JP3268443B2 - レーザ加熱装置 - Google Patents

レーザ加熱装置

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JP3268443B2 JP25897398A JP25897398A JP3268443B2 JP 3268443 B2 JP3268443 B2 JP 3268443B2 JP 25897398 A JP25897398 A JP 25897398A JP 25897398 A JP25897398 A JP 25897398A JP 3268443 B2 JP3268443 B2 JP 3268443B2
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜製造プロセス
において薄膜基板を高温加熱するためのレーザ加熱装置
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体ウエハ上に薄膜を形成する場合を
はじめとして、この種のエピタキシャル薄膜の真空成膜
装置において基板上に酸化膜を形成する場合、成膜装置
の真空チャンバ内に酸素ガスを導入し、１０-2〜１０-4
Ｔｏｒｒ程度の圧力にする。これとともにその基板を高
温に加熱することにより、成膜条件の調整が行われる。
【０００３】このような真空成膜装置内で上記のように
基板を加熱しながら、その基板の位置を精密に制御する
場合、精密試料台（ゴニオメータ等）の基板設置部に通
電式の小型ヒータが設置される。そして、このヒータに
通電して発熱させ、その熱で間接的に基板を加熱するよ
うにしている。
【０００４】あるいはまた、試料台に固定された基板に
直接電流を流し、この場合基板自体を発熱させる方法が
知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来装
置において、特に通電式の小型ヒータを用いるものにあ
っては、加熱の最高到達温度は高々８００℃程度に限定
される。このため加熱効率が十分でなく、所望の成膜条
件を得ることが必ずしも容易でない。その上ヒータが焼
き切れるおそれがあり、その場合、酸化雰囲気下等では
使用することができなくなる。また、試料基板に電流を
流す場合、シリコン基板等の通電加熱が可能な試料に限
定され、適用範囲が限定されざるを得ない。
【０００６】さらに、上述したいずれの方法もしくは装
置とも、間接または直接的な電流による加熱方式である
から、両者ともその電流による磁界が発生する。このよ
うな磁界の発生は、特に低速イオンや電子ビームを用い
る分析の際、ビームの進行方向を曲げる原因ともなり、
分析精度に影響する等の問題を生じさせる。
【０００７】本発明は以上の点に鑑み、この種の真空装
置において効率的にかつ適正に試料基板を加熱し得るレ
ーザ加熱装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、成膜装置の真空チャンバ内にて基板支持
機構に設置した基板に対してレーザ光を照射することに
より、該基板を所定温度に加熱するようにした、薄膜形
成用基板を加熱するためのレーザ加熱装置において、前
記基板支持機構が基板を保持する基板ホルダを備えてお
り、この基板ホルダのレーザ光を受光する部分がレーザ
光の吸収効率の良い材料で形成されていることを特徴と
している。 前記構成において、基板支持機構は、Ｘ軸、
Ｙ軸およびＺ軸の直交３軸方向に基板の位置調整が可能
であり、かつユーセントリック回転が可能な支持機構で
あることを特徴とする。また、本発明のレーザ加熱装置
において、前記レーザ光は、真空引きされる外装パイプ
内に挿通された光ファイバにより基板付近まで誘導され
ることを特徴とする。前記光ファイバは、前記外装パイ
プの光出射端側と反対側の部分においてファイバチャッ
クにより上記外装パイプに固定されるとともにフェルー
ルを介してフランジの嵌合穴に嵌合して固定されること
を特徴とする。さらに本発明のレーザ加熱装置におい
て、前記基板ホルダは、基板を保持する周囲にスリット
状の孔を有していることを特徴とする。また、前記基板
ホルダのレーザ光を受光する部分は、好ましくは、金属
の酸化膜及びセラミックスでコーティングされる。また
前記基板ホルダのレーザ光を受光する部分は、好ましく
は、レーザ光の吸収効率の良い薄膜材料で形成される。
さらに上記構成に加え、コーティング及び薄膜材料が蒸
