JP2003277913A - Molecular beam source cell for depositing thin film - Google Patents
Molecular beam source cell for depositing thin filmInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、成膜材料を加熱す
ることにより、その成膜材料を昇華または溶融、蒸発し
て成膜材料の分子を発生し、この成膜材料の分子を固体
表面に向けて放出し、その固体表面に分子を堆積させて
膜を成長させるのに使用される薄膜堆積用分子線源セル
とそれを使用した薄膜堆積方法に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to heating a film-forming material to sublimate, melt, or evaporate the film-forming material to generate molecules of the film-forming material. The present invention relates to a molecular beam source cell for thin film deposition, which is used for growing a film by depositing molecules on the solid surface thereof and a thin film deposition method using the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】分子線エピタキシ装置と呼ばれる薄膜堆
積装置は、高真空に減圧可能な真空チャンバ内に基板を
設置し、所要の温度に加熱すると共に、この基板の薄膜
成長面に向けてクヌードセンセル等の分子線源セルを設
置したものである。この分子線源セルの坩堝に収納した
成膜材料をヒータにより加熱して昇華または溶融、蒸発
させ、これにより発生した蒸発分子を前記基板の薄膜成
長面に入射し、その面に薄膜をエピタキシャル成長させ
て、成膜材料の膜を形成する。2. Description of the Related Art A thin film deposition apparatus called a molecular beam epitaxy apparatus is one in which a substrate is placed in a vacuum chamber that can be decompressed to a high vacuum, heated to a required temperature, and a quartz film is grown toward the thin film growth surface of the substrate. A molecular beam source cell such as a sen cell is installed. The film forming material housed in the crucible of this molecular beam source cell is heated by a heater to sublimate or melt and evaporate, and the vaporized molecules generated by this are incident on the thin film growth surface of the substrate, and a thin film is epitaxially grown on that surface. Thus, a film of a film forming material is formed.
【０００３】このような薄膜堆積装置に使用される分子
線源セルは、熱的、化学的に安定性の高い、例えばＰＢ
Ｎ（パイロリティック・ボロン・ナイトライド）等から
なる坩堝の中に成膜材料を収納し、この成膜材料を坩堝
の外側に設けた電気ヒータで加熱し、これにより成膜材
料を昇華または溶融、蒸発させ、成膜分子を発生させる
ものである。The molecular beam source cell used in such a thin film deposition apparatus has a high thermal and chemical stability, such as PB.
The film-forming material is stored in a crucible made of N (pyrolytic boron nitride) or the like, and this film-forming material is heated by an electric heater provided outside the crucible, whereby the film-forming material is sublimated or melted. , To generate film-forming molecules.
【０００４】近年、ディスプレイや光通信等の分野で、
有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）の
研究、開発が進められている。この有機ＥＬ素子は、Ｅ
Ｌ発光能を有する有機低分子または有機高分子材料で発
光層を形成した素子であり、自己発光型の素子としてそ
の特性が注目されている。例えばその基本的な構造は、
ホール注入電極上にトリフェニルジアミン（ＴＰＤ）等
のホール輸送材料の膜を形成し、この上にアルミキノリ
ノール錯体（Ａｌｑ3） 等の蛍光物質を発光層として積
層し、さらにＭｇ、Ｌｉ、Ｃａ等の仕事関数の小さな金
属電極を電子注入電極として形成したものである。In recent years, in the fields of displays and optical communication,
Research and development of organic electroluminescence elements (organic EL elements) are under way. This organic EL device is
It is an element in which a light emitting layer is formed of an organic low molecule or an organic polymer material having an L light emitting ability, and its characteristics are drawing attention as a self light emitting element. For example, its basic structure is
A film of a hole transport material such as triphenyldiamine (TPD) is formed on the hole injecting electrode, and a fluorescent substance such as aluminum quinolinol complex (Alq 3 ) is laminated as a light emitting layer on the film, and further Mg, Li, Ca, etc. Is a metal electrode having a small work function as an electron injection electrode.
【０００５】最近のディスプレイは、大画面化が時代の
要請となっている。そのため、前記のような有機ＥＬを
使用したディスプレイでも、大面積の基板に有機ＥＬ膜
を形成することが要請される。とりわけ、有機ＥＬを使
用したディスプレイでは、基板上に所定の膜厚の有機Ｅ
Ｌ膜を形成することが要請される。Recently, it has been a demand of the times for a large screen to be provided in a display. Therefore, even in the display using the organic EL as described above, it is required to form the organic EL film on the substrate having a large area. Especially, in the case of a display using an organic EL, the organic E of a predetermined film thickness is formed on the substrate.
It is required to form an L film.
【０００６】薄膜形成装置における膜厚制御において
は、薄膜形成時の膜厚変化を逐次把握する必要がある。
そのためには、膜厚計が使用される。この種の目的で使
用される膜厚計は、水晶振動子を使用したものである。
膜厚計を基板側に配置し、その水晶振動子の振動周波数
の変化で膜厚の変化を把握する。In controlling the film thickness in the thin film forming apparatus, it is necessary to sequentially grasp the change in film thickness during thin film formation.
