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一种磁控溅射装置及其磁场分布调节方法 【EN】A kind of magnetic control sputtering device and its Distribution of Magnetic Field adjusting method

申请(专利)号:CN201711299250.X国省代码:安徽 34
申请(专利权)人:【中文】合肥鑫晟光电科技有限公司 京东方科技集团股份有限公司【EN】Hefei Xinsheng Optoelectronic Technology Co., Ltd.;BOE Technology Group Co., Ltd.
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摘要:
【中文】本发明提供一种磁控溅射装置及其磁场分布调节方法,涉及磁控溅射领域,可有效改善平面靶材斑纹不良、提高靶材利用率和成膜均匀性。该磁控溅射装置包括:溅射腔室和设置在所述溅射腔室内的平面靶材;设置在所述平面靶材远离被溅射一侧的至少三组电磁线圈,每组所述电磁线圈的一端朝向所述平面靶材、另一端远离所述平面靶材;驱动单元,配置成控制每组所述电磁线圈的开关和磁性方向;与每组所述电磁线圈一一对应的连接线,配置成电性连接每组所述电磁线圈与所述驱动单元。 【EN】Paragraph:The present invention provides a kind of magnetic control sputtering device and its Distribution of Magnetic Field adjusting method, is related to magnetron sputtering field, can be effectively improved that planar targets speckle is bad, improves target utilization and into film uniformity.The magnetic control sputtering device includes:Sputtering chamber and the planar targets being arranged in the sputtering chamber;The planar targets are arranged on away from least three groups of magnet coils for being sputtered side, one end of magnet coil described in every group is towards the planar targets, the other end away from the planar targets;Driver element, it is configured to control the switch and magnetic direction of magnet coil described in every group;With the one-to-one connecting line of magnet coil described in every group, it is configured to be electrically connected with magnet coil described in every group and the driver element.Image:201711299250.GIF

主权项:
【中文】一种磁控溅射装置,所述磁控溅射装置包括:溅射腔室和设置在所述溅射腔室内的平面靶材;其特征在于,所述磁控溅射装置还包括:设置在所述平面靶材远离被溅射一侧的至少三组电磁线圈,每组所述电磁线圈的一端朝向所述平面靶材、另一端远离所述平面靶材;驱动单元,配置成控制每组所述电磁线圈的开关和磁性方向;与每组所述电磁线圈一一对应的连接线,配置成电性连接每组所述电磁线圈与所述驱动单元。 【EN】1. a kind of magnetic control sputtering device, the magnetic control sputtering device includes:Sputtering chamber and it is arranged in the sputtering chamber Planar targets;Characterized in that, the magnetic control sputtering device also includes: The planar targets are arranged on away from least three groups of magnet coils for being sputtered side, one end of magnet coil described in every group Towards the planar targets, the other end away from the planar targets; Driver element, it is configured to control the switch and magnetic direction of magnet coil described in every group; With the one-to-one connecting line of magnet coil described in every group, it is configured to be electrically connected with magnet coil described in every group and the drive Moving cell.


说明书

一种磁控溅射装置及其磁场分布调节方法

技术领域

本发明涉及磁控溅射领域,尤其涉及一种磁控溅射装置及其磁场分布调节方法。

背景技术

大尺寸显示面板中的膜层通常采用磁控溅射镀膜工艺制备,通过对平面靶材进行

磁控溅射,以形成大面积的金属或金属氧化物薄膜。平面靶材使用的磁铁通常为永磁体,设

备经过长久的使用后,由于永磁铁在平面靶材表面产生的磁场位置相对固定,使得靶材表

面受磁场作用的局部区域被长期集中溅射,靶材表面出现凹凸不平,即出现Target Mura

(靶材斑或纹样)高发不良,对溅射成膜的均一性和稳定性产生不利影响,降低产品良率。

并且,随着显示面板尺寸的不断增大,平面靶材的面积相应地也随之增大,靶材表

面由于局部区域被长期集中溅射而导致的利用率较低问题更为严重。

现有技术中采用移动靶材和/或磁铁位置的方式可以在一定程度上降低平面靶材

斑纹不良、提高成膜均匀性,但改进效果很有限。

发明内容

鉴于此,为解决现有技术的问题,本发明的实施例提供一种磁控溅射装置及其磁

场分布调节方法,可有效改善平面靶材斑纹不良、提高靶材利用率成膜均匀性。

为达到上述目的,本发明的实施例采用如下技术方案:

