JP3343820B2 - マグネトロン放電用カソード - Google Patents
マグネトロン放電用カソードInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、材料のエッチング技術
に関するものであり、特に、マグネトロン型イオンエッ
チング装置に用いられ、かつエッチング時において、適
切なカソード漏洩磁界分布が得られるマグネトロン放電
用カソードに関するものである。
に関するものであり、特に、マグネトロン型イオンエッ
チング装置に用いられ、かつエッチング時において、適
切なカソード漏洩磁界分布が得られるマグネトロン放電
用カソードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】マグネトロン型イオンエッチング装置
（以下Ｍ−ＩＥ装置と呼ぶ）は、通常のイオンエッチン
グ装置（以下ＩＥ装置と呼ぶ）に磁界発生装置を装着し
て電界の他に磁界を利用した構成のものである。Ｍ−Ｉ
Ｅ装置はＩＥ装置に比べて、エッチング速度を飛躍的に
向上させることのできるエッチング方式である。すなわ
ち、この方式はカソードの下部に磁石を設置し、カソー
ド表面部に磁界を漏洩させることに特徴がある。図１に
従来のマグネトロンタイプのカソード概略図を示す。図
１において、符号１はバッキングプレートである。この
バッキングプレート１の下側には図示しないステージの
上に永久磁石のＮ極２とＳ極３とが対向配置されてい
る。これら永久磁石からはバッキングプレート１の上に
磁束４が漏洩されるようになっている。
（以下Ｍ−ＩＥ装置と呼ぶ）は、通常のイオンエッチン
グ装置（以下ＩＥ装置と呼ぶ）に磁界発生装置を装着し
て電界の他に磁界を利用した構成のものである。Ｍ−Ｉ
Ｅ装置はＩＥ装置に比べて、エッチング速度を飛躍的に
向上させることのできるエッチング方式である。すなわ
ち、この方式はカソードの下部に磁石を設置し、カソー
ド表面部に磁界を漏洩させることに特徴がある。図１に
従来のマグネトロンタイプのカソード概略図を示す。図
１において、符号１はバッキングプレートである。この
バッキングプレート１の下側には図示しないステージの
上に永久磁石のＮ極２とＳ極３とが対向配置されてい
る。これら永久磁石からはバッキングプレート１の上に
磁束４が漏洩されるようになっている。
【０００３】このようなマグネトロンカソードでは、漏
洩磁界により、カソード付近の電子がサイクロトロン運
動をするため、電子の平均自由行程が増加し、電離確率
の増加が促進される。このため、カソード近傍のプラズ
マ密度が増加し、カソードに衝突するイオン数が増加す
るため、エッチング速度が増加することになる。
洩磁界により、カソード付近の電子がサイクロトロン運
動をするため、電子の平均自由行程が増加し、電離確率
の増加が促進される。このため、カソード近傍のプラズ
マ密度が増加し、カソードに衝突するイオン数が増加す
るため、エッチング速度が増加することになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｍ−Ｉ
Ｅ装置におけるカソードでは、漏洩磁界が不均一である
ため、プラズマ密度の分布およびシース領域にイオンの
分布が生じる。これらのプラズマ密度の分布等によりエ
ッチング深さは均一にできなかった。
Ｅ装置におけるカソードでは、漏洩磁界が不均一である
ため、プラズマ密度の分布およびシース領域にイオンの
分布が生じる。これらのプラズマ密度の分布等によりエ
ッチング深さは均一にできなかった。
【０００５】ちなみに、ＩＥ装置ではＭ−ＩＥ装置と異
なり不均一な磁場が存在しないため、広範囲にわたり均
一なエッチング領域が得られるものの、Ｍ−ＩＥ装置に
比べてセルフバイアス電圧が高いため、加工損傷が大き
く、またプラズマ密度が低いため前述したようにエッチ
ング速度も遅いといった問題点を有している。
なり不均一な磁場が存在しないため、広範囲にわたり均
一なエッチング領域が得られるものの、Ｍ−ＩＥ装置に
