JP2001501257A

JP2001501257A - 回転磁石スパッタソースを有するスパッタ方法及び装置

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Publication number: JP2001501257A
Application number: JP10516585A
Authority: JP
Inventors: コレンコウ、ロバート・ジェイ
Original assignee: Intevac Inc
Current assignee: Intevac Inc
Priority date: 1996-10-02
Filing date: 1997-10-01
Publication date: 2001-01-30
Also published as: WO1998014631A1; US5830327A; EP0958398A1

Abstract

(57)【要約】物質をスパッタする表面を有するターゲット、及びターゲットに関して回転軸に関して回転可能の単一の磁石棒のアレイを含む磁石組立体（２４）、から構成される、マグネトロン型スパッタ装置で基板上にスパッタ膜を形成するための磁気スパッタソース。磁石組立体（２４）は、所望の付着膜厚分布及びインベントリーが得られるように計算した浸食プロフィールをターゲット上に発生する。所望の付着膜厚分布及びインベントリーを得ることができる最適浸食プロフィールを決定する工程、最適浸食プロフィールに許容可能に近似するターゲット表面上のプラズマ軌道を決定する工程、及びこのプラズマ軌道を発生させる磁石構造を決定する工程、から構成される回転磁石組立体（２４）を構成するための方法。

Description

【発明の詳細な説明】回転磁石スパッタソースを有するスパッタ方法及び装置発明の分野本発明は、基板上へのスパッタ膜の付着に関し、特に、ターゲット寿命を長くし、広い浸食パターン及び付着厚均一性を与える回転磁石スパッタ方法及び装置に関する。発明の背景スパッタ被膜法としても知られるスパッタ付着法は、例えば、ハードディスクドライブや半導体ウェーハに用いる磁気ディスクのような基板上に所望の物質の薄膜を付着させるための技術である。一般に、付着させる物質からなるターゲットへ向けて、ガスプラズマから不活性ガスイオンが加速される。イオンがターゲットに衝突すると、ターゲット物質の自由電子が弾き出される。この自由電子の一部が基板表面上に薄膜を形成する。既知のスパッタ技術の一つに、マグネトロンスパッタ法がある。マグネトロンスパッタ法は、スパッタ作用を集中させるために磁場を利用する。磁石がターゲットの裏側に配列され、磁力線が、ターゲットを透過し、その表面上に電弧を形成する。この磁場が、自由電子をターゲット表面付近の領域に閉じ込める。その結果、自由電子濃度が増加し、高密度の不活性ガスイオンが発生し、スパッタ処理の効率が高められる。固定式及び移動式の両方の磁石構造が、マグネトロンスパッタ法に使用されてきた。磁石移動を利用する典型的な構造では、ターゲットは円形であり、磁石構造がこのターゲットの中心に関して回転する。いずれの構成においても、スパッタ処理の際に不均一な浸食パターンをターゲット上に発生させる。基板汚染防止のため、任意位置でのターゲット物質の全厚が浸食パターンにより消耗されてしまう前にスパッタを停止しなければならない。ターゲットは、任意位置での浸食が初期のターゲット厚の実質的にほんの少しの部分に近づいたときに交換しなければならない。よって、所与の製造プロセスでは、一つのターゲットから特定数の基板しか被膜できない。スパッタ装置は、ターゲット交換中は停止しなければならず、当然に、この期間は何も生産できず、平均スループットが低下するので望ましくないばかりかコストもかかる。ターゲットがその消耗前に被膜できる基板の数を多くするため、三つの基本的な方法が利用され得る。ターゲット厚を大きくしてその消耗前にターゲットから除去される物質容積を増やす。第二に、浸食プロフィールを設計変更してターゲット容積の使用をより大きくする。最後に、ターゲット対基板距離を小さくしてターゲットからのスパッタ物質の捕獲率を大きくする。しかし、ターゲット厚を大きくすると性能が低下し得る。特に、ターゲット表面上の場の強度が低下してスパッタ効率が低下し得る。また、ターゲット対基板距離の変化に起因して、付着均一性がターゲット寿命にわたりより大きく変化し得る。マグネトロン型ソースの設計には、適当な浸食プロフィールの設計的及び物理的な具現性の問題がある。ターゲット上に均一な浸食が行え且つターゲット容積の使用が最大化されるようにソースが設計されてきたが、典型的なプロセス条件における付着均一性が許容されるものではなかった。現在のスパッタ被膜装置には、ターゲットの特定領域、特に中心領域が全くスパッタされない、という問題がある。ガスの散乱によりターゲットへ戻ったスパッタ原子からなる再付着物が、全くスパッタされない領域に蓄積される。この蓄積再付着物は、低伝導物であり、低電圧電弧破壊を引き起こし、当然に、パーティクルを発生して、被膜される基板を汚染する。従来技術では、中心領域のスパッタは、磁石構造をターゲットに関して複雑な機構で移動させることにより達成してきた。明らかに関連する現象は、磁気ディスクの被膜に使用されるような炭素ターゲットからスパッタするときのターゲット表面上の低伝導性の小塊の成長である。製造中、炭素ターゲットをクリーニングするために、ときどき、機械を停止する必要がある。 Andersonらの米国特許第４９９５９５８号（１９９１年２月２６日発行）には、選択した浸食プロフィールをターゲット上に発生させるように配列した回転磁石アレイを有するスパッタ装置が開示される。選択浸食プロフィールは、典型的に、選択領域にわたる半径でほぼ一定である。磁石構造の中心線は、方程式で表される。開示されている軌道方程式は、完全に一般化されたものではなく、可能性のあるプラズマ軌道全部を表していない。特に、軌道方程式は、ターゲットの中心部分に拡張する浸食プロフィールを表すために使用できない。 Demarayらの米国特許第５２５２１９４号（１９９３年１０月１２日発行）には、その中心部分を含むターゲット表面全体にわたっで均一にターゲットを浸食するための回転磁石組立体を含むマグネトロン型スパッタソースが開示される。このターゲット表面は、平坦であるか又はくり抜かれている。 Harraの米国特許第５３１４５９７号（１９９４年５月２４日発行）には、所望のスパッタターゲットの浸食プロフィール及び所望の膜特性が得られるように構成した回転磁石を含むスパッタ装置が開示される。磁石構成の際、所望のプロフィールに近い浸食プロフィールを有するハート形のプラズマ軌道が利用される。計測可能な静浸食溝をターゲットに発生させるために、静浸食試験（ただし、磁石構造は回転しない）が行われる。浸食深度が、極座標の一定の方位角の放射方向に沿って浸食を定量できる方法により、ターゲット上の様々な位置で計測される。次に、磁石構成は、所望のプロフィールに近い浸食プロフィールを与えるように調節される。このプロセスは、所望のプロフィールが達成されるまで繰り返される。この米国特許第５３１４５９７号は、浸食プロフィールを既定したときの膜厚均一性を見つけ出すための関係を開示するが、所望の様々な膜厚を既定したときの浸食プロフィールをどのように見つけ出すかについて開示していない。 Takahashiらの米国特許第５１２０４１７号（１９９２年６月９日発行）には、ターゲットの中心領域を浸食して基板上に付着されるバーティクル数を低減できる回転磁石構造を含むマグネトロン型スパッタ装置が開示される。 Hurwittらの米国特許第５１３０００５号（１９９２年７月１４日発行）には、可撓性の可塑化フェライトの積層物、及び所望のプラズマ軌道を与える多数の補助磁石、から構成される回転磁石構造を含むマグネトロン型スパッタ被膜装置が開示される。