JP2015125131A

JP2015125131A - 水晶振動式膜厚モニタ

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Publication number: JP2015125131A
Application number: JP2013272160A
Authority: JP
Inventors: 孝史澁谷; Takashi Shibuya; 篤吉田; Atsushi Yoshida
Original assignee: Canon Tokki Corp
Current assignee: Canon Tokki Corp
Priority date: 2013-12-27
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2015-07-06
Anticipated expiration: 2033-12-27
Also published as: JP6284362B2

Abstract

【課題】発熱量が小さく且つ小型化を図ることができる水晶振動式膜厚モニタの提供。
【解決手段】複数の水晶振動子３が円周方向に沿って配設された水晶振動子ホルダ４と、遮蔽部５と開口部６とが円周方向に沿って設けられた回転遮蔽体７と、前記水晶振動子ホルダ４に設けられた第１の回転軸９と、前記回転遮蔽体７に設けられた第２の回転軸13と、モータ８とを有する水晶振動式膜厚モニタであって、前記水晶振動子ホルダ４を回転させる場合は、前記モータ８の回転駆動力を前記水晶振動子ホルダ４と前記回転遮蔽体７とに伝達し、前記水晶振動子ホルダ４を回転させない場合は、前記モータ８の回転駆動力を前記回転遮蔽体７のみに伝達する回転駆動伝達機構101を、前記第１の回転軸９と前記第２の回転軸13との間に備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、水晶振動式膜厚モニタに関するものである。

基板上に成膜材料を堆積させて薄膜を形成する成膜装置の真空成膜室内に設けられ、水晶振動子に前記成膜材料を付着させて前記基板上に形成される薄膜の膜厚を測定する水晶振動式膜厚モニタとして、例えば特許文献１に開示されるようなものが知られている。

この特許文献１には、メンテナンス間隔を延ばすべく、複数の水晶振動子を円盤状のホルダに保持し、水晶振動子の表面に付着する物質が一定膜厚に達すると当該ホルダを回転して新たな水晶振動子に交換できる構成とすると共に、水晶振動子の表面上で円盤の一部に切欠き部を設けた遮蔽板（チョッパ）を回転させる水晶振動式膜厚モニタが開示されている。

特開２０１２−１６９１６８号公報

ところで、上記特許文献１は、ホルダ及びチョッパを夫々別々のモータにより回転駆動する構成であることから以下のような問題点がある。

即ち、真空室中で使用する密閉された空間内に二つのモータが存在すると、これらの発熱によりモータ及び他の機器の損傷が起こり易くなる。また、二つのモータを設けることで膜厚モニタが大型化すると、この膜厚モニタの設置場所には制約があることから、真空室も大型化する必要がある。

本発明は、上述のような現状に鑑みなされたもので、特許文献１と同様に水晶振動子ホルダ及び回転遮蔽体を備えたメンテナンス間隔が長い構成でありながら、一つのモータにより回転遮蔽体の回転駆動及び水晶振動子ホルダの割出回転駆動を行うことができ、それだけ発熱量が小さく且つ小型化を図ることができる水晶振動式膜厚モニタを提供することを目的としている。

添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。

複数の水晶振動子３が円周方向に沿って配設された水晶振動子ホルダ４と、遮蔽部５と開口部６とが円周方向に沿って設けられた回転遮蔽体７と、前記水晶振動子ホルダ４に設けられた第１の回転軸９と、前記回転遮蔽体７に設けられた第２の回転軸13と、モータ８とを有し、
前記複数の水晶振動子３のうちの一つが測定位置に配置された際に、蒸着物が付着することで膜厚が測定され、
前記水晶振動子ホルダ４が回転することにより、前記測定位置にある水晶振動子３に代えて他の水晶振動子３を測定位置に位置させ、
前記回転遮蔽体７は、前記測定位置の前方に設置され、回転することにより前記測定位置にある水晶振動子３に蒸着物が付着する量を制御し、
前記水晶振動子ホルダ４を回転させる場合は、前記モータ８の回転駆動力を前記水晶振動子ホルダ４と前記回転遮蔽体７とに伝達し、前記水晶振動子ホルダ４を回転させない場合は、前記モータ８の回転駆動力を前記回転遮蔽体７のみに伝達する回転駆動伝達機構101を、前記第１の回転軸９と前記第２の回転軸13との間に備えたことを特徴とする水晶振動式膜厚モニタに係るものである。

