JP3787719B2 - ３元系相図薄膜の作製方法及びそれに用いるコンビナトリアル成膜装置用マスキング機構 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３元系相図に対応した薄膜を作製できる、コンビナトリアル成膜装置用マスキング機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高温超伝導現象、巨大磁気抵抗現象、高輝度蛍光現象、新触媒現象といった新たな物理現象が数多く発見されている。このような物理現象を発現する材料、組成の探査はコンビナトリアル成膜装置で行われている。
コンビナトリアル成膜装置を用いれば、同一真空工程で、発現可能性のある物質群のライブラリーを１基板上に１度に形成でき、ライブラリーから新物質、新組成の発見、あるいはライブラリーの特性から理論的予測を得ることができる。従来法では１００年かかる物質探査をコンビナトリアル成膜装置を用いれば１ヶ月に短縮するといわれている。
コンビナトリアル成膜装置は、基板上の所望の部分のみに物質供給を限定する手段、種類の異なる薄膜の成膜手段、及び基板上の所望の部分の構造を解析する構造解析手段を必須としており、例えば、複数のマスク装置、ターゲット切替装置、アブレーション・レーザ光導入装置、基板加熱用レーザ装置、及び、ＲＨＥＥＤ装置等を有している。
【０００３】
ところで近年、２元系、３元系の新物質の探査の要求が高まっている。例えば、プラズマディスプレイ用蛍光物質には、従来の電子線励起蛍光物質とは異なった特性を有する蛍光物質が必要であり、この蛍光物質は２元系、３元系の新物質で実現されると予測されている。
従来のコンビナトリアル成膜装置による２元系、３元系物質探査は、例えば、図９に示すようにして行っている。
図９は従来のコンビナトリアル成膜装置による２元系、３元系物質探査法を示す図である。例えば図９（ａ）に示すように、マスク１，２を制御し、物質が蒸着される基板上の部分（ピクセル）を選択し、ターゲット物質Ａ，Ｂ，Ｃを選択して蒸発させる。次に、マスク１，２を制御し、物質が蒸着される基板上の他のピクセルを選択し、ターゲット物質Ａ，Ｂ，Ｃを選択して蒸着する。このような工程をくり返し、１つの基板上に、２元系あるいは３元系の成分比の異なる多数の物質を積層したピクセルを形成し、ピクセル毎に所定の特性を測定し、所望の特性を有するピクセルを見つけだし、成分比を求める。あるいは、図９（ｂ）に示すように、蒸着するピクセルが選択された複数のマスクを配置した回転可能な円盤を用い、この円盤を順次回転させて、成分比の異なる多数の物質を積層したピクセルを形成する。もしくは、図９（ｃ）に示すようにマスクは固定し、基板を回転させ、かつ、ターゲット物質Ａ，Ｂ，Ｃを選択して蒸着することにより、形成する。
【０００４】
しかしながら、蛍光物質のように、有用な特性が得られる物質の成分比範囲が狭い場合がある。このような場合、上記のコンビナトリアル装置では、成分比の変化が極めて小さい非常に多くのピクセルを形成しなければならなず、時間がかかるという課題がある。
また、ピクセル毎に、マスク可動、蒸着ターゲットの切り替えが必要であり、初めに形成したピクセルと、最後に形成したピクセルとでは、成膜条件が異なる場合がある。例えば、時間の経過と共に生じる制御不能な基板温度の変化、雰囲気組成の変化等により、再現性の良好なデータが得られない場合がある。このため、再現性といった、得られたデータの信頼性が低いという課題がある。
【０００５】
この問題を避けるために、従来は２元系の場合に、下記示す方法で成膜している。
図１０は、従来のコンビナトリアル成膜装置を用いた２元系物質探査法を説明する図である。図１０（ａ）に示すように、物質ＡまたはＢの蒸発流に垂直に配置され、開口部を有するマスク１と、マスク１に平行に走査できるマスク２を有するコンビナトリアル装置を用い、基板をマスク１の開口部にまたがって配置する。次に同（ｂ）に示すように、物質Ａを蒸発させながら、マスク２をｘ方向に走査する。マスク２を一定速度でｘ方向に走査すれば、基板上に蒸着される物質Ａの膜厚は、蒸発流に晒されている時間に比例するから、マスクの走査方向、すなわち、ｘ方向に一定割合で厚くなるＡ物質からなる膜厚分布が得られる。次に、図１０（ｃ）に示すように、蒸着する物質をＢに替え、図１０（ｂ）とは逆位置から−ｘ方向に走査すれば、−ｘ方向に一定割合で厚くなるＢ物質からなる膜厚分布が得られる。図１０（ｃ）の右図に示したように、このようにして作製したＡ，Ｂ物質の膜厚分布は、ｘ方向にＡ物質の膜厚が、０から１００％まで連続変化し、Ｂ物質の膜厚が１００から０％まで連続変化した積層膜が得られる。蒸着するＡ，Ｂ物質の厚さは、数分子層程度であり、Ａ，Ｂ物質が接触した瞬間に基板温度で決まる安定な状態に混合する。Ａ物質の蒸着とＢ物質の蒸着を１工程として繰り返すことにより、所定の膜厚に形成する。この方法によれば、ｘ方向に成分比が連続変化した２元系相図薄膜が得られ、また、極めて短時間で作製できるので再現性が高い。
【０００６】
２元系の場合には、従来のコンビナトリアル成膜装置を用いて、上記の方法を用いれば、短時間に、かつ、信頼性の高い２元系相図に対応した薄膜、すなわち２元系相図薄膜が得られる。
しかしながら、３元系相図に対応する薄膜、すなわち３元系相図薄膜は、従来のコンビナトリアル成膜装置のマスク構成では作製することが困難であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記課題に鑑み本発明は、短時間で、かつ、信頼性の高い３元系相図薄膜が作製できるコンビナトリアル成膜装置用マスキング機構を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題に鑑み、本発明の３元系相図薄膜の作製方法は、３元系の相を構成する３種類の物質のそれぞれからなる３種類の薄膜を、互いに方向が異なる３方向に膜厚勾配を有して交互に積層することによって３方向の膜厚勾配に対応した３種類の物質の濃度勾配が形成される３元系相図薄膜を作製する際に、第１の円板内の同一円周上に台形形状の開口と三角形形状の開口とを有する第１のマスクと、第２の円板内の上記第１の円周と同じ半径を有する円周上に複数の開口部を有する第２のマスクとを有し、第１の円板と第２の円板とが共通の中心軸を中心として互いに独立に回転できる構成のマスキング機構を用い、第２のマスクの開口部を跨いで配置した基板上に、３元系相図薄膜を構成する第１の物質の蒸発物質流中で、第１の円板を回転することにより、台形の一方の斜辺のマスク作用に基づいて第１の物質の濃度勾配を形成し、引き続き、３元系相図薄膜を構成する第２の物質の蒸発物質流中で、第１の円板を上記回転と逆方向に回転することにより、台形の他方の斜辺のマスク作用に基づいて第２の物質の濃度勾配を形成し、引き続き、３元系相図薄膜を構成する第３の物質の蒸発物質流中で、第１の円板を回転することにより、三角形形状の開口のマスク作用に基づいて第３の物質の濃度勾配を形成し、第２の円板を回転して、第２のマスクの開口部を跨いで配置した他の基板上に３元系相図薄膜を形成することを特徴とする。
