【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及磁控溅射台沉积过程可视化领域，具体是基于动画仿真的磁控溅射台沉积过程可视化方法。
技术介绍
1、磁控溅射台是一种采用磁控溅射技术的设备，其核心工作原理在于利用磁场来束缚和延长电子的运动路径，改变电子的运动方向，从而提高工作气体的电离率和有效利用电子的能量。磁控溅射技术是一种广泛应用于薄膜制备的应用技术。磁控溅射在材料表面处理领域、微电子领域、光学领域等得到应用，磁控溅射具有沉积温度低、沉积速度快、所沉积的薄膜均匀性好，成分接近靶材成分等众多优点。磁控溅射的工艺参数对薄膜的质量和性能具有重要影响。
2、然而，由于实验条件的限制和实验成本的考虑，全面探索和优化这些参数是一项具有挑战性的任务。因此，提供一种直观、准确的可视化方法对于理解和模拟磁控溅射台沉积过程，优化沉积参数，提高薄膜质量具有重要意义。
技术实现思路
1、(1)要解决的技术问题
2、本专利技术的目的在于提供基于动画仿真的磁控溅射台沉积过程可视化方法，通过动画仿真，直观展示磁控溅射台沉积过程的动态变化，减少实验次数，节约研究成本，并且帮助研究人员深入理解和优化沉积过程。
3、(2)技术方案
4、为实现上述目的，本专利技术提供了基于动画仿真的磁控溅射台沉积过程可视化方法，所述方法包括：
5、获取磁控溅射台的设备信息，根据所述设备信息通过建模技术建立磁控溅射台的三维模型；所述设备信息包括磁控溅射台的结构组成信息、工作原理信息；所述三维模型包括真空系统模型、
6、根据磁控溅射沉积原理建立磁控溅射台沉积过程的数学模型，所述磁控溅射台沉积过程的数学模型包括荷能粒子运动模型、第一薄膜厚度模型；获取磁控溅射台的历史实验数据，通过所述历史实验数据对所述第一薄膜厚度模型进行修正后得到第二薄膜厚度模型；
7、根据所述三维模型、荷能粒子运动模型和第二薄膜厚度模型，通过动画仿真技术模拟磁控溅射台沉积过程的动态变化，并将所述动态变化生成可视化动画。
8、进一步地，所述获取磁控溅射台的历史实验数据，通过所述历史实验数据对所述第一薄膜厚度模型进行修正后得到第二薄膜厚度模型的方法包括：
9、所述历史实验数据包括实验溅射参数和实验薄膜厚度；将所述实验溅射参数输入第一薄膜厚度模型后得到预测薄膜厚度，将所述预测薄膜厚度与实验薄膜厚度进行比较并计算差异值，将所述差异值通过统计方法分析后并对第一薄膜厚度模型进行修正得到修正薄膜厚度模型；将所述修正薄膜厚度模型与历史实验数据进行拟合并计算拟合系数，当所述拟合系数大于设定阈值时得到第二薄膜厚度模型。
10、进一步地，所述方法还包括：
11、根据实验数据拟合得到角度因子g(θ)和距离因子g(d)，所述角度因子g(θ)是不同溅射角度下溅射粒子到达基片的概率，所述距离因子g(d)是不同靶材到基片的距离下溅射粒子从靶材到达基片的有效值；通过数值模拟方法得到第一薄膜厚度模型，所述第一薄膜厚度模型的表达式为：
12、
13、其中，d(t)是在时间t的薄膜厚度，t溅射时间，θ是溅射角度，d是靶材到基片的距离，s是基片面积，v是单个溅射粒子的体积，n(t1)是单位时间内沉积到基片的溅射粒子数量；r(θ，d，t′)是考虑溅射角度、靶材到基片的距离和溅射时间的溅射速率函数，所述溅射速率函数是单位时间内靶材溅射出的溅射粒子速率。
14、进一步地，所述所述获取溅射速率函数的方法包括：
15、获取磁控溅射过程中靶材在不同影响因子下的历史试验数据并记为第一实验数据，所述影响因子包括溅射角度、靶材到基片的距离和溅射时间；根据所述第一实验数据拟合得到与溅射角度、靶材到基片的距离和溅射时间相关的第一函数并对所述第一函数进行归一化处理得到溅射速率函数。
16、进一步地，所述获取荷能粒子运动模型的方法包括：
17、通过磁控溅射过程辉光放电得到的电子与工作气体发生碰撞得到荷能粒子，所述工作气体由所述供气系统模型提供；所述荷能粒子受到电场和磁场的作用并通过数值方法得到电场和磁场的数值解，所述是电场在位置和时间t的电场函数，所述是磁场在位置和时间t的磁场函数；所述荷能粒子的运动轨迹的表达式为：
18、
19、其中，是速度的变化率，m是荷能粒子的质量，q是荷能粒子的电荷量，是荷能粒子的位置，是荷能粒子的速度；将所述荷能粒子的运动轨迹离散化后通过数值积分方法得到荷能粒子的运动模型。
20、进一步地，所述将所述荷能粒子的运动轨迹离散化后通过数值积分方法得到荷能粒子的运动模型的方法包括：
21、将荷能粒子运动轨迹方程的时间离散化为时间步长δt；通过洛伦兹力定律和牛顿第二定律得到所述荷能粒子的速度更新公式为：
22、
