JPH0641744A

JPH0641744A - スパッタ装置

Info

Publication number: JPH0641744A
Application number: JP14963492A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Kishimoto; 里志岸本; Hide Kobayashi; 秀小林; Hideaki Shimamura; 英昭島村; Shinji Nishihara; 晋治西原; Yukio Tanigaki; 幸男谷垣; Hikari Nishijima; 光西島
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-05-26
Filing date: 1992-06-09
Publication date: 1994-02-15

Abstract

(57)【要約】【目的】人為的なミスや装置の誤動作によるターゲッ
トの誤使用により目的とする材料以外の物質をスパッタ
する事故を未然に防ぐ機能を備えたスパッタ装置を提供
する事。【構成】スパッタ成膜法に用いるスパッタターゲット
板の板厚や欠陥を知ることのできる機能、即ち超音波の
送信と同受信手段、並びに受信手段による受信エコーデ
ータを演算・解析する制御装置を備え、超音波がターゲ
ットの中を透過し反射して帰還してくるエコーにより、
ターゲットの寿命や欠陥を算出ないし検知する。【効果】ターゲットの消耗量が使用限界に達したこと
や、ターゲットに亀裂等の欠陥が発生したことを、即時
に且つ確実に検出できるので、人為的なミスや装置の誤
動作によるターゲットの誤使用を１００％発見・回避で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スパッタ法により薄膜
を形成するスパッタ装置に係り、特に、スパッタターゲ
ットの寿命の自動判定機能等を具備させたスパッタ装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】スパッタリングは薄膜を工業的に形成す
る方法であり、近年マイクロエレクトロニクス部品の製
造に広く用いられている。スパッタリングは、スパッタ
リングターゲット（以下ターゲットと称す）と呼ぶ目的
とする薄膜の材料から構成された一般には平板状の材料
素材（原料）を、低圧の不活性ガス雰囲気（通常数ミリ
Ｔｏｒｒ程度のＡｒガス）中に置き、グロー放電によっ
て不活性ガスのプラズマを発生させて、ターゲットに負
の高電圧をかけることによって不活性ガス陽イオンを加
速してターゲットに衝突させ、その衝撃によって飛散し
たターゲット材料を、多くの場合ターゲット平板の正面
に近接して置かれた基板上に堆積させる成膜方法であ
る。

【０００３】図１２は、従来の一般的なスパッタ装置の
概略構成を示す図で、同図において、５１はスパッタ電
極、５２は真空容器、５３はターゲット（ターゲット
板）、５４はターゲット支持板（以下バッキングプレー
トと呼ぶ）、５５はスパッタ電源、５６は積算電力計で
ある。スパッタ電極５１は真空容器５２に収納され、タ
ーゲット５３はメタルボンディングと呼ばれる手法でバ
ッキングプレート５４に固定されたうえで、スパッタ電
極５１に取り付けられる。そして、スパッタ電極５１
は、スパッタ電源５５より負の電位（通常−３００Ｖ〜
−２０００Ｖ程度）を付与される。また、ターゲット５
３は、バッキングプレート５４におけるターゲット５３
の固定面と反対側の面を水等の冷却媒体によって冷却す
ることで、冷却される。

【０００４】上述したように、スパッタリングは低圧ガ
ス雰囲気中で行う必要があるため、ターゲット５３は真
空容器５２に納められている。このターゲット５３は使
用に従って当然ながら消耗して行く。ターゲット５３上
には消耗の早い領域があり、これをエロージョン領域５
７と呼ぶが、その領域がターゲット板の厚さまで減る
と、そのターゲット５３の寿命となる。

【０００５】ターゲット５３表面のエロージョン領域５
７での消耗の進行は、真空容器５２内なので、簡単には
これを知ることはできない。また、ターゲット５３はス
パッタ装置に装着する前にＸ線探傷等の品質管理を行っ
ているが、使用中の熱ストレスや、上記したエロージョ
ンの進行に伴うターゲット板材の強度の低下によって、
稀ではあるがターゲット板５３に亀裂が発生することが
ある。このような欠陥の発生を使用中に検出することは
非常に困難である。

【０００６】すなわち、スパッタ電極５１及びターゲッ
ト５３は真空容器５２内なので、簡単にはターゲット板
を観察して、その厚みが限界に達したかや、亀裂が発生
したかを知ることは非常に難しい。何となれば、バッチ
式のスパッタ装置であれば成膜を行う毎に原則的にチェ
ンバ（真空容器５２）を開放するので、その際にターゲ
ット５３に異常が無いことを確認出来る。これに対し
て、特にＬＳＩの生産でシリコンウェハに対して広く用
いられているスパッタ装置はロードロック式であり、真
空排気時間の短縮や、成膜条件の安定化のため成膜行為
ごとには、成膜を行う真空槽、すなわちスパッタ電極の
ある真空槽（真空容器５２）の真空を破壊することはし
ない。従って、ターゲット５３の表面を観察する機会は
連続運転中には原則的には無いことになる。

【０００７】ターゲットを使いすぎることによる事故
は、既にターゲット板５３が消耗し、バッキングプレー
ト５４が露出した状態でスパッタリングを行ってしまう
ことである。この場合には、バッキングプレート５４の
材料がスパッタ膜に混入し、所定の膜が作成できないこ
とになる。また、ターゲット５３に亀裂が発生し、この
亀裂がバッキングプレート５４に達する深いものになっ
た場合には、同様にバッキングプレート５４がスパッタ
され、目的の材料でない膜が形成されることになる。当
然このような製品は不良品である。

