JP4294609B2 - Substrate heating device - Google Patents
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Description
本発明は基板加熱装置、特に半導体基板等を均一に加熱できる基板加熱装置に関するものである。 The present invention relates to a substrate heating apparatus, and more particularly to a substrate heating apparatus that can uniformly heat a semiconductor substrate or the like.
図3は従来の基板加熱装置を示し、1は真空チャンバ、2は上記真空チャンバ1内に設けたチューブ、3はこのチューブ2によって囲まれる基板加熱処理空間、4は上記真空チャンバ1と上記チューブ2との間に設けた複数のハロゲンランプ、5は半導体基板出入口扉、6は上記空間3内に配置したサセプター、7は上記チューブ2及び真空チャンバ1を貫通して上記真空チャンバ1外に突出した上記サセプターの回転軸、8は上記サセプター6に支持される半導体基板、9は上記サセプター6の回転軸7を回転せしめる回転機構、10は上記基板加熱処理空間3の温度制御を行うパイロメータ、11は上記回転軸7と上記真空チャンバ1及び上記チューブ2の真空シールである。
FIG. 3 shows a conventional substrate heating apparatus, wherein 1 is a vacuum chamber, 2 is a tube provided in the
上記従来の基板加熱装置においては、上記回転機構9により上記サセプター6を回転せしめながら上記ハロゲンランプ4により上記基板8を加熱し、上記基板8の温度分布を均一にしていた。このような基板加熱装置としては特許文献1に記載されたものがある。
然しながら、上記従来の基板加熱装置においては、上記サセプター6の回転軸7の真空シールが難しく、超高真空状態を長期間安定して維持することが難しかった。
However, in the conventional substrate heating apparatus, it is difficult to vacuum seal the rotating shaft 7 of the
また、上記真空チャンバ1内にプロセスガスを導入する際、上記サセプター6の回転によって気流の乱れが生じたり、回転により静電気が生じたり、基板8上に微粒子が付着してしまうなどの欠点があった。
In addition, when the process gas is introduced into the
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.
本発明の基板加熱装置は、真空チャンバと、上記真空チャンバの壁に設けた開口部と、この開口部を気密に塞ぐ蓋と、この蓋に形成した、レーザ光を透過するレーザ光透過窓と、上記真空チャンバの外部に設けた半導体レーザ発振器と、上記半導体レーザ発振器を保持するよう上記蓋に固定されているホルダと、上記半導体レーザ発振器をそのレーザ光軸の回りに回動せしめる回動手段と、上記真空チャンバ内に設けた基板保持具とよりなり、上記半導体レーザ発振器より発したレーザ光を上記レーザ光透過窓を介して上記基板保持具に保持した基板に照射せしめ、上記基板を加熱せしめることを特徴とする。 The substrate heating apparatus of the present invention includes a vacuum chamber, an opening provided on the wall of the vacuum chamber, a lid that hermetically closes the opening, and a laser light transmitting window that is formed on the lid and transmits laser light. A semiconductor laser oscillator provided outside the vacuum chamber; a holder fixed to the lid for holding the semiconductor laser oscillator; and a rotating means for rotating the semiconductor laser oscillator about its laser optical axis. When more becomes a substrate holder provided in the vacuum chamber, the laser beam emitted from the semiconductor laser oscillator via the laser beam transmission window allowed irradiating the substrate held on the substrate holder, the substrate heating It is characterized by damaging.
また、本発明の基板加熱装置は、上記半導体レーザ発振器をそのレーザ光軸に直交する方向に往復運動せしめる往復運動手段を更に有することを特徴とする。 The substrate heating apparatus of the present invention further includes reciprocating means for reciprocating the semiconductor laser oscillator in a direction perpendicular to the laser optical axis.
また、本発明の基板加熱装置は、上記半導体レーザ発振器がレーザダイオードバーを複数積層して形成せしめたことを特徴とする。 The substrate heating apparatus of the present invention is characterized in that the semiconductor laser oscillator is formed by laminating a plurality of laser diode bars.
また、本発明の基板加熱装置は、上記真空チャンバがその壁に設けた放射温度計用の赤外線透過窓を更に有することを特徴とする。 Moreover, the substrate heating apparatus of the present invention is characterized in that the vacuum chamber further includes an infrared transmission window for a radiation thermometer provided on a wall of the vacuum chamber.
本発明の基板加熱装置によれば、真空チャンバ内に基板を設け、加熱源のレーザを回動または往復運動させることにより、基板に照射されるレーザ分布は一様になり、基板上に均一の膜を形成せしめることができるという大きな利益がある。 According to the substrate heating apparatus of the present invention, by providing the substrate in the vacuum chamber and rotating or reciprocating the laser of the heating source, the laser distribution irradiated to the substrate becomes uniform, and the substrate is uniformly distributed on the substrate. There is a great advantage that a film can be formed.
