JPS6330987B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、磁気的に増強されたバイアス・スパ
ツタリングおよびプラズマ・エツチング用の装置
に関する。

従来技術 スパツタ被覆は低気圧気体の電気放電（グロー
放電）の陰極から侵食された材料で基板を被覆す
る周知の技術であり、この低気圧気体の電気放電
は低気圧気体雰囲気内で適当な電圧差に維持され
た陰極と陽極間に生ぜしめられる。グロー放電
は、低気圧気体の原子との電子の衝突により形成
された多数の正電荷のイオンを含む。結果として
得られたイオンは、負に荷電された陰極に引き付
けられ、相当なエネルギーで該陰極に衝突する。
このイオンの衝突は陰極表面の原子を放出させ、
この原子は、次に、陰極の近傍に置かれた対象物
の表面上に凝縮し、それにより被覆を行う。

スパツタリングは低気圧処理であるため、それ
は密閉されるようにシールされた室内で行われな
ければならず、この室は初めに排気されて空にさ
れ、そして次に適当なスパツタリング気体、普通
にはアルゴンで満たしなおされ、また個有のスパ
ツタリング圧力、典型的には５〜40ミリトル
（millitorr）の圧力に維持される。

多くの被覆適用において、被覆されるべき基板
は、気体放電の陽極上に置かれている。これは陽
極が普通には陰極に直接に対向しているためであ
り、放出された陰極の原子により被覆を行うに適
当な位置にある。ほとんどのスパツタリング装置
は接地電位にある１つの陽極を使用し、大きな負
電圧を陰極に印加しており、接地されたスパツタ
リング室はそのとき補助陽極となる。

バイアス・スパツタリングはスパツタ被覆技術
の変形であり、普通には負であるバイアス電位を
被覆されるべき基板に印加している。このバイア
ス電位は、堆積過程中に基板に引き付けられるか
なりの気体放電イオンを生ぜせしめる。イオンの
衝突はスパツタ被覆の性質に望ましい変化を与え
ることが可能である。バイアス・スパツタリング
技術の１つの重要な利用はいわゆる反応スパツタ
リング法にある。反応スパツタリングの間、酸素
や窒素のような化学的に活性な気体が、普通の不
活性スパツタリング気体（例えばアルゴン）に加
えられるか、または置換される。このような活性
気体の反応種（reactive species）は、通常のア
ルゴン・イオンと一縮に、グロー放電領域で作ら
れ、これらの種は基板上に堆積されるスパツタさ
れたターゲツト原子と反応して所望の化合物を形
成するようにする。この反応スパツタリング技術
は、このように、基板上に合成被覆（例えばアル
ミニウム酸化物、またはアルミニウム窒化物）を
作るために例えばアルミニウムのような純粋な金
属のターゲツトからのスパツタリングを可能にし
ている。反応スパツタリングは、金属ターゲツト
からのスパツタリング率が合金で構成されるター
ゲツトからのスパツタリング率よりも高いため、
経済的な利点がある。

バイアス・スパツタリングは、基板を負電位と
することによつて、他のものの中で、正に荷電さ
れた反応ガス種またはイオンを引き付けることに
よつて化学反応を増進させる。基板のバイアスに
は限界があるが、これはイオン衝撃がまた望まし
くない基板の加熱および被覆におけるガスイオン
の注入を生じさせることが可能だからである。し
たがつて、問題は、重大な量の高エネルギーイオ
ン衝撃を生じさせずに、基板表面上の化学反応作
用には十分な低エネルギーイオンの大きな流束
（20〜100電子ボルトのエネルギーレベル）を得る
ことである。

低エネルギーイオンの大きな流束を発生する同
様の必要は、プラズマ・エツチングのような他の
プラズマ法において見い出される。プラズマ・エ
ツチングはだんだんにその重要性が増している。
これはプラズマ・エツチングが、シリコン集積回
路の製造において、適当なエツチ・マスクと共に
使用された場合、微細姿態のエツチングについて
湿式化学方法に勝つているためである。今日、半
導体メモリやプロセツサに使用される超大規模集
積回路（VLSI回路）は、ミクロンやミクロン以
下の寸法を有するパターンをエツチングする製造
能力を必要とする。

典型的なパターン・エツチング手順は、初め
に、光感応ポリマ、Ｘ線感応ポリマ、または電子
ビーム感応ポリマ（感応の種類に応じてホトレジ
スト、Ｘ線レジスト、または電子ビームレジスト
と称される）のフイルムを予め堆積された食刻さ
れるべき層の上に当てる。このポリマフイルム
は、次に、選択的に不透明なパターンを通る感光
照射によつて、または変調されるビーム走査によ
つて選択的に露出される。

