JP2002060935A - Sputtering system capable of measuring target erosion - Google Patents
Sputtering system capable of measuring target erosionInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はマグネトロンスパッ
タリング装置に関し、特に、スパッタカソードを構成す
るターゲットが侵食されている状況を精度良く確認で
き、ターゲットの利用効率を改善して、ランニングコス
トの大幅な削減を可能にできるスパッタリング装置に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetron sputtering apparatus, and more particularly to a magnetron sputtering apparatus capable of accurately confirming that a target constituting a sputtering cathode is eroded, improving the use efficiency of the target, and greatly reducing running costs. The present invention relates to a sputtering apparatus capable of performing the above.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体デバイス製造の中で薄膜作成工程
に用いられるスパッタリング装置では、ターゲットエロ
ージョン（侵食量）管理が重要である。2. Description of the Related Art In a sputtering apparatus used in a thin film forming process in the manufacture of semiconductor devices, it is important to control target erosion (erosion amount).
【０００３】図６は、真空容器１内の防着シールド６の
内側で、ターゲット裏板３に保持されたターゲット２
と、基板ホルダー２１上に載置された処理される基板７
とが対向して配置されている従来技術での一般的なスパ
ッタ装置の断面を示す図である。FIG. 6 shows a target 2 held on a target back plate 3 inside a deposition-proof shield 6 in a vacuum vessel 1.
And the substrate 7 to be processed placed on the substrate holder 21
FIG. 3 is a diagram showing a cross section of a general sputtering apparatus in the related art in which the elements are arranged to face each other.
【０００４】このような従来公知のスパッタ装置でのス
パッタリングは次のように行われている。不図示の真空
ポンプで、排気ポート１１を介して真空容器１内が１．
３×１０−６Ｐａ〜１．３×１０−７Ｐａまで排気され
る。ガス導入孔１３からプロセスガス（一般的にアルゴ
ンガス）が真空容器１内へ導入され、マグネット回転モ
ータ５によってマグネット４が回転される。ここで、直
流電源２０からターゲット２に電力が印加されてマグネ
トロン放電が発生し、これによって導入されていたプロ
セスガスがイオン化され、ターゲット２がスパッタさ
れ、基板７上に薄膜が形成されるのである。なお、ター
ゲット２が金属ターゲットの場合、ほとんどが直流放電
であるが、絶縁物ターゲットの場合は、ＲＦが一般的に
用いられる。[0004] Sputtering with such a conventionally known sputtering apparatus is performed as follows. With a vacuum pump (not shown), the inside of the vacuum vessel 1 is set to 1.
The gas is exhausted to 3 × 10 −6 Pa to 1.3 × 10 −7 Pa. A process gas (generally, argon gas) is introduced into the vacuum chamber 1 from the gas inlet 13, and the magnet 4 is rotated by the magnet rotating motor 5. Here, power is applied from the DC power supply 20 to the target 2 to generate a magnetron discharge, whereby the introduced process gas is ionized, the target 2 is sputtered, and a thin film is formed on the substrate 7. . In addition, when the target 2 is a metal target, most of the discharge is a DC discharge, but when the target 2 is an insulator target, RF is generally used.
【０００５】ターゲット２のスパッタされる部分は、図
６中、破線２００で示すように、不均一に侵食される。
この侵食の強弱はマグネット４の磁場分布形状に依存す
るが、このようにターゲットの侵食を不均一にすること
は、成膜最適化のために故意に行われている。The portion of the target 2 to be sputtered is eroded unevenly, as shown by the broken line 200 in FIG.
The strength of this erosion depends on the shape of the magnetic field distribution of the magnet 4, but making the erosion of the target non-uniform in this way is deliberately performed to optimize the film formation.
【０００６】このようなターゲット侵食（エロージョ
ン）が進行して、破線２００で示される侵食線がターゲ
ット裏板３に達する前に、ターゲット２の交換を行うこ
とになる。The target 2 is exchanged before the target erosion progresses and the erosion line indicated by the broken line 200 reaches the target back plate 3.
【０００７】図７は、ターゲット２とターゲット裏板３
の拡大図を示しているが、エロージョンが進行し過ぎた
場合、ターゲット裏板３まで侵食されてしまい、成膜不
良が発生することになる。ターゲット裏板は、通常、冷
却水４０からの冷却効率が良好となるように、熱伝導の
良い材質、通常は銅又はアルミ合金で作られており、タ
ーゲット２の材質とは異なっている。そこで、ターゲッ
ト裏板３がスパッタされた場合には、当然、製品不良が
生じてしまうのである。FIG. 7 shows a target 2 and a target back plate 3.
However, if the erosion proceeds too much, the target back plate 3 is eroded, and a film formation failure occurs. The target back plate is usually made of a material having good heat conductivity, usually copper or an aluminum alloy, so that the cooling efficiency from the cooling water 40 is good, and is different from the material of the target 2. Therefore, when the target back plate 3 is sputtered, a product defect naturally occurs.
【０００８】図８は、ターゲット裏板３が更に侵食され
た場合を示している。この場合には、侵食が冷却水４０
まで到達して水漏れという大事故につながってしまう。FIG. 8 shows a case where the target back plate 3 is further eroded. In this case, the erosion is caused by the cooling water 40
And it leads to a major accident called water leakage.
