利用阴影掩膜进行电子器件制造的方法和设备的制作方法

专利名称：利用阴影掩膜进行电子器件制造的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及制造电子电路的方法和系统，具体地涉及在集成电 路制造中合并了阴影掩膜和阴影掩膜清洗的设备和方法。
背景技术：
大面积有源电子器件广泛应用于平板显示器和相关技术中。例如，有源矩阵背板应用于平板显示器，以将信号路由至显示器的像素上产生可视画面。有源矩阵背板和其他大面积电子电路一样，是当前利用光刻技术制造的多层器件，光刻技术是一种图案形成技术，其利 用诸如紫外辐射之类的电磁辐射，对沉积在衬底表面上的光致抗蚀剂材料层进行曝光。在衬底上制造多层有源矩阵背板的一层的示范性的 光刻处理步骤包括用光致抗蚀剂涂覆、预烘、浸泡、烘焙、对准、 曝光、显影、冲洗、烘焙、沉积一个层、剥离光致抗蚀剂、清洗、冲 洗以及烘干。从而，基于光刻技术的制造方法包括各式各样的加成法(材料 沉积)步骤和扣除法(材料移除)步骤，要求合并了多种不同制造技 术的大型复杂昂贵的制造设备。而且，很多光刻技术制造步骤必须在 洁净室环境中执行，进一步导致制造非常复杂，花费高昂。可替换地，汽相沉积阴影掩膜处理是众知的，并己经应用于微 电子制造很多年了。相比较于基于光刻技术的制造方法，汽相沉积阴 影掩膜处理是一种非常便宜、非常简单的制造处理。汽相沉积阴影掩 膜处理可以被用于只利用加成法处理在衬底上形成一种或多种电子 器件。通过定位在一个或多个材料沉积源与衬底之间的阴影掩膜中的 窗孔的反补(co即lementary)图案，顺序地沉积包括导体、半导体 和绝缘体的材料的图案，可以完成这种处理。在实现批量电子电路制造的全加成法处理步骤中的一个挑战是，由于阴影掩膜重复地用于将材料图案成形在衬底上，掩膜还在它 自己的表面上和它的孔图案中聚集材料，这会改变孔的尺寸，从而降 低将来通过掩膜沉积在衬底上的掩膜性能的品质。频繁更换阴影掩 膜，特别是大面积掩膜，对于批量生产过程而言，通常是不实际也不 划算的。可以清洗一些品质降低了的阴影掩膜，以从掩膜中去除沉积 的材料，但是，因为大部分掩膜清洗方法是非常缓慢的或者是劳动力 集中的，或者要求掩膜从生产线上拆除下来带到单独的清洗环境中， 阴影掩膜清洗通常被认为是与电子器件的大批量生产不相容的。于是，在本领域中存在一种对快速且高效费比地清洗批量生产 设置中的阴影掩膜的需要。另外，存在一种对在生产线中快速地用新 的阴影掩膜更换使用过的阴影掩膜的装置和方法的需要。发明内容本发明是一种形成电子器件的方法。该方法包括(a)连续地推进衬底通过多个沿制造路径定位的真空沉积容器，其中，每个沉积容器包括(i)包含沉积材料的材料沉积源，(ii)定位在沉积容器中的第一阴影掩膜，该第一阴影掩膜具有穿透其中的预定窗孔图案，(iii)邻近沉积容器定位的第一清洗容器，以及(iv)邻近沉 积容器定位的第二清洗容器，其中，第一清洗容器、沉积容器和第二 清洗容器限定了清洗路径，该清洗路径横向于制造路径；第二阴影掩 膜定位在第二清洗容器中，第二阴影掩膜具有穿透其中的预定窗孔图 案；第一清洗容器在其中接收到第一阴影掩膜时，可操作用于清洗第 一阴影掩膜；第二清洗容器在其中接收到第二阴影掩膜时，可操作用 于清洗第二阴影掩膜；(b)清洗定位于第二清洗容器中的第二阴影 掩膜，同时，通过第一阴影掩膜的窗孔的预定图案将沉积材料沉积在 衬底上；(c)沿清洗路径将第一阴影掩膜从沉积容器移动至第一清 洗容器，并沿清洗路径将第二阴影掩膜从第二清洗容器移动至沉积容 器；以及(d)清洗定位在第一清洗容器中的第一阴影掩膜，同时， 通过第二阴影掩膜的窗孔的预定图案将沉积材料沉积在衬底上。该方法另外还包括(e)沿清洗路径将第二阴影掩膜从沉积容器移动至第二清洗容器，并沿清洗路径将第一阴影掩膜从第一清洗容 器移动至沉积容器；以及(f)重复步骤(b) - (e)至少一次。该方法另外可以包括在将沉积材料沉积到衬底上之间沿制造路 径推进衬底。该方法另外可以包括测量清洗每一个阴影掩膜的末端，以指示阴影掩膜何时完成清洗。沉积材料在化学不同于任何阴影掩膜的化学成分。 每个清洗容器可以包括多个清洗腔，每个清洗腔可操作地用于清洗阴影掩膜。每个清洗容器可以包括等离子源或气体蚀刻剂，用于清洗相应 的阴影掩膜。蚀刻剂可以从由卤素、含卤素化合物和氧气组成的组或 由氢气和含氢化合物组成的组中选取。可以通过第一真空阀互连第一清洗容器和沉积容器。可以通过 第二真空阀互连第二清洗容器和沉积容器。移动第一阴影掩膜包括传 递第一阴影掩膜通过第一真空阀。移动第二阴影掩膜包括传递第二阴 影掩膜通过第二真空阀。