JP4582804B2 - 基板加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は基板加熱装置、特に、高真空や超高真空及び低圧ガス中のような清浄雰囲気下で、基板全体を均一急速に高温・超高温に加熱するための基板加熱用レーザ加熱装置に関するものである。

図３は、従来の基板加熱装置を示し、１は真空チャンバー、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ー１内に設けた基板載置部、４は上記真空チャンバー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ー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ー１内の空気を排気するための排気ポンプ、７は上記真空チャンバー１内の真空度を制御するための圧力制御バルブである。

上記従来の基板加熱装置においては、基板２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ー（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、上記光チャンバー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ー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。このような従来の基板加熱装置としては、特許文献１に記載のものがある。
特開２００２−２５２１８１号公報（第１図）

レーザによる基板加熱では、従来、次のような問題点が指摘されている。

（１）レーザ光を基板に直接照射する場合、基板全体の温度分布の均一化が難しい。

（２）基板の種類によっては、レーザ光の波長吸収率が低く、レーザ光の大部分が基板を透過してしまい、基板加熱に適しない。

（３）真空チャンバー内で基板の上方からレーザ光を照射する方式では、基板面に真空チャンバー雰囲気からパーティクル等が落ちてきて、基板を汚損するおそれがある。

以上の理由から、いかなる基板をも、確実に高温、超高温に昇温でき、しかも、基板全体の温度均一性の良いレーザ加熱方法が望まれていた。

本発明者は、真空チャンバー内部に設けた均熱板にレーザ光を上部から照射し、その均熱板の熱伝導で、均熱板の下に固定した基板を加熱することで、いかなる基板でも急速に均一温度分布に昇温できることを見出した。しかも、均熱板のサイズを基板サイズより大きくし、その均熱板の内側に基板を密に固定することで、上部、側部からのパーティクルを防ぐことも可能になった。そして、長期間の繰り返し使用に対しても全く損傷、劣化のない実用性のある均熱板を見出した。

本発明は上記知見に基づきなされたものである。

本発明の基板加熱装置は、気密チャンバーと、この気密チャンバーの一側に設けた、レーザ光を透過せしめるレーザ光透過窓と、上記気密チャンバーの他側に設けた、赤外線を透過せしめる赤外線透過窓と、上記レーザ光透過窓と上記赤外線透過窓との間で、上記気密チャンバー内に順次に設けた均熱板及び加熱すべき基板と、上記均熱板にレーザ光を照射して、間接的に上記基板を加熱する基板加熱手段と、上記赤外線透過窓を介して上記基板の温度を測定する赤外線放射温度計とよりなる基板加熱装置において、上記均熱板として、表面にＴｉＣ膜、ＳｉＣ膜を順次形成後、黒色陽極酸化処理したインコネルを用い、レーザ照射面側に上記均熱板の黒色陽極酸化処理面を向け、上記均熱板下面に上記基板をネジで固定することを特徴とする。

（１）均熱板として、高温耐熱金属のインコネルを使用しているため、タップネジ穴を介してこれに基板をしっかりと固定することができる。

（２）均熱板表面を黒色陽極酸化処理しているので、レーザ光の吸収性が良く、また基板の急速加熱に適している。

（３）黒色陽極酸化膜１１の内側に、ＳｉＣ膜１０が被覆されているので、均熱板８は超高温での耐熱性に優れている。

（４）均熱板８の表面にＴｉＣの下地層９を下地処理した上にＳｉＣ膜１０を被覆しているので、均熱板８とＳｉＣ膜１０との間に強固な密着が得られ、超高温、真空下で、長期に亘って、被覆が安定する。

以下図面によって本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明の基板加熱装置の正面図を示し、図２は均熱板８と基板２部分の拡大図である。本発明の実施例では、厚さ１ｍｍ、直径３インチのインコネル均熱板８にＴｉＣの下地層９を数μｍの厚さに被覆し、その上にＳｉＣ膜１０を１００μｍの厚さに被覆し、さらに黒色陽極酸化処理して、厚さ５μｍの黒色陽極酸化膜１１を被覆する。上記均熱板８には直径１．５ｍｍのタップネジ穴１２を穿け、基板押え板１３を上記均熱板８の下面に当て、これを介して止めネジ１４を上記均熱板８のタップネジ穴１２に螺合し、上記基板押さえ板１３と上記均熱板８との間に例えば直径２インチのＺｎＯの基板２を挟持し、基板２を均熱板８に隙間を設けず密着させて固定する。

なお、基板２を高温に加熱するためには、均熱板８の厚さは薄い方が良い。

なお、図１において、１５は連続発振高出力半導体レーザ発振器、１６は光学レンズ部、１７はレーザ光、１８は均熱板８の支持具、１９は真空チャンバー１の下面に設けた窓、２０は赤外線放射温度計である。

（実験例１）

インコネル均熱板８の黒色陽極酸化膜１１の面を上側とし、上部からこの黒色陽極酸化膜１１の面に向けてレーザ光を照射した。基板２の温度は、真空チャンバー１の下面に設けた窓１９を介して真空チャンバー１の下側に配置した赤外線放射温度計２０で測定した。その結果、直径２インチのＺｎＯ基板全体の温度分布は、温度１０００℃で均一であり、加熱中、真空チャンバー１内の真空度は１０^-7Ｔｏｒｒ程度に維持され、均熱板８の被覆材が真空チャンバー１内を汚損することはなかった。また繰り返し実験を行っても、黒色陽極酸化膜１１が熱によって、剥離したり、亀裂が発生したりすることはなかった。

本発明の基板加熱装置の正面図である。 図１に示す装置の１部の拡大図である。 従来の基板加熱装置の説明図である。

符号の説明

１ 真空チャンバー
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 均熱板
９ 下地層
１０ ＳｉＣ膜
１１ 黒色陽極酸化膜
１２ タップネジ穴
１３ 押さえ板
１４ 止めネジ
１５ 半導体レーザ発振器
１６ 光学レンズ部
１７ レーザ光
１８ 支持具
１９ 窓
２０ 放射温度計

Claims (1)

1. 気密チャンバーと、この気密チャンバーの一側に設けた、レーザ光を透過せしめるレーザ光透過窓と、上記気密チャンバーの他側に設けた、赤外線を透過せしめる赤外線透過窓と、上記レーザ光透過窓と上記赤外線透過窓との間で、上記気密チャンバー内に順次に設けた均熱板及び加熱すべき基板と、上記均熱板にレーザ光を照射して、間接的に上記基板を加熱する基板加熱手段と、上記赤外線透過窓を介して上記基板の温度を測定する赤外線放射温度計とよりなる基板加熱装置において、
   上記均熱板として、表面にＴｉＣ膜、ＳｉＣ膜を順次形成後、黒色陽極酸化処理したインコネルを用い、レーザ照射面側に上記均熱板の黒色陽極酸化処理面を向け、上記均熱板下面に上記基板をネジで固定することを特徴とする基板加熱装置。

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