(57)【要約】【課題】処理室内の真空を破ることなくターゲット消耗量を実測して、ターゲット寿命の判定をするとともに、各種の自動制御をすることができるスパッタリング装置を提供する。【解決手段】処理室２０の内部に、スパッタリングによって表面のメタル粒子３が弾き出されるターゲット１と、メタル粒子３が付着してメタル膜が形成される半導体基板２と、ターゲット表面までの距離を測定する距離センサー９とが設けられている。距離センサー９の上方には開放／閉鎖可能な遮断壁１０が設けられている。遮断壁１０は、開放時には距離センサー９による測定を可能にし、閉鎖時には距離センサー９をターゲット１から遮断してメタル粒子３が距離センサー９に付着するのを防止する。処理室２０の外部壁面には、ターゲット１、距離センサー９、遮断壁１０および電源などに電気的に接続された制御部が設けられている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略真空にすることのできる処理室の内部に、スパッタリングによって表面のメタル粒子が弾き出されるターゲットと、このターゲットに対向し、弾き出されたメタル粒子が付着してメタル膜が形成される半導体基板と、ターゲットに対向し、ターゲット表面までの距離を測定する距離測定部とが設けられ、処理室の外部に、少なくともターゲットと距離測定部とに接続された制御部が設けられてなり、距離測定部で得られた測定結果が制御部へフィードバックされ、制御部によって、消耗したターゲットの残厚が求められることを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項２】
処理室の外部に、制御部に接続されかつターゲットの交換時期を報知するための報知部がさらに設けられ、制御部が、前記残厚に基づいて報知部を作動させ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】
制御部が、前記残厚に基づいてスパッタリング出力を調整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。
【請求項４】
処理室の内部に、弾き出されたメタル粒子が距離測定部に付着するのを防止するための粒子付着防止部が、さらに設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のスパッタリング装置。
【請求項５】
粒子付着防止部が、ターゲットと距離測定部との間に設けられかつ制御部に接続された開放／閉鎖可能な遮断壁であって、制御部により開放されたときに距離測定部による測定を可能にし、閉鎖されたときに距離測定部をターゲットから遮断する遮断壁であることを特徴とする請求項４記載のスパッタリング装置。
【請求項６】
略真空にすることのできる処理室の内部に、スパッタリングによって表面のメタル粒子が弾き出されるターゲットと、このターゲットに対向し、弾き出されたメタル粒子が付着してメタル膜が形成される半導体基板と、ターゲットに対向し、ターゲット表面までの距離を測定する距離測定部とが設けられ、ターゲットと距離測定部との間に、開放／閉鎖可能な遮断壁であって、開放時に距離測定部による測定を可能にし、閉鎖時に距離測定部をターゲットから遮断する遮断壁が設けられ、さらに、処理室の外部に、少なくともターゲットと距離測定部と遮断壁とに接続された制御部が設けられてなり、制御部によって、距離測定部で得られた測定結果から消耗したターゲットの残厚が求められるとともに、遮断壁が開放／閉鎖されることを特徴とするスパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパッタリング装置に関するものであり、さらに詳しくは、スパッタリング現象を利用して半導体基板の表面あるいは裏面に薄いメタル膜を形成させるスパッタリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
スパッタリング処理を行った場合、真空のスパッタ室（処理室）内でイオン化したガスがメタルからなるターゲット表面に衝突することで同表面からメタル粒子が弾き出される。そして、弾き出されたメタル粒子が半導体基板に付着して、半導体基板に薄いメタル膜が成長していく。
【０００３】
そして、このようなスパッタリング処理を続けることで、ターゲット表面のメタルが局所的に消耗する。
