JPS63176459A - 真空蒸着装置における蒸着速度の制御方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、真空槽内にて、電子ビーム蒸発源から膜材
料を溶融、蒸発させて、被処理物の表面に薄膜を生成す
る真空蒸着装置を制御対象として、その電子ビームパワ
ーの操業スケジュー゛ルの制御と、薄膜の生成速度を制
御する制御方法に関する。

［従来の技術］ 本制御方法の制御対象となる真空蒸着装置は、膜材料を
蒸発させる手段として電子ビームを用シするものであっ
て、例えば、機械工具や金属部品の耐摩耗性や耐食性を
高めるため、または時計やメガネなどの装飾効果をねら
って、それらの表面に金属や化合物の薄膜を生成するイ
オンブレーティングや真空蒸着の分野において使用され
ている。

従来、このような真空蒸着装置における蒸着速度の制御
は、第４図に示すような制御装置によって行なわれてい
た。図においてｌは真空槽であって、その内部には電子
ビーム蒸発源２が備わり、その膜材料３を電子ビーム４
によって蒸発させるようになっている。真空槽１内には
、蒸着速度を検出するためのセンサー５が備えられてい
て、その検出信号を入力した膜厚コントローラー６が電
子ビーム蒸発源２における電子銃の電源７を制御する。

膜厚コントローラー６は、蒸着起動時に電子ビームパワ
ーを徐々に上昇させて立ち上げる機能と、立ち上がり後
に電子ビームパワーを制御して、設定通りの蒸着速度を
維持する機能とを合わせ持っている。すなわち、膜厚コ
ントローラー６は、予めプログラムされた１つのランプ
パターンにしたがって電子ビームパワーを立ち上げると
共に、立ち上がり後は、内臓されたＰＩＤＩＤ制御機上
って電子ビームパワーを制御して、設定通りの蒸着速度
を保つ。

このように、膜厚コントローラー６は、ただ１つのプロ
グラムにしたがって電子ビームパワーを立ち上げている
。そのため、電子ビームパワーを通常通り立ち上げると
きの立ち上がりパターンと、異常停止後に再び立ち上げ
るときの立ち上がりパターンは同じであった。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、異常停止後に電子ビームパワーを再び立ち上
げるときは、その異常停止前に既に膜材料２は加熱され
ているため、敢えてそれを長時間かけて加熱する必要は
ない。

しかし、膜厚コントローラー６は、膜材料２が既に加熱
されているか否かに拘わらず、１つのパターンにしたが
って電子ビームパワーを立ち上げるため、立ち上げ時間
を不必要に費やすという問題があった。

この発明は、このような問題を解決する乙のである。

［問題点を解決するための手段］ この発明の真空蒸着装置における蒸着速度の制御方法は
、真空槽内にて、電子ビーム蒸発源から膜材料を溶融、
蒸発させて、被処理物の表面に薄膜を生成する真空蒸着
装置において、 異常停止した後の電子ビーム蒸発源の電子銃を再び立ち
上げるときは、その電子銃が最初に立ち上がるときより
も急峻なカーブを描く起動パターンにしたがって電子銃
の電子ビームパワーを立ち上げ、 電子銃の電子ビームパワーの立ち上げ後は、膜厚計から
モニターする蒸着速度を基に、設定通りの蒸着速度を維
持するために必要な電子銃のバイアス値をアルゴリズム
算法によって求め、そのバイアス値を電子銃にかけるこ
とを特徴とする。

［作用　］ この発明の真空蒸着装置における蒸着速度の制御方法は
、異常停止後に電子ビームパワーを再び立ち上げるとき
は、通常の場合よりも速く立ち上げて、情況に合うよう
に立ち上げ時間を短縮する。

そして、電子ビームパワーの立ち上げ後は、膜厚計から
モニターする蒸着速度を基に、設定通りの蒸着速度を維
持するために必要な電子銃のバイアス値をアルゴリズム
算法によって求めて、そのバイアス値を電子銃にかける
。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を第１図ないし第３図に基づ
いて説明する。

まず、本制御方法を実施するための装置の構成について
説明する。

図において、１１は真空槽であり、その内部は図示しな
い排気装置によって真空排気される。真空槽！！内には
膜材料１２が入ったるつぼ１３が備えられ、その膜材料
１２に電子銃１４の電子ビーム１５を照射することによ
り、膜材・料１２を加熱、蒸発させるようになっている
。また、真空槽１１内には薄膜センサー！６が備えられ
ていて、この薄膜センサー！６は、表面に堆積する薄膜
の厚さを検出する。その検出信号ａは、膜厚計１７によ
って処理されて、蒸着速度信号すとし、て出力される。

