JPH0353062A - 光学式膜厚モニター - 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、金属蒸気に電子を衝突させた際に発生する
励起発光線の強度を測定し、測定したイ１１゜｛から＋
ｉｉｉ記金属蒸気の堆Ｊ１１速度、更には址も゛ｊ薄膜
の膜１′スを求めるようにした膜１１ノ計における光゛
Ｉ：式膜厚モニターに関する。

（従来の技術） 従来，冷陰極放電を利川したマグネトロンゲージが高感
度な電離真空計として実川化されている。

このマグネトロンゲージは、電場と磁場を交差（辿常９
０度）させることによって回転電子電流をｔじさせて、
気体の電離を増加させているのであるが、電子と気体の
衝突によって気体の電離が起るばかりでなく、励起発光
現象も生じていることが知られている。

＋ｉｉｉ記励起発光現象を利用して、例えば真空燕若に
おける金属蒸気の励起発光強度を測定することによって
、金属蒸気のノヨ板上への堆ＩＪ゜１速度をモニターず
ることが可能である。

この原理により構成した光学式膜厚モニターが第８図乃
辛第１０図に示してある。図中１が陰極、２が陽極、３
が陰極ｌから放出された電ｒ−、４が金属蒸気５が通過
できるようにした開Ｄ部、６が発光スペクトル、７がラ
イトガイドで、発光スペクトル６を光検出器（図示して
いない）へ導くものである。

陰極ｌと陽極２の間には電圧が印加されて、陰極１の中
心軸１ｂの方向に向う電場が形成される．また、陽極２
は筒状の永久磁石で、陰極１は鈍鉄のような強磁性材で
構成されて、陰極ｌ、陽極２間に１つの磁気回路が形成
され、Ｉｌ’ｆ　Ｒｅ電界と直交する方向の磁場が形成
される。

前記電場の作用により陰極ｌより放出された電子３は、
前記磁場の作用で回転電子電流となって陽極２へ流入す
るが、この過程で開口部４を通して流入した金属蒸気５
に衝突ずると、金属燕気５が励起されて発光スペクトル
６を生ずるのである。

この発光スペクトル６をライトガイド７を通して光検出
器で受光し、強度測定することで、金属蒸気５の堆積速
度に比例した信号を得ることができ、また，その積分に
よって堆梢した薄膜の膜１１ノに比例した信号を得るこ
とができる。

このような金属蒸気５の発光スペクトル強度を測定する
方式は、多種類の物質からなる混合蒸気流の場合でも、
各物質の発光スペクトルが７４なることから、同時に各
物質個々の蒸気密度に比例した信号を得られる特徴があ
る。この点は、重爪変化を測定する従来の水晶式膜厚モ
ニターでは得られない特徴の為、近年では、とりわけ超
電導薄膜を作成する為の組成比制御器として注目されつ
つある。

（発明が解決しようとする課題） １１札己の光学式膜厚モニターには、以下に説明するよ
うな問題点があった。

即ち前記光学式膜厚モニターの磁気回路によって、内部
には第９図に点線で表わしたように、陰極ｌの中心軸１
ｂに平行な磁束８による磁場が形成されるのであるが、
外部では漏洩磁束９による磁場が形成され、この漏洩磁
場が他の機器に弊；１ｆを与える問題点があった。例え
ば、ＬＦ力３１リ定のｌ）の熱フィラメントを用いた電
離真空計が近くにあると、指示値が全く不確実な値とな
る如くである。

第１０図および第１１図は、前記のような光学式１漠厚
モニター１０の近くに、ｆ５　ｌ　Ｅ　Ｓ方式（Ｅｌｃ
ｃｔ．ｒｏｎ　Ｉｍｐａｃｔ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　Ｓｐ
ｃｃＬｒｏｓｃｏｐｙ　．米国特許第４，０３６．１６
７号）として知られた、熱フィラメントを用いて、かつ
的記と同様、電子衝撃による励起発光スペクトルを測定
するようにした光学式膜厚モニター１１を近接（５ｃｍ
）　Ｌた場合を示している。

第ＩＩ図のａは、初めに説明したマグネトロンタイプの
光学式膜厚モニター（以下、ＣＣＥＳ（Ｃｏｌｄ　Ｃａ
ｔ．ｈｏｄｅ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｉｎｄｕｃｅｄ　
ＥｍｉｓｓｏｎＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）モニターと
略称する）１０を取り除き、熱フィラメントを用いた光
学式膜１ｔ７モニター（以下、ＥＩＥＳモニターと略称
する）ＩＩで測定したグラフであり、ｂはＣＣＥＳモニ
ター１０を近接設置して、［ＥＩＥＳモニター１１で測
定したグラフである。

