(57)【要約】【課題】成膜速度の制御を精度良く行うことが可能であると共に、素子の量産が可能な高い再現性の成膜を可能とする成膜装置および成膜方法を実現する。【解決手段】本発明のＭＢＥ装置１は、基板３４に向けて粒子線を照射する分子線源３１ａ・３１ｂと、分子線源３１ａ・３１ｂから照射された粒子線に含まれる粒子数を測定する原子吸光式成膜モニタ２４と、基板３４上に成膜された膜の物理的特性および／または化学的特性や自装置の状態の特性を検査・計測する第１〜第３検査装置４３ａ・４３ｂ・４３ｃと、分子線源３１ａ・３１ｂを制御する演算処理装置３９とを備えている。演算処理装置３９は、原子吸光式成膜モニタ２４の測定結果と、第１〜第３検査装置４３ａ・４３ｂ・４３ｃの検査結果および計測結果とに基づいて分子線源３１ａ・３１ｂを制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に粒子線を照射することによって成膜を行う成膜装置であって、
上記基板に向けて粒子線を照射する粒子線照射手段と、
上記粒子線照射手段から照射された粒子線に含まれる粒子数を測定する粒子数測定手段と、
上記基板上に成膜された膜の物理的特性および／または化学的特性を検査する検査手段と、
自装置の状態の特性を計測する計測手段と、
上記粒子線照射手段を制御する制御手段とを備え、
上記制御手段は、粒子数測定手段の測定結果、検査手段の検査結果、および計測手段の計測結果に基づいて粒子線照射手段を制御することを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
上記制御手段は、成膜中には粒子数測定手段の測定結果を基に照射すべき粒子数を算出し、該粒子数に基づいて粒子線照射手段を制御すると共に、成膜後には検査手段の検査結果および計測手段の計測結果を基に照射すべき粒子数を算出し、この粒子数に基づいて次の成膜中に粒子線照射手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
上記物理的特性および／または化学的特性の基準値である特性基準値と、上記自装置の状態の特性の基準値である状態基準値とを記憶している記憶部をさらに備え、
上記制御手段は、上記検査手段にて検査された検査結果と記憶部の特性基準値との比較結果、および、上記計測手段にて計測された計測結果と記憶部の状態基準値との比較結果に基づいて粒子線照射手段を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
【請求項４】
上記記憶部には、基板に照射する粒子数の基準値である粒子数基準値が記憶されており、
上記制御手段は、粒子数測定手段にて測定された粒子数と粒子数基準値との比較結果に基づいて粒子線照射手段を制御することを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
【請求項５】
上記制御手段は、比較した値同士が同じ値となるように粒子線照射手段を制御することを特徴とする請求項３または４に記載の成膜装置。
【請求項６】
上記制御手段は、粒子線照射手段を駆動する温度条件を算出する温度条件算出手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の成膜装置。
【請求項７】
基板に粒子線を照射することによって成膜を行う成膜方法であって、
上記基板に向けて粒子線を照射する粒子線照射工程と、
上記照射された粒子線に含まれる粒子数を測定する粒子数測定工程と、
上記基板上に成膜された膜の物理的特性および／または化学的特性を検査する検査工程と、
自装置の状態の特性を計測する計測工程と、
上記照射する粒子数を制御する制御工程とを備え、
上記制御工程は、粒子数測定工程での測定結果、検査工程での検査結果、および計測工程での計測結果に基づいて粒子数を制御することを特徴とする成膜方法。
【請求項８】
上記制御工程は、成膜中には粒子数測定工程での測定結果を基に照射すべき粒子数を算出し、該粒子数となるように制御すると共に、成膜後には検査工程での検査結果および計測工程の計測結果を基に照射すべき粒子数を算出し、この粒子数に基づいて次の成膜中に粒子数を制御することを特徴とする請求項７に記載の成膜工程。
【請求項９】
上記制御工程は、上記検査手段にて検査された検査結果と、上記物理的特性および／または化学的特性の基準値である特性基準値との比較結果、および、上記計測工程にて計測された計測結果と、上記自装置の状態の特性の基準値である状態基準値との比較結果に基づいて粒子数を制御することを特徴とする請求項７または８に記載の成膜方法。
【請求項１０】
上記制御工程は、粒子数測定工程にて測定された粒子数と、基板に照射する粒子数の基準値である粒子数基準値との比較結果に基づいて粒子数を制御することを特徴とする請求項７ないし９のいずれか１項に記載の成膜装置。
【請求項１１】
上記制御工程では、比較した値同士が同じ値となるように粒子数を制御することを特徴とする請求項９または１０に記載の成膜装置。
【請求項１２】
上記制御工程では、粒子線を照射するための温度条件を算出する温度条件算出工程を備えていることを特徴とする請求項７ないし１１のいずれか１項に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に薄膜を形成する成膜装置および成膜方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基板上に所望の薄膜を形成する装置としては、例えば、分子線エピタキシャル装置（以下、「ＭＢＥ装置」という）、抵抗加熱型蒸着装置、電子ビーム蒸着装置、スパッタ装置などがある。これら各装置を用いて成膜を行う場合、基板上に照射される分子線の強度が、成膜速度（ひいては膜厚）に影響を及ぼす重要なパラメータとなる。また、基板上に異なる種類の原子からなる複数種類の薄膜を形成する場合は、複数種類の分子線をそれぞれ基板に対して照射することになるが、複数種類の分子線間における分子線強度比が薄膜の組成比に影響を及ぼす重要なパラメータとなる。従って、分子線の強度を精度良く、かつ再現性良く制御する必要性がある。
【０００３】
分子線の強度を制御する方法としては、予め試験的に成膜を行い、その結果に基づいて分子線源の設定温度といった成膜装置の運転条件を決定し、その条件で成膜を行う方法がある。しかしながら、この方法では、成膜を連続的に繰り返すうちに生じる成膜材料の減少や予期せぬ外乱等の変化に対応できないので、形成された薄膜の特性を安定させることが困難である。このような理由から、分子線強度の制御は成膜中に行うことが好ましい。
【０００４】
分子線強度を成膜中に制御する方法としては、分子線が照射される領域に水晶振動子を設置し、水晶振動子に成膜される膜の厚さに対応した水晶振動子の共振振動数の変化を計測することによって照射される分子線量を測定し、その測定した分子線量から分子線強度を算出し、これをフィードバックする方法がある。
【０００５】
また、別の方法としては、四重極質量分析計に代表される質量分析計を分子線が照射される領域に設置し、分子線内の各種原子の比率を測定して、その測定データをフィードバックする方法がある。
【０００６】
しかしながら、上述した水晶振動子を用いる方法では、水晶振動子上に薄膜が形成されるために、水晶振動子の寿命が限られている。よって、一定量成膜する毎に水晶振動子を交換する必要がある。ところが、水晶振動子を交換するために成膜室を一旦開放してしまうと、特にＭＢＥ装置のように成膜室が超高真空となる装置では、再度超高真空状態に回復させるために煩雑な作業と長い時間を必要とする。このため、水晶振動子の交換作業を容易にできないという問題がある。
