JPH0528894B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ 産業上の利用分野 本発明は高速な反応性イオン・エツチング／ス
パツタリングのための中空陰極構造体に関する。

Ｂ 従来技術 高周波（RF）スパツタリングは一般に知られ
ている技術であり、文献（例えば、1980年ニユー
ヨーク州ジエイ・ウイリイ・アンド・サンズ社刊
ビイ・チヤツプマン著「グロー放電方法」（B.
Chapman，“Glow Discharge Process”，J.
Wiley and Sons，NY，1980，pl35−173）に良
く説明されている。これはダイオード・スパツタ
リング型のものであり、真空室内に陰極、実効陽
極及びプラズマを含む。電極は代表的な場合、高
電圧（1000−1500ボルト）及び高周波（13.56メ
ガヘルツ）で駆動される。プラズマは室内の気体
の高電圧によるブレークダウンによつて形成さ
れ、代表的な場合、プラズマの電位は室壁の電位
である接地電位にある。陰極は印加高周波電圧の
負の部分ではプラズマ中の高にエネルギのイオン
によつて衝撃され、正の部分では電子の衝撃を受
ける。従つて陰極には正味の電荷は流れない。陰
極は高エネルギのイオンの衝撃を受ける。このス
パツタリングは陰極の表面上のサンプルを侵食し
たり、適当な支持体により対向する表面上に置か
れたサンプル上に正味の付着を行なつたりするの
に使用される。

反応性イオン・エツチングはこのイオン衝撃過
程に化学的反応を付加した技術である。フレオ
ン、酸素、シラン等の或る気体は装置の製造に使
用する多くの通常の材料（ケイ素、石英、ポリイ
ミド等）と化学的に反応する。RFスパツタリン
グ装置に使用する時は、これ等の反応性気体は
（スパツタリングだけでなく）表面の追加のエツ
チングを表面の原子との化学的結合により生じ、
揮発性の種を形成する。種は表面を去つて、ポン
プにより排出される。

代表的には、反応性イオン・エツチング装置の
動作圧力及び気体の流率は、簡単なRFスパツタ
リング装置と比較して高いが、プラズマの基本的
作用は同じであり、RF印加電圧によつて支配さ
れる。

最近、RFプラズマを増強するために中空陰極
のグローを使用する関連装置が開発された（1983
年刊アプライド・フイジツク・レターズ第43巻第
977頁のシーホルビツツの論文（C.Horwitz，
Applied，Physics，Letter，Vo1.43，1983，
p977参照）。この装置は正規のRFスパツタリング
装置と同じ動作条件を使用してより高いエツチ率
を生ずる事によつて特徴付けられる。本発明は以
下説明する様にこの装置と比較して構造は似てい
るが際立つた改良があり、動作上の利点も多い。

米国特許第4431473号はマグネトロンをベース
とする、多くの室を有する反応性エツチング装置
を開示している。この特許の装置は本発明と多く
の点で異なる。本発明マグネトロンではなく、動
作に磁界を使用しない。この特許はマグネトロン
装置であり、磁界なしでは動作しない。本発は中
空陰極として知られた静電的な閉込め技術を使用
する。この技術はプラズマと共に存在する鞘（シ
ース）を使用して、プラズマをより良く閉込めプ
ラズマの密度をより高くするものである。上記米
国特許はこの中空陰極に基づく効果を使用せず、
単に磁気装置、気体導入口等のための個別の室を
有するに過ぎない。

