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JP2013167007A - Multi-source deposition apparatus - Google Patents

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JP2013167007A
JP2013167007A JP2012031980A JP2012031980A JP2013167007A JP 2013167007 A JP2013167007 A JP 2013167007A JP 2012031980 A JP2012031980 A JP 2012031980A JP 2012031980 A JP2012031980 A JP 2012031980A JP 2013167007 A JP2013167007 A JP 2013167007A
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JP
Japan
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vapor deposition
barrier
source
evaporation
film thickness
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Pending
Application number
JP2012031980A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Akamatsu
雅洋 赤松
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.)
Stanley Electric Co Ltd
Original Assignee
Stanley Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Stanley Electric Co Ltd filed Critical Stanley Electric Co Ltd
Priority to JP2012031980A priority Critical patent/JP2013167007A/en
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Abstract

【課題】
本発明の目的は、基板上に蒸着する複数の元素から構成される薄膜の組成比を、従来よりも精確に制御することができる多元蒸着装置を提供することにある。
【解決手段】
多元蒸着装置に用いられる膜厚センサは、堆積する蒸着材料の膜厚を検出することができる検出面を有し、該検出面が検出対象となる蒸着材料の蒸発源に向くように配置される検出部と、前記検出面を囲い、検出対象となる蒸着材料の蒸発源に向かって延在する筒状形状を有する防壁部と、前記防壁部と検出対象となる蒸着材料の蒸発源との間に配置され、該蒸発源から見たときに、前記検出面とは重ならず、前記防壁部とは重なる形状を有する発熱部と、を具備する。
【選択図】 図4
【Task】
An object of the present invention is to provide a multi-source deposition apparatus capable of controlling the composition ratio of a thin film composed of a plurality of elements deposited on a substrate more accurately than in the past.
[Solution]
The film thickness sensor used in the multi-source vapor deposition apparatus has a detection surface capable of detecting the film thickness of the vapor deposition material to be deposited, and is arranged so that the detection surface faces the evaporation source of the vapor deposition material to be detected. Between the detection unit, the barrier unit surrounding the detection surface and extending toward the evaporation source of the vapor deposition material to be detected, and the evaporation unit of the vapor deposition material to be detected and the barrier unit And a heating part having a shape that does not overlap the detection surface but overlaps the barrier part when viewed from the evaporation source.
[Selection] Figure 4

Description

本発明は、基板上に複数の元素から構成される薄膜を蒸着する多元蒸着装置、特に、その多元蒸着装置に用いられる膜厚センサに関する。   The present invention relates to a multi-source deposition apparatus for depositing a thin film composed of a plurality of elements on a substrate, and more particularly to a film thickness sensor used in the multi-element deposition apparatus.

PZT[Pb(ZrTi1−x)O]やPLZT[(Pb1−xLa)(ZrTi1−y1−x/4]等に代表される多元系酸化物強誘電体は、優れた圧電性や焦電性、電気光学特性等を有し、様々な電子デバイスへ応用されている。このような多元系酸化物強誘電体は、たとえば、スパッタ法、化学気相堆積法等を用いて、基板上に成膜することができる。 PZT [Pb (Zr x Ti 1 -x) O 3] or PLZT [(Pb 1-x La x) (Zr y Ti 1-y) 1-x / 4 O 3] multi-component oxides typified by Ferroelectric materials have excellent piezoelectricity, pyroelectricity, electro-optical properties, etc., and are applied to various electronic devices. Such a multi-element oxide ferroelectric can be formed on a substrate by using, for example, a sputtering method, a chemical vapor deposition method or the like.

また、特許文献1(特許4138196号公報)では、圧力勾配型アーク放電プラズマガンで生成した高密度プラズマで、蒸発源から蒸発した各種ソースガスを活性化し、酸素雰囲気中で、基板上に多元系酸化物強誘電体からなる薄膜を蒸着する、アーク放電反応式イオンプレーティング法、が提案されている。アーク放電反応式イオンプレーティング法において、蒸発源から蒸発した各種ソースガスの蒸発量は、たとえば水晶振動子式膜厚センサを用いて検出される。そして、膜厚センサによって検出される各種ソースガスの蒸発量をモニタしながら、蒸発源から蒸発させるソースガスの蒸発速度を制御して、基板上に蒸着する多元系酸化物強誘電体からなる薄膜の組成比を制御する。   Further, in Patent Document 1 (Japanese Patent No. 4138196), various source gases evaporated from an evaporation source are activated by high-density plasma generated by a pressure gradient arc discharge plasma gun, and a multi-component system is formed on a substrate in an oxygen atmosphere. An arc discharge reactive ion plating method for depositing a thin film made of an oxide ferroelectric has been proposed. In the arc discharge reaction type ion plating method, the evaporation amounts of various source gases evaporated from the evaporation source are detected using, for example, a crystal oscillator type film thickness sensor. Then, while monitoring the evaporation amount of various source gases detected by the film thickness sensor, the evaporation rate of the source gas evaporated from the evaporation source is controlled, and the thin film made of the multi-element oxide ferroelectric deposited on the substrate The composition ratio is controlled.

特許第4138196号公報Japanese Patent No. 4138196

本発明の目的は、基板上に蒸着する複数の元素から構成される薄膜の組成比を、従来よりも精確に制御することができる多元蒸着装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a multi-source deposition apparatus capable of controlling the composition ratio of a thin film composed of a plurality of elements deposited on a substrate more accurately than in the past.

