JPH0649934B2 - 薄膜形成装置の自動運転シ−ケンス制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、薄膜形成装置特にICB蒸着装置の自動運転
シーケンス制御方法に関するものである。

〔従来の技術〕

第６図は、薄膜形成装置として例えば特公昭54−９５９
２号公報に開示されたICB（クラスタイオンビーム）蒸
着装置の概略構成図である。そして第４図はこのような
ICB蒸着装置を制御するための従来の自動運転シーケン
ス制御方法を説明するためのシーケンス図、第５図は第
４図のシーケンス図を説明するためのフローチヤート図
である。図において、(31)はルツボ、(32)はこのルツボ
(31)内にあつて溶融される蒸着物質、(33)はルツボ(31)
の上部にあけられた少なくとも１つのノズル、(34)は溶
融した蒸着物質(32)が蒸発してその蒸気がノズル(33)か
ら噴出することによつて形成されるクラスタ、(35)はル
ツボ(31)を加熱するボンバードフイラメント、(36)はこ
のボンバードフイラメント(35)を通電加熱する第１交流
電源、(37)はバイアス用の第１直流電源、(38)はイオン
化用電子を放出するためのイオン化フイラメントで、こ
のイオン化用電子がクラスタ(34)の一部に衝突されて正
電荷のクラスタイオンが作られる。(39)はイオン化フイ
ラメント(38)から放出されたイオン化用電子を加速して
これをルツボ(31)から噴出してきたクラスタ(34)に衝突
させるグリツド、(40)はイオン化フイラメント(38)を通
電加熱する第２交流電源、(41)はバイアス用の第２直流
電源、(42)及び(43)はそれぞれクラスタ(34)がイオン化
されてできたクラスタイオンを加速制御するグリツド電
極及び加速電極、(44)は基板で、その表面に薄膜(45)が
形成される。(46)はバイアス用の第３直流電源、(47)は
ルツボ(31)を熱シールドするための第１熱シールド板、
(48)は真空槽、(49)はイオン化フイラメント(38)を熱シ
ールドするための第２熱シールド板、(50)は第１直流電
源(37)、第２直流電源(41)、第３直流電源(46)及び第１
交流電源(36)、第２交流電源(40)が収納されている電源
装置、(51)は真空槽(48)内の真空度を計測する電離真空
計、(52)は蒸着された薄膜(45)の厚さを計測する膜厚セ
ンサ、(53)は蒸着物質(2)が基板(44)に蒸着されるのを
さえぎるシヤツター、(54)は電源装置(50)、シヤツター
(53)を制御し、電離真空計(51)、膜厚センサ(52)をモニ
ターする制御装置、(55)は真空排気装置である。

まず初めに電源装置(50)内の各バイアス電源の機能を説
明する。第１直流電源(37)はルツボ加熱用のボンバード
フイラメント(35)から放出された熱電子がルツボ(31)に
衝突するようにボンバードフイラメント(35)に対してル
ツボ(31)の電位を正にバイアスする。次に第２直流電源
(41)はグリツド(39)に対してイオン化フイラメント(38)
を負の電位にバイアスし、イオン化フイラメント(38)か
ら放出された熱電子をグリツド(39)内部に引き出す。ま
た第３直流電源(46)はアース電位にある加速電極(43)に
対してグリツド電極(42)を正電位にバイアスし、両電極
間に形成される電界レンズによつて、グリツド内部で生
成される正電荷のクラスタイオンを加速制御する。

