TWI627297B - 用以濺鍍材料塗層於基板上之裝置及沉積系統 - Google Patents

Abstract

本發明係提供一種用以塗佈濺鍍材料層於基板上的裝置。裝置包括至少二磁鐵組件(magnet assemblies)，其中各磁鐵組件具有一外磁極性(outer magnet polarity)及一內磁極性(inner magnet polarity)。至少二磁鐵組件中之其中一者的外磁極性係不同於鄰近之至少二磁鐵組件中之另一者的外磁極性。並且，本發明係提供一種沉積系統，沉積系統包括如上所述的裝置。

Description

用以濺鍍材料塗層於基板上之裝置及沉積系統

本發明之實施例是有關於一種用以濺鍍材料塗層於基板上之裝置。裝置包括至少二磁鐵組件，其中各磁鐵組件具有一外磁極性及一內磁極性。特別地，本發明係提供一種沉積系統，沉積系統包括如上所述的裝置。

材料層可以經由所謂的濺鍍製程(sputtering process)施加於基板上。典型地，於濺鍍製程中，是以電漿中的離子撞擊靶材(target)，而將靶材上的顆粒擊出。通常基板設置於靶材的相反側。陰極吸引離子，陰極本身可以作為靶材，或是當從基板朝向靶材的方向來看時，陰極可設置於靶材之後。被擊出的顆粒會沈積於基板上以形成濺鍍材料層。將磁鐵設置於靶材的鄰近區域(proximity)以限制電漿的範圍是可行的作法，這稱為磁控濺鍍(magnetron sputtering)。經由這些磁鐵產生的磁場會疊加於既有的電場，並且根據勞侖茲力(Lorentz force)而影響電漿中電子的行為。藉此，電漿中的電漿密度可以被有系統地控制，特別是在接 近於靶材的表面附近區域。這也可以增加靶材被擊出的顆粒數，而因此提高沈積速度。

用以塗佈濺鍍材料層於基板上之裝置及對應的沉積系統係基於多種沈積目的而使用。此種裝置及系統的設計係根據沈積製程的特定需求而不同。舉例來說，可以有不同種類的靶材和陰極。採用平面式陰極時，塗佈材料會濺鍍於設計為平面形狀的平面靶材；當採用可旋轉陰極的靶材具有彎曲表面時，靶材係特別設計為柱狀管的形式。採用磁控濺鍍的磁鐵組件可以一併具有靶材陰極之組合。此種磁鐵組件包括一外磁極性及一內磁極性，外磁極性及內磁極性彼此不同且形成一環狀的組件。舉例來說，此種磁鐵組件包括一磁軛及多個磁鐵配置(arrangements of magnets)，其中各個磁鐵配置於面向電漿方向具有各自特定的磁極性(magnet polarity)。藉此，面向電漿的一外磁環相較於一內磁配置可以具有不同的磁極性。

用以塗佈一濺鍍材料層於基板上之裝置可以用於一動態線內製程(dynamic in-line process)，其中材料塗佈在移動的基板上。此裝置可也用於一靜態沈積製程(static deposition process)，其中基板係靜態且不移動。特別地，針對大型區域的沈積，兩個以上的靶材或陰極係並排設置於處理室中，藉此形成一靶材陣列和/或陰極陣列。

濺鍍製程中，都期望能達到均勻的靶材沖蝕(erosions of the targets)。目前已發現，具有多個陰極的陰極陣列的使用，將導致靶材具有在末端區域呈現熱環(hotrings)的沖蝕外型。

鑑於上述，根據獨立項請求項第1項所述的一種裝置及獨立項請求項第18項所述的一種沉積系統係被提供。更進一步，本案之附屬項請求項、發明說明及所附圖式係清楚呈現本發明之其他方面、優點及特徵。

根據一實施例，係提出一種用以塗佈濺鍍材料層於基板上的裝置。裝置包括至少二磁鐵組件(magnet assemblies)，其中各磁鐵組件具有一外磁極性(outer magnet polarity)及一內磁極性(inner magnet polarity)。至少二磁鐵組件中之其中一者的外磁極性係不同於鄰近之至少二磁鐵組件中之另一者的外磁極性。

根據另一實施例，係提出一種沉積系統。沉積系統包括所述之用以塗佈濺鍍材料層於基板上的一裝置。此沉積系統包括用以容置此裝置的一處理室。

根據更一實施例，係提出一種用以塗佈濺鍍材料層於基板上的裝置。裝置包括至少二磁鐵組件，其中各磁鐵組件具有一外磁極配置(outer magnet arrangement)及一內磁極配置(inner magnet arrangement)。裝置中，至少二磁鐵組件中之其中一者的外磁極配置具有一南極(south pole)，面向基板或電漿。至少二磁鐵組件中之另一者的鄰近的外磁極配置具有一北極(north pole)，面向基板或電漿。根據本發明之一些實施例，可將本實施例之裝置的特徵與其他實施例所述之一個或更多特徵結合。

根據另一實施例，係提出一種用以塗佈濺鍍材料層於基板上的裝置。裝置包括至少二磁鐵組件，其中各磁鐵組件具 有一外磁極配置及一內磁極配置。裝置中，至少二磁鐵組件中之其中一者的外磁極配置具有面向基板的一第一生成磁極性(first resulting magnet polarity)，鄰近的至少二磁鐵組件中之另一者的外磁極配置具有面向基板的一第二生成磁極性(second resulting magnet polarity)。藉此，第一生成磁極性和第二生成磁極性係不同。根據本發明之一些實施例，可將本實施例之裝置的特徵與所述之其他實施例之一個或更多特徵結合。

