(57)【要約】１つの実施形態の、磁石装置及び結果として得られる回転スパッタリングマグネトロンの設計は、厚い製品鉄ターゲットを貫通する磁束密度及び磁束分布を提供する。更に、その磁場の形状は、ターゲット材料をより均一に除去することによってターゲット寿命を向上させる。
2007523257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石装置であって、
円形のベースプレートと、
前記円形ベースプレートにほぼ垂直な磁場軸に平行である磁場配向を有する前記円形ベースプレートに結合された中心磁石であって、前記磁場軸が、前記円形ベースプレートにほぼ垂直であり且つ前記円形ベースプレートのほぼ中心にある回転軸からオフセットしている、前記中心磁石と、
前記中心磁石を囲んで前記円形ベースプレートに結合され、前記磁場軸に対してほぼ半径方向にある磁場配向を各々が有する複数の磁石と、
を備えることを特徴とする磁石装置。
【請求項２】
前記磁石の各々が１つ又はそれ以上の磁石を備え、各磁石が実質的に同じ磁場配向を有することを特徴とする請求項１に記載の永久磁石構造体。
【請求項３】
前記磁石のうちの１つが、前記磁石のうちの別のものと異なる厚みを有することを特徴とする請求項１に記載の磁石装置。
【請求項４】
前記円形ベースプレートに結合され、前記磁石装置を前記回転軸の周りで回転的に平衡させる非磁性カウンタバランス・プレートを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の磁石装置。
【請求項５】
円形ベースプレートと、
キャビティを囲んで前記円形ベースプレートに結合された複数の磁石と、
を備えた磁石装置であって、前記磁石の各々が、前記円形ベースプレートにほぼ垂直な磁場軸に対して半径方向にあり、前記円形ベースプレートにほぼ垂直であり且つ前記円形ベースプレート上のほぼ中心にある回転軸からオフセットしている磁極配向を有することを特徴とする磁石装置。
【請求項６】
前記キャビティ内に金属製切片を更に備えることを特徴とする請求項６に記載の永久磁石構造体。
【請求項７】
前記金属製切片がスチールを含むことを特徴とする請求項７に記載の永久磁石構造体。
【請求項８】
前記磁石の各々が、１つより多い磁石を含み、各磁石がほぼ同じ磁場配向を有することを特徴とする請求項６に記載の永久磁石構造体。
【請求項９】
前記磁石のうちの１つが、前記磁石のうちの別のものと異なる厚みを有することを特徴とする請求項６に記載の磁石装置。
【請求項１０】
前記円形ベースプレートに結合され、前記永久磁石構造体を前記回転軸の周りで回転的に平衡させる非磁性カウンタバランス・プレートを更に備えることを特徴とする請求項６に記載の永久磁石構造体。
【請求項１１】
マグネトロンを用いて基板上に鉄材料をスパッタリングすることを含む方法であって、
前記マグネトロンが磁石装置を含み、前記磁石装置が、円形ベースプレートと、前記円形ベースプレートに結合されてキャビティを囲んでいる複数の磁石とを含み、前記磁石の各々が、前記円形ベースプレートにほぼ垂直な磁場軸に対して半径方向にあり、前記円形ベースプレートにほぼ垂直で且つ前記円形ベース上のほぼ中心にある回転軸からオフセットされた磁場配向を有することを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記マグネトロンによって発生した磁場をシャントディスクを用いてシャントすることを更に含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記スパッタリングしている間に、前記磁石装置と前記シャントディスクとの間の距離を調整することを更に含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記スパッタリングしている間に、前記磁石装置と前記鉄ターゲットとの間の距離を調整することを更に含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記スパッタリングしている間に、前記磁石装置と前記鉄ターゲットとの間の距離を調整することと、
前記スパッタリングしている間に、前記磁石装置と前記シャントディスクとの間の距離を調整することと、
を更に含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
マグネトロンを用いて基板上に鉄材料をスパッタリングすることを含む方法であって、
前記マグネトロンが磁石装置を含み、前記磁石装置が、