この図から明らかなように、ＣＣＥＳモニターを近接設
置すると，ＥＪＥＳモニター１１の？Ｉｌ＋１定は全く
不能であった。

この原因を第１０図を参照して説明すると、ＩくＩＥＳ
モニター１１に内蔵された熱フィラメント１２から直線
的に放出される熱徂子１３が、ＣＣＥ　Ｓモニター１０
の漏洩磁束９による磁場でｌ４の如く偏向される結果、
金屈蒸気５との衝突による励起発光現象が起らないｌ′
ｂである。

このような現象は、０：ｊ記Ｅ　ｌ　ｆ！：Ｓ千三ター
１１のみならず、他の８角の荷電粒子を扱った装置、機
器でも同様に起ることが予想される。

（課題を解決する為の手段） そこでこの発明は、前記のマグネトロンタイプの冷陰極
放電型の光学式膜厚モニターに、ＦｒＩｉ東の漏洩を防
止するヨークを設けて、前記問題点を解決したのである
。

即ちこの発明は、磁場発生手段と一対の電極を有し、ｉ
ｉｆ記磁場発生手段による磁場と一対の電極による電場
が丘いに交差させてある光学式膜淳モニターにおいて、
ｆｌｎ　２磁場発生手段と結合させた環状のヨークが，
磁場発生Ｔ段および電極の外側を包囲していることを特
徴とした光学式膜厚モニターである。

１１ｎ記において、磁場発生手段は通常永久磁石とされ
るが、市磁石とすることも可能である。

また、一対の電極は、ｖ１然のことながら一方が陽極、
他方が陰極とされるのであるが、′１ヲ子を放出する陰
極側をチタン製とする場合がある。

（作　　用） この発明の光学式膜厚モニターにおいては、環状のヨー
クが磁場発生手段による磁場の磁気同路を構成する。こ
の結果、環状のヨークの外側には磁束を漏洩させないこ
とができる。

（実　施　例） 以下、この発明の実施例を図而を参照して説明する。

（実施例　１〉 第Ｉ図において、１が陰極、２が陽極である。

陰極１は従来と同様、中心Ｏｂ　ｌ　ｂの両端にＩ’ｌ
ｆＲＩａを固着して構成してある。陽極２は純鉄で構成
されており、両端を塞いだ固筒でなるヨーク２ｂの雇い
に対向する両端側壁内側に、人〜円朴状の永久磁石２ａ
、２ａを固着して摺成してあり、永久磁石２ａの端面と
．陰極１の円盤１ａが対同させてある。

前記ヨーク２ｈの側壁下部中央には開｛二−１部４が設
けてあり、金属蒸気５がヨーク２ｂの内部に飛来できる
ようにしてある。また、ヨーク２ｂの側壁の、前記開口
部４と直角な位置に開口部１６が設けられ，該開口部１
６の外側には、従来と同様、ライトガイド７（図示して
いない）が設けられて、励起発光による発光スペクトル
を光検出器側へ導くようになっている。

Ｅ記実施例において、陰極■に電源１７より高電ｆＨ　
（マイナス数ＫＶ）を印加すると、陰極ｌの周囲に磁束
８による磁場と、該磁場と１１１交する市場が形成され
る。この結果、陰極１の中心軸１ｂから電子３が放出さ
れ、図示の如くの軌跡の回転電子電流となる。この状態
でヨーク２ｂの開口部４を通して金属蒸気５が飛来する
と、電子３と金属蒸気５が衝突して励起発光が起り、そ
の光は開「１部Ｉ６よりライトガイドを通して光検ｊｌ
器側へ導かれ、発光スペクトルの強度が測定される。

この実施例の光学式膜ｊ′ノモニターにおいて、陽極２
は永久磁石２ａとヨーク２ｂで−つの磁気同路を構成し
ており、磁場発生手段である永久磁石２ａ、２ａの６い
に対向した＾゛Ｍ而間（陰極１を設置した部分）では磁
束８が表われて所要の磁場を形成することができるが、
永久磁石２ａ、２ａの外側端面から表われる磁束８ａは
、全てヨーク２ｂ内を通ることになる。従って、ヨーク
２ｂの外側、即ちこの光学式膜厚モニターの外部には潟
洩磁束が表われないようにできる。

（実施例　２） 第２図は実施例１と同様の構遣としたもので，陰極１を
チタン製とした実施例である。金屈蒸只５の励起発光お
よびヨーク２ｂによる、外部への漏洩磁束の発現防ＩＬ
は実施例１と同様である。

