专利名称：等离子体无损溅射枪、溅射装置、等离子体处理装置及薄膜形成方法
技术领域：
本发明涉及一种能以高速形成层的等离子体无损溅射枪、一种包含所述溅射枪的 溅射装置、一种利用所述溅射枪的等离子体处理装置、以及一种利用所述溅射枪来形成层 的方法，更具体而言，涉及一种等离子体无损溅射枪，其中，在溅射枪的中心处以梯子形式 布置多个磁体，而不同于常规的对靶溅射枪(Facing Target Sputter Gun)，以此增加溅射 枪中部的等离子密度，使得在等离子体无损溅射工艺中能以高速形成层；涉及一种包含所 述溅射枪的溅射装置、一种利用所述溅射枪的等离子体处理装置、以及一种利用所述溅射 枪来形成层的方法。
背景技术：
一般来说，有机光电器件或有机晶体管的制造包括形成金属电极层。正如所知的， 溅射工艺是以高速形成金属薄层的典型方法。溅射工艺广泛地应用于形成使用在平板显示 器件(FPD)以及各种电子器件中的金属薄层，所述平板显示器件例如薄膜晶体管液晶显示 器件(TFT IXD)和有机发光二极管器件(OLED)。在溅射装置中，在溅射室的真空中产生等离子体。等离子体正离子受带靶的阴极 的负电势吸引。等离子体正离子碰撞靶并且分裂为小的粒子而将粒子沉积在基片上。等离子体正离子分裂成小的粒子被称为溅射。在非反应性溅射工艺的情况中，等 离子体由惰性气体构成，例如氩气Ar。在反应性溅射工艺的情况中，等离子体是具有氧气 02的等离子体，或具有氧气02和惰性气体的混合物的等离子体。为了提高溅射的效果，在靶附近使用具有磁场的磁体以使等离子体保持在靶之 上。磁场引导等离子体电子进入特定路径。等离子体电子在特定路径上使中性气体(如氩 气Ar)电离而产生正离子。正离子比电子质量大，因此完全不受磁场影响。然而，正离子落 在起阴极作用的靶上并且溅射靶。中性气体的离子化大体上发生在磁场矢量延伸至平行于 靶表面的位置。由于在此位置上等离子体最密集，因此在此位置上靶消耗得最多。也就是说，溅射工艺包括产生等离子体以及将等离子体的Ar离子与靶碰撞以溅 射出成层材料(layer forming material)。然而，等离子体中含有的粒子具有高能，并且溅 射出的粒子也具有高能。因此，当具有高能的粒子碰撞基片时，能量传送至基片，使得基片 可被加热至高达约20(TC的温度，进而受到损伤。并且，当具有IOOeV或者更高能量的粒子碰撞有机薄层时，有机薄层的结构、光学 及电气性能可能会受到不良的影响。特别是，当利用溅射工艺在有机薄层上形成诸如Al 层、Mg-Ag层或Ag层的金属层来形成OLED的阴极时，由有机材料构成的空穴注入层、空穴 传送层和发射层碰撞具有高能的等离子体粒子，因而在电气和光学特性上有所退化。为了克服这些问题，最近提出了一种对靶溅射技术，因此有可能在OLED器件的制 造中采用溅射工艺。图IA至图IC是示出了常规的矩形对靶溅射枪的磁体布置方法以及通量密度分布
4的示意图。常规的对靶溅射枪是通过布置环形或矩形的中空磁体来制造的。轭板(Yoke Plate)附连至中空磁体的顶侧和底侧以大致上使中空磁体的磁场均勻化。这样的话，中空 磁体的磁通量可被均勻化，但磁体中部的通量密度减小，从而降低了等离子体强度。而且，从图IA至图IC中可看出，由于磁体布置于靶的外围，溅射枪的外围具有高 通量密度而溅射枪的中部具有低通量密度，因此降低了层沉积速率。尽管带电粒子可因连 接在一个溅射枪与另一溅射枪之间的磁通量而受到束缚，但因溅射枪中部的低通量密度而 不能以高速形成薄层。因此，需研制一种新的等离子体无损溅射枪，所述等离子体无损溅射枪增加溅射 枪中部的通量密度以提高层沉积速率并且束缚具有高能的等离子体粒子。新的溅射装置的实例公开在2003年6月25日的韩国专利公开No. 