JP4101570B2

JP4101570B2 - Deposition equipment

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Publication number: JP4101570B2
Application number: JP2002195568A
Authority: JP
Inventors: 清武内; 竜也池尻
Original assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Current assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 2002-07-04
Filing date: 2002-07-04
Publication date: 2008-06-18
Anticipated expiration: 2022-07-04
Also published as: JP2004035958A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成膜装置、特に、レーザ光を用いて基板の加熱を行う成膜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の成膜装置のひとつとして、イオンプレーティング装置がある。図４は、従来のイオンプレーティング装置の構成を示す模式図である。図４に示すように、イオンプレーティング装置では、真空チャンバ１内に基板ホルダ２が配置されるとともに、薄膜形成材料を充填した蒸発源７が基板ホルダ２と対向するように配置される。そして、この基板ホルダ２に、光学用ガラス基板等の成膜対象たる基板３が取り付けられる。
【０００３】
基板ホルダ２の上方には、上部ヒータパネル５が配置され、上部ヒータパネル５の表面には、複数のチューブ状のシースヒータ１０が所定間隔で配置される。また、基板ホルダ２の下方には、略すり鉢状で底面に開口部を有する下部ヒータパネル６が、その大径側を基板ホルダ２側に向けた状態で配置されている。下部ヒータパネル６の内側表面には、複数のチューブ状のシースヒータ１０が所定間隔で配置される。
【０００４】
上部ヒータパネル５および下部ヒータパネル６は、高い熱伝導率を有する銅等の金属やセラミックス等から構成される。また、シースヒータ１０は、長いチューブ状であり、図示を省略しているが、上部および下部ヒータパネル５，６の表面に配置されるまでに、真空チャンバ１内を複雑に引き回されて配置される。
【０００５】
このイオンプレーティング装置では、成膜時に、蒸発源７を加熱して薄膜形成材料を蒸発させるとともに、基板３の加熱を行う。そして、蒸発させた材料を所定の方法により励起させて基板３の表面に衝突させて付着させ、それにより、基板３表面に薄膜を形成する。ここで、基板３の加熱は、以下のようにして行う。
【０００６】
基板３を加熱するには、シースヒータ１０を通電により発熱させる。すると、その熱が、上部ヒータパネル５および下部ヒータパネル６にそれぞれ伝達され、上部および下部ヒータパネル５，６が加熱される。このように加熱された上部および下部ヒータパネル５，６から輻射熱が放出され、この輻射熱により、基板３の表裏面および内部が加熱される。
【０００７】
一方、成膜工程後には基板３の冷却を行うが、冷却方法としては、シースヒータ１０を停止させて放冷を行う自然冷却がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
シースヒータ１０を熱源として用いた基板加熱では、シースヒータ１０から上部および下部ヒータパネル５，６への熱の伝達やこれらのパネル５，６から放出される輻射熱を正確に制御することが難しいため、基板温度の制御が困難であるとともに、例えば、基板３の表側と裏側において温度の不均一が生じたり、同一面内の各部位における温度分布が不均一となる。このような基板３の温度分布の不均一は、膜の品質に影響を及ぼす。
【０００９】
さらに、前述のように、シースヒータ１０が真空チャンバ１内を複雑に引き回されて配置されるので、シースヒータ１０の表面積の分だけ真空チャンバ１内の表面積が広くなり、表面から生じる気体の量が多くなる。このため、真空チャンバ１内の排気に時間を要する。また、シースヒータ１０の表面が酸化される等の理由により汚れが付着しやすくなる。さらに、このようなシースヒータ１０は、断線するおそれがある。
【００１０】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、加熱温度の制御を正確かつ的確に行うことが可能であるとともに、基板全体を均一に加熱することが可能な成膜装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る成膜装置は、レーザ光発生装置と、レーザ光を内部に導くための窓を有し、前記内部で基板に成膜を行うためのチャンバと、前記チャンバ内に配置され、前記基板を装着する基板ホルダと、前記チャンバ内に配置され、前記レーザ光を吸収して発熱するヒータパネルと、前記レーザ光発生装置で発生した前記レーザ光を前記窓を通して前記ヒータパネルに導く光学系とを備えたものである（請求項１）。
【００１２】
かかる構成においては、基板を加熱する際に、レーザ光をヒータパネルに照射してこれを発熱させることにより加熱し、ヒータパネルから放出される輻射熱により、基板を加熱する。レーザ光が照射されたヒータパネルは、従来のようにシースヒータにより加熱される場合に比べて、短時間で高温に加熱されるとともに、照射を停止した際に短時間で温度が下がる。したがって、基板の加熱および冷却に要する時間の短縮化を図ることが可能となる。それにより、製品の生産効率が向上する。
【００１３】
また、レーザ光によるヒータパネルの加熱では、レーザ光を調整することにより、ヒータパネルの加熱状態を精度良く容易に制御することが可能である。このため、ヒータパネルから放出される輻射熱を調整して、正確かつ的確に基板の加熱状態を制御することが可能となる。また、基板の温度状態を制御することにより、基板の温度分布の均一化を図ることが可能となり、その結果、品質の高い膜を形成することが可能となる。
【００１４】
また、光学系を調整することにより、レーザ光の光路を自由に設定することが可能であるため、ヒータパネルの配置位置にかかわらずこれにレーザ光を照射することができる。このため、ヒータパネルを自由に配置することが可能となる。
【００１５】
また、シースヒータを用いた場合のようにチャンバ内に汚れが付着することがなく、また、チャンバ内の表面積が小さくなるので表面から発せられる気体が低減され、それにより、チャンバの排気時間を短縮することが可能となる。さらに、ヒータ断線のおそれがない。
【００１６】
前記ヒータパネルに照射される前記レーザ光の光量を、前記ヒータパネルの部位ごとに変えることが可能な照射光量調整機構をさらに備えてもよい（請求項２）。
【００１７】
かかる構成によれば、照射光量調整機構により、ヒータパネルの各部位ごとにレーザ光の照射光量を調整して、この各部位の加熱状態を制御することが可能である。ここでは、基板の加熱状態に応じて、照射光量調整機構によりヒータパネルの各部位の加熱を制御し、ヒータパネルの各部位から放出される輻射熱の量を調整する。それにより、基板の加熱状態を制御することが可能となり、その結果、基板の温度分布の均一化を図ることも可能となる。
【００１８】
前記照射光量調整機構は、前記ヒータパネルに照射される前記レーザ光の光路を変化させてもよい（請求項３）。
【００１９】
かかる構成によれば、照射光量調整機構によりレーザ光の光路を変化させることによって、照射されるレーザ光の光量をヒータパネルの各部位ごとに変えることが可能となる。
【００２０】
前記光学系がミラーを有し、前記照射光量調整機構は、前記ミラーに入射する前記レーザ光の光路に対する前記ミラーの光反射面の角度を調整してもよい（請求項４）。
【００２１】
かかる構成によれば、照射光量調整機構によってミラーの光反射面の角度を調整することにより、ミラーの光反射面で反射されるレーザ光の光路を所望に応じて設定することが可能となる。
【００２２】
前記照射光量調整機構は、前記基板の温度分布を検知する基板温度センサと、前記基板温度センサからの情報に従って前記光学系を制御することにより、前記ヒータパネルに照射される前記レーザ光の光路を変化させる制御装置と、を含んでもよい（請求項５）。
【００２３】
かかる構成において、レーザ光の照射位置となるヒータパネルの部分は、特に効果的に加熱されるため、他の部分よりもより多くの輻射熱を放出する。それゆえ、ヒータパネルのレーザ光の照射位置に対応する基板の部位は、特に効果的に加熱される。したがって、制御装置によりヒータパネルにおけるレーザ光の光路を変化させて照射位置を調整することによって、基板の加熱を制御することが可能となる。ここでは、基板温度センサからの情報に基づいて、制御装置がレーザ光の光路を変化させることにより、基板の加熱状態に応じて基板の加熱を行うことが可能となる。
【００２４】
前記ヒータパネルは、断熱材によって、前記レーザ光の光路が変化する方向に複数の独立した部位に区画されてもよい（請求項６）。
【００２５】
かかる構成によれば、レーザ光の光路を変化させて、断熱材によって区画されたヒータパネルの各部位ごとにレーザ光の照射光量を調整することにより、個々の部位ごとに加熱温度を制御することが可能となる。このため、放出される輻射熱の量を、ヒータパネルの各部位ごとに調整することが可能となる。ここでは、各部位が断熱材により分けられて独立しているため、各部位は隣接する部位の温度の影響をほとんど受けず、よって、部位ごとに加熱温度を精度良く制御できる。したがって、基板の加熱を、より精度良くかつ的確に制御することが可能となる。
【００２６】
前記ヒータパネルが冷却機構を含んでもよい（請求項７）。
【００２７】
かかる構成によれば、基板の冷却時に、ヒータパネルの冷却機構により冷却を促進して行うことができ、その結果、基板の冷却に要する時間をより短縮することが可能となる。
【００２８】
前記基板の冷却時において前記ヒータパネルから前記基板への熱の伝達を遮断するヒータパネル隔離機構をさらに含んでもよい（請求項８）。
【００２９】
かかる構成によれば、基板の冷却時に、ヒータパネル隔離機構により、ヒータパネルから基板への熱の伝達が遮断されるため、基板の冷却に要する時間をより短縮することが可能となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。実施の形態では、本発明に係る成膜装置として、イオンプレーティング装置について説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１に係るイオンプレーティング装置の構成を示す模式図である。
【００３１】
図１に示すように、イオンプレーティング装置は、レーザ光発生装置たるレーザ発振器１１と、導電性部材からなり下面に窓１５ａ，１５ｂ，１５ｃが設けられるとともに上面に窓１５ｄが設けられた真空チャンバ１と、レーザ発振器１１から出射されたレーザ光を前記窓１５ａ〜１５ｄを通して真空チャンバ１内に導くための光学系たるミラー２１〜２７と、冷却装置１２と、基板温度センサ１３と、入射するレーザ光の光路に対するミラー２１，２３，２４，２７の光反射面の角度およびレーザ発振器１１の出力を調整する制御装置１４とを有する。ここでは、基板温度センサ１３と制御装置１４とが、レーザ光の照射光量調整機構に相当する。
