磁控溅射装置、设备及磁控溅射方法与流程

本发明涉及显示器制造工艺技术领域，尤其是指一种磁控溅射装置、设备及磁控溅射方法。

背景技术：

磁控溅射是物理气相沉积(physicalvapordeposition，pvd)的一种，一般的溅射法可被用于制备金属、半导体、绝缘体等多种材料，例如显示器制造中的金属薄膜沉积则正是采用磁控溅射工艺实现的其中一种实施例，采用该工艺具有设备简单、易于控制、镀膜面积大和附着力强等优点。

磁控溅射根据工艺上的不同包括多个种类，但通常工作原理为：利用磁场与电场交互作用，使电子在靶材表面附近成螺旋状运行，以增大电子撞击氩气产生离子的概率，所产生的离子在电场作用下撞向靶材的靶面从而使靶材发生溅射。

基于上述原理，在进行磁控溅射时需要使靶材处于均匀磁场环境下，现有技术均匀磁场的实现结构原理如图1所示，磁铁1在靶材2的下方位置，在靶材2的相对两个边缘之间往复高速运动，产生均匀磁场。然而当磁铁1运动到靶材2的其中一边缘时，由于需要进行换向产生停滞，磁铁停滞时，中心磁场弱、边缘磁场强，因此相对于整个靶材2的靶面造成磁场分布不均。在此情况下随着镀膜时间的增长，会在磁铁1停滞时所对应靶材2位置形成凹痕，如图2所示，并随着镀膜时间的增长凹痕会逐渐加深，使该位置直至击穿，造成整个靶材2使用寿命的结束，但靶材2的中间位置并未完全消耗，从而造成靶材2的利用率较低。

技术实现要素：

本发明技术方案的目的是提供一种磁控溅射装置、设备及磁控溅射方法，用于解决现有技术磁控溅射过程所产生磁场作用下，靶材的边缘位置相较于中间位置被提前消耗完，造成靶材利用率低的问题。

本发明提供一种磁控溅射装置，其中，包括：

靶材承载部，配置为在其上承载靶材；

磁体承载部，配置为在其上承载磁体；

电场施加单元，配置为提供电场，所述靶材处于所述电场之内；

驱动单元，配置为当所述电场施加单元呈电场打开状态时，驱动所述磁体承载部运动，使所述磁体以预定路径上的一定位位置作为起始位置和终点位置，沿所述预定路径在第一限定边缘与第二限定边缘之间作往复运动；

其中，在磁控溅射装置工作过程中，所述驱动单元间隔预设个往复运动周期，向所述电场施加单元输出关闭电场信号，调整所述定位位置。

优选地，所述的磁控溅射装置，其中，所述磁控溅射装置还包括：

测距单元，配置为检测所述磁体的位置，向所述驱动单元传输位置信息；

其中，所述驱动单元根据所述位置信息确定所述预定路径上的所述定位位置，并驱动所述磁体移动至所述定位位置。

优选地，所述的磁控溅射装置，其中，所述测距单元设置于所述驱动单元或所述磁体承载部上。

优选地，所述的磁控溅射装置，其中，所述磁体在所述预定路径的延伸方向上的宽度为l，所述驱动单元调整所述定位位置时，沿所述预定路径调整的长度值为小于等于l。

优选地，所述的磁控溅射装置，其中，所述驱动单元包括：

驱动构件，配置为为所述磁体的往复运动提供驱动力；

连接构件，与所述驱动构件和所述磁体承载部相连接。

优选地，所述的磁控溅射装置，其中，所述驱动构件包括转动电机；所述连接构件包括滚珠丝杠，所述滚珠丝杠的螺杆与所述转动电机连接，所述滚珠丝杠的螺母与所述磁体承载部相连接。

优选地，所述的磁控溅射装置，其中，所述磁控溅射装置还包括：

沿所述预定路径在不同位置设置的多个限位单元，多个所述限位单元中的其中一限位单元能够被启动用于确定所述定位位置。

优选地，所述的磁控溅射装置，其中，所述限位单元包括：

第一限位单元，配置为定位所述第一限定边缘；

第二限位单元，配置为定位所述第二限定边缘。

本发明实施例还提供一种磁控溅射设备，其中，包括反应腔室和设置在所述反应腔室内的如上任一项所述的磁控溅射装置。

本发明实施例还提供一种磁控溅射方法，其中，所述方法包括：

向磁控溅射设备的电场施加单元发出电场打开信号，并控制磁控溅射设备的磁体承载部运动，磁体以预定路径上的第一定位位置作为起始位置和终点位置，沿预定路径在第一限定边缘与第二限定边缘之间作往复运动；

