JP7604847B2

JP7604847B2 - スパッタ装置

Info

Publication number: JP7604847B2
Application number: JP2020188284A
Authority: JP
Inventors: 翔太石橋; 宏至戸島
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2020-11-11
Filing date: 2020-11-11
Publication date: 2024-12-24
Anticipated expiration: 2040-11-11
Also published as: US11705315B2; US20220148863A1; JP2022077424A

Description

本開示は、スパッタ装置に関する。

半導体装置の製造工程で用いられるスパッタ装置は、真空容器内に成膜材料からなるターゲットを配置し、ターゲットの下面側に電界を形成してプラズマを発生させ、プラズマのイオンによりターゲットをスパッタするように構成されている。

特許文献１には、ターゲットをスパッタするにあたり、当該ターゲットの背後に小型可動磁石を設けることでスパッタによる浸食領域を移動させ、それにより当該ターゲットの局所的で過剰な加熱又は融解を避けることができると記載されている。

特表２００４－５３４１５３号公報

本開示は、スパッタ装置において、成膜処理の異常を防ぐことができる技術を提供する。

本開示のスパッタ装置は、基板を格納する真空容器と、
前記基板を水平に載置するために前記真空容器内に設けられて、回転するステージと、
一面が前記真空容器内に臨むターゲットと、前記ターゲットの他面側全体に当該ターゲットを接着する接着層を介して接して設けられ、前記ターゲットを冷却する冷媒の流路を備える流路形成部材と、を備えて、前記真空容器の天井において当該ステージに載置される基板に対して斜めに設けられる板状のターゲット電極と、
マグネトロンスパッタを行うために、前記ターゲット電極の他面側に設けられるマグネット配列体と、
前記真空容器内にプラズマを形成するためのガスを供給するガス供給部と、
前記プラズマを形成して前記ターゲットをスパッタし、前記基板に成膜するために当該ターゲットに電力を供給する電源部と、
前記ターゲットの温度に起因して発生する異常を検出するための異常検出部と、
を備え、
前記異常検出部は、前記流路に接続される前記冷媒の排出路における当該冷媒の温度を検出する一の温度検出部と、
前記流路に接続される前記冷媒の供給路における当該冷媒の温度を検出する他の温度検出部と、
前記一の温度検出部による一の検出値と前記他の温度検出部による他の検出値との差分値と、閾値と、の比較に基づいて前記異常の有無を検出する第１の検出機構と、
前記ターゲット電極における前記他面である上面に沿って前記マグネット配列体を前記ターゲットの上端側と下端側との間で往復移動させる移動機構と、を備え、
前記異常検出部は、前記移動機構に含まれるモータのトルクである当該移動機構の負荷を検出するための負荷検出部を備え、
前記負荷を記憶する記憶部が設けられ、
前記記憶部に記憶される互いに異なる時点で取得された前記負荷に基づいて、前記異常の有無を検出する第２の検出機構が設けられ、
前記真空容器内にて先に成膜される前記基板、後に成膜される前記基板を夫々第１の基板、第２の基板とすると、前記第２の検出機構は、前記移動機構により移動する前記マグネット配列体の往復移動路における互いに異なる位置において、前記第１の基板の成膜中に検出された前記トルクに対する前記第２の基板の成膜中に検出された前記トルクの差分値を夫々算出し、各差分値と予め設定された閾値との比較により前記異常の有無を検出する。

本開示によれば、スパッタ装置において、成膜処理の異常を防ぐことができる技術を提供する。

本開示に係るマグネトロンスパッタ装置の縦断面図である。正常な状態のターゲット電極を示す模式図である。ターゲットの剥がれが発生したターゲット電極を示す模式図である。マグネトロンスパッタ装置に設けられる制御部を示す構成図である。電流検出値に基づく異常の検出を説明するタイムチャートである。トルク検出値に基づく異常の検出を説明するタイムチャートである。

本開示の一実施の形態に係るスパッタ装置であるマグネトロンスパッタ装置１について、図面を参照しながら説明する。図１は前記マグネトロンスパッタ装置１の縦断側面図である。図中１１は例えばアルミニウムにより構成され、接地された真空容器である。図中１２は真空容器１１の側壁に開口された基板である半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）ウエハ１００の搬送口であり、開閉機構１３により開閉される。