円形のベースプレートと、前記円形ベースプレートにほぼ垂直な磁場軸に平行である磁場配向を有する前記円形ベースプレートに結合された中心磁石であって、前記磁場軸が、前記円形ベースプレートにほぼ垂直であり且つ前記円形ベースプレートのほぼ中心にある回転軸からオフセットしている、前記中心磁石と、前記中心磁石を囲み、前記磁場軸に対してほぼ半径方向にある磁場配向を各々が有する、前記円形ベースプレートに結合された複数の磁石と、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記マグネトロンによって発生した磁場を、シャントディスクを用いてシャントすることを更に含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記スパッタリングしている間に、前記磁石装置と前記シャントディスクとの間の距離を調整することを更に含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記スパッタリングしている間に、前記磁石装置と前記鉄ターゲットとの間の距離を調整することを更に含む特徴とする請求項１７に記載の方法
【請求項２０】
前記スパッタリングしている間に、前記磁石装置と前記鉄ターゲットとの間の距離を調整することと、
前記スパッタリングしている間に、前記磁石装置と前記シャントディスクとの間の距離を調整することと、
を更に含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
第１の回転マグネトロンを用いて基板の第１の側の上に鉄材料をスパッタリングすることと、
第２の回転マグネトロンを用いて前記基板の第２の側の上に鉄材料をスパッタリングすることと、
前記第１の回転マグネトロンと前記第２の回転マグネトロンとの相対回転を変更して前記スパッタされた鉄材料の磁性配向を変更することと、
を含む方法。
【請求項２２】
前記第１の回転マグネトロンと前記第２の回転マグネトロンとをほぼ同期させ且つほぼ１８０度位相をずらして回転させて、前記スパッタされた鉄材料内にほぼ半径方向の磁性配向を生じさせる段階を更に含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の回転マグネトロンと前記第２の回転マグネトロンが、各々磁石装置を更に備え、前記磁石装置が、
円形ベースプレートと、キャビティを囲む、前記円形ベースプレートに結合された複数の磁石とを含み、前記磁石の各々が、前記円形ベースプレートにほぼ垂直な磁場軸に対して半径方向にあり、前記円形ベースプレートにほぼ垂直であり且つ前記円形ベースプレート上のほぼ中心にある回転軸からオフセットしている磁極配向を有することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１の回転マグネトロンと前記第２の回転マグネトロンが、更に、それぞれ磁石装置を備え、前記磁石装置が、
円形のベースプレートと、前記円形ベースプレートにほぼ垂直な磁場軸に平行である磁場配向を有する中心磁石であって、前記磁場軸が前記円形ベースプレートにほぼ垂直であり且つ前記円形ベースプレート上のほぼ中心にある回転軸からオフセットしている前記円形ベースプレートに結合された中心磁石と、前記中心磁石を囲み、前記磁場軸に対してほぼ半径方向にある磁場配向を各々が有する、前記円形ベースプレートに結合された複数の磁石とを含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【優先権の主張】
【０００１】
本出願は、２００３年１１月５日に申請された仮出願第６０／５１７，７５３号に関連し、本明細書によりその利益を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本発明の実施形態は、スパッタリング技法及び装置に関し、より詳細には、回転スパッタリングマグネトロンを用いた鉄材料のスパッタ堆積に関する。
【背景技術】
【０００３】
スパッタリングマグネトロンの主要な用途は、ターゲットから材料をスパッタリングして、堆積基材上に該ターゲット材料を堆積させることである。基本的には、スパッタ堆積は、真空中でアノードとカソードとの間の直流グロー放電（すなわちプラズマ放電）により生じる。ネオンサインは、こうした直流グロー放電の簡単な一例である。スパッタリングでは、カソードは、入射イオンがターゲット材料の原子をたたき出して遊離させるターゲット材料から構成される。次いで、ターゲット材料の原子は、その原子が突き当たった表面にはどれにでも付着する。基材上へターゲット材料の均一な層をスパッタリングするには、ターゲット材料原子を高レベルで散乱させる必要がある。しかしながら、こうした高度の散乱はターゲット材料を高速で消費することが要求され、堆積チャンバを頻繁に洗浄することが必要となる。
