專利名稱：應用于平板電器的單塊濺射靶組件及使用其的濺射裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于在大面積的襯底表面沉積材料的單塊濺射靶組件。
宵豕伎不
使用磁控管的物理氣相沉積(PVD)是在襯底表面沉積材料的一種方法。 在PVD工藝中，靶可以加電偏壓，從而在工藝區(qū)域產生的離子能夠具有足夠 的能量轟擊靶表面，以使原子從耙中移出。對耙加電偏壓以產生等離子體從而 引起離子轟擊靶表面并將原子從靶表面移出的這個工藝通常被稱為濺射。濺射 出的原子通常朝向被濺射涂覆的襯底移動，并且濺射出的原子沉積在襯底上。 作為選擇，在等離子體中原子與氣體反應，比如，氮，以在襯底表面沉積一種 化合物。反應濺射法常用于在襯底上形成薄的阻擋層和氮化鈦或氮化鉅的成核 層。
直流(DC)濺射和交流濺射(AC)是濺射的形式，其中靶被偏壓以吸引 離子朝向靶。靶可以施加有在-100V到-600V范圍內的負偏壓從而吸引工作氣 體(也就是氬氣)中的正離子朝向靶以濺射原子。通常，濺射室的兩側覆蓋護 罩來保護腔壁不受濺射沉積的影響。護罩可以電接地，從而提供與靶陰極相反 的陽極，從而將靶功率電容性地耦合到濺射室中產生的等離子體。
大面積的濺射靶是在大面積襯底上沉積材料所必須的，諸如平板顯示襯 底、太陽能電池板襯底以及其他大面積襯底。隨著襯底尺寸的增加，濺射靶的 尺寸也必須增加。生產可以提供均勻沉積以及一致性的薄模特征的大面積濺射 靶是個挑戰(zhàn)。有益的是生產用于以合理的成本在大面積襯底上沉積材料同時在 整個薄膜上保持薄膜均勻性和一致性特征的大面積濺射耙。

實用新型內容
本實用新型克服了當在大面積襯底上沉積材料時需要大面積濺射靶的問題，從而維持均勻沉積和一致的薄膜特征。
本實用新型包括用于在大面積襯底上沉積材料的單塊濺射靶組件。濺射靶 組件可以包括在單塊結構中的濺射靶以及靶托。由于靶托和濺射靶作為單塊結 構，不需要粘接。另外，冷卻通道可以埋到單塊結構中，從而冷卻液可以在濺 射靶組件中流動，從而不需要在濺射耙組件后面設置分立的冷卻組件。
在一個實施方式中，公開了濺射靶組件。濺射靶組件包括單塊體以及埋到 單塊體中的一個或多個冷卻通道。單塊體包括濺射耙和耙托。
在另外一個實施方式中，公開了濺射裝置。濺射裝置包括真空腔、基座、 設置真空腔中的濺射靶組件，在基座和濺射靶組件之間的區(qū)域橫跨真空腔延伸 的一個或多個陽極。濺射靶組件包括單塊體以及埋到單塊體中的一個或多個冷 卻通道。單塊體包括濺射靶和靶托。
還在另外一個實施方式中，公開一種方法。這個方法包括在真空腔中設置 濺射靶組件，以及向襯底上濺射來自單塊體的材料。濺射耙組件包括單塊體以 及埋到單塊體中的一個或多個冷卻通道。單塊體包括濺射靶和靶托。
本發(fā)明的單塊濺射靶組件可以生產在整個沉積層中具有一致性特征的膜， 從而在大面積襯底沉積具有均勻成分和顆粒結構的薄膜方面具有成本優(yōu)勢。


因此為了更詳細地理解本實用新型的以上所述特征，將參照附圖中示出的 實施方式對以上簡要所述的本實用新型進行更具體描述。然而，應該注意，附 圖中只示出了本實用新型典型的實施方式，因此不能認為是對本實用新型范圍 的限定，本實用新型可以有其他等效的實施方式。
圖1示出了根據(jù)本實用新型一個實施方式的PVD裝置100的橫截面圖2示出了根據(jù)本實用新型一個實施方式的二維掃描機構200的展開的正 投影圖3示出了矩形螺旋磁控管300的平面圖4A示出了根據(jù)本實用新型一個實施方式的單塊濺射靶組件400的橫截 面圖；以及
圖4B示出了根據(jù)本實用新型另一實施方式的單塊濺射靶組件410的橫截 面圖。為了便于理解，在此盡可能使用相同的附圖標記表示附圖中共有的相同元 件。并且， 一個實施方式的元件和特征可以有利地結合到另一實施方式中，而 不用進一步敘述。
具體實施方式
