JPH0413870A - 分子放射密度測定装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、真空蒸着装置において、蒸発源から放射され
る蒸発分子の密度を検出する装置に関に関する。

［従来の技術］ 真空蒸着装置や分子線エピタキシー装置において、基板
に成膜される薄膜の膜厚変化を測定する動的測定装置と
して、水晶振動子の固有振動を利用した水晶振動子膜厚
測定装置が既に知られている（金原粟著、物理工学実験
５「薄膜の基本技術Ｊ、１９８３年４月２０日発行、財
団法人　東京大学出版会、第７７〜９０亘）。

この測定装置は、水晶振動子の固有振動がその質Ｍの変
化によって変化することを利用するものである。すなわ
ち、蒸発源に対して基板とほぼ同方向、等距離に近い位
置に水晶振動子を配置する。この状態で蒸発源から蒸発
分子（モレキュラービーム）を発射すると、これが上記
基板に入射し、蒸着されると同時に、上記水晶振動子の
表面にも入射、蒸着される。このとき、振動子表面に形
成された薄膜により、その質量が増加し、固を振動が変
化する。そこで、この固有振動の変化を検出して上記水
晶振動子の表面の膜厚を測定し、上記基板上の成膜厚を
間接的に測定する。

また、真空蒸着装置の内部に電子ビーム発生手段とイオ
ンコレクタとを配置し、フィラメントから放射される熱
電子が陽極側に加速されて移動する途中で蒸発分子を電
離させ、これによって生じたイオンをコレクタで検出す
ることにより、その部分を通過する蒸発分子の放射密度
を前記コレクタで検出される電気量により測定する装置
も知られている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記の従来技術になる膜厚測定装置のうち、前
者の水晶振動子を用いたものでは、振動子の表面に成膜
した膜厚を間接的、且つ積分的に測定するものである。

このため、測定に時間的な遅延が生じ、例えば、蒸着用
の電子銃を制御する信号として利用するためには、膜厚
変化の時間に対する微分値をフィードバックしなければ
ならず１．電子銃の制御が難しい。また、上記水晶振動
子を長時間使用していると、振動数の変化が小さくなり
、測定が不可能となることからこれを交換しなければな
らない。具体的には、水晶振動子に薄膜が蒸着されると
その固有振動数が減少するが、その振動数減少の測定限
界は、例えば固有振動数６ＭＨｚの振動子を用いた場合
、その固有振動数の変化Ｍｄνが約１００ｋＨｚになる
までである。つまり、固有振動数が６ＭＨｚから５．９
ＭＨｚになるまでは使用可能であるが、それ以下に低下
した場合には交換しなければならない。このため、真空
蒸着装置内での長時間の連続使用が不可能である。

そして、上記水晶振動子の交換のためには、真空蒸着装
置の真空状態を一旦破壊しなければならない。例えば、
Ｉ　０−１１］Ｔｏｒｒ程度の超高真空の場合は、ベー
キング等の処理を含めて減圧まで７〜ＩＯ日もの日数を
必要とするのが通常であり、成膜装置の実稼働時間を著
しく低下させる。この点が、水晶振動子を用いた測定装
置の致命的な欠陥である。

また、後者の電子によるイオン化方式の測定装置では、
超高真空の下で蒸発分子の蒸発速度を正確に測定するこ
とが可能である。しかし例えば、薄窒素や酸素等の希傳
ガス雰囲気、或はそれらのイオン雰囲気等、比較的真空
度の低い゛条件の下でこの測定装置を用いる場合、真空
チャンバ内のイオンやガス分子に邪魔されて、蒸発源か
ら発射される蒸発分子の放射密度を正確に測定すること
が困難である。

そこで、本発明は、上記の従来技術における問題点に鑑
み、蒸発源から発射される蒸発分子の放射密度を正確に
測定することが可能であり、かつ、その検出速度の速い
分子放射密度測定装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ すなわち、上記目的を達成するため、本発明では、真空
蒸着装置内に配置され、蒸発源から放射される蒸発分子
の密度を検出する分子放射密度測定装置であって、上記
蒸発源に向けて設けれた入口部と、この人口部を荷電粒
子が通過するのを阻止する荷電粒子偏向手段と、この入
口部の奥に設けられ、同入口部を通過した蒸発分子を間
欠的に通過させるチョッパと、このチョッパの奥に設け
られ、それを通過した分子を検出する検出部と、この検
出部で検出された測定値の振幅から、上記蒸発源から放
射される蒸発分子の放射密度を測定する測定回路部とを
備えた分子放射密度測定装置が提供される。

