JP3018000B1 - コンビナトリアル分子層エピタキシー装置 - Google Patents
コンビナトリアル分子層エピタキシー装置Info
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- JP3018000B1 JP3018000B1 JP10258967A JP25896798A JP3018000B1 JP 3018000 B1 JP3018000 B1 JP 3018000B1 JP 10258967 A JP10258967 A JP 10258967A JP 25896798 A JP25896798 A JP 25896798A JP 3018000 B1 JP3018000 B1 JP 3018000B1
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Abstract
【要約】
【課題】 分子層ごとにエピタキシャル成長して無機系
超構造、金属や有機系超構造を形成するとともに、短時
間で効率的な物質探索をするためのコンビナトリアル分
子層エピタキシー装置を提供する。 【解決手段】 真空チャンバー２と、超高真空ポンプ４
と、複数の基板５を保持し回転可能な基板ホルダー６
と、基板ホルダー６を加熱するランプヒーター８と、基
板ホルダー６に対向して設けられた回転可能なターゲッ
トテーブル１０，１０と、複数の異なる固体原料のター
ゲット１２と、これらのターゲット１２を気化するエキ
シマレーザー光１３，１３と、レーザー光を真空チャン
バー２内に導入する窓１６，１６と、薄膜成長基板上の
分子層エピタキシャル成長をその場でモニターする反射
高速電子線回折の電子銃１８と、ＲＨＥＥＤのスクリー
ン１７とを備えている。
超構造、金属や有機系超構造を形成するとともに、短時
間で効率的な物質探索をするためのコンビナトリアル分
子層エピタキシー装置を提供する。 【解決手段】 真空チャンバー２と、超高真空ポンプ４
と、複数の基板５を保持し回転可能な基板ホルダー６
と、基板ホルダー６を加熱するランプヒーター８と、基
板ホルダー６に対向して設けられた回転可能なターゲッ
トテーブル１０，１０と、複数の異なる固体原料のター
ゲット１２と、これらのターゲット１２を気化するエキ
シマレーザー光１３，１３と、レーザー光を真空チャン
バー２内に導入する窓１６，１６と、薄膜成長基板上の
分子層エピタキシャル成長をその場でモニターする反射
高速電子線回折の電子銃１８と、ＲＨＥＥＤのスクリー
ン１７とを備えている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、分子層ごとにエ
ピタキシャル成長する無機系超構造、金属や有機系超構
造を形成するのに利用し、特に短時間で効率的な物質探
索をするためのコンビナトリアル分子層エピタキシー装
置に関する。
ピタキシャル成長する無機系超構造、金属や有機系超構
造を形成するのに利用し、特に短時間で効率的な物質探
索をするためのコンビナトリアル分子層エピタキシー装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近時、ランタン・バリウム・銅酸化物系
超伝導体が発見され、高温超伝導酸化物の薄膜形成技術
が格段の進歩をとげるにつれ、金属材料、無機材料及び
有機材料など様々な新機能物質の探索及び研究が行われ
ている。高温超伝導酸化物の薄膜形成では、ペロブスカ
イトなどの酸化物機能材料自体が多成分の複酸化物を基
にしているため、成分の最適化や薄膜作製条件と特性と
の相関関係を理論的に予測することが困難であり、試行
錯誤的に最適化を図らざるを得ない。
超伝導体が発見され、高温超伝導酸化物の薄膜形成技術
が格段の進歩をとげるにつれ、金属材料、無機材料及び
有機材料など様々な新機能物質の探索及び研究が行われ
ている。高温超伝導酸化物の薄膜形成では、ペロブスカ
イトなどの酸化物機能材料自体が多成分の複酸化物を基
にしているため、成分の最適化や薄膜作製条件と特性と
の相関関係を理論的に予測することが困難であり、試行
錯誤的に最適化を図らざるを得ない。
【０００３】このような中で、Ｘ．−Ｄ．Ｘｉａｎｇら
は多元スパッタリング法による薄膜形成を基板上の特定
の場所をマスクで覆うマスクパターンニング技術と組み
合わせ、多数の無機物質を並行して合成する無機材料の
コンビナトリアル薄膜合成により酸化物高温超伝導体の
探索を行い、多元系物質の機能探索に威力を発すること
を示している（Ｘ．−Ｄ．Ｘｉａｎｇら、Ｓｃｉｅｎｃ
ｅ., ２６８、１７３８（１９９５））。
は多元スパッタリング法による薄膜形成を基板上の特定
の場所をマスクで覆うマスクパターンニング技術と組み
合わせ、多数の無機物質を並行して合成する無機材料の
コンビナトリアル薄膜合成により酸化物高温超伝導体の
探索を行い、多元系物質の機能探索に威力を発すること
を示している（Ｘ．−Ｄ．Ｘｉａｎｇら、Ｓｃｉｅｎｃ
ｅ., ２６８、１７３８（１９９５））。
【０００４】またＧ．Ｂｒｉｃｅｎｏらは超巨大磁気抵
抗（ＣＭＲ）材料の探索のために、コバルト酸化物をベ
ースとする新材料のＬｎx Ｍy ＣｏＯ3-δ（Ｌｎ＝Ｌ
ａ，Ｙ、Ｍ＝Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｐｂ）をコンビナトリ
アル合成法で組成の異なる１２８個の試料をスパッタ蒸
着し、酸素雰囲気中での焼結後に磁気抵抗を測定して、
ＣｏＯ2 をベースとする複酸化物も最大磁気抵抗比７２
％ＣＭＲを示すことを明らかにし、焼結条件を変えたわ
ずか２回のコンビナトリアル合成で、Ｃｏ系ＣＭＲ材料
の発見と最適化を行っている。
抗（ＣＭＲ）材料の探索のために、コバルト酸化物をベ
ースとする新材料のＬｎx Ｍy ＣｏＯ3-δ（Ｌｎ＝Ｌ
ａ，Ｙ、Ｍ＝Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｐｂ）をコンビナトリ
アル合成法で組成の異なる１２８個の試料をスパッタ蒸
着し、酸素雰囲気中での焼結後に磁気抵抗を測定して、
ＣｏＯ2 をベースとする複酸化物も最大磁気抵抗比７２
％ＣＭＲを示すことを明らかにし、焼結条件を変えたわ
ずか２回のコンビナトリアル合成で、Ｃｏ系ＣＭＲ材料
の発見と最適化を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記無
機材料に対するコンビナトリアル合成では、薄膜形成が
いずれも室温で堆積されているため、組成制御の役割を
果たしているにすぎず、また有機・無機系いずれの材料
においても、分子層ごとのエピタキシャル成長で超格子
構造を形成した薄膜をコンビナトリアル合成することは
未だ実現されていない。
機材料に対するコンビナトリアル合成では、薄膜形成が
いずれも室温で堆積されているため、組成制御の役割を
果たしているにすぎず、また有機・無機系いずれの材料
においても、分子層ごとのエピタキシャル成長で超格子
構造を形成した薄膜をコンビナトリアル合成することは
未だ実現されていない。
【０００６】そこで、本発明は上記課題にかんがみて、
分子層ごとにエピタキシャル成長して無機系超構造、金
属や有機系超構造を形成するとともに、短時間で効率的
な物質探索をするためのコンビナトリアル分子層エピタ
キシー装置を提供することを目的とするものである。
分子層ごとにエピタキシャル成長して無機系超構造、金
属や有機系超構造を形成するとともに、短時間で効率的
な物質探索をするためのコンビナトリアル分子層エピタ
キシー装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明のコンビナトリアル分子層エピ
タキシャル成長装置は、基板を加熱する加熱手段と、複
数の基板を保持し成長位置に搬送する基板ホルダーと、
基板ホルダーの成長位置にある基板に対して薄膜組成の
原料を供給する多原料供給手段と、基板表面にガスを供
給するガス供給手段と、基板表面での単分子層ごとのエ
ピタキシャル成長をその場で観察するその場観察手段と
を圧力制御可能な高真空室に備え、各基板ごとに成長温
度、圧力及び供給原料を制御し、系統的にその場観察手
段に基づいて分子層ごとのエピタキシャル成長をした物
質群を合成するものである。
に、請求項１記載の発明のコンビナトリアル分子層エピ
タキシャル成長装置は、基板を加熱する加熱手段と、複
数の基板を保持し成長位置に搬送する基板ホルダーと、
基板ホルダーの成長位置にある基板に対して薄膜組成の
原料を供給する多原料供給手段と、基板表面にガスを供
給するガス供給手段と、基板表面での単分子層ごとのエ
ピタキシャル成長をその場で観察するその場観察手段と
を圧力制御可能な高真空室に備え、各基板ごとに成長温
度、圧力及び供給原料を制御し、系統的にその場観察手
