(57)【要約】      （修正有）【課題】メンテナンス頻度を低減でき、適切なメンテナンス時期を見極めることができる基板処理装置を提供する。【解決手段】基板処理装置１０は、イオンを発生させるイオン源４０と、イオン源４０からのイオンビーム４５を受けるターゲット３６と、第一真空容器１１内に収容されてターゲット３６からのスパッタ粒子４６を受けるウエハ１を保持するウエハホルダ１８と、第二真空容器２２へのスパッタ粒子４６の付着を抑制する防着板５１と、防着板５１へ付着するスパッタ粒子４６の付着量を予測する付着量予測部６１とを備える。【選択図】図３
2011168825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンを発生させるイオン発生部と、
収納容器に収容され、前記イオン発生部からのイオンを受けるターゲットと、
前記ターゲットからのターゲット成分を受ける基板を保持する基板保持部と、
前記収納容器への前記ターゲット成分の付着を抑制する付着抑制部と、
前記付着抑制部へ付着する前記ターゲット成分の付着量を予測する付着量予測部と、
を備える基板処理装置。
【請求項２】
収納容器に収容されたターゲットにイオン発生部からイオンを照射し、前記ターゲットから発生したターゲット成分が、前記収納容器への前記ターゲット成分の付着を抑制する付着抑制部および基板保持部に保持された基板へ付着する工程と、
付着量予測部が前記付着抑制部へ付着する前記ターゲット成分の付着量を予測する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の一例としてＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory ）がある。ＭＲＡＭはスピン注入磁化反転方式を利用したメモリーである。ＭＲＡＭの製造方法においては、数原子層レベルの薄膜を積層して、ＭＴＪ（Magnetic tunnel Junction) 素子を作製する。絶縁膜（目標値で１ｎｍ以下のＭｇＯ膜（酸化マグネシウム膜））を電子の反転を利用するための磁性膜（ＣｏＦｅＢ膜）によって挟んだ極薄膜が、膜の中心部分である。
ＭＴＪ素子の製造方法およびそれに使用する真空処理装置が述べられた例として、特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１２４７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＭＴＪ素子を作製する真空処理装置においては、成膜室の到達圧力を超真空領域である１０-7パスカル（Ｐａ）台以下に下げて清浄に保つ必要がある。
このような成膜室において、イオンビームによってターゲットをスパッタすると、スパッタすることにより、成膜室内面にもターゲット成分が付着し、ある付着量を超えると、剥離が発生するため、清浄を維持することができない。成膜室内を常に維持するためには、メンテナンスする必要がある。
このメンテナンスの頻度が少ないと、清浄を維持することができず、頻度が多いと、生産性が低下する。
【０００５】
本発明の目的は、メンテナンス頻度を低減することができ、かつ、適切なメンテナンス時期を容易に見極めることができる基板処理装置およびそれを使用した半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
（１）イオンを発生させるイオン発生部と、
収納容器に収容され、前記イオン発生部からのイオンを受けるターゲットと、
前記ターゲットからのターゲット成分を受ける基板を保持する基板保持部と、
前記収納容器への前記ターゲット成分の付着を抑制する付着抑制部と、
前記付着抑制部へ付着する前記ターゲット成分の付着量を予測する付着量予測部と、
を備える基板処理装置。
（２）収納容器に収容されたターゲットにイオン発生部からイオンを照射し、前記ターゲットから発生したターゲット成分が、前記収納容器への前記ターゲット成分の付着を抑制する付着抑制部および基板保持部に保持された基板へ付着する工程と、
付着量予測部が前記付着抑制部へ付着する前記ターゲット成分の付着量を予測する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
【発明の効果】
【０００７】
