スパッタ源終端検出機構およびスパッタ装置
【課題】簡素な構成として、既存のスパッタ装置に容易に搭載可能であって、スパッタ源であるターゲットをスパッタ装置に取り付けた状態で、孔の開く直前の限界まで使用することが可能となるスパッタ源終端検出機構を提供する。
【解決手段】ターゲット終端検出器１０は、スパッタ装置のターゲットホルダ２５の表面に形成された溝２５ｃに収納されて、その上に載置されているターゲットＴ１の裏面に光を照射する導光体１１と、導光体１１に接続した光源１２とを備え、導光体１１は、ターゲットＴ１におけるスパッタ装置により消費される部位の裏側に配置され、ターゲットＴ１が薄肉化して孔の開く直前になると、導光体１１から発光した光がターゲットＴ１を透過して、表面側で検知されることを特徴とする。
【解決手段】ターゲット終端検出器１０は、スパッタ装置のターゲットホルダ２５の表面に形成された溝２５ｃに収納されて、その上に載置されているターゲットＴ１の裏面に光を照射する導光体１１と、導光体１１に接続した光源１２とを備え、導光体１１は、ターゲットＴ１におけるスパッタ装置により消費される部位の裏側に配置され、ターゲットＴ１が薄肉化して孔の開く直前になると、導光体１１から発光した光がターゲットＴ１を透過して、表面側で検知されることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタ装置にてスパッタ源が消費されて終端に至る前にこれを検出するスパッタ源終端検出機構、およびこれを備えるスパッタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マグネトロンスパッタ装置やイオンビームスパッタ装置等のスパッタ装置は、金属等の薄膜を膜厚の精度よく成膜する装置として、半導体装置製造等に広く使用されている。スパッタ装置の処理室には、表面に膜を被覆される被処理体の他に、膜材料となるスパッタ源（ターゲット）が載置される。スパッタ源は、スパッタ装置の種類等にもよるが、厚さ数〜数十ｍｍの板状で、表面が被処理体に対向するように、スパッタ装置のスパッタ源ホルダ等に固定して載置される。スパッタ源は、スパッタ処理により飛散して被処理体に付着して膜を形成するために板厚方向に漸減し、消耗品として、スパッタ装置にてある程度の数の被処理体を処理したら新しいものに交換される。
【０００３】
スパッタ源が消費過多により少なくとも一部が欠損した状態（板厚０）、具体的には孔が開いた状態でスパッタ装置を稼動すると、前記欠損した領域からスパッタ源ホルダ等の材料が飛散して異物となるため、スパッタ源はかかる状態となる前に交換される必要がある。ここで、スパッタ装置により成膜される膜は厚くても数百ｎｍ程度、薄い膜では１ｎｍ未満であり、１回の処理（１つの被処理体への成膜）によるスパッタ源の消費量は極めて少ない。そのため、通常、スパッタ装置に搬送機構が設けられて、処理室を大気開放（以下、単に開放という）することなく交換される被処理体と異なり、スパッタ源は処理室を開放して人手にて交換されることが一般的である。スパッタ源のコストと共に交換作業による生産性の低下を抑えるため、スパッタ源は使用継続不可能となる（板厚０になる）直前まで使用されることが好ましい。
【０００４】
しかし、スパッタ装置は、その種類により、スパッタ源の面内における特定の部位を多く消費して局所的に薄肉化させるものが多く、処理室の外から目視にてスパッタ源の消費状態を観察することは困難であり、スパッタ源の板厚をノギス等の測定器具にて機械的に計測することになって、スパッタ源の交換時と同様に処理室を開放することには変わらない。したがって、スパッタ装置の処理回数等により、経験的にスパッタ源の交換時期を設定していることが一般的である。この時期は、スパッタ源の交換の真に必要な時期までに相当な余裕を加味して設定されることが多いため、前記スパッタ源のコストおよび交換作業による生産性の低下を抑えるためには、処理室を開放することなく、スパッタ源が使用限界（終端）に到達したことを検知可能にすることが要求される。
【０００５】
前記した通り、スパッタ源は局所的に薄肉化することから、レーザ光等をスパッタ源の表面に照射し、その反射光を受光して表面の立体的形状をモニタリングする機構をスパッタ装置に備える発明が開示されている（特許文献１，２）。詳しくは、光源、光検出器（ＣＣＤ等）、および演算処理手段（ＣＰＵ等）を備え、光源からスポット状の光（光線）を照射してスパッタ源の表面を走査し、その反射光を光検出器で受光し、演算処理手段にて光検出器においてその反射光が入射した位置等と前記光線の照射角度とから、スパッタ源の表面の立体的形状を算出し、最薄の板厚を求める。特許文献１に開示されたターゲットモニタ装置は、スパッタ装置において、被処理体を載置するステージの内部に光検出器を備え、同じくステージの内部から光線を照射しているため、処理室を開放することなく、スパッタ源の表面の立体的形状を算出することができる。特許文献２に開示されたスパッタ装置は、光源および光検出器を被処理体−スパッタ源間の領域の外に配置して備えているため、スパッタ処理中も含めて常時モニタリングすることができる。これらの機構によれば、スパッタ源の面内におけるどの部位が薄肉化しても、最薄の板厚を求めることができ、マグネトロンスパッタ装置のような、スパッタ源が複雑な形状に消耗されるスパッタ装置に好適とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２７２３８５７号公報
【特許文献２】特開平８−４１６３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１，２に記載された発明は、光線を走査させる手段や、ある程度広い面積において反射光を受光することができ、かつ反射光が入射した位置まで検出可能な光検出器を要し、ある程度複雑な構成となり、スパッタ装置の特に処理室に設けることは困難である。さらに、スパッタ源の表面の立体的形状を算出して最薄の板厚を求めるといった複雑な演算処理を要し、スパッタ源がより薄肉化するまで使用を継続しようとすると、いっそう高い精度が要求されて演算処理時間が長くなり、例えば最薄で板厚１μｍ未満になるまで使用を継続することは困難である。
【０００８】
本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、簡素な構成として、既存のスパッタ装置に容易に搭載可能であって、スパッタ源をスパッタ装置に取り付けた状態で、孔の開く直前の使用可能な限界（終端）まで使用することが可能なスパッタ源終端検出機構、およびこれを取り付けたスパッタ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、スパッタ源が使用可能な限界に到達したときに初めてその消費状態が検出されればよいとし、主に金属からなるスパッタ源が、光を透過する厚さ５０ｎｍ程度まで薄くなっても、スパッタ処理をある程度の回数継続可能であることから、スパッタ源の一方の面に設けた光源から発光した光が反対側の面から検知可能となったときを限界と設定することに想到した。また、現在、使用されているスパッタ装置において、スパッタ源の最も消費される部位がほとんど固定化されていることに着目し、スパッタ源のこの部位に限定して光の透過を検知させることで、簡素な構成のスパッタ源終端検出機構とすることを見出した。
【００１０】
すなわち本発明に係るスパッタ源終端検出機構は、スパッタ装置の処理室に設置されているスパッタ源の裏面に光を照射する投光手段を備え、前記投光手段が、前記スパッタ装置により消費される前記スパッタ源の部位における裏側に配置されていることを特徴とする。そのために、スパッタ源が載置されたスパッタ源載置部材、すなわちスパッタ装置のスパッタ源ホルダまたは前記スパッタ源のバッキングプレートのいずれかに凹部が形成され、この凹部に前記投光手段が収納されていることが好ましい。
【００１１】
かかる構成により、スパッタ源終端検出機構は、スパッタ源の消費される部位の裏面にのみ光を照射する投光手段を備えればよいので、この投光手段を既存のスパッタ装置のスパッタ源ホルダ等の特定の部位に凹部を形成して収納するだけでよく、極めて簡素な構成となり、またスパッタ源が最薄部で光を透過するような板厚になるまで使用可能となる。
【００１２】
さらに投光手段は、前記スパッタ源載置部材の凹部に収納される部分が棒状または管状に形成されて、スパッタ源の裏面に沿って配置されていることが好ましい。かかる構成により、スパッタ源ホルダ等における投光手段の収納された領域の面積を抑えつつ、スパッタ源の裏面におけるより多くの部位に光を照射することができるので、スパッタ源ホルダに設けられた冷却機構によるスパッタ源の冷却が妨げられることなく、より確実にスパッタ源の終端を検出することができる。
【００１３】
また、投光手段は、光源と、前記光源に接続されてスパッタ源の裏面に光を照射する導光体とを備えることが好ましい。かかる構成により、光源から直接にスパッタ源の裏面に光が照射されないため、光が均等に照射される。また、スパッタ源の裏面に光を照射する部分が導光体で形成されるため、容易に所望の形状に加工されたものとなる。
【００１４】
そして本発明に係るスパッタ装置は、前記のスパッタ源終端検出機構を備え、処理室の外から前記処理室に設置されているスパッタ源の表面を観察することができる窓が前記処理室の壁に設けられていることを特徴とする。かかる構成により、スパッタ源を透過する投光手段から照射された光を、処理室の外から視認することができるため、処理室を開放せずにスパッタ源の終端を検出することができる。
【００１５】
また、本発明に係るスパッタ装置は、前記のスパッタ源終端検出機構と、被処理体への処理に影響しない位置に配置された受光手段とを備える、あるいは前記のスパッタ源終端検出機構が前記の受光手段をさらに備えることを特徴とする。この受光手段は、処理室に設置されているスパッタ源を透過する投光手段から照射された光を検出する。かかる構成により、処理室を開放せずにスパッタ源の終端を検出することができる。
【００１６】