アプライド・フイジツクス・レターズ第44巻
（1984年６月刊）のシー・エム・ホルビツツの論
文「中空陰極による可変角ドライ・エツチング」
（“Variable Angle Dry Etching with ａ
Hollow Cathode”by C.M.Horwitz，Applied
Physics Letters，Vo1.44（June 1984））は本発
明の様に２つの隔つた電極内に中空陰極を形成し
た装置を開示している。しかしながら、異なる型
のプラズマが形成される。このプラズマ形成は本
発明の様な低電圧によつて特徴付けられない。低
電圧動作は反応性イオン・エツチング・モードの
場合高速動作のための重要な要素である。他の差
異はDCバイアス電圧にあり、これは印加RF電圧
及び電極の面積及びプラズマ密度を反映する。本
発明の装置ではDC電位は極めて低く、０に近い。
これによつてプラズマの電位は通常のプラズマよ
りもわずかに高くなるが、電極の領域に強く増強
されたプラズマが形成される。ホルビツツの論文
の装置はこの様な抵電圧によつて特徴付けられ
ず、増強のレベルははるかに低い。

要約すると、このホルビツツの論文はRF装置
における中空陰極効果を提示したが、その効果は
弱い。本発明においてはこの効果が十分に顕れ、
動作レベルもホルビツツの装置のレベルをはるか
に越えている。

シー・エム・ホルビツツによる他の論文、1983
年11月刊、アプライド・フイジツクス・レターズ
第43巻第977頁の「中空陰極の反応性スパツタ・
エツチング−新しい高速処理」（C.M.Horwitz
“Hollow Cathode Reactive Sputter Etching−
Ａ New High Rates Process”，Applied
Physics Letters，Vol.43（Nov.1983）、p977）に
は、主にスパツタリング（もしくはスパツタエツ
チング）に使用するために開発され、特に反応性
イオン・エツチングには使用しない中空陰極装置
が説明されている。

このホルビツツの装置と本発の装置の著しい差
は次の通りである。

本発明の装置は通常のRF装置の40％もしくは
これ以下の電圧で動作する。ホルビツツの装置は
通常のRF装置と同じ電圧で動作する（論文第２
図参照）。電圧が低いという事はイオン束（有効
電流）が増加して、同じ電力で著しく高いエツチ
ング率が得られる事を意味している。

本発明は直径が600cm以上で間隔がわずか２cm
の寸法で動作可能であるが、ホルビツツの装置は
わずか５cmの装置であり、しかも浮遊電極による
複雑な捕獲機構を必要とする。この事は真の中空
陰極グローが得られない事を示している。

本発明に従えば、必要に応じて２，３もしくは
より多くの中空陰極グローを形成する事が可能で
ある。この事は多くの工業上の応用がある事を示
している。

本発明は又中空陰極の表面積対間隔の比の影響
も考慮している。この比を制御する事によつて、
プラズマ電圧が制御され、エツチング率に強い影
響を与える事が出来る。

本発明は低い電圧（低い損傷）及びプラズマ電
位の制御によつて、高分子の薄膜を高速で反応性
イオン・エツチング（RIE）出来る。この様な事
はホルビツツの装置では不可能である。

さらにRIEモードでの低電圧動作は電極スパツ
タリングにより電極の材料がサンプルを汚染しな
い。この様な事はすべてのホルビツツの装置では
不可能である。

Ｃ 発明が解決しようとする問題点 本発明の主目的は低電圧、高電流密度動作が可
能な高効率中空陰極RFスパツタリング装置を与
える事にある。

本発明に従えば上述の装置を好ましい低電圧、
高電流密度モードで動作させる方法が与えられ
る。

本発明に従えば、同一構造体内に複数な低電圧
陰極領域を有する大量生産に適した装置が与えら
れる。

本発明に従えば、陰極表面の中空陰極効果を増
強し、より大きな電子密度を与え、これに伴なつ
てエツチ率を増強するための、RFスパツタ／エ
ツチ装置に使用される独特な多孔中空陰極構造体
が与えられる。

Ｄ 問題点を解決するための手段 本発に従い、RF反応性イオン・エツチング又
はスパツタ付着装置中に効果的に中空陰極グロー
を発生して低電圧高電流密度動作を与え、これに
よつて著しく効率の高い動作が与えられる。本発
明はより高いエツチもしくは付着率を与え、効果
的に処理出来なかつた材料が低電圧動作によつて
処理出来る様になる。