【０００４】
このため、消耗部のメタルが完全になくなる前に、ターゲットを新しいものに交換しなければならない。
【０００５】
従来の一般的なスパッタリング装置では、ターゲットの交換は、ターゲットの消耗量を実測して行うのではなく、同一ターゲットに対してスパッタリング処理を行った時間を積算し、その積算時間が設定時間に到達した時に行っている。
【０００６】
その理由は、従来の一般的なスパッタリング装置でターゲットの消耗量を実測しようとすれば処理室内の真空を破るしかないが、いったん真空を破ると再度真空引きをするためには長い時間が必要になるとともに、ターゲット表面の酸化物などを取り除くための時間も必要となることから、処理室の真空度を破ることなくターゲットの交換時期を管理しようとするからである。
【０００７】
しかし、積算時間でターゲットの交換時期を管理する方法では、スパッタリングの処理条件や装置によってターゲットの消耗状態にばらつきがあるため、あらかじめ試行錯誤的に、ターゲット内で消耗される場所や深さを何度も確認しながら、ターゲットのメタル部が完全になくなる前に充分な余裕度を持って積算時間を設定しておかなければならず、ターゲットの利用率が悪くなるといった問題点がある。
【０００８】
そこで、このような問題点を解消するために、従来の一般的なスパッタリング装置では、ターゲットの消耗により半導体基板とターゲットとの距離が大きくなることで生じるメタル膜厚の減少を防ぐことを目的として、半導体基板とターゲットとの実際の距離を利用するのではなく、あらかじめ設定された積算時間に到達する度にスパッタリング出力を所定量だけ上げることで、メタル膜厚を一定に保つ方法が採られている。
【０００９】
さらに、このような問題点を解消するための他のスパッタリング装置として、例えば特許文献１に示すものが知られている。
【００１０】
【特許文献１】
特開昭６３−２３５４７０号公報
【００１１】
特許文献１のスパッタリング装置にあっては、真空処理室内に、ターゲットに対向してターゲット表面までの距離を検出する距離検出素子と、この距離検出素子をターゲット取付面に対して平行な面内で移動させる機構とが設けられている。
【００１２】
特許文献１のスパッタリング装置は、距離検出素子とターゲット取付面との距離が既知であることを利用して、距離検出素子とターゲット表面との距離から、消耗したターゲットの残りの有効厚さ、すなわちターゲットの残厚を求めるというものである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１のスパッタリング装置にあっては、処理室内の真空を破ることなくターゲット消耗量を実測し、そのターゲット消耗量からターゲットの残厚を求めてターゲット寿命の判定をすることができるものの、ターゲット寿命判定後の各種の自動制御（例えば、スパッタリングにより半導体基板に形成されるメタル膜の厚さ調整など）をすることができない。
【００１４】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、処理室内の真空を破ることなくターゲット消耗量を実測し、そのターゲット消耗量からターゲット寿命の判定をするとともに、ターゲット寿命判定後の各種の自動制御をすることができるスパッタリング装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの観点によれば、略真空にすることのできる処理室の内部に、スパッタリングによって表面のメタル粒子が弾き出されるターゲットと、このターゲットに対向し、弾き出されたメタル粒子が付着してメタル膜が形成される半導体基板と、ターゲットに対向し、ターゲット表面までの距離を測定する距離測定部とが設けられ、処理室の外部に、少なくともターゲットと距離測定部とに接続された制御部が設けられてなり、距離測定部で得られた測定結果が制御部へフィードバックされ、制御部によって、消耗したターゲットの残厚が求められることを特徴とするスパッタリング装置が提供される。
【００１６】
このような構成のスパッタリング装置ではまず、半導体基板と新しい（消耗していない）ターゲットとを所定位置に取り付けた状態で、スパッタリング処理の開始前に、距離測定部により、距離測定部からターゲット表面までの距離（使用前距離）を測定しておく。測定された使用前距離は制御部に記録される。