根據更一實施例，係提出一種用以塗佈濺鍍材料層於基板上的裝置。裝置包括至少二磁鐵組件，其中各磁鐵組件具有複數個磁鐵，各磁鐵相對於彼此具有不同的磁極性定向(magnet polarity orientation)。藉此，至少二磁鐵組件中之其中一者的外磁鐵(outer magnet)和鄰近的此至少二磁鐵組件中之另一者的外磁鐵具有不同的磁極性定向。根據本發明之一些實施例，可將本實施例之裝置的特徵與所述之其他實施例之一個或更多特徵結合。根據另一實施例，此用語不同的磁極性定向表示鄰近的外磁鐵之磁極性定向之間之角度大於90°。特別地，磁極性定向之間之角度大於150°，例如是180°。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

10、166、224‧‧‧裝置

12‧‧‧基板

14‧‧‧沉積系統

16、18、20、22、24、26、168、170、172、174、176、178、222‧‧‧陰極

28、30、32、34、36、38、40‧‧‧陽極

42‧‧‧處理室

44‧‧‧腔室屏

46‧‧‧預濺鍍屏

50‧‧‧電阻

52‧‧‧基板支座

54‧‧‧後管

56、226‧‧‧靶材

58‧‧‧方向

60、74、82、90、98、106、216、218、220‧‧‧磁鐵組件

62‧‧‧軛

64、66、68‧‧‧磁鐵

70、72‧‧‧場線

76、78、80、84、86、88、92、94、96、100、102、104、108、110、112、228、230、232、234、236、238、240、242、244‧‧‧磁鐵串

114、116、118、120、122、124‧‧‧參考線

126、128、130、132、134、136‧‧‧電子漂移流

138‧‧‧左中心部分

140‧‧‧右中心部分

142‧‧‧上繞轉部分

144‧‧‧下繞轉部分

146、148、150、152、154、156、158、160、162、164‧‧‧串音

246‧‧‧距離

364、365、368‧‧‧外磁鐵配置

366‧‧‧內磁極配置

第1圖繪示根據本揭露內容之實施例之位於一沉積系統中用以塗佈濺鍍材料層於基板上的裝置的示意圖。

第2圖繪示根據本揭露內容之實施例之一用於用以塗佈濺鍍材料層於基板上的裝置中的一可旋轉管陰極之剖面示意圖。

第3A圖繪示根據本揭露內容之實施例之用於用以塗佈濺鍍材料層於基板上的示範性裝置中的磁鐵組件的示意圖。

第3B圖繪示根據本揭露內容之實施例之另一用以塗佈濺鍍材料層於基板上的示範性裝置。

第4圖繪示根據本揭露內容之實施例之用以塗佈濺鍍材料層於基板上的裝置中的數個磁鐵組件的俯視示意圖。

第5圖繪示根據本揭露內容之實施例之再一用以塗佈濺鍍材料層於基板上的示範性裝置。

第6圖繪示根據本揭露內容之實施例之用於用以塗佈濺鍍材料層於基板上的裝置中的三個磁鐵組件的剖面示意圖，其中此三個磁鐵組件分配至一單一平面式陰極。

第7圖繪示根據本揭露內容之實施例之另一示範性沉積系統，沉積系統具有數個平行設置的陰極。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。圖式及發明說明中具有相同標號的元件係為相同。基本上，僅對於各個實施例之間的差異進行進一步描述。各個實施例僅為舉例說明之用，並非用以限制本發明。更進一步，作為一個實施例之部分之所繪示或描述的特徵可以應用於其他實施例或與其他實施例的特徵結合以形成更進一步的實施例。本描述係包含了這樣的修飾與變 化。

第1圖繪示位於一沉積系統14中用以塗佈一濺鍍材料層於基板12上的裝置10。特別地，第1圖繪示裝置10和沉積系統14的剖面示意圖。沉積系統14係用以塗佈一濺鍍材料層於一基板上之系統。本文所使用的「基板」含括非可撓性(inflexible)基板及可撓性(flexible)基板，非可撓性基板例如是晶片(wafer)、晶體片(slices of crystal)(例如是藍寶石(sapphire)或類似物)或玻璃片，可撓性基板例如是網狀物(web)或箔片(foil)。

裝置10包括六個靶材和/或陰極16、18、20、22、24及26，以下係以陰極16~26表示。陰極16~26連接至負電壓。 各個陰極16~26具有空心柱狀或管狀的形式，並且係可沿著縱軸(longitudinal axis)旋轉。各個陰極16~26分配至一靶材，各靶材係固態物體，靶材於濺鍍製程中提供塗佈至基板12的材料。在此，各靶材具有空心柱狀的形式。並且，各個陰極16~26分配至一個磁鐵組件。各個磁鐵組件包括一定數量的磁極配置(magnet arrangement)，此些磁極配置可以是一個配置(arrangement)或是一串永久磁鐵(a series of permanent magnets)。磁鐵串(magnet series)的至少其中之一者具有一外磁極性，且磁鐵串的至少其中之另一者具有一內磁極性。磁鐵組件設置於空心柱狀陰極內靠近靶材的區域，使得磁場可以穿過靶材。分配至陰極16~26的靶材和磁鐵組件未繪示於第1圖中，而會在第2圖之相關段落敘述。

根據本文之一些實施例，係提出一種用以塗佈濺鍍材料層於基板上的裝置。裝置包括至少兩個磁鐵組件60，如第3A圖所示。各個磁鐵組件60具有一外磁極性及一內磁極性，其 中此至少二磁鐵組件60中之其中一者的外磁極性係不同於鄰近之此至少二磁鐵組件60中之另一者的外磁極性。如第3B圖所示，第3A圖中的外磁鐵配置364、368和365面向基板及/或電漿具有不同的極性，以不同的結構(斜角線相對於垂直線)繪示於第3A圖中。外磁極配置藉由側端部365形成一封閉的回路(loop)，封閉的回路環繞內磁極配置366。舉例來說，第3A圖中位於上部的磁鐵組件60的內磁極配置366可具有一面向電漿和/或基板的北極(North pole)，第3A圖中位於下部的磁鐵組件60的內磁極配置366可具有一面向電漿和/或基板的南極(south pole)，而第3A圖中位於上部的磁鐵組件60的外磁鐵配置364、365和368可具有一面向電漿和/或基板的南極，第3A圖中位於下部的磁鐵組件60的外磁鐵配置364、365和368可具有一面向電漿和/或基板的北極。