［作　　　用］ 上記本発明になる分子放射密度測定装置では、蒸発源か
ら発射された蒸発分子が、それへ向けて配置された入口
部を通過し、検出部へ導入される。このとき、偏向手段
により、イオン等の荷電粒子の通過が阻止され、検出部
へは、非荷電粒子である分子のみが送られる。そして、
この分子は、チリツバによって間欠的に検出部に到達し
、そこで検出され、測定回路部においてその量が測定さ
れる。このとき、測定回路部で測定される測定値の振幅
は、検出部を蒸発分子が通過しているときの分子密度と
、蒸発分子が通過していないときの分子密度の差に対応
する。

このため、この測定値の振幅により、蒸発源側から入口
部を通って、検出部に到達する分子の密度、つまり蒸発
源から発射された蒸発分子の放射密度を正確に測定する
ことが出来る。そして、この測定値の振幅から得られる
放射分子密度は、真空チャンバ固育の分子密度やイオン
密度に係わらない。しかも、蒸発分子の放射密度を直ち
に測定できると共に、測定要素の交換の必要性がなく、
半永久的に同じ条件で測定が行える。

［実　施　例］ 以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第２図に本発明になる分子放射密度測定装置を備えた真
空蒸着装置が示されており、この図において、真空チャ
ンバ２の内部に蒸発源５が設けられ、これは、例えば電
子銃３からの電子流を集束して薄膜材料４に当てて加熱
し、薄膜形成用の蒸発分子を蒸発させるものである。ま
た、この真空チャンバ２の内部に、表面に薄膜を蒸着す
る基板６が配置され、さらに、この蒸発源５の下方にシ
ャッター７が移動可能に取り付けらでいる。

蒸発源５に対し上記基板６とほぼ同方向で等距離の位置
であって、上記基板６の脇に本発明による測定装置８が
配置されている。上記シャッター７が第１図において右
方向に移動し、上記蒸発源５から放射された蒸発分子が
基板６の成膜面に入射し、そこに蒸着するとき、蒸発源
５から放射された分子の一部が上記測定装置８にも達す
る。

第１図に上記測定装＠８の内部構造及び関連する制御、
測定装置部分が示されている。測定装置８は、円筒状の
ハウジング８０を有し、その下端に上記蒸発源５から発
生される蒸発分子を内部に導入するための入口部８１が
形成され、これが上記蒸発源５に向けられている。この
入口部８１には、蒸発源５側から同入口部８１に達する
イオン等の荷電粒子を電磁偏向して、同一 入口部８１から進入するのを阻止する偏向手段が配置さ
れている。例えば、この偏向手段は、入口部８１に磁場
を形成するための磁石８２．８２からなり、この磁石８
２．８２によって形成される磁場により、蒸発源５の方
向から入口部８１に達する荷電粒子が電磁偏向され、入
口部８１からの進入するのが妨げられる。

この磁石８２．８２のハウジング８０の奥、つまり第１
図においてその上には、チョッパの回転シャッター８３
が配置されている。この回転シャッター８３は、□第３
図に示される様に、円盤状の部材の外周に沿って複数の
貫通孔８３Ｌ８３１・・・を形成したものであり、これ
らの貫通孔８３Ｌ８３１・・・が上記入口部８１の位置
に一致した時、入口部８１からその奥に通じる通路が解
放され、それ以外の時に通路が遮断される。従って、こ
のシャッター８３により、蒸発源５からの蒸発分子がチ
ロッピングされ、間欠的に通過される。第１図中の符号
８４は、上記回転シャッター８３のシャフトを示してお
り、このシャフト８４は、上記ハウジング８０の上端に
取り付けられたパルスモータ８５の出力軸に連結されて
いる。

上記の回転シャッター８３の上の分子通路上に、第二の
偏向手段が配置され、この偏向手段は、分子の通路上に
電場を形成するための電極８６からなる。この電極８６
によって形成される電場により、蒸発源５の方向から達
する荷電粒子が偏向さ□れて、これより奥に進入するの
が阻止される。

この電極８６のハウジング８０の奥側、つまり第１図に
おいて上（Ｔｉｌｌに、フィラメント８７、グリッド８
８及びコレクタ８９とから構成されるイオン検出部が配
置されている。このイオン検出部は、フィラメント８７
から発射される熱電子が陽極側に加速されて移動する途
中で、そこに達した蒸発分子等を電離し、この電離され
てできたプラスのイオンをコレクタ８９に集めるもので
ある。このコレクタ８９で集められるイオンの量は、同
コレクタ８９に流れる電流をｑ− 測定することにより数量的に測定することが出来る。

このコレクタ８９はコントローラ９０を介してコンピュ
ータ９１に入力され、このコンピュータ９１は上記蒸発
源５の電子銃３の電源９２を制御する。また、上記コン
トローラ９０は、上記イオン検出部のフィラメント８７
に接続される電源をも制御すると共に、モータコントロ
ーラ９３に制御信号を送り、上記回転シャッター８３の
回転速度を制御する。

