JP2974253B2 - 物質の蒸着速度の制御方法 - Google Patents
物質の蒸着速度の制御方法Info
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、素地表面上に蒸着される物質の膜厚を測定
することによって当該物質の蒸着速度の測定を行ない物
質の蒸着速度の制御を行なう物質の蒸着速度の制御方法
に関し、特に本発明は直接、予め決められた共振周波数
をモニターし、これら共振周波数の変化をもモニターす
ることで圧電体結晶の上に蒸着される物質の量を測定す
る方法に関するものである。
することによって当該物質の蒸着速度の測定を行ない物
質の蒸着速度の制御を行なう物質の蒸着速度の制御方法
に関し、特に本発明は直接、予め決められた共振周波数
をモニターし、これら共振周波数の変化をもモニターす
ることで圧電体結晶の上に蒸着される物質の量を測定す
る方法に関するものである。
（従来の技術） 特に真空蒸着あるいはスパッターリングにより蒸着さ
れる厚膜もしくは薄膜の成長速度をモニターし、測定す
ることは、この種の方法で生産される装置の品質を確保
する上で重要である。石英結晶による蒸着モニター法は
この目的のために用いられている。ごく一般的には、か
かるモニターは薄膜の成長速度をモニターするのに、AT
−カットされた圧電体石英結晶の厚さ剪断波モードを利
用する。代表的な方法として、適切な電極を持った石英
結晶が周波数制御素子として適切に設計された発振器回
路のフィード・バックの中に配置される。石英結晶の等
価電気的アドミッタンスはその直列共振周波数において
最大である。その結果、発振器出力はその周波数におい
て維持される傾向がある。
れる厚膜もしくは薄膜の成長速度をモニターし、測定す
ることは、この種の方法で生産される装置の品質を確保
する上で重要である。石英結晶による蒸着モニター法は
この目的のために用いられている。ごく一般的には、か
かるモニターは薄膜の成長速度をモニターするのに、AT
−カットされた圧電体石英結晶の厚さ剪断波モードを利
用する。代表的な方法として、適切な電極を持った石英
結晶が周波数制御素子として適切に設計された発振器回
路のフィード・バックの中に配置される。石英結晶の等
価電気的アドミッタンスはその直列共振周波数において
最大である。その結果、発振器出力はその周波数におい
て維持される傾向がある。
したがって結晶の直列共振周波数のいかなる変化も発
振器出力周波数の中で対応する変化をする。この石英結
晶は、これが蒸着物質に露出される蒸着チャンバーとか
スパッターリング・チャンバーの中に配置されることに
なる。蒸着物質が石英結晶表面上で堆積すると、結晶の
質量は増加し、逆にその応答周波数は減少する。石英結
晶は多くの異なるモードで振動するように製作されてい
るが、厚さ剪断波モードが質量感受性に最も便利であ
る。
振器出力周波数の中で対応する変化をする。この石英結
晶は、これが蒸着物質に露出される蒸着チャンバーとか
スパッターリング・チャンバーの中に配置されることに
なる。蒸着物質が石英結晶表面上で堆積すると、結晶の
質量は増加し、逆にその応答周波数は減少する。石英結
晶は多くの異なるモードで振動するように製作されてい
るが、厚さ剪断波モードが質量感受性に最も便利であ
る。
このようにして、振動している結晶はチャンバーの中
でその基材上に蒸着され、質量変化に従った共振周波数
の減少は、結晶上での蒸着膜の厚さを指示することにな
る。したがって結晶の共振周波数における移行は蒸着膜
の膜厚に非常に敏感な指針となる。ある時間の間での共
振周波数のいかなる変化も、単位時間当たりの膜厚変化
である蒸着速度も指示する。共振周波数が結晶の上に蒸
着された物質の質量に依存するので、これらの石英結晶
モニターはしばしば石英結晶マイクロ・バランスあるい
はマイクロ・スケールとして考えられている。
でその基材上に蒸着され、質量変化に従った共振周波数
の減少は、結晶上での蒸着膜の厚さを指示することにな
る。したがって結晶の共振周波数における移行は蒸着膜
の膜厚に非常に敏感な指針となる。ある時間の間での共
振周波数のいかなる変化も、単位時間当たりの膜厚変化
である蒸着速度も指示する。共振周波数が結晶の上に蒸
着された物質の質量に依存するので、これらの石英結晶
モニターはしばしば石英結晶マイクロ・バランスあるい
はマイクロ・スケールとして考えられている。
代表的な石英結晶マイクロ・バランス系において、結
晶センサーの耐用寿命には自から限界がある。結晶表面
上への蒸着量が増加すれば、共振のシャープ度が失われ
て検出精度が低下し、いずれは結晶も振動に耐えられな
くなる。この時点で、結晶は交換すべきであり、そうで
ないと制御蒸着が継続不可能となる。もし結晶がある特
定の膜厚の蒸着量で作用不可能となると、この時点まで
に要した全工程と時間とが無駄となって種々のはかり知
れない損失を伴なって、全製品を無駄にせざるを得なく
なる。
晶センサーの耐用寿命には自から限界がある。結晶表面
上への蒸着量が増加すれば、共振のシャープ度が失われ
て検出精度が低下し、いずれは結晶も振動に耐えられな
くなる。この時点で、結晶は交換すべきであり、そうで
ないと制御蒸着が継続不可能となる。もし結晶がある特
定の膜厚の蒸着量で作用不可能となると、この時点まで
に要した全工程と時間とが無駄となって種々のはかり知
れない損失を伴なって、全製品を無駄にせざるを得なく
なる。
結晶が損傷するまでの使用可能な寿命予測に色々な方
法が提案され、例えば米国特許第4,817,430号がある。
ここでは、結晶の劣化が問題を起こす前に結晶が交換で
きるようにされている。しかしながら、これらの技術で
は、劣化した結晶を引き続き使用することができない。
法が提案され、例えば米国特許第4,817,430号がある。
ここでは、結晶の劣化が問題を起こす前に結晶が交換で
きるようにされている。しかしながら、これらの技術で
は、劣化した結晶を引き続き使用することができない。
石英結晶マイクロ・バランスの現状では、異なる物質
の多層蒸着をモニターし、制御する目的で同じ結晶を利
用することは不可能である。しかし多物質光学あるいは
超伝導薄膜などのような装置の多くの場合において、積
層順はより正確な仕様に依存する。このような応用の場
合、従来の方法は個別にシャターされるセンサー・ヘッ
ドの中に複数の結晶を使用しており、各々のヘッドは特
定の物質のために使用され、各々のヘッドはまたそれ自