【０００４】
幾つかの幾何形状が利用できるが、マグネトロンは全て、交差したＥフィールドとＢフィールドに基づいて機能する。こうした構成を用いて、プラズマを捕捉して上記で導入された拘束されない散乱に対してスパッタ堆積を一定の方向に向けることができる。マグネトロンは一般に、別の磁極を囲む１つの磁極から構成される。この配列は、トンネルの形状の極間にアーチ形の磁場を生成する。電子は磁力線の周りを回り、連続した磁気トンネルが存在して放出が阻止される場合には、電子はイオンと再結合し、或いは原子と衝突してより帯電した粒子を形成するまでトンネルに沿ってドリフトする。従って、生成された正に帯電したイオンはターゲットの負電位に引き寄せられ、そこでこれらイオンがターゲット（又は何れかの負に帯電したシステム要素）に衝突し、更に多くの原子を放出する。スパッタリングマグネトロン（及びそれが生成するトンネル）の利点は、目的とする基材表面以外の表面上の堆積によるターゲット材料の消耗が低減されることと相まって、スパッタリング速度がかなり早いことである。
【０００５】
電子トンネルの形状は、接線方向の磁束パターンによって描かれる。これらの磁場は、従来技術では、「リンゴ」、「豆」、「ハート」、等の形状を有するものとされてきた。鉄材料で使用されると、これらの磁場形状は、透磁性ターゲットによって広範囲にシャントされ、そのため、商業的に実用化できる厚い堆積に必要なターゲットに反し、薄いターゲットだけがマグネトロンの特性磁場形状を突き抜けることができる。
【０００６】
回転スパッタリングマグネトロンは、幾つかの用途の中でもとりわけ、ハードディスクドライブ用のデータディスクを被覆するのに用いられる。現在のハードドライブ技術は線形記録方式に基づいている。次世代のハードドライブは、垂直記録方式を用いることになる。これは、高透磁性材料の厚い堆積を必要とする。現在利用可能な回転スパッタリングマグネトロンは、使用に適した厚い鉄ターゲットの表面で必要な接線磁場強度を生じさせるのに要求される磁場強度をもたず、またターゲット寿命を最大化するようにターゲット表面を均一に掃引するのに必要な磁場形状ももたない。
【０００７】
厚いターゲットが使用できないことは、スパッタ堆積システムに必要なメンテナンスの量にも更に影響を与える。スパッタ堆積が真空で行われ、あらゆる汚染がスパッタリングされる材料の品質に有害な影響を及ぼすことを考えると、こうしたシステムの堆積チャンバが適正に清浄化され、品質を維持し、保守されることは極めて重要である。より厚いターゲットの使用は、より厚い堆積を可能とするだけでなく、ターゲットの寿命も延長させる。この寿命の延長により、機械の利用可能性（例えば、ターゲットを交換し関連する保守タスクを行うための保守停止時間に対する使用可能時間）が高くなる。
【０００８】
本特許又は出願ファイルは、カラーで作成された少なくとも１つの図面を含んでいる。カラー図面を伴ったこの特許又は特許出願公報の写しは、請求及び必要な対価の支払いに応じて当局によって提供されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
永久磁石装置とそれの回転スパッタリングマグネトロンへの応用の実施形態を説明する。各図面に示されるこれらの実施形態の説明に際して詳細に参照する。本実施形態はこれらの図面との関連において説明されるが、本明細書で開示される図面に限定されるものではない。逆に、本発明の目的は、添付の請求項によって定義される説明の実施形態の精神と範囲内にある全ての代替、修正、均等物を保護することである。
【００１０】
上述のように、回転スパッタリングマグネトロンを用いたターゲット材料のスパッタ堆積の高コスト要因の１つは、ターゲットの有効寿命である。簡単に言えば、回転スパッタリングマグネトロンを利用する製造業者は、ターゲットの有効寿命を高め、同時にその寿命の間にどのようなプロセスパラメータ変動をも最小化することに関心がある。従って、製造業者は、長い耐用期間にわたって均一に消耗されるはずの厚いターゲットを使用できる何れかのプロセス又は装置が望ましいであろう。
【００１１】
とりわけ、例えばハードディスクドライブの製造業者は、ディスク基板上への鉄材料の厚い堆積を必要とする。周知の通り、鉄材料の堆積は、鉄スパッタターゲットを必要とする。鉄ターゲット材料を使用すると、マグネトロンの永久磁石装置によって生成される磁場が鉄ターゲットによって吸収されることに起因して、スパッタ堆積プロセスが更に複雑になる。従って、鉄ターゲットがもたらす非効率さを克服するために、十分な磁場を生成させる磁石組立体を有することが重要である。更に、必要とされる堆積が厚いほど、商業的実用性のためには鉄ターゲットがより厚くなる必要がある。その結果、より厚いターゲットは、高い磁場強度の要件が更に高くなる。
