磁场提供装置、磁控溅射设备及采用该设备的方法与流程

本发明涉及显示器制造工艺技术领域，尤其是指一种磁场提供装置、磁控溅射设备及采用该设备的方法。

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，提供均匀磁场为靶材能够均匀溅射的重要条件。目前磁控溅射中通常采用条形磁铁，但采用条形磁铁进行溅射时，由于磁铁两端磁感应线密度大于中间磁感应线密度，磁铁作高速运动所形成磁场，磁铁两端位置的磁场强度会高于磁铁中间位置的磁场强度，从而导致整个磁场不是均匀磁场，使得磁控溅射所形成薄膜中间薄两边厚，而靶材长期使用会形成边缘位置相对于中间位置消耗过快，留下深坑，造成寿命降低的问题。

技术实现要素：

本发明技术方案的目的是提供一种磁场提供装置、磁控溅射设备及采用该设备的方法，解决现有技术磁控溅射工艺中的磁铁所形成磁场不是均匀磁场的问题。

本发明提供一种磁场提供装置，其中，所述磁场提供装置包括：

多个磁场检测元件，在一检测平面内呈阵列分布，用于检测所述检测平面内不同位置的磁场强度；

多个磁铁单元，分别与所述检测平面相对设置，多个所述磁场检测元件位于所述磁铁单元的磁场中；

多个调节结构，每一所述磁铁单元分别与一个所述调节结构相连接，通过所述调节结构，所述磁铁单元相对于所述检测平面的距离变化，以调节所述磁场检测元件检测获得的磁场强度，所述检测平面上的磁场强度均匀。

优选地，所述的磁场提供装置，其中，所述磁场提供装置还包括：

控制器，分别与所述调节结构和所述磁场检测元件相连接，所述控制器用于获取所述磁场检测元件检测的磁场强度，当至少两个所述磁场检测元件检测获得磁场强度的差值大于预设数值时，向部分所述磁铁单元相连接的所述调节结构发出控制信号；

其中，所述调节结构根据所述控制信号，调节相连接所述磁铁单元相对于所述检测平面的距离，使距离调节后每两个所述磁场检测元件检测获得磁场强度的差值均小于等于所述预设数值。

优选地，所述的磁场提供装置，其中，所述磁场提供装置还包括：

翻转驱动结构，用于当所述检测平面上的磁场强度均匀后，驱动所述磁铁单元从与所述检测平面相对的第一状态翻转至与一设置平面相对的第二状态，其中所述设置平面平行于所述检测平面，所述磁铁单元位于所述设置平面与所述检测平面之间，且每一所述磁铁单元，在所述第一状态时与所述检测平面之间的垂直距离等于在所述第二状态时与所述设置平面之间的垂直距离。

优选地，所述的磁场提供装置，其中，所述磁场提供装置包括：

形成有一容置空间的壳体，其中多个所述磁铁单元设置于所述容置空间中，所述壳体的相对两个端面设置有固定轴；

所述翻转驱动结构包括驱动电机，所述驱动电机与所述固定轴连接，通过驱动所述固定轴带动所述壳体转动，所述磁铁单元在所述第一状态和所述第二状态之间动作。

优选地，所述的磁场提供装置，其中，所述磁场提供装置还包括：

模数转换器，用于获取所述磁场检测元件所检测磁场强度的检测信号，将所述检测信号转换为数字信号；

显示器，用于显示所述数字信号。

优选地，所述的磁场提供装置，其中，所述磁场检测元件为霍尔传感器。

优选地，所述的磁场提供装置，其中，所述调节结构包括：马达和滚珠丝杠，其中所述滚珠丝杠的螺杆垂直于所述检测平面，所述磁铁单元与所述滚珠丝杠的螺母固定连接，通过所述马达驱动所述螺杆转动，所述螺母相对于所述螺杆移动，所述磁铁单元相对于所述检测平面的距离变化。

优选地，所述的磁场提供装置，其中，每一所述磁铁单元包括依次平行设置的三个磁体，其中相邻两个磁体的磁极不同。

本发明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如上任一项所述的磁场提供装置，其中所述反应腔室内设置有靶材承载部，所述靶材承载部上的靶材与所述磁场提供装置内的所述检测平面相平行，所述磁铁单元位于所述检测平面与所述靶材之间。

本发明还提供一种采用上述所述磁控溅射设备进行磁控溅射的方法，其中，所述方法包括：

通过所述调节结构调节每一所述磁铁单元相对于所述检测平面的距离，使全部的所述磁铁单元与所述检测平面相对且位于同一平面，到所述检测平面的距离等于磁控溅射中所述磁铁单元到靶材的距离；

