TWI494969B - 用來塗布基板之方法及塗布機 - Google Patents

Description

用來塗布基板之方法及塗布機

本發明是關於用來塗布基板之方法及用於塗布基板的塗布機。更明確地說，其是關於特別利用濺射來塗布基板之方法及用於塗布基板的塗布機。更明確地說，本發明是關於電磁管濺射，其中靶材通常為可旋轉靶材。甚至更明確地說，該方法和塗布機是與靜態濺射沉積有關。本發明特別是關於基板塗布技術解決方式，其涉及用於沉積、圖案化及處理基板與塗層的設備、製程和材料，其中代表性實例包括涉及下列之應用(但不以此為限)：半導體與介電材料和裝置、矽基晶圓、平面顯示器(如薄膜電晶體(TFT))、遮罩和濾片、能量轉換與存儲(如光電電池、燃料電池與電池組)、固態照明(如發光二極體(LED)和有機發光二極體(OLED))、磁性與光學存儲、微機電系統(MEMS)、奈米機電系統(NEMS)、微光與光機電系統(NEMS)、微光與光電裝置、透明基板、建築與車用玻璃、用於金屬與聚合物箔(polymer foil)的金屬化系統、封裝、以及微米和奈米鑄模。

在許多應用中，期望沉積塗布材料薄層至基板上。已知用來沉積層的技術尤其是採行蒸鍍及濺射。

濺射為用於沉積各種材料薄膜至基板表面的真空塗布製程。例如，濺射可用來沉積金屬層，例如鋁或陶瓷薄層。在濺射製程期間，利用經高電壓加速之鈍氣或反應氣體離子來撞擊靶材表面，可從由塗布材料所組成的靶材中將塗佈材料傳送至待塗布的基板上。當氣體離子撞擊靶材的外表面時，其動量轉移給材料原子，使一部分的材料原子獲得足夠能量而克服結合能量，進而脫離靶材表面及沉積至基板上。隨即，其形成預定材料薄膜。沉積薄膜的厚度尤其取決於基板經歷濺射製程的時間。

持續期待著能進一步改善沉積層的品質。當塗佈層至基板上時，期望基板上之層有高均質性。特別地，期望基板上之沉積層厚度在整個基板各處盡量均勻。另期望在諸如生長結晶結構、比電阻和層應力之特徵方面具高度均質性。例如，在製造金屬層時，訊號延遲取決於層厚度，故如在製造顯示器時，不同的厚度可能造成以略為不同之時間來供給能量給像素。當蝕刻層的時候，為了在不同位置得到相同結果，則更依賴有均勻的層厚度。

為改善這些沉積層特徵，茲已提出在濺射時，擺動可旋轉靶材內的磁鐵。換言之，其暗示電磁管濺射陰極的磁鐵以固定角速度在零位置(zero-position)周圍之某些最大外部位置間不斷移動。

然而，結果證明均質性仍有改善空間。

鑒於上述，茲提供用來塗布基板之方法及用於塗布基板的塗布機。

根據一態樣，提供以至少一個陰極組件來塗布基板的方法。陰極組件具有可旋轉靶材，其內設置至少一磁鐵組件。該方法包括在預定第一時間間隔，把至少一磁鐵組件放到第一位置，使至少一磁鐵組件不對稱對準一平面，該平面從基板垂直延伸到可旋轉靶材之軸線。該方法更包括在預定第二時間間隔，把至少一磁鐵組件放到第二位置，其不對稱對準上述的平面，且提供電壓至可旋轉靶材，其在塗布期間會隨時間變化。

根據另一態樣，提供以至少一陰極組件來塗布基板的塗布機，該陰極組件具有一可旋轉曲面靶材和設於至少一陰極組件之可旋轉曲面靶材內的兩個磁鐵組件。該兩個磁鐵組件間的距離是可變的。

其它態樣、細節、優點和特性在參閱後附的申請專利範圍、說明書和所附圖式後將更明顯易懂。

本發明之實施例亦關於實行所述方法的設備且包括用於進行所述各方法步驟的設備零件。方法步驟可由硬體部件、經適當軟體程式化之電腦、或上述的任一組合物或以任何其它方式來進行。另外，本發明之實施例亦與藉以操作所述設備或製造所述設備的方法有關。其包括用於執行設備功能或製造設備零件的方法步驟。

在下列各圖說明中，相同的元件符號表示相仿的部件。大致上，只描述個別實施例相異之處。

在此所述以材料來塗布基板的製程通常是指薄膜應用。術語「塗布」和術語「沉積」在此為同義。用於所述實施例之典型塗布製程為濺射。

一般來說，濺射可為進行二極體濺射或電磁管濺射。電磁管濺射因其沉積速率較高是特別有利的。通常，磁鐵設在可旋轉靶材內。在此採用之可旋轉靶材通常為可旋轉曲面靶材。藉由將磁鐵或多個磁鐵排列在靶材背後(亦即，在靶材內部，結果為可旋轉靶材)，以捕集形成於靶材表面正下方之磁場內的自由電子，可迫使電子在磁場內移動而無法逃逸。如此可使離子化氣體分子的可能性增加數個量級。此進而可大幅提高沉積速率。