本发明实施例提供了一种磁控溅射装置,所述磁控溅射装置包括:溅射腔室和设

置在所述溅射腔室内的平面靶材;所述磁控溅射装置还包括:设置在所述平面靶材远离被

溅射一侧的至少三组电磁线圈,每组所述电磁线圈的一端朝向所述平面靶材、另一端远离

所述平面靶材;驱动单元,配置成控制每组所述电磁线圈的开关和磁性方向;与每组所述电

磁线圈一一对应的连接线,配置成电性连接每组所述电磁线圈与所述驱动单元。

可选的,所述电磁线圈呈矩阵排布。

优选的,所述磁控溅射装置包括多个呈条状的所述平面靶材,一个呈条状的所述

平面靶材对应于一列或一行所述电磁线圈。

优选的,所述磁控溅射装置包括多个呈条状的所述平面靶材,一个呈条状的所述

平面靶材对应于相邻两列或两行所述电磁线圈。

可选的,所述磁控溅射装置还包括:设置在所述平面靶材远离被溅射一侧的第一

电极;设置在所述第一电极远离所述平面靶材一侧表面的多个框架,一个所述框架配置成

固定一组所述电磁线圈。

优选的,所述磁控溅射装置还包括:与所述第一电极面对面设置的第二电极;设置

在所述第二电极朝向所述第一电极一侧的衬底基板。

可选的,所述平面靶材为平面阴极靶;所述磁控溅射装置还包括:设置在所述平面

阴极靶远离被溅射一侧表面的多个框架,一个所述框架配置成固定一组所述电磁线圈。

优选的,所述磁控溅射装置还包括:与所述平面阴极靶面对面设置的阳极;设置在

所述阳极朝向所述第一电极一侧的衬底基板。

可选的,所述驱动单元为驱动IC。

本发明实施例还提供了一种上述磁控溅射装置的磁场分布调节方法,所述磁场分

布调节方法包括:通过所述驱动单元控制所述电磁线圈的开关和磁性方向,以调节所述平

面靶材表面的磁场分布情况。

基于此,通过本发明实施例提供的上述磁控溅射装置,通过合理地设置位于平面

靶材远离被溅射一侧的电磁线圈的排布情况,并通过驱动单元对排布的电磁线圈的开关以

及NS极性进行控制,从而控制离子流对靶材的轰击区域,从而有效改善平面靶材斑纹不良、

提高靶材利用率和成膜均匀性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现

有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本

发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以

根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种磁控溅射装置的局部结构示意图一;

图2为本发明实施例提供的一种磁控溅射装置中电磁线圈的排布示意图;

图3为本发明实施例提供的一种磁控溅射装置中电磁线圈与平面靶材的具体设置

方式一;

图4为本发明实施例提供的一种磁控溅射装置中电磁线圈与平面靶材的具体设置

方式二;

图5为本发明实施例提供的一种磁控溅射装置中电磁线圈与平面靶材的具体设置

方式三;

图6为本发明实施例提供的一种磁控溅射装置的局部结构示意图二;

图7为本发明实施例提供的一种磁控溅射装置的局部结构示意图三。

附图标记:

10-溅射腔室;20-平面靶材;30-电磁线圈;40-驱动单元;50-连接线;60-第一电

极;70-框架;a-磁感应线;b-气体电离离子。

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,所描述的实施例仅仅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做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。

