分流片对矩形平面磁控溅射阴极磁场的影响

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1、建材世界2013年第34卷第4期分流片对矩形平面磁控溅射阴极磁场的影响张超群，屠友明，李险峰(中国建材国际工程集团有限公司，上海200063)摘要：分流片对磁控溅射阴极的磁场分布有较为重要的影响，对提高阴极的溅射速率、利用率及膜层的均匀性有着重要的意义。该文分析了分流片的大小、形状、位置对磁场形成的影响，总结了分流片在设计中应注意的问题。关键词：磁控溅射；阴极；分流片；马鞍形磁场EffectofaDenectortoMagIleticFieldofRect肌gularPlaneMa龃etr蚰SputteringCathodeZHANGC危口o-g“咒，TUYroM—mi咒g，LJXin

2、咒_尼7zg(ChinaTriumphInt哪ationalEngineeringCo，Ltd，Shanghai200063，China)Abst忍ct：ThedenectorhasaJlimportanti11fluenceonthemagneticfielddistributbn，andit’sveryimportanttoim—provethecathodesputteringrate，utilizationandtheu血fomityoffilmlayer．Thispaperamlyzestheinfluenceofthedenectorto111agne￡icfieldfro

3、mdeflector’ssize，shape，】ocationAndthispapersummarizestheproblemsthatshouldbepaidattentiontointhedenector’sdesigrLKeywOrds：magnetronsputtering；cathode；denector；saddlemagneticfield磁控溅射镀膜是工业镀膜生产中最主要的技术之一，适合于大面积玻璃的镀膜[1]。靶材利用率和溅射过程稳定性等是生产中需特别关注的问题，解决以上问题的一个关键环节是对靶的优化设计[1]。矩形平面磁控溅射阴极(下文简称平面阴极)靶面的非均匀剥蚀

4、会严重降低靶材的利用率，改变溅射过程的参数，影响溅射过程的稳定性。为了提高靶材利用率和溅射过程稳定性，文献[2]提出在平面阴极中增加分流片结构，文献[3]认为磁场水平分量Bz(下文简称Bz)应呈马鞍形分布。在没有分流片结构的阴极中，因为被刻蚀处的水平磁场强度和电场强度将有所增强，这样会加速局部刻蚀，而分流片结构可以有效地实现Bz马鞍形分布，减缓靶材中间部位的快速刻蚀。该文针对实际的阴极模型，利用有限元方法并模拟增加分流片结构后平面阴极的磁场分布，指导阴极磁场的优化设计。1分流片的作用及平厩阴极模型在分流片的作用下Bz宽度会增加，通过调整分流片可以使Bz变得更加均匀，更重要的是分流片可以

5、使船呈马鞍形分布。该文结合实际的阴极生产模型，探索分流片在不同尺寸、形状、位置下对平面阴极磁场分布的影响。阴极模型如图1，未增加分流片时阴极的Bz分布如图2(图2的X坐标轴对应图1靶材表面直线AB，坐标原点和X—105mm处分别对应图2中A点和B点，图2、图3、图4、图6、图8都作同样定义)。内侧和外侧磁铁的截面尺寸为28mm×16mm，24mm×24mm；内、外侧极靴的截面尺寸为5mm×16mm，9mm×24mm；靶材宽度为210mm，分流片基本尺寸为40mm×2mm。内、外侧磁铁间距(内宽)72mm；靶材厚度12mm；磁铁和靶材之间通常是平面阴极的冷却结构，而分流片的位置通常也处于

6、此区域，所以分流片可能会放置在冷却回路里面，这就要求分流片可以长期处于冷却水中且不能影响冷却效果。收稿日期：2013一05—15．基金项目：“十二五”国家科技支撑计划资助项目(20ll＆姬14801)．作者简介：张超群(1978一)，工程师．E-mail：jiancaiSj@ctiec．net132建材世界2013年第34卷第4期故分流片应满足以下要求：1)导磁率高；2)耐腐蚀；3)导热率高。经筛选，铁素体不锈钢能够满足以上要求。R∞Distance，mm图2未增加分流片时阴极曰茗分布2分流片对平面阴极磁场的影响2．1分流片的长度对磁场的影响图3为分流片长度从20mm增加至40mm时，

7、平行于靶材表面的磁场分布。由图3可知，在分流片的作用下，Bz呈马鞍形分布。Distance，mm图3分流片从20mm增加至40mm时肌的分布133建材世界2013年第34卷第4期随着分流片长度的增加，马鞍形的宽度变大；下凹程度增大，且B．r分布的极值有小幅下降。在分流片长度增加到40mm后，对磁场分布的影响减弱。经分析分流片长度在25～35mm的范围内对磁场的影响力较强，此时中部马鞍形磁场的低点较相同横坐标点的原始磁场强度下降了20％～32％。