具体实施方式

现在将详细参考各个实施方式，在各个图中示出了所述实施方式的一个或多个示例。各个示例均以解释方式来提供，而不意味着限制。例如，被示出或描述为一个实施方式的一部分的特征可以在其他实施方式上使用或与其他实施方式结合使用，以产生另一实施方式。本公开内容旨在包括此类修改和变化。

为了保护阴极布置的各部分(例如除了待溅射的靶之外的部分)免受气体放电和所产生的离子轰击，可以设置暗空间屏蔽件来保护此类部分。暗空间屏蔽件可以与阴极同心地安装，与阴极表面保持固定的距离。暗空间屏蔽件可防止处理气体放电接触阴极布置。暗空间屏蔽件通常是电浮动的。例如，可使用绝缘构件将暗空间屏蔽件安装至阴极布置。

根据本公开的实施方式，可以进一步保护靶边缘免受材料再沉积。暗空间屏蔽件可以与靶边缘重叠，以减少或避免靶边缘处的材料再沉积以及随后的小结形成和扩散。

根据一些实施方式，提供了一种溅射装置。所述溅射装置包括：阴极布置，所述阴极布置为悬臂式的并且包括靶管，所述阴极布置沿轴向方向延伸并且具有第一侧和第二侧，所述第一侧为支撑侧，所述第二侧为非被支撑侧；以及暗空间屏蔽件，所述暗空间屏蔽件设置在所述第二侧处并且至少部分地覆盖所述阴极布置，所述暗空间屏蔽件提供重叠区域，其中所述暗空间屏蔽件与所述靶管沿着所述轴向方向重叠。

图1示出了溅射装置。所述溅射装置包括阴极布置100。所述阴极布置可包括背衬管102。背衬管可支撑靶管104。阴极布置具有第一侧107，例如被支撑侧。如图1所示，阴极布置100可被支撑在第一侧107上。进一步，阴极布置具有第二侧109。所述第二侧与所述第一侧相对，并且为非被支撑侧。因此，本公开内容的实施方式涉及悬臂式阴极布置。

根据可以与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式，阴极布置可被配置用于竖直基板处理。第一侧107可为下部侧，并且第二侧109可以是上部侧。第一侧和第二侧通常是沿着阴极布置100的轴向方向彼此相对的侧面。轴向方向也可以被认为是长度方向，或者考虑到旋转阴极，其中靶管在溅射期间旋转，轴向方向也可以被认为平行于靶管的旋转轴线。

图1示出了设置在阴极布置100的第二侧处的暗空间屏蔽件200。暗空间屏蔽件200包括屏蔽件主体210和环形部分212。环形部分212可以围绕或至少部分地围绕阴极布置的各部分。阴极布置的各部分被暗空间屏蔽件覆盖，例如以保护阴极布置的各部分。

如图1所示，暗空间屏蔽件200从第二侧沿着轴向方向例如朝向第一侧107延伸。暗空间屏蔽件，特别是环形部分212，从第二侧朝着第一侧和/或沿着轴向方向延伸，以提供重叠区域230。环形部分212覆盖重叠区域中的靶管104。

图1还示出了沉积设备的支撑件110。支撑件110在阴极布置的第一侧107处支撑溅射装置，例如阴极布置100。支撑件110可包括阴极驱动单元(未示出)以使靶管旋转。例如，靶管旋转或在溅射期间被旋转以提高均匀的材料利用。

溅射是由于高能粒子对靶的轰击而使原子从固体靶材中喷射出的过程。术语“涂覆”和术语“沉积”在本文中可互换使用。术语“溅射设备”和“沉积设备”将指使用溅射在基板上沉积靶材，通常为薄膜的设备。

靶材包含(但不限于)纯金属，诸如铝(Al)、铜(Cu)、钼(Mo)、银(Ag)和金(Au)；金属合金，诸如铝铌(AlNb)合金、铝镍(AlNi)合金或钛钨合金(TiW)；半导体材料，诸如硅(Si)；以及介电材料，诸如氮化物、碳化物、钛酸盐、硅酸盐、铝酸盐和氧化物，例如氧化硅(SiO_x)，以及透明导电氧化物(TCO)，诸如掺杂杂质的ZnO，例如ZnO:Al、AlZnO、In₂O₃、SnO₂和CdO，以及掺杂Sn的In₂O₃(ITO)、氧化铟镓锌(IGZO)和掺杂F的SnO₂。根据一些实施方式，本发明的实施方式可对于Si、SiO_x、Ti、TiO_x、TiW和ITO特别有用。