この手段によれば、メンテナンス頻度を低減することができ、かつ、適切なメンテナンス時期を容易に見極めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第一実施形態である基板処理装置を示す正面図である。
【図２】その平面図である。
【図３】（ａ）はその側面断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ部の拡大図である。
【図４】イオン源を示す側面断面図である。
【図５】イオン源の他の実施形態を示す側面断面図である。
【図６】ＳＰＲＡＭの成膜例を示す断面図である。
【図７】スパッタ粒子の軌跡を示す側面断面図である。
【図８】成膜レートを示すグラフである。
【図９】係数αとＭ２＋Ｍ１の関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の第二実施形態である基板処理装置のチルトブロックを示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図である。
【図１１】水晶振動子を示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図１２】本発明の第三実施形態であるクラスタ型基板処理装置を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態を図面に即して説明する。
図１〜図９は本発明の第一実施形態を示している。
本実施形態において、本発明に係る基板処理装置は、ＭＲＡＭを製造するものとして構成されており、基板としてのシリコンウエハ（以下、ウエハという）に複数の薄膜を積層する。
【００１０】
図１〜図３に示されているように、本実施形態に係る基板処理装置１０は、直方体函形状に形成された第一収納容器としての第一真空容器１１を備えており、第一真空容器１１は処理室１２を構成している。第一真空容器１１の正面壁には、処理室１２に基板としてのウエハ１を搬入したり搬出するための開口１３が設けられている。開口１３はゲートバルブ１４によって開閉される。
【００１１】
処理室１２の右側壁にはチルト装置１５が設置されている。チルト装置１５はチルト軸１６を所定角度旋回可能に構成されており、例えば、９０度だけ往復回転させる。チルト軸１６は処理室１２内に挿入されている。チルト軸１６はチルトブロック１７を処理室１２内において支持する。チルトブロック１７には基板ホルダとしてのウエハホルダ１８が配置されている。チルトブロック１７内には回転装置１９が設置されている。回転装置１９はウエハホルダ１８を回転させる。
チルト装置１５はウエハホルダ１８が保持したウエハ１を、水平姿勢と垂直姿勢との間でチルトさせる。
処理室１２の底壁には昇降装置２０が設置されている。昇降装置２０は処理室１２内に配置された邪魔板２１を昇降させる。邪魔板２１はチルトブロック１７の背面側に配置されており、昇降装置２０によって昇降される。
【００１２】
第一真空容器１１の背面壁には、直方体函形状に形成された第二収納容器としての第二真空容器２２が連結されている。第二真空容器２２はターゲット室２３を構成している。ターゲット室２３の容積は処理室１２の容積よりも大きい。すなわち、処理室１２の容積はターゲット室２３の容積よりも小さい。
第一真空容器１１と第二真空容器２２との合わせ壁は、処理室１２とターゲット室２３とを仕切る隔壁２４を構成している。隔壁２４には連通孔２５が所定の位置に設けられている。所定の位置は、後述するターゲットに照射されて反射したイオンの一部が通過し、他部が隔壁２４の壁面に衝突する位置、である。
第二真空容器２２の背面壁下部には、第一真空ポンプとしてのターボ分子ポンプ２６と、第二真空ポンプとしてのクライオポンプ２７が設置されている。ターボ分子ポンプ２６およびクライオポンプ２７はターゲット室２３、処理室１２および後述するイオン源室を排気する。
【００１３】
第二真空容器２２の背面壁の上部には回転装置２８が水平方向に設置されている。回転装置２８の回転軸２９はターゲット室２３に前後方向に延在するように水平に挿入されている。回転軸２９は磁気シールによって気密封止されている。回転軸２９はターゲットホルダ３０をターゲット室２３内で支持している。
