(57)【要約】【課題】蒸着中、電子ビームが常に坩堝内の蒸着物質領域の中央部分を照射するように制御可能なビーム位置監視装置を提供すること。【解決手段】真空チャンバー１と、真空チャンバー１内に設置された蒸着物質用坩堝２と、坩堝２内の蒸着物質４に電子ビーム３ａを照射する電子ビーム發射装置３とを備えている。撮影光軸が蒸着物質領域の中心部に向かうように配置されたCCDカメラ６と、CCDカメラ６の出力に基づいて電子ビーム３ａの照射範囲が蒸着物質領域の中央部から外れるか又は変形したことを検知したとき、電子ビーム３ａの照射範囲を蒸着物質領域の中央部ヘ戻すか又は所定の形状に戻すように電子ビーム發射装置３を制御する制御装置８とを備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバーと、真空チャンバー内に設置された蒸着物質用坩堝と、該坩堝内の蒸着物質に電子ビームを照射する電子ビーム發射装置とを備えた電子ビーム蒸着装置において、撮影光軸が前記蒸着物質領域の中心部に向かうように配置されたCCDカメラと、該CCDカメラの出力に基づいて前記電子ビームの照射範囲が前記蒸着物質領域の中央部から外れるか又は変形したことを検知したとき、前記電子ビームの照射範囲を前記蒸着物質領域の中央部ヘ戻すか又は所定の形状に戻すように前記電子ビーム發射装置を制御する制御装置とを備えたことを特徴とするビーム位置監視装置。
【請求項２】
前記電子ビームの照射範囲が前記蒸着物質領域の中央部から外れたか又は変形したかの検知を、前記CCDカメラから得られた画像の輝度分布を基準画像の輝度分布と比較するか又は前記CCDカメラから得られた画像の輝度分布を直前に撮影した画像の輝度分布と比較することによって行うようにした請求項１に記載のビーム位置監視装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、電子ビーム蒸着装置、特に坩堝上の蒸着物質領域への電子ビームの照射位置を監視するビーム位置監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子ビーム蒸着法は、目的とする蒸發物に電子ビームを照射して、加熱蒸発させることにより、基板等の対象物に蒸発物質を付着させる方法であるが、電子ビームの集束により局所的な高温が得られ、高純度の蒸着膜の形成が可能であり、高融点金属を含む全ての物質に適用できる等の利点を有することから、現在積極的に利用されている蒸着法の一つである。
【０００３】
電子ビーム蒸着法では、例えば、図６及び７に示すように、真空チャンバー１内に置かれた坩堝２の中央部付近に、電子銃等の電子ビーム發射装置３を用いて集束された電子ビーム３ａが照射され、そのエネルギによって坩堝１内の蒸着物質４が蒸発し、坩堝２の上方に置かれた基板５等の表面に薄膜が形成されるようになっている（非特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】
権田俊一監修「薄膜の作成・その応用技術ハンドブック」株式会社フジ・テクノシステム出版、１９８６年２月１日発行、２５１〜２５２頁
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この蒸着法において、安定した蒸着を行うためには、蒸着物質領域４の常に同じ位置に電子ビーム３ａが照射されている必要がある。しかし、電子ビーム３ａは、外部からのノイズ、電源の不安定性、メンテナンス後の部品組立の不備及び異常放電等に起因して、電子ビームのスキャンニング中心位置やスキャンニング幅が変化することがある。
もし、電子ビーム３ａのスキャンニング中心位置やスキャンニング幅が変化すると、坩堝２からの蒸発分布が変化するため、上方にある基板５の膜厚分布が変化してしまう可能性と、直前まで電子ビーム３ａが照射されていなかった蒸着物質４部分にいきなり電子ビーム３ａが照射されるとスプラッシュ（蒸着物質４が飛散）が発生して、蒸着物質４の塊が基板５に付着して欠陥ができる可能性がある。
このため、従来は、電子ビームの照射位置をオペレータが直接肉眼で確認したり、図６に示すようにCCDカメラで照射領域を撮影してその画像をモニターで確認したりしていたが、電子ビーム３ａのスキャンニング中心位置やスキャンニング幅の変化を見逃すことがあった。
【０００６】
