JPH0831741A - Kセル型蒸着源 - Google Patents

Kセル型蒸着源

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JPH0831741A
JPH0831741A JP18288294A JP18288294A JPH0831741A JP H0831741 A JPH0831741 A JP H0831741A JP 18288294 A JP18288294 A JP 18288294A JP 18288294 A JP18288294 A JP 18288294A JP H0831741 A JPH0831741 A JP H0831741A
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JP
Japan
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shutter
crucible
vapor deposition
cell type
deposition source
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Withdrawn
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JP18288294A
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English (en)
Inventor
Takao Nakamura
孝夫 中村
Michitomo Iiyama
道朝 飯山
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B23/00Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
    • C30B23/02Epitaxial-layer growth
    • C30B23/06Heating of the deposition chamber, the substrate or the materials to be evaporated
    • C30B23/066Heating of the material to be evaporated

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】 加熱用ヒータ2が周囲に巻きつけられた坩堝
1と、坩堝1を収納し、上部にオリフィス4を有するケ
ース3と、オリフィス4を実質的に開閉可能なシャッタ
ー5を備える。シャッター5は、ケース3よりやや大き
い直径を有する円板状であり、一端に軸6が取りつけら
れ、軸6を中心に回転可能に構成され、さらにルーバー
型開口部7を備える。 【効果】 シャッター5が閉じていると、分子線は遮断
されるが、坩堝1の熱は、ルーバー型開口部7から放出
される。従って、シャッター5が閉じていても坩堝1の
温度が上昇することがなく、シャッターを開けばその直
後から安定した分子線が放射される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、成膜装置の蒸着源に関
する。より詳細には、MBE(分子線エピタキシー)
法、反応性共蒸着法による薄膜の成膜に使用される成膜
装置のKセル(クヌーセンセル)型蒸着源に関する。
【0002】
【従来の技術】MBE法は、真空蒸着法を改良した成膜
方法であり、超高真空下で基板に分子線を照射して薄膜
を成長させる方法である。MBE法は、融点が異なる複
数の元素を成分とする多元系化合物の薄膜の成膜を行う
ために開発された方法で、それぞれ独立温度制御が可能
な複数の蒸着源を使用する。照射する分子線の強度、即
ち、供給する分子の量は蒸着源の温度(蒸着源の形状が
同一の場合)で制御される。従って、薄膜の成長速度、
多元化合物の組成比の制御を正確に行うことができる。
また、原子レベルで平坦な薄膜を成膜することもでき、
1原子層単位ずつ結晶を積層することが可能であり、良
質で複雑な構造を作製可能である。また、薄膜を成長さ
せながら、RHEED等の表面分析機器を使用し、成長
過程を観察することができる。
【0003】また、反応性共蒸着法は、基板近傍に反応
ガスを供給し、分子線と反応させて基板上に薄膜を成長
させる方法であり、酸化物の薄膜の成膜に適している。
特に、酸化物超電導体は、層状の結晶構造を有する多元
化合物であり、高品質の薄膜の成膜には反応性共蒸着法
が適している。さらに、酸化物超電導体層と絶縁体層と
を積層した積層構造の膜を作製する場合にも、反応性共
蒸着法が適している。
【0004】上記のMBE法および反応性共蒸着法で
は、一般に分子線をKセルと呼ばれる蒸着源から供給す
る。Kセルは、開口部にオリフィスを備える坩堝型の蒸
着源であり、開閉可能なシャッターにより、分子線の供
給を制御する。即ち、シャッターが閉じている時には、
分子線は遮断される。図3(a)および(b)に従来のKセル
の断面図およびシャッターの斜視図を示す。図3(a)に
示したKセルは、加熱用ヒータ2が周囲に巻きつけられ
た坩堝1と、坩堝1を収納し、上部にオリフィス4を有
するケース3と、オリフィス4を実質的に開閉可能なシ
ャッター5を備える。図3(b)にその斜視図を示すよう