比べてセルフバイアス電圧が高いため、加工損傷が大き
く、またプラズマ密度が低いため前述したようにエッチ
ング速度も遅いといった問題点を有している。
【０００６】要するに、Ｍ−ＩＥ装置では、磁場を用い
ていることにより、ＩＥ装置に比べてエッチングレート
は大きく、高速加工、低損傷、高選択比といった工業的
観点らも優れた特徴をもっているが、その反面印加して
いる磁場強度が分布を持つため、均一なエッチング領域
を得ることはできなかった。このため、エッチング分布
を均一化することが重要な課題となっている。
ていることにより、ＩＥ装置に比べてエッチングレート
は大きく、高速加工、低損傷、高選択比といった工業的
観点らも優れた特徴をもっているが、その反面印加して
いる磁場強度が分布を持つため、均一なエッチング領域
を得ることはできなかった。このため、エッチング分布
を均一化することが重要な課題となっている。
【０００７】そこで、本発明の目的は、上述した従来の
技術的課題を除去すべく、磁場を回転させるとともに、
プラズマを効果的に閉じ込めることにより、大面積を均
一に、しかも高速かつ高品質にエッチングを行うことの
できるＭ−ＩＥ装置に用いられるマグネトロン放電用カ
ソードを提供することにある。
技術的課題を除去すべく、磁場を回転させるとともに、
プラズマを効果的に閉じ込めることにより、大面積を均
一に、しかも高速かつ高品質にエッチングを行うことの
できるＭ−ＩＥ装置に用いられるマグネトロン放電用カ
ソードを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明者らは、前記のような従来のマグネトロン
放電カソードの有する問題点を解決すべく、鋭意研究し
た結果、カソード内の磁石をカソード面内方向に回転可
能とするとともに、磁石の配置を工夫することにより効
果的にプラズマを閉じ込めることによって、上記の問題
点を解決できることを見いだした。
めに、本発明者らは、前記のような従来のマグネトロン
放電カソードの有する問題点を解決すべく、鋭意研究し
た結果、カソード内の磁石をカソード面内方向に回転可
能とするとともに、磁石の配置を工夫することにより効
果的にプラズマを閉じ込めることによって、上記の問題
点を解決できることを見いだした。
【０００９】すなわち、本発明は、カソード電極の裏面
部に磁石を配設したマグネトロン放電用カソードにおい
て、前記磁石を前記カソード電極の表面に沿う方向（カ
ソード面内方向）に回転駆動する磁場回転手段を含み、
前記磁石が、前記カソード電極の表面に沿う平面内で前
記カソード電極の中心から外周方向にほぼ扇形に開いた
形状をなす複数の磁石と、前記ほぼ扇形の複数の磁石の
それぞれとは極性が異なり、該ほぼ扇形の複数の磁石の
それぞれの外周の外側に該ほぼ扇形の複数の磁石のそれ
ぞれに対向して配置されている複数の磁束閉じ込め用磁
石とから構成され、前記ほぼ扇形をなす複数の磁石は、
前記平面内でＳ極とＮ極とが周方向に交互に配置される
とともに、前記複数の磁石のほぼ扇形の形状は、磁石静
止時における前記カソード電極表面からの漏洩磁界がカ
ソード電極の中心から半径方向外方に向かって距離に比
例して増加する形状であることを特徴とする。
部に磁石を配設したマグネトロン放電用カソードにおい
て、前記磁石を前記カソード電極の表面に沿う方向（カ
ソード面内方向）に回転駆動する磁場回転手段を含み、
前記磁石が、前記カソード電極の表面に沿う平面内で前
記カソード電極の中心から外周方向にほぼ扇形に開いた
形状をなす複数の磁石と、前記ほぼ扇形の複数の磁石の
それぞれとは極性が異なり、該ほぼ扇形の複数の磁石の
それぞれの外周の外側に該ほぼ扇形の複数の磁石のそれ
ぞれに対向して配置されている複数の磁束閉じ込め用磁
石とから構成され、前記ほぼ扇形をなす複数の磁石は、
前記平面内でＳ極とＮ極とが周方向に交互に配置される
とともに、前記複数の磁石のほぼ扇形の形状は、磁石静
止時における前記カソード電極表面からの漏洩磁界がカ
ソード電極の中心から半径方向外方に向かって距離に比
例して増加する形状であることを特徴とする。