For that purpose, a film thickness meter is used. The film thickness meter used for this kind of purpose uses a crystal oscillator.
A film thickness meter is placed on the substrate side, and changes in the film thickness are grasped by changes in the vibration frequency of the crystal oscillator.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとしている課題】ところが従来のよ
うに、基板側に膜厚計を配置すると、膜厚計が陰になっ
て、基板上に成膜される薄膜が一部不均一になってしま
うという課題がある。さらに、基板側に膜厚計を固定し
て配置すると、膜厚計で測定される膜厚は、分子線源セ
ルと基板の成膜面の近傍にある膜厚計まので距離にも依
存するため、分子線源セルから放出される分子の絶対量
を把握することは出来ない。また、基板側にのみ膜厚計
を配置すると、複数の分子線源セルを使用する場合に、
それぞれの分子線源セルから放出される分子の量を個別
に把握することが出来ないため、複数材料成分からなる
膜の組成比を正確に調整出来ないという課題がある。However, when the film thickness meter is arranged on the substrate side as in the prior art, the film thickness meter is hidden and the thin film formed on the substrate is partially nonuniform. There is a problem that it will end. Further, when the film thickness meter is fixedly arranged on the substrate side, the film thickness measured by the film thickness meter also depends on the distance between the molecular beam source cell and the film thickness meter near the film formation surface of the substrate. Therefore, the absolute amount of molecules released from the molecular beam source cell cannot be grasped. Also, if the film thickness meter is placed only on the substrate side, when using multiple molecular beam source cells,
Since the amount of molecules released from each molecular beam source cell cannot be individually grasped, there is a problem that the composition ratio of a film composed of a plurality of material components cannot be accurately adjusted.
【０００８】本発明は、このような従来の膜厚計を使用
した真空蒸着装置における課題に鑑み、その第一の目的
は、基板上に均一な膜厚の薄膜を形成できるようにする
ことにある。本発明の第二の目的は、分子線源セルから
発射される分子の絶対量を正確に測定出来るようにする
ことである。さらに本発明の第三の目的は、複数の分子
線源セルを使用する場合に、それぞれの分子線源セルか
ら放出される分子の量を個別に把握し、調整することが
出来るようにするものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the problems in the vacuum vapor deposition apparatus using such a conventional film thickness meter, and its first object is to enable formation of a thin film having a uniform film thickness on a substrate. is there. A second object of the present invention is to be able to accurately measure the absolute amount of molecules emitted from a molecular beam source cell. Furthermore, a third object of the present invention is to enable the amount of molecules released from each molecular beam source cell to be individually grasped and adjusted when a plurality of molecular beam source cells are used. Is.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明では、前記の目的
を達成するため、基板１側に固定した状態で膜厚計を設
けるのではなく、分子線源セル２に膜厚計１１を付属さ
せ、分子を発射させる坩堝５から分子を基板に向けて放
出する前記分子放出口４に至る分子の通路の途中に、坩
堝５から発生した分子の一部を前記膜厚計１１に向けて
発射させるようにしたものである。According to the present invention, in order to achieve the above-mentioned object, a film thickness meter 11 is attached to the molecular beam source cell 2 instead of providing the film thickness meter in a fixed state on the substrate 1 side. Then, a part of the molecules generated from the crucible 5 is emitted toward the film thickness gauge 11 in the middle of the passage of the molecules from the crucible 5 for emitting the molecules to the molecule emission port 4 for emitting the molecules toward the substrate. It was made to let.
【００１０】すなわち、本発明による薄膜堆積用分子線
源セルは、成膜材料ａを収納する坩堝５と、この坩堝５
の中の成膜材料ａを加熱して昇華またたは蒸発させる加
熱手段と、成膜材料ａの分子を成膜する固体表面に向け
て前記坩堝５から発生した分子を放出する分子放出口４
とを有し、当該分子線源セル２に膜厚計１１を固定して
設け、坩堝５から前記分子放出口４に至る分子の通路の
途中に、坩堝５から発生した分子の一部を前記膜厚計１
１に向けて発射させる膜厚計用分子通過路１２を設けた
ものである。That is, the thin film deposition molecular beam source cell according to the present invention comprises a crucible 5 for accommodating a film forming material a, and this crucible 5.
Heating means for heating and sublimating or evaporating the film-forming material a therein, and a molecule emission port 4 for emitting molecules generated from the crucible 5 toward a solid surface on which molecules of the film-forming material a are formed.
And a film thickness meter 11 is fixedly provided in the molecular beam source cell 2, and a part of the molecules generated from the crucible 5 is provided in the middle of the molecular path from the crucible 5 to the molecule emission port 4. Thickness meter 1
The molecular passage 12 for the film thickness meter which is fired toward 1 is provided.
