JPH0286125A - 蒸着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は２例えば、半導体素子に電極を形成する場合に
用いられ、減圧下で蒸着材料を加熱蒸発させて半導体基
板上に薄膜を堆積する蒸着装置に関する。

（従来の技術） マイクロ波帯あるいはミリ波帯の増幅等に好適に用いら
れるＧａＡｓショットキーバリアゲート電界効果トラン
ジスタ（Ｍｅｔａｌ　Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆ
ＥＴ　；ＭＥＳＦ［！Ｔ　）では、低雑音化、高利得化
を図るために。

ソースドレイン間の電流を制御するゲート電極のソース
ドレイン方向の長さ（ゲート長）を短縮することが行わ
れている。従来、ゲート電極の配設に際して、半導体素
子上にレジスト膜を形成し。

ゲート電極を配設すべき部分をＵＶ光（紫外光）やディ
ープＵＶ光によるコンタクトリソグラフィ法にてパター
ニングして半導体素子表面を露出させておき、その露出
した部分にゲート電極を配設している。しかし、このコ
ンタクトリソグラフィ法では、０．５μ閣程度にしか解
像できないため、０．５μｍ以下の寸法でバターニング
しても、十分な再現性が得られず歩留りの低下を招来す
る。このため。

該コンタクトリソグラフィ法では、ゲート電極を配設す
べき半導体素子部分の露出は、最小で０．５μｍ程度が
限度であり、従って、ゲート長も０．５μｍ程度にしか
短縮できない。

ゲート電極を形成するに際して、レジスト膜のバターニ
ングに２電子ビームにより直接パターニングする電子ビ
ーム直接描画法を用いれば、ゲート長をさらに短縮する
ことができる。しかし、この電子ビーム直接描画法では
、半導体素子が形成されたウェーハ基板１枚ずつに直接
電子ビームを照射するため、生産性が悪く、シかも、該
方法の実施に使用される装置が非常に高価であるという
問題がある。

このため、前述したコンタクトリソグラフィ法を用いて
、ゲート長を一層短縮するゲート電極形成方法が開発さ
れている。このゲート電極形成方法では、まず、第５図
（ａ）に示すように、半絶縁性ＧａＡｓウェーハ基板１
１上に１例えばＭＢＥ法によりｎ型活性層１２上に適当
な間隔をあけてソース電極１４およびドレイン電極１５
を配設する。そして、ソース電極１４とドレイン電極１
５の間のｎ型活性層１２上に、シリコン窒化（ＳｉＮ）
膜１３を積層する。次いで。

ソース電極１４．シリコン窒化膜１３．ドレイン電極１
５上に、レジスト１６を積層して、前述のＵＶ光を用い
たコンタクトリソグラフィ法によりレジスト１６に開口
１７を形成する。そして、該レジスト１６をマスクとし
て、シリコン窒化膜１３の一部をエツチングし、さらに
適当なエツチング液によりｎ型活性層１２をエツチング
して、凹溝１２ａを形成する。

このようにして、第５図（ａ）に示すような断面形状の
ＧａＡｓウェーハ基板１１が得られると、咳つェーへ基
板１１には、蒸着装置により９例えばＡＩ膜が蒸着され
る。蒸着装置によるＡＩ膜の蒸着は、減圧チャンバ内に
ＧａＡｓウェーハ基板１１を固定して行われる。ＧａＡ
ｓウェーハ基板１１は、まず蒸着材料の蒸気方向（蒸着
方向）に対してソースドレイン方向が１０〜２０度程度
の角度αとなるように傾けた状態に固定される（第５図
（ｂ）参照）。このような状態で蒸着を行うと、レジス
ト１６上にＡＩ膜１９ａが蒸着される。このとき、蒸着
方向が開口１７の軸心とは直交する方向に対しても１０
〜２０度の傾斜角度になるため、該開口１７を通って凹
溝１２ａにＡＩ膜が蒸着されず、第５図（ｂ）に示すよ
うに、蒸着方向に対向する開目１フ内 ース電極１４側内周面にＡＩ膜１９ａが堆積される。

