JPH03197680A - 光化学蒸着法による多層薄膜の形成装置 - 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、多層薄膜の形成装置に関するものである。

さらに詳しくは、軽元素と重元素を交互に周期的に配し
た多層薄膜の光化学蒸着の為の装置に関するものである
。

［発明の概要］ 本発明は、薄膜形成のエネルギー源であるエキシマレー
ザ光の強度を常に一定にすることにより、精密な多層膜
構造を得ることを可能にしたものである。

［従来の技術］ 従来、気体原料なレーザ光で分解し、薄膜を形成せしめ
る光学蒸着法に於いて、重元素及び軽元素を交互周期的
に配した多層薄膜を形成するには、気体原料を導入した
真空容器にエキシマレーザ光を導入し堆積させた多層薄
膜にＨｅ−Ｎｅレーザ光等のコヒーレント光を照射し、
その反射光強度変化をモニターし、所定厚みになったと
思われる時にエキシマレーザ光を停止させ膜厚を管理し
ていた。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、これらの従来技術による方法では、Ｈｅ
−Ｎｅ等のモニター用レーザ光の多層薄膜からの反射光
強度の最大強度点で成膜を停止させる必要があるのに対
し、実際は最大強度点をご（わずか過ぎて強度が低下し
始めないと認知できないため、必要以上の厚みの薄膜を
成膜してしまうという大きな欠点を有していた。

また、従来の膜厚管理法が必要とされる技術的背景とし
て、薄膜形成のエネルギー源であるエキシマレーザ光強
度が時間に対して、大きく変動する事が大きな理由であ
った。

［課題を解決するための手段］ 以上の問題点を解決するために、本発明では、時間に対
して変動するエキシマレーザ光の発振強度を常時モニタ
ーし、任意に設定したパワーを常に保つように、レーザ
パルスレートを変化させるようにしたものである。

［作用１ 以下、本発明の作用を述べる。

成膜を行なう真空容器に導入するレーザ光を、合成石英
製等のビームスプリッタにより、一部分反射させ、この
反射光を、サーモパイル等の検知部を有したカロリーメ
ータにより、光エネルギーを電圧に変換する。該電圧値
は、ＧＰ−ＩＢ等のインターフェースを有するデジタル
ボルトメータに入力し、コンビニーりで読み取る。読み
取った電圧値は、予め真空容器に入射するパワーに対す
る校正を取ることにより、エキシマレーザ光のパワーと
して取り扱うことができる。コンピュータで読み取った
レーザパワーは、その時のエキシマレーザのパルスレー
ト、すなわち発振周波数で除され、１パルス当たりのエ
ネルギーつまり、パルスエネルギーが算出される。ここ
で、予め設定したパワーに対する現在のパワーの大小比
較が行なわれ、設定パワーを保持するために必要なパル
スレートを算出し、ＧＰ−Ｉ　Ｂ等のインターフェース
を有するパルスジェネレータを必要な発振レートつまり
パルスレートで発振させ、これをエキシマレーザのトリ
ガーとしエキシマレーザのパルスレートを必要値に変化
させることが可能となる。

これらにより、エキシマレーザ光強度の時間変動が、無
視できるほど小さくなるので、従来の様に成膜体、すな
わち、多層薄膜からの反射光をモニタし膜厚を管理する
必要がなくなると同時に、必要以上の厚みで成膜されて
しまう従来の欠点をなくすことができるという大きな効
果を有している。

当然の事ながら本発明では、薄膜形成のエネルギー源で
あるエキシマレーザ光の強度変動が無くなったので、必
要膜厚を得るには、予め実測した成膜レートより逆算し
た成膜時間になったら成膜を停止させるという極めて簡
単な膜厚管理法がとれるという新たな作用も有している
。

［実施例１ 以下に、本発明の実施例を示し、さらに詳しく説明する
。当然、本発明は、以下の実施例によって限定されるも
のではない。

第１図に、本発明を実施した機器構成図を示す。

成膜に用いたレーザは、ＡｎＦエキシマレーザ１とし、
約２Ｗの設定パワーで駆動する。エキシマレーザ光を一
部反射させるビームスプリッタ２は直径５ｃｍの合成石
英ガラスから成膜、このビームスブリック２で反射レー
ザ光は、カロリーメータ３に入射され、サーモバイルに
より電圧を発生させ、これをデジタルボルトメータ４を
介し、コンピュータ５により読み取り、パワーを２Ｗに
するために必要なパルスレートな算出させ、必要パルス
数のパルスをパルスエネルーク６により発生し、最終的
にエキシマレーザの発振パルス１ノートを変化させるよ
うにしたものである。