【００１７】
次いでスパッタリング処理を行うことで、ターゲット表面が次第に消耗していくが、距離測定部により、距離測定部と消耗したターゲットとの間の距離（使用中距離）を例えば定期的に測定する。測定された使用中距離は制御部に記録される。そして、制御部が使用前距離と使用中距離とを比較することで、ターゲットの消耗量、ひいては、消耗したターゲットの残りの有効厚さ、すなわちターゲットの残厚を求めることができる。
【００１８】
従って、本発明の１つの観点に係るスパッタリング装置によれば、制御部が求めたターゲットの残厚からターゲット寿命の判定をすることができる。また、ターゲットのメタル部が完全になくなる前に充分な余裕度を持って早めにターゲット交換していた従来のスパッタリング装置に比べて、ターゲット交換までの使用時間を長くすることができ、ターゲットの利用率を向上させることが可能になる。さらに、制御部によって、ターゲット寿命判定後の各種の自動制御をすることができる。
【００１９】
このような構成のスパッタリング装置における距離測定部としては、ターゲットに対向して、例えば前記半導体基板の近傍に設けられた光反射式距離センサーや渦電流式距離センサーなどの各種の距離センサーが用いられる。また、制御部としては、マイクロコンピューターのＣＰＵや操作パネルなどを備えてなるものが好ましく用いられる。
【００２０】
また、本発明の１つの観点に係るスパッタリング装置は、処理室の外部に、制御部に接続されかつターゲットの交換時期を報知するための報知部をさらに設け、制御部が前記残厚に基づいて報知部を作動させるように構成するのが好ましい。このように構成すれば、ターゲットの残厚が所定値になったときに報知部が作動して、使用者にターゲットの交換時期を報知することが可能になるので、使用者によるターゲットの寿命管理が容易になる。
【００２１】
このような報知部としては、ＬＥＤランプなどの視覚的報知部および／またはブザーなどの聴覚的報知部が好ましく用いられる。
【００２２】
さらに、本発明の１つの観点に係るスパッタリング装置は、制御部が前記残厚に基づいてスパッタリング出力を調整するように構成するのが好ましい。このように構成すれば、ターゲットの残厚に基づいて制御部がスパッタリング出力を正確に調整（増大、減少、維持）することが可能になり、スパッタリングにより半導体基板に形成されるメタル膜の厚さを一定に保つことができる。
【００２３】
また、本発明の１つの観点に係るスパッタリング装置にあっては、処理室の内部に、弾き出されたメタル粒子が距離測定部に付着するのを防止するための粒子付着防止部をさらに設けるように構成するのが好ましい。このように構成すれば、ターゲットから弾き出されたメタル粒子が距離測定部に付着して距離測定部の機能が損なわれるおそれを、粒子付着防止部によって未然に防止することができる。
【００２４】
このような粒子付着防止部としては例えば、ターゲットと距離測定部との間に設けられかつ制御部に接続された開放／閉鎖可能な遮断壁であって、制御部により開放されたときに距離測定部による測定を可能にし、閉鎖されたときに距離測定部をターゲットから遮断する遮断壁がある。このような遮断壁によれば、簡易な構造でありながら、制御部により開放されたときには距離測定部が開放状態になることでその測定機能を発揮させ、閉鎖されたときには距離測定部がターゲットから遮断されることで距離測定部へのメタル粒子の付着を防止する。
【００２５】
本発明の別の観点によれば、略真空にすることのできる処理室の内部に、スパッタリングによって表面のメタル粒子が弾き出されるターゲットと、このターゲットに対向し、弾き出されたメタル粒子が付着してメタル膜が形成される半導体基板と、ターゲットに対向し、ターゲット表面までの距離を測定する距離測定部とが設けられ、ターゲットと距離測定部との間に、開放／閉鎖可能な遮断壁であって、開放時に距離測定部による測定を可能にし、閉鎖時に距離測定部をターゲットから遮断する遮断壁が設けられ、さらに、処理室の外部に、少なくともターゲットと距離測定部と遮断壁とに接続された制御部が設けられてなり、制御部によって、距離測定部で得られた測定結果から消耗したターゲットの残厚が求められるとともに、遮断壁が開放／閉鎖されることを特徴とするスパッタリング装置が提供される。
【００２６】
