JPH07116601B2 - 薄膜作製装置 - Google Patents
薄膜作製装置Info
- Publication number
- JPH07116601B2 JPH07116601B2 JP60160139A JP16013985A JPH07116601B2 JP H07116601 B2 JPH07116601 B2 JP H07116601B2 JP 60160139 A JP60160139 A JP 60160139A JP 16013985 A JP16013985 A JP 16013985A JP H07116601 B2 JPH07116601 B2 JP H07116601B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- thin film
- heating
- temperature
- substrate holder
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は基板上に金属，半導体などの材料の薄膜を形成
するのに用いる薄膜作製装置に関する。
するのに用いる薄膜作製装置に関する。
［従来の技術］ 蒸着法、スパッタ法等、粒子の堆積法としていずれの方
法を用いたとしても均一膜厚の薄膜を作製するには基板
を回転させることが有効である。このため均一膜厚の薄
膜作製には基板回転機構を備えた薄膜作製装置が使用さ
れる。しかしながら、基板を約150℃以上に加熱した状
態では基板の連続回転が不可能になる。
法を用いたとしても均一膜厚の薄膜を作製するには基板
を回転させることが有効である。このため均一膜厚の薄
膜作製には基板回転機構を備えた薄膜作製装置が使用さ
れる。しかしながら、基板を約150℃以上に加熱した状
態では基板の連続回転が不可能になる。
すなわち、基板加熱には大別して（１）基板の裏側に加
熱用コイルを取りつける方法、（２）基板表面を赤外線
ランプヒーターで暖める方法がある。（１）の方法では
基板温度は直径２インチのSiあるいはサファイアのウエ
ハなどで700〜800℃程度にも到達するがこの場合、コイ
ルに電流を流すための配線が必要である。この配線が存
在するため、基板加熱と同時に基板回転を行うとこの線
が回転軸に巻きつき、ついには断線等の障害を生じる。
このため（１）の方法では加熱時に基板を回転させるこ
とができない。
熱用コイルを取りつける方法、（２）基板表面を赤外線
ランプヒーターで暖める方法がある。（１）の方法では
基板温度は直径２インチのSiあるいはサファイアのウエ
ハなどで700〜800℃程度にも到達するがこの場合、コイ
ルに電流を流すための配線が必要である。この配線が存
在するため、基板加熱と同時に基板回転を行うとこの線
が回転軸に巻きつき、ついには断線等の障害を生じる。
このため（１）の方法では加熱時に基板を回転させるこ
とができない。
また、（２）の方法では基板加熱と基板回転を同時に行
うことは可能であるが、真空容器も加熱される。真空容
器には熱に弱いＯリングが使ってあるため真空容器の許
容加熱温度は通常約150℃までである。このためこれ以
上の基板温度のもとでは（２）のランプヒーター方式が
使えなくなる。更に、真空容器が暖められると容器に吸
着していた不純物が離脱し、容器内雰囲気中に不純物が
混入し、蒸着、スパッタ中にこの不純物がとりこまれ膜
中に不純物が多く含有されることになる。しかも、ラン
プの存在により放電密度に変化が生じ膜厚均一性に悪影
響を与えることとなる。更に、基板ホルダーの裏面をラ
ンプヒーターで加熱、あるいはコイルで加熱する方法が
考えられるが、これらの場合基板は基板ホルダーの裏面
からの熱伝導により暖められるため加熱効率が悪く、加
熱温度変化に対し追随が非常に遅くなる。また、ランプ
ヒーター加熱では先に記述したのと同様150℃以上に真
空容器を加熱できないという欠点がある。
うことは可能であるが、真空容器も加熱される。真空容
器には熱に弱いＯリングが使ってあるため真空容器の許
容加熱温度は通常約150℃までである。このためこれ以
上の基板温度のもとでは（２）のランプヒーター方式が
使えなくなる。更に、真空容器が暖められると容器に吸
着していた不純物が離脱し、容器内雰囲気中に不純物が
混入し、蒸着、スパッタ中にこの不純物がとりこまれ膜
中に不純物が多く含有されることになる。しかも、ラン
プの存在により放電密度に変化が生じ膜厚均一性に悪影
響を与えることとなる。更に、基板ホルダーの裏面をラ
ンプヒーターで加熱、あるいはコイルで加熱する方法が
考えられるが、これらの場合基板は基板ホルダーの裏面
からの熱伝導により暖められるため加熱効率が悪く、加
