JPH03150352A - 薄膜形成装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、高真空中で薄膜を形成するための薄膜形成装
置に関する。

（従来の技術） 電子衝撃式の蒸発を利用した薄膜形成装置において、炭
素のような昇華性物質を蒸発させると、特に電子ビーム
が当たる所のみ深い穴があくという現象がおこる。この
穴堀現象が生じると蒸発速度が低下するが、さらに穴明
き後も電子ビームを照射し続けると、るつぼの損傷へと
つながる。また、蒸発物質を効率よく蒸発させることが
できないために、試料交換の時間も早まり、特に、真空
層内での交換となるため面倒なも、のとなる。

これを解決する手法として、例えば特公昭５１−６０２
５号及び特公昭５１−１７１４８号に開示されているよ
うに、ビームをＸ軸、Ｙ軸にスキャニングさせる方法が
ある。この方法は磁場を付加しながら、電子ビームをス
キャニングさせ蒸発させるものである。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、この様な従来の解決手法は、以下のよう
な欠点をもっている。すなわち、■スキャニング範囲に
限界があり、範囲を拡大しようとすると装置が大型化す
る。■スキャニング範囲を大きくすると、蒸発させるた
めの電子ビーム出力を大きくせざるを得ない。■成膜中
に、ＲＨＥ　Ｅ　Ｄ　（Ｒｅｆｌｅｃｔｌｏｎ　ｈｌｇ
ｈ　ｅｎｅｒｇｙ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｄｌｆｆｒａｃｔ
ｉｏｎ；高速反射電子線回折法）などによる測定を行な
う場合、磁場変動により電子線が振動し、精密な測定が
行えない。

本発明は、上記事情に着目してなされたもので、昇華性
物質に対しても安定した蒸発速度をうろことができ、蒸
発物質の効率的利用および電子ビームの低出力化を可能
とする、電子衝撃式の薄膜形成装置を提供することを目
的とする。

【発明の構成］ （課題を解決するための手段と作用） 本発明は、蒸発物質からなる被照射体に電子ビームを照
射しこれにより蒸発した蒸発物質を被成膜体に成膜させ
る薄膜形成装置において、上記電子ビームを一定の照射
位置に照射する電子ビーム照射手段と、上記被照射体を
上記照射位置に保持するとともに上記電子ビームをこの
電子ビームが上記被照射体を均一に照射するように移動
させる被照射体保持手段と、この被照射体保持手段に保
持された被照射体からの上記蒸発物質を被着する位置に
設けられ上記被成膜体を保持する被成膜体保持手段と、
上記被成膜体において成膜された薄膜の膜厚を検出する
膜厚検出手段と、この膜厚検出手段における膜厚検出結
果に基づいて被成膜体保持手段による上記被照射体の移
動を制御する制御手段とを具備するもので、電子ビーム
の出力を変動させることなく、試料の蒸発速度を制御で
きる結果、昇華性物質に対して顕著に生じる穴掘り現象
を抑制できるので、穴掘り現象による蒸発速度低下を防
止できるとともに、薄膜を形成するのに、蒸発速度と時
間の関係から膜厚を決定する場合は、蒸発速度を安定化
できるため、膜厚誤差の少ない薄膜を製作できる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳述する。

第１図及び第２図は、この実施例の薄膜形成装置を示し
ている。この薄膜形成装置は、有底円筒状の耐火物質か
らなるるつぼ（１）と、このるつぼ（１）の中空部（２
）にて試料（３）を水平方向の軸線（４）のまわりに回
転自在かつ軸線（４）にそって進退自在に保持する試料
保持部（５）と、この試料保持部（５）に保持された円
柱状の試料（３）に電子ビーム（８）を放射する電子ビ
ーム放射部（７）と、この試料保持部（５）に保持され
た試料（３）の直上位置に設けられ薄膜（８）が形成さ
れる基板（９）を保持する基板保持部（１０）と、この
基板保持部（１Ｇ）に形成された薄膜（８）の膜厚を検
出する膜厚検出部（１１）と、上記るつぼ（１）及び上
記試料保持部（５）°に保持された試料（３）及び基板
保持部（ｌＯ）を真空状態にて格納する格納部（１２）
と、上記試料保持部（５）及び上記電子ビーム放射部（
７）及び上記膜厚検出部（１１）に電気的に接続された
制御（１３）とからなっている。しかして、るつぼ（１
）の中空部（２）は、上方にすり林状に開口している。

