CN107313019B - 磁性薄膜沉积腔室及薄膜沉积设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磁性薄膜沉积腔室及薄膜沉积设备，其包括腔室主体，在该腔室主体内设置有基座，该基座包括用于承载待加工工件的承载面，并且磁性薄膜沉积腔室还包括偏置磁场装置，该偏置磁场装置包括第一磁体组，该第一磁体组设置在基座的下方，用于在基座上方形成第一水平磁场，该第一水平磁场用于使沉积在待加工工件上的磁性薄膜具有面内各向异性。本发明提供的磁性薄膜沉积腔室，其能够在基座上方形成足以诱发磁性薄膜的面内各向异性的水平磁场，满足生产型设备在大尺寸待加工工件上制备具有面内各向异性的磁性薄膜的需要。

Description

磁性薄膜沉积腔室及薄膜沉积设备

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，具体地，涉及一种磁性薄膜沉积 腔室及薄膜沉积设备。

背景技术

随着技术的发展，集成电路制造工艺已可以显著缩小处理器的 尺寸，但是仍然有一些诸如集成电感、噪声抑制器等的核心元器件在 高频化、微型化、集成化等方面面临诸多困难。为了解决此问题，具 有高磁化强度、高磁导率、高共振频率及高电阻率的软磁薄膜材料引 起人们越来越多的关注。

虽然软磁薄膜材料主要考虑其高磁导率和高磁化强度，以及低 矫顽力和低损耗，但是，左右软磁薄膜材料发展的一个主要因素是它 的截止频率。而通过调控软磁薄膜的面内单轴各向异性场，可以实现 对软磁薄膜材料的截止频率的调节。而调控软磁薄膜的面内单轴各向 异性场的一个常用方法是磁场诱导沉积，其具有工艺简单、无需增加 工艺步骤、对芯片伤害小等的优点，是工业生产的首选方法。

但是，现有的磁场诱导沉积方法还无法应用到制备磁性薄膜的 生产设备中，例如PVD设备。也就是说，现有的薄膜沉积腔室不具 有诱发磁性薄膜的面内各向异性的功能。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了 一种磁性薄膜沉积腔室及薄膜沉积设备，其能够在基座上方形成足以 诱发磁性薄膜的面内各向异性的水平磁场，满足生产型设备在大尺寸 待加工工件上制备具有面内各向异性的磁性薄膜的需要。

为实现本发明的目的而提供一种磁性薄膜沉积腔室，包括腔室 主体，在所述腔室主体内设置有基座，所述基座包括用于承载待加工 工件的承载面，还包括偏置磁场装置，所述偏置磁场装置包括第一磁 体组，所述第一磁体组设置在所述基座的承载面下方，用于在所述基 座上方形成第一水平磁场，所述第一水平磁场用于使沉积在所述待加 工工件上的磁性薄膜具有面内各向异性。

优选的，所述第一磁体组包括水平设置的多个第一磁柱，多个 所述第一磁柱均与所述基座的一条直径方向相互垂直，且沿所述直径 方向间隔分布；

多个所述第一磁柱的N极朝向一致，且多个所述第一磁柱的N 极的连线为第一弧线；多个所述第一磁柱的S极朝向一致，且多个 所述第一磁柱的S极的连接为第二弧线；所述第一弧线和第二弧线 相对于所述直径方向对称，且与所述直径方向之间的间距自所述基座 的承载面的中心向边缘逐渐减小。

优选的，所述第一磁体组包括两组子磁体组，两组所述子磁体 组对称分布在所述基座的一条直径方向的两侧；每组所述子磁体组包 括竖直设置的多个第一磁柱，且沿所述直径方向间隔分布；

其中一组所述子磁体组中的所有第一磁柱的N极朝上，且所有 第一磁柱的N极的连线为第一弧线；其中另一组所述子磁体组中的 所有第一磁柱的S极朝上，且所有第一磁柱的S极的连线为第二弧 线；所述第一弧线和第二弧线相对于所述直径方向对称，且与所述直 径方向之间的间距自所述基座的承载面的中心向边缘逐渐减小。

优选的，所述第一弧线和第二弧线对接形成圆形，且所述圆形 的直径大于或者等于所述待加工工件的直径。

优选的，所述第一磁体组包括竖直设置的多个第一磁柱，多个 所述第一磁柱排列成矩形阵列，所述矩形阵列的行数和列数均为两个 以上；且在所述矩形阵列中，同一行或者同一列的所述第一磁柱的极 性相同，而各个相邻的两列或者两行的所述第一磁柱的极性相反。

