TWI671419B - 磁性薄膜沉積腔室及薄膜沉積裝置 - Google Patents

磁性薄膜沉積腔室及薄膜沉積裝置 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種磁性薄膜沉積腔室及薄膜沉積裝置，其包括腔室主體，在該腔室主體內設置有基座，該基座包括用於承載待加工工件的承載面，並且磁性薄膜沉積腔室還包括偏置磁場裝置，該偏置磁場裝置包括第一磁體組，該第一磁體組設置在基座的下方，用於在基座上方形成平行於承載面的第一磁場，該第一磁場用於使沉積在待加工工件上的磁性薄膜具有面內各向異性。本發明提供的磁性薄膜沉積腔室，其能夠在基座上方形成足以誘發磁性薄膜的面內各向異性的水平磁場，滿足生產型裝置在大尺寸待加工工件上製備具有面內各向異性的磁性薄膜的需要。

Description

磁性薄膜沉積腔室及薄膜沉積裝置
本發明涉及微電子技術領域，具體地，涉及一種磁性薄膜沉積腔室及薄膜沉積裝置。
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整合電感、雜訊抑制器等的核心元裝置在高頻化、微型化、整合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。
雖然軟磁薄膜材料主要考慮其高磁導率和高磁化強度，以及低矯頑力和低損耗，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。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。
但是，現有的磁場誘導沉積方法還無法應用到製備磁性薄膜的生產裝置中，例如，物理氣相沉積裝置（Physical Vapor Deposition，PVD）。也就是說，現有的薄膜沉積腔室不具有誘發磁性薄膜的面內各向異性的功能。
本發明旨在至少解決先前技術中存在的技術問題之一，提出了一種磁性薄膜沉積腔室及薄膜沉積裝置，其能夠在基座上方形成足以誘發磁性薄膜的面內各向異性的水平磁場，滿足生產型裝置在大尺寸待加工工件上製備具有面內各向異性的磁性薄膜的需要。
為實現本發明的目的而提供一種磁性薄膜沉積腔室，包括腔室主體，在該腔室主體內設置有基座，該基座包括用於承載待加工工件的承載面，還包括偏置磁場裝置，該偏置磁場裝置包括第一磁體組，該第一磁體組設置在該承載面下方，用於在該基座上方形成平行於該承載面的第一磁場，該第一磁場用於使沉積在該待加工工件上的磁性薄膜具有面內各向異性。
可選的，該第一磁體組包括複數第一磁柱，複數該第一磁柱的軸線均與該承載面相互平行，且均與該承載面的一條中心線相互垂直；
複數該第一磁柱的N極朝向一致，複數該第一磁柱的S極朝向一致；複數該第一磁柱的軸向長度不同，且沿該中心線自該承載面的中心向邊緣逐漸減小，以使複數該第一磁柱的N極的連線為第一弧線，複數該第一磁柱的S極的連線為第二弧線；該第一弧線和第二弧線相對於該中心線對稱。
可選的，該第一磁體組包括兩組子磁體組，兩組該子磁體組對稱分佈在該承載面的一條中心線的兩側；每組該子磁體組包括複數第一磁柱，複數該第一磁柱的軸線均與該承載面相互垂直；
其中一組該子磁體組中的複數第一磁柱的N極均朝向該基座，其中另一組該子磁體組中的複數第一磁柱的S極均朝向該基座，並且該複數第一磁柱的軸線與該中心線之間的間距沿該中心線自該承載面的中心向邊緣逐漸減小，以使複數第一磁柱的N極的連線為第一弧線，複數第一磁柱的S極的連線為第二弧線；該第一弧線和第二弧線相對於該中心線對稱。
可選的，該第一弧線和第二弧線構成圓形，且該圓形的直徑大於或者等於該承載面的直徑。
可選的，該第一磁體組包括複數第一磁柱，複數該第一磁柱的軸線均與該承載面相互垂直；
複數該第一磁柱排列成矩形陣列，該矩形陣列的行數和列數均為二以上；且在該矩形陣列中，同一行的該第一磁柱的極性相同，而各個相鄰的兩列該第一磁柱的極性相反；或者，同一列的該第一磁柱的極性相同，而各個相鄰的兩行該第一磁柱的極性相反。
可選的，該矩形陣列的矩形輪廓的對角線的長度大於或者等於該承載面的直徑。
可選的，該磁性薄膜沉積腔室還包括磁體安裝組件，該磁體安裝組件包括導磁底板、複數導磁條和不導磁頂板，其中，
該導磁底板與所有的該第一磁柱的遠離該承載面的一端連接；
該導磁條一一對應地與同一行或者同一列中極性相同的所有該第一磁柱的朝向該承載面的一端連接；
