TWI658752B - Magnetron, magnetron sputtering chamber and magnetron sputtering device - Google Patents

Magnetron, magnetron sputtering chamber and magnetron sputtering device Download PDF

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TWI658752B TW106136699A TW106136699A TWI658752B TW I658752 B TWI658752 B TW I658752B TW 106136699 A TW106136699 A TW 106136699A TW 106136699 A TW106136699 A TW 106136699A TW I658752 B TWI658752 B TW I658752B
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Abstract

本發明提供一種磁控管、磁控濺鍍腔室及磁控濺鍍裝置，該磁控管包括極性相反的第一外磁極和第一內磁極；其中，第一外磁極為環繞旋轉中心的環形結構；第一內磁極位於第一外磁極的內側，且在第一內磁極與第一外磁極之間形成第一磁場軌道；自旋轉中心且沿其中一條半徑方向發射出的直線至少連續兩次穿過第一磁場軌道，且直線連續兩次穿過的第一磁場軌道的磁場方向相反。本發明提供的磁控管，能夠解決先前技術中存在的濺鍍形成的薄膜均勻性較差的技術問題。

Description

磁控管、磁控濺鍍腔室及磁控濺鍍裝置
本發明屬於微電子加工技術領域，具體涉及一種磁控管、磁控濺鍍腔室以及磁控濺鍍裝置。
隨著技術的發展，積體電路製造製程已可以顯著縮小處理器的尺寸，但是仍然有一些諸如積體電感、雜訊抑制器等的核心元器件在高頻化、微型化、積體化等方面面臨諸多困難。為了解決此問題，具有高磁化強度、高磁導率、高共振頻率及高電阻率的軟磁薄膜材料引起人們越來越多的關注。
雖然對軟磁薄膜材料的關注主要集中在高磁導率和高磁化強度、以及低矯頑力和低損耗等性能上，但是，影響軟磁薄膜材料發展的一主要因素是它的截止頻率。而通過調控軟磁薄膜的面內單軸各向異性場，可以實現對軟磁薄膜材料的截止頻率的調節。而調控軟磁薄膜的面內單軸各向異性場的一常用方法是磁場誘導沉積，其具有製程簡單、無需增加製程步驟、對晶片傷害小等的優點，是工業生產的首選方法。
另外，為了提高濺鍍的效率和靶材的利用率，需要在靶材的背部設有磁控管，利用磁控管所產生的磁場延長電子的運動軌跡，以增加電子與製程氣體碰撞的幾率，從而提高電漿的密度，進而提高濺鍍的效率和靶材的利用率。
在磁控濺鍍腔室中，通常可以採用如第1a圖和第1b圖所示的磁控管，沉積磁性薄膜。具體地，第1a圖示出了一種對稱腎形磁控管，其沿旋轉中心31進行旋轉，用於對靶材3的表面進行掃描。該對稱腎形磁控管包括外磁極221和內磁極222，二者在靶材3上的正投影性質均為閉合環形，且極性相反，並且在外磁極221和內磁極222之間形成磁場軌道223。
與第1a圖所示的磁控管相類似的，第1b圖示出了一種非對稱腎形磁控管，該磁控管的外磁極221和內磁極222的形狀為不對稱圖形，並且，外磁極221包括外磁軛2211和在外磁軛2211上設置的複數外磁鐵2212；內磁極222包括內磁軛2221和在內磁軛2221上設置的複數外磁鐵2222。
