專利名稱：一種確定多工位鍍膜裝置最優(yōu)轉(zhuǎn)速比的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及電子薄膜制備技術(shù)中的磁控濺射薄膜制備裝置。
背景技術(shù)：
眾所周知，磁控濺射是制備薄膜的一種重要方法，薄膜均勻性是影響薄膜性能的重要因素。關(guān)于磁控濺射薄膜的厚度分布模型，已有較多的文獻(xiàn)進(jìn)行了討論[1-5]，這些作者詳細(xì)的研究了靶基距、基片的旋轉(zhuǎn)以及靶的形狀等濺射系統(tǒng)的幾何參數(shù)對(duì)薄膜厚度均勻性的影響，但是他們所研究的系統(tǒng)大都是基片中心固定不動(dòng)的情況。[1]S.Swann.Films thickness Distribution in Magnetronsputtering[j].Vacuum，1988，38(8-10)791-794[2]楊邦朝、王文生等，薄膜物理與技術(shù)[M]，電子科技大學(xué)出版社，1994[3]黃繼頗、孫承永等，磁控濺射膜厚分布模擬軟件的編制[J]，電子材料與元器件，1996，15(4)32-35[4]宋建全、劉正堂、于忠奇等，平面磁控建設(shè)薄膜厚度分布模擬[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2001，20(6)884-885[5]張?zhí)K淮、魏文忠、楊暉等，靶形對(duì)濺射薄膜厚度均勻性影響的研究[J]，武漢大學(xué)學(xué)報(bào)，1992，343-47專利申請(qǐng)“一種平面磁控濺射-多工位鍍膜裝置”(專利申請(qǐng)?zhí)枮?00310110846.2)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，“多工位—磁控濺射系統(tǒng)”為平面磁控濺射鍍膜設(shè)備，它包括真空室、加熱器、充氣孔、自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、基片工件夾等其特征是(1)至少一個(gè)平面磁控濺射靶1位于真空鍍膜室底部18；(2)加熱器15位于真空室底部18；(3)充氣孔16位于真空室底部18；(4)真空室底部有真空抽氣組19；(5)轉(zhuǎn)盤3用連接桿14與外部電機(jī)9連接；(6)N個(gè)工件夾2均勻分布在轉(zhuǎn)盤3的下面，通過連桿4穿過轉(zhuǎn)盤3與齒輪5連接在一起，齒輪5安裝在轉(zhuǎn)盤3上面；(7)小齒輪6通過連接桿7與真空室17外部電機(jī)8連接在一起；(8)中齒輪11通過連接桿10固定在真空室17中，中齒輪11與小齒輪6咬合；(9)大齒輪13通過連接桿12與中齒輪11固定在一起；(10)自轉(zhuǎn)原理外部電機(jī)8帶動(dòng)連桿7，連桿7帶動(dòng)小齒輪6轉(zhuǎn)動(dòng)，中齒輪11與小齒輪6咬合，小齒輪帶動(dòng)中齒輪11轉(zhuǎn)動(dòng)，則中齒輪11帶動(dòng)大齒輪13轉(zhuǎn)動(dòng)，大齒輪13與N個(gè)小齒輪5咬合在一起，大齒輪13帶動(dòng)N個(gè)小齒輪5自轉(zhuǎn)，N個(gè)小齒輪帶動(dòng)N個(gè)工件夾2自轉(zhuǎn)，從而完成了自轉(zhuǎn)過程；(11)公轉(zhuǎn)原理外部電機(jī)9通過連接桿14帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤3轉(zhuǎn)動(dòng)，N工件夾12和N齒輪5固定在轉(zhuǎn)盤3上，所以工件夾2和小齒輪5公轉(zhuǎn)，從而完成了公轉(zhuǎn)過程。
(12)本發(fā)明的裝置是N個(gè)工件夾2的N個(gè)基片同時(shí)作公、自轉(zhuǎn)，這樣可以對(duì)N個(gè)工件夾上的基片進(jìn)行鍍膜濺射。
采用“一種平面磁控濺射-多工位鍍膜裝置”可以大大的提高了濺射薄膜的面積；它一次可以同時(shí)給多組基片濺射成膜，且膜厚的一致性好。
眾所周知，自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比對(duì)于薄膜的分布均勻性有很大影響，自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)最優(yōu)轉(zhuǎn)速比是“一種平面磁控濺射-多工位鍍膜裝置”專利的一個(gè)重要指標(biāo)，但是在專利“一種平面磁控濺射-多工位鍍膜裝置”中并未給出最優(yōu)轉(zhuǎn)速比。