【０００９】従来はこうしたエロージョンのモニターを
Ｉｎ−Ｓｉｔｕで行っていなかった。すなわち、ターゲ
ットエロージョン（ターゲット侵食）を測定する場合に
は、一度真空容器１を大気開放して実際の侵食量を計測
し、最深部がターゲット２の板厚に達する手前でターゲ
ット２の交換を行っていたのである。更に詳細にこの手
順を説明すると以下のようになる。Conventionally, such erosion monitoring has not been performed by In-Situ. That is, when measuring the target erosion (target erosion), the vacuum vessel 1 is once opened to the atmosphere to measure the actual erosion amount, and the target 2 is replaced before the deepest portion reaches the thickness of the target 2. It was. This procedure will be described in more detail as follows.
【００１０】新しいターゲットを真空容器（スパッタ容
器）１に装着して、この時の積算電力計の数値を０ｋＷ
にセットする。この積算電力計はターゲット２に印加さ
れる直流電源にセットされており、ターゲット２に印加
される電力をモニターするものである。スパッタを重
ね、ある程度の積算電力値に達したら、一度真空容器１
を大気開放して、ターゲット２のエロージョンを測定す
る。この時の最深部のエロージョン深さと、ターゲット
２の厚みから、比例関係でターゲットライフを予測し
て、この時の積算電力値を算出する。最終的に、予想し
た積算電力値が正しいかどうかのチェックを行う。この
時にも、真空容器１を大気開放してエロージョン確認を
行う必要がある。こうした手順は、手間暇がかかるだけ
でなく、真空容器１の開放ごとに防着シールド６の交換
を行い、再排気を行って、さらにターゲット２の表面の
酸化膜を除去するために、ターゲットクリーニングと呼
ばれる製品処理前の事前スパッタを行う必要があり、ス
パッタ装置の稼働率を著しく阻害するものである。A new target is mounted on the vacuum container (sputter container) 1 and the value of the integrating wattmeter at this time is set to 0 kW.
Set to. This integrating wattmeter is set to a DC power supply applied to the target 2 and monitors the power applied to the target 2. After spattering is repeated and a certain integrated power value is reached,
Is opened to the atmosphere, and the erosion of the target 2 is measured. At this time, the target life is predicted in a proportional relationship from the erosion depth at the deepest part and the thickness of the target 2, and the integrated power value at this time is calculated. Finally, it is checked whether or not the predicted integrated power value is correct. Also at this time, it is necessary to open the vacuum vessel 1 to the atmosphere and check the erosion. Such a procedure not only takes time and effort, but also replaces the deposition shield 6 each time the vacuum vessel 1 is opened, re-evacuates, and further removes the oxide film on the surface of the target 2 by cleaning the target. It is necessary to perform pre-sputtering prior to product processing, which significantly impairs the operation rate of the sputtering apparatus.
【００１１】またこの方式の大きな危険性は、ターゲッ
ト２の板厚を直接計測していない為に、積算電力値がタ
ーゲット初期に０ｋＷとリセットされていない場合に
は、実際より早くターゲットライフに達し、また何らか
の原因でターゲット積算が途中で０ｋＷとリセットされ
てしまうと、実際より長いターゲットライフに時間設定
されたことになり、図７、図８を用いて説明したような
ターゲット裏板飛ばしを行ってしまう点にある。The major danger of this method is that, since the thickness of the target 2 is not directly measured, if the integrated power value is not reset to 0 kW at the beginning of the target, the target life reaches the target life earlier than it actually is. If the target integration is reset to 0 kW in the middle for some reason, the target life is set to a longer time than the actual one, and the target back plate is skipped as described with reference to FIGS. There is a point.
【００１２】一方、真空容器（スパッタ容器）１の真空
を維持したままで別の物理量変化をモニターする方法と
して、スパッタ中のグロー放電の変化をモニターする方
法がある。この方法は、スパッタ中の放電電圧がターゲ
ットの侵食と共に変化することを利用するものである。
この現象はマグネトロン放電では一般に観察され、ター
ゲット表面上の磁場がエロージョンの侵食と共に強くな
り、その為に放電インピーダンスが低下してその結果放
電電圧が低下していく現象である。通常、定電力制御を
行っているため、放電電流は上昇していく。従って、こ
の電圧又は電流値をモニターすることによってターゲッ
トライフを予測できる可能性がある。On the other hand, as another method of monitoring a change in physical quantity while maintaining the vacuum of the vacuum container (sputter container) 1, there is a method of monitoring a change in glow discharge during sputtering. This method utilizes the fact that the discharge voltage during sputtering changes with the erosion of the target.
This phenomenon is generally observed in a magnetron discharge, and is a phenomenon in which the magnetic field on the target surface increases with the erosion erosion, thereby lowering the discharge impedance and consequently the discharge voltage. Usually, since the constant power control is performed, the discharge current increases. Therefore, there is a possibility that the target life can be predicted by monitoring this voltage or current value.
【００１３】しかし、この方式では、放電電圧の変化が
様々な要因、例えば、放電電力、ガス圧力、Ｔ／Ｓ（タ
ーゲット基板間距離）などによって、変化しやすいとい
う短所がある。また、ターゲットの裏側に配置したマグ
ネットの磁場のバラツキでも放電電圧は変化してしまう
ので、全く成膜条件を固定して（電力、ガス圧力、Ｔ／
Ｓ（ターゲット基板間距離など））用いる場合には、エ
ロージョンモニターの可能性はあるが、通常さまざまな
製品条件で処理することが一般的であり、放電電圧はそ
れに応じて変化してしまう。したがって、このような放
電電圧（放電電流）モニターは実用的ではない。However, this method has a disadvantage that a change in discharge voltage is easily changed by various factors, for example, discharge power, gas pressure, T / S (distance between target substrates) and the like. In addition, since the discharge voltage changes due to the variation in the magnetic field of the magnet disposed on the back side of the target, the deposition conditions are fixed at all (power, gas pressure, T /
In the case of using S (distance between target substrates), erosion monitoring is possible, but processing is generally performed under various product conditions, and the discharge voltage changes accordingly. Therefore, such a discharge voltage (discharge current) monitor is not practical.