【００１０】
【作用】本発明においては、基板ステージの裏面側に配
置した永久磁石を基板ステージに対して回転できるよう
にしたので、放電時に基板ステージ上に形成されるイオ
ンシースやプラズマの分布を適切に定めることにより、
単位時間でのエッチング深さ、すなわちエッチングレー
トを均一にすることができる。エッチングレートは、セ
ルフバイアス電圧一定の時、基板ステージ上のプラズマ
密度を増加させると増加し、逆にプラズマ密度を減少さ
せると減少する。従って、エッチング領域および永久磁
石の配置は、基板ステージ表面でのプラズマ密度（磁束
密度）とエッチングレートとの関係より設定できる。さ
らに、本発明では、ほぼ扇形の各磁石の外周の外側に極
性が反対の磁束閉じ込め用磁石を対向配置しているの
で、ほぼ扇形をなすＳ極とＮ極との間に発生するプラズ
マをほぼ扇形の磁石とその外側に位置する磁束閉じ込め
用磁石とのリング状の間隙に閉じ込めることができ、そ
れによって、マグネトロン効果を増強することができ、
その結果、プラズマ密度を飛躍的に高めて、高速エッチ
ングを可能にすることができる。
置した永久磁石を基板ステージに対して回転できるよう
にしたので、放電時に基板ステージ上に形成されるイオ
ンシースやプラズマの分布を適切に定めることにより、
単位時間でのエッチング深さ、すなわちエッチングレー
トを均一にすることができる。エッチングレートは、セ
ルフバイアス電圧一定の時、基板ステージ上のプラズマ
密度を増加させると増加し、逆にプラズマ密度を減少さ
せると減少する。従って、エッチング領域および永久磁
石の配置は、基板ステージ表面でのプラズマ密度（磁束
密度）とエッチングレートとの関係より設定できる。さ
らに、本発明では、ほぼ扇形の各磁石の外周の外側に極
性が反対の磁束閉じ込め用磁石を対向配置しているの
で、ほぼ扇形をなすＳ極とＮ極との間に発生するプラズ
マをほぼ扇形の磁石とその外側に位置する磁束閉じ込め
用磁石とのリング状の間隙に閉じ込めることができ、そ
れによって、マグネトロン効果を増強することができ、
その結果、プラズマ密度を飛躍的に高めて、高速エッチ
ングを可能にすることができる。
【００１１】
【実施例】以下、図面を参照して本発明を具体的に説明
する。以下の説明では、本発明の全般的構成の詳細を説
明し、次に、初期改善例を示し、最後に、前記初期改善
例をさらに改善した本発明の実施例を示す。
する。以下の説明では、本発明の全般的構成の詳細を説
明し、次に、初期改善例を示し、最後に、前記初期改善
例をさらに改善した本発明の実施例を示す。
【００１２】図２は、本発明のマグネトロン放電用カソ
ードをＭ−ＩＥ装置に適用した一例を示す模式図であ
る。
ードをＭ−ＩＥ装置に適用した一例を示す模式図であ
る。
【００１３】図２において、１０はチャンバであって、
このチャンバ１０内に、接地されたアノード電極（図示
略）およびカソード支持台、すなわち基板ステージ（バ
ッキングプレート）１１に取付けられてアノード電極と
対向配置されたカソード電極１２をアノード電極と平行
に配置する。カソード支持台１１には、その底板１１Ａ
にヨーク１３の支柱１３Ａを貫通させて摺動自在に支持
する円筒部１１Ｂを設ける。円筒部１１Ｂの内面にはチ
ャンバ１０の内部を気密に封止するためのＯリング１４
を配設する。支柱１３Ａの下端には図示しない歯車ノブ
を設ける。支柱１３Ａは、歯車ノブに噛合する絶縁体に
よる図示しない歯車を介して回転駆動手段１５に連結さ
れ、ヨーク１３は、例えばステッピングモータなどの回
転駆動手段１５により支柱１３Ａの軸回りに回転可能と
されている。
このチャンバ１０内に、接地されたアノード電極（図示
略）およびカソード支持台、すなわち基板ステージ（バ
ッキングプレート）１１に取付けられてアノード電極と
対向配置されたカソード電極１２をアノード電極と平行
に配置する。カソード支持台１１には、その底板１１Ａ
にヨーク１３の支柱１３Ａを貫通させて摺動自在に支持
する円筒部１１Ｂを設ける。円筒部１１Ｂの内面にはチ
