(57)【要約】【課題】ターゲット３４の溝４３が深くなって接着層４１に達すると膜が不良になるが成膜後の膜特性チェックでは見分けがつかない。最終製品の特性を測定して初めて異常に気がつくのでその間に膨大な量のウェハー３２がスパッタリング処理されている。従来は適宜マグネトロンスパッター装置３０を開けて目視でターゲット３４の消耗状態を確認していた。それはマグネトロンスパッター装置３０の稼動率を落とすだけでなく膜の品質も落とす。【解決手段】本発明のマグネトロンスパッター装置１０では、ターゲット１４直下のプラズマ１９からのスペクトル光２０を常時スペクトロメーター２１でとらえ分析する。接着層４１のスペクトルが現われたら直ちに警報信号を出し自動的にスパッタリングを止める。またバッキングプレート１５、窒素、酸素、水などのスペクトルが現われたときも直ちに警報信号を出し自動的にスパッタリングを止める。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低圧ガスを満たした真空容器の中に磁力線を通し、高周波を印加して前記磁力線の近傍に前記低圧ガスのプラズマを形成し、前記プラズマをターゲットに衝突させてその構成原子をはじき出し、はじき出された前記構成原子によりウェハー表面に膜を形成するマグネトロンスパッター装置において、前記ターゲット直下の前記プラズマの発光をとらえ分光分析するスペクトロメーターを設けたことを特徴とするマグネトロンスパッター装置。
【請求項２】
請求項１記載のマグネトロンスパッター装置において、特定のスペクトルを設定し、前記特定のスペクトル以外のスペクトルを前記スペクトロメーターで検出したときは、警報信号を出し自動的にスパッタリングを止めることを特徴とするマグネトロンスパッター装置。
【請求項３】
請求項２記載のマグネトロンスパッター装置において、前記特定のスペクトルが前記ターゲットおよび前記低圧ガスのスペクトルであることを特徴とするマグネトロンスパッター装置。
【請求項４】
請求項１記載のマグネトロンスパッター装置において、前記低圧ガスがアルゴンガスであることを特徴とするマグネトロンスパッター装置。
【発明の詳細な説明】
【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ー装置のターゲット消耗監視機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は従来のマグネトロンスパッター装置３０の主要部断面図である。真空容器３１の中の下方にウェハー３２を載せるためのヒーターステージ３３、上方にターゲット３４がある。ターゲット３４はバッキングプレート３５で裏打ちされている。ターゲット３４の上方にセンターマグネット３６とリングマグネット３７があり、その上端はヨーク３８により閉磁路となっている。センターマグネット３６とリングマグネット３７の下端の磁路は開いているため、図示のような半円形の磁力線３９がターゲット３４の近傍にできている。
【０００３】
従来のマグネトロンスパッター装置３０を使ってウェハー３２に成膜するには次のようにする。あらかじめヒーターステージ３３にウェハー３２を載せ、適切な温度に加熱しておく。まず真空ポンプ４０により真空容器３１を高真空にする。次にアルゴンガスを１．３Ｐａ（０．０１Ｔｏｒｒ）程度導入する。そこでターゲット３４とヒーターステージ３３の間に高周波電力を印加すると、アルゴンガスが電離して、磁力線３９の付近にプラズマが形成される。プラズマ内のアルゴンイオンが電界によりターゲット３４に衝突し、ターゲット３４の原子（たとえばチタン原子）をはじき出す。はじき出されたターゲット３４の原子がウェハー３２に到達し、ウェハー３２表面に膜を形成する。成膜が進むにつれてターゲット３４は消耗していくが、次に説明するようにその消耗の形態に特徴がある。
【０００４】
図３はターゲット３４と磁力線３９の斜視図である。センターマグネット３６とリングマグネット３７の作る磁力線３９がターゲット３４の表面に図３のように立体的な磁力線３９を形成している。なおターゲット３４とバッキングプレート３５は接着層４１により接着一体化されている。
【０００５】
アルゴンのプラズマは磁力線３９に沿って形成されるため、ターゲット３４に対してプラズマ４２は図４のような位置にドーナツ形にできる。ターゲット３４においては、このプラズマ４２の直下に集中的にアルゴンイオンが衝突する。そのためターゲット３４では、図５のターゲット３４部分断面図のように、プラズマ４２直下の部分が集中的に消耗し、ドーナツ形の溝４３ができていく。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図５の状態では溝４３がまだターゲット３４の中にとどまっているため、ウェハー３２上の膜の品質に問題ないが、溝４３がさらに深くなって図６のように溝４３が接着層４１に達すると接着層４１の成分が混ざるため膜が不良になってしまう。厄介なことに多少接着層４１の成分が膜に混ざっても層抵抗などの膜特性は変わらないため、成膜後の膜特性チェックでは見分けがつかない。そのため最終製品の特性を測定して初めて異常に気がつくことになる。その間に膨大な量のウェハー３２がスパッタリング処理されているが、それらを全て廃棄しなければならなくなる。
