JP2017145443A - 膜厚監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水晶振動子の共振周波数の測定値のバラツキを軽減し、水晶振動子の測定部材としての寿命を延ばす。【解決手段】水晶振動子ホルダ２０は、内部に保持された水晶振動子２３の一方の主面と対向する底部２１ａを備え、当該底部２１ａには成膜処理中に成膜材料を内部に導入する開口部２１ｂが形成される。測定部５０は、一対の電極部に電圧を印加して水晶振動子２３の共振周波数の値を検出し、当該検出された値をもとに成膜処理中のワークの表面に成膜された膜の膜厚を測定する。開口部２１ｂは、底部２１ａの、水晶振動子２３の対向する両主面に設けられた一対の電極部と対応する位置に形成されるとともに、当該開口部２１ｂから水晶振動子２３を見たときに、一対の電極部の双方の周縁より内側に配置される大きさで形成される。【選択図】図２

Description

本発明は、ワークに成膜処理が施されて形成された膜の膜厚を監視する膜厚監視装置に関する。

成膜処理室内に配置されたワークに成膜処理を施すことにより形成された膜の膜厚は、当該ワークと同一の成膜処理室に設置された膜厚監視装置により測定される。膜厚監視装置は、特許文献１に示すように、センサヘッドにより水晶振動子を保持し、水晶振動子に付着した成膜材料の付着量に応じて変化する共振周波数を測定して、膜厚を監視している。これは、水晶振動子の表面に物質が付着すると、水晶振動子の共振周波数が変動することを利用した膜厚の監視方法である。

特許文献１に記載された膜厚監視装置は、円板状の水晶振動子の表裏の双方の面に添付された電極パターンを備え、これらの電極パターンに電圧を印加することで、水晶振動子を振動、共振させて、共振周波数を測定している。水晶振動子の表裏面に添付された電極パターンのうち、一方の電極パターンは、いわゆる島状の電極パターンであり、他方の電極パターンは、いわゆるベタ状の電極パターンである。島状の電極パターンは、水晶振動子の中央部付近に添付された円形の主電極パターンと、水晶振動子の周縁に沿って形成され、共振周波数を測定する測定部と電気的に接続される接点用電極パターンと、主電極パターンと接点用電極パターンを接続する連絡用電極パターンとから構成される。

特開２００６−７８３０２号公報

特許文献１に記載された膜厚監視装置は、島状の電極パターンを適用することにより、島状の電極パターンの主電極パターン部が添付された水晶振動子の領域で、厚みすべり振動を安定的に発振させることができる。しかしながら、蒸着源から発生する成膜材料を取り込むための開口部の径は、主電極パターンの径より大きく形成されているため、厚みすべり振動を安定的に発振する主電極パターンの領域より外側にも成膜材料が付着する。したがって、測定される共振周波数のレートに水晶振動子ごとにバラツキが生じていた。また、主電極パターンの領域より外側にも成膜材料が付着するので、測定値にノイズとして影響がある副振動（スプリアス振動）が増加し、水晶振動子を早めに交換する必要があり、水晶振動子の測定部材としての寿命が短いという問題もあった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、水晶振動子の共振周波数の測定値のバラツキを軽減し、水晶振動子の測定部材としての寿命を延ばすことのできる膜厚監視装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の観点に係る膜厚監視装置は、
ワークに成膜処理を施す成膜室内に設置され、当該成膜処理中の当該ワークに成膜される膜の膜厚を監視する膜厚監視装置であって、
前記成膜処理により付着する成膜材料の付着量に応じて共振周波数の値が変化する水晶振動子であって、当該水晶振動子の対向する両主面に設けられた一対の電極部を備える水晶振動子を、内部に保持する凹状の水晶振動子ホルダであって、保持された前記水晶振動子の一方の主面と対向する底部を備え、当該底部には前記成膜処理中に当該水晶振動子ホルダ内部に前記成膜材料を導入する開口部が形成された水晶振動子ホルダと、
前記一対の電極部に電圧を印加して前記水晶振動子の共振周波数の値を検出し、当該検出された値をもとに前記成膜処理中の前記ワークの表面に成膜された膜の膜厚を測定する測定部と、を備え、
前記開口部は、前記一対の電極部と対応する位置に形成されるとともに、当該開口部から前記水晶振動子を見たときに、前記一対の電極部の双方の周縁より内側に配置される大きさに形成された、
ことを特徴とする。

前記一対の電極部のうちいずれか一方の電極部は、シート状の主電極部と、当該主電極部の周縁の一部から前記水晶振動子の周縁部に向けて前記水晶振動子の主面に引き出され、前記測定部と電気的に接続される引出部と、を備え、
前記開口部は、前記底部の、前記主電極部と対応する位置に形成されるとともに、当該開口部から前記水晶振動子を見たときに、前記主電極部の周縁より内側に配置される大きさで形成されてもよい。

前記水晶振動子は、円板状の水晶振動子であり、
前記主電極部は、円形のシート状の電極部であり、前記水晶振動子の板面の中心部付近に配置され、
前記引出部は、前記主電極部の周縁の一部から半径方向に前記水晶振動子の主面に引き出された第１の引出部と、当該第１の引出部の先端から前記水晶振動子の周方向に沿って延在する第２の引出部と、を備えてもよい。

前記水晶振動子ホルダは、内周に前記水晶振動子の周縁部を保持する保持部を、更に備えるようにしてもよい。

前記保持部は、前記水晶振動子ホルダの内周に形成された段部であり、当該段部は、前記開口部の開口面と平行な段面を備え、当該段面に前記水晶振動子の周縁部が載置されて前記水晶振動子が保持されてもよい。

