磁控溅射薄膜的厚度分布

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1、第卷第期应用科学学报,年月茹磁控溅射薄膜的厚度分布范正修薛松生何朝玲上海光学精密机械研究所提要,、论述了磁控溅射薄膜的厚度分布从理论上分析了固定基体碑基体转动和自转加公转三种状态下,的膜厚分布计算表明膜厚分布很大程度上取决于基体高度适当调节基体高度和,。靶的距离可以得到很好的膜厚均匀性实验证实了这个结果关键,,。词磁控溅射薄膜厚度一、引言,在薄膜技术中膜层的厚度分布是一个十分重要的间题任何一种有实用价值的薄,,膜都要求薄膜厚度分布遵循预定的规律这样对薄膜厚度分布和均匀性进行分析讨论,〔一是很有意义的关于热蒸发薄膜的膜厚分布问题许多工作进行过比较详细的讨论,,但对磁控溅射薄膜却缺少系统研究本

2、文从设定的几何模型出发对几种情况下薄膜的厚度分布进行理论分析和数值计算由此导出可能获得更大均匀面积的几何排布通过,实验研究获得均匀性良好的大面积薄膜二、理论分析·,磁控溅射一般是在较高的气压下进行的在这种条件下薄膜分子由。入靶面到基体的飞行过程中要受到残气分子的多次碰,撞但是由于溅射分子比残气分子的能量高出近四个量级这种碰撞不会改变溅射分子运动的速度和方向薄膜沉积的余弦定律仍是有效的固定基体的膜厚分布,图给出溅射靶和基底相对位置的示意图对于万,梢靶面上某一点某溅射速率灼是靶面矢径的函数,,靶与基底的距离为设靶与基底是同心的则在距离中心为的基底的某一点处的沉积速率为··,·一”‘。。。。磁招

3、贱钊靶价图基底固定时溅射沉积几何图几,年年月日收到月日收到修改稿期磁控溅射薄膜厚度的分布,,一,,这里一。卜矿一。尸十矿一劝整个靶面在该点形成的沉积速率为‘’‘”,,二,,,,一价诱亚,,价,这里为靶的半径,、,需要指出的是灼是与靶的结构溅射材料和气氛等多种因素有关的物理量对,磁控溅射来说主要溅射区域集中在磁极中间的一个,圆环区对于二极靶则溅射在整个靶面进行为了,,,便于计算我们设定在溅射区内溅射速率是均匀的,。,此外也是与多种因素有关的不定量但可以在其它,条件确定的情况下由实验确定‘基体转动时的膜厚分布,在基体固定的条件下不可能获得比靶面更大的均匀薄膜为了用较小的靶获得较大尺寸的均匀薄,

4、膜需要采用转动基体的方法这时靶心与基底转动,图基底转动时溅射沉积几何图中心的距离为几何布置由图给出,对于基底上距离转动中心为的某一点靶面上某一区域对它的沉积速率为”,,月。,闷,闷从月,‘一口口一于丙尸一一丫认甲一“这里荃一护尹了一尸十少一叼价少一矿护一价,在转动速率足够快的条件下整个靶对转动中基底某点的沉积速率为“··功价卜又互些酱业工件架公转加基底自转溅射时膜厚的分布为了进一步改善薄膜的均匀性和提高薄膜性,,能可以采用公转加自转系统这时基底的自转中一心与工件架,公转中心距离为龟溅射靶距公转中心,距离为几何位置如图所示由图可知乙一谜一吸。一姜驴卜护刃图自转加公转时溅射沉积几何图基底上距自

5、转中心为的地方的沉积速率为一云,广广广厂型立粤冥丝,“价价三、溅射薄膜厚度分布的数值计算,必为了对溅射薄膜的厚度进行数值计算须对上面给出的理论模型的函数预先设定,,,,在磁控溅射时溅射区是在一个环内进行为了简便我们假设在溅射区内溅射速率是应用科学学报卷,,均匀的若环的内径为姚外径为则在此区间内灼为常数图给出基底不转动时的膜厚分布计算结果结果表明膜厚分布不仅与基底和靶、,的相对高度有关还与溅射环的宽度有关在一定的条件下溅射环愈宽得到的均匀性越,士好一般情况下均匀范围界可以做到靶径的左右相对厚度图基体固定时溅射膜厚的分布饥瓦,,在工件盘转动的条件下薄膜膜厚均匀性可以得到改进靶的大小确定时调节距

6、禽或高度都能改变膜厚分布,就能获得良好的均匀性图给出典型的计算结果可以,,看出选择适当的参量可以获得比靶径更大的均匀性相对厚度时图基底。、溅射膜厚分布瓦’忍滋控溅射薄膜厚度的分布,,目‘‘‘一仙一栩毗一一图工件架公转基体自转时溅射膜厚分布乙注瓦注,,,,,在公转加自转的情况下可选择的参数更多这样就有可能在各种不同条件下得到,理想的膜厚分布图给出一些计算结果可以看出适当选择距离可以在不同的高度下得到良好的均匀薄膜这对得到理想的光学薄膜无疑是有益的、四溅射膜厚分布的实验研究,,实验是在磁控射频溅射装置上进行的该装置有三个价的溅射靶靶的位置,固定工件盘的高度可以在相当大的范围内式,调动工件架可绕

7、装置中心转动为了实现自转,加公转在大工件架上装一个可以旋转的小工件架小工件架在大工件架上的位置可以调动实验证明我们的理论分析和数值计算是符合,,实际的对价的戮射靶溅射环径一般为价左右当基底固定时最大均匀面犷,积的直径约为价但是在工件转动和自图溅射膜厚分步的实验结果,转加工转时都可得到很大的均匀面积图给出工件转动时磁控溅射介质膜的膜厚分布在一、,距离二的条件下功内的膜厚不均匀性不大于士多这个,结果优于其它文章报道的水平满足