JPH03162583A - 真空プロセス装置 - 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２Ｍｉ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威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Ｐｈｉを取出し、ブロフキングキャパシタ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Ｐｈｉ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上に垂直に形威
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１ｌを形成するための一対のソレノイドコ
イル１２が３Ｍｌ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Ｐｈｔ
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Ｂｉ界１１が形戒される。

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し、中性のエッチングガスと激し
く衝突して高密度のブラズマを発生し、この空間にマグ
ネトロン放電１３を生しさせる。

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、プラズマ密度に片
流れ分布が生しる。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１
０−４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ｌ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、高速エソ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
ハ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ノノ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
て薄膜を形或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２種類の極性の電極２
１　．　２２を相向い合わせて交互に配置した真空プロ
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
合わせて交互に配置し、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Ｐｈｉ，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朋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威と
したものである。

本発明の第２装置は同し課題を解決し、同じ目的を達成
するため、第２図示のように２種類の極性の電極２１　
．　２２を相向い合わせて交互に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
せて交互に配置し、各電極２１　．　２２の相向い合っ
た内側の面の少なくともｌ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Ｐｈｉ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Ｐｈｉ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
せる構或としたものである。

本発明の第３装置は同じ課題を解決し、同じ目的を達或
するため第３，第４図示のように２種類の極性の電極２
１　．　２２を相向い合わせて交互に配置した真空プロ
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補助電極３１　．　３２を相向い合
わせて交互に配置し、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、洛電極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Ｐｈｉ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Ｐｈｉ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２種類の極性２
１　．　２２を相向い合わせて交互に配置した真空プロ
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補助電極３１　．　３２を相向い合
わせて交互に配置し、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間の空間に
マグネトロン放電を生じさせる構或としたものである。

本発明の第５装置は同じ課題を解決し、同じ目的を達或
するため２種類の極性の電極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補助電極３
１　．　３２を相向い合わせて交互に配置し、各電極２
１　．　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２
１　．　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ｌ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威としたものである。

〔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ｌ〜１０Ｑ　ｍＴｏｒｒ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ＰｈｉとＰｈ２を各電極２２．
３２にそれぞれプロツキングキャパシタ７を経由して供
給し、印加された電力ＰｈｉとＰｈ２によって基板３上
に電界１０を形或する。電界１０と磁界１１が直交する
ため、マグネトロン放電１３が形威される．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、プロツ
キングキャパシタ７によって蓄積され、負の直流自己バ
イアス電圧を形或する。

この直流自己バイアス電圧の形或にともなって電極２２
の近傍に正イオン密度の高いイオンシースが形威される
。各電極２２　．　３２のイオンシース部で形或される
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ＰｈｉとＰｈ
２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ｌ３
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ヘ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Ｓｉｌｌ４等の成膜
用ガスを用いれば、ＣＶＤ装置として使え、ＣＦ．等の
エソチングガスを用いればエッチング装置として使え．
Ａｒ等のスパソ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ＰｈｉとＰｈ２をそれぞれ
ｌ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７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　，　３
１　．　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１（１２）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３
１　．　３２上で逆方向のプラズマ密度分布が形威され
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ｌ８を用いて交流電力Ｐ
ｈｉ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
Ｐｈｉ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２
１，２２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
Ｓｉｔ＋４等の威膜用ガスを用いればＣＶＤ装置として
使え、ＣＦ．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，八ｒ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Ｐｈｉ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あるの
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、ドライエソチングを
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Ｐｈｉ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ＰｈｉよりＰｈ
２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　．　２
２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、ＣＦ．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
ばスパソ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，Ｉ６
を用いたのに対し、交流電源６，ｌ６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２
１　．　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　，　２３　．　２４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ｌ図は本発明装置の第１実施例の構或の概要を示す説
明図で、第５図に示した従来装置の構或部分と同様な構
或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ｌ８は高周波電源６と１６の例えば１３．５６ＭＨ
ｚの高周波電力Ｐｈｉ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ｌ２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
でもよく、基板３上にほぼ平行な磁界１１を印加できる
手段ならば構威を問わない。磁界は固定しておくとプラ
ズマ密度の均一性はやや劣るが、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２
２上に限定するものではなく、電極２１上又は２電極２
１　．　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Ｐｈｉ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Ｐｈｉ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Ｐｈｉ
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Ｐｈｉ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ッ力により
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Ｐ
ｈｉを電極２２へ、高周波電源１６の電力Ｐｈ２を電極
３２へそれぞれプロソキングキャパシタ７を経由して供
給する。

印加された電力Ｐｈｉ，Ｐｈ２によって電極２２　．　
３２上に電界１０が形威される。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
が形威される。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２
２　．　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戒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
スが形威される。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カの影響によって電極２２上
へ流れ出し、電力Ｐｈｉの供給量の少ない電極２２上に
高密度のプラズマを形威する。

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桁以上高速にできる。

この装置は反応ガス４としてＳｉＨ４等の威膜用ガスを
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、ＣＦ．等のエソ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実施例の構威の概要を示す説
明図であって、第１図に示した装置の構戒部分と同様な
構戒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Ｐｈｉを供給し、上部補助電極３１に高周波電力Ｐ
ｈ２を供給して、各電極２１　．　２２に供給する高周
波電力Ｐｈｉ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Ｐｈｉ，ＰｈＺ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
ｌ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
プロツキングキャパシタ７を経由して、それぞれ電極２
１　，　２２　．　３１　．　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２２，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２｛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Ｐｈｔ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Ｐ
ｈ２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２
１　，　２２　，　３１　．　３２上に電界１０が形戊
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が形威される。このマグネ
トロン放電ｌ３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　．　３１３
２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或する。

