提高磁控阴极靶材利用率的原理

溅射靶材 2020-06-28 17:22

磁控溅射技术由于其显著的优点成为工业镀膜主要技术之一，改进靶的设计进一步提高靶材利用率及镀膜均匀性，降低镀膜成本也是现在镀膜技术必须解决的关键问题之一，多年来一直被靶材研究人员关注。与德国、日本等世界靶材强国相比，我国磁控溅射靶材研究相对落后，但是近年来，随着全球光电产业的发展，国内大型靶材公司加大投入，取得了很大的成果。

从磁控溅射镀膜技术诞生以来，人们主要关注磁控溅射的问题是：靶材的利用率、沉积效率、薄膜均匀性、镀膜过程中的稳定性以及满足各种复杂的镀膜要求等问题。对于大多数磁控镀膜设备特别是平面磁控溅射靶，由于正交电磁场对溅射离子的作用关系，将其约束在闭合磁力线中，使得溅射靶材在溅射中产生不均匀冲蚀现象，一旦靶材刻蚀穿，靶材即报废，进而造成靶材的利用率一直较低，一般是30%以下。靶材是磁控溅射过程中的基本耗材，不仅使用量大，而且靶材利用率的高低对工艺过程及生产周期起着至关重要的作用，虽然目前靶材可以回收再利用，但是其仍然对企业成本控制上以及提高企业产品竞争力有很大的影响。因此想方设法提高靶材利用率是必然的。对此国内外很多厂商也做出了很多改进的措施。

当前提高磁控阴极靶材利用率的原理主要基于改变靶面闭合磁场位形，方法上大致分为静态方法和动态方法。静态法与动态法均有其优点及缺点，静态法对磁钢的位形有着较高的要求而且磁钢位形的改变而造成的磁场的改变对靶材利用率的影响需要大量的进行模拟及实验，但是一旦成功后即可获得显著的效果；动态法就是动态的变换靶面磁场的分布，进而改变靶面等离子体刻蚀区域，拓宽靶材的刻蚀区域，提高靶材的利用率以及镀膜的均匀性，但是这种方法极大的增加了磁控阴极的结构以及制造组装的复杂性。

平面转管状：多年来，镀膜设备主要使用平面阴极，要求平面靶材与之配套。虽然人们通过设计移动磁场等方式来提高平面靶材的利用率，但目前，平面靶材的利用率较高也只能达到40%左右。为了进一步提高靶材利用率，人们设计了使用效率更高的旋转阴极，用管状的靶材进行溅射镀膜。溅射设备的改进要求靶材从平面形状改变为管状，管状旋转靶材的利用率可以高达80%以上。