需要指出的是,除非另有定义,本发明实施例中所使用的所有术语(包括技术和科

学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员共同理解的相同含义。还应当理解,诸如在

通常字典里定义的那些术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一

致的含义,而不应用理想化或极度形式化的意义来解释,除非这里明确地这样定义。

例如,本发明专利申请说明书以及权利要求书中所使用的术语“第一”、“第二”以

及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,仅是用来区分不同的组成部分。“包括”

或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的

元件或者物件及其等同,而不排除其他元件或者物件。“上/上方”、“下/下方”、“行/行方向”

以及“列/列方向”等指示的方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系,仅

是为了便于说明本发明的技术方案的简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须

具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。例如在某些

情况下,涉及“行方向”的实施例可以在“列方向”的情况下实施等等,相反亦如此。将本专利

所述方案进行90°旋转或镜像后亦属本专利权利范畴。

如图1所示,本发明实施例提供一种磁控溅射装置,包括:溅射腔室和设置在该溅

射腔室10内的平面靶材20;设置在该平面靶材20远离被溅射一侧的至少三组电磁线圈30,

每组电磁线圈30的一端朝向平面靶材20、另一端远离平面靶材20;驱动单元40,配置成控制

每组电磁线圈30的开关和磁性方向;与每组电磁线圈30一一对应的连接线50,配置成电性

连接每组电磁线圈30与驱动单元40。

需要说明的是,第一、一组线圈通常指呈环形的导线绕组,电磁线圈是利用通电导

线周围存在磁场而建立的,将导线绕成螺旋形可加强磁场,即用最小的空间来实现最高的

磁场强度。每组电磁线圈30通常由数匝绕线构成,其两端即为沿螺旋方向上升的两端,电磁

线圈30上通电后两端即分别为N极与S极。每组电磁线圈30的一端朝向平面靶材20、另一端

远离平面靶材20,即相对平面靶材20所在的面为竖直设置。

第二、溅射靶材根据形状可分为平面靶材、多弧靶材及旋转靶材,平面靶材(Plane

Target)主要是指具有一定厚度的圆形靶材及矩形靶材。

通过将电磁线圈30放置在平面靶材20远离被溅射一侧,即通常所说的靶材背部或

后方,可使得电磁线圈30产生的磁力线先穿出靶面,然后变成与溅射腔室内的电场方向垂

直,最终返回靶面的效果,即如图1中所示的磁感应线a的方向那样,从而使得气体电离离子

b受电场和磁场的作用,运动轨迹呈现环形曲线,被约束到了靶面的附近,提高了离子密度

以达到增加溅射产率的效果。

这样一来,本发明实施例提供在平面靶材20远离被溅射一侧设置至少三组电磁线

圈30,通过设定驱动单元40的驱动程序,可以使得电磁线圈30选择性地导通或关闭,并通过

控制流经电磁线圈30的电流方向,使得导通的相邻两组电磁线圈30中,朝向平面靶材20的

一端磁性方向相反,即当导通的一组电磁线圈30朝向平面靶材20的一端为N极时,相邻的另

一组导通的电磁线圈30朝向平面靶材20的一端则为S极,从而使得磁感应线a从一组电磁线

圈30的N极发出,穿过靶面并经过平面靶材20附近空间后回到相邻的另一组电磁线圈30的S

极,从而改变靶材表面磁场分布的情况。

第三、本领域技术人员应当理解,由于溅射腔室内存在大量工艺气体和从平面靶

材20表面溅射出的离子和/或分子,为避免驱动单元40受到影响,其通常设置在溅射腔室10

外。因此,电性连接每组电磁线圈30与驱动单元40的连接线50是设置为穿过溅射腔室10的

腔壁。

基于此,通过本发明实施例提供的上述磁控溅射装置,通过合理地设置位于平面

靶材20远离被溅射一侧的电磁线圈30的排布情况,并通过驱动单元40对排布的电磁线圈30

的开关以及NS极性进行控制,从而控制离子流对靶材的轰击区域,从而有效改善平面靶材

20斑纹不良、提高靶材利用率和成膜均匀性。

并且,可通过改变驱动单元40对电磁线圈30输出的具体驱动程序,后续可以进行

镀膜跟踪改良。例如,对采用上述磁控溅射装置进行成膜的膜厚结果进行测量,进而反馈或

调解驱动单元40的驱动程序,使得镀膜厚的区域减薄,镀膜薄的区域增厚。

此外,由于驱动单元40的驱动程序可控,可以通过对电磁线圈30调控镀膜的均匀

性,能够对后续制备规则不均匀薄膜(即有规则地控制不同区域的膜厚)提供工艺参考方

向。

特别是对于大尺寸的有源或主动式有机电致发光显示面板(Active Matrix

Organic Light-Emitting Display,AMOLED),驱动TFT(Thin Film Transistor,薄膜晶体

管)中的有源层通常由磁控溅射沉积的金属氧化物薄膜经构图工艺制备而成,其厚度均一

性对于TFT电性能有直接影响。采用本发明实施例提供的上述磁控溅射装置有利于获得厚

度均一性更好的有源层,以提高TFT电性能。

在上述基础上,如图2所示,上述电磁线圈30优选地呈矩阵排布,即呈行、列交叉均

匀地设置在平面靶材远离被溅射的一侧,实现平面靶材表面更多区域的磁场可控化。

进一步的,在上述磁控溅射装置中通常包括多个呈条状的平面靶材,相互之间间

隔设置。平面靶材与电磁线圈之间的具体设方式例如可以为:

