WO2012090475A1

WO2012090475A1 - スパッタリング装置

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Publication number: WO2012090475A1
Application number: PCT/JP2011/007275
Authority: WO
Inventors: 陽介渋谷
Original assignee: キヤノンアネルバ株式会社
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2012-07-05
Also published as: US20160247667A1; JP5599476B2; JPWO2012090475A1; TWI464287B; US20130277213A1; US9928998B2; TW201241214A

Abstract

　本発明は、ターゲットの表面状態を判定して必要な部分のクリーニングを正確かつ迅速に実行可能な手段を提供する。ターゲット（５）の表面に磁場を形成可能な磁石ユニット（４）と、磁石ユニットを駆動し、ターゲット表面での磁場の形成位置及び強さに対応する磁場形成パターンを変更可能な回転系（８）と、磁石ユニットにより磁場を形成させ、ターゲットが取り付けられたターゲット電極に放電用電圧を印加したときのターゲット電流を計測する電流計（５９）とを備える。回転系により磁石ユニットの位置を様々に変化させ、各位置でターゲット電流を計測して基準値と比較することによって、各位置におけるクリーニングの要否を判定し、必要な部分にのみクリーニングを実施することができる。

Description

スパッタリング装置

　本発明は、磁石ユニットを備えたスパッタリング装置に関する。

　磁石を利用したスパッタリング法、例えばマグネトロンスパッタリング法による薄膜形成は、高品質の膜が得られしかも高速成膜が可能であることから、様々な分野で実用化されている。半導体デバイスや電子部品の製造においても例外ではなく、これらデバイス等の特性を左右する重要な技術として位置づけられている。半導体デバイスや電子部品は近年その高性能化および高集積化（微細化）が急速に進み、薄膜の品質およびその形成条件などについてもより厳しい要求がなされ、例えば成膜時の半導体基板へ高品質（低抵抗）な薄膜を形成することが求められている。このようなスパッタリング装置の一例として、例えば特許文献１に示す装置が提案されている。

　スパッタリング法による基板上への薄膜形成においては、定期的なメンテナンスなどによって真空容器が一時的に大気に曝されることがあり、この際にターゲット表面に酸化層などが生成される。また、長い積算成膜時間である連続成膜を行なうとターゲット表面のうちエロージョンの浅い領域（すなわちターゲット表面におけるターゲット材のスパッタリング速度の遅い領域）にターゲット材の再付着膜が付着することがある。この表面酸化層が十分に除去できない状態のまま薄膜を作製した場合、または、連続成膜を行なうことでターゲット表面に形成されるターゲット材の再付着膜が残留した状態で成膜した場合には、基板上に形成された薄膜の比抵抗が高く、良好な膜質の薄膜を形成することができず、デバイスの機能劣化および歩留まり低下を招くという問題が生じる。従って、高機能な薄膜の形成においては、スパッタクリーニングを適切に施すことによって、ターゲットの表面状態を整えることが重要である。

　このようなスパッタクリーニングの例としては、特許文献２に示すような方法が挙げられている。特許文献２に示す例では、ターゲットクリーニングの際にはターゲット表面に形成される磁場を弱くすることで、表面全体が酸化した場合にもターゲット全面がクリーニングされることを目的とした技術が開示されている。

　また、従来のスパッタクリーニング装置の一例を図１７に基づいて説明する（特許文献３参照）。図１７において、１０１は真空室、１０２は基板ホルダー、１０３は基板、１０４は電極、１０５はターゲット、１０６は高圧電源、１０７は電流計、１０８は電圧計、１０９はコントローラ、１１０は電源スイッチ、１１１はシャッタである。図１７の装置において、本スパッタ（基板上への成膜）を行う場合には、スイッチ１１０をＯＮすると、陰極であるターゲット１０５にプラズマ中のイオンが衝突し、ターゲット１０５の原子がたたき出される。このスパッタ原子が基板１０３に付着して膜を形成する。

　本スパッタの前にプリスパッタ（ターゲット表面のクリーニング）を行なう場合には、プリスパッタ用のダミー基板１０３を基板ホルダー１０２に取り付け（ステップＳ１）、１回目の放電（プリスパッタ１）を所定時間だけ行なう。次に、２回目の放電（プリスパッタ２）を行なう（ステップＳ３）。このプリスパッタ２は、プリスパッタ１に比べて高い電力で放電する。そして、２回目の放電を行いながら、ターゲット１０５とダミー基板１０３との間に流れる電流値または電圧値を所定時間間隔で測定し、これらの値をモニタリングする。次に、モニタリングした電流値または電圧値が安定したかどうか、具体的には、前回モニタリングした値と今回モニタリングした値とが同一であるか否かを判定する（ステップＳ５）。今回モニタリングした電流値または電圧値が、前回モニタリングした値と同一でない場合には、放電を続行し、同一になった場合には、放電を中止する。

特許第３９３５２３１号公報特開昭６２－４７４７６号公報特開平１１－１５２５６４号公報

　しかしながら、ターゲットが真空容器内へ設置された状態で、ターゲット上に形成されたターゲット材の再付着膜や表面酸化層などの不純物層が十分に除去できたかどうかを直接的に観察することは困難である。このため、試行錯誤的な要素を多く含むクリーニング工程に多くの時間と手間を要していた。そのため、装置の稼働率低下によってデバイス生産量が低下し、結果的にデバイスの製造コスト増加につながっていた。よって、ターゲット表面に生成される不純物層の除去を的確かつ効率よく行なうスパッタクリーニング手法の確立が望まれていた。