优选的，所述矩形阵列的对角线的长度大于或者等于所述待加 工工件的直径。

优选的，所述磁性薄膜沉积腔室还包括磁体安装组件，所述磁 体安装组件包括导磁底板、多个导磁条和不导磁顶板，其中，

所述导磁底板与所有的所述第一磁柱的下端连接；

所述导磁条一一对应地与同一行或者同一列中极性相同的所有 所述第一磁柱的上端连接；

所述不导磁顶板设置在各个所述导磁条的上端，且与各个所述 导磁条固定连接。

优选的，所述偏置磁场装置还包括第二磁体组，所述第二磁体 组环绕在所述基座的周围，用于在所述基座上方形成第二水平磁场， 用于与所述第一水平磁场形成叠加磁场，所述叠加磁场在所述基座的 径向上均匀分布。

优选的，所述第一磁体组位于与所述基座的承载面的中心区域 相对应的位置处，并且，由所述第一磁体组形成的所述第一水平磁场 的方向与由所述第二磁体组形成的所述第二水平磁场的方向相反。

优选的，所述第二磁体组包括两组第二子磁体组，两组所述第 二子磁体组对称分布在所述基座的一条直径方向的两侧；每组所述第 二子磁体组包括水平设置的多个第二磁柱，且沿所述直径方向间隔分 布；并且，所有的所述第二磁柱的磁极方向一致；

所述第一磁体组包括两组第一子磁体组，两组所述第一子磁体 组对称分布在所述直径方向的两侧；每组所述第一子磁体组包括水平 设置的多个第一磁柱，且沿所述直径方向间隔分布；并且，所有的所 述第一磁柱的磁极方向一致，且与所述所述第二磁柱的磁极方向相 同。

优选的，所述第一磁体组与所述基座的承载面之间的竖直间距 的取值范围在20～50mm。

优选的，所述磁性薄膜沉积腔室还包括冷却装置，所述冷却装 置位于所述第一磁体组的下方或者环绕在所述第一磁体组的周围，用 以冷却所述第一磁体组。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种薄膜沉积设备，包括 本发明提供的上述磁性薄膜沉积腔室。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的磁性薄膜沉积腔室，其设置有偏置磁场装置，该 偏置磁场装置包括第一磁体组，该第一磁体组设置在基座的承载面下 方，用于在基座上方形成第一水平磁场，该第一水平磁场用于使沉积 在待加工工件上的磁性薄膜具有面内各向异性，以满足生产型设备在 待加工工件上制备具有面内各向异性的磁性薄膜的需要。另外，由于 第一磁体组设置在基座的承载面下方，这种设置方式不会制约待加工 工件的尺寸，从而薄膜沉积腔室能够适用于在尺寸较大的待加工工件 (例如8寸或12寸晶片)上制备磁性薄膜，以实现大尺寸的待加工 工件上的磁性薄膜具有面内各向异性。

本发明提供的薄膜沉积设备，其通过采用本发明提供的上述磁 性薄膜沉积腔室，可以使沉积在待加工工件上的磁性薄膜具有面内各 向异性，以满足生产型设备在待加工工件上制备具有面内各向异性的 磁性薄膜的需要，而且可以实现大尺寸的待加工工件上的磁性薄膜具 有面内各向异性。

附图说明

图1A为本发明第一实施例提供的磁性薄膜沉积腔室的剖视图；

图1B为图1A中第一磁体组的结构图；

图1C为本发明第一实施例中第一磁体的磁力线的路径图；

图2A为本发明第二实施例提供的磁性薄膜沉积腔室的剖视图；

图2B为图2A中第一磁体组的结构图；

图2C为本发明第二实施例中第一磁体的磁力线的路径图；

图3A为本发明第三实施例采用的第一磁体组的俯视图；

图3B为本发明第三实施例中基座的结构图；

图3C为发明第三实施例采用的第一磁体组沿图3A中A-A线的 剖视图；

图3D为发明第三实施例采用的第一磁体组沿图3A中B-B线的 剖视图；

图4A为本发明第四实施例提供的磁性薄膜沉积腔室的剖视图；

图4B为图4A中第一磁体组和第二磁体组的结构图；

图4C为本发明第四实施例中第一磁体和第二磁体的磁力线的 一种路径图；

图4D为本发明第四实施例中第一磁体和第二磁体的磁力线的 另一种路径图；

图4E为第二磁体组的分解图；

图5A为本发明第五实施例提供的磁性薄膜沉积腔室的剖视图；

图5B为图5A中第一磁体组和第二磁体组的结构图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结 合附图来对本发明提供的磁性薄膜沉积腔室及薄膜沉积设备进行详 细描述。