次に続くレジストの露出部分の現像は、ポリマ
がポジチブ・レジストであるかネガチブ・レジス
トであるかに応じて、露出部分または非露出部分
を取り除く。どちらの場合にも、結果として得ら
れる食刻マスクは、現像中にレジストが取り除か
れた基礎層の部分を除去する選択的なエツチング
を可能にする。この層は、通常、集積回路におい
て或る電気的機能を実現する金属または誘電体等
である。

エツチングが完了されると、残留レジスト材料
がレジスト除去処理によつて取り除かれ、基礎層
の非食刻部分が所望のパターンで後に残る。集積
回路は、層堆積、レジスト塗付、露出、現像、エ
ツチング、およびレジスト除去の繰返しシーケン
スによつて製造される。

これらのプラズマ法の基本原理は、直流（DC）
電圧または好適には無線周波数（RF）電圧を、
標準的には低気圧の非反応気体で満たされる空間
内の電極の間に印加することによつて、電気的ガ
ス放電（プラズマ）を発生することである。負電
極（すなわち陰極）から発出されたエネルギツシ
ユな電子は、中性気体の原子または分子と衝突し
てイオンまたは他の反応種と追加的電子とを発生
し、それにより電極近傍領域で高導電率グロー放
電を起こしかつ維持する。このグロー放電または
プラズマは暗黒部またはプラズマ鞘によつて電極
表面から分離される。

プラズマは本質的に等電位であるために、プラ
ズマと電極間の電圧降下がプラズマ鞘において生
じ、電界の方向は正常には電極表面に向いてい
る。したがつて、プラズマ内で発生されるイオン
または他の反応種は、典型的には正電荷を帯びて
いるが、電極表面に引き付けられ、そしてプラズ
マから該表面に主として電界線に並行な方向で移
動する。ここで考察するプラズマ法においては、
電極は基板支持体として働き、したがつてイオン
または反応種が基板の表面に到達したときには、
それらに活性化するか、またはそれぞれレジスト
現像、層のエツチング、およびレジスト除去に終
る化学反応を援助する。

プラズマ加工に包含される化学反応用に必要と
される運動エネルギーは、しかし、ダイオード・
スパツタリングにおいて典型的に出会わされるエ
ネルギーよりもより少ない（数百eVと比較して
数電子ボルト）。スパツタリング装置において利
用できる過剰イオンエネルギーは、したがつて、
約250℃以上の温度で使用されると、単に熱を発
生するであろう。

磁界を使用しての陰極スパツタリング法におい
てプラズマ密度が増加することは周知のことであ
る。このことは渦巻き状の電子路を生じさせ、そ
れにより気体分子または原子とのイオン化衝突の
確率を増す。プラズマのイオン化効率の増加に特
に有効なものは電子トラツプ（閉込め）磁界であ
り、この電子トラツプ磁界においては磁力線が電
極表面とともに完全に包囲された領域を形成し、
その領域において磁界は電界と直交している。

上記したバイアス・スパツタリング法やプラズ
マ・エツチング法のような低エネルギー・プラズ
マ法においても磁気的増強を使用することが提案
されている。提案された或る装置においては、１
つの電極が角柱状で形成され、該角柱体は複数個
の平面を有し、この平面は基板支持面を構成し、
軸周囲に対称的に配置される。反対極性の第１お
よび第２の磁極片が電極体の各々の端部において
面から外方向に突出し、かつ電極体の周囲に十分
にのびており、結果として得られる構造は基本的
には糸巻き枠形状である。磁極片の間に伸びてい
る磁界は、したがつて基板支持面の近傍の電極体
の周囲に連続的なベルトを形成する。

先に提案された電極の対称的角柱状糸巻き枠形
状は、複数の基板支持面を備え、特に、その軸周
囲の回転に対して、バイアス・スパツタリングへ
の適用において、各面が連続して１以上のスパツ
タリング・ターゲツトに向けられることが可能な
ようにして、取り付けられるに適している。角柱
形状はまた電極の所定寸法に対して多数の基板を
載置または処理することを可能にしている。

対称的な角柱電極は真空室内において中心に位
置されなければならず、また上向きに水平である
ことの可能な基板支持面は１つだけのために基板
保持装置を必要とする。多くの商業用スパツタリ
ング・システム、および特にセラミツク・ウエー
ハ上での集積回路製造用に使用されるシステム
は、平らに横たわるウエハー基板を処理するよう
に配置されている。対称的な角柱電極はそのよう
な装置における取付けには適さない。

加うるに、そのような角柱状の糸巻き枠形電極
によつて発生されるプラズマ領域は不均一になり
がちであり、これはベルト状の磁界がその中央領
域において外方向に膨らむからである。このこと
は、プラズマの厚さが電極体の端部におけるより
も中央領域においてより大きくなるようにし、そ
れにより基板表面の不均一な処理を結果的に生じ
させる。

