JPS63206687A

JPS63206687A - 分子線フラツクスモニタ

Info

Publication number: JPS63206687A
Application number: JP3981387A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Naganuma; 永沼　充; Yoshiharu Horikoshi; 佳治堀越
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1987-02-23
Filing date: 1987-02-23
Publication date: 1988-08-25
Anticipated expiration: 2011-02-14
Also published as: JPH0814623B2

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、分子線エピタキシ装置において分子線エピタ
キシャル成長用分子線の強度を高感度に、かつ個別に、
かつ必要な時にのみ計測することができる分子線フラッ
クスモニタに関するものである。

従来の技術分子線エピタキシ装置において分子線をモニタすること
は、成長状態の把握などのため必要であり、現在、分子
線エピタキシ装置には各種のモニタ装置が組み込まれて
いる。

従来利用されている分子線を監視する方法の代表的な１
つは、分子線源から見て基板ホルダの裏側に取り付けた
Ｂ−Ａゲージ型モニタにより計測する方法である。すな
わち、分子線エピタキンヤル成長時には、分子線源に対
して基板ホルダが向いており、その裏側にあるＢ−Ａゲ
ージ型モニタには分子線は照射されないので、分子線強
度を計測する場合は、モニタが分子線源側を向くよう基
板ホルダの支持体を回転してＢ−Ａゲージ型モニタを分
子線源に対して向けて、計測する。このため、この方法
には次のような欠点があった。

（１）基板ホルダとＢ−Ａゲージ型モニタ、とを表裏に
取りつけた支持体が、基板ホルダと分子線源とを結ぶ軸
に対してほぼ直角の軸の回りに回転できる機構となって
いなければならない。大型ウェハ上に成長させた膜の面
内均一性を確保するためには一般に基板ホルダを基板面
内で回転する方法が採用されている。そのため、この他
にもう１軸の回転機能を持たせることは、基板ホルダ支
持体の構成が複雑になるとともに大型化することになる
。

最も大きなガス放出源である基板ホルダ支持体の大型化
、複雑化は分子線エピタキシ装置にとっては致命的であ
る。

（２〕　　モニタの計測位置には複数の分子線が飛来す
るために、個別の分子線強度を計測する場合は、不要な
分子線源をシャッタで閉じておく必要があり、複数の分
子線の同時計測ができない。

（３）分子線源から噴出する分子線は距離の２乗にほぼ
反比例して強度が減少するので、分子線源から離れた基
板ホルダ位置で計測する従来技術ではドーパントのよう
な強度の弱い分子線は計測不能である。

（４）ＧａＡｓのように、Ａｓ分子線中で基板を高温に
加熱して基板正面をクリーニングする場合には、分子線
強度測定中は基板がＡｓ分子線の照射を受けないので基
板温度を下げなければならない。

（５）モニタの検出部が故障した場合、Ｂ−Ａゲージ型
モニタでは例えばフィラメントが断線した場合は、成長
装置の真空を解除しなければならない。

上記した問題は、分子線フラッグスモニクとして、四電
極質量分析計（ＱＭＳ）を使用した場合も同様である。

従来の第２の方法は、原子吸光分析法による方法である
。この方法は、分子線の空間的密度が薄いために測定強
度が低いこと、および測定の安定性に欠けることが致命
的な欠点であり、実用に供されていない。

従来の第３の方法は、水晶式膜厚計による方法である。

この方法は、水晶振動子の表面に堆積する分子線の堆積
速度から分子線強度を測定する方法である。この場合に
は、一定の堆積量に達した後は振動子を取り替えなけれ
ばならないこと、およびＡｓ、　Ｐのような堆積しにく
い物質の分子線は測定できないという欠点がある。

発明が解決しようとする問題点　− そこで、本発明の第１の目的は、基板ホルダ支持体を大
型化したり複雑化することなく、且つ、ドーパントのよ
うな強度の弱い分子線でも十分に測定可能な分子線フシ
ックスモニタを提供することにある。

