專利名稱：磁控濺射設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及磁控濺射技術，尤其涉及一種磁控濺射設備。
背景技術：
磁控濺射技術是沉積薄膜的常用工藝，在液晶顯示器(Liquid CrystalDisplay, 簡稱LCD)的制備過程中占據重要地位。圖1和圖2為現有技術中兩種典型磁控濺射設備的結構示意圖，該磁控濺射設備 均包括沉積腔1，沉積腔1中相對設置有靶材和基板底座3，待沉積薄膜的基板4放置在基 板底座3上。區別在于圖1中的磁控濺射設備采用平面靶材22，圖2中的磁控濺射設備采 用旋轉靶材21。靶材和基板底座3形成正負電極，在其間能夠形成電場和磁場。沉積腔1 壁面上連通有進氣管道(GaSIn)5和抽氣管道6，進氣管道5用于向沉積腔1通入氬氣等工 作氣體，抽氣管道6連接抽氣泵(Pump)，用于抽出沉積腔1中的氣體，維持真空度以及循環 更換工作氣體。磁控濺射設備的工作原理是電子在電場的作用下加速飛向基板，在此過程中 與氬原子發生碰撞，電離出大量的氬離子和電子，在靶材和基板之間形成等離子體區域 (Plasma) 13。氬離子在電場的作用下加速轟擊靶材，濺射出大量的靶材原子或分子，呈中性 的靶材原子或分子沉積在基板上成膜。為了形成更多氬離子對靶材轟擊以產生更多靶材原 子或分子，就需要提高電子與氬原子的碰撞率。利用靶材附近形成的磁場，使電子受到磁場 洛侖磁力的影響，被束縛在靠近靶材的等離子體區域13內，圍繞靶材運動，增加電子的運 動路徑，從而提高電子與氬原子的碰撞率，電離出的大量氬離子可轟擊出更多靶材原子或 分子。受磁場磁力線分布的影響，氬離子形成并不均勻，導致靶材表面被轟擊而消耗的 材料也不均勻。如圖1所示的設備采用的是固定的平面靶材22，會形成局部位置材料已消 耗殆盡，而其他位置還剩余很多材料的情況。平面靶材22表面材料的不均勻，直接導致成 膜均勻性差。若此時更換靶材則會造成材料浪費。如圖2所示的設備采用的是多根旋轉靶 材21，可以單獨更換材料消耗完的旋轉靶材21，以保證為沉積腔1提供均勻性高的靶材材 料。但是，現有旋轉靶材仍然存在一定缺陷在更換靶材時，需要停止磁控濺射沉積操 作，沉積腔會由于更換靶材而破壞真空環境，更換靶材后需要重寫抽取真空并充入工作氣 體。因此，現有技術采用旋轉靶材的磁控濺射設備存在靶材更換難度大，操作成本高的缺 陷。
實用新型內容本實用新型提供一種磁控濺射設備，以提高磁控濺射設備更換靶材的便捷性。本實用新型提供一種磁控濺射設備，包括沉積腔，所述沉積腔中設置有基板底座， 其中，還包括[0009]處理腔，與所述沉積腔連通，所述處理腔與所述沉積腔的連接處設置有由靶材構 成的靶材區域；轉移腔，與所述處理腔鄰接設置，所述轉移腔的壁面上設置有第一氣閉門，通過開 啟或關閉所述第一氣閉門以控制所述轉移腔中的真空度并置換靶材；轉移裝置，設置在所述處理腔和/或轉移腔中，在所述轉移腔處于設定真空度的 狀態下，通過所述轉移腔與處理腔鄰接壁面上設置的第二氣閉門，在所述轉移腔和處理腔 之間轉移靶材以進行更換。如上所述的磁控濺射設備，其中所述靶材區域由多個平面靶材或多個旋轉靶材 拼合而成。如上所述的磁控濺射設備，其中，還包括加熱裝置，設置在所述處理腔和/或轉移腔中，用于對待更換到沉積腔中的靶材 進行加熱。如上所述的磁控濺射設備，其中，還包括移動基座，設置在所述處理腔和沉積腔的連接處，多個所述靶材裝設在所述移動 基座的傳動導軌上，所述傳動導軌將待更換的靶材傳輸至所述靶材區域之外，以便進行更換。如上所述的磁控濺射設備，其中所述傳動導軌的軌跡形狀為封閉環形。如上所述的磁控濺射設備，其中，還包括間隙調節設備，設置在所述傳動導軌傳輸待更換旋轉靶材的路徑中，用于調節相 鄰旋轉靶材之間的間隙。