発明の目的 本発明の主要的な目的は、基板を平らに横たえ
る室内での使用に適したマグネトロン基板支持電
極を提供することにある。

本発明の他の目的は、電極によつて支持された
基板の露出表面の均一なプラズマ処理を行うマグ
ネトロン電極構造を提供することにある。

発明の構成 これらおよび他の目的は、直方体の本体を包含
するマグネトロン電極によつて達成される。この
マグネトロン電極は、その電極体の厚さがその幅
および長さよりも十分に小さく、また２つの磁性
部材が、該電極体の一方の端部に配置された１つ
の極性の第１磁極と、該本体の他方の端部の反対
極性の第２磁極とを構成している。

電極本体の１つの面は基板支持面であり、また
磁極部材はこの面を越えて電極体の全幅にわたり
突出しており、それによつて磁界が、第１および
第２の極の間を電極体の全幅にわたり基板支持面
の近傍に縦に広がるようになつている。好適に
は、磁極部材は電極体の両方の面および側縁部か
ら突出して各端部に連続的な周辺フランジを形成
するようにし、第１および第２の極の間の磁界が
電極本体をベルトのように取り囲むようにしてい
る。

電極上に置かれた基板表面の処理の均一性を改
善するために、補助磁石手段が電極支持面と間隔
を置いてかつ面して配置されることが可能であ
り、この補助磁石は第３の極部材を有し、この第
３の極部材は電極の第１の極部材の近傍に配置さ
れ、かつこれと同一極性を有している。補助磁石
の第４の極部材は、電極の第２の極部材の近傍に
配置される。補助磁石の強さおよび位置は、基板
支持面近傍に結果的に得られる界が平らにされ、
また支持表面が実質的に平行に伸びるようにする
ようなものである。

実施例 第１図は本発明による基板支持電極が組み込ま
れたプラズマ処理装置１０の概要形状を示してい
る。この装置は端部が開口した殻体１２を有する
密閉室１１を包含し、該殻体１２は上部シール板
１３と底部シール板１４によつて閉じられてい
る。図示されてないが、ボルトとナツトのような
慣用的なクランプ手段やＯリングシールのような
慣用的なシールが、密閉室組立て体の必要な耐真
空性を与えるために必要である。

底部板における排気開口１５は真空ポンプ１６
につながつており、そして酸素のような少なくと
も１つの反応体ガスが、単独でかまたはアルゴン
のような不活性ガスとともに、それぞれ発生源１
７と１８からそれぞれ弁１９と２０、および引入
口２１を経て、室内に採込れられることが可能で
ある。

マグネトロン基板支持電極組立て体２２は室内
に伸びており、また取付け板２３、および適当な
留め具とシール（図示していない）によつて殻体
１２に密閉的に取り付けられている。

基板支持電極組立て体２２は長方形の横断面を
有する電極２４を包含し、該電極２４は取付け板
２３に溶接されるか、または貼り付けられてい
る。電極の上面２６は、例えば集積回路の製造に
おいて使用される従来のセラミツク円盤または半
導体ウエーハのような基板２７のための支持面と
して使われる。RF電力は電源２８から導線２９
を経て、電極組立て体２２の外端上に取り付けら
れたカツプリング３０に供給される。RF電源と
しては従来のプラズマ処理システムで使用される
市販のものを用いることが可能である。カツプリ
ング３０は、また、基板支持電極の内部に冷却水
を流すことを可能にする引入口と引出口の結合
（図示していない）を備えることが可能である。

第２図および第３図を参照するに、基板支持電
極２４は、銅やアルミニウムのような導電性の非
磁性材料でつくられた電極体３１を包含する組立
て体である。電極体３１は、一般には、直方体形
状であつて、その長さまたは幅のデイメンジヨン
よりも十分に小さい厚さのデイメンジヨンを有し
ている。換言すれば、好適には円形の側縁部３２
および３３を有する「本形」である（第２図を参
照）。

電極本体３１内には、第１磁極を構成する第１
磁性部材３５と第２磁極を構成する第２磁性部材
３６の間を縦に伸びる少なくとも１つの棒磁石３
４が配置される。磁性部材は軟鉄のような透磁性
の材料で作られる。各磁性部材は電極体の各端部
に配置され、また少なくとも電極体の支持面２６
から電極体の全幅にわたつて外方向に突出してい
る。好適には、磁性部材３５と３６はまた裏面３
７、および側縁部３２と３３から突出して電極体
の各端部に連続的周辺フランジを形成している。
結果として、破線３８で示される磁界は、第１磁
極と第２磁極の間の空隙を横切つて縦に伸びてお
り、また電極体をベルトまたはカーテンのように
完全に取り囲む。このように、電極構造と組み合
わされる磁界は、電極体の露出表面近傍に、取り
囲まれた電子トラツプを形成する。この磁界の強
さは、好適には、およそ50から1000ガウスの範囲
である。