【０００７】
従来はこのようなトラブルを防ぐためターゲット３４の使用量を積算電力で管理し、ターゲット３４の消耗が進んできたら適宜マグネトロンスパッター装置３０を開けて目視でターゲット３４の消耗状態を確認していた。しかしそれはマグネトロンスパッター装置３０の稼動率を落とすだけでなく、せっかく到達した清浄な真空に水蒸気やごみを持ち込み、膜の品質を落とすことになる。さらにターゲット３４にクラックが入ったり、穴があいたりしたときは、積算電力から予想されるより早く接着層４１の成分が混入した。
【０００８】
本発明は上記の問題を解決するもので、マグネトロンスパッター装置の真空を破ることなく常時リアルタイムでターゲットの消耗状態を監視し、溝が接着層に達したとき即時にスパッタリングを中止できる特徴を持つマグネトロンスパッター装置である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のマグネトロンスパッター装置では、ターゲット直下のプラズマからのスペクトル光を常時スペクトロメーターでとらえ分析するようにした。ターゲットの消耗が進み溝が接着層に達すると、ターゲットのスペクトルに混ざって接着層のスペクトルが現われるようになる。接着層のスペクトルが現われたら直ちに警報信号を出し自動的にスパッタリングを止めるようにした。また接着層のスペクトルに限らず、バッキングプレート、窒素、酸素、水などのスペクトルが現われたときも直ちに警報信号を出し自動的にスパッタリングを止めるようにした。
【００１０】
この結果従来のようにしばしば真空を破ってターゲットの消耗状態を目視確認する必要がなくなった。そのためマグネトロンスパッター装置の稼動率を落としたり、清浄な真空に水蒸気やごみを持ち込んだりすることがなくなった。またターゲットの溝が接着層やバッキングプレートに達して膜質が不良になっているのに気がつかないままスパッタリングを続け、不良ウェハーを多量につくるようなことがなくなった。
【００１１】
請求項１記載の発明は、低圧ガスを満たした真空容器の中に磁力線を通し、高周波を印加して磁力線の近傍に低圧ガスのプラズマを形成し、プラズマをターゲットに衝突させてその構成原子をはじき出し、はじき出された構成原子によりウェハー表面に膜を形成するマグネトロンスパッター装置において、ターゲット直下のプラズマの発光をとらえ分光分析するスペクトロメーターを設けたことを特徴とするマグネトロンスパッター装置である。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のマグネトロンスパッター装置において、特定のスペクトルを設定し、特定のスペクトル以外のスペクトルをスペクトロメーターで検出したときは、警報信号を出し自動的にスパッタリングを止めることを特徴とするマグネトロンスパッター装置である。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項２記載のマグネトロンスパッター装置において、特定のスペクトルがターゲットおよび低圧ガスのスペクトルであることを特徴とするマグネトロンスパッター装置である。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１記載のマグネトロンスパッター装置において、低圧ガスがアルゴンガスであることを特徴とするマグネトロンスパッター装置である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図を用いて説明する。図１は本発明のマグネトロンスパッター装置の一例１０の主要部断面図である。
【００１６】
真空容器１１の中の下方にウェハー１２を載せるためのヒーターステージ１３、上方にターゲット１４がある。ターゲット１４はバッキングプレート１５で裏打ちされている。ターゲット１４の上方にセンターマグネット１６とリングマグネット１７があり、その上端はヨーク１８により閉磁路となっている。センターマグネット１６とリングマグネット１７の下端の磁路は開いているため、図示はしていないが、従来と同じ半円形の磁力線がターゲット１４の近傍にできている。
【００１７】
本発明のマグネトロンスパッター装置１０の特徴は、ターゲット１４直下のプラズマ１９のスペクトル光２０をとらえ分光分析するスペクトロメーター２１とそのコントローラー２２を設けたことである。その機能は後述する。