對於不具有交替配置的磁鐵定向之陰極陣列來說，電子從陰極到陰極之轉移永遠都經由同樣的方向進行，使得此效應從陰極到陰極一直累加。這會造成所有陰極之間的串音(crosstalk)。如第3A圖所示，此現象這可以經由針對至少一對相鄰的陰極採用交替配置的磁極性來避免。由於磁極性相反，磁控管(magnetron)中電子漂移的方向係反向。由於電子漂移的反向，主要電子損失(electron loss)的位置由繞轉部分(turnaround)的一端移至另一端。藉此，經由在陰極陣列的整個靶材長度上提供均勻的靶材沖蝕，靶材的使用效率可以獲得提升。

請參照回第1圖，根據一些實施例，陽極28、30、32、34、36、38和40可以鄰接於陰極16~26設置。陽極28~40 可以具有柱狀形式。陰極16~26的縱軸和陽極28~40的縱軸係平行設置。裝置10中，陽極28設置在陽極-陰極配置的開始端，而陽極40設置在末端。陽極30~38設置在陰極16~26之間，使得陽極28~40與陰極16~26彼此交替設置。因此，各個陰極16~26鄰接兩個陽極。各個陽極28~40連接至一正電壓。針對一特定應用時，應該很清楚的是，裝置10中的陽極和陰極的數量可視需要變化或調整。

如第1圖所示的沈積系統14包括一處理室42，用以容置裝置10。處理室42可以是一個真空腔，經由真空腔的真空凸緣(vacuum flange)排氣。具有離子與電子的電漿可以在真空腔內鄰近陰極之處產生。離子用來將顆粒自靶材擊出，電子用來離子化電漿。並且，沈積系統14更可包括多個腔室屏(chamber shield)44，一預濺鍍屏(presputter shield)46及多個遮罩屏(mask shielding)48，腔室屏44用以屏蔽處理室42。根據一些實施方式，預濺鍍屏46可以經由一電阻50連接至陽極28~40。腔室屏44可以接地。沈積系統14更可包括一基板支座52，用以支撐基板12。 基板支座52對應陽極28~40設置，使得從靶材擊出的顆粒可以沈積於基板12上。

第2圖繪示一可旋轉陰極16之剖面示意圖，可旋轉陰極16用於用以塗佈濺鍍材料層於基板上的裝置10中。陰極16係作為其他陰極18~26之代表來顯示，其他陰極18~26典型地具有相同的構造。陰極16包括一後管(backing tube)54，後管54例如是一個具有管狀形式的空心柱。靶材56連接至後管54的外表 面。靶材56同樣具有空心柱形式。靶材56和後管54可沿圖式中的箭頭所示的方向58旋轉，例如是順時針方向。然而，靶材56和後管54也可以沿逆時針方向旋轉。

磁鐵組件60配置於陰極16內。磁鐵組件60可包括一圓弧形的軛62，三個磁鐵64、66和68設置於軛62中。磁鐵64、66和68可以是磁極配置，磁極配置包括複數個單一磁鐵。 這些單一磁鐵以適當的方式互相連接起來。有利地，這些單一磁鐵係永久磁鐵。各磁極配置64~68具有一特定的磁極性。特別地，這些磁極性有作用地分別朝向靶材、電漿及/和基板。磁極配置64~68之特徵例如可以是在於面向電漿的磁極(pole)。此磁極可以是南極或北極。再者，磁極配置64~68的磁極性之特徵可以在於生成磁極性(resulting magnet polarities)的形式，生成磁極性的形式可以分別朝向靶材、電漿及/和基板。磁極配置64和68稱為外磁極配置，這是因為他們形成環繞內磁極配置66之一環體。據此，磁極配置64和68的磁極性係為外磁極性。磁極配置66被稱做內磁極配置，這是因為磁極配置66設置於磁鐵組件60的磁極配置64和磁極配置68之間的一內部區域中。據此，磁鐵串66的磁極性係為內磁極性。磁極配置64和68分別具有相同的磁極性，而此磁極性不同於內磁鐵串66的磁極性。第2圖係呈現由磁鐵串64~68所建立的磁場之場線70和72。

第3B圖繪示另一用以塗佈濺鍍材料層於基板12上的裝置10的示意圖。第3B圖繪示陰極16~26的剖面圖，其中裝置10的其餘特徵係省略以更清楚描述。陰極16~26的構造對應第2圖所示的陰極16的構造。如第3B圖所示，陰極16~26之差 異在於所對應的磁鐵組件的規格(specification)。根據第3B圖對應的一些實施例，外磁極配置的多個磁極性隨著各個磁鐵組件而交替配置。也就是說，內磁鐵串的多個磁極性也隨著各個磁鐵組件而交替配置。

