专利名称：磁控溅射设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及磁控溅射技术，尤其涉及一种磁控溅射设备。
背景技术：
磁控溅射技术是沉积薄膜的常用工艺，在液晶显示器(Liquid CrystalDisplay, 简称LCD)的制备过程中占据重要地位。图1和图2为现有技术中两种典型磁控溅射设备的结构示意图，该磁控溅射设备 均包括沉积腔1，沉积腔1中相对设置有靶材和基板底座3，待沉积薄膜的基板4放置在基 板底座3上。区别在于图1中的磁控溅射设备采用平面靶材22，图2中的磁控溅射设备采 用旋转靶材21。靶材和基板底座3形成正负电极，在其间能够形成电场和磁场。沉积腔1 壁面上连通有进气管道(GaSIn)5和抽气管道6，进气管道5用于向沉积腔1通入氩气等工 作气体，抽气管道6连接抽气泵(Pump)，用于抽出沉积腔1中的气体，维持真空度以及循环 更换工作气体。磁控溅射设备的工作原理是电子在电场的作用下加速飞向基板，在此过程中 与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，在靶材和基板之间形成等离子体区域 (Plasma) 13。氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子或分子，呈中性 的靶材原子或分子沉积在基板上成膜。为了形成更多氩离子对靶材轰击以产生更多靶材原 子或分子，就需要提高电子与氩原子的碰撞率。利用靶材附近形成的磁场，使电子受到磁场 洛仑磁力的影响，被束缚在靠近靶材的等离子体区域13内，围绕靶材运动，增加电子的运 动路径，从而提高电子与氩原子的碰撞率，电离出的大量氩离子可轰击出更多靶材原子或 分子。受磁场磁力线分布的影响，氩离子形成并不均勻，导致靶材表面被轰击而消耗的 材料也不均勻。如图1所示的设备采用的是固定的平面靶材22，会形成局部位置材料已消 耗殆尽，而其他位置还剩余很多材料的情况。平面靶材22表面材料的不均勻，直接导致成 膜均勻性差。若此时更换靶材则会造成材料浪费。如图2所示的设备采用的是多根旋转靶 材21，可以单独更换材料消耗完的旋转靶材21，以保证为沉积腔1提供均勻性高的靶材材 料。但是，现有旋转靶材仍然存在一定缺陷在更换靶材时，需要停止磁控溅射沉积操 作，沉积腔会由于更换靶材而破坏真空环境，更换靶材后需要重写抽取真空并充入工作气 体。因此，现有技术采用旋转靶材的磁控溅射设备存在靶材更换难度大，操作成本高的缺 陷。
实用新型内容本实用新型提供一种磁控溅射设备，以提高磁控溅射设备更换靶材的便捷性。本实用新型提供一种磁控溅射设备，包括沉积腔，所述沉积腔中设置有基板底座， 其中，还包括[0009]处理腔，与所述沉积腔连通，所述处理腔与所述沉积腔的连接处设置有由靶材构 成的靶材区域；转移腔，与所述处理腔邻接设置，所述转移腔的壁面上设置有第一气闭门，通过开 启或关闭所述第一气闭门以控制所述转移腔中的真空度并置换靶材；转移装置，设置在所述处理腔和/或转移腔中，在所述转移腔处于设定真空度的 状态下，通过所述转移腔与处理腔邻接壁面上设置的第二气闭门，在所述转移腔和处理腔 之间转移靶材以进行更换。如上所述的磁控溅射设备，其中所述靶材区域由多个平面靶材或多个旋转靶材 拼合而成。如上所述的磁控溅射设备，其中，还包括加热装置，设置在所述处理腔和/或转移腔中，用于对待更换到沉积腔中的靶材 进行加热。如上所述的磁控溅射设备，其中，还包括移动基座，设置在所述处理腔和沉积腔的连接处，多个所述靶材装设在所述移动 基座的传动导轨上，所述传动导轨将待更换的靶材传输至所述靶材区域之外，以便进行更换。如上所述的磁控溅射设备，其中所述传动导轨的轨迹形状为封闭环形。