当监测到所述磁体运动达到预设个往复运动周期时，向所述电场施加单元发出电场关闭指令，并控制所述磁体承载部带动所述磁体移动至所述预定路径上的第二定位位置；

向所述电场施加单元发出电场打开指令，并控制所述磁体承载部带动所述磁体以所述第二定位位置作为起始位置和终点位置，沿所述预定路径在第一限定边缘与第二限定边缘之间作往复运动。

本发明的一个或多个实施例至少具有以下有益效果：

采用本发明所述磁控溅射装置，驱动单元能够在磁控溅射工作过程中，调整磁体沿预定路径在第一限定边缘与第二限定边缘之间作往复运动的起始位置和终点位置，并能够根据磁体进行往复运动的运动周期，向电场施加单元输出打开或关闭信号，使得磁控溅射工作过程中，磁体的可停滞位置向靶面的内部移动，增加磁体相对于靶面上的每一位置的停滞机会，避免仅在边缘位置停滞，造成边缘位置的过度消耗，以达到延长靶材使用寿命的目的。

附图说明

图1为采用现有技术磁控溅射装置进行磁控溅射的原理示意图；

图2为采用现有技术磁控溅射装置进行磁控溅射时靶材形成凹痕的状态示意图；

图3为本发明具体实施例所述磁控溅射装置的结构示意图；

图4为用于说明预定路径上一定位位置的示意图；

图5为用于说明预定路径上不同定位位置的示意图之一；

图6为用于说明预定路径上不同定位位置的示意图之二；

图7为本发明具体实施例所述磁控溅射方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

如图3所示，本发明实施例提供一种磁控溅射装置，该装置包括：

靶材承载部10，配置为在其上承载靶材100；

磁体承载部20，配置为在其上承载磁体200；

电场施加单元(图中未显示)，配置为提供电场，其中靶材100处于所述电场之内；

驱动单元30，配置为当所述电场施加单元呈电场打开状态时，驱动磁体承载部20运动，使磁体200以预定路径300上的一定位位置作为起始位置和终点位置，沿预定路径300在第一限定边缘a与第二限定边缘b之间作往复运动；

其中在磁控溅射装置进行溅射工作过程中，驱动单元30间隔预设个往复运动周期，向电场施加单元输出关闭电场信号，调整定位位置。

本发明实施例所述磁控溅射装置，在磁控溅射工作过程中，通过关闭电场信号，调整磁体在第一限定边缘a与第二限定边缘b之间往复运动的起始位置，使得磁体的可停滞位置向靶面的内部移动，增加磁体相对于靶面上的每一位置的停滞机会，避免仅在边缘位置停滞，造成边缘位置的过度消耗，以达到延长靶材使用寿命的目的。

具体地，结合图3，磁体200与靶材100相对，且磁体200沿预定路径300在第一限定边缘a运动与第二限定边缘b之间作往复运动时，运动平面平行于靶材100。本发明实施例中，磁体200与靶材100均为水平，且磁体200位于靶材100的下方，当然实际磁控溅射装置中，磁体200与靶材100之间的设置结构并不限于此，例如磁体200可以位于靶材100的上方，又或者磁体200与靶材100均为竖直状态。上述的磁体200与靶材100的各种设置方式均适用于本发明实施例所述磁控溅射装置，只要保证磁体200与靶材100相对，且磁体200的运动平面平行于靶材100即可。

较佳地，第一限定边缘a和第二限定边缘b在靶材100的靶面上的投影分别位于靶面的相对两个边缘。

以下将以磁体200与靶材100均为水平，且磁体200位于靶材100下方为例对本发明实施例所述磁控溅射装置的具体结构进行详细描述。

本发明实施例中，靶材承载部10可以包括支撑背板、卡槽或者支撑架等，用于承载并固定靶材100。较佳地，该靶材承载部10能够用于承载不同规格的靶材100。靶材100根据需要可以为不同类型、不同规格，例如可以为长方形的金属材料。

磁体承载部20形成为用于支撑并固定磁体200的结构，可以包括磁体固定支架，较佳地，磁体固定支架上所固定的磁体并不限于为一个，可以为多个，驱动单元30通过驱动磁体承载部20移动，使固定其上的所有磁体200同步移动，形成包围靶材100的均匀磁场。

