JPH0776421B2 - 薄膜形成装置 - Google Patents

薄膜形成装置

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JPH0776421B2
JPH0776421B2 JP2034284A JP3428490A JPH0776421B2 JP H0776421 B2 JPH0776421 B2 JP H0776421B2 JP 2034284 A JP2034284 A JP 2034284A JP 3428490 A JP3428490 A JP 3428490A JP H0776421 B2 JPH0776421 B2 JP H0776421B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、薄膜形成装置に係り、特に成膜時に移動する
基板面での成膜量を計測するに好適な薄膜形成装置に関
する。
〔従来の技術〕
成膜時に移動する基板面での成膜量を常時計測すること
は、膜厚を精度よくするために必要なこととなり、特に
該膜厚がオングストローム程度の場合その必要性は増大
する。
従来は、たとえば、透明の薄膜形成装置外から成膜面に
光を投射し、その反射光を該装置外に取り出し、光の干
渉の原理等に基づいて該成膜の膜圧を計測するもの等が
知られていた(特開昭62−142766号公報参照)。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、従来の装置にあっては、光を媒体として膜厚を
計測するものであるため、成膜の際に放電を利用するも
のにあっては、利用できないという問題があった。
前記光が放電によって妨害され、正確な干渉光が得られ
ないからである。
本発明はこのような事情に基づいてなされたものであ
り、放電を利用して成膜をなす薄膜形成装置にあって
も、該成膜の膜厚を精度よく検出することのできる薄膜
形成装置を提供するにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明は、基板を保持する
基板ホルダと、該基板ホルダに保持された基板に対面し
て配置したターゲット板と、該ターゲット板と前記基板
とを内部に収納する真空容器とを備え、前記ターゲット
板と前記基板との間に放電を生じさせて前記基板上に前
記ターゲット板材料を被着させて成膜を行なう薄膜形成
装置において、前記基板ホルダを前記ターゲット板と対
面しながら水平方向に移動させる基板ホルダ駆動手段
と、前記基板ホルダの前記ターゲット板に対向する面
で、かつ、前記基板が配置されていない領域に配置した
抵抗体と該抵抗体の両側に設けた電極とこれらを絶縁保
持する絶縁体とからなる複数のモニタ手段と、前記真空
容器の外部に配置され、該モニタ手段で検出された前記
電極間の抵抗値を入力し、予め入力されている前記基板
上に形成される被膜の規定膜厚における抵抗値とから被
膜の膜厚を測定する計測制御手段とを設けたことを特徴
とする。
〔作用〕
このように構成した薄膜形成装置は、各電極間に成膜さ
れた膜は、それが極めて薄い場合、ターゲット板が導電
体であれば膜厚に対応した抵抗値を示す。このため、こ
れらの関係が予め判っていれば、抵抗値を検知すること
によって、膜厚を知ることができるようになる。
そして、このような検知は基板を保持する基板ホルダの
移動によって変化するものでないことから、該電極から
電気信号を取出すことができる限り、該基板ホルダの移
動に拘わらず成膜中の膜厚を検出することができる。
しかも、該電極からの電気信号は放電によって妨害され
るものでなく、正確なものとして取出すことができるた
め、成膜中の膜厚を精度よく検出することができるよう
になる。
〔実施例〕
以下、本発明による薄膜形成装置の実施例を図面を用い
て説明する。
第1図は本実施例装置の縦断面の構成図、第2図は基板
配置面側の正面図である。これらの図において、真空容
器1内には、板状からなる基板ホルダ3が配置されてお
り、この基板ホルダ3は図面の紙面表裏方向へ移動され
るようになっている。前記基板ホルダ3の移動は、真空
容器1外に取り付けた駆動モータ21によって回転するギ
ヤ20Aと、このギヤ20Aと噛み合う前記基板ホルダ3の下
側面に形成されたラックギヤ20Bとによってなされるよ
うになっている。
このようにして移動される基板ホルダ3の一面には複数
の基板2が搭載されている。この基板2はその一面に成
膜を施こそうとして配置されたもので、たとえば半導体