【００１４】[0014]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な従来技術の問題点を改善し、真空を維持したままで製
品（基板）処理の区切りで必要に応じてターゲットのエ
ロージョン変化（ターゲットの侵食量の変化）を直接的
に逐次モニターし、もってターゲットライフを精度良く
見極めて、ターゲットライフの限界までターゲットを使
用することによって、ターゲットの有効利用を図り、ラ
ンニングコストの大幅な削減が可能なスパッタリング装
置を提供することを課題とするものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, and changes the erosion of the target (target) as needed at the break of product (substrate) processing while maintaining a vacuum. Changes in the amount of erosion of the target) can be monitored directly and accurately, and the target life can be accurately determined. By using the target to the limit of the target life, the target can be used effectively and the running cost can be greatly reduced. It is an object to provide a simple sputtering apparatus.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、この発明が提供するスパッタリング装置は、マグネ
トロンスパッタ現象を利用して真空容器内でターゲット
に対向配置されている基板上に薄膜を形成するマグネト
ロンスパッタリング装置において、前記真空容器に備え
られている前記ターゲットの侵食量を計測する光学式の
変位センサーが、前記真空容器の真空状態を維持したま
ま、互いに対向して配置されているターゲットと基板と
の間の空間に、駆動機構によって、挿脱可能とされてい
ることを特徴とするものである。In order to solve the above problems, a sputtering apparatus provided by the present invention forms a thin film on a substrate opposed to a target in a vacuum vessel by using a magnetron sputtering phenomenon. In the magnetron sputtering apparatus, an optical displacement sensor that measures the amount of erosion of the target provided in the vacuum vessel is a target and a substrate that are arranged to face each other while maintaining the vacuum state of the vacuum vessel. And a space between them, which can be inserted and removed by a drive mechanism.
【００１６】前記本発明のスパッタリング装置によれ
ば、真空容器（スパッタ容器）の真空状態を維持したま
ま、駆動機構の働きによって光学式の変位センサーを、
スパッタ処理中は、対向配置されているターゲットと基
板に挟まれたスパッタ空間から退避させ、スパッタ処理
後、必要に応じて、当該変位センサーを前記スパッタ空
間内に移動させ、光学式の変位センサーとターゲットと
の間の距離を直接的に計測することによって、ターゲッ
トの侵食量を直接的に計測することができる。According to the sputtering apparatus of the present invention, the optical displacement sensor is operated by the drive mechanism while maintaining the vacuum state of the vacuum chamber (sputtering chamber).
During the sputtering process, retreat from the sputter space sandwiched between the target and the substrate that are arranged to face each other, and after the sputter process, if necessary, move the displacement sensor into the sputter space to form an optical displacement sensor. By directly measuring the distance to the target, the amount of erosion of the target can be directly measured.
【００１７】例えば、真空容器内の防着シールドに、駆
動機構の働きによって移動する前記変位センサーが通過
可能な開口を設けておき、スパッタ処理中は、当該開口
を通過させて光学式の変位センサーをスパッタ空間から
退避させて防着シールドより外側に位置させておき、ス
パッタ処理後、駆動機構の働きによって前記変位センサ
ーに、防着シールドの前記開口を通過させ、これをスパ
ッタ空間内に移動させることができる。For example, an opening through which the displacement sensor, which is moved by the action of the drive mechanism, can be provided in the deposition-inhibiting shield in the vacuum vessel, and the optical displacement sensor is passed through the opening during the sputtering process. Is retracted from the sputter space and positioned outside the deposition prevention shield, and after the sputtering process, the displacement sensor is caused to pass through the opening of the deposition prevention shield by the operation of the drive mechanism, and is moved into the sputtering space. be able to.
【００１８】なお、このような光学式の変位センサー
の、真空容器の真空状態を維持したままのターゲットと
基板との間の空間への挿脱は、例えば、前記変位センサ
ーにこのような動作を行わせる駆動機構を真空容器の外
部に配置し、当該駆動機構から伸びるセンサー取り付け
軸を、Ｏリングやベローズ等の真空シール手段を用いて
真空シールを図りつつ前記真空容器に取り付け、このセ
ンサー取り付け軸の真空容器内に伸びている端側に、前
記変位センサーを取り付け、このようにセンサー取り付
け軸に取り付けられた変位センサーが、前記駆動機構か
らの駆動を受けて、ターゲットと基板との間の空間を挿
脱する構成にして実現することができる。When such an optical displacement sensor is inserted into or removed from the space between the target and the substrate while the vacuum state of the vacuum container is maintained, for example, such an operation is performed by the displacement sensor. The driving mechanism to be performed is disposed outside the vacuum vessel, and a sensor mounting shaft extending from the driving mechanism is mounted on the vacuum vessel while vacuum sealing using a vacuum sealing means such as an O-ring or a bellows. The displacement sensor is attached to the end side extending into the vacuum vessel, and the displacement sensor thus attached to the sensor attachment shaft is driven by the drive mechanism to provide a space between the target and the substrate. Can be implemented by inserting and removing
【００１９】前記本発明のスパッタリング装置において
は、光学式の変位センサーは、駆動機構によって、ター
ゲットに対して平行に移動してターゲットと基板との間
の空間に挿脱される構成とすることが望ましい。In the sputtering apparatus according to the present invention, the optical displacement sensor may be configured to be moved in parallel with the target and inserted into and removed from a space between the target and the substrate by a driving mechanism. desirable.
