JP2832115B2

JP2832115B2 - 薄膜製造装置

Info

Publication number: JP2832115B2
Application number: JP25617692A
Authority: JP
Inventors: 隆之日吉; 郁夫藤沢; 孝一郎坂本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-09-25
Filing date: 1992-09-25
Publication date: 1998-12-02
Anticipated expiration: 2013-12-02
Also published as: JPH06108250A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板上に薄膜層を形成
する薄膜製造装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】まず、ここでは薄膜製造装置の従来例と
して特開昭62−143894号公報に開示されたホットウォー
ルエピタキシ方式の薄膜製造装置１を図１５に基づいて
説明する。まず、この薄膜製造装置１では、真空ポンプ
（図示せず）が連結された真空炉である真空容器２内に
は、上部の開口部３を共用する二重構造の坩堝４，５が
原料容器として設けられており、この坩堝４，５の外周
部には気化発生手段である坩堝ヒータ６〜８が配置され
ている。そして、これらの坩堝４，５の上部開口と対向
する位置には基板ホルダ９が移動自在に設けられてお
り、この基板ホルダ９は、内蔵された基板ヒータ１０と
対向する底部に基板１１がセットされる開口１２を形成
した構造となっている。なお、この薄膜製造装置１で
は、前記坩堝４，５の開口部３を開閉自在に遮蔽するシ
ャッタ１３が前記基板ホルダ９に一体に設けられてお
り、この基板ホルダ９を移動自在に支持して位置決め保
持する基板支持機構をスライドレール（図示せず）等で
形成させている。

【０００３】そこで、このような薄膜製造装置１で基板
１１の表面に薄膜層を成膜する場合は、まず、洗浄した
基板１１を基板ホルダ９の開口１２内にセットし、ここ
では坩堝４，５内に成膜原料１４，１５を各々投入す
る。そこで、真空ポンプを駆動して真空容器２内を真空
引きし、坩堝ヒータ６〜８を駆動して坩堝４，５内の成
膜原料１４，１５を気化させる。そこで、基板ヒータ１
０で加熱した基板１１を基板ホルダ９で所定の坩堝４，
５上に配置すると、その坩堝４，５内の成膜原料１４，
１５から気化した構成粒子が基板１１上に経時的に付着
して薄膜層を形成することになる。

【０００４】より詳細には、このホットウォールエピタ
キシ方式の薄膜製造装置１では、坩堝ヒータ７，８で坩
堝４，５内の成膜原料１４，１５を加熱して蒸気を発生
させ、この蒸気を坩堝ヒータ６の加熱によってホットウ
ォールとなる坩堝４の内周面の輻射熱で加熱するように
なっている。このようにすることで、坩堝４の内周面で
あるホットウォールの輻射熱で加熱基板１１に至る蒸気
の圧力を高く維持して不純物の混入を低減し、さらに、
坩堝４の内周面であるホットウォールの輻射熱で基板１
１の表面の結合力の弱い分子や原子を排除して薄膜層の
結晶性を向上させるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した薄膜製造装置
１では、成膜原料１４，１５を坩堝ヒータ６〜８で加熱
して気化させて基板１１の表面に経時的に付着させるこ
とで、この基板１１の表面に薄膜層を形成することがで
きる。

【０００６】ここで、上述のような薄膜製造装置１で
は、基板ホルダ９で移動自在に支持した基板１１を坩堝
４，５の開口部３上に配置する時間を調節することで、
基板１１上に成膜する薄膜層の膜厚を管理するようにな
っている。これは坩堝ヒータ６〜８の加熱で生じる成膜
原料１４，１５の気化割合が一定で経時的に変化しない
場合には有効であるが、実際には蓄熱や電圧変動等のた
めに成膜原料１４，１５の気化割合が変化することがあ
る。このため、上述のような薄膜製造装置１では、基板
１１上に成膜する薄膜層の膜厚を正確に管理することが
困難であるため、特に薄膜層の多層構造で形成する薄膜
素子などの性能を均一化することが困難となっている。

