JP3446138B2 - Substrate masking mechanism and combinatorial film forming apparatus - Google Patents
Substrate masking mechanism and combinatorial film forming apparatusInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の薄膜を系統
的に形成可能なコンビナトリアル成膜手法に好適な基板
マスキング機構および成膜装置に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a substrate masking mechanism and a film forming apparatus suitable for a combinatorial film forming method capable of systematically forming a plurality of thin films.
【０００２】[0002]
【従来の技術】有機・薬学合成の分野で始まったコンビ
ナトリアル合成手法は、現在では無機材料一般にも適用
され始め、新機能を有する材料探索に必要不可欠な手法
となっている。なかでもレーザアブレーション法による
成膜技術とマスク機構を組み合わせたコンビナトリアル
レーザＭＢＥ（モリキュールビームエピタキシャル）装
置によって、これまでにも酸化亜鉛や二酸化チタンなど
の酸化物薄膜の高速合成／機能探索が有効に行なわれて
きた。2. Description of the Related Art Combinatorial synthetic methods that started in the field of organic / pharmaceutical synthesis have begun to be applied to inorganic materials in general, and have become an indispensable method for searching materials having new functions. In particular, the combinatorial laser MBE (Molecule Beam Epitaxial) device, which combines the film formation technology by the laser ablation method and the mask mechanism, has been effective for high-speed synthesis and functional search of oxide thin films such as zinc oxide and titanium dioxide. Has been done.
【０００３】図８は、従来のコンビナトリアルレーザＭ
ＢＥ装置における成膜プロセスを模式的に示している。
この装置では、ＺｎＯ，ＴｉＯ2 などの酸化物をベース
とする薄膜を形成する場合、基板１の下方にターゲット
２が配置されるとともに、ターゲット２側の基板面にマ
スク１００がセットされる。図示しないチャンバ内の雰
囲気は、１０-5Ｔｏｒｒ程度の高真空レベルに設定され
る。FIG. 8 shows a conventional combinatorial laser M.
The film-forming process in a BE apparatus is typically shown.
In this apparatus, when forming a thin film based on an oxide such as ZnO or TiO 2 , the target 2 is arranged below the substrate 1 and the mask 100 is set on the substrate surface on the target 2 side. The atmosphere in the chamber (not shown) is set to a high vacuum level of about 10 −5 Torr.
【０００４】ターゲット２に対してレーザ光（ＫｒＦエ
キシマレーザ等）を照射することで、点線のようにター
ゲット原子を光励起して蒸発させ、マスク１００の孔１
００ａを通過したターゲット原子により基板１上に薄膜
Ｆが形成される。このＭＢＥ装置のように高真空雰囲気
下で成膜反応を行なうことにより、マスク１００によっ
て規定された領域にのみ薄膜を堆積させることができ
る。By irradiating the target 2 with laser light (KrF excimer laser or the like), the target atoms are photoexcited and evaporated as indicated by the dotted line, and the holes 1 of the mask 100 are exposed.
A thin film F is formed on the substrate 1 by the target atoms passing through 00a. By carrying out the film forming reaction in a high vacuum atmosphere like this MBE apparatus, a thin film can be deposited only in the region defined by the mask 100.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】一方、たとえば高温超
伝導体などの薄膜形成は酸素雰囲気下で行なわれ、その
雰囲気は、１０-1Ｔｏｒｒ程度の低真空レベルに設定さ
れる。しかしながら、このような低真空雰囲気下では図
９（Ａ）に示さすように、ターゲット原子はマスク１０
０の孔１００ａを通過するものばかりでなく、矢印で示
すようにマスク周囲からの「回り込み」によってマスク
１００の外周部等から回り込んでしまう。この回り込み
が生じると、基板面における成膜領域をマスク１００に
よって規定することができなくなる。そして、図９
（Ｂ）に示したように目標とする領域の周囲にターゲッ
ト原子が堆積し、そのため所望の領域に薄膜を堆積させ
ることができない結果となる。On the other hand, the formation of a thin film such as a high temperature superconductor is performed in an oxygen atmosphere, and the atmosphere is set to a low vacuum level of about 10 -1 Torr. However, in such a low vacuum atmosphere, as shown in FIG.
Not only those that pass through the 0 hole 100a, but also those that go around from the outer peripheral portion of the mask 100 due to "wraparound" from the periphery of the mask as shown by the arrow. When this wraparound occurs, the film formation region on the substrate surface cannot be defined by the mask 100. And in FIG.
As shown in (B), target atoms are deposited around the target area, which results in the inability to deposit a thin film in the desired area.