体の工具機能を持ち、さらに各結晶は特有の共振特性を
持つ。他の方法として、真空を解除してチャンバーを開
放し、それぞれの膜層用の結晶を交換する。いずれにし
ても、費用も時間もかかる方法であり、方法自体が作業
員のエラーに非常に敏感となる。
の多層蒸着をモニターし、制御する目的で同じ結晶を利
用することは不可能である。しかし多物質光学あるいは
超伝導薄膜などのような装置の多くの場合において、積
層順はより正確な仕様に依存する。このような応用の場
合、従来の方法は個別にシャターされるセンサー・ヘッ
ドの中に複数の結晶を使用しており、各々のヘッドは特
定の物質のために使用され、各々のヘッドはまたそれ自
体の工具機能を持ち、さらに各結晶は特有の共振特性を
持つ。他の方法として、真空を解除してチャンバーを開
放し、それぞれの膜層用の結晶を交換する。いずれにし
ても、費用も時間もかかる方法であり、方法自体が作業
員のエラーに非常に敏感となる。
新規な石英結晶マイクロ・バランスの操作は、いわゆ
るルー・ルイス（Lu−Lewis）の関係に基礎をおき、こ
の関係は結晶の質量密度のみならず、結晶の膜界面にお
ける音響的インピーダンスのミスマッチをも考慮してい
る。この技術の例に、レイボルト・インフィコン社の商
標である“Ｚ−マッチ”がある。
るルー・ルイス（Lu−Lewis）の関係に基礎をおき、こ
の関係は結晶の質量密度のみならず、結晶の膜界面にお
ける音響的インピーダンスのミスマッチをも考慮してい
る。この技術の例に、レイボルト・インフィコン社の商
標である“Ｚ−マッチ”がある。
これは厚膜の蒸着の場合に特に改良された作業性を発
揮する。ルー・ルイスの関係は簡単につぎの式（５）の
ように表現できる。
揮する。ルー・ルイスの関係は簡単につぎの式（５）の
ように表現できる。
ここで、ｆは混合共振周波数で、fQとfFは、それぞれ
結晶と膜の機械的共振周波数で、ZQとZFは圧電体的に励
起された剪断波に関する結晶と膜の特性音響インピーダ
ンスである。この関係は、つぎの式（６）に示すような
明白な質量負荷と周波数の関係に置き換えられる。
結晶と膜の機械的共振周波数で、ZQとZFは圧電体的に励
起された剪断波に関する結晶と膜の特性音響インピーダ
ンスである。この関係は、つぎの式（６）に示すような
明白な質量負荷と周波数の関係に置き換えられる。
ここで、MFとMQはそれぞれ膜と石英結晶の面積質量密
度がある。この比は以下に述べるｍにより指数づけられ
る。
度がある。この比は以下に述べるｍにより指数づけられ
る。
この式を使うに当たっての主たる欠点は、音響インピ
ーダンス比Ｚ＝ZQ/ZFの値を知る必要があることであ
る。これは、適当にバルク材の値を見ることができる
が、異なる蒸着速度もしくは異なる膜厚、あるいは数種
の物質の層で成りたつ膜の有効ｚ値は良く知られてな
く、また完全に予想も不可能である。
ーダンス比Ｚ＝ZQ/ZFの値を知る必要があることであ
る。これは、適当にバルク材の値を見ることができる
が、異なる蒸着速度もしくは異なる膜厚、あるいは数種
の物質の層で成りたつ膜の有効ｚ値は良く知られてな
く、また完全に予想も不可能である。
前述の通り、バルク物質の音響インピーダンス比、あ
るいはＺ−比は、プロセス因子により大きく敏感である
薄い膜厚の値としばしばかなりの差がある。より珍しい
物質の場合は、当該Ｚ−比の値は、単純に知られていな
い。かかる場合には、Ｚ−比値を“1"とすることも可能
であるが、このように仮定すると、膜厚と速度に誤差を
招くこととなり、この誤差の程度は真のＺ−値の“1"か
らのズレの大きさと、膜厚により依存する。
るいはＺ−比は、プロセス因子により大きく敏感である
薄い膜厚の値としばしばかなりの差がある。より珍しい
物質の場合は、当該Ｚ−比の値は、単純に知られていな
い。かかる場合には、Ｚ−比値を“1"とすることも可能
であるが、このように仮定すると、膜厚と速度に誤差を
招くこととなり、この誤差の程度は真のＺ−値の“1"か
らのズレの大きさと、膜厚により依存する。
さらに、現在の“Ｚ−マッチ”は多層の場合の正確な
膜厚測定が不可能である。原理的には１つの“Ｚ−マッ
チ”の技術が各々の層の音響インピーダンスが既知であ
る多層に適用できるが、現実にはこの技術は利用するに
は大変面倒なものとして考えられている。ルーとスザン
デルナ共著、ニューヨーク、エルセビィアー社出版の
『圧電体結晶マイクロ・バランスの応用』を参照された
い。数学的分析の複雑は、特殊結晶の上に蒸着される単
一の物質の層の数に従って急激に増加し、結果として複
数の結晶の蒸着プロセス追跡するよりも現実的でない。
膜厚測定が不可能である。原理的には１つの“Ｚ−マッ
チ”の技術が各々の層の音響インピーダンスが既知であ
る多層に適用できるが、現実にはこの技術は利用するに
は大変面倒なものとして考えられている。ルーとスザン
デルナ共著、ニューヨーク、エルセビィアー社出版の
『圧電体結晶マイクロ・バランスの応用』を参照された
い。数学的分析の複雑は、特殊結晶の上に蒸着される単
一の物質の層の数に従って急激に増加し、結果として複
数の結晶の蒸着プロセス追跡するよりも現実的でない。
音響インピーダンス比、Ｚ＝ZQ/ZFを利用した前述の
方法は石英結晶の基礎的共振のみならず、選択されたオ
ーバートーンあるいは高周波数共振を利用する。これは
“自動Ｚ−マッチ”として知られている。代表的には、
基礎的周波数の約３倍の周波数を持つ擬ハーモニックが
上部周波数として使用される。これら２つの周波数はイ
ンピーダンス比あるいはＺ−マッチを予想するために本
質的に使用される。この方法の基礎はベネスの発表した
応用物理学会誌（1984年８月１日発行）第608頁から第6
26頁の『改良された石英結晶マイクロバランス技術』に
記載されている。
方法は石英結晶の基礎的共振のみならず、選択されたオ
ーバートーンあるいは高周波数共振を利用する。これは
“自動Ｚ−マッチ”として知られている。代表的には、
基礎的周波数の約３倍の周波数を持つ擬ハーモニックが
上部周波数として使用される。これら２つの周波数はイ
ンピーダンス比あるいはＺ−マッチを予想するために本
質的に使用される。この方法の基礎はベネスの発表した
応用物理学会誌（1984年８月１日発行）第608頁から第6
26頁の『改良された石英結晶マイクロバランス技術』に
記載されている。
ベネスの論文にもあるように、有効Ｚ−比の測定のた
めの２つの周波数法に関して、１個の２周波数発振器が
