JP2986742B2 - 真空内基板加熱装置 - Google Patents
真空内基板加熱装置Info
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- JP2986742B2 JP2986742B2 JP8244536A JP24453696A JP2986742B2 JP 2986742 B2 JP2986742 B2 JP 2986742B2 JP 8244536 A JP8244536 A JP 8244536A JP 24453696 A JP24453696 A JP 24453696A JP 2986742 B2 JP2986742 B2 JP 2986742B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、真空蒸着装置等に
おいて、真空チェンバー内部に配置された半導体ウエハ
等の基板を所望の温度に加熱する真空内基板加熱装置に
関する。
おいて、真空チェンバー内部に配置された半導体ウエハ
等の基板を所望の温度に加熱する真空内基板加熱装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば真空蒸着装置は、真空チェンバー
内部に配置された蒸発材料を加熱して溶融蒸発または昇
華させ、これにより発生した原子または分子線を真空チ
ェンバー内部に配置された半導体ウエハなどの基板上に
被着させることにより、基板表面に薄膜を形成するもの
である。ここで、良質な薄膜を成長させるための最も重
要なファクターは、真空チェンバー内部に配置された基
板の加熱温度、すなわち、基板温度の制御である。例え
ば、シリコンの単結晶基板上に他の物質を蒸着してエピ
タキシャル成長を行う場合、最初に真空中で基板を１０
００〜１３００℃の高温に加熱し、シリコン表面の酸化
膜である二酸化珪素を分解昇華させて結晶表面を露出さ
せる前処理が必要である。その後、基板の加熱温度が５
００〜６００℃まで降下されてエピタキシャル成長が行
なわれる。
内部に配置された蒸発材料を加熱して溶融蒸発または昇
華させ、これにより発生した原子または分子線を真空チ
ェンバー内部に配置された半導体ウエハなどの基板上に
被着させることにより、基板表面に薄膜を形成するもの
である。ここで、良質な薄膜を成長させるための最も重
要なファクターは、真空チェンバー内部に配置された基
板の加熱温度、すなわち、基板温度の制御である。例え
ば、シリコンの単結晶基板上に他の物質を蒸着してエピ
タキシャル成長を行う場合、最初に真空中で基板を１０
００〜１３００℃の高温に加熱し、シリコン表面の酸化
膜である二酸化珪素を分解昇華させて結晶表面を露出さ
せる前処理が必要である。その後、基板の加熱温度が５
００〜６００℃まで降下されてエピタキシャル成長が行
なわれる。
【０００３】ところで、従来における真空チェンバー内
部での基板の加熱は、モリブデン製の金属ブロックから
なる基板ホルダーにシリコン基板を強固に固定し、この
シリコン基板の裏側にタンタル箔や導電性セラミック製
の通電加熱ヒータを配置し、このヒータによる抵抗加熱
により基板を所望の温度に加熱することが行われてい
た。
部での基板の加熱は、モリブデン製の金属ブロックから
なる基板ホルダーにシリコン基板を強固に固定し、この
シリコン基板の裏側にタンタル箔や導電性セラミック製
の通電加熱ヒータを配置し、このヒータによる抵抗加熱
により基板を所望の温度に加熱することが行われてい
た。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の真空チェンバー内部における基板の加熱手段では、
加熱するシリコン基板は、通電により前記加熱ヒータか
ら発せられる温度１０００〜１５００℃程度の赤外線に
対する吸収率が小さいため、その昇温が難しい。このた
め、前述のように、金属ブロックからなる基板ホルダー
全体を昇温し、この基板ホルダーからの熱伝導によって
所望の加熱温度を得ていた。ところが、前記のような高
温に加熱するためには、大きな加熱電力を必要とし、し
かも所望の温度に加熱して昇温するまでに長時間を要す
る。加えて、このような従来の加熱方法では、温度設定
の応答性や温度分布も悪く、さらに基板周辺部分の温度
上昇によるガスの放出が伴うので、真空度の低下を招く
などの問題点が指摘されていた。
来の真空チェンバー内部における基板の加熱手段では、
加熱するシリコン基板は、通電により前記加熱ヒータか
ら発せられる温度１０００〜１５００℃程度の赤外線に
対する吸収率が小さいため、その昇温が難しい。このた
め、前述のように、金属ブロックからなる基板ホルダー
全体を昇温し、この基板ホルダーからの熱伝導によって
所望の加熱温度を得ていた。ところが、前記のような高
温に加熱するためには、大きな加熱電力を必要とし、し
かも所望の温度に加熱して昇温するまでに長時間を要す
る。加えて、このような従来の加熱方法では、温度設定
