JP2016211040A - ターゲットアッセンブリ、スパッタリング装置並びにターゲット材の使用限界判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異常放電の発生を確実に防止しつつ、ターゲットの使用限界を検出することが可能なターゲットアッセンブリ、スパッタリング装置及びターゲットの使用限界検出方法を提供する。【解決手段】真空チャンバ１と、この真空チャンバ内に配置される、一方の面をスパッタリング時に侵食されるスパッタ面２ａとするターゲット材２とこのターゲット材の他方の面に接合されるバッキングプレート３とを有するターゲットアッセンブリＴＡと、真空チャンバ内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段とを備える本発明のスパッタリング装置ＳＭは、ターゲット材とバッキングプレートとの界面に配置される窓材３２と、ターゲット材の侵食に伴ってターゲット材から窓材を通して漏洩する光をバッキングプレートの外部にガイドする導光手段６と、導光手段に接続されて光量を検出する光センサ７と、検出手段で検出される光量からターゲット材の使用限界を判定する制御部Ｃとを更に備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ターゲットアッセンブリ、ターゲットアッセンブリを備えるスパッタリング装置、及びターゲット材の使用限界判定方法に関する。

ガラス基板やシリコンウエハなどの処理対象物に生産性よく成膜するためにスパッタリング装置が一般に用いられている。このようなスパッタリング装置は、通常、真空チャンバと、この真空チャンバ内に配置される、一方の面をスパッタリング時に侵食されるスパッタ面とする所定厚さのターゲット材とこのターゲット材の他方の面に接合されるバッキングプレートとを有するターゲットアッセンブリと、真空チャンバ内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段とを備えている。

ここで、ターゲット材をスパッタリングして処理対象物に対して成膜すると、ターゲット材は侵食されていく。このとき、バッキングプレートの表面が局所的に露出するような状態までターゲット材がスパッタリングされると、異常放電が発生して良好な成膜を行うことができず、例えば成膜中の処理対象物が無駄になってしまう。他方、生産コストなどを考慮すれば、バッキングプレート表面の露出に伴う異常放電が発生する直前までターゲット材をスパッタリングし、その使用効率を高めることが望まれる。

従来、ターゲット材の侵食領域に絶縁物層を設け、絶縁物層が露出した際に発生する異常放電を検知することでターゲット材の使用限界を検出する方法が特許文献１で知られている。然し、このものでも、異常放電が発生したときの処理対象物が無駄になってしまうという問題は解決できない。

特開平１０−３０６３６９号公報

本発明は、以上の点に鑑み、異常放電の発生を確実に防止しつつ、ターゲット材の使用限界を検出することが可能なターゲットアッセンブリ、スパッタリング装置及びターゲットの使用限界検出方法を提供することをその課題とする。

上記課題を解決するために、一方の面をスパッタリング時に侵食されるスパッタ面とするターゲット材と、このターゲット材の他方の面に接合されるバッキングプレートとを備える本発明のターゲットアッセンブリは、ターゲット材を通してバッキングプレート側に漏洩する光をこのバッキングプレートの外部にガイドする導光手段をバッキングプレートに設けることを特徴とする。

本発明によれば、当該ターゲットアッセンブリをスパッタリング装置に組み付けてターゲット材をスパッタリングする場合、ターゲット材の厚みが薄くなると、ターゲット材からバッキングプレート側に漏れ出す光の光量が増加する。このため、バッキングプレートの露出による異常放電が発生する前に、導光手段によりガイドされる光の光量から使用限界を判定できる。

また、上記課題を解決するために、真空チャンバと、この真空チャンバ内に配置される、一方の面をスパッタリング時に侵食されるスパッタ面とするターゲット材とこのターゲット材の他方の面に接合されるバッキングプレートとを有するターゲットアッセンブリと、真空チャンバ内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段とを備える本発明のスパッタリング装置は、ターゲット材とバッキングプレートとの界面に配置される窓材と、ターゲット材の侵食に伴ってターゲット材から窓材を通して漏洩する光をバッキングプレートの外部にガイドする導光手段と、導光手段に接続されて光量を検出する検出手段と、検出手段で検出される光量からターゲット材の使用限界を判定する判定手段とを更に備えることを特徴とする