【００１１】この場合、坩堝５と分子放出口４とは直接
対向しておらず、１つ以上の小部屋であるバッファ室
９、１０とそれに通じる分子通過孔６、７を介して通じ
ているものがよい。膜厚計用分子通過路１２はバッファ
室９、１０から膜厚計１１に向けて分子を発射するよう
に設けられている。In this case, the crucible 5 and the molecule emission port 4 do not directly face each other but communicate with each other through the buffer chambers 9 and 10 which are one or more small chambers and the molecule passage holes 6 and 7 which communicate therewith. Things are good. The molecular passage 12 for the film thickness meter is provided so as to emit molecules from the buffer chambers 9, 10 toward the film thickness meter 11.
【００１２】このような薄膜堆積用分子線源セルでは、
基板１側に膜厚計１１を配置していないので、基板１の
成膜面に入射する分子に対して薄膜計１１が陰にならな
い。このため、基板１の表面上に部分的に膜が堆積しに
くいということがなく、全体に均等な膜厚で薄膜の形成
が可能である。In such a molecular beam source cell for thin film deposition,
Since the film thickness meter 11 is not arranged on the substrate 1 side, the thin film meter 11 does not become a shadow with respect to molecules incident on the film formation surface of the substrate 1. For this reason, it is possible to form a thin film with a uniform film thickness on the entire surface, without it being difficult for the film to partially deposit on the surface of the substrate 1.
【００１３】さらに、分子線源セル２に膜厚計１１を固
定して設け、この膜厚計１１には、坩堝５から前記分子
放出口４に至る分子の通路の途中に設けた膜厚計用分子
通過路１２を通して坩堝５から発生した分子の一部を発
射させるため、膜厚計１１には、坩堝５から発生した分
子の絶対量に比例する量の分子が到来する。そのため、
膜厚計１１により坩堝５から発生した分子の絶対量をモ
ニタリングすることが可能となる。Further, a film thickness meter 11 is fixedly provided in the molecular beam source cell 2, and this film thickness meter 11 is provided in the middle of the passage of molecules from the crucible 5 to the molecule emission port 4. Since a part of the molecules generated from the crucible 5 is emitted through the working molecule passage 12, the amount of molecules proportional to the absolute amount of the molecules generated from the crucible 5 arrives at the film thickness meter 11. for that reason,
The film thickness meter 11 makes it possible to monitor the absolute amount of molecules generated from the crucible 5.
【００１４】また、複数の分子線源セル２から同時に分
子を放出し、複数材料成分からなる膜を形成するような
場合に、分子線源セル２に個別に膜厚計１１を設けるこ
とにより、それぞれの分子線源セル２から放出される分
子の量を個別に把握し、制御することが出来る。Further, when molecules are simultaneously emitted from a plurality of molecular beam source cells 2 to form a film composed of a plurality of material components, by individually providing a film thickness meter 11 in the molecular beam source cells 2, The amount of molecules released from each molecular beam source cell 2 can be individually grasped and controlled.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】次に、図面を参照しながら、本発
明の実施の形態について、具体的且つ詳細に説明する。
図１は、本発明による薄膜堆積用分子線源セルの一実施
形態を示す縦断側面図である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, embodiments of the present invention will be described specifically and in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a vertical cross-sectional side view showing an embodiment of a molecular beam source cell for thin film deposition according to the present invention.
【００１６】分子線源セル２は、成膜材料ａを収納した
坩堝５が分子発生室８に配置されている。この分子発生
室８の壁面には、坩堝５に収納した成膜材料ａを加熱
し、それらを昇華または蒸発させて、成膜材料ａの分子
を発生させる加熱手段であるヒータ３が設けられてい
る。In the molecular beam source cell 2, a crucible 5 containing a film-forming material a is placed in a molecule generating chamber 8. The wall surface of the molecule generating chamber 8 is provided with a heater 3 which is a heating means for heating the film forming material a housed in the crucible 5 and sublimating or evaporating the film forming material a to generate molecules of the film forming material a. There is.
【００１７】坩堝５を配置した分子発生室８に隣接して
小部屋状の第一のバッファ室９が設けられ、分子発生室
８と第一のバッファ室９とは、それらを仕切る隔壁に設
けた複数の分子通過孔６を介して通じている。さらに、
前記第一のバッファ室９の中には、もう一つの小部屋状
の第二のバッファ室１０が設けられており、第一のバッ
ファ室９と第二のバッファ室１０とは、それらを仕切る
上下の隔壁にそれぞれ設けられた複数の分子通過孔７を
介して通じている。A small chamber-shaped first buffer chamber 9 is provided adjacent to the molecule generating chamber 8 in which the crucible 5 is arranged, and the molecule generating chamber 8 and the first buffer chamber 9 are provided on a partition wall that separates them. It also communicates through a plurality of molecule passage holes 6. further,
Another small room-shaped second buffer chamber 10 is provided in the first buffer chamber 9, and the first buffer chamber 9 and the second buffer chamber 10 are separated from each other. It communicates through a plurality of molecule passage holes 7 provided in the upper and lower partition walls, respectively.
