本发明提供的磁控溅射腔室及磁控溅射设备进行详细描述。
[0038]图2为本发明第一实施例提供的磁控溅射腔室的剖视图。请参阅图2，磁控溅射腔室20包括设置在其顶部的靶材21、设置在靶材21上方的磁控管22、设置在其内且位于靶材21下方的基座24、承载件26以及环形磁体组件25。其中，靶材21与溅射电源(图中未示出)电连接；基座13用于承载基片；磁控管22与磁控管驱动机构23连接，在进行溅射沉积工艺的过程中，溅射电源向靶材21输出溅射功率，以使在磁控溅射腔室20内形成的等离子体刻蚀靶材21，自靶材21溅射出的粒子沉积在基片上，并形成工艺所需的薄膜；与此同时，磁控管22在磁控管驱动机构23的驱动下对整个靶材21表面进行扫描，由磁控管22产生的磁场不仅可以提高等离子体的密度和溅射效率，而且还可以提高等离子体的分布均匀性，从而可以提高靶材21的利用率。
[0039]承载件26用于承载环形磁体组件25，并使其与磁控溅射腔室20内的等离子体隔离；环形磁体组件25环绕在靶材21的外围，且位于靠近靶材21的位置处，用以在进行溅射沉积工艺时，产生可提高靶材21边缘区域的磁场强度的辅助磁场。借助该辅助磁场，可以增加自靶材21边缘区域溅射出粒子的数量，且减少自靶材21中心区域溅射出的粒子数量，进而可以提高基片边缘区域的薄膜厚度，减小基片中心区域的薄膜厚度。
[0040]由此可知，本实施例提供的磁控溅射腔室不仅可以借助磁控管22来调节在磁控溅射腔室内形成的磁场的分布和强度，而且还可以借助环形磁体组件25起到辅助调节的作用，以使等离子体的分布趋于均匀，从而可以改善薄膜厚度的均匀性。尤其对于较高的腔室压力(大于5mT)和较小的靶基间距(30?80mm)的标准PVD腔室，通过分别适当地调节由环形磁体组件25产生的辅助磁场以及由磁控管产生的磁场的分布和强度，来调节由二者相互作用而在磁控溅射腔室内产生的磁场的分布和强度，可以使基片边缘区域的薄膜厚度与中心区域的薄膜厚度趋于均匀，从而可以在能够获得低应力的薄膜的前提下，提高薄膜厚度的均匀性。此外，借助环形磁体组件25，还可以更灵活地调节磁控溅射腔室内产生的磁场的分布和强度，从而可以提高磁控溅射设备的控制灵活性。
[0041]下面对环形磁体组件25进行详细地描述。具体地，图3为本发明第一实施例提供的磁控溅射腔室的环形磁体组件的局部剖视图。图4为本发明第一实施例提供的磁控溅射腔室的环形磁体组件的立体分解图。请一并参阅图3和图4，环形磁体组件25包括永磁铁253和磁轭环254。其中，承载件26采用环形结构，其环绕在靶材21的外围，且位于靠近靶材21的位置处。而且，在承载件26的上表面上设置有沿其周向间隔设置的多个凹槽252 ；永磁铁253的数量与凹槽252的数量相对应，且一一对应地设置在凹槽252内，也就是说，永磁铁253由凹槽252承载，且所有永磁铁253组成了环绕在靶材21的外围的环形磁体。
[0042]此外，借助承载件26，可以将永磁铁253与在磁控溅射腔室20内形成的等离子体隔离，从而防止等离子体腐蚀永磁铁253。在本实施例中，承载件26设置在磁控溅射腔室20的侧壁与顶壁之间，如图2所示。当然，在实际应用中，承载件也可以环绕在磁控溅射腔室的侧壁内侧或者外侧设置，只要由其承载的永磁铁253能够靠近靶材21即可，而且容易理解，永磁铁253越靠近靶材21，尤其形成的磁场作用越明显。
[0043]磁轭环254采用导磁材料制作，其设置在承载件26的顶面上，且磁轭环254的内径与由永磁铁253组成的环形内径相对应，并且各个永磁铁253的顶端与磁轭环254连接，以将所有的永磁铁253连接在一起。而且，由于磁轭环254采用导磁材料制作，这可以使各个永磁铁253在靶材21边缘区域形成的辅助磁场的分布更均匀。
[0044]在实际应用中，永磁铁253的顶端与磁轭环254之间可以采用下述连接方式，即:对应地分别在每个永磁铁253的顶端与磁轭环254的下表面设置凸部和凹部，且在磁轭环254安装到承载件26的顶面上时，该凸部和凹部相互配合。另外，为了便于安装，还可以在承载件26的顶面上，且与由永磁铁253组成的环形相对应的位置处设置一凹槽，磁轭环254设置在该凹槽内；并且，磁轭环254的上表面与承载件26的顶面相平齐。
[0045]在本实施例中，由环形磁体组件25产生的辅助磁场的磁场分布和磁场强度可以采用下述几种方式进行调节，以使基片边缘区域的薄膜厚度与中心区域的薄膜厚度趋于均匀。