【００２０】ターゲットの不均一な侵食量を正確に計測
することを目的として、光学式の変位センサーの発光部
から出てターゲットに照射された光が、ターゲットで反
射されて戻って来る反射光（拡散反射光）を、当該光学
式の変位センサーの受光部で受けて三角測量の原理にて
ターゲットの侵食量を計測する構成を採用する場合、前
記のように、光学式の変位センサーは、計測すべきター
ゲットに対して平行に移動している必要があるからであ
る。For the purpose of accurately measuring the amount of non-uniform erosion of the target, the light emitted from the light emitting portion of the optical displacement sensor and applied to the target is reflected by the target and reflected light ( Diffused reflected light) is received by the light receiving section of the optical displacement sensor, and the erosion amount of the target is measured based on the principle of triangulation, as described above. This is because the target must be moved in parallel with the target.
【００２１】また、前記本発明のスパッタリング装置に
おいて、光学式の変位センサーは、駆動機構によって移
動するセンサー取り付け軸に複数個取り付けられている
構成にすると、ターゲットの侵食量を計測する時間を短
縮できるので有利である。In the sputtering apparatus according to the present invention, when a plurality of optical displacement sensors are mounted on a sensor mounting shaft which is moved by a driving mechanism, the time for measuring the amount of erosion of the target can be reduced. This is advantageous.
【００２２】更に、光学式の変位センサーを真空雰囲気
から遮断された容器に封入し、当該光学式の変位センサ
ーとターゲットとの間を隔てる位置の前記容器の壁部
に、光学的に開放された窓材が備えられている構成を採
用すると、使用する光学式変位センサーの真空雰囲気下
での測定精度が十分でない場合であっても、正確なター
ゲット侵食量の計測を行うことができるので有利であ
る。Further, the optical displacement sensor is sealed in a container shielded from the vacuum atmosphere, and is optically opened to the wall of the container at a position separating the optical displacement sensor and the target. Adopting a configuration with a window material is advantageous because accurate target erosion can be measured even when the optical displacement sensor used has insufficient measurement accuracy in a vacuum atmosphere. is there.
【００２３】また、図７、図８を用いて説明したような
ターゲット裏板飛ばしが生じることのない、信頼できる
（余裕の持てる）ターゲット侵食量であって、なおかつ
ターゲットの有効利用、ランニングコスト削減を可能に
できるターゲット侵食量を、ターゲットの材質に応じ
て、あらかじめ定めておき、光学式の変位センサーによ
って計測されたターゲット侵食量が当該所定の値に達し
た時に、自動的に、ターゲット交換の時期になったこと
を告知するターゲット交換信号が発生されるように構成
しておくと、信頼できる精度で確実にターゲットの交換
を行うことができる。A reliable (allowable) target erosion amount that does not cause the target back plate to fly as described with reference to FIGS. 7 and 8, and that the target is effectively used and the running cost is reduced. The amount of target erosion that can be performed is determined in advance according to the material of the target, and when the amount of target erosion measured by the optical displacement sensor reaches the predetermined value, the target erosion is automatically performed. If the target exchange signal notifying that the time has come is generated, the target exchange can be performed reliably and reliably.
【００２４】[0024]
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好ましい実施の形態を説明する。Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
【００２５】図１は本発明のスパッタリング装置の概略
構成を示す図である。本発明のスパッタリング装置の基
本的な構成は、真空容器の真空状態を維持したまま、タ
ーゲットの侵食量を計測する光学式の変位センサーが、
駆動機構によって、互いに対向して配置されているター
ゲットと基板との間の空間に挿脱可能にして当該真空容
器に備えられている点を除いて、従来公知のスパッタリ
ング装置の基本的構成と同一である。そこで、図１図示
の本発明のスパッタリング装置において、図６図示の従
来のスパッタリング装置と共通する構成要素について
は、同一の符号を付してその説明は省略する。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a sputtering apparatus of the present invention. The basic configuration of the sputtering apparatus of the present invention is an optical displacement sensor that measures the amount of erosion of the target while maintaining the vacuum state of the vacuum vessel,
The same as the basic configuration of a conventionally known sputtering apparatus, except that the driving mechanism is provided in the vacuum vessel so that it can be inserted into and removed from the space between the target and the substrate that are arranged to face each other. It is. Therefore, in the sputtering apparatus of the present invention shown in FIG. 1, the same components as those of the conventional sputtering apparatus shown in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
【００２６】本発明のスパッタリング装置においては、
真空容器の外部に駆動機構１０が備えられており、駆動
機構１０から真空容器１内に伸び、防着シールド６に設
けられている開口６ａを通過して、互いに対向配置され
ているターゲット２と基板７との間の空間（スパッタ空
間）にまで伸びる変位センサー取り付け軸８の端側に、
光学式の変位センサー９が取り付けられている。In the sputtering apparatus of the present invention,
A drive mechanism 10 is provided outside the vacuum vessel. The target 2 extends from the drive mechanism 10 into the vacuum vessel 1, passes through an opening 6 a provided in the deposition-inhibiting shield 6, and faces each other. On the end side of the displacement sensor mounting shaft 8 extending to the space between the substrate 7 (sputtering space),
An optical displacement sensor 9 is attached.