【０００７】
また、上述した質量分析計を用いる方法では、質量分析計の質量検出部が分子線にさらされるために、感度が劣化してしまうという問題がある。
【０００８】
これらの問題を解消する制御方法として、原子吸光式成膜モニタを用いた方法がある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、成膜中の成膜室内で基板に照射される粒子の数量を原子吸光式成膜モニタで測定し、その測定値をフィードバックする方法が記載されている。この原子吸光式成膜モニタは、原子吸光法を応用したものであり、被測定材料固有の波長を持つ光源からの光を被測定材料の粒子が含まれる蒸気に照射し、蒸気を透過した光を光検出器に導き、蒸気中の目的元素の数量の関数としてあらわれる吸光度を計測するものである。この原子吸光式成膜モニタで計測された成膜材料の粒子の数量の情報は粒子線源にフィードバックされ、基板に照射される粒子線の数量が制御され、各材料の基板への成膜速度を所望の値に制御することが可能になっている。
【０００９】
また、基板に分子線を照射して薄膜を形成する方法について他にも開示されている（特許文献２〜４）。
【特許文献１】特開平１０−１３２７３６号公報（平成１０年(1998)５月２２日公開）
【特許文献２】特開平７−１５３６９２号公報（平成７年(1995)６月１６日公開）
【特許文献３】特開２００３−１００６４０号公報（平成１５年(2003)４月４日公開）
【特許文献４】特開２００４−２０７３８２号公報（平成１６年(2004)７月２２日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記原子吸光式成膜モニタを用いて粒子線源を制御する方法の場合には、被測定材料の粒子は、原子吸光式成膜モニタの光源と光検出器とを結ぶ光路（光パス）上に存在していなければならない。ところが、光パスは成膜室内にあるため、粒子線源が遮蔽されて成膜室内に被測定材料の粒子が存在していない場合には、粒子の数量を測定できず、粒子線源を制御できないこととなる。
【００１１】
すなわち、例えば、半導体レーザ素子の結晶成長に用いるＭＢＥ装置のように複数の粒子線源を備えた成膜装置を用いて、連続して組成の異なる膜を積層させていく場合、成膜される膜の組成の違いによって、成膜中に一時的に使用しない粒子線源が存在する。この場合、粒子線源に待機状態が発生することとなり、待機状態から再度粒子線が照射され始めたときの粒子線源の制御遅れや、待機中における粒子線材料の減少などが発生し、原子吸光式成膜モニタによる粒子線源の制御が困難になるという問題が発生する。
【００１２】
また、上記原子吸光式成膜モニタを用いて、例えば、半導体レーザといった素子を量産する場合、同じ組成・厚さに成膜する工程を連続して行う必要があるものの、成膜のバッチ処理とバッチ処理との間において、組成や厚さなどのずれが生じてしまうことがある。すなわち、例えば粒子線材料の減少といった粒子線源の状態変化が発生してしまうことがある。
【００１３】
この場合には、成膜条件の補正が必要となるものの、粒子線源の変化が粒子線に影響するため、原子吸光式成膜モニタによる制御のみで成膜の開始温度を決定することは困難である。このため、粒子線源の稼動条件に対する何らかの補正を、成膜と成膜との間に実行可能な補正手段を新たに設ける必要があるとの問題が存在する。
【００１４】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、成膜速度の制御を精度良く行うことが可能であると共に、素子の量産が可能な高い再現性の成膜を可能とする成膜装置および成膜方法を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る成膜装置は、上記課題を解決するために、基板に粒子線を照射することによって成膜を行う成膜装置であって、上記基板に向けて粒子線を照射する粒子線照射手段と、上記粒子線照射手段から照射された粒子線に含まれる粒子数を測定する粒子数測定手段と、上記基板上に成膜された膜の物理的特性および／または化学的特性を検査する検査手段と、自装置の状態の特性を計測する計測手段と、上記粒子線照射手段を制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、粒子数測定手段の測定結果、検査手段の検査結果、および計測手段の計測結果に基づいて粒子線照射手段を制御することを特徴としている。
【００１６】
また、本発明に係る成膜方法は、上記課題を解決するために、基板に粒子線を照射することによって成膜を行う成膜方法であって、上記基板に向けて粒子線を照射する粒子線照射工程と、上記照射された粒子線に含まれる粒子数を測定する粒子数測定工程と、上記基板上に成膜された膜の物理的特性および／または化学的特性を検査する検査工程と、自装置の状態の特性を計測する計測工程と、上記照射する粒子数を制御する制御工程とを備え、上記制御工程は、粒子数測定工程での測定結果、検査工程での検査結果、および計測工程での計測結果に基づいて粒子数を制御することを特徴としている。
【００１７】
上記の構成によれば、成膜装置および成膜方法は、粒子線照射手段が基板に向けて粒子線を照射することによって成膜を行う。また、上記粒子数測定手段によって粒子数照射手段から照射された粒子線に含まれる粒子数が測定される。これにより、基板に照射されている粒子数が測定される。
【００１８】
また、検査手段は、基板上に成膜された膜の物理的特性および／または化学的特性を検査するものである。これにより、基板上の膜の特性に関するデータを取得することができる。なお、物理的特性および／または化学的特性とは、成膜する際の粒子数の条件に影響を及ぼす膜の物理的性質や化学的性質を示すものである。
【００１９】
また、計測手段は、成膜装置自身の状態の特性を計測するものである。これにより、自装置の状態の特性に関するデータを取得することができる。なお、自装置の状態の特性とは、成膜装置自身の状態であって、成膜条件である粒子数に影響を及ぼす状態に関する特性を示すものである。
【００２０】
そして、上記制御手段は、粒子数測定手段の測定結果、検査手段の検査結果、および計測手段の計測結果に基づいて粒子線照射手段を制御している。すなわち、制御手段は、上記各結果に基づいて照射する粒子数を制御している。
【００２１】
これにより、基板に対して常に成膜に最適な粒子数を照射することが可能になる。また、成膜速度の制御を精度良く行うことができると共に、膜やそれを用いた素子の量産が可能となる高い再現性を実現することができる。なお、本明細書において、「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る。
【００２２】
本発明に係る成膜装置では、上記制御手段は、成膜中には粒子数測定手段の測定結果を基に照射すべき粒子数を算出し、該粒子数に基づいて粒子線照射手段を制御すると共に、成膜後には検査手段の検査結果および計測手段の計測結果を基に照射すべき粒子数を算出し、この粒子数に基づいて次の成膜中に粒子線照射手段を制御することが好ましい。
【００２３】
また、本発明に係る成膜方法では、上記制御工程は、成膜中には粒子数測定工程での測定結果を基に照射すべき粒子数を算出し、該粒子数となるように制御すると共に、成膜後には検査工程での検査結果および計測工程の計測結果を基に照射すべき粒子数を算出し、この粒子数に基づいて次の成膜中に粒子数を制御することが好ましい。
【００２４】
