JPH0781187B2

JPH0781187B2 - 真空プロセス装置

Info

Publication number: JPH0781187B2
Application number: JP1302396A
Authority: JP
Inventors: 治久木下; 治松本; 昭延堀江; 春信佐久間
Original assignee: 治久木下; 国際電気株式会社
Priority date: 1989-11-20
Filing date: 1989-11-20
Publication date: 1995-08-30
Anticipated expiration: 2010-08-30
Also published as: JPH03162583A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はCVD装置，エッチング装置，スパッタリング装
置として使用できるマグネトロン放電を利用した真空プ
ロセス装置に係り、特に２種類の極性の２枚１組の電極
を相隣り合わせて２組相向い合わせて交互に配置し、相
向い合わせた各電極間の空間にマグネトロン放電を生じ
させるようにした真空プロセス装置に関する。

〔従来の技術〕

第５図は従来の真空プロセス装置としてのドライエッチ
ング装置の一例の構成の概要を示す説明図である。

第５図中１は反応室、２はこの反応室１の下面に絶縁体
９で絶縁されて設けられたカソード電極であり、その上
面に基板３が固定されている。反応室１内には反応ガス
４が流入され、真空ポンプにより排気ガス５が排出され
る。高周波電源６から例えば周波数13.56MHzの高周波電
力Ph1を取出し、ブロッキングキャパシタ７を経由して
カソード電極２に供給する。カソード電極２の上方と周
囲の反応室１の部分はアノード電極８として作用し、接
地されている。高周波電力Ph1が接地されたアノード電
極８に対しカソード電極２に供給されているため高周波
電界10がカソード電極２上に垂直に形成される。反応室
１の周囲にはカソード電極２にほぼ平行な方向に磁界11
を形成するための一対のソレノイドコイル12が３組配置
されている。

このような従来装置は次のような動作をする。

カソード電極２上に被エッチング基板３を搭載した後、
反応室１内を真空ポンプによって十分に排気し、反応ガ
ス４を反応室１内に導入して10mTorr程度のガス圧に
し、続いて高周波電源６によって高周波電力Ph1をカソ
ード電極２に印加し、反応ガスをプラスのイオンとマイ
ナスの電子とからなるプラズマ状に励起する。この高周
波電力Ph1の供給により、カソード電極２に垂直な方向
の高周波電界10が形成される。

一方、一対のソレノイドコイル12を用いてカソード電極
２に平行な方向に磁界11が形成される。基板３の上側の
空間に形成されるこのような互いに直交する高周波電界
10と磁界11とによって、質量の軽い電子が磁力線に垂直
な方向に軌道半径の小さい螺旋状のサイクロイド運動を
生じ、中性のエッチングガスと激しく衝突して高密度の
プラズマを発生し、この空間にマグネトロン放電13を生
じさせる。

ところで、磁界中の電子はローレンツ力によって磁界に
垂直な方向にドリフトしていくため、プラズマ密度の片
流れ分布が生じる。従って反応室１の周囲に１対のソレ
ノイドコイルを３組配置し、順番に交番電流を流すこと
によって見かけ上の回転磁界を発生させ、プラズマ密度
の分布を平均化して見かけ上均一にしている。

通常，高周波放電励起による反応ガスのイオン化率は10
^-4程度と小さいが、マグネトロン放電によるイオン化率
は10^-2程度と２桁以上増大するため、エッチングレート
も１桁以上大きくなるという利点がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来装置では、磁界を回転さ
せない場合、プラズマ密度の分布に片流れが生じるた
め、均一なエッチングは困難であった。また、プラズマ
密度の量をカソード電極２に印加する高周波電力の供給
量によって制御する為、高速エッチング用に高周波電力
の量を大きくし高密度プラズマを発生させると、直流自
己バイアス電圧が増大しエッチング損傷が大きくなると
いう課題があった。

本発明の目的は、以上述べた固定磁界のもとでは均一に
エッチングできないという課題と、被処理基板と接する
カソード電極に高周波電力を少なめに供給すると、その
カソード電極上に発生するプラズマの密度が薄くなると
いう課題を解決し、固定磁界のもとで均一性良く、しか
も被処理基板と接するカソード電極に高周波電力を少な
めに供給しても高密度のプラズマが発生し、高速エッチ
ングが可能となり、また使用法を選択することによって
薄膜を形成できる真空プロセス装置を提供することであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の第１装置は上記の課題を解決し、上記の目的を
達成するため、第１図示のように電極21,22を相向い合
わせて配置した真空プロセス装置において、各電極21,2
2の周囲を囲む補助電極31,32を相向い合わせて配置し、
各電極21,22の相向い合った内側の面の少なくとも１面
に少なくとも１枚以上の基板３を設置し、各電極21,22,
31,32にほぼ平行となるように磁界11を印加し、交流電
力Ph1,Ph2をそれぞれ電極22,32に任意の位相差のもとで
位相を同期させてブロッキングキャパシタ７を経由して
供給し、各電極21,31を接地し、相向い合わせた各電極2
1,22間と31,32間の間隔を、各電極21,22間と31,32間の
空間を電子がほぼ無衝突で往来できる程度の距離とし、
その各電極21,22間と31,32間の空間にマグネトロン放電
を生じさせる構成としたものである。