発しないように透明物質で保護するようにしたことを特
徴とする。
【０００９】レーザ加熱装置は、基板ホルダの加熱に電
流を用いないため、磁気ノイズの発生がなく、低速荷電
ビームを用いた分析を必要とする真空成膜装置にとって
必要不可欠である。また、酸化雰囲気下での基板加熱も
可能になり、絶縁性基板でも有効に加熱することができ
る。 さらに、本発明では、基板ホルダのレーザ光を受光
する部分が、レーザ光の吸収効率の高い物質でコーティ
ングされており、また、基板ホルダにスリット状の孔を
有しているから、薄膜形成用基板を熱吸収効率良く温度
上昇させることができると共に、基板内の温度均一性を
高くすることができる。 また、基板を基板支持機構を介
して、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の直交３軸方向に位置調整
することができ、さらにユーセントリック回転させるこ
とができる。 また、光ファイバを挿通する外装パイプは
真空引きすることができ、さらに、外部のレーザ光源か
らレーザ光を導くことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明による
レーザ加熱装置の好適な実施の形態を説明する。この実
施形態において図１のように、たとえば真空成膜装置１
００の真空チャンバ１０１内で基板１は、基板支持機構
１０によって所定位置に支持される。真空成膜装置１０
０には基板１を高温加熱するための本発明によるレーザ
加熱装置２０を備えている。真空成膜装置１００にはま
た、真空チャンバ１０１内に酸素ガスを導入し、そのガ
ス圧を所定圧力に設定調整する反応ガス制御機構（図示
せず）が接続されている。
【００１１】本発明において、真空成膜装置１００の真
空チャンバ１０１内に設置された基板１に対してレーザ
光を照射することにより、この基板１を所定温度に加熱
するようになっている。
【００１２】すなわち、図１に示すように本発明のレー
ザ加熱装置２０は、レーザ発生装置２１と、後述する光
ファイバでなるレーザ光誘導照射手段２２とを含んでい
る。レーザ発生装置２１で発生させたレーザ光は光ファ
イバにより基板１付近まで誘導され、光ファイバ先端か
ら直接的または間接的に基板１に対してレーザ光が照射
される。この実施形態では、レーザ発生装置２１により
発生させたＮｄ：ＹＡＧレーザ光を使用するものとす
る。
【００１３】ここで、レーザ光誘導照射手段２２におい
て、図２に示したように光ファイバ２３は、好適にはス
テンレス製の外装パイプ２４内に挿通する。また、外装
パイプ２４内が真空引きされるようになっている。この
場合、光ファイバ２３の一端側の被覆部２５に真空引き
穴２６が、光ファイバ２３の先端側を含む外装パイプ２
４の適所に真空引き穴２７（図３参照），２８がそれぞ
れ形成され、これらの真空引き穴２６，２７，２８を介
して真空引きが行われる。
【００１４】光ファイバ２３の一端側はファイバチャッ
ク２９により固定されるとともに、フェルール３０がフ
ランジ３１の嵌合穴３１ａに嵌合するようになってい
る。フランジ３１は、ボルト等によって真空チャンバ１
０１の所定部位に固定される。このように真空チャンバ
１０１に取り付けられる光ファイバ２３の一端側には、
レーザ発生装置２１からのレーザ光が導入される。
【００１５】また、図３に示すように光ファイバ２３の
先端側の外装パイプ２４には、光ファイバ２３の周囲に
セラミックもしくはガラス系接着剤３２が充填される。
光ファイバ２３の先端は、ここから出射するレーザ光を
適切なスポット径で基板１に照射し得るように湾曲面と
して成形されている。
【００１６】また、この実施形態において、図１に示さ
れるように光ファイバ２３先端から反射ミラー３３を介
して、基板１に対してレーザ光が照射される。なお、反
射ミラー３３を使用せずに、すなわち光ファイバ２３先
端から直接基板１に対してレーザ光を照射するようにし
てもよい。
【００１７】基板１は、基板支持機構１０の基板ホルダ
１１上に支持される。基板支持機構１０によれば、基板
ホルダ１１を介してＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の直交３軸方
向に基板１を位置調整することができる。この場合、直
交３軸それぞれのまわりに回転位置調整可能であり、ま
た所謂ユーセントリック回転が可能な支持機構となって
いる。これにより基板１を極めて高い位置精度で制御す
