JPH1161403A - スパッタリング装置及びスパッタリング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 設置の自由度が大きく、ターゲットの表面の
広い範囲の損耗状況を容易に知ることができるスパッタ
リング装置及びスパッタリング方法を得る。 【解決手段】 スパッタリング装置は、図示しない処理
目的物である基板をヒートステージ２０の上に置いて円
板状のターゲット１８からスパッタリング法により基板
上に薄膜を形成する。走査装置４６はチャンバ１２内に
設けられ、第二アーム５６に支持された超音波送受信器
５８を、Ａ点を中心にして第二アーム５６を回転させな
がら第二アーム５６上をＡ点の方へ移動させることによ
り、ターゲット１８の表面を渦巻き状に超音波により走
査して、距離を測定し、さらにターゲット１８の残存厚
みを算出する。走査装置４６をチャンバ１２内に設けた
ので図１の上方の回転磁石装置３２等と配置上干渉する
ことがなく、設置の自由度が高い。また、ターゲットの
表面を広く走査でき、その状況を的確に把握できる。

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装
置及びスパッタリング方法、特にターゲットの消耗状況
の把握や残存厚さの測定を容易行うことができるスパッ
タリング装置及びスパッタリング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】スパッタリング装置は、よく知られてい
るように、ターゲットと呼ばれる平板状の材料が収容さ
れたチャンバ内に処理目的物である基板を入れ、チャン
バ内にてグロー放電によりプラズマ、例えばアルゴンガ
スのプラズマを発生させる。このプラズマ中の陽イオン
を、負の電界により加速してターゲットに衝突させる。
その衝突によって飛散したターゲット材料を、基板上に
堆積させて目的とする材料の薄膜を形成するものであ
る。ターゲットを使いすぎたり、局部的に消耗したり、
あるいは亀裂が生じたりするとターゲットの背面にある
バックプレート（チャンバの壁）がスパッタリングさ
れ、バックプレートの材料が基板上の成膜に混入して、
不良品が発生する。

【０００３】不良品の発生予防のためには、ターゲット
の消耗や亀裂の発生を監視することが重要である。スパ
ッタリングは、通常数ミリ［Ｔｏｒｒ］程度ののガス雰
囲気中で行われ、かつ真空排気時間の短縮や成膜条件の
安定化のために基板上の成膜作業の都度、チャンバを開
放することはしない。このため、ターゲットの消耗状況
や亀裂の発生などを簡単に確認することができない。

【０００４】そこで、チャンバを開放することなく、タ
ーゲットの損耗状況を知ることのできるスパッタリング
装置として提案されたものに、例えば特開平６−５７４
２１号に示されたものがある。このスパッタリング装置
は、ターゲットの背面側に設けられたバッキングプレー
トの所定の位置に超音波センサを設けている。なお、タ
ーゲットの背面側とは、陽イオンの衝突を受け飛散消耗
する側と反対側のことである。超音波センサから超音波
を送出してターゲットの消耗する表面で反射された超音
波を受信して、ターゲットの厚さを検出している。ター
ゲットが臨界厚さを下まわったとき、警報を発したり装
置の自動停止を行う。

【０００５】上述のようなスパッタリング装置の場合、
ターゲットの背面側に超音波センサを設けてターゲット
の中を伝搬しターゲットのスパッタリングされる表面か
ら反射される反射波により、ターゲットの残存厚さを測
定する。このため、ターゲットの材料によって超音波の
伝搬速度が異なるので、ターゲットの材料中の伝搬速度
を用いて残存厚さを算出しなければならない。ターゲッ
トの材料を変更したとき伝搬速度のデータを修正し忘れ
たり、入力ミスをしたりするといった人為的ミスがある
と正しい測定結果が得られない。

【０００６】このような問題を解決するものとして、例
えば特開平６−４１７４４号に記載されたものがある。
これは、ターゲットの厚さの最小値（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）との比を演算して、予め設定されたターゲットの使
用限界値、例えば１／２０を下回った場合、使用を中止
するものである。最小値と最大値との比は、ターゲット
内の超音波の伝搬速度に無関係に求めることができるの
で、上記のような人為的ミスの発生がなくなる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来のターゲットにおいては、次のような問題点があっ
た。すなわち、 ・ターゲットのバックプレート側に超音波センサを複数
個設けたり、あるいは超音波センサを回転、首振り等の
運動をさせてターゲットの面内の広い範囲の板厚を探査
できるようにしているが、バックプレート側に設けられ
る構造物や機構との干渉、例えばターゲット表面付近で
電子のマグネトロン運動を生じさせ、プラズマ密度を高
めるために設けられる回転磁石装置との干渉を避けるた
めに超音波センサの設置に大きな制約を受ける。 ・逆に、回転磁石装置は、同じターゲット材でも使用さ
れるプロセスが異なると磁石や回転機構の形状等が異な
ったものを使用することが多いが、超音波センサの存在
が最適な回転磁石装置の採用の妨げになることがある。