上記の構成によれば、制御手段は、成膜中には、測定した粒子数を基に照射すべき粒子数を算出し、この粒子数に基づいて粒子線照射手段を制御する。すなわち、基板に照射している粒子線の粒子数を成膜しながら制御することが可能となる。これにより、基板に対して常に成膜に最適な粒子数を照射することができる。
【００２５】
また、制御手段は、成膜後には、検査結果および計測結果を基に照射すべき粒子数を算出し、この粒子数に基づいて次の成膜中に粒子線照射手段を制御する。すなわち、成膜後の膜の諸特性を検査することにより、所望の特性を有する膜が形成されているか否かを検査することができる。所望の特性を有していない場合には、そのデータをフィードバックして次の成膜中にて粒子線照射手段を制御することにより次の成膜を好適な条件で行うことが可能になる。
【００２６】
また、成膜後の自装置の状態の特性を計測することにより、成膜の前後における状態の特性の変化（状態変化）を計測することができる。このため、装置自身の変化によって成膜条件に影響を与える場合には、そのデータをフィードバックして粒子線照射手段を制御することにより、悪影響を抑制し好適な条件で次の成膜を行うことが可能になる。
【００２７】
また、成膜中および成膜後に粒子数を制御することにより、成膜中や成膜後における成膜速度の制御を精度良く行うことができると共に、膜やそれを用いた素子の量産が可能となる高い再現性を実現することができる。
【００２８】
本発明に係る成膜装置では、上記物理的特性および／または化学的特性の基準値である特性基準値と、上記自装置の状態の特性の基準値である状態基準値とを記憶している記憶部をさらに備え、上記制御手段は、上記検査手段にて検査された検査結果と記憶部の特性基準値との比較結果、および、上記計測手段にて計測された計測結果と記憶部の状態基準値との比較結果に基づいて粒子線照射手段を制御することが好ましい。
【００２９】
また、本発明に係る成膜方法では、上記制御工程は、上記検査手段にて検査された検査結果と、上記物理的特性および／または化学的特性の基準値である特性基準値との比較結果、および、上記計測工程にて計測された計測結果と、上記自装置の状態の特性の基準値である状態基準値との比較結果に基づいて粒子数を制御することが好ましい。
【００３０】
上記の構成によれば、検査結果と特性基準値との比較結果に基づいて粒子線照射手段を制御している。また、計測結果と状態基準値との比較結果に基づいて粒子線照射手段を制御している。すなわち、上記各比較結果に基づいて粒子数を制御している。このため、各特性値が特性基準値と同様の値を有する膜を形成することが可能になる。
【００３１】
本発明に係る成膜装置では、上記記憶部には、基板に照射する粒子数の基準値である粒子数基準値が記憶されており、上記制御手段は、粒子数測定手段にて測定された粒子数と粒子数基準値との比較結果に基づいて粒子線照射手段を制御することが好ましい。また、本発明に係る成膜方法では、上記制御工程は、粒子数測定工程にて測定された粒子数と、基板に照射する粒子数の基準値である粒子数基準値との比較結果に基づいて粒子数を制御することが好ましい。
【００３２】
上記の構成によれば、測定した粒子数と粒子数基準値とを比較して、その結果に基づいて粒子線照射手段を制御している。このため、成膜中において常に所望の粒子数を基板に照射することが可能になり、膜厚や組成が所望の値となるように成膜することができる。
【００３３】
本発明に係る成膜装置では、上記制御手段は、比較した値同士が同じ値となるように粒子線照射手段を制御することが好ましい。また、本発明に係る成膜方法では、上記制御工程では、比較した値同士が同じ値となるように粒子数を制御することが好ましい。上記の構成によれば、上記比較した値同士が同じ値となるように粒子数照射手段を制御している。このため、成膜中において常に所望の粒子数を基板に照射することが可能になり、膜厚や組成が所望の値となるように成膜することができる。
【００３４】
本発明に係る成膜装置では、上記制御手段は、粒子線照射手段を駆動する温度条件を算出する温度条件算出手段を備えていることが好ましい。また、本発明に係る成膜方法では、上記制御工程では、粒子線を照射するための温度条件を算出する温度条件算出工程を備えていることが好ましい。上記の構成によれば、加熱によって粒子線を照射する粒子線照射手段の制御を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明に係る成膜装置は、以上のように、基板に粒子線を照射することによって成膜を行う成膜装置であって、上記基板に向けて粒子線を照射する粒子線照射手段と、上記粒子線照射手段から照射された粒子線に含まれる粒子数を測定する粒子数測定手段と、上記基板上に成膜された膜の物理的特性および／または化学的特性を検査する検査手段と、自装置の状態特性を計測する計測手段と、上記粒子線照射手段を制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、成膜中には粒子数測定手段の測定結果に基づいて粒子線照射手段を制御し、成膜後には検査手段の検査結果および計測手段の計測結果に基づいて粒子線照射手段を制御する構成である。また、本発明に係る成膜方法は、以上のように、基板に粒子線を照射することによって成膜を行う成膜工程を複数含み、該複数の成膜工程を間欠的に実行する成膜方法であって、成膜工程中は、基板に照射している粒子線に含まれる粒子数を制御し、上記成膜工程と次の成膜工程との間では、次の成膜工程にて照射する粒子線に含まれる粒子数を制御する構成である。このため、成膜中の成膜速度の制御を精度良く行うことができると共に、膜やそれを用いた素子の量産が可能となる高い再現性を実現することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態では、エピタキシャル成長によって多層膜を形成する分子線エピタキシャル装置（Molecular Beam Epitaxy；以下「ＭＢＥ装置」）を例に挙げて説明する。
【００３７】
図１は、本発明の実施の形態に係るＭＢＥ装置（成膜装置）１の概略構成を示す図である。ただし、図１においては、原子吸光式成膜モニタおよび第１〜第３検査装置を除く各種測定装置および排気装置等の記載を省略している。ＭＢＥ装置１は、主として、真空容器２６、原子吸光式成膜モニタ（粒子数測定手段）２４、温度制御部３２ａ・３２ｂ、演算処理装置（制御手段）３９、記憶部４２、第１検査装置（検査手段・計測手段）４３ａ、第２検査装置（検査手段・計測手段）４３ｂ、第３検査装置（検査手段・計測手段）４３ｃを備えている。
【００３８】
真空容器２６内には、薄膜を形成する基板３４を回転させるマニピュレータ３３、各種元素の分子線源（粒子線照射手段・粒子線照射装置）３１ａ・３１ｂ、およびシャッタ２８ａ・２８ｂが設けられている。
【００３９】
分子線源３１ａ・３１ｂは、基板３４に向けて分子線を照射するものであり、分子線源３１ａと分子線源３１ｂとは、異なる種類の分子線を照射するものである。分子線源３１ａ・３１ｂは、それぞれヒータ２９ａ・２９ｂ、および坩堝３０ａ・３０ｂを備えている。また、坩堝３０ａ・３０ｂの中には、蒸発して分子線となる各種材料が入っている。そして、ヒータ２９ａ・２９ｂが坩堝３０ａ・３０ｂを加熱することにより、坩堝３０ａ・３０ｂの中の分子線材料が蒸発もしくは昇華して、分子線３５が基板３４およびその周辺に向けて照射される。
【００４０】
