JPH054360B2 - - Google Patents

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JPH054360B2
JPH054360B2 JP59064822A JP6482284A JPH054360B2 JP H054360 B2 JPH054360 B2 JP H054360B2 JP 59064822 A JP59064822 A JP 59064822A JP 6482284 A JP6482284 A JP 6482284A JP H054360 B2 JPH054360 B2 JP H054360B2
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JP
Japan
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particle beam
chamber
source
substrate
growth
Prior art date
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Expired - Lifetime
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JP59064822A
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English (en)
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JPS60210596A (ja
Inventor
Morihiko Kimata
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shimazu Seisakusho KK
Original Assignee
Shimazu Seisakusho KK
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Publication date
Application filed by Shimazu Seisakusho KK filed Critical Shimazu Seisakusho KK
Priority to JP59064822A priority Critical patent/JPS60210596A/ja
Publication of JPS60210596A publication Critical patent/JPS60210596A/ja
Publication of JPH054360B2 publication Critical patent/JPH054360B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • C30B23/002Controlling or regulating

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野) 本発明は基板上にエピタキシヤル層を成長させ
る装置における成長速度制御方法に関するもので
ある。 (従来技術) 本発明者は粒子線エピタキシヤル装置を提案し
ている。その粒子線エピタキシヤル装置では、粒
子線源から基板へ飛ばされる粒子線に対し傾きを
もつた冷却壁により真空チヤンバが線源室と成長
室とに分離され、これら線源室と成長室とは粒子
線が通る穴を通じてつながるが、それぞれ独立し
た排気系により排気されるとともに、各室で散乱
される不用な粒子線がそれぞれの排気系で有効に
排出されるように、冷却壁と基板の傾き、及び各
排気系の排気口の位置が設定されている。 ここで、「粒子」の語は、分子、原子、イオン
及びラジカルを総称する意味で使用されている。 一般に、蒸着法や分子線エピタキシヤル成長
(MBE)法で析出膜厚や成長膜厚の制御には水晶
発振式の膜厚モニタやヌードイオンゲージ、四重
極マスアナライザが使用されている。この膜厚モ
ニタ等は蒸着用や成長用の基板の側方又は後方に
設置される。蒸着法や分子線エピタキシヤル成長
法では蒸発粒子が基板より広い面積にわたつて飛
来してくるので、基板外に設置された膜厚モニタ
等で析出速度又は成長速度をモニタすることがで
きるのであるが、本発明者が提案している上記の
粒子線エピタキシヤル成長法では基板へ飛来する
粒子線は冷却壁の穴を通過して比較的狭い面積に
制限されているので、基板外に設置される膜厚モ
ニタでは成長速度をモニタすることはできない。 (目的) 本発明は粒子線エピタキシヤル装置における成
長速度を元素又は分子別に同時に制御する方法を
提供することを目的とするものである。 (構成) 本発明の成長速度制御方法は、原子吸光分光方
法を用いるものであり、基板へ入射する粒子線へ