本発明の第２の観点に係る膜厚監視装置は、
ワークに成膜処理を施す成膜室内に設置され、当該成膜処理中の当該ワークに成膜される膜の膜厚を監視する膜厚監視装置であって、
前記成膜処理により付着する成膜材料の付着量に応じて共振周波数の値が変化する水晶振動子であって、当該水晶振動子の対向する両主面に設けられた一対の電極部を備える水晶振動子を、内部に保持する凹状の水晶振動子ホルダと、
前記一対の電極部に電圧を印加して前記水晶振動子の共振周波数の値を検出し、当該検出された値をもとに前記成膜処理中の前記ワークの表面に成膜された膜の膜厚を測定する測定部と、を備え、
前記水晶振動子ホルダは、
前記水晶振動子を内部に保持し、当該水晶振動子の一方の主面と対向し第１の開口部が形成された第１の底部を備える第１のホルダと、当該第１のホルダの第１の底部側に配置され、当該第１の底部と対向する第２の底部を備え、当該第２の底部に前記第１の開口部に対応して、前記成膜処理中に当該水晶振動子ホルダ内部に前記成膜材料を導入する第２の開口部が形成された第２のホルダと、を備え、
前記第１の開口部は、前記一対の電極部と対応する位置に形成されるとともに、前記第２の開口部から前記水晶振動子を見たときに、前記第１の開口部または前記第２の開口部のいずれか一方は、前記一対の電極部の双方の周縁より内側に配置される大きさで形成された、ことを特徴とする

本発明の第３の観点に係る膜厚監視装置は、
ワークに成膜処理を施す成膜室内に設置され、当該成膜処理中の当該ワークに成膜される膜の膜厚を監視する膜厚監視装置であって、
前記成膜処理により付着する成膜材料の付着量に応じて共振周波数の値が変化する水晶振動子であって、当該水晶振動子の対向する両主面に設けられた一対の電極部を備える複数の水晶振動子が、挿入される複数の凹部が周方向に沿って形成された円板状の水晶振動子ホルダであって、保持された各前記水晶振動子の一方の主面は各前記凹部の各底部と対向し、当該各底部には前記成膜処理中に当該水晶振動子ホルダ内部に前記成膜材料を導入する第１の開口部が形成された水晶振動子ホルダと、
前記一対の電極部に電圧を印加して前記水晶振動子の共振周波数の値を検出し、当該検出された値をもとに前記成膜処理中の前記ワークの表面に成膜された膜の膜厚を測定する測定部と、
前記円板状の水晶振動子ホルダの中心軸と同軸に配置され、当該水晶振動子ホルダの板面を前記底部側から覆うカバー部であって、前記複数の凹部の前記底部に形成された複数の前記第１の開口部のうちのいずれか１つの第１の開口部と対向して配置されて形成された第２の開口部を備えたカバー部と、
前記水晶振動子ホルダと、前記カバー部と、を前記水晶振動子ホルダの中心軸を中心に相対的に回転させる回転機構と、
を備え、
前記第１の開口部は、前記一対の電極部と対応する位置に形成されるとともに、当該第２の開口部から前記水晶振動子を見たときに、前記第１の開口部または前記第２の開口部のいずれか一方は、前記一対の電極部の双方の周縁より内側に配置される大きさに形成された、
ことを特徴とする。

本発明によれば、水晶振動子の共振周波数の測定値のバラツキを軽減し、水晶振動子の測定部材としての寿命を延ばすことのできる膜厚監視装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る成膜監視装置の概念図である。 成膜監視装置の水晶振動子ホルダを示す概略図である。 水晶振動子ホルダに設けた電極部を示す平面図であり、（ａ）は、水晶振動子の蒸着面と反対側の面に設けられた電極部を示し、（ｂ）は、水晶振動子の蒸着面に設けられた電極部を示す図である。 水晶振動子ホルダに設けた電極部の他の平面図である。 バネ電極部を示す図であり、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は側面図である。 変形例に係る水晶振動子ホルダを示す概略図である。 実施の形態２に係る膜厚監視装置の要部を拡大した分解斜視図である。 成膜監視装置の水晶振動子ホルダを示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）に示した水晶振動子ホルダのＸ−Ｘ’線断面を示す概略図、（ｃ）は（ａ）に示した水晶振動子ホルダのＹ−Ｙ’線断面を示す概略図である。

以下、本発明に係る膜厚監視装置１の実施の形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１の膜厚監視装置１について図１〜５を参照して説明する。

本実施の形態１に係る膜厚監視装置１は、図１に示すように、成膜装置１０と、水晶振動子ホルダ２０と、蒸着源３０と、基板ホルダ４０と、測定部５０と、コントローラ６０と、を備える。

成膜装置１０は、真空雰囲気下で蒸着原料を加熱して、気化された蒸着原料を、成膜対象であるワーク等に膜として蒸着させる装置である。成膜装置１０は、成膜室１１を備え、成膜室１１内に、水晶振動子ホルダ２０と、蒸着源３０と、基板ホルダ４０と、が収容される。成膜室１１は、真空ポンプ１２により所定の真空度になるまで排気される。

本実施の形態１では、真空蒸着方法による成膜処理を適用するが、成膜処理の方法は、真空蒸着方法に限定されない。例えば、アルゴン等の不活性ガスの充満した真空雰囲気下で、ターゲットに電圧をかけ、原子化されたアルゴン原子をターゲットに衝突させてターゲットの原子をたたき出して、この原子により基板を成膜するスパッタリングによる成膜処理を適用してもよい。

