(57)【要約】      （修正有）【課題】  成膜装置において、レーザ発振器や基板ホルダの位置調整を簡単にして基板を急激に加熱することを可能にする。【解決手段】  排気系を備えた真空チャンバと、上記真空チャンバ内の蒸発源と、開口部と、この開口部を気密に塞ぐ着脱自在な蓋と、この蓋に設けたレーザ光透過窓と、上記蓋の外面に設けた半導体レーザ発振器と、上記蓋の内面に設けた基板保持部とよりなる成膜装置において、上記半導体レーザ発振器より発したレーザ光を上記レーザ光透過窓を介して上記基板保持部に保持した基板に照射せしめ、上記基板を加熱せしめることによって基板上に膜を形成する。上記基板保持部によって保持された基板と上記レーザ光透過窓間に配置されるレーザ用絞り、均熱板を有する。上記均熱板と上記レーザ光透過窓間にレーザ用絞りが配置されている。上記真空チャンバが放射温度計用の赤外線透過窓を更に有する。【選択図】  図１
2006219730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気系を備えた真空チャンバと、上記真空チャンバ内に設けた成膜用の蒸発源と、上記真空チャンバに設けた開口部と、この開口部を気密に塞ぐ着脱自在な蓋と、この蓋に設けたレーザ光透過窓と、上記蓋の外面に設けた半導体レーザ発振器と、上記蓋の内面に設けた基板保持部とよりなり、上記半導体レーザ発振器より発したレーザ光を上記レーザ光透過窓を介して上記基板保持部に保持した基板に照射せしめ、上記基板を加熱せしめることによって基板上に膜を形成することを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
上記基板保持部によって保持された基板と上記レーザ光透過窓間に配置されるレーザ用絞りを有することを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
上記基板保持部によって保持された基板と上記レーザ光透過窓間に配置される均熱板を有することを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項４】
上記均熱板と上記レーザ光透過窓間にレーザ用絞りが配置されていることを特徴とする請求項３記載の成膜装置。
【請求項５】
上記真空チャンバが放射温度計用の赤外線透過窓を更に有することを特徴とする請求項１、２、３または４記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は成膜装置、特に半導体基板上に均一の各種薄膜を生成できる分子線エピタキシー装置（ＭＢＥ装置）を用いた成膜装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高度に均一な被膜を基板表面に生成する方法として、分子線エピタキシー装置（ＭＢＥ装置）が最適であると考えられ、実際に使用されている。上記ＭＢＥ装置によれば、超高真空下でいわゆるｌａｙｅｒ  ｂｙ  ｌａｙｅｒの膜厚制御から、連続成膜まで可能となる。図４は従来のＭＢＥ装置を示し、１は主排気系２を備えた真空チャンバ、３は上記真空チャンバ１の底部に装着した、蒸発源を収容するためのクヌーセンセル（Ｋセル）、４は上記Ｋセル３のシャッタ、５は上記真空チャンバ１内の頂部に装着した基板保持部、６は基板、７は上記保持部５に設けた上記基板加熱ヒータ、８は上記基板６をその下面に固定する、有底円筒状の基板固定具、９は上記基板固定具８を上記基板保持部５に取り付ける基板ホルダ、１０は上記蒸発源の周囲にコールドトラップを構成するため上記真空チャンバ１の底部に設けた液化窒素シュラウド、１１は上記真空チャンバ１の側部に設けた副室、１２は上記真空チャンバ１と上記副室１１とを気密に遮断可能な開閉自在なゲートバルブ、１３は上記副室１１に設けた試料交換用ポート、１４は上記副室１１内に設けた、基板６を上記副室１１内から上記真空チャンバ１内に搬送せしめる搬送手段、１５は上記副室１１に設けた補助排気系、１６は上記基板６の成膜中の薄膜を観察するための反射高速分子線回折装置（ＲＨＥＥＤ）である。
【０００３】
なお、上記Ｋセル３は必要に応じて１個でも複数であってもよく、上記Ｋセル３の代わりに電子銃（イオン銃）を設けることもできる。
【０００４】
上記従来のＭＢＥ装置のヒータ７としては円盤状のプレートヒータが使用され、上記基板６を加熱していた。
【０００５】
