JPH03221806A - 蒸着モニター用制御回路 - Google Patents

蒸着モニター用制御回路

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JPH03221806A
JPH03221806A JP2333464A JP33346490A JPH03221806A JP H03221806 A JPH03221806 A JP H03221806A JP 2333464 A JP2333464 A JP 2333464A JP 33346490 A JP33346490 A JP 33346490A JP H03221806 A JPH03221806 A JP H03221806A
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crystal
frequency
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control circuit
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Clarence Hurd
クラレンス．ハード
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Leybold Inficon Inc
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C14/546—Controlling the film thickness or evaporation rate using measurement on deposited material using crystal oscillators
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    • G01—MEASURING; TESTING
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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） 本発明は蒸着モニター用制御回路に係り、特にピエゾ電
子結晶に真空蒸着される蒸着膜の膜厚をモニターし、前
記蒸着膜材の蒸発源を制御する制御装置に用いられる蒸
着モニター用制御回路に関する。
（従来の技術〉 ピエゾ電子石英結晶は広く膜厚のモニター、並びに真空
蒸着される薄膜の膜成長速度を制御するために利用され
る。基本的な技術は、例えば米国特許第４．８１７．４
３０号、４．２０７．８３６号と４，３１１，７２５号
に記載されている。多重結晶膜厚センサーは、本出願と
共通の譲渡穴を持つ１９８９年１１月２日に登録の米国
特許出願４３０．４２８号に記載されている。
これらのモニターないしセサンーは、真空蒸着プロセス
をモニターし、蒸着物質の量と素地表面上への蒸着速度
を正確に制御する目的のために用いられる。結晶の共振
周波数は蒸着膜の厚さの増加と共に減少する。膜がモニ
ター用結晶の上に蒸着されるに従って、共振のシャープ
さも損なわれ、主結晶共振を他の共振と区別すること、
あるいはその周波数の正確な測定を行うことが困難とな
る。
このように、いかなる結晶でもその自然共振はその結晶
の全質量と形状に依存する。
かかる蒸着モニター装置においては、素地結晶としては
石英、チタン酸バリュームあるいは他の一個もしくは複
数のピエゾ電子結晶が利用される。
これらの結晶は共鳴する回路の中に接続され、その結果
得られる共振回路を利用して一個の結晶の自然共振周波
数がモニターされ得る。この自然共振周波数は、材料が
結晶の上に蒸着されると低下する。材料が結晶の面上に
形成されると、共振のシャープさは消滅し、この時点で
結晶はもはやプロセスを正確にして効果的にモニターで
きなくなる。そこで結晶を交換する必要性が出てくる。
結晶上の蒸着層が厚化するにつれ、増加された質量は結
晶と発振器の共振周波数に変化を起こす。既知のあるい