水晶振動子ホルダ２０は、水晶振動子２３を保持するホルダであり、金属等の導電性材料で形成されている。

水晶振動子２３は、図２、３に示すように、円板状の水晶振動子２３であり、対向する主面２３ａ、２３ｂを備える。ここで、成膜材料が付着する側の主面を蒸着面２３ａといい、成膜材料が付着しない側の主面を非蒸着面２３ｂという。本実施の形態１で用いる水晶振動子２３の基本発振周波数は５ＭＨｚ又は６ＭＨｚであるが、それ以外の基本発振周波数の水晶振動子２３を適用してもよい。

水晶振動子２３の蒸着面２３ａには第１の電極部２４が、非蒸着面２３ｂには第２の電極部２５が設けられている。第１の電極部２４と第２の電極部２５とは、それぞれ後述する測定部５０に電気的に接続され、測定部５０により第１の電極部２４と第２の電極部２５との間に、電圧が付与されることにより、水晶振動子２３は振動される。

第１の電極部２４と第２の電極部２５の平面図を図３に示す。第１の電極部２４は、いわゆるベタ状の円形の電極であり、水晶振動子２３の蒸着面２３ａの全面に貼り付けられる。第２の電極部２５は、いわゆる島状電極であり、円形状の主電極部２５ａと、主電極部２５ａの周縁から半径方向に非蒸着面２３ｂに引き出された第１の引出部２５ｂと、第１の引出部２５ｂの先端から水晶振動子２３の周方向に沿って非蒸着面２３ｂに伸びる第２の引出部２５ｃと、から構成される。

第２の電極部２５の主電極部２５ａは、円形の水晶振動子２３の非蒸着面２３ｂの略中央部付近に配置されて形成されている。したがって、水晶振動子２３の厚みすべり振動が安定して発生する部分に主電極部２５ａが、形成される。

図２に水晶振動子２３を保持した水晶振動子ホルダ２０の概略図を示す。水晶振動子ホルダ２０は、ホルダ本体２１と、蓋部２２と、バネ電極部２６と、を備える。

ホルダ本体２１は、凹状に形成され、凹状の底部２１ａには、円形の開口部２１ｂが形成されている。開口部２１ｂは、後述する蒸着源３０から気化した成膜材料を、ホルダ本体２１の内部に導入する孔である。水晶振動子２３は、水晶振動子２３の一方の主面である蒸着面２３ａが、底部２１ａと対向して配置した状態で、ホルダ本体２１内部に保持される。

ホルダ本体２１の凹状の内周には、内周に沿って段部２１ｃが形成されている。段部２１ｃは、底部２１ａに形成された開口部２１ｂの開口面と平行な段面２１ｄを備え、この段面２１ｄに、水晶振動子２３の周縁部を載置して保持する。なお、段部２１ｃは、ホルダ本体２１の内周の全周に沿って形成されてもよいし、ホルダ本体２１の内周に沿って間隔を隔てて形成されてもよい。

蓋部２２は、ホルダ本体２１の底部２１ａと対向する開口部２１ｅ、すなわちホルダ本体２１の凹状の開口部２１ｅを閉塞する部材である。

バネ電極部２６は、金属材料から形成された弾性部材である。バネ電極部２６は、水晶振動子２３と蓋部２２との間に挿入され、蓋部２２により開口部２１ｅを閉塞することで、圧縮されて、水晶振動子２３を段面２１ｄに押しつける。バネ電極部２６は、水晶振動子２３のホルダ本体２１内での動きを規制するとともに、水晶振動子２３の振動を許容する柔軟性を備える。

バネ電極部２６の構成について、図５を用いて説明する。バネ電極部２６は、円板状の金属板の外周部から周方向に沿って複数の切り込みを入れ、切り込みの終端部から切り込み部分を起立させた、板バネ状の電極部である。バネ電極部２６は、底板部２６ａと、底板部２６ａから起立した３つの起立部２６ｂと、底板部２６ａの中央に形成された孔２６ｃと、から構成される。

バネ電極部２６の底板部２６ａは、水晶振動子２３がホルダ本体２１に収容されると、蓋部２２の板面と接触すると伴に、測定部５０と電気的に接続されている。

バネ電極部２６の起立部２６ｂの先端部２６ｄは、第２の電極部２５の第２の引出部２５ｃと接触する。バネ電極部２６の起立部２６ｂが、第２の引出部２５ｃと接触することで、測定部５０から付与される電圧をバネ電極部２６を介して、第２の電極部２５に付与し、また、水晶振動子２３の共振周波数の信号を、測定部５０に伝達する。

バネ電極部２６の孔２６ｃには、ネジ（図示せず）が挿入されて、ネジによりバネ電極部２６は、蓋部２２に固定される。

蒸着源３０は、坩堝に充填された成膜材料を、ヒータ（図示せず）等により加熱して、成膜材料を気化させる装置である。蒸着源３０は、成膜室１１の底部に配置され、水晶振動子ホルダ２０と、基板ホルダ４０とは、蒸着源３０の成膜材料が蒸発する方向と対向する位置に配置される。

基板ホルダ４０は、成膜対象であるワークを保持する部材であり、本実施の形態１では、基板４１を保持する。基板ホルダ４０に保持された基板の蒸着面は、蒸着源３０の成膜材料が蒸発する方向と対向し、蒸着面に成膜材料が蒸着される。

