PIC/MCC模拟直流平面磁控溅射

【摘要】： 磁控溅射镀膜是工业镀膜生产中最主要的技术之一，尤其适合于大面积镀膜生产。生产中需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，其根本在于整个系统的优化设计，磁控靶设计则是其中的关键环节。精确分析磁控靶的磁场对优化磁控靶的设计非常重要。 论文第二章采用有限元法分析了圆形平面磁控靶的二维磁场分布，理论计算的结果与特斯拉计的实验测量相符，通过对比了两种不同磁极尺寸的磁控靶的磁场。发现减少磁极的尺寸可以扩展靶表面径向磁场区域，磁芯上方加圆锥形极靴可以增强磁芯上方径向磁场。当设计磁控靶表面的磁场一定时，根据计算得到的磁极表面的磁场强度能够得出需要采用磁性材料的强度。计算得到的磁控靶磁场的数据还可以在用计算机模拟磁控溅射过程中得到应用，可以用数值方法分析磁控溅射中磁场与溅射刻蚀的关系。 论文第三章采用PIC／MCC模型分析了直流平面磁控溅射，得到了放电空间的等离子体电场分布、电子和氩离子密度分布以及阴极表面的氩离子能量分布，并计算了到达阴极表面的氩离子的通量和靶材的刻蚀率。计算结果与实验测量到的靶表面的刻蚀曲线进行对比，结果与实验符合。在磁控靶的磁场平行于靶表面的区域刻蚀速率最快。 磁控靶的磁场跟靶的结构和永磁材料的属性都有关，因此设计磁控靶的磁场需要反复调试。论文第四章用PIC／MCC模型进一步计算了不同磁场强度和磁场构形条件下磁控溅射系统的等离子体特性和靶的利用率，为优化磁控靶的设计提供了参考。