(57)【要約】【課題】真空処理室内の真空を破ることなく、ターゲット表面の微小な変化を察知し、正確にターゲット表面の異常を検出することのできるスパッタリング装置を提供する。【解決手段】本発明のスパッタリング装置は、真空処理装置１内に設置されたスパッタリングターゲット２表面を励起し、オージェ電子を放出させるための電子銃３と、放出された前記オージェ電子のエネルギーを検出するためのオージェ電子エネルギー検出部４と、オージェ電子のエネルギーからスパッタリングターゲット２表面の組成を分析し、設定した元素含有量の規格と比較するためのデータ演算処理部６と、を備え、前記元素含有量が規格内であれば、試料へのスパッタリング処理を開始し、前記元素含有量が規格外であれば、スパッタリングターゲット２表面のプリスパッタと組成分析を繰り返し行うことを特徴とする。【選択図】図１
2006073786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空処理装置内に設置されたスパッタリングターゲット表面を励起し、オージェ電子を放出させるための電子銃と、
放出された前記オージェ電子のエネルギーを検出するためのエネルギー検出部と、
前記オージェ電子のエネルギーから前記スパッタリングターゲット表面の組成を分析し、設定した元素含有量の規格と比較するためのデータ演算処理部と、を備え、
前記元素含有量が規格内であれば、試料へのスパッタリング処理を開始し、前記元素含有量が規格外であれば、前記スパッタリングターゲット表面のプリスパッタと組成分析を繰り返し行うことを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項２】
真空処理装置内に設置されたスパッタリングターゲット表面を励起し、特性Ｘ線を放出させるための電子銃と、
放出された前記特性Ｘ線のエネルギーを検出するためのエネルギー検出部と、
前記特性Ｘ線のエネルギーから前記スパッタリングターゲット表面の組成を分析し、設定した元素含有量の規格と比較するためのデータ演算処理部と、を備え、
前記元素含有量が規格内であれば、試料へのスパッタ処理を開始し、前記元素含有量が規格外であれば、前記スパッタリングターゲット表面のプリスパッタと組成分析を繰り返し行うことを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項３】
スパッタリング処理時に、前記エネルギー検出部表面を遮蔽する遮蔽板を有することを特徴とする請求項１または２に記載のスパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置等の製造に用いられるスパッタリング装置において、ターゲット表面の組成状態を確認するための、組成分析機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
化合物薄膜の形成等に用いられる反応性スパッタリング装置において、スパッタ処理中の真空処理室内は反応ガス雰囲気中であり、処理後の真空処理室内には反応ガスが一部残留するため、ターゲット表面がガスと反応し、変質することがある。
【０００３】
また、メンテナンス等で、真空処理室内を大気開放した際に、真空処理室内やターゲット内に吸収された大気成分の影響により、ターゲット表面の組成変化が起こる。このように、ターゲット表面が本来の組成と異なることで、スパッタレートの変動や、スパッタ膜の膜質の変動要因となる。
【０００４】
これを防ぐために、基板とターゲットの間にシャッターを設け、製品処理前に、シャッターを閉じた状態でターゲット表面をスパッタし、変質層をシャッターにのみ被着させるか、製品でないダミー基板を製品基板の前に装置内に入れ、不活性ガスのみでのプリスパッタを行って、変質層をダミー基板に被着させるかして、ターゲット表面の変質層、例えば、酸化層、窒化層、汚染層などの除去を行っている。
【０００５】
しかしながら、スパッタリング装置において、真空処理室内は常に真空状態であるため、ターゲット表面の変質・汚染状態を把握することが困難である。これまでのターゲット表面状態の確認方法として、プリスパッタ時におけるプラズマ光の発光強度をエンドポイントセンサで検出し、ターゲット表面状態を確認する方法があった（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特公平６−９４５９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のターゲット表面の観察方法では以下の課題がある。
【０００７】
まず、プリスパッタ時におけるプラズマ光の発光強度をエンドポイントセンサで検出し、ターゲット表面状態を確認する方法では、プリスパッタ中において、エンドポイントセンサの検出窓がスパッタ雰囲気に晒されているため、検出窓にプリスパッタ時のスパッタリング粒子が付着する。その結果、処理回数の増加に伴い検出窓部にスパッタ粒子が堆積し、エンドポイントセンサの検出感度が低下し、正確にターゲット表面の状態を把握できなくなる。そのため、定期的な検出窓の交換が必要となり、メンテナンス回数が増加する問題がある。またプラズマ光の発光強度を検出する方法は、ターゲット表面そのものを確認しているものではないため、正確な分析になっていない場合がある。
【０００８】
本発明は上記問題点を鑑み、ターゲット表面の微小な変化を察知し、正確にターゲット表面の異常を検出することのできるスパッタリング装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明のスパッタリング装置は、真空処理装置内に設置されたスパッタリングターゲット表面を励起し、オージェ電子を放出させるための電子銃と、放出された前記オージェ電子のエネルギーを検出するためのエネルギー検出部と、前記オージェ電子のエネルギーから前記スパッタリングターゲット表面の組成を分析し、設定した元素含有量の規格と比較するためのデータ演算処理部と、を備え、前記元素含有量が規格内であれば、試料へのスパッタリング処理を開始し、前記元素含有量が規格外であれば、前記スパッタリングターゲット表面のプリスパッタと組成分析を繰り返し行うことを特徴とする。
【００１０】