使用上述兩種磁控管在磁控濺鍍裝置製作軟磁薄膜時，濺鍍形成的薄膜均勻性較差，其均勻性一般會＞20%（計算方式為薄膜厚度的標準方差/薄膜厚度的平均值）。由於製程上要求磁性薄膜的均勻性≤5%。因此，採用第1a圖和第1b圖示出的兩種磁控管不能滿足對磁性薄膜均勻性的需求。
本發明旨在至少解決先前技術中存在的技術問題之一，提出了一種磁控管、磁控濺鍍腔室以及磁控濺鍍裝置，其能夠解決先前技術中存在的濺鍍形成的薄膜均勻性較差的技術問題。
為此，本發明提供了一種磁控管，其具有旋轉中心，該磁控管包括極性相反的第一外磁極和第一內磁極；其中，
該第一外磁極為環繞該旋轉中心的環形結構；
該第一內磁極位於該第一外磁極的內側，且在該第一內磁極與該第一外磁極之間形成第一磁場軌道；
自該旋轉中心且沿其中一條半徑方向發射出的直線至少連續兩次穿過該第一磁場軌道，且該直線連續兩次穿過的該第一磁場軌道的磁場方向相反。
較佳的，該磁控管還包括極性相反的第二外磁極和第二內磁極；其中，
在該第二外磁極和該第二內磁極之間形成第二磁場軌道，且該旋轉中心位於該第二磁場軌道內；
該第一磁場軌道環繞該第二磁場軌道設置。
較佳的，該第一外磁極包括圓弧形的第一子磁極和兩段圓弧形的第二子磁極，其中，
兩段該第二子磁極的一端分別與該第一子磁極的兩端連接，兩段該第二子磁極的另一端向靠近該第一子磁極的中心延伸，且兩段該第二子磁極位於同一圓周，並且兩段該第二子磁極的另一端不相連；
該第一內磁極為圓弧形；
該第一子磁極、兩段該第二子磁極和該第一內磁極的圓心均與該旋轉中心相重合。
較佳的，該第二外磁極為圓弧形，且該第二外磁極的兩端分別與兩段該第二子磁極的另一端連接，該連接處位於該旋轉中心的一側，且該第二外磁極的靠近中間的一部分位於該旋轉中心的另一側；
該第二內磁極設置在該第一內磁極和該第二外磁極之間。
較佳的，該第二內磁極與該第一內磁極連接。
較佳的，該第二外磁極與該第一外磁極不相連；
該第二內磁極與該第一內磁極不相連。
較佳的，該第二內磁極的形狀包括：V形、U形或者Y形，且V形或者U形的開口背離該旋轉中心。
較佳的，該第一子磁極的圓心角為角α；兩段該第二子磁極的另一端分別與該旋轉中心之間的兩條連線之間的夾角為角β；
該角α與該角β的比值大於3.5。
較佳的，該第一外磁極包括圓弧形的第三子磁極和圓弧形的第四子磁極，其中，
該第四子磁極位於該第三子磁極的內側，且二者的圓心均與該旋轉中心相重合，並且該第四子磁極的兩端分別與該第三子磁極的兩端連接；
該第一內磁極為圓弧形，且該第一內磁極的圓心與該旋轉中心相重合。
較佳的，該直線穿過該第一磁場軌道的次數為偶數。
較佳的，該第一磁場軌道在該直線方向上的寬度相等。
較佳的，該第一磁場軌道的寬度的取值範圍在10~60mm。
較佳的，該第一磁場軌道的寬度的取值範圍在15mm~35mm。
較佳的，該第二磁場軌道的寬度的取值範圍在10~60mm。
作為另一技術方案，本發明還提供一種磁控濺鍍腔室，用於沉積磁性薄膜，包括本發明提供的上述磁控管，該磁控管沿該旋轉中心進行旋轉，用於對靶材表面進行掃描；
並且，在該磁控濺鍍腔室中還設置有用於形成水平磁場的偏置磁場裝置。
作為另一技術方案，本發明還提供一種磁控濺鍍裝置，包括磁控濺鍍腔室，該磁控濺鍍腔室採用本發明提供的上述磁控濺鍍腔室。
本發明具有以下有益效果：
本發明提供的磁控管，其在第一內磁極與第一外磁極之間形成第一磁場軌道，並且自旋轉中心且沿其中一條半徑方向發射出的直線至少連續兩次穿過第一磁場軌道，且直線連續兩次穿過的第一磁場軌道的磁場方向相反。這與先前技術相比，可以提高薄膜均勻性。