请一并参阅图1A～图1C，磁性薄膜沉积腔室包括腔室主体1和 屏蔽组件，其中，在该腔室主体1内的顶部设置有靶材3，且在该腔 室主体1内，并且位于靶材3的下方设置有基座2，该基座2包括用 于承载待加工工件7的承载面22，该承载面22被定义为将待加工工 件7置于基座2上的指定位置，且其形状和尺寸与该待加工工件7 的形状和尺寸一致。上述屏蔽组件包括上屏蔽环5、下屏蔽环4和压 环6，其中，下屏蔽环4环绕设置在腔室主体1的侧壁内侧，且在下 屏蔽环4的下端设置有支撑件41。上屏蔽环5环绕设置在下屏蔽环4 的内侧。上屏蔽环5和下屏蔽环4用于防止溅射出的靶材材料沉积在 腔室主体1的侧壁。压环6用于在基座2位于工艺位置时，压住待加 工工件7上表面的边缘区域，以将待加工工件7固定在基座2上。压 环6在基座2离开(下降)工艺位置时由支撑件41支撑。在进行工 艺时，下屏蔽环4、支撑件41和压环6遮盖了基座2与腔室主体1 之间的区域，从而能够防止溅射出的靶材材料沉积在腔室主体1的底 部。图1仅示意性地示出了腔室主体1位于基座2以上的部分，而未 示出腔室主体1的底部。

薄膜沉积腔室还包括偏置磁场装置，该偏置磁场装置包括第一 磁体组8，该第一磁体组8设置在基座2的承载面22下方，用于在 基座2上方形成第一水平磁场，该第一水平磁场可以在进行工艺时， 使沉积在待加工工件7的上表面上的磁性薄膜的磁畴沿水平方向排 列，从而能够在磁畴排列方向上形成易磁化场，而在与磁畴排列方向 相互垂直的方向上形成难磁化场，即，形成面内各向异性场，进而获 得面内各向异性的磁性薄膜，以满足生产型设备制备具有面内各向异 性的磁性薄膜的需要。另外，由于第一磁体组8设置在基座2的承载 面22下方，这种设置方式不会制约待加工工件7的尺寸，从而该薄 膜沉积腔室能够适用于在尺寸较大的待加工工件(例如8寸或12寸 晶片)上制备磁性薄膜，以实现大尺寸的待加工工件7上的磁性薄膜 具有面内各向异性。

在本实施例中，如图1B所示，第一磁体组8包括水平设置(平 行于基座2的承载面22)的多个第一磁柱81，多个第一磁柱81均与 基座2的任意一条直径方向21相互垂直，且沿该直径方向21间隔分 布。并且，多个第一磁柱81的N极朝向一致(图1B中多个第一磁 柱81的N极均朝左)，且多个第一磁柱81的N极的连线为第一弧 线；多个第一磁柱81的S极朝向一致(图1B中多个第一磁柱81的 S极均朝右)，且多个第一磁柱81的S极的连接为第二弧线。该第 一弧线和第二弧线相对于上述直径方向21对称，且与该直径方向21 之间的间距自基座2的承载面22的中心向边缘逐渐减小。进一步说， 为了形成上述第一弧线和第二弧线，多个第一磁柱81在其宽度方向 上的中心线与上述直径方向21重合，且多个第一磁柱81的长度不同， 并且自基座2的承载面22的中心向边缘逐渐减小。

通过使多个第一磁柱81的N极的连线为第一弧线，多个第一磁 柱81的S极的连接为第二弧线，可以使第一水平磁场在上述直径方 向21的方向上的磁场强度分布均匀，保证该方向上的磁场强度均能 够诱发磁性薄膜的面内各向异性，从而可以提高磁性薄膜的磁性能的 一致性。

在本实施例中，上述第一弧线和第二弧线对接形成圆形，且该 圆形的直径等于待加工工件7的直径，换言之，该圆形在上述基座2 的承载面22上的正投影轮廓与该承载面22的边缘重合。通过使由上 述第一弧线和第二弧线对接形成的圆形的直径等于待加工工件7的 直径，如图1C所示，可以使由各个第一磁柱81产生的磁力线的分 布覆盖基座2的承载面22，从而有利于提高上述第一水平磁场在待 加工工件7的径向上的分布均匀性。当然，在实际应用中，可以根据 具体情况适当地增大上述圆形的直径，使其大于待加工工件7的直径，这同样可以实现由各个第一磁柱81产生的磁力线的分布覆盖基座2 的承载面22。

在实际应用中，可以根据对第一水平磁场的磁场强度的实际要 求设定上述第一磁柱81的数量、尺寸和排布密度以及与基座2的承 载面22之间的竖直间距等。

请一并参阅图2A～图2C，本发明第二实施例提供的磁性薄膜沉 积腔室与上述第一实施例相比，同样包括腔室主体1、屏蔽组件和偏 置磁场装置。由于腔室主体1和屏蔽组件的结构和功能在上述第一实 施例中已有了详细描述，在此不再赘述。下面仅对本实施例与上述第 一实施例的区别进行详细描述。

