JPH02174411A - 水晶膜厚モニタ - Google Patents

水晶膜厚モニタ

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JPH02174411A
JPH02174411A JP33024488A JP33024488A JPH02174411A JP H02174411 A JPH02174411 A JP H02174411A JP 33024488 A JP33024488 A JP 33024488A JP 33024488 A JP33024488 A JP 33024488A JP H02174411 A JPH02174411 A JP H02174411A
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JP
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crystal
film thickness
frequency
monitor
vapor
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JP33024488A
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Inventor
Yoshio Shimoda
下田 義雄
Takehiko Uno
宇野 武彦
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は水晶を用いた膜厚モニタに関するものである。
(従来技術及び発明が解決しようとする課M)真空蒸着
装置等における蒸着膜厚のモニタ装置には、水晶発振器
が用いられており、蒸着物が水晶振動子の水晶板面に堆
積することによって生じる周波数変化を観測して膜厚を
モニタしてる。
蒸着は一般に数百°Cの高温中で行われるが、従来の膜
厚モニタに用いられている水晶振動子は、温度の上昇に
ともなって等価抵抗が急激に増加するため、水晶振動子
の温度が300 ’C程度以上になると水晶発振器の発
振が困難となり、膜厚のモニタが不可能になる場合があ
った。そのため、般にモニタ素子を水冷することによっ
て、水晶振動子の等価抵抗の増加と共振周波数の温度変
化の防止を行っているため、水晶振動子のホルダ機構が
複雑となる欠点があった。また、前記理由により、きわ
めて高い温度にさらされる被蒸着基板近傍で膜厚をモニ
タすることが不可能であることから、被蒸着基板から遠
く離れた位置にモニタ素子を設置し、一定の換算係数を
乗じることによって膜厚を算出していたため、正確な膜
厚の観測が困難であった。
さらに、従来の膜厚モニタは、1つの水晶振動子から成
る水晶発振器の周波数を観測することにより、膜厚をモ
ニタしていた。しかしながら、蒸着は数十℃以上の温度
変動がある状態て行われるため、水晶振動子の共振周波
数温度特性によって、周波数変化と膜厚の関係に直線性
が成立しなくなり、モニタ素子を水冷しても水晶振動子
の温度変動のため、正確な膜厚をモニタすることが困難
であった。
本発明は上記課題を解決するため、250℃から500
°C以上の高温環境下でも動作し、正確な膜厚のモニタ
が可能な水晶膜厚モニタを提供することを目的とする。
(課題を解決するための手段) 本発明は上記目的を達成するため、水晶振動子の素板に
高温中で高電圧を印加してスイーピング処理を施した水
晶を用いることを特徴とする水晶膜厚モニタを第1の要
旨とし、 スイーピング処理を施した同一水晶素板上に弾性的に結
合されていない複数の水晶振動子を形成し、前記水晶振
動子から成る複数の水晶発振器間の差周波数を測定する
ことを特徴とする水晶膜厚モニタを第2の要旨とし、 スイーピング処理を施した同一水晶素板上に一対の弾性
的に結合された水晶振動子から成る結合振動系を形成し
、当該結合振動系における対称モード2斜め対称モード
の共振周波数の差周波数を測定することを特徴とする水
晶膜厚モニタを第3の要旨とする。
これにより、水晶振動子の水晶として、等価抵抗の温度
依存性が小さいスイーピング処理を施した水晶を使用す
ること、ならびに一つの水晶板上に複数の電極を設けて
二つ以上の水晶発振器を構成し、相互の差周波数をモニ
タすることを主要な特徴とする。したがって、従来のよ
うに高温において発振が停止することなく、また、温度
変動に伴う膜厚測定誤差の少ない膜厚モニタを実現でき
る。
(実施例) 以下、図面に沿って本発明の実施例について説明する。
なお、実施例は一つの例示であうで、本発明の精神を逸
脱しない範囲で種々の変更あるいは改良を行いうること
は言うまでもない。
高温(約500℃)中で水晶に高電界(約1kV/cm
)を印加し、水晶中の不純物を除去する処理(スイーピ