【０００７】このような課題を解決する手段としては、
例えば、水晶振動子等からなり成膜原料１４，１５の気
化割合を測定する膜厚センサ（図示せず）を坩堝４，５
内に配置することが考えられるが、これでは成膜原料１
４，１５から上昇する気流を膜厚センサが阻害して基板
１１上に成膜される薄膜層が不均一になる懸念がある。
そこで、このような基板１１に干渉しない坩堝４，５の
内周面などに膜厚センサを配置することも考えられる
が、これでは膜厚センサは基板１１に向かう気流を測定
することはできないので測定誤差が大きい。また、坩堝
４，５の内周面に膜厚センサを配置した場合、この膜厚
センサは温度特性が80（℃）以上で大きく変化するので
測定ができなくなる。さらに、水晶振動子からなる膜厚
センサは、ホットウォールとして機能する坩堝に直接的
に対向した状態では輻射熱によって測定不能となってい
る。

【０００８】特に、上述のようなホットウォールエピタ
キシ方式の薄膜製造装置１では、薄膜層の結晶性を向上
させるために坩堝４の内周面の輻射熱を基板１１の表面
に放射するようになっているので、この基板１１を坩堝
４の開口部３に近接配置する必要があり、この坩堝４の
開口部３と基板１１との間隙に膜厚センサを配置するこ
とも困難である。

【０００９】また、上述のような薄膜製造装置１では、
坩堝４，５の底部で発生した成膜原料１４，１５の蒸気
を坩堝４の上半部の輻射熱で拡散させて基板１１に付着
させるようになっているが、実際には成膜原料１４，１
５から基板１１に至る蒸気の分布は不均一になりがちで
あるため、この基板１１上に成膜される薄膜層の膜厚を
均一にすることが困難である。

【００１０】本発明は、膜厚を正確に管理できる薄膜製
造装置を得るものである。

【００１１】また、本発明は、膜厚を均一に成膜できる
薄膜製造装置を得るものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
開口部を形成して成膜原料を格納する原料容器を真空炉
内に配置し、この真空炉内で基板を移動自在に支持して
前記原料容器の開口部上に位置決め保持する基板支持機
構を設け、前記原料容器内の前記成膜原料を気化させて
前記開口部上の前記基板に付着させる気化発生手段を設
け、この気化発生手段の輻射熱を前記基板に放射し、繰
り返し成膜動作する薄膜製造装置において、膜厚センサ
を前記基板が位置する空間を介して前記原料容器の開口
部に対向配置し、前記膜厚センサからの測定値を管理す
る膜厚管理手段を設け、前記原料容器の開口部上で前記
基板支持機構が蒸発源を遮蔽したタイミングで測定動作
を実行し、前記原料容器の開口部上に前記基板が位置し
ない時点での前記膜厚センサの積算膜厚を測定値として
膜厚管理手段に記録し、この膜厚管理手段によってこの
測定値と前回の測定値との差分を、今回膜厚センサに前
記蒸発源から気化した原料が、付着している時間で除算
することで、この演算結果を今回の気化割合として前記
膜厚管理手段に記録し、前記気化割合に従って前記基板
支持機構と前記気化発生手段との少なくとも一方の動作
を補正する膜厚管理手段を設けた。

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【作用】請求項１記載の発明は、膜厚管理手段によって
成膜原料の気化割合を補償することができるので、膜厚
を正確に管理できる薄膜製造装置を得ることができる。

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【実施例】請求項１記載の発明の実施例を図１ないし図
９に基づいて説明する。まず、本実施例の薄膜製造装置
１６は、構造的には図１に例示するように、開閉バルブ
１７で連結された拡散ポンプ１８と油回転ポンプ１９と
が、各々開閉バルブ２０，２１を介して共に排気管２２
で真空炉である真空容器２３の底部側方に連結されてい
る。そして、この真空容器２３の内部底面には断熱用の
二本のステンレス管２４，２５が順次立設されており、
これらのステンレス管２４，２５の内部には、開口部２
６を共用する二重構造の原料容器である坩堝２７，２８
と、開口部２９を有する通常の原料容器である坩堝３０
とが、気化発生手段である坩堝ヒータ３１〜３３を介し
て各々配置されている。

