JPS62205270A - マグネトロン電極 - 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、磁気的に増強されたバイアススパッタリング
およびプラズマ・エツチング用の装置に係わり、特に半
尋体基板表面を均一に高速かつ低ダメージでスパッタエ
ツチングするのに好適なスパッタエツチング用電極に関
する。

〔従来の技術〕

従来の電極は、特開昭５９−１４０５７５号に記載の様
に、被処理基板の表面に概略平行で、かつ電極体を包囲
する連続ベルト状の磁界を形成している。この様にして
該基板上に、均一密度で−様なプラズマを形成している
。ところが連続ベルト状磁界を形成している為、被処理
基板のない部分にもプラズマが発生し、プラズマを発生
させる為の電力が有効に使われていない。また不要なと
ころにプラズマが発生する為、被処理基板以外の周囲の
部材をプラズマからの荷電粒子がたたき、汚染物質ヤ付
着しているガスを放出する。この結果、基板に汚染物質
が付着したり、雰囲気ガスに不純物が混入し、正常なプ
ラズマ処理が行えない。例えば酸素等の不純ガスの混入
により、プラズマ中で化学反応が起こり、基板面に不要
な物質を形成してしまう。

また、市販のバイアススパッタ装置においては、第５図
に示す碌に、プレーナマグネトロン形スパッタ電憔１５
と基板５を静止対向させ、基板保持具１４に直流電源や
鍋周波電源を接続する構造となっている。スパッタ￥Ｌ
億１５はドーナツ状のプラズマ６を成Ｍ材料であるスパ
ッタターゲット１６面上に形成し、ドーナツ状プラズマ
直竿の成膜材料を選択的にスパッタリングする構成にな
っている。この時、基板上に均一な厚さの膜が形成され
る様に、ドーナツ状プラズマのリング径やスパッタター
ゲットと基板との間隔が設定されている。

さて、この未件下で、基板に直流嵐＝または高周波電源
により負電位のバイアス−圧ぞ１４３加または訪起させ
ると、基板面上には均一な密度のプラズマが形成されな
ｔ・。その結果、スパッタターゲツト面上に形成された
プラズマ６かも正の荷電粒子１１を引き込んで（ること
になり、この荷電粒子の入射量は必然的にスパッタター
ゲット同様、ドーナツ状プラズマ直下の全板部分で多く
なる。したがりて不均一なエツチングが行なわれること
になりその粘米、基板面上で均一なバイアススパッタ成
膜か行えない。

したがってこれを改善する為には、基板をスパッタター
ゲットに対して移動させながら成膜すればよいが、ター
ゲットから離れるに征−・成膜速度は低下し、静止対向
で膜形成を行なう場合に比べ低い成膜速度しか得られな
い。また基板が大形化するに伴い、基板移動空間が大き
くなり、装置が静止対向で膜形成が行なえるスパッタ装
置に比べ大幅に大形化することになる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述の様に、従来技術は、プラズマを発生させるために
投入する電力を有効に利用することに対して配慮されて
おらず、電力効率が低い欠点がありた。また不要な部分
にもプラズマを発生させてしまう構造上の制約から、不
純ガスや汚染物質を放出する問題があった。

本発明の目的は、筆力効率向上と汚染物質や不純ガスの
放出を防止し、高品質なプラズマ処理が行なえるマグネ
トロン電極＆極を提供することにある。

本発明の他の目的は、被処理基板に均一な処理を行なえ
るマグネトロン電極を提供することにある。例えばドラ
イエツチングやスパッタエツチング処理の場合、基板全
面で均一なエツチング速度を達成することであり、プラ
ズマ処理等では、基板全面に均一な厚さの膜を形成でき
るマグネトロン電極を提供することにある。