在塗布期間，基板可持續移動(「動態塗布」)，或者在塗佈期間，該待塗布基板可擱置不動(「靜態塗布」)。靜態塗布的益處在於塗佈所消耗的靶材材料量比動態塗布少，因後者常常也會塗布到基板支架。靜態塗布特別適合塗布大面積基板。當基板進入塗布區中，接著進行塗布，然後再次取出塗布區的基板。

濺射可用於顯示器製造。更詳細地說，濺射可用於金屬化，例如產生電極或匯流排(buses)。其亦可用於產生薄膜電晶體(TFT)。其還可用於產生氧化銦錫(ITO)層。

濺射亦可用於薄膜太陽能電池製造。一般來說，薄膜太陽能電池包含背面觸點、吸收層和透明導電氧化物層(TCO)。背面觸點和TCO層通常是以濺射製造，而吸收層通常是以化學氣相沉積製程來製造。

相較於蒸鍍製程，例如化學氣相沉積，濺射的益處在於無法蒸鍍的材料也可濺射。另外，濺射製程所形成之層與基板間的附著性通常比蒸鍍製程強。另外，濺射為方向性製程，故大部分的材料會輸送到基板、而不會塗布該沉積設備的內部空間(如同蒸鍍應用)。

在此所用之術語「基板」應涵蓋不可撓基板(如晶圓或玻璃板)和彈性基板(如網和箔)。通常，本發明是關於靜態塗布。在大多數情況下，基板為不可撓基板，例如用於太陽能電池製造的玻璃板。術語「塗布」尤其應包括濺射。故所述塗布機通常為濺射設備，且陰極組件為濺射陰極。

在此所用之術語「磁鐵組件」為能產生磁場的單元。通常，磁鐵組件由永久磁鐵組成。永久磁鐵通常排列在可旋轉靶材內，如此自由電子將困在形成於可旋轉靶材表面下方的磁場內。在許多實施例中，磁鐵組件包含磁軛(magnet yoke)。根據一態樣，磁鐵組件可在可旋轉管內移動。藉由移動磁鐵組件，更特定地是藉由沿著當作旋轉中心的可旋轉管軸線來轉動磁鐵組件，可將濺射材料引導至不同方向中。

根據本發明之一態樣，施加至可旋轉靶材的電壓是隨時間變化。即，非固定電壓施加至可旋轉靶材。通常，濺射功率視磁鐵組件位置而改變。尤其是濺射功率通常直接對應於施加至可旋轉靶材的電壓。除了接近0伏特(V)之值外，施加電壓與濺射功率之間的關係在第一近似式中呈線性關係。故其一表述方式為濺射功率乃隨時間變化。

第1圖繪示將基板100放置在基板支架110上。陰極組件10的可旋轉靶材20設在基板100上方。將一負電位施加至可旋轉靶材上。圖式顯示磁鐵組件25位於可旋轉靶材20內。在許多實施例中，被施予正電位之陽極(未繪於第1圖)被設置靠近可旋轉靶材。陽極可呈棒狀，其中棒軸一般配置成與折角管(angular tube)軸平行。在其它實施例中，將一獨立偏壓電壓施加至基板。在此所用之「放置磁鐵組件」大致理解為利用位於特定固定位置的磁鐵組件來操作塗布機。

用於所述實施例中的典型永久磁鐵具有兩個北磁極(N)和一個南磁極(S)。這些磁極分別歸屬磁鐵組件的表面。該表面通常從其內部面對可旋轉靶材。

在許多情況下，一磁極設在中間，而兩個相反磁極則緊臨其排列。在第1圖中，顯示放大的磁鐵組件25，以呈現此情況。如圖所示，南極設在中間，而北極則框住南極。極表面的形狀適合其所放置的可旋轉曲面靶材的曲率。在許多實施例中，各極表面定義一平面。磁極平面通常是不平行。然由排在中間之極表面來定義的平面具有一位向，該位向一般是在由外部磁極所定義之平面位向的正中間。以數學項表述，外極表面的增加垂直向量分量總和恰為內極表面的垂直向量分量。

術語「垂直」是指如第1圖所示之垂直位向。更廣泛地說，術語「垂直」是指基板的位向。即，語句「磁鐵組件處於非零位置」是描述平均表面的位向與基板表面的位向不同的情況，該平均表面定義為磁鐵組件所有極表面的向量總和。

在所示圖式中，基板表面定義水平配置的平面。一般可以想到從基板垂直延伸到可旋轉靶材之軸線的平面。在許多實施例中，此平面亦垂直基板支架。此平面在此應稱為「基板-靶材內接平面」。在第1、3a及3b圖中，此平面以垂直排列的虛線22表示之。

雖然圖式之實施例繪示該可旋轉靶材是設在水平配置基板的上方，且基板-靶材內接平面的定義是相對這些實施例說明，但仍應提及基板在空間中的位向亦可為垂直。特別地，考慮到大面積塗布時，若基板為垂直定向，則可簡化並輕鬆傳送及搬運基板。在其它實施例中，甚至可將基板配置在水平與垂直定向間的某處。

