JPH0547631B2 - - Google Patents

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
チヤ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
基づいて前記各蒸着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つて変化するため、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、真空チヤ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］ 本願第１の発明は、真空チヤンバ内に少なくと
も１台以上の蒸着源を設置し、該チヤンバ内に配
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、前記真空チヤンバに付設さ
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0°を越
え、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
源の出力をフイードバツ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。

本願第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
出力をフイードバツ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。

本願第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ヤンバ
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］ 本願第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0°を越え、10°以下の角度で入射させ
るように真空チヤンバに配置してあるため、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
基づいて真空チヤンバ内に設置した蒸発源の出力
をフイードバツク制御することによつて、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0°を越え、10°以下の角度で入射
させるように真空チヤンバに配置してあるため、
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。

本願第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
着源の出力をフイードバツ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
つて、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
状等が揃つた膜質の良好な薄膜を形成できる。

本願第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、更に第１、第２の発明の構成に真空チ
ヤンバに配設された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
することによつて、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つて非晶質から
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線の基準
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
な変動によつ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つて行
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つて、目的とす
る化学組成に高精度で制御できる他に、所定の結
晶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
ることによつ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は真空チヤン
バである。この真空チヤンバ１の底部には、該チ
ヤンバ１内を所定の真空度に保持するための真空
ポンプと連通する排気管（いずれも図示せず）が
設けられている。前記真空チヤンバ１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３
ａ，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。
前記真空チヤンバ１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
記真空チヤンバ１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
ヤンバ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1°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１０ａ，１０ｂに夫々接続さ
れている。これら比較器１０ａ，１０ｂには、計
数率設定器１１ａ，１１ｂが夫々接続され、各設
定器１１ａ，１１ｂから前記比較器１０ａ，１０
ｂ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，
１２ｂに夫々接続され、かつこれら増幅器１２
ａ，１２ｂは出力制御系としての蒸発源出力制御
器１３ａ，１３ｂに夫々接続されている。これら
蒸発源出力制御器１３ａ，１３ｂは、前記真空チ
ヤンバ１内の各蒸発源２ａ，２ｂのEBガン４ａ，
４ｂに接続され、各制御器１３ａ，１３ｂから各
EBガン４ａ，４ｂにフイードバツク制御信号が
出力されるようになつている。こうした第１増幅
器８、波高分析器９ａ，９ｂ、第１比較器１０
ａ，１０ｂ、計数率設定器１１ａ，１２ｂ、第２
増幅器１２ａ，１２ｂ及び蒸発源出力制御器１３
ａ，１３ｂにより前記各蒸発源２ａ，２ｂのEB
ガン４ａ，４ｂの出力をフイードバツク制御する
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，１３ｂには該制御器１
３ａ，１３ｂにより前記EBガン４ａ，４ｂの出
力をフイードバツ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２ａ，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１６
ａ，１６ｂを収納した後、真空ポンプを作動して
チヤンバ１内のガスを排気管（図示せず）を通し
てチヤンバ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３ａ，３ｂ内の金属１６ａ，１６
ｂ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。

上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1°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、チヤンバ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，９ｂにより前記薄膜の組成成分
であるルツボ３ａ，３ｂ内の金属１６ａ，１６ｂ
の特性Ｘ線のみを分析し、それらの計数率を第１
比較器１０ａ，１０ｂ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１１ａ，１
１ｂ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，１２
ｂ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，２
ｂのEBガン４ａ，４ｂの出力をフイードバツク
制御する。従つて、成膜過程における制御手段に
より一連のフイードバツク制御によつて、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１４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２ａ，２ｂのEBガン４ａ，４ｂ
の出力をフイードバツク制御することによつて行
なつた。