【０００６】この発明は以上の点にかんがみ、単一基板
上に複数の薄膜を適正かつ効率的に形成可能な基板マス
キング機構およびこの基板マスキング機構によるコンビ
ナトリアル成膜装置を提供することを目的とする。In view of the above points, an object of the present invention is to provide a substrate masking mechanism capable of properly and efficiently forming a plurality of thin films on a single substrate, and a combinatorial film forming apparatus using this substrate masking mechanism. .
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明は、基板至近位置にマスクを配置し、マス
クの孔を通して成膜領域が設定されるようにした基板マ
スキング機構であって、マスクが、基板表面の一部と接
触する接触面及びこの接触面の略中央部に形成された上
記孔を有する接触部と、この接触部が基板面に接触した
際に接触部周辺の基板面を遮蔽するシールド部と、を備
え、上記シールド部が、上記基板からマスクへの熱伝導
を小さくするように、先端がエッジ状に形成された周縁
部を有しており、上記マスクを上記基板面に接触して成
膜する際に、上記マスクの孔周辺の基板面を遮蔽するこ
とにより、蒸発したターゲット原子が回り込んで進入す
るのを阻止し、上記孔により成膜領域を正確に規定する
ことを特徴としている。また、マスクの材質は、インコ
ネル・ステンレス鋼であれば好ましく、この場合にはマ
スクの熱膨張係数が小さい。 In order to achieve the above object, the present invention provides a substrate masking mechanism in which a mask is arranged in the vicinity of a substrate and a film formation region is set through a hole of the mask. The mask contacts a part of the substrate surface.
The contact surface to be touched and the top formed on the approximate center of this contact surface
Includes a contact portion having a Kiana, and a shield portion which the contact portion shields the substrate surface around the contact portion when in contact with the substrate surface, and the shield portion, the heat conduction from the substrate to the mask
The edge is edge-shaped so that
Part, which is formed by contacting the mask with the substrate surface.
When filming, shield the substrate surface around the holes in the mask.
By, the vaporized target atom goes around and enters.
It is characterized in that the film forming region is accurately defined by the holes . Also, the material of the mask is
Flannel stainless steel is preferred, in this case
The coefficient of thermal expansion of the disc is small.
【０００８】[0008]
【０００９】さらに、本発明のコンビナトリアル成膜装
置は、真空チャンバと、この真空チャンバ内に置かれた
ターゲットと、ターゲットにレーザー光を照射してター
ゲット原子を光励起して蒸発させるレーザーアブレーシ
ョン用レーザー装置と、真空チャンバ内に支持される基
板と、基板にレーザー光を照射して基板を加熱する加熱
手段と、真空チャンバ内に酸素ガスを供給する供給管
と、基板マスキング機構と、さらに、基板マスキング機
構を上下動可能に支持し、且つ基板を回転可能に支持す
る支持機構と、を備え、基板マスキング機構が、基板至
近位置にマスクを配置し、このマスクの孔を通して成膜
領域が設定されるようにしており、上記マスクが、基板
と密着する接触面を有する接触部と、この接触部が基板
面に接触した際に接触部周辺の基板面を遮蔽するシール
ド部とを備え、上記孔は、接触部の略中央部に開口して
おり、シールド部は基板に接触する周縁部を備え、この
周縁部は基板からマスクへの熱伝導を小さくするように
先端がエッジ状に形成されており、支持機構を操作して
基板とマスキング機構を接触させて成膜することによ
り、低真空中の成膜の際のマスク周縁部からの回り込み
蒸着原子を防いで成膜領域を正確に規定すると共に、支
持機構を操作して基板を回転することにより、基板上の
この回転の円周方向に成膜条件の異なる複数の薄膜を堆
積することを特徴としている。 マスクの材質は、インコ
ネル・ステンレス鋼であることが望ましい。また、支持
機構は接触部の可動機構を有していれば好ましく、接触
部可動機構を操作して円周の半径を変化させることによ
り、基板上に半径の異なる複数の同心円に沿って成膜条
件の異なる複数の薄膜を形成することができる。 Further, the combinatorial film forming apparatus of the present invention is placed in a vacuum chamber and the vacuum chamber.
The target and the target is irradiated with laser light.
Laser ablation that excites get atoms by photoexcitation
Laser device and the substrate supported in the vacuum chamber.
Heating to irradiate the plate and substrate with laser light to heat the substrate
Means and supply pipe for supplying oxygen gas into the vacuum chamber
And a substrate masking mechanism, and further a substrate masking machine
Supports the structure so that it can move up and down, and supports the substrate so that it can rotate.