このような構成のスパッタリング装置には、前記の１つの観点によるスパッタリング装置と同様なターゲット、半導体基板、距離測定部および制御部が設けられてなるので、前記の１つの観点によるスパッタリング装置と同様な作用効果がある。
【００２７】
すなわち、本発明の別の観点に係るスパッタリング装置によれば、制御部が求めたターゲットの残厚からターゲット寿命の判定をすることができる。また、従来のスパッタリング装置に比べて、ターゲット交換までの使用時間を長くすることができ、ターゲットの利用率を向上させることが可能になる。さらに、制御部によって、ターゲット寿命判定後の各種の自動制御をすることができる。
【００２８】
このような構成のスパッタリング装置には、さらに、制御部によって開放／閉鎖される遮断壁がターゲットと距離測定部との間に設けられているので、本発明の別の観点に係るスパッタリング装置によれば、制御部により遮断壁が開放されたときには距離測定部が開放状態になることでその測定機能が発揮され、閉鎖されたときには距離測定部がターゲットから遮断されることで距離測定部へのメタル粒子の付着が防止される。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の１つの実施の形態に係るスパッタリング装置を図面に基づいて詳しく説明する。なお、これによって本発明が限定されるものではない。
【００３０】
図１に示すように、本発明の実施の形態に係るスパッタリング装置では、略真空にすることのできる処理室２０の内部に、ターゲット１と、半導体基板２と、距離測定部としての光反射式距離センサー９とが設けられている。
【００３１】
ターゲット１は、処理室２０の天井部に配置されており、スパッタリングによって表面のメタル粒子３が弾き出されるものである。半導体基板２は、ターゲット１に対向して処理室２０の中央部に配置されており、弾き出されたメタル粒子３が付着してメタル膜が形成されるものである。距離センサー９は、ターゲット１に対向して半導体基板２の側方下部に配置されており、ターゲット表面までの距離を測定するものである。
【００３２】
ターゲット１と距離センサー９との間である距離センサー９上方には、ターゲット１から弾き出されたメタル粒子３が距離センサー９に付着するのを防止するたの粒子付着防止部としての遮断壁１０が設けられている。
【００３３】
遮断壁１０は、開放／閉鎖可能なものであって、開放時には距離センサー９による測定を可能にし、閉鎖時には距離センサー９をターゲット１から遮断する機能を有している。
【００３４】
処理室２０の外部壁面には、ターゲット１、距離センサー９、遮断壁１０および電源（図示略）などに電気的に接続された制御部（図示略）が設けられている。
【００３５】
制御部は、マイクロコンピューターのＣＰＵや操作パネルなどを備えてなり、このスパッタリング装置におけるすべての作動を自動制御するものである。
【００３６】
すなわち、距離センサー９で得られた測定結果が制御部へフィードバックされ、制御部によって、消耗したターゲット１の残りの有効厚さ、すなわち残厚が求められる。制御部はまた、求めたターゲット１の残厚に基づいてスパッタリング出力を調整する。制御部はさらに、遮断壁１０を開放／閉鎖するとともに、後述の報知部を作動させる。
【００３７】
処理室２０の外部壁面には、制御部に電気的に接続されかつターゲット１の交換時期を報知するための報知部（図示略）が設けられている。この報知部は、ＬＥＤランプおよびブザーからなり、制御部がターゲット１の残厚に基づいて作動させるように構成されている。
【００３８】
以上のように構成されたスパッタリング装置は、次のようにして使用される。
【００３９】
まず、半導体基板２と新しい（消耗していない）ターゲット１とを所定位置に取り付けた状態で、スパッタリング処理の開始前に、距離センサー９により、距離センサー９からターゲット表面までの距離（使用前距離）を測定しておく。測定された使用前距離は制御部に記録される。
【００４０】
図２に示すように、スパッタリング処理を行うことで、ターゲット１のメタル部４の表面が次第に消耗していくが、距離センサー９により、距離センサー９とターゲット１における消耗部５との間の距離（使用中距離）を定期的に測定する。測定された使用中距離は制御部に記録される。
【００４１】