に、シャッター5は、ケース3よりやや大きい直径を有
する円板状であり、軸6を中心に回転可能に構成されて
いる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のKセルで
は、シャッターが開いている状態と、シャッターが閉じ
ている状態とで、Kセルの熱的な状態が変化し、不具合
が生ずる。即ち、シャッターが閉じている状態と、シャ
ッターが開いている状態では、Kセルから放出される熱
量が異なるので、シャッターが閉じている状態では坩堝
温度が高く、開いている状態では坩堝温度が低い。従っ
て、シャッターを開いてから、分子線の強度が安定する
までには時間がかかる。複数の蒸着源のシャッターを次
々に開閉して、1原子層単位ごとに積層する精密な成膜
を行おうとすると、ある蒸着源のシャッターを閉じて、
次の蒸着源から発射される分子線が安定するまで成膜を
中断しなければならなかった。そのため、不純物が取り
込まれるなどして、高品質の薄膜を成膜することが困難
であった。
【0006】そこで本発明の目的は、上記従来技術の問
題点を解決した新規な構成のKセル型蒸着源を提供する
ことにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に従うと、坩堝
と、坩堝の加熱手段と、分子線の供給を制御する開閉可
能なシャッターを備えるKセル型蒸着源において、シャ
ッターが閉じている状態でも、坩堝からの熱放出が妨げ
られず、坩堝温度の上昇を防ぐように構成されているこ
とを特徴とするKセル型蒸着源が提供される。
【0008】本発明のKセル型蒸着源は、シャッター
が、ルーバー状の開口部を備えることが好ましい。ま
た、本発明のKセル型蒸着源では、シャッターが、坩堝
の中心線上に同軸に配置された開口部と、この開口部上
に間隙をもってやはり同軸に配置された開口部より大き
い蓋部材とを備えることが好ましい。さらに、このよう
な形状のKセル型蒸着源の場合、シャッターの周囲の少
なくとも一部に吸熱手段を備えることも好ましい。
【0009】
【作用】本発明のKセル型蒸着源は、シャッターが閉じ
ていて、分子線が遮断されている状態でも、坩堝からの
熱放出は妨げられず、坩堝温度が上昇しないよう構成さ
れているところにその主要な特徴がある。本発明のKセ
ル型蒸着源は、例えば、シャッターがルーバー状の開口
部を備え、シャッターが閉じていても熱だけはルーバー
から放出される構成とすることができる。この場合、ル
ーバーの形状は、分子線が完全に遮断されるようにしな
ければならない。
【0010】また、本発明のKセル型蒸着源は、シャッ
ターが、坩堝の中心線上に同軸に配置された開口部と、
この開口部上に間隙をもってやはり同軸に配置された開
口部より大きい蓋部材とを備える形状であってもよい。
シャッターをこれらの形状としたときに、シャッター周
囲からの蒸気(分子線)のリーク量が多い場合には、シ
ャッターの周囲にコールドトラップのような吸熱手段を
配置して、蒸気を遮断し、且つ熱が吸収されるよう構成
することも好ましい。
【0011】Kセル型蒸着源の坩堝内は、一般に中心部
ほど温度が高くなっている温度分布を有する。本発明の
Kセル型蒸着源では、シャッターが閉じている状態で
も、Kセルの中心部の放熱が十分行われるので、温度分
布が拡大されたり、坩堝内の温度が高くなり過ぎること
がない。従って、シャッターを開いた後、分子線の強度
が安定するまでに必要な時間は極めて短くなる。
【0012】以下、本発明を実施例によりさらに詳しく
説明するが、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲をなんら制限するものではな
い。
【0013】
【実施例】図1および2を参照して本発明のKセル型蒸
着源の実施例を説明する。図1(a)は、本発明のKセル
型蒸着源の第1の実施例の断面図を、図1(b)は、同シ
ャッター部分の斜視図を示す。図1(a)および(b)に示さ
れた本発明のKセル型蒸着源は、図4に示した従来のも
のと同様、加熱用ヒータ2が周囲に巻きつけられた坩堝
1と、坩堝1を収納し、上部にオリフィス4を有するケ
ース3と、オリフィス4を実質的に開閉可能なシャッタ
ー5を備える。シャッター5は、ケース3よりやや大き
い直径を有する円板状であり、一端に軸6が取りつけら
れ、軸6を中心に回転可能に構成され、さらにルーバー
型開口部7を備える。坩堝1、ケース3、オリフィス4
およびシャッター5は、同心に配置されている。
【0014】本実施例のKセル型蒸着源では、シャッタ
ー5が閉じていると、分子線は遮断されるが、坩堝1の
熱は、ルーバー型開口部7から放出される。従って、シ
ャッター5が閉じていても坩堝1の温度が上昇すること
がなく、シャッターを開けばその直後から安定した分子
線が放射される。
【0015】図1では、ルーバー型開口部7は3列形成
されているが、シャッター5と坩堝1との間の距離、ル
ーバー型開口部7の形状、寸法、数および配置は、坩堝
の温度、蒸着材料等により適宜選択することが好まし
い。また、ルーバー型開口部7は、分子線が十分に遮断
できるような形状にしなければならない。
【0016】図2(a)は、本発明のKセル型蒸着源の第
2の実施例の断面図を、図2(b)は、同シャッター部分
の斜視図を示す。図2(a)および(b)に示された本発明の
Kセル型蒸着源は、図4に示した従来のものと同様、加
熱用ヒータ2が周囲に巻きつけられた坩堝1と、坩堝1
