TWI721940B - 用於材料在基板上之靜態沉積的設備及方法 - Google Patents

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Abstract

係敘述一種用於材料在一基板上之靜態沉積的設備。該設備包含：一氣體分佈系統，用於提供一或多種處理氣體，其中該氣體分佈系統係配置成用於對於沿著一基板傳送方向的二或多個位置，獨立地控制該一或多種處理氣體中的至少一種處理氣體的流動速率；以及一陰極陣列，具有三或多個陰極，該三或多個陰極沿著該基板傳送方向間隔開來。

Description

用於材料在基板上之靜態沉積的設備及方法
本發明的實施例是關於藉由從靶材的濺射的層沉積。本發明的實施例特別是關於在大面積基板上的濺射，更特別是用於靜態沉積製程。實施例具體是關於用於沉積材料層在基板上的設備及方法。
在許多應用中，必須沉積薄層在基板(例如玻璃基板)上。典型地，基板係在一塗佈設備的不同腔室中塗佈。對於一些應用而言，基板係在真空中，使用氣相沉積技術塗佈。
已知數種方法，用於沉積材料在基板上。舉例而言，基板可以藉由物理氣相沉積(PVD)製程、化學氣相沉積(CVD)製程、或電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)製程等等來塗佈。典型地，製程係在放置待塗佈的基板的處理設備或處理室中進行。沉積材料係提供在該設備中。多種材料可以使用於在基板上的沉積，但也可以使用其氧化物、氮化物、或碳化物。被塗佈的材料可以使用在數種應用中和數個技術領域中。舉例而言，用於顯示器的基板通常係藉由物理氣相沉積(PVD)製程來塗佈。
對於PVD製程而言，沉積材料能夠以固相存在於靶材中。藉由以高能粒子撞擊靶材，靶材材料(亦即待沉積的材料)的原子係從靶材發射。靶材材料的原子係沉積在待塗佈的基板上。在PVD製程中，濺射的材料，亦即待沉積在基板上的材料，可以以不同的方式配置。舉例而言，靶材可以由待沉積的材料製成，或者可以具有待沉積的材料固定於其上的背元件。包含待沉積的材料的靶材係支撐或固定在沉積室內的預定位置中。在使用可旋轉靶材的案例中，靶材係連接至一旋轉軸，或連接至一連接該軸和靶材的連接元件。
典型地，濺射能夠以磁控濺射的方式進行，其中為了改良的濺射條件，磁鐵組件係用以限制電漿。從而，對電漿的限制也能夠用於調整待沉積在基板上的材料的顆粒分佈。電漿分佈、電漿特性和其他沉積參數係需要控制，以在基板上得到想要的層沉積。舉例來說，係渴望帶有想要的層性質的均勻層。這對於大面積沉積而言，例如對於在大面積基板上製造顯示器而言，特別是重要的。另外，對於其中基板並非連續性地移動通過沉積區的靜態沉積製程而言，均勻性和製程穩定性會是特別難達成的。因此，考慮到對於在大尺度上製造光電裝置和其他裝置的需求增加，製程均勻性和/或穩定性需要被進一步地改良.
特別是，藉由反應性濺射製程的化合物層的沉積，對於大面積基板而言會是具有挑戰性的。膜的化學計量比(stoichiometry)，係藉由使用非反應性氣體(例如Ar)和反應性氣體(例如O2、N2、H2、H2O等等)的混合物濺射或者金屬靶材、或者半金屬靶材、或者化合物靶材而得到。
因此，存在著對於改良PVD沉積的渴望，特別是改良在大面積基板上的PVD沉積的渴望。
鑑於上述情況，提供根據獨立項1和14的用於沉積材料層在基板上的設備和方法。本發明的其他方面、優點和特徵，係由附屬項、說明書及所附圖式呈現。
根據一實施例，提供一種用於材料在一基板上之靜態沉積的設備。該設備包含：一氣體分佈系統，用於提供一或多種處理氣體，其中該氣體分佈系統係配置成用於對於沿著基板傳送方向的二或多個位置，獨立地控制該一或多種處理氣體中的至少一種處理氣體的流動速率；以及一陰極陣列，具有三或多個陰極，該三或多個陰極沿著基板傳送方向間隔開來。
根據一第二實施例，提供一種用於材料在一基板上之靜態沉積的設備。該設備包含：一氣體分佈系統，用於提供一或多種處理氣體，其中該氣體分佈系統係配置成用於對於沿著基板傳送方向的二或多個位置，獨立地控制該一或多種處理氣體中的至少一種處理氣體的流動速率；以及一陰極陣列，具有三或多個陰極，該三或多個陰極沿著基板傳送方向間隔開來；其中該氣體分佈系統包括三或多個氣體管線，其中該些氣體管線係沿著平行於該三或多個陰極的長軸的方向提供予二或多個區段。根據又另外的實施例，如此處所揭露的細節、特徵和方面，特別是如附屬項中所揭露者，可以結合這個實施例，以產生又另外的實施例。
根據另一實施例，提供一種用於材料在一基板上之 靜態沉積的設備。該設備包含：一氣體分佈系統，用於提供一或多種處理氣體，其中該氣體分佈系統係配置成用於對於沿著基板傳送方向的二或多個位置，獨立地控制該一或多種處理氣體中的至少一種處理氣體的流動速率；以及一陰極陣列，具有三或多個陰極，該三或多個陰極沿著基板傳送方向間隔開來；其中該陰極陣列的該三或多個陰極是三或多個旋轉陰極。根據又另外的實施例，如此處所揭露的細節、特徵和方面，特別是如附屬項中所揭露者，可以結合這個實施例，以產生又另外的實施例。