【００１２】
１つの実施形態の永久磁石装置及び結果として得られる回転スパッタリングマグネトロンは、厚い生産用鉄ターゲットを貫通するのに必要な磁束密度と磁束分布を提供する。更に、その磁場形状は、より均一にターゲット材料を取り除くことによって、ターゲット寿命を向上させる。
【００１３】
図１ａは、１実施形態の回転スパッタリングマグネトロン５００（図６のような）の永久磁石装置２００（図２のような）によって生成される磁場形状を示す。この磁場形状は、非同軸の中心を有する長円リングの磁場形状に類似し、磁石装置の中心からオフセットしており、そのため接線方向磁場のより広い部分がターゲット中心のある部分を覆う。磁石装置２００が回転すると、ターゲットは、幅、形状、強度が変化する磁場を受けて、上述のようにスパッタ堆積速度とターゲット寿命が向上する。ターゲット表面に平行な磁束の成分は、接線方向成分と呼ばれ、その位置、強度、形状もまたスパッタリング動作に関連する。図１ｂは、磁石装置によって生成される接線方向磁場の側面図、及びそれによって生成される電子トンネルの形状を示す。
【００１４】
図２は、１つの実施形態の回転スパッタリングマグネトロン５００用の永久磁石装置２００の平面図である。図示の幾何形状は、６角形の周りに構築されているが、他の多角形や曲線状部分も同様に実装できることは当業者には理解できるであろう。理論的な理想マグネトロンは、磁気ベクトルの連続回転をもたらすことになる。しかしながら、１つの実施形態の磁石装置２００及び結果として得られるマグネトロン５００は、効率的で実用的且つ生産可能なスパッタリングデバイスを実現する。
【００１５】
図２は、１つの実施形態の磁石装置２００の構成磁石２０１−２１１を具体的に示している。１つの実施形態における磁石２０１から２１２は、磁石装置２００の六角形全体に対応するよう個別的にほぼ台形の形状にされる。個々の磁石として示されているが、例えばとりわけ磁石２０１、２０２は、単一の磁石であってもよく、或いは個々の磁石が実質的に同一の磁極配向を保持する台形を構成する場合には複数の磁石であってもよい点は理解すべきである。１つの実施形態において、磁石２０１と２０２、２０３と２０４、２０５と２０６は、ペアとして機能し、ほぼ６角形の磁石装置２００全体の実質的に台形の要素を形成する。１つの実施形態において、磁石２０５−２０９は、単一の実質的に台形の磁石である。
【００１６】
磁石又は磁石群は、幾何学的形状として説明されているが、形状の正確な定義に一致しない場合がある点を理解すべきである。用語「幾何学的」とは、上記で開示された実質的に台形の形状を例えば正確に４つの側辺に必然的に制約することに対して全体的に形状を与えることを意味する。種々の実用的な製造の問題としては、例えば、バルク磁石インゴットを機械加工又は他の方法で分割し、そのバルク磁石インゴットを最も有効に利用するようにして、分割により必要に応じた追加の小平面を有する幾つかの個別磁石にすることを含むことができる。
【００１７】
磁石２０５、２０７は、磁石２０１−２０４、２０６、２０８−２１１によって定められる内側領域を占有する。１つの実施形態において、磁石２０５は、磁石２０１、２０２と同一の磁極配向を有する。磁石２０７は、磁石２０１−２０６、２０８−２１１の磁極配向によって定められる平面にほぼ垂直な磁極配向を有する。
【００１８】
１つの実施形態の磁石装置２００の接線方向の磁束パターンと磁場は、磁石装置２００を構成する個別磁石２０１−２１１の磁極配向に依存する。図２に描かれるように、構成磁石２０１−２１１の磁極配向は、磁石装置上に重ね合わされ且つ例証の目的でのみ使用されるデカルト軸を基準にして説明することができる。例えば、磁石２０１、２０２、２０５の磁極配向は、実質的にｙ軸と一致し、−ｙ方向である。磁石２０８の磁極配向は、実質的にｙ軸と一致し、＋ｙ方向である。磁石２０３、２０４は実質的に同一の磁極配向角度を有し（これらが前述の台形のペアを形成するように）、その角度は、磁石２１０、２１１の磁極配向角度のｙ軸に対して実質的な鏡映である。更に、磁石２０６の磁極配向角度は、磁石２０９の磁極配向角度のｙ軸に対してほぼ鏡映である。磁石２０７の磁極配向は、ｚ軸に平行で＋ｚ方向に紙面の外側に延び、磁極配向自体は＋ｚ方向にある。
【００１９】