本實施例中，陰極16係外陰極，位於陰極16~26之列(row)的左端。陰極16包括磁鐵組件60，磁鐵組件60具有外磁鐵串64和68以及內磁鐵串66。外磁鐵串64和68具有相同的外磁極性，此外磁極性係磁極性N。內磁鐵串66的內磁極性係磁極性S，與磁鐵組件60的外磁極性N不同。在陰極16~26之列中的下一個陰極是陰極18。陰極18鄰接設置於陰極16的右手邊。陰極18包括磁鐵組件74，磁鐵組件74具有外磁鐵串76和78以及內磁鐵串80。外磁鐵串76係鄰接於鄰側的磁鐵組件60的外磁鐵串68設置。有利地，外磁鐵串76的外磁極性不同於鄰設的外磁鐵串68的外磁極性。因此，外磁鐵串76的外磁極性係磁極性S。由於外磁鐵串78和外磁鐵串76具有相同的外磁極性，外磁鐵串78的外磁極性係磁極性S。再者，由於磁鐵組件74的內磁鐵串80的內磁極性不同於外磁極性，內磁極性係磁極性N。 在陰極16~26之列中的下一個陰極是陰極20。陰極20鄰接設置於陰極18的右手邊。陰極20包括磁鐵組件82，磁鐵組件82具有外磁鐵串84和86以及內磁鐵串88。外磁鐵串84係鄰接於鄰側的磁鐵組件74的外磁鐵串78設置。有利地，外磁鐵串84的外磁極性不同於鄰設的外磁鐵串78的外磁極性。因此，外磁鐵串84的外磁極性係磁極性N。由於外磁鐵串86和外磁鐵串84具有相同的外磁極性，外磁鐵串86的外磁極性亦磁極性N。再 者，由於磁鐵組件82的內磁鐵串88的內磁極性不同於外磁極性，內磁極性係磁極性S。在陰極16~26之列中的下一個陰極是陰極22。陰極22鄰接設置於陰極20的右手邊。陰極22包括磁鐵組件90，磁鐵組件90具有外磁鐵串92和94以及內磁鐵串96。 外磁鐵串92係鄰接於鄰側的磁鐵組件82的外磁鐵串86設置。 有利地，外磁鐵串92的外磁極性不同於鄰設的外磁鐵串86的外磁極性。因此，外磁鐵串92的外磁極性係磁極性S。由於外磁鐵串94和外磁鐵串92具有相同的外磁極性，外磁鐵串94的外磁極性係磁極性S。再者，由於磁鐵組件90的內磁鐵串96的內磁極性不同於外磁極性，內磁極性係磁極性N。在陰極16~26之列中的下一個陰極是陰極24。陰極24鄰接設置於陰極22的右手邊。陰極24包括磁鐵組件98，磁鐵組件98具有外磁鐵串100和102以及內磁鐵串104。外磁鐵串100係鄰接於鄰側的磁鐵組件90的外磁鐵串94設置。有利地，外磁鐵串100的外磁極性不同於鄰設的外磁鐵串94的外磁極性。因此，外磁鐵串100的外磁極性係磁極性N。由於外磁鐵串102和外磁鐵串100具有相同的外磁極性，外磁鐵串102的外磁極性係磁極性N。再者，由於磁鐵組件98的內磁鐵串104的內磁極性不同於外磁極性，內磁極性係磁極性S。在陰極16~26之列中的下一個也是最後一個陰極是陰極26。陰極26鄰接設置於陰極24的右手邊。陰極26包括磁鐵組件106，磁鐵組件106具有外磁鐵串108和110以及內磁鐵串112。外磁鐵串108係鄰接於鄰側的磁鐵組件98的外磁鐵串102設置。有利地，外磁鐵串108的外磁極性不同於鄰設的外磁鐵串102的外磁極性。因此，外磁鐵串108的外磁極性係磁極性 S。由於外磁鐵串110和外磁鐵串108具有相同的外磁極性，外磁鐵串110的外磁極性亦磁極性S。再者，由於磁鐵組件106的內磁鐵串112的內磁極性不同於外磁極性，內磁極性係磁極性N。

如上所述，於陰極陣列的多個陰極中，磁鐵組件之交替配置的極性降低了陣列中陰極之間的串音(crosstalk)。上述之串音可能發生於使用相同的磁鐵組件的情況下。這是由於部分電子損失之集合(collection of some of the electron losses)所產生的。其中，其結果是產生一陣列電流，此陣列電流沿著陣列的外陰極流動，並於磁控管的繞轉部分由一個陰極跳躍至另一個陰極。據此，經由在完整的陰極陣列的整個靶材長度上提供均勻的靶材沖蝕，本文所述的實施例之靶材的使用效率可以提升。對於消費者而言，使用此種交替配置的磁鐵陣列增加了陰極的使用壽命，因此沈積膜層的成本將被降低，同時可以採用相同的靶材塗佈更多基板，並具有較高的靶材使用效率。

第4圖繪示用以塗佈濺鍍材料層於基板上的裝置10之鄰接的磁鐵組件60、74、82、90、98及106的俯視示意圖。 磁鐵組件60、74、82、90、98及106的配置和構造係對應第3B圖所示的實施例。裝置10的其餘特徵係省略以更清楚描述。第4圖呈現磁鐵組件60，磁鐵組件60位於彼此平行的磁鐵組件60、74、82、90、98及106之列的左手邊側。磁鐵組件60具有外磁鐵串64和68以及內磁鐵串66。外磁鐵串64和68分別具有外磁極性N，內磁鐵串66具有內磁極性S。磁鐵組件60分配至陰極16，參考線114表示陰極16之縱軸。磁鐵組件74鄰設於磁鐵組件60，磁鐵組件74具有外磁鐵串76和78以及內磁鐵串80。外 磁鐵串76和78分別具有外磁極性S，內磁鐵串80具有內磁極性N。磁鐵組件74分配至陰極18，參考線116表示陰極18之縱軸。 接著，磁鐵組件82鄰設於磁鐵組件74，磁鐵組件82具有外磁鐵串84和86以及內磁鐵串88。外磁鐵串84和86分別具有外磁極性N，內磁鐵串88具有內磁極性S。磁鐵組件82分配至陰極20，參考線118表示陰極20之縱軸。接著，磁鐵組件90鄰設於磁鐵組件82，磁鐵組件90具有外磁鐵串92和94以及內磁鐵串96。 外磁鐵串92和94分別具有外磁極性S，內磁鐵串96具有內磁極性N。磁鐵組件90分配至陰極22，參考線120表示陰極22之縱軸。磁鐵組件98鄰設於磁鐵組件90，磁鐵組件98具有外磁鐵串100和102以及內磁鐵串104。外磁鐵串100和102分別具有外磁極性N，內磁鐵串104具有內磁極性S。磁鐵組件98分配至陰極24，參考線122表示陰極24之縱軸。最後，磁鐵組件106鄰設於磁鐵組件98，磁鐵組件106具有外磁鐵串108和110以及內磁鐵串112。外磁鐵串108和110分別具有外磁極性S，內磁鐵串112具有內磁極性N。磁鐵組件106分配至陰極26，參考線124表示陰極26之縱軸。

