TWI400996B - 基板處理裝置 - Google Patents

Description

基板處理裝置

本發明係關於一種基板處理裝置。

磁控管濺射源係用來處理(如塗覆)基板，如半導體、光學裝置或平面顯示器。藉由此種磁控源所形成的等離子體離子，可自一靶材濺射出材料，而後此濺射靶材沉積於基板之表面上，以形成一薄膜。此外，離子可能會蝕刻該基板。

已知有一種濺射源(參見US 6,093,293、US 6,284,106及US 6,454,920)，其具有至少兩個電性隔離之固定式條狀靶元件，該些靶元件係並排固定且兩者間各自隔有一間隙。每一靶元件各別包括一電性墊，據此每一靶元件可與另一靶元件獨立電性運作。每一靶元件亦具有一控磁元件，其根據各別的靶元件，產生隨時間變化之磁場。該濺射源更具有一陽極元件，其陽極係並排且位於該些靶元件之間，且/或沿著該些靶元件之較小側邊。

此外，已知有一種塗覆基板用之裝置，其係包括兩個電極，而該些電極與濺射室電性隔離，且該些電極亦相互電性隔離，其中一電極係作為電性連接於該靶材之陰極，而另一電極係作為陽極(DE 40 42 289 A1)。電容器及電阻器係電性串連於該陽極及接地。鑒於DE 41 36 655 A1，電容器可省略不用。於兩文獻DE 40 42 289 A1及DE 41 36 655 A1中，欲解決的問題則是要抑制電弧放電。

若陽極係設置在陰極前面(如DE 41 36 655 A1所示)，則可改善點引現象。然而，該些陽極將成為等離子體粒子流之屏障，據此該些陽極亦會受其覆蓋。接續之塗覆程序會使陽極粒子落至基板上，因而破壞該層品質。另一方面，利用反應性濺射，相對於陰極表面之陽極表面可塗覆上介電材料。據此，使點引狀態更差。此作用稱為「陽極消失」(disappearing anode)。

又，已知有一種等離子體源，其包括用於封閉一原料氣之腔室(WO 2005/052979 A2)。該腔室中設置有一陽極，且腔室中接近該陽極處設置有包括複數磁控陰極片段之分段式磁控陰極。

最後，由US 4,417,968、JP 2003-183829及EP 1 594 153 A1已知有複數陰極(多於兩個)設置於腔室中。

本發明之一目的係在提供一種裝置，其係用於塗覆基板(如玻璃)，藉此該塗覆步驟具有長期穩定性，且沉積於不同基板上之膜層彼此間不會有實質上的差異。

根據請求項1之特徵，可藉由提供塗覆基板之裝置來解決此問題。

因此，本發明係關於一種裝置，其係用於處理(如塗覆)真空腔室中之基板。該真空腔室中設置有n個陰極及n+1個陽極，每一陽極係與陰極相鄰。n個陰極中每一者及n個指定陽極係與一電源供應器連接。陽極中未分配給陰極之陽極，係連接至與每一陽極連接之電線。下拉電阻器之一端係連接至該線，而另一端則接地。

於濺射製程中採用此設置，則塗覆基板之該層可長時間具備優異之穩定性。此外，該層特性如薄膜電阻及薄膜均勻度則可獲改善。

當電阻值超過10歐姆(Ω)以上，則可達到極佳特性。舉例而言，若下拉電阻器之電阻值為440-170Ω，則基板塗覆步驟可達到優異特性，其中係使用具有三個以上(如九個)磁控管濺射源之設置來塗覆基板。

藉由以下描述並參酌隨附圖式，可更加瞭解本發明，且可完全明瞭各種態樣及優點。

圖1顯示塗覆基板用之裝置1剖視圖。該裝置1包括：一真空腔室2，其具有圍壁3,4,5,6；及複數陰極元件7至10。每一陰極元件7至10係與該些電源供應器11至14之一者連接，以構成一陰極。陽極28至32係與該些陰極元件7至10相鄰設置，且係藉由線而連接至該些電源供應器。該些線係藉由隔離器23至27而穿過該壁5。該些陽極29至32係連接至該些電源供應器11至14之一者，據此，每一電源供應器係與該些陽極29至32之一者及該些陰極元件7至10之一者連接。所有電源供應器11至14皆電性連接至作為保護接地之地面33。

陽極28至32與供應線間之電阻約為100-200mΩ。若電阻器34之電阻低於2Ω，則由於遮罩53,54之過渡電阻低，會有較多電流流向遮罩53,54。若有短路(R=0)繞過電阻器34，則濺射腔室2之所有表面將具有陽極功用。此大陽極將具有改善等離子體點引之優點。然而，藉由包含有複數陰極7至10之元件，將可建立由接地金屬部定義出之電場，該些接地金屬部使該層不均勻。

