JPS62211376A - 膜成長制御装置 - 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〕 本発明は真空蒸着などの膜形成装置にかかるものであり
、特に膜形成時の成長速度の制御を行う膜成長制御装置
に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の膜成長制御装置としては、第６図及び第４図に示
すものがある。第３図には、蒸着装置と電源装置が示さ
れており、第４図には速度制御装置が示されている。こ
れは、特開昭５４−９５９２号公報に關示されたもので
ある。

まず、第３図の蒸着装置から説明すると、適宜の真空槽
ないしペルジャーＣＩＱ内の底部には２るつぼ（６）が
配置されており、このるつぼ（６）の周囲には加熱用の
フィラメントＣＩ４が巻回されている。るつぼ（２）内
には蒸着材料（２）が収容されており、るつぼ（２）の
上万略中央には小孔α→が形成されている。

るつぼ（ロ）の上方には、イオン引出し用の電極（１）
が配置されており、この電極（ホ）の外側には、イオン
形成のための電子を放出するフィラメント（イ）が配置
されている。また、電極−の上方には、イオンの加速を
行う加速電極（ハ）が配置されている。

矢に、ペルジτ−（ｌ［）の上方には、ホルダー翰カ配
置されており、このホルダー■には基板（ハ）が固定支
持されている。また、ホルダー翰の縁部適宜位置には、
蒸着速度検出用のセンサ（１）が配置されている。この
センサ（ト）は蒸着速度計Ｏａに接続されており、これ
によって基板（至）上に形成される膜の成長速度ないし
蒸着速度が計測し得るようになっている。

矢に電源装置について説明すると、るつぼ加熱用のフィ
ラメントα◆には、電源（ロ）が接続されており、るつ
ぼ（６）とフィラメントα◆との間には電源（至）が接
続されている。この電源（至）には電圧測定装置（ロ）
及び１！流測定装置−が各々接続されている。

フィラメント（イ）にも同様にして電源釦が接続されて
おり、フィラメント（イ）とるつぼ（ロ）との間には電
源（財）が接続されている。更に、加速電極（ハ）はア
ースされ工おり、この加速′成極（ハ）とるつぼ（６）
との間には加速電源−が接続されている。

次に、上記装置の動作について説明すると、まず電源（
ロ）によりフイラメン）　Ｑ４１が加熱される。欠に電
源＠による電界により、フィラメントθ４から放出され
た電子がるつぼ（２）に衝突する。このエネルギーでる
つぼ（２）の加熱が行なわれる。この加熱の程度は電子
量や電源（ト）による電界の程度によって変化するが、
かかるエネルギーの程度は電圧測定装置（至）及び電流
測定装置ｈａによって測定される。

るつぼｏ埠が加熱されると、蒸着材料Ｑｌが溶融し。

小孔α呻から突出する。−万、電源０２によって加熱さ
れたフィラメント（２）から電源−による電界によって
るつぼ（ロ）の方向に電子が引き出されており、これに
よって蒸発した蒸着材料ａ→のイオン化が行なわれる。

イオンは、電源鋺による′電界によって基板（至）の方
向に引き出されるとともに、加速電源■及び加速電極（
ハ）によって形成された電界により加速されて基板（ハ
）に達する。

以上のようにして基板翰上に第３図の破線で示す如くイ
オンを含む金属蒸気（ＭＥ）によって薄膜（ＴＦ）が形
成される。この薄膜（Ｔ　Ｆ）の成長速度すなわち金属
蒸気（ＭＥ）の付着速度はセンナ（７）による検出出力
に基づいて蒸着速度計０２により測定される。

矢に、第４図を参照しながら、速度制御装置について説
明する。薄膜（ＴＦ）の蒸着速度は、るつぼα→の加熱
供給電力ないしエネルギーによって加熱されたるつぼ←
ゆの温度や、るつばＣ１４から真空中に飛び出し′Ｃい
く金属蒸気（ＭＥ　）の量などの条件で定まるものであ
る。このため、蒸着中に、蒸着速度の設定値が変更され
たり、あるいは加熱エネルギー変換過程での外乱その他
の原因で蒸着速度が変化したとぎには、第４図に示す速
度制御装置が動作し、蒸着速度が所定値に制御される。

第４図において、蒸着速度計（至）によって計測された
蒸着速度が人力される速度比較回路（イ）には、速度設
定回路（財）から設定された蒸着速度が入力されている
。他方、電圧測定装置（至）及び電流測定装置（イ）の
出力は現在の加熱電力の演算回路（ロ）に入力されてお
り、この演算回路（財）の出力と、比較回路−の出力と
は、最適なるつぼ加熱電力の演算回路−に入力されてい
る。