真空容器１１内には載置部である円形のステージ２１が設けられ、ウエハ１００が水平に載置される。ステージ２１の裏面中央部には垂直方向に伸びる軸部２２の一端が接続されている。軸部２２の他端は真空容器１１の底部に設けられる軸受部１４を介して真空容器１１の外部へ延出され、回転機構２３に接続されている。この回転機構２３により軸部２２を介してステージ２１が鉛直軸回りに回転自在に構成される。

ステージ２１の内部には図示しないヒータが設けられ、成膜処理時においてウエハ１００が所定の温度に加熱される。また、このステージ２１には当該ステージ２１と図示しない真空容器１１の外部の搬送機構との間でウエハ１００を受け渡すための図示しない突出ピンが設けられている。

真空容器１１の下方には排気口３１が開口している。この排気口３１には排気管３２の一端が接続され、排気管３２の他端は排気ポンプ３３に接続されている。図中３４は排気管３２に介設された排気量調整機構である。真空容器１１の側壁の上部側には、プラズマ発生用のガス供給部であるガスノズル３５が設けられており、ガスノズル３５は、例えばＡｒなどの不活性ガスが貯留されたガス供給源３６に接続されている。図中３７は、マスフローコントローラからなる流量調整部であり、ガス供給源３６からガスノズル３５へのＡｒガスの供給量を制御する。

真空容器１１の天井には矩形状の開口部４１が形成されており、真空容器１１の内部側の前記開口部４１の縁部には、この縁部に沿って絶縁部材４２が設けられている。この絶縁部材４２に沿って保持部４３が設けられており、この保持部４３の内周側において、前記開口部４１を塞ぐように平面視矩形で板状のターゲット電極４０が設けられている。当該ターゲット電極４０は、ウエハ１００に対して斜めに配置され、その長辺がウエハ１００の内方側から外方側へ向かうにつれて下るように設けられている。

ターゲット電極４０は、成膜材料をなすターゲット４６と、流路形成部４５と、接着層４７と、により構成されている。ターゲット４６が真空容器１１内に臨み、流路形成部４５が真空容器１１の外側に臨み、接着層４７を介してこれらのターゲット４６及び流路形成部４５が接着されている。ターゲット４６は例えばチタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）などの材質により構成されている。接着層４７は例えばインジウムにより構成されている。流路形成部４５は、例えばその内部を一端側から他端側へ蛇行するように形成された冷媒の流路６０を備えており、例えば流路６０を形成するための溝が形成された銅製の厚板に対して、当該溝の上側を塞ぐように他の銅製の板が貼り合わされることで形成されている。

流路６０の一端側には、チラー６１により温調された上記の冷媒、具体的には例えば冷却水を流路６０に供給する冷媒の供給路である冷却水供給管６２が接続されている。また流路６０の他端側には、流路６０を流れた冷却水をチラー６１に戻すための冷媒の排出路である冷却水排出管６３が接続されている。これにより冷却水が流路６０の一端側から進入し、他端側から排出されてチラー６１に戻る循環路が形成されている。そして、冷却水はチラー６１に戻る度に所定の温度になるように温度調整される。
また、冷却水供給管６２には、チラー６１から流路６０に供給される冷却水の温度を検出する第１の温度検出部６４が設けられている。また冷却水排出管６３には、流路６０から排出されチラー６１に戻される冷却水の温度を検出する第２の温度検出部６５が設けられている。第１の温度検出部６４及び第２の温度検出部６５の役割について、詳しくは後述する。

また流路形成部４５には電源部７１が接続されている。電源部７１は、ターゲット電極４０に一定の電力を供給するように制御され、真空容器１１内に電界を発生させる。この電源部７１と流路形成部４５とを接続する導電路７２には、ターゲット電極４０に供給される電流値を検出するためのパラメータ検出部である電流検出部７３が設けられている。この電流検出部７３の役割についても、後に詳しく述べる。なお、この例ではターゲット電極４０には電源部７１により負の直流電圧が印加されるが、直流電圧に代わり交流電圧を印加してもよい。

またウエハ１００から見てターゲット電極４０の背面側には、マグネット配列体５１が設けられている。マグネット配列体５１はターゲット４６に並行な矩形の支持板５２と、磁気回路を構成する複数のマグネット５３とを備えている。支持板５２の下面から前記マグネット５３が支持板５２の厚さ方向に伸び出し、その下端が流路形成部４５に近接している。

