磁控溅射镀膜膜厚均匀性设计方法

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)沈阳真空技术研究所 作者:宋青竹

  镀膜工艺中的薄膜厚度均匀性问题是实际生产中十分关注的。本文在现有的理论基础之上,对溅射镀膜的综合设计方法进行了初步的建立和研究,系统的建立可以采用“整体到部分,再到整体”这一动态设计理念,不断完善设计方法,并将设计方法分为镀膜设备工程设计、镀膜工艺设计和计算机数值仿真三大部分。镀膜设备工程设计、镀膜工艺设计及二者的数值仿真这三者之间是相辅相成的,镀膜设备工程设计决定镀膜工艺过程的实现,镀膜工艺促进镀膜设备的升级,而高性能的计算机仿真设计给两者的设计提供了强有力的支持。

  磁控溅射镀膜是现代工业中不可缺少的技术之一,磁控溅射镀膜技术正广泛应用于透明导电膜、光学膜、超硬膜、抗腐蚀膜、磁性膜、增透膜、减反膜以及各种装饰膜,在国防和国民经济生产中的作用和地位日益强大。镀膜工艺中的薄膜厚度均匀性,沉积速率,靶材利用率等方面的问题是实际生产中十分关注的。解决这些实际问题的方法是对涉及溅射沉积过程的全部因素进行整体的优化设计,建立一个溅射镀膜的综合设计系统。薄膜厚度均匀性是检验溅射沉积过程的最重要参数之一,因此对膜厚均匀性综合设计的研究具有重要的理论和应用价值。

  磁控溅射技术发展过程中各项技术的突一般集中在等离子体的产生以及对等离子体进行的控制等方面。通过对电磁场、温度场和空间不同种类粒子分布参数的控制,使膜层质量和属性满足各行业的要求。

  膜厚均匀性与磁控溅射靶的工作状态息息相关,如靶的刻蚀状态,靶的电磁场设计等,因此,为保证膜厚均匀性,国外的薄膜制备公司或镀膜设备制造公司都有各自的关于镀膜设备(包括核心部件“靶”)的整套设计方案。同时,还有很多专门从事靶的分析、设计和制造的公司,并开发相关的应用设计软件,根据客户的要求对设备进行优化设计。国内在镀膜设备的分析及设计方面与国际先进水平之间还存在较大差距。

  因此,建立溅射镀膜综合设计系统是势在必行的。系统的建立可按照由整体综合设计展开到部分设计,然后,再由部分设计逐步深入到整体综合设计,即“整体到部分,再到整体”这一动态设计理念,不断完善设计系统。将溅射镀膜所涉及的重要因素列举出来,找出它们之间的内在联系,进而建立溅射镀膜综合设计系统,在此基础上进行膜厚均匀性研究,并为后期转化为设计系统软件做铺垫,来实现制备薄膜均匀性好的大面积薄膜,为生产提供有力的保障。

2.3、数值仿真设计

  将工程和工艺设计运用计算机模拟,再现溅射沉积过程,并将设计的结果进行显示和分析以优化工程和工艺设计,见图4。

  工程设计可以实现参数化设计:利用已有商业软件:Pro/E,UG,Ansys 等进行二次开发。工艺设计是在自行设计或利用已有的软件上模拟溅射过程以进行工艺分析和优化,并分析机械结构对工艺的影响。

  将设计过程开发成通用的设计软件,实现机械结构(工程设计的一部分)三维建模及机械综合性能分析,工艺过程的实时模拟及电磁场、热场、粒子空间分布等分析,以及将仿真模拟过程的可视化,供优化工艺和机械结构使用。能够与其它软件之间的进行数据交换。

  进一步的发展就是将整个设计过程从部分设计转移到整体设计,最大限度的排除人为因素。开发带有专家系统、参数化设计、自动控制检测及远程操作等功能的智能软件系统。镀膜设备的工程设计、镀膜工艺的设计及二者的计算机数值仿真这三者之间是相辅相成的:镀膜设备决定镀膜工艺过程的实现,镀膜工艺促进镀膜设备的升级,而高性能的计算机仿真设计给两者的设计提供了强有力的支持。

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