JPH01177369A - バッキングプレート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、マグネトロンスパッタ法において、強磁性材
等のターゲット物質を磁石上に保持するために用いられ
るバッキングプレートに関し、特にターゲット物質の有
効利用率の向上を図ったバッキングプレートに関する。

従来の技術 周知のように、スパッタリング法は、真空容器中にＡｒ
ガス等の不活性ガスを導入して電場をかけプラズマ放電
を発生させ、まず、気体を高エネルギー化し、その気体
イオンで固体ターゲットをたたき、固体ターゲット原子
をたたき出して基板に堆積させる方法である。その中で
、マグネトロスパッタ法は、■較の堆積速度、いわゆる
成膜速度が速い、■基板温度の上昇を伴わず低温で成膜
が行える、等の優れた特徴を有し、低温かつ高速で膜形
成が可能であるところから、最近多方面で利用されてい
る薄膜形成技術である。このマグネトロンスパッタ法の
特徴は、電界と直交する様に磁界をかけ、プラズマを封
じ込めて集中させる点にある。しかも、ターゲット表面
に漏洩してきた磁界のうち、ターゲットに平行な成分を
利用するものである。

第６図はマグネトロスパッタ装置の基本構成を模式的に
示すもので、円盤状のターゲット１の裏面に、中心がＮ
極、周辺がＳ極の同軸形磁石２をヨーク体３に支持して
配置したものである。実際には、ターゲット１は、磁石
２上に直接保持されることはなく、図に示す如くバッキ
ングプレート４と呼ばれる部材を介して磁石２上に保持
される。

このターゲット１を磁石２上に保持するバッキングプレ
ート４は、通常は無酸素鋼等を素材とするものが用いら
れる。そして、ターゲット１を陰極として電場をかける
と、磁石２のＮ極からＳ極へバッキングプレート４を通
して磁界が発生し、図に示すようにターゲット１の表面
に漏洩磁界が生ずる。その周りには高密度のプラズマが
発生する。

したがって、マグネトロンスパッタ法では、一般に大電
流密度の放電が可能であり、スバリング速度、すなわち
成膜速度を著しく向上させることが可能であると言われ
ている。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、従来の技術のバッキングプレート４を用
いたマグネトロンスパッタ法において、Ｆ　ｅｓ　ＣＯ
ｌＮ　ｉ等の強磁性体ターゲットを用いた場合、透磁率
μが高いために、磁路を短絡してしまうことになり、タ
ーゲット表面に磁界が漏洩しにくくなる。したがって、
高速スパッタは全く困難である。そこで、強力な磁石を
用い、ターゲット裏面の磁石の強度を強くしてターゲッ
トを磁気的に飽和させ、これによってターゲット表面に
漏れてくる漏洩磁界の成分を利用することが考えられる
。しかし、この方法は、非磁性体のターゲットの場合に
比べてターゲットの利用効率が極めて悪く、採用し得な
い。また、磁石の強さを強くするにしても、永久磁石の
場合は限界があり、電磁石の場合には大電流を流す必要
があり、発熱を伴う問題が生じる。したがって、低温か
つ高速で膜形数回というマグネトロンスパッタ法の優れ
た特長を活用することができなくなる。

一般にマグネトロンスパッタの場合は、大電流密度で良
好な放電を行わせるためには、ターゲット表面の外部漏
洩磁界の強さが２００Ｇａｕｓｓ（ガウス）程度以上で
あることが必要であるとされている。このような点を考
えると強磁性体ターゲットを用いる場合は、ターゲット
の厚さを厚くすると、上述したようにターゲット表面に
外部漏洩磁界が発生しにくくなるので、２００ガウス程
度以上の外部漏洩磁界を発生させるためには、ターゲッ
トの板厚を極力薄くすることが必要となる。

例えば、バッキングプレートを介在させている関係で、
３ｍ／ｍ程度以下の薄さにする必要がある。

ところで、マグネトロンスパッタによる場合磁力線がタ
ーゲット表面から垂直に出ている中心部と周辺部とは侵
蝕されず、いわゆるエロージョンの領域とはならず、そ
の中間部にエロージョンの領域が集中する傾向にあり、
エロージョンにより食刻された７字状の谷が時間の経過
と共に深くなり、深く侵蝕される欠点を内在している。