如上所述的磁控溅射设备，其中，还包括间隙调节设备，设置在所述传动导轨传输待更换旋转靶材的路径中，用于调节相 邻旋转靶材之间的间隙。如上所述的磁控溅射设备，其中，所述间隙调节设备包括传感器，设置在所述传动导轨传输待更换旋转靶材的路径中，用于检测相邻旋转 靶材之间的最短距离；调节组件，用于当所述传感器检测到的最短距离大于设定门限值时，移动所述旋 转靶材在所述传动导轨上的位置，以缩小相邻旋转靶材之间的间隙。如上所述的磁控溅射设备，其中，所述间隙调节设备包括松夹具部件，设置在所述传动导轨传输待更换旋转靶材的路径中，用于松开将旋 转靶材固定到传动导轨上的夹具；推动部件，用于将松开夹具的旋转靶材向前一个旋转靶材的方向推动，直至贴靠 在前一个旋转靶材的表面上；紧夹具部件，设置在所述传动导轨传输待更换旋转靶材的路径中，用于将推动后 的旋转靶材夹具拧紧固定。如上所述的磁控溅射设备，其中，还包括移动控制装置，用于按照设定规律在沉积过程中或沉积过程的间歇中控制所述移 动基座的传动导轨移动，以传输所述靶材。本实用新型提供的磁控溅射设备，通过设置处理腔和转移腔作为更换靶材的过渡 空间，解决了更换过程中需要完成真空与外界环境切换的问题。以转移腔连接在外界和沉 积腔之间，与外界隔离时，以真空环境实现与沉积腔之间的靶材更换，与沉积腔隔离时，以 大气环境实现与外界之间的靶材转移置换。本实用新型的技术方案仅需要对转移腔实行抽真空操作，减少了对沉积环境的影响，因而可以提高靶材更换的便捷性，降低更换操作的成 本。
图1为现有技术中采用平面靶材的典型磁控溅射设备的结构示意图；图2为现有技术中采用旋转靶材的典型磁控溅射设备的结构示意图；图3为本实用新型实施例一提供的磁控溅射设备的结构示意图；图4为本实用新型实施例二提供的磁控溅射设备的结构示意图；图5为本实用新型实施例三提供的磁控溅射设备的结构示意图。附图标记1-沉积腔；21-旋转靶材；3-基板底座； 4-基板；6-抽气管道； 7-处理腔；9-转移腔；10-第一气闭门；12-第二气闭门；13-等离子体区域；15-传动导轨；16-间隙调节设备。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新 型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描 述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施 例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于 本实用新型保护的范围。实施例一图3为本实用新型实施例一提供的磁控溅射设备的结构示意图，如图3所示，该磁 控溅射设备包括沉积腔1，沉积腔1中设置有基板底座3，基板底座3用于放置待沉积薄膜 的基板4。沉积腔1中还可以连通有进气管道5和抽气管道6，进气管道5用于通入氩气等 工作气体，抽气管道6用于抽出沉积腔1中的气体，维持真空度以及循环更换工作气体。该 磁控溅射设备还包括处理腔7、转移腔9和转移装置11。如图3所示，处理腔7与沉积腔1连通，处理腔7与沉积腔1的连接处设置有由靶 材构成的靶材区域8，本实施例中以旋转靶材21为例来说明。靶材区域8与基板底座3相 对设置，其间形成电场和磁场，在沉积过程中形成等离子体区域13。转移腔9与处理腔7邻 接设置，转移腔9的壁面上设置有第一气闭门10，通过开启或关闭该第一气闭门10以控制 转移腔9中的真空度并进行靶材的置换。转移装置11设置在处理腔7中，可以是机械手， 在转移腔9处于设定真空度的状态下，通过转移腔9与处理腔7邻接壁面上设置的第二气 闭门12，在转移腔9和处理腔7之间转移靶材以进行更换。本实施例中是将转移装置设置在处理腔中，实际应用中，转移装置也可以设置在 转移腔中，或者由设置在转移腔和处理腔中的部件结合构成转移装置。本实施例中的靶材区域可以为单块的平面靶材，或者优选是靶材区域由多个平面