熱温度変化に対し追随が非常に遅くなる。また、ランプ
ヒーター加熱では先に記述したのと同様150℃以上に真
空容器を加熱できないという欠点がある。
このため従来装置では基板回転を行う場合、約150℃以
上で加熱することが困難であった。
上で加熱することが困難であった。
また、液体窒素等の冷媒を用い熱接触により基板を冷却
しつつ基板回転を行う場合、数100℃の範囲の任意の温
度での基板加熱ができないため、任意の設定温度にコン
トロールすることが不可能となり、このため冷媒により
冷却される温度以外では均一な膜厚の薄膜を作製するこ
とができなかった。
しつつ基板回転を行う場合、数100℃の範囲の任意の温
度での基板加熱ができないため、任意の設定温度にコン
トロールすることが不可能となり、このため冷媒により
冷却される温度以外では均一な膜厚の薄膜を作製するこ
とができなかった。
［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は上述した従来の欠点を解決し、基板の連続回転
時に基板を加熱することを可能にし、かつ任意の基板温
度に設定することを可能とした薄膜作製装置を提供する
ことを目的とする。
時に基板を加熱することを可能にし、かつ任意の基板温
度に設定することを可能とした薄膜作製装置を提供する
ことを目的とする。
［問題点を解決するための手段］ 本発明による薄膜作製装置は、基板に薄膜を形成させる
薄膜作製装置において、前記基板を保持し回転可能な導
体製の基板ホルダーと、該基板ホルダーの前記基板を保
持する側と反対の側において該基板ホルダーと空間的に
分離して設けられ交番磁界を発生させて前記基板を加熱
する基板加熱部とを有することを特徴とするものであ
る。
薄膜作製装置において、前記基板を保持し回転可能な導
体製の基板ホルダーと、該基板ホルダーの前記基板を保
持する側と反対の側において該基板ホルダーと空間的に
分離して設けられ交番磁界を発生させて前記基板を加熱
する基板加熱部とを有することを特徴とするものであ
る。
［作 用］ 第２図に示すように導体１に変化する磁力線２を通すと
電流３が発生すること（電磁誘導現象）は物理学の示す
ところである。この現象は発電機やトランスの原理とも
なり工業界特に電気産業の分野では重要な原理の一つで
ある。導体の中を磁力線が通過する時は磁力線の周囲に
渦電流が発生し、同時にこの電流は導体の抵抗によって
消費され熱に変換される。特に鉄などの磁性導体には磁
力線をとらえ、自身の中へ磁力線を集中させる性質があ
るため、第３図（ａ）に示すようにスパイラルコイル４
から発生した磁力線の大半が磁性導体中を通過し、この
ため効率良く電流が発生し、かつ、これに比例して熱が
発生する。第３図（ｂ）は第３図（ａ）の見取図であ
る。使用電源は15〜40kHzの高周波電源でも、商用電源
でもよい。3kW程度の入力で700〜800℃程度の加熱が可
能である。
電流３が発生すること（電磁誘導現象）は物理学の示す
ところである。この現象は発電機やトランスの原理とも
なり工業界特に電気産業の分野では重要な原理の一つで
ある。導体の中を磁力線が通過する時は磁力線の周囲に
渦電流が発生し、同時にこの電流は導体の抵抗によって
消費され熱に変換される。特に鉄などの磁性導体には磁
力線をとらえ、自身の中へ磁力線を集中させる性質があ
るため、第３図（ａ）に示すようにスパイラルコイル４
から発生した磁力線の大半が磁性導体中を通過し、この
ため効率良く電流が発生し、かつ、これに比例して熱が
発生する。第３図（ｂ）は第３図（ａ）の見取図であ
る。使用電源は15〜40kHzの高周波電源でも、商用電源
でもよい。3kW程度の入力で700〜800℃程度の加熱が可
能である。
［実施例］ この現象を薄膜作製装置内の基板加熱に応用した場合に
多くの効果が生ずることが、以下の実施例に示すように
本発明によって明らかとなった。
多くの効果が生ずることが、以下の実施例に示すように
本発明によって明らかとなった。
実施例１ 第１図に、本発明の基板加熱法を適用した薄膜作製装置
の真空容器部を示す。ここで５はステンレススチール製
真空容器であり、ポンプ６により排気される。基板７は
13％Cr−Feなど磁性ステンレススチール製の基板ホルダ
ー８に装着される。基板ホルダーの大きさは直径25cm,
厚さ5mmである。この基板ホルダー８はモーター９によ
り回転運動を与えられる。基板ホルダー８の上部に基板
加熱部10を配置する。この基板加熱部10は非磁性で耐熱
にすぐれたものが望ましく、オーステナイト系のステン
レススチール、セラミクスなどが用いられる。その中に
は絶縁された加熱用コイル11が内蔵されている。コイル
