JP2002226965A

JP2002226965A - スパッタリング方法

Info

Publication number: JP2002226965A
Application number: JP2001021994A
Authority: JP
Inventors: Koji Hidaka; 浩二日高
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-01-30
Filing date: 2001-01-30
Publication date: 2002-08-14

Abstract

(57)【要約】【目的】スパッタリング装置の防着板およびターゲット
表面をクリーニングする時期を正確に検知可能な検知方
法を提供する。【解決手段】この発明のスパッタリング装置１０におい
ては、ターゲット保持部１２と載置台３との間に直流電
源１７から印加される電圧のカソード電圧の変化をカソ
ード電圧計１８により検知し、その電圧降下が、単一基
板への成膜中に規格回数以上発生した基板の発生割合を
示す指数に上限管理値を設け、防着板およびターゲット
の表面をクリーニングすべきクリーニング時期を検知
し、制御装置１９により警報装置２０を動作させること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、スパッタリング
法により基板上に薄膜を形成する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】基板上に金属薄膜を成膜する方法として
スパッタリング法が知られている。

【０００３】図５に、一般的なスパッタリング装置の成
膜室の構造を示す。

【０００４】スパッタリング装置は、ターゲット２に対
向して設置される基板５と周囲を覆う防着板３とにより
定義される放電空間４を有し、ＤＣ電源１からの電圧に
よりターゲット２から放出される図示しない粒子が基板
５に付着される。

【０００５】ターゲット２から放出された粒子は、基板
５以外にも飛翔して付着するため、不所望な粒子は、防
着板３に付着される。

【０００６】このようなスパッタリング装置において
は、積算処理枚数が増すにつれ、この防着板３に付着し
たターゲット２の粒子の膜厚が厚くなり、その結果、膜
応力が増加するため、ある膜厚を超えると防着板３表面
からターゲット２の成分が剥離する。

【０００７】このような、ターゲット材の膜付着は、防
着板３だけでなくターゲット２表面にも生じており、こ
の付着量がスパッタリング量より少ない領域は、飛翔よ
りも堆積が進み、ターゲット材の堆積膜厚が厚くなる。
ターゲット２表面に堆積したターゲット材の膜厚が厚く
なると、防着板３と同様の剥離が発生する。

【０００８】この剥離物が、再びターゲット２表面に付
着すると、その部分に放電が集中し、異常放電亜、例え
ばアーク放電が発生する原因となる。

【０００９】ターゲット２表面でアーク放電が生じる
と、ターゲット２表面が不所望に加熱され、ターゲット
２表面からターゲット材が原子ではなく、塊として飛び
出してしまう。

【００１０】この塊は、スプラッシュと呼ばれ、製品基
板に付着した場合には、欠陥の原因となり、製品の歩留
を低下することになる。

【００１１】このような防着板３およびターゲット２へ
の堆積により増大した膜の剥離物がターゲット２表面に
再付着することに起因するアーク放電を避けるために、
生産ラインで使用されているスパッタリング装置では、
定期的に、防着板３とターゲット２の表面のクリーニン
グが行われる。

【００１２】なお、アーク放電の発生を検知する方法と
しては、スパッタリング装置のカソードの電位をモニタ
する方法が知られている。これは、アーク放電が発生し
た場合に、カソードの電圧降下が発生することを利用し
ている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、防着板
３やターゲット２表面へのターゲット材の堆積が増して
膜応カが付着カを上回ると、防着板３およびターゲット
２の表面から、堆積膜が剥離するが、すべての付着膜が
同時に剥離するわけではなく、防着板３の形状等によ
り、剥離の発生しやすい部分から付着膜が断片として徐
々に剥離を開始するため、堆積膜厚が増すにつれて剥離
物の単位時間あたりの発生数が増してくる。

【００１４】このため、単位時間、例えば一基板の成膜
ごとのアーク放電回数の増加状況をカソードの電圧降下
にて観測し、これに上限管理値を設けることにより、防
着板３等のクリーニング時期を決定する方法が考えられ
る。

