JPH10121243A - Vacuum thin film forming device - Google Patents

Vacuum thin film forming device

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JPH10121243A
JPH10121243A JP28586196A JP28586196A JPH10121243A JP H10121243 A JPH10121243 A JP H10121243A JP 28586196 A JP28586196 A JP 28586196A JP 28586196 A JP28586196 A JP 28586196A JP H10121243 A JPH10121243 A JP H10121243A
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JP
Japan
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substrate
thin film
target
plasma
film formation
Prior art date
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Pending
Application number
JP28586196A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koji Kitagawa
浩司 北川
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To observe and measure the magnetic characteristics of a formed film during film formation on a substrate and to improve film formation speed. SOLUTION: A vacuum thin film forming device is intended for the film formation by sputtering a target 7 at the inside of an evacuated chamber 1 and making these sputtering atoms stuck to the substrate 8. In such a case, two Helmholtz coils 13, 14 are so arranged that the substrate 8 enters the virtual outer peripheral surface, and further, a laser device 16 for irradiating the substrate 8 with a laser beam, irradiation optical systems 18, 19, an optical system 18 for receiving a reflected laser beam from the same substrate 8 and a CCD camera 17 are arranged within the virtual outer peripheral surface. A video signal received with the CCD camera 17 is inputted into a control part 23 to execute a prescribed picture processing and arithmetic processing. Meanwhile the magnetic characteristics of the film formed on the same substrate 8 are observed and measured by impressing the power source of a power source circuit 27 on the Helmholtz coils 13, 14, thereby generating a magnetic field and causing the displacement of the substrate 8 during the film formation on the substrate 8, the electron density of plasma in the vicinity of the substrate 8 is made higher by the generated magnetic field. The sputtering atoms are increased in number by this high density plasma, which results in the speed-up of the film formation.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はスパッタ法により基
板に薄膜を形成する真空薄膜形成装置のインプロセス制
御技術に係り、特に詳しくは成膜中に基板上の薄膜の磁
気特性(MーH曲線)を観察する一方、スパッタレイト
を上げ、成膜速度を上げるようにした真空薄膜成形装置
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an in-process control technique for a vacuum thin film forming apparatus for forming a thin film on a substrate by a sputtering method, and more particularly, to a magnetic characteristic (MH curve) of a thin film on a substrate during film formation. The present invention relates to a vacuum thin film forming apparatus in which the sputter rate is increased and the film forming rate is increased while observing (2).

【0002】[0002]

【従来の技術】この種の真空薄膜成形装置は、真空槽
(真空チャンバ)内に放電用ガス(不活性ガス)を入
れ、真空チャンバに配置したターゲットの陰極と基板の
陽極との間に電圧を加えることによりその間に放電(グ
ロー放電を含む)を開始し、放電用ガスをイオン化して
プラズマを発生させるとともに、このプラズマ中の正イ
オンをターゲットに衝突させて同ターゲットの原子をス
パッタリングし、このスパッタリング原子を基板に付着
されて薄膜を形成する。
2. Description of the Related Art In a vacuum thin film forming apparatus of this kind, a discharge gas (inert gas) is placed in a vacuum chamber (vacuum chamber), and a voltage is applied between a cathode of a target placed in the vacuum chamber and an anode of a substrate. In the meantime, a discharge (including a glow discharge) is started, ionizing the discharge gas to generate plasma, and colliding positive ions in the plasma with a target to sputter atoms of the target, The sputtered atoms are attached to a substrate to form a thin film.

【0003】具体的に説明すると、まずチャンバ内を真
空ポンプ(メカニカルポンプ、ターボ分子ポンプ)で排
気して所定真空度とし、放電用ガス(例えばArガス)
のボンベにつながっている途中の配管の排気をした後、
バリアブルバルブを除々に開き、チャンバ内のアルゴン
ガスが所定圧力になるように調節する。
More specifically, the inside of the chamber is first evacuated by a vacuum pump (mechanical pump, turbo molecular pump) to a predetermined degree of vacuum, and a discharge gas (for example, Ar gas) is used.
After exhausting the piping on the way to the cylinder,
The variable valve is gradually opened to adjust the pressure of the argon gas in the chamber to a predetermined pressure.

【0004】上記チャンバ内を一定のアルゴンガス圧力
にしたら、陰極のターゲット(例えば磁性材)に電圧を
印加して放電を開始するが、このとき放電電流を一定に
して放電の安定性、均一性を保持する。すると、前述し
たように、ターゲットと同ターゲットに対向している陰
極に保持されている基板との間にはその放電によりイオ
ン化された正のアルゴンイオンおよび電子からなるプラ
ズマが発生する。このプラズマ中のアルゴンイオンがタ
ーゲットに衝突してターゲットの原子をたたき出し、こ
のたたき出されたスパッタリング原子が陽極の基板に堆
積する。
When a constant argon gas pressure is applied to the inside of the chamber, a voltage is applied to a cathode target (for example, a magnetic material) to start a discharge. At this time, the discharge current is kept constant and the stability and uniformity of the discharge are maintained. Hold. Then, as described above, a plasma including positive argon ions and electrons ionized by the discharge is generated between the target and the substrate held by the cathode facing the target. The argon ions in the plasma collide with the target and strike out the target atoms, and the sputtered-out atoms deposit on the anode substrate.

【0005】このようにして、基板にはターゲット原子
の薄膜が形成される。このとき、ターゲットと基板と距
離、アルゴンガスの圧力(反応ガス流量を含む)および
陽極と陰極との間に印加する電圧等を最適に設定するこ
とにより、基板にはターゲット原子の薄膜を適切に形成
することができる。
[0005] Thus, a thin film of target atoms is formed on the substrate. At this time, by appropriately setting the distance between the target and the substrate, the pressure of the argon gas (including the flow rate of the reaction gas), the voltage applied between the anode and the cathode, etc., the thin film of the target atoms is appropriately applied to the substrate. Can be formed.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】ところで、上記スパッタ
法による真空薄膜成形装置においては、基板の薄膜不良
を少なくするために(つまり基板の歩留まり上げるため
に)、基板の成膜の状態(磁気特性)を観察、測定する
必要がある。この場合、基板を真空チャンバから大気中
に取り出し、しかる後所定測定装置を用いて磁気特性を
測定する。
By the way, in the vacuum thin film forming apparatus using the sputtering method, in order to reduce the thin film defect of the substrate (that is, to increase the yield of the substrate), the state of the film formation of the substrate (the magnetic characteristics). ) Must be observed and measured. In this case, the substrate is taken out of the vacuum chamber into the atmosphere, and then the magnetic properties are measured using a predetermined measuring device.

