薄膜沉积设备和利用其沉积薄膜的方法

薄膜沉积设备和利用其沉积薄膜的方法
【专利摘要】本发明提供了一种薄膜沉积设备及利用薄膜沉积设备沉积薄膜的方法。薄膜沉积设备包括等离子体产生单元、溅射单元和包含反应空间的处理室。等离子体产生单元在反应空间中产生等离子体。溅射单元独立于等离子体产生单元进行驱动，以在反应空间中形成电场并利用等离子体对靶材执行溅射工艺。
【专利说明】薄膜沉积设备和利用其沉积薄膜的方法
[0001]本申请要求于2012年8月6日提交的第10-2012-0085848号韩国专利申请的优先权，该申请的内容通过引用包含于此。
【技术领域】
[0002]本公开涉及一种薄膜沉积设备和一种利用其沉积薄膜的方法。更具体地讲，本公开涉及一种能够利用从靶材溅射的材料沉积薄膜的薄膜沉积设备，和一种利用所述薄膜沉积设备将薄膜沉积在基板上的方法。
【背景技术】
[0003]通常，溅射设备将偏置电压施加到设置在室中的阳极和阴极以形成电场，并向室内提供受电场影响的惰性气体以形成等离子体。等离子体中的离子被电场加速并与靶材碰撞以溅射靶材。在这种情况下，施加到阳极和阴极的偏置电压具有比特定值高的高电压水平，以由惰性气体形成等离子体。
[0004]当偏置电压具有高电压水平时，等离子体中离子的能量随着偏置电压的值的增加而增加，并且根据环境向基板提供等离子体中的一些离子。例如，在由包含氩原子的惰性气体形成等离子体的情况下，正性的氩离子通过偏置电压加速并与具有固体化学元素的靶材碰撞，从而溅射固体化学元素或者被减为中性的氩原子。在这个过程中，在与靶材碰撞后，中性的氩原子具有大约20eV的能量，并被提供朝向基板，且在被提供朝向基板的同时，从靶材溅射的固体化学元素具有大约IOeV的能量。
[0005]作为另一示例，在由包含氧的惰性气体形成等离子体或者靶材包含氧和固体化学元素的情况下，偏置电压使由 氧在靶材的表面处产生的负性的氧离子加速。负性的氧离子在被提供到基板时具有大约IOOeV至大约400eV的能量。
[0006]如上所述，当向基板提供高能量材料(例如，中性的氩原子、负性的氧离子等)时，高能量材料破坏基板上先前形成的薄膜。具体地讲，在薄膜是用作有机发光二级管的发射层的有机层的情况下，由于碳的键能(例如，大约IOeV)比中性的氩原子或负性的氧离子的能量小，因此向基板提供的中性的氩原子或负性的氧离子破坏有机层中的碳键。因此，当利用溅射设备将薄膜沉积在有机层上时，在有机层上出现缺陷。

【发明内容】

[0007]本公开提供了一种能够在将薄膜沉积在基板上时防止先前形成在基板上的层上出现缺陷的薄膜沉积设备。
[0008]本公开提供了一种利用薄膜沉积设备沉积薄膜的方法。
[0009]本发明构思的实施例提供了一种薄膜沉积设备，所述薄膜沉积设备包括等离子体产生单元、溅射单元和包含反应空间的处理室。等离子体产生单元在反应空间中产生等离子体。溅射单元独立于等离子体产生单元进行驱动，以在反应空间中形成电场并利用等离子体对靶材执行溅射工艺。[0010]本发明构思的实施例提供了一种利用包括处理室的薄膜沉积设备在基板上沉积薄膜的方法。薄膜沉积设备包括等离子体产生单元和溅射单元。驱动薄膜沉积设备的等离子体产生单元以在处理室的反应空间中产生等离子体，驱动薄膜沉积设备的溅射单元以利用等离子体溅射靶材。然后，将来自靶材的溅射材料沉积在基板上。
[0011]根据以上实施例，彼此单独地驱动薄膜沉积设备的溅射单元和等离子体产生单元，因此不管用于驱动等离子体产生单元的电压如何，都可以容易地减小用于驱动溅射单元的偏置电压。从而，在对靶材进行溅射工艺的同时，可以防止从靶材溅射的粒子(例如，中性的氩原子、负性的氧离子等)具有由偏置电压导致的过多的能量地被提供到基板。因此，可以防止先前形成在基板上的薄膜上存在缺陷。
