JPS62159300A - 回転センサからの電気的出力信号検出装置 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は１回転体と一体になって回転する各種センサの
発する電気的な出力信号を、光電変換素子を用いて非接
触状態で定常的に検出する装置に関するものである。

〔発明の背景〕

一般に、複数個の基板を均一に熱処理したり。

複数個の基板に均一に蒸着を行なったりする場合には、
基板を自公転させながら処理する方法がとられている。

このような場合、基板の温度や蒸着膜厚をより正確に検
出して制御するために、回転している基板に直接温度セ
ンサーを固定したり。

また、基板と同じ位置に膜厚センサーを固定して、回転
しているセンサーからの信号を検知する試みがなされて
いる。

従来、回転体に固定されて回転しているセンサーからの
電気信号を取り出す方法としては、第２図に示すように
回転テーブル１の中空回転軸１′の下端中心を前記回転
軸１′と絶縁されて貫通、固定されている回転端子５の
下端部を容器３に容れた導電性液体４中に浸し、回転端
子５の上端から中空回転軸１′内を通り回転テーブル１
上に配置されたセンサー（図示せず）に接続された導線
２と導電性液体４中から容器３外に引き出され、検出器
（図示せず）に接続された導線２′とを設け、センサー
の電気的信号を外部に取り出す方法や、第３図に示すよ
うに、回転テーブル１の中空回転軸１′の下端部に絶縁
材９を介して回転軸１′と同軸に回転する導体リング８
を設け、導体リング８の内側部から中空回転軸１′内を
通り、回転テーブル１上に配置されたセンサー（図示せ
ず）に接続された導線２と導体リング８の外周部と摺動
接触するブラシ７から延び、検出器（図示せず）に接続
された導線２′とを設け、センサーの電気信号を外部に
取り出す方法がとられている。

しかしながら、このような方法は次のような欠点を有し
ている。

（１）導電性液体４を使用する第１の方法は。

長期使用において、該液体４の汚染や経時変化により該
液体４と回転端子５との接触部の不安定性が生じやすい
。

（２）導体リング８とブラシ７との機械的接触を利用す
る第２の方法は、長期使用による摩耗や振動による接点
の接触誤差が生じやすく、また、接点の発熱による熱起
電力の影響を受けやすい。

（３）前記両者とも回転軸のわずかな偏心や回転に伴う
振動により浮遊容量が変化し、周波数の高い電気信号の
伝達に向かない。

（４）前記両者ともセンサーの数が増すと、接点部の構
造が複雑になり、信号の相互干渉が生じやすい。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、先に述べた従来技術の欠点をなくし、
雑音の侵入が極めて少なく、回転体上に配置した複数の
センサーからの電気信号を安定に検出する装置を提供す
ることにある。

〔発明の概要〕

本発明では、上記の目的を達成するために、複数個のセ
ンサーの発する電気的出力信号を、従来技術のように回
転軸を通して直接的に取り出すのではなく、回転体の中
で、Ｖ／ｆ、またはＡ／Ｄ変換処理回路を通して一旦パ
ルス化し、これを回転体に固定して設けられた発光素子
に入力して光パルスとして外部に取り出し、これを受光
素子で受け、定常的にセンサー出力を検出することを骨
子とするものである。したがって、本発明によれば、電
気的な信号伝感線が短縮できること、非接触で信号の受
授ができることのために、振動や外部雑音の影響、信号
の相互干渉などを極めて少なくすることができる。特に
、本発明は、真空蒸着装置のように回転体が外部と隔離
されているような場合に極めて効果的である。何故なら
ば、従来の方法では回転体からの電気信号を接触を利用
して直接的に外部に取り出すために、中空の真空回転導
入軸が必要であるのに対して、本発明では信号の伝達機
構を回転体の回転駆動軸と切り離して設計できるなどの
利点があるためである。

〔発明の実施例〕 以下、具体的実施例によって本発明をさらに詳しく説明
する。

第１図は、本発明を真空蒸着装置に適用した場合の一例
を示したものである。同図を用いて説明すれば、真空ベ
ルジャ１１内に設けた回転テーブル１２の周縁部の同心
円上に複数個の鋸板１３をそれらの表面側が回転テーブ
ル１２の下面側に露出されるように装着する。回転テー
ブル１２の下方に延びる回転軸１４の下端部を非磁性体
１５を介して磁性体からなる回転子Ｉ６と接続し、この
回転子１６を真空ベルジャ１１の壁を介してその周辺外
部に配置され、モータ１７によって駆動、回転される複
数の永久磁石または電磁石１８を用いて回転させる磁気
結合形回転導入機構によって回転テーブル１２を回転さ
せながら、基板１３への蒸着を行なうようにしたのが本
実施例の真空蒸着装置である。

