本实用新型涉及磁控溅射技术领域，尤其涉及一种磁控溅射设备。
背景技术：
磁控溅射设备目前被广泛应用于半导体、mems(微机电系统)、光学镀膜、装饰镀膜等领域。现有磁控溅射设备主要包括溅射室、基片台、磁控溅射阴极以及溅射电源。基片台和磁控溅射阴极均设置在溅射室内，其中，基片台用于承载基片，磁控溅射阴极则与基片相对设置。进一步地，磁控溅射阴极包括靶材、背板以及磁铁装置。靶材设置在背板的一侧，其中，靶材用于实现溅射的一面朝向基片。典型地，基片和靶材之间的距离小于200mm，通常设置在100-150mm之间。磁铁装置设置在背板的另一侧，该磁铁装置用于在靶材表面形成磁场。溅射电源的输出和磁控溅射阴极相连，磁控溅射设备的阳极接地，用于形成电场。典型地，现有磁控溅射设备通常还包括阳极罩，该阳极罩环绕靶材、背板以及磁铁装置设置以对其形成保护。
磁控溅射设备工作时，在溅射电源的作用下溅射室内形成电场，该电场离化溅射室内的工艺气体原子(例如氩原子)产生等离子体，该等离子体包括离子和电子。针对于离子来说，由于溅射电源的作用，靶材表面呈负电压，因此离子在该负电压的作用下加速飞向靶材对其表面进行轰击，靶材受到轰击后释放出原子，该原子沉积到基片表面成膜。针对于电子来说，一部分电子被磁力线束缚从而环绕磁力线运动，在运动过程中与工艺气体原子碰撞以形成更多的等离子体；另一部分电子被阳极罩吸收；还有一部分电子在靶材表面负电压的作用下脱离磁力线的束缚向远离靶材的方向加速运动，其中有的电子最终会到达基片上。
电子到达基片上会对基片形成损伤。其中，被靶材表面负电压加速的电子通常具有较高的能量，相应地对基片的损伤就更大。针对于敏感型基片来说，这种损伤会严重影响到基片的性能。
技术实现要素：
为了克服现有技术中的上述缺陷，本实用新型提供了一种磁控溅射设备，该磁控溅射设备包括溅射室、位于该溅射室内相对设置的用于承载基片的基片台和溅射阴极、以及溅射电源，该磁控溅射设备还包括：
设置在所述溅射室内的电子偏转磁场生成装置，该电子偏转磁场生成装置包括极性相反的第一磁极和第二磁极，该第一磁极和第二磁极在所述基片和所述溅射阴极之间形成水平方向的电子偏转磁场，该电子偏转磁场用于使溅射过程中朝向基片运动的电子发生偏转。
根据本实用新型的一个方面，该磁控溅射设备中，所述基片和所述溅射阴极之间的距离大于等于200mm
根据本实用新型的另一个方面，该磁控溅射设备中，所述基片和所述溅射阴极之间距离的范围是200mm至300mm。
根据本实用新型的又一个方面，该磁控溅射设备中，所述第一磁极和所述第二磁极均为长条状，其二者沿水平方向平行设置，其中，所述第一磁极和所述第二磁极的设置高度介于所述基片的设置高度和所述溅射阴极的设置高度之间。
根据本实用新型的又一个方面，该磁控溅射设备中，从所述基片台所在位置朝所述溅射阴极看过去所述第一磁极和所述第二磁极位于所述溅射阴极中靶材的两侧。
根据本实用新型的又一个方面，该磁控溅射设备中，所述第一磁极和所述第二磁极的长度大于所述靶材在所述第一磁极和所述第二磁极长度方向上的尺寸。
根据本实用新型的又一个方面，该磁控溅射设备中，所述电子偏转磁场生成装置包括磁铁、以及呈长条状的第一导磁结构和第二导磁结构，所述第一导磁结构和所述第二导磁结构与所述磁铁的两个磁极分别形成接触、并在所述磁铁的磁化作用下形成所述第一磁极和所述第二磁极。
根据本实用新型的又一个方面，该磁控溅射设备中，所述磁铁是永磁铁或电磁铁。
根据本实用新型的又一个方面，该磁控溅射设备中，所述第一导磁结构和所述第二导磁结构的材料均为导磁金属。
根据本实用新型的又一个方面，该磁控溅射设备中，所述导磁金属是导磁不锈钢。
根据本实用新型的又一个方面，该磁控溅射设备中，所述电子偏转磁场生成装置是u型永磁铁或铁芯为u型的电磁铁。
根据本实用新型的又一个方面，该磁控溅射设备中，所述电子偏转磁场在所述溅射阴极中靶材表面的磁场强度为第一磁场强度，所述溅射阴极在所述靶材表面所形成的磁场其磁场强度为第二磁场强度，其中，所述第一磁场强度小于所述第二磁场强度。
根据本实用新型的又一个方面，该磁控溅射设备中，所述第一磁场强度与所述第二磁场强度之比小于1/10。