根據本發明之一態樣，在預定時間間隔內，磁鐵組件是不對稱對準該基板-靶材內接平面。應注意語句「在一段時間內，把磁鐵組件放置成不對稱對準」應理解為不對稱放置磁鐵組件並將其確切地保持在此位置一段時間。通常，該預定時間間隔為大於0.1秒，較常為1秒，更常為大於10秒，又更常為大於30秒。

通常，可旋轉曲面靶材呈圓柱形。為了具體指明該元件(如圓柱內的磁鐵組件)的角度位置，可將一個元件視為圓柱座標。在本發明中特別關注角度位置，因此以角度來指示位置。在本發明中，零角度位置應定義為可旋轉靶材最靠近基板的位置。故零角度位置通常位於基板-靶材直接連接平面22。

根據本發明之態樣，在預定時間間隔內，將磁鐵組件設置在可旋轉靶材內的非零角度位置上。此繪示於第2圖中。更明確地說，其亦繪示於第3a圖，其中將磁鐵組件25設置在相對於零角度位置的-α角度上。該磁鐵組件接著移動到第二非零角度位置。第3b圖繪示在預定時間間隔內，將磁鐵組件設置在相對於零角度位置的+α角度上的實施例。在此所描述的負角度應指偏向左邊，而正角度應指偏向右邊。

把磁鐵組件放置在非零角度位置上(亦即，不對稱對準基板-靶材內接平面)，將使得電漿不在靶材表面上方最靠近基板的區域上產生，而是在側向配置區域上產生。因而增加濺射變異，故磁鐵組件的傾斜位置會造成不該被塗布的區域有更快的塗布速率，例如基板支架或塗布室內的壁面。換言之，此可能會降低效率。

儘管有此情況，然本案之發明人意外地發現藉由把磁鐵放置成不對稱對準該基板-靶材直接連接平面，可提高基板上的沉積層的均質性。當論及層的均質性時，應將此主要理解為基板上塗布區各處之層厚度、結晶結構、比電阻和層應力的均勻性。

根據一態樣，當塗布基板時，在第一預定時間間隔，將磁鐵組件放到第一非零角度位置上。其接著移動到第二非零角度位置，並將其保持在此位置，歷時第二預定時間間隔。通常，第一預定時間間隔(即將磁鐵組件保持在第一非零角度位置期間的時間間隔)和第二預定時間間隔(即將磁鐵組件保持在第二非零角度位置期間的時間間隔)是一樣的。另外，根據實施例，第一位置和第二位置的角度絕對值是一樣的。通常，第二位置對應於在基板-靶材直接連接平面上映出鏡像的第一位置。

此情況繪示於第3a及3b圖，其中將磁鐵組件25設置在第3a圖實施例中的第一位置，即與基板-靶材直接連接平面夾-α角度。在第3b圖中，將磁鐵組件25設置在相對於基板-靶材直接連接平面的α角度的第二位置上。為讓圖式更清楚，僅一些圖式繪出電壓。然而應理解在操作時，一般施加負電壓至陰極組件上。

已發現若於磁鐵移動時降低或關閉電場(即電壓)，可進一步提高均勻性。此乃出乎意料之外，因已提出當不斷移動的磁鐵在左與右最大角度之間擺動時進行濺射。儘管有此教示，然本發明人已發現若在磁鐵組件既不處於第一位置、也不處於第二位置時暫停濺射，則可提高均質性。

在許多實施例中，當磁鐵處於外部位置(如呈至少15°、甚或25°之角度)而開啟電場時，可達最佳均質性。通常，磁鐵組件會在外部位置上等待一段時間。電壓通常只在磁鐵組件處於外部位置時開啟。在磁鐵組件移動期間，放電中斷，即將陰極組件與陽極間的電位差維持在近似於零或為零。

根據實施例，提出利用下列方式來濺射塗布基板：在第一時間間隔，把磁鐵組件放到可旋轉靶材內的第一非零角度位置，並將其保持在此位置，且開啟電場以進行濺射。例如，磁鐵組件可設在角度α上。其次，經過第一時間間隔後，將磁鐵組件移動到第二非零角度位置上，一般藉以通過零角度位置。當在移動期間，關閉電場。第三，將磁鐵組件保持在第二非零角度位置上，歷時第二時間間隔，且再次開啟電場。語句「開啟電場」宜理解為將電壓施加至陰極組件和陽極上。

根據實施例，在第一時間間隔及/或第二時間間隔期間，該施加電壓為固定不變。磁鐵組件處於第一位置時的施加電壓通常等於磁鐵組件處於第二位置時的施加電壓。

根據典型實施例，把磁鐵組件以相對於零角度位置呈15°至45°之角度放置成不對稱對準於基板-靶材內接平面是，較常介於15°至35°之間。在一些實驗中，證明角度近似30°將有最佳的沉積層均質性。應當理解這些示例角度值為角度絕對值。