中空陰極グローは表面に一組の開孔をし、その
中に中空陰極グロー領域を確立する単一板電極に
おいて、発生される。この実施例はバケツト中空
陰極と呼ぶ。

Ｅ 参考例及び本発明の実施例 E1 参考例 参考例の最も一般的な実施例はRF−RIEスパ
ツタもしくはエツチング装置のための２重層金属
陰極より成る。第１図にこの陰極１５が示されて
いる。装置の動作実施例は直径12.7cmの電極を有
する装置である。従つて以下のパラメータのすべ
てはこの寸法の装置に関連するものである。しか
しながら参考例の技術は容易により大きな装置に
も適用出来る。電極は２枚の金属デイスク（直径
12.7cm）より成り、その間隔は数cm（１乃至３
cm）である。デイスクはその周辺のまわりの狭い
金属支持体１６によつて電気的及び構造的に接続
されている。この接続はより広い支持体もしくは
壁でも形成出来るが、電極のデイスク間の空間の
部分に十分な気体を流すのに十な開孔を有さなけ
ればならない。これについては後に説明する。こ
の電極構造体をMo，Cu，Ｃ及びSiO₂のデイスク
の組についてテストしたが、同じ様な結果を得
た。他の金属もしくは絶縁材料も特定の材料の反
応性イオン・エツチングもしくは付着に適してい
る。

RF付勢電圧をこの電極の組１５に印加した。
RF印加は種々の方法で行う事が出来るが、ここ
では簡単に下の電極に対する電気的接続として示
されている。他の代表的接続方法は直後もしくは
大地を介して閉込め容器２０に行うものである。
従来のRF装置を駆動するのに使用したのと同じ
型のRF電力供給装置１７を使用して、電圧を代
表的な整合回路網１８（前掲ビイ・チヤツプマン
の論文参照）を介して電極に与える。気体２２を
電極の外部から装置に供給する。動作圧力を0.1
乃至400ミリトルの範囲にするには概略的に２３
で示した適切なポンプ装置が必要である。次にサ
ンプル２４をどちらかの電極の内部表面上に位置
付けてエツチングを行う。

２重層電極はその表面間に効果的な中空陰極を
形成する。この領域に発生したプラズマ両方の電
極の表面の鞘によつて特徴付けられる。電極の表
面から（イオンの衝撃によつて）放出される電子
は鞘を横切つてプラズマ中に向つて加速される。
しかしながら、これ等は両陰極表面にある鞘によ
つて反撥され、放電領域から逃れる事は出来な
い。これ等の捕獲電子は気体の高レベルの電離を
生じ、電極間に極めて稠密なプラズマを生ずる。
この効果は古典的に中空陰極グローとして知られ
ている。RFモードでは、このプラズマは極めて
低いインピーダンスによつて特徴付けられ、比較
的中庸なパワー・レベルで高い有効電流を生ず
る。低いプラズマ・インピーダンスは又電極上の
低電圧によつて特徴付けられる。

しかしながら、上述の特徴は真の中空陰極グロ
ーが形成される時にだけ生ずる。この事は高い電
圧のために真の中空陰極状態における動作を示さ
ないホルビツツの装置とは対照的である。従つて
参考例の装置は300ボルト（RFのピーク）よりも
高い電圧でも動作可能であるが、多くの場合は
300V以下の著しく低い電圧を使用する。他方ホ
ルビツツの装置の動作電圧は500ボルを越える必
要がある。

参考例の装置の動作は、容器２０の排気後上述
の反応性気体の１つを20乃至400ミリトルの範囲
の圧力になる様に充填する事によつて開始する。
電極にRF電力を印加すると、気のブレークダウ
ンが始まつてプラズマが出来る。電極の間隔が１
乃至３cmの時は初期RF電圧は600−1000ボルトで
あり、この電圧は放電が始まる迄（１秒以下）保
持される。放電が始まると電圧は急激に降下す
る。RF電圧は電極のDCバイアス電圧によつて見
積ことができる。RFピーク電圧DCバイアス電圧
の少なく共２倍なければならない。