本實用新型包含用于在大面積襯底上沉積材料的單塊濺射靶組件。在一個 單塊結構中，濺射靶組件可以包括濺射耙和耙托。由于具有耙托和濺射靶作為 單塊結構，因此不需要粘接。另外，可以將冷卻通道埋入單塊結構中，從而冷 卻液可以在濺射靶組件里流動，則不需要在濺射靶組件后面的分立的冷卻組件。
本實用新型是示意性描述并可用在處理大面積襯底的PVD系統(tǒng)中，如從 Santa Clara， Califomia(加里福尼亞州，圣克拉拉)的Applied Materials, Inc.(應用 材料股份有限公司)的子公司AKT得到的PVD系統(tǒng)。然而，應該了解到，濺 射靶也可用到其他系統(tǒng)配置中，包含那些配置為處理大面積圓形襯底的系統(tǒng)。 可以實施本實用新型的示例性系統(tǒng)記載在2005年9月13日遞交的美國專利申 請No. 11/225,922中，在此全部結合進來以作參考。
圖1示出了根據(jù)本實用新型一個實施方式的PVD裝置100的橫截面圖。 裝置IOO包含單塊濺射靶組件104。單塊濺射靶組件104如下所述將靶托和濺 射靶組合為單個的單塊結構。在一個實施方式中，耙組件104包含鋁。在另一 實施方式中，靶組件104包含鋁和鈮。耙組件104位于基座112對面橫跨工藝 空間158。冷卻通道108位于耙組件104里面，為整個耙組件104提供統(tǒng)一溫 度。暗區(qū)護罩(dark space shield) 136包圍靶組件104。磁控管110位于靶托 的后面。
濺射等離子體內的電子被裝置100中的接地元件所吸引。傳統(tǒng)上，腔壁 132和基座112或襯底支撐是接地的，從而起陽極的作用，相反濺射靶組件104 起陰極的作用。
接地的腔壁132作為陽極吸引來自等離子體的電子，因此在腔壁132附近 趨向于產生高密度的等離子體。腔壁132附近的高密度等離子體可以增加腔壁 132附近襯底上的沉積并且可以減少遠離腔壁132的沉積。另一方面，接地的 基座112也可以起陽極作用?；?12可以跨越工藝空間158很大的長度。因此，基座112不僅可以在基座112的邊緣也可以在基座112的中間為電子提供 接地路徑。在基座112的中間的接地路徑與基座112邊緣和腔壁132的接地路 徑相平衡，因為可以是腔壁132或基座112的每一個陽極具有與陽極等價的功 能，并在整個工藝空間158均勻分布等離子體。通過在整個工藝空間158均勻 分布等離子體，可以實現(xiàn)在整個襯底上均勻沉積。
當襯底是一個絕緣襯底(如玻璃或聚合物)時，襯底是非導電的，從而電 子不能一直跟隨襯底。因此，當襯底基本上覆蓋襯底支架時，襯底支架不能提 供足夠的陽極表面。對于大面積襯底，如太陽能電池板或者用于平板顯示器的 襯底，能夠阻礙通過基座112接地的路徑的襯底尺寸是非常大的。l米乘l米 的襯底在平板顯示業(yè)中是很難見到的。對于1米乘1米的襯底，阻礙基座112 接地的路徑的面積是1平方米。因此腔壁132和基座112中沒有被襯底覆蓋的 的邊緣是等離子體中電子的僅有的接地路徑。對于大面積襯底，在腔壁132 附近和基座112中沒有被襯底覆蓋的邊緣可以形成高密度等離子體。在腔壁 132和基座112邊緣附近的高密度等離子體可以使得不存在接地路徑的工藝區(qū) 域158中心附近的等離子體變薄。在工藝區(qū)域158中心附近沒有接地路徑，等 離子體不均勻，因此大面積襯底上的沉積也不均勻。
陽極134可以放置在靶組件104和襯底(未示出)之間，以有助于在整個 襯底上提供均勻的濺射沉積。在一個實施方式中，陽極是涂有電弧噴鋁的霧珠 不銹鋼。在一個實施方式中，陽極134的一端可以通過與安裝架(mount ledge) 146結合的支架144安裝到腔壁132。如圖1所示，支架144的一部分位于暗 區(qū)護罩136和腔護罩(chamber shield) 130之間。
陽極134的另一端穿過暗區(qū)護罩136和腔壁132。在陽極134的端部是連 接組件142。連接組件142可以是用于將含有液體的管子連接在一起的任何傳 統(tǒng)的已知設備。附加的支架140可以將陽極134結合到腔壁132并穩(wěn)固連接組 件142。在另一實施方式中，陽極134可以用錨座(anchormount)安裝，可以通 過陽極護罩防止沉積。錨座可以放置在護罩116上。