【００２７】駆動機構１０からの駆動を受けて、変位セ
ンサー取り付け軸８の端側に取り付けられている変位セ
ンサー９は、スパッタ処理中、スパッタ空間から退避さ
れ、防着シールド６の開口６ａを通過して防着シールド
６より外側に位置しており（不図示）、スパッタ処理
後、開口６ａを通過してスパッタ空間内に移動し（図
１）、ターゲット２の侵食量（エロージョン）を計測す
ることになる。Upon receiving the drive from the drive mechanism 10, the displacement sensor 9 attached to the end of the displacement sensor attachment shaft 8 is evacuated from the sputter space during the sputtering process and passes through the opening 6 a of the deposition shield 6. After the sputtering process, it is located outside the deposition shield 6 (not shown), moves through the opening 6a into the sputtering space (FIG. 1), and measures the erosion amount (erosion) of the target 2. Will be.
【００２８】このような変位センサー取り付け軸８の動
作を、真空容器１の真空状態を維持したまま行う必要が
あるので、駆動機構１０には真空シール手段としてのベ
ローズ（不図示）を付属させて真空容器１の真空シール
を図る必要がある。Since it is necessary to perform such an operation of the displacement sensor mounting shaft 8 while maintaining the vacuum state of the vacuum vessel 1, a bellows (not shown) as vacuum sealing means is attached to the drive mechanism 10. It is necessary to seal the vacuum of the vacuum container 1.
【００２９】また、図２に示すように、Ｏリング３１を
用いて、変位センサー取り付け軸８を滑らせて移動させ
る方式でも同一の性能が得られる。ただしこの場合、真
空容器１外からのスローリークも考えられるので、この
ようにして駆動機構１０を設計する場合には注意が必要
である。As shown in FIG. 2, the same performance can be obtained by using the O-ring 31 to slide and move the displacement sensor mounting shaft 8. However, in this case, since a slow leak from outside the vacuum vessel 1 can be considered, care must be taken when designing the drive mechanism 10 in this manner.
【００３０】ここで、本発明のスパッタリング装置に光
学式の変位センサーの一例として採用されている変位セ
ンサー９の原理を図４を用いて説明する。Here, the principle of the displacement sensor 9 employed as an example of the optical displacement sensor in the sputtering apparatus of the present invention will be described with reference to FIG.
【００３１】変位センサー９の内部には発光部９ａと、
受光部９ｂが配置されている。発光部９ａとしては半導
体レーザー発光素子が一般的に用いられている。また受
光部９ｂは光位置検出素子から構成されており、侵食量
は三角測量の原理で測定される。すなわち、発光素子９
ａからでた光１０２は、計測すべき物体１００に照射さ
れて、反射される。この反射光（拡散反射と呼ばれる）
を受光部９ｂで検出するのであるが、計測すべき物体１
００の位置が、図４中、破線１００で示す位置から、実
線１００で示す位置にまで変化すると、これに伴って、
反射光は符号１０１ａから符号１０１ｂで示される状態
へと変化する。これに応じて、受光部９ｂでの検出位置
が相違してくるので、これを利用して計測すべき物体の
形状変位を検出するのである。A light emitting section 9a is provided inside the displacement sensor 9,
The light receiving section 9b is arranged. As the light emitting section 9a, a semiconductor laser light emitting element is generally used. The light receiving section 9b is constituted by a light position detecting element, and the amount of erosion is measured by the principle of triangulation. That is, the light emitting element 9
The light 102 emitted from a is irradiated on the object 100 to be measured and is reflected. This reflected light (called diffuse reflection)
Is detected by the light receiving unit 9b.
When the position of 00 changes from the position indicated by the broken line 100 to the position indicated by the solid line 100 in FIG.
The reflected light changes from a state 101a to a state 101b. In accordance with this, the detection position in the light receiving section 9b becomes different, and the shape displacement of the object to be measured is detected by using this.
【００３２】図４で示される前記の形態の市販されてい
る光学式変位センサーでの測定分解能は５０ミクロン以
下であるため、ターゲットのエロージョン（侵食量）計
測は十分である（エロージョン測定精度は０．１ｍｍ程
度で十分）。Since the measurement resolution of the commercially available optical displacement sensor of the above-described configuration shown in FIG. 4 is 50 μm or less, the erosion (erosion amount) measurement of the target is sufficient (the erosion measurement accuracy is 0). .1 mm is sufficient).
【００３３】次に、本発明のスパッタリング装置におけ
るターゲット２のエロージョン（侵食量）計測について
説明する。Next, measurement of erosion (erosion amount) of the target 2 in the sputtering apparatus of the present invention will be described.
【００３４】駆動機構１０を駆動させて、変位センサー
取り付け軸８を移動させ、取り付け軸８の端側に取り付
けられている変位センサー９を、スパッタ空間から退避
させ、防着シールド６の開口６ａを通過させて、防着シ
ールド６より外側に位置させる（不図示）。The driving mechanism 10 is driven to move the displacement sensor mounting shaft 8, the displacement sensor 9 mounted on the end of the mounting shaft 8 is retracted from the sputter space, and the opening 6 a of the deposition shield 6 is opened. It passes through and is positioned outside the deposition shield 6 (not shown).
