CN111593308A - 一种提高金属制膜均匀性的平面磁板的制作方法 - Google Patents

一种提高金属制膜均匀性的平面磁板的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种提高金属制膜均匀性的平面磁板的制作方法，包括：在基板表面沉积金属膜；测量所述金属膜的均匀性分布；根据所述均匀性分布制作平面磁板。本发明提出的方法，通过预先安装矩形磁板来计算机台制得金属膜的均匀性分布，再通过制作与金属膜均匀性分布互补的平面磁板，以形成与机台磁场完全匹配的磁板，通过本发明提出的方法制成的平面磁板，在与机台配合使用时，制备出的金属膜的膜厚均匀性的理论值可达到0，且膜厚均匀性稳定，不易出现波动。

Description

一种提高金属制膜均匀性的平面磁板的制作方法
技术领域
本发明属于光电材料制备技术领域，具体涉及一种提高金属制膜均匀性的平面磁板的制作方法。
背景技术
氧化铟锡(Indium Tin Oxide)或掺锡氧化铟(Tin doped Indium Oxide)薄膜是一种N型半导体，简称金属膜。由于金属膜材料具有优异的透明性和导电性，近年来得以迅速发展，特别是在薄膜晶体管(TFT)、平板液晶显示(LCD)、太阳能电池透明电极以及红外辐射反射镜涂层、火车飞机用玻璃除霜、建筑物幕墙玻璃等方面获得广泛应用。
金属膜的膜厚均匀性直接影响薄膜器件的功能，例如在制造大尺寸、高对比度显示器件时，为了保证蚀刻后线路的均匀性从而保证面板显示的色彩均匀性，要求金属膜的膜厚均匀性要好。
现有技术在采用磁控溅射法提高金属制膜均匀性时，主要通过调整阳极磁块分布控制电场均匀性来控制金属膜的膜厚均匀性，但由于每个机台自身机构材质影响，磁场分布无法完全契合，制备出的金属膜的膜厚均匀性小于15％，且膜厚均匀性存在较大波动。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种提高金属制膜均匀性的平面磁板的制作方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明实施例提供了一种提高金属制膜均匀性的平面磁板的制作方法，包括：
在基板表面沉积金属膜；
测量所述金属膜的均匀性分布；
根据所述均匀性分布制作平面磁板。
在本发明的一个实施例中，在基板表面沉积金属膜，包括：
制备靶材；
安装所述靶材、基板和矩形磁板；
在所述基板表面沉积形成所述金属膜。
在本发明的一个实施例中，所述矩形磁板的厚度等于所述平面磁板的厚度。
在本发明的一个实施例中，测量所述金属膜的均匀性分布，包括：
形成光斑光源；
利用所述光斑光源以预设入射角照射所述金属膜，获取反射信号；
根据所述反射信号得到所述金属膜的均匀性分布。
在本发明的一个实施例中，形成光斑光源，包括：
选取两束波长不同的光线；
将所述光线扩束成光斑，形成所述光斑光源。
在本发明的一个实施例中，所述预设入射角的范围为10°-30°。
在本发明的一个实施例中，根据所述反射信号得到所述金属膜的均匀性分布，包括：
计算所述反射信号内每一个像素点的厚度；
比较所述反射信号内所有像素点的厚度，得到所述金属膜的均匀性分布。
在本发明的一个实施例中，根据所述均匀性分布制作平面磁板，包括：
根据所述均匀性分布反演互补的均匀性分布；
根据所述互补的均匀性分布铸造得到所述平面磁板。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明提出的方法，通过预先安装矩形磁板来计算机台制得金属膜的均匀性分布，再通过制作与金属膜均匀性分布互补的平面磁板，以形成与机台完全匹配的磁板，通过本发明提出的方法制成的平面磁板，在与机台配合使用时，制备出的金属膜的膜厚均匀性的理论值可达到0，且膜厚均匀性稳定，不易出现波动。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种提高金属制膜均匀性的平面磁板的制作方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种提高金属制膜均匀性的平面磁板的制作方法的流程示意图。