如上所述的磁控濺射設備，其中，所述間隙調節設備包括傳感器，設置在所述傳動導軌傳輸待更換旋轉靶材的路徑中，用于檢測相鄰旋轉 靶材之間的最短距離；調節組件，用于當所述傳感器檢測到的最短距離大于設定門限值時，移動所述旋 轉靶材在所述傳動導軌上的位置，以縮小相鄰旋轉靶材之間的間隙。如上所述的磁控濺射設備，其中，所述間隙調節設備包括松夾具部件，設置在所述傳動導軌傳輸待更換旋轉靶材的路徑中，用于松開將旋 轉靶材固定到傳動導軌上的夾具；推動部件，用于將松開夾具的旋轉靶材向前一個旋轉靶材的方向推動，直至貼靠 在前一個旋轉靶材的表面上；緊夾具部件，設置在所述傳動導軌傳輸待更換旋轉靶材的路徑中，用于將推動后 的旋轉靶材夾具擰緊固定。如上所述的磁控濺射設備，其中，還包括移動控制裝置，用于按照設定規律在沉積過程中或沉積過程的間歇中控制所述移 動基座的傳動導軌移動，以傳輸所述靶材。本實用新型提供的磁控濺射設備，通過設置處理腔和轉移腔作為更換靶材的過渡 空間，解決了更換過程中需要完成真空與外界環境切換的問題。以轉移腔連接在外界和沉 積腔之間，與外界隔離時，以真空環境實現與沉積腔之間的靶材更換，與沉積腔隔離時，以 大氣環境實現與外界之間的靶材轉移置換。本實用新型的技術方案僅需要對轉移腔實行抽真空操作，減少了對沉積環境的影響，因而可以提高靶材更換的便捷性，降低更換操作的成 本。
圖1為現有技術中采用平面靶材的典型磁控濺射設備的結構示意圖；圖2為現有技術中采用旋轉靶材的典型磁控濺射設備的結構示意圖；圖3為本實用新型實施例一提供的磁控濺射設備的結構示意圖；圖4為本實用新型實施例二提供的磁控濺射設備的結構示意圖；圖5為本實用新型實施例三提供的磁控濺射設備的結構示意圖。附圖標記1-沉積腔；21-旋轉靶材；3-基板底座； 4-基板；6-抽氣管道； 7-處理腔；9-轉移腔；10-第一氣閉門；12-第二氣閉門；13-等離子體區域；15-傳動導軌；16-間隙調節設備。
具體實施方式
為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新 型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描 述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施 例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于 本實用新型保護的范圍。實施例一圖3為本實用新型實施例一提供的磁控濺射設備的結構示意圖，如圖3所示，該磁 控濺射設備包括沉積腔1，沉積腔1中設置有基板底座3，基板底座3用于放置待沉積薄膜 的基板4。沉積腔1中還可以連通有進氣管道5和抽氣管道6，進氣管道5用于通入氬氣等 工作氣體，抽氣管道6用于抽出沉積腔1中的氣體，維持真空度以及循環更換工作氣體。該 磁控濺射設備還包括處理腔7、轉移腔9和轉移裝置11。如圖3所示，處理腔7與沉積腔1連通，處理腔7與沉積腔1的連接處設置有由靶 材構成的靶材區域8，本實施例中以旋轉靶材21為例來說明。靶材區域8與基板底座3相 對設置，其間形成電場和磁場，在沉積過程中形成等離子體區域13。轉移腔9與處理腔7鄰 接設置，轉移腔9的壁面上設置有第一氣閉門10，通過開啟或關閉該第一氣閉門10以控制 轉移腔9中的真空度并進行靶材的置換。轉移裝置11設置在處理腔7中，可以是機械手， 在轉移腔9處于設定真空度的狀態下，通過轉移腔9與處理腔7鄰接壁面上設置的第二氣 閉門12，在轉移腔9和處理腔7之間轉移靶材以進行更換。本實施例中是將轉移裝置設置在處理腔中，實際應用中，轉移裝置也可以設置在 轉移腔中，或者由設置在轉移腔和處理腔中的部件結合構成轉移裝置。本實施例中的靶材區域可以為單塊的平面靶材，或者優選是靶材區域由多個平面