上記従来のＭＢＥ装置としては例えば特許文献１に記載のものがある。
【特許文献１】特開平６−９２９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
然しながら、上記従来の成膜装置では、基板を急速に加熱することが難しく、基板固定具８の底部肉厚を可能な限り薄肉にしても、１０００℃以上の高温に基板を加熱することは難しかった。
【０００７】
そのため、円盤状プレートヒータと他の加熱方法、例えば、赤外光、レーザー光、電子銃などを組み合わせて基板を急速加熱することもできるが、ミラー等の光学的ガイドを介して、外部から赤外光やレーザ光を導き、基板に照射するので、基板の所定位置に正確に照射すること自体が難しく、調整作業に長時間を要していた。
【０００８】
また、円盤プレートヒータと赤外光、レーザ光との組み合わせの使用は温度制御が難しく、基板の均一な温度分布を得ることができないという欠点があった。
【０００９】
本発明は上記の欠点を除くようにしたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の成膜装置は、排気系を備えた真空チャンバと、上記真空チャンバ内に設けた成膜用の蒸発源と、上記真空チャンバに設けた開口部と、この開口部を気密に塞ぐ着脱自在な蓋と、この蓋に設けたレーザ光透過窓と、上記蓋の外面に設けた半導体レーザ発振器と、上記蓋の内面に設けた基板保持部とよりなり、上記半導体レーザ発振器より発したレーザ光を上記レーザ光透過窓を介して上記基板保持部に保持した基板に照射せしめ、上記基板を加熱せしめることによって基板上に膜を形成することを特徴とする。
【００１１】
本発明の成膜装置は、上記基板保持部によって保持された基板と上記レーザ光透過窓間に配置されるレーザ用絞りを有することを特徴とする。
【００１２】
また、上記基板保持部によって保持された基板と上記レーザ光透過窓間に配置される均熱板を有することを特徴とする。
【００１３】
また、上記均熱板と上記レーザ光透過窓間にレーザ用絞りが配置されていることを特徴とする。
【００１４】
また、上記真空チャンバが放射温度計用の赤外線透過窓を更に有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、円盤状プレートヒータを用いることなく、基板を急速に加熱することができる。
【００１６】
また、本発明によれば、真空チャンバの開口部に着脱自在に気密に取り付けた蓋にレーザ発振器と基板保持部を固定し、これらを真空チャンバから取り外して、レーザ発振器と基板保持部を調整できるので、基板に正確にレーザ光を照射できる位置調整ができ、調整のための作業時間を著しく短縮することができ、また、基板を均一に加熱ができるようになる。
【００１７】
また、真空チャンバに赤外線透過窓を設け、基板温度を放射温度計で測定できるようにしたので、リアルタイムで基板温度並びに温度分布を測定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下図面によって本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１９】
本発明の成膜装置においては、図１に示すように、従来の真空チャンバ１の上部の基板保持部５とヒータ７を用いる代わりに、上記真空チャンバ１の上部に開口部１７を設け、この開口部１７をレーザ光透過窓１８を有する蓋１９で気密に塞ぎ、上記蓋１９の上面にレーザ発振器ホルダ２０を介して、レーザ光出口側が下になるように連続発振高出力ダイレクト半導体レーザ発振器２１を固定し、上記蓋１９の下面には支持棒２２を介して基板ホルダ２３を設ける。
【００２０】
また、必要に応じてレーザ光や照射面積を調整するために、上記支持棒２２の下端と上記基板ホルダ２３間にレーザ光の絞り２４を設ける。
【００２１】
また、上記真空チャンバ１の下端に基板サイズ以上の大きさの赤外線透過窓２５を設け、この透過窓２５の下方に放射温度計２６を設け、上記放射温度計２６により、上記赤外線透過窓２５を介して、上記基板６から発する赤外線から温度を測定するようにする。
【００２２】
なお、上記高出力ダイレクト半導体発振器２１は１ｋＷ以上の高出力のもので光学レンズ系３０を通過させることによって、広域に亘って、レーザ光強度が均一のものが好ましい。
【００２３】
