JP2006278846A - 基板加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の基板加熱装置は基板を支持するサセプターを回転して、基板の温度分布を均一にしていたが、サセプターの回転部分の真空シールが難しく、超高真空状態を長期間安定して維持することが難しかった。また、上記真空チャンバ内にプロセスガスを導入する際、上記サセプターの回転によって気流の乱れが生じたり、回転により静電気が生じたり、基板８上に微粒子が付着してしまうなどの欠点があった。
【解決手段】 本発明の基板加熱装置は、真空チャンバと、上記真空チャンバの壁に設けたレーザ光透過窓と、上記真空チャンバの外部に設けた半導体レーザ発振器と、上記半導体レーザ発振器をそのレーザ光軸の回りに回動せしめる回動手段及びまたはレーザ光軸に直交する方向に往復動せしめる往復運動手段と、上記真空チャンバ内に設けた基板保持具とよりなり、上記半導体レーザ発振器より発したレーザ光を上記レーザ光透過窓を介して上記基板保持部に保持した基板に照射せしめ、上記基板を加熱せしめることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は基板加熱装置、特に半導体基板等を均一に加熱できる基板加熱装置に関するものである。

図３は従来の基板加熱装置を示し、１は真空チャンバ、２は上記真空チャンバ１内に設けたチューブ、３はこのチューブ２によって囲まれる基板加熱処理空間、４は上記真空チャンバ１と上記チューブ２との間に設けた複数のハロゲンランプ、５は半導体基板出入口扉、６は上記空間３内に配置したサセプター、７は上記チューブ２及び真空チャンバ１を貫通して上記真空チャンバ１外に突出した上記サセプターの回転軸、８は上記サセプター６に支持される半導体基板、９は上記サセプター６の回転軸７を回転せしめる回転機構、１０は上記基板加熱処理空間３の温度制御を行うパイロメータ、１１は上記回転軸７と上記真空チャンバ１及び上記チューブ２の真空シールである。

上記従来の基板加熱装置においては、上記回転機構９により上記サセプター６を回転せしめながら上記ハロゲンランプ４により上記基板８を加熱し、上記基板８の温度分布を均一にしていた。このような基板加熱装置としては特許文献１に記載されたものがある。
特開平５−１５２３０７号

然しながら、上記従来の基板加熱装置においては、上記サセプター６の回転軸７の真空シールが難しく、超高真空状態を長期間安定して維持することが難しかった。

また、上記真空チャンバ１内にプロセスガスを導入する際、上記サセプター６の回転によって気流の乱れが生じたり、回転により静電気が生じたり、基板８上に微粒子が付着してしまうなどの欠点があった。

本発明は上記の欠点を除くようにしたものである。

本発明の基板加熱装置は、真空チャンバと、上記真空チャンバの壁に設けたレーザ光透過窓と、上記真空チャンバの外部に設けた半導体レーザ発振器と、上記半導体レーザ発振器をそのレーザ光軸の回りに回動せしめる回動手段と、上記真空チャンバ内に設けた基板保持具とよりなり、上記半導体レーザ発振器より発したレーザ光を上記レーザ光透過窓を介して上記基板保持部に保持した基板に照射せしめ、上記基板を加熱せしめることを特徴とする。

また、本発明の基板加熱装置は、真空チャンバと、上記真空チャンバの壁に設けたレーザ光透過窓と、上記真空チャンバの外部に設けた半導体レーザ発振器と、上記半導体レーザ発振器をそのレーザ光軸に直交する方向に往復運動せしめる往復運動手段と、上記真空チャンバ内に設けた基板保持具とよりなり、上記半導体レーザ発振器より発したレーザ光を上記レーザ光透過窓を介して上記基板保持部に保持した基板に照射せしめ、上記基板を加熱せしめることを特徴とする。

また、本発明の基板加熱装置は、真空チャンバと、上記真空チャンバの壁に設けたレーザ光透過窓と、上記真空チャンバの外部に設けた半導体レーザ発振器と、上記半導体レーザ発振器をそのレーザ光軸の回りに回動せしめる回動手段と、上記半導体レーザ発振器をそのレーザ光軸に直交する方向に往復運動せしめる往復運動手段と、上記真空チャンバ内に設けた基板保持具とよりなり、上記半導体レーザ発振器より発したレーザ光を上記レーザ光透過窓を介して上記基板保持部に保持した基板に照射せしめ、上記基板を加熱せしめることを特徴とする。

また、本発明の基板加熱装置は、上記レーザ光透過窓と、上記半導体レーザ発振器を保持するホルダが上記真空チャンバに形成した開口部に着脱自在な、蓋に固定されていることを特徴とする。

また、本発明の基板加熱装置は、上記半導体レーザ発振器がレーザダイオードバーを複数積層して形成せしめたことを特徴とする。

また、本発明の基板加熱装置は、上記真空チャンバがその壁に設けた放射温度計用の赤外線透過窓を更に有することを特徴とする。

本発明の基板加熱装置によれば、真空チャンバ内に基板を設け、加熱源のレーザを回動または往復運動させることにより、基板に照射されるレーザ分布は一様になり、基板上に均一の膜を形成せしめることができるという大きな利益がある。