延在部としてのターゲットホルダ３０は、回転軸２９に対して垂直方向であって、異なる方向に複数延在している。具体的には、ターゲットホルダ３０は、錐形状に構成されている。例えば、ターゲットホルダ３０は八角錐（八方錐）台（切頭八角錐）形状に形成されている。錐の回転軸線（頂点の垂線）３１に回転軸２９がターゲットホルダ３０を貫通して連結されている。図３に示されているように、錐の回転軸線３１と錐面３２とがなす夾角３３は鋭角で設定され、例えば、４５度に設定されている。すなわち、回転軸線３１と直交する面３１Ａと錐面３２とがなす夾角３３Ａは、４５度である。
錐面３２は台形形状の側壁面３４を８枚備えている。８枚の側壁面３４は周方向に等間隔にそれぞれ位置している。側壁面３４は回転軸２９に対して垂直方向であって、異なる方向に８枚延在する延在部を構成している。８枚の側壁面３４にはターゲットチャック３５が１台ずつ設置されている。ターゲットチャック３５はターゲット３６を側壁面３４と平行に保持する。したがって、ターゲット３６は回転軸２９に対して４５度分傾斜する。ターゲット３６は平板形状の直方体で形成されている。また、隣り合うターゲット３６、３６の隣接する一端同士は、鋭角としての４０度の夾角を構成する。したがって、隣り合うターゲット３６、３６同士は、充分な間隙を挟む。
ターゲットチャック３５には冷却水路（図示せず）が回転軸２９の中空部を経由して配管されている。冷却水はターゲット３６のイオン照射による発熱を抑える。
【００１４】
第二真空容器２２の底壁には射出孔３９が設けられている。第二真空容器２２の底壁下面にはイオン源４０が設置されている。射出孔３９の上方にはターゲット３６が位置する。４５度傾斜したターゲット３６は射出孔３９と連通孔２５とに対向する。
【００１５】
図４に示されているように、イオン源４０はイオン源室４１、フィラメント４２、平板状の加速電極４３、平板状の減速電極４４を備えている。
イオン源室４１内はターゲット室２３に射出孔３９によって連通している。フィラメント４２はイオン源室４１内に設けられる。加速電極４３および減速電極４４は射出孔３９を横断するように設けられる。加速電極４３および減速電極４４はフィラメント４２に対向する。フィラメント４２にはフィラメント電源およびアーク電源から電力が供給され、加速電極４３および減速電極４４には加速電源および減速電源から電圧が印加される。
加速電極４３および減速電極４４は耐熱金属、例えば、モリブデン（Ｍｏ）によって形成される。加速電極４３と減速電極４４とは所定間隙ｄを置いて平行に配される。加速電極４３は多数個の加速通過孔４３ａを有する。減速電極４４は多数個の減速通過孔４４ａを有する。
減速通過孔４４ａは対向する加速通過孔４３ａに対して、軸心がずれる（偏心する）ようにそれぞれ配置される。この配置は、加速電極４３からのイオンビーム４５を偏向させるので、図４に示されているように、イオンビーム４５はターゲット３６上において収束する。イオンビーム４５の収束は、イオンビーム密度（電流密度）を高め、成膜速度を増大させるので、不純物の発生を抑制し、ウエハ１の汚染を防止する。また、この配置は、ターゲット３６を小型化し、イオン源４０を小型化する。
【００１６】
イオン源４０にはガス供給源５０が接続されている。ガス供給源５０はイオン化されるガスをイオン源室４１内に供給する。ガスとしては、通常、アルゴン（Ａｒ）ガスが用いられる。
アルゴンガスがイオン源室４１内に供給され、フィラメント４２にアーク電力が供給されると、フィラメント４２とイオン源室４１の側壁との間においてアーク放電が起こる。このアーク放電により、アルゴンのプラスイオン（以下、アルゴンイオンという）と電子とが混在した状態（プラズマ状態）になる。加速電極４３および減速電極４４はアルゴンイオンに運動エネルギを与えることにより、アルゴンイオンを加速通過孔４３ａと減速通過孔４４ａとを通して、ターゲット室２３内に引き出す。
ターゲット室２３に引き出されたアルゴンイオンは、イオンビーム４５となってターゲット３６に照射する。ターゲット３６に照射したイオンビーム４５は、ターゲット３６の構成材料を成分とする粒子（以下、スパッタ粒子という）４６をターゲット３６から叩き出す。スパッタ粒子４６は大きな平均自由行程でターゲット室２３および処理室１２内を飛翔し、処理室１２内のウエハ１上に付着する。ウエハ１上に付着したスパッタ粒子４６は堆積することにより、ターゲット３６の構成材料を成分とする薄膜を形成する。
【００１７】