【专利附图】

【附图说明】
[0012]当结合附图考虑时，通过参照以下详细的描述，本发明的以上和其他特征将变得更加清楚，其中:
[0013]图1是示出根据本发明的示例性实施例的薄膜沉积设备的侧向剖视图；
[0014]图2是示出图1中示出的薄膜沉积设备的水平剖视图；
[0015]图3是示出根据本发明的另一示例性实施例的薄膜沉积设备的侧向剖视图；
[0016]图4是示出图3中示出的薄膜沉积设备的水平剖视图；
[0017]图5是示出根据本发明的另一示例性实施例的薄膜沉积设备的侧向剖视图；
[0018]图6是示出根据本发明的示例性实施例将薄膜沉积在基板上的方法的流程图；
[0019]图7A是示出在将薄膜沉积在基板上之前的基板的视图；以及
`[0020]图7B是示出在将薄膜沉积在基板上之后的基板的视图。
【具体实施方式】
[0021]将理解的是，当元件或层被称为“在”另一元件或层“上”、“连接到”或“结合到”另一元件或层时，它可以直接在另一元件或层上、直接连接到或直接结合到另一元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接在”另一元件或层“上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一元件或层时，不存在中间元件或层。相同的元件始终表示相同的元件。如这里使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出项的任意和所有组合。
[0022]将理解的是，尽管这里可使用术语第一、第二等来描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件、组件、区域、层或部分与另一区域、层或部分区分。因此，在不脱离本发明的教导的情况下，下面讨论的第一元件、组件、区域、层或部分可以被称为第二元件、组件、区域、层或部分。
[0023]为了易于描述，这里可使用诸如“在……之下”、“在……下方”、“下面的”、“在……
上方”和“上面的”等的空间相对术语来描述如附图中示出的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解的是，空间相对术语意图包含除了附图中描述的方位之外的装置在使用或操作中的不同的方位。例如，如果将附图中的装置翻转，则被描述为“在”其它元件或特征“下方”或“之下”的元件将随后位于其它元件或特征“上方”。因此，示例性术语“在……下方”可包含在……上方和在……下方两种方位。该装置可被另外定位(旋转90度或在其它方位)并相应地解释这里使用的空间相对描述符。
[0024]这里使用的术语仅出于描述具体实施例的目的，并不意图限制本发明。除非上下文另外明确指出，否则如这里所使用的单数形式也意图包括复数形式。还将理解的是，术语“包括”和/或“包含”用在本说明书中时，说明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组的存在或添加。
[0025]除非另外定义，否则这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属的【技术领域】的普通技术人员所通常理解的含义相同的含义。进一步将理解的是，诸如在通常使用的字典中定义的这些术语应解释为具有与现有技术的背景下的它们的含义相同的含义，并且除非这里明确这样定义，否则将不以理想化的或过于正式的意义来解释。
[0026]在下文中，将参照附图详细地解释本发明。
[0027]图1是示出根据本发明的示例性实施例的薄膜沉积设备的侧向剖视图，图2是示出图1中示出的薄膜沉积设备的水平剖视图。