磁石装置２００全体の枠組みは、個別磁石（軸方向磁石２０７を除いて）が半径方向に向き、且つ図示のように例示的なデカルト軸の中心をずらした原点に概略的に向けられた磁極配向を有する。オフセットの量は、具体的なマグネトロン５００の用途に応じて変えることができる。１つの実施形態において、偏心原点は、磁石装置２００の半径方向縁部から直径のおよそ１／３の距離にある。これとは異なり、８インチ直径の磁石装置２００を含む実施形態においては、偏心原点はおよそ１−１／３インチ偏心している。オフセット距離は、特定の磁石装置２００システムの有限要素解析又は境界要素解析によって求めることができる。図２で更に説明されるように、重ね合わされたｙ軸は、磁石装置２００を二等分する。しかしながら、重ね合わされたｘ軸は、磁石装置２００を二等分しない。上述のように、磁石装置２００の回転中心（すなわち磁石装置２００円の中心）は、磁場配向軸（すなわち、全ての半径方向磁石２０１−２０６と２０８−２１１が近似的に指す軸や、デカルト軸原点によって近似的に表される軸）ではない。前述の対称性を有する個別の磁石の磁極配向角度はそれでも変更することができ、これによって図１で示される接線方向磁束パターンが変更される。
【００２０】
図３は、１つの３６０°回転を通じた磁石装置２００による平均の接線方向磁束を、様々な個々の磁極配向について磁石装置２００の回転軸からの半径方向距離の関数として示している。各グラフのシリーズについて、磁石２０３、２０４（従って、対称性で２１０と２１１も同様）及び２０６（従って、対称性で２０９も同様）は凡例で識別されている。例えば、第１のシリーズ「４５−４５」は、ｙ軸と磁石２０６、２０９の間の角度の絶対値が４５度（凡例の第１の「４５」）であり、磁石２０３、２０４、２１０、２１１とｙ軸との間の角度の絶対値が４５度（凡例の第２の「４５」）であることを示す。第２のシリーズは、磁石２０３、２０４、２０６、２０９−２１１とｙ軸との間の角度の絶対値が３０度であることを示す。第３のシリーズは、磁石２０６、２０９とｘ軸との間の角度の絶対値が４５度であり、一方で磁石２０３、２０４、２１０、２１１とｙ軸との間の角度の絶対値が３０度であることを示す。シリーズ４とシリーズ５は、それぞれ上述のような５５度／３０度及び６０度／３０度の角度絶対値を示す。シリーズ６は、それぞれ上述のような６０度及び３０度、並びに１つの実施形態ではおよそ０．２インチである、磁石装置２００の磁石軸と回転軸との間の大きなオフセットを示す。各実施形態を角度の特定の組み合わせに関して説明してきたが、とりわけ他の要素の中でも、磁石形状、ターゲット材料、所望の磁束パターンに基づいて他の角度の組み合わせを使用することができることは理解されるべきである。
【００２１】
図３のグラフは、磁石２０３、２０４、２０６、２０９−２１１の角度を変更することによって、半径に対するターゲット表面に平行な磁場成分の強度を変えることができることを証明している。当該角度は、他の理由の中でもとりわけ、ターゲットの中央領域からの原子の取り出しの正確さを高めるために調整することができる。ターゲットの中央領域内でのイオン衝撃の増大により、この領域でのターゲット材料の再堆積の可能性が低下する。再堆積したターゲット材料は、予測できない物理的特性と化学的特性を有する可能性があるので、定期的に除去する必要があり、従って、ターゲットの中央領域内の再堆積を、１つの実施形態の磁石装置２００を利用することによって達成されるように適正に軽減することが重要である。
【００２２】
磁場の接線方向成分は重要であるが、磁場ベクトルは他の成分を有する。電子は磁気ベクトルの周囲を旋回して電子トンネルを通って移動し、そのためターゲット表面に垂直なベクトル成分は、電子トンネルの境界を記述する。この電子トンネルは、スパッタリングプロセスにおける有効磁場の形状の記述である。上述のように、電子は、磁場の強度に従って磁束の線の周囲を旋回する。電子旋回は、磁場の発生源により近接した磁場強度がより高い電子トンネルの中心でより強い。スパッタリングでは、その効果は、スパッタ堆積プロセスを伝播する特定の領域内でより多くの原子衝突（従ってイオン及び二次電子）を生成することである。記載されたマグネトロン構成要素の形状、向き、強度は、本明細書で記載された磁場形状の境界を生じさせ、各ターゲット材料で望ましい結果を得るために調整される。
【００２３】
磁石装置２００を構成する磁石材料は、必要な磁場を生成することになる何れかの磁石材料とすることができる。磁石装置２００の表面からターゲットの表面までの距離、ターゲット材料特性（透磁率及び飽和誘導）、直交方向を有する隣接磁石の減磁効果は、磁石材料選択の追加の考慮事項である。１つの実施形態において、高エネルギー、高保磁力のサマリウムコバルト（２８  ＭＧＯｅ  ＳｍＣｏ）やネオジム鉄ホウ素（４８  ＭＧＯｅ  ＮｄＦｅＢ）材料が磁石装置２００により使用され、マグネトロン５００において鉄ターゲット材料をスパッタリングするが、より大きな磁石がスパッタリング装置に適合する場合は、他の永久磁石材料を使用することができる点は理解すべきである。
