一種提高磁控滅射矩形靶膜厚均勻性的基板運動方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種提高磁控滅射矩形靶膜厚均勻性的基板運動方法，靶上有條形環(huán)狀的刻蝕環(huán)，圓形基板面對所述矩形靶，在所述矩形靶兩側(cè)對稱位置設(shè)置第一折返點1和第二折返點2之間往復(fù)運動，包括如下內(nèi)容：圓形基板在第一折返點1和第二折返點2相距為D的距離長度之間同時進行勻速直線運動和勻速自轉(zhuǎn)運動，且圓形基板由第一折返點1同時進行勻速直線運動和勻速自轉(zhuǎn)運動到達第二折返點2的時長為第一時長t1;當圓形基板在第一折返點1或第二折返點2處時，圓形基板停留第二時長t2僅作勻速自轉(zhuǎn)運動；調(diào)節(jié)第一時長h和第二時長t2的比例，使得圓形基板的薄膜厚度均勻，進而實現(xiàn)了能夠提高薄膜厚度均勻性的技術(shù)效果。
【專利說明】一種提高磁控濺射矩形靶膜厚均勻性的基板運動方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及薄膜制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種提高磁控濺射矩形靶膜厚均勻性的 基板運動方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 絕大多數(shù)薄膜在應(yīng)用時，其厚度均勻性都必須滿足某種程度的要求。濺射是一種 常用的薄膜制備方法，為提高膜厚均勻性，通常是根據(jù)濺射靶的形狀(平面圓形靶、矩形靶、 對向靶、空心陰極靶等），采用合適的基板-靶相對運動方法，并優(yōu)化基板和靶的相對幾何 方位和距離。
[0003] 對于矩形平面濺射靶，目前所采用的基板運動方式主要有直線掃描式、圓周旋轉(zhuǎn) 掃描式、行星運動式(公自轉(zhuǎn)聯(lián)合運動)等方式。無論哪種方式，由于基板的中心都穿靶心而 過，沉積的薄膜最厚，而基板上離中心越遠的邊緣位置，遠離靶心而穿過，沉積的薄膜越薄。
[0004] Practical magnetron sputtering system for the deposition of optical multilayer coatings，Applied 0ptics，31(19): 1992，3784 報道，對于固定在圓筒形 真空室側(cè)壁上尺寸為15cmX46cm的矩形祀，當祀固定不動時，膜厚非均勻性優(yōu)于5%的 區(qū)域僅在5cmX10cm的橢圓形內(nèi)；而當基板架左右扭動時，4%膜厚均勻性的面積增大到 IOcmX 18cm。
[0005] 膜厚也可采用理論計算，多篇文獻已經(jīng)證明，計算的結(jié)果可以和實際情況高度 一致。對于尺寸為180mmX60mmX5mm的平面矩形靶，其濺射跑道類似于田徑場，直邊長 100mm,彎道處內(nèi)徑T 1=IOmm,外徑r2=25mm。當基板固定在革巴上方70mm不動時,直徑IOOmrn 基板上膜厚分布如圖1所示。該分布如同一個微微張開的河蛘的三維形狀，即，膜厚沿靶的 長邊方向的變化較為平緩，而在短邊方向的變化十分劇烈，特別是在短邊的最末端，基板的 邊緣已經(jīng)超出了濺射環(huán)的有效區(qū)域，此處的膜厚僅有中心處的50%左右。
[0006] 當基板在靶的左右兩側(cè)對稱位置來回直線往復(fù)運動時（高度70mm，往復(fù)運動間距 60mm)，膜厚分布如圖2所示。與基板固定相比，膜厚分布并沒有多大的改善，仍然像一只河 蛘，只是張開的角度變大了一些。在該分布下，邊緣處的膜厚僅相當于中心處的57%左右。
[0007] 因此，現(xiàn)有技術(shù)中，在采用磁控濺射法在基板上生成薄膜時，存在薄膜的厚度不均 勻的技術(shù)問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明實施例通過提供一種提高磁控濺射靶膜厚均勻性的基板運動方法，解決了 現(xiàn)有技術(shù)中在采用磁控濺射法在基板上生成薄膜時，存在薄膜的厚度不均勻的技術(shù)問題， 進而實現(xiàn)了能夠提高薄膜厚度均勻性的技術(shù)效果。