そうして、るつぼ（１）には、試料（３）が遊挿される
横穴（１４）が穿設されている。この横穴（１４）の軸
線は、中空部（２）の軸線に直交している。また、横穴
（１４）の一端部は、るつぼ（１）の側面に開口し、他
、端部は中空部（２）を横切って中途まで延在している
。さらに、るつぼ（１）の横穴（１４）が開口している
一側部に対し反対側の他側部には突出部（ｔＳ）が、設
けられている。この突出部（１５）には、上下方向に電
子ビーム（６）が通過する案内孔（１８）が穿設されて
いる。また、突出部（１５）上端部には、シールド板（
１５ａ）が、横方向に突設されている。なお、図示せぬ
が、るつぼ（１）は、水冷機構により、冷却されるよう
になっている。一方、試料保持部（５）は、一端部に試
料（３）を同軸に保持する導電性のシャフト（１７）と
、このシャフト（１７）の他端部に連結されシャフト（
１７）を軸線（４）のまわりに回転させる例えばパルス
モータなどからなる第１の駆動手段（１８）と、この第
１の駆動手段（１８）を保持してシャフト（１７）を軸
線（４）に沿う矢印（１９ａ）。

（１９ｂ）方向に進退させる第２の駆動手段（２０）と
からなっている。この第２の駆動手段（２０）は、シャ
フト（１７）が連結された第１の駆動手段（１８）を保
持する保持体（２１）と、この保持体（２１）を矢印（
１９ａ）。

（１９ｂ）方向に案内する案内機構（２２）と、この案
内機構（２２）により案内される方向に保持体（２１）
を駆動する例えばパルスモータなどの駆動源（２３）と
からなっている。なお、この試料保持部（５）は、シャ
フト（１１）の一部を除いて格納部（１２）の外側に設
けられている。他方、電子ビーム放射部（７）は、電子
ビーム（６）が通過する案内孔（１６）の下端部間口に
近接して設けられたフィラメント（２４）と、このフィ
ラメント（２４）が取り付けられた導電性の台座（２５
）と、この台座（２５）に電気的に接続された第１の高
圧ケーブル（２６）と、シャフト（１７）に電気的に接
続された第２の高圧ケーブル（２１）と、これら第１の
高圧ケーブル（２Ｇ）と第２の高圧ケーブル（２１）と
が電気的に接続された高圧電源（２８）とからなってい
る。この高圧電源（２８）により、シャフト（１７）側
が陽極に、また、フィラメント（２４）側が陰極となる
。なお、シャフト（１１）は、第１の駆動手段（１８）
に図示せぬ絶縁体を介して連結され、第１の駆動手段（
１８）に流れないようになっている。さらに、上記膜厚
検出部（１１）は、基板保持部（１０）に保持された基
板（９）に近接して設けられ基板保持部（１０）に形成
された薄膜（８）の膜厚に対応する周波数を有する電気
信号Ｓｄを出力する水晶発振子（２９）と、成膜部（１
２）の外側に設けられ水晶発振子（２９）から出力され
た電気信号ＳＤを入力して薄膜（８）の膜厚ｄを演算し
演算結果を示す電気信号ＳＤを制御部（１３）に印加す
る膜厚モニタ（３０）とからなっている。そうして、成
膜部（１２）は、例えばステンレス製の真空槽（３１）
と、この真空層（３１）の内部を真空状態にする真空源
（３２）とからなっている。そして、シャフト（１７）
は、真空槽（３１）に気密に挿脱自在に取り付けられて
いる。さらに、制御Ｈ（１３）は、電気信号ＳＤを人力
するとともに、この電気信号ＳＤに基づいて制御信号Ｓ
ＣＩ。