本発明の主な観点によれば、チャンバ内で、複数の蒸発源から複数種類の蒸着材料を蒸発させて、基板上に該複数種類の蒸着材料から構成される薄膜を蒸着する際に、該複数種類の蒸着材料各々の蒸発量を、複数の膜厚センサによってモニタしながら制御する多元蒸着装置であって、前記複数の膜厚センサのうち少なくとも1つは、堆積する蒸着材料の膜厚を検出することができる検出面を有し、該検出面が検出対象となる蒸着材料の蒸発源に向くように配置される検出部と、前記検出面を囲い、検出対象となる蒸着材料の蒸発源に向かって延在する筒状形状を有する防壁部と、前記防壁部と検出対象となる蒸着材料の蒸発源との間に配置され、該蒸発源から見たときに、前記検出面とは重ならず、前記防壁部とは重なる形状を有する発熱部と、を含む多元蒸着装置、が提供される。   According to a main aspect of the present invention, when a plurality of types of vapor deposition materials are evaporated from a plurality of evaporation sources in a chamber to deposit a thin film composed of the plurality of types of vapor deposition materials on a substrate, A multi-source vapor deposition apparatus that controls the amount of evaporation of each of a plurality of types of vapor deposition materials while monitoring them with a plurality of film thickness sensors, wherein at least one of the plurality of film thickness sensors determines the film thickness of the vapor deposition material to be deposited A detection unit having a detection surface capable of being detected and disposed so that the detection surface faces an evaporation source of a deposition material to be detected; and an evaporation source of the deposition material to be detected by surrounding the detection surface And a barrier wall having a cylindrical shape extending toward the surface, and the barrier wall and an evaporation source of a vapor deposition material to be detected. When viewed from the evaporation source, the detection wall overlaps with the detection surface. The heat generating part has a shape overlapping with the barrier part. , Multi-source deposition system comprising, are provided.

基板上に蒸着する複数の元素から構成される薄膜の組成比を、従来よりも精確に制御することができる。   The composition ratio of the thin film composed of a plurality of elements deposited on the substrate can be controlled more accurately than in the past.

図1は、アーク放電反応式イオンプレーティング装置の構成を示す側面図である。FIG. 1 is a side view showing a configuration of an arc discharge reaction type ion plating apparatus. 図2Aおよび図2Bは、膜厚センサの構造を示す断面図、および検出対象となる蒸着材料の蒸発源から見た平面図である。2A and 2B are a cross-sectional view showing the structure of the film thickness sensor and a plan view seen from the evaporation source of the vapor deposition material to be detected. 図3Aは、PZT膜の蒸着を行った際の膜厚モニタを示す断面図であり、図3Bは、防壁部の先端にヒータを取り付けた膜厚センサの断面図である。および図3Bは、FIG. 3A is a cross-sectional view showing a film thickness monitor when a PZT film is deposited, and FIG. 3B is a cross-sectional view of a film thickness sensor in which a heater is attached to the tip of the barrier. And FIG. 図4Aおよび図4Bは、実施例による膜厚センサの構造を示す断面図、および検出対象となる蒸着材料の蒸発源から見た平面図である。4A and 4B are a cross-sectional view showing the structure of the film thickness sensor according to the embodiment and a plan view seen from the evaporation source of the vapor deposition material to be detected. 図5は、防壁部32と発熱部35との間隔D、および、塊体が防壁部32の内側にはみ出す部分の長さTの関係を示すテーブルである。FIG. 5 is a table showing the relationship between the distance D between the barrier unit 32 and the heat generating unit 35 and the length T of the portion where the lump protrudes inside the barrier unit 32. および、and, 図6A〜図6Dは、実施例による膜厚センサの他の例を示す、検出対象となる蒸着材料の蒸発源から見た平面図、および断面図である。6A to 6D are a plan view and a cross-sectional view showing another example of the film thickness sensor according to the embodiment as seen from the evaporation source of the vapor deposition material to be detected.

図1は、本発明者が提供する多元蒸着装置の一例であるアーク放電反応式イオンプレーティング装置の構成を概略的に示す側面図である。このイオンプレーティング装置は、チャンバ10内に配設された基板ホルダ20、複数の蒸発源25a〜25c、および、複数の膜厚センサ30a〜30cと、チャンバ10に接続された反応ガス導入管50、および、プラズマガン60と、を含む構成である。チャンバ10は真空排気装置に接続されており、チャンバ内の圧力はたとえば1×10−4Pa以下に保つことが可能である。 FIG. 1 is a side view schematically showing a configuration of an arc discharge reactive ion plating apparatus which is an example of a multi-source deposition apparatus provided by the present inventor. This ion plating apparatus includes a substrate holder 20 disposed in the chamber 10, a plurality of evaporation sources 25 a to 25 c, a plurality of film thickness sensors 30 a to 30 c, and a reaction gas introduction pipe 50 connected to the chamber 10. And a plasma gun 60. The chamber 10 is connected to an evacuation apparatus, and the pressure in the chamber can be maintained at, for example, 1 × 10 −4 Pa or less.