【００３２】
以下に、イオンプレーティング装置の詳細な構造を説明する。
【００３３】
真空チャンバ１の下面および上面に設けられた窓１５ａ〜１５ｄは、例えば、真空チャンバ１の壁部に開口部が設けられ、この開口部に、レーザ光が透過可能な材料、例えば、ＣＯ₂レーザならＺｎＳｅ等、ＹＡＧレーザなら石英などのガラス等から構成される窓部材が嵌め込まれて構成される。真空チャンバ１内には、成膜材料を供給するための材料供給源装置、すなわち薄膜形成材料を蒸発させる蒸発源７が配設され、この蒸発源７に対向するように導電性の部材からなる円板状の基板ホルダ２が配設される。基板ホルダ２には、成膜対象たる基板３が取り付けられる。ここでは、基板３は、例えば、絶縁性で透明な円板状のガラス基板である。この基板３の表裏面（ここでは、基板３の成膜面を表面と呼び、成膜面と反対の面を裏面と呼ぶ）および基板内部の温度が、基板温度センサ１３により検知される。
【００３４】
基板ホルダ２背面中央には、導電性の部材からなる回転軸１６が、後述の上部ヒータパネル５および真空チャンバ１の壁部を貫通して外部に延びるように配設されている。回転軸１６は、軸受け（図示せず）により回転可能に支持されている。ここでは図示を省略しているが、回転軸１６のチャンバ壁部貫通部分から先端に至る部分は、回転駆動部たるモータに接続されている。また、回転軸１６の突出部の所定部分には、回転軸１６と直接接触する給電機構が設けられている。この給電機構は、高周波電源および直流電源に接続されている。そして、高周波電源、直流電源および真空チャンバ１は、それぞれ接地されている。
【００３５】
基板ホルダ２の上方、すなわち基板３の裏面側には、基板ホルダ２を覆うように、板状の上部ヒータパネル５が基板ホルダ２と平行に配設される。また、基板ホルダ２の下方、すなわち基板３の表面側には、基板ホルダ２の主面の中心を通る法線、すなわち、回転軸１６の中心軸に対して対称に、２つの板状の下部ヒータパネル６Ａ，６Ｂが配設される。下部ヒータパネル６Ａ，６Ｂは、基板３の成膜面に対して所定角度傾斜して配置され、その傾斜角度は、下部ヒータパネル６Ａ，６Ｂからの輻射熱が効率よく基板３の成膜面に伝達されるように設定されている。
【００３６】
上部および下部ヒータパネル５，６Ａ，６Ｂは、高い熱伝導率を有しレーザ光を吸収して発熱可能な材料、例えば銅からなる金属やセラミックス等から構成され、真空チャンバ１の内壁に固定されたヒータパネル支持構造（図示せず）によりそれぞれ支持される。そして、上部および下部ヒータパネル５，６Ａ，６Ｂの内部には、冷却水流路（図示せず）が設けられている。この冷却水流路に、真空チャンバ１の外部に設けられた冷却装置１２によって冷却水が循環させられる。ここでは、上部および下部ヒータパネル５，６Ａ，６Ｂの冷却水流路と、冷却装置１２とが、冷却機構に相当する。
【００３７】
真空チャンバ１の外部に配設されたレーザ発振器１１としては、例えばＣＯ₂レーザ装置が用いられる。レーザ発振器１１から出射されるレーザ光の出力は、制御装置１４により制御される。
【００３８】
また、レーザ発振器１１から出射されたレーザ光を、進路のことなる２つのレーザ光、すなわち、そのまま透過して直進するレーザ光と、反射されてミラー２２に向かうレーザ光とに分光するミラー２０が配設されるとともに、ミラー２０を透過したレーザ光を、進路の異なる２つのレーザ光、すなわち、窓１５ａを通して真空チャンバ１内に導入され下部ヒータパネル６Ａに照射されるレーザ光ａと、そのまま透過して直進するレーザ光ｂとに分光するミラー２１が配設される。さらに、ミラー２１を透過したレーザ光ｂを、窓１５ｂから真空チャンバ１内に導入されて基板３に照射されるレーザ光ｄと、そのまま透過して直進するレーザ光ｅとに分光するミラー２３と、ミラー２３を透過したレーザ光ｅを窓１５ｃを通して真空チャンバ１内に導入して下部ヒータパネル６Ｂに照射するように配置されるミラー２４とが配設される。さらに、ミラー２２で反射されたレーザ光ｃをさらに反射して窓１５ｄから真空チャンバ１内に導入し上部ヒータパネル５に照射するように配置されるミラー２５，２６，２７が配設される。
【００３９】
ミラー２１，２３，２４，２７は、入射する各レーザ光の光路に対する光反射面の角度（以下、単に光反射面の角度と呼ぶ）がそれぞれ独立に調整可能であるように設けられている。すなわち、基板ホルダ２の直径を含む縦断面に対して垂直な軸Ｚ₁，Ｚ₂，Ｚ₃，Ｚ₄の回りに図中の矢印Ｙ₁，Ｙ₂，Ｙ₃，Ｙ₄の方向に回転することにより光反射面の角度が変化する。ミラー２１，２３，２４，２７の光反射面の角度の調整は、後述のように、基板温度センサ１３からの情報に基づいて、制御装置１４によって行われる。
【００４０】
次に、以上のように構成されたイオンプレーティング装置の動作を説明する。
【００４１】
まず、基板３を基板ホルダ２に取り付け、真空チャンバ１内の排気を行ってチャンバ内を真空状態とする。そして、モータ（図示せず）を駆動させて回転軸１６およびその一端に取り付けられた基板ホルダ２を回転させるとともに、レーザ発振器１１を動作させてレーザ光を出射させる。後述するように、レーザ発振器１１から出射されたレーザ光は、ミラー２１〜２７により、外部から窓１５ａ〜１５ｄを通して真空チャンバ１の内部に導入され、上部ヒータパネル５および下部ヒータパネル６Ａ，６Ｂの背面（ここでは、基板ホルダ２と反対側の面を背面と呼ぶ）に照射されるとともに、直接、基板３の成膜面に照射される。上部および下部ヒータパネル５，６Ａ，６Ｂは、照射されたレーザ光を吸収し、光エネルギーを熱エネルギーに変換して発熱する。それにより、上部ヒータパネル５および下部ヒータパネル６Ａ，６Ｂが加熱されて輻射熱が放出され、さらに、この輻射熱を吸収して基板３が加熱される。また、レーザ光の直接照射によっても、基板３が照射されたレーザ光を吸収し、光エネルギーを熱エネルギーに変換して発熱するので、基板３が加熱される。
【００４２】
基板３が加熱されて所定の温度（例えば３００℃程度）になったら、高周波電源および直流電源（ともに図示せず）を動作させる。すると、高周波電圧および直流電圧が、給電機構（図示せず）を介して回転軸１６および基板ホルダ２に与えられ、それにより、基板ホルダ２と真空チャンバ１との間に高周波電圧および直流電圧が与えられる。
【００４３】
続いて、蒸発源７に充填した薄膜形成材料を蒸発させる。すると、蒸発した薄膜形成材料が高周波電圧により発生したプラズマにより励起され、この励起された薄膜形成材料が、自己バイアスおよび直流電界により加速され、基板３の表面に衝突して付着する。それにより、基板３の表面に薄膜が形成される。このようにして、製品たる成膜ガラスが得られる。
【００４４】
次に、前述の基板３の加熱方法を詳細に説明する。
【００４５】
レーザ発振器１１から出射されたレーザ光は、ミラー２０により、反射されてミラー２２に向かうレーザ光ｃと、そのまま透過して直進しミラー２１に向かうレーザ光とに分光される。ミラー２１に向かったレーザ光は、ミラー２１により、さらにレーザ光ａ，ｂに分光される。レーザ光ａは、真空チャンバ１の窓１５ａを通してチャンバ内に導かれ、下部ヒータパネル６Ａの背面に照射される。また、レーザ光ｂは、ミラー２１を透過してミラー２３に達する。
【００４６】
レーザ光ａが照射されることにより、下部ヒータパネル６Ａが発熱し温度が上昇する。そして、この下部ヒータパネル６Ａから輻射熱が放出され、この輻射熱が基板３に伝達されて基板３が加熱される。
【００４７】
ミラー２１を透過したレーザ光ｂは、ミラー２３により反射されるレーザ光ｄと、ミラー２３を透過するレーザ光ｅとにさらに分光される。この分光されたレーザ光ｄは、真空チャンバ１の窓１５ｂを通してチャンバ内に導かれ、直接、基板３の成膜面に照射される。それにより、基板３が加熱される。
【００４８】
ミラー２３を透過したレーザ光ｅは、さらにミラー２４により反射される。そして、真空チャンバ１の窓１５ｃを通してチャンバ内に導かれ、下部ヒータパネル６Ｂの背面に照射される。それにより、下部ヒータパネル６Ｂが加熱されて温度が上昇する。そして、加熱された下部ヒータパネル６Ｂから輻射熱が放出され、この輻射熱が基板３に伝達されて基板３が発熱して加熱される。
【００４９】
一方、ミラー２０で反射されてミラー２２に向かったレーザ光ｃは、さらにミラー２２、ミラー２５、ミラー２６およびミラー２７でそれぞれ反射され、真空チャンバ１の窓１５ｄを通してチャンバ内に導かれる。そして、上部ヒータパネル５の背面中央部に照射される。それにより、上部ヒータパネル５が発熱して温度が上昇し、輻射熱が放出される。この輻射熱により、基板３が加熱される。
【００５０】
ここで、上部および下部ヒータパネル５，６Ａ，６Ｂは、前述のように高い
熱伝導率を有する材料から構成されるので、レーザ光ｃ，ａ，ｅの照射スポット（照射位置）から離れた部分でも十分に加熱されるが、特に、照射スポットおよびその周辺の部分が効果的に加熱される。このため、上部および下部ヒータパネル５，６Ａ，６Ｂの照射スポットおよびその周辺の部分から放出される輻射熱が特に多くなる。したがって、照射スポットとなった上部および下部ヒータパネル５，６Ａ，６Ｂの部位およびその周辺部位に対応する基板３の部位では、他の部分に比べて、より効果的に加熱が行われる。
【００５１】
また、レーザ光ｄの直接照射による基板３の加熱では、レーザ光照射スポットおよびその周辺が局所的に加熱され、この部分の温度が効果的に上昇し、一方、レーザ光照射スポットから離れた部分では温度の上昇が緩やかである。
【００５２】
このように、上部および下部ヒータパネル５，６Ａ，６Ｂにおいてレーザ光照射スポットおよびその周辺部分では放出される輻射熱が多いこと、ならびに、基板３へのレーザ光ｄの直接照射では、照射スポットおよびその周辺部分が局所的に加熱されることから、上部および下部ヒータパネル５，６Ａ，６Ｂならびに基板３におけるレーザ光照射スポットの位置を制御することにより、基板３の加熱状態を制御することができる。ここでは、基板３全体、すなわち基板３の表裏面および各面の各部位、ならびに基板内部における温度分布の均一化が図られるように、制御装置１４が基板３の加熱を制御する。以下に、制御装置１４による制御方法について説明する。
【００５３】
前述のように上部および下部ヒータパネル５，６Ａ，６Ｂならびに基板３の所定部位にレーザ光ｃ，ａ，ｅ，ｄが照射されて基板３が加熱されると、基板３の温度分布状態が基板温度センサ１３により検知され、その情報が制御装置１４に伝達される。制御装置１４は、この情報に基づいて、レーザ発振器１１のレーザ光出力を調整するとともに、基板３の温度分布の均一化が図られるように、ミラー２１，２３，２４，２７をそれぞれ独立に軸Ｚ₁，Ｚ₂，Ｚ₃，Ｚ₄の回りに図中の矢印Ｙ₁，Ｙ₂，Ｙ₃，Ｙ₄の方向に回転させて、ミラーの光反射面の角度をそれぞれ調整する。
【００５４】
ミラー２０を透過したレーザ光の光路に対するミラー２１の光反射面の角度を調整することにより、ミラー２１で反射されるレーザ光ａの進路（光路）を、図中の矢印Ｘ₁の方向に下部ヒータパネル６Ａの一端部から他端部まで変化させることが可能となる。それにより、下部ヒータパネル６Ａにおけるレーザ光ａの照射スポットの位置を自由に変化させることが可能となり、その結果、下部ヒータパネル６Ａにおいて、照射スポットとなり特に高温に加熱されて多くの輻射熱を放出する部位を、自由に設定することが可能となる。