DCバイアス電圧は計器で測定出来、大地に関
して常に負であるが、それはイオンが電子よりも
速く領域から一掃されるからである。RFは大地
電位中心でなくこの負の電位を中心に振動する。

第１図の参考例の場合は、必要とされる強力な
中空陰極グローを得るためには、構造の寸法に厳
密さが要求される。この厳密さはアスペクト比と
呼ばれ、平坦な電極の最大寸法（即ち円板の場合
には直径、もしくは正方形、長方形の場合には対
角線）を板間の距離で割つた中空陰極の構造の寸
法として定義される。この比は少なくとも２以
上、好ましくは４以上でなければならない。ホル
ビツツの装置では略１である。

参考例の中空陰極技術によつて多くの反応性イ
オン・エツチングが著しく増強される。２つの特
定の場合、即ち特定の気体中のポリイミド及びケ
イ素のエツチングについて以下説明する。この説
明でエツチ率の増大で明らかになる。しかしなが
ら多くの他の材料例えば石英、他の型のレジス
ト、銅、クロム及び他の金属等の反応性エツチン
グが可能である。技術は全く同じであり、気体の
組合せだけが異なるだけである。

E2 ポリイミドのエツチング ポリイミドの薄膜は一般に知られている高分子
であり、高分子の主鎖もしくは側鎖に−イミド結
合を有する任意の高分子を含む。これ等の材料は
いくつかの異なる商品名で市販されていて、電子
回路のパツケージの分野で一般に知られている。
これ等の薄膜は熱的安定性が高く、電気的性質が
優れているので評価されているものである。

ポリイミドの薄膜は高い熱抵抗、良好な絶縁性
を有し、溶剤に対して耐久性があり、一回の処理
によつて付着出来る。これ等は成形及び合成工業
にしばしば使用されているが、電子工業でも薄膜
としてかなり使用されている。

従来技術（RIE及びRF）によるポリイミドの
エツチング率は300ワツトRFで900乃至1200Å／
分の範囲にある。現在説明しているRF中空陰極
を使用し、印加RF電力を300ワツト、ピークの
RF電圧を200ボルトにし、150乃至300ミリトルの
圧力の酸素中に10％のフレオンを含む混合気体を
使用し、DCバイアス電圧を−100V DCにすると
Si上のポリイミドのエツチ率は２−４ミクロン／
分になる。電力を1000ワツトに増大すると、エツ
チ率はサンプルの温度に依存して10−20ミクロ
ン／分になる。低いエツチ率は室温の場合に、高
いエツチ率は100℃の場合に得られる。

E3 ケイ素のエツチング フレオン中に10％の酸素を含む混合気体の圧力
が100−300ミリトルで500ワツトの電力を使用し
た場合、RF中空陰極中のケイ素のサンプル２４
のエツチ率は略２ミクロン／分である。これに対
して従来のエツチ率は600Å／分である。DCバイ
アスは前と同じ様に低く、−75V DCである。サ
ンプルの温度は50乃至100℃で、ピークRF電圧は
150ボルトである。

参考例は２つの重要な点でホルビツツ装置と異
なる。先ず、中空陰極効果は容量結合されたSiと
でなく、２つの金属電極間に誘起される。これに
よつてプラズマのインピーダンスが減少する。第
２に、DCバイアス電圧が通常のRF装置もしはホ
ルビツツ装置と比較して非常に低い。この非常に
低い電圧は、非常に高い電流でイオンのエネルギ
が極めて低い事を意味するが、RIEエツチングの
高速化にとつて極めて有用な特徴である。従来技
術ではバイアス電圧は高く、有効電流は低く、エ
ツチ率は参考例程著しく高められない。低い電圧
は又スパツタリングによるサンプルの金属による
汚染を減少もしくは除去する点で又極めて重要で
ある。

