基于Comsol的矩形磁控溅射靶磁场模拟与分析

王雪，程磊，徐锋，贾昆鹏，左敦稳

(南京航空航天大学 机电学院，江苏 南京 210016)

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磁控溅射技术由于其高沉积速率、低温沉积等特点被广泛应用于薄膜制备中[1-2]，在微电子、航空航天领域具有广阔的应用前景[3]。其中，非平衡磁控溅射靶表面磁场不完全闭合，等离子体区域扩展到基体附近，有利于薄膜质量的改善[4]。然而，由于电子漂移范围受靶材表面水平磁场所控制，磁场分布的不均匀会导致靶材刻蚀不均匀，形成刻蚀跑道形貌[5]。刻蚀跑道的产生不仅会降低靶材利用率，还会影响靶材溅射速率以及溅射过程的稳定性，进而影响薄膜沉积均匀性[6]。因此，制备高质量、成分均匀的薄膜时，针对靶材表面磁场分布的调控设计十分重要。

采用实物靶试验的方法来改进靶性能存在周期长、调控范围有限、成本高等问题，随着有限元仿真技术发展，实物研究逐渐被计算机模拟所替代。先前有关磁场分布模拟研究大多采用二维简化物理模型[7-9]，得出二维结构参数对磁场变化的作用规律，但是其磁感应强度模拟数值与实际情况存在偏离，其仅对单排磁铁进行模拟，忽略了实际磁路结构中多排磁铁产生磁场的相互影响。因此，为更准确地模拟靶材表面水平磁场分布情况，本文基于Comsol软件，建立溅射靶磁路结构三维模型，模拟靶材表面磁场分布情况，研究永磁体结构尺寸、磁轭尺寸对靶材表面磁场分布与水平磁感应强度的影响，从而确定合适的矩形磁控溅射靶磁路结构参数。……