以下図面によって本発明の実施例を説明する。

本発明の基板加熱装置は、真空チャンバ１と、上記真空チャンバ１の上面の壁に設けた開口部１２と、上記開口部１２を気密に塞ぐ、レーザ光透過窓１３を有する着脱自在の蓋１４と、上記蓋１４の上面に固定したレーザ発振器ホルダ１５と、上記ホルダ１５にベアリング１６を介して、そのレーザ光軸の周りに回動自在に設けた連続発振高出力ダイレクト半導体レーザ発振器１７と、上記レーザ発振器１７のレーザ出口側に固定した光学レンズ系１８と、上記ホルダ１５に設けた、上記レーザ発振器１７を例えば回転速度５〜３０ｒｐｍで回動せしめるモータ１９と、上記レーザ発振器１７の回転軸と上記モータ１９の駆動軸との間に張設したベルト２０と、上記蓋１４の裏面に支持棒２１を介して固定した基板保持具２２とよりなる。

また、必要に応じてレーザ光や照射面積を調整するためのレーザ光の絞り２３を上記支持棒２１の下端と上記基板保持具２２間に設ける。上記絞り２３は熱伝導のよい材料で構成し、表面をセラミックコートするのが好ましい。

また、上記真空チャンバ１の下面の壁に基板サイズ以上の大きさの赤外線透過窓２４を設け、この透過窓２４の下方に設けた放射温度計２５により、上記赤外線透過窓２４を介して上記基板８から発する赤外線から温度を測定するようにする。上記赤外線透過窓２４の材料としてはフッ化バリウム、サファイア、フッ化カルシウム、ゲルマニウム、セレン化亜鉛等が好ましい。

また、上記基板８としてはシリコン、サファイア、酸化亜鉛等を用いる。

なお、２６は上記真空チャンバ１の側方に設けた副室、２７は上記真空チャンバ１と上記副室２６間を気密に遮断可能な開閉自在なゲートバルブ、２８は上記副室２６に設けた試料交換用ポート、２９は上記副室２６内に設けた、基板８を上記副室２６内から上記真空チャンバ１内に搬送せしめる搬送手段、３０は上記副室２６に設けた補助排気系である。

また、上記連続発振高出力ダイレクト半導体レーザ発振器１７はレーザダイオードバーを複数積層せしめて形成し、１ｋＷ以上の高出力のものとする。

また、上記レーザ発振器ホルダ１５は上記レーザ発振器１７の高さを調整ができ、上記支持棒２１は上記基板保持具２２の高さを調整ができるものであることが好ましい。

また、上記レーザ光透過窓１３は反射防止膜を設けた高純度石英が好ましく、窓直径は少なくとも基板の直径以上とするのが好ましい。

また、上記モータ１９の回転速度は定速でも可変速でもよく、また、加熱温度、加熱時間に応じて変化せしめてもよく、また、上記モータ１９の回動は一定方向の回転のほか逆回転としてもよい。

本発明の基板加熱装置は上記のような構成であるから、上記蓋１４を上記真空チャンバ１から外した状態で、上記レーザ発振器ホルダ１５及び上記支持棒２１を操作して、上記基板８とレーザ発振器１７の位置関係を正確に定めた後、上記蓋１４を上記真空チャンバ１に取り付け、上記真空チャンバ１内を高真空とし、上記モータ１９により上記レーザ発振器を回動せしめ、上記レーザ発振器１７からレーザ光を発し、上記レーザ光透過窓１３を介して上記真空チャンバ１内の基板８に照射し加熱せしめ、上記基板８上に成膜せしめる。

なお、上記レーザ発振器１７から出たレーザ光を上記光学レンズ系１８で所定のサイズにデフォーカスして、そのデフォーカス光を回転させながら基板に照射せしめてもよい。

本発明によれば、例えば１．２ｋＷ出力の半導体レーザを用いれば、真空中で２インチ基板を１分以内に１０００℃まで温度上昇せしめることができる。

また、本発明によれば、蓋１４にレーザ発振器１７のホルダ１５と、基板保持具２２を固定せしめたので、蓋１４を取り外して、基板８とレーザ発振器１７の相対位置を正確に位置調整できるので、調整のための作業時間を著しく短縮することができる。

また、真空チャンバ１の下部に赤外線透過窓２５を設け、基板温度を放射温度計で測定できるようにしたので、リアルタイムで基板温度並びに温度分布を測定できる。

また、真空チャンバ１内の基板を固定し、加熱源のレーザを回動させることにより、基板に照射されるレーザ分布は一様になり、基板上に均一の膜を形成せしめることができる。

また、従来の基板を回転させる基板加熱装置とは異なり、回転軸のための真空シールを不要とし、また、基板の回転の偏心による加熱ムラを防止することができる。

また、基板の回転に伴うプロセスガス等の気流の乱れ、静電気の発生、塵埃の発生の恐れがない。

また、基板の形状が円形でも、矩形でも、加熱することができる。

また、レーザダイオードバーを複数積層せしめたレーザ発振器１７からの出射レーザ光は速軸方向（レーザバーの積み上げ方向）と遅軸方向（速軸に直角な方向）では、レーザの射出角度が異なり、このため、レーザのエネルギー分布が速軸と遅軸で異なるため、基板の均一加熱が難しいが、本発明においては、基板に照射するレーザ光を回転させつつ、基板に照射して加熱することによって、レーザ光の速軸方向、遅軸方向のエネルギー分布の違いによる影響を解消し、基板の温度分布を均一にすることができる。なお、レーザの遅軸方向と速軸方向とは９０度異なるからレーザ光を９０度往復回転せしめても同様の効果が得られる。また、これによりレーザ発振器の設計が容易になり、基板加熱装置を安価に提供できるようになる。

