JP2006269450A - レーザによる成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板に照射するレーザ光をデフォーカス光とし、基板から漏れたレーザ光を吸収するために、真空チャンバ内で基板の背後に水冷ヒートシンクを設けた、レーザによる成膜装置を提供する。
【解決手段】真空チャンバ１内に基板２を取り付け、真空チャンバ１の外部から真空チャンバ１の窓４を通して、高出力半導体レーザ光９を直接照射または均熱板を介して基板２に照射して加熱し、基板２上に膜を形成する成膜装置において、基板２に照射するレーザ光９をデフォーカス光とし、基板２から漏れたレーザ光を吸収するために、真空チャンバ１内で基板２の背後に水冷ヒートシンク１１を設けたことを特徴とする。上記ヒートシンク１１は基板２のサイズと同等以上の穴を有している。
【選択図】図１

Description

本発明はレーザによる成膜装置、特に半導体基板等の基板上に均一の各種薄膜を生成できるようにしたレーザによる成膜装置に関するものである。

図７は従来のレーザによる成膜装置を示し、１は真空チャンバ、２は半導体基板等の基板、３はこの基板２を載置するため上記真空チャンバ１内に設けた基板載置部、４は上記真空チャンバ１の天井に設けたレーザ光入射用のプロセスウインドウ、５は上記真空チャンバ１内に安定ガスを導入するためのマスフロー、６は上記真空チャンバ１内の空気を排気するための排気ポンプ、７は真空チャンバ１内の真空度を制御するための圧力制御バルブである。

上記従来のレーザによる成膜装置においては、基板上に例えば絶縁被膜を形成するためレーザ光を光ファイバ（図示せず）により上記プロセスウインドウ４付近まで誘導し、上記光ファイバの先端から上記プロセスウインドウ４を介して上記真空チャンバ１内の基板載置部３上に載置した上記基板２上にレーザ光を照射せしめている。このような従来のレーザによる成膜装置としては特許文献１、特許文献２に記載のものがある。
特開２００２−２５２１８１号公報（第１図） 特開２０００−８７２２３号公報（第１図）

然しながら、上記従来のレーザによる成膜装置においては、基板に照射されるレーザ光はデフォーカスされていないため２インチ径といった大面積半導体基板を所望の昇温速度で均一に加熱することができず、また、レーザ光をデフォーカスした場合には基板からの漏れるレーザ光が多くなり、装置が局所的に熱衝撃を受けて損傷する恐れがあった。

本発明は上記の欠点を除くようにしたものである。

本発明のレーザによる成膜装置は、真空チャンバ内に基板を取り付け、真空チャンバの外部から真空チャンバの窓を通して、高出力半導体レーザ光を基板に直接照射して基板を加熱し、基板上に膜を形成する成膜装置において、基板に照射するレーザ光をデフォーカス光とし、基板から漏れたレーザ光を吸収するために、真空チャンバ内で基板の背後に水冷ヒートシンクを設けたことを特徴とする。

また、本発明のレーザによる成膜装置は、真空チャンバ内に基板を取り付け、真空チャンバの外部から真空チャンバの窓を通して、高出力半導体レーザ光を均熱板を介して基板に照射して加熱し、基板上に膜を形成する成膜装置において、基板に照射するレーザ光をデフォーカス光とし、基板から漏れたレーザ光を吸収するために、真空チャンバ内で基板の背後に水冷ヒートシンクを設けたことを特徴とする。

上記ヒートシンクが基板サイズと同等以上の穴を有していることを特徴とする。

本発明の効果を以下に示す。

（１）デフォーカスレーザ光の漏れがなくなり、装置が局所的に加熱されて損傷するおそれがない。

（２）本発明では、レーザ光の基板以外の漏れがなく、装置の局部加熱箇所がなくなるので、同じ装置を繰り返し使用した場合にも真空チャンバ内の雰囲気温度が均一となり、基板を急速加熱・急速冷却しても再現性が良くなる。

以下図面によって本発明の実施例を説明する。

図１及び図２は、夫々本発明のレーザによる成膜装置を示したものであって、真空チャンバ１の内に連続発振高出力半導体レーザ発振器８から照射されたレーザ光を光学レンズ部１０を通してデフォーカス光９とし、真空チャンバ１内の基板２に直接または均熱板（図示せず）を介して照射し、基板２を加熱する。基板載置部３の背後には基板載置部３と同サイズ以上の穴をあけたアルミ板に熱吸収性のよいセラミックコートしたヒートシンク板１１を設け、このヒートシンク板１１を冷却する。本発明のシートシンク板１１は、熱伝導の良い材料で構成し、水冷することが望ましい。