清洗路径可以基本上是直线的。清洗至少一个阴影掩膜所需要的时间可以比将材料沉积在衬底 上所需要的时间少，或者基本不超过将材料沉积在衬底上所需要的时 间。本发明还是一种形成电子器件的方法，包括(a)提供一种适于沿制造路径推进的衬底，衬底的第一部分定位于沿路径的第一处理工位；(b)提供一种适于在第一处理工位将材料沉积在衬底上的沉 积源；(c)提供第一阴影掩膜和与第一阴影掩膜基本相同的第二阴 影掩膜；(d)在沉积源和衬底的第一部分之间定位第一阴影掩膜， 并邻近制造路径定位第二阴影掩膜；(e)通过第一阴影掩膜将材料 沉积在衬底的第一部分，同时，清洗第二阴影掩膜；(f)沿制造路 径推进衬底，使得衬底的第二部分定位在第一处理工位；(g)在沉 积源和衬底的第二部分之间定位第二阴影掩膜，并邻近制造路径定位 第一阴影掩膜；以及(h)通过第二阴影掩膜将材料沉积在衬底的第二部分，同时，清洗第一阴影掩膜。可以在真空中沉积材料并且清洗每个阴影掩膜。 该方法还包括提供用于清洗第一阴影掩膜的第一清洗容器和用于清洗第二阴影掩膜的第二清洗容器，其中，每个清洗容器包括用于确定清洗处理完成的装置。清洗每个阴影掩膜可以包括(i)将阴影掩膜暴露于等离子和化学蚀刻剂中的至少一种；(ii)活性离子蚀刻；或(iii)物理溅射。 本发明还是制造电子器件的设备。该设备包括(a)限定延长了的制造路径的多个互连沉积容器；(b)沿制造路径推进衬底的装置；(c)至少一种定位于每个沉积容器中用于在衬底定位于沉积容器中时将材料沉积在衬底上的材料沉积源；以及(d)连接至每个沉积容器的两个清洗容器，每个清洗容器可操作地用于接收来自对应的 沉积容器的阴影掩膜以进行清洗，以及用于将阴影掩膜传递至对应的 沉积容器以通过阴影掩膜中的窗孔图案将材料沉积在衬底上。每个清洗容器是可以操作地用于通过活性离子蚀刻或通过物理 溅射以清洗阴影掩膜。沿着制造路径，衬底可以是连续的或分段的。 该设备还可以包括用于监控阴影掩膜洁净度的装置。 每一个清洗容器可以通过真空阀连接至它对应的沉积容器。 本发明还是一种用于制造电子器件的设备。该设备包括多个沿 制造路径定位并被配置以接收沿路径推进的衬底的真空沉积容器，以 及定位在每一个沉积容器中的材料沉积源。提供了多个阴影掩膜，多 个阴影掩膜清洗容器被耦接至每个沉积容器，并以此限定了横向于制 造路径的清洗路径。对于每个沉积容器而言， 一个相应的清洗容器是 可操作地用于当相应的沉积源通过另一个沉积容器将材料沉积在衬 底的第一部分时清洗一个阴影掩膜，另一个清洗容器可操作地用于当 沉积源通过一个阴影掩膜将材料沉积在衬底的第二部分时清洗另一 个阴影掩膜。最后，本发明是用于制造电子器件的设备。该设备包括多个串 行连接的真空沉积容器和置于每个沉积容器内的材料沉积源。提供了 用于沿纵向制造路径推进衬底以使其通过多个沉积容器的装置。真空清洗容器耦合至每一个沉积容器并且每个沉积容器与一个阴影掩膜 相关联。提供了用于在沉积容器和相应的清洗容器之间传递阴影掩膜 的(多个)装置。阴影掩膜交替地置于清洗容器中以清洗阴影掩膜， 以及置于沉积源和沉积容器中的衬底之间以将来自材料沉积源的材 料沉积在衬底上。


图la示意性地图示了本发明的制造系统中的多个处理工位的平 面图，其中，第一阴影掩膜定位在与每个工位相关的沉积容器中，第 二阴影掩膜定位于清洗容器中；图lb图示了在图la中图示的多个处理工位的一个的实施例；图2图示了图la的多个工位，其中，使用过的阴影掩膜被清洁 的阴影掩膜替换掉；图3图示了图la的多个工位，其中，在沉积容器中使用第二阴 影掩膜取代了第一阴影掩膜，第一阴影掩膜定位在清洗容器中；图4示意性地图示了本发明的多任务处理工位的实施例的平面图；图5示意性地图示了本发明的圆盘传送带处理工位的实施例的 平面图；图6至图9图示了本发明的处理工位的端试图和按照本发明的 掩膜清洗处理步骤的顺序。
具体实施方式
现在，对特定的示范性实施例进行描述，以提供对这里公布的 方法、设备和系统的方面和特征的全面理解。在附图中图示了这些实 施例和特征的示例。本领域的那些技术人员将了解到，这里公布使用 的设备、系统和方法可以被改造和修改以提供用于其他应用的设备、 系统和方法，并且，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行其他的 增加和修改。例如，图示或描述为一个实施例或一个附图的部分的特 征可以被运用在另一个实施例或另一个附图中，以产生另一个实施例。这样的修改和变化被用于包含在本发明的范围内。本发明涉及用于在衬底上制造电子器件的方法、设备和系统， 具体地，涉及阴影掩膜在电子器件制造中的使用，这里，掩膜的清洗因此被集成到制造处理和设备中。