溅射是在目前的集成电路镀膜过程中应用最广泛的一种物理气相沉积技术。围绕磁控溅射系统开展研究的主要目标可概括为以下三个方面:提高镀膜均匀性、提高基片沉积速率、提高靶材利用率。其中,水平磁场可以约束其附近的二次电子运动,延长电子在等离子体重的运动路径,增加气体电离程度,从而增加靶材被溅射的面积和效率,提高靶材利用率。随着高深宽比结构的出现,保证镀膜均匀性和沉积速率在磁控溅射系统的设计过程中也越来越被重视。提高靶材利用率和保证镀膜均匀性等生产目标体现在磁控溅射系统的设计过程中,就是对磁场分布形貌及强度的优化设计。具体来说,腔室内的磁场主要由两部分组成。一部分是由磁控管提供的主磁场,另一部分是由外加永磁体或电磁线圈提供的辅助磁场。其中主磁场的优化常针对靶材利用率开展,而辅助磁场的引入则多是为了改善镀膜效果。传统的平面磁控管采用内圆柱外圆环的磁极排布形式,最常见的是矩形平面磁控管和圆形平面磁控管。传统磁控管的特点是结构简单、通用性强,镀膜均匀性与重复性好,但缺点是靶材利用率依然较低,一般只有20%左右。为改善这一性能,大量关于磁控管结构优化和运动优化的研究被提出。结构优化,是指保持磁控管静止的状态,或对原有传统结构参数进行优化设计,如内外磁极半径、间距、高度等;或在原有传统结构上添加辅助结构,如导磁片、补偿磁极等;或突破原有的内外磁极式传统结构,发展出新型结构。而运动优化则是指在磁控管结构一定的情况下,通过对其运动规律的优化来实现在一个运动周期内对靶面的均匀刻蚀,从而提高靶材利用率。常见的磁控管运动方式包括直线进给运动、偏心旋转运动、内啮合行星齿轮运动、行星轮系运动等。辅助磁场是由除磁控管之外的辅助磁极提供的磁场。研究表明,置于基片下方的永磁体产生的辅助磁场可以协助主磁场提高靶材利用率;在靶材附近外加线圈并通低频交流电可以提高靶材粒子离化密度和靶材利用率,但不利于提高基片附近的离子密度;而在基片附近外加线圈的效果则正好相反。最后,本文总结了近年来磁控溅射系统磁场方面问题的主要研究方法。