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圆平面磁控溅射靶的磁场优化及刻蚀模拟

作　者: 王维
导　师: 张以忱
学　校: 东北大学
专　业: 流体机械及工程
关键词: 磁控溅射圆形平面磁控靶磁场分布靶材刻蚀有限元模拟
分类号: TG174.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 84次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载

内容摘要

磁控溅射已经成为工业镀膜生产中最重要的技术之一,其中磁场分布在整个溅射过程中起着至关重要的作用,磁场强度的大小、分布决定了等离子体的特性,从而对成膜质量、靶表面刻蚀的均匀程度以及靶材的利用率均有影响。对于靶材的刻蚀形貌,人们主要通过实验的方法进行研究,周期长、成本高,因此对相关课题的理论研究具有重要的学术和应用价值。本论文主要研究工作及结论如下：(1)在现有SD500型-多靶磁控溅射镀膜机的基础上,为解决靶面磁场分布不均匀的问题,利用ANSYS有限元软件对靶面的磁场分布进行模拟,并利用高斯计测量靶面磁场分布,通过对比来验证模型的正确性。通过磁场的有限元模拟,系统分析了靶的各个结构参数对靶面磁场分布均匀性和强度的影响。其中对磁场分布均匀性影响较大的结构参数包括：内磁柱半径、内磁柱高度和导磁片长度。(2)提出带削角极靴和无极靴两种靶模型,利用ANSYS参数化设计语言分别对其结构参数进行优化设计,分析表明两种模型都能够增加靶面磁场分布均匀性,但无极靴靶模型的分布均匀区域宽度较大。通过在无极靴靶模型的铜背板的不同位置加装不同数目的导磁片,可以进一步扩大磁场分布均匀区域的宽度。分析表明,在铜背板上加装三片导磁片后,使得靶面水平磁感应强度的均匀区域宽度扩大到15.5mm,约占靶面的62%左右,同时靶面溅射区域中部的水平磁感应强度可降低10%左右,符合理想磁场的分布条件(3)对靶材刻蚀形貌进行了初步的研究,针对2mm厚的靶,建立靶材表面磁场分布与靶材刻蚀深度之间的对应关系的模型,对靶的刻蚀形貌进行了模拟。经过优化设计后的靶模型均匀刻蚀区域为距离靶中心11-18mm处,靶材利用率为70.6%,与现有靶结构相比,靶材利用率提高了11.06%,从而证明通过均匀磁场分布来提高靶面刻蚀均匀性这一方法的可行性。

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