近十几年,国内电子半导体行业发展迅速,对靶材的需求不断扩大,优良性能靶材的生产已成为支撑我国半导体行业发展的重要产业。磁控溅射靶材的利用率和溅射产额一直都是研究者广泛关注并着力解决的问题。靶材的利用率和溅射速率主要受靶材表面等离子体的影响,而等离子体在靶面的分布是由靶材背面的磁体所产生的磁场来决定。因此,优化磁场结构是提高靶材表面刻蚀均匀性的关键,而实际实验和生产中却很难做到靶材表面的均匀刻蚀来增加靶材的利用率。靶面水平磁场的不均匀性致使等离子体在靶面分布也是不均匀的,等离子体密度大的区域刻蚀严重。本文对刻蚀后的金属靶材分区域进行研究,研究了不同区域的等离子体的刻蚀行和刻蚀后的Ti靶表面形貌,以及Cu靶初始表面粗糙度和晶粒尺寸对溅射后表面形貌及其溅射性能的影响。这些研究不仅为靶材蚀刻蚀提供新的研究思路,而且对靶材的制造和质量监控有一定的实验和理论指导意义。磁控溅射对Ti靶的刻蚀从边缘区域的划痕等缺陷区域优先溅射转为表面的局部选择性溅射,再到晶界的溅射,最后到溅射最深处晶粒密排面的溅射,靶面不同区域表现出选择性溅射;经锻造轧制处理之后的Ti靶的不同溅射区域发生了不同程度的不完全再结晶,晶粒随溅射深度的增加逐渐增加;靶材各区域横截面晶粒大小与溅射后表面粗糙度高度相关,晶粒大小严重影响表面粗糙度。不同粗糙度的Cu试样严重影响其溅射后的表面形貌,在溅射刻蚀最深区出现凹坑和凸起连续分布的形貌,而在划痕不完全刻蚀区和划痕区出现了溅射蚀坑和不完全刻蚀的晶粒所形成的“亮点”;取向不同的晶粒表面溅射刻蚀后形成不同的宽度和高度的台阶状形貌;表面初始粗糙度越大的试样溅射10 h后,其溅射刻蚀最深区域的表面粗糙度也越大,溅射产额反而越小。晶粒尺寸明显影响靶材溅射刻蚀后的表面形貌。晶粒尺寸小的靶材试样溅射刻蚀边缘区域颗粒密度高,但颗粒大小与晶粒尺寸无关;在溅射刻蚀最深区域两种晶粒度的靶材都呈现较平坦的溅射形貌,晶粒尺寸较小的试样表面这种平坦的溅射形貌更细小均匀。两种晶粒尺寸的靶材溅射刻蚀的前7.5 h靶材的溅射产额略有上升,而后处于下降的趋势;晶粒尺寸为10～20μm的试样在每个阶段的溅射产额都大于晶粒尺寸为120～150μm的试样。靶材生命周期每一阶段的Cu靶溅射电压都呈现出先下降后逐渐趋于稳定的趋势,而腔体压力表现出先升高后逐渐趋于稳定;恒流模式下的靶材溅射刻蚀过程中,靶溅射电压在靶材寿命过程中保持持续下降,与靶材厚度不断减小导致靶材表面磁场强度增加相吻合。