JPH01319674A - 真空スパッタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 本発明は電子コンポーネントや半導体デバイスの製造工
程において、表面導電性膜や誘電膜を形成するために用
いられる真空スパッタ装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、コンパクトディスク、レーザーディスク。

ハードディスク、光磁気書き込みディスク、液晶透明電
極等の電子コンポーネントや半導体デバイスに導電性膜
や誘電膜を形成する際に真空スパッタ装置が使用される
。−船釣な真空スパッタ装置を第１図の断面図で示す。

財において、蒸着用のターゲンＦ１はインジウム２を用
いて無酸素銅製のバッキングプレート３に半田付けして
おり、クランプリング４と止めねし５によって水冷シャ
ケソ（−６に固定され、かつアースシールド７で周囲を
包囲している。水冷ジャケント６は絶縁膜９によって真
空フランジ８に支持されており、この絶縁膜９を介して
真空フランジ８から直流または交流バイアスがかりられ
ている。また、水冷シャゲント６は冷却水入口１０と冷
却水出口１１を通して冷却水が通流され、これによって
水冷されている。

一方、真空容器ベースプレー１・１８は真空フランジ８
．アースシールド７と共に接地されており、この七に基
板ホルダ１４を介してブリヒータ１５と基板１３を載置
し、基板１３が前記ターゲ７）１に対向するように配設
している。また、前記真空容器ベースプレート１８には
プラズマ形成用のアルゴンガス入口１６が開設され、こ
のガス入口１６にはバッフル１７を設けている。

なお、前記水冷ジャゲラ１−６の外側周囲には、マグネ
ット１２を配置してクランプリング４や止めねじ５の侵
食を防止し、かつターゲット１の近傍におけるプラズマ
密度を高め、基板１；３の表面損傷を軽減する試みがな
されている。

この種の真空スパッタ装置においては、スパッタ回数を
経過するにつれてター’７”　ｙ　ｌ・］が消耗し、第
２図のように中央部が次第に凹んでくる。この場合、ス
パック中はマグネツト１２の強度を変化させて、消耗面
積（エロージョンエリア）を広く均一化させているもの
が多く、第３図のように凹みをより平坦化することが可
能になっＣいる。

［発明が解決しよ・うとする課題］ 上ｊホした真空スパッタ装置においては、通常ターゲッ
トが消耗されたときに交換する必要がある。

この場合、初期の真空スパッタ装置は、スパッタ回数の
都度、真空チャンバを開放して基板１３を取り出す構造
であったので、クーケンＩ−１の消耗状態を容易に知る
ことができた。ところが、近年では処理能力の向上や膜
質の改善のために、予備真空室を設けたり、長大な真空
Ｉ・ンネル構造により占（板］３を自動搬送する構造か
採用されるようになり、真空スパツタ室を常時真空状態
に保つようになってきた。このため、ターゲット】を点
検するごとが難しくなり、クーケンｌ−１に穴があくま
で使用してハソキンクプレ−１・３や水冷シャケラｈ　
６を損傷して真空スパツタ室を水浸しにしたり、最悪の
場合には真空破壊を起こしてスパック装置を破損させる
事故が生している。勿論、クーケンｌ−１に軽微な穴が
あいたたけても、基板１３−ににη二成した膜質が劣化
して信頼性を低下させるおそれがある。

従来ては、クーケン１−物質の体積から有効スパソタザ
イクル数を理論的に割り出したり、クーケン）・バイア
ス電源Ｑことりつげられた積算電力計で実験的にクーゲ
ット寿命を求めているが、これは絶対測定ではないので
誤差が大きく、クーケンＩ・の交換か早過ぎてクーケン
Ｉ・を無駄にして利用率を低下させたり、或いは遅過ぎ
て上述の不具合が発生してしまうという問題が生じてい
る。

なお、使用済クーケントは、金や白金などの貴金属の場
合のみ回収して再精製に回されるが、そのほかは総て金
属屑として処理している。特に半導体デバイスのうｌう
てもＩＭＤＲＡＭ用のアルミニウムターケラ１−では、
アルファ線によるソフトエラーを軽減するため高純度化
への要求が厳しく、純度９９．９９９５％以−にでウラ
ンとトリウムあわせて３　ｐｐｂという規格を満たずた
め大変高価なものであり、その利用率を向」ニすること
が経済的にも有効である。