段に基づいて分子層ごとのエピタキシャル成長をした物
質群を合成するものである。
【０００８】また請求項２記載の発明は上記構成に加
え、多原料供給手段がターゲットテーブルに装填した複
数の異なる固体原料のターゲットをエキシマレーザーで
気化し各基板上に狙い通りの組成の薄膜を形成するよう
にしたレーザー分子線エピタキシーであることを特徴と
する。さらに請求項３記載の発明は、多原料供給手段が
レーザー分子線エピタキシーであって、その場観察手段
が反射高速電子線回折であることを特徴とする。また請
求項４記載の発明は、多原料供給手段がレーザー分子線
エピタキシーであって、基板がα−Ａｌ2 Ｏ3 、ＹＳ
Ｚ、ＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ3 、ＬａＡｌＯ3、ＮｄＧａＯ
3 、ＹＡｌＯ3 、ＬａＳｒＧａＯ4 、ＮｄＡｌＯ3 、Ｙ
2 Ｏ5 、ＳｒＬａＡｌＯ4 、ＣａＮｄＡｌＯ4 、Ｓｉ及
び化合物半導体のいずれかであることを特徴とするもの
である。
え、多原料供給手段がターゲットテーブルに装填した複
数の異なる固体原料のターゲットをエキシマレーザーで
気化し各基板上に狙い通りの組成の薄膜を形成するよう
にしたレーザー分子線エピタキシーであることを特徴と
する。さらに請求項３記載の発明は、多原料供給手段が
レーザー分子線エピタキシーであって、その場観察手段
が反射高速電子線回折であることを特徴とする。また請
求項４記載の発明は、多原料供給手段がレーザー分子線
エピタキシーであって、基板がα−Ａｌ2 Ｏ3 、ＹＳ
Ｚ、ＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ3 、ＬａＡｌＯ3、ＮｄＧａＯ
3 、ＹＡｌＯ3 、ＬａＳｒＧａＯ4 、ＮｄＡｌＯ3 、Ｙ
2 Ｏ5 、ＳｒＬａＡｌＯ4 、ＣａＮｄＡｌＯ4 、Ｓｉ及
び化合物半導体のいずれかであることを特徴とするもの
である。
【０００９】さらに請求項５記載の発明は、多原料供給
手段がレーザー分子線エピタキシーであって、ターゲッ
トの固体原料が高温超伝導体、発光材料、誘電体、強誘
電体、巨大磁気抵抗材料及び酸化物のいずれかであるこ
とを特徴とする。酸化物は単成分及び多成分のいずれで
もよい。また請求項６記載の発明は、多原料供給手段が
ガスソース有機金属を流量制御してノズルにより各基板
に吹き付けて供給するガスソース分子線エピタキシーで
あることを特徴とするものである。
手段がレーザー分子線エピタキシーであって、ターゲッ
トの固体原料が高温超伝導体、発光材料、誘電体、強誘
電体、巨大磁気抵抗材料及び酸化物のいずれかであるこ
とを特徴とする。酸化物は単成分及び多成分のいずれで
もよい。また請求項６記載の発明は、多原料供給手段が
ガスソース有機金属を流量制御してノズルにより各基板
に吹き付けて供給するガスソース分子線エピタキシーで
あることを特徴とするものである。
【００１０】さらに請求項７記載の発明は、多原料供給
手段がガスソース分子線エピタキシーであって、その場
観察手段が光を利用した反射率差分光法、表面光吸収法
及び表面光干渉法のいずれかの方式に基づくものである
ことを特徴とする。また請求項８記載の発明は、多原料
供給手段がガスソース分子線エピタキシーであって、前
記基板がＳｉ及び化合物半導体であることを特徴とす
る。さらに請求項９記載の発明は、基板が基板表面を原
子レベルで平坦化し最表面原子層を特定した基板である
ことを特徴とする。また請求項１０記載の発明は、高真
空室が成長室であって、アニール室と、余熱加熱室とを
備え、前記加熱手段と前記基板ホルダーとを一体的に上
記成長室、アニール室及び余熱加熱室に搬送し独立して
真空チャンバーを形成することを特徴とする。
手段がガスソース分子線エピタキシーであって、その場
観察手段が光を利用した反射率差分光法、表面光吸収法
及び表面光干渉法のいずれかの方式に基づくものである
ことを特徴とする。また請求項８記載の発明は、多原料
供給手段がガスソース分子線エピタキシーであって、前
記基板がＳｉ及び化合物半導体であることを特徴とす
る。さらに請求項９記載の発明は、基板が基板表面を原
子レベルで平坦化し最表面原子層を特定した基板である
ことを特徴とする。また請求項１０記載の発明は、高真
空室が成長室であって、アニール室と、余熱加熱室とを
備え、前記加熱手段と前記基板ホルダーとを一体的に上
記成長室、アニール室及び余熱加熱室に搬送し独立して
真空チャンバーを形成することを特徴とする。
【００１１】このような構成の請求項１記載の発明のコ
ンビナトリアル分子層エピタキシャル成長装置では、
［多原料］×［多基板］×［温度，圧力及び気相からの
フラックス（堆積速度）などの反応パラメータ］の組合
せを独立に制御し、１シリーズの反応により単分子層ご
とにエピタキシャル成長した超格子構造を系統的に合成
することができる。
ンビナトリアル分子層エピタキシャル成長装置では、
［多原料］×［多基板］×［温度，圧力及び気相からの
フラックス（堆積速度）などの反応パラメータ］の組合
せを独立に制御し、１シリーズの反応により単分子層ご
とにエピタキシャル成長した超格子構造を系統的に合成
することができる。
【００１２】また請求項２記載の発明では、波長の短い
エキシマレーザー光によりターゲットの限られた表面を
瞬時に気化するので、狙い通りの組成の薄膜が形成で
き、例えば無機系超構造の形成が可能である。さらに請
求項３記載の発明では、分子層ごとのエピタキシャル成
長をモニターしながら、例えば高融点、多成分の酸化物
を薄膜化できる。また請求項４及び５記載の発明では、
ターゲットの原料組成を忠実に基板表面に供給し、成分
によらず付着確率がほぼ１である点が有利に働くので、
単分子層ごとにエピタキシャル成長した薄膜の高温超伝
導体、発光材料、誘電体、強誘電体、巨大磁気抵抗材料
を形成できる。
エキシマレーザー光によりターゲットの限られた表面を
瞬時に気化するので、狙い通りの組成の薄膜が形成で
き、例えば無機系超構造の形成が可能である。さらに請
求項３記載の発明では、分子層ごとのエピタキシャル成
長をモニターしながら、例えば高融点、多成分の酸化物
を薄膜化できる。また請求項４及び５記載の発明では、
ターゲットの原料組成を忠実に基板表面に供給し、成分
によらず付着確率がほぼ１である点が有利に働くので、
単分子層ごとにエピタキシャル成長した薄膜の高温超伝
導体、発光材料、誘電体、強誘電体、巨大磁気抵抗材料
を形成できる。
【００１３】さらに請求項６記載の発明では、有機金属
などの気化原料を用いて、例えば金属や有機系構造を形
成することができる。また請求項７記載の発明では、単
分子層ごとのエピタキシャル成長をモニターしながら薄
膜成長ができる。さらに請求項８記載の発明では、単分
子層ごとにエピタキシャル成長した化合物半導体が形成
できる。また請求項９記載の発明では、格段に規則正し
く長く続くＲＨＥＥＤ振動を観察することができるの
で、単分子層ごとに進行するエピタキシャル成長を確実
に実現できる。さらに請求項１０記載の発明では、基板
ホルダーを加熱したまま搬送でき、さらにアニール室、
余熱加熱室及び超高真空室を独立して温度制御及び圧力
制御することができる。
などの気化原料を用いて、例えば金属や有機系構造を形
成することができる。また請求項７記載の発明では、単
分子層ごとのエピタキシャル成長をモニターしながら薄
膜成長ができる。さらに請求項８記載の発明では、単分
子層ごとにエピタキシャル成長した化合物半導体が形成
できる。また請求項９記載の発明では、格段に規則正し
く長く続くＲＨＥＥＤ振動を観察することができるの
で、単分子層ごとに進行するエピタキシャル成長を確実
に実現できる。さらに請求項１０記載の発明では、基板
ホルダーを加熱したまま搬送でき、さらにアニール室、
余熱加熱室及び超高真空室を独立して温度制御及び圧力
制御することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、図面に示した実施形態に基
づいて本発明を詳細に説明する。図１は本発明の実施形
態にかかるコンビナトリアル分子層エピタキシー装置の
概略図であり、薄膜成長装置としてコンビナトリアルレ
ーザー分子線エピタキシー装置を例示したものであり、
このコンビナトリアルレーザー分子線エピタキシー装置
に代えてコンビナトリアルガスソース有機金属分子線エ
ピタキシー装置を用いてもよい。
づいて本発明を詳細に説明する。図１は本発明の実施形
態にかかるコンビナトリアル分子層エピタキシー装置の
概略図であり、薄膜成長装置としてコンビナトリアルレ
ーザー分子線エピタキシー装置を例示したものであり、
このコンビナトリアルレーザー分子線エピタキシー装置
に代えてコンビナトリアルガスソース有機金属分子線エ
ピタキシー装置を用いてもよい。
【００１５】本発明のコンビナトリアル分子層エピタキ
