TWI277127B - A magnetron sputtering device, a cylindrical cathode and a method of coating thin multicomponent films on a substrate - Google Patents

Description

1277127 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種磁控濺鍍裝置、圓柱狀陰極及塗 佈薄多重元件膜於一基底上之方法。 【先前技術】 斑一 磁技一 f magnetron sputtering)裝置，亦即利用磁陣 列標的之方式在基底方向上進行濺鍍製程’係已運用於真 空塗佈系統以塗佈不同型式基底之用；此外，此類裝置還 適用於種類廣泛之塗佈材料。此類真空塗佈系統包括進行 塗佈之工作艙。此真空艙具有欲得真空範圍條件下之基= 壓力，特別是在製程參數中Μ止沈㈣膜產生污染:但 在塗佈處理期W ’此類真⑽具有高於基礎壓力之工作壓 力，其係由製程氣體所造成。 ^ 磁控濺鍍裝置係為圓柱型磁電管，特別是利於高靶材 (target material)使用率以及增長靶材之壽命。在卯^7 964文獻中所示之圓柱型陰極係完全由乾材所構成。亦可 如關專利第4,356，G73號所述之傳輸管（咖听⑽ 由環狀之乾材層所構成。平順旋轉圓柱型陰極可平坦幹 钱表面乾材，Λ因可抑制區域性集中地機鎮並防止凹洞: 用在多重成分膜 例如使用於製造光伏 薄膜中之各類成分可 共同賤鍍技術則時常運 (multic⑽Ponent films)之塗佈， 及收 口口（ photovoltaic absorber )。

3055-7124-PF 5 1277127 5時自不同靶濺出並塗美 並形成多重成八“ 、土 上。各成分在基底上混_ 例如，各類具=。ΐ同濺錄處理可採用多種方式完成。 到預期薄膜厚戶之：貝成分之靶可以線型排列組成。未達 積於基底！整一使個別材質成分沈 成相同的薄膜。二：膜。利用此方式可大量地形 昂貴，需要大^之缺點為此真空塗佈系統相對地 、而要大s的陰極裝置與昂貴的真空艙。 域來=亦Π用單：乾卻具有數個具不同材質成分之區 擊基底以开二：基底係被固$，各成分將同時被濺發並撞 :一重成分膜。此技術之缺點為革巴材複雜，且 成本·^。再者，在執行賤鎮製程時，因各區域通常以社 =質=單一：，故雜質可能因此伴隨地污染此多重成 刀、，此多重成分靶為平坦狀。然而此類多重成分 低使料，且會形成相對較大區域之重錢積。 重複沈積會引發製程相關問題，並在基底上形成 口口夤較差之薄膜。 【發明内容】 .本發明之—目的係提供-種磁控顧裝置、圓柱狀陰 極及塗佈薄多重元件膜於_基底上之方法，可克服習知技 藝所遭遇之問題。特別ι本發明之目的係提供緊密之直空 塗佈系統以降低製造成本。 為達本發明之目的，本發明提供_種磁控減鑛裝置（申 請專利範圍第1項）、-種圓柱陰極（中請專利範㈣5項） 3055-7124-PF 6 1277127 I 〇項）。本發明之較 以及相對應之方法（申請專利範圍第 佳霄施例則描述各附屬項之特徵。 本發明之磁控濺鑛裝置，包括至少—真空搶，用 -基底上塗佈複數多重成分薄膜，該裝置具有―圓柱狀陰 極，f縱軸旋轉式地谈入。磁性系統配置於該圓柱狀陰: 上。s亥圓柱狀陰極至少包括具複數互異革巴材之二區域，且 該磁控減鍍裝置具有旋轉該圓柱型陰極之一裝置，以及具 有對應該圓柱型陰極位移該基底之—裝置，其中_旋# 該圓柱型陰極之該裝置可依據該基底速度連續性地調整成 令一速度以旋轉該㈣型陰極，使該等該基底上混 1’藉此利用一磁控共同滅鐘專制於該基底上沈積一多重 成分膜。制控濺鍍裝置相較於線上靶裝置形式者可較2 節省空間。利用本發明所提供之磁控賤錢裝置將可明顯地 降低真空塗佈裝置系統之尺寸。此舉可降低成本與維護費 用，不僅可減少操作成本，更可減少樓板面積。