本实用新型所提供的磁控溅射设备包括溅射室、位于溅射室内相对设置的用于承载基片的基片台和溅射阴极、溅射电源、以及位于溅射室内的电子偏转磁场生成装置，该电子偏转磁场生成装置在基片和溅射阴极之间形成沿水平方向的电子偏转磁场。当磁控溅射设备工作时，该电子偏转磁场可以使朝向基片运动的电子发生偏转，如此一来，可以极大地减少到达基片的电子数量，从而极大地降低电子对基片带来的损伤。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是根据本实用新型的一个具体实施例的磁控溅射设备的结构示意图；
图2是根据本实用新型的一个优选实施例的磁控溅射设备中基片、电子偏转磁场生成装置以及溅射阴极之间的位置关系图示意图；
图3是图4所示结构中电子偏转磁场生成装置与溅射阴极的俯视结构示意图；
图4是根据本实用新型的另一个优选实施例的电子偏转磁场生成装置与溅射阴极的俯视结构示意图。
附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
具体实施方式
为了更好地理解和阐释本实用新型，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述。
本实用新型提供了一种磁控溅射设备，该磁控溅射设备包括溅射室、位于该溅射室内相对设置的用于承载基片的基片台和溅射阴极、以及溅射电源，该磁控溅射设备还包括：
设置在所述溅射室内的电子偏转磁场生成装置，该电子偏转磁场生成装置包括极性相反的第一磁极和第二磁极，该第一磁极和第二磁极在所述基片和所述溅射阴极之间形成水平方向的电子偏转磁场，该电子偏转磁场用于使溅射过程中朝向基片运动的电子发生偏转。
下面，将结合附图对上述磁控溅射设备的各个构成部分进行详细说明。
具体地，如图1所示，本实用新型所提供的磁控溅射设备包括溅射室100，磁控溅射工艺在该溅射室100内实现。本实用新型中的溅射室100可以采用现有设计，为了简明起见，不再对溅射室100进行详细说明。本领域技术人员可以理解的是，图1中的溅射室100仅为示意，其上所开设的与外部抽气系统连接的抽气口等被省略未示出。
如图1所示，磁控溅射设备还包括设置在溅射室100内的基片台200以及溅射阴极。在本实施例中，基片台200固定在溅射室100的顶部，用于承载待镀膜的基片300，其中，基片300的待镀膜表面朝下。溅射阴极设置在溅射室100的底部与基片台200相对的位置，其中，溅射阴极包括靶材400、背板401以及磁铁装置。靶材400以溅射面朝上的方式固定在背板401的一侧，用于作为溅射源。磁铁装置则设置在背板401的另一侧，用于在靶材400的表面(即溅射面)形成磁场500。在本实施例中，磁铁装置包括中心磁铁402b、环绕该中心磁铁402b的外圈磁铁402a、以及与中心磁铁402b和外圈磁铁402a连接的磁靴403。需要说明的是，(1)靶材的材料、形状以及大小可以根据具体镀膜工艺的需求相应确定，本文对此不作任何限定；(2)本领域技术人员可以理解的是，磁铁装置的结构不应仅仅限定于上述示意性举例，凡是可以在靶材表面形成磁场的磁铁装置均适用于本实用新型；(3)基片台还可以固定在溅射室的底部，其承载的基片的待镀膜表面朝上，相应地溅射阴极固定在溅射室的顶部，靶材的溅射面朝下；(4)为了保护溅射阴极溅射室内通常还会设置有环绕溅射阴极的阳极罩，为了简明起见，图1中省略未示出。
本实用新型所提供的磁控溅射设备还包括用于在溅射室内形成电场的溅射电源(未示出)。具体地，溅射电源的输出和溅射阴极相连(在溅射电源的作用下溅射阴极中靶材的表面呈负电压)，磁控溅射设备的阳极接地。溅射电源的具体连接方式可以参考现有设计，为了简明起见，此不再进行赘述。