本発明の第２の目的は、モニタ検出部が故障した場合な
どに成長装置の真空を解除することなくモニタ検出部の
交換が可能な分子線フラックスモニタを提供することに
ある。

本発明の第３の目的は、複数分子線を同時に高感度で測
定することができる分子線強度モニタ装置を提供するこ
とにある。

本発明の第４の目的は、成膜時にも、成膜に影響を与え
ることなく高感度で測定することができる分子線強度モ
ニタ装置を提供することにある。

問題点を解決するための手段すなわち、分子線エピタキシ装置の分子線強度を測定す
るための本発明による分子線フラックスモニタは、前記分子線エピクキシ装置の真空チャンバにゲートバル
ブを介して結合される密封可能なハウジングと、該ハウジング内に配置され、開放状態にある前記ゲート
バルブを通って軸方向に移動可能な移動部材と、該移動部材の先端部に設けられたモニタ検出部と、測定時には前記モニタ検出部を分子線源の極く近傍に位
置付け、更に、交換時には前記モニタ検出部を前記ハウ
ジング内に収容するように、前記真空チャンバ内の真空
状態を維持したまま前記移動部材を移動させるために前
記ハウジングに設けられた駆動機構とを具備して構成される。

立亙以上の構成において、前記分子線エビクキシ装置の真空
チャンバに前記ハウジングを前記ゲートバルブを介して
結合して、該ゲートバルブを開放することにより、前記
モニタ検出部を前記分子線エピクキシ装置の真空チャン
バ内に挿入することができる。従って、前記ゲートバル
ブが開放状態にあるときに、前記駆動機構により前記移
動部材を変位させることにより、前記真空チャンバ内の
真空を維持しつつ前記モニタ検出部を分子線源の掻く近
傍に位置付けて、分子線を測定することができる。

一方、交換時には、前記モニタ検出部を前記ハウジング
内に収容した後、前記ゲートバルブを閉じることにより
、前記真空チャンバ内の真空解除することなく前記モニ
タ検出部を交換することができる。

実施例以下、添付図面を参照して本発明による分子線フラック
スモニタの実施例を説明する。しかし、以下に説明し且
つ図面に示す実施例は、本発明の実施例のいくつかに過
ぎない。従って、本発明は何らそれらに限定して解釈さ
れるべきではなく、特許請求の範囲の記載に準拠して解
釈されるべきである。

第１図は、本発明による分子線フラックスモニタの第１
の実施例を図解する図である。第１図には、真空チャン
バ８内に、分子線が照射されるべき基板１が配置され、
その基板１に対して分子線を照射する分子線源２が２つ
配置されている状態が概略的に図示されている。しかし
、分子線源２は２つに限られるものではなく、１つでも
、または３つ以上でもよい。なお、真空チャンバ８内に
は、基板１を保持する基板ホルダやその基板ホルダを支
持する支持体などのほか、分子線エピクキシ装置に付随
する様々な装置が設けられるが、図面の簡略化のため且
つ説明の簡略化のためにそれらの図示を省略しである。

かかる真空チャンバ８に、ゲートバルブ６を介して筒状
のハウジング９が結合される。そのハウジング９内には
、開放状態にあるゲートバルブ６を通って軸方向に移動
可能な支持ロッド１０が配置されている。なお、ハウジ
ング９は、ゲートバルブ６を介して真空チャンバ８に結
合されているときゲートバルブ６が開放されても真空チ
ャンバ８内の真空を保持できるような密閉構造になされ
ている。

そして、支持ロッド１０の先端部には、モニタ検出部３
、図示の例では、Ｂ−Δゲージ測定子が設けられている
。このＢ−Ａゲージ型測定子は、中央にピン状プレート
電極の周囲に螺旋状のグリッド電極が配置され、その更
に周囲に螺旋状のフィラメントが配置された構造を有し
、真空度に応じたプレート電極−フィラメント間電流を
測定する真空度針の一種である。このＢ−Ａゲージ型測
定子は、小型であるので、支持ロッド１０の先端部に取
付けることと、小さなハウジング９内に収容するのに都
合がよい。