この磁石構造は、水を充填した空洞内を回転する。ターゲット表面は、その外側リム付近を厚くした回転対称な円柱状に機械加工される。 Broadbentらの米国特許第５１８８７１７号（１９９３年２月２３日発行）には、いんげん豆形の閉曲線から構成されるプラズマ軌道を発生させる回転磁石組立体を含むマグネトロン型スパッタ装置が開示される。閉曲線は、Andersonらの米国特許第４９９５９５８号で開示されるのと同一の方程式によって生成される螺旋曲線により部分的に生成される。磁石組立体は、回転中心に関して回転するとともに、この回転中心に関して径方向に振動し、ターゲット表面全体にわたって浸食を行う。 Ballentineらの米国特許第５２４８４０２号（１９９３年９月２８日発行）には、リンゴ形を特徴とした回転磁石組立体を含むマグネトロン型スパッタ装置が開示される。開示される磁石組立体は、均一な被膜及びターゲット表面全体にわたる浸食を行うためのものである。 Harraらの米国特許第５４１７８３３号（１９９５年５月２３日発行）には、回転磁石組立体、及び一対の個別に駆動される定置電磁石、を含むマグネトロン型スパッタ装置が開示される。電磁石は、その中心でのターゲット利用率を増加し且つターゲット形状の変更及びターゲット対基板距離を補償するために使用される。回転磁石組立体を利用するマグネトロン型スパッタ装置が、Garrettの米国特許第４４４４６４３号（１９８４年４月２４日発行）、Freemanらの米国特許第５０４７１３０号（１９８７年１２月２２日発行）、Ferenbachらの米国特許第４７４６４１７号（１９８８年５月２４日発行）、Akaoらの米国特許第５０４７１３０号（１９９１年９月１０日発行）、Anders onの米国特許第５１９４１３１号（１９９３年３月１６日発行）、及びTepmanの米国特許第５３２０７２８号（１９９４年６月１４日発行）にも開示される。回転磁石組立体を利用する既知の従来技術のマグネトロン型スパッタ装置の全ては、短いターゲット寿命、不均一な付着厚、ターゲット寿命にわたる性能変化、基板汚染、複雑な機構学的駆動構造、及び平坦でないターゲット表面の要求、を含む（しかし、これらに限定されない）一つ又はそれ以上の不利点を有する。発明の概要本発明に従って、マグネトロン型スパッタ装置で基板上にスパッタ膜を形成するためのマグネトロン型スパッタソースが提供される。マグネトロン型スパッタソースは、その表面から物質がスパッタされるターゲット、及びこのターゲットに関して回転軸に関して回転可能の磁石組立体、から構成される。磁石組立体は、浸食プロフィールをターゲット上に発生させる。この浸食プロフィールは、下記の方程式の解に近似する。ここで、ｅ（ｒ’）は浸食プロフィールであり、ｔ（ｒ）は所望の径方向のスパッタ膜厚分布であり、Ｋ（ｒ、ｒ’）はスパッタの幾何学的形状及びプロセス条件に従った関数であり、ｒは基板の径方向の位置であり、ｒ’はターゲットの径方向の位置であり、ａとｂはターゲットの径方向の範囲である。均一な膜厚を特定するためにｔ（ｒ）＝一定とすることが多くの応用において望ましいが、本発明は、ｔ（ｒ）が基板にわたって特殊的に不均一に変化する場合も含む。本発明の他の態様に従って、マグネトロン型スパッタ装置で使用するための回転可能の磁石組立体を構成するための方法が提供される。マグネトロン型スパッタソースは、その表面から物質がスパッタされるターゲット、及びこのターゲットに関して回転軸に関して回転可能の磁石組立体、から構成される。この方法は、ターゲット上の浸食プロフィールを決定するための工程を含み、この浸食プロフィールは、下記の方程式の解に近似する。ここで、ｅ（ｒ’）は浸食プロフィールであり、ｔ（ｒ）は所望の径方向のスパッタ膜厚分布であり、Ｋ（ｒ，ｒ’）はスパッタの幾何学的形状及びプロセス条件に従った関数であり、ｒは基板の径方向の位置であり、ｒ’はターゲットの径方向の位置であり、ａとｂはターゲットの径方向の範囲である。均一な膜厚を特定するためにｔ（ｒ）＝一定とすることが多くの応用において望ましいが、本発明は、ｔ（ｒ）が基板にわたって特殊的に不均一に変化する場合も含む。本発明のその他の態様に従って、マグネトロン型スパッタ装置で基板上にスパッタ膜を形成するためのマグネトロン型スパッタソースが提供される。マグネトロン型スパッタソースは、その表面から物質がスパッタされるターゲット、及びこのターゲットに関して回転軸に関して回転可能の磁石組立体、から構成される。磁石組立体は、一対の対称の丸い突出部、回転軸付近に内向きに深く湾入した第一の尖点、及び内向きにやや湾入したの第二の尖点、で特徴付けられた形状を有するプラズマ軌道をターゲットの表面に発生させる。第一及び第二の尖点は、プラズマ軌道の対向する側部にある。丸い突出部の各々は、回転軸に関して実質的に一定の半径を有する相対的に長い部分を有する。本発明のその他の態様に従って、マグネトロン型スパッタ装置で基板上にスパッタ膜を形成するためのマグネトロン型スパッタソースが提供される。マグネトロン型スパッタソースは、その表面から物質がスパッタされるターゲット、及びこのターゲットに関して回転軸に関して回転可能の磁石組立体、から構成される。磁石組立体は、ターゲット外周付近の比較的深い第一の円形溝、ターゲット中心付近の比較的浅い第二の円形溝、及び第一の溝と第二の溝との間の中間領域、によって特徴付けられる浸食プロフィールをターゲット上に発生させる。中間領域は、第一及び第二の溝よりも浅い浸食深度を有する。本発明のその他の態様に従って、マグネトロン型スパッタ装置で基板上にスパッタ膜を形成するためのマグネトロン型スパッタソースが提供される。マグネトロン型スパッタソースは、その表面から物質がスパッタされるターゲット、及びこのターゲットに関して回転軸に関して回転可能の磁石組立体、から構成される。磁石組立体及びターゲットは、約３５ｍｍ以下のソース対基板距離において約 ±５％よりも良好に均一の基板上の径方向のスパッタ膜厚分布を生じさせる。本発明のその他の態様に従って、マグネトロン型スパッタ装置で使用するための回転可能の磁石組立体を構成するための方法が提供される。マグネトロン型スパッタソースは、その表面から物質がスパッタされるターゲット、及びこのターゲットに関して回転軸に関して回転可能の磁石組立体、から構成される。この方法は、基板上の所望の径方向のスパッタ膜厚分布及び一つ又はそれ以上の基板上のスパッタ物質の所望のインベントリーを生じさせる、ターゲット上の浸食プロフィールを決定する工程、浸食プロフィールに許容可能な近似を発生する、ターゲット表面上のプラズマ軌道を決定する工程、及びプラズマ軌道に許容可能の近似を発生する、回転磁石組立体のための磁石構造を決定する工程、を含む。本発明のその他の態様に従って、マグネトロン型スパッタ装置が提供される。マグネトロン型スパッタ装置は、基板の第一の表面上にスパッタ膜を形成するための第一のマグネトロン型スパッタソース、及びこの基板の第二の表面上にスパッタ膜を形成するための第二のマグネトロン型スパッタソース、から構成される。第一のマグネトロン型スパッタソースは、その表面から物質がスパッタされる第一のターゲット、及びこの第一のターゲットに関して回転軸に関して回転可能の第一の磁石組立体、を含む。第二のマグネトロン型スパッタソースは、その表面から物質がスパッタされる第二のターゲット、及びこの第二のターゲットに関して回転軸に関して回転可能の第二の磁石組立体、を含む。第一及び第二の磁石組立体は、各々、一対の対称の丸い突出部、回転軸付近に内向きに深く湾入した第一の尖点、及び内向きにやや湾入した第二の尖点、で特徴付けられた形状を有するプラズマ軌道を第一及び第二のターゲットの表面に発生させる。第一及び第二の尖点は、プラズマ軌道の対向する側部にある。丸い突出部の各々は、回転軸に関して実質的に一定の半径を有する相対的に長い部分を有する。