驱动单元30可以包括：

驱动构件31，配置为用于为所述磁体的往复运动提供驱动力；

连接构件32，与驱动构件31和磁体承载部20相连接；

本发明实施例中，驱动构件31可以包括转动电机，连接构件32可以包括滚珠丝杠，滚珠丝杠的螺杆与转动电机连接，滚珠丝杠的螺母与磁体承载部20相连接。通过转动电机驱动滚珠丝杠的螺杆转动，滚珠丝杠的螺母带动磁体承载部20沿螺杆移动，另外螺杆平行于预定路径300设置，当转动电机的转动方向不同时，螺母带动磁体承载部20沿螺杆朝不同方向移动，实现磁体200沿预定路径300在第一限定边缘a与第二限定边缘b之间的往复运动。

较佳地，磁控溅射装置还可以包括平行于预定路径300设置的导轨，磁体承载部20设置于导轨上，驱动构件31通过连接构件32驱动磁体承载部20运动时，磁体承载部20在导轨上往复移动，从而带动磁体200沿预定路径300在第一限定边缘a与第二限定边缘b之间往复运动。

当然，以上驱动单元30的设置结构仅为本发明的其中一实施例，具体并不以此为限，只要能够实现磁体200沿预定路径300在第一限定边缘a与第二限定边缘b之间的往复运动即可。

采用本发明实施例所述磁控溅射装置，结合图4，通过驱动单元30驱动磁体承载部20运动，磁体200以预定路径300上的一定位位置310作为起始位置和终点位置，沿预定路径300在第一限定边缘a与第二限定边缘b之间作往复运动。

具体地，参阅图3和图4，本发明实施例中预定路径300为平行于靶材100的水平直线，定位位置310为预定路径300上的其中一位置点，以水平向右方向为起始运动方向为例，磁体200以定位位置310作为起始位置和终点位置，沿预定路径300在第一限定边缘a与第二限定边缘b之间往复运动的一个往复运动周期为：步骤s1，以定位位置310为起始位置水平向右移动至第二限定边缘b；步骤s2，从第二限定边缘b水平向左移动至第一限定边缘a；步骤s3，从第一限定边缘a水平向右移动至定位位置310。

本发明实施例中，在磁控溅射装置进行磁控溅射的过程中，当磁体200以上述方式运动预设个往复运动周期时，驱动单元30关闭电场施加单元所施加的电场，调整定位位置。较佳地，每间隔一个往复运动周期，驱动单元30调整一次定位位置。

具体地，结合图5，当磁体200以第一定位位置311作为起始位置和终点位置，沿预定路径300在第一限定边缘a与第二限定边缘b之间往复运动预设个往复运动周期后，也即从第一定位位置311起，采用上述一个往复运动周期的运动方式，运动返回至第一定位位置311后，调整定位位置，使磁体200从第一定位位置311移动至第二定位位置312，以第二定位位置312作为起始位置和终点位置，采用上述一个往复运动周期的运动方式，运动预设个往复运动周期后，再次重新调整定位位置。

基于以上，本发明实施例所述磁控溅射装置，还包括：

测距单元(图中未显示)，配置为用于检测磁体200的位置，向驱动单元30传输位置信息；

其中，驱动单元30根据测距单元所检测获得的位置信息，确定预定路径上的定位位置，并驱动磁体200移动至所确定的定位位置。

具体地，测距单元可以包括红外线距离传感器，设置于驱动单元30或者磁体承载部20上。该红外线距离传感器与驱动单元30电连接，通过红外线距离传感器向磁体200上的其中一位置发射红外线，利用红外线的发射时间和接收红外线在磁体200上反射的反射光线的接收时间的差值，即能够确定磁体200的位置信息。

驱动单元30通过实时地获取红外线距离传感器所检测获得的位置信息，监测磁体200在沿预定路径进行往复运动时的运动位置和往复运动周期的次数，并当磁体200从一定位位置作为起始位置，沿预定路径在第一限定边缘a与第二限定边缘b之间往复运动预设个往复运动周期，返回至该定位位置后，驱动磁体200从当前的定位位置移动至预定路径上的另一定位位置，以另一定位位置作为起始位置，重新执行磁控溅射的往复运动周期。