【０００８】・ターゲットの表面の広い範囲を探査する
ために多数の超音波センサをバックプレート側に配置し
たり、あるいは超音波センサを回転、首振り運動させて
ターゲットの表面をバックプレート側から走査したりす
るのは、構造的、機構的にかなりの困難を伴う。

【０００９】・ターゲットの材料によって超音波の伝搬
速度が異なるために生じる誤りを防止するために提案さ
れたターゲットの残存厚さの最小値と最大値との比で判
定するものでは、最大値が初期値から全く変化しなけれ
ば問題ないが、ターゲットが全体的に消耗する場合は最
大値そのものも小さくなるので、判定の精度が低下す
る。ターゲットの残存厚さの監視で重要なのは残存厚さ
（寸法）の絶対値であり、最小値と最大値との比ではな
い。

【００１０】この発明は、上記のような問題点を解決し
て、 ・設置の自由度が大きくターゲットの表面の広い範囲の
損耗状況を的確に知ることができる、 ・ターゲットの材料に影響されず容易にターゲットの損
耗状況を知ることができる、 ・チャンバの側壁の状況についても知ることができる、
スパッタリング装置及びスパッタリング方法を提供する
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成
するために、本発明のスパッタリング装置においては、
処理目的物及びターゲットを収容しターゲットをスパッ
タリングして処理目的物上に膜を形成するための気密容
器、及びターゲットの表面に向けて送出する送出波によ
りターゲットの表面を走査しターゲットから反射される
反射波を受信するものであって気密容器内に設けられた
走査装置を有し送出波及び受信波に基づいてターゲット
までの距離を測定する距離測定装置を設けたものであ
る。気密容器内に走査装置を設けるので、例えばターゲ
ット表面付近で電子のマグネトロン運動を生成させる磁
石装置など気密容器の周辺に設けられる周辺装置との干
渉を考慮しなくてよく、走査装置の設置の自由度が大き
くなる。また、ターゲット中を送出波及び受信波を伝搬
させないのでターゲット材料を変更しても送出波及び受
信波の伝搬速度は影響を受けず、距離測定の設定が容易
である。さらに、ターゲットの表面を非接触で走査して
距離を測定するので、容易にターゲットの表面の状況を
把握できる。もちろん、スパッタリング処理は比較的高
い真空度の中で行われるが、測定された距離からターゲ
ットの状況が分るので、ターゲットの状況を確認するた
めに収容容器を開放しなくてよい。

【００１２】そして、距離測定装置を、その走査装置が
気密容器の内壁面も走査しうるようにし、送出波と受信
波に基づき内壁面までの距離も測定しうるようにしたも
のである。気密容器の内壁面までの距離を測定すること
により、ターゲットからのスパッタによる内壁面への付
着状況、プラズマが内壁を削っていないかなど内壁面の
状況を知ることができる。

【００１３】さらに、気密容器に、走査装置を格納する
格納部を設けたものである。スパッタリング処理中、走
査装置を格納部に格納してスパッタが付着するのを防止
する。

【００１４】また、気密容器と格納部との連通を気密に
遮断する遮断装置を設けたものである。気密容器から格
納部へスパッタが侵入するのを、遮断装置により阻止す
る。

【００１５】そして、気密容器は、ターゲット表面付近
で電子のマグネトロン運動を生成させる磁石装置をター
ゲットの背面側に有するものである。走査装置を気密容
器内に設けるので、ターゲットの背面側にある磁石装置
との配置上の干渉を考慮しなくてもよい。

【００１６】さらに、距離測定装置における送出波とし
て、超音波を用いたものである。超音波によれば、非接
触でターゲットまでの距離を測定でき、また収容容器中
の超音波の伝搬媒体としての雰囲気ガスを適切に選ぶこ
とにより測定精度が高くなり、ターゲットの表面の広い
範囲を精度良く容易に探査できる。

【００１７】また、距離測定装置における送出波とし
て、光を含めた電磁波を用いたものである。電磁波を用
いれば、伝搬媒体として雰囲気ガスはなくともよく、距
離測定後スパッタリング処理のために再び真空度をあげ
るために排気する必要もない。

【００１８】そして、距離測定装置により測定されたタ
ーゲットまでの距離に基づきターゲットの残存厚さを算
出する残存厚さ算出手段を設けたものである。使い始め
る前のターゲットまでの距離と使用開始後のターゲット
までの距離から、すなわち距離データの経時変化からタ
ーゲットの残存厚さを算出できる。

【００１９】さらに、この発明におけるスパッタリング
方法においては、大気圧に開放しうるようにされた気密
容器に処理目的物及びターゲートを収容し、スパッタリ
ング法にて処理目的物上に膜を形成するスパッタリング
方法において、気密容器を大気圧に開放することなく気
密容器内においてターゲットに向けて送出波を送出しタ
ーゲットから反射された反射波を受信して送出波と反射
波に基づいてターゲットまでの距離を測定する距離測定
工程を設けたものである。