高電圧では、電極表面から材料がかなりの量ス
パツタされる。参考例ではこの様な問題が生じに
くいが、処理電圧が低いために電極の材料の選択
が厳密でなくなる。

E4 第２の参考例 プラズマ領域の簡単な拡張方法は電極の追加の
層を与えて多重中空陰極グローを発生する方法で
ある。この形式の構造は第２図に１つの電極を追
加した場合について概略的に示されている。この
図では、追加の電極１５′が第１図の２つの電極
の上に取付けられている。新しい電極１５′は追
加の支持体１６によつて前から存在した電極に支
持され、電気的に接続されている。この型の装置
を第１図の装置と同様に構成し、類似のモードで
動作させ、関連動作電圧及びエツチング率を測定
した。この多重RF中空陰極の動作は前に説明し
た１対のRF電極の場合と類似している。第３図
は単一中空陰極（２電極）と２重中空陰極（３電
極）とを用いてセラミツク上のポリイミドを室温
でエツチした場合のエツチング率（エツチング速
度）の比較結果を示している。第３図に示した様
に、２重中空陰極のエツチ率は同一電力レベルで
単一中空陰極の略１／２である。その理由は２重
中空陰極の場合には入力電力が電極間の２つのプ
ラズマ間で効果的に２分される事にある。より多
くの電極に拡張した場合についての実験も行われ
たが、測定したエツチ率は２重中空陰極の場合と
同じ様な関係に従う。この多重陰極の特性は、こ
の処理分野特に多数のウエハのエツチングにとつ
て極めて重要である。多重プラズマによるエツチ
ング率の減力は単に印加電力レベルを増加する事
によつて補償出来る。

操業率に対する同様な制御も中空陰極と、通常
真空室２０である包囲室の相対的寸法を選択する
事によつて行われる。この包囲室２０はRFプラ
ズマの発生の際の対向電極として働き、中空陰極
電極上の有効DCバイアスは電極と対向電極の面
積の比に関連付けられる。適切に包囲室の寸法を
選択する事によつて、中空陰極のグロー効果を高
エツチング率になる様に最適化出来、動作電圧の
関数である等方性対異方性エツチングの比が最適
化出来る。室の面積の電極の面積に対する比が高
いと、動作電圧が増えてエツチング率を減少する
が、異方性エツチングの割合が高なる。室の面積
の電極の面積に対する比が低いと動作電圧が減少
し、エツチング率が増大する。

従来技術ではほとんどが不可能だつたいくつか
の特定の応用が参考例の装置で可能になる。パタ
ーン形成を目的にする場合、参考例はいくつかの
顕著な利点を与える。第１の利点はマスクの寿命
である。従来技術では高い電圧及び高いイオンの
エネルギによつて、マスクが物理的にスパツタさ
れ、比較的寿命が短い。しかしながら、参考例の
装置はスパツタリングのエネルギが低く、殆どス
パツタリング・レベル以下であるから、マスクを
スパツタせず、さらにプラズマ中で反応しない材
料を選択出来る。第２の有用な特徴は反応率を減
少する事なく最大圧力500ミリトルを含む広範囲
の圧力で動作出来る点にある。動作の圧力依存性
について以下説明する。この高い動作圧力は従来
技術の特徴ではない事に注意されたい。高い動作
圧力は部分的に等方性モードの動作を可能にす
る。従来技術のエツチングは高いエネルギのため
に異方性であつた。参考例の装置によつて部分的
に等方性モードの動作が可能になる事によつて、
側壁に傾斜を与える事が出来る。この事は薄膜装
置の貫通孔及び相互接続の形成にとつて重要な特
徴である。