本発明において、前記窓材を通して漏洩する光はプラズマ光であることが好ましい。これによれば、ターゲット材に対して投光する機構を別途設ける必要がなく、設備コストを抑えることができて有利である。

スパッタリング装置に組み付けられるターゲット材の使用限界を判定する本発明の使用限界判定方法は、真空チャンバ内にプラズマを発生させてターゲット材をスパッタリングし、ターゲット材とこのターゲット材に接合されるバッキングプレートとの界面に配置される窓材を通して漏洩する光の光量を検出する検出工程と、検出工程で検出される光量が閾値を超えたときにターゲット材の使用限界を判定する判定工程を含むことを特徴とする。

本発明の実施形態のスパッタリング装置の構成を示す模式図。 本発明の実施形態の使用限界判定方法のルーチンを示すフローチャート。 カソードアッセンブリの変形例を示す模式図。 カソードアッセンブリの変形例を示す模式図。 カソードアッセンブリの変形例を示す模式図。 カソードアッセンブリの変形例を示す模式図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態のカソードアッセンブリ及びスパッタリング装置について説明する。以下においては、図１を基準とし、真空チャンバ１の天井部側を「上」、その底部側を「下」として説明する。

図１に示すように、スパッタリング装置ＳＭは、処理室１ａを画成する真空チャンバ１を備える。真空チャンバ１の底部には、排気管を介してターボ分子ポンプやロータリーポンプなどからなる真空ポンプＰが接続され、所定圧力（例えば１×１０^−５Ｐａ）まで真空引きできるようにしている。真空チャンバ１の側壁には、図示省略のガス源に連通し、マスフローコントローラ１１が介設されたガス管１２が接続され、Ａｒなどの希ガスからなるスパッタガスを処理室１ａ内に所定流量で導入できるようになっている。

真空チャンバ１の天井部には、ターゲットアッセンブリＴＡが設けられている。ターゲットアッセンブリＴＡは、成膜しようとする薄膜の組成に応じて適宜選択されるＴａ、Ｔｉ等の金属またはＡｌ_２Ｏ_３等の絶縁物で作製されるターゲット材２と、ターゲット材２のスパッタ面２ａと背向する面（上面）に図示省略のインジウムやスズ等のボンディング材を介して接合されるバッキングプレート３とを備える。ターゲット材２の外周端より外方に且つ水平に延出したバッキングプレート３の下側の延出部分３１対向して、環状且つアース電位のシールド板４が設けられている。

バッキングプレート３には、冷媒用通路３１が形成され、この冷媒用通路３１に冷媒（例えば、冷却水）を流すことで、スパッタリング時にターゲット材２を冷却出来るようになっている。ターゲット材２には、スパッタ電源Ｅとしての公知の構造を有する高周波電源からの出力が接続され、スパッタリング時、所定電力が投入され負の電位が発生する。なお、ターゲット材２の材質によっては、スパッタ電源Ｅとして公知の直流電源やパルス電源を採用してもよい。

バッキングプレート３の上方には、図示省略の磁石ユニットが配置されており、磁石ユニットによりターゲット材２の下面（スパッタ面）の下方空間に磁場を発生させ、スパッタリング時にスパッタ面の下方で電離した電子等を捕捉してターゲット材２から飛散したスパッタ粒子を効率よくイオン化する公知の構造を有するものを用いることができるため、ここでは、詳細な説明を省略する。

バッキングプレート３の延出部分は、絶縁部材Ｉを介して真空チャンバ１上壁に取り付けられる。そして、シールド板４の外周縁部に設けられたフランジ部が、図示省略のビス等により真空チャンバ１上壁に固定されている。