シー装置には、原料と作製する物質成分に応じて薄膜成
長装置の構成が一部異なり、パルスレーザー光によって
固体原料を気化して分子層ごとにエピタキシャル成長さ
せて無機系超構造をコンビナトリアル合成するのに適す
るコンビナトリアルレーザー分子線エピタキシー装置
と、有機金属などの気化原料を用いて金属や有機系超構
造を分子層ごとにエピタキシャル成長させて形成するの
に適するコンビナトリアルガスソース有機金属分子線エ
ピタキシー装置とがある。両装置は薄膜原料の供給方法
が異なる他はほぼ同一の装置構成である。
シー装置には、原料と作製する物質成分に応じて薄膜成
長装置の構成が一部異なり、パルスレーザー光によって
固体原料を気化して分子層ごとにエピタキシャル成長さ
せて無機系超構造をコンビナトリアル合成するのに適す
るコンビナトリアルレーザー分子線エピタキシー装置
と、有機金属などの気化原料を用いて金属や有機系超構
造を分子層ごとにエピタキシャル成長させて形成するの
に適するコンビナトリアルガスソース有機金属分子線エ
ピタキシー装置とがある。両装置は薄膜原料の供給方法
が異なる他はほぼ同一の装置構成である。
【００１６】先ず、コンビナトリアルレーザー分子線エ
ピタキシー装置について説明する。図１を参照すると、
本実施形態に係るコンビナトリアルレーザー分子線エピ
タキシー装置は、真空チャンバー２と、この真空チャン
バー２とゲートバルブ（図示せず）を介して高真空に排
気するターボ分子ポンプ、イオンポンプ及びクライオポ
ンプ等の超高真空ポンプ４と、複数の基板５を保持し回
転可能な基板ホルダー６と、この基板ホルダー６の後部
に配設され基板を加熱するランプヒーター８とを備えて
いる。
ピタキシー装置について説明する。図１を参照すると、
本実施形態に係るコンビナトリアルレーザー分子線エピ
タキシー装置は、真空チャンバー２と、この真空チャン
バー２とゲートバルブ（図示せず）を介して高真空に排
気するターボ分子ポンプ、イオンポンプ及びクライオポ
ンプ等の超高真空ポンプ４と、複数の基板５を保持し回
転可能な基板ホルダー６と、この基板ホルダー６の後部
に配設され基板を加熱するランプヒーター８とを備えて
いる。
【００１７】さらにこの装置は、回転可能なシャフト９
に支持された基板ホルダー６と、基板ホルダー６に対向
して設けられた回転可能なターゲットテーブル１０，１
０と、これらのターゲットテーブル１０，１０に装填さ
れた複数の異なる固体原料のターゲット１２と、これら
のターゲット１２を気化するエキシマレーザー光１３，
１３の光源１４，１４と、このレーザ光を集光するレン
ズ１５，１５と、レーザー光を真空チャンバー２内に導
入する窓１６，１６と、薄膜成長基板上の分子層エピタ
キシャル成長をその場でモニターする反射高速電子線回
折（以下、「ＲＨＥＥＤ」という。）の電子銃１８と、
ＲＨＥＥＤのスクリーン１７とを備えている。
に支持された基板ホルダー６と、基板ホルダー６に対向
して設けられた回転可能なターゲットテーブル１０，１
０と、これらのターゲットテーブル１０，１０に装填さ
れた複数の異なる固体原料のターゲット１２と、これら
のターゲット１２を気化するエキシマレーザー光１３，
１３の光源１４，１４と、このレーザ光を集光するレン
ズ１５，１５と、レーザー光を真空チャンバー２内に導
入する窓１６，１６と、薄膜成長基板上の分子層エピタ
キシャル成長をその場でモニターする反射高速電子線回
折（以下、「ＲＨＥＥＤ」という。）の電子銃１８と、
ＲＨＥＥＤのスクリーン１７とを備えている。
【００１８】さらに、基板ホルダー６及びターゲットテ
ーブル１０，１０のホームポジションと回転位置は図示
しない制御装置により管理されるとともに、この制御装
置により基板が成長する位置に対してターゲットの種類
が選択され、エキシマレーザーをパルス状に照射する時
間が制御されている。超高真空ポンプ４は真空チャンバ
ー２を１０-10 Ｔｏｒｒ程度に保持できる能力を有する
ことが望ましく、また真空チャンバー２は図示しないバ
ルブの開閉度を調節して圧力制御するようになってい
る。なお、超高真空ポンプはロータリーポンプを補助ポ
ンプとして用いている。
ーブル１０，１０のホームポジションと回転位置は図示
しない制御装置により管理されるとともに、この制御装
置により基板が成長する位置に対してターゲットの種類
が選択され、エキシマレーザーをパルス状に照射する時
間が制御されている。超高真空ポンプ４は真空チャンバ
ー２を１０-10 Ｔｏｒｒ程度に保持できる能力を有する
ことが望ましく、また真空チャンバー２は図示しないバ
ルブの開閉度を調節して圧力制御するようになってい
る。なお、超高真空ポンプはロータリーポンプを補助ポ
ンプとして用いている。
【００１９】ランプヒーター８は基板５に薄膜を成長さ
せている位置にあるとき成長プロセスに適した温度で加
熱しているが、その他の位置にあるときは他の余熱用の
ランプヒータ７で加熱している。これらのランプヒータ
ーは基板ホルダー６の近傍に配設されている。ランプヒ
ーターは基板ホルダー自体に配設されていてもよいが、
この場合ランプヒーターは基板が成長位置にあるときは
成長温度に制御され、余熱用の位置にあるときは所定温
度に制御されるようになっている。
せている位置にあるとき成長プロセスに適した温度で加
熱しているが、その他の位置にあるときは他の余熱用の
ランプヒータ７で加熱している。これらのランプヒータ
ーは基板ホルダー６の近傍に配設されている。ランプヒ
ーターは基板ホルダー自体に配設されていてもよいが、
この場合ランプヒーターは基板が成長位置にあるときは
成長温度に制御され、余熱用の位置にあるときは所定温
度に制御されるようになっている。
【００２０】図１に示した例では、余熱用と薄膜成長用
の真空チャンバーは兼用していて一つであるが、基板に
薄膜を成長させるチャンバーと余熱しておく真空チャン
バーとを別途に隣接して設け、各チャンバーを独立して
形成しておいてもよい。
の真空チャンバーは兼用していて一つであるが、基板に
薄膜を成長させるチャンバーと余熱しておく真空チャン
バーとを別途に隣接して設け、各チャンバーを独立して
形成しておいてもよい。
【００２１】また真空チャンバーには、常圧復帰のため
の大気及び窒素や高温超伝導関連の酸化物エピタキシー
のために、ノズル１９で供給する酸素及び反応性ガスな
どのガス供給系が設けられている。なお、図１のガス供
給系は略図であり、通常は質量流量計で制御され、真空
ポンプと連動して制御可能になっている。
の大気及び窒素や高温超伝導関連の酸化物エピタキシー
のために、ノズル１９で供給する酸素及び反応性ガスな
どのガス供給系が設けられている。なお、図１のガス供
給系は略図であり、通常は質量流量計で制御され、真空
ポンプと連動して制御可能になっている。
【００２２】さらに基板としては、α−Ａｌ2 Ｏ3 、Ｙ
ＳＺ、ＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ3 、ＬａＡｌＯ3 、ＮｄＧａ
Ｏ3 、ＹＡｌＯ3 、ＬａＳｒＧａＯ4 、ＮｄＡｌＯ3 、
Ｙ2Ｏ5 、ＳｒＬａＡｌＯ4 、ＣａＮｄＡｌＯ4 、Ｓｉ
及び化合物半導体が使用できる。
ＳＺ、ＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ3 、ＬａＡｌＯ3 、ＮｄＧａ
Ｏ3 、ＹＡｌＯ3 、ＬａＳｒＧａＯ4 、ＮｄＡｌＯ3 、
Ｙ2Ｏ5 、ＳｒＬａＡｌＯ4 、ＣａＮｄＡｌＯ4 、Ｓｉ
及び化合物半導体が使用できる。
【００２３】ところで、分子層エピタキシーに基づくＲ
ＨＥＥＤ振動を検出し、しかもこのＲＨＥＥＤ振動をモ
ニターして単分子層ごとに制御して単分子層エピタキシ
ャル成長を持続させるには、基板表面の原子レベルでの
平坦化と最表面原子層の特定が極めて重要である。例え
ばＡＢＯ3 の一般式で表されるペロブスカイト酸化物は
ＡＯとＢＯ2 の原子層の繰り返しで構成されるが、最表
面がＡＯの場合、ＢＯ2 の場合、両者が共存する場合、
その上に堆積していく膜の成長モードが異なる。
ＨＥＥＤ振動を検出し、しかもこのＲＨＥＥＤ振動をモ
ニターして単分子層ごとに制御して単分子層エピタキシ
ャル成長を持続させるには、基板表面の原子レベルでの
平坦化と最表面原子層の特定が極めて重要である。例え
ばＡＢＯ3 の一般式で表されるペロブスカイト酸化物は
ＡＯとＢＯ2 の原子層の繰り返しで構成されるが、最表
面がＡＯの場合、ＢＯ2 の場合、両者が共存する場合、
その上に堆積していく膜の成長モードが異なる。
【００２４】例えばＳｒＴｉＯ3 研磨基板は最表面が主
としてＴｉＯ2 であり、表面荒さは数ｎｍである。この
ＳｒＴｉＯ3 （１００）基板をＨＦ／ＮＨ3 緩衝溶液
（ｐＨ＝４．５）でウエットエッチング処理すると表面
を原子レベルで平坦化でき、最表面原子層がＴｉＯ2 面
