JPS621868A - 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】 産業上の利用分野 本発明は、真空蒸着装置やイオンブレーティング装置な
どの薄膜形成装置に関するものである。

従来の技術 現在、合金や化合物からなる多成分系の薄膜形成では、
通常スパッタリング装置が用いられている。これは形成
される薄膜と同じ組成のターゲットを用いることにより
、容易に形成薄膜の組成が制御できるためである。しか
し、光記録・光磁気記録・垂直磁気記録等の高密度情報
記録媒体や、耐摩耗性に優れた機能性膜として多成分系
の薄膜の需要が急増している今日、薄膜形成速度の遅い
スパッタリング装置に代って薄膜形成速度が早く量産性
に優れた真空蒸着、イオンブレーティング装置を用いて
多成分系の薄膜を形成しようという動きが顕著になって
きた。

一般に、真空蒸着装置を用いて多成分系の薄膜を形成す
る際、最も問題となるのは、形成薄膜の組成をインプロ
セスで測定することである。従来の技術としては原子吸
光式の蒸着組成モニターがあった（例えば、「真空」第
２２巻第３号７６ページ（１９７９）参照）。

以下図面を参照しながら原子吸光式の蒸着組成モニター
について説明する。第６図において１は内部が排気可能
な真空槽である。２は真空槽内に取り付けられ薄膜が形
成される基板、４，５は基板近傍に設けられ、各蒸発元
素固有の吸光波長の光を出すホローカソードランプ、６
，７はホローカン−トランプ４，６と対向して真空槽に
取り付けられた光電子増倍管である。

以下、その動作について説明する。まず、蒸発源２から
飛翔した蒸発物質は基板３上に堆積して薄膜を形成する
。その際、ホローカソードランプから出た光は薄膜形成
物質の蒸気中を通過する時に薄膜形成元素に固有な波長
の成分が吸収される。

その吸収量は一般に蒸発物質の密度と比例するため、光
電子増倍管６，７によって光量の変化を測定することに
より蒸発物質の密度がわかる。また、これにより蒸発速
度を測定できる。更に、複数のホローカソードランプと
光電子増倍管を用いて薄膜を形成する元素の蒸着速度を
測定することにより、形成された薄膜の組成を測定でき
る。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では、測定元素毎に、測
定波長の光を出すホローカソードランプと光電子増倍管
が必要であることや、光源となるホローカソードランプ
の出力が温度上昇によって変化するため、補正機構が必
要であることなどから、測定装置が複雑となり実用的な
インプロセス金属薄膜形成用にしか用いることができな
いという欠点や、蒸着速度が大きくなると、原子吸光率
が飽和して測定感度が低下するという重大な欠点を有し
ていた。

本発明は上記問題点に鑑み、ホローカソード２ンプ等の
光源を必要とせず、また従来、測定が困難であった元素
からなる薄膜組成のインプロセスモニターを備えた薄膜
形成装置を提供するものである。

問題点を解決するだめの手段 上記問題点を解決するために本発明の技術的手段は、蒸
発物質を励起あるいはイオン化させる電極と、その電極
の放電電流を測定する電流測定系と、励起あるいはイオ
ン化により出する蒸発物質の発光プラズマのスペクトル
を測定する測定系という構成を備えることである。

作　　用 この技術手段による作用は次のようになる。すなわち、
蒸発源近傍に大量に存在する熱電子等を正電圧を印加し
た電極により加速させ蒸発物質の励起、イオン化により
プラズマ発光を生じさせ、その発光とイオン化電極の放
電電流とを測定することによって各蒸発元素個別の蒸発
速度ひいては、薄膜の形成速度及び組成を測定する。こ
れにより、ホローカソードランプ等の光源を一切必要と
せず、まだ、従来、光源の関係で測定できなかった元素
の蒸発速度や組成も測定できるようになるのである。

実施例 以下本発明の一実施例の薄膜形成装置について図面を参
照しながら説明する。

第１図は本発明の第１の実施例における薄膜形成装置の
構成を示すものである。第１図において８は内部が排気
可能な真空槽、９は真空槽８内に設けられ薄膜形成物質
を蒸発させる電子ビーム加熱蒸発源、１０は真空槽８内
に電子ビーム蒸着源９と対向して設けられ薄膜が形成さ
れる基板、１１は電子ビーム蒸発源９近傍に設けられ正
電圧が印加された電極、１２は電極１１付近のプラズマ
発光を測定する測光系、１３は電極１１の放電電流を測
定する電流測定系、１４は測定系１２で測定された蒸発
物質固有の発光スペクトル強度を基に、薄膜形成速度お
よび薄膜組成を算出する演算系、１６は演算系１４で算
出された薄膜形成速度および薄膜組成を電流測定系１３
で測定された放電電流を用いて補正する補正演算系であ
る。