【０００８】このような事故への従来の対策手法を以下
に列記する。消耗し切ったターゲットを用いてしまうことによる事
故を防ぐために、ターゲット板５３の使用量を管理する
ことが行われている。すなわち従来は、ターゲットの使
用量がスパッタ電源５５の消費電力と概ね比例すること
を利用し、スパッタ電源５５に積算電力計５６を付設し
て、これによって予め定めた使用限界値（キロワット・
アワー値）を超えないように管理する手法を、一般的に
採っていた。

【０００９】また、ターゲット５３の亀裂に起因する
事故を防ぐために、ターゲット板の受入れ検査を厳格な
ものにすることが行われている。しかしながら、後天的
に発生する亀裂の発生の検出は難しく、これを積極的に
行った事例はない。よって、成膜した結果の膜の色、抵
抗値等の品質管理から、このような不良が発見される
か、または製品の特性検査において不良が検出されるこ
とになる。従って現状では、成膜した結果の品質管理の
頻度、感度を向上させる間接的な発見方法が採られてい
る。

【００１０】さらにまた、ターゲットの厚さを直接測
定するため、特開昭６３−２９０２７０号公報および特
開平２−２８２４７５号公報には、超音波厚さ計を用い
る方法が開示されている。この先願においては、ターゲ
ットの厚さ方向に超音波を発射し、ターゲットの裏面と
表面の両界面で反射されるエコーの到達時間を測定する
ことによって、ターゲットの厚さを計算するようにして
いる。この計算手法では、ターゲット材料によって超音
波の伝播速度（音速）が異なるため、各材料に対応した
音速値を与えることが必要である。生産装置ではマイク
ロコンピュータなどを用いた自動化された装置を用いる
が、それでも、この音速値は、予め人為的に入力する必
要があるので、その入力作業の際、人為的ミスの起こる
可能性がある。また、この例では、ターゲット厚さ測定
のための超音波送受信手段は、バッキングプレートのタ
ーゲットの付いている側と反対側に接触させて設置され
るが、そのことがターゲットを交換する際、バッキング
プレートを取り外すのに支障となることも考えられる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記したの従来技術
では、作業者の勘違いや、積算電力計の誤操作等によっ
て、実際には完全な事故（不良）の防止は困難である。
また、ターゲットを使用途中で他の材料のターゲットと
交換し、再び戻して使用を続行する等の場合は、積算電
力計の値と再使用するターゲットの残寿命との対比が甚
だ煩雑で、誤認を生じやすく、事故の十全な防止対策と
はならない。

【００１２】また、上記したの従来技術では、ターゲ
ットに亀裂の発生があってから、品質的に不良として確
認され、更にその原因がターゲット割れに起因すること
が突き止められるまでには長大な時間を要する。そのた
め、品質的な不良が発見される迄には不良品を多数作り
込むことになる。従って、ターゲットの消耗量やターゲ
ットに発生した亀裂を直接、即時に発見する手法が望ま
れている。

【００１３】上述したの従来技術では、ターゲットの
消耗量の即時測定が可能ではあるが、この方法では、タ
ーゲット中での音速の値を予め正確に入力しておくこと
が必要である。しかし実際には、この値を入力し間違え
ることによって、誤ってバッキングプレートをスパッタ
する危険性を無視することは出来ない。このため、音速
の値が正確でなくても、または音速の値によらずにター
ゲットの寿命を判断できる手法が確立されることが望ま
れている。

【００１４】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
その目的とするところは、ターゲット消耗量や欠陥を迅
速・確実に検知し、目的とする材料以外の物質がスパッ
タされる事故を未然に防止することにある。また、本発
明の他の目的とするところは、ターゲット材料ごとの超
音波の伝播速度（音速）をマニュアル操作で入力しなく
てもターゲットの寿命を判定可能とする、人為的なミス
の入り込む余地の少ない信頼性と利便性に優れた装置を
実現することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】直接的にターゲットの消
耗量を知るために、ターゲットの残量、具体的にはター
ゲットの板厚を測定する手段を設け、また直接的にター
ゲットに発生した亀裂の存在を知るために、ターゲット
の欠陥、具体的にはターゲット板内部或いは表面の亀裂
を検出する手段を設ける。より具体的には、ターゲット
材料の板厚を測定するため及び／または欠陥を検出する
ため、超音波の発信機並びに同受信機と、受信機の出力
を演算処理する制御装置とをスパッタ装置に備え付け
る。さらに、ターゲットの消耗量が限界に達した時、あ
るいはターゲットの欠陥を検知した時、この旨を警告出
力して作業者に認知させる警告手段を設ける。さらに、
ターゲットの消耗量が限界に達した時、あるいはターゲ
ットの欠陥を検知した時、自動的にスパッタ成膜作業を
中止させるインターロック回路を設ける。