【００３５】不図示の真空ポンプで、排気ポート１１を
介して真空容器１内を１．３×１０−６Ｐａ〜１．３×
１０−７Ｐａまで排気する。次に、ガス導入孔１３から
プロセスガス（一般的にアルゴンガス）を真空容器１内
へ導入し、真空容器１内の圧力を１．３×１０−１Ｐａ
台にする。マグネット回転モータ５によってマグネット
４を回転させ、直流電源２０（この実施例では、負の直
流電源）からターゲット２に電力を印加し、マグネトロ
ン放電を発生させ、導入されていたプロセスガスをイオ
ン化し、ターゲット２をスパッタし、基板７上に薄膜を
形成させる。A vacuum pump (not shown) is used to evacuate the vacuum vessel 1 through the exhaust port 11 from 1.3 × 10 −6 Pa to 1.3 ×.
Evacuate to 10 −7 Pa. Next, a process gas (generally, argon gas) is introduced into the vacuum vessel 1 through the gas introduction hole 13 and the pressure in the vacuum vessel 1 is increased to 1.3 × 10 −1 Pa.
On the table. The magnet 4 is rotated by the magnet rotating motor 5, and power is applied to the target 2 from the DC power supply 20 (in this embodiment, a negative DC power supply) to generate magnetron discharge and ionize the introduced process gas. The target 2 is sputtered to form a thin film on the substrate 7.
【００３６】製品（基板７）の処理が進むにつれて、タ
ーゲット２はマグネット４の漏れ磁場３０のターゲット
２と並行すなわち水平磁場が一番強い部分で、最も深い
エロージョンが進行することになる。As the processing of the product (substrate 7) progresses, the deepest erosion of the target 2 proceeds in parallel with the target 2 of the stray magnetic field 30 of the magnet 4, that is, at the portion where the horizontal magnetic field is strongest.
【００３７】一定の枚数（例えば１００枚から２００枚
程度）の基板処理が終了したら、駆動機構１０を駆動さ
せて、変位センサー取り付け軸８を移動させ、取り付け
軸８の端側に取り付けられている変位センサー９を、防
着シールド６の開口６ａを通過させてスパッタ空間内に
移動させ、ターゲット２とセンサー９間の距離を直接的
に測定して、ターゲット２の侵食量を計測する。センサ
ー９は、駆動機構１０によって駆動され、図２中、両方
向矢示で示すように、変位センサー取り付け軸８が移動
することに伴い、ターゲット２の直径上をターゲット２
から一定距離離れて移動し、ターゲット侵食量の最も大
きい最深部を測定する。When a predetermined number of substrates (for example, about 100 to 200) have been processed, the drive mechanism 10 is driven to move the displacement sensor mounting shaft 8 and to be mounted on the end side of the mounting shaft 8. The displacement sensor 9 is moved into the sputter space through the opening 6a of the deposition shield 6, and the distance between the target 2 and the sensor 9 is directly measured to measure the amount of erosion of the target 2. The sensor 9 is driven by a drive mechanism 10 and moves along the diameter of the target 2 as the displacement sensor mounting shaft 8 moves, as indicated by a double-headed arrow in FIG.
Is moved a certain distance away from the target, and the deepest part where the target erosion amount is the largest is measured.
【００３８】この際、図４を用いて説明した前述の三角
測量の原理に基づいてエロージョン（ターゲット侵食
量）を計測するならば、変位センサー９は、図１図示の
ように、ターゲット２に並行して移動するように構成し
ておかねばならない。At this time, if the erosion (target erosion amount) is measured based on the principle of the above-described triangulation described with reference to FIG. 4, the displacement sensor 9 is parallel to the target 2 as shown in FIG. Must be configured to move.
【００３９】この操作を基板群処理ごとに繰り返し、タ
ーゲット侵食量の最深部とターゲット裏板３との距離が
所定の数値に達したならば、変位センサー９に接続され
ている信号変換機１２（図１）から所定の信号（ターゲ
ット交換信号）が発生されるようにしておき、この信号
が発生された時に、ターゲット２を交換するようにして
おけば、図７、図８を用いて説明されたようなターゲッ
ト裏板飛ばしが生じることのない、信頼できる（余裕の
持てる）ターゲット侵食量であって、なおかつターゲッ
トの有効利用、ランニングコスト削減を可能にできる状
態でターゲットの交換を行うことができる。This operation is repeated for each substrate group processing. When the distance between the deepest part of the target erosion amount and the target back plate 3 reaches a predetermined value, the signal converter 12 (connected to the displacement sensor 9) If a predetermined signal (target exchange signal) is generated from FIG. 1) and the target 2 is exchanged when this signal is generated, it will be described with reference to FIGS. The target can be replaced with a reliable (allowable) target erosion amount that does not cause the target back plate to be skipped and that enables effective use of the target and reduction of running costs. .