図１に示すように支持板５２の上部にはブラケット５４が設けられ、移動機構５５に接続されている。移動機構５５は例えばターゲット電極４０の長さ方向に伸びるネジ軸５６Ａを備えたボールネジ５６と、このネジ軸５６Ａを軸回りに回転させる回転機構であるモータ５７とにより構成される。ボールネジ５６はブラケット５４に螺合している。そしてモータ５７が正回転及び逆回転することにより、マグネット配列体５１がターゲット電極４０の上面に沿って、ターゲット４６の一端側（上端側）と他端側（下端側）との間で往復移動する。これによりターゲット４６の面内のスパッタ量の分布を制御し、ターゲット４６の局所的なスパッタが防止されるように構成されている。

モータ５７は、図示しない電源部から供給される電流量によって回転速度が変更される。そして、マグネット配列体５１が往復移動路を繰り返し移動するにあたり、往復移動路中の同じ位置においては、その移動速度は一定となるようにモータ５７の動作が制御される。つまり往復移動路中のある位置について見たときに、異なるウエハ１００を処理する場合であっても、また、一つのウエハ１００の処理中の異なるタイミングであっても、マグネット配列体５１は一定の速度で当該位置を移動する。なお、例えばこの往復移動路において、加減速が必要な両端部以外の各位置におけるマグネット配列体５１の速度についても、一定となるようにモータ５７の動作が制御される。当該モータ５７は負荷検出部であるトルク検出部５８を介してボールネジ５６に接続され、ネジ軸５６Ａを回転させる際の当該モータ５７のトルクが検出可能とされている。

続いて、上述のマグネトロンスパッタ装置１におけるウエハ１００の処理について説明する。まず真空容器１１の搬送口１２を開き、図示しない外部の搬送機構及び突き上げピンの協働作業により、ステージ２１にウエハ１００を受け渡す。次いで、搬送口１２が閉じられ、真空容器１１内にＡｒガスが供給されると共に、排気量調整機構３４により排気量が制御され、真空容器１１内が所望の圧力の真空雰囲気とされる。ターゲット４６の流路６０には冷却水が通流されて、ターゲット４６の温度調整がなされた状態となっている。

そして、ステージ２１が鉛直軸回りに回転すると共に移動機構５５によりマグネット配列体５１がターゲット４６上を往復移動する。そして、電源部７１からターゲット電極４０に負の直流電圧が印加されて、ターゲット電極４０の周囲に電界が生じ、この電界により加速された電子がＡｒガスに衝突することによりＡｒガスが電離する。Ａｒガスが電離することにより新たな電子が発生する。その一方で、マグネット５３によって、当該マグネット５３が位置するターゲット４６の表面に沿って磁場が形成される。

そして、ターゲット４６近傍の電界と前記磁場によって前記電子は加速され、ドリフトする。そして、加速によって十分なエネルギーを持った電子が、さらにＡｒガスと衝突し、電離を起こしてプラズマを形成し、プラズマ中のＡｒイオンがターゲット４６をスパッタする。また、このスパッタにより生成された二次電子は前記水平磁場に捕捉されて再び電離に寄与し、こうして電子密度が高くなり、プラズマが高密度化される。

上記のようにスパッタされたターゲット４６の粒子がウエハ１００に付着し、ウエハ１００に成膜される。そして、電源部７１の電源がオンになってから所定の時間経過すると、この電源がオフになりプラズマの発生が停止し、Ａｒガスの供給が停止し、ウエハ１００が搬入時とは逆の動作で真空容器１１内から搬出される。以降、後続のウエハ１００が順次マグネトロンスパッタ装置１に搬送されて、既述した処理と同様の処理が行われる。