ることができる。
【００１８】上記構成でなる本発明のレーザ加熱装置２
０によれば、レーザ発生装置２１で発生させたレーザ光
を光ファイバ２３により基板１付近まで誘導し、この例
では反射ミラー３３を介して光ファイバ２３の先端から
間接的に基板１に対してレーザ光が照射される。このよ
うに基板１の加熱方式として、特にＮｄ：ＹＡＧレーザ
光を使用することで、極めて短時間に高温加熱すること
ができる。
【００１９】また、レーザ光を用いるため、真空チャン
バ１０１の酸化雰囲気下での使用が可能になり、また通
電加熱方式でないため絶縁性基板でも有効に加熱するこ
とができる。また、基板ホルダ１１付近の加熱源に電流
を流さないため、磁気ノイズの発生がなく、低速荷電ビ
ーム等を用いる分析を適正に行うことができる。この場
合、基板１を基板支持機構１０によって精密に位置制御
することができ、性能特性に優れた精密試料台を実現す
ることができる。
【００２０】上記の場合、光ファイバ２３が挿通する外
装パイプ２４内を真空引きし、このようにレーザ光を真
空チャンバ１０１へ導入する方法を工夫することによ
り、雰囲気圧力を極めて高い真空度から大気圧まで調整
することができる。
【００２１】次に、基板ホルダーについて説明する。 Ｎｄ：ＹＡＧレーザは波長λ＝１．０６μｍを良く吸収
するため、基板ホルダーの材料としてインコネル、ニッ
ケル及びクロムなどで熱伝導性のよい金属板を高温で酸
化したものを用いるのが望ましい。図４は基板ホルダー
を示す図で、（ａ）は外観斜視図であり、（ｂ）は断面
図である。なお、図４（ａ）では、レーザ光で照射する
側を示した。図４に示す基板ホルダー４１は、レーザ光
が照射される上面にレーザ光を良く吸収する金属の酸化
物やセラミックスを形成したものである。これらの熱吸
収効率のよい材料はコーティングで形成してもよい。
尚、図４に示す例では円板状であるが、対称性のよい形
状であればよい。
【００２２】図５に示す基板ホルダー５１は、図４に示
した基板ホルダーの基板の周囲にスリット状の孔５３を
形成したものであり、基板を有効に加熱できるように基
板ホルダーの一部に高温で酸化させた酸化物５６を形成
している。基板の周囲にスリット状の孔を設ける基板ホ
ルダーでは熱伝導性の悪い材料でもよい。なお、図５に
示す例では基板がひとつであるが、複数個あってもよ
く、その場合は基板の周囲にスリット状の孔を設けても
良く、複数の基板を囲んでスリット状の孔を設けてもよ
い。このような基板ホルダーではスリット状の孔がある
ため、基板を加熱する熱量の逃げを防止することができ
るので、基板が効果的に加熱されるとともに温度均一性
が向上する。
【００２３】またＮｄ：ＹＡＧレーザ光を良く吸収する
のに、酸化したインコネル、ニッケル及びクロムなどの
金属泊を利用してもよい。図６は他の基板ホルダーの例
を示す図であり、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は断面図
である。なお、図６（ａ）中、レーザ光で照射する側を
示した。図６を参照して、他の基板ホルダー６１は段差
部を有して形成された孔６３と、この孔の段差部にサフ
ァイア６５を当接し、例えば高温で酸化させたインコネ
ルの金属泊６７をサファイア６５と基板５とで挟んで固
定具６９で基板５を基板ホルダー６１に固定している。
この例では、レーザ光の照射により金属泊が蒸発しない
ように受光面をサファイアで囲っているが、レーザ光の
加熱に耐える透明物質であればよい。このような構成の
基板ホルダーでは軽量でレーザ光を良く吸収でき、加熱
される金属泊から逃げる熱量をきわめて小さくできる。
したがって、基板を効果的に加熱できるとともに温度均
一性が向上する。
【００２４】上記実施形態において、レーザ媒質として
Ｎｄ：ＹＡＧの固体レーザの場合に限らず、その他液体
レーザまたは気体レーザ、あるいは半導体レーザを用い
ることが可能である。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、こ
の種の真空装置において基板の加熱方式としてレーザ光
を使用することにより、酸化雰囲気下での使用が可能に
なり、また絶縁性基板でも有効に加熱することができ
る。このように装置の適用範囲が大幅に拡大され、その
場合磁気ノイズの発生がなく、正確な分析結果等を得る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレーザ加熱装置の実施形態における概
