JP2003029112A - 基板保持装置および成膜方法 - Google Patents

基板保持装置および成膜方法

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JP2003029112A
JP2003029112A JP2001216154A JP2001216154A JP2003029112A JP 2003029112 A JP2003029112 A JP 2003029112A JP 2001216154 A JP2001216154 A JP 2001216154A JP 2001216154 A JP2001216154 A JP 2001216154A JP 2003029112 A JP2003029112 A JP 2003029112A
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substrate
lens
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heating
substrate holding
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Kenji Ando
謙二 安藤
Hidehiro Kanazawa
秀宏 金沢
Koji Teranishi
康治 寺西
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 反射防止膜等を成膜する工程で、CaF2
ンズ等を輻射加熱する場合に、基板ホルダとの接触によ
る局部的な過熱を防ぐ。 【解決手段】 温度に対して敏感なCaF2 レンズR1
を赤外光輻射によって加熱処理する工程で、CaF2
ンズR1 を保持する基板ホルダ1の上下両側に、赤外光
を吸収または反射する遮蔽板4、5を断熱材3a、3b
を介して取り付けて、基板ホルダ1の基板保持部の温度
上昇を防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、蒸着やスパッタ等
による成膜プロセスにおいて、特に、基板がCaF2
ンズ等の、熱に対して非常に弱い単結晶基板である場合
に、基板ホルダに保持された成膜用の基板全体をむらな
く均一加熱することのできる基板保持装置および成膜方
法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から広く用いられている蒸着やスパ
ッタ等の成膜プロセスで光学薄膜を成膜する場合、高密
度膜や低吸収膜における膜質や、膜の密着性等を高める
ために、基板を加熱して成膜する方法が一般に行なわれ
ている。
【0003】基板加熱方法としては、成膜前と成膜中に
真空中での加熱が必要であることから、基板ホルダにレ
ンズ等の基板を取り付けて、シースヒータやハロゲンラ
ンプ等の熱源を基板の成膜面、成膜裏面または両面に向
けて加熱する方法が用いられている。
【0004】従来、基板の均一加熱を達成させる方法と
して知られているものには、ヒータ面と基板裏面のギャ
ップ間にHe等のガスを供給する方法や、ヒータと基板
間にサファイア板を設け、ヒータからの近赤外線で加熱
し、基板から放出される赤外線をサファイア板で吸収さ
せて加熱効率向上や均一化を図ったもの等がある(特開
平4−55999号公報等参照)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来か
ら用いられているシースヒータやハロゲンランプ等の熱
源を用いた真空中加熱方法等においては、基板を保持す
る基板ホルダと基板の加熱効率が異なることから、基板
ホルダと接触する基板周辺部と基板中央部との間に、昇
温特性の違いによる温度差が生じる。
【0006】特に、次世代のArF半導体露光装置に用
いられている単結晶の高性能CaF 2 レンズ等は、この
温度差が原因によるレンズ面の変化、ホモジニティ変化
や結晶のすべり等を発生して、反射防止膜等のコート後
のレンズ性能を低下させている。
【0007】詳しく説明すると、蒸着やスパッタ等の成
膜プロセスの加熱工程で基板ホルダに取り付けられたC
aF2 レンズを加熱する場合は、ヒータ板とレンズを接