本发明实施例提供了一种提高金属制膜均匀性的平面磁板的制作方法，包括：
在基板表面沉积金属膜；
测量金属膜的均匀性分布；
根据均匀性分布制作平面磁板。
具体地，为了更好地控制机台制备出的金属膜厚度的均匀性，本发明提出的方法，通过制作一个平面磁板，该平面磁板的均匀性分布与机台制得的金属膜厚度的均匀性互补，且该平面磁板与机台自身的磁场互补形成完全均匀的磁场，这样机台制备出的金属膜厚度的均匀性可达到完全均匀，且膜厚均匀性稳定，不易出现波动。
特别地，本发明具体实施例中，在基板表面沉积金属膜，包括：
制备靶材；
安装靶材、基板和矩形磁板；
在基板表面沉积形成金属膜。
具体地，首先取纯度90％～95％，平均粒径范围为0.5μm～1.0μm的金属粉或氧化铟与氧化锡的混合物作为粉体，以去离子水为水溶剂，然后在水溶剂中加入粉体含量为0.4％～0.6％的有机分散剂形成溶液，进一步用氨水调节溶液pH值至9～11，在上述溶液配制过程中要始终用磁力转子或机械搅拌棒进行搅拌，以使水溶剂中的有机分散剂与氨水混合均匀，然后将粉体与配置好的溶液一同进行球磨，经球磨制备出固含量为80％～90％、粘度为320mPa·s～340mPa·s的金属浆料。
再将上述金属浆料放入抽滤成型设备中的微孔模具上，盖上密封盖使抽滤成型设备的上模与密封盖形成封闭的上工作腔，启动真空泵对上工作腔进行抽真空，将上工作腔抽至真空度为0.8Pa～1.2Pa并保真空6min～8min后通过阀门破真空，进而实现金属浆料抽真空除泡，然后启动真空泵对微孔模具下方的下模进行抽真空，目的是将金属浆料中的一部分水分从微孔模具上的微孔中排出，此时真空泵在15min～25min内将下模抽至真空度为45Pa～55Pa，并保真空1.5h～2h，待金属浆料形成坯体后立即脱模，得到高密度的均匀靶材坯体。
将上述靶材坯体先经室温干燥4天后，坯体再依次经过22℃～25℃干燥4天～6天，130℃～150℃进一步干燥2天～4天，600℃～700℃脱脂18h～22h，1400℃～1600℃氧气氛烧结后即可得到所需的靶材。
制备完靶材后，将靶材、基板和矩形磁板置于真空腔室内，并设置靶材与基板之间的距离为56mm～65mm；对真空腔室进行抽真空处理以及加热处理，使基板的温度为285℃～328℃；再向真空腔室通入氩气，并调节真空腔室的真空度为3.9mTorr～5.1mTorr，设置溅射功率为68W～82W；继续向真空腔室通入氧气，调节氩气和氧气的流量比为33:1～38:1；通过磁控溅射的方法在基板的表面形成金属膜。
特别需要说明的是矩形磁板用于测量机台自身的磁场分布情况，通过安装矩形磁板，分析安装矩形磁板后机台制得薄膜的均匀性分布，再根据上述均匀性分布反演出互补的均匀性分布，制作平面磁板，再将平面磁板安装在机台上进行制膜操作，这样制得的金属膜均匀性理论值可达到0，且膜厚均匀性稳定，不易出现波动。
特别地，本发明具体实施例中，矩形磁板的厚度等于平面磁板的厚度，用于保证磁板替换后的磁力一致。
特别需要说明的是，靶材到基板的距离可简称靶基距。本发明中靶基距的大小为56mm～65mm，考虑到沉积的均匀性和效率，靶基距的大小优选58mm～62mm。本发明数值范围内的靶基距能够保证溅射粒子在基板上均匀沉积，此外还能够有效保证薄膜的沉积速率。在其它功能参数不变的前提下，若靶基距的距离太小，薄膜容易在溅射跑道的上方沉积，均匀性很差，其中溅射跑道指的是环形磁场区域；若靶基距的距离太大，薄膜的沉积速率大大降低，不利于薄膜的制备。