[0028]参照图1和图2，薄膜沉积设备500将薄膜沉积在基板SB上。为此，薄膜沉积设备500包括处理室CB1、气体供应单元180、基板传输室CB2、溅射单元100和等离子体产生单元 200。
[0029]处理室CBl包括在处理室CBl中的反应空间120，并且处理室CBl连接到包括传输基板SB所处的空间的基板传输室CB2。基板传输室CB2包括穿过基板传输室CB2的侧部形成的进料口 51和穿过基板传输室CB2的另一侧部形成的出料口 52。因此，基板SB穿过进料口 51载入基板传输室CB2中，当薄膜沉积在基板SB上之后，基板SB通过出料口 52被排出基板传输室CB2。
[0030]在本示例性实施例中，在基板传输室CB2中支撑基板SB的基板支撑件30可以通过驱动单兀20向第一方向Dl和与第一方向Dl相反的方向移动。因此,基板SB可以通过驱动单元20传输到与进料口 51邻近的位置或与出料口 52邻近的位置，从而位于基板传输室CB2外面的位置处的基板传输机器人(未示出)将基板SB放置在基板支撑件30上，或者从基板支撑件30拾取基板SB。
[0031]另外，当基板支撑件30通过驱动器20在薄膜沉积设备500操作的同时向第一方向DI移动时，来自靶材TG的材料(在下文中，称为溅射材料SM)从基板SB的一端到基板SB的另一端提供在基板SB上。从而，薄膜可以均匀地沉积在基板SB上面。
[0032]等离子体产生单元200在反应空间120中产生等离子体PM。在本示例性实施例中，等离子体产生单元200利用感应场产生等离子体PM。例如，等离子体产生单元200可以是，但不限于，电子回旋共振(ECR)等离子体产生单元或感应耦合等离子体(ICP)产生单元。上述等离子体产生单元利用感应场而不是利用施加有偏置电压的两个电极来产生等离子体PM，因此上述等离子体产生单元可以被称为无电极型等离子体产生单元。然而，等离子体产生单元200不应该限于上述等离子体产生单元。即，等离子体产生单元200可以是利用形成在施加有直流电压或射频(RF)电压的两个电极之间的电场产生等离子体的等离子体产生单元中的一种。
[0033]图1和图2示出了作为等离子体产生单元200的示例的电子回旋共振(ECR)等离子体，在下文中，将详细描述等离子体产生单元200。[0034]等离子体产生单元200包括气体供应单元180、电磁波产生单元230、波导210、第一磁体N1、第二磁体N2和介电板220。
[0035]气体供应单元180连接到处理室CBl以向反应空间提供气体，所述气体包括产生等离子体PM所需的原始材料。在本示例性实施例中,气体可以包括诸如氩气的惰性气体。
[0036]电磁波产生单元230接收来自外面的源电压并产生诸如微波的电磁波。电磁波产生单元230连接到波导210，从而电磁波传输到波导210。电磁波产生单元230产生的电磁波在波导210中流动。多个缝隙天线ST形成在波导210上，所述多个缝隙天线ST通向反应空间120。换句话说，缝隙天线ST连接到反应空间120。因此，通过波导210流动的电磁波通过缝隙天线ST朝着反应空间120传播。
[0037]在本示例性实施例中，当以平面图观察时，波导210具有围绕处理室CBl的形状。在这种情况下，缝隙天线ST设置成沿着处理室CBl的纵向方向彼此分离。
[0038]第一磁体NI和第二磁体N2设置成邻近每个缝隙天线ST，介电板200包括诸如氧化铝的陶瓷材料，并位于电磁波通过缝隙天线ST传播到反应空间120所通过的路径中。因此，感应场由电磁波散播得到，使得向反应空间120中提供的惰性气体产生等离子体PM。