尤其對於採用偏置磁場的磁控濺鍍裝置製作軟磁薄膜的情況，通過採用本發明提供的上述磁控管，可以使直線連續兩次穿過的第一磁場軌道中的磁籌方向不同，從而使自靶材濺鍍出的分別對應直線連續兩次穿過的第一磁場軌道的磁性材料分別受到偏置磁場的排斥力和吸引力，而受到偏置磁場吸引力的磁性材料向待加工工件的邊緣方向行動，受到偏置磁場排斥力的磁性材料向待加工工件的中心方向行動，從而可以補償沉積至待加工工件的邊緣區域和中心區域的磁性材料的數量差異，進而可以提高薄膜均勻性。
本發明提供的磁控濺鍍腔室，其通過採用本發明提供的上述磁控管，可以提高薄膜均勻性。
本發明提供的磁控濺鍍裝置，其通過採用本發明提供的上述磁控濺鍍腔室，可以提高薄膜均勻性。
為使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖來對本發明提供的磁控管、磁控濺鍍腔室以及磁控濺鍍裝置進行詳細描述。
請參閱第3圖，本發明實施例提供了另一種磁控管，其具有旋轉中心O，且該磁控管包括極性相反的第一外磁極101和第一內磁極102；其中，第一外磁極101為環繞旋轉中心O的環形結構；第一內磁極102位於第一外磁極101的內側，且在第一內磁極102與第一外磁極101之間形成第一磁場軌道。自旋轉中心O且沿其中一條半徑方向發射出的直線L連續兩次穿過該第一磁場軌道，且該直線L連續兩次穿過的第一磁場軌道的磁場方向相反。
也就是說，在第一外磁極101和第一內磁極102之間具有間隔，並且，自旋轉中心O且沿其中一條半徑方向發射出的直線L穿過該間隔兩次，第一次穿過的間隔為H1，第二次穿過的間隔為H2，且間隔H1的磁場方向與間隔H2的磁場方向相反。
在使用先前技術中類似第1a圖和第1b圖示出的兩種磁控管時，會存在以下問題，即：在採用偏置磁場的磁控濺鍍裝置製作軟磁薄膜時，濺鍍形成的薄膜均勻性較差，其均勻性一般會＞20%（計算方式為薄膜厚度的標準方差/薄膜厚度的平均值）。由於製程上要求磁性薄膜的均勻性≤5%。因此，採用第1a圖和第1b圖示出的兩種磁控管不能滿足對磁性薄膜均勻性的需求。
下面對使用上述兩種磁控管存在的薄膜均勻性差的原因進行詳細說明，具體地，如第2圖所示，偏置磁場由設置在待加工工件S兩側的第一磁柱75和第二磁柱76產生，其中，第一磁柱75的N極指向待加工工件S，第二磁柱76的S極指向待加工工件S。在此基礎上，外磁極221和內磁極222之間的磁場軌道223對應待加工工件S左側區域（靠近第一磁柱75的區域）的部分的磁籌方向與第一磁柱75的磁極方向相反，而磁場軌道223對應待加工工件S右側區域（靠近第二磁柱76的區域）的部分的磁籌方向與第二磁柱76的磁極方向相同，因此，自靶材濺鍍出的對應待加工工件S左側區域的磁性材料會受到第一磁柱75的吸引而向左偏移，同時對應待加工工件S右側區域的磁性材料會受到第二磁柱76的排斥同樣向左偏移，從而造成了沉積形成的磁性薄膜從右至左逐漸增厚，導致薄膜均勻性較差，不能滿足對磁性薄膜均勻性的需求。
為了解決上述技術問題，使用本發明實施例提供的磁控管在採用偏置磁場的磁控濺鍍裝置製作軟磁薄膜時，自靶材濺鍍出的分別對應上述間隔H1和間隔H2的磁性材料的磁性方向不同，具體地，對應上述間隔H1的磁性材料的磁性方向為1’；對應上述間隔H2的磁性材料的磁性方向為2’。在這種情況下，左側磁性方向為1’的磁性材料會受到第一磁柱75的吸引力而向待加工工件S的邊緣偏移，同時左側磁性方向為2’的磁性材料會受到第一磁柱75的排斥力而向待加工工件S的中心偏移；同理，右側磁性方向為1’的磁性材料會受到第二磁柱76的排斥力而向待加工工件S的中心偏移；右側磁性方向為2’的磁性材料會受到第二磁柱76的吸引力而向待加工工件S的邊緣偏移。由此，本發明實施例提供的磁控管能夠與偏置磁場配合，補償沉積至待加工工件S的邊緣區域和中心區域的磁性材料的數量差異，進而可以提高薄膜均勻性。利用本發明實施例提供的磁控管獲得的磁性薄膜的均勻性≤5%，從而滿足了工業上對磁性薄膜均勻性的需求。
