本公开内容的实施方式涉及一种经构造以用于在基板上溅射沉积的设备、一种经构造以用于在基板上溅射沉积的系统和一种用于在基板上溅射沉积的方法。本公开内容的实施方式特别涉及一种双向溅射沉积源和一种动态溅射沉积系统。
背景技术：
用于在基板上的层沉积的技术包括例如溅射沉积、热蒸发和化学气相沉积。可使用溅射沉积工艺来在基板上沉积材料层，诸如导电材料或绝缘材料层。在溅射沉积工艺期间用在等离子体区域中产生的离子轰击具有待沉积于基板上的靶材材料的靶材，以便从靶材的表面撞出(dislodge)靶材材料的原子。撞出的原子可在基板上形成材料层。在反应溅射沉积工艺中，撞出的原子可与在等离子体区域中的例如氮或氧的气体反应，以便在基板上形成靶材材料的氧化物、氮化物或氮氧化物。
经涂覆的材料可使用于若干应用中和若干技术领域中。例如，应用在微电子的领域中，诸如产生半导体器件。另外，用于显示器的基板通常通过溅射沉积工艺涂覆。其他应用包括绝缘面板、具有tft的基板、滤色片或类似者。
作为示例，在显示器制造中，减少例如用于移动电话、平板电脑、电视屏幕和类似者的显示器的制造成本是有利的。例如通过增加处理系统(诸如溅射沉积系统)产量或通过减少靶材的数量以减少系统资本成本，可实现制造成本的降低。此外，可限制溅射处理系统可用的空间。此外，沉积在基板上的材料层的层均匀性是有益的。
鉴于上述，克服此领域的至少一些问题的用于在基板上溅射沉积的设备、系统和方法是有益的。本公开内容特别旨在提供为实现溅射沉积系统的增加的产量、较少的靶材、减少的安装空间中的至少一者和/或改善的层均匀性而提供的设备、系统和方法。
技术实现要素：
鉴于上述，提供一种经构造以用于在基板上溅射沉积的设备、一种经构造以用于在基板上溅射沉积的系统和一种用于在基板上溅射沉积的方法。本公开内容的其他方面、优点和特征通过权利要求书、说明书和附图清楚。
根据本公开内容的方面，提供一种经构造以用于在基板上溅射沉积的设备。所述设备包括：圆柱形的溅射阴极，所述圆柱形的溅射阴极可围绕旋转轴线而旋转；和磁体组件，所述磁体组件在圆柱形的溅射阴极中，并且经构造以提供在圆柱形的溅射阴极的相对侧上的第一等离子体跑道和第二等离子体跑道，其中磁体组件包括二个、三个或四个磁体，每个磁体各自具有两个极和一个或多个子磁体，其中所述二个、三个或四个磁体经构造以用于产生第一等离子体跑道和第二等离子体跑道两者。
根据本公开内容的其他方面，提供一种经构造以用于在基板上溅射沉积的设备。所述设备包括：圆柱形的溅射阴极，所述圆柱形的溅射阴极可围绕旋转轴线而旋转；和磁体组件，所述磁体组件在圆柱形的溅射阴极中，并且经构造以提供在圆柱形的溅射阴极的相对侧上的第一等离子体跑道和第二等离子体跑道，其中磁体组件包括第一磁体和一对第二磁体，第一磁体具有一个或多个第一子磁体，一对第二磁体中的每个第二磁体具有一个或多个第二子磁体，并且其中第一磁体和一对第二磁体经构造以用以产生第一等离子体跑道和第二等离子体跑道两者。
根据本公开内容的另一方面，提供一种经构造以用于基板上的溅射沉积的系统。所述系统包括真空腔室和在真空腔室中的根据本文所述的实施方式的一个或多个设备。
根据本公开内容的另一方面，提供一种用于在基板上溅射沉积的方法。所述方法包括使用在圆柱形的溅射阴极中的具有二个、三个或四个磁体的磁体组件产生第一等离子体跑道和第二等离子体跑道，其中二个、三个或四个磁体经构造以用于产生第一等离子体跑道和第二等离子体跑道两者。
根据本公开内容的另一方面，提供一种用于在基板上溅射沉积的方法。所述方法包括使用在圆柱形的溅射阴极中的具有第一磁体和一对第二磁体的磁体组件产生在圆柱形的溅射阴极的相对侧上的第一等离子体跑道和第二等离子体跑道，第一磁体包括一个或多个第一子磁体，一对第二磁体中的每个第二磁体包括一个或多个第二子磁体，并且其中第一磁体和一对第二磁体经构造以用于产生第一等离子体跑道和第二等离子体跑道两者。
实施方式还涉及用于执行所公开的方法的设备，并且包括用于执行所说明的方法方面的设备部分。这些方法方面可通过硬件部件、由合适的软件编程的计算机、这两者的任何组合或任何其他方式执行。此外，根据本公开内容的实施方式还涉及用于操作所描述的设备的方法。用于操作所描述的设备的方法包括用于执行设备的每个功能的方法方面。
附图说明
为了可详细地理解本公开内容的上述特征，在上文简要概述的本公开内容的更具体的描述可参照实施方式而进行。附图关于本公开内容的实施方式并描述于下文：
图1a示出根据本文所述的实施方式的经构造以用于在基板上溅射沉积的设备的俯视图；
图1b示出图1a的设备的磁体组件的示意图；
图2a-图2c示出根据本文所述的另外实施方式的磁体组件的示意图；
图3a示出图1a的设备的截面侧视图；
图3b示出经构造以用于基板上溅射沉积的设备的示意性侧视图，在设备的侧上具有等离子体跑道；
图3c示出根据本文所述的另外实施方式的经构造以用于在基板上溅射沉积的设备的横截面侧视图；
图3d示出根据本文所述的另外实施方式的经构造以用于在基板上溅射沉积的设备的横截面侧视图；
图3e示出根据本文所述的实施方式的经构造以用于在基板上溅射沉积的设备的横截面侧视图；
图4a-图4c示出经构造以用于在基板上溅射沉积的设备的侧视横截面图；
图5示出根据本文所述的实施方式的用于同时处理两个基板的双向溅射沉积源的俯视图；
图6示出根据本文所述的实施方式的经构造以用于在基板上溅射沉积的系统的水平横截面图；和
