JPH07150342A

JPH07150342A - スパッタリング装置

Info

Publication number: JPH07150342A
Application number: JP30255093A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Saito; 哲夫斉藤; Taiichi Kondo; 泰一近藤
Original assignee: Hitachi Tokyo Electronics Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Renesas Eastern Japan Semiconductor Inc
Priority date: 1993-12-02
Filing date: 1993-12-02
Publication date: 1995-06-13

Abstract

(57)【要約】【目的】プロセスチャンバを開放することなくエロー
ジョン深さを検出する。【構成】プロセスチャンバ１０内において、被処理物
である半導体ウエハ１５に対面するようにターゲット４
が配設される。スパッタリング処理によって前記半導体
ウエハ１５の表面にはスパッタ膜が形成される。この装
置では、ターゲット４の表面の浸食（エロージョン）を
抵抗測定装置２でプロセスチャンバ１０を開放すること
なく検出する。抵抗測定装置２から延在する２本の電線
２５の先端測定端子５は、ターゲット４の両端にそれぞ
れ接続されている。エロージョン深さを検出する際は、
抵抗測定装置２を動作させてターゲット４の抵抗値を測
定する。抵抗値とエロージョン深さとの相関から、測定
抵抗値に基づいてエロージョン深さを求め、タゲット交
換時期やターゲット寿命を知る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスパッタリング装置、特
にスパッタ物質の元となるターゲットの寿命を自動的に
検出できるターゲット寿命測定装置を有するスパッタリ
ング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置（半導体デバイス）の高密度
・高集積化に伴い、素子構造は一層微細化されている。
微細配線層等の薄膜を形成する成膜装置の一つとして、
スパッタリング（スパッタ）装置が知られている。スパ
ッタリング装置については、工業調査会発行「電子材
料」1988年３月号、同年３月１日発行、Ｐ74〜Ｐ78に記
載されている。この文献には、セパレーション( セパレ
ーションチャンバ) の側面に単一のロードロックチャン
バと複数のプロセスチャンバを配置した真空室の構成が
開示されている。

【０００３】また、工業調査会発行「電子材料」1986年
３月号、同年３月１日発行、Ｐ89〜Ｐ92には、ターゲッ
ト浸食（エロージョン）の形状について記載されてい
る。また、この文献には「ターゲット寿命（３，０００
枚／ターゲット）とクライオポンプ寿命が同期してお
り，メンテナンスフリーでウエハ９，０００枚を処理す
ることができる。」旨記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】スパッタ装置は、プロ
セスチャンバ（処理室）内のターゲット材にガスイオン
を照射させることによって、ターゲットの分子や原子を
飛び出させ、対向する位置に配置した半導体ウエハの表
面に堆積させて薄膜（スパッタ膜）を形成する。マルチ
チャンバ構造のスパッタ装置では、多層膜形成のために
各プロセスチャンバには、それぞれ所定のターゲットが
取り付けられる。ターゲットは繰り返してスパッタが行
われることによって消耗して薄くなる。このため、ター
ゲットの交換が必要となる。従来のスパッタリング装置
におけるターゲットの交換、すなわちターゲット寿命の
予測は、前記文献のように、処理枚数から算定してい
る。また、本出願人においては、一定の処理枚数に至っ
た時点で、ターゲットのエロージョン深さを測定したり
あるいはエロージョンの状況を目視で判断してターゲッ
ト寿命を決定している。しかし、処理枚数でターゲット
寿命を決定する方法は、ターゲットのエロージョンが小
さい場合においては寿命に至っていないターゲットを廃
棄することになり、材料の無駄に繋がる。また、エロー
ジョンが大きい場合は、一定の処理枚数の最後や最後に
近い処理におけるスパッタ膜の不均一化のおそれもあ
る。また、ターゲットにおけるエロージョンの測定は作
業が煩雑となる。また、目視の場合は正確さに欠ける。

