CN108004516B - 磁控溅射腔室、磁控溅射设备以及磁控管 - Google Patents

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Abstract

本发明提供磁控溅射腔室、磁控溅射设备和磁控管。本发明的磁控溅射腔室用于沉积磁性薄膜，包括：用于对靶材表面进行扫描的磁控管，和设置在磁控溅射腔室中用于形成水平磁场的偏置磁场装置。本发明的磁控溅射设备，包括本发明的磁控溅射腔室。本发明的磁控管沿旋转轴进行旋转用于对靶材表面进行扫描，包括极性相反的第一外磁极和第一内磁极；其中，第一外磁极和第一内磁极沿由旋转轴轴心发射的半径方向交替且间隔一定距离设置；第一外磁极和第一内磁极之间形成第一磁场轨道；由旋转轴轴心发射的半径至少连续穿过两次第一磁场轨道，连续穿过的相邻的第一磁场轨道的磁场方向相反。

Description

磁控溅射腔室、磁控溅射设备以及磁控管
技术领域
本发明属于微电子加工技术领域，具体涉及一种磁控溅射腔室、磁控溅射设备以及磁控管。
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，影响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，提出了一种磁控溅射腔室解决了现有技术中的薄膜沉积腔室不能诱发磁性薄膜的面内各向异性的技术问题；本发明还提供了包括本发明磁控溅射腔室的磁控溅射设备，以及用于本发明薄膜沉积腔室中使磁性薄膜溅射均匀的磁控管。
根据本发明的一方面，提供了一种磁控溅射腔室，用于沉积磁性薄膜，包括：用于对靶材表面进行扫描的磁控管，和设置在所述磁控溅射腔室中用于形成水平磁场的偏置磁场装置。
可选地，根据本发明的磁控溅射腔室，所述磁控管沿旋转轴进行旋转，用于对靶材表面进行扫描，其包括极性相反的第一外磁极和第一内磁极；其中，
所述第一外磁极和所述第一内磁极沿由所述旋转轴轴心发射的半径方向交替且间隔一定距离设置；
所述第一外磁极和所述第一内磁极之间形成第一磁场轨道；
由所述旋转轴轴心发射的半径至少连续穿过两次所述第一磁场轨道，连续穿过的相邻的所述第一磁场轨道的磁场方向相反。
可选地，根据本发明的磁控溅射腔室，由所述旋转轴轴心发射的半径穿过所述第一磁场轨道的次数为偶数。
可选地，根据本发明的磁控溅射腔室，所述第一外磁极包括第一圆弧，和沿所述第一圆弧两端分别向其内侧经圆滑曲线后延伸形成的两段圆弧，所述两段圆弧位于同一圆周且不相连；
所述第一内磁极为位于所述第一外磁极内的第二圆弧；
所述第一圆弧、所述两段圆弧和所述第二圆弧的圆心均为所述旋转轴轴心。
可选地，根据本发明的磁控溅射腔室，所述磁控管还包括极性相反的第二外磁极和第二内磁极；其中，
所述第二外磁极和所述第二内磁极之间形成第二磁场轨道，所述旋转轴轴心位于所述第二磁场轨道内；
所述第一磁场轨道用于扫描所述靶材的边缘部分，所述第二磁场轨道用于扫描所述靶材的中心部分。
可选地，根据本发明的磁控溅射腔室，
所述第二外磁极为凹向所述旋转轴轴心的第三圆弧，所述第三圆弧与所述第一外磁极的两端分别连接，以使所述第二外磁极和所述第一外磁极形成闭合磁极；
所述第二内磁极设置在所述第一内磁极和所述第二外磁极之间。
可选地，根据本发明的磁控溅射腔室，所述第二内磁极与所述第一内磁极连接。
可选地，根据本发明的磁控溅射腔室，所述第二内磁极的形状包括：V形、U型和Y型。
可选地，根据本发明的磁控溅射腔室，预设所述第一圆弧的圆心角为角α；
预设所述第三圆弧两端分别和所述轴心相连形成的锐角为角β；
所述角α与所述角β的比值大于3.5。
可选地，根据本发明的磁控溅射腔室，沿由所述旋转轴的轴心发射的半径方向上，所述第一磁场轨道各位置处的宽度相等。
可选地，根据本发明的磁控溅射腔室，沿由所述旋转轴的轴心发射的半径方向上，所述第一磁场轨道各位置处的的宽度范围为10～60mm。
可选地，根据本发明的磁控溅射腔室，沿由所述旋转轴的轴心发射的半径方向上，所述第一磁场轨道各位置处的宽度范围为15mm～35mm。
可选地，根据本发明的磁控溅射腔室，所述第二磁场轨道各位置处的宽度为10～60mm。
可选地，根据本发明的磁控溅射腔室，所述第二外磁极与所述第一外磁极不相连；
所述第二内磁极与所述第一内磁极不相连。
可选地，根据本发明的磁控溅射腔室，所述第一外磁极包括第一圆弧和从所述第一圆弧两端分别向其内侧经圆滑曲线后延伸且连接而成的第四圆弧，所述第一圆弧和所述第四圆弧首尾相连；
所述第一内磁极为位于所述第一外磁极内的第二圆弧；
所述第一圆弧、第二圆弧和第四圆弧的圆心均为所述旋转轴的轴心。
根据本发明的另一方面，还提供了一种磁控溅射设备，包括磁控溅射腔室，所述磁控溅射腔室采用本发明的磁控溅射腔室。
根据本发明的另一方面，提供了一种磁控管，其沿旋转轴进行旋转用于对靶材表面进行扫描，所述磁控管包括极性相反的第一外磁极和第一内磁极；其中，
所述第一外磁极和所述第一内磁极沿由所述旋转轴轴心发射的半径方向交替且间隔一定距离设置；
所述第一外磁极和所述第一内磁极之间形成第一磁场轨道；
由所述旋转轴轴心发射的半径至少连续穿过两次所述第一磁场轨道，连续穿过的相邻的所述第一磁场轨道的磁场方向相反。
可选地，根据本发明的磁控管，由所述旋转轴轴心发射的半径穿过所述第一磁场轨道的次数为偶数。
可选地，根据本发明的磁控管，
所述第一外磁极包括第一圆弧，和沿所述第一圆弧两端分别向其内侧经圆滑曲线后延伸形成的两段圆弧，所述两段圆弧位于同一圆周且不相连；
所述第一内磁极为位于所述第一外磁极内的第二圆弧；
所述第一圆弧、所述两段圆弧和所述第二圆弧的圆心均为所述旋转轴的轴心。
可选地，根据本发明的磁控管，所述磁控管还包括极性相反的第二外磁极和第二内磁极；其中，
所述第二外磁极和所述第二内磁极之间形成第二磁场轨道，所述旋转轴轴心位于所述第二磁场轨道内；