上記構成において、台形形状の開口は、底辺が第１の円板の半径方向に垂直に配置され、台形の底辺と２つの斜辺とがなす角度をそれぞれ選択し、第１及び第２の物質の濃度勾配を所望の方向に形成する。
また、三角形形状の開口は、三角形の１辺が第１の円板の半径方向に垂直に配置され、三角形の上記一辺に対向する頂点が第１の円盤の中心に向いており、この頂点の頂角を選択して、半径方向に第３の物質の所望の濃度勾配を形成することを特徴とする。
また、台形形状の開口は、等脚台形形状であり、等脚台形の底辺と斜辺とがなす角度を、第１又は第２の円板の半径及び第２の円板の開口の大きさに応じて選択して、第１の円板の円周方向に対してそれぞれ３０°及び１５０°をなす方向に第１及び第２の物質の所望の濃度勾配を形成し、三角形形状の開口は、三角形の１辺が第１の円板の半径方向に垂直に配置され、三角形の一辺に対向する頂点が第１の円盤の中心に向いており、頂点の頂角を選択して、半径方向に第３の物質の所望の濃度勾配を形成し、第１、第２及び第３の物質の濃度勾配が互いに１２０°をなす３元系相図薄膜を形成する。
【０００９】
本マスキング機構により、まず初めに、第１のマスクを一定速度で回転させて、第１のマスクの台形の開口と第２のマスクの開口を重ね合わせると共に３元系相図を構成する物質の内の１つの物質を蒸発させて基板に蒸着し、第１のマスクの台形の開口と第２のマスクの開口が重なり合わなくなる時点で終了する。これにより、基板上には、台形の形状と円板の半径から定まる方向に蒸着物質の膜厚勾配が生じる。台形の形状、例えば内角を選択することによって、所望の方向に膜厚勾配を形成することができ、例えば第１の円板の半径方向に対して１２０°傾いた方向にリニアーに変化する膜厚分布を形成することができる。
【００１０】
次に、第１のマスクを一定速度で上記回転方向とは反対の方向に回転させて、第１のマスクの台形の開口と第２のマスクの開口を上記とは逆方向から重ね合わせると共に３元系相図を構成する物質の内の上記とは異なる１つの物質を蒸発させて基板に蒸着し、第１のマスクの台形の開口と第２のマスクの開口が重なり合わなくなる時点で終了する。これにより、基板上には、台形の形状と円板の半径から定まる方向に蒸着物質の膜厚勾配が生じる。台形の形状、例えば内角を選択することによって、所望の方向に膜厚勾配を形成することができ、例えば、第１の円板の半径方向に対して−１２０°傾いた方向にリニアーに変化する膜厚分布を形成することができる。
【００１１】
次に、第１のマスクを一定速度で回転させて、第１のマスクの三角形の開口と第２のマスクの開口を重ね合わせると共に３元系相図を構成する物質の内の上記２つの物質とは異なる１つの物質を蒸発させて基板に蒸着し、第１のマスクの三角形形状の開口と第２のマスクの開口が重なり合わなくなる時点で終了する。これにより、基板上には、三角形の形状と円板の半径から定まる方向に蒸着物質の膜厚勾配が生じる。三角形の形状、例えば、頂角を選択することによって、所望の方向に膜厚勾配を形成することができ、例えば、第１の円板の半径方向の膜厚勾配を形成できる。
このように、上記３つの工程を組み合わせて３元系相図薄膜を作製することができる。
【００１２】
また、本発明の他の態様によれば、第１の円板の台形形状の開口が、等脚台形形状であり、等脚台形の底辺が第１の円板の半径方向に垂直であり、等脚台形の内角が７５°であり、第１の円板の三角形形状の開口が、直角二等辺三角形であり、直角二等辺三角形の斜辺以外の１辺が円板の半径方向に垂直であり、第２の円板の開口が正方形形状であり、正方形の１辺が第２の円板の半径方向に垂直であり、かつ、等脚台形形状の高さと、直角二等辺三角形の斜辺以外の１辺の長さと、正方形の１辺の長さとが等しいことを特徴とする。
この構成によれば、極めて精度良く３元系相図薄膜を作製することができる。
【００１３】
このように、本発明のマスキング機構を用いれば、マスクが回転マスクであるのでスペースを取らない。また、３元系相図薄膜を作製中に基板を回転する必要がないので、基板温度を自由に設定することができ、例えば、温度傾斜法との組み合わせもできる。また、基板は、第２のマスクの円周上に多数搭載でき、第２のマスクを回転することにより新たな基板をセットできるので、装置の１回の真空引きで多数の成膜条件を試みることができる。
従って、本発明のマスキング機構は、３元系相図薄膜作成用のコンビナトリアル成膜装置のマスキング機構として最適である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明のマスキング機構１の構成を示す図である。図１（ａ）は本機構に用いるマスク２の正面図であり、（ｂ）は本機構１の動作を模式的に示す図である。
本発明のマスキング機構１は、図１（ａ）に示すマスク２と図１（ｂ）に示すマスク５を共通の軸７の回りに、互いに独立に回転できるように支持して構成されている。図１（ａ）に示すように、本機構１に用いるマスク２は、台形３と、三角形４の開口を有する円板であり、図では円板の半分のみを表示している。台形の開口３、及び三角形の開口４の中心は、円板の中心Ｏから一定の距離ｒにある。この例では、台形の開口３の平行な２辺の内、長い方の辺３ａが円板の中心Ｏに近く配置され、かつ、辺３ａが円板の半径方向に直交するように配置されている。また、三角形４の１辺４ａが円板の半径方向に直交するように配置されている。
【００１５】
図１（ｂ）に示すように、マスク５は、この例では、複数の正方形の開口６を有する円板である。正方形の開口６の中心は、円板の中心Ｏから一定の距離ｒにあり、正方形の辺６ａは円板の半径に直交するように配置されている。マスク５は複数の基板を搭載するためのものであり、基板は各開口６の真上に、開口６を跨いで配置される。図１（ｂ）に示すように、マスク２とマスク５は共通の軸７の回りに、互いに独立に回転できるように支持されている。また、マスク２とマスク５の開口の中心は一致しており、かつ、この中心が、蒸発物質流８の中心と一致するように配置されている。