进一步地，所述磁控溅射装置还包括：

电场施加单元，配置为用于提供靶材溅射的电场；

其中，在驱动单元30驱动磁体承载部20运动，使磁体200以预定路径300上的一定位位置作为起始位置和终点位置，沿预定路径在第一限定边缘a与第二限定边缘b之间作往复运动时，电场施加单元呈工作状态，用于提供靶材溅射的电场；当驱动单元30调整定位位置时，电场施加单元呈非工作状态，关闭电场。具体地，当磁体200从一定位位置作为起始位置，沿预定路径300在第一限定边缘a与第二限定边缘b之间往复运动预设个往复运动周期的过程中，电场施加单元呈工作状态；当磁体200运动预设个往复运动周期返回至该定位位置后，电场施加单元关闭电场，直至当驱动单元30驱动磁体200从当前的定位位置移动至预定路径上的另一定位位置后，电场施加单元再打开电场，呈工作状态，继续磁控溅射的下一个往复运动周期。

本发明实施例中，电场施加单元与驱动单元30电连接，电场施加单元根据驱动单元30的控制指令，使电场打开或关闭。当然，也可以独立设置一控制单元，根据磁体200的位置信息和运动状态，向电场施加单元输出电场打开或关闭的控制指令。

本发明实施例所述磁控溅射装置中，当靶材承载部10包括用于承载靶材100的背板时，可以通过背板上施加负电压作为阴极形成电场，使靶材100处于该电场中以用于磁控溅射，因此靶材承载部10上的背板形成为电场施加单元的一其中一部分。当然，也可以设置独立于靶材承载部10之外的电场施加单元，用于特定为靶材100提供电场。

采用上述结构的磁控溅射装置，结合图4和图5，在磁控溅射过程中，当作为起始位置的定位位置与第一限定边缘a和第二限定边缘b不重合时，定位位置与靶材100相对的位置位于靶材100的靶面内部，因此使得磁体200的可停滞位置向靶面的内部移动，增加磁体200相对于靶面上的每一位置的停滞机会，避免仅在边缘位置停滞，造成边缘位置的过度消耗。

较佳地，结合图3和图6所示，在磁控溅射过程中，磁体200以第一限定边缘a作为第一个定位位置，沿预定路径300间隔预设距离w，依次确定每一个定位位置310，直至定位位置310移动至与第二限定边缘b相重合。

结合图3，当磁体200在预定路径300的延伸方向上的宽度为l时，预设距离w小于等于l，进一步较佳地，w等于l，以保证靶材消耗的均匀性。

另外，较佳地，磁控溅射装置还可以包括：

沿预定路径在不同位置设置的多个限位单元，多个限位单元中的其中一限位单元能够被启动用于确定定位位置。

具体地，限位单元可以为磁力型的接近传感器、光电型的接近传感器、超声波型的接近传感器或者为限位开关，当磁体接近限位单元时，限位单元产生触发信号，驱动单元可以接收该触发信号，确定磁体的当前位置。

举例说明，当磁控溅射装置包括导轨，磁体承载部设置于导轨上，能够沿导轨移动，带动磁体在第一限定边缘a与第二限定边缘b之间作往复运动时，导轨平行于预定路径，多个限位单元可以被设置于导轨上。当其中一限位单元被启动，其他限位单元关闭时，被启动的限位单元的设置位置可以被确定为定位位置。驱动单元通过接收限位单元发出的触发信号，确定磁体移动至被启动限位单元所在的位置，并通过统计磁体经过被启动限位单元位置处的次数，确定磁体在第一限定边缘a与第二限定边缘b之间往复运动是否达到预设个往复运动周期，当达到预设个往复运动周期时，控制当前被启动限位单元关闭，相邻的另一个限位单元被启动，将磁体移动至另一个限位单元的位置处，继续磁控溅射过程中的另一往复运动周期。

较佳地，多个限位单元中包括位于第一限定边缘a处的第一限位单元和位于第二限定边缘b处的第二限位单元，其中在磁控溅射过程中，第一限位单元和第二限位单元始终处于被启动状态，用于限定预定路径的范围。

本发明实施例所述磁控溅射装置，通过设置能够调整磁体的起始位置和终点位置的驱动单元，使得在磁控溅射工作过程中，磁体的可停滞位置向靶面的内部移动，增加磁体相对于靶面上的每一位置的停滞机会，避免仅在边缘位置停滞，造成边缘位置的过早击穿，使用寿命较低的问题。