本発明のもう１つの目的は、本発明のマグネトロン電極
と、従来のスパッタ電極を組み合わせることにより、基
板全面にわたって均一なバイアススパッタ成膜を行なえ
るスパッタ装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、被処理基板面に概略平行な磁界を形成し、
かつこの磁界を基板上で回転させ、基板面上だけに等制
約に均一な密度のプラズマを−（娘に形成することによ
り達成でざる。

〔作用〕

泰板金面に一様に均一な密度のプラズマを形成する為、
本発明では次の様な技術的手段をとっている。

第１図を用（・て説明する。

まず基板面近傍に、基板５に概略平行な磁界７を形成す
る。電界は、直流電源もしくは高周波電源によって、基
板に対し垂直に形成されてい２ｂので、上記磁界と磁界
による荷電粒子・＼のドリフト力（ＦαεＸＥＩ）によ
り（第１図でドリフト方向を矢印８で示す。）、第１図
で基板上方の部分６に高密度プラズマが形成される。ま
た磁界の向きを逆方向にすると、反対に基板下方の部分
に高密度プラズマが形成される。このことから、基板に
概略平行な磁界を、基板中心のまわりに回転すれば、時
間平均的に見れば、基板全面に一様で均一な密度のプラ
ズマを形成することが可能となる。

また、荷°電粒子が磁界の方向にそって流出すること、
またドリフト方向にそって流出することを防止する為、
基板支持部材４は、基板のまわりを取り囲む様な枠体を
なしている。この様にして基板面上にのみ高密度のプラ
ズマを形成することが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図および第２図により説
明する。断面がコの字形のヨーク１にコイル６．５′が
巻かれている。これと同一のヨーク１にコイル２，２′
が巻かれている。コイル３２３′はそれぞれ同一方向に
巻いてあり、これら九通電すると磁極間に磁界７が形成
される。通電方向を逆にすると磁界の方向は逆になる。

またコイル２．２′もそれぞれ同一方向に巻いてあり、
コイル２，２′にのみ通電すると磁界７と９０’の傾き
をもった磁界（図示せず）が形成される。コイル２，２
′とコイル６．３′に同時に通電すると第３図に示す様
に対向する磁極間を結ぶ線に対して傾斜した磁界７′を
形成する。このことから第４図に示す様に、コイル２，
２′へ通電する電ＦＬ９、コイル５，３′へ通電する′
１！Ｌ流１０を制御すると、基板面上の磁をが基板を中
心として回転する。この結果、基板面に対して概略平行
で時間平均的に等方的磁界を形成できる。

また第２図（＄１図のＡ−Ａ断面図）に示す様に基板支
持部材４は、基板５のまわりをとり囲むリング状の枠体
形状をなし、電磁界によって生まれる荷電粒子のドリフ
ト運動によるプラズマの流出と、プラズマ中の荷電粒子
の磁力線にそっての流出を防止している。

リング状枠体の材質は、プラズマ処理内容によって最適
化すべきである。例えばｈｌやＭ合金の膜形成をバイア
ススパッタによって行なう場合には、形成膜材料と同質
の材料を用（・るのが望ましい。但し、枠全体をこれら
の材料で構成する必要はなく、プラズマにさらされる面
だけでよい。リング状枠体もプラズマの荷電粒子によっ
てスパク゛タリングを受けるので、形成膜への異種材料
の混入を防止する為である。またスパッタエツチングや
ドライエツチングの場合には、被エツチ材料と同じ材料
が望ましい。例えば５ｉｆ２．ＡＡ！ｚＯ８，Ｓｉ等を
エツチングする場合には、それぞれ５ｔ０２　ｔ　Ａ４
０３　ｐ　Ｓｔ　）材料テリンク状枠体を構成するのが
望ましい。但し、これもプラズマにさらされる面のみ、
これらの材料にすればよい。