Support mechanism for controlling the substrate masking mechanism.
Place a mask in a close position, and form a film through the hole of this mask
The area is set so that the mask is
A contact portion having a contact surface that comes into close contact with
A seal that shields the substrate surface around the contact area when it comes into contact with the surface
And the hole is opened in the substantially central portion of the contact portion.
The shield part has a peripheral part that comes into contact with the substrate.
The periphery should reduce the heat transfer from the substrate to the mask
The tip is formed like an edge, and you can operate the support mechanism.
By contacting the substrate and the masking mechanism to form a film
The wraparound from the peripheral edge of the mask during film formation in a low vacuum.
Preventing vapor deposition atoms to accurately define the film formation area,
By operating the holding mechanism and rotating the board,
Multiple thin films with different deposition conditions are deposited in the circumferential direction of this rotation.
It is characterized by stacking. The material of the mask is
It is preferably flannel stainless steel. Also support
It is preferable that the mechanism has a movable mechanism of the contact part,
By changing the radius of the circumference by operating the movable part mechanism
Film is formed on the substrate along a plurality of concentric circles with different radii.
A plurality of thin films having different conditions can be formed.
【００１０】[0010]
【００１１】[0011]
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき、本発明によ
る基板マスキング機構およびコンビナトリアル成膜装置
の好適な実施の形態を説明する。図１は、この実施形態
におけるコンビナトリアル成膜装置の概略構成を示して
いる。この成膜装置は、後述する基板マスキング機構１
０を真空チャンバ３内で支持する支持機構１１と、真空
チャンバ３内に置かれたターゲット２にレーザー光を照
射してターゲット原子２ａを光励起して蒸発させる、す
なわち、レーザーアブレーション用のレーザー装置４
と、真空チャンバ３内に支持される基板１にレーザー光
を照射して基板を加熱するレーザー装置５と、を備えて
いる。なお、基板１の加熱手段は、本実施例では、真空
チャンバ３外に置かれたレーザー装置５によって基板加
熱を行うレーザー加熱装置について説明するが、真空チ
ャンバ３内の基板１近傍に配設したランプヒーター等の
手段であっても良い。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Preferred embodiments of a substrate masking mechanism and a combinatorial film forming apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of a combinatorial film forming apparatus in this embodiment. This film forming apparatus has a substrate masking mechanism 1 described later.
0 in a vacuum chamber 3 and a support mechanism 11 for irradiating a target 2 placed in the vacuum chamber 3 with a laser beam to excite target atoms 2a by photoexcitation, that is, a laser device 4 for laser ablation.
And a laser device 5 for heating the substrate by irradiating the substrate 1 supported in the vacuum chamber 3 with laser light. In the present embodiment, the heating means for the substrate 1 will be described as a laser heating device that heats the substrate by the laser device 5 placed outside the vacuum chamber 3. However, the heating means is provided in the vacuum chamber 3 near the substrate 1. It may be a means such as a lamp heater.
【００１３】真空チャンバ３内は、真空引きにより１０
-3Ｔｏｒｒ程度の低真空レベルに設定される。また、供
給管６から酸素ガス等が供給されるようになっている。The inside of the vacuum chamber 3 is evacuated to 10
It is set to a low vacuum level of about -3 Torr. Further, oxygen gas or the like is supplied from the supply pipe 6.
【００１４】基板マスキング機構１０は、図２に示され
るように、基板１の至近位置にマスク１２を配置し、こ
のマスク１２の孔１３を通して成膜領域が設定されるよ
うになっている。この例では、基板１は一辺１５ｍｍ程
度の矩形形状とし、ターゲット２側の面（基板面）に成
膜される。また、孔１３は一辺３ｍｍ程度の矩形形状で
ある。図示のようにマスク１２は、基板１の大部分の領
域を覆い得る大きさを有する。As shown in FIG. 2, the substrate masking mechanism 10 arranges a mask 12 in the closest position to the substrate 1 and sets a film formation region through a hole 13 of the mask 12. In this example, the substrate 1 has a rectangular shape with a side of about 15 mm, and is formed on the surface (substrate surface) on the target 2 side. The hole 13 has a rectangular shape with a side of about 3 mm. As shown, the mask 12 is large enough to cover most of the area of the substrate 1.