所述第一磁场轨道用于扫描所述靶材的边缘部分，所述第二磁场轨道用于扫描所述靶材的中心部分。
可选地，根据本发明的磁控管，所述第二外磁极为凹向所述旋转轴轴心的第三圆弧，所述第三圆弧与所述第一外磁极的两端分别连接，以使所述第二外磁极和所述第一外磁极形成闭合磁极；
所述第二内磁极设置在所述第一内磁极和所述第二外磁极之间。
可选地，根据本发明的磁控管，所述第二内磁极与所述第一内磁极连接。
可选地，根据本发明的磁控管，所述第二内磁极的形状包括：V形、U型和Y型。
可选地，根据本发明的磁控管，预设所述第一圆弧的圆心角为角α；
预设所述第三圆弧两端分别和所述轴心相连形成的锐角为角β；
所述角α与所述角β的比值大于3.5。
可选地，根据本发明的磁控管，沿由所述旋转轴的轴心发射的半径方向上，所述第一磁场轨道各位置处的宽度相等。
可选地，根据本发明的磁控管，沿由所述旋转轴的轴心发射的半径方向上，所述第一磁场轨道各位置处的宽度范围为10～60mm。
可选地，根据本发明的磁控管，沿由所述旋转轴的轴心发射的半径方向上，所述第一磁场轨道各位置处的宽度范围为15mm～35mm。
可选地，根据本发明的磁控管，所述第二磁场轨道各位置处的宽度为10～60mm。
可选地，根据本发明的磁控管，所述第二外磁极与所述第一外磁极不相连；
所述第二内磁极与所述第一内磁极不相连。
可选地，根据本发明的磁控管，所述第一外磁极包括第一圆弧和从所述第一圆弧两端分别向其内侧经圆滑曲线后延伸且连接而成的第四圆弧，所述第一圆弧和所述第四圆弧首尾相连；
所述第一内磁极为位于所述第一外磁极内的第二圆弧；
所述第一圆弧、所述第二圆弧和所述第四圆弧的圆心均为所述旋转轴的轴心。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的磁控溅射腔室，设置有用于在基座上方形成水平磁场偏置磁场装置，形成的水平磁场用于在待加工工件上沉积具有面内各向异性的磁性膜，从而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膜的需要。
本发明提供的磁控溅射腔室采用的磁控管，由旋转轴轴心发射的半径至少连续穿过两次第一磁场轨道，连续穿过的相邻的第一磁场轨道的磁场方向相反。在磁控溅射腔体启辉后，位于相邻的第一磁场轨道中的磁畴方向不同，分别受到偏置磁场的排斥力和吸引力，受到偏置磁场吸引力的磁畴向待加工工件的边缘方向移动，受到偏置磁场的排斥力的磁畴向待加工工件的中心方向移动，从而使沉积至待加工工件的磁性薄膜具有良好的均匀性。
本发明提供的磁控溅射设备，由于采用本发明提供的磁控溅射腔室，满足了在大尺寸待加工工件上制备具有面内各向异性的磁性膜的需要。
本发明提供的磁控管，由旋转轴轴心发射的半径至少连续穿过两次第一磁场轨道，连续穿过的相邻的第一磁场轨道的磁场方向相反。在腔体启辉后，位于相邻的第一磁场轨道中的磁畴方向不同，分别受到偏置磁场的排斥力和吸引力，受到偏置磁场吸引力的磁畴向待加工工件的边缘方向移动，受到偏置磁场的排斥力的磁畴向待加工工件的中心方向移动，从而使沉积至待加工工件的磁性薄膜具有良好的均匀性。本发明的磁控管在用于非磁性薄膜的溅射时，也能得到均匀性良好的薄膜。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的磁控溅射腔室的结构示意图；
图2a为图1中磁控管的第一种结构示意图；
图2b为图1中磁控管的第二种结构示意图；
图3为采用图2a和图2b的磁控管的工作原理示意图；
图4为本发明采用的优选的磁控管的工作原理示意图；
图5a为图4所示的磁控管的第一种结构示意图；
图5b为图4所示的磁控管的第二种结构示意图；
图6a为图4所示的磁控管进一步优选的第一种结构示意图；
图6b为图4所示的磁控管进一步优选的第二种结构示意图；
图6c为图4所示的磁控管进一步优选的第三种结构示意图；
图6d为图4所示的磁控管进一步优选的第四种结构示意图；
图6e为图4所示的磁控管进一步优选的第五种结构示意图；
图6f为图4所示的磁控管进一步优选的第六种结构示意图；
其中，附图标记包括：
磁控溅射腔室1、磁控管组件2、固定架21、磁控管22、外磁极221、外磁轭2211、外磁铁2212、内磁极222、内磁轭2221、内磁铁2222、磁场轨道223、去离子水23、靶材3、承载装置4、待加工工件S、上屏蔽件5、下屏蔽件6、第一磁组中的磁柱75、第二磁组中的磁柱76、螺丝8、第一外磁极101、第一圆弧101a、第一圆弧一端向其内侧经圆滑曲线后延伸形成的圆弧101b、第四圆弧101c、第一内磁极102、第一磁场轨道103、旋转轴轴心O、由旋转轴轴心发射的半径方向L；第二外磁极201、第二内磁极202和第二磁场轨道203。
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控溅射腔室、磁控溅射设备以及磁控管进行详细描述。
实施例1
根据本发明的磁控溅射腔室，用于沉积磁性薄膜，包括：用于对靶材表面进行扫描的磁控管，和设置在磁控溅射腔室中用于形成水平磁场的偏置磁场装置。
本发明提供的磁控溅射腔室设置有用于在基座上方形成水平磁场的偏置磁场装置，形成的水平磁场可以在待加工工件上沉积具有面内各向异性的磁性薄膜，从而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膜层的需要。
根据本发明磁控溅射腔室的一种实施方式，如图1所示，本发明的磁控溅射腔室1，用于沉积磁性薄膜，包括磁控管组件2、靶材3、承载装置4、上屏蔽件5、下屏蔽件6和偏置磁场装置。其中，靶材3设置在腔体1内的顶部；承载装置4用于承载待加工工件S，设置在腔体1的底部，且与靶材3相对设置；上屏蔽件5固定在腔体1的侧壁顶部，且环绕腔体1侧壁的内侧设置，用于保护腔体1的侧壁内侧；下屏蔽件6也固定在腔体1侧壁的顶部且位于上屏蔽件5外侧，下屏蔽件6形成有环绕承载装置4和腔体1侧壁之间的凹槽，用于保护位于腔室侧壁和承载装置4之间的腔室底壁。