E5 動作特性の従来技術との差異 従来技術と比較して参考例の動作特性にいくつ
かの顕著な差があるという事はかなりは差がある
事を示している。従来技術であるホルビツツの装
置は参考例が利用する効果の概略を述べ、暗示し
ているに過ぎない。主な差は汚染の差である。ホ
ルビツツの装置は大きく離れた２つの小さな電極
を含み、非導電性のリングで包囲されている。こ
のリングの目的は十分な閉込めが出来ていない部
分を補う事にある。主なる動作の差は、電圧に極
端な差がある事及び動作圧力に対する依存性に差
がある事である。又動作効率が少なく共10倍高い
事も明らかである。ホルビツツの装置に真の中空
陰極グローが欠如しているという事は動作電圧が
非常に高く、500乃至1000ボルトの範囲にある事
によつて示される。参考例の装置では、十分に閉
込められた中空陰極グローが得られているので、
動作電圧は50ボルトの範囲にある。この電圧の変
化は極めて重要である。それは電力を一定にした
場合には、有効なイオン電流が著しく増大し、は
るかに高いエツチング率が得られるからである。
参考例の低電圧は従来技術の装置における大きな
問題であつた電極スパツタリングをなくす。動作
電圧の減少は又電極材料との反応にとつて重要で
ある。或るサンプルについて反応性エツチングを
与えるための材料を正しく選択する事によつて、
安定化表面層が出来る様な電極材料を選択出来
る。イオン衝撃のエネルギが低いためにこの表面
層はスパツタされない。従来のRF RIE装置の高
イオン・エネルギでは、この層の形成は物理的ス
パツタリングによつて不可能になる。参考例の装
置の圧力依存性を第４図に示す。第４図は酸素中
に10％のCF₄を含む混合気体による、室温でのセ
ラミツク上のポリイミドのエツチング率を圧力の
関数として示している。従来の装置の様に高圧で
もエツチング率は減少せず、参考例の装置は市販
の装置で通常使用している圧力（100乃至300ミリ
トル）でも十分動作する。

E6 バケツト中空陰極 本発明の実施例が第５図に示されている。この
装置は基本的な中空陰極増強RFスパツタリング
装置の電極を、単一板構造体上に小さな中空陰極
グローの配列を有する様に再構成したものであ
る。電極の表面の中空陰極グローは高いプラズマ
密度によつて特徴付けられ、電極表面のイオン衝
撃率を増大する。衝撃率が増大する事によつて、
エツチ率が増大し、２電極構造体の場合の様に基
板上の付着率も増大する。

電極表面上に小さな中空陰極グローの配列を形
成するには電極材料中に密な開孔の配列体を形成
する。これ等の開孔は電極材料を完全には貫か
ず、裏面の少し手前で終つている。この型の電極
を簡単に第５図に示す。これ等の開孔の各々は別
個のものであり、薄い側壁によつて分離されてい
る。開孔は電極を貫いていず、バケツト状の外観
を有するので、中空陰極グロー及びアークと区別
するためにバケツト中空陰極と呼ぶ。

第５図で、第１図及び第２図を参照して説明し
た中空陰極構造体との主な差異は中空陰極構造体
３１の形状である。中空陰極RFスパツタリング
装置の他の詳細部分はそのままである。第５図で
主電極３１は断面で示し、電極中の開孔は破線３
６で示している。この設計の詳細を第６図及び第
７図に示す。第６図で電極３１は透視図で示され
ている。電極の表面は密につまつた開孔３６の配
列で覆われている。これ等の開孔は円もしくは正
方形もしくは６角形の様な他の幾何学形状でよ
く、装置の動作には影響がない。これ等のバケツ
ト構造体は短い管を側面を接して密にたばね、平
坦なベース電極と接触させる事によつても形成出
来る。