は現状でのいかなるモニター用回路も蒸着物質の密度に
ついての補償も考慮もなされておらず、又これらのモニ
ター用回路は、結晶とマツチするためにセンサー回路の
挙動を調整する目的である音響剪断波速度の知識を利用
していない。
ピエゾ電子結晶に基づく一般的に手に入るプロセス・コ
ントローラーは１オングストローム以下の分解能で膜厚
測定が可能である。これらのプロセス・コントローラー
は蒸着源への電力を変化させる事により正確な蒸着速度
調節ができるように、上述の知識が利用できる。パワー
・レベルは毎秒５から１０回の頻度で変化しえる。これ
らの結晶は、少しでも質量が増加すると、極端に敏感に
対応する。６メガ・ヘルツの共振周波数を有するモニタ
ー結晶に銅の単層をのせると、その共振周波数が約２０
ヘルツだけ減少する。第一近似として、感度が蒸着物質
の密度に比例するものとすると、銅よりも高い密度の材
料は、結果としてエオンダストローム当たり１０ヘルツ
のオーダーで感度に影響する。
従って、測定操作は、非常に短時間のうちにいかに周波
数をうまく測定できるかに左右される。
発振器／結晶系の周波数の不安定性は、そのまま測定さ
れる膜厚の不正確さに関係してくる。膜に関する情報が
フィート・バック制御系の中に利用されるので、この測
定誤差が蒸着速度が不安定になる原因となりえる。もし
周波数不安定性が太きいと、膜の最終的な厚さに、大き
い誤差を生じる事になる。−射的に手にはいる蒸着プロ
セス・コントローラーは、いわゆる“周期′”測定技術
を利用して石英結晶の共振を得ている。安定した、高周
波数参照発振器が当然ながら、タイム・ベースとして、
モニター結晶の周波数により決定される時間間隔あるい
は周期を測定するために使用される。当該参照発振器の
いかなる不安定性あるいは不正確さも、モニター結晶中
の共振周波数の変化と区別できない。これは、膜の見掛
は上の厚さの誤差となる。
測定誤差もしくはランダム誤差は、より大きいスムーズ
ニングのための長い時間間隔を利用して、平均化を行う
ことによって、減少することができる。より大きい正確
性は、高周波数で操作するためのより安定した参照発振
器を設計する事でも可能となる。
現在の蒸着プロセス・コントローラーは１０メガから２
２５メガ・ヘルツの周波数域を持つ参照発振器を利用す
る。これらの内で最良の蒸着プロセス・コン１へローラ
ーは、モニター結晶周波数を、０．２ヘルツ間隔の分解
能、あるいは２００ミリセカンドの期間で測定する場合
でも十分良好な安定性を持つ。この事は平均的な密度の
材料にとって、１オングストローム以下の蒸着される膜
厚の中の誤差に対応する。
蒸着膜の最終膜厚において１オンゲス１へロームの誤差
は重要でないが、一方■オンゲスＩ・ロームのバラツキ
を持つ測定誤差は、とりわけ低い蒸着速度の時の速度制
御にとって極めて重要になってくる。多くの種類の蒸着
装置にとってのフィード・バック制御安定性にとっては
、層厚測定が毎秒あたりできるだけ多くの回数でなされ
る事が要求される。このため毎秒あたり少なくとも四回
、膜厚を測定し、制御ループを改新する事が通例となっ
ている。より頻繁な制御が要求される事もしばしばある
。
低蒸着速度においては、膜厚の変化並びに結晶周波数の
継続測定間での変化は、極めて小さい。
低密度物質に関し、石英結晶周波数の測定間の変化は、
ノイズ並びに参照発振器精度からの測定誤差よりも大き
くない。従って、測定精度を欠く測定が行われると、コ
ントローラーは増加して蒸着される物質による周波数変
化と、ノイズあるいは不確定性による周波数変化との差
を区別出来なくなるので、低い蒸着速度における安定し
た速度制御には、測定精度が非常に重大な問題となる。
真の周波数変化が誤差と同じオーダーの時は、制御系か
らのコマンドがエラーを支持し、蒸着速度の制御は極端
に低下する。
以上で説明した従来の測定系においては、二つの不確定
性の原因、つまり測定精度の限界と、モニター結晶自体
の不安定性がある。第一の限界は、短いサンプル・タイ
ムと、上述の通り参照発振器の安定性限界に起因する。
第二の限界はモニター結晶と、アクティブ発振器系の中
の不安定性を含み、これらは更に測定精度を悪くする。
