浅谈增强磁控镀膜靶材利用率

1、浅谈增强磁控镀膜靶材利用率摘要：本文根据进口磁控镀膜玻璃生产线使用、维护经验，详细论述了通过调整阴极靶材磁场，如何有效增强靶材利用率。论文关键词：靶材,利用率,磁控溅射,磁场有些国产单室磁控溅射设备的厂家采用补焊的方法来延长不锈钢靶的寿命，由于其对镀膜玻璃膜层质量要求不高，该方法效果不错，但使用进口连续生产线的厂家，还没有人采用该方法。靶材溅射沟较深的几个点，其溅射率最高，不但浪费靶材，还造成镀膜玻璃膜层在横向上不均匀。如果能降低溅射沟较深处几点的磁场，不仅能提高膜层横向均匀度，而且能延长靶材寿命，提高靶材利用率。1 磁控溅射的工艺原理在充入少量工艺气体的真空室内，当极间电压很小时，只有少量离

2、子和电子存在，电流密度在10-15A/cm2数量极，当阴极（靶材）和阳极间电压增加时，带电粒子在电场的作用下加速运动，能量增加，与电极或中性气体原子相碰撞，产生更多的带电粒子，直至电流达到10-6A/cm2数量极，当电压再增加时，则会产生负阻效应，即“雪崩”现象。此时离子轰击阴极，击出阴极原子和二次电子，二次电子与中性原子碰撞，产生更多离子，此离子再轰击阴极，又产生二次电子，如此反复。当电流密度达到0.01A/cm2数量级左右时，电流将随电压的增加而增加，形成高密度等离子体的异常辉光放电，高能量的离子轰击阴极（靶材）产生溅射现象。溅射出来的高能量靶材粒子沉积到阳极（玻璃毛坯）上，从而达到镀膜的

3、目的。在磁场的作用下，电子在向阳极运动的过程中，作螺旋运动，束缚和延长了电子的运动轨迹，从而提高了电子对工艺气体的电离几率，有效地利用了电子的能量，因而在形成高密度等离子体的异常辉光放电中，正离子对靶材轰击所引起的靶材溅射更加有效。同时受正交电磁场的束缚，电子只有在其能量消耗尽时才能落在玻璃上，从而使磁控溅射具有高速、低温的优点。2 靶材状况通过对数套靶从开始使用到报废全过程的观察、记录、分析，我们发现有非常一致性的规律，表1是一套靶报废时的实测参数，其他靶的参数略有不同，但变化很小，规律一致。通过表1的实物测量数据，我们可以看出：靶材磁场和溅射深度对应表 表1靶材上半部磁场和溅射深度位置左圆

4、弧段磁隙圆弧段中部33孔32孔31孔30孔29孔28孔27孔26孔25孔24孔磁场强度(高斯)111128149128146130151129145130146130溅射深度(mm)22.123.522.720.121.119.120.818.419.618.220.117.9位置23孔22孔21孔20孔19孔18孔17孔16孔15孔14孔13孔12孔磁场强度(高斯)150133154138152135158138157138157136溅射深度(mm)19.818.120.218.219.317.819.717.919.91819.417.8位置11孔10孔9孔8孔7孔6孔5孔4孔3孔圆弧中

5、部磁场强度(高斯)150135152131151140152140150120溅射深度(mm)19.317.719.517.519.417.819.618.921.421.6靶材下半部磁场和溅射深度位置圆弧段中部33孔32孔31孔30孔29孔28孔27孔26孔25孔24孔23孔磁场强度(高斯)120151133150130148128148130148135148溅射深度(mm)21.921.819.220.318.620.418.720.118.420.318.820.2位置22孔21孔20孔19孔18孔17孔16孔15孔14孔13孔12孔11孔磁场强度(高斯)130147127143132

6、152131160130159130153溅射深度(mm)18.620.318.419.918.820.518.720.919.42119.121.7位置10孔9孔8孔7孔6孔5孔4孔3孔圆弧段中部右圆弧段磁隙磁场强度(高斯)135150131150130149138147120111溅射深度(mm)19.42119.622.120.522.421.123.323.522.32.1每块磁铁中部的磁场强度小，靶材溅射沟浅；磁铁间缝隙磁场强度大，溅射沟深。磁铁中部的磁场强度小，缝隙磁场强度大，这一现象是由磁铁的物理属性造成的。磁场强度大的地方溅射沟深，这是因为磁场强度大的区域二次电子和离子密度大；磁场强度小的地方溅射沟浅，这是因为磁场强度大的区域二次电子和离子密度小。2.2靶材报废时溅射沟中心线不在磁铁N、S极正中间，而是偏向外边即N极12.5左右，新靶溅射沟的中心线，偏向N极8.5左右。离子在向阴极运动过程中，受到正交电磁场的作用而发生偏转，因此溅射沟中心线不在磁铁N、S极正