JP2014163834A - Macroparticle measurement method and measurement device, and substrate surface treatment method and surface treatment device - Google Patents

Macroparticle measurement method and measurement device, and substrate surface treatment method and surface treatment device Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a macroparticle measurement technique which evaluates a macroparticle to be generated during surface treatment more severely and quantitatively, to manage influence of the macroparticle on a substrate surface, thereby forming a thin film with excellent surface roughness.SOLUTION: A macroparticle measurement method includes: detecting optical signals from macroparticles passing through a predetermined real space area corresponding to a deposition area of a substrate, by means of optical detection means; image-processing the optical signals detected in the macroparticles to measure velocity component in a substrate direction of the macroparticles; determining the number of macroparticles passing through a unit cross section in parallel with the substrate surface in a unit time, on the basis of the measured velocity component of the macroparticles and volume of the real space area; and calculating the total sum of the number of macroparticles determined for each macroparticle, to measure occurrence state of the macroparticles.

Description

本発明は、表面処理技術において発生するマクロパーティクルの計測方法と計測装置、並びに基材の表面処理方法と表面処理装置に関する。   The present invention relates to a method and an apparatus for measuring macro particles generated in a surface treatment technique, and a surface treatment method and a surface treatment apparatus for a substrate.

基材上に膜を形成させる表面処理技術において、PVD法やCVD法などの蒸着法がよく用いられている。   In a surface treatment technique for forming a film on a substrate, a vapor deposition method such as a PVD method or a CVD method is often used.

例えば、PVD法の一種である真空アーク蒸着法は、プラズマ密度が高いため膜応力の制御が容易であり、また基材と膜との間の界面に基材と膜の混合層を形成することにより極めて密着性が高い膜を形成することができるという特徴を有している。   For example, the vacuum arc deposition method, which is a kind of PVD method, can easily control the film stress because of the high plasma density, and forms a mixed layer of the substrate and the film at the interface between the substrate and the film. Therefore, it is possible to form a film with extremely high adhesion.

この真空アーク蒸着法を用いた成膜につき、従来の真空アーク蒸着装置の構成を模式的に示した図10を用いて説明する。図10に示すように、真空チャンバー1内には、成膜材料で構成された陰極2がバッキングプレート3に保持、固定されている一方、基材4aが基材ホルダー4に保持、固定されている。   The film formation using this vacuum arc vapor deposition method will be described with reference to FIG. 10 schematically showing the configuration of a conventional vacuum arc vapor deposition apparatus. As shown in FIG. 10, in the vacuum chamber 1, a cathode 2 made of a film forming material is held and fixed on a backing plate 3, while a base material 4 a is held and fixed on a base material holder 4. Yes.

最初に、真空チャンバー1内を図示しないターボ分子ポンプ、ロータリーポンプなどの排気系によって所定の真空度にまで真空排気する。その後、図示しない直流電源から、陰極2に負電位、真空チャンバー1に正電位を印加することにより、アーク放電を開始させる。アーク放電により、真空チャンバー1内にプラズマ6が生成されて、陰極2の表面から成膜材料が蒸発して飛び出す。蒸発した成膜材料は、電源5によって負電位が印加された基材4aまで到達して、基材4aの表面に成膜される。   First, the inside of the vacuum chamber 1 is evacuated to a predetermined degree of vacuum by an exhaust system such as a turbo molecular pump or a rotary pump (not shown). Thereafter, an arc discharge is started by applying a negative potential to the cathode 2 and a positive potential to the vacuum chamber 1 from a DC power source (not shown). Plasma 6 is generated in the vacuum chamber 1 by arc discharge, and the film forming material evaporates from the surface of the cathode 2 and jumps out. The evaporated film forming material reaches the base material 4a to which a negative potential is applied by the power source 5, and is formed on the surface of the base material 4a.

このとき、カーボンなどの焼結材料やタングステンなどの高融点昇華性材料で構成された材料を陰極2に用いた場合、陰極2から火花が発生してプラズマ6の領域内を飛行することが観測され、火花の量が多くなるに伴って、成膜材料により基材4aの表面に形成された膜の表面粗度が悪化することが観測されている。   At this time, when a material composed of a sintered material such as carbon or a high melting point sublimable material such as tungsten is used for the cathode 2, it is observed that a spark is generated from the cathode 2 and flies in the region of the plasma 6. It has been observed that the surface roughness of the film formed on the surface of the base material 4a by the film forming material deteriorates as the amount of sparks increases.

この火花は、陰極2において成膜材料の蒸発と共に数ミクロン以上の巨大な粒子であるマクロパーティクル7(金属材料の場合には「ドロップレット」とも言われる)が発生してプラズマ6に混じることにより発生したものと考えられ、これらのマクロパーティクル7が基材4aの表面に飛来することにより膜の表面粗度の悪化が発生したものと考えられる。   This spark is generated when macroparticles 7 (also referred to as “droplets” in the case of metal materials), which are huge particles of several microns or more, are generated in the cathode 2 and are mixed with the plasma 6 as the film forming material evaporates. It is considered that the surface roughness of the film was deteriorated by the macro particles 7 flying on the surface of the substrate 4a.

一方、チタンやクロムなどで構成された材料を陰極2に用いた場合には、上記したような火花の発生は殆ど観測されないが、アーク放電における放電電流が大きくなるに伴って形成された膜の表面粗度の悪化が観測されることから、火花を発生しないこれらの成膜材料においても、火花を発しないマクロパーティクルが同様に発生していると考えられる。   On the other hand, when a material composed of titanium, chromium, or the like is used for the cathode 2, the occurrence of sparks as described above is hardly observed, but the film formed as the discharge current in the arc discharge increases. Since deterioration of the surface roughness is observed, it is considered that macro particles that do not emit sparks are generated in the same manner in these film-forming materials that do not generate sparks.

このように表面粗度が悪化した膜を機械部品の摺動材などに使用した場合、相手材を損傷させてしまう恐れがある。   When a film having such a deteriorated surface roughness is used as a sliding material for machine parts, the mating material may be damaged.

このため、マクロパーティクルの発生状況を常時モニターリングし、その発生状況に応じて、適宜、基材シャッターを閉じたり、放電を停止したりして、装置の運転条件を制御、管理することにより、マクロパーティクルの基材への飛来を防止して、膜の表面粗度の悪化を抑制する必要があり、そのための技術が種々提案されている。   For this reason, by constantly monitoring the occurrence status of macro particles, according to the occurrence status, by appropriately closing the base shutter or stopping the discharge to control and manage the operating conditions of the device, It is necessary to prevent the macro particles from flying to the base material and suppress the deterioration of the surface roughness of the film, and various techniques have been proposed.

例えば、特許文献1には、成膜源およびイオンビーム発生部を有する成膜装置において、2本のレーザー光を照射しその交差部を通過するマクロパーティクルについて、光学的方法などを用いて成膜源から発生するマクロパーティクルの飛行速度を検出し、検出されたマクロパーティクルの飛行速度に応じて成膜面表面をイオンビームエッチングして欠陥形成を防止する技術が示されている。   For example, in Patent Document 1, in a film forming apparatus having a film forming source and an ion beam generating unit, macro particles that irradiate two laser beams and pass through an intersection thereof are formed using an optical method or the like. A technique is disclosed in which the flying speed of macro particles generated from a source is detected, and the surface of the film formation surface is subjected to ion beam etching according to the detected flying speed of the macro particles to prevent defect formation.

しかしながら、この技術の場合、検出領域は数10μmレベルと非常に狭い領域に留まっていた。この結果、基材方向へ飛行するマクロパーティクル全粒子について厳密な評価を行うことができず、膜の表面粗度の悪化を抑制する技術としては、十分ではなかった。   However, in the case of this technique, the detection area remains in a very narrow area of several tens of μm level. As a result, strict evaluation cannot be performed for all macroparticles flying in the direction of the substrate, which is not sufficient as a technique for suppressing the deterioration of the surface roughness of the film.

そこで、特許文献2には、高周波プラズマを利用したプラズマ処理装置において、ガス排気ラインを流れる排気ガスにレーザー光を照射して、マクロパーティクルによる散乱光を広い領域に亘ってI−CCDカメラで撮像し、撮像データーを画像処理することによって撮像領域におけるマクロパーティクルの数を検出し、その結果に基づいて装置の運転条件を制御、管理する技術が示されている。   Therefore, in Patent Document 2, in a plasma processing apparatus using high-frequency plasma, the exhaust gas flowing through the gas exhaust line is irradiated with laser light, and scattered light from macro particles is imaged over a wide area with an I-CCD camera. However, there is shown a technique for detecting the number of macro particles in an imaging region by performing image processing on imaging data, and controlling and managing the operating conditions of the apparatus based on the result.

