CN112048704A - 一种超薄多层膜的集成式加工设备及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超薄多层膜的集成式加工设备及应用方法，所述集成式加工设备包括：包括磁控溅射腔体的超高真空多靶磁控溅射设备；包括快速进样腔体的快速进样室，其通过第一闸板阀与所述磁控溅射腔体法兰密封连接，所述快速进样腔体外连接有各种附属配件；调控与表征设备，其包括内部配备有高温样品架的调控与表征腔体，所述调控与表征腔体通过转接腔体与所述快速进样腔体连通，所述调控与表征腔体还分别连接有磁性表征***和超高真空传样杆。该集成式加工设备无需真空互联***、也无需破坏真空环境条件下可以沉积超薄多层膜并对可其进行高温磁场退火和磁性测量，可以实现超薄多层膜的制备、分层原位调控和表征，具有成本低、操作效率高的特点。

Description

一种超薄多层膜的集成式加工设备及应用方法

技术领域

本发明属于自旋电子薄膜制备和表征领域，具体涉及一种超薄多层膜的集成式加工设备及应用方法。

背景技术

基于微电子技术的集成电路是信息产业的基础，然而，半导体中隧穿效应产生的漏电流致使传统微电子器件功耗过大、数据稳定性较差，摩尔定律遇到了难以逾越的技术瓶颈，而自旋电子信息器件被认为是克服功耗瓶颈的关键技术之一，对于构建“后摩尔时代”超低功耗集成电路具有重要意义。

磁随机存储器具有非易失性、低功耗和无限读写等特点，而基于自旋转移矩的磁随机存储器(STT-MRAM)在速度、面积、写入次数和功耗方面达到了较好的折中，因此被业界认为是构建下一代非易失性缓存的理想器件。其中，磁隧道结(MTJ)是STT-MRAM的核心存储部分，主要由两层铁磁层加一层隧穿势垒层组成，每层的薄膜厚度通常为纳米量级，磁隧道结的经典结构为CoFeB/MgO/CoFeB体系，具体来说，两层铁磁层包括一层磁化方向固定不变的参考层1和磁化方向可以同参考层1磁化方向相同或相反的自由层2。当自由层2磁化方向与参考层1平行时，MTJ呈现低阻态，反之MTJ呈现高阻态。这种不同的电阻状态可以用来代表二进制数据的“0”和“1”。因此需要沉积超薄多层膜而后通过加工成器件构成磁存储器的基本结构磁隧道结。

超薄多层膜的制备主要是通过物理气相沉积方法制得的，目前主流的物理气相沉积设备主要有磁控溅射、分子束外延和脉冲激光沉积等，其中，磁控溅射设备因其沉积速率快、基片损伤和温升小等优点而被工业现场广泛使用。而薄膜制备后通常需要对磁性层进行测量，通常使用磁光克尔测试***或者震动样品磁强计等进行测量，因磁光克尔测试***测试速度快，成本较低得到了各大科研院所的广泛使用。而薄膜调控设备目前主流有离子辐照和真空退火两种方法，离子辐照即是通过离子轰击来使多层膜的元素分布发生变化，而真空退火是指利用分子的热运动来调控薄膜的元素分布等。但当前磁控溅射设备一般单个腔体所包含的阴极个数较少，难以实现多种膜层的制备，且一般工艺过程需要在多个设备间切换，降低了效率同时也难以实现分层的调控与表征。

目前超薄多层膜制备、调控与表征方法主要通过分离设备进行，也就是先使用薄膜沉积设备沉积薄膜，而后破真空取出样品而后再使用薄膜调控与表征设备对薄膜的特性进行调控与表征等。这种方法需要多个设备配合，同时因为需要在大气中对样品某些性质进行测量，因此需要沉积保护层来保护核心的磁性层等，膜层设计复杂，同时也无法避免保护层对相关特性的影响。并且这种方法表征的是整体多层膜的特性，无法对关注的膜层进行单独表征，***需要多个设备配合，成本较高。