图7示出根据本文所述的实施方式的用于在基板上溅射沉积的方法的流程图。
具体实施方式
现将详细参照本公开内容的实施方式，本公开内容的一个或多个示例示出于附图中。在以下对附图的描述中，相同参考数字指示相同部件。仅描述了相对于个别实施方式的差别。每个示例以解释本公开内容的方式而提供并且不意味为本公开内容的限制。此外，被示出或描述为一个实施方式的部分的特征可用于另一实施方式或与另一实施方式结合以产生又一实施方式。描述意欲包括这样的调整和变化。
本公开内容提供了圆柱形的溅射阴极，圆柱形的溅射阴极具有一个单一整合的磁控管(magnetron)，整合的磁控管具有两个、三个或四个磁体，两个、三个或四个磁体经构造以在靶材表面的相对两侧上产生磁场。特别地，相同单独磁体在靶材表面的相对侧上产生相同的场。这克服了由两个单独的磁控管提供的在相同靶材材料表面上具有两个单独等离子体跑道的缺点。特别地，使这两个场具有完全相同强度是有挑战性的。较强的场将具有较高的溅射速率而导致侧对侧厚度不均匀性，侧对侧即基板对基板。本公开内容的实施方式可在圆柱形的溅射阴极的两侧上提供大体上相同的溅射速率。
此外，用于溅射圆柱形的靶材两侧的整合的磁体组件同时可减少或甚至防止圆柱形的靶材因圆柱形的靶材中的温度梯度而弯曲。沉积在基板上的层的厚度的均匀性可被改善。可使用双向溅射沉积源来同时涂覆提供在溅射沉积源的相对侧上的两个基板。处理系统(诸如溅射沉积系统)产量可被提高。此外，相较例如用于同时处理两个基板的两个单独的溅射沉积源来说，双向溅射沉积源使用真空腔室和工厂内的较少安装空间。
图1a示出根据本文所述的实施方式的经构造以用于在基板上溅射沉积的设备100的示意性俯视图。设备100可被称为“溅射沉积源”或“双向溅射沉积源”。
设备100包括圆柱形的溅射阴极110和磁体组件120，圆柱形的溅射阴极110可围绕旋转轴线而旋转，磁体组件120经构造以提供第一等离子体跑道130和第二等离子体跑道140，特别是在圆柱形的溅射阴极110的相对侧上。磁体组件120包括二个、三个或四个磁体。在图1a的示例中，磁体组件120包括三个磁体，例如第一磁体122和一对第二磁体。第一磁体122包括一个或多个第一子磁体，或由一个或多个第一子磁体组成。第二磁体中的每个包括一个或多个第二子磁体，或由一个或多个第二子磁体组成。在一些应用中，第一磁体122可以是第一磁体组，并且第二磁体中的每个可以是第二磁体组。特别地，第一磁体122和一对第二磁体中的每个可以是许多单独磁体的相应磁体组件，许多单独磁体的相应磁体组件可紧密地组装在一起以形成为一个磁体(从所形成的磁场看)。第一磁体122和一对第二磁体经构造以用于产生第一等离子体跑道130和第二等离子体跑道140两者，第一等离子体跑道130在圆柱形的溅射阴极110的外侧，第二等离子体跑道140在圆柱形的溅射阴极110的外侧。也换句话说，第一磁体122和一对第二磁体中的每个参与产生两个等离子体跑道。在一些应用中，磁体组件120经构造以提供关于旋转轴线大体上对称的第一等离子体跑道130和第二等离子体跑道140。
三个磁体例如各具有两个磁极并且包括第一磁体122和一对第二磁体，三个磁体各产生大体上相同的磁场于圆柱形的溅射阴极110的两侧上。在圆柱形的溅射阴极110的两侧上的溅射表现可实现为大体上相同的。特别地，在两侧上的溅射速率可大体上相同，使得在两个同时被涂覆的基板上的特性(例如层厚度)可大体上相同。
根据本公开内容磁体(也就是磁体组件的二、三或四个磁体)的数量可使用垂直于旋转轴线的磁体组件的横截面平面限定。特别地，所述平面可提供于沿着旋转轴线的磁体组件和/或圆柱形的溅射阴极的中央部分处。作为示例，中央部分可提供于磁体组件的第一端(例如顶部)和第二端(例如底部)之间。参照图3a，平面以参考数字“2”标示。在图1a的示例中，一对第二磁体例如是第一磁体单元124和第二磁体单元126，虽然该对第二磁体可使用如参照图3c说明的一个或多个磁体连接装置连接于这对第二磁体的端部，但是磁体的数量是三个。
圆柱形的溅射阴极110包括圆柱靶材并且可选地包括背管。圆柱靶材可设于背管上，背管可以是圆柱形、金属的管。圆柱靶材提供待沉积于基板上的材料。在圆柱形的溅射阴极110中可提供用于冷却介质的空间112，冷却介质例如循环水。
圆柱形的溅射阴极110围绕旋转轴线可旋转。旋转轴线可以是圆柱形的溅射阴极110的圆柱轴。术语“圆柱”可理解为具有圆形底部形状和圆形顶部形状和连接上圆与小下圆的弯曲表面区域或壳。包括第一磁体122和一对第二磁体的单一磁体组经构造以用于产生磁场于圆柱形的溅射阴极的两(例如相对)侧上，以产生等离子体跑道，圆柱形的溅射阴极的两(例如相对)侧例如弯曲表面区域或壳的两侧。
具有磁体组件120的圆柱形的溅射阴极110可提供来用于沉积层的磁控溅射。如本文所使用，“磁控溅射(magnetronsputtering)”指使用磁控管执行的溅射，磁控管也就是磁体组件120，换言之是能够产生磁场的单元。磁体组件120经构造而使得自由电子被捕获于所产生的磁场中。磁场提供等离子体跑道于靶材表面上。如本公开内容通篇使用的术语“等离子体跑道(plasmaracetrack)”可理解为在靶材表面处或接近靶材表面提供的电子陷阱(trap)或磁场电子陷阱的含义。特别地，穿过圆柱形的溅射阴极110的磁场线导致电子被限制在靶材表面的前方，使得大量的离子和因此的等离子体由于电子高度集中而产生。等离子体跑道也可称为“等离子体区域”。