RF電力が電極に印加されると、密なグロー放
電またはプラズマがこの電子トラツプにおいて発
生される。この放電が電極組立て体の表面近傍に
伸びることを防ぐために、カツプ形状の暗黒部シ
ールド３９が絶縁体４０に取り付けられており、
該絶縁体４０もまた磁極片３５に固着されてい
る。相応する暗黒部シールド４１は、電極体の他
端上に取り付けられた磁極片３６に絶縁体４２を
介して取り付けられる。加うるに、基板２７の汚
れを防ぐため、環状の磁極片蓋（図示していな
い）が磁極片３５と３６の露出面に固定されるこ
とが可能であり、この蓋の材料はグロー放電内の
反応種に対し不活性である。

再び第１図を参照して、図示されたプラズマ処
理装置はバイアス・スパツタリングとプラズマ・
エツチングの両方を実行することが可能である。
バイアス・スパツタリング・モードに対しては、
従来のターゲツト陰極組立て体４３が備えられて
おり、該組立て体４３は電気絶縁リング４４の手
段によつて室の上部に取り付けられ、そして電源
に導線４５を介して接続される。加うるに、シヤ
ツター４６が桿４７に取り付けられており、この
桿４７は室の殻体における真空シールド開口４８
を通つて摺動可能に伸びている。

次に、マグネトロン基板支持電極の動作をバイ
アス・スパツタリングとプラズマ・エツチングの
両方のモードについて説明する。バイアス・スパ
ツタリング・モードにおいては、スパツタ被覆さ
れるべき基板２７が電極２４の支持面２６上に置
かれた後に、真空ポンプ１６が作動されてスパツ
タリング室１１を排気する。室内の構成成分を十
分に排気する時間にわたり所望の真空レベルが維
持された場合、不活性ガス、反応ガス、または不
活性ガスと反応ガスの混合ガスが、実施される被
覆の形式に応じて、室内に弁１９と２０を経て、
所望の動作圧力に達するまで、吸入される。この
所望の動作圧力は典型的には0.1から50ミリトル
の範囲である。スパツタリング電力が次にスパツ
タリング・ターゲツト４３に印加され、同時にシ
ヤツター４６がスパツタリング源の前の位置にお
かれる。このことはスパツタリング源からスパツ
タされた材料が初めにシヤツター上に堆積される
ようにし、それがスパツタリング・ターゲツト表
面が清浄になるまで行われ、そして基板上に汚れ
ていない材料を堆積する準備が整う。適当な時刻
に、RF電力が基板支持電極２４に印加されて、
同様に基板をスパツタ清浄するようにする。

この点までの上記の手順は慣用的なものであ
り、当該技術分野においてはよく理解されている
（例えば、J.L.ホツセンおよびW.ケルン編、アカ
デミツク・プレス(株)、1978年の「薄フイルムプロ
セス」のパート−１の論議、および、B.M.チ
ヤプマン、J.ウイレー＆サンズ、1980年の「ガス
放電プロセス」の第７章を参照）。

スパツタ清浄手順が完了すると、シヤツターが
横に移動し、スパツタされた材料が基板２７上に
堆積されることが可能になる。所望の被覆厚さに
達した後に、シヤツターがターゲツトの前に戻さ
れ、また電力が切られる。

プラズマ・エツチングを行う手順も、ターゲツ
ト陰極とシヤツターがないことを除いて、上述の
ものと基本的には同じである。

どちらのプロセスにおいても、マグネトロン基
板支持電極２４へのRF電圧の印加は、磁気ベル
トの領域内に位置される密なガス放電またはプラ
ズマを形成させる。この磁気ベルトの領域は、電
極周辺のまわりにのびており、第１図の横断面に
おいて破線の磁気線３８によつて示される。グロ
ー放電自体は対角線内に含まれる領域１０６内で
生ずる。負のDC電位が電極に印加されると、同
様な閉じ込められた放電が形成される。磁極片３
５と３６は磁気空隙の近くの領域においてプラズ
マにさらされる。このため、磁極片は、被覆また
はエツチング・プロセスにおいて反応ガスが使用
される場合に、プラズマ内の反応種に不活性な材
料で作られた磁極片蓋（図示していない）によつ
て覆われるべきである。