【００１５】図３は基板マスキング機構１０の具体的構
成例を示している。マスク１２は、基板１と密着する接
触面１４ａを有する接触部１４と、この接触部１４が基
板面１ａに接触した際、接触部１４の周辺の基板面１ａ
を遮蔽するシールド部１５とを備えている。マスク１２
の形成材料としては、熱膨張係数の小さいもの（たとえ
ばステンレス鋼であるインコネル）が用いられる。FIG. 3 shows a specific example of the structure of the substrate masking mechanism 10. The mask 12 has a contact portion 14 having a contact surface 14a that is in close contact with the substrate 1, and when the contact portion 14 contacts the substrate surface 1a, the substrate surface 1a around the contact portion 14
And a shield part 15 for shielding the. Mask 12
A material having a small coefficient of thermal expansion (for example, Inconel which is stainless steel) is used as the material for forming the.
【００１６】マスク１２の孔１３は、接触部１４のほぼ
中央部に開口している。シールド部１５は、その周縁部
１５ａで基板面１ａに接触するが、この周縁部１５ａの
基板面１ａへの接触面積は、基板１からマスク１２への
熱伝導を極力小さくするため、図３に示すように、周縁
部１５ａは先細のエッジ状に形成されている。The hole 13 of the mask 12 is opened substantially at the center of the contact portion 14. The shield portion 15 comes into contact with the substrate surface 1a at its peripheral edge portion 15a. The contact area of the peripheral edge portion 15a with the substrate surface 1a minimizes heat conduction from the substrate 1 to the mask 12, so that the shield portion 15 shown in FIG. As shown, the peripheral portion 15a is formed in a tapered edge shape.
【００１７】基板マスキング機構１０を支持する支持機
構１１は、図１に示したように、回転支軸１６によって
基板１を回転可能に支持している。回転支軸１６は真空
チャンバ３の外部の駆動手段（ステッピングモータ等で
よい）によって所定のピッチ角度で回転駆動される。ま
た、マスク１２はブラケット１７を介して、シャフト１
８によって上下動可能に支持される。シャフト１８は真
空チャンバ３の外部の駆動手段によって上下にストロー
ク調整可能に駆動される。As shown in FIG. 1, the support mechanism 11 for supporting the substrate masking mechanism 10 rotatably supports the substrate 1 by means of a rotation support shaft 16. The rotary support shaft 16 is rotationally driven at a predetermined pitch angle by a driving means (which may be a stepping motor or the like) outside the vacuum chamber 3. Further, the mask 12 is attached to the shaft 1 via the bracket 17.
It is supported by 8 so as to be vertically movable. The shaft 18 is driven by a driving means outside the vacuum chamber 3 so that the stroke can be adjusted up and down.
【００１８】レーザー装置４は、例えばＫｒＦエキシマ
レーザであり、真空チャンバ３の外部からターゲット２
を照射することにより、ターゲット原子２ａを光励起し
蒸発させる。レーザー装置５は、例えばＮｄ：ＹＡＧレ
ーザであり、チャンバ３の外部から照射することにより
基板１を加熱する。The laser device 4 is, for example, a KrF excimer laser, and the target 2 is supplied from the outside of the vacuum chamber 3.
The target atoms 2a are photoexcited and evaporated by irradiation with. The laser device 5 is, for example, an Nd: YAG laser, and heats the substrate 1 by irradiating it from the outside of the chamber 3.
【００１９】上記構成において、成膜に際して供給管６
から酸素ガス等が供給される。たとえばイットリウム系
高温超伝導体ＹＢＣＯ（ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 ）の薄膜を
形成する場合、６００×１０-3Ｔｏｒｒの酸素圧に設定
され、基板１はレーザー装置５によって８００℃程度の
温度に加熱される。In the above structure, the supply pipe 6 is used for film formation.
Oxygen gas or the like is supplied from. For example, when a thin film of yttrium-based high temperature superconductor YBCO (YBa 2 Cu 3 O 7 ) is formed, the oxygen pressure is set to 600 × 10 −3 Torr, and the substrate 1 is heated by the laser device 5 to a temperature of about 800 ° C. To be done.
【００２０】図４はこの実施形態における成膜プロセス
を模式的に示している。ターゲット２に対してレーザー
装置４からレーザ光４ａを照射することで、点線のよう
にターゲット原子２ａを蒸発させる。このとき基板１の
基板面１ａに対して、接触部１４とシールド部１５が密
着し、これにより基板面１ａは外部から遮蔽される。し
たがって、たとえば図示のように、ターゲット２から蒸
発したターゲット原子２ａ′が回り込もうとしても、そ
の進入が阻止される。この結果、マスク１２の孔１３を
通過したターゲット原子のみが基板面１ａに到達するこ
とができ、これによってマスク１２の孔１３により成膜
領域を正確に規定することができる。このように、マス
ク１２によって規定された領域にのみ薄膜Ｆを堆積させ
ることができる。FIG. 4 schematically shows the film forming process in this embodiment. By irradiating the target 2 with the laser beam 4a from the laser device 4, the target atoms 2a are evaporated as shown by the dotted line. At this time, the contact portion 14 and the shield portion 15 are brought into close contact with the substrate surface 1a of the substrate 1, so that the substrate surface 1a is shielded from the outside. Therefore, for example, as shown in the drawing, even if the target atoms 2a ′ evaporated from the target 2 try to go around, the invasion thereof is blocked. As a result, only the target atoms that have passed through the holes 13 of the mask 12 can reach the substrate surface 1a, whereby the holes 13 of the mask 12 can accurately define the film formation region. Thus, the thin film F can be deposited only in the region defined by the mask 12.