マグネトロン型スパッタ装置は、各々のターゲット表面と基板との間の領域に真空を発生させるための真空装置をさらに含む。図面の簡単な説明本発明をより良く理解するために、添付の図面を参照する。図１は、回転磁石スパッタ装置の簡単な線図である。図２は、本発明に従って回転磁石構造を構成するためのプロセスを図説する流れ線図である。図３は、ターゲット上の浸食プロフィールの計算に含まれる幾何学的なパラメータを示す線図である。図４は、本発明に従って、回転磁石組立体の第一の実施例の平面図である。図５は、本発明の第一の実施例に従って、プラズマ軌道の半分の平面図である。図６は、銅ターゲットの径方向位置の関数としての浸食深度のグラフであり、最適、計測及び予測浸食プロフィールを示す。図７は、クロムターゲットの半径の関数としての付着厚のグラフである。図８は、磁性合金ターゲットの半径の関数としての付着厚のグラフである。図９は、炭素ターゲットの半径の関数としての付着厚のグラフである。図１０は、径方向位置の関数としての浸食深度のグラフであり、最適理想浸食プロフィール及び本発明に従った第二の実施例の予測浸食プロフィールの比較を示す。図１１は、本発明に従った第二の実施例のプラズマ軌道の中心線の半分の平面図である。図１２は、径方向位置の関数としての浸食深度のグラフであり、最適理想浸食プロフィール及び本発明に従った第三の実施例の予測浸食プロフィールの比較を示す。図１３は、本発明に従った第三の実施例のプラズマ軌道の中心線の半分の平面図である。図１４は、半径の関数としての相対厚さのグラフであり、理想径方向厚さ及び本発明に従った第三の実施例の予測径方向厚さ変化の比較を示す。図１５は、二つの対向したスパッタソースを有するスパッタ被膜装置のブロック図である。詳細な説明図１に、回転磁石スパッタ被膜装置の線図を略示する。例えば、磁気ディスクのような基板１０が、真空室１２内に配置される。回転磁石スパッタソース２０は、基板１０上に付着させる物質からなるスパッタターゲット２２、回転磁石組立体２４、及びターゲット２２に関して回転磁石組立体２４を回転軸３２に関して回転させる回転モータ３０、を含む。回転磁石組立体２４の磁石アレイが、ターゲット２２を透過し、基板１０に面したターゲット２２の表面２６上に、電弧を形成する磁場を発生させる。ターゲット２２は、ターゲット冷却装置２８により冷却される。磁場は、ターゲット表面２６付近の領域に自由電子を閉じ込める。自由電子濃度の増加は、高密度の不活性ガスイオン（典型的にアルゴン）を発生させ、スパッタ処理の効率を高める。特に、非常に強いイオン化領域が、ターゲット２２の表面２６上に閉ループのプラズマ軌道を形成する。プラズマ軌道の形状について以下で述べる。回転磁石組立体２４が回転すると、プラズマ軌道が、ある瞬間における回転磁石組立体の位置に従ってターゲット領域をスパッタさせる。ターゲット寿命を通じる浸食容積、及び基板１０上の付着厚の均一性、を含むソース性能の重要な特徴は、プラズマ軌道の形状に依存する。本発明は、長くしたターゲット寿命の間、比較的小さいソース対基板距離、及び広い浸食パターンを有する、回転磁石スパッタソースを提供する。本発明のスパッタソースは、また、基板上の付着厚均一性を良好なものにする。良好な付着厚均一性は、典型的に、±５％以下、好適に、±３％以下である。ターゲット寿命の間に基板上に付着できる全厚を量化するためにディスク被膜業界で使用されるような用語“インベントリー”を定義することは有用である。通常、その単位は、ミリオン・オングストローム（ＭÅ）である。各基板上の膜厚が比較的大きいクロムに望ましいインベントリーは、１５ＭÅ以上、好適には１８ＭÅ以上である。本発明の一つの態様に従って、上記した望ましい特徴を有する回転磁石スパッタソースを構成するための方法が提供される。この方法は、まず、所望の付着厚分布を得るために計算したターゲット浸食プロフィールが、典型的に、反復繰返し法による最適化技術により画成される。次に、十分な精度の最適化ターゲット浸食プロフィールを発生させるための予測プラズマ軌道形状が生成される。次に、所望の軌道形状を発生する磁石構造を設計する。プラズマ軌道設計は、“Amperes”（Integrated Engine ering Software、Winnipeg、Canada）のような静磁場モデル化ソフトウエアを使用する。図２の流れ線図に、プラズマ軌道の設計方法を示す。この設計方法は、まず、ターゲット表面から既知の距離だけおいて配列した基板上に所望の付着厚均一性を近似的に発生させる条件で最適浸食プロフィールを決定する（符号５０で示す工程）。浸食プロフィールは、浸食プロフィールの規定内径、規定外径、及び一定のターゲット対基板距離に制限される。最適浸食プロフィールを達成できる固有のプラズマ軌道は、浸食プロフィールから推定される。第一種のフレドホルムの積分方程式を解法する安定した方法について、“Comp utational Methods for Integral Equations”（Cambridge University Press、 1985）のChapter 12“Integral Equations of the First Kind”で、Delves及び Mohamedにより述べられている。この種の方程式は、例えば、以下の方程式（１）である。この方程式は、ターゲット浸食プロフィールｅ（ｒ’）と既知のモデル化関数Ｋ（ｒ，ｒ’）の項で径方向の付着厚分布ｔ（ｒ）を表す方程式と同形である。純方位対称であり、径方向にのみ依存する。下限値ａ及び上限値ｂは、浸食範囲に等しい固定値である。方程式（１）を解法する際、付着厚分布ｔ（ｒ）及び上下限値（ａ及びｂ）が特定される。関数Ｋ（ｒ，ｒ’）は、以下で述べるように高精度にモデル化されて、ｅ（ｒ’）が決定される。未知の浸食プロフィールｅ（ｒ’）は、有限一次展開式で表され、積分方程式を以下の式（２）の線形代数方程式の集合に置き換える。変数ｒ’及びｓは、独立変数Ｔ_nを、要求される定義範囲に移すような線形関係にある。この展開式は（Ｎ＋１）項あり、係数ａ_nが決定され、関数Ｔ_nは関数（典型的に、対角多項式）の全集合の最初の（Ｎ＋１）項である。関数Ｔ_nは、この関数が大まかに曲線に一致するものなので、チェビシェフ（Chebyshev）の多項式を選択する。チェビシェフの多項式の独立変数は、−１≦ｓ≦１で定義され、ｓとｒ’との間の線形関係は、以下の式（３）のようになる。Ｎの値は、解法精度を高くするため、十分な大きさの値をとらなければならない。通常、Ｎ＝２０で十分である。方程式（１）を解法するためのソフトウェアには、Delves及びMohamedによって説明された係数ａ_nの境界法が組み入れられ、安定性が支援される。また、Delves及びMohamedは、安定性のため、代数方程式を直接的に解法するべきでなく、最小化（同様に、最適化）により解法するべきである点を指摘している。最適化では、積分方程式の左辺と右辺をできるだけ等しくするように係数ａ_nが選択される。このソフトウェアは、好適に、PressらによりNamerical Recipes（Cambridge University Press、1986、1992）で述べられるダウンヒルシンプレックス最適化法（AMOEBA）を使用する。AMOEBA最適化は、反復繰返し法により積分方程式の左右辺を特定の右辺に徐々にできるだけ近づけるように行われる。付着厚均一性が向上すると、インベントリーが減少するので、ソフトウェアは、５０回の反復繰返しごとに停止し、現在の浸食プロフィールに基づいて均一性とインベントリーとを計算する。そのプログラムは、均一性とインベントリーとが両方とも許容できる値に到達したところで終了する。インベントリーの計算について以下で述べる。反復繰返しによる最適化の間、浸食プロフィールの展開式が幾つかの半径又は半径の範囲の物理的に許容されない異なった代数符号を有することが起き得る。