具体地，在本实施例中，偏置磁场装置包括第一磁体组10。该 第一磁体组10包括两组子磁体组(11,12)，两组子磁体组(11,12) 对称分布在基座2的任意一条直径方向21的两侧。并且，如图2B 所示，图2B中右侧的子磁体组11包括竖直设置(垂直于基座2的 承载面22)的多个第一磁柱111，且沿上述直径方向21间隔分布。 图2B中左侧的子磁体组12包括竖直设置多个第一磁柱112，且沿上 述直径方向21间隔分布。

并且，左侧的子磁体组12中的所有第一磁柱112的N极朝上， 且所有第一磁柱112的N极的连线为第一弧线；右侧的子磁体组11 中的所有第一磁柱111的S极朝上，且所有第一磁柱111的S极的 连线为第二弧线；该第一弧线和第二弧线相对于直径方向21对称， 且与该直径方向21之间的间距自基座2的承载面22的中心向边缘逐 渐减小。具体来说，在直径方向21上，最靠近承载面22的中心的第 一磁柱112的N极或者第一磁柱111的S极与上述直径方向21之间 的间距Dmax最大，而在直径方向21上，最靠近承载面22的边缘的 第一磁柱112的N极或者第一磁柱111的S极与上述直径方向21之 间的间距Dmax最小。通过使所有第一磁柱112的N极的连线为第 一弧线，第一磁柱111的S极的连线为第二弧线，可以使第一水平 磁场在上述直径方向21的方向上的磁场强度分布均匀，保证该方向 上的磁场强度均能够诱发磁性薄膜的面内各向异性，从而可以提高磁 性薄膜的磁性能的一致性。

在本实施例中，上述第一弧线和第二弧线对接形成圆形，且该 圆形的直径等于待加工工件7的直径，换言之，该圆形在上述基座2 的承载面22上的正投影轮廓与该承载面22的边缘重合。通过使由上 述第一弧线和第二弧线对接形成的圆形的直径等于待加工工件7的 直径，如图2C所示，磁力线由各个第一磁柱112的N极到位置与该 N极相对的各个第一磁柱111的S极，该磁力线的分布覆盖基座2 的承载面22，从而有利于提高上述第一水平磁场在待加工工件7的 径向上的分布均匀性。当然，在实际应用中，可以根据具体情况适当 地增大上述圆形的直径，使其大于待加工工件7的直径，这同样可以 实现由第一磁体组10产生的磁力线的分布覆盖基座2的承载面22。

在实际应用中，可以根据对第一水平磁场的磁场强度的实际要 求设定上述第一磁柱112和第一磁柱111的数量、尺寸和排布密度以 及与基座2的承载面22之间的竖直间距等。

请一并参阅图3A～图3D，本发明第三实施例提供的磁性薄膜沉 积腔室与上述第一、第二实施例相比，同样包括腔室主体1、屏蔽组 件和偏置磁场装置。由于腔室主体1和屏蔽组件的结构和功能在上述 第一、第二实施例中已有了详细描述，在此不再赘述。下面仅对本实 施例与上述第一、第二实施例的区别进行详细描述。

具体地，在本实施例中，偏置磁场装置包括第一磁体组。该第 一磁体组包括竖直设置的多个第一磁柱16，且对应基座2的承载面 22排列成矩形阵列，该矩形阵列的行数和列数均为两个以上，例如， 在本实施例中，矩形阵列的行和列分别沿图3A中的X方向和Y方向排列，且行数为4，列数为5。

而且，在上述矩形阵列中，同一列第一磁柱16的极性相同，而 各个相邻的两列第一磁柱16的极性相反。这样，上述矩形阵列可以 产生如图3C中分布的磁力线，在各个相邻的两列第一磁柱16中， 磁力线自第一磁柱16的N极到与该N极同一行的第一磁柱16的S 极。根据该磁力线的分布可知，磁场在X方向和Z方向上存在磁场 分量，其中，在X方向上的磁场分量足以诱发磁性薄膜的面内各向 异性，而Z方向上的磁场分量对磁性薄膜的面内各向异性没有影响。

另外，上述矩形阵列的对角线的长度L等于待加工工件7的直 径，以保证磁力线的分布覆盖基座2的承载面22，从而有利于提高 上述第一水平磁场在待加工工件7的径向上的分布均匀性。当然，在 实际应用中，可以根据具体情况适当地增大上述矩形阵列的对角线的 长度L，使其大于待加工工件7的直径，以保证磁力线的分布覆盖基 座2的承载面22。

在实际应用中，可以根据对第一水平磁场的磁场强度的实际要 求设定上述第一磁柱16的尺寸、数量和排布密度以及与基座2的承 载面之间的竖直间距等。

需要说明的是，在本实施例中，上述多个第一磁柱16排列成矩 形阵列，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，上述多个第一磁 柱16也可以排列成其他形状的阵列，以获得分布成不同形状的第一 水平磁场，满足不同的需要。

