一种用于提高基片镀膜均匀性的修正装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种用于提高基片镀膜均匀性的修正装置。


背景技术：

2.离子束溅射镀膜由于其成膜质量高、膜层致密，缺陷少逐渐成为薄膜制备的常用方法，特别是在对薄膜质量要求较高的领域，如薄膜传感器、光学薄膜等。
3.随着电子器件向高集成度、低成本的发展，离子束镀膜设备面临的基片尺寸越来越大，镀膜均匀性要求越来越高，这对离子束镀膜设备设计及加工提出了极高要求，特别是离子源放电室、离子光学栅网、离子源与基片以及靶材三者之间角度距离等一系列影响镀膜均匀性的参数设计，涉及到的理论研究计算与部件研制费用高、周期长。目前，提高镀膜均匀性的方法主要有两种：一种是优化离子源结构设计如离子源放电室与栅网设计，另外一种是调节基片台与靶台之间的相对位置，从而提高离子束镀膜均匀性。然而，离子源优化结构设计难度大，特别是放电室与栅网设计对理论计算要求极高，且栅网加工费用高、周期长；基片台位置调节需要腔室或基片台本身结构支持，否则需要重新制作腔室，费用昂贵，且调节基片台与靶材相对位置通常会降低沉积速率。另外，现有离子束溅射系统难以满足大尺寸基片镀膜均匀性要求的问题，特别容易圆形基片镀膜中间膜层厚、边缘薄的情况。同样的，磁控溅射镀膜系统中也存在上述问题。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、操作维护方便、制造成本低的用于提高基片镀膜均匀性的修正装置。
5.为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：
6.一种用于提高基片镀膜均匀性的修正装置，包括支撑板和可拆卸安装在支撑板上的修正板；所述修正板由中心修正块、多个上修正块和多个下修正块构成；所述中心修正块安装在支撑板端部，各个上修正块和各个下修正块均并行排列在支撑板上，且各个下修正块位于各个上修正块的下方；所述各个上修正块和各个下修正块均可沿垂直于支撑板长度方向前后滑动，并与中心修正块形成形状可调的修正装置。
7.作为上述技术方案的进一步改进：
8.所述各个下修正块一一对应设在各个上修正块的下方。
9.所述支撑板上还设有用于紧固中心修正块、上修正块和下修正块的多个第一锁紧件，所述各个上修正块和各个下修正块与支撑板连接的一端均设有调节腰型槽，所述调节腰型槽卡设在第一锁紧件上；所述各个上修正块和各个下修正块非固定端边缘均形成调整曲线。
10.所述支撑板为长条形，所述支撑板的宽度大于调节腰型槽的长度。
11.所述中心修正块为圆形或半圆形；所述中心修正块为半圆形时，所述中心修正块由至少两个半圆形修正块堆叠而成。
12.所述修正装置还包括固定件；所述固定件包括固定板和调节杆；所述固定板的一端设有用于可拆卸安装支撑板的第二锁紧件，另一端设有用于可拆卸安装调节杆的第三锁紧件。
13.所述调节杆上设有用于调节基片与修正板之间距离的多个调节孔。
14.所述修正装置还包括传动件；所述传动件包括用于调整基片与修正板相对位置的磁流体和用于驱动磁流体的驱动电机，所述磁流体与调节杆连接。
15.所述调节杆可移动的设于镀膜设备的镀膜腔室内，所述镀膜腔室内的基片台与修正板平行设置。
16.与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
17.(1)本实用新型提供了一种用于提高基片镀膜均匀性的修正装置，包括支撑板和可拆卸安装在支撑板上的修正板，具有结构简单、易于拆卸、便于调整和维护的优点，且调整和维护难度不随基片尺寸的增加而提高；同时，构成修正板的各个上修正块和各个下修正块均可沿垂直于支撑板长度方向前后滑动，并与中心修正块形成形状可调的修正装置，因而可根据镀薄膜厚度分布特点改变修正板形状，其作为基片与靶材之间的工艺修正板进行薄膜沉积时能够遮挡部分靶材粒子沉积到基片表面，从而能够改善基片镀膜均匀性，实现大尺寸高均匀区沉积，适用于多种靶材、多种设备沉膜均匀性的修正，可低成本解决基片所沉积膜层中心厚边缘薄的膜层不均匀问题。
18.(2)本实用新型修正装置，适用于基片台圆心旋转的镀膜设备，不仅可以用于提高离子束镀膜的均匀性修正，也可用于提高磁控溅射镀膜的均匀性修正，适用范围广。