相較於採 用平坦多重成分靶，本發明可避免因結合劑所引發之污 染。此外’較高之粗材使用率與較小之重複沈積區域可提 供薄膜之結合品質。 在上述之磁控濺鍍裝置中，，用以位移該基底之該裝 置係沿垂直該圓柱型陰極之縱軸方向調整位移該基底。利 用此方法可使沈積之多重成分膜具有高度之同質性。 在上述之磁控濺鍍裝置中，該磁控濺鍍裝置包括複數 個圓柱型陰極。此磁控濺鍍裝置可用以於基底上塗佈大面 積之多重成分膜。此類磁控裝置之優點為在連續塗佈互異 3055-7124-PF 7 1277127 厚胺％，可包含具各類 扃卜、+、 ^靶材組合之圓柱狀陰極。 域。該等互異區域係為圓柱型二括？，互異乾材之區 如電聚發射方式進行塗佈時:二::當該區域不以 坦型式。在電裝發射技術中，例=:夕卜部需設計成為平 之材質密产盥n所 陶貝成分將無法以預期 貝山度與同貝性塗佈於圓柱型靶上。 鄰：：材貝而要較大的靶表面，特別是在各別區域直接相 鄰的情況下。各別F a π 〗匕a置接相 j£域可配置於傳輪管上，例如在較 域或結構性不穩定之區域。 在 …般而言’所有金屬、金屬氧化物與可支撐區域所形成 (t別是包m伽、_、絡或幻等皆= 於傳輸官上。適合的製造技術包括如熱性均壓（— Π·'—。、 1 ng)為形成堅固的靶，未支撐區域可採用切割、 繪=、銑床、f折或捲繞等方式製造，而此類區域可利用 如焊接或溶接方式形成單一革巴，或是採用結構式之榫頭相 …口特別7C可塗佈錫、辞、錄、銅、銘、銀、金、翻、 鉬、鈦以及斂等材質。 圓柱型陰極靶之尺寸為5 00至4500mm，直徑為1〇〇至 3〇〇_，且壁厚為1至50丽。 該圓柱型陰極（丨，丨，）之該等互異區域 (2’ 2’’ 3’ 3’，4, 4’，5, 5，）之寬度係依據該圓柱型陰極之縱 抽调整該多重成分膜之預設化學劑量，作為該對應靶材之 錢鍵良率之一函數。此磁控濺鍍裝置中之圓柱型陰極可操

3055-7124-PF 8 1277127 作在一固定旋轉速度下。 本發明亦提供一種塗佈複數容 银数夕重成分薄膜於一基底上 之方法，係於一真空塗佈系鲚φ p 、、死中抓用一磁控共同濺鍍裝 置’具有-圓柱型陰極’沿縱轴旋轉式地嵌人並配置於一 磁控濺鍍裝置中，其中該圓柱型 1陰極至少包括具複數互異 乾材之二區域，當該薄膜塗佈於該基底時於該内部磁性系 統上沿縱轴旋轉，該基底於_期間係被引導通過該圓柱 型陰極，該基底速錢料_良率之_域，且自該基 底至該圓柱型陰極之距離為該多重成分膜於該某底上之一 預設厚度’且該圓柱型陰極之旋轉速度係擇為該基底速度 之一函數，並對該㈣區域進行快速連續地⑽處理，且 於該基底上沈積並混和該等各類材料成分，藉此於該基底 上沈積形成一多重成分膜。 相較於習知技術中較慢速移動之基底方式，本發明中較 快速之圓柱型陰極可使薄膜的沈積更趨同質性，且薄膜厚 度可獲得更精確地調整。 本發明中可根據各別區域之寬度而調整該多重成分膜 之化學劑量，並改變縱向圓柱型軸之相對位置，使該等互 異靶材區域被擇為對應靶材之濺鍍良率之一函數，且磁控 濺鑛裊置中圓柱型陰極可獲得平穩地操作，亦即可操作在 一固定旋轉速度下。 該圓柱型陰極之旋轉速度為5-2 0 rpm，最佳旋轉速度為 1 0rpm。最加速度之選取係依據圓柱型陰極之革巴區域數而 定。當數目較低時須選取較高之轉速，使各別成分可得以 3055-7124-PF 9 1277127 充刀地混合以確保高品質之薄膜品質。 在該磁控濺鍍裝置可配置多組圓柱型陰極作為薄膜沈 二Γ特別是當基底具有大尺寸之寬度與長度時需進行 α 的移動時，此舉有助於加速薄膜之沈積。此外，若 7佈不同多重成分之㈣，則可於：或更多真空舱中進 重2於多组在絲之方式，本發明之優㈣因採用多 用可：：=幅降t生產尺寸。塗佈系統之成本與維持費 八* 。/夕。對照本發明所揭示之複合、平坦之多重成 圓柱型陰極之生產較為簡易並更有效率。此外更可 材使用率並降低重複沈積次數，進而改進薄膜特性。 