【００１８】第二のバッファ室１０の前面には、分子放
出口４が横に向けて設けられている。この分子放出口４
は、前記分子発生室８の中で坩堝５から発生し、第一の
バッファ室９と第二のバッファ室１０を通って来た成膜
材料ａの分子を基板１の成膜面に向けて発射する開口部
である。従って、成膜材料ａの分子を堆積させる基板１
の成膜面は、前記の分子放出口４に向けて設置される。On the front surface of the second buffer chamber 10, a molecule emission port 4 is provided horizontally. This molecular emission port 4
Of the film forming material a generated from the crucible 5 in the molecule generating chamber 8 and passing through the first buffer chamber 9 and the second buffer chamber 10 toward the film forming surface of the substrate 1. This is the opening to fire. Therefore, the substrate 1 on which the molecules of the film-forming material a are deposited
The film-forming surface of is placed so as to face the molecule emission port 4.
【００１９】第一のバッファ室９の上には、膜厚計１１
が取り付けられている。この膜厚計１１は、水晶振動子
を有するもので、この水晶振動子の表面に薄膜を堆積さ
せた時の当該水晶振動子の固有振動数の変化により、成
膜する薄膜の膜厚を測定するものである。Above the first buffer chamber 9, a film thickness meter 11
Is attached. The film thickness meter 11 has a crystal oscillator, and measures the film thickness of a thin film to be formed by changing the natural frequency of the crystal oscillator when a thin film is deposited on the surface of the crystal oscillator. To do.
【００２０】バッファ室９の上隔壁には、通孔状の膜厚
計用分子通過路１２が設けられている。前記膜厚計１１
は、この膜厚計用分子通過路１２に対向して固定されて
いる。前記分子発生室８の中で坩堝５から発生した分子
の一部は、バッファ室９から前記の膜厚計用分子通過路
１２を通って前述の膜厚計１１の水晶振動子上に堆積す
る。これにより、その水晶振動子の固有振動数が変化
し、この固有振動数の変化により、膜厚の測定が行われ
る。On the upper partition wall of the buffer chamber 9, there is provided a through hole-shaped molecular passage 12 for a film thickness meter. The film thickness meter 11
Are fixed so as to face the molecular passage 12 for the film thickness meter. A part of the molecules generated from the crucible 5 in the molecule generating chamber 8 is deposited from the buffer chamber 9 through the molecular passage 12 for the film thickness meter on the crystal oscillator of the film thickness meter 11. . As a result, the natural frequency of the crystal oscillator changes, and the film thickness is measured by the change in the natural frequency.
【００２１】前記分子発生室８の中で坩堝５から発生
し、分子放出口４から基板１の成膜面に向けて放射され
る分子の量とバッファ室９から膜厚計用分子通過路１２
を通って膜厚計１１側に飛行する分子の量とは一定の相
関関係があり、通常は比例関係にある。従って、膜厚計
１１で計測される膜厚により、分子放出口４から基板１
の成膜面に向けて放射される分子の量が容易に推定出来
る。The amount of molecules generated from the crucible 5 in the molecule generation chamber 8 and emitted from the molecule emission port 4 toward the film formation surface of the substrate 1 and the molecular chamber passage 12 for the film thickness meter from the buffer chamber 9.
There is a certain correlation with the amount of molecules flying through to the film thickness meter 11 side, and usually a proportional relationship. Therefore, depending on the film thickness measured by the film thickness meter 11, the molecular emission port 4 can be used to connect the substrate 1 to the substrate 1.
The amount of molecules emitted toward the film-forming surface of can be easily estimated.
【００２２】分子線源セル２は、真空チャンバ内に水平
に設けたガイドホルダ１３の上に載せられ、ネジ１４で
固定される。このネジ１４を緩めることにより、分子線
源セル２は、ガイドホルダ１３の長手方向に沿って図１
において左右に移動することができる。そして、所望の
位置でネジ１４を締め付けることにより、その位置を固
定することが出来る。これにより、分子線源セル２の分
子放出口４と、分子を堆積させて薄膜を形成する基板１
の成膜面との間の距離ｄを或る程度の範囲で変えること
が出来る。The molecular beam source cell 2 is placed on a guide holder 13 horizontally provided in a vacuum chamber and fixed with a screw 14. By loosening the screw 14, the molecular beam source cell 2 is moved along the longitudinal direction of the guide holder 13 in FIG.
You can move left and right at. Then, by tightening the screw 14 at a desired position, that position can be fixed. Thereby, the molecular emission port 4 of the molecular beam source cell 2 and the substrate 1 on which molecules are deposited to form a thin film
The distance d between the film forming surface and the film forming surface can be changed within a certain range.