しかし、支持ロッド１０の先端には、画電極質量分析計
（ＱＭＳ）のセンサヘッドなどの、他の分子線フラッグ
ス検出手段を取付けてもよい。

更に、支持ロッド１０の駆動機構として、磁気結合機構
５が設けられている。この磁気結合機構５は、支持ロッ
ドｌＯのハウジング９内の他端に固定され、ハウジング
９内を支持ロッド１０の軸方向に移動可能な内部磁石と
、支持ロッド１０に設けた磁石と磁気結合すると共にハ
ウジング９の外側を支持ロッド１０の軸方向に移動可能
な外部磁石とから構成されている。なお、このような磁
気結合機構５との代わりに、超高真空中の搬送機構とし
て周知なベローズ式の駆動機構により、支持ロッド１０
を駆動するようにしてもよい。

■１従って、ハウジング９は、金属性シリンダまたはパイプ
のような剛性のものに限らず、ベローズのような伸縮性
があるものでもよい。従って、本明細書において、「ハ
ウジング」とは、密閉可能で内部の支持ロッドを外部か
ら移動させることが可能な全ての容器または包囲体を含
むものと解釈されたい。

また、分子線源ごとに設けるシャッタ７は、分子線源２
の分子線放射口に設けるのでなく、分子線源の分子線放
射口から離れて位置し、且つ、遮蔽位置（第１図に図示
する位置）にあるとき、基板１への分子線照射路を完全
に遮蔽できる大きさを有している。従って、図示してい
ないシャッタ駆動機構によりシャッタ７を図示の遮蔽位
置から移動させることにより、基板に分子線を照射した
り、また、基板に対して分子線を遮蔽したりすることが
できる。

かかる分子線フラッグスモニクは次のように使用する。

すなわち、支持ロッド１０をハウジング９内に完全に収
容して、先端のモニタ検出部３がハウジング９内に位置
している状態で、ハウジング９をゲートバルブ６を介し
て真空チャンバ８に装着する。

このとき、ハウジング９内の空気を予め排気して、真空
チャンバ８内の真空度とほぼ同じ真空度にしておくこと
が好ましい。そのために、排気装置に接続可能な真空弁
をハウジング９に設けてもよい。

しかし、ハウジング９の容積が、真空チャンバ８に比較
して極端に小さければ、真空チャンバ８内の真空度によ
れば、事前に排気する必要がない場合もある。

その後、ゲートバルブ６を開放する。この状態で、磁気
結合機構５を操作して、すなわちハウジング９の外側に
配置された外部磁石をゲートバルブ６側に移動し、それ
に伴い、支持ロッド１０側に取付られた内部磁石も同じ
方向−緒に移動することにより、モニタ検出部３を真空
チャンバ８内で動かすことができる。非測定時には、モ
ニタ検出部を第１図に参照番号３で示す位置まで位置つ
ける。この位置にある限り、シャッタ７を開いて基板に
分子線を照射することに一切支障はない。そして、モニ
タ検出部３の移動に際して、真空チャンバ８内及びハウ
ジング９内の真空は維持される。

一方、測定時には、磁気結合機構５を操作してハウジン
グ９の外側に配置された外部磁石をゲートバルブ６側に
更に移動することにより、モニタ検出部を第１図に参照
番号４で示す位置まで位置つける。この操作も、真空チ
ャンバ８内及びハウジング９内の真空を維持したまま実
施できる。そして、測定時には、シャッタ７を図示して
いる遮蔽位置に移動させる。

更に、モニタ検出部３の故障時、例えば、図示の例では
、Ｂ−Δゲージ測定子のフィラメントが断線した場合な
どは、磁気結合機構５を操作してハウジング９の外側に
配置された外部磁石をゲートバルブ６側と反対の方向に
移動して、それに伴い、支持ロッド１０側に取付られた
内部磁石も同じ方向−緒に移動させることにより、モニ
タ検出部をハウジング９内に完全に収容する。この状態
で、ゲートバルブ６を閉塞する。ゲートバルブ６を閉じ
た後は、ハウジングを外して、必要な交換作業を実施す
る。そのとき、ゲートバルブ６は閉じられているので、
真空チャンバ８内の真空は損なわれることない。