誠如所言，一般是把磁鐵組件放到第一和第二位置，其中第二位置有相同的角度絕對值、但在基板-靶材內接平面映出鏡像。

根據一態樣，把磁鐵組件放到第一位置、放到第二位置、放到第三位置及放到第四位置。並將其保持在各位置上經歷預定時間間隔，即在第一位置上經歷第一預定時間間隔、在第二位置上經歷第二預定時間間隔、在第三位置上經歷第三預定時間間隔及在第四位置上經歷第四預定時間間隔。

根據實施例，兩個位置(如第三與第四位置)的角度絕對值大於其餘兩個位置(如第一與第二位置)的角度絕對值。通常，第二位置的角度絕對值和第一位置一樣，但其在基板-靶材內接平面附近映出鏡像，及/或第四位置的角度絕對值和第三位置一樣，但其在基板-靶材內接平面映出鏡像。

根據實施例，放置順序對應位置編號，即磁鐵組件首先放到第一位置、其次放到第二位置、第三放到第三位置及第四放到第四位置。

根據其它實施例，其可結合其它實施例，在預定時間間隔內的電壓是維持在第一非零值，且在預定時間間隔內的電壓是維持在第二非零值。第一非零值選擇性大於第二非零值。例如，第二非零電壓值最大值為第一非零電壓值的80%、甚或最大值為第一非零電壓值的50%。

例如，當至少一磁鐵組件放置於第一位置和第二位置時，該電壓可維持在第一非零值。此外，當至少一磁鐵組件放置於第三位置和第四位置時，電壓可維持在第二非零值。

根據實施例，第二位置對應於在基板-靶材內接平面附近映出鏡像的第一位置，及/或第四位置對應於在基板-靶材內接平面附近映出鏡像的第三位置。

第4圖示例詳繪用於所述實施例的陰極組件。應理解第4圖所有元件亦可應用到所述其它實施例，特別是有關於第1、2、3a、3b及5圖所示之實施例。第4圖顯示將可旋轉靶材20放置在背管上。背管主要用於裝設可旋轉靶材，其材料應於濺射時清除。為降低濺射製程造成的靶材高溫，在許多實施例中，將可旋轉靶材對準位於其內側之冷卻材料管40。通常使用水做為冷卻材料。冷卻是必需的，因投入濺射製程的大部分能量(通常為若干千瓦量級)會轉變成靶材的熱量。如第4圖所示，磁鐵組件設在背管和冷卻材料管內，故其可依需求在其內移動到不同角度位置上。根據其它實施例，靶材管內部完全填滿冷卻材料，例如水。

一般來說，且不限於第4圖實施例，將磁鐵組件裝設在靶材管軸上。在此所描述的旋轉轉動(pivoting movement)可由電動馬達提供所需旋轉力來引起。在典型實施例中，陰極組件裝配有兩個軸桿：第一軸桿供可旋轉靶材管裝設於其上。第一軸桿隨陰極組件運作而轉動。可移動磁鐵組件一般裝設於第二軸桿。第二軸桿通常是以容許所述磁鐵組件移動的方式獨立於第一軸桿來移動。

第5圖示例顯示本發明之一態樣，其中可旋轉曲面管包括兩個磁鐵組件25。通常，兩個磁鐵組件均放置成不對稱對準基板-靶材內接平面，即其位於非零角度位置。另外，其相對於零角度位置和相對於其絕對值的位置角度通常是一樣的。相較於每一靶材管只設置單一磁鐵組件，此構造容許在兩個磁鐵組件旁的靶材表面前面產生兩個電漿。故可提高濺射效率。另外，藉由把兩個磁鐵組件放到非零角度位置上，此構造可獲得均勻性提高，於塗布機操作期間，在預定時間間隔內，把磁鐵組件放到非零角度位置時可察覺此均勻性提高。

通常，兩個磁鐵設置在相對於零角度位置的絕對角度值上，該絕對角度值介於15°至45°之間，較常為25°至35°，甚或為25°至30°。兩個磁鐵組件相對於零角度位置的絕對角度值通常是一樣的。可將兩個磁鐵不斷排列在其各自位置上。根據實施例，第二磁鐵組件設於與第一磁鐵組件在基板-靶材內接平面映出鏡像位置有關的位置上。

根據所述實施例，至少一陰極組件包括兩個磁鐵組件，其設於可旋轉靶材內，且兩個磁鐵組件間的距離是可變的。兩個磁鐵組件間的典型角度介於45°至75°之間，例如介於55°至65°之間。一般來說，磁鐵組件相對於可旋轉靶材中心的距離是不會改變的。磁鐵組件通常反而沿著可旋轉曲面靶材的內圍移動。將可旋轉靶材中心當作旋轉中心，可以角度來表示兩個磁鐵組件間的距離。

根據實施例，利用設置在相對於基板-靶材內接平面的不同角度上的磁鐵組件來塗布相同的基板，並於塗布期間可改變兩個磁鐵組件的位置。例如，在第一步驟中，兩個磁鐵組件間的角度可設成15°至45°，且在第二步驟中，設成35°至90°(步驟順序可相反)。如同所述，第一步驟施加的電壓值可大於第二步驟施加的電壓值。