根據另一實施例，提供一種用於材料在一基板上之靜態沉積的方法。該方法包含：通過一氣體分佈系統提供一或多種處理氣體；對於沿著基板傳送方向的二或多個位置，獨立地控制該一或多種處理氣體中的至少一種處理氣體的流動速率；以及從一陰極陣列濺射材料，其中該陰極陣列具有三或多個陰極，該三或多個陰極沿著基板傳送方向間隔開來。
根據又另一實施例，提供一種用於材料在一基板上之靜態沉積的方法。該方法包含：通過一氣體分佈系統提供一或多種處理氣體；對於沿著基板傳送方向的二或多個位置，獨立地控制該一或多種處理氣體中的至少一種處理氣體的流動速率；從一陰極陣列濺射材料，其中該陰極陣列具有三或多個陰極，該三或多個陰極沿著基板傳送方向間隔開來；其中該氣體分佈系統包括三或多個氣體管線，其中該些氣體管線係沿著平行於該三或多個陰極的長軸的方向提供予二或多個區段。根據又另外的實施例，如此處所揭露的細節、特徵和方面，特別是如附屬項中所揭露者，可以結合這個實施例，以產生又另外的實施例。
根據另一實施例，提供一種用於材料在一基板上之靜態沉積的方法。該方法包含：通過一氣體分佈系統提供一或多種處理氣體；對於沿著基板傳送方向的二或多個位置，獨立地控制該一或多種處理氣體中的至少一種處理氣體的流動速率；以及從一陰極陣列濺射材料，其中該陰極陣列具有三或多個陰極，該三或多個陰極沿著基板傳送方向間隔開來；其中該陰極陣列的該三或多個陰極是三或多個旋轉陰極。根據又另外的實施例，如此處所揭露的細節、特徵和方面，特別是如附屬項中所揭露者，可以結合這個實施例，以產生又另外的實施例。
1:箭頭
14:基板
100:設備
102:腔室
104:閥殼
105:閥單元
114:載具
115:陽極
116:氣體管線
120a:沉積源
120b:沉積源
120c:沉積源
121:磁鐵組件
122:陰極
123:交流電源
124:陰極
126:氣體管線
130:遮蓋屏蔽物
133:氣體導管或氣體管道
134:流量控制器
135:流量控制器
136:貯氣槽
138:氣體進入點
222:陰極陣列
226:直流電源
233:氣體導管或氣體管道
234:流量控制器
333:氣體導管或氣體管道
334:流量控制器
433:氣體導管或氣體管道
434:流量控制器
634:區段
802:步驟
804:步驟
為了能夠理解本發明上述特徵的細節，可以參照實施例，得到對於簡單總括於上之本發明更詳細的敘述。所附之圖式是關於本發明的實施例，並敘述如下：第1圖示出根據現有技術的處理氣體分佈，偕同單一的氣體進入點。
第2圖示出根據此處所述的實施例的處理氣體分佈，偕同二重水平分段和在多條氣體管線之內的多個氣體進入點。
第3A圖示出一旋轉陰極陣列配置型態的俯視圖，其中該陣列係由交流發電機所供給，並提供根據此處所述的實施例的分段式氣體分佈。
第3B圖示出一旋轉陰極陣列配置型態的俯視圖，其中該陣列係由直流發電機所供給，並提供根據此處所述的實施例的分段式氣體分佈。
第4圖示出根據此處所述的實施例的處理氣體分佈，偕同二重水平分段、二重垂直分段和在多條氣體管線之內的多個氣體進入點。
第5圖示出根據此處所述的實施例的處理氣體分佈，偕同二水平分段和在多條氣體管線(水平對準的氣體管線)之內的多個氣體進入點。
第6圖示出一根據此處所述一實施例的配置，用於測試處理氣流的水平分段，偕同氣體管線的三重垂直分段。
第7圖示出根據此處所述的實施例的一流程圖，說明沉積材料層在基板上的方法。
現在將對於本發明的各種實施例進行詳細說明，本發明的一或多個示例係繪示於圖中。在以下對於圖式的敘述中，相同的元件符號意指相同的元件。一般來說，只會對於個別實施例的不同處進行敘述。各個示例的提供只是用以解釋本發明，而非欲用以限制本發明。另外，作為一個實施例的一部分而被繪示或敘述的特徵，能夠被用於或結合其他實施例，以產生另外的一實施例。所述內容意欲包含這樣的修改及變動。
此處所述的實施例是關於沉積材料層在基板上的設備和方法。特別是對於反應性濺射製程而言，均勻性和/或電漿穩定性是要被考慮的關鍵性參數。反應性濺射製程，例如沉積製程，在其進行期間，材料係在氧氣氣氛或其他反應性氣氛之下濺射，以沉積一含有被濺射的材料的氧化物或類似物的層，這樣的 反應性濺射製程需要在電漿穩定性的方面被控制。典型地，反應性沉積製程具有一遲滯曲線。反應性沉積製程能夠例如是氧化鋁(Al2O3)、氧化矽(SiO2)、銦鎵鋅氧化物(IGZO)、氧化鋅(ZnO)、氮氧化鋅(ZnON)、銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、或其他金屬氧化物的沉積，其中鋁、矽、銦、鎵、或鋅是從陰極濺射，而氧氣係提供在電漿中。從而，氧化鋁、氧化矽、銦鎵鋅氧化物、氧化鋅、氮氧化鋅、銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、或其他金屬氧化物能夠被沉積在基板上。遲滯曲線典型地是沉積參數的函數，例如提供至濺射陰極的電壓與處理氣體(例如氧氣)的流動相關。