【００２１】上記のような成膜プロセスで薄膜Ｆを形成
する際、本発明では支持機構１１の回転支軸１６によっ
て基板１を所定角度ずつ回転させることで、薄膜Ｆごと
に成膜条件を異ならせ、１枚の基板１上に複数の薄膜Ｆ
をシーケンシャルに堆積させていく。この場合、図５に
示すように高温超伝導体ＹＢＣＯの薄膜を形成する際
に、たとえばレーザー装置４のレーザ光４ａの焦点距離
を変化させることで、成膜条件を変えることができる。When the thin film F is formed by the film forming process as described above, in the present invention, the substrate 1 is rotated by a predetermined angle by the rotation support shaft 16 of the supporting mechanism 11 so that the film forming conditions are different for each thin film F. A plurality of thin films F on one substrate 1.
Are sequentially deposited. In this case, when forming the thin film of the high temperature superconductor YBCO as shown in FIG. 5, the film forming conditions can be changed by changing the focal length of the laser beam 4a of the laser device 4, for example.
【００２２】図５（Ａ）において、真空チャンバ３に付
設されたレーザ導入窓１９に照射されるレーザ光４ａの
光路上にフォーカスレンズ２０が配置される。フォーカ
スレンズ２０はレンズ駆動機構２１によって、光路に沿
って位置調整可能に移動されるようになっている。この
例では成膜条件の異なる８種類の薄膜Ｆ（Ｎｏ．１〜Ｎ
ｏ．８）を得るために、フォーカスレンズ２０を８つの
フォーカスポイントに位置調整するようにしている。In FIG. 5A, a focus lens 20 is arranged on the optical path of the laser beam 4a with which the laser introduction window 19 attached to the vacuum chamber 3 is irradiated. The focus lens 20 is moved by a lens drive mechanism 21 so that the position of the focus lens 20 can be adjusted along the optical path. In this example, eight kinds of thin films F (No. 1 to N) having different film forming conditions are used.
o. In order to obtain 8), the position of the focus lens 20 is adjusted to eight focus points.
【００２３】図５（Ｂ）は、形成されたＹＢＣＯの薄膜
のフォーカスポイントに対する結晶性の変化の関係を示
している。この場合、結晶性の良否はΔＣ／Ｃの値で判
断される。ここに「Ｃ」は薄膜のＹＢＣＯのＣ軸結晶軸
の格子定数、また「ΔＣ」は各薄膜Ｆ（Ｎｏ．１〜Ｎ
ｏ．８）の格子定数の揺らぎに相当し、ΔＣ／Ｃの値が
小さいほど、結晶性は良好である。Ｎｏ．４〜Ｎｏ．７
の薄膜で結晶性が良好となっている。結晶性はレーザ光
４ａのフォーカスポイントに依存度が強いことが判明す
るが、基板１を回転させながら１枚の基板１上に複数の
薄膜Ｆを堆積させることにより、複数の試料を一度に得
ることができるため極めて効率的に実験を行うことがで
きる。FIG. 5B shows the relationship of the change in crystallinity with respect to the focus point of the formed YBCO thin film. In this case, the quality of the crystallinity is judged by the value of ΔC / C. Here, “C” is the lattice constant of the C-axis crystal axis of YBCO of the thin film, and “ΔC” is each thin film F (No. 1 to N).
o. This corresponds to the fluctuation of the lattice constant of 8), and the smaller the value of ΔC / C, the better the crystallinity. No. 4 to No. 7
The thin film has excellent crystallinity. It turns out that the crystallinity has a strong dependence on the focus point of the laser beam 4a, but a plurality of samples are obtained at a time by depositing a plurality of thin films F on one substrate 1 while rotating the substrate 1. Therefore, the experiment can be performed extremely efficiently.