19.(3)本实用新型修正装置，能够在不改变离子源放电室及离子光学栅网等部件的基础上，有效的提高薄膜均匀性，成本较低，可操作性强。
20.(4)本实用新型修正装置，通过修正板遮挡膜层厚的地方，在保证基片薄膜均匀性较好的前提下也能最大化提高薄膜沉积速率。
附图说明
21.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
22.图1为本实用新型用于提高基片镀膜均匀性的修正装置的结构示意图。
23.图2为本实用新型用于提高基片镀膜均匀性的修正装置中修正块的结构示意图。
24.图3为本实用新型用于提高基片镀膜均匀性的修正装置中修正板、基片台的相对位置示意图。
25.图4为本实用新型中基片表面的初始膜层厚度分布图。
26.图5为本实用新型中仅安装中心修正块的修正装置的结构示意图。
27.图6为本实用新型中不同修正装置与基片之间距离对应的膜层厚度分布对比图。
28.图7为本实用新型中确定修正板初始形状过程中的膜层厚度分布图。
29.图8为本实用新型中基片表面的最终膜层厚度分布图。
30.图9为本实用新型中用于提高基片镀膜均匀性的修正装置的修正板、基片台的相对位置示意图。
31.图例说明：
32.1、镀膜腔室；2、溅射离子源；3、基片台；4、固定板；5、支撑板；6、修正板；601、调节腰型槽；61、中心修正块；62、上修正块；63、下修正块；7、第一锁紧件；8、调节杆； 81、调节孔；9、第二锁紧件；10、第三锁紧件；11、磁流体；12、驱动电机；13、溅射靶材。
具体实施方式
33.以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本实用新型作进一步描述，但并不因此而限制本实用新型的保护范围。
34.实施例1
35.如图1和图2所示，本实施例的用于提高基片镀膜均匀性的修正装置，包括支撑板5和可拆卸安装在支撑板5上的修正板6；修正板6由中心修正块61、多个上修正块62和多个下修正块63构成；中心修正块61安装在支撑板5端部，各个上修正块62和各个下修正块63 均并行排列在支撑板5上，且各个下修正块63位于各个上修正块62的下方；各个上修正块 62和各个下修正块63均可沿垂直于支撑板5长度方向前后滑动，并与中心修正块61形成形状可调的修正装置。
36.中心修正块61、多个上修正块62和多个下修正块63可拆卸安装在支撑板5上形成修正装置，具有结构简单、易于拆卸、便于调整和维护的优点，且调整和维护难度不随基片尺寸的增加而提高。同时，通过各个上修正块62和各个下修正块63均可沿垂直于支撑板5长度方向前后滑动，可根据镀薄膜厚度分布特点灵活调整修正板6形状，因而在薄膜沉积时能够遮挡部分靶材粒子沉积到基片表面，从而能够改善基片镀膜均匀性，实现大尺寸高均匀区沉积，适用于多种靶材沉膜均匀性的修正，可低成本解决基片所沉积膜层中心厚边缘薄的膜层不均匀问题。
37.本实施例中，各个下修正块63一一对应设在各个上修正块62的下方，便于拆卸、安装和调整。
38.本实施例中，支撑板5上还设有用于紧固中心修正块61、上修正块62和下修正块63的多个第一锁紧件7，各个上修正块62和各个下修正块63与支撑板5连接的一端均设有调节腰型槽601，调节腰型槽601卡设在第一锁紧件7上。上修正块62和下修正块63通过第一锁紧件7紧固，通过调节腰型槽601的设置，上修正块62和下修正块63可在第一锁紧件7 上相互靠近重叠或者相互远离展开。各上修正块62的长度不同，各下修正块63的长度不同，可根据实际情况调整。各上修正块62非固定端边缘的形状不同，各下修正块63非固定端边缘的形状不同，可根据实际情况调整，以使各个上修正块62和各个下修正块63非固定端(远离支撑板5的伸出端)边缘均形成调整曲线，由此获得的修正板6便于实现基片镀膜的均匀性修正。
39.本实施例中，支撑板5为长条形，支撑板5的宽度大于调节腰型槽601的长度。
40.本实施例中，中心修正块61为圆形或半圆形；中心修正块61为半圆形时，中心修正块 61由至少两个半圆形修正块堆叠而成，在使用时，两个半圆形修正块相对旋转形成圆形中心修正块。
41.本实施例中，修正装置还包括固定件；固定件包括固定板4和调节杆8；固定板4的一端设有用于可拆卸安装支撑板5的第二锁紧件9，通过第二锁紧件9将支撑板5紧固在固定板4上，固定板4的另一端设有用于可拆卸安装调节杆8的第三锁紧件10，通过第三锁紧件 10将固定板4紧固在调节杆8上，并利用调节杆8对修正板6与基片的相对位置进行调整。