にできる。したがって、本実施形態では基板表面を原子
レベルで平坦化し最表面原子層を特定した基板を用いる
のが好ましい。
としてＴｉＯ2 であり、表面荒さは数ｎｍである。この
ＳｒＴｉＯ3 （１００）基板をＨＦ／ＮＨ3 緩衝溶液
（ｐＨ＝４．５）でウエットエッチング処理すると表面
を原子レベルで平坦化でき、最表面原子層がＴｉＯ2 面
にできる。したがって、本実施形態では基板表面を原子
レベルで平坦化し最表面原子層を特定した基板を用いる
のが好ましい。
【００２５】ターゲットの固体原料としては固体であれ
ば何でも使用可能であるが、例えば、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
7 などの高温超伝導体、ＺｎＯ，（ＺｎＭｇ）Ｏ，（Ｚ
ｎＣｄ）Ｏなどの発光材料、ＳｒＴi Ｏ3 ，ＢａＴｉＯ
3 ，ＰＺＴ，（ＳｒＢａ）ＴｉＯ3 などの誘電体や強誘
電体、（ＬａＳｒ）ＭａＯ3 などの巨大磁気抵抗材料等
が使用可能である。さらに、単成分及び多成分の酸化物
を使用して成分ごとに供給することも可能である。
ば何でも使用可能であるが、例えば、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
7 などの高温超伝導体、ＺｎＯ，（ＺｎＭｇ）Ｏ，（Ｚ
ｎＣｄ）Ｏなどの発光材料、ＳｒＴi Ｏ3 ，ＢａＴｉＯ
3 ，ＰＺＴ，（ＳｒＢａ）ＴｉＯ3 などの誘電体や強誘
電体、（ＬａＳｒ）ＭａＯ3 などの巨大磁気抵抗材料等
が使用可能である。さらに、単成分及び多成分の酸化物
を使用して成分ごとに供給することも可能である。
【００２６】次に、コンビナトリアルレーザー分子線エ
ピタキシー装置の薄膜形成時の動作について説明する。
例えば真空チャンバー２を１０-4Ｔｏｒｒ程度の高真空
に制御し、ランプヒーター８で基板５を例えば８５０℃
の成長温度に制御しつつ、基板ホルダー６を回転して基
板５を成長位置に配置する。この成長位置にある基板５
に対向するようにターゲットテーブル１０，１０が回転
してターゲット１２，１２を所定位置に配置し、このタ
ーゲット１２，１２にエキシマレーザー光１３，１３を
例えばパルス状に所定時間照射する。
ピタキシー装置の薄膜形成時の動作について説明する。
例えば真空チャンバー２を１０-4Ｔｏｒｒ程度の高真空
に制御し、ランプヒーター８で基板５を例えば８５０℃
の成長温度に制御しつつ、基板ホルダー６を回転して基
板５を成長位置に配置する。この成長位置にある基板５
に対向するようにターゲットテーブル１０，１０が回転
してターゲット１２，１２を所定位置に配置し、このタ
ーゲット１２，１２にエキシマレーザー光１３，１３を
例えばパルス状に所定時間照射する。
【００２７】このエキシマレーザー光の照射によってタ
ーゲットの表面で急激な発熱と光化学反応の両方が起
き、原料成分が爆発的に気化し、基板上に狙い通りの組
成の薄膜を形成する。さらにＲＨＥＥＤの鏡面反射点で
は一層ごとの成長による核発生と平坦化の繰り返しに伴
う振動を観測でき、厳密に一分子層ごとの自己制御性の
ある膜厚モニターをする。単分子層ごとのエピタキシャ
ル成長後、ターゲットテーブル１０，１０が回転し、他
のターゲット１２，１２を所定位置に配置し、他の超格
子構造物である薄膜成長を行う。
ーゲットの表面で急激な発熱と光化学反応の両方が起
き、原料成分が爆発的に気化し、基板上に狙い通りの組
成の薄膜を形成する。さらにＲＨＥＥＤの鏡面反射点で
は一層ごとの成長による核発生と平坦化の繰り返しに伴
う振動を観測でき、厳密に一分子層ごとの自己制御性の
ある膜厚モニターをする。単分子層ごとのエピタキシャ
ル成長後、ターゲットテーブル１０，１０が回転し、他
のターゲット１２，１２を所定位置に配置し、他の超格
子構造物である薄膜成長を行う。
【００２８】一つの基板に新たな格子構造を有する人工
結晶や超格子を作製後、基板ホルダー６が回転して次の
基板の処理を行う。エピタキシャル成長膜が超伝導体の
場合、反応系の真空チャンバー２内の酸素分圧を高くし
て必要な酸化条件を満たしておく。なお、本実施形態で
は減圧度が低く、反応系内の酸素分圧を広い範囲で制御
することが可能である。
結晶や超格子を作製後、基板ホルダー６が回転して次の
基板の処理を行う。エピタキシャル成長膜が超伝導体の
場合、反応系の真空チャンバー２内の酸素分圧を高くし
て必要な酸化条件を満たしておく。なお、本実施形態で
は減圧度が低く、反応系内の酸素分圧を広い範囲で制御
することが可能である。
【００２９】このようにして本実施形態のコンビナトリ
アルレーザー分子線エピタキシー装置では、［多原料］
×［多基板］×［温度，圧力及び気相からのフラックス
（堆積速度）などの反応パラメータ］の組合せを独立に
制御し、１シリーズの反応により構造を系統的に制御し
た物質群を合成することができる。
アルレーザー分子線エピタキシー装置では、［多原料］
×［多基板］×［温度，圧力及び気相からのフラックス
（堆積速度）などの反応パラメータ］の組合せを独立に
制御し、１シリーズの反応により構造を系統的に制御し
た物質群を合成することができる。
【００３０】次に、コンビナトリアルガスソース有機金
属分子線エピタキシー装置について説明する。図１はコ
ンビナトリアルレーザー分子線エピタキシー装置の例示
であるが、装置構成が共通する点が多いので図１を参照
して説明する。図１を参照して本実施形態に係るコンビ
ナトリアルガスソース有機金属分子線エピタキシー装置
は、真空チャンバー２と、この真空チャンバー２とゲー
トバルブ（図示せず）を介して高真空に排気するターボ
分子ポンプ、イオンポンプ及びクライオポンプ等の超高
真空ポンプ４などの真空排気系とを備えている。
属分子線エピタキシー装置について説明する。図１はコ
ンビナトリアルレーザー分子線エピタキシー装置の例示
であるが、装置構成が共通する点が多いので図１を参照
して説明する。図１を参照して本実施形態に係るコンビ
ナトリアルガスソース有機金属分子線エピタキシー装置
は、真空チャンバー２と、この真空チャンバー２とゲー
トバルブ（図示せず）を介して高真空に排気するターボ
分子ポンプ、イオンポンプ及びクライオポンプ等の超高
真空ポンプ４などの真空排気系とを備えている。
【００３１】さらに、複数の基板５を保持し回転可能な
基板ホルダー６と、この基板ホルダー６の後部に配設さ
れ基板を加熱するランプヒーター８と、基板ホルダー６
とランプヒーター８とを支持して回転可能なシャフト９
とを備え、有機金属などの気化原料である複数の反応性
ガスを流量制御してノズル１９により基板に吹き付ける
ようになっており、ガス流量、ガス導入のオン・オフ又
はガス導入のタイミングなどと真空排気とは連動して制
御されている。
基板ホルダー６と、この基板ホルダー６の後部に配設さ
れ基板を加熱するランプヒーター８と、基板ホルダー６
とランプヒーター８とを支持して回転可能なシャフト９
とを備え、有機金属などの気化原料である複数の反応性
ガスを流量制御してノズル１９により基板に吹き付ける
ようになっており、ガス流量、ガス導入のオン・オフ又
はガス導入のタイミングなどと真空排気とは連動して制
御されている。
【００３２】またコンビナトリアルガスソース有機金属
分子線エピタキシー装置では、原料がガスソース有機金
属であり吸着表面反応が支配的であることから、分子層
エピタキシャル成長のその場でモニターするその場観察
手段としてレーザー光を照射し、その強度変化をモニタ
ーするのが効果的である。例えば直線偏光を基板にほぼ
垂直に入射させ、反射光の偏光特性により表面構造の異
方性を検知して分子層ごとのエピタキシャル成長をモニ
ターする反射率差分光方式、表面吸着原子又は分子によ
る光吸収及び光の位相変化による反射強度変化を測定し
て分子層ごとのエピタキシャル成長をモニターする表面
光吸収方式及び表面光干渉方式が利用できる。
分子線エピタキシー装置では、原料がガスソース有機金
属であり吸着表面反応が支配的であることから、分子層
エピタキシャル成長のその場でモニターするその場観察
手段としてレーザー光を照射し、その強度変化をモニタ
ーするのが効果的である。例えば直線偏光を基板にほぼ
垂直に入射させ、反射光の偏光特性により表面構造の異
方性を検知して分子層ごとのエピタキシャル成長をモニ
ターする反射率差分光方式、表面吸着原子又は分子によ
る光吸収及び光の位相変化による反射強度変化を測定し
て分子層ごとのエピタキシャル成長をモニターする表面
光吸収方式及び表面光干渉方式が利用できる。
【００３３】さらに基板としては例えばＩＩＩ−Ｖ族、
ＩＩ−ＶＩ族、Ｉ−ＶＩＩ族、ＩＩ−ＩＶ族、ＩＶ−Ｖ
Ｉ族の種々の組合せの化合物半導体が利用できる。さら
に化合物半導体でなくても、例えばＳｉ基板でもよい。
ＩＩ−ＶＩ族、Ｉ−ＶＩＩ族、ＩＩ−ＩＶ族、ＩＶ−Ｖ
