JP3401112B2 - 圧電結晶発振式膜厚計用発振回路 - Google Patents
圧電結晶発振式膜厚計用発振回路Info
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、成膜チャンバ内に設置
された圧電振動子の圧電結晶上への膜の堆積を測定する
ことにより成膜対象物（例えば基板）上に堆積される膜
厚を測定する圧電結晶発振式膜厚計に用いられる発振回
路に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、真空蒸着またはスパッタリングに
おいて成膜される膜の膜厚及び成膜速度を測定するため
に、マイクロバランスという技術が広く用いられてい
る。これは、蒸着またはスパッタリングにおいてチャン
バ内に配置されている圧電結晶の表面に蒸着物が堆積す
ると、結晶の質量が増加し逆にその応答周波数が減少す
ることを利用している。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】この技術は取扱いが容
易で精度がよい反面、厚く膜を付ける場合や、付ける物
質によっては薄い膜でも頻繁に圧電振動子の交換が必要
となるのが欠点である。即ち、従来の発振回路では、圧
電結晶が新しい場合や膜が薄い場合、圧電結晶は基本波
で振動するが、膜が厚くなると基本波で振動できなくな
り、振動停止又は他の振動モード（スプリアスでの振動
モード）もしくはケーブルのＬ、Ｃで振動する。スプリ
アスでの振動モードの場合、この振動モードが近接して
幾つも存在するために発振が不安定になり、ケーブルの
Ｌ，Ｃによる振動の場合、圧電結晶に関係のない発振と
なるので、いずれの場合でも膜厚の測定ができなくな
る。この現象を、従来、圧電結晶の寿命と呼び、この時
点で新しい圧電振動子と交換していた。主共振が例えば
５ＭＨｚのＡＴカットの水晶振動子にアルミニウムを成
膜すると、４．２ＭＨｚ程度で寿命になっており、酸化
膜では、４．８ＭＨｚ程度で寿命になっていた。 【０００４】本発明は、従来の発振回路の特性を改良
し、圧電結晶を更に低い周波数まで発振できるように
し、圧電振動子の交換頻度を減らすことをその目的とす
るものである。 【０００５】 【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために、成膜チャンバ内に設置された圧電振動
子の圧電結晶上への膜の堆積を測定することにより成膜
対象物上に堆積される膜厚を測定する圧電結晶発振式膜
厚計に用いられる発振回路において、該発振回路に介入
された圧電振動子と並列に可変インピーダンス回路を接
続したことを特徴とする。 【０００６】 【作用】従来の発振回路において、圧電結晶に膜が厚く
付き基本波で発振できなくなった圧電結晶をネットワー
クアナライザーで調べてみると、基本波は小さいながら
存在しており、発振回路の特性で発振停止又は、基本波
以外の他の振動モードで振動していることが分かった。
つまり、圧電結晶本来の寿命ではなく発振回路の特性で
寿命が決まってしまうことが分かった。 【０００７】本発明において、前述のように、発振回路
に介入された圧電振動子と並列に可変インピーダンス回
路を接続し、発振回路に圧電振動子を接続しない状態で
該可変インピーダンス回路のインピーダンスを変化する
と発振回路は広範囲に亘って周波数が変化する。圧電振
動子を接続した状態で同様に可変インピーダンス回路の
インピーダンスを変化すると、圧電結晶の基本波近辺に
発振回路の周波数がなったとき、圧電結晶は基本波で振
動を始め、一度振動を開始するとその発振周波数を維持
する。圧電結晶に膜が厚く付き発振が停止又は他の振動
モードで振動している場合も有効で、再びその膜厚に対
応した圧電結晶の基本波の周波数で発振回路は発振す
る。 【０００８】 【実施例】以下に本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明の実施例を用いた圧電結晶発振式膜
厚計のブロック図である。 【０００９】同図において、１は発振回路、２は高周波
増幅（ＲＦ増幅）回路、３は周波数測定回路である。発
振回路１は、例えば、平衡ブリッジ型発振回路で、差動
増幅回路４で構成されており、差動増幅回路４は、正帰
還回路５と、平衡ブリッジ回路６が介入された負帰還回