測定部５０は、発振器５１と、算出部５２とから構成される。

発振器５１は、水晶振動子２３の第１の電極部２４と第２の電極部２５との間に交流電圧を印加することにより水晶振動子２３を、所定の周波数で振動、共振させる。発振器５１により印加される電圧は、第１の電極部２４には、水晶振動子２３が載置された段面２１ｄを介して、第２の電極部２５には、バネ電極部２６を介して、印加される。

算出部５２は、発振器５１により振動する水晶振動子２３の共振周波数の値を測定し、経時的に変化する測定値の変化から、水晶振動子２３に付着した成膜材料の膜厚を算出する。

コントローラ６０は、蒸着源３０、測定部５０の動作を制御し、プロセッサ、メモリ等から構成され、メモリに成膜装置１０の制御プログラムを記憶している。コントローラは、この制御プログラムに従って、膜厚監視装置１全体を制御する。

次に、水晶振動子ホルダ２０の開口部２１ｂと、第１の電極部２４と、第２の電極部２５との位置関係について説明する。

上述したように、第１の電極部２４はベタ状電極部であり、第２の電極部２５は島状電極部である。第２の電極部２５の主電極部２５ａは、水晶振動子２３の中央部付近に形成され、第１の電極部２４であるベタ状電極部の直径より小径に形成されている。

開口部２１ｂは、底部２１ａの、第２の電極部２５と対応する位置に形成されている。そして、開口部２１ｂから水晶振動子２３を見たときに、開口部２１ｂは、主電極部２５ａの周縁より内側に入る大きさで形成されている。すなわち、開口部２１ｂの開口径ｌは、主電極部２５ａの直径ｍと同一又は小さく形成されている。

したがって、蒸着源３０から気化した成膜材料が、開口部２１ｂから水晶振動子ホルダ２０の内部に導入されると、気化した成膜材料は、水晶振動子２３に形成された主電極部２５ａの領域に対応する蒸着面２３ａに付着する。よって、厚みすべり振動が変化する水晶振動子２３の蒸着面２３ａの領域に成膜することができ、適切な共振周波数を測定することができる。

また、開口部２１ｂの開口径ｌが、主電極部２５ａの直径ｍより小さく形成されていれば、開口部２１ｂから水晶振動子ホルダ２０の内部に導入された成膜材料が、拡散して開口部２１ｂの周縁より外側に広がっても、蒸着面２３ａの主電極部２５ａの配置された領域に対応する領域より外側に成膜材料が付着することを抑制することができる。したがって、厚みすべり振動が変化する領域より外側に、成膜材料が付着することを防止でき、適切な共振周波数を測定することができる。本実施の形態１では、開口部２１ｂから回り込んで第１の電極部２４上に形成された成膜材料付着領域の径が、主電極部２５ａの直径ｍに一致するよう、開口部２１ｂの開口径ｌが設定されている。

水晶振動子２３は、ホルダ本体２１に形成された段部２１ｃの段面２１ｄに、その周縁部が載置され保持されるので、機械的振動の変位が少ない部分を保持することになり、適切な共振周波数を測定することができる。なお、水晶振動子２３は、機械的振動の変位が少ないできるだけ外側の周縁部を保持されることが好ましい。したがって、ホルダ本体２１に形成された段部２１ｃの径ｎは、できるだけ大きくとり、水晶振動子２３の最周縁部を保持する。段部２１ｃの径ｎを大きくすることにより、バネ電極部２６の起立部２６ｂの先端部２６ｄを、できるだけ外側に位置するように形成することができる。このようなバネ電極部２６を適用することで、バネ電極部２６と水晶振動子２３との接触部分も、水晶振動子２３の最周縁部とすることができる。

水晶振動子２３は、ホルダ本体２１に形成された段部２１ｃの段面２１ｄに載置されて保持される。したがって、水晶振動子２３は、段部２１ｃのみを設けたシンプルなホルダ本体により保持することができる。

本実施の形態１では、段部２１ｃを水晶振動子２３を保持する部材として説明したが、本発明は、段部２１ｃに限定されず、水晶振動子２３の周縁部を保持できるものであれば、いかなる態様の保持部材を適用してもよい。例えば、水晶振動子２３の外周部の一部をクリップ状のような部材で挟んで保持してもよい。

このような構成を備える膜厚監視装置１において、膜厚を監視する方法について説明する。当該方法は、コントローラ６０により制御されて実行される。

まず、成膜室１１内を真空ポンプ１２により真空排気して、成膜処理を開始する。成膜処理が開始されると、蒸着源３０の成膜材料が加熱されて気化されて、成膜対象の基板４１の蒸着面に成膜材料が蒸着される。また、水晶振動子ホルダ２０の開口部２１ｂから成膜材料が導入され、水晶振動子２３の蒸着面２３ａに成膜材料が付着する。測定部５０の発振器５１により、水晶振動子２３の第１の電極部２４と第２電極部２５とに電圧が印加され、水晶振動子２３を振動させる。

次に、算出部５２により、振動された水晶振動子２３の共振周波数を、所定の時間間隔おきに計測する。算出部５２は、計測された水晶振動子２３の共振周波数の変化を求めて、共振周波数の変化から、水晶振動子２３に形成された膜の膜厚を算出する。

算出された膜厚が、予め設定された膜厚の範囲を逸脱したときには、コントローラ６０は、水晶振動子２３が測定部材として寿命であると判断して、水晶振動子２３の交換時期であることを、モニター等を介して操作者に通知する。