本発明はターゲットの消耗を確実に検知して、上記した
不具合の発生を未然に防止することを可能にした真空ス
パッタ装置を提供することを目的としている。

〔課題を解決するだめの手段〕

本発明の真空スパッタ装置は、真空容器内に配設されて
真空スパックされるクーケン１−の裏面に、電気的１機
械的、熱的あるいは光学的方法により該ターゲットの厚
さの低減を検知する手段を配設している。

このターゲットの厚さの低減を検知する手段としては、 （］）電気的な特性の変化を捕らえるものとして、ター
ゲットの材質が金属または金属化合物の場合は、導電率
を測定するため離れた２カ所に電極を設ける。絶縁物の
場合は誘電率を測定するため近接した２箇所に電極を設
けて微弱な高周波電流を流して、その電圧を測定するこ
とにより容量変化を知るごとができる。

（２）ターゲットが薄くなるとともに微弱な振動の減衰
量が減るごとを調べるために、例えば圧電スピーカと圧
電マイクロボンを近接して貼り付けるごとによっても適
確に寿命を知ることができる。

（３）ターゲットの熱歪か大きくなることを貼りイ」げ
たスＩ−レインゲージによって測定することができる。

（４）プラスマの輻射熱とアルゴンイオンのクーケンｈ
に対する衝突によってクーケンＩ・が発熱するか、表面
温度がその厚さによって上昇ずろことを固定したザーミ
スタや熱電対によって測定する。

（５）金属または金属化合物ターケン１〜の場合は不透
明なので、極薄になるとターケン１〜を透過してＰＩＮ
フォトダイオードなとの光センソ゛によりプラズマ光を
検知するごとができる。

〔作用］ 上述した構成では、クーゲットの厚さの低減からターゲ
ットの消耗及びその寿命を検知でき、ターゲットの有効
利用を図る一方でターケンｈの消耗に伴うスパック不良
を防止する。

（実施例〕 次に、本発明を図面を参照して説明する。

第４図は本発明の第１実施例を示す１ｍであり、第１Ｍ
に示した真空スパッタ装置におけるターゲットと、この
ターケンｊ−の消耗を検知する手段のみを図示している
。

ここでは、ターゲット１Ａは導電性ターゲットの例を示
しており、このターリーラ１−Ｉへの消耗を検知するた
めに、ターゲットＩＡの裏面に中心部分を挟んで所定距
離をおいた一対の電極２ｏを接続し、これら電極２０間
の抵抗値を測定するように構成している。

この構成では、ターケンｌ−Ｌ　Ａが消耗してその厚さ
が低減されることにより、クーゲット１Ａの抵抗値が上
昇され、特に中心部に穴があく程度に消耗されたときに
は抵抗値が異常に上昇し、この時点で寿命か尽きたと判
定することができる。

なお、電極２０は、例えば小さな銅板をターケンＩ・Ｌ
　Ａの裏面にインジウム半田付げし、更に錫メツキ線を
インジウム半田イ」けするのが好ましい。

このとき、第５図のように、ターケンｌ−１，Ａの上面
に、あらかしめ浅い凹み１ａを設けておくとさらに安全
サイトに立った評価が可能になる。

この場合、ハシキングプレート３に切り欠きを設けて電
極２０に接続したリード線などを通す必要がある。また
、抵抗値の検知等においては、その変化はスパッタの進
行に伴って比較的緩やかであるため、−度特性を測定し
ておけば、以後はごれをプログラミングすることにより
、ターゲットの残量を直読することも可能である。

第６図は本発明の第２実施例を示しており、絶縁性ター
ケン１〜ＩＢの消耗を検出する例である。

この例では、絶縁性ターケンｌ−１，Ｉ３の−Ｌ面の近
接した２点に電極２１を設けてコンデンサーを形成し、
電気容量を測定するよ・うに構成している。

この例においても、第７図のように、ターゲットＩＢの
」−面に浅い凹み１ａを設け、ここに電極２１を配設し
てもよい。

第８図は本発明の第３実施例を示しており、導電性及び
絶縁性のいずれのターゲットにも適用できる。即ち、タ
ーケンｌ−Ｉ　Ｃの上面に圧電スピーカ２２と圧電マイ
クロホン２３を取着している。

この構成では、圧電スピーカ２２から数百乃至数千ヘル
ツの可聴音を出して、圧電マイクロホン２３で検出すれ
ば、ターゲットＩＣが消耗して極薄になるとマイクロホ
ン２３の出力が窓上Ｗする。