【００１５】しかしながら、ターゲット２表面への剥離
物の付着以外に、ターゲット２中に存在する空孔や不純
物などが、スパッタリングによってターゲット２表面が
侵食されていくうちにターゲット２の表面に露出して、
アーク放電の原因となることがある。

【００１６】このようなアーク放電と問題としている付
着膜の剥離によるアーク放電の切り分けは困難であり、
上述のように、単にカソードの電圧降下回数に上限を設
けてクリーニング時期を検知したとしても、スプラッシ
ュが製品基板に付着する欠陥の発生を低減することは、
困難である。

【００１７】一方、一般に生産ラインで使われるスパッ
タリング装置の電源回路には、アーク放電が発生した場
合に、アーク放電を持続させないためにカソードに供給
する電力を遮断するアーク遮断回路が組み込まれている
が、この回路でアーク放電を検知して、電カを遮断し、
ある時間経過後に再び電力を供給する際に、アーク放電
源が残っている場合には、再度アーク放電が発生する問
題がある。

【００１８】なお、アーク放電の発生原因である再付着
物、空孔あるいは不純物等は、スパッタリングをくりか
えすことにより次第に削り取られていくため、電カの遮
断、復旧を繰り返すうちに、アーク放電の発生は終息す
るが、一つのアーク放電源が存在した場合に、複数回の
電圧降下が発生することになる。

【００１９】このように、アーク放電回数を電圧降下回
数で観測した場合には、アーク放電源の発生数と電圧降
下の回数が対応しないため、カソードの電圧降下回数に
上限を設けてターゲット２および防着板３のクリーニン
グ時期を検知することは困難である。

【００２０】この発明の目的は、スパッタリング装置の
適切なクリーニング時期を検知する方法を提供すること
により、製品歩留を向上させることのできるスパッタリ
ング法による薄膜形成方法を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】この発明は、上述した問
題点に基づきなされたもので、スパッタリング装置内で
複数の基板に対し連続して成膜処理するスパッタリング
方法において、前記成膜処理の際に発生する異常放電
が、各基板に対する成膜処理毎に規格数より多いか否か
を検出し、連続する所定数の基板に対する成膜処理のう
ち、前記所定数の成膜処理に対して前記異常放電が前記
規格数より多く発生した成膜処理数の発生割合を算出
し、前記発生割合に基づき、前記スパッタリング装置内
のクリーニング時期を検出することを特徴とするスパッ
タリング方法を提供するものである。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について詳細に説明する。

【００２３】図１は、この発明の実施の形態が適用され
るスパッタリング装置の一例を説明する概略図である。

【００２４】図１に通り、スパッタリング装置１０は、
筐体１１を有し、筐体１１内の所定の位置には、基板１
０１に薄膜を形成させるべき材料のターゲットＧが設置
されるターゲット保持部１２とターゲット保持部１２に
対向する所定の位置に設けられ、スパッタリングにより
ターゲット材料の薄膜が形成される基板１０１を保持す
る載置台１４が設けられている。

【００２５】ターゲット保持部１２と載置台１４との間
の空間であって、載置台１４にセットされる基板１０１
以外の部分を覆う領域には、ターゲット保持部１２にセ
ットされたターゲットＧがスパッタリングにより飛翔し
て付着することを防止する防着板１５が設けられ、防着
板１５とターゲット保持部１２と載置台１４により、放
電空間１６が定義されている。

【００２６】ターゲット保持部１２と載置台１４との間
には、ＤＣ（直流）電源１７が接続され、放電空間１６
に所定の電界が提供される。

【００２７】直流電源１７には、ターゲット保持部１２
に保持されているターゲット１３の任意の位置または防
着板１５の表面に生じたターゲット１３の成分が再付着
（堆積）した膜によりアーク放電が発生したことを検知
するためのカソードの電圧降下を検知するカソード電圧
計１８、およびカソード電圧計１８が電圧降下を検知し
た回数等をモニタ可能な制御装置（パーソナルコンピュ
ータ）１９が、並列に、接続されている。なお、制御装
置１９は、図示しないインタフェースを経由して、カソ
ード電圧計１８が検知したカソードの電圧降下を自動的
に取り込むとともに直流電源１７のオン／オフおよびア
ーク放電が生じた後の直流電源１７によるターゲット１
３への通電の開始（復帰）等の制御に利用される。ま
た、制御装置１９には、ターゲット１３および防着板１
５をクリーニングすべき時期を作業者に報知するため
の、警報装置２０および図示しないモニタパネル等が設
けられている。