本実施の形態１によれば、開口部２１ｂから水晶振動子２３を見たときに、開口部２１ｂは、水晶振動子２３の両主面に設けた一対の第１の電極部２４と第２の電極部２５の双方の電極部の周縁より、内側に配置されるように形成されている。このような構成により一対の電極部のうち小さい径の電極部の周縁より内側に開口部２１ｂが形成されることになり、厚みすべり振動が有効に働く領域に、成膜材料を付着させることができる。したがって、水晶振動子２３の安定した発振を維持することができ、共振周波数の水晶振動子２３ごとのバラツキを軽減することができる。また、効率的に水晶振動子２３の共振周波数を測定することができるので、水晶振動子２３を使用できる寿命を延ばすことができる。

本実施の形態１では、第１の電極部２４として、ベタ状電極、第２の電極部２５として、島状電極を適用したが、第１の電極部２４と第２の電極部２５の双方の電極部の周縁より内側に、開口部２１ｂが配置されるような形態であれば、いかなる電極部も適用することができる。

例えば、第１の電極部２４として、島状電極、第２の電極部２５として、ベタ状電極を適用してもよい。また、第１の電極部２４と第２の電極部２５ともに、島状電極を適用してもよい。

また、本実施の形態１では、水晶振動子２３として円板状のものを適用したが、本発明はこのような形状の水晶振動子２３に限定されない。例えば、図４に示すように、矩形状の水晶振動子２７を適用することができる。矩形状の水晶振動子２７を適用した場合には、水晶振動子２７の蒸着面または非蒸着面に設けられる電極部は、図４に示すような、第３の電極部２８を適用することができる。第３の電極部２８は、矩形状の主電極部２８ａと、主電極部２８ａの対向する角部から、矩形状の水晶振動子２７の角部に向けて伸びる引出部２８ｂと、から構成される。

本実施の形態１によれば、第１の電極部２４と第２の電極部２５とのうち、第２の電極部２５を、主電極部２５ａと、主電極部２５ａの周縁から水晶振動子２３の主面に引き出された引出部２５ｂ、２５ｃとで構成した。したがって、水晶振動子２３の主面には、電極部が形成されていない領域が形成され、水晶振動子２３の副振動を抑制することができる。また、開口部２１ｂと主電極部２５ａとの位置関係から、共振周波数の水晶振動子２３ごとのバラツキを軽減することができる。

本実施の形態１によれば、第２の電極部２５は、円板状の水晶振動子２３の板面の中央部付近に形成された主電極部２５ａと、主電極部２５ａの周縁から半径方向に引き出された第１の引出部２５ｂと、第２の引出部２５ｂの先端から水晶振動子２３の周方向に沿って延在する第２の引出部２５ｃとから構成されている。したがって、水晶振動子２３の厚みすべり振動が有効に検出できる水晶振動子２３の中央部に、主電極部２５ａが位置し、主電極部２５ａに対応する位置に開口部２１ｂが配置されることになり、水晶振動子２３の共振周波数を効果的に測定することができる。また、水晶振動子２３の副振動の発生も抑制することができる。

（変形例）
本実施の形態１では、水晶振動子ホルダ２０はホルダ本体２１を備え、ホルダ本体２１に開口部２１ｂが形成されると説明した。しかしながら、本実施の形態１は、このようなホルダ本体２１の形状に限定されない。ホルダ本体２１が２つのホルダに分割されて、第１のホルダ７０と第２のホルダ７１とから構成されてもよい。本変形例では、実施の形態１と同様な水晶振動子２３、バネ電極部２６、及び蓋部２２を適用する。これらの詳細な説明については省略する。

図６に示すように、第１のホルダ７０は、凹状に形成されており、内部に水晶振動子２３を保持する。第１のホルダ７０は、保持された水晶振動子２３の蒸着面２３ａと対向する第１の底部７０ａを備え、第１の底部７０ａには第１の開口部７０ｂが形成される。また、第１のホルダ７０の内部には、第１の開口部７０ｂ径方向の外側に載置部７０ｃが形成され、水晶振動子２３は、載置部７０ｃに周縁部が載置されて、第１のホルダ７０内に保持される。

第２のホルダ７１は、第１のホルダ７０の第１の底部７０ａの側を覆い、第１のホルダ７０を収納する。第２のホルダ７１は、第１のホルダ７０の底部７０ａと対向した第２の底部７１ａを備える。第２の底部７１ａには、第１の開口部７0ｂに対応する位置に第２の開口部７１ｂが形成されている。

第１のホルダ部７０の第１の開口部７０ｂの径ｙは、第２のホルダ部７１の第２の開口部７１ｂの径ｗよりも大きく形成されている。また、第２の開口部７１ｂの径ｗは、第２の開口部７１ｂから水晶振動子２３を見たときに、水晶振動子２３の非蒸着面２３ｂに配置された第２の電極部２５の径ｍより小さく形成されている。

第１のホルダ７０により水晶振動子２３の周縁部を保持するとともに、第１のホルダ７０に第２のホルダ７１を組み合わせて使用することで、成膜材料を厚みすべり振動が有効に働く領域に、成膜材料を付着させることができる。このように、水晶振動子２３の保持機能と、厚みすべり振動の有効領域に成膜させる機能とを、それぞれ別々の第１のホルダ７０と第２のホルダ７１に役割を分担させた。したがって、既存品として存在する第１のホルダ７０に、第２のホルダ７１を組み合わせることにより容易に厚みすべり振動の有効領域に成膜させる水晶振動子ホルダ２０を提供することができる。

