用于形成濺射材料層的系統(tǒng)和方法
【專利說明】用于形成濺射材料層的系統(tǒng)和方法
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為“2011年7月22日”、申請(qǐng)?zhí)枮椤?01180027703.8”、題為“用于形成濺射材料層的系統(tǒng)和方法”的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本公開的實(shí)施例涉及用于在襯底上涂覆層的系統(tǒng)和方法，并且更具體地涉及用于在襯底上形成濺射材料層的方法和系統(tǒng)。更具體而言，本公開的至少一些方面涉及磁控濺射，其中靶材例如可以是但不限于可旋轉(zhuǎn)圓柱形靶材或平面靶材。更具體而言，本公開的一些方面涉及靜態(tài)濺射沉積。本公開的至少一些方面特別地涉及襯底涂覆技術(shù)方案，該技術(shù)方案涉及襯底和涂層的沉積、圖案化和處理中使用的設(shè)備、處理和材料，代表性示例包括但不限于涉及以下各項(xiàng)的應(yīng)用:半導(dǎo)體和介電材料和設(shè)備、硅基晶圓、平板顯示器(諸如TFT等)、掩膜和過濾器、能量轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存(諸如光伏電池、燃料電池和電池等)、固態(tài)照明(諸如LED和OLED等)、磁和光存儲(chǔ)、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)和納米電子機(jī)械系統(tǒng)(NEMS)、微光學(xué)和光機(jī)電系統(tǒng)(NEMS)、微光學(xué)和光電設(shè)備、透明基板、建筑和汽車玻璃、用于金屬和聚合物箔以及封裝的金屬化系統(tǒng)、以及微成型和納米成型。
【背景技術(shù)】
[0003]在很多技術(shù)領(lǐng)域中，在襯底上形成具有高均一性(S卩，在擴(kuò)展表面上厚度均勻)的層是很重要的問題。例如，在薄膜晶體管(TFT)的領(lǐng)域中厚度均一性可以是可靠地制造顯示金屬線的關(guān)鍵。此外，均勻的層通常便于制造的可重復(fù)性。
[0004]用于在襯底上形成層的一種方法是濺射，濺射已經(jīng)發(fā)展為在各種制造領(lǐng)域中(例如在TFT的制作中)的有效方法。在濺射期間，通過利用高能粒子(例如，惰性或活性氣體的帶電離子)轟擊靶材而從靶材射出原子。因此，射出的原子可以沉積在襯底上，從而能夠形成濺射材料層。
[0005]然而，通過濺射形成層可能由于例如靶材和/或襯底的幾何形狀而使高均勻性需求折衷。具體地，在擴(kuò)展襯底上的濺射材料的均勻?qū)涌赡苡捎跒R射材料的不規(guī)則空間分布而難以實(shí)現(xiàn)。在襯底上提供多種靶材可以改善層均一性。另一個(gè)選擇是在特定的偏外位置與零位置附近之間以恒定角速度旋轉(zhuǎn)磁控濺射陰極的磁體。然而，特別是對(duì)于對(duì)層均勻性具有高需求的某些應(yīng)用，不能足夠地實(shí)現(xiàn)層均勻性。
[0006]因此，期望有用于促進(jìn)濺射材料層的高均勻性的其他方法和/或系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在一個(gè)方面中，提供了在真空腔室中涂覆襯底的方法。該方法包括在襯底上形成濺射材料層，其中形成濺射材料層的步驟包括將來自一個(gè)或多個(gè)可旋轉(zhuǎn)靶材的材料濺射在襯底上。該方法還包括改變一個(gè)或多個(gè)可旋轉(zhuǎn)靶材與襯底之間的相對(duì)位置，其中在形成所述層的過程中所述襯底相對(duì)于所述真空腔室保持固定。
[0008]在另一方面中，提供了用于在真空腔室中涂覆襯底的方法。該方法包括以下步驟:在襯底上形成濺射材料層，以及改變所述至少一個(gè)可旋轉(zhuǎn)靶材與所述襯底之間的相對(duì)位置，其中形成濺射材料層的步驟包括將來自一個(gè)或多個(gè)靶材的材料濺射在襯底上，其中改變所述相對(duì)位置包括沿著襯底方向平移所述至少一個(gè)可旋轉(zhuǎn)靶材。
[0009]在又一方面中，提供了涂覆襯底的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括用于在襯底上濺射材料的一個(gè)或多個(gè)可旋轉(zhuǎn)靶材，其中所述一個(gè)或多個(gè)可旋轉(zhuǎn)靶材被配置成在襯底的涂覆期間以如下方式運(yùn)動(dòng)以產(chǎn)生所述靶材的平移，該方式使得一個(gè)或多個(gè)可旋轉(zhuǎn)靶材與襯底之間的相對(duì)位置改變。
[0010]本發(fā)明的其他方面、優(yōu)勢(shì)和特征在從屬權(quán)利要求、說明書和附圖中是顯而易見的。
【附圖說明】
[0011]在說明書的其他部分中(包括參考附圖)，更具體地陳述了對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說完整且能夠?qū)崿F(xiàn)的公開，其中附圖如下:
[0012]圖1、2、3、5-7以及11_19是根據(jù)本文所述的實(shí)施例用于涂覆襯底的示例性系統(tǒng)的示意圖；
[0013]圖4和10是根據(jù)本文所述的實(shí)施例施加到陰極組件的電壓波形的示意圖；和
[0014]圖8和9是圖示了根據(jù)本文所述的實(shí)施例的濺射材料層的形成的定性圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]現(xiàn)在將詳細(xì)參考各個(gè)實(shí)施例，在各個(gè)附圖中圖示各個(gè)實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)示例。各個(gè)示例以說明的方式提供并且不意圖作為限制。例如，作為一個(gè)實(shí)施例的一部分被圖示或描述的特征可以用在其他實(shí)施例上或者與其他實(shí)施例結(jié)合以產(chǎn)生另一個(gè)實(shí)施例。本公開包括這樣的修改和變體。
[0016]本文所述的實(shí)施例包括用于利用層來涂覆襯底的方法和系統(tǒng)，其中在襯底上的濺射材料的分布在用于形成層的工藝期間發(fā)生變化。具體而言，本文所示的實(shí)施例包括改變靶材和襯底之間的相對(duì)位置(也稱作靶材-襯底相對(duì)位置)。通常，如下文所進(jìn)一步討論的，該相對(duì)位置可以在至少兩個(gè)不同的位置(下文稱作第一位置和第二位置)處維持預(yù)定的時(shí)間間隔。
[0017]如下文所進(jìn)一步討論的，至少某些其他實(shí)施例包括使(特別是)平面靶材(更特別地)繞該平面靶材的縱軸或與該平面靶材相關(guān)聯(lián)的平面陰極的縱軸以往復(fù)的方式旋轉(zhuǎn)。如本文所使用的術(shù)語“往復(fù)”指的是往復(fù)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)本文所述的實(shí)施例，可旋轉(zhuǎn)靶材或可旋轉(zhuǎn)靶材陣列以往復(fù)方式運(yùn)動(dòng)。
[0018]如下文所進(jìn)一步討論的，根據(jù)某些實(shí)施例，濺射來自至少一個(gè)靶材的材料包括疊加兩個(gè)基本互補(bǔ)的膜分布。本公開內(nèi)的術(shù)語“基本”理解為指示靠近、接近或恰好是某個(gè)狀態(tài)或值，例如包括小于20%或者更具體地10%甚至更具體地5%的偏差。
[0019]因此，根據(jù)本公開的實(shí)施例便于在襯底上形成具有高質(zhì)量的層。特別地，在襯底上的沉積層的厚度可以是在整個(gè)襯底上高度均勻的。此外，促進(jìn)層的高均勻性(例如，在諸如生長晶體的結(jié)構(gòu)、比電阻和/或?qū)討?yīng)力等性質(zhì)方面)。例如，本發(fā)明的實(shí)施例對(duì)于在TFT生產(chǎn)中形成金屬化層(例如，用于制造TFT-LCD顯示器)是有利的，這是因?yàn)槠渲行盘?hào)延遲取決于層厚度，使得厚度不均勻性可能導(dǎo)致象素在略微不同的時(shí)間被供電。而且，由于層厚度的均勻性便于在所形成層的不同位置處實(shí)現(xiàn)相同的結(jié)果，因此，本公開的實(shí)施例對(duì)于形成后續(xù)被蝕刻的層是有利的。
[0020]在下面的附圖描述中，相同的附圖標(biāo)記指示相同的部件。通常，僅僅描述各個(gè)實(shí)施例之間的不同點(diǎn)。
[0021]圖1是用于涂覆襯底110的系統(tǒng)100的示意圖。如本文所述的利用濺射材料涂覆襯底的工藝通常指示薄膜應(yīng)用。術(shù)語“涂覆”和術(shù)語“沉積”在本文中用作同義詞。本文所使用的術(shù)語“襯底”應(yīng)該包括剛性襯底(諸如但不限于晶圓或玻璃板等)和柔性襯底(諸如但不限于網(wǎng)狀物或箔等)兩者。
[0022]圖1的示例性涂覆系統(tǒng)包括放置在襯底110上的靶材120，使得來自靶材120的濺射材料可以沉積到襯底110上。如本文所使用的，術(shù)語“靶材”指的是實(shí)心體，該實(shí)心體包括用于通過它的濺射在襯底上形成層的原材料。根據(jù)典型實(shí)施例，靶材120基本上形成為圓柱體?；蛘撸胁?20可以具有使得涂覆系統(tǒng)100能夠形成如本文所述的層的任何幾何形狀。而且，靶材120可以由多個(gè)如圖6和圖7所示的靶材元件構(gòu)成。應(yīng)該注意的是，術(shù)語“在...上”僅指示靶材120相對(duì)于襯底110的相對(duì)位置，該相對(duì)位置便于濺射材料沉積到襯底110上。特別地，術(shù)語“在...上”不應(yīng)該理解為限制于上下豎直取向，而是可以指示靶材120相對(duì)于襯底110的任意適合的相對(duì)位置，該相對(duì)位置使得涂覆系統(tǒng)100能夠如本文所述的那樣起作用。特別地，靶材120和襯底兩者均可以豎直取向。
