JP3974919B2 - Laser deposition system - Google Patents
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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。 The present invention relates to a film forming apparatus using a laser, and more particularly to a film forming apparatus using a laser capable of generating various uniform thin films on a substrate such as a semiconductor substrate.
図6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。
FIG. 6 shows a conventional film forming apparatus using a laser, wherein 1 is a vacuum chamber, 2 is a substrate such as a semiconductor substrate, and 3 is a substrate placing portion provided in the
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。
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、熱効率が悪く、均一加熱ができなかった。 However, in the above conventional laser film forming apparatus, the laser beam applied to the substrate is not defocused, so that a large area semiconductor substrate having a diameter of 2 inches cannot be uniformly heated at a desired temperature increase rate. In addition, when the laser beam was defocused, the amount of laser beam leaking from the substrate increased, resulting in poor thermal efficiency and uniform heating.
本発明は上記の欠点を除くようにしたものである。 The present invention eliminates the above-mentioned drawbacks.
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、真空チャンバ内で基板の背後に曲面形状を変え得る全反射コーティングしたリフレクターを設け、基板から漏れたレーザ光を反射し基板の所望の位置に照射できるように、上記リフレクターの位置並びに曲率を調整できるようにしたことを特徴とする。 The laser film deposition apparatus of the present invention mounts a substrate in a vacuum chamber, directly irradiates the substrate with high-power semiconductor laser light from the outside of the vacuum chamber through the window of the vacuum chamber, and heats the substrate. In the film forming apparatus, the laser beam irradiated to the substrate is defocused light, and a reflector with a total reflection coating that can change the curved shape is provided behind the substrate in the vacuum chamber to reflect the laser beam leaking from the substrate. The position and curvature of the reflector can be adjusted so that a desired position on the substrate can be irradiated .
本発明の効果を以下に示す。 The effect of this invention is shown below.
(1)漏れレーザ光をリフレクターで拾い基板に照射するので、熱効率よく均一加熱ができる。 (1) Since the leaked laser light is picked up by the reflector and applied to the substrate, uniform heating can be performed with high thermal efficiency.
(2)リフレクターの位置ならびに曲率を任意に変えることができるので、基板に所望の温度分布を与えることができる。 (2) Since the position and curvature of the reflector can be arbitrarily changed, a desired temperature distribution can be given to the substrate.
(3)基板の急速加熱が可能となる。 (3) The substrate can be rapidly heated.
(4)装置にレーザ光が直接当たる恐れがなくなり、装置の損傷が少なくなる。 (4) There is no possibility that the laser beam directly hits the apparatus, and the apparatus is less damaged.
以下図面によって本発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
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の背後には曲面形状を有するリフレクター11を設け、上記リフレクターは、外部制御で曲面リフレクターの位置並びに曲率調整ができるようにし、リフレクター11の反射光を基板の所望の位置に照射できるようする。
FIG. 1 and FIG. 2 each show a film forming apparatus using a laser according to the present invention. Laser light emitted from a continuous wave high power
なお、上記リフレクター11としては耐熱ガラスあるいは石英あるいは熱伝導性のよい金属の表面に全反射コーティング膜を形成する。この反射膜としては、ITO(透明導電膜)や、熱導電性のよい金属を蒸着で形成するのが好ましい。数種類の金属を重ねて蒸着させることで反射機能を高めることができる。蒸着金属として、Al、Cr、インコネル、Ni、Au、Ag、Pt、Mo、W、Cu、Rh等があげられる。
As the
なお、基板としては、シリコン、サファイア、酸化亜鉛等を、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。 Note that silicon, sapphire, zinc oxide or the like can be used as the substrate, and graphite, SiC, Inconel, or Ni can be used as the soaking plate.
また、本発明におけるリフレクター11は、図3及び図4に示すように表面に反射膜を形成した多数片の金属板又は耐熱ガラス又は石英から形成し、中央に孔をもつドーム状の形状とし、外部制御によりドームの位置並びに曲率を図4から図5に示すようにR1からR2に変えられるようにする。
In addition, the
また、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、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。
Further, an
なお、基板として、シリコン、サファイア、酸化亜鉛等を、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。 Silicon, sapphire, zinc oxide or the like can be used as the substrate, and graphite, SiC, Inconel, or Ni can be used as the soaking plate.
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、漏れレーザ光、例えば、基板2に向けて射出されるデフォーカス光の内、基板照射面からはずれたレーザ光並びに、基板2を透過するレーザ光の一部を基板の背後に設けた曲面リフレクター11で拾い、曲面リフレクター表面の反射膜にて、基板側に向けて反射し、基板に照射するようにしたので、基板2の加熱効率の向上並びに基板の均一加熱を可能にし、急速加熱できるようになる。
As described above, in the film forming apparatus using the laser according to the present invention, leakage laser light, for example, laser light deviated from the substrate irradiation surface among the defocused light emitted toward the
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強度が均一なものである。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、平行光の場合にも適用できるものである。 The laser used in the present invention is a continuous-wave high-power semiconductor laser device having a high output of 1 kW or more and having a uniform laser light intensity over a wide area. In the present invention, the laser light applied to the substrate is defocused laser light, but it can also be applied to parallel light.
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 リフレクター
12 赤外線透過窓
13 放射温度計
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