また、本変形例では、第１のホルダ７０の第１の開口部７０ｂの径ｙが、第２のホルダ７１の第２の開口部７１ｂの径ｗよりも大きく形成され、第２の開口部７１ｂの径ｗが、第２の開口部７１ｂから水晶振動子２３を見たときに、第２の電極部２５の径ｍより小さく形成されている。しかしながら、本発明はこのような構造に限定されず、厚みすべり振動の有効領域に成膜させることができれば、第１の開口部７０ｂと第２の開口部７１ｂとの径の比率は、いかなるものも適用することができる。例えば、第１の開口部７０ｂの径ｙが、第２の開口部７１ｂの径ｗ小さく形成され、第１の開口部７０ｂが第２の電極部２５の径ｍより小さく形成されていてもよい。このような第１のホルダ７０と第２のホルダ７１を備える水晶振動子ホルダ２０を適用することで、厚みすべり振動の有効領域に成膜させることができる第１のホルダ７０を、既存の第２のホルダ７１に固定して使用することが可能となる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の膜厚監視装置１００について、図７、８を参照して説明する。

本実施の形態２に係る膜厚監視装置１００は、実施の形態１の膜厚監視装置１の水晶振動子ホルダ２０の代わりに、水晶振動子ホルダ２００を適用したものであり、膜厚監視装置１の構成に加えて更に、回転機構３００、カバー部４００を備える。その他の構成である成膜装置１０、蒸着源３０、基板ホルダ４０、測定部５０、コントローラ６０は、実施の形態１の膜厚監視装置１と同一の構成であるので、具体的な説明を省略する。また、水晶振動子２３も、実施の形態１で使用した水晶振動子２３と同一のものを使用する。

水晶振動子ホルダ２００は、図７、８に示すように、ヘッド部２１０と、ホルダ本体２２０と、から構成される。

ヘッド部２１０は、一端部に複数のバネ電極部２６が取り付けられた円筒部材である。バネ電極部２６は、実施の形態１で適用したバネ電極部２６と同一の部材を用い、ヘッド部２１０の円形の一端面の周方向に沿って、複数取付けられる。バネ電極部２６は、底板部２６ａの孔２６ｃにネジ２６ｅが挿入され、ネジ２６ｅがヘッド部２１０に設らけれたネジ溝（図示せず）に螺合することで、ヘッド部２１０の当該一端面に固定される。また、ヘッド部２１０は、後述する回転機構３００により回転軸２０１を中心に回転される。

ホルダ本体２２０は、金属等の導電性材料で形成された円板状の部材である。ホルダ本体２２０は、ヘッド部２１０のバネ電極部２６が設けられた一端面と対向して配置され、複数の水晶振動子２３を保持する。ホルダ本体２２０は、円板の中心からヘッド部２１０に向けて突出した円筒嵌合部２２１を備える。円筒嵌合部２２１に、ヘッド部２１０の回転軸２０１の軸端が嵌合して、ホルダ部材２２０は、ヘッド部２１０に取付けられる。ホルダ本体２２０は、ヘッド部２１０の回転軸２０１と同軸に回転される。

ホルダ本体２２０のヘッド部２１０と対向する板面には、凹状に形成された単位ホルダ２２２が、周方向に沿って複数設けられている。各単位ホルダ２２２の凹部に水晶振動子２３が挿入されて、水晶振動子２３はホルダ本体２２０に保持される。図８には、説明のため１つの単位ホルダ２２２に水晶振動子２３が挿入された状態を示す。本実施の形態２では、ホルダ本体２２０に周方向に沿って、６つの凹状の単位ホルダ２２２が形成され、６つの水晶振動子２３を保持することができる。

単位ホルダ２２２は、実施の形態１で説明したホルダ本体２１と同一の形状で構成されている。単位ホルダ２２２は、水晶振動子２３を内部に収容したときに、水晶振動子２３の主面（蒸着面２３ａ）と対向する底部２２２ａを備える。当該底部２２２ａには、第１の開口部２２２ｂが形成され、この第１の開口部２２２ｂを介して、蒸着源３０から気化された成膜材料を単位ホルダ２２２内部に導入する。バネ電極部２６の起立部２６ｂは、単位ホルダ２２２に保持された水晶振動子２３の第２の電極部２５と接触し、測定部５０との信号のやりとりが可能となる。

また、単位ホルダ２２２の凹部の内周には、段部２２２ｃが形成され、段部２２２ｃの第１の開口部２２２ｂの開口面と平行な段面２２２ｄに、水晶振動子２３が載置されて保持される。

回転機構３００は、ヘッド部２１０を回転軸２０１を中心に回転させる駆動部材であり、例えば、パルスモータが適用される。

カバー部４００は、ホルダ本体２２０を、底部２２２ａ側から覆う円板状のカバーである。カバー部４００には、ホルダ本体２２０に形成された第１の開口部２２２ｂと同一径に形成された第２の開口部４０１が形成されている。第２の開口部４０１は、ホルダ本体２２０に形成された複数の第１の開口部２２２ｂのいずれか１つと対応するように配置される。

このような構成を備える膜厚監視装置１００において、膜厚を監視する方法について説明する。当該方法は、コントローラ６０により制御されて実行される。

まず、成膜室１１内を真空ポンプ１２により真空排気して、成膜処理が開始する。成膜処理が開始されると、蒸着源３０の成膜材料が加熱されて気化され、成膜対象の基板４１の表面の成膜材料が蒸着する。一方、ホルダ本体２２０と、カバー部４００とは、複数の単位ホルダ２２２に形成された複数の第１の開口部２２２ｂのうちいずれか１つの第１の開口部２２２ｂと、カバー部４００の第２の開口部４０１とが対応するように配置されている。そして、第２の開口部４０１と対応する第１の開口部２２２ｂから、ホルダ本体２２０の内部に成膜材料が導入され、水晶振動子２３の蒸着面２３ａに成膜材料が付着する。