陽極134在靶組件104相對位置提供電荷從而帶有電荷的離子被吸引到陽 陰，而不是到具有通常在地電勢的腔壁132。通過在靶組件104和襯底之間提
供陽極，等離子體可以更加均勻，這有助于沉積。在一個實施方式中，在靶組 件104和襯底之間放置6個陽極?？梢杂糜趯嵤┍緦嵱眯滦偷氖纠躁枠O描述在2005年7月13曰遞交的美國專禾U申請No. 11/182,034， 2005年10月11曰
遞交的美國專利申請No. 11/247,705和2005年10月11日遞交的美國專利申 請No. 11/247,438中，在此將上述申請全部結合進來以作參考。
當襯底進入裝置100時，升降桿114升起接收襯底。升降桿114然后下降， 基座112上升接收襯底。當基座112上升到一個工藝位置時，基座112遇到蔭 罩框架(shadow frame) 118，并用陰罩框架升降桿120將蔭罩框架118上升 到工藝位置。蔭罩框架118減少可以沉積在基座112的無掩蓋區(qū)域的材料量。 當沒有提升時，蔭罩框架120放置在下護罩122上。下護罩122可以與冷卻 集管124結合。
因為蔭罩框架118上下移動，沉積在蔭罩框架118上的任何材料可以剝落 下來。為了減少材料從蔭罩框架118上剝落，可以在裝置100中設置一個附加 的護罩116，其為固定的，以保護蔭罩框架118。護罩116與冷卻集管124結 合。冷卻集管124控制護罩116的溫度。在裝置100中由于溫度變化引起的護 罩116的膨脹和收縮可以導致剝落并且污染襯底。通過控制護罩116的溫度， 護罩116的膨脹和收縮可以減少。冷卻集管124放置在集管架126上并且可以 通過冷卻通道128的冷卻液來冷卻。冷卻液可以是本領域普通技術人員所知的 任何已知的傳統(tǒng)的冷卻液。類似的理由也適用于陽極134。在一個實施方式中， 陽極134可以冷卻。
磁控管110可以通過掃描機構200掃描整個耙104的后面。圖2示出了根 據(jù)本實用新型一個實施方式的二維掃描機構200的展開正投影圖。掃描機構 200可以包含框架240，其具有兩排或多輥子，以滾動式地支持倒立框架軌 (inverted frame rails)224， 238。倒立框架軌224， 238支持他們之間的臺架234。 臺架234可以包含洞228和兩排或多排的輥子(未示出)，用于滾動式支持倒 立臺架軌226， 230，其中磁控板236通過固定連接懸掛在倒立臺架軌226和230 下。通過臺架234以及軌道224, 226， 230， 238的滾轉，磁控板236以垂直方向 在框架240里移動以掃描整個靶組件的磁場?；?32可以固定在用于形成臺 架234的框架結構上。
磁腔頂(magnet chamber roof) 212可以通過放置在磁腔頂212和框架240 之間的臺架結構支撐并且密封在框架240上。磁腔頂212包含矩形孔220、驅 動器凹座222以及托架凹座218。托架室208可以安裝在托架凹座里并圍繞矩
8形孔220密封至腔頂212。托架室208可以包含側墻216以及頂板202。在托
架室208里面容納有臺架支架206。驅動器組件210可以通過角鋼214和支撐 托架204保留在驅動器凹座222中。在一個實施方式中，磁控管可以螺旋形圖 案(serpentine pattern)掃描濺射靶組件的整個背面。在另一實施方式中，正 如在2006年2與3日在遞交的美國專利申請No. 11/347,66所述，磁控管可以 放置在滾珠和彈簧上，在此結合全部內容作為參考。