如图1所示，本实用新型所提供的磁控溅射设备还包括电子偏转磁场生成装置，该电子偏转磁场生成装置设置在溅射室100内。该电子偏转磁场生成装置包括第一磁极700和第二磁极701，该第一磁极700和第二磁极701的极性相反(即一个呈现为n极、另一个呈现为s极)，其中，第一磁极700和第二磁极701在基片300和溅射阴极之间形成水平方向的电子偏转磁场800。本实用新型所提供的磁控溅射设备进行溅射的过程中，工艺气体被溅射电源所形成的电场电离后形成包括离子501和电子502的等离子体，离子501在靶材400表面负电压的作用下加速飞向靶材对其表面进行轰击，靶材400受到轰击后释放出原子600，该原子600沉积到基片300表面成膜。一部分电子502被靶材400表面磁场500中的磁力线所束缚从而环绕磁力线运行，另一部分电子502被阳极罩吸收，还有一部分电子502在靶材400表面负电压的作用下脱离磁力线的束缚加速向基片300飞去。由于电子偏转磁场800位于基片300和溅射阴极之间的水平方向上，所以当朝着基片300飞去的电子502进入该电子偏转磁场800后，遵循左手法则电子502受到垂直于其运动方向以及电子偏转磁场800方向的洛伦兹力，在洛伦兹力的作用下电子502会发生至少90°的偏转，从而使电子502不再朝着基片300运动，如此一来，可以极大地减少能够到达基片表面电子的数量，从而极大地降低电子对基片300带来的损伤，进而保证基片300的性能。针对于靶材400受到离子轰击所释放出来的原子600来说，因为其不带电所以不会受到电子偏转磁场的影响。
针对于基片300和溅射阴极之间的距离来说，若其二者之间的距离较小则会影响到电子502的偏转，使得电子502还未完成偏转就到达了基片300。基于此，为了确保基片300和溅射阴极之间存在足够的空间令受到洛伦兹力的电子502实现偏转，在本实施例中，基片300和溅射阴极之间(即基片300待镀膜表面和靶材400溅射面之间)的距离设置为大于等于200mm。进一步地，考虑到基片300和溅射阴极之间的距离过大会导致磁控溅射材料浪费过大，所以基片300和溅射阴极之间的距离优选设置为200mm至300mm，例如200mm、210mm、220mm、230mm、240mm、250mm、260mm、270mm、280mm、290mm、300mm等。
在本实施例中，第一磁极700和第二磁极701均呈长条状、且其二者沿水平方向平行设置，其中，第一磁极700和第二磁极701的设置高度介于基片300的设置高度和溅射阴极的设置高度之间，如此一来，即可在基片300和溅射阴极之间形成水平方向的电子偏转磁场800。具体到图1所示结构，第一磁极700和第二磁极701的设置高度大于溅射阴极的设置高度但小于基片300的设置高度，也就是说，第一磁极700和第二磁极701位于基片300的下方溅射阴极的上方。针对于第一磁极700和第二磁极701之间的垂直距离来说，优选大于靶材400在该垂直距离所在方向上的长度，即从基片台200所在位置朝溅射阴极看过去第一磁极700和第二磁极701位于靶材400的两侧。针对于第一磁极700和第二磁极701的长度来说，优选大于靶材400在该长度所在方向上的尺寸。如此一来，可以确保朝向基片300飞去的电子均位于电子偏转磁场800中并受到电子偏转磁场800的作用。举例来说，若靶材400为矩形靶材，第一磁极700和第二磁极701设置在矩形靶材长边的两侧(即第一磁极700和第二磁极701之间的垂直距离大于矩形靶材短边的长度)，以及第一磁极700和第二磁极701的长度大于矩形靶材长边的长度；若靶材400为圆形靶材，则第一磁极700和第二磁极701设置在圆形靶材的两侧(即第一磁极700和第二磁极701之间的垂直距离大于圆形靶材的直径)，以及第一磁极700和第二磁极701的长度大于圆形靶材的直径。
下面以两个优选实施例对电子偏转磁场生成装置的结构进行说明。