該不導磁頂板與各個該導磁條的朝向該承載面的一端固定連接。
可選的，該偏置磁場裝置還包括第二磁體組，該第二磁體組環繞在該基座的周圍，用於在該基座上方形成平行於該承載面的第二磁場，該第二磁場與該第一磁場形成在該基座的徑向上均勻分佈的疊加磁場。
可選的，該第一磁體組位於與該承載面的中心區域相對應的位置處，並且，由該第一磁體組形成的該第一磁場與由該第二磁體組形成的該第二磁場形成疊加磁場，以提高磁場強度在該承載面的徑向上的分佈均勻性。
可選的，該第二磁體組包括兩組第二子磁體組，兩組該第二子磁體組對稱分佈在該中心線的兩側；每組該第二子磁體組包括複數第二磁柱，複數該第二磁柱的軸線均與該承載面相互平行，且均與該中心線相互垂直；並且，兩組第二子磁體組中的所有第二磁柱的磁極方向一致。
可選的，該第一磁體組與該承載面之間的垂直間距的取值範圍在20~50mm。
可選的，該磁性薄膜沉積腔室還包括冷卻裝置，該冷卻裝置位於該第一磁體組的下方或者環繞在該第一磁體組的周圍，用以冷卻該第一磁體組。
作為另一技術方案，本發明還提供一種薄膜沉積裝置，包括本發明提供的上述磁性薄膜沉積腔室。
本發明具有以下有益效果：
本發明提供的磁性薄膜沉積腔室，其設置有偏置磁場裝置，該偏置磁場裝置包括第一磁體組，該第一磁體組設置在承載面下方，用於在基座上方形成平行於承載面的第一磁場，該第一磁場用於使沉積在待加工工件上的磁性薄膜具有面內各向異性，以滿足生產型裝置在待加工工件上製備具有面內各向異性的磁性薄膜的需要。另外，由於第一磁體組設置在承載面下方，這種設置方式不會制約待加工工件的尺寸，從而薄膜沉積腔室能夠適用於在尺寸較大的待加工工件（例如8寸或12寸晶片）上製備磁性薄膜，以實現大尺寸的待加工工件上的磁性薄膜具有面內各向異性。
本發明提供的薄膜沉積裝置，其通過採用本發明提供的上述磁性薄膜沉積腔室，可以使沉積在待加工工件上的磁性薄膜具有面內各向異性，以滿足生產型裝置在待加工工件上製備具有面內各向異性的磁性薄膜的需要，而且可以實現大尺寸的待加工工件上的磁性薄膜具有面內各向異性。
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性薄膜沉積腔室及薄膜沉積裝置進行詳細描述。
請一併參閱第1A圖至第1C圖，磁性薄膜沉積腔室包括腔室主體1和屏蔽組件，其中，在該腔室主體1內的頂部設置有靶材3，且在該腔室主體1內，並且位於靶材3的下方設置有基座2，該基座2包括用於承載待加工工件7的承載面22，該承載面22被定義為將待加工工件7置於基座2上的指定位置，且其形狀和尺寸與該待加工工件7的形狀和尺寸一致。上述屏蔽組件包括上屏蔽環5、下屏蔽環4、沉積環61和遮蔽環62，其中，下屏蔽環4環繞設置在腔室主體1的側壁內側，且在下屏蔽環4的下端設置有支撐件41。上屏蔽環5環繞設置在下屏蔽環4的內側。上屏蔽環5和下屏蔽環4用於防止濺鍍出的靶材材料沉積在腔室主體1的側壁。沉積環61環繞在基座2的周圍；遮蔽環62在基座2位於製程位置時，壓住沉積環61上。遮蔽環62在基座2離開（下降）製程位置時由支撐件41支撐。在進行製程時，下屏蔽環4、支撐件41和遮蔽環62遮蓋了基座2與腔室主體1之間的區域，從而能夠防止濺鍍出的靶材材料沉積在腔室主體1的底部。第1A圖僅示意性地示出了腔室主體1位於基座2以上的部分，而未示出腔室主體1的底部。
薄膜沉積腔室還包括偏置磁場裝置，該偏置磁場裝置包括第一磁體組8，該第一磁體組8設置在基座2的承載面22下方，用於在基座2上方形成平行於承載面22的第一磁場，該第一磁場可以在進行製程時，使沉積在待加工工件7的上表面上的磁性薄膜的磁疇沿水平方向（即，平行於承載面22的方向）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相互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，以滿足生產型裝置製備具有面內各向異性的磁性薄膜的需要。另外，由於第一磁體組8設置在基座2的承載面22下方，這種設置方式不會制約待加工工件7的尺寸，從而該薄膜沉積腔室能夠適用於在尺寸較大的待加工工件（例如8寸或12寸晶片）上製備磁性薄膜，以實現大尺寸的待加工工件7上的磁性薄膜具有面內各向異性。