11は銅線などを、この例ではスパイラルに巻いたもので
ある。このように基板ホルダー８と基板加熱部10とを分
離しているが、基板ホルダー８は磁場を集束させる性質
を有するため加熱効率は実用上充分である。基板ホルダ
ー８の中心部に温度モニター12（本実施例ではPt−Rh熱
電対）を接触させている。基板ホルダー８に対向させて
本実施例では異なる材料からなる２種のターゲット13,1
4を配置させた。ターゲットの上にはプレスパッタ時に
スパッタ原子が飛散するのを防ぐシャッター15,16を配
置した。ターゲットにはマッチングボックス17,18およ
びターゲット電源19,20が連結され放電できるようにな
っている。このような構成になっているため、本薄膜作
製装置では従来装置と異なり、基板ホルダー８が基板加
熱用配線の影響を受けず自由に回転でき、かつ、従来の
ランプヒーター加熱方式の装置のように真空容器の局所
部高温加熱防御の心配からの低温加熱（〜150℃）やラ
ンプヒーターによる放電異常からの膜厚不均一性も改善
される。ここではまず、モーター９により基板ホルダー
８を1rpmで回転させ、同時にコイル11に電流を流し、基
板ホルダー８を500℃に保った。基板には8cm角のガラス
および直径３インチのSiウエハを用いた。次いでターゲ
ット13（本実施例ではタングステン（Ｗ）），ターゲッ
ト14（本実施例では（Ｃ））をそれぞれ240W,800Wでプ
レスパッタした後、シャッター15,16を開き多層薄膜を
作製した。積層数はＷ−Ｃの対で50層である。膜厚計
（タリステップ）を用い、このＷ−Ｃ多層膜の膜厚のウ
エハ面内分布を測定したところ膜厚2300ű20Åであり
ばらつきが±１％以内と均一性に優れた多層薄膜が作製
されていることが明らかになった。
の真空容器部を示す。ここで５はステンレススチール製
真空容器であり、ポンプ６により排気される。基板７は
13％Cr−Feなど磁性ステンレススチール製の基板ホルダ
ー８に装着される。基板ホルダーの大きさは直径25cm,
厚さ5mmである。この基板ホルダー８はモーター９によ
り回転運動を与えられる。基板ホルダー８の上部に基板
加熱部10を配置する。この基板加熱部10は非磁性で耐熱
にすぐれたものが望ましく、オーステナイト系のステン
レススチール、セラミクスなどが用いられる。その中に
は絶縁された加熱用コイル11が内蔵されている。コイル
11は銅線などを、この例ではスパイラルに巻いたもので
ある。このように基板ホルダー８と基板加熱部10とを分
離しているが、基板ホルダー８は磁場を集束させる性質
を有するため加熱効率は実用上充分である。基板ホルダ
ー８の中心部に温度モニター12（本実施例ではPt−Rh熱
電対）を接触させている。基板ホルダー８に対向させて
本実施例では異なる材料からなる２種のターゲット13,1
4を配置させた。ターゲットの上にはプレスパッタ時に
スパッタ原子が飛散するのを防ぐシャッター15,16を配
置した。ターゲットにはマッチングボックス17,18およ
びターゲット電源19,20が連結され放電できるようにな
っている。このような構成になっているため、本薄膜作
製装置では従来装置と異なり、基板ホルダー８が基板加
熱用配線の影響を受けず自由に回転でき、かつ、従来の
ランプヒーター加熱方式の装置のように真空容器の局所
部高温加熱防御の心配からの低温加熱（〜150℃）やラ
ンプヒーターによる放電異常からの膜厚不均一性も改善
される。ここではまず、モーター９により基板ホルダー
８を1rpmで回転させ、同時にコイル11に電流を流し、基
板ホルダー８を500℃に保った。基板には8cm角のガラス
および直径３インチのSiウエハを用いた。次いでターゲ
ット13（本実施例ではタングステン（Ｗ）），ターゲッ
ト14（本実施例では（Ｃ））をそれぞれ240W,800Wでプ
レスパッタした後、シャッター15,16を開き多層薄膜を
作製した。積層数はＷ−Ｃの対で50層である。膜厚計
（タリステップ）を用い、このＷ−Ｃ多層膜の膜厚のウ
エハ面内分布を測定したところ膜厚2300ű20Åであり
ばらつきが±１％以内と均一性に優れた多層薄膜が作製
されていることが明らかになった。
なお、基板回転中の基板温度と基板回転のない場合の基
板温度は同一であったため、あらかじめ、加熱用コイル
11に流す電流と温度との関係を測定しておけば、操業時
に温度モニター12がなくても加熱用コイル11に流す電流
値で温度をモニターすることも可能である。
板温度は同一であったため、あらかじめ、加熱用コイル
11に流す電流と温度との関係を測定しておけば、操業時
に温度モニター12がなくても加熱用コイル11に流す電流
値で温度をモニターすることも可能である。