チャンバ10内には、たとえば多元系酸化物強誘電体からなる薄膜22を蒸着するための基板21を保持する基板ホルダ20が設けられている。基板ホルダ20には、基板21を加熱し、また、回転させる機構が備えられている。基板21に対向する位置には、複数の蒸発源25a〜25cが配置されている。蒸発源25a〜25c各々には、基板21に蒸着する薄膜22を構成する蒸着材料、および、その蒸着材料に電子ビームを照射して、蒸着材料を加熱・蒸発させる電子ビームガンが備えられている。たとえば、基板21上にPZT[Pb(ZrTi1−x)O]からなる薄膜22を蒸着する場合、蒸発源25a〜25cの蒸着材料には、それぞれPb(鉛),Zr(ジルコニウム),Ti(チタン)が用いられる。また、基板21の周囲には、蒸発源25a〜25cから蒸発した蒸着材料の蒸発量を検出することができる膜厚センサ30a〜30cが配置されている。 A substrate holder 20 is provided in the chamber 10 for holding a substrate 21 for depositing a thin film 22 made of, for example, a multi-element oxide ferroelectric. The substrate holder 20 is provided with a mechanism for heating and rotating the substrate 21. A plurality of evaporation sources 25 a to 25 c are arranged at positions facing the substrate 21. Each of the evaporation sources 25a to 25c is provided with an evaporation material constituting the thin film 22 to be evaporated on the substrate 21, and an electron beam gun for irradiating the evaporation material with an electron beam to heat and evaporate the evaporation material. For example, when depositing a thin film 22 made of PZT [Pb (Zr x Ti 1 -x) O 3] on the substrate 21, the deposition material of the evaporation source 25 a to 25 c, respectively Pb (lead), Zr (zirconium) Ti (titanium) is used. In addition, film thickness sensors 30 a to 30 c that can detect the evaporation amount of the vapor deposition material evaporated from the evaporation sources 25 a to 25 c are arranged around the substrate 21.

チャンバ10の上面には、基板21と蒸発源25a〜25cとの間に反応ガスを供給する導入管50が接続されている。たとえば、基板21上にPZTからなる薄膜22を蒸着する場合には、導入管50から反応ガスとして酸素ガスが導入される。   An introduction pipe 50 for supplying a reaction gas is connected to the upper surface of the chamber 10 between the substrate 21 and the evaporation sources 25a to 25c. For example, when the thin film 22 made of PZT is deposited on the substrate 21, oxygen gas is introduced as a reaction gas from the introduction tube 50.

また、チャンバ10の側面には、放電ガス導入口、陽極、陰極、磁場発生コイル等を含むプラズマガン60が接続されている。プラズマガン60は、Ar(アルゴン)、He(ヘリウム)等の不活性ガス(放電ガス)を、アーク放電により電離・活性化する。そして、磁場発生コイルにより発生する磁場・放電ガスの圧力勾配によってチャンバ10内にプラズマ61を導出する。   Further, a plasma gun 60 including a discharge gas inlet, an anode, a cathode, a magnetic field generating coil and the like is connected to the side surface of the chamber 10. The plasma gun 60 ionizes and activates an inert gas (discharge gas) such as Ar (argon) or He (helium) by arc discharge. Then, the plasma 61 is led into the chamber 10 by the pressure gradient of the magnetic field / discharge gas generated by the magnetic field generating coil.

蒸発源25a〜25cから蒸発した蒸着材料は、プラズマ61を通過する際に活性化され、基板21に到達する。また、たとえば、導入管50から反応ガスとして酸素ガスが導入された場合、酸素ガスがプラズマ61により活性化され、基板21近傍で蒸発した蒸着材料と反応して酸化物を形成する。   The vapor deposition material evaporated from the evaporation sources 25 a to 25 c is activated when passing through the plasma 61 and reaches the substrate 21. For example, when oxygen gas is introduced as a reaction gas from the introduction pipe 50, the oxygen gas is activated by the plasma 61 and reacts with the vapor deposition material evaporated near the substrate 21 to form an oxide.

このイオンプレーティング装置は、さらに、蒸発源25a〜25c各々から蒸発させる蒸着材料の蒸発速度を制御する制御装置70が設けられている。制御装置70は、膜厚センサ30a〜30cにより検出される各種蒸着材料の蒸発量をモニタする。さらに、その各種蒸着材料の蒸発量に基づいて、蒸発源25a〜25c各々に備えられている電子ビームガンを制御して、蒸発源25a〜25c各々から蒸発させる各種蒸着材料の蒸発速度を制御する。制御装置70がこのような制御を行うことにより、基板21上に薄膜22を所望の組成比で蒸着することが可能となる。   The ion plating apparatus is further provided with a control device 70 for controlling the evaporation rate of the vapor deposition material evaporated from each of the evaporation sources 25a to 25c. The control device 70 monitors the evaporation amounts of various vapor deposition materials detected by the film thickness sensors 30a to 30c. Furthermore, based on the evaporation amount of the various vapor deposition materials, the electron beam gun provided in each of the evaporation sources 25a to 25c is controlled to control the evaporation rate of the various vapor deposition materials evaporated from each of the evaporation sources 25a to 25c. When the control device 70 performs such control, the thin film 22 can be deposited on the substrate 21 at a desired composition ratio.

図2Aおよび図2Bは、膜厚センサの構造を示す断面図、および検出対象となる蒸着材料の蒸発源から見た平面図である。膜厚センサ30は、主に、検出部31、および、防壁部32から構成される。   2A and 2B are a cross-sectional view showing the structure of the film thickness sensor and a plan view seen from the evaporation source of the vapor deposition material to be detected. The film thickness sensor 30 mainly includes a detection unit 31 and a barrier unit 32.