另一种方法将超薄多层膜的制备、调控与表征设备通过真空互联***进行连接，样品可以在多个腔体和设备中传输，可以在不破坏真空环境的情况下进行超薄多层膜的原位调控与测量。但是这种方法需要配合复杂的真空互联和复杂的传样***，提高了***的设计成本，同时复杂的设计也降低了***的可靠性和操作的效率，同时还涉及到***的兼容性等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明有必要提供一种超薄多层膜的集成式加工设备及应用，该集成式加工设备集成超薄多层膜的制备、调控与表征的功能，在无需真空互联***、也无需破坏真空环境条件下可实现超薄多层膜的分层原位调控和表征，以解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明首先提供了一种超薄多层膜的集成式加工设备，所述集成式加工设备包括：

超高真空多靶磁控溅射设备，其包括磁控溅射腔体；

快速进样室，其包括快速进样腔体，所述快速进样腔体通过第一闸板阀与所述磁控溅射腔体法兰密封连接，进样，所述快速进样腔体外设有进气阀门；

调控与表征设备，其包括内部配备有高温样品架的调控与表征腔体，所述调控与表征腔体通过转接腔体与所述快速进样腔体连通，所述调控与表征腔体还分别连接有磁性表征***和超高真空传样杆。

进一步的，所述磁控溅射腔体外分别法兰密封连接有真空样品架、第二真空测量***、第二真空获得***和磁控溅射阴极，所述磁控溅射腔体上设有第一观察视窗，所述第一观察视窗为石英观察窗与所述磁控溅射腔体通过法兰密封形成，所述磁控溅射腔体上还设有若干密封的预留法兰口；

所述磁控溅射腔体的侧面底部设有用于将所述磁控溅射腔体固定的安装孔。

进一步的，所述第二真空测量***由三级真空规构成，所述三级真空规包括真空薄膜规、UHV离子规和残气分析仪RGA；

所述第二真空获得***通过第二闸板阀与所述磁控溅射腔体法兰密封连接，所述第二真空获得***为三级真空泵组，所述三级真空泵组包括机械泵、分子泵和低温泵。

进一步的，所述磁控溅射阴极共设有十二个且角度各不相同，分别位于同一球面上且均朝向所述磁控溅射腔体中的磁控溅射样品位置。

进一步的，所述磁控溅射腔体配备有用于实现膜厚监测的膜厚测量设备。

进一步的，所述磁控溅射设备还包括电源***，所述电源***包括：

切换器，所述切换器与所述磁控溅射阴极连接；

直流电源，所述直流电源通过直流线缆接入所述切换器；

射频电源，所述射频电源通过一匹配器接入所述切换器。

进一步的，所述快速进样腔体内部设有可升降样品架，所述快速进样腔体外还设有第二观察视窗。

进一步的，所述第一真空获得***为两级真空泵组，所述两级真空泵组包括机械泵和分子泵；

所述第一真空测量***为全量程真空规。

进一步的，所述高温样品架采用辐射加热方式，所述高温样品架上设有温度传感器；

所述磁性表征与调控***包括：

设于所述调控与表征腔体上端的磁性探测光路组件，其包括输入光路和输出光路；

用于磁性探测光路进入所述调控与表征腔体内的玻璃法兰口，其密封于所述调控与表征腔体的上端；

位于所述调控与表征腔体内且相对设置的第一面内磁铁和第二面内磁铁，其均含有左右两个磁极和附属线圈，两个磁极的线圈串联，并配备霍尔探头；

位于所述调控与表征腔体内且相对设置的第一垂直磁铁和第二垂直磁铁，所述第一垂直磁铁设于所述调控与表征腔体和所述磁性探测光路之间，且所述第一垂直磁铁上设有供磁性探测光路通过的孔隙，所述第一垂直磁体和所述第二垂直磁铁均为固定气隙断轭磁铁。

本发明还提供了一种前述任一项所述的集成式加工设备的应用方法，包括以下步骤：

将待制备的基片装入所述快速进样室，而后送入所述磁控溅射腔体内沉积磁性多层膜；

将沉积磁性多层膜后的样品传入调控与表征腔体进行磁性表征，若磁性未满足要求，则可对样品进行超高真空磁场退火，然后再进行磁性表征，还可以在退火过程中进行磁性测量，表征不同退火条件对磁性的影响；