次いで，第５図（Ｃ）に示すように，蒸着方向に対して
ＧａＡｓウェーハ基板１１が，前述の傾斜状態とは開口
１７の軸心に対して対称となった傾斜状態とする。そし
て、このような状態で蒸着を行うと，先に形成されたＡ
Ｉ膜１９ａ上に，新たにＡＩ膜１９ｂが積層される。そ
して２　この場合も，開口１７を通って凹溝１２ａには
ＡＩ膜は積層されず．蒸着方向に対向する開目１フ内 ドレイン電極１５側内周面にも＾ｌ膜１９ｂが蒸着され
る。これにより、レジスト１６の開口１７は，そのソー
ス電極１４側およびドレイン電極１５側の内周面に積層
されたＡＩ膜１９ａおよび１９ｂにより．ソースドレイ
ン方向に挟まった状態になる。

その後，第５図（ｄ）に示すように，　ＧａＡｓウェー
ハ基板工１を蒸着方向に対して直交する状態に固定する
。このような状態ではレジスト１６の開口の軸心方向が
蒸着方向に一致するため．このような状態で蒸着を行う
と．先に形成されたＡＩ膜１９ｂ上にＡＩ膜１９ｃが積
層されると共に，レジスト１６の開口１７を通って，凹
溝１２ａにもＡＩ膜１９ｃが積層される。

このとき、レジスト１６の開ロエ７は，先の蒸着工程に
より堆積されたＡＩ膜１９ａおよび１９ｂにてソースド
レイン方向に狭くなっているため，その狭くなった部分
を通過したＡ１膜１９ｃが凹溝１２ａに堆積される。そ
して、その堆積されたＡＩ膜１９ｃがゲート電極になる
。

このようにして、凹溝１２ａに所定の高さにわたってＡ
Ｉ膜が堆積されると．ウェーハは蒸着装置の減圧チャン
バより取り出され，ウェーハ全体を有機溶剤に浸漬させ
てレジストを除去するリフトオフ法により不要のＡＩ膜
が取り除かれる。これにより、第５図（ｅ）に示すＭＥ
ＳＦＥＴが得られる。

このような方法によれば，コンタクトリソグラフィ法に
より形成されるレジスト１６の開口１７の幅寸法は０．
５μｍ程度が限界であるが，その間口１７がＡＩ膜にて
狭まれるため．凹溝１２ａに形成されるゲート電極のゲ
ート長は，レジスト１６の開口１７の幅寸法よりも一層
短縮させることができ、クォータミクロンレベルのゲー
ト長が得られる。

このようなゲート電極形成方法には、減圧チャンバ内に
蒸着材料を加熱蒸発させる蒸発源が配設された蒸着装置
が用いられ、該蒸着装置では、減圧チャンバ内の蒸発源
からの加熱蒸気の流動の方向（蒸着方向）に対して所定
の傾斜角度となるように、減圧チャンバ内にウェーハが
保持される。

このような蒸着装置により、上述のゲート電極形成方法
を行う場合には９例えば、第６図（ａ）および働）に示
す基板保持具が使用される。第６図（ａ）に示す基板保
持具９１は、　ＧａＡｓウェーハ基板１１を蒸着方向に
対して１０〜２０度傾斜させた状態で減圧チャンバ内に
固定する際に使用される。該基板保持具９１は、減圧チ
ャンバ内の所定位置に取付られる平板状の連結部９１ａ
と２該連結部９１ａに対して１００〜１１０度程度の所
定の角度θを有するように取付られた平板状の支持部９
１ｂとを有する。連結部９１ａには、減圧チャンバの所
定位置に係止されるフック９１ｃが取付けられている。

