TWI534282B - 濺鍍裝置 - Google Patents
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Description
本發明的一方面是有關於一種用於在非晶矽層上沉積一極低濃度的金屬催化劑以便結晶化非晶矽之濺鍍裝置，且特別是有關於一種可使經預濺鍍製程所造成之金屬催化劑的非均勻性降到最小且不會降低製程效率，因此可改善以一極低濃度沉積在非晶矽層上之金屬催化劑的均勻性之濺鍍裝置。
由於具有像是重量輕、厚度薄等特性，平面顯示器裝置已取代陰極射線管顯示器裝置，其典型的例子包括液晶顯示器(LCDs)及有機發光二極體(OLED)顯示器裝置。相較於液晶顯示器，有機發光二極體顯示器裝置在亮度及視角特性上是很出色的，且無需背光，使得有機發光二極體顯示器裝置作為超薄顯示器是可行的。
根據驅動方式，有機發光二極體顯示器裝置可分為兩類型：被動矩陣型及主動矩陣型。主動矩陣型有機發光二極體顯示器裝置包括使用薄膜電晶體(TFT)之電路。
薄膜電晶體通常包括一半導體層，其具有源極區、汲極區和通道區，以及閘極、源極和汲極電極。半導體層可由多晶矽(poly-Si)或非晶矽(a-Si)形成。多晶矽較非晶矽具有更高的電子移動性。因此，多晶矽主要用於有機發光二極體顯示器裝置之
薄膜電晶體。
在將非晶矽結晶化成多晶矽的方法中，一種是使用金屬。使用金屬的結晶化方法包含使用一製程將一金屬催化劑沉積在一基板上，像是藉由將電漿施加至由像是鎳之誘導結晶化金屬所形成的金屬靶而使一金屬層沉積在基板上之濺鍍製程，或是使用基於含有金屬催化劑之反應氣體的化學方法來形成像是鎳之誘導結晶化金屬催化劑之原子層在基板上之原子層沉積(ALD)製程，以及使用做為種子之金屬催化劑來結晶化非晶矽，因而提供可短時間在一相對較低溫度下結晶化非晶矽之優點。
典型濺鍍裝置的設計是使用設置在金屬靶後面的磁性組件來濃縮在金屬靶和基板上的電漿，以短時間內均勻地沉積一厚層。然而，當金屬催化劑維持在藉由結晶化非晶矽所形成之多晶矽時，此使用金屬的結晶化方法會降低薄膜電晶體的特性，且特別地是，當維持在多晶矽之金屬催化劑被磁化時，可能會不穩定地驅動薄膜電晶體。因此，基於使用金屬的結晶化方法之濺鍍裝置來執行一沉積製程，其在未使用磁性組件下移動由金屬催化劑所製成之金屬靶以使能防止從像是鎳之誘導結晶化金屬排出之金屬催化劑的磁化，以及能以一極低濃度沉積金屬催化劑。
在濺鍍裝置中，其執行在未使用磁性組件下移動金屬靶之沉積製程，當在此沉積製程之前執行移動貼附至金屬靶表面像是二氧化矽的外來材料之預濺鍍製程以使能夠更均勻地且穩定地沉積極低濃度的金屬催化劑時，在預濺鍍製程期間從金屬靶排出之金屬催化劑係沉積在基板邊緣，以致於可降低了沉積在基板上之金屬催化劑的均勻性。
此外，為防止在預濺鍍製程期間從金屬靶排出之金屬催化劑被沉積在基板上，在預濺鍍製程期間生產電漿的區域是被隔離的。在這種情況下，需要一分隔屏障來隔離電漿生產區。另外，取決於預濺鍍製程的進展，形成或移除此分隔屏障是需要花費一定時間的，以致於延遲了沉積製程，因而降低總製程效率。
本發明之一些方面是提供一種濺鍍裝置，其係配置在未使用磁性組件下來移動金屬靶以便防止金屬催化劑的磁化並在一極低濃度下沉積金屬催化劑。此濺鍍裝置能夠使經預濺鍍製程所造成之金屬催化劑的非均勻性降到最小且不會降低製程效率，因此可改善以一極低濃度沉積在非晶矽層上之金屬催化劑的均勻性。
根據本發明之一例示性實施例，濺鍍裝置包括具有第一及第二區域之製程室、設置在製程室內之金屬靶、靶傳送單元、及設置在第二區域使能夠面向金屬靶之基板支架。此靶傳送單元移動金屬靶且具有用於控制從金屬靶排出之金屬催化劑的行進方向之第一屏障。裝載在基板支架上之基板與金屬靶之間的距離為一直線距離，其與第一屏障的長度之間的距離差為小於3公分。