Ｉ族の種々の組合せの化合物半導体が利用できる。さら
に化合物半導体でなくても、例えばＳｉ基板でもよい。
【００３４】このような構成のコンビナトリアルガスソ
ース有機金属分子線エピタキシー装置では、各基板ごと
に単分子層ごとの成長をモニターしてエピタキシャル成
長することができ、１シリーズの反応により構造を系統
的に制御した物質群を合成することができる。
ース有機金属分子線エピタキシー装置では、各基板ごと
に単分子層ごとの成長をモニターしてエピタキシャル成
長することができ、１シリーズの反応により構造を系統
的に制御した物質群を合成することができる。
【００３５】次に、他の実施形態を説明する。図２は他
の実施形態にかかるコンビナトリアル分子層エピタキシ
ャル成長装置の外観図である。他の実施形態に係るコン
ビナトリアル分子層エピタキシャル成長装置２０は、共
通室２２、成長室２４、アニール室２６、余熱加熱室２
８及び基板ホルダーロードロック室３４を備え、これら
の各室は真空シールドされ独立して高真空に排気される
真空チャンバーとなっている。なお、図２中のＴＭＰは
ターボ分子ポンプの略称を示すが、図示しないゲートバ
ルブを介して超高真空ポンプにより排気されるようにな
っており、補助ポンプとしてロータリポンプを使用して
いる。
の実施形態にかかるコンビナトリアル分子層エピタキシ
ャル成長装置の外観図である。他の実施形態に係るコン
ビナトリアル分子層エピタキシャル成長装置２０は、共
通室２２、成長室２４、アニール室２６、余熱加熱室２
８及び基板ホルダーロードロック室３４を備え、これら
の各室は真空シールドされ独立して高真空に排気される
真空チャンバーとなっている。なお、図２中のＴＭＰは
ターボ分子ポンプの略称を示すが、図示しないゲートバ
ルブを介して超高真空ポンプにより排気されるようにな
っており、補助ポンプとしてロータリポンプを使用して
いる。
【００３６】また各真空チャンバーは図示しないバルブ
の開閉度を調節して圧力制御でき、さらに図示しないバ
ルブ及び質量流量計が所定個所に設けられて、酸素及び
ドライ窒素などを流量制御して導入できるようになって
いる。
の開閉度を調節して圧力制御でき、さらに図示しないバ
ルブ及び質量流量計が所定個所に設けられて、酸素及び
ドライ窒素などを流量制御して導入できるようになって
いる。
【００３７】共通室２２は、成長室２４、アニール室２
６及び余熱加熱室２８と隔壁３９に設けられた開口部４
２，４２，４２を介して連結され、この開口部の周囲の
溝にＯリング４１が埋め込まれている。さらに成長室２
４、アニール室２６及び余熱加熱室２８は、隔壁３９に
対してそれぞれ真空シールドされて固定保持されてい
る。
６及び余熱加熱室２８と隔壁３９に設けられた開口部４
２，４２，４２を介して連結され、この開口部の周囲の
溝にＯリング４１が埋め込まれている。さらに成長室２
４、アニール室２６及び余熱加熱室２８は、隔壁３９に
対してそれぞれ真空シールドされて固定保持されてい
る。
【００３８】共通室２２には、基板ホルダー４８、基板
ホルダーのチャッカー４５及びランプヒーター８（図３
を参照）を円筒状のハウジング３５内に格納した基板加
熱部３６が、図２では３つ設けられている。これらの基
板加熱部３６は公転移動シャフト４３によって回転搬送
及び上下方向に移動する搬送プレート３８にハウジング
３５のフランジ部３１で真空シールドされ、かつ、保持
されている。公転移動シャフト４３は共通室２２を真空
シールドしたまま回転機構６０により回転し、移動機構
７０により上下方向に移動するようになっている。
ホルダーのチャッカー４５及びランプヒーター８（図３
を参照）を円筒状のハウジング３５内に格納した基板加
熱部３６が、図２では３つ設けられている。これらの基
板加熱部３６は公転移動シャフト４３によって回転搬送
及び上下方向に移動する搬送プレート３８にハウジング
３５のフランジ部３１で真空シールドされ、かつ、保持
されている。公転移動シャフト４３は共通室２２を真空
シールドしたまま回転機構６０により回転し、移動機構
７０により上下方向に移動するようになっている。
【００３９】ハウジング３５の他端のフランジ部３３
は、搬送プレート３８が下方の終点に移動したとき隔壁
３９の開口部４２の周囲の溝に埋め込まれたＯリング４
１に当接し、共通室２２と隔離して真空シールドされて
いる。このとき各基板加熱部３６，３６，３６と、成長
室２４、アニール室２６及び余熱加熱室２８とで形成さ
れる各真空チャンバーは独立して真空排気及び圧力制御
され、かつ、所定温度に加熱されるようになっている。
は、搬送プレート３８が下方の終点に移動したとき隔壁
３９の開口部４２の周囲の溝に埋め込まれたＯリング４
１に当接し、共通室２２と隔離して真空シールドされて
いる。このとき各基板加熱部３６，３６，３６と、成長
室２４、アニール室２６及び余熱加熱室２８とで形成さ
れる各真空チャンバーは独立して真空排気及び圧力制御
され、かつ、所定温度に加熱されるようになっている。
【００４０】図２に示すように、共通室２２にゲートバ
ルブ４６を介して設けられた基板ホルダーロードロック
室３４には、基板５が装填された基板ホルダー４８を複
数個保持したストッカー４９が設置されており、基板ホ
ルダーロードロック室３４を高真空に保持したまま外部
から操作するクリップ５２で基板ホルダー４８を基板加
熱部３６のチャッカーに装填するようになっている。
ルブ４６を介して設けられた基板ホルダーロードロック
室３４には、基板５が装填された基板ホルダー４８を複
数個保持したストッカー４９が設置されており、基板ホ
ルダーロードロック室３４を高真空に保持したまま外部
から操作するクリップ５２で基板ホルダー４８を基板加
熱部３６のチャッカーに装填するようになっている。
【００４１】成長室２４の構成は図１に示したコンビナ
トリアルレーザー分子線エピタキシー装置の構成と同様
であるが、ランプヒーターは成長室２４に対して一つだ
け設けられている点が異なる。なお、レーザー分子線エ
ピタキシーでは、図２に示すように、成長室２４にゲー
トバルブ４７を介して設けられたターゲットロードロッ
ク室３２にターゲット１２を複数個保持したプレート５
４が設置されており、ターゲットロードロック室３２を
高真空に保持したまま外部から操作するクリップ５６で
ターゲット１２を図示しないターゲットテーブルに装填
できるようになっている。
トリアルレーザー分子線エピタキシー装置の構成と同様
であるが、ランプヒーターは成長室２４に対して一つだ
け設けられている点が異なる。なお、レーザー分子線エ
ピタキシーでは、図２に示すように、成長室２４にゲー
トバルブ４７を介して設けられたターゲットロードロッ
ク室３２にターゲット１２を複数個保持したプレート５
４が設置されており、ターゲットロードロック室３２を
高真空に保持したまま外部から操作するクリップ５６で
ターゲット１２を図示しないターゲットテーブルに装填
できるようになっている。
【００４２】次に、基板加熱部について説明する。図３
は他の実施形態にかかる基板加熱部の詳細断面図であ
り、搬送プレートが下方の終点に移動して基板加熱部が
隔壁に当接している状態を示す図である。図３に示すよ
うに、基板加熱部３６は、フランジ３１，３３を両端に
有する円筒状のハウジング３５と、このハウジングの中
心線上に設けられたランプホルダー８２と、このランプ
ホルダーに設置されたランプヒーター８とを有し、基板
ホルダーを回転させる基板回転機構を備えている。な
お、ランプヒーター８は安全性と温度制御性のため水冷
配管が設けられ、水冷されている。
は他の実施形態にかかる基板加熱部の詳細断面図であ
り、搬送プレートが下方の終点に移動して基板加熱部が
隔壁に当接している状態を示す図である。図３に示すよ
うに、基板加熱部３６は、フランジ３１，３３を両端に
有する円筒状のハウジング３５と、このハウジングの中
心線上に設けられたランプホルダー８２と、このランプ
ホルダーに設置されたランプヒーター８とを有し、基板
ホルダーを回転させる基板回転機構を備えている。な
お、ランプヒーター８は安全性と温度制御性のため水冷
配管が設けられ、水冷されている。
【００４３】基板回転機構は、ランプホルダー８２の外
側に配設された基板ホルダー回転部８４と、この回転部
に設けられていて基板ホルダー４８をランプヒーター８
の焦点位置に配置するチャッカー４５とを備えている。
基板ホルダー回転部８４の上部には回転用ギヤ８３が設
けられ、自転シャフト８６のギヤ８５と噛み合ってお
り、またこの自転シャフト８６の他端に設けられた自転
用ギヤ８８は公転用ギヤ６５と噛み合っている。さらに
基板ホルダー回転部の下部にはベアリング８７が設けら
れている。
側に配設された基板ホルダー回転部８４と、この回転部
に設けられていて基板ホルダー４８をランプヒーター８