在一个优选实施例中，如图2和图3所示，电子偏转磁场生成装置包括磁铁702、以及呈长条状的第一导磁结构703和第二导磁结构704，其中，第一导磁结构703和第二导磁结构704沿水平方向平行设置、且其二者之间的垂直距离(图3中以w所示)大于溅射阴极40在该垂直距离所在方向上的长度(需要说明的是，为了简明起见图2和图3中将溅射阴极作为一个整体示意性地进行绘制而不再对其各个构成部分进行详细绘制)，此外第一导磁结构703和第二导磁结构704分别与磁铁702的两个磁极分别接触，在磁铁702的磁化作用下第一导磁结构703和第二导磁结构704产生磁性，从而形成电子偏转磁场生成装置的第一磁极和第二磁极。相应地，磁化后的第一导磁结构703和第二导磁结构704之间形成的磁场即为电子偏转磁场。以图2所示结构为例，第一导磁结构703与磁铁702的n极接触，经磁铁702磁化后第一导磁结构703呈现为n极；第二导结构704与磁铁702的s极接触，经磁铁702的磁化后第二导磁结构704呈现为s极。本实用新型对于磁铁702的具体形状以及类型并没有任何限定。形状方面，磁铁702可以是如图2所示的长条形也可以是其他形状。类型方面，磁铁702可以是永磁铁也可以是电磁铁。针对于磁铁702是永磁铁的情况，第一导磁结构703和第二导磁结构704可以直接吸附至磁铁702的两个磁极与其形成接触，或者通过固定件(例如螺丝钉等)与磁铁702的两个磁极分别进行固定以实现与磁铁702两个磁极形成接触。针对于磁铁702是电磁铁的情况，第一导磁结构703和第二导磁结构704可以通过固定件与磁铁702中铁芯的两端分别进行固定，从而实现第一导磁结构703和第二导磁机构704与磁铁702两个磁极的接触。在本实施例中，第一导磁结构703和第二导磁结构704均采用导磁金属制成，优选为导磁不锈钢。本领域技术人员可以理解的是，导磁不锈钢仅为优选实施例，在其他实施例中也可以采用现有技术中其他常规导磁材料(例如铁等)来实现第一导磁结构703和第二导磁结构704。此外，如图2所示，磁铁302优选设置在溅射阴极40的侧面以避免对靶材形成遮挡，第一导磁结构703和第二导磁结构704的端部延伸至磁铁702的磁极处与其形成接触。
在另一个优选实施例中，如图4所示，电子偏转磁场生成装置是一整块u型永磁铁或铁芯为u型的电磁铁(下文以u型磁铁表示)，该u型磁铁包括呈长条状且平行的两段(图4中分别通过附图标记705和706表示)以及连接该两段的弯曲部分，其中，该u型磁铁平行地设置在基片和溅射阴极之间、且该两段之间的垂直距离(图4中以w所示)大于溅射阴极40在该垂直距离所在方向上的长度。由于呈长条状且平行的两段呈相反极性，因此可以作为电子偏转磁场生成装置的第一磁极和第二磁极，相应地，该两段之间所形成的磁场即为电子偏转磁场。
需要说明的是，由于电子偏转磁场生成装置设置在基片台和溅射阴极之间，所以需要借助一定的结构对其进行固定。以图2所示结构为例说明，可以在溅射室内固定支撑杆、该支撑杆上设置一个夹持装置，该夹持装置对磁铁702形成夹持从而使整个电子偏转磁场生成装置固定在预设高度。上述仅为示意性举例，本领域技术人员可以理解的是，本实用新型对于电子偏转磁场生成装置的固定结构并不做任何限定，凡是可以将电子偏转磁场生成装置固定在预定高度并对溅射不产生影响的方式均适用于本实用新型的范围。
针对于电子偏转磁场生成装置来说，其设置需要满足以下两个方面：一方面是第一磁极和第二磁极的设置高度需要确保电子可以很好地实现偏转；另一方面是第一磁极和第二磁极的设置高度需要确保其所形成的电子偏转磁场对溅射阴极中磁铁装置在靶材表面所形成的磁场造成的干扰尽可能小。也就是说，第一磁极和第二磁极与基片之间的距离不宜过近而是需要保持一定的距离，与此同时第一磁极和第二磁极与溅射阴极之间的距离也不宜过近也需要保持一定的距离。典型地，电子偏转磁场生成装置可以安装在基片和溅射阴极之间的中部区域内，即第一磁极和第二磁极位于基片和溅射阴极之间的中部区域内。针对于第一磁极和第二磁极与溅射阴极之间的距离来说，其确定原则如下：本文中定义电子偏转磁场在溅射阴极中靶材表面的磁场强度为第一磁场强度、以及定义溅射阴极中磁铁装置在靶材表面所形成的磁场其磁场强度为第二磁场强度，其中，第一磁极和第二磁极与溅射阴极之间的距离需要使第一磁场强度小于第二磁场强度。优选地，第一磁极和第二磁极与溅射阴极之间的距离使第一磁场强度与第二磁场强度相比弱一个量级，即第一磁场强度和第二磁场强度之比小于1/10，这种情况下，第一磁极和第二磁极所形成的电子偏转磁场基本不会对溅射阴极中磁铁装置在靶材表面所形成的磁场造成干扰。