しかしながら、この技術をもってしても、マクロパーティクルの基材表面への影響を厳密かつ定量的に評価する方法として十分とは言えなかった。   However, even with this technique, it cannot be said that it is sufficient as a method for strictly and quantitatively evaluating the influence of macro particles on the substrate surface.

特開2007−63577号公報JP 2007-63577 A 特開2011−129749号公報JP 2011-129749 A

そこで、本発明は、真空アーク蒸着法などにより表面処理を行う際に発生するマクロパーティクルの発生状況をより厳密かつ定量的に評価して、マクロパーティクルが基材表面へ及ぼす影響を管理することにより、表面粗度が極めて優れた薄膜を得ることができるマクロパーティクルの計測方法と計測装置、並びに基材の表面処理方法と表面処理装置を提供することを課題とする。   Therefore, the present invention more strictly and quantitatively evaluates the occurrence state of the macro particles generated when the surface treatment is performed by a vacuum arc vapor deposition method or the like, and manages the influence of the macro particles on the substrate surface. It is an object of the present invention to provide a macroparticle measurement method and measurement apparatus, and a substrate surface treatment method and surface treatment apparatus capable of obtaining a thin film with extremely excellent surface roughness.

本発明者は、上記課題の解決について検討を行うにあたって、従来の技術では何故にマクロパーティクルの発生状況を厳密かつ定量的に評価できなかったのかについて検討した。   The present inventor examined why the generation state of macro particles could not be evaluated strictly and quantitatively by the conventional technique in examining the solution of the above-mentioned problem.

その結果、特許文献2に示された技術は、基本的に、撮像領域におけるマクロパーティクルの速度を一定と考えて、マクロパーティクルの密度と速度、および撮像領域の体積に基づいてマクロパーティクルの総数、あるいは単位断面当たりのマクロパーティクルの数を求めていたため、マクロパーティクルの発生状況を十分に評価できていなかったことが分かった。   As a result, the technique disclosed in Patent Document 2 basically assumes that the speed of the macro particles in the imaging region is constant, and the total number of macro particles based on the density and speed of the macro particles and the volume of the imaging region, Alternatively, since the number of macro particles per unit cross section was obtained, it was found that the generation state of the macro particles could not be sufficiently evaluated.

即ち、陰極から発生したマクロパーティクルは、例えば、数十m/h程度の速度で基材に向けて飛行していくが、その飛行速度は各マクロパーティクル毎に異なっている。このため、撮像領域において同時に計測されたマクロパーティクルであっても、その飛行速度によって基材の表面へ到達するまでの時間が異なり、マクロパーティクルの単位時間に基材の表面へ到達する量が変化する。   That is, the macro particles generated from the cathode fly toward the base material at a speed of, for example, about several tens of m / h, but the flying speed is different for each macro particle. For this reason, even for macro particles measured simultaneously in the imaging region, the time to reach the surface of the substrate differs depending on the flight speed, and the amount of macro particles that reach the surface of the substrate changes per unit time To do.

そして、この到達量の変化に伴って、膜の表面粗度が変化するため、マクロパーティクルの計測に際しては、各マクロパーティクルの飛行速度についても考慮する必要があることが分かった。   Then, since the surface roughness of the film changes with the change of the arrival amount, it has been found that the flight speed of each macro particle needs to be taken into account when measuring the macro particle.

即ち、基材の成膜領域に対応した所定の実空間領域において計測される各マクロパーティクルについて、速度成分を考慮することにより、単位時間に、基材表面に平行な単位断面を通過する各マクロパーティクルの数を正確に知ることができる。   That is, for each macro particle measured in a predetermined real space region corresponding to the film formation region of the substrate, each macro particle passing through the unit cross section parallel to the substrate surface in unit time by considering the velocity component You can know the number of particles accurately.

そして、マクロパーティクルの発生状況を厳密かつ定量的に評価し、その評価に基づいて表面処理装置の運転条件を制御、管理することにより、表面粗度が極めて優れた薄膜を得ることができる。   Then, a thin film with extremely excellent surface roughness can be obtained by strictly and quantitatively evaluating the generation state of the macro particles, and controlling and managing the operating conditions of the surface treatment apparatus based on the evaluation.

具体的には、実空間領域におけるi番目のマクロパーティクルについて、実空間領域の体積Vおよび各マクロパーティクルの速度成分vに基づいて、式(1)を適用することにより、単位時間に、基材表面に平行な単位断面を通過する各マクロパーティクルの数Fが速度成分も考慮した指標として求められる。 Specifically, the i-th macro particles in a real space domain, based on the velocity component v i of the volume V and the macro particles in the real space domain, by applying equation (1), the unit time, based on The number F i of each macro particle passing through a unit cross section parallel to the material surface is obtained as an index considering the velocity component.

Figure 2014163834
Figure 2014163834

そして、実空間領域において計測された全てのマクロパーティクルのそれぞれについてマクロパーティクルの数を求めると、その総和(本発明においては、これを「フラックス」と定義する)は、単位時間に、基材表面に平行な単位断面を通過するマクロパーティクルの総数となる。   Then, when the number of macro particles is calculated for each of all the macro particles measured in the real space region, the sum (in the present invention, this is defined as “flux”) The total number of macro particles that pass through a unit cross section parallel to.

具体的には、上記の式(1)で得られたFの総和を式(2)により求めることによってフラックスFが得られる。 Specifically, the flux F is obtained by calculating the equation (2) the sum of F i obtained in the above equation (1).

Figure 2014163834
Figure 2014163834

得られたフラックスFは、速度成分も加味した、単位時間に、基材表面に平行な単位断面を通過するマクロパーティクルの正確な総数であるため、このフラックスFを算出することによりマクロパーティクルの発生状況を正確に計測することができ、この結果、マクロパーティクルの基材表面への影響を正確に評価、管理することができる。   Since the obtained flux F is an accurate total number of macro particles that pass through a unit cross section parallel to the substrate surface per unit time in consideration of the velocity component, the generation of macro particles is calculated by calculating the flux F. The situation can be accurately measured, and as a result, the influence of the macro particles on the substrate surface can be accurately evaluated and managed.

そして、本発明者は、種々の実験により、フラックスFが大きくなるに伴って表面粗度が悪化した薄膜が成膜される一方、フラックFが小さくなるに伴って表面粗度が優れた薄膜が成膜されることを確認した。   The inventor has formed a thin film having a surface roughness that is deteriorated as the flux F is increased by various experiments, while a thin film having an excellent surface roughness is obtained as the flack F is decreased. It was confirmed that a film was formed.

請求項1に記載の発明は、上記の知見に基づく発明であって、
表面処理装置を用いて基材の表面処理を行う際に発生するマクロパーティクルの発生状況を計測するマクロパーティクルの計測方法であって、
基材の成膜領域に対応した所定の実空間領域を通過する前記マクロパーティクルの各々からの光信号を光検知手段を用いて検知し、
各マクロパーティクルにおいて検知された前記光信号を画像処理することによって各マクロパーティクルの基材方向への速度成分を計測し、
計測された各マクロパーティクルの速度成分と前記実空間領域の体積とに基づいて、単位時間に、基材表面に平行な単位断面を通過する各マクロパーティクルの数を求め、
さらに、各マクロパーティクル毎に求められたマクロパーティクルの数の総和を算出することにより、
前記マクロパーティクルの発生状況を計測することを特徴とするマクロパーティクルの計測方法である。
The invention according to claim 1 is an invention based on the above findings,
A macro particle measuring method for measuring the occurrence state of macro particles generated when performing surface treatment of a substrate using a surface treatment apparatus,
Detecting a light signal from each of the macro particles passing through a predetermined real space region corresponding to the film formation region of the substrate using a light detection means,
Measure the velocity component of each macro particle in the substrate direction by image processing the optical signal detected in each macro particle,
Based on the measured velocity component of each macro particle and the volume of the real space region, the number of each macro particle passing through a unit cross section parallel to the substrate surface is determined per unit time,
Furthermore, by calculating the total number of macro particles determined for each macro particle,
It is a measuring method of a macro particle characterized by measuring the generation situation of the macro particle.

本請求項の発明においては、上記したように、基材の成膜領域に対応した所定の実空間領域において各マクロパーティクルからの光信号を検出して画像処理を行っているため、実質的に、成膜に影響を与える全マクロパーティクルを対象としている。そして、単位時間に、基材表面に平行な単位断面を通過する各マクロパーティクルの数を実空間領域の体積および各マクロパーティクルの速度成分に基づいて求め、さらにその総和(フラックス)を算出している。このように、基材に到達するマクロパーティクルの総数を各マクロパーティクルの速度成分を加味して算出しているため、このフラックスを管理することにより、従来の技術に比べて、マクロパーティクルの発生状況をより正確に計測することができ、マクロパーティクルの基材表面への影響をより正確に評価、管理することができる。   In the present invention, as described above, the image processing is performed by detecting the optical signal from each macro particle in the predetermined real space region corresponding to the film forming region of the base material. All macro particles that affect film formation are targeted. Then, in a unit time, the number of each macro particle passing through the unit cross section parallel to the substrate surface is obtained based on the volume of the real space region and the velocity component of each macro particle, and the sum (flux) is calculated. Yes. In this way, the total number of macro particles that reach the substrate is calculated by taking into account the velocity component of each macro particle. By managing this flux, the occurrence of macro particles compared to the conventional technology Can be measured more accurately, and the influence of macro particles on the substrate surface can be more accurately evaluated and managed.