【００１９】そして、この薄膜製造装置１６では、前記
真空容器２３の底部中央に形成された貫通孔に軸受とな
る真空シール３４が装着されており、この真空シール３
４を貫通した支持軸３５の下端部にはジョイント３６で
駆動モータ３７が連結されている。さらに、前記真空容
器２３の上部に位置する前記支持軸３５の上端部にはア
ーム３８で基板ホルダ３９が連結されており、この基板
ホルダ３９は、内蔵した基板ヒータ４０と対向する底部
の開口４１に基板４１ａがセットされる構造となってい
る。そこで、この薄膜製造装置１６では、前記支持軸３
５や前記駆動モータ３７や前記基板ホルダ３９等によ
り、前記真空容器２３内で基板４１ａを移動自在に支持
して前記坩堝２７，３０の一方の開口部２６，２９上に
位置決め保持する基板支持機構４２を形成している。

【００２０】そして、この薄膜製造装置１６では、前記
真空容器２３の前記ステンレス管２４，２５の近傍に立
設されたＬ字形の支持柱４３，４４の先端部に膜厚セン
サ４５，４６が装着されており、これらの膜厚センサ４
５，４６は前記坩堝２７，３０の開口部２６，２９上に
前記基板ホルダ３９が位置する空間を介して対向配置さ
れている。なお、Ｌ字形の前記支持柱４３，４４内に水
冷用の冷却水を通して低温に保持している。

【００２１】さらに、この薄膜製造装置１６は、回路的
には図２に例示するように、上述のような各種の構成部
品からなる装置本体４７の前記坩堝ヒータ３１〜３３と
前記駆動モータ３７と前記膜厚センサ４５，４６とに回
路部４８を接続した構造となっており、この回路部４８
は、前記坩堝ヒータ３１〜３３と前記駆動モータ３７と
にヒータ駆動回路４９とモータ駆動回路５０とを各々接
続し、前記膜厚センサ４５に接続されたＣＰＵ(Central
Processing Unit）５１を前記モータ駆動回路５０にフ
ィードバック接続した構造となっている。そこで、この
薄膜製造装置１６では、前記モータ駆動回路５０と前記
ＣＰＵ５１とにより、前記坩堝２７，３０の開口部２
６，２９上に前記基板４１ａが位置しない時点での前記
膜厚センサ４５の測定値に従って前記基板支持機構４２
の動作を補正する膜厚管理手段５２を形成している。

【００２２】このような構成において、この薄膜製造装
置１６におけるホットウォールエピタキシ法での成膜動
作を以下に説明する。まず、薄膜製造装置１６での成膜
動作の準備作業として、洗浄した基板４１ａを基板ホル
ダ３９の開口１２内にセットし、坩堝２７，２８，３０
内に成膜原料５３〜５５を各々投入する。そこで、開閉
バルブ２１を開放して真空容器２３内を荒引きし、この
後にバルブ２１を閉じてバルブ１７，２０を解放した状
態で真空容器２３内を高真空引きを行なう。

【００２３】そこで、図３のフローチャートに例示する
ように、各坩堝２７，３０の開口部２６，２９の一方に
基板４１ａを対向配置する各々の成膜時間や、坩堝２
７，３０の開口部２６，２９上から基板４１ａを退避さ
せる休止時間や、各成膜原料５３〜５５で基板４１ａ上
に形成する薄膜層の膜厚等の成膜条件を、所望により作
業者（図示せず）が回路部４８のＣＰＵ５１に設定す
る。

【００２４】そこで、この薄膜製造装置１６では、ＣＰ
Ｕ５１等からなる膜厚管理手段５２による基板支持機構
４２の動作制御により、例えば、基板支持機構４２の駆
動制御で坩堝２７の開口部２６上に基板４１ａを設定さ
れた成膜時間だけ対向配置し、この後に基板４１ａを坩
堝２７，３０の開口部２６，２９に対向しない位置で休
止時間だけ保持し、この後に坩堝３０に対する成膜動作
と休止動作とを同様に行なう。そして、この薄膜製造装
置１６では、上述のような成膜動作を繰返すことで設定
された膜厚まで薄膜層を形成するようになっているが、
この成膜動作の繰返数を膜厚センサ４５，４６の測定値
に基づいて補正するようになっている。

