JPH05757U - カーボン自動膜厚蒸着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本考案は、かん欠蒸着時に所定カーボン膜厚
を蒸着した試料を自動作成するカーボン自動膜厚蒸着装
置に関し、かん欠蒸着法における所望のカーボン膜厚の
試料を自動作成することを目的とする。 【構成】 真空中に配置したカーボン棒１間の接触部分
にパルス状の大電流を短時間の間、供給および休止期間
を置くことを繰り返して近傍に配置した試料２にカーボ
ン蒸着を開始し、試料２の近傍に配置した振動子３の周
波数の変化が予め設定した所定値になったとき、あるい
は基準サンプル１０と測定用サンプル１１とを用いてブ
リッジを形成して予め設定した値になったとき、パルス
状の大電流の供給を停止するように構成する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本発明は、かん欠蒸着時に所定カーボン膜厚を蒸着した試料を自動作成するカ ーボン自動膜厚蒸着装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来のカーボン蒸着装置は、図３の（イ）ないし（ハ）に示すように、カーボ ン棒を１つは平らに１つは鉛筆の先のようにとがらせ、両者を接触させて真空中 に置き、この間に電流を流してカーボン自身を加熱して蒸発させて、周囲に配置 した試料上に蒸着するようにしている。また、本考案者らが提案したように、図 ３の（ニ）ないし（ヘ）に示すように、カーボン棒にパルス状の大電流をかん欠 的に流す方法（以下かん欠蒸着法という）を用いた場合、パルス状の大電流を短 時間（例えば１秒以下）の間、供給し、休止時間（例えば数秒）をおいて繰り返 し、試料の近傍に白紙を置いてその色の変化の具合から膜厚を推定し、蒸着を停 止したり、あるいは実験的に予めパルス状の大電流の繰り返し回数（例えば１０ 回など）を求めておきこの回数、繰り返したときに蒸着を停止するようにしてい た。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

上記かん欠蒸着法を用いた場合、パルス状の大電流を短時間（例えば１秒以下 ）の間、カーボン棒に供給し、爆発的なアーク状となってカーボンが蒸発するた めに、試料の近傍に置いた白紙に蒸着したカーボンの色変化を見ることができず 、事実上はパルス状の大電流の供給回数をもとに膜厚を実験的に求めてその回数 で停止するしかなく、カーボン膜を試料上に所望の厚さで蒸着し難いという問題 があった。

【０００４】 本考案は、パルス状の大電流をカーボン棒に供給して蒸着する際に、試料近傍 に配置した振動子にカーボン蒸着されたときの発振周波数の変化、あるいは予め 作成した基準サンプルと測定用サンプルとでブリッジを構成してその値をもとに 蒸着を停止し、かん欠蒸着法における所望のカーボン膜厚の試料を自動作成する ことを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

図１および図２を参照して課題を解決するための手段を説明する。 図１および図２において、カーボン棒１は、パルス状の大電流を短時間の間、 供給し、休止期間を置くことを繰り返し、カーボンを蒸発させる棒である。 振動子３は、カーボン蒸着された量を検出するものである。

【０００６】 基準サンプル１０は、予めカーボン蒸着したサンプルである。 測定用サンプル１１は、カーボン蒸着量を検出するものである。

【０００７】

【作用】

本考案は、図１に示すように、真空中に配置したカーボン棒１の間の接触部分 にパルス状の大電流を短時間の間、供給および休止期間を置くことを繰り返して 近傍に配置した試料２にカーボン蒸着を開始し、試料２の近傍に配置した振動子 ３の周波数の変化が予め設定した所定の値になったときに、パルス状の大電流の 供給を停止するようにしている。また、図２に示すように、真空中に配置したカ ーボン棒１の接触部分にパルス状の大電流を短時間の間、供給および休止期間を 置くことを繰り返して試料２にカーボン蒸着を開始し、予めカーボン蒸着した基 準サンプル１０と測定用サンプル１１とでブリッジを形成し、このブリッジの値 が予め設定した値になったときに、パルス状の大電流の供給を停止するようにし ている。

