JPH0814020B2 - 真空蒸着器における蒸着基板加熱装置ならびにボートの支持構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、蒸気圧が互いに異なる成分を有している薄
膜を利用する製品（例えば化合物半導体薄膜を応用する
製品）用の組成が均一な薄膜の製造に使用され、高真空
となるように加熱され、半導体薄膜を蒸着させることが
できる真空蒸着器に係り、特に、蒸着基板加熱時に複数
の蒸着基板の位置の相違における温度偏差を減少するこ
とができるように基板ホルダの形状により複数個のヒー
ティングブロックを一定の距離を隔ててそれぞれ配列す
るとともに、各ヒーティングブロックの温度を個別に制
御して蒸着基板加熱時に温度偏差が発生しても各ブロッ
ク別に供給電力を変化させて蒸着基板温度を簡単に補正
できるようにした真空蒸着器において蒸着基板加熱装置
と、ボートを、ボート自体の熱膨張を吸収するための可
動体に連結し、ボートの寿命を長くするようにした真空
蒸着器におけるボートの支持構造に関する。

〔従来の技術〕

例えば、アンチモン化インジウム（indiumantimonid
e:InSb）のように蒸気圧（Vaperpressure）が互いに異
なり半導体としての性質を有する金属間化合物を真空蒸
着によって薄膜に形成する場合、真空蒸着器のチャンバ
の内部温度と圧力とが大きな変数として作用することに
なるが、真空中において圧力が一定に保持される場合、
チャンバ内部の温度偏差によりアンチモン化インジウム
のアンチモンが直ちに再蒸着されることになり、基板ホ
ルダに装着された蒸着基板表面に蒸着される薄膜が均一
にならないことになる。

すなわち、蒸着基板における温度偏差が大きければ大
きいほど、薄膜特性において異方性が生じるので加熱時
に蒸着基板の温度偏差をできる限り減少させることが望
ましい。

ところで、従来、蒸着器の蒸着基板を加熱する装置と
して、第６図（Ａ）に示すように、ハロゲンランプ31に
より加熱する方法が多用されており、また、極めて限定
的ではあるが、第６図（Ｂ）に示すように、Ｃ−Ｇヒー
タ32とハロゲンランプ31により同時に加熱する方法があ
る。

しかしながら、第６図（Ａ）の場合、ハロゲンランプ
31より発散される光が基板ホルダ33に装着された装着基
板34に直接輻射される角度によって熱量の差異が甚だし
いばかりでなく、実質的に加熱を要する蒸着基板34より
もチャンバ内部における熱の拡散による熱の損失が大き
くなり、基板ホルダ33上における蒸着基板34の位置によ
り温度偏差が大きく、したがって、チャンバ内部の温度
を検出するサーモカップ35を一定の位置に置き、蒸着基
板の温度を補正する際、基準温度の設定が非常に難し
い。しかも、基準温度が設定されても温度偏差が大きい
ため、蒸着基板の温度の制御に問題が残っていた。

一方、ハロゲンランプ31とＣ−Ｇヒータ32を平行使用
する第６図（Ｂ）のものにおいては、複数のＣ−Ｇヒー
タ32等を基板ホルド33の直上方向に設けてあるが、蒸着
基板34を直接加熱する場合、Ｃ−Ｇヒータ32において放
散される熱の分布を均一に反射させることができる熱放
散装置がないので、ヒータ32の直下部位とヒータ32とヒ
ータ32との間における熱偏差が大きく、実際には蒸着基
板34を加熱しても蒸着基板の位置別の温度偏差が生じる
ことになる。

このような状態における半導体薄膜を蒸着する場合蒸
着基板34の各部位別の温度差が大きいので、薄膜特性に
おいて異方性が生じる場合が多かった。なお、第６図
（Ｃ）は第６図（Ｂ）の変形例を示すものであり、モリ
ブデン、タングステン、Ｃ−Ｇヒータ32により加熱され
る各蒸着基板34の背部の蒸着基板ホルダ33にそれぞれ開
口35を形成したものであるが、このような構成によって
も蒸着基板の位置により温度偏差が生じることになる。

一方、蒸着する材料を収納するボートは、従来、電極
側に直接連結した構造になっているので、セラミック
（Bn、Al2O3）製のボートの場合、ボートの熱膨張を吸
収できなくなり、これによってボートが歪曲され、ボー
トにクラック（Crack）が発生し、ボートの全部位にわ
たり、均一に加熱することが難しくなっていた。

したがって、本発明の目的は、蒸着基板の温度偏差の
調整を簡単に行なうことができ、しかもクリーニング作
業を容易に行なうことができる真空蒸着器の蒸着基板加
熱装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、ボートの熱膨張を吸収す
るようにしたボートの支持構造を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

前述した目的を達成するため本発明に係る真空蒸着器
の蒸着基板加熱装置は、真空蒸着器内の器板ホルダから
テーブルまでの空間を囲繞し、分割配置され個別の温度
調節が可能となるように供給電力を自己制御しうる複数
個のヒーティングブロックと、熱発散分布が均一となる
ようにヒーティングブロックのヒータを被覆しているセ
ラミックジャーと、前記セラミックジャーの両側に配設
されている保護支持板と、基板ホルダ側の保護支持板に
着脱自在に張設した放熱伝導板とを有している。

また、本発明に係る真空蒸着器のボートの支持構造
は、１対の電極のそれぞれに移動案内部材を相互に対向
するように支持するとともに、各移動案内部材に沿って
可動とされた可動体にボートの両端部を連結し、各可動
体と移動案内部材間に各移動体を相互に離間する方向に
付勢するばね部材を介装したことを特徴としている。

〔作 用〕

前述した構成からなる本発明の蒸着基板加熱装置によ
れば、複数個のヒーティグブロックは個別に温度調節す
ることができるので、基板ホルダにおける蒸着基板の位
置により温度偏差が発生しても温度偏差の調整を簡単に
行なうことができる。また、本発明の蒸着基板加熱装置
は、着脱自在な放熱伝導板を有しているので、この放熱
伝導板を交換することによりクリーニング作業を容易に
行なうことができる。

一方、本発明のボートの支持構造によれば、可動体の
移動により、ボートの膨張および収縮を確実に吸収して
ボートの歪曲を防止することができる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例により説明する。

第１図は一般的な蒸着基板加熱装置の概略説明図であ
り、真空蒸着器１のチャンバ1a（第２図）の上部にはモ
ータＭが装着されており、このモータＭの回転軸には複
数の基板ホルダ２が懸架されている。各基板ホルダ２は
錐体の斜面を示すように傾斜配置されている。そして、
各基板ホルダ２の全体が回転した際の基板ホルダ２の接
線方向には、ラックを備えたガイドレール３が配設され
ており、このガイドレール３には基板ホルダ２に設けた
ギア2bが噛合されている。これにより、基板ホルダ２が
回転すると基板ホルダ２自体も自転することになる。ま
た、各基板ホルダ２には、それぞれ複数個の四角孔2aが
形成されており、各四角孔2aの外周縁にはそれぞれ蒸着
基板４が治具により取付けられている。

前記基板ホルダ２の下方には、円板状のテーブル５が
配設されており、このテーブル５上には上向きに蒸着材
料を収納するための凹部6aが形成されたボート６が支持
されている。このボート６の凹部6a内に収納されている
蒸着材料たるアンチモン化インジウムを、ボート６に通
電することにより加熱して酸化させることにより、回転
している基板ホルダ２に装着された各蒸着基板４の表面
に半導体膜を蒸着させることができる。

第２図に示すように、基板ホルダ２からテーブル５ま
での空間には、複数個に分割されたヒーティングブロッ
ク７〜7eが配設されており、各ヒーティングブロックは
自己温度制御機能を有しており、基板ホルダ２に装着さ
れた蒸着基板４の温度偏差が検出されれば、対応するヒ
ーティングブロックはそれ自体の発熱温度を調節するよ
うになっている。また、各ヒーティングブロックは、そ
れ自体の形状調節が可能となるように配設されている。

このようなヒーティングブロックを詳細に説明する。

最上位に位置しているヒーティングブロック７は円錐
台形の単一体として構成されており、ヒータ８が点線の
ように螺旋円錐形に設けられている。

また、最上位のヒーティングブロック７の下方側に
は、円錐台形を直径上において二等分されたほぼテーパ
形ヒーティングブロック7a,7bが配設されており、各ヒ
ーティングブロック7a,7bの一側はチャンバ1aの側壁に
通常の支持手段により取付けられ、各ヒーティングブロ
ック7a,7bの反対側はチャンバのドアに取付けられて基
板ホルダ２とわずかの距離を保持するようになってい
る。

さらに、前記ヒーティングブロック7a,7bの下方に
は、円筒形を直径上において線対称に二等分された半円
筒形ヒーティングブロック7c,7dが配設されており、各
ヒーティングブロック7c,7dの一側は、前述したヒーテ
ィングブロック7a,7bと同様にチャンバ1aの側壁に取付
けられ、他方、ヒーティングブロック7c,7dの反対側
は、前述したヒーティングブロック7a,7bと同様にチャ
ンバ1aのドアに取付けられているので、ドアを開けるこ
とにより、円錐台形の半分に相当するヒーティングブロ
ック7aと円筒形の半分に相当するヒーティングブロック
7cとがドアとともに開放され、傾斜配置されている基板
ホルダ２に対し蒸着基板４を装着したり、あるいは離脱
したりすることができるようになっている。

また、各ヒーティングブロック７〜7dにより囲繞され
たチャンバ1aの底部、すなわち前記テーブル５上にも円
板状のヒーティングブロック7eが配設されており、この
ヒーティングブロック7eには、アンチモン化インジウム
を酸化させるボート６が一定の高さをおいて支持されて
いる。

なお、最上位のヒーティングブロック７を除いた残り
のヒーティングブロック7a〜7eに内蔵されているヒータ
8a〜8eはそれぞれ千鳥状に配列されている。

また、前記基板ホルダ２からテーブル５までを囲繞し
ているヒーティングブロック７〜7eに内蔵されているヒ
ータ８〜8eから発散される熱は外部に拡散されず、基板
ホルダ２に装着された各蒸着基板４に均一に広がるよう
にして蒸着基板の温度偏差を極小化するようになってい
る。

前記蒸着基板４の温度偏差を根本的に改善するため本
実施例においては、前記各ヒーティングブロック７〜7e
に個別の供給電力を調節する制御機能を与えるととも
に、各ヒーティングブロック７〜7eにそれぞれに対応す
る熱電対12を有し、基板ホルダ２に装着されている複数
の蒸着基板４の位置別の温度を検出することにより、す
べての位置における蒸着基板４の温度補正が可能とな
る。

仮りにヒーティングブロック７〜7eと基板ホルダ２と
の間の間隔Ｌを100mm±2mmとし、蒸着基板４の設定温度
を380℃にする場合、蒸着中、ヒートレベル（hest leve
l）等の理由により各蒸着基板４において位置別の温度
偏差が発生すれば、基板ホルダ２に装着された蒸着基板
４の位置別の温度を対応する熱電対12により検出して、
その温度に相当するようにヒーティングブロック７〜7e
の供給電力を変化させることにより、要求される蒸着基
板４の温度偏差を380℃±１℃程度までに減少させるこ
とができる。

第４図に前記のヒーティングブロック７〜7eの構造の
詳細が示されている。

各ヒーティングブロック７〜7eは、線状を示すモリブ
デン、タングステン、Ｃ−Ｇヒータ８〜8eの外周を円形
のセラミックジャー９により被覆し、各セラミックジャ
ー９の両側に配設した熱伝導性を有する保護支持体10,1
0aによりサンドイッチ構造としてボルトおよびナットに
より固定してなり、ヒーティングブロック８〜8eの発熱
によってセラミックジャー９を徐々に加熱し、このセラ
ミックジャー９の熱を伝導性保護支持板10,10aに熱伝導
させるようになっている。また、基板ホルダ２の近傍の
熱伝導性を有する保護支持板10,10aの外側にはモリブテ
ンシートからなる放熱伝導板11が着脱自在に張設されて
おり、この放熱伝導板11を介して蒸着基板４を加熱させ
ることになる。

前述したように、ヒータ配列間隔による温度偏差をな
くすように、ヒータより発熱させる熱が金属製の各部材
の熱伝導によりヒーティングブロック全体が均等に加熱
された状態において蒸着基板４に到達するので、蒸着基
板４の温度を均一に保持することができる。

また、ヒーティングブロック７〜7eに囲繞された内部
において蒸着基板４に対する薄膜の蒸着がなされるが、
蒸着しようとする蒸着材料が基板ホルダ２側の放熱伝導
板11に付着しても、ヒーティングブロック７〜7eに取付
けた前記放熱伝導板11を簡単に取外して交換することに
より、放熱伝導板11のクリーニング作業を容易に実施す
ることができる。

第５図は本発明に係るボート６の支持構造を示すもの
であり、長手方向の中央部に蒸着材料収納用の凹部6aが
形成されているボート６の両端は導電性材料からなる支
持ボルト13,13′により同じく導電性材料からなる固定
ブロック13a,13a′に固定されている。一方、円柱状に
形成されている各電極14,14′には、上下から１対の電
極支持プレート15,15,15′,15′により挟持されるよう
にして導電性材料からなる移動案内板16,16′が支持さ
れており、両移動案内板16,16′は、長手方向が合致
し、かつ両者が対向するように位置決めされている。各
移動案内板16,16′の上面には、その長手方向に延在す
る長溝16a,16a′が形成されている。