如本文所用的术语“基板”应指非柔性基板(例如晶片或玻璃板)和柔性基板(例如卷材和箔或薄玻璃)两者。代表性示例包括(但不限于)涉及以下的应用：半导体和介电材料和器件；基于硅的晶片；平板显示器(诸如TFT)和触摸屏面板(touch screen panel,TSP)；掩模和滤光片；能量转换和存储装置(诸如光伏电池、燃料电池和蓄电池)；固态照明装置(诸如LED和OLED)；磁性和光学存储装置；微机电系统(micro-electro-mechanicalsystem,MEMS)和纳米机电系统(nano-electro-mechanical system,NEMS)；微光学和光学机电系统(opto-elecro-mechanical system,NEMS)，微光学和光电子器件；透明基板；建筑和汽车玻璃；用于金属和聚合物箔及包装的金属化系统；以及微型成型和纳米成型。

如本文所用，术语“可旋转靶”或“靶管”应指适于被可旋转地安装至溅射设施的任何阴极布置。通常，“可旋转靶”或“靶管”包括适于被溅射的靶结构。如本文所用，术语“可旋转靶”或“靶管”应特别指磁性增强的阴极组件，在所述磁性增强的阴极组件中设置有磁体组件(例如内部磁性单元，例如永磁体)，以实现改善的溅射。

可旋转靶，在下文中也称为可旋转溅射阴极或可旋转阴极，可以由靶材料的空心圆柱体，即靶管制成。这些旋转靶也被称为整体靶，并且可以通过从靶材浇铸或烧结这些靶来制造。

非整体的可旋转靶通常包括圆柱形可旋转管，例如背衬管，所述管具有施加到其外表面的靶材层。在此类可旋转溅射阴极的制造中，靶材可例如通过将粉末喷涂或浇铸或等静压制到背衬管的外表面上来施加。另选地，可以将靶材的空心圆柱体(其也可被称为靶管)布置在背衬管上并且例如使用铟结合至背衬管以形成旋转阴极。

为了获得增加的沉积速率，已经提出使用磁增强阴极。这也可称为磁控溅射。磁性单元(其可包括磁体阵列)可布置在溅射阴极内部，例如在背衬管内部或整体靶内部，并提供用于磁增强溅射的磁场。阴极布置或靶管通常可绕阴极布置的纵向轴线旋转，使得靶管可相对于磁性单元转动。在阴极布置的侧面中的一个侧面处，例如，图1中的第一侧107处，将适用于将阴极附接到驱动单元的环形零件安装到支撑件。如本文在可旋转靶或阴极的上下文中使用的术语“侧面”、“端部”或“边缘”应指在阴极布置或靶的轴向方向上的侧面、末端或边缘。通常，靶或阴极布置的外横截面为圆形的，具有的直径例如介于8cm与30cm之间，而靶或阴极布置的长度可在数米的范围内，诸如1m或更长，和/或3m或更短，或者甚至长达4m。

在操作期间，由于电场积聚，非屏蔽型电阴极组件可能会在阴极布置边缘处遭受气体放电(和电弧放电)。另外，在操作期间，超出靶区域(例如，背衬管)的非屏蔽型电阴极区域可能会暴露于等离子暗空间(也称为阴极电压降，限定了气体放电体积中不发光的暗区)，在所述等离子暗空间中离子从等离子体加速至阴极。这可导致非沉积材料的意外溅射，从而导致具有非沉积材料污染的膜沉积。为了避免此类区域中的溅射，将潜在放电区域的几何形状限制为低于特征暗空间宽度，以防止电子加速到足以在该受限空间中进行等离子体点火的能量。此类约束可以通过在不希望暴露于溅射的阴极表面附近进行电浮动屏蔽来实现。阴极与屏蔽件之间的距离取决于等离子体压力(帕邢曲线)，并且通常为几毫米。