また、それぞれの分子線源３１ａ・３１ｂに対して、シャッタ２８ａ・２８ｂが設けられており、シャッタ２８ａ・２８ｂの開閉によって、分子線源３１ａ・３１ｂから基板３４に分子線が照射されるか否かを切り換えている。図１に示すように、シャッタ２８ｂが開かれると、分子線源３１ｂからの分子線３５が基板３４に向けて照射される。これにより、基板３４上に、分子線源３１ｂの坩堝３０ｂ内の材料による薄膜が形成される。
【００４１】
なお、基板３４に向けて照射される分子線の強度（分子線の粒子数）は、坩堝３０ａ・３０ｂの温度によって決定される。坩堝３０ａ・３０ｂの温度は、近傍に設置された図示しない熱電対等によって随時測定されており、温度制御部３２ａ・３２ｂが各々ヒータ２９ａ・２９ｂの出力を制御することによって調節されている。温度制御部３２ａ・３２ｂは、具体的には、ヒータ２９ａ・２９ｂに供給する電力を調節することによって、ヒータ２９ａ・２９ｂの出力を制御している。
【００４２】
ここで、分子線源３１ａ・３１ｂについて具体的に説明する。図２は、分子線源３１ａとその周辺部の構成を示す概略図である。分子線源３１ａとその周辺部は、図２に示すように、主として、分子線材料２５を入れる坩堝３０ａ、この坩堝３０ａを加熱するためのヒータ２９ａ、坩堝温度を測定するための熱電対２２、熱の逃げを防ぐためのラジエーションシールド１８、および熱電対２２で得た温度信号を受けてヒータ２９ａの加熱温度を制御するための温度制御部３２ａ等から構成される。ここで、分子線源３１ａから照射される分子線の照射強度は、坩堝３０ａの温度、すなわち温度制御部３２ａがヒータ２９ａに投入する電力を調整することにより行われている。なお、分子線源３１ｂも同様の構成となっている。
【００４３】
なお、分子線源３１ａ・３１ｂは、対応するシャッタ２８ａ・２８ｂを開いて照射するときの立ち上がりの遅れを無くすために、シャッタ２８ａ・２８ｂが閉じている間（待機中）においてもある一定の温度に保たれている。このため、待機中であっても坩堝３０ａ・３０ｂ内の分子線材料は蒸発し、分子線材料の量は減少している。
【００４４】
以上のように、本実施形態のＭＢＥ装置１は、複数の分子線源を備え、複数種類の分子線を独立制御して照射することができるようになっている。これにより、基板３４に異なる複数種類の薄膜を順次形成することができる。
【００４５】
なお、本発明のＭＢＥ装置１は、真空容器２６内に予め複数の基板を備えた構成となっている。そして、ある基板への成膜が終了すると、その基板をマニピュレータ３３から取り外し、次に成膜を行う基板をマニピュレータ３３に設置して成膜を実行するようになっている。すなわち、ＭＢＥ装置１は、真空容器２６を開放することなく、複数の基板への成膜を間欠的に行う（バッチ処理を行う）ものである。なお、真空容器２６への基板の出し入れを行う場合には、例えばグローブボックスを使用する等、真空容器２６の真空度が低下しない方法で行えばよい。
【００４６】
また、本実施の形態のＭＢＥ装置１は、分子線源３１ａ・３１ｂから照射された分子線に含まれる粒子数を測定するために、原子吸光式成膜モニタ２４を備えている。原子吸光式成膜モニタ２４は、分子線源３１ａ・３１ｂから照射された分子線に対して光を照射し、吸光度を測定することによって、その分子線に含まれる粒子数を測定するものである。
【００４７】
より具体的に説明すると、原子吸光式成膜モニタ２４は、光源ユニット３７及び受光ユニット３８を備えている。光源ユニット３７は、分子線材料に対応したスペクトル光を発光するホロカソードランプを備えており、これにより、分子線材料に対応したスペクトル光を照射することができる。また、受光ユニット３８は、光源ユニット３７から照射されたスペクトル光を受光する光検出器を備えており、これにより、光源ユニット３７から照射されたスペクトル光の強度を検出することができる。
【００４８】
光源ユニット３７から照射されたスペクトル光は、真空容器２６に設けられた光学窓２７ａから真空容器２６内に導入される。導入されたスペクトル光は、光パス３６上に存在する測定対象の分子線に含まれる原子によりスペクトル光の一部が吸収される。ここで、スペクトル光の吸収量は、分子線に含まれる粒子数と相関する。そして、一部が吸収されたスペクトル光は、真空容器２６に設けられた光学窓２７ｂから真空容器２６外に導出され、受光ユニット３８に入射する。この入射したスペクトル光は、光検出器にて光強度が検出され、検出した光強度から光吸収量（吸光度）が算出される。この光吸収量に基づいて、分子線源３１ａ・３１ｂから照射される分子線に含まれる粒子数が算出される。
【００４９】
なお、原子吸光式成膜モニタ２４は、分子線の種類に対応したホロカソードランプとそこから発する光を光検出器に導く光学装置とのセットを、ＭＢＥ装置１に備えられる分子線源の数だけ有しており、同時に照射される複数の分子線の光吸収量を個別に測定することが可能となっている。すなわち、本実施の形態のＭＢＥ装置１は、分子線源の数だけ原子吸光式成膜モニタ２４を備えているともいえる。
【００５０】
さらに、本実施の形態のＭＢＥ装置１は、第１検査装置４３ａ、第２検査装置４３ｂ、第３検査装置４３ｃを備えている。これら各検査装置４３ａ・４３ｂ・４３ｃは、基板３４上に成膜された膜の物理的特性値や化学的特性値を検査・計測するものである。また、上記各検査装置４３ａ・４３ｂ・４３ｃとしては、成膜前後におけるＭＢＥ装置１の状態の特性（状態特性）を計測するものも含まれる。
【００５１】
上記物理的特性値・化学的特性値としては、成膜条件である粒子数に影響を及ぼす物理的性質や化学的性質を示す値であり、例えば、フォトルミネッセンス波長、結晶薄膜の格子不整合率、吸収端測定およびキャリア濃度測定等の物理的特性値、膜厚や微細構造等の特性値、電気的特性値などを挙げることができる。また、状態特性としては、成膜状態である粒子数に影響を及ぼすＭＢＥ装置１の状態を示すものであり、例えば、分子線源３１ａ・３１ｂの坩堝３０ａ・３０ｂ内の分子線材料の残量等である。
【００５２】
各検査装置４３ａ・４３ｂ・４３ｃは、ある基板への成膜が終了した後に、所定の特性値の検査・測定を行い、そのデータを演算処理装置３９に送る。また、検査装置がＭＢＥ装置の状態特性を計測するものである場合には、その計測した状態特性に関するデータを演算処理装置３９に送る。すなわち、各種の検査・計測は、間欠的に（バッチ処理の間に）行われる。
【００５３】
これら各検査装置で検査・計測された特性値は、ＭＢＥ装置１の運転条件を補正するために使用される。このため、ＭＢＥ装置の仕様や成膜条件等を考慮して検査する特性値を１つ又は複数選択すればよい。すなわち、検査装置は、これら特性値を検査可能なものであればよい。また、検査装置の数は限定されるものではなく、必要な特性値を検査可能な数だけ備えていればよい。さらに、検査装置は、ＭＢＥ装置１が備えた構成としているが、ＭＢＥ装置１の外部に設けられていて、ＭＢＥ装置１と接続された状態であってもよい。なお、ＭＢＥ装置１の運転条件の補正は演算処理装置３９で行われ、その方法の詳細については後述する。
【００５４】
演算処理装置３９は、分子線源３１ａ・３１ｂから照射される分子線の強度（分子線の粒子数）を制御するために各種演算を行うためのものである。また、記憶部４２は、演算処理装置３９において各種演算を行う際に必要なデータを記憶しておくためのものである。そして、温度制御部３２ａ・３２ｂは、温度算出部（温度条件算出手段）５３にて算出された温度条件に応じて、分子線源３１ａ・３１ｂの温度を制御するものである。以下に、演算処理装置３９の機能について詳細に説明する。
【００５５】
図３は、本実施の形態のＭＢＥ装置１の概略構成を示す機能ブロック図である。図３に示すように、演算処理装置３９は、粒子数比較部５２、温度算出部５３、特性値比較部５４を備えている。また、記憶部４２は、データベース４０を備えており、データベース４０には、粒子数目標値や特性目標値が格納されている。