在本實施例中，如第1B圖所示，第一磁體組8包括複數第一磁柱81，複數第一磁柱81的軸線平行於基座2的承載面22（圖式水平設置），且均與承載面22的一條中心線21相互垂直。該中心線21為穿過承載面22的中心的任意一條直線；第一磁柱81的軸線即為磁柱的長度方向上的軸線81a。可選的，複數第一磁柱81相對於承載面22均勻排布。並且，複數第一磁柱81的N極朝向一致（第1B圖中複數第一磁柱81的N極均朝左），複數第一磁柱81的S極朝向一致（第1B圖中複數第一磁柱81的S極均朝右）。並且，複數第一磁柱81的軸向長度不同，且沿中心線21自承載面22的中心向邊緣逐漸減小，複數第一磁柱81的軸向長度逐漸減小的方向如第1B圖中的二箭頭方向（Z1，Z2）所示，以使複數第一磁柱81的N極的連線為第一弧線81b，複數第一磁柱81的S極的連接為第二弧線81c。該第一弧線81b和第二弧線81c相對於上述中心線21對稱。
通過使複數第一磁柱81的N極的連線為第一弧線81b，複數第一磁柱81的S極的連接為第二弧線81c，可以使第一磁場在上述中心線21的方向上的磁場強度分佈均勻，保證該方向上的磁場強度均能夠誘發磁性薄膜的面內各向異性，從而可以提高磁性薄膜的磁性能的一致性。
在本實施例中，上述第一弧線81b和第二弧線81c構成圓形，且該圓形的直徑等於承載面22的直徑，即，待加工工件7的直徑。這樣，上述第一弧線81b和第二弧線81c構成的圓形在上述基座2的承載面22上的正投影與該承載面22的邊緣重合。如第1B圖所示，由各個第一磁柱81產生的磁力線的分佈覆蓋整個承載面22，從而有利於提高上述第一磁場在待加工工件7的徑向上的分佈均勻性。當然，在實際應用中，可以根據具體情況適當地增大上述第一弧線81b和第二弧線81c構成的圓形的直徑，使其大於承載面22的直徑。
在實際應用中，可以根據對第一磁場的磁場強度的實際要求設定上述第一磁柱81的數量、尺寸和排布密度以及與基座2的承載面22之間的垂直間距等的參數。
請一併參閱第2A圖至第2C圖，本發明第二實施例提供的磁性薄膜沉積腔室與上述第一實施例相比，同樣包括腔室主體1、屏蔽組件和偏置磁場裝置。由於腔室主體1和屏蔽組件的結構和功能在上述第一實施例中已有了詳細描述，在此不再贅述。下面僅對本實施例與上述第一實施例的區別進行詳細描述。
具體地，在本實施例中，偏置磁場裝置包括第一磁體組10。該第一磁體組10包括兩組子磁體組（11,12），兩組子磁體組（11,12）對稱分佈在承載面22的一條中心線21的兩側。並且，如第2B圖所示，第2B圖中右側的子磁體組11包括複數第一磁柱111，複數第一磁柱111的軸線均與承載面22相互垂直，且沿上述中心線21排布。第2B圖中左側的子磁體組12包括複數第一磁柱112，複數第一磁柱112的軸線均與承載面22相互垂直，且沿上述中心線21排布。
並且，左側的子磁體組12中的所有第一磁柱112的N極朝向基座2，即，N極朝上；右側的子磁體組11中的所有第一磁柱111的S極靠近基座2，即，S極朝上。並且，複數第一磁柱112的軸線與中心線21之間的間距沿中心線21自承載面22的中心向邊緣逐漸減小，以使複數第一磁柱112的N極的連線為第一弧線，複數第一磁柱111的S極的連線為第二弧線。第一弧線和第二弧線相對於中心線21對稱。
具體來說，如第2B圖所示，在複數第一磁柱111中，中間的第一磁柱111的S極與上述中心線21之間的間距Dmax最大；沿中心線21的方向，自該中間的第一磁柱111向邊緣的第一磁柱111，S極與上述中心線21之間的間距逐漸減小；最邊緣的第一磁柱111的S極與上述中心線21之間的間距Dmax最小。同樣的，在複數第一磁柱112中，中間的第一磁柱112的N極與上述中心線21之間的間距Dmax最大；沿中心線21的方向，自該中間的第一磁柱112向邊緣的第一磁柱112，N極與上述中心線21之間的間距逐漸減小；最邊緣的第一磁柱112的N極與上述中心線21之間的間距Dmax最小。
本實施例中的第一弧線和第二弧線的形狀與上述第一實施例中的第一弧線和第二弧線的形狀相同，由於在上述第一實施例中已有了詳細的描述，在此不再贅述。
如第2C圖所示，磁力線由各個第一磁柱112的N極到位置與該N極一一對應的各個第一磁柱111的S極，該磁力線的分佈覆蓋整個承載面22，從而有利於提高上述第一磁場在待加工工件7的徑向上的分佈均勻性。當然，在實際應用中，可以根據具體情況適當地增大上述圓形的直徑，使其大於待加工工件7的直徑。
