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1、第28卷第3期真空科学与技术学报2008年5、6月CHINESEJOURNALOFVACUUMSCIENCEANDTECHNOLOGY271平面磁控溅射靶磁场的计算*赵华玉牟宗信贾莉张鹏云郝胜智(大连理工大学三束材料改性国家重点实验室和物理与光电学院大连116024)Calculationof2DMagneticFieldDistributionofPlanarMagnetronTargets*ZhaoHuayu,MuZongxin,JiaLi,ZhangPengyun,Ha
2、oShengzhi(StateKeyLaboratoryofMaterialsModificationbyLaser,IonandElectronBeams,SchoolofPhysicsandOptoelectronicTechnology,DalianUniversityofTechnology,Dalian,116024,China)Abstract2Dimensionalmagneticfielddistributionoftheplanarmagnetrontargetwasnumericallycalculatedinfin
3、iteelementmethod.Theresultsshowthatthecalculationagreeswellwiththeexperimentalmeasurementsandthattargetgeometryconsiderablyaffectsthemagneticdistribution.Forexample,sizereductionofthemagnetextendsthemagneticareainradialdirectiononthetargetsurface;andadditionofaconeshapedpole
4、shoeabovetheinnermagnetincreasestheradialcomponentsofthemagneticflux.KeywordsMagnetronsputtering,Magneticfield,Finiteelementmethod摘要精确分析磁控靶的磁场对优化磁控靶的设计非常重要。本文采用有限元法分析了圆形平面磁控靶的二维磁场分布,理论计算的结果与特斯拉计的实验测量相符,通过对比两种不同磁极尺寸的磁控靶的磁场,发现减少磁极的尺寸可以扩展靶表面径向磁场区域,磁芯上方加圆锥形极靴可以增强磁芯上方径向磁场。关
5、键词磁控溅射磁场有限元法中图分类号:TB43文献标识码:A文章编号:16727126(2008)0327104磁控溅射装置已经广泛应用于薄膜的制备和材磁场增加对功率密度的贡献不大,而在25mT~50mT[1-2]料的表面改性中。磁控靶的磁场分布对放电过这一段,功率密度正比于磁通密度。另外,电子穿越[8]程非常重要,影响着放电特性、等离子体分布、溅射磁场时的Bohm扩散系数正比于1/B,靶表面的磁和阴极靶材的刻蚀。尤其是在溅射贵重金属时,靶场太强不利于电子的扩散,造成负电荷(电子)在靶表表面的不均匀刻蚀严重制约了靶的使用
6、寿命和靶材面积累不利于维持放电,使放电由空间电荷限制模式[9]的利用率。而且随着靶刻蚀槽的加深,放电的IV转向电荷迁移限制模式。特性会缓慢发生变化。溅射出的靶材粒子的出射分合理设计磁控靶的磁场能够显著提高靶面剥蚀[10-11]布也将不断改变,这些都影响了实验的稳定性和重的均匀性,提高靶材利用率,这就使得精确分[3]复性。析磁控靶的磁场分布进而优化结构设计尤为重要。为了提高靶材的使用效率和溅射条件的稳定性,实验上可以用特斯拉计来测量磁控靶表面的磁场,[4-5]人们做了各种各样的研究。对于平面磁控溅射,但很难通过探针扫描的办法准确测出空间每一点磁一
7、般要求靶表面最大水平磁通密度为20mT~40mT,场。为了得到磁控靶磁场分布的精确值,文献[12-[6]最佳值为30mT。认为B超过此范围便不利于电13]中采用数值方法计算了磁控靶的磁场。本文以子的动量积累,从而不利于电离碰撞即着火和维持放磁性材料的BH曲线和矫顽力Hc为参数,用有限电。文献[7]通过实验测得在气压为05Pa时磁控靶元分析软件Ansys计算了磁控溅射靶的二维磁场分的功率密度与磁通密度的关系,指出磁通密度低于25布。对比分析了两种不同磁极尺寸的磁控靶的磁mT时,沉积的功率密度明显下降,而高于50mT时,场,为进一步优化磁控靶的磁
8、场设计提供依据。收稿日期:20070314基金项目:国家自然科学基金资助项目(No.50407015)*联系人:Tel:(0411)