ＳＣ２，ＳＣ３をそれぞれ第１の駆動手段（１８）及び
第２の駆動手段（２０）の駆動源（２３）及び高圧電源
（２８）に印加するようなプログラムが組み込まれてい
る。

つぎに、上記構成の薄膜形成装置の作動について述べる
。

まず、基板保持部（ｌＯ）に基板（９）を保持させる。

ついで、試料（３）を試料保持部（５）に保持させる。

その結果、試料（３）は、るつぼ（１）の中空部（２）
横穴（１４）と同軸となる位置に位置決めされる。

このとき、試料（３）は、その先端部に電子ビーム（６
）が照射されるように調整されている。そして、基板（
９）及び試料（３）を格納している真空槽（３１）内を
真空源（３２）により真空状態にする。つぎに、制御部
（１３）から制御信号ＳＣ３を高圧電源（２８）に印加
する。その結果、シャフト（１７）側が陽極に、また、
フィラメント（２４）側が陰極となり、フィラメント（
２４）から電子ビーム（６）が案内孔（ＩＢ）を経由し
て矢印（３３）方向に放射される。この電子ビーム（６
）は、陽極となっている試料（３）を照射し衝撃を与え
る。なお、シールド板＜１５ａ）は、試料（３）の蒸発
の際に生じるプラズマや迷走蒸発物質によるフィラメン
ト（２０及び第１の高圧ケーブル（２６）の汚染を防止
する役割を果たしている。一方、制御部（１３）からは
第１の駆動手段（１８）及び第２の駆動手段（２０）の
駆動源（２３）に制御信号ＳＣＩ。

ＳＣ２が印加される。その結果、シャフト（１７）は、
軸線（４）のまわり矢印（３４ａ）方向に毎分１０回転
しながら、軸線（４）に沿う矢印（１９ａ）方向に毎分
５１で移動する。つまり、試料（３）は、螺旋運動する
ことになる。すると、電子ビーム（６）による衝撃を受
けている試料（３）は、溶融する。その結果、試料（３
）は、第３図に示すように、クラスタ分子（３５）・・
・となって蒸発し、基板（９）及び水晶発振子（２９）
上に薄膜（８）が形成される。そして、螺旋運動してい
る試料（３）には、電子ビーム（６）の照射スポットの
軌跡に対応して、第４図に示すような螺旋溝（３５）が
形成される。しかして、試料（３）の先端部から末端部
までの電子ビーム（６）の照射が完了−すると、今度は
、制御部（１３）から第１の駆動手段（１８）及び第２
の駆動手段（２◎）の駆動源（２３）に制御信号ＳＣ１
，ＳＣ２が印加される。その結果、シャフト（ｔｙ）は
、軸１１１（４）のまわり矢印（３４ｂ）方向に毎分１
０回転で回転しながら、軸線（４）に沿う矢印（１９ｂ
）方向に毎分５龍で移動する。

つまり、試料（３）は、反対方向に螺旋運動することに
なる。このとき、螺旋溝（３５）の凸部に電子ビーム（
６）が照射されるよう調節しておく。すると、螺旋溝（
３５）の凸部は、第５図に示すように、電子ビーム（８
）の照射によって平坦化される。これにより、試料（３
）を有効利用することが可能となる。

しかして、水晶発振子（２９）からは、電気信号Ｓｄが
膜厚モニタ（３０）に入力する。ついで、この膜厚モニ
タ（３０）からは、膜厚（８）の膜厚ｄを示す電気信号
ＳＤが、制御部（１３）に人力する。そして、この制御
部（１３）にて薄膜（８）の膜厚ｄが所望の値に達した
かどうかの判定処理がおこなわれる。また、制御部（１
３）にては、薄膜（８）の膜厚ｄを示す電気信号ＳＤに
基づいて、成膜速度を演算し、演算された成膜速度があ
らかじめ設定していたものに比べてずれてている場合は
、このずれを解消すべく、制御部（１３）からシャフト
（１７）の回転速度及び進退速度を変更するための制御
信号ＳＣ１″。

ＳＣ２が第１の駆動手段（１８）及び第２の駆動手段（
２Ｇ）の駆動源（２３）に出力され、成膜速度が一定と
なるようフィードバックａｍされる。この判定処理にお
いて、薄膜（８）の膜厚ｄが所望の値に達したと判定さ
れたとき、制御部（１３）から＄制御信号ＳＣ３が高圧
電源（２８）に印加される。その結果、高圧電源（２８
）による高圧電圧の印加が停止し、これにより電子ビー
ム（６）の資料（３）への照射も停止する。