濺鍍裝置更可包括設置在靶傳送單元內之第一電極，以及設置在基板支架內之第二電極。施加於第二電極之電壓極性可不同於施加於第一電極之電壓極性。
濺鍍裝置更可包括圍繞第一及第二區域的一部份之第二屏障。在沉積製程期間，金屬靶及裝載在基板支架上之基板係設置在第一及第二區域之該部份。
本發明之其他方面及/或優點將部份陳述在以下說明中，且在某種程度上，將從此說明中明顯得知，或可藉由本發明之實踐來學習。
100‧‧‧濺鍍裝置
110‧‧‧製程室
112‧‧‧進氣口
115‧‧‧裝載/卸載埠
117‧‧‧排氣口
120‧‧‧金屬靶
130‧‧‧靶傳送單元
132‧‧‧第一電極
140‧‧‧基板支架
141‧‧‧支架傳送單元
142‧‧‧第二電極
145‧‧‧固定元件
150‧‧‧第一屏障
160‧‧‧第二屏障
170‧‧‧真空泵
180‧‧‧電源供應器
190‧‧‧第一參考電壓源
200‧‧‧內部空間
201‧‧‧外部空間
A‧‧‧第一區域
B‧‧‧第二區域
S‧‧‧基板
d‧‧‧長度
h‧‧‧直線距離
參照所考慮的下述詳細說明並結合附圖，將使本發明的更完整評估及其許多伴隨的優點是顯而易見的，且同時變得更佳理解，其中類似參考符號係指相同或相似元件，其中：第1圖係為根據本發明之一例示性實施例之濺鍍裝置之示意圖；第2圖係為顯示當金屬靶被取代且接著在未提供第一屏障至靶傳送單元下執行沉積製程時，基板的沉積非均勻性之曲線圖；以及第3圖係為顯示在根據本發明之一例示性實施例之濺鍍裝置中，取決於基板與金屬靶間的直線距離和第一屏障的長度之間的距離差之沉積在基板上之金屬催化劑的非均勻性之曲線圖。
由於具有像是重量輕、厚度薄等特性，平面顯示器裝置已取代陰極射線管顯示器裝置，而其典型的例子包括液晶顯示器(LCDs)及有機發光二極體(OLED)顯示器裝置。相較於液晶顯示器，有機發光二極體顯示器裝置在亮度及視角特性上是很突出的，且無需背光，以致於有機發光二極體顯示器裝置作為超薄顯示器是可行的。根據驅動方式，有機發光二極體顯示器裝置可分為兩類型：被動矩陣型及主動矩陣型。主動矩陣型有機發光二極體顯示器裝置包括使用薄膜電晶體(TFT)之電路。薄膜電晶體通常包括一半導體層，其具有源極區、汲極區和通道區，以及閘極、源極和汲極
電極。半導體層可由多晶矽(poly-Si)或非晶矽(a-Si)所形成。多晶矽較非晶矽具有更高的電子移動性。因此，多晶矽主要用於有機發光二極體顯示器裝置之薄膜電晶體。
將非晶矽結晶化成多晶矽的方法之一是使用金屬。使用金屬的結晶化方法包含使用一製程將一金屬催化劑沉積在一基板上，像是藉由將電漿施加至由像是鎳之誘導結晶化金屬所形成的金屬靶而使一金屬層沉積在基板上之濺鍍製程，或是使用基於含有金屬催化劑之反應氣體的化學方法來形成像是鎳之誘導結晶化金屬催化劑之原子層在基板上之原子層沉積(ALD)製程，以及使用做為種子之金屬催化劑來結晶化非晶矽，因而提供可在短時間內在一相對較低溫度下結晶化非晶矽之優點。
典型濺鍍裝置的設計是使用設置在金屬靶後面的磁性組件來濃縮在金屬靶和基板上的電漿，以在短時間內均勻地沉積一厚層。然而，當金屬催化劑維持在藉由結晶化非晶矽所形成之多晶矽時，此使用金屬的結晶化方法會降低薄膜電晶體的特性，且特別地是，當維持在多晶矽之金屬催化劑被磁化時，可能會不穩定地驅動薄膜電晶體。因此，基於使用金屬的結晶化方法之濺鍍裝置來執行一沉積製程，其在未使用磁性組件下移動由金屬催化劑所製成之金屬靶以使能防止從像是鎳之誘導結晶化金屬排出之金屬催化劑的磁化，以及能以一極低濃度沉積金屬催化劑。