【００２３】この場合において、分子線源セル２の分子
放出口４から放出される分子は、分子放出口４から放射
状に放出されるため、距離ｄが大きくなると基板１の成
膜面の単位面積当たりに単位時間に堆積する分子の量は
少なくなる。つまり成膜速度が遅くなるが、成膜面積は
大きくなる。In this case, since the molecules emitted from the molecule emission port 4 of the molecular beam source cell 2 are radially emitted from the molecule emission port 4, the unit area of the film-forming surface of the substrate 1 increases as the distance d increases. The amount of molecules deposited per unit time is small. That is, the film forming rate becomes slower, but the film forming area becomes larger.
【００２４】これに対し、膜厚計１１は分子線源セル２
に固定されており、バッファ室９から分子を通過させる
膜厚計用分子通過路１２との位置関係は一定であるた
め、前記の距離ｄによって膜厚測定値は変わらない。従
って、分子放出口４から基板１の成膜面に向けて放射さ
れる分子の量とバッファ室９から膜厚計用分子通過路１
２を通って膜厚計１１側に飛行する分子の量との相関関
係を予め把握しておき、この関係から膜厚計１１で測定
される膜厚値により分子放出口４から基板１の成膜面に
向けて放射される分子の量が測定出来るように測定値を
補正すれば、分子放出口４から放出される分子の絶対量
をモニタリングすることができる。このモニタリング結
果により、例えばヒータ３の発熱量を調整し、分子放出
口４から放出される分子の絶対量を制御することが出来
る。On the other hand, the film thickness meter 11 is the molecular beam source cell 2
Since the positional relationship between the buffer chamber 9 and the molecule passage 12 for a film thickness meter that allows molecules to pass therethrough is constant, the film thickness measurement value does not change depending on the distance d. Therefore, the amount of molecules emitted from the molecule emission port 4 toward the film formation surface of the substrate 1 and the molecular passage 1 for the film thickness meter from the buffer chamber 9.
The correlation with the amount of molecules flying to the side of the film thickness meter 11 through 2 is grasped in advance, and from this relationship, the film thickness value measured by the film thickness meter 11 is used to determine the formation of the substrate 1 from the molecule emission port 4. If the measured value is corrected so that the amount of molecules emitted toward the film surface can be measured, the absolute amount of molecules emitted from the molecule emission port 4 can be monitored. From this monitoring result, for example, the heat generation amount of the heater 3 can be adjusted to control the absolute amount of molecules emitted from the molecule emission port 4.
【００２５】図２は、２つの分子線源セル２、２’から
それぞれ異なる成膜材料ａ、ａ’の分子を放射し、基板
１の成膜面に堆積させる例を示している。図１と同じ部
分は同じ符号で示している。但し、この図２は、膜厚計
１１より下の位置で横断して示した平面図であるため、
膜厚計１１は図示されず、その平面上の位置を仮想線で
示してある。FIG. 2 shows an example in which molecules of different film forming materials a and a ′ are emitted from the two molecular beam source cells 2 and 2 ′ and are deposited on the film forming surface of the substrate 1. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. However, since this FIG. 2 is a plan view which is shown as a cross section at a position below the film thickness meter 11,
The film thickness meter 11 is not shown, but its position on the plane is shown by an imaginary line.
【００２６】このように２つ、或いはそれ以上の分子線
源セル２、２’からそれぞれ異なる成膜材料ａ、ａ’の
分子を放射し、基板１の成膜面に堆積させる例として
は、例えば膜の主成分にドーパントを注入しながら成膜
するような場合である。膜厚計１１、１１によりそれぞ
れの成膜材料ａ、ａ’から発生する分子の量をモニタリ
ングしながら、ヒータ３、３の発熱量を調整し、成膜材
料ａ、ａ’から発生する分子の量を所定の比に設定し、
所定の組成比を有する膜を形成するものである。このよ
うに、各分子線源セル２、２’に個別に膜厚計１１、１
１を設けることにより、それぞれの分子線源セル２、
２’から放出される分子の量を個別に把握し、制御する
ことが出来る。これにより、膜の組成比を正確に調整出
来る。As an example of radiating molecules of different film forming materials a and a ′ from two or more molecular beam source cells 2 and 2 ′ and depositing them on the film forming surface of the substrate 1, For example, there is a case where a film is formed while injecting a dopant into the main component of the film. The amount of heat generated by the heaters 3 and 3 is adjusted while monitoring the amount of molecules generated from the film forming materials a and a ′ by the film thickness meters 11 and 11 to adjust the amount of molecules generated from the film forming materials a and a ′. Set the amount to the given ratio,
A film having a predetermined composition ratio is formed. In this way, the film thickness gauges 11 and 1 are individually provided to the molecular beam source cells 2 and 2 '.
By providing 1, each molecular beam source cell 2,
The amount of molecules released from 2'can be individually grasped and controlled. Thereby, the composition ratio of the film can be adjusted accurately.