これは、全数列展開式の挙動に依存して全体に影響を及ぼすものであり、係数ａ_n の条件により防止できない。サブルーチンとしてソフトウェアに組み入れた演算がこれを防止する。選択した所定の反復繰返し回数（典型的に１０回）の後、現在の浸食プロフィールが方程式（２）により計算され、符号の変化がどこかで発生した場合を決定するためにソフトウェアにより検査される。もしそうであれば、この違反範囲にある浸食プロフィールがゼロに設定され、新しく変更したプロフィール（一つの符号）が当業者には既知の方法に従う方程式（２）の逆を使用してチェビシェフの数列に一致させる。この手順は、係数ａ_nの新しく変更した集合を生成し、引き続く反復繰返しによる最適化を再初期化するために使用される。実用的に、この演算は、一つの符号の浸食プロフィールを、典型的に、最大浸食の１％以内に維持する。反復繰返し最適化プロセスは、所与のソース対基板距離と浸食領域の特定の内径（内径はゼロであり得る）及び外径に適した最適浸食プロフィールを与える。また、浸食プロフィールは、反復繰返し最適化プロセス中に決定されて、これが特定の条件下で可能であるかぎりにおいて、満足される付着厚均一性と満足されるインベントリーとを有する。次に、満足できる精度の最適浸食パターンを与えるために予測されるプラズマ軌道が設計される（工程５２）。プラズマ軌道の設計は、所与の半径での浸食速度がこの半径でのプラズマ軌道電弧に対する角度に比例する、という基礎的原理を利用する。例えば、大きい半径で実質的な浸食を得るために、できるだけ大きいプラズマ軌道長さがその半径又はその半径付近に位置される。他の例としては、小さい半径で過度に浸食が行われることなく、プラズマ軌道を大きい半径から中心付近へと拡大させるために、プラズマ軌道は、径方向又はほぼ径方向に作られ、対角の大きさを最も大きくする。軌道形成の際の分析ツールとして、試験的な軌道形状が、線形的な線分の集合で表される（工程５４）。典型的に、線分の長さは、１．５から２．０ｍｍであり、１００個以上の線分でプラズマ軌道の半分が表され得る。プラズマ軌道は、好適に、対称であり、軌道の半分だけを分析すればよい。プラズマ軌道が、選択した半値全幅（ＦＷＨＭ）の一定ガウス幅であると仮定して、コンピュータプログラムが、予測浸食を計算する。ＦＷＨＭの最良値は、同様の形状のプラズマ軌道を使用する静浸食試験からの溝形状の計測値を参照して選択される。ＦＷＨＭが、プラズマ軌道に沿って多少変化するように実験的に観測されても、一定のＦＷＨＭの近似が、実用的に許容できるものであることがわかった。特定の半径にわたる最適浸食プロフィールに十分に近くない予測浸食パターンがステップ５６で決定された場合、試験的なプラズマ軌道の形状が、適当な線分の位置及び方位を操作することによって、ステップ５８においてこれら半径にわたり変更される。この結果は、最適浸食プロフィールに完全に一致し得ないので、予測膜厚均一性及びインベントリーを計算することによって確認される。実用的には、最適浸食プロフィールに適当に一致するものが、通常、良好な予測均一性及びインベントリーを得る。最適浸食プロフィールとの臨界的な小さい相違が現れない。二次的な条件として、ターゲットの中心の幾つかの浸食を予測するように、プラズマ軌道が操作される。最終的なタスクは、ターゲット表面に所望のプラズマ軌道形状を与える磁石アレイの設計である。磁石アレイは、好適に、所望のプラズマ軌道形状を発生させるようにプラズマ軌道に沿って配列される一連の磁石棒から構成される。ゼロ次の近似として、ターゲット表面のプラズマ軌道は、磁石棒の中心線の直ぐ上にあるものと仮定する。磁石アレイの上部とターゲット表面との間の隙間を増加すると、プラズマ軌道が外方向に拡張することが、三次元磁気モデル化によって示されている。よって、一次の近似は、所望のプラズマ軌道の中心線内に磁石棒の中心線があるように、磁石棒を内方向に移動させることである。典型的な応用では、この距離は、２から８ｍｍであり得る。次に、磁石棒は、典型的に、各磁石棒が局所的に試行的な磁石構造の中心線に垂直又はほぼ垂直になり、典型的に、一つの棒磁石棒がその隣接するもののコーナーにほぼ接触するように構成されることにより発生される試行的な磁石中心線上に配列される（ステップ６０）。次に、試行的な磁石アレイの幾何学的配置は、三次元モデル化プログラムに入力され、ターゲット表面の場が計算される（ステップ６２）。ターゲット表面上の予測プラズマ軌道は、軸方向の磁場がゼロを通過するところの軌跡として特徴付けられる。次に、予測プラズマ軌道は、所望のプラズマ軌道と比較される（ステップ６４）。二次の近似では、磁石棒を移動して、これらの不一致を低減させる（ステップ６６）。必要な移動は、典型的に、数ｍｍだけである。このプロセスが繰り返されるが、実用的には、満足される付着膜厚均一性及びインベントリーを得る予測プラズマ軌道を得るのに、通常、２から４回の試行で十分である。典型的にターゲットの中心付近の領域の問題では、上述した体系的なプランから逸脱した磁石棒配列を与える必要がある。例えば、図４に示すように、三つの磁石棒１２０、１２１、１２２が、回転磁石組立体の中心付近に配列される。最適浸食パターン及び所望のプラズマ軌道形状が完全に達成されなくても、極近似したもので、満足する性能が与えられる。磁気ディスク用の典型的なスパッタ被膜装置では、基板の両側が同時に被膜できるように、二つのスパッタソースが対向して配列される。三次元磁気モデル化プログラムは、第二のスパッタソースにより及ぼされる鏡影反対称による影響を許容する。一方の側のソースの磁場は、回転軸、特に中心付近に向けて内方向に軌道を引き寄せるように他方の側のターゲット表面に作用する。単一のソースだけでは、中心の領域全体にわたる浸食を示し得ないが、対向して配列した二つのソースは、これらが本発明に従って設計された場合、ターゲットの中心領域にわたって浸食が行われる。方程式（１）にある関数Ｋ（ｒ、ｒ’）は、以下で説明するような様々な幾何学的及び物理的な因数を含む。座標系は円柱座標系であり、ｚ軸が回転軸３２に沿う。積分方程式では、変数ｒは基板平面上の径方向の距離であり、変数ｒ’は初期のターゲット表面上の径方向の距離である。基板１０（図１）の表面を含む平面及びターゲット２２の初期の表面２６を含む平面は、回転磁石ソースの回転対称に適するように、平行、且つ回転軸３２に垂直である、と仮定する。また、基板は、回転対称である、と仮定する。その幾何学的形状を図３に示す。ターゲット平面と基板平面との間の距離をソース対基板距離ｚ₀とする。スパッタ原子の細い束がターゲット２２上の面積要素ｄＡ’から放射される。この束は、これら原子が直線移動して基板１０上の面積要素ｄＡに到達するように選択される。面積要素ｄＡ’から面積要素ｄＡへの距離をρとする。これらの関係は以下の式（４）のとおりである。角度φ’は、面積要素ｄＡ’の方位角度である。回転対称のため、一般的に、図３に示すように、入射面積要素ｄＡをｘ軸上に位置させる。単位面積当たり面積要素ｄＡに到達する原子の相対数は、距離ρの逆二乗に比例し、放射面積要素ｄＡ’に比例する。よって、Ｋ（ｒ、ｒ’）は、以下の式（５）に従属する。Ｋ（ｒ、ｒ’）に入力する第二の基本的な幾何学的な因数は、ｃｏｓβである。ここで、βは、基板に対する法線と、面積要素ｄＡとｄＡ’との間の直線との間の角度である。この放射因数は、垂直入射でない放射線束の散乱を考慮したものである。ｃｏｓβ＝ｚ₀／ρの関係から、ｃｏｓβが、ρを通じて、方位角度 φ’に依存することがわかる。Ｋ（ｒ、ｒ’）に寄与するものは、方位角度０から２πにわたって積分することによりわかる。面積要素のｒ’ｄｒ’部分は、方程式（１）に別個に含まれる。関数Ｋ（ｒ、ｒ’）は、通常、ｒ及びｒ’において対称であるように書かれる。因数［depend s on φ'］は、φ’に依存する他の可能性のある因数を表す。