为避免阴极布置的非被支撑侧(即上部侧)上的气体放电和溅射，并且另外为了通过例如非双重形成减少粒子产生，提供暗空间屏蔽件来屏蔽靶管的该区域，否则该区域将例如直接暴露于溅射。然而，靶表面上的正常溅射区域附近(例如在靶端部的边缘以及还有靶端部的表面处，通常被称为再沉积区域)来自材料再沉积的灰尘堆积，将由于在膜沉积过程期间不断增加的粒子被转移到基板而导致产量损失。此外，当来自靶边缘的粒子分布到靶表面上时，所述粒子可成为小结生长的种子，引起进一步的电弧放电和加速的粒子和小结产生：这将增加对沉积系统进行所需维护的频率，从而导致产量和生产率两者的损失。暗空间屏蔽件与靶管的附加重叠有助于避免靶边缘处的灰尘积聚和靶边缘的再沉积区域内的再沉积，并由此减少粒子产生。屏蔽件可包含处于浮动电位(例如与阴极电位隔离)的绝缘体或金属或金属合金或可由其制成。在溅射过程期间，借助于非旋转的暗空间屏蔽件屏蔽的靶管可仅在暗空间屏蔽件的一侧上遭受材料沉积。在暗空间屏蔽件表面上形成的所得膜可能破裂并且材料薄片可能掉落或可能被运输到基板上，从而掩蔽所溅射的材料至所述基板的沉积并导致产品中的缺陷。此外，薄片可能掉落或可能被运输到靶表面上，从而发起进一步的小结生长和小结诱导的粒子产生。根据本公开内容的实施方式，可以在阴极布置处提供暗空间屏蔽件，以与靶管一起旋转。

借助于暗空间屏蔽件与靶管一起旋转，暗空间屏蔽件的整个表面暴露于材料沉积。材料层均匀地沉积在暗空间屏蔽件的整个表面上。可以在材料破裂并掉落到基板上之前提供更长时间的材料沉积。因此，与非旋转的暗空间屏蔽件相比，降低了基板污染的风险以及维护时间和成本。

图2示出了阴极布置的一部分。阴极布置可包括背衬管102和靶管104。暗空间屏蔽件200安装在阴极布置的上部侧处。根据可以与本文所述的其他实施方式结合的本公开内容的一些实施方式，阴极布置可为基本上竖直的。竖直或基本上竖直允许与重力方向的±10°偏离。在处理期间轻微倾斜以使基板表面面朝上可导致基板在基板载体中或基板载体处的改进稳定性。在处理期间轻微倾斜以使基板面朝下可导致基板上减少的粒子附着。

如图2所示，暗空间屏蔽件200包括屏蔽件主体210和环形部分212。暗空间屏蔽件200可被安装到阴极布置以相对于所述阴极布置电浮动。例如，暗空间屏蔽件可安装有固定装置242，诸如螺钉。可提供绝缘构件220以使暗空间屏蔽件200与阴极布置电绝缘。

根据可以与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式，包括屏蔽件主体210和环形部分212的暗空间屏蔽件200可具有杯状形状。暗空间屏蔽件的外表面214可经结构化以增加沉积材料的材料附着性。因此，可降低在已经积聚在暗空间屏蔽件上的沉积材料可能剥落并污染处理区域之前更换暗空间屏蔽件的检修频率。例如，外表面214可包括环形部分212的圆柱形外表面和屏蔽件主体210的外表面。如图2所示，设置在外表面处的结构可包括多个突起和/或凹陷，例如，水平定向的边沿。

根据可与本文所述的其他实施方式结合的又一些实施方式，外表面和/或外表面上的结构可具有表面粗糙度或附加的表面处理，以最大化再沉积材料的附着力。因此，可进一步减少积聚材料的剥落。根据可以与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式，外表面上的结构可包括具有第一长度尺度(例如，在毫米范围内)的第一结构。此外，外表面上的结构可包括具有第二长度尺度(例如，表面粗糙化)的第二结构。第二长度尺度可为第一长度尺度的至少五分至一。不同的长度尺度可提高积聚材料的附着力。例如，长度尺度可以指两个相邻的突起或两个相邻的凹陷之间的距离。可具体针对重复的结构图案提供长度尺度。

