减小圆柱靶两端边缘刻蚀

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摘要：

磁控溅射圆柱靶靶芯上的磁铁磁场强度一致，再加上真空管在磁控溅射镀膜过程中圆柱靶边界效应，导致靶边缘出现明显刻蚀，但刻蚀均匀性较差，靶管两端刻蚀较深，个别刻蚀严重时容易造成靶漏水影响生产，减少了圆柱靶的使用寿命，导致生产成本增加。通过改善磁场强度、增加靶箍的方法可以消除或减小两端刻蚀凹槽，（使圆柱靶的使用周期相应延长）提高圆柱靶利用率一倍。具有推广价值。

关键词：刻蚀磁场圆柱靶

中图分类号：C35文献标识码： A

1.引言

磁控溅射镀膜就是在电场作用下获得一定能力的离子入射到靶表面，与靶表面原子碰撞，并把若干原子溅射出靶表面。溅射出来的原子带有一定的动能，并且会沿着一定的方向向衬底运动，并在衬底表面沉积。目前国内使用的磁控溅射圆柱靶，生产中，普遍存在靶管两端的刻蚀速度比中间快，形成深的凹槽现象，造成了靶材的极大浪费。分析溅射过程中，靶管两端辉光形状如图，圆弧部分溅射辉光宽度比其他部分宽一倍以上，因此该处溅射速率高。优化靶芯两端磁铁的强度和长度，增加铝箍等，找出消除凹槽的方法。

端部辉光形状图：靶两端刻蚀图片如下：

2.试验

2.1 磁场强度试验

2.1.1试验过程

试验通过改变靶芯端部磁铁的长度和强度，减弱靶端部的刻蚀速度，改善端部的凹槽。换靶时测量靶芯磁铁的磁场强度，按下表分别更换端部磁铁。调试工艺，进行生产。

试验镀膜机端部磁铁安装对应表

分别记录生产过程中靶管两端、中间的直径变化和生产炉数。对不同情况下的靶材两端和中间直径进行比较分析。

2.1.2试验数据

a)52#、42#Al靶靶管中间与两端凹槽直径差和生产炉数关系曲线 见图1

（52#靶两端的平均磁场强度分别是372mT、369mT）（42#靶两端的平均磁场强度分别是257mT、252mT）

图1.52#、42#镀膜机Al靶直径差与炉数关系曲线

b） 52#、53#Al靶靶管中间与两端凹槽直径差和生产炉数关系曲线 见图2

（52#靶两端的平均磁场强度分别是372mT、369mT）

（42#靶两端的平均磁场强度分别是237mT、233mT）

图2.52#、53#镀膜机Al靶直径差与炉数关系曲线

c） 43#（部分）、42# Al靶靶管中间与两端凹槽直径差和生产炉数关系曲线 见图3

（43#靶两端的平均磁场强度分别是160mT、177mT）

（42#靶两端的平均磁场强度分别是257mT、252mT）

图3.43#、42#镀膜机Al靶直径差与炉数关系曲线

d） 53#生产732炉，弱磁铁附近直径曲线图 见图4

图4. 53#生产732炉，弱磁铁附近（下端）直径曲线图

e）42#生产760炉，弱磁铁附近直径曲线 见图 5

图5. 42#生产760炉，弱磁铁附近直径曲线

f） 43#生产518炉，弱磁铁附近直径曲线 见图 6

图6.43#生产518炉，弱磁铁附近直径曲线

2.2镀膜线铜靶加铝箍试验

2.2.1试验过程

试验通过在铜靶两端增加铝箍，减弱靶端部的刻蚀速度，改善端部的凹槽。换靶时测量铝箍的长度、直径，按下表分别增加铝箍长度。调试工艺，进行生产。

试验镀膜线铝箍直径对应表

分别记录分别记录生产过程中靶管两端、中间的直径变化和靶材的生产周期。对不同情况下的靶材两端和中间直径进行比较分析。

2.2.2试验数据

试验不同直径的铝箍靶管中间与两端凹槽直径差关系曲线 见图7

试验不同长度的铝箍靶管中间与两端凹槽直径差关系曲线 见图8

改善后的图片：

增加铝箍后的靶材增加铝箍溅射1个靶周期后的图片

3. 结果与讨论

1）由图1、图2、图3中的曲线看出，靶芯两端的磁铁强度越弱，随着生产炉数的增加，靶材中间直径与两端凹槽直径的差值增加缓慢，曲线变化平缓，凹槽得到改善。

2）根据端部磁铁强度不同时的刻蚀速度，新靶的直径是68.00mm，换靶时的直径是58.00mm计算，52#镀膜机可生产601炉，42#镀膜机可生产813炉，53#镀膜机则可生产924炉，43#镀膜机可生产1173炉，降低端部磁场强度，靶材的利用率能提高95.2%。

3）由图4、图5、图6的曲线看出，安装弱磁铁的位置，靶材直径较大，减小弱磁铁长度，靶材突起区域减小。

4）由图7、图8图的曲线看出，安装铝箍直径与铜靶直径接近（110mm），铝箍长度控制在100mm，靶均匀性较好，即靶材凹槽减小，使用周期相应延长。

4.结论

1）镀膜机靶芯两端安装弱磁铁，可以降低靶材两端的刻蚀速度，靶材的利用率提高95.2%。

2）安装弱磁铁的位置，靶材有明显的突起。降低磁铁强度、减小磁铁的长度，可以减小突起的程度和长度。

3）增加铝箍可以减小两端的差异，延长靶才使用周期。

4）根据前段的试验结果，降低靶两端磁场强度、增加铝箍方法来提高靶材利用率具有推广价值。

5.结束语

圆柱靶是现在真空磁控溅射中应用最广泛，利用率相对最高的靶，实际真空管在磁控溅射镀膜过程中因圆柱靶边界效应，导致靶边缘出现明显刻蚀，个别刻蚀严重时容易造成靶漏水影响生产，导致生产成本增加。

本文主要通过分析靶材刻蚀的原因，结合生产中相关试验改善磁场强度、增加靶箍的方法可以消除或减小两端刻蚀凹槽，使靶的使用周期相应延长。为磁控溅射镀膜用靶材利用率提高具有推广价值。

参考文献

1殷志强全玻璃真空集热管M1998

2王银川磁控溅射技术进展及发展 现代仪器 2000

3李云奇真空镀膜技术与设备设计安装及操作维护使用手册 2006

4常见测控溅射靶材利用率及其计算方法的探讨

作者简介：石英利（1978-），女，山东德州人，大学本科，皇明太阳能股份有限公司，太阳能工艺技术研究员。