具有磁鐵組件60、74、82、90、98和106的裝置10設置於處理室42內。因此，電漿的範圍亦被磁鐵組件60、74、82、90、98和106所限制。電漿包括具有正電荷的離子以及具有負電荷的電子。電子及其漂移用以在電漿內製造更多離子，而離子可接著將靶材上的材料顆粒擊出。這表示電子影響靶材的沖蝕。特別地，電子的漂移以及進而更多離子的製造應被磁鐵組件60、74、82、90、98和106所影響。電漿流動的路徑，特別是在 對應的磁鐵組件60、74、82、90、98和106內或周圍及對應的靶材沖蝕，稱為電漿軌道(plasma racetrack)。舉例來說，電漿被對應的磁鐵組件60、74、82、90、98和106的構造所限制住。 電子暴露於一電場和一磁場。施加在電子上的力稱做勞侖茲力(Lorentz force)。勞侖茲力由以下公式所定義：F(Lorentz)=q *(E+v x B)，其中q表示帶電顆粒(電子)的電荷，E表示電場的場強度，v表示帶電顆粒的速度，B表示磁場的磁通密度。

由於施加於電子上的力，各別的電子漂移流(electron drift current)會於各f個磁鐵組件60、74、82、90、98和106產生。各個電子漂移流的方向係根據各個磁鐵組件60、74、82、90、98和106的內磁鐵串的極性和外磁鐵串的極性而定義，因此也就根據各個磁場的方向而定義。特別地，各個電子漂移流在各個磁鐵組件60、74、82、90、98和106的內磁鐵串和外磁鐵串之間流動。此些電子漂移流的例子如第4圖所示。第4圖繪示對應於磁鐵組件60的電子漂移流126、對應於磁鐵組件74的電子漂移流128、對應於磁鐵組件82的電子漂移流130、對應於磁鐵組件90的電子漂移流132、對應於磁鐵組件98的電子漂移流134及對應於磁鐵組件106的電子漂移流136。電子漂移流126~136流動的方向係以第4圖中的箭頭標示。可以注意到的是，各個電子漂移流126~136的方向在各個磁鐵組件之間係交替(alternate)，這是由於外磁鐵串的磁極性和內磁鐵串的磁極性在各個磁鐵組件之間係交替配置之緣故。電子漂移流126、130和134沿逆時針方向流動，而電子漂移流128、132和136沿順時針方向流動。

各個電子漂移流的流動沿著電漿限制(plasma confinement)流動，電漿限制具有兩個平行且直線型的中心部分(center part)以及兩個繞轉部分(turnaround)，中心部分包括一個左中心部分138和一個右中心部分140，繞轉部分包括一個上繞轉部分142和一個下繞轉部分144。在各個磁鐵組件60、74、82、90、98和106中，左中心部分138在左側的長條形外磁鐵串和長條形內磁鐵串之間流動，右中心部分140在右側的長條形外磁鐵串和長條形內磁鐵串之間流動。上繞轉部分142連接左中心部分138和右中心部分140的上端，下繞轉部分144連接左中心部分138和右中心部分140的下端。

在一般典型的狀況下，繞轉部分142、144的電漿密度和中心部分138、140的電漿密度不同，這會造成靶材的局部沖蝕不同，濺鍍製程中的靶材沖蝕發生不均勻的現象。一種避免此現象的方法是減弱繞轉部分142、144的磁場。比方說，可以經由施加分流器(shunts)至繞轉部分142、144中的磁鐵串，分流器例如是強磁性(ferromagnetic)金屬片，這會降低繞轉部分142、144的靶材沖蝕。然而，減弱繞轉部分142、144的磁場的副作用是會產生較弱的局部電漿限制，這會造成電子損失至陰極的周圍部(surrounding parts)及磁鐵組件。特別地，在電子漂移流的電子重新進入中心部分138、140之前，會在繞轉部分142、144的端部發生嚴重的電子損失。

根據一些實施例，具有磁鐵組件的兩個或更多的陰極彼此鄰近設置，以使得兩個鄰近的陰極彼此互相作用(exert an interaction on each other)。這些陰極構成一個陰極陣列。然而， 兩個陰極鄰近的狀況會導致鄰近陰極的鄰近的磁鐵組件收集一些電子損失。磁鐵組件的各個電子漂移流的電子在繞轉部分端部由一個磁鐵組件流向另一個磁鐵組件，這會造成鄰近的磁鐵組件之間發生串音。電子從一個磁鐵組件跳躍到鄰近的磁鐵組件的位置和方向，特別是視各個電子漂移流的方向而定。而各個電子漂移流的方向，則視各個磁鐵組件的內磁鐵串和外磁鐵串的極性構造而定。據此，根據本文所述的實施例，至少陰極陣列中的多個陰極、大部分的陰極或所有的陰極之間可以避免串音發生，這是因為至少兩個鄰近的陰極的磁鐵組件之間具有交替的磁鐵定向。