42.本实施例中，调节杆8上设有用于调节基片与修正板6之间距离的多个调节孔81，通过调节孔81可以调节修正板6与基片之间的间距。
43.本实施例中，调节杆8可移动的设于镀膜设备的镀膜腔室1内，镀膜腔室1内的基片台 3与修正板6平行设置。
44.本实施例中，修正装置还包括传动件；传动件包括用于调整基片与修正板6相对位置的磁流体11和用于驱动磁流体11的驱动电机12，磁流体11与调节杆8连接，通过驱动电机 12驱动磁流体11，带动调节杆8的旋转或伸缩，实现基片与修正板6相对位置的调整，如在不需要。
45.本实施例中，镀膜设备为离子束镀膜设备或磁控溅射镀膜设备，且基片台3可圆心旋转，基片台3上放置的基片为圆形基片，尺寸≤12寸。
46.一种上述本实施例的用于提高基片镀膜均匀性的修正装置的使用方法，包括以下步骤：
47.s1、获取初始膜层厚度分布图；不安装修正装置，在基片上镀膜后测试膜层厚度分布，并绘出薄膜厚度分布图。若基片膜厚分布图呈现中心膜层厚、边缘薄的情况，执行步骤s2；若基片膜厚分布图呈现中心薄、边缘厚，则根据实际情况选取修正装置与基片之间的安装距离，尽可能让修正装置贴近基片，如二者之间的距离为5mm～10mm，随后执行步骤s4；
48.s2、确定修正板6与基片之间初始距离：将圆形中心修正块安装在支撑板5的端部形成修正装置，该修正装置平行于基片台3上的基片，并设置在基片与溅射靶材之间，其中修正装置与基片之间的距离h’，由公式(1)确定，在基片上镀膜后测量膜层厚度分布图，若基片中心至直径d0的圆形区域内膜层厚度与基片边缘最薄处的均匀性不满足要求时(如均匀性大于5％时不满足要求)，执行步骤s3，否则执行步骤s4；
[0049][0050]
公式(1)中：
[0051]
h
’‑
修正装置与基片之间的距离，为修正板6与基片之间的中心距离；
[0052]
h
‑
溅射靶材13与基片之间的距离，为溅射靶材13与基片之间的中心距离；
[0053]
d0‑
需要修正的基片中心直径，根据基片尺寸、步骤s1中的薄膜厚度分布图中心膜层与最薄膜层厚度的差值实际情况进行取值，通常取值为20mm～40mm；
[0054]
d0’‑
中心修正块直径，根据基片尺寸、溅射靶与基片的相对位置以及步骤s1中的薄膜厚度分布图中心膜层与最薄膜层厚度实际情况进行取值，通常选用直径为10mm～20mm的圆板；
[0055]
k0‑
距离修正因子，用来调整修正板6与基片之间距离的因子，通常取值为0.2～2；
[0056]
s3、调整修正板6与基片之间的距离：通过调节杆调整修正装置与基片的距离，其中修正装置与基片的距离调整量δh’，由公式(2)确定，重新获得基片上的膜层厚度分布，如果预修正的基片中心直径d0圆形区域内膜厚与基片边缘最薄膜厚的分布仍然没有达到预期的效果，重复进行步骤s3，直到基片中心直径d0圆形区域内膜厚与边缘最薄处膜厚满足要求(如均匀性≤5％时满足要求)，执行步骤s4；
[0057][0058]
公式(2)中：
[0059]
δh
’‑
修正装置与基片之间的距离调整量；
[0060]
h
’‑
上一次修正装置与基片之间的距离；
[0061]
δt0‑
基片中心直径d0圆形区域内需要修正的平均膜层厚度；
[0062]
t0‑
基片中心直径d0圆形区域内上一次修正的平均膜层厚度；
[0063]
k0’‑
距离调整系数，用来调整修正板6与基片之间距离的系数，通常取值
‑
1～1；
[0064]
s4、确定修正板6初始形状：根据步骤s3中满足要求的基片膜层厚度分布图，选取合适的修正块宽度(宽度通常为8mm～15mm，结构如图2所示，但不仅限于此)，以中心修正块的圆心为起点沿着支撑板5长度方向(x轴方向)设置上修正块和下修正块，上修正块依次编号为a1、a2、a3......，下修正块一一对应的设于上修正块下方，依次编号为a1’、a2’、 a3’......，其中中心修正块编号为a0，并确定每个上修正块和下修正块对应的投影关系，按照公式(3)计算各个上修正块和下修正块的伸出量，形成各个上修正块和下修正块对应的加工形状；将中心修正块、加工得到的各个上修正块和下修正块安装在支撑板5上形成修正装置，在基片上镀膜获取基片膜层厚度分布图，如果基片膜层厚度分布不满足膜层厚度均匀性要求 (如均匀性大于5％时不满足要求)，按照步骤s5调整修正板6的形状。
