调整磁场强度分布提高靶材利用率VIP免费

全国性建材科技期刊——《玻璃》2003年第3期总第168期调整磁场强度分布提高靶材利用率郭明1王凤杰2(1．洛玻集团晶润镀膜玻璃有限公司洛阳市4710002．中北玻璃工业公司北京市100044)摘要介绍了磁场强度在磁控溅射工艺中的作用，根据美国Airco公司镀膜生产线的实践经验，详细论述了如何通过调整靶材磁场强度，提高靶材的利用率。关键词磁场强度靶材磁控溅射我公司于1993年从美国Airco公司引进一条磁控溅射镀膜玻璃生产线，至今已经连续生产9年有余，消耗的平面靶材有100多套。在使用第一批美国原装靶材过程中，就发现靶材的溅射沟道不象资料上描述的那样平滑、笔直，而是像波浪一样起伏有序，每一波的幅度和宽度都基本相同。深度在直线段高低有序，最深处比最浅处深6mm，圆弧段的深度与直线段的最深处基本相同。溅射沟最深处总是出现在靶材的圆弧与直线段的交界处。靶材溅射沟较深的几个点，其溅射率最高，因此该处总是最先溅射透，造成靶材报废，不但浪废靶材，还造成镀膜玻璃膜层的横向上不均匀。如果能设法降低靶材浅射沟较深处几点的磁场强度，不仅能提高膜层横向均匀度，而且还能延长靶材的使用寿命，提高靶材的利用率。有些使用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，此法尚且可行，但使用连续生产线的厂家，还没有采用该方法的先例。1磁控溅射镀膜原理在充入少量工艺气体的真空室内，当极间电压很小时，只有少量离子和电子存在，电流密度在1015A／cm2数量级。当阴极(靶材)和阳极问电压增加时，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，直至电流密度达到10州A／cm2数量，40此时再增加电压，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左右数量级时，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衬板(玻璃毛坯)上，从而达到镀膜的目的。在磁场的作用下，电子在向阳极运动的过程中做螺旋运动，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。2磁物质的自然属性电子既围绕着原子核沿固定的轨道运动．同时又围绕着自身的轴旋转，因此原子级的物质就包含有小的磁力矩。这些小的磁力矩相互影响、共同作用形成了大的磁力矩，这些力矩被称为磁畴。在无磁物质中，磁畴趋向相互抵消，其合力为零。但是在磁物质内部，磁畴并不能被完全抵消掉。这些磁畴在外加磁场的作用下会被强制同向。外加磁场使顺磁场方向上的磁畴增加，使相反方向上的磁畴降低。在外加磁场撤消后，永磁物质中大多数同向了的磁畴会保留下来，形成永久磁体。要得到稳定的磁体参数，往往希望磁畴矢量难以旋转。充磁时外万方数据全国性建材科技期刊——《玻璃》2003年第3期总第168期部能量越大，消磁时所需要的外部能量也就越高，磁场也就越稳定。3靶材的状况我们对数套靶材从开始使用到报废的全过程进行了跟踪、记录、分析，发现了非常一致的规律性。表1、表2是一套靶材报废的实测参数，其他靶材的参数略有不同，但变化很小，规律一致。靶材下面的磁铁有34块，围成一个环形跑道。固定靶材的螺丝孔，对应每块磁铁的中部或边部，每三个螺孔的间距是一块磁铁的长度，见表1，表2。每块磁铁中部的磁场强度小，靶材的溅射沟就浅；磁铁间缝隙的磁场强度大，靶材溅射沟就深。磁铁中部的磁场强度小，磁铁间缝隙的磁场强度大，这一现象是由磁铁的物理属性决定的。磁场表1靶材上半部磁场强度和溅射深度一览表位置左圆弧段磁隙圆弧段中部33孔32孔31孔30孔29孑L28孔27孔26孔25孔24iL磁场强度(×lo一4)／T150135152131151140152140150120溅射深度／mm19．317．719．517．519．417．819．618．921．421．6表2靶材下半部磁场强度和溅射深度...