TWI523965B

TWI523965B - 濺鍍設備及濺鍍方法

Info

Publication number: TWI523965B
Application number: TW102115436A
Authority: TW
Inventors: 許民慶; 儲培鳴
Original assignee: 上海和輝光電有限公司
Priority date: 2013-04-17
Filing date: 2013-04-30
Publication date: 2016-03-01
Also published as: CN104109835A; TW201441397A

Description

濺鍍設備及濺鍍方法

本發明涉及一種鍍膜設備，尤其涉及一種濺鍍設備。

濺鍍(sputter)是一種優良的鍍膜工藝，是在真空環境電極兩端加上高壓產生直流輝光放電，使導入的工藝氣體電離，正離子在電場作用下高速轟擊靶材，逸出的靶材原子和分子向被鍍膜基板表面沉積。濺鍍工藝具有膜質好、速度快等優點，在薄膜場效應電晶體(Thin-film transistor；TFT)產業中有廣泛使用。但是在實際使用中有時需要連續鍍兩層不同的膜，而這兩種膜的材料會有交叉污染，無法在同一個工藝腔室中作業。

例如廣泛應用於主動矩陣有機發光二極體面板(Active-matrix organic light-emitting diode；AMOLED)陽極的ITO/Ag/ITO膜層結構，是兩層ITO膜中間具有Ag膜的膜層結構，需要在基板上先後濺鍍一層ITO膜、一層Ag膜和另一層ITO膜。由於ITO是反應式濺射鍍膜，在濺射ITO時需要通入O₂、H₂O等物質，如果在同一個腔室中鍍Ag，則會使Ag靶材發生化學反應，受到氧化污染，因此濺射ITO和Ag無法在同一個工藝腔室中作業。

為解決這一問題，傳統的工藝如第1圖所示，是分別設置濺鍍ITO的腔室1’和濺鍍Ag的腔室2’，並在二者之間設置搬送腔(圖未示)。上述腔室相互獨立設置。為了提高生產效率，同一個設備上一般會設置多個濺鍍ITO的腔室1’和濺鍍Ag的腔室2’，然而上述這種多腔室設備結構複雜，占地面積大，成本較高。

本發明的目的是提出一種濺鍍設備和濺鍍方法，以解決現有技術存在的問題。

為實現上述目的，本發明揭露一種濺鍍設備，包括：腔體；旋轉靶材機構，設置在所述腔體中部，所述旋轉靶材機構的相反兩側能夠設置第一靶材和第二靶材；所述旋轉靶材機構包括旋轉軸，並能夠繞著所述旋轉軸旋轉；以及密封機構，設置在所述旋轉靶材機構的兩側，用於與所述旋轉靶材機構和所述腔體耦合以將所述腔體隔離成兩個密封的腔室，所述兩個腔室用於在其中分別設置第一基板和第二基板，其中所述旋轉靶材機構包括相對設置的第一靶材固定件和第二靶材固定件，用於固定所述第一靶材和第二靶材。

本發明還提出一種濺鍍方法，包括：步驟1，在濺鍍設備中利用旋轉靶材機構對第一基板和/或第二基板進行第一濺鍍和/或第二濺鍍；及步驟2，將所述旋轉靶材機構旋轉180度以對所述第一基板和所述第二基板進行第三濺鍍和第四濺鍍，其中所述第三濺鍍和第四濺鍍至少部分地同時進行。

相比於現有技術需要設置不同的鍍膜腔室以及搬送腔來實現濺鍍，本發明的濺鍍設備和濺鍍方法具有旋轉靶材機構，因此能夠在同一腔體中同時濺鍍不同的鍍膜，並且不需要將基板在不同的腔室之間搬送，因此能夠實現連續濺鍍，提高濺鍍效率，並簡化工藝過程。