ピエゾ電子結晶は狭い周波数域の中で広い相シフｌへを
持つために、これら結晶は蒸着モニター用トランスデユ
ーサ−としての利用以外に、周波数安定化エレメントと
して魅力がある。この性質は安定な発振のために要求さ
れる相が周波数の極めて狭い域で達成されるので、結晶
発振器に大きい周波数安定性を与える。この周波数安定
性は、ノイズの相成分が周波数の小さい変化で相殺され
るので、非常にノイズの大きい環境下でも得られる。
しかし石英結晶が蒸着モニターとＩ−て利用される時は
、この相／周波数関係は、質量が結晶の上で増加するに
つれて劣化する。蒸着によって増加される質量が際立っ
て来ると、より大きい周波数変化が、同量の相シフトを
得るために必要となる。
この場合には、発振器並びに結晶回路の中のいかなるノ
イズも質量に独立した有意義な周波数変化を含む事にな
ろう。これが結晶の寿命の近くにおける結晶の役目の不
安定性と劣化の主たる原因である。
結晶の寿命の終わり近くにおいては、発振器の要求を満
足するための基礎的な剪断モードの中の十分な相シフト
を形成できなくなる。この場合、結晶の他の発振モード
が必要な相シフトとゲインを供給できる事になる。古く
なった結晶は系をして、そのモードにおいて発振させ、
新たな周波数が結果として発生する。現在の測定系では
発振モード間でのこの変化を避ける事ができず、これと
関連した付属装置が間違った膜厚を暗示する事にもなる
。これらの発振モード間の変化は言わゆる“モード・ホ
ッピングパと呼ばれ、速度制御と最終膜厚決定に重大な
問題を引きおこす。
０ 発振器に要求される相シフトとゲインを満足する他の発
振モードがもしない場合は、系は機能しない事になる。
よって、膜厚測定の能力は失われる。しかしながら、あ
る場合には、測定系が、これが発生した事を感知し、間
違った値を発生しないように出来る。ここにおいて、新
しい結晶が今ある結晶と交換されなければならないが、
同時にプロセスも完全に停止され、真空チャンバーも開
放されなければならない。
（発明が解決しようとする課題〉 従って、本発明は先行技術の持つ不具合点を取り除いた
蒸着モニター回路を供給する第１の目的がある。
本発明の第２の目的に、結晶を発振器駆動回路の一部と
して使用せずに、結晶共振周波数の周波数変化をモニタ
ーする蒸着モニター用回路を供給する事がある。
本発明の第３の目的は、モード・ホッピングの問題を避
け、他の従来系に利用される通常の寿命よりも十分に長
い結晶によって操作されえるモ二１ ター回路を供給する事である。
さらに本発明の第４の目的は、ＡＴカット石英結晶の基
礎的な剪断波モードの並列部分、ＡＴカットの石英結晶
の基礎的な剪断波モードの直列部分、ＡＴカットの石英
結晶の任意なモードの直列あるいは並列部分、あるいは
ピエゾ電子結晶の任意カットの任意モードの直列ないし
並列部分を決定する事が出来るモニター回路を供給する
事である。
本発明の第５の目的に、結晶の観察される発振モードが
その結晶に関してあらかじめ決められた要求される特別
なモードである事を確認する事があり、結果として、当
該結晶の上に固着した質量がより優れた正確さと信頼性
で測定できる。
さらに本発明の第６の目的は、種々の周波数をもつピエ
ゾ電子結晶を迅速にテストし、結晶の特別な共振モード
に対応する周波数を形成し、記憶する能力のあるモニタ
ー回路を供給する事である。
本発明のさらに第７の目的は、多数のピエゾ電子結晶に
対するあらかじめ検量された共振データを貯蓄できるモ
ニター回路を供給する事であり、２ 結果としていかなる結晶も交換後直ちに蒸着膜厚のモニ
ター用に利用できる事になる。
又本発明の第８の目的は、ケーブル、結晶ホールグー、
フランジあるいは他のエレメントからの必要でない渦流
抵抗を補償する手段を含む結晶モニター回路を供給する
事である。
（課題を解決するための手段） 前記目的を遠戚するために、本発明はピエゾ電子結晶に
真空蒸着される蒸着膜の膜厚をモニターし、前記蒸着膜
材の蒸発源を制御する制御装置に用いられる蒸着モニタ
ー用制御回路において、（イ）前記ピエゾ電子結晶の少
なくとも一つの共振周波数を含む周波数帯の選択された