【００２７】次に、図３により、本発明による薄膜堆積
用分子線源セルの他の実施形態について説明する。図１
と図２により前述した実施形態では、分子線源セル２の
分子放射口４が横に向けて設けられている。これに対
し、図３に示した実施形態では、分子線源セル２の分子
放射口４が上に向けて設けられている。従って、成膜材
料ａの分子を堆積する基板１の成膜面は、前記分子放射
口４に向けて下向きに配置される。この図３に示した実
施形態は、いわば上部蒸着型の分子線源セルである。Next, another embodiment of the molecular beam source cell for thin film deposition according to the present invention will be described with reference to FIG. Figure 1
In the embodiment described above with reference to FIG. 2, the molecular radiation port 4 of the molecular beam source cell 2 is provided laterally. On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 3, the molecular radiation port 4 of the molecular beam source cell 2 is provided facing upward. Therefore, the film-forming surface of the substrate 1 on which the molecules of the film-forming material a are deposited is arranged downward toward the molecule emission port 4. The embodiment shown in FIG. 3 is, so to speak, an upper vapor deposition type molecular beam source cell.
【００２８】この図３に示した実施形態では、分子発生
室８の底部が坩堝５となっており、この坩堝５に収納し
た蒸発材料ａがヒータ３の発熱により昇華または蒸発さ
れて分子が発生する。分子発生室８で発生した分子は、
分子通過孔６を通って第一のバッファ室９に入る。さら
にこの分子が分子通過孔７を通って第二のバッファ室１
０に入り、分子放出口４から基板１に向けて分子が放出
される。この放出された分子が基板１の成膜面に堆積
し、成膜する。なおこの実施形態では、分子放出口４の
周囲にもヒータ３’が設けられ、放出しようとする分子
の再凝固を防止している。In the embodiment shown in FIG. 3, the bottom of the molecule generating chamber 8 is a crucible 5, and the evaporation material a accommodated in the crucible 5 is sublimated or evaporated by the heat generated by the heater 3 to generate molecules. To do. The molecules generated in the molecule generation chamber 8 are
It enters the first buffer chamber 9 through the molecule passage hole 6. Further, the molecules pass through the molecule passage hole 7 and the second buffer chamber 1
At 0, molecules are emitted from the molecule emission port 4 toward the substrate 1. The released molecules are deposited on the film formation surface of the substrate 1 to form a film. In this embodiment, a heater 3'is also provided around the molecule emission port 4 to prevent re-solidification of molecules to be released.
【００２９】また、この図３に示した実施形態では、分
子発生室８の底部である坩堝５の下に膜厚計１１が取り
付けられている。さらに、第二のバッファ室１０から第
一のバッファ室９及び分子発生室８を貫通するように円
筒形の膜厚計用分子通過路１２が設けられている。前記
膜厚計１１は、この膜厚計用分子通過路１２の下端に対
向して設けられている。Further, in the embodiment shown in FIG. 3, a film thickness meter 11 is attached below the crucible 5 which is the bottom of the molecule generating chamber 8. Further, a cylindrical molecular passage 12 for a film thickness meter is provided so as to penetrate from the second buffer chamber 10 to the first buffer chamber 9 and the molecule generating chamber 8. The film thickness meter 11 is provided so as to face the lower end of the molecular passage 12 for the film thickness meter.
【００３０】前記分子発生室８の中で坩堝５から発生し
た分子の一部は、バッファ室９から前記の膜厚計用分子
通過路１２を通って前述の膜厚計１１の水晶振動子上に
堆積する。これにより、その水晶振動子の固有振動数が
変化し、膜厚の測定が出来る。この点は図１により前述
した実施形態のものと基本的に同じであり、膜厚モニタ
用の分子が上から下へと流れる点で相違している。A part of the molecules generated from the crucible 5 in the molecule generating chamber 8 passes through the molecule passing passage 12 for the film thickness meter from the buffer chamber 9 and is placed on the crystal oscillator of the film thickness meter 11. Deposit on. As a result, the natural frequency of the crystal unit changes, and the film thickness can be measured. This point is basically the same as that of the embodiment described above with reference to FIG. 1, and is different in that molecules for film thickness monitoring flow from top to bottom.
【００３１】図４は、成膜材料ａの分子の放射方向を下
方に変えた実施形態である。この実施形態でも前記図３
のものと同様に、分子発生室８に別途容器状の坩堝を置
かず、分子発生室８の底部を坩堝５とし、そこに成膜材
料ａを収納している。この分子線源セル２では、分子発
生室８で発生した成膜材料ａの分子は、分子通過孔６を
経て第一のバッファ室９に入る。さらにこの分子は、分
子通過孔７を経て第一のバッファ室９の上に設けられた
第二のバッファ室１０に入る。この点は基本的に前述し
た実施形態と同様である。FIG. 4 shows an embodiment in which the radiation direction of the molecules of the film forming material a is changed downward. Also in this embodiment, FIG.
