高性能磁控溅射靶枪的设计

作     者：张喜凤 

作者单位：西安理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：马剑平

授予年度：2008年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：磁控溅射 靶枪设计 磁场 有限元分析 

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。