本発明の第２装置は同じ課題を解決し、同じ目的を達成
するため、第２図示のように電極21,22を相向い合わせ
て配置した真空プロセス装置において、各電極21,22の
周囲に２種類の極性のリング状の補助電極31,32を相向
い合わせて配置し、各電極21,22の相向い合った内側の
面の少なくとも１面以上に少なくとも１枚以上の基板３
を設置し、各電極21,22,31,32にほぼ平行となるように
磁界11を印加し、交流電力Ph1を各電極21,22にそれぞれ
ほぼ逆位相で、交流電力Ph2を各電極31,32にそれぞれほ
ぼ逆位相で、しかもPh1とPh2の各交流電力の位相をフェ
ーズシフタ18を用いて同期させ、任意の位相差となるよ
うに制御しながらブロッキングキャパシタ７を経由して
供給し、反応室１または反応室内側の他の電極を接地
し、相向い合わせた各電極21,22間と31,32間の空間にマ
グネトロン放電を生じさせる構成としたものである。

本発明の第３装置は同じ課題を解決し、同じ目的を達成
するため第3,第４図示のように電極21,22を相向い合わ
せるか、若しくは交互に３枚以上配置した真空プロセス
装置において、各電極21,22の周囲を囲む補助電極31,32
を電極21,22と同数枚となるように相向い合わせるか、
若しくは交互に３枚以上配置し、各電極21,22の相向い
合った内側の面の少なくとも１面以上に少なくとも１枚
以上の基板３を設置し、各電極21,22,31,32にほぼ平行
となるように磁界11を印加し、交流電力Ph1を各電極21,
22にそれぞれほぼ同位相で、交流電力Ph2を各電極31,32
にそれぞれほぼ同位相で、しかもPh1とPh2の各高周波電
力の位相をフェーズシフタ18を用いて同期させ、任意の
位相差となるように制御しながらブロッキングキャパシ
タ７を経由して供給し、反応室１または反応室内側の他
の電極を接地し、相向い合わせた各電極21,22間と31,32
間の空間にマグネトロン放電を生じされる構成としたも
のである。

本発明の第４装置は同じ課題を解決し、同じ目的を達成
するため電極21,22を相向い合わせて配置した真空プロ
セス装置において、各電極21,22の周囲を囲む補助電極3
1,32を相向い合わせて配置し、各電極21,22の相向い合
った内側の面の少なくとも１面以上に少なくとも１枚以
上の基板３を設置し、各電極21,22,31,32にほぼ平行と
なるように磁界11を印加し、負の直流電圧を各電極32,3
2に印加し、正の直流電圧を各電極21,31に印加し、相向
い合わせた各電極21,22間と31,32間の空間にマグネトロ
ン放電を生じさせる構成としたものである。

本発明の第５装置は同じ課題を解決し、同じ目的を達成
するため電極21,22を相向い合わせて配置した真空プロ
セス装置において、各電極21,22の周囲を囲む補助電極3
1,32を相向い合わせて配置し、各電極21,22の相向い合
った内側の面の少なくとも１面以上に少なくとも１枚以
上の基板３を設置し、各電極21,22,31,32にほぼ平行と
なるように磁界11を印加し、負の直流電圧を各電極21,2
2,31,32に印加し、正の直流電圧を反応室１又は反応室
内側の他の電極に印加し、相向い合わせた各電極21,22
間と31,32間の空間にマグネトロン放電を生じさせる構
成としたものである。

〔作用〕

第１装置において各電極21,22の相向い合った内側の少
なくとも１面以上に少なくとも１枚以上の基板３を設置
する。排気装置で反応室１内を十分に排気した後、反応
ガス４を導入し、約１〜10mTorr程度又はそれ以下の圧
力となるように調整する。基板３上で約50〜500ガウス
程度の強度を有する磁界11を各電極21,22,31,32にほぼ
平行となるように印加する。

交流電源６と16の電力Ph1とPh2を各電極22,32にそれぞ
れブロッキングキャパスタ７を経由して供給し、印加さ
れた電力Ph1とPh2によって基板３上に電界10を形成す
る。電界10と磁界11が直交するため、マグネトロン放電
13が形成される。このマグネトロン放電13によってプラ
ズマが発生し，プラズマ中の軽い電子の一部分が各電極
22,32に流れ、ブロッキングキャパシタ７によって蓄積
され、負の直流自己バイアス電圧を形成する。

この直流自己バイアス電圧の形成にともなって電極22の
近傍に正イオン密度の高いイオンシースが形成される。
各電極22,32のイオンシース部で形成される直流自己バ
イアス電圧に対応する電界10はそれぞれ電極22,32に垂
直となる。交流電力Ph1とPh2の位相をフェーズシフタ18
を用いて同期させ位相差を制御すると、同位相の場合マ
グネトロンプラズマ13は同時期に発生し、逆位相の場合
交互に発生する。電極22より電極32へ供給する交流電力
の量を大きくすると、電極32上のマグネトロンプラズマ
の密度が増し、そのプラズマが電極22へ流れて行くの
で、供給する交流電力量の少ない電極22上のプラズマ密
度が濃くなる。又電極32より電極22へのプラズマの供給
が行なわれる為、電極22上のプラズマ密度の均一性が良
くなる。