また、回転駆動伝達機構101は、ワンウェイクラッチを有し、
前記水晶振動子ホルダ４を回転させる場合は、前記モータ８を逆転させることで前記ワンウェイクラッチを接続させて前記モータ８の回転駆動力を前記水晶振動子ホルダ４と前記回転遮蔽体７とに伝達させ、
前記水晶振動子ホルダ４を回転させない場合は、前記モータ８を正転させることで前記ワンウェイクラッチを解放させて前記モータ８の回転駆動力を前記回転遮蔽体７のみに伝達させることを特徴とする請求項１記載の水晶振動式膜厚モニタに係るものである。

また、回転駆動伝達機構101は、電磁クラッチを有し、
前記水晶振動子ホルダ４を回転させる場合は、前記電磁クラッチを接続させることで前記モータ８の回転駆動力を前記水晶振動子ホルダ４と前記回転遮蔽体７とに伝達させ、
前記水晶振動子ホルダ４を回転させない場合は、前記電磁クラッチを解放させることで前記モータ８の回転駆動力を前記回転遮蔽体７のみに伝達させることを特徴とする請求項１記載の水晶振動式膜厚モニタに係るものである。

また、回転駆動伝達機構101と前記水晶振動子ホルダ４との間の前記第１の回転軸９、または、前記回転伝達機構101と前記水晶振動子ホルダ４が設けられた側とは反対側の端部との間の前記第１の回転軸９に位置決部材201を有し、
前記位置決部材201は、前記水晶振動子ホルダ４を回転させて前記測定位置の水晶振動子３に代えて他の水晶振動子３を測定位置に位置させる場合に、前記水晶振動子３が測定位置に定まるように前記第１の回転軸９の位置を固定することを特徴とする請求項２記載の水晶振動式膜厚モニタに係るものである。

また、前記回転駆動伝達機構101と前記水晶振動子ホルダ４との間の前記第１の回転軸９に位置決部材201を有し、
前記位置決部材201は、前記水晶振動子ホルダ４を回転させて前記測定位置の水晶振動子３に代えて他の水晶振動子３を測定位置に位置させる場合に、前記水晶振動子３が測定位置に定まるように前記第１の回転軸９の位置を固定することを特徴とする請求項３記載の水晶振動式膜厚モニタに係るものである。

また、前記位置決部材201は、係止体27と、前記係止体27が係合する領域を複数有する位置決体10とを有することを特徴とする請求項４，５のいずれか１項に記載の水晶振動式膜厚モニタに係るものである。

また、前記位置決体10は、前記水晶振動子ホルダ４の回転と連動して回転され、
前記係止体27が、前記位置決体10に係合することによって、前記水晶振動子３が測定位置に定まるように前記第１の回転軸９の位置を固定することを特徴とする請求項６記載の水晶振動式膜厚モニタに係るものである。

また、前記モータ８と、前記回転駆動伝達機構101とは、可撓性ベローズ401を有した膜厚モニタ本体12内に設置され、
前記可撓性ベローズ401内に設置された空気流入チューブ402によって、膜厚モニタ本体12内が空冷されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の水晶振動式膜厚モニタに係るものである。

本発明は上述のように構成したから、一つのモータにより回転遮蔽体の回転駆動及び水晶振動子ホルダの割出回転駆動を行うことができ、それだけ発熱量が小さく且つ小型化を図ることができる水晶振動式膜厚モニタとなる。