ャンバ１０の内部を気密に封止するためのＯリング１４
を配設する。支柱１３Ａの下端には図示しない歯車ノブ
を設ける。支柱１３Ａは、歯車ノブに噛合する絶縁体に
よる図示しない歯車を介して回転駆動手段１５に連結さ
れ、ヨーク１３は、例えばステッピングモータなどの回
転駆動手段１５により支柱１３Ａの軸回りに回転可能と
されている。
【００１４】一方、カソード電極１２のアノード電極と
対向する側の表面上には試料としての基板１６を載置す
る。カソード電極１２の近傍、すなわちカソード支持台
１１の裏面側に配置され、表面がカソード電極１２の表
面と平行されたヨーク１３の上には例えば永久磁石など
の磁石１７を例えば図３に示す配置構成に従って配置す
る。ヨーク１３は磁石１７の磁路を形成する。磁石１７
からは、基板１６を通る磁束１８が漏洩される。１９は
カソード支持台１１に設けた冷却水導出管である。２０
はチャンバ１０内にガスを導入するためのガス導入口、
２１はチャンバ１０を真空にするための真空ポンプ系で
ある。
対向する側の表面上には試料としての基板１６を載置す
る。カソード電極１２の近傍、すなわちカソード支持台
１１の裏面側に配置され、表面がカソード電極１２の表
面と平行されたヨーク１３の上には例えば永久磁石など
の磁石１７を例えば図３に示す配置構成に従って配置す
る。ヨーク１３は磁石１７の磁路を形成する。磁石１７
からは、基板１６を通る磁束１８が漏洩される。１９は
カソード支持台１１に設けた冷却水導出管である。２０
はチャンバ１０内にガスを導入するためのガス導入口、
２１はチャンバ１０を真空にするための真空ポンプ系で
ある。
【００１５】カソード電極１２には、高周波（ＲＦ）電
源２２からの高周波電力がマッチングボックス２３から
カソード支持台１１を介して印加する。
源２２からの高周波電力がマッチングボックス２３から
カソード支持台１１を介して印加する。
【００１６】このような構成のＭ−ＩＥ装置における本
発明のマグネトロン放電用カソードにあっては、カソー
ドの裏面の磁界強度を回転することにより、即ち、磁石
を回転させることによりカソード表面の漏洩磁界を均一
とすることができる。具体的に説明すると、磁場を回転
させたとき速度ベクトルの小さい中心部では磁界は弱
く、速度ベクトルの大きい周辺部では磁界は大きくなっ
ている。即ち、漏洩磁界は動径方向にすなわち回転半径
方向外方に向けて大きくなるように設計されている。従
って、磁場の増加に伴い、エッチンク速度が単調に増加
する場合、無回転時では外周に近づくにつれエッチング
速度が大きくなる。このような設計とし、磁界強度を適
切な分布をもたせることにより、回転時において均一な
エッチング領域を得ることが可能となる。
発明のマグネトロン放電用カソードにあっては、カソー
ドの裏面の磁界強度を回転することにより、即ち、磁石
を回転させることによりカソード表面の漏洩磁界を均一
とすることができる。具体的に説明すると、磁場を回転
させたとき速度ベクトルの小さい中心部では磁界は弱
く、速度ベクトルの大きい周辺部では磁界は大きくなっ
ている。即ち、漏洩磁界は動径方向にすなわち回転半径
方向外方に向けて大きくなるように設計されている。従
って、磁場の増加に伴い、エッチンク速度が単調に増加
する場合、無回転時では外周に近づくにつれエッチング
速度が大きくなる。このような設計とし、磁界強度を適
切な分布をもたせることにより、回転時において均一な
エッチング領域を得ることが可能となる。
【００１７】なお、本実施例において、永久磁石１７に
代えて電磁石を用いてもよいこと勿論であるが、回転可
能かつ磁場の強い磁石としては永久磁石が好適であり、
材質はサマリウムコバルト等の希土類マグネットが適当
である。
代えて電磁石を用いてもよいこと勿論であるが、回転可
能かつ磁場の強い磁石としては永久磁石が好適であり、
材質はサマリウムコバルト等の希土類マグネットが適当
である。
【００１８】また、磁石の配置は、回転時に均一な漏洩
磁場が得られるとともに、回転速度の均一化が達成され
るように、回転外周に沿って均等間隔に磁石を配置する