2003-0048750、 2005年6月16日的韩国专利公开No. 2005-0058238、以及2005年8月23日的韩国专利公 开 No. 2005-0082411 中。图2A和图2B是在靶2之上移动的磁系统1的示意图，其公开在韩国专利公开 No. 2005-0082411 中。磁系统1包括框架形的外围磁体3和条形内部磁体4。框架形的外围磁体3包括 两个长条形磁体5和6以及两个短条形磁体7和8。短条形磁体7和8与长条形磁体5和 6呈直角布置。例如，条形磁体5、6、7和8为S极磁体，而内部磁体4为N极磁体。在磁系 统1的侧表面上延伸的磁场弯曲形成抛物线，所述抛物线从外围磁体3开始，穿过靶2，并且 延伸至内部磁体4。由于所述磁场，电极易于形成等离子体管9，并且等离子体管9中的正 电粒子(例如Ar离子)加速到达靶2。等离子体管9包括垂直区域16和17以及水平区域 18 和 19。Ar离子使靶2的对应于等离子体管9的不可见的后部分裂成粒子，使得在靶2中 形成了具有对应于等离子体管9的形状的凹陷部分。当磁系统1在固定的靶2之上以箭头 10的方向移动至右侧时，靶2的后面部分除其外边缘外，以相同的方式被侵蚀。图2B是沿图2A的线I-I截取的剖面图。参见图2B，磁场30和31穿过靶2形成 抛物线。镀有靶2的分裂的粒子的基片20置于靶2之下。通过将正离子加速超过负离子 (未示出)而产生的等离子体处于靶2和基片20之间的空间中，使得靶2置于磁系统1附 近而以上述方式形成用于使靶2的粒子分裂的单元。图2A和2B所示的整个装置置于真空 镀膜室29中。然而，在上述常规溅射装置中，很难控制等离子体浓度以及层沉积速率。
发明内容
技术问题本发明涉及等离子体无损溅射枪，所述等离子体无损溅射枪将由溅射薄层而产生 的具有高能的粒子束缚在靶间，从而进行等离子体无损溅射工艺；涉及包括所述溅射枪的 溅射装置、使用所述溅射枪的等离子体处理装置、以及利用所述溅射枪形成层的方法。本发明还涉及等离子体无损溅射枪，其中，在溅射枪的中部以梯子形式布置磁体 以使通量密度最大化，并且提高薄层的沉积速率；涉及包括所述溅射枪的溅射装置、使用所述溅射枪的等离子体处理装置、以及利用所述溅射枪形成层的方法。技术手段本发明的一方面提供一种溅射枪，包括轭板，其具有单侧开口或双侧开口 ；以及 以规则的间距布置在轭板上的多个磁体。磁体中的每一个包括上部和下部，所述上部和下 部形成整体并且具有不同的磁极，而且磁体布置成一排。磁体中的每一个可具有“ 1 ”形。磁体中的每一个可具有方形。磁体的数量可根据层沉积速率控制。溅射枪可包括连接至溅射枪并且使用的模块。模块可移动。磁体中的每一个可为电磁体或永磁体。本发明的另一方面提供一种溅射装置，包括一对溅射枪，每个溅射枪包括带有单 侧开口或双侧开口的轭板以及以规则的间距布置在轭板上的多个磁体；靶，分别安装在一 对轭板上；以及电源，用于向靶供电。磁体中的每一个包括上部和下部，所述上部和下部形 成整体且具有不同的磁极，而且磁体布置成一排。本发明的又一个方面提供一种等离子处理装置，包括真空室；基片支承件，用于 在真空室中支承基片；一对溅射枪，其面向基片，并且每个溅射枪包括带有单侧开口或双侧 开口的轭板以及以规则的间距布置在轭板上的多个磁体；靶，分别安装在一对轭板上；枪 支承件，用于支承一对溅射枪；以及电源，用于向靶供电。磁体中的每一个包括上部和下部， 所述上部和下部形成整体并且具有不同的磁极，而且磁体布置成一排。本发明的再一个方面提供一种利用等离子体处理装置形成层的方法。等离子体处 理装置包括真空室；基片支承件，用于在真空室中支承基片；一对溅射枪，其面向基片，并 且每个溅射枪包括带有单侧开口或双侧开口的轭板以及以规则的间距布置在轭板上的多 个磁体；靶，分别安装在一对轭板上；枪支承件，用于支承一对溅射枪；以及电源，用于向靶 供电。