在专利号为6,943,066的美国专利 中公布了利用阴影掩膜形成电子器件的设备和方法的某些方面，该文 在此通过引用并入本发明。提到电子器件，我们指的是电子元件的部 件，可以是在衬底上形成的有源电子元件和无源电子元件的任意组 合。有源元件可以包括晶体管、二极管、辐射发射器、传感器或任何 其他类型的有源元件。无源元件可以包括电导体、电阻、电容、电感 或任何其他类型的无源元件。提到阴影掩膜，我们指的是掩膜材料的 薄片，该薄片被预定的窗孔(也称作通孔)图案穿透，通过这个孔可 以将由汽相沉积源(沉积源)供给的沉积材料的反补图案沉积到衬底 (这里，还被称为将沉积材料图案成形到衬底上)上的一个层中，这 个层有助于电子器件的形成。电子器件还可以由任意数量的层形成。 典型地，对于沉积材料、掩膜图案和层厚度中的至少一个来说，每一 个连续图案成形的层与成形在其上的层是不同的。参照图la，本发明的电子器件制造系统100包括多个处理工位 102。图lb图示了多个处理工位102的一个代表。每一个处理工位 102包括沿纵向制造路径106定位的真空沉积容器104。每个沉积容 器104还包括材料沉积源108和第一阴影掩膜IIO，通过该阴影掩膜， 通过在第一阴影掩膜110中的窗孔114的图案，将来自沉积源108 的沉积材料图案成形在衬底112上。沉积源108可以是蒸汽源、溅射 源或另外一种类型的真空沉积源。沉积材料可以是具有在衬底112 上形成一个或多个电子器件的用途的任何材料，可以通过沉积源108 和第一阴影掩膜110的窗孔114沉积在衬底112上。沉积材料的例子 包括导体、半导体和绝缘体。沉积容器104的内部典型地是维持在高 真空状态下以执行沉积，典型地在10—5托-10—7托的压力范围内。衬底112可以是沿制造路径106的连续弹性衬底，或者可以包 括沿制造路径106的弹性或刚性衬底段的纵向阵列。衬底112可以是 令沉积材料可以被沉积在其上的任何类型的衬底，包括聚合物、玻璃、水晶和金属。制造路径106可以是与推进衬底12通过多个处理工位 102—致的任何方式的直线的、曲线的或弯曲的。在一个非限制性实 施例中，衬底112的未图案成形部分116在入口 118进入制造系统 100，在每个工位102的沉积容器104中顺序地接收沉积材料的图案 成形的层，并在出口 120离开制造系统100，在其上形成一个或多个 电子器件122。在该序列中的每一个步骤中，沿制造路径106推进衬 底112，以便衬底112的一部分从多个处理工位102的一个处理工位 102移动至下一个处理工位102。在衬底112上的每一个沉积材料层 的沉积是形成一个或多个电子器件122的加成步骤。多个工位102可以包括在衬底112上形成一个或多个想要的电 子器件122的任意数量的处理工位。在一个非限制性实施例中，多个 处理工位102包括六个处理工位，通过沿制造路径106顺序图案成形 第一绝缘体、第一导体、第二导体、第二绝缘体和第三导体中，在衬 底112上形成至少一个有源电子器件122。电子器件可以是用于平板 显示器的薄膜晶体管(TFT)背板，其中，电子器件的电子元件可以 是硒化镉薄膜晶体管。然而，由于预想可以使用制造系统100的多个 工位102来制造其他类型的电子器件，电子器件是TFT背板的描述不 能被解释为对发明的限制。每次在沉积期间利用阴影掩膜110将沉积材料图案成形在衬底 112上时，沉积材料的层也被作为薄层沉积在掩膜110的表面上(在 掩膜上)。随着每一次通过掩膜110在衬底112上附加沉积，掩膜 110上的薄层在厚度上增加，最后，由于窗孔114的图案被薄层变得 模糊、扭曲或其他形式的改变，降低了掩膜110的性能。在掩膜110 中由于聚集的沉积材料而产生的变化可以包括沉积材料堵塞了孔 114、掩膜110的弯曲、由于薄层和掩膜110之间的热膨胀性质差异 而降低的掩膜110的热稳定性下降、以及薄层从掩膜IIO部分或完全 地脱层。从而，存在周期性更换阴影掩膜110或清洗阴影掩膜110 的需要，以维持制造系统100中的图案成形性能。在批量生产环境中， 频繁地更换阴影掩膜IIO在经济上通常是不可行的。因此，本发明包 括用于清洗用于在衬底上批量生产电子器件的阴影掩膜110的方法、设备和系统。用于在电子器件制造中形成沉积材料层的阴影掩膜110典型地 要求频繁的清洗。例如，假设在其中具有50微米直径圆孔的阴影掩膜用于在衬底上图案成形沉积材料的大体50微米的直径、0. 5微米 厚的焊盘。如果焊盘直径的最大公差是标称50微米直径的10°/。，则 在沉积中，沉积材料各向同性地沉积在掩膜表面和窗孔内侧，焊盘的 每次沉积会减少窗孔的有效内径1微米，因此，在五次沉积后，窗孔 在直径上会减小至它的直径公差极限。