读取每一所述磁场检测元件所检测的磁场强度，当至少两个所述磁场检测元件检测获得磁场强度的差值大于预设数值时，调节至少部分所述磁铁单元相对于所述检测平面的距离，使距离调节后每两个所述磁场检测元件检测获得磁场强度的差值小于等于所述预设数值，所述检测平面上的磁场强度均匀；

使靶材相对于所述磁铁单元位于所述检测平面的设定位置，所述磁铁单元平行于所述靶材以预定速度运动，执行磁控溅射过程。

优选地，所述的方法，其中，当所述磁场提供装置还包括翻转驱动结构，所述磁铁单元位于所述靶材与所述检测平面之间，所述翻转驱动结构用于驱动所述磁铁单元从与所述检测平面相对的第一状态翻转至与所述靶材相对的第二状态时，所述通过所述调节结构调节每一所述磁铁单元相对于所述检测平面的距离的步骤中，所述磁铁单元处于与所述检测平面相对的第一状态；

其中，所述使靶材相对于所述磁铁单元位于所述检测平面的设定位置的步骤包括：

控制所述翻转驱动结构从所述第一状态翻转至所述第二状态，且所述磁铁单元，在所述第一状态时与所述检测平面之间的垂直距离等于在所述第二状态时与所述靶材之间的垂直距离。

本发明的一个或多个实施例至少具有以下有益效果：

本发明实施例所述磁场提供装置，利用磁场检测元件检测距离磁铁单元预定距离的检测平面上的磁场强度，利用与磁铁单元相连接的调节结构实现对检测平面位置处磁场强度的调节，当磁场强度不均匀时，调节部分磁铁单元与检测平面之间的距离，以达到在检测平面上获得均匀磁场强度的目的。该装置应用于磁控溅射工艺中，将靶材设置于检测平面的对应位置时，在靶材所在平面形成均匀磁场强度，解决现有技术磁控溅射工艺中的磁铁所形成磁场不是均匀磁场的问题。

附图说明

图1为本发明实施例所述磁场提供装置的第一种使用状态示意图；

图2为磁场检测元件的排列结构示意图；

图3为本发明实施例所述磁场提供装置的第二种使用状态示意图；

图4为本发明实施例所述磁场提供装置的第三种使用状态示意图；

图5为本发明实施例所述磁场提供装置的第四种使用状态示意图。

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。

本发明实施例提供一种磁场提供装置，如图1所示，所述磁场提供装置包括：

多个磁场检测元件10，在一检测平面内呈阵列分布，用于检测该检测平面内不同位置的磁场强度；

多个磁铁单元20，分别与检测平面相对设置，多个磁场检测元件10位于磁铁单元20的磁场中；

多个调节结构30，每一磁铁单元20分别与一个调节结构30相连接，通过调节结构30，磁铁单元20相对于检测平面的距离变化，以调节磁场检测元件10检测获得的磁场强度，检测平面上的磁场强度均匀。

本发明实施例所述磁场提供装置，利用磁场检测元件检测距离磁铁单元预定距离的检测平面上的磁场强度，利用与磁铁单元相连接的调节结构实现对检测平面位置处磁场强度的调节，当磁场强度不均匀时，调节部分磁铁单元与检测平面之间的距离，以达到在检测平面上获得均匀磁场强度的目的。

上述实施例所述磁场提供装置，能够应用于磁控溅射工艺中，当采用该磁场提供装置在检测平面上获得均匀磁场强度后，将靶材设置于检测平面的对应位置，在靶材所在平面形成均匀磁场强度，解决现有技术磁控溅射工艺中的磁铁所形成磁场不是均匀磁场的问题。

本发明实施例中，磁场检测元件为霍尔传感器，具体地可以为线性型霍尔传感器，包括霍尔元件、线性放大器和射极跟随器，输出与所处磁场强度呈线性关系的模拟检测信号。本领域技术人员应该能够了解霍尔传感器的具体结构和工作原理，在此不详细描述。

具体地，所述调节结构30可以包括马达31和滚珠丝杠，磁铁单元20与滚珠丝杠的螺母32固定连接，马达31与滚珠丝杠的螺杆33相连接，螺杆33垂直于检测平面设置，通过马达31驱动螺杆33转动，螺母32相对螺杆作直线移动，磁铁单元20相对于检测平面的距离变化。