原子吸光分光器の光源部から光を照射してその透
過光を光検出部で検出し、その光検出部の出力信
号により前記粒子線源の発生粒子線量を制御する
成長速度制御方法である。 (実施例) 本発明の適用される粒子線エピタキシヤル装置
の概要を第1図に示す。 この粒子線エピタキシヤル装置では、真空チエ
インバ10が、傾斜して設けられた冷却壁11に
より線源室12と成長室13に分離されている。 冷却壁11は内部が中空で液体窒素のような冷
媒を充填することができ、冷媒導入口14と気化
した冷媒のガス排気口15を備えている。冷却壁
11には線源室12から成長室13へ粒子線を通
すための穴群16や必要に応じてシヤツタ操作用
の穴などが貫通して開けられている。 線源室12には複数の粒子線源、例えば記号1
7〜19で示されるもの、粒子線を選択するシヤ
ツタ20及び高真空ポンプにつながる排気口21
とが設けられており、その排気口21は各粒子線
源17〜19からの粒子線22の不用部分が冷却
壁11で、又はシヤツタ20が冷却壁11に平行
に設けられる場合には冷却壁11もしくはシヤツ
タ20で反射されてできる不用な反射粒子線23
を有効に排出できるように、冷却壁11に対向す
る位置に設けられている。 成長室13には基板2と、線源室12の真空系
とは独立した高真空ポンプにつながる排気口25
が設けられている。基板2の表面には、冷却壁1
1の穴群16を経て粒子線源17〜19から有用
な粒子線26が入射されるが、その基板2の表面
で反射されてできる不用な反射粒子線27が排気
口25の方向に反射されて有効に排出されるよう
に基板2の固着角度が設定されている。 28は本発明の原子吸光分光用の光源からの光
で、基板2に到達する直前の粒子線26を横切つ
て入射されその透過光は光検出器29で検出さ
れ、その光検出器29の出力信号が粒子線源17
〜19にフイードバツクされて粒子線の出射量が
制御されている。光28は粒子線の種類に応じて
異なつた波長のものが用意され、各粒子線源17
〜19は光検出部29からの信号により個別に制
御されるようになつている。 この粒子線エピタキシヤル装置の動作中は、線
源室12では、冷却壁11の穴群16を通過しな
い不用な粒子線はシヤツタ20又は冷却壁11で
反射されて排気口21へ排出されるか、液体窒素
その他の冷媒温度に冷却されている冷却壁11に
吸着されることにより線源室12の高真空が維持
される。成長室13では穴群16を通過してきた
有用な粒子線2により基板2上で結晶成長が行な
われるが、粒子線26のうち結晶成長に使用され
なかつた不用な粒子線は反射粒子線27となつて
排気口25へ排出されるか、冷却壁11に吸着さ
れることにより、成長室13の高真空が維持され
る。そして、成長室13では穴群16を経て入射
される粒子線26の量が線源室12へ入射される
粒子線の量よりも少なく、また、成長室13と線
源室12とは穴群16でつながつているとはい
え、この穴群16の径が冷却壁11の全面積に比
べると極めて小さいので成長室13と線源室12
の間で差動排気が行なわれて成長室13の方が高
真空となり、基板2の周辺が一層清浄に保たれる
ことになる。 冷却壁11はまた、線源室12及び成長室13
中の水や二酸化炭素などを吸着して真空チヤンバ
10内の高真空にする役目を果している。 この粒子線エピタキシヤル装置でエピタキシヤ
ル成長を行なうには、線源室12及び成長室13
を真空排気し、冷却壁11に液体窒素のような冷
媒を充填して、基板支持台24を通じて基板2を
所定温度に加熱する。しかる後、粒子線源17〜
19から粒子線22を飛ばし、シヤツタ20で所
望の穴群16を開けて所望の種類の粒子線26の
みを基板2の表面へ入射させ、原子吸光分光によ
り光検出部29の信号でその粒子線源の出射速度
を一定に制御しつつ成長を行なわせる。その粒子
線26による成長が所定量行なわれると、次にシ
ヤツタ20を操作して開けるべき穴群16を変更
して次の粒子線26を選択し、光検出部29の信
号でその粒子線源の出射速度を一定に制御しつつ
再び成長を行なわせる、という操作を繰り返して
化合物のエピタキシヤル層を成長させる。 粒子線源17〜19としてはその粒子線の出射
速度が制御できるタイプであれば後述のようなガ
ス状原料を使用するタイプのほか、従来の分子線
エピタキシヤル装置で使用されているような固体
原料を使用するクヌードセンセルを使用すること
もでき、粒子線源の種類と数は成長させる結晶の
種類に応じて任意に選ぶことができる。ガス状原
料を用いる場合には高真空ポンプとして連続運転
可能なターボ分子ポンプが最も好ましい。 本発明で制御される粒子線源のうち、特に好ま
しい粒子線源としてガス状原料を用いる方式のも
のを第2図に例示する。 30は粒子線として電子衝撃により発生するイ
オンを使用する電子イオン化線源であり、原料ガ
スの流量を制御するマスフローコントローラ3
1、その制御された原料ガスをビーム状にする粒