【００２０】また、距離測定工程において測定されたタ
ーゲットまでの距離からターゲットの残存厚さを算出す
る残存厚さ算出工程を設けたものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．以下、この発明の実施の一形態を図１〜
図５を参照しながら説明する。図１はスパッタリング装
置の構成を示す断面図、図２はスパッタリング作業中に
おける走査装置の格納状態を示す断面図である。図３は
走査装置を図１の上方から見て示す平面図、図４はター
ゲットの消耗状況を示す説明図、図５はターゲットに亀
裂が発生した場合の説明図である。

【００２２】これらの図において、チャンバ（真空容
器）１２は、円筒状部１４とバッキングプレート１６に
て形成されている。円筒状部１４は底面を有し、例えば
内径６００［ｍｍ］、高さ６００［ｍｍ］程度のもので
ある。バッキングプレート１６は円板状であり、円筒状
部１４との間に図示しない絶縁部材及びシール部材を介
装して円筒状部１４と着脱可能にかつ気密状態に嵌合さ
れている。バッキングプレート１６は、同時に円筒状部
１４と電気的に絶縁されている。バッキングプレート１
６にはターゲット１８がメタルボンデング法にて固着さ
れている。バッキングプレート１６は真空にしたときの
大気圧及び後述の冷却水の圧力に耐えるよう、例えば厚
さ３０［ｍｍ］のステンレス鋼板で製作されている。

【００２３】ターゲット１８は、スパッタリングにより
成膜したい材料を円板状にしたものを用いる。例えば、
アルミニウム、銅などである。このターゲット１８の初
期厚さは例えば２０［ｍｍ］である。なお、図示を省略
しているが、円筒状部１４の内側のターゲット１８の近
傍に、シールド部材が設けられている（後述の図９にお
けるシールド部材１５を参照）。シールド部材は、円筒
状に形成されている。シールド部材は、スパッタされた
ターゲット１８の材料が直接円筒状部１４に付着するの
を防止するためのものである。通常、シールド部材はタ
ーゲット１８の交換毎に交換する。

【００２４】チャンバ１２にはヒートステージ２０が設
置されており、図示しない処理目的物である基板が載置
され、この基板上にスパッタリング法により目的とする
薄膜が形成される。なお、ヒートステージ２０とターゲ
ット１８とは所定の間隔を有するように配置され、ヒー
トステージ２０に載置される基板とターゲット１８との
距離は例えば１５０［ｍｍ］である。

【００２５】バッキングプレート１６の上方には、所定
の長さを有する円筒状のアダプタ２２がバッキングプレ
ート１６に水密に嵌着されている。カバー２４は冷却水
入口パイプ２６、冷却水出口パイプ２８を有する。カバ
ー２４は、アダプタ２２の上方部に図示しない封止部材
を介して着脱可能にかつ水密に嵌着されている。バッキ
ングプレート１６、アダプタ２２、カバー２４にて水密
な冷却水ジャケットを形成している。冷却水入口パイプ
２６から流入した冷却水は、バッキングプレート１６を
冷却し、冷却水出口パイプ２８から排出される。スパッ
タ電極３０はカバー２４を覆うようにしてアダプタ２２
に嵌合され、アダプタ２２を介してバッキングプレート
１６に電気的に接続されている。スパッタ電極３０は図
示しない電源に電気的に接続され、バッキングプレート
１６に−０〜−２０［ｋＶ］の負の電位を与えることが
できる。

【００２６】磁石装置３２は、次のように構成されてい
る。回転軸３４は図示しない駆動モータによって回転駆
動される。この回転軸３４に回転ヨーク３６が回転自在
に支持されている。回転ヨーク３６の中心部には円板状
磁石３８が固着されている。円板状磁石３８は、永久磁
石材料で円板状に製作され、そのＮ極側がターゲット１
８側になるようにして回転ヨーク３６に固着されてい
る。円板状磁石３８の外側には同様に円環状磁石４０が
回転ヨーク４０に固着されている。円環状磁石４０は同
様に永久磁石材料で円環状に形成され、そのＳ極側がタ
ーゲット１８側になるようにして、回転ヨーク３６に固
着されている。円板状磁石３８のＮ極と円環状磁石４０
のＳ極とにより、ターゲット１８側に円環状の磁気トン
ネルが形成され、ターゲット１８の表面付近における電
子のマグネトロン運動を利用してプラズマ密度を高く
し、成膜の速度を速くする。

【００２７】格納部としての収容部４２は、円筒形をし
ており、円筒状部１４の側壁にその中心軸を水平にして
溶接されている。超音波距離測定装置４４は、走査装置
４６と制御装置４８と制御線５０を有する。制御線５０
は制御装置４８と走査装置４６とを接続している。走査
装置４６は、次のように構成され、チャンバ１２内に収
容されている。移動アーム装置５２は直線状の第一アー
ム５４と第二アーム５６とを有し、第一アーム５４は右
方の端部近傍をＢ点において収容部４２内に支持されて
いる。第二アーム５６は第一アーム５４に図１、図３に
示すＡ点において所定の平面内で矢印Ｃ方向に回動自在
に支持されている。