特别需要说明的是，真空腔室在抽真空处理后的真空度为4×10-6Torr～8×10- 6Torr，优选5×10-6Torr。待真空腔室的真空度到达预设值后，可对基板进行加热处理，基板在加热处理后的温度为285℃～328℃，优选290℃～310℃。其中，在加热处理中，为了保证加热的均匀性，基板可以一转速以工件台中心进行旋转，其中转速的大小为4r/min～8r/min。
特别需要说明的是，调节后的真空腔室的真空度优选为4.0mTorr～4.5mTorr。为了保证工艺参数的准确稳定，在真空度达到预设值后，保持一段时间，例如30s～1min，再向阴极施加溅射功率。考虑到最佳的金属膜的方阻均匀性，施加的溅射功率优选为70W～81W。
特别需要说明的是，通过通入与氩气成一定比例的氧气，能够保证溅射过程中的反应的活性和反应的充分性，从而提高金属膜在沉积过程中的均匀性。而且氧气流量的占比也会影响薄膜方阻值的大小。将氧氩流量比控制在本发明的提出数值范围内，能够帮助获得合适的方阻值以及保证方阻的均匀性。考虑到金属膜沉积的速度和均匀性，氩气和氧气的流量比优选为34:1～36:1。考虑到两气体流量比的稳定性和准确性，在调节氩气和氧气的流量比后，保持一段时间，例如15s～30s。在气体流量稳定后即可打开溅射挡板进行溅射处理，溅射处理的时间为12min～17min。
特别地，在进行溅射处理过程中，基板可以一转速以工件台中心进行旋转，其中转速的大小为4r/min～8r/min。本发明数值范围内相互配合的转速以及靶基距，能够保证基板和溅射粒子的运动轨迹、运动时间的相互协调，使得溅射粒子均匀沉积在基板上，从而提高膜厚的均匀性。如果转速过大，基板容易偏离位置，不易薄膜的沉积；如果转速过小，方阻的均匀性会变差。
特别地，在将基板置于腔室之前，还包括一对基板进行清洗处理的步骤，以便去除基板表面杂质，使溅射过程中膜厚均匀性更加可控。清洗的具体过程为：依次用丙酮、水、乙醇、水超声波清洗15min～30min，清洗完成后用甩干机甩干并放入氮气烘箱内烘干，以免基板再受污染。
本发明的金属膜的制备方法，通过各工艺参数的配合，特别是靶基距、真空度、转速、氩气和氧气的气体流量比以及溅射功率，能够保证溅射出具有足够能量的溅射粒子，且溅射粒子能够均匀地溅射到基板上、经过充分的反应、且可迅速迁移扩散成核，使得本发明制备得到的金属膜膜厚易控，方阻值低，且方阻的均匀性好，能够保证薄膜器件的成品率及器件性能。
特别地，本发明具体实施例中，测量金属膜的均匀性分布，包括：
形成光斑光源；
利用光斑光源以预设入射角照射金属膜，获取反射信号；
根据反射信号得到金属膜的均匀性分布。
特别地，本发明具体实施例中，形成光斑光源，包括：
选取两束波长不同的光线；
将光线扩束成光斑，形成光斑光源。
具体地，提供第一光线和第二光线。其中，第一光线的波长与第二光线的波长不相同。在具体测量的实施例中，第一光线的波长为150nm～250nm，第二光线的波长为350nm～450nm。当然，第一光线和第二光线的波长也可选取其他值，具体波长值可根据所需测量的金属膜类型或厚度而定。具体实施过程中，将第一光线和第二光线分别经过扩束形成具有特定尺寸的光斑，如直径为200mm的圆光斑。
特别地，本发明具体实施例中，预设入射角的范围为10°～30°。
具体地，首先将光斑光源以预设的入射角照射至金属膜；获取金属膜对光斑光源的反射信号；根据反射信号分布得到金属膜的均匀性分布。
特别地，本发明具体实施例中，根据反射信号得到金属膜的均匀性分布，包括：
计算反射信号内每一个像素点的厚度；
比较反射信号内所有像素点的厚度，得到金属膜的均匀性分布。
采用上述双波长法测量薄膜厚度的方法对反射信号内的每一个像素点进行厚度计算，然后比较反射信号内所有像素点的薄膜厚度，从而获得该金属膜的均匀性。
具体实施过程中，将第一光线和第二光线分别经过扩束形成具有特定尺寸的光斑，如直径为200mm的圆光斑；将已扩束成光斑的光线以预定的入射角照射金属膜；接收金属膜对光线所产生的反射信号，反射信号具体为强度分布的结果；根据上述计算金属膜厚度的计算推导方法对反射信号内每一个像素点进行计算，从而得到金属膜在200mm范围内的均匀性。
特别地，本发明具体实施例中，根据均匀性分布制作平面磁板，包括：
根据均匀性分布反演互补的均匀性分布；
根据互补的均匀性分布铸造得到平面磁板。
具体地，首先根据金属膜的均匀性分布反演出互补的均匀性分布，再根据互补的均匀性分布制作铸造磁极的模具，在从设置在铸造用模具的熔液导入部的分流件向该模具的腔导入熔液，熔液所接触的位置由铜或铜合金构成，将铸造初期的模具的腔温度设定在规定的模温度，并且，将分流件的铸造初期的温度设定在65℃以下进行铸造。通过将由铜或铜合金构成的分流件的铸造初期温度设定为65℃以下，铝等的铸造材料与该分流件接触时，在两者反应前的阶段，铸造材料的凝固层的形成和凝固收缩导致的凝固层从分流件的剥离容易发生。因此，能够进行铸造材料和分流件的反应得到抑制的顺滑的铸造。另外，料柄部可以迅速地凝固，作为其结果，可以实现循环时间的缩短。分流件可以具有在其内部具有对该分流件进行冷却的冷却回路的钢制的冷却构件。
本发明提出的方法，通过预先安装矩形磁板来计算机台制得金属膜的均匀性分布，再通过制作与金属膜均匀性分布互补的平面磁板，以形成与机台完全匹配的磁板，通过本发明提出的方法制成的平面磁板，在与机台配合使用时，制备出的金属膜的膜厚均匀性的理论值可达到0，且膜厚均匀性稳定，不易出现波动。
另外，本发明实施例还提供了一种显示装置，该显示装置可以包括上述实施例提供的方法制备出的金属膜。该显示装置可以为：LTPO显示装置、Micro LED显示装置、液晶面板、电子纸、OLED面板、AMOLED面板、手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框等任何具有显示功能的产品或部件。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种提高金属制膜均匀性的平面磁板的制作方法，其特征在于，包括：
在基板表面沉积金属膜；
测量所述金属膜的均匀性分布；
根据所述均匀性分布制作平面磁板。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在基板表面沉积金属膜，包括：
制备靶材；
安装所述靶材、基板和矩形磁板；
在所述基板表面沉积形成所述金属膜。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述矩形磁板的厚度等于所述平面磁板的厚度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，测量所述金属膜的均匀性分布，包括：
形成光斑光源；
利用所述光斑光源以预设入射角照射所述金属膜，获取反射信号；
根据所述反射信号得到所述金属膜的均匀性分布。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，形成光斑光源，包括：
选取两束波长不同的光线；
将所述光线扩束成光斑，形成所述光斑光源。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预设入射角的范围为10°～30°。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述反射信号得到所述金属膜的均匀性分布，包括：
计算所述反射信号内每一个像素点的厚度；
比较所述反射信号内所有像素点的厚度，得到所述金属膜的均匀性分布。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述均匀性分布制作平面磁板，包括：
根据所述均匀性分布反演互补的均匀性分布；
根据所述互补的均匀性分布铸造得到所述平面磁板。
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