具有互补斜边以于其间形成倾斜间隙的多靶材牌

摘要

可应用于靶组件中的靶材牌组由多靶材牌(30)组成，这些多靶材牌以一阵列的形式结合至一另一材料的背撑板(24)上。在该阵列中的这些靶材牌的边缘(32，34)具有互补斜边，以在这些靶材牌之间形成倾斜间隙(36)。这些间隙相对于该靶材法线倾斜一介于10度至55度之间的角度，较佳为15度至45度之间。对于垂直及倾斜间隙两者而言，这些靶材牌的面对侧可通过喷砂而被粗糙化。对于垂直及倾斜间隙两者而言，在间隙底下的该背撑板区域(48)可被粗糙化或可被涂覆或用一靶材材料的区域覆盖。

权利要求

1.一种包含多个具有溅镀材料的靶材牌的靶材牌组，所述靶材牌可被组合成一阵列，其相邻的靶材牌具有相邻边缘，所述相邻边缘被表面粗糙化并被倾斜成为互补角，以在相邻边缘之间形成一个或多个倾斜的间隙。

2.如权利要求1所述的靶材牌组，其特征在于，所述互补角的角度是在靶材牌主要表面的介于10度至55度的范围内。

3.如权利要求2所述的靶材牌组，其特征在于，所述角度范围是介于靶材牌主要表面的15度至45度之间。

4.如权利要求1所述的靶材牌组，其特征在于，所述经过表面粗糙化的边缘是由喷砂处理所形成的。

5.如权利要求1所述的靶材牌组，其特征在于，所述靶材牌大致为矩形的形状。

6.一种溅镀靶材，其至少包含一溅镀材料层，该溅镀材料层具有经过表面粗糙化的周边边缘。

7.如权利要求6所述的靶材，其特征在于，所述周边边缘是用喷砂来实施表面粗糙化。

8.如权利要求6或7所述的靶材，其特征在于，所述靶材为一单件式的靶材，而且该溅镀材料层是连续的。

9.如权利要求6或7所述的靶材，其特征在于，所述靶材为多件式靶材，而且该溅镀材料层是不连续的。

10.一种靶材组件，其至少包含：

一背撑板；及

多个靶材牌，结合至所述背撑板，其特征在于，所述靶材牌相面对的边缘形成一个或多个介于所述靶材牌之间的间隙，而且所述相面对的边缘是经过粗糙化。

11.如权利要求10所述的靶材组件，其特征在于，所述一个或多个间隙是垂直于所述靶材牌的主要表面。

12.如权利要求10所述的靶材组件，其特征在于，所述一个或多个间隙相对于所述靶材牌主要表面的法线，被倾斜一介于10度至55度范围内的角度。

13.一种靶材组件，其至少包含：

一背撑板，其包含一第一材料的一表面区域；

多个靶材牌，其包含一不同于所述第一材料的第二材料，和被结合至该背撑板上，其特征在于，所述靶材牌的相面对的边缘具有经过粗糙化的表面并形成一个或多个介于所述靶材牌之间的间隙；及所述第二材料之一或多个区域是设置在所述背撑板与所述一个或多个间隙之间。

14.如权利要求13所述的靶材组件，其特征在于，所述一个或多个区域从所述间隙横向地延伸至所述背撑板与所述靶材牌之间的中间区域。

15.如权利要求13或14所述的靶材组件，其特征在于，所述一个或多个区域包含一个或多个沉积在所述背撑板上的涂覆层。

16.如权利要求13或14所述的靶材组件，其特征在于，所述一个或多个区域包含一条带，其具有结合至所述背撑板的第二材料。

17.如权利要求13或14所述的靶材组件，其特征在于，所述一个或多个间隙是垂直于所述靶材牌的主要表面。

18.如权利要求13或14所述的靶材组件，其特征在于，所述一个或多个间隙是相对于所述靶材牌主要表面的法线，被倾斜一介于15度至45度范围内的角度。

19.一种靶材组件，其至少包含：

一背撑板；

多个靶材牌，结合至所述背撑板，而且所述靶材牌的相面对的边缘具有经过粗糙化的表面并形成一个或多个介于靶材牌之间的间隙，其特征在于，所述面向间隙的背撑板的一个或多个区域是经过选择性地粗糙化。

