磁控溅射靶的磁路设计
　　 磁控溅射是古代最不足道的镀膜步骤之一,存在容易,掌握工艺参数准确和成膜品质好等特点。然而也有靶材利用率低、成膜速率低和离化率低等缺欠。钻研表明磁场构造对上述问题有不足道莫须有,白文说明了一种磁控溅射靶磁路优化设计计划。并对改良的磁场构造和正常的磁场构造继续了综合比拟,并给出了试验后果。
　　 近多少十年来,磁控溅射技能曾经变成最不足道的沉积镀膜步骤之一。宽泛利用于轻工业生产和迷信钻研畛域。如在古代机械加工轻工业中,利用磁控溅射技能在作件名义镀制性能膜、超硬膜、自光滑地膜。在光学畛域,利用磁控溅射技能制备增透膜、低辐射膜和通明导膜,隔音膜等。在微电子畛域和光、磁纪录畛域磁控溅射技能也施展着不足道作用。然而磁控溅射技能也有其本身的有余,如靶材利用率低、沉积速率低和离化率低等缺欠。其中靶材利用率是因为靶面跑道的存在,使等离子体体束缚于靶面的全部海域,造成靶材的海域性溅射。跑道的形态是由靶材前面的磁场构造所决议的。普及靶材利用率的要害是调整磁场构造,使等离子体体存在于更大的靶面规模,兑现靶面的匀称溅射。关于磁控溅射,能够经过增多靶功率的步骤兑现溅射产额的普及,然而因为热载荷的莫须有,靶材可能涌现消融和开裂的问题。
　　 该署问题能够经过在相反靶材面积的状况下,使靶面的溅射面积增多,招致靶面的功率密度升高来克服。因而对磁控溅射负极的磁场设计始终以来都在一直的退步。其中比拟有代办性的如:圆形立体磁控溅射源,经过正当设计磁场,使构成的跑道经过靶面核心,利用机械传动安装缭绕磁体,兑现靶面的片面溅射；矩形立体磁控溅射源,经过传动组织使磁体组合在靶材反面做口形或花魁形静止,使通体靶材利用率达成61%;经过多磁路的配合调整,兑现靶面工业气压片面刻蚀。调整磁场的构造还能够改善膜薄厚的匀称性。经过调整磁场的强弱对比,而停滞的非失调磁控溅射技能,更是存在离子镀的性能。因而说磁路设计是磁控溅射源中最不足道的全体。1、磁控溅射靶的磁场排布
　　 在立体磁控溅射靶中,磁钢搁置于靶材的前面,穿过靶材名义的磁力线在靶材名义构成磁场。其中平行于靶面的磁场B和垂直靶名义的磁场E,构成平行于靶面的漂移场E×B。漂移场E×B对电子存在捕集阱的作用,从而增多了靶面这一海域的电子密度,普及了电子与中性气体分子的碰撞多少率,强化了溅射气体的离化率,从而增多了溅射速率。关于通常的立体矩形磁控溅射靶,磁钢排列如图1所示(相邻磁钢极性相同,即NSN或SNS)。
图1磁钢排布和磁力线散布　　图2通常磁钢排布构成的刻蚀
　　 图1中的磁力线散布是经过数值模仿步骤划算进去的,能够看出在靶面磁力线相近平行于靶面的规模很窄。因为在磁控溅射零碎中,靶面的溅射海域重要集中在磁力线相近平行于靶面的规模。随着溅射一直继续,刻蚀槽的幅度随着刻蚀深浅的增多一直变窄,最初构成的刻蚀轮廓如图2所示。
　　 经过面积划算可知,上述的磁钢排列形式,靶材的利用率大概只有20%。可见通常的磁钢排列形式,难以失掉高的靶材利用率和沉积速率。2、磁场的优化设计
　　 为了普及靶材的利用率,多少十年来,曾经有了很多优良的克服计划,如白文结束提到的一些,然而大都是经过磁体的机械静止,使磁场在靶面构成的跑道匀称的扫过靶面,兑现靶面匀称刻蚀。因为存在静止组织,势必使靶的构造变得简单。因而经过动态磁钢的正当排列,而失掉现实的磁场散布是最佳的克服计划。在一些文献中提到过多少种动态的磁场改良设计,想经过改观磁钢形态,如想采纳磁钢去角的步骤失掉优良的靶面磁场散布。构造内容如图3所示。
　　 经过数值划算可知,图3中的磁力线的形态没有大的变迁,然而靶面磁场的强度却绝对削弱,可奏效果并不显然。因为溅射刻蚀重要产生在磁力线相近平行于靶材名义的海域,因而优化设计的根本步骤就是使磁力线放量多的平行于靶面。以次的改良设计步骤就是基于此原理。在白文中采纳的是磁路叠加原理。磁钢排列如图4所示。
图3磁钢去角　　图4改良的磁钢排布
　　 图4中,在里外两磁路中退出反向磁场,保障相邻磁钢极性相同。关于通常的磁场内容,在跑道的地方,程度磁场强度最大,从地方向两边程度磁场强度逐步变小,经过理论测量,当抵达跑道边缘磁场的程度重量低于200Gs,刻蚀景象曾经不显然。图4中,反向磁场的作用是使跑道地方的程度磁场强度削弱,同声小磁钢与相邻的大磁钢构成磁路,后果把跑道边缘的程度场强度加强。从图4中的磁力线散布状况能够看到反向磁场起到了平滑和宽展靶面磁力线的作用。现实的状况是实当初靶面的磁力线彻底平行于靶面。这能够套用数学上的傅立叶级数公式加以注明。
　　 由傅立叶变换可知,关于矩形波能够由一系列相反效率的正弦波叠加而成。所以最现实的磁场内容是靶面的磁力线彻底平行于靶面,那样靶面的磁场能够看成一段矩形波,在里外两磁路中拔出反向磁场比较于取两项开展。如图5所示。在图4中,大磁钢构成的磁场比较于图5中的开展式1,小磁钢之间,及小磁钢与大磁钢之间构成的磁场比较于图5中的开展式2,依据磁路叠加,最初构成的程度磁场是濒临于矩形波的双峰内容。在改良的磁路设计中就是利用这一原理。从图4和图5中能够看出,靶面的磁力线和磁场强度的程度重量更加平滑,可以无效地增多靶面跑道的幅度,兑现靶面匀称刻蚀。

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