磁性表征满足要求后，将样品回传至所述磁控溅射腔体内沉积其他膜层，然后再进行表征，或者沉积保护层后，通过所述超高真空传样杆将样品传输到所述快速进样室后取出样品。

本发明中提供的超薄多层膜的集成式加工设备，集成了超薄多层膜的制备、原位调控和表征功能，可实现在制备过程中对某一层的原位调控与表征，可由针对性的研究不同层对全膜层的贡献或影响，且该过程无需破坏原有的真空环境，也不需要再设置真空互联***，具有性能优越，设计可靠，成本低，操作效率高的特点。

附图说明

图1为本发明一较佳实施例中集成式加工设备的立体结构示意图；

图2为图1中集成式加工设备的俯视图；

图3为本发明一较佳实施例中集成式加工设备固定安装后的立体结构示意图；

图4为本发明一较佳实施例中电源***连接框图；

图5为图1中调控与表征设备30的结构示意图；

图6为图3中集成式加工设备在制备超薄多层膜的工作流程示意图。

图中：超高真空多靶磁控溅射设备10、磁控溅射腔体101、分子泵101-1、低温泵101-2、真空样品架102、第二真空测量***103、残气分析仪RGA103-1、第二真空获得***104、磁控溅射阴极105、第一观察视窗106、膜厚测量仪107、安装孔108、第二闸板阀109、第三闸板阀110；

快速进样室20、快速进样腔体201、第一闸板阀202、第一真空测量***203、第一真空获得***204、进气阀门205、第二观察视窗206、机械臂传样杆207；

调控与表征设备30、调控与表征腔体301、转换腔体302、磁性表征***303、超高真空传样杆304。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将结合具体的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

本实施例中公开了一种超薄多层膜的集成式加工设备，如图1中所示的，所述集成式加工设备包括超高真空多靶磁控溅射设备10、快速进样室20和调控与表征设备30，本实施例中提及的超薄多层膜的集成式加工设备无需通过复杂的真空互联装置将相关设备连接，不需破坏真空环境，即可实现对某一层薄膜的原位调控和表征，有利于区分某层薄膜的贡献。

本实施例中所述的超高真空多靶磁控溅射设备10可采用本领域中常规的沉积膜层用物理气相沉积设备，具体如图1中所示的，超高真空多靶磁控溅射设备10包括磁控溅射腔体101，磁控溅射腔体里的磁控溅射室与本领域中常规的磁控溅射室类似，磁控溅射腔体101的形状没有具体限定，可根据需要进行设计，因此，这里不再具体阐述。磁控溅射腔体101外设有若干不同规格的法兰口，所述法兰口的规格包括但不限于CF60、CF100等，主要是用于连接各种附属配件。具体的，请继续参阅图1和图2，磁控溅射腔体101外分别法兰密封连接有真空样品架102、第二真空测量***103、第二真空获得***104和磁控溅射阴极105，进一步的，磁控溅射腔体101上设有第一观察视窗106，磁控溅射腔体101还配备有膜厚测量仪107，此外，磁控溅射腔体101还预留有若干密封的预留法兰口，预留法兰口不使用时采用盲板密封，可根据不同的需要法兰连接不同附属配件，如一部分连接气体流量计MFC实现气体的通入，一部分可用于法兰连接楔形膜***实现楔形膜Wedge***的安装，或者如本实施例中所示的，安装膜厚测量仪107，从而实现超薄多层膜制备过程中沉积厚度，本实施例中的膜厚测量仪107采用由晶振探头、挡板、真空法兰和***电路组成，通过石英晶体的频率变化与附加上的质量关系可以在薄膜制备的过程中实时监测膜层的厚度。由于膜厚测量仪107属于本领域中的常规仪器，因此这里不再详细赘述。可以理解的是，以上连接在磁控溅射腔体101外的附属配件等在磁控溅射腔体101外的布局或连接位置、顺序等没有具体的限定，可根据需要进行调整。