在靜態反應性濺射製程期間，在靶材中心和在靶材末端可以得到不同的電漿密度。這個不同造成基板上的非均勻沉積。常見的處理氣體分佈系統使用垂直分段(亦即沿著靶材的長軸的分段)，以補償在靶材中心和在靶材末端的不同電漿密度。此處所述的實施例，在靜態反應性濺射製程期間在沿著基板傳送方向(以下稱為水平方向)的不同位置處存在著不同電漿密度、或不同的反應性氣體消耗的情況中，允許改良的均勻性。這些不同也造成基板上的非均勻沉積。此處所述的實施例允許補償在水平方向(亦即基板傳送方向或垂直於旋轉陰極的旋轉軸的方向)中的膜性質變動。
根據此處所述的實施例，設備和方法包含一氣體分佈系統，用於提供處理氣體。此後，氣體分佈系統係配置成用於對於沿著基板傳送方向的二或多個位置，獨立地控制處理氣體的流動速率。因此，能夠修改在水平方向中局部的膜性質。這特別 有利於其中基板是為了靜態沉積製程而被放置的沉積製程。根據一些能夠和此處所述其他實施例結合的實施例，至少一種處理氣體的流動速率能夠在整段時間內獨立地對於至少一個區段被改變。
因此，此處所述的實施例允許在水平方向中修改局部的處理氣體組成，並且，藉此，本發明允許調整被沉積的層在水平方向中的膜性質。此處所述的另外的實施例，允許在靶材陣列的不同位置(例如在水平和垂直方向二者中)提供不同的局部處理氣體流動速率。本發明的垂直和水平分段，相較於其中只有垂直分段的層沉積，使得較佳的沉積性質係可能的。
根據能夠和此處所述其他實施例結合的不同實施例，濺射能夠以直流濺射、中頻(middle frequency,MF)濺射、射頻濺射、或脈衝濺射的方式進行。如此處所述，一些沉積製程可能較佳地應用中頻、直流、或脈衝濺射。然而，也能夠應用其他濺射方法。
根據一些能夠和此處所述其他實施例結合的實施例，根據所述實施例的濺射，能夠以三或多個陰極進行。然而，特別是對於大面積沉積的應用而言，一陰極的陣列具有六或多個陰極，例如十或多個陰極。從而，能夠提供三或多個陰極或陰極對，例如四個、五個、六個、或甚至更多個陰極或陰極對。從而，陣列能夠提供在一個真空腔室中。另外，陣列典型地能夠被定義成使得相鄰的陰極或陰極對彼此影響，例如是藉由具有互相作用的電漿限制。根據典型的實施方案，濺射能夠藉由一旋轉陰極陣列來進行，例如但不限於譬如應用材料公司之PiVot的系統。
根據又另外的能夠和此處所述其他實施例結合的典型實施例，材料在基板上的靜態沉積係藉由反應性濺射製程來完成。那意味著，膜的化學計量比係藉由使用非反應性氣體和反應性氣體的混合物濺射或者金屬靶材、或者半金屬靶材、或者化合物靶材而得到。典型地，此處所述的實施例也可以適用於只使用非反應性氣體作為處理氣體的金屬層或半導電層的靜態沉積。在這個案例中，本發明的設備和方法可以允許沿著水平方向具有不同的局部製程壓力。
根據能夠和此處所述其他實施例結合的實施例，處理氣體中至少一種的分壓係沿著水平方向(亦即沿著基板傳送方向)改變。舉例來說，係改變反應性氣體(例如氧氣)的分壓。還可能額外地改變一第二處理氣體的壓力，該第二處理氣體例如是一非反應性或惰性氣體。因此，總壓力能夠實質上維持不變。根據一些能夠和此處所述其他實施例結合的實施例，二或多種處理氣體的混合物或組成物，係沿著水平方向(亦即沿著基板傳送方向)而改變。
不同的局部製程壓力可以造成沿著基板水平方向的不同膜性質。舉例來說，當關上沉積製程時，基板係移動至沉積區內用於沉積的位置中。接著能夠穩定製程壓力。根據一示例，一旦製程壓力穩定，陰極磁鐵組件可以朝前旋轉，以沉積待沉積材料的化學計量比至靜態的基板上，直到沉積結束為止。
根據典型的實施例，處理氣體能夠包含非反應性氣體和/或反應性氣體，非反應性氣體例如是氬氣(Ar)，反應性氣體例如是氧氣(O2)、氮氣(N2)、氫氣(H2)、水(H2O)、氨(NH3)、臭氧 (O3)、活化氣體、或類似氣體。
第1圖示出常見的處理氣體分佈系統的示例，其中處理氣體係經由每種處理氣體混合物單一的流量控制器(mass flow controller,MFC)134所供應。根據又另外的能夠和此處所述其他實施例結合的實施例，處理氣體中的一或多種的流動速率，亦即處理氣體中的一或多種的量，也能夠藉由另一流動速率控制元件來控制，例如針閥。因此，流量控制器、針閥、和/或其他流動速率控制元件，能夠被用以對於氣體分佈系統的複數個區段獨立地控制一或多種處理氣體的流動速率，或對於氣體分佈系統的複數個區段獨立地控制一或多種處理氣體的量。更具體地說，第1圖示出一處理氣體分佈系統和一陰極陣列222，陰極陣列222具有複數個陰極122。處理氣體分佈系統具有二個含有處理氣體的貯氣槽136。存在於處理氣體中的非反應性氣體和/或反應性氣體的流動速率和/或量，係藉由流量控制器135控制。處理氣體係饋入至單一的氣體進入點138，其位於例如陰極陣列水平方向的正中央和陰極陣列垂直方向的正中央。處理氣體的饋入係經由單一的流量控制器134通過氣體導管或氣體管道133來完成。類似地，分佈系統還能夠具有在單一的氣體管線之內的多個氣體進入點138，該氣體管線係沿著水平方向放置在陰極122的對之間。