在本發明中，圖式繪示塗布機和示例基板的截面示意圖。通常，陰極組件10包含圓柱形的可旋轉靶材。換言之，當看著圖式時，靶材延伸進出紙面。磁鐵組件同樣如此，其也僅繪成截面元件。磁鐵組件沿著圓柱的全長來延伸。基於技術理由，磁鐵組件通常延伸圓柱長度的至少80%，較常為圓柱長度的至少90%。

第6圖為顯示沉積層均勻性(U)與磁鐵組件/多個磁鐵組件設於可旋轉管內之角度α的絕對值間的關係曲線圖。本發明人測得以預定厚度偏移量代表沉積層均勻性的曲線在角度約30°時下降最多。第6圖曲線圖更顯示若角度α的絕對值進一步增加，則均質性會再度開始降低。故根據所述實施例，一般是將磁鐵組件調整成約20°至40°，較常為25°至35°，甚或為25°至30°。

所示單位「U」是指由預定層厚度的百分變異所測得的層均勻性。與α軸相交處，百分比為零。儘管從理論觀點看來當期如此，然像這樣的值是很難達到的。但本發明能達到3%以下之均勻性，在一些實施例中，百分比甚至達2%。第6及7圖所示之測量結果是在、具有約17.5千瓦(kW)/公尺的功率和約0.5帕斯卡之壓力值的純銅濺射製程下所測量而得。塗布基板為大面積基板。

第7圖顯示均勻性與t_w和t_p之比率間的另一關係曲線圖。時間「t_w」代表總體時間，在此期間是以大於15°之固定角度，例如30°，把磁鐵組件放置成不對稱對準於該基板-靶材內接平面。更詳細地說，在第一時間間隔內，將磁鐵組件放到第一非零角度位置，並放到第二非零角度位置，且在移到此位置後，再歷時第二時間間隔。

時間「t_p」為塗布的總體製程時間。故在總體時間t_p-t_w時，以電位將磁鐵組件從第一非零角度位置移動到第二非零角度位置，且在整個總體製程時間t_p期間，該電位為固定不變。在其它方面，此曲線圖顯示基板均勻性之改善程度與磁鐵組件放到第一及/或第二非零角度位置(即不對稱對準基板-靶材直接連接平面)所費時間的關係。從圖可知，本發明人發現磁鐵組件放到第一和第二非零角度位置佔總體製程時間越長，特別是均勻性得到的均質性則越佳。

故最大均質性可利用偏離零角度位置濺射達到。如同所述，此可藉由把兩個磁鐵排列在可旋轉靶材內而達成，且兩個磁鐵組件通常設在非零角度位置。其亦可藉由利用處於第一非零角度位置一段時間的單一磁鐵組件而達成。磁鐵組件可在可旋轉靶材內移動到第二非零角度位置，其通常為反映第一非零角度位置的鏡像。該磁鐵組件一般停留此處，歷時第二時間間隔。

根據實施例，以高速來進行該移動，因而使總體移動時間小於1秒，較常為小於0.5秒。移動時，更可關閉施加至靶材的電壓，如第7圖曲線圖所示，此將進一步提高均勻性。

第8圖顯示這些實施例施加至基板與靶材間的電壓(V)，該電壓非隨時間固定不變、而是具方波形狀。從圖可知，電壓在一段時間內(其通常為磁鐵組件位於固定位置的濺射期間的第一或第二時間間隔)仍保持特定固定大小。電壓接著在特定時間間隔內降低。這些時間間隔一般是指磁鐵組件在可旋轉靶材內移動的時間，例如從第一非零角度位置移到第二位置。

根據實施例，當電壓在實質降低時可為0V。濺射立即停止。根據其它實施例，電壓可降低至特定閾值(threshold)，其為一種濺射製程的初始電壓。例如，閾電壓可停止濺射，但也能更輕易地重新開始濺射製程。然當磁鐵組件移動時，即在重新放置期間，電壓通常降低至小於濺射電壓的10%，較常為小於濺射電壓的5%。

一般來說，可施加不同形狀的電位。然施加電位通常和放置磁鐵組件同步。例如，當磁鐵組件移動時，電位最多下降至最大電位值的35%，較常為最多20%。例如，第9圖顯示正弦形狀的電位。可以想見電位大於第9圖所顯示的虛線時，磁鐵組件位於固定位置的實施例。更明白地說，在塗布期間，位於可旋轉靶材內的磁鐵組件以濺射功率從一側樞軸轉動到另一側，該濺射功率依磁鐵組件之角度位置而隨時間變化。

根據實施例，磁鐵組件對每一基板只移動一次。即，當塗布基板時，磁鐵組件只分別位於第一和第二位置上一次。在其它實施例中，磁鐵組件可移動數次。例如，其可移動三次，故當塗布基板時，磁鐵組件分別位於第一和第二位置上兩次。雖然會因移動及在移動時濺射功率可能關閉而增加總體製程時間，但仍可進一步提高沉積層的均質性。