22-平面靶材； 5-進氣管道； 8-靶材區域； 11-轉移裝置 14-移動基座；
5靶材或多個可自轉的旋轉靶材拼合而成，拼合而成的靶材區域朝向沉積腔，為沉積腔的沉 積操作提供靶材材料。圖3中所示為優選情況，采用旋轉靶材21，旋轉靶材21通過自轉可 以使旋轉靶材21表面材料消耗的均勻性提高。采用本實施例的技術方案，通過設置處理腔7和轉移腔9，為更換過程中的靶材提 供了過渡的真空環境。從外面轉移進來的靶材首先進入轉移腔9，而后對轉移腔9抽取真 空，再開啟轉移腔9和處理腔7之間的第二氣閉門12，將靶材更換到靶材區域8中。上述 過程中對沉積腔1中的真空環境和工作氣體環境基本沒有影響，更換靶材時僅需要對轉移 腔9進行抽取真空的操作，無須對沉積腔1抽取真空。僅作為過渡空間的轉移腔9體積要 遠小于沉積腔1的體積。所以，本實施例所提供的磁控濺射設備具有靶材更換方便的優點， 更換操作過程中無須大規模對沉積腔1進行真空抽取操作，因此可降低更換靶材的成本和 難度。對于多個靶材組成靶材區域的情況，更可以僅更換一個或幾個靶材，在真空條件 下進行的更換操作不會影響正在使用的靶材，甚至無須停止沉積操作的進行，能夠提高工 作效率。對于正在使用中的磁場，可以通過在靶材區域設置電極，或為處于靶材區域中的靶 材通電來實現。在本實施例的基礎上，該磁控濺射設備可以進一步包括加熱裝置，加熱裝置設置 在處理腔和/或轉移腔中，用于對待更換到沉積腔中的靶材進行加熱。采用該技術方案，可 以對待更換的靶材進行預熱，以便更換后的靶材更容易被轟擊產生靶材原子或分子，能夠 盡量減少更換靶材對沉積過程的影響。實施例二圖4為本實用新型實施例二提供的磁控濺射設備的結構示意圖，如圖4所示，該磁 控濺射設備還包括移動基座14。移動基座14設置在處理腔7和沉積腔1的連接處，多個平 面靶材或旋轉靶材21裝設在移動基座14的傳動導軌15上，本實施例以旋轉靶材21為例 進行說明。傳動導軌15將待更換的旋轉靶材21傳輸至靶材區域8之外，以便進行更換。本實施例的技術方案以移動基座14將靶材傳輸至靶材區域8之外，由于靶材區域 8是在沉積過程中主要提供靶材材料的區域，所以在靶材區域8之外更換靶材可以減小對 沉積過程的影響。通過設計沉積腔1和處理腔7之間連接處的結構，以及設計移動基座14 的結構，可以保持沉積腔1和處理腔7連接處區域落入靶材區域8的范圍內。在本實施例中，傳動導軌15的軌跡形狀設計為封閉環形，便于將更換的靶材循環 地替換到靶材區域8中。實際應用中，傳動導軌15的軌跡形狀也可以為開放的曲線形，將 靶材更換后再傳輸回到靶材區域8中，或者也可以設置兩條傳動導軌15，交替地將靶材傳 輸到靶材區域8中。傳動導軌15的軌跡可以根據具體需要來設計。本實施例所提供磁控濺射設備的工作過程如下一方面是將備用的旋轉靶材21安置到移動基座14的過程，具體為關閉第二氣閉 門12，開啟第一氣閉門10，此時轉移腔9與大氣連通，達到與大氣一樣的氣壓；將備用旋轉 靶材21放置在轉移腔9中；關閉第一氣閉門10，對轉移腔9抽取真空，可以通過第一氣閉 門10或其他通道抽取真空；當轉移腔9氣壓達到與處理腔7相同的設定真空度后，打開第 二氣閉門12 ；用轉移裝置11將備用旋轉靶材21從轉移腔9中取出，裝設在移動基座14上， 而后關閉第二氣閉門12。[0057] 另一方面是從處理腔7取出使用完畢的旋轉靶材21的過程，具體為關閉第一氣 閉門10和第二氣閉門12，對轉移腔9抽取真空；采用轉移裝置11從移動基座14上取出使 用過后的旋轉靶材21，通過開啟的第二氣閉門12將旋轉靶材21放置在具有設定真空度的 轉移腔9中；關閉第二氣閉門12，開啟第一氣閉門10，將使用完畢的旋轉靶材21取出到外上述更換靶材過程僅需對轉移腔執行抽取真空的操作，減小了對沉積過程的影 響，提高了更換靶材的便捷性，降低了更換成本。