【００１６】また前述した通り、スパッタリングにおい
てはプラズマの分布が均一でないため、ターゲット上に
はエロージョン領域と呼ばれる侵食の激しい部分と殆ど
侵食されない部分とが生じる。そのため、ターゲットが
消耗するにつれ、ターゲット断面の凹凸の度合いが大き
くなる。従って、例えばエロージョン領域と殆ど侵食さ
れない領域とでそれぞれ超音波送受信機により、ターゲ
ット中を往復する超音波の伝播時間をそれぞれ測定する
ようになすと共に、超音波送受信機の出力を演算処理す
る制御装置により伝播時間の最小時間と最大時間の比を
調べることによって、ターゲットの侵食の度合いを判断
するように、構成される。すなわち、スパッタリング前
にターゲット中を往復する超音波の伝播時間の最小値と
最大値の比を調べ、１に近い時は該ターゲットは新品に
近いと判断する。一方、この比がある値より小さい時に
は、該ターゲットは寿命に達していると判断し、この旨
を警告出力したり、スパッタリングを禁止させるように
する。

【００１７】

【作用】超音波の発信機と受信機は、例えばバッキング
プレートの裏面に密接或いは超音波伝播媒体を介して取
り付けられ、これら送受信機の制御を司る制御装置は、
発信と受信のタイミングを決定し、バッキングプレート
に向かっての超音波の送信および反射波の受信を行わせ
る。この超音波はパルス波を用いる。発信機から出た超
音波はバッキングプレートに入射し、バッキングプレー
トとターゲットとの界面で一部反射され、また残りの一
部はこの界面を越え、ターゲットの端部、即ち真空との
界面に達して、反射される。この反射波は、再びターゲ
ットとバッキングプレートとの界面を反射を伴いながら
越え、バッキングプレートから受信部に戻る。この超音
波の反射の戻りを一般にはエコーと呼ぶ。

【００１８】バッキングプレート／ターゲット／真空の
各界面でのエコーが受信機に到達する時間を測定し、そ
の差を求めると、ターゲットの厚さの距離を超音波が往
復するのに要する時間Ｔが得られる。ターゲット内の音
速値（超音波の伝播速度）Ｃを用いるとターゲットの厚
さＤは次のように計算できる。Ｄ＝（Ｃ×Ｔ）／２ …………（１）式（１）式を用いて、演算や判別処理等を司る制御装置
は、ターゲットの板厚を計算するが、そのためには、タ
ーゲット材料中での音速値（超音波の伝播速度）を予め
与えておくことが必要である。そして制御装置は、この
算出した板厚計測値が使用限界に達しているか否かを判
別する。また、途中の媒体での超音波の速さから板厚に
対応した遅延時間でエコーが帰還するが、もし途中に欠
陥が存在すれば、上記エコーの帰還する時間の間に欠陥
から反射されるエコーが新たに受信される。すなわち、
演算や判別処理等を司る制御装置は、各材料（バッキン
グプレートとターゲット）での超音波のそれぞれの伝播
速度、及び各材料の板厚によって決まるエコーの正常な
波形パターンを認知しており、この波形パターンとは異
なる新たな欠陥からの反射エコーが受信されているか否
かを監視する。

【００１９】このようにしてターゲットが使用限界を超
えた場合、或いはターゲットに欠陥を検知した場合に
は、制御装置は警告手段を駆動して警報等を発したり、
インタロック回路を起動させてスパッタ電源の動作を禁
止し（スパッタ成膜作業を中断させ）、事故（不良発
生）を未然に防ぐことができる。

【００２０】一方、ターゲット板中を往復する超音波の
伝播時間の最小値と最大値の比を求めるためには、ター
ゲット上の複数の位置で測定を行うことが必要であり、
そのためには、複数の超音波送受信機を設置すること
や、超音波送受信機をターゲット裏面側で移動させる機
構を設けるようにされる。すなわち例えば、超音波送受
信機をバッキングプレートのターゲットの付いている側
に対して反対側に、エロージョン領域と殆ど侵食されな
い領域の両方をカバーするように複数設置する。

【００２１】そして、演算や判定処理を行う制御装置で
は、得られた計測伝播時間の値の中で最小値と最大値を
抽出し、それらの比を計算し、その比が所定の限界値を
下回っている場合には、そのターゲットは寿命に達して
いると判断し、制御装置は警告手段を駆動して警報を発
したり、インターロック回路を起動させてスパッタ電源
の動作を禁止する。

【００２２】なお、ターゲットの種類によって音速が異
なるため、絶対的な厚さ測定のためには予め音速の値を
入力しておかなければならない。しかしながら、ターゲ
ットの凸凹の比を求めるには、前記（１）式から明らか
なように、厚さＤはターゲットを超音波が往復する時間
Ｔに比例することから、時間Ｔの比のみを計算すればよ
いことになる。従って、斯様な計測伝播時間の最小値と
最大値の比からターゲット寿命を判定する手法において
は、ターゲット材料に従った音速値を入力する作業が不
要になり、音速値の人為的入力ミスによる誤判定が生じ
る虞がなくなる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明を図示した各実施例によって説
明する。図１は本発明の第１実施例に係るスパッタ装置
の要部構成を示す説明図である。同図において、１はス
パッタ電極、２は真空容器、３はターゲット（ターゲッ
ト板）、４はバッキングプレート、５はスパッタ電源で
ある。これらは図１２で示した構成要素５１〜５５に対
応するので、その説明の重複する点については割愛す
る。