【００２８】図示を省略しているが、第一アーム５４は
収容部４２内に設けられたスライドレール上に、図１〜
図３の左右方向に移動できるように支持されており、図
１は左方へ送り出した状態、図２は右方の限界まで移動
させ収容部４２に収容した状態である。図３に第一アー
ム５４の左右の移動の様子を実線及び一点鎖線で示し
た。

【００２９】超音波送受信機５８は、常用送受信機５８
ａと予備送受信機５８ｂとの二つの送受信機で構成さ
れ、第二アーム５６の長さ方向（図３の矢印Ｅ方向）に
摺動できるようにして第二アーム５６に支持されてい
る。これにより常用送受信機５８ａに不具合が発生した
とき予備送受信機５８ｂを使用できるし、あるいは両者
を同時に使用して得られたデータを比較して信頼性を確
認することもできる。走査装置４６は以上のように構成
されている。

【００３０】制御装置４８は、制御線５０により走査装
置４６と結ばれ、超音波送受信機５８の移動の制御、す
なわち走査装置４６の走査の制御を行う。また、超音波
送受信機５８が送受信した送出波及び受信波の信号を処
理して、超音波送受信機５８とターゲット１８間の距離
を算出する。この算出された超音波送受信機５８とター
ゲット１８との距離からターゲット１８の表面の各部に
おける残存厚さの分布を算出する。また、ターゲット１
８の残存厚さが所定値以下になった部分があると、警報
を発し同時にスパッタリング装置の運転を自動停止す
る。

【００３１】スパッタリング処理中は、第二アーム５６
を旋回させて第一アーム５４の上に重なるようにし、超
音波送受信機５８を第二アーム５６の最先端部へ移動さ
せた後、第一アーム５４を図示しないスライドレール上
を図１における右方へ移動させて、収容部４２内へ収容
しておく。図２はこの収容された状態を示すものであ
る。超音波送受信機５８を第二アーム５６の最先端部へ
移動させることにより、移動アーム装置５２、超音波送
受信機５８が収容部４２に収容されたとき、スパッタリ
ング処理を行うチャンバ１２から超音波送受信機５８が
遠ざかるので、スパッタによる汚損を防止することがで
きる。

【００３２】以上のように構成されたスパッタリング装
置においては、次のようにしてターゲットの表面を走査
して、ターゲットの各部における残存厚さの測定を行
う。チャンバ１２の中は、スパッタリング処理中は１０
のマイナス９乗［Ｔｏｒｒ］程度の真空度であるが、距
離測定時は超音波の伝搬物質として通常チャンバ１２中
でプラズマを発生させるのに用いられるアルゴンガスの
圧力を高くする。アルゴンガス中での超音波の伝搬速度
はガスの圧力にはほとんど依存しないので、測定時のア
ルゴンガスの圧力を、例えば数ミリ［Ｔｏｒｒ］程度に
する。測定終了後は図示しない真空ポンプにてアルゴン
ガスを排出して再び１０のマイナス９乗［Ｔｏｒｒ］程
度の真空度にする。

【００３３】まず、移動アーム装置５２を収容部４２内
から図の左方へスライドさせて、第二アーム５６の支点
Ａがチャンバ１２の中心に位置するまで送り出す。超音
波送受信機５８を第二アーム５６の最先端、すなわちタ
ーゲット１８の最外周部と対向するように位置させ、第
二アーム５６をＡ点を中心として回転させながら遂次超
音波送受信機５８を第二アーム５６上を摺動させながら
Ａ点（中心点）の方へ移動させる。従って、超音波送受
信機５８はターゲット１８に対向しながら、ターゲット
１８の外周部から中心部に向けて渦巻状にターゲット１
８の表面を走査することになる。もちろん、渦巻き状の
代りに同心円状に走査してもよい。

【００３４】なお、超音波送受信機５８を渦巻状に移動
させたとき、図示していないが制御線５０がからまらな
いように、例えば超音波送受信器５８に要する電力はス
リップリングを介して、送受信信号の授受はＡ点を通る
軸線上に対向配置された光電式の伝送器を設けて行えば
よい。

【００３５】このとき、超音波送受信機５８とターゲッ
ト１８との距離Ｄは次の（１）式から求めることができ
る。 Ｄ＝Ｃ×Ｔ／２ （１） ここに、Ｃ：アルゴンガス中の超音波の伝搬速度 Ｔ：超音波送受信機５８から送出した超音波がターゲッ
ト１８により反射されて戻ってくるまでの時間 上記の関係から、使用前のターゲット１８におけるＤの
値Ｄ１と使い始めた後で測定したＤの値Ｄ２の差τ＝
（Ｄ１−Ｄ２）が、ターゲット１８の消耗した分とな
る。消耗した寸法が判明すれば、使う前のターゲット１
８の厚さは分かっているので、ターゲット１８の残存厚
さＲを知ることができる。