【００５６】
粒子数比較部５２は、原子吸光式成膜モニタ２４によって測定された粒子数と、データベース４０に記憶されている粒子数目標値とを比較するものである。ここで、粒子数目標値とは、基板に照射される粒子の数量であって、適切に成膜することが可能となる目標値のことである。粒子数比較部５２にて比較された結果は、温度算出部５３へと送られる。
【００５７】
なお、この原子吸光式成膜モニタ２４の測定、および粒子数比較部５２による比較は、予め定められているサンプリング間隔で行われており、比較結果は成膜中にリアルタイムで温度算出部５３に入力される。
【００５８】
特性値比較部５４は、各検査装置４３ａ・４３ｂ・４３ｃにて得られたデータと、データベース４０に記憶されている特性目標値とを比較するものである。ここで、特性目標値とは、検査装置にて検査・計測する特性値に関する値のことであり、適切に成膜することが可能となる目標値のことである。特性値比較部５４にて比較された結果は、温度算出部５３へと送られる。
【００５９】
温度算出部５３は、成膜中は、粒子数比較部５２による比較結果に基づいて分子線源３１ａ・３１ｂの温度条件を算出するものである。すなわち、温度算出部５３は、成膜中に分子線源３１ａ・３１ｂから照射される粒子数が粒子数目標値と異なる場合には、同じになるように分子線源３１ａ・３１ｂの温度条件を算出する。
【００６０】
また、温度算出部５３は、ある基板に対する成膜が終了した後には、特性値比較部５４による比較結果に基づいて分子線源３１ａ・３１ｂの温度条件を算出するものである。具体的には、温度算出部５３は、分子線源３１ａ・３１ｂから照射される分子線の照射強度に対してフィードバック制御を行うための、次段階の加熱温度を算出する。すなわち、この場合、温度算出部５３は、外乱によって発生する、望ましくない挙動を抑制するために、ＭＢＥ装置１の運転条件を補正するための計算処理を行う。この外乱を補正は、成膜終了後であって、次の成膜開始までの間（バッチ処理の間）に行われる。
【００６１】
ここで、温度算出部５３によるＭＢＥ装置１の運転条件の補正について説明する。本発明に係るＭＢＥ装置１の運転条件の補正とは、成膜中に行う補正と、バッチ処理の間に行う補正とがある。
【００６２】
上述のように、成膜中に行う補正は、原子吸光式成膜モニタ２４の計測より算出した、基板３４に照射されている粒子数と粒子数目標値との差分を計算してずれを検知し、このずれが無くなるように分子線源３１ａ・３１ｂの温度条件を算出するものである。一方、バッチ処理の間に行う補正は、各検査装置４３ａ・４３ｂ・４３ｃにより計測された物理的特性値・化学的特性値と特性目標値との差分を計算することでずれを検出し、このずれが無くなるように分子線源３１ａ・３１ｂの温度条件を算出するものである。
【００６３】
すなわち、バッチ処理の間に行う補正（成膜後、次の成膜のための分子線源３１ａ・３１ｂの制御）とは、１）成膜した膜の諸特性を検査・測定し、その結果に対して計算処理を行うことで、検査・測定で発生する測定誤差による外乱の影響を抑えた上で検査・測定結果をフィードバックする構成、２）成膜中の粒子数の制御では捉えることのできない成膜中の分子線源３１ａ・３１ｂの変化（例えば、材料の減少）に起因する外乱の影響を抑える計算処理を行うフィードバック構成の２つのフィードバックで構成される制御のことである。以下においては、これら外乱の影響を抑えることを「外乱の補償」ともいう。
【００６４】
具体的に、外乱の補償は、検査結果から求められる設定値に、外乱による影響を抑える計算処理（後述）によって算出された値を加えることで設定値を修正する、もしくは検査結果に対して外乱の影響を抑える計算処理によって算出された値を加え、修正された検査結果の値から設定値を求めることによって行われる。これにより、次に行う成膜の条件（例えば、分子線源３１ａ・３１ｂの温度条件等）の設定において、外乱の影響が次の成膜に出ないような設定条件が算出される。
【００６５】
ここで、上記外乱としては、例えば、成膜中の制御では捉えることのできないＭＢＥ装置１の状態特性の変化（状態変化）によるもの、検査装置４３ａ・４３ｂ・４３ｃの誤差に起因するもの、検査装置４３ａ・４３ｂ・４３ｃの誤差を原因とする検査結果の誤差に起因するもの等がある。
【００６６】
中でも、成膜中の制御では捉えることのできないＭＢＥ装置１の状態変化によるものとしては、例えば、待機時における分子線源３１ａ・３１ｂ内の材料の減少や、分子線源３１ａ・３１ｂ付近もしくは内部に成膜に寄与しなかった分子線材料が付着し、分子線源３１ａ・３１ｂの熱の伝達状態の変化などが挙げられる。
【００６７】
また、ＭＢＥ装置１の状態変化は、ＭＢＥ装置１の使用時間の累積計算を行ったり、ＭＢＥ装置１内の各種センサー（主に温度、圧力）のデータを確認したりするなどによって、ＭＢＥ装置１内の時間変化や突発的な変化を確認することが可能である。例えば、ＭＢＥ装置１内の分子線源３１ａ・３１ｂには材料が入っており、その材料は成膜中以外の待機状態でも徐々に減少しているので、最小二乗法によるトレンド分析や、分子線源３１ａ・３１ｂの温度と経過時間とを累積計算するなどの手法を用いて装置状態を算出することが可能である。
【００６８】
上記の外乱は、統計的に分析することで、時間変化に依存する外乱であるか、時間変化に依存しない無秩序な外乱であるかが分かる。例えば、ＭＢＥ装置１の状態変化による外乱は時間変化に依存する外乱であり、検査結果の誤差に起因する外乱は時間変化に依存しない無秩序な外乱である。
【００６９】
これら外乱による影響を補償するために、ＭＢＥ装置１の状態変化による外乱等の時間変化に依存する外乱については、例えば二乗平均や線形近似等の計算手法を用いることが有効である。また、検査結果の誤差に起因する外乱等の時間変化に依存しない無秩序な外乱については、例えばカルマンフィルタ等の計算手法を用いることが有効である。カルマンフィルタ処理は、あるばらつきをもつデータに対して、そのデータの（ばらつき分が除かれた）真の値を推定する計算処理方法であり、その処理により測定データの真の値を推定することができる方法である。
【００７０】
このように、演算処理装置３９では外乱補償された分子線源の温度が直接計算される。すなわち、例えば、分子線源の温度の変化値と検査結果の目標値との差についてあらかじめ関係式を構築しておき、検査結果のデータから外乱を除くような数値を加える、もしくは掛けるなどの計算処理を行い、その数値を上記の関係式に代入するなどの方法によって外乱を補償するための温度を計算することができる。
【００７１】
従って、外乱の影響によって温度の設定値が望ましい値からずれる場合に、外乱の影響を抑えることで、所望の成膜が行える温度を設定することが可能になる。なお、外乱の補償が適切に行われたかどうかは、フィードバックが行われた次のバッチの生産結果（バッチに対する各種検査の結果）が良好かどうかで判断することができる。
【００７２】
次に、本実施の形態のＭＢＥ装置１がフィードバック制御を行いながら成膜する工程の流れについて説明する。図４は、成膜中および成膜後におけるフィードバック制御の工程の流れを模式的に示す図である。
【００７３】
図４に示すように、成膜中には、ＭＢＥ装置１の原子吸光式成膜モニタ２４は、粒子数を測定し、その粒子数データを演算処理装置３９に送信する。演算処理装置３９は、入力した粒子数データと粒子数目標値とを比較して、分子線源３１ａ・３１ｂの適切な温度を算出し、ＭＢＥ装置１に対してフィードバック制御する。