另外，本發明實施例提供的磁控管在用於非磁性薄膜的濺鍍沉積時，也能得到均勻性良好的薄膜。
此外，本發明實施例提供的磁控管若滿足下述條件，可以實現待加工工件整個表面的濺鍍均勻性，尤其可以使小尺寸的待加工工件上的磁性薄膜的濺鍍均勻性更好。應該滿足的條件為：第一外磁極101和第一內磁極102沿自旋轉中心O且沿其中一條半徑方向發射出的直線L所在方向相互交替設置且間隔一定距離（如第3圖中的間隔H1和間隔H2）；第一外磁極101和第一內磁極102之間形成第一磁場軌道103；自旋轉中心O且沿其中一條半徑方向發射出的直線L連續兩次穿過第一磁場軌道103，且該直線L連續兩次穿過的第一磁場軌道的磁場方向相反。
若本發明實施例提供的磁控管只在靶材邊緣部分滿足上述條件，則至少可以提高濺鍍在待加工工件邊緣部分的磁性薄膜的均勻性，從而可以適用於大尺寸待加工工件的磁性薄膜的均勻濺鍍。
較佳的，上述直線L穿過第一磁場軌道103的次數為偶數。這樣，可以存在磁場方向相反的至少兩個第一磁場軌道103，保證受到吸引作用的磁性材料和受到排斥作用的磁性材料成對出現，從而可以進一步提高薄膜均勻性。該偶數可以等於2或者大於2。
下面對本發明實施例提供的磁控管的幾種結構進行詳細描述。具體地，第一種磁控管的結構請參閱第4a圖，其第一外磁極101包括圓弧形的第一子磁極101a，和兩段圓弧形的第二子磁極101b，其中，兩段第二子磁極101b的一端分別與第一子磁極101a的兩端連接，兩段第二子磁極101b的另一端向靠近第一子磁極101a的中心延伸，並且兩段第二子磁極101b位於同一圓周，且兩段第二子磁極101b的另一端不相連。上述第二子磁極101b與第一子磁極101a的連接處可以通過圓滑曲線過渡。而且，第一內磁極102位於第一外磁極101的內側，且為圓弧形；第一子磁極101a、兩段第二子磁極101b和第一內磁極102的圓心均與旋轉中心O相重合。當然，在實際應用中，第一子磁極101a、兩段第二子磁極101b和第一內磁極102的圓心也可以不是旋轉中心O，只要使該旋轉中心O位於第一內磁極102的內側，也可以實現磁極薄膜均勻性。
上述第一外磁極101為由第一子磁極101a和兩段第二子磁極101b構成的非閉合磁極。這種磁控管可以應用在濺鍍電源為射頻電源的情況。
第二種磁控管的結構如第4b圖所示，第一外磁極101包括圓弧形的第三子磁極101c和圓弧形的第四子磁極101d，其中，第四子磁極101d位於第三子磁極101c的內側，且二者的圓心均與旋轉中心O相重合，並且第四子磁極101d的兩端分別與第三子磁極101c的兩端連接。第一內磁極102為圓弧形，且該第一內磁極102的圓心與旋轉中心O相重合。當然，在實際應用中，第三子磁極101c和第四子磁極101d也可以不是旋轉中心O，只要使該旋轉中心O位於第一內磁極102的內側，也可以實現磁極薄膜均勻性。
由上可知，第一外磁極101由第三子磁極101c和第四子磁極101d構成閉合磁極，這種磁控管可以應用在濺鍍電源為直流電源的情況。
需要說明的是，本發明並不侷限於採用第4a圖和第4b圖所示的第一外磁極101和第一內磁極102的形狀，在實際應用中，第一外磁極101和第一內磁極102還可以採用其他任意形狀，只要能夠實現自旋轉中心O且沿其中一條半徑方向發射出的直線L連續兩次穿過第一磁場軌道103，且該直線L連續兩次穿過的第一磁場軌道103的磁場方向相反，即可實現本發明的目的。