なお、本請求項の発明において、「光信号」としては、火花状に光るマクロパーティクルからの可視光信号だけでなく、前記した光らないマクロパーティクルから発せられる赤外光信号やレーザーなどの照射により発せられる散乱光信号なども含まれる。   In the invention of this claim, the “optical signal” is not only a visible light signal from a macro particle that shines in a spark shape, but also an irradiation with an infrared light signal or laser emitted from the non-lighting macro particle. Also includes scattered light signals that are emitted.

次に、本発明者がさらに検討を進めたところ、上記の発明に示した技術は、マクロパーティクルの粒度がほぼ同じ場合、あるいは粒度分布がほぼ一定の場合は問題なく適用することができるが、マクロパーティクルの粒度分布が変化するような場合には未だ十分ではないことが分かった。   Next, the inventors further studied, and the technique shown in the above invention can be applied without problems when the particle size of the macro particles is substantially the same or when the particle size distribution is substantially constant. It has been found that it is not enough when the particle size distribution of macro particles changes.

即ち、大きな粒度のマクロパーティクルが基材に付着すると、小さな粒度のマクロパーティクルが基材に付着した場合に比べて、表面粗度が悪化した薄膜が成膜されるため、マクロパーティクルの粒度分布が変化するような場合には、上記したマクロパーティクルの速度成分に加えて、さらに、個々のマクロパーティクルの粒度についても考慮する必要がある。   That is, when macroparticles with large particle size adhere to the substrate, a thin film with a deteriorated surface roughness is formed as compared to when macroparticles with small particle size adhere to the substrate. In such a case, it is necessary to consider the particle size of each macro particle in addition to the macro particle velocity component described above.

そこで、先ず、基材の成膜領域に対応した所定の実空間領域において計測される各マクロパーティクルについて、前記のように速度成分を考慮して、単位時間に、基材表面に平行な単位断面を通過するマクロパーティクルの数を求め、得られたマクロパーティクルの数とそのマクロパーティクルの直径の積を求める。   Therefore, first, for each macro particle measured in a predetermined real space region corresponding to the film formation region of the base material, a unit cross section parallel to the surface of the base material in a unit time in consideration of the velocity component as described above. Is obtained, and the product of the number of the obtained macro particles and the diameter of the macro particle is obtained.

具体的には、実空間領域におけるi番目のマクロパーティクルについて、実空間領域の体積Vと各マクロパーティクルの速度成分vおよび直径dに基づいて、式(3)を適用することにより、各マクロパーティクルにおいて粒度分布も考慮した指標VFが求められる。 Specifically, for the i-th macroparticle in the real space region, by applying Equation (3) based on the volume V of the real space region, the velocity component v i and the diameter d i of each macroparticle, the particle size distribution in the macro particles also considering the index VF i is determined.

Figure 2014163834
Figure 2014163834

そして、実空間領域において計測された全てのマクロパーティクルのそれぞれについて得られたVF(各マクロパーティクルの数と直径の積)を合計して、その総和(本発明においては、これを「ボリュームフラックス」と定義する)を求める。 Then, VF i (the product of the number of each macro particle and the diameter) obtained for each of all the macro particles measured in the real space region is summed, and the sum (in the present invention, this is referred to as “volume flux”). ”).

具体的には、上記の式(3)で得られたVFの総和を式(4)により求めることによってボリュームフラックスVFが得られる。 Specifically, the volume flux VF is obtained by obtaining the total sum of VF i obtained by the above equation (3) by the equation (4).

Figure 2014163834
Figure 2014163834

上記で得られたボリュームフラックスVFを用いた場合、発生しているマクロパーティクルの数が同じ場合には大きなマクロパーティクルが含まれているほど、ボリュームフラックスVFが大きくなり、表面粗度が悪化した薄膜が成膜される。一方、マクロパーティクルが小さいほどボリュームフラックスVFが小さくなり、表面粗度が優れた薄膜が成膜される。   When the volume flux VF obtained above is used, if the number of generated macro particles is the same, the larger the macro particles are contained, the larger the volume flux VF and the worse the surface roughness. Is deposited. On the other hand, the smaller the macroparticle, the smaller the volume flux VF, and a thin film having excellent surface roughness is formed.

請求項2に記載の発明は、上記の知見に基づく発明であって、
表面処理装置を用いて基材の表面処理を行う際に発生するマクロパーティクルの発生状況を計測するマクロパーティクルの計測方法であって、
基材の成膜領域に対応した所定の実空間領域を通過する前記マクロパーティクルの各々からの光信号を光検知手段を用いて検知し、
各マクロパーティクルにおいて検知された前記光信号を画像処理することによって各マクロパーティクルの直径および基材方向への速度成分を計測し、
計測された各マクロパーティクルの直径および速度成分と、前記実空間領域の体積とに基づいて、単位時間に、基材表面に平行な単位断面を通過する各マクロパーティクルの数と、前記直径との積を求め、
さらに、各マクロパーティクル毎に求められたマクロパーティクルの数と直径との積の総和を算出することにより、
前記マクロパーティクルの発生状況を計測することを特徴とするマクロパーティクルの計測方法である。
Invention of Claim 2 is invention based on said knowledge, Comprising:
A macro particle measuring method for measuring the occurrence state of macro particles generated when performing surface treatment of a substrate using a surface treatment apparatus,
Detecting a light signal from each of the macro particles passing through a predetermined real space region corresponding to the film formation region of the substrate using a light detection means,
Measure the diameter component of each macro particle and the velocity component in the substrate direction by image processing the optical signal detected in each macro particle,
Based on the measured diameter and velocity components of each macro particle and the volume of the real space region, the number of each macro particle passing through a unit cross section parallel to the substrate surface per unit time and the diameter Find the product
Furthermore, by calculating the sum of the product of the number of macro particles and the diameter obtained for each macro particle,
It is a measuring method of a macro particle characterized by measuring the generation situation of the macro particle.

本請求項の発明においても、請求項1の発明と同様の画像処理を行っているため、実質的に、成膜に影響を与える全マクロパーティクルを対象としている。そして、上記したように、単位時間に、基材表面に平行な単位断面を通過する各マクロパーティクルについて、速度成分のみならず粒度分布をも加味して、最終的にボリュームフラックスを算出しているため、このボリュームフラックスを管理することにより、粒度分布が変化するマクロパーティクルの発生状況を正確に計測することができ、マクロパーティクルの基材表面への影響を正確に評価、管理することができる。   In the invention of this claim as well, since the same image processing as that of the invention of claim 1 is performed, substantially all macro particles that affect film formation are targeted. As described above, for each macro particle passing through a unit cross section parallel to the substrate surface per unit time, the volume flux is finally calculated by taking into account not only the velocity component but also the particle size distribution. Therefore, by managing this volume flux, it is possible to accurately measure the occurrence state of macro particles whose particle size distribution changes, and to accurately evaluate and manage the influence of macro particles on the substrate surface.

なお、本請求項の発明においては、ボリュームフラックスの算出に際して各マクロパーティクルの直径を用いているが、マクロパーティクルの直径に関係する半径や体積など、直径の増減に対して単調に増減する関数で表すことができる物理量を直径に替えて用いて、前記したボリュームフラックスと同様の算出を行うことも、本請求項の発明に含まれる。   In the invention of this claim, the diameter of each macro particle is used in calculating the volume flux, but the function is a function that monotonously increases / decreases with respect to the increase / decrease of the diameter, such as radius and volume related to the diameter of the macro particle. It is also included in the invention of this claim that the physical quantity that can be expressed is used in place of the diameter to perform the same calculation as the volume flux described above.

請求項3に記載の発明は、
前記マクロパーティクルの基材方向への速度成分として、前記基材の表面に対して直交する速度成分を用いることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のマクロパーティクルの計測方法である。
The invention according to claim 3
3. The macro particle measuring method according to claim 1, wherein a velocity component orthogonal to the surface of the substrate is used as a velocity component of the macro particles in the substrate direction.

各マクロパーティクルは、通常、基材の表面に対して傾斜して飛行している。しかし、各マクロパーティクルの成膜に影響を与える速度成分は、基材の表面に対して直交する速度成分である。従って、各マクロパーティクルの基材方向への速度成分として、基材の表面に対して直交する速度成分を用いることにより、マクロパーティクルの基材表面への影響をより正確に評価、管理することができる。   Each macro particle usually flies with an inclination with respect to the surface of the substrate. However, the velocity component that affects the film formation of each macro particle is a velocity component that is orthogonal to the surface of the substrate. Therefore, by using a velocity component orthogonal to the surface of the substrate as a velocity component in the substrate direction of each macro particle, it is possible to more accurately evaluate and manage the influence of the macro particles on the substrate surface. it can.