【００２４】図１において、１１は超音波送受信機、１
２はスイッチ、１３はスイッチ、１４は制御装置、１５
は警告手段、１６はインターロック回路、１７は送信系
ドライバ、１８は受信系処理部である。また、制御装置
１４はマイクロコンピュータを主体としたもので構成さ
れ、伝播速度データ格納部１９、正常パターンデータ格
納部２０、板厚演算部２１、欠陥判定部２２、計測デー
タ変換処理部２３、使用限界値格納部２４、板厚限界判
定部２５、警告発生部２６、禁止信号発生部２７等を具
備している。

【００２５】ここで、実際の上記ターゲット板３の初期
の厚さは６ｍｍから３０ｍｍ程度であり、また、上記バ
ッキングプレート４の厚さは大気圧と水圧を真空に対し
て支えるため、１５ｍｍから３０ｍｍ程度である。そし
て本実施例では、このバッキングプレート４の裏面（タ
ーゲットの付いた面と反対の面）に、超音波の発信機と
送信機とが１つの筐体に納められたもので構成される超
音波送受信機１１が多数取り付けられている。バッキン
グプレート４の裏面側は前述したように冷却水で水冷さ
れており、成膜工程中は負の高電圧の電位がスパッタ電
源５により与えられている。なお、図１では、超音波送
受信機１１はバッキングプレート４の裏面に固定してあ
るが、スパッタ電極１に固定することもでき、その場合
は、ターゲット交換時にバッキングプレート４の取り外
し作業がし易くなる。超音波送受信機１１をスパッタ電
極１に固定すると、超音波送受信機１１とバッキングプ
レート４の間に間隙が生じることが考えられるが、その
隙間に超音波伝播媒体である冷却水が入るので、測定に
は何等支障はない。

【００２６】一般の薄膜を形成する工程では、一回の成
膜で高々５μｍ程度の薄膜を形成する。この時のターゲ
ット板の消費は高々数十μｍ程度である。従って、ター
ゲット３の消耗はその厚さに比較して緩慢に起こる。そ
こで、ターゲット３の残量の測定は、例えば成膜工程を
開始する前ごとに１回行うことで十分である。また、タ
ーゲット３の欠陥の探知も、同様に成膜工程を開始する
前ごとに１回行うことで十分である。

【００２７】ここで、超音波送受信機１１はバッキング
プレート４に接しているか、或いは冷却水を介して電気
的に結合しているために、ターゲット３と同電位であ
る。従ってスパッタ成膜を行っている時には、負の高電
圧の電位を持つ。通常、このように高電圧の電位を持つ
センサからの信号処理を行う場合、絶縁について考慮し
なければならない。しかし、上述したようにターゲット
３の厚さ測定および欠陥探知を成膜工程の間隙の期間、
即ちターゲット３に高電圧が印加されていない時に行う
ことで実用上の問題はない。

【００２８】本実施例では、超音波送受信機１１からの
信号線は、スイッチ１３にて送信系ドライバ１７並びに
受信系処理部１８と電気的に切り離し可能なようになっ
ている（実際には、各超音波送受信機１１からの各信号
線がスイッチ１３にてそれぞれ接続／切り離し制御され
るが、図示の都合上１つの超音波送受信機１１の信号線
のみを代表して他は割愛してある）。また、スパッタ電
源５からの電源線も、スイッチ１２によってスパッタ電
極１と切り離し可能なようになっている。これらのスイ
ッチ１２、１３は、制御装置１４またはシステムコント
ローラからのスイッチ切り替え制御信号によって制御さ
れて互いに排他的な動作をし、スパッタ電源５が接続さ
れるときは超音波送受信機１１の信号線は完全に切り離
され、超音波送受信機１１の信号線が接続されるときは
スパッタ電源５の電源線は完全に切り離されるように構
成されている。このようにして、高電圧から制御装置１
４側を守ることが出来る。なお、この様なスイッチを使
った方法の他にも、絶縁トランスを超音波送受信機１１
と制御装置１４の間に介する方法や、超音波送受信機１
１からの信号を光信号に変換し光ファイバにて伝達する
方法等、様々な方法が考えられるが、これ等の任意の手
法が必要に応じ適宜採用可能であることは言うまでもな
い。

【００２９】制御装置１４は、スイッチ１２がＯＦＦで
スイッチ１３がＯＮの期間（スパッタ成膜工程の間隙の
期間）において、超音波の発信と受信のタイミングを決
定し、送信系ドライバ１７を介して超音波送受信機１１
の送信機を駆動して、超音波（通常数〜数十ＭＨｚ）の
パルス波を発生させる。この超音波は、バッキングプレ
ート４に入射し、バッキングプレート４とターゲット３
との界面Ｓ１で一部反射され、また残りの一部はこの界
面Ｓ１を越え、ターゲット３の端部、即ち真空との界面
Ｓ２に達して反射される。この反射波は、再びターゲッ
ト３とバッキングプレート４との界面Ｓ１を反射を伴い
ながら越え、バッキングプレート４から超音波送受信機
１１の受信機にエコーとして戻る。受信機で受信された
エコーは、受信系処理部１８において制御装置１４で処
理可能な信号に変換されて、制御装置１４の計測データ
変換処理部２３へ送られる。