【００５５】
また、レーザ光ｂの光路に対するミラー２３の光反射面の角度を調整することにより、ミラー２３で反射されるレーザ光ｄの進路（光路）を、図中の矢印Ｘ₂の方向に基板３の一端部から他端部まで変化させることが可能となる。それにより、基板３におけるレーザ光ｄの照射スポットの位置を自由に変化させることが可能となり、その結果、基板３において、照射スポットとなり集中的に加熱されて特に高温となる部位を、自由に設定することが可能となる。
【００５６】
また、ミラー２３を透過したレーザ光の光路に対するミラー２４の光反射面の角度を調整することにより、ミラー２４で反射されるレーザ光ｅの進路を、図中の矢印Ｘ₃の方向に下部ヒータパネル６Ｂの一端部から他端部まで変化させることが可能となる。それにより、下部ヒータパネル６Ｂにおけるレーザ光ｅの照射スポットの位置を自由に変化させることが可能となり、その結果、下部ヒータパネル６Ｂにおいて、照射スポットとなり特に高温に加熱されて多くの輻射熱を放出する部位を、自由に設定することが可能となる。
【００５７】
また、ミラー２０，２２，２５，２６で反射されたレーザ光ｃの光路に対するミラー２７の光反射面の角度を調整することにより、ミラー２７で反射されるレーザ光ｃの進路を、図中の矢印Ｘ₄の方向に上部ヒータパネル５の一端部から他端部まで変化させることが可能となる。それにより、上部ヒータパネル５におけるレーザ光ｃの照射スポットの位置を自由に変化させることが可能となり、その結果、上部ヒータパネル５において、照射スポットとなり特に高温に加熱されて多くの輻射熱を放出する部位を、自由に設定することが可能となる。
【００５８】
ここでは、例えば、基板温度センサ１３からの情報に基づいて、制御装置１４が、温度の低い基板３の部位ならびにその周辺部位に対応する上部および下部ヒータパネル５，６Ａ，６Ｂの部位に、レーザ光ｄ，ｃ，ａ，ｅの照射スポットが位置するように、ミラー２１，２３，２４，２７の光反射面の角度を調整する。それにより、基板３の温度の低い部分にレーザ光ｄ，ｃ，ａ，ｅの照射スポットの位置を合わせて、特に効果的に加熱することが可能となる。このように、ミラー２１，２３，２４，２７の光反射面の角度を調整して基板３の温度の低い部分を選択的に積極的に加熱することにより、基板３の温度分布の均一化を図ることが可能となる。
【００５９】
例えば、本実施の形態において、基板３の両端部は、下部ヒータパネル６Ａおよび下部ヒータパネル６Ｂに距離が近いため、基板３の両端部では下部ヒータパネル６Ａ，６Ｂからの輻射熱が伝わりやすく、よって、温度が上昇しやすい。これに対して、基板３の中央部は、下部ヒータパネル６Ａおよび下部ヒータパネル６Ｂからの距離が遠いため、基板３の両端部に比べて、下部ヒータパネル６Ａ，６Ｂからの輻射熱が伝わりにくく、よって、温度が上昇しにくい。
【００６０】
そこで、ここでは、制御装置１４により、基板３の中央部に対応する上部および下部ヒータパネル５，６Ａ，６Ｂの部位、具体的には、上部ヒータパネル５の中央部ならびに下部ヒータパネル６Ａ，６Ｂのチャンバ中心側端部に、レーザ光ｃ，ａ，ｅの照射スポットが位置するようにミラー２１，２４，２７の光反射面の角度を調整する。それにより、レーザ光ｃ，ａ，ｅの照射スポットが位置する上部ヒータパネル５の中央部ならびに下部ヒータパネル６Ａ，６Ｂのチャンバ中心側端部が、他の部位に比べてより効果的に加熱され、より多くの輻射熱を放出する。このため、基板３の中央部が端部に比べてより積極的に加熱され、その結果、基板３の中央部および端部における温度分布の均一化を図ることができる。
【００６１】
また、ここでは、制御装置１４により、基板３の中央部にレーザ光ｄの照射スポットが位置するようにミラー２３の光反射面の角度を調整する。それにより、基板３の中央部が端部に比べてより積極的に加熱され、その結果、基板３の中央部および端部における温度分布の均一化を図ることができる。
【００６２】
上記の成膜工程の終了後、蒸発源７の加熱を停止するとともに、レーザ発振器１１、高周波電源および直流電源（図示せず）を停止させる。
【００６３】
レーザ発振器１１を停止して上部および下部ヒータパネル５，６Ａ，６Ｂへのレーザ光ｃ，ａ，ｅの照射をやめると、温度が上昇していたヒータパネル５，６Ａ，６Ｂは、従来のシースヒータによる加熱を停止した場合に比べて、真空中であっても、短時間で温度が下がる。このような上部および下部ヒータパネル５，６Ａ，６Ｂの温度低下に伴って、基板３の温度が下がる。また、基板３へのレーザ光ｄの照射をやめると、温度が上昇していた基板３は、真空中であっても、急激に温度が下がる。したがって、レーザ光による加熱では、従来のシースヒータを用いた加熱に比べて、加熱を停止した際に、真空中であっても、短時間で基板３を冷却することが可能となる。
【００６４】
さらに、ここでは、レーザ光の照射を停止した後、冷却装置１２を動作させ、上部および下部ヒータパネル５，６Ａ，６Ｂ内に形成された冷却水流路（図示せず）に冷却水を循環させる。それにより、上部および下部ヒータパネル５，６Ａ，６Ｂが強制水冷され、より短時間で基板３を冷却することが可能となる。
【００６５】
以上のように、本実施の形態の装置によれば、レーザ光により、上部および下部ヒータパネル５，６Ａ，６Ｂを介して基板３の加熱を行うとともに、直接レーザ光を照射して基板３の加熱を行うため、効果的に基板３の加熱を行うことが可能となる。その結果、基板３の加熱に要する時間の短縮化が図られる。また、レーザ光による加熱では、シースヒータを用いた従来の加熱に比べて、加熱を停止した際に、基板３の冷却時間の短縮化が図られる。このように、基板３の加熱および冷却に要する時間を短縮することが可能である本実施の形態は、製品の大量生産を行う上で特に有効である。
【００６６】
また、本実施の形態では、レーザ光の出力、ミラー２１，２３，２４，２７の光反射面の角度を制御装置１４により制御することにより、シースヒータを用いる従来の場合に比べて、基板３の温度制御を精度良くかつ的確に行うことが可能である。したがって、基板３において、温度分布の均一化を図ることが可能となる。
【００６７】
また、シースヒータを用いないので、チャンバ内に汚れが付着することを防止できるとともに、チャンバ内の表面積が小さくなるので真空チャンバ１の排気時間を短縮することが可能となる。さらに、ヒータ断線のおそれがなくなる。
（実施の形態２）
本実施の形態に係るイオンプレーティング装置は、実施の形態１の装置と同様の構造を有するが、以下の点が異なっている。
【００６８】
図２は、本実施の形態に係るイオンプレーティング装置の特徴部分を示す模式図である。なお、ここに示す構造以外は、図１に示す実施の形態１の装置の構造と同様である。
【００６９】
図２に示すように、本実施の形態では、下部ヒータパネル６Ａおよび下部ヒータパネル６Ｂが、断熱材４０により、後述するレーザ光の照射スポットを移動させる方向、ここではヒータパネルの幅方向に、３つの部位６ａ，６ｂ，６ｃおよび３つの部位６ａ’，６ｂ’，６ｃ’に分けられる。この断熱材４０は、幅が細く、かつ、下部ヒータパネル６Ａ，６Ｂの全長さおよび全厚みに渡って配設されており、それにより、下部ヒータパネル６Ａ，６Ｂの各部位６ａ，６ｂ，６ｃ，６ａ’，６ｂ’，６ｃ’は、完全に独立して区画されている。
【００７０】
この装置において、基板３を加熱する際には、実施の形態１と同様に、レーザ光ａ，ｅを照射して下部ヒータパネル６Ａ，６Ｂを加熱するとともに、レーザ光ｃを照射して上部ヒータパネル５を加熱し、上部および下部ヒータパネル５，６Ａ，６Ｂから放出される輻射熱により基板３を加熱する。また、レーザ光ｄを基板３に直接照射することにより基板３を加熱する。ここで、基板３の加熱において、本実施の形態と実施の形態１とでは、以下の点が異なっている。
【００７１】
本実施の形態では、基板３の温度分布の均一化が図れるように、下部ヒータパネル６Ａの各部位６ａ，６ｂ，６ｃにおけるレーザ光ａの照射光量をそれぞれ変えるとともに、下部ヒータパネル６Ｂの各部位６ａ’，６ｂ’，６ｃ’におけるレーザ光ｅの照射光量をそれぞれ変える。各部位におけるレーザ光の照射光量は、具体的には、各部位におけるレーザ光の照射時間を調整することにより変化させる。なお、ここでのレーザ光の照射時間とは、レーザ光の照射スポットが各部位にとどまる時間のことである。
【００７２】
このような下部ヒータパネル６Ａ，６Ｂの各部位６ａ〜６ｃ，６ａ’〜６ｃ’におけるレーザ光ａ，ｅの照射時間の調整は、ミラー２１，２４を軸Ｚ₁，Ｚ₃の回りに図中の矢印Ｙ₁，Ｙ₃の方向にそれぞれ回転させて所定の時間間隔でミラーの光反射面の角度を変え、それにより、レーザ光ａ，ｅをそれぞれ図中の矢印Ｘ₁，Ｘ₃の方向に振ることにより行う。このようなミラー２１，２４の回転は、制御装置１４（図１）により制御される。
【００７３】
例えば、基板３の中央部が端部に比べて温度が上昇しにくい場合には、下部ヒータパネル６Ａにおいて、基板３の中央部に対応する部位６ｃにレーザ光ａを照射する時間を最も長くし、部位６ｂおよび部位６ａの順に照射時間を短くする。それにより、下部パネルヒータ６Ａでは、部位６ｃの温度が最も高くなり、部位６ｂおよび部位６ａの順に温度が低くなる。その結果、下部パネルヒータ６Ａから放出される輻射熱は、部位６ｃで最も多く、部位６ａで最も少なくなる。したがって、温度が上昇しにくい基板３の中央部が、端部に比べてより積極的に加熱される。
【００７４】
また、下部ヒータパネル６Ｂにおいては、基板３の中央部に対応する部位６ｃ’にレーザ光ｅを照射する時間を最も長くし、部位６ｂ’および部位６ａ’の順に照射時間を短くする。それにより、下部パネルヒータ６Ｂでは、部位６ｃ’の温度が最も高くなり、部位６ｂ’および部位６ａ’の順に温度が低くなる。したがって、下部パネルヒータ６Ｂから放出される輻射熱は、部位６ｃ’で最も多く、部位６ａ’で最も少なくなる。その結果、温度が上昇しにくい基板３の中央部が、端部に比べてより積極的に加熱される。
【００７５】
このように、断熱材４０により区画された下部ヒータパネル６Ａ，６Ｂの各部位６ａ〜６ｃ，６ａ’〜６ｃ’におけるレーザ光ａ，ｅの照射時間を、基板３の加熱状態に応じてそれぞれ調整することにより、各部位６ａ〜６ｃ，６ａ’〜６ｃ’から放出される輻射熱を制御することが可能となる。この場合、各部位６ａ〜６ｃ，６ａ’〜６ｃ’は、断熱材４０によりそれぞれ分離されているため、隣接する部位の温度の影響をほとんど受けない。このため、レーザ光ａ，ｅの照射時間の差が、各部位６ａ〜６ｃ，６ａ’〜６ｃ’の温度差となって精度良く反映される。それゆえ、本実施の形態では、より精度良く輻射熱の制御を行うことが可能となる。その結果、より正確かつ的確に基板３の温度制御を行うことが可能となる。
【００７６】
なお、断熱材４０の配置状態（位置、数等）は、本実施の形態に限定されるものではなく、例えば、基板３を均一に加熱するのに最適であるように適宜設定される。また、上部ヒータパネル５に断熱材が設けられてもよい。
（実施の形態３）
本実施の形態に係るイオンプレーティング装置は、実施の形態１の装置と同様の構造を有するが、冷却機構、すなわち、上部および下部ヒータパネルに冷却水流路および冷却装置が設けられておらず、その代わりに、ヒータパネル隔離機構としてヒータパネル遮蔽構造が設けられた点が、実施の形態１と異なっている。
【００７７】