已經發現到，對於靜態沉積製程而言，膜性質可以以多種方式變動，該些方式導致非均勻性。以上述的設計和製程，並不可能補償膜性質在水平方向中的任何變動。為了能對於靜態沉積在水平方向中修改局部的膜性質，本發明提供設備和方法，能以其達成處理氣流在水平方向中的變動。為了使這點能夠 達成，在靶材陣列之範圍內的不同氣體管線再也不是以使得處理氣體來自一共同的流量控制器的方式供應。取而代之地，處理氣體係由多個流量控制器所供應，這些流量控制器的每一個分別連接至氣體管線在水平方向中的不同區段。
根據不同的額外的或替代性的實施方案，在水平方向(亦即基板傳送方向)中的分段，能夠藉由各種實施例來提供，其中一些係參照第2圖、第3A圖、第3B圖、第4圖和第5圖而示例性地進行敘述。參照這些圖式，所述分段在水平方向中更加地精細是可能的。舉例來說，能夠提供二重水平分段，但也能夠提供三個、四個、或甚至更多數目的水平區段。
請參照第2圖，係示出用於提供處理氣體的一處理氣體分佈系統，偕同二重水平分段和在多條氣體管線116之內的多個氣體進入點138。所述多條氣體管線116，例如其中具有開口的導管，係沿著水平方向放置於陰極陣列222的陰極122的對之間，平行於它們的長軸。處理氣體係由二個不同的流量控制器134和234所供應，每一個分別是用於二重水平分段的各個水平區段。處理氣體分佈系統具有四個含有處理氣體的貯氣槽136。存在於處理氣體中的非反應性氣體和/或反應性氣體的流動速率和/或量，係藉由流量控制器135控制。處理氣體分別經由流量控制器134和234通過氣體導管或氣體管道133和233饋入至在多條氣體管線116之內的多個氣體進入點138。
因此，本實施例允許對於陰極陣列222在水平方向中的二個位置，獨立地提供不同的處理氣體流動速率、和/或不同的處理氣體量、和/或不同的處理氣體混合物，尤其是偕同反應性 氣體的變動。應當理解的是，使用在第2圖中的二重水平分段只是為了繪示說明的目的。而根據能夠和此處所述其他實施例結合的不同實施例，處理氣體分佈系統能夠具有數重水平分段。因此，處理氣體分佈系統允許對於陰極陣列在水平方向中的二或多個位置，獨立地提供不同的處理氣體流動速率和/或不同的處理氣體量，尤其是不同的反應性氣體流動速率和/或不同的反應性氣體量。
取決於在靶材陣列之範圍內的沉積製程的本質，或者每組相鄰的陰極對係連接至一交流電源(第3A圖)，或者每個陰極係連接至一直流電源(第3B圖)。第3A圖示出一沉積設備100。示例性地，係示出一個真空腔室102，用於在其中的層沉積。如第3A圖所指示的，能夠提供另外的腔室102相鄰於該腔室102。真空腔室102能夠能夠藉由一閥而從相鄰的腔室分開，該閥具有一閥殼104和一閥單元105。從而，在其上帶有基板14的載具114如箭頭1所指示地被加入至真空腔室102中之後，能夠關閉閥單元105。因此，真空腔室102中的氣氛能夠藉由例如以連接至腔室102的真空幫浦產生技術上的真空(technical vacuum)，和/或藉由將處理氣體添加到腔室內的沉積區中，而獨立地被控制。如上所述，對於大面積處裡應用而言，大面積基板係由載具所支撐。然而，此處所述的實施例並不受限於此，而可以使用其他用於傳送基板通過處理設備或處理系統的傳送元件。
在腔室102之內，提供一傳送系統，以將其上具有基板14的載具114傳送進入至腔室102中或離開腔室102。如此處所使用的「基板」一詞，應囊括非可撓性基板，例如玻璃基板、 晶圓、透明結晶如藍寶石的薄片、或玻璃板。
如第3A圖所繪示的，在腔室102之內提供沉積源，例如陰極122。沉積源能例如是可旋轉陰極，其具有待沉積在基板上的材料的靶材。典型地，陰極能夠是可旋轉陰極，偕同磁鐵組件121於其中。從而，能夠進行磁控濺射以沉積層。根據一些能夠和此處所述其他實施例結合的實施例，陰極122係連接至交流電源123，使得陰極能夠以交替的方式被偏壓。
如第3A圖所進一步繪示的，在腔室102之內提供多條氣體管線116。設備100的氣體分佈系統還具有六個含有處理氣體的貯氣槽136。存在於處理氣體中的非反應性氣體和/或反應性氣體的流動速率和/或量，係藉由流量控制器135控制。處理氣體分別經由流量控制器134、234和334通過氣體導管或氣體管道133、233和333饋入至在多條氣體管線116之內的多個氣體進入點(未示出)。因此，本實施例允許對於陰極陣列在水平方向中的三個位置，獨立地提供不同的處理氣體流動速率、和/或不同的處理氣體混合物。