蒸着速度信号すは、−次遅れや絶縁変換器などの信号変
換器１８によって平滑化、アイソレートされ、アナログ
の蒸着速度信号Ｃとしてデータ処理装置１９に入力され
る。データ処理装置１９は、蒸着速度信号Ｃに基づいて
、ラン・ストップ信号ｄと、プログラム選択信号ｅと、
バイアス信号ｒを出力する。そして、これらの信号に基
づいて、信号設定器２０が電子銃電源２１に対する外部
信号ｇを出力するようになっている。

電子銃電源２！は、パワーラインＬによって電子銃１４
に必要な電圧、電流を与えるものであり、例えば、電子
銃１４のビーム加速電圧を一定に保ったまま、外部信号
ｇに基づいてビーム電流を増減することにより、ビーム
パワーを制御する。また、電子銃電源２１が異常放電し
て停止したときは、信号りによって、その異常停止がデ
ータ処理装置１９にて検知できるようになっている。

このような制御装置による実際の制御は次の通りである
。

通常の蒸着開始の場合は、まず、膜材料１２を予熱する
必要がある。そこで、データ処理装置１９は、第２図（
ａ）のような起動パターンを選択して、プログラムのラ
ンをかける。この起動パターンは、数分かけてゆっくり
と電子ビームパワーを立ち上げて、膜材料１２を予熱す
るパターンである。

そして、電子ビームパワーが一定となって、起動が完了
した後は、データ処理装置１９に予め設定されている蒸
着速度になるように電子ビームパワーを制御する。デー
タ処理装置！９は、蒸着速度信号Ｃを離散的に参照し、
それらのデータから算出する操作ｍを現在のパワー出力
に対する増減としてバイアス値で設定する。そのバイア
ス値は下式によって算出する。

ａ　（ｋ）−Ｋ　ｐ（ｙ（ｋ−１）−ｙ（ｋ））　＋　
Ｋ　１（ｒ−ｙ（ｋ））＋　Ｋ　ｄ（２ｙ（ｋ　−１）
−ｙ（ｋ−２）−ｙ（ｋ））α（ｋ）二時間（Ｌ＝　Ｔ
　ｋ）におけるバイアス値ｙ（ｋ）　：時間（ｔ＝Ｔｋ
）における蒸着速度「　　：蒸着速度設定値 ＫＰ：ＰＩＤ制御比例定数 Ｋｉ：ＰＩＤ制御積分定数 Ｋｄ：ＰＩＤ制御微分定数 Ｔ　　：サンプリング時間 第３図に、起動から蒸着速度制御までの電子ビームパワ
ーの変化を表す。図において、サンプリング時間Ｔ毎の
電子ビームパワーの変化量がバイアス値に相当する。

ところで、上記のアルゴリズムは、バイアス値を算出す
る方法であるため、制御ループが停止しても電子ビーム
パワーは一定に保たれるということを意味する。つまり
、仮に、電子銃１４の異常放電時のノイズによって膜厚
計１７が停止し、蒸発速度が検出できないために制御ル
ープを停止させたとしても蒸着の操業は継続できること
になる。

このことは、例えば、蒸発源が移動するようなシステム
において、蒸発源と薄膜センサー１６の位置が相対的に
変化する場合に有効であり、蒸発源が所定の位置にある
時にのみ制御ループを回し、その他の位置にある時は制
御ループを停止させることができる。

次に、操業中の電子銃１４が異常放電停止した後に、再
立ち上げをする場合について説明する。

この場合には、まず、データ処理装置！９が電子銃１４
の停止を検知して、信号設定器２０を停止させる。それ
から、データ処理装置！Ｉ：１９は、信号設定器２０の
再起動パターンを選択してランをかける。再起動パター
ンは、第２図（ｂ）に表すように、電子ビームパワーを
素早く立ち上げるパターンである。これは、異常放電停
止前に既に膜材料１２が加熱されていて、短時間の立ち
上げが可能であるからである。再起動完了後は、停止前
にかけられていたバイアス値をデータ処理装置１９にて
再び設定して、設定蒸着速度が保たれていた停止前の状
態に戻す。