の応答性や温度分布も悪く、さらに基板周辺部分の温度
上昇によるガスの放出が伴うので、真空度の低下を招く
などの問題点が指摘されていた。
【０００５】そこで、本発明は、前記のような従来技術
における問題点に鑑みてなされたものであり、その目的
は、大きな加熱電力を必要とせず、比較的短時間で基板
の所望温度までの加熱が可能であり、温度設定の応答性
や温度分布も良好で、しかも基板周囲の温度上昇による
ガス放出に伴う真空度の低下等を招き難い真空内基板加
熱装置を提供することである。
における問題点に鑑みてなされたものであり、その目的
は、大きな加熱電力を必要とせず、比較的短時間で基板
の所望温度までの加熱が可能であり、温度設定の応答性
や温度分布も良好で、しかも基板周囲の温度上昇による
ガス放出に伴う真空度の低下等を招き難い真空内基板加
熱装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明では、前記の目的
を達成するため、基板１００を加熱する手段として、熱
陰極フィラメント１６の抵抗加熱により、放射赤外線を
利用して基板１００を加熱する手段と、熱陰極フィラメ
ント１６から発生する熱電子を基板１００に衝突させ
て、その衝撃により加熱する電子衝撃加熱手段とを併用
し、これらを切り替えて使用できるようにした。これに
より、基板１００を１０００〜１３００℃の高温域と、
５００〜６００℃の比較的低い温度域の双方に安定し
て、且つ速やかに加熱できるようにした。さらに、前記
熱陰極フィラメント１６から発生する熱電子を基板１０
０を囲むシールド電極１４に衝突させることができるよ
うにし、その衝撃によりシールド電極１４を加熱して高
温でベーキングできるようにし、それに吸着されている
ガス分子を速やかに放出できるようにした。
を達成するため、基板１００を加熱する手段として、熱
陰極フィラメント１６の抵抗加熱により、放射赤外線を
利用して基板１００を加熱する手段と、熱陰極フィラメ
ント１６から発生する熱電子を基板１００に衝突させ
て、その衝撃により加熱する電子衝撃加熱手段とを併用
し、これらを切り替えて使用できるようにした。これに
より、基板１００を１０００〜１３００℃の高温域と、
５００〜６００℃の比較的低い温度域の双方に安定し
て、且つ速やかに加熱できるようにした。さらに、前記
熱陰極フィラメント１６から発生する熱電子を基板１０
０を囲むシールド電極１４に衝突させることができるよ
うにし、その衝撃によりシールド電極１４を加熱して高
温でベーキングできるようにし、それに吸着されている
ガス分子を速やかに放出できるようにした。
【０００７】すなわち、本発明による真空内基板加熱装
置は、前記基板１００の蒸着面の裏面側に配置された熱
陰極フィラメント１６と、この熱陰極フィラメント１６
に加熱電流を供給するフィラメント加熱電源１１０と、
前記基板１００と前記熱陰極フィラメント１６とにそれ
ぞれが正電位と負電位となるよう加速電圧を印加するボ
ンバート電源１３０と、この加速電圧を印加し、または
その印加を停止する切替手段とを備えたことを特徴とす
るものである。
置は、前記基板１００の蒸着面の裏面側に配置された熱
陰極フィラメント１６と、この熱陰極フィラメント１６
に加熱電流を供給するフィラメント加熱電源１１０と、
前記基板１００と前記熱陰極フィラメント１６とにそれ
ぞれが正電位と負電位となるよう加速電圧を印加するボ
ンバート電源１３０と、この加速電圧を印加し、または
その印加を停止する切替手段とを備えたことを特徴とす
るものである。
【０００８】このような真空内基板加熱装置では、フィ
ラメント加熱電源１１０から熱陰極線フィラメント１６
に加熱電流を供給し、抵抗加熱することで、その放射赤
外線により基板１００を加熱できる。他方、切替手段に
よる切替により、ボンバート電源１３０で前記基板１０
０と前記熱陰極フィラメント１６とにそれぞれが正電位
と負電位となるよう加速電圧を印加することができる。
この状態では、熱陰極フィラメント１６から発生する熱
電子を加速して基板１００の衝突させ、同基板１００を
電子衝撃により加熱することもできる。前者では、基板
１００を５００〜６００℃の比較的低い温度域に安定し
て加熱することができる一方、後者では、基板１００を
１０００〜１３００℃の高温域に速やかに加熱できる。
ラメント加熱電源１１０から熱陰極線フィラメント１６
に加熱電流を供給し、抵抗加熱することで、その放射赤
外線により基板１００を加熱できる。他方、切替手段に
よる切替により、ボンバート電源１３０で前記基板１０
０と前記熱陰極フィラメント１６とにそれぞれが正電位
と負電位となるよう加速電圧を印加することができる。
この状態では、熱陰極フィラメント１６から発生する熱
電子を加速して基板１００の衝突させ、同基板１００を
電子衝撃により加熱することもできる。前者では、基板
１００を５００〜６００℃の比較的低い温度域に安定し
て加熱することができる一方、後者では、基板１００を