本実施例の概略説明図である。本実施例の拡大概略説明断面図である。本実施例の水晶振動子ホルダ及び回転遮蔽体の概略説明正面図である。図２のＡ−Ａ矢視図である。本実施例の位置決部材の概略説明図である。別例の拡大概略説明断面図である。別例の拡大概略説明断面図である。

好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。

例えば、基板１に成膜材料を堆積して薄膜を形成する際、回転遮蔽体７により付着量が制御された蒸着物が、測定位置の水晶振動子３に付着することに伴う当該水晶振動子３の共振周波数の変化量に基づいて、基板１上の薄膜の膜厚及び成膜レートを測定する。

ここで、測定位置の水晶振動子３の表面の成膜材料が一定膜厚に達して新たな水晶振動子３に切り替える際、モータ８の回転駆動力を水晶振動子ホルダ４と回転遮蔽体７とに伝達し、水晶振動子ホルダ４を、各水晶振動子３の位置を割出しつつ回転させて測定位置にある水晶振動子３に代えて他の水晶振動子３を測定位置に位置させる。

従って、水晶振動子ホルダ４を回転するモータを独自に設けることなく、成膜時に回転遮蔽体７を回転駆動するモータ８を利用して水晶振動子ホルダ４の回転を行うことができ、膜厚モニタ内のモータ数を減らすことで、それだけ発熱量を小さくしてモータや他部材への熱影響を可及的に低減でき、また、真空室の小型化を図ることが可能となり、更に、モータ一つ分の電力を削減できる。

本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。

本実施例は、図１に図示したように、基板１上に成膜材料を堆積させて薄膜を形成する成膜装置の真空成膜室２内に設けられ、水晶振動子３に前記成膜材料を付着させて前記基板１上に形成される薄膜の膜厚を測定する水晶振動式膜厚モニタである。

具体的には、図２，３に図示したように、円周方向に沿って複数（本実施例では等間隔で１０個）の水晶振動子３が配設されこれら水晶振動子３の位置を割出しつつ回転可能に設けた円盤状の水晶振動子ホルダ４と、円周方向に沿って前記成膜材料の通過を阻止する遮蔽部５及び前記成膜材料が通過する開口部６が設けられ回転することで前記水晶振動子ホルダ４の測定位置に位置する前記水晶振動子３への前記成膜材料の付着量を制御する円盤状の回転遮蔽体７とを有している。

前記水晶振動子ホルダ４は、前記複数の水晶振動子３のうちの一つが測定位置に配置され、この測定位置の水晶振動子３に蒸着物（成膜材料）が付着することで膜厚が測定される。また、前記水晶振動子ホルダ４を回転させることにより、前記測定位置にある水晶振動子３に代えて他の水晶振動子３を測定位置に位置させることができる。

また、本実施例は、前記水晶振動子ホルダ４を回転させる場合は、前記モータ８の回転駆動力を前記水晶振動子ホルダ４と前記回転遮蔽体７とに伝達し、前記水晶振動子ホルダ４を回転させない場合は、前記モータ８の回転駆動力を前記回転遮蔽体７のみに伝達する回転駆動伝達機構101を、前記第１の回転軸９と前記第２の回転軸13との間に備えている。

また、モータ８及び回転駆動伝達機構101は、膜厚モニタ本体12内に収納する構成とし、水晶振動子ホルダ４及び回転遮蔽体７は、水晶振動子ホルダ４に設けられた第１の回転軸９及び回転遮蔽体７に設けられた第２の回転軸13が挿通する挿通孔を有する蓋部14を介して膜厚モニタ本体12の外部に設けている。

膜厚モニタ本体12は、真空成膜室２の内壁に取付部材34により取付固定されている。また、膜厚モニタ本体12には、内部と真空成膜室２の外部とを繋ぐように可撓性ベローズ401が設けられ、前記可撓性ベローズ401内には、配線や冷却用の空気流入チューブ402が配設されている。この空気流入チューブ402から膜厚モニタ本体12内へ空気を注入することで、膜厚モニタ本体12内の空気を可撓性ベローズ401を通じて外部に押し出し、膜厚モニタ本体12内を冷却することができる。