As in the case of No. 1, the crucible in the shape of a molecule is not placed in the molecule-generating chamber 8, but the bottom of the molecule-generating chamber 8 is the crucible 5, and the film-forming material a is stored therein. In the molecular beam source cell 2, the molecules of the film forming material a generated in the molecule generating chamber 8 enter the first buffer chamber 9 through the molecule passing holes 6. Further, this molecule enters the second buffer chamber 10 provided above the first buffer chamber 9 through the molecule passage hole 7. This point is basically the same as the above-described embodiment.
【００３２】これに加え、図４に示した分子線源セル２
では、分子発生室８の底部である坩堝５の下に第三のバ
ッファ室１８が設けられている。そして、前記の第二の
バッファ室１０から第一のバッファ室９及び分子発生室
８を貫通するように円筒形の分子通過筒１６が設けら
れ、この分子通過筒１６を通して第二のバッファ室１０
から第三のバッファ室１８に分子が送られる。さらに、
第三のバッファ室１８の下には第四のバッファ室１９が
設けられ、第三のバッファ室１８と第四のバッファ室１
９との隔壁に設けられた分子通過孔１７を通して第三の
バッファ室１８から第四のバッファ室１９に分子が送ら
れる。この第四のバッファ室１９の底壁に分子放出口４
が設けられており、第四のバッファ室１９から分子放出
口４を通って分子が分子線源セル２の下方に向けて放出
される。分子放出口４から分子線源セル２の下方に向け
て放出された分子は、基板１の上面に堆積し、薄膜が形
成される。なおこの実施形態では、分子放出口４に近い
第四のバッファ室１９の周囲にもヒータ３’が設けら
れ、放出しようとする分子の再凝固を防止している。In addition to this, the molecular beam source cell 2 shown in FIG.
In, the third buffer chamber 18 is provided below the crucible 5 which is the bottom of the molecule generation chamber 8. A cylindrical molecule passage cylinder 16 is provided so as to penetrate the second buffer chamber 10 and the first buffer chamber 9 and the molecule generation chamber 8, and the second buffer chamber 10 is passed through the molecule passage cylinder 16.
The molecules are sent to the third buffer chamber 18 from. further,
A fourth buffer chamber 19 is provided below the third buffer chamber 18, and the third buffer chamber 18 and the fourth buffer chamber 1 are provided.
Molecules are sent from the third buffer chamber 18 to the fourth buffer chamber 19 through the molecule passage hole 17 provided in the partition wall with the partition 9. The molecular emission port 4 is provided on the bottom wall of the fourth buffer chamber 19.
Are provided, and the molecules are emitted from the fourth buffer chamber 19 through the molecule emission port 4 toward the lower side of the molecular beam source cell 2. The molecules emitted from the molecule emission port 4 toward the lower side of the molecular beam source cell 2 are deposited on the upper surface of the substrate 1 to form a thin film. In this embodiment, a heater 3'is also provided around the fourth buffer chamber 19 near the molecule emission port 4 to prevent re-solidification of molecules to be released.
【００３３】また、この図４に示した実施形態では、第
二のバッファ室１０の上に膜厚計１１が取り付けられて
いる。さらに、第二のバッファ室１０の上隔壁に通孔状
の膜厚計用分子通過路１２が設けられている。前記膜厚
計１１は、この膜厚計用分子通過路１２に対向して設け
られている。In the embodiment shown in FIG. 4, the film thickness meter 11 is mounted on the second buffer chamber 10. Further, a through hole-shaped molecular passage 12 for a film thickness meter is provided on the upper partition wall of the second buffer chamber 10. The film thickness meter 11 is provided so as to face the molecular passage 12 for the film thickness meter.
【００３４】前記分子発生室８の中で坩堝５から発生し
た分子の一部は、第二のバッファ室１０から前記の膜厚
計用分子通過路１２を通って前述の膜厚計１１の水晶振
動子上に堆積する。これにより、その水晶振動子の固有
振動数が変化し、膜厚の測定が出来る。この点は図１に
より前述した実施形態のものと基本的に同じであり、膜
厚モニタ用の分子が第二のバッファ室１０から膜厚計１
１へと流れる点が相違している。A part of the molecules generated from the crucible 5 in the molecule generating chamber 8 passes from the second buffer chamber 10 through the film thickness measuring molecule passage 12 to the crystal of the film thickness measuring device 11 described above. Deposit on the oscillator. As a result, the natural frequency of the crystal unit changes, and the film thickness can be measured. This point is basically the same as that of the embodiment described above with reference to FIG. 1, and the molecules for film thickness monitoring are from the second buffer chamber 10 to the film thickness meter 1.
The difference is that it flows to 1.