【0007】このように、基板を一旦大気中に取り出す
ために、放電停止やバルブ操作等を必要とするだけな
く、取り出した基板の成膜の検査工程(ハンドリング)
にも時間がかかり、また薄膜形成が良くない場合には再
度成膜を行うために上述したプロセス操作を繰り返さな
ければならなず、多大な時間がかかってしまうという欠
点があった。そのため、抜取り検査等を行って出来るだ
け効率良く基板の成膜を行っているが、歩留まり等の向
上を考慮すると、全ての基板の成膜を検査することが好
ましい。 そのような観点や、上記スパッタ法にあって
は真空蒸着法と比較して成膜速度が遅いということもあ
って、本出願人は成膜中に検査可能とし、かつ成膜速度
を上げる手法を開発するに至った。
As described above, in order to once take out the substrate into the atmosphere, it is not only necessary to stop discharge, operate a valve, and the like, but also to inspect the film formation of the taken out substrate (handling).
It takes a long time, and when the formation of a thin film is not good, the above-described process operation has to be repeated in order to perform the film formation again, which has a disadvantage that it takes a lot of time. For this reason, the film formation on the substrates is performed as efficiently as possible by performing a sampling inspection or the like. However, considering the improvement in yield and the like, it is preferable to inspect the film formations on all the substrates. From such a point of view and the fact that the sputtering method has a lower film formation rate compared to the vacuum evaporation method, the present applicant has made it possible to inspect during film formation and increase the film formation rate. Has led to the development.

【0008】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
り、その目的は基板の成膜中に成膜を観察し、その特性
を測定可能とし、基板の成膜の検査時間が短くて済むよ
うにし、また成膜速度の向上を図ることができるように
した真空薄膜成形装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in consideration of the above problems, and has as its object to observe the film formation during the film formation of the substrate, to measure the characteristics thereof, and to shorten the inspection time of the film formation on the substrate. Another object of the present invention is to provide a vacuum thin film forming apparatus capable of improving a film forming speed.

【0009】[0009]

【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、内部にターゲットおよび同ターゲットに
対向して基板を配置したチャンバ内を所定真空度として
放電用の不活性ガスを入れ、前記ターゲットと基板の間
に放電を起こして前記不活性ガスをイオン化するととも
に、該イオン化された正イオンにより前記ターゲットの
原子をスパッタリングし、該スパッタリング原子により
前記基板に薄膜を形成する真空薄膜形成装置において、
少なくとも2つのコイルを前記真空チャンバ内に、かつ
それらの仮想外周面内に前記基板が入るように配置し、
前記基板にレーザ光を照射し、該基板からの反射レーザ
光を撮像手段で受光可能としており、前記基板の薄膜形
成中に、前記2つのコイルによって磁界を発生して前記
基板に変位を加え、前記撮像手段からの信号により少な
くとも前記基板の成膜の特性を測定する一方、前記放電
によるプラズマの電子密度を高密度化するようにしたこ
とを特徴としている。
In order to achieve the above object, the present invention provides a target and a chamber in which a substrate is disposed opposite to the target, in which a predetermined degree of vacuum is applied and an inert gas for discharge is introduced. Forming a thin film on the substrate by causing a discharge between the target and the substrate to ionize the inert gas and sputtering atoms of the target by the ionized positive ions, and forming a thin film on the substrate by the sputtered atoms. In the device,
At least two coils are arranged in the vacuum chamber and in such a way that the substrate enters the virtual outer peripheral surface thereof;
The substrate is irradiated with laser light, and reflected laser light from the substrate can be received by imaging means.During formation of the thin film on the substrate, a magnetic field is generated by the two coils to apply displacement to the substrate, At least the characteristics of film formation on the substrate are measured by a signal from the imaging unit, and the electron density of the plasma generated by the discharge is increased.

【0010】本発明は、内部にターゲットおよび同ター
ゲットに対向して基板を配置したチャンバ内を所定真空
度として放電用の不活性ガスを入れ、前記ターゲットと
基板の間に放電を起こして前記不活性ガスをイオン化す
るとともに、該イオン化された正イオンにより前記ター
ゲットの原子をスパッタリングし、該スパッタリング原
子により前記基板に薄膜を形成する真空薄膜形成装置に
おいて、前記真空チャンバ内で仮想外周面内に前記基板
が入るように配置した2つのヘルムホルツコイルと、該
ヘルムホルツコイルに電圧を印加する手段と、前記基板
にレーザ光を照射するためのレーザ装置および照射光学
系と、前記基板からの反射レーザ光を受光するための光
学系およびCCDカメラと、該CCDカメラで受光の信
号を所定に画像処理および演算処理し、前記基板の成膜
を観察可能とし、かつ前記成膜の特性を測定する手段と
を備え、前記基板の薄膜形成中に、前記2つのコイルに
よって発生した磁界により前記基板に変位を加えて同基
板の成膜を観察し、かつその特性を測定可能とする一
方、前記放電によるプラズマの電子密度を高密度化する
ようにしたことを特徴としている。
According to the present invention, a target and a chamber in which a substrate is arranged facing the target are placed at a predetermined degree of vacuum and an inert gas for discharge is introduced into the chamber to cause a discharge between the target and the substrate to cause the discharge. In a vacuum thin film forming apparatus that ionizes an active gas and sputters atoms of the target with the ionized positive ions and forms a thin film on the substrate with the sputtered atoms, the vacuum thin film is formed within a virtual outer peripheral surface in the vacuum chamber. Two Helmholtz coils arranged to receive the substrate, means for applying a voltage to the Helmholtz coil, a laser device and an irradiation optical system for irradiating the substrate with laser light, and a laser beam reflected from the substrate. An optical system and a CCD camera for receiving light; Means for observing the film formation on the substrate and calculating the characteristics of the film formation, and displacing the substrate by a magnetic field generated by the two coils during the formation of the thin film on the substrate. The method is characterized in that the film formation on the substrate can be observed and the characteristics thereof can be measured, and the electron density of plasma by the discharge is increased.

【0011】この場合、前記CCDカメラの前にはガル
バノミラー装置が備えられており、該ガルバノミラー装
置によって前記レーザ装置からのレーザ光の方向を変
え、前記基板の成膜の観察およびその成膜の特性の測定
時に前記レーザ光を基板に照射可能とする一方、前記タ
ーゲットと基板との間のプラズマに照射し、該プラズマ
の発光を前記CCDカメラで受光可能としており、該C
CDカメラでプラズマの発光強度を検出して同プラズマ
の電子温度および電子密度を算出し、該算出電子温度を
もとにして前記放電電圧、電流を所定に可変する一方、
前記算出電子密度をもとにして前記チャンバに流入する
リアクテブ反応ガスの流量を所定に可変すると好まし
い。
In this case, a galvanomirror device is provided in front of the CCD camera. The galvanomirror device changes the direction of laser light from the laser device to observe film formation on the substrate and to form the film. The laser light can be applied to the substrate during the measurement of the characteristics of the target, while the plasma between the target and the substrate is irradiated, and the emission of the plasma can be received by the CCD camera.
While detecting the emission intensity of the plasma with a CD camera, calculating the electron temperature and the electron density of the plasma, and varying the discharge voltage and current to predetermined values based on the calculated electron temperature,
It is preferable that the flow rate of the reactive gas flowing into the chamber be varied to a predetermined value based on the calculated electron density.