また、水晶振動子ホルダ４には、測定位置の水晶振動子３のみを露出する開口部15を有するカバー体16を設けている。このカバー体16は、膜厚モニタ本体12の蓋部14に連結部材17を介して連結されている。

回転遮蔽体７は、円周方向に交互に設けた遮蔽部５と開口部６（窓部）とがこのカバー体16の開口部15の前方を通過するように設置する。従って、開口部15から覗く測定位置の水晶振動子３に付着する成膜材料の量は、回転遮蔽体７により制御され、それだけ水晶振動子３の寿命が延長される。

また、本実施例は、下方に、成膜材料が収容され加熱される蒸発源18が設けられ、上方に、基板１を支持する基板支持部19が設けられた成膜室２内にして、測定位置の水晶振動子３が、蒸発源18の開口部と基板１夫々の中心を結ぶ線Ａに対して所定の傾斜角度θで蒸発源18の開口部を臨む位置に設置している。図１中、符号Ｂは測定位置の水晶振動子３の中心を通るモータ８の回転軸20、第１の回転軸９及び第２の回転軸13と平行な線である。

第２の回転軸13はモータ８の回転軸20と直結している。また、第１の回転軸９と第２の回転軸13とは、図４に図示したように、各回転軸９，13に設けたタイミングプーリ32，33に架け渡されるタイミングベルト21により連動するように構成している。図２中、符号22はモータ８の前面に固定され、モータ８及び第１の回転軸９が挿通する挿通孔を有する固定板、30は回転遮蔽体７に第２の回転軸13を固定するための固定ネジ、31は水晶振動子ホルダ４に第１の回転軸９を固定するための固定ネジであり、図３中、符号23は固定ネジ30が挿通する挿通穴である。

また、第１の回転軸９に設けられるタイミングプーリ32には、ワンウェイクラッチ102が設けられている。

このワンウェイクラッチ102は、具体的には、モータ８の正転時には、解放されてタイミングプーリ32と第１の回転軸９とが切離され、モータ８の回転駆動力を水晶振動子ホルダ４に伝達させずに回転遮蔽体７のみに伝達し、逆転時には、接続されてタイミングプーリ32と第１の回転軸９とが一体に回転することでモータ８の回転駆動力を水晶振動子ホルダ４と回転遮蔽体７とに伝達する構成としている。

従って、タイミングベルト21とタイミングプーリ32，33とワンウェイクラッチ102とで回転駆動伝達機構101が構成され、この回転駆動伝達機構101により、測定位置の水晶振動子３に付着した成膜材料が一定膜厚となり寿命に達した際、例えば成膜中以外の基板交換等のタイミングで、モータ８を所定時間逆転させることで、所定角度だけ割出回転してカバー体16の開口部15に位置する測定位置の水晶振動子３を次の水晶振動子３に切り替えることが可能となる。

また、モータ８には、減速器301が設けられ、水晶振動子ホルダ４及び回転遮蔽体７を回転させる場合に、夫々の回転速度を変更できるように構成している。

なお、ワンウェイクラッチ102は、第２の回転軸13に設けられるタイミングプーリ33に設ける構成としても良い。また、タイミングベルト21を使用せず、歯車部材を適宜組み合わせて第１の回転軸９と第２の回転軸13とを連動するように構成しても良い。

また、第１の回転軸９には、原点センサ501を設けている。原点センサ501は、センサ部35とドック部36とを有している。センサ部35には、発光部37と受光部38とが設けられている。また、ドック部36は第１の回転軸９に被嵌され、このドック部36には前記発光部37及び受光部38の間を通過する突起部39が設けられている。ドック部36は、最初に測定で使用される水晶振動子３（原点水晶振動子）が測定位置にある場合に、発光部37から射出された光を突起部39が遮ることで、原点水晶振動子であることを認識するように設定して、その後は回転角度により、原点水晶振動子から何番目の水晶振動子３が測定に使用されているかを認識できるように構成する。