【００１６】
本マスキング機構を用いて３元系相図薄膜を作製するには以下に説明するように行う。
図２は本機構を用いた３元系相図薄膜作製工程を示す図である。なお、図２の（ａ），（ｂ）において下側がマスクの中心Ｏが存在する側とする。また、正方形の開口６の１辺（長さＬとする）と台形の開口３の高さが等しいものとする。
初めに、図２（ａ）に示すように、マスク２の台形の開口３の右下の角３ｂを、マスク５の正方形の開口６の右下の角６ｂに一致させ、この位置から、図において左方向９にマスク２を一定速度で回転させると共に、Ａ物質からなる蒸発物質流８を一定速度で供給し、開口３と開口６が重なり合わなくなる時点で終了する（工程１）。
【００１７】
次に、図２（ｂ）に示すように、マスク２の台形の開口３の左下の角３ｃを、マスク５の正方形の開口６の左下の角６ｃに一致させ、この位置から、図において右方向１０にマスク２を一定速度で回転させると共に、Ｂ物質からなる蒸発物質流８を一定速度で供給し、開口３と開口６が重なり合わなくなる時点で終了する（工程２）。
【００１８】
次に、図２（ｃ）に示すように、マスク２の三角形の開口４を、図において右側の、開口３と開口６が重なり合わない位置から左方向９に一定速度で回転させると共に、Ｃ物質からなる蒸発物質流８を一定速度で供給し、開口３と開口４が重なり合わなくなる時点で終了する（工程３）。
台形の開口３及び三角形の開口４の回転速度は同一である。また、１回のマスク通過によって各物質が数分子層レベルで積層される。また、物質Ａ，Ｂ，Ｃの元素または分子が、単位断面を単位時間に通過する速度、すなわち、蒸発流速度は、物質の元素数または分子数が同一になるように制御する。
【００１９】
上記工程１，２，３を１サイクルとし、このサイクルを複数回くり返し、所望の膜厚の３元系相図薄膜を作製する。
上記工程１，２，３によって、図２（ｄ）に示すように、左下の頂点においてＢ物質の濃度が１００％、右下の頂点においてＣ物質の濃度が１００％、辺ＢＣを底辺とする正三角形の頂点ＡにおいてＡ物質の濃度が１００％である３元系相図薄膜が得られる。なお、図２（ｄ）において、三角形内の線は膜厚の等高線を表し、隣り合う等高線の膜厚差は一定である。
【００２０】
次に、本機構を用いた３元系相図薄膜の作製原理を説明する。
図３は工程１，２による濃度勾配作製の原理を説明する図である。図３（ａ）は工程１における、マスク５の正方形の開口６とマスク２の台形の開口３の位置関係を示しており、太い実線の台形は回転開始時の位置関係を示し、太い二点鎖線で示した台形は回転途中の位置関係を示している。なお、ここでは説明の便宜のため、正方形の開口６の左下角を原点とし、円周に沿った方向をｘ軸、半径方向をｙ軸とする。
【００２１】
台形３が中心Ｏの回りに回転することにより形成される物質の濃度勾配は、図３（ｂ）に示すように２つの成分に分けられる。１つは、台形３が−ｘ方向に並進運動するために生ずる濃度勾配であり、この例の場合、原点を最大濃度として、台形の底辺と斜辺の成す角αによって定まる一定方向に濃度が減少する濃度勾配が形成される。この濃度勾配を高濃度側から低濃度側に向かうベクトルＶｆで表す。もう一つは、台形３の斜辺Ｓが回転することによる濃度勾配であり、回転方向に沿った濃度勾配が形成される。この濃度勾配を高濃度側から低濃度側に向かうベクトルＶｒで表す。工程１によって形成される濃度勾配ＶｄはベクトルＶｆとＶｒの合成である。Ｖｒの大きさ及び方向は、円板の半径ｒ、開口６の１辺の長さＬに応じて変化するが、Ｖｆの大きさ及び方向を、台形３の角度αを適切に選択することによって変化させることができるから、合成ベクトルＶｄの方向を図３（ｃ）に示すように、ｘ軸方向から正の方向に３０度傾いた方向とすることができる。
【００２２】
上記説明は、工程１について説明したが、台形３を逆方向に回転する工程２についても同様である。従って、３元系相図の場合に必要な互いに１２０°を成す濃度勾配のうち、２方向の濃度勾配が形成できる。
【００２３】
次に、工程３について説明する。図４は工程３による濃度勾配作製の原理を説明する図である。
三角形の開口４が中心Ｏの回りに回転することにより形成される物質の濃度勾配は、図４（ａ）に示すように、三角形４の並進１１による濃度勾配と、図４（ｂ）に示すように、三角形４の２辺、Ｓ１，Ｓ２の回転による濃度勾配の２つの成分に分けられる。三角形４の並進１１による濃度勾配は、三角形４の形状によって定まり、この例の場合、三角形の頂点が中心Ｏを向いていることから、ｙ軸のマイナス方向に向かって濃度が小さくなる濃度勾配が得られ、この濃度勾配をベクトルＶｆとする。図４（ｂ）に示すように、辺Ｓ１の回転によって、開口４と開口６の重なり領域が増大していくから、これによって形成される濃度勾配は回転方向に沿った濃度勾配となる。この濃度勾配をベクトルＶｒとする。一方、辺Ｓ２の回転によって、開口４と開口６の重なり領域が減少していくから、これによって形成される濃度勾配は、回転方向と逆方向の濃度勾配となる。この濃度勾配をＶｒ’とする。濃度勾配ベクトルＶｒとＶｒ’は、方向が逆で大きさが等しいので、打ち消し合う。三角形の形状を選択することにより完全に打ち消すことができる。従って、図４（ｃ）図に示すように、ｙ軸の負方向に向かって減少する所望の濃度勾配が形成できる。
このように、図３，４の説明から明らかなように、本発明のマスク機構によれば、３元系相図薄膜を作製できる。
【００２４】
次に、実施例を示す。
図５は、本実施例に用いたマスクの台形の開口、及び三角形の開口の形状を示す図である。図に示すように、本実施例に用いた台形形状の開口部は、高さが１５ｍｍ、平行な２辺の内、短い方の辺が１５ｍｍ、斜辺の成す角、すなわち内角が７５°の等脚台形を用いた。また、三角形形状の開口には、１辺が１５ｍｍの直角三角形を用いた。また、基板を搭載するマスクの正方形形状の開口部は、１辺１５ｍｍの正方形を用いた。３元系の３つの物質として、希土類カルシウム・オキシボレート蛍光体であるＴｂＣａ4 Ｏ（ＢＯ3 ）3 、ＰｒＣａ4 Ｏ（ＢＯ3 ）3 、ＳｃＣａ4 Ｏ（ＢＯ3 ）3 を用いた。これらの物質は、プラズマディスプレイ用の蛍光材料として用いられる。以後、これらの物質をそれぞれ、ＴｂＣＯＢ、ＰｒＣＯＢ、ＳｃＣＯＢと略称する。
【００２５】
図６は、本実施例に用いた装置の概略を示す図である。