进一步的，本实施例中，真空样品架102(连接在附图中法兰口位置)通过法兰密封连接在磁控溅射腔体101的上端，这里的真空样品架102可以采用本领域中常规的样品架，在本实施例中，优选的，真空样品架102具有X、Y、Z三个可移动的自由度并且真空样品架102可实现360度旋转，其自由度的实现主要是通过真空样品架102自带的步进马达驱动，这里不再具体阐述。

进一步的，本实施例中的第二真空获得***104指的是可提供磁控溅射腔体101内真空的真空泵装置，其可以是本领域中常规的真空泵装置，只要能实现提供磁控溅射腔体101的真空环境即可。具体的，在本实施例中，第二真空获得***104通过第二闸板阀109与磁控溅射腔体101法兰密封连接，优选的，本实施例中，第二真空获得***104为三级真空泵组，所述三级真空泵组包括机械泵(图未示)、分子泵101-1和低温泵101-2，第二真空获得***104通过第二闸板阀109与磁控溅射腔体101连接，具体的，低温泵101-2通过第三闸板阀110与分子泵101-1连接，分子泵101-1和低温泵101-2的前级均连接机械泵，机械泵通过波纹管与分子泵101-1和低温泵101-2连接，首先通过机械泵将磁控溅射腔体101内的大气压抽至低真空，而后启动分子泵101-1将磁控溅射腔体101内的气压由低真空抽至高真空，之后采用通过烘烤腔体方式进一步提高真空度，最后启动低温泵101-2，本实施例中的低温泵101-2为吸附泵，用于吸附磁控溅射腔体101内的分子的水汽，通过第二真空获得***104可将磁控溅射腔体101内的真空度降至1×10^-8Pa以下，用以实现超薄多层膜在超高真空环境下的沉积。

进一步的，本实施例中所述的第二真空测量***103指的是用于对磁控溅射腔体101内的真空环境进行测量的真空检测装置，可以理解的是，本领域中常规采用的真空检测装置均可，在本实施例中，第二真空测量***103通过法兰密封连接在磁控溅射腔体101的侧面，其由三级真空规组成，具体的，分别为真空薄膜规(图具体未示)、UHV离子规(图具体未示)和残气分析仪RGA103-1构成，使得第二真空测量***103能够测量的真空度从大气低至1×10^-10Pa压力，并通过残气分析仪RGA103-1对残留气体进行分析，便于针对分析结果通过第二真空获得***104提高磁控溅射腔体101内的真空度，残气分析仪RGA103-1还可以在薄膜沉积过程中测量腔体内气体的含量以便辅助工艺参数的调试，具体的，残气分析仪RGA103-1法兰连接在第二闸板阀109和第三闸板阀110之间。具体的工作过程为：第二真空测量***103进行真空度测量时随着第二真空获得***抽速的提升，首先通过真空薄膜规测量粗真空，而后UHV离子规启动测量高真空，残气分析仪RGA103-1可以分析腔体内残余气体的组分。可以理解的是，这里的三级真空规均是通过法兰口密封与磁控溅射腔体101连接，其具体的位置、顺序等没有具体的限定，可根据整个集成式加工设备的布局进行调整。

请继续参阅图1和图2，本实施例中第一观察视窗106由石英窗片在磁控溅射腔体101的其中一个法兰口密封加工而成，其主要作用是通过第一观察视窗106传输紫外线、可见光或红外线等各种光波和电磁波。本实施例中第一观察视窗106设于磁控溅射腔体101的侧面。