ところでこのようなスパッタ装置においては、スループットを高くすることが求められている。そのためにターゲット電極４０への供給電力を比較的大きくして、既述したＡｒイオンの電離を促進し、成膜レート（単位時間あたりの成膜量）が比較的高くなるようにすることが考えられる。具体的な一例として、ターゲット４６への供給電力／ターゲット４６の面積が５０Ｗ／ｃｍ^２以上となるように電力供給を行うことが検討されている。
しかしながら熱伝導率が比較的低い材料、例えば既に挙げたＴｉ、Ｗ、Ｔａなどをターゲット４６の構成材料として用いたとすると、上記のように高い電力供給により生じた熱がターゲット４６に留まりやすい。つまり、ターゲット４６の流路６０を通流する冷却水とターゲット４６との間での熱交換が十分に行われず、ターゲット４６が比較的高い温度になってしまう。そのようにターゲット４６の温度が上昇すると、ターゲット４６が溶融してウエハ１００に落下してしまうおそれや、ターゲット４６を構成する粒子の粒径の大きさが変化することにより、当該ターゲット４６中に空隙が生じてしまうおそれが有る。経験則として、そのように空隙が生じた状態でスパッタが行われると、ウエハ１００に形成される膜中においてパーティクルが混入する傾向が高くなることが知られている。

上記の第１の温度検出部６４、第２の温度検出部６５、電流検出部７３、トルク検出部５８の各々は、上記のターゲット４６の温度に起因して発生する異常（溶融、構成粒子の粒径変化）を間接的に検出し、ウエハ１００への処理が異常となってしまうことを防止するために設けられている。
上記の検出部のうちの第１の温度検出部６４、第２の温度検出部６５及びトルク検出部５８による異常の検出は、ターゲット４６が高温になることによって、流路形成部４５からの剥がれが起きる場合が有ることを利用したものである。このターゲット４６の剥がれについて、図２、図３を用いて説明する。図２、図３は、夫々ターゲット４６が剥がれていない正常な状態のターゲット電極４０と、ターゲット４６が剥がれる異常が発生している状態のターゲット電極４０を示している。ターゲット４６が高温になることで接着層４７の一部が溶融する。そして、ターゲット４６において接着層４７の溶融が起きた部位は当該ターゲット４６の自重により屈曲し、流路形成部４５から離れる。

図２に示す正常な状態のターゲット電極４０では、ターゲット４６の背面全体が接着層４７を介して流路形成部４５に接し、当該背面全体が冷却水により冷却される。一方、図３に示すようにターゲット４６の剥がれが生じたターゲット電極４０では、当該剥がれにより正常な状態に比べて、流路形成部４５とターゲット４６との接触面積が小さい。そのためターゲット４６の背面全体を冷却することができず、冷却水によるターゲット４６の抜熱量が少なくなり、冷却水排出管６３を通流する冷却水の温度は比較的低くなる。

そこで第１の温度検出部６４により冷却水供給管６２におけるターゲット４６の熱を奪う前の冷却水の温度を検出すると共に、第２の温度検出部６５により冷却水排出管６３におけるターゲット４６の熱を奪うことで昇温した冷却水の温度を検出する。より具体的に述べると、第２の温度検出部６５が検出する第２の温度検出値と第１の温度検出部６４が検出する第１の温度検出値と、の差分値を取得する。この差分値については、既述のようにターゲット４６の剥がれが起きて抜熱量が変化するとそれに応じて変化する。即ち、当該差分値に基づいて、当該ターゲット４６が高温になったことによる剥がれを検出することができ、この剥がれが起きたときに、上記したターゲット４６の溶融及び粒径異常も発生しているとみなして、当該溶融及び粒径異常の発生の有無を検出することができる。
なお、チラー６１から冷却水供給管６２に供給される冷却水の温度の変動が比較的小さければ第１の温度検出部６４を設けず、第２の温度検出部６５のみによる検出値を用いて当該異常の検出を行うことができる。つまり、第１の温度検出部６４はより精度の高い異常の検出を行うために設けられており、当該第１の温度検出部６４を設けなくてもよい。

続いて、トルク検出部５８の役割について詳しく説明する。レンツの法則により、金属に対してマグネットを近づけると、その金属の周囲にも磁力線が発生し、マグネットはその磁力線による磁場に抗して移動する。従って、既述したようにターゲット４６が剥がれた場合には、剥がれた部位についてはマグネット配列体５１から遠ざかるためマグネット５３の作用を受けにくくなる。そのためこの剥がれた部位の近傍をマグネット配列体５１が通過する際は、当該剥がれた部位は磁場の形成への関与が小さく、主に銅板である流路形成部４５によって磁場が形成される。そのように磁場を形成する金属が小さく（薄く）なることで当該磁場の作用としても小さくなる。
そして、既述したように往復移動路中の各位置を、決められた速度でマグネット配列体５１は通過するように制御される。そのためターゲット４６の剥がれが生じると、マグネット配列体５１がその剥がれた箇所の近傍を通過するときのモータ５７のトルクは、剥がれが生じる前に取得されるトルクよりも小さくなる。従って、第１の温度検出部６４及び第２の温度検出部６５の検出値を用いる場合と同様、トルク検出部５８の検出値を用いることで、ターゲット４６の剥がれ、ひいては上記のターゲット４６の溶融及び粒径異常についての発生の有無を検出することができる。

