磁控濺射靶的磁路設計
磁控濺射是古代最不足道的鍍膜步驟之一,存在容易,掌握工藝參數準確和成膜品質好等特點。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化設計計劃。并對改良的磁場構造和正常的磁場構造繼續了綜合比擬,并給出了試驗后果。
近多少十年來,磁控濺射技能曾經變成最不足道的沉積鍍膜步驟之一。寬泛利用于輕工業生產和迷信鉆研畛域。如在古代機械加工輕工業中,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。在光學畛域,利用磁控濺射技能制備增透膜、低輻射膜和通明導膜,隔音膜等。在微電子畛域和光、磁紀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。跑道的形態是由靶材前面的磁場構造所決議的。普及靶材利用率的要害是調整磁場構造,使等離子體體存在于更大的靶面規模,兌現靶面的勻稱濺射。關于磁控濺射,能夠經過增多靶功率的步驟兌現濺射產額的普及,然而因為熱載荷的莫須有,靶材可能涌現消融和開裂的問題。
該署問題能夠經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。因而對磁控濺射負極的磁場設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,經過正當設計磁場,使構成的跑道經過靶面核心,利用機械傳動安裝繚繞磁體,兌現靶面的片面濺射；矩形立體磁控濺射源,經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成61%;經過多磁路的配合調整,兌現靶面工業氣壓片面刻蝕。調整磁場的構造還能夠改善膜薄厚的勻稱性。經過調整磁場的強弱對比,而停滯的非失調磁控濺射技能,更是存在離子鍍的性能。因而說磁路設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,強化了濺射氣體的離化率,從而增多了濺射速率。關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通常磁鋼排布構成的刻蝕
圖1中的磁力線散布是經過數值模仿步驟劃算進去的,能夠看出在靶面磁力線相近平行于靶面的規模很窄。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模。隨著濺射一直繼續,刻蝕槽的幅度隨著刻蝕深淺的增多一直變窄,最初構成的刻蝕輪廓如圖2所示。
經過面積劃算可知,上述的磁鋼排列形式,靶材的利用率大概只有20%。可見通常的磁鋼排列形式,難以失掉高的靶材利用率和沉積速率。2、磁場的優化設計
為了普及靶材的利用率,多少十年來,曾經有了很多優良的克服計劃,如白文結束提到的一些,然而大都是經過磁體的機械靜止,使磁場在靶面構成的跑道勻稱的掃過靶面,兌現靶面勻稱刻蝕。因為存在靜止組織,勢必使靶的構造變得簡單。因而經過動態磁鋼的正當排列,而失掉現實的磁場散布是最佳的克服計劃。在一些文獻中提到過多少種動態的磁場改良設計,想經過改觀磁鋼形態,如想采納磁鋼去角的步驟失掉優良的靶面磁場散布。構造內容如圖3所示。
經過數值劃算可知,圖3中的磁力線的形態沒有大的變遷,然而靶面磁場的強度卻絕對削弱,可奏效果并不顯然。因為濺射刻蝕重要產生在磁力線相近平行于靶材名義的海域,因而優化設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。關于通常的磁場內容,在跑道的地方,程度磁場強度最大,從地方向兩邊程度磁場強度逐步變小,經過理論測量,當抵達跑道邊緣磁場的程度重量低于200Gs,刻蝕景象曾經不顯然。圖4中,反向磁場的作用是使跑道地方的程度磁場強度削弱,同聲小磁鋼與相鄰的大磁鋼構成磁路,后果把跑道邊緣的程度場強度加強。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。現實的狀況是實當初靶面的磁力線徹底平行于靶面。這能夠套用數學上的傅立葉級數公式加以注明。
由傅立葉變換可知,關于矩形波能夠由一系列相反效率的正弦波疊加而成。所以最現實的磁場內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成的磁場比較于圖5中的開展式2,依據磁路疊加,最初構成的程度磁場是瀕臨于矩形波的雙峰內容。在改良的磁路設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,兌現靶面勻稱刻蝕。
羅茨水環真空機組、羅茨旋片真空機組
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