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首页磁控溅射源优化设计:磁约束磁场提高靶材利用率
"磁约束磁控溅射源的磁场设计 (2010年),弥谦,袁建奇,西安工业大学陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室" 磁控溅射技术是现代精密涂层制备的重要手段,尤其在半导体、光学器件、航空航天等领域广泛应用。磁约束磁控溅射源的磁场设计是这一技术的核心环节,它直接影响到涂层的质量和靶材的利用率。传统的磁控溅射系统通常采用“跑道环”形状的磁场设计,这种设计虽然稳定,但存在靶材利用率不高的问题。 本文提出了一种创新的磁场设计策略,即不再沿用传统的“跑道环”形式,而是将永磁体或电磁体分别置于溅射靶的两侧。这样的布置方式能够在靶材表面上方形成磁约束(磁镜)磁场,这种磁场结构能够有效地限制高速电子的运动轨迹,使得更多的电子在靶材附近与氩气分子碰撞,生成更多的正离子,从而提高溅射效率,达到更高的靶材利用率。 为了验证这种设计的可行性,设计团队运用了有限元分析方法进行磁场仿真计算。通过Ansys软件,他们能够精确模拟磁场分布,这不仅极大地简化了复杂的数学计算,还显著缩短了设计周期。通过对比仿真计算结果与实际测量数据,研究人员确认了有限元方法在预测磁场分布上的准确性。 实验结果显示,采用磁约束磁场的设计确实显著提升了靶材的利用率,这意味着在相同的镀膜条件下,可以减少靶材的消耗,降低成本,同时提高薄膜沉积的均匀性和质量。此外,这种设计还有助于控制溅射过程中的能量分布,改善涂层的性能。 关键词:磁控溅射,磁约束,磁场,有限元法 该研究对于优化磁控溅射系统的性能具有重要意义,不仅提供了新的设计思路,也为相关领域的工程实践提供了理论支持。通过改进磁场设计,可以期待在未来的薄膜制造工艺中实现更高效、更经济的镀膜解决方案。
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文章编号:1002-2082(2010)01-0043-04
磁 约 束 磁 控 溅 射 源 的 磁 场 设 计
弥 谦, 袁建奇
(西安工业大学 陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室, 陕西 西安 710032)
摘
摘摘
摘
要
要要
要:
::
: 磁控溅射镀膜机中的磁场分布对靶材利用率有着重要影响。 为了提高磁控溅射源的靶材
利用率, 设计组抛弃了传统的 “跑道环” 形式的磁场设计理念, 而是将永磁体或电磁体分置溅射
靶的两侧, 使其在溅射靶表面上方产生磁约束 (磁镜) 磁场。 本设计使用有限元分析方法对磁场
进行仿真计算, 通过模拟磁场计算结果和实测结果的比较, 验证有限元方法的可靠性。
A nsys
有
限元分析软件对磁场分布进行仿真模拟, 大大简化了计算并缩短了设计周期。 通过实验验证, 磁
约束磁场大大提高了靶材的利用率。
关
关关
关键
键键
键词
词词
词:
::
: 磁控溅射; 磁约束; 磁场; 有限元法
中图分类号:
T N
305.92 文献标志码:
A
M agnetic design of m agnetic constraint m agnetron sputtering source
M I Q ian
,
Y U A N Jian
-
qi
(
Shaanx i Province T hin Film T echnology and Optical T est Open Key Laboratory
,
Xi
’
an T echnological U niversity
,
Xi
’
an
710032,
China
)
A bstract
:
T he mag net ic field distribut ion of mag netron sputtering coating equipm ent has a
serious effect on film coat ing
.
In order t o im prove the utilizat ion rat io of t arget of m agnet ron
sputtering source
,
w e abandoned the t raditional
“
ring
”
form s of m ag netic field runw ay design
concept
,
and put perm anent m agnets or electrom agnet separation sputtering on bot h sides of the
target
,
w hich generated magnetic const raint s
(
mag net ic m irror
)
field on the target surface
.
T his
design used finite element analysis met hod for m ag netic field sim ulat ion calculation
,
and the
reliability of t he finite element m ethod w as verified by simulation results and measured results of
mag net ic field
.
A nsys finit e elem ent analy sis softw are w as used for m ag net ic field distribution
sim ulation
,
calculat ion w as simplified and design cycle w as reduced
.
Ex perim ent indicates that
the constraint m agnetic field can greatly im prove the utilization ratio of t arget
.
K ey w ords
:
mag net ron sputtering
;
mag net ic confinem ent
;
m ag net ic field
;
finite element method
引言
磁控溅射镀膜是工业镀膜生产中最主要的技
术之一,广泛应用于工业生产和科学研究领域
[1 ]
。
生产中需特别关 注 靶 材利 用 率、薄膜厚度的均匀
性、沉积速率及溅射过程稳定性等方面的问题,其
根本在于整个系统的优化设计,靶磁场的设计是其
中的关键环节。磁控溅射阴极的磁场设计一直以来
都在不断进步,其中有代表性的如:圆形平面磁控
溅射源,通过合理设计磁场,使形成的跑道通过靶
面中心,利用机械传动装置旋转磁体,实现靶面的
全面溅射;矩形平面磁控溅射源,通过传动机构使
磁体组合在靶材背面做菱形或梅花形运动,使整体
靶材利用率达到 61%;通过多磁路的配合调整,实
现靶面低压全面刻蚀。
调整磁场的结构还可以改善
收稿日期:2009-09-14; 修回日期:2009-12-16
作者简介:弥谦(1963-),男,辽宁锦州人,教授,主要从事薄膜技术的研究工作。
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-
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a
i
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i
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n
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@163.
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o
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2010 年 1 月
Journal of A pplied Optics
Jan.2010
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