続いて、電流検出部７３の役割を述べる。上記したように電源部７１は一定の電力をターゲット４６に供給するが、その際のターゲット４６へ供給される電流値が比較的高いことと、ターゲット４６の溶融の発生とが相関する。これはターゲット４６の溶融が発生すると、当該ターゲット４６からの二次電子（ターゲット４６のスパッタにより放出される電子）の量が増大することに起因すると考えられる。従って、電流検出部７３の検出結果から、ターゲット４６の溶融についての異常の発生の有無を検出することができる。

上記の第１の温度検出部６４、第２の温度検出部６５、電流検出部７３、トルク検出部５８の各検出値が例えばディスプレイである表示部に出力され、作業者がその表示を見ることで、既述したターゲット４６の温度に起因して発生する異常の有無を検出するようにしてもよい。そして作業者は必要に応じて装置の動作を停止させたり、ウエハ１００の搬入を停止させたりする作業を行うことで、ウエハ１００の処理が異常となってしまうことを防ぐことができる。
ただし、これ以降は、第１の温度検出部６４、第２の温度検出部６５、電流検出部７３、トルク検出部５８の各々の検出値に対応する検出信号が、図１に示すマグネトロンスパッタ装置１の制御部９に出力され、当該制御部９によりターゲット４６の温度に起因して発生する異常が検出される例を説明する。

図４は、コンピュータである制御部９を示すブロック図である。第１～第３の検出機構である制御部９はＣＰＵ９１と、メモリ９２と、プログラム９３とを備えている。図中９０はバスであり、ＣＰＵ９１、メモリ９２、プログラム９３を格納する格納部９４、第１の温度検出部６４、第２の温度検出部６５、電流検出部７３、トルク検出部５８が当該バス９０に各々接続されている。
プログラム９３によって制御部９からマグネトロンスパッタ装置１の各部に制御信号が送られる。この制御信号により、既述したマグネット配列体５１の移動、ステージ２１の回転、Ａｒガスの供給、電源部７１のオンオフなどの各動作が制御され、既述したウエハ１００の成膜処理を行うことができるように、プログラム９３については命令が組まれている。またこのプログラム９３により、上記したターゲット４６の温度に起因して発生する異常の検出も行われる。即ちプログラム９３は、第１～第３の検出機構を含んでいる。プログラム９３は記憶媒体９３Ａに格納された状態で格納部９４に収まり、制御部９にインストールされる。この記憶媒体９３Ａは、例えばコンパクトディスク、ハードディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）、メモリーカード、ＤＶＤである。

メモリ９２には、第１及び第２の温度検出部６４、６５による各検出値が記憶される温度データ記憶部９２Ａと、電流検出部７３による検出値が記憶される電流データ記憶部９２Ｂと、トルク検出部５８による検出値が記憶されるトルクデータ記憶部９２Ｃと、が設けられる。電流データ記憶部９２Ｂと、トルクデータ記憶部９２Ｃと、は、第１の記憶部と、第２の記憶部と、に相当する。後述するように、上記の電流検出部７３による異常の検出及びトルク検出部５８による異常の検出には、ある時点で取得された検出値と、それよりも以前の他の時点で取得された検出値とが利用される。従って、少なくとも電流データ記憶部９２Ｂ及びトルクデータ記憶部９２Ｃには、互いに異なる時点で取得された複数の検出値が記憶される。
また、上記のバス９０にはアラーム出力部９５が接続されている。後述する異常の判定結果に応じて、当該アラーム出力部９５が動作するように制御信号が出力される。具体的には、例えば音声や画面表示によるアラームが出力され、異常が発生している旨が作業員に報知される。

