磁控濺射靶的磁路設(shè)計(jì)
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(diǎn)。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(chǎng)構(gòu)造對(duì)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(jì)計(jì)劃。并對(duì)改良的磁場(chǎng)構(gòu)造和正常的磁場(chǎng)構(gòu)造繼續(xù)了綜合比擬,并給出了試驗(yàn)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?yàn)榘忻媾艿赖拇嬖?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(chǎng)構(gòu)造所決議的。普及靶材利用率的要害是調(diào)整磁場(chǎng)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?yàn)闊彷d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(duì)磁控濺射負(fù)極的磁場(chǎng)設(shè)計(jì)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(jì)磁場(chǎng),使構(gòu)成的跑道經(jīng)過靶面核心,利用機(jī)械傳動(dòng)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(dòng)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(chǎng)的構(gòu)造還能夠改善膜薄厚的勻稱性。經(jīng)過調(diào)整磁場(chǎng)的強(qiáng)弱對(duì)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(jì)是磁控濺射源中最不足道的全體。1、磁控濺射靶的磁場(chǎng)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(chǎng)。其中平行于靶面的磁場(chǎng)B和垂直靶名義的磁場(chǎng)E,構(gòu)成平行于靶面的漂移場(chǎng)E×B。漂移場(chǎng)E×B對(duì)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?yàn)樵诖趴貫R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%。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(chǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
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(jì)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(chǎng)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?yàn)榇嬖陟o止組織,勢(shì)必使靶的構(gòu)造變得簡(jiǎn)單。因而經(jīng)過動(dòng)態(tài)磁鋼的正當(dāng)排列,而失掉現(xiàn)實(shí)的磁場(chǎng)散布是最佳的克服計(jì)劃。在一些文獻(xiàn)中提到過多少種動(dòng)態(tài)的磁場(chǎng)改良設(shè)計(jì),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(chǎng)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(chǎng)的強(qiáng)度卻絕對(duì)削弱,可奏效果并不顯然。因?yàn)闉R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(jì)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(jì)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(chǎng),保障相鄰磁鋼極性相同。關(guān)于通常的磁場(chǎng)內(nèi)容,在跑道的地方,程度磁場(chǎng)強(qiáng)度最大,從地方向兩邊程度磁場(chǎng)強(qiáng)度逐步變小,經(jīng)過理論測(cè)量,當(dāng)?shù)诌_(dá)跑道邊緣磁場(chǎng)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(chǎng)的作用是使跑道地方的程度磁場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)起到了平滑和寬展靶面磁力線的作用。現(xiàn)實(shí)的狀況是實(shí)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(jí)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(shí)的磁場(chǎng)內(nèi)容是靶面的磁力線徹底平行于靶面,那樣靶面的磁場(chǎng)能夠看成一段矩形波,在里外兩磁路中拔出反向磁場(chǎng)比較于取兩項(xiàng)開展。如圖5所示。在圖4中,大磁鋼構(gòu)成的磁場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)是瀕臨于矩形波的雙峰內(nèi)容。在改良的磁路設(shè)計(jì)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(chǎng)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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