[发明专利]高吞吐量真空沉积源及系统

说明书

本发明公开了高吞吐量真空沉积源及系统。一种高吞吐量沉积装置，包括一处理室，在该处理室中形成第一闭环的多个靶，其中，所述第一闭环包括由至少第一对靶定义的一长维度以及由至少第二对靶定义的一短维度，第一衬底基板载体组件，其可承载一或多个衬底基板，并配置为接受来自所述第一闭环的多个靶的沉积材料，和一传送机构，所述传送机构可移动所述第一衬底基板载体组件沿轴向方向通过所述第一处理室中的所述第一闭环。

技术领域

本申请涉及材料沉积技术领域，更具体地涉及一种高吞吐量沉积装置。

背景技术

真空材料沉积被广泛应用于光伏电池和电池板生产、窗口玻璃镀膜、平板显示器制造、柔性衬底上涂料、磁铁硬盘制造、工业表面涂层、半导体晶圆加工及其他用途。

用于这些应用的大批量生产系统通常包括互连的箱形腔室，内含一排或两排衬底基板，其中真空室的每一侧安装有一组或两组沉积源。沉积源包括化学气相沉积(chemicalvapor deposition，CVD)和溅射沉积。溅射沉积的材料利用率通常介于20％(低成本平面靶)到80％(高成本旋转靶)。在一些传统的溅射沉积系统中，为了在整个衬底基板上实现良好的沉积均匀性，溅射源需要比衬底基板大，从而导致在衬底基板以外沉积材料的浪费以及在沉积室或沉积遮挡板上材料的过量沉积。需要更换沉积遮挡板以避免颗粒形成是预防性维护(preventive maintenance，PM)和生产时间损失的主要原因之一。为了补偿溅射靶的有限尺寸，更多的材料必须从靶的边缘溅射出，以实现良好的厚度均匀性，导致靶边缘附近更严重的侵蚀和低的靶材利用率。到达衬底基板的靶材等离子体密度和溅射原子角分布本质上是不均匀的。安装在靶后面的磁铁用于增强等离子体密度。这些磁铁由交替的北极和南极组成，产生的磁通线从靶表面贯穿至衬底基板。来自靶或靶附近的电子由于靶材电压建立的电势而获得能量，沿这些磁通线流动，并轰击衬底基板。这些高能电子会破坏衬底基板并且在衬底基板表面上的分布是不均匀的。

在一些传统的等离子体增强化学气相沉积系统(plasma enhanced chemicalvapor deposition systems，PECVD)中，具有穿孔的气体分布板紧邻衬底基板平行放置。射频(radio frequency，RF)电源与气体分布板相连以产生等离子体，从而增强沉积速率。典型的真空压力保持在0.1-10Torr的范围内以维持等离子体，并且等离子体密度通常较低。低等离子体密度限制了沉积速率并且在气体分布板上需要高电压来产生等离子体。高操作气体压力导致过量的气相反应并且降低材料利用率。

因此，需要一种更高吞吐量的沉积系统，能够提供均匀的沉积，减少等离子体损伤，扩大工艺窗口，增加产量，提供更高生产率，提供更高材料利用率，减少衬底基板外部的材料沉积，增加系统维护之间的时间间隔，降低目标成本，降低设备成本。

发明内容

本申请公开了一种高吞吐量(高产能)沉积装置，能够降低设备成本，改善沉积均匀性，增加处理室中衬底基板的数量，减少沉积材料的浪费，并且提供高产能的衬底基板处理。通过降低更换沉积材料和沉积遮挡板的需要或频率来提高操作时间。

传统的在线沉积系统包括相连接的箱形真空室，内含一排或两排衬底基板或衬底基板载体，能够在沉积系统中移动，并从安装在沉积系统的任一侧或两侧的沉积源接收沉积材料。每个沉积源每次仅朝向一排衬底基板。在本发明中，沉积源形成一三维闭环，两排衬底基板以背靠背的方式放置并通过沉积源进行沉积，从而使每个沉积源的系统吞吐量加倍。三维闭环沉积源仅具有一单个闭环磁场以限制电子并增强等离子体，这比在平面或圆柱形表面上的传统闭环明显更均匀，在传统闭环内，电子必须在靶边缘附近进行急转弯。本发明公开的系统可以360角度沉积材料以进行本质上均匀的沉积。单个闭环磁体组件可以产生基本平行于靶表面的磁场，避免了直接磁通量到达衬底基板，防止高能电子到达衬底基板，并且能够实现更好的靶腐蚀均匀性和靶利用率。