なお、本請求項の発明において、「基材の表面に対して直交する速度成分」は、厳密に基材の表面に対して直交する速度成分に限定されず、若干傾斜していても成膜に与える影響は実質的に同等とみなすことができるため、「基材の表面に対して略直交する速度成分」であってもよい。   In the present invention, the “velocity component orthogonal to the surface of the substrate” is not strictly limited to the velocity component orthogonal to the surface of the substrate, and the film is formed even if it is slightly inclined. Since the influence on the surface of the substrate can be regarded as substantially the same, it may be “a velocity component substantially orthogonal to the surface of the substrate”.

請求項4に記載の発明は、
前記光検知手段として、撮像素子を具備したカメラを用いることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のマクロパーティクルの計測方法である。
The invention according to claim 4
The macro particle measuring method according to claim 1, wherein a camera equipped with an image sensor is used as the light detection means.

CCDやCMOSなどの撮像素子を具備したカメラは、光に対する感度が高く、ノイズが少ないため、高い精度で光信号を検知することができる。また、これらのカメラは、基材の成膜領域に対応した広い実空間領域を確実かつ容易に確保することができるため、光検知手段として好ましい。   A camera equipped with an image sensor such as a CCD or CMOS has high sensitivity to light and low noise, and can detect an optical signal with high accuracy. In addition, these cameras are preferable as the light detection means because a wide real space region corresponding to the film formation region of the base material can be ensured reliably and easily.

なお、マクロパーティクルの光信号の強度が不十分な場合には、光増倍機能が付加されたカメラを使用することもできる。   In addition, when the intensity of the optical signal of the macro particle is insufficient, a camera to which a light multiplication function is added can be used.

請求項5に記載の発明は、
放電によって陰極材料を蒸発させることにより成膜を行う真空アーク蒸着装置を用いて基材の表面処理を行う際に発生する前記マクロパーティクルの発生状況を計測す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1項に記載のマクロパーティクルの計測方法である。
The invention described in claim 5
The generation state of the macro particles generated when the surface treatment of the base material is performed using a vacuum arc vapor deposition apparatus that forms a film by evaporating the cathode material by electric discharge. 5. The macro particle measurement method according to any one of items 4 to 5.

本発明が適用される基材の表面処理法としては、真空アーク蒸着法、イオン注入法、エッチング法、クリーニング法など、種々の表面処理法を挙げることができるが、この内でも、放電によって陰極材料を蒸発させることにより成膜を行う真空アーク蒸着装置を用いる真空アーク蒸着法の場合、本発明の効果を特に顕著に発揮させることができる。   Examples of the surface treatment method of the substrate to which the present invention is applied include various surface treatment methods such as a vacuum arc deposition method, an ion implantation method, an etching method, and a cleaning method. In the case of a vacuum arc vapor deposition method using a vacuum arc vapor deposition apparatus that forms a film by evaporating a material, the effect of the present invention can be exhibited particularly remarkably.

請求項6に記載の発明は、
請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のマクロパーティクルの計測方法を用いてマクロパーティクルの発生状況を計測し、
計測の結果に基づいて、表面処理装置の運転状況を制御、管理する
ことを特徴とする基材の表面処理方法である。
The invention described in claim 6
Using the macro particle measuring method according to any one of claims 1 to 5, the occurrence of macro particles is measured,
It is a substrate surface treatment method characterized by controlling and managing the operation status of the surface treatment apparatus based on the measurement result.

上記の各マクロパーティクルの計測方法を用いることにより、マクロパーティクルの発生状況を正確に計測することができるため、その結果に基づいて表面処理装置の運転状況を制御、管理することにより、表面粗度が極めて優れた薄膜を形成させることができる。   By using the above macro particle measurement method, it is possible to accurately measure the occurrence of macro particles, and by controlling and managing the operation status of the surface treatment device based on the results, the surface roughness However, an extremely excellent thin film can be formed.

請求項7に記載の発明は、
表面処理装置を用いて基材の表面処理を行う際に発生するマクロパーティクルの発生状況を計測するマクロパーティクルの計測装置であって、
基材の成膜領域に対応した所定の実空間領域を通過する前記マクロパーティクルの各々からの光信号を検知する光検知手段と、
各マクロパーティクルにおいて検知された前記光信号を画像処理することによって各マクロパーティクルの速度成分を計測する画像処理手段と、
計測された各マクロパーティクルの速度成分と前記実空間領域の体積とに基づいて、単位時間に、基材表面に平行な単位断面を通過する各マクロパーティクルの数を求め、さらに、各マクロパーティクル毎に求められたマクロパーティクルの数の総和を算出する算出手段と
を備えていることを特徴とするマクロパーティクルの計測装置である。
The invention described in claim 7
A macro particle measuring device that measures the occurrence state of macro particles generated when performing surface treatment of a substrate using a surface treatment device,
A light detection means for detecting a light signal from each of the macro particles passing through a predetermined real space region corresponding to a film formation region of the substrate;
Image processing means for measuring the velocity component of each macro particle by image processing the optical signal detected in each macro particle;
Based on the measured velocity component of each macro particle and the volume of the real space region, the number of each macro particle passing through the unit cross section parallel to the substrate surface is obtained per unit time, and further, for each macro particle. And a calculating means for calculating the total number of macroparticles determined in (1) above.

請求項8に記載の発明は、
表面処理装置を用いて基材の表面処理を行う際に発生するマクロパーティクルの発生状況を計測するマクロパーティクルの計測装置であって、
基材の成膜領域に対応した所定の実空間領域を通過する前記マクロパーティクルの各々からの光信号を検知する光検知手段と、
各マクロパーティクルにおいて検知された前記光信号を画像処理することによって各マクロパーティクルの直径および基材方向への速度成分を計測する画像処理手段と、
計測された各マクロパーティクルの直径および速度成分と、前記実空間領域の体積とに基づいて、単位時間に、基材表面に平行な単位断面を通過する各マクロパーティクルの数と、前記直径との積を求め、さらに、各マクロパーティクル毎に求められたマクロパーティクルの数と直径との積の総和を算出する算出手段と
を備えていることを特徴とするマクロパーティクルの計測装置である。
The invention according to claim 8 provides:
A macro particle measuring device that measures the occurrence state of macro particles generated when performing surface treatment of a substrate using a surface treatment device,
A light detection means for detecting a light signal from each of the macro particles passing through a predetermined real space region corresponding to a film formation region of the substrate;
Image processing means for measuring the diameter component of each macro particle and the velocity component in the substrate direction by image processing the optical signal detected in each macro particle;
Based on the measured diameter and velocity components of each macro particle and the volume of the real space region, the number of each macro particle passing through a unit cross section parallel to the substrate surface per unit time and the diameter A macro particle measuring apparatus comprising: a calculating unit that calculates a product, and further calculates a sum of products of the number and diameter of macro particles determined for each macro particle.

上記請求項7および請求項8に記載の発明は、方法の発明である請求項1および請求項2に記載の発明を装置の面から捉えたものであり、これらのマクロパーティクルの計測装置を用いることにより、前記したように、マクロパーティクルの基材表面への影響をより正確に評価、管理することができ、表面粗度が極めて優れた薄膜を得ることができる。   The inventions described in the seventh and eighth aspects are the inventions of the method according to the first and second aspects of the present invention, which are captured from the viewpoint of the apparatus, and use these macro particle measuring apparatuses. Thus, as described above, the influence of the macro particles on the substrate surface can be more accurately evaluated and managed, and a thin film having extremely excellent surface roughness can be obtained.

請求項9に記載の発明は、
請求項7または請求項8に記載のマクロパーティクルの計測装置を備えていることを特徴とする基材の表面処理装置である。
The invention according to claim 9 is:
A substrate surface treatment apparatus comprising the macroparticle measurement apparatus according to claim 7 or 8.

上記のマクロパーティクルの計測装置を備えていることにより、基材の表面処理に際して、マクロパーティクルの発生状況を計測して、基材表面への影響をより正確に評価、管理することができるため、表面粗度が極めて優れた薄膜が形成された基材を提供することができる。   By providing the above macro particle measuring device, when the surface treatment of the substrate, it is possible to measure the occurrence of macro particles, and more accurately evaluate and manage the influence on the substrate surface, It is possible to provide a base material on which a thin film having an extremely excellent surface roughness is formed.