在濺鍍裝置中，其執行在未使用磁性組件下移動金屬靶之沉積製程，當在此沉積製程之前執行移動貼附至金屬靶表面像是二氧化矽的外來材料之預濺鍍製程以使能夠更均勻地且穩定地沉積極低濃度的金屬催化劑時，在預濺鍍製程期間從金屬靶排出之金屬催
化劑係沉積在基板邊緣，以致於可降低了沉積在基板上之金屬催化劑的均勻性。
為了防止在預濺鍍製程期間從金屬靶排出之金屬催化劑被沉積在基板上，生產電漿的區域在預濺鍍製程期間是被隔離的。在這種情況下，需要一分隔屏障來隔離電漿生產區。此外，取決於預濺鍍製程的進展，形成或移除此分隔屏障是需要花費一定時間的，以致於延遲了沉積製程，因而降低總製程效率。
現在將詳細地參考本發明之當前的例示性實施例，其例子係顯示於附圖中，其中類似參考號碼從頭到尾係指類似的元件。圖中，層和區域的厚度可為清晰起見而誇大。為了解釋本發明以下係藉由參考圖式來描述例示性實施例。
第1圖係為根據本發明之一例示性實施例之濺鍍裝置之示意圖。
參閱第1圖，根據本發明之一例示性實施例之濺鍍裝置100包括一製程室110，具有執行預濺鍍製程所在之處的第一區域A以及執行沉積製程所在之處的第二區域B；一金屬靶120，設置在製程室110內；一靶傳送單元130，具有用於控制從金屬靶120排出之金屬催化劑的行進方向之第一屏障150；以及一基板支架140，設置在製程室110之第二區域B上，使若金屬靶120移動至第二區域B內其能夠面向金屬靶120。基板S係安置在基板支架140上。
濺鍍裝置100係提供執行預濺鍍及沉積製程所在的空間，且更包括一供應用於在金屬靶120與基板支架140之間生產電漿的反應氣體之進氣口112，以及一排出殘餘反應氣體之排氣口117。可配置此排氣口117連接至用於控制製程室110內壓力之真空泵170，以
致於不用獨立的排出泵即可將殘餘反應氣體輕易地排出。
在此，為了防止損害到裝載在基板支架140上之基板S，反應氣體可包括可以生產低能量電漿之氬(Ar)氣。
此外，為了防止生產了不必要的電漿，並為了防止在裝載或卸載期間製程室110內所剩下的電漿損害設置在基板S上之非晶矽，係配置製程室110以便基板S之裝載/卸載埠115可藉由一第二屏障160而與電漿生產區域分開。第二屏障160圍繞第一區域A及第二區域B的一部份，其係設置在金屬靶120與基板支架140之間。第二屏障160所圍繞的空間係稱為第二屏障160的內部空間200，而在第二屏障160外面的空間稱為第二屏障160的外部空間201。金屬靶120和基板S在沉積製程期間是設置在內部空間200。在此情況下，製程室110更可包括一支架傳送單元141，係可移動基板支架140至裝載/卸載埠115和第二區域B。
在此，可配置根據本發明之例示性實施例之濺鍍裝置100以便於透過第二屏障160將透過製程室110之進氣口112所引入的反應氣體直接饋入第二屏障160的內部空間200內。然而，由於較佳是生產一低密度電漿以便輕易地以一極低濃度沉積金屬催化劑在基板上，所以透過進氣口112所引入的反應氣體可饋入未被第二屏障160所圍繞之第二屏障160的外部空間201內。
根據本發明之例示性實施例之濺鍍裝置100之製程室110包括第一電極132，係設置在用以移動金屬靶120之靶傳送單元130內，以及第二電極142，係設置在基板支架140內且連接至具有極性係不同於第一電極132的極性之電源供應器電壓，以致於在沉積製程
期間輕易地在金屬靶120與基板支架140之間生產電漿，但在第一區域A內則抑制其生產。換言之，施加於第二電極142之電壓極性是不同於施加於第一電極之電壓極性。
在此，因為在製程室110中所生產的電漿是依賴於第一電極132及第二電極142之間的電壓差，第一電極132可連接至供應一恆定直流電壓之電源供應器180。第二電極142可連接至第一參考電壓源190。因而，輕易地控制電漿的生產係為可能的。