実施例２ 鉄製の基板ホルダーを用い、基板温度を700℃に変え他
は実施例１と同一条件でＷ−Ｃ多層膜を作製した。この
場合、膜厚および膜厚のばらつきは実施例と同一であ
り、やはりばらつきが±１％以内の均一性の良い多層膜
が作製できてきた。
は実施例１と同一条件でＷ−Ｃ多層膜を作製した。この
場合、膜厚および膜厚のばらつきは実施例と同一であ
り、やはりばらつきが±１％以内の均一性の良い多層膜
が作製できてきた。
実施例３ 第４図に、第１図の基板ホルダが基板冷却機構をもつ実
施例の基板冷却機構および加熱部の構成例を示す。冷媒
保持部21は本実施例では熱伝導率の良好な銅を用いた。
液体窒素導入口22より液体窒素を冷媒保持部21に入れ基
板を冷却後（このとき〜−190℃に基板は冷却され
た）、加熱コイル11に電流を流し−100℃に基板温度を
コントロールした。この後、実施例１と同様にして基板
ホルダーを2rpmで回転させ、他は実施例１と同一条件で
ＷとＣの対で100層の多層膜を形成した。Ｗ一層の膜厚
は13Å、Ｃ一層の膜厚は10Åであり、かつ全膜厚の面内
分布は2300ű22Åでやはり実施例１と同様ばらつきが
±１以下という良好な均一性を有する多層薄膜が作製で
きた。なお、室温以下−190℃までの任意の設定温度に
±１℃の精度で制御可能であった。この結果から明らか
なように従来の技術に比べ、室温からほぼ窒素温度の領
域で基板回転中に任意の設定温度に制御でき均一膜厚が
作製できるという改善がもたらされた。
施例の基板冷却機構および加熱部の構成例を示す。冷媒
保持部21は本実施例では熱伝導率の良好な銅を用いた。
液体窒素導入口22より液体窒素を冷媒保持部21に入れ基
板を冷却後（このとき〜−190℃に基板は冷却され
た）、加熱コイル11に電流を流し−100℃に基板温度を
コントロールした。この後、実施例１と同様にして基板
ホルダーを2rpmで回転させ、他は実施例１と同一条件で
ＷとＣの対で100層の多層膜を形成した。Ｗ一層の膜厚
は13Å、Ｃ一層の膜厚は10Åであり、かつ全膜厚の面内
分布は2300ű22Åでやはり実施例１と同様ばらつきが
±１以下という良好な均一性を有する多層薄膜が作製で
きた。なお、室温以下−190℃までの任意の設定温度に
±１℃の精度で制御可能であった。この結果から明らか
なように従来の技術に比べ、室温からほぼ窒素温度の領
域で基板回転中に任意の設定温度に制御でき均一膜厚が
作製できるという改善がもたらされた。
［発明の効果］ 以上説明したように本発明では基板加熱部が、回転可能
な基板ホルダーの基板保持面と反対の側において基板ホ
ルダーと空間的に分離しているため、基板回転と基板加
熱を同時に行うことが可能となる。従って、液体窒素な
どの冷媒によって冷却される低温度領域から約700℃の
高温度領域の任意の設定基板温度のもとで、例えば４イ
ンチSiウエハなどの大面積基板上に均一膜厚の薄膜が作
製できるという利点がある。
な基板ホルダーの基板保持面と反対の側において基板ホ
ルダーと空間的に分離しているため、基板回転と基板加
熱を同時に行うことが可能となる。従って、液体窒素な
どの冷媒によって冷却される低温度領域から約700℃の
高温度領域の任意の設定基板温度のもとで、例えば４イ
ンチSiウエハなどの大面積基板上に均一膜厚の薄膜が作
製できるという利点がある。
薄膜作製法の一つであるMOCVD法では、基板加熱のため
基板の固定が必要であり、このためガスの基板上での流
量分布により膜厚が約±５％（３インチウエハ面内）の
分布が生じていたが、本発明を適用すれば膜厚の均一変
が一層進むこととなる。この他、基板加熱の必要性から
基板回転が不可能であったMBE,CVD,EB法と本発明を組み
合わせた薄膜作製装置を作製すると膜厚均一性に優れた
種々の薄膜を作製することができることとなる。
基板の固定が必要であり、このためガスの基板上での流
量分布により膜厚が約±５％（３インチウエハ面内）の
分布が生じていたが、本発明を適用すれば膜厚の均一変
が一層進むこととなる。この他、基板加熱の必要性から
基板回転が不可能であったMBE,CVD,EB法と本発明を組み
合わせた薄膜作製装置を作製すると膜厚均一性に優れた
種々の薄膜を作製することができることとなる。
第１図は本発明の薄膜作製装置の実施例の概略図、 第２図は電磁誘導効果の原理図、 第３図はコイルにより生じる磁場と導体中に生じる電流
との関係を示した図、 第４図は本発明の他の実施例を示す図である。 ５……真空容器、 ６……排気ポンプ、 ７……基板、 ８……基板ホルダー、 ９……モーター、 10……基板加熱部、 11……加熱用コイル、 12……温度モニター用熱電対、 13,14……ターゲット、 15,16……シャッター、 17,18……マッチングボックス、 19,20……ターゲット電源。