他方の支持部９１ｂの中央部には、　ＧａＡｓウェーハ
基板１１と略等しい径を有する透孔９１ｄが形成されて
おり、該透孔９１ｄの周縁部にＧａＡｓウェーハ基板１
１を該支持部９１ｂに固定するための固定金具９１ｅが
設けられている。

このような基板保持具９１は次のように使用される。Ｇ
ａＡｓウェーハ基板１１では９通常、そのオリエンテー
ションフラットｌｌａに対して、ソースドレイン方向が
直交するようにＰＥＴ素子が形成される。

このため、　ＧａＡｓウェーハ基板１１は１例えば、最
初は、オリエンテーションフラットｌｌａが蒸着源に対
して離れた側に位置し、しかも、蒸着方向に対して直交
するように、基板保持具９１の支持部９１ｂに固定され
て、減圧チャンバ内に係止される。このような状態で、
減圧チャンバ内を減圧して真空状態とし、　ＧａＡｓウ
ェーハ基板１１にＡｌ膜が蒸着される。この場合のＡｔ
膜の蒸着は、前述したとおりである。そして、１回目の
Ａｌ膜の蒸着が終了すると。

減圧チャンバ内を冷却して、該減圧チャンバ内を大気圧
に復帰させ、基板保持具９１を減圧チャンバから取り出
す。そして、　ＧａＡｓウェーハ基板１１を反転させて
、そのオリエンテーションフラットｌｌａを蒸発源側に
位置させ、しかも蒸着方向に対して直交するように、該
基板保持具９１の支持部９１ｂに固定し直す。その後、
減圧チャンバ内に該基板保持具９１を係止して、２回目
のＡｌ膜の蒸着を行う。

ＧａＡｓウェーハ基板１１を蒸着方向に対して直交させ
た状態で蒸着する３回目の蒸着には、第６図（ｂ）の基
板保持具９２が使用される。該基板保持具９２は。

平板状をしており、その中央部にＧａＡｓウェーハ基板
１１とほぼ等しい径の透孔９２ａを有し、該透孔９２ａ
の周縁部にＧａＡｓウェーハ基板１１の固定金具９２ｂ
が設けられている。そして、該基板保持具９２の一面に
は、該基板保持具９２全体を減圧チャンバ内の所定位置
に係止するフック９２ｃが設けられている。

該基板保持具９２は、その固定金具９２ｂにてＧａＡｓ
ウェーハ基板１１を固定した状態で、減圧チャンバ内に
係止され、前述したように、　Ａｌ膜の蒸着が行われる
。

（発明が解決しようとする課題） このように、従来の蒸着装置により、前述したゲート電
極形成方法を実施する場合には、１回目および２回目の
Ａｌ膜の蒸着を行う都度、減圧チャンバ内の冷却および
大気圧への復帰、さらにはＧａＡｓウェーハ基板の基板
保持具に対する姿勢の変更等を行わなければならず、非
常に作業性が悪いという問題がある。

また、１回目および２回目のＡｌ膜の蒸着後に。

ＧａＡｓウェーハ基板１１は減圧チャンバ内から取り出
されるため、該ＧａＡｓウェーハ基板１１は外気に接触
することになる。このように、　ＧａＡｓウェーハ基板
が外気に接触されると、第５図（ａ）に示すようにｎ型
活性層１２に形成された凹溝１２ａの表面が汚染され、
該凹溝１２ａに形成されるゲート電極とｎ型活性Ｊｌｉ
１２とは、良好なショットキー接触が得られないおそれ
がある。このように良好なショットキー接触が得られな
ければ、製造されたＭＥＳＦＥＴは良好な電気的特性を
示さない。

また、基板保持具９１および９２を用いてＧａＡｓウェ
ーハ基板を減圧チャンバ内に固定しているため。

該減圧チャンバ内に収容し得るＧａＡｓウェーハ基板１
１の枚数が限定され９通常、その枚数は数枚程度であり
、生産効率が悪いという欠点もある。

さらに、１回目および２回目のＡ１膜の蒸着の都度、基
板保持具に対してＧａＡｓウェーハ基板を取り外したり
取り付けたりし、かつ、基板保持具を減圧チャンバに対
して取り外したり取り付けたりするため、それぞれのＡ
Ｉ膜の蒸着の都度、蒸着方向に対するＧａＡｓウェーハ
基板１１の傾斜角度等が一定せず、所定の精度の厚さに
蒸着できないおそれがある。