この直流自己バイアス電圧の形戊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＋ｉｌｉ助
電極３２のイオンシース部で形威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１（１２）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ッ力の向きが逆に
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の近傍では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でそれぞれ形威されたプ
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或できる。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ＩＣＩ１１〜５　
ｃｍ程度が好ましい。

高周波電力Ｐｈｉ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Ｐｈｔの供給
量よりも太き《すると、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
働くローレンッ力により電極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実施例の構戒の概要を示す説
明図であって、第１，第２図に示した装置の構底部分と
同様な構戒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，Ｉ６より高周波電力Ｐｈ１とＰｈ２を各電極２
１　．　２２の組と３１　．　３２の組に同位相で同朋
させて供給する。高周波電力Ｐｈｉ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ｌは接地する。この高周波電源６．１６は、ほ
ぼ同位相で同期し、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ＩＭｉ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ｌ２を用いて各電極２１　，　２２　，　３１
　．　３２に平行となるように磁界１１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ｌ　ｃｔｓ〜５
備程度が好ましい。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．　２
２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、ＣＦ．等のエッチングガスを用
いればエソチング装置として使え．Ａｒ等のスパンタリ
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実施例の構或の概要を示す説
明図であって、第１，第２，第３図に示した装置の構成
部分と同様な構戒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＜シ，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＜シ，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ｌ２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２
２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３
１　．　３２への高周波電力Ｐｈｉ，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２
１　．　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ｌ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、
互いに頚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２
２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ｌ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　．　３
２へ高周波電力ＰｈｉとＰｈ２の位相を同期させて供給
したり、■　高周波電力Ｐｈｉ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Ｐｈｉ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Ｐｈｉ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２１　．　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　．　３
２を配置し、高周波電力Ｐｈｉ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ｌまた
は反応室１内例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Ｐｈｉを少なめにした場合でも、周囲の袖助電極３１
　．　３２への供給電力Ｐｈ２を多めにすることにより
電極２１　．　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仮３上に形威される。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・或することができる。

マグネトロン放電の発生するガスの圧力はＩｏｍＴｏｒ
ｒ前後とかなり低いため、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或することが可能で
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＜、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実施例の構或の概要を示す説
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実施例の構戊の
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
装置の一例の構戒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、ＩＯ・・・・・・電界、１
１・・・・・・磁界、ｌ２・・・・・・ソレノイドコイ
ル、ｌ３・・・・・・マグネトロン放電、ｌ８・・・・
・・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、Ｐ
ｈｉ・・・・・・交流（高周波）電力、Ｐｈ２・・・・
・・交流（高周波）電力。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）２種類の極性の電極（２１，２２）を相向い合わ
   せて交互に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）を相向い合わせて交互に配置し、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。 （２）２種類の極性の電極（２１，２２）を相向い合わ
   せて交互に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）を相向い合わせて交互に配置し、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、同一周波数の交流電力Ｐ
   ｈ１を各電極（２１，２２）に、同一周波数の交流電力
   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。 （３）同一周波数の交流電力Ｐｈ１を各電極（２１，２
   ２）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、同一周波数の交流電力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Ｐ
   ｈ１，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。 （４）同一周波数の交流電力Ｐｈ１を各電極（２１，２
   ２）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、同一周波数の交流電力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Ｐｈ
   １，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。 （５）２種類の極性の電極（２１，２２）を相向い合わ
   せて交互に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補助電
   極（３１，３２）を相向い合わせて交互に配置し、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（２
   ２，３２）に印加し、正の直流電圧を各電極（２１，３
   １）に印加し、各電極（２１，２２，３１，３２）への
   印加電圧を独立に制御し、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（２１，２
   ２）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。 （６）２種頚の極性の電極（２１，２２）を相向い合わ
   せて交互に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補助電
   極（３１，３２）を相向い合わせて交互に配置し、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（２
   １，２２，３１，３２）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、各電極
   （２１，２２，３１，３２）への印加電圧を独立に制御
   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。 （７）リング状補助電極（３１）がリング状に配列し電
   気的に接続した２枚以上の電極からなることを特徴とす
   る請求項第１項乃至第６項のいずれかに記載の真空プロ
   セス装置。（８）各電極（２１）と（３１）が反応室内
   において電気的に接続され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。 （９）リング状補助電極（３２）がリング状に配列され
   電気的に接続した２枚以上の電極からなることを特徴と
   する請求項第１項乃至第８項のいずれかに記載の真空プ
   ロセス装置。 （１０）相向い合う電極（２１，２２）間と（３１，３
   ２）間の間隔がすべて等しく、互いに平行をなすことを
   特徴とする請求項第１項乃至第９項のいずれかに記載の
   真空プロセス装置。 （１１）相向い合う電極（２１，２２）間と（３１，３
   ２）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１０項記載の真空プロセス装置。 （１２）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１０項記載の真空プロセス
   装置。