1:3あるいは1:5の比である２つの共振周波数を検出する
必要がある。この方法もまた１つの特異解をいつもカバ
ーするわけではない２つの非線形式の同時解を必要とす
る。さらに要求される平凸結晶の２つの周波数発振器は
使用するには余りにノイズが発生する傾向があり、より
高い擬ハーモニック共振における平凸結晶の電気的アド
ミッタンスが、約周波数比の二乗で急速に減少するの
で、三次共振への敏感性が、たかだか基礎的共振のそれ
の1/9になる。このことは、特に周波数スペクトル上で
数種の擬ハーモニックと非ハーモニックなモードが互い
に近接しているので、より高い周波数モードの正確な読
み取りが究めて困難となる。
めの２つの周波数法に関して、１個の２周波数発振器が
1:3あるいは1:5の比である２つの共振周波数を検出する
必要がある。この方法もまた１つの特異解をいつもカバ
ーするわけではない２つの非線形式の同時解を必要とす
る。さらに要求される平凸結晶の２つの周波数発振器は
使用するには余りにノイズが発生する傾向があり、より
高い擬ハーモニック共振における平凸結晶の電気的アド
ミッタンスが、約周波数比の二乗で急速に減少するの
で、三次共振への敏感性が、たかだか基礎的共振のそれ
の1/9になる。このことは、特に周波数スペクトル上で
数種の擬ハーモニックと非ハーモニックなモードが互い
に近接しているので、より高い周波数モードの正確な読
み取りが究めて困難となる。
短時間の内で、しかも他のモードにトラップされない
保証を伴って、与えられた石英結晶の２つの異なる質量
負荷敏感性の振動モードを見付けることは今まででは不
可能である。さらに、結晶がもはや発振器を駆動しない
時点まで物質が蒸着された後での石英結晶の種々の振動
モードをリアル・タイムで区別することも不可能であ
る。
保証を伴って、与えられた石英結晶の２つの異なる質量
負荷敏感性の振動モードを見付けることは今まででは不
可能である。さらに、結晶がもはや発振器を駆動しない
時点まで物質が蒸着された後での石英結晶の種々の振動
モードをリアル・タイムで区別することも不可能であ
る。
（発明が解決しようとする課題） 前述したように従来のこの種の蒸着速度の制御方法
は、複雑で取り扱いが煩雑な装置を用いたり、複雑な理
論式に基づいた処理が行なわれるので、その制御はかな
りの手間と熟練とを要するものであった。本発明はこの
ような従来の技術に鑑みてなされたものであり、本発明
の目的は、蒸着の仕方には無関係に、圧電体結晶の表面
上に接合し、凝縮される膜の厚さを決定することであ
る。
は、複雑で取り扱いが煩雑な装置を用いたり、複雑な理
論式に基づいた処理が行なわれるので、その制御はかな
りの手間と熟練とを要するものであった。本発明はこの
ような従来の技術に鑑みてなされたものであり、本発明
の目的は、蒸着の仕方には無関係に、圧電体結晶の表面
上に接合し、凝縮される膜の厚さを決定することであ
る。
本発明の他の目的に、結晶の２つの共振モードを同時
にモニターし、その上に蒸着される物質の複数の層の各
々の膜厚を指示できることである。
にモニターし、その上に蒸着される物質の複数の層の各
々の膜厚を指示できることである。
さらに、本発明の目的は単一のモニター用圧電体結晶
を利用して、異なる物質の継続した多層膜の厚さを正確
に測定する技術を提供することである。
を利用して、異なる物質の継続した多層膜の厚さを正確
に測定する技術を提供することである。
（課題を解決するための手段と作用） 本発明の要旨によると、圧電体結晶上の物質の蒸着速
度は、基礎的共振周波数f1とこの共振周波数f1の上にあ
る他の共振周波数f2により測定され、制御される。これ
らの共振は、所定の物質が未コーティングの結晶上に蒸
着される前は、予め決められた周波数f1u、f2uである
が、これらの共振は物質が結晶の上に蒸着されるにつれ
ての結晶の質量負荷の下で、より低い周波数f1cとf2cに
移行する。物質が結晶の上に蒸着されると共に、周波数
シンセサイザーあるいは他の周波数発生器で当該結晶に
対して周波数の走査を行なう。この周波数の走査に対す
る結晶からの共振応答信号は移行された基礎的周波数f
1cと移行された非ハーモニック周波数f2cを確認するた
めに処理される。周波数f1cとf2cのための周波数走査と
分析は蒸着の過程中連続して行なわれる。蒸着物質の面
積質量密度ｍは初期あるいは無コーティング結晶の共振
周波数f1u、f2u、並びに蒸着過程途中の結晶の移行され
ている共振周波数f1c、f2cとに基礎をおいて計算され
る。物質の蒸着速度は、周波数の継続走査における面積
密度ｍの変化により決定される。
度は、基礎的共振周波数f1とこの共振周波数f1の上にあ
る他の共振周波数f2により測定され、制御される。これ
らの共振は、所定の物質が未コーティングの結晶上に蒸
着される前は、予め決められた周波数f1u、f2uである
が、これらの共振は物質が結晶の上に蒸着されるにつれ
ての結晶の質量負荷の下で、より低い周波数f1cとf2cに
移行する。物質が結晶の上に蒸着されると共に、周波数
シンセサイザーあるいは他の周波数発生器で当該結晶に
対して周波数の走査を行なう。この周波数の走査に対す
る結晶からの共振応答信号は移行された基礎的周波数f
1cと移行された非ハーモニック周波数f2cを確認するた
めに処理される。周波数f1cとf2cのための周波数走査と
分析は蒸着の過程中連続して行なわれる。蒸着物質の面
積質量密度ｍは初期あるいは無コーティング結晶の共振
周波数f1u、f2u、並びに蒸着過程途中の結晶の移行され
ている共振周波数f1c、f2cとに基礎をおいて計算され
る。物質の蒸着速度は、周波数の継続走査における面積
密度ｍの変化により決定される。
この速度に関する情報はその後、例えば蒸着炉への電
流を調節したり、シャター装置を操作することにより膜
厚を制御するなどにより、物質の蒸着速度を制御するた
めにプロセッサーに供給される。
流を調節したり、シャター装置を操作することにより膜
厚を制御するなどにより、物質の蒸着速度を制御するた
めにプロセッサーに供給される。
好ましいモードでは、面積密度ｍは非蒸着状態のパラ
メータRu、蒸着後のパラメータRcをつぎの式（７）、
（８）で計算することで得られ、ここで である。
メータRu、蒸着後のパラメータRcをつぎの式（７）、
（８）で計算することで得られ、ここで である。
これらのパラメータをつぎの式（９）の近似式に当て