【0012】前記ヘルムホルツコイルの仮想内周面に、
所定マイクロ波を発生する手段と、該マイクロを受ける
手段と、前記発生したマイクロ波と受けたマイクロ波と
の位相差により前記基板付近のプラズマの電子密度を測
定する手段とを備え、該測定電子密度をもとにして前記
ヘルムホルツコイルの発生磁界強度を所定に可変可能に
すると好ましい。前記ヘルムホルツコイルの仮想内周面
上に非磁性体を備えるとよい。前記電子温度および電子
密度の測定に分光分析器を用いるとよい。
On the virtual inner peripheral surface of the Helmholtz coil,
A means for generating a predetermined microwave; a means for receiving the microwave; and a means for measuring an electron density of plasma near the substrate based on a phase difference between the generated microwave and the received microwave. It is preferable that the strength of the generated magnetic field of the Helmholtz coil can be varied in a predetermined manner based on the density. It is preferable that a nonmagnetic material is provided on the virtual inner peripheral surface of the Helmholtz coil. A spectrometer may be used for the measurement of the electron temperature and the electron density.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図1
を参照して詳細に説明する。図1は本発明の真空薄膜成
形装置の概略的構成図である。図1において、この真空
薄膜成形装置は、所定真空度に維持可能なチャンバ1
と、このチャンバ1内を所定に排気するためのメカニカ
ルポンプ2およびターボ分子ポンプ3と、放電用ガス
(不活性ガス;アルゴン)やリアクテブ反応ガス(酸素
ガス、窒素ガス)をチャンバ1内に導くための配管4お
よびボンベからそれらガスをチャンバ1に流入するため
のバルブ(ストップバルブやバリアブルバルブ(ピエゾ
バルブ))5,6とを備えている。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
This will be described in detail with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a vacuum thin film forming apparatus of the present invention. In FIG. 1, a vacuum thin film forming apparatus includes a chamber 1 capable of maintaining a predetermined degree of vacuum.
And a mechanical pump 2 and a turbo molecular pump 3 for exhausting the inside of the chamber 1 to a predetermined extent, and a discharge gas (inert gas; argon) and a reactive gas (oxygen gas, nitrogen gas) are introduced into the chamber 1. (Stop valve and variable valve (piezo valve)) 5 and 6 for allowing the gases to flow into the chamber 1 from the piping 4 and the cylinder.

【0014】チャンバ1内には陰極となるターゲット
(磁性体)7および同ターゲット7に対向して基板8が
配置されている。ターゲット7に接続したカソード9は
絶縁シールド板10を介してチャンバ1に固定されてお
り、また基板8を片持ち梁構造で保持する基板ホルダ1
1は絶縁シールド板12を介してチャンバ1に固定され
ている。すなわち、チャンバ1をアースに接地するから
である。なお、カソード9はマグネトロンカソードであ
ってもよい。
In the chamber 1, a target (magnetic material) 7 serving as a cathode and a substrate 8 are arranged so as to face the target 7. A cathode 9 connected to a target 7 is fixed to the chamber 1 via an insulating shield plate 10 and a substrate holder 1 for holding a substrate 8 in a cantilever structure.
Reference numeral 1 is fixed to the chamber 1 via an insulating shield plate 12. That is, the chamber 1 is grounded to the ground. Note that the cathode 9 may be a magnetron cathode.

【0015】また、基板8の成膜中に、その成膜磁性体
を観察し、磁気特性(M―H曲線)を測定するために、
チャンバ1内には2つのヘルムホルツコイル13,14
が相対して配置されており、しかもヘルムホルツコイル
13,14は基板8が同ヘルムホルツコイル13,14
の仮想外周面内に入るように配置されている。すなわ
ち、ヘルムホルツコイル13,14の発生磁界により、
基板8を変位(変動)させる必要があるからである。な
お、ヘルムホルツコイル13,14の仮想内周面上には
鉄心等に生じるうず電流を防止するために非磁性体が具
備されている。また、ヘルムホルツコイル13,14は
電磁石や永久磁石であってもよい。
Further, during the film formation of the substrate 8, in order to observe the film-formed magnetic material and measure the magnetic characteristics (MH curve),
Two Helmholtz coils 13 and 14 are provided in the chamber 1.
The Helmholtz coils 13 and 14 are arranged opposite to each other, and the Helmholtz coils 13 and 14
Are arranged so as to be within the virtual outer peripheral surface of. That is, by the magnetic field generated by the Helmholtz coils 13 and 14,
This is because the substrate 8 needs to be displaced (fluctuated). A non-magnetic material is provided on the imaginary inner peripheral surfaces of the Helmholtz coils 13 and 14 in order to prevent an eddy current generated in an iron core or the like. The Helmholtz coils 13 and 14 may be electromagnets or permanent magnets.

【0016】上記ヘルムホルツコイル13,14の仮想
内周面内には、発生磁界を検出するホール素子15と、
同期用シャッタ16a付きのレーザ装置16およびCC
Dカメラ17と、レーザ装置16からのレーザ光を基板
8に照射し、かつ基板8からの反射レーザ光をCCDカ
メラ(撮像手段)17に導く光学系のビームスプリッタ
18およびミラー19等とが配置されている。
A Hall element 15 for detecting a generated magnetic field is provided in a virtual inner peripheral surface of the Helmholtz coils 13 and 14.
Laser device 16 with synchronization shutter 16a and CC
A D camera 17 and an optical beam splitter 18 and a mirror 19 for irradiating the substrate 8 with laser light from the laser device 16 and guiding the reflected laser light from the substrate 8 to a CCD camera (imaging means) 17 are arranged. Have been.

【0017】なお、レーザ装置16およびCCD17は
ターゲット7と基板8との間に立つプラズマの電子温度
(電子密度)を測定する光学的測定器としても利用す
る。そのため、ガルバノミラー装置(ミラーおよびモー
タ)20がレーザ装置16の前に配置されている。すな
わち、レーザ装置16のレーザ光の向きを基板8の成膜
の観察、測定時とプラズマの電子温度測定時とで変える
ためである。また、マイクロ波法によりプラズマの電子
密度を測定するために、上記ヘルムホルツコイル13,
14の仮想内周面内には、マイクロ波を出力するホーン
アンテナ21と、チャンバ1内を伝搬したマイクロ波を
入力するホーンアンテナ22とが配置されている。
The laser device 16 and the CCD 17 are also used as an optical measuring device for measuring the electron temperature (electron density) of the plasma standing between the target 7 and the substrate 8. Therefore, a galvanometer mirror device (mirror and motor) 20 is arranged in front of the laser device 16. That is, the direction of the laser beam of the laser device 16 is changed between the time of observing and measuring the film formation on the substrate 8 and the time of measuring the electron temperature of the plasma. Further, in order to measure the electron density of the plasma by the microwave method, the Helmholtz coil 13,
A horn antenna 21 for outputting microwaves and a horn antenna 22 for inputting microwaves propagated in the chamber 1 are arranged in the virtual inner peripheral surface 14.