20.如权利要求19所述的靶材组件，其特征在于，所述一个或多个间隙垂直于所述靶材牌的主要表面。

21.如权利要求19所述的靶材组件，其特征在于，所述一个或多个间隙相对于所述靶材牌主要表面的法线，被倾斜一介于15度至45度范围内的角度。

22.一种溅镀方法，其至少包含以下步骤：

提供一等离子溅镀反应器，所述等离子溅镀反应器包括一支撑件；

将一靶材安装在所述反应器上与所述支撑件相对的位置处，所述靶材包含多个靶材牌，其具有将被溅镀的材料，其特征在于，相邻的所述靶材牌的所述靶材牌的相对边缘被表面粗糙化并被倾斜成互补角，以在相对边缘之间形成至少一倾斜的间隙；

将一基板放置在所述支撑件上；及

于所述溅镀反应器内激发一等离子，以将所述材料从所述靶材牌溅镀至所述基板上。

23.一种形成在一根据权利要求22所述方法溅镀的基板中的产物。

说明书

技术领域

本发明涉及材料的溅镀，特别是涉及由多个靶材牌所组成的溅镀靶材。

背景技术

溅镀，或被称为物理气相沉积(PVD)，为半导体集成电路制造中最为普遍的金属及相关材料层的沉积方法。溅镀目前被应用到以薄膜晶体管(TFT)为基础的平板显示器(FPD)的制造上。FPD典型地是制造在薄的玻璃板上。一层硅被沉积在该玻璃板上，而且通过电子集成电路制造中所已知的技术而在该硅层内或周围形成硅晶体管。在该玻璃板上形成的电子电路可用来驱动后续安设到该玻璃板上或被形成于该玻璃板上的光学电路，如液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)或等离子显示器。而其它种类的平板显示器则是以有机发光二极管(OLED)为基础。
尺寸成为电子集成电路与平板显示器之间及在两组用来制造它们的设备上最明显的差异。Demarary等人在第6,199,259号美国专利中公开了平板溅镀设备的区别特征，该专利的内容是通过引用结合于此。该设备最初是为了尺寸约为400毫米×600毫米的平板而设计的。由于平板显示器在尺寸上不断地增大，和只有在一单一玻璃板上制造多个显示器时才能产生经济效益，所以玻璃板的尺寸持续地加大。用来对最大尺寸为1.8米的基板实施溅镀的平板制造设备已经可以在市场上购得，而且目前已经在设计用来溅镀尺寸为2米×2米甚至更大的玻璃板，即基板的面积为40000平方厘米或更大的设备。
由于多种原因，用于平板溅镀的靶材通常是由一结合至一靶材背撑板的靶材溅镀层所形成，典型地是由铝、黄铜或钛制成。将一靶材层结合至一背撑板的传统方法是施加一铟结合层至两个板状构件中的一个上，然后在一高于铟的熔点156℃的温度下将它们压在一起。一最近发展出来的结合方法则使用一导电的弹性体或其它有机粘接剂，其可在一较低的温度下被施用和典型地在一高的但相对低温下被硬化。设在美国加州San Jose的Thermal Conductive Bounding公司可提供此种弹性体结合服务。Demarary等人在上述的美国专利中则已经公开高压锅结合。

发明内容

根据本发明的一个方面，多个靶材牌被结合到一背撑板上，和在相邻靶材牌的互补斜边之间形成有一倾斜的间隙。这些边缘相对于该靶材的正面的法线倾斜一介于10度至55度之间的角度，较佳为介于15度至45度之间。一位于该结合的靶材牌外周边的靶材牌边缘可被形成有一朝向这些靶材牌的中心的向外倾斜的边缘。
根据本发明的另一方面，这些靶材牌的斜边可通过，例如喷砂(bead blasting)处理而粗糙化。
根据本发明的另一方面，该背撑板在一间隙的底部将两个靶材牌分隔开来的部分可被选择性地粗糙化，同时让这些靶材牌底下的该背撑板的主要部分保持平滑并与这些靶材牌接触。
根据本发明的另一方面，该背撑板在靶材牌与靶材牌之间的间隙的底部的部分可被涂上一层靶材材料，或可在靶材牌结合之前铺设一靶材材料条带。