本發明特別是關於大面積基板塗布。一般來說，術語「大面積基板」包括具有尺寸至少為1500mm×1800mm的基板。

根據態樣，各自具有可旋轉曲面靶材的多個陰極組件可提供用來塗布大面積基板。適合塗佈基板的空間稱為「塗布室」。塗布室通常適於在一時間點塗布一基板。多個基板可一個接著一個塗布。

在許多實施例中，多個陰極組件排列成多個陰極組件陣列。特別地，就靜態大面積基板沉積而言，一般提供規則排列的一維陰極組件陣列。每一塗布室的陰極組件數量通常為2至20個，較常為9至16個。

在典型實施例中，陰極組件彼此等距相隔。更典型地，可旋轉靶材的長度是略為大於待塗布基板的長度。或者或此外，陰極陣列可略為比基板寬度寬。「略為」一般包括100%至110%之範圍。提供略大的塗布長度/寬度有助於避免邊界效應。陰極組件通常等距遠離基板。

在實施例中，多個陰極組件不以等距相對基板的方式來排列，而是沿著電弧形狀(arc’s shape)來排列。電弧形狀可使內部陰極組件設置成比外部陰極組件更靠近基板。此情況繪示於第10圖。或者，定義多個陰極組件位置的電弧形狀也可使外部陰極組件設置成比內部陰極組件更靠近基板。散射行為取決於待濺射材料。故視應用而定，即視待濺射材料而定，提供呈電弧形狀之陰極組件將進一步提高均質性。電弧位向取決於應用。

此外，第10圖顯示設在陰極組件間的示例陽極棒，其可用於所述一些實施例中。

根據陣列實施例，將每一個可旋轉靶材中的各磁鐵組件從第一位置同步移動到第二位置。同步移動將進一步提高層的均質性。

另外，在陣列實施例中，多個可旋轉靶材之第一和第二位置的角度是一樣的。然而不同的可旋轉靶材也可有不同的角度。更特別地，其可視陰極組件相對基板的位置而不同。例如，外部陰極組件的磁鐵組件移動角度可大於或小於內部陰極組件的磁鐵組件移動角度。利用此操作方法，可進一步增強電弧排列的效果，或當陰極組件為等距相距基板而設置時，模擬電弧配置方式。

除了把磁鐵組件放到可旋轉靶材內的至少二個位置外，或可或另可擺動基板。術語「擺動」基板應理解為在有限距離內，來回移動基板。通常，將基板放置於第一位置，歷時預定時間間隔，並將其放置於第二位置，歷時預定時間間隔。在其它實施例中，基板另可放到第三位置和第四位置。

以下將描述產生極高均質性的實施例。

本發明人已發現電弧作用會隨製程功率和磁鐵組件角度增加而呈非線性增強。電弧作用對沉積製程有害，因而必須減少。然如前所述，由於大角度可提高均勻性，故期望把磁鐵組件放置在大角度(如30°)上。另外，高製程電壓能降低總體處理時間和成本而達高產量。

本發明人已發現考量產量時間和均勻性最佳化後的特殊最佳方法。可藉由疊置數層的子層(sub-layer)而得到具有高度均勻性之層，其中各子層是以特定電壓和特定角度來沉積。通常為進行四個沉積步驟，以得到高均勻性之層。該製程可在無或僅少數電弧產生的情況下、並以高產量率施行。該步驟一般可按任何順序。

根據此實施例，第一沉積步驟是利用設於第一位置的磁鐵組件來進行，且電壓設定成第一電壓值，歷時預定第一時間間隔。隨後為第二沉積，其中磁鐵組件設於第二位置，且電壓設定成第一電壓值，歷時預定第一時間間隔。第二位置對應於在基板-靶材內接平面附近映出鏡像的第一位置。特別地，第一和第二位置的絕對角度是一樣的。

另一沉積步驟是利用設於第三位置的磁鐵組件來進行，且電壓設定成第二電壓值，歷時預定第二時間間隔。接著為第四沉積，其中磁鐵組件設於第四位置，且電壓設定成第二電壓值，歷時預定第二時間間隔。第四位置通常對應於在基板-靶材內接平面附近映出鏡像的第三位置。特別地，第三和第四位置的絕對角度是一樣的。

根據實施例，預定第一時間間隔和預定第二時間間隔是一樣的。或者或此外，預定第三時間間隔和預定第四時間間隔是一樣的。在此所用之術語「一樣」應理解為包括最大15%之偏差。

根據實施例，第一時間間隔大於第二時間間隔。例如，第一時間間隔為20秒至1分鐘，例如約30秒。第二時間間隔則是考慮最大均勻性與可接受之總體沉積時間後的折衷選擇。第二時間間隔通常小於30秒、或者甚至小於15秒。在此實施例中，第一電壓值大於第二電壓值，而在同時，第一和第二位置的角度絕對值是小於第三和第四位置的角度絕對值。通常，材料大多是在第一電壓下沉積。一或多個典型值選擇如下。第一電壓通常為至少40千瓦(kW)。第二電壓通常小於30kW。第一角度通常小於20°。第二角度通常大於35°。