【００２５】つまり、この薄膜製造装置１６では、基板
支持機構４２によって移動自在に支持された基板４１ａ
が坩堝２７，３０の開口部２６，２９に対向していない
状態において、これらの開口部２６，２９から坩堝ヒー
タ３１〜３３の加熱によって昇華する成膜原料５３〜５
５の粒子の気化割合が膜厚センサ４５，４６で読取られ
るようになっている。そして、この薄膜製造装置１６で
は、膜厚管理手段５２は膜厚センサ４５，４６が毎回検
出する積算膜厚を測定値として記録し、この測定値と前
回の測定値との差分を今回の測定時間で除算すること
で、この演算結果を今回の気化割合として記録する。そ
して、このようにして記録した気化割合が予め設定され
た気化割合と異なる場合は、これを補償できるように基
板支持機構４２の動作制御で成膜動作の繰返数を加減す
る。なお、この場合の測定時間は、基板４１ａ若しくは
基板支持機構４２が、開口部２６，２９を遮蔽しておら
ず、膜厚センサ４５，４６に蒸発源から蒸発若しくは気
化した原料が、付着している時間を指している。

【００２６】このようにすることで、この薄膜製造装置
１６では、例えば、蓄熱や電圧変動等のために坩堝２
７，３０の気化割合が変化しても、これに対応して総合
的な成膜時間を可変するので、基板４１ａ上に形成する
薄膜層の膜厚を正確に設定膜厚とすることができる。特
に、このようなホットウォールエピタキシ方式の薄膜製
造装置１６では、薄膜層の結晶性を向上させるために坩
堝２７，３０の内周面の輻射熱を基板４１ａの表面に放
射するようになっており、この基板４１ａを坩堝２７，
３０の開口部２６，２９に近接配置する必要があるの
で、坩堝２７，３０の開口部２６，２９と基板４１ａと
の間隙に膜厚センサ４５，４６を配置することは困難で
あるが、本発明の薄膜製造装置１６では、基板４１ａの
移動領域を介して膜厚センサ４５，４６を坩堝２７，３
０に対向配置するので、簡易な構造で気化割合を測定す
ることができる。

【００２７】なお、上述した薄膜製造装置１６では、実
際には水晶振動子からなる膜厚センサ４５，４６は、ホ
ットウォールとして機能する坩堝２７，３０に直接的に
対向した状態では輻射熱によって測定不能となっている
ので、これらの膜厚センサ４５，４６は、基板ホルダ３
９が坩堝２７，３０を遮蔽したタイミングで測定動作を
実行するようになっている。

【００２８】ここで、本出願人は実際に上述のような薄
膜製造装置１６を試作し、これで図４に例示するような
端面発光型ＥＬ素子の活性層５６を基板４１ａ上に成膜
した。そこで、この実験結果を図４及び図５に基づいて
以下に説明する。まず、この端面発光型ＥＬ素子の活性
層５６は、ＺｎＳ：Ｍｎからなる膜厚5000（Å）の薄膜
層５７の上下面に、ＣｄＳ(20 Å)-ＺｎＳ：Ｍn(30Å）
の超格子からなる膜厚1000（Å）の薄膜層５８，５９を
設けた構造となっている。

【００２９】まず、本出願人が実際に試作した薄膜製造
装置（図示せず）では、坩堝は独立した三本となってお
り、ここでは各坩堝にＺｎＳとＭｎとＣｄＳとからなる
成膜原料を投入し、ＺｎＳの試料温度を750(℃）、その
ホットウォール温度を550(℃）、Ｍｎの試料温度とホッ
トウォール温度とを650(℃）、ＣｄＳの試料温度を520
(℃）、そのホットウォール温度を500(℃）、基板温度
を280(℃）とした。