【０００５】さらに、ロードロックタイプのスパッタリ
ング装置では、プロセスチャンバを一度大気開放した場
合には、処理のためにプロセスチャンバを所定の真空度
に上げるために多大の時間を必要とする。したがって、
プロセスチャンバの開放時がターゲット寿命と一致する
場合は問題がないが、ターゲットが寿命に至っていない
場合は、ターゲットの廃棄処分は材料の無駄となり、そ
のままターゲットを使用する場合は、ターゲット寿命検
出作業が無駄なものとなるとともに、スパッタリング装
置の稼働率の低下を来してしまうことになる。

【０００６】本発明の目的は、プロセスチャンバの開放
を行うことなくターゲットの寿命を検出できるスパッタ
リング装置を提供することにある。本発明の前記ならび
にそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述およ
び添付図面からあきらかになるであろう。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。すなわち、本発明のスパッタリング
装置は、気密性のプロセスチャンバと、前記プロセスチ
ャンバ内に設けられる被処理物を載置するステージと、
前記ステージに対面して配設されるターゲットと、前記
ターゲット表面からスパッタ物質を飛散させるようにタ
ーゲットに所定の電圧を印加する電源とを有するととも
に、前記ターゲットのエロージョンの深さを測定する測
定装置が設けられている。前記測定装置はターゲットの
両端にそれぞれ測定端子を取り付けてターゲットの抵抗
を測定してエロージョンの深さを測定する抵抗測定装置
で構成されている。

【０００８】本発明の他の実施例によるスパッタリング
装置においては、ターゲットのエロージョンの深さを測
定する測定装置は、ターゲットの両端にそれぞれ測定端
子を取り付けてターゲットの容量を測定してエロージョ
ンの深さを測定する容量測定装置で構成されている。

【０００９】本発明の他の実施例によるスパッタリング
装置においては、ターゲットのエロージョンの深さを測
定する測定装置は、ターゲットの一端から光を投光しか
つ他端で透過光を受光してエロージョンの深さを測定す
る光学測定装置で構成されている。

【００１０】本発明の他の実施例によるスパッタリング
装置においては、ターゲットのエロージョンの深さを測
定する測定装置は、超音波測定装置によって構成されて
いる。超音波測定装置の変換器からターゲットに向けて
超音波が放射されるとともに、反射して戻ってくるエコ
ーは前記変換器で受信され、この測定情報によってター
ゲットのエロージョンの深さが検出される。

【００１１】

【作用】上記した手段によれば、本発明のスパッタリン
グ装置は、抵抗測定装置でターゲットの抵抗を測定し、
この測定情報からエロージョンの深さを検出することか
ら、プロセスチャンバを解放することなくターゲットの
寿命を容易に検出できることになる。

【００１２】本発明の他の実施例によるスパッタリング
装置、すなわち、ターゲットの容量を測定してエロージ
ョンの深さを測定する構造のスパッタリング装置，ター
ゲットを透過した透過光を受光してエロージョンの深さ
を測定する構造のスパッタリング装置，ターゲットに超
音波を放射しかつ反射して戻ってくるエコーを受信して
エロージョンの深さを測定するスパッタリング装置にお
いても、前記実施例同様にプロセスチャンバを解放する
ことなくターゲットの寿命を容易に検出できることにな
る。

【００１３】

【実施例】以下図面を参照して本発明の一実施例につい
て説明する。図１は本発明の一実施例によるスパッタリ
ング装置におけるターゲット寿命測定装置を示す模式
図、図２は同じくスパッタリング装置の要部を示す断面
図、図３はターゲットの抵抗値とエロージョン深さの相
関を示すグラフである。