[0065][0066]
公式(3)中：
[0067]
2d
x
’‑
投影到坐标x位置对应的修正块伸出量；
[0068]
d
x
‑‑
坐标x位置到基片圆心的距离；
[0069]
t
x
‑
坐标x位置对应的膜层厚度；
[0070]
t
min
‑‑
膜层厚度分布图中最小膜层厚度；
[0071]
k
x
‑‑
修正比例因子，根据实际情况进行取值，通常取值0.2～1；
[0072]
s5、微调修正板6形状：根据步骤s4中的膜层厚度分布图，按照公式(4)计算相应修正块伸出或者缩进的修正量，进一步确定修正板6的形状；继续在基片上镀膜获取基片膜层厚度分布图，如果基片膜层厚度分布仍然不满足膜层厚度均匀性要求(如均匀性大于5％时不满足要求)，重复执行步骤s5，直到基片膜层厚度分布满足要求为止
[0073][0074]
公式(4)中：
[0075]
2δd
x
’‑
为x坐标处对应的修正块的推出或缩进的修正量；
[0076]
δt
x
’‑
为x坐标处需要修正的膜层厚度；
[0077]
δδt
x
‑
为x坐标处上一次修正的膜层厚度；
[0078]
2d
x
’‑
为x坐标处对应的修正块上一次推出或缩进的修正量；
[0079]
k
x
’‑
为调整比例系数，根据实际情况取值，通常取值
‑
2～2。
[0080]
具体的，在一个基片直径为200mm的离子束镀膜设备上提升镀膜均匀性过程为例，做一次详细的说明，用以证明该方法的有效性。
[0081]
第一步，在未安装修正装置的前提下，利用溅射离子源2轰击溅射靶材，在基片a上镀膜并测试基片a膜层厚度分布，形成膜厚分布图(如图4所示)，呈现中心膜层厚、边缘薄的情况，膜厚均匀性15.9％，本次案例无修正板6沉积的膜层厚度呈现中间厚、边缘薄的特性，执行第二步；
[0082]
第二步，根据上一步膜厚分布图(图4)，将圆形中心修正块安装在支撑板5的端部形成修正装置(如图5所示)，该修正装置平行于基片台3上的基片a，并设置在基片a与溅射靶材之间，根据公式(1)计算并确定修正板6的高度h’为70mm，其中中心修正块的直径d0’
为20mm，对应基片a修正中心直径d0为40mm的圆形区域，溅射靶与基片a之间的距离h 为300mm，k0取值0.65；继续在基片a上镀膜后测量膜层厚度分布图(如图6所示)，基片中心至直径d0的圆形区域内膜层厚度与基片a边缘最薄处的均匀性为23％，未达到预期的效果，执行第三步。
[0083]
第三步，根据膜厚分布图，通过调节杆调整修正装置与基片的距离，其中修正装置与基片的距离调整量δh’，由公式(2)确定，其中δt0、t0根据膜层厚度分布图(图6)进行确定，且k0’取值为0.12，通过公式计算并调整初始修正板6与基片距离为100mm，重新获得基片上的膜层厚度分布(如图6所示)，其中基片中心φ40mm区域和边缘φ180mm
‑
φ200mm 区域的膜厚分布均匀性满足要求(在5％以内)，执行第四步。
[0084]
第四步，根据上一步膜层厚度分布图，取修正块宽度为10mm，以中心修正块的圆心为起点沿着支撑板5长度方向(x轴方向)设置上修正块和下修正块，上修正块依次编号为a1、 a2、a3......，下修正块一一对应的设于上修正块下方，依次编号为a1’、a2’、a3’......，其中中心修正块编号为a0，并确定每个上修正块和下修正块对应的投影关系，按照公式(3)计算各个上修正块和下修正块的伸出量，形成各修正块的对应的加工形状，按照计算的修正板 6初始形状安装各修正块，在基片上镀膜形成膜层厚度分布图(如图7所示)，均匀性6.4％不满足要求，执行第五步。
[0085]
第五步，根据上次膜层厚度分布图，按照公式(4)计算相应修正块伸出或者缩进的修正量，计算并通过调节腰型槽601微调修正板6的形状，进一步确定修正块形状并安装。
[0086]
第六步，在基片上镀膜，膜层厚度分布图(如图8所示)，均匀性为4.4％，满足厚度均匀性要求，此时确定的形状为该修正板最终的形状，其中本实施例中修正板最终确定的形状如图9所示。
[0087]
以上实施例仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。