図５はイオン源の他の実施形態を示している。
本実施形態に係るイオン源４０Ａにおける加速電極４７および減速電極４８は、ターゲット３６に対向する面が凹面となるように弯曲した球面形状に形成されている。加速電極４７および減速電極４８にそれぞれ穿たれた多数個の加速通過孔４７ａと多数個の減速通過孔４８ａとは、一つずつが互いに対向している。対向した一対の加速通過孔４７ａと減速通過孔４８ａとは、同一軸心上に位置し、その軸心は球面の中心に向っている。
凹面に弯曲した加速電極４７および減速電極４８はイオンビーム４５を収束する。したがって、本実施形態に係るイオン源４０Ａは前記実施形態に係るイオン源４０と同様の作用および効果を奏する。
【００１８】
図３に示されているように、基板処理装置１０はコントローラ６０を備えており、コントローラ６０はパーソナルコンピュータまたはパネルコンピュータ等によって構成されている。コントローラ６０はチルト装置１５、ウエハホルダ１８、回転装置１９、昇降装置２０、ターボ分子ポンプ２６、クライオポンプ２７、回転装置２８、イオン源４０およびガス供給源５０等々を制御する。
【００１９】
以下、本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施形態を、前記構成に係る基板処理装置を使用したＳＰＲＡＭ（Spin Transfer Torque Magnetic Rondom Access Memory) の製造方法における薄膜形成工程について説明する。
ＳＰＲＡＭはＭＲＡＭの一種であり、スピン注入磁化反転するものである。
図６はＳＰＲＡＭの成膜例を示す断面図である。
この成膜例では、ＳｉＯ2 （二酸化珪素）もしくはＳｉ（シリコン）材で構成されるウエハ上に、Ｔａ（タングステン）膜、Ｔａ膜上にＰｔＭｎ膜、その上にＣｏＦｅ膜、第一のＲｕ（ルテニウム）膜、第一のＣｏＦｅＢ膜、ＭｇＯ膜、第二のＣｏＦｅＢ膜、第二のＴａ膜、第二のＲｕ膜の順に積層され、トータル６種類の膜種にて９層の金属膜が積層される。
【００２０】
以下の基板処理装置の作動はコントローラ６０が制御する。
初期状態において、ゲートバルブ１４は開口１３を閉じている。チルト装置１５はチルトブロック１７を水平姿勢に維持し、ウエハホルダ１８を解除している。回転装置１９は停止している。昇降装置２０は邪魔板２１を下限に位置させている。
ターゲットホルダ３０はホームポジションを維持している。すなわち、ターゲットホルダ３０はＴａのターゲット３６を保持したターゲットチャック３５をイオン源４０に対向させている。
処理室１２、ターゲット室２３およびイオン源室４１の内圧は、クライオポンプ２７の排気により１０-5Ｐａ（パスカル）以上１０-7Ｐａ以下に維持されている。
【００２１】
ウエハローディングステップにおいて、コントローラ６０はクライオポンプ２７からターボ分子ポンプ２６に切り替え、処理室１２、ターゲット室２３およびイオン源室４１の内圧を、１０-3Ｐａ以上１０-4Ｐａ以下に維持する。ゲートバルブ１４は開口１３を開く。ウエハ移載装置（図示せず）はウエハ１を処理室１２内へ予備室（図示せず）から搬入し、ウエハホルダ１８上に移載する。ウエハホルダ１８はウエハ１を保持する。
【００２２】
減圧ステップにおいて、コントローラ６０はゲートバルブ１４によって開口１３を閉じた後に、ターボ分子ポンプ２６からクライオポンプ２７に切り替え、処理室１２、ターゲット室２３およびイオン源室４１を１０-3Ｐａ以上１０-4Ｐａ以下の内圧から１０-6Ｐａに真空引きする。
次いで、クライオポンプ２７からターボ分子ポンプ２６へ切り替え、処理室１２、ターゲット室２３およびイオン源室４１の内圧を、１０-7Ｐａに維持する。
【００２３】
成膜（Ｔａ）ステップにおいて、ガス供給源５０はアルゴンガスをイオン源室４１に供給する。フィラメント４２には電力が供給され、加速電極４３および減速電極４４には電圧が印加される。必要に応じて、中和電源がＯＮされる。
チルト装置１５はチルトブロック１７を処理位置である垂直姿勢に移行させる。回転装置１９はウエハ１を回転させる。昇降装置２０は邪魔板２１を所定位置へ上昇させる。