の焦点位置に配置するチャッカー４５とを備えている。
基板ホルダー回転部８４の上部には回転用ギヤ８３が設
けられ、自転シャフト８６のギヤ８５と噛み合ってお
り、またこの自転シャフト８６の他端に設けられた自転
用ギヤ８８は公転用ギヤ６５と噛み合っている。さらに
基板ホルダー回転部の下部にはベアリング８７が設けら
れている。
【００４４】次に、搬送プレートを回転搬送する回転機
構と上下方向に移動する移動機構とを説明する。図２を
参照して、搬送プレート３８を回転させる回転機構６０
は、移動プレート７２に設けられたモーター６１と、こ
のモーターの回転駆動力を伝達するシャフト６２と、こ
のシャフトの端部に設けられた駆動ギヤ６４とを備え、
この駆動ギヤ６４が公転移動シャフトに設けられた公転
用ギヤ６５に噛み合って回転駆動力を伝達するようにな
っている。なお、回転シャフト６２は、移動プレート７
２と成長室２２との間を真空シールドするために設けら
れたフレキシブルチューブ８２の内部を通っている。
構と上下方向に移動する移動機構とを説明する。図２を
参照して、搬送プレート３８を回転させる回転機構６０
は、移動プレート７２に設けられたモーター６１と、こ
のモーターの回転駆動力を伝達するシャフト６２と、こ
のシャフトの端部に設けられた駆動ギヤ６４とを備え、
この駆動ギヤ６４が公転移動シャフトに設けられた公転
用ギヤ６５に噛み合って回転駆動力を伝達するようにな
っている。なお、回転シャフト６２は、移動プレート７
２と成長室２２との間を真空シールドするために設けら
れたフレキシブルチューブ８２の内部を通っている。
【００４５】図３を参照して、公転移動シャフト４３の
端部には搬送プレート３８を複数の固定用シャフト９１
を介して固定する支持部９２が固定されて設けられてお
り、この支持部９２に対してベアリング９３を介して所
定トルクで回転するように、公転用ギヤ６５が設けられ
ている。
端部には搬送プレート３８を複数の固定用シャフト９１
を介して固定する支持部９２が固定されて設けられてお
り、この支持部９２に対してベアリング９３を介して所
定トルクで回転するように、公転用ギヤ６５が設けられ
ている。
【００４６】図２を参照して、移動機構７０は、共通室
２２の上蓋７１に固定されたブラケット７３と、このブ
ラケットに設けられたモーター７４により回転駆動する
回転シャフト７５と、この回転シャフトの回転により上
下移動する移動プレート７２とを備え、公転移動シャフ
ト４２は移動プレート７２と成長室２２との間に真空シ
ールドするために設けられたフレキシブルチューブ８３
の内部を通り、移動プレート７２上に固定された磁気シ
ールドユニット７７により磁気シールドされ、かつ、回
転可能に保持されている。なお、この磁気シールドユニ
ットは磁性流体により公転移動シャフトを真空シールド
している。
２２の上蓋７１に固定されたブラケット７３と、このブ
ラケットに設けられたモーター７４により回転駆動する
回転シャフト７５と、この回転シャフトの回転により上
下移動する移動プレート７２とを備え、公転移動シャフ
ト４２は移動プレート７２と成長室２２との間に真空シ
ールドするために設けられたフレキシブルチューブ８３
の内部を通り、移動プレート７２上に固定された磁気シ
ールドユニット７７により磁気シールドされ、かつ、回
転可能に保持されている。なお、この磁気シールドユニ
ットは磁性流体により公転移動シャフトを真空シールド
している。
【００４７】先ず、移動機構の動作を説明する。移動プ
レート７２が上始点にあるとき、モーター７４により回
転シャフト７５が回転し移動プレート７２が下降する。
このとき移動プレート７２と成長室２２の上蓋７１間の
フレキシブルチューブ８２，８３が縮んでいく。移動プ
レート７２が下降するにつれて公転移動シャフト４３が
下降し、この公転移動シャフト４３の下降につれて搬送
プレート３８に設けられた基板加熱部３６のフランジ３
３がＯリング４１に当接し、Ｏリング４１を圧縮して停
止する。したがって、各真空チャンバーは基板加熱部で
真空シールドされ、さらに独立して真空排気及び圧力制
御され、かつ、所定温度に加熱できる。
レート７２が上始点にあるとき、モーター７４により回
転シャフト７５が回転し移動プレート７２が下降する。
このとき移動プレート７２と成長室２２の上蓋７１間の
フレキシブルチューブ８２，８３が縮んでいく。移動プ
レート７２が下降するにつれて公転移動シャフト４３が
下降し、この公転移動シャフト４３の下降につれて搬送
プレート３８に設けられた基板加熱部３６のフランジ３
３がＯリング４１に当接し、Ｏリング４１を圧縮して停
止する。したがって、各真空チャンバーは基板加熱部で
真空シールドされ、さらに独立して真空排気及び圧力制
御され、かつ、所定温度に加熱できる。
【００４８】次に、搬送プレート及び基板回転機構の動
作について説明する。移動プレート７２が上始点にある
ときモーター６１により回転駆動力がシャフト６２に伝
達し、駆動ギヤ６４が回転する。この駆動ギヤ６４によ
り公転用ギヤ６５とともに公転移動シャフト４３が回転
し、この回転につれて搬送プレートが回転し、基板加熱
部３６が公転する。このとき自転用ギヤ８８も回転する
ため、自転シャフト８６により回転駆動力を回転ギヤ８
３に伝達し、基板ホルダー回転部８５が回転し、基板ホ
ルダー４８が回転する。なお、公転移動シャフト４３、
回転シャフト６２及び自転シャフト８６は各真空チャン
バーにおいて真空シールドされたまま回転する。したが
って、搬送プレートに設けられた基板加熱部を各真空チ
ャンバーまで搬送することができるとともに、基板ホル
ダーを回転することができる。
作について説明する。移動プレート７２が上始点にある
ときモーター６１により回転駆動力がシャフト６２に伝
達し、駆動ギヤ６４が回転する。この駆動ギヤ６４によ
り公転用ギヤ６５とともに公転移動シャフト４３が回転
し、この回転につれて搬送プレートが回転し、基板加熱
部３６が公転する。このとき自転用ギヤ８８も回転する
ため、自転シャフト８６により回転駆動力を回転ギヤ８
３に伝達し、基板ホルダー回転部８５が回転し、基板ホ
ルダー４８が回転する。なお、公転移動シャフト４３、
回転シャフト６２及び自転シャフト８６は各真空チャン
バーにおいて真空シールドされたまま回転する。したが
って、搬送プレートに設けられた基板加熱部を各真空チ
ャンバーまで搬送することができるとともに、基板ホル
ダーを回転することができる。
【００４９】搬送プレート３８が下方の終点に移動して
基板加熱部が共通室と隔離して真空シールドされている
とき、回転シャフト６２の回転駆動力を公転用ギヤ６５
に伝達するが、基板加熱部はＯリングに当接してロック
状態にあるため、公転用ギヤ６５だけがベアリング９３
に沿って回転し、この回転につれて自転用ギヤ８８が回
転して基板ホルダー回転部８５が回転し、基板ホルダー
４８が回転する。したがって、各真空チャンバー内で基
板ホルダーを回転することができる。
基板加熱部が共通室と隔離して真空シールドされている
とき、回転シャフト６２の回転駆動力を公転用ギヤ６５
に伝達するが、基板加熱部はＯリングに当接してロック
状態にあるため、公転用ギヤ６５だけがベアリング９３
に沿って回転し、この回転につれて自転用ギヤ８８が回
転して基板ホルダー回転部８５が回転し、基板ホルダー
４８が回転する。したがって、各真空チャンバー内で基
板ホルダーを回転することができる。
【００５０】つぎに他の実施形態のプロセスにおける動
作について説明する。なお、成長室ではレーザー分子線
エピタキシーの例を用いて説明した。さらに具体的な条
件は例示である。所定圧力の室温下、搬送プレート３８
が上始点のホームポジションにあるとき第１基板ホルダ
ー４８を余熱加熱室に対応する基板加熱部のチャッカー
４５に装填後、搬送プレート３８が下降して各基板加熱
部３６が隔壁のＯリング４１に当接し、圧縮して停止す
る。余熱加熱室２８を高真空の例えば１０-6Ｔｏｒｒに
維持しクリーニングを行うとともに昇温レート１０℃／
分で９５０℃まで温度を上げていく。
作について説明する。なお、成長室ではレーザー分子線
エピタキシーの例を用いて説明した。さらに具体的な条
件は例示である。所定圧力の室温下、搬送プレート３８
が上始点のホームポジションにあるとき第１基板ホルダ
ー４８を余熱加熱室に対応する基板加熱部のチャッカー
４５に装填後、搬送プレート３８が下降して各基板加熱
部３６が隔壁のＯリング４１に当接し、圧縮して停止す
る。余熱加熱室２８を高真空の例えば１０-6Ｔｏｒｒに
維持しクリーニングを行うとともに昇温レート１０℃／
分で９５０℃まで温度を上げていく。
【００５１】所定時間経過後、各基板加熱部の温度を維
持したまま各真空チャンバー及び共通室を所定圧力に戻
し、搬送プレート３８が上始点まで移動する。この搬送
プレート３８が回転し、余熱加熱室２８に対応して第１