下面对上述第一磁体组的安装方式进行详细描述。具体地，如 图3B～图3D所示，磁性薄膜沉积腔室还包括磁体安装组件，该磁体 安装组件用于将第一磁体组安装在基座2中。在本实施例中，基座2 具体包括由上而下依次设置的基座上板23、固定板24和波纹管上板 25，其中，基座上板23的上表面即为上述承载面22。固定板24用 于固定背吹气管26和冷却液管27，其中，背吹气管26竖直设置， 其上端延伸至承载面22，用以在进行工艺时，向待加工工件7的下 表面与承载面22之间输送背吹气体，用以促进待加工工件7与基座 上板23之间的热量交换，从而有利于对待加工工件7的温度控制。 在基座上板23中设置有冷却通道(图中未示出)，冷却液管27用于 向该冷却通道中输送冷却液，用以对基座上板23进行冷却。上述基 座2的底部还连接有升降轴29，用以驱动该基座2作升降运动。为 了保证沉积腔室的真空度。在该升降轴29上套设有波纹管28，用以 封闭沉积腔室的底壁上的供升降轴29穿过的通孔，同时能够允许升 降轴29作升降运动。波纹管上板25用于将波纹管28的上端固定在 沉积腔室的底壁上。

上述磁体安装组件设置在上述固定板24和波纹管上板25之间， 且具有能够供背吹气管26和冷却液管27通过的通孔。具体地，上述 磁体安装组件包括导磁底板30、多个导磁条32和不导磁顶板31，其 中，导磁底板32与波纹管上板25固定连接，具体可以使用真空螺钉 固定在一起。并且，该导磁底板32与所有的第一磁柱16的下端连接， 进一步地，在第一磁柱16的下端设置有连接柱162，并且在导磁底 板32的上表面设置有连接孔，该连接柱162插入连接孔中，以实现 对第一磁柱16下端的固定。借助导磁底板32，可以使各个第一磁柱 的下端磁导通，从而可以避免磁力线相互抵消，磁场强度减弱。

多个导磁条32一一对应地与同一列中的所有第一磁柱16的上 端连接，用以使各个第一磁柱16的磁性能够在此列均匀分布，从而 可以提高磁场在此列所在方向，即Y方向的分布均匀性。在实际应 用中，导磁条32的X方向上的宽度与第一磁柱16的直径相等。另外，导磁条3与第一磁柱16的上端连接的具体方式与上述导磁底板 32与与第一磁柱16的下端连接的方式相同。即，在第一磁柱16的 上端设置有连接柱161，并且在相应的导磁条32的下表面设置有连 接孔，该连接柱161插入连接孔中，以实现对第一磁柱16上端的固 定。

不导磁顶板31设置在各个导磁条32的上端，且与各个导磁条 32固定连接，具体可以使用真空螺钉固定在一起。并且，不导磁顶 板31与固定板24固定连接，具体可以使用真空螺钉固定在一起。

请一并参阅图4A～图4E，本发明第四实施例提供的磁性薄膜沉 积腔室与上述第一、第二和第三实施例相比，同样包括腔室主体1、 屏蔽组件和偏置磁场装置。由于腔室主体1和屏蔽组件的结构和功能 在上述第一、第二和第三实施例中已有了详细描述，在此不再赘述。 下面仅对本实施例与上述第一、第二和第三实施例的区别进行详细描 述。

具体地，在本实施例中，偏置磁场装置在包括上述各个实施例 中所述的第一磁体组的基础上，还包括第二磁体组。该第二磁体组环 绕在基座2的周围，用于在基座2的上方形成第二水平磁场，第二水 平磁场用于与上述第一水平磁场形成叠加磁场，该叠加磁场在基座2 的承载面22的径向上均匀分布。进一步说，第一水平磁场和第二水 平磁场均形成在基座2的上方，以起到使沉积在待加工工件7上的磁 性薄膜具有面内各向异性的作用。同时，二者相互作用形成叠加磁场， 该叠加磁场与上述各个实施例中单独使用第一磁体组相比，磁场强度 在基座2的径向上的分布更均匀，从而可以提高磁性薄膜在径向上的 磁性能一致性。

在本实施例中，第二磁体组包括两组第二子磁体组(13，14)， 两组第二子磁体组(13，14)设置在腔室主体1内，且对称环绕在基 座2的两侧，并且两组第二子磁体组(13，14)对称分布在基座2 的任意一条直径方向21的两侧。并且，图4B中左侧的第二子磁体 组13包括水平设置的多个第二磁柱131，且沿直径方向21间隔分布， 并且，所有的第二磁柱131的磁极方向一致。图4B中右侧的第二子 磁体组14包括水平设置的多个第二磁柱141，且沿直径方向21间隔 分布，并且，所有的第二磁柱131的磁极方向一致。进一步的，左侧 的第二子磁体组13中的每个第二磁柱131的N极与右侧的第二子磁 体组14中的每个第二磁柱141的S极均朝向基座2。由此可以获得 第二水平磁场，该第二水平磁场的磁力线1的分布如图4C所示，可 以看出，第二水平磁场在基座2的边缘区域分布的磁力线1的密度大 于在基座2的中心区域分布的磁力线1的密度，从而该第二水平磁场 在基座2的边缘区域的磁场强度大于在基座2的中心区域的磁场强 度。