検出部31は、蒸着材料からなる堆積膜40の膜厚を検出することができる検出面31sを有する。そして、図2Aに示すように、この検出面31sが検出対象となる蒸着材料の蒸発源に向くように配置されている。検出部31の検出面31sの平面形状は、たとえば図2Bに示すように、円形状である。   The detection unit 31 has a detection surface 31s that can detect the film thickness of the deposited film 40 made of a vapor deposition material. And as shown to FIG. 2A, this detection surface 31s is arrange | positioned so that it may face the evaporation source of the vapor deposition material used as a detection target. The planar shape of the detection surface 31s of the detection unit 31 is circular as shown in FIG. 2B, for example.

検出部31の検出面31sは、たとえば水晶振動子式膜厚センサによって構成される。水晶振動子式膜厚センサに堆積膜40が堆積することにより、その堆積膜40の質量に応じて、水晶振動子式膜厚センサの共振周波数が変化する。水晶振動子式膜厚センサの共振周波数を検出することにより、水晶振動子式膜厚センサに堆積する堆積膜40の膜厚、ないしその堆積膜40を構成する蒸着材料の蒸発量等を見積もることが可能である。なお、検出面31sは、水晶振動子式膜厚センサに限らず、堆積膜40に照射される光の干渉を利用する干渉縞式膜厚センサによって構成されてもかまわない。   The detection surface 31 s of the detection unit 31 is configured by, for example, a crystal oscillator type film thickness sensor. When the deposited film 40 is deposited on the quartz vibrator type film thickness sensor, the resonance frequency of the quartz vibrator type film thickness sensor changes according to the mass of the deposited film 40. By detecting the resonance frequency of the crystal resonator type film thickness sensor, the film thickness of the deposited film 40 deposited on the crystal resonator type film thickness sensor or the evaporation amount of the vapor deposition material constituting the deposited film 40 is estimated. Is possible. Note that the detection surface 31s is not limited to a quartz vibrator type film thickness sensor, and may be configured by an interference fringe type film thickness sensor that uses interference of light applied to the deposited film 40.

防壁部32は、図2Aに示すように、検出対象となる蒸着材料の蒸発源に向かって延在し、図2Bに示すように、検出部31の検出面31sを囲う円筒形状を有する。このような形状を有することにより、図2Aに示すように、検出対象となる蒸着材料以外の蒸着材料が検出面31sに付着しにくくすることができる。これにより、検出対象となる蒸着材料の蒸発量をより精確に検出することができるようになる。防壁部32は、たとえば、ステンレスやアルミナ等により構成することができる。   As shown in FIG. 2A, the barrier 32 extends toward the evaporation source of the evaporation material to be detected, and has a cylindrical shape surrounding the detection surface 31s of the detector 31 as shown in FIG. 2B. By having such a shape, as shown in FIG. 2A, vapor deposition materials other than the vapor deposition material to be detected can be made difficult to adhere to the detection surface 31s. Thereby, it becomes possible to detect the evaporation amount of the vapor deposition material to be detected more accurately. The barrier 32 can be made of, for example, stainless steel or alumina.

本発明者は、このような構成を有するイオンプレーティング装置を用いて、基板21上にPZTからなる薄膜22を蒸着した。基板21にはシリコン基板を用い、蒸発源25a〜25cの蒸着材料にはそれぞれPb,Zr,Tiを用いた。また、チャンバ10内の圧力を0.1Paに保ち、導入管50から流量約200sccmで酸素ガスを供給した。このような条件により、約60分間の蒸着を行ったところ、シリコン基板21上に膜厚約3μmのPZT膜22が蒸着された。   The inventor deposited a thin film 22 made of PZT on the substrate 21 using the ion plating apparatus having such a configuration. A silicon substrate was used as the substrate 21, and Pb, Zr, and Ti were used as vapor deposition materials for the evaporation sources 25a to 25c, respectively. Further, the pressure in the chamber 10 was kept at 0.1 Pa, and oxygen gas was supplied from the introduction pipe 50 at a flow rate of about 200 sccm. Under such conditions, deposition was performed for about 60 minutes, and a PZT film 22 having a thickness of about 3 μm was deposited on the silicon substrate 21.

図3Aは、PZT膜の蒸着を行った際の膜厚モニタを示す断面図である。蒸着に用いた膜厚センサ30は、検出面31sの直径R1が約12mm、防壁部32の内径R2が約17mm、防壁部32の厚みWが約1mm、防壁部32の長さLが約50mmである。   FIG. 3A is a cross-sectional view showing a film thickness monitor when a PZT film is deposited. The film thickness sensor 30 used for vapor deposition has a diameter R1 of the detection surface 31s of about 12 mm, an inner diameter R2 of the barrier portion 32 of about 17 mm, a thickness W of the barrier portion 32 of about 1 mm, and a length L of the barrier portion 32 of about 50 mm. It is.

このような膜厚センサ30を用いてPZT膜22の蒸着を行ったところ、特にPbの蒸着量を検出する膜厚センサ30の防壁部32の先端に、粉状の部材が塊となった塊体33が付着することがわかった。この塊体33は、酸化されたPbにより構成されているものと考えられる。この塊体33が防壁部32の内側にはみ出す部分の長さTは、約0.8mmであった。このとき、防壁部32の実効的な内径R3は、約15.4mmとなる。   When the PZT film 22 is deposited using such a film thickness sensor 30, a lump in which a powdery member is agglomerated at the tip of the barrier 32 of the film thickness sensor 30 that detects the amount of deposited Pb in particular. It was found that the body 33 adhered. This lump 33 is considered to be composed of oxidized Pb. The length T of the portion where the mass 33 protrudes inside the barrier 32 was about 0.8 mm. At this time, the effective inner diameter R3 of the barrier 32 is about 15.4 mm.