ターゲット切り替え装置６１を操作して、ＴｂＣＯＢ、ＰｒＣＯＢ、ＳｃＣＯＢのいずれかにアブレーション・レーザービーム６２を照射して蒸発させる。マスク５上には、基板６４を加熱するための基板加熱装置６３が配置されている。マスク２及び５は、中心軸７の回りに互いに独立に回転できる。基板６４はマスク５の正方形の開口に跨って複数配置されており、軸７の回りにマスク５を回転することによって、装置の１回の真空引きで複数の基板６４に３元系相図薄膜を作製できる。
図６に示した装置を用い、図２に示した手順により、物質Ａ，Ｂ，Ｃをそれぞれ、ＴｂＣＯＢ、ＰｒＣＯＢ、ＳｃＣＯＢとする３元系相図薄膜を作製した。
【００２６】
次に、本実施例の測定結果を示す。
図７は、３元系相図の各成分毎の膜厚分布を示す図である。この測定は３元系相図の所定の方向に、各成分毎にリニアーな膜厚分布が形成されていることを確認したものである。従って、この測定においては、各成分毎に試料を作製し、膜厚分布を測定した。
図７（ａ）に示すように、３元系相図の各頂点から、対辺に向かって引いた垂線Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３方向に、各成分の厚さを測定した。
図７（ｂ）は、Ｄ１方向にＴｂＣＯＢの厚さを測定したものであるが、膜厚がリニアーに減少し、対辺で０になることがわかる。
図７（ｃ）は、Ｄ２方向にＰｒＣＯＢの厚さを測定したものであるが、膜厚がリニアーに減少し、対辺で０になることがわかる。
図７（ｄ）は、Ｄ３方向にＳｃＣＯＢの厚さを測定したものであるが、膜厚がリニアーに減少し、対辺で０になることがわかる。
この結果から、本発明のマスキング機構によって、３元系相図薄膜を作製できることがわかる。
【００２７】
図８は、本実施例で作製したＴｂＣＯＢ、ＰｒＣＯＢ、ＳｃＣＯＢ３元系相図薄膜の蛍光特性を示す図である。この図は、３元系相図薄膜を透明基板上に作製し、透明基板の裏側から、中心波長２５４ｎｍの紫外線を照射して測定した蛍光強度を示している。図の明るい部分は緑の蛍光強度が強い部分である。図の右側のバーグラフは左図の濃淡と蛍光強度の相対比を示している。
この図から、緑の蛍光材料に適した、ＴｂＣＯＢ、ＰｒＣＯＢ、ＳｃＣＯＢの成分比範囲が一目瞭然にわかる。
【００２８】
【発明の効果】
上記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成膜装置用マスキング機構によれば、３元系相図薄膜を作製することができる。
また、本発明のマスキング機構を用いれば、マスクが回転マスクなのでスペースを取らない。
また、３元系相図薄膜を作製中に基板を回転する必要がないので、基板温度を自由に設定することができ、例えば、温度傾斜法との組み合わせもできる。
また、基板は、第２のマスクの円周上に多数搭載でき、第２のマスクを回転することにより新たな基板をセットできるので、装置の１回の真空引きで多数の成膜条件を試みることができる。
従って、本発明のマスキング機構を用いたコンビナトリアル成膜装置を、３元系の物質探査に使用すれば、極めて短期間に、かつ、信頼性の高い物質探査ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマスキング機構の構成を示す図である。
【図２】本機構を用いた３元系相図薄膜作製工程を示す図である。
【図３】工程１，２による濃度勾配作製の原理を説明する図である。
【図４】工程３による濃度勾配作製の原理を説明する図である。
【図５】本実施例に用いたマスクの台形の開口、及び三角形の開口の形状を示す図である。
【図６】本実施例に用いた３元系相図薄膜を作製する装置の概略を示す図である。
【図７】３元系相図の各成分毎の膜厚分布を示す図である。
【図８】本実施例で作製したＴｂＣＯＢ、ＰｒＣＯＢ、ＳｃＣＯＢ３元系相図薄膜の蛍光特性を示す図である。
【図９】従来のコンビナトリアル成膜装置による２元系、３元系物質探査法を示す図である。
【図１０】従来のコンビナトリアル成膜装置を用いた２元系物質探査法を説明する図である。
【符号の説明】
１ マスキング機構
２ マスク
３ 台形形状開口
３ａ 台形底辺
３ｂ 台形の角
３ｃ 台形の角
４ 三角形形状開口
５ マスク
６ 正方形形状開口
６ａ 正方形の１辺
６ｂ 正方形の角
６ｃ 正方形の角
７ 共通の中心軸
８ 物質蒸発流
９ 回転方向
１０ 回転方向
６１ ターゲット切り替装置
６２ アブレーション・レーザービーム
６３ 基板加熱装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、３元系相図に対応した薄膜を作製できる、コンビナトリアル成膜装置用マスキング機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高温超伝導現象、巨大磁気抵抗現象、高輝度蛍光現象、新触媒現象といった新たな物理現象が数多く発見されている。このような物理現象を発現する材料、組成の探査はコンビナトリアル成膜装置で行われている。
コンビナトリアル成膜装置を用いれば、同一真空工程で、発現可能性のある物質群のライブラリーを１基板上に１度に形成でき、ライブラリーから新物質、新組成の発見、あるいはライブラリーの特性から理論的予測を得ることができる。従来法では１００年かかる物質探査をコンビナトリアル成膜装置を用いれば１ヶ月に短縮するといわれている。
コンビナトリアル成膜装置は、基板上の所望の部分のみに物質供給を限定する手段、種類の異なる薄膜の成膜手段、及び基板上の所望の部分の構造を解析する構造解析手段を必須としており、例えば、複数のマスク装置、ターゲット切替装置、アブレーション・レーザ光導入装置、基板加熱用レーザ装置、及び、ＲＨＥＥＤ装置等を有している。
【０００３】
ところで近年、２元系、３元系の新物質の探査の要求が高まっている。例えば、プラズマディスプレイ用蛍光物質には、従来の電子線励起蛍光物質とは異なった特性を有する蛍光物質が必要であり、この蛍光物質は２元系、３元系の新物質で実現されると予測されている。
従来のコンビナトリアル成膜装置による２元系、３元系物質探査は、例えば、図９に示すようにして行っている。