従来の自動運転シーケンス制御方法は上記のように構成
されたICB蒸着装置に適用される。第５図のステツプ(1)
では、ICB蒸着装置の排気系が始動され即ち真空排気装
置(55)によつて真空槽(48)内の排気が行われる。ステツ
プ(2)では電離真空計(51)によつて真空槽(48)内の真空
度が測定される。ステツプ(3)ではステツプ(2)の真空度
が設定真空度例えば1.0×10^-6Torr程度以下かどうかが
判定される。もしもそうでなければさらに排気し続け、
もしもそうであればステツプ(4)に移り、制御装置(54)
からボンバードフイラメント(35)及びイオン化フイラメ
ント(38)を通電加熱するためのそれぞれ第１交流電源(3
6)及び第２交流電源(40)を駆動するための信号が伝送さ
れ、これらの交流電源は毎分数アンペア〔Ａ〕程度の立
上げ速度でそれぞれのフイラメントを通電加熱する。ス
テツプ(5)〜(7)ではこれらのフイラメントの温度、電流
が設定値例えばそれぞれ約2000℃程度、２５〜３０アン
ペア〔Ａ〕程度になるまで、これらのフイラメントを徐
々に加熱する（この状態は第４図(b)，(c)のボンバード
フイラメント通電電流のＡ、イオン化フイラメント通電
電流のＡで示される。）ための電流を供給する。ボンバ
ードフイラメント(35)及びイオン化フイラメント(38)の
通電加熱プロセスが終了すると、ステツプ(8)〜(11)で
は、制御装置(54)から第１直流電源(37)及び第２直流電
源(41)を駆動するための信号が送られる。その結果、第
１直流電源(37)よりボンバード電圧がルツボ(31)とボン
バードフイラメント(35)との間に印加され、これらの間
に流れるボンバード電流が毎分0.5アンペア〔Ａ〕程度
ずつ増加されて所定のボンバード入力（ボンバード電流
とボンバード電圧との積）が得られるまでボンバード電
圧は制御される〔第４図(d)及び(e)の(B)で示され
る〕。これと同時に、第２直流電源(41)よりイオン化電
圧がグリツド(39)とイオン化フイラメント(38)との間に
印加され、クラスタ(34)がイオン化される目安となるイ
オン化電流が毎分0.5アンペア〔Ａ〕程度ずつ増加され
て所定の値になるまでイオン化電圧は制御される〔第４
図(f)及び(g)の(C)〕。

次にイオン化部及びボンバード部の立上げが終了する
と、ステツプ(12)において制御装置(54)からの指令によ
り、第３直流電源(46)がONされ、所定の加速電圧が加速
電極(43)とグリツド電極(42)との間に印加される〔第５
図(a)の(D)〕。このようにして蒸着前の前処理が進めら
れ、最後の立上げとして、ステツプ(13)及び(14)におい
て、電離真空計(51)によつて計測される真空槽(48)内の
真空度が例えば3.0×10^-6Torr以下（これは基板(44)の
表面に形成される薄膜(45)の性能が保証される程度の真
空度である）になるまで排気が行なわれる。所定値にな
つた後、ステツプ(15)においては、制御装置(54)からシ
ヤツター(53)を開ける信号が伝送され〔第４図(h)の
(E)〕、基板(44)の表面上に蒸着が開始されて薄膜(45)
が形成される。ステツプ(16)及び(17)において、薄膜(4
5)の膜厚は膜厚センサ(52)によつて計測され、所定の膜
厚が形成される〔第４図(i)の(E)から(F)〕と、ステツ
プ(18)において、制御装置(54)からシヤツター(53)を閉
じる指令〔第４図(h)の(F)〕が出される薄膜(45)の蒸着
が完了する。次のステツプから蒸着の後処理が行われ、
まず、ステツプ(19)においては、制御装置(54)から加速
電圧、ボンバード電圧、及びイオン化電圧をOFFする信
号がそれぞれ第３直流電源(46)、第１直流電源(37)及び
第２直流電源(41)に伝送される〔第４図(a)，(d)〜(f)
の(G)〕。次にステツプ(20)において、ボンバードフイ
ラメント(35)及びイオン化フイラメント(38)の通電電流
をOFFする信号がそれぞれ第１交流電源(36)及び第２交
流電源(40)に伝送され〔第４図の(b)及び(c)〕、立下げ
が完了する。そしてその後ステツプ(21)で真空排気装置
(55)が稼動されたままICB蒸着装置が冷却された後、ス
テツプ(22)で排気系がOFFされて基板(44)が取出され
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ICB蒸着装置の従来の自動運転シーケンス制御方法で
は、排気すべき脱ガス量が過去の運転履歴によつて異な
るにも拘わらず、真空度を考慮せず、各フイラメントの
通電加熱続いてボンバード電流、イオン化電流の立上げ
が行なわれるため、上述の脱ガス量の多い場合には立上
げ完了後からシヤツターが開かれるまでの間の真空排気
に時間がかかつてしまうという問題点、又既に蒸着物質
が噴出されている装置に、蒸着物質がこもるため装置の
寿命が低下し、蒸着物質がむだに消費されるという問題
点、さらに長時間運転を中止していた場合もしくは真空
槽内を大気開放した場合、フイラメント表面が一部酸化
膜で覆われ、連続運転の場合に比べて加熱されたフイラ
メントから放出される熱電子が減少するため、同じフイ
ラメント加熱電流に対する立上げ電圧−電流特性が不安
定となり、連続運転の場合の特性と比べて自動制御する
ことが難しくなるという問題点があつた。