【0018】本発明の真空薄膜成形装置の制御系は、制
御部(記憶演算機能を有する)23を中心とし、カソー
ド9に所定負電圧を印加するための負電源24、電圧/
電流制御回路25およびD/Aコンバータ部26と、タ
ーゲット7に対して正の電圧を基板8に印加するための
電源回路27と、ピエゾバルブ6を制御するバルブ制御
回路28およびD/Aコンバータ部29とを備えてい
る。
The control system of the vacuum thin film forming apparatus according to the present invention mainly includes a control unit (having a memory operation function) 23, a negative power supply 24 for applying a predetermined negative voltage to the cathode 9,
A current control circuit 25 and a D / A converter section 26; a power supply circuit 27 for applying a positive voltage to the substrate 8 with respect to the target 7; a valve control circuit 28 and a D / A converter section 29 for controlling the piezo valve 6 And

【0019】この真空薄膜成形装置の測定系は、同じく
制御部23を中心とし、2つのヘルムホルツコイル1
3,14に高周波電源(電圧、電流)を印加する高周波
電源30と、この高周波電圧、電流を制御するために、
その電圧、電流を測定する電圧測定器31、電流測定器
32およびA/Dコンバータ部33と、CCDカメラ1
7を駆動するCCDドライバ回路34と、CCDカメラ
17からの映像信号に同期して同期シャッタ16aを駆
動するための同期信号を発生する同期信号発生器35と
を備えている。なお、制御部23がその映像信号を画像
処理する機能を有していない場合には映像信号を処理可
能な信号に変換する回路(図示せず)を設ければよい。
また、この測定系は、マイクロ波を発生するマイクロウ
ェーブ源36と、このマイクロ波を所定に位相シフトす
る可変位相シフタ部37と、ホーンアンテナ22で受け
たマイクロ波とその位相シフトしたマイクロ波との位相
を比較する位相比較器38と、この位相比較結果を制御
部22に入力可能とするA/Dコンバータ部39とを備
え、上記マイクロ波を導波管40を介して各所定部位に
導くようになっている。
The measuring system of this vacuum thin film forming apparatus also includes two Helmholtz coils 1
A high-frequency power supply 30 for applying a high-frequency power supply (voltage and current) to the power supply 3 and 14;
A voltage measuring device 31 for measuring the voltage and current, a current measuring device 32 and an A / D converter section 33;
7 and a synchronizing signal generator 35 for generating a synchronizing signal for driving the synchronizing shutter 16a in synchronization with a video signal from the CCD camera 17. If the control unit 23 does not have a function of performing image processing on the video signal, a circuit (not shown) for converting the video signal into a processable signal may be provided.
The measurement system includes a microwave source 36 for generating a microwave, a variable phase shifter 37 for shifting the microwave in a predetermined phase, a microwave received by the horn antenna 22, and the microwave having the phase shifted. , And an A / D converter section 39 for inputting the phase comparison result to the control section 22. The microwave is guided to each predetermined portion via the waveguide 40. It has become.

【0020】次に、上記真空薄膜成形装置の動作を説明
すると、まず基板3を基板ホルダ11に片持ちで保持
し、チャンバ1内をメカニカルポンプ2で排気して所定
真空度とし、さらにターボ分子ポンプ3でより高い真空
度とする。そして、不活性ガス(例えばアルゴンガス)
のボンベにつながっている途中の配管の排気をした後、
アルゴンガスのボンベのピエゾバルブ6を除々に開き、
チャンバ1内のアルゴンガスが所定圧力(例えば10-2
〜10-3Torr)になるように調節する。
Next, the operation of the vacuum thin film forming apparatus will be described. First, the substrate 3 is held by the substrate holder 11 in a cantilever manner, and the inside of the chamber 1 is evacuated by the mechanical pump 2 to a predetermined degree of vacuum. The pump 3 is set to a higher degree of vacuum. And an inert gas (eg, argon gas)
After exhausting the piping on the way to the cylinder,
Open the piezo valve 6 of the cylinder of argon gas gradually,
Argon gas in the chamber 1 has a predetermined pressure (for example, 10 −2).
-10 -3 Torr).

【0021】上記チャンバ1内を一定のアルゴンガス圧
力にしたら、制御部23によって電圧/電流制御回路2
5を駆動し、ターゲット7のカソード9に負電圧(例え
ば−600Vないし−1100V)を印加する。このと
き、基板8には電源回路27の電圧が印加され、ターゲ
ット7と基板8との間には放電が起こる。また、電圧/
電流回路24を制御し、その放電電流が一定に、つまり
放電が安定、均一になるように、カソード9の印加電圧
を調節する。
When the inside of the chamber 1 has a constant argon gas pressure, the control unit 23 controls the voltage / current control circuit 2.
5 is driven to apply a negative voltage (eg, −600 V to −1100 V) to the cathode 9 of the target 7. At this time, the voltage of the power supply circuit 27 is applied to the substrate 8, and a discharge occurs between the target 7 and the substrate 8. The voltage /
The current circuit 24 is controlled, and the voltage applied to the cathode 9 is adjusted so that the discharge current is constant, that is, the discharge is stable and uniform.

【0022】すると、前述した放電により、ターゲット
7と基板8との間にイオン化された正のアルゴンイオン
および電子からなるプラズマが発生する。このプラズマ
中の正のアルゴンイオンがターゲットに衝突してターゲ
ット7の原子をたたき出し、このたたき出されたスパッ
タリング原子が空隙を介して基板8に付着して成膜を形
成する。なお、このスパッタリング法よる成膜について
は、既に知られていることから、詳細な説明を省略す
る。
Then, the above-described discharge generates a plasma comprising ionized positive argon ions and electrons between the target 7 and the substrate 8. Positive argon ions in the plasma collide with the target and strike the atoms of the target 7, and the sputtered atoms adhere to the substrate 8 through the voids to form a film. Since the film formation by the sputtering method is already known, the detailed description is omitted.

【0023】上記スパッタリング法による成膜中に、基
板8に堆積した磁性体を観察するために、ヘルムホルツ
コイル13,14に所定高周波電圧を印加する。この場
合、図示しないが、制御部23は、電圧測定器31およ
び電流測定器32の測定結果に応じて高周波電源30を
制御し、ヘルムホルツコイル13,14の発生磁界の強
度を調節する。
During the film formation by the sputtering method, a predetermined high-frequency voltage is applied to the Helmholtz coils 13 and 14 in order to observe the magnetic material deposited on the substrate 8. In this case, although not shown, the control unit 23 controls the high-frequency power supply 30 according to the measurement results of the voltage measuring device 31 and the current measuring device 32, and adjusts the strength of the magnetic field generated by the Helmholtz coils 13, 14.

【0024】また、上記磁界の発生をホール素子15で
検知すると、レーザ装置16を駆動する。すると、レー
ザ装置16のレーザ光が種々光学系(図示せず)、ビー
ムスプリッタ18およびミラー19を介して基板8に照
射され、この反射レーザ光がビームスプリッタ18を介
してCCDカメラ17に入射されるため、制御部23に
はCCDカメラ17からの映像信号が入力される。な
お、レーザ装置16の同期用シャッタ16aは同期信号
発生回路35からの同期信号に同期して動作するため、
CCDカメラ17ではストロボ方式で基板8の成膜映像
がとらえられる。
When the generation of the magnetic field is detected by the Hall element 15, the laser device 16 is driven. Then, the laser light of the laser device 16 is irradiated on the substrate 8 via various optical systems (not shown), the beam splitter 18 and the mirror 19, and the reflected laser light is incident on the CCD camera 17 via the beam splitter 18. Therefore, a video signal from the CCD camera 17 is input to the control unit 23. Since the synchronization shutter 16a of the laser device 16 operates in synchronization with the synchronization signal from the synchronization signal generation circuit 35,
The CCD camera 17 captures an image of the film formed on the substrate 8 in a stroboscopic manner.