１０００〜１３００℃の高温域に速やかに加熱できる。
【０００９】この場合、前記基板１００を針金状の導電
部材からなる基板ホルダー１０に保持し、この基板ホル
ダー１０を介して前記ボンバート電源１３０から基板１
００に加速電圧を印加する。このような基板ホルダー１
０の熱容量は小さいので、その熱的な影響を殆ど無視し
得る程度とすることができる。また、前記の基板１００
の加熱温度は、前記基板１００と前記熱陰極フィラメン
ト１６との間に、前記基板の加熱温度を検出する手段、
例えば熱電対１９を設けることにより測定できる。
部材からなる基板ホルダー１０に保持し、この基板ホル
ダー１０を介して前記ボンバート電源１３０から基板１
００に加速電圧を印加する。このような基板ホルダー１
０の熱容量は小さいので、その熱的な影響を殆ど無視し
得る程度とすることができる。また、前記の基板１００
の加熱温度は、前記基板１００と前記熱陰極フィラメン
ト１６との間に、前記基板の加熱温度を検出する手段、
例えば熱電対１９を設けることにより測定できる。
【００１０】さらに、基板１００及び熱陰極フィラメン
ト１６を、シールド電極１４により囲むことで、衝撃電
子が周囲の部分に及ばず、周囲の電子衝撃が防止でき
る。前記切替手段としては、前記ボンバート電源１３０
により前記基板１００と前記熱陰極フィラメント１６と
の間に加速電圧を印加する回路に設けられたスイッチ１
２０が使用できる。そして、このスイッチ１２０等の切
替手段により、前記ボンバート電源１３０による加速電
圧の正電位側を、前記基板１００と前記シールド電極１
４とに選択的に切り替えることができるようにすると、
基板１００の加熱だけでなく、シールド電極１４に電子
を衝突させて加熱することにより、そのベーキングを行
うことができる。これにより、シールド電極１４に吸着
されたガス分子を予め放出し、基板１００の高温加熱時
のシールド電極１４からのガス放出を防止することがで
きる。
ト１６を、シールド電極１４により囲むことで、衝撃電
子が周囲の部分に及ばず、周囲の電子衝撃が防止でき
る。前記切替手段としては、前記ボンバート電源１３０
により前記基板１００と前記熱陰極フィラメント１６と
の間に加速電圧を印加する回路に設けられたスイッチ１
２０が使用できる。そして、このスイッチ１２０等の切
替手段により、前記ボンバート電源１３０による加速電
圧の正電位側を、前記基板１００と前記シールド電極１
４とに選択的に切り替えることができるようにすると、
基板１００の加熱だけでなく、シールド電極１４に電子
を衝突させて加熱することにより、そのベーキングを行
うことができる。これにより、シールド電極１４に吸着
されたガス分子を予め放出し、基板１００の高温加熱時
のシールド電極１４からのガス放出を防止することがで
きる。
【００１１】
【発明の実施の形態】次に、図面を参照しながら、本発
明の実施の形態について、具体的且つ詳細に説明する。
まず、図４に真空チェンバー内部に配置された蒸発材料
を加熱によって溶融蒸発または昇華させて、真空チェン
バー内部に配置された半導体ウエハなどの基板１００上
に凝着させることにより薄膜を形成する、いわゆる、成
膜装置の一部が示されている。この成膜装置では、真空
チェンバー１の内部に、蒸発材料を加熱して溶融蒸発ま
たは昇華させて原子または分子線（ここでは、ＦｅＳｉ
2（鉄シリサイド分子）を形成する蒸発源２と、その下
方に配置された基板加熱装置３とを備えている。
明の実施の形態について、具体的且つ詳細に説明する。
まず、図４に真空チェンバー内部に配置された蒸発材料
を加熱によって溶融蒸発または昇華させて、真空チェン
バー内部に配置された半導体ウエハなどの基板１００上
に凝着させることにより薄膜を形成する、いわゆる、成
膜装置の一部が示されている。この成膜装置では、真空
チェンバー１の内部に、蒸発材料を加熱して溶融蒸発ま
たは昇華させて原子または分子線（ここでは、ＦｅＳｉ
2（鉄シリサイド分子）を形成する蒸発源２と、その下
方に配置された基板加熱装置３とを備えている。
【００１２】図１に本発明の一の実施の形態である真空
内基板加熱装置が示されいる。この図示の基板加熱装置
には、基板ホルダー１０が備えられており、この基板ホ
ルダーは、例えば直径０．８ｍｍの針金状のタンタル線
からなる４本のアーム１１、１１…を、それらの中央部
に配置した直径１．２ｍｍの同じくタンタル製の中央支
持棒１２の上端に溶接して構成されている。また、これ
ら４本のタンタル線からなるアーム１１は、それぞれそ
の先端に「Ｕ」あるいは「Ｖ」字状のガイド部１３、１
３…が形成され、全体としてアルファベットの「Ｙ」字
形状となっている。図２は、前記ガイド部１３、１３…
により、例えば２ｃｍ×２ｃｍ角のシリコンウエハから
なる基板１００を支持している状態を示している。この
図から明らかなように、この基板１００は、蒸着面を上
方に向けて、その四方角部を前記基板ホルダー１０のガ
イド部１３、１３…により下方から４点支持される。な
