JPS6383258A - スパツタリング装置 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明はスパッタリング装置に係り、特にターゲットの
寿命検知機構を備えたスパッタリング装置に関する。

（従来の技術） 近年、薄膜形成装置としてターゲットをイオン粒子等の
高エネルギー粒子によりスパッタしてターゲットから飛
翔した粒子を基板例えば半導体ウェハに付着させて薄膜
を形成するスパッタリング装置が盛んに使用されている
。

このようなスパッタリング装置ではスパッタ処理量が増
加するに従いターゲットが次第に消耗し、ターゲットの
スパッタ面形状が変化して正常な成膜作業ができなくな
ること、作業初期の膜厚値が得られなくなること等から
ターゲットの定期的な交換が必要とされている。

従来、スパッタリング装置におけるターゲットの交換時
期の判定手段は、スパッタリング装置への基板の導入枚
数や、スパッタリング装置内に装着されているシャッタ
の開閉回数等いずれも基板の処理枚数からターゲット寿
命を判定してターゲットの交換時期を求めていた。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら上述したような基板の処理枚数に依存した
ターゲットの寿命検知手段では、シャツタ閉時における
プラズマ放電時間いわゆるアイドリング稼動時における
ターゲットの消耗分を考慮することができないこと、ま
た作業中にスパッタ条件例えばターゲットへの電力供給
量やスパッタ処理時間等を変更した場合にはウェハ処理
枚数とターゲットの消耗状態との相関関係が一致しなく
なることから正確なターゲット寿命を検知することがで
きないという問題があった。またこの問題のためターゲ
ットが使用可能な状態であっても不良品発生防止の観点
から余裕をもって堅めに交換しなければならず、経済性
が悪いという問題もあった。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたもの
で、あらゆるスパッタ処理条件下でスパッタ処理作業を
行なっても正確なターゲット寿命を検知できるスパッタ
リング装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明によれば、ターゲットをスパッタして飛翔した粒
子により基板上に薄膜を形成するスパッタリング装置に
おいて、上記ターゲットへの供給電力量とターゲットへ
の電力供給時間との積算電力値からターゲラＩ・の寿命
を検出する手段を備えたことを特徴どするスパッタリン
グ装置が得られる。

電力供給時間としてはプラズマ放電時間が好適である。

（作　用） 本発明では、スパッタ処理条件であるターゲットへの供
給電力量と電力供給時間との積算電力値からターゲット
の弁台検知を行なうため、スパッタ処理条件の変化に拘
らず常に正確なターゲット寿命が検知できる。

（実施例） 以下本発明をマグネトロンスパッタリング装置に適用し
た一実施例について説明する。

気密を保持する円柱状の反応槽１内にはそれぞれ円筒状
に構成されたウェハ処理室例えばウェハ挿脱室２、エツ
チング処理室３、ウェハ加熱室４、第１スパツタ処理室
５および第２スパツタ処理室６がそれぞれ半導体ウェハ
の処理工程順に並置されている。そして、半導体ウェハ
はウェハ挿脱室２から図示を省略したウェハ搬送装置に
より反応槽１内に挿入され、各処理室間を順に送られな
がら所定の処理が施され、一方つエバ挿脱室２からは順
次処理の完了した半導体ウェハを取り出すとともに新た
な半導体ウェハを挿入する。

上記スパッタ処理室のさらに具体的な構成を第２図を参
照にして説明する。

スパッタ処理室５内にはスパッタ電極部７が反応槽１内
壁面と平行に設けられており、このスパッタ電極部７と
対向して半導体ウェハ８が配置されている。

スパッタ電極部７側面方向にはこれを覆うように円筒状
の隔壁９がスパッタ電極部７背面の反応槽１内壁から延
設されており、この隔壁９の前縁部と反応槽１内壁との
間には、反応槽１内の雰囲気気体が各処理室間を流通可
能となるように間隙１０が設けられている。

スパッタ電極部７は供給電源３０と接続された逆円錐リ
ング状スパッタ面のターゲット１１と、このターゲット
１１の中心部に配置された円板状の一方極例えばＮ磁極
１２と、ターゲット１１の外周部を取り囲むように隔壁
９前縁部に装着された環状の他方径例えばＳ磁極１３と
から構成されており、これら磁極１２および１３により
ターゲット１１のスパッタ面近傍に弧状の磁界Ａを形成
する。この弧状の磁界Ａは後述する生成されたプラズマ
粒子を一時閉じ込める作用をする。