以上のように構成された薄膜形成装置について以下その
動作を説明する。

電子ビーム加熱蒸発源９から蒸発した薄膜形成物質は基
板１０上で凝結、堆積して薄膜を形成する。一方、電子
ビーム加熱蒸発源９近傍に設置された電極１１は、周囲
に存在する熱電子を加速し、蒸発した薄膜形成物質に衝
突させる。これにより、蒸発物質の一部が励起あるいは
イオン化し、電極１１近傍に微弱なプラズマが発生する
。このプラズマの発光スペクトルは、薄膜形成物質の各
元素固有である。また、プラズマの発光強度は、薄膜形
成物質の蒸発速度およびプラズマの電子密度。

温度と相関がある。第２図はＴｉ蒸着時のプラズマ発光
強度とＴｉの蒸発速度の関係を示したものである。この
図かられかるように、プラズマの発光強度を基に薄膜形
成物質の蒸発速度すなわち薄膜形成速度を推定すること
が可能である。

また、このときの電極１１の放電電流とＴ１の蒸発速度
の関係を第２図に示す。この図かられかるようにＴｉの
蒸発速度が増加すると、放電電流は急激に増加する。ま
た、この際、第２図に示されるようにプラズマ発光強度
が急に増加する。したがって蒸発速度が大きく、プラズ
マ発光強度と蒸発速度の正比例関係が成立しない領域で
も、電極１１の放電電流を測定し、その結果を用いて演
算系１４で算出される蒸発速度を補正系１５で補正する
ことにより、より高精度に蒸発速度を算出することがで
きる。

第３図は蒸発速度が一定のときの電極１１の放電電流と
プラズマ発光強度の関係を示したものである。この図か
られかるように、蒸発速度が一定でも、電子ビーム加熱
蒸発源９の電子ビームのエミッション電流値が増減した
り、蒸発源の蒸発物質量の変化などに起因した放電状態
の変化によってプラズマ発光強度は変化する。したがっ
て、この場合でも電極１１の放電電流値を用いて補正す
ることにより蒸発速度すなわち薄膜形成速度を推定する
ことができる。

以上の原理を基に、電極１１付近に発生した微弱なプラ
ズマの発光スペクトルを測光系１２で観測し、あらかじ
め求めておいた発光スペクトルの強度と薄膜形成速度あ
るいは形成される薄膜組成との関係を基に演算系１３に
より測光系１２で得られたデータを基に薄膜形成速度あ
るいは形成される薄膜の組成を推定し、電流測定系１３
で測定される電極１１の放電電流値を用いて補正するこ
とにより、薄膜形成速度が大きい場合でも薄膜形成速度
あるいは形成される薄膜の組成を求めることが可能とな
る。

また、第４図は従来の原子吸光式の蒸着組成モニタでは
測定が困難だったＴｏの測定例である。

本発明によってＴｏの発光スペクトルのピーク強度から
薄膜の形成速度を求めることが可能となることを示して
いる。

以下本発明の第２の実施例について図面を参照しながら
説明する。

第５図は本発明の第２の実施例を示す薄膜形成装置の構
成を示す図である。第６図において１６は内部が排気可
能な真空槽、１７．１８は真空槽内に設けられ薄膜形成
物質を蒸発させる電子ビーム加熱蒸発源、１９は真空槽
１６内に電子ビーム加熱蒸発源１７．１８と対向して設
けられ薄膜が形成される基板、２０は電子ビーム加熱蒸
発源１７．１８近傍に設けられ正電圧が印加された電極
、２１は電極２０付近のプラズマ発光を測定する測光系
、２２は測光系２１で測定された蒸発元素固有な発光ス
ペクトル強度を基に、薄膜形成速度及び薄膜組成を算出
する演算系、２３は電極２０の放電電流を測定する電流
測定系、２４は電流測定率２３で求まった放電電流を基
に、演算系２２で算出された薄膜形成速度及び組成の補
正をする補正演算系で、以上は第１図の構成と同様なも
のである。