【０００８】 従って、パルス状の大電流をカーボン棒１に供給して蒸着する際に、振動子３ にカーボン蒸着されたときの発振周波数の変化、あるいは基準サンプル１０と測 定用サンプル１１とでブリッジを構成してその値をもとに蒸着を停止することに より、かん欠蒸着法において所望のカーボン膜厚を試料２に自動的に蒸着するこ とが可能となる。

【０００９】

【実施例】

次に、図１および図２を用いて本考案の実施例の構成および動作を順次詳細に 説明する。 図１において、カーボン棒１は、一方の先端を図示のように細い円柱状に切削 し、他方を平坦にしたカーボン棒であって、パルス状の大電流を短時間の間、供 給し、休止期間を置き、カーボンを試料２に蒸着させるためのものである。

【００１０】 試料２は、カーボン蒸着する対象の試料（例えば走査型顕微鏡などで観察する ために導電性を持たせる試料）である。 振動子３は、試料２にカーボン蒸着された量を検出するための振動子であって 、図示のように試料２の近傍に配置したものである。この振動子３としては、例 えば水晶振動子を用い、これにカーボン蒸着させることにより、その重量が増し て固有振動数が変化するので、この変化割合を校正し、カーボン蒸着された膜厚 を検出できるようにする。

【００１１】 水晶膜厚計４は、振動子３を駆動してカーボン蒸着されたことによる当該振動 子３の固有振動数の変化を検出し、カーボン蒸着された膜厚を測定するものであ る。ここでは、かん欠発振器５からの休止期間信号のときに、当該水晶膜厚計４ が予め設定したカーボン膜厚になったときに、ストップ信号をかん欠発信器５に 通知してカーボン棒１に供給するパルス状の電流の供給を停止する。これにより 、パルス状の大電流による爆発的なアーク状のカーボン蒸発時のノイズの影響を 避けることができる。

【００１２】 かん欠発振器５は、カーボン棒１にパルス状の短時間（例えば１秒以下）の大 電流を供給したり、休止期間（例えば数秒）を設けたりするための信号を発振す るものである。このかん欠発振器５は、スタートスイッチ６を押下することによ り、パルス状の大電流をカーボン棒１に供給を開始し、水晶膜厚計４からの予め 設定したカーボン膜厚になった旨のストップ信号が通知されたときに、電流の供 給を停止する。

【００１３】 電源７は、交流の商用電源である。 トランス８は、カーボン棒１にパルス状の大電流を供給するための降圧トラン スである。 スイッチ９は、トランス８の一次側の電源をオン／オフするスイッチである。 次に、図１の（ロ）を用いて図１の（イ）の構成の動作を説明する。

【００１４】 （１） オペレータが図１の（イ）スタートスイッチ６をオンにする（図１の （ロ）のの（ａ）参照）。 （２） （１）に対応して、かん欠発振器５は、スイッチ９を短時間（例えば ０．２秒）の間、閉にし、次の休止期間（例えば２秒）の間、スイッチ９を開に する信号を繰り返し生成する。これにより、カーボン棒１の間には、電源７、ト ランス８を介してパルス状の大電流が短時間（例えば０，２秒）の間流れ（図１ の（ロ）の参照）、爆発的なアーク状となってカーボンが昇華して試料２や振 動子３をカーボン蒸着し、次の休止期間（例えば２秒）の間、カーボン棒１に電 流の供給を停止して試料２などが温度上昇したものを冷却させる。

【００１５】 （３） （２）でカーボン棒１にパルス状の大電流を短時間流し、カーボンが 昇華されて試料２や振動子３に付着する（図１の（ロ）の参照）。そして、か ん欠発振器５から休止期間信号が通知されたとき、水晶膜厚計４が振動子３の固 有振動数の変化Δｆを求め、このΔｆに対応するカーボン膜厚と予めオペレータ の設定したカーボン膜厚とを比較（図１の（ロ）の＊参照）し、前者が後者を越 えたとき、ストップ信号をかん欠発振器５に通知してパルス状の大電流の供給を 停止する。一方、Δｆに対応するカーボン膜厚が予めオペレータの設定したカー ボン膜厚以下のときは、ストップ信号を出力しないので、繰り返しカーボン棒１ にパルス状の大電流の供給、休止期間が繰り返し行われることとなる。