本発明によれば、真空アーク蒸着法などにより表面処理を行う際に発生するマクロパーティクルの発生状況をより厳密かつ定量的に評価して、マクロパーティクルが基材表面へ及ぼす影響を管理することにより、表面粗度が極めて優れた薄膜を得ることができるマクロパーティクルの計測方法と計測装置、並びに基材の表面処理方法と表面処理装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to more strictly and quantitatively evaluate the occurrence state of the macro particles generated when the surface treatment is performed by a vacuum arc deposition method or the like, and to manage the influence of the macro particles on the substrate surface. In addition, it is possible to provide a macro particle measurement method and measurement apparatus, and a substrate surface treatment method and surface treatment apparatus capable of obtaining a thin film with extremely excellent surface roughness.

本発明の実施の形態に係る真空アーク蒸着装置の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the vacuum arc vapor deposition apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態において、撮像領域を通過するマクロパーティクルの様子を模式的に示す図である。In the 1st Embodiment of this invention, it is a figure which shows typically the mode of the macro particle which passes an imaging region. 本発明の第1の実施の形態において、撮像領域を撮像した撮像画像を示す図である。It is a figure which shows the captured image which imaged the imaging area in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態において、撮像領域を通過するマクロパーティクルの様子を模式的に示す図である。In the 1st Embodiment of this invention, it is a figure which shows typically the mode of the macro particle which passes an imaging region. 本発明の第1の実施の形態において、撮像領域を撮像した撮像画像を示す図である。It is a figure which shows the captured image which imaged the imaging area in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態において、撮像領域を通過するマクロパーティクルの様子を模式的に示す図である。In the 2nd Embodiment of this invention, it is a figure which shows typically the mode of the macro particle which passes an imaging region. 本発明の第2の実施の形態において、撮像領域を撮像した撮像画像を示す図である。In the 2nd Embodiment of this invention, it is a figure which shows the captured image which imaged the imaging area. 本発明の第2の実施の形態において、撮像領域を通過するマクロパーティクルの様子を模式的に示す図である。In the 2nd Embodiment of this invention, it is a figure which shows typically the mode of the macro particle which passes an imaging region. 本発明の第2の実施の形態において、撮像領域を撮像した撮像画像を示す図である。In the 2nd Embodiment of this invention, it is a figure which shows the captured image which imaged the imaging area. 従来の真空アーク蒸着装置の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the conventional vacuum arc vapor deposition apparatus.

以下、本発明の実施の形態につき、具体的に説明する。なお、以下においては、基材の表面処理法として、真空アーク蒸着法を例に挙げて説明するが、前記したように、その他の表面処理法、例えば、イオン注入法、エッチング法、クリーニング法などにおいても同様に本発明を適用することができる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described. In the following, the surface treatment method of the substrate will be described by taking a vacuum arc deposition method as an example, but as described above, other surface treatment methods such as an ion implantation method, an etching method, a cleaning method, etc. Similarly, the present invention can be applied.

図1に本実施の形態に係る真空アーク蒸着装置の構成を模式的に示す。図1に示すように、本実施の形態に係る真空アーク蒸着装置は、基本的には、図10に示した従来の真空アーク蒸着装置と同様の構成を有している。しかし、カメラ9により撮像領域11において光信号として捉えられた画像に基づいて、以下の2つの実施の形態に示す算出手段のいずれかを備えている点で従来の真空アーク蒸着装置とは異なっている。   FIG. 1 schematically shows a configuration of a vacuum arc vapor deposition apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the vacuum arc vapor deposition apparatus according to the present embodiment basically has the same configuration as the conventional vacuum arc vapor deposition apparatus shown in FIG. However, based on the image captured as an optical signal in the imaging region 11 by the camera 9, it differs from the conventional vacuum arc deposition apparatus in that it includes any of the calculation means shown in the following two embodiments. Yes.

1.第1の実施の形態
第1の実施の形態は、各マクロパーティクルの速度成分を加味して、基材の成膜領域に対応した所定の実空間領域を通過するマクロパーティクルの数を求め、さらに、各マクロパーティクル毎に求められたマクロパーティクルの数の総和(フラックス)を算出する算出手段を真空アーク蒸着装置に備えており、前記したように、マクロパーティクルの粒度がほぼ同じ場合、あるいは粒度分布がほぼ一定の場合に適用することが好ましい。
1. First Embodiment In the first embodiment, the number of macro particles passing through a predetermined real space region corresponding to the film formation region of the base material is calculated in consideration of the velocity component of each macro particle, The vacuum arc vapor deposition apparatus has a calculation means for calculating the total number (flux) of the number of macro particles obtained for each macro particle. As described above, when the particle size of the macro particles is almost the same, or the particle size distribution It is preferable to apply in the case where is substantially constant.

図2に、本実施の形態において撮像領域11を通過するマクロパーティクル7の様子を模式的に示す。マクロパーティクルの各々は、v、v、v、・・・、v(i番目のマクロパーティクルであることを示す)、・・のようにそれぞれ異なる速度成分で、撮像領域11を基材の表面に対して直交して飛行している。 FIG. 2 schematically shows the state of the macro particles 7 passing through the imaging region 11 in the present embodiment. Each macro particles, v 1, v 2, v 3, ···, ( indicating the i-th macro particles) v i, at a different velocity components as ..., based on the imaging area 11 Flying perpendicular to the surface of the material.

このため、前記したように、撮像領域において同時に計測されたマクロパーティクルであっても、その速度成分によって基材の表面へ到達するまでの時間が異なり、マクロパーティクルの単位時間に基材の表面へ到達する量が変化する。   For this reason, as described above, even when macro particles are simultaneously measured in the imaging region, the time to reach the surface of the base material varies depending on the velocity component, and the macro particle unit time is set to the surface of the base material. The amount reached will change.

そこで、本実施の形態においては、各マクロパーティクルの速度成分についても考慮して、単位時間に、基材表面に平行な単位断面を通過する各マクロパーティクルの数を正確に計測するようにしている。   Therefore, in the present embodiment, the number of each macro particle passing through a unit cross section parallel to the substrate surface is accurately measured in unit time in consideration of the velocity component of each macro particle. .

具体的には、図2において、撮像領域11の体積をV、基材表面に平行な断面の断面積をS、i番目のマクロパーティクルの速度成分をvとすると、単位時間に、基材表面に平行な断面積Sの断面を通過するi番目のマクロパーティクルの数はvS/Vとなる。 Specifically, in FIG. 2, the volume of the imaging area 11 V, the sectional area of a cross section parallel to the substrate surface S, the i th component of velocity macro particles When v i, the unit time, the base material The number of i-th macro particles passing through the cross section of the cross-sectional area S parallel to the surface is v i S / V.

従って、単位時間に、基材表面に平行な単位断面を通過するi番目のマクロパーティクルの数をFとすると、このFは式(5)のように示すことができ、Fを求めることにより、速度成分も考慮した各マクロパーティクルの数を正確に知ることができる。 Accordingly, if the number of i-th macroparticles passing through a unit cross section parallel to the substrate surface per unit time is F i , this F i can be expressed as in equation (5), and F i is obtained. Thus, it is possible to accurately know the number of each macro particle in consideration of the velocity component.

Figure 2014163834
Figure 2014163834

そして、式(5)を用いて、実空間領域において計測された全てのマクロパーティクルのそれぞれについてマクロパーティクルの数Fを求めると、その総和、即ち、本明細書において定義するフラックスFは、単位時間に、基材表面に平行な単位断面を通過するマクロパーティクルの総数となり、式(6)のように表すことができる。 Then, when the number F i of macro particles is obtained for each of all the macro particles measured in the real space region using the equation (5), the sum, that is, the flux F defined in this specification is expressed in units. In time, the total number of macro particles passing through a unit cross section parallel to the substrate surface is obtained, and can be expressed as in Equation (6).

Figure 2014163834
Figure 2014163834

このとき、各Fは、基材の成膜領域に対応した所定の実空間領域における各マクロパーティクルからの光信号を検出して求められているため、フラックスFの算出は、実質的に、成膜に影響を与える全マクロパーティクルを捉えて行われていることになる。 At this time, since each F i is obtained by detecting the optical signal from each macro particle in a predetermined real space region corresponding to the film formation region of the substrate, the calculation of the flux F is substantially This means that all macro particles that affect film formation are captured.

そして、フラックスFは各マクロパーティクルの速度成分を加味して求められた各Fを総和して算出して、マクロパーティクルの発生状況を正確に計測しているため、得られたフラックスFに基づいて成膜装置の運転状況を制御、管理することにより、マクロパーティクルの基材表面への影響を正確に評価、管理して、表面粗度が優れた薄膜を提供することができる。 Then, the flux F is calculated by summing each F i obtained in consideration of the velocity component of each macro particles, since the occurrence of macro particles has been accurately measured, based on the obtained flux F By controlling and managing the operating condition of the film forming apparatus, it is possible to accurately evaluate and manage the influence of the macro particles on the substrate surface, and to provide a thin film with excellent surface roughness.