特に強磁性体ターゲットを用いた場合は、ターゲット中
心部と周辺部の中間でエローシコンが局部的に急峻に発
生・進行し、集中する問題がある。したがって、強磁性
体ターゲットの場合、上述のように厚さを余り薄くする
と、エロージョンの集中によって、極めて短時間のうち
に（食刻作用で）表面から裏面まで局部的にのみ穿孔さ
れてしまうといったことが生じ、使用不可となる場合が
多い。そうでない場合でも、局部的な食刻の集中により
、スパッタの最適条件が変化し、長時間にわたって安定
したスパッタを行うことが困難になる例が多い。そのた
め、未使用部分が殆んどであるにもかかわらず、新しい
ターゲットと取り換えなければならなず、ターゲット交
換の頻度が高いのみならず、高価なターゲットの利用効
率が著しく低下するという問題が指摘されていた。

そこで、ターゲットの厚さはなるべく厚くすることが望
まれる。しかし、厚くすると、強磁性体ターゲットの場
合、ターゲット表面に外部漏洩磁界が発生しにくくなる
。このように、強磁性体ターゲットの場合は、ターゲｙ
）の有効利用率の問題と、ターゲット表面への外部漏洩
磁界の発生の問題との相反する問題がある。これを解消
しない限りは、マグネトロンスパッタ法の、低温かツ高
速で膜形成が可能であり、量産に適するといった特長を
有効活用することはできない。

本発明は以上の点に鑑み提案されたものであって、特に
強磁性体ターゲットを用いる場合に、その有効利用率を
格段に高め得ると同時に、ターゲット厚が厚くても十分
な強さの外部漏洩磁界の発生が得られることを可能とし
たバッキングプレートを提供することを目的としている
。

問題点を解決するための手段 この発明は、スパッタリングターゲットを磁石上に保持
するバッキングプレートに係り、中心部の磁石との対応
部分に軟磁性体を形成すると共に、外周部の磁石との対
応部分に軟磁性体を略円環状に形成した点に特徴を有す
る。

また、この発明は、強磁性体を素材とするスパッタリン
グターゲットを磁石上に保持するバッキングプレートに
おいて、中心部の磁石との対応部分に軟磁性体を形成す
ると共に、外周部の磁石との対応部分に軟磁性体を円周
方向に形成し、かつ、内外の軟磁性体を相対応して径方
向に交互に凹凸状に突出させたことを要旨とするもので
ある。

なお、通常は、中心部の磁石の磁極はＮ極、外周部の磁
石の磁極はＳ極であるが、その逆の関係に改変されるよ
うな場合には、本発明はそれを包含するものとする。

作用 バンキングプレートが介在されているにもかかわらず、
中心部と外周部とで軟磁性体の介在作用により、磁気的
にはターゲットと磁石との距離が短（なったのと同様の
効果が得られる。したがって、強磁性体ターゲットを用
いる場合でも、ターゲット厚さを厚くしたままで、十分
な強さ、例えば２００ガウス以上の強さの外部漏洩磁界
を発生させることが可能となる。

また、バッキングプレートの内外の軟磁性体を相対応し
て径方向に交互に凹凸状に形成し、いわゆるくし歯形杖
にしたことにより、中心部と外周部との磁石間でターゲ
ットの局部にエロージョンが集中する現象はなくなり、
円周方向で広い範囲にわたり、略くし歯形に見合う形状
で二ローションが幅広く進行し、広い領域をターゲット
侵蝕領域とすることができる。したがって、ターゲット
の有効利用率が格段に向上する。

さらに、エロージョンによる食刻溝が局部的に急峻に集
中して深くなる現象がなくなるので、当初設定したスパ
ッタの最適条件はそれ程度変化せず、同一ターゲットを
用いて長時間にわたって安定してスパッタを行うことが
可能となる。

実施例 以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明が適用されるマグネトロンスパッタ装置
の概要を示す模式図、第２図はそのスパッタ装置に組込
まれる本発明に係るバッキングプレートの平面図である
。

ここで示されているスパッタ装置は、いわゆる漏洩磁界
のマグネトロンスパッタ装置で、ヨーク体１０上に中心
部がＮ極で、外周辺部がＳ極の同軸形磁石１１が設置さ
れている。周辺部のＳ極は中心部のＮ極を囲う様に円環
状に形成されている。

この磁石１１の上に本発明のバッキングプレート１２が
載せられている。ターゲット１３は、このバッキングプ
レート１２に保持されて磁石１１上に取り付けられてい
る。このターゲット１３は、Ｆｅ１Ｃｏ１Ｎｉ等の強磁
性体ターゲットであり、板厚が３ｍ／ｍ程度に設定され
ている。