一般の蒸着装置の場合は、起動、再起動、蒸着速度制御
の他に、被処理物と蒸発源との間を遮断するためのシャ
ッターの開閉と、化合物薄膜を生成するためのガスの導
入と圧力制御と、最終膜厚達成の判断などの機能が必要
となる。しかし、これらの機能は、専用の制御機器とデ
ータ処理装置１９の組合せによって得ることができる。

したがって、起動制御、蒸着速度制御と共に、信頼性が
高くて蒸着速度の一定な薄膜生成の自動化を実現するこ
とができる。

ところで、本実施例における制御装置自体には次のよう
な特徴がある。

■、上述したように、プログラムされたパターンにした
がう信号を電子銃電源２１に与えて電子ビームパワーを
操作する信号設定器２０と、−制御アルゴリズム演算を
主に行うデータ処理装置１９と、蒸着速度を検出するた
めの膜厚計１７とを含めて、制御ループを構成している
ため、放電ノイズ等によって蒸発速度の検出が不能とな
った場合でも、信号設定器２０からの信号によって電子
ビームを停止させないようにすることができる。つまり
、膜厚計１６については、それが合わせ持つ多機能の内
の蒸着速度検出機能だけを利用し、他の機能については
別の機器に分散させることにより、膜厚計１７が停止し
たとしても操業を続行することができる訳である。

■、一般に、廉価にでまわっているプログラマブル信号
設定器２０と、データ処理装置１９を組み合わせること
によって、電子銃停止時の再起動などのフレキシブルな
操業が可能であり、またデータ処理装置１９のソフトウ
ェアの負荷も軽減することができる。

■、蒸発速度制御に速度アルゴリズムを用いてバイアス
値のみに注目するため、制御が不可能となった場合には
、制御ループを停止させるだけで対応して、電子ビーム
パワーをホールドしておくことができる。したがって、
装置全体の大型化によって、蒸発源が移動するような場
合にも応用することができる。

００以上の■■■により、装置全体の自助化が可能とな
る。

ちなみに、前述した第４図の従来の制御装置の場合は、
電子ビームパワーを立ち上げる機能と、電子ビームパワ
ーを制御して蒸着速度を設定値に保つ機能とを合わ、せ
持っ膜厚コントローラー６の対ノイズ性、が低く、製品
としては研究用の領域を出なかった。したがって１．化
１産、川に使用した場合には、電子銃の異常放電によっ
てＣＰＵが暴走することがあり、操業に対する信頼性が
低い。

また、本実施例における制御装置の場合は、数種類の立
ち上げパターンを信号設定器２０にプログラムしておい
て、それをデータ処理装置１９にて選択することにより
、目的に合った最適な立ち上げパターンによって操業す
ることができる。

なお、この発明を実施するための制御装置の構成が同等
上述した実施例のみに特定されないことは勿論である。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明の真空蒸着装置における
蒸着速度の制御方法は、異常停止後に電子ビームパワー
を再び立ち上げるときは、通常の場合よりも速く立ち上
げるた′め、情況に合わせて立ち上げ時間を短縮するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を実施するための制御装置のブロック
構成図、第２図（ａ）　、　（ｂ）は同実施例における
電子ビームパワーの立ち上がりパターンの説明図、第３
図は同実施例における電子ビームパワーの、立ち上がり
後の制御パターンの説明図である。 第４図は従来の制御装置のブロック構成図である。 ！！・・・・・・真空槽、　　１２・・・・・・膜材料
、１３・・・・・・るつぼ、　　１４・・・・・・電子
銃、１５・・・・・・電子ビーム、ｌ゛６・・パ−・・
薄膜センサー、１７・・・・・・膜厚計、　　１８・・
・・・・信号変換器、１９・・・・・・データ処理装置
、 ２０・・・・・・信号設定器、　２１・・・・・・電子
銃電源。 出願人　石川島播磨重工業株式会社 Ｌ 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 真空槽内にて、電子ビーム蒸発源から膜材料を溶融、蒸
   発させて、被処理物の表面に薄膜を生成する真空蒸着装
   置において、 異常停止した後の電子ビーム蒸発源の電子銃を再び立ち
   上げるときは、その電子銃が最初に立ち上がるときより
   も急峻なカーブを描く起動パターンにしたがって電子銃
   の電子ビームパワーを立ち上げ、 電子銃の電子ビームパワーの立ち上げ後は、膜厚計から
   モニターする蒸着速度を基に、設定通りの蒸着速度を維
   持するために必要な電子銃のバイアス値をアルゴリズム
   算法によって求め、そのバイアス値を電子銃にかけるこ
   とを特徴とする真空蒸着装置における蒸着速度の制御方
   法。