在實際應用中，可以根據對第一磁場的磁場強度的實際要求設定上述第一磁柱112和第一磁柱111的數量、尺寸和排布密度以及與基座2的承載面22之間的垂直間距等。
請一併參閱第3A圖至第3D圖，本發明第三實施例提供的磁性薄膜沉積腔室與上述第一、第二實施例相比，同樣包括腔室主體1、屏蔽組件和偏置磁場裝置。由於腔室主體1和屏蔽組件的結構和功能在上述第一、第二實施例中已有了詳細描述，在此不再贅述。下面僅對本實施例與上述第一、第二實施例的區別進行詳細描述。
具體地，在本實施例中，偏置磁場裝置包括第一磁體組。該第一磁體組包括複數第一磁柱16，複數第一磁柱16的軸線均與承載面22相互垂直。複數第一磁柱16對應基座2的承載面22排列成矩形陣列，該矩形陣列的行數和列數均為二以上。在矩形陣列中，同一行的第一磁柱16的極性相同，而各個相鄰的兩列第一磁柱16的極性相反；或者，同一列的第一磁柱16的極性相同，而各個相鄰的兩行第一磁柱16的極性相反。
例如，在本實施例中，矩形陣列的行和列的方向分別為第3A圖中示出的X方向和Y方向，且行數為5，列數為4。而且，在上述矩形陣列中，同一列第一磁柱16的極性相同，而各個相鄰的兩列第一磁柱16的極性相反。這樣，上述矩形陣列可以產生如第3C圖示出的磁力線，在各個相鄰的兩列第一磁柱16中，磁力線的起點為第一磁柱16的N極，終點為與該N極同一行的第一磁柱16的S極。根據該磁力線的分佈可知，磁場在X方向和Z方向上存在磁場分量，其中，在X方向上的磁場分量足以誘發磁性薄膜的面內各向異性，而Z方向上的磁場分量對磁性薄膜的面內各向異性沒有影響。
另外，上述矩形陣列的矩形輪廓的對角線的長度L（如第3A圖所示）等於承載面22的直徑，以保證磁力線的分佈覆蓋整個承載面22，從而有利於提高上述第一磁場在承載面22的徑向上的分佈均勻性。當然，在實際應用中，可以根據具體情況適當地增大上述矩形陣列的對角線的長度L，使其大於承載面22的直徑，以保證磁力線的分佈覆蓋承載面22。
在實際應用中，可以根據對第一磁場的磁場強度的實際要求設定上述第一磁柱16的尺寸、數量和排布密度以及與基座2的承載面之間的垂直間距等。
需要說明的是，在本實施例中，上述複數第一磁柱16排列成矩形陣列，但是本發明並不侷限於此，在實際應用中，上述複數第一磁柱16也可以排列成其他形狀的陣列，以獲得分佈成不同形狀的第一磁場，滿足不同的需要。
下面對上述第一磁體組的安裝方式進行詳細描述。具體地，如第3B圖至第3D圖所示，磁性薄膜沉積腔室還包括磁體安裝組件，該磁體安裝組件用於將第一磁體組安裝在基座中。在本實施例中，基座具體包括由上而下依次設置的基座上板23、固定板24和波紋管上板25，其中，基座上板23的上表面即為上述承載面22。固定板24用於固定背吹氣管26和冷卻液管27，其中，背吹氣管26垂直設置，其上端延伸至承載面22，用以在進行製程時，向待加工工件7的下表面與承載面22之間輸送背吹氣體，用以促進待加工工件7與基座上板23之間的熱量交換，從而有利於對待加工工件7的溫度控制。在基座上板23中設置有冷卻通道（圖中未示出），冷卻液管27用於向該冷卻通道中輸送冷卻液，用以對基座上板23進行冷卻。上述基座的底部還連接有升降軸29，用以驅動該基座作升降運動。為了保證沉積腔室的真空度。在該升降軸29上套設有波紋管28，用以封閉沉積腔室的底壁上的供升降軸29穿過的通孔，同時能夠允許升降軸29作升降運動。波紋管上板25用於將波紋管28的上端固定在沉積腔室的底壁上。
上述磁體安裝組件設置在上述固定板24和波紋管上板25之間，且具有能夠供背吹氣管26和冷卻液管27通過的通孔。具體地，上述磁體安裝組件包括導磁底板30、複數導磁條32和不導磁頂板31，其中，導磁底板30與波紋管上板25固定連接，具體可以使用真空螺釘固定在一起。並且，該導磁底板30與所有的第一磁柱16的下端（即，遠離承載面22的一端）連接，進一步地，在第一磁柱16的下端設置有連接柱162，並且在導磁底板30的上表面設置有連接孔，該連接柱162插入連接孔中，以實現對第一磁柱16下端的固定。借助導磁底板30，可以使各個第一磁柱的下端磁導通，從而可以避免磁力線相互抵消，磁場強度減弱。