この発明はこのような問題点を解決するためになされた
もので、高品質の薄膜を安定的に形成でき、高寿命が約
束されるICB蒸着装置用自動運転シーケンス制御方法を
得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る薄膜形成装置用自動運転シーケンス制御
方法は真空槽内の真空度をモニターできるようにしてお
き、前述の真空度が第１の設定真空度以下になるまで排
気されたことを確認後、ボンバードフイラメント及びイ
オン化フイラメントを所望の設定電流値まで予備加熱
し、さらに前述の真空度が第２の設定真空度になるまで
排気されそして前記各フイラメントの加熱を中止し、前
記真空度が第３の設定真空度以下になるまで排気された
後、前述の真空槽内に生じたクラスタイオンに加速電圧
を印加するようにしたものである。

〔作用〕

この発明においては真空度がモニターされながら、蒸着
シーケンスの前にボンバードフイラメント，イオン化フ
イラメントを予備加熱し、各フイラメント表面の酸化膜
を除去し、各フイラメントの立上げが安定的に再現され
る。

〔実施例〕

第１図はこの発明の薄膜形成装置用自動運転シーケンス
制御方法を説明するためのシーケンス図、第２図は第１
図のシーケンス図を説明するためのフローチヤート図、
第３図はこの発明が実施されるICB蒸着装置の概略構成
図であり、図において、(31)〜(53)及び(55)は第６図に
示したものと同一であり、(54A)はこの発明で使用され
る制御装置である。

この発明の自動運転シーケンス制御方法は次のように実
施される。

まず、第２図中のステツプ(100)で排気系が稼動され、
真空槽(48)内が真空排気装置(55)によつて排気される。
ステツプ(101)，(102)で真空度が第１の設定真空度例え
ば1.0×10^-5Torr以下になつたことを確認したら、ステ
ツプ(103)に移る。ステツプ(103)〜(105)では、制御装
置(54A)から第１交流電源(36)及び第２交流電源(40)をO
Nさせるための信号が送られ、ボンバードフイラメント
(35)およびイオン化フイラメント(38)が３０アンペア
〔Ａ〕になるまで通電電流を１分間に５アンペア〔Ａ〕
ずつ上昇させて予備加熱する〔第１図(b)及び(c)の開始
から(K)までの期間〕。このとき制御装置(54A)は電離真
空計(51)で計測される真空槽(48)内の真空度をたえずモ
ニターし、脱ガス量が多くて真空度が1.0×10^-5Torr以
上になつた場合には、フイラメントの通電電流を上昇さ
せる信号を送らずに脱ガスを排気し、真空度が1.0×10
^-5Torr以下になるまで待機する。それぞれのフイラメン
ト電流が約３０アンペア〔Ａ〕になつたら、ステツプ(1
06)へ進み、フイラメント表面の酸化物が除去されるま
で約３０分間程度又は脱ガス量が減少して真空度が第２
の設定真空度即ち3.0×10^-6Torr以下程度になるまでベ
ーキングを行なう〔第１図(b)及び(c)の(L)〕。次に、
ステツプ(107)では制御装置(54A)からの指令により第１
交流電源(36)及び第２交流電源(40)がOFFされてボンバ
ードフイラメント(35)及びイオン化フイラメント(38)を
加熱している電流が零になるまで減少される。そしてス
テツプ(108)〜(109)まで真空排気装置(55)によつて真空
槽(48)内の真空度が第３の設定真空度即ち1.0×10^-6Tor
r程度以下になるまで続けて排気される。ステツプ(110)
では制御装置(54A)からの指令によつて、第３直流電源
(46)がONされ、所定の加速電圧が加速電極(43)とグリツ
ド電極(42)との間に印加され〔第１図(a)の(D)〕、ステ
ツプ(111)〜(115)においては、それぞれのフイラメント
の立上げプロセスに移り、制御装置(54A)からの指令に
よりボンバードフイラメント(35)及びイオン化フイラメ
ント(38)を本加熱するために第１交流電源(36)、第２交
流電源(40)がONされ、それらの通電電流が約２アンペア
〔Ａ〕／分の割合で徐々に上げられる。ステツプ(116)
〜(120)において、制御装置(54A)からの指令により、第
１直流電源(37)及び第２直流電源(41)がONされ、制御装
置(54A)は薄膜(45)の性能が保障される所定の真空度以
下に真空槽(48)内が維持されているのをモニターしなが
ら、ボンバード電流及びイオン化電流を所定値まで立上
げる〔第１図(e)及び(g)の(B)及び(C)〕。ステツプ(12
1)では、以上のように各フイラメントの立上げが終了す
ると、制御装置(54A)からの指令によりシヤツター(53)
が開けられ、蒸着が開始される〔第１図(h)及び(i)の
(E)〕。ステツプ(122)〜(124)では、基板(44)に蒸着さ
れる薄膜(45)の膜厚が膜厚センサ(52)によつて所定の値
に達したことが計測されると、シヤツター(53)が閉じら
れ、蒸着が完了する〔第ｉ図(h)及び(i)の(F)〕。この
ように蒸着が完了すると、ステツプ(125)〜(127)でイオ
ン化電圧〔第１図(f)〕、イオン化電流〔第１図(g)〕、
ボンバード電圧〔第１図(d)〕、ボンバード電流〔第１
図(e)〕、ボンバードフイラメント電流〔第１図(b)〕、
イオン化フイラメント電流〔第１図(c)〕がOFFされる
が、ここで加速電圧を除き、従来例とは異なり、緩やか
にOFFされる〔第１図(b)〜(g)の(G1)，(H1)〕。次に、
加速電圧［第１図(a)］をＯＦＦする。ステツプ(128)以
下は従来例と同じなので説明を略す。