第2A圖所示為本發明一實施例中濺鍍設備的示意圖。第2B圖所示為第2A圖中濺鍍設備的旋轉靶材機構20的示意圖。

如第2A圖所示，本發明一實施例中濺鍍設備包括腔體10、旋轉靶材機構20和兩組密封機構30。在操作時，第一基板1和第二基板2可設置在濺鍍設備中。

腔體10在本實施例中為長方體形狀，在其他實施例中也可以是其他任意形狀。

旋轉靶材機構20設置在腔體10中，並如第2B圖所示，包括第一靶材固定件21、第二靶材固定件22、以及位於第一靶材固定件21和第二靶材固定件22之間的絕緣層23和旋轉軸24。

在本實施例中，第一靶材固定件21用於圍繞並固定第一靶材21a，第二靶材固定件22用於圍繞並固定第二靶材22a。第一靶材21a能夠在電場作用下濺射並沉積在第一基板1或第二基板2上，第二靶材22a能夠在電場作用下濺射並沉積在第二基板2或第一基板1上。第一靶材固定件21和第二靶材固定件22並不限於圍繞第一靶材21a和第二靶材22a，但凡能夠將第一靶材21a和第二靶材22a固定的結構均是可行的。

在本實施例中旋轉靶材機構20形狀近似板狀，並較佳為矩形，但在其他實施例中旋轉靶材機構20可為其他任意形狀。第一靶材固定件21和第二靶材固定件22位於旋轉靶材機構20的相反兩側。

在通過第一靶材固定件21和第二靶材固定件22固定之後，第一靶材21a和第二靶材22a分別面對第一基板1和第二基板2。其中第一基板1和第二基板2面對旋轉靶材機構20的表面需要濺鍍第一靶材21a和第二靶材22a。

在一實施例中，如第2B圖所示，第一靶材固定件21和絕緣層23之間還具有第一背板25，第二靶材固定件22和絕緣層23之間還設置有第二背板26，第一靶材21a和第二靶材22a分別通過第一靶材固定件21和第二靶材固定件22固定設置在第一背板25和第二背板26上。

旋轉軸24在本實施例中設置在絕緣層23。旋轉軸24可以貫穿絕緣層23設置，也可以設置在絕緣層23的上下兩側。然而，本發明不限於將旋轉軸24設置在絕緣層23 中或者其上下兩側。例如，旋轉軸24可位於旋轉靶材機構20的其他位置，只要能夠使旋轉靶材機構20繞著旋轉軸24旋轉即可。

旋轉靶材機構20能夠繞著旋轉軸24在腔體10中旋轉。第2C圖所示為第2A圖中的濺鍍設備的旋轉靶材機構20在旋轉180度後的示意圖。結合第2A圖和第2C圖看出，通過旋轉既能夠使第一靶材固定件21和第一靶材21a正對第一基板1且第二靶材固定件22和第二靶材22a正對第二基板2(如第2A圖)，又能夠使第一靶材固定件21和第一靶材21a正對第二基板2且第二靶材固定件22和第二靶材22a正對第一基板1(如第2C圖)。如此一來，在上述兩種旋轉到位的情况下，旋轉靶材機構20可以在電場的作用下同時在第一基板1和第二基板2上濺鍍第一靶材21a和第二靶材22a，或者同時在第一基板1和第二基板2上濺鍍第二靶材22a和第一靶材21a。

第3A圖所示為兩組密封機構30中其中一組的主視示意圖，第3B圖所示為其中一組密封機構30與旋轉靶材機構20相對移動的示意圖，第3C圖所示為旋轉靶材機構20和兩組密封機構30接觸之後的側視示意圖。本發明中，密封機構30設置在旋轉靶材機構20的兩側，用於與旋轉靶材機構20和腔體10耦合以將腔體10隔離成兩個密封的腔室，兩個腔室用於在其中分別設置第一基板1和第二基板2。

如第3A圖和第3B圖所示，每一組密封機構30包括密封圈31、金屬結構件32和至少一組移動軌道33。密封圈31在本實施例中為形狀對應於旋轉靶材機構20的矩形封閉圈，並為內外兩圈。金屬結構件32形狀對應於密封圈31並將密封圈31固定於其上，密封圈31的內外兩圈均從金屬結構件32所在的平面上突起。