為讓本發明之上述和其 顯易懂，下文特舉一較佳實施例、：：、和優點能更明 細說明如下。 只㈣亚配合所附圖式，作詳 【實施方式】 第。1圖所示為本發明之圓柱型陰極，其外觀為一圓柱 i吕0圓柱型陰極1完全由絶 ^ 兀王由靶材所構成，此例中包含兩種 革巴材H材配置於兩類相對應之分歧圓 與3、5。此四組區域2、3、4、 A2 ^ y υ度之圓孤，且對靡 圓柱型陰極1、1，具有相同之對 心 卞μ長度。為構成圓柱型陰極 卜可利㈣接、燁接或是採用結構式之榫頭相互结合。 若因材質特性或製程而無法直接由革巴材構成此圓柱型 陰極’圓柱型陰極i，可簡易地以塗佈不同乾材於傳輸管6 3055-7124-PF 10 127712.7 上構成，如第2圖所示。在值於总 方弋泠你山门 輪g 6上可利用如電漿喷射 万式塗佈出圓柱型區域2，、3，、 4f e ^ l 、5 ’ °上述區域相互連 /、有相同的長度’圓弧角度皆為9。度。 根據本發明之磁控濺鍍裝又 r ^^^ 置利用合適圓柱型陰極1、 之衣置，經由已知磁性系統嵌 對稱旋轉。 /、内並沿其縱軸做 為塗佈多重成分膜，根據 w ^像預期溥膜厚度以垂直圓柱型 陰極1之方向調整基底移動速度。 i隹^ 问化，此圓柱型陰極i 進仃％轉。每當圓柱型陰極丨旋 疋得^，0柱型區域2、3、 、5被導引通過内部磁性系統，並連續地㈣上革巴材。革巴 二已::Γ效應協助塗佈於基底上。因基底之速度遠小 積=;陰極1之旋轉速度’個別材質成分可區域性地沈 貝；土&上。此沈積可使各別的材 上形成混和成分的薄膜。成刀亚於基底 从Μ ’可採用兩組或更多組區域形成圓柱型陰極b 右圓柱型陰極1與i，之旋轉速度 舌+ \ 反俅符十穩，亦可調整多 成U之化學劑量，圓柱型區域之寬度可對應調整， =各別材料成分之賤鍍量率之一函數。若為便利操作，旋 轉速度不穩定時亦可調整此類化學劑量。 當需於基底覆蓋大面積區域時，亦可於磁控機鑛 中採用數個圓柱型陰極bi,。在製程 = 1之互異圓柱型陰極卜丨，中，具磁㈣时置之數組真空 艙可依序輪流配置’故可於基底上依序塗佈不同之多重2 分膜。 乂 3055-7124-PF 11 1277127 · 因此本發明可利用在直处、、 基底上塗佈多重成分膜〃I塗佈系統中磁控濺鍍裝置於 柱型陰極卜1，可達到高,Ζ大二= 任何熟習此技藝者，户、革，、南品資薄膜之目的。 内，當可作更動與潤飾 +脫離本發明之精神和範圍 之申請專利範圍所界定者為準。 之保濩乾圍當視後附 【圖式簡單說明】 ’ 帛1圖係顯示本發明中圓柱型陰極“ 型陰極完全由靶材所構成；以及 視圖，此圓柱 j 2圖係顯示本發明中圓柱型陰極之透視圖， 材係塗佈於傳輪管上。 【主要元件符號說明】 圓柱型區域；6 1、Γ〜圓柱型陰極 傳輸管。 3055-7124-PF 12

Claims (1)

127死2^7042號申請專利範年月曰修(更)正本 务正曰期 :95.10.17 十、申請專利範圍·· 1·-種磁控錢裝置，包括至少—真空艙，用 基底上塗佈複數多重成分薄膜， r 1 1 ?, 衣置具有一圓柱狀陰極 ^ )’沿縱轴旋轉式地㈣統配置料圓柱 狀陰極上U，r)’該圓柱狀陰極（1，"至少包括具複數 :_之二區域（2,2，，3,3，，4,4’，5,5，)，且該磁控滅鐘 衣置具有旋轉該圓柱型陰極（1，1，）之一裝置，以及具有 對應該圓柱型陰極位移該基底之一裝置， 其特徵在於： 用以旋轉該圓柱型陰極（1，1，）之該裝置可依據該基 底速度連續性地調整成一速度以旋轉該圓柱型陰極 (1，1 )’使該等靶材可於該基底上混合，藉此利用一磁控 共同濺鍍裝置於該基底上沈積一多重成分膜。 2 _如申請專利範圍第1項所述之磁控濺鍍裝置，其中 用以位移該基底之該裝置係沿垂直該圓柱型陰極（1, 1，） 之縱軸方向調整位移該基底。 3·如申請專利範圍第1項所述之磁控濺鍍裝置，其中 该磁控濺鍍裝置包括複數個圓柱型陰極（1，1，）。 