用于形成溅射材料层的系统和方法
【专利说明】用于形成溅射材料层的系统和方法
[0001]本申请是申请日为“2011年7月22日”、申请号为“201180027703.8”、题为“用于形成溅射材料层的系统和方法”的分案申请。
技术领域
[0002]本公开的实施例涉及用于在衬底上涂覆层的系统和方法，并且更具体地涉及用于在衬底上形成溅射材料层的方法和系统。更具体而言，本公开的至少一些方面涉及磁控溅射，其中靶材例如可以是但不限于可旋转圆柱形靶材或平面靶材。更具体而言，本公开的一些方面涉及静态溅射沉积。本公开的至少一些方面特别地涉及衬底涂覆技术方案，该技术方案涉及衬底和涂层的沉积、图案化和处理中使用的设备、处理和材料，代表性示例包括但不限于涉及以下各项的应用:半导体和介电材料和设备、硅基晶圆、平板显示器(诸如TFT等)、掩膜和过滤器、能量转换和储存(诸如光伏电池、燃料电池和电池等)、固态照明(诸如LED和OLED等)、磁和光存储、微机电系统(MEMS)和纳米电子机械系统(NEMS)、微光学和光机电系统(NEMS)、微光学和光电设备、透明基板、建筑和汽车玻璃、用于金属和聚合物箔以及封装的金属化系统、以及微成型和纳米成型。
【背景技术】
[0003]在很多技术领域中，在衬底上形成具有高均一性(S卩，在扩展表面上厚度均匀)的层是很重要的问题。例如，在薄膜晶体管(TFT)的领域中厚度均一性可以是可靠地制造显示金属线的关键。此外，均匀的层通常便于制造的可重复性。
[0004]用于在衬底上形成层的一种方法是溅射，溅射已经发展为在各种制造领域中(例如在TFT的制作中)的有效方法。在溅射期间，通过利用高能粒子(例如，惰性或活性气体的带电离子)轰击靶材而从靶材射出原子。因此，射出的原子可以沉积在衬底上，从而能够形成溅射材料层。
[0005]然而，通过溅射形成层可能由于例如靶材和/或衬底的几何形状而使高均匀性需求折衷。具体地，在扩展衬底上的溅射材料的均匀层可能由于溅射材料的不规则空间分布而难以实现。在衬底上提供多种靶材可以改善层均一性。另一个选择是在特定的偏外位置与零位置附近之间以恒定角速度旋转磁控溅射阴极的磁体。然而，特别是对于对层均匀性具有高需求的某些应用，不能足够地实现层均匀性。
[0006]因此，期望有用于促进溅射材料层的高均匀性的其他方法和/或系统。
【发明内容】
[0007]在一个方面中，提供了在真空腔室中涂覆衬底的方法。该方法包括在衬底上形成溅射材料层，其中形成溅射材料层的步骤包括将来自一个或多个可旋转靶材的材料溅射在衬底上。该方法还包括改变一个或多个可旋转靶材与衬底之间的相对位置，其中在形成所述层的过程中所述衬底相对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衬底的方法。该方法包括以下步骤:在衬底上形成溅射材料层，以及改变所述至少一个可旋转靶材与所述衬底之间的相对位置，其中形成溅射材料层的步骤包括将来自一个或多个靶材的材料溅射在衬底上，其中改变所述相对位置包括沿着衬底方向平移所述至少一个可旋转靶材。
[0009]在又一方面中，提供了涂覆衬底的系统。该系统包括用于在衬底上溅射材料的一个或多个可旋转靶材，其中所述一个或多个可旋转靶材被配置成在衬底的涂覆期间以如下方式运动以产生所述靶材的平移，该方式使得一个或多个可旋转靶材与衬底之间的相对位置改变。
[0010]本发明的其他方面、优势和特征在从属权利要求、说明书和附图中是显而易见的。
【附图说明】
[0011]在说明书的其他部分中(包括参考附图)，更具体地陈述了对于本领域的技术人员来说完整且能够实现的公开，其中附图如下:
[0012]图1、2、3、5-7以及11_19是根据本文所述的实施例用于涂覆衬底的示例性系统的示意图；
[0013]图4和10是根据本文所述的实施例施加到阴极组件的电压波形的示意图；和
[0014]图8和9是图示了根据本文所述的实施例的溅射材料层的形成的定性图。
【具体实施方式】
[0015]现在将详细参考各个实施例，在各个附图中图示各个实施例的一个或多个示例。各个示例以说明的方式提供并且不意图作为限制。例如，作为一个实施例的一部分被图示或描述的特征可以用在其他实施例上或者与其他实施例结合以产生另一个实施例。本公开包括这样的修改和变体。
[0016]本文所述的实施例包括用于利用层来涂覆衬底的方法和系统，其中在衬底上的溅射材料的分布在用于形成层的工艺期间发生变化。具体而言，本文所示的实施例包括改变靶材和衬底之间的相对位置(也称作靶材-衬底相对位置)。通常，如下文所进一步讨论的，该相对位置可以在至少两个不同的位置(下文称作第一位置和第二位置)处维持预定的时间间隔。
[0017]如下文所进一步讨论的，至少某些其他实施例包括使(特别是)平面靶材(更特别地)绕该平面靶材的纵轴或与该平面靶材相关联的平面阴极的纵轴以往复的方式旋转。如本文所使用的术语“往复”指的是往复运动。根据本文所述的实施例，可旋转靶材或可旋转靶材阵列以往复方式运动。
[0018]如下文所进一步讨论的，根据某些实施例，溅射来自至少一个靶材的材料包括叠加两个基本互补的膜分布。本公开内的术语“基本”理解为指示靠近、接近或恰好是某个状态或值，例如包括小于20%或者更具体地10%甚至更具体地5%的偏差。