磁控管组件2设置在靶材3的上方，包括：采用绝缘材料制成的固定架21和磁控管22。其中，固定架21为具有开口的壳体结构，且具有开口的一端固定在靶材3上；磁控管22设置在壳体内，且固定在固定架21上，在壳体内还填充有用于冷却靶材的去离子水23；磁控管22用于对靶材3的表面进行扫描，磁控管22以旋转轴的轴心为中心进行自转，旋转轴贯穿靶材3的中心和磁控管22的中心。
偏置磁场装置包括：第一磁组和第二磁组，如图1所示，其中，包括具有第一磁组中的磁柱75和第二组中的磁柱76，其中。偏置磁场装置通过螺丝8固定在下屏蔽件6的凹槽内，第一磁组中的磁柱75和第二组中的磁柱76分别沿承载装置4的外轮廓间隔排列设置，并且，第一磁组中的磁柱75和第二磁组中的磁柱76的朝向承载装置4的磁极不同如图1所示，第一磁组中的磁柱75朝向承载装置4的磁极为N极，第二组中的磁柱76朝向承载装置4的磁极为S极。偏置磁场装置用于在承载装置4上方形成水平磁场(磁场强度可以达到50～300Gs)，沉积在待加工工件S表面上的磁性材料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，适用于在尺寸较大的待加工工件(例如8寸或12寸晶片)上沉积磁性薄膜。
在磁控溅射腔室中，可以采用图2a和图2b所示的磁控管，沉积磁性薄膜。
图2a为对称肾形磁控管，包括均为闭合环状的外磁极221和内磁极222，二者的极性相反，在外磁极221和内磁极222之间形成磁场轨道223。
图2b为非对称肾形磁控管，与图2a所示的磁控管类似。二者的不同点仅在于：外磁极221和内磁极222的形状不同。非对称肾形磁控管的外磁极221和内磁极222的形状为不对称图形，其中，外磁极221包括外磁轭2211和沿外磁轭2211上分布设置的多个外磁铁2212；内磁极222包括内磁轭2221和沿内磁轭2221上分布设置的多个外磁铁2222。
但采用图2a和图2b的磁控管，溅射形成的薄膜均匀性较差，其均匀性一般会＞20％(计算方式为薄膜厚度的标准方差/薄膜厚度的平均值)。由于工艺上要求磁性薄膜的均匀性≤5％。因此采用图2a和图2b的磁控管不能满足对磁性薄膜均匀性的需求。
经分析，采用图2a和图2b的磁控管溅射形成的薄膜均匀性差的原因如图3所示：第一磁组中的磁柱75和第二磁组中的磁柱76位于待加工工件S的两侧，且第一磁组中的磁柱75的左侧为S极右侧为N极，第二磁组中的磁柱76的左侧为S极右侧为N极；腔室内左侧区域内通过磁控管对靶材溅射形成的磁畴左侧呈S极右侧呈N极，其受到第一磁组中的磁柱75的吸引力向左偏移；腔室内右侧区域内通过磁控管对靶材溅射形成的磁畴的左侧呈N极右侧呈S极，磁畴受到第二磁组中的磁柱76的磁场排斥也向左偏移；因此，造成了沉积形成的磁性薄膜从右至左逐渐增厚，即待加工工件上形成的薄膜均匀性差，形成的磁性薄膜的均匀性＞20％(计算方式为薄膜厚度的标准方差/薄膜厚度的平均值)，因此，不能满足对磁性薄膜均匀性的需求。
为此，本发明的磁控溅射腔室优选了一种磁控管，优选地磁控管工作原理图请参阅图4。优选地磁控管包括极性相反的第一外磁极101和第一内磁极102；其中，第一外磁极101和第一内磁极102沿由旋转轴轴心O发射的半径方向L交替且间隔一定距离(如图4中的H1和H2所示)；第一外磁极101和第一内磁极102之间形成第一磁场轨道103；由旋转轴轴心O发射的半径至少连续穿过两次第一磁场轨道103，连续穿过的相邻第一磁场轨道103的磁场方向相反。
如图4所示，由于第一外磁极101和第一内磁极102之间形成了第一磁场轨道103，沿由旋转轴轴心O发射的半径穿过了两次第一磁场轨道103，也可以穿过3次、4次，甚至多次，其中，两次穿过的相邻的磁场轨道中磁场方向相反，或者说磁力线方向不同。通过磁控管扫描靶材溅射出的磁畴受到第一磁场轨道103中磁场方向的影响，磁畴的磁性方向不同，分别如1’和2’所示，此时，位于左侧的第一磁组中的磁柱75对磁畴1’产生吸引力，对磁畴2’产生排斥力，吸引力会使磁畴1’向待加工工件S的边缘移动，排斥力会使磁畴2’向待加工工件S的中心移动；同理，位于右侧的第二磁组中的磁柱76对靠近其的磁畴产生排斥力，被排斥的磁畴向待加工工件的中心移动，而对远离其的磁畴产生吸引力，被吸引的磁畴向待加工工件的边缘移动。本发明的磁控管在磁控溅射腔室中与偏置磁场配合，可以溅射出均匀的磁性薄膜，使磁性薄膜的均匀性≤5％，从而满足了工业上对磁性薄膜均匀性的需求。
由于偏置磁场强度本身具有衰减速度快的特点，因此若待加工件尺寸较小，则也会影响其中心部分的磁性薄膜的溅射均匀度；若待加工件尺寸较大，则对边缘部分磁性薄膜的均匀性影响较大。因此，根据本发明磁控溅射设备中的磁控管，若满足下述条件的磁控管分布在整个靶材，则可以实现待加工工件整个表面的溅射均匀性，尤其可以使小尺寸的待加工件上的磁性薄膜的溅射均匀性更好。若只在靶材边缘部分满足下述条件，则至少可以提高溅射在待加工工件边缘部分的磁性薄膜的均匀性，至少可以适用于大尺寸待加工工件的磁性薄膜的均匀溅射。应该满足的条件为：第一外磁极101和第一内磁极102沿由旋转轴轴心发射的半径方向L交替且间隔一定距离(如图4中的H1和H2)；第一外磁极101和第一内磁极102之间形成第一磁场轨道103；由旋转轴轴心O发射的半径至少连续穿过两次第一磁场轨道103，连续穿过的相邻第一磁场轨道103的磁场方向相反。
根据本发明的磁控溅射设备中的磁控管，优选由旋转轴轴心O发射的半径穿过第一磁场轨道103的次数为偶数。
由旋转轴轴心O发射的半径方向L上，穿过第一磁场轨道103的次数为偶数，即穿过偶数次的第一磁场轨道103，且相邻第一磁场轨道103的磁场方向相反，例如，图4中由旋转轴轴心O发射的半径方向L上，存在两个磁场方向相反的第一磁场轨道103，由旋转轴轴心O发射的半径方向L上受到吸引作用的磁畴和受到排斥作用的磁畴成对出现，从而可以进一步提高薄膜均匀性。