路７とを有する。平衡ブリッジ回路６は圧電振動子８例
えば水晶振動子（これは直列に接続された抵抗、インダ
クタンス及びコンデンサとコンデンサとの並列回路から
成る等価回路で表される。）とこれに並列に接続された
可変インピーダンス回路９等から成る。 【００１０】図２は、前記発振回路１における平衡ブリ
ッジ回路６の１例を示す。同図において、前記圧電振動
子８に並列に接続された可変インピーダンス回路９は、
抵抗１０、コンデンサ１１及びバリキャップ１２から成
る。この実施例において、圧電振動子８を発振回路１に
接続した状態で、バリキャップ１２に印加する電圧を高
い値から零にスキャンさせると、バリキャップ１２の静
電容量は、大から小に変化し、発振周波数は小から大に
変化する。この発振周波数が基本波周波数近辺になった
とき、圧電結晶は基本波周波数で発振を始める。圧電結
晶に付着した膜が厚くなるにつれて発振周波数が膜厚に
対応して変化し、ある厚さになると、発振回路が発振を
停止するか、他の振動モードで振動するようになる。そ
こで、可変インピーダンス回路９のバリキャップ１２に
印加する電圧を高めると再び膜厚に対応した基本波周波
数で発振するようになる。 【００１１】例えば、ＡＴカットの水晶振動子で基本周
波数が５ＭＨｚからアルミニウムと銅を交互に蒸着によ
り成膜したとき、水晶振動子の寿命の周波数は、従来の
発振回路では３．７ＭＨｚであったのが、本発明では
３．２ＭＨｚであって、周波数の変化幅が、従来回路で
は１．３ＭＨｚであったのが、本発明では１．８ＭＨｚ
で、従来回路に比べて圧電結晶の寿命を１．４倍の延ば
すことができた。又、ＳｉＯ2 を蒸着により成膜したと
き、水晶振動子の寿命の周波数は、従来の発振回路では
４．７ＭＨｚであったのが、本発明では４．１ＭＨｚ
で、周波数の変化幅が、従来回路では０．３ＭＨｚであ
ったのが、本発明では０．９ＭＨｚで、従来回路に比べ
て圧電結晶の寿命を３倍延ばすことができた。可変イン
ピーダンス回路９として、前記実施例の抵抗１０、コン
デンサ１１及びバリキャップ１２の代わりに図３に示す
ように、可変抵抗１３を用いることができる。尚、図２
及び図３において、１４は負帰還回路７に介入された抵
抗である。又、発振回路１として前記実施例では、平衡
ブリッジ型発振回路を用いたが、他型の回路を用いるこ
とができる。 【００１２】 【発明の効果】本発明は、上述の構成によるときは、圧
電振動子の圧電結晶を従来回路より低い周波数まで発振
させることができるので、圧電振動子の交換頻度を減ら
すことができ、経済的であるという効果を有する。
された圧電振動子の圧電結晶上への膜の堆積を測定する
ことにより成膜対象物（例えば基板）上に堆積される膜
厚を測定する圧電結晶発振式膜厚計に用いられる発振回
路に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、真空蒸着またはスパッタリングに
おいて成膜される膜の膜厚及び成膜速度を測定するため
に、マイクロバランスという技術が広く用いられてい
る。これは、蒸着またはスパッタリングにおいてチャン
バ内に配置されている圧電結晶の表面に蒸着物が堆積す
ると、結晶の質量が増加し逆にその応答周波数が減少す
ることを利用している。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】この技術は取扱いが容
易で精度がよい反面、厚く膜を付ける場合や、付ける物
質によっては薄い膜でも頻繁に圧電振動子の交換が必要
となるのが欠点である。即ち、従来の発振回路では、圧
電結晶が新しい場合や膜が薄い場合、圧電結晶は基本波
で振動するが、膜が厚くなると基本波で振動できなくな
り、振動停止又は他の振動モード（スプリアスでの振動
モード）もしくはケーブルのＬ、Ｃで振動する。スプリ
アスでの振動モードの場合、この振動モードが近接して
幾つも存在するために発振が不安定になり、ケーブルの
Ｌ，Ｃによる振動の場合、圧電結晶に関係のない発振と
なるので、いずれの場合でも膜厚の測定ができなくな
る。この現象を、従来、圧電結晶の寿命と呼び、この時
点で新しい圧電振動子と交換していた。主共振が例えば
５ＭＨｚのＡＴカットの水晶振動子にアルミニウムを成
膜すると、４．２ＭＨｚ程度で寿命になっており、酸化