【0025】上記制御部23は入力映像信号を所定画像
処理、演算処理し、基板8の成膜映像をディスプレイに
表示する一方、上記ヘルムホルツコイル13,14の発
生磁界の強度変化により基板8を変位させ、この変位を
ストロボ方式でとらえて基板8の成膜磁性体の磁気特性
(磁区の運動や回転状態(M−H曲線))を表示する。
つまり、これはカー効果を利用した磁気特性の測定装置
となる。このように、基板8の成膜中に、基板8の成膜
の磁気特性を観察、測定(モニタ)することができ、つ
まりインプロセスで基板8の成膜を評価することができ
る。したがって、一旦成膜を中断し、取り出して磁気特
性等の検査を行う必要がなくなり(ハンドリングの必要
がなくなり)、ひいては検査時間が極めて短くて済む。
また、全ての基板8について検査することができ、抜取
り検査等と比較して遥かに基板8の歩留まりを上げるこ
とができ、しかも製品の管理が容易である。なお、成膜
中に基板8がずれることもあるが、上記観察によってそ
のずれを測定することができ、これによっても基板8の
成膜磁気特性を測定することができる。
The control section 23 performs predetermined image processing and arithmetic processing on the input video signal and displays a film deposition image of the substrate 8 on a display, while displacing the substrate 8 by a change in the intensity of the magnetic field generated by the Helmholtz coils 13 and 14. Then, the displacement is captured by the strobe method, and the magnetic characteristics (movement and rotation state (MH curve) of the magnetic domain) of the film-forming magnetic material on the substrate 8 are displayed.
That is, this is a device for measuring magnetic properties using the Kerr effect. As described above, the magnetic characteristics of the film formation of the substrate 8 can be observed and measured (monitored) during the film formation of the substrate 8, that is, the film formation of the substrate 8 can be evaluated in-process. Therefore, it is not necessary to temporarily stop the film formation, take out the film, and inspect it for magnetic properties and the like (there is no need for handling), and the inspection time can be extremely short.
In addition, all the substrates 8 can be inspected, and the yield of the substrates 8 can be greatly increased as compared with the sampling inspection and the like, and the product management is easy. Although the substrate 8 may shift during the film formation, the shift can be measured by the above observation, and the film formation magnetic characteristics of the substrate 8 can also be measured.

【0026】一方、上記ヘルムホルツコイル13,14
の発生磁界により、基板8付近に電子を閉じ込めること
ができ(つまり電子の飛程距離を長くすることがで
き)、結果として電子密度が高くなり、アルゴンガスの
イオン化が促進される(イオン化効率が上がる)。する
と、ターゲット7と基板8との間に発生しているプラブ
マの他に、あたかも2つ目のプラズマが基板8付近に発
生した形になる。このようにしてプラズマの高密度化が
図れるため、スパッタレイトを上げるこおとができ、つ
まりスパッタリング原子数を増やすことができ、結果基
板8の成膜速度を上げることができ、また上記ヘルムホ
ルツコイル13,14の磁界により一次電子の基板8へ
の衝突を少なくすることができ、基板8の成膜へのダメ
ージを減らすことができる。
On the other hand, the Helmholtz coils 13, 14
, Electrons can be confined in the vicinity of the substrate 8 (that is, the range of the electrons can be increased). As a result, the electron density increases, and the ionization of argon gas is promoted (ionization efficiency increases). Go up). Then, in addition to the plasma generated between the target 7 and the substrate 8, it is as if a second plasma is generated near the substrate 8. Since the density of the plasma can be increased in this manner, the sputter rate can be increased, that is, the number of sputtered atoms can be increased, and as a result, the deposition rate of the substrate 8 can be increased, and the Helmholtz coil The collision of the primary electrons with the substrate 8 can be reduced by the magnetic fields 13 and 14, and the damage to the film formation on the substrate 8 can be reduced.

【0027】また、測定系では、上記ターゲット7と基
板8との間のプラズマの電子密度を光学的測定法でモニ
タする。この光学的測定法による電子密度のモニタは、
レーザ装置16からのレーザ光をターゲット7と基板8
との間に発生しているプラズマに入射し、このプラズマ
からの光(発光)を光学フィルタを通してCCDカメラ
17でとらえ、この映像信号を制御部23に入力してア
ルゴンの発光波長の強度を検出する。この場合、アルゴ
ンピークの2波長の検出強度によりその強度比を算出
し、この2波長の強度比によりプラズマの電子温度を算
出する。また、プラズマの電子温度が分かれば、相対的
に電子密度も算出することができる。なお、電子密度の
検出方法としては分光分析器を用いてもよく、また分光
分析器を用いずにオプトガルバノ効果を利用してもよ
い。例えば、オプトガルバノ効果を利用する場合、波長
可変レーザ光をプラズマに照射し、このプラズマのイン
ピーダンス変化を連続的に測定し、そのインピーダンス
変化によりプラズマの電子状態(つまり電子密度分布)
を知ることができる。このようにして電子温度をモニタ
することができるため、その電子温度をもとにして放電
電圧、電流(プラズマに与えるエネルギー)を所望にコ
ントロールすることが可能となる。この場合、制御部2
3が電圧/電流制御回路25を制御し、ターゲット7の
印加電圧、電流を調節する。
In the measuring system, the electron density of the plasma between the target 7 and the substrate 8 is monitored by an optical measuring method. Monitoring of electron density by this optical measurement method
The laser light from the laser device 16 is applied to the target 7 and the substrate 8.
The light (emission) from the plasma is captured by the CCD camera 17 through an optical filter, and the video signal is input to the control unit 23 to detect the intensity of the emission wavelength of argon. I do. In this case, the intensity ratio is calculated based on the detected intensity of two wavelengths of the argon peak, and the electron temperature of the plasma is calculated based on the intensity ratio of the two wavelengths. Also, if the electron temperature of the plasma is known, the electron density can be relatively calculated. As a method for detecting the electron density, a spectroscopic analyzer may be used, or the Optogalvanic effect may be used without using the spectroscopic analyzer. For example, when the Optogalvanic effect is used, a wavelength-variable laser beam is irradiated on the plasma, the impedance change of the plasma is continuously measured, and the electronic state (that is, the electron density distribution) of the plasma is measured based on the impedance change.
You can know. Since the electron temperature can be monitored in this manner, the discharge voltage and current (energy applied to the plasma) can be controlled as desired based on the electron temperature. In this case, the control unit 2
3 controls the voltage / current control circuit 25 to adjust the applied voltage and current of the target 7.

【0028】また、上記モニタした電子密度によりター
ゲット7と基板8の間のプラズマの状態が分かり、制御
部23はバルブ制御部28およびD/Aコンバータ部2
9を制御してチャンバ1へのリアクテブ反応ガス(酸素
ガスや窒素ガス)の流量を可変制御し、チャンバ1内の
イオン化反応を所望にコントロールする(例えばプラズ
マの安定化を図る)。例えば、上記発光強度比が所定値
に保つ場合(安定化を図る場合)、酸素ガスの流量を調
節する。
The state of the plasma between the target 7 and the substrate 8 can be known from the monitored electron density, and the control unit 23 controls the valve control unit 28 and the D / A converter unit 2.
9, the flow rate of the reactive reaction gas (oxygen gas or nitrogen gas) to the chamber 1 is variably controlled to control the ionization reaction in the chamber 1 as desired (for example, to stabilize the plasma). For example, when the emission intensity ratio is maintained at a predetermined value (for stabilization), the flow rate of oxygen gas is adjusted.