Ｋ（ｒ、ｒ’）の意味から、方程式（１）での浸食プロフィールｅ（ｒ’）が、半径ｒ’におけるターゲットからの単位面積当たりの相対放射の重み因数を表すことがわかる。スパッタ原子が、一般に、Ｋ（ｒ、ｒ’）の式に含まれる放射角度βに依存して、等方的に放出され得ないことが、実験で示されている。方位放射分布の詳細な知識は、通常、対象の特定の付着条件に利用可能でなく、直接的な実験的計測は、複雑で困難である。したがって、Ｋ（ｒ、ｒ’）のモデルが、通常、実験的因数として方位角分布を含む。実験的因数ｃｏｓｎβが使用され得る。ここで、ｎは、典型的に０と１との間である。ｎ＝０の場合は、等方的な放射に対応する。制限される実験に基づいて、小さいｎの値が、大きいソース対基板距離に適用され（およそ、ｚ₀≒７３０ｍｍのとき、ｎ≒０．１）、大きいｎの値が、やや小さいソース対基板距離に適用される（およそ、ｚ₀≒１０ｍｍのとき、ｎ≒０．６）。しかし、ｎの選択値に鋭敏であるという結果は現れず、おおよその値が有効である。βがφ’に依存するため、放射因数は、式（６）の因数［depends on φ'］になる。ｎ≠０であるとき、積分は、通常、閉じた形で表されず、数値積分が使用されなければならない。０からπにわたる１６点ガウス求積法が利用され得る。スパッタ原子が放射点から入射点へと移動するとき、大きい角度で飛散するガス原子（通常、アルゴン）と衝突する確率がある。このような衝突が、スパッタ原子をその直線経路からずらし、原理的に、関数Ｋ（ｒ、ｒ’）をさらに修正しなければならない。典型的な方法として、モンテ・カルロ法があり、これは、飛翔物がアルゴン原子とともに既知の飛散断面に従って変更されるので、多数の任意の飛翔物の試験を要する。経験的な保存則によると、動作圧力での飛散予測平均自由経路が典型的なρの値よりも長い場合、ガスの飛散の影響は重要でない。低いガス圧（典型的に、１〜５ミリトール）で動作するソース及び無理のないソース対基板距離（典型的に、２５〜３５ｍｍ）でのガス飛散の影響は無視できる。これらの条件下では、平均自由経路は、関連するソース対基板距離の幾何学的形状よりも大きくなる。“Physical Vapor Depositio n”（R.Hill発行、Temescal、BOC Group,Inc.出版）のデータは、典型的なソース対基板距離（２５〜３５ｍｍ）でのスパッタでは、５〜１０ミリトール以下の圧力でのガス飛散が大きな影響を及ぼさないことを示唆している。プラズマ軌道周辺の磁場は、設計及び磁石位置により、この軌道に沿って変化し得る。磁場が電子を捕獲するので、所与の小さい軌道領域での放射速度は、原理的に、局所的な磁場に依存する。回転にわたって平均すると、この影響は、径方向の因数を関数Ｋ（ｒ、ｒ’）に導入する。スパッタ速度が磁場強度に従属する点についての詳細な説明はしない。一般に、弱い磁場に捕獲される電子は少なく、放射は低い。極端に大きい磁場は、捕らえた電子を陰極シース厚よりも小径のサイクロイド形のループ状で移動させるので、電子は、可能な最大エネルギーを得られない。よって、場が大きすぎるか又は小さすぎると、スパッタ速度が低下する。好適な方法では、プラズマ軌道に沿った磁場は、手ごろな強度であり、過度に変化しないので、プラズマ軌道に沿った磁場の変化の修正が、関数Ｋ（ｒ、ｒ’）に含まれない。従来技術のスパッタソース設計では、典型的に、性能係数としてターゲット利用率を使用した。ターゲット利用率は、初期のターゲット重量に対する交換時におけるターゲット重量の計測比である。しかし、ターゲットから浸食された物質の全てが基板上に付着されない。実質的にほんの少しの物質が、周囲のシールド上に付着し、製造物に寄与しないのである。ディスク製造は、所要のターゲット交換前に特定の厚さに被膜されるディスク数に直接的に関係する。ターゲットの交換は、機械を停止するので製造損失を招き、各ターゲットが、長時間、動作することが望まれる。より現実的な性能係数がインベントリーである。これは、ターゲット寿命の間の基板上の全被膜厚で定義される。インベントリーは、ターゲットから浸食される物質量と、基板上に実際に付着したスパッタ原子の部分である収集効率との組合せである。小さいソース対基板距離が、収集効率をより高くする。経験的な保存則として、任意半径での浸食深度が初期のターゲット厚の９０％に達すると、ターゲット交換の準備となる。算出した浸食からインベントリーを予測するために、最大浸食深度に対応する半径が見つけ出される。相対深度は、それを初期のターゲット厚の９０％へ正規化することによって真の深度へ置き換えられる。次に、ターゲットから浸食される物質体積Ｖは、正規化浸食プロフィールを積分することによって予測される。次に、体積Ｖに収集効率ｃを掛けると、ターゲット寿命の間に基板により収集される全物質体積が得られる。収集効率ｃを見つけ出すため、基板により収集される物質の相対量が、基板面積にわたって相対付着厚ｔ（ｒ）を積分することによって見つけ出される。次に、付着厚ｔ（ｒ）を全収集量で割る。ここで、全収集量は、ターゲットサイズよりも非常に大きい半径の半球体上に収集される物質量である。最後に、Ｖ×ｃを基板面積で割って、予測収集厚、つまりインベントリーが与えられる。インベントリーの単位は、典型的に、ミリオン・オングストローム（ＭÅ）で表される。狭いリング状に浸食を行うマグネトロン型ソースを有する従来技術では、ターゲット厚が０．２５インチにおいて、インベントリーは、通常、５ＭÅ以下であった。これは、浸食溝の狭さに起因し、また、ソース対基板距離が相当に大きく、収集効率が小さい（典型的に、約１５％）ことに起因する。従来技術では、ソース対基板距離がリング半径に匹敵する場合のみに、許容される膜厚均一性がリングソースで達成されるので、相当に大きいソース対基板距離を有することが必要である。基板の外径まで良好な均一性を与えるために、リング半径は、基板半径に匹敵していなければならない。本発明のスパッタソースによると、０．２５インチ厚のクロムターゲットによる計測インベントリーは約１６．５ＭÅである。対応する算出収集効率は約２５％である。本発明に従ったこのような改善した値の主な理由は、スパッタソースが、小さいソース対基板距離で基板全体にわたって良好な膜厚均一性を与えるように設計されていることである。ディスク被膜装置技術では、各付着ステーションが、典型的に、図１５に示すように、二つの対向するスパッタソース２８０、２８２を含む。基板２８４は、スパッタソース２８０、２８２の対向するターゲットの間の真空処理室２８６内に配置され、高いスループット（単位時間当たりに被膜されるディスク数）を与える。基板２８４の両側が、スパッタソース２８０、２８２の両方を動作させて同時に被膜される。対向するターゲットの表面に一方の回転磁石組立体により発生させた軸方向の場（二次の場）が、３０ｍｍのソース対基板距離を無視できない。プラズマ軌道領域の二次の軸方向の場は、４０から１００ガウスのオーダーである。一定の軸方向の場の外形は、ほぼ円形であり、所与の点での二次の軸方向の場が一次のスパッタソースの回転中に著しく変化しないことを示す。回転軸に垂直な二次の場の成分は、小さくなり、回転中の平均で取り消される。プラズマ軌道で覆われる面積にわたり、一次のソースから大きい距離にある二次の軸方向の場の方向は、磁石棒が軌道の外向きにＮ極を向けていると仮定すると、発生ソースに向かう。磁石棒のＮ極が内向きに向けられていると、全て逆向きになる。上述した様々な相互作用のモデルでは、一次の発生ソースに向けて内向きの二次の軸方向の場は、対向するターゲットの表面での大きさが一定である。プラズマ軌道の中心線は、一次の軸方向の場がその方向を変化し且つゼロを通過するターゲット表面に発生する。固有の方向を考慮して、二次の軸方向の場が一次の軸方向の場に加えられると、ターゲット表面上の任意点での仝体の上向きの軸方向の場が前よりも大きくなり、全体の下向きの軸方向の場が前よりも小さくなる。