进一步优选地，由旋转轴轴心O发射的半径穿过第一磁场轨道103的次数为大于2的偶数，即在图4的基础上还可以进一步增加至少一组吸引力和排斥力，从而可以进一步提高薄膜的均匀性。
根据本发明磁控溅射设备中采用的磁控管的一种实施方式，请参阅图5a，第一外磁极101包括第一圆弧101a，和沿第一圆弧101a两端分别向其内侧经圆滑曲线后延伸形成的两段圆弧101b，两段圆弧101b位于同一圆周且不相连；第一内磁极102为位于第一外磁极101内的第二圆弧；第一圆弧101a、两段圆弧101b和第二圆弧的圆心均为旋转轴轴心O。
从图5a可以看出，第一外磁极101为非闭合磁极。此种情况适用于溅射电源为射频电源的情况。通过图5a可以看出，以旋转轴轴心O为圆心发射的半径至少连续穿过两次第一磁场轨道103，连续穿过的相邻第一磁场轨道103的磁场方向相反。以旋转轴轴心O为圆心从至少一部分角度发射出的半径方向L可以满足至少连续穿过两次第一磁场轨道103的条件，且连续穿过的相邻的第一磁场轨道103的磁场方向相反。因此，在第一磁场轨道103只位于靶材边缘部分时，至少可以提高溅射在待加工工件边缘部分的磁性薄膜的均匀性，至少适用于在大尺寸的待加工工件上溅射磁性薄膜，且得到的磁性薄膜的均匀性良好。
根据本发明磁控溅射设备中采用的磁控管的另一种实施方式，如图5b所示，第一外磁极101采用闭合磁极，此情况可适用于溅射电源为直流电源的情况。具体地，第一外磁极101包括第一圆弧101a和从第一圆弧101a两端分别向其内侧经圆滑曲线后延伸且连接而成的第四圆弧101c，第一圆弧101a和第四圆弧101c首尾相连；第一内磁极102为位于第一外磁极101内的第二圆弧；第一圆弧101a、第二圆弧和第四圆弧101c的圆心均为旋转轴轴心O。
从图5b可以看出，第一外磁极101为闭合磁极，以旋转轴轴心O为圆心从至少一部分角度发射出的半径可以满足至少连续穿过两次第一磁场轨道103的条件，且连续穿过的相邻的第一磁场轨道103的磁场方向相反。因此，在第一磁场轨道103只位于靶材边缘部分时，至少可以提高溅射在待加工工件边缘部分的磁性薄膜的均匀性，至少适用于在大尺寸的待加工工件上溅射磁性薄膜，且得到的磁性薄膜的均匀性良好。
当然，在此还需要说明的是，本发明中，第一外磁极101和第一内磁极102的形状并不局限于图5a和图5b所示，只要能够满足第一外磁极101和第一内磁极102之间形成第一磁场轨道103，且由旋转轴轴心O发射的半径至少连续穿过两次第一磁场轨道103的情况均属于本发明的保护范围。即，只要存在由旋转轴轴心发射的半径至少连续穿过两次第一磁场轨道103的部分存在，两次穿过的相邻的磁场轨道中磁力线方向不同或者说磁场方向相反，则能解决磁性溅射薄膜溅射不均匀的问题，在圆周的方向上有一部分符合该特征即可解决所述问题。
当然，第一圆弧101a、第二圆弧和第四圆弧101c的圆心均为旋转轴轴心O，是本发明磁控溅射腔室采用的磁控管中优选方案，其圆心也可以不是轴心，但轴心位于第一内磁极102内侧，也能解决磁性溅射薄膜溅射不均匀的问题。
为了实现靶材的全靶扫描，在本发明磁控溅射腔室中采用的磁控管还包括极性相反的第二外磁极和第二内磁极，第二外磁极和第二内磁极之间形成第二磁场轨道203，如图6a中的B-A-F所示，旋转轴的轴心O位于第二磁场轨道203内；第一磁场轨道103用于扫描靶材的边缘部分，第二磁场轨道203用于扫描靶材的中心部分。
通过设置第二外磁极和第二内磁极，形成第二磁场轨道203，尤其是将旋转轴的轴心O设置在第二磁场轨道203内，使磁控管在围绕旋转轴进行旋转时，扫描面包括了旋转轴的轴心及其周围部分，避免了扫描面盲区的存在，提高了溅射得到的磁性薄膜的均匀性。
根据本发明磁控溅射腔室中采用的磁控管的另一种实施方式，如图6a～图6d所示。图6a～图6d的实施方式是在图5a的基础上形成，具体地，第一外磁极101包括第一圆弧101a，和沿第一圆弧101a两端分别向其内侧经圆滑曲线后延伸形成的两段圆弧101b，两段圆弧101b位于同一圆周且不相连；第一内磁极102为位于第一外磁极101内的第二圆弧；第一圆弧101a、两段圆弧101b和第二圆弧的圆心均为旋转轴轴心O；第二外磁极201为凹向旋转轴轴心O的第三圆弧，第三圆弧与第一外磁极101的两端分别连接，以使第二外磁极201和第一外磁极101形成闭合磁极；第二内磁极201设置在第一内磁极102和第二外磁极201之间，第二内磁极202与第一内磁极102连接。
在此需要说明的是，由于第二外磁极201和第一外磁极101的两端分别连接，二者的磁极极性相同，便于加工，例如采用一体成型的方式加工；同理，第二内磁极202和第一内磁极101的磁极极性相同。第二内磁极202的形状包括但不限于：V形(如图6a所示)、U型(如图6b所示)和Y型(如图6c所示)。
根据本实施方式的磁控溅射腔室中采用的磁控管，以旋转轴轴心O为圆心从至少一部分角度发射出的半径连续穿过两次第一磁场轨道103，且连续穿过的第一磁场轨道103(如图6a中的B-C-D-E-F所示)的磁场方向相反，由旋转轴轴心O发射的半径方向L上受到吸引作用的磁畴和受到排斥作用的磁畴成对出现，提高磁性薄膜均匀性。同时，设置的第二内磁极和第二外磁极之间形成第二磁场轨道203，旋转轴的轴心O位于第二磁场轨道203中，因此实现靶材的全靶扫描，扫描面能包括旋转轴的轴心及其周围部分，避免了扫描面盲区的存在，提高了溅射得到的磁性薄膜的均匀性。
在上述实施方式更加适用于在尺寸较大的待加工工件(例如8寸或12寸晶片)上沉积磁性薄膜，这是由于，待加工工件较大时，靶材尺寸较大，偏置磁场的磁场衰减较快，其对边缘部分的影响较大，对中心部分影响很小，因此在边缘部分设置本发明的第一磁场轨道103，改善在待加工工件边缘部分磁性薄膜的均匀性，在中心部分设置本发明的第二磁场轨道203，实现了对靶材的全靶扫描，避免了扫描盲区的存在，提高磁性薄膜的溅射均匀性。
