小靶材实现大平面基片均匀性膜层沉积的方法

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中国建筑材料科学研究总院 作者:金扬利

  常规的实验用磁控溅射设备,其固定的靶基工况,导致膜层均匀性区域有限,只能用于较小基片上膜层的沉积。提出一种新的方法,将靶材固定,基片自转或公自转工位变更为靶材可移动,基片自转的方式,并控制靶材的移动及基片自转速率的调节,可以用较小的靶材在较大平面上沉积膜层,所制备膜层具有良好的膜厚均匀性;建立了计算模型,分析了小靶材实现大平面基片均匀性膜层沉积的途径;在Φ260 mm 的平片上进行了Ge 膜的实际制备,证实了上述思路的可行性。

  膜层均匀性是薄膜制备主要的考核指标之一,针对不同制备方法,其解决均匀性的方式各不相同。磁控溅射沉积方法,具有沉积膜层种类多,膜层致密度高等优点,是薄膜制备的常用方法之一,已经得到广泛应用。真空技术网(http://www.chvacuum.com/)调研后发现常规的实验用磁控溅射沉积设备,多采用磁控靶固定不动,基片台自转或公自转的方式,其靶材尺寸相对较小,由磁控溅射的原理可知,有限的靶材尺寸,决定了其沉积均匀区域的范围不大。当采用较小靶材作为溅射源时,由于固定的布局结构,无法在较大尺寸基底上获得均匀性膜层。

  本文针对常规磁控溅射设备存在的上述问题,提出了一种新的思路,设计改造了一种新型布局的磁控溅射设备,以解决小靶材溅射在较大基底沉积均匀性膜层的难题。

1、基本数学物理模型

  常规的膜层制备中,基片所有区域是同时成膜的,不同位置其相对于蒸发源/ 溅射源空间位置的变化带来了各区域膜层厚度的差异。而对于任意形状的平面,都可以看作是由以其最大边长中心点为圆心,以最大边长为直径的圆的一部分,整个平面可看作由多个圆环组合而成,如图1 所示。当基片不再是同时成膜,而是分区域成膜时,则提供了一种新的思路。

  对于磁控溅射沉积系统,若基片以平面中心为自转轴,而靶材沿平面的径向作直线运动时,则可以实现整个圆平面的逐步扫描,从而实现小靶材在大平面上膜层的制备,其示意图如图2 示。

小靶材实现大平面基片均匀性膜层沉积的方法

图1 多个圆环组成的圆平面/ 平面 图2 小靶材镀膜示意图

2、靶材运动速率和基底自转速率的确定

  分析上述物理模型,为保证整个平面上膜层的良好的均匀性,在固定靶材沉积功率不变的情况下,只需要保证溅射区域相对于靶材的运动速率恒定即可。其可以通过控制靶材径向运动速率和基底自转速率来实现。理论上,靶材径向运动与基底自转运动的实现方式有以下2 种:①靶材沿径向作匀速运动,而基底作变速率自转运动;②靶材作间歇式运动,基底作变速率自转运动。下面建立简单的数学模型,分析两种运动方式时,靶材与基底的运动形式。

4、结论

  提出一种利用小靶材在较大尺寸基片溅射沉积均匀性膜层的方法。利用靶材间歇运动+ 基底自转运动,并结合相应工艺参数的调整,可以通过小靶材实现大平面基片膜层的良好均匀性,且膜层厚度的不均匀性偏差可以根据需要进行调整,有效降低镀膜成本。

  小靶材实现大平面基片均匀性膜层沉积的方法为真空技术网首发,转载请以链接形式标明本文首发网址。

  http://www.chvacuum.com/application/sputter-coating/075229.html

  与 真空溅射镀膜 磁控溅射 相关的文章请阅读:

  真空溅射镀膜http://www.chvacuum.com/application/sputter-coating/