4·如申請專利範圍第3項所述之磁控濺鍍裝置，其中 该圓柱型陰極（1，1，）包括複數靶材之互異組合。 5 ·如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之磁控藏 鍍裝置，其中該圓柱型陰極（1，1，）之該等互異區域 (2, 2’，3, 3’，4, 4，，5, 5,）係為圓枉型區域。 6 ·如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之磁控錢 3055-7124-PFl/kell- 13 1277127 鑛裝置，其中該圓柱型陰極（1，Γ)之該等互異區域 (2，2 ’，3，3 ’，4，4 ’，5，5 ’）係直接相鄰。 7 ·如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之磁控溅 锻裝置，其中該圓柱型陰極（1，1，）之該等互異區域 (2,2’，3,3’，4,4’，5,5’）係位於一傳輸管（6)中。 8·如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之磁控濺 鑛裝置，其中該圓柱型陰極（1，Γ)之該等互異區域 (2, 2’，3, 3’，4, 4’，5, 5’）之寬度係依據該圓枉塑陰極之縱 軸調整該多重成分膜之預設化學劑量，作為該對應靶材之 歲鏡良率之'函數。 9. 一種塗佈複數多重成分薄膜於基底上之方法，係於 真空塗佈系統中採用一磁控共同濺鍍裝置，具有一圓桎 型陰極（1，Γ )，沿縱軸旋轉式地嵌入並配置於一磁控濺鲈 裝置中， & 其特徵在於： 該圓柱型陰極（1，1，）至少包括具複數互異靶材之二 區域（2, 2，，3, 3’，4, 4，，5, 5’），當該薄膜塗佈於該基底時於 該内部磁性系統上沿縱軸旋轉該基底於濺鍍期間係被引導 通過該圓柱型陰極（U，），該基底速度係擇為滅鑛良率之 -函數，I自該基底至該圓柱型陰極之距離為該 多重成分膜於該基底上之一預設厚度；及 該圓柱型陰極（U，）之旋轉速度係擇為該基底速度 之一函數，並對該等靶區域（2 2，3 又 ，4,4，，5,5，）進行 快速連續地濺鍍處理，且於該基底上 丁 咒積並混合該等各類 3055-7124-PFl/kelly 14 !277127 材料成分’藉此於該基底上沈積形成一多重成分臈。 1 〇·如申請專利範圍第9項所述之方法，其中係根據專 利申請範圍第4至7項以設計形成該圓柱型陰極（1，1，）。 11.如申請專利範圍第9項所述之方法，其中係沿垂直 该圓柱型陰極（1，1，）之縱軸方向調整位移該基底。 1 2 ·如申晴專利範圍第9至1 1項中任一項所述之方 法’其中該圓柱型陰極（丨，丨，）係以一平穩旋轉速度移動。 • 13.如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該圓柱 型陰極之旋轉速度為5 —1〇 rpm，最佳旋轉速度為1〇r_。 14. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中可調整該 夕重成分膜之化學劑量，使該等互異靶材區域 (2, 2’，3, 3’，4, 4’，5, 5，）之寬度被擇為該濺鍍良率之一函 • 數。 15. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中利用配置 於該磁控濺鍍裝置之複數圓柱型陰才圣（1，r) ☆該基底上 • 塗佈各類多重成分膜。 16. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中利用配置 於該塗佈系統中至少二組真空搶之複數磁控藏鑛裝置之， 於該基底上塗佈各類多重成分膜，當該基底通過該個別真 空艙時不需中斷該個別真空艙之運轉。 3055-7124-PFl/kelly 15