磁控溅射矩形靶磁场的优化设计

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1、万方数据真空与低温第10卷第2期112Vacuum＆Cryogenics2004年06月磁控溅射矩形靶磁场的优化设计石中兵，童洪辉，赵嘉学(核工业西南物理研究院，四川成都610041)摘要：磁控溅射靶材的利用率在降低生产成本中起着重要作用。正交的靶电磁场能显著地延长电子的运动路程，增加同工作气体分子的碰撞几率，提高等离子体密度，使磁控溅射速率数量级的提高，因此靶面正交电磁场的分布将决定靶的烧蚀情况。提出了2种改善矩形平面靶磁场分布的方法，经过分析，这2种设计将拓宽靶面的刻蚀范围，提高靶材的利用率。关键词：等离子体；磁控溅射；矩形靶，优化设计；刻蚀中圈分类号：TN305．92；(353

2、2+．11文献标识码：A文章编号：1006—7086(2004)02-0112-05THE0PI卫讧IZDiGDESI(；NOFRECTANGIII。ART舢融GET矾M渔GNImtoNSPIJ．I’11强D4GSHI跏g-bing，TONGHong-hui，ZHAOJ醅xue(SouthwesternInstituteofPhysics，a融增du610041，China)Abstract：ItisveryimportanttOreducethecostsbyimprovingtheutilizationratioofthetargetinthemagne—tronsputteri

3、ngdepositionprocess．Therangeofmovementforelectronscanbeextendedintheorthogonalelectro—magneticfiled．Itcanimprovetheprobabilityofcollisionbetweenelectronand啪rkinggas(argon)moleculeandplasmadensity．Thenthesputteringrategreatlyincreases．TheetchingareasaremainlyrelatedtOthedistributionoftheorthogon

4、alelectromagneticfiledno．．．arthetargetsurface．Twokindsofmodelstooptimizethedistributionoftheelectromagneticfiledneartherectangulartargetalesuggested．TheareasoftheetchingonthetargetandtheU—tilizationratioofthetargetareimprovedbyanalysisofthetWOmethods．Keywords：plasma!rnagnetronsputteringrectangu

5、lartargetIoptimizingdesign；etching自1970年磁控溅射技术及其装置出现以来，它以其“高速”及“低温”两大特点使薄膜制备工艺发生了深刻的变化。目前，磁控溅射镀膜已经成为工业镀膜生产中最主要的技术之一。它具有溅射速率和沉积速率高、沉积温度低、薄膜质量好等特点，特别适合于大面积镀膜。但是，靶面的非均匀烧蚀会降低靶材的利用率，造成溅射过程中参数的变化，甚至造成起弧或跑弧，严重影响溅射过程的稳定性。影响烧蚀的因素是多方面的，如磁控溅射靶的电磁场分布、靶的结构、溅射电源的电气特性和工艺参数等。虽然通过改善电源设计和调整工艺能在一定程度上起到稳定溅射的作用，但从根

6、本上来说还是要对溅射系统进行整体的优化设计，其中靶的设计最为关键，而靶面附近磁场的分布又是关键中的关键。为了提高靶材的利用率，国内外许多研究工作者提出了大量改进靶磁场分布的方法[1~3]。本文作者建立了磁场线圈的模拟模型，利用计算机模拟了不同线圈组合下磁场的分布，发现适当的线圈组合能较好地控制磁场的方向；同时还提出了平面靶运动磁场的设计思想，将使平面靶的烧蚀得到改善，利用率得到提高。这2种方法，目前还没有详细的报道，值得关注。收稿日期：2004-04-05．作者简介：石中兵(1975一)，男，重庆市人，硕士生，从事等离子体诊断和应用技术方面的研究。万方数据第2期石中兵等：磁控溅射矩形

7、靶磁场的优化设计1132平面靶电磁场对运动电子的约束机理从阴极发射的电子沿着电场方向进入电磁场，其运动方程为一dv一三(E+yXB)(1)dtm、。。’、17式中'，为电子运动的速度；E为电场；B为磁场强度；e和m分别为电子的电量和质量。由式(1)可见，电子将沿着磁力线作螺旋线运动。当靶面处的电场和磁场相互垂直，即磁力线平行于靶面时，电子在靶面附近将作更长的运动路程，这样将增加电子同工作气体(Ar)分子的碰撞几率，提高电子的电离效率和等离子体的密度，致使磁