基板等からなる。
前記基板ホルダ3の基板2が配置された面と対向する側
には、カソード電極15が配置され、このカソード電極15
は前記真空容器に支持されている。そして、このカソー
ド電極15の前記基板ホルダ3と対向する面にはターゲッ
ト板14が取付けられている。このターゲット板14は、前
記基板2に成膜を施こそうとする被膜材料と同様の材料
からなるものである。
また、前記カソード電極15には電源16が接続されてお
り、これにより、前記ターゲット板14と基板2との間に
放電を生ぜしめるようになっている。さらに、真空容器
1内には被膜を加熱するための加熱ヒータ22が備えられ
ている。
次に、前記基板ホルダ3の前記ターゲット板14側に対向
する面で、前記基板2が配置されていない領域には、前
記基板2面に成膜される膜厚を計測するため、抵抗体4
とその両端に設けられた電極5と、これらを絶縁保持す
る絶縁体6からなるモニタ機構100が設けられている。
その各電極5の露呈面は基板ホルダ3の表面と面一にな
っているとともに、前記各電極5間に配置される抵抗体
4の表面も前記基板ホルダ3の表面と面一になってい
る。なお、前記各電極5は絶縁体6によって基板ホルダ
3との電気的絶縁が図れるようになっている。
なお、前記モニタ機構100は基板ホルダ3上に、分布な
どを見るために複数個設けられているようにしてもよ
い。
前記モニタ機構100を1個あるいはそれ以上設けたとし
ても、各電極5は、基板ホルダ3の周辺にまで引き出さ
れるようになっており、基板ホルダ3の下方面に位置づ
けられている測定端子9に接続されている。これら測定
端子9は、真空容器1に支持された導入端子11から突出
した集電端子10に当接され、前記集電端子10は真空容器
1外に電気的に引き出され計測制御器12へ接続されてい
る。
この計測制御器12は、真空容器1外において、前記基板
ホルダ3の移動不移動に拘わらず、前記モニタ機構100
における各電極5間の抵抗値を測定するようになってい
る。
このように構成した薄膜形成装置は、真空容器1内に所
定の圧力でアルゴンガスを導入し、電源16によって、タ
ーゲット板14と基板2との間に放電を生ぜしめる。これ
により、この放電空間にできたアルゴンの正イオンは電
極間の電界によりターゲット板14に向けて加速され、こ
れに衝突する。すると、前記ターゲット板14の材料はは
ね飛ばされ(スパッタ)基板ホルダ3の方向へ飛んでい
く。
このため、基板ホルダ3上には、前記基板2、モニタ機
構100、にもそれぞれ同じ条件で、前記ターゲット板14
と同材料の被膜が形成されることになる。
したがって、前記被膜の規定の膜厚での抵抗値が予め判
っておれば、抵抗値を検出することによって容易に前記
被膜の膜厚を定めることができる。
この場合、新たに成膜を行なうために基板2を設置する
際、モニタ機構100取換える必要があるが、特に各成膜
毎に、初期の抵抗値を読みとり、以後の成膜による抵抗
変化分で膜厚を知るようにすれば、該モニタ機構100の
取換えは少なくすることができる。
以上説明した実施例は、金属薄膜を形成する場合であ
り、絶縁体あるいは誘電体材料の被膜を形成する場合を
第3図を用いて説明する。同図において、モニタ機構10
0は、第1図し示したものとほぼ同様であるが、測定回
路が異なっている。
すなわち、電極5の間には誘電率ε1の絶縁体材料8が
設けられているとすると、成膜される絶縁体,誘電体材
料の誘電率をε2とした場合、成膜中の静電容量Cは、 C=ΣkS/(d/ε)=k′(t1ε1+t2ε2)で表わされ
る。k,k′は比例定数、t1,t2はそれぞれの厚さであ
り、成膜厚さt2に応じてCが変化する。したがって、外
部に直列に設けた基準C0との分担電圧を測定することに
より容易にCを求めることができ膜厚t2を知ることがで
きる。
また、上述した実施例では、モニタ機構100から電気信
号を真空容器1外に取り出す集電端子10はいわゆるメタ
ルスリップ構造のものとしたものであるが、第4図に示
すように、電気ブラシ構造としてもよい。同図におい
て、各測定電極端子9は絶縁物により仕切られている。
成膜基板ホルダ3が処理室に移動する際、ブラシホルダ
13に保持されたブラシ10′がスプリング17の力により測
定端子9に接触する構造となり、基板ホルダ3が移動中
も抵抗値を常時測定することが可能となる。
更に、スリップ,ブラシのいずれの場合も、真空中での
摺動部を有する為、摺動による発塵が発生する。又、放