隔壁９前縁部とわずかな間隙をおいて駆動機構１４によ
り隔壁開口を開閉する円板状のシャッタ１５が設けられ
ている。

隔壁９前縁部と反応槽１内壁面との間隙１０には、ウェ
ハ固定用孔１７にクリップ１８で半導体ウェハ８を保持
した回転可能な円板状のトランスファープレート１９と
、トランスファープレート１つの隔壁９側に位置し図示
を省略した密着機構によりトランスファープレート１つ
を押圧する円板状のプレッシャープレート２０が反応槽
１内壁と平行に設けられている。これらトランスファー
プレー１・１つ、プレッシャープレート２０および反応
槽１内壁面はそれぞれ離間可能に取り付けられており、
半導体ウェハ８を他の処理室例えば第２スパツタ処理室
６に移動する際には、プレッシャープレート２０を隔壁
９側に後退させてトランスファープレート１つが回転可
能な状態とする。

なお図示した状態はスパッタ処理中を示しており、トラ
ンスファープレート１９がプレッシャープレート２０に
押圧されてその移動が拘束されている状態を示している
。

半導体ウェハ８裏面にはウェハ予備加熱用のし−タブロ
ック２１が配置されており、このヒータブロック２１を
貫通してスパッタリングカス導入管２２が設けられてい
る。反応気体発生器３５で生成されたスパッタリングガ
スはこのガス導入管２２内を流れて半導体ウェハ８裏面
外周に設けられた排出口２２ａより反応槽１内に流入す
る。

反応槽１外部には、ターゲット検出機構とじて供給電源
３０からターゲット８への電力供給量と電力供給時間の
積算値を測定して積算電力測定値を出力するための積算
電力測定装置と、ターゲラ１へ寿命の基準として設定し
た積算電力設定値を予め設定入力するための積算電力測
定値入力装Ｗ３２と、積算電力測定値と積算電力設定値
とを入力しこの両者を比較してターゲットの寿命を判定
するターゲット寿命検出装置３３とが設けられている。

このようなスパッタリング装置のスパッタ作業は、まず
スパッタ処理室５内に半導体ウェハ８を搬送した後、反
応槽１内を真空ポンプ３４により高真空例えば１Ｏ−７
Ｔｏｒｒとし、高温のスパッタリングガス例えばアルゴ
ンガスをガス導入管２２から導入する。このときスパッ
タリングガスの熱がヒータブロック２１を介して半導体
ウェハ８に伝達されこれを加熱する。次に予め定められ
たプログラムによる適当なタイミングでターゲット１１
に電力を印加して反応槽１内に導入したスパッタリング
ガスをターゲット１１近傍でプラズマ化する。

プラズマ化したスパッタリングガスはターゲット１１近
傍に発生した磁界Ａにより図中Ｂで示ず如くターゲット
１１のスパッタ面近傍にドーナツ状に一時閉じ込められ
、このとき励起されたプラズマ粒子がターゲット１１に
衝突して飛翔粒子ａをたたき出す。そしてシャッタ１５
が回転して開いたとき、たたき出された飛翔粒子ａはス
パッタ処理室内に飛翔し、この飛翔粒子の一部が半導体
ウェハ８上に付着堆積して飛翔の薄膜の形成が達成され
る。

ところで上記したようなスパッタ作業が進行すると、タ
ーゲットか次第に消耗して、成膜効率の低下や形成した
薄膜のＭ厚分布が不均一になるという問題が発生ずる。

このためスパッタリング装置では、定期的にターゲット
を交換する必要があり、ターゲットの寿命を検出して交
換時期を知らせるためのターゲット寿命検出装置が備え
られている。

以下に本例のターゲット寿命検出装置の動作について第
３図のフローチャートを参照にしながら説明する。

まず積算電力設定値入力装置３２により予めターゲット
寿命の基準となる積算電力設定値をターゲット寿命検出
装置３３に入力して記憶する（１０１）。次に使用中の
ターゲットの積算電力を測定し、この測定結果をターゲ
ット寿命検出装置３３に供給する。このターゲット寿命
検出袋ｒｌ　３３ではこの積算電力設定値と積算電力測
定装置から入力された積算電力測定値（１０２）とを比
較しく１０３）、積算電力測定値が積算電力設定値より
も小さければターゲット寿命は未だであると判断して現
状のスパッタ作業を継続しく　１０４）、積算電力測定
値が積算電力設定値よりも大きい場合にはターゲットの
寿命が終了したと判断してターゲット寿命アラームを出
力する（　１０７）。このとき不良品発生防止のなめに
自動的にスパッタ作業を中止しなければ（１０５）、電
源停止信号を出力して（１０８）、電力の供給を停止さ
せればよい。なお上記ターゲット寿命検出装置をターゲ
ット消耗状態のモニタ機構として使用してももちろんよ
い。