嵌めて、面積質量密度ｍと石英結晶に対する蒸着物質の
音響インピーダンス比ｚとの積であるmz値を決定する。
嵌めて、面積質量密度ｍと石英結晶に対する蒸着物質の
音響インピーダンス比ｚとの積であるmz値を決定する。
得られたmz値は、つぎにルー・ルイスの式（10）に代
入して音響インピーダンスｚを求める。
入して音響インピーダンスｚを求める。
このようにして求められたｚとmzから、面積密度ｍは
容易に計算できる。
容易に計算できる。
前述の好ましい実施例では、圧電体結晶がAT−カット
された平凸石英結晶である。しかしながら、適切な応用
には、他の圧電体結晶も同様な原理によって適用でき
る。ATカットの石英結晶の場合において、最低の基礎的
周波数は指数が結晶の３軸に沿ってそれぞれ相の逆数を
指示する結晶振動に関するモード［１、０、０］に対応
する。つぎの一番低い周波数共振は非ハーモニック
［１、０、２］モードに対応し、これら２つの共振は周
波数f1とf2として利用される。［１、０、２］モードに
おける共振は［１、０、０］共振のすぐ上に位置してお
り、したがって前述のような２つの周波数分析の利用さ
れる［３、０、０］共振のように、他の可能な共振より
も一層強い共振である。
された平凸石英結晶である。しかしながら、適切な応用
には、他の圧電体結晶も同様な原理によって適用でき
る。ATカットの石英結晶の場合において、最低の基礎的
周波数は指数が結晶の３軸に沿ってそれぞれ相の逆数を
指示する結晶振動に関するモード［１、０、０］に対応
する。つぎの一番低い周波数共振は非ハーモニック
［１、０、２］モードに対応し、これら２つの共振は周
波数f1とf2として利用される。［１、０、２］モードに
おける共振は［１、０、０］共振のすぐ上に位置してお
り、したがって前述のような２つの周波数分析の利用さ
れる［３、０、０］共振のように、他の可能な共振より
も一層強い共振である。
周波数測定は数Hzの精度で測定され、好ましくは1Hz
あるいはそれ以下が望ましい。周波数シンセサイザーは
ハイブリッド回路を介してプログラムされた周波数にお
いて石英結晶に駆動信号を発生する。周波数が変化する
につれ、結晶の相応答は共振ピークで発生する90゜相の
移行を伴って変化する。当該ハイブリッド回路は石英結
晶から応答信号を、それを整理し、相検出器に送る信号
プロセス回路に送信する。駆動信号と同じ相にある参照
信号は相検出器の他の端子に送られる。後者は種々の共
振の位置の正確な指示を周波数スペクトルに沿って供給
する。この周波数スペクトルから、共振周波数と周波数
移行の速度が決定される。周波数f1c、f2cは、蒸着層
（単層あるいは多層）の成長速度の正確な測定を与える
ために毎秒数百回に亘り正確に測定可能である。
あるいはそれ以下が望ましい。周波数シンセサイザーは
ハイブリッド回路を介してプログラムされた周波数にお
いて石英結晶に駆動信号を発生する。周波数が変化する
につれ、結晶の相応答は共振ピークで発生する90゜相の
移行を伴って変化する。当該ハイブリッド回路は石英結
晶から応答信号を、それを整理し、相検出器に送る信号
プロセス回路に送信する。駆動信号と同じ相にある参照
信号は相検出器の他の端子に送られる。後者は種々の共
振の位置の正確な指示を周波数スペクトルに沿って供給
する。この周波数スペクトルから、共振周波数と周波数
移行の速度が決定される。周波数f1c、f2cは、蒸着層
（単層あるいは多層）の成長速度の正確な測定を与える
ために毎秒数百回に亘り正確に測定可能である。
蒸着物質の第２層あるいは多重層が前の層の上に蒸着
されると、本発明は結晶の上に蒸着された物質の全質量
を測定するために使用され得る。そして新しい物質の量
が前の層（単層あるいは多層）の物質を知ることで確認
され得る。ここで、前に蒸着された物質の面積密度ｍが
記憶され、上述した方法が新しい物質の蒸着の間繰り返
される。周波数発生器が周波数の継続走査を可能とし、
結晶の応答特性が周波数f1cとf2cを確認するために分析
される。堆積された面積密度は数層の合計として計算さ
れ、この値と記憶された値との差が、今一番上の層であ
る層における新しい物質の面積密度を代表することにな
る。数多くの層の多層蒸着は可能であり、結晶の交換と
か、チャンバーの開放の必要なしに単一の結晶のみを使
用することで制御も可能である。
されると、本発明は結晶の上に蒸着された物質の全質量
を測定するために使用され得る。そして新しい物質の量
が前の層（単層あるいは多層）の物質を知ることで確認
され得る。ここで、前に蒸着された物質の面積密度ｍが
記憶され、上述した方法が新しい物質の蒸着の間繰り返
される。周波数発生器が周波数の継続走査を可能とし、
結晶の応答特性が周波数f1cとf2cを確認するために分析
される。堆積された面積密度は数層の合計として計算さ
れ、この値と記憶された値との差が、今一番上の層であ
る層における新しい物質の面積密度を代表することにな
る。数多くの層の多層蒸着は可能であり、結晶の交換と
か、チャンバーの開放の必要なしに単一の結晶のみを使
用することで制御も可能である。
本発明の上述のような目的、特性あるいは利点は図面
を参照にして以下に詳述する好ましい実施例でより明白
となる。
を参照にして以下に詳述する好ましい実施例でより明白
となる。
（実施例） 第１図は本発明の実施例に制御を行なうための制御装
置の構成を示すブロック図、第２図および第３図は本発
明の実施例の動作を説明する特性図である。
置の構成を示すブロック図、第２図および第３図は本発
明の実施例の動作を説明する特性図である。
第１図を参照すると、AT−カットである圧電体結晶10
が点線で囲まれた真空蒸着チャンバー12の中でマイクロ
・バランス膜厚センサーとして利用される。結晶のいず
れかの面または両面は輪郭がつけられ、つまり球面の一
部を構成している。これは種々のモード周波数間の分離
を増加する効果と、１つの振動モードから他のそれにエ
ネルギーの移行を防止する効果がある。この効果は輪郭
を介してのエネルギー・トラッピングとして一般に知ら
れている。上述の輪郭と単純電極の形状の結果として、
電気的刺激が純粋な厚さ剪断運動よりむしろ厚さネジリ
運動と結合される厚さ剪断モードである１つの振動モー
ドを形成する。最小のネジリ度を伴うモードは最低の共
振周波数と最大の電気的アドミッタンスを持つ。基礎的
モードのすぐ上の周波数には、他の２つのモードが位置
されており、それらは厚さネジリ運動からの大きな寄与