電中プラズマからのイオン,電子が、この測定部に入射
すると計測誤差を生じやすくなる。したがって、第4図
に示すように、この集電計測部を基板ホルダ下部に配置
し、カバー18を設けることにより、浮遊塵埃の舞い上が
りが防止され、且つ、プラズマからの隔離が行なわれ、
測定精度の向上に効果を奏する。
また、本発明は、半導体材料に近い材料を被着する場
合、もしくは抵抗値変化が検知しにくい範囲の場合、更
に後で述べる温度較正などをする場合には、四端子法を
用いると便利となる。
ここで、四端子法は、第5図に示すように、近接した四
つの端子電極32間に精度良く制御された計測電圧(電
流)を印加し、四端子中の二端子の電圧(電流)を計測
する方法である。
4本の端子32の外側電極に直流電源33より定電流を流
し、内側電極により電位差を読む方法で、精度良く測定
することができ、膜厚制御に効果がある。
この場合において、抵抗は被測定物の温度に強く影響さ
れる。したがってできる限り実使用状態まで温度を下げ
て、測定することが望ましいが、成膜中にてモニタする
場合は不可能となる。
そこで、第5図に示すように、成膜量を計測する抵抗体
の近傍もしくは隣接して、既知の抵抗シート、例えば温
度特性の寄りPtなどの側温抵抗体31を接続させている。
この抵抗体31に、直流電源33より供給される電流34を読
むことにより、成膜中の温度上昇に伴う抵抗値変化分を
測定できることになる。これにより、成膜材の抵抗値変
化の温度補正が可能となり、より正確な膜厚制御に効果
がある。
更に、たとえば13.56MHzのような高い周波数のRF電源を
用いたスパッタ装置では、計測信号にRFノイズが重畳す
るため、正確な値を計測することができない。このた
め、低域炉波器(ローパスフィルタ))は、たとえば第
1図に示す導入端子11内に組み込むことが有効となる。
ローパスフィルタは、通常電気回路等で用いるLCRタイ
プで良く、導入端子内に収めることにより、高周波重畳
分をカットし、且つ真空容器外へ漏洩させないことが、
成膜中の計測ノイズを低減し、精度の良い計測が可能と
なる。
この他、ある定められた範囲だけ、集電端子10が基板ホ
ルダの計測端子9に接触し、基板ホルダと共に移動しな
がら成膜量を計測することも、微量な信号を扱う際には
効果がある。この場合を第6図及び第7図を用いて説明
する。集電端子10の下部に設けたラックギヤ24に対し、
駆動モータ21の軸に設けた送り機構のギヤ23を、軸の移
動によりかみ合わせるようにする。これにより、基板ホ
ルダと集電端子部13とは、同一駆動系により同一速度で
移動することが可能となる。こうすると、摺動接触に伴
う信号変化分を極力抑えることができる為、測定の信頼
性も向上し、成膜中のモニタにも効果がある。
あるいは、定められた位置のみ、又は、一定範囲のみの
計測が可能になると、例えば、成膜開始点と、中間点、
及び終点の3点を個別に計測する使用も考えられる。即
ち、量産タイプの成膜装置となると、最終結果だけで判
定すると規定範囲外のものは不良となってしまう。そこ
で、成膜開始点での初期値をモニタ及び記憶し、中間点
での成膜量をモニタする。この前半部分での成膜量が予
定通りかどうかチェックする。良ければ、後半はそのま
ま成膜を継続し、増減の必要がある場合には、設定予定
値との偏差をカバーできるように、成膜電源のパワー,
成膜時間,成膜移動速度などを制御し、終点で確認をす
るといった使用法が可能になる。これにより、より高機
能な移動成膜ができ、歩留向上に効果がある。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明による薄膜形成装置によれ
ば、電極間に成膜された膜は、それが極めて薄い場合、
導電体であれば膜厚に対応した抵抗値を示す。このた
め、これらの関係が予め判っていれば、抵抗値を検知す
ることによって、膜厚を知ることができるようになる。
そして、このような検知は基板を搭載する基板ホルダの
移動によって変化するものでないことから、該電極から
電気信号を取出すことにより、該基板ホルダの移動に拘
わらず成膜中の膜厚を検出することができる。
しかも、該電極からの電気信号は放電によって妨害され
るものでなく、正確なものとして取出すことができる。
このため成膜中の膜厚を精度よく検出することができる
ようになる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による薄膜形成装置の一実施例を示す構