周波数の駆動信号を発生する信号発生手段と、（ロ）前
記信号発生手段に接続される入力端子、前記ピエゾ電子
結晶からの応答信号を受信する結晶ターミナル及び前記
駆動信号から前記ピエゾ電子結晶の共振周波数近傍の周
波数成分を除去した信号を前記ピエゾ電子結晶に送信す
る出力ターミナルとを具備した二重回路と、（ハ）前記
駆動信号と前記応答信号と３ が供給され、これらの信号を検出する相検出手段と、（
ニ）前記信号発生手段と前記相検出手段に接続され、前
記駆動信号と前記応答信号とを制御して少なくとも一つ
の共振周波数を検出する制御手段とを有する構成となっ
ている。
（作用） このような構成となっているので、材料が真空で蒸着さ
れる際に、例えば材料の蒸気源を制御するように、ピエ
ゾ電子結晶の共振周波数の中の変化に関して、モニター
回路は当該ピエゾ電子結晶をモニターする。制御可能な
周波数発生器は、結晶の共振周波数を含むＲ「周波数の
域以内で正確に知られている周波数と相の駆動信号を発
生する。
当該ＲＦ倍信号二重回路を介して結晶に供給され、−力
応答信号は前記二重回路を介して信号増幅器に、又限界
回路を介して相検出器にそれぞれ供給される。相検出器
は更に、ＲＦ駆動信号を供給され、また結晶が共振して
いる時はゼロ、負荷ＲＦ倍信号共振の下あるいは上の場
合はそれぞれ負、もしくは正の値を示す相信号を持つ。
一つあるいは複数４ の共振の各々の周波数を認識するために、マイクロ・コ
ンＩ−ローラーが駆動信号の周波数を制御可能に走査し
、相検出各信号がゼロを指示する時の周波数をモニター
する目的で利用される。ケーブル補償制御回路は結晶と
関係する伝導性通路の抵抗をバランスする二重回路に結
合される。これは二重回路以内の変圧器の部分と、電圧
制御されたキャパシタンスを含む事ができる。
（実施例） 先ず第１図を参照すると、膜厚モニター系１０は第一セ
クション１１を持ち、その中でピエゾ電子結晶１２は真
空蒸着チャンバー１３の中で蒸気に露出する１面を持つ
。チャンバーは又蒸着電源１５が接続される蒸着炉１４
を含んでいる。結晶選択機構１６は結晶１２と接続して
供給され、場合により、結晶１２は多重結晶検出器以内
に内臓される。結晶１２から一組のリード１７がリード
・スルー１８に延長され、チャンバー１３への外部ケー
ブル１９に接続される。
ケーブル１９は、チャンバーから約２メーターの距離に
隔たる第二のセクション２０に接続する。
５ 第二のセクション２０はＲＦ人力２１と電源人力２２を
持つ。ＲＦ入力２１は既知の周波数と相を持つＲＦ倍信
号二重回ｆＹ！２３の入力に供給する。二重回路２３は
、ケーブル・ターミナル２４とケーブル１９を介して、
ピエゾ電子結晶１２にＲＦ倍信号送る第一の出力を持つ
。ケーブル１２からの戻り信号は、二重回路２３の第二
ターミナルから、結晶出力信号ＳＩＧを相検出器２６の
一個の入力に供給する信号増幅器と限界器２５に供給さ
れる。参照増幅器と限界器２７はＲＦ入力２１、つまり
二重回路２３の第一の入力に結合される入力を持ち、出
力において、発振器ＲＦ倍信号同様な相と周波数を持つ
参照波ＲＥＦを相検出器２６の第二人力に提供する。相
検出器は相出力を持ち、その値は信号ＳＩＧとＲＥＦ間
の相関係に依存する。
信号レベル検出器２８は信号増幅器と限界器２５の出力
に結合され、結晶１２からの応答信号ＳＩＧの振幅に対
応した出力レベルを供給する。相出力ドライバー２９と
レベル出力ドライバー３０は、相とレベル信号をそれぞ
れ増幅し、これらは膜厚モニター系の第三セクションに
導くケーブル３１の中の適切６ な伝導体に送られる。この構成において、ケーブル３１
は測定の質を劣化されずに３０メーターの長さまで取れ
る。
第三セクション３２以内では、多チャンネル・ディジタ
ル・バス３４の手段により、直接ディジタルシンセサイ
ザー３５を含む他のエレメントに結続されるマイクロ・
コンＩ−ローラー３３がある。このシンセサイザー３５
は、０から８メガヘルツの周波数域において０．００５
ヘルツの分解能におけるＲＦ駆動信号を形成する。この
正確なＲＦ波は、その後ケーブル３１中の伝導体により
第二セクション２０のＲＦ入力２１に接続されたＲＦ出