基板21上にPZT膜22を蒸着する際、膜厚センサ30の防壁部32の先端に、このような塊体33が付着していくと、防壁部32の実効的な内径が徐々に小さくなる。これにより、蒸着材料の蒸発量が、膜厚センサ30により精確に検出されない可能性がある。蒸着材料の蒸発量が精確に検出されなければ、蒸発源から蒸発させる蒸着材料の蒸発速度も精確に制御されず、結果、基板21上にPZT膜22が所望の組成比で蒸着されないことが考えられる。   When the PZT film 22 is deposited on the substrate 21, if such a mass 33 is attached to the tip of the barrier 32 of the film thickness sensor 30, the effective inner diameter of the barrier 32 is gradually reduced. . Thereby, the evaporation amount of the vapor deposition material may not be accurately detected by the film thickness sensor 30. If the evaporation amount of the vapor deposition material is not accurately detected, the evaporation rate of the vapor deposition material evaporated from the evaporation source is not accurately controlled. As a result, the PZT film 22 may not be deposited on the substrate 21 at a desired composition ratio. It is done.

図3Bは、防壁部の先端にヒータを取り付けた膜厚センサの断面図である。次に、本発明者は、防壁部32の先端にヒータ34を取り付けて防壁部32の先端を加熱しながら、PZT膜22の蒸着を行った。その結果、防壁部32の先端に、塊体33が付着しないことがわかった。これは、防壁部32の先端が高温に加熱されるため、防壁部32の先端に付着しようとする蒸着材料(Pb)が凝固できないためだと考えられる。   FIG. 3B is a cross-sectional view of a film thickness sensor in which a heater is attached to the tip of the barrier. Next, the inventor attached the heater 34 to the tip of the barrier 32 and deposited the PZT film 22 while heating the tip of the barrier 32. As a result, it has been found that the mass 33 does not adhere to the tip of the barrier 32. This is thought to be because the vapor deposition material (Pb) that is to adhere to the tip of the barrier 32 cannot be solidified because the tip of the barrier 32 is heated to a high temperature.

ただし、このような構造の膜厚センサ30を用いると、ヒータ34が発する熱が検出面31sに伝播し、検出面31sの検出精度が低下してしまうことがわかった。検出面31sの検出精度が低下すれば、やはり、蒸着材料の蒸発量が精確に検出されない可能性がある。これにより、蒸発源から蒸発される蒸着材料の蒸発速度は精確に制御されず、基板21上にPZT膜22が所望の組成比で蒸着されないことが考えられる。   However, it was found that when the film thickness sensor 30 having such a structure is used, the heat generated by the heater 34 propagates to the detection surface 31s, and the detection accuracy of the detection surface 31s decreases. If the detection accuracy of the detection surface 31s decreases, the evaporation amount of the vapor deposition material may still not be accurately detected. Thereby, the evaporation rate of the evaporation material evaporated from the evaporation source is not accurately controlled, and it is considered that the PZT film 22 is not evaporated on the substrate 21 at a desired composition ratio.

本発明者は、基板上に薄膜を蒸着する際に、防壁部の実効的な内径が変化せず、かつ、検出面が過度に加熱されないような膜厚センサの構造について検討を行った。   The present inventor has examined the structure of the film thickness sensor so that the effective inner diameter of the barrier is not changed and the detection surface is not excessively heated when a thin film is deposited on the substrate.

図4Aおよび図4Bは、実施例による膜厚センサの構造を示す断面図、および検出対象となる蒸着材料の蒸発源から見た平面図である。この膜厚センサ30は、検出部31および防壁部32に加え、さらに、図4Aに示すように、防壁部32から距離D離して配置される発熱部35を含む。発熱部35は、直径R4が約0.5mmのタングステン線を1回巻して円環状になるよう構成される。円環状の発熱部35の内径は、防壁部32の内径R2と同等である。円環状の発熱部35は、図4Bに示すように、その内端が防壁部32の内端と一致するように配置される。発熱部35は、検出部31および防壁部32を支持する支持機構とともに支持されるようにしてもかまわないし、チャンバ10(図1参照)の上面ないし側面から延びる独立した支持機構によって支持されるようにしてもかまわない。   4A and 4B are a cross-sectional view showing the structure of the film thickness sensor according to the embodiment and a plan view seen from the evaporation source of the vapor deposition material to be detected. In addition to the detection unit 31 and the barrier unit 32, the film thickness sensor 30 further includes a heating unit 35 that is arranged at a distance D from the barrier unit 32, as shown in FIG. 4A. The heat generating portion 35 is configured to have an annular shape by winding a tungsten wire having a diameter R4 of about 0.5 mm once. The inner diameter of the annular heat generating part 35 is equal to the inner diameter R2 of the barrier part 32. As shown in FIG. 4B, the annular heat generating portion 35 is disposed so that the inner end thereof coincides with the inner end of the barrier portion 32. The heat generating unit 35 may be supported together with a support mechanism that supports the detection unit 31 and the barrier unit 32, or may be supported by an independent support mechanism that extends from the upper surface or side surface of the chamber 10 (see FIG. 1). It doesn't matter.