如此處所使用的，「磁控濺射」意指使用磁控管進行的濺射，磁控管即磁鐵組件，就是說能夠產生磁場的單元。典型地，這樣的磁鐵組件由一或多個永久磁鐵所組成。這些永久磁鐵，典型地以使得自由電子被捕捉在所產生之產生在可旋轉靶材的表面下的磁場之內的方式，配置在可旋轉靶材之內，或耦接至平面靶材。這樣的磁鐵組件也可以被配置成耦接至平面陰極(planar cathode)。根據典型的實施方案，磁控濺射能夠以雙磁控管陰極實現，亦即陰極122，例如但不限於TwinMagTM陰極組 件。特別是，對於從靶材的MF濺射(中頻濺射)而言，能夠應用包含雙陰極的靶材組件。根據典型的實施例，在沉積室中的陰極可以是能夠被更換的。因此，在要被濺射的材料已被消耗掉之後更換靶材。根據此處的實施例，中頻是在0.5kHz至350kHz的範圍之內的頻率，例如是在10kHz至50kHz的範圍之內的頻率。
根據能夠和此處所述其他實施例結合的不同實施例，濺射能夠以直流濺射、MF(中頻)濺射、射頻濺射、或脈衝濺射的方式進行。如此處所述，一些沉積製程可能有利地應用中頻、直流、或脈衝濺射。然而，也能夠應用其他濺射方法。
第3A圖示出複數個陰極122，偕同提供在陰極中的磁鐵組件121或磁控管。根據一些能夠和此處所述其他實施例結合的實施例，根據所述實施例的濺射能夠以三或多個陰極進行。然而，特別是對於大面積沉積的應用而言，能夠提供陰極或陰極對的陣列。從而，能夠提供三或多個陰極或陰極對，例如三個、四個、五個、六個、或甚至更多個陰極或陰極對。從而，該陣列能夠提供在一個真空腔室中。另外，陣列典型地能夠被定義成使得相鄰的陰極或陰極對彼此影響，例如是藉由具有互相作用的電漿限制。
對於可旋轉陰極而言，磁鐵組件能夠提供在背管之內，或偕同靶材材料管提供。第3A圖示出三對陰極，各對陰極分別提供沉積源120a、120b、和120c。陰極對具有交流電源，例如是用於中頻濺射、射頻濺射、或類似方式。特別是對於大面積沉積製程而言和對於工業尺度的沉積製程而言，能夠進行中頻濺射，以提供想要的沉積速率。典型地，如第3A圖所示，一個腔 室中的陰極的磁鐵組件，能夠具有實質上相同的旋轉位置，或至少能夠全部被導向朝著基板14或一對應的沉積區。典型地，沉積區是偕同一沉積系統的範圍或區域，該沉積系統係為了材料在基板上的沉積(預期的沉積)而被提供和/或配置。
不過，根據能夠和此處所述其他實施例結合的不同實施例，在一個腔室中的電漿源，在層在基板上沉積的期間，能夠具有變動的電漿位置(對於旋轉陰極而言是旋轉位置)。舉例來說，磁鐵組件或磁控管能夠相對於彼此和/或相對於基板進行移動，其例如是以振盪或前後往返的方式，以增加待沉積的層的均勻性。
根據一些能夠和此處所述其他實施例結合的實施例，此處所述的實施例能夠用於顯示器PVD，亦即在用於顯示器市場的大面積基板上所作的濺射沉積。根據一些實施例，大面積基板或各自的載具可以具有至少0.67平方公尺的尺寸，其中所述載具具有複數個基板。典型地，該尺寸能夠是約0.67平方公尺(0.73公尺×0.92公尺，第4.5代)至約8平方公尺，更典型地約2平方公尺至約9平方公尺或甚至高達12平方公尺。典型地，根據此處所述的實施例的的結構、設備(例如陰極組件)和方法為其提供的所謂基板或載具，係如此處所述之大面積基板。舉例而言，大面積基板或載具能夠是對應至約0.67平方公尺之基板(0.73公尺×0.92公尺)的第4.5代、對應至約1.4平方公尺之基板(1.1公尺×1.3公尺)的第5代、對應至約4.29平方公尺之基板(1.95公尺×2.2公尺)的第7.5代、對應至約5.7平方公尺之基板(2.2公尺×2.5公尺)的第8.5代、或甚至對應至約8.7平方公尺之基板(2.85 公尺×3.05公尺)的第10代。更大的世代如第11代和第12代及對應的基板面積，能夠以類似的方式實施。
根據又另外的能夠和此處所述其他實施例結合的實施例，靶材材料能夠選自由：鋁、矽、鉭、鉬、鈮、鈦、銦、鎵、鋅、和銅所組成的群組。特別是，靶材材料能夠選自由銦、鎵、和鋅所組成的群組。反應性濺射製程典型地提供這些靶材材料的沉積氧化物。然而，也可以沉積氮化物或氮氧化物。
根據此處所述的實施例，所述方法提供用於基板是為了靜態沉積製程而定位的濺射沉積。典型地，特別是對於大面積基板處理，例如位於垂直方向的大面積基板的處理而言，能夠區別靜態沉積和動態沉積。根據一些能夠和此處所述其他實施例結合的實施例，此處所述的基板和/或載具、和此處所述的用於使用氣體分佈系統的設備，能夠被配置成用於垂直的基板處理。從而，垂直的基板處理一詞係理解成和水平的基板處理有所區別。就是說，垂直的基板處理是關於在基板處理期間載具和基板實質上垂直的方向，其中從精準的垂直方向有幾度偏差(例如高達10°或甚至高達15°)仍然被視為垂直的基板處理。帶有小幅傾斜的垂直基板方向，能例如帶來更穩定的基板傳送(handling)，或減少顆粒汙染沉積層的風險。或者，根據此處所述的實施例的氣體分佈系統也可以被用於除了實質上垂直以外的基板方向，例如水平的基板方向。對於水平的基板方向而言，陰極陣列將例如也是實質上水平的。