如第3B圖所示，金屬結構件32設置在移動軌道33上，且能夠沿著移動軌道33移動。移動軌道33在本實施例中例如為螺桿式移動軌道，金屬結構件32上對應移動軌道33的位置具有對應的螺紋孔。螺桿式移動軌道穿過所述螺紋孔，並能夠在轉動時將金屬結構件32移近或遠離旋轉靶材機構20。

如第3C圖所示，本實施例中腔體10的內壁11具有矩形環狀突起11a，與旋轉靶材機構20的四個側緣配合。矩形環狀突起11a例如是由沿著腔體10四個內壁11向內延伸的四個條狀突起構成。四個條狀突起可圍成矩形。腔體10的頂面和底面的條狀突起可供裝設旋轉軸24，同時可供設置移動軌道33。當每一組密封機構30具有一組移動軌道33時，移動軌道33設置在腔體10的上部的條狀突起或下部的條狀突起，當每一組密封機構30具有兩組移動軌道33時，兩組移動軌道33分別設置在腔體10的上部的條狀突起和下部的條狀突起。

如第3C圖所示，兩組密封機構30分別設置在旋轉靶材機構20和矩形環狀突起11a的兩側。這樣，在旋轉靶材機構20需要繞著旋轉軸24旋轉的情况下，兩組密封機構30的金屬結構件32需要分別沿著移動軌道33帶動密封圈31遠離旋轉靶材機構20，以避免干涉旋轉靶材機構20的旋轉。

密封圈31和金屬結構件32一起移動到不干涉旋轉靶材機構20的位置或移動到腔體10的邊緣後停止移動，使得旋轉靶材機構20能夠旋轉。

在旋轉靶材機構20旋轉到位(例如，第一靶材21a和第二靶材22a正對第一基板1(或第二基板2)和第二基板2(或第一基板1))之後，兩組密封機構30中的密封圈31和金屬結構件32一起沿著移動軌道33移回旋轉靶材機構20的兩側。此時每組密封機構30的兩個密封圈31分別抵接腔體10的內壁11上的矩形環狀突起11a和第一靶材固定件21或第二靶材固定件22。如此一來，便可以將腔體10隔成兩個相互獨立且密封的腔室。兩個腔室中可分別容置第一基板1和第二基板2。

旋轉靶材機構20是否旋轉到位可以通過多個感測器來控制。第4圖所示為本發明一實施例在腔體10上設置感測器的示意圖。如第4圖所示，在腔體10的一側上部和下部在對應於旋轉靶材機構20旋轉到位後的位置處分別裝設兩對感測器12a、12b以及13a、13b。感測器12a、12b以及13a、13b較佳裝設在上下兩個條狀突起上如第4圖所示的一側，然而本發明並不以此為限，兩對感測器12a、12b以及13a、13b還可以裝設與第4圖所示的一側相對的另一側。當旋轉靶材機構20沒有旋轉到位時，其中一對感測器 12a、12b(或13a、13b)的發射部12a(或13a)和接收部12b(或13b)處於導通狀態，或兩對感測器12a、12b以及13a、13b均處於導通狀態。當旋轉靶材機構20旋轉到位之後，一對感測器的發射部12a和接收部12b以及另一對感測器的發射部13a和接收部13b均被遮蔽，兩對感測器12a、12b以及13a、13b同時處於非導通狀態，從而表明旋轉靶材機構20已旋轉到位。

第5A圖至第5C圖所示為旋轉靶材機構20的冷却水管28和電纜29的結構示意圖。

冷却水管28分別設置在絕緣層23的兩個相反表面，或設置在絕緣層23內。如第5A圖所示，其是從絕緣層23上方與旋轉軸24對應的位置進入絕緣層23，再從絕緣層23下方與旋轉軸24對應的位置離開。