【００２８】図２は、各基板毎に、成膜中に生じた電圧
降下の回数を、スパッタリング装置のクリーニング後か
らの積算処理数に対してプロットしたグラフである。な
お、成膜条件の一例として、４００ｍｍ×５００ｍｍの
ガラス基板１０１に、ターゲット１３にＡｌ（アルミニ
ウム）を用い、圧力０．８Ｐａ下で４０秒スパッタを行
い、基板１０１上に、厚さ５００ｎｍにＡｌ薄膜を成長
させるものとする。

【００２９】図２から明らかなように、電圧降下の発生
回数と積算処理枚数の間に、相関は見られず、この電圧
降下の発生回数に、上限を設けてもクリーニング時期を
検知できないことがわかる。

【００３０】図３は、図２に示したと同じデータを用い
て、成膜中に、一回以上電圧降下の発生した基板が、そ
の基板を含めた前１０基板中に何枚発生したかの発生割
合をプロットしたものである。

【００３１】図３から明らかなように、積算枚数が２５
０×１０^２枚を超えると、発生割合の増加が見られる
（発生割合が、それまでの「０．２」を上限としたレベ
ルから「０．４」を越えるレベルに増大することが認め
られる）。

【００３２】従って、図３に示した『成膜中に、一回以
上電圧降下の発生した基板が、その基板を含めた前１０
基板中に何枚発生したかを示す』値に、上限管理値を設
けることにより、クリーニング時期を検知することがで
きる。

【００３３】一方、図３によれば、図２で見られる積算
枚数が２５０×１０^２枚以下で発生している電圧降下
は、発生割合が、「０．２」程度と低いことにより、問
題としている付着膜の剥離によるものではなく、ターゲ
ット１３中の空孔や不純物等による単発的なものである
と判定することができる。

【００３４】このことから、制御装置１９に、例えば
「４００ｍｍ×５００ｍｍの基板１０１に、ターゲット
１３にＡｌ（アルミニウム）を用い、圧力０．８Ｐａ下
で４０秒スパッタを行い、基板１０１上に厚さ５００ｎ
ｍにＡｌ薄膜を成長させる」条件においては、発生割合
が、例えば「０．４」を越えるレベルに増大した時点
で、警報装置２０を動作させるようにプログラムを組み
込むことにより、ターゲット１３中の空孔や不純物等の
影響で発生したアーク放電および偶発的なアーク放電が
生じたとしても、上記の剥離物の再付着によるアーク放
電と区別しながら、防着板１５やターゲット１３のクリ
ーニング時期を適切に検知可能となる。

【００３５】なお、上述した図２のデータによれば、発
生割合が、それまでの「０．２」を上限としたレベルか
ら「０．４」を越えるレベルに増大する時期を、上限管
理値としたが、この指数は、成膜中の基板の大きさ、タ
ーゲットの種類、放電空間中の雰囲気、直流電源電圧あ
るいは成膜後の膜の厚さ等の全てのパラメータに依存し
て変化することから、上限管理値は、単純に、割合が
「０．４」を越えるレベルとして設定されるものではな
い。

【００３６】図４は、図３に示したこの発明のクリーニ
ング時期の設定方法との比較のために、図２に示したと
同じデータを用いて、その基板を含めた前１０基板の成
膜中に生じた電圧降下回数を基板数で割った値、すなわ
ち１０基板毎の平均数をプロットして、突発的なデータ
を相殺しようとした結果を示すグラフである。

【００３７】この方法では、積算枚数が２５０×１０^２
枚を超えてから値の増加が見られるが、２５０×１０^２
枚以下の８０×１０^２枚、１６０×１０^２枚、および２
００×１０^２枚付近にも、増加が見られている。

【００３８】これは、一枚の基板に、電圧降下が多数回
起きたためであり、平均値を取っても値が増加してしま
うため、この値を使ってもクリーニング時期を検知でき
ないことがわかる。