複數導磁條32一一對應地與同一列中的所有第一磁柱16的上端（即，朝向承載面22的一端）連接，用以使各個第一磁柱16的磁性能夠在此列均勻分佈，從而可以提高磁場在此列所在方向，即Y方向的分佈均勻性。在實際應用中，導磁條32在X方向上的寬度與第一磁柱16的直徑相等。另外，導磁條32與第一磁柱16的上端連接的具體方式與上述導磁底板30與第一磁柱16的下端連接的方式相同。即，在第一磁柱16的上端設置有連接柱161，並且在相應的導磁條32的下表面設置有連接孔，該連接柱161插入連接孔中，以實現對第一磁柱16上端的固定。
不導磁頂板31設置在各個導磁條32的上端，且與各個導磁條32固定連接，具體可以使用真空螺釘固定在一起。並且，不導磁頂板31與固定板24固定連接，具體可以使用真空螺釘固定在一起。
請一併參閱第4A圖至第4E圖，本發明第四實施例提供的磁性薄膜沉積腔室與上述第一、第二和第三實施例相比，同樣包括腔室主體1、屏蔽組件和偏置磁場裝置。由於腔室主體1和屏蔽組件的結構和功能在上述第一、第二和第三實施例中已有了詳細描述，在此不再贅述。下面僅對本實施例與上述第一、第二和第三實施例的區別進行詳細描述。
具體地，在本實施例中，偏置磁場裝置在包括上述各個實施例中所述之第一磁體組8的基礎上，還包括第二磁體組。該第二磁體組環繞在基座2的周圍，用於在基座2的上方形成平行於承載面22的第二磁場，該第二磁場與上述第一磁場形成在基座2的徑向上均勻分佈的疊加磁場。該疊加磁場能夠起到使沉積在待加工工件7上的磁性薄膜具有面內各向異性的作用。同時，該疊加磁場與上述各個實施例中單獨使用第一磁體組相比，磁場強度在承載面22的徑向上的分佈更均勻，從而可以提高磁性薄膜在徑向上的磁性能一致性。
在本實施例中，第二磁體組包括兩組第二子磁體組（13，14），兩組第二子磁體組（13，14）設置在腔室主體1內，且對稱環繞在基座2的兩側，並且兩組第二子磁體組（13，14）對稱分佈在中心線21的兩側。並且，第4B圖中左側的第二子磁體組13包括複數第二磁柱131，複數第二磁柱131的軸線均與承載面22相互平行，且均與中心線相互垂直。第4B圖中右側的第二子磁體組14包括複數第二磁柱141，複數第二磁柱141的軸線均與承載面22相互平行，且均與中心線相互垂直。並且，兩組第二磁體組（13，14）中的所有的第二磁柱131和132的磁極方向一致。
具體地，左側的第二子磁體組13中的每一第二磁柱131的N極與右側的第二子磁體組14中的每一第二磁柱141的S極均朝向基座2。由此，由第二磁柱131和132產生平行於承載面22的第二磁場，該第二磁場的磁力線1的分佈如第4C圖所示，由圖可以看出，第二磁場的磁力線1在承載面22的邊緣區域的分佈密度大於在承載面22的中心區域的分佈密度，從而該第二磁場在承載面22的邊緣區域的磁場強度大於在承載面22的中心區域的磁場強度。
在本實施例中，第一磁體組8位於與承載面22的中心區域相對應的位置處，並且，該第一磁體組8中的第一磁柱81的結構與上述第一實施例中的第一磁柱81的結構相同。並且，由第一磁體組8形成的第一磁場的方向與由第二磁體組形成的第二磁場形成疊加磁場，以提高磁場強度在承載面22的徑向上的分佈均勻性。
如第4B圖所示，複數第一磁柱81的N極的連線為第一弧線811，複數第一磁柱81的S極的連接為第二弧線812。並且，第一弧線811和第二弧線812構成橢圓形，該橢圓形分佈在基座2的承載面22的中心區域，從而使由各個第一磁柱81產生的第一磁場的磁力線2的分佈如第4C圖所示，該磁力線2位於基座2的上方，且對應承載面22的中心區域，並且該磁力線2與上述第二磁場的磁力線1相互疊加，形成疊加磁場的磁力線1+2。單獨設置上述第二磁場時，第二磁場的磁力線1在承載面22的中心區域的分佈密度小於在承載面22的邊緣區域的分佈密度，從而導致磁場強度在承載面22的徑向上的分佈不均勻。為了解決該問題，通過設置第一磁體組和第二磁體組，且使第一磁場的磁力線2對應承載面22的中心區域，可以使由第一磁體組產生的第一磁場與第二磁體組產生的第二磁場疊加，以增加承載面22的中心區域的磁場強度，從而使磁力線1+2在承載面22的邊緣區域的分佈密度與其在承載面22的中心區域分佈密度基本一致，從而使磁場強度在基座2的徑向上的分佈更均勻。
可選的，如第4A圖所示，第一磁體組與基座2的承載面22之間的垂直間距H的取值範圍在20~50mm，在該範圍內，由第一磁場和第二磁場相互作用形成的疊加磁場的分佈效果最佳。