【００１６】 尚、図１の（ロ）において、は、加熱電流Ｉであって、図１の（イ）のカー ボン棒１に流れる電流Ｉである。斜線の部分がパルス状の大電流が流れる部分を 表わし、他の部分が電流の流れない休止期間を表わす。この休止期間のうちの、 ＊の部分のときに、図１の（イ）かん欠発振器５が休止期間信号を水晶膜厚計４ に通知し、比較させる。

【００１７】 は、試料２に蒸着されたカーボン膜厚を模式的に示したものである。 は、スタート／ストップを示す。これは、図１の（イ）でスタートスイッチ ６をオペレータが押下したことによって、（ａ）スタートし、かん欠発振器５が スイッチ９をオン／オフを繰り返し、パルス状の大電流を短時間の間、カーボン 棒１に供給することを繰り返す。

【００１８】 以上のように、かん欠発振器５がスイッチ９をオン／オフ制御し、カーボン棒 １にパルス状の大電流を短時間の間、流し、次に休止期間を置くことを繰り返し て試料２にカーボン蒸着する。この際、休止期間信号を水晶膜厚計４に通知して 振動子３にカーボン蒸着されたことによる固有振動数の変化Δｆから求めたカー ボン膜厚が予め設定した値を越えたときに、ストップ信号をかん欠発振器５に出 力し、電流の供給を停止する。これにより、試料２には、振動子３で測定された カーボン膜厚に相当するカーボン膜厚を容易に自動的に蒸着することが可能とな る。ここで、休止期間のときに、カーボン膜厚をΔｆから求め、予め設定したカ ーボン膜厚と比較しているため、パルス状の大電流をカーボン棒１に供給したカ ーボン蒸着中のアーク状態でないので、これによるノイズの影響を受けることが なく、誤動作をなくすことができる。

【００１９】 次に、図２を用いて他の実施例の構成および動作を説明する。 図２の（イ）は、抵抗値測定例を示す。 図２の（イ）において、基準サンプル１０は、ガラス板などに予めカーボン蒸 着した抵抗値の比較の基準となるサンプルである。この基準サンプル１０は、図 ２の（ロ）に示すように、ガラス板の上に低抵抗導体（例えばシルバペイントを 塗布、導電性の物質を蒸着）を両側に設け、この上にカーボン蒸着したものであ る。

【００２０】 測定用サンプル１１は、カーボン膜厚の抵抗を測定するサンプルである。これ は、図２の（ロ）に示すように、ガラス板の上に低抵抗導体を両側に設けたもの である。 アンプ１２は、ブリッジ接続された信号を増幅するものである。 メータ１３は、ブリッジ接続された差分信号を測定するものである。

【００２１】 Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２、ＲＸは、図示のようにブリッジ接続したときの基準サンプ ル１０の抵抗値、基準抵抗値、切替え可能な基準抵抗値、測定用サンプル１１の 抵抗値である。ここで、Ｒ２を任意に切り替えることにより、メータ１３が零と なるとき（Ｒ０・Ｒ２＝ＲＸ・Ｒ１）の、基準サンプル１０の抵抗値に対する測 定サンプル１１の抵抗値を任意に切り替え、任意のカーボン膜厚の試料２を自動 作成することが可能となる。

【００２２】 図２の（ハ）は、具体回路例を示す。この具体回路例では、基準サンプル１０ の抵抗値Ｒ０、測定用サンプル１１の抵抗値ＲＸ、基準抵抗を図示のようにＲ１ 、Ｒ２としてブリッジを形成し、このときの差分信号を比較器１４で比較し、例 えば測定サンプル１１の抵抗値ＲＸが、基準サンプル１０の抵抗値Ｒ０よりも小 さくなったときに、図示のストップ信号をかん欠発振器５に通知し、カーボン棒 １への電流供給を停止する。以下動作を詳細に説明する。

【００２３】 （１） オペレータがスタートスイッチ６を押下してカーボン蒸着を開始させ る。 （２） （１）に対応して、かん欠発振器５がスイッチ９を閉にし、電源７、 トランス８を介してパルス状の大電流を短時間（例えば０．２秒）の間、カーボ ン棒１の間に供給し、爆発的なアーク状のカーボン蒸発を行わせる。次に、休止 期間（例えば２秒）の間、スイッチ９を開にし、電流の供給を停止、試料２など の冷却を行う。これらを繰り返し行い、カーボンを試料２および測定サンプル１ １に付着させる。