【００２４】ここで、基板１を回転可能に支持すること
によって、基板面１ａにおいて円周に沿った複数の薄膜
Ｆを形成することができる。この場合、円周の半径を変
化させることにより、半径の異なる複数の同心円に沿っ
てそれぞれ複数の薄膜Ｆを形成することができる。な
お、円周の半径を変化させるには、たとえば図１あるい
は図２において接触部１４がマスク１２の面上で半径Ｒ
方向に移動する接触部可動機構を設け、この接触部可動
機構を支持機構１１のブラケット１７およびシャフト１
８の内部に設けた駆動力伝達機構により駆動することに
より行うことができる。By rotatably supporting the substrate 1, it is possible to form a plurality of thin films F along the circumference on the substrate surface 1a. In this case, by changing the radius of the circumference, it is possible to form a plurality of thin films F along a plurality of concentric circles having different radii. In order to change the radius of the circumference, for example, in FIG. 1 or 2, the contact portion 14 has a radius R on the surface of the mask 12.
A contact part moving mechanism that moves in the direction is provided.
It can be carried out by driving by a driving force transmission mechanism provided inside 8.
【００２５】なおまた、基板１を回転可能に支持するこ
とで、図６のようにＲＨＥＥＤ（電子線回折装置）を効
果的に用いることができる。このＲＨＥＥＤは、形成さ
れた薄膜Ｆ（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．８）に電子線を照射する
電子銃２２と、薄膜Ｆからの回折線を表示するスクリー
ン２３と、スクリーン２３の映像を撮像手段（ＣＣＤ）
２４によって撮像して表示するモニタ２５とを含んでい
る。By rotatably supporting the substrate 1, an RHEED (electron diffraction apparatus) can be effectively used as shown in FIG. In this RHEED, an electron gun 22 that irradiates the formed thin film F (No. 1 to No. 8) with an electron beam, a screen 23 that displays a diffraction line from the thin film F, and an image capturing means ( CCD)
And a monitor 25 for imaging and displaying by 24.
【００２６】ＲＨＥＥＤのモニタ２５には、図７のよう
に各薄膜Ｆごとに順次、成膜反応中の結晶の成長状態が
表示される。成膜条件の異なる複数の結晶構造をリアル
タイムで観察することができ、成膜条件と結晶構造との
関係を容易にかつ的確に把握することができる。On the RHEED monitor 25, the growth state of crystals during the film forming reaction is sequentially displayed for each thin film F as shown in FIG. A plurality of crystal structures under different film formation conditions can be observed in real time, and the relationship between the film formation conditions and the crystal structure can be easily and accurately grasped.
【００２７】上記実施形態では、低真空レベルでの薄膜
形成の例を説明したが、本発明はこの場合だけでなく様
々な真空条件下での薄膜形成法であるＣＶＤ法やスパッ
タリング法に対しても有効に適用可能であり、上記実施
形態と同様な作用効果を得ることができる。また、上記
実施形態で用いた数値等は、それらの数値等にのみ限定
されるものではなく、必要に応じて適宜変更が可能であ
る。In the above embodiment, an example of forming a thin film at a low vacuum level has been described, but the present invention is not limited to this case, but is applicable to the CVD method and the sputtering method which are thin film forming methods under various vacuum conditions. Can also be effectively applied, and the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained. Further, the numerical values and the like used in the above embodiment are not limited to those numerical values and the like, and can be appropriately changed as necessary.
【００２８】[0028]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、こ
の種の成膜装置において、マスクの孔周辺の基板面を遮
蔽することにより、蒸発したターゲット原子が回り込ん
で進入するのを阻止し、マスクの孔により成膜領域を正
確に規定することができる。また、１枚の基板上に複数
の薄膜をシーケンシャルに堆積させていくことで、成膜
条件の異なる薄膜を効率よく、しかも適正に形成するこ
とができる。As described above, according to the present invention, in this type of film forming apparatus, by shielding the substrate surface around the hole of the mask, vaporized target atoms are prevented from entering and entering. However, the film formation region can be accurately defined by the holes of the mask. Further, by sequentially depositing a plurality of thin films on one substrate, it is possible to efficiently and properly form thin films having different film forming conditions.
【図１】本発明の実施形態におけるコンビナトリアル成
膜装置の概略構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a combinatorial film forming apparatus in an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施形態における基板マスキング機構
を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a substrate masking mechanism in the embodiment of the present invention.
【図３】本発明の実施形態における基板マスキング機構
の要部構成を示す斜視図および断面図である。3A and 3B are a perspective view and a cross-sectional view showing a main configuration of a substrate masking mechanism according to an embodiment of the present invention.