需要說明的是，在本實施例中，第一磁體組8位於與基座2的承載面22的中心區域相對應位置處，但是本發明並不侷限於此，在實際應用中，上述第一磁體組8還可以如下設置：如第4D圖所示，第一磁體組8包括兩組第一子磁體組81，兩組第一子磁體組81對稱分佈在中心線21的兩側。在這種情況下，由各個第一磁柱81產生的磁力線2的分佈如第4D圖所示，磁力線2位於基座2的上方，且對應承載面22的中心區域，因此，該磁力線2與由第二磁場的磁力線1疊加，以增加承載面22的中心區域的磁場強度，從而使磁力線1+2在承載面22的邊緣區域的分佈密度與其在承載面22的中心區域分佈密度基本一致，從而使磁場強度在基座2的徑向上的分佈更均勻。
在本實施例中，偏置磁場裝置還包括用於安裝上述第二磁體組的安裝組件。具體地，如第4E圖所示，上述安裝組件包括支撐板151、外固定板152、內固定板153和上蓋154，其中，支撐板151用於支撐子磁體組，並通過複數支撐腿將子磁體組與支撐件41固定連接。支撐腿通過螺釘155將支撐板151與支撐件41固定連接。外固定板152和內固定板153通過螺釘設置在支撐板151上，且分別位於子磁體組的內側和外側，用以分別固定子磁體組的兩端磁極（N極和S極），外固定板152和內固定板153可以採用導磁材料製作，或者也可以採用不導磁材料製作。上蓋154位於子磁體組的上方，且通過螺釘分別與外固定板152和內固定板153固定連接。子磁體組位於支撐板151、外固定板152、內固定板153和上蓋154所圍成的空間內。支撐板151、外固定板152和內固定板153具有一定的隔熱效果，從而可以避免在製程時，熱量直接傳遞至子磁體組上，進而可以防止子磁體組的磁性消失，磁誘導功能失效。
在本實施例中，支撐板151和外固定板152均呈圓弧狀，且與圓弧狀的子磁體組相匹配。內固定板153呈閉合的環狀，以便於兩組子磁體組之間的定位。較佳的，內固定板153可以採用不導磁材料製作，這是因為在導磁材料的閉合環狀的內固定板153內會形成磁力線閉合，造成磁場強度減小。上蓋154呈閉合的環狀，用以避免濺鍍出的靶材材料沉積在磁體組上。在實際應用中，支撐板151和外固定板152也可以採用閉合的環狀結構。內固定板153和上蓋154也可以採用圓弧狀的結構，且與圓弧狀的磁體組相匹配。圓弧狀的內固定板153可以採用導磁材料製作，或者也可以採用不導磁材料製作。
請一併參閱第5A圖和第5B圖，本發明第五實施例提供的磁性薄膜沉積腔室與第四實施例相比，其區別僅在於，第一磁體組的結構與上述第二實施例中第一磁體組10相同。並且，該第一磁體組10位於與基座2的承載面22的中心區域相對應的位置處。
在本實施例中，如第5B圖所示，左側的子磁體組12中的每一第一磁柱112與左側的第二子磁體組13中的每一第二磁柱131的磁極方向相反；右側的子磁體組11中的每一第一磁柱111與右側的第二子磁體組14中的每一第二磁柱141的磁極方向相反。
具體地，在本實施例中，在第一磁體組10中，左側的子磁體組12中的所有第一磁柱112的N極朝向基座，右側的子磁體組11中的所有第一磁柱111的S極朝向基座。並且，在第二磁體組中，左側的第二子磁體組13中的每一第二磁柱131的N極與右側的第二子磁體組14中的每一第二磁柱141的S極均朝向基座2。由此，第一磁體組10形成的第一磁場的磁力線分佈與第4C圖中的第一磁柱81產生的磁力線2分佈相同，這同樣可以使疊加磁場的磁力線在承載面22的邊緣區域的分佈密度與其在承載面22的中心區域分佈密度基本一致。
如第5B圖所示，所有第一磁柱112的N極的連線為第一弧線112a，所有第一磁柱111的S極的連線為第二弧線111a，該第一弧線112a和第二弧線111a與上述第四實施例中第一弧線811和第二弧線812的形狀相類似，即，構成橢圓形，該橢圓形分佈在承載面22的中心區域，可以使由第一磁體組產生的第一磁場與第二磁體組產生的第二磁場疊加，以增加承載面22的中心區域的磁場強度，從而使磁場強度在基座2的徑向上的分佈更均勻。
較佳的，在上述各個實施例中，磁性薄膜沉積腔室還包括冷卻裝置9，該冷卻裝置9設置在基座2的下方，且根據第一磁體組的不同結構，選擇性地位於第一磁體組的下方或者環繞在第一磁體組的周圍，用以冷卻第一磁體組，從而可以避免其因溫度過高而消磁。例如，對於上述第一實施例中的第一磁體組8，冷卻裝置可以位於第一磁體組的下方。又如，對於上述第二實施例中的第一磁體組10，冷卻裝置可以環繞在第一磁體組10的周圍。具體地，上述冷卻裝置可以為環形的冷卻管路，通過向該冷卻管路中通入冷卻水來冷卻第一磁體組。