在上述实施方式中，优选地，沿由旋转轴的轴心O发射的半径方向上，第一磁场轨道103各位置处的宽度相等。也即，如图4所示，H1的宽度等于H2的宽度。H1和H2的宽度相等，可以使位于H1和H2中磁畴数量基本相同，从而使受吸引力和受排斥力的磁畴数量基本相同，使向边缘移动的磁畴和向中心移动的磁畴数量基本相同，提高了薄膜的均匀性。
在上述实施方式中，沿由旋转轴轴心O发射的半径方向L上，第一磁场轨道103各位置处的宽度范围优选10～60mm，进一步优选15mm～35mm。优选的宽度范围是根据磁场的衰减速度设置的，设置尽量多对吸引力和排斥力，能够有效的提高偏置磁场对溅射的磁性薄膜均匀性。
在上述实施方式中，预设第一圆弧101a的圆心角为角α；预设第三圆弧两端分别和轴心相连形成的锐角为角β；角α与角β的比值优选大于3.5。
角α与角β的比值优选大于3.5时，可以将第一磁场轨道103控制在一定的比例范围内，在对尺寸较大的待加工工件进行加工时，可以有效的提高其边缘部分溅射的磁性薄膜的均匀性。进一步地优选角α接近于360度，如图6d所示，此时沉积至待加工工件上的磁性薄膜的均匀性良好。
需要在此说明的是，图6a-图6d所对应的磁控管中第二外磁极201和第一外磁极101两端各自相连形成一个闭合的外磁极。但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，二者还可以相互独立。
根据本发明磁控溅射腔室中采用的磁控管的另一种实施方式，如图6e和图6f所示，第一外磁极101包括第一圆弧101a，和沿第一圆弧101a两端分别向其内侧经圆滑曲线后延伸形成的两段圆弧101b，两段圆弧101b位于同一圆周且不相连；第一内磁极102为位于第一外磁极101内的第二圆弧；第一圆弧101a、两段圆弧101b和第二圆弧的圆心均为旋转轴轴心O；第二外磁极201与第一外磁极101不相连；第二内磁极202与所述第一内磁极102不相连，第二外磁极201和第二内磁极202之间形成第二磁场轨道203，旋转轴的轴心O位于第二磁场轨道内。第二外磁极202为相对第一外磁极101独立的磁极；第二内磁极202为相对第一内磁极102独立的磁极，在此情况下，第二外磁极201的磁极极性和第一外磁极101的磁极极性无关，第二外磁极201的磁极极性和第一外磁极101的极性无关，仅需要保证与第二内磁极202和第二外磁极201的极性相反即可。其中第二外磁极201和第二内磁极202可以为曲线、直线、或者其它形状，只要将旋转轴轴心O包围在形成的第二磁场轨道203内即可。根据本实施方式可以使边缘部分磁性薄膜溅射均匀，也可以实现靶材的中心部分的扫描。根据本实施方式的溅射电源为射频电源。
根据本发明的磁控溅射腔室溅射得到的磁性薄膜的均匀能均能达到≤5％，甚至能达到3％，具有非常优良的均匀性。
实施例2
本发明还提供一种磁控溅射设备，包括本发明上述实施例1提供的磁控溅射腔室。
本发明实施例2提供的磁控溅射设备，由于采用本发明实施例1提供的磁控溅射腔室，采用了偏置磁场装置能够在大尺寸待加工件上制备具有面内各向异性的磁性膜层；且由于采用了与偏置磁场配合本发明的磁控管，从而使得到的磁性薄膜的均匀性≤5％，满足工业上对磁性薄膜均匀性的需求。
实施例3
图2a为对称肾形磁控管，包括均为闭合环状的外磁极221和内磁极222，二者的极性相反，在外磁极221和内磁极222之间形成磁场轨道223。
图2b为非对称肾形磁控管，与图2a所示的磁控管类似。二者的不同点仅在于：外磁极221和内磁极222的形状不同。非对称肾形磁控管的外磁极221和内磁极222的形状为不对称图形，其中，外磁极221包括外磁轭2211和沿外磁轭2211上分布设置的多个外磁铁2212；内磁极222包括内磁轭2221和沿内磁轭2221上分布设置的多个外磁铁2222。
当采用图2a和图2b的磁控管和偏置磁场配合溅射磁性薄膜时，溅射形成的薄膜均匀性较差，其均匀性一般会＞20％(计算方式为薄膜厚度的标准方差/薄膜厚度的平均值)。由于工艺上要求磁性薄膜的均匀性≤5％。因此采用图2a和图2b的磁控管不能满足对磁性薄膜均匀性的需求。
经分析，采用图2a和图2b的磁控管溅射形成的薄膜均匀性差的原因如图3所示：第一磁组中的磁柱75和第二磁组中的磁柱76位于待加工工件S的两侧，且第一磁组中的磁柱75的左侧为S极右侧为N极，第二磁组中的磁柱76的左侧为S极右侧为N极；腔室内左侧区域内通过磁控管对靶材溅射形成的磁畴左侧呈S极右侧呈N极，其受到第一磁组中的磁柱75的吸引力向左偏移；腔室内右侧区域内通过磁控管对靶材溅射形成的磁畴的左侧呈N极右侧呈S极，磁畴受到第二磁组中的磁柱76的磁场排斥也向左偏移；因此，造成了沉积形成的磁性薄膜从右至左逐渐增厚，即待加工工件上形成的薄膜均匀性差，形成的磁性薄膜的均匀性＞20％(计算方式为薄膜厚度的标准方差/薄膜厚度的平均值)，因此，不能满足对磁性薄膜均匀性的需求。
为此，本发明还提供一种磁控管，如图4至图6f所示。当然本发明的磁控管可以用于磁性薄膜的溅射，也可以用于非磁性薄膜的溅射。
根据本发明的磁控管与偏置磁场装置配合的工作原理图请参阅图4。本发明的磁控管包括极性相反的第一外磁极101和第一内磁极102；其中，第一外磁极101和第一内磁极102沿由旋转轴轴心O发射的半径方向L交替且间隔一定距离(如图4中的H1和H2所示)；第一外磁极101和第一内磁极102之间形成第一磁场轨道103；由旋转轴轴心O发射的半径至少连续穿过两次第一磁场轨道103，连续穿过的相邻第一磁场轨道103的磁场方向相反。