マグネトロン放電によるプラズマのイオン化率は通常の
高周波放電によるプラズマのイオン化率よりも２桁以上
高いので、本発明によるドライエッチングでは従来に比
べて１桁以上高速となる。この第１装置では反応ガス４
としてSiH₄等の成膜用ガスを用いれば、CVD装置として
使え、CF₄等のエッチングガスを用いればエッチング装
置として使え,Ar等のスパッタリング用ガスを用いれば
スパッタリング装置として用いることが可能である。

第２装置において、交流電力Ph1とPh2をそれぞれ１対の
対向する電極21,22にほぼ逆位相で、他方の１対の対向
する電極31,32にほぼ逆位相で、ブロッキングキャパシ
タ７を経由して供給する。反応室１は電気的に絶縁しフ
ローティング状態にする。交流電源6,16の出力の一端が
接地されていない場合、反応室１は接地する方が好まし
い。上記第１装置と同様に各電極21,22,31,32にほぼ平
行となるように磁界11を印加する。マグネトロン放電の
際、各電極21,22,31,32のイオンシース部で形成される
直流自己バイアス電圧に対応する電界10はそれぞれ電極
21,22,31,32に向かい，対向する電極21,22と31,32では
互いに逆向きとなる。磁界11の向きはそれぞれ同じ方向
で、電界10の向きがそれぞれ逆向きであるため、各電極
21,22,31,32から放出される２次電子に働くローレンツ
力の向きが逆になり、相向い合う電極21,22と31,32上で
逆方向のプラズマ密度分布が形成される。

相向い合う電極21,22間と31,32間の距離を十分に短くす
ると、両電極間のプラズマが分離することなく互いに混
じり合い、プラズマ密度の分布がほぼ均一となる。フェ
ーズシフタ18を用いて交流電力Ph1とPh2の位相を同期さ
せ任意の位相差で制御すると、電極21,22間と31,32間で
発生するプラズマの形状，分布を変える事ができる。交
流電力Ph1よりPh2の供給量を大きくすると、電極31,32
間のマグネトロンプラズマの密度が増し、そのプラズマ
が電極21,22間へ流れて行くので、供給する交流電力量
の少ない電極21,22間のプラズマ密度が濃くなる。又電
極31,33間より電極21,22間へプラズマの供給が行われる
ため、電極21,22間のプラズマ密度の均一性が良くな
る。

この第２装置は上記第１装置と同様に反応ガス４として
SiH₄等の成膜用ガスを用いればCVD装置として使え、CF₄
等のエッチングガスを用いればエッチング装置として使
え,Ar等のスパッタリング用ガスを用いればスパッタリ
ング装置として用いることが可能である。

第３装置において、電極21と22を電気的に接続し、そし
て電極31と32を電気的に接続して等電位にし、ブロッキ
ングキャパシタ７を経由して交流電力Ph1を電極21,22へ
ほぼ同位相で、交流電力Ph2を電極31,32へほぼ同位相で
供給する。反応室１または反応室内側の他の電極は接地
する。磁界11は各電極21,22,31,32にほぼ平行となるよ
うに印加する。

プラズマの発生原理は、電極21,22,31,32の表面から放
出された２次電子が電極21,22間と31,32間の磁力線に回
転運動しながら捕獲され、反応ガス４と衝突して電離す
ることになるので、ほぼ均一な磁界中においてはプラズ
マ密度分布がほぼ均一になると共に、マグネトロン放電
13によるプラズマのイオン化率も通常の交流放電による
プラズマのイオン化率よりも２桁以上高くなり、ドライ
エッチングを従来に比べて１桁以上高速にできる。

フェーズシフタ18を用いて交流電力Ph1とPh2の位相を同
期させ任意の位相差で制御すると、電極21,22間と31,32
間で発生するプラズマの形状，分布を変える事ができ
る。交流電力Ph1よりPh2の供給量を大きくすると、電極
31,32間のマグネトロンプラズマの密度が増し、そのプ
ラズマが電極21,22間へ流れて行くので、供給する交流
電力量の少ない電極21,22間のプラズマ密度が濃くな
る。又電極31,32間より電極21,22間へプラズマの供給が
行われるため、電極21,22間のプラズマ密度の均一性が
良くなる。

この第３装置は上記第１装置と同様に反応ガス４として
SiH₄等の成膜用ガスを用いればCVD装置として使え、CF₄
等のエッチングガスを用いればエッチング装置として使
え、Ar等のスパッタリング用ガスを用いればスパッタリ
ング装置として用いることが可能である。

