磁控濺射靶的磁路設(shè)計
磁控濺射是古代最不足道的鍍膜步驟之一,存在容易,掌握工藝參數(shù)準(zhǔn)確和成膜品質(zhì)好等特點。然而也有靶材利用率低、成膜速率低和離化率低等缺欠。鉆研表明磁場構(gòu)造對上述問題有不足道莫須有,白文說明了一種磁控濺射靶磁路優(yōu)化設(shè)計計劃。并對改良的磁場構(gòu)造和正常的磁場構(gòu)造繼續(xù)了綜合比擬,并給出了試驗后果。
近多少十年來,磁控濺射技能曾經(jīng)變成最不足道的沉積鍍膜步驟之一。寬泛利用于輕工業(yè)生產(chǎn)和迷信鉆研畛域。如在古代機(jī)械加工輕工業(yè)中,利用磁控濺射技能在作件名義鍍制性能膜、超硬膜、自光滑地膜。在光學(xué)畛域,利用磁控濺射技能制備增透膜、低輻射膜和通明導(dǎo)膜,隔音膜等。在微電子畛域和光、磁紀(jì)錄畛域磁控濺射技能也施展著不足道作用。然而磁控濺射技能也有其本身的有余,如靶材利用率低、沉積速率低和離化率低等缺欠。其中靶材利用率是因為靶面跑道的存在,使等離子體體束縛于靶面的全部海域,造成靶材的海域性濺射。跑道的形態(tài)是由靶材前面的磁場構(gòu)造所決議的。普及靶材利用率的要害是調(diào)整磁場構(gòu)造,使等離子體體存在于更大的靶面規(guī)模,兌現(xiàn)靶面的勻稱濺射。關(guān)于磁控濺射,能夠經(jīng)過增多靶功率的步驟兌現(xiàn)濺射產(chǎn)額的普及,然而因為熱載荷的莫須有,靶材可能涌現(xiàn)消融和開裂的問題。
該署問題能夠經(jīng)過在相反靶材面積的狀況下,使靶面的濺射面積增多,招致靶面的功率密度升高來克服。因而對磁控濺射負(fù)極的磁場設(shè)計始終以來都在一直的退步。其中比擬有代辦性的如:圓形立體磁控濺射源,經(jīng)過正當(dāng)設(shè)計磁場,使構(gòu)成的跑道經(jīng)過靶面核心,利用機(jī)械傳動安裝繚繞磁體,兌現(xiàn)靶面的片面濺射；矩形立體磁控濺射源,經(jīng)過傳動組織使磁體組合在靶材反面做口形或花魁形靜止,使通體靶材利用率達(dá)成61%;經(jīng)過多磁路的配合調(diào)整,兌現(xiàn)靶面工業(yè)氣壓片面刻蝕。調(diào)整磁場的構(gòu)造還能夠改善膜薄厚的勻稱性。經(jīng)過調(diào)整磁場的強(qiáng)弱對比,而停滯的非失調(diào)磁控濺射技能,更是存在離子鍍的性能。因而說磁路設(shè)計是磁控濺射源中最不足道的全體。1、磁控濺射靶的磁場排布
在立體磁控濺射靶中,磁鋼擱置于靶材的前面,穿過靶材名義的磁力線在靶材名義構(gòu)成磁場。其中平行于靶面的磁場B和垂直靶名義的磁場E,構(gòu)成平行于靶面的漂移場E×B。漂移場E×B對電子存在捕集阱的作用,從而增多了靶面這一海域的電子密度,普及了電子與中性氣體分子的碰撞多少率,強(qiáng)化了濺射氣體的離化率,從而增多了濺射速率。關(guān)于通常的立體矩形磁控濺射靶,磁鋼排列如圖1所示(相鄰磁鋼極性相同,即NSN或SNS)。
圖1磁鋼排布和磁力線散布 圖2通常磁鋼排布構(gòu)成的刻蝕
圖1中的磁力線散布是經(jīng)過數(shù)值模仿步驟劃算進(jìn)去的,能夠看出在靶面磁力線相近平行于靶面的規(guī)模很窄。因為在磁控濺射零碎中,靶面的濺射海域重要集中在磁力線相近平行于靶面的規(guī)模。隨著濺射一直繼續(xù),刻蝕槽的幅度隨著刻蝕深淺的增多一直變窄,最初構(gòu)成的刻蝕輪廓如圖2所示。