分を持ち、非ハーモニックモードとして考えられてい
る。もしモードが結晶の３軸に沿った波運動の相逆数に
対応するために、［nx、ny、nz］の指数であると、３つ
の最も低い共振周波数は順に基礎的モード［１、０、
０］と他の２つは隣接する非ハーモニックモード［１、
０、２］と［１、２、０］である。これら以外に、基礎
的モードの大体倍数である擬ハーモニックモードと、振
動している結晶の中に存在する非ハーモニックモードと
の両モードが数多くある。しかし本発明の好適実施例を
説明する目的に考慮する必要のあるものは、厚さ剪断基
礎モード［１、０、０］とこのつぎにある最低非ハーモ
ニックモード［１、０、２］である。他の種のモードは
他の実施例にとって利用価値があるが、ここでは説明の
必要はない。
が点線で囲まれた真空蒸着チャンバー12の中でマイクロ
・バランス膜厚センサーとして利用される。結晶のいず
れかの面または両面は輪郭がつけられ、つまり球面の一
部を構成している。これは種々のモード周波数間の分離
を増加する効果と、１つの振動モードから他のそれにエ
ネルギーの移行を防止する効果がある。この効果は輪郭
を介してのエネルギー・トラッピングとして一般に知ら
れている。上述の輪郭と単純電極の形状の結果として、
電気的刺激が純粋な厚さ剪断運動よりむしろ厚さネジリ
運動と結合される厚さ剪断モードである１つの振動モー
ドを形成する。最小のネジリ度を伴うモードは最低の共
振周波数と最大の電気的アドミッタンスを持つ。基礎的
モードのすぐ上の周波数には、他の２つのモードが位置
されており、それらは厚さネジリ運動からの大きな寄与
分を持ち、非ハーモニックモードとして考えられてい
る。もしモードが結晶の３軸に沿った波運動の相逆数に
対応するために、［nx、ny、nz］の指数であると、３つ
の最も低い共振周波数は順に基礎的モード［１、０、
０］と他の２つは隣接する非ハーモニックモード［１、
０、２］と［１、２、０］である。これら以外に、基礎
的モードの大体倍数である擬ハーモニックモードと、振
動している結晶の中に存在する非ハーモニックモードと
の両モードが数多くある。しかし本発明の好適実施例を
説明する目的に考慮する必要のあるものは、厚さ剪断基
礎モード［１、０、０］とこのつぎにある最低非ハーモ
ニックモード［１、０、２］である。他の種のモードは
他の実施例にとって利用価値があるが、ここでは説明の
必要はない。
これら多種モードに対する共振における周波数はモー
ド指数とマッチするために下付き文字で区別することが
できる。つまりモード［１、０、０］の基礎周波数はf
100して識別し、モード［１、０、２］の第１の非ハー
モニック共振周波数はf102として識別され、他のモード
［１、２、０］、［３、０、０］、［３、０、２］、
［３、２、０］はそれぞれf120、f300、f302とf320とし
て認識される。第２図に示されたように、これらの共振
振幅は大体周波数の二乗に反比例しているので、f300で
の周波数強度は、基礎共振のそれのたかだか1/9にすぎ
ない。一方、f102での非ハーモニック共振は、基礎周波
数f100に近いために比較的大きい。
ド指数とマッチするために下付き文字で区別することが
できる。つまりモード［１、０、０］の基礎周波数はf
100して識別し、モード［１、０、２］の第１の非ハー
モニック共振周波数はf102として識別され、他のモード
［１、２、０］、［３、０、０］、［３、０、２］、
［３、２、０］はそれぞれf120、f300、f302とf320とし
て認識される。第２図に示されたように、これらの共振
振幅は大体周波数の二乗に反比例しているので、f300で
の周波数強度は、基礎共振のそれのたかだか1/9にすぎ
ない。一方、f102での非ハーモニック共振は、基礎周波
数f100に近いために比較的大きい。
膜13が結晶10の上に蒸着されると、共振の全スペクト
ルが一般的により低い周波数の方に移行する。３つのモ
ード［１、０、０］、［１、０、２］と［１、２、０］
が物質の堆積により周波数移行より僅かに異なることが
認められている。この２つのモード［１、０、０］と
［１、０、２］の周波数移行の差は蒸着物質の音響イン
ピーダンス比あるいはＺ−比を概算するために利用され
る。
ルが一般的により低い周波数の方に移行する。３つのモ
ード［１、０、０］、［１、０、２］と［１、２、０］
が物質の堆積により周波数移行より僅かに異なることが
認められている。この２つのモード［１、０、０］と
［１、０、２］の周波数移行の差は蒸着物質の音響イン
ピーダンス比あるいはＺ−比を概算するために利用され
る。
第３図に示したように、蒸着なしの基礎的モード並び
に非ハーモニックモードにそれぞれ対する周波数f100u
とf102uのこれと対応する蒸着されている結晶のそれぞ
れのモードでの周波数f100cとf102cにおける移行は周波
数移行の異なる速度を示すために測定される。これら２
つのモードの周波数の移行の異なる速度は結晶の中での
異なる弾性定数、つまりC66とC55のために発生する。
に非ハーモニックモードにそれぞれ対する周波数f100u
とf102uのこれと対応する蒸着されている結晶のそれぞ
れのモードでの周波数f100cとf102cにおける移行は周波
数移行の異なる速度を示すために測定される。これら２
つのモードの周波数の移行の異なる速度は結晶の中での
異なる弾性定数、つまりC66とC55のために発生する。
ティエルステンとスミスのアメリカ音響学会1979年第
65巻の第1455頁から第1460頁に発表した『厚さ剪断と厚
さネジリとを結合したオーバートーンにおいて作動する
輪郭をつけられた結晶共振器の分析』で議論されている
ように、観察されたf100とf102の周波数は弾性定数の比
を計算するのに利用される。モード［１、０、０］と
［１、０、２］周波数の二乗としてつぎの式（11）、
（12）がある。
65巻の第1455頁から第1460頁に発表した『厚さ剪断と厚
さネジリとを結合したオーバートーンにおいて作動する
輪郭をつけられた結晶共振器の分析』で議論されている
ように、観察されたf100とf102の周波数は弾性定数の比
を計算するのに利用される。モード［１、０、０］と
［１、０、２］周波数の二乗としてつぎの式（11）、
（12）がある。
ここで、C55、C66とM1はAT−カットの石英結晶のため
に調節した弾性定数（詳細はティエルステンとスミスの
前述の論文を参照）である。本発明では、さらにこの理