力３６に供給される。
アナログ／ディジタル変換器３７は相出力ドライバー２
９とレベル出力ドライバー３０からの入力を受け、マイ
クロ・コントローラー３３に供給できるディジタル形に
その値を変換する。ディジタル／アナログ変換器３８は
、ディジタル・バス３４を介してマイクロ・コントロー
ラー３３に接続される入力を持つ。この変換器３８は、
第一セクション中の炉１４を制御する目的で制御ライン
３９上から蒸着電源１５７ に通過する第一の出力を持つ。当該変換器３８は又、ケ
ーブル３１の伝導体４０の上を第二セクション２０内の
ケーブル補償回路に供給される第二の出力を持つ。ケー
ブル補償口９４１は二重回路２３に結合され、ケーブル
１９、フィード・スルー１８並びに結晶１２用の保持物
による種々の抵抗を自動的に補償する。
第二セクション２０の詳細は第２図の回路図で示す。こ
こで第１図と同様なエレメントは同じ番号を付した。二
重回路２３はＲＦ入力２１に接続された一次側巻線４３
を持つ第一の変圧器４２と、第二変圧器４６の上半分の
一次側巻線４５とターミナル２４を介して結晶１２に直
列に接続される二次側巻線４４で構成される。変圧器４
５は信号増幅器と限界各回路２５を発生する二次側巻線
４７を持つ。第二の変圧器の一次側の下端はケーブル補
償回路４１に接続する。
つの具体例によると、回路４１は可変容量ダイオード４
８、つまり可変キャパシタンス・ダイオードを持つ。こ
のダイオードは変圧器二次側４５と、レジスター４９を
介してターミナルにも接続される陰極端を持つ。前記タ
ーミナルには、補償電圧ｖｃｏｍｐ８ が伝導体４０の上に供給される。可変容量ダイオード４
８は他のレジスター５０を介して負の参照電圧Ｖｄに、
又キャパシター５１を介してアースに接続される陽極端
を持つ。
ＲＦ入力２１はインピーダンス・マツチング変圧器５２
を介して参照増幅器と限界器２７の入力に接続される。
本具体例では、相検出器２６は信号増幅器と限界器２５
、並びに参照増幅器と限界器２７にそれぞれ接続する入
力を持つ増幅回路を持つ。この具体例では、さらにレベ
ル検出器２８が、ドライバー３０を介して信号レベル出
力としてＡ／Ｄ変換器３７に供給される信号レベルを発
生するために、信号増幅器と限界器２５の一次側に接続
される。石英結晶１２を保持し、冷却する・装置はここ
では図示されていないが、多くの種類の物が既知である
。
本発明の膜厚モニター系１０の操作に対する主たる利点
は、結晶１２を迅速にテストし、特別な周波数で励起さ
れた時の共振を正確に決定する能力がある事である。マ
イクロ・コントローラー３３により実施されるアルゴリ
ズムは周波数指示を直接デ９ ィジタル・シンセサイザー３５に送る。前記シンセサイ
ザーはこの情報を利用して、正確な周波数と相のシヌソ
イド波を形成する。シンセサイズされた波はミクロ・セ
カンドのオーダーで、正確に周波数と相に変化され得る
。
シンセサイズされた正弦波は、ここで第二セクションで
受けられ、そして二重回路を介して供給される。この二
重回路は正弦波を結晶１２に送り、同時に結晶１２のリ
アクタンスを逆（こ受けとる。受けとられた応答波、っ
まりＳＩＧは、二重器３３により負荷された波から分難
される。この受信された信号は増幅され、回路２５の中
で限界され、その後相検出器２６に送られる。同時に、
シンセサイズされたＲＦ波は、参照信号として、増幅と
限界回路２７を介して、相検出器２６に供給される。
シンセサイザー３５により発生された負荷周波数が結晶
１２の共振周波数の位置にある時は、参照信号と二重回
路２３を介して復帰した応答信号の間で９０度の相シフ
トがある。結晶共振の下の数百ヘルツの周波数において
、負荷信号と応答信号の間で０ 実質的にゼロの相シフトが存在する。一方結晶共振上の
数百ヘルツの周波数において、負荷信号と応答信号の間
で１８０度に近づく相シフトが存在する。この相シフト
が相検出器２６で正確に測定され、共振周波数の決定に
利用される。
結晶１２への負荷信号と、それからの戻り信号の相決定
における精度は、負荷信号と戻り信号ＲＥＦとＳＩＧを
それぞれ回路２５と２７の増幅と切りぬき（クリッピン