【００３０】制御装置１４の計測データ変換処理部２３
は、入力されたエコー計測データを適宜変換処理し（例
えば時間軸に沿ったエコー強度データとして変換処理
し）、これを板厚演算部２１並びに欠陥判定部２２へ出
力する。板厚演算部２１は、予め伝播速度データ格納部
１９に格納されているバッキングプレート材質及びター
ゲット材質での超音波の伝播速度データを参照して、計
測データ変換処理部２３からの出力データに基づき所定
の演算プログラムに従って、ターゲット３の厚みを算出
する。

【００３１】図２は、ターゲット３とバッキングプレー
ト４とが一体となったものに、非常に短いパルス幅で超
音波を入射した際に得られるエコーの一例を模式的に表
す図である。図２の縦軸はエコーの強度であり、横軸は
時間である。同図において、ピークＰ１は発信機の出力
そのものである０次のエコー、ピークＰ２はバッキング
プレート４とターゲット３との界面Ｓ１での反射に対応
したエコー、ピークＰ３はターゲット３と真空との界面
Ｓ２での反射に対応したエコーである。ピークＰ１から
ピークＰ２迄の時間は、超音波が超音波送受信機１１か
らターゲット／バッキングプレート界面Ｓ１に行って戻
ってくるまでの時間であり、ピークＰ１からピークＰ３
迄の時間は、超音波が超音波送受信機１１から真空／タ
ーゲット界面Ｓ２に行って戻ってくるまでの時間であ
る。従って、ピークＰ１〜ピークＰ３間の時間からピー
クＰ１〜ピークＰ２間の時間を差し引けば、超音波がタ
ーゲット／バッキングプレート界面Ｓ１と真空／ターゲ
ット界面Ｓ２との間を往復する時間を知ることができ
る。この時間を２で割り、更にターゲット材質での超音
波の伝播速度を乗じれば、ターゲット３の厚みを算出で
きる。板厚演算部２１はこの様な計算手法でターゲット
３の板厚を算出し、これを板厚限界判定部２５に送る。

【００３２】板厚限界判定部２５は、使用限界値格納部
２４に予め格納されたターゲットの使用限界板厚値と、
板厚演算部２１から出力される現在のターゲット板厚値
とを対比し、現在のターゲット板厚値が使用限界板厚値
を下回った場合には（ターゲットが消耗して使用限界を
超えたら）、その旨を示す信号を警告発生部２６並びに
禁止信号発生部２７へそれぞれ送信する。ターゲットが
使用限界を超えたことを示す信号を受けると、警告発生
部２６は警告出力指令を警告手段１５に出力して、これ
によって、例えば警告手段１５がアラーム音の発生、ア
ラームランプの点灯、ディスプレイ上へのアラームメッ
セージの表示等を行い、作業者にターゲットが使用限界
を超えたことを認知させる。また、同様にターゲットが
使用限界を超えたことを示す信号を受けると、禁止信号
発生部２７は電源停止指令をインターロック回路１６に
出力して、これによってインターロック回路１６がスパ
ッタ電源５を制御して高圧電源が投入できないように
し、バッキングプレート４が誤ってスパッタされること
を確実に防止する。なお、インターロック回路１６はス
パッタ電源５に内蔵されるものであってもよい。

【００３３】一方、前記したように計測データ変換処理
部２３からエコー計測データを受け取った欠陥判定部２
２は、正常パターンデータ格納部２０に予め格納されて
いる、バッキングプレート材質、ターゲット材質での超
音波の伝播速度に基づいて決まる正常な受信パルスパタ
ーンのデータを参照しつつ、計測データ変換処理部２３
からのエコー計測データを観察し、ターゲットの亀裂等
に起因する欠陥エコーデータがあるか否かを判別する。

【００３４】図３は、欠陥を有しているターゲット３と
バッキングプレート４とが一体となったものに、非常に
短いパルス幅で超音波を入射した際に得られるエコーの
一例を模式的に表す図である。図３の縦軸はエコー強
度、横軸は時間であり、ピークＰ１は発信機の出力その
ものである０次のエコー、ピークＰ２はバッキングプレ
ート４とターゲット３との界面Ｓ１での反射に対応した
エコー、ピークＰ３はターゲット３と真空との界面Ｓ２
での反射に対応したエコーである。ピークＰ２とピーク
Ｐ３との間のピークＰ４は、ターゲット３内の欠陥から
帰還してきたエコーであり、欠陥の無い正常な場合には
発生しないものである。欠陥判定部２２は、計測データ
変換処理部２３からのエコー計測データに、この様な欠
陥からのエコーが含まれているか否かを識別している。

【００３５】そして、欠陥判定部２２は、ターゲット３
内の欠陥から帰還してきたエコーが検出された場合に
は、ターゲット３内に欠陥があると判定して、この旨を
示す信号を警告発生部２６並びに禁止信号発生部２７へ
それぞれ送信する。ターゲットに欠陥があることを示す
信号を受けると、警告発生部２６は警告出力指令を警告
手段１５に出力して、これによって、例えば警告手段１
５がアラーム音の発生、アラームランプの点灯、ディス
プレイ上へのアラームメッセージの表示等を行い、作業
者にターゲットに欠陥が生じたことを認知させる。ま
た、同様にターゲットに欠陥があることを示す信号を受
けると、禁止信号発生部２７は電源停止指令をインター
ロック回路１６に出力して、これによってインターロッ
ク回路１６がスパッタ電源５を制御して高圧電源が投入
できないようにし、バッキングプレート４が誤ってスパ
ッタされることを確実に防止する。