本公开内容的等离子体跑道应与跑道槽(racetrackgrooves)有所区别，跑道槽可在使用平面磁控管时产生。跑道槽的存在限制靶材消耗。当使用旋转的圆柱靶材时，由于运动，没有对应于磁体构造的跑道槽形成于旋转靶材表面中。如此一来，可达成高的靶材材料利用率。
在溅射期间，具有靶材的圆柱形的溅射阴极110围绕包括第一磁体122和一对第二磁体的磁体组件120旋转，该对第二磁体例如是第一磁体单元124和第二磁体单元126。特别地，第一磁体单元124和第二磁体单元126形成一对第二磁体。各第一磁体单元124和第二磁体单元126可包括一个或多个第二子磁体，或由一个或多个第二子磁体组成。第一等离子体跑道130和第二等离子体跑道140可大体上相对于磁体组件120静止。第一等离子体跑道130和第二等离子体跑道140在圆柱形的溅射阴极110旋转时扫过靶材的表面。圆柱形的溅射阴极110和靶材在等离子体跑道下方旋转并且/或者旋转经过等离子体跑道。
根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式，设备100提供第一等离子体跑道130和第二等离子体跑道140，其中第二等离子体跑道140大体上位于圆柱形的溅射阴极110的相对侧上。特别地，第一等离子体跑道130和第二等离子体跑道140对称地提供于圆柱形的溅射阴极110的两个相对侧上。
例如是第一等离子体跑道130和/或第二等离子体跑道140的每一个的等离子体跑道可各形成一个单一邻接等离子体区域。虽然图1a示出第一等离子体跑道130和第二等离子体跑道140中的每一个的两个部分，个别跑道的两个部分通过弯曲部分在跑道的端连接来形成单一的等离子体区域或单一等离子体跑道(见例如图3b)。因此，图1a示出两个等离子体跑道。
两个等离子体跑道均由具有第一磁体122和一对第二磁体的一个磁体组件120形成。因此，第一磁体122参与第一等离子体跑道130和第二等离子体跑道140的产生。类似地，该对第二磁体也参与第一等离子体跑道130和第二等离子体跑道140的产生。具有第一磁体122和一对第二磁体的磁体单元可彼此相邻，使得第一磁体122在一对第二磁体之间。
根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式，第一磁体122具有第一磁极和第二磁极，第一磁极在第一等离子体跑道130的方向中，第二磁极在第二等离子体跑道140的方向中。第一磁极可以是磁南极，并且第二磁极可以是磁北极。在其他实施方式中，第一磁极可以示磁北极，并且第二磁极可以是磁南极。一对第二磁体可具有在第一等离子体跑道130的方向中的第二磁极(例如南极或北极)，和在第二等离子体跑道140的方向中的第一磁极(例如北极或南极)。
因此，三个磁体的每一个可由一个或多个子磁体组成，三个磁体形成两个磁控管，一个磁控管形成第一等离子体跑道130，一个磁控管形成第二等离子体跑道140。共用磁体给两个等离子体跑道减少在第一等离子体跑道130和第二等离子体跑道140中可能发生的差异，这可能在如果两个磁控管由两个独立的磁环(magneticloops)形成时发生。箭头131示出在第一等离子体轨道130中的等离子体的离子轰击之后而从靶材材料射出的材料的主方向。箭头141示出在第二等离子体跑道140中的等离子体的离子轰击之后而从靶材材料射出的材料的主方向。
根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式，磁体组件120是在圆柱形的溅射阴极110中静止的。静止的磁体组件限定静止的等离子体跑道，例如是第一等离子体跑道130和第二等离子体跑道140。静止的等离子体跑道可面对个别的基板。术语“静止的等离子体跑道”理解为等离子体跑道不与圆柱形的溅射阴极110一起围绕旋转轴线旋转的含义。特别地，等离子体跑道不相对于磁体组件120移动。此外，靶材旋转于两个等离子体跑道下方并且/或者旋转经过两个等离子体跑道。
图1b示出图1a的设备100的磁体组件120的示意图。二个、三个或四个磁体例如是第一磁体122和/或一对第二磁体，二个、三个或四个磁体可以是永磁体。此外，第一磁体122和/或第二磁体对可由一个或多个子磁体组成。
一对第二磁体包括两个或更多个第二磁体，例如是第一磁体单元124和第二磁体单元126。第一磁体122可设置于第一磁体单元124和第二磁体单元126之间。特别地，第一磁体单元124和第二磁体单元126可设置于第一磁体122的相对侧上。这对第二磁体可在第一磁体122周围对称地构造。
根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式，一对第二磁体中的每个第二磁体(例如是第一磁体单元124和第二磁体单元126)包括第一磁极和第二磁极，第二磁极相对于第一磁极。该对第二磁体中的第一磁极朝向第一等离子体跑道取向，并且该对第二磁体中的第二磁极朝向第二等离子体跑道取向，或反之亦然。作为示例，第一磁极可以是磁北极，第二磁极可以是磁南极。在其他示例中，第一磁极可以是磁南极，第二磁极可以是磁北极。