冷却水管28可在絕緣層23的兩個表面各有一套。兩個表面上的冷却水管28可以共用冷却水導入口28a和導出口28b。冷却水管28蜿蜒地分布在絕緣層23的表面或內部，其中通有冷却水。在旋轉靶材機構20工作時冷却水管28對其進行冷却。

電纜29從絕緣層23上方對應旋轉軸24的位置進入絕緣層23，並沿著絕緣層23的上部延伸。電纜29分別設置在絕緣層23的兩個相反表面。絕緣層23分別具有電纜導入點29a和多個電纜連接點29b。

如第5B圖所示，第一背板25和第二背板26上設置有對應的電纜對接點(圖中僅示出第二背板26上的電纜對接點261)，與絕緣層23上的電纜連接點29b進行電性連接。第一背板25和第二背板26安裝於絕緣層23的兩側，並由螺栓S進行固定。

電纜29能夠通過第一背板25和第二背板26分別傳送電力至第一靶材21a和第二靶材22a，具體來說，靶材與背板通過導電性的粘合劑結合在一起，以使電力能夠從第一背板25和第二背板26傳導至第一靶材21a和第二靶材22a，以分別獨立地控制第一靶材21a和第二靶材22a濺射沉積。但是，本發明不限於此。在一實施例中，可以省略背板，而將電力通過其他形式傳遞至第一靶材21a和第二靶材22a。

濺鍍設備還包括外接的控制裝置(圖未示)。控制裝置控制設置有密封圈31的金屬結構件32沿著移動軌道33移動。當移動軌道33為螺桿式移動軌道，控制裝置控制外部的馬達轉動，以驅動螺桿式移動軌道轉動，使密封圈31和金屬結構件32遠離或靠近旋轉靶材機構20。

此外，控制裝置還用於控制旋轉靶材機構20的旋轉。具體來說，控制裝置控制外接的精密驅動馬達，由精密驅動馬達驅動旋轉軸24旋轉，帶動旋轉靶材機構20相對於腔體10旋轉。當一對感測器12a、12b被阻斷後，其發送感測信號給控制裝置，控制裝置控制外接的精密驅動馬達停轉，使旋轉靶材機構20固定。

在工作過程中，當旋轉靶材機構20已旋轉到位，並且密封機構30將腔體10隔成兩個相互隔離且密封的腔室後，由控制裝置控制，通過電纜29提供電力至旋轉靶材機構20的第一靶材21a和第二靶材22a進行第一濺鍍和第二濺鍍，使第一靶材21a在電場作用下沉積在第一基板1上，同時可使第二靶材22a在電場作用下沉積在第二基板2上。

在第一基板1和第二基板2濺鍍完畢之後，控制密封圈31和金屬結構件32沿著移動軌道33遠離旋轉靶材機構20。在密封圈31和金屬結構件32遠離到不干涉旋轉靶材機構20旋轉的位置之後，控制旋轉靶材機構20旋轉180度。在旋轉靶材機構20旋轉到位之後，控制密封圈31和金屬結構件32沿著移動軌道33靠近旋轉靶材機構20，並使密封圈31抵接在腔體10的內壁11上的突起11a和第一靶材固定件21及第二靶材固定件22，從而將腔體10隔成兩個相互隔離且密封的腔室。

接著，再通過電纜29提供電力至旋轉靶材機構20的第一靶材21a和第二靶材22a進行第三濺鍍和第四濺鍍，使第一靶材21a在電場作用下在第二基板2上沉積，同時使第二靶材22a在電場作用下在第一基板1上沉積。這樣，可以同時在兩個不同的基板上濺射沉積不同的靶材。

在本實施例中，旋轉靶材機構20設置在腔體10的中部，第一基板1和第二基板2設置在腔體10的內部兩側。以第一靶材21a和第二靶材22a分別是ITO靶材和Ag靶材，且第一基板1和第二基板2均需要濺鍍ITO/Ag/ITO三層膜為例進行說明。