【００３０】そこで、通常構造の薄膜層５７を成膜する
際には、ＺｎＳの成膜時間を10(sec）、Ｍｎの成膜時間
を0.3(sec)、休止時間を3.0(sec)、設定膜厚を5000
（Å）として成膜条件を設定した。そこで、上述のよう
な成膜条件で薄膜層５７の成膜実験を十回実行したとこ
ろ、図５に例示するように、その膜厚は4500〜5500(Å)
となり、その誤差を10（％）程度とすることができた。

【００３１】さらに、超格子構造の薄膜層５８，５９を
成膜する際には、ＣｄＳの成膜時間を10(sec）、ＺｎＳ
の成膜時間を3.0(sec)、Ｍｎの成膜時間を3.0(sec)、休
止時間を3.0(sec)、設定膜厚を1000（Å）として成膜条
件を設定した。そこで、上述のような成膜条件で薄膜層
５８，５９を薄膜層５７の上下面に形成して活性層５６
を形成し、この上下面に膜厚4000（Å）のＴa₂Ｏ₅から
なる誘電体層（図示せず）を形成して１(kHz）の正弦波
で駆動したところ、これは閾値電圧90（Ｖ）で最大発光
輝度が1000(cd/m²）となった。これは超格子構造の薄膜
層５８，５９を有することなく通常構造の薄膜層のみで
活性層を形成した端面発光型ＥＬ素子に比較すると極め
て低電圧で良好に発光動作を行なっていることになる。

【００３２】つまり、本発明の薄膜製造装置は、従来は
困難であった10（Å）単位での膜厚管理を実現すること
ができるので、上述のような超格子構造の薄膜層でも簡
易かつ正確に形成することができる。

【００３３】なお、本実施例の薄膜製造装置１６では、
膜厚センサ４５の測定値に従って膜厚管理手段５２が基
板支持機構４２の動作回数を補正することで成膜する薄
膜層の膜厚を正確に管理することを例示したが、本発明
は上記形式に限定されるものではない。つまり、図６に
例示するように、接続したＣＰＵ５１とヒータ駆動回路
４９とからなる膜厚管理手段６０が坩堝ヒータ３１〜３
３の発熱動作を補正することで成膜する薄膜層の膜厚を
正確に管理する薄膜製造装置６１や、図８に例示するよ
うに、接続したＣＰＵ５１と基板支持機構４２とヒータ
駆動回路４９とからなる膜厚管理手段６２が基板支持機
構４２の動作回数と坩堝ヒータ３１〜３３の発熱動作と
を補正することで成膜する薄膜層の膜厚を正確に管理す
る薄膜製造装置６３なども実施可能である。

【００３４】なお、上述のような薄膜製造装置６１で
は、図７に例示するように、予め成膜動作の繰返数は固
定的に設定しておき、坩堝ヒータ３１，３２の発熱温度
を調節して気化割合を修正することで薄膜層の膜厚を管
理することになり、上述のような薄膜製造装置６３で
は、図８に例示するように、坩堝ヒータ３１，３２の発
熱温度を調節して気化割合を修正すると共に、基板支持
機構４２の成膜動作の繰返数も可変することで薄膜層の
膜厚を管理することになる。

【００３５】つぎに、本発明の第二の実施例を図１０な
いし図１３に基づいて以下に説明する。まず、この薄膜
製造装置６４は、図１０に例示するように、二重構造の
原料容器である坩堝２７，２８の共用の開口部２６上
に、成膜原料５３，５４から気化して基板４１ａに至る
粒子を拡散する平板状の粒子拡散部材６５を設けた構造
となっており、この他の構造は請求項１記載の発明の実
施例として前述した薄膜製造装置１６と同様になってい
る。ここで、前記粒子拡散部材６５には、同図及び図１
１に例示するように、赤外線の透過性が良好な石英硝子
等で形成されて外周部より中心部ほど直径が大きくなる
多数の貫通孔６６を形成しており、これらの貫通孔６６
による開口の分布率は成膜原料５３，５４から気化して
基板４１ａに至る粒子の分布率に反比例している。