為了實現對靶材的全靶掃描，磁控管還包括極性相反的第二外磁極和第二內磁極，且在二者之間形成第二磁場軌道203，如第5a圖示出的軌道B-A-F所示。並且，旋轉中心O位於第二磁場軌道203內；第一磁場軌道103環繞第二磁場軌道203設置，用於掃描靶材的邊緣部分，而第二磁場軌道203用於掃描靶材的中心部分。這樣，可以在磁控管圍繞旋轉中心O旋轉時，可以使掃描範圍增加旋轉中心O及其周圍的部分，從而可以避免存在掃描盲區，實現對靶材的全靶掃描，進而不僅可以進一步提高磁性薄膜均勻性，而且還可以提高靶材的利用率。
下面對具有第二外磁極和第二內磁極的磁控管的結構進行詳細描述，第5a圖至第5d圖示出的磁控管均是在第4a圖示出的磁控管的基礎上進行的改進，具體地，第一種磁控管的結構如第5a圖所示，第一外磁極101包括圓弧形的第一子磁極101a，和兩段圓弧形的第二子磁極101b，其中，兩段第二子磁極101b的一端分別與第一子磁極101a的兩端連接，兩段第二子磁極101b的另一端向靠近第一子磁極101a的中心延伸，並且兩段第二子磁極101b位於同一圓周，且兩段第二子磁極101b的另一端不相連。上述第二子磁極101b與第一子磁極101a的連接處可以通過圓滑曲線過渡。而且，第一內磁極102位於第一外磁極101的內側，且為圓弧形；第一子磁極101a、兩段第二子磁極101b和第一內磁極102的圓心均與旋轉中心O相重合。
第二外磁極201為圓弧形，且該第二外磁極201的兩端分別與兩段第二子磁極101b的另一端連接，該連接處位於旋轉中心O的一側，且第二外磁極201的靠近中間的一部分位於旋轉中心O的另一側，也就是說，第二外磁極201形成凹向旋轉中心O的結構。並且，第二內磁極202設置在第一內磁極102和第二外磁極201之間，且第二內磁極202與第一內磁極102連接。
由於第二外磁極201和第二子磁極101b的磁極極性相同，通過使第二外磁極201的兩端分別和兩段第二子磁極101b的另一端連接，有利於加工，例如採用一體成型的方式同時製作第二外磁極201和第二子磁極101b；同理，由於第二內磁極202和第一內磁極102的磁極極性相同，通過使第二內磁極202與第一內磁極102連接，有利於加工。
第二內磁極202的形狀包括但不限於：V形（如第5a圖所示）、U形（如第5b圖所示）或者Y形（如第5c圖所示）。其中，V形或者U形的開口背離旋轉中心O。
上述磁控管更加適用於在尺寸較大的待加工工件（例如8寸或12寸晶片）上沉積磁性薄膜，這是因為：當待加工工件的尺寸較大時，需要適應性地增大靶材尺寸，而由於偏置磁場的磁場衰減較快，其對待加工工件邊緣部分的影響較大，對中心部分的影響較小，因此通過對應待加工工件邊緣部分設置第一磁場軌道103，可以改善在待加工工件邊緣部分沉積的磁性薄膜的均勻性，同時，通過對應待加工工件中心部分設置第二磁場軌道203，可以實現對靶材的全靶掃描，避免了掃描盲區的存在，從而提高了磁性薄膜的濺鍍均勻性。
較佳地，第一磁場軌道103在自旋轉中心O且沿其中一條半徑方向發射出的直線L方向上的寬度相等。即，如第3圖所示，間距H1的寬度等於間距H2的寬度。這樣，可以使位於間距H1和間距H2中磁疇數量基本相同，從而使受吸引力和受排斥力的磁性材料數量基本相同，進而使向待加工工件邊緣行動的磁性材料和向待加工工件中心行動的磁性材料數量基本相同，從而提高了磁性薄膜的均勻性。
上述第一磁場軌道103在上述直線L方向上的寬度的取值範圍較佳在10~60mm，進一步較佳在15mm~35mm。該寬度範圍是根據磁場的衰減速度儘可能多地設置能夠對磁性材料產生吸引力和排斥力的磁場軌道的對數，從而能夠有效的提高磁性薄膜均勻性。
較佳的，如第5b圖所示，第一圓弧101a的圓心角為角α；兩段第二子磁極101b的另一端分別與旋轉中心O之間的兩條連線之間的夾角為角β；並且，角α與角β的比值較佳大於3.5。這樣，可以將第一磁場軌道103在圓周方向上的分佈控制在一定的比例範圍內，從而在對尺寸較大的待加工工件進行加工時，可以有效提高其邊緣部分的磁性薄膜的均勻性。