【0029】さらに、この測定系では基板8付近のプラ
ズマの電子密度をマイクロ波による測定法でモニタす
る。マイクロ波による電子密度のモニタは、マイクロウ
ェーブ源36からのマイクロ波をホーンアンテナ21か
ら基板8付近のプラズマに放射するとともに、そのマイ
クロ波を可変位相シフタ部37に通して所定位相シフト
する一方、プラズマ通ったマイクロ波をホーンアンテナ
22で受け、この受けたマイクロ波と位相シフトしたマ
イクロ波とを位相比較器38で比較する。この場合、上
記比較結果が零になるように位相シフタ部37を制御し
(遮断周波数=1とする)、この制御量により遮断密
度、つまりプラズマの電子密度を算出する。
Further, in this measuring system, the electron density of the plasma near the substrate 8 is monitored by a measuring method using microwaves. The monitoring of the electron density by the microwave radiates the microwave from the microwave source 36 to the plasma near the substrate 8 from the horn antenna 21 and passes the microwave through the variable phase shifter 37 to perform a predetermined phase shift. The microwave passing through the plasma is received by the horn antenna 22, and the received microwave and the phase-shifted microwave are compared by the phase comparator 38. In this case, the phase shifter 37 is controlled so that the comparison result becomes zero (the cutoff frequency = 1), and the cutoff density, that is, the electron density of the plasma is calculated based on the control amount.

【0030】このようにして電子密度をモニタすること
ができるため、その電子密度をもとにしてヘルムホルツ
コイル13,14の発生磁界(基板8付近の磁界強度)
を制御し、基板8付近のプラズマの電子密度の高密度化
を図る。この場合、高周波電源30としては電圧、電流
可変タイプのものを用い、この可変制御を制御部23で
行うようにすればよい。
Since the electron density can be monitored in this manner, the magnetic field generated by the Helmholtz coils 13 and 14 (the magnetic field strength near the substrate 8) is determined based on the electron density.
To increase the electron density of the plasma near the substrate 8. In this case, the high-frequency power supply 30 may be of a variable voltage / current type, and the variable control may be performed by the control unit 23.

【0031】このように、基板8の成膜中に、ターゲッ
ト7と基板8との間のプラズマの電子温度および電子密
度をモニタし、このモニタによりリアクテブ反応ガスの
流量をコントロールするとともに、放電電圧、電流(プ
ラズマに与えるエネルギー)をコントロールする一方、
基板8付近のプラズマの電子密度をモニタし、このモニ
タによりヘルムホルツコイル13,14の発生磁界強度
をコントロールする。したがって、リアクテブ反応ガス
の流量、プラズマに与えるエネルギーおよび磁界強度を
所望にコントロールすることができ(総合的に成膜状態
をコントロールすることができ)、例えば前述した成膜
中の検査の結果がスペックから外れている場合でも、そ
の成膜の修正が容易にでき、また基板8の付着力を高め
る放電および傾斜膜を含めた磁気特性を容易に管理する
ことができ、つまり基板8の成膜を所望に形成すること
ができ、結果製品を安定に生産することができる。
As described above, during the film formation of the substrate 8, the electron temperature and the electron density of the plasma between the target 7 and the substrate 8 are monitored, and the monitor controls the flow rate of the reactive gas and discharge voltage. , While controlling the current (energy given to the plasma)
The electron density of the plasma near the substrate 8 is monitored, and the intensity of the magnetic field generated by the Helmholtz coils 13 and 14 is controlled by the monitor. Therefore, the flow rate of the reactive reaction gas, the energy given to the plasma, and the magnetic field intensity can be controlled as desired (the film formation state can be controlled comprehensively). Even when the film thickness is out of the range, the film formation can be easily corrected, and the magnetic properties including the discharge and the gradient film for enhancing the adhesion of the substrate 8 can be easily managed. It can be formed as desired, and as a result, the product can be produced stably.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上説明したとおり、この真空薄膜成形
装置の請求項1の発明によると、少なくとも2つのコイ
ルを上記真空チャンバ内に、かつそれらの仮想外周面内
に上記基板が入るように配置し、上記基板にレーザ光を
照射し、該基板からの反射レーザ光を撮像手段で受光可
能としており、上記基板の薄膜形成中に、上記2つのコ
イルによって磁界を発生して上記基板に変位を加え、前
記撮像手段からの信号により少なくとも前記基板の成膜
の特性を測定する一方、上記放電によるプラズマの電子
密度を高密度化するるようにしたので、成膜中に、成膜
の特性を測定することができるため、従来より遥かに基
板の検査時間が短くて済み、しかも成膜の修正等がで
き、またプラズマの電子密度の高密度化が図れるため
(イオン化効率が上がるために)、スパッタリング原子
が増え、成膜速度の向上を図ることができるという効果
がある。
As described above, according to the first aspect of the present invention, at least two coils are arranged in the vacuum chamber and in such a manner that the substrate enters the virtual outer peripheral surface thereof. Then, the substrate is irradiated with laser light, and reflected laser light from the substrate can be received by the imaging means. During the formation of a thin film on the substrate, a magnetic field is generated by the two coils to displace the substrate. In addition, while at least the characteristics of the film formation on the substrate are measured by a signal from the imaging unit, the electron density of the plasma generated by the discharge is increased, so that the characteristics of the film formation are reduced during the film formation. Since the measurement can be performed, the inspection time of the substrate is much shorter than before, and the film formation can be corrected, and the electron density of the plasma can be increased (the ionization efficiency is improved). ) For, increasing sputtering atoms, there is an effect that it is possible to improve the deposition rate.

【0033】請求項2の発明によると、真空薄膜形成装
置の真空チャンバ内で仮想外周面内に基板が入るように
配置した2つのヘルムホルツコイルと、このヘルムホル
ツコイルに電圧を印加する手段と、上記基板にレーザ光
を照射するためのレーザ装置および照射光学系と、上記
基板からの反射レーザ光を受光するための光学系および
CCDカメラと、このCCDカメラで受光の信号を所定
に画像処理し、上記基板の成膜を観察可能とし、かつ上
記基盤の成膜の特性を測定する手段とを備え、上記基板
の成膜中に、上記2つのコイルによって発生した磁界に
より上記基板に変位を加えて同基板の成膜を観察し、か
つその特性を測定可能とする一方、上記放電によるプラ
ズマの電子密度を高密度化するようにしたので、成膜中
に、成膜の磁気特性を観察、モニタすることができ、つ
まりインプロセスで基板8の成膜を評価することができ
るため、従来のように一旦成膜を中断し、取り出して磁
気特性等の検査を行う必要がなくなり(ハンドリングの
必要がなくなり)、ひいては検査時間が極めて短くて済
み、また全ての基板について検査することができ、抜取
り検査等と比較して遥かに基板の歩留まりを上げること
ができ、しかも製品の管理が容易であり、さらにプラズ
マの電子密度の高密度化が図れるために(イオン化効率
が上がるために)、成膜速度の向上を図ることができる
という効果がある。
According to the second aspect of the present invention, two Helmholtz coils are arranged in the vacuum chamber of the vacuum thin film forming apparatus so that the substrate enters the virtual outer peripheral surface, and means for applying a voltage to the Helmholtz coils; A laser device and an irradiation optical system for irradiating the substrate with laser light, an optical system and a CCD camera for receiving reflected laser light from the substrate, and a predetermined image processing of a signal of the received light with the CCD camera; Means for observing the film formation on the substrate, and a means for measuring the characteristics of the film formation on the substrate, wherein a displacement is applied to the substrate by a magnetic field generated by the two coils during the film formation on the substrate. While the film formation on the substrate can be observed and its characteristics can be measured, the electron density of the plasma generated by the discharge is increased, so that the magnetic characteristics of the film formation during the film formation are improved. Can be observed and monitored, that is, the film formation of the substrate 8 can be evaluated in-process, so that it is no longer necessary to temporarily suspend the film formation and take out and inspect the magnetic characteristics and the like as in the related art ( This eliminates the need for handling), and thus the inspection time is very short. In addition, all the boards can be inspected, and the yield of the boards can be greatly increased as compared with the sampling inspection. Since it is easy and the electron density of the plasma can be increased (to increase the ionization efficiency), there is an effect that the deposition rate can be improved.