第１図の構成と異なるのは制御系２６を設けて、補正演
算系２４で算出し薄膜形成速度および薄膜組成が所定の
値となるように電子ビーム蒸発源１ア、１８の電子ビー
ム強度を制御する点である。

これによりＣｏ−Ｃｒ系薄膜等の垂直磁気記録媒体のよ
うに膜組成の制御が不可欠な薄膜の形成が容易になった
。

以上のように、第２の実施例における制御系を設けるこ
とにより膜組成の制御が必要な合金薄膜の形成ができる
。

なお、第１の実施例において蒸発源９を電子ビームで加
熱したが、抵抗加熱でもよい。またミ第２の実施例にお
いて薄膜組成を制御するだめに電子ビーム加熱蒸発源１
７，１８の電子ビーム強度を制御したが、この方式に限
らず、各蒸発元素の蒸発源への供給量の比率を変える方
式でもよい。

ＴｉＣ薄膜形成のようにＣ３Ｈ８ガス等を真空槽内に導
入し反応させる反応性イオンブレーティング装置では、
算出された薄膜の形成速度や組成が一定となるようにガ
スの導入量を制御する方式でもよい。

発明の効果 以上のように本発明は蒸発物質を励起あるいはイオン化
して発光させる電極と、その発光及び電極の放電電流を
測定する系を設けることにより、ホローカソードランプ
等の光源を必要とせず、また従来測定が困難であった元
素からなる薄膜組成のインプロセスでの測定を可能にし
たものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第↑の実施例における薄膜形成装置の
構成図、第２図は本発明の第１の実施例におけるＴ１の
薄膜形成速度とプラズマ発光強度及び放電電流の関係を
示した図、第３図は薄膜形成速度が一定のときの放電電
流とプラズマ発光強度の関係を示した図、第４図は本発
明の第１の実施例におけるＴｏ薄膜形成速度とプラズマ
発光強度の関係を示した図、第６図は本発明の第２の実
施例の構成図、第６図は従来例の構成図である。 ８・・・・・・真空槽、９・・・・・・蒸発源、１ｏ・
・・・・・基板、１１・・・・・・電極、１２・・・・
−・測光系、１３・・・・・・電流測定系、１４・・・
・・・演算系、１６・・−・・・補正演算系、２６・・
・・・・制御系。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名９−
電’！−？−４Ｕ［］］発１発 源４ｆ−−４ｔ、 ＋２−−シ則丸釈 ＋３−ｔｉ、剣梵采 ＋４−−−５１！導万、 ＋５−棉゛正攪享系 第２図 第　３ｍ 収’ｔ＜違（幅） 第４！ａ Ｔｅ薄謄ｒクベえ濱 第５図 ２５−　　判郷爪 ４．５−−一不Ｕ−ηシー臂ランデ Ｃ１７−涜・屹；増暗麿

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部が排気可能な真空槽と、前記真空槽内に設け
   られ薄膜形成物質を蒸発させる蒸発源と、前記蒸発源と
   対向して前記真空槽内に設けられ薄膜が形成される基板
   と、前記蒸発源近傍に設置され、前記蒸発源付近に存在
   する電子を加速して蒸発物質に衝突させ、励起あるいは
   イオン化させる電極と、前記電極の放電電流を測定する
   電流測定系と、蒸発物質の励起あるいはイオン化の際に
   生ずる前記蒸発源近傍の発光プラズマの発光スペクトル
   を測定する測光系と、前記測光系を用いて測定された蒸
   発物質固有の発光スペクトル強度を基に、薄膜形成速度
   あるいは薄膜組成を算出する演算系と、前記演算系で算
   出された薄膜形成速度あるいは薄膜組成を前記電流測定
   系で測定された放電電流値を基に補正する補正演算系と
   を備えた薄膜形成装置。
2. （２）基板上に形成される薄膜が一定の膜厚、膜質ある
   いは組成を有するように演算系及び補正演算系で算出さ
   れた薄膜形成速度あるいは組成を用いて蒸発源からの蒸
   発物質の蒸発速度あるいは組成を制御する手段を有する
   特許請求の範囲第１項記載の薄膜形成装置。
3. （３）真空槽内にガスを導入する手段を備え、基板上に
   形成される薄膜が一定の膜厚、膜質あるいは組成を有す
   るように演算系及び補正演算系で算出された薄膜形成速
   度あるいは組成を用いて前記ガス導入手段からのガス導
   入量を制御する手段を有する特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載の薄膜形成装置。