图2示出了暗空间屏蔽件200，特别是所述暗空间屏蔽件的具有凹陷213的环形部分212。凹陷213沿着阴极布置的轴向方向延伸，并且提供重叠区域230，其中所述暗空间屏蔽件200与靶管104重叠。提供在靶管104与暗空间屏蔽件200之间的间隙215。根据可以与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式，将间隙选择为足够小以确保避免受限区域中的等离子体点火。间隙尺寸可根据操作压力和被施加用于溅射过程的气体(帕邢曲线)而变化。间隙可介于0.5mm与5mm之间。在间隙中不存在等离子体的情况下，阴极布置的被暗空间屏蔽件覆盖的部分受到保护。例如，可以减少或避免重叠区域中的小结产生。

通常，当从靶管溅射材料时，靶管处的热环侵蚀结构可以在靶管的边缘(例如，邻近阴极布置的第二侧)处发现。考虑到阴极布置的上部部分，即如本文所述的第二侧，在热环侵蚀结构与阴极布置的上端之间可能发生小结产生。粒子和/或灰尘可积聚在所述上端处，并且可能导致附加的小结形成。利用本公开内容的包括重叠区域的实施方式，可以减少小结形成和扩散。因此，可以减少系统的粒子产生和停机时间。

根据可以与本文所述的其他实施方式结合并且如图2中示例性地示出的一些实施方式，可以在阴极布置与暗空间屏蔽件200之间提供间隔件222。间隔件可有益于提供更稳定的间隙宽度。间隙宽度的控制可以改善间隙区域中的等离子体的关闭。

图2示出了一个间隔件222。对于电浮动的暗空间屏蔽件，间隔件通常由绝缘材料制成或包含绝缘材料。此外，可以提供两个或更多个间隔件。例如，可以在阴极组件的角坐标处以120°的距离设置三个间隔件。

图3A和图3B示出了根据本公开内容的实施方式的暗空间屏蔽件和溅射装置的又一实施方式。改变和/或调节暗空间屏蔽件覆盖靶管的重叠区域。与图3A相比，图3B具有较小的重叠区域。阴极布置可包括背衬管102和靶管104。暗空间屏蔽件包括两个或更多个部件。例如，如图3A和图3B所示，可以提供两个部件。两个部件中的第一部件可具有杯状形状，并且两个部件中的第二部件可具有杯状形状。第一部件可为外部部件，并且可以例如对应于关于图2所述的暗空间屏蔽件。第一部件可包括第一屏蔽件主体210和第一环形部分212。第二部件可包括第二屏蔽件主体310和第二环形部分312。

根据可以与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式，暗空间屏蔽件可包括第一环形部分和围绕所述第一环形部分的第二环形部分。第一环形部分和第二环形部分可以相对于彼此电浮动。例如，可以在第一部件与第二部件之间设置绝缘间隔件320。根据可以与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式，可以通过沿着阴极布置的轴向方向的绝缘间隔件的长度来调节重叠区域的大小。

根据又一任选修改，可以在暗空间屏蔽件的第一部件与暗空间屏蔽件的第二部件之间提供一个或多个间隔件322。对于电浮动的暗空间屏蔽件，间隔件322通常由绝缘材料制成或包含绝缘材料。此外，可以提供两个或更多个间隔件。例如，可以在阴极组件的角坐标处以120°的距离设置三个间隔件。

通过去除绝缘间隔件320，用不同大小的间隔件替换绝缘间隔件320，或者调节绝缘间隔件的大小，第一环形部分212和第二环形部分312可沿轴向方向相对于彼此移动。可以调节重叠区域的长度。例如，根据可以与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式，绝缘间隔件320和/或间隔件222和232分别可包含陶瓷材料或由陶瓷材料组成。例如，可以使用AlO_x、AIN等。根据可以与本文公开的其他实施方式结合的实施方式，暗空间屏蔽件借助于安装在环形部分上的间隔件而与靶电隔离。绝缘间隔件320和/或间隔件222和232可为绝缘单元，其目的为使阴极布置与暗空间屏蔽件电隔离。绝缘单元可包含绝缘材料或由绝缘材料组成；合适的绝缘材料可为任何陶瓷或耐热塑料，诸如PEEK等。