在實際應用中，上述磁性薄膜通常由至少一對交替設置的磁性薄膜和隔離層組成。其中，隔離層採用非導磁性材料製作，用以對相鄰的兩層磁性薄膜起到隔離作用。非導磁性材料包括Cu、Ta、SiO2 或者TiO2 等等。磁性薄膜採用具有軟磁性的材料製作。可選的，具有軟磁性的材料包括NiFe坡莫合金材料、CoZrTa非晶態材料、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為Ni80 Fe20 、Ni45 Fe55 或者Ni81 Fe19 等等。CoZrTa非晶態材料例如可以為Co91.5 Zr4.0 Ta4.5 等等。Co基材料、Fe基材料或者Ni基材料例如可以為Co60 Fe40 、NiFeCr等等。
綜上所述，本發明上述各個實施例提供的磁性薄膜沉積腔室，其設置有偏置磁場裝置，該偏置磁場裝置包括第一磁體組，該第一磁體組設置在基座下方，用於在基座上方形成平行於承載面的第一磁場，該第一磁場用於使沉積在待加工工件上的磁性薄膜具有面內各向異性，以滿足生產型裝置在待加工工件上製備具有面內各向異性的磁性薄膜的需要。另外，由於第一磁體組設置在基座的下方，這種設置方式不會制約待加工工件的尺寸，從而該薄膜沉積腔室能夠適用於在尺寸較大的待加工工件（例如8寸或12寸晶片）上製備磁性薄膜，以實現大尺寸的待加工工件上的磁性薄膜具有面內各向異性。
作為另一技術方案，本發明實施例還提供一種薄膜沉積裝置，其包括本發明上述各個實施例提供的上述磁性薄膜沉積腔室。
本發明提供的薄膜沉積裝置，其通過採用本發明提供的上述磁性薄膜沉積腔室，可以使沉積在待加工工件上的磁性薄膜具有面內各向異性，以滿足生產型裝置在待加工工件上製備具有面內各向異性的磁性薄膜的需要，而且可以實現大尺寸的待加工工件上的磁性薄膜具有面內各向異性。
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。
Z1、Z2‧‧‧箭頭方向
1‧‧‧腔室主體
2‧‧‧基座
3‧‧‧靶材
4‧‧‧下屏蔽環
5‧‧‧上屏蔽環
7‧‧‧待加工工件
8、10‧‧‧第一磁體組
9‧‧‧冷卻裝置
11、12‧‧‧子磁體組
13、14‧‧‧第二子磁體組
16、81、111、112‧‧‧第一磁柱
21‧‧‧中心線
22‧‧‧承載面
23‧‧‧基座上板
24‧‧‧固定板
25‧‧‧波紋管上板
26‧‧‧背吹氣管
27‧‧‧冷卻液管
28‧‧‧波紋管
29‧‧‧升降軸
30‧‧‧導磁底板
31‧‧‧不導磁頂板
32‧‧‧導磁條
41‧‧‧支撐件
61‧‧‧沉積環
62‧‧‧遮蔽環
81a‧‧‧軸線
81b、112a、811‧‧‧第一弧線
81c、111a、812‧‧‧第二弧線
131‧‧‧第二磁柱
141‧‧‧第二磁柱
151‧‧‧支撐板
152‧‧‧外固定板
153‧‧‧內固定板
154‧‧‧上蓋
155‧‧‧螺釘
161、162‧‧‧連接柱
第1A圖為本發明第一實施例提供的磁性薄膜沉積腔室的剖視圖； 第1B圖為第1A圖中第一磁體組的結構圖； 第1C圖為本發明第一實施例中第一磁體的磁力線的路徑圖； 第2A圖為本發明第二實施例提供的磁性薄膜沉積腔室的剖視圖； 第2B圖為第2A圖中第一磁體組的結構圖； 第2C圖為本發明第二實施例中第一磁體的磁力線的路徑圖； 第3A圖為本發明第三實施例採用的第一磁體組的俯視圖； 第3B圖為本發明第三實施例中基座的結構圖； 第3C圖為發明第三實施例採用的第一磁體組沿第3A圖中A-A線的剖視圖； 第3D圖為發明第三實施例採用的第一磁體組沿第3A圖中B-B線的剖視圖； 第4A圖為本發明第四實施例提供的磁性薄膜沉積腔室的剖視圖； 第4B圖為第4A圖中第一磁體組和第二磁體組的結構圖； 第4C圖為本發明第四實施例中第一磁體和第二磁體的磁力線的一種路徑圖； 第4D圖為本發明第四實施例中第一磁體和第二磁體的磁力線的另一種路徑圖； 第4E圖為第二磁體組的分解圖； 第5A圖為本發明第五實施例提供的磁性薄膜沉積腔室的剖視圖； 第5B圖為第5A圖中第一磁體組和第二磁體組的結構圖。

Claims (11)