根據所述的一些實施例，電子由一個磁鐵組件跳躍至鄰近的磁鐵組件的效應如第4圖所示。根據如第4圖所示的實施例，磁鐵組件60的電子漂移流126係逆時針方向。因此，從磁鐵組件60的電子漂移流126至鄰近的磁鐵組件74的電子漂移流128的電子跳躍(例如是電子串音)會在磁鐵組件60的下繞轉部分144發生。此串音係以箭頭146表示於圖式中。磁鐵組件74的電子漂移流128係順時針方向。因此，從磁鐵組件74的電子漂移流128至鄰近的磁鐵組件60的電子漂移流126的電子跳躍會在磁鐵組件74的下繞轉部分144發生。一般而言，此串音係以箭頭148表示於圖式中。串音146和串音148彼此係反向(reversed)，而可以補償電子漂移流126和電子漂移流128的電子損失。再者，從電子漂移流128至鄰近的磁鐵組件82的電子漂移流130的電子跳躍會在磁鐵組件74的上繞轉部分142發生。 此串音係以箭頭150表示於圖式中。在下一個磁鐵組件82中，電子漂移流130的方向再度為逆時針方向。從電子漂移流130至 鄰近的磁鐵組件74的電子漂移流128的電子跳躍會在磁鐵組件82的上繞轉部分142發生。此串音係以箭頭152表示於圖式中。 由於串音150和串音152彼此係反向，而可以補償電子漂移流128和電子漂移流130的電子損失(至少近似地補償)。從電子漂移流130至鄰近的磁鐵組件90的電子漂移流132的電子跳躍會在磁鐵組件82的下繞轉部分144發生。此串音係以箭頭154表示於圖式中。在磁鐵組件90中，電子漂移流132的方向再度為順時針方向。從電子漂移流132至鄰近的磁鐵組件82的電子漂移流130的電子跳躍會在磁鐵組件90的下繞轉部分144發生。此串音係以箭頭156表示於圖式中。由於串音154和串音156彼此係反向，而可以補償電子漂移流130和電子漂移流132的電子損失(至少近似地補償)。再者，從電子漂移流132至鄰近的磁鐵組件98的電子漂移流134的電子跳躍會在磁鐵組件90的上繞轉部分142發生。此串音係以箭頭158表示於圖式中。在磁鐵組件98中，電子漂移流134的方向為逆時針方向。從電子漂移流134至鄰近的磁鐵組件90的電子漂移流132的電子跳躍會在磁鐵組件98的上繞轉部分142發生。此串音係以箭頭160表示於圖式中。由於串音158和串音160彼此係反向，而可以補償電子漂移流132和電子漂移流134的電子損失(至少近似地補償)。從電子漂移流134至鄰近的磁鐵組件106的電子漂移流136的電子跳躍會在磁鐵組件98的下繞轉部分144發生。此串音係以箭頭162表示於圖式中。在磁鐵組件106中，電子漂移流136的方向為順時針方向。 從電子漂移流136至鄰近的磁鐵組件98的電子漂移流134的電子跳躍會在磁鐵組件106的下繞轉部分144發生。此串音係以箭 頭164表示於圖式中。由於串音162和串音164彼此係反向，而可以補償電子漂移流134和電子漂移流136的電子損失(至少近似地補償)。

如第4圖所示的實施例清楚繪示磁鐵組件之間的磁極性的交替配置，能夠至少近似地補償電子損失。此種交替配置的磁極性使得不同的磁鐵組件之間的電子漂移流方向反向，這使得電子損失的位置從繞轉部分的一端偏移至另一端，也就是從下繞轉部分144至上繞轉部分142，反之亦然。

有利地，根據本發明，鄰近的陰極之間的串音(例如是電子損失)可以避免。此串音可能是由一陣列電子漂移流穿過或環繞一陰極陣列所產生，此陰極陣列由多個鄰接且具有類似磁鐵組件的陰極所構成。陣列電子漂移流可以沿著陰極陣列外圍的數個陰極流動，並在陰極之間的磁鐵組件的繞轉部分跳躍。陣列電子漂移流會疊加於陰極中的各個電子漂移流。由於陣列電子漂移流，陰極陣列中，主要內陰極的磁鐵組件的繞轉部分的電漿密度會增加。這可導致局部靶材沖蝕的增加，特別是在接近磁鐵組件的繞轉部分的靶材區域。因此，可以達到均勻的靶材沖蝕，特別是在由多個鄰接的陰極組成的陰極陣列中的內陰極的靶材。據此，可以避免陣列電子漂移流的產生。

第5圖繪示再一用以塗佈濺鍍材料層於基板12上的裝置166。一般來說，第5圖所示的裝置166的構造對應於第3B圖所示的裝置10的構造。第5圖繪示陰極168、170、172、174、176和178的剖面示意圖，其中裝置166的其餘特徵係省略以清楚顯示本發明之技術特點。單一陰極168~178的構造對應於如第 2圖所述的陰極16的構造。相對於根據本發明之第3圖所述的實施例，本實施例中，如第5圖所示，外磁鐵串的磁極性並未隨著各個磁鐵組件而交替配置。本實施例中，兩個相鄰的磁鐵組件的外磁極性係相同，此兩個磁鐵組件與另一個具有不同外磁極性的磁極組件交替設置。據此，第5圖顯示一陰極陣列，兩個N-S-N陰極組件彼此相鄰設置並形成一對N-S-N陰極，而一個S-N-S陰極鄰接設置於此對N-S-N陰極。藉此，沿著或跨過整個陣列的電漿電子的電流回路(current loop)係中斷。基於上述說明，根據本文之其他實施例，陰極陣列包括至少兩個磁鐵組件，至少兩個磁鐵組件其中之一的外磁極性不同於鄰接的外磁極性。據此，兩個鄰接的陰極之間的外(或內)磁極性之磁極性至少交替配置一次。 典型地，如第3B及4圖所述，各個陰極相較於其相鄰的陰極可以具有一交替配置的磁極性。然而，可被理解的是，可以有多種不同的交替配置選擇的組合，只要至少兩個鄰接的陰極之中至少具有一個交替配置。