所述方法包括将基片安装在基片支承件上；根据基片的尺寸控制包含在一对溅射 枪内的磁体的数目以及磁体间的间距；向靶供电；以及因靶和一对溅射枪而在靶的中心处 产生等离子体。磁体中的每一个包括上部和下部，所述上部和下部形成整体且具有不同的 磁极，而且磁体布置成一排。有益效果根据如上所述的本发明，当本发明应用于形成有机发光二极管(OLED)器件的金 属电极层的工艺中时，能以高速沉积金属电极层，从而减少了层沉积时间。而且，由于根据 本发明的等离子体无损溅射枪能以比常规对靶溅射枪快2至5倍的速度来沉积薄层，因此 能以高速形成金属电极层而不产生等离子体损伤。并且，可更加有效地束缚具有高能的带电粒子。通量密度的增加提高了带电粒子 的束缚效果。从图IA至IC所示的常规对靶溅射枪与图3A至3C或4A至4C的等离子体无损 溅射枪的对比中可以看出，由于梯子形式的磁体布置促使磁通量聚集在溅射枪的中心处， 因此可有效地将具有高能的带电粒子束缚在靶间。结果是，可用高直流(DC)或射频(RF) 电源进行等离子体无损溅射工艺。根据本发明，可使靶的效能最大化。公知的是普通溅射枪的效能小于30%。然而，因等离子体聚集在溅射枪中心处，根据本发明的包括布置为梯子形式的磁体的溅射枪可具 有70%或更高的靶效能。由于等离子体是在整个靶上在靶之间产生的，因此溅射整个靶，从 而使靶的效能最大化。并且，当利用具有根据本发明的溅射枪的溅射装置在有机材料上沉积高质量的金 属电极时，可实现具有良好电气及光学特性的OLED器件。典型地，利用溅射工艺获得的金 属薄层比利用热蒸发器获得的金属薄层具有更高的密度。因此，由于在有机材料与金属薄 层之间具有致密结合界面，含有溅射的金属薄层的OLED器件可具有良好的电气及光学特 性。此外，根据本发明的包括以梯子形式布置的磁体的溅射枪可应用于大尺寸OLED 器件的制造。应用目前使用的点源Al热蒸发器来制造大面积OLED器件是很困难的。然 而，通过增加根据本发明的溅射枪的磁体的数量，可容易地制造大尺寸溅射装置，继而使根 据本发明的溅射枪可用于制造大面积OLED器件。而且，即使基片或根据本发明的溅射枪垂直地移动或者从一边到另一边地移动， 也可制造大面积OLED器件。并且，当多个根据本发明的溅射枪安装在溅射装置中时，能以极快的速度沉积大 面积的层。
图IA至图IC是示出常规的矩形对靶溅射枪的磁体布置方法以及通量密度分布的 示意图；图2A和图2B是示出在靶上方移动的磁系统的示意图；图3A至图3C是示出根据本发明示例性实施例的具有以梯子形式布置的磁体的等 离子体无损溅射枪以及所述溅射枪的通量密度分布的示意图；图4A至图4C是示出根据本发明优选实施例的具有以梯子形式布置的磁体的等离 子体无损溅射枪以及所述溅射枪的通量密度分布的示意图；图5是示出常规的对靶溅射枪与根据本发明示例性实施例的具有以梯子形式布 置的磁体的等离子体无损溅射枪之间在层沉积速率上的比较结果的图表；以及图6是示出根据本发明示例性实施例的包括等离子体无损溅射枪的等离子体处 理装置的构造的视图。
具体实施例方式通过结合附图详细描述本发明的优选的示例性实施例，本领域的普通技术人员将 明了本发明的上述以及其他目的、特征和优点。首先，将描述本发明的概念。本发明提供一种溅射枪，所述溅射枪可将在溅射工艺中产生的具有高能的粒子束 缚在靶间，并且防止由于粒子对基片的碰撞而导致的薄层的损伤。与常规的对靶溅射枪不 同的是，根据本发明的溅射枪包括在溅射枪中部以梯子形式布置的磁体来增大溅射枪中部 的通量密度，从而增大等离子体密度以及薄层的沉积速率。根据本发明，通过改变磁体的梯 子形式的布置，不仅可控制等离子体密度，还可控制沉积速率。