　例えば、上述の特許文献２に示すような方法では、ターゲット全面に形成された表面酸化物層は比較的除去できたとしても、不特定の場所に付着するターゲットの再付着物などを十分に除去することはできない。従って、部分的に付着した再付着物を除去するためには、全面を相当量スパッタクリーニングしなければならず、ターゲット材料の無駄が発生すると共に時間を要する。また、そもそも磁石を使用しない高圧下でスパッタを行った場合、スパッタされた粒子が容器内に拡散し、かえってパーティクルの発生要因となるという問題もある。

　特許文献３記載の方法では、ターゲットの消耗に伴って放電特性が変化するため、スパッタクリーニングによってターゲット表面の酸化層（不純物層）が除去されたのかターゲットが消耗されたのかどうかわからないという問題がある。即ち、特許文献３記載の方法では、マグネトロン放電によって、ターゲットがスパッタでエロージョンを引き起こす領域がドーナツ状となる、このため、ターゲット表面をプリスパッタする場合も、プリスパッタされる領域は、エロージョンを引き起こす領域と同じドーナツ状となる。従って、エロージョンを引き起こすドーナツ状の領域に対応するターゲット表面の酸化層（不純物層）は、放電特性の変化によって除去できたかどうか判断できるかもしれない。しかし、エロージョンを引き起こさないドーナツ状以外の領域に対応するターゲット表面に、エロージョンを引き起こすドーナツ状の領域に対応すると同じ膜厚の酸化層（不純物層）が付着していた場合には、放電特性の変化によって、エロージョンを引き起こさないドーナツ状以外の領域に対応するターゲット表面の酸化層（不純物層）を除去できたかどうか判断できない。また、特許文献３では、除去放電電圧値・電流値はスパッタリングが起こっているターゲット上へ流入する電荷の挙動を示しているものなので、それ以外の領域、例えばスパッタが起こっていないターゲット表面の酸化膜（不純物層）が十分に除去されているかどうかがわからないという問題がある。

　本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、スパッタが起こっていないターゲット表面も正確かつ迅速に必要な部分のクリーニングを実行可能な手段を提供することを目的とする。

　以上より、本発明の一実施形態にかかるスパッタリング装置よれば、ターゲットの表面に磁場を形成可能な磁石ユニットと、前記磁石ユニットを駆動し、ターゲット表面での磁場の形成位置及び強さを含む磁場形成パターンを変更可能な変更手段と、第１の磁場形成パターンの状態で、前記ターゲットが取り付けられたターゲット電極に放電用電圧を印加したときの、放電状態値を計測する放電状態計測手段と、前記変更手段により生成可能な各磁場形成パターンに対応して取得される放電状態の基準値を記憶する記憶手段と、前記放電状態計測手段により計測される前記第１の磁場形成パターンの放電状態値と、前記記憶手段に記憶されている前記第１の磁場形成パターンに対応する放電状態の基準値との比較に基づいて、ターゲット表面の状態を判定する判定手段と、前記判定手段による判定結果に基づいて、前記第１の磁場形成パターンとは異なる第２の磁場形成パターンを選択し、当該第２の磁場形成パターンが生成されるように前記変更手段を制御し、スパッタクリーニングを実行させる制御手段と、を備えることを特徴とする。
　これにより、変更手段により変更される各磁場形成パターンに応じて、ターゲットの表面の状態を判定可能である。これにより、さらに、磁場形成パターンの磁石ユニットの位置の特定に応じ、これを除去可能な磁場形成状態の選択が可能である。更に、判定手段による判定結果に基づいて、判定手段による判定対象となった磁場形成パターンと相殺される磁場形成パターンを選択し、前記変更手段により、当該磁場形成パターンに前記磁石ユニットを変更してスパッタクリーニングを実行させる制御手段を備える。これにより、スパッタが起こっていないターゲット表面も迅速且つ確実なスパッタクリーニングが可能である。

　本発明によれば、大気に曝されることで形成される表面酸化層や連続成膜によって形成される再付着膜などの不純物層を除去するためのスパッタクリーニングに要する時間と手間が抑制される。従って、装置稼働率の低下によるデバイスの製造コスト増加の問題が解消できる。

本実施形態のスパッタリング装置の概略構成を示す図である。スパッタリング装置の機能ブロック図である。図１の装置における回転系８の構成の詳細を示す正面断面概略図である。図１及び図３に示された本実施形態のスパッタリング装置で使用された磁石ユニットの詳細を示す平面図である。本実施形態における磁石機構の自転及び公転の際における磁石機構上の一点aの軌跡を示した概略図である。本実施形態における磁石機構の自転及び公転の際における磁石機構上の一点aの軌跡を示した概略図である。本実施形態における磁石機構の自転及び公転の際における磁石機構上の一点aの軌跡を示した概略図である。本実施形態における磁石ユニットの自転及び公転の際における磁石ユニット上の一点Ｐの軌跡を示した概略図である。本実施形態における磁石ユニットの自転及び公転の際における磁石ユニット上の一点Ｐの軌跡を示した概略図である。本実施形態における磁石ユニットの自転及び公転の際における磁石ユニット上の一点Ｐの軌跡を示した概略図である。偏心角と偏心距離を説明する図である。偏心角と偏心距離を説明する図である。放電状態値の時間推移を示すグラフである。本実施形態のスパッタクリーニング工程を示すフローチャートである。本実施形態における磁石ユニットの偏心距離と偏心角度とを変更させた場合のターゲットエロージョンの状態を示す図である。本実施形態におけるスパッタクリーニングにおけるターゲット電極へ流入するイオン電流値の推移を示した図表である。変形例のスパッタリング装置の概略構成図である。変形例の磁石ユニットの平面図である。本実施形態における偏心距離駆動機構の概略構成を示した図である。本実施形態の偏心距離駆動機構を用いて偏心距離を変更させる場合を示す図である。本実施形態における磁石ユニットの自転軸および公転軸の距離を変更した場合の放電状態値の時間推移を示すグラフである。本実施形態における磁石ユニットの自転軸および公転軸の距離を変更した場合の放電状態値の時間推移を示すグラフである。本実施形態における磁石ユニットの自転軸および公転軸の距離を変更した場合の放電状態値の時間推移を示すグラフである。従来（特許文献３）のスパッタリング装置の概略構造図である。