略構成を示す斜視図である。
【図２】本発明のレーザ加熱装置に係るレーザ光誘導照
射手段の構成例を示す断面図である。
【図３】本発明のレーザ加熱装置に係るレーザ光誘導照
射手段の先端部付近を示す断面図である。
【図４】本発明にかかる基板ホルダーを示す図であり、
（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図５】本発明にかかるスリット状の孔を有する基板ホ
ルダーを示す図であり、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は
断面図である。
【図６】他の基板ホルダーの例を示す図であり、（ａ）
は外観斜視図、（ｂ）は断面図である。
【符号の説明】
１, ５ 基板 １０ 基板支持機構 １１ 基板ホルダ ２０ レーザ加熱装置 ２１ レーザ発生装置 ２２ レーザ光誘導照射手段 ２３ 光ファイバ ２４ 外装パイプ ２５ 被覆部 ２６，２７，２８ 真空引き穴 ２９ ファイバチャック ３１ フランジ ３２ 接着剤 ３３ 反射ミラー １００ 真空成膜装置 １０１ 真空チャンバ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−44770（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−311651（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−213075（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−230632（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 C23C 16/00 - 16/56 H01L 21/285 C30B 23/08

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 成膜装置の真空チャンバ内にて基板支持
    機構に設置した基板に対してレーザ光を照射することに
    より、該基板を所定温度に加熱するようにした、薄膜形
    成用基板を加熱するためのレーザ加熱装置において、 前記基板支持機構が前記基板を保持する基板ホルダを備
    えており、該基板ホル ダの前記レーザ光を受光する部分
    が前記レーザ光の吸収効率の良い材料で形成されている
    ことを特徴とするレーザ加熱装置。
  2. 【請求項２】 前記基板支持機構は、Ｘ軸、Ｙ軸および
    Ｚ軸の直交３軸方向に基板の位置調整が可能であり、か
    つユーセントリック回転が可能な支持機構であることを
    特徴とする、請求項１記載のレーザ加熱装置。
  3. 【請求項３】 前記レーザ光は、真空引きされる外装パ
    イプ内に挿通された光ファイバにより基板付近まで誘導
    されることを特徴とする、請求項１に記載のレーザ加熱
    装置。
  4. 【請求項４】 前記光ファイバは、前記外装パイプの光
    出射端側と反対側の部分においてファイバチャックによ
    り上記外装パイプに固定されるとともにフェルールを介
    してフランジの嵌合穴に嵌合して固定されることを特徴
    とする、請求項３に記載のレーザ加熱装置。
  5. 【請求項５】 前記基板ホルダは、前記基板を保持する
    周囲にスリット状の孔を有していることを特徴とする、
    請求項１に記載のレーザ加熱装置。
  6. 【請求項６】 前記レーザ光を受光する部分が、金属の
    酸化膜でコーティングされていることを特徴とする、請
    求項１に記載のレーザ加熱装置。
  7. 【請求項７】 前記レーザ光を受光する部分が、セラミ
    ックスでコーティングされていることを特徴とする、請
    求項１に記載のレーザ加熱装置。
  8. 【請求項８】 前記レーザ光を受光する部分が、前記レ
    ーザ光の吸収効率の良い薄膜材料で形成されていること
    を特徴とする、請求項１に記載のレーザ加熱装置。
  9. 【請求項９】 前記薄膜材料が、蒸発しないよう透明物
    質で保護されていることを特徴とする、請求項８に記載
    のレーザ加熱装置。
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