【００７４】
また、成膜後には、第１検査装置４３ａ、第２検査装置４３ｂ、第３検査装置４３ｃが所定の特性値を検査・測定し、その検査データを演算処理装置３９に送信する。演算処理装置３９は、入力した検査データと特性目標値とを比較して、次の成膜における分子線源３１ａ・３１ｂの適切な温度を算出し、ＭＢＥ装置１に対してフィードバック制御するようになっている。
【００７５】
次に、本実施の形態に係るＭＢＥ装置１の動作の詳細について説明する。図５は、ＭＢＥ装置１による成膜処理の工程を示すフロー図である。
【００７６】
図５に示すように、まず、成膜（エピタキシャル成長）を開始するにあたり、温度算出部５３は、成膜に用いられる各元素の分子線源３１ａ・３１ｂの温度を決定する（Ｓ１）。この分子線源３１ａ・３１ｂの温度は、成膜を最初に行うバッチの場合にはそれまでのＭＢＥ装置１の条件設定の実験や調整結果に基づいて決定され、すでに連続して成膜が行われている場合には運転条件の補正計算の結果（外乱の補償）に基づいて決定される。
【００７７】
分子線源３１ａ・３１ｂの温度が決定され、成膜される基板３４が所定の位置に配置されると、ヒータ２９ａ・２９ｂによる分子線源３１ａ・３１ｂの加熱が開始され、成膜（エピタキシャル成長）が開始される（Ｓ２）。すなわち、分子線源３１ａ・３１ｂ内の坩堝３０ａ・３０ｂを初期温度となるように制御し、分子線源３１ａ・３１ｂに対応するシャッタ２８ａ・２８ｂを開放することにより、基板３４に対して分子線源３１ａ・３１ｂからの分子線の照射が開始される。
【００７８】
成膜中は、照射した分子線に含まれる粒子数の測定がリアルタイムで行われる。具体的には、原子吸光式成膜モニタ２４が、基板に分子線が照射される領域に延在する光パス３６上にスペクトル光を照射し、成膜中の原子の光吸収量を計測する（Ｓ３）。そして、原子吸光式成膜モニタ２４は、光吸収量に基づいて、その時点で基板３４に照射されている粒子数を算出する（Ｓ４）。
【００７９】
次に、成膜が終了したか否かを判定する（Ｓ５）。成膜の終了は、所定のパラメータが、成膜完了であることを示す基準値を満たしたかどうかに基づいて判定される。このパラメータとは、例えば、基板３４上に照射された粒子数の累積値や、分子線の照射時間や、基板３４に形成された薄膜の厚み等である。
【００８０】
Ｓ５にて成膜を終了すると判定された場合（Ｓ５にてＹＥＳ）には、検査装置４３ａ・４３ｂ・４３ｃは、該当する特性について、成膜された薄膜に対して検査する。これにより検査データ（物理的特性値・化学的特性値）が取得される（Ｓ６）。また、検査装置４３ａ・４３ｂ・４３ｃがＭＢＥ装置１の状態特性を計測するものである場合には、該当する状態特性を計測する。これにより、状態特性に関するデータ（状態特性値）が取得される（Ｓ６）。特性値を取得した後には、生産が終了したか否か（予定していた全基板に対する成膜が終了したか否か）を判定する（Ｓ７）。生産が終了したと判定された場合（Ｓ７にてＹＥＳ）には、そのまま全成膜処理を終了する。なお、Ｓ７における生産終了の判定の詳細については後述する。
【００８１】
一方、Ｓ５にて成膜を続行すると判定された場合（Ｓ５にてＮＯ）には、粒子数の比較を行う（Ｓ８）。具体的には、粒子数比較部５２が、Ｓ４にて算出した基板３４に照射されている粒子数と、データベース４０に格納されている粒子数目標値とを比較する。そして、粒子数比較部５２は、粒子数と粒子数目標値とにずれがあるか否かを判定する（Ｓ９）。
【００８２】
粒子数比較部５２による比較結果は温度算出部５３に送られ、ずれがある場合（Ｓ９にてＹＥＳ）には、温度算出部５３は、温度補正計算を行う（Ｓ１０）。具体的には、温度算出部５３は、ずれが無くなる温度となるように分子線源３１ａ・３１ｂを加熱する温度を設定する計算を行う。そして、その計算された値に基づいて新たな温度条件が設定されＳ１から成膜が行われる。一方、比較の結果、ずれがない場合（Ｓ９にてＮＯ）には、分子線源３１ａ・３１ｂの温度設定に問題はないため、温度算出部５３は、分子線源３１ａ・３１ｂを加熱する温度をこれまでの成膜と同じ温度条件に設定しＳ１から成膜が行われる。
【００８３】
この粒子数の比較および温度補正計算の処理は、この基板３４に対する成膜処理（エピタキシャル成長）が終了するまで、各分子線源３１ａ・３１ｂについて繰り返し行われる。これにより、基板３４に照射される粒子数を粒子数目標値と同じになるように安定させることができ、所望の組成および厚さの薄膜を成膜することが可能となる。
【００８４】
ここで、上記Ｓ７における生産終了の判定方法について説明する。生産の終了は、例えば、予定されていたロット数の生産が終了したがどうかに基づいて判定したり、ＭＢＥ装置１のメンテナンスを行う必要があるかどうかに基づいて判定したりすることができる。メンテナンスを行う必要があるかどうかの判定は、ＭＢＥ装置１に充填されている材料が枯渇しているか否かや、ＭＢＥ装置１内の堆積物の量が基準を超えているか否か等に基づいて行われる。
【００８５】
上述のように、Ｓ７にて生産は終了したと判定された場合にはそのまま終了する。これに対して、Ｓ７にて生産を続行すると判定された場合（Ｓ７にてＮＯ）には、外乱の補償を行うための温度補正計算処理を行う。
【００８６】
まず、特性値の比較を行う（Ｓ１１）。具体的には、特性値比較部５４が、Ｓ６にて取得した特性値と、データベース４０に格納されている特性目標値とを比較して、特性値と特性目標値とにずれがあるか否かを判定する。この特性値の比較は、物理的特性値や化学的特性値と特性目標値との比較や、状態特性値と特性目標値との比較により行われる。
【００８７】
比較結果は温度算出部５３に送られ、ずれがある場合には、温度算出部５３は、そのずれが無くなるように次の成膜における分子線源３１ａ・３１ｂを加熱する温度を設定する計算を行う（Ｓ１２）。
【００８８】
そして、Ｓ１２にて計算された値に基づいて新たな温度条件が設定されＳ１から成膜が開始される。なお、比較の結果、ずれがない場合には、温度算出部５３は、分子線源３１ａ・３１ｂを加熱する温度を前の成膜と同じ温度条件に設定しＳ１から成膜が開始される。
【００８９】
このように、上記外乱の補償はＳ１１およびＳ１２にて実行される。すなわち、Ｓ６にて成膜後の薄膜の検査データ（物理的特性値・化学的特性値）を取得すると共に、成膜後のＭＢＥ装置１の状態特性に関するデータ（状態特性値）を取得している。そして、Ｓ１１にて、各特性値について前述した処理手段により外乱補償の計算処理を施し、その上で目標値と比較する。Ｓ１２にて偏差をなくすように温度補正計算を行っている。ここで、Ｓ１２において温度補正計算を行う場合に、前述の外乱補償の計算処理を行うこともある。外乱の原因には、ＭＢＥ装置１に起因するものと、検査処理に起因するものとがあり、Ｓ１１，１２で特性値の取得から外乱補償までを行っているが、特性値の取得や外乱補償は、両方の外乱で別々に行ってもよい。
【００９０】
上記温度設定を行うことにより、次のバッチの成膜（エピタキシャル成長）を適切な条件で行うことが可能になる。従って、上述した温度条件の算出方法を用いることによって、成膜中の分子線源３１ａ・３１ｂの温度制御では制御できないＭＢＥ装置１の状態変化に起因するずれや、成膜後の薄膜の検査結果に起因するずれを補正することが可能になり、再現性良く所望の成膜を繰り返して実行することができる。
【００９１】
ここで、図６に、従来の成膜方法を用いて製造した薄膜の特性評価結果と、本実施の形態に係る成膜方法を用いて製造した薄膜の特性評価結果とを示す。図６では、従来の方法で成膜した薄膜の評価特性の集合を６０（バッチＮ０．１〜バッチＮｏ．５０）で示し、本発明の方法で成膜した薄膜の評価特性の集合を６１（バッチＮｏ．５１〜バッチＮｏ．８８）で示している。