さらに、本発明に係るスパッタ装置が、スパッタ源の表面にイオンビームを照射するイオンビームスパッタ装置である場合は、投光手段が、前記イオンビームが入射する前記スパッタ源の領域における裏面に光を照射すればよい。また、本発明に係るスパッタ装置が、磁場発生源を備えるマグネトロンスパッタ装置である場合は、投光手段が、前記磁場発生源から発生する磁場の強い領域における前記スパッタ源の裏面に光を照射すればよい。このように、スパッタ装置の種類により、スパッタ源の消費される部位が決定されるので、スパッタ源終端検出機構においては、投光手段を特定の領域に固定して配置することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るスパッタ源終端検出機構は、簡素な構成として既存のスパッタ装置に容易に搭載することができる。また、本発明に係るスパッタ装置は、既存のスパッタ装置を容易にかつ安価に転用して得られる。そして、これらのスパッタ装置によれば、スパッタ源を孔が開く直前まで安定して使用できるので、スパッタ源自体のコストが低減され、またスパッタ源の交換に要する作業頻度が減少するため、生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態において適用されるイオンビームスパッタ装置の概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るスパッタ源終端検出機構を説明する模式図で、図１に示すスパッタ源周辺の拡大図に相当し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ａ）および（ｂ）のＡ−Ａ断面図、（ｄ）は変形例に係るスパッタ源終端検出機構を説明する（ｃ）に相当する断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態において適用されるマグネトロンスパッタ装置の概略図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るスパッタ源終端検出機構を説明する模式図で、図３に示すスパッタ源周辺の拡大図に相当し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ａ）および（ｂ）のＢ−Ｂ断面図ならびに（ｂ）のＣ−Ｃ拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態に係るスパッタ源終端検出機構について、図１および図２を参照して詳細に説明する。本発明の第１実施形態に係るターゲット終端検出器（スパッタ源終端検出機構）１０は、既存のイオンビームスパッタ装置２０に設けられて、ターゲット（スパッタ源）Ｔ１が使用継続困難な残量になったことを検出する。まず、イオンビームスパッタ装置（以下、適宜スパッタ装置）２０の構成について説明する。
【００２０】
（イオンビームスパッタ装置）
スパッタ装置２０は、公知のイオンビームスパッタ装置であり、その一例として図１に示すように、処理室（真空処理室、チャンバ）２１と、処理室２１を真空（減圧）状態に排気する排気系２２と、処理室２１にイオンビームを放出するイオン源２３と、イオン源２３にイオン種としてＡｒガス等を供給するマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４と、ターゲットＴ１を載置するターゲットホルダ（スパッタ源ホルダ、スパッタ源載置部材）２５と、被処理体Ｗを載置するワークステージ２７と、処理室２１と開閉可能なシャッタを隔てて接続された予備室（図示省略）と、予備室と処理室２１のワークステージ２７との間で被処理体Ｗを出し入れする搬送系（図示省略）とを備える。
【００２１】
排気系２２は、真空ポンプや自動圧力制御器（ＡＰＣ：Auto Pressure Controller）等を備えて処理室２１を所望の圧力（真空状態）に制御する。イオン源２３は、イオンビームをターゲットＴ１に向けて放出するイオン銃およびイオンを引き出す電源等を備える。ターゲットホルダ２５は、ステンレス鋼等で形成され、表面にターゲットＴ１がネジ等で固定して取り付けられ、内部に水を循環させてターゲットＴ１を冷却する（図２（ｃ）参照）。スパッタ装置２０においては、ターゲットホルダ２５は、四角柱形状（図１においては正方形）の基台の４面それぞれに設けられ、ターゲットＴ１を４枚まで取り付けることができ、基台を回転することで、処理室２１を開放することなく所望のターゲットＴ１を被処理体Ｗ（ワークステージ２７）およびイオン源２３に対向させて膜材料とすることができる。ワークステージ２７は、被処理体ＷをターゲットＴ１に対向させて載置する。予備室は、処理室２１への被処理体Ｗの出し入れの際の、処理室２１の真空状態や雰囲気の変化を抑制するために設けられて、処理室２１の排気系２２とは別の排気系等で圧力を制御される。
【００２２】
スパッタ装置２０によるスパッタリングおよび成膜について説明する。スパッタ装置２０には、金属材料からなるターゲットＴ１とウェハ等の被処理体Ｗが、それぞれ図１に示す所定の位置に載置されている。排気系２２およびマスフローコントローラ２４により１０-4Ｔｏｒｒ程度に減圧されたＡｒ雰囲気の処理室２１において、イオン源２３によりイオンビームが照射される。イオンビームはそのイオンビーム束がターゲットＴ１の表面に対して４５°傾斜して入射し、イオンがターゲットＴ１に衝突することで、表面からターゲットＴ１が粒子状となって飛散し（スパッタリング）、ターゲットＴ１に表面を対向させて載置された被処理体Ｗの表面に付着して、ターゲットＴ１と同じ金属材料からなる膜を形成する。なお、ターゲットＴ１の表面とは、スパッタリングされる側の面（スパッタリング面）を指し、この面を被処理体Ｗ等に対向させてターゲットホルダ２５に載置され、裏面がターゲットホルダ２５の表面に接触していることで冷却される。
【００２３】
したがって、イオンビームスパッタ装置２０においては、ターゲットＴ１は、イオンが衝突した領域に限定してスパッタリングされて、表面から消耗する。ターゲットＴ１の表面において、イオンのほとんどはイオンビームが入射される領域（イオンビーム入射領域Ｔ１ａ）に集中して衝突し、特にその中心すなわちイオンビーム束の中心（図２（ａ）、（ｃ）に一点鎖線で、図２（ｂ）に十字で示す）が到達する部位に最も多くかつ高速にイオンが衝突する。したがって、ターゲットＴ１は、この部位を中心としてすり鉢状に消耗するが、イオンビームスパッタ装置２０のスパッタ速度は全体として遅いため、極めて浅いすり鉢状となる（図２（ｃ）参照）。なお、イオン源２３のイオン銃から略真円のイオンビーム束が４５°傾斜してターゲットＴ１に入射するため、図２（ｂ）に示すように、イオンビーム入射領域Ｔ１ａは前記傾斜方向に長い楕円形となる。成膜面積（被処理体Ｗの大きさ）等のスパッタ装置２０の能力にもよるが、例えば直径５０ｍｍのイオンビーム束のイオンビームを照射するイオン源２３を備えるスパッタ装置２０においては、φ６ｉｎｃｈ（直径１５０ｍｍ）、板厚５ｍｍの円板形状のターゲットＴ１が使用される。また、スパッタ装置２０においては、イオンビーム束の中心がターゲットＴ１の表面の中心に到達するものとする。したがって、ターゲットＴ１は、その面内中心に最も孔が開き易いといえる。なお、ターゲットＴ１の消耗に伴い、表面の高さ位置が推移するため、厳密にはターゲットＴ１のイオンビーム束中心が到達する位置はシフトするが、その距離は十分に小さいため、位置は固定されているとみなすことができる。
【００２４】
（ターゲット終端検出器）
ターゲット終端検出器１０は、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、スパッタ装置２０のターゲットホルダ２５表面に形成された溝（凹部）２５ｃに収納されて、ターゲットホルダ２５の表面を局所的に発光させる導光体１１と、導光体１１に接続されて導光体１１を発光させる光源１２とを備える。すなわち、ターゲット終端検出器１０は投光手段であるといえる。
【００２５】
導光体１１はその外形を線状や棒状に形成され、ターゲットＴ１の裏面に沿うように、すなわちターゲットホルダ２５の表面に沿って配置され、さらにターゲットホルダ２５の外側へ延設されて、その一端に光源１２が接続される。導光体１１は、光源１２からの光を長さ方向に伝搬させて、ターゲットホルダ２５の表面から光を放出し、取り付けられているターゲットＴ１の裏面に向けて光を照射する（図２（ｃ）参照）。したがって、導光体１１は、光を伝搬させ、かつ放出するように構成され、ガラス、樹脂、石英等の透光性を有して処理室２１の環境において耐久性を有する材料で形成され、その形状は、丸棒状、角棒状、または管状が好ましく、中空でもよいがコア・クラッド構造の光ファイバが特に好ましい。
【００２６】
導光体１１が管状である（図２（ｃ）参照）場合は光が管の内部（コア）を長さ方向に進行するため、光源１２から光が効率的に伝搬される。そして、ターゲットホルダ２５の表面から光が漏れる（照射される）ように、この領域（発光部１１ａ、図２（ｂ）参照）における導光体１１の表面を粗面化して用いることができる。導光体１１は、反対に、前記領域以外すなわち発光させる必要のない領域、例えば光源１２から当該導光体１１の発光部１１ａへの光の経路（導光部１１ｂ、図２（ｂ）参照）においては、処理室２１に光が漏出しないように表面を被覆することが好ましい。
【００２７】
また、本実施形態においては、図２（ｂ）に示すように、導光体１１は直線状に形成されてターゲットＴ１の面内中心を通る直線に沿って設けられているが、これに限られず、ターゲットホルダ２５の裏面を曲線状に沿うように形成されてもよいし、軟質の材料を適用したり細く（径を小さく）して、可撓性を有して自在に曲げられるように形成されてもよい。ただし、後記するように、導光体１１は、少なくともターゲットＴ１の最も薄肉化の進行が速い部位すなわち面内中心の直下に配置されるようにする。また、導光体１１は、例えば、発光部１１ａに石英棒、導光部１１ｂに可撓性を有する光ファイバ等、異なる材料を接続して形成されてもよい。
【００２８】
このようなターゲット終端検出器１０を搭載されるために、スパッタ装置２０において、ターゲットホルダ２５は、その表面に導光体１１の形状に合わせて溝２５ｃが形成される。なお、ターゲット終端検出器１０の構成の説明において、上下とはターゲットＴ１の板厚方向（図２（ｃ）における上下）を指し、平面とはターゲットＴ１の表面（スパッタリング面）に平行な面を指す。
【００２９】
導光体１１の大きさは特に規定されないが、ターゲットホルダ２５の表面から十分な量の光を放出でき、一方、ターゲットホルダ２５の水冷系によるターゲットＴ１の冷却を妨げないように、径（外径）は１〜数ｍｍ程度が好ましい。導光体１１の長さは、スパッタ装置２０における光源１２の位置に応じて設定すればよく、また、本実施形態においては、平面視で導光体１１の両端がターゲットホルダ２５から突出して設けられているが、ターゲットホルダ２５の溝２５ｃに収納される領域の長さは規定されず、少なくともターゲットＴ１の最も薄肉化の進行が速い（光を透過する厚さに最初に到達する）と予測される部位の直下から光を放出できるように発光部１１ａを形成する。このような部位は、前記した通り、ターゲットＴ１の、イオンビームのイオンビーム束中心が到達する面内中心であるが、本実施形態に係るターゲット終端検出器１０は、導光体１１を、かかる一点だけでなく、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、この点を含んでイオンビーム入射領域Ｔ１ａを横切る直線、特に楕円形であるイオンビーム入射領域Ｔ１ａの長軸の直下に設ける。
【００３０】
光源１２はＬＥＤ電球等の公知の発光手段を適用でき、導光体１１の大きさ（径）や、ターゲットホルダ２５の表面で発光させる（ターゲットＴ１の裏面に照射する）光の量に応じて、出力や大きさ等の仕様が選択される。本実施形態においては、光源１２はターゲットホルダ２５の外に設ける構成としたが、ターゲットホルダ２５の溝２５ｃに収納されてもよく、導光体１１は発光部１１ａのみとして直接に光源１２に接続される。この場合の光源１２は、ターゲットホルダ２５と絶縁して溝２５ｃに収納可能な大きさであることはもちろん、発熱が少なく駆動電流の小さい小出力の発光手段を適用することが好ましく、具体的にはチップＬＥＤが挙げられる。あるいはさらに、複数のチップＬＥＤで線状光源を形成して、導光体１１（発光部１１ａ）と光源１２を一体としてもよく、並列または直列に接続した複数のチップＬＥＤを溝２５ｃに収納して、両端から電源（図２（ａ）参照）の＋，−に接続する。