　以下に本発明の実施形態について説明する。
［スパッタリング装置の構成］
　図１は本発明の実施形態に係わるスパッタリング装置の模式図である。スパッタリング装置は、真空容器１と、真空容器１内を減圧するための排気系１１と、真空容器１内の所定位置に配置されたターゲット電極２と、を備える。また、ターゲット電極２に対向した所定位置に基板３０を配置するための基板ホルダー３と、真空容器１内に放電用ガスを導入する放電用ガス導入系６と、を備えて構成されている。

　上記のように構成されたターゲット電極２をそのターゲット５の表面が薄膜形成対象である基板３０に対向するようにして、その基板３０とともに真空処理室内に設置し、スパッタガス導入後、ターゲット５へグロー放電用の高圧電源５０により電力を供給することにより、ターゲット電極２に磁石ユニット４が形成する磁気回路内に閉じ込められたスパッタ用の高密度なプラズマ７が生成される。このプラズマ７中のイオンが、陰極シースで加速されターゲット５に衝突すると、ターゲット５からその構成原子がスパッタされ、その原子が基板３０の表面へ付着して薄膜が形成される。

　ターゲット電極２はマグネトロン放電を達成するための磁石ユニット４と、磁石ユニット４の前面側に設けられたターゲット５とから構成されている。磁石ユニット４は、後述する機構を備えた回転系８によって自転軸８１Ａの周りに自転するとともに、公転軸８２Ａの周りに公転するよう構成されている。回転系８は、磁石ユニット４を回転させることで、ターゲット５表面での磁場の形成位置及び強さを含む磁場形成パターンを変更することができる。
　また、本実施形態のスパッタリング装置は、放電用ガスを導入する放電用ガス導入系６を備えている。放電用ガス導入系６はアルゴンなどのスパッタ率の高い通常の放電用ガスを導入するものである。この放電用ガス導入系６は、不図示のボンベに繋がる配管に設けられたバルブ６１や流量調整器６２によって構成されている。

　また、本実施形態のスパッタリング装置は、図２に示すように、制御装置３００を備えており、制御装置３００は、高圧電源５０、電流計５９、放電用ガス導入系６、排気系１１、回転系８の制御部８０に接続されている。制御装置３００は、制御プログラムを格納する記憶部３２０と、制御プログラムに基づいて演算処理を行う演算処理部３１０と、を備え、所定の成膜動作、クリーニング要否の判定、クリーニング動作を実行させる。制御装置３００は、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）やマイクロコンピュータ等で構成できる。

　成膜動作は、例えば、次のようにして行われる。まず、真空容器１に設けられた不図示のゲートバルブを開いて基板３０を真空容器１内に搬送し、基板ホルダー３上に載置する。真空容器１内は排気系１１により例えば１０^－６Ｐａ以下まで排気されており、この状態でまず放電用ガス導入系６を動作させる。ターゲット５の材料は、例えば、タングステン（Ｗ）である。

　放電用ガス導入系６は例えばアルゴンを導入するように構成されており、アルゴンを例えば１００ｓｃｃｍ程度の流量で真空容器１内に導入する。この状態で、ターゲット電極２を動作させる。すなわち、磁石ユニット４に設けられた回転系８を動作させるとともにターゲット５に設けられた高圧電源５０を動作させ、磁石ユニット４に所定の回転を与えながらターゲット５に所定の負の直流電圧を印加してスパッタ放電を生じさせる。高圧電源５０が与える負の直流電圧は、例えば、－４００Ｖ程度である。このようなスパッタ放電によってターゲット５がスパッタされ、基板３０上に所定の薄膜が形成される。このようにして、薄膜の成膜を行ったあと、ターゲット電極２およびガス導入系の動作を停止させて、基板３０を真空容器１から取り出す。

　クリーニング動作は、ターゲット交換時や連続成膜の合間など、成膜動作を停止して行われる。クリーニング動作については、後述するが、本実施形態では磁石ユニット４は自転及び公転可能に取り付けられ、ターゲットの全面に渡って磁場を形成可能であるので、必要な箇所のクリーニングを実行できる。さらに、磁場の形成状態に応じて設定された放電基準値に基づいて、クリーニングが十分であるかの判断が可能であるので、迅速にクリーニングの終了を判定でき、ダウンタイムの低減が可能である。

［回転系の構成及び動作］
　上記回転系８の構成を、図３を使用して詳しく説明する。図３は図１の装置における回転系８の構成の詳細を示す正面断面概略図である。回転系８は、図３に示すとおり、磁石機構４とその磁石機構４の中心軸である自転軸８１Ａの周りに回転させる自転機構８１と、磁石機構４をターゲット５の中心軸と同軸上の公転軸８２Ａの周りに回転させる公転機構８２と、自転機構８１と公転機構８２とを自転軸８１Ａおよび公転軸８２Ａとは異なる回転軸８３Ａの周りに回転させる回転機構８３とから主に構成されている。なお、ターゲット５の中心軸と同軸上の公転軸８２Ａとは同軸でなくてもよい。