根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式，第一磁体122包括第一磁极及第二磁极，第二磁极相对于第一磁极，其中第一磁体的第一磁极朝向第二等离子体跑道取向，第一磁体的第二磁极朝向第一等离子体跑道取向，或反之亦然。作为示例，第一磁极可为以是磁北极，第二磁极可以是磁南极。在其他示例中，第一磁极可以是磁南极，第二磁极可以是磁北极。
第一磁体122具有第一宽度w1和第一长度l1。第一长度l1可于从第一磁体122的第一磁极延伸至第二磁极的第一方向中测量。第一宽度w1可于垂直于第一方向的第二方向中测量。一对第二磁体(例如是第一磁体单元124和第二磁体单元126)中的每个第二磁体具有第二宽度w2和第二长度l2。第二长度l2可以在从一对第二磁体中的第一磁极延伸至第二磁极的第一方向中测量。第二宽度w2可以在垂直于第一方向的第二方向中测量。第一长度l1、第二长度l2、第一宽度w1和第二宽度w2可大体上垂直于圆柱形的溅射阴极的旋转轴线而限定。
根据一些实施方式，第二长度l2小于第一长度l1。作为示例，第二长度l2可以小于第一长度l1的90％，特别是小于80％，并且更特别是小于70％。附加地或选择地，第二宽度w2小于第一宽度w1。作为示例，第二宽度w2可小于第一宽度w1的90％，特别是小于80％，并且更特别是小于70％。根据本文所述的实施方式，第一长度l1和第二长度l2大于圆柱形的溅射阴极110的内半径。
虽然图1b示出具有三个磁体的特定磁体构造，特定磁体构造可具有示例性的长度和宽度关系，应理解的是，本公开内容不限于此。具有两个、三个及四个磁体的其他可能的磁体构造示出于图2a-图2c中。
图2a-图2c示出根据本文所述其他实施方式的磁体组件的示意图。图2a-图2c的磁体构造可提供大体上相同的磁场结果于阴极的两侧上，因为只有两个磁环并且每个磁环出现在阴极的两侧上。磁通线示出于附图中。
图2a示出包括四个磁体或由四个磁体组成的磁体组件200的示意图，四个磁体各具有两个极和一个或多个子磁体，其中四个磁体经构造以用于产生第一等离子体跑道和第二等离子体跑道两者。各磁体的两个极分别示出于虚线的上侧和下侧。磁体组件200具有一对第一磁体202和一对第二磁体。该对第二磁体具有第一磁体单元206和第二磁体单元208，第一磁体单元206和第二磁体单元208设于一对第一磁体202的相对侧上。此对第一磁体202包括两个磁体203或磁体组，磁体组各具有一个或多个子磁体。也就是说，不像图1a和图1b的示例中所示，第一磁体由两个磁体组成，而不是由一个磁体组成。
图2b示出于圆柱形的溅射阴极110中具有三个磁体的磁体组件220的示意图，三个磁体也就是第一磁体222和一对第二磁体。根据一些实施方式，第一磁体222和一对第二磁体中的每个磁体可具有大体上相同的长度。一对第二磁体具有第一磁体单元226和第二磁体单元228，第一磁体单元226和第二磁体单元228设于第一磁体222的相对侧上。磁体组件220包括一个或多个(例如定形的(shaped)或非定形的)磁极片(polepiece)。根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式，一个或多个磁极片可由具有高磁导率(permeability)的材料制成。
在一些应用中，一个或多个第一磁极片230可设置于第一磁体222处。作为示例，一个或多个第一磁极片230例如是两个第一磁极片，可设于第一磁体222的各极端处。特别地，一个或多个第一磁极片230可设于圆柱形的溅射阴极110的内表面和第一磁体222的各极或极端之间的位置。根据一些实施方式，一个或多个第一磁极片230可以是定形的磁极片。作为示例，面对圆柱形的溅射阴极的内表面的一个或多个第一磁极片230的区域可具有大体上对应于圆柱形的溅射阴极110的内表面形状的形状。
一个或多个第二磁极片232可设于一对第二磁体处。作为示例，一个或多个第二磁极片232例如是一个磁极片，可设于各第二磁体的各极端，第二磁体例如是第一磁体单元226和第二磁体单元228。特别地，一个或多个第二磁极片232可设于圆柱形的溅射阴极110的内表面和第二磁体的各极或极端之间的位置。在一些应用中。一个或多个第二磁极片232可以是定形的磁极片。作为示例，面对圆柱形的溅射阴极110的内表面的一个或多个第二磁极片232的区域可具有大体上对应于圆柱形的溅射阴极110的内表面形状的形状。
参照图2c，根据本公开内容的其他方面，提供一种经构造以用于在基板上的溅射沉积的设备。设备包括圆柱形的溅射阴极110和磁体组件240，圆柱形的溅射阴极110围绕旋转轴线而旋转，磁体组件240在圆柱形的溅射阴极110中，并且经构造以提供第一等离子体跑道和第二等离子体跑道于圆柱形的溅射阴极110的相对侧上。磁体组件240包括两个磁体242，或由两个磁体242组成，两个磁体242各具有两极和一个或多个子磁体，其中两个磁体242经构造以用于产生第一等离子体跑道和第二等离子体跑道两者。各磁体的两极分别示出于图2c中的虚线的左侧和右侧上。
在一些应用中，磁体组件240包括一个或多个磁极片。在一些应用中，一个或多个第一磁极片244例如是一个第一磁极片，可设于两个磁体242的每一个面对圆柱形的溅射阴极110的内表面的侧处。特别地，一个或多个第一磁极片244可设于圆柱形的溅射阴极110的内表面和两个磁体242的每一个之间的位置。根据一些实施方式，一个或多个第一磁极片244可以是定形的磁极片。