【００３６】次に、測定例を図４、図５について説明す
る。図４において、ターゲット１８の断面が図の上方に
示すような状態であったとする。すなわち、ターゲット
１８の外周部側が円環状に消耗し、ターゲット１８の断
面にＰ１、Ｐ３のようなへこみ部が生じ、中央部は損耗
が少なくＰ２のように比較的消耗が少ない状態であった
とする。このときに図示のようにターゲット１８の残存
厚さＲと位置との関係データが得られ、ターゲット１８
のほぼ全面に亘る消耗状況あるいは残存厚さを把握でき
る。同様にして、図５に示すようにターゲット１８に亀
裂Ｐ５が発生した場合、環状のへこみ部であるＰ４、Ｐ
６の他に亀裂Ｐ５に対応するターゲット１８の残存厚さ
データを得ることができるので、亀裂の発生も感度良く
検知できる。

【００３７】以上のようにして、ターゲット１８のほぼ
全面にわたる残存厚さの分布を検知して、その最も少な
い部分の厚さが所定値（限界値）以下になったとき、制
御装置４８がブザーを鳴らして警報するとともに図示し
ない表示部に表示する。また、装置のスパッタリング処
理の自動停止を行う。なお、限界値は通常０．１［ｍ
ｍ］程度に設定する。

【００３８】このように、超音波送受信機５８をチャン
バ１２内に設けてターゲット１８の残存厚さを測定する
ようにしたので、走査装置４６と磁石装置３２とは互い
に干渉の心配をすることなく設けることができ、走査装
置４６、磁石装置３２の形式の選択や設計の自由が大幅
に向上し、それぞれ最適なものを用いることができる。

【００３９】また、ターゲット１８の残存厚さの測定精
度も、アルゴンガス中の超音波の伝搬速度は約３００
［ｍ／ｓ］であり、これに対しターゲット１８の材料で
ある例えば銅、アルミニウム等の金属中での伝搬速度は
約３０００［ｍ／ｓ］というように、アルゴンガス等の
ガス中の超音波の伝搬速度は一般にターゲット材である
金属等の固体中の伝搬速度に比し１桁遅く、かつターゲ
ット１８と超音波送受信装置５８との距離も数倍長いの
で、アルゴンガス等の場合超音波の送出から受信までの
時間として１桁大きい値を扱うことになり、測定も容易
で精度も向上する。

【００４０】実施の形態２．図６〜図８は、この発明の
他の実施の形態を示すものである。図６はスパッタリン
グ装置の構成を示す断面図、図７は図６の要部を示す要
部断面図、図８は図６の走査装置の平面図である。これ
らの図において、光距離測定装置６０は、走査装置６２
及び図１に示したものと同様の制御装置４８と制御線５
０を有する。走査装置６２は次のように構成されてい
る。レーザ干渉計６４は図８に示すように常用レーザ干
渉計６４ａと予備レーザ干渉計６４ｂを備え、これらを
対にして第二アーム５６に図の矢印Ｅ方向に摺動自在に
取り付けられている。第一アーム５４と第二アーム５６
を有する移動アーム装置５２は図１に示したものと同様
のものであり、第二アーム５６は第一アーム５４にＡ点
を中心に回転可能に支持されており、第一アーム５４が
図６あるいは図８の左右方向に移動できるのも同様であ
る。

【００４１】なお、この実施の形態においては、円板状
磁石３８、円環状磁石４０は回転式ではなくヨークを兼
ねるスパッタ電極３０に固着されているが、図１に示し
たものと同様にターゲット１８表面付近に電子のマグネ
トロン運動を発生させる磁気トンネルを形成する。

【００４２】常用レーザ干渉計６４ａあるいは予備レー
ザ干渉計６４ｂは、いわゆるマイケルソン干渉計の原理
によるもので、図７において筐体６６にはレーザ光を透
過させる窓６８が設けられており、内部にレーザ光源７
０からのレーザ光を一部直角方向（図の上方）に反射
し、一部通過させるハーフミラー７２が設けられてい
る。反射ミラー７４は、ハーフミラー７２を通過したレ
ーザ光を直角方向に図７の上方へ反射して鏡７６に当て
る。ハーフミラー７２で上方へ反射されたレーザ光は、
窓６８を通過してターゲット１８に当たり、その反射光
がハーフミラー７２を通過して光検出器７８に入射光Ｊ
１として入る。鏡７６からの反射光は反射ミラー７４で
左方へ直角に反射され、さらにハーフミラー７２により
反射されて光検出器７８に入射光Ｊ２として入射する。
なお、鏡７６は図７の上下方向である矢印Ｆ方向に移動
可能で、位置を調整できるようにしている。

【００４３】ここで、ハーフミラー７２とターゲット１
８との間の光路長をｙ１、ハーフミラー７２と鏡７６と
の反射ミラー７４を介しての光路長をｙ２とすると、 Δ＝ｙ１−ｙ２＝（１／２）Ｎ・λ （３） Ｎ：整数 λ：レーザ光の真空中での波長 の関係がある。整数Ｎは一つの波長のレーザ光では決定
できないので、複数の波長でΔを測定して決定する。