検出対象となる蒸着材料の蒸発源から見たとき、図4Bに示すように、防壁部32の先端、特にその内側部分は、発熱部35と重なって影になる。そのため、防壁部32の先端には、塊体は付着しないと考えられる。また、発熱部35には、発熱部35自体が発熱するため蒸着材料は凝固できず、塊体は付着しないと考えられる。したがって、基板上に薄膜を蒸着する際に、防壁部32の実効的な内径R2は変化しないと考えられる。さらに、発熱部35は、防壁部32と離して配置されるため、発熱部35が発する熱により検出面31sが過度に加熱されることはないと考えられる。   When viewed from the evaporation source of the vapor deposition material to be detected, as shown in FIG. 4B, the tip of the barrier 32, particularly its inner part, overlaps the heat generating part 35 and becomes a shadow. Therefore, it is considered that no lump is attached to the tip of the barrier portion 32. Moreover, since the heat generating part 35 itself generates heat, the vapor deposition material cannot be solidified and the lump is not attached to the heat generating part 35. Therefore, it is considered that the effective inner diameter R2 of the barrier 32 is not changed when a thin film is deposited on the substrate. Furthermore, since the heat generating portion 35 is disposed away from the barrier portion 32, it is considered that the detection surface 31s is not excessively heated by the heat generated by the heat generating portion 35.

本発明者らは、実験により、防壁部32と発熱部35との距離D、および、塊体が防壁部32の内側にはみ出す部分の長さTの関係について確認を行った。   The inventors have confirmed through experiments the relationship between the distance D between the barrier portion 32 and the heat generating portion 35 and the length T of the portion where the lump protrudes inside the barrier portion 32.

図5は、防壁部32と発熱部35との間隔D、および、塊体が防壁部32の内側にはみ出す部分の長さTの関係を示すテーブルである。なお、前述したように、膜厚センサ30に発熱部35が設けられていない場合、塊体33が防壁部32の内側にはみ出す部分の長さTは約0.8mmとなる。   FIG. 5 is a table showing the relationship between the distance D between the barrier unit 32 and the heat generating unit 35 and the length T of the portion where the lump protrudes inside the barrier unit 32. As described above, when the film thickness sensor 30 is not provided with the heat generating portion 35, the length T of the portion where the mass 33 protrudes inside the barrier 32 is about 0.8 mm.

膜厚センサ30に発熱部35を設け、防壁部32と発熱部35との間隔Dを約1mmまたは5mmとした場合、塊体33が防壁部32の内側にはみ出す部分の長さTは0mmであった。つまり、塊体33が防壁部32の内側にはみ出す部分は生じなかった。また、防壁部32と発熱部35との距離Dを約10mmとした場合、塊体33が防壁部32の内側にはみ出す部分の長さTは約0.2mmであった。   When the film thickness sensor 30 is provided with a heat generating portion 35 and the interval D between the barrier portion 32 and the heat generating portion 35 is about 1 mm or 5 mm, the length T of the portion where the mass 33 protrudes inside the barrier portion 32 is 0 mm. there were. That is, the part which the lump 33 protrudes inside the barrier part 32 did not arise. Further, when the distance D between the barrier 32 and the heat generating portion 35 is about 10 mm, the length T of the portion where the mass 33 protrudes inside the barrier 32 is about 0.2 mm.

以上の実験結果より、発熱部35を設けた膜厚センサ30は、発熱部35を設けていない膜厚センサ30よりも、防壁部32の先端、特にその内側部分への塊体33の付着を抑制できることがわかった。さらに、防壁部32と発熱部35との間隔を10mmよりも狭い間隔にすることにより、防壁部32の先端の内側部分への塊体33の付着をより抑制できることがわかった。なお、本実験において、発熱部35の温度は、防壁部32への付着が想定される塊体33の融点以上であったと考えられる。つまり、Pbの蒸着量を検出する膜厚センサに設けた発熱部の温度は、鉛酸化物の中で最も融点の高いPbO(鉛・酸素)の融点890℃以上であったと考えられる。   From the above experimental results, the film thickness sensor 30 provided with the heat generating portion 35 adheres the mass 33 to the tip of the barrier 32, particularly the inner portion thereof, compared to the film thickness sensor 30 not provided with the heat generating portion 35. It turned out that it can suppress. Furthermore, it has been found that by making the interval between the barrier 32 and the heat generating portion 35 narrower than 10 mm, the adhesion of the mass 33 to the inner portion of the tip of the barrier 32 can be further suppressed. In this experiment, the temperature of the heat generating part 35 is considered to be equal to or higher than the melting point of the mass 33 that is assumed to adhere to the barrier part 32. That is, it is considered that the temperature of the heat generating portion provided in the film thickness sensor for detecting the deposition amount of Pb was 890 ° C. or higher of the melting point of PbO (lead / oxygen) having the highest melting point among lead oxides.