動態濺射，亦即其中基板係連續性或準連續性地相鄰於沉積源移動的直線型(inline)製程，由於製程能夠在基板移動 至沉積區中之前被穩定下來，並接著在基板通過沉積源時維持不變的事實，將會是較容易的。不過，動態沉積會具有其他缺點，例如顆粒產生。這特別是對於薄膜電晶體底板沉積而言會是如此。根據此處所述的實施例，靜態的濺射能夠提供予例如薄膜電晶體的處理，其中電漿能夠於在原始基板上沉積之前被穩定下來。從而，應注意的是，靜態沉積製程一詞，不同於動態沉積製程，並未排除基板任何將被具有通常知識者所領會的移動。靜態沉積製程能夠包含例如在沉積期間靜態的基板位置、在沉積期間振盪的基板位置、在沉積期間實質上不變的平均基板位置、在沉積期間顫動的基板位置、在沉積期間晃動的基板位置、陰極為了其而提供在一個腔室的沉積製程(亦即預先決定的陰極組為了其而提供在腔室中的沉積製程)、其中沉積室在層沉積期間具有相對於相鄰腔室密封的氣氛(例如是藉由關閉將腔室從相鄰腔室分開的閥單元)的基板位置、或其組合。因此，靜態沉積製程能夠被理解為偕同靜態位置的沉積製程、偕同實質上靜態的位置的沉積製程、或偕同部分靜態的基板位置的沉積製程。從而，靜態沉積製程，如此處所述，能夠清楚地從動態沉積製程區別開來，而不需要對於靜態沉積製程而言的基板位置在沉積期間完全沒有任何移動。根據又另外的能夠和此處所述其他實施例結合的實施例，仍被通常知識者視為靜態沉積的從完全靜態之基板位置的偏差，例如振盪、晃動、或以其他方式如上所述地移動基板，能夠額外地或替代性地藉由陰極或陰極陣列的移動來提供，所述陰極或陰極陣列的移動例如是晃動、振盪、或類似方式。一般而言，基板和陰極(或陰極陣列)能夠相對於彼此移動，這例如是在基板 傳送方向、在實質上垂直於基板傳送方向的橫向方向、或二者中。
如第3A圖所示，此處所述的實施例能夠提供予靜態沉積製程，例如閥單元105係在沉積期間關閉，偕同複數個旋轉陰極，例如三或多個旋轉陰極。當關上沉積製程時，基板14係移動至沉積區內用於沉積的位置中。能夠穩定製程壓力。一旦製程被穩定下來，陰極磁鐵組件121係朝前旋轉，以沉積待沉積材料的化學計量比至靜態的基板上，直到沉積結束為止。舉例來說，這能夠是對於氧化鋁(AlxOy)沉積的正確化學計量比。
如第3A圖所示，對於一些膜(例如氧化鋁(Al2O3))而言，能夠提供交流電源123，例如中頻電源。在這樣的案例中，由於藉由陰極122的對提供包含陰極和陽極的完整電路，陰極不需要額外的陽極，陽極能夠例如被移除。
如第3B圖所示，此處所述的方法也能夠提供予其他濺射沉積製程。第3B圖示出複數陰極124和一陽極115，陰極124和陽極115電性連接至直流電源226。例如是用於透明導電氧化物膜的從靶材的濺射，典型地以直流濺射的方式進行。陰極124係偕同陽極115一起連接至直流電源226，以在濺射期間收集電子。根據一些能夠和此處所述其他實施例結合的實施例，氣體管線116能夠提供在陽極115或一屏蔽物(見第3A圖)的一側，而陰極能夠提供在該陽極或屏蔽物的另一側。氣體能夠通過陽極或屏蔽物中的開口(未示出)提供在沉積區中。根據一替代性的實施方案，氣體管線或導管和陰極也可以提供在陽極或屏蔽物的同一側。
根據又另外的能夠和此處所述其他實施例結合的實施例，陰極中的一或多個能夠分別具有它們對應的獨立電壓供應。從而，對於至少一個、一些、或全部的陰極，能夠對每個陰極提供一個電源。因此，至少一個第一陰極能夠被連接至一第一電源，而一第二陰極能夠被連接至一第二電源。根據又另外的能夠和此處所述其他實施例結合的實施例，舉例來說，像是銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、銦鎵鋅氧化物(IGZO)、或氮化鉬(MoN)的材料可偕同直流濺射沉積製程而被沉積。
如第3B圖所進一步繪示的，在腔室102之內，也提供多條氣體管線116和遮蓋屏蔽物130。設備100的氣體分佈系統還具有六個含有處理氣體的貯氣槽136。存在於處理氣體中的非反應性氣體和/或反應性氣體的流動速率，係藉由流量控制器135控制。處理氣體分別經由流量控制器134、234和334通過氣體導管或氣體管道133、233和333饋入至在多條氣體管線126之內的多個氣體進入點138(未示出)。因此，本實施例允許對於陰極陣列在水平方向中的三個位置，獨立地提供不同的處理氣體流動速率、和/或不同的處理氣體混合物。