【００３６】このような構成において、この薄膜製造装
置６４におけるホットウォールエピタキシ法での成膜動
作は、前述した薄膜製造装置１６等と同様にして行なわ
れる。この時、この薄膜製造装置６４では、坩堝ヒータ
３１，３２の加熱によって昇華した成膜原料５３，５４
の粒子は、坩堝２７，２８の開口部２６から基板４１ａ
に至る際に粒子拡散部材６５で拡散されるようになって
いる。ここで、この粒子拡散部材６５の貫通孔６６の開
口の分布率は、成膜原料５３，５４から気化して基板４
１ａに至る粒子の分布率と反比例しているので、粒子拡
散部材６５を介して基板４１ａに至る粒子は分布率が均
一になることになる。

【００３７】このようにすることで、この薄膜製造装置
６４では、熱伝導の不均一等のために成膜原料５３，５
４から基板４１ａに至る粒子の分布が不均一であって
も、これは均一に修正されてから基板４１ａに至るの
で、この基板４１ａ上に成膜される薄膜層は膜厚が均一
となる。そこで、この薄膜製造装置６４では、極めて特
性が良好な薄膜回路を形成することができ、例えば、発
光輝度が均一な端面発光型ＥＬ素子の印刷ヘッドなどを
形成することができる。さらに、この薄膜製造装置６４
では、坩堝２７の直径を拡大しても薄膜層の膜厚を均一
にすることが可能であるので、形成する薄膜層を大型化
して生産性の向上に寄与することができる。

【００３８】なお、このようなホットウォールエピタキ
シ方式の薄膜製造装置６４では、前述のように成膜する
薄膜層の結晶性を向上させるために坩堝２７，２８の内
周面の輻射熱を基板４１ａの表面に放射するようになっ
ているので、ここでは粒子拡散部材６５を赤外線の透過
性が良好な石英硝子で形成するようにした。

【００３９】ここで、本出願人は上述のような薄膜製造
装置６４を実際に試作して基板４１ａ上に薄膜層を成膜
し、粒子拡散部材６５の有無による膜厚の均一性の格差
を比較した。まず、直径30(mm)の坩堝２７の外周部に直
径36(mm)の坩堝ヒータ３１を設けて試料温度を770(℃）
に設定すると共にホットウォール温度を500(℃）に設定
し、タングステンワイヤのコイルからなる基板ヒータ４
０の発熱温度を250(℃）に設定した。そこで、このよう
な成膜条件において粒子拡散部材６５を設けない状態で
基板４１ａ上に薄膜層を成膜したところ、この薄膜層は
中心部で薄く外周部で厚い状態となり、その膜厚の格差
は約30（％）となった。そこで、このような膜厚の分布
率と反比例するように貫通孔６６を形成した粒子拡散部
材６５を坩堝２７の開口部２６上に設けて基板４１ａ上
に薄膜層を成膜したところ、この薄膜層の膜厚は均等化
されて格差は約５（％）まで低減された。

【００４０】ここで、上述した薄膜製造装置６４では、
ホットウォールとなる坩堝２７の輻射熱を基板４１ａま
で良好に透過するために粒子拡散部材６５を石英硝子で
形成することを例示したが、これは成膜原料５３，５４
との反応性が低いことや、昇華温度が高いことも満足し
ている。つまり、このような粒子拡散部材６５として
は、上述のような条件を満足すれば各種材料が利用可能
である。

【００４１】ここで、上述のような材料で粒子拡散部材
６５を形成しても、これは成膜原料５３，５４の粒子が
必然的に付着して汚染されるので、これは定期的に洗浄
や交換等を行なう必要がある。そこで、図１２に例示す
るように、粒子拡散部材６５にタングステンワイヤ等か
らなるヒータ６７を装着することで、成膜動作中に成膜
原料５３，５４の粒子が粒子拡散部材６５に付着するこ
とをヒータ６７の輻射熱で防止することが可能である。
ここで、このようなヒータ６７は基板４１ａに対する輻
射熱を考慮する必要があるが、本出願人は粒子拡散部材
６５の表面温度が600(℃）以下となる範囲でも粒子の付
着を防止できることを確認した。なお、このようなヒー
タ６７を粒子拡散部材６５に内蔵することも実施可能で
ある。