バケツト中空陰極の動作は次の通りである。プ
ラズマは前に説明したのと同様にしてRF装置中
に発生される。電極３１の表面では、プラズマは
開孔即ちバケツト中に入り込む。この様子を第７
図に概略的に示す。プラズマの鞘３８が開孔の空
間領域３７に侵入し、バケツトの内壁もイオン衝
撃を受る。内壁表面から放出される２次電子は鞘
を横切つて加速され、背景気体を電離するのに十
分なエネルギを獲得する。しかしながら電子は電
極領域から離れる前に空間領域３７の反対側の鞘
によつて反射される。電子はこの小さな空間領域
３７の中で前後に多数回振動して、最後に電極３
１の上のより大きなプラズマの体積部分中に逃れ
る。電子の捕獲のために、背景気体の電離レベル
は電極表面の極めて近くで増大する。このプラズ
マ密度の増大によつてイオン衝撃及びスパツタリ
ング率が増大る。この捕獲効果は中空陰極グロー
として知られている。

スパツタリングの増大はバケツト包囲体のすべ
ての側面及び底面上で生ずる。バケツトの壁から
スパツタされる材料の一部はバケツトの床部から
スパツタされる大量の材料と共にバケツト包囲体
を去る。結果として、電極からスパツタされて外
部電極もしくはサンプル上に付着する材料の総量
が増大する。開孔即ちバケツトのアスペクト比が
スパツタもしくは付着率の正味の増大及び付着束
の方向性を決定する。バケツト中空陰極は同等の
平面電極よりも低い圧力領域で動作するので、気
体スパツタリングが減少し、付着束の指向性が増
大する。しかしながら、開孔もしくはバケツトが
深過ぎると、開孔の底部からスパツタされ、実際
にバケツトの内部を去る材料の量が減少する。実
際に、満足すべき動作のためにはアスペクト比
（深さ／最長の断面の寸法）が1.5以上である事が
必要である。円筒状開孔の場合の最長の断面の寸
法は直径であり、楕円開孔の場合は長軸、長方形
の場合は対角線である。アスペクト比が小さ過ぎ
ると、電子の捕獲効果及び中空陰極グロー効果の
強度が弱まる。

第５図では上方の対向電極３２は破線で示して
ある。この電極は容器４０と同じ電位にあり、ス
パツタもしくはエツチされるサンプル４２の取付
け表面をなしている。第１図及び第２図の実施例
では、陰極の表面がサンプル４２の支持表面をな
すので対向電極の必要はない。

E7 実験結果 Cuのサンプル電極を第５図の実施例に従つて
構成し、小さなRFスパツタリング装置中で動作
させた。この結果を同じ動作条件の下で同じ直径
の単一のCu平面電極の場合と比較した。入力RF
電力は100−1000ワツト、装置中の気体は20乃至
100ミリトルの圧力のアルゴンである。一組の結
果を第８図乃至第１１図にす。これ等の図は単一
の平板電極（中空陰極ではない）の場合の中心か
らの位置の関数としての銅の付着率を同じRF電
力及び他の条件におけるバケツト中空陰極の場合
と比較して示している（使用入力RF電力は500ワ
ツトである）。これ等の結果は多くの異なる条件
の下に得たものであり（第８図のアルゴン圧は
25μHg、第９図は8μHg、第１０図は45μHg及び
第１１図は100μHgである）、再現性があつた。一
般的結果としてバケツト中空陰極の場合のサンプ
ル上の付着率は平面陰極の場合よりも殆ど２倍高
いという事が出来る。