【００４４】図７において、ｙ２は所定の値に設定され
ているので整数Ｎを決定できればΔが決まり、従ってｙ
１を決定できる。この関係を利用して、ターゲット１８
を使う前のｙ１と使い始めた後で測定したｙ１との差か
らターゲット１８の残存部の厚さを求めることができ
る。従って、レーザ干渉計６４を渦巻状に移動させター
ゲットの表面を走査して、ターゲット１８の全面に亘
り、残存厚さを測定できる。もちろん、この場合も図５
に示したのと同様に、亀裂があれば検出可能である。

【００４５】レーザ干渉計６４は、常用レーザ干渉計６
４ａと予備レーザ干渉計６４ｂを備えているので、常用
レーザ干渉計６４ａが故障した場合、代わりに予備レー
ザ干渉計６４ｂを使用することができる。また、常用レ
ーザ干渉計６４ａと予備レーザ干渉計６４ｂを同時に使
用してターゲット１８の残存厚さを測定して両者の値を
比較して、信頼性を確認することもできる。

【００４６】実施の形態３．図９は、さらにこの発明の
他の実施の形態を示す断面図である。図９においては、
シールド部材（治具）１３が円筒状部１４の内側のター
ゲット１８の近傍に設けられている。シールド部材１５
は、円筒状に形成され、その内周面がこの発明における
真空容器の内壁を構成している。シールド部材１５は、
スパッタされたターゲット１８の材料が直接円筒状部１
４に付着するのを防止するためのものである。通常、シ
ールド部材１５はターゲット１８の交換毎に交換する。

【００４７】また、図１に示した走査装置４６は、その
移動アーム装置５２の第二アーム５６がＡ点を中心に一
つの平面内を回転するものであった（図３も参照）。こ
の実施の形態においては、超音波距離測定装置８０は、
次のような走査装置８２を有する。この走査装置８２に
おける移動アーム装置８４は、上記図１に示したのと同
様の第一アーム５４と図９に示すような支持アーム８６
で構成されている。すなわち、支持アーム８６は、第一
アーム５４に支持され、図３に示した第二アーム５６と
同様にＣ方向に自由に回転できるとともに、図９に示す
ように第一アーム５４に対して垂直にも立てうるように
構成されている。さらに、超音波送受信機５８が支持ア
ーム８６の軸方向（図の矢印Ｚ、鉛直方向）に摺動可能
でかつ支持アーム８６を中心にして矢印Ｙ方向に回転し
うるようにされている。その他の構成については、図１
に示したものと同様のものである。

【００４８】このように構成された走査装置８０は、タ
ーゲット１８の残存厚さを測定するときは図１に示した
ものと全く同様に支持アーム８６を水平にしてＡ点を中
心にして回転させ、渦巻き状にターゲット１８の表面を
走査して、ターゲット１８の各部における残存厚さを算
出する。さらに、支持アーム８６を鉛直に立てて超音波
送受信機５８を支持アーム８６を中心軸にして回転させ
ながら上下に摺動させることにより、シールド１３の内
壁面と超音波送受信機５８との間の距離を測定すること
ができる。超音波送受信機５８はシールド部材１５の内
壁を螺旋状に走査するようにしてもよいし、上下方向に
はステップ状に動かしてリング状に走査するようにして
もよい。

【００４９】シールド部材１５の内壁面との距離を測定
することにより、内壁に付着したスパッタの付着堆積状
況や膜剥がれの発生、プラズマが内壁を削っていないか
などを検知することができる。これにより、スパッタリ
ング処理中にシールド部材１５の内壁で発生したスパッ
タの剥離やプラズマが内壁を削ることが原因となって、
不良品が発生するのを防止できる。なお、シールド部材
１５を設けない場合は、円筒状部１４の内壁までの距離
を直接測定することになるが、同様に円筒状部１４の内
壁に付着したスパッタの付着堆積状況や膜剥がれの発
生、プラズマが内壁を削っていないかなどを検知するこ
とができる。

【００５０】実施の形態４．図１０は、さらにこの発明
の他の実施の形態を示す断面図である。図において、収
容部４２と円筒状部１４との間に、遮断装置としての開
閉装置９０を設けている。開閉装置９０は、上部がヒン
ジにて回動自在に支えられた円板状の開閉板９２を有す
る。チャンバ１２においてスパッタリング処理をすると
き移動アーム装置５２及び超音波送受信機５８を図９に
示すように収容部４２内に収容した後、開閉板９２を閉
める。開閉板９２は図示していない駆動装置により回動
駆動され、これも図示しない封止部材を介して収容部４
２と円筒状部１４との間を封止し、チャンバ１２中のス
パッタリング処理中にスパッタが収容部４２に入り込ん
で移動アーム装置５２や超音波送受信機５８に付着して
正常な動作を妨げるおそれをなくす。