アーク電力が供給されると、イオン源４０はイオンビーム４５をＴａで構成されるターゲット３６に照射する。ターゲット３６に照射したイオンビーム４５はＴａで構成されるスパッタ粒子４６をターゲット３６から叩き出す。スパッタ粒子４６は処理室１２内に飛翔し、ウエハホルダ１８に保持されたウエハ１上に付着する。ウエハ１上に付着したスパッタ粒子４６は堆積することにより、Ｔａ膜を形成する。この時の処理室１２、ターゲット室２３およびイオン源室４１の内圧は、１０-2Ｐａに維持されている。
予め、設定された処理時間が経過すると、アーク電源がＯＦＦされる。中和電源がＯＮしている場合にはＯＦＦさせる。この時の処理室１２、ターゲット室２３およびイオン源室４１の内圧は、１０-2Ｐａ以上１０-3Ｐａ以下に維持される。
【００２４】
次の成膜（ＰｔＭｎ）ステップにおいて、回転装置２８はターゲットホルダ３０を回転して、ＰｔＭｎのターゲット３６をイオン源４０およびウエハ１に対向させる。必要に応じて、フィラメント４２の電力値を変更し、加速電極４３および減速電極４４の電圧値を変更する。
続いて、必要に応じて、供給量が調整されて、アルゴンガスがイオン源室４１に供給され、フィラメント４２には電力が供給され、加速電極４３および減速電極４４には電圧が印加され、必要に応じて、中和電源がＯＮされる。回転装置１９はウエハ１を回転させる。必要に応じて、昇降装置２０は邪魔板２１を所定位置へ上昇させる。
アーク電源がＯＮされると、イオン源４０はイオンビーム４５をＰｔＭｎで構成されるターゲット３６に照射する。ターゲット３６に照射したイオンビーム４５はＰｔＭｎで構成されるスパッタ粒子４６をターゲット３６から叩き出す。スパッタ粒子４６は処理室１２内に飛翔し、ウエハホルダ１８に保持されたウエハ１のＴａ膜上に付着する。ウエハ１のＴａ膜上に付着したスパッタ粒子４６は堆積することにより、ＰｔＭｎ膜を形成する。
予め、設定された処理時間が経過すると、アーク電源がＯＦＦされる。中和電源がＯＮしている場合にはＯＦＦさせる。
【００２５】
以降、コントローラ６０は使用するターゲット３６を前述した成膜ステップに準じて切り替えることにより、ウエハ１上に図６に示された各種の膜を順次成膜して積層する。
【００２６】
最後の成膜ステップとして、第二のＲｕ膜成膜ステップが終了すると、コントローラ６０はウエハアンローディグステップを実施する。
ウエハアンローディングステップにおいては、フィラメント４２への電力供給が停止され、加速電極４３および減速電極４４への電圧印加が停止され、必要に応じて、中和電源がＯＦＦされると、ターゲットホルダ３０はＴａのターゲット３６をホームポジションに戻す。回転装置１９が回転を停止し、昇降装置２０が邪魔板２１を下限位置に下降させると、チルト装置１５はチルトブロック１７を水平姿勢に移行させる。イオン源室４１へのアルゴンガスの供給を停止する。この時、処理室１２、ターゲット室２３およびイオン源室４１の内圧が１０-5Ｐａ以上１０-7Ｐａ以下に維持される。
処理室１２、ターゲット室２３およびイオン源室４１の内圧が、１０-3Ｐａ以上１０-4Ｐａ以下に維持されると、ゲートバルブ１４は開口１３を開く。ウエハ移載装置は処理済のウエハ１をウエハホルダ１８上からピックアップし、処理室１２内から予備室へ搬出する（ウエハアンローディグする）。
【００２７】
ところで、ターゲット成分であるスパッタ粒子４６はターゲット３６の収納容器である第二真空容器２２が形成したターゲット室２３の内面に飛翔して付着する。付着したスパッタ粒子４６はある付着量を超えると、剥離してパーティクルの発生源となるので、ターゲット室２３内面を洗浄するためのメンテナンスが必要になる。
そこで、本実施形態においては、収納容器へのターゲット成分の付着を抑制する付着抑制部としての防着板５１がターゲット室２３に、ターゲット室２３の内面を被覆するように着脱可能に敷設されている。防着板５１のターゲット３６側を向く表面には剥離防止部５２が形成されている。剥離防止部５２はブラスト加工等によって表面を粗く加工することによって形成される。
本実施形態においては、ターゲット室２３内面が防着板５１によって被覆されていることにより、スパッタ粒子４６はターゲット室２３内面に付着することはないので、ターゲット室２３自体は洗浄するためのメンテナンスが不必要になる。
【００２８】
他方、防着板５１はスパッタ粒子４６が付着するので、洗浄するためのメンテナンスが必要である。しかし、防着板５１には剥離防止部５２が形成されていることにより、付着したスパッタ粒子４６の堆積膜の剥離を防止することができるので、堆積膜が剥離してパーティクルの発生源になることは抑制することができる。