【００９２】
図６に示すように、集合６０では評価特性のばらつきが大きく、目標からの偏差が０からずれている評価特性が多いのに対して、集合６１では評価特性のばらつきが小さく、目標からの偏差が０に近い評価特性が多いことが分かる。すなわち、成膜中における基板へ照射される粒子数に基づいた温度制御に加えて、成膜後における外乱による影響の補償（検査結果の計算処理やＭＢＥ装置の状態変化に基づく補正等）を組み合わせて行うことによって、成膜される薄膜やその薄膜を用いて生産される素子の特性を安定させることができる。
【００９３】
なお、本実施の形態では、成膜中に粒子数を測定して照射する粒子数をリアルタイムに制御すると共に、成膜後には成膜した膜の諸特性とＭＢＥ装置の状態変化とを検査・計測して照射する粒子数を算出し、この算出値に基づいて次の成膜における粒子数を制御する方法について説明している。
【００９４】
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、成膜中に粒子数を測定して照射する粒子数をリアルタイムに制御すると共に、成膜中に成膜している膜の諸特性とＭＢＥ装置の状態変化を常にまたは一定間隔で検査・計測して、照射する粒子数をリアルタイムに制御する構成とすることもできる。
【００９５】
すなわち、この場合には、粒子数の測定結果に基づくフィードバックと、膜の特性の検査結果およびＭＢＥ装置の状態変化の計測結果に基づくフィードバックとを成膜中に行うこととなる。これにより、成膜中における粒子数の制御をより高精度に行うことが可能になる。
【００９６】
なお、本実施の形態ではＭＢＥ装置を例に挙げて説明しているが本発明はこれに限定されるものではない。例えば、抵抗加熱型蒸着装置、電子ビーム蒸着装置、スパッタ装置等の基板上に成膜可能な装置であれば使用可能である。
【００９７】
また、本実施の形態では、分子線源の制御は温度にて行い、その加熱はヒータで行っているが、本発明はこれに限定されない。例えば、各種熱源からの輻射、レーザ照射などの加熱手段を用いても同様の制御を行うことが可能である。また、本発明では、分子線源の温度を制御対象としているが、これに限定されない。例えば、成膜材料の分子を蒸発させる手段として電子ビーム蒸着装置を用いた場合には、電子ビーム強度を制御すればよく、この場合でも本発明の制御方法は有効である。また、成膜材料の分子を蒸発させる手段としてスパッタ装置を用いた場合には、ターゲット材料への投入電力を直接制御すればよく、この場合でも本発明の制御方法は有効である。
【００９８】
さらに、本実施の形態では、成膜装置によって薄膜が形成された基板を検査装置にて検査しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、製品とする基板の他に検査用基板に対しても同時に成膜を行い、検査用基板を検査装置にて検査する構成とした場合においても同様の温度制御を行うことが可能であり、良好な成膜を実現する制御を行うことができる。
【００９９】
なお、上述のように、本発明の成膜方法は、基板に粒子線を照射することによって成膜を行う成膜工程を複数含み、該複数の成膜工程を間欠的に実行する成膜方法であって、成膜工程中は、基板に照射している粒子線に含まれる粒子数を制御し、上記成膜工程と次の成膜工程との間では、次の成膜工程にて照射する粒子線に含まれる粒子数を制御する構成であると表現することもできる。
【０１００】
この構成によれば、成膜方法は、基板に粒子線を照射することによって成膜を行う成膜工程を複数含み、該複数の成膜工程を間欠的に実行するものである。すなわち、成膜方法は、基板に成膜する工程をバッチ処理で実行する方法である。
【０１０１】
この成膜工程中は、基板に照射している粒子線に含まれる粒子数を制御している。すなわち、基板に粒子線を照射して成膜を実行している際に、リアルタイムで粒子線を制御しているため、常に所望の粒子数を基板に照射することが可能になる。
【０１０２】
また、成膜工程と次の成膜工程との間では、次の成膜工程にて照射する粒子線に含まれる粒子数を制御している。すなわち、ある成膜工程が終了し、次の成膜工程が開始するまでの間に、次の成膜工程にて照射する粒子数を制御することにより、次の成膜工程で所望の粒子数を基板に照射することが可能になる。
【０１０３】
このように、成膜中および成膜後に粒子数を制御することにより、成膜中の成膜速度の制御を精度良く行うことができると共に、膜やそれを用いた素子の量産が可能となる高い再現性を実現することができる。
【０１０４】
また、上記の成膜方法では、上記成膜工程は、基板に向けて粒子線を照射する粒子線照射工程と、該照射された粒子線に含まれる粒子数を測定する粒子数測定工程と、該測定した粒子数に基づいて基板に照射している粒子線に含まれる粒子数を制御する第１制御工程とを含み、上記成膜工程と次の成膜工程との間には、成膜された膜の物理的特性および／または化学的特性を検査する検査工程と、成膜を行う成膜装置の状態特性を計測する計測工程と、該検査工程での検査結果および計測工程での計測結果に基づいて次の成膜工程に係る粒子数を制御する第２制御工程とが含まれていることが好ましい。
【０１０５】
この構成によれば、成膜工程は、粒子線照射工程と粒子数測定工程と第１制御工程とを含んでいる。粒子線照射工程では基板に向けて粒子線を照射しており、これにより基板に膜を形成することができる。また、粒子数測定工程では、基板に照射している粒子線に含まれる粒子数を測定している。第１制御工程では、この測定した粒子数に基づいて基板に照射している粒子線の粒子数を制御している。これにより、成膜中において所望の粒子数の粒子線を基板に照射することが可能になる。
【０１０６】
また、成膜工程と次の成膜工程との間には、検査工程と計測工程と第２制御工程とが含まれている。検査工程では、前の成膜工程で成膜された膜の物理的特性および／または化学的特性を検査している。これにより、成膜された膜の諸特性に関するデータを取得することができる。計測工程では、成膜装置の状態特性を計測している。これにより、ある成膜工程が終了した時点での成膜装置の状態特性に関するデータを取得することができる。
【０１０７】
第２制御工程では、これら検査および計測して得られたデータに基づいて次の成膜工程に係る粒子数を制御している。これにより、次の成膜工程での粒子数を予め所望の値に設定することが可能になる。
【０１０８】
また、上記の成膜方法では、上記第１制御工程では、粒子数測定工程にて測定された粒子数と、基板に照射する粒子数の基準値である粒子数基準値とを比較し、この比較結果に基づいて粒子数を制御することが好ましい。
【０１０９】
この構成によれば、測定した粒子数と粒子基準値とを比較して、その比較結果に基づいて粒子数を制御している。このため、成膜中において常に所望の粒子数を基板に照射することが可能になり、膜厚や組成が所望の値となるように成膜することができる。
【０１１０】
また、上記の成膜方法では、上記第２制御工程では、検査工程にて検査された検査結果と物理的特性および／または化学的特性の基準値である特性基準値とを比較すると共に、計測工程にて計測された計測結果と成膜装置の状態特性の基準値である状態基準値とを比較し、これら各比較結果に基づいて粒子数を制御することが好ましい。
【０１１１】
この構成によれば、検査結果と特性基準値との比較結果に基づいて粒子線照射手段を制御し、計測結果と状態基準値との比較結果に基づいて粒子線照射手段を制御している。このため、各特性値が特性基準値と同様の値を有する膜を形成することが可能になる。