Ｇａ、　八ｓ、　ドーパントなどの分子線源を用意して
上記した本発明による分子線フシックスモニタによりＧ
ａＡｓを基板に成長した場合を例に以下作用を説明する
。

Ｇａ分子線の基板上での実効蒸気圧は１μｍ／ｈｒの成
長速度においてＩ　Ｘｌ０−６Ｔｏｒｒであり、ドーパ
ントの場合はｌＸｌ０−９〜１Ｏ−１３Ｔｏｒｒである
。従って、基板ホルダー位置でモニタする従来技術では
、ドーパント分子線はＢ−Δゲージ型圧力計の検出限界
近傍もしくはそれ以下となり測定が困難であった。

しかし、上記した本発明による分子線フラックスモニタ
では、モニタ検出部は分子線源の近傍に置くことができ
るため、実効蒸気圧が基板ホルダー位置より１〜２桁高
い状態で測定できるため、ドーパント分子線強度もモニ
タの検出限界以上にあり、測定することができた。

また、従来技術では、基板清浄化後、基板温度を３００
℃程度まで降下させて分子線強度をモニタし、再び基板
温度を上昇させて成長を開始していた。しかし、上記し
た本発明による分子線フランクスモニタでは、Ａｓの分
子線シャッタ７を開として基板１にＡｓ分子線を照射し
たまま、Ｇ（ｌおよびドーパントの分子線強度をシャッ
タ７を閉じて測定することにより、基板温度を降下させ
る必要がない。

モニタ検出部のフィラメント交換は、検出部をゲートバ
ルブ６の外側まで移動してゲートバルブ６を閉じて、ハ
ウジング内のみ真空解除して行なう。これによりフィラ
メント交換による分子線エピタキシ装置稼働停止時間が
従来技術に比べ１／１０以下となった。

第２図は、本発明による分子線フラックスモニタの第２
の実施例を示す。これは、モニタ検出部１２の近傍で分
子線源１３の反対側に遮蔽板ＩＩを設け、第１実施例に
おける第１図に参照番号４で示す測定位置を、参照番号
１２で示すように分子線源１３０分子線放射口の近傍で
、該分子線放射口から基板１４への分子線路の脇に位置
付けるようにした。なお、この実施例でも、シャッタ１
５を、分子線放射口から基板１４への分子線路を完全に
遮蔽する位置と、その分子線路を全く遮ることがない位
置との間を移動できるようにする。

このように構成することにより、基板に到達する分子線
に影響を与えることなく、成長中に分子線強度をモニタ
することができる。これにより、成長中の分子線強度を
常時モニタし、分子線源の噴出量制御を行なうこきがで
きた。分子線源としてクヌーセンセル加熱型を行った場
合は蒸発原料の減少とともに、セルを一定温度に保持し
ても、分子線強度が減少するが、上記した第２実施例に
よれば蒸発原料の減少に無関係に分子線強度を制御でき
た。

発明の効果以上の説明から明らかなように、本発明による分子線フ
ラックスモニタによれば、以下のような効果が得られる
。

（１）モニタ検出部を基板ホルダ支持体に設ける必要が
ないので、基板ホルダ支持体を大型化したり複雑化する
必要がない。

（２）モニタ検出部を分子線源の極く近傍に位置付ける
ことができるので、ドーパントのような強度の弱い分子
線でも十分に測定可能である。

（３）モニタ検出部をハウジング内に収容した後、ゲー
トバルブを閉じることにより、真空チャンバ内とハウジ
ングとを離隔することができるので、モニタ検出部が故
障した場合などに成長装置の真空を解除することなくモ
ニタ検出部の交換が可能である。