基板支架140用於提供一平台，攜帶至製程室110內之基板S可裝載在其上，且可包括用於固定或夾持基板S之固定元件145。在此，為了防止基板支架140的移動損害了基板S，可配置固定元件145圍繞基板S的邊緣。
金屬靶120是設計來將用於使用像是鎳之金屬的結晶化方法之誘導結晶化金屬，也就是金屬催化劑排出至裝載在基板支架140上之基板S。金屬靶120與基板S相距一預定直線距離h。靶傳送單元130用於移動金屬靶120至第一區域A或第二區域B，且包括具有一預定長度d之第一屏障150。如第1圖所示，第一屏障150之長度d為第一屏障延伸至基板S的距離。
在此，可配置靶傳送單元130以便於在沉積製程之前將金屬靶120設置在第一區域A上以允許完成預濺鍍製程，且以便於在沉積製程期間將金屬靶120設置在第二區域B上以允許金屬催化劑沉積在基板S上。此外，可配置靶傳送單元130以便於在沉積製程期間金屬靶120在第二區域B內往返移動以允許金屬催化劑以一極低濃度沉積在基板S上。
典型地，假設一點源極係設置在與基板相距預定直線距離h之位置上，藉由下述根據餘弦定律之方程式1計算從設置在基板的每一位置上之源極所在的點排出之金屬催化劑原子束的量。
其中NA為亞佛加厥常數，T為絕對溫度，R為氣體常數，P為一室之壓力，A為取決於濺鍍能力之濺鍍常數，θ為存放角度(depositing angle)，以及M為已蒸發金屬催化劑之分子量。
在預濺鍍製程及沉積製程係依序在其內執行之濺鍍裝置中，根據假設對於一製程時間從金屬靶排出之金屬催化劑的量為常數且金屬催化劑貼附至基板的黏接強度為理想的，則當具有一預定寬度的金屬靶藉由靶傳送單元在基板上方往返移動，使用上述方程式1來計算噴灑在基板上之金屬催化劑的量。在此情況下，沉積在基板上之金屬催化劑的非均勻姓係如第2圖所示。
參閱第2圖，可看出沉積在基板上之金屬催化劑是非均勻地沉積在基板的邊緣上，也就是，在開始與終止基板製程所在的位置上，且金屬催化劑的非均勻性約為2%。
在此，第2圖的曲線圖係顯示當在一最理想的環境中執行預濺鍍和沉積製程時沉積在基板上之金屬催化劑的非均勻性。從第2圖
中可以看出，當未提供用於控制從金屬靶排出之金屬催化劑的行進方向之第一屏障時，沉積在基板上之金屬催化劑的非均勻性可能會少於2%。
第3圖係為顯示在根據本發明之一例示性實施例之濺鍍裝置中，與直線距離h與第一屏障150的長度d之間的距離差有關之沉積在基板上之金屬催化劑的非均勻性之曲線圖。
參閱第3圖，其可以看出直線距離h與第一屏障150的長度d之間的距離差變得較小，沉積在基板S上之金屬催化劑的非均勻性變得較低。特別地，當直線距離h與第一屏障150的長度d之間的距離差小於3公分時，金屬催化劑的非均勻性為小於2%。
因此，配置根據本發明之例示性實施例之濺鍍裝置以便於提供用於控制從金屬靶排出之金屬催化劑的行進方向之第一屏障至用於移動金屬靶之靶傳送單元，且以便於直線距離h與第一屏障150的長度d之間的距離差為小於3公分。因而，沉積在基板上之金屬催化劑的非均勻性為小於2%，也就是，當執行沉積製程不具有第一屏障時，均勻度會高於其可獲得的最大值。
因此，在根據本發明之例示性實施例之濺鍍裝置中，將一製程室劃分成用於預濺鍍製程之區域及用於沉積製程之區域，金屬靶移動至此預濺鍍區域和沉積區域以依序執行預濺鍍製程和沉積製程，將其係控制從金屬靶排出之金屬催化劑的行進方向之第一屏障形成在移動金屬靶之靶傳送單元上，且在直線距離h與第一屏障的長度d之間具有3公分或更小的距離差，以致於其可改善以一極低濃度沉積在基板上之金屬催化劑的均勻性且不會降低整體沉積