【００３１】
光源１２を駆動するための電源は、スパッタ装置２０の処理室２１の外に設けられ、例えば処理室２１の壁に設けた市販の電流導入端子を経由して電流を供給することができる。また、電源から光源１２に電流を供給する配線は、スパッタ装置等の真空処理室用として一般的に適用される、絶縁のためにセラミックス製の穴あきガイシを連結するように取り付けた銅線を適用すればよい。
【００３２】
図２（ｃ）を参照して、本実施形態に係るターゲット終端検出器１０による、ターゲットＴ１の使用限界（終端）検出方法を説明する。
ターゲットホルダ２５上のターゲットＴ１が、導光体１１が配置された領域（図２（ｃ）における導光体１１の直上）において十分に厚い場合は、金属製のターゲットＴ１は厚さ方向に光を透過しないため、導光体１１から発光する光は、ターゲットＴ１に遮られてターゲットＴ１の表面の側（図２（ｃ）における上）で検知することはできない。スパッタ装置２０による処理回数が累積されて、前記したようにターゲットＴ１がイオンビームのイオンビーム束中心を最深部としたすり鉢状に減肉して（図２（ｃ）右の拡大図に破線で示す）、導光体１１の直上において光を透過する厚さ、具体的には５０ｎｍ程度以下になった部位が発生すると、ターゲットＴ１のこの部位を、導光体１１が発光した光が透過して、ターゲットＴ１の表面の側で検知されるようになる。
【００３３】
前記した通り、導光体１１は、ターゲットＴ１の最も薄肉化した部位（最薄部）となり易い面内中心の直下に設けられるが、この中心だけでなく直線状に設けられることで、ターゲットＴ１の最薄部が導光体１１の長さ方向に沿ってずれた場合であれば、この最薄部が光を透過する厚さになり次第、検知可能となる。また、ターゲットＴ１の最薄部が導光体１１の直上からずれた場合であっても、前記した通り、ターゲットＴ１は極めて浅いすり鉢状に減肉するため、面内位置のずれによる板厚の差は小さく、ずれが大きくなければ、最薄部に孔が開くよりも十分に早い時点で導光体１１の直上で光を透過する厚さとなって、検知可能となる。なお、本実施形態においては導光体１１を１本備える構成としたが、ターゲットＴ１の冷却を妨げない範囲で２本以上設けて、ターゲットＴ１の減肉形状の面内におけるずれに適応させてもよい（後記第２実施形態参照）。
【００３４】
ターゲットＴ１を透過した光を検知するために、例えば図１に示すように、スパッタ装置２０の処理室２１の壁にガラス板等を嵌めこんだ窓２１ａを設けて、処理室２１（スパッタ装置２０）の外から目視等で光を検知することができる。詳しくは、処理室２１の壁の、ターゲットＴ１の表面を観察することができる位置に窓２１ａを設ける。また、処理室２１には、ターゲット終端検出器１０の導光体１１が発光する光以外の光（外光等）ができるだけ存在しない状態として、ターゲットＴ１を透過した光が検知され易いようにする。窓２１ａから処理室２１を覗いて、取り付けられているターゲットＴ１の表面の一部（イオンビーム入射領域Ｔ１ａにおける１点）が光って見えるようになるとターゲットＴ１が使用限界に到達したと判定することができる。
【００３５】
このような検査は、常時行い続ける（モニタリングする）必要はなく、例えば新たな被処理体Ｗをワークステージ２７上に搬入して成膜を開始する前にその度に検査を行ってもよいし、さらには所定数の被処理体Ｗに成膜する度に検査を行ってもよい。特にイオンビームスパッタ装置２０においては、形成する膜の厚さが２００ｎｍ以下、特に薄い場合は１ｎｍ未満であり、１回の成膜によるターゲットＴ１の消費量が極めて少ないため、ターゲットＴ１が最薄部において光を透過する厚さ（５０ｎｍ程度以下）になっても、厚さが０になる（孔が開く）までは、ある程度の回数（成膜条件等による）を処理することができる。したがって、導光体１１も常時発光している必要はなく、検査時に手動または自動で光源１２を点灯させればよい。また、図１に示すように複数のターゲットホルダ２５を備えたスパッタ装置２０においては、それぞれのターゲットホルダ２５に溝２５ｃが形成されてターゲット終端検出器１０を備え、使用する（被処理体Ｗに対向している）ターゲットＴ１が取り付けられたターゲットホルダ２５におけるターゲット終端検出器１０の光源１２のみを点灯させるように構成することが好ましい。
【００３６】
このように、第１実施形態に係るターゲット終端検出器は、スパッタ装置のターゲットホルダ表面に所定の形状の溝を形成するだけで搭載することができ、既存のイオンビームスパッタ装置に容易に適用することができる。特に、処理室には光源等の投光手段とその駆動電流を供給するための配線のみを設ければよいので、当該スパッタ装置における処理（スパッタリングおよび成膜）の妨げにならないように搭載することができる。また、ターゲット終端検出器の導光体を設ける位置すなわちターゲットホルダの溝を形成する位置は、イオンビーム入射領域に対応して設定されるため、当該スパッタ装置において原則的に固定されているといえ、簡素な構造で確実にターゲットの使用限界を検出することができる。さらに第１実施形態に係るターゲット終端検出器によれば、ターゲットが光を透過する厚さ５０ｎｍ程度に薄肉化した段階で使用限界として検出されるため、孔の開く直前までターゲットの使用を継続でき、コスト低減および生産性向上の効果が得られる。
【００３７】
（変形例）
第１実施形態の変形例に係るターゲット終端検出器について説明する。本変形例は、前記第１実施形態と同じイオンビームスパッタ装置２０（図１参照）に設けられ、熱伝導率の低い焼結材料や、絶縁性の材料からなるターゲットＴ２の使用限界を検出するターゲット終端検出器１０である。このような低熱伝導性または絶縁性のターゲットＴ２は、一般的に、その裏面に銅等の金属製のバッキングプレート（スパッタ源載置部材）２６が予め接着され、バッキングプレート２６ごとターゲットホルダ２５に取り付けられる。したがって、導光体１１をターゲットホルダ２５の表面で発光させてもターゲットＴ２の裏面に光を照射することができない。そこで、本変形例に係るターゲット終端検出器１０は、以下の態様で使用される。なお、本変形例に係るターゲット終端検出器１０は、その使用態様が異なるだけであり、第１実施形態と同様に導光体１１およびこれに接続された光源１２を備え、各要素の構成（材質、形状等）も第１実施形態と同一であるので説明を省略する。
【００３８】
本変形例に係るターゲット終端検出器１０は、図２（ｄ）に示すように、バッキングプレート２６の表面（ターゲットＴ２の裏面が接着される面）に導光体１１が配置されて、ターゲットＴ２の裏面に光を照射する。すなわち、ターゲット終端検出器１０を搭載するために、バッキングプレート２６は、図２（ｃ）右の拡大図に示すように、ターゲットＴ２が接着される前に溝（凹部）２６ｃが表面に形成されている。溝２６ｃの形状や面内位置等は、図２（ｂ）に示す第１実施形態におけるターゲットホルダ２５の溝２５ｃと同様であるため、説明を省略する。そして、この溝２６ｃにより、接着されたターゲットＴ２とバッキングプレート２６との間に細い穴（隙間）が形成されるため、本変形例においては、ターゲットＴ２をターゲットホルダ２５に取り付ける際に、前記の穴に導光体１１を差し込んで通せばよく、これによりターゲット終端検出器１０が搭載される。なお、バッキングプレート２６とターゲットＴ２との間の細い穴に導光体１１を通すため、バッキングプレート２６表面における溝２６ｃの形状は直線状等の通し易いものとしたり、曲線状の場合は導光体１１を変形可能な構成とすることが好ましい。
【００３９】
本変形例に係るターゲット終端検出器１０は、第１実施形態と同様に導光体１１がターゲットＴ２の裏面に光を照射するので、ターゲットＴ２の使用限界（終端）検出方法およびターゲットＴ２を透過した光を検知する方法は第１実施形態と同様であり、説明を省略する。
【００４０】
なお、透光性を有する材料からなるターゲットは、板厚が使用限界に到達するよりも厚い状態で、さらにはスパッタ装置２０への取り付け時（新品）でも光が透過するため、ターゲット終端検出器１０による終端検出は困難である。ただし、光をある程度吸収する（透過率が１００％に対して十分に低い）材料であれば、光の量を検出（測定）可能な受光手段を備えて（図示省略）、ターゲットを透過した光の量により、ターゲットの厚さを計測することができる。そこで、ターゲットの使用限界となる厚さに相当する光の量を閾値として設定することにより、使用限界を検出することができる。あるいはさらにターゲットの材料について透過率の低い波長の光源を適用してもよい。
【００４１】
このように、変形例を含めて第１実施形態に係るターゲット終端検出器１０は、金属材料、絶縁材料のいずれの材料からなるターゲットＴ１，Ｔ２について、その使用限界を検出することができる。さらに図２（ｄ）に示すように、溝２５ｃが形成されたターゲットホルダ２５に、同じく溝２６ｃが形成されたバッキングプレート２６に接着されたターゲットＴ２を取り付けても何ら問題はない。したがって、ターゲット終端検出器１０は、ターゲットホルダ２５の溝２５ｃから導光体１１を取り外し可能に構成すれば、ターゲットの種類（材料）に応じて、導光体１１を取り付ける（差し込む）溝２５ｃ，２６ｃを替えて適用することができる。
【００４２】
〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態に係るスパッタ源終端検出機構について、図３および図４を参照して詳細に説明する。本発明の第２実施形態に係るターゲット終端検出器（スパッタ源終端検出機構）１０Ａは、既存のマグネトロンスパッタ装置３０に設けられて、ターゲット（スパッタ源）Ｔ３が使用継続困難な残量になったことを検出する。まず、マグネトロンスパッタ装置（以下、適宜スパッタ装置）３０の構成について説明する。
【００４３】
（マグネトロンスパッタ装置）
スパッタ装置３０は、公知のプレーナ型マグネトロンスパッタ装置であり、その一例として図３に示すように、処理室（真空処理室、チャンバ）３１と、処理室３１を真空（減圧）状態に排気する排気系３２と、プラズマ種としてＡｒガス等を供給するマスフローコントローラ（ＭＦＣ）３４と、ターゲットＴ３の裏側に設けられて近傍に磁場を発生させる磁石（磁場発生源）３３と、ターゲットＴ３を載置するターゲットホルダ（スパッタ源ホルダ、スパッタ源載置部材）３５と、被処理体Ｗを載置するワークステージ３７と、スパッタ電源３８と、を備える。
【００４４】
排気系３２、ワークステージ３７は、それぞれ第１実施形態におけるスパッタ装置２０の排気系２２、ワークステージ２７と同様の構成であり、また、スパッタ装置３０は、スパッタ装置２０と同様に予備室および搬送系（図示省略）を備え、これらについては説明を省略する。磁石３３は、永久磁石であり、ターゲットＴ３の面内において（平面視にて）同心円状に、中心部に円柱形状のＮ極を、このＮ極を囲んで円環形状のＳ極を、それぞれ配置して構成される（図４（ａ）参照）。ターゲットホルダ３５は、磁石３３を内包し、また第１実施形態におけるターゲットホルダ２５と同様に、ターゲットＴ３がネジ等で固定して取り付けられ、内部に水を循環させてターゲットＴ３を冷却する（図４（ｃ）参照）。スパッタ電源３８は、陽極をワークステージ３７（被処理体Ｗ）に、陰極をターゲットホルダ３５（ターゲットＴ３）に、それぞれ接続する。
【００４５】