お、この基板１００の形状は、前記の角状に限定される
ことなく、これを例えば円盤状であってもよく、その場
合は、例えば図３に示すように、前記のアーム１１を３
本を中央支持棒１２の上端に等角度で溶接し、Ｌ型アー
ムの３点支持の構造とすることも可能である。
内基板加熱装置が示されいる。この図示の基板加熱装置
には、基板ホルダー１０が備えられており、この基板ホ
ルダーは、例えば直径０．８ｍｍの針金状のタンタル線
からなる４本のアーム１１、１１…を、それらの中央部
に配置した直径１．２ｍｍの同じくタンタル製の中央支
持棒１２の上端に溶接して構成されている。また、これ
ら４本のタンタル線からなるアーム１１は、それぞれそ
の先端に「Ｕ」あるいは「Ｖ」字状のガイド部１３、１
３…が形成され、全体としてアルファベットの「Ｙ」字
形状となっている。図２は、前記ガイド部１３、１３…
により、例えば２ｃｍ×２ｃｍ角のシリコンウエハから
なる基板１００を支持している状態を示している。この
図から明らかなように、この基板１００は、蒸着面を上
方に向けて、その四方角部を前記基板ホルダー１０のガ
イド部１３、１３…により下方から４点支持される。な
お、この基板１００の形状は、前記の角状に限定される
ことなく、これを例えば円盤状であってもよく、その場
合は、例えば図３に示すように、前記のアーム１１を３
本を中央支持棒１２の上端に等角度で溶接し、Ｌ型アー
ムの３点支持の構造とすることも可能である。
【００１３】前記の基板ホルダー１０の周囲と下方は、
上方を開口したタンタル製のボックス形のシールド電極
１４に囲まれ、基板ホルダー１０の中心から下に延びる
中央支持棒１２が、前記シールド電極１４の底壁中央の
貫通孔１５を貫通している。さらに、このボックス形の
シールド電極１４の底壁と基板ホルダー１０との間に基
板加熱用の熱陰極フィラメント１６が配置されている。
この熱陰極フィラメント１６は、例えば、直径０．３ｍ
ｍ、長さ約８０ｍｍのタングステン線からなり、図２に
一点鎖線で示すように、線間約４ｍｍで配設されてい
る。図１に示すように、この熱陰極フィラメント１６
は、前記ボックス形のシールド電極１４の底壁に設けら
れた貫通孔１７、１７を貫通して植設された電極棒１
８、１８の間に接続され、且つ支持されており、この電
極棒１８、１８を介して装置の外部に設けられたフィラ
メント加熱電源１１０から加熱用電流が供給される。こ
の加熱用電流の電流値は、フィラメント加熱電源回路の
電流計１１１により測定される。また、この熱陰極フィ
ラメント１６の周囲を取り囲むように設けられた前記ボ
ックス形のシールド電極１４により、熱陰極フィラメン
ト１６から放射される熱電子や赤外線の真空チェンバー
の他の部分への放散が防止される。
上方を開口したタンタル製のボックス形のシールド電極
１４に囲まれ、基板ホルダー１０の中心から下に延びる
中央支持棒１２が、前記シールド電極１４の底壁中央の
貫通孔１５を貫通している。さらに、このボックス形の
シールド電極１４の底壁と基板ホルダー１０との間に基
板加熱用の熱陰極フィラメント１６が配置されている。
この熱陰極フィラメント１６は、例えば、直径０．３ｍ
ｍ、長さ約８０ｍｍのタングステン線からなり、図２に
一点鎖線で示すように、線間約４ｍｍで配設されてい
る。図１に示すように、この熱陰極フィラメント１６
は、前記ボックス形のシールド電極１４の底壁に設けら
れた貫通孔１７、１７を貫通して植設された電極棒１
８、１８の間に接続され、且つ支持されており、この電
極棒１８、１８を介して装置の外部に設けられたフィラ
メント加熱電源１１０から加熱用電流が供給される。こ
の加熱用電流の電流値は、フィラメント加熱電源回路の
電流計１１１により測定される。また、この熱陰極フィ
ラメント１６の周囲を取り囲むように設けられた前記ボ
ックス形のシールド電極１４により、熱陰極フィラメン
ト１６から放射される熱電子や赤外線の真空チェンバー
の他の部分への放散が防止される。
【００１４】前記基板ホルダー１０と前記シールド電極
１４との間に、温度測定手段としてシース形の熱電対１
９の測温接点側が配置されており、これにより基板１０
０の裏面側の温度計測が行われる。この熱電対１９の測
温接点側を前記ボックス形のシールド電極１４の内部の
空間に配置するため、このシールド電極１４の側壁にも
貫通孔２０が設けられ、この貫通孔２０を通して熱電対
１９の測温接点側がシールド電極１４内に挿入されてい
る。そして、これら基板ホルダー１０、熱陰極フィラメ
ント１６、シールド電極１４、及び熱電対１９は、それ
ぞれ互いに電気的に独立している。
１４との間に、温度測定手段としてシース形の熱電対１
９の測温接点側が配置されており、これにより基板１０
０の裏面側の温度計測が行われる。この熱電対１９の測
温接点側を前記ボックス形のシールド電極１４の内部の
空間に配置するため、このシールド電極１４の側壁にも
貫通孔２０が設けられ、この貫通孔２０を通して熱電対