一个或多个第二磁极片246可设于两个磁体242之间。作为示例，两个第二磁极片可设于两个磁体242之间。两个第二磁极片可彼此分开，使得缝隙提供于两个第二磁极片之间。
图3a示出图1a的设备100的截面侧视图。圆柱形的溅射阴极110围绕旋转轴线1可旋转。旋转轴线1可以是圆柱形的溅射阴极110的圆柱轴。在垂直于旋转轴线1的中心平面3中，磁体组件具有三个磁体，也就是第一磁体122和一对第二磁体。第一磁体122和一对第二磁体可关于圆柱形的溅射阴极110的旋转轴线1对称。在一些应用中，圆柱形的溅射阴极110的旋转轴线1是大体上竖直的旋转轴线。当涉及旋转轴线1的取向时，“大体上竖直”具体地理解为允许从竖直方向或取向的±20°或以下，例如±10°或以下的偏差。然而，此轴取向视为大体上竖直，而不同于水平取向。
根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式，第一磁体122位于圆柱形的溅射阴极110的中心。作为示例，第一磁体122可位于圆柱形的溅射阴极110的中心，并且例如是第一磁体单元124和第二磁体单元126的第二磁体可设于圆柱形的溅射阴极110中偏离中心的位置。
图3b示出经构造以用于基板上的溅射沉积的具有等离子体跑道于设备的侧上的设备100的示意性侧视图。图3b示例性示出在圆柱形的溅射阴极110的侧上第一等离子体跑道130。
等离子体跑道形成一个单一的等离子体区域。等离子体跑道的两个竖直部份通过最小长度的水平部分在等离子体跑道的端处连接，以形成单一邻接等离子体区域或单一等离子体跑道。等离子体跑道形成环(loop)或环体(torus)，延伸于靶材表面上方。在水平方向中最小化跑道长度的优点是因为此处有过多的靶材侵蚀，而导致在基板的顶部和底部区域有较厚的沉积，以及缩短靶材寿命。
根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式，第一等离子体跑道和第二等离子体跑道连接，以形成一个单一等离子体跑道，特别是在溅射沉积工艺期间。作为示例，第一等离子体跑道和第二等离子体跑道各具有如图3b中所示的形状，其中环或环体于某点连接，以提供单一等离子体跑道。连接第一等离子体跑道和第二等离子体跑道可进一步改善第一等离子体跑道和第二等离子体跑道的对称。
图3c示出根据本文所述其他实施方式的经构造以用于基板上的溅射沉积的设备100’的截面侧视图。图3c的设备100’类似于参照图3a说明的设备，相似或相同方面的说明不再重复。
根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式，设备100’包括一个或多个磁体连接装置。一个或多个磁体连接装置经装配以连接磁体组件的二、三或四个磁体的两个磁体的端部。作为示例，一个或多个磁体连接装置经装配以连接一对第二磁体的端部。特别地，一个或多个第一磁体连接装置128可装配以连接或桥接(bridge)第一磁体单元124和第二磁体单元126的第一端部，例如顶部。一个或多个第二磁体连接装置129可装配以连接或桥接第一磁体单元124和第二磁体单元126的第二端部，例如底部。一个或多个磁体连接装置经装配以影响和/或塑形(shape)由磁体组件提供的磁场，例如以分别提供第一等离子体跑道和第二等离子体跑道的弯曲端部，如图3b中所示。
在一些应用中，一个或多个磁体连接装置和由一个或多个磁体连接装置连接的两个磁体可为一体成形。特别地，一个或多个磁体连接装置和二个磁体可由单件材料制成。在其他应用中，一个或多个磁体连接装置可以是由例如是铁制成的单独的磁极片。
根据一些实施方式，一个或多个磁体连接装置可具有弯曲形状。然而，本公开内容不限于此，并且一个或多个磁体连接装置可具有其他适合连接两个磁体的形状，连接两个磁体例如是连接第一磁体单元124和第二磁体单元126的端部。
图3d示出根据本文所述再其他实施方式的经构造以用于在基板上溅射沉积的设备的局部的截面侧视图。设备类似图3c中所示的设备，不同之处在于一个或多个磁体连接装置的结构。此外，图3d的设备的磁体具有类似于参照图2a和/或图2b说明的设备的磁体的极结构的极结构，相似或相同方面的说明不再重复。
根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式，一个或多个磁体连接装置的至少一个磁体连接装置包括两个或更多个磁体连接单元328。两个或更多个磁体连接单元328可构造以连接或桥接第一磁体单元124和第二磁体单元126的端部。虽然在图3d中示出上磁体连接装置，可提供具有两个或更多个磁体连接单元的下磁体连接装置。在图3d的设备中，跑道端可利用进入和离开图纸平面的极化(polarization)方向形成。
图3e示出根据本文所述其他实施方式的经构造以用于基板上的溅射沉积的设备100”的截面侧视图。在图3e的设备100”中，跑道端可使用面对/相对(opposing)的磁体形成，其中极化方向在图纸平面中。图3e的设备100”的磁体可具有类似于参照图2c说明的设备的磁体的极结构的极结构，相似或相同方面的说明不再重复。
根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式，设备100”包括第一磁体122”、第二磁体124”和一个或多个磁体连接装置。第一磁体122”和第二磁体124”可关于旋转轴线1大体上对称地构造。特别地，第一磁体122”和第二磁体124”可于圆柱形的溅射阴极110中位于偏离中心的位置。
