一种适用于真空镀膜设备的磁场发生装置

1.本发明涉及真空镀膜设备领域，具体涉及一种适用于真空设备样品台中的磁场发生装置，用于制备磁性芯片时，施加均匀可控磁场。


背景技术：

2.磁性芯片作为高可靠的信息存储(如磁随机存储器等)和高灵敏的磁信号传感(如磁阻传感器等)的核心单元，已广泛用于飞机、卫星的控制系统，以及手机电子罗盘、汽车自动驾驶等领域，已成为信息技术和信息产业中不可缺少的基础元件。而磁性芯片的功能膜层通常在真空设备中进行制备，制备过程中关键的核心技术之一就在于功能膜堆沉积时，需要施加高均匀度和可控的磁场。随着集成电路产业的发展，对大尺寸晶圆膜堆的制备也愈发重要。因此开发一种稳定可控，适用于真空镀膜设备，且能兼容大尺寸晶圆膜堆的磁场发生装置成为一种迫切的需求。
3.为此，人们针对真空设备中的磁场发生装置，提出了一些解决方案。如采用永磁体作为磁场发生装置，将其放置于样品台两侧(如：脉冲沉积制备铁磁性小液滴非晶合金材料,appl.phys.lett.72,3455(1998)和申请号202011144983.8的中国发明专利申请)或者放置在样品背后(如申请号为201610469974.3的中国发明专利申请)。一般在样品台底部具有可拆卸的磁铁固定夹具将永磁铁固定，可随样品旋转。这种磁场发生装置虽然简单方便、可施加固定磁场，但是其产生的磁场并不能进行控制，磁场均匀度也远远不能满足对高质量晶圆膜堆等的制备要求；同时永磁体直接与样品台接触，导致了磁性芯片膜堆在制备时不能对其进行加热或仅进行不超过磁体工作温度的低温加热。因此，极大限制了磁性芯片膜堆等的制备。
4.另外，为了获得可控的磁场，现有技术部分采用了电磁铁磁场发生装置(如：申请号为200610001808.7的中国发明专利申请)。这种磁场发生装置主要是由电磁铁组件构成，该组件的电磁铁线圈放置在真空室凸出腔外侧，两铁芯磁极通过密封法兰环接到腔内样品台的两侧，电磁铁通过控制电源和计算机相连。然而其采用的是横向放置的平面极头，导致其横向有限空间减少。此外由于采取的极头是平面形状，致使产生的磁场在大尺寸晶圆区域内分布并不均匀。
5.另一方面，为了获得相对均匀的磁场，少数现有技术采用的是亥姆霍兹线圈磁场发生装置(如：申请号为201911020182.8的中国发明专利申请)。匀强磁场通过垂直安装在磁控溅射台上的亥姆霍兹线圈获得，该装置与沉积薄膜方向垂直。然而，该装置占据了真空设备中很大的空间，并且由于产生的磁场是椭圆形，导致其产生的均匀磁场空间较小，而且所能获得磁场强度也较低。
6.因此，亟需引入新的设计方法来构建新型的磁场发生装置，以满足高质量磁性芯片膜堆的制备要求，推动磁随机存储、磁传感等集成电路行业的发展。
7.本发明方案通对电磁铁磁场发生装置的铁芯及极头构型进行改造，加以对磁回路底托的改造，可以实现可控均匀磁场的产生，同时对样品的其他生长环境无不利影响。


技术实现要素：

8.本发明针对现有技术中存在的技术问题，提出了一种适用于真空镀膜设备的磁场发生装置，使其能够在样品台大尺寸区域内形成均匀可控的磁场，以满足当前真空镀膜设备对制备高质量磁性芯片膜堆等的需求。
9.为解决上述问题，本发明提供一种适用于真空镀膜设备的磁场发生装置，具体包括：一个环形磁路；一对励磁线圈；一对铁芯；一对球切面极头；
10.所述环形磁路采用中空的环形结构，使得样品台能从环形磁路中无接触的嵌入，不会对样品台加热等生长环境产生不利影响；
11.所述环形磁路具体为圆环形；
12.所述铁芯竖直放置，可有效节约横向的有限空间；
13.所述铁芯的具体构造可弯曲，即竖直延伸后向内折向水平方向。根据需求可以选择不同弯曲弧度的铁芯结构。所述向内折向水平方向的角度范围可为0
°
至90
°
。
14.所述极头为球切面，区别于常规的平面极头。
15.所述球切面极头可以根据腔内构造选择不同的尺寸和型号，适应于不同尺寸的晶圆，产生均匀的磁场。
16.所述的球切面极头根据不同的需求，可以选择不同弧度的球切面，以在晶圆区域产生均匀分布的磁感线，达到均匀的磁场强度。
17.所述励磁线圈接通外接电源，对产生的磁场进行精准控制。
18.有益技术效果：
19.本发明提出一种适用于真空镀膜设备的磁场发生装置，在使用时，晶圆置于一对极头中心区域。能有效节约真空镀膜设备中的横向有限空间；可对产生的磁场强度进行精准控制；可以在制备区域内产生均匀分布的磁场；适用于大尺寸晶圆膜堆的制备；不会对晶圆膜堆制备的其他所需条件(如加热)产生不利影响；可进行高质量磁性芯片膜堆的制备。
附图说明
20.图1为本发明方案一种适用于真空镀膜设备的磁场发生装置的主视图；
21.图2为本发明方案一种适用于真空镀膜设备的磁场发生装置的俯视图；
22.图3为本发明方案一种适用于真空镀膜设备的磁场发生装置的侧视图；
23.图4为本发明实施例对4英寸晶圆产生的磁场仿真图。
具体实施方式
24.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本发明而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本发明所要求保护的技术方案。
25.一种适用于真空镀膜设备的磁场发生装置，如图1所示包括：一个环形磁路1；一对励磁线圈2；一对竖直延伸后折向水平方向的铁芯3；一对球切面极头4。
26.所述环形磁路1采用中空结构，使得样品台能从环形磁路1中无接触的嵌入，不会对样品台加热等生长环境产生不利影响。
27.所述环形磁路为圆环形，与样品台形状契合。
28.所述铁芯3竖直放置，可有效节约横向的有限空间。
29.所述铁芯3构造可弯曲，竖直延伸后向内折向水平方向。根据需求可以选择不同弯曲弧度的铁芯结构。所述向内折向水平方向的弯曲角度范围可为0
°
至90
°
。
30.所述铁芯材料可为铁磁性或者亚铁磁性物质，包括但不局限于包含铁、钴、镍的金属或者合金。
31.所述极头为球切面(如图3所示)，区别于常规的平面极头。根据不同的需求，可以选择不同弧度的球切面，可在晶圆区域产生均匀分布的磁感线，从而达到均匀的磁场强度。
32.所述球切面极头4可以根据腔内构造选择不同的尺寸和型号，适应于不同尺寸的晶圆，产生均匀的磁场。
33.所述励磁线圈2可通过外接电源，对产生的磁场进行精准控制。
34.实施例1、
35.通过模拟真空镀膜设备内部构造，将直径为4英寸的晶圆5水平放置于一对球切面极头(高度为60cm)的中心区域。其中极头形状由直径为85cm的球体，置于晶圆中心位置球切而成。通过模拟外接励磁线圈电源，对中心区域产生磁场。励磁线圈为直径2mm的铜线，匝数为400，通过施加10a的电流，在极头中心区域产生均匀磁场。
36.通过磁场仿真如图4可得，在该4英寸的区域范围内得到的磁场强度为(23.463
‑
26.337)mt,均匀度为89.1％。