第4,5装置は第1,3装置において交流電源6,16を用いたの
に対し、交流電源6,16に代えて直流電源を用いた場合で
あり、直流電源を用いた場合にはブロッキングキャパシ
タ７は不要で、第４装置においては各電極22,32に直
接、負の電圧を印加し、各電極21,31に直接、正の電圧
を印加し、第５装置においては各電極21,22,31,32に直
接、負の電圧を印加し、反応室１またはその内側の他の
電極に直接，正の電圧を印加する以外、同様に説明する
ことができる。

〔実施例〕

以下図面に基づいて本発明の実施例を説明する。第１図
は本発明装置の第１実施例の構成の概要を示す説明図
で、第５図に示した従来装置の構成部分と同様な構成部
分については同一の符号を付してある。フェーズシフタ
18は高周波電源６と16の例えば13.56MHzの高周波電力Ph
1とPh2の位相を同期させ、位相差を任意の値に制御する
ための装置である。21は上部電極で、22は下部電極であ
る。31と32は電極21,22のまわりを取り囲むように配置
されたリング状の上部補助電極と下部補助電極である。

磁界印加のためのソレノイドコイル12は他の磁界印加手
段でも良く、例えば棒状の永久磁石を組合わせたもので
よく、基板３上にほぼ平行な磁界11を印加できる手段な
らば構成を問わない。磁界は固定しておくとプラズマ密
度の均一正はやや劣るが、各電極21,22,31,32面に平行
となるように回転すれば平均化されて均一性が向上す
る。

基板３は電極22上に配置してあるが、必ずしも電極22上
に限定するものではなく電極21上又は２電極21,22上で
あっても良い。各電極21,31はそれぞれ別々の電極であ
るが両方とも接地してあるので電気的に接続して一枚の
電極としても良い。

高周波電力Ph1とPh2は各電極22と32にそれぞれ供給され
るが、フェーズシフタ18を用いて任意の位相差に制御で
きる。高周波電力Ph1とPh2の位相差は同位相又は逆位相
が好ましい。また高周波電力Ph1とPh2の供給量は独立し
て制御できるが、高周波電力Ph2の供給量を高周波電力P
h1の供給量よりも大きくすると、電極32上のプラズマ密
度が濃くなり、そのプラズマがプラズマ中の電子に働く
ローレンツ力により電極22上へ流れてきて基板３上のプ
ラズマ密度が濃くなる。すなわち高周波電力Ph2の供給
量を調整することにより、基板３上のプラズマ密度を変
えることができ、プラズマの均一性を制御することがで
きる。

この第１実施例において下部電極22に基板３を配置す
る。真空ポンプで反応室１を十分に排気した後、反応ガ
ス４を導入し約１〜100mTorr程度の圧力となるように調
整する。ソレノイドコイル12に電流を流し、基板３上で
約50〜500ガウス程度の強度を有する磁界11を各電極21,
22,31,32にほぼ平行となるように印加する。高周波電源
６の電力Ph1を電極22へ、高周波電源16の電力Ph2を電極
32へそれぞれブロッキングキャパシタ７を経由して供給
する。

印加された電力Ph1,Ph2によって電極22,32上に電界10が
形成される。電界10と磁界11が直交するため、マグネト
ロン放電（破線で示す）13が形成される。このマグネト
ロン放電13によってプラズマが発生し、プラズマ中の軽
い電子の一部が各電極22,32に流れ出し、ブロッキング
キャパシタ７によって蓄積され、負の直流自己バイアス
電圧を形成する。

この直流自己バイアス電圧の形成にともなって各電極2
2,32の近傍に正のイオン密度の高いイオンシースが形成
される。各電極に供給する高周波電力の量を大きくする
とイオンシースの幅が厚くなって正イオンの入射エネル
ギーが増加する。従って電極32へ供給する高周波電力の
量Ph2を大きくすると電極32上に発生するプラズマ密度
の濃度が増し、そのプラズマがプラズマ中の電子に働く
ローレンツ力の影響によって電極22上へ流れ出し、電力
Ph1の供給量の少ない電極22上に高密度のプラズマを形
成する。

マグネトロン放電によるプラズマのイオン化率は通常の
高周波放電によるプラズマのイオン化率よりも２桁以上
高いので、この第１実施例による装置でのドライエッチ
ングでは、従来に比べて１桁以上高速できる。

この装置は反応ガス４としてSiH₄等の成膜用ガスを用い
れば、CVD（ケミカルベーパデポジション）装置として
使え、CF₄等のエッチングガスを用いればエッチング装
置として使え,Ar等のスパッタリング用ガスを用いれば
スパッタリング装置として用いることが可能である。

第２図は本発明装置の第２実施例の構成の概要を示す説
明図であって、第１図に示した装置の構成部分と同様な
構成部分については同一の符号を付してある。

この第２実施例では第１実施例の上部電極21に高周波電
力Ph1を供給し、上部補助電極31に高周波電力Ph2を供給
して、各電極21,22に供給する高周波電力Ph1の位相を逆
位相とし、各電極31,32に供給する高周波電力Ph2の位相
を逆位相とし、各高周波電力Ph1,Ph2間の位相差をフェ
ーズシフタ18を用いて任意の値に制御し、同期させてい
る。