なお、式(5)および式(6)における各マクロパーティクルの速度成分vは、図3に示す撮像領域を撮像した撮像画像を用いて求めることができる。 Note that the velocity component v i of each macro particle in Expression (5) and Expression (6) can be obtained using a captured image obtained by capturing the imaging region shown in FIG.

具体的には、図3に示す撮像画像12が、露光時間(いわゆる、シャッタータイム)tで得られたものとすると、露光時間内に飛行する各マクロパーティクルの飛行距離l、即ち、図3における各線分の長さは、それぞれの速度成分vに応じて異なっているため、i番目のマクロパーティクルの速度成分vは、露光時間tおよび飛行距離lに基づいて、式(7)を用いることにより求めることができる。 Specifically, assuming that the captured image 12 shown in FIG. 3 is obtained with an exposure time (so-called shutter time) t, the flight distance l i of each macro particle flying within the exposure time, that is, FIG. each line segment length in the order is different depending on the respective speed component v i, the velocity component of the i-th macro particles v i, based on the exposure time t and flight distance l i, equation (7) Can be obtained by using.

Figure 2014163834
Figure 2014163834

なお、具体的な撮像は、通常、30フレーム/秒のフレームレートで行われるが、これに限定されるものではない。   Although specific imaging is usually performed at a frame rate of 30 frames / second, the present invention is not limited to this.

式(6)に示されたvに式(7)を適用することにより、フラックスFは式(8)のように示すことができる。 By applying equation (7) to v i shown in equation (6), the flux F can be shown as equation (8).

Figure 2014163834
Figure 2014163834

このように、上記においては、露光時間tと各マクロパーティクルの飛行距離lとに基づいて、各マクロパーティクルの速度成分を簡便に求めることができる。 Thus, in the above description, the velocity component of each macro particle can be easily obtained based on the exposure time t and the flight distance l i of each macro particle.

なお、上記の説明においては、各マクロパーティクルの各々が基材の表面に対して直交する方向に飛行していることを前提にしているが、通常、各マクロパーティクルは、図4に示すように、基材の表面に対して傾斜して飛行しており、撮像画像も、図5に示すように基材の表面に対して傾斜した飛行軌跡を示す。   In the above description, it is assumed that each macro particle is flying in a direction perpendicular to the surface of the base material. Normally, however, each macro particle is as shown in FIG. The flying image is inclined with respect to the surface of the base material, and the captured image also shows a flight trajectory inclined with respect to the surface of the base material as shown in FIG.

このとき、各マクロパーティクルの成膜に影響を与える速度成分は、基材の表面に対して直交する速度成分であるため、各マクロパーティクルの基材方向への速度成分としては、基材の表面に対して直交する速度成分を用いることが好ましい。   At this time, since the velocity component that affects the film formation of each macro particle is a velocity component orthogonal to the surface of the substrate, the velocity component of each macro particle in the substrate direction is the surface of the substrate. It is preferable to use a velocity component that is orthogonal to.

具体的には、i番目のマクロパーティクルが基材方向に対して飛行角度θをなして速度成分vで飛行している場合、単位時間に、基材表面に平行な断面積Sの断面を通過するi番目のマクロパーティクルの数はv・cosθ・S/Vとなるため、単位時間に、基材表面に平行な単位断面を通過するi番目のマクロパーティクルの数Fは式(9)のように示すことができる。 Specifically, when the i-th macro particle is flying at a velocity component v i at a flight angle θ i with respect to the substrate direction, the cross section of the cross-sectional area S parallel to the substrate surface per unit time. The number of i-th macro particles that pass through the unit is v i · cos θ i · S / V, and therefore, the number F i of the i-th macro particles that pass through the unit cross section parallel to the substrate surface per unit time is given by It can be shown as (9).

Figure 2014163834
Figure 2014163834

そして、その総和であるフラックスFは式(10)および式(11)のように示すことができる。   And the flux F which is the sum total can be shown like Formula (10) and Formula (11).

Figure 2014163834
Figure 2014163834

Figure 2014163834
Figure 2014163834

以上のように、本実施の形態において算出されたフラックスFはマクロパーティクルの発生状況を正確に計測して、基材に到達するマクロパーティクルの数を正確に示しているため、前記したように、フラックスFが大きくなるに伴って基材に到達するマクロパーティクルの数が多くなり表面粗度が悪化した薄膜が成膜される一方、フラックスFが小さくなるに伴って基材に到達するマクロパーティクルの数が少なくなり表面粗度が優れた薄膜が成膜される。   As described above, the flux F calculated in the present embodiment accurately measures the occurrence state of the macro particles and accurately indicates the number of macro particles reaching the base material. As the flux F increases, the number of macroparticles that reach the substrate increases and a thin film whose surface roughness deteriorates is formed. On the other hand, the macroparticles that reach the substrate as the flux F decreases A thin film having a small number and excellent surface roughness is formed.

このため、このフラックスの大きさに基づいてマクロパーティクルの基材表面への影響を厳密に評価することができ、その評価に基づいて、基材シャッターの開閉など、表面処理装置の運転条件を制御、管理することにより、マクロパーティクルの基材への飛来を防止して、極めて表面粗度の良い薄膜を成膜することができる。   For this reason, it is possible to strictly evaluate the influence of macro particles on the substrate surface based on the size of the flux, and based on the evaluation, control the operating conditions of the surface treatment device, such as opening and closing the substrate shutter. By controlling, it is possible to prevent the macro particles from flying to the base material and to form a thin film with extremely good surface roughness.

2.第2の実施の形態
第2の実施の形態は、各マクロパーティクルの速度成分だけでなく粒度分布も加味して、基材の成膜領域に対応した所定の実空間領域を通過するマクロパーティクルの数と直径の積を求め、さらに、各マクロパーティクル毎に求められたマクロパーティクルの数と直径の積の総和(ボリュームフラックス)を算出する算出手段を真空アーク蒸着装置に備えており、前記したように、マクロパーティクルの粒度が変化するような場合に適用することが好ましい。
2. Second Embodiment In the second embodiment, not only the velocity component of each macro particle but also the particle size distribution is taken into account, and the macro particles passing through a predetermined real space region corresponding to the film forming region of the base material. The vacuum arc vapor deposition apparatus is provided with a calculation means for calculating a product of the number and the diameter, and further calculating a sum (volume flux) of the product of the number and the diameter of the macro particles determined for each macro particle, as described above. Furthermore, it is preferable to apply when the particle size of the macro particles changes.

図6に、本実施の形態において撮像領域11を通過するマクロパーティクル7の様子を模式的に示す。d、d、d、・・・、d(i番目のマクロパーティクルであることを示す)、・・のようにそれぞれ異なる直径の各マクロパーティクルが、v、v、v、・・・、v、・・のようにそれぞれ異なる速度成分で撮像領域11を基材の表面に対して直交して飛行している。 FIG. 6 schematically shows a state of the macro particle 7 that passes through the imaging region 11 in the present embodiment. d 1, d 2, d 3 , ···, ( indicating the i-th macro particles) d i, each macro particles of different diameters as ... is, v 1, v 2, v 3 ,..., V i ,... Fly at right angles to the surface of the base material in the imaging region 11 with different velocity components.

そして、前記したように、大きな粒度のマクロパーティクルが基材に付着すると、小さな粒度のマクロパーティクルが基材に付着した場合に比べて、表面粗度が悪化した薄膜が成膜されるため、マクロパーティクルの速度成分だけでなく、マクロパーティクルの大きさについても考慮する必要がある。   As described above, when macro particles having a large particle size adhere to the substrate, a thin film having a deteriorated surface roughness is formed as compared with a case where macro particles having a small particle size adhere to the substrate. It is necessary to consider not only the velocity component of particles but also the size of macro particles.

そこで、本実施の形態においては、各マクロパーティクルの速度成分に加えて、各マクロパーティクルの大きさ(直径)も加味して、マクロパーティクルの発生状況を計測する。   Therefore, in the present embodiment, in addition to the velocity component of each macro particle, the size (diameter) of each macro particle is also taken into account, and the occurrence state of the macro particle is measured.

具体的には、図6において、撮像領域11の体積をV、基材表面に平行な断面の断面積をS、i番目のマクロパーティクルの直径をd、速度成分をvとすると、単位時間に、基材表面に平行な断面積Sの単位断面を通過するi番目のマクロパーティクルの数と直径の積はdS/Vとなる。 Specifically, in FIG. 6, volume V of the imaging region 11, the cross-sectional area of a cross section parallel to the substrate surface S, i th diameter d i of macro particles, the velocity components and v i, the unit time, the number and diameter of the product of the i-th macro particles pass through a unit cross section parallel cross-sectional area S on the substrate surface becomes d i v i S / V.