基板ホルダー４８を装填している基板加熱部３６を成長
室２４まで搬送する。このとき室温のもと、つまりラン
プヒーター８をＯＦＦにした基板加熱部３６に、次の処
理をする第２基板ホルダー４８を余熱加熱室２８に対応
する基板加熱部３６のチャッカー４５に装填しておく。
持したまま各真空チャンバー及び共通室を所定圧力に戻
し、搬送プレート３８が上始点まで移動する。この搬送
プレート３８が回転し、余熱加熱室２８に対応して第１
基板ホルダー４８を装填している基板加熱部３６を成長
室２４まで搬送する。このとき室温のもと、つまりラン
プヒーター８をＯＦＦにした基板加熱部３６に、次の処
理をする第２基板ホルダー４８を余熱加熱室２８に対応
する基板加熱部３６のチャッカー４５に装填しておく。
【００５２】搬送プレート３８が下降して各真空チャン
バーを隔離し、成長室２４を高真空の例えば１０-4Ｔｏ
ｒｒに維持し、９５０℃に加熱したまま所定時間、レー
ザー分子線エピタキシー成長を行う。このとき余熱加熱
室２８では１０-6Ｔｏｒｒに維持され、昇温レート１０
℃／分で９５０℃まで昇温中である。
バーを隔離し、成長室２４を高真空の例えば１０-4Ｔｏ
ｒｒに維持し、９５０℃に加熱したまま所定時間、レー
ザー分子線エピタキシー成長を行う。このとき余熱加熱
室２８では１０-6Ｔｏｒｒに維持され、昇温レート１０
℃／分で９５０℃まで昇温中である。
【００５３】成長室２４において、単分子層ごとの分子
層エピタキシャル成長で超格子構造などを基板ホルダー
を回転して各基板に形成後、設定温度の９５０℃を維持
したまま各真空チャンバー及び共通室２２を所定圧力に
戻し、搬送プレート３８が上始点まで移動する。この搬
送プレート３８が回転し、成長室２４に対応して第１基
板ホルダー４８を装填している基板加熱部３６をアニー
ル室２６まで搬送する。このとき、余熱加熱室２８に対
応する基板加熱部３６のチャッカー４５に、第３基板ホ
ルダー４８を装填しておく。
層エピタキシャル成長で超格子構造などを基板ホルダー
を回転して各基板に形成後、設定温度の９５０℃を維持
したまま各真空チャンバー及び共通室２２を所定圧力に
戻し、搬送プレート３８が上始点まで移動する。この搬
送プレート３８が回転し、成長室２４に対応して第１基
板ホルダー４８を装填している基板加熱部３６をアニー
ル室２６まで搬送する。このとき、余熱加熱室２８に対
応する基板加熱部３６のチャッカー４５に、第３基板ホ
ルダー４８を装填しておく。
【００５４】搬送プレート３８が下降して各真空チャン
バーを隔離し、アニール室２８を例えば１Ｔｏｒｒに維
持したまま、例えば９５０℃から降温レート１０℃／分
で所定時間アニールを行う。このアニール室２８では酸
素分圧が最適に制御されている。ランプヒーター８をＯ
ＦＦにしてアニール室２８が室温になったら、他の基板
加熱部３６，３６は９５０℃に維持したまま、各真空チ
ャンバー及び共通室２２を所定圧力に戻し、搬送プレー
ト３８が上始点まで移動して、この搬送プレート３８が
回転してホームポジションに帰る。そして、エピタキシ
ャル成長後の基板ホルダーを取り出してストッカー４９
に格納後、新たな第４基板ホルダーを基板加熱部３６の
チャッカー４５に装填し、逐次処理していく。
バーを隔離し、アニール室２８を例えば１Ｔｏｒｒに維
持したまま、例えば９５０℃から降温レート１０℃／分
で所定時間アニールを行う。このアニール室２８では酸
素分圧が最適に制御されている。ランプヒーター８をＯ
ＦＦにしてアニール室２８が室温になったら、他の基板
加熱部３６，３６は９５０℃に維持したまま、各真空チ
ャンバー及び共通室２２を所定圧力に戻し、搬送プレー
ト３８が上始点まで移動して、この搬送プレート３８が
回転してホームポジションに帰る。そして、エピタキシ
ャル成長後の基板ホルダーを取り出してストッカー４９
に格納後、新たな第４基板ホルダーを基板加熱部３６の
チャッカー４５に装填し、逐次処理していく。
【００５５】このようにして他の実施形態では、［多原
料］×［多基板 ×［温度，圧力及び気相からのフラッ
クス（堆積速度）などの反応パラメータ］の組合せを独
立に制御し、１シリーズの反応により構造を系統的に制
御した物質群を合成することができる。さらに、基板に
単分子層エピタキシャル成長層を形成する成長室２４、
薄膜成長させた基板をアニールするアニール室２８及び
基板をクリーニングしつつ加熱する余熱加熱室２８を、
各対応した基板加熱部３６，３６，３６とともに独立し
て圧力制御及び温度制御しているので、基板温度を下げ
ることなく搬送でき、異なる基板温度及び圧力でのプロ
セスを連続的に行うことができる。
料］×［多基板 ×［温度，圧力及び気相からのフラッ
クス（堆積速度）などの反応パラメータ］の組合せを独
立に制御し、１シリーズの反応により構造を系統的に制
御した物質群を合成することができる。さらに、基板に
単分子層エピタキシャル成長層を形成する成長室２４、
薄膜成長させた基板をアニールするアニール室２８及び
基板をクリーニングしつつ加熱する余熱加熱室２８を、
各対応した基板加熱部３６，３６，３６とともに独立し
て圧力制御及び温度制御しているので、基板温度を下げ
ることなく搬送でき、異なる基板温度及び圧力でのプロ
セスを連続的に行うことができる。
【００５６】
【発明の効果】以上の説明から理解されるように、本発
明のコンビナトリアル分子層エピタキシャル成長装置で
は、［多原料］×［多基板］×［温度，圧力及び気相か
らのフラックス（堆積速度）などの反応パラメータ］の
組合せを独立に制御し、１シリーズの反応により単分子
層ごとにエピタキシャル成長した超格子構造を系統的に
合成することができるという効果を有する。
明のコンビナトリアル分子層エピタキシャル成長装置で
は、［多原料］×［多基板］×［温度，圧力及び気相か
らのフラックス（堆積速度）などの反応パラメータ］の
組合せを独立に制御し、１シリーズの反応により単分子
層ごとにエピタキシャル成長した超格子構造を系統的に
合成することができるという効果を有する。
【図１】本発明の一実施形態にかかるコンビナトリアル
分子層エピタキシー装置の概略図である。
分子層エピタキシー装置の概略図である。
【図２】他の実施形態にかかるコンビナトリアルレーザ
ー分子線エピタキシー装置要部の外観図である。
ー分子線エピタキシー装置要部の外観図である。
【図３】他の実施形態にかかる基板加熱部の詳細断面図
であり、搬送プレートが下方の終点に移動して基板加熱
部が隔壁に当接している状態を示す図である。
であり、搬送プレートが下方の終点に移動して基板加熱
部が隔壁に当接している状態を示す図である。
２ 真空チャンバー ４ 超高真空ポンプ ５ 基板 ６ 基板ホルダー ８ ランプヒーター １０ ターゲットテーブル １２ ターゲット １３ エキシマレーザー光 １４ 光源 １５ レンズ １６ 窓 １７ スクリーン １８ 電子銃 １９ ノズル ２０ コンビナトリアルレーザー分子線エピタキシー
装置 ２２ 共通室 ２４ 成長室 ２６ アニール室 ２８ 余熱加熱室 ３４ 基板ホルダーロードロック室 ３５ ハウジング ３６ 基板加熱部 ３８ 搬送プレート ３９ 隔壁 ４１ Ｏリング ４２ 開口部 ４３ 公転移動シャフト ４５ チャッカー ４８ 基板ホルダー ５２ クリップ ６０ 回転機構 ６２ シャフト ６４ 駆動ギヤ ６５ 公転用ギヤ ７０ 移動機構 ７１ 上蓋 ７２ 移動プレート ７３ ブラケット ７４ モーター ７５ 回転シャフト ７７ 磁気シールユニット ８２ フレキシブルチューブ ８３ 回転用ギヤ ８４ 基板ホルダー回転部 ８５ ギヤ ８６ 自転シャフト ８７ ベアリング ８８ 自転用ギヤ ９１ 固定用シャフト ９２ 支持部 ９３ ベアリング
装置 ２２ 共通室 ２４ 成長室 ２６ アニール室 ２８ 余熱加熱室 ３４ 基板ホルダーロードロック室 ３５ ハウジング ３６ 基板加熱部 ３８ 搬送プレート ３９ 隔壁 ４１ Ｏリング ４２ 開口部 ４３ 公転移動シャフト ４５ チャッカー ４８ 基板ホルダー ５２ クリップ ６０ 回転機構 ６２ シャフト ６４ 駆動ギヤ ６５ 公転用ギヤ ７０ 移動機構 ７１ 上蓋 ７２ 移動プレート ７３ ブラケット ７４ モーター ７５ 回転シャフト ７７ 磁気シールユニット ８２ フレキシブルチューブ ８３ 回転用ギヤ ８４ 基板ホルダー回転部 ８５ ギヤ ８６ 自転シャフト ８７ ベアリング ８８ 自転用ギヤ ９１ 固定用シャフト ９２ 支持部 ９３ ベアリング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 米国特許5776359（ＵＳ，Ａ) 国際公開96／11878（ＷＯ，Ａ１) Ｓｃｉｅｎｃｅ 268（1995）Ｐ. 1738−1740 Ｎａｔｕｒｅ 389（1997）Ｐ．944− 948 Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ. （1997）Ｐ．3353−3355 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C30B 23/08 H01L 21/203 B01J 19/00 H01L 43/08 ＩＮＳＰＥＣ（ＤＩＡＬＯＧ) ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (10)