バッキングプレート１２は、ターゲット１３の径よりも
大径の円盤状に形成され、ステンレスを素材とし、その
中心部にはパーマロイ等の軟磁性体１４が埋設されてい
る。さらにその外周部には、同様にパーマロイ等の軟磁
性体１５が周方向に沿って円環状に埋め込まれている。

パッキングプレ−ト１２は、中間部のステンレス族１２
０と中心部および外周部の軟磁性体１４．１５とによっ
て一体で円盤状に形成されている。外周部の軟磁性体１
５の内周側は、磁石１１の外周辺部Ｓ極の内周端面より
も径方向内方へツバ状に張り出しており、中心部の軟磁
性体１４との間隔が調整されている。このバッキングプ
レートの板厚は、例えば５ｍ／ｍ程度に設定される。

次に、第２図に示す本発明のバッキングプレート１２を
用いて第１図のスパッタ装置により実際にスパッタリン
グした結果について述べる。

先ず、比較例として、第６図に示す従来のスパッタ装置
において、ターゲット１として板厚３ｍ／ｍのＦｅ−Ｃ
ｏターゲット、バッキングプレート４として板厚５ｍ／
ｍの銅製バッキングプレートを用い、このバッキングプ
レート４によってターゲット１をバリウムフェライトか
ら成るマグネトロンスパッタ用磁石２上に保持し、ター
ゲット１を陰極として電場をかけ、実際にスパッタリン
グして見たところ、ターゲット１の表面に発生する外部
漏洩磁界は、１００Ｇａｕｓｓ　（ガウス）程度しか得
られず、目標とする２００ガウス以上は到底得られなか
った。その結果、安定した良好な放電状態が得られなか
った。

次に、第１図で示す本発明のスパッタ装置を用い、比較
例と同様にターゲット１３として板厚３゜５ｍ／ｍのＦ
ｅ−Ｃｏターゲット、マグネトロンスパッタ用磁石１１
としてバリウムフェライトを適用して実際にスパッタを
行って見た。但し、この場合は、バッキングプレートと
して、中心部と外周部に軟磁性体１４．１５が埋設され
た本発明の埋設型バッキングプレート１２が用いられ、
このバッキングプレート１２を介してターゲット１３が
磁石１１上に保持されている。スパッタの結果、軟磁性
体１４．１５の介在による磁性作用により、ターゲット
１３と磁石１１との間隔が磁気的には実質的に短縮され
たとの同様の作用効果が得られ、ターゲットの板厚が厚
くても、ターゲ・ット表面における漏洩磁界は所期の値
２００ガウスを大幅に越え、約２５０ガウス程度の値が
得られた。このように、中心部と外周部とに軟磁性体１
４．１５を埋設した本発明の埋設型バッキングプレート
１２を用いてターゲット１３を保持し、スパッタすると
、ターゲット表面に発生する外部漏洩磁界が、例え強磁
性体で、板厚が多少厚くても大幅に強くなり、良好なマ
グネトロンスパッタに適した安定した放電状態が得られ
ることが分かった。ここで、板厚を例え１ｍ／ｍでも厚
＜シ、なおかつ、２５０ガウス程度の漏洩磁界が得られ
るということは極めて画期的なことであり、ターゲット
が高価なこと、成膜レートの保持の点、長時間使用に耐
え得るという量産性の面で極めて優れた特長といえよう
。但し、第２図に示す改良されたバッキングプレート１
２を用いた場合においても、スパッタ開始から一定時間
経過すると、第３図に見られるように、ターゲット１３
のエロージョンの領域内である時点から急激にエロージ
ョンの集中が始まり、矢印（イ）、（ロ）で示す如く、
板厚方向に急峻にｖ字状に彫り込まれて行く現象は避け
られない。そこで、何らかの改善策が必要とされる。

第４図はその改善例に係るバッキングプレート１３を示
すもので、ステンレスを素材とし、その中心部と外周部
とに軟磁性体１４’、１５’が埋設されている埋設型バ
ッキングプレートである点は上述と同様である。異なる
点は以下の通りである。