また、上記レーザ発振器ホルダ２０は上記レーザ発振器２１の高さを調整ができ、上記支持棒２２は上記基板ホルダ２３の高さを調整ができるものであることが好ましい。
【００２４】
なお、上記絞り２４は熱伝導のよい材料で構成し、表面をセラミックコートするのが好ましい。
【００２５】
また、上記レーザ光透過窓１８は高純度石英が好ましく、窓直径は少なくとも基板の直径以上とするのが好ましい。
【００２６】
また、上記赤外線透過窓２５の材料としてはフッ化バリウム、サファイア、フッ化カルシウム、ゲルマニウム、セレン化亜鉛等が好ましい。
【００２７】
また、基板としてはシリコン、サファイア、酸化亜鉛等を用い、蒸発源としてはＺｎ，Ｍｇ，Ｇａなどを用い、ラジカル源としてＯ，Ｎ等を用いる。
【００２８】
本発明の成膜装置は上記のような構成であるから、上記蓋１９を上記真空チャンバ１から外した状態で、上記レーザ発振器ホルダ２０及び上記支持棒２２を操作して、上記基板６とレーザ発振器２１の位置関係を正確に定めた後、上記蓋１９を上記真空チャンバ１に取り付け、上記真空チャンバ１を高真空とし、上記レーザ発振器２１からレーザ光を発し、上記レーザ光透過窓１８を介して上記真空チャンバ１内の基板６に照射し加熱せしめ、上記基板６上に成膜せしめる。
【００２９】
なお、図２に示すように、基板の種類によっては、均熱板２７を上記基板ホルダ２３に固定せしめ、上記基板６を上記均熱板２７の下部に固定し、上記均熱板２７の上面にレーザ光を照射せしめ、上記均熱板２７からの輻射熱及び伝導熱により上記基板６を加熱せしめてもよい。
【００３０】
上記均熱板２７としてはグラファイト、ＳｉＣ、インコネル、Ｎｉなどを用いるのが好ましい。
【００３１】
本発明によれば、例えば１．２ｋＷ出力の半導体レーザを用いれば、円盤状プレートヒータを用いることなく、真空中で２インチSi基板を１分以内に１０００℃まで温度上昇せしめることができる。
【００３２】
また、本発明によれば、蓋１９に位置調整可能にレーザ発振器２１と、基板ホルダ２３を固定せしめたので、蓋１９を取り外して、基板に正確にレーザ光を照射できる位置調整ができるので、調整のための作業時間が著しく短縮することができ、また、基板の均一の加熱ができる。
【００３３】
また、真空チャンバ１の下部に赤外線透過窓２５を設け、基板温度を放射温度計で測定できるようにしたので、リアルタイムで基板温度並びに温度分布を測定できる。
【００３４】
なお、必要に応じて、レーザ発振器及び基板支持棒を有する蓋１９を従来の円盤状プレートヒータを有する蓋に交換することもできる。
【００３５】
なお、図３に示すように、上記第１の実施例の蓋１９の下部に、均熱板２４の上部にまで達する円筒状の光路管２８を設け、レーザ光を基板６に導くようにしてもよい。
【００３６】
また、上記支持棒２２の下端に設けた上記基板ホルダ２３を上記副室１１側に位置する上記支持棒２２を中心として回転可能とし、１８０度回転せしめれば上記基板６を搬送手段１４によって移動される位置に移動できるようにする。
【００３７】
なお、２９は成膜処理の断続を制御するための回転自在なシャッタである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の成膜装置の説明用側面図である。
【図２】本発明の成膜装置の他の実施例の説明用側面図である。
【図３】本発明の成膜装置の更に他の実施例の説明用側面図である。
【図４】従来の成膜装置の説明用側面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  真空チャンバ
２  主排気系
３  クヌーセンセル（Ｋセル）
４  シャッタ
５  基板保持部
６  基板
７  加熱ヒータ
８  基板固定具
９  基板ホルダ
１０  液化窒素シュラウド
１１  副室
１２  ゲートバルブ
１３  試料交換用ポート
１４  搬送手段
１５  補助排気系
１６  反射高速分子線回折装置（ＲＨＥＥＤ）
１７  開口部
１８  レーザ光透過窓
１９  蓋
２０  レーザ発振器ホルダ
２１  連続発振高出力ダイレク半導体レーザ発振器
２２  支持棒
２３  基板ホルダ
２４  レーザ光の絞り
２５  透過窓
２６  放射温度計
２７  均熱板
２８  光路管
２９  シャッタ
３０  光学レンズ系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2006219730.tif 000006