针对于电子偏转磁场生成装置来说，可以通过以下方式确定其具体结构和尺寸：首先通过溅射电源在溅射室内所形成的电场计算电子的运动速度。接着根据电子的运动速度、基片与溅射阴极之间的距离以及电子偏转磁场生成装置的设置高度来确定电子偏转磁场的具体分布以及磁场强度。此处需要说明的是，在确定电子偏转磁场生成装置的具体结构和尺寸之前，基片与溅射阴极之间的距离以及电子偏转磁场生成装置的设置高度通常会预先确定下来。最后根据确定的磁场分布以及磁场强度、利用磁场分布模拟软件(例如ansoftmaxwell等)设计出相应的电子偏转磁场生成装置，如此一来，即可确定电子偏转磁场生成装置的具体结构以及尺寸。为了确保设计的准确性，通常可以利用法拉第杯来进行验证。具体地，首先，在基片台安装基片的位置上设置一个法拉第杯，该法拉第杯用于收集电子；接着，令磁控溅射设备工作并对法拉第杯中收集到的电子数量进行检测。若法拉第杯中收集到的电子数量基本为零，则认为电子偏转磁场针对于其所在的磁控溅射设备来说是合适的，即电子偏转磁场生成装置的设计是准确的；反之则可以利用磁场分布模拟软件对电子偏转磁场生成装置的结构和/或尺寸进行调整，直至其所形成的电子偏转磁场适合于其所在的磁控溅射设备。此处需要说明的是：(1)针对于电子偏转磁场发生装置采用永磁铁来实现的情况，可以通过改变永磁铁的尺寸来调节电子偏转磁场的磁场强度；针对于电子偏转磁场发生装置采用电磁铁来实现的情况，可以通过改变铁芯的材质和尺寸、缠绕在铁芯上线圈的圈数、以及线圈中的电流强度来调节电子偏转磁场的磁场强度；(2)法拉第杯由金属制成，当电子进入至法拉第杯中以后会产生电流，因此通过测量法拉第杯的电流即可判定法拉第杯中电子的数量。其中，考虑到法拉第杯中电子数量越少则法拉第杯的电流也相应越小，因此可以预先获取法拉第杯的电流和其中电子数量之间的关系并设置一个电流阈值，一旦法拉第杯的电流小于(或小于等于)该电流阈值时，则认为法拉第杯中的电子数量基本为零。
下面通过一个实验对本实用新型所提供的磁控溅射设备和现有磁控溅射设备在降低基片电子损伤方面的性能进行比较。
具体地，在本实验中，本实用新型所提供的磁控溅射设备与现有磁控溅射设备之间的区别仅仅在于：本实用新型所提供的磁控溅射设备包括电子偏转磁场发生装置。除了电子偏转磁场发生装置之外，其二者在结构上完全相同。为了简明起见，下文以磁控溅射设备a表示本实用新型所提供的磁控溅射设备、以磁控溅射设备b表示现有磁控溅射设备。
在本实验中，法拉第杯设置在磁控溅射设备a和磁控溅射设备b中基片台的中心位置上，在该法拉第杯上施加有+10v的电压。靶材的尺寸为6英寸。溅射电源采用稳压电源，对靶材施加1kw直流溅射功率。此外，其他的工艺条件(例如工艺气体、溅射室内压强等)也完全相同。得到的实验数据如下：
从上述数据可以看出，电子偏转磁场发生装置所产生的电子偏转磁场对溅射速率和溅射电压的影响非常轻微，其中，对溅射速率的影响约为1.1％，对溅射电压的影响约为2.3％，且该影响在整个溅射过程中是稳定不变的，所以可以认为对溅射成膜基本没有影响。但是到达基片位置的电子量却大幅降低，法拉第杯的电流由58ma下降至4ma。由此可知，本实用新型所提供的磁控溅射设备在不影响溅射工艺的前提下极大地降低了基片的电子损伤。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他部件、单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个部件、单元或装置也可以由一个部件、单元或装置通过软件或者硬件来实现。
本实用新型所提供的磁控溅射设备包括溅射室、位于溅射室内相对设置的用于承载基片的基片台和溅射阴极、以及位于溅射室内的电子偏转磁场生成装置，该电子偏转磁场生成装置在基片和溅射阴极之间形成沿水平方向的电子偏转磁场。当磁控溅射设备工作时，该电子偏转磁场可以使朝向基片运动的电子发生偏转，如此一来，可以极大地减少到达基片的电子数量，从而极大地降低电子对基片带来的损伤。
以上所揭露的仅为本实用新型的一些较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。