　まず、自転機構８１の構成について説明する。
　自転機構８１は、磁石機構４の背面に固定された保持棒８１１と、保持棒８１１の端部に固定された自転用第一ギア８１２と、自転用第一ギア８１２に噛み合う自転用第二ギア８１３と、自転用第二ギア８１３を回転させるモーターなどの自転用駆動源（自転速度変更機構）８１４とから主に構成されている。図３に示すように、保持棒８１１は自転軸８１Ａと中心軸が一致するように磁石機構４の背面に固定されている。自転用駆動源８１４が駆動されると、自転用第二ギア８１３および自転用第一ギア８１２を介して保持棒８１１が回転し、これによって、磁石機構４が全体に自転することになる。

　次に公転機構８２について説明する。
　公転機構８２は、保持棒８１１を挿通させるようにして設けた公転用ブッシング８２１と、公転用ブッシング８２１の端部に設けられた公転用第一ギア８２２と、公転用第一ギア８２２に噛み合う公転用第二ギア８２３と、公転用第二ギア８２３に連結された公転用駆動源（公転速度変更機構）８２４とから主に構成されている。
　公転用ブッシング８２１は、保持棒８１１よりも若干大きな径の円柱状の内部空間を有し、この内部空間に保持棒８１１を挿通させている。また、図３に示すように公転用ブッシング８２１と保持棒８１１との間には、上下に二つのベアリング８２０が設けられている。公転用駆動源８２４が駆動されると、公転用第二ギア８２３および公転用第一ギア８２２を介して公転用ブッシング８２１が回転し、これによって、保持棒８１１、自転用駆動源８１４が全体に公転軸８２Ａの周りに回転することになる。この結果、磁石機構４も公転軸８２Ａの周りに回転するようになっている。

　次に、回転機構８３の構成について説明する。
　本発明の装置における回転機構８３は、公転用ブッシング８２１を挿通させた回転用ブッシング８３１と、回転用ブッシング８３１の外側面に固定された回転用第一ギア８３２と、回転用ブッシング８３１の外側面に固定された回転用第一ギア８３２と、回転用ブッシング８３２に噛み合う回転用第二ギア８３３と、回転用第二ギア８３３に連結された回転用駆動源８３４から主に構成されている。
　回転用ブッシング８３１は、公転用ブッシング８２１の外径よりも若干大きな径の円柱状の内部空間を有し、この内部空間に公転用ブッシング８２１を挿通させている。回転用ブッシング８３１と公転用ブッシング８２１との間には、図３に示すように上下に二つのベアリング８３０が設けられている。
　また、図３に示す通り、この回転系８が設けられた部分の真空容器１の器壁には、上下に突出するようにして取り付け板１４が設けられている。そして、回転用ブッシング８３１の周辺部分には、図３に示すように取り付け板１４が設けられている。そして、回転用ブッシング８３１の周辺部分には、図３に示すように取り付け板１４が内部に位置する凹部が周状に形成されている。この凹部も取り付け板１４も、回転軸８３Ａを中心とした円筒状の形状である。

　上記構造によって、回転用ブッシング８３１は、ベアリング８３５を介して回転可能に取り付け板１４に保持された状態となっている。回転用駆動源８３４が駆動されると、回転用ギア８３３および回転用第一ギア８３２を介して回転用ブッシング８３１が回転し、この回転によって自転機構８１と公転機構８２とが一体に回転軸８３Ａの周りに回転するようになっている。
　この回転機構８３による回転の回転軸８３Ａは、公転軸８２Ａとは異なる位置に設定されており、公転軸８２Ａおよび自転軸８１Ａは回転軸８３Ａの周りに回転していくことになる。この際、自転の回転速度および公転の回転速度を適宜設定することにより、自転軸８１Ａと公転軸８２Ａとの位置関係が周期的に変化することになる。なお、回転に伴い、ターゲットの中心軸からの自転軸８１Ａの偏心距離Ｌが変更されることになる。即ち、ターゲットの中心軸と公転軸８２Ａとが同軸の場合は、偏心距離Ｌは公転軸８２Ａから自転軸８１Ａの距離となる。

　なお、前述した各機構を有する回転系８は、制御部８０を備えている。制御部８０は、回転系８の各機構の動作を制御するコントローラやコントローラへの信号を入力する入力部、入力部に入力された命令に基づいて各機構が動作すべき状態を算出するコンピュータ等から主に構成されている。
　次に、エロージョンの形成について、図４、図５Ａ～図５Ｃ、図６Ａ～図６Ｃを用いて詳しく説明する。図４は図２および図３に示された本実施形態のスパッタリング装置で使用された磁石機構の詳細を示す平面図、図５Ａ～図５Ｃおよび図６Ａ～図６Ｃは磁石機構の自転および公転の際における磁石機構上の一点の軌跡を示す概略図である。

　まず、図４に示すように、本実施形態の装置における磁石機構４は、中心側に位置する中心磁石４１と、中心磁石４１を取り囲む周状の周辺磁石４２と、中心磁石４１と周辺磁石４２とを前面に載せて繋いだヨーク４３とから構成されている。
　中心磁石４１は、図３に示すように平面視が台形である柱状の部材である。また、周辺磁石４２は左右が若干膨らんだほぼ方形の輪郭を有する周状の磁石である。そして、図４に示すように、例えば中心磁石の表面がＳ極、周辺磁石４２の表面がＮ極になっており、周辺磁石４２から中心磁石４１にかけてアーチ状の磁力線が設定されるようになっている。なお、図４に８１Ａで示す点は、磁石機構４の中心点であり、磁石機構４２の自転軸である。また、８２Ａで示す点は、ターゲット５の中心点であり、磁石機構４２の公転軸である。