論を複雑な共振器にまで拡張した。したがって上記の定
数は石英と膜物質（もし存在すれば）との複合体の効果
的な値を代表する。さらに上式のｒは輪郭の曲率半径、
2hは中央における結晶10と蒸着膜13の膜厚、ｐは（もし
存在すれば）石英と膜の効果的密度である。
に調節した弾性定数（詳細はティエルステンとスミスの
前述の論文を参照）である。本発明では、さらにこの理
論を複雑な共振器にまで拡張した。したがって上記の定
数は石英と膜物質（もし存在すれば）との複合体の効果
的な値を代表する。さらに上式のｒは輪郭の曲率半径、
2hは中央における結晶10と蒸着膜13の膜厚、ｐは（もし
存在すれば）石英と膜の効果的密度である。
上式より、パラメータＲがつぎの式（13）により計算
される。
される。
このパラメータＲは物質の蒸着に伴って大きく変化す
る。新鮮で未だ蒸着されていない結晶に対するパラメー
タRuと蒸着されている結晶のパラメータRcはしたがって
つぎの式（14）に従って関係づけられる。
る。新鮮で未だ蒸着されていない結晶に対するパラメー
タRuと蒸着されている結晶のパラメータRcはしたがって
つぎの式（14）に従って関係づけられる。
ディジタル実行に当たり、例えば上式（13）の分母か
ら無視された残留補正定数を記録しておけば、十分に正
確な近似が可能となる。
ら無視された残留補正定数を記録しておけば、十分に正
確な近似が可能となる。
徐々に増加している複合共振器の厚さを特徴づけてい
る小さい補正定数より外れた時点において、上式の比R2
c/R2 uは大体（１＋mz）の逆数に等しく、ここでｍは面
積質量密度、つまり膜質量の単位面積当たりの石英結晶
の質量比である。ｚは結晶の特性音響インピーダンスの
膜物質のそれに対する比であり、つぎの式（15）で与え
られる。したがって 補正定数は複合共振体（結晶と蒸着膜）の膜厚に対す
る裸の石英結晶の膜厚の比の推定値を与える。
る小さい補正定数より外れた時点において、上式の比R2
c/R2 uは大体（１＋mz）の逆数に等しく、ここでｍは面
積質量密度、つまり膜質量の単位面積当たりの石英結晶
の質量比である。ｚは結晶の特性音響インピーダンスの
膜物質のそれに対する比であり、つぎの式（15）で与え
られる。したがって 補正定数は複合共振体（結晶と蒸着膜）の膜厚に対す
る裸の石英結晶の膜厚の比の推定値を与える。
mzの量もまたルー・ルイスの関係に現れ、有効ｚ比の
推定のために使用される。ルー・ルイスの関係はつぎの
式（16）、（17）ように表示できる。
推定のために使用される。ルー・ルイスの関係はつぎの
式（16）、（17）ように表示できる。
ここでf100cとf100uはそれぞれ蒸着と非蒸着結晶の基
礎的共振周波数である。
礎的共振周波数である。
三角関数の多値性格から、ｚ比の値は常に正の値では
ない。しかし、面積密度ｍは常に与えられた周波数の移
行と推定されたｚ比に関して一義的に決定される。
ない。しかし、面積密度ｍは常に与えられた周波数の移
行と推定されたｚ比に関して一義的に決定される。
膜厚と蒸着速度は容易に面積密度ｍの値から計算され
る。
る。
上で説明された技術では、正確に周波数を測定するた
めには注意が必要である。
めには注意が必要である。
Ｚ−比の推定は２つのモード［１、０、０］と［１、
０、２］に対する周波数の移行に依存するので、結晶に
対する機械的あるいは熱的応力による擬似の移行が誤差
を招く読みとなる。さらに“モード・ホッピング”の可
能性、つまり他のモード、例えば［１、０、２］を
［１、２、０］と間違って読み取ることはＺ−比に誤差
を招く。しかし、本発明者はこの技術について種々の物
質、例えば金属、絶縁体とかサンドウッチ層のような物
質を用いて２−ジオプトリーの6MHzと4,5ジオプトリー
の4MHzでテストし、結果は成功であった。この技術によ
る推定は一定して正確である。
０、２］に対する周波数の移行に依存するので、結晶に
対する機械的あるいは熱的応力による擬似の移行が誤差
を招く読みとなる。さらに“モード・ホッピング”の可
能性、つまり他のモード、例えば［１、０、２］を
［１、２、０］と間違って読み取ることはＺ−比に誤差
を招く。しかし、本発明者はこの技術について種々の物
質、例えば金属、絶縁体とかサンドウッチ層のような物
質を用いて２−ジオプトリーの6MHzと4,5ジオプトリー
の4MHzでテストし、結果は成功であった。この技術によ
る推定は一定して正確である。
上で説明した技術は第１図と1990年１月12日に出願し
た米国特許願第464,371号にも説明されているように、
特異なマイクロ・バランスにより効果的に実施される。
上述のような仕組みにより、石英結晶10は蒸着チャンバ
ー12の中で露出される１つの面を持つ。周波数発生器14
は、ディジタル・プロセッサー16により制御される直接
ディジタル・シンセサイザーが好ましい。この周波数発
生器は周波数範囲０から8.0MHzにおける0.005Hzの周波
数分解能でRF駆動信号を発生する。この正確なRF駆動信
号は結晶10に接続される１つの出力を持つハイブリッド
回路18の入力に供給される。ハイブリッド回路18はデュ
ープレシキサーとしての役目をし、さらにRF駆動信号を
圧電体結晶10に供給する。結晶10からの戻り信号あるい
は応答信号は、信号増幅器とリミッタの形をとる波シェ
ーパ20へハイブリッド回路の他の出力から供給される。
波シェーパ20は結晶出力信号SIGを相検出器22の入力に
供給する。
た米国特許願第464,371号にも説明されているように、
特異なマイクロ・バランスにより効果的に実施される。
上述のような仕組みにより、石英結晶10は蒸着チャンバ
ー12の中で露出される１つの面を持つ。周波数発生器14
は、ディジタル・プロセッサー16により制御される直接
ディジタル・シンセサイザーが好ましい。この周波数発
生器は周波数範囲０から8.0MHzにおける0.005Hzの周波
数分解能でRF駆動信号を発生する。この正確なRF駆動信
号は結晶10に接続される１つの出力を持つハイブリッド
回路18の入力に供給される。ハイブリッド回路18はデュ
ープレシキサーとしての役目をし、さらにRF駆動信号を
圧電体結晶10に供給する。結晶10からの戻り信号あるい
は応答信号は、信号増幅器とリミッタの形をとる波シェ
ーパ20へハイブリッド回路の他の出力から供給される。
波シェーパ20は結晶出力信号SIGを相検出器22の入力に
供給する。
他の波シェーパはRF駆動信号を受信するために接続さ