在本实施例中，第一磁体组的结构与上述第一实施例中的第一 磁体组8的结构相同。并且，该第一磁体组8位于与基座2的承载面 22的中心区域相对应的位置处，且，由第一磁体组8形成的第一水 平磁场的方向与由第二磁体组形成的第二水平磁场的方向相反，例如，在第二磁体组中，图4C中左侧的第二子磁体组13中的每个第 二磁柱131的N极与右侧的第二子磁体组14中的每个第二磁柱141 的S极均朝向基座2，在这种情况下，第一磁柱81的N极朝左，S 极朝右。

如图4B所示，第一弧线811和第二弧线812对接形成椭圆形， 该椭圆形分布在基座2的承载面22的中心区域，从而使由各个第一 磁柱81产生的磁力线2的分布如图4C所示，磁力线2位于基座2 的上方，且对应承载面22的中心区域，该磁力线2与上述第二水平 磁场的磁力线1相互叠加，形成磁力线1+2，该磁力线1+2在基座2 的中心区域分布密度高于单独设置上述第二水平磁场时，第二水平磁 场的磁力线1在基座2的中心区域分布密度，而磁力线1+2在基座2 的边缘区域分布密度与其在基座2的中心区域分布密度基本一致，从 而使磁场强度在基座2的径向上的分布更均匀。

由此可知，在同时设置上述第一磁体组和第二磁体组时，通过 将第一磁体组设置在基座2的中心区域，可以对单独设置第二磁体组 时在基座2的径向上存在的磁场强度差异进行补偿，达到磁场强度在 基座2的径向上的分布更均匀的目的。

优选的，第一磁体组8与基座2的承载面22之间的竖直间距的 取值范围在20～50mm，在该范围内，由二者相互作用形成的叠加磁 场的分布效果最佳。

需要说明的是，在本实施例中，第一磁体组8位于与基座2的承 载面22的中心区域相对应位置处，但是本发明并不局限于此，在实 际应用中，上述第二磁体组包括两组第二子磁体组(13，14)，且设 置方式如图4A和图4B所示。在此基础上，上述第一磁体组8还可 以如下设置：如图4D所示，第一磁体组8包括两组第一子磁体组81， 两组第一子磁体组81对称分布在直径方向21的两侧；每组第一子磁 体组21包括水平设置的多个第一磁柱，且沿直径方向21间隔分布； 并且，所有的第一磁柱的磁极方向一致，且与第二磁柱的磁极方向相同。进一步说，图4D中左侧的所有第二磁柱131的N极与右侧的第 二磁柱141的S极均朝向基座2，在这种情况下，第一磁柱81的N 极朝右，S极朝左。这样，由各个第一磁柱81产生的磁力线2的分 布如图4D所示，磁力线2位于基座2的上方，且对应承载面22的 中心区域，该磁力线2与上述第二水平磁场的磁力线1相互叠加，形 成磁力线1+2，该磁力线1+2在基座2的中心区域分布密度高于单独 设置上述第二水平磁场时，第二水平磁场的磁力线1在基座2的中心 区域分布密度，而磁力线1+2在基座2的边缘区域分布密度与其在 基座2的中心区域分布密度基本一致，从而使磁场强度在基座2的径 向上的分布更均匀。

在本实施例中，偏置磁场装置还包括用于安装上述第二磁体组 的安装组件。具体地，如图4E所示，上述安装组件包括支撑板151、 外固定板152、内固定板153和上盖154，其中，支撑板151用于支 撑子磁体组，并通过多个支撑腿将子磁体组与支撑件41固定连接。支撑腿通过螺钉155将支撑板151与支撑件41固定连接。外固定板 152和内固定板153通过螺钉设置在支撑板151上，且分别位于子磁 体组的内侧和外侧，用以分别固定子磁体组的两端磁极(N极和S 极)，外固定板152和内固定板153可以采用导磁材料制作，或者也 可以采用不导磁材料制作。上盖154位于子磁体组的上方，且通过螺 钉分别与外固定板152和内固定板153固定连接。子磁体组位于支撑 板151、外固定板152、内固定板153和上盖154所围成的空间内。 支撑板151、外固定板152和内固定板153具有一定的隔热效果，从 而可以避免在工艺时，热量直接传递至子磁体组上，进而可以防止子 磁体组的磁性消失，磁诱导功能失效。