従って、単位時間に、基材表面に平行な単位断面を通過するi番目のマクロパーティクルにおけるマクロパーティクルの数と直径の積をVFとすると、このVFは式(12)のように示すことができ、VFを求めることにより、速度成分に加えて粒度分布を考慮したマクロパーティクルの発生状況の計測を行うことができる。 Therefore, if the product of the number of macro particles and the diameter of the i-th macro particle passing through the unit cross section parallel to the substrate surface per unit time is VF i , this VF i is expressed as in equation (12). By obtaining VF i , it is possible to measure the occurrence state of macro particles in consideration of the particle size distribution in addition to the velocity component.

Figure 2014163834
Figure 2014163834

そして、式(12)を用いて、実空間領域において計測された全てのマクロパーティクルのそれぞれについて、マクロパーティクルの数と直径の積、即ち、VFを求めると、その総和、即ち、本明細書において定義するボリュームフラックスVFは、式(13)のように表すことができる。 Then, when the product of the number of macro particles and the diameter, that is, VF i is obtained for each of all the macro particles measured in the real space region using the equation (12), the sum, ie, the present specification, is obtained. The volume flux VF defined in (1) can be expressed as in Equation (13).

Figure 2014163834
Figure 2014163834

このとき、各VFは、基材の成膜領域に対応した所定の実空間領域において各マクロパーティクルからの光信号を検出して求められているため、ボリュームフラックスVFの算出は、実質的に、成膜に影響を与える全マクロパーティクルを捉えて行われていることになる。 At this time, since each VF i is obtained by detecting an optical signal from each macro particle in a predetermined real space region corresponding to the film formation region of the substrate, the calculation of the volume flux VF is substantially performed. In other words, all the macro particles that affect the film formation are captured.

そして、ボリュームフラックスVFは各マクロパーティクルの速度成分および粒度分布を加味して求められた各VFを総和して算出して、マクロパーティクルの発生状況を正確に計測しているため、得られたボリュームフラックスVFに基づいて成膜装置の運転状況を制御、管理することにより、マクロパーティクルの基材表面への影響を正確に評価、管理して、表面粗度が優れた薄膜を提供することができる。 The volume flux VF was obtained by summing up each VF i obtained by taking the velocity component and particle size distribution of each macro particle into account, and accurately measuring the occurrence of macro particles. By controlling and managing the operating condition of the film forming apparatus based on the volume flux VF, it is possible to accurately evaluate and manage the influence of macro particles on the substrate surface, and to provide a thin film with excellent surface roughness. it can.

なお、式(12)および式(13)における各マクロパーティクルの速度成分vおよび直径dは、図7に示す撮像領域を撮像した撮像画像を用いて求めることができる。 Note that the velocity component v i and the diameter d i of each macro particle in Expression (12) and Expression (13) can be obtained using a captured image obtained by capturing the imaging region shown in FIG.

具体的には、図7に示す撮像画像12が、露光時間(いわゆる、シャッタータイム)tで得られたものとすると、露光時間内に飛行する各マクロパーティクルの飛行距離l、即ち、図7における各線分の長さは、それぞれの速度成分vに応じて異なっているため、i番目のマクロパーティクルの速度成分vは、露光時間tおよび飛行距離lに基づいて、式(14)を用いることにより求めることができる。また、i番目のマクロパーティクルの直径dは、各線分の太さから求めることができる。 Specifically, assuming that the captured image 12 shown in FIG. 7 is obtained with an exposure time (so-called shutter time) t, the flight distance l i of each macro particle flying within the exposure time, that is, FIG. each line segment length in the order is different depending on the respective speed component v i, the velocity component of the i-th macro particles v i, based on the exposure time t and flight distance l i, equation (14) Can be obtained by using. The diameter d i of the i-th macro particle can be obtained from the thickness of each line segment.

Figure 2014163834
Figure 2014163834

式(13)に示されたvに式(14)を適用することにより、ボリュームフラックスVFは式(15)のように示すことができる。 By applying equation (14) v i shown in equation (13), the volume flux VF can be represented by the equation (15).

Figure 2014163834
Figure 2014163834

このように、上記においては、露光時間tと各マクロパーティクルの飛行距離lおよび直径dに基づいて、各マクロパーティクルの速度成分および粒度分布を加味して、各マクロパーティクルの数と直径の積を求めることができる。 Thus, in the above, based on the exposure time t, the flight distance l i and the diameter d i of each macroparticle, the velocity component and the particle size distribution of each macroparticle are taken into account, and the number and diameter of each macroparticle are determined. The product can be obtained.

なお、上記の説明においては、各マクロパーティクルの各々が基材の表面に対して直交する方向に飛行していることを前提にしているが、前記したように、通常、各マクロパーティクルは、図8に示すように、基材の表面に対して傾斜して飛行しており、撮像画像も、図9に示すように基材の表面に対して傾斜した飛行軌跡を示す。   In the above description, it is assumed that each macro particle is flying in a direction perpendicular to the surface of the base material. However, as described above, each macro particle is usually a figure. As shown in FIG. 8, the aircraft flies while being inclined with respect to the surface of the base material, and the captured image also shows a flight trajectory inclined with respect to the surface of the base material as shown in FIG. 9.

このとき、各マクロパーティクルの成膜に影響を与える速度成分は、基材の表面に対して直交する速度成分であるため、第1の実施の形態の場合と同様に、各マクロパーティクルの基材方向への速度成分としては、基材の表面に対して直交する速度成分を用いることが好ましい。   At this time, since the velocity component that influences the film formation of each macro particle is a velocity component orthogonal to the surface of the substrate, the substrate of each macro particle is the same as in the case of the first embodiment. As the speed component in the direction, a speed component orthogonal to the surface of the substrate is preferably used.

具体的には、i番目のマクロパーティクル(直径d)が基材方向に対して角度θをなして速度成分vで飛行している場合、単位時間に、基材表面に平行な断面積Sの断面を通過するi番目のマクロパーティクルの直径と数の積はd・v・cosθ・S/Vとなるため、単位時間に、基材表面に平行な単位断面を通過するi番目のマクロパーティクルにおけるマクロパーティクルの直径と数の積、即ちVFiは式(16)のように示すことができる。 Specifically, when the i-th macroparticle (diameter d i ) is flying at a velocity component v i at an angle θ i with respect to the substrate direction, a break parallel to the substrate surface is taken per unit time. i th diameter and the product of the number of macro particles that pass through the cross section of the area S for the d i · v i · cosθ i · S / V, in unit time, through a unit cross section parallel to the substrate surface The product of the diameter and the number of macro particles in the i-th macro particle, that is, VFi can be expressed as in Expression (16).

Figure 2014163834
Figure 2014163834

そして、その総和であるボリュームフラックスVFは式(17)および式(18)のように示すことができる。   And the volume flux VF which is the sum total can be shown like Formula (17) and Formula (18).

Figure 2014163834
Figure 2014163834

Figure 2014163834
Figure 2014163834

以上のように、本実施の形態において算出されたボリュームフラックスは、マクロパーティクルの発生状況を正確に計測しているため、前記したように、ボリュームフラックスVFが大きいほど、表面粗度が悪化した薄膜が成膜される一方、ボリュームフラックスVFが小さいほど表面粗度が優れた薄膜が成膜される。   As described above, since the volume flux calculated in the present embodiment accurately measures the generation state of macro particles, as described above, the thin film whose surface roughness deteriorates as the volume flux VF increases. On the other hand, as the volume flux VF is smaller, a thin film having a higher surface roughness is formed.

このため、このボリュームフラックスの大きさに基づいてマクロパーティクルの基材表面への影響を厳密に評価することができ、その評価に基づいて、基材シャッターの開閉など、表面処理装置の運転条件を制御、管理することにより、マクロパーティクルの基材への飛来を防止して、極めて表面粗度の良い薄膜を成膜することができる。   For this reason, it is possible to strictly evaluate the influence of macro particles on the substrate surface based on the volume flux, and based on the evaluation, the operating conditions of the surface treatment device such as opening / closing of the substrate shutter can be determined. By controlling and managing, it is possible to prevent the macro particles from flying to the base material and form a thin film with extremely good surface roughness.

なお、上記においては、各マクロパーティクルの直径を用いてボリュームフラックスの算出を行っているが、前記したように、マクロパーティクルの直径に関係する半径や体積など、直径の増減に対して単調に増減する関数で表すことができる物理量を用いて、前記したボリュームフラックスと同様の算出を行うこともできる。   In the above, the volume flux is calculated using the diameter of each macro particle. However, as described above, the radius and volume related to the diameter of the macro particle increase and decrease monotonously with the increase and decrease of the diameter. Using the physical quantity that can be expressed by the function to perform the same calculation as the above-described volume flux can be performed.

例えば、体積を用いてボリュームフラックスの算出を行う場合には、式(15)は式(19)に、また、式(18)は式(20)のようになる。   For example, when the volume flux is calculated using the volume, Equation (15) becomes Equation (19), and Equation (18) becomes Equation (20).