【0034】請求項3の発明によると、請求項2におい
て上記CCDカメラの前にはガルバノミラー装置が備え
られており、このガルバノミラー装置によって上記レー
ザ装置からのレーザ光の方向を変え、上記基板の成膜の
観察およびその成膜の特性の測定時に上記レーザ光を基
板に照射可能とするとともに、上記ターゲットと基板と
の間のプラズマに照射し、このプラズマの発光を上記C
CDカメラで受光可能とし、該CCDカメラでプラズマ
の発光強度を検出して同プラズマの電子温度および電子
密度を算出し、この算出電子温度をもとにして上記放電
電圧、電流を所定に可変可能とする一方、上記算出電子
密度に応じて上記チャンバに流入するリアクテブ反応ガ
スの流量を所定に可変可能としたので、請求項2の効果
に加え、プラズマの電子温度をモニタすることができ
る、電子密度をモニタすることができるため、リアクテ
ブ反応ガスの流量およびプラズマに与えるエネルギーを
所望にコントロールすることができ、基板の成膜のコン
トロールができ、基板の成膜を希望通りに付けることが
できるとうい効果がある。
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, a galvanomirror device is provided in front of the CCD camera, and the direction of the laser beam from the laser device is changed by the galvanomirror device. When observing the film formation and measuring the characteristics of the film formation, the laser light can be irradiated to the substrate, and the plasma between the target and the substrate is irradiated, and the emission of the plasma is measured by the C light emission.
The CCD camera can receive light, the CCD camera detects the emission intensity of the plasma, calculates the electron temperature and electron density of the plasma, and based on the calculated electron temperature, the discharge voltage and current can be varied to predetermined values. On the other hand, since the flow rate of the reactive gas flowing into the chamber can be varied in a predetermined manner according to the calculated electron density, the electron temperature of the plasma can be monitored in addition to the effect of claim 2. Since the density can be monitored, it is possible to control the flow rate of the reactive gas and the energy given to the plasma as desired, to control the film formation on the substrate, and to form the film on the substrate as desired. It has a good effect.

【0035】請求項4の発明によると、請求項2または
3において上記ヘルムホルツコイルの仮想内周面に所定
マイクロ波を発生する手段と、このマイクロを受ける手
段と、上記発生したマイクロ波と受けたマイクロ波とに
より上記基板付近のプラズマの電子密度を測定する手段
とを備え、この測定電子密度をもとにして上記ヘルムホ
ルツコイルの発生磁界強度を所定に可変可能としたの
で、請求項2または3の効果に加え、基板付近のプラズ
マの電子密度をモニタし、ヘルムホルツコイルの発生磁
界強度を所望にコントロールすることができ、請求項3
と合わせると、総合的に成膜状態をコントロールするこ
とができ、例えば前述した成膜中の検査の結果がスペッ
クから外れている場合でも、その成膜の修正が容易にで
き、また基板の付着力を高める放電および傾斜膜を含め
た磁気特性を容易に管理することができ、つまり基板の
成膜を所望に形成することができ、結果製品を安定に生
産することができるという効果がある。
According to the invention of claim 4, according to claim 2 or 3, means for generating a predetermined microwave on the virtual inner peripheral surface of the Helmholtz coil, means for receiving the microwave, and receiving the generated microwave Means for measuring the electron density of the plasma in the vicinity of the substrate by means of microwaves, wherein the intensity of the magnetic field generated by the Helmholtz coil can be varied based on the measured electron density. In addition to the effects of (1), the electron density of the plasma near the substrate can be monitored and the intensity of the magnetic field generated by the Helmholtz coil can be controlled as desired.
When combined with the above, it is possible to comprehensively control the film formation state. For example, even if the result of the above-mentioned inspection during the film formation is out of the specification, the film formation can be easily corrected and the substrate can be attached. It is possible to easily manage the magnetic characteristics including the discharge and the gradient film for enhancing the adhesion, that is, it is possible to form a desired film on the substrate, and as a result, it is possible to stably produce a product.

【0036】請求項5の発明によると、上記請求項2,
3または4のヘルムホルツコイルの仮想内周面上に非磁
性体を備えるようにしたので、請求項2,3または4記
載の効果に加え、うず電流を防止することができ、ヘル
ムホルツコイルによる磁界を適切に発生させることがで
きる。請求項6の発明によると、請求項3における電子
温度および電子密度の測定に分光分析器を用いるように
したので、請求項3と同じ効果を奏する。
According to the fifth aspect of the present invention,
Since the non-magnetic material is provided on the virtual inner peripheral surface of the Helmholtz coil of 3 or 4, eddy current can be prevented in addition to the effect of claim 2, 3 or 4, and the magnetic field generated by the Helmholtz coil can be reduced. It can be generated appropriately. According to the invention of claim 6, since the spectrometer is used for measuring the electron temperature and the electron density in claim 3, the same effect as in claim 3 can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の真空薄膜成形装置の形態を説明するた
めの概略的構成図。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram for explaining an embodiment of a vacuum thin film forming apparatus of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 チャンバ 2 メカニカルポンプ 3 ターボ分子ポンプ 4 配管 5,6 バルブ 7 ターゲット 8 基板 9 カソード 10,12 絶縁シールド板 13,14 ヘルムホルツコイル 15 ホール素子 16 レーザ装置 16a 同期用シャッタ 17 CCDカメラ 18 ビームスプリッタ 19 ミラー 20 ガルバノミラー装置 21,22 ホーンアンテナ 23 制御部(演算記憶) 24 負電源 25 電圧/電流制御回路 26,29 D/Aコンバータ部 27 電源回路 28 バルブ制御部 30 高周波電源 31 電圧測定器 32 電流測定器 33,39 A/Dコンバータ部 34 CCDドライバ回路 35 同期信号発生器 36 マイクロウェーブ源 37 可変位相シフタ部 38 位相比較器 40 導波管 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Chamber 2 Mechanical pump 3 Turbo molecular pump 4 Piping 5, 6 Valve 7 Target 8 Substrate 9 Cathode 10, 12 Insulation shield plate 13, 14, Helmholtz coil 15 Hall element 16 Laser device 16a Synchronization shutter 17 CCD camera 18 Beam splitter 19 Mirror Reference Signs List 20 Galvano mirror device 21, 22 Horn antenna 23 Control unit (calculation storage) 24 Negative power supply 25 Voltage / current control circuit 26, 29 D / A converter unit 27 Power supply circuit 28 Valve control unit 30 High frequency power supply 31 Voltage measuring device 32 Current measurement 33, 39 A / D converter unit 34 CCD driver circuit 35 Synchronous signal generator 36 Microwave source 37 Variable phase shifter unit 38 Phase comparator 40 Waveguide