上記の実施例ではICB蒸着装置で実行される自動運転シ
ーケンス制御方法について説明したが、この自動運転シ
ーケンス制御方法はボンバード方式でルツボを加熱する
真空蒸着装置やイオンプレーテイング装置にも適用でき
る。

〔発明の効果〕

この発明は、以上説明したように、各フイラメント電流
立上げの前に、各フイラメントを予備加熱してベーキン
グを行うようにしたため、蒸着運転中での脱ガス量が少
なく、スムーズな立上げが行えるという効果、また各フ
イラメント表面の酸化物を除去してからフイラメント立
上げを行うことで、安定的熱電子放出特性が得られるの
で、再現性のある電圧−電流特性が得られる自動制御を
行えるという効果、さらに各フイラメント電流立上げを
真空度をモニターしながら行なうようにしたので、薄膜
の性能が保障される真空度以下で蒸気が噴出され、蒸着
物質のむだが少なく、またシヤツターが開かれるまでの
排気に伴う待機時間が少なく、精度の高い薄膜が再現性
よく形成できるばかりでなく、装置が高寿命化するとい
う効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のシーケンス図、第２図は
第１図のシーケンス図を説明するためのフローチヤート
図、第３図はこの発明が実施されるICB蒸着装置の概略
構成図、第４図は従来の自動運転シーケンス制御方法を
説明するためのシーケンス図、第５図は第４図のシーケ
ンス図を説明するためのフローチヤート図、第６図は従
来の自動運転シーケンス制御方法によつて制御されるIC
B蒸着装置の概略構成図である。 図において、(31)はルツボ、(32)は蒸着物質、(33)はノ
ズル、(34)はクラスタ、(35)はボンバードフイラメン
ト、(36)は第１交流電源、(37)は第１直流電源、(38)は
イオン化フイラメント、(39)はグリツド、(40)は第２交
流電源、(41)は第２直流電源、(42)はグリツド電極、(4
3)は加速電極、(44)は基板、(45)は薄膜、(46)は第３直
流電源、(47)は第１熱シールド板、(48)は真空槽、(49)
は第２熱シールド板、(50)は電源装置、(51)は電離真空
計、(52)は膜厚センサ、(53)はシヤツター、(54A)は制
御装置、(55)は真空排気装置である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空槽内の真空度をモニターできるように
   しておき、前記真空度が第１の設定真空度以下になるま
   で排気されたことを確認後、ボンバードフイラメント及
   びイオン化フイラメントを所望の設定電流値まで予備加
   熱し、さらに前記真空度が第２の設定真空度になるまで
   排気されそして前記各フイラメントの加熱を中止し、前
   記真空度が第３の設定真空度以下になるまで排気された
   後、前記真空槽内に生じたクラスタイオンに加速電圧を
   印加してこれを加速し、前記真空度が前記第２の設定真
   空度以下に保たれるのをモニターしながら前記各フイラ
   メントを本加熱し、もつて薄膜を形成することを特徴と
   する薄膜形成装置の自動運転シーケンス制御方法。