一个或多个磁体连接装置经装配以连接第一磁体122”和第二磁体124”的端部。作为示例，一个或多个第一磁体连接装置128”可装配以连接或桥接第一磁体122”和第二磁体124”的第一端部，例如顶部。一个或多个第二磁体连接装置129”可装配以连接或桥接第一磁体122”和第二磁体124”的第二端部，例如底部。
第一磁体122”具有第一极和第二极。如图3e中所示，第一磁体122”的第一极(例如北极)可位于虚线左侧上，第一磁体122”的第二极(例如南极)可位于虚线右侧上。类似地，第二磁体124”具有第一极和第二极。如图3e中所示，第二磁体124”的第一极(例如北极)可位于虚线右侧上，第二磁体124”的第二极(例如南极)可位于虚线左侧上。
在一些应用中，一个或多个磁体连接装置和由一个或多个磁体连接装置连接的两个磁体可一体成形。特别地，一个或多个磁体连接装置、第一磁体122”和第二磁体124”可由单件材料制成。在其他应用中，一个或多个磁体连接装置可以是单独的单元，包括磁性材料(例如第一磁体122”和第二磁体124”的材料)和/或高磁导率的材料，高磁导率的材料例如铁。
根据一些实施方式，一个或多个磁体连接装置可具有弯曲形状。然而，本公开内容不限于此，并且一个或多个磁体连接装置可具有其他适合连接两个磁体的形状，连接两个磁体例如是连接第一磁体122”和第二磁体124”的端部。
在一些应用中，设备100”包括一个或多个磁极片，例如是一个或多个第一磁极片127”(例如一个或多个外磁极片)和/或一个或多个第二磁极片125”(例如一个或多个内磁极片)。一个或多个磁极片可以相似于或相同于图2c中所示的磁极片装配。一个或多个第二磁极片125”可位于第一磁体122”和第二磁体124”之间。一个或多个第一磁极片127”可位于第一磁体122”和/或第二磁体124”与圆柱形的溅射阴极110之间。作为示例，一个或多个第一磁极片127”可至少部分地围住第一磁体122”(例如第一磁体122”的外表面)、第二磁体124”(例如第二磁体124”的外表面)和一个或多个磁极片(例如一个或多个磁极片的外表面)中的至少其中一者。
图4a-图4c示出经构造以用于基板上的溅射沉积的设备100的示意性侧视截面图。
有关于圆柱形的溅射阴极110和/或靶材，在圆柱形的溅射阴极110和/或靶材中的直线度误差(straightnesserror)随着圆柱形的溅射阴极110旋转而边对边中和(见图4b：圆柱形的溅射阴极110相较于图4a旋转180°)。然而，由于磁体组件120是静止的，特别是当圆柱形的溅射阴极110围绕磁体组件120旋转时，磁体组件120直线度误差没有中和。特别地，磁体组件120是固定的，所以磁体表面和靶材表面之间在端处和在中心处的缝隙的差异最为夸张。端缝隙由轴承相等的控制。也就是说，于磁体组件120与圆柱形的溅射阴极110和/或靶材中的直线度误差产生从圆柱形的溅射阴极110和/或靶材的中心至端的缝隙差。
溅射沉积源的弯曲可特别是发生在单一方向溅射沉积源中。特别地，由于溅射沉积源中的温度梯度，可能发生弯曲。作为示例，在单一方向溅射沉积源中，等离子体跑道仅在溅射沉积源的一侧上。等离子体边对边不对称地加热溅射沉积源。这导致在溅射沉积源中的不均匀温度分布，而又造成有差别的热膨胀并且可能发生溅射沉积源的成形(formation)/弯曲。关于具有多于一个的独立磁控管的溅射沉积源来说，使溅射沉积源的相对侧上的两个磁场具有严格相同的强度是有挑战性的。这可能还导致在溅射沉积源中的不均匀温度分布和溅射沉积源的弯曲。
上述关于磁体组件弯曲的缺点可通过本公开内容克服。一个单一结合的磁控管设于双向溅射沉积源中，以于靶材表面的各侧上产生磁场。特别地，相同的独立磁体在靶材表面的各侧上产生相同的场。可减少或甚至避免溅射沉积源的弯曲，如图4c中所示。靶材直线度误差可如上所述边对边中和。
图5示出根据本文所述实施方式的用于同时处理两个基板的设备100的示意性俯视图，设备100是双向溅射沉积源。
图5示出设于设备100的相对侧上的两个基。特别地，设备100设于两个基板10之间。根据一些实施方式，在溅射沉积工艺期间，基板10于传送方向2中移动通过设备100。作为示例，两个基板均可于相同的传送方向中移动。在其他实施方式中，基板可于相反的传送方向中移动。两个基板10的传送方向可大体上彼此平行。
两个基板10以源自第一等离子体跑道130和第二等离子体跑道140的来自设备100的靶材的材料进行涂覆。特别地，一个或多个基板可移动通过设备100的第一侧，以由源自第一等离子体跑道130的材料进行涂覆。一个或多个基板可移动通过设备100的相对于第一侧的第二侧，以由源自第二等离子体跑道140的材料进行涂覆。第一侧和第二侧是设备100的相对侧。
在一些实施方式中，磁体组件120于圆柱形的溅射阴极110中是静止或不移动的，特别是在溅射沉积工艺期间。根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式，磁体组件120经装配以提供相对于基板表面不垂直的第一等离子体跑道130和第二等离子体跑道140中的至少一个，材料将沉积于所述基板表面上。磁体组件120并且特别是第一磁体122和一对第二磁体可相对于基板表面倾斜。特别地，磁体组件120的对称线可不垂直于基板表面。溅射方向相对于基板10成角度，以避免或减少在例如是基板的前缘(leading)或后缘(tailing)上的沉积。