本装置では、回転テーブル１２を回転させながらシャッ
タ１９をオフとした状態で、回転テーブル１２の下方に
設けた蒸発源２０を通電、加熱して、あらかじめ蒸発源
２０からの蒸発量を回転テーブル１２に取り付けた水晶
式膜厚センサ２１で検出、制御し、所定の蒸発量になっ
たならば、シャッタ１９をオン状態とし、基板１３上に
蒸着を行なう仕組みになっている。基板１３への蒸着量
は回転テーブル１２の基板１３の設置位置と同じ位置に
取り付けられた水晶式膜厚センサ２２で検出されるよう
になっている。

また、本装置では、基板１３の裏面側に熱電対またはサ
ーミスタなどの温度センサ２３が固定されていて、同セ
ンサ２３により基板１３の下方に設けたヒータ２４の電
流を制御し、常時基板１３の温度制御がなされている。

水晶式膜厚センサ２１．２２および温度センサ２３の出
力信号の検出は、回転テーブル１２の中心部に設けた円
筒状密閉室２５中に配置され、それぞれのセンサに信号
処理回路Ａ、Ａ’　、Ｂを介して接続された発光素子２
６の発光をこれらの発光素子に対応、　　する位置に配
置された光ファイバ２７．ベルジャ１１の天井中央に設
けたガラス窓２８、ベルジャ１１の外部に設けた光ファ
イバ２９、干渉フィルタ３ｏを経て受光素子３１に導き
、これら受光素子３１のそれぞれに接続された膜厚モニ
タ３２．３３および温度モニタ３４を動作させることに
より、蒸発源２ｏの蒸発量、基板１３への蒸着量および
基板温度の検出、制御を行なうようになっている。

第４図は、第１図における水晶式膜厚センサ２１゜２２
ならびに温度センサ２３の出力信号処理回路の構成を示
したブロック図である。水晶式膜厚センサ（水晶振動子
）は物質がセンサ表面に付着すると。

付着量に比例して発振周波数が低下する、したがって、
第４図（Ａ）に示すように、センサの発振出力を増幅、
成形して発光素子に入力してやると。

膜厚情報を光パルスの周波数変化として外部に取り出す
ことができる。これをホトダイオードのような受光素子
で検知することにより、膜厚ならびに膜厚の時間的変化
を知ることができる。一般に、膜厚モニタに使用される
水晶振動子の発振周波数は５〜６Ｍ１（ｚ程度であるた
めに、発光素子は高速のＩＲＥＤ　（赤外発光ダイオー
ド）か発光ダイオードを用いることが望ましい。一方、
温度センサには熱電対、サーミスタ、または水晶振動子
式温度センサが使用できる。第４図ＣＢ）は熱電対を用
いて、その熱起電力をＶ／ｆ変換処理して光パルス化す
る場合の信号処理回路Ｂをブロック図で示したものであ
る。温度センサにサーミスタを用いる場合も同じ方式で
行なうことができ、水晶振動子式温度センサを用いる場
合は、第４図（Ａ）と同じ方式で処理すればよい。発振
回路、Ｖ／ｆ変換回路、増幅回路、ならびに発光素子へ
の電力は、従来の機械的接触方式などにより供給するこ
とができるが、望ましくは第３図に示すように、回転テ
ーブル１２に配備された光電池３５と真空ベルジャ１１
内に固定された光源３６との組合せを用いて供給するか
、または、回転テーブル１２に内蔵した充電式バッテリ
ーを用いて供給するが、または、回転テーブル１２にコ
イルを巻き１発電させて（いわゆるダイナモ方式）供給
する方がよい。

以上述べたような方法で各種センサの電気的出力を光パ
ルスに変換し、第３図に示すようにして。

光ファイバ２７、ガラス窓２８を通して真空ベルジャ１
１の外部に取り出し、次に別の光ファイバ２９、干渉フ
ィルタ３０を通してそれぞれのセンサに対応する受光素
子３１により検出する９図中の３ケの発光素子２６はそ
れぞれ発光波長の異なるものを用い。

それぞれの波長のみを透過させる干渉フィルタ３゜を組
み合せて使用することにより相互干渉を遮断することが
できる。光パルスの受は渡しに関しては、必らずしも上
記に述べた方法に限る必要はなく、たとえば、第５図（
ａ）〜（ｄ）に示すように、光ファイバ２７．２９のい
ずれか、または双方をなくし、発光素子２６、干渉フィ
ルタ３０、受光素子３１と共に図示のように配置すれば
、発光素子２６の光パルスを受光素子３１で授受するこ
とができる。

また１周波数の高い信号パルス（たとえば、水晶振動子
出力）と比較的周波数の低い信号パルス（たとえば、温
度センサ出力）とを合成して一組の発光装置と受光装置
で受は渡しを行ない、得られる出力を検波することによ
ってそれぞれのセンサ出力を検知することもできる。