この様にして本実施例によれは、高密度のプラズマを、
基板面上に均一に発生させることができる。また基板面
以外の部分には、実効的な磁界がないためプラズマが発
生しない。この結果、本発明によれば、基板面上にのみ
、高密度のプラズマが発生できるので、投入電力が有効
に利用され、従来装置に比べ、基板をエツチングする速
度が増加する。また、高密度プラズマが得られることか
ら、基板に鋳起される′１圧が低くなり、荷電粒子の基
板への入射エネルギを低くおさえることができるので、
ＬＳＩ　基板等では基板上に形成さｊｔている素子にダ
メージ？与えることがない。さらにエツチング速度の基
板内均一性につ（・でも、均一なプラズマがウニへ面上
に形成できるので便米ｇ装置のエツチング速度均一性を
大幅に向上できる。

また、本発明ンバイアススパッタ装置の羞板支持屈憔と
して用（・、Ｉ″Ｌは、均一なスパッタエツチングを行
ないながらスパッタ成膜が行７よえるので、均一なバイ
アススパッタ成膜かり能となる。

〔発明の効果〕

本発明によれは、被処理基板面にのみ、均一で高密厩な
プラズマを形成することができるので、プラズマを発生
させるための′Ｃ力が有効に用いられる。この結果スパ
ッタエツチングの電極に本発明を適用すれば、従来に比
べ同一電力に対して高速圧エツチングすることができる
。

また基板面上に均一なプラズマを形成することができる
ので、基板内で均一なプラズマ処理が可能である。例え
ばスパッタエツチングでは基板内のエツチング４２分布
が均一となる。

またバイアススパッタ装置の基板支持′電極として用℃
・ると、基板面上に均一な７゛ラズマを形成する為、成
膜材料を放出するスパッタ電極に促米のブレーナマグネ
トロン型スパッタ電憔を用いても、そのドーナツ状フ”
ラズマに影響されることがない。この結果、スパッタタ
ーゲットと被膜基板を静止対向させても、均一なバイア
ススパッタ成膜ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるマグネトロン電極の平面図、第２
図は＠１図のＡ−Ａ断面図、第５図は第１図のマグネト
ロン電極において、コイルへの橿′市電流を変えたとき
の基板面上に形１戎される磁界分布の一例を示す図、第
４図は、第１図のマグネトロン電極において、基板面上
に回転磁界を発生させる為のコイル電流制御パターンの
一例を示す図、第５図は従来のバイアススパッタ装置綻
の概略図である。 １・・・ヨーク、　　　　　２．２，５．３・・・コイ
ル、４・・・基板支持部材、　　５・・・基板、６・・
・プラズマ、　　　　７・・・磁界、８・・・ドリフト
方向、　　９，１ｏ・・・コイル′１流波形、１１・・
・正イオン、　　　１２・・・蝋石、１３・・・スパッ
タターゲット、１４・・・基板保持具、１５・・・スパ
ッタ電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、プラズマ処理装置に搭載され、処理対象基板の支持
   を兼ねたマグネトロン電極であって、該基板の表面に概
   略平行な磁界を発生させる磁界発生手段を具備するもの
   において、互いに交叉する複数の電磁石からなる磁界発
   生手段を有し、 前記電磁石への通電電流を制御することにより、前記基
   板の表面に概略平行な磁界を発生させ、かつ、回転させ
   ることを特徴とするマグネトロン電極。 ２、特許請求の範囲第１項記載のマグネトロン電極にお
   いて、 前記基板を取り囲む枠体を具備することを特徴とするマ
   グネトロン電極。 ３、特許請求の範囲第１項記載のマグネトロン電極にお
   いて、 前記プラズマ処理装置は、被膜基板と成膜材料であるス
   パッタターゲットを静止対向させて膜形成を行なうバイ
   アススパッタ装置であることを特徴とするマグネトロン
   電極。 ４、特許請求の範囲第１項記載のマグネトロン電極にお
   いて、 前記プラズマ処理装置は、枚葉式平行平板形ドライエッ
   チング装置であることを特徴とするマグネトロン電極。