スパッタ装置３０によるスパッタリングおよび成膜について説明する。スパッタ装置３０には、金属材料からなるターゲットＴ３とウェハ等の被処理体Ｗが、それぞれ図３に示す所定の位置に載置されている。排気系３２およびマスフローコントローラ３４により１０-3Ｔｏｒｒ程度に減圧されたＡｒ雰囲気の処理室３１において、スパッタ電源３８により所定の電圧が印加される。磁石３３により発生する磁場により、磁力線に沿って電子が螺旋状に運動し、この電子の近傍にプラズマが発生してターゲットＴ３が表面からスパッタリングされ、陽極に帯電した被処理体Ｗの表面に付着して、ターゲットＴ３と同じ金属材料からなる膜を形成する（図４（ａ）、（ｃ）参照）。
【００４６】
したがって、マグネトロンスパッタ装置３０においては、ターゲットＴ３は、プラズマが発生した領域に限定してスパッタリングされ、さらにプラズマの濃度が高いほどその進行が速く、より多く消耗する。プラズマは、磁場が強いほど多く発生するので、磁石３３の上方におけるＮ極とＳ極との中間領域、すなわち平面視でＮ極とＳ極との中間線が形成する円（円周）に沿ったドーナツ形状（円環状）に集中して発生する。その結果、ターゲットＴ３は、スパッタリングにより平面視にて前記プラズマの発生した領域と同じ円環状の領域（プラズマ発生領域Ｔ３ａ、図４（ａ）、（ｂ）参照）が減肉して消耗し、プラズマ発生領域Ｔ３ａの中でも特にプラズマの濃度が高い前記の中心線である円（図４（ｂ）に二点鎖線で示す）の円周上に最も孔が開き易いといえる。１つの円の円周上においては、減肉は略均等に進行すると予測され、したがって、ターゲットＴ３においては、第１実施形態におけるイオンビームスパッタ装置２０によるスパッタリングと異なり、最薄部を点で予測することが困難である。
【００４７】
さらに、マグネトロンスパッタ装置３０はスパッタ速度が速いため、いっそう確実な使用限界（終端）の検出が要求される。一方、磁石３３のスパッタ装置３０における位置が固定され、すなわち磁石３３のターゲットＴ３に対する相対位置が固定されていることから、第１実施形態と同様に、スパッタ装置毎にターゲットの予測される最薄部が固定されているといえる。これに基づき、第２実施形態に係るターゲット終端検出器は以下のように構成される。
【００４８】
（ターゲット終端検出器）
ターゲット終端検出器１０Ａは、第１実施形態に係るターゲット終端検出器１０と同様の導光体１１および光源１２からなる投光手段を備え、さらに図４（ａ）、（ｃ）に示すように、スパッタ装置３０のターゲットホルダ３５表面に溝（凹部）３５ｃが形成されて、導光体１１が収納されているので、導光体１１周辺における断面構造（図４（ｃ）右の拡大図）はターゲット終端検出器１０とほぼ同じである（図２（ｃ）参照）。すなわち、ターゲット終端検出器１０Ａは、導光体１１がターゲットＴ３の裏面に向けて光を照射し、ターゲットＴ３が、導光体１１の直上において光を透過する厚さ（５０ｎｍ程度以下）に薄肉化すると、導光体１１が発光した光が透過して、ターゲットＴ３の表面（スパッタリング面）の側で検知されるようになる。
【００４９】
前記した通り、マグネトロンスパッタ装置３０においては、ターゲットＴ３の最薄部は円周上に連続して存在する。したがって、第１実施形態に係るターゲット終端検出器１０と同様に、ターゲットＴ３の面内中心を含む直線状に導光体１１を設けた場合（図２（ｂ）参照）、円環形状のプラズマ発生領域Ｔ３ａの２箇所に均等に、導光体１１が当該プラズマ発生領域Ｔ３ａを径方向に沿って横切るように設けられる。ターゲットＴ３が、かかる導光体１１の直上におけるいずれかの部位で光を透過する厚さに薄肉化すると終端を検出でき、ターゲットＴ３のスパッタ速度が円周方向において偏っていなければ、ターゲットＴ３に孔が開く前に検出することができる。
【００５０】
本実施形態に係るターゲット終端検出器１０Ａは、次のように構成されることで、終端検出精度をより高いものにする。図４（ｂ）に示すように、ターゲット終端検出器１０Ａは、２本の導光体１１，１１を略９０°に湾曲させて、平面視において十字の交点部分を欠いた形状にターゲットホルダ３５に配置する。また、導光体１１，１１のそれぞれに光源１２，１２が接続され、２本の導光体１１，１１を同時に発光させる。このような構成とすることで、円環形状のプラズマ発生領域Ｔ３ａの４箇所に均等に、導光体１１が当該プラズマ発生領域Ｔ３ａを径方向に沿って横切るように設けられ、プラズマ発生領域Ｔ３ａにおける観測点が多くなり、検出精度が向上する。導光体１１の本数および平面視形状はこれに限られず、ターゲットホルダ３５の水冷系によるターゲットＴ３の冷却を妨げない範囲で、導光体１１を配置すればよい。また、本実施形態では、導光体１１，１１のそれぞれに光源１２，１２を接続したが、例えば光ファイバ（導光部１１ｂ（図２（ｂ）参照））を介して、１つの光源１２で２本以上の導光体１１を発光させてもよい。
【００５１】
ターゲットＴ３を透過した光を検知するために、第１実施形態（図１参照）と同様に、スパッタ装置３０の処理室３１に窓を設けて、処理室３１の外から目視等で光を検知してもよいが、本実施形態では、ターゲット終端検出器１０Ａは、図３に示すように、光検出器（受光手段）１３を処理室３１に配置してさらに備える。
【００５２】
光検出器１３は、ターゲットＴ３を透過した光を検知可能であって、高濃度のプラズマに曝されたり被処理体Ｗへの成膜の妨げにならない位置に配置されることが好ましい。光検出器１３は、公知の受光素子を適用することができ、この受光素子に膜材料が付着しないようにスパッタ装置３０の外部からの信号にて開閉可能なシャッタを備える（図示省略）。あるいは、光検出器１３は移動手段を備えて（図示省略）、検査時にターゲットＴ３の表面に対向するように移動されてもよい。光検出器１３の受光素子およびシャッタの駆動電流は、光源１２と同様に、第１実施形態で説明した方法で処理室３１の外から供給することができる。受光素子はターゲットＴ３を透過した光を検知すると、外部の表示手段（図示省略）へ信号を送信して、ターゲットＴ３が使用限界に到達したことを通知する。
【００５３】
このような検査は、第１実施形態と同じく常時行い続ける（モニタリングする）必要はなく、また、光検出器１３の受光素子に膜材料が付着しないように、スパッタ装置３０の処理中はシャッタを閉じて受光素子を覆っているため、検査を行うことはできない。すなわち、第１実施形態と同様に、所定数（１以上）の被処理体Ｗに成膜する度に検査を行えばよく、検査に合わせて光源１２を点灯させ、光検出器１３の受光素子に駆動電流を供給し、シャッタを開ければよい。この一連の操作は、プログラム等により、被処理体Ｗの搬送時等に合わせて自動的に行われるようにしてもよい。さらに、光検出器１３の受光素子が光を検知して信号を送信したら、新たな被処理体Ｗの処理を行わない（処理室３１への搬入を止める）ように設定してもよい。なお、このような光検出器１３および一連の操作等は、第１実施形態におけるイオンビームスパッタ装置２０に搭載したターゲット終端検出器１０（図１参照）においても適用することができる。
【００５４】
このように、第２実施形態に係るターゲット終端検出器は、ターゲットが複雑な形状に減肉して消耗するマグネトロンスパッタ装置に適用して、ターゲットの使用限界を検出することができ、第１実施形態に係るターゲット終端検出器と同様に、既存のスパッタ装置に容易に搭載して、コスト低減および生産性向上の効果が得られる。また、ターゲット終端検出器の導光体の数や位置を工夫することで、終端検出精度を高くすることができる。また、ターゲットを透過した光を検知する光検出器を処理室に備えることで、ターゲットからより近い位置で光を検知することができ、より微弱な光を検知して早期に使用限界を検出することができる。
【００５５】
以上、本発明に係るターゲット終端検出器を実施するための実施形態について述べてきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１０ ターゲット終端検出器（スパッタ源終端検出機構、投光手段）
１０Ａ ターゲット終端検出器（スパッタ源終端検出機構）
１１ 導光体
１２ 光源
１３ 光検出器（受光手段）
２０ イオンビームスパッタ装置（スパッタ装置）
２１ 処理室
２１ａ 窓
３０ マグネトロンスパッタ装置（スパッタ装置）
３１ 処理室
３３ 磁石（磁場発生源）
２５，３５ ターゲットホルダ（スパッタ源ホルダ、スパッタ源載置部材）
２５ｃ，３５ｃ 溝（凹部）
２６ バッキングプレート（スパッタ源載置部材）
２６ｃ 溝（凹部）
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３ ターゲット（スパッタ源）
Ｗ 被処理体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタ装置にてスパッタ源が消費されて終端に至る前にこれを検出するスパッタ源終端検出機構、およびこれを備えるスパッタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マグネトロンスパッタ装置やイオンビームスパッタ装置等のスパッタ装置は、金属等の薄膜を膜厚の精度よく成膜する装置として、半導体装置製造等に広く使用されている。スパッタ装置の処理室には、表面に膜を被覆される被処理体の他に、膜材料となるスパッタ源（ターゲット）が載置される。スパッタ源は、スパッタ装置の種類等にもよるが、厚さ数〜数十ｍｍの板状で、表面が被処理体に対向するように、スパッタ装置のスパッタ源ホルダ等に固定して載置される。スパッタ源は、スパッタ処理により飛散して被処理体に付着して膜を形成するために板厚方向に漸減し、消耗品として、スパッタ装置にてある程度の数の被処理体を処理したら新しいものに交換される。
【０００３】
スパッタ源が消費過多により少なくとも一部が欠損した状態（板厚０）、具体的には孔が開いた状態でスパッタ装置を稼動すると、前記欠損した領域からスパッタ源ホルダ等の材料が飛散して異物となるため、スパッタ源はかかる状態となる前に交換される必要がある。ここで、スパッタ装置により成膜される膜は厚くても数百ｎｍ程度、薄い膜では１ｎｍ未満であり、１回の処理（１つの被処理体への成膜）によるスパッタ源の消費量は極めて少ない。そのため、通常、スパッタ装置に搬送機構が設けられて、処理室を大気開放（以下、単に開放という）することなく交換される被処理体と異なり、スパッタ源は処理室を開放して人手にて交換されることが一般的である。スパッタ源のコストと共に交換作業による生産性の低下を抑えるため、スパッタ源は使用継続不可能となる（板厚０になる）直前まで使用されることが好ましい。
【０００４】
しかし、スパッタ装置は、その種類により、スパッタ源の面内における特定の部位を多く消費して局所的に薄肉化させるものが多く、処理室の外から目視にてスパッタ源の消費状態を観察することは困難であり、スパッタ源の板厚をノギス等の測定器具にて機械的に計測することになって、スパッタ源の交換時と同様に処理室を開放することには変わらない。したがって、スパッタ装置の処理回数等により、経験的にスパッタ源の交換時期を設定していることが一般的である。この時期は、スパッタ源の交換の真に必要な時期までに相当な余裕を加味して設定されることが多いため、前記スパッタ源のコストおよび交換作業による生産性の低下を抑えるためには、処理室を開放することなく、スパッタ源が使用限界（終端）に到達したことを検知可能にすることが要求される。