附图说明

图1为用来溅镀沉积于矩形基板上的一传统的等离子溅镀反应器的剖面示意图。
图2为由多个靶材牌结合至一背撑板上构成的传统溅镀靶材的平面图。
图3为本发明的溅镀靶材的一部分的剖面图，其包括了两个被一倾斜间隙分隔开来的靶材牌。
图4为一靶材牌的倾斜周边部分的剖面图。
图5为本发明的溅镀靶材的一部分的剖面图，其包括该背撑板的一被粗糙化的部分，或被涂布或被铺设在该背撑板的介于两个靶材牌之间的间隙的底部的一个面积上的一个区域。
附图标记说明
10  溅镀腔      12  真空腔
16  基座        18  平板
14  靶材        20  电源供应器
21  磁铁        22  靶材牌
24  背撑板      26  间隙
28  延伸部      30  靶材牌
32  侧边        34  侧边
36  间隙        38  正面
40  角落        44  侧壁
48  区域

具体实施方式

图1中是以剖面图的形式示意出一溅镀腔10，其包括一真空腔12；一靶材，其被密封但与电性接地的真空腔12电性隔绝；及一基座16，用来支撑一将被溅镀的平板18。该靶材包括将被溅镀到该平板18上的材料的一表面层。一氩气工作气体在毫托(mTorr)范围内的压力下被引入到该腔内。一电源供应器20将该靶材14电性地偏压至一数百伏特的负电压，造成该氩气放电成为一等离子。正电性的氩离子被吸引至该被负电性地偏压的靶材14，并从靶材14溅射出靶材原子。在许多应用中，一磁铁21扫描通过该靶材的背面，用以增强该等离子和提高溅镀率。某些靶材原子打击到该平板18，并在其表面上形成一薄的靶材原子的薄膜。该靶材14通常比将被溅镀涂覆的该平板18稍微大一些。用于平板的溅镀，使用大量的靶材材料，包括铝、铜、钛、钽、钼、铬、铟锡氧化物(ITO)，以及其它材料。
加大平板尺寸及加大靶材尺寸所产生的一个问题是在大尺寸下获得适当的品质的困难度。耐火物质，如铬，是特别困难的物质。此尺寸问题已经通过用多个靶材牌形成靶材溅镀层来加以解决。如在图2的平面图中所示，多个靶材牌22被设置在一背撑板24上，而且在这些靶材牌之间留有一预定的间隙26。这些靶材牌22接着会结合到该背撑板24。背撑板24在这些靶材牌22外面的大周边区域被用来将该靶材14支撑在该真空腔12上，及该背撑板24的一个或多个延伸部28延伸到该真空腔12的轮廓之外，用于为形成在该背撑板24内的冷却水通道及连接至偏压源的电子线路提供配管通道口。
在图2中所示的两个靶材牌的配置代表了最简单的靶材牌配置，两个靶材牌在一直线的阵列中，而且其间留有一单一间隙26。Demarary等人在上述的美国专利中公开了在一直线阵列中有数量N＞2的靶材牌，在该阵列中有(N-1)个间隙。Tepman在2004年7月9日提出申请的第10/888,383号美国专利申请中公开了二维的靶材牌阵列，其具有垂直及水平地延伸的间隙且彼此交叉。该阵列可以是一矩形阵列，如一砖墙般的交错排列的阵列，或包含鲱骨式(herringbone)样式的更复杂的二维阵列。虽然矩形靶材牌代表最简单的形状，但也可使用其它形状的靶材牌，像三角形及六角形的靶材牌形状及更为复杂的间隙配置。