当然，调节结构30用于实现对磁铁单元20相对于检测平面的距离调节，并不仅限于为滚珠丝杠结构，如还可以为液压或气压升降驱动方式等，本领域技术人员依据调节结构所需要实现的功能，可以采用多种方式实现，在此不一一详细说明。

参阅图1和图2，本发明实施例中，具体地，磁场检测元件10呈阵列排布安装于一支撑板40的安装面41上，结合图1，该安装面41朝向磁铁单元20设置，也即与磁铁单元20相对，形成为用于检测磁铁单元20的磁场强度的检测平面，当检测平面到磁铁单元20的垂直距离不同时，用于检测磁铁单元20不同位置处的磁场强度。其中，设置于安装面41上不同位置处的磁场检测元件用于检测安装面41处不同位置的磁场强度。

进一步，磁场提供装置还包括：

模数转换器，用于获取磁场检测元件10所检测磁场强度的检测信号，将所述检测信号转换为数字信号；

显示器，用于显示所述数字信号。

由于利用磁场检测元件检测获得磁场强度的检测信号为模拟信号，为使操作人员清楚了解磁场检测元件所检测获得磁场强度的大小，通过模数转换器将磁场检测元件10所检测磁场强度的检测信号转换为数字信号，并在显示器上显示。具体地，可以在显示器上依据磁场检测元件10在安装面41上的排列位置，依次显示每一磁场检测元件10所检测磁场强度的数字大小数值，以使操作人员能够直观地了解到检测平面每一位置处的磁场强度大小。

本领域技术人员应该能够了解将霍尔传感器所检测的磁场强度信号转换为数字信号并显示的具体实施结构，在此不详细描述。

在此基础上，操作人员根据显示器所显示每一磁场检测元件10所检测磁场强度的数字大小数值，当确定检测平面上的磁场强度不均匀时，利用调节结构调节相应磁铁单元相对于检测平面的距离，使整个检测平面上的磁场强度均匀。具体地，当显示器所显示的磁场强度大小数值中，每两个磁场检测元件10所检测获得磁场强度的差值均小于预设数值时，则可以确定多个磁场检测元件10所检测的磁场强度的差值不大，检测平面上的磁场强度均匀；当至少两个磁场检测元件10所检测获得磁场强度的差值大于预设数值时，则确定磁场检测元件10所检测的磁场强度的差值较大，检测平面上的磁场强度不均匀，需要对磁铁单元20到检测平面的距离进行调节。

上述对磁铁单元20到检测平面的距离进行调节的一种方式为：操作人员手动进行调节，例如，当确定其中一位置的磁场检测元件10所检测的磁场强度小于其他各个区域的磁场检测元件10的磁场强度，且差值大于预设数值时，可以对该检测到磁场强度较小的磁场检测元件10相正对位置的磁铁单元20的调节结构30进行调节，缩小相正对位置的磁铁单元20与检测平面之间的距离，以图1中调节结构30的实现方式为例，通过操作人员向对应调节结构的马达31输出控制信号，使马达31的转动带动螺杆33转动，螺母32相对螺杆33作直线移动，磁铁单元20相对于检测平面的距离变小，使对应位置的磁场检测元件10所检测的磁场强度增大。同理，当所检测的磁场强度大于其他各个区域的磁场检测元件10的磁场强度，且差值大于预设数值时，使相正对位置的磁铁单元20与检测平面之间的距离增大，如图3所示状态。

当然，部分地磁铁单元20与检测平面之间距离的调节，可能会带动整个检测平面上磁场强度的变化，在上述方式调节之后，可以进一步通过显示器所显示各个磁场检测元件10上的磁场强度大小数值，确定调节后检测平面上的磁场强度分布，基于上述的原则，通过反复地调节可以达到检测平面上的磁场强度均匀。

此外，对磁铁单元20到检测平面的距离进行调节的另一种方式为：通过向一控制器输入所检测磁场强度差值较大的磁场检测元件10的位置和差异大小，控制器利用预先设定的调整算法，向相应磁铁单元20所连接的调节结构30输出控制信号，以调节部分磁铁单元20与检测平面之间的距离，达到检测平面上磁场强度均匀。具体控制器的调整方式和原则，可以采用上述手动调节的方式，在此不再详细说明。本领域技术人员根据磁场检测元件10的检测结果，能够了解达到检测平面上磁场强度均匀，对磁铁单元20和检测平面之间距离进行调整的调整方式。