この実施例に特右な作用は，陰極１をチタン製として、
排気作用が付加される点である。

即ち、金属蒸気５又は気体分ｒに電−Ｊ’３が衝突する
と、金）ｄ５　２’Ａ気５又は気体分−ｒはイオン化さ
れ、該イオンは陰極ｌを直撃するので、陰極１のチタン
がスバッタされる。そしてスパッタされたチタン原子１
８による堆＋ｓ’ｌＦＪがヨーク２Ｆ）の内側而などに
形成される。チタンにはゲツターこηノ果があることは
良く知られており、ｌ！’Ｉ　ｌ；Ｌ！堆ＪＪ’ｌ　屑
もグッター作川を呈し、熱運動によるランダムな方向成
分をもつ気体分子１９が堆梢膚に人ｇ１ずると，これを
ｊｌ″Ｉ５，Ｑずることができる。

従って、ガス導入プロセスを件う薄膜形成処理、例えば
スパッタリングにおいては、気体分ｒだけを選択的に補
獲し，所謂スバッタイ才ンボンブと同様の排気作用があ
り、この結果、金属燕気の密度測定のＳ／Ｎ比を改猛す
ることができる。

（実施例　３） 第３図は実施例１の磁気同路を変化させたもので、永久
磁石２ａを一方のみとしたものである。

・１ｉ行な磁束８による磁場が、所要の強度とできるの
であれば、必ずしも２つの永久磁石２ａ、２ａを対向さ
せる必要はなく、この実施例のように１つとするこども
できる。また、・［え行な磁束８を得るＺ）に、永久磁
石２Ｆ１の先端面にヨーク２ｃを付設ずるようにしても
良い。

（゛天施例　４） 第４レ１は陰極１を１本の杆休で＋１４成し、陽極２を
構成したヨーク２ｂに両端部をＬ′１通支持させたもの
である。陽極２における永久磁石２ａ、２ａは夫々リン
グ状として、陰極１に遊嵌してあり、異極な互いに対向
させてある。

（実施例　５） 第５図は逆マグネトロンタイプに構成したもので、陽極
側を中心に配置してある。即ち陽極２の、丘いに対向し
た永久磁石２ａ、２ａの対向面間に軸杆２ｄを架設して
あり、該軸杆２ｄを囲む外側に、円筒状の陰極１が対向
して配置してある。

（実施例　６） 第６図はペニングゲージタイプに構成したもので、陽極
２を摺成した永久磁石２ａ、２ａの対同空間２０に、円
箭状の陰極１が対向して配置されている。

（実施例　７） 第７図は実施例６における永久磁石２ａ．２Ｆ１に代え
て電磁石２１．２１を設けたものである。

電磁石２１は、コア２ｃとコイル２２で摺成され、コア
２ｅがヨーク２ｂと一体化されている。

以上の東施例３乃卆失施例７も、その作用は犬施例１と
同様であり、金属燕気５を電Ｔ′−３により励赳発光さ
せて、金属燕気の密度測定、即ち金屈熟気の堆稍速度を
測定することができると』（に、伺れの場合も、環状の
ヨーク２ｂで電場および磁場の外側を包団しているので
、外部へ磁束が漏洩するのを防１ヒできる。

（発明の効果） 以］二に説明したように、この発明によれば、磁場発生
手段と電極の外側を環状のヨークで包四したので，ヨー
クの外側に磁東が漏れるのを防ぎ、他の機器に漏洩磁場
による影冑を与えない劫果がある。

また、請求項２の発明では、上記の効果に加えて、排気
作用によりＳ／Ｎ比を向十できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例の断面図、第２図は同
じく第２の実施例の断面］文１、第３図は同じく第３の
実施例の陽極のｉＥｒｒｒｒ図、第４図は同じく第４の
実施例の断面図、第５図は同じく第５の実施例の断面図
、第６図は同じく第６の実施例の断面図、第７図は同じ
く第７の実施例の断面図、第８図は従来の光学式膜厚モ
ニターの断面因、第９図は同じく磁場の説明図，第１０
は従来の二秤類の光学式膜厚モニターを１ｋべて設：；
’ｔ　シた斜視図、第１１図は第１０図における測定デ
ータのグラフである。 ｌ・・・陰　　極 １ｂ・・・中心軸 ２ａ・・・永久磁石 ３・・・電　　子 ６・・・発光スペクトル ９・・・Ｍ洩磁東 ２ｌ・・・電　磁　石 １ａ・・・円　　盤 ２・・・陽　　極 ２ｂ・・・ヨ　ー　ク ４・・・金屈蒸気 ８・・・磁束 ｉ８・・・チタン原ｒ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　磁場発生手段と一対の電極を有し、前記磁場発生手
   段による磁場と一対の電極による電場が互いに交差させ
   てある光学式膜厚モニターにおいて、前記磁場発生手段
   と結合させた環状のヨークが磁場発生手段および電極の
   外側を包囲していることを特徴とした光学式膜厚モニタ
   ー ２　一対の電極は、陰極側をチタン製とした請求項１記
   載の光学式膜厚モニター