介于靶材牌之间的间隙26必须被小心地设计及保持。一般而言，该间隙并没有填入其它材料，常规上，该粘接剂或除了该靶材材料之外的材料会在该间隙26的底部被外露出来。然而，如果该间隙或至少是间隙的一部分，被保持在小于约0.5至1.0毫米，则该溅镀等离子就无法进入该间隙中，因为该间隙小于该等离子暗区(darkspace)。因为没有等离子可进入到该间隙的底部，所以该背撑板不会被溅镀到。然而，从这些靶材牌被溅射出来的材料有被再沉积到这些靶材牌上的倾向。不过通常这并不是一个问题，因为被再沉积的材料被再度溅射出去的速率比其被再沉积的速率快，因而可以避免由品质较差的再沉积材料所构成的厚累积层所产生的问题。亦即，上靶材牌表面被保持的很干净。然而，被溅镀的材料也被再沉积到介于靶材牌之间的间隙中，虽然其速率因为几何形状的关系而较慢。然而，因为该等离子不会进入到在一被良好地操作的靶材上的间隙中，所以被溅镀的材料被再溅镀的速率并不会如在这些靶材牌的平面表面上般地高。亦即，被再沉积的材料会在该间隙的侧边及底部上累积至一相当的厚度。如果被再沉积的材料被累积到一很大的厚度的话，则被再沉积的材料会有剥落的倾向。剥落的材料为一粒子，如果它落在将被溅镀的平板或其它基板上的话，则会造成在被形成于该平板上的电子电路上的一个缺陷。减少再沉积及剥落微粒的一个方法为缩小间隙的宽度，例如，将间隙宽度缩小至介于0.3至0.5毫米之间。然而当要进一步缩小间隙宽度至0.1毫米时，会有制造该靶材组件及在温度循环期间保持间隙的操作困难。
本发明的一个实施例，被示于图3的剖面图中，靶材牌30结合至一不同材料，通常是钛材料的背撑板24上。这些靶材牌30的结合可通过施加一薄层的粘接剂来达成。该背撑板24有时是由多个层来形成，而且包括冷却管道，用以在溅镀操作期间将靶材保持在冷的状态。然而，在其它的应用中，该背撑板为一用其它方式冷却的整体构件。
根据本发明的一个方面，相邻的靶材牌30在相对的侧边32，34上被倾斜成互补角度，该二相对的侧边被一倾斜的间隙36所隔开，该倾斜的间隙相对于这些靶材牌30的正面38的法线倾斜一从这些靶材牌30的正面38的法线算起的介于10度至55度之间，较佳为介于15度至45度之间的角度θ。间隙36在垂直于这些斜边32，34的方向上的厚度被保持在0.3至0.5毫米。
此倾斜至少提供两个好处。从倾斜的间隙36的侧边32，34上剥落的任何的再沉积材料，如果不是已经在下靶材牌表面34上，则重力会将剥落的屑片保持在该下靶材表面34上，就是从上靶材牌上表面32剥落的屑片只会落在下靶材牌表面34上，而且会被保持在该下靶材表面34上。然而，后者的情况并不适用于靠进正面38的一小范围。进一步，间隙36介于靶材牌30的主要溅镀表面38与背撑板24之间的总长度会增加。因此，等离子可保持在离该背撑板24更远处。其它角度也可具有本发明的优点。然而，较小的θ角度会减小上述的两种好处，而一较大的θ角度却又因为实质上的重迭及尖锐的角落的关系而很难操作。尖锐的角落可形成为稍微圆角化的角落40，然而圆角化会减损上述的两种好处。另一有利的效果为，当该倾斜的倾斜间隙的厚度可被保持在0.3至0.5毫米和对等离子暗区有完全的效用时，沿着该等离子面的方向的间隙厚度增大cotθ(余切)倍，因此减轻组装及移动的问题。
根据本发明的另一个方面，靶材牌30的相对的侧边32，34被喷砂或以其它方式粗糙化，较佳是在结合之前实施。因此，任何被再沉积于该相对侧边32，34上的溅镀物质能够被更佳地粘着到靶材牌30的侧边上，用以减少或延迟剥落。喷砂可通过将二氧化硅或碳化硅的坚硬的颗粒注入到指向该靶材牌的高压空气流中，来将靶材牌的表面粗糙化至300至500微英寸的粗糙度。