通過本實施例的技術方案可以解決靶材隨 著使用時間增長，沉積速度和均勻性下降的問題，并且提高了靶材的更換效率。實施例三圖5為本實用新型實施例三提供的磁控濺射設備的結構示意圖，如圖5所示，該磁 控濺射設備還包括間隙調節設備16。間隙調節設備16設置在傳動導軌15傳輸待更換旋轉 靶材21的路徑中，用于調節相鄰旋轉靶材21之間的間隙。隨著成膜工藝的進行，旋轉靶材21的材料厚度會逐漸變薄，旋轉靶材21與旋轉靶 材21之間的間隙會變大，間隙增大會嚴重影響成膜的均勻性。采用本實施例的技術方案可 以解決這一問題，適當地調節相鄰旋轉靶材21中間的間隙，能夠使靶材區域8提供較為均 勻的靶材表面。以機械、電氣等技術實現間隙調節設備的方式有多種。例如，間隙調節設備的一種具體實現形式可以為包括傳感器和調節組件。傳感器 設置在傳動導軌傳輸待更換旋轉靶材的路徑中，用于檢測相鄰旋轉靶材之間的最短距離， 即旋轉靶材表面之間的間隙。調節組件用于當傳感器檢測到的最短距離大于設定門限值 時，移動旋轉靶材在傳動導軌上的位置，以縮小相鄰旋轉靶材之間的間隙。上述實現方式中，傳感器可以檢測兩物體表面之間的距離來判斷間隙大小，也可 以檢測靶材的寬度來計算間隙大小和旋轉靶材的剩余厚度。例如，從傳動導軌的一側向另 一側照射光線，并在另一側接收光線。按照設定速度傳輸旋轉靶材，根據光線未被旋轉靶材 阻隔的計時值和傳輸速度值可以計算間隙大小；或根據光線被阻隔的計時值和傳輸速度值 可以計算旋轉靶材的寬度，間接計算間隙大小。當傳感器檢測到的最短距離大于設定門限 值時，可通過調節組件將該旋轉靶材按照檢測出的間隙大小移動設定距離，從而完成旋轉 靶材間隙的精確調節。間隙調節設備的形式可按照旋轉靶材裝設形式來設計。具體應用中，可以將旋轉 靶材的轉軸嵌設在作為傳動導軌的滑槽中來實現傳輸，并以夾具固定轉軸。則相應地間隙 調節設備的另一種具體實現形式可以包括松夾具部件、推動部件和緊夾具部件。松夾具部 件設置在傳動導軌傳輸待更換旋轉靶材的路徑中，用于松開將旋轉靶材固定到傳動導軌上 的夾具；推動部件用于將松開夾具的旋轉靶材向前一個旋轉靶材的方向推動，直至貼靠在 前一個旋轉靶材的表面上；緊夾具部件設置在傳動導軌傳輸待更換旋轉靶材的路徑中，用 于將推動后的旋轉靶材夾具擰緊固定。在上述實現方式中，對于經過間隙調節設備的旋轉靶材，首先以松夾具部件松開 夾具，由于不受到夾具的固定，該旋轉靶材連同夾具可以在滑槽中自由移動；可通過電動部 件或者彈性部件作為推動部件，將該旋轉靶材向前一個旋轉靶材的方向推動，以至靠近前 一個旋轉靶材；然后再固定夾具，完成間隙的調節。[0067]間隙調節設備的實現方式并不限于上述兩種，可以根據靶材使用情況自動調節相 鄰兩個靶材之間的距離到合適位置即可。本實用新型上述實施例的磁控濺射設備中還可以設置或連接一移動控制裝置。移 動控制裝置用于按照設定規律在沉積過程中或沉積過程的間歇中控制移動基座的傳動導 軌移動，以傳輸靶材。傳輸靶材的設定規律應符合實際情況，配合靶材的消耗速度和更換時間。例如，可 以按照經驗確定靶材消耗至一定量的時間，以該時間作為設定周期，每隔設定周期就將當 前處于靶材區域的靶材轉移至靶材區域之外來進行更換。或者，可以是按照其他設定周期 將一個或幾個靶材轉移至靶材區域之外，局部地更換靶材區域中的靶材，從而循環地更新 靶材區域中的靶材。再或者，按照設定規律將靶材傳輸至靶材區域之外，調整好相鄰靶材的 間隙后再送入靶材區域進行沉積操作。采用上述技術方案，可以全自動化完成靶材更換過程，實現高度的自動化設計。最后應說明的是以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制； 盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解: 其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等 同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術 方案的精神和范圍。