[0039]另外，在本示例性实施例中，当电磁波是具有大约2.45MHz频率的微波并且由第一磁体NI和第二磁体N2形成的磁场具有大约875高斯强度时，在反应空间120中产生电子回旋共振，从而可以容易地由惰性气体形成等离子体PM。
[0040]溅射单元100利用等离子体产生单元200在反应空间120中形成的等离子体PM来溅射靶材TG。在本示例性实施例中，溅射单元100可以是，但不限于，磁控溅射单元。
[0041]溅射单元100包括源电压产生器110、靶材TG、磁控溅射枪SG、基板支撑件30和设置在磁控溅射枪SG中的S极磁体Ml和N极磁体M2。当以平面图观察时，N极磁体M2与S极磁体Ml分离并且S极磁体Ml围绕N极磁体M2。由S极磁体Ml和N极磁体M2形成的电磁场改善了等离子体PM的离子化效率，从而增加靶材TG的溅射效率。
[0042]源电压产生器110向结合到磁控溅射枪SG的靶材TG施加偏置电压。在这种情况下，靶材TG在溅射单元100中用作第一电极，设置在基板SB下以支撑基板SB的基本支撑件30用作第二电极。因此，在等离子体产生单元200在反应空间120中形成等离子体PM之后，等离子体PM中正性的离子利用第一电极和第二电极之间产生的电场EF与靶材TG碰撞，使得来自靶材TG的溅射材料SM沉积在基板SB上。因此，薄膜可形成在基板SB上。
[0043]同时，在上述薄膜沉积设备500中，等离子体产生单元200由电磁波产生单元230驱动，溅射单元100由源电压产生器110驱动。因此，溅射单元100和等离子体产生单元200可以被彼此独立地驱动，从而可以与驱动等离子体产生单元200以形成等离子体PM无关地控制用于驱动溅射单元100的偏置电压。因此，可以减小偏置电压以防止溅射材料SM破坏先前形成在基板SB上的薄膜。随后将参照图7A和图7B对其进行详细描述。
[0044]图3是示出根据本发明的另一示例性实施例的薄膜沉积设备的侧向剖视图，图4是示出图3中示出的薄膜沉积设备的水平剖视图。在图3和图4中，相同的标号表示图1和图2中相同的元件，因此将省略对相同元件的详细描述。
[0045]参照图3，薄膜沉积设备501包括溅射单元100和等离子体产生单元300。在图3中示出的本示例性实施例中，等离子体产生单元300是电感耦合的等离子体产生单元。
[0046]等离子体产生单元300包括:电磁波产生单元230，产生电磁波；天线310，施加有电磁波；和介电层305，覆盖天线310的表面。当以平面图观察时，由介电层305覆盖的天线310具有U形状并设置在处理室CBl中。
[0047]根据等离子体产生单元300，向天线310提供由电磁波产生单元230产生的电磁波，沿天线310流动的电磁波穿过介电层305。从而,根据榜次定律(Lentz Law)在反应空间120中产生感应场。因此，可以利用感应场由提供到反应空间120中的惰性气体形成等离子体PM。[0048]因此，如图1和图2中示出的薄膜沉积设备500，图3和图4中示出的溅射单元100和等离子体产生单元300可以被彼此独立地驱动，从而可以与驱动等离子体产生单元300以形成等离子体PM无关地控制用于驱动溅射单元100的偏置电压。因此，可以减小偏置电压以防止溅射材料SM破坏先前形成在基板SB上的薄膜。
[0049]图5是示出根据本发明的另一示例性实施例的薄膜沉积设备的侧向剖视图。在图5中，相同的标号表示图3和图4中相同的元件，因此将省略对相同元件的详细描述。
[0050]参照图5，薄膜沉积设备502包括溅射单元100和等离子体产生单元301。在本示例性实施例中，如图4中示出的等离子体产生单元300，等离子体产生单元301可以为电感耦合的等离子体产生单元。