根據實施例，在把至少一磁鐵組件放到第一位置及把至少一磁鐵組件放到第二位置期間，電壓維持為第一非零值，歷時預定時間間隔。或者或此外，在把至少一磁鐵組件放到第三位置及把至少一磁鐵組件放到第四位置期間，電壓維持為第二非零值，歷時另一預定時間間隔。第一非零值通常大於第二非零值。即，電壓在磁鐵組件安置在第一、第二、第三或第四位置之一或所有位置時通常不為零。

在重新放置磁鐵組件期間，電壓通常降低至小於第一非零值或第二非零值的10%、較常小於5%。

第11圖顯示在沉積製程後測量之數個薄膜輪廓。y軸代表薄膜高度的公制單位，而x軸代表基板長度的公制單位。因為沉積是利用陰極陣列來進行，故各沉積設定呈現一種正弦形狀。

利用位於第一位置之磁鐵組件的沉積會產生薄膜輪廓111，利用位於第二位置之磁鐵組件的沉積則產生薄膜輪廓112。該沉積是在較高電壓以較小角度下進行(此關係對應第三和第四沉積)。利用位於第三位置之磁鐵組件的沉積會產生薄膜輪廓113，利用位於第四位置之磁鐵組件的沉積則產生薄膜輪廓114。該沉積是在較低電壓以較大角度下進行(與第一和第二位置之沉積有關)。

所形成之整體薄膜輪廓表示成輪廓120。其為四次沉積之薄膜輪廓111、112、113、114疊置的結果。從圖明顯可知，所形成的輪廓有高度均勻性。另外，因多數材料沉積是在第一和第二沉積步驟產生，故製程時間是可接受的。由於此需要高沉積功率，即高功率，故磁鐵組件的角度宜比第三和第四沉積步驟小，以免發生電弧。然從第11圖實例可知，沉積層111與112間的相位差小於180°，因而只需部分補償該波紋。

缺少的均勻性乃藉由進行第三和第四沉積步驟來補償。這些步驟主要是用於補償第一和第二沉積步驟產生的薄膜輪廓波形。在第三和第四製程步驟中的磁鐵組件角度相較起來是較大的。然因沉積功率(即電壓)維持為較小值以免發生電弧，故第三和第四製程步驟的整體材料沉積量是較少的。從第11圖實例可知，沉積層113與114間的相位差是大於180°。因此，所形成之正弦輪廓通常與陰極陣列週期性及/或第一和第二沉積之層輪廓呈異相，故可補償其餘波紋。

任何順序皆可替代上述步驟順序。特別地，為縮短重新放置磁鐵組件所需的時間，可先進行第一和第三步驟，其次進行第二和第四步驟。如此，在第一與第三步驟間、或在第二與第四步驟間，磁鐵組件不會橫越基板-靶材內接平面。一般來說，四次沉積的順序取決於製程循環時間和形態薄膜特徵。

在此所述方法和塗布機可用於沉積材料至基板上。更特別地，其可得高均勻性沉積層，進而用於製造顯示器，例如平面顯示器(如TFT)。其亦可用於製造太陽能電池，尤其是薄膜太陽能電池。若均勻性改善(為本方法的另一效果)，則可進一步減少總體材料消耗量，當使用昂貴材料時特別需要這個效果。例如，所提出的方法和塗布機可用來沉積平面顯示器或薄膜太陽能電池製造中的氧化銦錫(ITO)層。

或者或此外，藉由改變可旋轉靶材與基板間的相對位置，可形成薄膜分布，其中該位置維持住一段預定時間間隔，此如應用材料公司(Applied Materials)於西元2010年9月30日申請之歐洲專利申請案「形成濺射材料層的系統和方法(Systems and methods for forming a layer of sputter material)」所述，其一併引用於此而延伸該應用不與本發明相悖，尤其是其描述不同材料分布形成的部分。特別地，提及靶材與基板之相對位置變化之專利申請案的特定實施例也應適用於本發明，其中靶材與基板的相對位置應理解為在靶材內之磁鐵組件與基板間的相對位置。

儘管上述是針對本發明之實施例，然在不脫離其基本範圍內，當可推得本發明其它和進一步之實施例，且本發明之保護範圍當視後附申請專利範圍所界定者為準。

說明書採用實例來揭露本發明，包括最佳模式，並能供任何熟諳此技藝者來製造及使用本發明。雖然本發明已描述各種特定實施例，但在申請專利範圍之精神和範圍內，熟諳此技藝者當可作各種更動與潤飾。特別是上述實施例的非互斥特徵可相互結合。本發明之可專利範圍由申請專利範圍所界定，且包括熟諳此技藝者意會之其它實例。若這些其它實例具有的結構元件與申請專利範圍之文字語言無異，或者其包括與申請專利範圍之文字語言無實質差異的均等結構元件，則將落在申請專利範圍之保護範圍內。