プラズマ領域が電極電位に維持されるそれらの
表面に向つてのび、しかしそれに到達しかつ接触
しないということが注目されるべきである。プラ
ズマが存在しない空間１０７はプラズマ鞘領域と
して知られている。電極がRF電源に容量的に結
合されると、プラズマの整流特性がDCバイアス
を電極表面とプラズマ間に発展させることがよく
知られている（例えば、R.N.チヤツプマンの
「ガス放電プロセス」の第５章を参照）。このバイ
アスは、各RFサイクルの間の非常に短かい時間
を除いて、プラズマが電極に対して正であるよう
なものである。このDCバイアスはプラズマ鞘領
域内に電界を発生させ、この電界はどの箇所にお
いても電極表面に垂直である。プラズマ自体は実
質的に電界に影響されない。

プラズマ内でのイオン形成（および反応ガスが
使用された場合の反応的な基の形成）の機構は、
負にバイアスされた電極表面からの電子の放出で
始まる。これらのいわゆる１次電子はプラズマ鞘
１０７における電界によつてプラズマに向つて加
速され、中性ガス原子との衝突によるイオン化お
よび反応種形成を発生するに十分なエネルギーを
得る。磁界がない場合においては、１次電子の大
部分が電極表面から遠ざかり、それによりグロー
放電を電極表面から遠くに離れた領域にのばす。
加うるに、１次電子の多くは陽極表面に到達する
前にガス原子と衝突しないので、イオン化および
反応種の発生の度合は限定される。

第１図の包囲磁界はこの電子軌道を変え、この
状態を劇的に改善する。例えば、電極面２６か
ら、および基板２７の露出面から放出されるそれ
らの電子を考察する。ここで鞘電界は磁界に垂直
である。結果として、Ｅ×Ｂの電子ドリフト運動
は第１図の平面の外側に向き、電子を角柱電極の
周囲を回るようにさせ、いつでも電子が磁気ベル
ト内にとどまり、基板２７に非常に接近し、それ
によりこれらの電子によつて誘起されるイオン化
または反応種の発生が電極表面に近いプラズマ領
域にトラツプされる。

突出している磁極片表面から放出される電子は
別の方法でトラツプされる。ここで、鞘電界線は
磁界線に並行であり、それゆえ、電子は、プラズ
マ領域内への加速の後に、渦巻態様で磁界線に並
行に移動し続ける。この運動は電子を反対側の表
面に運ぶ。反対側の鞘界に接近することによつ
て、電子はプラズマの中にはね戻され、また結果
としてトラツプされもし、基板表面のすぐ近くで
往復振動する。

このように、全部の電子が、閉ループＥ×Ｂド
リフトと往復振動運動との結合作用によつてトラ
ツプされる。電子は、ガス原子との衝突により磁
力線を横断し最終的には暗黒部シールド３９と４
１に移動し、該暗黒部シールドにおいて放電から
取り除かれる場合にのみ、前述のトラツプから緩
慢に脱出することが可能である。

電極基板支持面２６と、シールド３９および４
１により規定される平面との間の放射間隔は主と
してプラズマベルト１０６の厚さを決定する。こ
のプラズマベルトは露出された基板表面に密に接
近して維持されるが、磁界線が磁極間の中央領域
において外側へ凸状に曲がるかまたは膨らむこと
を見ることができる。グロー放電領域の内側包絡
線および外側包絡線は一般に磁界線に従うので、
プラズマおよび鞘界が中間領域において磁極付近
におけるよりも十分に厚いことが、第１図から明
らかである。

プラズマベルトおよび鞘界の不均一な厚さが基
板の表面上に不均一な結果を生じさせることが知
られている。この理由は、正イオン軌道がプラズ
マ鞘界によつて主に決められ、正イオンの質量が
電子の質量よりもずつと大きいので、正イオンは
この装置で使用される磁界（典型的には50から
1000ガウス）によつて実質的に影響されないこと
のためによる。鞘界はここで正イオンの一部を電
極表面に向けて、そしてより重要には、基板表面
に向けて加速されるようにし、それにより電極か
らの或る望ましくないスパツタリングおよび基板
からのバツク・スパツタリングを生じさせる。鞘
界が厚いほど、イオンが加速される通路が長くな
る。このように、正イオンは鞘界が最も厚いとこ
ろで最も大きなエネルギーをともなつて基板に到
達する。

本発明の重要な一面は補助的な磁石手段を使用
することであり、この補助磁石手段は、より平ら
に、また電極表面のごく近傍に一層集中されるよ
うに磁界を整形する。第３図を参照するに、この
磁界整形は、電極２４の基板支持面から一定間隔
を置きかつこれに面した補助磁石４８によつて行
われる。この補助磁石４８は、電極組立て体の第
１および第２磁極部材３５および３６の近傍にそ
れぞれ位置する２つの棒磁石４９および５０を包
含する。各磁石４９および５０は電極体の全幅寸
法の間をこれに並行（すなわち、図面の面に垂
直）に伸びており、そして各磁石は一方の側縁部
がＮ極、かつ反対の側縁部がＳ極であるように磁
化される。