在本实施例中，支撑板151和外固定板152均呈圆弧状，且与 圆弧状的子磁体组相匹配。内固定板153呈闭合的环状，以便于两组 子磁体组之间的定位。优选的，内固定板153可以采用不导磁材料制 作，这是因为在导磁材料的闭合环状的内固定板153内会形成磁力线 闭合，造成磁场强度减小。上盖154呈闭合的环状，用以避免溅射出 的靶材材料沉积在磁体组上。在实际应用中，支撑板151和外固定板 152也可以采用闭合的环状结构。内固定板153和上盖154也可以采 用圆弧状的结构，且与圆弧状的磁体组相匹配。圆弧状的内固定板 153可以采用导磁材料制作，或者也可以采用不导磁材料制作。

请一并参阅图5A和图5B，本发明第五实施例提供的磁性薄膜 沉积腔室与第四实施例相比，其区别仅在于，第一磁体组的结构与上 述第二实施例中第一磁体组10相同。并且，该第一磁体组10位于与 基座2的承载面22的中心区域相对应的位置处，且第一磁体组10 的磁极方向与第二磁体组的磁极方向相反。

例如，在本实施例中，在第二磁体组中，图5B中左侧的第二子 磁体组13中的每个第二磁柱131的N极与右侧的第二子磁体组14 中的每个第二磁柱141的S极均朝向基座2，在这种情况下，左侧的 第一子磁体组12中的各个第一磁柱112的N极朝上，右侧的第一子 磁体组11中的各个第一磁柱111的S极朝上，从而该第一磁体组10 形成的第一水平磁场的磁力线分布与图4C中的第一磁柱81产生的 磁力线2分布相同，这同样可以起到对单独设置第二磁体组时在基座 2的径向上存在的磁场强度差异进行补偿的作用。

如图5B所示，所有第一磁柱112的N极的连线为第一弧线， 所有第一磁柱111的S极的连线为第二弧线，该第一弧线和第二弧 线与上述第四实施例中第一弧线811和第二弧线812的形状相类似， 以使第一磁体组10分布在基座2的承载面22的中心区域。

优选的，在上述各个实施例中，磁性薄膜沉积腔室还包括冷却 装置9，该冷却装置9设置在基座2的下方，且根据第一磁体组的不 同结构，选择性地位于第一磁体组的下方或者环绕在第一磁体组的周 围，用以冷却第一磁体组，从而可以避免其因温度过高而消磁。例如， 对于上述第一实施例中的第一磁体组8，冷却装置可以位于第一磁体 组的下方。又如，对于上述第二实施例中的第一磁体组10，冷却装 置可以环绕在第一磁体组10的周围。具体地，上述冷却装置可以为 环形的冷却管路，通过向该冷却管路中通入冷却水来冷却第一磁体 组。

在实际应用中，上述磁性薄膜通常由至少一对交替设置的磁性 薄膜和隔离层组成。其中，隔离层采用非导磁性材料制作，用以对相 邻的两层磁性薄膜起到隔离作用。非导磁性材料包括Cu、Ta、SiO₂或者TiO₂等等。磁性薄膜采用具有软磁性的材料制作。可选的，具有软磁性的材料包括NiFe坡莫合金材料、CoZrTa非晶态材料、Co 基材料、Fe基材料或者Ni基材料。其中，NiFe坡莫合金材料例如可 以为Ni₈₀Fe₂₀、Ni₄₅Fe₅₅或者Ni₈₁Fe₁₉等等。CoZrTa非晶态材料例如 可以为Co_91.5Zr_4.0Ta_4.5等等。Co基材料、Fe基材料或者Ni基材料例 如可以为Co₆₀Fe₄₀、NiFeCr等等。

综上所述，本发明上述各个实施例提供的磁性薄膜沉积腔室， 其设置有偏置磁场装置，该偏置磁场装置包括第一磁体组，该第一磁 体组设置在基座的承载面下方，用于在基座上方形成第一水平磁场， 该第一水平磁场用于使沉积在待加工工件上的磁性薄膜具有面内各 向异性，以满足生产型设备在待加工工件上制备具有面内各向异性的 磁性薄膜的需要。另外，由于第一磁体组设置在基座的下方，这种设 置方式不会制约待加工工件的尺寸，从而该薄膜沉积腔室能够适用于 在尺寸较大的待加工工件(例如8寸或12寸晶片)上制备磁性薄膜， 以实现大尺寸的待加工工件上的磁性薄膜具有面内各向异性。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种薄膜沉积设备， 其包括本发明上述各个实施例提供的上述磁性薄膜沉积腔室。

本发明提供的薄膜沉积设备，其通过采用本发明提供的上述磁 性薄膜沉积腔室，可以使沉积在待加工工件上的磁性薄膜具有面内各 向异性，以满足生产型设备在待加工工件上制备具有面内各向异性的 磁性薄膜的需要，而且可以实现大尺寸的待加工工件上的磁性薄膜具 有面内各向异性。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而 采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的 普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做 出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种磁性薄膜沉积腔室，包括腔室主体，在所述腔室主体内设置有基座，所述基座包括用于承载待加工工件的承载面，其特征在于，还包括偏置磁场装置，所述偏置磁场装置包括：