【００４２】さらに、上述した薄膜製造装置６４では、
粒子拡散部材６５を坩堝２７の開口部２６と基板４１ａ
との間隙に配置することを例示したが、前述のように、
この間隙はホットウォールエピタキシ方式の薄膜製造装
置６４等では極めて小さいので、図１３に例示するよう
に、粒子拡散部材６８を坩堝２７の内部に設けた薄膜製
造装置６９なども実施可能である。なお、このような薄
膜製造装置６９の粒子拡散部材６８は、坩堝２７に対し
て着脱自在に装着することの他、坩堝２７と一体に形成
することも実施可能である。

【００４３】さらに、本発明の第三の実施例を図１４に
基づいて以下に説明する。まず、この薄膜製造装置７０
は、真空炉である真空容器７１の上部に形成された貫通
孔に軸受となる真空シール７２が装着されており、この
真空シール７２を貫通した支持軸７３の上端部に駆動モ
ータ７４が装着されている。そして、前記真空容器７１
内に位置した前記支持軸７３の下端部には基板ホルダ７
５が設けられており、この基板ホルダ７５は下部の開口
７６に支持した基板４１ａを坩堝２７の開口部２６上に
対向配置するようになっている。このようにすること
で、この薄膜製造装置７０では、前記駆動モータ７４や
前記支持軸７３や前記基板ホルダ７５等により、基板４
１ａを坩堝２７の開口部２６上の位置内で回転自在に支
持する付着均一化手段７７が基板支持機構を兼用して形
成されている。

【００４４】なお、この薄膜製造装置７０では、上述の
ように回転自在な基板ホルダ７５内に基板ヒータを設け
ることは困難であるため、その基板ヒータ７８は赤外線
ランプ等で設けられて坩堝２７の開口部２６と基板ホル
ダ７５との間隙に配置されている。なお、この薄膜製造
装置７０は、上述した構造以外は請求項２記載の発明の
実施例として前述した薄膜製造装置６９と同様になって
いる。

【００４５】このような構成において、この薄膜製造装
置７０におけるホットウォールエピタキシ法での成膜動
作は、前述した薄膜製造装置１６，６４等と同様にして
行なわれる。この時、この薄膜製造装置７０では、坩堝
ヒータ３１，３２の加熱により昇華して坩堝２７，２８
の開口部２６から基板４１ａに至る成膜原料５３，５４
の粒子は、付着均一化手段７７によって回転駆動されて
いる基板４１ａの表面に付着することになる。

【００４６】このようにすることで、この薄膜製造装置
７０では、熱伝導の不均一等のために成膜原料５３，５
４から基板４１ａに至る粒子の分布が不均一であって
も、成膜原料５３，５４の粒子が付着する基板４１ａの
表面が常時移動しているので、この基板４１ａ上に成膜
される薄膜層は膜厚が均一となる。

【００４７】なお、この薄膜製造装置７０では、付着均
一化手段７７の回転駆動で基板４１ａに付着する粒子の
分布率を周方向で均一化すると共に、基板４１ａに至る
粒子の分布率を粒子拡散部材６８で径方向に均一化して
いるので、この基板４１ａ上に成膜される薄膜層の膜厚
は極めて良好に均一化されることになる。