また、第１の回転軸９は、モータ８の回転軸20と直結されている第２の回転軸13と異なり、モータ８の回転駆動力が伝達されていない状態では支持されておらず、この状態でも水晶振動子ホルダ４を精度良く位置決め支持するために、前記回転伝達機構101と前記水晶振動子ホルダ４が設けられた側とは反対側の端部との間の前記第１の回転軸９に位置決部材201を設けている。

この位置決部材201は、図５に図示したように、係止体27と、前記係止体27が係合する領域を複数有する位置決体10とを有し、前記水晶振動子ホルダ４を回転させて前記測定位置の水晶振動子３に代えて他の水晶振動子３を測定位置に位置させる場合に、前記水晶振動子３が測定位置に定まるように前記第１の回転軸９の位置を固定するものである。

また、位置決体10は、前記水晶振動子ホルダ４の回転と連動して回転され、前記係止体27が、前記位置決体10に係合することによって、前記水晶振動子３が測定位置に定まるように前記第１の回転軸９の位置を固定する構成としている。

具体的には、位置決体10は、第１の回転軸９に被嵌され、周方向に多数の係止体27が係合する凹条24（凹溝）が並設された歯車状部材とし、いずれかの凹条24に所定の弾性力で係止体27が係止する構成としている。

係止体27は、先端が半球状に形成され、膜厚モニタ本体12に固定されるケース体25内に収納されるバネ体26により付勢されている。また、係止体27の胴部の外周形状はケース体25の内周形状と略一致する形状に設定し、ケース体25により前後左右方向への移動が阻止されて良好に位置決め作用を発揮できるように構成している。

本実施例においては、モータ８の回転駆動力が第１の回転軸９に伝達しない状態では、凹条24に係止体27の先端が嵌合してバネ体26の弾性力により第１の回転軸９をモータ８の回転軸20と平行な状態で支持し、モータ８の回転駆動力が伝達する状態では、バネ体26の弾性力に抗して凹条24間の凸部28が係止体27の半球状の先端を乗り越えて回転し得るようにバネ体26の弾性力を設定している。

また、位置決部材201は、図６に図示した別例のように、回転駆動伝達機構101と前記水晶振動子ホルダ４との間の前記第１の回転軸９に設ける構成としても良い。なお、図６及び後述の図７において可撓性ベローズ401及び原点センサ501の図示は省略している。

なお、本実施例においては回転駆動伝達機構101にワンウェイクラッチを採用した場合について説明したが、図７に図示した別例のように、回転駆動伝達機構101に電磁クラッチ29を採用しても良い。即ち、タイミングベルト21とタイミングプーリ32，33と電磁クラッチ29とで回転駆動伝達機構101を構成しても良い。

具体的には、前記遮蔽体駆動モータ８の回転軸20及び第２の回転軸13に連動して回転する連動回転軸11と第１の回転軸９との間に両者を解放若しくは接続する公知の電磁クラッチ29を設ける構成としても良い。この場合も、前記水晶振動子ホルダ４を回転させる場合は、前記電磁クラッチを接続させることで前記モータ８の回転駆動力を前記水晶振動子ホルダ４と前記回転遮蔽体７とに伝達させ、前記水晶振動子ホルダ４を回転させない場合は、前記電磁クラッチを解放させることで前記モータ８の回転駆動力を前記回転遮蔽体７のみに伝達させることができる。また、図７に図示した別例においては、本実施例と同様の位置決部材201を回転駆動伝達機構101と水晶振動子ホルダ４との間の第１の回転軸９に設ける。この別例においても本実施例と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明は、本実施例に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。

３水晶振動子
４水晶振動子ホルダ
５遮蔽部
６開口部
７回転遮蔽体
８モータ
９第１の回転軸
10 位置決体
12 膜厚モニタ本体
13 第２の回転軸
27 係止体
101 回転駆動伝達機構
201 位置決部材
401 可撓性ベローズ
402 空気流入チューブ