7
下文中将结合附图充分描述本发明，附图示出本发明的示例性实施例。并且使用相同的附图标号来表示相同的元件，而且将省去重复的描述。图3A至图3C是示出根据本发明示例性实施例的具有以梯子形式布置的磁体的等 离子体无损溅射枪以及所述溅射枪的通量密度分布的示意图。参见图3A至图3C，当根据本发明以梯子形式布置磁体时，不同于常规的对靶溅射 枪，溅射枪的中部填有一些磁体，这样可增大溅射枪中部的通量密度。为了使磁通量的分布均勻，由铸铁形成的薄轭板附接至磁体的顶侧和底侧，使得 在靶间可均勻地产生高密度磁通量。这样，当直流(DC)电源或射频(RF)电源施加到靶时， 在靶的中心处产生高密度等离子体，从而由于所述高密度等离子体，靶以高速溅射。特别是，由于靶因靶中心处产生的高密度等离子体而溅射，因此靶的效能提高。而 且，因进入溅射枪中心处的通量的聚集使得与常规的对靶溅射枪相比，带电粒子更加有效 地受到束缚，因此不同于常规的对靶溅射枪，能以高速形成薄层。图3A至图3C所示的溅射枪包括具有单侧开口或双侧开口的轭板，以及以规则的 间距布置在轭板上的多个磁体(例如，图3所示的5个磁体)。磁体的每一个包括上部和下 部，所述上部和下部形成为整体，并且具有不同的磁极。溅射枪的5个磁体布置成一排。在图3A至图3C所示的溅射枪中，作为“1”形的电磁体或永磁体的5个磁体构成 单一模块。因此，可通过调整磁体的数量或者调节磁体间的间距控制沉积速率或等离子体 密度，而且所述磁体可连接作为模块。图4A至图4C是示出根据本发明优选实施例的具有以梯子形式布置的磁体的等离 子体无损溅射枪以及所述溅射枪的通量密度分布的示意图。当如图3A至图3C所示仅是“1”形电磁体以梯子形式布置时，可增大靶中心处的 通量密度，但减少了靶外围部分的通量密度。为解决此问题，也可布置磁体以包围靶，从而 增大整个靶的通量密度。换言之，如图4A至图4C所示使用方形磁体，这样不仅靶的中心处而且靶的外围部 分也被溅射，因此使靶的效能和层沉积速率最大化。与图3A至图3C中所示的溅射枪类似，在图4A至图4C所示的溅射枪中，可通过调 整方形磁体的数量或者调节磁体间的间距来控制沉积速率或等离子体密度，而且所述磁体 可连接作为模块。图5是示出常规的对靶溅射枪与根据本发明示例性实施例的具有以梯子形式布 置的磁体的等离子体无损溅射枪之间在Al薄层沉积速率上的比较结果的图表。参见图5，可以看出在根据本发明的等离子体无损溅射枪中，由于在溅射枪中心处 以梯子形式布置磁体，增大了靶的中心部分的等离子体密度，从而使Al薄层的沉积速率最 大。为了改善Al层的均勻度，如何以梯子形式对磁体进行布置是重要的。具体地，随着以 梯子形式布置的磁体之间的距离减小(即，随着磁体数量的增加)，通量密度增大而改善Al 层的沉积速率以及Al层的均勻度。根据本发明，即使基片的尺寸增大，可增加以梯子形式布置的磁体的数目。因此， 根据本发明的等离子体无损溅射枪可应用于大尺寸有机发光二极管(OLED)器件的制造。下文中将结合图6描述使用了图3A至3C或者图4A至图4C所示的溅射枪的等离 子体处理装置。