本発明は、電子ビーム蒸着法におけるこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、蒸着中、電子ビームが常に坩堝内の蒸着物質領域の中央部分を照射するように制御可能なビーム位置監視装置を提供することある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明によるビーム位置監視装置は、真空チャンバーと、真空チャンバー内に設置された蒸着物質用坩堝と、該坩堝内の蒸着物質に電子ビームを照射する電子ビーム照射装置とを備えた電子ビーム蒸着装置において、撮影光軸が前記蒸着物質領域の中央部に向かうように配置されたCCDカメラと、該CCDカメラの出力に基づいて前記電子ビームの照射範囲が前記蒸着物質領域の中央部から外れるか又は変形したことを検知したとき、前記電子ビームの照射範囲を前記蒸着物質領域の中央部ヘ戻すか又は所定の形状に戻すように前記電子ビーム照射装置を制御する制御装置とを備えたことを特徴としている。
【０００８】
本発明によれば、前記電子ビームの照射範囲が前記蒸着物質領域の中央部から外れたか又は変形したかの検知を、前記CCDカメラから得られた画像の輝度分布を基準画像の輝度分布と比較するか又は前記CCDカメラから得られた画像の輝度分布を直前に撮影した画像の輝度分布と比較することによって行うようになっている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図示した実施例に基づき、従来技術で説明したのと実質上同一の要素には同一符号を用いて説明する。
図１は、図６に示した電子ビーム蒸着装置と共に用いられる本発明によるビーム位置監視装置の概略構成図である。図中、７は真空チャンバー１に形成された窓５ａに撮影光軸が坩堝２内の蒸着物質領域の中心部に向かうように取り付けられたCCDカメラ６の出力端に接続された画像解析装置、８は画像解析装置７の出力端に接続された電子ビーム制御装置で、その出力端は電子ビーム照射装置３に接続されていて、電子ビーム發射装置３による電子ビームのスキャンニング位置とスキャンニング幅とを制御し得るように構成されている。
【００１０】
次に、本発明装置の作用を説明する。
蒸着運転中、蒸着物質領域をCCDカメラ６により常時監視し、何らかの理由で電子ビーム３ａのスポットが、蒸着物質領域の中央部付近から外れるか変形すると、その画像がCCDカメラ６を介して画像解析装置７へ転送され、そこで画像解析により、電子ビームのＸＹ方向の各スキャンニング中心位置及び各スキャンニング幅の各基準値からの変化量が求められて、電子ビームスキャンニング位置制御信号が電子ビーム制御装置８に出力され、その結果、電子ビーム發射装置３を介して照射される電子ビームのスポット位置を蒸着物質領域の中央部に戻すか、及び/又はスポットの形状を正規の円形に戻す。従って、運転中、蒸着物質領域へ照射される電子ビームスポットの位置及び形状は、常に一定に保持されて、均一厚の蒸着膜を迅速且つ的確に得ることが出来る。
【００１１】
次に、電子ビームスポットが蒸着物質領域の中央付近から外れたこと、及びその形状が変形したことを検出する方法と、画像解析装置７における画像解析方法について説明する。
電子ビームスポットが蒸着物質領域の中央付近から外れたこと、及びその形状が変化したことを検知するためには、CCDカメラ６から得られた画像の輝度分布を、▲１▼予め保存された良好な蒸着膜厚分布が得られたときの基準画像と比較するか、或るいは、▲２▼CCDカメラ６から得られた画像の輝度分布を、直前に撮影された画像と比較する方法が用いられる。▲１▼の方法については、メンテナンス後等において電子ビーム３ａの位置がずれてしまわなかったかどうか、或るいは、蒸着を開始した直後に装置に異常がないかどうかを判断するようなときに用いられ、▲２▼の方法については、蒸着中に何かの要因で電子ビームスポットの位置や形状に変化がないかどうかを判断するときに用いられる。
【００１２】
以下、電子ビーム３ａのスキャンニング中心位置およびスキャンニング幅が変化したことを検出する具体的な画像解析方法を説明する。図２に示すように、坩堝内２の蒸着物質４に電子ビーム３ａが照射されると、蒸着物質４が熱伝導率の低い酸化物等の場合には、電子ビーム３ａが照射された部分のみ輝度（画像濃度）が高くなる。この場合、図３に示すように、もし、電子ビーム３ａのスキャンニング中心位置及びスキャンニング幅に変化がないときは、電子ビームスポットの現在の画像から基準画像あるいは直前の画像を引算すると何も画像が残らなくなる。一方、上記スキャンニング中心位置及び/又はスキャンニング幅に変化があれば、即ち、電子ビームスポットの中心が蒸発物質領域の中心位置からずれるか、電子ビームスポットが変形すれば、引算した画像は一部が残る。
【００１３】
ここで、画像濃度がマイナスになったときは、その絶対値を画像濃度とする。画像解析装置７が画像を判断するために、設定した画像濃度（判断しきい値：例えば０〜２５５の画像濃度の５０）より明るい画像濃度の画素が何画素あるか計数して、設定した画素数（変化判断画素数：例えば３０万画素中の１万画素）よりも多いかどうかを調べる手法がある。