を収納し、上部にオリフィス4を有するケース3と、オ
リフィス4を実質的に開閉可能なシャッター5を備え
る。シャッター5は、ケース3よりやや大きい直径を有
し、中心に開口部53を有し、開口部53上に支柱52で支持
された蓋部材51を有する円板状であり、一端に軸6が取
りつけられ軸6を中心に回転可能に構成されている。坩
堝1、ケース3、オリフィス4、シャッター5、シャッ
ターの開口部53および蓋部材51は、同心に配置されてい
る。また、シャッター5の蓋部材51の下側にはコールド
トラップ8がそれぞれ配置されている。
【0017】本実施例のKセル型蒸着源では、シャッタ
ー5が閉じていると、分子線が遮断され、坩堝1の熱は
コールドトラップ8に吸収される。従って、シャッター
5が閉じていても坩堝1の温度が上昇することがなく、
シャッターを開けばその直後から安定した分子線が放射
される。
【0018】本実施例のKセル型蒸着源のコールドトラ
ップ8は、例えば、液体窒素で伝熱冷却されている銅線
で構成することができる。シャッター5と坩堝1との間
の距離、開口部53、蓋部材51およびコールドトラップ8
の形状、大きさ、熱容量等は、坩堝の温度、蒸着材料等
により適宜選択することが好ましい。
【0019】図4に示すよう、従来のKセル型蒸着源で
は、シャッターを開いた直後の約30分間は坩堝1の温度
が高く、放射される分子線の強度も大きいので、蒸着量
の制御が困難である。しかしながら、本発明のKセル型
蒸着源では、シャッターを開いた直後から分子線の強度
がほぼ一定であり、蒸着量の精密な制御が可能である。
【0020】本発明のKセル型蒸着源は、上記実施例の
構成に限定されるものではなく、シャッターを閉じた状
態で分子線が有効に遮断でき、且つ、坩堝の熱放出が十
分行われるものであればどのような構成であってもよ
い。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に従えば、
新規な構成のKセル型蒸着源が提供される。本発明のK
セル型蒸着源は、分子線を遮断するためにシャッターを
閉じても、坩堝の熱の放出が妨げられず、坩堝温度が上
昇することがない。従って、シャッターを開いた直後か
ら分子線の放射が安定しているので、複数の蒸着源のシ
ャッターを次々に開閉して、分子を供給して薄膜を成膜
する工程に適する。本発明のKセル型蒸着源は、結晶を
1原子層単位ずつ積層して精密な成膜を行う、例えば酸
化物超電導体と、絶縁体の薄膜を積層して超電導素子を
作製する場合に使用するのに特に適している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のKセル型蒸着源の一例の(a)は断面図
であり、(b)はシャッター部の斜視図である。
【図2】本発明のKセル型蒸着源の他の一例の(a)は断
面図であり、(b)はシャッター部の斜視図である。
【図3】従来のKセル型蒸着源の例の(a)は断面図であ
り、(b)はシャッター部の斜視図である。
【図4】本発明のKセル型蒸着源とおよび従来のKセル
型蒸着源の閉じていたシャッターを開いてからの積算蒸
着量を示すグラフである。
【符号の説明】
1 坩堝 2 ヒータ 3 カバー 4 オリフィス 5 シャッター 6 軸 7 ルーバー型開口部 8 コールドトラップ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 坩堝と、坩堝の加熱手段と、分子線の供
    給を制御する開閉可能なシャッターを備えるKセル型蒸
    着源において、シャッターが閉じている状態でも、坩堝
    からの熱放出が妨げられず、坩堝温度の上昇を防ぐよう
    に構成されていることを特徴とするKセル型蒸着源。
  2. 【請求項2】 前記シャッターが、ルーバー状の開口部
    を備えることを特徴とする請求項1に記載のKセル型蒸
    着源。
  3. 【請求項3】 前記シャッターが、坩堝の中心線上に同
    軸に配置された開口部と、この開口部上に間隙をもって
    やはり同軸に配置された開口部より大きい蓋部材とを備
    えることを特徴とする請求項1に記載のKセル型蒸着
    源。
  4. 【請求項4】 前記シャッターの周囲の少なくとも一部
    に吸熱手段を備えることを特徴とする請求項3に記載の
    Kセル型蒸着源。
  5. 【請求項5】 請求項1〜4のいずれか1項に記載のK
    セル型蒸着源を備える成膜装置。
JP18288294A 1994-07-12 1994-07-12 Kセル型蒸着源 Withdrawn JPH0831741A (ja)

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JP18288294A JPH0831741A (ja) 1994-07-12 1994-07-12 Kセル型蒸着源
EP95401670A EP0692556A1 (en) 1994-07-12 1995-07-12 K cell type vapor source and shutter
CA002153754A CA2153754A1 (en) 1994-07-12 1995-07-12 K cell type vapor source having an improved shutter

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