ング処理)を行うと、弾性的な損失に寄与する欠陥が除
去される。この水晶を水晶振動子に適用すると、等価抵
抗の温度依存性を極めて小さくすることができる。
まずはじめに、スイーピング処理した水晶の特性につい
て説明する。
第5図はスイーピング処理を施した水晶(スウエブト水
晶)と従来の未処理の水晶(アンスウニブト水晶)から
作製した水晶振動子に対する等価抵抗の温度特性例であ
る。従来の水晶では温度が250℃を超えて300℃以
上になると等価抵抗が急激に増加するため、水晶振動子
の性能指数Myが2より小となり、水晶発振器の発振が
不可能になる。
しかしながら、スイーピング処理を施した水晶の等価抵
抗はほとんど変化せず、本水晶を用いれば水晶の相転移
点である573℃付近でもM、は十分に大きな値を有し
、安定な水晶発振器を実現できる。
(実施例1) 第1図は本発明の第1の実施例を示す図であり、lはス
イーピング処理を施した水晶素板、2A。
2B、及び2Cは電極、3および4は1個の水晶素板l
の上に電極2Aと2B及び2Aと20で形成された第1
及び第2の水晶振動子、5は第1及び第2の水晶振動子
3.4のホルダ、6.7はそれぞれ水晶振動子3、水晶
振動子4で水晶発振器を構成している発振器の能動回路
であり、各々の発振周波数をfi、f*とする。さらに
、8はミキサであり、入力は能動回路6.7からの信号
fl+m出力周波数はlf+   fglである。
9はホルダ5の開口部であり、第2の水晶振動子4に対
してのみ蒸着源方向に開口している。二二で、第1及び
第2の水晶振動子3.4は互いに弾性的な結合がないよ
うに十分に離れて配置されている0以上の構成において
、蒸着源からの蒸着物は開口部9を通して第2水晶振動
子4め電極上に堆積し、堆積量に対応して発振器の能動
回路7の出力周波数が変化する。一方、発振器の能動回
路6に接続されている第1の水晶振動子3は、ホルダ5
で覆われているため蒸着物が飛来せず、その周波数f、
は蒸@量に依存しない、ここで、第1の水晶振動子3お
よび第2の水晶振動子4とも、その周波数は蒸着温度等
の温度に依存するが、同一の水晶素+i tを用いてい
るため、各々の第1及び第2の振動子3.4は同じ温度
特性を持つことになる。したがって、能動回路6と能動
回路7の出力周波数をミキサ8で混合し、その出力を計
測すれば、各々の第1及び第2の水晶振動子3.4の温
度特性が相殺され、温度による計測誤差の小さい膜厚モ
ニタが実現できる。さらに、水晶素板1としてスウエプ
ト水晶を使用しているため、蒸着中の温度が250 ’
Cを超えて500℃以上の高温になっても発振が停止す
ることなく、計Ffl!fJ域を飛躍的に拡大できる。
(実施例2) 第2図は本発明の第2の実施例を示す図であり、10は
モニタ素子、11は被蒸着基板、12は基板ホルダ、1
3は蒸着源、14は被蒸着基illを加熱するためのヒ
ータである0本発明によるモニタ素子10は数百℃の高
温状態の下でも動作可能であるため、基板ホルダ12に
被蒸着基板11と同一面上で設置することができる。し
たがって、蒸着源13に対して、被蒸着基板11とモニ
タ素子10までの距離が等しくなるため、被蒸着基板1
3に蒸着される膜厚を正確にモニタすることができる。
(実施例3) 第3図は本発明の第3の実施例を示す図であり、15は
スイーピング処理を施した水晶基板、16A。
16B及び16Cは電極、17.18は水晶素板15の
上に電極16^と16B及び16Aと16Bで形成され
た第3及び第4の水晶振動子、19.20は出力端子で
ある。ここで、第3及び第4の水晶振動子18と19は
弾性的に結合された、いわゆる結合振動系を形成してい
る。
結合振動系では、複数の共振スペクトラムが存在するこ
とが知られている。第4図は2個の共振子による結合振
動系の共振周波数スペクトルを示しており、fsは対称
モードの共振周波数、faは斜め対称モードの共振周波
数である。横軸のΔはプレートバック量であり、Δ−ρ
′h′/ρhで定義される。ここで、ρ、hはそれぞれ
第3図における水晶基板15の密度および厚さであり、
ρ′、h′は第3図の電極16^に付加される薄着物の
密度および厚さである。すなわち、蒸着によって膜厚が
増加するにしたがって、Δも増加する。
第3図において端子20を短絡すれば、端子19から対
称モードと斜め対称モードの共振周波数fsS faが
観測できる。ここで、蒸着源からの蒸着物が電極16A
に堆積すると第4図にしたがってプレートバック量Δが
増加し、対称モードと斜め対称モードの共振周波数rs
sfaとも低下する。しかしながら、fsとfaの間隔
は例えば堆積量が少ない時はAとなるが、堆積量が増加
するにしたがってBのようになり、fsとfaの間隔が
狭(なる、したがって、端子19で対称モードと斜め対
称モードの共振周波数の差をII測することにより、蒸