如图3所示,可以设置为一个呈条状的平面靶材20对应于一列或一行电磁线圈30。

即,平面靶材20的条状长度方向平行于电磁线圈30排列的列方向或行方向,图中仅以平行

于列方向的情况为例进行示意。

或者,如图4所示,可以设置为一个呈条状的平面靶材20对应于相邻两列或两行电

磁线圈30。即,平面靶材20的条状长度方向平行于电磁线圈30排列的列方向或行方向,图中

仅以平行于列方向的情况为例进行示意。

这里,考虑到电磁线圈30的实际尺寸非常小,平面靶材20放置在上述电磁线圈30

构成的矩阵上方后就能够位于电磁线圈30通电后构成的周期性的矩阵磁场中。因此,平面

靶材20与电磁线圈30的具体排列方式也可以为如图5所示的,不规则地设置在一列电磁线

圈30上方和两列电磁线圈30之间。

电磁线圈30与平面靶材20的具体设置方式可根据相关结构的具体尺寸以及对镀

膜区域的具体要求灵活设置,本发明实施例对此不作限定。

进一步的,参考图1所示,上述磁控溅射装置还包括:设置在平面靶材20远离被溅

射一侧的第一电极60;设置在第一电极60远离平面靶材20一侧表面的多个框架70,一个框

架70配置成固定一组电磁线圈30。

即,平面靶材20设置在第一电极60上,电磁线圈30固定在第一电极60远离平面靶

材20一侧表面的框架70上,以便于更换靶材。

上述磁控溅射装置还包括:与第一电极面对面设置的第二电极;设置在第二电极

朝向第一电极一侧的衬底基板。第一电极与第二电极配置成形成溅射所需的电场,从平面

靶材溅射出的离子和/或分子沉积在衬底基板朝向平面靶材的一侧表面,具体结构可沿用

现有设计,本发明实施例对此部分未作改进。

这里,第一电极与相对的第二电极的面对面设置的具体方式,可以为面方向平行

于水平面,即两个电极相对于水平面为上下设置,这种设置方式通常适合于应用于实验室

的小型设备。或者,也可以为面方向垂直于水平面,即两个电极相对于水平面为左右设置,

这种设置方式通常适合于应用于工艺化流水作业的大型设备。

当然,上述平面靶材也可以直接作为平面阴极靶;上述磁控溅射装置还包括:设置

在平面阴极靶远离被溅射一侧表面的多个框架,一个框架配置成固定一组电磁线圈,以及

与平面阴极靶面对面设置的阳极;设置在阳极朝向第一电极一侧的衬底基板。即溅射所需

的电场由平面阴极靶与相对的阳极形成。

同样的,平面阴极靶与相对的阳极的面对面设置的具体方式,可以为面方向平行

于水平面,即两个电极相对于水平面为上下设置,这种设置方式通常适合于应用于实验室

的小型设备。或者,也可以为面方向垂直于水平面,即两个电极相对于水平面为左右设置,

这种设置方式通常适合于应用于工艺化流水作业的大型设备。

进一步的,驱动单元具体为驱动IC(Integrated Circuit,集成电路),通过改变流

经电磁线圈的电流大小和方向来具体调控电磁线圈的磁场强弱和磁性方向。