グ）回路によりプロセスし、この実施例にあるように信
号ＳＩＧとＲＥＦを相検出器に適用する事で達成される
。負荷信号ＲＥＦが戻り信号ＳＩＧより９０度先行して
いる場合は、相検出器２６の出力は七゛口になるて′あ
ろう。相検出弱出力は、信号ＲＥＦとＳＩＧ間での位相
差に従って正が負の値を取り、結果としてシンセサイズ
された信号が結晶共振周波数を介して走査される時、不
連続な信号変イ″ヒが発生する。出力ドライバー回路２
９は、電圧として第三セクション３２のＡ／Ｄ変換器３
７に送られる相信号を調整する。その後、変換器３７は
相差を電圧レベルからマイクロ・コントローラー３３で
取１ り扱いに便利なようなディジタル信号に変える。
ここで、マイクロ・コントローラーはシンセサイザー３
５の周波数と相を制御するように適切なプログラムが組
まれている。結果として、結晶１２はその発振波モード
に保たれる。この考えは一般的にいってシンセサイザー
３５の周波数と相を常時変化させる事で、Ａ／Ｄ変換器
３７の出力をゼロ・レベルに維持するディジタル・フィ
ードバック・ループである。
直接ディジタル・シンセサイザー３５とＡ／Ｄ変換器３
７を構成する部品は一般的に手に入る。適切な部品は、
結晶１２の周波数応答が８ビツトのＡ／Ｄ変換器３７で
毎秒２００．０００回のオーダーである事を確認できる
。これは現実全ての目的にとって十分である０、　００
５ヘルツの精度を伴う毎秒１２８キロヘルツの回転速度
に対応する。最も簡単なストラドジーは変換器３７の出
力の符号に依存するシンセサイザー周波数の増加あるい
は減少を伴う固定された周波数間隔でのテストが利用で
きる。より複雑なストラドジーとなると、符号情報のみ
ならず、遠２ 近する周波数間隔つまり共振の質をテストする目的で出
力の大きさも含まれる。テストできる最も小さい周波数
差はシンセサイザー３５の周波数発生能力のみにより限
定され、現状の技術では、０、００５ヘルツのオーダー
である。共振の検出限界は蒸着系のノイズと回路のノイ
ズ、並びに変換器３７の分解能により決定される。この
検出性は現状では０．００５ヘルツであるので、この系
の分解限界が規定できる。
第二セクションに図示される信号レベル検出器２８は、
測定系を向上させ、結晶の活性と寿命を測定する手段を
提供する。蒸着により質量が結晶１２の上に付加される
と、相／周波数関係が崩れ、これが、その共振において
結晶からの受信される戻り信号と応答信号ＳＩＧの大き
さを減少させる。信号ＳＩＧのレベルはその後マイクロ
・コントローラー３３の中でモニターされ、その情報が
、考えられる結晶損傷を指示するために利用される。蒸
着モニターあるいは制御の邪魔にならないための適切な
行為がオペレーターによる手動あるいは、マイ３ クロ・コンＩ・ローラー３３による自動で取られる。
適切なアルゴニズムが、信号強度、結晶１２の使用状態
、結晶の種類に基づく、残留蒸着寿命を予測するために
開発されよう。
ケーブル補償回路４１が、結晶ホーダー、真空フィード
・スルー１８、種々の長さのケーブル例えば１９、ある
いは他の迷走キャパシタンス源等を除去するために、二
重回路２３を電気的に調整するために利用され、この補
償回路４１において、可変リアクタンス４８は変圧器巻
線４５と共に操作する。特別な周波数のＲＦドライブ信
号は巻線４５の中央タップに供給され、その後、可変リ
アクタンス４８に直列に送られる。このリアクタンス４
８のキャパシタンスは、変圧器４６の二次側巻線４７か
らの信号出力がなくなるまで、負荷補償電圧νｃｏｍｐ
を調整する事で達成される。これはもちろん、キャパシ
タンス可変キャパシター４８が、二重回路２３と結晶１
２間の回路の接続部分上の渦流リアクタンスと同じキャ
パシタンス値をとる時に発生する。いったんバランスが
得られると、変圧器−次４５の各々半分から４ 流れる交流電流が等しくなり、反対の相を持つ。
迷走リアクタンスを相殺する方法は、例えば直流電圧を
可変キャパシター４８に与えながらの繰り返しテストを
する事でマイクロ・コントローラー３３の中に適切なプ
ログラムを組む事で達成される。
迷走リアクタンスの相殺方法は結晶センサーの取りつけ