本発明は上記従来の問題を解決するものであり。

その目的は９作業性に優れており、蒸着作業中に蒸着す
べき基板を汚染するおそれのない蒸着装置を提供するこ
とにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、所定の減圧状態となった減圧チャンバ内にて
蒸発源から蒸発させられる蒸気を基板上に堆積する蒸着
装置であり、蒸着される基板が取付けられる基板ホルダ
と、該基板ホルダを減圧チャンバ内にて蒸着方向に対し
て任意の傾斜角度となるように回動可能に支持する支持
部材と、該支持部材に対して該基板ホルダを回動させる
べく該基板ホルダに連結されている基板ホルダ回動手段
と、を具備しており、そのことにより上記目的が達成さ
れる。

（実施例） 以下に本発明を実施例について説明する。

本発明の蒸着装置は、第１図に示すように、内部を所定
の減圧状態にし得る減圧チャンバ２１と。

該減圧チャンバ２１の下部に配設され内部に蒸着材料が
収容された蒸発源るつぼ２２と、該蒸発源るつぼ２２内
の蒸着材料を高温に加熱するべく加速した電子を該蒸着
材料に当てる電子ビーム銃２３とを有する。該蒸発源る
つぼ２２の上方には、該蒸発源るつぼ２２内から蒸発す
る蒸着材料の蒸気を制御するシャッタ２４が設けられて
いる。

減圧チャンバ２１の上部には９円板状の基台３１が水平
状に配設されている。該基台３１の中心位置は。

下部の蒸発源るつぼ２２の中心に対向している。該基台
３１の外周縁部には下方に向かって延出する環状の支持
板３２が連設されている。該支持板３２には。

複数の基板ホルダ３３．３３．・・・が周方向に適当な
間隔をあけて取付けられている。各基板ホルダ３３は。

円板状をした本体部３３ａと、該本体部３３ａから径方
向に突出する連結軸３３ｂとを有し、該連結軸３３ｂが
支持４７ｉ３２に回転可能に取付けられている。

各基板ホルダ３３の連結軸３３ｂは９円板状の本体部３
３ａの中心を通る蒸発源るつぼ２１を中心とした円の接
線方向に伸びている。環状の支持板３２は。

各連結軸３３ｂとは直交するように、下部が先細りにな
って傾斜している。従って、各基板ホルダ３３の連結軸
３３ｂが支持板３２に対して回転しても１本体部３３ａ
の中心位置は、常に変化せず、また、その回転により、
蒸発源るつぼ２２からの蒸着材料の蒸気方向（蒸着方向
）に対して本体部３３ａの傾斜角度が変化する。該本体
部３３ａの一面には９例えばウェーハ基板１１を係止し
得る係止具３３ｃが設けられている。

該支持板３２を挿通して該支持板３２の外周側に位置す
る各連結軸３３ｂの端部には、第２図に示すように、歯
車３４がそれぞれ取付けられている。支持板３２の外周
面には、全ての歯車３４に噛合する１本の歯付きベルト
３５が設けられている。該歯付きベルト３５は、支持板
３２外周面に配設された相隣する各歯車３４に端部が巻
き掛けられて１両歯車にて挟まれた残りの全ての歯車３
４に対して、第３図に示すように、挟み込んで、各歯車
３４と噛合している。