在上述基础上,本发明实施例还提供了一种上述磁控溅射装置的磁场分布调节方

法,包括:通过驱动单元控制电磁线圈的开关和磁性方向,以调节平面靶材表面的磁场分布

情况。

下面提供一个示例的具体实施例,用于详细描述上述的磁控溅射装置及其磁场分

布调节方法的具体步骤。

平面靶材20与电磁线圈30的具体设置方式参考图1所示,即一个呈条状的平面靶

材20对应于一行或一列电磁线圈30,电磁线圈30的数量在图1中依次标记为1~9。

(1)、参考图1所示,通过设定驱动单元40输出的驱动程序,选择标号为1、5、9的电

磁线圈30导通;并通过调整流经电磁线圈30的电流方向,使得标号为1和9的电磁线圈30朝

向平面靶材20的一端(即上部)形成N极、标号为5的电磁线圈30朝向平面靶材20的一端(即

上部)形成S极,此时形成的穿过平面靶材20的磁感应线a与常规磁控溅射装置中采用的固

定不动的永磁体形成的磁感应线类似,位于标号为1和5的电磁线圈30、标号为5和9的电磁

线圈30之间,即在该平面靶材20表面,离子轰击靶材的区域集中在标号为1和5的电磁线圈

30之间与标号为5和9的电磁线圈30之间。

(2)、如图6所示,通过设定驱动单元40输出的驱动程序,选择标号为2、5、8的电磁

线圈30导通,控制相应磁性大小,并通过调整流经电磁线圈30的电流方向,使得标号为2和8

的电磁线圈30朝向平面靶材20的一端(即上部)形成N极、标号为5的电磁线圈30朝向平面靶

材20的一端(即上部)形成S极,则在此情况下,在该平面靶材20表面,离子轰击靶材的区域

集中在标号为2和5的电磁线圈30之间与标号为5和8的电磁线圈30之间,即离子轰击的区域

向中间靠拢。

(3)、如图7所示,通过设定驱动单元40输出的驱动程序,选择标号为1、2、3的电磁

线圈30导通,控制相应磁性大小,并通过调整流经电磁线圈30的电流方向,使得标号为1和3

的电磁线圈30朝向平面靶材20的一端(即上部)形成N极、标号为2的电磁线圈30朝向平面靶

材20的一端(即上部)形成S极,则在此情况下,在该平面靶材20表面,离子轰击靶材的区域

集中在标号为1和2的电磁线圈30之间与标号为2和3的电磁线圈30之间,即离子轰击的区域

向靶材边缘靠拢。

(4)、通过设定合理的IC驱动程序,进行磁控溅射镀膜时,可选择矩阵式分布电磁

线圈的导通,对靶材表面磁场的调控,使得离子轰击靶材表面均匀,从而有效的提升了镀膜

均匀性,一定程度消除了靶材斑纹不良的问题。

(5)、根据已知的膜厚测试结果,可反馈改善IC驱动程序,再进行磁控溅射镀膜,从

而有效的改良镀膜均匀性。

(6)、在...

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图1
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