如图4所示，由于第一外磁极101和第一内磁极102之间形成了第一磁场轨道103，沿由旋转轴轴心O发射的半径穿过了两次第一磁场轨道103，也可以穿过3次、4次，甚至多次，其中，两次穿过的相邻的磁场轨道中磁场方向相反，或者说磁力线方向不同。通过磁控管扫描靶材溅射出的磁畴受到第一磁场轨道103中磁场方向的影响，磁畴的磁性方向不同，分别如1’和2’所示，此时，位于左侧的第一磁组中的磁柱75对磁畴1’产生吸引力，对磁畴2’产生排斥力，吸引力会使磁畴1’向待加工工件S的边缘移动，排斥力会使磁畴2’向待加工工件S的中心移动；同理，位于右侧的第二磁组中的磁柱76对靠近其的磁畴产生排斥力，被排斥的磁畴向待加工工件的中心移动，而对远离其的磁畴产生吸引力，被吸引的磁畴向待加工工件的边缘移动。本发明的磁控管在磁控溅射腔室中与偏置磁场配合，可以溅射出均匀的磁性薄膜，使磁性薄膜的均匀性≤5％，从而满足了工业上对磁性薄膜均匀性的需求。当然根据本发明的磁控管在用于非磁性薄膜的溅射时，也能得到均匀性良好的非磁性薄膜。
由于偏置磁场强度本身具有衰减速度快的特点，因此若待加工件尺寸较小，则也会影响其中心部分的磁性薄膜的溅射均匀度；若待加工件尺寸较大，则对边缘部分磁性薄膜的均匀性影响较大。因此，根据本发明磁控溅射设备中的磁控管，若满足下述条件的磁控管分布在整个靶材，则可以实现待加工工件整个表面的溅射均匀性，尤其可以使小尺寸的待加工件上的磁性薄膜的溅射均匀性更好。若只在靶材边缘部分满足下述条件，则至少可以提高溅射在待加工工件边缘部分的磁性薄膜的均匀性，至少可以适用于大尺寸待加工工件的磁性薄膜的均匀溅射。应该满足的条件为：第一外磁极101和第一内磁极102沿由旋转轴轴心发射的半径方向L交替且间隔一定距离(如图4中的H1和H2)；第一外磁极101和第一内磁极102之间形成第一磁场轨道103；由旋转轴轴心O发射的半径至少连续穿过两次第一磁场轨道103，连续穿过的相邻第一磁场轨道103的磁场方向相反。
根据本发明的磁控管，优选由旋转轴轴心O发射的半径穿过第一磁场轨道103的次数为偶数。
由旋转轴轴心O发射的半径方向L上，穿过第一磁场轨道103的次数为偶数，即穿过偶数次的第一磁场轨道103，且相邻第一磁场轨道103的磁场方向相反，例如，图4中由旋转轴轴心O发射的半径方向L上，存在两个磁场方向相反的第一磁场轨道103，由旋转轴轴心O发射的半径方向L上受到吸引作用的磁畴和受到排斥作用的磁畴成对出现，从而可以进一步提高薄膜均匀性。
进一步优选地，由旋转轴轴心O发射的半径穿过第一磁场轨道103的次数为大于2的偶数，即在图4的基础上还可以进一步增加至少一组吸引力和排斥力，从而可以进一步提高薄膜的均匀性。
根据本发明的磁控管的一种实施方式，请参阅图5a，第一外磁极101包括第一圆弧101a，和沿第一圆弧101a两端分别向其内侧经圆滑曲线后延伸形成的两段圆弧101b，两段圆弧101b位于同一圆周且不相连；第一内磁极102为位于第一外磁极101内的第二圆弧；第一圆弧101a、两段圆弧101b和第二圆弧的圆心均为旋转轴轴心O。
从图5a可以看出，第一外磁极101为非闭合磁极。此种情况适用于溅射电源为射频电源的情况。通过图5a可以看出，以旋转轴轴心O为圆心发射的半径至少连续穿过两次第一磁场轨道103，连续穿过的相邻第一磁场轨道103的磁场方向相反。以旋转轴轴心O为圆心从至少一部分角度发射出的半径方向L可以满足至少连续穿过两次第一磁场轨道103的条件，且连续穿过的相邻的第一磁场轨道103的磁场方向相反。因此，在第一磁场轨道103只位于靶材边缘部分时，至少可以提高溅射在待加工工件边缘部分的磁性薄膜的均匀性，至少适用于在大尺寸的待加工工件上溅射磁性薄膜，且得到的磁性薄膜的均匀性良好。
根据本发明磁控管的另一种实施方式，如图5b所示，第一外磁极101采用闭合磁极，此情况可适用于溅射电源为直流电源的情况。具体地，第一外磁极101包括第一圆弧101a和从第一圆弧101a两端分别向其内侧经圆滑曲线后延伸且连接而成的第四圆弧101c，第一圆弧101a和第四圆弧101c首尾相连；第一内磁极102为位于第一外磁极101内的第二圆弧；第一圆弧101a、第二圆弧和第四圆弧101c的圆心均为旋转轴轴心O。
从图5b可以看出，第一外磁极101为闭合磁极，以旋转轴轴心O为圆心从至少一部分角度发射出的半径可以满足至少连续穿过两次第一磁场轨道103的条件，且连续穿过的相邻的第一磁场轨道103的磁场方向相反。因此，在第一磁场轨道103只位于靶材边缘部分时，至少可以提高溅射在待加工工件边缘部分的磁性薄膜的均匀性，至少适用于在大尺寸的待加工工件上溅射磁性薄膜，且得到的磁性薄膜的均匀性良好。
当然，在此还需要说明的是，本发明中，第一外磁极101和第一内磁极102的形状并不局限于图5a和图5b所示，只要能够满足第一外磁极101和第一内磁极102之间形成第一磁场轨道103，且由旋转轴轴心O发射的半径至少连续穿过两次第一磁场轨道103的情况均属于本发明的保护范围。即，只要存在由旋转轴轴心发射的半径至少连续穿过两次第一磁场轨道103的部分存在，两次穿过的相邻的磁场轨道中磁力线方向不同或者说磁场方向相反，则能解决磁性溅射薄膜溅射不均匀的问题，在圆周的方向上有一部分符合该特征即可解决所述问题。
当然，第一圆弧101a、第二圆弧和第四圆弧101c的圆心均为旋转轴轴心O，是本发明磁控溅射腔室采用的磁控管中优选方案，其圆心也可以不是轴心，但轴心位于第一内磁极102内侧，也能解决磁性溅射薄膜溅射不均匀的问题。
为了实现靶材的全靶扫描，本发明的磁控管还包括极性相反的第二外磁极和第二内磁极，第二外磁极和第二内磁极之间形成第二磁场轨道203，旋转轴的轴心O位于第二磁场轨道203内(如图6a中的B-A-F所示)；第一磁场轨道103用于扫描靶材的边缘部分，第二磁场轨道203用于扫描靶材的中心部分。
通过设置第二外磁极和第二内磁极，形成第二磁场轨道203，尤其是将旋转轴的轴心O设置在第二磁场轨道203内，使磁控管在围绕旋转轴进行旋转时，扫描面包括了旋转轴的轴心及其周围部分，避免了扫描面盲区的存在，提高了溅射得到的磁性薄膜的均匀性。