【００３６】上述した第１実施例においては、ターゲッ
ト３の板厚以外にも、ターゲット３の欠陥を探知するよ
うにしている。この欠陥探知はターゲット３の全使用領
域をカバーする必要があるので、そのためにはターゲッ
ト板の複数の位置を探査する必要があり、第１実施例に
おいては多数個の超音波送受信機１１をバッキングプレ
ート４の裏面側に配設している。

【００３７】前述の通り、ターゲット材中の音速の値は
その都度マニュアル入力されるので、人為的入力ミスが
ある場合も考えられ必ずしも信頼できるとは限らないの
で、求めたターゲット板厚の値が正確であるとは断言で
きない。そこで、図４の第２実施例では、最も侵食の激
しい部分の超音波の伝播時間と最も侵食されていない部
分の超音波の伝播時間の比によってターゲット３の消耗
の度合いを判断するように構成されている。

【００３８】この第２実施例においては、ターゲット３
の最も侵食の激しい領域と最も侵食されない領域の両方
をカバーするように、複数の超音波送受信機１１を配置
している。

【００３９】図４の本第２実施例の構成において、制御
装置１４’に入力したエコー計測データは、計測データ
変換処理部２３’で変換処理され、最小値／最大値比演
算部２８に出力される。最小値／最大値比演算部２８で
は、得られた伝播時間測定結果の中から、最小値（最も
侵食の激しい部分のデータ）と最大値（最も侵食されな
い部分のデータ）とを抽出すると共に、その比を計算
し、ターゲット寿命判定部２９に出力する。ターゲット
寿命判定部２９では、最小値／最大値比演算部２８より
出力された比の値を、使用限界値格納部２４’に予め格
納されたターゲットの使用限界値（例えば１／２０）と
比較し、下回った場合は、ターゲットが使用限界を超え
ている旨を示す信号を警告発生部２６並びに禁止信号発
生部２７へそれぞれ送信する。

【００４０】ターゲットが使用限界を超えたことを示す
信号を受けると、警告発生部２６は警告出力指令を警告
手段１５に出力して、これによって、例えば警告手段１
５がアラーム音の発生、アラームランプの点灯、ディス
プレイ上へのアラームメッセージの表示等を行い、作業
者にターゲットが使用限界を超えたことを認知させる。
また、同様にターゲットが使用限界を超えたことを示す
信号を受けると、禁止信号発生部２７は電源停止指令を
インターロック回路１６に出力して、これによってイン
ターロック回路１６がスパッタ電源５を制御して高圧電
源が投入できないようにし、バッキングプレート４が誤
ってスパッタされることを確実に防止する。なお、第１
実施例と同様に、インターロック回路１６はスパッタ電
源５に内蔵されるものであってもよい。

【００４１】この第２実施例の大きな長所は、最小値と
最大値の比はターゲット内の超音波伝播速度に無関係に
求めることができるという点にある。このため、第１実
施例のような伝播速度データ格納部１９は不要であり、
ターゲットの種類が変わる毎に異なる音速の値を入力す
る必要も無く、ターゲット材料種別に無関係に寿命を判
定することができる。

【００４２】ターゲット３の板厚や寿命測定を行った
り、欠陥探査を行うためにターゲット板３の複数の位置
を探査する方法としては、第１および第２実施例以外に
も、例えば図５の第３実施例のような構成がある。この
第３実施例では、バッキングプレート４の裏面側に配設
した複数の超音波送受信機１１を回転駆動機構３０によ
って回転させ、ターゲット３の全使用領域をカバーする
ようにしている。スパッタ装置の中には、スパッタ電極
１が磁石等を回転させるメカニズムを具備している場合
があるが、その回転メカニズムを利用して超音波送受信
機１１を回転させるようにすると、機構の簡略化を図る
ことができる。

【００４３】また、ターゲット３の板厚のみを測定する
場合には、図６の第４実施例に示すように、ターゲット
３の最も消耗量の大きい個所の裏面側に、１個の超音波
送受信機１１を配設するだけで充分に板厚の測定を行う
ことができる。或いは、図７の第５実施例に示すよう
に、１個の超音波送受信機１１を回転駆動機構３０によ
って回転させることによって、ターゲット面内の複数点
の板厚を探査できる。或いはまた、１個または複数の超
音波送受信機１１を、回転、並進、首振り運動等させる
メカニズムを適宜組み合わせて用いることによって、さ
らにターゲット面内の広い範囲の板厚を探査できる。な
お、このようにターゲット３の板厚のみを測定する場合
には、図１の制御装置１４内の欠陥判定処理のための機
能部は割愛可能である。

【００４４】ターゲット上の最も消耗の激しい領域と最
も消耗の少ない領域の場所がほぼ決まっている場合は、
ターゲット３の超音波の伝播時間の最小値／最大値比を
演算する際、図８の第６実施例に示すように、その２個
所のみの超音波の伝播時間を測定するだけで、前記のタ
ーゲット寿命の判定処理が可能である。そこで、本第６
実施例においては、ターゲット３の最も消耗量の大きい
個所と最も消費量の少ない個所に対応するバッキングプ
レート裏面側にそれぞれ１個ずつの超音波送受信機１１
を設置している。この場合、測定値の最大値・最小値を
抽出する必要が無いため、第２実施例に比べて回路（実
際にはソフチウェア処理）が簡単になる長所がある。