本发明实施例的另一方面，也可以通过控制器直接读取磁场检测元件所检测的磁场强度，将各个磁场检测元件所检测的磁场强度进行比较，根据预先设定的调整算法，向相应磁铁单元20相连接的调节结构输出控制信号，使检测平面上的磁场强度均匀。

基于此，较佳地，结合图1，磁场提供装置还包括：

控制器(图中未显示)，分别与调节结构30和磁场检测元件10相连接，控制器用于获取磁场检测元件10检测的磁场强度，当至少两个磁场检测元件10检测获得磁场强度的差值大于预设数值时，向部分所述磁铁单元相连接的所述调节结构发出控制信号；

其中，所述调节结构根据所述控制信号，调节相连接所述磁铁单元相对于所述检测平面的距离，使距离调节后每两个所述磁场检测元件检测获得磁场强度的差值小于等于所述预设数值，检测平面上的磁场强度均匀。

具体地，控制器根据磁场检测元件10检测的磁场强度，对磁铁单元20和检测平面之间距离进行调整的调整原则和调整方式，可以参阅以上的描述，在此不再赘述。

根据以上，采用上述设置结构，利用与磁铁单元相连接的调节结构实现对检测平面位置处磁场强度的调节，在检测平面上获得均匀的磁场强度。当该磁场提供装置应用于磁控溅射工艺时，能够在靶材所在平面形成均匀磁场强度，解决现有技术磁控溅射工艺中的磁铁所形成磁场不是均匀磁场的问题。

较佳地，本发明实施例所述磁场提供装置中，参阅图4和图5，在上述设置结构的基础上，还包括：

形成有一容置空间的壳体50，其中多个磁铁单元20设置于容置空间中，其中壳体50的相对两个端面设置有固定轴51；

翻转驱动结构(图中未显示)，用于当检测平面上的磁场强度均匀后，驱动磁铁单元20从与检测平面(也即为磁场检测元件10的安装面41)相对的第一状态翻转至与一设置平面60相对的第二状态，其中设置平面60平行于检测平面，磁铁单元20位于设置平面60与检测平面之间，且每一磁铁单元20，在第一状态时与检测平面之间的垂直距离等于在第二状态时与设置平面60之间的垂直距离。

具体地，本发明实施例中，翻转驱动结构包括驱动电机，与固定轴51连接，通过驱动固定轴51带动壳体50转动，磁铁单元20在第一状态和第二状态之间动作。

较佳地，上述结构的磁场提供装置，应用于磁控溅射工艺中，设置平面60形成为靶材设置平面，也即为磁控溅射工艺中靶材的放置平面。结合图4，磁铁单元20与检测平面相对时(也即为第一状态)，利用上述的方式，通过调节与磁铁单元20相连接的调节结构30实现对检测平面位置处磁场强度的调节，在检测平面上能够获得均匀的磁场强度；当通过翻转驱动结构驱动磁铁单元20驱动固定轴51带动壳体50绕固定轴51的轴心转动180度后，形成为图5所示状态(第二状态)，磁铁单元20与设置平面60相对，由于磁铁单元20在第一状态时与检测平面之间的垂直距离等于在第二状态时与设置平面60之间的垂直距离，由于在第一状态时检测平面上能够获得均匀的磁场强度，在第二状态时设置平面60同样能够获得均匀的磁场强度。这样应用于磁控溅射工艺中时，靶材位于设置平面60处时，在检测平面上获得均匀磁场后，只需要对整个磁铁单元20进行整体翻转，使磁铁单元20由与检测平面相对，转换为与靶材相对，即能够达到在靶材上形成均匀磁场强度的效果。

上述的结构使用简单、方便，能够与现有磁控溅射设备进行结合使用。

当然，在磁控溅射设备中，将包括磁场检测元件、磁铁单元和调节结构的磁场提供装置应用于磁控溅射工艺中时，在检测平面上获得均匀磁场之后，为了使靶材设置于对应检测平面的位置，并不限于使磁铁单元整体旋转，使靶材对应检测平面的位置获得均匀磁场，如也可以使磁场检测元件和用于设置靶材的靶材承载部整体旋转，检测平面与靶材之间位置交换，同样能够达到靶材上获得均匀磁场的目的。

本发明实施例中，根据图1，每一磁铁单元20包括依次平行设置的三个磁体，其中相邻两个磁体的磁极不同，例如三个磁体可以分别为n、s和n，也可以为s、n和s，本领域技术人员应该能够了解磁控溅射设备中，磁铁单元的具体设置方式，在此不作详细描述。