Figure 2014163834
Figure 2014163834

Figure 2014163834
Figure 2014163834

そして、前記した直径の増減に対して単調に増減する関数で表すことができる物理量f(d)を用いてボリュームフラックスの算出を行う場合には、式(15)は式(21)に、また、式(18)は式(22)のようになる。 When the volume flux is calculated using the physical quantity f (d i ) that can be expressed by a function that increases and decreases monotonously with respect to the increase and decrease of the diameter, the expression (15) is expressed as the expression (21), Moreover, Formula (18) becomes like Formula (22).

Figure 2014163834
Figure 2014163834

Figure 2014163834
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以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to said embodiment. Various modifications can be made to the above-described embodiment within the same and equivalent scope as the present invention.

1 真空チャンバー
2 陰極
3 バッキングプレート
4 基材ホルダー
4a 基材
5 電源
6 プラズマ
7 マクロパーティクル
8 窓
9 カメラ
10 画像処理装置
11 撮像領域
12 撮像画像
θ (i番目のマクロパーティクルの)飛行角度
V 撮像領域の体積
S 断面積
1 vacuum chamber 2 cathode 3 the backing plate 4 substrate holder 4a substrate 5 Power 6 plasma 7 macro particles 8 window 9 camera 10 image processing apparatus 11 imaging area 12 captured images theta i (the i-th macro particles) flight angle V imaging Region volume S Cross-sectional area

Claims (9)

表面処理装置を用いて基材の表面処理を行う際に発生するマクロパーティクルの発生状況を計測するマクロパーティクルの計測方法であって、
基材の成膜領域に対応した所定の実空間領域を通過する前記マクロパーティクルの各々からの光信号を光検知手段を用いて検知し、
各マクロパーティクルにおいて検知された前記光信号を画像処理することによって各マクロパーティクルの基材方向への速度成分を計測し、
計測された各マクロパーティクルの速度成分と前記実空間領域の体積とに基づいて、単位時間に、基材表面に平行な単位断面を通過する各マクロパーティクルの数を求め、
さらに、各マクロパーティクル毎に求められたマクロパーティクルの数の総和を算出することにより、
前記マクロパーティクルの発生状況を計測することを特徴とするマクロパーティクルの計測方法。
A macro particle measuring method for measuring the occurrence state of macro particles generated when performing surface treatment of a substrate using a surface treatment apparatus,
Detecting a light signal from each of the macro particles passing through a predetermined real space region corresponding to the film formation region of the substrate using a light detection means,
Measure the velocity component of each macro particle in the substrate direction by image processing the optical signal detected in each macro particle,
Based on the measured velocity component of each macro particle and the volume of the real space region, the number of each macro particle passing through a unit cross section parallel to the substrate surface is determined per unit time,
Furthermore, by calculating the total number of macro particles determined for each macro particle,
A method for measuring macro particles, characterized by measuring a generation state of the macro particles.
表面処理装置を用いて基材の表面処理を行う際に発生するマクロパーティクルの発生状況を計測するマクロパーティクルの計測方法であって、
基材の成膜領域に対応した所定の実空間領域を通過する前記マクロパーティクルの各々からの光信号を光検知手段を用いて検知し、
各マクロパーティクルにおいて検知された前記光信号を画像処理することによって各マクロパーティクルの直径および基材方向への速度成分を計測し、
計測された各マクロパーティクルの直径および速度成分と、前記実空間領域の体積とに基づいて、単位時間に、基材表面に平行な単位断面を通過する各マクロパーティクルの数と、前記直径との積を求め、
さらに、各マクロパーティクル毎に求められたマクロパーティクルの数と直径との積の総和を算出することにより、
前記マクロパーティクルの発生状況を計測することを特徴とするマクロパーティクルの計測方法。
A macro particle measuring method for measuring the occurrence state of macro particles generated when performing surface treatment of a substrate using a surface treatment apparatus,
Detecting a light signal from each of the macro particles passing through a predetermined real space region corresponding to the film formation region of the substrate using a light detection means,
Measure the diameter component of each macro particle and the velocity component in the substrate direction by image processing the optical signal detected in each macro particle,
Based on the measured diameter and velocity components of each macro particle and the volume of the real space region, the number of each macro particle passing through a unit cross section parallel to the substrate surface per unit time and the diameter Find the product
Furthermore, by calculating the sum of the product of the number of macro particles and the diameter obtained for each macro particle,
A method for measuring macro particles, characterized by measuring a generation state of the macro particles.
前記マクロパーティクルの基材方向への速度成分として、前記基材の表面に対して直交する速度成分を用いることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のマクロパーティクルの計測方法。   3. The macro particle measuring method according to claim 1, wherein a velocity component orthogonal to the surface of the substrate is used as a velocity component of the macro particles in the substrate direction. 前記光検知手段として、撮像素子を具備したカメラを用いることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のマクロパーティクルの計測方法。   The macro particle measuring method according to claim 1, wherein a camera equipped with an image sensor is used as the light detection means. 放電によって陰極材料を蒸発させることにより成膜を行う真空アーク蒸着装置を用いて基材の表面処理を行う際に発生する前記マクロパーティクルの発生状況を計測す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1項に記載のマクロパーティクルの計測方法。   The generation state of the macro particles generated when the surface treatment of the base material is performed using a vacuum arc vapor deposition apparatus that forms a film by evaporating the cathode material by electric discharge. Item 5. The method of measuring a macroparticle according to any one of Items4. 請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のマクロパーティクルの計測方法を用いてマクロパーティクルの発生状況を計測し、
計測の結果に基づいて、表面処理装置の運転状況を制御、管理する
ことを特徴とする基材の表面処理方法。
Using the macro particle measuring method according to any one of claims 1 to 5, the occurrence of macro particles is measured,
A substrate surface treatment method characterized by controlling and managing an operating state of a surface treatment apparatus based on a measurement result.
表面処理装置を用いて基材の表面処理を行う際に発生するマクロパーティクルの発生状況を計測するマクロパーティクルの計測装置であって、
基材の成膜領域に対応した所定の実空間領域を通過する前記マクロパーティクルの各々からの光信号を検知する光検知手段と、
各マクロパーティクルにおいて検知された前記光信号を画像処理することによって各マクロパーティクルの速度成分を計測する画像処理手段と、
計測された各マクロパーティクルの速度成分と前記実空間領域の体積とに基づいて、単位時間に、基材表面に平行な単位断面を通過する各マクロパーティクルの数を求め、さらに、各マクロパーティクル毎に求められたマクロパーティクルの数の総和を算出する算出手段と
を備えていることを特徴とするマクロパーティクルの計測装置。
A macro particle measuring device that measures the occurrence state of macro particles generated when performing surface treatment of a substrate using a surface treatment device,
A light detection means for detecting a light signal from each of the macro particles passing through a predetermined real space region corresponding to a film formation region of the substrate;
Image processing means for measuring the velocity component of each macro particle by image processing the optical signal detected in each macro particle;
Based on the measured velocity component of each macro particle and the volume of the real space region, the number of each macro particle passing through the unit cross section parallel to the substrate surface is obtained per unit time, and further, for each macro particle. And a calculating means for calculating the total number of macro particles determined in step (b).
表面処理装置を用いて基材の表面処理を行う際に発生するマクロパーティクルの発生状況を計測するマクロパーティクルの計測装置であって、
基材の成膜領域に対応した所定の実空間領域を通過する前記マクロパーティクルの各々からの光信号を検知する光検知手段と、
各マクロパーティクルにおいて検知された前記光信号を画像処理することによって各マクロパーティクルの直径および基材方向への速度成分を計測する画像処理手段と、
計測された各マクロパーティクルの直径および速度成分と、前記実空間領域の体積とに基づいて、単位時間に、基材表面に平行な単位断面を通過する各マクロパーティクルの数と、前記直径との積を求め、さらに、各マクロパーティクル毎に求められたマクロパーティクルの数と直径との積の総和を算出する算出手段と
を備えていることを特徴とするマクロパーティクルの計測装置。
A macro particle measuring device that measures the occurrence state of macro particles generated when performing surface treatment of a substrate using a surface treatment device,
A light detection means for detecting a light signal from each of the macro particles passing through a predetermined real space region corresponding to a film formation region of the substrate;
Image processing means for measuring the diameter component of each macro particle and the velocity component in the substrate direction by image processing the optical signal detected in each macro particle;
Based on the measured diameter and velocity components of each macro particle and the volume of the real space region, the number of each macro particle passing through a unit cross section parallel to the substrate surface per unit time and the diameter An apparatus for measuring a macro particle, comprising: a calculating unit that calculates a product, and further calculates a sum of products of the number and diameter of macro particles determined for each macro particle.
請求項7または請求項8に記載のマクロパーティクルの計測装置を備えていることを特徴とする基材の表面処理装置。   A surface treatment apparatus for a substrate, comprising the macro particle measurement apparatus according to claim 7.
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