为了避免这个问题，虽然掩膜 可以只在通过其中的多次沉积后要求清洗，理想的是在每次沉积后清 洗掩膜。频繁的掩膜清洗可以增加通过掩膜的连续沉积之间的性能一 致性，通过沉积和清洗循环，提供掩膜的一致的循环，而且，通过避 免来自沉积材料的积聚的多层的应力，可以优化掩膜的使用寿命。将 对一个实施例进行描述，在该实施例中，在每次通过掩膜进行沉积之 后用一个洁净的阴影掩膜调换在衬底上进行图案成形的用过的阴影 掩膜。每一个处理工位102包括第一掩膜清洗容器124和第二掩膜清 洗容器126。通过在不损坏掩膜的情况下从掩膜中大大地去除沉积材 料的薄层，每一个第一清洗容器124和第二清洗容器126可操作地用 于清洗掩膜。在图la和图lb中，图示第一掩膜IIO定位在沉积容器 104中，具有孔114的图案的第二阴影掩膜128定位在第二清洗容器 126中。第二阴影掩膜128和第一阴影掩膜110可以是基本相同的。 第一清洗容器126、沉积容器104和第二清洗容器128限定了清洗路 径130，沿着该清洗路径，可以转移第一掩膜IIO和第二掩膜128。 清洗路径130可以是直线的或折叠的。定位于第二清洗容器126中的掩膜128可以被清洗，同时，在 沉积容器104中通过第一掩膜IIO执行沉积。图la、 2和3图示了用 于在系统100中形成电子器件的制造处理部分。在如图la和lb所示， 沉积容器104中的沉积材料的第一沉积以及同时在第二清洗容器126 中对第二掩膜128进行清洗之后，如图2所图示，第一掩膜110被从 沉积容器104传送至第一清洗容器124，第二掩膜128被从第二清洗容器126传送至沉积容器104。另外，还如图2图示，沿制造路径106在处理方向136上推进 衬底112，随之，衬底112的新的部分138在入口 118被引入系统100， 承载一个或多个已完成的电子器件122的衬底部分从出口 120脱离系 统100。当在处理方向136上推进衬底112时，在多个工位102的第 一工位140处的定位以在沉积容器104进行沉积的衬底112的每一个 部分被移动，并被重新定位，以在多个工位102的邻近的第二工位 142的沉积容器104中进行下一个沉积。也就是，衬底112被逐步推 进。在一个实施例中，衬底112是弹性的，并从圆形供料巻轴(图中 未示出)被推进通过系统100。在另一个实施例中，衬底112包括衬 底材料的单个部分，该衬底材料被单独推迸通过系统100。用于沿制造路径推进衬底的多种装置在本领域是已知的，包括在衬底上的牵 引、运送系统以及机器人衬底搬运系统。例如，衬底112沿制造路径 106可以是连续的，并利用牵引滚轴沿制造路径106被推进。当第一掩膜110转移至第一清洗容器124，以及第二掩膜128 转移至沉积容器104被完成，以及衬底112已经被推进时，如图3 所图示，第一掩膜IIO在第一清洗容器124中被清洗，同时，利用第 二掩膜128在沉积容器104中执行沉积。在沉积容器104中的沉积以 及第一掩膜IIO在第一清洗容器中的清洗之后，衬底112沿制造路径 106被再次推进，结合图2所描述的转移，第一掩膜110和第二掩膜 128沿清洗路径130转移的方向被反向，随之，第一掩膜110返回至 沉积容器104，第二掩膜128返回至第二清洗容器126。通过重复上 述序列，第一掩膜IIO和第二掩膜128被清洗，并被用于以交替的方 式将图案成形在衬底112上。每个处理工位102可以独立地进行操作， 或者依据在特定时间它各自的哪一个掩膜被用于在衬底上沉积或被 清洗而同步地被操作。例如，尽管图la图示了所有的处理工位102 使它们的第二掩膜128在第二清洗容器126中被清洗以及同时在沉积 容器104中沉积，在另一个实施例中，多个处理工位102的每一个或 多个可以使它的第一掩膜110在其对应的第一沉积容器124中被清 洗，同时，沉积发生在其对应的沉积容器104中，而其他的处理工位102使它们的第二掩膜128在其对应的第二清洗容器126中被清洗。 利用制造系统100形成电子器件的最大产出率(最小时间)是 由在一个处理工位102中执行沉积所需要的第一最长时间、将衬底 112的一部分沿制造路径106从一个处理工位102推进到下一个处理 工位102所需要的第二时间以及循环衬底112的一部分通过用于其推 进的任何压力、温度和化学环境变化所需要的第三时间之和所确定 的。理想地，最小时间不受清洗掩膜所需的时间或在清洗容器和在相 关的沉积容器之间循环掩模所需的时间所限制。也就是，清洗循环理 想地比沉积循环快。