根据本发明的磁控管的另一种实施方式，如图6a～图6d所示。图6a～图6d的实施方式是在图5a的基础上形成，具体地，第一外磁极101包括第一圆弧101a，和沿第一圆弧101a两端分别向其内侧经圆滑曲线后延伸形成的两段圆弧101b，两段圆弧101b位于同一圆周且不相连；第一内磁极102为位于第一外磁极101内的第二圆弧；第一圆弧101a、两段圆弧101b和第二圆弧的圆心均为旋转轴轴心O；第二外磁极201为凹向旋转轴轴心O的第三圆弧，第三圆弧与第一外磁极101的两端分别连接，以使第二外磁极201和第一外磁极101形成闭合磁极；第二内磁极201设置在第一内磁极102和第二外磁极201之间，第二内磁极202与第一内磁极102连接。
在此需要说明的是，由于第二外磁极201和第一外磁极101的两端分别连接，二者的磁极极性相同，便于加工，例如采用一体成型的方式加工；同理，第二内磁极202和第一内磁极101的磁极极性相同。第二内磁极202的形状包括但不限于：V形(如图6a所示)、U型(如图6b所示)和Y型(如图6c所示)。
根据本实施方式的磁控管，以旋转轴轴心O为圆心从至少一部分角度发射出的半径连续穿过两次第一磁场轨道103(如图6a中的B-C-D-E-F所示)，且连续穿过的第一磁场轨道103的磁场方向相反，由旋转轴轴心O发射的半径方向L上受到吸引作用的磁畴和受到排斥作用的磁畴成对出现，提高磁性薄膜均匀性。同时，设置的第二内磁极和第二外磁极之间形成第二磁场轨道203，旋转轴的轴心O位于第二磁场轨道203中，因此实现靶材的全靶扫描，扫描面能包括了旋转轴的轴心及其周围部分，避免了扫描面盲区的存在，提高了溅射得到的磁性薄膜的均匀性。
在上述实施方式更加适用于在尺寸较大的待加工工件(例如8寸或12寸晶片)上沉积磁性薄膜，这是由于，待加工工件较大时，靶材尺寸较大，偏置磁场的磁场衰减较快，其对边缘部分的影响较大，对中心部分影响很小，因此在边缘部分设置本发明的第一磁场轨道103，改善在待加工工件边缘部分磁性薄膜的均匀性，在中心部分设置本发明的第二磁场轨道203，实现了对靶材的全靶扫描，避免了扫描盲区的存在，提高磁性薄膜的溅射均匀性。
在上述实施方式中，优选地，沿由旋转轴的轴心O发射的半径方向上，第一磁场轨道103各位置处的宽度相等。也即，如图4所示，H1的宽度等于H2的宽度。H1和H2的宽度相等，可以使位于H1和H2中磁畴数量基本相同，从而使受吸引力和受排斥力的磁畴数量基本相同，使向边缘移动的磁畴和向中心移动的磁畴数量基本相同，提高了薄膜的均匀性。
在上述实施方式中，沿由旋转轴轴心O发射的半径方向L上，第一磁场轨道103各位置处的宽度范围优选10～60mm，进一步优选15mm～35mm。优选的宽度范围是根据磁场的衰减速度设置的，设置尽量多对吸引力和排斥力，能够有效的提高偏置磁场对溅射的磁性薄膜均匀性。
在上述实施方式中，预设第一圆弧101a的圆心角为角α；预设第三圆弧两端分别和轴心相连形成的锐角为角β；角α与角β的比值优选大于3.5。
角α与角β的比值优选大于3.5时，可以将第一磁场轨道103控制在一定的比例范围内，在对尺寸较大的待加工工件进行加工时，可以有效的提高其边缘部分溅射的磁性薄膜的均匀性。具体的角α和角β的表示可以参见图6b所示，其它附图中角α和角β的表示与图6b类似。进一步地优选角α接近于360度，如图6d所示，此时沉积至待加工工件上的磁性薄膜的均匀性良好。
需要在此说明的是，图6a-图6d所对应的磁控管中第二外磁极201和第一外磁极101两端各自相连形成一个闭合的外磁极。但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，二者还可以相互独立。
根据本发明磁控管的另一种实施方式，如图6e和图6f所示，第一外磁极101包括第一圆弧101a，和沿第一圆弧101a两端分别向其内侧经圆滑曲线后延伸形成的两段圆弧101b，两段圆弧101b位于同一圆周且不相连；第一内磁极102为位于第一外磁极101内的第二圆弧；第一圆弧101a、两段圆弧101b和第二圆弧的圆心均为旋转轴轴心O；第二外磁极201与第一外磁极101不相连；第二内磁极202与所述第一内磁极102不相连，第二外磁极201和第二内磁极202之间形成第二磁场轨道203，旋转轴的轴心O位于第二磁场轨道内。第二外磁极202为相对第一外磁极101独立的磁极；第二内磁极202为相对第一内磁极102独立的磁极，在此情况下，第二外磁极201的磁极极性和第一外磁极101的磁极极性无关，第二外磁极201的磁极极性和第一外磁极101的极性无关，仅需要保证与第二内磁极202和第二外磁极201的极性相反即可。其中第二外磁极201和第二内磁极202可以为曲线、直线、或者其它形状，只要将旋转轴轴心O包围在形成的第二磁场轨道203内即可。根据本实施方式可以使边缘部分磁性薄膜溅射均匀，也可以实现靶材的中心部分的扫描。根据本实施方式的溅射电源为射频电源。
根据本发明的磁控管，在与偏置磁场装置配置溅射磁性薄膜时，可以得到均匀性≤5％的磁性薄膜，甚至能得到均匀性3％的磁性薄膜，具有非常优良的均匀性。当用本发明的磁控管用于非磁性薄膜的溅射时，同样能得到优良的均匀性。
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 (27)

1.一种磁控溅射腔室，用于沉积磁性薄膜，其特征在于，包括：用于对靶材表面进行扫描的磁控管，和设置在所述磁控溅射腔室中用于形成水平磁场的偏置磁场装置；其中，
所述偏置磁场装置包括：第一磁组和第二磁组，并且，所述第一磁组中的磁柱和所述第二磁组中的磁柱的朝向承载装置的磁极不同；
所述磁控管沿旋转轴进行旋转，用于对靶材表面进行扫描，其包括极性相反的第一外磁极和第一内磁极；其中，
所述第一外磁极和所述第一内磁极沿由所述旋转轴轴心发射的半径方向交替且间隔一定距离设置；