發(fā)明內(nèi)容
為描述方便，進(jìn)行術(shù)語定義“一種平面磁控濺射-多工位鍍膜裝置”(專利申請(qǐng)?zhí)枮?00310110846.2)我們下面簡(jiǎn)稱多工位鍍膜裝置；均值相對(duì)偏差是指基片上各點(diǎn)膜厚值減去基片上膜厚平均值，所得值的絕對(duì)值求平均值，然后除以基片上膜厚平均值；最大相對(duì)偏差是指基片上各點(diǎn)膜厚值減去基片上膜厚平均值，所得值的絕對(duì)值中的最大值除以基片上膜厚平均值。
本發(fā)明的目的是提供一種確定多工位鍍膜裝置最優(yōu)轉(zhuǎn)速比的方法，采用該方法可以準(zhǔn)確地確定“一種平面磁控濺射-多工位鍍膜裝置”的最優(yōu)自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比。
本發(fā)明的一種確定多工位鍍膜裝置最優(yōu)轉(zhuǎn)速比的方法，其特征是采用下面的步驟步驟1、確定多工位--磁控濺射裝置的膜厚分布規(guī)律經(jīng)過時(shí)間T后，多工位--磁控濺射系統(tǒng)膜厚M為M=∫LD(x,y)ds=∫0TD(ξ(t),ψ(t))·ξ′2(t)+ψ′2(t)·dt----(1)]]>其中D(x，y)為單位時(shí)間靶上方H處膜厚分布D(x,y)=2SHπρ0(R22-R12)∫12(H2+(x-b)2+y2+R2)RdR[(H2+(x-b)2+y2+R2+2(x-b)2+y2R)(H2+(x-b)2+y2+R2-2(x-b)2+y2R)]3/2----(2)]]>其中 是線積分符號(hào)；S是磁控靶的濺射率；ρ0---靶材密度；r1、r2---刻蝕區(qū)的內(nèi)、外半徑(一般取為磁極間隙的內(nèi)外半徑)；H---靶基距；(x-b)2+y2=A]]>是上方H處任意一點(diǎn)到靶中心軸的距離；b是靶與公轉(zhuǎn)中心之間的距離；R是靶上任意一點(diǎn)到靶中心的距離x＝ξ(t)＝rcos(ωrott+)+acos(ωrevt) (3)y＝Ψ(t)＝rsin(ωrott+)+asin(ωrevt)ωrotωret=n+φ----(4)]]>其中，n為自、公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比整數(shù)部分，φ為自、公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比小數(shù)部分步驟2、確定靶基距H與公轉(zhuǎn)中心之間的距離b值靶基距H與公轉(zhuǎn)中心之間的距離b值由多工位--磁控濺射裝置給出，靶基距H的取值范圍是50-70mm，一般情況下，0＜b＜R0，其中R0為靶的半徑；步驟3、確定等價(jià)點(diǎn)的個(gè)數(shù)m在基片上，當(dāng)所有半徑相同的點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡都相同時(shí)，這些點(diǎn)稱為等價(jià)點(diǎn)，這些點(diǎn)的厚度都相同，m越大，等價(jià)點(diǎn)越多，均勻性越好；當(dāng)基片直徑為3英寸時(shí)，m≥8；當(dāng)基片直徑為4英寸時(shí)，m≥10；當(dāng)基片直徑為5英寸時(shí)，m≥16；步驟4、確定φ值通過公式(5)可以得到φ值
km=φ----(5)]]>其中k為正整數(shù)，通過 滿足簡(jiǎn)約分?jǐn)?shù)的條件確定k的值步驟5、確定均值相對(duì)偏差或最大相對(duì)偏差最小時(shí)對(duì)應(yīng)的n值首先，任意選取一組n值，該組n值為2、3、4、5、6、7、8、9，……100；利用步驟1～步驟4，就可以得到每一個(gè)n值對(duì)應(yīng)的膜厚值；然后，計(jì)算每一個(gè)n值對(duì)應(yīng)的膜厚值的均值相對(duì)偏差和最大相對(duì)偏差，得到一組均值相對(duì)偏差值和最大相對(duì)偏差值；最后，從上面得到的一組均值相對(duì)偏差值和最大相對(duì)偏差值中選出最小的均值相對(duì)偏差值和最小的最大相對(duì)偏差值，這些值對(duì)應(yīng)的就是最優(yōu)自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比；步驟6確定最優(yōu)自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比采用公式ωrotωret=n+φ----(4)]]>就可以得到確定最優(yōu)自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比。