在一个实施例中，从在沉积容器104中在衬底的 第一部分上的沉积开始，到在沉积容器104中在衬底的第二部分上的 下一个沉积开始的时间(工位循环时间)小于两分钟。在另一个实施 例中，在同一沉积容器104中的沉积时间之间的循环时间小于30秒。 在一些情况下，清洗掩膜所需的时间可能超过沉积所需的时间。 通过沿制造路径在处理工位提供多于两个掩膜，掩膜的较长的清洗时 间可以适应于本发明的制造系统。图4图示了本发明的制造系统的多 掩膜处理工位150的平面图。在电子器件制造系统100中， 一个或多 个处理后的工位150可以取代对应数量的处理工位102。多掩膜工位 150包括第一清洗容器152和第二清洗容器154，每一容器都具有两 个清洗腔156。阴影掩膜158与每个清洗腔156相关，每个清洗腔156 适于单独清洗各个掩膜158，并适于沿清洗腔156和沉积容器162之 间的清洗路径160传送各个掩膜158，其中沉积容器162沿制造路径 164定位以用于推进衬底166。除了结合图1-3描述的用于在清洗容 器和沉积容器之间交替地传送掩膜的顺序之外，多掩膜工位150的操 作包括在每一个第一清洗容器152和第二清洗容器154之间交替地将 掩膜158从其中的两个清洗腔156的每一个传送至沉积容器162，由 于每个掩膜158在沉积容器162中的每四次沉积中只使用一次，从而 增加清洗每个掩膜158可利用的时间。在一个实施例中，"可交替地将掩膜从两个清洗腔156中的每 一个传送出"包括将两个清洗腔156作为一个单元转移，以便依据两 个清洗腔156中的哪一个包含下一次被用于沉积的掩膜，来将两个清洗腔156交替地沿清洗路径160定位。在图4中，第一清洗容器152 和第二清洗容器154被图示处在清洗路径160相对的末端。在另一个 实施例中，第一清洗容器152和第二清洗容器154的每一个的两个清 洗腔156被固定在适当的位置，在每个清洗腔156和清洗路径160 之间独立地传送每个掩膜158，以传送到和传送出沉积容器162。多掩膜处理工位的另一种类型是如图5所示的掩膜圆盘传送处 理工位200。掩膜圆盘传送处理工位200包括第一圆盘传送清洗容器 202和第二清洗容器204，每一个清洗容器包括多个清洗腔206，这 些清洗腔被布置在轴208附近，并具有多个与此相关的阴影掩膜210。 将每个清洗容器202和204的多个清洗腔206配置为绕轴208旋转， 以相继地定位每个定位在清洗腔206中的以沿清洗路径212传送的掩 膜210，清洗路径212通过沉积容器214在第一清洗容器和第二清洗 容器204之间延伸。理想地，在第一清洗容器202和第二清洗容器 204中的至少一个中的多于一个的掩膜210是被同时清洗的。利用兼容于耦接至用于在清洗容器和在沉积容器中的沉积之间 的真空沉积容器之间快速传送掩膜的装置的、任何合适的非破坏性清 洗方法，可以执行利用本发明的方法、设备和系统的阴影掩膜的清洗。 合适的清洗方法包括诸如活性离子蚀刻(RIE)之类的基于等离子的 处理、物理溅射和离子铣削，以及光化学蚀刻、热、激光烧蚀和化学 蚀刻方法。RIE是化学选择性蚀刻处理，其中，在清洗容器中的典型 地为20托-10—3托的适度的真空条件下，将要被清洗的表面曝光于包 括能够与要从掩膜表面去除的材料快速反应、而与下面的材料反应很 慢或不反应的气态化学种类。反应产物在等离子环境中是可挥发的， 并被抽走。物理溅射是较少化学性选择性的等离子处理，典型地在比 RIE更低的压力中执行，通过高能但化学惰性的化学种类的表面碰撞 来执行蚀刻。根据掩膜和要被去除的材料的化学成分，RIE气体典型地是气态 或挥发性化合物，或者包括氟、氯、溴、碘和氧气的元素氧化气体， 或包括氢和含氢化合物的还原气体。掩膜可以由任何可以被制造为薄 片的材料制成，该薄片具有适于将沉积材料图案成形在衬底上的窗孔图案，掩膜构建材料可以被选择为具有在RIE下相对于蚀刻气体的惰 性。从而，理想的，依赖于想要的清洗化学作用，用不同的材料制造 掩膜，以在电子器件的形成中对不同的层进行图案成形。典型地，掩 膜是金属的，由纯金属或合金制成。通常的掩膜材料包括镍、铜以及 高熔点金属。再次参照图l-3，在每个沉积容器104中的压力和化学环境通常 与在相关联的第一和/或第二清洗容器124、126中的压力和化学环境 不同。另外，每个处理工位102可能需要与沿制造路径106相邻的处 理工位102中沉积所需的沉积材料不同的沉积材料。为了保持环境中 的差异，制造系统100包括适当的装置，以隔离每个沉积容器104 及其相应的第一和第二清洗容器124、 126的内部工作环境。通过衬底112可以被传送通过的工位隔离装置250，将沿制造路 径106的每个处理工位102的沉积容器104与相邻处理工位102中的 沉积容器104隔离。