図９は従来のコンビナトリアル成膜装置による２元系、３元系物質探査法を示す図である。例えば図９（ａ）に示すように、マスク１，２を制御し、物質が蒸着される基板上の部分（ピクセル）を選択し、ターゲット物質Ａ，Ｂ，Ｃを選択して蒸発させる。次に、マスク１，２を制御し、物質が蒸着される基板上の他のピクセルを選択し、ターゲット物質Ａ，Ｂ，Ｃを選択して蒸着する。このような工程をくり返し、１つの基板上に、２元系あるいは３元系の成分比の異なる多数の物質を積層したピクセルを形成し、ピクセル毎に所定の特性を測定し、所望の特性を有するピクセルを見つけだし、成分比を求める。あるいは、図９（ｂ）に示すように、蒸着するピクセルが選択された複数のマスクを配置した回転可能な円盤を用い、この円盤を順次回転させて、成分比の異なる多数の物質を積層したピクセルを形成する。もしくは、図９（ｃ）に示すようにマスクは固定し、基板を回転させ、かつ、ターゲット物質Ａ，Ｂ，Ｃを選択して蒸着することにより、形成する。
【０００４】
しかしながら、蛍光物質のように、有用な特性が得られる物質の成分比範囲が狭い場合がある。このような場合、上記のコンビナトリアル装置では、成分比の変化が極めて小さい非常に多くのピクセルを形成しなければならなず、時間がかかるという課題がある。
また、ピクセル毎に、マスク可動、蒸着ターゲットの切り替えが必要であり、初めに形成したピクセルと、最後に形成したピクセルとでは、成膜条件が異なる場合がある。例えば、時間の経過と共に生じる制御不能な基板温度の変化、雰囲気組成の変化等により、再現性の良好なデータが得られない場合がある。このため、再現性といった、得られたデータの信頼性が低いという課題がある。
【０００５】
この問題を避けるために、従来は２元系の場合に、下記示す方法で成膜している。
図１０は、従来のコンビナトリアル成膜装置を用いた２元系物質探査法を説明する図である。図１０（ａ）に示すように、物質ＡまたはＢの蒸発流に垂直に配置され、開口部を有するマスク１と、マスク１に平行に走査できるマスク２を有するコンビナトリアル装置を用い、基板をマスク１の開口部にまたがって配置する。次に同（ｂ）に示すように、物質Ａを蒸発させながら、マスク２をｘ方向に走査する。マスク２を一定速度でｘ方向に走査すれば、基板上に蒸着される物質Ａの膜厚は、蒸発流に晒されている時間に比例するから、マスクの走査方向、すなわち、ｘ方向に一定割合で厚くなるＡ物質からなる膜厚分布が得られる。次に、図１０（ｃ）に示すように、蒸着する物質をＢに替え、図１０（ｂ）とは逆位置から−ｘ方向に走査すれば、−ｘ方向に一定割合で厚くなるＢ物質からなる膜厚分布が得られる。図１０（ｃ）の右図に示したように、このようにして作製したＡ，Ｂ物質の膜厚分布は、ｘ方向にＡ物質の膜厚が、０から１００％まで連続変化し、Ｂ物質の膜厚が１００から０％まで連続変化した積層膜が得られる。蒸着するＡ，Ｂ物質の厚さは、数分子層程度であり、Ａ，Ｂ物質が接触した瞬間に基板温度で決まる安定な状態に混合する。Ａ物質の蒸着とＢ物質の蒸着を１工程として繰り返すことにより、所定の膜厚に形成する。この方法によれば、ｘ方向に成分比が連続変化した２元系相図薄膜が得られ、また、極めて短時間で作製できるので再現性が高い。
【０００６】
２元系の場合には、従来のコンビナトリアル成膜装置を用いて、上記の方法を用いれば、短時間に、かつ、信頼性の高い２元系相図に対応した薄膜、すなわち２元系相図薄膜が得られる。
しかしながら、３元系相図に対応する薄膜、すなわち３元系相図薄膜は、従来のコンビナトリアル成膜装置のマスク構成では作製することが困難であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記課題に鑑み本発明は、短時間で、かつ、信頼性の高い３元系相図薄膜が作製できるコンビナトリアル成膜装置用マスキング機構を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題に鑑み、本発明の３元系相図薄膜の作製方法は、３元系の相を構成する３種類の物質のそれぞれからなる３種類の薄膜を、互いに方向が異なる３方向に膜厚勾配を有して交互に積層することによって３方向の膜厚勾配に対応した３種類の物質の濃度勾配が形成される３元系相図薄膜を作製する際に、第１の円板内の同一円周上に台形形状の開口と三角形形状の開口とを有する第１のマスクと、第２の円板内の上記第１の円周と同じ半径を有する円周上に複数の開口部を有する第２のマスクとを有し、第１の円板と第２の円板とが共通の中心軸を中心として互いに独立に回転できる構成のマスキング機構を用い、第２のマスクの開口部を跨いで配置した基板上に、３元系相図薄膜を構成する第１の物質の蒸発物質流中で、第１の円板を回転することにより、台形の一方の斜辺のマスク作用に基づいて第１の物質の濃度勾配を形成し、引き続き、３元系相図薄膜を構成する第２の物質の蒸発物質流中で、第１の円板を上記回転と逆方向に回転することにより、台形の他方の斜辺のマスク作用に基づいて第２の物質の濃度勾配を形成し、引き続き、３元系相図薄膜を構成する第３の物質の蒸発物質流中で、第１の円板を回転することにより、三角形形状の開口のマスク作用に基づいて第３の物質の濃度勾配を形成し、第２の円板を回転して、第２のマスクの開口部を跨いで配置した他の基板上に３元系相図薄膜を形成することを特徴とする。
上記構成において、台形形状の開口は、底辺が第１の円板の半径方向に垂直に配置され、台形の底辺と２つの斜辺とがなす角度をそれぞれ選択し、第１及び第２の物質の濃度勾配を所望の方向に形成する。
また、三角形形状の開口は、三角形の１辺が第１の円板の半径方向に垂直に配置され、三角形の上記一辺に対向する頂点が第１の円盤の中心に向いており、この頂点の頂角を選択して、半径方向に第３の物質の所望の濃度勾配を形成することを特徴とする。
また、台形形状の開口は、等脚台形形状であり、等脚台形の底辺と斜辺とがなす角度を、第１又は第２の円板の半径及び第２の円板の開口の大きさに応じて選択して、第１の円板の円周方向に対してそれぞれ３０°及び１５０°をなす方向に第１及び第２の物質の所望の濃度勾配を形成し、三角形形状の開口は、三角形の１辺が第１の円板の半径方向に垂直に配置され、三角形の一辺に対向する頂点が第１の円盤の中心に向いており、頂点の頂角を選択して、半径方向に第３の物質の所望の濃度勾配を形成し、第１、第２及び第３の物質の濃度勾配が互いに１２０°をなす３元系相図薄膜を形成する。
【０００９】
本マスキング機構により、まず初めに、第１のマスクを一定速度で回転させて、第１のマスクの台形の開口と第２のマスクの開口を重ね合わせると共に３元系相図を構成する物質の内の１つの物質を蒸発させて基板に蒸着し、第１のマスクの台形の開口と第２のマスクの開口が重なり合わなくなる時点で終了する。これにより、基板上には、台形の形状と円板の半径から定まる方向に蒸着物質の膜厚勾配が生じる。台形の形状、例えば内角を選択することによって、所望の方向に膜厚勾配を形成することができ、例えば第１の円板の半径方向に対して１２０°傾いた方向にリニアーに変化する膜厚分布を形成することができる。