このような構造を有する膜厚センサを用いることにより、防壁部の実効的な内径を変化させずに、かつ、検出面を過度に加熱せずに、蒸着材料の蒸発量を検出できるようになる。これにより、検出対象となる蒸着材料の蒸発量をより精確にモニタすることができるようになり、蒸発源から蒸発させる蒸着材料の蒸発速度をより精確に制御することができるようになる。その結果、基板上に蒸着する複数の元素から構成される薄膜の組成比を、より精確に制御することができると考えられる。   By using the film thickness sensor having such a structure, it becomes possible to detect the evaporation amount of the deposition material without changing the effective inner diameter of the barrier part and without excessively heating the detection surface. . As a result, the evaporation amount of the vapor deposition material to be detected can be monitored more accurately, and the evaporation rate of the vapor deposition material evaporated from the evaporation source can be controlled more accurately. As a result, it is considered that the composition ratio of the thin film composed of a plurality of elements deposited on the substrate can be controlled more accurately.

図6A〜図6Dは、実施例による膜厚センサの他の例を示す、検出対象となる蒸着材料の蒸発源から見た平面図、および断面図である。   6A to 6D are a plan view and a cross-sectional view showing another example of the film thickness sensor according to the embodiment as seen from the evaporation source of the vapor deposition material to be detected.

実施例による膜厚センサ30では、検出面31sの平面形状を、円形状としたが、図6Aに示すように、矩形状としてもかまわない。この際、防壁部32は、検出面31sの平面形状に合わせて、検出面31sを囲む筒状形状にすればよい。また、発熱部35は、検出対象となる蒸着材料の蒸発源から見たときに、検出面31sとは重ならず、かつ、防壁部32、特にその内側部分とは重なるような形状にすればよい。実施例では、発熱部35を、その内端が防壁部32の内端と一致するように配置したが、図6Aに示すように、発熱部35は、少なくとも防壁部32の内端32a(図中では破線で示している)を隠すように、防壁部32の内端32aと重ねて配置すればよいであろう。   In the film thickness sensor 30 according to the embodiment, the planar shape of the detection surface 31s is circular, but may be rectangular as shown in FIG. 6A. At this time, the barrier 32 may be formed in a cylindrical shape surrounding the detection surface 31s in accordance with the planar shape of the detection surface 31s. Further, when the heat generating portion 35 is viewed from the evaporation source of the vapor deposition material to be detected, the heat generating portion 35 does not overlap with the detection surface 31s and overlaps the barrier portion 32, particularly the inner portion thereof. Good. In the embodiment, the heat generating portion 35 is disposed so that the inner end thereof coincides with the inner end of the barrier portion 32. However, as shown in FIG. 6A, the heat generating portion 35 is at least the inner end 32a of the barrier portion 32 (see FIG. It may be arranged so as to overlap with the inner end 32a of the barrier 32 so as to hide (shown by a broken line in the figure).

また、実施例による膜厚センサ30では、発熱部35にタングステン線を1回巻したヒータを用いたが、カンタル線等を複数回巻したヒータを用いてもかまわない。また、図6Bに示すように、カーボン等からなり、防壁部32の内径R2に対応した開口を有するプレート状のヒータを用いてもかまわない。   Further, in the film thickness sensor 30 according to the embodiment, a heater in which a tungsten wire is wound once around the heat generating portion 35 is used, but a heater in which a Kanthal wire or the like is wound a plurality of times may be used. Further, as shown in FIG. 6B, a plate-like heater made of carbon or the like and having an opening corresponding to the inner diameter R2 of the barrier portion 32 may be used.

また、発熱部35は、図6Cに示すように、被加熱部材35aと、その被加熱部材35aを加熱するヒータ35bと、を含む構成にしてもかまわない。被加熱部材35aに成形加工が容易な部材を用いることにより、発熱部35の形状の設計自由度が向上するであろう。   Further, as shown in FIG. 6C, the heat generating portion 35 may include a heated member 35a and a heater 35b that heats the heated member 35a. By using a member that can be easily molded as the heated member 35a, the degree of freedom in designing the shape of the heat generating portion 35 will be improved.

さらに、発熱部32が発する熱の検出面31sへの伝播をより低減するために、図6Dに示すように、防壁部32と発熱部35との間に、単数ないし複数の遮熱板36を配置してもかまわない。遮熱板36は、発熱部35に対応する形状を有し、防壁部32の内径R2に対応した開口を有する。また、検出対象となる蒸着材料の蒸発源から見たときに、検出面31sとは重ならず、かつ、防壁部32とは重なるような形状を有する。遮熱板36には、たとえば、伝熱性が低いステンレスなどを用いればよいであろう。   Furthermore, in order to further reduce the propagation of the heat generated by the heat generating part 32 to the detection surface 31s, as shown in FIG. 6D, one or more heat shield plates 36 are provided between the barrier 32 and the heat generating part 35. May be arranged. The heat shield plate 36 has a shape corresponding to the heat generating part 35, and has an opening corresponding to the inner diameter R <b> 2 of the barrier part 32. Further, when viewed from the evaporation source of the vapor deposition material to be detected, it has a shape that does not overlap with the detection surface 31 s and overlaps with the barrier 32. For the heat shield plate 36, for example, stainless steel having low heat conductivity may be used.