その結果、ゼロクロッシング（zero crossing）が、回転軸に向けて内向きに移動する。よって、対向する二つのスパッタソースの使用は回転軸に向けてプラズマ軌道を引き寄せ、これらソースが本発明に従って設計された場合、中心領域が浸食される。一つのソースを単独で作用させても、中心領域全体を浸食できない。単一のスパッタソースを使用するスパッタ被膜装置では、浸食プロフィールがターゲットの中心領域にわたる少なくとも幾らかのスパッタを確実に行うように調節されることが理解できる。二つのスパッタソースが対向する磁石棒の極性を有する場合、軌道は拡張され、性能が低下する。図４に、本発明に従った回転磁石組立体２４の例を示す。回転磁石組立体２４は、アルミニウム（非磁性）ベース１０２上に取り付けた磁石アレイ１００を含む。動作中、回転磁石組立体２４は、回転軸３２に関して回転し（典型的に、約６００ｒｐｍ）、上述したように、スパッタターゲット上に浸食プロフィールを発生させる。釣合い錘１０６が、ベース１０２上に取り付けられ、組立体２４の回転の平衡をとっている。磁石アレイ１００は、好適に、上述したような所望のプラズマ軌道を発生する構成でベース１０２上に取り付けた複数の磁石棒１１０を含む。各磁石棒上の符号１１２で示す黒丸印は、そのＮ極を示す。図４の例では、磁石棒１１０は、３８〜４５ＭＧＯの磁気エネルギーを発生するネオジウム−鉄−ボロンからなる永久磁石から構成される。磁石アレイ１００は、好適に、回転軸３２を通過する線１６に関して対称である。磁石棒１１０は、好適に、プラズマ軌道の外向き側又は内向き側に全てＮ極を配置する。対向する二つのソースを使用する場合に、所与の選択に一様に従うべきである。殆どのプラズマ軌道の間で、磁石棒１１０は、それぞれの内側の縁部を接触させ、それぞれの外側の縁部を離して、所望のプラズマ軌道形状を達成する。この一般的なルールから除外されるものが、回転軸３２の付近に配列した磁石棒１２０、１２１、１２２、及びプラズマ軌道の尖点付近に配列した磁石棒１２４、１２５を含む。図５に、本発明に従った回転磁石スパッタソースの示すプラズマ軌道１３０の半分を示す。プラズマ軌道１３０は、好適に、線１１６に関して対称の二つの丸い突出部、回転軸３２付近に位置した内向きに深く湾入した尖点１３６、及び尖点１３６に関して丸い突出部の遠い端部に位置した内向きにやや湾入した尖点１４６、を含む。よって、尖点１３６、１３６は、プラズマ軌道１３０上の反対側に位置する。図５に、プラズマ軌道１３０の二つの丸い突出部のうちの一方の丸い突出部１３２を示す。他方の丸い突出部は、尖１６に関して対称である。上述したように、プラズマ軌道１３０は、図４に示すように、磁石アレイ１００の半分にわたって横たわっている。プラズマ軌道１３０は、磁石棒よりも０．７５インチだけ上にあるターゲット表面上にあるように示されている。ソース対基板距離は２５ｍｍであり、ターゲットは非磁性であると仮定する。明るい部分は、ターゲット表面での−７５ガウスと０ガウスとの間の軸方向の磁場の値を示し、暗い部分は、ターゲット表面での０ガウスと＋７５ガウスとの間の軸方向の磁場の値を示す。プラズマ軌道１３０の中心線は、軸方向の磁場がゼロであるところの外形に等しい明と暗の領域の間の境界線１３８に従う。図５に示す例は、標準のディスク被膜ステーションにある二つの対向するスパッタソースを仮定する。よって、図示のプラズマ軌道は、対向するスパッタソースの寄与を考慮する。プラズマ軌道が線１１６に交差するところの尖点１３６の位置は、回転軸３２から約６〜７ｍｍである。これは、軌道幅が１０〜１２ｍｍのＦＷＨＭのガウス幅のように無理なく表されることを考慮すると、ターゲットの中心領域全体にわたってほぼ確実に浸食するに十分である。尖点１３６は、回転磁石組立体の中心領域の磁石棒１２０、１２１、１２２を含む複数の磁石によって発生され、また、軸方向の場が、上述のように第二の対向するソースによって供給される。丸い突出部１３２の部分１４０は径方向であるか又はほぼ径方向である。比較的長い部分１４２は、軸３２に関して約１００°の方位角度範囲にあり、比較的大きい半径を有し、ターゲット表面のプラズマ軌道が約１０％内のほぼ一定の半径を有する。尖点１４６は、軸３２に関して丸い突出部１３２から離れた端部に位置し、磁石棒１２４、１２５によって発生される。プラズマ軌道１３０は、従来技術の回転磁石構造と比較しで比較的小さいサイズを有する。特に、プラズマ軌道１３０は、５９ｍｍの最大半径を有するが、従来技術の磁石構造は、典型的に、１１５ｍｍのオーダーの最大半径を有する。図４に関連して上述した回転磁石組立体の例は、磁気記録用ディスクのスパッタ付着に使用されるように設計された。この応用では、ディスクは、内径２５ｍｍ、外径９５ｍｍの環状形である。被膜物質は、そのオーダーのクロム、磁性合金及び炭素である。ターゲット直径は６インチである。本発明のスパッタソースがターゲットの中心領域にわたって浸食を行うので、中心穴をもたない固体円形ターゲットが使用される。ターゲットは、基板に面した平坦な表面を有する。ターゲットの外側リムは、水冷式熱シンクへクランプされる。このクランプの縁部は、ターゲット半径上に１．２ｍｍ以上押し込まない。リング形クランプから上に間隔をあけて配列した平坦な接地スパッタシールドが、リング形クランプの物質のスパッタを防止する。さらに、浸食の最大半径は、リング形クランプまで拡張されない。ターゲット厚は、クロムでは０．２５インチのオーダーであり、炭素では０．１３インチのオーダーである。炭素ターゲットは、通常、リング形クランプに直接にクランプされない。その代わり、炭素ターゲットは、金属製の裏板に接着され、この板が、熱シンクにクランプされる。このようなクロムや炭素の非磁性ターゲットでは、ソース対基板距離は、典型的に、３０〜３５ｍｍである。非磁性ターゲットが使用されると、リング形外側クランプは非磁性の材料からなる。ハードディスク製造において磁性層に使用されるような磁性合金ターゲットでは、ターゲットが磁性構造の一部を形成するので、その構成が異なる。ソース対基板距離は、典型的に、４０〜４５ｍｍである。リング形外側クランプは強磁性であり、ターゲット冷却デバイスは、非磁性ターゲットのものよりも薄く、ターゲットでの場を強める。幾つかの応用では、磁性合金ターゲットは、磁束を透過させるため、０．２５インチよりも薄くなっている。図６に、二つの対向するスパッタソースを有するスパッタ被膜ステーションにおける銅ターゲットの最適、計測、及び予測浸食プロフィールを示す。浸食深度は、ターゲットの中心からの径方向の距離の関数としてプロットした。曲線１６８は、理想最適化浸食プロフィールを示し、曲線１７０は、予測浸食プロフィールを示し、曲線１７２は、計測浸食プロフィールを示す。予測曲線１７０及び計測曲線１７２は、計測した最大浸食深度に正規化される。予測曲線は、プラズマ軌道幅に最良に一致する予測と、スパッタソースの磁石構造の知識のみに基づいたものである。部分線形モデルの離散的な特徴（線分間の不連続な一次導関数）のため、予測曲線１７０の算出点は、３点平均補整化された。図６に示す浸食プロフィールは、そのターゲットの外周付近の比較的深い第一の円形溝１７４、ターゲットの中心付近の比較的浅い第二の円形溝１７６、及び第一と第二の溝の間の中間領域１７８、によって特徴付けられる。中間領域１７８は、第一及び第二の溝よりも浅い浸食深度を有する。計測と予測浸食プロフィールの間の一般的に良好な一致点は、モデル化方法を有効なものとするように考慮することである。本発明に従ったスパッタソースが、ディスク被膜に使用されるようなクロム、炭素及び磁性合金ターゲットで試験されてきた。ソースは、±５％（ときには± ３％）よりも良好な計測付着膜厚均一性を与えた。スパッタソースは、その中心からほぼ外側のターゲットクランプまでのターゲット表面にわたって完全に全ての三つのターゲット物質をスパッタした。