本發明中之電阻器34係用於減除包含有複數陰極之元件上的真空腔室2接地部之影響。

若該電阻器34之電阻增加，則於等離子體點引後，可大幅減少接地部之影響，其原因在於，點引後之等離子體流特別於陽極28至32與陰極7至10間流動。由於點引時有小電流流動，故電阻器34之電壓低。然而，若大電流流動且伴隨連續等離子體燃燒，則電阻器34之電壓將增加。因此，該腔室1之接地部實質上係與濺射流電路分離。當R為∞時，電流僅於陽極與陰極間流動。

由圖1可發現，腔室2中設置有五個陽極28至32，但僅設置有四個陰極或靶元件7至10，且每一陰極元件包括一陰極，概括地說，設置有n+1個陽極及n個陰極。然而，陰極個數亦可等於陽極個數。

藉由該設置(包括n+1個陽極及n個陰極)，可對藉由該腔室移動之基板建立幾何及電性鏡像對稱。

陽極28至32係藉由電線63而相互電性連接，同時亦藉由電阻器34而連接至地面33，據此，所有的陽極28至32係連接至相同電位。

電阻器34係為具有定義電阻值之下拉電阻器，其電阻值係超過2歐姆而達幾仟歐姆，較佳係達1MΩ。利用該定義電阻值，可對電源供應器、陽極及陰極設定一定義電位，以使腔室2中之等離子體均勻分布。據此，便可均勻塗覆基板。

若電阻器34之電阻值低於2Ω，則電流無法完全流過陽極28至32。為避免此現象，電阻器34之電阻值超過2Ω，較佳係超過10Ω，如此電流便可流過陽極28至32。於電阻值為2Ω以上時，塗覆薄膜電阻值係與電流及電壓無關。

無下拉電阻器34時，則對於陸地或地面之上述電位值則無定義值。因此，於某一時間點，該電位將對應R=0，而於另一時間點，其卻對應R≠0。如此則無法確保等離子體均勻分布，亦即，有時塗覆分布佳，有時卻不佳。亦無法控制長時間穩定性。

再參考圖1，說明一平面基板35(如玻璃板)通過真空腔室2之內部36，當其經過陰極元件7至10時，可對該基板35進行塗覆。

由圖1可知，基板35係朝箭頭37之方向移動，而後經由開孔38離開腔室2。當基板35離開腔室2時，另一欲進行塗覆之基板39將由開孔40進入腔室2，其中開孔40係設置於開孔38之相對側。雖然圖1未示，但該真空腔室2之兩側可設置封閉室，據此，基板35係由設置於開孔40旁之封閉室進入，並移動經過該腔室2，以進入設置於開孔38旁之另一封閉室中。

在整個塗覆過程中，腔室2內為一固定真空態。如圖1所示，其係藉由真空幫浦41,42來達成。

氣體貯存槽43,44提供氣體或氣體混合物予腔室2。該氣體或氣體混合物流經管路47，並由管路47之開孔45,46進入該腔室2。

之後，可藉由幫浦41,42，將氣體或氣體混合物移除，並經由開孔48,49離開該腔室2。每一氣體貯存槽43,44可包含不同氣體。例如，若欲進行反應性濺射步驟，則該些氣體貯存槽43,44之一者(如貯存槽44)包含一反應氣體(如N₂ ,O₂ )，而另一貯存槽43包含一惰性氣體(如Ar)。

可藉由閥門50,51,52來調控氣體流動，而該些閥門係由電腦控制(圖1未示)。

雖然圖1中顯示四個磁控管濺射源7至10，但本領域之人士知悉，可設置多於四個的磁控管濺射源，但不可少於兩個。

由圖3可知，陽極29至32再連接至各別的電源供應器11至14及另一陽極28。所有陽極28至32互相偶接，而下拉電阻器34係設置於該些陽極28至32與地面33間。

圖2為圖1裝置1之擷取圖，其顯示陰極元件8及部份陰極元件7。

陰極元件8及其對應之陽極30係連接至電源供應器12。此外，陽極30係電性連接至電線(wire或line)63。該電源供應器12(直流電源供應器)係偶接至地面33。該陰極元件8包括陰極本體55，其部份係設置於腔室2中。為維持真空腔室2之真空穩定，提供有一封條62。

該陰極元件8更包括磁鐵56,57,58，其係設置於軛鐵59上，而該軛鐵59係設置於磁鐵56,57,58與本體55間。

磁鐵56至58與靶材61間亦設置有一薄板60，較佳為銅板，而靶材材料舉例為Mo、Ti、Cu、Si、Al、Zn、Zr、Ni、Cr、NiCr或該些材料之氧化物。ITO亦可作為靶材材料。

真空腔室2中之陰極元件8及另一陰極元件包括一冷卻裝置(圖未示)，其係於塗覆過程中用來冷卻陰極元件。

圖3顯示類似於圖1之裝置。然而，其係使用管狀陰極來取代平面陰極。管狀靶材19至22係環繞著管狀陰極15至18，而管狀靶材19至22係藉由電線64至67，連接至各別電壓源11至14之負電位。EP 1 722 005 B1更詳細揭露該些管狀陰極。此外，除了線狀及管狀陰極，亦可使用DE 197 01 575 A1圖2所示之平面“MoveMag”陰極。