第一磁体组，所述第一磁体组设置在所述基座的承载面下方，用于在所述基座上方形成第一水平磁场，所述第一水平磁场用于使沉积在所述待加工工件上的磁性薄膜具有面内各向异性；

第二磁体组，所述第二磁体组环绕在所述基座的周围，用于在所述基座上方形成第二水平磁场，用于与所述第一水平磁场形成叠加磁场，所述叠加磁场在所述基座的径向上均匀分布；其中，

所述第一磁体组位于与所述基座的承载面的中心区域相对应的位置处，并且，由所述第一磁体组形成的所述第一水平磁场的方向与由所述第二磁体组形成的所述第二水平磁场的方向相反。

2.根据权利要求1所述的磁性薄膜沉积腔室，其特征在于，所述第一磁体组包括水平设置的多个第一磁柱，多个所述第一磁柱均与所述基座的一条直径方向相互垂直，且沿所述直径方向间隔分布；

多个所述第一磁柱的N极朝向一致，且多个所述第一磁柱的N极的连线为第一弧线；多个所述第一磁柱的S极朝向一致，且多个所述第一磁柱的S极的连接为第二弧线；所述第一弧线和第二弧线相对于所述直径方向对称，且与所述直径方向之间的间距自所述基座的承载面的中心向边缘逐渐减小。

3.根据权利要求1所述的磁性薄膜沉积腔室，其特征在于，所述第一磁体组包括两组子磁体组，两组所述子磁体组对称分布在所述基座的一条直径方向的两侧；每组所述子磁体组包括竖直设置的多个第一磁柱，且沿所述直径方向间隔分布；

其中一组所述子磁体组中的所有第一磁柱的N极朝上，且所有第一磁柱的N极的连线为第一弧线；其中另一组所述子磁体组中的所有第一磁柱的S极朝上，且所有第一磁柱的S极的连线为第二弧线；所述第一弧线和第二弧线相对于所述直径方向对称，且与所述直径方向之间的间距自所述基座的承载面的中心向边缘逐渐减小。

4.根据权利要求2或3所述的磁性薄膜沉积腔室，其特征在于，所述第一弧线和第二弧线对接形成圆形，且所述圆形的直径大于或者等于所述待加工工件的直径。

5.根据权利要求1所述的磁性薄膜沉积腔室，其特征在于，所述第一磁体组包括竖直设置的多个第一磁柱，多个所述第一磁柱排列成矩形阵列，所述矩形阵列的行数和列数均为两个以上；且在所述矩形阵列中，同一行或者同一列的所述第一磁柱的极性相同，而各个相邻的两列或者两行的所述第一磁柱的极性相反。

6.根据权利要求5所述的磁性薄膜沉积腔室，其特征在于，所述矩形阵列的对角线的长度大于或者等于所述待加工工件的直径。

7.根据权利要求5所述的磁性薄膜沉积腔室，其特征在于，所述磁性薄膜沉积腔室还包括磁体安装组件，所述磁体安装组件包括导磁底板、多个导磁条和不导磁顶板，其中，

所述导磁底板与所有的所述第一磁柱的下端连接；

所述导磁条一一对应地与同一行或者同一列中极性相同的所有所述第一磁柱的上端连接；

所述不导磁顶板设置在各个所述导磁条的上端，且与各个所述导磁条固定连接。

8.根据权利要求1所述的磁性薄膜沉积腔室，其特征在于，所述第二磁体组包括两组第二子磁体组，两组所述第二子磁体组对称分布在所述基座的一条直径方向的两侧；每组所述第二子磁体组包括水平设置的多个第二磁柱，且沿所述直径方向间隔分布；并且，所有的所述第二磁柱的磁极方向一致；

所述第一磁体组包括两组第一子磁体组，两组所述第一子磁体组对称分布在所述直径方向的两侧；每组所述第一子磁体组包括水平设置的多个第一磁柱，且沿所述直径方向间隔分布；并且，所有的所述第一磁柱的磁极方向一致，且与所述第二磁柱的磁极方向相同。

9.根据权利要求1所述的磁性薄膜沉积腔室，其特征在于，所述第一磁体组与所述基座的承载面之间的竖直间距的取值范围在20～50mm。

10.根据权利要求1所述的磁性薄膜沉积腔室，其特征在于，所述磁性薄膜沉积腔室还包括冷却装置，所述冷却装置位于所述第一磁体组的下方或者环绕在所述第一磁体组的周围，用以冷却所述第一磁体组。

11.一种薄膜沉积设备，其特征在于，包括权利要求1-10任意一项所述的磁性薄膜沉积腔室。