高性能磁控溅射靶枪的设计

摘要

自从20世纪70年代早期磁控溅射技术诞生以来,磁控溅射技术在高速率沉积金属、半导体和介质薄膜方面已取得了巨大的进步。在磁控溅射生产过程中特别关注靶材利用率、沉积速率以及溅射过程稳定性等方面的问题,解决这些问题根本在于整个系统的优化设计,而靶的设计则是其中的关键环节。国外在靶的分析和设计方面优势明显,已经实现专业化和产业化；国内针对该方面的研究还比较少,企业也基本处于购买和仿制阶段,因此对于相关问题的研究将具有重要的学术和实践价值。本文主要讨论以下几个方面的问题： 1.研究现有的磁控溅射镀膜的相关理论和实验中经常遇到的问题,讨论了靶材刻蚀不均匀、薄膜沉积速率较低和均匀性不好等问题,提出了相应的解决思路和方法,即可根据电磁场的分布来判断设计结构是否合理。 2.通过磁场的有限元模拟,系统分析了磁轭、内外磁极高度差、导磁片等结构设计及参数设置对靶面磁场分布的影响。根据模拟结果,有针对性的调节各个结构参数,从不同角度优化靶面磁场分布,最终通过调整导磁片和内外磁极高度差实现了结构的优化,获得了比较理想的磁场分布。 3.讨论了设计靶枪时需考虑的其他因素(包括热耗、电绝缘和接触、以及地屏蔽等),设计出了具有实用性的靶枪。 4.设计了用于检验所设计靶枪性能的验证性实验,测试了靶枪的辉光放电特性曲线及靶材刻蚀形貌等性能。经实验证实了所设计的靶枪可以进行镀膜,并且具有较好的薄膜沉积速率和靶材利用率。

目录

文摘

英文文摘

声明

1引言

1.1课题意义和目的

1.2背景

1.2.1磁控溅射

1.2.2靶设计国内外发展状况

1.2.3靶分析和设计的通行方法

1.3论文思路方法

1.4论文各部分的主要内容

2平面磁控溅射基本原理及常见问题

2.1溅射原理

2.1.1辉光放电

2.1.2溅射参数

2.2溅射镀膜类型

2.2.1直流溅射

2.2.2射频溅射

2.2.3磁控溅射

2.3磁控溅射常见问题分析

2.3.1常见问题分析

2.3.2问题的理论解释

2.4磁控靶枪阴极面磁路的研究

3靶结构中磁场的模拟计算及设计

3.1靶面磁场的分布的影响因素

3.1.1磁场分布与靶材刻蚀的关系

3.1.2磁场分布的均匀性

3.1.3磁轭

3.1.4内外磁极高度差

3.1.5导磁片结构

3.1.6冷却井(背板)厚度

3.1.7优化结构

3.2靶枪总体结构的设计

3.2.1设计靶枪的主要考虑因素

3.2.2靶枪设计的实际结构

3.3本章小结

4靶验证实验

4.1磁控溅射装置介绍

4.2测试样品的制备

4.2.1靶枪的安装

4.2.2基片的清洗

4.3性能测试

4.3.1辉光放电的测试

4.3.2靶材的刻蚀形貌

4.4本章小结

5结论

致谢

参考文献:

攻读硕士期间所发表的论文