JPH01208465A - 真空蒸着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、基板上に薄膜を成膜するための真空蒸着装置
に関する。

［従来の技術］ 従来、基板上に成膜された薄膜の化学組成を制御する機
能を有する真空蒸着装置としては、真空チャンバ内に設
置された各蒸着源からの蒸着ビームを検出する検出器と
、この検出器での検出値に基づいて前記各蒸省源の出力
を制御する手段とを備えた構造のものが知られている。

［発明が解決しようとする課題］ 上述した真空蒸着装置では、各蒸発源からの蒸発ビーム
の強度を制御指標として基板上に成膜された薄膜の化学
組成を間接的に制御するものである。しかしながら、基
板上に成膜された薄膜の化学組成は蒸発ビームの基板へ
の成膜確率、合金反応や化学反応の影響によって変化す
るため、蒸発ビームの強度を制御指標としても薄膜の化
学組成を高精度で制御できない。

本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたも
ので、真空チャンバ内に配置した基板上に目的の化学組
成を有する薄膜を高精度で成膜し得る真空蒸着装置を提
供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 本願節１の発明は、真空チャンバ内に少なくとも１台以
上の蒸着源を設置し、該チャンバ内に配置した基板上に
所望の薄膜を蒸着、成膜する真空蒸着装置において、前
記真空チャンバに付設され、前記基板−Ｌに成膜された
薄膜に特性Ｘ線を励起するための電子線を該基板表面に
対して１０″以下の角度で入射させる電子銃と、この電
子銃からの電子線の入射により励起された特性Ｘ線を検
出するための検出器と、この検出器による検出値を予め
設定した基準値と比較し、これに基づいて前記蒸発源の
うち少なくとも１台の蒸発源の出力をフィードバック制
御するための制御手段とを具備したことを特徴とする真
空蒸着装置である。

本願節２の発明は、前記第１の発明の構成に成膜速度を
検出する検出器と、この検出値を予め設定した基準値と
比較し、これに基づいて蒸着源の出力をフィードバック
制御する制御手段の出力制御系を調節する手段とを付加
した構造の真空蒸着装置である。

本願節３の発明は、前記第１、第２の発明の電子銃とし
て高速反射電子線回折用の電子銃を用い、更に第１、第
２の発明の構成に真空チャンバに配設された高速反射電
子線回折像を結像するための蛍光板と、この蛍光板に近
接して配置され、該蛍光板上の回折像の輝度を検出する
２台以上の検出器と、これら検出器間の検出値の比を予
め設定した基準値と比較し、これに基づいて制御手段の
特性Ｘ線の基準値を増減させる手段とを付加した構造の
真空蒸着装置である。

［作用］ 本願節１の発明によれば、基板上に成膜された薄膜に電
子線を照射して特性Ｘ線を励起させる電子銃と、励起さ
れた特性Ｘ線を検出する検出器により基板上に成膜され
た薄膜の化学組成をその成膜過程において直接かつ同時
に検出できる。この際、電子銃はそれから放出される電
子線が基板表面に対して１０″以ドの角度で入射させる
ように真空チャンバに配置しであるため、該基板表面に
成膜された薄膜の最表層の化学組成に相関する特性Ｘ線
を放出でき、検出器による薄膜最表層の化学組成に相関
する特性Ｘ線の検出感度を著しく向上できる。そして、
かかる検出値を制御手段により予め設定した基準値と比
較し、これに基づいて真空チャンバ内に設置した蒸発源
の出力をフィードバック制御することによって、目的の
化学組成を有する薄膜を高精度で基板上に成膜できる。

また、電子銃はそれから放出される電子線が基板表面に
対して１０″以下の角度で入射させるように真空チャン
バに配置しであるため、電子銃が蒸発源からの蒸発ビー
ムにより汚染されたり、蒸発ビームを遮断して基板上の
薄膜の蒸着を阻害するのを防止できる。

本願節２の発明によれば、前記第１の発明の構成に成膜
速度を検出する検出器と、この検出値を予め設定した基
準値と比較し、これに基づいて蒸着源の出力をフィード
バック制御する制御手段の出力制御系を調節する手段と
を付加することによって、基板上に薄膜を一定の速度で
成膜でき、ひいては目的の化学組成を有すると共に結晶
性や形状等が揃った膜質の良好な薄膜を形成できる。