図７〜９に、ターゲットが新しいとき（０ｋＷｈ）と、ターゲット寿命の終了近く（異なる物質で異なる）のときの各ターゲット物質に関する付着膜厚データを示す。ターゲット寿命のセットアップは、二つの対向するスパッタソースを有する典型的なスパッタ被膜ステーションであった。各ソース上のターゲットは、同一の材料であった。基板は、内径２５ｍｍ、外径９５ｍｍを有する典型的なハードドライブ環状形アルミニウムディスクであった。ソースは、実際の被膜装置での動作条件を模擬するやり方でオンとオフとを繰り返して行った。希に、膜厚サンプルが、新しい基板上に付着を行って実行された。同一の電力及び同一の付着時間が、全ての物質の膜厚サンプルに使用された。全ての膜厚は、各計測半径（１５ｍｍ、３０ｍｍ、４５ｍｍ）での１２点にわたる平均値である。ターゲット寿命の終了時のデータは、図７〜９で０．５ｍｍで置き換えられる。針圧プロフィロメータ（stylus profilometer)での高精度の膜厚計測を行うのに十分な厚さの膜を与えるために、膜厚サンプルの付着時間が被膜よりも非常に長かったことが理解できる。図７に、クロムターゲットを使用する付着厚を半径の関数として示す。ソース対基板距離は、両方のソースで、３３ｍｍであった。膜厚均一性は、ターゲット寿命の開始時（曲線１８０）において±２％よりも良好であり、ターゲット寿命の終了（曲線１８２）において±４よりも良好である。厚さについての二つの曲線の間のほぼ一致する点は、ターゲット寿命の間、付着速度がほとんど変化しなかったことである。初期のクロムターゲット厚は、０．２５インチであった。ターゲット寿命の終了時では、ターゲットは、１６．５ＭÅの予測全インベントリーを有した。二つのクロムステーションを使用する単位時間当たり被膜される４５０枚のディスク数の典型的な膜厚及び典型的な製造条件において、これは、ターゲット交換前の１４０時間以上の連続製造に対応する。図８に、磁性合金ターゲットを使用する付着厚を半径の関数としてプロットした。この試験で使用した磁性合金は、Co:Cr12：Ta2HPTF（高い磁束通過）（標準の磁性合金よりも低いバルク透過率の物質）であった。ソース対基板距離は、ターゲット寿命の間に基板の外径で増加する相対的な厚さの傾向を妨害するため、両方のソースで４２ｍｍであった。膜厚均一性は、ターゲット寿命の間、±４％よりも良好である。ターゲット寿命の開始時にとった曲線１９０と、ターゲット寿命の終了時にとった曲線１９２との間の変位は、付着速度がターゲット寿命中に低下したことを示す。製造の際に、これは、より高い印加電力とより長い付着時間との幾つかの組合せによって補償され得る。初期の磁性合金厚は、プラズマ軌道上のターゲット透過率への影響を最小化するために、０．１６インチであった。ターゲット寿命の終了時において、ターゲットは、８．８ＭÅの予測全インベントリーを供給した。二つの磁性合金ステーションを使用する単位時間当たり被膜される４５０枚のディスクの典型的な膜厚と典型的な製造条件において、これは、ターゲット交換前の１６０時間以上の連続製造に対応する。図９に、炭素ターゲットを使用する付着厚を半径の関数としてプロットする。曲線２００は、ターゲット寿命の開始時の膜厚均一性を示し、曲線２０２は、ターゲット寿命の終了時の膜厚均一性を示す。ソース対基板距離は３０ｍｍであった。膜厚均一性は、ターゲット寿命にわたり、±５％よりも良好であった。しかし、炭素膜の粗度は、針圧プロフィロメータの計測誤差を増加させた。標準の条件下で行われたサンプルの厚さは、炭素でのスパッタが低いことから、他の物質よりも非常に小さい。曲線２００、２０２は、相互に接近しており、付着速度が、試験実行中、大きく変化しなかったことを示している。炭素ターゲットの初期の厚さは０．１３インチであった。試験実行の終了時では、ターゲットは、その全寿命の半分だけが排出されていると予測した。この点で、ターゲットは、４ＭÅの予測全インベントリーを供給した。三つの炭素ステーションを使用する単位時間当たり被膜される４５０枚のディスクの典型的な膜厚と典型的な製造条件において、これは、ターゲット寿命の半分後でターゲット交換前の１６０時間以上の連続製造に対応する。炭素ターゲットは、スパッタ中、表面上に小塊を形成する。小塊は、低伝導性であり、不要のパーティクルを基板上に継続的に散布する電弧形状の焦点のように作用する。上述の試験の間、一つの小塊だけが、二つの炭素ターゲット上で観察された。本発明の第二の実施例として、図１０の曲線２１０が、本発明に従って設計した最適化理想浸食プロフィールを示し、ソース対基板距離が４０ｍｍであり、内径２５ｍｍ、外径９５ｍｍの環状形の基板上へ均一な厚さで付着させる。浸食範囲は、内径５０ｍｍ、外径１３０ｍｍに制限される。理想最適プロフィールは、仮定した内側と外側の制限点で急に終わる。図１１の曲線２２０は、図１０の理想浸食プロフィール（曲線２１０）を近似的に生成するために本発明に従って設計したプラズマ軌道の半分の中心線である。軌道は、線２２２に関して対称である。プラズマ軌道がガウス断面（この実施例ではＦＷＨＭ＝１０ｍｍ）を有するように仮定しているので、垂直壁で浸食を制限することが、実用的に、可能でない。図１０の曲線２１２は、図１１の軌道（曲線２２０）のための予測浸食プロフィールである。理想浸食プロフィールへの予測浸食プロフィールの一致が幾分か良好であることがわかる。確認として、所与の軌道の予測性能が計算された。予測膜厚均一性は、±３．５％であり、予測インベントリーは１４．８ＭÅであった（ターゲット厚０．２５インチ）。この性能は、多数の現用の旧式のスパッタ付着ソースよりも遥かに良好である。しかし、この設計は、上述した第一の実施例と異なり、中心領域全体にわたる浸食のために予測されない。スパッタ膜の幾つかの応用では、半径とともに変化する膜厚を有することが望まれる。例えば、記録用ディスクの場合、径方向に変化する線形的なディスク速度と径方向に変化するヘッドの浮上距離のためにより一定の信号強度を維持させるために、外方向の半径で磁性合金の厚さを減少させることが望まれる。本発明の第三の実施例として、図１２の曲線２３０は、本発明に従って設計した最適な径方向の浸食プロフィールを示し、ソース対基板距離が３０ｍｍであり、内径２５ｍｍ、外径９５ｍｍの環状形の基板上に径方向外向きに１５％だけ放物線状に傾く厚さに付着させる。浸食範囲は、内径２０ｍｍと外径１２０ｍｍに限定される。理想最適プロフィールは、仮定した内側及び外側で急に終わる。図１３の曲線２４０は、図１２の理想浸食プロフィール（曲線２３０、を近似的に生成するために本発明に従って設計したプラズマ軌道の半分の中心線である。軌道は、線２４２に関して対称である。プラズマ軌道がガウス断面（この実施例ではＦＷＨＭ＝１０ｍｍ）を有すると仮定しているので、垂直壁で浸食を制限することは、実用的に可能でない。図１２の曲線２３２は、図１３の軌道（曲線２４０）のための予測浸食プロフィールである。予測浸食プロフィールの理想浸食プロフィールへの一致は、幾分か良好であることがわかる。図１４の曲線２５０は、第三の実施例のために特定した厚さの分布である。この厚さは、放物線状に変化して、基板の外径に向けて１５％だけ減少するように特定される。図１４の曲線２５２は、図１３のプラズマ軌道（曲線２３２）の予測厚分布である。予測厚分布の特定厚分布への一致は、良好であることがわかる。以上、図示し説明してきた少なくとも一つの本発明の実施例、様々な変更例及び改善例は、本発明の範囲を逸脱せずに、当業者には明らかである。したがって、以上の説明は、単に例示したにすぎず、それに限定するように意図したものではない。本発明は、以下の請求の範囲及びその等価物によってのみ限定される。

Claims