【００４５】また、ターゲット３の欠陥のみを探査する
場合には、上述した各実施例のように超音波をターゲッ
ト３の板厚方向（面に略垂直な方向）に入射させる必要
は必ずしもなく、例えば図９の第７実施例のように、タ
ーゲット板３の外側面に超音波送受信機１１を配設し
て、超音波をターゲット３の面内に沿う方向（面と並行
な方向）に伝播させるようにしてもよい。或いは、図１
０の第８実施例のように、バッキングプレート４の中央
部に形成した凹部４ａ内に超音波送受信機１１を配設し
て、超音波をターゲット３の面内に沿う方向（面と並行
な方向）で放射状に伝播させるようにしてもよい。或い
はまた、図１１の第９実施例のように、バッキングプレ
ート４の中央部に形成した凹部４ａ内に超音波送受信機
１１を配設し、これを回転並びに並進運動させ、ターゲ
ット３の全使用領域をカバーさせるようにしてもよい。
なお、このようにターゲット３の欠陥のみを探査する場
合には、図１の制御装置１４内の板厚測定及び使用限界
判定処理のための機能部は割愛可能である。

【００４６】なお上述した各実施例のうち、超音波送受
信機１１を回転、並進または首振り等の運動をさせる場
合は、超音波送受信機１１がバッキングプレート４に直
接取り付いてはいないので、ターゲット交換を行う際バ
ッキングプレート取り外しの作業がし易く、交換作業が
容易になるという利点がある。この場合、超音波送受信
機１１とバッキングプレート４の間に隙間ができるため
冷却水を介することになるが、水は超音波伝播媒体であ
るため、測定・探査に支障はないことは前述の通りであ
る。

【００４７】以上本発明を図示した各実施例によって説
明したが、当業者には本発明の精神を逸脱しない範囲で
種々の変形が可能であることは言うまでもない。また、
前記各実施例では主に磁石が移動するタイプのスパッタ
電極について述べているが、磁石が固定の場合、また電
磁石の場合であっても、本発明の適用が可能であること
は明らかである。

【００４８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ターゲッ
トの消耗量が使用限界に達したことや、ターゲットに亀
裂等の欠陥が発生したことを、即時に且つ確実に検出で
きるので、人為的なミスや装置の誤動作によるターゲッ
トの誤使用を１００％発見・回避でき、以って不良品の
発生を抑止できて品質管理上の効果は多大である。な
お、出願人の調査では、このようなミスの発生は概略３
回／４０台／１年程度の頻度であった。

【００４９】また、特開昭６３−２９０２７０号公報お
よび特開平２−２８２４７５公報にて提案されている、
超音波厚さ計を用いてターゲットのエロージョン領域の
絶対的厚さを測定することによって寿命判定を行う方法
では、前述したように計算の前提としてターゲット材中
の超音波の伝播速度（音速）の正確な値を予め入力して
おかなければならなかった。しかし、色々な材料をター
ゲットとして用いるスパッタ装置においては、音速の値
の設定を誤ったり、入力した音速値が誤っていたりする
ことが考えられ、十全とは言えなかった。しかし、本発
明の第２実施例や第６実施例の如くターゲットの凹凸比
の程度を調べることによってターゲットの寿命判定を行
う場合は、材料に固有の音速を設定する必要が無いた
め、ターゲットの種類に無関係に寿命判定を行うことが
できるという長所が生じる。このため従来のように、多
種の金属中の音速値を調べる必要が無くなり、音速設定
誤りによる事故（不良）を防ぐことができるようになっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るスパッタ装置の構成
を示す説明図である。

【図２】ターゲットとバッキングプレートとが一体とな
ったものに超音波を入射した際に得られるエコーの一例
を示す説明図である。

【図３】欠陥のあるターゲットとバッキングプレートが
一体となったものに超音波を入射した際に得られるエコ
ーの一例を示す説明図である。

【図４】本発明の第２実施例に係るスパッタ装置の構成
を示す説明図である。

【図５】本発明の第３実施例に係るスパッタ装置の要部
構成を示す説明図である。

【図６】本発明の第４実施例に係るスパッタ装置の要部
構成を示す説明図である。

【図７】本発明の第５実施例に係るスパッタ装置の要部
構成を示す説明図である。

【図８】本発明の第６実施例に係るスパッタ装置の要部
構成を示す説明図である。

【図９】本発明の第７実施例に係るスパッタ装置の要部
構成を示す説明図である。

【図１０】本発明の第８実施例に係るスパッタ装置の要
部構成を示す説明図である。

【図１１】本発明の第９実施例に係るスパッタ装置の要
部構成を示す説明図である。

【図１２】従来のスパッタ装置の構成を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１，５１スパッタ電極２，５２真空容器３，５３ターゲット（ターゲット板）４，５４バッキングプレート５，５５スパッタ電源１１超音波送受信機１２，１３スイッチ１４，１４’ 制御装置１５警告手段１６インターロック回路１７送信系ドライバ１８受信系処理部１９伝播速度データ格納部２０正常パターンデータ格納部２１板厚演算部２２欠陥判定部２３，２３’ 計測データ変換処理部２４，２４’ 使用限界値格納部２５板厚限界判定部２６警告発生部２７禁止信号発生部２８最小値／最大値比演算部２９ターゲット寿命判定部３０回転駆動機構５６積算電力計５７エロージョン領域Ｓ１バッキングプレートとターゲットの界面Ｓ２ターゲットと真空の界面Ｐ１０次エコーＰ２バッキングプレート／ターゲット板界面からのエ
コーＰ３ターゲット／真空界面からのエコーＰ４欠陥よりのエコー