触させるいわゆる熱伝導による加熱方法はレンズ表面に
傷等が発生するので使用できない。また、加熱工程は成
膜前の予備排気室の予備加熱や、真空チャンバ内での成
膜中に加熱が必要なことから、加熱雰囲気を真空にした
真空中加熱が必要となる。
【0008】従って、加熱メカニズムは熱の伝導による
加熱はほとんどなく、輻射による加熱が主となる。
【0009】このように輻射が主の加熱メカニズムのた
め、使用されている材料の赤外、遠赤外の吸収率、反射
率によって加熱効率が異なる。例えば、材料からのガス
放出が少ないために一般的に広く用いられているSUS
304等の真空材料で製作された基板ホルダに、CaF
2 レンズが取り付けられた場合には、赤外、遠赤外の光
が吸収される基板ホルダは早く加熱されるが、長波長
(赤外光)側の吸収端が約10ミクロンのCaF2 レン
ズは近赤外の光は透過するので、加熱効率が悪くあまり
加熱されない。従って、基板ホルダとCaF2 レンズの
加熱中の昇温カーブや定値状態での温度が異なり、レン
ズの保持部分すなわち基板ホルダとレンズの接触部にお
いて温度差が発生し、このためにCaF2 レンズの面変
化、ホモジニティ変化や結晶のすべり等を発生してレン
ズ性能が劣化する。
【0010】本発明は上記従来の技術の有する未解決の
課題に鑑みてなされたものであり、熱に対して敏感なC
aF2 レンズ等を基板とする成膜プロセスにおいて、成
膜前および成膜中の基板加熱を均一に行なうことのでき
る基板保持装置および成膜方法を提供することを目的と
するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の基板保持装置は、赤外光の輻射によって基
板を加熱する工程において用いられる基板保持装置であ
って、前記基板の周縁を保持する基板保持部を有する基
板ホルダと、該基板ホルダの少なくとも前記基板保持部
を覆うように配設された赤外光遮蔽部材と、断熱材を介
して前記赤外光遮蔽部材を前記基板ホルダに固定する固
定手段を有することを特徴とする。
【0012】基板保持部が、基板ホルダに対して着脱自
在な基板保持部材を有するとよい。
【0013】基板保持部材が断熱材によって作られてい
るとよい。
【0014】本発明の成膜方法は、上記基板保持装置に
よって保持された成膜用の基板を輻射加熱する工程を有
することを特徴とする。
【0015】基板がCaF2 レンズであるとよい。
【0016】
【作用】基板の周縁を基板ホルダによって保持させて、
真空中で輻射加熱するときに、基板ホルダの基板保持部
が輻射熱によって基板より高温に加熱され、このために
基板の周縁部に温度差が生じるおそれがある。そこで、
近赤外、赤外光等を吸収または反射する赤外光遮蔽部材
によって基板ホルダの少なくとも基板保持部を覆うこと
で、該基板保持部の昇温勾配を基板中央部と同等にす
る。
【0017】特に温度に敏感なCaF2 レンズ等の高性
能レンズに反射防止膜等の光学薄膜を成膜する工程で、
成膜前および成膜中の基板の加熱を均一に行ない、温度
分布の発生によるレンズ面変化やホモジニティ変化等の
性能劣化を防ぐことができる。
【0018】基板ホルダに赤外光遮蔽部材を取り付ける
だけの簡単な構成で、高性能な光学部品の光学性能を損
うことなく反射防止膜等の成膜を効率的に行なうことが
できる。
【0019】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。
【0020】図1は、第1の実施の形態によるスパッタ
装置の基板保持装置を示す断面図であり、これは、スパ
ッタ装置の搬送機構の関係上、外形形状と外形寸法が規
格化され、特定材料(SUS304)によって製作され
た基板ホルダ1の中心部の段付穴に、基板であるCaF
2 レンズR1 を落とし込み、該CaF2 レンズR1 の外
周部および基板ホルダ1の段付穴と同径の穴を有する上
記特定材料で製作したレンズ保持リング2で挟み込ん
で、レンズ保持リング2を基板ホルダ1の基板保持部を
構成する内周部にビス止めすることでCaF2 レンズR
1 を保持する。
【0021】この基板ホルダ1の上下両側外周部の数箇
所において、CaF2 レンズR1 の周縁に接触する基板
ホルダ1の基板保持部を両面から覆うドーナツ状の赤外