図３は、本実施の形態に係るイオンプレーティング装置の特徴部分を示す模式図である。なお、ここに示す構造以外は、冷却装置１２が配設されていない点を除いて、図１に示す実施の形態１の構造と同様の構造を有する。
【００７８】
図３に示すように、本実施の形態の装置は、冷却水流路が設けられていない上部および下部ヒータパネル５’，６Ａ’，６Ｂ’が配設されるとともに、以下のようなヒータパネル遮蔽構造を有している。
【００７９】
ヒータパネル遮蔽構造は、上部ヒータパネル５’から基板３に向かって放出される輻射熱を遮断するシャッター２８と、シャッター２８を格納するシャッター格納部３０ａと、下部ヒータパネル６Ａ’，６Ｂ’から基板３に向かって放出される輻射熱を遮断するシャッター２９と、シャッター２９を格納するシャッター格納部３０ｂとを有する。
【００８０】
シャッター２８は、断熱材から構成され、巻回可能でかつ展開した状態で真空チャンバ１内の上部ヒータパネル５’と基板ホルダ２との間に位置するように配設される。シャッター２９は、断熱材から構成され、巻回可能でかつ展開した状態で真空チャンバ１内において下部ヒータパネル６Ａ，６Ｂと基板３との間に位置するように配設される。シャッター格納部３０ａは、真空チャンバ１の内壁の所定部位に配設され、シャッター格納部３０ｂは、真空チャンバ１の内壁の前記シャッター格納部３０ａ形成部位とは異なる部位に配設される。シャッター格納部３０ａ，３０ｂは、シャッター２８，２９が巻回されて格納されるように構成されている。
【００８１】
成膜工程においては、シャッター２８，２９はそれぞれシャッター格納部３０ａ，３０ｂに巻回されて格納されており、いわゆるシャッター２８，２９が開いた状態である。一方、成膜工程後の基板冷却工程においては、上部および下部ヒータパネル５’，６Ａ’，６Ｂ’ならびに基板３へのレーザ光の照射が停止されるとともに、シャッター格納部３０ａ，３０ｂからシャッター２８，２９が引き出され（展開され）て真空チャンバ１の中心部に向かって水平方向に進む。そして、シャッター２８，２９において、同一方向から反対向きに対向するように進んできた先端部分同士が、真空チャンバ１の中心部付近において当接する。それにより、シャッター２８，２９が閉じた状態となる。このようにシャッター２８，２９が閉じた状態で、放冷（自然冷却）する。ここでは、シャッター２８，２９が閉じることにより、レーザ光照射停止後に上部および下部ヒータパネル５’．６Ａ’，６Ｂ’から放出される輻射熱、すなわち余熱を遮断することができ、余熱が基板３に伝達されるのを抑制することが可能となる。このため、冷却に要する時間を短縮することが可能となる。なお、シャッター２８，２９の開閉動作は、例えば、制御装置１４（図１）により制御される。
【００８２】
本実施の形態の変形例として、上記以外の構造を有するヒータパネル隔離機構を備えた装置構成も可能である。例えば、上部および下部ヒータパネル５’，６Ａ’，６Ｂ’を基板３から遠ざけるように、これらのパネル５’，６Ａ’，６Ｂ’自体の配置が変わるように構成されたヒータパネル退避構造をヒータパネル隔離機構として有してもよい。
【００８３】
上記の実施の形態１〜３において、レーザ発振器１１として、ＣＯ₂レーザ装置以外のレーザ装置を用いてもよく、例えば、ＹＡＧレーザ装置を用いることも可能である。なお、ＹＡＧレーザ装置を用いる場合には、基板が透明であるとレーザ光は基板に吸収されずにこれを透過してしまうので直接照射による基板の加熱を行うことはできないが、上部および下部ヒータパネルにおいては吸収されてこれらのパネルを加熱することが可能であるため、ヒータパネルを介した輻射熱による加熱は可能である。
【００８４】
また、本発明に係るイオンプレーティング装置における上部ヒータパネルおよび下部ヒータパネルの配置状態は、上記実施の形態１〜３に限定されるものではなく、これ以外の配置状態であってもよい。例えば、下部ヒータパネルのみを配置した構成も可能であり、また、複数の上部ヒータパネルを配置した構成であってもよい。さらに、基板へのレーザ光の直接照射による加熱を行わず、ヒータパネルを介した加熱のみにより基板を加熱してもよい。
【００８５】
また、上部および下部ヒータパネルの形状は特に限定されないが、基板の温度制御を行うのに適した形状、特に、基板の温度分布の均一化を図るのに適した形状であることが好ましい。例えば、円板状の基板を回転させて成膜を行う上記実施の形態１〜３においては、上部ヒータパネルの形状を円盤状とし、下部ヒータパネルの形状を底面に開口を有する略すり鉢状とするか、複数の下部ヒータパネルを全体として略すり鉢状となるように並べる。
【００８６】
また、本発明に係るイオンプレーティング装置におけるミラーの配置状態は、上記実施の形態１〜３に限定されるものではなく、これ以外の配置状態であってもよい。
【００８７】
シースヒータを用いる従来の加熱方法では、真空チャンバ内において長いチューブ状のシースヒータを引き回してこれをヒータパネルの表面に配置しなければならず、それゆえ、ヒータパネルを自由に配置することは構造上困難であるが、本発明では、ミラーの配置および真空チャンバの窓の位置を適宜設定することにより、レーザ光の光路を自由に設定することが可能であるため、ヒータパネルの位置に関わらずヒータパネルにレーザ光を照射して加熱を行うことができる。それゆえ、ヒータパネルを自由に配置することが可能となる。
【００８８】
また、上記の実施の形態１〜３においては、ミラーを回転させることにより上部および下部ヒータパネルならびに基板におけるレーザ光の照射スポットの位置を調整しているが、これ以外の方法により照射スポットの位置調整を行ってもよい。例えば、ミラー自体を適切な方向に移動させることにより、照射スポットの位置調整を行ってもよい。
【００８９】
上記の実施の形態１〜３においては、本発明をイオンプレーティング装置に適用する場合について説明したが、本発明に係る成膜装置はイオンプレーティング装置に限定されるものではなく、基板を加熱して成膜を行う成膜装置、例えばスパッタ成膜装置やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置等にも適用可能である。
【００９０】
【発明の効果】
本発明は、以上に説明したような形態で実施され、以下のような効果を奏する。
（１）レーザ光が照射されたヒータパネルは、従来のようにシースヒータにより加熱される場合に比べて、短時間で高温に加熱されるとともに、照射を停止した際に短時間で温度が下がる。したがって、基板の加熱および冷却に要する時間の短縮化を図ることが可能となる。それにより、製品の生産効率が向上する。
【００９１】
また、レーザ光を調整することにより、ヒータパネルの加熱状態を精度良く容易に制御することが可能である。このため、ヒータパネルから放出される輻射熱を調整して、正確かつ的確に基板の加熱状態を制御することが可能となる。また、基板の温度状態を制御することにより、基板を均一に加熱することが可能となり、その結果、品質の高い膜を形成することが可能となる。
【００９２】
また、光学系を適宜配置することにより、レーザ光の光路を自由に設定することが可能であるため、ヒータパネルの位置にかかわらずこれにレーザ光を照射して加熱することができる。そのため、ヒータパネルを自由に配置することが可能となる。
【００９３】
さらに、シースヒータを用いた場合のようにチャンバ内に汚れが付着することがなく、また、チャンバ内の表面積が小さくなるので表面から発せられる気体が低減され、それにより、チャンバの排気時間を短縮することが可能となる。さらに、ヒータ断線のおそれがない。
（２）ヒータパネルに照射されるレーザ光の光量を、ヒータパネルの部位ごとに変えることが可能な照射光量調整機構をさらに備えるとすると、照射光量調整機構により、ヒータパネルの各部位ごとにレーザ光の照射光量を調整して、この各部位の加熱状態を制御することが可能である。ここでは、基板の加熱状態に応じて、照射光量調整機構によりヒータパネルの各部位の加熱を制御し、ヒータパネルの各部位から放出される輻射熱の量を調整する。それにより、基板の加熱状態を制御することが可能となり、その結果、基板の温度分布の均一化を図ることも可能となる。
（３）照射光量調整機構は、ヒータパネルに照射されるレーザ光の光路を変化させるとすると、照射光量調整機構によりレーザ光の光路を変化させることによって、照射されるレーザ光の光量をヒータパネルの各部位ごとに変えることが可能となる。
（４）光学系がミラーを有し、照射光量調整機構は、ミラーに入射するレーザ光の光路に対するミラーの光反射面の角度を調整するとすると、照射光量調整機構によってミラーの光反射面の角度を調整することにより、ミラーの光反射面で反射されるレーザ光の光路を所望に応じて設定することが可能となり、その結果、ヒータパネルにおけるレーザ光の照射位置を所望の位置に設定することが可能となる。
（５）照射光量調整機構は、基板の温度分布を検知する基板温度センサと、基板温度センサからの情報に従って光学系を制御することにより、ヒータパネルに照射されるレーザ光の光路を変化させる制御装置と、を含むとすると、制御装置によりヒータパネルにおけるレーザ光の光路を調整することによって、基板の加熱を制御することが可能となる。ここでは、基板温度センサからの情報に基づいて、制御装置がレーザ光の光路の調整を行うことにより、基板の加熱状態に応じて基板の加熱を行うことが可能となる。
（６）ヒータパネルは、断熱材によって、レーザ光の光路が変化する方向に複数の独立した部位に区画されるとすると、レーザ光の光路を変化させて、断熱材によって区画されたヒータパネルの各部位ごとにレーザ光の照射光量を調整することにより、個々の部位ごとに加熱温度を制御することが可能となる。それにより、基板の加熱を、より精度良くかつ的確に制御することが可能となる。
（７）ヒータパネルが冷却機構を含むとすると、基板の冷却時に、ヒータパネルの冷却機構により冷却を促進して行うことができ、その結果、基板の冷却に要する時間をより短縮することが可能となる。
（８）基板の冷却時においてヒータパネルから基板への熱の伝達を遮断するヒータパネル隔離機構をさらに含むとすると、基板の冷却時に、ヒータパネル隔離機構により、ヒータパネルから基板への熱の伝達が遮断されるため、基板の冷却に要する時間をより短縮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るイオンプレーティング装置の構造を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係るイオンプレーティング装置の特徴部分を示す模式図である。
【図３】本発明の実施の形態３に係るイオンプレーティング装置の特徴部分を示す模式図である。
【図４】従来のイオンプレーティング装置の構造を示す模式図である。
【符号の説明】
１真空チャンバ
２基板ホルダ
３基板
５，５’ 上部ヒータパネル
６Ａ，６Ｂ，６Ａ’，６Ｂ’ 下部ヒータパネル
７蒸発源
１１レーザ光発振装置
１２冷却装置
１３基板温度センサ
１４制御装置
１５ａ〜１５ｄ窓
１６回転軸
２１〜２７ミラー
２８，２９シャッター
３０ａ，３０ｂシャッター格納部
４０断熱材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a film forming apparatus, and more particularly, to a film forming apparatus that heats a substrate using laser light.