【図４】本発明の実施形態における成膜プロセスを模式
的に示す図である。FIG. 4 is a diagram schematically showing a film forming process according to an embodiment of the present invention.
【図５】本発明の実施形態におけるレーザー装置のレー
ザ光の焦点距離を変化させるための構成および焦点距離
と結晶性との関係を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing a configuration for changing the focal length of laser light of the laser device according to the embodiment of the present invention and a relationship between the focal length and crystallinity.
【図６】本発明の実施形態におけるＲＨＥＥＤを用いる
実験例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an experimental example using RHEED in the embodiment of the present invention.
【図７】本発明の実施形態において、ＲＨＥＥＤを用い
る実験における実験結果を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing experimental results in an experiment using RHEED in the embodiment of the present invention.
【図８】従来のコンビナトリアルレーザＭＢＥ装置にお
ける成膜プロセスを模式的に示す図である。FIG. 8 is a diagram schematically showing a film forming process in a conventional combinatorial laser MBE apparatus.
【図９】従来の低真空レベル雰囲気下での成膜プロセス
を模式的に示す図である。FIG. 9 is a diagram schematically showing a film forming process in a conventional low vacuum level atmosphere.
１ 基板 ２ ターゲット ３ 真空チャンバ ４ レーザー装置 ５ レーザー装置 ６ 供給管 １０ 基板マスキング機構 １１ 支持機構 １２ マスク １３ 孔 １４ 接触部 １５ シールド部 １６ 回転支軸 １７ ブラケット １８ シャフト １９ レーザ導入窓 ２０ フォーカスレンズ ２１ レンズ駆動機構 1 substrate 2 targets 3 vacuum chamber 4 laser equipment 5 laser equipment 6 supply pipes 10 Substrate masking mechanism 11 Support mechanism 12 masks 13 holes 14 Contact part 15 Shield part 16 rotation spindle 17 bracket 18 shaft 19 Laser introduction window 20 focus lens 21 Lens drive mechanism
フロントページの続き (56)参考文献 特開2000−86389（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−135567（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−213634（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−145769（ＪＰ，Ａ) 特開2000−319782（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−118062（ＪＰ，Ａ) 特表 平10−512840（ＪＰ，Ａ) 松本祐司・鯉沼秀臣，コンビナトリア ルケミストリーによる無機材料のハイス ループット開発，セラミックス，日本, 1999年，34（1999）Ｎｏ．５，ｐｐ. 373−376 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 14/04 ZCC Continuation of the front page (56) Reference JP 2000-86389 (JP, A) JP 60-135567 (JP, A) JP 9-213634 (JP, A) JP 63-145769 (JP, A) JP 2000-319782 (JP, A) JP 63-118062 (JP, A) Tokuyohei 10-512840 (JP, A) Yuji Matsumoto, Hideomi Koinuma, High throughput inorganic materials by combinatorial chemistry Development, Ceramics, Japan, 1999, 34 (1999) No. 5, pp. 373-376 (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) C23C 14/04 ZCC
Claims (5)
スクの孔を通して成膜領域が設定されるようにした基板
マスキング機構であって、 上記マスクが、上記基板と密着する接触面を有する接触
部と、この接触部が基板面に接触した際に接触部周辺の
基板面を遮蔽するシールド部と、を備え、 上記孔は、上記接触部の略中央部に開口しており、 上記シールド部は上記基板に接触する周縁部を備え、こ
の周縁部は上記基板からマスクへの熱伝導を小さくする
ように先端がエッジ状に形成されており、 マスクを基板面に接触して成膜する際に、マスクの孔周
辺の基板面を遮蔽することにより、蒸発したターゲット
原子が回り込んで進入するのを阻止し、上記孔により成
膜領域を規定することを特徴とする、基板マスキング機
構。 1. A substrate masking mechanism in which a mask is arranged in the vicinity of a substrate, and a film formation region is set through a hole of the mask, wherein the mask has a contact surface that is in close contact with the substrate. A shield portion that shields the substrate surface around the contact portion when the contact portion contacts the substrate surface, and the hole is opened in a substantially central portion of the contact portion. Has a peripheral edge that contacts the substrate.
The peripheral edge of the substrate reduces heat conduction from the substrate to the mask
As shown in the figure , the tip is formed in an edge shape, and when the mask is in contact with the substrate surface to form a film,
Evaporated target by shielding the substrate surface of the side
The holes prevent the atoms from wrapping around and enter, and
Substrate masking machine characterized by defining a film area
Structure.
ンレス鋼であることを特徴とする、請求項１に記載の基
板マスキング機構。 2. The material of the mask is Inconel stainless steel.