在一个非限制实施例中，工位隔离装置250是真 空阀，其在沉积工程中，在沿制造路径106的衬底112的隔离的块之 间关闭。此外或者可替换地，在衬底112沿制造路径106是连续的情 况下，真空阀密封衬底112的一个或多个表面。理想地，真空阔适于 快速打开和关闭，在真空阀打开之前，相邻的沉积容器处于与另一个 容器充分一样的压力。在一个实施例中，真空阀是门阀。在另一个实施例中，在相似的压力中在相邻沉积容器104中执 行沉积，隔离装置250是沿制造路径106传送衬底112通过的基本狭 长口形的开口。在更进一步的实施例中，隔离装置250接口至单独的 真空源，以便可以沿制造路径106有差异地抽空多个隔离装置250。通过掩膜可以被传送经过的真空阀252，将每一个清洗容器124、 126和与它关联的沉积容器104隔离开。可以将每一个真空阀252开 口至真空源，以增强沉积容器104从它的对应的清洗容器124、 126 的隔离。在另一个实施例中，将每个真空阀252开口至隔离的真空源， 以便可以沿清洗路径130有差别地抽空多个真空阀252。在一个实施 例中，真空阀252是一个装载锁。图6图示了本发明的处理工位300的另一个实施例。处理工位300包括沉积容器302、第一清洗容器304、第二清洗容器306、用于 将第一清洗容器304与沉积容器302隔离开的第一真空阀308、以及 用于将第二清洗容器306与沉积容器302隔离开的第二真空阀310。 沉积容器302是沿制造路径311定位的(在图6面外)。沉积容器300包括第一阴影掩膜312和沉积源314，该沉积源适 于通过掩膜312将沉积材料316图案成形在衬底317上。将沉积容器 302开口至真空源318，以建立和保持用于执行沉积的真空。每个清 洗容器304和306包括清洗装置320。在一个实施例中，清洗装置320 是RIE。在另一个实施例中，清洗装置是物理溅射。将每个清洗容器 304和306开口至对应的真空源322。图示第二阴影掩膜324定位在 第二清洗容器306中，以从第二掩膜324中去除沉积的材料326。当 清洗第二掩膜324时，通过第二清洗容器306的对应的真空源322， 将去除的材料326从第二清洗容器306中抽取。将每个第一容器308和第二容器310开口至对应的真空源328， 以增强第一和第二清洗容器304和306与沉积容器302之间的隔离。 每个清洗容器304和306适于用清洗气体进行至少一次快速冲洗，以 及从用于掩膜清洗的压力快速抽气至更低的适于在沉积容器302中 的沉积的执行的压力。图6-9图示了在沉积容器302中的沉积之间的时间间隔期间， 在沉积容器302、第一清洗容器304和第二清洗容器306之间交换掩 膜的示范循环。参照图6，工位300包括定位于沉积容器302中的第 一掩膜312和定位于第二清洗容器306的第二掩膜324。在图6中， 在沉积容器302中的第一沉积正在进行，同时，在第二清洗容器306 中清洗第二掩膜324。第一和第二真空阀308和310处于关闭。现在 转至图7，在第一沉积完成之后，打开第一和第二真空阀308和310。 那么，通过第一真空阀308，将第一掩膜312从沉积容器302传送 (332)至第一清洗容器306，通过第二真空阀310，将第二掩膜324 从第二清洗容器306传送(332)至沉积容器302。第一和第二掩膜 312和324的传送可以是任何合适的与在真空条件下通过真空阀的薄 平物体的传送一致的装置，包括传送带、滚轴、机器人手臂或其他机械装置。为了在用于电子器件批量生产的本发明的制造系统中获得最大 产出量，通常优选的是掩膜清洗不限制制造速度。为此目的，在打开 第一和第二真空阀之前，完成第二掩膜324的清洗，并且第一和第二清洗容器304和306被抽气至大体是沉积容器302中的压力。在另一 个实施例中，在每个清洗容器304和306中包括了末端检测装置。通 过向制造系统300发信号，尽可能早地停止清洗掩膜，末端检测支持 制造系统300的最大产出量。末端检测还提供了用于清洗过程的质量 控制，防止掩膜的不完全清洗或与过清洗相关联的掩膜的腐蚀，例如， 通过不必要的长期暴露于等离子中。用于末端检测的合适技术包括任何可以感应预定沉积材料出现 在掩膜表面上的技术。在一个实施例中，由于沉积材料被从表面去除 到等离子中，末端检测利用光学传感器监控在被清洗表面上的等离子 发射光谱中的变化。在另一个实施例中，利用从外部辐射源引入清洗 容器的电磁辐射的分光谱吸收、荧光和散射测量中的至少一种，确定 清洗末端。在另一个实施例中，利用等离子的电性能测量来检测清洗 过程的末端。