所述第一外磁极和所述第一内磁极之间形成第一磁场轨道；
由所述旋转轴轴心发射的半径至少连续穿过两次所述第一磁场轨道，连续穿过的相邻的所述第一磁场轨道的磁场方向相反；
所述第一外磁极包括第一圆弧，和沿所述第一圆弧两端分别向其内侧经圆滑曲线后延伸形成的两段圆弧，所述两段圆弧位于同一圆周且不相连；
所述第一内磁极为位于所述第一外磁极内的第二圆弧；
所述第一圆弧、所述两段圆弧和所述第二圆弧的圆心均为所述旋转轴轴心。
2.如权利要求1所述的磁控溅射腔室，其特征在于，由所述旋转轴轴心发射的半径穿过所述第一磁场轨道的次数为偶数。
3.如权利要求1所述的磁控溅射腔室，其特征在于，所述磁控管还包括极性相反的第二外磁极和第二内磁极；其中，
所述第二外磁极和所述第二内磁极之间形成第二磁场轨道，所述旋转轴轴心位于所述第二磁场轨道内；
所述第一磁场轨道用于扫描所述靶材的边缘部分，所述第二磁场轨道用于扫描所述靶材的中心部分。
4.如权利要求3所述的磁控溅射腔室，其特征在于，
所述第二外磁极为凹向所述旋转轴轴心的第三圆弧，所述第三圆弧与所述第一外磁极的两端分别连接，以使所述第二外磁极和所述第一外磁极形成闭合磁极；
所述第二内磁极设置在所述第一内磁极和所述第二外磁极之间。
5.如权利要求4所述的磁控溅射腔室，其特征在于，所述第二内磁极与所述第一内磁极连接。
6.如权利要求4所述的磁控溅射腔室，其特征在于，所述第二内磁极的形状包括：V形、U型和Y型。
7.如权利要求4所述的磁控溅射腔室，其特征在于，
预设所述第一圆弧的圆心角为角α；
预设所述第三圆弧两端分别和所述轴心相连形成的锐角为角β；
所述角α与所述角β的比值大于3.5。
8.如权利要求4所述的磁控溅射腔室，其特征在于，沿由所述旋转轴的轴心发射的半径方向上，所述第一磁场轨道各位置处的宽度相等。
9.如权利要求8所述的磁控溅射腔室，其特征在于，沿由所述旋转轴的轴心发射的半径方向上，所述第一磁场轨道各位置处的宽度范围为10～60mm。
10.如权利要求9所述的磁控溅射腔室，其特征在于，沿由所述旋转轴的轴心发射的半径方向上，所述第一磁场轨道各位置处的宽度范围为15mm～35mm。
11.如权利要求4所述的磁控溅射腔室，其特征在于，所述第二磁场轨道各位置处的宽度为10～60mm。
12.如权利要求3所述的磁控溅射腔室，其特征在于，
所述第二外磁极与所述第一外磁极不相连；
所述第二内磁极与所述第一内磁极不相连。
13.如权利要求1所述的磁控溅射腔室，其特征在于，
从所述第一圆弧两端分别向其内侧经圆滑曲线后延伸且连接而成的第四圆弧，所述第一圆弧和所述第四圆弧首尾相连；
所述第一圆弧、第二圆弧和第四圆弧的圆心均为所述旋转轴的轴心。
14.一种磁控溅射设备，包括磁控溅射腔室，其特征在于，所述磁控溅射腔室采用权利要求1-13任一项所述的磁控溅射腔室。
15.一种磁控管，其沿旋转轴进行旋转用于对靶材表面进行扫描，其特征在于，所述磁控管包括极性相反的第一外磁极和第一内磁极；其中，
所述第一外磁极和所述第一内磁极沿由所述旋转轴轴心发射的半径方向交替且间隔一定距离设置；
所述第一外磁极和所述第一内磁极之间形成第一磁场轨道；
由所述旋转轴轴心发射的半径至少连续穿过两次所述第一磁场轨道，连续穿过的相邻的所述第一磁场轨道的磁场方向相反；
所述第一外磁极包括第一圆弧，和沿所述第一圆弧两端分别向其内侧经圆滑曲线后延伸形成的两段圆弧，所述两段圆弧位于同一圆周且不相连；
所述第一内磁极为位于所述第一外磁极内的第二圆弧；
所述第一圆弧、所述两段圆弧和所述第二圆弧的圆心均为所述旋转轴的轴心。
16.如权利要求15所述的磁控管，其特征在于，由所述旋转轴轴心发射的半径穿过所述第一磁场轨道的次数为偶数。
17.如权利要求15所述的磁控管，其特征在于，所述磁控管还包括极性相反的第二外磁极和第二内磁极；其中，
所述第二外磁极和所述第二内磁极之间形成第二磁场轨道，所述旋转轴轴心位于所述第二磁场轨道内；
所述第一磁场轨道用于扫描所述靶材的边缘部分，所述第二磁场轨道用于扫描所述靶材的中心部分。
18.如权利要求17所述的磁控管，其特征在于，
所述第二外磁极为凹向所述旋转轴轴心的第三圆弧，所述第三圆弧与所述第一外磁极的两端分别连接，以使所述第二外磁极和所述第一外磁极形成闭合磁极；
所述第二内磁极设置在所述第一内磁极和所述第二外磁极之间。
19.如权利要求18所述的磁控管，其特征在于，所述第二内磁极与所述第一内磁极连接。
20.如权利要求18所述的磁控管，其特征在于，所述第二内磁极的形状包括：V形、U型和Y型。
21.如权利要求18所述的磁控管，其特征在于，
预设所述第一圆弧的圆心角为角α；
预设所述第三圆弧两端分别和所述轴心相连形成的锐角为角β；
所述角α与所述角β的比值大于3.5。
22.如权利要求18所述的磁控管，其特征在于，沿由所述旋转轴的轴心发射的半径方向上，所述第一磁场轨道各位置处的宽度相等。
23.如权利要求22所述的磁控管，其特征在于，沿由所述旋转轴的轴心发射的半径方向上，所述第一磁场轨道各位置处的宽度范围为10～60mm。
24.如权利要求22所述的磁控管，其特征在于，沿由所述旋转轴的轴心发射的半径方向上，所述第一磁场轨道各位置处的宽度范围为15mm～35mm。
25.如权利要求18所述的磁控管，其特征在于，所述第二磁场轨道各位置处的宽度为10～60mm。
26.如权利要求17所述的磁控管，其特征在于，
所述第二外磁极与所述第一外磁极不相连；
所述第二内磁极与所述第一内磁极不相连。
27.如权利要求15所述的磁控管，其特征在于，
从所述第一圆弧两端分别向其内侧经圆滑曲线后延伸且连接而成的第四圆弧，所述第一圆弧和所述第四圆弧首尾相连；
所述第一圆弧、所述第二圆弧和所述第四圆弧的圆心均为所述旋转轴的轴心。
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