如第3A和3B圖所示，能夠提供三重水平(在基板傳送方向中)分段，其中至少一種處理氣體的流動速率，例如反應性氣體的流動速率，能夠從一個區段至一相鄰的區段而有所改變。在第3A圖中，其他的氣體管線116各自供給一個區段，亦即二個外側區段。另外，提供一中央區段。在第3A圖中，中央區段包含示例性的三個氣體管線116。在第3B圖中，二個其他的氣體管線116分別各自供給一個區段，亦即二個外側區段。另外， 提供一中央區段。在第3B圖中，中央區段包含示例性的一個氣體管線116。
電漿的穩定對於具有遲滯曲線的濺射製程而言會特別是有用的，此種濺射製程例如是反應性濺射製程。如第3A和3B圖所示例性地示出的，製程能夠偕同旋轉陰極和旋轉磁鐵組件(亦即其中的旋轉磁軛)來進行。從而，進行繞著旋轉陰極的長軸的旋轉。
如第4圖所示，此處所述的另外的實施例提供一處理氣體分佈系統，偕同進一步的分段，例如二重水平分段和二重垂直分段，並具有在多條氣體管線之內的多個氣體進入點。所述多條氣體管線116係沿著水平方向放置於陰極122的對之間，例如平行於它們的長軸。本實施例的多條氣體管線116還沿著垂直方向提供予二或多個區段。處理氣體從而藉由四個不同的流量控制器134、234、334和434來供應，二個用於二重水平分段的各個水平區段，且二個用於二重垂直分段的各個垂直區段。第4圖的處理氣體分佈系統還具有八個含有處理氣體的貯氣槽136。存在於處理氣體中的非反應性氣體和/或反應性氣體的流動速率和/或量，係藉由流量控制器135控制。處理氣體分別經由流量控制器134、234、334和434通過氣體導管或氣體管道133、233、333和433饋入至在多條氣體管線116之內的多個氣體進入點138。雖然在此處所述的實施例中，用於各個區段的貯氣槽通常是以分開的方式示出，例如第4圖中所示出的四個區段對應至四對貯氣槽，根據此處所述的實施例的區段能夠被連接至分別用於各種處理氣體之一個單一的貯氣槽或一個單一的貯氣槽群(gas tank battery)，和/或連接至製造設施的氣體分佈系統。另外，一些氣體能夠藉由共同的源來提供，而一些氣體能夠藉由用於各個區段的獨立源(例如槽)來提供。
因此，本實施例允許在陰極陣列222於水平和垂直方向二者中的不同位置，提供不同的處理氣體流動速率，尤其是不同的反應性氣體流動速率。應當理解的是，使用在第4圖中的二重水平分段和二重垂直分段只是為了繪示說明的目的。而根據能夠和此處所述其他實施例結合的不同實施例，處理氣體分佈系統能夠具有例如三重、四重、五重、或甚至更多重的水平分段以及例如三重、四重、五重、或甚至更多重的垂直分段。因此，處理氣體分佈系統允許對於靶材陣列在水平方向中的二或多個位置和靶材陣列在垂直方向中的二或多個位置，獨立地提供不同的處理氣體流動速率，尤其是不同的反應性氣體流動速率。根據一些能夠和此處所述其他實施例結合的實施例，氣體能夠通過其中提供有開口(例如氣體進入點138)的氣體管線116來提供。舉例來說，每條氣體管線能夠具有三或多個開口，例如六或多個開口，例如六至二十個開口。
根據又另外的能夠和此處所述其他實施例結合的典型實施例，處理氣體分佈系統能夠是偕同二重水平分段和在多條氣體管線之內的多個氣體進入點的處理氣體分佈系統。如第5圖所示，多條氣體管線116能夠沿著垂直方向垂直於陰極122的長軸地被放置。處理氣體係由二個不同的流量控制器134和234所供應，每一個分別是用於二重水平分段的各個水平區段。第5圖的處理氣體分佈系統還具有四個含有處理氣體的貯氣槽136。存 在於處理氣體中的非反應性氣體和/或反應性氣體的流動速率，係藉由流量控制器135控制。處理氣體分別經由流量控制器134和234通過氣體導管或氣體管道133和233饋入至在多條氣體管線116之內的多個氣體進入點138。因此，本實施例允許在陰極陣列222於水平方向中的不同位置，提供至少一種處理氣體的不同流動速率，尤其是一或多種反應性氣體的不同流動速率。
對應至第2圖、第3A及3B圖、和第4圖的實施例示出氣體分佈系統，偕同每二個靶材一條的氣體管線。然而，根據此處所述的實施例的氣體分佈系統能夠具有任何數目的氣體管線。舉例來說，氣體分佈系統能夠具有四條氣體管線至十三條氣體管線。類似地，每條氣體管線能夠具有二個至三十個氣體進入點。舉例來說，每條氣體管線能夠具有三個至二十個氣體進入點，例如五個至十個，例如九個氣體進入點。
第6圖繪示又另一實施例，其關於用於測試處理氣流的水平分段的沉積設備。該設備包括：一氣體分佈系統，用於以四重水平分段提供處理氣體；及一陰極陣列，具有十二個陰極122，該些陰極122沿著水平方向間隔開來。氣體分佈系統能夠例如藉由十一條氣體管線116來提供，該些氣體管線116沿著水平方向平行於陰極的長軸，偕同三重垂直分段。設備的氣體分佈系統還包括一個流量控制器134，其中係可能藉由流量控制器(例如閥)來調節或關上獨立的氣體管線。處理氣體經由流量控制器134通過氣體導管或氣體管道饋入至在多條氣體管線之內的多個氣體進入點138。根據此處所述的實施例的氣體分佈系統能夠具有任何數目的流量控制器。舉例來說，氣體分佈系統能夠具有二 個至三十六個流量控制器。第6圖所示的實施例包含十二個區段634，其由虛線所指示。對於各個區段而言，至少一種處理氣體的流動速率和/或至少一種處理氣體的分壓能夠獨立地被控制，就是說獨立於鄰近區段。