[0051 ] 等离子体产生单元301包括产生电磁波的电磁波产生单元230、介电板220和施加有电磁波的天线310。在本示例性实施例中，与如图1中示出的波导210的形状相同，当以平面图观察时天线310设置成围绕处理室CB1，介电板220位于沿天线310流动的电磁波传播到处理室CBl的反应空间120所沿的通道中。因此，与参照图3和图4描述的等离子产生单元300类似，等离子体产生单元301可以在反应空间120中产生等离子体PM。
[0052]与如图3和图4中示出的薄膜沉积设备501相同，薄膜沉积设备502的溅射单元100和等离子产生单元301可以被彼此独立地驱动，从而可以与驱动等离子体产生单元300以形成等离子体PM无关地控制用于驱动溅射单元100的偏置电压。因此，可以减小偏置电压以防止溅射材料SM破坏先前形成在基板SB上的薄膜。
[0053]图6是示出根据本发明的示例性实施例的将薄膜沉积在基板上的方法的流程图，图7A是示出在将薄膜沉积在基板上之前的基板的视图，图7B是示出在将薄膜沉积在基板上之后的基板的视图。
[0054]参照图1、图6、图7A和图7B，将其上形成有有机层LI的基板SB载入基板传输室CB2中(S10)。在这种情况下,位于基板传输室CB2外面的位置处的基板传输机器人(未不出)可将基板SB通过进料口 51载入基板传输室CB2中。
[0055]然后，驱动等离子体产生单元200以在处理室CBl的反应空间120中形成等离子体PM (S20)。如参照图1和图2所述，等离子体产生单元100可利用电磁产生单元230产生的电磁波来形成等离子体PM。
[0056]在反应空间120中形成等离子体PM之后，驱动溅射单元200以允许等离子体PM溅射靶材TG (S30)。详细地说，溅射单元200的源电压产生器110产生的源电压向靶材TG施加偏置电压，从而在反应空间120中生成电场EF。因此，等离子体PM中正性离子溅射包括无机材料的靶材TG。
[0057]如上所述，当通过驱动等离子体产生单元100和溅射单元200来溅射靶材TG时，来自靶材TG的溅射材料SM沉积在有机层LI上(S40)。因此，可利用无机材料在有机层LI上形成无机层L2。
[0058]同时，如参照图1和图2所述，可彼此独立地驱动溅射单元100和等离子体产生单元200。因此，可以与驱动等离子产生单元200以形成等离子体PM无关地控制用于驱动溅射单元100的偏置电压。因此，可以减小偏置电压，以防止当通过将溅射材料SM沉积在基板SB上形成无机层L2时破坏先前形成在基板SB上的有机膜L2。
[0059]根据传统的溅射单元，需要具有高电压水平的偏置电压以被施加到阴极和阳极，其中，所述传统的溅射单元利用设置在室的反应空间中的阳极和阴极之间产生的电场来形成等离子体，并利用通过电场加速的等离子体离子来溅射靶材。例如，当室中的压强维持在几毫托并且靶材和基板之间的距离为大约IOcm时，将大约100伏特的高电压施加到阴极和阳极以在室中形成等离子体，并利用施加具有高电压水平的偏置电压的阴极和阳极来执行溅射工艺。
[0060]然而，如上所述，在本示例性实施例中，可以与驱动等离子产生单元200以形成等离子体PM无关地控制用于驱动溅射单元100的偏置电压。因此，尽管处理室在与传统的室的条件相同的条件下，但是可以将施加到溅射单元100的偏置电压减小到大约10伏特至大约50伏特。
[0061]因此，在利用溅射单元100执行溅射工艺的同时，可以防止具有由偏置电压导致的过多的能量的从靶材TG溅射的粒子(例如，中性的氩原子、负性的氧离子等)被提供到基板SB。因此，可以防止在执行溅射工艺之前先前形成在基板SB上的有机层LI上出现缺陷。