　ここで、磁石機構４２上の任意の点、例えば図４において周辺部分に位置する点ａと自転軸８１Ａの近傍の点Ｐとについて、それぞれ磁石機構４２が自転および公転を行った際にどのような軌跡を描くのかについて検討してみる。この軌跡を描いたのが、図５Ａ～図５Ｃおよび図６Ａ～図６Ｃであり、図５Ａ～図５Ｃが点ａの軌跡を示し、図６Ａ～図６Ｃが点Ｐの軌跡を示している。
　まず、図５Ａには、公転軸８２Ａがターゲットの中心軸に一致した状態で固定され、自転軸８１Ａと公転軸８２Ａとの偏心距離Ｌが一定の場合の点ａの軌跡を示している。また、図５Ｂおよび図５Ｃには、何らかの手段により公転軸８２Ａをターゲットの中心軸に一致させた状態を保ちながら偏心距離Ｌを変化させた場合の点ａの軌跡を示している。図５Ａ～図５Ｃにおいてａ１，ａ２，ａ３が点ａの軌跡を示し、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が公転軸に対する自転軸の軌跡をそれぞれ示している。なお、図５Ａ～図５Ｃにおける点ａの原点は、図示の都合上、図４の図示状態に対して９０度反時計回りにずらした位置に設定されている。

　図５Ｂ及び図５Ｃに示す通り、偏心距離Ｌを変化させると点ａは偏心距離Ｌを変化させない場合とは異なったパターンで移動するようになり、従って、磁石機構４によって形成される磁場も異なったパターンで回転していくことになる。

　さらに、図６Ａ～図６Ｃには、各偏心距離Ｌにおける点Ｐの軌跡が示されている。まず、図６Ａには偏心距離Ｌを最大とし、この最大の値で変化させずに磁石機構４を自転および公転させた場合の点Ｐの軌跡Ｐ１が示されている。また、図６Ｂには、偏心距離Ｌを最大の偏心距離Ｌの１／２にした場合の点Ｐの軌跡Ｐ２が示されている。さらに、図６Ｃには、偏心距離Ｌをゼロ、すなわち、自転軸８１Ａをターゲットの中心軸８２Ａに一致させ公転無しとした場合の点Ｐの軌跡Ｐ５が示されている。

　この図６Ａ～図６Ｃの各図に示すように、偏心距離Ｌをいろいろと変化させ、その変化のパターンをさらに変化させることで、磁石機構４上の点Ｐは種々の様々な異なった軌跡を取ることが分かる。このように、公転軸８２Ａに対する自転軸８１Ａの偏心距離Ｌを適宜変化させることにより、磁石機構４上の点Ｐは種々の様々なパターンで軌跡を描くことになり、したがって、磁石機構４による磁場も種々の異なったパターンで回転させることができることになる。

　図５Ａ～図５Ｃおよび図６Ａ～図６Ｃに示すものと異なるが、図３に示す実施形態において、自転用駆動源８１４の回転速度、公転用駆動源８２４の回転速度、さらには、回転用駆動源８３４の回転速度を適宜選定して与えることにより、任意のパターンが作成できる。したがって、必要なエロージョン形状との関係であらかじめ望ましい回転磁場の形状のパターンを算出しておき、そのようなパターンになるように各駆動源８１４、８２４、８３４に制御部８０から制御信号を送るようにするのである。

　このような制御により、たとえターゲット５上に表面酸化層などが形成された場合でも、それらに適した回転磁場のパターンがターゲット５上に形成され、ターゲット５上の不純物層をスパッタクリーニングすることができる。このため、自転機構と公転機構とを自転軸および公転軸とは異なる公転軸との回りに回転させる構成は、ターゲット５上の磁場のパターンを非常に自由に変更させることができ、最適なエロージョン形状の選定という点で優れた効果を有するのである。

　次に、公転軸８２Ａと自転軸８１Ａとの偏心距離Ｌを変更するための偏心距離駆動機構８３について、図１４、図１５を用いて説明する。図１４は、本実施形態における偏心距離駆動機構８３の概略構成を、自転機構８１および公転機構８２と共に示した図である。図１４は、図３を上面から見た状態を模式的に表しているが、理解を助けるため各ギアの構造を簡略化して示している。なお、図１４における偏心距離駆動機構８３は、図３の回転機構８３の一変形例として実施できるため、共通の符号を用いている。自転用駆動源８１４は、自転用第一ギア８１２及び自転用第二ギア８１３を介して、自転軸８１Ａを中心に保持棒８１１を回転させる。公転用駆動源８２４は、公転用第一ギア８２２及び公転用第二ギア８２３を介して、公転軸８２Ａを中心に公転用ブッシング８２１を回転させる。偏心用駆動源８３４は、偏心用第一ギア８３２及び偏心用第二ギア８３３を介して、偏心軸８３Ａを中心に偏心用ブッシング８３１を回転させる。この形態においては、偏心軸８３Ａは、自転軸８１Ａと公転軸８２Ａとの中点に位置しているため、偏心軸８３Ａを中心に自転軸８１Ａと公転軸８２Ａとの少なくとも一方を回転させることによって、自転軸８１Ａと公転軸８２Ａとの間の偏心距離Ｌを変化させることができる。その結果、磁石機構４（マグネットユニット）を偏心（ターゲット中心位置と磁石機構４マグネットユニット中心位置とが離れた状態）させることができる。