【００１０】
次に、第１のマスクを一定速度で上記回転方向とは反対の方向に回転させて、第１のマスクの台形の開口と第２のマスクの開口を上記とは逆方向から重ね合わせると共に３元系相図を構成する物質の内の上記とは異なる１つの物質を蒸発させて基板に蒸着し、第１のマスクの台形の開口と第２のマスクの開口が重なり合わなくなる時点で終了する。これにより、基板上には、台形の形状と円板の半径から定まる方向に蒸着物質の膜厚勾配が生じる。台形の形状、例えば内角を選択することによって、所望の方向に膜厚勾配を形成することができ、例えば、第１の円板の半径方向に対して−１２０°傾いた方向にリニアーに変化する膜厚分布を形成することができる。
【００１１】
次に、第１のマスクを一定速度で回転させて、第１のマスクの三角形の開口と第２のマスクの開口を重ね合わせると共に３元系相図を構成する物質の内の上記２つの物質とは異なる１つの物質を蒸発させて基板に蒸着し、第１のマスクの三角形形状の開口と第２のマスクの開口が重なり合わなくなる時点で終了する。これにより、基板上には、三角形の形状と円板の半径から定まる方向に蒸着物質の膜厚勾配が生じる。三角形の形状、例えば、頂角を選択することによって、所望の方向に膜厚勾配を形成することができ、例えば、第１の円板の半径方向の膜厚勾配を形成できる。
このように、上記３つの工程を組み合わせて３元系相図薄膜を作製することができる。
【００１２】
また、本発明の他の態様によれば、第１の円板の台形形状の開口が、等脚台形形状であり、等脚台形の底辺が第１の円板の半径方向に垂直であり、等脚台形の内角が７５°であり、第１の円板の三角形形状の開口が、直角二等辺三角形であり、直角二等辺三角形の斜辺以外の１辺が円板の半径方向に垂直であり、第２の円板の開口が正方形形状であり、正方形の１辺が第２の円板の半径方向に垂直であり、かつ、等脚台形形状の高さと、直角二等辺三角形の斜辺以外の１辺の長さと、正方形の１辺の長さとが等しいことを特徴とする。
この構成によれば、極めて精度良く３元系相図薄膜を作製することができる。
【００１３】
このように、本発明のマスキング機構を用いれば、マスクが回転マスクであるのでスペースを取らない。また、３元系相図薄膜を作製中に基板を回転する必要がないので、基板温度を自由に設定することができ、例えば、温度傾斜法との組み合わせもできる。また、基板は、第２のマスクの円周上に多数搭載でき、第２のマスクを回転することにより新たな基板をセットできるので、装置の１回の真空引きで多数の成膜条件を試みることができる。
従って、本発明のマスキング機構は、３元系相図薄膜作成用のコンビナトリアル成膜装置のマスキング機構として最適である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明のマスキング機構１の構成を示す図である。図１（ａ）は本機構に用いるマスク２の正面図であり、（ｂ）は本機構１の動作を模式的に示す図である。
本発明のマスキング機構１は、図１（ａ）に示すマスク２と図１（ｂ）に示すマスク５を共通の軸７の回りに、互いに独立に回転できるように支持して構成されている。図１（ａ）に示すように、本機構１に用いるマスク２は、台形３と、三角形４の開口を有する円板であり、図では円板の半分のみを表示している。台形の開口３、及び三角形の開口４の中心は、円板の中心Ｏから一定の距離ｒにある。この例では、台形の開口３の平行な２辺の内、長い方の辺３ａが円板の中心Ｏに近く配置され、かつ、辺３ａが円板の半径方向に直交するように配置されている。また、三角形４の１辺４ａが円板の半径方向に直交するように配置されている。
【００１５】
図１（ｂ）に示すように、マスク５は、この例では、複数の正方形の開口６を有する円板である。正方形の開口６の中心は、円板の中心Ｏから一定の距離ｒにあり、正方形の辺６ａは円板の半径に直交するように配置されている。マスク５は複数の基板を搭載するためのものであり、基板は各開口６の真上に、開口６を跨いで配置される。図１（ｂ）に示すように、マスク２とマスク５は共通の軸７の回りに、互いに独立に回転できるように支持されている。また、マスク２とマスク５の開口の中心は一致しており、かつ、この中心が、蒸発物質流８の中心と一致するように配置されている。
【００１６】
本マスキング機構を用いて３元系相図薄膜を作製するには以下に説明するように行う。
図２は本機構を用いた３元系相図薄膜作製工程を示す図である。なお、図２の（ａ），（ｂ）において下側がマスクの中心Ｏが存在する側とする。また、正方形の開口６の１辺（長さＬとする）と台形の開口３の高さが等しいものとする。
初めに、図２（ａ）に示すように、マスク２の台形の開口３の右下の角３ｂを、マスク５の正方形の開口６の右下の角６ｂに一致させ、この位置から、図において左方向９にマスク２を一定速度で回転させると共に、Ａ物質からなる蒸発物質流８を一定速度で供給し、開口３と開口６が重なり合わなくなる時点で終了する（工程１）。
【００１７】
次に、図２（ｂ）に示すように、マスク２の台形の開口３の左下の角３ｃを、マスク５の正方形の開口６の左下の角６ｃに一致させ、この位置から、図において右方向１０にマスク２を一定速度で回転させると共に、Ｂ物質からなる蒸発物質流８を一定速度で供給し、開口３と開口６が重なり合わなくなる時点で終了する（工程２）。
【００１８】
次に、図２（ｃ）に示すように、マスク２の三角形の開口４を、図において右側の、開口３と開口６が重なり合わない位置から左方向９に一定速度で回転させると共に、Ｃ物質からなる蒸発物質流８を一定速度で供給し、開口３と開口４が重なり合わなくなる時点で終了する（工程３）。
台形の開口３及び三角形の開口４の回転速度は同一である。また、１回のマスク通過によって各物質が数分子層レベルで積層される。また、物質Ａ，Ｂ，Ｃの元素または分子が、単位断面を単位時間に通過する速度、すなわち、蒸発流速度は、物質の元素数または分子数が同一になるように制御する。
【００１９】
上記工程１，２，３を１サイクルとし、このサイクルを複数回くり返し、所望の膜厚の３元系相図薄膜を作製する。
上記工程１，２，３によって、図２（ｄ）に示すように、左下の頂点においてＢ物質の濃度が１００％、右下の頂点においてＣ物質の濃度が１００％、辺ＢＣを底辺とする正三角形の頂点ＡにおいてＡ物質の濃度が１００％である３元系相図薄膜が得られる。なお、図２（ｄ）において、三角形内の線は膜厚の等高線を表し、隣り合う等高線の膜厚差は一定である。