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、真空チヤンバ１の上
部に配設された例えば水晶膜厚計からなる成膜速
度検出器である。この検出器１７は第３増幅器１
８に接続され、かつ該増幅器１８は第２比較器１
９に接続されている。この比較器１９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に予め設定した成膜速度基準値の信
号を出力される。前記第２比較器１９は、第４増
幅器２１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，１３ｂ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２ａ，
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１
８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イードバツク制御する。
従つて、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１２ａ，１２ｂ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，１
３ｂにより蒸発源２ａ，２ｂのEBガン４ａ，４
ｂの出力をフイードバツク制御することによつ
て、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、真空チヤンバ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。前記真空チヤンバ１の上部側壁には、
第５図に示すように前記蛍光板２２と対向して
RHEED用電子銃６が設けられている。前記
RHEED用電子銃６と略同一平面上の前記真空チ
ヤンバ１の上部側壁には、第５図に示すように特
性Ｘ線検出器７が前記RHEED用電子銃６に対し
て所望の角度をもつて設けられている。前記蛍光
板２２の外側には、前記蛍光板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１１ａ，１１ｂ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、チヤンバ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２３
ａ，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２
５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１１
ａ，１１ｂ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RHEED像はハ
ローパターンとなり、前記割り算器２５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，１１ｂ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，１１
ｂから補正された計数率基準値を第１比較器１０
ａ，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１０ａ，１０ｂに出力し、各比較器
１０ａ，１０ｂ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１２ａ，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器１
３ａ，１３ｂにより蒸発源２ａ，２ｂのEBガン
４ａ，４ｂの出力をフイードバツク制御する。従
つて、計数率設定器１１ａ，１１ｂ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イードバツク制御によつ
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器２３ａ，
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
した構造になつている。なお、RHEED用電子銃
６は前述した第５図と同様に真空チヤンバ１の上
部側壁に前記蛍光板２２と対向して設けら、かつ
特性Ｘ線検出器７は前記RHEED用電子銃６と略
同一平面上の前記真空チヤンバ１の上部側壁に前
記RHEED用電子銃６に対して所望の角度をもつ
て設けられている。

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では真空チヤンバ内
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ヤンバ内に配設した
構造の真空蒸着装置において、真空チヤンバ内に
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イ
ードバツ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。

上記実施例１〜４では、基板表面に非晶質の薄
膜を成膜したが、例えば成膜工程中に前記基板を
加熱したり、２成分以上の薄膜の場合にはそれら
成分の比率を変えたりすることにより多結晶また
は単結晶の薄膜を前記基板表面に成膜することが
可能である。

上記実施例３、４では２台の光電検出器を蛍光
板に近接して配置したが、これに限定されず、３
台以上の光電検出器を蛍光板に近接して配置して
もよい。ただし、例えば３台の光電検出器を蛍光
板に近接した場合には、１台目および２台目の光
電検出器のからの検出信号（例えばＡ検出信号、
Ｂ検出信号）を増幅器を通して第１割り算器に出
力し、ここで例えばＢ／Ａの比を求め、１台目お
よび３台目の光電検出器のからの検出信号（例え
ばＡ検出信号、Ｃ検出信号）を増幅器を通して第
２割り算器に出力し、ここで例えばＣ／Ａの比を
求め、前記第１、第２の割り算器からの信号を２
つの係数率設定器にそれぞれ出力する形態が採用
される。

［発明の効果］ 以上詳述した如く、本願第１の発明によれば真
空チヤ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
を提供できる。また、本願第２の発明によれば、
真空チヤ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、本願第３の発明によれば真空チヤンバ内に配
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の真空装置を示す概略図、第５図は第３図
の真空チヤンバを上方から見た概略図である。 １……真空チヤンバ、２ａ，２ｂ……蒸発源、
６……RHEED用電子銃、７……特性Ｘ線検出
器、１０ａ，１０ｂ，１９……比較器、１１ａ，
１１ｂ……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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 真空チヤンバ内に少なくとも１台以上の蒸着
   源を設置し、該チヤンバ内に配設した基板上に所
   望の薄膜を蒸着、成膜する真空装置において、前
   記真空チヤンバに付設され、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0°を越え、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着源のう
   ちの少なくとも１台の蒸着源の出力をフイードバ
   ツ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 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
   着源の出力をフイードバツク制御する前記制御手
   段の出力制御を制御する手段とをさらに具備した
   ことを特徴とする請求項１記載の真空蒸着装置。 ３ 前記電子銃として高速反射電子線回折用電子
   銃を用い、かつ前記真空チヤンバに配設された高
   速反射電子線回折像を結像させるための蛍光板
   と、この蛍光板に近接して配置され、前記蛍光板
   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、これに基づいて前記制御手段の
   特性Ｘ線の基準値を増減させる手段とをさらに具
   備したことを特徴とする請求項１または２記載の
   真空蒸着装置。