実験に使用した電極は直径１cm、深さ１cmの開
孔の配列で覆われた平板電極、もしくは略同一寸
法の短い銅管を平坦な銅板上に互に密接して組合
した配列体である。

この技法は銅以外の電極にも容易に拡張出来
る。この効果は主に幾何学的形状のために得られ
るものであつて金属もしくは絶縁性の電極材料で
同様な結果が得られる。

広義には、適切な動作を行う両実施例の中空陰
極構造体の物理的な関係は「部分的に閉じた」電
極という概念で説明出来る。「部分的に閉じた」
電極構造体の電極部分の表面積と開放部分（閉じ
ていない部分）の面積との比は２以上にされる必
要がある。換言すると、夫々の電極構造体の配置
に従つて中空陰極小室の体積を表わしたとき、こ
の体積の実際の電極壁の表面積を開放部分の面積
で割つた値が２以上でなければならない。従つて
第１図の実施例の場合には、この比は体積部分に
面する電極デイスクの表面積をデイスクの縁で出
来る円柱の側面積で割つたものである。第５図の
実施例においてはこの比は各開孔の側面（円柱）
の面積に底面積を加えたものを開口の面積で割つ
たものである。ホルビツツの装置のこの比はデイ
スク間の間隔がかなり離れているために１以下で
ある。又第１図及び第５図に関連して説明した２
つの実施例についても前に定義した個々のアスペ
クト比が守られる事に注意されたい。

E8 工業上の応用 上述の様に本発明は基板上に材料を付着した
り、もしくは反応性の気体を使用してターゲツト
材料を揮発させて材料を除去したりするために通
常RF反応性イオン・エツチング・スパツタもし
くはエツチング過程を使用していた多層半導体構
造体を形成する半導体の製造分野で広く応用出来
る。

高電流密度のために、本発明の原理を使用して
高い処理率が可能になり、製造のスループツトが
高くなる。動作電圧が低いのでポリイミドの様な
材料を周囲に悪影響を与える事なくスパツタもし
くはエツチ出来る。

複数の板状の電極より成る多重電極実施例を使
用すれば、カセツト状の装填モードが可能にな
る。即ち電極をカセツト引出しの様なサンプル保
持器として使用し、サンプルを多くの中空陰極グ
ロー領域に挿入出来る。

異常に高い処理率が可能になつた事によつて、
新しい製造ランを開始する前に、ホトレジスト材
料を基板から剥離したり、又はサンプル保持器か
ら望ましくない付着物を除去するための単なるク
リーニングもしくはグロー放電クリーニングをす
るのにも応用できよう。

Ｆ 発明の効果 本発明に従い高電圧、高電流密度動作が可能な
中空陰極で増強した高効率RFスパツタ装置が与
えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は中空陰極構造体の第１の参考例を示す
断面図である。第２図は中空陰極構造体の代替参
考例の断面図である。第３図は参考例に従う反応
性イオン・エツチング装置中のポリイミド薄膜の
エツチング率を示したグラフ表示図である。第４
図は装置の気体の圧力の関数として反応性エツチ
ング率を示したグラフ表面図である。第５図は中
空陰極構造体の本発明の実施例の断面図である。
第６図は第５図の中空陰極板の透視図である。第
７図は第６図の陰極板中の１つの中空陰極領域の
断面図である。第８図、第９図、第１０図及び第
１１図は電極の中心からのサンプルの距離の関数
として単一の平板電極と第６図のバケツト電極間
の付着率の差を種々の反応室圧力でプロツトした
グラフ表示図である。 １５，１５′……陰極、１６……金属支持体、
１７，３３……RF電力供給装置、１８，３４…
…整合回路網、２０……容器、２２……気体、２
３……ポンプ、３１……主電極、３２……対向電
極、３６……開孔、３８……鞘、４２……サンプ
ル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高周波電圧を供給する手段と、真空室と、該
   真空室内に配置されて前記手段に接続された陰極
   と、被処理物体を前記真空室内で支持する支持手
   段と、前記被処理物体に対面する前記陰極の表面
   に開口した複数の小室とを有するRFスパツタ／
   エツチング装置において、 前記小室の深さが、該深さ方向に垂直な前記小
   室の断面方向の最大長さの1.5倍以上である、こ
   とを特徴とするRFスパツタ／エツチング装置。