Base according to claim 1, characterized in that it is a stainless steel.
Board masking mechanism.
置かれたターゲットと、このターゲットにレーザー光を
照射してターゲット原子を光励起して蒸発させるレーザ
ーアブレーション用レーザー装置と、上記真空チャンバ
内に支持される基板と、この基板にレーザー光を照射し
て上記基板を加熱する加熱手段と、上記真空チャンバ内
に酸素ガスを供給する供給管と、基板マスキング機構
と、を備えたコンビナトリアル成膜装置において、 上記基板マスキング機構を上下動可能に支持し、且つ基
板を回転可能に支持する支持機構を有し、 上記基板マスキング機構が、基板至近位置にマスクを配
置し、このマスクの孔を通して成膜領域が設定されるよ
うにしており、 上記マスクが、上記基板と密着する接触面を有する接触
部と、この接触部が基板面に接触した際に接触部周辺の
基板面を遮蔽するシールド部と、を備え、 上記孔は、上記接触部の略中央部に開口しており、 上記シールド部は上記基板に接触する周縁部を備え、こ
の周縁部は上記基板からマスクへの熱伝導を小さくする
ように先端がエッジ状に形成されており、 支持機構を操作して基板とマスキング機構を接触させて
成膜することにより、 低真空中の成膜の際のマスク周縁
部からの回り込み蒸着原子を防いで成膜領域を正確に規
定すると共に、支持機構を操作して基板を回転すること
により、基板上のこの回転の円周方向に成膜条件の異な
る複数の薄膜を堆積することを特徴とする、コンビナト
リアル成膜装置 。3. A vacuum chamber and the inside of this vacuum chamber
Put the target and the laser light on this target
A laser that irradiates and optically excites target atoms to vaporize them.
-Laser device for ablation and the above vacuum chamber
The substrate supported inside and the substrate is irradiated with laser light
In the vacuum chamber and heating means for heating the substrate
Supply pipe for supplying oxygen gas to the substrate and substrate masking mechanism
And a substrate supporting mechanism for supporting the substrate masking mechanism so that the substrate masking mechanism can be moved up and down.
It has a support mechanism that rotatably supports the plate, and the substrate masking mechanism disposes the mask at a position close to the substrate.
Then, the film formation area is set through the holes in this mask.
And the mask has a contact surface that makes close contact with the substrate.
Part and the area around the contact part when this contact part contacts the substrate surface.
A shield portion for shielding the surface of the substrate, the hole is opened at a substantially central portion of the contact portion, and the shield portion has a peripheral edge portion that contacts the substrate.
The peripheral edge of the substrate reduces heat conduction from the substrate to the mask
As shown in the figure, the tip is edge-shaped, and the support mechanism is operated to bring the masking mechanism into contact with the substrate.
By forming a film, the mask edge when forming a film in a low vacuum
Precisely regulates the film formation area by preventing vapor deposition atoms from wrapping around
Setting and rotating the substrate by operating the support mechanism.
As a result, the film formation conditions differ in the circumferential direction of this rotation on the substrate.
Combinat, characterized by depositing multiple thin films
Real film forming equipment .
ンレス鋼であることを特徴とする、請求項３に記載のコ
ンビナトリアル成膜装置。 4. The material of the mask is Inconel stainless steel.
The steel according to claim 3, characterized in that it is stainless steel.
Nbinatorial deposition system.
有し、この接触部の可動機構を操作して前記円周の半径
を変化させることにより、基板上に半径の異なる複数の
同心円に沿って成膜条件の異なる複数の薄膜を形成する
ことを特徴とする、請求項３又は４に記載のコンビナト
リアル成膜装置。 5. The support mechanism comprises a movable mechanism of the contact portion.
Have the radius of the circumference by operating the movable mechanism of this contact part.
By changing the
Form multiple thin films with different deposition conditions along a concentric circle
The combinato according to claim 3 or 4, characterized in that
Real film forming equipment .
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| JP2000259777A JP3446138B2 (en) | 2000-08-29 | 2000-08-29 | Substrate masking mechanism and combinatorial film forming apparatus |
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| JP2000259777A JP3446138B2 (en) | 2000-08-29 | 2000-08-29 | Substrate masking mechanism and combinatorial film forming apparatus |
Publications (2)
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2000
- 2000-08-29 JP JP2000259777A patent/JP3446138B2/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 松本祐司・鯉沼秀臣，コンビナトリアルケミストリーによる無機材料のハイスループット開発，セラミックス，日本，１９９９年，３４（１９９９）Ｎｏ．５，ｐｐ．３７３−３７６ |
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