传统的磁控溅射设施因为等离子体体在靶面构成跑道效应,因而存在着靶材利用率低,反响溅射内中中稳固性差的问题。M.J.Thwaites提出了一种利用磁场将等离子体体产生与溅射离开的构造,白文基于这种构造结构了一个试验平台对其继续了钻研,兑现了全靶侵蚀,普及了零碎的稳固性。
磁控溅射技能有着很宽泛的用处,在该署利用中,因为传统的磁控溅射技能存在着一些固有的有余,最显著的问题是等离子体体在靶面构成跑道,因而存在着靶材利用率低,反响内中尤其是在继续反响溅射内中中很平衡固。要从基本上克服上述的问题则务必使等离子体体可以在靶面构成靶面全侵蚀。通常有两种步骤达成靶面全侵蚀的目标：(a)将靶设计成闭合等离子体体跑道的形态,如圆扇形等离子体体磁控管;(b)扫描产生闭合磁控管尖端放电的磁石,如全侵蚀矩形靶和圆柱形立体式磁控溅射靶。
另外,再有一种与通例的磁控溅射有很大区别的笔录,就是将等离子体体的产生与靶材的溅射内中离开。1989年GregorCampbell就提出了这种构造。它的离子源全体采纳的是电钻波的地线构造,只管等离子体体的离化率很高,然而构造简单。2000年M.J.Thwaites采纳了一种更为容易的地线构造来开发设施,该设施存在溅射中溅射直流电涌现饱和景象、溅射直流电随溅射功率的增多而增多和全靶侵蚀的特点,在反响磁控溅射中有很大的利用。白文经过对M.J.Thwaites步骤的综合,由此结构了一个试验平台继续了初步尝试钻研。1、试验原理
M.J.Thwaites的重利用率等离子体体溅射步骤的原理图如次图所示,它由三全体组成:等离子体体的产生全体、等离子体体到靶名义的输运内中、等离子体体对靶的溅射内中。
图1等离子体体溅射步骤的原理图
产生等离子体的步骤有多种,比如电感啮合等离子体体,库容啮合等离子体体,微波等离子体体和电钻波等离子体体之类。设施中采纳了电感啮合等离子体身段式。射频线圈、射频电源、石英管形成产生离子源的安装。石英管中通入Ar气后,在射频电源和射频线圈的作用下产生等离子体体。将凑近石英管的直流线圈界说为发射线圈,凑近靶的全体界说为偏转线圈。因为发射线圈的存在,使之与繁多的电感啮合等离子体体有一些相反,它普及了等离子体体的水解率,在尝试中能够看到等离子体体在加发射线圈直流电后显然发亮。
石英管中产生的等离子体体在直流偏压的作用下抵达靶名义继续溅射。而发射电磁线圈和偏转电磁线圈产生的空间磁场将束缚等离子体体使其在空间构成从石英管到溅射靶的陆续的等离子体体。流过线圈的直流电决议了线圈产生的磁场的大小,磁场的位置。因而由发射电磁线圈和偏转电磁线圈在真空室内构成的空间磁场的强度和分度就显得很不足道。因为两个位置相同的磁场在空间中会彼此对消,因而两个电磁线圈产生的磁场位置务必统一。2、试验平台设计和试验后果综合2.1、试验平台设计
尝试平台中,产生等离子体体的具体全体由石英管,与石英管齐心的射频线圈,射频电源和阻抗匹配网络组成。射频电源采纳效率为13.56MHz,功率为500W。石英管一端连入真空室,一端通气体,射频线圈以圆的铜管绕成,运行时铜管通冷水,制约其发热和稳固名义电阻。溅射靶接直流偏压电源的负极继续溅射。
白文中利用ANSYS对发射电磁线圈和偏转电磁线圈在真空室内构成的磁场散布和磁场强度继续了模仿。图2和图3别离为是两个直流线圈磁场位置统一时在真空室产生的磁场的散布和沿门路地磁场强度散布。图中没有箭镞的那条线极为界说的门路,用来视察磁场强度在空间的散布。由图2的磁场散布能够看出当两个直流线圈位置统一时可以产生束缚等离子体体陆续的磁场。沿门路所产生的磁场强度最高为529Gauss,最低为209Gauss。可见磁场强度达成了发射线圈为50Gauss,偏转线圈为500Gauss的务求。图4和图5别离为是两个直流线圈磁场位置不统一时在真空室产生的磁场的散布和沿门路地磁场强度散布。能够看到磁场散布是不陆续的,沿门路的磁场强度最高为482Gauss,最低为91Gauss,只管磁场强度满足务求,然而因为磁场散布的不陆续,因而不会束缚构成陆续的等离子体体。
图2两个直流线圈磁场位置统一时真空室内的磁场散布仿真 图3两个直流线圈磁场位置统一时真空室内磁场沿门路的强度散布 图4两个直流线圈磁场位置不统一时真空室内的磁场散布仿真 图5两个直流线圈磁场位置不统一时真空室内磁场沿门路的强度散布
在上述安装的根底上再加上真空零碎就形成了尝试平台。采纳不锈钢为靶材咱们对准M.J.Thwaites提出的设施的特点继续了无关溅射电压和溅射直流电关系的多少组试验。
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