[發(fā)明專利]一種磁控濺射裝置及方法

有效

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• 申請日: 2014-03-19
• 公開（公告）號(hào): CN103911592A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張啟平;方旭東;王偉;孫文波
• 申請（專利權(quán)）人: 京東方科技集團(tuán)股份有限公司;合肥京東方顯示光源有限公司
• 主分類號(hào): C23C14/35
• 分類號(hào): C23C14/35
• 代理公司: 北京同達(dá)信恒知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11291
• 代理人: 黃志華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及磁控濺射技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種磁控濺射裝置及方法。

背景技術(shù)

所謂磁控濺射，是指在陰極(通常為靶材)與陽極(通常為安裝被成膜基板的基板安裝座或鍍膜腔體壁)之間加一個(gè)正交磁場和驅(qū)動(dòng)電場，在真空鍍膜腔體中充入所需要的惰性氣體(通常為氬氣)，氬氣電離成氬離子(帶正電荷)和電子，氬離子在驅(qū)動(dòng)電場的作用下加速轟擊靶材，濺射出大量的靶材粒子，呈中性的靶材粒子(原子或分子)沉積在被成膜基板上成膜。

參見圖1，圖1為現(xiàn)有技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛的一種磁控濺射裝置的工作原理示意圖；從圖1中可以看出，所述磁控濺射裝置包括：靶材11、用于承載靶材11的靶座12、位于所述靶材11和靶座12之間的用于形成磁場的磁鐵組件13、以及用于成膜的被成膜基板14。此外，在所述被成膜基板與所述靶材之間還設(shè)置有與所述磁場正交分布的驅(qū)動(dòng)電場，并且所述鍍膜腔體內(nèi)充有氬氣。

在所述驅(qū)動(dòng)電場的作用下，點(diǎn)電荷e1做加速運(yùn)動(dòng)，在飛向被成膜基板14的過程中，與鍍膜腔體內(nèi)的氬原子發(fā)生碰撞，使氬原子發(fā)生電離，生成帶正電荷的氬離子（Ar⁺）和帶負(fù)電荷二次電子e2。氬離子在驅(qū)動(dòng)電場的作用下加速飛向靶材11，在驅(qū)動(dòng)電場和磁場的共同作用下，氬離子運(yùn)動(dòng)軌跡為沿驅(qū)動(dòng)電場方向加速、同時(shí)繞磁場方向螺旋前進(jìn)的復(fù)雜曲線，使得該氬離子的運(yùn)動(dòng)路徑變長，速度越來越大，能量越來越高；高能量的氬離子使得靶材11表面的粒子（原子或離子）濺射出來，被濺射出的粒子飛向被成膜基板14的表面，在所述被成膜基板14的表面成膜。

同時(shí)，氬離子在轟擊靶材時(shí)釋放出二次電子e2，二次電子e2在加速飛向基片的過程中受到磁場洛倫茲力的影響，被束縛在靠近靶材表面的等離子體區(qū)域內(nèi)，該區(qū)域內(nèi)等離子體密度很高。在驅(qū)動(dòng)電場和磁場的共同作用下，二次電子e2的運(yùn)動(dòng)軌跡為沿電場方向加速，同時(shí)繞磁場方向螺旋前進(jìn)的復(fù)雜曲線，使得該二次電子的運(yùn)動(dòng)路徑變長，在運(yùn)動(dòng)過程中不斷與氬原子發(fā)生碰撞電離出大量的氬離子轟擊靶材，最終二次電子以很低的能量到達(dá)被成膜基板14，避免二次電子對(duì)被成膜基板進(jìn)行轟擊。

電離的氬離子由于受到洛倫茲力的作用，會(huì)繞著磁場線做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；相應(yīng)的，與磁場相對(duì)應(yīng)的靶材區(qū)域是濺射發(fā)生最為激烈的部分，該部分被氬離子轟擊嚴(yán)重的部位會(huì)形成如圖2所示的凹槽，由于磁鐵組件13相對(duì)于靶材11位置固定，連續(xù)鍍膜作業(yè)會(huì)使得溝槽部位越來越深，最終導(dǎo)致靶材被擊穿。被擊穿的靶材無法再使用，必須對(duì)整個(gè)靶材進(jìn)行更換，導(dǎo)致靶材的利用率很低，靶材的利用率通常只能維持在30%左右。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種磁控濺射裝置及方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中利用磁控濺射技術(shù)進(jìn)行鍍膜時(shí)，靶材利用率較低的問題。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種磁控濺射裝置，所述裝置包括被成膜基板、與所述被成膜基板相對(duì)設(shè)置的靶材，以及位于所述靶材的與被成膜基板相反的一側(cè)的磁鐵組件；所述裝置還包括與所述磁鐵組件的遠(yuǎn)離靶材的一端連接的第一驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，用于承載所述磁鐵組件，并通過所述第一驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)控制所述磁鐵組件與所述靶材的相對(duì)位置，進(jìn)而控制由所述磁鐵組件產(chǎn)生的、覆蓋在靶材表面上的與所述被成膜基板相應(yīng)的磁場的范圍。

本發(fā)明實(shí)施例提供的磁控濺射裝置，包括與所述磁鐵組件的遠(yuǎn)離靶材的一端連接的、用于承載所述磁鐵組件的第一驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，以及通過所述第一驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)控制與所述靶材的相對(duì)位置，進(jìn)而控制由所述磁鐵組件產(chǎn)生的、覆蓋在靶材表面上的與所述被成膜基板相應(yīng)的磁場的范圍；通過控制磁鐵組件與靶材的相對(duì)位置，可以有效增大參與磁控濺射的靶材的表面面積，使磁場在靶材表面的分布更加均勻，靶材表面受到的氬離子的轟擊更加均勻，進(jìn)而使得靶材不會(huì)因連續(xù)作業(yè)而產(chǎn)生較深的凹槽，有利于提高靶材的利用率，延長靶材的使用時(shí)間，降低生產(chǎn)成本。

較佳的，所述磁鐵組件包括兩個(gè)磁鐵，所述兩個(gè)磁鐵靠近靶材的一端的極性相反。利用所述兩個(gè)磁鐵，即可形成與驅(qū)動(dòng)電場正交分布的磁場，使得氬離子在電場和磁場的共同作用下沿驅(qū)動(dòng)電場方向加速、同時(shí)繞磁場方向螺旋前進(jìn)，使得該氬離子的運(yùn)動(dòng)路徑變長，速度越來越大，能量越來越高，高能量的氬離子使得靶材表面的粒子（原子或離子）濺射出來，被濺射出的粒子飛向被成膜基板的表面，在所述被成膜基板的表面成膜。同時(shí)，由氬原子電離產(chǎn)生的二次電子在所述磁場和電場的作用下飛向被成膜基板時(shí)路徑邊長，與氬原子發(fā)生碰撞，最終以很低的能量到達(dá)被成膜基板，避免二次電子對(duì)被成膜基板進(jìn)行轟擊。

較佳的，所述兩個(gè)磁鐵緊密排列。當(dāng)所述兩個(gè)磁鐵緊密排列時(shí)，有利于提高參與磁控濺射的靶材的表面面積；此外，所述兩個(gè)磁鐵還可以分散排列。