れる入力を持ち、RF波信号と同様な相と周波数を持つ参
照波REFを相検出器22の第２の入力に供給する。相検出
器22は相出力を持ち、その値はSIGとREF信号間の相関係
に依存する。
れる入力を持ち、RF波信号と同様な相と周波数を持つ参
照波REFを相検出器22の第２の入力に供給する。相検出
器22は相出力を持ち、その値はSIGとREF信号間の相関係
に依存する。
周波数シンセサイザー14として発生されたRF駆動信号
は結晶10の共振周波数に位置し、そこには参照信号REF
と、ハイブリッド回路18を介して戻された応答信号SIG
の間で90゜の相移行がある。
は結晶10の共振周波数に位置し、そこには参照信号REF
と、ハイブリッド回路18を介して戻された応答信号SIG
の間で90゜の相移行がある。
結晶共振の下、数百Hzの周波数において、供給信号と
応答信号の間では本質的にはゼロ度の相移行がある。結
晶共振の上の数百Hzの周波数において、180゜に近づく
相移行がある。相検出器22の出力は、供給信号REFが戻
り信号よりも90゜前にいると、ゼロとなり、SIGとREF信
号の間の相差に基づいて正か負の電圧レベルを取る。断
続した信号変化は、シンセサイズされた供給RF信号が各
々共振により周波数走査されると、出現する。この相情
報は適切な形をとって、プロセッサー16に供給される。
プロセッサーは少なくとも基礎的周波数f100と最低の非
ハーモニックf102をモニターし、シンセサイザー14の周
波数走査速度を維持する目的で適切にプログラムされ
る。結果として、これら２つのモードのドリフト速度を
連続してモニターすることになる。
応答信号の間では本質的にはゼロ度の相移行がある。結
晶共振の上の数百Hzの周波数において、180゜に近づく
相移行がある。相検出器22の出力は、供給信号REFが戻
り信号よりも90゜前にいると、ゼロとなり、SIGとREF信
号の間の相差に基づいて正か負の電圧レベルを取る。断
続した信号変化は、シンセサイズされた供給RF信号が各
々共振により周波数走査されると、出現する。この相情
報は適切な形をとって、プロセッサー16に供給される。
プロセッサーは少なくとも基礎的周波数f100と最低の非
ハーモニックf102をモニターし、シンセサイザー14の周
波数走査速度を維持する目的で適切にプログラムされ
る。結果として、これら２つのモードのドリフト速度を
連続してモニターすることになる。
蒸着される石英結晶の周波数f100cとf102cを追跡し、
非蒸着結晶のあらかじめ決められた周波数f100uとf102u
を供給することで、面積密度ｍの変化がモニターでき、
これで蒸着される物質の層の成長速度が分かる。この速
度情報は制御回路26を作動するためにプロセッサー16に
より供給される。
非蒸着結晶のあらかじめ決められた周波数f100uとf102u
を供給することで、面積密度ｍの変化がモニターでき、
これで蒸着される物質の層の成長速度が分かる。この速
度情報は制御回路26を作動するためにプロセッサー16に
より供給される。
当該制御回路は、またチャンバー12の中の蒸気源28の
蒸発速度を制御する。
蒸発速度を制御する。
本発明は単層の膜蒸着の厚さを測定と制御し、あるい
は単一のモニター結晶を用いて異なる物質の連続した多
層膜を制御するために利用される。
は単一のモニター結晶を用いて異なる物質の連続した多
層膜を制御するために利用される。
本発明はさらに、化学量論を無視すれば、合金のよう
な同時蒸着の多層膜の測定と制御にも利用できる。適切
な環境において、もし結晶が液体に浸漬されるか、露出
される時の液体の密度、粘度あるいは音響的インピーダ
ンスなどの機械的性質を測定するためにも本発明は適応
可能である。
な同時蒸着の多層膜の測定と制御にも利用できる。適切
な環境において、もし結晶が液体に浸漬されるか、露出
される時の液体の密度、粘度あるいは音響的インピーダ
ンスなどの機械的性質を測定するためにも本発明は適応
可能である。
本発明の原理をAT−カット以外の石英結晶にも適応で
き、また［１、０、０］と［１、０、２］モード以外の
モードの質量負荷挙動を追跡するのにも応用できる。
き、また［１、０、０］と［１、０、２］モード以外の
モードの質量負荷挙動を追跡するのにも応用できる。
このように本発明によれば、蒸着膜の膜厚と成長速度
は例えばAT−カットされた平凸の結晶である圧電体結晶
を用いることでモニターされる。基礎的周波数と他の共
振モードの周波数が蒸着前に測定され、これら２つの周
波数の変化が蒸着過程の間モニターされる。蒸着される
物質の面積質量密度が蒸着中の結晶と未蒸着石英結晶の
共振周波数により決定される。周波数発生器は結晶に供
給される周波数の正確な走査を供給し、結晶の応答が共
振周波数の位置を認識するために相検出器に入力され
る。新鮮な未蒸着結晶に対する蒸着物質の音響インピー
ダンス比ｚが、AT−カットされた平凸石英結晶に関する
モデル式とルー・ルイスの関係を適用することで蒸着結
晶と未蒸着結晶の共振周波数から計算される。周波数の
移行と音響インピーダンス比から、面積密度が算出され
る。同じ結晶が数回の連続した多層の成長速度を制御す
ることにも利用可能である。
は例えばAT−カットされた平凸の結晶である圧電体結晶
を用いることでモニターされる。基礎的周波数と他の共
振モードの周波数が蒸着前に測定され、これら２つの周
波数の変化が蒸着過程の間モニターされる。蒸着される
物質の面積質量密度が蒸着中の結晶と未蒸着石英結晶の
共振周波数により決定される。周波数発生器は結晶に供
給される周波数の正確な走査を供給し、結晶の応答が共
振周波数の位置を認識するために相検出器に入力され
る。新鮮な未蒸着結晶に対する蒸着物質の音響インピー
ダンス比ｚが、AT−カットされた平凸石英結晶に関する
モデル式とルー・ルイスの関係を適用することで蒸着結
晶と未蒸着結晶の共振周波数から計算される。周波数の
移行と音響インピーダンス比から、面積密度が算出され
る。同じ結晶が数回の連続した多層の成長速度を制御す
ることにも利用可能である。
（発明の効果） 以上述べた通り本発明によれば、蒸着の仕方には無関
係に、圧電体結晶の表面上に接合し、凝縮される膜の厚
さを決定することができ、さらに結晶の２つの共振モー
ドを同時にモニターし、その上に蒸着される物質の複数
の層の各々の膜厚を指示でき、また単一のモニター用の
圧電体結晶を利用して、異なる物質の継続した多層膜の