[0002]
[Prior art]
One conventional film deposition apparatus is an ion plating apparatus. FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of a conventional ion plating apparatus. As shown in FIG. 4, in the ion plating apparatus, the substrate holder 2 is disposed in the vacuum chamber 1, and the evaporation source 7 filled with the thin film forming material is disposed so as to face the substrate holder 2. Then, a substrate 3 as a film formation target such as an optical glass substrate is attached to the substrate holder 2.
[0003]
An upper heater panel 5 is disposed above the substrate holder 2, and a plurality of tubular sheath heaters 10 are disposed on the surface of the upper heater panel 5 at predetermined intervals. Further, below the substrate holder 2, a lower heater panel 6 having a substantially mortar shape and having an opening on the bottom surface is disposed with the large diameter side directed toward the substrate holder 2. On the inner surface of the lower heater panel 6, a plurality of tubular sheath heaters 10 are arranged at predetermined intervals.
[0004]
The upper heater panel 5 and the lower heater panel 6 are made of a metal such as copper or ceramics having a high thermal conductivity. The sheath heater 10 has a long tube shape and is not shown. However, the sheath heater 10 is arranged in a complicated manner around the vacuum chamber 1 until it is arranged on the surfaces of the upper and lower heater panels 5 and 6. The
[0005]
In this ion plating apparatus, the evaporation source 7 is heated to evaporate the thin film forming material and the substrate 3 is heated during film formation. Then, the evaporated material is excited by a predetermined method and is made to collide with the surface of the substrate 3 to adhere thereto, thereby forming a thin film on the surface of the substrate 3. Here, the substrate 3 is heated as follows.
[0006]
In order to heat the substrate 3, the sheath heater 10 is heated by energization. Then, the heat is transmitted to the upper heater panel 5 and the lower heater panel 6, respectively, and the upper and lower heater panels 5 and 6 are heated. Radiant heat is released from the upper and lower heater panels 5 and 6 thus heated, and the front and back surfaces and the inside of the substrate 3 are heated by the radiant heat.
[0007]
On the other hand, the substrate 3 is cooled after the film forming process, and as a cooling method, there is natural cooling in which the sheath heater 10 is stopped and allowed to cool.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the substrate heating using the sheath heater 10 as a heat source, it is difficult to accurately control the heat transfer from the sheath heater 10 to the upper and lower heater panels 5 and 6 and the radiant heat emitted from these panels 5 and 6. It is difficult to control the temperature, and for example, temperature non-uniformity occurs on the front side and the back side of the substrate 3, or the temperature distribution in each part in the same plane becomes non-uniform. Such uneven temperature distribution of the substrate 3 affects the quality of the film.
[0009]
Furthermore, as described above, since the sheath heater 10 is arranged in a complicated manner in the vacuum chamber 1, the surface area in the vacuum chamber 1 is increased by the surface area of the sheath heater 10, and the amount of gas generated from the surface is reduced. Become more. For this reason, it takes time to exhaust the vacuum chamber 1. Further, dirt is likely to adhere for reasons such as oxidation of the surface of the sheath heater 10. Further, such a sheath heater 10 may be disconnected.
[0010]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and can form a film forming apparatus capable of accurately and accurately controlling the heating temperature and uniformly heating the entire substrate. The purpose is to provide.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
A film forming apparatus according to the present invention includes a laser light generating device, a window for guiding laser light to the inside, a chamber for forming a film on a substrate therein, and the chamber is disposed in the chamber, A substrate holder for mounting a substrate, a heater panel disposed in the chamber and generating heat by absorbing the laser beam, and an optical system for guiding the laser beam generated by the laser beam generator to the heater panel through the window (Claim 1).
[0012]
In such a configuration, when the substrate is heated, the heater panel is irradiated with laser light to generate heat, and the substrate is heated by radiant heat emitted from the heater panel. The heater panel irradiated with the laser light is heated to a high temperature in a short time as compared with the case where it is heated by a sheath heater as in the prior art, and the temperature decreases in a short time when the irradiation is stopped. Therefore, it is possible to shorten the time required for heating and cooling the substrate. Thereby, the production efficiency of the product is improved.
[0013]
In heating the heater panel with laser light, the heating state of the heater panel can be easily controlled with high accuracy by adjusting the laser light. For this reason, it becomes possible to control the heating state of the substrate accurately and accurately by adjusting the radiant heat emitted from the heater panel. Further, by controlling the temperature state of the substrate, it is possible to make the temperature distribution of the substrate uniform, and as a result, it is possible to form a high quality film.
[0014]
Further, since the optical path of the laser beam can be freely set by adjusting the optical system, it can be irradiated with the laser beam regardless of the arrangement position of the heater panel. For this reason, it becomes possible to arrange | position a heater panel freely.
[0015]
In addition, as in the case where a sheath heater is used, dirt does not adhere to the chamber, and since the surface area in the chamber is reduced, the gas emitted from the surface is reduced, thereby shortening the exhaust time of the chamber. It becomes possible. Furthermore, there is no risk of heater breakage.
[0016]
You may further provide the irradiation light quantity adjustment mechanism which can change the light quantity of the said laser beam irradiated to the said heater panel for every site | part of the said heater panel (Claim 2).
[0017]
According to this configuration, it is possible to control the heating state of each part by adjusting the irradiation light quantity of the laser beam for each part of the heater panel by the irradiation light quantity adjusting mechanism. Here, according to the heating state of a board | substrate, the heating of each part of a heater panel is controlled by the irradiation light quantity adjustment mechanism, and the quantity of the radiant heat discharge | released from each part of a heater panel is adjusted. Thereby, the heating state of the substrate can be controlled, and as a result, the temperature distribution of the substrate can be made uniform.
[0018]
The irradiation light amount adjusting mechanism may change an optical path of the laser light irradiated to the heater panel.
[0019]
According to such a configuration, it is possible to change the light amount of the irradiated laser light for each part of the heater panel by changing the optical path of the laser light by the irradiation light amount adjusting mechanism.
[0020]
The optical system may include a mirror, and the irradiation light amount adjustment mechanism may adjust an angle of a light reflection surface of the mirror with respect to an optical path of the laser light incident on the mirror.
[0021]
According to this configuration, the optical path of the laser beam reflected by the light reflecting surface of the mirror can be set as desired by adjusting the angle of the light reflecting surface of the mirror by the irradiation light amount adjusting mechanism.
[0022]
The irradiation light quantity adjustment mechanism controls the optical path of the laser light irradiated to the heater panel by controlling the optical system according to information from the substrate temperature sensor that detects the temperature distribution of the substrate and the substrate temperature sensor. And a control device for changing.
[0023]
In such a configuration, the portion of the heater panel that is the irradiation position of the laser light is particularly effectively heated, and thus emits more radiant heat than the other portions. Therefore, the portion of the substrate corresponding to the laser beam irradiation position of the heater panel is particularly effectively heated. Therefore, the heating of the substrate can be controlled by adjusting the irradiation position by changing the optical path of the laser beam in the heater panel by the control device. Here, the control device changes the optical path of the laser light based on information from the substrate temperature sensor, so that the substrate can be heated according to the heating state of the substrate.
[0024]
The heater panel may be partitioned into a plurality of independent portions in a direction in which an optical path of the laser light changes by a heat insulating material (Claim 6).
[0025]
According to such a configuration, the heating temperature is controlled for each individual part by changing the optical path of the laser light and adjusting the irradiation light quantity of the laser light for each part of the heater panel partitioned by the heat insulating material. Is possible. For this reason, it becomes possible to adjust the quantity of the radiant heat discharge | released for every site | part of a heater panel. Here, since each site | part is divided and insulated by the heat insulating material, each site | part hardly receives the influence of the temperature of an adjacent site | part, Therefore Heating temperature can be accurately controlled for every site | part. Therefore, the heating of the substrate can be controlled with higher accuracy and accuracy.
[0026]
The heater panel may include a cooling mechanism.
[0027]
According to such a configuration, when the substrate is cooled, the cooling can be promoted by the cooling mechanism of the heater panel, and as a result, the time required for cooling the substrate can be further shortened.
[0028]
A heater panel isolation mechanism may be further included that blocks heat transfer from the heater panel to the substrate during cooling of the substrate.
[0029]
According to this configuration, since the heat transfer from the heater panel to the substrate is interrupted by the heater panel isolation mechanism when the substrate is cooled, the time required for cooling the substrate can be further shortened.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the embodiment, an ion plating apparatus will be described as a film forming apparatus according to the present invention.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an ion plating apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
[0031]
As shown in FIG. 1, the ion plating apparatus includes a laser oscillator 11 that is a laser light generator, and a vacuum chamber that is made of a conductive member and has windows 15a, 15b, and 15c on the lower surface and a window 15d on the upper surface. 1, mirrors 21 to 27 as optical systems for guiding laser light emitted from the laser oscillator 11 into the vacuum chamber 1 through the windows 15 a to 15 d, a cooling device 12, a substrate temperature sensor 13, and an incident laser And a control device 14 that adjusts the angle of the light reflecting surfaces of the mirrors 21, 23, 24, and 27 with respect to the optical path of light and the output of the laser oscillator 11. Here, the substrate temperature sensor 13 and the control device 14 correspond to a laser light irradiation light amount adjustment mechanism.
[0032]
The detailed structure of the ion plating apparatus will be described below.
[0033]
The windows 15a to 15d provided on the lower surface and the upper surface of the vacuum chamber 1 are provided, for example, with openings in the wall of the vacuum chamber 1, and a material through which laser light can be transmitted, for example, CO. ₂ A window member made of ZnSe or the like for a laser or a glass such as quartz for a YAG laser is fitted. A material supply source device for supplying a film forming material, that is, an evaporation source 7 for evaporating the thin film forming material is disposed in the vacuum chamber 1, and is made of a conductive member so as to face the evaporation source 7. A disc-shaped substrate holder 2 is disposed. A substrate 3 as a film formation target is attached to the substrate holder 2. Here, the substrate 3 is, for example, an insulating and transparent disk-shaped glass substrate. The substrate temperature sensor 13 detects the front and back surfaces of the substrate 3 (here, the film formation surface of the substrate 3 is referred to as the front surface and the surface opposite to the film formation surface is referred to as the back surface) and the temperature inside the substrate.
[0034]
In the center of the back surface of the substrate holder 2, a rotating shaft 16 made of a conductive member is disposed so as to pass through an upper heater panel 5 and a wall of the vacuum chamber 1 which will be described later and extend to the outside. The rotating shaft 16 is rotatably supported by a bearing (not shown). Although not shown here, the portion of the rotating shaft 16 extending from the chamber wall penetrating portion to the tip is connected to a motor serving as a rotation driving portion. In addition, a power feeding mechanism that is in direct contact with the rotating shaft 16 is provided at a predetermined portion of the protruding portion of the rotating shaft 16. This power feeding mechanism is connected to a high frequency power source and a DC power source. The high frequency power supply, the DC power supply, and the vacuum chamber 1 are grounded.