【００２４】
１つの実施形態の磁石装置２００を構成する磁石は、非磁性取付具、ＬＯＣＴＩＴＥ３３０接着剤、充填剤を用いてベースプレート（１つの実施形態においてはほぼ円形のベースプレート）に取り付けることができる。非磁性取付具は、黄銅クランプ、磁石の形状に実質的に機械加工されたアルミニウム素材、ハウジングユニット内に磁石を押し込むためのデルリンのプッシュ・ブロックが含まれる。１つの実施形態において、スチール製（すなわち強磁性の）ブロックがハウジングの下側に直接設けられ、磁石がスチール製プレートに取付られるときに、組立プロセスの間磁石位置を維持するのを助ける。１つの実施形態においては、磁石装置２００を構成する磁石が共に接合されて、ベースプレートなしに磁石装置２００を形成する。
【００２５】
本明細書に説明された磁石装置２００を含む回転スパッタリングマグネトロン５００の磁場形状と磁場強度に関係する特性は、鉄又は非鉄スパッタターゲットで効果的であるが、上述のように、鉄ターゲットで結果を達成することはより困難である。鉄スパッタターゲット材料の磁気特性は、磁石装置２００内の永久磁石の有効磁気モーメントの向き（すなわち磁極配向）における変動を様々な程度にまで均一化する。その影響は、使用されるターゲット材料組成物の透磁率と磁気飽和特性で変化し、ターゲットを作製するのに用いられるプロセスによってもある程度変動する。この影響は、ＡＳＴＭ  Ｆ１７６１−００、円形磁気スパッタターゲットの通過磁束（「ＰＴＦ」）のための標準試験法で定義される、通過磁束の百分率として知られるシングルポイント測定値によってスパッタリング業界で定められている。シングルポイントＰＴＦ値は、鉄ターゲットのカテゴリを区別するのに有用である。全体のターゲット材料のＢ−Ｈ曲線情報は、特定のターゲット材料の各有限の容積がターゲット材料のＢ−Ｈ曲線上の異なる点で作動し、これは磁石装置２００が回転するにつれて変化するので、マグネトロン５００の設計に更に有用である。各有限ターゲット容積のＢ−Ｈ動作点は、磁石装置２００によって生成される磁場に関連するその位置とその厚み（他の諸寸法のうちでもとりわけ）に依存する。図４は、鉄ターゲットに一般的な、３つの鉄合金のＢ−Ｈ曲線を示す。
【００２６】
図５は、磁石装置２００の隆起部分を含む磁石装置２００の等角図である。より短い磁極長の磁石２０５−２０９を、磁石２０１−２０４、２１０−２１１よりも大きな厚みで作製するためには、磁石２０５−２０９の容積を増加させて、より短い磁極長を補償するようにＢ−Ｈ曲線上の磁石２０５−２０９の動作点を調整する。より短い磁極長の磁石２０５−２０９の厚みの増加は、磁石装置２００の表面にわたる接線方向磁場強度を平衡にする。これにより、１つの実施形態の磁石装置２００を組み込んだスパッタリングシステムにおける電圧変動が低減される。またこの図には、非磁性カウンタバランス・プレート４００も示されている。非磁性カウンタバランス・プレート４００は、磁石装置２００が、その回転軸の周りで平衡した回転を有することを可能にする。更に、非磁性バランスプレート４００は、実際に非磁性であるので、磁石組立体２００によって発生する磁場には関与しない。
【００２７】
この点に対して記載された磁石装置２００は、図２で示されたように半径方向配向を備えた磁石によって囲まれる軸方向に向けられた磁石２０７に基づく指向性がある。それによって、ターゲット側でのより強い磁場を生じさせる。１つの実施形態において、軸方向に向けられた磁石２０７を除去するか、或いはスチール切片と置き換えることができる点に留意すべきである。軸方向に向けられた磁石２０７の除去は、磁石装置２００の極磁束密度を低下させ磁束分布を変化させる。全磁気システム（マグネトロン、ターゲット、並びに両面スパッタリングシステムにおける対向マグネトロン及びターゲットを含む）の数値解析によって、除去が適切であると示唆された場合、この除去は適切とすることができる。別の実施形態においては、軸方向に向けられた磁石２０７の代りにスチール切片を組み込むことは、特定の用途において磁束密度と磁束分布を調整するための適切な方法とすることができる。次いで、個々の半径方向に向けられた磁石（例えば磁石２０１−２０６、２０８−２１１）の寸法を、ターゲットでの所望の磁束密度を実現するよう調整することができる。
【００２８】