【００５１】なお、距離測定装置は、マイケルソン干渉
計によるものに限らず、変調波テレメトリ法やレーザレ
ーダなど他の光距離測定装置であってもよいし、マイク
ロ波を用いるレーダ等であってもよい。また、走査装置
は、超音波送受信器５８やレーザ干渉計６４を移動させ
ないで反射板や走査ミラーを動かして走査するもの等、
他の方式で走査するものであってもよい。さらに、収容
部４２を円筒状部１４の側面に設ける代りに円筒状部１
４の中に、例えば図１においてヒートステージ２０の右
隣に円筒状に形成した収容部を設けることもできる。ま
た、収容部４２を区切らないで走査装置４６を単にヒー
トステージ２０の右隣に配設してもよい。このように走
査装置を円筒状部１４内に設けるときは、走査ミラーを
駆動して走査する方式などの走査装置が便利である。

【００５２】

【発明の効果】本発明は、以上に説明したように構成さ
れているので、次のような効果を奏する。

【００５３】本発明のスパッタリング装置においては、
ターゲットをスパッタリングして処理目的物上に膜を形
成するための気密容器内に設けられターゲットの表面に
向けて送出する送出波によりターゲットの表面を走査し
ターゲットから反射される反射波を受信する走査装置を
有し送出波及び受信波に基づいてターゲットまでの距離
を測定する距離測定装置を設けたので、走査装置を気密
容器内に設ける際に、例えばターゲット表面付近で電子
のマグネトロン運動を生成させる磁石装置など気密容器
の周辺に設けられる周辺装置との干渉を考慮しなくてよ
く、走査装置の設置の自由度が大きくなる。また、ター
ゲット中を送出波及び受信波を伝搬させないのでターゲ
ット材料を変更しても送出波及び受信波の伝搬速度は影
響を受けず、距離測定測定装置の操作が容易である。さ
らに、ターゲットの表面を非接触で走査して距離を測定
するので、ターゲットの表面の損耗状況を容易にかつ的
確に把握できる。もちろん、スパッタリング処理は比較
的高い真空度の中で行われるが、測定された距離からタ
ーゲットの状況が分るので、ターゲットの状況を確認す
るために収容容器を開放しなくともよく真空排気の時間
も節約でき、成膜条件も安定する。

【００５４】そして、距離測定装置を、その走査装置が
気密容器の内壁面も走査しうるようにし、送出波と受信
波に基づき内壁面までの距離も測定しうるようにしたの
で、気密容器の内壁面までの距離を測定することによ
り、ターゲットからのスパッタによる内壁面への付着状
況など内壁面の状況を知ることができ、付着したスパッ
タの剥離の可能性などを事前に把握して、剥離した材料
が原因となって不良品が発生するのを防止できる。

【００５５】さらに、気密容器に、走査装置を格納する
格納部を設けたので、スパッタリング処理中、走査装置
を格納部に格納してスパッタが付着するのを防止するこ
とにより、走査装置の維持管理が容易になる。

【００５６】また、気密容器と格納部との連通を気密に
遮断する遮断装置を設けたので、気密容器から格納部へ
スパッタが侵入するを阻止でき、走査装置にスパッタが
付着するのを一層少なくできる。

【００５７】そして、気密容器は、ターゲット表面付近
で電子のマグネトロン運動を生成させる磁石装置をター
ゲットの背面側に有するものであるが、走査装置を気密
容器内に設けるので、ターゲットの背面側にある磁石装
置との配置上の干渉を考慮しなくてもよく、走査装置の
設計製作や配置の自由度が大きくなり、磁石装置及び走
査装置におのおの最適なものを用いることができる。

【００５８】さらに、距離測定装置における送出波とし
て、非接触でターゲットまでの距離を測定でき、また収
容容器中の超音波の伝搬媒体としての雰囲気ガスを適切
に選ぶことにより測定精度が高くなり、ターゲットの表
面の広い範囲を精度良く容易に探査できる。

【００５９】また、距離測定装置における送出波とし
て、光を含めた電磁波を用いたので、伝搬媒体として雰
囲気ガスはなくともよく、距離測定後スパッタリング処
理のために再び真空度を上げるために排気する必要がな
く、処理能率を向上させることができる。

【００６０】そして、距離測定装置により測定されたタ
ーゲットまでの距離に基づきターゲットの残存厚さを算
出する残存厚さ算出手段を設けたので、使い始める前の
ターゲットまでの距離と使用開始後のターゲットまでの
距離から、すなわち距離データの経時変化からターゲッ
トの残存厚さを算出でき、残存厚さが所定値以下になっ
たとき適切な措置をして、例えば警報したり、装置の運
転を停止したりする措置をして、不良品の発生を防止す
ることができる。

【００６１】さらに、この発明におけるスパッタリング
方法においては、スパッタリング処理を行う気密容器を
大気圧に開放することなく気密容器内においてターゲッ
トに向けて送出波を送出しターゲットから反射された反
射波を受信して送出波と反射波に基づいてターゲットま
での距離を測定する距離測定工程を設けたので、例えば
ターゲット表面付近で電子のマグネトロン運動を生成さ
せる磁石装置など気密容器の周辺に設けられる周辺装置
などと干渉することなく自由に距離を測定でき、またタ
ーゲット中を送出波及び受信波を伝搬させないのでター
ゲット材料を変更しても送出波及び受信波の伝搬速度は
影響を受けず、測定が容易である。さらに、ターゲット
の表面を非接触で走査して距離を測定するので、ターゲ
ットの表面の損耗状況を容易にかつ的確に把握できる。
もちろん、スパッタリング処理は比較的高い真空度の中
で行われるが、測定された距離からターゲットの状況が
分るので、収容容器を開放しなくともよく真空排気の時
間も節約でき、成膜条件も安定する。