[0035]
A plate-like upper heater panel 5 is disposed in parallel with the substrate holder 2 so as to cover the substrate holder 2 above the substrate holder 2, that is, on the back side of the substrate 3. Further, below the substrate holder 2, that is, on the surface side of the substrate 3, there are two plate-like lower portions symmetrical to the normal passing through the center of the main surface of the substrate holder 2, that is, the central axis of the rotation shaft 16. Heater panels 6A and 6B are provided. The lower heater panels 6A and 6B are disposed at a predetermined angle with respect to the film formation surface of the substrate 3, and the inclination angle is such that the radiant heat from the lower heater panels 6A and 6B is efficiently transmitted to the film formation surface of the substrate 3. Is set to be.
[0036]
The upper and lower heater panels 5, 6 A, 6 B are made of a material that has high thermal conductivity and absorbs laser light and can generate heat, such as copper metal or ceramics, and is fixed to the inner wall of the vacuum chamber 1. Each heater panel is supported by a heater panel support structure (not shown). Cooling water passages (not shown) are provided inside the upper and lower heater panels 5, 6A, 6B. Cooling water is circulated through the cooling water flow path by a cooling device 12 provided outside the vacuum chamber 1. Here, the cooling water flow paths of the upper and lower heater panels 5, 6A, 6B and the cooling device 12 correspond to a cooling mechanism.
[0037]
As the laser oscillator 11 disposed outside the vacuum chamber 1, for example, CO ₂ A laser device is used. The output of the laser light emitted from the laser oscillator 11 is controlled by the control device 14.
[0038]
Further, the mirror 20 that splits the laser light emitted from the laser oscillator 11 into two laser lights having different paths, that is, laser light that passes through and travels straight, and laser light that is reflected and travels toward the mirror 22. The laser beam transmitted through the mirror 20 is transmitted as it is with two laser beams having different paths, that is, the laser beam a introduced into the vacuum chamber 1 through the window 15a and irradiated to the lower heater panel 6A. Then, a mirror 21 that splits the laser beam b traveling straight is arranged. Further, a mirror 23 that splits the laser beam b transmitted through the mirror 21 into a laser beam d introduced into the vacuum chamber 1 through the window 15b and applied to the substrate 3, and a laser beam e that passes through and travels straight. The mirror 24 is arranged so that the laser beam e transmitted through the mirror 23 is introduced into the vacuum chamber 1 through the window 15c and irradiated to the lower heater panel 6B. Further, mirrors 25, 26, and 27 are disposed so that the laser beam c reflected by the mirror 22 is further reflected and introduced into the vacuum chamber 1 through the window 15 d and irradiated to the upper heater panel 5.
[0039]
The mirrors 21, 23, 24, and 27 are provided so that the angle of the light reflecting surface with respect to the optical path of each incident laser beam (hereinafter simply referred to as the angle of the light reflecting surface) can be adjusted independently. That is, the axis Z perpendicular to the longitudinal section including the diameter of the substrate holder 2 ₁ , Z ₂ , Z _Three , Z _Four Arrow Y in the figure around ₁ , Y ₂ , Y _Three , Y _Four The angle of the light reflecting surface changes by rotating in the direction of. Adjustment of the angles of the light reflecting surfaces of the mirrors 21, 23, 24, and 27 is performed by the control device 14 based on information from the substrate temperature sensor 13, as will be described later.
[0040]
Next, the operation of the ion plating apparatus configured as described above will be described.
[0041]
First, the substrate 3 is attached to the substrate holder 2, and the vacuum chamber 1 is evacuated to make the chamber in a vacuum state. Then, a motor (not shown) is driven to rotate the rotating shaft 16 and the substrate holder 2 attached to one end thereof, and the laser oscillator 11 is operated to emit laser light. As will be described later, the laser light emitted from the laser oscillator 11 is introduced into the vacuum chamber 1 from the outside through the windows 15a to 15d by the mirrors 21 to 27, and the upper heater panel 5 and the lower heater panels 6A and 6B. The back surface (here, the surface opposite to the substrate holder 2 is referred to as the back surface) is irradiated, and the film formation surface of the substrate 3 is directly irradiated. The upper and lower heater panels 5, 6 A, 6 B absorb the irradiated laser light, convert light energy into heat energy, and generate heat. As a result, the upper heater panel 5 and the lower heater panels 6A and 6B are heated to release radiant heat, and the substrate 3 is heated by absorbing this radiant heat. Further, the direct irradiation of the laser light also absorbs the laser light irradiated onto the substrate 3 and converts the light energy into heat energy to generate heat, so that the substrate 3 is heated.
[0042]
When the substrate 3 is heated to a predetermined temperature (for example, about 300 ° C.), a high-frequency power source and a DC power source (both not shown) are operated. Then, a high-frequency voltage and a direct-current voltage are applied to the rotating shaft 16 and the substrate holder 2 through a power feeding mechanism (not shown), whereby the high-frequency voltage and the direct-current voltage are applied between the substrate holder 2 and the vacuum chamber 1. Given.
[0043]
Subsequently, the thin film forming material filled in the evaporation source 7 is evaporated. Then, the evaporated thin film forming material is excited by the plasma generated by the high frequency voltage, and this excited thin film forming material is accelerated by the self-bias and the DC electric field, and collides with and adheres to the surface of the substrate 3. Thereby, a thin film is formed on the surface of the substrate 3. In this way, a film-forming glass as a product is obtained.
[0044]
Next, the method for heating the substrate 3 will be described in detail.
[0045]
The laser light emitted from the laser oscillator 11 is reflected by the mirror 20 and is split into laser light c reflected toward the mirror 22 and laser light transmitted through the light as it is and directed toward the mirror 21. The laser beam directed toward the mirror 21 is further split into laser beams a and b by the mirror 21. The laser beam a is guided into the chamber through the window 15a of the vacuum chamber 1, and is irradiated on the back surface of the lower heater panel 6A. Further, the laser beam b passes through the mirror 21 and reaches the mirror 23.
[0046]
When the laser beam a is irradiated, the lower heater panel 6A generates heat and the temperature rises. Then, radiant heat is released from the lower heater panel 6A, and this radiant heat is transmitted to the substrate 3 so that the substrate 3 is heated.
[0047]
The laser beam b transmitted through the mirror 21 is further split into a laser beam d reflected by the mirror 23 and a laser beam e transmitted through the mirror 23. The split laser beam d is guided into the chamber through the window 15 b of the vacuum chamber 1 and directly irradiated onto the film formation surface of the substrate 3. Thereby, the substrate 3 is heated.
[0048]
The laser beam e transmitted through the mirror 23 is further reflected by the mirror 24. Then, the light is guided into the chamber through the window 15c of the vacuum chamber 1 and irradiated to the back surface of the lower heater panel 6B. Thereby, the lower heater panel 6B is heated and the temperature rises. Then, radiant heat is released from the heated lower heater panel 6B, and this radiant heat is transmitted to the substrate 3 so that the substrate 3 generates heat and is heated.
[0049]
On the other hand, the laser beam c reflected by the mirror 20 and directed to the mirror 22 is further reflected by the mirror 22, the mirror 25, the mirror 26 and the mirror 27, respectively, and guided into the chamber through the window 15d of the vacuum chamber 1. Then, the central portion of the back surface of the upper heater panel 5 is irradiated. Thereby, the upper heater panel 5 generates heat, the temperature rises, and radiant heat is released. The substrate 3 is heated by this radiant heat.
[0050]
Here, the upper and lower heater panels 5, 6A, 6B are high as described above.
Since it is made of a material having thermal conductivity, it is sufficiently heated even in a portion away from the irradiation spot (irradiation position) of the laser beams c, a, and e. In particular, the irradiation spot and its peripheral portion are effective. To be heated. For this reason, the radiation heat emitted from the irradiation spots of the upper and lower heater panels 5, 6 A, 6 B and their peripheral portions is particularly increased. Therefore, the upper and lower heater panels 5, 6 A, 6 B that have become irradiation spots and the portion of the substrate 3 corresponding to the peripheral portions are heated more effectively than the other portions.
[0051]
Further, in the heating of the substrate 3 by direct irradiation with the laser beam d, the laser beam irradiation spot and its surroundings are locally heated, and the temperature of this portion effectively increases, while the portion away from the laser beam irradiation spot Then the temperature rises slowly.
[0052]
Thus, in the upper and lower heater panels 5, 6 A, 6 B, a large amount of radiant heat is emitted at the laser beam irradiation spot and its peripheral portion, and in the direct irradiation of the laser beam d onto the substrate 3, Since the peripheral portion is locally heated, the heating state of the substrate 3 can be controlled by controlling the positions of the laser beam irradiation spots on the upper and lower heater panels 5, 6 A, 6 B and the substrate 3. Here, the control device 14 controls the heating of the substrate 3 so that the entire substrate 3, that is, the front and back surfaces of the substrate 3, the portions of each surface, and the temperature distribution in the substrate are made uniform. Below, the control method by the control apparatus 14 is demonstrated.
[0053]
As described above, when the upper and lower heater panels 5, 6A, 6B and predetermined portions of the substrate 3 are irradiated with the laser beams c, a, e, d and the substrate 3 is heated, the temperature distribution state of the substrate 3 is changed to the substrate. It is detected by the temperature sensor 13 and the information is transmitted to the control device 14. Based on this information, the control device 14 adjusts the laser light output of the laser oscillator 11, and makes the mirrors 21, 23, 24, and 27 independent of each other so that the temperature distribution of the substrate 3 can be made uniform. Z ₁ , Z ₂ , Z _Three , Z _Four Arrow Y in the figure around ₁ , Y ₂ , Y _Three , Y _Four The angle of the light reflecting surface of the mirror is adjusted respectively.
[0054]
By adjusting the angle of the light reflecting surface of the mirror 21 with respect to the optical path of the laser light transmitted through the mirror 20, the path (optical path) of the laser light a reflected by the mirror 21 is indicated by the arrow X in the figure. ₁ It is possible to change from one end to the other end of the lower heater panel 6A in the direction of. As a result, the position of the irradiation spot of the laser beam a on the lower heater panel 6A can be freely changed. As a result, the lower heater panel 6A becomes an irradiation spot and is heated to a particularly high temperature to emit a large amount of radiant heat. The part can be set freely.
[0055]
Further, by adjusting the angle of the light reflecting surface of the mirror 23 with respect to the optical path of the laser light b, the path (optical path) of the laser light d reflected by the mirror 23 is changed to the arrow X in the figure. ₂ It is possible to change from one end of the substrate 3 to the other end in the direction of. As a result, the position of the irradiation spot of the laser beam d on the substrate 3 can be freely changed. As a result, a portion of the substrate 3 that becomes an irradiation spot and is heated intensively and becomes particularly high is freely set. It becomes possible to do.
[0056]
Further, by adjusting the angle of the light reflecting surface of the mirror 24 with respect to the optical path of the laser light transmitted through the mirror 23, the path of the laser light e reflected by the mirror 24 is indicated by the arrow X in the figure. _Three It is possible to change from one end to the other end of the lower heater panel 6B in the direction of. As a result, the position of the irradiation spot of the laser beam e on the lower heater panel 6B can be freely changed. As a result, the lower heater panel 6B becomes an irradiation spot and is heated to a particularly high temperature to emit a large amount of radiant heat. The part can be set freely.