光遮蔽部材である遮蔽板4、5が配設され、遮蔽板4、
5を固定する固定手段3は、それぞれ断熱材3a、3b
を介して遮蔽板4、5を基板ホルダ1の両面にビス止め
する。
【0022】このように基板ホルダ1の上下両側に固定
された遮蔽板4、5は、ドーナツ形状で成膜時のCaF
2 レンズR1 に付着するスパッタ粒子の飛行を阻害しな
いようレンズ外形よりやや大きめの穴4a、5aを有
し、肉厚や外形形状は、熱シミュレーションによりCa
2 レンズR1 の加熱効率と擬似的にほぼ一致するよう
に設定される。
【0023】また、遮蔽板4、5には成膜粒子が付着す
ることで近赤外、赤外光の吸収率や反射率が変わること
から、加熱時の熱の影響を抑えるために、切削性セラミ
ック(フオトベール)で製作した断熱材料を用いる。
【0024】図2は、スパッタ装置の予備排気室11を
排気ユニット12で排気しながら上記の基板ホルダ1と
CaF2 レンズR1 を温度制御ユニット13、14で制
御されたヒータ15、16で両面から赤外光の輻射によ
って加熱処理をしているところを示す。
【0025】実際の工程では、基板ホルダ1にCaF2
レンズR1 をセットし、基板ホルダ1を大気開放された
スパッタ装置の予備排気室11に投入後、排気ユニット
12で排気し、排気完了後、温度制御ユニット13、1
4で制御された電力をヒータ15、16の内側に巻いた
シースヒータに供給して加熱処理をする。なお、この温
度制御ユニット13、14は、プログラム温調で制御さ
れていることが好ましい。
【0026】CaF2 レンズR1 の昇温曲線は約0.5
℃/分のレートで、到達温度は、成膜工程でスパッタさ
れる時に加熱される温度(140℃)と同じとなる温度
に設定して加熱処理を行なう。加熱処理が終了後、基板
ホルダ1を成膜室へ搬送して反射防止膜を成膜する。成
膜終了後、予備排気室11に搬送、基板ホルダ1を反転
した後、裏面の温度が定常温度になるまで加熱処理を行
ない、前述と同様に、裏面の反射防止膜を成膜し、徐冷
工程を経て終了する。
【0027】図3は第2の実施の形態を示す。これは、
第1の実施の形態と同様に、外形の形状と外形寸法が規
格化された基板ホルダ21の中心部に着脱自在にビス止
めされた基板保持部材であるレンズ保持リング21aの
段付穴に、CaF2 レンズR 2 を落とし込み、CaF2
レンズR2 の外周部およびレンズ保持リング21aの段
付穴と同径の穴を有するレンズ保持リング22で挟み込
んでCaF2 レンズR 2 を保持する。なお、2つのレン
ズ保持リング21a、22は、共に断熱材によって作ら
れている。
【0028】この基板ホルダ21の上下両側外周部の数
箇所に、ドーナツ状の赤外光遮蔽部材である遮蔽板2
4、25が配設され、これらを断熱材23a、23bを
介して固定する固定手段23が設けられている。
【0029】基板ホルダ21の上下両側に固定された遮
蔽板24、25は、ドーナツ形状で成膜時レンズに付着
するスパッタ粒子の飛行を阻害しないようレンズ外形よ
りやや大きめの穴24a、25aを有し、外形形状等
は、熱シミュレーションによりCaF2 レンズR2 の加
熱効率と擬似的にほぼ一致するように設定される。
【0030】また、遮蔽板24、25には成膜粒子が付
着することで近赤外、赤外の吸収率や反射率がかわるこ
とから、加熱時の熱の影響を抑えるために、切削性セラ
ミック(フオトベール)で製作した断熱材料を用いる。
【0031】本実施の形態は、基板ホルダの基板保持部
を着脱自在な基板保持部材(レンズ保持リング)とする
ことで、外径の異なるレンズ等基板に対応できるという
利点を有する。その他の点は第1の実施の形態と同様で
あるから説明は省略する。
【0032】実験例として、基板ホルダに直接レンズを
セットした従来型の基板ホルダすなわち、図1の遮蔽板
のないタイプと、図1の基板ホルダを、真空排気された
予備排気室にて、同一条件で加熱して温度測定を行なっ
た。温度測定に使用したレンズは、凹凸面で外径φ20
0mmのメニスカス形状で中心肉厚約40mmのレンズ
を用い、温度測定用の熱電対は、熱電対自体が加熱され
る影響をできるだけ小さく抑えるために最小径のシース
型φ0.5mmをレンズの中央部、周辺部および基板ホ
ルダの上部および下部に埋め込み設置した。
【0033】図4は上記条件にて、従来型の基板ホルダ