本願節３の発明によれば、電子銃として高速反射電子線
回折（以下、ＲＨＥＥＤと称す）用の電子銃を用い、史
に第１、第２の発明の構成に真空チャンバに配設された
ＲＨＥＥＤ像を結像するための蛍光板と、この蛍光板に
近接して配置され、該蛍光板上の回折像の輝度を検出す
る２台以上の検出器と、これら検出器間の検出値の比を
予め設定した基準値と比較し、これに基づいて制御手段
における特性Ｘ線の基準値を増減させる手段とを付加す
ることによって、基板上に成膜される薄膜がそれらの組
成比率の僅かな変動によって非晶質から結晶質に変化し
たり、結晶の面方位が変化したりする場合、前記制御手
段における特性Ｘ線の、２！準値を増減できるため、目
的とする化学組成に高精度で制御できる他に、所定の非
晶質構造の薄膜や所定の結晶面をもつ薄膜を成膜できる
。即ち、基板上に成膜される薄膜がそれらの組成比率の
僅かな変動によって非晶質から結晶質に変化したり、結
晶の面方位が変化したりする場合、その修正を最終段の
制御手段の出力制御系の調節によって行なうことが考え
られる。しかしながら、かかる制御方式では制御手段の
制御出力系に化学組成の制御情報、成膜速度の制御情報
及び結晶構造等の制御情報の３つの情報が入力されるこ
とになるため、制御にコンフリクト（矛盾）が生じて制
御が実質的に不可能となる。このようなことから、既述
の如く制御手段における特性Ｘ線の基準値を増減できる
手段を付加することによって、目的とする化学組成に高
精度で制御できる他に、所定の非晶質構造の薄膜や所定
の結晶面をもつ薄膜を成膜できる。

また、電子銃としてＲＨＥＥＤ用の電子銃を用いること
によって薄膜への電子線の入射位置、角度などの調節を
容易に行なえる利点も有する。

［発明の実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
。但し、実施例２〜４で参照する第２図〜第４図におい
ては、第１図と同様な部材は同符号を付して説明を省略
する。

実施例１ 第１図は、本発明の実施例１における真空蒸着装置を示
す概略図であり、図中の１は真空チャンバである。この
真空チャンバ１の底部には、該チャンバｌ内を所定の真
空度に保持するための真空ポンプと連通ずる排気管（い
ずれも図示せず）が設けられている。前記真空チャンバ
ｌの底部付近には、例えば２台の蒸発源２ａ、　２ｂが
配設されている。これら蒸発源２ａ、　２ｂは、ルツボ
３ａｓ　３ｂと、このルツボ３ａ、　３ｂ内に収納した
所定の金属に電子ビームを照射して蒸発を行なうための
ＥＢガン４ａ。

４ｂとから構成されている。前記真空チャンバｌ内の上
部付近には、基板を保持するための基板ホルダ５が配設
されている。前記真空チャンバｌの上部側壁には、前記
基板上に成膜された薄膜に電子線を照射して特性Ｘ線を
励起させるための例えばＲＨＥＥＤ用の電子銃６が設け
られている。この電子銃６は、例えば放出される電子線
が基板表面に対して１″の角度で入射されるように角度
設定されている。また、前記真空チャンバ１の上部側壁
には前記電子線の照射により励起された特性Ｘ線を検出
するための固体素子からなる特性Ｘ線検出器７が設けら
れている。この検出器７は、例えば前記基板表面に対し
て１０の傾きをもつように角度設定されている。

前記検出器７は、第１増幅器８に接続されている。この
第１増幅器８は、予め所定の特性Ｘ線のみを検出するよ
うに設定された波高分析器９ａ、　９ｂに接続されてい
る。これら波高分析器９ａ、　９ｂは、第１比較器１０
ａ　、」Ｏｂに夫々接続されている。これら比較器１０
ａ　５ｌＯｂには、計数率設定３１１ａ。

１１ｂが夫々接続され、各設定器１１ａ　、　ｌｌｂか
ら前記比較器１０ａ　、　ｌＯｂに予め所定の化学組成
に対応するように設定された計数率基準値の信号が出力
される。前記各第１比較器１０ａ　、　１０ｂは、第２
増幅器１２ａ　、　＋２ｂに夫々接続され、かつこれら
増幅器１２ａ　、　１２ｂは出力制御系としての蒸発源
出力制御Ｗ１３ａ　、　１３ｂに夫々接続されている。

これら蒸発源出力制御器Ｈａ　、　１３ｂは、前記真空
チャンバｌ内の各蒸発ｉ２ａ、２ｂのＥＢガン４ａ、　
４ｂに接続され、各制御器１３ａ　、　１３ｂから各Ｅ
Ｂガン４ａ、　４ｂにフィードバック制御信号が出力さ
れるようになっている。こうした第１増幅器８、波高分
析器９ａ。