經(jīng)過面積劃算可知,上述的磁鋼排列形式,靶材的利用率大概只有20%�？梢娡ǔ５拇配撆帕行问�,難以失掉高的靶材利用率和沉積速率。2、磁場的優(yōu)化設(shè)計
為了普及靶材的利用率,多少十年來,曾經(jīng)有了很多優(yōu)良的克服計劃,如白文結(jié)束提到的一些,然而大都是經(jīng)過磁體的機(jī)械靜止,使磁場在靶面構(gòu)成的跑道勻稱的掃過靶面,兌現(xiàn)靶面勻稱刻蝕。因為存在靜止組織,勢必使靶的構(gòu)造變得簡單。因而經(jīng)過動態(tài)磁鋼的正當(dāng)排列,而失掉現(xiàn)實的磁場散布是最佳的克服計劃。在一些文獻(xiàn)中提到過多少種動態(tài)的磁場改良設(shè)計,想經(jīng)過改觀磁鋼形態(tài),如想采納磁鋼去角的步驟失掉優(yōu)良的靶面磁場散布。構(gòu)造內(nèi)容如圖3所示。
經(jīng)過數(shù)值劃算可知,圖3中的磁力線的形態(tài)沒有大的變遷,然而靶面磁場的強(qiáng)度卻絕對削弱,可奏效果并不顯然。因為濺射刻蝕重要產(chǎn)生在磁力線相近平行于靶材名義的海域,因而優(yōu)化設(shè)計的根本步驟就是使磁力線放量多的平行于靶面。以次的改良設(shè)計步驟就是基于此原理。在白文中采納的是磁路疊加原理。磁鋼排列如圖4所示。
圖3磁鋼去角 圖4改良的磁鋼排布
圖4中,在里外兩磁路中退出反向磁場,保障相鄰磁鋼極性相同。關(guān)于通常的磁場內(nèi)容,在跑道的地方,程度磁場強(qiáng)度最大,從地方向兩邊程度磁場強(qiáng)度逐步變小,經(jīng)過理論測量,當(dāng)?shù)诌_(dá)跑道邊緣磁場的程度重量低于200Gs,刻蝕景象曾經(jīng)不顯然。圖4中,反向磁場的作用是使跑道地方的程度磁場強(qiáng)度削弱,同聲小磁鋼與相鄰的大磁鋼構(gòu)成磁路,后果把跑道邊緣的程度場強(qiáng)度加強(qiáng)。從圖4中的磁力線散布狀況能夠看到反向磁場起到了平滑和寬展靶面磁力線的作用�，F(xiàn)實的狀況是實當(dāng)初靶面的磁力線徹底平行于靶面。這能夠套用數(shù)學(xué)上的傅立葉級數(shù)公式加以注明。
由傅立葉變換可知,關(guān)于矩形波能夠由一系列相反效率的正弦波疊加而成。所以最現(xiàn)實的磁場內(nèi)容是靶面的磁力線徹底平行于靶面,那樣靶面的磁場能夠看成一段矩形波,在里外兩磁路中拔出反向磁場比較于取兩項開展。如圖5所示。在圖4中,大磁鋼構(gòu)成的磁場比較于圖5中的開展式1,小磁鋼之間,及小磁鋼與大磁鋼之間構(gòu)成的磁場比較于圖5中的開展式2,依據(jù)磁路疊加,最初構(gòu)成的程度磁場是瀕臨于矩形波的雙峰內(nèi)容。在改良的磁路設(shè)計中就是利用這一原理。從圖4和圖5中能夠看出,靶面的磁力線和磁場強(qiáng)度的程度重量更加平滑,可以無效地增多靶面跑道的幅度,兌現(xiàn)靶面勻稱刻蝕。
羅茨水環(huán)真空機(jī)組、羅茨旋片真空機(jī)組
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