以上のように構成された速度制御装置の動作について説
明すると、まず、速度設定回路（至）によって必要な蒸
着速度Ｒ８が設定される。次に、蒸着速度計０３によっ
て計測された現在の最新の蒸着速度が比較回路−に入力
され１両者が比較される。そして現在の蒸着速度が設定
値上を中心とする制御幅Ｗ（第２図参照ン内にあるか否
かが判断され、その結果が演算回路−に人力される。

他方、演算回路−では入力されたるつぼ加熱の電圧値及
び電流値に基づいて電力計算が行なわれ。

その結果が演算回路（至）に出力される。この液算回路
（至）では、入力されたデータに基づいて最適なるつぼ
加熱電力が演算され、これに基づいて電源（ロ）の供給
電力の制御１例えば電圧の制御が行なわれる。

例えば、最適るつぼ加熱電力設定値Ｐｓ、最新のるつぼ
加熱電力測定値ＰＩＩ、電力増減値Ｐｏ、電源（至）の
電圧指令値ｖ８及び最新の電流測定値ＩＮに対し、Ｐｓ
　ｗ　ＰＮ±Ｐ。

又は　Ｐｓ　＝　ＰＮ として電力設定を行い。

Ｖｓ＝Ｐ８／ＩＮ として電源（至）の電圧値が制御される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、以上のような従来の方式では、測定した
実際の蒸着速度と設定した蒸着速度との間に大さな差が
あるような場合には、設定蒸着速度に到達するまでに多
大の時間を妥するという不都合がある。このため、形成
される膜の品質に影響を与えることとなるとともに、外
乱などで蒸着速度が変化した場合等には、電源や金属蒸
気形成部分に故障が生ずるおそれがある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、＄ 短時間で良好に蒸着速度の制御外いし蒸発手段の最適な
電力設定を行なうことができる膜成長制御装置を提供す
ることをその目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、るつぼなどの脱形成源に投入されるエネルギ
ー量によって変化する膜成長速度の応答性を考慮したも
のである。

本発明によれば、速度差検出手段によって、設定手段に
より設定された膜成長速度の制御目標値と、現在値との
差が求められる。また、速度変化手段により膜成長速度
の現在値の変化が求められる。

更に、エネルギー量検出手段によって脱形成源に投入さ
れているエネルギー量の現在値が検出される。

これらのデータにより、演算手段により変更すべきエネ
ルギー量のデータが得られる。

〔作用〕

本発明では、膜成長速度の現在値やエネルギー量の現在
値の他に、膜成長速度の現在値の変化も考慮される。

例えば、一度エネルギー竜を変更したにもかかわらず膜
成長速度の変化が小さく、目標値に遠いとぎには、更に
一層のエネルギー量の変更が行なわれる。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例について、添附図面を参照しなが
ら説明する。なお、上述した従来例と同様の構成部分に
ついては同一の符号を用いることとする。

第１図には本発明の一実施例が示されている。

この図中で、第６図に示した部分は従来技術と共通して
いるのでその一部が省略されている。第１図において、
速度制御回路−は、速度設定回路Ｉ２、速度差検出回路
（財）、速度変化検出回路−、電力演算回路−及び最適
なるつぼ加熱電力を計算する演算回路σ０によって構成
されている。

速度設定回路のは速度差検出回路（財）に接続されてお
り、この速度差検出回路（財）と速度変化検出回路−と
は、各々蒸着速度計Ｇａに接続されている。

他方、電力演算回路−は、電圧測定装置（至）及び電流
測定値＠−に各々接続されている。また、速度差検出回
路−１速度変化検出回路−及び電力演算回路−は、いず
れも出力側が液算回路ｆｆＯに接続されており、この演
算回路σαの出力側は、電源（至）に接続されている。

これらのうち、速度設定回路１３．電力演算回路−は第
４図に示したものと同様の機能を有するものである。

欠に、上記実施例の全体的動作について説明する。なお
、蒸着装置における膜形成及び電源装置における電力供
給は従来と同様である。そして。

速度設定回路Ｉ２には、必要とされる薄膜（ＴＦ）の蒸
着速度が設定されており、その値が速度差検出回路（財
）に人力されている。また、るつぼ（６）の加熱電力を
供給している電源（至）の電圧値及び電流値は、電力演
算回路−に入力されている。また、蒸着速度計（ロ）に
より計測された現在の最新の蒸着速度が速度差検出回路
（財）及び速度変化検出回路−に各々入力されている。