前記各固定ブロック13a,13a′の下面には前記移動案
内板16a,16a′の側面に沿って転動しうる導電性材料か
らなる複数の車輪20,20,20′20′が支持されており、固
定ブロック13a,13a′は、長溝16a,16a′に沿って相互に
接離しうる方向に移動可能とされている。また、前記固
定ブロック13a,13a′上には支持ピン18,18′が立設され
ており、他方、前記電極14,14′の近傍の前記長溝16a,1
6a′内には支持ピン19,19′が立設されている。そし
て、両支持ピン18,19;18′,19′間には、固定ブロック1
3a,13a′を支持ピン19,19′方向に引張るためのコイル
ばね17,17′が介装されている。

ところで、蒸着基板４へボート６の凹部6a内の蒸着材
料を蒸着するにはボート６に通電してボート６を加熱し
なければならないが、ボート６は、加熱によりその温度
が上昇するに従って次第に熱膨張することになる。とこ
ろが、本実施例によれば熱膨張によりボート６の長さが
伸びるようになると、ボート６は可動な固定ブロック13
a,13a′に支持されているので、ボート６の膨張は、固
定ブロック13aおよび固定ブロック13a′が長溝16a,16
a′に沿って離間する方向に移動することにより吸収さ
れる。

また、膨張されたボート６が収縮する場合、その収縮
は、固定ブロック13aおよび13a′が相互に近接する方向
に移動することにより吸収される。

なお、ボート６が加熱される場合、両コイルばね17,1
7′のばね力が均衡しているので、ボート６が膨張して
も凹部6aはほぼ同一の位置に留まることができ、この結
果、蒸着基板に蒸着を均一に行なうことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の真空蒸着器の蒸着基板加
熱装置は、真空蒸着器の基板ホルダからテーブルまでの
空間に一定の距離を隔ててヒーティングブロックを分割
配置し、各ヒーティングブロックが設定温度以下もしく
はそれ以上になると、この温度を検出して各ヒーティン
グブロック自体の温度を個別に自己制御することによ
り、蒸着基板の温度偏差を簡単に調整することができる
し、また基板ホルダ側の保護支持板に放熱伝導板を着脱
自在に張設したので、放熱伝導板を交換することにより
クリーニング作業が簡略化されるという効果を奏する。

また、本発明のボートの支持構造によれば、ボートの
両端部がそれぞれ可動体に固定され、各可動体はそれぞ
ればね部材により相互に離間する方向に付勢されている
ので、ボートの熱膨張は可動体の移動により吸収される
ことになり、ボートにクラック等が発生することがな
く、ボートの寿命を長くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な蒸着基板加熱装置の概略説明図、第２
図は本発明によるヒーティングブロックの例示図、第３
図は本発明の加熱装置を設けた状態の側断面図、第４図
は本発明のヒーティングブロックの構造を示す断面図、
第５図は本発明のボートの支持構造を示す斜視図、第６
図A,B,Cはそれぞれ従来の蒸着基板加熱装置の概略説明
図であり、第６図Ａはハロゲンランプを利用した加熱装
置、第６図Ｂはハロゲンランプ並びにＣ−Ｇヒータを兼
用した加熱装置、第６図Ｃはモリブテン、タングステ
ン、Ｃ−Ｇヒータを利用した他の従来例を示す。 １……真空蒸着器、２……基板ホルダ、３……ガイドレ
ール、４……蒸着基板、５……テーブル、６……ボー
ト、７〜7e……ヒーティングブロック、８……ヒータ、
９……セラミックジャー、10,10a……保護支持板、11…
…放熱伝導板、12……熱電対、13a,13a′……固定ブロ
ック、14,14′……電極、16,16′……移動案内板、17,1
7′……コイルばね。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空蒸着器内の基板ホルダからテーブルま
   での空間を囲繞し、分割配置され個別の温度調節が可能
   となるように供給電力を自己制御しうる複数個のヒーテ
   ィングブロックと、 熱発散分布が均一となるようなヒーティングブロックの
   ヒータを被覆しているセラミックジャーと、 前記セラミックジャーの両側に配設されている保護支持
   板と、 基板ホルダ側の保護支持板に着脱自在に張設した放熱伝
   導板と、 を有する真空蒸着器における蒸着基板加熱装置。
2. 【請求項２】前記ヒーティングブロックは、最上位に位
   置する単一体の円錐形のものと、この下方に位置しそれ
   ぞれと二等分された円錐台形および円筒形のものと、テ
   ーブル上に位置する円板状のものとにより構成されてい
   る請求項第１項記載の真空蒸着器における蒸着基板加熱
   装置。
3. 【請求項３】１対の電極のそれぞれに移動案内部材を相
   互に対向するように支持するとともに、各移動案内部材
   に沿って可動とされた可動体にボートの両端部を連結
   し、各可動体と移動案内部材間に各移動体を相互に離間
   する方向に付勢するばね部材を介装したことを特徴とす
   る真空蒸着器におけるボートの支持構造。