【０００５】
前記した通り、スパッタ源は局所的に薄肉化することから、レーザ光等をスパッタ源の表面に照射し、その反射光を受光して表面の立体的形状をモニタリングする機構をスパッタ装置に備える発明が開示されている（特許文献１，２）。詳しくは、光源、光検出器（ＣＣＤ等）、および演算処理手段（ＣＰＵ等）を備え、光源からスポット状の光（光線）を照射してスパッタ源の表面を走査し、その反射光を光検出器で受光し、演算処理手段にて光検出器においてその反射光が入射した位置等と前記光線の照射角度とから、スパッタ源の表面の立体的形状を算出し、最薄の板厚を求める。特許文献１に開示されたターゲットモニタ装置は、スパッタ装置において、被処理体を載置するステージの内部に光検出器を備え、同じくステージの内部から光線を照射しているため、処理室を開放することなく、スパッタ源の表面の立体的形状を算出することができる。特許文献２に開示されたスパッタ装置は、光源および光検出器を被処理体−スパッタ源間の領域の外に配置して備えているため、スパッタ処理中も含めて常時モニタリングすることができる。これらの機構によれば、スパッタ源の面内におけるどの部位が薄肉化しても、最薄の板厚を求めることができ、マグネトロンスパッタ装置のような、スパッタ源が複雑な形状に消耗されるスパッタ装置に好適とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２７２３８５７号公報
【特許文献２】特開平８−４１６３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１，２に記載された発明は、光線を走査させる手段や、ある程度広い面積において反射光を受光することができ、かつ反射光が入射した位置まで検出可能な光検出器を要し、ある程度複雑な構成となり、スパッタ装置の特に処理室に設けることは困難である。さらに、スパッタ源の表面の立体的形状を算出して最薄の板厚を求めるといった複雑な演算処理を要し、スパッタ源がより薄肉化するまで使用を継続しようとすると、いっそう高い精度が要求されて演算処理時間が長くなり、例えば最薄で板厚１μｍ未満になるまで使用を継続することは困難である。
【０００８】
本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、簡素な構成として、既存のスパッタ装置に容易に搭載可能であって、スパッタ源をスパッタ装置に取り付けた状態で、孔の開く直前の使用可能な限界（終端）まで使用することが可能なスパッタ源終端検出機構、およびこれを取り付けたスパッタ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、スパッタ源が使用可能な限界に到達したときに初めてその消費状態が検出されればよいとし、主に金属からなるスパッタ源が、光を透過する厚さ５０ｎｍ程度まで薄くなっても、スパッタ処理をある程度の回数継続可能であることから、スパッタ源の一方の面に設けた光源から発光した光が反対側の面から検知可能となったときを限界と設定することに想到した。また、現在、使用されているスパッタ装置において、スパッタ源の最も消費される部位がほとんど固定化されていることに着目し、スパッタ源のこの部位に限定して光の透過を検知させることで、簡素な構成のスパッタ源終端検出機構とすることを見出した。
【００１０】
すなわち本発明に係るスパッタ源終端検出機構は、スパッタ装置の処理室に設置されているスパッタ源の裏面に光を照射する投光手段を備え、前記投光手段が、前記スパッタ装置により消費される前記スパッタ源の部位における裏側に配置されていることを特徴とする。そのために、スパッタ源が載置されたスパッタ源載置部材、すなわちスパッタ装置のスパッタ源ホルダまたは前記スパッタ源のバッキングプレートのいずれかに凹部が形成され、この凹部に前記投光手段が収納されていることが好ましい。
【００１１】
かかる構成により、スパッタ源終端検出機構は、スパッタ源の消費される部位の裏面にのみ光を照射する投光手段を備えればよいので、この投光手段を既存のスパッタ装置のスパッタ源ホルダ等の特定の部位に凹部を形成して収納するだけでよく、極めて簡素な構成となり、またスパッタ源が最薄部で光を透過するような板厚になるまで使用可能となる。
【００１２】
さらに投光手段は、前記スパッタ源載置部材の凹部に収納される部分が棒状または管状に形成されて、スパッタ源の裏面に沿って配置されていることが好ましい。かかる構成により、スパッタ源ホルダ等における投光手段の収納された領域の面積を抑えつつ、スパッタ源の裏面におけるより多くの部位に光を照射することができるので、スパッタ源ホルダに設けられた冷却機構によるスパッタ源の冷却が妨げられることなく、より確実にスパッタ源の終端を検出することができる。
【００１３】
また、投光手段は、光源と、前記光源に接続されてスパッタ源の裏面に光を照射する導光体とを備えることが好ましい。かかる構成により、光源から直接にスパッタ源の裏面に光が照射されないため、光が均等に照射される。また、スパッタ源の裏面に光を照射する部分が導光体で形成されるため、容易に所望の形状に加工されたものとなる。
【００１４】
そして本発明に係るスパッタ装置は、前記のスパッタ源終端検出機構を備え、処理室の外から前記処理室に設置されているスパッタ源の表面を観察することができる窓が前記処理室の壁に設けられていることを特徴とする。かかる構成により、スパッタ源を透過する投光手段から照射された光を、処理室の外から視認することができるため、処理室を開放せずにスパッタ源の終端を検出することができる。
【００１５】
また、本発明に係るスパッタ装置は、前記のスパッタ源終端検出機構と、被処理体への処理に影響しない位置に配置された受光手段とを備える、あるいは前記のスパッタ源終端検出機構が前記の受光手段をさらに備えることを特徴とする。この受光手段は、処理室に設置されているスパッタ源を透過する投光手段から照射された光を検出する。かかる構成により、処理室を開放せずにスパッタ源の終端を検出することができる。
【００１６】
さらに、本発明に係るスパッタ装置が、スパッタ源の表面にイオンビームを照射するイオンビームスパッタ装置である場合は、投光手段が、前記イオンビームが入射する前記スパッタ源の領域における裏面に光を照射すればよい。また、本発明に係るスパッタ装置が、磁場発生源を備えるマグネトロンスパッタ装置である場合は、投光手段が、前記磁場発生源から発生する磁場の強い領域における前記スパッタ源の裏面に光を照射すればよい。このように、スパッタ装置の種類により、スパッタ源の消費される部位が決定されるので、スパッタ源終端検出機構においては、投光手段を特定の領域に固定して配置することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るスパッタ源終端検出機構は、簡素な構成として既存のスパッタ装置に容易に搭載することができる。また、本発明に係るスパッタ装置は、既存のスパッタ装置を容易にかつ安価に転用して得られる。そして、これらのスパッタ装置によれば、スパッタ源を孔が開く直前まで安定して使用できるので、スパッタ源自体のコストが低減され、またスパッタ源の交換に要する作業頻度が減少するため、生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態において適用されるイオンビームスパッタ装置の概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るスパッタ源終端検出機構を説明する模式図で、図１に示すスパッタ源周辺の拡大図に相当し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ａ）および（ｂ）のＡ−Ａ断面図、（ｄ）は変形例に係るスパッタ源終端検出機構を説明する（ｃ）に相当する断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態において適用されるマグネトロンスパッタ装置の概略図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るスパッタ源終端検出機構を説明する模式図で、図３に示すスパッタ源周辺の拡大図に相当し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ａ）および（ｂ）のＢ−Ｂ断面図ならびに（ｂ）のＣ−Ｃ拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態に係るスパッタ源終端検出機構について、図１および図２を参照して詳細に説明する。本発明の第１実施形態に係るターゲット終端検出器（スパッタ源終端検出機構）１０は、既存のイオンビームスパッタ装置２０に設けられて、ターゲット（スパッタ源）Ｔ１が使用継続困難な残量になったことを検出する。まず、イオンビームスパッタ装置（以下、適宜スパッタ装置）２０の構成について説明する。
【００２０】
（イオンビームスパッタ装置）
スパッタ装置２０は、公知のイオンビームスパッタ装置であり、その一例として図１に示すように、処理室（真空処理室、チャンバ）２１と、処理室２１を真空（減圧）状態に排気する排気系２２と、処理室２１にイオンビームを放出するイオン源２３と、イオン源２３にイオン種としてＡｒガス等を供給するマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４と、ターゲットＴ１を載置するターゲットホルダ（スパッタ源ホルダ、スパッタ源載置部材）２５と、被処理体Ｗを載置するワークステージ２７と、処理室２１と開閉可能なシャッタを隔てて接続された予備室（図示省略）と、予備室と処理室２１のワークステージ２７との間で被処理体Ｗを出し入れする搬送系（図示省略）とを備える。
【００２１】
排気系２２は、真空ポンプや自動圧力制御器（ＡＰＣ：Auto Pressure Controller）等を備えて処理室２１を所望の圧力（真空状態）に制御する。イオン源２３は、イオンビームをターゲットＴ１に向けて放出するイオン銃およびイオンを引き出す電源等を備える。ターゲットホルダ２５は、ステンレス鋼等で形成され、表面にターゲットＴ１がネジ等で固定して取り付けられ、内部に水を循環させてターゲットＴ１を冷却する（図２（ｃ）参照）。スパッタ装置２０においては、ターゲットホルダ２５は、四角柱形状（図１においては正方形）の基台の４面それぞれに設けられ、ターゲットＴ１を４枚まで取り付けることができ、基台を回転することで、処理室２１を開放することなく所望のターゲットＴ１を被処理体Ｗ（ワークステージ２７）およびイオン源２３に対向させて膜材料とすることができる。ワークステージ２７は、被処理体ＷをターゲットＴ１に対向させて載置する。予備室は、処理室２１への被処理体Ｗの出し入れの際の、処理室２１の真空状態や雰囲気の変化を抑制するために設けられて、処理室２１の排気系２２とは別の排気系等で圧力を制御される。
【００２２】