图6示出根据本文所述实施方式的经构造以用于基板上的溅射沉积的系统600的示意图。系统600包括真空腔室601和根据本文所述实施方式的在真空腔室601中的一个或多个设备640，一个或多个设备640例如双向溅射沉积源。系统600可经构造以用于同时溅射沉积于两个或更多个基板上。
根据一些实施方式，可提供用于在单一真空腔室中的层沉积的一个单一真空腔室，单一真空腔室例如是真空腔室601。具有一个单一真空腔室的结构在直列(in-line)处理设备中可为有益的，直列处理设备例如用于动态沉积。可选地具有不同区域的一个单一真空腔室不包括用于真空腔室的一个区域相对于真空腔室的另一区域的真空紧密密封。在其他应用中，其他腔室可相邻于真空腔室601提供。真空腔室601可与相邻腔室通过阀分隔，阀可具有阀壳体和阀单元。
在一些实施方式中，可通过产生技术真空和/或置入处理气体于真空腔室601中的沉积区域中而独立控制真空腔室601中的气氛，产生技术真空例如利用连接于真空腔室601的真空泵。根据一些实施方式，工艺气体可包括惰性气体和/或反应气体，惰性气体例如是氩，反应气体例如是氧、氮、氦和氨(nh3)、臭氧(o3)或诸如此类。
根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式，真空腔室601包括第一沉积区域610和第二沉积区域620，其中一个或多个设备640设于第一沉积区域610和第二沉积区域620之间。作为示例，一个或多个设备640可设于第一沉积区域610和第二沉积区域620之间的中间区域630。第一沉积区域610可提供于一个或多个设备640的第一侧处，第二沉积区域620可提供于一个或多个设备640的第二侧处，第二侧相对于第一侧。
在一些应用中，真空腔室601可包括一个或多个装载锁定件(loadlock)，例如是经构造以用于通往第一沉积区域610的第一装载锁定件614与第二装载锁定件616，和经构造以通往第二沉积区域620的第三装载锁定件624与第四装载锁定件626。基板可移动至真空腔室601中和离开真空腔室601，并且使用一个或多个装载锁定件可选地移动至相应的沉积区域中和离开相应的沉积区域。
一个或多个设备640可包括第一溅射沉积源642、第二溅射沉积源644和第三溅射沉积源646。然而，本公开内容不限于此，并且可提供任何合适数量的设备，例如少于三个或多于三个的设备。在一些应用中，一个或多个设备640可连接于ac电源(未示出)，使得可以交替配对的方式给一个或多个设备640动力。然而，本公开内容不限于此，并且一个或多个设备640可经构造以用于dc溅射，或ac和dc溅射的组合。
在一些应用中，系统600包括一个或多个基板传送路径，延伸通过真空腔室601。作为示例，第一基板传送路径612可延伸通过第一沉积区域610，第二基板传送路径622可延伸通过第二沉积区域620。第一基板传送路径612和第二基板传送路径622可大体上平行于彼此延伸。
基板10可位于相应的载体上。载体20可经构造以用于沿着一个或多个基板传送路径或沿着在传送方向2延伸的传送轨道的传送。例如在真空沉积工艺或层沉积工艺期间，各载体经构造以支撑基板，真空沉积工艺或层沉积工艺例如是溅射工艺或动态溅射工艺。载体20可包括板或框架，经构造以例如使用由板或框架提供的支撑表面来用于支撑基板10。可选地，载体20可包括一个或多个保持装置(未示出)，经构造以用于在板或框架处保持基板10。一个或多个保持装置可包括机械、静电、电动(范德华(vanderwaals))、电磁和/或磁性装置的至少一种，例如是机械和/或磁性夹。
在一些应用中，载体20包括静电卡盘(electrostaticchuck，e-chuck)，或载体20是静电卡盘。静电卡盘可具有支撑表面，用于在支撑表面上支撑基板10。在一个实施方式中，静电卡盘包括电介质主体，具有电极嵌入于电介质主体中。电介质主体可由电介质材料制造，较佳地以高热导率电介质材料制造，高热导率电介质材料例如是热解氮化硼(pyrolyticboronnitride)、氮化铝、氮化硅、氧化铝(alumina)或等效的材料。电极可耦接于电源，电源提供电力至电极，以控制夹持力。夹持力是静电力，作用于基板10上，以固定基板10于支撑表面上。
在一些应用中，载体20包括电动夹盘或壁虎夹盘(geckochuck，g-chuck)，或是电动夹盘或壁虎夹盘。壁虎夹盘可具有支撑表面，用于在支撑表面上支撑基板。夹持力是电动力，作用于基板10上，以固定基板10于支撑表面上。
根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式，载体20经构造以用于在大体上竖直取向中支撑基板10，特别是在溅射沉积工艺期间。如本公开内容通篇所使用的，“大体上竖直的”特别是在涉及基板方向时被理解为允许与竖直方向或取向有±20°或以下、例如±10°或以下的偏差。例如因为具有从竖直方向的一些偏差的基板支撑件可能产生更稳定的载体和/或基板位置，所以可提供此偏差。此外，当基板向前倾斜时，更少的颗粒到达基板表面。然而，例如在溅射沉积工艺期间，基板取向视为大体上竖直的，大体上竖直的视为不同于水平的基板取向，水平基板取向可视为±20°或以下的水平。
