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磁控溅射镀膜是现代工业中不可缺少的技术之一,广泛应用于电子,建筑,汽车等行业中。尤其适用于大面积镀膜生产。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,因此建立一个溅射镀膜的综合设计系统是势在必行的。磁控靶的优化设计是设计系统的重要组成部分,而薄膜厚度均匀性(膜厚均匀性)是检验溅射沉积过程的最重要参数之一,因此相关问题的研究具有重要的理论和应用价值。
本文在现有的理论基础之上,对溅射镀膜的综合设计系统进行了初步的建立和研究,将设计系统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。分析了溅射镀膜膜厚分布的基本理论,采用快速运动粒子和慢速运动粒子作为基本的沉积粒子的溅射镀膜模型应用在矩形平面磁控溅射靶上,并重点对电磁场和布气系统的影响进行分析,设计出一种用于稳态气体流量的布气结构。应用Matlab软件对矩形平面磁控溅射靶的薄膜沉积均匀性进行了数值计算,得到如下结论:矩形平面磁控溅射靶的膜厚均匀性随靶基距的增加而降低;随靶基距和靶端部刻蚀面积的减小而降低,在一定范围内随靶端部刻蚀面积的增大而升高;随靶刻蚀区长宽比的增加有两种变化趋势:当刻蚀区域的长度不变时,膜厚均匀性略有降低,当其宽度不变时,膜厚均匀性有显著升高。在一定范围内,膜厚均匀性分别随功率降低和气体温度的升高(或气压的降低)而降低。薄膜沉积速率分别随靶基距的降低,电源功率和气体温度的升高(或气压的降低)而增加。最后,对溅射镀膜中的射频电极板面积比,气体放电等离子体鞘层,基片清洗工艺,磁控靶内永磁体的磁场设计以及退磁问题进行了探讨。