[0062]另外，如上面描述的示例性实施例，在溅射单元100是电子回旋共振(ECR)等离子体产生单元或利用感应场产生等离子体PM的电感耦合等离子体(ICP)产生单元的情况下，等离子体产生单元利用感 应场产生的等离子体的密度是设置在传统的溅射单元中的电容耦合等离子体产生单元产生的等离子体的密度的大约10倍至大约100倍大。因此，根据示例性实施例，由于施加到溅射单元100的偏置电压减小到大约10伏特至大约50伏特，并且提高了溅射单元100产生的等离子体的密度，因此可以增加溅射效率。
[0063]尽管已经描述了本发明的示例性实施例，但是理解的是，本发明不应限于这些示例性实施例，而本领域的普通技术人员可在如权利要求中所保护的本发明的精神和范围内进行各种改变和修改。
【权利要求】
1.一种薄膜沉积设备，所述薄膜沉积设备包括: 处理室，包括反应空间； 等离子体产生单元，在反应空间中产生等离子体；以及 溅射单元，在反应空间中形成电场，并利用等离子体对靶材执行溅射工艺，溅射单元独立于等离子体产生单元进行驱动。
2.如权利要求1所述的薄膜沉积设备，其中，等离子体产生单元包括无电极型等离子体产生单元。
3.如权利要求1所述的薄膜沉积设备，其中，等离子体产生单元利用感应场产生等离子体。
4.如权利要求3所述的薄膜沉积设备，其中，等离子体产生单元包括电子回旋共振等离子体产生单元。
5.如权利要求4所述的薄膜沉积设备，其中，等离子体产生单元包括: 气体供应单元，将用于产生等离子体的气体提供到反应空间中； 电磁波产生单元,产生电磁波； 波导，连接到电磁波产生单元； 至少一个缝隙天线，形成在波导上，所述至少一个缝隙天线连接到反应空间，电磁波通过所述至少一个缝隙天线流动；以及 磁体，设置成邻近于缝隙天线以在电磁波流动所通过的路径中形成磁场。
6.如权利要求5所述的薄膜沉积设备，其中，波导围绕处理室。
7.如权利要求6所述的薄膜沉积设备，其中，等离子体产生单元包括多个缝隙天线，缝隙天线设置成彼此分离。
8.如权利要求3所述的薄膜沉积设备，其中，等离子体产生单元包括电感耦合等离子体产生单元。
9.如权利要求1所述的薄膜沉积设备，其中，溅射单元包括: 源电压产生器，产生偏置电压； 第一电极，施加有偏置电压；以及 第二电极，与第一电极相对同时在第一电极和第二电极之间设置反应空间，以与第一电极一起形成电场。
10.如权利要求9所述的薄膜沉积设备，其中，溅射单元包括磁控溅射单元。
11.如权利要求1所述的薄膜沉积设备，所述薄膜沉积设备还包括: 基板传输室，结合到处理室，从而基板传输室的内部连接到反应空间，基板传输室包括基板传输空间，将通过溅射单元沉积从靶材供应的溅射材料的基板被传输到基板传输空间中。
12.一种利用包括处理室的薄膜沉积设备在基板上沉积薄膜的方法，所述方法包括: 驱动薄膜沉积设备的等离子体产生单元以在处理室的反应空间中产生等离子体； 驱动薄膜沉积设备的溅射单元以利用等离子体溅射靶材；以及 将来自靶材的溅射材料沉积在基板上。
13.如权利要求12所述的方法，其中，彼此单独地驱动等离子体产生单元和溅射单元。
14.如权利要求13所述的方法，其中，等离子体产生单元利用感应场产生等离子体。
15.如权利要求13所述的方法，其中，等离子体产生单元向电场施加电子回旋共振以产生等离子体。
16. 如权利要求13所述的方法，所述方法还包括: 在驱动等离子体产生单元和溅射单元之前将基板载入到反应空间中，其中，基板包括在载入到反应空间之前形成在基板上的有机层，并且有机层暴露于反应空间。
17.如权利要求16所述的方法，其中，靶材包括无机材料，在沉积溅射材料后在有机层上形成无机层。
【文档编号】C23C14/46GK103572242SQ201310274602
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年7月2日 优先权日:2012年8月6日
【发明者】李侑钟 申请人:三星显示有限公司