[0023]如下面所進(jìn)一步討論的，靶材120通常與用于進(jìn)行濺射的濺射系統(tǒng)(諸如關(guān)聯(lián)到靶材120的陰極組件(未示出)等)相關(guān)聯(lián)或者形成該系統(tǒng)的一部分。根據(jù)本文所述的典型實(shí)施例的涂覆系統(tǒng)(諸如示例性系統(tǒng)100)構(gòu)成濺射裝置。根據(jù)典型實(shí)施例，濺射可以采取磁控濺射?；蛘?但不限于此)，濺射可以包括二極管濺射。
[0024]磁控濺射在其沉積速率相對(duì)較高這一方面尤其有利。根據(jù)可以與本文所述的任何實(shí)施例組合的典型實(shí)施例(參考圖3參見下面的段落)，磁體以如下方式關(guān)聯(lián)到靶材120，該方式使得可以在與要被涂覆的襯底表面相對(duì)的靶材表面附近產(chǎn)生磁場(chǎng)。從而，自由電子可以被困在所產(chǎn)生的磁場(chǎng)內(nèi)，使得自由電子不能以與二極管濺射相同的程度轟擊襯底。同時(shí)，與二極管濺射相比，當(dāng)被困在磁場(chǎng)中時(shí)，自由電子可以將電離中性氣體分子的概率增加若干個(gè)數(shù)量級(jí)的大小。該效果可以增加可用的離子，從而顯著提高靶材材料被侵蝕且隨后被沉積到襯底上的速率。
[0025]根據(jù)典型實(shí)施例，涂覆系統(tǒng)100包括真空腔室102，在真空腔室102中進(jìn)行濺射工藝。本申請(qǐng)中的術(shù)語“真空”指示低于10-2mbar的壓力(諸如但不限于接近10-2mbar，如在處理氣體在真空腔室102內(nèi)流動(dòng)的情況)，或者更具體地低于10-3mbar的壓力(諸如但不限于約10-5mbar，如在沒有處理氣體在真空腔室102內(nèi)流動(dòng)的情況)。涂覆系統(tǒng)100可以形成處理模塊，該處理模塊形成制造系統(tǒng)(未示出)的一部分。例如，涂覆系統(tǒng)100可以在用于TFT制造的系統(tǒng)或者更具體而言在用于TFT-1XD制造的系統(tǒng)(諸如但不限于AKT-PiVot物理氣相沉積系統(tǒng)(Applied Materials, Santa Clara, CA))中實(shí)施。
[0026]根據(jù)典型實(shí)施例，靶材120和襯底110之間的相對(duì)位置可以改變。如本文所使用的，改變靶材和襯底之間的相對(duì)位置應(yīng)該理解為以如下方式更改靶材或襯底的位置和/或取向，該方式使得沉積在襯底110上的濺射材料的分布從先前的相對(duì)位置實(shí)質(zhì)上改變到更改后的相對(duì)位置。
[0027]S卩，改變相對(duì)位置具體地包括前后運(yùn)動(dòng)、上下運(yùn)動(dòng)或者這兩者的組合。本公開通常涉及所謂的“靜態(tài)濺射”。改變相對(duì)位置和移動(dòng)襯底或者一個(gè)或多個(gè)靶材當(dāng)中的至少一者不應(yīng)該理解為動(dòng)態(tài)濺射，其中在動(dòng)態(tài)濺射的情況下一個(gè)接一個(gè)的襯底沿輸送方向在靶材的前面不斷地移動(dòng)。本公開特別地涉及襯底和一個(gè)或多個(gè)靶材沿著與襯底的輸送方向不同的方向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這個(gè)方面的不同可以包括與輸送方向相交(例如，以90度的角度相交)的任意方向和與輸送方向相反的方向。本公開特別地涉及在所選時(shí)間段內(nèi)停止襯底和一個(gè)或多個(gè)靶材的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
[0028]例如，襯底110可以如下方式相對(duì)于靶材120移動(dòng)(即，平移或旋轉(zhuǎn))，該方式使得所沉積的濺射材料的分布實(shí)質(zhì)改變。特別地，根據(jù)本文所述的某些實(shí)施例，改變相對(duì)位置包括沿著與襯底的表面基本平行的平面相對(duì)于靶材120移動(dòng)襯底110 (如圖1中的襯底擺動(dòng)方向106所示)，其中濺射材料層形成在襯底的該表面上。
[0029]例如，襯底110可以移動(dòng)小于220mm、更具體地小于180mm或更具體地小于150mm以到達(dá)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的偏外位置(outer posit1n)?；蛘撸r底110可以移動(dòng)小于襯底長度的10%、或更具體地小于7.5%或更具體地小于5%以到達(dá)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的偏外位置。特別地，這些百分比適用于具有2500mmX 2200mm的平面尺寸的8.5代(Gen