[0009] 本發(fā)明實施例提供 一種提高磁控濺射矩形靶膜厚均勻性的基板運動方法，靶上有條形環(huán)狀的刻蝕環(huán)，圓 形基板面對所述矩形靶，在所述矩形靶兩側(cè)對稱位置設(shè)置第一折返點1和第二折返點2之 間往復(fù)運動，其特征在于，包括如下內(nèi)容： 圓形基板在第一折返點1和第二折返點2相距為D的距離長度之間同時進行勻速直線 運動和勻速自轉(zhuǎn)運動，且圓形基板由第一折返點1同時進行勻速直線運動和勻速自轉(zhuǎn)運動 到達第二折返點2的時長為第一時長A; 當圓形基板在第一折返點1或第二折返點2處時，圓形基板停留第二時長t2僅作勻速 自轉(zhuǎn)運動； 調(diào)節(jié)第一時長h和第二時長t2的比例，使得圓形基板的薄膜厚度均勻。
[0010] 進一步地，當?shù)谝徽鄯迭c1與第二折返點2相距為D的距離長度增大時，調(diào)節(jié)第二 時長t2減小。
[0011] 進一步地，圓形基板在第一折返點1和第二折返點2相距為D的距離長度之間進 行勻速直線運動時，是沿垂直所述矩形靶長邊方向的中心軸線運動。
[0012] 進一步地，所述方法還包括：調(diào)節(jié)第一折返點1和第二折返點2之間的距離長度D 以及圓形基板的勻速直線運動的速度V和勻速自轉(zhuǎn)的速度W1，使得D/V>6 π /Wl。
[0013] 采用本發(fā)明中的一個或者多個技術(shù)方案，具有如下有益效果： 由于采用在圓形基板面對矩形靶放置，在矩形靶兩側(cè)對稱位置設(shè)置第一折返點1和第 二折返點2之間往復(fù)運動，其中，圓形基板在第一折返點1和第二折返點2相距為D的距離 長度之間同時進行勻速直線運動和勻速自轉(zhuǎn)運動，且圓形基板由第一折返點1同時進行勻 速直線運動和勻速自轉(zhuǎn)運動到達第二折返點2的時長為第一時長A ;當圓形基板在第一折 返點1或第二折返點2處時，圓形基板停留第二時長t2僅作勻速自轉(zhuǎn)運動；調(diào)節(jié)第一時長 h和第二時長t2的比例，使得圓形基板的薄膜厚度均勻，所以，解決了現(xiàn)有技術(shù)中，在采用 平面矩形磁控濺射法在基板上生成薄膜時，存在薄膜的厚度不均勻的技術(shù)問題，進而實現(xiàn) 了能夠提高薄膜厚度均勻性的技術(shù)效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中基板固定不動時的I吳厚分布圖； 圖2為現(xiàn)有技術(shù)中基板平動掃描時的膜厚分布圖； 圖3為現(xiàn)有技術(shù)中基板平動掃描并快速自旋時的膜厚分布圖； 圖4為現(xiàn)有技術(shù)中基板平動掃描并慢速自旋時的膜厚分布圖； 圖5為現(xiàn)有技術(shù)中基板沿短邊方向偏心并僅進行自旋運動時的膜厚分布圖； 圖6為本發(fā)明實施例中基板與靶的相對運動示意圖； 圖7為本發(fā)明實施例中基板運動方式下的膜厚分布圖； 其中：1為矩形靶；2為圓形基板；3為濺射環(huán)。

【具體實施方式】
[0015] 本發(fā)明實施例通過提供一種提高磁控濺射靶膜厚均勻性的基板運動方法，解決了 現(xiàn)有技術(shù)中在采用磁控濺射法在基板上生成薄膜時，存在薄膜的厚度不均勻的技術(shù)問題， 進而實現(xiàn)了能夠提高薄膜厚度均勻性的技術(shù)效果。
[0016] 為了解決上述在采用磁控濺射法在基板上生成薄膜時，存在生成的薄膜厚度不均 勻的技術(shù)問題，下面將結(jié)合說明書附圖以及具體的實施方式對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細 的說明。
[0017] 現(xiàn)有的技術(shù)中，例如，平面矩形靶材的尺寸為180_X60_X5mm，濺射跑道區(qū)直邊 長100mm，彎道處內(nèi)徑!T 1=IOmm,外徑r2=25mm?；诟壬洵h(huán)中的小面圓在空間中的發(fā)射特 性滿足余弦定律的基本理論，通過MATLAB的仿真得知，當基板面對靶一邊進行直線往復(fù)運 動，一邊進行自轉(zhuǎn)運動時(靶與基板的面間距，通常也稱為靶基距為70mm，往復(fù)運動間距 120mm，直線運動1次自轉(zhuǎn)5圈)，由此獲得薄膜厚度分布如圖3所示。
[0018] 與僅進行直線往復(fù)運動相比，膜厚均勻性有了很大的改善。由于增加了自旋，膜厚 分布像半只橢球，不再有沿矩形靶的長邊和短邊之分，呈現(xiàn)極坐標對稱。盡管基板上的薄膜 依然在邊緣處最薄，但已經(jīng)達到中心最厚處的91. 5%左右。
[0019] 要獲得上述橢球狀的膜厚分布，自旋速度要足夠快。當其他參數(shù)不變，而將自旋次 數(shù)減少到1圈時，膜厚分布如圖4所示，橢球發(fā)生了扭曲，對稱性降低。