以下、各検出部を用いた異常の検出方法の例について説明する。先ず、第１及び第２の温度検出部６４、６５を用いた異常の検出について説明する。上記したようにウエハ１００を処理するために電源部７１から電力が供給されてプラズマが形成される期間中の任意のタイミングにおいて、制御部９は第１の温度検出部６４、第２の温度検出部６５から各々出力される検出信号を取得する。そして、第１の温度検出部６４から得られた第１の温度検出値Ｔ１、第２の温度検出部６５から得られた第２の温度検出値Ｔ２がメモリ９２に格納され、その差分値（Ｔ２－Ｔ１）が算出される。ターゲット４６の剥がれが起きている場合には、上記したように排出管中の冷却水の第２の温度検出値Ｔ２が比較的低くなるので、差分値（Ｔ２－Ｔ１）は比較的小さい値となる。制御部９は、この差分値（Ｔ２－Ｔ１）について予め設定された閾値と比較し、当該閾値よりも高ければ正常と判定する。そして、閾値以下であれば異常有りと判定する。

続いて電流検出部７３を用いた異常の検出について説明する。既述したようにターゲット４６が熱によって溶融すると、ターゲット電極４０に供給される電流は増加する。ただし、ターゲット電極４０に供給される電流は、そのような異常が発生していなくてもマグネトロンスパッタ装置１が稼働を続けて、ターゲット４６が消耗することによっても上昇する傾向がある。従って、このようなターゲット４６の消耗による電流の増加とは区別されるように、ターゲット４６の溶融に起因する電流の増加が検出される。

図５は説明の理解を容易にするために、マグネトロンスパッタ装置１でウエハ１００を処理する度に上記の電流検出部７３による電流検出を行ったとする場合における当該電流の経時変化を概略的に示すグラフである。ウエハ１００は概ね一定の間隔で当該マグネトロンスパッタ装置１に搬入されて処理されるものとする。処理が行われる度にターゲット４６は緩やかに消耗し、それによって検出される電流値は検出回数を重ねる毎に緩やかに上昇していく。処理が繰り返されてターゲット４６に蓄熱され、温度が上昇すると当該ターゲット４６が溶融する。そしてこの溶融が起こると、検出される電流値は急激に上昇する。

そこで制御部９は、例えばウエハ１００（第１のウエハ１００とする）について処理の開始後の任意のタイミングで電流検出部７３によりパラメータである電流値を取得し、メモリ９２に格納する。そして、以降に装置に搬入されたウエハ１００（第２のウエハ１００とする）を処理する際に同様のタイミングで電流検出部７３により電流値を取得し、メモリ９２に格納する。そして、第２のウエハ１００処理時の電流値－第１のウエハ１００処理時の電流値を差分値として算出する。制御部９は、この差分値について予め設定された閾値と比較し、当該閾値よりも小さければ正常とする。そして、閾値以上であれば異常有りと判定する。上記のようにターゲット４６の消耗によっても電流値が変化するため、この閾値はターゲット４６の溶融によって起こる急激な上昇に見合うように比較的大きな値に設定される。

なお、ウエハ１００の処理毎に電流値を取得して上記のように差分値を取得して閾値と比較してもよいし、複数回処理を行う毎に電流値を取得してその差分値を閾値と比較してもよい。つまり上記した第１のウエハ１００、第２のウエハ１００は続けて装置に搬入されるウエハ１００であってもよいし、そうでなくてもよい。また例えば、一の期間で取得された数回の電流値の平均値と、その後の他の期間で取得された数回の電流値の平均値との差分値を算出し、閾値と比較してもよい。このように取得した検出値の取り扱いは、任意に設定することができる

続いてトルク検出部５８を用いた異常の検出について説明する。既述したようにターゲット４６の剥がれにより、検出されるトルクは低下する。ただし、そのような異常が発生していなくても、マグネトロンスパッタ装置１が稼働を続けて、ターゲット４６が消耗することによっても当該ターゲット４６が形成する磁界の作用が弱まり、当該トルクは次第に低下する傾向がある。従って、このようなターゲット４６の消耗によるトルクの変化とは区別されるように、ターゲット４６の剥がれに起因するトルクの低下が検出される。