この第２実施例ではプラズマ放電を安定させるために高
周波電源6,16の一端は接地してあるが、必ずしも接地す
る必要はない。各高周波電源6,16の一端が接地されてい
ない場合、反応室１は接地する方がよいが、高周波電源
6,16の一端が接地されている場合、反応室１は電気的に
浮遊状態又は絶縁状態が好ましい。

また、この第２実施例では高周波電源6,16は２台である
が、180゜の位相差すなわち逆位相で同期し、同一パワ
ーに制御された２台１組の高周波電源を２組用いて、各
組の高周波電力の位相を同期させ、各電源から各ブロッ
キングキャパシタ７を経由して、それぞれ電極21,22,3
1,32に高周波電力を供給しても同等の作用効果が得られ
る。

この場合、上下電極に供給する電力量の比と位相差を変
えることが可能となり、上下電極間に発生するプラズマ
の分布の均一性を制御可能となる。

基板３は２電極21,22上にそれぞれ配置してあるが、必
ずしも両電極21,22上に配置する必要はなく、いずれか
の電極上のみであっても良い。上部電極21と下部電極2
2,そして上部補助電極31と下部補助電極32はできるだけ
上下対称であることが望ましいので、平行に配置し面積
はなるべく1:1に近づける。その時上部電極21用と下部
電極22用のブロッキングキャパシタ7,7はできるだけ等
しい容量とし、上部補助電極31用と下部補助電極32用の
ブロッキングキャパシタ7,7はできるだけ等しい容量と
するのが好ましい。

この第２実施例において上部電極21と下部電極22に基板
３を配置する。真空ポンプで反応室１を十分に排気した
後、反応ガス４を導入し約１〜100mTorr程度又はそれ以
下の圧力となるように調整する。ソレノイドコイル12に
電流を流し、基板３上で約50〜500ガウス程度の強度を
有する磁界11を各電極21,22,31,32にほぼ平行となるよ
うに印加する。高周波電源６の電力Ph1を上部電極21と
下部電極22にそれぞれ逆位相で，高周波電源16の電力Ph
2を上部補助電極31と下部補助電極32にそれぞれ逆位相
で各ブロッキングキャパシタ７を経由して供給する。印
加された各電力Ph1,Ph2によって各電極21,22,31,32上に
電界10が形成される。電界10と磁界11が直交するため、
マグネトロン放電（破線で示す）13が形成される。この
マグネトロン放電13によってプラズマが発生し、プラズ
マ中の軽い電子の一部が各電極21,22,31,32に流れ出
し、ブロッキングキャパシタ７によって蓄積され、負の
直流自己バイアス電圧を形成する。

この直流自己バイアス電圧の形成にともなって各電極2
1,22,31,32の近傍に正のイオン密度の高いイオンシース
が形成される。上部電極21と下部電極22そして上部補助
電極31と下部補助電極32のイオンシース部で形成される
直流自己バイアス電圧に対応する電界10はそれぞれ上向
きと下向きとなって互いに逆向きとなる。磁界11の向き
はそれぞれ同じ方向で、電界10の向きがそれぞれ逆方向
であるため、各電極21,22そして31,32から放出される２
次電子に働くローレンツ力の向きが逆になり、上部電極
21そして上部補助電極31の近傍では紙面の裏側（向こう
側）のプラズマ密度が高く、紙面の表側（手前側）で低
くなる。逆に下部電極22そして下部補助電極32の近傍で
向こう側のプラズマ密度が低く、手前側で高くなる。

両電極21,22間そして31,32間の距離が十分短く、各電極
21,22間そして31,32間の空間を電子がほぼ無衝突で往来
できる程度の距離とすると，上部電極21と下部電極22そ
して上部補助電極31と下部補助電極32がそれぞれ形成さ
れたプラズマが分離することなく互いに混じり合いプラ
ズマ密度の分布がほぼ均一となる。従って磁界を回転さ
せることなくほぼ均一なプラズマを形成できる。勿論、
磁界を回転させることにより均一性は更に向上する。電
極21,22の間隔はやや狭くして、約1cm〜5cm程度が好ま
しい。

高周波電力Ph1とPh2の供給量は独立して制御でき、高周
波電力Ph2の供給量を高周波電力Ph1の供給量よりも大き
くすること、電極31,32間のプラズマ密度が濃くなり、
そのプラズマがプラズマ中の電子に働くローレンツ力に
より電極21,22間の空間に流れてきて基板３上のプラズ
マ密度が濃くなる。すなわち高周波電力Ph2の供給量を
調整することにより、基板３上のプラズマ密度を変える
ことができ、プラズマの均一性を制御することができ
る。