进一步的，本实施例中的磁控溅射阴极105设于磁控溅射腔体101的下部，具体来说，在磁控溅射腔体101的下部设有十二个法兰口，从而连接的十二个磁控溅射阴极105，磁控溅射阴极105分别在同一球面上，十二个磁控溅射阴极105的角度各不相同，其均朝向磁控溅射腔体101内部的磁控溅射室中的中心位置，即样品沉积位置。这里的磁控溅射阴极105可选自本领域中常规的磁控溅射阴极，同时可以采用离子源进行辅助，优选的，本实施例中的磁控溅射阴极105配备Z轴自由度和角度自由度，从而可以在不破坏真空的情况下，原位调节阴极105的Z轴自由度(调节靶基距)和角度(靶朝向样品架的角度)。本实施例中的磁控溅射阴极105采用水冷方式进行冷却，可安装直径为2英寸且厚度小于5mm的圆形溅射靶材。具体的，磁控溅射阴极105配备阴极盖，盖子由压缩空气驱动，通过控制压缩气路可以实现阴极盖的90度～180度开启。并且磁控溅射阴极105预留工艺气体气路，可以实现靶面进气，降低起辉的气压。阴极磁铁置于靶材下方，可以选择平衡磁铁配置和非平衡磁铁配置，优选平衡磁铁分布，针对磁性靶材还可以增加磁铁的数量以提高电离程度，实现高速的沉积。

进一步的，如图2中所示的，本实施例中在磁控溅射腔体101的下部还设有若干安装孔108，用于将磁控溅射腔体101安装固定，这里的固定方式没有具体的限定，可采用本领域常规的固定方式，优选的，采用螺纹连接方式固定于支撑结构，如304不锈钢制成的不锈钢支架上，如图3中所示的。

本实施例中的超高真空多靶磁控溅射设备10还包括电源***，具体的，电源***由直流电源、射频电源和切换器组成，具体如图4中所示的，直流电源通过直流电缆连入切换器，射频电源先经匹配器再接入切换器。本实施例中的切换器可以设置为两输入和多输出，通过切换器的切换功能可以首先选择哪路电源接入而后可以选择输出到哪路阴极。射频电源到匹配器之间线缆需要满足阻抗匹配要求，匹配器和切换器直接相连，最大限度减小损耗。切换器直接置于阴极105的下方，长度一般为1米左右。通过此种配合方式，可以将直流电压或射频电压加到每一个阴极105上，可以大大减少对电源的使用，降低成本，同时每个设备配备几组电源便可以实现几个阴极的共溅射。可以理解的是，电源***等模块可通过制成结构与本实施例中的集成式加工设备连接，具体安装位置没有具体的限定，可根据需要进行调整。在本实施例中，切换器、匹配器等分别固定于支撑架上，位于支撑架的四个边角处。

进一步方案，请继续参阅图1和图2，快速进样室20包括快速进样腔体201，快速进样腔体201通过第一闸板阀202与磁控溅射腔体101法兰密封连接，快速进样腔体201外也设有若干用于连接各种附属配件的法兰口，其附属配件的连接顺序、位置等没有具体的限定，可根据实际布局进行调整。在本实施例中，快速进样腔体201上端设有第二观察视窗206，这里的第二观察视窗206由玻璃法兰密封制成，用以实现对快速进样腔体201内状态的观察。快速进样腔体201的侧面分别法兰密封连接有第一真空测量***203和第一真空获得***204，具体的，第一真空获得***204为两级真空泵组，包括机械泵和分子泵，用于将快速进样腔体201内的真空度抽至10^-5Pa。第一真空测量***203为全量程真空规，测量范围可从大气压至10^-7Pa，真空规管具有数字压力指示，便于观察快速进样腔体201内的真空状态。此外，本实施例中，快速进样腔体201的侧面设有进气阀门205，进气阀门205一方面可接气体管路和气体流量计，如连接氮气管路对快速进样腔体201进行恢复大气或连接工艺气体管路实现气体氛围下的退火，在本实施例中，进气阀门205连接工艺气体管路实现气体氛围下的退火。进一步的，在快速进样腔体201内设有可升降样品架，可装载多个基片，其可上下升降便于实现样品的传输。进一步的，本实施例中，快速进样腔体201法兰连接有机械臂传样杆207，用于样品的传输。