【００２４】 （３） （２）のように、繰り返しカーボン蒸着すると、当初測定サンプル１ １の抵抗値ＲＸが無限大であったものが徐々にその値が小さくなり、基準サンプ ル１０の抵抗値Ｒ０よりも小さくなると、比較器１４の出力の信号が反転し、ス トップ信号をかん欠発振器５に通知し、スイッチ９を開にしたままとし、カーボ ン蒸着を停止させる。ここで、ブリッジによる抵抗値の測定は、休止期間に行い 、爆発的なアーク状のカーボン蒸着によるノイズの影響を受けないようにする。

【００２５】 以上のように、予めカーボン蒸着した基準サンプル１０と、測定用サンプル１ １とを用いてブリッジを形成し、測定用サンプル１１の抵抗値ＲＸが基準サンプ ル１０の抵抗値Ｒ０以下となったとき、あるいは所定の比率（基準抵抗によって 定まる所定の比率）以下となったとき、かん欠発振器５による信号の発振を停止 し、カーボン蒸着を停止することにより、所望のカーボン膜厚の試料２を自動作 成することが可能となる。また、測定用サンプル１１の抵抗値ＲＸについて、基 準サンプル１０の抵抗値Ｒ０と比較して所望のカーボン膜厚の試料２を作成する ことにより、カーボン蒸着の抵抗値が膜厚により１０００ＭΩないし数十ＫΩ、 更にそれ以下となるような広範囲についても容易に設定することが可能となる。

【００２６】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案によれば、パルス状の大電流をカーボン棒１に供 給して蒸着する際に、試料２の近傍に配置した振動子３にカーボン蒸着されたと きの発振周波数の変化によって、あるいは予め作成した基準サンプル１０と測定 用サンプル１１とでブリッジを形成して蒸着を停止する構成を採用しているため 、かん欠蒸着法において所望のカーボン膜厚を試料２に自動的に蒸着することが できる。これにより、かん欠蒸着による、爆発的なアーク状のカーボン蒸着によ るカーボン膜厚を任意に制御することが可能となると共に、カーボン棒１に加熱 電流を供給していない休止期間にカーボン膜厚を測定したり、基準サンプルと比 較したりしているため、かん欠蒸着法による、アーク状のノイズの極めて多い環 境にも係わらず、ノイズの影響を受けることなく、正確、再現性よく、カーボン 膜厚を制御することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の１実施例構成図である。

【図２】本考案の他の実施例構成図である。

【図３】従来技術の説明図である。

【符号の説明】

１：カーボン棒 ２：試料 ３：振動子 ４：水晶膜厚計 ５：かん欠発振器 ６：スタートスイッチ ７：電源 ８：トランス ９：スイッチ １０：基準サンプル １１：測定用サンプル １２：アンプ １４：比較器

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 かん欠蒸着時に所定カーボン膜厚を蒸着
   した試料を自動作成するカーボン自動膜厚蒸着装置にお
   いて、真空中に配置したカーボン棒（１）間の接触部分
   にパルス状の大電流を短時間の間、供給および休止期間
   を置くことを繰り返して近傍に配置した試料（２）にカ
   ーボン蒸着を開始し、試料（２）の近傍に配置した振動
   子（３）の周波数の変化が予め設定した所定値になった
   ときに、上記パルス状の大電流の供給を停止するように
   構成したことを特徴とするカーボン自動膜厚蒸着装置。
2. 【請求項２】 かん欠蒸着時に所定カーボン膜厚を蒸着
   した試料を自動作成するカーボン自動膜厚蒸着装置にお
   いて、真空中に配置したカーボン棒（１）の接触部分に
   パルス状の大電流を短時間の間、供給および休止期間を
   置くことを繰り返して試料（２）にカーボン蒸着を開始
   し、予めカーボン蒸着した基準サンプル（１０）と試料
   （２）の近傍に配置した測定用サンプル（１１）とを用
   いてブリッジを形成し、このブリッジの値が予め設定し
   た値になったときに、上記パルス状の大電流の供給を停
   止するように構成したことを特徴とするカーボン自動膜
   厚蒸着装置。