もし、スキャンニング中心位置及びスキャンニング幅に変化があれば、差分画像（現在画像から基準画像を引算した画像）の明るい部分は広くなる。そこで、差分画像の判断しきい値より明るい画像数が変化判断画像数よりも多いときは、スキャンニング中心位置及びスキャンニング幅に変化があったと判断することができる。さらに、図４に示すように、Ｙ方向中心位置のＸライン上及びＸ方向中心位置のＹライン上の画像濃度曲線から判断しきい値を超える画像濃度の範囲と、その中心位置からスキャンニング中心位置及びスキャンニング幅の変化量を求めることもできる。
もし、Ｙ方向中心位置のＸライン上及びＸ方向中心位置のＹライン上から電子ビーム照射位置が大きく外れてしまうことが予測できる場合でも、図５に示すように、Ｘ方向とＹ方向に全画素数の画像濃度を積分した曲線の判断しきい値を超える範囲とその中心位置を比較すれば、スキャンニング中心位置及びスキャンニング幅の変化量を求めることもできる。
【００１４】
但し、これらの画像解析は、次の画像が取込まれる前に画像解析により判断が完了することが望ましく、高速画像解析が必要となる。
また、電子ビームの素早い変化を検出するためには、ハイフレームレートカメラを用いてその動きをとらえるか、通常のカメラで露光時間をフレームレートとほぼ同じ時間にして積分値でとらえるかの二つの方法が考えられる。
【００１５】
次に、本発明の実施例について説明する。
本発明の電子ビーム位置監視装置のCCDカメラ６を、電子ビーム蒸着装置の真空チャンバー１の窓１ａに取付け、画像監視を行ったところ、電子ビーム３ａの径が約１５ｍｍの時、電子ビーム３ａのフィラメントの劣化や取付け位置誤差によっては、１ｍｍ程度電子ビーム３ａのスキャンニング中心位置が変化していることがわかった。このような現象が検出されたときの、蒸着膜厚分布を測定したところ、正常時より１％乃至１２％悪化している例があった。
【００１６】
また、電源ノイズや電源電圧変化および外部からの空間的な高周波ノイズによって、稀に電子ビーム３ａのスキャンニング中心位置及びスキャンニング幅が変化することも観察された。このような現象が検出されたとき、得られた蒸着膜を顕微鏡観察してみたところ、蒸着物質のスプラッシュと思われる欠陥が多数発生していることが確認された。
【００１７】
上記のいずれの変化も、従来の目視法では、電子ビームが非常に眩しいために観察が困難であり、かつ、稀にしか発生しない現象のため長時間による確認も困難で捕らえることができなかった現象である。
【００１８】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、種々の原因で電子ビームの照射位置や電子ビームスポットの形状が変化するようなことがあっても、運転中常に電子ビームの照射位置を坩堝内の蒸着物質の中央部付近に維持させ且つ電子ビームスポットの形状を所定の形状に保持できるビーム位置監視装置を提供することができ、延いては、常に蒸着膜厚を均一に形成し得る電子ビーム蒸着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるビーム位置監視装置の概略構成図である。
【図２】電子ビームが照射された蒸着物質部分の輝度（画像濃度）の変化を示す説明図である。
【図３】本発明装置に用いる画像解析の原理を説明するための説明図である。
【図４】本発明装置に用いる画像解析の原理を説明するための説明図である。
【図５】本発明装置に用いる画像解析の原理を説明するための説明図である。
【図６】電子ビーム蒸着装置の基本構成を示す概略図である。
【図７】電子ビーム蒸着装置に用いられる蒸着物質を収容した坩堝の平面図である。
【符号の説明】
１                  真空チャンバー
１ａ                窓
２                  坩堝
３                  電子ビーム發射装置
３ａ                電子ビーム
４                  蒸着物  質
５                  基板等
６                  ＣＣＤカメラ
７                  画像解析装置
８                  電子ビーム制御装置
【図１】
2004197121.tif 000003
【図２】
2004197121.tif 000004
【図３】
2004197121.tif 000005
【図４】
2004197121.tif 000006
【図５】
2004197121.tif 000007
【図６】
2004197121.tif 000008
【図７】
2004197121.tif 000009