根据可以与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式，暗空间屏蔽件可包括第一部件和第二部件。可以提供两个同心部件。例如通过添加绝缘间隔件材料并进行调适，可以提供重叠区域的减小。这种调适对于调整溅射装置的沉积均匀性和/或改善粒子产生的减少为有益的。例如，溅射装置内的磁体组件的位置可以从一个溅射装置到另一溅射装置而变化。磁体组件的位置影响受限等离子体的位置。因此，可以提供对重叠区域的调适以补偿溅射装置中磁体组件的位置变化。另外地或可替代地，调适可以针对不同类型的靶管(例如狗骨式靶)提供。

本申请的发明人可表明，重叠暗空间屏蔽件可以满足与对大面积基板上的材料沉积的均匀性要求的遵守。使用可调整的重叠暗空间屏蔽件可以甚至更容易地实现对均匀性要求的遵守，其中可调适暗空间屏蔽件覆盖靶管的重叠区域的大小。这可例如针对进行氮化钛沉积并评估薄层电阻不均匀性以及重叠暗空间屏蔽件对高压沉积条件的遵守而示出。也可表明，重叠暗空间屏蔽件遵守典型的电弧放电要求，并且当与不重叠的暗空间屏蔽件相比时，重叠暗空间屏蔽件的电弧放电特性差异低于统计相关区域。

图4示出了流程图，所述流程图示出了操作溅射装置的方法。如上所述，根据一些实施方式，如方框402所示，可调整沿着包括靶管的阴极布置的轴向方向与靶管重叠的暗空间屏蔽件的重叠区域。根据一些任选的修改，如方框404所示，可以相对于靶管内的磁体组件调整重叠区域。磁体组件在溅射期间限制等离子体。通过具有预定大小的重叠区域，可以提供溅射(参见方框406)。可以减少粒子产生，与此同时可以提供在基板，特别是大面积基板的大小方面的足够层均匀性。

本公开内容的实施方式对于大面积基板上的材料沉积，例如对于显示器制造，可为特别有用的。在本公开内容中，“溅射装置”或“材料沉积设备”可被配置用于如本文所述在基板上，特别是在大面积基板上进行材料沉积。例如，“大面积基板”可以具有面积为0.5m²或更大，特别是1m²或更大的主表面。在一些实施方式中，大面积基板可为GEN 4.5，其对应于约0.67m²的基板(0.73×0.92m)；GEN 5，其对应于约1.4m²的基板(1.1m×1.3m)；GEN7.5，其对应于约4.29m²的基板(1.95m×2.2m)；GEN 8.5，其对应于约5.7m²的基板(2.2m×2.5m)；或者甚至GEN 10，其对应于约8.7m²的基板(2.85m×3.05m)。甚至可以类似地实现更大的世代(诸如GEN 11和GEN 12)以及对应的基板面积。

图5示出了具有设置在真空腔室510中的溅射装置的沉积设备500的示意图。在真空腔室内进行基板处理期间，通过溅射装置将材料沉积在基板520上。阴极布置100可包括设置在阴极布置100的靶管中的磁体组件550。溅射装置可为根据本文所述的实施方式的任何溅射装置，并且可包括本公开内容中所述的各种细节、特征、修改和方面。支撑件110至少部分地设置在真空腔室510中。支撑件110在溅射装置的下部侧(即如本文所述的第一侧)处支撑溅射装置。支撑件110可包括用于在溅射沉积期间旋转靶管的阴极驱动单元。

图5所示的实施方式示出了所谓的“嵌入式驱动器(drop-in drive)”，其中用于阴极布置的支撑件从侧面被设置到或到达真空腔室内。支撑件可安装至真空腔室的壁。阴极布置以悬臂方式支撑在阴极布置的下部侧处。

该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践所描述的主题，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何并入的方法。尽管先前已经公开了各种具体实施方式，但是本领域技术人员将认识到，权利要求的精神和范围允许同等有效的修改。特别地，上述实施方式的相互非排他性特征可以彼此组合。可授予专利的范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的此类修改和其他示例。如果权利要求具有的结构要素与权利要求的字面语言没有不同，或者如果权利要求包括具有与权利要求的字面语言具有非实质性差异的等同结构要素，则此类其他示例旨在落入权利要求的范围内。

虽然前述内容涉及本公开内容的实施方式，但是可以在不脱离本公开内容的基本范围的情况下设计出本公开内容的其他和进一步的实施方式，并且本公开内容的所述范围由随附的权利要求来确定。