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 内部にターゲットおよび同ターゲットに
対向して基板を配置したチャンバ内を所定真空度として
放電用の不活性ガスを入れ、前記ターゲットと基板の間
に放電を起こして前記不活性ガスをイオン化するととも
に、該イオン化された正イオンにより前記ターゲットの
原子をスパッタリングし、該スパッタリング原子により
前記基板に薄膜を形成する真空薄膜形成装置において、 少なくとも2つのコイルを前記真空チャンバ内に、かつ
それらの仮想外周面内に前記基板が入るように配置し、
前記基板にレーザ光を照射し、該基板からの反射レーザ
光を撮像手段で受光可能としており、前記基板の薄膜形
成中に、前記2つのコイルによって磁界を発生して前記
基板に変位を加え、前記撮像手段からの信号により少な
くとも前記基板の成膜の特性を測定する一方、前記放電
によるプラズマの電子密度を高密度化するようにしたこ
とを特徴とする真空薄膜成形装置。
An interior of a chamber in which a target and a substrate are arranged opposite to the target is placed at a predetermined degree of vacuum, and an inert gas for discharge is charged, and a discharge is caused between the target and the substrate to cause the inert gas to flow. A vacuum thin film forming apparatus that sputters atoms of the target with the ionized positive ions and forms a thin film on the substrate with the sputtered atoms, wherein at least two coils are provided in the vacuum chamber, and Arranged so that the substrate enters the virtual outer peripheral surface of,
The substrate is irradiated with laser light, and reflected laser light from the substrate can be received by imaging means.During formation of the thin film on the substrate, a magnetic field is generated by the two coils to apply displacement to the substrate, A vacuum thin film forming apparatus characterized in that at least characteristics of film formation on the substrate are measured by a signal from the imaging means, and the electron density of plasma by the discharge is increased.
【請求項2】 内部にターゲットおよび同ターゲットに
対向して基板を配置したチャンバ内を所定真空度として
放電用の不活性ガスを入れ、前記ターゲットと基板の間
に放電を起こして前記不活性ガスをイオン化するととも
に、該イオン化された正イオンにより前記ターゲットの
原子をスパッタリングし、該スパッタリング原子により
前記基板に薄膜を形成する真空薄膜形成装置において、 前記真空チャンバ内で仮想外周面内に前記基板が入るよ
うに配置した2つのヘルムホルツコイルと、該ヘルムホ
ルツコイルに電圧を印加する手段と、前記基板にレーザ
光を照射するためのレーザ装置および照射光学系と、前
記基板からの反射レーザ光を受光するための光学系およ
びCCDカメラと、該CCDカメラで受光の信号を所定
に画像処理および演算処理し、前記基板の成膜を観察可
能とし、かつ前記成膜の特性を測定する手段とを備え、
前記基板の薄膜形成中に、前記2つのコイルによって発
生した磁界により前記基板に変位を加えて同基板の成膜
を観察し、かつその特性を測定可能とする一方、前記放
電によるプラズマの電子密度を高密度化するようにした
ことを特徴とする真空薄膜成形装置。
2. An inert gas for discharge is introduced into a chamber in which a target and a substrate disposed opposite to the target are disposed at a predetermined degree of vacuum, and a discharge is caused between the target and the substrate to produce the inert gas. A vacuum thin film forming apparatus that sputters atoms of the target with the ionized positive ions and forms a thin film on the substrate with the sputtered atoms, wherein the substrate is located within a virtual outer peripheral surface in the vacuum chamber. Two Helmholtz coils arranged so as to be inserted, means for applying a voltage to the Helmholtz coil, a laser device and an irradiation optical system for irradiating the substrate with laser light, and receiving reflected laser light from the substrate An optical system and a CCD camera for processing a signal received by the CCD camera in a predetermined manner. Calculation processing, to allow observation of the formation of the substrate, and a means for measuring the characteristics of the film,
During the formation of the thin film on the substrate, the magnetic field generated by the two coils applies a displacement to the substrate to observe the film formation on the substrate and measure its characteristics, while the electron density of the plasma due to the discharge is increased. A vacuum thin film forming apparatus characterized in that the density of the vacuum thin film is increased.
【請求項3】 前記CCDカメラの前にはガルバノミラ
ー装置が備えられており、該ガルバノミラー装置によっ
て前記レーザ装置からのレーザ光の方向を変え、前記基
板の成膜の観察およびその成膜の特性の測定時に前記レ
ーザ光を基板に照射可能とする一方、前記ターゲットと
基板との間のプラズマに照射し、該プラズマの発光を前
記CCDカメラで受光可能としており、該CCDカメラ
でプラズマの発光強度を検出して同プラズマの電子温度
および電子密度を算出し、該算出電子温度をもとにして
前記放電電圧、電流を所定に可変する一方、前記算出電
子密度をもとにして前記チャンバに流入するリアクテブ
反応ガスの流量を所定に可変するようにした請求項2記
載の真空薄膜成形装置。
3. A galvanomirror device is provided in front of the CCD camera, and the galvanomirror device changes the direction of laser light from the laser device to observe film formation on the substrate and perform film formation on the substrate. While the substrate can be irradiated with the laser light at the time of measuring the characteristics, the plasma between the target and the substrate is irradiated, and the emission of the plasma can be received by the CCD camera. Calculating the electron temperature and electron density of the same plasma by detecting the intensity, while varying the discharge voltage and current to a predetermined value based on the calculated electron temperature, and changing the discharge voltage and current to the chamber based on the calculated electron density. 3. The vacuum thin film forming apparatus according to claim 2, wherein the flow rate of the reactive reactant gas flowing into the apparatus is variable.
【請求項4】 前記ヘルムホルツコイルの仮想内周面
に、所定マイクロ波を発生する手段と、該マイクロを受
ける手段と、前記発生したマイクロ波と受けたマイクロ
波との位相差により前記基板付近のプラズマの電子密度
を測定する手段とを備え、該測定電子密度をもとにして
前記ヘルムホルツコイルの発生磁界強度を所定に可変可
能とした請求項2または3記載の真空薄膜成形装置。
4. A means for generating a predetermined microwave on a virtual inner peripheral surface of the Helmholtz coil, a means for receiving the microwave, and a phase difference between the generated microwave and the received microwave. 4. The vacuum thin film forming apparatus according to claim 2, further comprising means for measuring the electron density of the plasma, wherein the intensity of the generated magnetic field of the Helmholtz coil can be varied based on the measured electron density.
【請求項5】 前記ヘルムホルツコイルの仮想内周面上
に非磁性体を備えている請求項2,3または4記載の真
空薄膜成形装置。
5. The vacuum thin film forming apparatus according to claim 2, wherein a non-magnetic material is provided on a virtual inner peripheral surface of the Helmholtz coil.
【請求項6】 前記電子温度および電子密度の測定に分
光分析器を用いた請求項3記載の真空薄膜形成装置。
6. The vacuum thin film forming apparatus according to claim 3, wherein a spectrometer is used for measuring the electron temperature and the electron density.
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