【００２０】
次に、本機構を用いた３元系相図薄膜の作製原理を説明する。
図３は工程１，２による濃度勾配作製の原理を説明する図である。図３（ａ）は工程１における、マスク５の正方形の開口６とマスク２の台形の開口３の位置関係を示しており、太い実線の台形は回転開始時の位置関係を示し、太い二点鎖線で示した台形は回転途中の位置関係を示している。なお、ここでは説明の便宜のため、正方形の開口６の左下角を原点とし、円周に沿った方向をｘ軸、半径方向をｙ軸とする。
【００２１】
台形３が中心Ｏの回りに回転することにより形成される物質の濃度勾配は、図３（ｂ）に示すように２つの成分に分けられる。１つは、台形３が−ｘ方向に並進運動するために生ずる濃度勾配であり、この例の場合、原点を最大濃度として、台形の底辺と斜辺の成す角αによって定まる一定方向に濃度が減少する濃度勾配が形成される。この濃度勾配を高濃度側から低濃度側に向かうベクトルＶｆで表す。もう一つは、台形３の斜辺Ｓが回転することによる濃度勾配であり、回転方向に沿った濃度勾配が形成される。この濃度勾配を高濃度側から低濃度側に向かうベクトルＶｒで表す。工程１によって形成される濃度勾配ＶｄはベクトルＶｆとＶｒの合成である。Ｖｒの大きさ及び方向は、円板の半径ｒ、開口６の１辺の長さＬに応じて変化するが、Ｖｆの大きさ及び方向を、台形３の角度αを適切に選択することによって変化させることができるから、合成ベクトルＶｄの方向を図３（ｃ）に示すように、ｘ軸方向から正の方向に３０度傾いた方向とすることができる。
【００２２】
上記説明は、工程１について説明したが、台形３を逆方向に回転する工程２についても同様である。従って、３元系相図の場合に必要な互いに１２０°を成す濃度勾配のうち、２方向の濃度勾配が形成できる。
【００２３】
次に、工程３について説明する。図４は工程３による濃度勾配作製の原理を説明する図である。
三角形の開口４が中心Ｏの回りに回転することにより形成される物質の濃度勾配は、図４（ａ）に示すように、三角形４の並進１１による濃度勾配と、図４（ｂ）に示すように、三角形４の２辺、Ｓ１，Ｓ２の回転による濃度勾配の２つの成分に分けられる。三角形４の並進１１による濃度勾配は、三角形４の形状によって定まり、この例の場合、三角形の頂点が中心Ｏを向いていることから、ｙ軸のマイナス方向に向かって濃度が小さくなる濃度勾配が得られ、この濃度勾配をベクトルＶｆとする。図４（ｂ）に示すように、辺Ｓ１の回転によって、開口４と開口６の重なり領域が増大していくから、これによって形成される濃度勾配は回転方向に沿った濃度勾配となる。この濃度勾配をベクトルＶｒとする。一方、辺Ｓ２の回転によって、開口４と開口６の重なり領域が減少していくから、これによって形成される濃度勾配は、回転方向と逆方向の濃度勾配となる。この濃度勾配をＶｒ’とする。濃度勾配ベクトルＶｒとＶｒ’は、方向が逆で大きさが等しいので、打ち消し合う。三角形の形状を選択することにより完全に打ち消すことができる。従って、図４（ｃ）図に示すように、ｙ軸の負方向に向かって減少する所望の濃度勾配が形成できる。
このように、図３，４の説明から明らかなように、本発明のマスク機構によれば、３元系相図薄膜を作製できる。
【００２４】
次に、実施例を示す。
図５は、本実施例に用いたマスクの台形の開口、及び三角形の開口の形状を示す図である。図に示すように、本実施例に用いた台形形状の開口部は、高さが１５ｍｍ、平行な２辺の内、短い方の辺が１５ｍｍ、斜辺の成す角、すなわち内角が７５°の等脚台形を用いた。また、三角形形状の開口には、１辺が１５ｍｍの直角三角形を用いた。また、基板を搭載するマスクの正方形形状の開口部は、１辺１５ｍｍの正方形を用いた。３元系の３つの物質として、希土類カルシウム・オキシボレート蛍光体であるＴｂＣａ4 Ｏ（ＢＯ3 ）3 、ＰｒＣａ4 Ｏ（ＢＯ3 ）3 、ＳｃＣａ4 Ｏ（ＢＯ3 ）3 を用いた。これらの物質は、プラズマディスプレイ用の蛍光材料として用いられる。以後、これらの物質をそれぞれ、ＴｂＣＯＢ、ＰｒＣＯＢ、ＳｃＣＯＢと略称する。
【００２５】
図６は、本実施例に用いた装置の概略を示す図である。
ターゲット切り替え装置６１を操作して、ＴｂＣＯＢ、ＰｒＣＯＢ、ＳｃＣＯＢのいずれかにアブレーション・レーザービーム６２を照射して蒸発させる。マスク５上には、基板６４を加熱するための基板加熱装置６３が配置されている。マスク２及び５は、中心軸７の回りに互いに独立に回転できる。基板６４はマスク５の正方形の開口に跨って複数配置されており、軸７の回りにマスク５を回転することによって、装置の１回の真空引きで複数の基板６４に３元系相図薄膜を作製できる。
図６に示した装置を用い、図２に示した手順により、物質Ａ，Ｂ，Ｃをそれぞれ、ＴｂＣＯＢ、ＰｒＣＯＢ、ＳｃＣＯＢとする３元系相図薄膜を作製した。
【００２６】
次に、本実施例の測定結果を示す。
図７は、３元系相図の各成分毎の膜厚分布を示す図である。この測定は３元系相図の所定の方向に、各成分毎にリニアーな膜厚分布が形成されていることを確認したものである。従って、この測定においては、各成分毎に試料を作製し、膜厚分布を測定した。
図７（ａ）に示すように、３元系相図の各頂点から、対辺に向かって引いた垂線Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３方向に、各成分の厚さを測定した。
図７（ｂ）は、Ｄ１方向にＴｂＣＯＢの厚さを測定したものであるが、膜厚がリニアーに減少し、対辺で０になることがわかる。
図７（ｃ）は、Ｄ２方向にＰｒＣＯＢの厚さを測定したものであるが、膜厚がリニアーに減少し、対辺で０になることがわかる。
図７（ｄ）は、Ｄ３方向にＳｃＣＯＢの厚さを測定したものであるが、膜厚がリニアーに減少し、対辺で０になることがわかる。
この結果から、本発明のマスキング機構によって、３元系相図薄膜を作製できることがわかる。
【００２７】
図８は、本実施例で作製したＴｂＣＯＢ、ＰｒＣＯＢ、ＳｃＣＯＢ３元系相図薄膜の蛍光特性を示す図である。この図は、３元系相図薄膜を透明基板上に作製し、透明基板の裏側から、中心波長２５４ｎｍの紫外線を照射して測定した蛍光強度を示している。図の明るい部分は緑の蛍光強度が強い部分である。図の右側のバーグラフは左図の濃淡と蛍光強度の相対比を示している。
この図から、緑の蛍光材料に適した、ＴｂＣＯＢ、ＰｒＣＯＢ、ＳｃＣＯＢの成分比範囲が一目瞭然にわかる。
【００２８】
【発明の効果】