膜では、４．８ＭＨｚ程度で寿命になっていた。 【０００４】本発明は、従来の発振回路の特性を改良
し、圧電結晶を更に低い周波数まで発振できるように
し、圧電振動子の交換頻度を減らすことをその目的とす
るものである。 【０００５】 【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために、成膜チャンバ内に設置された圧電振動
子の圧電結晶上への膜の堆積を測定することにより成膜
対象物上に堆積される膜厚を測定する圧電結晶発振式膜
厚計に用いられる発振回路において、該発振回路に介入
された圧電振動子と並列に可変インピーダンス回路を接
続したことを特徴とする。 【０００６】 【作用】従来の発振回路において、圧電結晶に膜が厚く
付き基本波で発振できなくなった圧電結晶をネットワー
クアナライザーで調べてみると、基本波は小さいながら
存在しており、発振回路の特性で発振停止又は、基本波
以外の他の振動モードで振動していることが分かった。
つまり、圧電結晶本来の寿命ではなく発振回路の特性で
寿命が決まってしまうことが分かった。 【０００７】本発明において、前述のように、発振回路
に介入された圧電振動子と並列に可変インピーダンス回
路を接続し、発振回路に圧電振動子を接続しない状態で
該可変インピーダンス回路のインピーダンスを変化する
と発振回路は広範囲に亘って周波数が変化する。圧電振
動子を接続した状態で同様に可変インピーダンス回路の
インピーダンスを変化すると、圧電結晶の基本波近辺に
発振回路の周波数がなったとき、圧電結晶は基本波で振
動を始め、一度振動を開始するとその発振周波数を維持
する。圧電結晶に膜が厚く付き発振が停止又は他の振動
モードで振動している場合も有効で、再びその膜厚に対
応した圧電結晶の基本波の周波数で発振回路は発振す
る。 【０００８】 【実施例】以下に本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明の実施例を用いた圧電結晶発振式膜
厚計のブロック図である。 【０００９】同図において、１は発振回路、２は高周波
増幅（ＲＦ増幅）回路、３は周波数測定回路である。発
振回路１は、例えば、平衡ブリッジ型発振回路で、差動
増幅回路４で構成されており、差動増幅回路４は、正帰
還回路５と、平衡ブリッジ回路６が介入された負帰還回
路７とを有する。平衡ブリッジ回路６は圧電振動子８例
えば水晶振動子（これは直列に接続された抵抗、インダ
クタンス及びコンデンサとコンデンサとの並列回路から
成る等価回路で表される。）とこれに並列に接続された
可変インピーダンス回路９等から成る。 【００１０】図２は、前記発振回路１における平衡ブリ
ッジ回路６の１例を示す。同図において、前記圧電振動
子８に並列に接続された可変インピーダンス回路９は、
抵抗１０、コンデンサ１１及びバリキャップ１２から成
る。この実施例において、圧電振動子８を発振回路１に
接続した状態で、バリキャップ１２に印加する電圧を高
い値から零にスキャンさせると、バリキャップ１２の静
電容量は、大から小に変化し、発振周波数は小から大に
変化する。この発振周波数が基本波周波数近辺になった
とき、圧電結晶は基本波周波数で発振を始める。圧電結
晶に付着した膜が厚くなるにつれて発振周波数が膜厚に
対応して変化し、ある厚さになると、発振回路が発振を
停止するか、他の振動モードで振動するようになる。そ
こで、可変インピーダンス回路９のバリキャップ１２に
印加する電圧を高めると再び膜厚に対応した基本波周波
数で発振するようになる。 【００１１】例えば、ＡＴカットの水晶振動子で基本周
波数が５ＭＨｚからアルミニウムと銅を交互に蒸着によ
り成膜したとき、水晶振動子の寿命の周波数は、従来の
発振回路では３．７ＭＨｚであったのが、本発明では
３．２ＭＨｚであって、周波数の変化幅が、従来回路で
は１．３ＭＨｚであったのが、本発明では１．８ＭＨｚ
で、従来回路に比べて圧電結晶の寿命を１．４倍の延ば
すことができた。又、ＳｉＯ2 を蒸着により成膜したと
き、水晶振動子の寿命の周波数は、従来の発振回路では
４．７ＭＨｚであったのが、本発明では４．１ＭＨｚ
で、周波数の変化幅が、従来回路では０．３ＭＨｚであ
ったのが、本発明では０．９ＭＨｚで、従来回路に比べ
て圧電結晶の寿命を３倍延ばすことができた。可変イン
ピーダンス回路９として、前記実施例の抵抗１０、コン