本發(fā)明的實(shí)質(zhì)是本發(fā)明提供了一種確定“一種平面磁控濺射-多工位鍍膜裝置”(專利申請(qǐng)?zhí)枮?00310110846.2)的最優(yōu)自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比的方法，它是通過先求出靶上方的膜厚分布D(x，y)，利用線積分得到這種結(jié)構(gòu)的裝置的膜厚分布M，然后確定均值相對(duì)偏差或最大相對(duì)偏差最小時(shí)對(duì)應(yīng)的n值，進(jìn)而可以得到最優(yōu)的自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)采用本發(fā)明的方法可以準(zhǔn)確地確定“一種平面磁控濺射-多工位鍍膜裝置”的最優(yōu)自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比，大大提高了改裝置成膜的均勻性，進(jìn)而可以最優(yōu)地使用該裝置濺射出批量一致性好、面積大、高均勻的薄膜。


圖1是“一種平面磁控濺射-多工位鍍膜裝置”的結(jié)構(gòu)示意圖，其中1-平面磁控濺射靶、2-工件夾、3-轉(zhuǎn)盤、4-連接桿、5-小齒輪、6-小齒輪、7-連接桿、8-自轉(zhuǎn)電機(jī)、9-公轉(zhuǎn)電機(jī)、10--連接桿、11-中齒輪、12-連接桿、13-大齒輪、14-連接桿、15-加熱器、16-充氣孔、17-真空鍍膜室、18-真空鍍膜室底、19-真空抽氣組；圖2是本發(fā)明方法的坐標(biāo)示意3是“一種平面磁控濺射-多工位鍍膜裝置”結(jié)構(gòu)參數(shù)示意圖其中H---靶基距；(x-b)2+y2=A]]>是上方H處任意一點(diǎn)到靶中心軸的距離；b是靶與公轉(zhuǎn)中心之間的距離；圖4是“一種平面磁控濺射-多工位鍍膜裝置”中靶的結(jié)構(gòu)參數(shù)示意圖，r1、r2---刻蝕區(qū)的內(nèi)、外半徑(一般取為磁極間隙的內(nèi)外半徑)；R-靶上任意一點(diǎn)到靶中心的距離。
具體實(shí)施例方式當(dāng)靶的直徑為120mm、4英寸的基片時(shí)，b＝180mm，H＝70mm、R1＝40mm、R2＝50mm。此時(shí)，S、ρ0值影響膜的厚度，但不影響膜厚分布相對(duì)偏差，所以處理時(shí)設(shè)常數(shù)1，采用本發(fā)明的方法，我們得出n＝5時(shí)對(duì)應(yīng)最優(yōu)自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比，當(dāng)我們選取最優(yōu)自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比5.3時(shí)，相對(duì)偏差小于3％。
權(quán)利要求
1.一種確定多工位鍍膜裝置最優(yōu)轉(zhuǎn)速比的方法，其特征是采用下面的步驟步驟1、確定多工位--磁控濺射裝置的膜厚分布規(guī)律經(jīng)過時(shí)間T后，多工位--磁控濺射系統(tǒng)膜厚M為M=∫LD(x,y)ds=∫0TD(ξ(t),ψ(t))·ξ′2(t)+ψ′2(t)·dt------(1)]]>其中D(x，y)為單位時(shí)間靶上方H處膜厚分布D(x,y)=2SHπρ0(R22-R12)∫12(H2+(x-b)2+y2+R2)RdR[(H2+(x-b)2+y2+R2+2(x-b)2+y2R)(H2+(x-b)2+y2+R2-2(x-b)2+y2R)]3/2-----(2)]]>其中∫L是線積分符號(hào)；S是磁控靶的濺射率；ρ0---靶材密度；r1、r2---刻蝕區(qū)的內(nèi)、外半徑(一般取為磁極間隙的內(nèi)外半徑)；H---靶基距；(x-b)2+y2=A]]>是上方H處