剥離防止部５２における剥離防止作用を超えた量のスパッタ粒子４６が堆積すると、防着板５１においても堆積膜の剥離が起きるので、防着板５１はパーティクルの発生源となる。したがって、防着板５１に対しても洗浄するためのメンテナンスが必要になる。
【００２９】
そこで、本実施形態においては、付着抑制部へ付着するターゲット成分の付着量を予測する付着量予測部６１が、コントローラ６０に設けられている。本実施形態に係る付着量予測部６１は、ターゲット３６へのイオンビーム４５の照射量を監視し、防着板５１へのスパッタ粒子４６の付着量を成膜レートから算出するプログラムである。
【００３０】
次に、本実施形態に係る付着量予測部６１について説明する。
一般に、成膜レートはターゲット３６からの距離比率の逆数の２乗に比例する。
また、ターゲット３６からウエハ１に到達するスパッタ粒子４６のスパッタ粒子密度分布は、ｃｏｓΘ曲線分布に近似する。図７に示されているように、このΘはイオンビーム４５のターゲット３６に対する入射角である。スパッタ粒子４６は、図７に破線斜線で示された末広がりの範囲内の何処かに存在する確率が高く、特に、破線斜線の中心線付近に最も多く存在する確率が高い。 
図７に示されているように、スパッタ粒子４６が防着板５１に最も付着する防着板５１の位置は、連通孔２５の上縁付近であり、ターゲット３６に対する距離はウエハ１よりも近いが、角度は違う（中心線から離れる）。
スパッタ粒子４６が防着板５１に最も付着する位置（連通孔２５上縁付近）におけるスパッタ粒子４６の付着量Ｑは、次式（１）によって算出することができる。
Ｑ＝Ｖ×（Ｌａ／Ｌｂ）2 ×Ｋ×Ｔ・・・（１）
式（１）中、Ｖはウエハ１への成膜レート、Ｌａはウエハ１とターゲット３６との距離、Ｌｂは防着板５１とターゲット３６との距離、Ｋは角度定数、Ｔはイオンビーム４５の照射時間、である。
防着板５１における剥離が起きない許容付着量は、おおよそ１０００ｎｍである。
したがって、式（１）において、Ｑ＝１０００とすることにより、許容付着量に達するイオンビーム４５の照射時間Ｔを求めることができる。付着量予測部６１は算出した照射時間Ｔを防着板５１における剥離が発生する時間と予測して、イオンビーム４５の照射累積時間がこの予測時間Ｔに達した時点で、防着板５１のメンテナンス時期を警報する。
なお、角度定数Ｋは、ターゲット３６の放出角度によって異なるため、実験値によって求める。本実施形態においては、０．８程度である。
ウエハ１の成膜レートは、図８に示されているようになり、略比例式で表すことができ、イオン源４０の出力を細かく変えても、成膜レートの推測が可能である。
【００３１】
ところで、ターゲット３６はスパッタにより消耗するため、ある程度の消耗量で新品と交換を行う必要がある。
そこで、本実施形態においては、ターゲット消耗予測部６２がコントローラ６０に設けられている。ターゲット消耗予測部６２は、ターゲット３６へのイオンビーム４５の照射時間を監視し、ターゲット３６の交換時期を算出するプログラムである。
【００３２】
次に、本実施形態に係るターゲット消耗予測部６２について説明する。
ターゲットの消耗量については、様々な式が提案されている。シグムンド(Sigmund) の式によると、スパッタ率（１個のイオンで何個のスパッタ粒子をスパッタするかを表す）Ｙは、次式（２）、（３）で表される。
Ｙ＝０．０７６×α×Ｔｍ／Ｕ・・・（２）
Ｔｍ＝４×Ｍ１×Ｍ２×Ｅ／（Ｍ１＋Ｍ２）2 ・・・（３）
式（２）、（３）中、α：係数、Ｕ：ターゲットの結合エネルギ、Ｍ１：イオンの質量数、Ｍ２：ターゲットの質量数、Ｅ：イオンビームのエネルギ、である。
図９は係数αとＭ２＋Ｍ１の関係を示している。
式（２）、（３）および図９により、スパッタ率Ｙを求めることができるので、ターゲットの消耗量を把握することができる。
【００３３】
前記実施形態によれば、次の効果が得られる。
【００３４】
（１）イオンビームの累積照射時間をコントローラにて監視し、閾値を越えた時点で、アラーム（警報）を発生することにより、現在進行中の成膜処理が終わった時点で、防着板の交換のようなメンテナンスを始めることができる。
【００３５】
（２）適切なメンテナンスの実施により、スパッタ粒子に起因するパーティクルの発生を防止することができるので、常に、高清浄な雰囲気、安定した環境で成膜を維持することができる。