第２図は、本発明を実施しない場合のエキシマレーザの
パルスレート１００Ｈｚに於ける、パワーの時間変動を
示した図である。図面から明らかなように、このままで
は、薄膜形成のエネルギー源であるレーザ光パワーが、
時間的に変動してしまうため、一定時間の成膜を繰り返
す方法を取ることができないので、従来法のような膜厚
管理法を取らざるを得ない事は自明である。

これに対し、第３図は、本発明を実施し、エキシマレー
ザパワーを２Ｗになるように制御した場合のエキシマレ
ーザ光パワーの時間変化を示した図面である。明らかに
、パワーの一定化がなされている事が判る。又、この時
のパワーの変動は±０．１Ｗ以下である事が明らかにな
った。

以上の機器構成により、多層薄膜を形成し、従来法で形
成した多層薄膜との比較を実施した。

成膜した多層薄膜の性能の尺度として、設計した周期構
造で得られるべき一次のＸ線の回折角度で、実際に小角
Ｘ線回折装置により実測した多層薄膜の一次の回折角度
を除した値を用いた。この評価値は、１に近づく程、得
たい周期構造が得られている事を示し、ｌより小さ（な
ると得たい周期構造より周期の大きな多層薄膜である事
を示す。

反応容器中に導入した原料ガスは、タングステン（Ｗ）
の原料としてＷ　Ｆ　ｅを毎分２０ｃｃと、Ｈ２を毎分
２００ｃｃ、Ｈｅを毎分３００ｃｃ導入した。又、炭素
（Ｃ）の原料として、ＣｚＨｘを毎分５ｃｃ、Ｈ２を毎
分２０ｃｃ、Ｈｅを毎分３００ｃｃ導入した。この時の
反応容器内の圧力は、１３３ｐａと一定とし、基板に用
いたＳｉは２００℃に加熱した０作成した多層薄膜の周
期は１０ｍｍとし、Ｗ及びＣをそれぞれの厚みが５０ｍ
になる様成膜時間を決定した。

以上の条件で作製した１６層のＷとＣの多層薄膜と、従
来法で作製した同様の多層薄膜を、ＣｕのＫａ線を入射
する小角Ｘ線回折装置で回折パターンを取り、−次の回
折角を読み前述の評価値を算出したところ、従来法０．
８３に対し、本発明０．９７となり、明らかに従来より
も目標とする周期構造に近い多層薄膜が得られているこ
とが明らかである。

〔考案の効果１ 以上の実施例からも明らかなように、本発明に於ては、
必要とする周期構造の多層薄膜を精密に形成でき、さら
には、成膜厚みを時間だけで管理すればよいという簡単
な膜厚管理装置を可能とした発明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の形成装置の機器構成を例示した説明
図である。 第２図は、本発明を用いない場合の、パルスレート１０
０Ｈｚに於けるＡｒ、Ｆエキシマレーザ−光パワーの時
間変動を示した説明図である。 第３図は、本発明により、パワーを２ｗになる横制御し
たＡｒＦエキシマレーザ光パワーの時間変動を示した説
明図である。 ＡｒＦエキシマレーザ ビームスプリッタ カロリーメーター デジタルボルトメータ パーソナルコンピュータ パルスジェネレータ 反応容器 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　成膜を行なう為のレーザ光発生装置と、前記レーザ光
   の一部を反射させるビームスプリッタと、前記反射光の
   検知部を有し、該反射光を電圧に変換するカロリーメー
   タと、この電圧値を記録するデジタルボルトメータと、
   このデジタルボルトメータに記録された電圧値を読み取
   り反応容器に対するレーザ光の出力を制御するパルスジ
   ェネレータ及びコンピュータとから成る光化学蒸着法に
   よる多層膜の形成装置。