【００４８】なお、本発明で云う気化とは、エネルギの
印加で成膜原料から構成粒子が発生することを意味して
おり、ここでは蒸発と昇華との両方を内包している。

【００４９】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、開口部を形成し
て成膜原料を格納する原料容器を真空炉内に配置し、こ
の真空炉内で基板を移動自在に支持して前記原料容器の
開口部上に位置決め保持する基板支持機構を設け、前記
原料容器内の前記成膜原料を気化させて前記開口部上の
前記基板に付着させる気化発生手段を設け、この気化発
生手段の輻射熱を前記基板に放射し、繰り返し成膜動作
する薄膜製造装置において、膜厚センサを前記基板が位
置する空間を介して前記原料容器の開口部に対向配置
し、前記膜厚センサからの測定値を管理する膜厚管理手
段を設け、前記原料容器の開口部上で前記基板支持機構
が蒸発源を遮蔽したタイミングで測定動作を実行し、前
記原料容器の開口部上に前記基板が位置しない時点での
前記膜厚センサの積算膜厚を測定値として膜厚管理手段
に記録し、この膜厚管理手段によってこの測定値と前回
の測定値との差分を、今回膜厚センサに前記蒸発源から
気化した原料が、付着している時間で除算することで、
この演算結果を今回の気化割合として前記膜厚管理手段
に記録し、前記気化割合に従って前記基板支持機構と前
記気化発生手段との少なくとも一方の動作を補正する膜
厚管理手段を設けたことにより、この膜厚管理手段によ
って成膜原料の気化割合を補償することができるので、
膜厚を正確に管理できる薄膜製造装置を得ることができ
るという効果を有するものである。

【００５０】

【００５１】

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１記載の発明の薄膜製造装置の実施例で
あるホットウォール蒸着装置を示す縦断正面図である。

【図２】ブロック図である。

【図３】成膜動作を示すフローチャートである。

【図４】ホットウォール蒸着装置で製造した端面発光型
ＥＬ素子の活性層を示す縦断正面図である。

【図５】ホットウォール蒸着装置で成膜した薄膜層の膜
厚の誤差を示す特性図である。

【図６】請求項１記載の発明の薄膜製造装置の変形例で
あるホットウォール蒸着装置を示すブロック図である。

【図７】成膜動作を示すフローチャートである。

【図８】請求項１記載の発明の薄膜製造装置の変形例で
あるホットウォール蒸着装置を示すブロック図である。

【図９】成膜動作を示すフローチャートである。

【図１０】本発明の第二の実施例である薄膜製造装置の
ホットウォール蒸着装置を示す縦断正面図である。

【図１１】粒子拡散部材を示す平面図である。

【図１２】粒子拡散部材の変形例を示し、（ａ）は平面
図であり、（ｂ）は側面図である。

【図１３】ホットウォール蒸着装置の変形例を示す縦断
正面図である。

【図１４】本発明の第三の実施例の薄膜製造装置のホッ
トウォール蒸着装置を示す縦断正面図である。

【図１５】薄膜製造装置の従来例であるホットウォール
装置を示す縦断正面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献実開昭62−141061（ＪＰ，Ｕ) 特公昭53−31829（ＪＰ，Ｂ２) 特公昭61−30029（ＪＰ，Ｂ２) 特公昭52−13512（ＪＰ，Ｂ２) 特公昭61−3873（ＪＰ，Ｂ２) 実公昭58−37952（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C23C 14/54 B01J 19/00 C23C 14/24 C30B 23/02 H01L 21/203

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】開口部を形成して成膜原料を格納する原
料容器を真空炉内に配置し、この真空炉内で基板を移動
自在に支持して前記原料容器の開口部上に位置決め保持
する基板支持機構を設け、前記原料容器内の前記成膜原
料を気化させて前記開口部上の前記基板に付着させる気
化発生手段を設け、この気化発生手段の輻射熱を前記基
板に放射し、繰り返し成膜動作する薄膜製造装置におい
て、膜厚センサを前記基板が位置する空間を介して前記
原料容器の開口部に対向配置し、前記膜厚センサからの
測定値を管理する膜厚管理手段を設け、前記原料容器の
開口部上で前記基板支持機構が蒸発源を遮蔽したタイミ
ングで測定動作を実行し、前記原料容器の開口部上に前
記基板が位置しない時点での前記膜厚センサの積算膜厚
を測定値として膜厚管理手段に記録し、この膜厚管理手
段によってこの測定値と前回の測定値との差分を、今回
膜厚センサに前記蒸発源から気化した原料が、付着して
いる時間で除算することで、この演算結果を今回の気化
割合として前記膜厚管理手段に記録し、前記気化割合に
従って前記基板支持機構と前記気化発生手段との少なく
とも一方の動作を補正する膜厚管理手段を設けたことを
特徴とする薄膜製造装置。