【００３６】
（３）イオンビームの累積照射時間のみで監視すると、各ターゲット毎にスパッタレートが異なるため、付着量および消耗量を正確に把握することは困難である。各ターゲット毎に対してのイオンビームの照射時間を把握し、ターゲット消耗予測部を使用することで、より正確な付着量および消耗量を把握することができる。
【００３７】
図１０および図１１は本発明の第二実施形態を示している。
本実施形態が、第一実施形態と異なる点は、成膜レートの求め方である。
本実施形態では、防着板５１へのスパッタ粒子４６の付着量をより正確に予測すべく、膜厚検出器としての水晶天秤(Quarts Crystal Microbalance。以下、ＱＣＭという）５４を処理室１２に設置し、ＱＣＭ５４の検出結果を用いて、成膜レートを予測する。
本実施形態においては、ＱＣＭ５４はウエハ１の角度を傾けるチルトブロック１７に装着されている。配線５７は中空に形成されたチルトブロック１７の中空部を通して処理室１２の外まで引き出されている。
図１１に示されているように、ＱＣＭ５４は水晶振動子５５の端面に一対の電極５６、５６を形成した構造を備えており、水晶振動子５５の電極５６表面に物質が付着すると、その質量に応じて共振周波数が変動する（下がる）性質を利用し極めて微量な質量変化を計測する質量センサ、である。
ＱＣＭ５４の測定した成膜レートＶｑに基づいて、防着板５１への付着量Ｑを予測する場合には、次式（４）が使用される。
Ｑ＝Ｖｑ×（Ｌａ／Ｌｂ）2 ×Ｋ×Ｔ・・・（４）
式（４）中、Ｌａはウエハ１とターゲット３６との距離、Ｌｂは防着板５１とターゲット３６との距離、Ｋは角度定数、Ｔはイオンビーム４５の照射時間、である。
なお、式（４）のうち、ウエハ１とターゲット３６との距離ＬａをＱＣＭ５４とターゲット３６との距離としてもよい。但し、近似数であるため、いずれを用いても構わない。すなわち、Ｌａはウエハ１とターゲット３６との距離およびＱＣＭ５４とターゲット３６の距離の意味を含むものとする。
本実施形態における防着板のメンテナンス時期の求め方は、第一実施形態と同様である。本実施形態によれば、第一実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。
【００３８】
ＱＣＭ５４を用いることで、以下のような制御も可能となる。
イオン源４０内のフィラメント４２およびターゲット３６等は成膜を重ねる毎に消耗して行き、ウエハ１への成膜膜厚が変動して行く可能性がある。
例えば、イオン源４０のフィラメント４２は、電子を放出して行くと、段々細くなり電流が少なくなって行く。電流が少なくなるということは電子の放出量が少なくなるということであり、イオンビーム４５を照射する際の加速電流が少なくなるということである。フィラメント４２の交換時期を間違えれば、成膜中にフィラメント４２が切れてしまい、成膜工程が途中で中断してしまう。その結果、成膜途中のウエハ１が無駄になるという事態も起こり得る。
また、ターゲット３６はスパッタされるので、成膜を重ねて行くと、表面の状態も段々消耗して行き、スパッタされた粒子の放出状態も変わって行く。
また、基板処理装置のメンテナンスを行った後等に、到達圧力の変動が発生した場合には、イオン源４０内のプラズマ密度、イオンビーム４５のエネルギの変化から成膜レートが変動し、薄膜形成装置のような高い膜厚精度が必要な基板処理装置には重大な問題となってしまう。
処理室１２内にＱＣＭ５４が設置されている場合には、ＱＣＭ５４の検出結果として成膜レート値が正常状態での成膜レート値よりも小さい値であって、予め定めた値以下になっていれば、フィラメント４２の消耗であると、判断することができる。
他方、ターゲット３６はスパッタによってターゲット３６表面が凹型になることにより、スパッタされる放出角度に変動が起きるので、スパッタレートに変動が起きる。
そこで、処理室１２内にＱＣＭ５４が設置されている場合には、スパッタレート（成膜レート）をＱＣＭ５４によってインラインで監視し、成膜時間を変動させることで対応することができる。
以上のように、ＱＣＭ５４を設置することにより、基板処理装置のメンテナンス時期を見極めることが可能となり、効率良くメンテナンスすることができる。その結果、基板処理装置を効率良く稼動させることができる。
【００３９】
なお、ＱＣＭ５４は水晶振動子５５が付着可能な量に限度がある。