フロントページの続き (72)発明者西原晋治東京都小平市上水本町五丁目20番１号株式会社日立製作所半導体設計開発センタ内 (72)発明者谷垣幸男東京都小平市上水本町五丁目20番１号株式会社日立製作所半導体設計開発センタ内 (72)発明者西島光群馬県高崎市西横手町111番地株式会社日立製作所高崎工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スパッタ成膜法に用いるスパッタターゲ
ットの一箇所または複数の位置での厚さを知ることので
きる機能を備えたことを特徴とするスパッタ装置。
【請求項２】請求項１記載において、一つまたは複数
の超音波の送信手段と一つまたは複数の超音波の受信手
段とを備え、前記送信手段からの超音波がスパッタター
ゲットの中を透過し反射して前記受信手段によって検知
されるまでの時間と、前記スパッタターゲット中の音波
の伝播速度とからスパッタターゲットの厚さを算出する
手段を具備したことを特徴とするスパッタ装置。
【請求項３】請求項１または２記載において、算出し
たスパッタターゲットの厚さを所定の使用限界値と比較
し、使用限界値を超えた場合には警報等を発する手段を
設けたことを特徴とするスパッタ装置。
【請求項４】請求項１または２記載において、算出し
たスパッタターゲットの厚さを所定の使用限界値と比較
し、使用限界を超えた場合にはスパッタターゲットの侵
食を防止する機能を備えたことを特徴とするスパッタ装
置。
【請求項５】請求項１または２記載において、前記ス
パッタターゲットの複数の位置での厚さ測定結果のう
ち、二つの値の比によりスパッタターゲットの消耗の度
合いを判断する機能を備えたことを特徴とするスパッタ
装置。
【請求項６】一つまたは複数の超音波の送信手段と一
つまたは複数の超音波の受信手段とを備え、スパッタ成
膜法に用いるスパッタターゲット上の複数の位置におい
て、前記送信手段からの超音波がスパッタターゲットの
中を透過し反射して前記受信手段によって検知されるま
での時間を測定し、その内の二つの測定結果の比により
スパッタターゲットの消耗の度合いを算出する手段を具
備したことを特徴とするスパッタ装置。
【請求項７】請求項５または６記載において、前記ス
パッタターゲットの消耗の度合いの測定結果を所定の使
用限界値と比較し、使用限界値を超えている場合には警
報等を発する手段を設けたことを特徴とするスパッタ装
置。
【請求項８】請求項５または６記載において、前記ス
パッタターゲットの消耗の度合いの測定結果を所定の使
用限界値と比較し、使用限界値を超えている場合にはス
パッタターゲットの侵食を防止する機能を備えたことを
特徴とするスパッタ装置。
【請求項９】スパッタ成膜法に用いるスパッタターゲ
ットの欠陥を知ることのできる機能を備えたことを特徴
とするスパッタ装置。
【請求項１０】請求項９記載において、超音波の送信
手段と同受信手段を備え、超音波がスパッタターゲット
の中を透過し反射して帰還してくるエコーパターンデー
タからスパッタターゲットの欠陥を検知する手段を具備
したことを特徴とするスパッタ装置。
【請求項１１】請求項９または１０記載において、ス
パッタターゲットの欠陥を検知した場合には警報等を発
する手段を設けたことを特徴とするスパッタ装置。
【請求項１２】請求項９または１０記載において、ス
パッタターゲットの欠陥を検知した場合にはスパッタ動
作を禁止させる手段を設けたことを特徴とするスパッタ
装置。
【請求項１３】請求項２乃至８または１０乃至１２記
載において、前記超音波の送受信手段は、スパッタター
ゲットを真空雰囲気に保持したままの状態で動作するこ
とを特徴とするスパッタ装置。
【請求項１４】請求項２乃至８または１０乃至１２記
載において、前記超音波の送受信手段は、スパッタター
ゲットまたはスパッタターゲットを固定するための支持
板に押しつけられて接触することを特徴とするスパッタ
装置。
【請求項１５】請求項２乃至８または１０乃至１２記
載において、前記超音波の送受信手段は、スパッターゲ
ットまたはスパッタターゲットを固定するための支持板
に水等の伝播媒体を介して接合されることを特徴とする
スパッタ装置。
【請求項１６】請求項２乃至８または１０乃至１２記
載において、前記超音波の送受信手段は、スパッタター
ゲットまたはスパッタターゲットを固定するための支持
板の裏面側、もしくは側面側、もしくは裏面側に穿設さ
れた凹部内に設置されることを特徴とするスパッタ装
置。
【請求項１７】請求項１４乃至１６記載において、前
記超音波の送受信手段を回転または並進運動させる機構
を有することを特徴とするスパッタ装置。
【請求項１８】請求項１７記載において、前記超音波
の送受信手段の回転または並進運動は、前記スパッタタ
ーゲットまたはスパッタターゲットの支持板のスパッタ
される側に対して反対の側に備えられた磁石の回転また
は並進運動に伴って行われることを特徴とするスパッタ
装置。