因此，此處所述的實施例，偕同通過以不同的氣體管線取代只是打開或關上獨立的氣體管線而帶來的處理氣流的變動，提供對於層性質的水平分佈更精準的控制。
根據又另外的能夠和此處所述其他實施例結合的實施例，沉積設備能夠包括沿著水平方向延伸的一個陽極、或沿著水平方向間隔開來的至少三個陽極。
根據典型的實施例，陰極陣列可以包括三或多個旋轉濺射靶材，陰極陣列特別是可以包括八或多個旋轉濺射靶材，陰極陣列更特別是可以包括十二個旋轉濺射靶材。典型地，陰極陣列的陰極係以使得它們的長軸彼此平行的方式彼此間隔開來，且其中該些長軸係與待處裡的該基板等距離地配置。
一種在基板上沉積材料層的方法的一實施例係示於第7圖。在步驟802中，通過一氣體分佈系統提供處理氣體，該氣體分佈系統係配置成用於對於沿著基板傳送方向的二或多個位置，獨立地控制處理氣體的流動速率。在步驟804中，從一陰極陣列濺射材料，該陰極陣列具有三或多個陰極，該些陰極沿著基板傳送方向間隔開來。材料係沉積在基板上，其中基板是為了靜態沉積製程而被放置。典型地，靶材的材料能夠以靶材材料之氧化物、氮化物、或氮氧化物的形式被沉積，亦即是偕同反應性 濺射製程。
雖然上述內容是關於本發明的實施例，但可在不背離本發明的基本範圍的情況下，設計出本發明其他和更進一步的實施例，本發明的範圍係由下列的申請專利範圍而定。
116:氣體管線
122:陰極
134:流量控制器
135:流量控制器
136:貯氣槽
138:氣體進入點
222:陰極陣列
234:流量控制器

Claims (16)

  1. 一種用於材料在一基板上之靜態沉積的設備，該設備包括：一陰極陣列，具有三或多個陰極，該三或多個陰極沿著一基板傳送方向間隔開來；以及一氣體分佈系統，用於提供一或多種處理氣體，其中該氣體分佈系統係配置成用於對於沿著該基板傳送方向的二或多個位置，獨立地控制該一或多種處理氣體中的至少一種處理氣體的流動速率；其中該氣體分佈系統包括三或多個氣體管線，其中該些氣體管線係沿著平行於該三或多個陰極的長軸的方向提供予二或多個區段，該二或多個區段的一或多種處理氣體的流動速率係被獨立地控制。
  2. 如請求項1之設備，其中該陰極陣列的該三或多個陰極是三或多個旋轉陰極。
  3. 如請求項1之設備，其中該三或多個氣體管線平行於該三或多個陰極的長軸，其中該三或多個氣體管線沿著該基板傳送方向間隔開來。
  4. 如請求項1之設備，其中該氣體分佈系統更包括三或多個流量控制器，該三或多個流量控制器係配置成用於對於該三或多個氣體管線獨立地控制一或多種處理氣體的流動速率。
  5. 如請求項1之設備，更包括沿著一水平方向延伸的一個陽極、或沿著該基板傳送方向間隔開來的至少三個陽極。
  6. 如請求項1之設備，其中該陰極陣列包括八或多個旋轉濺 射靶材。
  7. 如請求項1之設備，其中該陰極陣列包括十二個旋轉濺射靶材。
  8. 如請求項1之設備，其中該三或多個陰極係連接至一直流電源。
  9. 如請求項1之設備，其中該三或多個陰極中的相鄰陰極對係連接至一交流電源。
  10. 如請求項1之設備，其中該陰極陣列的該三或多個陰極係以使得它們的長軸彼此平行的方式彼此間隔開來，且其中該些長軸係與待處裡的該基板等距離地配置。
  11. 一種用於材料在一基板上之靜態沉積的方法，包括：通過一氣體分佈系統提供一或多種處理氣體；對於沿著一基板傳送方向的二或多個位置，獨立地控制該一或多種處理氣體中的至少一種處理氣體的流動速率；以及從一陰極陣列濺射材料，其中該陰極陣列具有三或多個陰極，該三或多個陰極沿著該基板傳送方向間隔開來；其中該氣體分佈系統包括三或多個氣體管線，其中該些氣體管線係沿著平行於該三或多個陰極的長軸的方向提供予二或多個區段，該二或多個區段的一或多種處理氣體的流動速率係被獨立地控制。
  12. 如請求項11之方法，其中該陰極陣列的該三或多個陰極是三或多個旋轉陰極。
  13. 如請求項11之方法，更包括使用來自至少一個氣體管線的處理氣體濺射材料至一基板上，該至少一個氣體管線係平行於 該三或多個陰極的所述長軸地放置。
  14. 如請求項11之方法，其中藉由該氣體分佈系統提供的該一或多種處理氣體是二或多種處理氣體，該二或多種處理氣體提供非反應性氣體和反應性氣體的一混合物。
  15. 如請求項11之方法，其中藉由該氣體分佈系統提供的該一或多種處理氣體是一非反應性氣體。
  16. 如請求項11之方法，其中該一或多種處理氣體中的至少一種處理氣體的分壓能夠被改變。
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