９ｂ、第１比較器１０ａ　、　ｌＯｂ　、計数率設定器
ｌｌａ。

１２ｂ　、第２増幅器１２ａ　、　１２ｂ及び蒸発源出
力制御５１３ａ　、１３ｂにより前記各蒸発源２ａ、　
２ｂのＥＢガン４ａ、　４ｂの出力をフィードバック制
御するための制御手段が構成されている。なお、前記各
蒸発源出力制御器１３ａ　ｓ　１３ｂには該制御′ＪＳ
１１３ａ　、　１３ｂにより前記ＥＢガン４ａ、　４ｂ
の出力をフィードバック　−制御する際の絶対出力を手
動で調節するための蒸発源出力調節器１４が接続されて
いる。

次に、本実施例１の真空蒸着装置による薄膜形成につい
て説明する。

まず、基板ホルダ５に所定の基板１５を保持させ、蒸発
源２ａｓ　２ｂのルツボ３ａ、　３ｂ内に成膜すべき薄
膜の組成成分としての２種の金属１θａ　、　１８ｂを
収納した後、真空ポンプを作動してチャンバ１内のガス
を排気管（図示せず）を通してチャンバ１内を所定の真
空度に保持する。つづいて、各蒸発源出力制御器１３ａ
　、　１３ｂから信号により各ＥＢガン４ａ。

４ｂを作動して電子ビームを各ルツボ３ａｘ　３ｂ内の
金属ｔｅａ　、　ｌＧｂに照射して溶融、蒸発させ、そ
れらの蒸発ビームにより基板１５表面に薄膜を成膜する
。

１−述した成膜過程において、ＲＨＥＥＤ用電子銃６か
ら電子線を薄膜表面に１０の角度で入射させる。この時
、基板１５表面に成膜された薄膜の最表層に電子線が効
率よく照射され、該最表層の化学組成に相関する特性Ｘ
線が励起、放出される。

こうして放出された特性Ｘ線は、チャンバ１に設けられ
た特性Ｘ線検出器７で検出される。検出器７での検出後
に第１増幅器８で増幅され、２つの波高分析器９ａ、９
ｂにより前記薄膜の組成成分であるルツボ３ａ、３ｂ内
の金属ｔｅａ　、　１８ｂの特性Ｘ線のみを分析し、そ
れらの計数率を第１比較器！０ａ１１０ｂに出力する。

これら比較器１０ａ　、　１０ｂにおいて、前記波高分
析器９ａ、　９ｂからの計数率信号と計数率設定器１１
ａ　、　ｌｌｂからの予め設定された計数率基準値とを
比較し、これらの偏差出力を第２増幅器１２ａ　、　１
２ｂで増幅した後、その出力信号に基づいて蒸発源出力
制御器１３ａ　、　１３ｂにより蒸発源２ａｓ　２ｂの
ＥＢガン４ａ、　４ｂの出力をフィードバック制御する
。従って、成膜過程における制御手段による一連のフィ
ードバック制御によって、ルツボ３ａ、　３ｂ内に収納
した２種の金属が目的とする組成比率で精度よく合金化
された合金薄膜を基板１５表面に成膜できる。なお、か
かる成膜過程での速度は蒸発源出力調節器■４から調節
信号を蒸発源出力制御器１３ａ　、　１３ｂに出力し、
これに基づいて蒸発源２ａｓ　２ｂのＥＢガン４ａ、　
４ｂの出力をフィードバック制御することによって行な
った。

実施例２ 第２図は、本実施例２の真空蒸着装置を示す概略図であ
る。図中の１７は、真空チャンバｌの上部に配設された
例えば水晶膜厚計からなる蒸着速度検出器である。この
検出器１７は第３増幅器１８に接続され、かつ該増幅器
１８は第２比較器１９に接続されている。この比較器１
９には、成膜速度設定器２０が接続され、該設定器２０
から前記比較器１９に予め設定した蒸着速度基準値の信
号を出力される。前記第２比較器１９は、第４増幅器２
１に接続され、かつ該増幅器２１は出力制御系としての
蒸発源出力制御器１３ａ％＋３ｂに夫々接続されている
。

このような構成の本実施例２によれば、前述した実施例
１での成膜過程において、蒸発源２ａｓ　２ｂのルツボ
３ａ、　３ｂからの蒸発ビームが成膜速度検出器１７に
成膜され、成膜速度を検出し、第３増幅器１８で増幅後
、第２比較器１９に出力される。この比較器１９におい
て、前記増幅器１８からの信号と成膜速度設定器２０か
らの予め設定された成膜速度基準値とを比較し、これら
の偏差出力を第４増幅器２１で増幅した後、その出力信
号に基づいて蒸発源出力制御器１３ａ　、　１３ｂによ
り蒸発源２ａ、　２ｂのＥＢガン４ａ、　４ｂの最大出
力を同一比率でフィードバック制御する。従って、成膜
過程における前述した実施例１での制御手段における第
２増幅器１２ａ１１２ｂで増幅後の出力信号、及び第４
の増幅器２１で増幅後の出力信号基づいて蒸発源出力制
御器１３ａ　。