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.
本発明の基板加熱装置は、真空チャンバ1と、上記真空チャンバ1の上面の壁に設けた開口部12と、上記開口部12を気密に塞ぐ、レーザ光透過窓13を有する着脱自在の蓋14と、上記蓋14の上面に固定したレーザ発振器ホルダ15と、上記ホルダ15にベアリング16を介して、そのレーザ光軸の周りに回動自在に設けた連続発振高出力ダイレクト半導体レーザ発振器17と、上記レーザ発振器17のレーザ出口側に固定した光学レンズ系18と、上記ホルダ15に設けた、上記レーザ発振器17を例えば回転速度5〜30rpmで回動せしめるモータ19と、上記レーザ発振器17の回転軸と上記モータ19の駆動軸との間に張設したベルト20と、上記蓋14の裏面に支持棒21を介して固定した基板保持具22とよりなる。
The substrate heating apparatus of the present invention includes a
また、必要に応じてレーザ光や照射面積を調整するためのレーザ光の絞り23を上記支持棒21の下端と上記基板保持具22間に設ける。上記絞り23は熱伝導のよい材料で構成し、表面をセラミックコートするのが好ましい。
Further, a
また、上記真空チャンバ1の下面の壁に基板サイズ以上の大きさの赤外線透過窓24を設け、この透過窓24の下方に設けた放射温度計25により、上記赤外線透過窓24を介して上記基板8から発する赤外線から温度を測定するようにする。上記赤外線透過窓24の材料としてはフッ化バリウム、サファイア、フッ化カルシウム、ゲルマニウム、セレン化亜鉛等が好ましい。
Further, an
また、上記基板8としてはシリコン、サファイア、酸化亜鉛等を用いる。
The
なお、26は上記真空チャンバ1の側方に設けた副室、27は上記真空チャンバ1と上記副室26間を気密に遮断可能な開閉自在なゲートバルブ、28は上記副室26に設けた試料交換用ポート、29は上記副室26内に設けた、基板8を上記副室26内から上記真空チャンバ1内に搬送せしめる搬送手段、30は上記副室26に設けた補助排気系である。
In addition, 26 is a sub chamber provided on the side of the
また、上記連続発振高出力ダイレクト半導体レーザ発振器17はレーザダイオードバーを複数積層せしめて形成し、1kW以上の高出力のものとする。なお、このような連続発振高出力ダイレクト半導体レーザ発振器17は、例えば特開平10−94892号公報に示されているように従来周知のものである。
The continuous wave high output direct
また、上記レーザ発振器ホルダ15は上記レーザ発振器17の高さを調整ができ、上記支持棒21は上記基板保持具22の高さを調整ができるものであることが好ましい。
Further, it is preferable that the
また、上記レーザ光透過窓13は反射防止膜を設けた高純度石英が好ましく、窓直径は少なくとも基板の直径以上とするのが好ましい。
The laser
また、上記モータ19の回転速度は定速でも可変速でもよく、また、加熱温度、加熱時間に応じて変化せしめてもよく、また、上記モータ19の回動は一定方向の回転のほか逆回転としてもよい。
The rotation speed of the
本発明の基板加熱装置は上記のような構成であるから、上記蓋14を上記真空チャンバ1から外した状態で、上記レーザ発振器ホルダ15及び上記支持棒21を操作して、上記基板8とレーザ発振器17の位置関係を正確に定めた後、上記蓋14を上記真空チャンバ1に取り付け、上記真空チャンバ1内を高真空とし、上記モータ19により上記レーザ発振器を回動せしめ、上記レーザ発振器17からレーザ光を発し、上記レーザ光透過窓13を介して上記真空チャンバ1内の基板8に照射し加熱せしめ、上記基板8上に成膜せしめる。
Since the substrate heating apparatus of the present invention is configured as described above, the
なお、上記レーザ発振器17から出たレーザ光を上記光学レンズ系18で所定のサイズにデフォーカスして、そのデフォーカス光を回転させながら基板に照射せしめてもよい。
Note that the laser light emitted from the
本発明によれば、例えば1.2kW出力の半導体レーザを用いれば、真空中で2インチ基板を1分以内に1000℃まで温度上昇せしめることができる。 According to the present invention, for example, when a semiconductor laser having a power of 1.2 kW is used, the temperature of a 2-inch substrate can be raised to 1000 ° C. within one minute in a vacuum.