本发明实施例的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如上结构的磁场提供装置，其中所述反应腔室内设置有靶材承载部，所述靶材承载部上的靶材与所述磁场提供装置内的所述检测平面相平行，所述磁铁单元位于所述检测平面与所述靶材之间。

较佳地，磁场提供装置还包括翻转驱动结构，用于当检测平面上的磁场强度均匀后，驱动磁铁单元从与检测平面相对的第一状态翻转至与一靶材相对的第二状态，且每一磁铁单元，在第一状态时与检测平面之间的垂直距离等于在第二状态时与靶材之间的垂直距离。

由于在第一状态时检测平面上能够获得均匀的磁场强度，对于每一磁铁单元在第二状态时与靶材之间的垂直距离等于在第一状态时与检测平面之间的垂直距离，因此在第二状态时靶材同样能够获得均匀的磁场强度。

因此采用本发明实施例所述磁控溅射设备，在进行磁控溅射工艺之前，需要利用与磁铁单元相连接的调节结构实现对检测平面位置处磁场强度的调节，在检测平面上获得均匀的磁场强度，之后只需要对整个磁铁单元进行整体翻转，使磁铁单元由与检测平面相对，转换为与靶材相对，即能够达到在靶材上形成均匀磁场强度的效果，整个过程简单、方便。

本领域技术人员应该了解的，所述磁控溅射设备还包括移动驱动结构，用于当靶材上形成均匀磁场强度后，驱动磁铁单元整体相对于靶材高速平移，以在靶材上形成用于溅射的均匀磁场。

另外，用于固定靶材的靶材承载部通常包括一背板，进一步地本领域技术人员还应该能够了解磁控溅射设备中的其他详细结构，该部分并非为本发明的研究重点，在此不详细说明。

本发明实施例另一方面还提供一种采用上述所述磁控溅射设备进行磁控溅射的方法，其中，所述方法包括：

通过所述调节结构调节每一所述磁铁单元相对于所述检测平面的距离，使全部的所述磁铁单元与所述检测平面相对且位于同一平面，到所述检测平面的距离等于磁控溅射中所述磁铁单元到靶材的距离；

读取每一所述磁场检测元件所检测的磁场强度，当至少两个所述磁场检测元件检测获得磁场强度的差值大于预设数值时，调节至少部分所述磁铁单元相对于所述检测平面的距离，使距离调节后每两个所述磁场检测元件检测获得磁场强度的差值均小于等于所述预设数值，所述检测平面上的磁场强度均匀；

使靶材相对于所述磁铁单元位于所述检测平面的设定位置，所述磁铁单元平行于所述靶材以预定速度运动，执行磁控溅射过程。

采用本发明实施例所述方法，在进行磁控溅射工艺之前，使磁铁单元与检测平面相对，且使初始状态时磁铁单元与检测平面之间的距离等于磁控溅射中磁铁单元到靶材的距离，在此初始设置基础上利用磁场检测元件检测该检测平面的磁场强度，之后利用与磁铁单元相连接的调节结构实现对检测平面位置处磁场强度的调节，在检测平面上获得均匀的磁场强度后，只需要对整个磁铁单元进行整体翻转，使磁铁单元由与检测平面相对，转换为与靶材相对，即能够达到在靶材上形成均匀磁场强度的效果，整个过程简单、方便。

较佳地，当所述磁场提供装置还包括翻转驱动结构，所述磁铁单元位于所述靶材与所述检测平面之间，所述翻转驱动结构用于驱动所述磁铁单元从与所述检测平面相对的第一状态翻转至与所述靶材相对的第二状态时，所述通过所述调节结构调节每一所述磁铁单元相对于所述检测平面的距离的步骤中，所述磁铁单元处于与所述检测平面相对的第一状态；

其中，所述使靶材相对于所述磁铁单元位于所述检测平面的设定位置的步骤包括：

控制所述翻转驱动结构从所述第一状态翻转至所述第二状态，且所述磁铁单元，在所述第一状态时与所述检测平面之间的垂直距离等于在所述第二状态时与所述靶材之间的垂直距离。

本发明实施例所述磁控溅射设备，一侧形成为用于磁铁单元磁场调节的结构，另一侧形成为用于磁控溅射的执行结构，通过对磁铁单元的翻转，实现对磁铁单元的磁场调节和用于磁控溅射的工艺过程控制，为磁控溅射提供均匀磁场强度，避免现有技术中整个磁场不是均匀磁场，使得靶材长期使用会形成边缘位置相对于中间位置消耗过快，留下深坑，造成寿命降低的问题。

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。