ことが好ましい。
磁場が得られるとともに、回転速度の均一化が達成され
るように、回転外周に沿って均等間隔に磁石を配置する
ことが好ましい。
【００１９】このようなカソードを用いたエッチング装
置は、次のように動作させる。まず、真空ポンプ系２１
によりチャンバ１０をおよそ１×１０-7Ｔｏｒｒ程度ま
で真空排気したのち、ガス導入口２０よりエッチングガ
ス、たとえばＯ2 ガスを１×１０-3Ｔｏｒｒになるまで
導入する。次に、ＲＦ電源２２５により、ＲＦ電力をカ
ソード電極１２に印加すると、カソード電極１２とアノ
ード電極との間に放電が生じ、プラズマが形成される。
この時、基板１６は、カソード支持台１１の上に置かれ
たカソード電極１２上に載置されており、冷却水導出管
１０から流入する冷却水により冷却されている。ここ
で、回転駆動系１５として、歯車ノブ，絶縁体歯車とス
テッピンモータを用いることにより、永久磁石１７を図
２中の矢印の方向（イ）に、すなわち、基板１６の下で
回転させることができる。この機構により、永久磁石の
回転数を０〜２０００ｒｐｍの範囲で制御することがで
きる。
置は、次のように動作させる。まず、真空ポンプ系２１
によりチャンバ１０をおよそ１×１０-7Ｔｏｒｒ程度ま
で真空排気したのち、ガス導入口２０よりエッチングガ
ス、たとえばＯ2 ガスを１×１０-3Ｔｏｒｒになるまで
導入する。次に、ＲＦ電源２２５により、ＲＦ電力をカ
ソード電極１２に印加すると、カソード電極１２とアノ
ード電極との間に放電が生じ、プラズマが形成される。
この時、基板１６は、カソード支持台１１の上に置かれ
たカソード電極１２上に載置されており、冷却水導出管
１０から流入する冷却水により冷却されている。ここ
で、回転駆動系１５として、歯車ノブ，絶縁体歯車とス
テッピンモータを用いることにより、永久磁石１７を図
２中の矢印の方向（イ）に、すなわち、基板１６の下で
回転させることができる。この機構により、永久磁石の
回転数を０〜２０００ｒｐｍの範囲で制御することがで
きる。
【００２０】初期改善例 まずカソード永久磁石配置の概略図を図３に示す。次に
この図を基に磁場設計を行う。
この図を基に磁場設計を行う。
【００２１】このカソードの磁石設計は回転時の単位時
間、単位面積当りの平均磁場強度が一定となるような磁
石配置、すなわち、停止時において動径方向の距離に磁
場強度が比例するように永久磁石の配置の一例である。
なお、磁石の材質は同じで磁化モーメントは磁石のどの
部分も一定である。ここで磁石の形状について説明す
る。円の中心を原点０とし、図４に示すようにｘ軸およ
びｙ軸をとり、磁石は４つの部分からなり、Ｓ極とＮ極
とが交互に並んでいる場合を考える。
間、単位面積当りの平均磁場強度が一定となるような磁
石配置、すなわち、停止時において動径方向の距離に磁
場強度が比例するように永久磁石の配置の一例である。
なお、磁石の材質は同じで磁化モーメントは磁石のどの
部分も一定である。ここで磁石の形状について説明す
る。円の中心を原点０とし、図４に示すようにｘ軸およ
びｙ軸をとり、磁石は４つの部分からなり、Ｓ極とＮ極
とが交互に並んでいる場合を考える。
【００２２】
【外１】
【００２３】
【外２】
【００２４】
【外３】
【００２５】
【外４】
【００２６】上記の方法で設計したカソードにおいて、
動径方向にカソード表面の漏洩磁界を測定した。この場
合のｌは１５ｃｍであり、外周部におけるＳ極−Ｎ極の
ギャップは２ｃｍであった。結果を図５に示す。設計通
りに漏洩磁界は中心から動径方向へ向けほぼ比例して５
００ガウスまで増加し、所望の磁界分布が得られた。
動径方向にカソード表面の漏洩磁界を測定した。この場
合のｌは１５ｃｍであり、外周部におけるＳ極−Ｎ極の
ギャップは２ｃｍであった。結果を図５に示す。設計通
りに漏洩磁界は中心から動径方向へ向けほぼ比例して５
００ガウスまで増加し、所望の磁界分布が得られた。
【００２７】なお、カソード表面のバッキングプレート
はパーマロイ等の磁気遮蔽材料との複合板を用い、この