进一步方案，请继续参阅图1和图2，调控与表征设备30包括调控与表征腔体301，调控与表征腔体301通过转换腔体302与快速进样腔体201连通，需要特别说明的是，请参阅图5，快速进样腔体201、转换腔体302和调控与表征腔体301之间连通，当对快速进样腔体201进行抽真空或真空测量时，事实上可控制快速进样腔体201、转换腔体302和调控与表征腔体301三个连通腔体的真空环境。进一步的，在调控与表征腔体301的上端连接有磁性表征***303，具体的，磁性表征***303包括探测光路：输入光路和输出光路，其下端设有极头，所述极头中间留有供光路通过的间隙，磁性表征***303的内部设有光学部件，主要包括激光器，起偏和检偏棱镜，光电检测装置和硅光电池组成。此外外部控制设备还包括信号检测主机等，均为本领域中的常规设置，这里不再一一阐述，具体的，调控与表征腔体301的内部固设有相对设置的第一面内磁铁和第二面内磁铁，本实施例中，第一面向磁铁和第二面向磁铁所在的轴线与调控与表征腔体301与转换腔体302的连通线垂直，其均含有左右两个磁极和附属线圈，两个磁极的线圈串联，并配备霍尔探头；调控与表征腔体301内还固设有相对设置的第一垂直磁铁和第二垂直磁铁，所述第一垂直磁铁和所述第二垂直磁铁均为固定气隙断轭磁铁，本实施例中，第一垂直磁铁设于调控与表征腔体301和磁性表征***303之间，且所述第一垂直磁铁上设有供磁性探测光路通过的孔隙，在调控与表征腔体301内设有上述磁铁，且均为电磁铁，电磁铁最大磁场可达1T，可以测试薄膜的磁性特性，也可以实现在磁场下进行退火。电磁铁配备直流电源，连接电磁铁实现输出，并且可以与PC机连接实现远程控制。调控与表征腔体301与磁性表征***303的连接处通过玻璃法兰口密封，从而使得磁性表征***303的光路可透过玻璃法兰口入射到样品表面实现磁性的测量，进一步的，转换腔体302的设置为磁铁的排布和光路搭建了预留空间，从而防止各部分冲突。进一步的，调控与表征腔体301的侧面法兰连接有超高真空传样杆304，超高真空传样杆304采用磁力耦合的方式构件，从而用于样品传输。在调控与表征腔体301内设有高温样品架(图中未示出)，高温样品架的材质可选用钼等耐高温材质，样品托可加热至600℃，高温样品架采用辐射加热方式，可以在气体氛围下退火，高温样品架上设有温度传感器，从而实现对温度的控制，可以设置退火过程的温度上升时间与保持时间。通过快速进样腔体201的进气阀门205连接的工艺气体对调控与表征腔体301内的样品架进行辐射加热方式，在气体氛围下实现高温磁场退火。

本发明中还公开了一种前述集成式加工设备的应用方法，包括以下步骤：

将集成式加工设备按照图3中所示的安全固定后，电源***、控制***等(图中未示出)均设于支撑架上，待集成式加工设备中的真空环境控制到要求值后，将待制备的基片装入快速进样室20的真空样品架，打开第一闸板阀202将样品传入所述磁控溅射腔体101内沉积磁性多层膜；

将沉积磁性多层膜后的样品通过快速进样室20传入调控与表征腔体301进行磁性表征，若磁性未满足要求，则可进行超高真空磁场退火，然后再进行磁性表征，同时还可以根据需求开启进气阀门205来通入工艺气体实现气体氛围下的退火，同时还可以在退火过程中通过磁性表征***监测磁性的变化；

磁性表征满足要求后，将样品回传至磁控溅射腔体101内沉积其他膜层，沉积后重复上述表征过程，或者沉积保护层后，通过超高真空传样杆304将样品传出设备。其具体流程如图6中所示的，上述方法通过控制***连接集成式加工设备中的各个设备后并设定相应程序后进行控制，这里不再具体阐述。

可以看出，本发明中超薄多层膜的集成式加工设备集成制备、调控和表征，不需要超高真空互联***和复杂的样品传输***，从而降低了***的设计成本，并降低了操作的复杂度，提高了制备效率。且该集成式加工设备可实现对某一层薄膜的原位调控和表征，无需破坏真空环境，有利于区分某层薄膜的贡献。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种超薄多层膜的集成式加工设备，其特征在于，所述集成式加工设备包括：