この場合にも、第９図のようにスピーカ２２とマイクロ
ホン２３を凹みｌａ内に配設してもよい。

また、マイクロホン２３における出力の相関曲線を一度
とっておけば、プログラミングすることによりターゲ・
ンＩ・の残量を直読することも可能である。

第１０図は本発明の第４実施例を示している。

この実施例では、ターケ・／１〜１Ｄを上面一部、特に
中央部にブリッジ型のストレインケージ２４を取着して
いる。この構成では、通常ストレインケージ２４はター
ケン１−１の熱膨張によって引き伸ばされているが、タ
ーゲット１がエロージョンにより薄くなってくると、温
度が上昇する効果よりも、ストレインゲージ２４が縮む
力が打ち勝ってストレインゲージ２４か縮むことによっ
てターケンｌ−Ｌ　Ｄの寿命を検出することかできる。

この場合にも、第１１回のように、ターゲット１１）の
上面に浅い凹め１ａを設げることが可能である。

第１２図は本発明の第５実施例を示している。

この実施例では、ターケンｌ−］、　Ｅの上面にザーミ
スタあるいは熱電対２５をとりつげておけば、り−ゲン
トＩＥが極く薄くなってくると熱電対２５が直接にプラ
ズマの輻射熱とアルゴンイオンの衝突によって発熱する
ため、ザーミスクあるいは熱電対２５の温度上昇が大き
くなる。

この履歴をあらかじめグラフにプロワ１−シておくこと
によって、ターゲット１するの寿命を知ることができる
。

第１３図はターゲット１Ｅの上面に、浅い凹み１ａを形
成した例を示している。

第１４図は本発明の第６実施例を示している。

この実施例は、金属や金属化合物など不透明なターゲッ
トの場合であり、ターゲットＩＦの−１−面にＰＩＮフ
ォトダイオードなどのようなフォトセンザ２６をとりつ
げて、ターケラ１〜１Ｆが極薄になったとき、プラズマ
発光を捕らえることにより寿命の検知が可能になる。

第１５図はターゲラ１−ＩＦの上面に、浅い凹み１ａを
形成した例である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、真空容器内に配設されて
真空スパッタされるターゲットの裏面に、電気的５機械
的、熱的あるいは光学的方法により該ターゲラＩ・の厚
さの低減を検知する手段を配設しているので、クーゲラ
Ｉ・の厚さの低減からターゲットの消耗及びその寿命を
正確に検知することが可能となり、ターケラＩ・の有効
利用を図る一方でターゲットの使い過ぎによるスパッタ
装置の損傷を防止でき、かつ製品の不良発生を防止する
ことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用される真空スパッタ装置の主要部
の構造を示す断面図、第２図、第３図はクーゲラＩ・の
エロージョンエリアを示す断面図、第４図及び第５回は
本発明の第１実施例を示し、その消耗を検知する手段を
配設したターゲットの断面図、第６図及び第７図は本発
明の第２実施例のクーゲラＩ・の断面図、第８図及び第
９図は本発明の第３実施例のターゲットの断面図、第１
０図及び第１１図は本発明の第４実施例のクーゲラ１−
の断面図、第１２図及び第１３図は本発明の第５冊 実施例のターゲットの断面図、第１４回及び第１５回は
本発明の第６実施例のターゲットの断面図である。 １、ＩＡ〜ＩＦ・・・クーゲラ１〜．２・・・インジウ
ムと半田、３・・・バッキングプレート、４・・・クラ
ンプリング、５・・・止めねじ、６・・・水冷ジャケッ
ト、■・・・アースシールド、８・・・真空フランジ、
９・・・絶縁物、１０・・・冷却水入口、１１・・・冷
却水出口、１２・・・マグネット、１３・・・基板、１
４・・・基板ボルダ、１５・・・ブリヒータ、１６・・
・アルゴンガス配管、１７・・・バッフル、１８・・・
真空容器−・−スプレーＩ・、２０．２１・・・電極、
２２・・・圧電スピーカ、２３・・・圧電マイクロホン
、２４・・・ストレインゲージ、２５・・・熱電対、２
６・・・フォ１ヘセンザ。 １ａ凹み 個） 第１Ｏ図　　　第１１図 ヌトレイガージ 箪１９Ｍ　　第１１図 宅才セ 第１４図　　　第１５図 ノオト・已ンフー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、真空容器内に配設されて真空スパッタされるターゲ
   ットの裏面に、電気的、機械的、熱的あるいは光学的方
   法により該ターゲットの厚さの低減を検知する手段を配
   設したことを特徴とする真空スパッタ装置。