デンサ１１及びバリキャップ１２の代わりに図３に示す
ように、可変抵抗１３を用いることができる。尚、図２
及び図３において、１４は負帰還回路７に介入された抵
抗である。又、発振回路１として前記実施例では、平衡
ブリッジ型発振回路を用いたが、他型の回路を用いるこ
とができる。 【００１２】 【発明の効果】本発明は、上述の構成によるときは、圧
電振動子の圧電結晶を従来回路より低い周波数まで発振
させることができるので、圧電振動子の交換頻度を減ら
すことができ、経済的であるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る圧電結晶発振式膜厚計のブロッ
ク図。 【図２】 図１に示された圧電結晶発振式膜厚計の発振
回路の一例を示す回路図。 【図３】 前記発振回路の他例の平衡ブリッジ回路を示
す回路図。 【符号の説明】 １ 発振回路 ３ 周波数測定回路 ４ 差動増幅器 ６ 平衡ブリッジ回路 ８ 圧電振動子 ９ 可変インピーダンス回路
ク図。 【図２】 図１に示された圧電結晶発振式膜厚計の発振
回路の一例を示す回路図。 【図３】 前記発振回路の他例の平衡ブリッジ回路を示
す回路図。 【符号の説明】 １ 発振回路 ３ 周波数測定回路 ４ 差動増幅器 ６ 平衡ブリッジ回路 ８ 圧電振動子 ９ 可変インピーダンス回路
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01B 7/06
G01B 17/02
G01B 21/08
C23C 14/54
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 成膜チャンバ内に設置された圧電振動子
の圧電結晶上への膜の堆積を測定することにより成膜対
象物上に堆積される膜厚を測定する圧電結晶発振式膜厚
計に用いられる発振回路において、該発振回路に介入さ
れた圧電振動子と並列に可変インピーダンス回路を接続
したことを特徴とする圧電結晶発振式膜厚計用発振回
路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06095695A JP3401112B2 (ja) | 1995-03-20 | 1995-03-20 | 圧電結晶発振式膜厚計用発振回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06095695A JP3401112B2 (ja) | 1995-03-20 | 1995-03-20 | 圧電結晶発振式膜厚計用発振回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08261743A JPH08261743A (ja) | 1996-10-11 |
| JP3401112B2 true JP3401112B2 (ja) | 2003-04-28 |
Family
ID=13157366
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06095695A Expired - Fee Related JP3401112B2 (ja) | 1995-03-20 | 1995-03-20 | 圧電結晶発振式膜厚計用発振回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3401112B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102035146B1 (ko) * | 2014-05-26 | 2019-10-22 | 가부시키가이샤 아루박 | 성막 장치, 유기막의 막후 측정 방법 및 유기막용 막후 센서 |
| JP2016042643A (ja) * | 2014-08-15 | 2016-03-31 | 株式会社アルバック | 膜厚モニタ用発振回路 |
-
1995
- 1995-03-20 JP JP06095695A patent/JP3401112B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08261743A (ja) | 1996-10-11 |
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