JPS585379B2

JPS585379B2 - ジヨウチヤクソクドソクテイソウチ

Info

Publication number: JPS585379B2
Application number: JP12334874A
Authority: JP
Inventors: 樽谷良信; 渡辺武彦
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1974-10-28
Filing date: 1974-10-28
Publication date: 1983-01-31
Also published as: JPS5149785A

Description

【発明の詳細な説明】蒸着膜製造中に蒸着速度測定ができれば、瞬時における
膜厚を知ることができるので、一定の厚さの膜を製造で
きる。

また、蒸着速度の制御が可能であれば、一元の蒸着膜だ
けでなく、再現性のある組成の多元蒸着膜の製造が可能
になる。

この発明は、蒸着速度測定を行う装置に関するものであ
る。

従来性なわれている方法の一つとして、水晶振動子を用
いる方法がある。

これは水晶振動子の電極部分に付着する蒸発物質の重量
が、発振周波数の変化分に比例する原理を利用したもの
である。

蒸着速度は、この周波数変化分を回路的に微分すること
により求まる。

この方法の問題点として、直接測定量が蒸着量であるこ
と、正常な動作を行うには、水晶振動子への蒸着量が限
られているため、ある一定量蒸着すれば、振動子の取り
変えを要すること、また発振周波数は温度依存性が大き
いので、水冷して室温付近の一定温度に保たなければな
らないこと、高触点材料を蒸着する場合は、蒸発源から
の熱幅射を受けるなどの高温雰囲気のため水晶振動子が
動作困難（水晶振動子の可能動作温度は４００℃以下で
ある。

）となること、などがある。

また、水晶振動子に、電子や、イオン化された粒子が付
着すると、動作が不可能になることである。

そのため、電子ビーム銃による蒸着、イオンビーム蒸着
、イオンブレーティングなどの高温で、電子、イオンを
扱う蒸発源には何らかの手段をこおしなければならない
。

したがって、本発明の目的は、測定量が蒸着速度を示し
、高温雰囲気中でも使用可能であり、温度依存性がなく
、電子、イオンを扱う蒸発源に使用できるような蒸着速
度測定装置を提供することである。

本発明の蒸着速度測定装置を電子ビーム銃に応用した装
置を第１図に示す。

この装置の原理を述べる。

電子ビーム銃のヒータ１から熱放射によって発生した電
子は、印加されている磁界により電子ビームとなって蒸
発源２にぶつかる。

このとき電子の運動エネルギーは蒸発源２の熱エネルギ
ーに変換する。

蒸発源２が、蒸気圧で１Ｏ−２Ｔｏｒｒに相当する温度
、またはそれ以上の温度になれば、蒸発を始めることに
なる。

この蒸発粒子の中のある割合の粒子は電子ビームと衝突
する。

電子と衝突した蒸発粒子は、電子からエネルギーを与え
られ、プラスにイオン化する。

ここで、電子ビーム銃の構造、蒸発源２が同じものであ
り、電子の加速電圧が一定であれば、蒸発粒子中のイオ
ン化される粒子の割合は一定である。

したがって、単位時間当りの蒸発量（蒸着速度）と単位
時間当りにイオン化される粒子数（イオン電流）は一対
一に対応する。

蒸発粒子が飛来する位置に負電位をかけた金属板３を置
けば、プラスイオン粒子が金属板３に捕獲される。

このプラスイオン粒子による電流は、標準抵抗器４を通
ることにより、電圧Ｖｏとして記録される。

ここで、プラスイオン粒子のみによる電流がほしいので
あるから、金属板３では電子を集電しないことが必要に
なってくる。

そこで、金属板３に飛んでくる電子を散乱するために、
金属板３と平行に均一磁界を加える方法を用いた。

例えば金属板から１ｃｍ１の範囲に３５００ｅ程度の磁
界Ｈを加えることにより、１０ＫｅＶ以下のエネルギー
の電子Ｅは軌道を大きく曲げられ、金属板３に到達する
ことなしに散乱されてしまうが、プラスのイオン粒子■
は質量が大きいので、わずかに軌道が曲げられる程度で
金属板３に到達する。