　図１５は、本実施形態の偏心距離駆動機構を用いて偏心距離を変更させる場合の磁石機構４の動きの変化を示す図である。図１５において、偏心軸８３Ａは自転軸８１Ａと公転軸８２Ａとの中点に位置し、偏心軸８３Ａと自転軸８１Ａとの間の距離および偏心軸８３Ａと公転軸８２Ａとの間の距離は、いずれも１２．５ｍｍに設定している。この状態では、偏心距離Ｌは２５ｍｍである。Ｍ１は、偏心距離２５ｍｍの状態で磁石機構４を自転させた場合の、磁石機構４上のある一点の軌跡を表している。さらに、偏心軸８３Ａを中心に自転軸８１Ａを回転させることによって、自転軸８１Ａと公転軸８２Ａとを一致させることができる。自転軸８１Ａと公転軸８２Ａが一致した状態では、偏心距離は０ｍｍとなる。Ｍ２は、偏心距離０ｍｍの状態で磁石機構４を自転させた場合の、磁石機構４上のある一点の軌跡を表している。

［クリーニング動作、及び、構成］
　次に、本実施形態のターゲットのクリーニング動作について説明する。
　図９はターゲットのクリーニング動作を示すフローチャートを示す。　
　本発明者は、図８に示すように、ターゲットが清浄化されている場合と、ターゲットに再付着物や酸化物が残っている状態では、放電状態値（図８の例では、ターゲット電流値）が異なる値で飽和することを見出した。
　図８中、グラフの横軸はターゲット電極へ電力を印加してからの時間、縦軸はターゲット電極へ流入するイオン電流値（ターゲット電流値ともいう）である。図８の（１）はターゲットの表面が清浄な状態で、ターゲット電極への電力印加後のイオン電流値の推移を計測したものである。ターゲット電極２への電力印加後、ある程度の時間をかけてイオン電流値が飽和する傾向を示している。電流値が飽和した期間を収束期間Ｘと呼ぶ。図８の（２）は図８の（１）の状態のターゲットを使用して大量に成膜処理を行い、大気に暴露した後にイオン電流値を計測したものである。図８の（２）においては、図８の（１）の場合と同様に、イオン電流値がある程度時間をかけて飽和する傾向を示すが、飽和したイオン電流値が図８の（１）の場合に比べて２％程度の低い値を示している。これは、ターゲットの表面の所定位置において、ターゲットの材料の再付着膜などが形成されることによって、ターゲットの表面へ流入するイオン電流が減少したためである。

　さらに、上述の収束値の変化は、磁石ユニットによる磁場形成パターンが異なる場合には、異なることも判明した。つまり、ある磁場形成パターンで放電した場合は、ターゲット電流の収束値が清浄なターゲットをスパッタした場合と同様になるが、同じターゲットに対し異なる磁場形成パターンで放電した場合には清浄な場合の収束値と異なる場合がある。ここで、磁場形成パターンとは、磁石ユニットによってターゲット表面に形成される磁場の、位置および強度を含む状態を指す。したがって、磁場形成パターンは磁石ユニットを回転または平行移動させることで変化する。図１６Ａ～図１６Ｃは、ターゲット表面状態によるターゲット電流値の変化が、磁石ユニット４のポジション(位置)によってどのように変化するかを示した図である。なお、図１６Ａは、磁石ユニット４の自転軸８１Ａと公転軸８２Ａとの偏心距離が０ｍｍ、偏心角度が０度の関係の場合を示し（マグネットポジションＡと呼ぶ）、図１６Ｂは、磁石ユニット４の自転軸８１Ａと公転軸８２Ａとの偏心距離が１６ｍｍ、偏心角度が０度の関係の場合を示し（マグネットポジションＢと呼ぶ）、図１６Ｃは、磁石ユニット４の自転軸８１Ａと公転軸８２Ａとの偏心距離が１０ｍｍ、偏心角度が１８０度の関係の場合を示す（マグネットポジションＣと呼ぶ）。

　図１０は、様々に変化させた偏心距離及び偏心角度の状態でエロージョンシミュレーションターゲットを行うことによって予め取得した、エロージョンパターンを示す図である。図１０に含まれる各図の横軸はターゲット中心からの距離、縦軸はターゲット表面のエロージョン深さ比率を示す。エロージョン深さ比率とは、ターゲット表面が最も削れる部分を１．０とし、ターゲット表面が全く削れない部分を０．０とする比率である。前記マグネットポジションＡのターゲットエロージョンパターンは、図１０の偏心距離０ｍｍ、偏心角度０度の図に対応し、前記マグネットポジションＢのターゲットエロージョンパターンは、図１０の偏心距離１６ｍｍ、偏心角度０度の図に対応し、前記マグネットポジションＣのターゲットエロージョンパターンは、図１０の偏心距離１０ｍｍ、偏心角度１８０度の図に対応する。

　本発明者は、図１６Ａ～図１６Ｃに示すように、磁石ユニット４のマグネットポジション位置を変更した場合、ターゲットを使用し、ターゲットに再付着物や酸化物が残っている状態（図１６Ａ、Ｂ、Ｃの（２））のターゲット電流値が、正常範囲Ｒ内（プリスパッタが不要な範囲）にある場合と、正常範囲Ｒ外（プリスパッタが必要な範囲）にある場合とがあることを見出した。即ち、図１６Ａ、ＢのマグネットポジションＡ、Ｂの場合、使用後のターゲット（図１６Ａ、Ｂの（２））は正常範囲Ｒ内にあるので、ターゲットクリーニングは不要である。しかし、図１６ＣのマグネットポジションＣの場合、使用後のターゲット（図１６Ｃの（２））は正常範囲Ｒ外にあるので、ターゲットクリーニングは必要である。なお、新品（未使用）のターゲットを用いて表面が清浄な状態（図１６Ａ、Ｂ、Ｃの（１））でターゲット電流値の測定を行うと、いずれも正常範囲Ｒ内である。ここで、正常範囲Ｒ内とは、ターゲットを未使用な状態のターゲット電流値（放電基準値）から±２％程度の範囲内をいう。ターゲットを未使用な状態のターゲット電流値から±２％程度以内を正常範囲Ｒ内としたのは、この範囲を超えてしまうと、ウエハに成膜される膜厚分布の悪化、比抵抗分布の悪化、ターゲット表面からの発塵などデバイス特性に悪影響を与える様々な問題が引き起こすことが懸念されるためである。