ところで、ターゲット寿命の基準となる積算出力設定値
は、ターゲットの形状、材質等により変化するため予じ
め積算電力値とターゲット寿命との相関関係を求めてお
く必要がある。ターゲット寿命と積算電力値との相関関
係を求めるための一例として実験を行ったので第４図お
よび第５図を参照にしながら説明する。なお、第４図と
第５図とは対応しているため、同一説明部には同一符号
を付した。

実験に使用したターゲットは逆円錐リング形状のスパッ
タ面を有し、その大きさは内径的９５ＩＩＩＩＩｌ、外
径的１８０１１ｎ　、厚さ約３５ｍｎで、高純度のアル
ミニウム材から構成されている。スパッタリングガスに
はアルゴンガスを使用した。また積算電力値としてプラ
ズマ放電時間と電力供給量の積を用いている。上記条件
下でスパッタ作業を行ない積算電力値とウェハ処理枚数
の関係を求めた。

図示したようにターゲット消耗によるスパッタ面形状の
変化は、使用前は平坦であったものが（第４図（ａ））
、積算電力値が約１３０ｋＷ１１でウェハ処理−１１＝ 枚数が１０００枚のときにはスパッタ面中央部がターゲ
ットの消耗により上方に挾られるように侵食されている
（第４図（ｂ））。そして積算電力値が２７０ｋｗＨで
ウェハ処理枚数が１８００枚のときにはさらに消耗が進
行しスパッタ面が横り字状となり（第４図（Ｃ））、も
はや正常なスパッタ作業を行なう限界であった。従って
本実験に用いたターゲットの寿命は２７０ＫｗＨと判明
し、このターゲットを使用する場合には積算電力設定値
を２７０ｋｗＨとしておけば常に一定の消耗状態でター
ゲット交換の時期を知ることができる。

ところで、本実験ではスパッタ処理条件例えば電力供給
量やスパッタ処理時間やシャツタ閉時におけるスパッタ
作業が行なわれていない状態すなわちアイドリング運転
状態の時間等を一定としたため、積算電力値とウェハ処
理枚数との関係は第５図に示したように比例関係となっ
たが、実際のスパッタ作業では、これらスパッタ処理条
件をスパッタ作業中に変更することがあり、このような
場合には比例関係は成立しない。従って従来のウエバ処
理枚数によりターゲット寿命を検出する手段ではターゲ
ット寿命を正確に求めることができなくなるが、本例で
はウェハ処理枚数には全く依存せずに積算電力値により
ターゲット寿命の判定をしているので、このような場合
でも正確なターゲットが命を検出することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明のスパッタリング装置によれ
ば、スパッタ処理条件の変化に拘らず常に正確なターゲ
ット寿命を検知できるので正確なターゲット交換時期を
知ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例のスパッタリング装置の
スパッタ処理室の配置を示すを示す図、第２図はスパッ
タ処理室の詳細を示す部分断面図、第３図は実施例のタ
ーゲット寿命検出装置の動作を示すフローチャート、第
４図はターゲットの消耗状態の経時的変化を示す図、第
５図は積算電力量とウェハ処理枚数との相関関係を示す
図である。 １・・・・・・反応槽、５・・・・・・スパッタ処理室
、８・・・・・・半導体ウェハ、１１・・・・・・ター
ゲット、３ｏ・・・・・・供給電源、３１・・・・・・
積算電力測定装置、・・・・・・３２・・・・・・積算
電力設定値入力装置、３３・旧・・ターゲット寿命検出
装置。 出願人　　　　　　東京エレク１ヘロン株式会社代理人
　弁理士　　須　山　佐　− 第２図 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ターゲットをスパッタして飛翔した粒子により基
   板上に薄膜を形成するスパッタリング装置において、 前記ターゲットへの供給電力量と前記ターゲットへの電
   力供給時間との積算電力値からターゲットの寿命を検出
   する手段を備えたことを特徴とするスパッタリング装置
   。
2. （２）電力供給時間がプラズマ放電時間であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のスパッタリング装
   置。