着膜厚をモニタすることができる。
ここで、水晶振動子の水晶素板15としてスウエプト水
晶を用いているため、s o o ’c以上の高温にな
っても等価抵抗の増大がな(、共振周波数を精度良く測
定できるばかりでな(2,同一水晶素板上に複数の電極
を設けてその共振周波数を観測しているため、各々の水
晶振動子の温度特性が相殺され、温度による測定誤差を
著しく低減できる。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明によれば水晶振動子の素板
に高温中で高電圧を印加してスイーピング処理を施した
水晶を用いることにより、水晶膜厚モニタは、水晶素板
としてスイーピング処理を施した水晶を使用するため、
250℃を超えて500℃以上の高温条件下でも動作可
能であり、計測領域を飛躍的に拡大できる利点がある。
また、スイーピング処理を施した同一水晶素板上に弾性
的に結合されていない複数の水晶振動子を形成し、前記
水晶振動子から成る複数の水晶発振器間の差周波数を測
定することにより、モニタ素子を被蒸着基板と同一面上
に設置できるため、正確な膜厚をモニタすることができ
る。さらに、スイーピング処理を施した同一水晶素板上
に一対の弾性的に結合された水晶振動子から成る結合振
動系を形成し、当該結合振動系における対称モードと斜
め対称モードの共振周波数の差周波数を測定することに
より同一水晶素板上に複数の水晶振動子を形成し、その
差周波数を取り扱うために個々の水晶振動子の温度依存
性を相殺することができ、温度変動に伴う計測誤差を低
減できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による水晶膜厚モニタの第1の実施例を
示す図、第2図は第2の実施例を示す図、第3図は第3
の実施例を示す図、第4図は、2個の共振子による結合
振動系の周波数スペクトルを示す図、第5図はスイーピ
ング処理を施したスウエブト水晶と未処理のアンスウニ
ブト水晶から製作した水晶振動子に対する等価抵抗の温
度依存性の例である。 l・・・スイーピング処理を施した水晶素板、2A。 2B、2C・・・電極、3.4・・・第1及び第2水晶
振動子、5・・・ホルダ、6.7・・・発振器の能動回
路、8・・・ミキサ、9・・・ホルダの開口部、lO・
・・モニタ素子、1.1・・・被蒸着基板、12・・・
基板ホルダ、13・・・蒸着源、14・・・基板加熱ヒ
ータ、I5・・・スイーピング処理を施した水晶素板、
16A 、 168 、16c・・・電極、17.18
・・・第3及び第4水晶振動子、19.20・・・出力
端子。 ほか1名 第1図 第3図 1ら 第4図 一トゝ13 石r

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)水晶振動子の素板に高温中で高電圧を印加してス
    イーピング処理を施した水晶を用いることを特徴とする
    水晶膜厚モニタ。
  2. (2)スイーピング処理を施した同一水晶素板上に弾性
    的に結合されていない複数の水晶振動子を形成し、前記
    水晶振動子から成る複数の水晶発振器間の差周波数を測
    定することを特徴とする水晶膜厚モニタ。
  3. (3)スイーピング処理を施した同一水晶素板上に一対
    の弾性的に結合された水晶振動子から成る結合振動系を
    形成し、当該結合振動系における対称モードと斜め対称
    モードの共振周波数の差周波数を測定することを特徴と
    する水晶膜厚モニタ。
JP33024488A 1988-12-27 1988-12-27 水晶膜厚モニタ Granted JPH02174411A (ja)

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JP33024488A JPH02174411A (ja) 1988-12-27 1988-12-27 水晶膜厚モニタ

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JPH0548304B2 JPH0548304B2 (ja) 1993-07-21

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Cited By (1)

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EP3144411B1 (en) * 2014-05-13 2020-03-11 Boe Technology Group Co. Ltd. Measurement apparatus and coating device

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