１９の測温接点側がシールド電極１４内に挿入されてい
る。そして、これら基板ホルダー１０、熱陰極フィラメ
ント１６、シールド電極１４、及び熱電対１９は、それ
ぞれ互いに電気的に独立している。
【００１５】図１に示すように、例えば直流電源電圧Ｈ
Ｖ＝６００Ｖ程度のボンバート電源１３０が備えられて
おり、このボンバート電源１３０の負側の電極は、熱陰
極フィラメント１６に接続されている。また、ボンバー
ト電源１３０の正側の電極は、スイッチ１２０の切り替
えにより、同スイッチ１２０を介して選択的に基板ホル
ダー１０、シールド電極１４或いは浮遊電極の何れかに
接続される。図１において、接点Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3はスイ
ッチ１２０の３つの接点であり、スイッチ１２０が接点
Ｃ1 に切り替わると、ボンバート電源１３０の正の電極
が基板ホルダー１０に接続される。他方、スイッチ１２
０が接点Ｃ3 に切り替わると、ボンバート電源１３０の
正の電極がシールド電極１４に接続される。このとき、
基板１００及びシールド電極１４に流れる電子衝撃電流
値は、電流計１４０により測定される。また、スイッチ
１２０が接点Ｃ2 に切り替わると、ボンバート電源１３
０の正の電極が何にも接続されない中立した浮遊状態と
なる。
Ｖ＝６００Ｖ程度のボンバート電源１３０が備えられて
おり、このボンバート電源１３０の負側の電極は、熱陰
極フィラメント１６に接続されている。また、ボンバー
ト電源１３０の正側の電極は、スイッチ１２０の切り替
えにより、同スイッチ１２０を介して選択的に基板ホル
ダー１０、シールド電極１４或いは浮遊電極の何れかに
接続される。図１において、接点Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3はスイ
ッチ１２０の３つの接点であり、スイッチ１２０が接点
Ｃ1 に切り替わると、ボンバート電源１３０の正の電極
が基板ホルダー１０に接続される。他方、スイッチ１２
０が接点Ｃ3 に切り替わると、ボンバート電源１３０の
正の電極がシールド電極１４に接続される。このとき、
基板１００及びシールド電極１４に流れる電子衝撃電流
値は、電流計１４０により測定される。また、スイッチ
１２０が接点Ｃ2 に切り替わると、ボンバート電源１３
０の正の電極が何にも接続されない中立した浮遊状態と
なる。
【００１６】続いて、前記に詳細に説明した基板加熱装
置の動作について、以下に詳細に説明する。まず、前記
スイッチ１２０を接続点Ｃ3 に切り替え、シールド電極
１４が正電位に、熱陰極フィラメント１６が負電位にな
るよう、それらの間にボンバート電源１３０による加速
電圧を印加する。同時に、加熱電源であるフィラメント
加熱電源１１０から熱陰極フィラメント１６に電流を流
して赤熱させ、熱電子を放出する。この熱電子は、前記
加速電圧により加速され、正電位に印加されたシールド
電極１４に衝突するので、シールド電極１４が高温に加
熱され、それに吸着されたガス分子が放出される。
置の動作について、以下に詳細に説明する。まず、前記
スイッチ１２０を接続点Ｃ3 に切り替え、シールド電極
１４が正電位に、熱陰極フィラメント１６が負電位にな
るよう、それらの間にボンバート電源１３０による加速
電圧を印加する。同時に、加熱電源であるフィラメント
加熱電源１１０から熱陰極フィラメント１６に電流を流
して赤熱させ、熱電子を放出する。この熱電子は、前記
加速電圧により加速され、正電位に印加されたシールド
電極１４に衝突するので、シールド電極１４が高温に加
熱され、それに吸着されたガス分子が放出される。
【００１７】この操作により、シールド電極１４をベー
キングし、十分にガスの放出を行った後、前記スイッチ
１２０を接続点Ｃ1 に切り換える。すると、基板１００
が正電位に、熱陰極フィラメント１６が負電位になるよ
う、それらの間にボンバート電源１３０によ加速電圧が
印加される。この状態で、フィラメント加熱電源１１０
から熱陰極フィラメント１６に電流を流して赤熱させた
ままの状態とし、熱電子を放出する。この熱電子は、前
記加速電圧により加速され、正電位に印加された基板１
００に衝突し、基板１００の加熱が行われる。
キングし、十分にガスの放出を行った後、前記スイッチ
１２０を接続点Ｃ1 に切り換える。すると、基板１００
が正電位に、熱陰極フィラメント１６が負電位になるよ
う、それらの間にボンバート電源１３０によ加速電圧が
印加される。この状態で、フィラメント加熱電源１１０
から熱陰極フィラメント１６に電流を流して赤熱させた
ままの状態とし、熱電子を放出する。この熱電子は、前
記加速電圧により加速され、正電位に印加された基板１
００に衝突し、基板１００の加熱が行われる。
【００１８】例えば、この時の電子衝撃エミッション電
流と基板１００の加熱温度との関係の一例を図５のグラ
フに示す。このグラフから明らかなように、エミッショ