子線発生絞り32、その粒子線に電子線を照射し
てイオン化するイオン化室33、イオン化された
粒子線を加速し収束させる電極34、不用な粒子
線を排出する排気口35、及び磁場を印加してイ
オンを分離する磁場印加手段36を備えている。
この電子イオン化線源30では、粒子線発生絞り
32でビーム状になつた粒子線がイオン化室33
を通るときにイオン化され、電極34で加速され
収束され、磁場で不用なイオンが分離されて有用
なイオンのみが粒子線22となつて成長室13へ
導入される。 40は粒子線として光照射により発生するイオ
ンやラジカルを使用する光イオン化線源であり、
電子イオン化線源30と同様に、マスフローコン
トローラ41、粒子線発生絞り42を備えるが、
この線源の場合は光イオン化室43を備え、電子
線照射に代えてArレーザ光のような光を照射し
て粒子線をイオン化又はラジカル化する。44は
イオンを分離し選択するための四重極マスフイル
タ、45は不用な粒子を排出する排気口である。
この光イオン化線源40では、光イオン化室43
でイオン化又はラジカル化された粒子線のうち不
用なイオンが四重極マスフイルタ44で分離さ
れ、有用なイオン及びラジカルの粒子線のみが粒
子線22となつて成長室13へ導入される。 これらの粒子線源で使用できる主な原料ガスと
しては下表に示されるものがあり、これらの原料
ガスを用いて成長される化合物としては、InP,
GaAs,AlGaAs,GaInAsP系、AlInGaN系、の
他(Al,In,Ga,Sb,As)の二元、三元又は四
元系の半導体化合物を挙げることができる。
【表】 本発明方法の一実施態様のシステム図を第3図
に示す。 粒子線源としては第2図に示された電子イオン
化線源30、光イオン化線源40の他に、分子線
エピタキシヤル装置で用いられるラングミユーア
セル(又はクヌードセンセル)60を用いるもの
とする。62は本発明方法で使用する原子吸光分
光器で、成長室13の基板2に到達する直前の粒
子線の原子吸光分光によりその粒子線量を測定
し、その信号で電子イオン化線源30、光イオン
化線源40のそれぞれのマスフローコントローラ
31,41、及びクヌードセンセル60のセルコ
ントローラ61を制御してこれらの粒子線源3
0,40,60から出射される粒子線量が一定に
なるように制御している。原子吸光分光器62の
光源としては、例えばレーザを用い、光フアイバ
ーで基板2の近傍まで導くようにしてもよい。 66は線源室12を高真空排気するターボ分子
ポンプであり、ゲートバルブ67により線源室1
2に設けられ、補助ポンプとしてのロータリーポ
ンプ68を備えている。69は真空バルブであ
る。70は成長室13を高真空排気するターボ分
子ポンプであり、ゲートバルブ71により成長室
13に設けられ、補助ポンプとしてのロータリー
ポンプ72を備えている。73は真空バルブであ
る。 (効果) 本発明の原子吸光分光法により粒子線エピタキ
シヤル装置の成長速度を元素別に制御することが
できるようになつた。また、原子吸光分光法では
水晶発振式のモニタのような付着膜厚による寿命
の制限がないので、長時間連続して使用すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法が適用される粒子線エピタ
キシヤル装置を示す断面図、第2図は本発明方法
により制御される粒子線源の例を示す粒子線エピ
タキシヤル装置の概略図、第3図は本発明方法の
一実施例を示すブロツク図である。 2…基板、11…冷却壁、12…線源室、13
…成長室、17〜19,30,40,60…粒子
線源、26…粒子線、28…原子吸光分光器の
光、29…光検出器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 粒子線源と粒子線を選択するシヤツタとを有
    する線源室と、基板を収容する成長室とが相互に
    独立した排気系を備え、 これら線源室と成長室との間は、粒子線源から
    基板へ粒子線を通す孔を有し粒子線流に対し傾き
    をもつて設けられた冷却壁により分離されている
    粒子線エピタキシヤル装置において、 前記基板へ入射する粒子線へ原子吸光分光器の
    光源部から光を照射してその透過光を光検出部で
    検出し、その光検出部の出力信号により前記粒子
    線源の発生粒子線量を制御することを特徴とする
    成長速度制御方法。
JP59064822A 1984-03-31 1984-03-31 粒子線エピタキシヤル装置の成長速度制御方法 Granted JPS60210596A (ja)

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JPS60210596A JPS60210596A (ja) 1985-10-23
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