[0057]
Further, by adjusting the angle of the light reflecting surface of the mirror 27 with respect to the optical path of the laser light c reflected by the mirrors 20, 22, 25, and 26, the path of the laser light c reflected by the mirror 27 is shown in FIG. Arrow X _Four It is possible to change from one end of the upper heater panel 5 to the other end in the direction of. As a result, the position of the irradiation spot of the laser beam c on the upper heater panel 5 can be freely changed. As a result, the upper heater panel 5 becomes an irradiation spot and is heated to a particularly high temperature to emit a large amount of radiant heat. The part can be set freely.
[0058]
Here, for example, based on information from the substrate temperature sensor 13, the control device 14 applies lasers to the portions of the upper and lower heater panels 5, 6 A, 6 B corresponding to the portion of the substrate 3 having a low temperature and its peripheral portion. The angles of the light reflecting surfaces of the mirrors 21, 23, 24, and 27 are adjusted so that the irradiation spots of the light d, c, a, and e are positioned. Thereby, the position of the irradiation spot of the laser beams d, c, a, and e is aligned with the low temperature portion of the substrate 3 and heating can be performed particularly effectively. In this way, the temperature distribution of the substrate 3 can be made uniform by selectively positively heating the low temperature portion of the substrate 3 by adjusting the angles of the light reflecting surfaces of the mirrors 21, 23, 24, and 27. It becomes possible to plan.
[0059]
For example, in this embodiment, since both ends of the substrate 3 are close to the lower heater panel 6A and the lower heater panel 6B, the radiant heat from the lower heater panels 6A and 6B is easily transmitted to both ends of the substrate 3, , The temperature tends to rise. On the other hand, since the center part of the substrate 3 is far from the lower heater panel 6A and the lower heater panel 6B, the radiant heat from the lower heater panels 6A and 6B is less likely to be transmitted compared to both ends of the substrate 3, Therefore, the temperature is difficult to rise.
[0060]
Therefore, here, the control device 14 causes the upper and lower heater panels 5, 6A, 6B corresponding to the central portion of the substrate 3, specifically, the central portion of the upper heater panel 5 and the lower heater panels 6A, 6B. The angles of the light reflecting surfaces of the mirrors 21, 24, 27 are adjusted so that the irradiation spots of the laser beams c, a, e are positioned at the end of the chamber center side. As a result, the central portion of the upper heater panel 5 where the irradiation spots of the laser beams c, a, and e are located and the chamber center side end portions of the lower heater panels 6A and 6B are heated more effectively than other portions. , Release more radiant heat. For this reason, the center part of the board | substrate 3 is heated more actively compared with an edge part, As a result, the temperature distribution in the center part and edge part of the board | substrate 3 can be equalize | homogenized.
[0061]
Further, here, the control device 14 adjusts the angle of the light reflecting surface of the mirror 23 so that the irradiation spot of the laser beam d is located at the center of the substrate 3. Thereby, the central part of the substrate 3 is more actively heated than the end part, and as a result, the temperature distribution in the central part and the end part of the substrate 3 can be made uniform.
[0062]
After completion of the film forming step, heating of the evaporation source 7 is stopped, and the laser oscillator 11, the high frequency power source, and the DC power source (not shown) are stopped.
[0063]
When the laser oscillator 11 is stopped and the irradiation of the laser beams c, a, e to the upper and lower heater panels 5, 6A, 6B is stopped, the heater panels 5, 6A, 6B whose temperature has risen become conventional sheath heaters. Compared with the case where the heating by is stopped, the temperature decreases in a short time even in vacuum. As the temperature of the upper and lower heater panels 5, 6A, 6B decreases, the temperature of the substrate 3 decreases. Further, when the irradiation of the laser beam d to the substrate 3 is stopped, the temperature of the substrate 3 whose temperature has been increased rapidly decreases even in a vacuum. Therefore, in the heating by the laser beam, the substrate 3 can be cooled in a short time even in a vacuum when the heating is stopped, compared to the heating using the conventional sheath heater.
[0064]
Furthermore, here, after stopping the irradiation of the laser beam, the cooling device 12 is operated, and the cooling water is circulated through cooling water flow paths (not shown) formed in the upper and lower heater panels 5, 6A, 6B. . Thereby, the upper and lower heater panels 5, 6A, 6B are forcibly water-cooled, and the substrate 3 can be cooled in a shorter time.
[0065]
As described above, according to the apparatus of the present embodiment, the substrate 3 is heated by the laser beam through the upper and lower heater panels 5, 6A, 6B, and the substrate 3 is directly irradiated with the laser beam. Since the heating is performed, the substrate 3 can be effectively heated. As a result, the time required for heating the substrate 3 can be shortened. Further, in the heating by the laser beam, the cooling time of the substrate 3 can be shortened when the heating is stopped as compared with the conventional heating using the sheath heater. As described above, the present embodiment capable of shortening the time required for heating and cooling the substrate 3 is particularly effective in mass production of products.
[0066]
Further, in the present embodiment, the output of the laser light and the angles of the light reflecting surfaces of the mirrors 21, 23, 24, 27 are controlled by the control device 14, so that the substrate 3 can be compared with the conventional case using a sheath heater. Temperature control can be performed accurately and accurately. Accordingly, it is possible to make the temperature distribution uniform in the substrate 3.
[0067]
Further, since the sheath heater is not used, it is possible to prevent dirt from adhering to the chamber, and the surface area in the chamber is reduced, so that the exhaust time of the vacuum chamber 1 can be shortened. Furthermore, there is no risk of heater disconnection.
(Embodiment 2)
The ion plating apparatus according to the present embodiment has the same structure as the apparatus of the first embodiment, but differs in the following points.
[0068]
FIG. 2 is a schematic diagram showing a characteristic part of the ion plating apparatus according to the present embodiment. The structure other than the structure shown here is the same as the structure of the apparatus of the first embodiment shown in FIG.
[0069]
As shown in FIG. 2, in the present embodiment, the lower heater panel 6A and the lower heater panel 6B are moved in a direction in which a laser beam irradiation spot described later is moved by the heat insulating material 40, in this case, in the width direction of the heater panel. It is divided into three parts 6a, 6b, 6c and three parts 6a ′, 6b ′, 6c ′. The heat insulating material 40 has a small width and is disposed over the entire length and the entire thickness of the lower heater panels 6A and 6B, whereby the portions 6a, 6b, and 6c of the lower heater panels 6A and 6B are arranged. , 6a ′, 6b ′, and 6c ′ are partitioned completely independently.
[0070]
In this apparatus, when the substrate 3 is heated, similarly to the first embodiment, the lower heater panels 6A and 6B are heated by irradiating the laser beams a and e, and the upper heater is irradiated by irradiating the laser beam c. The panel 5 is heated, and the substrate 3 is heated by the radiant heat emitted from the upper and lower heater panels 5, 6A, 6B. Further, the substrate 3 is heated by directly irradiating the substrate 3 with the laser beam d. Here, in the heating of the substrate 3, the following points are different between the present embodiment and the first embodiment.
[0071]
In the present embodiment, the irradiation amount of the laser beam a at each of the parts 6a, 6b, 6c of the lower heater panel 6A is changed and the parts of the lower heater panel 6B are changed so that the temperature distribution of the substrate 3 can be made uniform. The irradiation light quantity of the laser beam e in 6a ′, 6b ′, and 6c ′ is changed. Specifically, the amount of laser light irradiation at each part is changed by adjusting the irradiation time of the laser light at each part. Note that the irradiation time of the laser light here is the time during which the irradiation spot of the laser light stays at each part.
[0072]
Adjustment of the irradiation time of the laser beams a and e at the respective portions 6a to 6c and 6a 'to 6c' of the lower heater panels 6A and 6B is performed by moving the mirrors 21 and 24 along the axis Z. ₁ , Z _Three Arrow Y in the figure around ₁ , Y _Three The angles of the light reflecting surfaces of the mirrors are changed at predetermined time intervals by rotating in the directions respectively, so that the laser beams a and e are respectively shown by arrows X in the figure. ₁ , X _Three This is done by shaking in the direction of. Such rotation of the mirrors 21 and 24 is controlled by the control device 14 (FIG. 1).
[0073]
For example, when the temperature of the central portion of the substrate 3 is less likely to rise than the end portion, in the lower heater panel 6A, the time for irradiating the portion 6c corresponding to the central portion of the substrate 3 with the laser beam a is made the longest. The irradiation time is shortened in the order of the part 6b and the part 6a. Thereby, in the lower panel heater 6A, the temperature of the part 6c becomes the highest, and the temperature decreases in the order of the part 6b and the part 6a. As a result, the radiant heat emitted from the lower panel heater 6A is the largest at the part 6c and the smallest at the part 6a. Therefore, the central portion of the substrate 3 where the temperature does not easily rise is more actively heated than the end portion.
[0074]
In the lower heater panel 6B, the time for irradiating the portion 6c ′ corresponding to the central portion of the substrate 3 with the laser beam e is made the longest, and the irradiation time is made shorter in the order of the portion 6b ′ and the portion 6a ′. Thereby, in the lower panel heater 6B, the temperature of the part 6c ′ becomes the highest, and the temperature decreases in the order of the part 6b ′ and the part 6a ′. Therefore, the radiant heat emitted from the lower panel heater 6B is the largest at the part 6c ′ and the smallest at the part 6a ′. As a result, the central portion of the substrate 3 where the temperature does not easily rise is more actively heated than the end portion.
[0075]
In this way, the irradiation times of the laser beams a and e at the portions 6a to 6c and 6a ′ to 6c ′ of the lower heater panels 6A and 6B partitioned by the heat insulating material 40 are respectively adjusted according to the heating state of the substrate 3. By doing so, it becomes possible to control the radiant heat emitted from each of the parts 6a to 6c, 6a 'to 6c'. In this case, since each site | part 6a-6c, 6a'-6c 'is isolate | separated by the heat insulating material 40, respectively, it is hardly influenced by the temperature of an adjacent site | part. For this reason, the difference in the irradiation time of the laser beams a and e is accurately reflected as the temperature difference between the portions 6a to 6c and 6a 'to 6c'. Therefore, in this embodiment, it is possible to control the radiant heat with higher accuracy. As a result, the temperature of the substrate 3 can be controlled more accurately and accurately.
[0076]
The arrangement state (position, number, etc.) of the heat insulating material 40 is not limited to the present embodiment, and is appropriately set so as to be optimal for heating the substrate 3 uniformly, for example. Further, a heat insulating material may be provided on the upper heater panel 5.
(Embodiment 3)
The ion plating apparatus according to the present embodiment has the same structure as the apparatus of the first embodiment, but the cooling mechanism, that is, the upper and lower heater panels are not provided with the cooling water flow path and the cooling device, Instead, a heater panel shielding structure is provided as a heater panel isolation mechanism, which is different from the first embodiment.
[0077]
FIG. 3 is a schematic diagram showing a characteristic part of the ion plating apparatus according to the present embodiment. Except for the structure shown here, the structure is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1 except that the cooling device 12 is not provided.
[0078]
As shown in FIG. 3, the apparatus of the present embodiment is provided with upper and lower heater panels 5 ′, 6A ′, 6B ′ that are not provided with a cooling water flow path, and the following heater panel shielding. It has a structure.