より詳細には、スチール磁極切片の組み込みは、その極性が磁気回路の磁気抵抗値によって決定される（換言すれば磁気回路の材料と寸法によって決定される）ので、鉄ターゲットから遠位側にある磁石装置２００上へさらに固定シャントディスクを導入することができる。軸方向に向けられた磁石２０７の除去もまたこのようなシャントを可能にする。次に、シャントディスクは、電気ブリッジ回路のアームのように機能し、シャントディスクが、鉄ターゲットから遠位にあるマグネトロン側に接近すると、シャントディスクは、利用可能な磁束の一部を取り出す。従って、シャントディスクにより、磁石装置２００によって発生し且つターゲットが受ける磁場強度は、例えばスパッタ堆積がターゲット材料を消費するときに手動又は自動の何れかで調整することができるようになる。この調整は、ターゲットピンチングの低減に役立つことができる。ターゲットピンチングは、固定経路に沿った連続的なターゲット侵食の結果として溝が生じるときに発生し、ここで電子は、磁石装置２００により接近し、より高い強度の磁場のラインを見つけて、結果として更に活性化される。次いで、より活性の電子は固定経路に沿った侵食を加速させる。この溝は、ターゲットを有効に溶かしてしまうので、抑制されなければターゲットピンチングがターゲットの有効寿命を終わらせることになる。ターゲットピンチは、鉄ターゲットの場合は更に加速され、これは、侵食溝の側部が磁極領域を形成し、有効磁束を集中及び集束させることに起因する。このことは、トンネル内の磁束のラインの強度を更に高めることによって、侵食をより進行させる。
【００２９】
図６は、回転スパッタリングマグネトロン５００の一部としての１つの実施形態の磁石装置２００の説明図である。磁石装置２００は、ターゲット５０１とシャントディスク５０２との間に位置している。１つの実施形態において、軸方向に向けられた磁石２０７は、上述のようにスチール切片５０３と置換されている。磁石装置２００とシャントディスク５０２との間の距離は、シャントディスク５０２の移動、磁石装置２００の移動、或いはその両方の何れかによって変更することができる。同様に、ターゲット５０１と磁石装置２００との間の距離は、ターゲット５０１の移動或いは磁石装置２００の移動の何れかによって変更することができる。磁石装置２００、ターゲット５０１、又はシャントディスク５０２或いはこれらの何れかの一部もしくは組み合わせの移動は、手動又は自動で行うことができる。
【００３０】
回転スパッタリングマグネトロン５００における、ターゲット５０１、磁石装置２００、シャントディスク５０２の間の距離を調整することにより、例えば、堆積中にターゲット５０１が消費されるときに、スパッタ堆積を制御することができる。説明したように、透磁性シャントディスク５０２の機能は、電気平衡ブリッジの１つのアーム内の可変抵抗に匹敵する。電気ブリッジの可変抵抗は、ブリッジの他のアーム内に流れる電流を制御するために物理的に調整することができる。同様に、ターゲット５０１に対して遠位にある磁石装置２００の側部からのシャントディスク５０２の距離は、ターゲット５０１及び特にターゲット５０１の侵食領域に利用可能な磁束を調整する。
【００３１】
別の例として、スチール中心磁極と両方の平面から等距離にあるシャントディスクとを備えた対称的な半径方向に向けられた磁石装置は、磁石装置と各シャントディスクとの間隔が等しい限りは、双方のシャントディスクと有効磁束を均等に共有する。１つのディスクが磁石装置に接近して移動すると、より多くの有効磁束を吸収し、他のシャントディスク内の磁束を減少させる。シャントディスクの寸法、位置、組成、得られる効果は、全ての磁気回路要素のパーミアンスによって決まり、繰返し数値解析によって求めることができる。磁石装置２００、ターゲット５０１、シャントディスク５０２の間の距離変更に基づくスパッタ堆積の制御性は、１つの実施形態の磁石装置２００によって生成される磁束パターンに加えて、鉄スパッタターゲットのより良好な利用とより長期の稼動時間とを可能にする。更に、シャントディスク５０２は、上述のようにターゲット５０１のピンチングを緩和する。詳細には、ターゲット５０１のピンチングは、侵食が進行するにつれて磁石装置２００をターゲットから漸増的に後退させることにより（又は、磁石装置２００とターゲット５０１との間の離隔を別の方法で増大させることにより）、又はスパッタターゲット５０１から遠位の磁石装置２００側上のシャントディスクを用いて、磁束の自然再分布を可能とすることにより、或いは双方の緩和方法の組み合わせによって緩和することができる。
【００３２】