本発明の別のスパッタリング装置は、  真空処理装置内に設置されたスパッタリングターゲット表面を励起し、特性Ｘ線を放出させるための電子銃と、放出された前記特性Ｘ線のエネルギーを検出するためのエネルギー検出部と、前記特性Ｘ線のエネルギーから前記スパッタリングターゲット表面の組成を分析し、設定した元素含有量の規格と比較するためのデータ演算処理部と、を備え、前記元素含有量が規格内であれば、試料へのスパッタ処理を開始し、前記元素含有量が規格外であれば、前記スパッタリングターゲット表面のプリスパッタと組成分析を繰り返し行うことを特徴とする。
【００１１】
スパッタリング処理時に、前記エネルギー検出部表面を遮蔽する遮蔽板を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように本発明によれば、真空処理室内で大気開放することなく、ターゲット表面の組成分析を行え、プリスパッタ時に確実にターゲット表面に形成された酸化層、窒化層等を除去することができる。つまり、過剰なプリスパッタによるターゲットの消耗が抑止でき、再現性のある安定した高品質の成膜が可能となる。またスパッタリングによる成膜工程やプリスパッタ工程において、電子銃およびエネルギー検出部は、ターゲットとの間に設置されたシャッターにより遮蔽されているため、スパッタリング粒子が検出部に堆積することが皆無となり、ターゲット表面の状態を正確に把握することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態における、反応性スパッタリング装置および組成分析システムを示す構成図である。
【００１４】
図１において、１は真空処理室、２はターゲット、３は電子銃、４はオージェ電子エネルギー検出部、５はデータ送受信部、６はデータ演算処理部、７はシャッター、８は基板、９は基板保持部、１０は不活性ガス供給管、１１は反応ガス供給管、１２は装置コントローラー、１３はデータ送受信ケーブルである。
【００１５】
真空処理室１内に、ガス供給配管１０より不活性ガスとガス供給配管１１より反応ガスを供給し、ターゲット２と基板８の間に電圧を印加してプラズマを生成し、反応性スパッタにより基板８に所望の膜を成膜する。
【００１６】
スパッタ終了後、基板８は真空処理室１より排出され、基板保持部９とターゲット２間に設置されたシャッター７Ａが動作し、基板保持部９とターゲット２間を遮蔽する。
【００１７】
次にガス供給配管１０より不活性ガスのみを真空処理室１内部に供給し、ターゲット２とシャッター７Ａの間で放電し、プリスパッタを実施する。放電及び、ガス供給を停止させプリスパッタを終了後、電子銃３とターゲット２間を遮蔽していたシャッター７Ｂが回転・移動し、電子銃３とターゲット２との間からずれる。
【００１８】
次に、オージェ電子エネルギー検出部４とターゲット２間を遮蔽していたシャッター７Ｃが回転・移動し、オージェ電子エネルギー検出部４とターゲット２間との間からずれる。
【００１９】
その後、ターゲット２表面に電子銃３を用いて電子ビームを照射することで、各元素固有のオージェ電子エネルギーが放出され、これをオージェ電子エネルギー検出部４で検出し、データ送受信部５にデータ送受信ケーブル１３を介して送信され、そのデータはさらにデータ演算処理部６に送信され、演算処理が行なわれる。ターゲット２表面の状態が設定した元素含有量の規格内であれば、シャッター７Ｂ、及びシャッター７Ｃが動作し、電子銃３とオージェ電子エネルギー検出部４はそれぞれターゲット２間とシャッター７Ｂ、及びシャッター７Ｃによって遮蔽され、次に成膜される基板８を真空処理室１に搬入する指示を、装置コントローラー１２に送信する。測定結果が規格外の場合は、再度プリスパッタを行う指示を装置コントローラー１２に送信し、ターゲット２表面が設定した規格内となるまでプリスパッタと、組成分析を繰り返す。
【００２０】
プリスパッタ時は、シャッター７Ｂ、及びシャッター７Ｃが動作し、電子銃３とオージェ電子エネルギー検出部はそれぞれターゲット間と遮蔽されているものとする。ターゲット２の表面がターゲット２のみの元素となった時点で、シャッター７Ｂ、及びシャッター７Ｃが動作し、電子銃３とオージェ電子エネルギー検出部４はそれぞれターゲット２間と遮蔽され、次に成膜される基板８を真空処理室１内に搬入する指示を、装置コントローラー１２に送信し、スパッタリング処理を開始する。
【００２１】
なお本実施の形態でターゲット２の位置が真空処理室１内の下部に設置してあると説明されているが、上下左右どの箇所に設置されても同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００２２】
またシャッター７を有さないスパッタリング装置においては、製品でないダミー基板８を基板保持部９上に設置することで、同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００２３】
また本実施の形態で電子銃３及びオージェ電子エネルギー検出部４を１組の場合で説明したが、同一の電子銃３及びオージェ電子エネルギー検出部４を複数組有することでターゲット２表面の多点部分の測定を行うことが可能となる。
【００２４】
また本実施の形態で反応性スパッタリング装置における処理間でのプリスパッタの場合を説明したが、プリスパッタが必要な全ての工程において、同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００２５】
また本実施の形態でオージェ電子エネルギーを検出し、組成分析を行うと説明しているが、特性Ｘ線を検出するための装置を設けて組成分析を行うことで、同様の効果が得られることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明のスパッタリング装置は、ターゲットの表面の組成変化を正確に把握するシステムを有し、半導体装置製造における各種スパッタリング装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態における、反応性スパッタリング装置および組成分析システムを示す構成図
【符号の説明】
【００２８】
１  真空処理室
２  ターゲット
３  電子銃
４  オージェ電子エネルギー検出部
５  データ送受信部
６  データ演算処理部
７  シャッタ−
８  基板
９  基板保持部
１０  不活性ガス供給管
１１  反応ガス供給管
１２  装置コントローラー
１３  データ送受信ケーブル
【図１】
2006073786.tif 000003