【００４０】具体的なライフエンドでのエロージョンの
深さは、ターゲット厚さ１２ｍｍのアルミニウムの場
合、約１０ｍｍ、またターゲット厚さ７ｍｍのＴｉター
ゲットで約５ｍｍ程度である。材料によるターゲットの
厚みの違いは、アルミニウム材の場合は熱伝導が良い為
厚くできるが、Ｔｉの場合は熱伝導が悪い為に薄くせざ
るを得ない理由からきている。すなわち、材料がＴｉの
場合にはアルミニウムと同程度の厚さではプラズマから
の熱を吸収しきれずに、ターゲット表面温度が上昇して
熱ダメージを受けるのである。したがってスパッタ材料
の熱伝導の差によってターゲット厚みが異なる。The specific erosion depth at the life end is about 10 mm in the case of aluminum having a target thickness of 12 mm, and about 5 mm in the case of a Ti target having a target thickness of 7 mm. The difference in the thickness of the target depending on the material is because aluminum can be made thicker because of good thermal conductivity, but Ti is inferior in heat conductivity because it has poor heat conductivity. That is, when the material is Ti, if the thickness is almost the same as that of aluminum, the heat from the plasma cannot be completely absorbed, and the target surface temperature rises, and the target is thermally damaged. Therefore, the target thickness varies depending on the difference in thermal conductivity of the sputtering material.
【００４１】なお、本発明のスパッタリング装置におい
て、防着シールド６に開ける開口６ａは、なるべくプラ
ズマに影響しない程度とすることが望ましい。開口６ａ
を開けることによってプラズマの均一性が乱れる場合に
は、シールド６に開口６ａを均等に複数個あけてプラズ
マの均一性を保つことが可能である。In the sputtering apparatus of the present invention, it is desirable that the opening 6a opened in the deposition-inhibiting shield 6 be as small as possible without affecting the plasma. Opening 6a
If the uniformity of the plasma is disturbed by opening the holes, it is possible to maintain the uniformity of the plasma by opening a plurality of openings 6a in the shield 6 evenly.
【００４２】図１を参照して説明した実施の形態では、
光学式変位センサー９が一個のみ変位センサー取り付け
軸８に取り付けられていたが、図３に示すように、複数
の変位センサー９ａ〜９ｄを変位センサー取り付け軸８
に取り付けることによって、ターゲット侵食量の測定時
間を短縮し、効率の向上を図ることができる。In the embodiment described with reference to FIG.
Although only one optical displacement sensor 9 is mounted on the displacement sensor mounting shaft 8, as shown in FIG. 3, a plurality of displacement sensors 9a to 9d are connected to the displacement sensor mounting shaft 8.
By attaching to the target, the measurement time of the target erosion amount can be shortened, and the efficiency can be improved.
【００４３】なお、図４を用いて説明した光学式変位セ
ンサー９を真空雰囲気で用いた場合、半導体レーザーの
発熱が冷却され難く、温度上昇を起こし、特性の劣化が
生じたり、受光部の温度上昇に伴い、計測誤差が大きく
なるおそれがあり得る。When the optical displacement sensor 9 described with reference to FIG. 4 is used in a vacuum atmosphere, the heat generated by the semiconductor laser is hardly cooled, the temperature rises, the characteristics are deteriorated, and the temperature of the light receiving section is reduced. The measurement error may increase with the rise.
【００４４】このような場合には、図５に図示した形態
を採用することによって、正確な計測を可能にすること
ができる。図５図示の形態では、光学式の変位センサー
９は真空雰囲気から遮断された気密な小さな容器１００
に封入され、容器１００の内部は大気状態となってい
る。また気密な容器１００の、変位センサー９とターゲ
ット２との間を隔てる位置の壁部には、光学的に開放さ
れた窓材である光学窓１０１が設置されており、レーザ
光を透過させる構造となっている。このような構成を採
用すると、光学式変位センサー９の発光及び受光部が真
空雰囲気に晒されることなく測定可能となる為、安定性
が格段に向上する。In such a case, accurate measurement can be made possible by employing the form shown in FIG. In the embodiment shown in FIG. 5, the optical displacement sensor 9 is an airtight small container 100 which is shielded from a vacuum atmosphere.
And the inside of the container 100 is in an atmospheric state. An optical window 101, which is an optically opened window material, is provided on a wall portion of the airtight container 100 at a position separating the displacement sensor 9 and the target 2, and has a structure for transmitting laser light. It has become. When such a configuration is adopted, the light emitting and light receiving portions of the optical displacement sensor 9 can be measured without being exposed to a vacuum atmosphere, so that the stability is remarkably improved.
【００４５】以上、添付図面を参照して本発明の好まし
い実施形態を説明したが、本発明はかかる実施形態に限
定されるものではなく、特許請求の範囲の記載から把握
される技術的範囲において種々の形態に変更可能であ
る。As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to such embodiments, but has the technical scope understood from the description of the claims. It can be changed to various forms.
【００４６】[0046]
【発明の効果】本発明のスパッタリング装置によれば、
真空容器の真空状態を維持したまま、基板処理の区切り
で、直接的にターゲットのエロージョン測定を行うこと
が可能となる。また、従来の方式で必要とされていたエ
ロージョン確認工程が大幅に短縮され、また、従来の方
式における積算電力値による間接測定の誤操作によるタ
ーゲット裏板飛ばしという大事故を未然に防ぐことがで
きる。According to the sputtering apparatus of the present invention,
While maintaining the vacuum state of the vacuum container, it is possible to directly measure the erosion of the target at the break of the substrate processing. In addition, the erosion confirmation process required in the conventional method can be greatly shortened, and a large accident such as a target back plate skipping due to an erroneous operation of the indirect measurement based on the integrated power value in the conventional method can be prevented.
【００４７】更に、ターゲットライフを精度良く見極め
て、ターゲットライフの限界までターゲットを有効に利
用し、ランニングコストの低減による生産性向上に大幅
に寄与することができる。Further, the target life can be accurately determined, the target can be effectively used up to the limit of the target life, and the running cost can be greatly reduced to improve the productivity.