【００１８】
本発明のマグネトロンスパッター装置１０を使ってウェハー１２に成膜するには次のようにする。あらかじめヒーターステージ１３にウェハー１２を載せ、適切な温度に加熱しておく。まず真空ポンプ２３により真空容器１１を高真空にする。次にアルゴンガスを１．３Ｐａ（０．０１Ｔｏｒｒ）程度導入する。そこでターゲット１４とヒーターステージ１３の間に高周波電力を印加すると、アルゴンガスが電離して、磁力線の付近にプラズマ１９が形成される。プラズマ１９内のアルゴンイオンが電界によりターゲット１４に衝突し、ターゲット１４の原子（たとえばチタン原子）をはじき出す。はじき出されたターゲット１４の原子がウェハー１２に到達し、ウェハー１２表面に膜を形成する。
【００１９】
本発明のマグネトロンスパッター装置１０では、ターゲット１４直下のプラズマ１９からのスペクトル光２０を常時スペクトロメーター２１でとらえ分析している。正常時に現われるスペクトルはターゲット１４（たとえばチタン）とアルゴンのスペクトルである。これらのスペクトルだけが出ているときは異常ないからスパッタリングを続けてよい。
【００２０】
成膜が進むにつれてターゲット１４は従来と同様、図５のような溝４３をつくりながら消耗していく。しかし溝４３が図５のようにターゲット１４内にとどまっている間は、ターゲット１４とアルゴンのスペクトルしか出ない。
【００２１】
ターゲット１４の消耗が進み図６のように溝４３が接着層４１に達すると、ターゲット１４のスペクトルに混ざって接着層４１（たとえばインジウム）のスペクトルが現われるようになる。これがターゲット１４の使用限界を示す。接着層４１のスペクトルが現われたら直ちにターゲット１４の使用を中止する。万一バッキングプレート１５（たとえば銅）のスペクトルが現われたら使用中止のタイミングが遅れている。
【００２２】
さらに付加的な効果として、窒素、酸素、水のスペクトルが現われたら真空容器１１のリークが疑われる。このときもすぐにスパッタリングを中止して原因を調査しなければならない。
【００２３】
以上の機能を果たすため、スペクトロメーター２１のコントローラー２２は設定したスペクトル以外を検出したとき警報信号を出し自動的にスパッタリングを止める働きを持つ。
【００２４】
【発明の効果】
本発明のマグネトロンスパッター装置１０では、ターゲット１４直下のプラズマ１９からのスペクトル光２０を常時スペクトロメーター２１でとらえ分析する。ターゲット１４の消耗が進み溝が接着層４１に達すると、ターゲット１４のスペクトルに混ざって接着層４１のスペクトルが現われるようになる。接着層４１のスペクトルが現われたら直ちに警報信号を出し自動的にスパッタリングを止める。また接着層４１のスペクトルに限らず、バッキングプレート１５、窒素、酸素、水などのスペクトルが現われたときも直ちに警報信号を出し自動的にスパッタリングを止める。
【００２５】
この結果従来のようにしばしば真空を破ってターゲット１４の消耗状態を目視確認する必要がなくなった。そのためマグネトロンスパッター装置の稼動率を落としたり、清浄な真空に水蒸気やごみを持ち込んだりすることがなくなった。またターゲット１４の溝が接着層やバッキングプレート１５に達して膜質が不良になっているのに気がつかないままスパッタリングを続け、不良ウェハーを多量につくるようなことがなくなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマグネトロンスパッター装置の一例１０の主要部断面図
【図２】従来のマグネトロンスパッター装置３０の主要部断面図
【図３】ターゲット３４と磁力線３９の斜視図
【図４】ターゲット３４とプラズマ４２の斜視図
【図５】ターゲット３４にできる溝４３の斜視図
【図６】ターゲット３４にできる溝４３の斜視図
【符号の説明】
１０　本発明のマグネトロンスパッター装置
１１　真空容器
１２　ウェハー
１３　ヒーターステージ
１４　ターゲット
１５　バッキングプレート
１６　センターマグネット
１７　リングマグネット
１８　ヨーク
１９　プラズマ
２０　スペクトル光
２１　スペクトロメーター
２２　コントローラー
２３　真空ポンプ
３０　従来のマグネトロンスパッター装置
３１　真空容器
３２　ウェハー
３３　ヒーターステージ
３４　ターゲット
３５　バッキングプレート
３６　センターマグネット
３７　リングマグネット
３８　ヨーク
３９　磁力線
４０　真空ポンプ
４１　接着層
４２　プラズマ
４３　溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004027282.tif 000006
【図５】
2004027282.tif 000007
【図６】
2004027282.tif 000008