進一步較佳的，如第5d圖所示，上述角α接近於360度，此時沉積至待加工工件上的磁性薄膜的均勻性更佳。
需要說明的是，第5a圖至第5d圖示出的磁控管，其第二外磁極201的兩端分別和第一外磁極101的兩端相連形成一閉合的外磁極。但是，本發明並不侷限於此，在實際應用中，二者還可以相互獨立。
第二種磁控管的結構如第5e圖和第5f圖所示，其與上述第一種磁控管的結構（如第5a圖至第5d圖）相比，其區別僅在於：在第4a圖示出的磁控管的基礎上，第二外磁極201與第一外磁極101不相連；第二內磁極202與該第一內磁極102不相連。而且，在第二外磁極201和第二內磁極202之間形成第二磁場軌道203，旋轉中心O位於第二磁場軌道203內。
這樣，第二外磁極201與第一外磁極101相互獨立，從而二者的磁性沒有關聯；第二內磁極202與第一內磁極102相互獨立，從而二者的磁性沒有關聯，由此，僅需要保證第二內磁極202和第二外磁極201的極性相反即可。
在實際應用中，第二外磁極201和第二內磁極202可以為曲線、直線、或者其他任意形狀，只要能夠將旋轉中心O包圍在第二磁場軌道203內即可。
如第5e圖和第5f圖所示的第二種磁控管可以使待加工工件邊緣部分的磁性薄膜濺鍍均勻，同時可以實現全靶掃描。另外，如第5e圖和第5f圖所示的第二種磁控管可以應用在濺鍍電源為射頻電源的情況。
採用本發明實施例提供的上述各個結構的磁控管進行濺鍍製程獲得的磁性薄膜均勻性均≤5%，甚至能達到3%，具有非常優良的薄膜均勻性。
綜上所述，本發明實施例提供的磁控管，其可以補償沉積至待加工工件的邊緣區域和中心區域的磁性材料的數量差異，從而可以提高薄膜均勻性。而且，本發明的磁控管在用於非磁性薄膜的濺鍍沉積時，也能得到均勻性良好的薄膜。
作為另一技術方案，本發明還提供一種磁控濺鍍腔室，用於沉積磁性薄膜，包括：本發明實施例提供的上述磁控管，該磁控管沿旋轉中心進行旋轉，用於對靶材表面進行掃描。並且，在磁控濺鍍腔室中還設置有用於形成水平磁場的偏置磁場裝置。
通過設置上述偏置磁場裝置，可以在承載裝置4上方形成水平磁場（磁場強度可以達到50~300Gs），使沉積在待加工工件S表面上的磁性材料的磁疇沿水平方向排列，從而能夠在磁疇排列方向上形成易磁化場，而在與磁疇排列方向垂直的方向上形成難磁化場，即，形成面內各向異性場，進而獲得面內各向異性的磁性薄膜，適用於在尺寸較大的待加工工件（例如8寸或12寸晶片）上沉積磁性薄膜。
下面對本發明提供的磁控濺鍍腔室的具體實施方式進行詳細描述。具體地，請參閱第6圖，磁控濺鍍腔室包括腔體1、磁控管組件2、靶材3、承載裝置4、上屏蔽件5、下屏蔽件6和偏置磁場裝置。其中，靶材3設置在腔體1內的頂部；承載裝置4用於承載待加工工件S，其設置在腔體1內的底部，且與靶材3相對設置；上屏蔽件5固定在腔體1的側壁頂部，且環繞腔體1側壁的內側設置；下屏蔽件6固定在腔體1側壁的頂部且位於上屏蔽件5外側，下屏蔽件6形成有環繞在承載裝置4和腔體1側壁之間的凹槽，上屏蔽件5和下屏蔽件6用於保護腔體1的側壁和承載裝置4以下的部分不被電漿腐蝕。
磁控管組件2設置在靶材3的上方，包括：採用絕緣材料製成的固定架21和磁控管22。其中，固定架21為具有開口的殼體結構，且具有開口的一端固定在靶材3上；磁控管22設置在固定架21內，且固定在固定架21的頂部，並且在固定架21內還填充有用於冷卻靶材3的去離子水23；磁控管22用於對靶材3的表面進行掃描，磁控管22圍繞旋轉中心進行自轉，該旋轉中心與靶材3的中心相對應。