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、実施例による膜厚センサの構造は、いわゆるスパッタ法を用いた多元蒸着装置の膜厚センサにも適応することが可能であろう。その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。   As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated, this invention is not restrict | limited to these. For example, the structure of the film thickness sensor according to the embodiment can be applied to a film thickness sensor of a multi-source deposition apparatus using a so-called sputtering method. It will be apparent to those skilled in the art that other various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

10 チャンバ、
20 基板ホルダ、
21 基板、
22 薄膜、
25 蒸発源、
30 膜厚センタ、
31 検出部、
32 防壁部、
33 塊体、
34 ヒータ、
35 発熱部、
36 遮熱板、
40 堆積膜、
50 反応ガス導入管、
60 プラズマガン、
61 プラズマ。
10 chambers,
20 substrate holder,
21 substrate,
22 thin film,
25 evaporation sources,
30 film thickness center,
31 detector,
32 barrier,
33 lump,
34 heater,
35 exothermic part,
36 heat shield,
40 Deposition film,
50 reaction gas introduction pipe,
60 Plasma gun,
61 Plasma.

Claims (5)

チャンバ内で、複数の蒸発源から複数種類の蒸着材料を蒸発させて、基板上に該複数種類の蒸着材料から構成される薄膜を蒸着する際に、該複数種類の蒸着材料各々の蒸発量を、複数の膜厚センサによってモニタしながら制御する多元蒸着装置であって、
前記複数の膜厚センサのうち少なくとも1つは、
堆積する蒸着材料の膜厚を検出することができる検出面を有し、該検出面が検出対象となる蒸着材料の蒸発源に向くように配置される検出部と、
前記検出面を囲い、検出対象となる蒸着材料の蒸発源に向かって延在する筒状形状を有する防壁部と、
前記防壁部と検出対象となる蒸着材料の蒸発源との間に配置され、該蒸発源から見たときに、前記検出面とは重ならず、前記防壁部とは重なる形状を有する発熱部と、を含む多元蒸着装置。
In the chamber, when a plurality of types of vapor deposition materials are evaporated from a plurality of evaporation sources and a thin film composed of the plurality of types of vapor deposition materials is deposited on a substrate, the amount of evaporation of each of the plurality of types of vapor deposition materials is determined. , A multi-source deposition apparatus that controls while monitoring by a plurality of film thickness sensors,
At least one of the plurality of film thickness sensors is
A detection unit having a detection surface capable of detecting the film thickness of the deposited vapor deposition material, the detection surface being arranged to face the evaporation source of the vapor deposition material to be detected;
A barrier part having a cylindrical shape surrounding the detection surface and extending toward the evaporation source of the vapor deposition material to be detected;
A heating part disposed between the barrier part and the evaporation source of the vapor deposition material to be detected; and when viewed from the evaporation source, the heating part does not overlap the detection surface but has a shape overlapping the barrier part; , Including multi-source deposition equipment.
前記発熱部は、検出対象となる蒸着材料の蒸発源から見たときに、前記防壁部の内端と重なる形状を有する請求項1記載の多元蒸着装置。   The multi-source vapor deposition apparatus according to claim 1, wherein the heat generating portion has a shape overlapping with an inner end of the barrier portion when viewed from an evaporation source of a vapor deposition material to be detected. 前記発熱部は、被加熱部材、および、該被加熱部材を加熱するヒータを含む請求項1または2記載の多元蒸着装置。   The multi-source deposition apparatus according to claim 1, wherein the heat generating unit includes a member to be heated and a heater for heating the member to be heated. 前記防壁部と前記発熱部との間隔は、10mmよりも狭い間隔である請求項1〜3いずれか1項記載の多元蒸着装置。   The multi-source deposition apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein an interval between the barrier portion and the heat generating portion is an interval narrower than 10 mm. さらに、前記防壁部と前記発熱部との間に配置され、該発熱部に対応する形状を有する遮熱板と、を含む請求項1〜3いずれか1項記載の多元蒸着装置。   The multi-source deposition apparatus according to claim 1, further comprising a heat shield plate disposed between the barrier portion and the heat generating portion and having a shape corresponding to the heat generating portion.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9562798B2 (en) 2015-01-22 2017-02-07 Samsung Display Co., Ltd. Deposition rate measuring apparatus
WO2019056780A1 (en) * 2017-09-22 2019-03-28 杭州纤纳光电科技有限公司 Preparation apparatus for solar cell thin film and preparation method therefor
JP2024522654A (en) * 2021-07-09 2024-06-21 蘇州道一至誠納米材料技術有限公司 Thin film catalyst manufacturing apparatus and manufacturing method
JP7627381B1 (en) * 2024-07-17 2025-02-05 神港精機株式会社 Reactive ion plating apparatus and method

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9562798B2 (en) 2015-01-22 2017-02-07 Samsung Display Co., Ltd. Deposition rate measuring apparatus
WO2019056780A1 (en) * 2017-09-22 2019-03-28 杭州纤纳光电科技有限公司 Preparation apparatus for solar cell thin film and preparation method therefor
CN109536893A (en) * 2017-09-22 2019-03-29 杭州纤纳光电科技有限公司 A kind of Preparation equipment of solar battery thin film and preparation method thereof
JP2024522654A (en) * 2021-07-09 2024-06-21 蘇州道一至誠納米材料技術有限公司 Thin film catalyst manufacturing apparatus and manufacturing method
JP7609492B2 (en) 2021-07-09 2025-01-07 蘇州道一至誠納米材料技術有限公司 Thin film catalyst manufacturing apparatus and manufacturing method
US12343716B1 (en) 2021-07-09 2025-07-01 Suzhou Taone Sincere Nanomaterial Technology Co., Ltd. Device and method for producing thin-film catalyst
JP7627381B1 (en) * 2024-07-17 2025-02-05 神港精機株式会社 Reactive ion plating apparatus and method

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