支持板３２の外周面に設けられた１つの歯車３４には、
歯車３６が噛合しており、該歯車３６には歯付きベルト
３７が巻き掛けられている。該歯付きベルト３７は、支
持板３２に外周面に沿って配設された歯付きベルト３５
とは直交するように、該支持板３２外周面に沿って上方
へ延設されている。そして、該歯付きベルト３７の上端
部は、基台３１の上面に設けられているギヤボックス３
８に取付けられた歯車３９に噛合している。該ギヤボッ
クス３日は入力される動力の伝達方向を変更するもので
あり、該ギヤボックス３８には、基台３１上面に沿って
、該基台３１の中心位置から径方向に延設された歯付き
ベル）４１にて動力が入力される。該歯付きベルト４１
は、基台３１の中心位置では、基台３１とは略平行に配
設された歯車４２に巻き掛けられており、該歯車４２は
、減圧チャンバ２１の外部に配設されたステッピングモ
ータ４３の出力軸に連結されている。従って、ステッピ
ングモータの回転力は、歯付きベルト４１を介してギヤ
ボックス３８に入力され、該ギヤボックス３８内のばす
両歯車等にてその回転力は、歯車３９に伝達される。そ
して、該歯車３９の回転力は、歯付きベルト３７を介し
て歯車３６に伝達され、さらに該歯車３６から１つの歯
車３４を介して、支持板３２の外周面に沿った歯付きベ
ルト３５に伝達され、該歯付きベルト３５が周回移動す
る。該歯付きベルト３５が周回移動すると、該歯付きベ
ルト３５に噛合する各歯車３４が一体的に回動されて、
各歯車３４に連結された各基板ホルダ３３が一体的に回
動される。

減圧チャンバ２工の上部には膜厚計２６が設けられてい
る。該膜厚計２６は、蒸発源るつぼ２２からの蒸着材料
の蒸気による蒸着時に、基板に蒸着される膜の厚さを測
定する。該膜厚計３６の測定結果は。

例えば、電子ビーム銃２３の制御に用いられ、これによ
り、高精度にて基板上に薄膜を積層し得る。

このような構成の蒸着装置では９例えば、前述したよう
に２第５図（ａ）に示す構造のＧａＡｓウエーノ＼基板
１１にＡｔ膜を蒸着する場合には、該ＧａＡｓウェーハ
基板１１を、基板ホルダ３３０本体部３３ａにそれぞれ
取付ける。この場合、各ＧａＡｓウェーハ基板１１のオ
リエンテーションフラットｌｌａを、蒸発源るつぼ２２
とは離れた側に位置させると共に、該オリエンテーショ
ンフラットｌｌａを蒸着方向に対して直交状態とする。

このようにして、各基板ホルダ３３にＧａＡｓウェーハ
基板１１が取付けられると、減圧チャンバ２１の外部に
配設されたステッピングモータ４３が駆動される。該ス
テッピングモータ４３の回転力は、歯付きベルト４１か
らギヤボックス３８を介して、歯付きベルト３７に伝達
され、支持板３２の外周面に沿って配設された歯付きベ
ルト３５に伝達される。そして、該歯付きベルト３５が
周回移動されて。

該歯付きベルト３５に噛合された各歯車３４がそれぞれ
回動される。その結果、各歯車３４が取付けられた各基
板ホルダ３３が一体的に回動され、各基板ホルダ３３の
本体部３３ａが、第４図に実線で示すように、蒸着方向
に対してそれぞれ１０〜２０度程度傾斜した所定の傾斜
角度とされる。従って、該本体部３３ａに取付けられた
ＧａＡｓウェーハ基板１工も蒸着方向に対して所定の傾
斜状態となる。

このようにして、各基板ホルダ３３の本体部３３ａが所
定の傾斜角度になると、ステッピングモータ４３が駆動
が停止され、減圧チャンバ２１内が所定の減圧状態とさ
れた後に１例えばＡｔが蒸発源るつぼ２２から蒸発され
て、　ＧａＡｓウェーハ基板１１に蒸着される。