本发明实施例另一方面还提供一种磁控溅射设备，包括反应腔室和设置在所述反应腔室内的如上结构的磁控溅射装置。

本发明实施例所述磁控溅射设备，驱动单元能够在磁控溅射工作过程中，调整磁体沿预定路径在第一限定边缘与第二限定边缘之间作往复运动的起始位置和终点位置，并能够根据磁体进行往复运动的运动周期，向电场施加单元输出打开或关闭信号，使得磁体在以预定路径上的一定位位置作为起始位置和终点位置，沿所述预定路径在第一限定边缘与第二限定边缘之间作往复运动，也即进行磁控溅射工作时，电场施加单元呈电场打开状态；当调整起始位置和终点位置时，关闭电场信号。通过磁控溅射工作过程对起始位置和终点位置的调整，使得磁体的可停滞位置向靶面的内部移动，增加磁体相对于靶面上的每一位置的停滞机会，避免仅在边缘位置停滞，造成边缘位置的过度消耗，以达到延长靶材使用寿命的目的。

本发明实施例另一方面还提供一种磁控溅射方法，如图7所示，该方法包括：

s710，向磁控溅射设备的电场施加单元发出电场打开信号，并控制磁控溅射设备的磁体承载部运动，磁体以预定路径上的第一定位位置作为起始位置和终点位置，沿预定路径在第一限定边缘与第二限定边缘之间作往复运动；

s720，当监测到所述磁体运动达到预设个往复运动周期时，向所述电场施加单元发出电场关闭指令，并控制所述磁体承载部带动所述磁体移动至所述预定路径上的第二定位位置；

s730，向所述电场施加单元发出电场打开指令，并控制所述磁体承载部带动所述磁体以所述第二定位位置作为起始位置和终点位置，沿所述预定路径在第一限定边缘与第二限定边缘之间作往复运动。

采用本发明实施例所述磁控溅射方法，对一个基材的磁控溅射过程，可以包括多个磁控溅射周期，其中当一磁控溅射周期到达时，关闭电场信号，调整沿磁体沿预定路径在第一限定边缘与第二限定边缘之间作往复运动的起始位置和终点位置，以调整后位置作为起始位置和终点位置，沿预定路径在第一限定边缘与第二限定边缘之间作往复运动。这样，使得磁体的可停滞位置向靶面的内部移动，增加磁体相对于靶面上的每一位置的停滞机会，避免仅在边缘位置停滞，造成边缘位置的过度消耗，以达到延长靶材使用寿命的目的。

本发明实施例所述方法的步骤s710中，所述磁体执行从所述第一定位位置移动至所述第一限定边缘、从所述第一限定边缘移动至所述第二限定边缘、从所述第二限定边缘移动至所述第一定位位置的一次运动过程为一个周期次数。

较佳地，步骤s720中，当监测到所述磁体运动达到一个往复运动周期时，向所述电场施加单元发出电场关闭指令。

此外，步骤s710和s720中，所述磁体在第一限定边缘与第二限定边缘之间作往复运动时的预定路径平行于靶材的靶面，且所述预定路径为一直线。

本发明实施例中，所述磁体在所述预定路径的延伸方向上的宽度为l时，所述第一定位位置和所述第二定位位置沿所述预定路径上的距离值为小于等于l。

较佳地，采用本发明实施例所述磁控溅射方法，还包括：

当监测到所述磁体以所述第二定位位置作为起始位置和终点位置，沿所述预定路径在第一限定边缘与第二限定边缘之间作往复运动达到预设个往复运动周期时，向所述电场施加单元发出电场关闭指令，并控制所述磁体承载部带动所述磁体移动至所述预定路径上的第二定位位置；

向所述电场施加单元发出电场打开指令，并控制所述磁体承载部带动所述磁体以所述第三定位位置作为起始位置和终点位置，沿所述预定路径在第一限定边缘与第二限定边缘之间作往复运动。其中，第三定位位置为所述预定路径上的其中一位置，且第三定位位置与第一定位位置、第二定位位置不同。

另外，本发明实施例中，第一定位位置可以与第一限定边缘相重合，第三定位位置可以与第二限定边缘相重合。

采用本发明实施例所述磁控溅射装置、设备和方法，通过驱动单元调整磁体在第一限定边缘a与第二限定边缘b之间往复运动的起始位置，使得磁体的可停滞位置向靶面的内部移动，增加磁体相对于靶面上的每一位置的停滞机会，避免仅在边缘位置停滞，造成边缘位置的过度消耗，以达到延长靶材使用寿命的目的。

以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。