そこで、処理室１２内に設置する際には、図１０に示されているように、シャッタ５８等を設けて測定したい時にのみ水晶振動子５５をスパッタ雰囲気に曝し測定を行うことが望ましい。ある程度の付着量まで到達した際には、水晶振動子５５は新品と交換する。
【００４０】
図１２は本発明の第三実施形態を示している。
本実施形態が第一実施形態と異なる点は、ＱＣＭ５４がクラスタ型基板処理装置の複数のスパッタ装置の処理室１２にそれぞれ設置されている点である。
本実施形態においても、ＱＣＭ５４を設置することにより、クラスタ型基板処理装置のメンテナンス時期を見極めることが可能となり、効率良くメンテナンスすることができるので、クラスタ型基板処理装置を効率良く稼動させることができる。
【００４１】
なお、本発明は前記実施形態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に変更が可能であることはいうまでもない。
【００４２】
例えば、膜厚検出器としてはＱＣＭを使用するに限らない。
【００４３】
基板はウエハに限らず、プリント配線基板、液晶パネル、磁気ディスクやコンパクトディスク等であってもよい。
【００４４】
本発明の好ましい態様を付記する。
（１）イオンを発生させるイオン発生部と、
収納容器に収容され、前記イオン発生部からのイオンを受けるターゲットと、
前記ターゲットからのターゲット成分を受ける基板を保持する基板保持部と、
前記収納容器への前記ターゲット成分の付着を抑制する付着抑制部と、
前記付着抑制部へ付着する前記ターゲット成分の付着量を予測する付着量予測部と、
を備える基板処理装置。
（２）前記付着抑制部は、表面が粗い剥離防止部を有し、前記収納容器に該内面を被覆するように着脱可能に敷設された防着板によって構成されている（１）の基板処理装置。
（３）前記付着量予測部は、前記イオン発生部の前記ターゲットへの照射量を監視し、前記ターゲット成分の付着量を成膜レートから予測する（１）（２）の基板処理装置。
（４）前記付着量予測部は、前記ターゲット成分の付着量を膜厚検出器によって測定した成膜レートから予測する（１）（２）の基板処理装置。
（５）膜厚検出器がＱＣＭである（４）の基板処理装置。
（６）前記イオン発生部の前記ターゲットへの照射時間を監視し、前記ターゲットの消耗を予測するターゲット消耗予測部が、設置されている（１）〜（５）の基板処理装置。
（７）収納容器に収容されたターゲットにイオン発生部からイオンを照射し、前記ターゲットから発生したターゲット成分が、前記収納容器への前記ターゲット成分の付着を抑制する付着抑制部および基板保持部に保持された基板へ付着する工程と、
付着量予測部が前記付着抑制部へ付着する前記ターゲット成分の付着量を予測する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【００４５】
１…ウエハ（基板）、
１０…基板処理装置、１１…第一真空容器、１２…処理室、１３…開口、１４…ゲートバルブ、
１５…チルト装置、１６…チルト軸、１７…チルトブロック、１８…ウエハホルダ（基板ホルダ）、１９…回転装置、
２０…昇降装置、２１…邪魔板、
２２…第二真空容器（収納容器）、２３…ターゲット室、２４…隔壁、２５…連通孔、２６…ターボ分子ポンプ（第一真空ポンプ）、２７…クライオポンプ（第二真空ポンプ）、２８…回転装置、２９…回転軸、３０…ターゲットホルダ、３１…回転軸線（頂点の垂線）、３１Ａ…回転軸線と直交する面、３２…錐面、３３…夾角、３４…側壁面、３５…ターゲットチャック、３６…ターゲット、
３９…射出孔、４０…イオン源、４１…イオン源室、４２…フィラメント、４３…加速電極、４４…減速電極、４３ａ…加速通過孔、４４ａ…減速通過孔、４５…イオンビーム、４６…スパッタ粒子、４７…加速電極、４７ａ…加速通過孔、４８…減速電極、４８ａ…減速通過孔、５０…ガス供給源、
５１…防着板（付着抑制部）、５２…剥離防止部、５４…ＱＣＭ（水晶天秤）、５５…水晶振動子、５６…電極、５７…配線、５８…シャッタ、
６０…コントローラ、６１…付着量予測部、６２…ターゲット消耗予測部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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