このようにして、第５図（ｂ）に示すように、所定の膜
厚にＡＩ膜１９ａが堆積されると、ステッピングモータ
４３が駆動されて、各基板ホルダ３３０本体部３３ａが
一体的に回動され、第４図に二点鎖線で示すように、蒸
着方向に対して前記傾斜状態とは対称になった傾斜状態
とされる。この場合９減圧チヤンバ２１内は所定の減圧
状態が維持される。

このような状態で、２回目の蒸着が行われ、第５図（Ｃ
）に示すように、所定の膜厚にＡＩ膜１９ｂが堆積され
る。その後、再度、ステッピングモータ４３が駆動され
、基板ホルダ３３の本体部３３ａが一体的に回動されて
、第４図に一点鎖線で示すように。

ＧａＡｓウェーハ基板１１が蒸着方向に対して直交状態
とされる。この場合も、減圧チャンバ２１内は所定の減
圧状態が維持される。そして、３回目の蒸着が行われ、
第５図（ｄ）に示すように、　Ａｌ膜１９ｃが所定の膜
厚に堆積されると、蒸着が終了する。

その後、減圧チャンバ２１内からＧａＡｓウェーハ基板
１１が取り出され、不要のＡ１膜がリフトオフ法により
除去されて、クォータミクロンレベルのゲート長を有す
るゲート電極が形成される。

本実施例の蒸着装置では、支持板３２に多数の基板ホル
ダ３３が固着された状態になっているため。

基板保持具を用いる従来の蒸着装置のように、基板保持
具を取り付けたり取り外したりするためのスペースが不
要となり、多数の基板ホルダ３３を支持板３２に取付け
ることができ、従来の蒸着装置に比べて多数の基板を一
度に蒸着処理し得る。

なお、上記実施例では９本発明の蒸着装置によリ、　Ｍ
ＥＳＦＥＴのゲート電極を形成する場合について説明し
たが１本発明の蒸着装置は、このような場合だけでなく
９例えば、被エツチング膜にサイドウオールを形成する
場合等１種々の半導体プロセスに用いることができる。

（発明の効果） 本発明の蒸着装置は、このように、減圧チャンバを解放
することな（、該減圧チャンバ内の基板の姿勢を変更す
ることができるため、Ｎ＄ｉ圧チャンバ内を所定の減圧
状態に維持した状態で蒸着作業ができ９作業性に優れて
いる。また、減圧チャンバ内の基板は、大気等にて汚染
されず、従って。

良好な特性を有する半導体製品を製造し得る。

の　　　なｉ″Ｈ 第１図は本発明の蒸着装置の一例を示す断面図。

第２図はその要部の拡大図、第３図は第１図の矢印Ａ方
向からみた要部側面図、第４図はその動作説明図、第５
図（ａ）　〜（ｅ）はそれぞれＭＥＳＦＥＴ（７）ゲー
ト電極形成方法の工程を示す断面図、第６図（ａ）およ
び（ロ）はそれぞれ従来の蒸着装置に用いられる基板保
持具の斜視図である。

１１・・・ＧａＡｓウェーハ基板、１２・・・ｎ型活性
層、１６・・・レジスト、１９ａ、１９ｂ、１９ｃｍ”
ＡＩ膜、　２１・・・減圧チャンバ、２２・・・蒸発源
るつぼ、　３１・・・基台、３２・・・支持板、３３・
・・基板ホルダ、３３ａ・・・本体部、３３ｂ・・・連
結軸、　３４．３６．３９．４２・・・歯車、　３５．
３７．４１・・・歯付きベルト４３・・・ステッピング
モータ。

以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、所定の減圧状態となった減圧チャンバ内にて蒸発源
   から蒸発させられる蒸気を基板上に堆積する蒸着装置で
   あり、 蒸着される基板が取付けられる基板ホルダと、該基板ホ
   ルダを減圧チャンバ内にて蒸着方向に対して任意の傾斜
   角度となるように回動可能に支持する支持部材と、 該支持部材に対して該基板ホルダを回動させるべく該基
   板ホルダに連結されている基板ホルダ回動手段と、 を具備する蒸着装置。