１３ｂにより蒸発源２ａｓ　２ｂのＥＢガン４ａｓ　４
ｂの出力をフィードバック制御することによって、ルツ
ボ３ａｓ　３ｂ内に収納した２種の金属を目的とする組
成比率で精度よく合金化された合金薄膜を基板１５表面
に成膜できると共に、その成膜速度を一定化でき、膜質
や純度が良好な合金薄膜を形成できる。

実施例３ 第３図は、本実施例３の真空蒸着装置を示す概略図であ
る。図中の２２は、真空チャンバ１の上部側壁に設けら
れ、ＲＨＥＥＤ像が形成される蛍光板である。この蛍光
板２２の外側には、該蛍光板２２の適当な２点の回折強
度を検出するための光電検出器２３ａ　、　２３ｂが配
設されている。これら検出器２３ａ　、　２３ｂは、第
５増幅器２４ａ　、　２４ｂに夫々接続され、かつこれ
ら増幅器２４ａ　、　２４ｂは割り算器２５に接続され
ている。この割り算器２５は、前記各増幅器２４ａ　、
　２４ｂからの回折強度信号の比率を求め、その比率に
基づいて制御信号を計数設定器１１ａ１１１ｂに夫々出
力するものである。

このような構成の本実施例３によれば、前述した実施例
１で説明した成膜過程において、ＲＨＥＥＤ用電子銃６
から電子線を薄膜表面に１°の角度で入射させると、基
板１５表面に成膜された薄膜の最表層の化学組成に相関
する特性Ｘ線が励起、放出されると共に、チャンバ１の
上部側壁に設けた蛍光板２２のＲＨＥＥＤ像が形成され
る。

こうしたＲＨＥＥＤ像の形成により、光電検出器２３ａ
　、　２３ｂにより該蛍光板２２での２点の回折強度が
検出され、第５増幅器２４ａ　、　２４ｂで増幅後、割
り算器２５に出力される。この割り算器２５において、
２つの増幅された回折強度信号の比率が求められ、これ
に基づいて計数率設定器１１ａ　、、ｌｌｂの計数率基
準値が補正される。つまり、基板１５表面に成膜させる
合金薄膜が非晶質の場合、蛍光板２２に形成されるＲＨ
ＥＥＤ像はハローパターンとなり、前記割り算Ｓ２５で
求められた回折強度の比率は１に近い値となるが、結晶
化が進むと１より大きい値又は小さい値となる。そこで
、割り算器２５において予め定めた偏差範囲を越えて前
記比率が１からずれた場合には、該割り算器２５から計
数率設定器１１ａ　、　ｌｌｂの計数率基準値を薄膜が
非晶質構造となるように増減させる。このような計数率
設定器１１ａ　、　ｌｌｂから補正された計数率基準値
を第１比較器１０ａ　、　１０ｂに出力すると共に、前
述した実施例１で説明した波高分析器９ａ、　９ｂから
の計数率信号を同比較器ＬＱａ　５ｔａｂに出力し、各
比較器１０ａ　。

ｔａｂにおいて、それらの計数率信号と補正された計数
率基準値とを比較し、これらの偏差出力を第２増幅器１
２ａ　、　１２ｂで増幅した後、その出力信号に基づい
て蒸発源出力制御２Ｈ１３ａ　、　１３ｂにより蒸発源
２ａ、　２ｂのＥＢガン４ａ、　４ｂの出力をフィード
バック制御する。従って、計数率設定器１１ａ　、ｌｌ
ｂの計数率基準値が割り算器２５により補正される構成
をなす制御手段による一連のフィードバック制御によっ
て、ルツボ３ａ、　３ｂ内に収納した２種の金属が目的
とする組成比率で精度よく合金化され、かつ所定の結晶
も■造（例えば非晶質構造）を有する合金薄膜を基板１
５表面に成膜することができる。

実施例４ 第４図は、実施例４の真空蒸着装置を示す概略図である
。かかる真空蒸着装置は、実施例２の構成にＲＨＥＥＤ
像が形成される蛍光板２２と、該蛍光板２２の外側に配
設された光電検出５Ｌ３ａ　、　２３ｂと、これら検出
器２３ａ　、　２３ｂに接続された第５増幅器２４ａ　
、　２４ｂと、これら増幅器２４ａ　、２４ｂに接続さ
れた割り算器２５を付設した構造になっている。