中心部の軟磁性体１４”の外周縁と、外周部の軟磁性体
１５”の内周縁とが径方向に交互に凹凸状に突出し、略
（し歯状の凹凸部１６′　・書・、１７′・・・が相対
応して形成されている。すなわち、中心部の軟磁性体１
４゛の外周縁は径方向の外方に向け、また、外周部の軟
磁性体１５′は径方向の内方に向け、相対応して径方向
に凹凸条に突出形成されている。この凹凸部１６”　・
・・、１７”　Φ・・の突出高さは、後述するエロージ
ョンの領域の広がりに略対応する。

この構成のバッキングプレート１２′を用いて（Ｆｅ−
Ｃｏ）強磁性体ターゲット１３′を保持し、スパッタリ
ングを行うと、磁石１１の中心部Ｎ極と周辺部Ｓ極との
間のエロージョン領域において、第４図、第５図の矢印
（ハ）で示す如く、エロージョンによる侵蝕領域が軟磁
性体１４′、１５′の凹凸部１６′・・・、１７°・・
Φの凹凸形状に倣って径方向に凹凸蛇行して幅広く広が
った形状となり、結果として、第２図、第３図の上記実
施例に比べてエロージョンの領域が大幅に広がったこと
になる。その結果、第２図の実施例と同様に、強磁性体
ターゲットの厚さを多少厚（しても軟磁性体１４”、１
５゛の磁気作用でターゲット表面に２５０ガウス程度の
十分な漏洩磁界を発生させ、安定した放電状態が得られ
ることは勿論の事、その上さらに、幅広い領域が二ロー
ション侵蝕領域となるので、高価な強磁性体ターゲット
の有効利用率が格段に向上する。また、スパッタの最適
条件の変化もなく、長時間にわたって、同一のターゲッ
トを用いて安定にスパッタを行うことが可能となった。

発明の効果　　′ 以上説明したとおり、本発明によれば、強磁性体ターゲ
ットを用いた場合においても、ターゲット厚さを厚くし
たままで、マグネトロンスパッタに必要とされる２００
ガウス以上の十分な強さの外部漏洩磁界を発生させるこ
とができる。

さらに、本発明によると、エロージョンによる侵蝕領域
を幅広く広げることができるので、ターゲットの有効利
用率が従来のマグネトロンスパッタ法に比べて格段に向
上する。その上、最適条件を長時間安定して保ち、同一
のターゲットで安定してスパッタを行うことが可能とな
るので、量産化に大いに寄与する。

また、バッキングプレートのみの改善策で済むので、強
磁性体の成膜がコスト上昇を招くことなく、わずかな費
用で効率良く行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用されるマグネトロンスパッタ装置
の概要を示す模式図、第２図は本発明に係るバッキング
プレートの平面図、第３図はそのバッキングプレートを
用いてスパッタしたときのエロージョンの食刻状態を示
す断面図、第４図は本発明に係るバッキングプレートの
他の実施例を示す平面図、第５図はそのバッキングプレ
ートを用いてスパッタしたときの二ローションの侵蝕領
域を示す断面図、第６図は従来のマグネトロンスパッタ
装置の概略を示す模式図である。 １２．１２’　　・・・バッキングプレート、１３．１
３“　・・・（強磁性体）ターゲット、１４．１５．１
４’、ＩＥ５°φφφ軟磁性体膜、１６’、１７’　・
・・凹凸部。 特許出願人　　日本電気ホームエレクトロ笥６閏 ｌづ　　　　　　　１４　　　１２す ＠２図 第３図 第４ｒ！Ｊ Ｉ４・　　　　　１７′ 第５図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）スパッタリングターゲットを磁石上に保持するバ
   ッキングプレートにおいて、中心部の磁石との対応部分
   に軟磁性体を形成すると共に、外周部の磁石との対応部
   分に軟磁性体を略円環状に形成して成ることを特徴とす
   るバッキングプレート。
2. （２）前記内、外周の軟磁性体が埋め込んで形成されて
   成ることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の
   バッキングプレート。
3. （３）強磁性材を素材とするスパッタリングターゲット
   を磁石上に保持するバッキングプレートにおいて、中心
   部の磁石との対応部分に軟磁性体膜を形成すると共に、
   外周部の磁石との対応部分に軟磁性体を円周方向に形成
   し、かつ、内外の軟磁性体を相対応して径方向に交互に
   凹凸状に突出させたことを特徴とするバッキングプレー
   ト。
4. （４）前記内、外周の軟磁性体が埋め込んで形成されて
   成ることを特徴とする特許請求の範囲第（３）項記載の
   バッキングプレート。