以上のように、この実施例の薄膜形成装置においては、
以下のような格別の効果を奏する。■電子ビーム（６）
の出力を変動させることなく、試料（３）の蒸発速度を
制御できる。その結果、昇華性物質に対して顕著に生じ
る穴掘り現象を抑制できるので、穴掘り現象による蒸発
速度低下を防止できる。また、薄膜（８）を形成するの
に、蒸発速度と時間の関係から膜厚を決定する場合は、
蒸発速度を安定化できるため、膜厚誤差の少ない薄膜（
８）を製作できる。■試料（３）を効率よく使用できる
ので、試料（３）の寿命も長くなり、真空容器（３１）
内における面倒な交換作業の頻度も少な（なり、生産性
向上にも寄与する。■電子ビーム（６）の照射位置は、
常に一定にしておけばよいので、スキャニングの必要が
なくなる。したがって、装置が大型化することがなく、
装置コストが安くなる。

なお、資料の形状は、円柱状でなく、例えば横断面が正
方形の角柱状のものでもよい。この場合、試料は、長手
方向のまわりに回転させることなく、長手方向に移動さ
せるだけで、各側面ごとに電子ビームを照射すればよい
。のみならず、試料の移動は、電子ビームが均一に照射
されるかぎりその方向には限定されない。さらに、電子
ビームがうまく試料に照射できるように、磁力を付加す
るようにしてもよい。さらにまた、電子ビームの照射は
、本発明のように、いわゆる電子衝撃式のものにかぎる
ことなく、電子銃方式のものでもよい。

ただし、この場合、照射位置は、固定する必要がある。

［発明の効果］ 本発明は、この実施例の薄膜形成装置においては、以下
のような各別の効果を奏する。■電子ビームの出力を変
動させることなく、試料の蒸発速度を制御できる。その
結果昇華性物質に対して顕著に生じる穴場り現象を抑制
できるので、穴場り現象による蒸発速度低下を防止でき
る。また、薄膜を形成するのに、蒸発速度と時間の関係
から膜厚を決定する場合は、蒸発速度を安定化できるた
め、膜厚誤差の少ない薄膜を製作できる。■試料を効率
よく使用できるので、試料の寿命も長くなり、真空容器
内における面倒な交換作業の顯度も少なくなり、生産性
向上にも寄与する。■電子ビームの照射位置は、常に一
定にしておけばよいので、スキャニングの必要がなくな
る。したがって、装置が大型化・複雑化することなく、
装置コストが安くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の薄膜形成装置の構成図、第
２図は同じく要部を示す拡大図、第３図ないし第５図は
同じく作動説明図である。 （１）・・・るつぼ、 （２）・・・中空部（開口部）、 （３》・・・試料（被照射体）、 （５）・・・試料保持部（−被照射体保持手段）、（８
》・・・電子ビーム、 （７）・・・電子ビーム放射部（電子ビーム照射手段）
（８）・・・薄膜、− （９）・・一基板（被成膜体）、 （１０）・・・基板保持部（ｍ成膜体保持手段）、（１
１）・・・膜厚検出部（膜厚検出手段）、（１３１−・
制御部（制御手段）、 （１４）・・−横穴。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）蒸発物質からなる被照射体に電子ビームを照射し
   これにより蒸発した蒸発物質を被成膜体に成膜させる薄
   膜形成装置において、上記電子ビームを一定の照射位置
   に照射する電子ビーム照射手段と、上記被照射体を上記
   照射位置に保持するとともに上記電子ビームをこの電子
   ビームが上記被照射体を均一に照射するように移動させ
   る被照射体保持手段と、この被照射体保持手段に保持さ
   れた被照射体からの上記蒸発物質を被着する位置に設け
   られ上記被成膜体を保持する被成膜体保持手段と、上記
   被成膜体において成膜された薄膜の膜厚を検出する膜厚
   検出手段と、この膜厚検出手段における膜厚検出結果に
   基づいて被成膜体保持手段による上記被照射体の移動を
   制御する制御手段とを具備することを特徴とする薄膜形
   成装置。
2. （２）被照射体保持手段に保持された被照射体は、円柱
   状を成し、この被照射体保持手段によりその軸方向に進
   退駆動されるとともにその軸方向のまわりに回転駆動さ
   れ膜厚検出手段における膜厚検出結果に基づいて軸方向
   の進退速度軸方向のまわりの回転速度が調節されること
   を特徴とする請求項（１）記載の薄膜形成装置。
3. （３）被照射体保持手段に保持された被照射体は、耐火
   性のるつぼに包囲され、このるつぼには、電子ビームが
   通過して上記被照射体を照射する開口部が設けられてい
   るとともに、上記被照射体が軸方向に進退自在に遊挿さ
   れる穴が上記開口部に連通して設けられていることを特
   徴とする請求項（２）記載の薄膜形成装置。