22-平面靶材； 5-进气管道； 8-靶材区域； 11-转移装置 14-移动基座；
5靶材或多个可自转的旋转靶材拼合而成，拼合而成的靶材区域朝向沉积腔，为沉积腔的沉 积操作提供靶材材料。图3中所示为优选情况，采用旋转靶材21，旋转靶材21通过自转可 以使旋转靶材21表面材料消耗的均勻性提高。采用本实施例的技术方案，通过设置处理腔7和转移腔9，为更换过程中的靶材提 供了过渡的真空环境。从外面转移进来的靶材首先进入转移腔9，而后对转移腔9抽取真 空，再开启转移腔9和处理腔7之间的第二气闭门12，将靶材更换到靶材区域8中。上述 过程中对沉积腔1中的真空环境和工作气体环境基本没有影响，更换靶材时仅需要对转移 腔9进行抽取真空的操作，无须对沉积腔1抽取真空。仅作为过渡空间的转移腔9体积要 远小于沉积腔1的体积。所以，本实施例所提供的磁控溅射设备具有靶材更换方便的优点， 更换操作过程中无须大规模对沉积腔1进行真空抽取操作，因此可降低更换靶材的成本和 难度。对于多个靶材组成靶材区域的情况，更可以仅更换一个或几个靶材，在真空条件 下进行的更换操作不会影响正在使用的靶材，甚至无须停止沉积操作的进行，能够提高工 作效率。对于正在使用中的磁场，可以通过在靶材区域设置电极，或为处于靶材区域中的靶 材通电来实现。在本实施例的基础上，该磁控溅射设备可以进一步包括加热装置，加热装置设置 在处理腔和/或转移腔中，用于对待更换到沉积腔中的靶材进行加热。采用该技术方案，可 以对待更换的靶材进行预热，以便更换后的靶材更容易被轰击产生靶材原子或分子，能够 尽量减少更换靶材对沉积过程的影响。实施例二图4为本实用新型实施例二提供的磁控溅射设备的结构示意图，如图4所示，该磁 控溅射设备还包括移动基座14。移动基座14设置在处理腔7和沉积腔1的连接处，多个平 面靶材或旋转靶材21装设在移动基座14的传动导轨15上，本实施例以旋转靶材21为例 进行说明。传动导轨15将待更换的旋转靶材21传输至靶材区域8之外，以便进行更换。本实施例的技术方案以移动基座14将靶材传输至靶材区域8之外，由于靶材区域 8是在沉积过程中主要提供靶材材料的区域，所以在靶材区域8之外更换靶材可以减小对 沉积过程的影响。通过设计沉积腔1和处理腔7之间连接处的结构，以及设计移动基座14 的结构，可以保持沉积腔1和处理腔7连接处区域落入靶材区域8的范围内。在本实施例中，传动导轨15的轨迹形状设计为封闭环形，便于将更换的靶材循环 地替换到靶材区域8中。实际应用中，传动导轨15的轨迹形状也可以为开放的曲线形，将 靶材更换后再传输回到靶材区域8中，或者也可以设置两条传动导轨15，交替地将靶材传 输到靶材区域8中。传动导轨15的轨迹可以根据具体需要来设计。本实施例所提供磁控溅射设备的工作过程如下一方面是将备用的旋转靶材21安置到移动基座14的过程，具体为关闭第二气闭 门12，开启第一气闭门10，此时转移腔9与大气连通，达到与大气一样的气压；将备用旋转 靶材21放置在转移腔9中；关闭第一气闭门10，对转移腔9抽取真空，可以通过第一气闭 门10或其他通道抽取真空；当转移腔9气压达到与处理腔7相同的设定真空度后，打开第 二气闭门12 ；用转移装置11将备用旋转靶材21从转移腔9中取出，装设在移动基座14上， 而后关闭第二气闭门12。[0057] 另一方面是从处理腔7取出使用完毕的旋转靶材21的过程，具体为关闭第一气 闭门10和第二气闭门12，对转移腔9抽取真空；采用转移装置11从移动基座14上取出使 用过后的旋转靶材21，通过开启的第二气闭门12将旋转靶材21放置在具有设定真空度的 转移腔9中；关闭第二气闭门12，开启第一气闭门10，将使用完毕的旋转靶材21取出到外上述更换靶材过程仅需对转移腔执行抽取真空的操作，减小了对沉积过程的影 响，提高了更换靶材的便捷性，降低了更换成本。