次に、測定部５０の発振器５１により、成膜材料が付着した水晶振動子２３の第１の電極部２４と第２の電極部２５とに電圧が印加され、水晶振動子２３を振動させる。

算出部５２により、振動された水晶振動子２３の共振周波数を、所定の時間間隔おきに測定する。算出部５２は、測定された水晶振動子２３の共振周波数の変化を求めて、共振周波数の変化から水晶振動子２３に形成された膜の膜厚を算出する。

算出された膜厚が、予め設定された膜厚の範囲を逸脱したときには、コントローラ６０は、水晶振動子２３が測定部材として寿命であると判断して、ヘッド部２１０を、ヘッド部２１０の回転軸２０１を中心に所定の角度回転させるように、回転機構３００を制御する。ヘッド部２１０が所定角度回転すると、ホルダ本体２２０も所定の角度回転し、カバー部４００の第２の開口部４０１は、新しい水晶振動子２３を保持する単位ホルダ２２２に形成された第１の開口部２２２ｂと、対応するように移動する。

本実施の形態２によれば、第１の開口部２２２ｂは、第１の開口部２２２ｂから水晶振動子２３を見たときに、主電極部２５ａの周縁より内側に入る大きさで形成されているので、厚みすべり振動が有効に働く領域に、成膜材料を付着させることができる。したがって、水晶振動子２３の安定した発振を維持することができ、共振周波数の水晶振動子ごとのバラツキを軽減することができる。

また、本実施の形態２によれば、水晶振動子２３の安定した発振を維持することができるので、１つの水晶振動子２３を使用できる期間が長くなり、ホルダ本体２２０を新しいホルダ２２０本体に交換するまでの時間を長くとることができる。したがって、連続して膜厚を監視できる時間が長くなる。

本実施の形態２において、１つの水晶振動子２３の寿命がきた場合には、ヘッド部２１０とホルダ本体２２０とが所定角度回転して、第１の開口部２２２ｂと第２の開口部４０１との位置を変更していたが、本発明はこのような方法に限定されない。例えば、ヘッド部２１０とホルダ本体２２０は固定し、カバー部４００を回転させて第１の開口部２２２ｂと第２の開口部４０１との位置を変更してもよい。

本実施の形態２では、カバー部４００には、ホルダ本体２２０に形成された第１の開口部２２２ｂと同一径に形成された第２の開口部４０１が形成されているとして説明した。しかしながら、本発明は、第１の開口部２２２ｂと第２開口部４０１が同一径であるものに限定されない。第１の開口部２２２ｂと第２開口部４０１のどちらかの径が、第１の電極部２４及び第２の電極部２５の双方の径より小さければよい。したがって、第１の開口部２２２ｂの径が第２の開口部４０１の径より大きくても、第２の開口部４０１の径が第１の開口部の径より大きくてもよい。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれまで説明した実施の形態に限定されるものではなく、適宜変更が加えられたものを含む。

本実施の形態１及び２では、一枚の基板４１を保持す基板ホルダ４０を例として説明したが、本発明はこのような基板ホルダ４０に限定されない。例えば、ドーム型の基板ホルダ４０の内面に複数の基板を保持して、ドームを回転させて、一度に複数枚の基板を一緒に処理する場合にも適用される。

本実施の形態１及び２では、バネ電極部２６を用いて水晶振動子２３を段面２１ｄに押圧していたが、段面２１ｄへ押圧させる付勢部材であれば、他の付勢部材、例えば、巻線状のバネを適用してもよい。

本発明は、ワークの表面に成膜処理により形成された膜の膜厚を監視する膜厚監視装置に利用することができる。

１ 膜厚監視装置
１０ 成膜装置
１１ 成膜室
１２ 真空ポンプ
２０ 水晶振動子ホルダ
２１ ホルダ本体
２１ａ 底部
２１ｂ 開口部
２１ｃ 段部
２１ｄ 段面
２１ｅ 開口部
２２ 蓋部
２３ 水晶振動子
２３ａ 蒸着面
２３ｂ 非蒸着面
２４ 第１の電極部
２５ 第２の電極部
２５ａ 主電極部
２５ｂ 第１の引出部
２５ｃ 第２の引出部
２６ バネ電極部
２６ａ 底板部
２６ｂ 起立部
２６ｃ 孔
２６ｄ 先端部
２６ｅ ネジ
２７ 水晶振動子
２８ 第３の電極部
２８ａ 主電極部
２８ｂ 引出部
３０ 蒸着源
４０ 基板ホルダ
４１ 基板
５０ 測定部
５１ 発振器
５２ 算出部
６０ コントローラ
７０ 第１のホルダ
７０ａ 第１の底部
７０ｂ 第１の開口部
７０ｃ 載置部
７１ 第２のホルダ
７１ａ 第２の底部
７１ｂ 第２の開口部
１００ 膜厚監視装置
２００ 水晶振動子ホルダ
２０１ 回転軸
２１０ ヘッド部
２２０ ホルダ本体
２２１ 円筒嵌合部
２２２ 単位ホルダ
２２２ａ 底部
２２２ｂ 第１の開口部
２２２ｃ 段部
２２２ｄ 段面
３００ 回転機構
４００ カバー部
４０１ 第２の開口部

Claims (7)