偏置磁場裝置通過螺絲8固定在下屏蔽件6的凹槽內，該偏置磁場裝置包括：第一磁組和第二磁組，其中，第一磁組包括複數第一磁柱75和第二磁組包括複數第二磁柱76，且複數第一磁柱75圍繞承載裝置4排列形成圓弧狀，複數第二磁柱76圍繞承載裝置4排列形成圓弧狀，並且複數第一磁柱75與複數第二磁柱76對稱設置。而且，第一磁柱75和第二磁柱76的指向承載裝置4的磁極不同具體地，第一磁柱75指向承載裝置4的磁極為N極，而第二磁柱76指向承載裝置4的磁極為S極。
本發明實施例提供的磁控濺鍍腔室，其通過採用本發明實施例提供的上述磁控管，可以避免因偏置磁場的存在而產生的待加工工件上形成的薄膜均勻性差的問題，從而可以提高薄膜均勻性。
作為另一技術方案，本發明實施例還提供一種磁控濺鍍裝置，其包括本發明實施例提供的上述磁控濺鍍腔室。
本發明實施例提供的磁控濺鍍裝置，其通過採用本發明實施例提供的上述磁控濺鍍腔室，可以避免因偏置磁場的存在而產生的待加工工件上形成的薄膜均勻性差的問題，從而可以提高薄膜均勻性。
可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發明的原理而採用的示例性實施方式，然而本發明並不侷限於此。對於本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發明的精神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發明的保護範圍。
H1、H2‧‧‧間距
L‧‧‧直線
O‧‧‧旋轉中心
S‧‧‧待加工工件
1‧‧‧磁控濺鍍腔室
2‧‧‧磁控管組件
3‧‧‧靶材
4‧‧‧承載裝置
5‧‧‧上屏蔽件
6‧‧‧下屏蔽件
8‧‧‧螺絲
21‧‧‧固定架
22‧‧‧磁控管
23‧‧‧去離子水
31‧‧‧旋轉中心
75‧‧‧第一磁組中的磁柱
76‧‧‧第二磁組中的磁柱
101‧‧‧第一外磁極
101a‧‧‧第一子磁極
101b‧‧‧第二子磁極
101c‧‧‧第三子磁極
101d‧‧‧第四子磁極
102‧‧‧第一內磁極
103‧‧‧第一磁場軌道
201‧‧‧第二外磁極
202‧‧‧第二內磁極
203‧‧‧第二磁場軌道
221‧‧‧外磁極
222‧‧‧內磁極
223‧‧‧磁場軌道
2211‧‧‧外磁軛
2212‧‧‧外磁鐵
2221‧‧‧內磁軛
2222‧‧‧內磁鐵
第1a圖為現有的磁控管的第一種結構示意圖； 第1b圖為現有的磁控管的第二種結構示意圖； 第2圖為採用第1a圖和第1b圖的磁控管的工作原理示意圖； 第3圖為本發明實施例提供的磁控管的工作原理示意圖； 第4a圖為本發明實施例提供的磁控管的第一種結構示意圖； 第4b圖為本發明實施例提供的磁控管的第二種結構示意圖； 第5a圖為本發明實施例提供的磁控管的第三種結構示意圖； 第5b圖為本發明實施例提供的磁控管的第四種結構示意圖； 第5c圖為本發明實施例提供的磁控管的第五種結構示意圖； 第5d圖為本發明實施例提供的磁控管的第六種結構示意圖； 第5e圖為本發明實施例提供的磁控管的第七種結構示意圖； 第5f圖為本發明實施例提供的磁控管的第八種結構示意圖； 第6圖為本發明實施例提供的磁控濺鍍腔室的結構示意圖。

Claims (16)

  1. 一種磁控管，其具有一旋轉中心，其中，該磁控管包括極性相反的一第一外磁極和一第一內磁極；其中，該第一外磁極為環繞該旋轉中心的環形結構；該第一內磁極位於該第一外磁極的內側，且在該第一內磁極與該第一外磁極之間形成一第一磁場軌道，該第一內磁極為圓弧形；自該旋轉中心且沿其中一條半徑方向發射出的直線至少連續兩次穿過該第一磁場軌道，且該直線連續兩次穿過的該第一磁場軌道的磁場方向相反；該第一外磁極和該第一內磁極的圓心均與該旋轉中心相重合。