【０１１２】
また、上記の成膜方法では、上記第１制御工程および第２制御工程では、粒子線を照射する粒子線照射装置を加熱する温度を制御することが好ましい。この構成によれば、加熱によって粒子線を照射する粒子線照射装置の制御を容易に行うことができる。
【０１１３】
また、上記の成膜方法では、上記第１制御工程では、粒子数測定工程にて測定された粒子数と、基板に照射する粒子数の基準値である粒子数基準値とが同じになるように、粒子線照射装置の温度を制御することが好ましい。この構成によれば、基板に照射する粒子数を粒子数基準値と同様の値にすることが可能となり、所望の膜厚や組成を有する膜を形成することが可能になる。
【０１１４】
また、上記の成膜方法では、上記第２制御工程では、検査工程にて検査された検査結果と物理的特性および／または化学的特性の基準値である特性基準値とが同じになるように、かつ、計測工程にて計測された計測結果と成膜装置の状態特性の基準値である状態基準値とが同じになるように、粒子線照射装置の温度を制御することが好ましい。この構成によれば、各特性値が特性基準値や状態基準値と同様の値を有する膜を形成することが可能になる。
【０１１５】
最後に、演算処理装置３９の各ブロック、特に粒子数比較部５２、温度算出部５３および特性値比較部５４は、ハードウェアロジックによって構成してもよいし、次のようにＣＰＵを用いてソフトウェアによって実現してもよい。
【０１１６】
すなわち、演算処理装置３９は、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行するＣＰＵ（central processing unit）、上記プログラムを格納したＲＯＭ（read only memory）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（random access memory）、上記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置（記録媒体）などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアである演算処理装置３９の制御プログラムのプログラムコード（実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム）をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、上記演算処理装置３９に供給し、そのコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。
【０１１７】
上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー（登録商標）ディスク／ハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ／ＣＤ−Ｒ等の光ディスクを含むディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ／ＥＥＰＲＯＭ／フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリ系などを用いることができる。
【０１１８】
また、演算処理装置３９を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、ＬＡＮ、ＩＳＤＮ、ＶＡＮ、ＣＡＴＶ通信網、仮想専用網（virtual private network）、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ、電力線搬送、ケーブルＴＶ回線、電話線、ＡＤＳＬ回線等の有線でも、ＩｒＤＡやリモコンのような赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、８０２．１１無線、ＨＤＲ、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。
【０１１９】
なお、本発明の成膜方法は、１つ以上複数のロットを一括に処理するバッチ処理により成膜を行う成膜装置による成膜方法において、成膜中においては原子吸光法により基板に照射される原子の数量を計測し、その計測データを演算処理した上で、その演算出力に基づいて粒子線源を制御することで粒子の照射量制御を行い、成膜のバッチ処理とバッチ処理の間においては、基板上に形成した膜の諸特性の検査、測定結果に演算処理を施し、その演算出力に基づいて次のバッチの成膜を行うための粒子線源の動作条件を決定する制御を行い、これら２つの制御手段を組み合わせて行う成膜方法と表現することもできる。
【０１２０】
また、上記成膜方法においては、成膜中の原子吸光式成膜モニタの計測値の演算処理は、成膜される膜の所望の物理的特性、または化学的特性に基づいて予め定められた基準と対比してそのずれを検出し、その検出出力に基づいて所望の特性となるように計測データを演算処理する手順を有することが好ましい。
【０１２１】
さらに、上記成膜方法においては、成膜のバッチ処理とバッチ処理との間の演算処理は、基板上に形成した膜の検査、測定結果から、予め定められた基準となる値と比較して、そのずれを補正し、かつ成膜で変化した粒子線源の状態変化も考慮し補正する演算を行い、次の成膜の粒子線源の動作条件を決定する演算手順を有することが好ましい。
【０１２２】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
本発明は、基板に対して薄膜を形成する装置に適用でき、例えば、分子線エピタキシャル装置、抵抗加熱型蒸着装置、電子ビーム蒸着装置、スパッタ装置等に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】本発明の実施の一形態を示すものであり、分子線エピタキシャル装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の一形態を示すものであり、分子線源とその周辺部の構成を示す概略図である。
【図３】本発明の実施の一形態を示すものであり、分子線エピタキシャル装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図４】本発明の実施の一形態を示すものであり、フィードバック制御の工程の流れを模式的に示す図である。
【図５】本発明の実施の一形態を示すものであり、分子線エピタキシャル装置による成膜処理の工程を示すフロー図である。
【図６】本発明の実施の一形態を示すものであり、従来および本発明の成膜方法を用いて製造した薄膜の特性評価結果を示す図である。
【符号の説明】
【０１２５】
１      ＭＢＥ装置（成膜装置）
２４    原子吸光式成膜モニタ（粒子数測定手段）
３１ａ  分子線源（粒子線照射手段・粒子線照射装置）
３１ｂ  分子線源（粒子線照射手段・粒子線照射装置）
３９    演算処理装置（制御手段）
４２    記憶部
４３ａ  第１検査装置（検査手段・計測手段）
４３ｂ  第２検査装置（検査手段・計測手段）
４３ｃ  第３検査装置（検査手段・計測手段）
５３    温度算出部（温度条件算出手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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