【００６２】また、距離測定工程において測定されたタ
ーゲットまでの距離からターゲットの残存厚さを算出す
る残存厚さ算出工程を設けたので、使い始める前のター
ゲットまでの距離と使用開始後のターゲットまでの距離
から、すなわち距離データの経時変化からターゲットの
残存厚さを算出でき、残存厚さが所定値以下になったと
き適切な措置、例えば警報したり、装置の運転を停止し
たりする措置をして、不良品の発生を防止することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の一形態を示すスパッタリン
グ装置の断面図である。

【図２】 図１に示した走査装置を格納した状態を示す
断面図である。

【図３】 図１に示した走査装置の平面図である。

【図４】 図１のターゲットの消耗状況を示す説明図で
ある。

【図５】 図１のターゲットに亀裂が発生した場合を示
す説明図である。

【図６】 この発明の他の実施の形態を示す断面図であ
る。

【図７】 図６の要部を示す要部断面図である。

【図８】 図６の走査装置の平面図である。

【図９】 さらにこの発明の他の実施の形態を示す断面
図である。

【図１０】 さらにこの発明の他の実施の形態を示す断
面図である。

【符号の説明】

１２ チャンバ、１４ 円筒状部、１８ ターゲット、
３２ 磁石装置、４２ 収容部、４４ 超音波距離測定
装置、４６ 走査装置、５８ 超音波送受信機、５４
制御装置、６０ 光距離測定装置、６２ 走査装置、６
４ レーザ干渉計、８０ 超音波距離測定装置、８２
走査装置、９０ 開閉装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 窪田 睦 兵庫県伊丹市瑞原四丁目１番地 菱電セミ コンダクタシステムエンジニアリング株式 会社内 (72)発明者 山村 俊博 兵庫県伊丹市瑞原四丁目１番地 菱電セミ コンダクタシステムエンジニアリング株式 会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理目的物及びターゲットを収容し上記
   ターゲットをスパッタリングして上記処理目的物上に膜
   を形成するための気密容器、及び上記ターゲットの表面
   に向けて送出する送出波により上記ターゲットの表面を
   走査し上記ターゲットから反射される反射波を受信する
   ものであって上記気密容器内に設けられた走査装置を有
   し上記送出波及び上記受信波に基づいて上記上記ターゲ
   ットまでの距離を測定する距離測定装置を備えたスパッ
   タリング装置。
2. 【請求項２】 距離測定装置は、その走査装置が気密容
   器の内壁面も走査しうるようにされ、送出波と受信波に
   基づき上記内壁面までの距離も測定しうるようにされた
   ものであることを特徴とする請求項１に記載のスパッタ
   リング装置。
3. 【請求項３】 気密容器に、走査装置を格納する格納部
   を設けたことを特徴とする請求項１に記載のスパッタリ
   ング装置。
4. 【請求項４】 気密容器と格納部との連通を気密に遮断
   する遮断装置を設けたことを特徴とする請求項３に記載
   のスパッタリング装置。
5. 【請求項５】 気密容器は、ターゲット表面付近で電子
   のマグネトロン運動を生成させる磁石装置をターゲット
   の背面側に有するものであることを特徴とする請求項１
   に記載のスパッタリング装置。
6. 【請求項６】 距離測定装置における送出波は、超音波
   であることを特徴とする請求項１に記載のスパッタリン
   グ装置。
7. 【請求項７】 距離測定装置における送出波は、光を含
   めた電磁波であることを特徴とする請求項１に記載のス
   パッタリング装置。
8. 【請求項８】 距離測定装置により測定されたターゲッ
   トまでの距離に基づきターゲットの残存厚さを算出する
   残存厚さ算出手段を設けたことを特徴とする請求項１に
   記載のスパッタリング装置。
9. 【請求項９】 大気圧に開放しうるようにされた気密容
   器に処理目的物及びターゲートを収容し、スパッタリン
   グ法にて上記処理目的物上に膜を形成するスパッタリン
   グ方法において、上記気密容器を大気圧に開放すること
   なく上記気密容器内において上記ターゲットに向けて送
   出波を送出し上記ターゲットから反射された反射波を受
   信して上記送出波と上記反射波に基づいて上記ターゲッ
   トまでの距離を測定する距離測定工程を設けたことを特
   徴とするスパッタリング方法。
10. 【請求項１０】 さらに、距離測定工程において測定さ
    れたターゲットまでの距離からターゲットの残存厚さを
    算出する残存厚さ算出工程を設けたことを特徴とする請
    求項９記載のスパッタリング方法。