を用いて温度測定をした結果を示すグラフである。この
グラフにおいて、基板ホルダとCaF2 レンズ中心部の
間には加熱上昇段階で約100度、平行状態で約80度
の温度差が認められた。また、レンズ中心部と周辺部で
は約20度の温度差が認められ、これらは、基板ホルダ
からの熱の伝導による影響と考えられる。
【0034】図5は、図1の基板ホルダを用いて上記と
同様の温度測定を行なった結果を示すグラフである。こ
の図から明らかなように、基板ホルダとCaF2 レンズ
の昇温曲線はほぼ一致しており、また、レンズ中央部、
周辺部の温度も同程度の温度が得られ均一な加熱処理が
できた。
【0035】
【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。
【0036】CaF2 レンズ等の高性能な光学部品を基
板とする成膜プロセスにおいて、輻射加熱による基板ホ
ルダの昇温のために基板に温度分布が生じるのを簡単か
つ効率的に防ぎ、加熱工程においてレンズ面変化等の性
能劣化を生じることなく、反射防止膜等の成膜を効率的
かつ安定的に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態による基板保持装置を示す断
面図である。
【図2】図1の基板保持装置を用いたスパッタ装置を示
す図である。
【図3】第2の実施の形態による基板保持装置を示す断
面図である。
【図4】従来型の基板ホルダで加熱処理した温度測定結
果を示すグラフである。
【図5】図1の基板ホルダで加熱処理した温度測定結果
を示すグラフである。
【符号の説明】
1、21 基板ホルダ 2、21a、22 レンズ保持リング 3、23 固定手段 3a、3b、23a、23b 断熱材 4、5、24、25 遮蔽板 11 予備排気室 12 排気ユニット 15、16 ヒータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺西 康治 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 Fターム(参考) 2H043 AE04 AE07 2H044 AJ04 AJ07 2K009 AA02 BB04 DD04 DD06 DD08 DD09 4K029 AA04 AA21 BC07 BD09 CA05 JA01 JA05

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 赤外光の輻射によって成膜用の基板を加
    熱する工程において用いられる基板保持装置であって、
    前記基板の周縁を保持する基板保持部を有する基板ホル
    ダと、該基板ホルダの少なくとも前記基板保持部を覆う
    ように配設された赤外光遮蔽部材と、断熱材を介して前
    記赤外光遮蔽部材を前記基板ホルダに固定する固定手段
    を有する基板保持装置。
  2. 【請求項2】 基板保持部が、基板ホルダに対して着脱
    自在な基板保持部材を有することを特徴とする請求項1
    記載の基板保持装置。
  3. 【請求項3】 基板保持部材が断熱材によって作られて
    いることを特徴とする請求項1記載の基板保持装置。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし3いずれか1項記載の基
    板保持装置によって保持された成膜用の基板を輻射加熱
    する工程を有する成膜方法。
  5. 【請求項5】 基板がCaF2 レンズであることを特徴
    とする請求項4記載の成膜方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1950323A1 (en) * 2007-01-25 2008-07-30 Essilor International (Compagnie Generale D'optique) Optical lens holder
CN105043715A (zh) * 2015-06-04 2015-11-11 中国科学院上海光学精密机械研究所 大口径光学镜片夹具

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