さらに、第６図に示すように１発光素子２６を回転テー
ブル１２の回転軸上に設けると共にこれに対応する光フ
ァイバ２７を回転軸から偏心するように配置し、回転テ
ーブル１２に固定しておけば、回転テーブル■２の回転
に応じて発光側の光ファイバ２７と受光側の光ファイバ
２９の距離が周期的に変化するために、振幅が回転数に
よって変調された光パルスが得られ、これを点線枠内に
示すような回路構成によって膜厚、温度センサの出力信
号１回転テーブルの回転数とを同時に検知することがで
きる。

本発明を上述のような真空蒸着装置に用いることにより
、蒸着膜厚ならびに温度検出精度を従来の５倍以上に向
上することができ、蒸着膜の特性のバラツキを大幅に改
善することができた。

以上、真空蒸着装置を用いて本発明の実施例を述べたが
、スパッタ装置やＣ’Ｖ、Ｄ装置などの膜形成装置はも
ちろん、その他回転する物体上に固定された各種センサ
の出力信号検出にも本発明の方法が使用できることはい
うまでもない。

〔発明の効果〕

本発明によれば１回転テーブルに設けた回転する各種セ
ンサの出力電気信号を光パルス化して受は渡しを行ない
真空装置外部に取り出すようにしたので。

（１）電気信号の伝導線を短かくすることができる、 （２）伝導線間の相互干渉を排除することができる、 （３）外部からの電気的ノイズ、ならびに振動ノイズを
極めて少なくすることができる、（４）複数個のセンサ
出力を並列処理することができる、 （５）信号検出系を回転駆動系から分離して組み立てる
ことができる、 などのために、従来技術に比べてセンサのＳ／Ｎが大幅
に改善できる大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の概略説明図、第２図、第
３図は、従来の回転テーブルに固定されて回転センサか
らの電気信号取出し方法の説明図、第４図は、各種セン
サからの電気信号取り出しのための信号処理回路の構成
を示すブロック図、第５図は、各種光信号伝送方式を示
す図、第６図は、本発明の他の実施例を示す図である。 図において、 １１・・・真空ベルジャ　　　１２・・・回転テーブル
１３・・・基板　　　　　　　１４・・・回転軸１５・
・・非磁性体　　　　　托・・・回転子１７・・・モー
タ　　　　　　１８・・・永久磁石１９・・・シャッタ
　　　　　２０・・・蒸発源２１．２２・・・水晶式膜
厚センサ ２３・・・温度センサ　　　　２４・・・ヒータ２５・
・・円筒状密閉室　　　２６・・・発光素子２７・・・
光ファイバ　　　　２８・・・ガラス窓２９・・・光フ
ァイバ　　　　３０・・・干渉フィルタ３１・・・受光
素子　　　　　３２・・・膜厚モニタ３３・・・膜厚モ
ニタ　　　　３４・・・温度モニタ３５・・・光電池　
　　　　　３６・・・光源代理人弁理士　　中　村　純
之助 才１　図 、′ｉ″３針、ｉ 、ｔ′４　　斤 （Ａ） （Ｂ） 電殊 Ｍ′５．”４ （ｃ）　　　　　　　　　　　（ｄ） ：；、’、ｙ　６　　■

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．回転体に固定して配設された１個または複数個のセ
   ンサの電気的出力信号を該回転体に固定して配設された
   Ｖ／ｆまたはＡ／Ｄ変換する変換装置を経て該回転体に
   固定されて発光が該回転体の回転軸方向に放射される発
   光素子または発光素子と光ファイバからなる発光装置（
   以下、両者を発光手段と略称する）を通して該発光手段
   からの発光を光パルスに変換し、該光パルスを該発光手
   段に対向して配置された受光素子または光ファイバと受
   光素子からなる受光装置を用いて受光することにより、
   前記センサの電気的出力信号を非接触状態で定常的に検
   知することを特徴とする回転センサからの電気的出力信
   号検出装置。
2. ２．特許請求の範囲第１項記載の回転センサからの電気
   的出力信号検出装置において、上記回転体に光電池を固
   定して配設し、該回転体と離隔して設けられた光源から
   の光を該光電池に照射して得られる起電力を用いて上記
   Ｖ／ｆまたはＡ／Ｄ変換装置および発光装置を駆動する
   ようにしたことを特徴とする回転センサからの電気的出
   力信号検出装置。
3. ３．特許請求の範囲第１項または第２項記載の回転セン
   サからの電気的出力信号検出装置において、前記回転体
   が蒸着装置における基板を保持するための回転テーブル
   であり、かつ、前記センサが蒸着物の膜厚を検出する水
   晶式膜厚センサおよび前記基板の温度を検出する温度セ
   ンサであることを特徴とする回転センサからの電気的出
   力信号検出装置。