スパッタ装置２０によるスパッタリングおよび成膜について説明する。スパッタ装置２０には、金属材料からなるターゲットＴ１とウェハ等の被処理体Ｗが、それぞれ図１に示す所定の位置に載置されている。排気系２２およびマスフローコントローラ２４により１０-4Ｔｏｒｒ程度に減圧されたＡｒ雰囲気の処理室２１において、イオン源２３によりイオンビームが照射される。イオンビームはそのイオンビーム束がターゲットＴ１の表面に対して４５°傾斜して入射し、イオンがターゲットＴ１に衝突することで、表面からターゲットＴ１が粒子状となって飛散し（スパッタリング）、ターゲットＴ１に表面を対向させて載置された被処理体Ｗの表面に付着して、ターゲットＴ１と同じ金属材料からなる膜を形成する。なお、ターゲットＴ１の表面とは、スパッタリングされる側の面（スパッタリング面）を指し、この面を被処理体Ｗ等に対向させてターゲットホルダ２５に載置され、裏面がターゲットホルダ２５の表面に接触していることで冷却される。
【００２３】
したがって、イオンビームスパッタ装置２０においては、ターゲットＴ１は、イオンが衝突した領域に限定してスパッタリングされて、表面から消耗する。ターゲットＴ１の表面において、イオンのほとんどはイオンビームが入射される領域（イオンビーム入射領域Ｔ１ａ）に集中して衝突し、特にその中心すなわちイオンビーム束の中心（図２（ａ）、（ｃ）に一点鎖線で、図２（ｂ）に十字で示す）が到達する部位に最も多くかつ高速にイオンが衝突する。したがって、ターゲットＴ１は、この部位を中心としてすり鉢状に消耗するが、イオンビームスパッタ装置２０のスパッタ速度は全体として遅いため、極めて浅いすり鉢状となる（図２（ｃ）参照）。なお、イオン源２３のイオン銃から略真円のイオンビーム束が４５°傾斜してターゲットＴ１に入射するため、図２（ｂ）に示すように、イオンビーム入射領域Ｔ１ａは前記傾斜方向に長い楕円形となる。成膜面積（被処理体Ｗの大きさ）等のスパッタ装置２０の能力にもよるが、例えば直径５０ｍｍのイオンビーム束のイオンビームを照射するイオン源２３を備えるスパッタ装置２０においては、φ６ｉｎｃｈ（直径１５０ｍｍ）、板厚５ｍｍの円板形状のターゲットＴ１が使用される。また、スパッタ装置２０においては、イオンビーム束の中心がターゲットＴ１の表面の中心に到達するものとする。したがって、ターゲットＴ１は、その面内中心に最も孔が開き易いといえる。なお、ターゲットＴ１の消耗に伴い、表面の高さ位置が推移するため、厳密にはターゲットＴ１のイオンビーム束中心が到達する位置はシフトするが、その距離は十分に小さいため、位置は固定されているとみなすことができる。
【００２４】
（ターゲット終端検出器）
ターゲット終端検出器１０は、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、スパッタ装置２０のターゲットホルダ２５表面に形成された溝（凹部）２５ｃに収納されて、ターゲットホルダ２５の表面を局所的に発光させる導光体１１と、導光体１１に接続されて導光体１１を発光させる光源１２とを備える。すなわち、ターゲット終端検出器１０は投光手段であるといえる。
【００２５】
導光体１１はその外形を線状や棒状に形成され、ターゲットＴ１の裏面に沿うように、すなわちターゲットホルダ２５の表面に沿って配置され、さらにターゲットホルダ２５の外側へ延設されて、その一端に光源１２が接続される。導光体１１は、光源１２からの光を長さ方向に伝搬させて、ターゲットホルダ２５の表面から光を放出し、取り付けられているターゲットＴ１の裏面に向けて光を照射する（図２（ｃ）参照）。したがって、導光体１１は、光を伝搬させ、かつ放出するように構成され、ガラス、樹脂、石英等の透光性を有して処理室２１の環境において耐久性を有する材料で形成され、その形状は、丸棒状、角棒状、または管状が好ましく、中空でもよいがコア・クラッド構造の光ファイバが特に好ましい。
【００２６】
導光体１１が管状である（図２（ｃ）参照）場合は光が管の内部（コア）を長さ方向に進行するため、光源１２から光が効率的に伝搬される。そして、ターゲットホルダ２５の表面から光が漏れる（照射される）ように、この領域（発光部１１ａ、図２（ｂ）参照）における導光体１１の表面を粗面化して用いることができる。導光体１１は、反対に、前記領域以外すなわち発光させる必要のない領域、例えば光源１２から当該導光体１１の発光部１１ａへの光の経路（導光部１１ｂ、図２（ｂ）参照）においては、処理室２１に光が漏出しないように表面を被覆することが好ましい。
【００２７】
また、本実施形態においては、図２（ｂ）に示すように、導光体１１は直線状に形成されてターゲットＴ１の面内中心を通る直線に沿って設けられているが、これに限られず、ターゲットホルダ２５の裏面を曲線状に沿うように形成されてもよいし、軟質の材料を適用したり細く（径を小さく）して、可撓性を有して自在に曲げられるように形成されてもよい。ただし、後記するように、導光体１１は、少なくともターゲットＴ１の最も薄肉化の進行が速い部位すなわち面内中心の直下に配置されるようにする。また、導光体１１は、例えば、発光部１１ａに石英棒、導光部１１ｂに可撓性を有する光ファイバ等、異なる材料を接続して形成されてもよい。
【００２８】
このようなターゲット終端検出器１０を搭載されるために、スパッタ装置２０において、ターゲットホルダ２５は、その表面に導光体１１の形状に合わせて溝２５ｃが形成される。なお、ターゲット終端検出器１０の構成の説明において、上下とはターゲットＴ１の板厚方向（図２（ｃ）における上下）を指し、平面とはターゲットＴ１の表面（スパッタリング面）に平行な面を指す。
【００２９】
導光体１１の大きさは特に規定されないが、ターゲットホルダ２５の表面から十分な量の光を放出でき、一方、ターゲットホルダ２５の水冷系によるターゲットＴ１の冷却を妨げないように、径（外径）は１〜数ｍｍ程度が好ましい。導光体１１の長さは、スパッタ装置２０における光源１２の位置に応じて設定すればよく、また、本実施形態においては、平面視で導光体１１の両端がターゲットホルダ２５から突出して設けられているが、ターゲットホルダ２５の溝２５ｃに収納される領域の長さは規定されず、少なくともターゲットＴ１の最も薄肉化の進行が速い（光を透過する厚さに最初に到達する）と予測される部位の直下から光を放出できるように発光部１１ａを形成する。このような部位は、前記した通り、ターゲットＴ１の、イオンビームのイオンビーム束中心が到達する面内中心であるが、本実施形態に係るターゲット終端検出器１０は、導光体１１を、かかる一点だけでなく、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、この点を含んでイオンビーム入射領域Ｔ１ａを横切る直線、特に楕円形であるイオンビーム入射領域Ｔ１ａの長軸の直下に設ける。
【００３０】
光源１２はＬＥＤ電球等の公知の発光手段を適用でき、導光体１１の大きさ（径）や、ターゲットホルダ２５の表面で発光させる（ターゲットＴ１の裏面に照射する）光の量に応じて、出力や大きさ等の仕様が選択される。本実施形態においては、光源１２はターゲットホルダ２５の外に設ける構成としたが、ターゲットホルダ２５の溝２５ｃに収納されてもよく、導光体１１は発光部１１ａのみとして直接に光源１２に接続される。この場合の光源１２は、ターゲットホルダ２５と絶縁して溝２５ｃに収納可能な大きさであることはもちろん、発熱が少なく駆動電流の小さい小出力の発光手段を適用することが好ましく、具体的にはチップＬＥＤが挙げられる。あるいはさらに、複数のチップＬＥＤで線状光源を形成して、導光体１１（発光部１１ａ）と光源１２を一体としてもよく、並列または直列に接続した複数のチップＬＥＤを溝２５ｃに収納して、両端から電源（図２（ａ）参照）の＋，−に接続する。
【００３１】
光源１２を駆動するための電源は、スパッタ装置２０の処理室２１の外に設けられ、例えば処理室２１の壁に設けた市販の電流導入端子を経由して電流を供給することができる。また、電源から光源１２に電流を供給する配線は、スパッタ装置等の真空処理室用として一般的に適用される、絶縁のためにセラミックス製の穴あきガイシを連結するように取り付けた銅線を適用すればよい。
【００３２】
図２（ｃ）を参照して、本実施形態に係るターゲット終端検出器１０による、ターゲットＴ１の使用限界（終端）検出方法を説明する。
ターゲットホルダ２５上のターゲットＴ１が、導光体１１が配置された領域（図２（ｃ）における導光体１１の直上）において十分に厚い場合は、金属製のターゲットＴ１は厚さ方向に光を透過しないため、導光体１１から発光する光は、ターゲットＴ１に遮られてターゲットＴ１の表面の側（図２（ｃ）における上）で検知することはできない。スパッタ装置２０による処理回数が累積されて、前記したようにターゲットＴ１がイオンビームのイオンビーム束中心を最深部としたすり鉢状に減肉して（図２（ｃ）右の拡大図に破線で示す）、導光体１１の直上において光を透過する厚さ、具体的には５０ｎｍ程度以下になった部位が発生すると、ターゲットＴ１のこの部位を、導光体１１が発光した光が透過して、ターゲットＴ１の表面の側で検知されるようになる。
【００３３】
前記した通り、導光体１１は、ターゲットＴ１の最も薄肉化した部位（最薄部）となり易い面内中心の直下に設けられるが、この中心だけでなく直線状に設けられることで、ターゲットＴ１の最薄部が導光体１１の長さ方向に沿ってずれた場合であれば、この最薄部が光を透過する厚さになり次第、検知可能となる。また、ターゲットＴ１の最薄部が導光体１１の直上からずれた場合であっても、前記した通り、ターゲットＴ１は極めて浅いすり鉢状に減肉するため、面内位置のずれによる板厚の差は小さく、ずれが大きくなければ、最薄部に孔が開くよりも十分に早い時点で導光体１１の直上で光を透過する厚さとなって、検知可能となる。なお、本実施形態においては導光体１１を１本備える構成としたが、ターゲットＴ１の冷却を妨げない範囲で２本以上設けて、ターゲットＴ１の減肉形状の面内におけるずれに適応させてもよい（後記第２実施形態参照）。
【００３４】
ターゲットＴ１を透過した光を検知するために、例えば図１に示すように、スパッタ装置２０の処理室２１の壁にガラス板等を嵌めこんだ窓２１ａを設けて、処理室２１（スパッタ装置２０）の外から目視等で光を検知することができる。詳しくは、処理室２１の壁の、ターゲットＴ１の表面を観察することができる位置に窓２１ａを設ける。また、処理室２１には、ターゲット終端検出器１０の導光体１１が発光する光以外の光（外光等）ができるだけ存在しない状態として、ターゲットＴ１を透過した光が検知され易いようにする。窓２１ａから処理室２１を覗いて、取り付けられているターゲットＴ１の表面の一部（イオンビーム入射領域Ｔ１ａにおける１点）が光って見えるようになるとターゲットＴ１が使用限界に到達したと判定することができる。
【００３５】
このような検査は、常時行い続ける（モニタリングする）必要はなく、例えば新たな被処理体Ｗをワークステージ２７上に搬入して成膜を開始する前にその度に検査を行ってもよいし、さらには所定数の被処理体Ｗに成膜する度に検査を行ってもよい。特にイオンビームスパッタ装置２０においては、形成する膜の厚さが２００ｎｍ以下、特に薄い場合は１ｎｍ未満であり、１回の成膜によるターゲットＴ１の消費量が極めて少ないため、ターゲットＴ１が最薄部において光を透過する厚さ（５０ｎｍ程度以下）になっても、厚さが０になる（孔が開く）までは、ある程度の回数（成膜条件等による）を処理することができる。したがって、導光体１１も常時発光している必要はなく、検査時に手動または自動で光源１２を点灯させればよい。また、図１に示すように複数のターゲットホルダ２５を備えたスパッタ装置２０においては、それぞれのターゲットホルダ２５に溝２５ｃが形成されてターゲット終端検出器１０を備え、使用する（被処理体Ｗに対向している）ターゲットＴ１が取り付けられたターゲットホルダ２５におけるターゲット終端検出器１０の光源１２のみを点灯させるように構成することが好ましい。