時にだけ実施する必要があり、センサーの全寿命を通し
ての蒸着モニター間中の交換は必要がない。
複結晶検出器の場合は、補償電圧＼ｌｃｏｍｐは各々の
結晶１２に対してストアーされ、−個一個の結晶に自動
的にチャージされるようになる。
本発明の重要な限界は、周波数が蒸着により変化すると
はいえ、Ａ／Ｄ変換器３７のゼロ・クロッシングを得る
に十分早く、シンセサイズされた周波数を変化する事が
できる能力である。本発明の膜厚モニター系を用いると
、増加する蒸着による結晶１２の共振周波数の変化は先
行技術の回路を用いる場合よりもより高い頻度で測定で
きる。測定精度は共振結晶１２の周波数と安定性により
限定され５ ず、又アキャムレーターのカウントあるいはクロック・
パルスを積算するに必要な時間間隔にも限定されない。
本発明によると、重要な点は１秒にテストできるトライ
アルの数と、１へライアル間の周波数間隔のサイズとの
混合である。実際の系において、周波数測定の分解能は
前記の周波数増加の大きさにより決定される。この周波
数増加は、結晶が質量負荷による周波数を変化する期待
速度に従って選択される。トライアル間の周波数増加と
単位時間当たりの１へライアルの数の積は最大回転速度
を与える。回転速度は単位時間当たりの結晶１２の共振
周波数の変化を越えなければならないので、定期的に並
びにしばしば走査される負荷周波数は、相検出器２６を
してゼロ・レベルを介して、つまり９０度の相差で通過
させる。現実的でしがも最小の回転速度は周波数変化の
期待値のニないし二倍のオーダーである。
ＡＴカット石英結晶の重要な利点は、共振の要求される
基礎的な剪断波モードが励起されたモードの内の最低の
周波数共振である事である。本発明６ のマイクロ・コントローラー系はこの情報を用いて結晶
１２の特別な共振モードを認識する能力を持つ。操作の
当初における周波数走査、つまり低い周波数で開始し、
高い周波数に増加する広い周波数走査は、先ず基礎的な
剪断モードを生じ、その後第−と第二の非ハーモニック
（これらも利用できる〉のような他の結晶共振を発生す
る。この走査は非常に短い時間間隔しか必要とせず、環
境のノイズあるいは作業穴の経験により、しばしば要求
されるように開始される。仮にモニターされた結晶周波
数にいかなる不連続が存在すると、周波数走査は再び開
始され、要求される発振モードが発生される。結晶１２
の周波数／相関係は、モードが先行技術の発振回路で維
持出来ない古い結晶にとっても、基礎的な剪断波周波数
の知識が得られるので、前述の場合よりも、重要でなく
なる。
ここに記述した構造を参照して、発明が説明されたとは
いえ、これに限定される事なく、本発明は既に述べた特
許請求の範囲以外で可能な、いかなる改良や変更が可能
である事を明記する。
７ （発明の効果） 本発明に従うと、結晶蒸着モニターは特殊能力をもつ独
立な発振系を持つ。発振器の独立性は結晶に適応される
周波数の範囲を特徴とする特殊能力は、共振を認識し、
蓄積し、又これらの共振の近くでの周波数に対応したモ
ニター結晶を測定し、分析する機能を持つ。これにより
、結晶の発振モードが基礎的な剪断波モードであるが、
発振の他のモードが認識され、位置づけられ、それらの
周波数が測定される事が証明される。ノイズが発振を停
止するために従来の発振器を誘起する回路に存在しても
、本発振器は結晶共振がらのノイズを連続して識別し、
希望するモードでの発振を維持できる。
本発明の結晶蒸着モニターは、がりに結晶が従来の発振
系での発振を開始するに十分な相シフトが供給出来なく
とも、結晶の挙動を連続してモニターできる。本発明の
モニター回路を用いると、薄膜の製造者は結晶の全寿命
を通して、特に寿命の終わり近くにおいても正確に膜厚
を制御できる。
８ さらに現有の技術で可能であるよりも長い結晶の寿命が
得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一つの好ましい具体例に従ったピエゾ
電子結晶検出器と関連する制御回路のブロック図で、第
２図は第１図の部分の回路図である。 １０・・・膜厚モニター系、１１・・・第一セクション