10．．．陰極組件

20．．．靶材

21．．．軸線

22．．．虛線/平面

25．．．磁鐵組件

40．．．冷卻材料管

100．．．基板

110．．．支架

111-114．．．薄膜輪廓

120．．．輪廓

本發明之上述其它詳細態樣將配合所附圖式來說明，其中：

第1、2、3a、3b及4圖為塗布機的截面示意圖，其根據在此所述之實施例來說明用來塗布基板的方法；

第5圖為根據在此所述實施例來繪示塗布機的截面示意圖；

第6圖為根據在此所述實施例來繪示的曲線圖，其顯示磁鐵組件之角度位置與沉積層之均勻性的關係；

第7圖為根據所述實施例來繪示的圖表，其顯示等待時間和總體塗布時間之比率與沉積層之均勻性間的關係；以及

第8圖為根據在此所述實施例來繪示的圖表，其示例性地顯示施加至陰極組件的方波電壓；

第9圖為根據在此所述實施例來繪示的圖表，其示例性的顯示施加至陰極組件的正弦電壓；

第10圖為設置用於塗布基板之陰極組件陣列的截面示意圖；以及

第11圖為根據在此所述實施例來繪示的圖表，其顯示所產生之沉積輪廓。

10．．．陰極組件

20．．．靶材

21．．．軸線

25．．．磁鐵組件

100．．．基板

110．．．支架

Claims (22)

1. 一種以至少一陰極組件來塗布一基板的方法，該陰極組件具有一可旋轉靶材，該可旋轉靶材具有至少一磁鐵組件設置於內，該方法包含：在一預定第一時間間隔，把該至少一磁鐵組件放到一第一位置，使該至少一磁鐵組件不對稱對準於一平面，該平面是從該基板垂直延伸到該可旋轉靶材之一軸線，其中該預定第一時間間隔為至少0.1秒；在一預定第二時間間隔，把該至少一磁鐵組件放到一第二位置，其不對稱對準於該平面；以及提供一電壓至該可旋轉靶材，該電壓在塗布期間會隨時間變化。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該預定第一時間間隔為至少0.5秒。
3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該預定第一時間間隔為至少1秒。
4. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中將該至少一磁鐵組件設置為不對稱對準，歷時一總體塗布時間的至少80%。
5. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中將該至少一磁鐵組件設置為不對稱對準，歷時一總體塗布時間的至少95%。
6. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該平面在該可旋轉靶材內定義一零角度位置，且將該磁鐵組件設置在15°至45°之一角度上。
7. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該平面在該可旋轉靶材內定義一零角度位置，且將該磁鐵組件設置在25°至35°之一角度上。
8. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其更進一步包含：將該至少一磁鐵組件從該第一位置移動到該第二位置。
9. 如申請專利範圍第8項之方法，其中在該磁鐵組件從該第一位置移動到該第二位置期間，該電壓實質為零。
10. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該預定第一時間間隔和該預定第二時間間隔是一樣的。
11. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該電壓是隨時間變化，且具一方形波形。
12. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該電壓維持在一第一非零值，歷時一預定時間間隔，且該電壓維持在一第二非零值，歷時另一預定時間間隔，其中該第一非零值是大於該第二非零值。
13. 如申請專利範圍第1項之方法，其更進一步包含：在一預定第三時間間隔，把該至少一磁鐵組件放到一第三位置，其不對稱對準於該平面；以及在一預定第四時間間隔，把該至少一磁鐵組件放到一第四位置，其不對稱對準於該平面，其中該兩個位置的一角度絕對值是大於其餘兩個位置的一角度絕對值。
14. 如申請專利範圍第13項之方法，其中將該至少一磁鐵組件設置為不對稱對準，歷時一總體塗布時間的至少80%。
15. 如申請專利範圍第13項之方法，其中：在把該至少一磁鐵組件放到該第一位置及在把該至少一磁鐵組件放到該第二位置期間，該電壓是維持在一第一非零值，歷時一預定時間間隔；以及在把該至少一磁鐵組件放到該第三位置及把該至少一磁鐵組件放到該第四位置期間，該電壓是維持在一第二非零值，歷時另一預定時間間隔， 其中該第一非零值是大於該第二非零值。
16. 如申請專利範圍第13項之方法，其中該第一位置和該第二位置的角度是小於該第三位置和該第四位置的角度。
17. 如申請專利範圍第13項之方法，其中該預定第三時間間隔和該預定第四時間間隔是一樣的。
18. 如申請專利範圍第13項之方法，其中把該至少一磁鐵組件放到該第一位置和該第二位置是在把該至少一磁鐵組件放到該第三位置和該第四位置前進行。
19. 如申請專利範圍第1或13項之方法，其中該第二位置是對應於在該平面映出鏡像的該第一位置。
20. 如申請專利範圍第13項之方法，其中該第四位置是對應於在該平面映出鏡像的該第三位置。
21. 一種用於塗布一基板的塗布機，其包含：至少一陰極組件，其具有一可旋轉曲面靶材；以及兩個磁鐵組件，其設於該至少一陰極組件的該可旋轉曲面靶材內，其中介於該兩個磁鐵組件間的距離是可變的以及其 中該兩個磁鐵組件以介於45°至75°之間的一角度而彼此相隔設置。
22. 如申請專利範圍第21項之塗布機，其中該兩個磁鐵組件以介於55°至65°之間的一角度而彼此相隔設置。