[0046]具体地,第一种方式为:通过使各个永磁铁253的磁极与磁控管22的磁极同向或反向、相邻两个凹槽252之间的中心距、凹槽252的数量和/或调节各个永磁铁253的磁极与磁控管22的磁极之间的夹角，来调节由环形磁体组件25产生的辅助磁场在磁控溅射腔室20内的磁场分布和磁场强度。
[0047]第二种方式为:首先磁轭环254的顶端应不低于靶材21的下表面，以保证辅助磁场能够分布在靶材21附近。然后，通过调节磁轭环254的顶端与靶材21的下表面之间的高度差H，即，由永磁铁253形成的环形磁体与靶材21在竖直方向上的重合度(即，二者重叠在一起的长度)，来调节辅助磁场在磁控溅射腔室20内的磁场分布和磁场强度。
[0048]第三种方式为:通过调节由永磁铁253组成的环形磁体的半径与靶材21下表面的半径之差D (S卩，由永磁铁253组成的环形磁体与靶材21之间的水平间隙)，来调节辅助磁场在磁控溅射腔室20内的磁场分布和磁场强度。在实际应用中，由永磁铁253组成的环形磁体的半径与祀材21下表面的半径之差D的范围可以在5?100mm,优选地,为8?50mm。
[0049]在实际应用中，可以根据具体情况选择上述三种方式中的其中至少一种调节由环形磁体组件25产生的辅助磁场的磁场分布和磁场强度，以使基片边缘区域的薄膜厚度与中心区域的薄膜厚度趋于均匀。
[0050]在本实施例中，在承载件26内，且环绕在凹槽252的内侧或外侧设置有冷却通道255，通过向冷却通道255内通入冷却水或冷却气体来冷却置于凹槽252内的永磁铁253，以防止其在进行溅射沉积工艺的过程中因过热而消磁。
[0051]下面分别对采用本发明第一实施例提供的具有环形磁体组件25的磁控溅射腔室与现有技术的未设置环形磁体组件25的磁控溅射腔室进行溅射沉积实验，并对分别由具有环形磁体组件25的磁控溅射腔室和未设置环形磁体组件25的磁控溅射腔室获得的两个薄膜各自的各个区域的方块电阻和厚度进行偏差分析，并对二者进行对比，偏差分析及对比结果如下:
[0052]分别在上述两个薄膜各自的不同半径处取若干个取样点，并检测和记录这些取样点处薄膜的方块电阻和厚度，如图5A和5B所示。对这些取样点处薄膜的方块电阻和厚度进行偏差分析可知，采用未设置环形磁体组件25的磁控溅射腔室获得的薄膜的方块电阻和厚度各自的最大值与最小值之差均大于采用具有环形磁体组件25的磁控溅射腔室获得的薄膜的方块电阻和厚度各自的最大值与最小值之差，从而采用具有环形磁体组件25的磁控溅射腔室获得的薄膜的方块电阻和厚度的均匀性较好。因此，借助本发明第一实施例提供的磁控溅射腔室，可以在能够获得低应力的薄膜的前提下，提高薄膜厚度的均匀性。
[0053]在实际应用中，在进行溅射沉积工艺时，磁控溅射腔室20的腔室压力可以为I?30mT，优选地，为5?15mT。而且，优选地，靶材下表面与基座上表面之间的竖直间距可以为30?80mm。此外，靶材的材料包括金属、金属氮化物或金属氧化物，例如，TiN0
[0054]图6为本发明第二实施例提供的磁控溅射腔室的剖视图。请参阅图6，本实施例提供的磁控溅射腔室与上述第一实施例相比，其区别仅在于:环形磁体组件以及承载其的承载件的结构不同，即，采用由线圈和直流电源组成的电磁体来代替上述第一实施例中的永磁铁。下面仅对本实施例提供的磁控溅射腔室的环形磁体组件进行详细描述。
[0055]具体地，在本实施例中，环形磁体组件30包括线圈301和直流电源31 (图中未示出)，其中，承载件包括环形隔离部321，该环形隔离部321环绕在靶材21的外围，且位于靠近靶材21的位置处；线圈301环绕环形隔离部321的外侧设置；直流电源31用于向线圈301提供直流电，以使线圈301产生可提高靶材21边缘区域的磁场强度的辅助磁场。
[0056]在本实施例中，环形隔离部321位于线圈301与靶材21之间，用以将线圈301与在磁控溅射腔室20内形成的等离子体隔离，从而防止等离子体腐蚀线圈301。
[0057]在本实施例中，由环形磁体组件30产生的辅助磁场的磁场分布和磁场强度可以采用下述几种方式进行调节，以使基片边缘区域的薄膜厚度与中心区域的薄膜厚度趋于均匀。
[0058]具体地，第一种方式为:通过改变线圈301的绕向、直流电流在线圈301内的流向和大小、线圈301中的各匝线圈之间的间距和/或线圈301的匝数，来调节辅助