２つの磁石４９および５０は、電極の第１およ
び第２磁極に反発する関係で方向決めされる。す
なわち、同極がお互いに面しあい、そして磁気回
路が、これら磁石の他方の磁極との間に軟鉄また
は他の透磁性材料の棒または板５１によつて作ら
れる。このように、３つの部品の組立て体が断面
Ｕ字形の磁石を構成し、この磁石は、電極の第１
磁極３５に近くかつ同極である第３磁極５２、お
よび電極の第２磁極３６に近くかつ同極である第
４磁極５３を提供する。

第３図から理解できるように、補助磁石４８は
磁力線５４を発生し、この磁力線５４はその磁極
間の空隙にかかり、かつ電極の磁界線３８に向か
つて外方向に膨らんでいる。この結果として、磁
界３８の膨らみが平らにされ、磁界は電極表面２
６近傍に集中される。したがつて、プラズマ領域
の厚さおよびプラズマ鞘の厚さはともに縮少さ
れ、またより均一にされる。

第４図は補助磁石の代替品を示しており、電極
構造の他の構成部品は第３図に示したものと同じ
であり、同一の参照番号が付されている。補助磁
石５５は磁石と透磁性材料の位置が置き換えてあ
る。したがつて、１以上の棒磁石５６が透磁性の
極片５７および５８の間を縦に伸びている。磁気
的な結果は基本的には同じであるが、極片５７が
電極のＳ極に近いＳ極を形成し、そして極片５８
が電極のＮ極に近いＮ極を形成している。前記と
同様に、磁界線３８の膨らみは平らにされ、そし
て磁界線は電極表面のより近くに集中される。

本発明の界整形磁石は、また、先に提案され早
めに検討された角柱電極の使用に適用可能であ
る。第５図を参照するに、マグネトロン６１は八
角柱体６２を有し、この八角柱体６２は、暗黒部
シールド６３および６４で覆われたその各端部
に、フランジの設けられた磁極片（図示していな
い）を備えている。電極の本体は環状の補助磁石
６５によつて同軸的に取り囲まれている。この補
助磁石は円筒形のリング磁石６６を含み、このリ
ング磁石６６は透磁性材料でできた平らな環状極
片６７および６８を有している。極片環体の内周
縁部はしたがつて補助磁石の磁極となり、そして
電極の磁極に反発する関係に配置される。結果と
して、電極の磁界線６９は平らにされ、また補助
磁石の磁界線７０によつて集中される。

補助磁石の界整形効果がその磁界強度と電極の
磁極に対してのその磁極の位置とに依存している
ことは明らかである。補助磁石の各磁極は電極磁
石構造の磁極の間隔よりもお互いに近づいた間隔
に保たれることが可能であり、それらは電極磁石
の磁極と同一の間隔に保たれることが可能であ
り、またはそれらはさらに離れた間隔に保たれる
ことが可能である。補助磁石構造の磁極端部は界
整形に影響を及ぼすように形作られることが可能
である。例えば、第４図における補助磁石構造の
磁極片５７および５８の端部７１および７２は、
電極の基板支持面に向う角度に曲げられている。

加うるに、電極磁石構造は、電極体の面または
側端部を越えて伸びない磁極片を有することが可
能である。第６図に示すように、基板支持電極体
７３は、上述の第３図の実施例におけるように、
少なくとも１つの内部棒磁石７４を備える。磁極
片７５および７６は電極体の各端部に配置され、
また絶縁スペーサ７９および８０上に取り付けら
れた相応する暗黒部シールド７７および７８をそ
れぞれ備える。

第６図の実施例において、極片は電極体の基板
支持面８１より上に伸びていないが、代わりに、
凹所が設けられて暗黒部シールドの上部面が基板
支持面と実質的に同じ高さになることが可能なよ
うになつている。この同一高さに表面を配置する
ことは、支持表面に置かれる基板用の自動載置装
置の設計を簡単にする。磁極片は上側面からと同
様に下側面からへこんで示されているが、これは
不可欠なことではない。このように、マグネトロ
ン電極は、もし要求されれば、同一高さの上部表
面と電極体の側端部および裏面からの極片のフラ
ンジ状の広がりとを有することが可能である。先
に述べたマグネトロン電極の実施例におけるよう
に、磁極片は電極体の露出表面を取り囲む磁界３
８を発生し、それにより閉じられた電子トラツプ
界を磁極間の本体表面近傍に作る。界整形用の補
助磁石８４は基板支持面８１の上に配置され、そ
して各端部に取り付けられた磁極片８６および８
７を有する棒磁石８５を備える。補助磁石によつ
て発生される磁界８８は、基板８２の上の界を平
らにしまた集中させ、それにより電極の動作中に
発生されるプラズマの均一性を増加させる。