との関係を示した図、 第４図は本発明の他の実施例を示す図である。 ５……真空容器、 ６……排気ポンプ、 ７……基板、 ８……基板ホルダー、 ９……モーター、 10……基板加熱部、 11……加熱用コイル、 12……温度モニター用熱電対、 13,14……ターゲット、 15,16……シャッター、 17,18……マッチングボックス、 19,20……ターゲット電源。
Claims (3)
- 【請求項１】基板に薄膜を形成させる薄膜作製装置にお
いて、前記基板を保持し回転可能な導体製の基板ホルダ
ーと、該基板ホルダーの前記基板を保持する側と反対の
側において該基板ホルダーと空間的に分離して設けられ
交番磁界を発生させて前記基板を加熱する基板加熱部と
を有することを特徴とする薄膜作製装置。 - 【請求項２】前記基板ホルダーが冷媒保持部を有するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の薄膜作製装
置。 - 【請求項３】前記基板ホルダーが磁性導体からなること
を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の
薄膜作製装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60160139A JPH07116601B2 (ja) | 1985-07-22 | 1985-07-22 | 薄膜作製装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60160139A JPH07116601B2 (ja) | 1985-07-22 | 1985-07-22 | 薄膜作製装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6220868A JPS6220868A (ja) | 1987-01-29 |
| JPH07116601B2 true JPH07116601B2 (ja) | 1995-12-13 |
Family
ID=15708712
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60160139A Expired - Lifetime JPH07116601B2 (ja) | 1985-07-22 | 1985-07-22 | 薄膜作製装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07116601B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002339064A (ja) * | 2001-05-16 | 2002-11-27 | Anelva Corp | 真空処理装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5401200B2 (ja) * | 2009-08-03 | 2014-01-29 | 株式会社トクヤマ | チャンバ内基体回転装置およびチャンバ内基体の回転方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6211171B2 (ja) * | 1976-10-01 | 1987-03-11 | Caterpillar Tractor Co |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6211171U (ja) * | 1985-07-02 | 1987-01-23 |
-
1985
- 1985-07-22 JP JP60160139A patent/JPH07116601B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6211171B2 (ja) * | 1976-10-01 | 1987-03-11 | Caterpillar Tractor Co |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002339064A (ja) * | 2001-05-16 | 2002-11-27 | Anelva Corp | 真空処理装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6220868A (ja) | 1987-01-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |