小圆平面靶磁控溅射镀膜均匀性的研究

论文摘要

磁控溅射镀膜是工业镀膜生产中最主要的技术之一,薄膜厚度均匀性是衡量薄膜质量和镀膜装置性能的一项重要指标。现今生产所用的磁控溅射镀膜技术,为力求好的膜厚均匀性,往往将磁控靶的尺寸做得比基片尺寸大,虽然能够保证膜厚的均匀性良好,但是这样很容易造成靶材的浪费,提高了生产成本。因此膜厚均匀性相关问题的研究将具有重要的学术和应用价值。本文从圆平面磁控溅射的原理出发,针对所使用的圆形平面靶面积小的特点,设计出一种能够实现基片偏心自转和自转与公转复合运动的基片旋转机构,能够利用小靶在较大面积的基片上镀制厚度均匀的薄膜。根据磁控溅射相关理论,对所设计的圆形平面靶磁控溅射装置进行分析,建立膜厚分布的数学模型,并利用计算机进行模拟计算。模拟计算的结果表明：基片偏心自转时,靶基距和偏心距对膜厚分布均有影响,在一定范围内,随着靶基距的增大,薄膜厚度变小,膜厚均匀性有提高的趋势；随着偏心距的增大,膜厚均匀性先变好后变差。同时,圆形平面靶的刻蚀范围大小对膜厚也有重要的影响,随着刻蚀范围的增大,薄膜厚度增加明显,即沉积速率增加,而对膜厚均匀性的影响不大。基片做自转与公转复合运动镀膜时,靶基距、偏心距和自转与公转的转速比对膜厚均匀性的影响较大。在一定范围内,随着靶基距的增大,薄膜厚度变小,膜厚均匀性有提高的趋势；随着偏心距的增大,膜厚均匀性先逐渐变好之后逐渐变差；转速比增大时,膜厚均匀性逐渐变好,转速比增大到一定程度后,它对膜厚均匀性的影响逐渐变小。溅射靶的刻蚀范围增大,薄膜的沉积速率明显增加,膜厚均匀性变化较小通过基片旋转机构的设计,以及对小圆平面靶磁控溅射镀膜膜厚均匀性的计算分析,证明利用面积较小的圆形平面磁控溅射靶,配合所设计的基片旋转机构,能够在基片上较大范围内获得均匀性良好的薄膜。为小圆平面磁控溅射系统的实际应用提供了理论依据。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 课题研究现状
• 1.2.1 圆形平面靶设计的研究现状
• 1.2.2 膜厚均匀性研究现状
• 1.3 课题的研究内容
• 第2章 圆形平面靶磁控溅射
• 2.1 溅射成膜的特性
• 2.1.1 溅射过程
• 2.1.2 薄膜生长模式及形成过程
• 2.1.3 溅射机理
• 2.2 圆形平面磁控溅射
• 2.2.1 圆形平面靶基本结构
• 2.2.2 溅射靶的刻蚀
• 第3章 小圆平面靶磁控溅射基片运动装置
• 3.1 圆平面靶磁控溅射装置的结构
• 3.2 圆平面靶磁控溅射基片装置的工作原理
• 3.3 结构参数
• 第4章 薄膜厚度分布模拟
• 4.1 膜厚分布模型
• 4.1.1 膜厚分布的物理模型
• 4.1.2 膜厚分布的数学模型
• 4.2 膜厚均匀性计算与分析
• 4.2.1 基片原位自转时的膜厚均匀性
• 4.2.2 基片公转加自转时的膜厚均匀性
• 4.3 小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文