【００１４】本発明のスパッタリング装置は、ターゲッ
トの寿命を検出する測定装置が設けられている。測定装
置１は、この実施例では抵抗測定装置２からなり、原理
的には図１に示すように、銅からなるバッキングプレー
ト３に取り付けられたターゲット４の両端に抵抗測定装
置２の測定端子５が接続されている。前記ターゲット４
は、プロセスチャンバ内に配置される。ターゲット４の
材質は、図示しない被処理物である半導体ウエハの表面
に形成する薄膜に対応して選択される。本実施例では、
ターゲット４の材質は、たとえば、アルミニウム（Ａ
ｌ）が選択され、スパッタリングによって半導体ウエハ
の表面にＡｌの薄膜が形成される。前記ターゲット４
は、繰り返して行われるスパッタリングによって、表面
が浸食（エロージョン）されて薄くなる。図１の二点鎖
線部分は、スパッタリング開始前の厚さ（ターゲット４
の表面高さ）を示すものである。また、ターゲット４の
抵抗値とエロージョンの深さとの相関は、実験からも分
かるが、図３のグラフのように直線的に変化する。した
がって、ターゲットにおける抵抗値の変化とエロージョ
ン深さとの相関に基づいて、各抵抗値に対応するターゲ
ット消費量を定量化しておくことができる。この結果、
ターゲット４の抵抗値を測定することによってエロージ
ョン深さを検出できることになる。前記抵抗測定装置２
には、測定した抵抗値の表示以外に前記抵抗値に対応す
るエロージョン深さ，ターゲット消費量（ターゲット消
費率），ターゲット残料（残料厚さ，算料率）等を表示
しておくことが、ターゲット寿命を知る上で良い。ま
た、ターゲット交換時期（エロージョン深さに基づいて
設定）を示す表示も好ましい。このように、本発明にお
いては、ターゲットの消費量（ターゲットの交換時期）
を知りたい時、測定装置１（抵抗測定装置２）を動作さ
せることによって、プロセスチャンバを開放させること
なくエロージョン深さ、すなわちターゲットの消費量や
ターゲット交換時期（ターゲット寿命）を容易に知るこ
とができる。

【００１５】つぎに、本発明のスパッタリング装置の要
部について、図２を参照しながら説明する。スパッタリ
ングを行うプロセスチャンバ１０の中央には、ステージ
１１が配設されている。このステージ１１は、同一円周
上に等間隔で配設された４本の支持ピン１２によって形
成されている。また、このステージ１１の下部には排気
口１３が設けられている。この排気口１３は、図示しな
い真空ポンプに接続され、前記プロセスチャンバ１０内
を所定の真空度にするようになっている。また、前記プ
ロセスチャンバ１０内には、キャリヤガス供給管７が取
り付けられている。このキャリヤガス供給管７からは、
たとえば、アルゴン（Ａｒ）ガスがプロセスチャンバ１
０内に供給される。また、前記プロセスチャンバ１０の
一側面には、前記ステージ１１に半導体ウエハ１５の取
り入れ，取り出しを行う図示しない移送機構を内蔵した
ロードロックチャンバ１６が接続されている。前記ロー
ドロックチャンバ１６が接続されるプロセスチャンバ１
０の接続口１７には、ゲートバルブ１９が設けられ、接
続口１７の開閉を行うようになっている。

【００１６】一方、前記ステージ１１の上方のプロセス
チャンバ１０の天井部分には、銅板からなるバッキング
プレート３が取り付けられている。そして、このバッキ
ングプレート３の内面には、スパッタ物質の原料となる
ターゲット４が貼り付けられている。この例では、前記
ターゲット４はＡｌで形成されている。また、前記ター
ゲット４には高周波電源２０が印加されるようになって
いる。したがって、前記プロセスチャンバ１０内をＡｒ
ガスで満たし、かつプロセスチャンバ１０内を所定の真
空度に保ち、高周波電源２０をターゲット４に印加する
と、ターゲット４の表面のＡｌ原子が飛び出し、対向す
る位置に配置したウエハ（半導体ウエハ）１５の表面に
堆積してＡｌのスパッタ膜が形成されることになる。

【００１７】また、前記ターゲット４は、測定装置１、
すなわち前述したように抵抗測定装置２によってエロー
ジョン深さが外部から測定可能となっている。抵抗測定
装置２から延在する２本の電線２５は、プロセスチャン
バ１０内に臨み、それぞれ先端の測定端子５がターゲッ
ト４の両端に接続されている。これにより、ターゲット
４のエロージョン深さを検出する際は、前述のように抵
抗測定装置２を動作させてターゲット４の抵抗値を測定
する。この測定抵抗値からエロージョン深さが検出でき
る。また、エロージョン深さの検出によって、ターゲッ
ト交換時期やターゲット寿命を知ることができる。な
お、エロージョン深さの検出は、プロセスチャンバ１０
を開放することなく知ることができる。