任意一點(diǎn)到靶中心軸的距離；b是靶與公轉(zhuǎn)中心之間的距離；R是靶上任意一點(diǎn)到靶中心的距離x＝ξ(t)＝rcos(ωrott+)+acos(ωrevt)(3)y＝ψ(t)＝rsin(ωrott+)+asin(ωrevt)ωrotωret=n+φ-------(4)]]>其中，n為自、公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比整數(shù)部分，φ為自、公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比小數(shù)部分步驟2、確定靶基距H與公轉(zhuǎn)中心之間的距離b值靶基距H與公轉(zhuǎn)中心之間的距離b值由多工位--磁控濺射裝置給出，靶基距H的取值范圍是50-70mm，一般情況下，0＜b＜R0，其中R0為靶的半徑；步驟3、確定等價(jià)點(diǎn)的個(gè)數(shù)m在基片上，當(dāng)所有半徑相同的點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡都相同時(shí)，這些點(diǎn)稱為等價(jià)點(diǎn)，這些點(diǎn)的厚度都相同，m越大，等價(jià)點(diǎn)越多，均勻性越好；當(dāng)基片直徑為3英寸時(shí)，m≥8；當(dāng)基片直徑為4英寸時(shí)，m≥10；當(dāng)基片直徑為5英寸時(shí)，m≥16；步驟4、確定φ值通過公式(5)可以得到φ值km=φ-----(5)]]>其中k為正整數(shù)，通過 滿足簡(jiǎn)約分?jǐn)?shù)的條件確定k的值步驟5、確定均值相對(duì)偏差或最大相對(duì)偏差最小時(shí)對(duì)應(yīng)的n值首先，任意選取一組n值，該組n值為2、3、4、5、6、7、8、9，……100；利用步驟1～步驟4，就可以得到每一個(gè)n值對(duì)應(yīng)的膜厚值；然后，計(jì)算每一個(gè)n值對(duì)應(yīng)的膜厚值的均值相對(duì)偏差和最大相對(duì)偏差，得到一組均值相對(duì)偏差值和最大相對(duì)偏差值；最后，從上面得到的一組均值相對(duì)偏差值和最大相對(duì)偏差值中選出最小的均值相對(duì)偏差值和最小的最大相對(duì)偏差值，這些值對(duì)應(yīng)的就是最優(yōu)自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比；步驟6確定最優(yōu)自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比采用公式ωrotωret=n+φ------(4)]]>就可以得到確定最優(yōu)自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種確定“一種平面磁控濺射－多工位鍍膜裝置”(專利申請(qǐng)?zhí)枮?00310110846.2)的最優(yōu)自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比的方法，它是通過先求出靶上方的膜厚分布D(x，y)，利用線積分得到這種結(jié)構(gòu)的裝置的膜厚分布M，然后確定均值相對(duì)偏差或最大相對(duì)偏差最小時(shí)對(duì)應(yīng)的n值，進(jìn)而可以得到最優(yōu)的自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比。采用本發(fā)明的方法可以準(zhǔn)確地確定“一種平面磁控濺射－多工位鍍膜裝置”的最優(yōu)自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比，大大提高了改裝置成膜的均勻性，進(jìn)而可以最優(yōu)地使用該裝置濺射出批量一致性好、面積大、高均勻的薄膜。
文檔編號(hào)C23C14/35GK1641068SQ20041002166
公開日2005年7月20日 申請(qǐng)日期2004年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月14日
發(fā)明者楊傳仁, 韓雷剛, 符春林, 陳宏偉 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)