そして、制御部が、使用前距離と使用中距離とを比較し、後者から前者を差し引くことで、ターゲット１の消耗量６を計測し、ひいてはターゲット１の残厚８を求める。
【００４２】
ただし、スパッタリング処理を行っている時には、ターゲット１から弾き出されたメタル粒子３が距離センサー９に付着してメタル膜が形成されていくのを防止するために、制御部によって遮断壁１０を閉鎖することで、距離センサー９を保護する。そして、スパッタリング処理を行っていない時には、制御部によって遮断壁１０を開放することで、距離センサー９による使用中距離の測定を可能にする。
【００４３】
ターゲット１の残厚が所定値になったときには、制御部により報知部が作動して、使用者にターゲット１の交換時期が報知される。
【００４４】
また、ターゲット１の残厚に基づいて、制御部が、スパッタリング出力を正確に調整（増大、減少、維持）して、ターゲット１と半導体基板２との間の距離変動による半導体基板２のメタル膜厚のばらつきを少なくする。
【００４５】
この実施の形態に係るスパッタリング装置によれば、制御部が求めたターゲット１の残厚からターゲット寿命の判定をすることができる。また、ターゲット１のメタル部４が完全になくなる前に充分な余裕度を持って早めにターゲット交換していた従来のスパッタリング装置に比べて、ターゲット交換までの使用時間を長くすることができ、ターゲット１の利用率を向上させることが可能になる。さらに、制御部によって、ターゲット寿命判定後の各種の自動制御―ターゲット１の交換時期の報知、スパッタリング出力の調整、距離センサー９へのメタル粒子３付着の防止など―をすることができる。
【００４６】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、処理室内の真空を破ることなく距離測定部と制御部とによってターゲット消耗量を実測し、そのターゲット消耗量からターゲットの残厚を求めてターゲット寿命の判定をすることができるとともに、制御部によってターゲット寿命判定後の各種の自動制御をすることができる。
【００４７】
請求項２に係る発明によれば、ターゲットの残厚が所定値になったときに報知部が作動して、使用者にターゲットの交換時期を報知することが可能になるので、使用者によるターゲットの寿命管理が容易になる。
【００４８】
請求項３に係る発明によれば、ターゲットの残厚に基づいて制御部がスパッタリング出力を正確に調整することが可能になり、スパッタリングにより半導体基板に形成されるメタル膜の厚さを一定に保つことができる。
【００４９】
請求項４に係る発明によれば、ターゲットから弾き出されたメタル粒子が距離測定部に付着して距離測定部の機能が損なわれるおそれを、粒子付着防止部によって未然に防止することができる。
【００５０】
請求項５に係る発明によれば、簡易な構造の遮断壁が、制御部により開放されたときには距離測定部が開放状態になることでその測定機能を発揮させることができ、閉鎖されたときには距離測定部がターゲットから遮断されることで距離測定部へのメタル粒子の付着を防止することができる。
【００５１】
請求項６に係る発明によれば、制御部が求めたターゲットの残厚からターゲット寿命の判定をすることができる。また、従来のスパッタリング装置に比べて、ターゲット交換までの使用時間を長くすることができ、ターゲットの利用率を向上させることが可能になる。さらに、制御部によって、ターゲット寿命判定後の各種の自動制御をすることができる。加えて、簡易な構造の遮断壁が、制御部により開放されたときには距離測定部が開放状態になることでその測定機能を発揮させることができ、閉鎖されたときには距離測定部がターゲットから遮断されることで距離測定部へのメタル粒子の付着を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るスパッタリング装置の概略構成説明図である。
【図２】図２は、図１のスパッタリング装置におけるターゲット部分の拡大図である。
【符号の説明】
１    ターゲット
２    半導体基板
３    メタル粒子
４    メタル部
５    消耗部
６    ターゲット消耗量
７    ターゲットと半導体基板との距離
８    ターゲットの残厚
９    距離センサー
１０    遮断壁
１１    ターゲットの厚さ
【図１】
2004256867.tif 000003
【図２】
2004256867.tif 000004