圖4為薄膜電阻(Rs)之曲線圖，即基板上塗覆膜之電阻及下拉電阻器34為不同電阻值下之薄膜均勻度，其中，設置於該腔室2一端之陰極10功率P為30kW，而另一陰極7至9之功率P為27kW，壓力p為0.15Pa，膜厚度d約為10^-7 m。均勻度係藉由下式算得：

均勻度(%)=(Max-Min)/(Max+Min)×100%其中，Min係指膜厚度d之最小值，而Max係指膜厚度d之最大值。

該腔室2之圍壁3至6係為接地(grounded或earthed)，以避免浮動電位傷害帶電荷的人，並避免靜電。基於相同理由，電源供應器11至14之外殼亦為接地。外殼之接地位連接至陽極28至32。

如圖4所示，若下拉電阻器34之電阻值低於2Ω，則無均勻度。當電阻值增加至超過2Ω時，則兩特性(即薄膜電阻及均勻度)之影響減少，因此，電阻值超過2Ω之下拉電阻器34可獲得較為均勻之塗覆膜。

腔室2中該些陰極7至10位置產生不同功率。亦可施加同一功率於該些陰極，以取代該些陰極上施加不同功率。

大體上，由於測量儀僅包括三個測點，故圖4中R為2Ω處呈一曲線斷點。事實上，該曲線可呈e-函數形式。若電阻器34之電阻值為2KΩ，亦可達到本發明之效果，然而，相較於較小之下拉電阻值，其陰極之點引現象較差。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

1．．．裝置

2．．．真空腔室

3,4,5,6．．．圍壁

7,8,9,10．．．陰極元件

11,12,13,14．．．電源供應器

28,29,30,31,32．．．陽極

23,24,25,26,27．．．隔離器

33．．．地面

34．．．電阻器

53,54．．．遮罩

63,64,65,66,67．．．電線

35,39．．．基板

37．．．箭頭

38,40,45,46,48,49．．．開孔

41,42．．．真空幫浦

43,44．．．氣體貯存槽

47．．．管路

50,51,52．．．閥門

55．．．陰極本體

62．．．封條

56,57,58．．．磁鐵

59．．．軛鐵

61．．．靶材

60．．．薄板

19,20,21,22．．．管狀靶材

15,16,17,18．．．管狀陰極

圖1係用於塗覆基板之裝置剖視圖，該裝置包括線狀陰極。

圖2係圖1裝置之擷取圖。

圖3係用於塗覆基板之裝置剖視圖，該裝置包括管狀陰極。。

圖4係不同電阻值下之塗覆膜電阻曲線圖。

1．．．裝置

2．．．真空腔室

3,4,5,6．．．圍壁

7,8,9,10．．．陰極元件

11,12,13,14．．．電源供應器

28,29,30,31,32．．．陽極

23,24,25,26,27．．．隔離器

33．．．地面

34．．．電阻器

53,54．．．遮罩

35,39．．．基板

37．．．箭頭

38,40,45,46,48,49．．．開孔

41,42．．．真空幫浦

43,44．．．氣體貯存槽

47．．．管路

50,51,52．．．閥門

Claims (14)

1. 一種用於塗覆一基板之裝置，包括：一真空腔室(2)；n個陰極(7-10)，係於該真空腔室(2)中，其中n≧2，且其中n為陰極數；至少兩個陽極(28-32)，係於該真空腔室(2)中；一連接線(63)，其中該些陽極(28-32)中每一者係電性連接至該連接線；一下拉電阻器(34)，該下拉電阻器的一端係連接至該連接線(63)，且該下拉電阻器的另一端係連接至地面(33)，該電阻器(34)之電阻至少為2Ω。
2. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中提供有n個陰極(7-10)及n+1個陽極。
3. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該真空腔室(2)係電性連接至該地面(33)。
4. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該些陰極(7-10)的每一者指定一陽極(29-32)，且該些陰極(7-10)中每一者及其指定之陽極 (29-32)係連接至一共用電源(11-14)，以使該些陰極(7-10)中每一者及指定之陽極(29-32)可獨立於其他陰極及指定陽極進行電性運作。
5. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該些陰極(7-10)中每一者包括一平面靶材。
6. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該些陰極(7-10)中每一者包括一圓柱形靶材。
7. 如申請專利範圍第6項所述之裝置，其中該電阻器(34)具有40Ω至10kΩ的電阻。
8. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該腔室(2)中設置有遮罩(53,54)。
9. 如申請專利範圍第7項所述之裝置，其中該電阻器(34)之電阻介於400Ω至500Ω之間。
10. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該些陰極為平面陰極。
11. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該些陰極為管狀陰極。
12. 如申請專利範圍第4項所述之裝置，其中該些共同電源的每一者 係為一直流電源供應器。
13. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中每一個陽極設置於一陰極的附近。
14. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，該真空腔室具有圍壁(3、4、5、6)，其中提供相對該基材經塗覆側邊的該基材一側邊之一第一圍壁(3)，且其中在介於n個陰極與相對該第一圍壁的一第二圍壁(5)間提供該些陽極之每一者的至少一部份。