図６は説明の理解を容易にするために、マグネトロンスパッタ装置１でウエハ１００を処理する度に上記のトルク検出部５８によるトルク検出を行ったとする場合における当該トルクの経時変化を概略的に示すグラフである。ここでもウエハ１００は概ね一定の間隔で当該マグネトロンスパッタ装置１に搬入されて処理されるものとする。処理が行われる度にターゲット４６は緩やかに消耗し、それによって検出されるトルクは検出回数を重ねる毎に緩やかに低下していく。そのように繰り返し処理が行われ、ターゲット４６に蓄熱して当該ターゲット４６の温度が上昇すると、ターゲット４６の剥がれが起こる。そのように剥がれが起こることで、急激にトルクが低下する。

そこで制御部９は、例えばウエハ１００（第１のウエハ１００とする）について処理の開始後の任意のタイミングでトルク検出部５８によりトルクの検出値を取得し、メモリ９２に格納する。そして、以降に装置に搬入されたウエハ１００（第２のウエハ１００とする）を処理する際に同様のタイミングでトルク検出部５８によりトルクの検出値を取得し、メモリ９２に格納する。そして第１のウエハ１００処理時の検出値－第２のウエハ１００処理時の検出値を算出する。制御部９は、この差分値について予め設定された閾値と比較し、当該閾値よりも小さければ正常とする。そして、閾値以上であれば異常有りと判定する。上記のようにターゲット４６の消耗によってもトルクが変化するため、この閾値はターゲット４６の剥がれによって起こる急激な低下に見合うように比較的大きな値に設定される。
なお、既述の電流値を用いた異常の検出と同様、閾値と比較するための差分値を算出するためのトルクの取得のタイミングは処理毎であることには限られないし、異なる期間の平均値の差分を閾値と比較してもよい。そのようにトルクについても取得された検出値の取り扱いは任意に設定することができる。なお各検出値について、ウエハ別に取得する例を述べたが、一つのウエハ１００の処理中における異なるタイミングで取得し、差分値を閾値と比較するようにしてもよい。

ところで、ターゲット４６の剥がれが起きた場合、その剥がれが起きた箇所付近をマグネット配列体５１が通過するときのトルクは正常時に比べて低下することになる。しかし、剥がれが起きた箇所から比較的離れた位置をマグネット配列体５１が通過するときのトルクは正常時に比べて変化しないことが考えられる。そこで異常の検出の精度を高めるために、往復移動路における複数位置をマグネット配列体５１が通過する際のトルクを取得する。そして取得した位置毎に、既述したように第１のウエハ１００の処理時の検出値、第２のウエハ１００の処理時の検出値を用いて、異常の検出を行うようにしてもよい。

以上の第１及び第２の温度検出部６４、６５、電流検出部７３、トルク検出部５８、による各々の検出結果のうち、一つあるいは複数が異常と判定された場合には、プログラム９３は既述した温度に起因する異常が発生しているものと判定し、アラームを出力する。なお、このアラームの出力と共に装置の稼働を停止させてもよい。

以上に述べたようにマグネトロンスパッタ装置１によれば、異常検出部を構成する第１の温度検出部６４、第２の温度検出部６５、電流検出部７３、トルク検出部５８を各々用いてターゲット４６の温度に起因する異常を検出することができる。それにより、ウエハ１００に行われる処理が異常となることを防ぐことができる。なお、ターゲット４６の温度に起因する異常としては溶融及び粒径変化であるものとし、それらを検出するためにターゲット４６の剥がれの有無を検出するものとして説明してきた。しかし、このターゲット４６の剥がれそのものを温度に関する異常として検出する目的で本技術を用いてもよい。

ところで電流検出部７３による異常判定について、任意のタイミングで検出したときに、その検出値が比較的高ければ異常であるものとしてもよい。同様にトルク検出部５８によって検出されるトルクついて、任意のタイミングで測定したときに、その測定値が比較的低ければ異常であるものとしてもよい。つまり、メモリ９２には各々異なるタイミングで取得された測定値を記憶することには限られない。なお、これまで説明してきた制御部９が行うとした各異常の検出方法については、既述したように作業員が表示部を見ることで行うようにしてもよい。

またマグネトロンスパッタ装置は、マグネット配列体５１を直線状に往復移動させる構成に限られない。例えば、ターゲット４６の面方向に対して直交する方向に延びる回転軸がモータ５７により回転し、その回転軸を回転中心としてマグネット配列体が回転してターゲット４６の表面側（下面側）の磁界を変化させる構成であってもよい。その場合であってもモータ５７のトルクを測定したり、あるいは回転軸のトルクを検出したりするようにトルク検出部を設ければよい。
またモータ５７の負荷としてトルクと、当該モータ５７に供給される電流とは相関する。従って、トルクの代りに当該電流を検出することで異常を検出してもよい。

