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1、第41卷第4期Vol.41,No.4真空VACUUM2004年7月Jul.2004磁控溅射原理的深入探讨赵嘉学,童洪辉(核工业西南物理研究院,四川成都610041)摘要:从更深层次——电子在非均匀电磁场中的运动规律,探讨了磁控溅射的更一般原理以及磁场的横向不均匀性及对称性是磁约束的本质原因。对工件温升、临界磁场、脱缚电子的能量及原因、刻蚀跑道断面形状的成因等作了分析。关键词:磁力线走廊;磁阻力;横向磁约束;电子浓度分布中图分类号:O539;TB43文献标识码:A文章编号:100220322(2004)0420074206Ananalysisinde
2、pthfortheprincipleofmagnetron-sputteringZHAOJia2xue,TONGHong2hui(SouthwesternInstituteofPhysics,Chengdu610041,China)Abstract:Themoregeneralprinciplesofmagnetron2sputteringwerediscussed.Thenon2uniformityandsymmetryofthemagneticfieldwerethemaincausesofmagneticrestriction.Alsothe
3、increaseofthetemperatureofsubstrates,criticalmag2neticfield,theenergyandcauseofescapedelectron,thecauseofthesputteredlanewereanalyzed.Keywords:corridorofmagneticlineofforce;magneticfieldresistance;horizontalmagneticrestriction;dis2tributionofelectron'sdensity磁控溅射可以被认为是镀膜技术中最突出
4、的成用?竖直分量不起任何作用么?实际使用的非均匀就之一。它以溅射率高、基片温升低、膜2基结合力场可有什么独特的“磁控”性能?磁场跑道为何必须好、装置性能稳定、操作控制方便等优点,成为镀膜是封闭的?磁控溅射所特有的刻蚀跑道的断面形状工业应用领域(特别是建筑镀膜玻璃、透明导电膜玻是如何形成的?与磁场的非均匀性可有关系?基片璃、柔性基材卷绕镀等对大面积的均匀性有特别苛温升低是因为最终逃离磁场约束的都是低能[1～4]刻要求的连续镀膜场合)的首选方案。电子么?关于磁控溅射原理的解释,资料虽然很这些,一般薄膜技术文献都未作深入说明。笔者[1,2,5]多,但几乎
5、都仅仅论述的是均匀正交电磁场中根据实际工作经验尝试就此做些分析探讨,以此与电子的长幅摆线运动,使电子的空间运动轨迹大大大家商榷。延长,从而增加了气体的电离几率,并认为这就是1磁力线走廊和三维坐标方向的约定“磁控”的全部实质所在。其实电子的长幅摆线运动仅是“磁控”表现的一个方面,在实际的磁控溅射中为了说明问题方便起见,本文引进“磁力线走远不止如此简单,而且所涉及的其它一些原理性问廊”这一概念,它是指磁铁N、S极间磁力线族所形题此前都未曾注意。成的闭合通道,其表现形式为辉光放电跑道或靶面比如说,一般资料强调的磁控溅射必须要有一被刻蚀后所形成的凹形跑道“
6、(跑道”就是“磁力线走定大小的水平磁场分量,但该水平分量具体如何作廊”的俗称或通称,实际形状可参见图5),并定义刻收稿日期:2004201224作者简介:赵嘉学(19672),男,四川省阆中市人,高级工程师。童洪辉,《真空》杂志社董事会副董事长,成都同创材料表面新技术工程中心董事长。©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第4期赵嘉学,等:磁控溅射原理的深入探讨·75·蚀最深的那条痕迹为“磁力线走廊中心线
7、”(有时简x=0称为“中心线”)。在跑道的直线部分,磁力线走廊中mEqBy=2(1-cosXt)其中X=为角频率心线与磁铁N、S极间的几何中心分界线重合,但在qBm跑道的拐弯处,二者并不重合,前者总是向外偏离,z=mEqEt-sinXt2qBm直到重新回到直线部分再重合。在后面的讨论中将运动轨迹为在yz平面内沿z轴以电漂移速度会看到,在磁场作用区域内,磁力线走廊中心线就是Vd=EöB平行前进的摆线(电荷运动轨迹示意图可电子的宏观运动方向。参见有关资料,此不赘述),这就是一般资料所详介许多资料在说明电子的运动轨迹时都建立了三的磁控溅射的基本原理,它也
8、是磁控管的基本原理,维坐标系,但方向不统一,比较混乱。本文在此特做磁控溅射技术就是从最初的磁控管技术发展而来统一约定:磁力