補助磁石の使用に代えて、本発明の平面マグネ
トロン電極の基板支持面の上の界は、電極の磁極
片の間隔をその基板支持面の幅寸法上で変えるこ
とによつて都合よく整形することが可能である。
第７図および第８図はそのような間隔を変化させ
る２つの例を示している。第７図において、平坦
な本形のマグネトロン電極８９が基板９０をその
上側面９１上に支持する。電極の対向端部にある
磁極片９２および９３は非並行な面９４および９
５をそれぞれ有しており、界の強度が側縁部９６
から側縁部９７に向つて増加するようになつてい
る。

第７図の非並行磁極片の目的は、電子ドリフト
の効果による基板の上のプラズマ厚さの不均一を
補償することにある。電子ドリフトが電極体の周
囲に矢印９８の方向に生ずるように磁極が配置さ
れると、電子が縁部９７の周囲を電極の裏側から
ドリフトするにつれて生ずる遠心力のために、プ
ラズマが縁部９６上におけるよりも縁部９７上に
おけるほうがより厚くなる。縁部９７近傍の磁極
片の間の間隔をより接近させることにより、強め
られた界は電子の外方向へのドリフトを防止す
る。

第７図の直線状の非並行表面９４および９５の
代わりに、第８図のマグネトロン電極９９は曲線
状の縁部１０２および１０３を有する磁極片１０
０および１０１をそれぞれ有し、この磁極片１０
０および１０１は所望の界形状と強さを発生させ
て均一プラズマ厚さを基板１０４の全域の上で達
成するようにすることを可能にする。

第３図から第６図のマグネトロン電極および補
助磁石はスパツタリング構造をともなわずに示さ
れているが、これらの構成部品を相互に特有な関
係で、物理的および電気的の双方について、第１
図に示されるようなプラズマ処理システムの真空
室の内側または外側において、どのように取り付
けるかは当業者には明白なことである。さらに変
形がなされることが可能であり、本発明の精神お
よび範囲から逸脱することなく、ここに述べた特
定の実施例に対して等価的構成要素が代用される
ことが可能であることは明白である。