[0019]因此，根据本公开的实施例便于在衬底上形成具有高质量的层。特别地，在衬底上的沉积层的厚度可以是在整个衬底上高度均匀的。此外，促进层的高均匀性(例如，在诸如生长晶体的结构、比电阻和/或层应力等性质方面)。例如，本发明的实施例对于在TFT生产中形成金属化层(例如，用于制造TFT-LCD显示器)是有利的，这是因为其中信号延迟取决于层厚度，使得厚度不均匀性可能导致象素在略微不同的时间被供电。而且，由于层厚度的均匀性便于在所形成层的不同位置处实现相同的结果，因此，本公开的实施例对于形成后续被蚀刻的层是有利的。
[0020]在下面的附图描述中，相同的附图标记指示相同的部件。通常，仅仅描述各个实施例之间的不同点。
[0021]图1是用于涂覆衬底110的系统100的示意图。如本文所述的利用溅射材料涂覆衬底的工艺通常指示薄膜应用。术语“涂覆”和术语“沉积”在本文中用作同义词。本文所使用的术语“衬底”应该包括刚性衬底(诸如但不限于晶圆或玻璃板等)和柔性衬底(诸如但不限于网状物或箔等)两者。
[0022]图1的示例性涂覆系统包括放置在衬底110上的靶材120，使得来自靶材120的溅射材料可以沉积到衬底110上。如本文所使用的，术语“靶材”指的是实心体，该实心体包括用于通过它的溅射在衬底上形成层的原材料。根据典型实施例，靶材120基本上形成为圆柱体。或者，靶材120可以具有使得涂覆系统100能够形成如本文所述的层的任何几何形状。而且，靶材120可以由多个如图6和图7所示的靶材元件构成。应该注意的是，术语“在...上”仅指示靶材120相对于衬底110的相对位置，该相对位置便于溅射材料沉积到衬底110上。特别地，术语“在...上”不应该理解为限制于上下竖直取向，而是可以指示靶材120相对于衬底110的任意适合的相对位置，该相对位置使得涂覆系统100能够如本文所述的那样起作用。特别地，靶材120和衬底两者均可以竖直取向。
[0023]如下面所进一步讨论的，靶材120通常与用于进行溅射的溅射系统(诸如关联到靶材120的阴极组件(未示出)等)相关联或者形成该系统的一部分。根据本文所述的典型实施例的涂覆系统(诸如示例性系统100)构成溅射装置。根据典型实施例，溅射可以采取磁控溅射。或者(但不限于此)，溅射可以包括二极管溅射。
[0024]磁控溅射在其沉积速率相对较高这一方面尤其有利。根据可以与本文所述的任何实施例组合的典型实施例(参考图3参见下面的段落)，磁体以如下方式关联到靶材120，该方式使得可以在与要被涂覆的衬底表面相对的靶材表面附近产生磁场。从而，自由电子可以被困在所产生的磁场内，使得自由电子不能以与二极管溅射相同的程度轰击衬底。同时，与二极管溅射相比，当被困在磁场中时，自由电子可以将电离中性气体分子的概率增加若干个数量级的大小。该效果可以增加可用的离子，从而显著提高靶材材料被侵蚀且随后被沉积到衬底上的速率。
[0025]根据典型实施例，涂覆系统100包括真空腔室102，在真空腔室102中进行溅射工艺。本申请中的术语“真空”指示低于10-2mbar的压力(诸如但不限于接近10-2mbar，如在处理气体在真空腔室102内流动的情况)，或者更具体地低于10-3mbar的压力(诸如但不限于约10-5mbar，如在没有处理气体在真空腔室102内流动的情况)。涂覆系统100可以形成处理模块，该处理模块形成制造系统(未示出)的一部分。例如，涂覆系统100可以在用于TFT制造的系统或者更具体而言在用于TFT-1XD制造的系统(诸如但不限于AKT-PiVot物理气相沉积系统(Applied Materials, Santa Clara, CA))中实施。
[0026]根据典型实施例，靶材120和衬底110之间的相对位置可以改变。如本文所使用的，改变靶材和衬底之间的相对位置应该理解为以如下方式更改靶材或衬底的位置和/或取向，该方式使得沉积在衬底110上的溅射材料的分布从先前的相对位置实质上改变到更改后的相对位置。
[0027]S卩，改变相对位置具体地包括前后运动、上下运动或者这两者的组合。本公开通常涉及所谓的“静态溅射”。改变相对位置和移动衬底或者一个或多个靶材当中的至少一者不应该理解为动态溅射，其中在动态溅射的情况下一个接一个的衬底沿输送方向在靶材的前面不断地移动。本公开特别地涉及衬底和一个或多个靶材沿着与衬底的输送方向不同的方向的相对运动。这个方面的不同可以包括与输送方向相交(例如，以90度的角度相交)的任意方向和与输送方向相反的方向。本公开特别地涉及在所选时间段内停止衬底和一个或多个靶材的相对运动。
[0028]例如，衬底110可以如下方式相对于靶材120移动(即，平移或旋转)，该方式使得所沉积的溅射材料的分布实质改变。特别地，根据本文所述的某些实施例，改变相对位置包括沿着与衬底的表面基本平行的平面相对于靶材120移动衬底110 (如图1中的衬底摆动方向106所示)，其中溅射材料层形成在衬底的该表面上。
[0029]例如，衬底110可以移动小于220mm、更具体地小于180mm或更具体地小于150mm以到达摆动运动的偏外位置(outer posit1n)。或者，衬底110可以移动小于衬底长度的10%、或更具体地小于7.5%或更具体地小于5%以到达摆动运动的偏外位置。特别地，这些百分比适用于具有2500mmX 2200mm的平面尺寸的8.5代(Gen