JP2007523257A - 回転スパッタリングマグネトロン - Google Patents

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Abstract

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。

Description

優先権の主張
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。 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。 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。 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。 鉄ターゲット材料の磁気特性を示す図である。 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。 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
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

Claims (24)

  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
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