【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を包含
するプラズマ処理装置の概要図であり、第２図は
第１図において示されるマグネトロン電極の斜視
図であり、第３図は第１図のマグネトロン電極の
横断面を補助的な界形成磁石手段とともに示す簡
単化された正面図であり、第４図は第１図のマグ
ネトロン電極を代わりの補助的な界形成磁石手段
とともに示す簡単化された正面図であり、第５図
は対称的角柱マグネトロン電極の部分横断面図を
環状の補助的界形成磁石手段とともに示す簡単化
された正面図であり、第６図はマグネトロン電極
の他の実施例の断面を補助的な界の磁石手段とと
もに示す簡単化された正面図であり、第７図はマ
グネトロン電極の他の実施例の平面図であり、第
８図はマグネトロン電極の他の代わりの実施例の
平面図である。 １１……密閉室、１２……殻体、２２……基本
支持電極組立て体、２４……電極、２７……基
板、３４……磁石、３５，３６……磁性部材、３
８……磁界線、４８……補助磁石、４９，５０，
５６……棒磁石、５７，５８……磁極片。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 排気可能な室； 該室を排気する手段； 該室に予め選択された反応ガスを導入する手
   段； 該室の上部に取り付けられて下方向を向くスパ
   ツタリング面を有するカソード； 該カソードの下に配置された電極であつて、該
   電極は、 本体であつて、長さ、幅、および厚さの寸法が
   相互に直交している直方体形状を実質的に有し、
   該本体の厚さは該本体の長さおよび幅よりも実質
   的に小さく、長さおよび幅の寸法は水平に上方向
   を向く基体支持面および裏面を規定し、長さおよ
   び厚さの寸法は対向する側端部を規定し、幅およ
   び厚さの寸法は該本体の対向する端部を規定する
   もの；および、 ２個の磁性部材であつて、該磁性部材の各個は
   該本体の各々の端部に配置され、該磁性部材の一
   方は１つの極性の第１磁極を構成し、また他方の
   磁性部材は反対の極性の第２磁極を構成し、それ
   により磁界が該面および該側端部の近傍の該磁性
   部材の間で該本体を包囲する連続状ベルトとなつ
   て延びているもの； を具備しているもの；および、 該スパツタリング・カソードと該基体支持電極
   とに接続された電源であつて、該スパツタリング
   面から金属のスパツタリングを生ぜしめるに適当
   な第１の所定電圧で該スパツタリング・カソード
   に電気的エネルギーを送出し、かつ該基体から大
   きなバツクスパツタリングを生ぜしめることな
   く、前記面に支持された基体上に堆積されたスパ
   ツターされた金属との反応のために、該基体支持
   面の近傍の反応ガスのイオン化を生ぜしめるに適
   当な第２の所定電圧で、該基体支持電極に電気的
   エネルギーを送出するもの； を包含する反応スパツタリング装置。 ２ 各磁性部材が該電極の本体の該各面および該
   対向する側端部から突出して該本体の各々の端部
   に連続状の周辺フランジを形成している特許請求
   の範囲第１項に記載の反応スパツタリング装置。 ３ 該本体の該側端部の断面がまるく凸形となつ
   ている特許請求の範囲第１項または第２項に記載
   の反応スパツタリング装置。 ４ 該磁性部材は透磁性材料の極片を具備し、該
   基体支持電極はさらに少なくとも１個の磁石を具
   備し、該磁石は該本体内に配置されかつ該極片の
   間を縦にのびている特許請求の範囲第１項に記載
   の反応スパツタリング装置。 ５ 各磁性部材を取り囲む導電性材料の暗黒部シ
   ールド、および、 該各暗黒部シールドを、電気的に絶縁され間隔
   付けられた関係で該各磁性部材に取り付ける手
   段、 をさらに具備する特許請求の範囲第１項に記載の
   反応スパツタリング装置。 ６ プラズマ処理装置の低気圧室内で使用する基
   体支持電極としてのマグネトロン電極装置であつ
   て、該マグネトロン電極装置は、 平らな水平に上方向を向く長方形の処理面を有
   する電極本体であつて、該本体の第１および第２
   の端部の間で規定される長さと、該処理面の２つ
   の側端部の間で規定される幅とを有するもの、 該電極本体の第１および第２の端部に配置され
   た第１および第２の磁性部材をそれぞれ包含する
   磁石手段であつて、該第１の磁性部材は１つの極
   性の第１の磁極を構成し、また該第２の磁性部材
   は反対の極性の第２の磁極を構成し、それにより
   磁界が第１および第２の磁極の間を連続的に該本
   体の回りにのびるもの、および、 該第１および第２の磁極の上に間隔を置いて配
   置された第３および第４の磁極をそれぞれ有する
   追加的な磁石手段であつて、該処理面に面し、該
   第３の磁極は該第１の磁極と同じ極性を有し、ま
   た該第４の磁極は該第２の磁極と同じ極性を有す
   るもの、 を具備するマグネトロン電極装置。 ７ 該第３および第４の磁極は該電極本体の処理
   面に面する極を有する磁石をそれぞれ具備し、ま
   た該各磁石の他方の極に結合している透磁性材料
   の部材は該第３および第４の極を具備する特許請
   求の範囲第６項に記載のマグネトロン電極装置。 ８ 該第３および第４の磁極は透磁性材料の極片
   を具備し、各極片は該電極本体の処理面に面する
   表面を有し、また該追加的磁石手段は該極片の間
   を縦にのびている磁石をさらに具備する特許請求
   の範囲第６項に記載のマグネトロン電極装置。 ９ 該処理面に面する該各極片の表面が該処理面
   に対して角度をもつて傾いている特許請求の範囲
   第８項に記載のマグネトロン電極装置。 １０ 該電極本体は直方体形状を実質的に有し、
   該形状は相互に直角な長さ、幅、および厚さの寸
   法を有し、該電極本体の厚さは該電極体の長さお
   よび幅よりも実質的に小さい特許請求の範囲第６
   項に記載のマグネトロン電極装置。 １１ 該基体支持電極本体の第１および第２の端
   部に配置された該第１および第２の磁性部材は非
   平行である特許請求の範囲第１０項に記載のマグ
   ネトロン電極装置。 １２ 各磁性部材は該電極本体の幅および厚さの
   寸法を越えてのびて該本体の各々の端部に連続的
   な周辺フランジを形成し、それによつて該磁性部
   材の間にひろがる磁界が完全に該電極体を取り囲
   むようにする特許請求の範囲第１０項に記載のマ
   グネトロン電極装置。 １３ 該電極本体は正多角形断面の角柱形状を有
   し、該処理面は該角柱体の面の一つからなり、該
   追加的磁石手段の第３および第４の極は該角柱電
   極本体に対して同軸的に位置された環状の極を具
   備する特許請求の範囲第６項に記載のマグネトロ
   ン電極装置。 １４ 該角柱電極本体の各面はプラズマ処理面を
   具備する特許請求の範囲第１３項に記載のマグネ
   トロン電極装置。 １５ 該追加的磁石手段は円筒形殻体の形状の磁
   石、および該磁石の各々の端部に近接しかつ第第
   ３および第４の極を構成する二つの平らな環状の
   極片を具備する特許請求の範囲第１４項に記載の
   マグネトロン電極装置。 １６ 各々の平らな環状の極片の内径が該円筒形
   磁石の内径よりも小さい特許請求の範囲第１５項
   に記載のマグネトロン電極装置。