通过本实施例的技术方案可以解决靶材随 着使用时间增长，沉积速度和均勻性下降的问题，并且提高了靶材的更换效率。实施例三图5为本实用新型实施例三提供的磁控溅射设备的结构示意图，如图5所示，该磁 控溅射设备还包括间隙调节设备16。间隙调节设备16设置在传动导轨15传输待更换旋转 靶材21的路径中，用于调节相邻旋转靶材21之间的间隙。随着成膜工艺的进行，旋转靶材21的材料厚度会逐渐变薄，旋转靶材21与旋转靶 材21之间的间隙会变大，间隙增大会严重影响成膜的均勻性。采用本实施例的技术方案可 以解决这一问题，适当地调节相邻旋转靶材21中间的间隙，能够使靶材区域8提供较为均 勻的靶材表面。以机械、电气等技术实现间隙调节设备的方式有多种。例如，间隙调节设备的一种具体实现形式可以为包括传感器和调节组件。传感器 设置在传动导轨传输待更换旋转靶材的路径中，用于检测相邻旋转靶材之间的最短距离， 即旋转靶材表面之间的间隙。调节组件用于当传感器检测到的最短距离大于设定门限值 时，移动旋转靶材在传动导轨上的位置，以缩小相邻旋转靶材之间的间隙。上述实现方式中，传感器可以检测两物体表面之间的距离来判断间隙大小，也可 以检测靶材的宽度来计算间隙大小和旋转靶材的剩余厚度。例如，从传动导轨的一侧向另 一侧照射光线，并在另一侧接收光线。按照设定速度传输旋转靶材，根据光线未被旋转靶材 阻隔的计时值和传输速度值可以计算间隙大小；或根据光线被阻隔的计时值和传输速度值 可以计算旋转靶材的宽度，间接计算间隙大小。当传感器检测到的最短距离大于设定门限 值时，可通过调节组件将该旋转靶材按照检测出的间隙大小移动设定距离，从而完成旋转 靶材间隙的精确调节。间隙调节设备的形式可按照旋转靶材装设形式来设计。具体应用中，可以将旋转 靶材的转轴嵌设在作为传动导轨的滑槽中来实现传输，并以夹具固定转轴。则相应地间隙 调节设备的另一种具体实现形式可以包括松夹具部件、推动部件和紧夹具部件。松夹具部 件设置在传动导轨传输待更换旋转靶材的路径中，用于松开将旋转靶材固定到传动导轨上 的夹具；推动部件用于将松开夹具的旋转靶材向前一个旋转靶材的方向推动，直至贴靠在 前一个旋转靶材的表面上；紧夹具部件设置在传动导轨传输待更换旋转靶材的路径中，用 于将推动后的旋转靶材夹具拧紧固定。在上述实现方式中，对于经过间隙调节设备的旋转靶材，首先以松夹具部件松开 夹具，由于不受到夹具的固定，该旋转靶材连同夹具可以在滑槽中自由移动；可通过电动部 件或者弹性部件作为推动部件，将该旋转靶材向前一个旋转靶材的方向推动，以至靠近前 一个旋转靶材；然后再固定夹具，完成间隙的调节。[0067]间隙调节设备的实现方式并不限于上述两种，可以根据靶材使用情况自动调节相 邻两个靶材之间的距离到合适位置即可。本实用新型上述实施例的磁控溅射设备中还可以设置或连接一移动控制装置。移 动控制装置用于按照设定规律在沉积过程中或沉积过程的间歇中控制移动基座的传动导 轨移动，以传输靶材。传输靶材的设定规律应符合实际情况，配合靶材的消耗速度和更换时间。例如，可 以按照经验确定靶材消耗至一定量的时间，以该时间作为设定周期，每隔设定周期就将当 前处于靶材区域的靶材转移至靶材区域之外来进行更换。或者，可以是按照其他设定周期 将一个或几个靶材转移至靶材区域之外，局部地更换靶材区域中的靶材，从而循环地更新 靶材区域中的靶材。再或者，按照设定规律将靶材传输至靶材区域之外，调整好相邻靶材的 间隙后再送入靶材区域进行沉积操作。采用上述技术方案，可以全自动化完成靶材更换过程，实现高度的自动化设计。最后应说明的是以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制； 尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解: 其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等 同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术 方案的精神和范围。