１つの実施形態において、本明細書に記載された回転スパッタリングマグネトロン５００は、磁石装置２００の側部に磁束分割回路を形成するためにターゲット５０１から離れた固定透磁性シャントディスクと共に使用することができる。この透磁性シャントディスク５０２は、適切な材料、寸法、形状（１つの実施形態において、磁石装置２００の直径にほぼ等しい直径を有する低炭素鋼又はニッケル−鉄又は鉄コバルト合金といった他の透磁性材料）のものであり、磁束分割回路の１つの分岐部として機能し、一方、ターゲット５０１は、磁束分割回路の他の分岐部である。当初、磁束は、ターゲット５０１とシャントディスク５０２の双方に比例して分配される。ターゲット５０１面上へのプラズマによって侵食が生じると、磁束ブリッジのターゲット５０１分岐部における磁気抵抗が増加し、より多くの磁束がシャントディスク５０２に移動される。これは、ターゲット５０１内で侵食溝が深くなる速度が低下する。
【００３３】
磁石装置２００はまた、シャントディスク５０２に向けて後退することができる。このような方法を用いれば、磁石装置２００がシャントディスク５０２に同時に接近するので、ターゲット５０１からの磁石装置２００の必要とされる後退はより少ない。異なる透磁率と磁気飽和値を有する様々なシャントディスク５０２の材料を用いて、種々のターゲット５０１の材料に対して磁束移動率を調整することができる。シャントディスク５０２もまた軸方向に移動し、同様の磁束分割比を得ることができる。
【００３４】
１つの実施形態の磁石装置２００を含むマグネトロン５００は、第２の磁石装置２００（すなわち、磁石装置２００の対向するペアとして）を利用して、基板の両面を同時に被覆することができる。これらの磁石装置２００は、通常互いに独立して回転し、更に反対方向にも回転することができる。個々の磁石装置２００の磁場は強いので、１つの磁石装置２００の磁場形状が他方の磁場形状に影響を及ぼす。対向する磁石装置２００の回転を同期させ、互いに対して固定又は可変の関係で磁場を位置決めすることにより、有効接線方向磁場の形状の更なる修正が可能となる。
【００３５】
本明細書に記載された回転スパッタリングマグネトロンの特徴はまた、堆積された鉄膜内に磁極配向を生成する。ディスクの両側を同時に被覆するために二重の磁石装置２００とターゲット５０１を使用する１つの実施形態において、対向する磁石装置２００間の磁場の相互作用は、堆積膜内の磁極配向における変動を生じさせるように制御することができる。１つの実施形態において、対向する磁石装置２００は実質的に同期し且つ１８０度位相がずれて回転し、堆積された膜内にほぼ半径方向の配向を生じることができる。他の相対的な磁石装置２００の回転の組み合わせは、堆積膜内にほぼ円周方向の磁束配向を生じさせる。磁石装置２００の回転の組み合わせを変更することによって、堆積された膜内に円周方向と半径方向との間の磁極配向が生じることは理解すべきである。
【００３６】
開示された実施形態が、厚いスパッタターゲットを使用してデータディスクの表面上への均一に堆積した厚い鉄スパッタ堆積と、延長されたスパッタターゲットの寿命との双方を可能とする能力を向上させる点において、当業者は、開示された実施形態の精密さを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１ａ】１つの実施形態の磁石装置によって生成された接線方向磁束パターンの平面図である。
【図１ｂ】電子トンネルの形状が示されている、１つの実施形態の磁石装置によって生成された接線方向磁束パターンの側面図である。
【図２】１つの実施形態の磁石装置及び構成磁石の磁極配向を示す図である。
【図３】ターゲット上の半径方向位置に対する、１つの回転における１つの実施形態の磁石装置の磁束密度を示す図である。
【図４】鉄ターゲット材料の磁気特性を示す図である。
【図５】カウンタバランス・プレートを含む、１つの実施形態の磁石装置の等角図である。
【図６】ターゲット及びシャントディスクと組み合わせた、回転スパッタリングマグネトロンにおける１つの実施形態の磁石装置を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
２００  永久磁石装置、５００  回転スパッタリングマグネトロン、５０１  ターゲット、５０２  シャントディスク、５０３  スチール切片
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
2007523257.tif 000006
【図４】
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【図５】
2007523257.tif 000008
【図６】
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【国際調査報告】
2007523257.tif 000010