第6圖繪示三個相鄰的磁鐵組件216、218、220的剖面示意圖，此三個磁鐵組件分配至一單一平面式陰極222，係用於用以塗佈濺鍍材料層於基板12上的裝置224中。陰極222連接至靶材226。磁鐵組件216包括外磁鐵串228和230，具有外磁極性N。在外磁鐵串228和外磁鐵串230之間，磁鐵組件216包括一內磁鐵串232，具有內磁極性S。內磁極性S不同於外磁極性N。磁鐵組件218的一個外磁鐵串234鄰接設置於外磁鐵串230。外磁鐵串234具有一外磁極性S，外磁鐵串234的外磁極性S不同於外磁鐵串230的外磁極性N。磁鐵組件218的一個外磁 鐵串236也具有一外磁極性S，磁鐵組件218的一個內磁鐵串238也具有一內磁極性N。第三個磁鐵組件220的構造對應於第一個磁鐵組件216的構造。因此，外磁鐵串240和242具有外磁極性N，內磁鐵串244具有內磁極性S。

第7圖繪示用以塗佈濺鍍材料層於基板12上之一沉積系統14之示意圖。沉積系統14包括裝置10。裝置10承載平行設置的陰極16~26和陽極28~40。第7圖繪示陰極16~26的縱軸114~124及相鄰的陰極之間的距離246。有利地，這些陰極設置地足夠靠近，使得兩個相鄰的陰極可以彼此互相作用。根據一些實施例，兩個相鄰的陰極之間的距離可以是小於500毫米(mm)。舉例來說，兩個相鄰的陰極之間的距離可以是300~400毫米，例如是235~250毫米。

有利地，根據本發明，可以使用濺鍍材料達到均勻地基板塗佈。更有利地，可以令用以塗佈的靶材具有非常均勻的沖蝕外型。這可以確保靶材具有高使用效率，使靶材相較於習知的系統具有更長的使用壽命。相較於習知的系統，由於採用同樣一個或一組的靶材可以塗佈更多的基材，這可以降低成本。再者，沈積系統可以在不需要一般保養或預防性保養的情況下操作更長時間。因此，相較於習知系統，本系統的正常運作時間係增加了，這提高了系統的使用效率。

特別地，根據本發明，沈積系統係大面積物理氣相沈積(Physical Vapor Deposition，PVD)系統，用以塗佈具有大面積的基板。典型地，本沈積系統以及用以塗佈濺鍍材料層於基板上的裝置，均適於靜態沈積製程，其中基板係靜態且不移動。然 而，本發明亦可應用於動態沈積製程，其中基板可移動。並且，本發明亦適用於多種類型的基板，例如基板可以是具有小面積的基板。本發明亦可應用於可旋轉靶材及平面式靶材、以及交流電系統與直流電系統。典型地，本發明之實施例可應用於塗佈濺鍍材料層於基板上的裝置和沈積系統，其中包括超過兩個以上的磁鐵組件。此些磁鐵組件可以例如是並排設置。

根據本文所述之一些實施例，本方法提供設置基板於一靜態沈積製程的一濺鍍沈積。典型地，特別是針對大面積基板製程，例如是垂直配向的多個大面積基板製程，此製程有別於靜態沈積及動態沈積。動態濺鍍(dynamic sputtering)(亦即基板連續性或似連續性(quasi-continuously)地沿著沈積來源(deposition source)移動的一線內處理(inline process))是較容易的，這是因為製程可以在基板移動至沈積區域中之前穩定化，並且在基板通過沈積來源時保持穩定。儘管如此，動態沈積具有其他的缺點，例如會產生顆粒。這缺點特別會發生在薄膜電晶體(TFT)背板沈積。 根據本文所述之實施例，係可提供一種靜態濺鍍，例如是用於薄膜電晶體製程，其中電漿可以在初始基板(pristine substrate)沈積之前穩定化。藉此，值得注意的是，與動態沈積製程係為不同之用語靜態沈積製程並不排除本領域具有通常知識者所理解的任何基板移動。舉例來說，靜態沈積製程可以包括：沈積過程中之靜態的基板設置(substrate position)、沈積過程中之振動式(oscillating)的基板設置、沈積過程中實質上維持定值之平均基板設置(average substrate position)、沈積過程中之顫動式(dithering)的基板設置、沈積過程中之晃動式(wobbling)的基板設置、多個 陰極(例如是一預定的陰極組)設置於一個腔室的沈積製程、沈積塗層之過程中之沈積腔室相對於鄰接的腔室具有封閉的大氣環境(例如是關閉閥門組件以使腔室與鄰近的腔室隔離)的基板設置、或以上任兩者之組合。據此，靜態沈積系統可理解為具有靜態設置(static position)基板的沈積系統、具有基本上(essentially)靜態設置基板的沈積系統、或具有部分(partially)靜態設置基板的沈積系統。藉此，本文所述的靜態沈積系統係明確與動態沈積系統區隔，且不需要絕對排除所有靜態沈積過程中之基板配置的任何移動。

根據一些實施例，該些實施例可與本文所述之其他實施例彼此合併，本文所述之實施例可應用於顯示器的物理氣相沈積製程，例如是用於顯示器市場的大面積基板的濺鍍沈積。根據一些實施例，大面積基板、或具有多個大面積基板的各個載板，可具有至少0.67平方公尺的尺寸。典型地，此尺寸可為約0.67平方公尺(0.73公尺x 0.92公尺-第4.5代)至8平方公尺的尺寸，更典型地大約是2至9平方公尺，或者甚至是高達12平方公尺。典型地，用於本文之實施例所述的結構、裝置(例如是陰極組件)、以及方法之基板或載板如所述地係為大面積基板。舉例來說，大面積的基板或載板可以是第4.5代，對應的尺寸為大約0.67平方公尺(0.73公尺x 0.92公尺)；第5代，對應的基板尺寸為大約1.4平方公尺(1.1公尺x 1.3公尺)；第7.5代，對應的基板尺寸為大約4.29平方公尺(1.95公尺x 2.2公尺)；第8.5代，對應的基板尺寸為大約5.7平方公尺(2.2公尺x 2.5公尺)；或者甚至第10代，對應的基板尺寸為大約8.7平方公尺(2.85公 尺x 3.05公尺)。更大的可以至第11代及第12代，其對應的基板尺寸可以類似方式實施。