根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式。系统600经构造以用于基板上的动态溅射沉积。动态溅射沉积工艺可理解为在溅射沉积工艺进行时，基板10沿着传送方向2移动通过沉积区域的溅射沉积工艺。也就是说，基板10在溅射沉积工艺期间不是静止的。
在一些应用中，系统600是直列处理系统，例如用于动态溅射的系统，特别是用于动态竖直溅射的系统。直列处理系统可提供对基板10的均匀处理，基板10例如大面积基板，例如是矩形玻璃板。例如是一个或多个双向溅射沉积源的处理器械主要沿着一个方向(例如竖直方向)延伸，并且基板10于第二、不同的方向(例如可为水平方向的传送方向)移动。
用于动态溅射沉积的设备或系统例如是直列处理设备或系统，具有在一个方向的处理均匀性仅受限于以恒定速度移动基板10并且保持一个或多个溅射沉积源稳定的能力的优点，处理均匀性例如层均匀性。直列处理系统的沉积工艺由基板10经过一个或多个溅射沉积源的移动确定。对于直列处理系统来说，沉积区域或沉积面积可以是用于处理例如大面积矩形基板的大体上线性面积。沉积区域可以是区域或面积，用于沉积于基板10上的沉积材料从一个或多个溅射沉积源射入所述区域或面积中。相较于此，对于静态处理设备来说，沉积区域或沉积面积会基本上对应于至少基板10的整个面积。
在一些应用中，相较于静态处理设备，例如针对动态沉积的直列处理系统的其他差异可通过动态直列处理系统可具有一个单一真空腔室，所述单一真空腔室可选地具有不同区域来阐明，不同区域例如是第一沉积区域610和第二沉积区域620，其中真空腔室601不包括用于真空腔室的一个区域相对于真空腔室的另一区域的真空紧密密封的装置。
根据一些实施方式，系统600包括磁性悬浮系统，用于在悬吊状态中保持载体20。可选地，系统600可使用磁性驱动系统，经构造以用于在传送方向2中移动或传送载体20。磁性驱动系统可与磁性悬浮系统整合在一起，或可提供作为单独的实体。
本文所述的实施方式可利用于在大面积基板上的蒸发，例如针对显示器制造。特别地，用于根据本文所述实施方式的结构和方法的基板或载体是大面积基板。例如，大面积基板或载体可以是第4.5代、第5代、第7.5代、第8.5代、或甚至是第10代，第4.5代对应于约0.67m2的基板(0.73mx0.92m)、第5代对应于约1.4m2的基板(1.1mx1.3m)、第7.5代对应于约4.29m2的基板(1.95mx2.2m)、第8.5代对应于约5.7m2的基板(2.2mx2.5m)、第10代对应于约8.7m2的基板(2.85mx3.05m)。例如是第11代或第12代的甚至是更高代和对应的基板面积可以类似的方式应用。
本文使用的术语“基板”应特别是包含硬或非柔性基板，例如玻璃板或金属板。然而，本公开内容不限于此，并且术语“基板”也可包含柔性基板，例如是腹板(web)或箔。根据一些实施方式，基板10可由任何适合于材料沉积的材料制成。例如，基板10可由选自群组的材料制成，群组由玻璃(例如钠钙玻璃、硼硅酸盐玻璃、和诸如此类)、金属、聚合物、陶瓷、复合材料、碳纤维材料、云母(mica)或任何其他材料或可由沉积工艺进行涂覆的材料的组合所组成。
图7示出根据本文所述实施方式的用于基板上的溅射沉积的方法700的流程图。方法700可利用根据本文所述实施方式的系统和设备，例如是双向溅射沉积源。
方法700包括于方框710中使用圆柱形的溅射阴极中的磁体组件产生第一等离子体跑道和第二等离子体跑道于例如是圆柱形的溅射阴极的相对侧上，磁体组件具有两个、三个或四个磁体，例如是第一磁体和一对第二磁体，用于产生第一等离子体跑道和第二等离子体跑道两者。方法可进一步包括以源自第一等离子体跑道和第二等离子体跑道的材料同时涂覆两个或更多个基板(方框720)。
根据本文所述的实施方式，用于在基板上溅射沉积的方法可使用计算机程序、软件、计算机软件产品和相关的控制器来执行，相关的控制器可具有与根据本文所述的实施方式的系统和设备的对应部件通信的cpu、存储器、用户界面、以及输入和输出装置。
本公开内容提供了圆柱形的溅射阴极，圆柱形的溅射阴极具有一个单一整合的磁控管，整合的磁控管具有两个、三个或四个磁体，两个、三个或四个磁体经构造以在靶材表面的相对两侧上产生磁场。特别地，相同单独磁体在靶材表面的相对侧上产生相同的场。这克服了由两个单独的磁控管提供的在相同靶材材料表面上具有两个单独等离子体跑道的缺点。特别地，使两个场具有完全相同强度是有挑战性的。较强的场将具有较高溅射速率而导致厚度不均匀性。本公开内容的实施方式可在圆柱形的溅射阴极的两侧上提供大体上相同的溅射速率。
另外，用于两侧的整合的磁体组件可防止因溅射沉积源中的侧对侧温差而造成的磁体组件弯曲。沉积在基板上的层的厚度的均匀性可被改善。可使用双向溅射沉积源来同时涂覆提供在溅射沉积源的相对侧上的两个基板。处理系统(诸如溅射沉积系统)产量可被提高。此外，相较例如用于同时处理两个基板的两个单独的溅射沉积源来说，双向溅射沉积源使用真空腔室和工厂内的较少安装空间。
虽然上述内容涉及本公开内容的实施方式，可在不脱离本公开内容的基本范围的情况下而设计本公开内容的其他或进一步实施方式，本公开内容的范围由随附的权利要求书确定。