超高真空多靶磁控溅射设备，其包括磁控溅射腔体；

快速进样室，其包括快速进样腔体，所述快速进样腔体通过第一闸板阀与所述磁控溅射腔体法兰密封连接，所述快速进样腔体外连接有第一真空测量***和第一真空获得***，所述快速进样腔体外设有进气阀门；

调控与表征设备，其包括内部配备有高温样品架的调控与表征腔体，所述调控与表征腔体通过转接腔体与所述快速进样腔体连通，所述调控与表征腔体还分别连接有磁性表征***和超高真空传样杆。

2.如权利要求1所述的集成式加工设备，其特征在于，所述磁控溅射腔体外分别法兰连接有真空样品架、第二真空测量***、第二真空获得***和磁控溅射阴极，所述磁控溅射腔体上设有第一观察视窗，所述第一观察视窗为石英观察窗与所述磁控溅射腔体通过法兰密封形成，所述磁控溅射腔体上还设有若干密封的预留法兰口；

所述磁控溅射腔体的侧面底部设有用于将所述磁控溅射腔体固定的安装孔。

3.如权利要求2所述的集成式加工设备，其特征在于，所述第二真空测量***由三级真空规构成，所述三级真空规包括真空薄膜规、UHV离子规和残气分析仪RGA；

所述第二真空获得***通过第二闸板阀与所述磁控溅射腔体法兰密封连接，所述第二真空获得***为三级真空泵组，所述三级真空泵组包括机械泵、分子泵和低温泵。

4.如权利要求2所述的集成式加工设备，其特征在于，所述磁控溅射阴极共设有十二个且角度各不相同，分别位于同一球面上且均朝向所述磁控溅射腔体中的磁控溅射样品位置。

5.如权利要求2所述的集成式加工设备，其特征在于，所述磁控溅射腔体配备有用于实现膜厚监测的膜厚测量设备，所述膜厚测量设备与所述磁控溅射腔体法兰连接。

6.如权利要求2所述的集成式加工设备，其特征在于，所述磁控溅射设备还包括电源***，所述电源***包括：

切换器，所述切换器与所述磁控溅射阴极连接；

直流电源，所述直流电源通过直流线缆接入所述切换器；

射频电源，所述射频电源通过一匹配器接入所述切换器。

7.如权利要求1所述的集成式加工设备，其特征在于，所述快速进样腔体内部设有可升降样品架，所述快速进样腔体外还设有第二观察视窗。

8.如权利要求1所述的集成式加工设备，其特征在于，所述第一真空获得***为两级真空泵组，所述两级真空泵组包括机械泵和分子泵；

所述第一真空测量***为全量程真空规。

9.如权利要求1所述的集成式加工设备，其特征在于，所述高温样品架采用辐射加热方式，所述高温样品架上设有温度传感器；

所述磁性表征与调控***包括：

设于所述调控与表征腔体上端的磁性探测光路组件，其包括输入光路和输出光路；

用于所述磁性探测光路进入所述调控与表征腔体内的玻璃法兰口，其密封于所述调控与表征腔体的上端；

位于所述调控与表征腔体内且相对设置的第一面内磁铁和第二面内磁铁，其均含有左右两个磁极和附属线圈，两个磁极的线圈串联，并配备霍尔探头；

位于所述调控与表征腔体内且相对设置的第一垂直磁铁和第二垂直磁铁，所述第一垂直磁铁设于所述调控与表征腔体和所述磁性探测光路之间，且所述第一垂直磁铁上设有供所述磁性探测光路通过的孔隙，所述第一垂直磁体和所述第二垂直磁铁均为固定气隙断轭磁铁。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的集成式加工设备的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：

将待制备的基片装入所述快速进样室，而后送入所述磁控溅射腔体内沉积磁性多层膜；

将沉积磁性多层膜后的样品传入调控与表征腔体进行磁性表征，若磁性未满足要求，则可对样品进行超高真空磁场退火，然后再进行磁性表征，还可以在退火过程中进行磁性测量，表征不同退火条件对磁性的影响；

磁性表征满足要求后，将样品回传至所述磁控溅射腔体内沉积其他膜层，然后再进行表征，或者沉积保护层后，通过所述超高真空传样杆将样品传输到所述快速进样室后取出样品。

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