在另一个实施例中，通过测量物理参考标记或通过掩膜 被清洗的孔来确定末端。在另一个实施例中，掩膜包括作为指示剂被 添加到制成掩膜的材料中的化学成分，以参与末端检测。在一个实施例中，沿制造路径311推进衬底317，同时，在第一 清洗容器304、沉积容器302和第二清洗容器306之间传送第一和第 二掩膜312和324。在另一个实施例中，推进衬底317与传送第一和 第二掩膜312和324是相继执行的。理想地，在传送第一和第二掩膜 324期间，沉积容器302中的压力保持基本恒定。现在转至图8，第 一掩膜312定位于第一清洗容器304中，第二掩膜324定位于沉积容 器302中，第一和第二真空阀308和310己经被关闭330。在第一清 洗容器304中的第一掩膜312的清洗正在进行，同时，在沉积容器 302中发生第二沉积。最后，转至图9，在完成利用掩膜324的第二 沉积和第一掩膜312的清洗后，在与图7中所图示的传送332相反的 方向334中传送第一和第二掩膜312和324，将第一掩膜312返回沉积容器302，将第二掩膜324返回第二清洗容器306，如图6所图示。 本发明的实施例具有很多优点，包括但不限于与电子器件(特 别是大面积电子器件)的增强的生产能力和降低的成本相关的优点。 本发明的制造系统可以以简单的方式调整，以在主要由大面积阴影掩 膜限制的非常大的衬底上制造电子器件。而且，通过频繁地清洗阴影掩膜以及接近沉积容器，优化制造速度，在很多沉积周期内保持阴影 掩膜的性能，消除了在其他地方清洗掩膜而传送掩膜相关的损坏掩膜 的危险。另外，特别是对于本发明的多掩膜和圆盘传送实施例，在每 个处理工位利用多个掩膜的内在冗余，通过在掩膜应当被清洗的时间 期间内替换掩膜，使在不停止生产线的情况下能替换失效的或磨损的 掩膜。本发明的电子器件制造系统和方法的另一个优点是它的制造技 术的一致性。与采用了许多相异的制造技术和很多类型的制造设备， 以制造单一类型的电子器件的光刻技术制造设备不同，本发明的制造 系统只采用了材料沉积以及相关的掩膜清洗技术来制造电子器件。这 种技术的一致性使制造设备可以以比当前的光刻技术制造设备低的 成本被构建。由于电子器件的大部分或所有制造步骤都是在一系列的 互连真空容器中执行的，本发明的另一个优点是它提供了一种不需要 完全密封在一个清洗室内环境中的电子器件制造系统。参照优化实施例，己经对本发明进行了描述。在阅读和理解了 前面详细的描述后，其他人可以进行明显的修改和变化。意图是本发 明被解释为包括所有这样的在范围内的修改和变化，因为他们来自附 加的权利要求或它的等价物的范围。
权利要求
1.一种形成电子器件的方法，包括步骤(a)连续地推进衬底通过沿制造路径定位的多个真空沉积容器，其中，每个沉积容器包括(i)包含沉积材料的材料沉积源，(ii)定位在沉积容器中的第一阴影掩膜，该第一阴影掩膜具有穿透其中的预定窗孔图案，(iii)邻近沉积容器定位的第一清洗容器，以及(iv)邻近沉积容器定位的第二清洗容器，其中第一清洗容器、沉积容器和第二清洗容器限定了清洗路径，该清洗路径横向于制造路径；第二阴影掩膜定位在第二清洗容器中，第二阴影掩膜具有穿透其中的预定窗孔图案；第一清洗容器在其中接收到第一阴影掩膜时，可操作地用于清洗第一阴影掩膜；第二清洗容器在其中接收到第二阴影掩膜时，可操作地用于清洗第二阴影掩膜；(b)清洗定位于第二清洗容器中的第二阴影掩膜，同时，通过第一阴影掩膜的窗孔的预定图案沉积材料沉积在衬底上；(c)沿清洗路径，将第一阴影掩膜从沉积容器移动至第一清洗容器，并沿清洗路径，将第二阴影掩膜从第二清洗容器移动至沉积容器；以及(d)清洗定位在第一清洗容器中的第一阴影掩膜，同时，通过第二阴影掩膜的窗孔的预定图案将沉积材料沉积在衬底上。
2. 按照权利要求l的方法，另外还包括步骤(e) 沿清洗路径将第二阴影掩膜从沉积容器移动至第二清洗容 器，并沿清洗路径将第一阴影掩膜从第一清洗容器移动至沉积容器； 以及(f) 重复步骤(b) - (e)至少一次。
3. 按照权利要求2的方法，另外还包括在将沉积材料沉积到衬 底上之间沿制造路径推进衬底。
4. 按照权利要求l的方法，另外包括测量清洗每一个阴影掩膜的末端，以指示阴影掩膜何时完成清洗。
5. 按照权利要求l的方法，其中，沉积材料化学不同于每个阴 影掩膜的化学成分。
6. 按照权利要求l的方法，其中，每个清洗容器包括多个清洗 腔，每个清洗腔可操作地用于清洗阴影掩膜。
7. 按照权利要求l的方法，其中，每个清洗容器包括用于清洗 相应的阴影掩膜的等离子源或气体蚀刻剂源。
8. 按照权利要求7的方法，其中，蚀刻剂可以从下列任一组中选取卤素、含卤素化合物和氧气组成的组；或 氢气和含氢化合物组成的组。