權利要求一種磁控濺射設備，包括沉積腔，所述沉積腔中設置有基板底座，其特征在于，還包括處理腔，與所述沉積腔連通，所述處理腔與所述沉積腔的連接處設置有由靶材構成的靶材區域；轉移腔，與所述處理腔鄰接設置，所述轉移腔的壁面上設置有第一氣閉門，通過開啟或關閉所述第一氣閉門以控制所述轉移腔中的真空度并置換靶材；轉移裝置，設置在所述處理腔和/或轉移腔中，在所述轉移腔處于設定真空度的狀態下，通過所述轉移腔與處理腔鄰接壁面上設置的第二氣閉門，在所述轉移腔和處理腔之間轉移靶材以進行更換。
2.根據權利要求1所述的磁控濺射設備，其特征在于所述靶材區域由多個平面靶材 或多個旋轉靶材拼合而成。
3.根據權利要求1所述的磁控濺射設備，其特征在于，還包括加熱裝置，設置在所述處理腔和/或轉移腔中，用于對待更換到沉積腔中的靶材進行 加熱。
4.根據權利要求2或3所述的磁控濺射設備，其特征在于，還包括移動基座，設置在所述處理腔和沉積腔的連接處，多個所述靶材裝設在所述移動基座 的傳動導軌上，所述傳動導軌將待更換的靶材傳輸至所述靶材區域之外，以便進行更換。
5.根據權利要求4所述的磁控濺射設備，其特征在于所述傳動導軌的軌跡形狀為封 閉環形。
6.根據權利要求4所述的磁控濺射設備，其特征在于，還包括間隙調節設備，設置在所述傳動導軌傳輸待更換旋轉靶材的路徑中，用于調節相鄰旋 轉靶材之間的間隙。
7.根據權利要求6所述的磁控濺射設備，其特征在于，所述間隙調節設備包括傳感器，設置在所述傳動導軌傳輸待更換旋轉靶材的路徑中，用于檢測相鄰旋轉靶材 之間的最短距離；調節組件，用于當所述傳感器檢測到的最短距離大于設定門限值時，移動所述旋轉靶 材在所述傳動導軌上的位置，以縮小相鄰旋轉靶材之間的間隙。
8.根據權利要求6所述的磁控濺射設備，其特征在于，所述間隙調節設備包括松夾具部件，設置在所述傳動導軌傳輸待更換旋轉靶材的路徑中，用于松開將旋轉靶 材固定到傳動導軌上的夾具；推動部件，用于將松開夾具的旋轉靶材向前一個旋轉靶材的方向推動，直至貼靠在前 一個旋轉靶材的表面上；緊夾具部件，設置在所述傳動導軌傳輸待更換旋轉靶材的路徑中，用于將推動后的旋 轉靶材夾具擰緊固定。
9.根據權利要求4所述的磁控濺射設備，其特征在于，還包括移動控制裝置，用于按照設定規律在沉積過程中或沉積過程的間歇中控制所述移動基 座的傳動導軌移動，以傳輸所述靶材。
專利摘要本實用新型公開了一種磁控濺射設備。該磁控濺射設備包括沉積腔，還包括處理腔，與沉積腔連通，處理腔與沉積腔的連接處設置有由靶材構成的靶材區域；轉移腔，與處理腔鄰接設置，轉移腔的壁面上設置有第一氣閉門，通過開啟或關閉第一氣閉門以控制轉移腔中的真空度并置換靶材；轉移裝置，設置在處理腔和/或轉移腔中，在轉移腔處于設定真空度的狀態下，通過轉移腔與處理腔鄰接壁面上設置的第二氣閉門，在轉移腔和處理腔之間轉移靶材以進行更換。本實用新型的磁控濺射設備通過設置處理腔和轉移腔作為更換過渡空間，僅需要對轉移腔實行抽真空操作，降低了對沉積環境的影響，因而可以提高靶材更換的便捷性。
文檔編號C23C14/35GK201648509SQ201020171400
公開日2010年11月24日 申請日期2010年4月21日 優先權日2010年4月21日
發明者謝振宇 申請人:北京京東方光電科技有限公司