、１２・・・ピエゾ電子結晶、１３・・・真空蒸着チャ
ンバー１４・・・蒸着炉、１５・・・蒸着電源、１６・
・・結晶選択機構、１７・・・リード、１８・・・フィ
ード・スルー、１９・・・ケーブル、２０・・・第二セ
クション、２１・・・ＲＦ入力、２２・・・電源入力、
２３・・・二重回路、２４・・・ケーブル・ターミナル
、２５・・・信号増幅器／限界器、２６・・・相検出器
、２７・・・参照増幅器／限界器、２８・・・信号レベ
ル検出器、２９・・・相出力ドライバー、３０・・・レ
ベル出力ドライバー、３１・・・ケーブル、３２・・・
第三セクション、３３・・・マイクロ・コントローラー
、３４・・・多チャンネル・ディジタル・バス、３５・
・・直接ディジタル・シンセサイザー、３６・・・ＲＦ
出力、３７・・・アナログ／ディジタル変換９ 器、３８・・・ディジタル／アナログ変換器、３９・・
・制御ライン、４０・・・伝導体、４１・・・ケーブル
補償回路、４２・・・第一変圧器、４３・・・・・・−
次側巻線、４４・１．二次側巻線、４５・・・上半分−
次側巻線、４６・・・第二変圧器、４８・・・可変容量
ダイオード、４９．５０・・・レジスター、５１・・・
キャパシター、５２・・・インピーダンス・マツチング
・トランス。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）ピエゾ電子結晶に真空蒸着される蒸着膜の膜厚を
    モニターし、前記蒸着膜材の蒸発源を制御する制御装置
    に用いられる蒸着モニター用制御回路において、（イ）
    前記ピエゾ電子結晶の少なくとも一つの共振周波数を含
    む周波数帯の選択された周波数の駆動信号を発生する信
    号発生手段と、（ロ）前記信号発生手段に接続される入
    力端子、前記ピエゾ電子結晶からの応答信号を受信する
    結晶ターミナル及び前記駆動信号から前記ピエゾ電子結
    晶の共振周波数近傍の周波数成分を除去した信号を前記
    ピエゾ電子結晶に送信する出力ターミナルとを具備した
    二重回路と、（ハ）前記駆動信号と前記応答信号とが供
    給され、これらの信号を検出する相検出手段と、（ニ）
    前記信号発生手段と前記相検出手段に接続され、前記駆
    動信号と前記応答信号とを制御して少なくとも一つの共
    振周波数を検出する制御手段とを有することを特徴とす
    る蒸着モニター用制御回路。
  2. （２）制御手段が、蒸着膜の膜厚により変化する周波数
    の変化を越える回転速度で周波数帯域の繰り返し走査を
    行なうことを特徴とする蒸着モニター用制御回路。
  3. （３）請求項１に記載の蒸着モニター用制御回路に対し
    て、二重回路に接続されピエゾ電子結晶への接続インピ
    ーダンスを制御するケーブル補償制御回路と、このケー
    ブル補償制御回路に選択接続される制御ターミナルと、
    前記二重回路に接続される電圧制御インピーダンスとが
    付加されていることを特徴とする蒸着モニター用制御回
    路。
  4. （４）制御手段が、制御電圧発生手段を具備しているこ
    とを特徴とする請求項１に記載の蒸着モニター用制御回
    路。
  5. （５）請求項１に記載の蒸着モニター用制御回路に対し
    て、二重回路の出力ターミナルの信号の信号レベルと応
    答信号の信号レベルと検出する検出回路を付加したこと
    を特徴とする蒸着モニター用制御回路。
  6. （６）相検出手段が、二重回路の出力ターミナルの信号
    と応答信号との増幅信号及び限界信号を出力する出力回
    路を具備していることを特徴とする請求項１に記載の蒸
    着モニター用制御回路。
  7. （７）出力回路が倍率器であることを特徴とする請求項
    ６に記載の蒸着モニター用制御回路。
JP2333464A 1990-01-12 1990-11-29 蒸着モニター用制御回路 Pending JPH03221806A (ja)

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