このような構成の本実施例４の真空蒸着装置によれば、
ルツボ３ａ、　３ｂ内に収納した２種の金属を目的とす
る組成比率で精度よく合金化され、かつ所定の結晶構造
（例えば非晶質構造）を有する合金薄膜を基板１５表面
に成膜できると共に、その成膜速度を一定化でき、膜質
や純度が良好な合金薄膜を形成できる。

なお、上記各実施例１〜４では真空チャンバ内に２台の
蒸発源を配設した構成としたが、これに限定されず、１
台又は３台以上配設してもよい。

特に、１台の蒸発源を真空チャンバ内に配設した構造の
真空蒸着装置において、真空チャンバ内に反応性ガスを
供給して金属との化合物薄膜を基板上に成膜する際、蒸
発源の出力を制御手段でフィードバック制御することに
より目的とする化学組成に精度よく制御された化合物薄
膜を基板上に成膜できる。

上記実施例１．２では、ＲＨＥＥＤ用電子銃を使用した
が、汎用の電子銃を用いてもよい。

［発明の効果］ 以上詳述した如く、本願節１の発明によれば真空チャン
バ内に配置した基板−ヒに目的の化学組成を有する薄膜
を高精度で成膜し得る真空蒸着装置を提供できる。また
、本願節２の発明によれば、真空チャンバ内に配置した
基板上に目的の化学組成を有する薄膜を高精度で成膜で
きると共に、その成膜速度を一定化でき、膜質や純度が
良好な薄膜を形成し得る真空蒸着装置を提供できる。更
に、本願節３の発明によれば真空チャンバ内に配置した
基板上に目的の化学組成を有し、かつ所定の結晶構造や
結晶面をもつ薄膜を高精度で成膜したり、更にその成膜
速度を一定化でき、膜質や純度が良好な薄膜を形成し得
る真空蒸着装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１の真空蒸着装置を示す概略図
、第２図は本発明の実施例２の真空蒸着装置を示す概略
図、第３図は本発明の実施例３の真空蒸着装置を示す概
略図、第４図は本発明の実施例４の真空蒸着装置を示す
概略図である。 ｌ・・・真空チャンバ、２ａ、２ｂ・・・蒸発源、６・
・・ＲＨＥＥＤ用電子銃、７・・・特性Ｘ線検出器、１
０ａ　５１０ｂ　Ｓ１９・・・比較器、ｌｌａ　、　ｌ
ｌｂ・・・計数率設定器、１３ａ　、　１３ｂ・・・蒸
発源出力制御器、１５・・・基板、１７・・・成膜速度
検出器、２０・・・成膜速度設定器、２２・・・蛍光板
、２３ａ　、　２３ｂ・・・光電検出器、２５・・・割
り算器。 出願人代理人　弁理士　　鈴江武彦 手続補正書 ６３６．２ 昭和　　年　　Ａ１

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）、真空チャンバ内に少なくとも１台以上の蒸着源
   を設置し、該チャンバ内に配置した基板上に所望の薄膜
   を蒸着、成膜する真空蒸着装置において、前記真空チャ
   ンバに付設され、前記基板上に成膜された薄膜に特性Ｘ
   線を励起するための電子線を該基板表面に対して１０゜
   以下の角度で入射させる電子銃と、この電子銃からの電
   子線の入射により励起された特性Ｘ線を検出するための
   検出器と、この検出器による検出値を予め設定した基準
   値と比較し、これに基づいて前記蒸発源のうち少なくと
   も１台の蒸発源の出力をフィードバック制御するための
   制御手段とを具備したことを特徴とする真空蒸着装置。
2. （２）、成膜速度を検出する検出器と、この検出値を予
   め設定した基準値と比較し、これに基づいて蒸着源の出
   力をフィードバック制御する制御手段の出力制御系を調
   節する手段とを具備したことを特徴とする請求項１記載
   の真空蒸着装置。
3. （３）、高速反射電子線回折用の電子銃と、真空チャン
   バに配設された高速反射電子線回折像を結像するための
   蛍光板と、この蛍光板に近接して配置され、該蛍光板上
   の回折像の輝度を検出する２台以上の検出器と、これら
   検出器間の検出値の比を予め設定した基準値と比較し、
   これに基づいて制御手段の特性Ｘ線の基準値を増減させ
   る手段とを具備したことを特徴とする請求項１又は２記
   載の真空蒸着装置。