（４）上記した構成の分子線フラックスモニタを複数設
けることにより、全ての分子線源の強度を同時に個別に
モニタできる。

（５）分子線エピタキシ装置の分子線源のためのシャッ
タを、分子線源の分子線放射口から離れて配置し、且つ
、遮蔽位置にあるとき、分子線エビクキシ装置に置かれ
た基板への分子線照射を遮蔽できる大きさとする一方、
駆動機構が、測定時、分子線源の分子線放射口と遮蔽位
置にあるそのシャッタとの間にモニタ検出部を位置付け
ることできるようにすることにより、基板を成長時の位
置に保持したままでモニタできる。

（６）駆動機構が、測定時、分子線源の分子線放射口の
近傍で、その分子線放射口から基板への分子線路の脇に
モニタ検出部を位置付けることできるようにすることに
より、成膜時にも、成膜に影響を与えることなく高感度
で分子線強度モニタをすることができる。

〔７）１つの分子線源からの分子線を基板に照射しなが
ら、他の分子線源からの分子線を測定することができる
。従って、基板を高温に維持して基板をクリーニングし
ながら、一方で分子線を測定することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による分子線フラックスモニ夕の第１
実施例の概略構成図、第２図は、本発明による分子線フラックスモニタの第２
実施例のモニタ検出部付近の概略′構成図である。（主な参照番号）１・・基板、　　　　　　２・・分子線源、３．４・・
モニタ検出部、５・・磁気結合機構、　６・・ゲートバルブ、７・・シ
ャッタ、　　　　８・・真空チャンバ、１１・・遮へい
板、　　　１２・・モニタ検出部、１３・・分子線源、
　　　１４・・基板、１５・・シャッタ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）分子線エピタキシ装置の分子線強度を測定するた
めの分子線フラックスモニタにおいて、前記分子線エピ
タキシ装置の真空チャンバにゲートバルブを介して結合
される密封可能なハウジングと、該ハウジング内に配置され、開放状態にある前記ゲート
バルブを通って軸方向に移動可能な移動部材と、該移動部材の先端部に設けられたモニタ検出部と、測定時には前記モニタ検出部を分子線源の極く近傍に位
置付け、更に、交換時には前記モニタ検出部を前記ハウ
ジング内に収容するように、前記真空チャンバ内の真空
状態を維持したまま前記移動部材を移動させるために前
記ハウジングに設けられた駆動機構とを具備し、前記ゲートバルブが開放状態にあるとき前記
真空チャンバ内の真空を維持しつつ前記モニタ検出部を
分子線源の極く近傍に位置付けて分子線測定をすること
ができ、交換時には、前記モニタ検出部を前記ハウジン
グ内に収容した後、前記ゲートバルブを閉じることによ
り、前記真空チャンバ内の真空解除することなく前記モ
ニタ検出部を交換可能としたことを特徴とした分子線フ
ラックスモニタ。
（２）前記駆動機構は、非測定時には前記真空チャンバ
内の真空を維持しつつ前記モニタ検出部を分子線源から
離れた位置に位置付けるように前記移動部材を移動させ
ることができることを特徴とする特許請求の範囲第（１
）項記載の分子線フラックスモニタ。
（３）前記分子線エピタキシ装置の前記分子線源のため
のシャッタは、前記分子線源の分子線放射口から離れて
位置し、且つ、遮蔽位置にあるときに、前記分子線エピ
タキシ装置内に置かれた基板への分子線照射を遮蔽でき
る十分な大きさを有しており、前記駆動機構は、測定時
、前記分子線源の分子線放射口と遮蔽位置にある前記シ
ャッタとの間に前記モニタ検出部を位置付けることでき
るようになされていることを特徴とする特許請求の範囲
第（１）項または第（２）項記載の分子線フラックスモ
ニタ。
（４）前記モニタ検出部は、分子線源と反対方向に遮蔽
板を配置したことを特徴とする特許請求の範囲第（１）
項または第（２）項記載の分子線フラックスモニタ。
（５）前記駆動機構は、測定時、前記分子線源の分子線
放射口の近傍で、該分子線放射口から前記基板への分子
線路の脇に記モニタ検出部を位置付けることできるよう
になされていることを特徴とする特許請求の範囲第（１
）項または第（２）項記載の分子線フラックスモニタ。