板の厚さを変えることによりターゲット表面全体での平
均漏洩磁界強度の適正化（中心磁場強度から外周での磁
場強度に応じてエッチング速度が比例するように平均磁
場強度を予め設定する。）を行った。
はパーマロイ等の磁気遮蔽材料との複合板を用い、この
板の厚さを変えることによりターゲット表面全体での平
均漏洩磁界強度の適正化（中心磁場強度から外周での磁
場強度に応じてエッチング速度が比例するように平均磁
場強度を予め設定する。）を行った。
【００２８】なお、上記説明では、Ｓ極Ｎ極が対になっ
た磁石の数を４枚としたが、２枚構成でも８枚構成でも
よい。８枚を越えると磁力線の外部への漏れが少なくな
るため適当ではない。２枚，４枚，８枚構成のうち、磁
力線分布や磁力線のもれから見て、４枚構成が最も適当
である。
た磁石の数を４枚としたが、２枚構成でも８枚構成でも
よい。８枚を越えると磁力線の外部への漏れが少なくな
るため適当ではない。２枚，４枚，８枚構成のうち、磁
力線分布や磁力線のもれから見て、４枚構成が最も適当
である。
【００２９】また、前記ｌの具体的寸法としては、前記
したように、例えば、１５ｃｍが適当であり、外周部に
おけるＳ極−Ｎ極のギャップは２ｃｍ程度が適当であ
る。
したように、例えば、１５ｃｍが適当であり、外周部に
おけるＳ極−Ｎ極のギャップは２ｃｍ程度が適当であ
る。
【００３０】また、前記ｙ＝ｆ（ｘ）で表された磁石の
外周形状を実際に加工するには、直線加工を多段に繰り
返す工法を採用し、コスト的に引き合う範囲内で加工直
線幅を小さく（段数を多く）することにより対応する。
外周形状を実際に加工するには、直線加工を多段に繰り
返す工法を採用し、コスト的に引き合う範囲内で加工直
線幅を小さく（段数を多く）することにより対応する。
【００３１】さらに、前記の磁石配置においては、各磁
石片の中央端を一致させたが、実用上、各先端を一致さ
せても、離間させても、さらには重ねても問題はない。
従って、実際の加工に際して適宜選択すればよい。
石片の中央端を一致させたが、実用上、各先端を一致さ
せても、離間させても、さらには重ねても問題はない。
従って、実際の加工に際して適宜選択すればよい。
【００３２】同様に、他の材料（ＳｉＯ2 等の誘電体，
ＣｏＣｒ等の磁性体）のエッチングを行う場合において
も、上記と同様の方法を用いることにより均一な深さで
エッチングすることができる。
ＣｏＣｒ等の磁性体）のエッチングを行う場合において
も、上記と同様の方法を用いることにより均一な深さで
エッチングすることができる。
【００３３】実施例 初期改善例 と同じ設計により扇形磁石部分を加工し、そ
の外周に極性の異なる磁束閉じ込め用磁石を取り付けた
本発明のマグネトロンカソードを設計した。その磁石配
置の図面を図６に示す。内側の扇形部分の設計は、初期
改善例と同じで、漏洩磁界は中心から動径方向へ向け比
例して増加している。外周に設置した磁束閉じ込め用磁
石は、放電エッチング中のプラズマをリング状に閉じ込
めるためのものである。このカソードを用い、磁石を回
転させない場合と回転させた場合におけるエッチング結
果をそれぞれ図７および図８に示す。エッチング条件
は、ＲＦ電力２００Ｗ、Ａｒガス圧１×１０-2Ｔｏｒ
ｒ、カソード永久磁石の回転数を１０００ｒｐｍとし、
エッチング時間を１時間とした。磁石を回転させない場
合では、カソード中心から動径方向にほぼ比例してエッ
チング深さが増加した（図７参照）。これに対して回転
させた場合では、カソード中心部分を除くほぼ全域にお
いて均一な深さでエッチングされた（図８参照）。
の外周に極性の異なる磁束閉じ込め用磁石を取り付けた
本発明のマグネトロンカソードを設計した。その磁石配
置の図面を図６に示す。内側の扇形部分の設計は、初期
改善例と同じで、漏洩磁界は中心から動径方向へ向け比
例して増加している。外周に設置した磁束閉じ込め用磁
石は、放電エッチング中のプラズマをリング状に閉じ込
めるためのものである。このカソードを用い、磁石を回
転させない場合と回転させた場合におけるエッチング結
