扇區(14)。
  10. 如申請專利範圍第1至4項之任一項所述之方法，更包括在塗佈之前，設定該第一扇區(12)之一第一中心角位置及一第一角度擴展範圍(α)及設定該第二扇區(14)之一第二中心角位置及一第二角度擴展範圍(β)。
  11. 如申請專利範圍第1至4項之任一項所述之方法，其中該濺射靶材(20)係為可旋轉的，及其中該磁鐵組件(25)係配置於該濺射靶材(20)之內側。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該濺射靶材係為圓柱形的。
  13. 如申請專利範圍第1至4項之任一項所述之方法，其中該塗佈(I)係執行超過30秒或更多，及該接續塗佈(II)係執行超過30秒或更多。
  14. 如申請專利範圍第1至4項之任一項所述之方法，其中在塗佈期間，該基板係保持靜止的。
  15. 如申請專利範圍第1至4項之任一項所述之方法，更包括：提供一電壓至該濺射靶材(20)，該電壓係隨時間改變。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中該電壓在該塗佈期間及該接續塗佈期間係為非零的，及其中在該塗佈之後該磁鐵組件(25)從該第一扇區(12)至該第二扇區(14)定位期間及該接續塗佈之前，該電壓係本質上為零。
  17. 一種利用至少一陰極組件(10)塗佈一基板(100)之方法，該至少一陰極組件(10)具有一可旋轉之濺射靶材(20)及一磁鐵組件(25)，該磁鐵組件(25)位於該可旋轉之濺射靶材(20)之內側，該磁鐵組件(25)係繞著一旋轉軸(A)可旋轉的，該方法包括： 在該磁鐵組件以一往復方式於一第一扇區(12)中移動時塗佈(I)該基板(100)，其中該第一扇區之一第一中心角位置係位於一平面(22)之一第一側上，該平面(22)從該基板垂直地延伸至該旋轉軸(A)； 當保持該可旋轉之濺射靶材(20)於本質上零電壓時，定位該磁鐵組件(25)於一第二扇區(14)中；以及 在該磁鐵組件以一往復方式於該第二扇區(14)中移動時接續塗佈(II)該基板，其中該第二扇區之一第二中心角位置位於該平面(22)之一第二側上。
  18. 一種用以塗佈一基板之塗佈設備，包括： 至少一陰極組件(10)，具有一濺射靶材(20)； 一磁鐵組件(25)，位於該濺射靶材(20)之內側及繞著一旋轉軸(A)為可旋轉的；以及 一致動器，裝配以用於在塗佈期間以一往復方式在二或多個不同之扇區中，連續移動該磁鐵組件，其中該二或多個不同之扇區之複數個中心角位置及/或複數個擴展角度可調整。
  19. 如申請專利範圍第14項所述之塗佈設備，更包括一控制器，裝配以用於提供一可變電壓至該濺射靶材。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之塗佈設備，其中該控制器裝配以用於以該往復方式移動該磁鐵組件時提供一非零電壓至該濺射靶材，及/或裝配以用於在從一第一扇區定位該磁鐵組件至一第二扇區時提供一本質上零電壓至該濺射靶材。
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