1. ワークに成膜処理を施す成膜室内に設置され、当該成膜処理中の当該ワークに成膜される膜の膜厚を監視する膜厚監視装置であって、
   前記成膜処理により付着する成膜材料の付着量に応じて共振周波数の値が変化する水晶振動子であって、当該水晶振動子の対向する両主面に設けられた一対の電極部を備える水晶振動子を、内部に保持する凹状の水晶振動子ホルダであって、保持された前記水晶振動子の一方の主面と対向する底部を備え、当該底部には前記成膜処理中に当該水晶振動子ホルダ内部に前記成膜材料を導入する開口部が形成された水晶振動子ホルダと、
   前記一対の電極部に電圧を印加して前記水晶振動子の共振周波数の値を検出し、当該検出された値をもとに前記成膜処理中の前記ワークの表面に成膜された膜の膜厚を測定する測定部と、を備え、
   前記開口部は、前記一対の電極部と対応する位置に形成されるとともに、当該開口部から前記水晶振動子を見たときに、前記一対の電極部の双方の周縁より内側に配置される大きさで形成された、
   ことを特徴とする膜厚監視装置。
2. 前記一対の電極部のうちいずれか一方の電極部は、シート状の主電極部と、当該主電極部の周縁の一部から前記水晶振動子の周縁部に向けて前記水晶振動子の主面に引き出され、前記測定部と電気的に接続される引出部と、を備え、
   前記開口部は、前記底部の、前記主電極部と対応する位置に形成されるとともに、当該開口部から前記水晶振動子を見たときに、前記主電極部の周縁より内側に配置される大きさで形成された、
   ことを特徴とする請求項１に記載の膜厚監視装置。
3. 前記水晶振動子は、円板状の水晶振動子であり、
   前記主電極部は、円形のシート状の電極部であり、前記水晶振動子の板面の中心部付近に配置され、
   前記引出部は、前記主電極部の周縁の一部から半径方向に前記水晶振動子の主面に引き出された第１の引出部と、当該第１の引出部の先端から前記水晶振動子の周方向に沿って延在する第２の引出部と、を備えた、
   ことを特徴とする請求項２に記載の膜厚監視装置。
4. 前記水晶振動子ホルダは、内周に前記水晶振動子の周縁部を保持する保持部を、更に備えた、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の膜厚監視装置。
5. 前記保持部は、前記水晶振動子ホルダの内周に形成された段部であり、当該段部は、前記開口部の開口面と平行な段面を備え、当該段面に前記水晶振動子の周縁部が載置されて前記水晶振動子が保持される、
   ことを特徴とする請求項４に記載の膜厚監視装置。
6. ワークに成膜処理を施す成膜室内に設置され、当該成膜処理中の当該ワークに成膜される膜の膜厚を監視する膜厚監視装置であって、
   前記成膜処理により付着する成膜材料の付着量に応じて共振周波数の値が変化する水晶振動子であって、当該水晶振動子の対向する両主面に設けられた一対の電極部を備える水晶振動子を、内部に保持する凹状の水晶振動子ホルダと、
   前記一対の電極部に電圧を印加して前記水晶振動子の共振周波数の値を検出し、当該検出された値をもとに前記成膜処理中の前記ワークの表面に成膜された膜の膜厚を測定する測定部と、を備え、
   前記水晶振動子ホルダは、
   前記水晶振動子を内部に保持し、当該水晶振動子の一方の主面と対向し第１の開口部が形成された第１の底部を備える第１のホルダと、当該第１のホルダの第１の底部側に配置され、当該第１の底部と対向する第２の底部を備え、当該第２の底部に前記第１の開口部に対応して、前記成膜処理中に当該水晶振動子ホルダ内部に前記成膜材料を導入する第２の開口部が形成された第２のホルダと、を備え、
   前記第１の開口部は、前記一対の電極部と対応する位置に形成されるとともに、前記第２の開口部から前記水晶振動子を見たときに、前記第１の開口部または前記第２の開口部のいずれか一方は、前記一対の電極部の双方の周縁より内側に配置される大きさで形成された、
   ことを特徴とする膜厚監視装置。
7. ワークに成膜処理を施す成膜室内に設置され、当該成膜処理中の当該ワークに成膜される膜の膜厚を監視する膜厚監視装置であって、
   前記成膜処理により付着する成膜材料の付着量に応じて共振周波数の値が変化する水晶振動子であって、当該水晶振動子の対向する両主面に設けられた一対の電極部を備える複数の水晶振動子が、挿入される複数の凹部が周方向に沿って形成された円板状の水晶振動子ホルダであって、保持された各前記水晶振動子の一方の主面は各前記凹部の各底部と対向し、当該各底部には前記成膜処理中に当該水晶振動子ホルダ内部に前記成膜材料を導入する第１の開口部が形成された水晶振動子ホルダと、
   前記一対の電極部に電圧を印加して前記水晶振動子の共振周波数の値を検出し、当該検出された値をもとに前記成膜処理中の前記ワークの表面に成膜された膜の膜厚を測定する測定部と、
   前記円板状の水晶振動子ホルダの中心軸と同軸に配置され、当該水晶振動子ホルダの板面を前記底部側から覆うカバー部であって、前記複数の凹部の前記底部に形成された複数の前記第１の開口部のうちのいずれか１つの第１の開口部と対向して配置されて形成された第２の開口部を備えたカバー部と、
   前記水晶振動子ホルダと、前記カバー部と、を前記水晶振動子ホルダの中心軸を中心に相対的に回転させる回転機構と、
   を備え、
   前記第１の開口部は、前記一対の電極部と対応する位置に形成されるとともに、当該第２の開口部から前記水晶振動子を見たときに、前記第１の開口部または前記第２の開口部のいずれか一方は、前記一対の電極部の双方の周縁より内側に配置される大きさに形成された、
   ことを特徴とする膜厚監視装置。

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