【００３５】[0035]
【発明の効果】以上説明した通り、本発明による薄膜堆
積用分子線源セルでは、膜厚計１１の陰を作らず、基板
１上に均一な膜厚の薄膜を形成できるようにすることに
ある。さらに、分子線源セル２と基板１との相対距離の
如何に係わらず、分子線源セルから発射される分子の絶
対量を正確に測定することが出来る。また、複数の分子
線源セル２、２’を使用する場合に、それぞれの分子線
源セル２、２’から放出される分子の量を個別に把握
し、調整することが出来るので、複数材料成分からなる
膜の組成比を正確に調整することが可能となる。As described above, in the molecular beam source cell for thin film deposition according to the present invention, it is possible to form a thin film having a uniform film thickness on the substrate 1 without forming a shadow of the film thickness meter 11. is there. Further, the absolute amount of molecules emitted from the molecular beam source cell can be accurately measured regardless of the relative distance between the molecular beam source cell 2 and the substrate 1. Further, when a plurality of molecular beam source cells 2 and 2'is used, the amount of molecules released from each molecular beam source cell 2 and 2'can be individually grasped and adjusted, so that a plurality of materials can be used. It is possible to accurately adjust the composition ratio of the film composed of the components.
【図１】本発明による薄膜堆積用分子線源セルの一実施
形態を示す縦断側面図である。FIG. 1 is a vertical sectional side view showing an embodiment of a molecular beam source cell for thin film deposition according to the present invention.
【図２】本発明による薄膜堆積用分子線源セルの他の実
施形態を示す横断平面図である。FIG. 2 is a cross-sectional plan view showing another embodiment of the molecular beam source cell for thin film deposition according to the present invention.
【図３】本発明による薄膜堆積用分子線源セルの他の実
施形態を示す縦断側面図である。FIG. 3 is a vertical sectional side view showing another embodiment of the molecular beam source cell for thin film deposition according to the present invention.
【図４】本発明による薄膜堆積用分子線源セルの他の実
施形態を示す縦断正面図である。FIG. 4 is a vertical sectional front view showing another embodiment of the molecular beam source cell for thin film deposition according to the present invention.
１ 基板 ２ 分子線源セル ３ ヒータ ３’ ヒータ ５ 坩堝 ４ 分子放出口 ９ バッファ室 １０ バッファ室 １１ 膜厚計 １２ 膜厚計用分子通過路 ａ 成膜材料 1 substrate 2 Molecular beam source cell 3 heater 3'heater 5 crucible 4 Molecular emission port 9 buffer room 10 buffer room 11 Thickness gauge 12 Molecular path for film thickness meter a Film forming material
Claims (3)
その成膜材料（ａ）を昇華または蒸発して、固体表面に
薄膜を成長させるための分子を発生する真空蒸着用分子
線源セルにおいて、成膜材料（ａ）を収納する坩堝
（５）と、この坩堝（５）の中の成膜材料（ａ）を加熱
して昇華またたは蒸発させる加熱手段と、成膜材料
（ａ）の分子を成膜する固体表面に向けて前記坩堝
（５）から発生した分子を放出する分子放出口（４）と
を有し、当該分子線源セル（２）に膜厚計（１１）を固
定して設け、坩堝（５）から前記分子放出口（４）に至
る分子の通路の途中に、坩堝（５）から発生した分子の
一部を前記膜厚計（１１）に向けて発射させる膜厚計用
分子通過路（１２）を設けたことを特徴とする薄膜堆積
用分子線源セル。1. By heating the film-forming material (a),
In a molecular beam source cell for vacuum vapor deposition that sublimates or evaporates the film-forming material (a) to generate molecules for growing a thin film on a solid surface, a crucible (5) for accommodating the film-forming material (a) and , Heating means for heating and sublimating or evaporating the film-forming material (a) in the crucible (5), and the crucible (5) toward the solid surface on which molecules of the film-forming material (a) are film-formed. ) And a molecular emission port (4) for emitting molecules generated from the crucible (5). In the middle of the molecular path leading to 4), a molecular passage for a film thickness meter (12) for emitting a part of the molecules generated from the crucible (5) toward the film thickness meter (11) is provided. A characteristic molecular beam source cell for thin film deposition.
対向しておらず、１つ以上の小部屋であるバッファ室
（９）、（１０）とそれに通じる分子通過孔（６）、
（７）を介して通じていることを特徴とする請求項１に
記載の薄膜堆積用分子線源セル。2. The crucible (5) and the molecule emission port (4) do not directly face each other, but one or more small chambers (9) and (10) and a molecule passage hole (6) communicating therewith. ),
The molecular beam source cell for thin film deposition according to claim 1, which communicates via (7).
室（９）、（１０）から膜厚計（１１）に向けて分子を
発射するように設けられていることを特徴とする請求項
２に記載の記載の薄膜堆積用分子線源セル。3. The molecular passage for a film thickness meter (12) is provided so as to emit molecules from the buffer chambers (9), (10) toward the film thickness meter (11). The molecular beam source cell for thin film deposition according to claim 2.
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