次に、上述した装置の動作について説明すると、蒸発源
５から蒸発した蒸発分子は基板６に向かうと共に、その
一部は上記イオン検出装置８に向かう。すなわち、この
蒸発分子の一部は上記イオン検出装置８の入口部８１か
らハウジング８０の中に入る。この時、磁石８２．８２
が形成する磁場の働きによって、荷電粒子が電磁偏向さ
れてその進行方向が変えられことから、入口部８１から
その中に入るのが阻止される。

上記入口部８１から内部に入った蒸発分子は、さらに、
回転シャッター８３の働きによってチョツピングされ、
間欠的に通過する。そして、電極８６で形成される電場
の働きにより、荷電粒子の通過が阻止され、上記検出部
の側に非荷電粒子である分子のみが達する。

検出部では、フィラメント８７から発射される熱電子が
陽極側に加速されて移動する途中で、そこに達した蒸発
分子等を電離し、この電離されでできたイオンがコレク
タ８９に集められ、その量がコレクタ８９に流れる電流
として測定される。

本発明では、測定される蒸発分子が上記回転シャッター
８３の働きによって間欠的に供給されることから、コレ
クタ８９で測定される電流は、第４図に示す様に、シャ
ッター８３の回転数に応じた周波数の波形として測定さ
れ、この測定値の振幅り、Ｄ’から蒸気分子の放射密度
が測定できる。すなわち、測定値の振幅り、　　Ｄ′は
、検出部を蒸発分子が通過している時と通過してな〜）
ときの分子密度の差に対応する。このため、上記測定値
の振幅り、Ｄ’を測定することにより、真空チャンバ内
に存在するイオンやガス分子の影響を受けず、蒸発源か
ら放射される蒸気分子の放射密度を正確に測定すること
が可能になる。

この測定値の振幅ＤＸ　Ｄ’は放射される蒸気分子の放
射密度が増大するに従って増大する。

この様な測定値の振幅り、Ｄ’による放射密度の測定は
、上記のコントローラ９０を介してコンピュータ９１で
行われる。

この測定装置では、水晶振動式の測定装置のように、成
膜の進行に伴って特性の変化する部品がなく、半永久的
に一定の状態で測定が可能である。また、蒸発源５の電
子銃３の電源９２を、上記測定値の変化ＨＤから測定さ
れる放射密度に対応してフィードバック制御することに
より、上記電子銃５の加熱電力をコントロールし、蒸発
分子の蒸発量を微妙かつ正確に制御することも可能であ
る。さらに、上記コントローラ９０は、上記モータコン
トローラ９３を介して上記回転シャッター８３を回転す
る駆動用モータ８５の回転速度を制御し、測定される放
射密度に適合したチロツピング速度を確保することも可
能である。また、上記コントローラ９０は、上記イオン
化検出装置からの測定値に対応してフィラメント８７に
供給する電力を制御することにより、測定する蒸発分子
の放射密度に適合した電子ビームを発生させることも可
能である。

［発明の効果コ 以上のように、本発明によれば、測定要素の交換を必要
とせず、比較的低真空度の下でも、蒸発源からの分子放
射密度を正確に測定できる装置を提供することが可能と
なる。これにより、真空蒸着装置の稼働率の向上、測定
の効率化が図れる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる分子放射密度測定装置の構成を示
す図、第２図は上記分子放射密度測定装置を備えた真空
蒸着装置の縦断面図、第３図は上記分子放射密度測定装
置の回転シャッターの構造を示す平面図、第４図は上記
分子放射密度測定装置の出力信号の例を示す波形図であ
る。 ２・・・真空チャンバ　３・・・電子銃　４・・・薄膜
材料５・・・蒸発源　６・・・基板　７・・・シャッタ
ー　８・・・イオン検出装置　８０・・・ハウジング　
８１・・・入口部　８２・・・磁石　８３・・・回転シ
ャッター８３１・・・貫通孔　８４・・・回転シャフト
　８５・・・駆動用モータ　８６・・・電極　８７・・
・フィラメン（・　８８・・・グリッド　８９・・・コ
レクタ　９０・・・コントローラ　９１・・・コンピュ
ータ　９２・・・電子銃電源　９３・・・モータコント
ローラ特許出願人　株式会社日本ビーチツク

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　真空蒸着装置内に配置され、蒸発源から放射される蒸
   発分子の密度を検出する分子放射密度測定装置であって
   、上記蒸発源に向けて設けれた入口部と、この入口部を
   荷電粒子が通過するのを阻止する荷電粒子偏向手段と、
   この入口部の奥に設けられ、同入口部を通過した蒸発分
   子を間欠的に通過させるチョッパと、このチョッパの奥
   に設けられ、それを通過した分子を検出する検出部と、
   この検出部で検出された測定値の振幅から、上記蒸発源
   から放射される蒸発分子の放射密度を測定する測定回路
   部とを備えたことを特徴とする分子放射密度測定装置。