また、本発明によれば、蓋14にレーザ発振器17のホルダ15と、基板保持具22を固定せしめたので、蓋14を取り外して、基板8とレーザ発振器17の相対位置を正確に位置調整できるので、調整のための作業時間を著しく短縮することができる。
According to the present invention, since the
また、真空チャンバ1の下部に赤外線透過窓25を設け、基板温度を放射温度計で測定できるようにしたので、リアルタイムで基板温度並びに温度分布を測定できる。
Moreover, since the
また、真空チャンバ1内の基板を固定し、加熱源のレーザを回動させることにより、基板に照射されるレーザ分布は一様になり、基板上に均一の膜を形成せしめることができる。
Further, by fixing the substrate in the
また、従来の基板を回転させる基板加熱装置とは異なり、回転軸のための真空シールを不要とし、また、基板の回転の偏心による加熱ムラを防止することができる。 In addition, unlike a conventional substrate heating apparatus that rotates a substrate, a vacuum seal for the rotating shaft is unnecessary, and heating unevenness due to eccentricity of rotation of the substrate can be prevented.
また、基板の回転に伴うプロセスガス等の気流の乱れ、静電気の発生、塵埃の発生の恐れがない。 Further, there is no fear of turbulence of process gas or the like accompanying rotation of the substrate, generation of static electricity, or generation of dust.
また、基板の形状が円形でも、矩形でも、加熱することができる。 Further, the substrate can be heated regardless of whether it is circular or rectangular.
また、レーザダイオードバーを複数積層せしめたレーザ発振器17からの出射レーザ光は速軸方向(レーザバーの積み上げ方向)と遅軸方向(速軸に直角な方向)では、レーザの射出角度が異なり、このため、レーザのエネルギー分布が速軸と遅軸で異なるため、基板の均一加熱が難しいが、本発明においては、基板に照射するレーザ光を回転させつつ、基板に照射して加熱することによって、レーザ光の速軸方向、遅軸方向のエネルギー分布の違いによる影響を解消し、基板の温度分布を均一にすることができる。なお、レーザの遅軸方向と速軸方向とは90度異なるからレーザ光を90度往復回転せしめても同様の効果が得られる。また、これによりレーザ発振器の設計が容易になり、基板加熱装置を安価に提供できるようになる。
The laser beam emitted from the
また、基板が静置しているので、加熱中、基板から発する赤外線を放射温度計で正確に捉えることができるので、正しい基板温度及び基板の温度分布を測定することができる。 In addition, since the substrate is stationary, the infrared light emitted from the substrate can be accurately captured by the radiation thermometer during heating, so that the correct substrate temperature and substrate temperature distribution can be measured.
図2は本発明の第2の実施例を示し、この第2の実施例においては、上記第1の実施例のベアリング18、モータ19及びベルト20により上記レーザ発振器17を回動せしめる代わりに、上記ホルダ15にスライド機構部31を介して、そのレーザ光軸に直交する方向にスライド自在にレーザ発振器17を設け、上記スライド機構部31により上記レーザ発振器17を往復運動せしめる。
FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention. In this second embodiment, instead of rotating the
なお、上記レーザ発振器の往復運動は定速でも可変速でもよく、また、加熱温度、加熱時間に応じて変化せしめてもよい。また、往復運動の振幅も一定振幅でも良く、任意の振幅でもよい。 The reciprocating motion of the laser oscillator may be constant speed or variable speed, and may be changed according to the heating temperature and the heating time. Further, the amplitude of the reciprocating motion may be a constant amplitude or an arbitrary amplitude.
本発明の基板加熱装置においても、レーザ分布を一様にでき、基板上に均一の膜を形成せしめることができる。 Also in the substrate heating apparatus of the present invention, the laser distribution can be made uniform and a uniform film can be formed on the substrate.
また、基板に照射できる領域を拡大することができる。 In addition, the area that can be irradiated onto the substrate can be enlarged.
なお、上記第2の実施例のスライド機構部31に加えて、上記第1の実施例の回動手段を設け、上記ホルダ15に対して上記レーザ発振器17を往復運動するとともに回動せしめるようにしてもよい。
In addition to the
1 真空チャンバ
2 チューブ
3 基板加熱処理空間
4 ハロゲンランプ
5 半導体基板出入口扉
6 サセプター
7 回転軸
8 半導体基板
9 回転機構
10 パイロメータ
11 真空シール
12 開口部
13 レーザ光透過窓
14 蓋
15 レーザ発振器ホルダ
16 ベアリング
17 レーザ発振器
18 光学レンズ系
19 モータ
20 ベルト
21 支持棒
22 基板保持具
23 レーザ光の絞り
24 赤外線透過窓
25 放射温度計
26 副室
27 ゲートバルブ
28 試料交換用ポート
29 搬送手段
30 補助排気系
31 スライド機構部
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