矩形磁控溅射靶磁场仿真与优化设计

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1、.1933689分类号密级UDC学位论文矩形磁控溅射靶磁场仿真与优化设计作者姓名：李鹤指导教师：张以忱副教授东北大学真空与流体工程研究所申请学位级别：硕士学科类别：工学学科专业名称：流体机械及工程论文提交日期：2008年6月:文答辩日2008年7月学位授予日期：2008年7月書辩委员会主的3匝评阅人：王曲翻东北大学2008年6月ADissertationinfluidMachineryandEngnieeringOptimizingDesignandSimulatingMagneticFieldofRectangleMagnetro

2、nSputteringTargetByLiHeSupervisor:AssociateProfessorZhangYichenNortheasternUniversityJune2008独创性声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：期日期：丄o°g，7・学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师

3、完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后:半年口一年口一年半口两年&/签字日期:学位论文作者签名:导师签名:签字日期:矩形磁控溅射靶磁场仿真与优化设计磁控溅射已成为工业镀膜生产中最重要的技术之一，尤其适合于大面枳镀膜生产。磁场分布在整个溅射过程中起着至关重要的作用，其磁场强度的大小、分布以及由以上诸因素决定了等离子体的特性，从而

4、对成膜质量、靶表面刻蚀区的均匀程度以及靶材的利用率均有影响，因此相关课题的研究具有重要的学术和应用价值。本文讨论了靶材刻蚀不均匀、膜层沉积速率低和均匀性不好等问题出现的原因，提岀了解决问题的思路和方法，并且给出了磁场强度、磁场均匀性和磁体结构的设计原则，根据电磁场分布来判断设计结构是否合理。通过磁场的有限元模拟，分别分析了直跑道区域和端部区域磁钢结构参数对靶面磁场均匀性和强度的影响，磁体安装接缝及磁性能差异对靶面磁场的影响。分析指出磁钢削角能够增加靶面磁场平行度，削角大小对磁场平行度影响较小，但大削角明显削弱磁场强度；通过比较不同宽

5、度和高度磁钢产生靶面磁场分布，得出一定靶结构参数下的磁钢优化尺寸；磁钢上方增加铁质匀磁片能够减小磁体安装接缝及磁性能差异对靶面磁场的影响；设计出一种新的磁钢排布结构，其在直道区域和端部区域内靶面磁场强度、磁场平行度及端部均匀性方面优于传统结构。设计了新型磁控溅射靶实验，利用其他学者对相近结构的实验来代替设计实验，间接验证了改进结构能有效提高靶面刻蚀均匀性，消除端部拐弯处刻蚀严重的现象，进而“相对”延长靶的寿命；并且证明通过均匀磁场分布来提高靶面刻蚀均匀性这一方法的合理性。关键词：磁控溅射；溅射靶；磁场分布；有限元模拟Abstract

6、OptimizingDesignandSimulatingMagneticFieldofRectangleMagnetronSputteringTargetAbstractMagnetronSputteringhasbeendevelopedasoneofthemostimportanttechnologiesinindustrialcoating,especiallyforlargeareadeposition.Magnctmakesimportantrollintheprocessofmagnetronsputtering.Th

7、estrengthanddistributionofmagneticfielddeterminethecharacteristicsoftheplasma,whichaffectthequalityoffilm,etchedareaandtheutilizationoftarget.Thispapermainincludes:Wediscussedthecauseforunevenetchedarea,lowdepositionrateandununiformityofthefilmandproposedthesolutionand

8、methodstotheproblem.Thedesignprinciplesofstrength,uniformityofthemagneticfieldandthestructureofthemagnetshasbeengiven