　特許文献３は、磁石ユニット４の自転軸および公転軸の距離を変更した場合、即ち、磁石ユニット４のマグネットポジションを変更した場合を考慮していない。従って、特許文献３に示すように、ターゲットと基板との間に流れる電流値及び電圧値の少なくとも一方をモニタリングしただけでは、プリスパッタが必要かどうかを判断することはできない。

（第１事前準備）　
　処理が開始されると（図９のステップＳ１０１）、エロージョンシミュレーションにより、図１６Ａ～図１６Ｃに示すマグネットポジションＡからマグネットポジションＣと図１０に示すターゲットエロージョン分布がどのように対応しているのか、つまり調査を行うマグネットポジションの各々が、図１０で示す予めエロージョンシミュレーションにより取得されているエロージョンパターンのいずれにあたるのかを確認し、記録手段に記憶しておく（図９のステップＳ１０２）。
（第２事前準備）　
　次に、新品の清浄なターゲット表面で図１６に示す各マグネットポジションのターゲット電流値を測定する。新品ターゲットは清浄であるため、このときの電流値をターゲット表面がきれいかどうか、つまりクリーニングが必要か否かの判断基準とする（図９のステップＳ１０３）。

（クリーニング工程１からクリーニング工程２）
　次に、ターゲット５をある程度使用した状態（ターゲット５の表面に不純物層が形成されている状態）で、マグネットポジションをＡ，Ｂ，Ｃと変化させながら、各マグネットポジションのターゲット電流値を測定し、クリーニングが必要な箇所を調べる（ステップＳ１０４、ステップＳ１０５）。即ち、ターゲットを使用するにつれてターゲット表面の場所によってターゲット電流値の高い領域と低い領域が存在する。これはターゲット表面の場所によっては、ノジュール（再付着膜）が堆積されることがあり、その影響でターゲット電流値が低下するからである。ここで調査するマグネットポジションは何パターンあっても良いが、本実施形態では、マグネットポジションＡ、Ｂ、Ｃの３パターンで行った。図１６Ａ、Ｂに示すマグネットポジションＡ、Ｂの場合、使用後のターゲット電流値は、正常範囲内なので、ターゲットクリーニングは不要である(ステップＳ１０７)。

（クリーニング工程３）
　図１６Ｃに示すマグネットポジションＣの場合、使用後のターゲット電流値は、正常範囲内外なので、ターゲットクリーニングが必要と判断し、クリーニング工程３を実施する（図９のステップＳ１０６）。図１６Ｃに示すマグネットポジションＣでスパッタプロセスを行った場合のターゲットエロージョンパターンは、図１０の偏心距離８ｍｍ、偏心角度１８０度の図に示すとおりである。図１６Ｃに示すマグネットポジションＣの場合、特にエロージョン深さ比率が０．３以下の部分にノジュール（再付着膜）が堆積しやすいことを発明者は見出した。そのため、エロージョン深さ比率が０．３以下の部分の部分を、エロージョン深さ比率が０．３以上の部分に比べて多くクリーニングして、削る必要がある。そのため、クリーニング工程３を行う場合には、マグネットポジションＣの場合のターゲットエロージョンパターンと相殺されるようなエロージョンパターンを選び、このエロージョンパターンに対応するマグネットポジジョンに変更する。マグネットポジションＣの場合のターゲットエロージョンパターンと相殺されるようなエロージョンパターンは、図１０の偏心距離１６ｍｍ、偏心角度０度の図の場合（つまり、マグネットポジションＢの状態）である。よって、マグネットポジションＢに変更してクリーニング工程３を実施する。図１６Ｃの（４）は、マグネットポジションＣのエロージョンパターンを相殺するマグネットポジションＢに変更してクリーニング工程３を実施した場合のターゲット電流値を示しており、正常範囲Ｒ内に戻っていることがわかる。それに対して、図１６Ｃの（３）は、マグネットポジションＣのエロージョンパターンを相殺しないマグネットポジションＡに変更してクリーニング工程３を実施した場合のターゲット電流値を示しており、正常範囲Ｒ内に戻っていないことがわかる。

　クリーニング工程３では、上記の通り磁石ユニット４の駆動条件を予め定めておき、制御装置３００が回転系８の制御部８０に当該駆動条件での駆動信号を出力し、これに基づいて回転系８を駆動することで、所定の磁場形成パターンを実現する。クリーニング工程３では、駆動条件として上述の偏心距離Ｌ及び偏心角度を用いる。図７Ａ及び図７Ｂに示すように、偏心角度が０°以外の値に設定されている場合は、磁石ユニット４を所定の姿勢を保った状態で公転させる。これは公転を１周する間に自転を１周させる（つまり、公転周期と自転周期を一致させる）ことで可能である。図７Ａは偏心距離がＬ、偏心角度が１８０度の場合の磁石ユニット４の状態を示す。また、図７Ｂは偏心角度が９０度の場合の磁石ユニット４の状態を示す。

　上記のとおりクリーニング工程１では、放電状態値としてターゲット電極２に流れる電流値を図１に示すような電流計５９にて取得するが、放電状態値としては、ターゲット電極２に流れる電流のほか、ターゲット電位の直流成分やピークツーピークの値であってもよい。
　また、クリーニング工程２では、基準値と実測値との差が２％以上の場合にクリーニングが必要であると判断する。この基準値はターゲット材などによって最適値を設定することが望ましい。