ン電流を１２０ｍＡ程度とすることによい、基板１００
を１０００〜１３００℃の高温域に速やかに加熱するこ
とができ、シリコンウエハ等の基板１００のベーキング
や、シリコン表面の酸化膜である二酸化珪素を分解昇華
させて結晶表面を露出させる前処理が容易に行える。
流と基板１００の加熱温度との関係の一例を図５のグラ
フに示す。このグラフから明らかなように、エミッショ
ン電流を１２０ｍＡ程度とすることによい、基板１００
を１０００〜１３００℃の高温域に速やかに加熱するこ
とができ、シリコンウエハ等の基板１００のベーキング
や、シリコン表面の酸化膜である二酸化珪素を分解昇華
させて結晶表面を露出させる前処理が容易に行える。
【００１９】次にこのような基板１００のベーキングや
前処理を行った後、前記スイッチ１２０を接続点Ｃ2 に
切り換える。すると、基板１００やシールド電極１４と
熱陰極フィラメント１６との間にボンバート電源からの
加速電圧が印加されないので、熱陰極フィラメント１６
の抵抗発熱による放射赤外線のみで基板１００が加熱さ
れる。従って、その時の基板１００の加熱温度は、加熱
電流のコントロールだけでコントロールすることができ
る。例えば、この時のフィラメント電流と基板温度との
関係の一例を、図６のグラフに示す。このグラフから明
らかなように、フィラメント電流を３〜４Ａ程度とする
ことにより、基板温度を５００〜６００℃とすることが
でき、この状態でエピタキシャル成長を行なうことがで
きる。
前処理を行った後、前記スイッチ１２０を接続点Ｃ2 に
切り換える。すると、基板１００やシールド電極１４と
熱陰極フィラメント１６との間にボンバート電源からの
加速電圧が印加されないので、熱陰極フィラメント１６
の抵抗発熱による放射赤外線のみで基板１００が加熱さ
れる。従って、その時の基板１００の加熱温度は、加熱
電流のコントロールだけでコントロールすることができ
る。例えば、この時のフィラメント電流と基板温度との
関係の一例を、図６のグラフに示す。このグラフから明
らかなように、フィラメント電流を３〜４Ａ程度とする
ことにより、基板温度を５００〜６００℃とすることが
でき、この状態でエピタキシャル成長を行なうことがで
きる。
【００２０】前記図５及び図６のグラフから明らかなよ
うに、前記のような基板加熱装置では、基板温度が電子
衝撃エミッション電流やフィラメント電流に対して直線
的に変化している。従って、図１に示した電流計１１
１、１４０により電子衝撃エミッション電流やフィラメ
ント電流を測定しながら、これら電子衝撃エミッション
電流やフィラメント電流の電流値を制御することによ
り、基板温度を正確に制御することが可能になることが
分かる。
うに、前記のような基板加熱装置では、基板温度が電子
衝撃エミッション電流やフィラメント電流に対して直線
的に変化している。従って、図１に示した電流計１１
１、１４０により電子衝撃エミッション電流やフィラメ
ント電流を測定しながら、これら電子衝撃エミッション
電流やフィラメント電流の電流値を制御することによ
り、基板温度を正確に制御することが可能になることが
分かる。
【００２１】例えば、図６のグラフに示すように、基板
に単結晶シリコンを用いる場合の蒸着時の基板温度は、
通常、１００〜７００℃に置かれることから、フィラメ
ント電流を制御することにより、基板１００の基板温度
を高精度にコントロールできる。これは、熱陰極フィラ
メント１６を構成するタングステンフィラメントが、電
子放射の起こる２０００℃以上に加熱して用いるため、
フィラメントからの赤外放射の色温度が高く、この赤外
線が基板１００に吸収されやすくなったためであり、こ
れにより、あまり大きな加熱電力を必要とせず、比較的
短時間で基板の所望温度までの加熱が可能となる。因み
に、従来は、大形のヒータが埋め込まれた基板ホルダー
に基板を密着させ、両方を略同温度で加熱するため、色
温度が低く、基板には赤外線が吸収されず、伝導加熱に
依存していた。
に単結晶シリコンを用いる場合の蒸着時の基板温度は、
通常、１００〜７００℃に置かれることから、フィラメ
ント電流を制御することにより、基板１００の基板温度
を高精度にコントロールできる。これは、熱陰極フィラ
メント１６を構成するタングステンフィラメントが、電
子放射の起こる２０００℃以上に加熱して用いるため、
フィラメントからの赤外放射の色温度が高く、この赤外
線が基板１００に吸収されやすくなったためであり、こ
れにより、あまり大きな加熱電力を必要とせず、比較的
短時間で基板の所望温度までの加熱が可能となる。因み
に、従来は、大形のヒータが埋め込まれた基板ホルダー
に基板を密着させ、両方を略同温度で加熱するため、色
温度が低く、基板には赤外線が吸収されず、伝導加熱に
依存していた。
【００２２】また、前記の真空内基板加熱装置の例で
は、基板ホルダー１０が針金状の導電部材により製作さ
れていることから、その熱容量が小さい。しかも、この
基板ホルダー１０は基板１００の裏側に配置されること