23、其中，表示荷能粒子在时间t的速度，q表示荷能粒子的电荷量，m表示荷能粒子的质量，表示荷能粒子的电荷与质量之比，表示荷能粒子在时间(t+δt)的速度；所述荷能粒子受到电场和磁场的作用并通过数值方法得到电场和磁场的数值解，表示荷能粒子在位置和时间t处的电场函数，表示荷能粒子在位置和时间t处的磁场函数，δt表示时间步长；
24、通过速度定义和位移关系得到所述荷能粒子的位置更新公式为：
25、其中，表示荷能粒子在时间(t+δt)的位置，表示荷能粒子在时间t的位置，表示荷能粒子在时间t的速度，δt表示时间步长；
26、通过所述荷能粒子的速度更新公式和位置更新公式在每个时间步长δt内更新所述荷能粒子的位置和速度采用数值逼近法得到下一个时间点的荷能粒子状态，所述荷能粒子状态是指下一个时间点的荷能粒子的位置和速度将所述荷能粒子状态通过数值积分方法得到荷能粒子的运动模型。
27、进一步地，所述将所述动态变化生成可视化动画的方法还包括：
28、所述动态变化包括靶材刻蚀区表面形貌动态变化、基片表面薄膜厚度动态变化和荷能粒子动态变化；获取靶材刻蚀区表面形貌信息，所述靶材刻蚀区表面形貌信息通过采用表面扫描电镜形貌和白光干涉三维形貌并结合显微技术获取表面粗糙度变化曲线，将所述表面粗糙度变化曲线通过软件分析得到靶材刻蚀区表面形貌动态变化；所述靶材刻蚀区表面形貌信息是靶材表面原子或分子被磁控溅射后导致的刻蚀形态；通过靶材寿命预测模型预测靶材的寿命。
29、进一步地，所述通过靶材寿命预测模型预测靶材的寿命的方法包括：
30、获取磁控溅射靶材的历史实验数据并记为第二实验数据，所述第二实验数据包括靶材表面的形貌信息、靶材属性信息和靶材的溅射数据；从所述第二实验数据中提取靶材刻蚀过程中的特征参数，所述特征参数包括溅射速率、溅射角度、靶材性质、靶材表面形貌特征；将所述特征参数采用统计学方法建立靶材寿命预测模型，通过所述靶材寿命预测模型预测靶材寿命；通过所述靶材寿命预测模型调整磁控溅射工艺参数。
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【技术保护点】
1.基于动画仿真的磁控溅射台沉积过程可视化方法，其特征在于，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的基于动画仿真的磁控溅射台沉积过程可视化方法，其特征在于，所述获取磁控溅射台的历史实验数据，通过所述历史实验数据对所述第一薄膜厚度模型进行修正后得到第二薄膜厚度模型的方法包括：
3.如权利要求2所述的基于动画仿真的磁控溅射台沉积过程可视化方法，其特征在于，所述方法还包括：
4.如权利要求3所述的基于动画仿真的磁控溅射台沉积过程可视化方法，其特征在于，所述获取溅射速率函数的方法包括：
5.如权利要求1所述的基于动画仿真的磁控溅射台沉积过程可视化方法，其特征在于，所述获取荷能粒子运动模型的方法包括：
6.如权利要求2所述的基于动画仿真的磁控溅射台沉积过程可视化方法，其特征在于，所述将所述荷能粒子的运动轨迹离散化后通过数值积分方法得到荷能粒子的运动模型的方法包括：
7.如权利要求1所述的基于动画仿真的磁控溅射台沉积过程可视化方法，其特征在于，所述将所述动态变化生成可视化动画的方法还包括：
8.如权利要求7所述
9.如权利要求1所述的基于动画仿真的磁控溅射台沉积过程可视化方法，其特征在于，所述方法还包括：
10.如权利要求1所述的基于动画仿真的磁控溅射台沉积过程可视化方法，其特征在于，所述方法还包括：
...【技术特征摘要】
1.基于动画仿真的磁控溅射台沉积过程可视化方法，其特征在于，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的基于动画仿真的磁控溅射台沉积过程可视化方法，其特征在于，所述获取磁控溅射台的历史实验数据，通过所述历史实验数据对所述第一薄膜厚度模型进行修正后得到第二薄膜厚度模型的方法包括：
3.如权利要求2所述的基于动画仿真的磁控溅射台沉积过程可视化方法，其特征在于，所述方法还包括：
4.如权利要求3所述的基于动画仿真的磁控溅射台沉积过程可视化方法，其特征在于，所述获取溅射速率函数的方法包括：
5.如权利要求1所述的基于动画仿真的磁控溅射台沉积过程可视化方法，其特征在于，所述获取荷能粒子运动模型的方法包括：
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【专利技术属性】
技术研发人员：恽成，李子婧，
申请(专利权)人：上海巅思智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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