成図、第2図は第1図の基板配置面側の正面図、第3図
ないし第6図は本発明による薄膜形成装置の他の実施例
を示す構成図、第7図は第6図の基板配置面側の正面図
である。 1……真空容器、2……基板、3……基板ホルダ、9…
…測定端子、10……集電端子、14……ターゲット板、15
……カソード電極、100……モニタ機構。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板を保持する基板ホルダと、該基板ホル
    ダに保持された前記基板に対面して配置したターゲット
    板と、該ターゲット板と前記基板とを内部に収納する真
    空容器とを備え、前記ターゲット板と前記基板との間に
    放電を生じさせて前記基板上にターゲット板材料を被着
    させて成膜を行なう薄膜形成装置において、 前記基板ホルダを前記ターゲット板と対面しながら水平
    方向に移動させる基板ホルダ駆動手段と、前記基板ホル
    ダの前記ターゲット板に対向する面で、かつ、前記基板
    が配置されていない領域に配置した抵抗体と該抵抗体の
    両側に設けた電極とこれらを絶縁保持する絶縁体とから
    なる複数のモニタ手段と、前記真空容器の外部に配置さ
    れ、該モニタ手段で検出された前記電極間の抵抗値を入
    力し、予め入力されている前記基板上に形成される被膜
    の規定膜厚における抵抗値とから被膜の膜厚を測定する
    計測制御手段とを設けたことを特徴とする薄膜形成装
    置。
  2. 【請求項2】前記モニタ手段の各々の電極は前記基板ホ
    ルダの下部に配置されている測定端子に接続され、該測
    定端子は集電端子に当接摺動し、該集電端子は前記真空
    容器に支持されて突出した導入端子に連結され、該導入
    端子は前記計測制御手段に接続されていることを特徴と
    する請求項1に記載の薄膜形成装置。
  3. 【請求項3】前記モニタ手段の各々の電極は絶縁物によ
    り互いに絶縁されている測定端子に接続され、該測定端
    子はブラシホルダに保持されかつスプリングにより付勢
    されたブラシに接触し、該ブラシは前記真空容器の外側
    に配置した前記計測制御手段に接続されていることを特
    徴とする請求項1に記載の薄膜形成装置。
  4. 【請求項4】基板を保持する基板ホルダと、該基板ホル
    ダに保持された前記基板に対面して配置したターゲット
    板と、該ターゲット板と前記基板とを内部に収納する真
    空容器とを備え、前記ターゲット板と前記基板との間に
    放電を生じさせて前記基板上に前記ターゲット板材料を
    被着させて成膜を行なう薄膜形成装置において、 前記基板ホルダの前記ターゲット板に対向する面で、か
    つ、前記基板が配置されていない領域に配置した抵抗体
    と各々が近接した四つの端子電極を配置し、外側の端子
    電極間に定められた電圧若しくは電流を印加し、内側の
    端子電極間に電流若しくは電圧を検知し、前記基板に形
    成された被膜の厚を測さを測定する手段を有することを
    特徴とする薄膜形成装置。
  5. 【請求項5】基板を保持する基板ホルダと、該基板ホル
    ダに保持された前記基板に対面して配置したターゲット
    板と、該ターゲット板と前記基板とを内部に収納する真
    空容器とを備え、前記ターゲット板と前記基板との間に
    放電を生じさせて前記基板上に前記ターゲット板材料を
    被着させて成膜を行なう薄膜形成装置において、 前記基板ホルダを前記ターゲット板と対面しながら水平
    方向に移動させる基板ホルダ駆動手段と、前記基板ホル
    ダの前記ターゲット板に対向する面で、かつ、前記基板
    が配置されていない領域に配置した抵抗体と該抵抗体の
    両側に設けた電極とこれらを絶縁保持する絶縁体とから
    なる複数のモニタ手段と、前記基板ホルダの下部に配置
    され前記モニタ手段の各々の電極に接続された測定端子
    と、該測定端子に当接する集電端子と、前記真空容器に
    支持され該集電端子と可撓性導体により接続した導入端
    子と、前記基板ホルダ駆動手段に係合し前記集電端子を
    前記測定端子と同一速度で移動させる集電端子駆動手段
    とを設けたことを特徴とする薄膜形成装置。
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