权利要求一种磁控溅射设备，包括沉积腔，所述沉积腔中设置有基板底座，其特征在于，还包括处理腔，与所述沉积腔连通，所述处理腔与所述沉积腔的连接处设置有由靶材构成的靶材区域；转移腔，与所述处理腔邻接设置，所述转移腔的壁面上设置有第一气闭门，通过开启或关闭所述第一气闭门以控制所述转移腔中的真空度并置换靶材；转移装置，设置在所述处理腔和/或转移腔中，在所述转移腔处于设定真空度的状态下，通过所述转移腔与处理腔邻接壁面上设置的第二气闭门，在所述转移腔和处理腔之间转移靶材以进行更换。
2.根据权利要求1所述的磁控溅射设备，其特征在于所述靶材区域由多个平面靶材 或多个旋转靶材拼合而成。
3.根据权利要求1所述的磁控溅射设备，其特征在于，还包括加热装置，设置在所述处理腔和/或转移腔中，用于对待更换到沉积腔中的靶材进行 加热。
4.根据权利要求2或3所述的磁控溅射设备，其特征在于，还包括移动基座，设置在所述处理腔和沉积腔的连接处，多个所述靶材装设在所述移动基座 的传动导轨上，所述传动导轨将待更换的靶材传输至所述靶材区域之外，以便进行更换。
5.根据权利要求4所述的磁控溅射设备，其特征在于所述传动导轨的轨迹形状为封 闭环形。
6.根据权利要求4所述的磁控溅射设备，其特征在于，还包括间隙调节设备，设置在所述传动导轨传输待更换旋转靶材的路径中，用于调节相邻旋 转靶材之间的间隙。
7.根据权利要求6所述的磁控溅射设备，其特征在于，所述间隙调节设备包括传感器，设置在所述传动导轨传输待更换旋转靶材的路径中，用于检测相邻旋转靶材 之间的最短距离；调节组件，用于当所述传感器检测到的最短距离大于设定门限值时，移动所述旋转靶 材在所述传动导轨上的位置，以缩小相邻旋转靶材之间的间隙。
8.根据权利要求6所述的磁控溅射设备，其特征在于，所述间隙调节设备包括松夹具部件，设置在所述传动导轨传输待更换旋转靶材的路径中，用于松开将旋转靶 材固定到传动导轨上的夹具；推动部件，用于将松开夹具的旋转靶材向前一个旋转靶材的方向推动，直至贴靠在前 一个旋转靶材的表面上；紧夹具部件，设置在所述传动导轨传输待更换旋转靶材的路径中，用于将推动后的旋 转靶材夹具拧紧固定。
9.根据权利要求4所述的磁控溅射设备，其特征在于，还包括移动控制装置，用于按照设定规律在沉积过程中或沉积过程的间歇中控制所述移动基 座的传动导轨移动，以传输所述靶材。
专利摘要本实用新型公开了一种磁控溅射设备。该磁控溅射设备包括沉积腔，还包括处理腔，与沉积腔连通，处理腔与沉积腔的连接处设置有由靶材构成的靶材区域；转移腔，与处理腔邻接设置，转移腔的壁面上设置有第一气闭门，通过开启或关闭第一气闭门以控制转移腔中的真空度并置换靶材；转移装置，设置在处理腔和/或转移腔中，在转移腔处于设定真空度的状态下，通过转移腔与处理腔邻接壁面上设置的第二气闭门，在转移腔和处理腔之间转移靶材以进行更换。本实用新型的磁控溅射设备通过设置处理腔和转移腔作为更换过渡空间，仅需要对转移腔实行抽真空操作，降低了对沉积环境的影响，因而可以提高靶材更换的便捷性。
文档编号C23C14/35GK201648509SQ201020171400
公开日2010年11月24日 申请日期2010年4月21日 优先权日2010年4月21日
发明者谢振宇 申请人:北京京东方光电科技有限公司