から、基板温度よりも高い温度となっている。そのた
め、基板ホルダー１０が基板１００に対しては点接触し
ており、この基板ホルダー１０を介して失われる熱は無
視することができる。従って、上述の加熱電力の低減や
加熱時間の短縮に加え、温度設定の応答性を良好にする
ことができる。さらに、前記のシールド電極１４は熱陰
極フィラメント１６からの輻射熱によりかなりの高温に
なるが、このシールド電極１４は、前記にも述べたよう
に、電子衝撃によ加熱して予めガス出しが行える。この
ため、高温に加熱されてもガスの放出により真空度の低
下を招くことなく、基板温度と略同温度になる。このこ
とからも、基板１００の冷却は、図１の上方への輻射に
よる冷却だけとなり、基板１００の温度の均一性も非常
に良好に保たれる。
は、基板ホルダー１０が針金状の導電部材により製作さ
れていることから、その熱容量が小さい。しかも、この
基板ホルダー１０は基板１００の裏側に配置されること
から、基板温度よりも高い温度となっている。そのた
め、基板ホルダー１０が基板１００に対しては点接触し
ており、この基板ホルダー１０を介して失われる熱は無
視することができる。従って、上述の加熱電力の低減や
加熱時間の短縮に加え、温度設定の応答性を良好にする
ことができる。さらに、前記のシールド電極１４は熱陰
極フィラメント１６からの輻射熱によりかなりの高温に
なるが、このシールド電極１４は、前記にも述べたよう
に、電子衝撃によ加熱して予めガス出しが行える。この
ため、高温に加熱されてもガスの放出により真空度の低
下を招くことなく、基板温度と略同温度になる。このこ
とからも、基板１００の冷却は、図１の上方への輻射に
よる冷却だけとなり、基板１００の温度の均一性も非常
に良好に保たれる。
【００２３】特に、前記の本発明の基板加熱装置を、前
記図４図に示したように、蒸発源２から蒸発材料の分子
を下方へ蒸発させる成膜装置に採用した場合、その加熱
電力は最小となり、基板（円形のウェハーを含む）の出
し入れ作業も容易である。因みに、上述の基板加熱装置
を室温排気の真空装置に取り付けて試験したところ、フ
ィラメント点灯による基板加熱（６００℃）時の真空の
悪化は、例えば、１×１０-8Ｐａの真空度が３×１０-8
Ｐａの真空度になる程度の、極めて小さいものであっ
た。なお、本発明は図の実施例に限ったものではなく、
従来方法のように蒸発源を下方に、基板加熱装置を上方
に配置される方法にも適用されることは言うまでもな
い。
記図４図に示したように、蒸発源２から蒸発材料の分子
を下方へ蒸発させる成膜装置に採用した場合、その加熱
電力は最小となり、基板（円形のウェハーを含む）の出
し入れ作業も容易である。因みに、上述の基板加熱装置
を室温排気の真空装置に取り付けて試験したところ、フ
ィラメント点灯による基板加熱（６００℃）時の真空の
悪化は、例えば、１×１０-8Ｐａの真空度が３×１０-8
Ｐａの真空度になる程度の、極めて小さいものであっ
た。なお、本発明は図の実施例に限ったものではなく、
従来方法のように蒸発源を下方に、基板加熱装置を上方
に配置される方法にも適用されることは言うまでもな
い。
【００２４】
【発明の効果】以上の詳細な説明からも明らかなよう
に、本発明によれば、基板１００の加熱に当たり、電子
衝撃による加熱と抵抗加熱とを随時選択的に使用するこ
とができることにより、高温加熱と比較的低温での加熱
が容易に行える。特に高温加熱時には、大きな加熱電力
を必要とせず、比較的短時間で基板の所望温度までの加
熱が可能で、温度設定の応答性や温度分布も良好であ
る。さらに、基板周辺部分の温度上昇によるガス放出に
伴う真空度の低下なども生じ難くなる。
に、本発明によれば、基板１００の加熱に当たり、電子
衝撃による加熱と抵抗加熱とを随時選択的に使用するこ
とができることにより、高温加熱と比較的低温での加熱
が容易に行える。特に高温加熱時には、大きな加熱電力
を必要とせず、比較的短時間で基板の所望温度までの加
熱が可能で、温度設定の応答性や温度分布も良好であ
る。さらに、基板周辺部分の温度上昇によるガス放出に
伴う真空度の低下なども生じ難くなる。
【図１】本発明の一の実施の形態である真空内基板加熱
装置の電気回路を含む構造を示す構成図である。
装置の電気回路を含む構造を示す構成図である。
【図２】前記基板加熱装置の一部を基板装着状態で上方
から見た上面図である。
から見た上面図である。
【図３】前記基板加熱装置を構成する 基板ホルダーの
変形例を示す上面図である。
変形例を示す上面図である。
【図４】本発明の真空内基板加熱装置を内部に備えた一
例を示す成膜装置の側面図である。
例を示す成膜装置の側面図である。
【図５】前記基板加熱装置において基板を電子衝撃によ
り加熱する際の衝撃電子電流値と基板温度との関係を示
すグラフである。
り加熱する際の衝撃電子電流値と基板温度との関係を示
すグラフである。
【図６】前記基板加熱装置において基板を熱輻射だけで
加熱する際のフィラメント加熱電流と基板温度との関係