果をそれぞれ図７および図８に示す。エッチング条件
は、ＲＦ電力２００Ｗ、Ａｒガス圧１×１０-2Ｔｏｒ
ｒ、カソード永久磁石の回転数を１０００ｒｐｍとし、
エッチング時間を１時間とした。磁石を回転させない場
合では、カソード中心から動径方向にほぼ比例してエッ
チング深さが増加した（図７参照）。これに対して回転
させた場合では、カソード中心部分を除くほぼ全域にお
いて均一な深さでエッチングされた（図８参照）。
【００３４】なお、本発明のマグネトロンカソードをス
パッタリングによる薄膜形成に適用した。すなわち、本
カソード上にターゲットを置いてスパッタリング装置用
のカソードとして用いたところ、広範囲にわたり均一な
エロージョンが形成され、従来のカソードに比べ、ター
ゲットの使用効率を３０％から７０％へと著しく増加さ
せることができた。
パッタリングによる薄膜形成に適用した。すなわち、本
カソード上にターゲットを置いてスパッタリング装置用
のカソードとして用いたところ、広範囲にわたり均一な
エロージョンが形成され、従来のカソードに比べ、ター
ゲットの使用効率を３０％から７０％へと著しく増加さ
せることができた。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
カソードの裏面側に配置した永久磁石をカソードステー
ジに対してカソード面内方向に回転自在とすることによ
り、放電時にカソードステージに形成されるエッチング
領域を広範囲にわたり均一にすることができるので、大
面積の均一深さエッチングが可能である。また、周方向
に交互に配列した複数のほぼ扇形の磁石と、これら磁石
の外周の外側に対向配置した磁束閉じ込め用磁石とによ
り、プラズマをリング状に閉じ込め、それによってプラ
ズマを高密度化することができ、この高密度プラズマが
カソードの同一部分に集中することなく、熱等の蓄積が
行われないため、カソードへ高い電力を注入することが
でき高速エッチングが可能となる。このことから、本発
明は、高速で、大面積で均一なエッチング領域が要求さ
れている工業的プロセスにおける部品、パターン形成等
の加工に用いられるイオンエッチング装置に好適に使用
され得るものである。
カソードの裏面側に配置した永久磁石をカソードステー
ジに対してカソード面内方向に回転自在とすることによ
り、放電時にカソードステージに形成されるエッチング
領域を広範囲にわたり均一にすることができるので、大
面積の均一深さエッチングが可能である。また、周方向
に交互に配列した複数のほぼ扇形の磁石と、これら磁石
の外周の外側に対向配置した磁束閉じ込め用磁石とによ
り、プラズマをリング状に閉じ込め、それによってプラ
ズマを高密度化することができ、この高密度プラズマが
カソードの同一部分に集中することなく、熱等の蓄積が
行われないため、カソードへ高い電力を注入することが
でき高速エッチングが可能となる。このことから、本発
明は、高速で、大面積で均一なエッチング領域が要求さ
れている工業的プロセスにおける部品、パターン形成等
の加工に用いられるイオンエッチング装置に好適に使用
され得るものである。
【００３６】また、本発明のカソードはスパッタリング
による薄膜形成にも有効である。
による薄膜形成にも有効である。
【図１】従来のマグネトロンタイプのカソードの構成を
示す一部を破断した斜視図である。
示す一部を破断した斜視図である。
【図２】本発明のマグネトロン放電用カソードの一実施
例を示す構成図である。
例を示す構成図である。
【図３】カソードの永久磁石の配置構成の概略を示す平
面図である。
面図である。
【図４】カソードの永久磁石の形状を求めるための説明
図である。
図である。
【図５】カソード表面の漏洩磁界とカソード中心からの
距離との関係を示す特性図である。
距離との関係を示す特性図である。
【図６】磁束閉じ込め用磁石を配置した本発明のカソー
ドの永久磁石の配置構成の概略を示す平面図である。
ドの永久磁石の配置構成の概略を示す平面図である。
【図７】磁石を回転させない場合のエッチング深さとカ