第３図は本発明装置の第３実施例の構成の概要を示す説
明図であって、第1,第２図に示した装置の構成部分と同
様な構成部分については同一の符号を付してある。

この第３実施例では上部電極21と下部電極22を電気的に
接続して等電位にし、またこれとは別に上部補助電極31
と下部補助電極32を電気的に接続して等電位にし，ブロ
ッキングキャパシタ7,7を経由して各高周波電源6,16よ
り高周波電力Ph1とPh2を各電極21,22の組と31,32の組に
同位相で同期させて供給する。高周波電力Ph1とPh2の供
給量は独立して制御でき第２実施例と同様の動作を可能
とする。反応室１は接地する。この高周波電源6,16は、
ほぼ同行相で同期し、同一出力に制御された２台１組の
高周波電源を２組用いても同等の作用効果が得られる。
この場合、２台１組の高周波電源からブロッキングキャ
パシタを経て各上下電極に供給する電力の量と位相差を
変えることが可能であり、上下電極間に供給する電力量
の比と位相差を適当に調節することにより両電極21,22
間に発生するプラズマの分布を最適化することが可能と
なる。それぞれの高周波電源の一端が接地している場
合、反応室は接地状態にあるのが好ましい。磁界11の印
加方法は第１及び第２実施例と同様にソレノイドコイル
12を用いて各電極21,22,31,32に平行となるように磁界1
1を印加する。プラズマの均一性を向上させ、高密度プ
ラズマを生成させるために各電極21,22そして31,32の間
隔をやや狭くすることが好ましく、約1cm〜5cm程度が好
ましい。このような間隔にすることにより各電極21,22
間と31,32間の空間を電子がほぼ無衝突で往来可能とな
る。また各電極21,22間及び31,32間は反応室１内におい
て導線または導体板によって電気的に接続しても同等の
効果が得られる。

この第３実施例は第１及び第２実施例の装置と同様に、
反応ガス４としてSiH₄等の成膜用ガスを用いれば、CVD
装置として使え、CF₄等のエッチングガスを用いればエ
ッチング装置として使え,Ar等のスパッタリング用ガス
を用いればスパッタリング装置として用いることが可能
である。またプラズマ発生のための条件は第２実施例で
示した条件とほとんど同じである。

第４図は本発明装置の第４実施例の構成の概要を示す説
明図であって、第1,第2,第３図に示した装置の構成部分
と同様な構成部分については同一の符号を付してある。

この第４実施例では第３実施例の上部電極21の枚数を２
枚とし、下部電極22の枚数を２枚とし，上部補助電極31
の枚数を２枚とし，下部補助電極の枚数を２枚として、
上，下部電極21,22と上，下部補助電極31,32をそれぞれ
平行に交互に配置し、上，下部電極21,22をそれぞれ接
続し，同様に上，下部補助電極31,32をそれぞれ接続し
た構成となっている。各電極21,22間に発生するプラズ
マの状態を等しくし，同様に各電極31,32間に発生する
プラズマの状態を等しくするため、隣り合う電極21,22
間及び31,32間の間隔を等しくし、各対をなす電極の面
積をほぼ等しくし、上部電極用と下部電極用のブロッキ
ングキャパシタ7,7の容量をほぼ等しくし，上，下部補
助電極用のブロッキングキャパシタ7,7の容量をほぼ等
しくすることが好ましい。

この装置の用途，動作手順並びに動作状態は第３図に示
したドライプロセス装置とほぼ同じである。この装置は
１度に６枚の基板３を処理することが可能であるが、各
電極21,22面に２枚以上の基板３を設置することにより1
2枚以上の基板３を一度に処理することが可能となる。
また電極21,22の合計枚数は３枚または５枚以上でもよ
く、その場合上部電極21と下部電極22を交互に同様に
上，下部補助電極31,32を交互に配置する必要がある。
各電極21,22,31,32は互いに平行であることが好ましい
が、必ずしも平面である必要はなく曲面であってもよ
い。各電極21,22及び31,32への高周波電力Ph1,Ph2の供
給方法は第３実施例と同様であり、供給方法に応じて反
応室１を接地したり、浮遊状態にしたりすることが好ま
しい。

第１から第４実施例ではプラズマ発生用電源として高周
波電源を用いたが、周波数は問題ではなく、低周波電源
でも良い。第１及び第3,第４実施例では高周波電源の代
わりに直流電源を用いることも可能である。直流電源を
用いる場合はブロッキングキャパシタ７は不要で、第１
実施例の場合各電極22,32に直接、別々の負の電圧を印
加し，各電極21,31に直接、同一の正の電圧を印加し、
第3,第４実施例の場合、各電極21,22に直接、同一の負
の電圧，各電極31,32に直接，同一の負の電圧をそれぞ
れ印加し、反応室１またはその内側の他の電極に直接，
正の電圧を印加する。基板３は各電極21,22に１枚以上
に設置することも可能であるが、どちらかの電極に１枚
だけ設置しても良い。

第２実施例では各電極21,22,31,32の枚数はそれぞれ１
枚であったが、第４実施例と同様に１枚以上であっても
第２実施例と同様の効果が得られる。

第１から第４実施例では上部電極21と下部電極22の形状
を特に定めなかったが、円形でも四角形でも良く、互い
に類似した形であれば形状は問題ではない。上部補助電
極31と下部補助電極32の形状も各電極21と22の周囲をと
り囲むリング状であれば円形でも四角形でも良く、互い
に類似した形であれば形状は問題ではない。リング状の
形状についても、特に連続したループである必要は無
く、ループの一部が切れていても外部において電気的に
接続していれば問題ではない。