上記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成膜装置用マスキング機構によれば、３元系相図薄膜を作製することができる。
また、本発明のマスキング機構を用いれば、マスクが回転マスクなのでスペースを取らない。
また、３元系相図薄膜を作製中に基板を回転する必要がないので、基板温度を自由に設定することができ、例えば、温度傾斜法との組み合わせもできる。
また、基板は、第２のマスクの円周上に多数搭載でき、第２のマスクを回転することにより新たな基板をセットできるので、装置の１回の真空引きで多数の成膜条件を試みることができる。
従って、本発明のマスキング機構を用いたコンビナトリアル成膜装置を、３元系の物質探査に使用すれば、極めて短期間に、かつ、信頼性の高い物質探査ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマスキング機構の構成を示す図である。
【図２】本機構を用いた３元系相図薄膜作製工程を示す図である。
【図３】工程１，２による濃度勾配作製の原理を説明する図である。
【図４】工程３による濃度勾配作製の原理を説明する図である。
【図５】本実施例に用いたマスクの台形の開口、及び三角形の開口の形状を示す図である。
【図６】本実施例に用いた３元系相図薄膜を作製する装置の概略を示す図である。
【図７】３元系相図の各成分毎の膜厚分布を示す図である。
【図８】本実施例で作製したＴｂＣＯＢ、ＰｒＣＯＢ、ＳｃＣＯＢ３元系相図薄膜の蛍光特性を示す図である。
【図９】従来のコンビナトリアル成膜装置による２元系、３元系物質探査法を示す図である。
【図１０】従来のコンビナトリアル成膜装置を用いた２元系物質探査法を説明する図である。
【符号の説明】
１ マスキング機構
２ マスク
３ 台形形状開口
３ａ 台形底辺
３ｂ 台形の角
３ｃ 台形の角
４ 三角形形状開口
５ マスク
６ 正方形形状開口
６ａ 正方形の１辺
６ｂ 正方形の角
６ｃ 正方形の角
７ 共通の中心軸
８ 物質蒸発流
９ 回転方向
１０ 回転方向
６１ ターゲット切り替装置
６２ アブレーション・レーザービーム
６３ 基板加熱装置
Claims (6)
- ３元系の相を構成する３種類の物質のそれぞれからなる３種類の薄膜を、互いに方向が異なる３方向に膜厚勾配を有して交互に積層することによって上記３方向の膜厚勾配に対応した上記３種類の物質の濃度勾配が形成される３元系相図薄膜の作製方法において、
第１の円板内の同一円周上に台形形状の開口と三角形形状の開口とを有する第１のマスクと、第２の円板内の上記第１の円周と同じ半径を有する円周上に複数の開口部を有する第２のマスクとを有し、上記第１の円板と第２の円板とが共通の中心軸を中心として互いに独立に回転できる構成のマスキング機構を用い、
第２のマスクの開口部を跨いで配置した基板上に、３元系相図薄膜を構成する第１の物質の蒸発物質流中で、上記第１の円板を回転することにより、上記台形の一方の斜辺のマスク作用に基づいて第１の物質の濃度勾配を形成し、
引き続き、上記３元系相図薄膜を構成する第２の物質の蒸発物質流中で、上記第１の円板を上記回転と逆方向に回転することにより、上記台形の他方の斜辺のマスク作用に基づいて第２の物質の濃度勾配を形成し、
引き続き、上記３元系相図薄膜を構成する第３の物質の蒸発物質流中で、上記第１の円板を回転することにより、上記三角形形状の開口のマスク作用に基づいて第３の物質の濃度勾配を形成し、
上記第２の円板を回転して、第２のマスクの開口部を跨いで配置した他の基板上に３元系相図薄膜を形成することを特徴とする、３元系相図薄膜の作製方法。 - 前記台形形状の開口は、底辺が前記第１の円板の半径方向に垂直に配置され、この台形の底辺と２つの斜辺とがなす角度をそれぞれ選択し、前記第１及び第２の物質の濃度勾配を所望の方向に形成することを特徴とする、請求項１に記載の３元系相図薄膜の作製方法。
- 前記三角形形状の開口は、この三角形の１辺が前記第１の円板の半径方向に垂直に配置され、この三角形の上記一辺に対向する頂点が前記第１の円盤の中心に向いており、この頂点の頂角を選択して、上記半径方向に第３の物質の所望の濃度勾配を形成することを特徴とする、請求項１に記載の３元系相図薄膜の作製方法。
- 前記台形形状の開口は、等脚台形形状であり、この等脚台形の前記底辺と斜辺とがなす角度を、前記第１又は第２の円板の半径及び前記第２の円板の開口の大きさに応じて選択して、前記第１の円板の円周方向に対してそれぞれ３０°及び１５０°をなす方向に前記第１及び第２の物質の所望の濃度勾配を形成し、前記三角形形状の開口は、この三角形の１辺が前記第１の円板の半径方向に垂直に配置され、この三角形の上記一辺に対向する頂点が前記第１の円盤の中心に向いており、この頂点の頂角を選択して、上記半径方向に第３の物質の所望の濃度勾配を形成し、上記第１、第２及び第３の物質の濃度勾配が互いに１２０°をなす３元系相図薄膜を形成することを特徴とする、請求項１に記載の３元系相図薄膜の作製方法。
- 第１の円板内の同一円周上に台形形状の開口と三角形形状の開口とを有する第１のマスクと、第２の円板内の上記第１の円周と同じ半径を有する円周上に複数の開口部を有する第２のマスクとを有し、
上記第１の円板と第２の円板とが共通の中心軸を中心として互いに独立に回転できることを特徴とする、コンビナトリアル成膜装置用マスキング機構。 - 前記第１の円板の台形形状の開口が、等脚台形形状であり、この等脚台形の底辺が上記第１の円板の半径方向に垂直であり、この等脚台形の内角が７５°であり、上記第１の円板の三角形形状の開口が、直角二等辺三角形であり、この直角二等辺三角形の斜辺以外の１辺が上記円板の半径方向に垂直であり、前記第２の円板の開口が正方形形状であり、この正方形の１辺が上記第２の円板の半径方向に垂直であり、
かつ、上記等脚台形形状の高さと、上記直角二等辺三角形の斜辺以外の１辺の長さと、上記正方形の１辺の長さとが等しいことを特徴とする、請求項５に記載のコンビナトリアル成膜装置用マスキング機構。
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| JP2002197947A JP3787719B2 (ja) | 2002-07-05 | 2002-07-05 | ３元系相図薄膜の作製方法及びそれに用いるコンビナトリアル成膜装置用マスキング機構 |
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