を示すグラフである。
加熱する際のフィラメント加熱電流と基板温度との関係
を示すグラフである。
１ 真空チェンバー ２ 蒸発源 ３ 基板加熱装置 １０ 基板ホルダー １１ アーム １２ 中央支持棒 １３ ガイド部 １４ シールド電極 １６ 熱陰極フィラメント １９ 熱電対 １００ 基板 １１０ フィラメント加熱電源 １２０ スイッチ １３０ ボンバート電源
Claims (6)
- 【請求項１】 原子または分子を表面上に凝着させて薄
膜を形成する基板（１００）を真空チェンバー（１）の
内部に配置して所望の温度に加熱する基板加熱装置であ
って、前記基板（１００）の蒸着面の裏面側に配置され
た熱陰極フィラメント（１６）と、この熱陰極フィラメ
ント（１６）に加熱電流を供給するフィラメント加熱電
源（１１０）と、前記基板（１００）と前記熱陰極フィ
ラメント（１６）とにそれぞれが正電位と負電位となる
よう加速電圧を印加するボンバート電源（１３０）と、
この加速電圧を印加し、またはその印加を停止する切替
手段とを備えたことを特徴とする真空内基板加熱装置。 - 【請求項２】 前記基板（１００）が針金状の導電部材
からなる基板ホルダー（１０）に保持され、この基板ホ
ルダー（１０）を介してボンバート電源（１３０）から
基板（１００）に加速電圧が印加されることを特徴とす
る請求項１に記載の真空内基板加熱装置。 - 【請求項３】 基板（１００）及び熱陰極フィラメント
（１６）は、シールド電極（１４）により囲まれている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の真空内基板
加熱装置。 - 【請求項４】 前記基板（１００）と前記熱陰極フィラ
メント（１６）との間に、前記基板の加熱温度を検出す
る測温手段を設けたことを特徴とする請求項１〜３の何
れかに記載の真空内基板加熱装置。 - 【請求項５】 前記切替手段が、前記ボンバート電源
（１３０）により前記基板（１００）と前記熱陰極フィ
ラメント（１６）との間に加速電圧を印加する回路に設
けられたスイッチ（１２０）であることを特徴とする請
求項１〜４の何れかに記載の真空内基板加熱装置。 - 【請求項６】 前記切替手段が、前記ボンバート電源
（１３０）による加速電圧の正電位側を、前記基板（１
００）と前記シールド電極（１４）とに選択的に切り替
えるスイッチ（１２０）であることを特徴とする請求項
３〜５の何れかに記載の真空内基板加熱装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8244536A JP2986742B2 (ja) | 1996-09-17 | 1996-09-17 | 真空内基板加熱装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8244536A JP2986742B2 (ja) | 1996-09-17 | 1996-09-17 | 真空内基板加熱装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1088345A JPH1088345A (ja) | 1998-04-07 |
| JP2986742B2 true JP2986742B2 (ja) | 1999-12-06 |
Family
ID=17120164
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8244536A Expired - Lifetime JP2986742B2 (ja) | 1996-09-17 | 1996-09-17 | 真空内基板加熱装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2986742B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6709609B2 (en) | 2000-12-22 | 2004-03-23 | Applied Materials Inc. | Plasma heating of a substrate with subsequent high temperature etching |
| US6692648B2 (en) | 2000-12-22 | 2004-02-17 | Applied Materials Inc. | Method of plasma heating and etching a substrate |
-
1996
- 1996-09-17 JP JP8244536A patent/JP2986742B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1088345A (ja) | 1998-04-07 |
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