第１から第４実施例において、上部電極21と上部補助電
極31の下面は平行で同一面上にあることが好ましいが、
特に必要不可欠な条件であることはなく、機能上問題が
無ければずれていても良い。同様に、下部電極22と下部
補助電極32の上面は平行で同一面上にあることが好まし
いが、特に必要不可欠な条件であることはなく、機能上
問題が無ければずれても良い。

〔発明の効果〕

上述の説明から明らかなように、本発明の真空プロセス
装置によれば、アノードとカソードとからなる２枚
の平行平板型電極21,22の周囲にアノードとカソードと
からなる２枚のリング状の平行平板型補助電極31,32を
配置し、各カソード電極22,23へ高周波電力Ph1とPh2の
位相を同期させて供給したり、高周波電力Ph1を逆
位相で供給する２枚の平行平板型電極21,22の周囲に２
枚の平行平板型リング状補助電極31,32を配置し、高周
波電力Ph1と位相を同期させながら高周波電力Ph2を補助
電極31,32に逆位相で供給したり、高周波電力Ph1を
同位相で供給する２枚又は３枚以上の平行平板型電極2
1,22の周囲に２枚又は３枚以上の同枚数の平行平板型リ
ング状補助電極31,32を配置し、高周波電力Ph1と位相を
同期させながら高周波電力Ph2を補助電極31,32に同位相
で供給したり、負の直流電圧を各電極22,32に印加
し、正の直流電圧を各電極21,31に印加したり、負
の直流電圧を各電極21,22,31,32に印加し、正の直流電
圧を反応室１または反応室１内側の他の電極に印加した
りしているために、基板３を設置している電極21,22へ
の供給電力Ph1を少なめにした場合でも、周囲の補助電
極31,32への供給電力Ph2を多めにすることにより電極2
1,22上へのプラズマの流出量が増大し、高密度のプラズ
マが基板３上に形成される。また、第２〜第４実施例の
装置においてはマグネトロンプラズマの密度分布が両電
極21,22上でそれぞれ逆方向、同様に両電極31,32上で逆
方向となるため、両電極間隔を狭くすることにより、磁
界を回転させることなくほぼ均一なプラズマを生成する
ことができる。

マグネトロン放電の発生するガスの圧力は10mTorr前後
とからなり低いため、指向性の良いエッチングとか、不
純物の少ない高品質の薄膜を形成することが可能であ
る。しかも両電極21,22にほぼ同等の状態のプラズマが
照射されているため、同時に電極21,22上の２枚以上の
基板３を処理することが可能である。

さらに、本発明の真空プロセス装置によれば、基板３に
ほぼ平行な方向に磁界11が印加されているため、プラズ
マ中の電子が基板３側に流れにくく、従って、イオンシ
ースが形成されにくいので、直流自己バイアス電圧が従
来の1/5以下と小さくなるため、入射イオンによって基
板３が受ける損傷が小さくなる。このため本発明の真空
プロセス装置は特に低損傷エッチング或いは高速蒸着が
必要なゲートとかトレンチエッチングまたは配線材料の
蒸着とかに用いて好適である。またこの発明によれば、
装置の小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の第１実施例の構成の概要を示す説
明図、第２図は本発明装置の第２実施例の構成の概要を
示す説明図、第３図は本発明装置の第３実施例の構成の
概要を示す説明図、第４図は本発明装置の第４実施例の
構成の概要を示す説明図、第５図は従来の真空プロセス
装置の一例の構成の概要を示す説明図である。１……反応室、３……基板、４……反応ガス、５……排
気ガス、６……高周波電源、７……ブロッキングキャパ
シタ、９……絶縁体、10……電界、11……磁界、12……
ソレノイドコイル、13……マグネトロン放電、18……フ
ェーズシフタ、21……（上部）電極、22……（下部）電
極、31……（上部）補助電極、32……（下部）補助電
極、Ph1……交流（高周波）電力、Ph2……交流（高周
波）電力。