厚さを正確に測定することが可能な物質の蒸着速度の制
御方法を提供することができる。
係に、圧電体結晶の表面上に接合し、凝縮される膜の厚
さを決定することができ、さらに結晶の２つの共振モー
ドを同時にモニターし、その上に蒸着される物質の複数
の層の各々の膜厚を指示でき、また単一のモニター用の
圧電体結晶を利用して、異なる物質の継続した多層膜の
厚さを正確に測定することが可能な物質の蒸着速度の制
御方法を提供することができる。
第１図は本発明の実施例に係る制御を行なう制御装置の
構成を示すブロック図、第２図および第３図は本発明の
実施例の動作を説明する特性図で、第２図は数種の結晶
共振の相体位置を示す特性図、第３図は２個の結晶共振
に関する相対的な質量負荷周波数の移行特性を示す特性
図である。 10……圧電体結晶、12……真空蒸着チャンバー、13……
膜、14……周波数発生器、16……ディジタル・プロセッ
サー・ユニット、18……ハイブリッド回路、20、24……
波シェーパ、22……相検出器、26……制御回路、28……
蒸気源。
構成を示すブロック図、第２図および第３図は本発明の
実施例の動作を説明する特性図で、第２図は数種の結晶
共振の相体位置を示す特性図、第３図は２個の結晶共振
に関する相対的な質量負荷周波数の移行特性を示す特性
図である。 10……圧電体結晶、12……真空蒸着チャンバー、13……
膜、14……周波数発生器、16……ディジタル・プロセッ
サー・ユニット、18……ハイブリッド回路、20、24……
波シェーパ、22……相検出器、26……制御回路、28……
蒸気源。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−39171（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−106808（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−93303（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−37510（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01B 17/00 - 17/08 C23C 14/00 - 14/58
Claims (8)
- 【請求項１】基礎的共嶋周波数f1とこの基礎的共振周波
数f1より高い付加的共振周波数f2を持ち、これらの共振
周波数は結晶上に所定の物質が蒸着される前にはそれぞ
れ初期周波数f1u、f2uを有し、結晶上に前記物質が堆積
するにつれ前記共振周波数がf1c、f2cと低周波数側にそ
れぞれ移行する特性を有する圧電体結晶を用いる物質の
蒸着速度の制御方法において、周波数発生器において周
波数の走査を行って前記物質が蒸着される結晶に周波数
走査を行い、前記物質の蒸着に伴なう前記圧電体結晶の
共振特性を周波数走査により分析し、移行された前記基
礎的共振周波数f1cおよび前記付加的共振周波数f2cを検
出し、前記初期共振周波数f1u、f2uおよび移行した共振
周波数f1c、f2cに基づいて前記圧電体結晶上での蒸着物
質の面積質量密度ｍを演算し、周波数の走査に対応する
前記面積質量密度ｍの変化から前記物質の蒸着速度を演
算し、得られた演算値により前記物質の蒸着の制御をす
ることを特徴とする物質の蒸着速度の制御方法。 - 【請求項２】つぎの式（１）および（２）を用いて、 で与えられる蒸着係数Rcと非蒸着係数Ruを計算し、 これらのパラメータをつぎの式（３）に当て嵌めて、面
積質量密度ｍと石英結晶に対する蒸着物質の音響インピ
ーダンス比ｚとの積であるmz値を決定し、 得られたmz値を下記のルー・ルイスの式（４）に代入し
て音響インピーダンスｚを求め、 このようにして求められたｚとmzから、面積密度ｍを計
算することを特徴とする請求項１記載の物質の蒸着速度
の制御方法。 - 【請求項３】圧電体結晶がAT−カットされた石英結晶で
あることを特徴とする請求項１記載の物質の蒸着速度の
制御方法。 - 【請求項４】石英結晶が平凸結晶であることを特徴とす
る請求項３記載の物質の蒸着速度の制御方法。 - 【請求項５】共振が結晶の３軸の面逆数を示すモード
［１、０、１］と［１、０、２］を有し、基礎的共振周
波数f1が結晶の振動の基礎的モード［１、０、１］に、
付加的な共振周波数f2が非ハーモニックモード［１、
０、２］にそれぞれ対応することを特徴とする請求項１
記載の物質の蒸着速度の制御方法。 - 【請求項６】共振周波数f1u、f2u、f1c、f2cが誤差15Hz
以内の精度で測定されることを特徴とする請求項１記載
の物質の蒸着速度の制御方法。 - 【請求項７】共振周波数f1u、f2u、f1c、f2cが誤差1Hz
以内の精度で測定されることを特徴とする請求項１記載
の物質の蒸着速度の制御方法。 - 【請求項８】基礎的共振周波数f1とこの基礎的共振周波
数f1より高い付加的共振周波数f2を持ち、これらの共振
周波数は結晶上に所定の物質が蒸着される前にはそれぞ
れ初期周波数f1u、f2uであり、結晶上に前記物質が堆積
するにつれ前記共振周波数f1c、f2cと低周波数側にそれ
ぞれ移行する特性を有する圧電体結晶を用いる物質の蒸
着速度の制御方法において、前記圧電体結晶面上に第１
の物質が蒸着され、この第１の物質上に第２の物質が蒸
着され、前記第１の物質の蒸着に伴なう前記結晶の共振
特性を周波数走査により分析し、移行された前記基礎的
共振周波数f1cおよび前記付加的共振周波数f2cを検出
し、前記初期共振周波数f1u、f2uおよび移行した共振周
波数f1c、f2cに基づいて前記圧電体結晶上に蒸着される
第１の物質の面積質量密度m1を演算し、この面積質量密
度m1を記憶し、第２の物質の蒸着に伴なう前記結晶の共
振特性を周波数走査により分析し、移行された前記基礎
的共振周波数f1cおよび前記付加的共振周波数f2cを検出
し、前記初期共振周波数f1u、f2uおよび移行した共振周
波数f1c、f2cに基づいて前記圧電体結晶上に蒸着される
前記第１および第２の物質の集合体の面積質量密度ｍを
演算し、この演算値ｍとm1に基づいて第２の物質の面積
質量密度m2を演算し、得られた演算値により前記物質の
蒸着の制御をすることを特徴とする物質の蒸着速度の制
御方法。
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