【００３６】
このように、第１実施形態に係るターゲット終端検出器は、スパッタ装置のターゲットホルダ表面に所定の形状の溝を形成するだけで搭載することができ、既存のイオンビームスパッタ装置に容易に適用することができる。特に、処理室には光源等の投光手段とその駆動電流を供給するための配線のみを設ければよいので、当該スパッタ装置における処理（スパッタリングおよび成膜）の妨げにならないように搭載することができる。また、ターゲット終端検出器の導光体を設ける位置すなわちターゲットホルダの溝を形成する位置は、イオンビーム入射領域に対応して設定されるため、当該スパッタ装置において原則的に固定されているといえ、簡素な構造で確実にターゲットの使用限界を検出することができる。さらに第１実施形態に係るターゲット終端検出器によれば、ターゲットが光を透過する厚さ５０ｎｍ程度に薄肉化した段階で使用限界として検出されるため、孔の開く直前までターゲットの使用を継続でき、コスト低減および生産性向上の効果が得られる。
【００３７】
（変形例）
第１実施形態の変形例に係るターゲット終端検出器について説明する。本変形例は、前記第１実施形態と同じイオンビームスパッタ装置２０（図１参照）に設けられ、熱伝導率の低い焼結材料や、絶縁性の材料からなるターゲットＴ２の使用限界を検出するターゲット終端検出器１０である。このような低熱伝導性または絶縁性のターゲットＴ２は、一般的に、その裏面に銅等の金属製のバッキングプレート（スパッタ源載置部材）２６が予め接着され、バッキングプレート２６ごとターゲットホルダ２５に取り付けられる。したがって、導光体１１をターゲットホルダ２５の表面で発光させてもターゲットＴ２の裏面に光を照射することができない。そこで、本変形例に係るターゲット終端検出器１０は、以下の態様で使用される。なお、本変形例に係るターゲット終端検出器１０は、その使用態様が異なるだけであり、第１実施形態と同様に導光体１１およびこれに接続された光源１２を備え、各要素の構成（材質、形状等）も第１実施形態と同一であるので説明を省略する。
【００３８】
本変形例に係るターゲット終端検出器１０は、図２（ｄ）に示すように、バッキングプレート２６の表面（ターゲットＴ２の裏面が接着される面）に導光体１１が配置されて、ターゲットＴ２の裏面に光を照射する。すなわち、ターゲット終端検出器１０を搭載するために、バッキングプレート２６は、図２（ｃ）右の拡大図に示すように、ターゲットＴ２が接着される前に溝（凹部）２６ｃが表面に形成されている。溝２６ｃの形状や面内位置等は、図２（ｂ）に示す第１実施形態におけるターゲットホルダ２５の溝２５ｃと同様であるため、説明を省略する。そして、この溝２６ｃにより、接着されたターゲットＴ２とバッキングプレート２６との間に細い穴（隙間）が形成されるため、本変形例においては、ターゲットＴ２をターゲットホルダ２５に取り付ける際に、前記の穴に導光体１１を差し込んで通せばよく、これによりターゲット終端検出器１０が搭載される。なお、バッキングプレート２６とターゲットＴ２との間の細い穴に導光体１１を通すため、バッキングプレート２６表面における溝２６ｃの形状は直線状等の通し易いものとしたり、曲線状の場合は導光体１１を変形可能な構成とすることが好ましい。
【００３９】
本変形例に係るターゲット終端検出器１０は、第１実施形態と同様に導光体１１がターゲットＴ２の裏面に光を照射するので、ターゲットＴ２の使用限界（終端）検出方法およびターゲットＴ２を透過した光を検知する方法は第１実施形態と同様であり、説明を省略する。
【００４０】
なお、透光性を有する材料からなるターゲットは、板厚が使用限界に到達するよりも厚い状態で、さらにはスパッタ装置２０への取り付け時（新品）でも光が透過するため、ターゲット終端検出器１０による終端検出は困難である。ただし、光をある程度吸収する（透過率が１００％に対して十分に低い）材料であれば、光の量を検出（測定）可能な受光手段を備えて（図示省略）、ターゲットを透過した光の量により、ターゲットの厚さを計測することができる。そこで、ターゲットの使用限界となる厚さに相当する光の量を閾値として設定することにより、使用限界を検出することができる。あるいはさらにターゲットの材料について透過率の低い波長の光源を適用してもよい。
【００４１】
このように、変形例を含めて第１実施形態に係るターゲット終端検出器１０は、金属材料、絶縁材料のいずれの材料からなるターゲットＴ１，Ｔ２について、その使用限界を検出することができる。さらに図２（ｄ）に示すように、溝２５ｃが形成されたターゲットホルダ２５に、同じく溝２６ｃが形成されたバッキングプレート２６に接着されたターゲットＴ２を取り付けても何ら問題はない。したがって、ターゲット終端検出器１０は、ターゲットホルダ２５の溝２５ｃから導光体１１を取り外し可能に構成すれば、ターゲットの種類（材料）に応じて、導光体１１を取り付ける（差し込む）溝２５ｃ，２６ｃを替えて適用することができる。
【００４２】
〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態に係るスパッタ源終端検出機構について、図３および図４を参照して詳細に説明する。本発明の第２実施形態に係るターゲット終端検出器（スパッタ源終端検出機構）１０Ａは、既存のマグネトロンスパッタ装置３０に設けられて、ターゲット（スパッタ源）Ｔ３が使用継続困難な残量になったことを検出する。まず、マグネトロンスパッタ装置（以下、適宜スパッタ装置）３０の構成について説明する。
【００４３】
（マグネトロンスパッタ装置）
スパッタ装置３０は、公知のプレーナ型マグネトロンスパッタ装置であり、その一例として図３に示すように、処理室（真空処理室、チャンバ）３１と、処理室３１を真空（減圧）状態に排気する排気系３２と、プラズマ種としてＡｒガス等を供給するマスフローコントローラ（ＭＦＣ）３４と、ターゲットＴ３の裏側に設けられて近傍に磁場を発生させる磁石（磁場発生源）３３と、ターゲットＴ３を載置するターゲットホルダ（スパッタ源ホルダ、スパッタ源載置部材）３５と、被処理体Ｗを載置するワークステージ３７と、スパッタ電源３８と、を備える。
【００４４】
排気系３２、ワークステージ３７は、それぞれ第１実施形態におけるスパッタ装置２０の排気系２２、ワークステージ２７と同様の構成であり、また、スパッタ装置３０は、スパッタ装置２０と同様に予備室および搬送系（図示省略）を備え、これらについては説明を省略する。磁石３３は、永久磁石であり、ターゲットＴ３の面内において（平面視にて）同心円状に、中心部に円柱形状のＮ極を、このＮ極を囲んで円環形状のＳ極を、それぞれ配置して構成される（図４（ａ）参照）。ターゲットホルダ３５は、磁石３３を内包し、また第１実施形態におけるターゲットホルダ２５と同様に、ターゲットＴ３がネジ等で固定して取り付けられ、内部に水を循環させてターゲットＴ３を冷却する（図４（ｃ）参照）。スパッタ電源３８は、陽極をワークステージ３７（被処理体Ｗ）に、陰極をターゲットホルダ３５（ターゲットＴ３）に、それぞれ接続する。
【００４５】
スパッタ装置３０によるスパッタリングおよび成膜について説明する。スパッタ装置３０には、金属材料からなるターゲットＴ３とウェハ等の被処理体Ｗが、それぞれ図３に示す所定の位置に載置されている。排気系３２およびマスフローコントローラ３４により１０-3Ｔｏｒｒ程度に減圧されたＡｒ雰囲気の処理室３１において、スパッタ電源３８により所定の電圧が印加される。磁石３３により発生する磁場により、磁力線に沿って電子が螺旋状に運動し、この電子の近傍にプラズマが発生してターゲットＴ３が表面からスパッタリングされ、陽極に帯電した被処理体Ｗの表面に付着して、ターゲットＴ３と同じ金属材料からなる膜を形成する（図４（ａ）、（ｃ）参照）。
【００４６】
したがって、マグネトロンスパッタ装置３０においては、ターゲットＴ３は、プラズマが発生した領域に限定してスパッタリングされ、さらにプラズマの濃度が高いほどその進行が速く、より多く消耗する。プラズマは、磁場が強いほど多く発生するので、磁石３３の上方におけるＮ極とＳ極との中間領域、すなわち平面視でＮ極とＳ極との中間線が形成する円（円周）に沿ったドーナツ形状（円環状）に集中して発生する。その結果、ターゲットＴ３は、スパッタリングにより平面視にて前記プラズマの発生した領域と同じ円環状の領域（プラズマ発生領域Ｔ３ａ、図４（ａ）、（ｂ）参照）が減肉して消耗し、プラズマ発生領域Ｔ３ａの中でも特にプラズマの濃度が高い前記の中心線である円（図４（ｂ）に二点鎖線で示す）の円周上に最も孔が開き易いといえる。１つの円の円周上においては、減肉は略均等に進行すると予測され、したがって、ターゲットＴ３においては、第１実施形態におけるイオンビームスパッタ装置２０によるスパッタリングと異なり、最薄部を点で予測することが困難である。
【００４７】
さらに、マグネトロンスパッタ装置３０はスパッタ速度が速いため、いっそう確実な使用限界（終端）の検出が要求される。一方、磁石３３のスパッタ装置３０における位置が固定され、すなわち磁石３３のターゲットＴ３に対する相対位置が固定されていることから、第１実施形態と同様に、スパッタ装置毎にターゲットの予測される最薄部が固定されているといえる。これに基づき、第２実施形態に係るターゲット終端検出器は以下のように構成される。
【００４８】
（ターゲット終端検出器）
ターゲット終端検出器１０Ａは、第１実施形態に係るターゲット終端検出器１０と同様の導光体１１および光源１２からなる投光手段を備え、さらに図４（ａ）、（ｃ）に示すように、スパッタ装置３０のターゲットホルダ３５表面に溝（凹部）３５ｃが形成されて、導光体１１が収納されているので、導光体１１周辺における断面構造（図４（ｃ）右の拡大図）はターゲット終端検出器１０とほぼ同じである（図２（ｃ）参照）。すなわち、ターゲット終端検出器１０Ａは、導光体１１がターゲットＴ３の裏面に向けて光を照射し、ターゲットＴ３が、導光体１１の直上において光を透過する厚さ（５０ｎｍ程度以下）に薄肉化すると、導光体１１が発光した光が透過して、ターゲットＴ３の表面（スパッタリング面）の側で検知されるようになる。
【００４９】
前記した通り、マグネトロンスパッタ装置３０においては、ターゲットＴ３の最薄部は円周上に連続して存在する。したがって、第１実施形態に係るターゲット終端検出器１０と同様に、ターゲットＴ３の面内中心を含む直線状に導光体１１を設けた場合（図２（ｂ）参照）、円環形状のプラズマ発生領域Ｔ３ａの２箇所に均等に、導光体１１が当該プラズマ発生領域Ｔ３ａを径方向に沿って横切るように設けられる。ターゲットＴ３が、かかる導光体１１の直上におけるいずれかの部位で光を透過する厚さに薄肉化すると終端を検出でき、ターゲットＴ３のスパッタ速度が円周方向において偏っていなければ、ターゲットＴ３に孔が開く前に検出することができる。
【００５０】