- 【請求項１】 基板を加熱する加熱手段と、複数の基板
を保持し成長位置に搬送する基板ホルダーと、この基板
ホルダーの成長位置にある基板に対して薄膜組成の原料
を供給する多原料供給手段と、基板表面にガスを供給す
るガス供給手段と、基板表面での単分子層ごとのエピタ
キシャル成長をその場で観察するその場観察手段と、を
圧力制御可能な高真空室内に備え、 上記各基板ごとに成長温度、圧力及び供給原料を制御
し、系統的に上記その場観察手段に基づいて分子層ごと
のエピタキシャル成長をした物質群を合成するコンビナ
トリアル分子層エピタキシャル成長装置。 - 【請求項２】 前記多原料供給手段が、ターゲットテー
ブルに装填した複数の異なる固体原料のターゲットをエ
キシマレーザーで気化し前記各基板上に狙い通りの組成
の薄膜を形成するようにしたレーザー分子線エピタキシ
ーであることを特徴とする、請求項１に記載のコンビナ
トリアル分子層エピタキシャル成長装置。 - 【請求項３】 前記多原料供給手段がレーザー分子線エ
ピタキシーであって、前記その場観察手段が反射高速電
子線回折であることを特徴とする、請求項１に記載のコ
ンビナトリアル分子層エピタキシャル成長装置。 - 【請求項４】 前記多原料供給手段がレーザー分子線エ
ピタキシーであって、前記基板がα−Ａｌ2 Ｏ3 、ＹＳ
Ｚ、ＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ3 、ＬａＡｌＯ3 、ＮｄＧａＯ
3 、ＹＡｌＯ3 、ＬａＳｒＧａＯ4 、ＮｄＡｌＯ3 、Ｙ
2 Ｏ5 、ＳｒＬａＡｌＯ4 、ＣａＮｄＡｌＯ4 、Ｓｉ及
び化合物半導体のいずれかであることを特徴とする、請
求項１に記載のコンビナトリアル分子層エピタキシャル
成長装置。 - 【請求項５】 前記多原料供給手段がレーザー分子線エ
ピタキシーであって、ターゲットの固体原料が高温超伝
導体、発光材料、誘電体、強誘電体、巨大磁気抵抗材料
及び酸化物のいずれかであることを特徴とする、請求項
１に記載のコンビナトリアル分子層エピタキシャル成長
装置。 - 【請求項６】 前記多原料供給手段がガスソース有機金
属を流量制御してノズルにより前記各基板に吹き付けて
供給するガスソース分子線エピタキシーであることを特
徴とする、請求項１に記載のコンビナトリアル分子層エ
ピタキシャル成長装置。 - 【請求項７】 前記多原料供給手段がガスソース分子線
エピタキシーであって、前記その場観察手段が光を利用
した反射率差分光法、表面光吸収法及び表面光干渉法の
いずれかの方式に基づくものであることを特徴とする、
請求項１に記載のコンビナトリアル分子層エピタキシャ
ル成長装置。 - 【請求項８】 前記多原料供給手段がガスソース分子線
エピタキシーであって、前記基板がＳｉ及び化合物半導
体であることを特徴とする、請求項１に記載のコンビナ
トリアル分子層エピタキシャル成長装置。 - 【請求項９】 前記基板が、基板表面を原子レベルで平
坦化し最表面原子層を特定した基板であることを特徴と
する、請求項１に記載のコンビナトリアル分子層エピタ
キシャル成長装置。 - 【請求項１０】 前記高真空室が成長室であって、アニ
ール室と、余熱加熱室とを備え、前記加熱手段と前記基
板ホルダーとを一体的に上記成長室、アニール室及び余
熱加熱室へ搬送し独立して真空チャンバーを形成するこ
とを特徴とする、請求項１に記載のコンビナトリアル分
子層エピタキシャル成長装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10258967A JP3018000B1 (ja) | 1998-09-11 | 1998-09-11 | コンビナトリアル分子層エピタキシー装置 |
| US09/554,011 US6344084B1 (en) | 1998-09-11 | 1999-09-10 | Combinatorial molecular layer epitaxy device |
| PCT/JP1999/004946 WO2000015884A1 (fr) | 1998-09-11 | 1999-09-10 | Dispositif combinatoire d'épitaxie de couche moléculaire |
| DE69937042T DE69937042T2 (de) | 1998-09-11 | 1999-09-10 | Kombinatorische vorrichtung für epitaktische molekularschicht |
| EP99943276A EP1038996B1 (en) | 1998-09-11 | 1999-09-10 | Combinatorial molecular layer epitaxy device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10258967A JP3018000B1 (ja) | 1998-09-11 | 1998-09-11 | コンビナトリアル分子層エピタキシー装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP3018000B1 true JP3018000B1 (ja) | 2000-03-13 |
| JP2000086388A JP2000086388A (ja) | 2000-03-28 |
Family
ID=17327514
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10258967A Expired - Lifetime JP3018000B1 (ja) | 1998-09-11 | 1998-09-11 | コンビナトリアル分子層エピタキシー装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3018000B1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115142136A (zh) * | 2022-07-12 | 2022-10-04 | 北京智创芯源科技有限公司 | 一种基于rheed的碲镉汞分子束外延系统 |
| CN115198353A (zh) * | 2022-08-12 | 2022-10-18 | 西安奕斯伟材料科技有限公司 | 一种用于外延反应炉的灯座及辅助拆装工具 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3579690B2 (ja) | 2000-09-01 | 2004-10-20 | 独立行政法人 科学技術振興機構 | 複合酸化物系薄膜の作製方法及びその装置並びにそれにより作製した複合酸化物系薄膜。 |
| KR101021020B1 (ko) * | 2005-08-05 | 2011-03-09 | 어드밴스드 마이크로 패브리케이션 이큅먼트 인코퍼레이티드 아시아 | 반도체 공작물 처리 장치 |
-
1998
- 1998-09-11 JP JP10258967A patent/JP3018000B1/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．（１９９７）Ｐ．３３５３−３３５５ |
| Ｎａｔｕｒｅ ３８９（１９９７）Ｐ．９４４−９４８ |
| Ｓｃｉｅｎｃｅ ２６８（１９９５）Ｐ．１７３８−１７４０ |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115142136A (zh) * | 2022-07-12 | 2022-10-04 | 北京智创芯源科技有限公司 | 一种基于rheed的碲镉汞分子束外延系统 |
| CN115198353A (zh) * | 2022-08-12 | 2022-10-18 | 西安奕斯伟材料科技有限公司 | 一种用于外延反应炉的灯座及辅助拆装工具 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000086388A (ja) | 2000-03-28 |
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