真空チャンバ１の底部には、ターゲット材２のスパッタ面２ａに対向させてステージ５が配置され、基板Ｗがその成膜面を上側にして位置決め保持されるようにしている。

このようにターゲットアッセンブリＴＡを真空チャンバ１に組み付け、ターゲット材２をスパッタリングして基板Ｗに成膜すると、ターゲット材２は侵食されていく。このとき、バッキングプレート３が局所的に露出すると、異常放電が発生して良好な成膜ができなくなる。

本実施形態では、ターゲット材２を通してバッキングプレート３側にプラズマ光を漏洩させる窓材３２をバッキングプレート３の冷媒用通路３１が形成されていない中実部分に設け、この窓材３２を通して漏洩する光をバッキングプレート３の外部にガイドする光ファイバ６と、光ファイバ６に接続されて光量を検出する光センサ７とを備える。光センサ７には制御部Ｃが接続され、光センサ７により検出される光量からターゲット材２の使用限界を判定する。制御部Ｃは、公知のマイクロコンピュータやシーケンサ等を備え、上記使用限界判定を行うほか、スパッタ電源Ｅの稼働、マスフローコントローラ１１の稼働や真空ポンプＰの稼働等を統括管理するようになっている。窓材３２の材料は、ターゲット材２を透過する光の波長に応じて適宜選択することができ、例えば、可視光を透過させる場合には石英を用いることができる。なお、ターゲット材２の上面にボンディング材を介してバッキングプレート３を接合する場合、窓材３２を通して漏洩する光をボンディング材が遮蔽しないように、窓材３２が設けられる部分にマスク等の手段を用いてボンディング材が形成されないようにすることが好ましい。

尚、光ファイバ６が本発明の「導光手段」に相当し、光センサ７が本発明の「検出手段」に相当し、制御手段Ｃが本発明の「判定手段」に相当する。また、真空ポンプＰ、スパッタ電源Ｅやマスフローコントローラ１１が本発明の「プラズマ発生手段」に相当する。以下、図３を併せて参照して、上記スパッタリング装置ＳＭを用いて成膜する際にターゲット材２の使用限界を判定する場合を例に、本実施形態のターゲット材の使用限界判定方法について説明する。

先ず、真空チャンバ１内のステージ５に基板Ｗをセットした後、真空ポンプＰを作動させて処理室１ａ内を所定の真空度（例えば、１×１０^−５Ｐａ）まで真空引きする。処理室１ａ内が所定圧力に達すると、マスフローコントローラ１１を制御してアルゴンガスを所定の流量で導入する（このとき、処理室１ａの圧力が０．０１〜３０Ｐａの範囲となる）。これと併せて、スパッタ電源ＥからＴｉ製のターゲット材２に電力（例えば、１０ｋＷ）を投入して真空チャンバ１内にプラズマを形成する。これにより、ターゲット材２のスパッタ面２ａをスパッタリングし、飛散したスパッタ粒子を基板Ｗ表面に付着、堆積させることによりＴｉ膜が成膜される。