　図９に戻り、ステップＳ１０５では、クリーニング工程３が終了したか判定する。例えば、１回のクリーニング工程２で清浄化されていないと判定された場合（ステップＳ１０５）、駆動条件の異なる第２回目のクリーニング工程３が実行される（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０６における第２回目のクリーニング工程３の駆動条件の決定方法は特に限定されない。例えば、第１回目のクリーニング工程３を図１６Ｂに示すマグネットポジションＢで行った場合には、第２回目のクリーニング工程３は、マグネットポジションＢの場合のターゲットエロージョンパターンと相殺されるようなエロージョンパターンが得られる偏心距離、偏心角度にマグネットポジションを変更して行う。

　以後、ターゲットの清浄化が不十分と判定される領域がなくなるまで、当該不十分な領域についてのみ上記クリーニング工程２とクリーニング工程３を繰り返す（ステップＳ１０５、ステップＳ１０６）。なお、２回目以降のクリーニング工程２は、既に１回目のクリーニング工程３を行っているので、印加電力を小さくし、清浄化が十分であるか不十分であるかを検出する効果を主目的とした放電を行うようにしてもよい。この場合は、放電基準値をスパッタクリーニング時と清浄化検出時で分けて設けてもよい。
　図１１の（１）は清浄なターゲットの処理時間とターゲット電流値の推移、図１１の（２）はチャンバーメンテナンス後（大気暴露）の処理時間とターゲット電流値の推移を示す。
　図１１の（３）は、図１１の（２）で示したターゲット５に前述のターゲット５上の不純物層が効率よくスパッタクリーニングされる磁石ユニット４の駆動条件の組み合わせでスパッタクリーニングを施したあとのイオン電流値の推移である。図１１の（１）および（２）と同様に、ある程度の時間をかけてイオン電流値が飽和する傾向を示すが、飽和したイオン電流値が図１１の（１）と同等の値を示している。これは、ターゲット５の表面に形成された再付着膜などが除去されることによってターゲット電極２へ流入するイオン電流値が増加したためである。すなわち、ターゲット５の表面の所定位置に不純物層が形成された状態からスパッタクリーニングによってターゲット５上の不純物層が効率よくスパッタクリーニングされたことを示している。
　なお、上記実施形態のように、クリーニング工程２とクリーニング工程３を分けず、全てのクリーニング工程で清浄であるかの判定を行うようにしてもよい。また、クリーニング工程２とクリーニング工程３を駆動条件ごとに交互に行うようにしてもよい。

［変形例］
　また、磁石配置によってエロージョンパターンが変更できるものであれば、上述の偏心機構を有する駆動機構に限定されず、図１２に示すようにターゲット５と磁石ユニット７１の距離を変更することにより磁場形成パターンを変更するものであってもよい。図１２に示すスパッタリング装置では、磁石ユニット７１が駆動装置７２により上下移動及び回転駆動可能に構成されている。磁石ユニット７１をターゲット５に近づけたり、遠ざけたりし、夫々の場合においてスパッタクリーニングを行い、その放電状態値を放電基準値と比較することで、ターゲットが清浄か判定可能である。
　なお、図１３は磁石ユニット７２の平面図（ターゲット側から見た図）であり、マグネット取付板７１ａの板面に交差する方向に磁化されたマグネットピース７１ｂが隣接するものが異極性となるように格子状に配置されている。

Claims

　ターゲットの表面に磁場を形成可能な磁石ユニットと、
　前記磁石ユニットを駆動し、ターゲット表面での磁場の形成位置及び強さを含む磁場形成パターンを変更可能な変更手段と、
　前記ターゲットが取り付けられたターゲット電極に放電用電圧を印加したときの、放電状態値を計測する放電状態計測手段と、
　前記変更手段により生成可能な各磁場形成パターンに対応して取得される放電状態の基準値を記憶する記憶手段と、
　第１の磁場形成パターンにおいて前記放電状態計測手段により計測される放電状態値と、前記記憶手段に記憶されている当該第１の磁場形成パターンに対応する放電状態の基準値との比較に基づいて、ターゲット表面の状態を判定する判定手段と、
　前記判定手段による判定結果に基づいて、前記第１の磁場形成パターンとは異なる第２の磁場形成パターンを選択し、当該第２の磁場形成パターンが生成されるように前記変更手段を制御し、スパッタクリーニングを実行させる制御手段と、
　を備えることを特徴とするスパッタリング装置。
　前記第２の磁場形成パターンにおいてターゲット表面が削られるエロージョンパターンが、前記第１の磁場形成パターンにおいてターゲット表面が削られるエロージョンパターンを相殺するように、前記第２の磁場形成パターンが選択され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。
　前記制御手段は、前記判定手段による判定結果に基づいてスパッタクリーニングを実行させるときよりも、前記放電状態計測手段により放電状態値を計測するときの放電用電力を小さく設定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。
　前記変更手段は、放電時に前記磁石ユニットを前記ターゲットの中心軸の周りに公転させ、前記ターゲットに沿って移動する磁場を形成するものであると共に、前記公転半径を変更することで、前記磁場形成パターンを変更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。
　前記変更手段は、磁石ユニットとターゲットとの間隔を変更することで、前記磁場形成パターンを変更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。
　前記放電状態計測手段は、前記ターゲットを流れる電流を前記放電状態値として計測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。
　前記記憶手段により記憶されている放電状態の基準値は、未使用のターゲットを用いて前記放電状態計測手段により計測される放電状態値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。
　前記判定手段は、前記放電状態値が前記放電状態の基準値から所定の範囲を超えている場合に、前記ターゲットに対するスパッタクリーニングが必要であると判定す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。