[0020] 而當基板保持在上述折返點而僅有自轉(zhuǎn)運動時(沿短邊方向偏心距離60mm)，膜厚 分布如圖5所示。此時，膜厚分布完全顛倒。由于基板邊緣處能夠通過旋轉(zhuǎn)掃過濺射環(huán)，其 膜厚反而最厚。反之，基板中心遠遠偏離在濺射環(huán)之外，此處的膜厚不是最厚而是最薄，為 邊緣處91%左右。
[0021] 通過上述分析可見，當基板僅僅在靶兩側(cè)往復(fù)掃描/自旋運動時，基板中心處的 膜厚最厚，并沿徑向低次減??；而當基板中心偏離到濺射環(huán)外僅做自旋運動時，反而是基板 中心的膜厚最薄?；谶@兩種正好相反的膜厚分布，本發(fā)明提出將上述兩種運動方式結(jié)合 在一起，進行膜厚補償以獲得更好膜厚分布的方法。
[0022] 因此，在本發(fā)明實施例一中，采用如圖6所示的圓形基板與180_X60_X5mm的 矩形靶，靶基距采用70mm，設(shè)置兩個折返點之間的距離D為120mm。首先將圓形基板移動到 偏心距為60_處，待銅靶預(yù)濺射3分鐘后，打開擋板(未畫出），由電機(未畫出)驅(qū)動基板在 兩個折返點之間以均勻的線速度V=20mm/s進行直線掃描運動，則直線運動1次需要6s。在 直線運動的同時，由電機(未畫出)驅(qū)動基板以0. 8r/s的速度進行勻速自旋。當?shù)竭_任何一 個折返點時，關(guān)閉電機1使得基板僅做〇.8r/s自旋，并保持36s時長。在上述基板運動方 式下，膜厚分布如圖7所示，膜厚非均勻性小于3%。
[0023] 實施例二中，與實施例一相比，僅改變往復(fù)掃描的間距D，有實施例一的120mm增 大到140mm，則與之相補償?shù)钠淖赞D(zhuǎn)時間有所縮短，為12s，在該實施例二中，膜厚非均勻 性接近3%。
[0024] 采用磁控濺射法對基板進行濺射時，具體可以是直流磁控濺射，射頻磁控濺射，中 頻磁控濺射，以及脈沖磁控濺射等，在本發(fā)明實施例中就不再詳細贅述了。
[0025] 因此，通過采用本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，不僅簡單易行，對于矩形靶，可將直徑 為IOOmm的整個圓基板上膜厚的非均勻性控制在3%-4%之內(nèi)，能實現(xiàn)大面積的膜厚均勻性。
【權(quán)利要求】
1. 一種提高磁控濺射矩形靶膜厚均勻性的基板運動方法，靶上有條形環(huán)狀的刻蝕環(huán)， 圓形基板面對所述矩形靶，在所述矩形靶兩側(cè)對稱位置設(shè)置第一折返點1和第二折返點2 之間往復(fù)運動，其特征在于，包括如下內(nèi)容： 圓形基板在第一折返點1和第二折返點2相距為D的距離長度之間同時進行勻速直線 運動和勻速自轉(zhuǎn)運動，且圓形基板由第一折返點1同時進行勻速直線運動和勻速自轉(zhuǎn)運動 到達第二折返點2的時長為第一時長A; 當圓形基板在第一折返點1或第二折返點2處時，圓形基板停留第二時長t2僅作勻速 自轉(zhuǎn)運動； 調(diào)節(jié)第一時長h和第二時長t2的比例，使得圓形基板的薄膜厚度均勻。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高磁控濺射矩形靶膜厚度均勻性的基板運動方法，其特征 在于，當?shù)谝徽鄯迭c1與第二折返點2相距為D的距離長度增大時，調(diào)節(jié)第二時長t 2減小。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高磁控濺射矩形靶膜厚度均勻性的基板運動方法，其特征 在于，圓形基板在第一折返點1和第二折返點2相距為D的距離長度之間進行勻速直線運 動時，是沿垂直所述矩形靶長邊方向的中心軸線運動。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高磁控濺射矩形靶膜厚度均勻性的基板運動方法，其特征 在于，所述方法還包括： 調(diào)節(jié)第一折返點1和第二折返點2之間的距離長度D以及圓形基板的勻速直線運動的 速度V和勻速自轉(zhuǎn)的速度W1，使得D/V>6 π /V1。
【文檔編號】C23C14/35GK104213093SQ201410487017
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月23日
【發(fā)明者】杜曉松, 郭攀, 趙瑾珠, 孫鳳佩, 袁歡, 蔣亞東 申請人:電子科技大學