フロントページの続き (72)発明者堀江昭延東京都西多摩郡羽村町神明台２―１―１国際電気株式会社羽村工場内 (72)発明者佐久間春信東京都西多摩郡羽村町神明台２―１―１国際電気株式会社羽村工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電極（21,22）を相向い合わせて配置した
真空プロセス装置において、各電極（21,22）の周囲を
囲む補助電極（31,32）を相向い合わせて配置し、各電
極（21,22）の相向い合った内側の面の少なくとも１面
以上に少なくとも１枚以上の基板（３）を設置し、各電
極（21,22,31,32）にほぼ平行となるように磁界（11）
を印加し、交流電力Ph1を電極（22）に、交流電力Ph2を
電極（32）にそれぞれ任意の位相差のもとで位相を同期
させてブロッキングキャパシタ（７）を経由して供給
し、各電極（21,31）を接地し、相向い合わせた各電極
（21,22）間と（31,32）間の間隙を，各電極（21,22）
間と（31,32）間の空間を電子がほぼ無衝突で往来でき
る程度の距離とし、その各電極（21,22）間と（31,32）
間の空間にマグネトロン放電を生じさせることを特徴と
する真空プロセス装置。
【請求項２】電極（21,22）を相向い合わせて配置した
真空プロセス装置において、各電極（21,22）の周囲を
囲む補助電極（31,32）を相向い合わせて配置し、各電
極（21,22）の相向い合った内側の面の少なくとも１面
以上に少なくとも１枚以上の基板（３）を設置し、各電
極（21,22,31,32）にほぼ平行となるように磁界（11）
を印加し、交流電力Ph1を各電極（21,22）に、交流電力
Ph2を各電極（31,32）にそれぞれ任意の位相差のもとで
位相を同期させてブロッキングキャパシタ（７）を経由
して供給し、相向い合わせた各電極（21,22）間と（31,
32）間の間隔を，各電極（21,22）間と（31,32）間の空
間を電子がほぼ無衝突で往来できる程度の距離とし、そ
の各電極（21,22）間と（31,32）間の空間にマグネトロ
ン放電を生じさせることを特徴とする真空プロセス装
置。
【請求項３】交流電力Ph1を各電極（21,22）にそれぞれ
ほぼ逆位相でブロッキングキャパスタ（７）を経由して
供給し、交流電力Ph2を各電極（31,32）にそれぞれほぼ
逆位相でブロッキングキャパシタ（７）を経由して供給
し、各交流電力Ph1,Ph2の位相をフェーズシフタ（18）
を用いて同期させることを特徴とする請求項第２項に記
載の真空プロセス装置。
【請求項４】交流電力Ph1を各電極（21,22）にそれぞれ
ほぼ同位相でブロッキングキャパシタ（７）を経由して
供給し、交流電力Ph2を各電極（31,32）にそれぞれほぼ
同位相でブロッキングキャパシタ（７）を経由して供給
し、反応室（１）または反応室内側の他の電極を接地
し、各交流電力Ph1,Ph2の位相をフェーズシフタ（18）
を用いて同期させることを特徴とする請求項第２項記載
の真空プロセス装置。
【請求項５】電極（21,22）を相向い合わせて配置した
真空プロセス装置において、各電極（21,22）の周囲を
囲む補助電極（31,32）を相向い合わせて配置し、各電
極（21,22）の相向い合った内側の面の少なくとも１面
以上に少なくとも１枚以上の基板（３）を設置し、各電
極（21,22,31,32）にほぼ平行となるように磁界（11）
を印加し、負の直流電圧を各電極（22,32）に印加し、
正の直流電圧を各電極（21,31）に印加し、相向い合わ
せた各電極（21,22）間と（31,32）間の間隔を，各電極
（21,22）間と（31,32）間の空間を電子がほぼ無衝突で
往来できる程度の距離とし、その各電極（21,22）間と
（31,32）間の空間にマグネトロン放電を生じさせるこ
とを特徴とする真空プロセス装置。
【請求項６】電極（21,22）を相向い合わせて配置した
真空プロセス装置において、各電極（21,22）の周囲を
囲む補助電極（31,32）を相向い合わせて配置し、各電
極（21,22）の相向い合った内側の面の少なくとも１面
以上に少なくとも１枚以上の基板（３）を設置し、各電
極（21,22,31,32）にほぼ平行となるように磁界（11）
を印加し、負の直流電圧を各電極（21,22,31,32）に印
加し、正の直流電圧を反応室（１）または反応室内側の
他の電極に印加し、相向い合わせた各電極（21,22）間
と（31,32）間の間隔を，各電極（21,22）間と（31,3
2）間の空間を電子がほぼ無衝突で往来できる程度の距
離とし、その各電極（21,22）間と（31,32）間の空間に
マグネトロン放電を生じさせることを特徴とする真空プ
ロセス装置。
【請求項７】各電極（21）と（31）が反応室内において
電気的に接続された１枚の電極となっていることを特徴
とする請求項第１項記載の真空プロセス装置。
【請求項８】相向い合う電極（21,22）及び（31,32）は
互いに平行をなし、且つ間隔がほぼ等しいことを特徴と
する請求項第１項乃至第７項のいずれかに記載の真空プ
ロセス装置。
【請求項９】相向い合う電極（21,22）間と（31,32）間
の間隔が約1cm〜5cmの範囲であることを特徴とする請求
項第８項記載の真空プロセス装置。
【請求項１０】電極（21,22）の合計枚数が３枚以上と
なることを特徴とする請求項第８項記載の真空プロセス
装置。
【請求項１１】補助電極（31,32）の合計枚数が３枚以
上となることを特徴とする請求項第１項乃至第10項のい
ずれかに記載の真空プロセス装置。
【請求項１２】電極（21,22）に対する交流電力の供給
量より、電極（31,32）に対する交流電力の供給量を大
きくすることを特徴とする請求項第１項乃至第11項のい
ずれかに記載の真空プロセス装置。