磁控管可以有各種形狀。圖3示出了根據(jù)本實用新型一個實施方式的矩形 螺旋磁控管300的平面圖。磁控管300包含非磁的磁控板306，和多個磁道302， 304。在一個實施方式中，磁道302可以有彎曲部分310。磁道302， 304之間 區(qū)域稱為臺面308 (mesa)。臺面308可以有螺距Q。在一個實施方式中，磁 道302， 304可以是電磁鐵。在另一實施方式中，磁道302， 304可以是永久性 磁鐵。在又一實施方式中，磁道302， 304可以分別包含多個永久性磁鐵。磁 控管局將在真空腔內產生的高密度等離子體約束在靶表面的特定區(qū)域。通過在 單塊靶組件的整個后面掃描磁控管，約束等離子體的磁場掃描單塊靶組件的整 個前表面，從而從單塊靶組件產生更加均勻的靶材料侵蝕。
使用單塊靶組件有很多益處。當使用單塊濺射靶組件時，因為不存在分立 的靶托和靶，所以濺射靶和靶托之間不會出現(xiàn)分層。沒有分立的靶托和靶，不 存在粘接。當使用分立的濺射耙和耙托時，耙托有時會彎曲。另外，靶托中的 任何冷卻通道可以偶爾需要再拋光以確保冷卻液以所期望的流速持續(xù)流過冷 卻通道。當發(fā)生彎曲或需要再拋光時，靶托需要再磨光。
單塊濺射耙可以通過將濺射耙和耙托粘在一起來提高濺射效率。在單塊濺 射靶中，靶托和濺射靶是同一材料，并且之間沒有粘接層。因此，靶托和濺射 靶的熱傳導系數(shù)是相同的。另外，在單塊濺射靶中，靶托和濺射靶可以具有相 同的傳導率。從而，相比穿過靶托、粘接料和濺射靶的電流，穿過濺射靶組件 的電流以一種有效的方式流動。因此，由于具有相同的熱傳導系數(shù)和傳導率， 相比將濺射靶粘接到靶托上，單塊濺射耙可以具有較高的濺射效率。
當再磨光靶托或濺射靶時，靶和耙托可以脫粘接使得耙托的任何彎曲可以 矯正過來。對于大面積濺射耙組件(也就是面積大于1或2平方米)，靶托和 靶可以需要傳輸?shù)搅硗馕恢迷倌ス夂兔撜辰印Ｒ驗榘泻桶型芯哂泻艽竺娣e，將 靶和靶托裝到卡車上并且運輸耙和靶托不是一個簡單的事情。靶和靶托需要作為"特大型貨物"運輸，從而需要公路護衛(wèi)。至少，存在與大面積靶組件(包 括分立的靶托和靶)相關的運輸成本，再磨光成本，脫粘接成本和重粘接成本。 單片靶組件，在另一方面是有益的，原因在于靶托不會變彎。如果有任何 彎曲發(fā)生或靶侵蝕到不再有用的情況，完全可以拋棄組件并且更換組件而不是 再磨光組件。這對于鋁單塊濺射耙組件尤其是對的，因為眾所周知鋁是可循環(huán) 利用的。鋁單塊濺射靶組件完全可以在制造工廠現(xiàn)場剪裁成適合運輸?shù)某叽纾?然后運輸?shù)戒X再循環(huán)利用中心，可以將其賣掉。運輸成本中可以除去"特大型 貨物"護送成本。
與單塊濺射靶組件相關的成本比帶有耙托組件的濺射靶的成本更低。例 如，將濺射靶粘接到靶托，需要粘接材料。從而，存在粘接材料成本并且將靶 粘接到靶托上也需要勞動力成本。由于單片耙組件中，靶和靶托集成在單塊結
構中，使得靶和靶托不需要互相粘接到對方，因為他們是單一的、單塊(asingle, monolithic piece)。因此，單塊濺射靶組件沒有粘接，或者所要需要的脫粘接 成本。當考慮傳輸、再磨光、粘接，脫粘接，再循環(huán)利用等因素時，相對于粘 接到靶托組件上的傳統(tǒng)靶，使用單塊濺射耙組件可以降低每個襯底的總成本。
圖4A示出了根據(jù)本實用新型一個實施方式的單塊濺射靶組件400的橫截 面圖。單塊靶組件400包含的單塊耙402，其具有一個或多個埋到耙組件400 中的冷卻通道404。冷卻液可以通過冷卻通道為耙組件400提供統(tǒng)一溫度?？?以使用任何已知的常用冷卻液。
圖4B示出了根據(jù)本實用新型另一實施方式的單塊濺射靶組件410的橫截 面圖。單塊靶組件410包含單塊耙412，其具有一個或多個埋到耙組件410中 的冷卻通道414?？梢杂密嚧苍诎医M件410中加工出凹槽416從而減少耙組件 416的重量。正如在2006年7與7日遞交的11/483,134中所討論，在此結合 全部內容作為參考，如果需要，可以用聚合材料填充凹槽來減少靶組件410 的重量，并且提供平的表面，磁控管組件可以在平的表面上移動。