  1. 一種磁性薄膜沉積腔室，包括一腔室主體，在該腔室主體內設置有一基座，該基座包括用於承載一待加工工件的一承載面，其特徵在於，還包括一偏置磁場裝置，該偏置磁場裝置包括：一第一磁體組，該第一磁體組設置在該承載面下方，用於在該基座上方形成平行於該承載面的第一磁場，該第一磁場用於使沉積在該待加工工件上的磁性薄膜具有面內各向異性；一第二磁體組，該第二磁體組環繞在該基座的周圍，用於在該基座上方形成平行於該承載面的一第二磁場，該第二磁場與該第一磁場形成在該基座的徑向上均勻分佈的疊加磁場，其中，該第一磁體組位於與該承載面的中心區域相對應的位置處，並且，由該第一磁體組形成的該第一磁場與由該第二磁體組形成的該第二磁場形成疊加磁場，以提高磁場強度在該承載面的徑向上的分佈均勻性。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之磁性薄膜沉積腔室，其中，該第一磁體組包括複數第一磁柱，複數該第一磁柱的軸線均與該承載面相互平行，且均與該承載面的一條中心線相互垂直；複數該第一磁柱的N極朝向一致，複數該第一磁柱的S極朝向一致；複數該第一磁柱的軸向長度不同，且沿該中心線自該承載面的中心向邊緣逐漸減小，以使複數該第一磁柱的N極的連線為第一弧線，複數該第一磁柱的S極的連線為第二弧線；該第一弧線和第二弧線相對於該中心線對稱。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之磁性薄膜沉積腔室，其中，該第一磁體組包括兩組子磁體組，兩組該子磁體組對稱分佈在該承載面的一條中心線的兩側；每組該子磁體組包括複數第一磁柱，複數該第一磁柱的軸線均與該承載面相互垂直；其中一組該子磁體組中的複數第一磁柱的N極均朝向該基座，其中另一組該子磁體組中的複數第一磁柱的S極均朝向該基座，並且該複數第一磁柱的軸線與該中心線之間的間距沿該中心線自該承載面的中心向邊緣逐漸減小，以使複數第一磁柱的N極的連線為第一弧線，複數第一磁柱的S極的連線為第二弧線；該第一弧線和第二弧線相對於該中心線對稱。
  4. 如申請專利範圍第2項或第3項所述之磁性薄膜沉積腔室，其中，該第一弧線和第二弧線構成圓形，且該圓形的直徑大於或者等於該承載面的直徑。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之磁性薄膜沉積腔室，其中，該第一磁體組包括複數第一磁柱，複數該第一磁柱的軸線均與該承載面相互垂直；複數該第一磁柱排列成一矩形陣列，該矩形陣列的行數和列數均為二以上；且在該矩形陣列中，同一行的該第一磁柱的極性相同，而各個相鄰的兩列該第一磁柱的極性相反；或者，同一列的該第一磁柱的極性相同，而各個相鄰的兩行該第一磁柱的極性相反。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之磁性薄膜沉積腔室，其中，該矩形陣列的矩形輪廓的對角線的長度大於或者等於該承載面的直徑。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之磁性薄膜沉積腔室，其中，該磁性薄膜沉積腔室還包括一磁體安裝組件，該磁體安裝組件包括一導磁底板、複數導磁條和一不導磁頂板，其中，該導磁底板與所有的該第一磁柱的遠離該承載面的一端連接；該導磁條一一對應地與同一行或者同一列中極性相同的所有該第一磁柱的朝向該承載面的一端連接；該不導磁頂板與各個該導磁條的朝向該承載面的一端固定連接。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之磁性薄膜沉積腔室，其中，該第二磁體組包括兩組第二子磁體組，兩組該第二子磁體組對稱分佈在該中心線的兩側；每組該第二子磁體組包括複數第二磁柱，複數該第二磁柱的軸線均與該承載面相互平行，且均與該中心線相互垂直；並且，兩組第二子磁體組中的所有第二磁柱的磁極方向一致。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之磁性薄膜沉積腔室，其中，該第一磁體組與該承載面之間的垂直間距的取值範圍在20~50mm。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之磁性薄膜沉積腔室，其中，該磁性薄膜沉積腔室還包括一冷卻裝置，該冷卻裝置位於該第一磁體組的下方或者環繞在該第一磁體組的周圍，用以冷卻該第一磁體組。
  11. 一種薄膜沉積裝置，其特徵在於，包括申請專利範圍第1項至第10項任意一項所述之一磁性薄膜沉積腔室。
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