まず、速度差検出回路−では、入力されている設定蒸着
速度と測定蒸着速度とが比較され１両者の大小関係（Ｄ
　Ａ）及び両者の差（Ｄ　Ｂ）の各データが演算回路σ
０に入力される。また、速度変化検出回路−では、前回
サンプリングした測定蒸着速度と今回サンプリングした
測定蒸着速度の差のデータ（ＤＣ）が算出され、演算回
路σ切に人力される。更に、電力演算回路［Ｆ］秒では
、入力値からるつぼ加熱電力が算出され、このデータ（
ＤＤ）が、電流値のデータ（ＤＥ）とともに演算回路σ
ａに入力される。

久に、演算回路側では、次の演算が行なわれる。

Ｖｓ　＝　Ｐ８／　ＩＮ　　　　　　　　　　　−（２
Ｊここで、ｈは最適るつぼ加熱電力設定値、　ＰＮは現
在最新のるつぼ加熱電力測定値、　Ｒｓは設定蒸着速度
、ＲＮは現在最新の蒸着速度、　ＲＱは前回サンプリン
グの蒸着速度である。また、αは蒸着速度とるつぼ加熱
電力の変換係数、　Ｖｓは電圧指令値、　ＩＮは最新の
電流値である。

これらのうち、（１）式の正負の符号は、データ（Ｄ　
Ａ）によって定められる。データ（ＤＢ）はｌ　Ｒｓ　
−ＲＮ　ｌ　に対応する。データ（ＤＣ）はＩＲＮ−Ｒ
ＱＩに対応する。データ（ＤＤ）はＰＮに対応し、デー
タ（Ｄ　Ｅ）はＩＮに対応する。

以上のような（ＩＬ　（２３式の演算から電圧指令値Ｖ
Ｓが求められ、これが電源（至）に人力されてるつぼ加
熱電力の制御が行なわれる。

第２図には、笑験データの一例が示されており。

この図中実線は上記実施例の場合を、破線は第４図の従
来例の場合を示す。また、グラフ（Ｌ　Ａ）（ＬＢ）は
設定蒸着速度が時刻（Ｔ　Ａ）で変更された場合の蒸着
速度の変１ヒを示すものであり、グラフ（ＬＣ）、（Ｌ
Ｄ）はるつぼ加熱電力変化の様子を示すものである。

まず、蒸着速度の変化をみると、時刻（Ｔ　Ｂ）では１
Ｒ８−ＲＮＩ　がＩＲＮ−ＲＱＩ　　より大きい（グラ
フ（Ｌ　Ａ）参照）。別言すれば１時刻（ＴＡ）で設定
したるつぼ加熱の電力値Ｐｓがまだ大きすぎることにな
る。このため、時刻ＴＣに示すようにかかる電力値を犬
さく低減させている（グラフ　（ＬＣ）参照）。

以上のような制御の繰り返しにより、本実症例では１時
刻ＴＤ付近でほぼ蒸着速度が設定値となる（グラフ（Ｌ
／）参照２゜他方、従来の方式では時刻ＴＥに至っても
良好に蒸着速度の制御が行なわれていない。

なお、本発明は何ら上記実施例に限定されるものではな
く、通常の蒸着装置の他、イオンビーム、イオン蒸着、
イオンブレーティング、スパッタ＋７ング、ＣＶＤ、Ｍ
ＢＥその他の膜形成装置に対しても適用されるものであ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように１本発明によれば膜成長速度の変化
を考慮し工脱形成源のエネルギー量を制御することとし
たので、伺らかの理由により膜成長速度が変化しても良
好に蒸着速度が応答し、設定値にすみやかに移行させて
安定させることができて膵の品質を向上させることがで
き、更には、装置の故障のおそれもないという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
該実施例の実験例を示す線図、第３図は薄膜形成装置と
その電源構成の例を示す構成ブロック図、第４図は従来
技術を示すブロック図である。 図において、（ロ）はるつぼ、（ト）は電源、曽は速度
設定回路、（財）は速度差検出回路１缶は速度変化検出
回路、關は電力演算回路、σ■は演算回路である。 なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示すものと
する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 膜成長装置の脱形成源に投入されるエネルギー量を変更
   することにより膜成長の速度を制御する膜成長制御装置
   において、 前記速度制御の目標値を設定する設定手段と、前記膜成
   長速度を所定の時間間隔でサンプリングして現在値を測
   定する速度検出手段と、 膜成長速度の前記目標値と前記現在値との差を求める速
   度差検出手段と、 膜成長速度の現在値の変化を求める速度変化検出手段と
   、 前記エネルギー量の現在値を検出するエネルギー量検出
   手段と、 検出された速度差、速度変化及びエネルギー量の現在値
   に基づいて変更すべきエネルギー量のデータを得る演算
   手段とを具備したことを特徴とする膜成長制御装置。