單塊濺射靶組件可以生產在整個沉積層中具有一致性特征的薄膜。因為靶 是單塊的，在整個濺射靶上，濺射材料的成分和顆粒結構可以是均勻的，并且 因此沉積的層是均勻的。由于成分和顆粒結構均勻，在濺射期間，來自濺射靶 的侵蝕可以更加均勻。單塊濺射靶組件在用于在大面積襯底上沉積具有均勻成 分和顆粒結構的薄膜方面可以節(jié)省成本。雖然前述涉及本實用新型的實施方式，但在不偏離本實用新型的基本范圍 內可設計其它和進一步的實施方式，并且本實用新型的范圍由以下權利要求書 確定。
權利要求1、 一種濺射靶組件，其特征在于，所述濺射靶組件包括 單塊體，包括濺射靶和靶托；以及埋到單塊體中的一個或多個冷卻通道。
2、 根據(jù)權利要求1所述的靶組件，其特征在于，單塊體包含鋁。
3、 根據(jù)權利要求2所述的靶組件，其特征在于，單塊體包含鋁和鈮。
4、 根據(jù)權利要求l所述的靶組件，其特征在于，還包含-刻到單塊體中的通道，該通道刻在相鄰冷卻通道之間的空間。
5、 根據(jù)權利要求1所述的靶組件，其特征在于，所述單塊體形狀為使得 靶組件的邊緣部分比中間部分薄。
6、 根據(jù)權利要求1所述的靶組件，其特征在于，單塊體具有大于約1平 方米的面積。
7、 一種濺射裝置，其特征在于，所述濺射裝置包括 真空腔；基座；設置真空腔中的濺射靶組件，該濺射靶組件包括單塊體，包括濺射靶和靶托；以及 埋到單塊體中的一個或多個冷卻通道；以及一個或多個陽極，在基座和濺射靶組件之間的區(qū)域橫跨真空腔延伸。
8、 根據(jù)權利要求7所述的裝置，其特征在于，單塊體包含鋁。
9、 根據(jù)權利要求8所述的裝置，其特征在于，單塊體包含鋁和鈮。
10、 根據(jù)權利要求7所述的裝置，其特征在于，還包含 刻到單塊體中的通道，該通道刻在相鄰冷卻通道之間的空間。
11、 根據(jù)權利要求7所述的裝置，其特征在于，單塊體的形狀為使得靶組 件的邊緣部分比中間部分薄。
12、 根據(jù)權利要求7所述的裝置，其特征在于，真空腔包含多個腔壁，單塊體設置在至少一個腔壁的至少一部分上。
13、 根據(jù)權利要求7所述的裝置，其特征在于，單塊體具有大于約l平方 米的面積。
14、 一種濺射靶組件，其特征在于，所述濺射靶組件包含濺射靶； 靶托；以及埋到單塊體中的一個或多個冷卻通道，其中，在濺射靶和靶托之間沒有粘 接層。
15、 根據(jù)權利要求14所述的靶組件，其特征在于，濺射靶和靶托每個都 包含鋁。
16、 根據(jù)權利要求14所述的靶組件，其特征在于，濺射靶和靶托每個都 包含鋁和鈮。
17、 根據(jù)權利要求14所述的靶組件，其特征在于，單塊體具有大于約1 平方米的面積。
18、 一種濺射裝置，其特征在于，所述濺射裝置包含 真空腔；基座；位于真空腔的濺射靶組件，濺射靶組件包括-濺射靶； 靶托；以及埋到單塊體中的一個或多個冷卻通道，其中在濺射靶和靶托之間沒 有粘接層；以及一個或多個陽極，在基座和濺射靶組件之間的區(qū)域橫跨真空腔延伸。
19、 根據(jù)權利要求18所述的裝置，其特征在于，濺射靶和靶托每個都包 含鋁。
20、 根據(jù)權利要求19所述的裝置，其特征在于，濺射靶和靶托各自都包 含鋁和鈮。
21、 根據(jù)權利要求18所述的裝置，其特征在于，真空腔包含多個腔壁， 濺射靶放置在至少一個腔壁的至少一部分中。
22、 根據(jù)權利要求18所述的裝置，其特征在于，單塊體具有大于約l平 方米的面積。
專利摘要本實用新型包含用于在大面積襯底上沉積材料的單塊濺射靶組件。濺射靶組件可以包含在單塊結構中的濺射靶和靶托。由于濺射靶和靶托作為單塊結構，則不需要粘接。另外，冷卻通道可以埋到單塊結構中，使得冷卻液可以在濺射靶組件中流動，從而不需要在濺射靶組件后面設置分立的冷卻組件。
文檔編號C23C14/34GK201154985SQ20072017681
公開日2008年11月26日 申請日期2007年9月12日 優(yōu)先權日2006年9月15日
發(fā)明者布拉德利·O·斯廷森, 稻川真, 細川昭弘 申請人:應用材料股份有限公司