Claims

複数の水晶振動子が円周方向に沿って配設された水晶振動子ホルダと、遮蔽部と開口部とが円周方向に沿って設けられた回転遮蔽体と、前記水晶振動子ホルダに設けられた第１の回転軸と、前記回転遮蔽体に設けられた第２の回転軸と、モータとを有し、
前記複数の水晶振動子のうちの一つが測定位置に配置された際に、蒸着物が付着することで膜厚が測定され、
前記水晶振動子ホルダが回転することにより、前記測定位置にある水晶振動子に代えて他の水晶振動子を測定位置に位置させ、
前記回転遮蔽体は、前記測定位置の前方に設置され、回転することにより前記測定位置にある水晶振動子に蒸着物が付着する量を制御し、
前記水晶振動子ホルダを回転させる場合は、前記モータの回転駆動力を前記水晶振動子ホルダと前記回転遮蔽体とに伝達し、前記水晶振動子ホルダを回転させない場合は、前記モータの回転駆動力を前記回転遮蔽体のみに伝達する回転駆動伝達機構を、前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との間に備えたことを特徴とする水晶振動式膜厚モニタ。
回転駆動伝達機構は、ワンウェイクラッチを有し、
前記水晶振動子ホルダを回転させる場合は、前記モータを逆転させることで前記ワンウェイクラッチを接続させて前記モータの回転駆動力を前記水晶振動子ホルダと前記回転遮蔽体とに伝達させ、
前記水晶振動子ホルダを回転させない場合は、前記モータを正転させることで前記ワンウェイクラッチを解放させて前記モータの回転駆動力を前記回転遮蔽体のみに伝達させることを特徴とする請求項１記載の水晶振動式膜厚モニタ。
回転駆動伝達機構は、電磁クラッチを有し、
前記水晶振動子ホルダを回転させる場合は、前記電磁クラッチを接続させることで前記モータの回転駆動力を前記水晶振動子ホルダと前記回転遮蔽体とに伝達させ、
前記水晶振動子ホルダを回転させない場合は、前記電磁クラッチを解放させることで前記モータの回転駆動力を前記回転遮蔽体のみに伝達させることを特徴とする請求項１記載の水晶振動式膜厚モニタ。
回転駆動伝達機構と前記水晶振動子ホルダとの間の前記第１の回転軸、または、前記回転伝達機構と前記水晶振動子ホルダが設けられた側とは反対側の端部との間の前記第１の回転軸に位置決部材を有し、
前記位置決部材は、前記水晶振動子ホルダを回転させて前記測定位置の水晶振動子に代えて他の水晶振動子を測定位置に位置させる場合に、前記水晶振動子が測定位置に定まるように前記第１の回転軸の位置を固定することを特徴とする請求項２記載の水晶振動式膜厚モニタ。
前記回転駆動伝達機構と前記水晶振動子ホルダとの間の前記第１の回転軸に位置決部材を有し、
前記位置決部材は、前記水晶振動子ホルダを回転させて前記測定位置の水晶振動子に代えて他の水晶振動子を測定位置に位置させる場合に、前記水晶振動子が測定位置に定まるように前記第１の回転軸の位置を固定することを特徴とする請求項３記載の水晶振動式膜厚モニタ。
前記位置決部材は、係止体と、前記係止体が係合する領域を複数有する位置決体とを有することを特徴とする請求項４，５のいずれか１項に記載の水晶振動式膜厚モニタ。
前記位置決体は、前記水晶振動子ホルダの回転と連動して回転され、
前記係止体が、前記位置決体に係合することによって、前記水晶振動子が測定位置に定まるように前記第１の回転軸の位置を固定することを特徴とする請求項６記載の水晶振動式膜厚モニタ。
前記モータと、前記回転駆動伝達機構とは、可撓性ベローズを有した膜厚モニタ本体内に設置され、
前記可撓性ベローズ内に設置された空気流入チューブによって、膜厚モニタ本体内が空冷されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の水晶振動式膜厚モニタ。