在另一方面，靶材牌30的周边边缘，亦即，该边缘没有面向间隙36对面的另一靶材牌30，较佳是如图4的剖面图所示，被倾斜以形成一侧壁44，其是朝内倾斜而在以一弯曲的角落46结合该靶材30的正面40之前先以一角度Φ远离该背撑板24。该角度Φ是在10度至55度的范围内，较佳是接近15度。在使用时，该倾斜的侧壁44是与一类似形状的装附至该腔暗区遮板相隔一间距，该间距可防止等离子进入到未被覆盖的背撑板24。
较佳的是，该侧壁44在结合到该背撑板24之前被喷砂处理，用以提高再沉积材料的粘着性。因此，被再沉积到该倾斜的侧壁44上的材料更牢固地粘附到侧壁44上，用以减少再沉积材料的剥落及所产生的微粒。
在本发明的另一方面中，如图5的剖面图中所示，靶材牌30的面向倾斜的间隙36的倾斜侧壁32，34在结合到该背撑板24之前被喷砂处理，用以具有粗糙化的表面来使被再沉积到该倾斜的间隙36内的材料有更佳的粘着性。在本发明的一有关方面中，背撑板24在被靶材牌结合于一区域48之前被喷砂处理，该区域48为在靶材牌结合之后会形成该间隙36的区域。与图中所示相反地，该喷砂处理会形成一被粗糙化的表面，其具有一些次表面损伤在非常靠近该表面处。该靶材牌在邻近该间隙处的粗糙化可实施在垂直的以及倾斜的靶材牌边缘及间隙上。较佳的是，如果使用一表面粘接剂层的话该背撑板24的面向靶材牌30的大部分区域都被保持着比被粗糙化的区域44平滑，使得靶材牌30与背撑板24能够被更紧密地结合，或者如果该粘接剂被填入到在背撑板24上的凹部内的话，靶材牌30可与该背撑板24的平滑区直接接触。
在本发明的另一方面，在靶材牌30结合至该背撑板24之前，靶材材料被沉积于区域48上，该区域48为在靶材牌结合之后会形成该间隙36的区域。一靶材材料条带可被结合至该背撑板24，用以形成该区域48。该靶材材料条带的厚度是在一介于1至4毫米的范围内。该靶材材料条带可被粘着地结合到具有聚合物粘接剂或Kapton胶带的该靶材上。该靶材材料条带可以是非常地薄，而且在该背撑板的该表面上延伸一段很短的距离，这并没有精确地示于图5中。在另一实施例中，该区域48被加工成为一陷入到该背撑板24中的凹部且靶材材料被选择性地沉积到凹部中。因此，如果在电弧放电或等离子激发期间有一些溅镀真的发生在间隙36的底部(图中所示的顶端)时，将是区域48的靶材材料被溅射，而不是背撑板24的材料被溅射。此特征对垂直的间隙以及倾斜的间隙都很有用。在用粘接剂将靶材牌30结合至背撑板24形成图样而且在间隙36的区域内没有延伸时，间隙36底下的额外的靶材材料48或背撑板24的喷砂处理是特别有利的。亦即，粘接剂并没有在间隙36的底部外露出来。而背撑板24的被粗糙化的区域44或是该靶材材料的区域44被外露出来。该背撑板24的粗糙化处理或沉积或铺设于该背撑板24上的间隙36的底部的靶材材料可应用到垂直的以及倾斜的间隙上。
本发明的涉及互补的靶材牌斜边的形式可应用于实际任何应用中的溅镀上，其中，该靶材包括多个靶材牌安装在一背撑板上，例如用于溅镀至太阳能电池板上。本发明也可被应用来溅镀至圆形的晶片上，其中，通常圆形的靶材是由包围着一圆形中心靶材牌的若干片片断形状或圆弧形状的靶材牌所构成的。本发明可应用于集群设备系统，在线系统，独立操作系统或其它需要一个或多个溅镀反应器的系统上。
因此，本发明可以在增加很少的成本及靶材，特别是一多牌靶材复杂度下，减少产生微粒和额外的溅镀材料。