【００３９】以上説明したように、製品基板に欠陥を与
える問題となる防着板１５やターゲット１３への付着膜
からの剥離は、付着膜の膜厚が増すにつれて単位時間あ
たりの剥離物の発生数が増してくるため、成膜中にアー
ク放電の発生した基板の割合も増してくる。

【００４０】一方、ターゲット中の空孔や不純物に起因
してアーク放電が発生する場合は、現在生産ラインで使
われるようなターゲットでは、ターゲット中の空孔や不
純物はほぼ一様に分布しているため、その発生確率は、
積算処理枚数に依存せず一定である。

【００４１】また、これら空孔や不純物の存在は、現在
生産ラインで使われるようなターゲットでは極めて微量
であるため、一つのアーク放電源によりアーク放電が数
枚の基板にわたって発生することはまれであり、その発
生確率は、上記の剥離物の再付着によるものより、はる
かに少なくなる。

【００４２】さらに、これら以外の偶発的なアーク放電
が生じたとしても、原理的に、その発生確率は、積算処
理枚数とは、相関が現れることはない。

【００４３】従って、成膜中に規定回数以上の電圧降下
を生じた基板の割合を観測することにより、問題となる
付着膜の剥離が発生状況を把握することができ、これに
上限を設けて警報を発報させることにより、適切な防着
板等のクリーニング時期を知ることができる。

【００４４】なお、本実施の形態においては、アーク放
電の発生割合を検出したが、アーク放電以外の異常放電
についても、本発明は適用可能である。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
スパッタリング装置の防着板とターゲットの適切なクリ
ーニング時期を検知することが可能となり、防着板やタ
ーゲット等が付着した膜の剥離によるアーク放電等の異
常放電が発生することが低減される。

【００４６】これにより、製品基板に欠陥が生じる原因
が除去され、製品基板の歩留が向上される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態が適用されるスパッタリ
ング装置の構成の例を説明する概略図。

【図２】図１に示したスパッタリング装置の動作中にお
いて、クリーニング実施後からの積算基板処理数と各基
板ごと成膜中に生じた電圧降下回数との関係を示すグラ
フ。

【図３】図１に示したスパッタリング装置の動作中にお
いて、クリーニング実施後からの積算基板処理数と、成
膜中に一回以上電圧降下の発生した基板が、その基板を
含めた前１０基板中に何枚発生したかの発生割合との関
係を示すグラフ。

【図４】図１に示したスパッタリング装置の動作中にお
いて、クリーニング実施後からの積算基板処理数と、そ
の基板を含めた前１０基板の成膜中に生じた電圧降下の
回数を、処理基板数で割り算した平均値との関係を示す
グラフ。

【図５】周知のスパッタリング装置の構成の一例を説明
する概略図。

【符号の説明】

１０・・・スパッタリング装置、１２・・・ターゲット保持部、１３・・・ターゲット、１４・・・載置台、１５・・・防着板、１７・・・直流電源、１８・・・カソード電圧計、１９・・・制御装置、２０・・・警報装置、１０１・・・基板。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スパッタリング装置内で複数の基板に対し
連続して成膜処理するスパッタリング方法において、前記成膜処理の際に発生する異常放電が、各基板に対す
る成膜処理毎に規格数より多いか否かを検出し、連続する所定数の基板に対する成膜処理のうち、前記所
定数の成膜処理に対して前記異常放電が前記規格数より
多く発生した成膜処理数の発生割合を算出し、前記発生
割合に基づき、前記スパッタリング装置内のクリーニン
グ時期を検出することを特徴とするスパッタリング方
法。
【請求項２】前記規格数は、１回であることを特徴とす
る請求項１記載のスパッタリング方法。
【請求項３】前記異常放電は、アーク放電であることを
特徴とする請求項１記載のスパッタリング方法。
【請求項４】前記異常放電の検出は、カソード電圧の降
下により検出することを特徴とする請求項１記載のスパ
ッタリング方法。
【請求項５】前記クリーニングは、前記スパッタリング
装置内に配設されたスパッタターゲットおよび防着板に
対して行われることを特徴とする請求項１記載のスパッ
タリング方法。