[發明專利]一種磁控濺射陰極動態刻蝕模型的構建方法、裝置、設備

在審

• 申請號: 202210648330.6
• 申請日: 2022-06-09
• 公開（公告）號: CN115171796A
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 吳忠振;崔歲寒;陳秋浩
• 申請（專利權）人: 深圳元點真空裝備有限公司
• 主分類號: G16C10/00
• 分類號: G16C10/00;G16C60/00;G06F30/25;C23C14/35;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14;G06F119/08
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所(普通合伙) 44268
• 代理人: 李可

本發明涉及等離子體放電物理技術領域，具體是涉及一種磁控濺射陰極動態刻蝕模型的構建方法、裝置、設備。本發明在仿真刻蝕的過程中考慮了因刻蝕形貌變化而導致的等離子體放電狀態的變化，及其對刻蝕形貌的反作用，并將濺射離子組分和背景溫度作為計算刻蝕模型的因素，因此提高了刻蝕模型的精度，另外由于本發明考慮了濺射離子組分和背景溫度分布的影響，使得本發明能夠適用于新一代高功率、高離化的磁控濺射技術，可以實現高功率放電、復雜磁場、大深度刻蝕等條件下的等離子體放電特性和陰極刻蝕行為的精確仿真。

技術領域

本發明涉及等離子體放電物理技術領域，具體是涉及一種磁控濺射陰極動態刻蝕模型的構建方法、裝置、設備。

背景技術

磁控濺射技術目前已經是非常成熟的功能涂層制備技術，廣泛應用于電子芯片、生物醫療、航空航天、切削刀具、精密儀器等重要領域中。然而，磁控濺射陰極的刻蝕行為決定著其靶材利用率，尤其是濺射昂貴材料時，陰極的濺射行為研究顯得更加重要。

實驗和仿真是研究并優化陰極刻蝕行為最常用的手段。其中，實驗方法具有一定的偶然性，過程繁瑣且成本過高，因此，磁控陰極磁控濺射陰極的刻蝕行為主要通過仿真的方法研究。多年來，刻蝕仿真方法從最初的檢驗粒子蒙特卡洛(MC)法，經流體模型法，發展到目前最常用最精確的粒子網格/蒙特卡洛(PIC/MCC)法。PIC/MCC方法是通過模擬等離子體的放電過程，得到靶面的離子濺射強度分布，再映射為刻蝕形貌。該模型可以引入靶材材料、工作氣體、背景溫度、靶面入射離子狀態、氣壓和電壓等多種因素的作用，對陰極的前期刻蝕行為擁有了良好的預測能力。然而，隨著陰極刻蝕的進行，陰極形貌逐漸發生變化，靶面電場和磁場分布也隨之改變。這導致等離子體的放電狀態發生了明顯的演變，從而使得靶面的刻蝕強度分布出現變化，進而反作用于刻蝕的過程。

進一步的，隨著磁控濺射技術的發展，高功率、高離化率磁控濺射技術逐漸發展起來，并逐漸取代傳統的低功率磁控濺射技術，成為新一代的磁控濺射技術。在高功率、高離化磁控濺射時，陰極長時間處于高功率的條件下，靶面的金屬自濺射強度更大，同時背景溫度更高導致了強烈的氣體稀薄效應。前者將濺射離子的主體從氣體離子變為金屬離子，導致靶面的刻蝕強度分布出現變化；而后者降低了背景中性氣體粒子的密度，導致離子的碰撞概率降低，能量損失減少，進而使得刻蝕面積變寬。而現有的磁控濺射技術并沒有考慮溫度變化這一因素，導致仿真得到的刻蝕模型偏離實際刻蝕模型。

綜上所述，現有技術中磁控濺射所得到的刻蝕模型精度較低。

因此，現有技術還有待改進和提高。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種磁控濺射陰極動態刻蝕模型的構建方法、裝置、設備，解決了現有技術中磁控濺射所得到的刻蝕模型精度較低的問題。

為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：

第一方面，本發明提供一種磁控濺射陰極動態刻蝕模型的構建方法，其中，包括：

計算磁控濺射陰極表面的濺射離子組分比；

構建等離子體的放電模型并仿真所述磁控濺射陰極的放電特性，得到放電區域內等離子體密度分布、空間電勢分布，所述等離子體由電子和離子組成；

依據所述濺射離子組分比、所述等離子體密度分布、所述空間電勢分布、所述磁控濺射陰極的磁場分布、所述放電區域內的背景溫度分布，得到磁控濺射陰極靶面的刻蝕量；

依據所述刻蝕量、初始的所述磁控濺射陰極的刻蝕模型，得到所述磁控濺射陰極新的所述刻蝕形貌；

依據新的所述刻蝕形貌，重新計算所述等離子體的放電特性，并再次依此更新所述磁控濺射陰極的刻蝕形貌，反復迭代，形成動態刻蝕模型，得到每一輪刻蝕仿真之后的所述刻蝕形貌。

在一種實現方式中，所述計算磁控濺射陰極表面的濺射離子組分比，包括：