本実施形態に係るターゲット終端検出器１０Ａは、次のように構成されることで、終端検出精度をより高いものにする。図４（ｂ）に示すように、ターゲット終端検出器１０Ａは、２本の導光体１１，１１を略９０°に湾曲させて、平面視において十字の交点部分を欠いた形状にターゲットホルダ３５に配置する。また、導光体１１，１１のそれぞれに光源１２，１２が接続され、２本の導光体１１，１１を同時に発光させる。このような構成とすることで、円環形状のプラズマ発生領域Ｔ３ａの４箇所に均等に、導光体１１が当該プラズマ発生領域Ｔ３ａを径方向に沿って横切るように設けられ、プラズマ発生領域Ｔ３ａにおける観測点が多くなり、検出精度が向上する。導光体１１の本数および平面視形状はこれに限られず、ターゲットホルダ３５の水冷系によるターゲットＴ３の冷却を妨げない範囲で、導光体１１を配置すればよい。また、本実施形態では、導光体１１，１１のそれぞれに光源１２，１２を接続したが、例えば光ファイバ（導光部１１ｂ（図２（ｂ）参照））を介して、１つの光源１２で２本以上の導光体１１を発光させてもよい。
【００５１】
ターゲットＴ３を透過した光を検知するために、第１実施形態（図１参照）と同様に、スパッタ装置３０の処理室３１に窓を設けて、処理室３１の外から目視等で光を検知してもよいが、本実施形態では、ターゲット終端検出器１０Ａは、図３に示すように、光検出器（受光手段）１３を処理室３１に配置してさらに備える。
【００５２】
光検出器１３は、ターゲットＴ３を透過した光を検知可能であって、高濃度のプラズマに曝されたり被処理体Ｗへの成膜の妨げにならない位置に配置されることが好ましい。光検出器１３は、公知の受光素子を適用することができ、この受光素子に膜材料が付着しないようにスパッタ装置３０の外部からの信号にて開閉可能なシャッタを備える（図示省略）。あるいは、光検出器１３は移動手段を備えて（図示省略）、検査時にターゲットＴ３の表面に対向するように移動されてもよい。光検出器１３の受光素子およびシャッタの駆動電流は、光源１２と同様に、第１実施形態で説明した方法で処理室３１の外から供給することができる。受光素子はターゲットＴ３を透過した光を検知すると、外部の表示手段（図示省略）へ信号を送信して、ターゲットＴ３が使用限界に到達したことを通知する。
【００５３】
このような検査は、第１実施形態と同じく常時行い続ける（モニタリングする）必要はなく、また、光検出器１３の受光素子に膜材料が付着しないように、スパッタ装置３０の処理中はシャッタを閉じて受光素子を覆っているため、検査を行うことはできない。すなわち、第１実施形態と同様に、所定数（１以上）の被処理体Ｗに成膜する度に検査を行えばよく、検査に合わせて光源１２を点灯させ、光検出器１３の受光素子に駆動電流を供給し、シャッタを開ければよい。この一連の操作は、プログラム等により、被処理体Ｗの搬送時等に合わせて自動的に行われるようにしてもよい。さらに、光検出器１３の受光素子が光を検知して信号を送信したら、新たな被処理体Ｗの処理を行わない（処理室３１への搬入を止める）ように設定してもよい。なお、このような光検出器１３および一連の操作等は、第１実施形態におけるイオンビームスパッタ装置２０に搭載したターゲット終端検出器１０（図１参照）においても適用することができる。
【００５４】
このように、第２実施形態に係るターゲット終端検出器は、ターゲットが複雑な形状に減肉して消耗するマグネトロンスパッタ装置に適用して、ターゲットの使用限界を検出することができ、第１実施形態に係るターゲット終端検出器と同様に、既存のスパッタ装置に容易に搭載して、コスト低減および生産性向上の効果が得られる。また、ターゲット終端検出器の導光体の数や位置を工夫することで、終端検出精度を高くすることができる。また、ターゲットを透過した光を検知する光検出器を処理室に備えることで、ターゲットからより近い位置で光を検知することができ、より微弱な光を検知して早期に使用限界を検出することができる。
【００５５】
以上、本発明に係るターゲット終端検出器を実施するための実施形態について述べてきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１０ ターゲット終端検出器（スパッタ源終端検出機構、投光手段）
１０Ａ ターゲット終端検出器（スパッタ源終端検出機構）
１１ 導光体
１２ 光源
１３ 光検出器（受光手段）
２０ イオンビームスパッタ装置（スパッタ装置）
２１ 処理室
２１ａ 窓
３０ マグネトロンスパッタ装置（スパッタ装置）
３１ 処理室
３３ 磁石（磁場発生源）
２５，３５ ターゲットホルダ（スパッタ源ホルダ、スパッタ源載置部材）
２５ｃ，３５ｃ 溝（凹部）
２６ バッキングプレート（スパッタ源載置部材）
２６ｃ 溝（凹部）
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３ ターゲット（スパッタ源）
Ｗ 被処理体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタ装置の処理室に設置されているスパッタ源の裏面に光を照射する投光手段を備え、
前記投光手段は、前記スパッタ装置により消費される前記スパッタ源の部位における裏側に配置されていることを特徴とするスパッタ源終端検出機構。
【請求項２】
前記スパッタ源が載置されたスパッタ源載置部材の表面に凹部が形成され、
前記投光手段は、前記凹部に収納されて、前記スパッタ源の裏側に配置され、
前記スパッタ源載置部材が前記スパッタ装置のスパッタ源ホルダまたは前記スパッタ源のバッキングプレートのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のスパッタ源終端検出機構。
【請求項３】
前記投光手段は、前記スパッタ源載置部材の凹部に収納される部分が棒状または管状に形成されて、前記スパッタ源の裏面に沿って配置されていることを特徴とする請求項２に記載のスパッタ源終端検出機構。
【請求項４】
前記投光手段は、光源と、前記光源に接続されて前記スパッタ源の裏面に光を照射する導光体と、備えることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のスパッタ源終端検出機構。
【請求項５】
前記スパッタ装置による被処理体への処理に影響しない位置に、前記スパッタ源を透過する前記投光手段から照射された光を検出する受光手段をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のスパッタ源終端検出機構。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のスパッタ源終端検出機構を備えるスパッタ装置であって、
処理室の外から前記処理室に設置されているスパッタ源の表面を観察することができる窓が、前記処理室の壁に設けられていることを特徴とするスパッタ装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のスパッタ源終端検出機構と、被処理体への処理に影響しない位置に配置された受光手段と、を備えるスパッタ装置であって、
前記受光手段は、処理室に設置されているスパッタ源を透過する前記スパッタ源終端検出機構の投光手段から照射された光を検出することを特徴とするスパッタ装置。
【請求項８】
前記スパッタ源の表面にイオンビームを照射するイオンビームスパッタ装置であって、
前記投光手段は、前記イオンビームが入射する前記スパッタ源の領域における裏面に光を照射することを特徴とする請求項６または請求項７に記載のスパッタ装置。
【請求項９】
磁場発生源を備えるマグネトロンスパッタ装置であって、
前記投光手段は、前記磁場発生源から発生する磁場の強い領域における前記スパッタ源の裏面に光を照射することを特徴とする請求項６または請求項７に記載のスパッタ装置。
【請求項１】
スパッタ装置の処理室に設置されているスパッタ源の裏面に光を照射する投光手段を備え、
前記投光手段は、前記スパッタ装置により消費される前記スパッタ源の部位における裏側に配置されていることを特徴とするスパッタ源終端検出機構。
【請求項２】
前記スパッタ源が載置されたスパッタ源載置部材の表面に凹部が形成され、
前記投光手段は、前記凹部に収納されて、前記スパッタ源の裏側に配置され、
前記スパッタ源載置部材が前記スパッタ装置のスパッタ源ホルダまたは前記スパッタ源のバッキングプレートのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のスパッタ源終端検出機構。
【請求項３】
前記投光手段は、前記スパッタ源載置部材の凹部に収納される部分が棒状または管状に形成されて、前記スパッタ源の裏面に沿って配置されていることを特徴とする請求項２に記載のスパッタ源終端検出機構。
【請求項４】
前記投光手段は、光源と、前記光源に接続されて前記スパッタ源の裏面に光を照射する導光体と、備えることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のスパッタ源終端検出機構。
【請求項５】
前記スパッタ装置による被処理体への処理に影響しない位置に、前記スパッタ源を透過する前記投光手段から照射された光を検出する受光手段をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のスパッタ源終端検出機構。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のスパッタ源終端検出機構を備えるスパッタ装置であって、
処理室の外から前記処理室に設置されているスパッタ源の表面を観察することができる窓が、前記処理室の壁に設けられていることを特徴とするスパッタ装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のスパッタ源終端検出機構と、被処理体への処理に影響しない位置に配置された受光手段と、を備えるスパッタ装置であって、
前記受光手段は、処理室に設置されているスパッタ源を透過する前記スパッタ源終端検出機構の投光手段から照射された光を検出することを特徴とするスパッタ装置。
【請求項８】
前記スパッタ源の表面にイオンビームを照射するイオンビームスパッタ装置であって、
前記投光手段は、前記イオンビームが入射する前記スパッタ源の領域における裏面に光を照射することを特徴とする請求項６または請求項７に記載のスパッタ装置。
【請求項９】
磁場発生源を備えるマグネトロンスパッタ装置であって、
前記投光手段は、前記磁場発生源から発生する磁場の強い領域における前記スパッタ源の裏面に光を照射することを特徴とする請求項６または請求項７に記載のスパッタ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２４６５０９（Ｐ２０１２−２４６５０９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１６９０７（Ｐ２０１１−１１６９０７）
【出願日】平成２３年５月２５日（２０１１．５．２５）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２５日（２０１１．５．２５）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【Ｆターム（参考）】
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