【図１】本発明のスパッタリング装置の概略構成を説明
する断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a sputtering apparatus of the present invention.
【図２】本発明のスパッタリング装置におけるセンサー
取り付け軸の真空容器への挿入部を説明する部分拡大
図。FIG. 2 is a partially enlarged view illustrating an insertion part of a sensor mounting shaft into a vacuum vessel in the sputtering apparatus of the present invention.
【図３】複数の変位センサーが取り付けられているセン
サー取り付け軸の端側を表す図。FIG. 3 is a diagram illustrating an end side of a sensor mounting shaft to which a plurality of displacement sensors are mounted.
【図４】本発明のスパッタリング装置に採用される光学
式変位センサーの一例の原理を説明する図。FIG. 4 is a view for explaining the principle of an example of an optical displacement sensor employed in the sputtering apparatus of the present invention.
【図５】本発明のスパッタリング装置に採用される気密
容器に封入された光学式変位センサーの一例を説明する
断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating an example of an optical displacement sensor sealed in an airtight container employed in the sputtering apparatus of the present invention.
【図６】従来のスパッタリング装置の概略構成を説明す
る断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a conventional sputtering apparatus.
【図７】ターゲットの侵食状態を説明する部分拡大図。FIG. 7 is a partially enlarged view illustrating an eroded state of a target.
【図８】ターゲットの侵食が進行した際のターゲット侵
食状態を説明する部分拡大図。FIG. 8 is a partially enlarged view illustrating a target erosion state when erosion of the target progresses.
１ 真空容器 ２ ターゲット ３ ターゲット裏板 ４ マグネット ５ マグネット駆動モータ ６ 防着シールド ６ａ 防着シールドに開けられたセンサー導入孔 ７ 基板 ８ センサー取り付け軸 ９ 変位センサー ９ａ 発光素子 ９ｂ 受光素子 １０ 駆動機構 １１ 排気ポート １２ 信号変換機 １３ ガス導入孔 ２０ 電源 ２１ 基板ホルダー ３０ 磁場 ３１ 真空シール用のＯリング ４０ 冷却水 ５０ ターゲット２からスパッタされた粒子 ６０ ターゲット裏板３からスパッタされた粒子 １００ 気密容器 １０１ 光学窓 ２００ ターゲットの侵食形状 ３００ 絶縁石 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum container 2 Target 3 Target back plate 4 Magnet 5 Magnet drive motor 6 Deposition shield 6a Sensor introduction hole opened in the deposition shield 7 Substrate 8 Sensor mounting axis 9 Displacement sensor 9a Light emitting element 9b Light receiving element 10 Driving mechanism 11 Exhaust Port 12 Signal converter 13 Gas inlet 20 Power supply 21 Substrate holder 30 Magnetic field 31 O-ring for vacuum sealing 40 Cooling water 50 Particles sputtered from target 2 60 Particles sputtered from target back plate 3 100 Airtight container 101 Optical window 200 Target erosion shape 300 Insulation stone
Claims (5)
空容器内でターゲットに対向配置されている基板上に薄
膜を形成するマグネトロンスパッタリング装置におい
て、前記真空容器に備えられている前記ターゲットの侵
食量を計測する光学式の変位センサーが、前記真空容器
の真空状態を維持したまま、互いに対向して配置されて
いるターゲットと基板との間の空間に、駆動機構によっ
て、挿脱可能とされていることを特徴とするスパッタリ
ング装置。In a magnetron sputtering apparatus for forming a thin film on a substrate disposed opposite to a target in a vacuum container by utilizing a magnetron sputtering phenomenon, an amount of erosion of the target provided in the vacuum container is measured. Optical displacement sensor, while maintaining the vacuum state of the vacuum container, is capable of being inserted and removed by a drive mechanism in a space between a target and a substrate that are arranged to face each other. Characteristic sputtering equipment.
って、ターゲットに対して平行に移動して前記ターゲッ
トと基板との間の空間に挿脱されることを特徴とする請
求項１記載のスパッタリング装置。2. The sputtering method according to claim 1, wherein the optical displacement sensor is moved in parallel with the target by a driving mechanism and is inserted into and removed from a space between the target and the substrate. apparatus.
り付けられているセンサー取り付け軸に複数個取り付け
られていることを特徴とする請求項１又は２記載のスパ
ッタリング装置。3. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein a plurality of optical displacement sensors are mounted on a sensor mounting shaft mounted on a driving mechanism.
遮断された容器に封入され、当該光学式の変位センサー
とターゲットとの間を隔てる位置の前記容器の壁部に
は、光学的に開放された窓材が備えられていることを特
徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載のスパッタ
リング装置。4. An optical displacement sensor is sealed in a container shielded from a vacuum atmosphere, and is optically opened on a wall of the container at a position separating the optical displacement sensor and a target. The sputtering apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising a window material.
たターゲットの侵食量が所定の値に達した時にターゲッ
ト交換信号が発生されることを特徴とした請求項１乃至
４のいずれか一項記載のスパッタリング装置。5. The target exchange signal according to claim 1, wherein the target exchange signal is generated when the target erosion amount measured by the optical displacement sensor reaches a predetermined value. Sputtering equipment.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000240953A JP2002060935A (en) | 2000-08-09 | 2000-08-09 | Sputtering system capable of measuring target erosion |
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|---|---|
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
2000
- 2000-08-09 JP JP2000240953A patent/JP2002060935A/en not_active Withdrawn
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