【００１８】

【発明の効果】（１）本発明のスパッタリング装置は、
抵抗測定装置でターゲットの抵抗を測定し、この測定情
報からエロージョンの深さを検出できることから、ター
ゲット寿命を的確に検出することができるという効果が
得られる。

【００１９】（２）本発明のスパッタリング装置は、タ
ーゲットのエロージョン深さを外部から測定できる測定
装置を有していることから、ターゲットが組み込まれる
プロセスチャンバを開放させなくともターゲットのエロ
ージョン深さを検出できるという効果が得られる。

【００２０】（３）上記（２）により、本発明のスパッ
タリング装置は、ターゲットのエロージョン深さを検出
するに際して、プロセスチャンバを開放させなくとも良
くなることから、エロージョン深さ検出のため毎のプロ
セスチャンバの真空立ち上げ時間が不要となり、スパッ
タリング装置の稼働率向上が達成できるという効果が得
られる。

【００２１】（４）上記（２）により、本発明のスパッ
タリング装置は、必要に応じてターゲットのエロージョ
ン深さ検出が可能となることから、均一なスパッタ膜を
形成できる状態でターゲットを十分使い切ることができ
るという効果が得られる。

【００２２】（５）上記（４）により、本発明のスパッ
タリング装置は、均一なスパッタ膜を形成できる状態で
ターゲットを十分使い切ることができ、従来のように使
用可能なターゲットを廃棄処分とすることもなくなるこ
とから、材料の無駄がなくなるという効果が得られる。

【００２３】（６）上記（１）〜（５）により、本発明
によれば、プロセスチャンバの開放を行うことなくター
ゲットの寿命を検出できるとともに、スパッタリングコ
スト低減が達成できるスパッタリング装置を提供するこ
とができるという相乗効果が得られる。

【００２４】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない、たとえば、
ターゲット４のエロージョン深さの深さを測定する測定
装置１としては、図４に示すように、容量測定装置２７
を使用しても前記実施例同様な効果が得られる。すなわ
ち、容量測定装置２７から延在する２本の電線２９の測
定端子３０を、前記ターゲット４の両端にそれぞれ取り
付けて、ターゲット４の容量を測定してエロージョンの
深さを測定する。この容量値も、前記実施例と同様にエ
ロージョン深さとの相関を調べておき、容量値からエロ
ージョン深さを検出するようにする。この容量測定装置
２７によれば、石英等の絶縁体でターゲット４が形成さ
れている場合におけるエロージョン深さを検出するのに
適している。

【００２５】図５は本発明の他の実施例によるスパッタ
リング装置における透過光測定によるターゲット寿命測
定装置を示す模式図である。この実施例では、測定装置
１として光学測定装置３５が使用され、石英等光透過性
のターゲット４のエロージョン深さ検出を行う。すなわ
ち、ターゲット４の一端には、投光部３６が取り付けら
れている。前記光学測定装置３５内にはレーザ発振装置
３７が配設されている。レーザ発振装置３７で発光され
たレーザ光３９は、ガラスファイバ４０によって前記投
光部３６に伝えられ、投光部３６からターゲット４内に
投光される。また、ターゲット４の他端には、受光部４
１が取り付けられている。この受光部４１で受光された
レーザ光３９は、ガラスファイバ４２によって前記光学
測定装置３５内に配設された受光装置４３に接続されて
いる。したがって、前記レーザ発振装置３７を動作さ
せ、ターゲット４の一端側に取り付けられた投光部３６
からターゲット４内にレーザ光３９を投光させ、ターゲ
ット４の他端側に取り付けられた受光部４１で透過光４
４を受光する。この受光装置４３では透過光４４の光強
度を電気信号に変換する。スパッタリングを繰り返して
行うと、ターゲット４はエロージョンが生じるととも
に、表面は荒れ、ターゲット４内に投光されたレーザ光
３９はターゲット４の外方にも散乱し、受光装置４３で
検出される透過光４４の光量も減少する。そこで、この
光強度とターゲット４のエロージョン深さとの相関を調
べておき、光強度からエロージョン深さを検出するよう
にする。この実施例の場合でも、前記実施例同様にプロ
セスチャンバを開放することなくターゲットの寿命を容
易に検出できることになる。