在工作過程中，先通過電纜29提供電力至旋轉靶材機構20的第一靶材21a，使第一靶材21a在第一基板1上濺鍍ITO層。在結束之後控制旋轉靶材機構20旋轉，在旋轉到位之後提供電力至第一靶材21a和第二靶材22a，使第一基板1上濺鍍Ag層，同時使第二基板2上濺鍍ITO層。之後再控制旋轉靶材機構20旋轉，在旋轉到位之後提供電力至第一靶材21a和第二靶材22a，使第一基板1上濺鍍第二層ITO層，同時使第二基板2上濺鍍Ag層。之後再控制旋轉靶材機構20旋轉，在旋轉到位之後提供電力至第二靶材22a，濺鍍第二層ITO層。

上述實施例中ITO靶材和Ag靶材僅是舉例說明。本發明的第一靶材和第二靶材可以是任意靶材，但是本發明較佳地應用在所濺鍍的兩種材料容易相互反應，無法在同一腔室中濺鍍的材料。例如其中一種是反應式鍍膜材料，另一種是容易氧化的材料(例如Al₂O₃、SiO₂、金屬材料等)。

由上述可知，本發明還公開一種濺鍍方法，包括如下步驟：步驟1，在濺鍍設備中利用旋轉靶材機構20對第一基板1和/或第二基板2進行第一濺鍍和/或第二濺鍍；及步驟2，將所述旋轉靶材機構20旋轉180度以對第一基板1和第二基板2進行第三濺鍍和第四濺鍍，其中所述第三濺鍍和第四濺鍍至少部分地同時進行。

雖然已參照幾個典型實施例描述了本發明，但應當理解，所用的術語是說明和示例性、而非限制性的術語。由於本發明能夠以多種形式具體實施而不脫離本發明的精神或實質，所以應當理解，上述實施例不限於任何前述的細節，而應在所附請求項所限定的精神和範圍內廣泛地解釋，因此落入請求項或其等效範圍內的全部變化和改型都應為所附請求項所涵蓋。

1‧‧‧第一基板

1’‧‧‧腔室

2‧‧‧第二基板

2’‧‧‧腔室

10‧‧‧腔體

11‧‧‧內壁

11a‧‧‧突起

12a‧‧‧發射部

12b‧‧‧接收部

13a‧‧‧發射部

13b‧‧‧接收部

20‧‧‧旋轉靶材機構

21‧‧‧第一靶材固定件

21a‧‧‧第一靶材

22‧‧‧第二靶材固定件

22a‧‧‧第二靶材

23‧‧‧絕緣層

24‧‧‧旋轉軸

25‧‧‧第一背板

26‧‧‧第二背板

261‧‧‧電纜對接點

28‧‧‧冷却水管

28a‧‧‧冷却水導入口

28b‧‧‧導出口

29‧‧‧電纜

29a‧‧‧電纜導入點

29b‧‧‧電纜連接點

30‧‧‧密封機構

31‧‧‧密封圈

32‧‧‧金屬結構件

33‧‧‧移動軌道

S‧‧‧螺栓

第1圖所示為現有的多腔室濺鍍設備的示意圖。

第2A圖所示為本發明一實施例中濺鍍設備的示意圖。

第2B圖所示為本發明一實施例中濺鍍設備的旋轉靶材機構的示意圖。

第2C圖所示為第2A圖中的濺鍍設備的旋轉靶材旋轉180度後的示意圖。

第3A圖所示為兩組密封機構中其中一組的主視示意圖。

第3B圖所示為其中一組密封機構與旋轉靶材機構相對移動的示意圖。

第3C圖所示為旋轉靶材機構和兩組密封機構接觸之後的側視示意圖。

第4圖所示為本發明一實施例在腔體上設置感測器的示意圖。

第5A圖至第5C圖所示為靶材的冷却水和電纜的結構示意圖。