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的磁控管，其中，該磁控管還包括極性相反的一第二外磁極和一第二內磁極；其中，在該第二外磁極和該第二內磁極之間形成一第二磁場軌道，且該旋轉中心位於該第二磁場軌道內；該第一磁場軌道環繞該第二磁場軌道設置。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的磁控管，其中，該第一外磁極包括圓弧形的一第一子磁極和兩段圓弧形的一第二子磁極，其中，兩段該第二子磁極的一端分別與該第一子磁極的兩端連接，兩段該第二子磁極的另一端向靠近該第一子磁極的中心延伸，且兩段該第二子磁極位於同一圓周，並且兩段該第二子磁極的另一端不相連；該第一子磁極、兩段該第二子磁極的圓心均與該旋轉中心相重合。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的磁控管，其中，該第二外磁極為圓弧形，且該第二外磁極的兩端分別與兩段該第二子磁極的另一端連接，該連接處位於該旋轉中心的一側，且該第二外磁極的靠近中間的一部分位於該旋轉中心的另一側；該第二內磁極設置在該第一內磁極和該第二外磁極之間。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的磁控管，其中，該第二內磁極與該第一內磁極連接。
  6. 如申請專利範圍第3項所述的磁控管，其中，該第二外磁極與該第一外磁極不相連；該第二內磁極與該第一內磁極不相連。
  7. 如申請專利範圍第4項所述的磁控管，其中，該第二內磁極的形狀包括：V形、U形或者Y形，且V形或者U形的開口背離該旋轉中心。
  8. 如申請專利範圍第3項所述的磁控管，其中，該第一子磁極的圓心角為一角α；兩段該第二子磁極的另一端分別與該旋轉中心之間的兩條連線之間的夾角為一角β；該角α與該角β的比值大於3.5。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的磁控管，其中，該第一外磁極包括圓弧形的一第三子磁極和圓弧形的一第四子磁極，其中，該第四子磁極位於該第三子磁極的內側，且二者的圓心均與該旋轉中心相重合，並且該第四子磁極的兩端分別與該第三子磁極的兩端連接。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的磁控管，其中，該直線穿過該第一磁場軌道的次數為偶數。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的磁控管，其中，該第一磁場軌道在該直線方向上的寬度相等。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的磁控管，其中，該第一磁場軌道的寬度的取值範圍在10~60mm。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的磁控管，其中，該第一磁場軌道的寬度的取值範圍在15mm~35mm。
  14. 如申請專利範圍第2項所述的磁控管，其中，該第二磁場軌道的寬度的取值範圍在10~60mm。
  15. 一種磁控濺鍍腔室，用於沉積磁性薄膜，其中，包括申請專利範圍第1項至第14項任一項所述的磁控管，該磁控管沿該旋轉中心進行旋轉，用於對靶材表面進行掃描；並且，在該磁控濺鍍腔室中還設置有用於形成水平磁場的偏置磁場裝置。
  16. 一種磁控濺鍍裝置，包括一磁控濺鍍腔室，其中，該磁控濺鍍腔室採用申請專利範圍第15項所述的磁控濺鍍腔室。
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