ソード中心からの距離との関係を示す特性図である。
ソード中心からの距離との関係を示す特性図である。
【図８】磁石を回転させた場合のエッチング深さとカソ
ード中心からの距離との関係を示す特性図である。
ード中心からの距離との関係を示す特性図である。
１ バッキングプレート ２ Ｎ極 ３ Ｓ極 ４ 磁石 １０ チャンバ １１ カソード支持台（基板ステージ） １１Ａ 底板 １１Ｂ 円筒部 １２ カソード電極 １３ ヨーク １３Ａ 支柱 １４ Ｏリング １５ 回転駆動手段 １６ 基板 １７ 磁石 １８ 磁束 ２０ ガス導入口 ２１ 真空ポンプ ２２ ＲＦ電源 ２３ マッチングボックス
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23F 4/00 H01L 21/3065
Claims (1)
- 【請求項１】 カソード電極の裏面部に磁石を配設した
マグネトロン放電用カソードにおいて、 前記磁石を前記カソード電極の表面に沿う方向に回転駆
動する磁場回転手段を含み、 前記磁石が、前記カソード電極の表面に沿う平面内で前
記カソード電極の中心から外周方向にほぼ扇形に開いた
形状をなす複数の磁石と、前記ほぼ扇形の複数の磁石の
それぞれとは極性が異なり、該ほぼ扇形の複数の磁石の
それぞれの外周の外側に該ほぼ扇形の複数の磁石のそれ
ぞれに対向して配置されている複数の磁束閉じ込め用磁
石とから構成され、 前記ほぼ扇形をなす複数の磁石は、前記平面内でＳ極と
Ｎ極とが周方向に交互に配置されるとともに、前記複数
の磁石のほぼ扇形の形状は、磁石静止時における前記カ
ソード電極表面からの漏洩磁界がカソード電極の中心か
ら半径方向外方に向かって距離に比例して増加する形状
である ことを特徴とするマグネトロン放電用カソード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21236691A JP3343820B2 (ja) | 1991-08-23 | 1991-08-23 | マグネトロン放電用カソード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21236691A JP3343820B2 (ja) | 1991-08-23 | 1991-08-23 | マグネトロン放電用カソード |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0551774A JPH0551774A (ja) | 1993-03-02 |
| JP3343820B2 true JP3343820B2 (ja) | 2002-11-11 |
Family
ID=16621369
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21236691A Expired - Lifetime JP3343820B2 (ja) | 1991-08-23 | 1991-08-23 | マグネトロン放電用カソード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3343820B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6585870B1 (en) | 2000-04-28 | 2003-07-01 | Honeywell International Inc. | Physical vapor deposition targets having crystallographic orientations |
-
1991
- 1991-08-23 JP JP21236691A patent/JP3343820B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0551774A (ja) | 1993-03-02 |
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