图6是示出包括根据本发明示例性实施例的等离子体无损溅射枪的等离子体处 理装置的构造的视图。参见图6，等离子体处理装置包括真空室100，其充有反应气体；基片支承件102， 其在真空室100中支承基片101 ；—对溅射枪104，每一个溅射枪包括具有单侧开口或双侧 开口的轭板以及以规则的间距布置在轭板上的多个磁体；靶105，其安装在一对轭板中的 每一个轭板上；枪支承件103，其支承一对溅射枪104 ；以及电源(未示出)，其向靶105供 H1^ ο图6所示的溅射枪104的每一个具有与结合图3A至3C或者图4A至图4C所描述 的相同的结构。溅射枪104面向彼此，并且靶105分别置于溅射枪104的相对面上。在图6所示的等离子体处理装置中，安装在基片支承件102上的基片101可按箭 头110所指示的方向通过用于基片支承件102的普通移位器而向一对溅射枪104移动。由 于等离子体处理装置使用了可比常规对靶溅射枪快2至5倍的速度来沉积薄层的一对溅射 枪104，因此所述等离子体处理装置易于应用在用于大面积OLED器件的基片中。而且，即使用于大面积OLED器件的基片是固定的，但由于安装在枪支承件103上 的溅射枪104可按箭头120所指示的方向通过普通的移位器来移动，因此根据本发明的等 离子体处理装置易于应用在用于大尺寸OLED器件的基片中。下文中将描述利用图6所示等离子体处理装置形成层的方法。首先，基片101安装在基片支承件102上。根据基片10的尺寸控制一对如图3A至3C或者图4A至图4C所示的溅射枪104 中配备的磁体的数量和间距。换言之，根据基片10的尺寸或所需等离子体密度调整磁体的数量或磁体间的间 距。并且，确定是否移动基片101或溅射枪104。之后，如同在普通层沉积工艺中，向靶104供电，使得因靶104和一对溅射枪104 而在靶104的中心处产生等离子体，从而制造例如用于OLED的金属电极。本发明可应用于有机光电器件或有机晶体管的制造。虽然已参照本发明特定的示例性实施例示出并描述了本发明，然而本领域的技术 人员应明白，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神及范围的情况下，可在形式和 细节上进行各种更改。
9
权利要求
一种溅射枪，包括轭板，所述轭板具有单侧开口或双侧开口；以及多个磁体，所述多个磁体以规则的间距布置在所述轭板上，其中，所述磁体中的每一个包括上部和下部，所述上部和下部形成整体且具有不同的磁极，而且所述磁体布置成一排。
2.根据权利要求1所述的溅射枪，其中，所述磁体中的每一个具有“1”形。
3.根据权利要求1所述的溅射枪，其中，所述磁体中的每一个具有方形。
4.根据权利要求2或3所述的溅射枪，其中，所述磁体的数量根据层沉积速率控制。
5.根据权利要求4所述的溅射枪，所述溅射枪包括连接至所述溅射枪并使用的模块。
6.根据权利要求5所述的溅射枪，其中，所述模块可移动。
7.根据权利要求6所述的溅射枪，其中，所述磁体中的每一个为电磁体或永磁体。
8.一种溅射装置，包括一对溅射枪，每个所述溅射枪包括带有单侧开口或双侧开口的轭板以及以规则的间距 布置在所述轭板上的多个磁体；靶，分别安装在所述一对轭板上；以及 电源，用于向所述靶供电，其中，所述磁体中的每一个包括上部和下部，所述上部和下部形成整体且具有不同的 磁极，而且所述磁体布置成一排。
9.根据权利要求8所述的溅射装置，其中，所述一对溅射枪面向彼此。
10.根据权利要求9所述的溅射装置，其中，所述靶分别安装在所述溅射枪的相对面上。
11.根据权利要求10所述的溅射装置，其中，所述磁体中的每一个具有“1”形。
12.根据权利要求10所述的溅射装置，其中，所述磁体中的每一个具有方形。
13.根据权利要求11或12所述的溅射装置，其中，所述磁体的数量根据层沉积速率控制。
14.根据权利要求13所述的溅射装置，其中，所述溅射枪中的每一个包括连接至相应 溅射枪并使用的模块。
15.根据权利要求14所述的溅射装置，其中，所述溅射枪可移动。