製程的效率。
雖然本發明的幾個例示性實施例已被顯示及描述，但所屬技術領域具有通常知識者將理解其可在未脫離本發明之原則與範疇下在此例示性實施例中作一些改變，本發明之範疇係定義在本申請專利範圍及其等效內容中。
100‧‧‧濺鍍裝置
110‧‧‧製程室
112‧‧‧進氣口
115‧‧‧裝載/卸載埠
117‧‧‧排氣口
120‧‧‧金屬靶
130‧‧‧靶傳送單元
132‧‧‧第一電極
140‧‧‧基板支架
141‧‧‧支架傳送單元
142‧‧‧第二電極
145‧‧‧固定元件
150‧‧‧第一屏障
160‧‧‧第二屏障
170‧‧‧真空泵
180‧‧‧電源供應器
190‧‧‧第一參考電壓源
200‧‧‧內部空間
201‧‧‧外部空間
A‧‧‧第一區域
B‧‧‧第二區域
S‧‧‧基板
d‧‧‧長度
h‧‧‧直線距離
Claims (13)
- 一種濺鍍裝置，其包括：一製程室，係具有至少二第一區域及一第二區域，該些第一區域為一執行一預濺鍍製程所在的區域，該第二區域為一執行一沉積製程所在的區域，該第二區域位於該製程室之一中間區域且設置於該至少二第一區域之間；一金屬靶，設置在該製程室內；一靶傳送單元，係在該些第一區域之一者及該第二區域之間移動該金屬靶且具有一用於控制一從該金屬靶排出之金屬催化劑的一行進方向之第一屏障，該金屬靶係設置在由該第一屏障所圍繞之一空間中；一基板支架，設置在該第二區域使能夠面向該金屬靶，一裝載在該基板支架上之基板與該金屬靶之間的一距離為一直線距離，該直線距離與該第一屏障之一長度之間的距離差為3公分或更小；一裝載/卸載埠，係輸送該基板進入/離開該製程室；一第二屏障，設置在該些第一區域，該第二屏障圍繞該金屬靶及該基板支架之間的區域，該第二屏障係設置在該裝載/卸載埠及該金屬靶及該基板支架之間的該區域之間；一第一電極，設置在該靶傳送單元內；以及一第二電極，設置在該基板支架內，一施加於該第二電極之電壓極性是不同於一施加於該第一電極之電壓極性。
- 如申請專利範圍第1項所述之濺鍍裝置，其中該第一電極連接至一供應預定電力之電源供應器，以及該第二電極連接至一參考電壓源。
- 如申請專利範圍第1項所述之濺鍍裝置，其中該第二屏障圍繞該第一及第二區域的一部份，在該沉積製程期間該金屬靶及該裝載在該基板支架上之基板係設置在該第二區域。
- 如申請專利範圍第3項所述之濺鍍裝置，進一步包括：一支架傳送單元，係移動該基板支架至該裝載/卸載埠及該製程室的該第二區域。
- 如申請專利範圍第4項所述之濺鍍裝置，其中該裝載/卸載埠設置在該第一及第二區域之該部分之一外側。
- 如申請專利範圍第3項所述之濺鍍裝置，進一步包括一進氣口，係將一反應氣體引入該第一及第二區域之該部分之一外側以產生電漿。
- 如申請專利範圍第6項所述之濺鍍裝置，其中該反應氣體包括氬氣。
- 如申請專利範圍第1項所述之濺鍍裝置，進一步包括一固定元件，係設置在該基板支架之一側以夾持該基板。
- 如申請專利範圍第1項所述之濺鍍裝置，其中該金屬靶包括鎳。
- 如申請專利範圍第1項所述之濺鍍裝置，其中配置該靶傳送單元以便於在該沉積製程期間該金屬靶係在該第二區域內往返移動。
- 如申請專利範圍第1項所述之濺鍍裝置，進一步包括一連接至該製程室之一排氣口之真空泵。
- 如申請專利範圍第1項所述之濺鍍裝置，其中用於在該金屬靶及該基板支架之間產生電漿之一反應氣體係自該第一屏障所圍繞之 該空間以外之區域所供應。
- 如申請專利範圍第1項所述之濺鍍裝置，其中當該金屬靶在該些第一區域之一者時，該第二屏障係覆蓋由該第一屏障所圍繞之該空間。
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