【００２６】図６は本発明の他の実施例によるスパッタ
リング装置における超音波測定によるターゲット寿命測
定装置を示す模式図である。この実施例では、測定装置
１として超音波測定装置５０が使用される。すなわち、
バッキングプレート３の背面（外面）側には、超音波測
定装置５０の変換器５１が配設される。この変換器５１
からは、超音波（超音波パルス）５２がバッキングプレ
ート３を通してターゲット４に放射される。また、前記
変換器５１は、前記ターゲット４の表面（エロージョン
面）で反射して戻って来たエコー５３を検出する。この
エコー５３の到着時間の差によってターゲット４の表面
（エロージョン面高さ）を検出する。なお、図中５４は
変換器５１と超音波測定装置５０を結ぶ電線である。し
たがって、前記超音波測定装置５０を動作させ、変換器
５１から放射された超音波５２のエコー５３を検出する
ことによってターゲット４のエロージョン深さを検出で
きることになる。この実施例のスパッタリング装置にお
いても、前記実施例同様にプロセスチャンバを解放する
ことなくターゲットの寿命を容易に検出できることにな
る。

【００２７】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるスパッ
タリング技術に適用した場合について説明したが、それ
に限定されるものではない。本発明は少なくとも処理に
よって暫時目減りする物質の変化を検出する技術には適
用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるスパッタリング装置に
おけるターゲット寿命測定装置を示す模式図である。

【図２】本発明の一実施例によるスパッタリング装置の
要部を示す断面図である。

【図３】ターゲットにおける抵抗値とエロージョン深さ
の相関を示すグラフである。

【図４】本発明の他の実施例によるスパッタリング装置
における容量測定によるターゲット寿命測定装置を示す
模式図である。

【図５】本発明の他の実施例によるスパッタリング装置
における透過光測定によるターゲット寿命測定装置を示
す模式図である。

【図６】本発明の他の実施例によるスパッタリング装置
における超音波測定によるターゲット寿命測定装置を示
す模式図である。

【符号の説明】

１…測定装置、２…抵抗測定装置、３…バッキングプレ
ート、４…ターゲット、５…測定端子、７…キャリヤガ
ス供給管、１０…プロセスチャンバ、１１…ステージ、
１２…支持ピン、１３…排気口、１４…排気管、１５…
半導体ウエハ、１６…ロードロックチャンバ、１７…接
続口、１９…ゲートバルブ、２０…高周波電源、２５…
電線、２７…容量測定装置、２９…電線、３０…測定端
子、３５…光学測定装置、３６…投光部、３７…レーザ
発振装置、３９…レーザ光、４０…ガラスファイバ、４
１…受光部、４２…ガラスファイバ、４３…受光装置、
４４…透過光、５０…超音波測定装置、５１…変換器、
５２…超音波、５３…エコー、５４…電線。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気密性のプロセスチャンバと、前記プロ
セスチャンバ内に設けられる被処理物を載置するステー
ジと、前記ステージに対面して配設されるターゲット
と、前記ターゲット表面からスパッタ物質を飛散させる
ようにターゲットに所定の電圧を印加する電源とを有す
るスパッタリング装置であって、前記ターゲットのエロ
ージョンの深さを測定する測定装置が設けられているこ
とを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項２】前記測定装置はターゲットの両端にそれ
ぞれ測定端子を取り付けてターゲットの抵抗を測定して
エロージョンの深さを測定する抵抗測定装置で構成され
てい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。
【請求項３】前記測定装置はターゲットの両端にそれ
ぞれ測定端子を取り付けてターゲットの容量を測定して
エロージョンの深さを測定する容量測定装置で構成され
てい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。
【請求項４】前記測定装置はターゲットの一端から光
を投光しかつ他端で透過光を受光してエロージョンの深
さを測定する光学測定装置で構成されていることを特徴
とする請求項１記載のスパッタリング装置。
【請求項５】前記測定装置は超音波測定装置によって
構成され、超音波測定装置の変換器からターゲットに向
けて超音波を放射するとともに、反射して戻ってくるエ
コーを変換器で受信し、ターゲットのエロージョンの深
さを測定す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。