金属板３に対して、平行な均一磁界を加えたときのプラ
スイオン粒子と電子の経路を第２図に示した。

以下本発明を実施例にもとづいて説明する。

実施例電子ビーム銃は加速電圧１０ＫＶのものを使用した。

イオン粒子を捕獲する金属板３には５０×４０Ｘ２ｍｍ
の銅板を使用した。

銅板の生地のままでは、蒸着膜がはげやすかったので、
やすりなどで表面を凸凹にした。

負電位をかけるためり、Ｃ。Ｏ〜１００Ｖの定電圧電源
を使用した。

標準抵抗器４には、１００Ωの標準抵抗器を用いた。

金属板３と平行に磁界を加える装置として、空隙の中心
で４０００ｅの永久磁石を用いた。

蒸発源をＮｂとし、金属板３の前面に磁界Ｈを加えない
ときの、イオン電流により標準抵抗器４に現れる電圧の
変化を第３図に示す。

縦軸は標準抵抗器４に現われる電圧Ｖい横軸は、真空度
が１Ｏ−５Ｉｏｒｒより悪くならないようにエミッショ
ン電流を除々にあげていくときの、時間経過をとった。

加速電圧を１０ＫＶとしたとき、エミッション電流が約
１５０ｍＡ（点６）で負の電圧が現われ始め、約２００
ｍＡ（点７）で負の電圧が最大となった。

約２５０ｍＡで、蒸発源からの蒸発が始まる。

その後、エミッション電流を増加させ、３５０ｍＡ（点
８）に固定して電圧の変化を測定した。

負の電圧の現われる原因は、金属板３で電子が捕獲され
るためである。

約１０ＫｅＶのエネルギーを持っている電子から見れば
、通常扱いやすい負電位をかけた金属板３から発生する
負の電位はほとんど無視できる。

従って、Ｎｂ蒸発中においては、プラスイオン粒子によ
る電流と、電子による電流との差に相当する電圧が測定
されることになる。

金属板３に磁界を加えたときの電圧の変化を第４図に示
す。

縦軸、横軸は第３図と同じである。金属板と平行に４０
００ｅの磁界を加えることにより、電子流による負の電
圧がでなくなることが実証できた。

エミッション電流が３５０ｍＡのとき、金属板に磁界を
加えない場合は、真値よりも約り％小さいイオン電流値
を示すことがわかった。

Ｎｂを蒸発させる場合、加速電圧１０に■、エミッショ
ン電流３５０ｍＡの条件では、蒸発速度は６．６７Ｘ１
０−３ｇｒ／ｓｅｃ、イオン電流は約３ｍＡ（１００Ω
の標準抵抗器での電圧降下は３００ｍＶ）であった。

イオン電流のふるまいが、蒸着速度と対応するかどうか
を調べるために、水晶振動子に現われる出力信号を微分
した信号（蒸発速度）との対応を見た。

蒸発装置に、水晶振動子と金属板３を取り付け、蒸発速
度とイオン電流による電圧降下を同時に書かせたところ
、水晶振動子による蒸発速度の出力は第４図の波形と対
応した。

これより、イオン電流値は、蒸発速度と対応することが
わかった。

イオン電流２．５ｍＡに対して、蒸発速度は６×１０−
３ｇｒ／ｓｅ０．３ｍＡに対して６．６７Ｘ１０−３ｇ
ｒ／ｓｅｃ、３．５ｍＡに対して７．３７Ｘ１０−３９
ｒ／ｓｅｃ程度である。

水晶振動子で測定するときは、蒸発源から十分はなして
蒸発源からの熱輻射をさけ、イオン粒子や電子が水晶振
動子に付着するのを防ぐためには、接地した金属製の網
を水晶振動子の前に設けた。

次に前記蒸着速度測定装置を用いた蒸着速度の制御方法
について述べる。

電子ビーム銃を使用した場合、一般に蒸着速度は、数秒
間の間隔で必ずゆらいでいる。

しかし、ゆらぎを平均した値は、だいたい一定である。

ゆらぎの程度は蒸発物質の種類により異なるが、１０〜
３０％程度の大きさである。

しかし、エミッション電流を一定にして蒸発を続けた場
合は、蒸発源の減少ということと、それにともないハー
ス５を熱冷却していることにより生ずる蒸発源への冷却
効果の変化により、蒸発速度が変わってくる。

蒸発源の温度調節をするには時間遅れがあるために、数
秒以内で蒸発速度を一定に制御するのは困難である。

そこで、イオン電流により標準抵抗器４に現われる電圧
を、平滑回路に挿入することにより、ゆらぎを平均した
電圧が得られる。

この出力電圧の変化分を、制御回路の動作する信号に変
換してネガティブ・フィードバックすることにより、ゆ
らぎを制御系に入れず、長い時間に対する蒸着速度を一
定にできる。

第５図に、蒸着速度を一定にするための制御系の一例と
してのフローチャートを示す。

イオン電流により、標準器４に現われる電圧をＶ。

とする。Ｖｏを平滑回路に入れ、■ちという信号電圧に
変換する。

このＶ。を制御系の動作可能範囲におさめるために、適
当に定数倍できる回路を通して、ｖ。

−α■′０という出力電圧を得る。

ここで、Ｖｏと、希望する蒸発速度に相当する標準電圧
Ｖｓとの差を検出する回路を設け、△ｖ＝ｖｏ−ｖｓと
いう信号を得る。

この△Ｖをネガティブ・フィードバックして、ｖｃ−■
ｓ−△Ｖという信号を電源に入れる。

電源は信号Ｖに比例するだけの電力を電子ビーム銃に
供給して、一定の蒸発速度にすることが可能である。

以上説明した如く本発明によれば、 ■、直接の測定量が蒸発速度を表わす。

２、高温中においても使用可能である。

３、温度に対する依存性がない。

４、金属板１枚とマグネットで装置が作れるので比較的
安価である。

などの効果が上げられる。

さらに以上の説明から類推できるように、イオンブレー
ティグやイオンビーム蒸発においても、イオンの一部を
金属板に集めることにより蒸発速度の測定ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の蒸着速度測定装置を、電子ビーム銃
に取り付けた概略図である。第２図は、金属板３に対して平行に磁界を加えたとき、
金属板３に向って飛来するプラス・イオン粒子と電子の
経路を示した。第３図は、金属板３の電子経路に磁界を加えない状態で
、標準抵抗器に現われる電圧■。を時間の関数として表わした。第４図は、金属板３の電
子経路に磁界を加えた状態で、標準抵抗器４に現われる
電圧Ｖ。を時間の関数として表わした。第５図は、蒸着速度を一定にするための一例としてのフ
ローチャートを示す。１・・・・・・ヒータ、２・・・・・・蒸発源、３・・
・・・・金属板、４・・・・・・標準抵抗器、Ｈ・・・
・・・磁界、■・・・・・・イオン粒子、Ｅ・・・・・
・電子。

Claims

【特許請求の範囲】

１蒸発粒子中にイオン化された粒子を含む蒸発法を利
用した蒸着装置において、蒸着作業空間中で蒸発源から
の飛来粒子が存在する空間部位に、蒸発源に対して負の
電位を与えた金属板を配置し、かつ、金属板とほぼ平行
に磁界を加える装置とを備えたことを特徴とする蒸着速
度測定装置。