具体的には、図３〜図６に示すようにヒートシンク板１１の内部に銅管からなる細径の水冷管１１Ａを渦巻状に配置し、これにアルミを鋳込んだ水冷管を内包するアルミ製ヒートシンク板１１を設ける。

なお、ヒートシンク板１１は上記に限らず、銅板を漏れレーザ側に配置し、銅板の裏面に細管の水冷管１１Ａを溶接またはろう付けした構造にしてもよい。また、金属板と水冷管の積層構造であってもよい。形状も平板（２次元）に限らず、曲面あるいは立体形（３次元）であってもかまわない。

真空チャンバ１の下部のレーザ光と対向する位置には、基板サイズと同等以上の大きさの赤外線透過窓１２を設け、基板２の赤外光をキャッチして放射温度計１３により温度を測定する。

なお、基板としては、シリコン、サファイア、酸化亜鉛等を使用でき、均熱板としてグラファイト、ＳｉＣ、インコネル、Ｎｉを使用できる。

上記のように本発明のレーザによる成膜装置においては、基板２の背後に水冷されたヒートシンク板１１を設けたので、基板２から漏れたレーザ光は、ヒートシンク板１１に当り、熱となって吸収される。従って、漏れレーザ光は少なくなるため、基板２以外の箇所へ当ることがなくなり、装置が局所的に熱衝撃を受けることがなく、装置の損傷を防止できる。

なお、上記ヒートシンク板１１には、基板サイズと同等以上の穴を有しているからこの穴を通じる赤外線から基板温度を測定できる。

上記真空チャンバ１のプロセスウインドウ４としては、反射防止膜を設けた石英窓が適している。基板の種類によっては、基板ホルダに基板と均熱板を重ね、レーザ光を均熱板に照射し、均熱板からの輻射熱並びに伝導熱で基板を加熱する。

本発明で用いるレーザは、連続発振の高出力半導体レーザ装置で、１ｋＷ以上の高出力のもので、広域に亘ってレーザ光の強度が均一なものとする。本発明では、基板に照射されるレーザ光は、デフォーカスされたレーザ光を対象にしているが、平行光あるいはフォーカス光の場合にも適用できるものである。

本発明のレーザによる成膜装置の正面図である。 本発明の他の実施例のレーザによる成膜装置の正面図である。 本発明のレーザによる成膜装置のヒートシンク板の平面図である。 図３示すヒートシンク板の他の実施例の平面図である。 図３示すヒートシンク板の他の実施例の平面図である。 図３示すヒートシンク板の他の実施例の平面図である。 従来のレーザによる成膜装置の説明図である。

符号の説明

１ 真空チャンバ
２ 基板
３ 基板載置部
４ プロセスウインドウ
５ マスフロー
６ 排気ポンプ
７ 圧力制御バルブ
８ 連続発振高出力半導体レーザ発振器
９ レーザ光（デフォーカス光）
１０ 光学レンズ部
１１ ヒートシンク板
１２ 赤外線透過窓
１３ 放射温度計

Claims (3)

1. 真空チャンバ内に基板を取り付け、真空チャンバの外部から真空チャンバの窓を通して、高出力半導体レーザ光を基板に直接照射して基板を加熱し、基板上に膜を形成する成膜装置において、基板に照射するレーザ光をデフォーカス光とし、基板から漏れたレーザ光を吸収するために、真空チャンバ内で基板の背後に水冷ヒートシンクを設けたことを特徴とするレーザによる成膜装置。
2. 真空チャンバ内に基板を取り付け、真空チャンバの外部から真空チャンバの窓を通して、高出力半導体レーザ光を均熱板を介して基板に照射して加熱し、基板上に膜を形成する成膜装置において、基板に照射するレーザ光をデフォーカス光とし、基板から漏れたレーザ光を吸収するために、真空チャンバ内で基板の背後に水冷ヒートシンクを設けたことを特徴とする請求項１記載のレーザによる成膜装置。
3. 上記ヒートシンクが基板サイズと同等以上の穴を有していることを特徴とする請求項１または２記載のレーザによる成膜装置。

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