16.一种等离子处理装置，包括真空室；基片支承件，用于在所述真空室内支承基片；一对溅射枪，其面向所述基片，并且每个所述溅射枪包括带有单侧开口或双侧开口的 轭板以及以规则的间距布置在所述轭板上的多个磁体； 靶，分别安装在所述一对轭板上； 枪支承件，用于支承所述一对溅射枪；以及 电源，用于向所述靶供电，其中，所述磁体中的每一个包括上部和下部，所述上部和下部形成整体且具有不同的 磁极，而且所述磁体布置成一排。
17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述一对溅射枪面向彼此。
18.根据权利要求17所述的装置，其中，所述靶分别安装在所述溅射枪的相对面上。
19.根据权利要求18所述的装置，其中，所述磁体中的每一个具有“1”形。
20.根据权利要求18所述的装置，其中，所述磁体中的每一个具有方形。
21.根据权利要求19或20所述的装置，其中，所述磁体的数量根据层沉积速率控制。
22.根据权利要求21所述的装置，其中，所述溅射枪中的每一个包括连接至相应溅射 枪并使用的模块。
23.根据权利要求22所述的装置，其中，所述溅射枪可移动。
24.根据权利要求23所述的装置，其中，所述溅射枪用于制造有机发光二极管OLED的 金属电极。
25.根据权利要求24所述的装置，其中，所述OLED用在大面积OLED器件中。
26.一种利用等离子体处理装置形成层的方法，所述等离子体处理装置包括真空室； 基片支承件，用于在所述真空室内支承基片；一对溅射枪，其面向所述基片，并且每个所述 溅射枪包括带有单侧开口或双侧开口的轭板以及以规则的间距布置在所述轭板上的多个 磁体；靶，分别安装在所述一对轭板上；枪支承件，用于支承所述一对溅射枪；以及电源，用 于向所述靶供电，所述方法包括将所述基片安装在所述基片支承件上；根据所述基片的尺寸控制包含在所述一对溅射枪内的磁体的数目以及所述磁体间的 间距；向所述靶供电；以及因所述靶和所述一对溅射枪而在所述靶的中心处产生等离子体，其中，所述磁体中的每一个包括上部和下部，所述上部和下部形成整体且具有不同的 磁极，而且磁体布置成一排。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述基片是用于大面积有机发光二极管OLED 器件的基片。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述基片或所述溅射枪是可移动的。
29.根据权利要求27所述的方法，其中，所述一对溅射枪面向彼此。
30.根据权利要求29所述的方法，其中，所述靶分别安装在所述溅射枪的相对面上。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，所述磁体中的每一个具有“1”形。
32.根据权利要求30所述的方法，其中，所述磁体中的每一个具有方形。
33.根据权利要求31或32所述的方法，其中，根据层沉积速率控制所述磁体的数量。
34.根据权利要求33所述的方法，其中，所述溅射枪中的每一个包括连接至相应溅射 枪并使用的模块。
全文摘要
本公开提供一种可高速形成层的等离子体无损溅射枪、一种包括所述溅射枪的溅射装置、一种使用所述溅射枪的等离子体处理装置、以及一种利用所述溅射枪来形成层的方法。所述溅射枪包括具有单侧开口或双侧开口的轭板；以及以规则的间距布置在轭板上的多个磁体。所述磁体中的每一个包括上部和下部，所述上部和下部形成整体且具有不同的磁极，而且所述磁体布置成一排。因此，利用上述枪、装置以及方法，能以高速形成层而不产生等离子体损伤。
文档编号H01L21/203GK101897002SQ200780101884
公开日2010年11月24日 申请日期2007年12月10日 优先权日2007年12月10日
发明者文锺敏, 李相铉, 柳道铉, 裵贞爀, 金汉基 申请人:塔工程有限公司