基於上述內容，根據本文所述的多個實施例，陰極陣列的至少一對鄰接的陰極中，磁鐵組件在極性方面係隨著各個陰極交替配置。舉例而言，外磁鐵和內磁鐵在一個陰極中形成一N-S-N極性配置，在一鄰近的陰極中形成一S-N-S極性配置。如第6圖所示，多個磁鐵組件中亦可具有類似的交替配置，例如是在一個陰極具有多於一個的磁鐵組件的狀況下。

更進一步，亦可提供多種選擇性的修飾或變化，這可以附加或替代至彼此的方式被提供。根據更一實施例，此些至少二磁鐵組件係為鄰接的磁鐵組件。根據另一實施例，至少兩個磁鐵組件中之各者的剖面具有兩個外磁極性及一個內磁極性，外磁極性不同於內磁極性。根據更一實施例，裝置包括至少三個磁鐵組件。裝置可包括至少五個磁鐵組件。根據更一實施例，多個磁鐵組件組成的群組中，至少兩個鄰接的磁鐵組件的鄰接的外磁極性係相同。根據更一實施例，至少兩個具有相同外磁極性並鄰接的磁極組件與另一鄰接的且具有不同外磁極性的磁鐵組件係交替設置。根據更一實施例，磁極組件的外磁極性隨著各個磁極組件係交替設置。根據另一實施例，磁極組件係對應於一個或多個陰極。根據更一實施例，各個陰極對應於磁鐵組件之其中之一。根據更一實施例，兩個相鄰的此些陰極之間的距離係使得此兩個相鄰陰極得以彼此互相作用。根據一些實施例，兩個相鄰的該些陰極之間的距離可以小於500毫米，舉例而言，可以是300~400毫米，例如是235~250毫米。根據另一實施例，陰極是 平面式陰極。舉例而言，裝置包括一個單一平面式陰極。根據另一實施例之沈積系統，裝置包括多個具有縱軸的可旋轉陰極，此些縱軸係平行設置。根據更一實施例之沈積系統，此系統係用以塗佈濺鍍材料層於基板上。

綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (16)

1. 一種用以塗佈一濺鍍材料層於一基板上的裝置(10；166；224)，該裝置(10；166；224)包括：至少二磁鐵組件(magnet assemblies)(60、74、82、90、98、106)，其中各該磁鐵組件(60、74、82、90、98、106)具有一外磁極性(outer magnet polarity)(64、68、76、78、84、86、92、94、100、102、108、110)及一內磁極性(inner magnet polarity)(66、80、88、96、104、112)；其中該至少二磁鐵組件(60、74、82、90、98、106)中之其中一者的該外磁極性係不同於鄰近之該至少二磁鐵組件(60、74、82、90、98、106)中之另一者的該外磁極性；其中該些磁鐵組件(60、74、82、90、98、106)係對應於兩個個或兩個以上的陰極(16、18、20、22、24、26)，兩個相鄰陰極(16、18、20、22、24、26)之一距離(246)係使得該兩個相鄰陰極(16、18、20、22、24、26)彼此互相作用(exert an interaction on each other)，且該兩個相鄰陰極之間之該距離係小於500毫米(mm)；以及其中該裝置係配置用於一靜態沈積製程(static deposition process)。
2. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該至少二磁鐵組件(60、74、82、90、98、106)係彼此鄰近(neighboring)的磁鐵組件(60、74、82、90、98、106)。
3. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中各該至少二磁鐵組件(60、74、82、90、98、106)之一剖面具有兩個外磁極性(64、68、76、78、84、86、92、94、100、102、108、110)和一個內磁極性(66、80、88、96、104、112)，其中該內磁極性不同於該些外磁極性。
4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之裝置，其中該裝置(10；166；224)包括至少三個該磁鐵組件(60、74、82、90、98、106)。
5. 如申請專利範圍第4項所述之裝置，其中該裝置(10；166；224)包括至少五個該磁鐵組件(60、74、82、90、98、106)。
6. 如申請專利範圍第4項所述之裝置，其中該些磁鐵組件之群組中的至少兩個相鄰的該些磁鐵組件的相鄰的該些外磁極性係相同。
7. 如申請專利範圍第6項所述之裝置，其中具有相鄰且相同外磁極性的至少兩個相鄰的該些磁鐵組件與具有不同於前述之至少兩個相鄰的該些磁鐵組件之外磁極性的至少一個該磁鐵組件係交替設置(alternative with)。
8. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之裝置，其中該些磁鐵組件(60、74、82、90、98、106；216、218、220) 之該些外磁極性係隨著磁鐵組件(60、74、82、90、98、106；216、218、220)交替配置(alternate from magnet assembly to magnet assembly)。
9. 如申請專利範圍第4項所述之裝置，其中該些磁鐵組件(60、74、82、90、98、106；216、218、220)之該些外磁極性係隨著磁鐵組件(60、74、82、90、98、106；216、218、220)交替配置。
10. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該些陰極(16、18、20、22、24、26)係可旋轉陰極(rotatable cathodes)。
11. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中各該陰極(16、18、20、22、24、26；222)對應於該些磁鐵組件(60、74、82、90、98、106；216、218、220)之其中之一。
12. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該兩個相鄰陰極之間之該距離係300~400毫米。
13. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該些陰極係平面式陰極(planar cathodes)(222)。
14. 一種沉積系統(deposition system)(14)，包括：如申請專利範圍第1項至第13項中任一項所述之一裝置 (10；166；224)；以及一處理室(process chamber)(42)，用以容置該裝置(10；166；224)。
15. 如申請專利範圍第14項所述之沉積系統，其中該些陰極(16、18、20、22、24、26)具有複數個縱軸(longitudinal axes)(114、116、118、120、122、124)，該些縱軸彼此係平行設置。
16. 如申請專利範圍第14項所述之沉積系統，其中該系統係用以塗佈該濺鍍材料層於該基板上之系統(14)。