また、基板が静置しているので、加熱中、基板から発する赤外線を放射温度計で正確に捉えることができるので、正しい基板温度及び基板の温度分布を測定することができる。

図２は本発明の第２の実施例を示し、この第２の実施例においては、上記第１の実施例のベアリング１８、モータ１９及びベルト２０により上記レーザ発振器１７を回動せしめる代わりに、上記ホルダ１５にスライド機構部３１を介して、そのレーザ光軸に直交する方向にスライド自在にレーザ発振器１７を設け、上記スライド機構部３１により上記レーザ発振器１７を往復運動せしめる。

なお、上記レーザ発振器の往復運動は定速でも可変速でもよく、また、加熱温度、加熱時間に応じて変化せしめてもよい。また、往復運動の振幅も一定振幅でも良く、任意の振幅でもよい。

本発明の基板加熱装置においても、レーザ分布を一様にでき、基板上に均一の膜を形成せしめることができる。

また、基板に照射できる領域を拡大することができる。

なお、上記第２の実施例のスライド機構部３１に加えて、上記第１の実施例の回動手段を設け、上記ホルダ１５に対して上記レーザ発振器１７を往復運動するとともに回動せしめるようにしてもよい。

本発明の基板加熱装置の縦断側面図である。 本発明の基板加熱装置の他の実施例の縦断側面図である。 従来の基板加熱装置の縦断側面図である。

符号の説明

１ 真空チャンバ
２ チューブ
３ 基板加熱処理空間
４ ハロゲンランプ
５ 半導体基板出入口扉
６ サセプター
７ 回転軸
８ 半導体基板
９ 回転機構
１０ パイロメータ
１１ 真空シール
１２ 開口部
１３ レーザ光透過窓
１４ 蓋
１５ レーザ発振器ホルダ
１６ ベアリング
１７ レーザ発振器
１８ 光学レンズ系
１９ モータ
２０ ベルト
２１ 支持棒
２２ 基板保持具
２３ レーザ光の絞り
２４ 赤外線透過窓
２５ 放射温度計
２６ 副室
２７ ゲートバルブ
２８ 試料交換用ポート
２９ 搬送手段
３０ 補助排気系
３１ スライド機構部

Claims (6)

1. 真空チャンバと、上記真空チャンバの壁に設けたレーザ光透過窓と、上記真空チャンバの外部に設けた半導体レーザ発振器と、上記半導体レーザ発振器をそのレーザ光軸の回りに回動せしめる回動手段と、上記真空チャンバ内に設けた基板保持具とよりなり、上記半導体レーザ発振器より発したレーザ光を上記レーザ光透過窓を介して上記基板保持部に保持した基板に照射せしめ、上記基板を加熱せしめることを特徴とする基板加熱装置。
2. 真空チャンバと、上記真空チャンバの壁に設けたレーザ光透過窓と、上記真空チャンバの外部に設けた半導体レーザ発振器と、上記半導体レーザ発振器をそのレーザ光軸に直交する方向に往復運動せしめる往復運動手段と、上記真空チャンバ内に設けた基板保持具とよりなり、上記半導体レーザ発振器より発したレーザ光を上記レーザ光透過窓を介して上記基板保持部に保持した基板に照射せしめ、上記基板を加熱せしめることを特徴とする基板加熱装置。
3. 真空チャンバと、上記真空チャンバの壁に設けたレーザ光透過窓と、上記真空チャンバの外部に設けた半導体レーザ発振器と、上記半導体レーザ発振器をそのレーザ光軸の回りに回動せしめる回動手段と、上記半導体レーザ発振器をそのレーザ光軸に直交する方向に往復運動せしめる往復運動手段と、上記真空チャンバ内に設けた基板保持具とよりなり、上記半導体レーザ発振器より発したレーザ光を上記レーザ光透過窓を介して上記基板保持部に保持した基板に照射せしめ、上記基板を加熱せしめることを特徴とする基板加熱装置。
4. 上記レーザ光透過窓と、上記半導体レーザ発振器を保持するホルダが上記真空チャンバに形成した開口部に着脱自在な、蓋に固定されていることを特徴とする請求項１、２または３記載の基板加熱装置。
5. 上記半導体レーザ発振器がレーザダイオードバーを複数積層して形成せしめたことを特徴とする請求項１、２、３または４記載の基板加熱装置。
6. 上記真空チャンバがその壁に設けた放射温度計用の赤外線透過窓を更に有することを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載の基板加熱装置。

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