【特許請求の範囲】１．マグネトロン型スパッタ装置で基板上にスパッタ膜を形成するための磁気スパッタソースであって、物質をスパッタする表面を有するターゲット、及び前記ターゲットに関し回転軸に関して回転可能の単一の磁石棒のアレイを含む磁石組立体であって、の形の方程式であって、ｅ（ｒ’）が浸食プロフィールであり、ｔ（ｒ）が所望の径方向のスパッタ膜厚分布であり、Ｋ（ｒ、ｒ’）がスパッタの幾何学的形状及びプロセス条件に依存する関数であり、ｒが基板上の径方向の位置であり、ｒ ’がターゲット上の径方向の位置であり、ａ及びｂがターゲット上の浸食の径方向の上下限値である、ところの方程式の解に近似する浸食プロフィールを前記ターゲット上に発生させる、磁石組立体、から成るマグネトロン型スパッタソース。２．請求項１のマグネトロン型スパッタソースであって、所望の径方向のスパッタ膜厚分布が、±５％までの規定許容範囲内で均一である、ところのマグネトロン型スパッタソース。３．請求項１のマグネトロン型スパッタソースであって、所望の径方向のスパッタ膜厚分布が、±５％内の規定許容範囲内で均一である、ところのマグネトロン型スパッタソース。４．請求項１のマグネトロン型スパッタソースであって、前記ターゲット上の浸食プロフィールが、基板に面した前記ターゲットの露出表面全体を実質的に被覆する、ところのマグネトロン型スパッタソース。５．請求項１のマグネトロン型スパッタソースであって、前記磁石組立体が、前記ターゲットの表面上にプラズマ軌道を発生し、前記プラズマ軌道が、一対の対称の丸い突出部、回転軸付近に内向きに深く湾入した第一の尖点、及び内向きにやや湾入した第二の尖点、で特徴付けられた形状を有し、前記第一及び第二の尖点が、前記プラズマ軌道の対向する側部にあり、前記丸い突出部の各々が、回転軸に関して実質的に一定の半径を有する相対的に長い部分を有する、ところのマグネトロン型スパッタソース。６．基板上にスパッタ膜を形成するために物質をスパッタする表面を有するターゲットを含むマグネトロン型スパッタ装置で使用するための回転磁石組立体を構成するための方法であって、前記ターゲット上の浸食プロフィールを決定する工程であって、前記浸食プロフィールが、の形の方程式であって、ｅ（ｒ’）が浸食プロフィールであり、ｔ（ｒ）が所望の径方向のスパッタ膜厚分布であり、Ｋ（ｒ、ｒ’）がスパッタの幾何学的形状及びプロセス条件に依存する関数であり、ｒが基板上の径方向の位置であり、ｒ ’がターゲット上の径方向の位置であり、ａ及びｂがターゲット上の浸食の径方向の上下限値である、ところの方程式の解に近似する、ところの工程、及び浸食プロフィールｅ（ｒ’）に許容可能の近似を発生する、前記回転磁石組立体のための単一の磁石棒のアレイから成る磁石構造を決定する工程、から成る方法。７．請求項６の方法であって、磁石構造を決定する前記工程が、浸食プロフィールｅ（ｒ’）を発生させる、前記ターゲットの表面上のプラズマ軌道を決定する工程、及び前記プラズマ軌道を発生する磁石構造を決定する工程、を含む、ところの方法。８．請求項６の方法であって、浸食プロフィールを決定する前記工程が、基板に面した前記ターゲットの露出表面全体を実質的に被覆する、前記ターゲット上の浸食プロフィールを決定する工程、を含む、ところの方法。９．請求項６の方法であって、浸食プロフィールを決定する前記工程が、所望の径方向のスパッタ膜厚分布が、±５％までの規定許容範囲内で均一である、ところの浸食プロフィールを決定する工程、を含む、ところの方法。１０．請求項６の方法であって、浸食プロフィールを決定する前記工程が、所望の径方向のスパッタ膜厚分布が、±５％内の規定許容範囲内で均一である、ところの浸食プロフィールを決定する工程、を含む、ところの方法。１１．請求項７の方法であって、前記プラズマ軌道が、一対の対称の丸い突出部、回転軸付近に内向きに深く湾入した第一の尖点、及び内向きにやや湾入した第二の尖点、で特徴付けられた形状を有し、前記第一及び第二の尖点が、前記プラズマ軌道の対向する側部にあり、前記丸い突出部の各々が、回転軸に関して実質的に一定の半径を有する相対的に長い部分を有する、ところの方法。１２．マグネトロン型スパッタ装置で基板上にスパッタ膜を形成するための請求項１のマグネトロン型スパッタソースであって、前記ターゲットの表面上にプラズマ軌道を発生させるための前記磁石組立体が、前記ターゲットに関して回転軸に関して回転可能であり、前記プラズマ軌道が、一対の対称の丸い突出部、回転軸付近に内向きに深く湾入した第一の尖点、及び内向きにやや湾入した第二の尖点、で特徴付けられた形状を有し、前記第一及び第二の尖点が、前記プラズマ軌道の対向する側部にあり、前記丸い突出部の各々が、回転軸に関して実質的に一定の半径を有する相対的に長い部分を有する、ところのマグネトロン型スパッタソース。１３．請求項１２のマグネトロン型スパッタソースであって、実質的に一定の半径の比較的長い区間が、約１００°の電弧長さである、ところのマグネトロン型スパッタソース。１４．マグネトロン型スパッタ装置であって、基板の第一の表面上にスパッタ膜を形成するための第一のマグネトロン型スパッタソースであって、物質をスパッタする表面を有する第一のターゲット、及び前記ターゲットに関し回転軸に関して回転可能の単一の磁石棒のアレイを含む第一の磁石組立体であって、の形の方程式であって、ｅ（ｒ’）が浸食プロフィールであり、ｔ（ｒ）が所望の径方向のスパッタ膜厚分布であり、Ｋ（ｒ、ｒ’）がスパッタの幾何学的形状及びプロセス条件に依存する関数であり、ｒが基板上の径方向の位置であり、ｒ ’がターゲット上の径方向の位置であり、ａ及びｂがターゲット上の浸食の径方向の上下限値である、ところの方程式の解に近似する浸食プロフィールを前記ターゲット上に発生させる、第一の磁石組立体、から成る第一のマグネトロン型スパッタソース、及び前記基板の第二の表面上にスパッタ膜を形成するための第二のマグネトロン型スパッタソースであって、物質をスパッタする表面を有する第一のターゲット、前記ターゲットに関し回転軸に関して回転可能の単一の磁石棒のアレイを含む第二の磁石組立体であって、の形の方程式であって、ｅ（ｒ’）が浸食プロフィールであり、ｔ（ｒ）が所望の径方向のスパッタ膜厚分布であり、Ｋ（ｒ、ｒ’）がスパッタの幾何学的形状及びプロセス条件に依存する関数であり、ｒが基板上の径方向の位置であり、ｒ’がターゲット上の径方向の位置であり、ａ及びｂがターゲット上の浸食の径方向の上下限値である、ところの方程式の解に近似する浸食プロフィールを前記ターゲット上に発生させる、第二の磁石組立体、から成る第二のマグネトロン型スパッタソース、及び各ターゲットの表面と基板との間の領域に真空を発生させるための真空装置、から成り、前記第一及び第二の磁石組立体が、前記第一及び第二のターゲットの表面上にプラズマ軌道を発生し、前記プラズマ軌道が、一対の対称の丸い突出部、回転軸付近に内向きに深く湾入した第一の尖点、及び内向きにやや湾入した第二の尖点、で特徴付けられた形状を有し、前記第一及び第二の尖点が、前記プラズマ軌道の対向する側部にあり、前記丸い突出部の各々が、回転軸に関して実質的に一定の半径を有する相対的に長い部分を有する、マグネトロン型スパッタ装置。１５．請求項１４のマグネトロン型スパッタ装置であって、前記第一及び第二のマグネトロンスパッタソースが、各々、± ５％までの規定許容範囲内で均一である所望の径方向のスパッタ膜厚分布のスパッタ膜を基板上に発生させる、ところのマグネトロン型スパッタ装置。１６．請求項１４のマグネトロン型スパッタ装置であって、前記第一及び第二のマグネトロン型スパッタソースの各々のソース対基板距離が、約３５ｍｍ以下であり、前記第一及び第二のマグネトロンスパッタソースが、各々、±５％よりも良好に均一な所望の径方向のスパッタ膜厚分布のスパッタ膜を基板上に発生させる、ところのマグネトロン型スパッタ装置。１７．請求項１のマグネトロン型スパッタソースであって、前記ターゲットと前記基板とが相互に、約３５ｍｍ以下の距離に位置される、ところのマグネトロン型スパッタソース。