またターゲット電極４０に供給される電流検出部７３を設けることに代えて、ターゲット電極４０に印加される電圧の電圧値を検出する電圧検出部を設けてもよい。ターゲット電極４０には、一定の電力が供給されるように制御されているためターゲット電極４０に供給される電流が上昇すると電圧が低下する。従ってターゲット４６が溶融したときには電流が上昇するため、上昇に応じて電圧が下降する。従って図５で述べたように電流の変化を検出する場合と同様、電圧の変化を検出し、電圧の変化量が閾値よりも大きくなったことをもってターゲット４６の溶融を検出することができる。

また本開示に係るスパッタ装置は、マグネット配列体５１を備えたマグネトロンスパッタ装置に限定されない。例えばマグネット配列体５１を備えず、ターゲット電極に印加する電力により真空容器内に電界を発生させて、不活性ガスをプラズマ化してそのプラズマ中のイオンによりターゲットをスパッタするスパッタ装置でもよい。その場合であっても、上記の第１の温度検出部６４、第２の温度検出部６５、電流検出部７３による異常の検出が可能である。

以上に検討したように、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

１マグネトロンスパッタ装置
１１真空容器
３５ガスノズル
２１ステージ
４６ターゲット
５８トルク検出部
６４第１の温度検出部
６５第２の温度検出部
７３電流検出部
１００ウエハ

Claims

基板を格納する真空容器と、
前記基板を水平に載置するために前記真空容器内に設けられて、回転するステージと、
一面が前記真空容器内に臨むターゲットと、前記ターゲットの他面側全体に当該ターゲットを接着する接着層を介して接して設けられ、前記ターゲットを冷却する冷媒の流路を備える流路形成部材と、を備えて、前記真空容器の天井において当該ステージに載置される基板に対して斜めに設けられる板状のターゲット電極と、
マグネトロンスパッタを行うために、前記ターゲット電極の他面側に設けられるマグネット配列体と、
前記真空容器内にプラズマを形成するためのガスを供給するガス供給部と、
前記プラズマを形成して前記ターゲットをスパッタし、前記基板に成膜するために当該ターゲットに電力を供給する電源部と、
前記ターゲットの温度に起因して発生する異常を検出するための異常検出部と、
を備え、
前記異常検出部は、前記流路に接続される前記冷媒の排出路における当該冷媒の温度を検出する一の温度検出部と、
前記流路に接続される前記冷媒の供給路における当該冷媒の温度を検出する他の温度検出部と、
前記一の温度検出部による一の検出値と前記他の温度検出部による他の検出値との差分値と、閾値と、の比較に基づいて前記異常の有無を検出する第１の検出機構と、
前記ターゲット電極における前記他面である上面に沿って前記マグネット配列体を前記ターゲットの上端側と下端側との間で往復移動させる移動機構と、を備え、
前記異常検出部は、前記移動機構に含まれるモータのトルクである当該移動機構の負荷を検出するための負荷検出部を備え、
前記負荷を記憶する記憶部が設けられ、
前記記憶部に記憶される互いに異なる時点で取得された前記負荷に基づいて、前記異常の有無を検出する第２の検出機構が設けられ、
前記真空容器内にて先に成膜される前記基板、後に成膜される前記基板を夫々第１の基板、第２の基板とすると、前記第２の検出機構は、前記移動機構により移動する前記マグネット配列体の往復移動路における互いに異なる位置において、前記第１の基板の成膜中に検出された前記トルクに対する前記第２の基板の成膜中に検出された前記トルクの差分値を夫々算出し、各差分値と予め設定された閾値との比較により前記異常の有無を検出するスパッタ装置。
前記異常検出部はパラメータとして、前記電源部により前記ターゲットに供給される電流値か、あるいは前記電源により前記ターゲットに印加される電圧値を検出するパラメータ検出部を備える請求項１記載のスパッタ装置。
前記パラメータを記憶する第１の記憶部が設けられ、
前記第１の記憶部に記憶される互いに異なる時点で取得された前記パラメータに基づいて、前記異常の有無を検出する第３の検出機構が設けられる請求項２記載のスパッタ装置。