9. 按照权利要求l的方法，其中， 通过第一真空阀互连第一清洗容器和沉积容器； 通过第二真空阀互连第二清洗容器和沉积容器； 移动第一阴影掩膜包括传递第一阴影掩膜通过第一真空阀；以及移动第二阴影掩膜包括传递第二阴影掩膜通过第二真空阀。
10. 按照权利要求l的方法，其中，清洗路径基本上是直线的。
11. 按照权利要求1的方法，其中，清洗至少一个阴影掩膜所需要的时间比将材料沉积在衬底上所需要的时间少， 或者基本不超过将材料沉积在衬底上所需要的时间。
12. —种形成电子器件的方法，包括步骤(a) 提供一种适于沿制造路径推进的衬底，衬底的第一部分定 位于沿路径的第一处理工位；(b) 提供一种用于在第一处理工位将材料沉积在衬底上的沉积源；(C)提供第一阴影掩膜和与第一阴影掩膜基本上相同的第二阴 影掩膜；(d) 在沉积源和衬底的第一部分之间定位第一阴影掩膜，并邻 近制造路径定位第二阴影掩膜；(e) 通过第一阴影掩膜将材料沉积在衬底的第一部分，同时， 清洗第二阴影掩膜；(f) 沿制造路径推进衬底，使得衬底的第二部分定位在第一处 理工位；(g) 在沉积源和衬底的第二部分之间定位第二阴影掩膜，并邻 近制造路径定位第一阴影掩膜；以及(h) 通过第二阴影掩膜将材料沉积在衬底的第二部分，同时， 清洗第一阴影掩膜。
13. 按照权利要求12的方法，其中，在真空的情况下沉积材料 并清洗每个阴影掩膜。
14. 按照权利要求12的方法，另外还包括提供用于清洗第一阴 影掩膜的第一清洗容器和用于清洗第二阴影掩膜的第二清洗容器，其 中，每个清洗容器包括用于确定清洗处理完成的装置。
15. 按照权利要求12的方法，其中，清洗每个阴影掩膜包括(i)将阴影掩膜暴露于等离子和化学蚀刻剂中的至少一种；(ii) 活性离子蚀刻；或(iii)物理溅射。
16. 按照权利要求12的方法，其中，清洗任一阴影掩膜所需要的时间是比将材料沉积在衬底上所需要的时间少；或 基本上不超过将材料沉积在衬底上所需要的时间。
17. —种制造电子器件的设备，包括-(a) 多个互连沉积容器，其限定延长了的制造路径；(b) 沿制造路径推进衬底的装置；(C)至少一种材料沉积源，其定位于每个沉积容器中用于在衬 底定位于沉积容器中时将材料沉积在衬底上；以及(d)两个清洗容器，其连接至每个沉积容器，每个清洗容器可 操作地用于接收来自对应的沉积容器的阴影掩膜以进行清洗，以及用 于将阴影掩膜传递至对应的沉积容器以通过阴影掩膜中的窗孔图案 将材料沉积在衬底上。
18. 按照权利要求17的设备，其中，每个清洗容器可操作地用 于通过活性离子蚀刻或通过物理溅射来清洗阴影掩膜。
19. 按照权利要求17的设备， 续的或分段的。
20. 按照权利要求17的设备， 洁净度的装置。
21. 按照权利要求17的设备， 阀连接至其对应的沉积容器。其中，沿着制造路径，衬底是连其中，还包括用于监控阴影掩膜其中，每一个清洗容器通过真空
22. —种用于制造电子器件的设备，包括多个真空沉积容器，其沿制造路径定位并被配置以接收沿路径 推进的衬底；材料沉积源，其定位在每一个沉积容器中； 多个阴影掩膜；以及多个阴影掩膜清洗容器，其被耦接至每个沉积容器，并以此限 定了横向于制造路径的清洗路径，其中-对于每个沉积容器而言， 一个相应的清洗容器可操作地用于当 相应的沉积源通过另一个阴影掩膜将材料沉积在衬底的第一部分时 清洗一个阴影掩膜，另一个清洗容器可操作地用于当沉积源通过一个 阴影掩膜将材料沉积在衬底的第二部分时清洗另一个阴影掩膜。
23. —种用于制造电子器件的设备，包括 多个串行连接的真空沉积容器； 置于每个沉积容器内的材料沉积源；沿纵向制造路径推进衬底以使其通过多个沉积容器的装置； 耦接至每个沉积容器的真空清洗容器； 与每个沉积容器相关联的阴影掩膜；以及用于在沉积容器和对应的清洗容器之间传递阴影掩膜的装置，其中阴影掩膜交替地定位在清洗容器中以清洗阴影掩膜，以及定位 在沉积源和在沉积容器中的衬底之间以将来自材料沉积源的材料沉 积在衬底上。
全文摘要
电子器件被形成在通过多个沉积容器逐渐形成的衬底上。每一个沉积容器都包括沉积材料源，并至少具有两个与之相关的阴影掩膜。这两个掩膜中的每一个交替地定位在对应沉积容器内，以通过在掩膜定位中的孔，将沉积材料图案成形到衬底上，并定位在邻近的清洗容器中以清洗掩膜。在衬底上的图案成形和至少一个掩膜的清洗是同时执行的。
文档编号H01L21/02GK101273444SQ200680035042
公开日2008年9月24日 申请日期2006年9月26日 优先权日2005年9月27日
发明者托马斯·P·布罗迪 申请人:阿德文泰克全球有限公司