[0079]
The heater panel shielding structure includes a shutter 28 that blocks radiant heat emitted from the upper heater panel 5 ′ toward the substrate 3, a shutter storage portion 30 a that stores the shutter 28, and the substrate 3 from the lower heater panels 6 A ′ and 6 B ′. And a shutter storage unit 30b for storing the shutter 29.
[0080]
The shutter 28 is made of a heat insulating material, and is disposed so as to be positioned between the upper heater panel 5 ′ and the substrate holder 2 in the vacuum chamber 1 in a rollable and unfolded state. The shutter 29 is made of a heat insulating material, and is disposed so as to be positioned between the lower heater panels 6A and 6B and the substrate 3 in the vacuum chamber 1 in a state where the shutter 29 can be wound and unfolded. The shutter storage portion 30a is disposed at a predetermined portion of the inner wall of the vacuum chamber 1, and the shutter storage portion 30b is disposed at a portion different from the portion where the shutter storage portion 30a is formed on the inner wall of the vacuum chamber 1. The shutter storage units 30a and 30b are configured so that the shutters 28 and 29 are wound and stored.
[0081]
In the film forming process, the shutters 28 and 29 are wound and stored in the shutter storage portions 30a and 30b, respectively, and the so-called shutters 28 and 29 are in an open state. On the other hand, in the substrate cooling step after the film forming step, the irradiation of the laser beam to the upper and lower heater panels 5 ′, 6A ′, 6B ′ and the substrate 3 is stopped and the shutters 28a to 30b are moved from the shutter 28 to the shutter 28. 29 are drawn out (deployed) and proceed in the horizontal direction toward the center of the vacuum chamber 1. In the shutters 28 and 29, the tip portions that have advanced so as to face each other in the opposite direction come into contact with each other in the vicinity of the center portion of the vacuum chamber 1. As a result, the shutters 28 and 29 are closed. In this manner, the shutters 28 and 29 are closed and are allowed to cool (natural cooling). Here, when the shutters 28 and 29 are closed, the upper and lower heater panels 5 ′. The radiant heat emitted from 6A ′ and 6B ′, that is, the residual heat can be blocked, and the transmission of the residual heat to the substrate 3 can be suppressed. For this reason, it is possible to shorten the time required for cooling. The opening / closing operation of the shutters 28 and 29 is controlled by the control device 14 (FIG. 1), for example.
[0082]
As a modification of the present embodiment, an apparatus configuration including a heater panel isolation mechanism having a structure other than the above is also possible. For example, a heater panel retracting structure in which the arrangement of the panels 5 ′, 6A ′, 6B ′ itself is changed so that the upper and lower heater panels 5 ′, 6A ′, 6B ′ are moved away from the substrate 3 is used as the heater. You may have as a panel isolation mechanism.
[0083]
In the first to third embodiments, as the laser oscillator 11, CO ₂ A laser device other than the laser device may be used. For example, a YAG laser device may be used. In the case of using a YAG laser device, if the substrate is transparent, the laser beam is not absorbed by the substrate and is transmitted therethrough, so that the substrate cannot be heated by direct irradiation. Since the panels are absorbed and can heat these panels, heating by radiant heat through the heater panel is possible.
[0084]
Further, the arrangement state of the upper heater panel and the lower heater panel in the ion plating apparatus according to the present invention is not limited to the above-described first to third embodiments, and may be other arrangement states. For example, a configuration in which only the lower heater panel is arranged is possible, and a configuration in which a plurality of upper heater panels are arranged may be used. Further, the substrate may be heated only by heating through the heater panel without performing heating by direct irradiation of the laser beam to the substrate.
[0085]
The shape of the upper and lower heater panels is not particularly limited, but is preferably a shape suitable for controlling the temperature of the substrate, particularly a shape suitable for achieving uniform temperature distribution of the substrate. For example, in the first to third embodiments in which film formation is performed by rotating a disk-shaped substrate, the shape of the upper heater panel is a disc shape, and the shape of the lower heater panel is a substantially mortar shape having an opening on the bottom surface. Alternatively, the plurality of lower heater panels are arranged in a generally mortar shape as a whole.
[0086]
Further, the arrangement state of the mirrors in the ion plating apparatus according to the present invention is not limited to the above-described first to third embodiments, and may be other arrangement states.
[0087]
In the conventional heating method using a sheath heater, a long tubular sheath heater must be routed in the vacuum chamber and disposed on the surface of the heater panel. Therefore, it is structurally difficult to arrange the heater panel freely. However, in the present invention, since the optical path of the laser beam can be freely set by appropriately setting the arrangement of the mirror and the position of the vacuum chamber window, the heater panel regardless of the position of the heater panel. Can be heated by irradiating with laser light. Therefore, the heater panel can be freely arranged.
[0088]
In the above first to third embodiments, the positions of the irradiation spots of the laser light on the upper and lower heater panels and the substrate are adjusted by rotating the mirrors. Adjustments may be made. For example, the position of the irradiation spot may be adjusted by moving the mirror itself in an appropriate direction.
[0089]
In the first to third embodiments, the case where the present invention is applied to the ion plating apparatus has been described. However, the film forming apparatus according to the present invention is not limited to the ion plating apparatus, and heats the substrate. The present invention can also be applied to a film forming apparatus that performs film formation, such as a sputter film forming apparatus or a CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus.
[0090]
【The invention's effect】
The present invention is implemented in the form as described above, and has the following effects.
(1) The heater panel irradiated with the laser light is heated to a high temperature in a short time as compared with the case where it is heated by a sheath heater as in the prior art, and the temperature drops in a short time when the irradiation is stopped. Therefore, it is possible to shorten the time required for heating and cooling the substrate. Thereby, the production efficiency of the product is improved.
[0091]
Moreover, it is possible to control the heating state of the heater panel accurately and easily by adjusting the laser beam. For this reason, it becomes possible to control the heating state of the substrate accurately and accurately by adjusting the radiant heat emitted from the heater panel. Further, by controlling the temperature state of the substrate, the substrate can be heated uniformly, and as a result, a high-quality film can be formed.
[0092]
Further, since the optical path of the laser beam can be freely set by appropriately arranging the optical system, it can be heated by irradiating it with the laser beam regardless of the position of the heater panel. Therefore, the heater panel can be freely arranged.
[0093]
In addition, there is no contamination in the chamber as in the case of using a sheath heater, and the surface area in the chamber is reduced, so that the gas emitted from the surface is reduced, thereby shortening the exhaust time of the chamber. It becomes possible. Furthermore, there is no risk of heater breakage.
(2) If the irradiation light quantity adjustment mechanism which can change the light quantity of the laser beam irradiated to a heater panel for every site | part of a heater panel is further provided, a laser is applied to each site | part of a heater panel by an irradiation light quantity adjustment mechanism. It is possible to control the heating state of each part by adjusting the light irradiation amount. Here, according to the heating state of a board | substrate, the heating of each part of a heater panel is controlled by the irradiation light quantity adjustment mechanism, and the quantity of the radiant heat discharge | released from each part of a heater panel is adjusted. Thereby, the heating state of the substrate can be controlled, and as a result, the temperature distribution of the substrate can be made uniform.
(3) If the irradiation light quantity adjustment mechanism changes the optical path of the laser light irradiated to the heater panel, the irradiation light quantity adjustment mechanism changes the optical path of the laser light to change the light quantity of the irradiated laser light. It becomes possible to change for each part.
(4) When the optical system has a mirror and the irradiation light amount adjusting mechanism adjusts the angle of the mirror light reflecting surface with respect to the optical path of the laser light incident on the mirror, the angle of the light reflecting surface of the mirror is adjusted by the irradiation light amount adjusting mechanism. By adjusting, it becomes possible to set the optical path of the laser light reflected by the light reflecting surface of the mirror as desired. As a result, the irradiation position of the laser light on the heater panel can be set to a desired position. Is possible.
(5) The irradiation light amount adjustment mechanism controls the optical path of the laser light irradiated to the heater panel by controlling the optical system according to information from the substrate temperature sensor that detects the temperature distribution of the substrate and the substrate temperature sensor. The apparatus can control the heating of the substrate by adjusting the optical path of the laser beam in the heater panel by the control device. Here, the control device adjusts the optical path of the laser light based on the information from the substrate temperature sensor, so that the substrate can be heated according to the heating state of the substrate.
(6) If the heater panel is partitioned into a plurality of independent parts in the direction in which the optical path of the laser light is changed by the heat insulating material, the heater panel partitioned by the heat insulating material is changed by changing the optical path of the laser light. By adjusting the amount of laser light irradiation for each part, the heating temperature can be controlled for each part. Thereby, the heating of the substrate can be controlled with higher accuracy and accuracy.
(7) If the heater panel includes a cooling mechanism, the cooling can be promoted by the cooling mechanism of the heater panel when the substrate is cooled, and as a result, the time required for cooling the substrate can be further shortened. It becomes.
(8) If a heater panel isolation mechanism is further included that interrupts the transfer of heat from the heater panel to the substrate during substrate cooling, the heater panel isolation mechanism transfers heat from the heater panel to the substrate during substrate cooling. Therefore, the time required for cooling the substrate can be further shortened.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of an ion plating apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a characteristic part of an ion plating apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a characteristic part of an ion plating apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram showing the structure of a conventional ion plating apparatus.
[Explanation of symbols]
1 Vacuum chamber
2 Substrate holder
3 Substrate
5,5 'upper heater panel
6A, 6B, 6A ', 6B' Lower heater panel
7 Evaporation source
11 Laser light oscillator
12 Cooling device
13 Substrate temperature sensor
14 Control device
15a-15d window
16 Rotating shaft
21-27 mirror
28, 29 Shutter
30a, 30b Shutter storage
40 Insulation

Claims

A laser light generator;
A chamber for guiding a laser beam to the inside, and a chamber for forming a film on the substrate inside the chamber;
A substrate holder disposed in the chamber for mounting the substrate;
A heater panel disposed in the chamber and generating heat by absorbing the laser beam;
A film forming apparatus comprising: an optical system that guides the laser beam generated by the laser beam generator to the heater panel through the window.

The film forming apparatus according to claim 1, further comprising an irradiation light amount adjustment mechanism capable of changing a light amount of the laser light irradiated to the heater panel for each part of the heater panel.

The film forming apparatus according to claim 2, wherein the irradiation light amount adjustment mechanism changes an optical path of the laser light irradiated to the heater panel.

The optical system has a mirror;
The film forming apparatus according to claim 3, wherein the irradiation light amount adjustment mechanism adjusts an angle of a light reflection surface of the mirror with respect to an optical path of the laser light incident on the mirror.

The irradiation light amount adjustment mechanism is
A substrate temperature sensor for detecting a temperature distribution of the substrate;
The film-forming apparatus of Claim 3 including the control apparatus which changes the optical path of the said laser beam irradiated to the said heater panel by controlling the said optical system according to the information from the said substrate temperature sensor.

The film forming apparatus according to claim 3, wherein the heater panel is partitioned into a plurality of independent portions in a direction in which an optical path of the laser light is changed by a heat insulating material.

The film forming apparatus according to claim 1, wherein the heater panel includes a cooling mechanism.

The film forming apparatus according to claim 1, further comprising a heater panel isolation mechanism that blocks transmission of heat from the heater panel to the substrate when the substrate is cooled.