成膜中、制御手段Ｃにより図２に示すルーチンが実行される。このルーチンによれば、先ず、バッキングプレート３の窓材３２から漏れ出す光の光量を光センサ７から取得し（ステップＳ１）、取得した光量が閾値よりも大きいか否かを判別する（ステップＳ２）。光量が閾値以下である場合には、ターゲット材２の厚みが厚く、ターゲット材２が使用限界に達していないと判断し、上記ステップＳ１に戻る。一方、上記ステップＳ２で光量が閾値よりも大きいと判別された場合には、すなわち、ターゲット材２の厚みが薄くなり、ターゲット材２からバッキングプレート３側に漏れ出す光の光量が閾値を超えた場合には、ターゲット材２が使用限界に達していると判定する（ステップＳ３）。この場合、ターゲット材２への電力投入を直ちに終了し、本ルーチンを終了する。なお、ステップＳ３で使用限界が判定された後、成膜処理を直ちに終了するのではなく、実行中の所定時間の成膜処理が終了した後に本ルーチンをしてもよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、ターゲット材２から漏れ出る光の光量からターゲット材２の使用限界を判定するため、バッキングプレート３が露出することを防止できる。このため、異常放電を確実に防止しつつ、ターゲット材２の使用限界を判定することができる。また、ターゲット材２から漏れ出す光をプラズマ光とすることで、ターゲット材２に投光する構成部品が不要となり、設備コストを抑制できて有利である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記に限定されるものではない。上記実施形態では、バッキングプレート３に窓材３２を設けたものを例に説明したが、窓材３２はターゲット材２とバッキングプレート３との界面に達していればよく、図３に示すように窓材３２がターゲット材２に達していてもよい。また、上記実施形態では、ターゲットアッセンブリＴＡをターゲット材２とバッキングプレート３とで構成する場合を例に説明したが、図４に示すようにバッキングプレート３の上側に冷媒用通路３１が形成されている場合にはバッキングプレート３の上面を覆うカバー３３を設けるようにしてもよい。また、図５に示すように、窓材３２と冷媒用通路３１を接続し、冷媒用通路３１に光ファイバ６を挿入することで、ターゲット材２から漏れ出る光をガイドするように構成してもよい。また、図６に示すように、ターゲット材２とバッキングプレート３とが同一材料で一体的に形成されていてもよく、この場合も、冷媒用通路３１が形成されていない部分に窓材３２を設ければ、冷媒用通路３１が露出する前にターゲット材２の使用限界を判定することができる。

また、上記実施形態では、導光手段として光ファイバ６を用いているが、導光手段はこれに限らず、ミラー等を用いて光をガイドするように構成してもよい。

ＳＭ…スパッタリング装置、ＴＡ…ターゲットアッセンブリ、２…ターゲット材、２ａ…スパッタ面、３２…窓材（導光手段）、６…光ファイバ（導光手段）、７…光センサ（検出手段）、Ｃ…制御部（判定手段）。

Claims (4)

1. 一方の面をスパッタリング時に侵食されるスパッタ面とするターゲット材と、このターゲット材の他方の面に接合されるバッキングプレートとを備えるターゲットアッセンブリにおいて、
   ターゲット材を通してバッキングプレート側に漏洩する光をこのバッキングプレートの外部にガイドする導光手段をバッキングプレートに設けることを特徴とするターゲットアッセンブリ。
2. 真空チャンバと、この真空チャンバ内に配置される、一方の面をスパッタリング時に侵食されるスパッタ面とするターゲット材とこのターゲット材の他方の面に接合されるバッキングプレートとを有するターゲットアッセンブリと、真空チャンバ内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段とを備えるスパッタリング装置において、
   ターゲット材とバッキングプレートとの界面に配置される窓材と、ターゲット材の侵食に伴ってターゲット材から窓材を通して漏洩する光をバッキングプレートの外部にガイドする導光手段と、導光手段に接続されて光量を検出する検出手段と、検出手段で検出される光量からターゲット材の使用限界を判定する判定手段とを更に備えることを特徴とするスパッタリング装置。
3. 前記窓材を通して漏洩する光はプラズマ光であることを特徴とする請求項２記載のスパッタリング装置。
4. スパッタリング装置に組み付けられるターゲット材の使用限界を判定する使用限界判定方法において、
   真空チャンバ内にプラズマを発生させてターゲット材をスパッタリングし、ターゲット材とこのターゲット材に接合されるバッキングプレートとの界面に配置される窓材を通して漏洩する光の光量を検出する検出工程と、
   検出工程で検出される光量が閾値を超えたときにターゲット材の使用限界を判定する判定工程を含むことを特徴とするターゲット材の使用限界判定方法。
   
   

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