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【発明の名称】 真空チャンバ用レーザ加熱装置及び真空プロセス用装置
【発明者】 【氏名】貝渕 良和

【氏名】大道 浩児

【氏名】藤巻 宗久

【氏名】吉川 明彦
【要約】 【課題】超高真空雰囲気下で試料を高温に加熱し得るレーザ加熱装置及びそれを備えた真空プロセス用装置の提供。

【構成】真空チャンバ内に取り付けられた段差のある孔を有する試料ホルダと、該試料ホルダ近傍の真空チャンバ壁に設けられた光透過窓と、真空チャンバ外に配置されたレーザ光源とを有し、前記試料ホルダの孔に落とし込んで保持した試料の背面にレーザ光を直接照射可能な構成としたことを特徴とする真空チャンバ用レーザ加熱装置。真空チャンバと、該真空チャンバに取り付けられた前記真空チャンバ用レーザ加熱装置とを有することを特徴とする真空プロセス用装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内に取り付けられた段差のある孔を有する試料ホルダと、該試料ホルダ近傍の真空チャンバ壁に設けられた光透過窓と、真空チャンバ外に配置されたレーザ光源とを有し、前記試料ホルダの孔に落とし込んで保持した試料の背面にレーザ光を直接照射可能な構成としたことを特徴とする真空チャンバ用レーザ加熱装置。
【請求項２】
前記レーザ光源の出射端が可動であり、レーザ光源本体を固定したまま、レーザ光照射位置を変更可能な構成としたことを特徴とする請求項１に記載の真空チャンバ用レーザ加熱装置。
【請求項３】
前記レーザ光源の出射端が可動であり、レーザ光源本体を固定したまま、前記レーザの光軸に対して平行に可動することが可能な構成としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の真空チャンバ用レーザ加熱装置。
【請求項４】
前記試料ホルダの孔に落とし込んで保持した試料の背面に金属体を設置し、レーザにより金属体を加熱し、その金属体からの熱伝導により試料を加熱することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の真空チャンバ用レーザ加熱装置。
【請求項５】
真空チャンバと、該真空チャンバに取り付けられた請求項１〜４に記載の真空チャンバ用レーザ加熱装置とを有することを特徴とする真空プロセス用装置。
【請求項６】
１００℃〜１４００℃の温度範囲で１．０×１０−９Ｔｏｒｒ以下の超高真空が得られる請求項５に記載の真空プロセス用装置。
【請求項７】
１００℃〜１４００℃の温度範囲で１．０×１０−１０Ｔｏｒｒ以下の超高真空が得られる請求項５に記載の真空プロセス用装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空プロセスに用いられる真空装置全般において、超高真空下の真空チャンバ内に設置された試料の高温加熱を実現するレーザ加熱装置、及び該レーザ加熱装置と真空チャンバとを備えた真空プロセス用装置に関する。本発明の真空プロセス用装置としては、例えば、基板上に結晶を成長させる結晶成長装置や基板上に薄膜を形成する成膜装置などが挙げられ、特に、分子線エピタキシー装置などが挙げられる。
【背景技術】
【０００２】
真空プロセスにおいて、超高真空下の真空チャンバ内に設置された基板等を加熱する場合、抵抗加熱方式や赤外線加熱方式などが広く用いられている。しかしこのような方法では、試料を高々８００℃程度に加熱するのが限界である。熱容量の大きいヒータを用いることで、１０００℃程度の高温は得られるが、この場合にはヒータ周りも加熱してしまい、周辺部やヒータ自身のアウトガスにより真空度を悪化させてしまう。真空度が悪化することで、基板上の試料へ不純物が混入し、該試料の特性や品質を悪化させてしまう問題がある。
【０００３】
一方、特許文献１に開示されているように、赤外線ランプから石英ロッドにより赤外線輻射を導光させ、試料を加熱する方法が提案されている。この方法は、赤外線ランプから輻射された赤外線を石英ロッドに効率よく導光して用いることで、試料を１２００℃程度に加熱することができる。
【０００４】
また、特許文献２に開示されているように、光ファイバによって導光されたレーザ光を熱源とする加熱方法が提案されている。この方法を用いることでも、１２００℃程度の高温を得られるということが知られている。また、この方法は、レーザ光を用いているため、試料の微小領域を加熱できることも知られている。
【特許文献１】特開２００１−１５２４８号公報
【特許文献２】特許第３２６８４４３号公報
【特許文献３】特開２００２−５３９４７号公報
【特許文献４】特開２００３−９６５５９号公報
【特許文献５】特開２００４−３５９５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１，２に開示された従来技術には、次のような問題があった。
特許文献１記載の加熱方法は、真空チャンバ外部にある赤外線ランプを石英ロッドで導光させる必要があり、大気側から真空側へＯ−リング等を介して石英ロッドを挿入させている。このような真空シールを用いた場合は、十分な真空度が得られない。また、赤外線ランプは寿命が短いため、コストやメンテナンス性の観点からも好ましくない。
【０００６】
特許文献２記載のレーザ加熱装置は、熱源にレーザ光を用いているため、寿命やメンテナンス性の問題は解決されている。しかしながら、この加熱方法ではレーザ光により試料ホルダごと加熱するため、試料ホルダからのアウトガスが真空度を悪化させてしまう。また、光ファイバの真空導入部やレーザ光照射位置合わせのためのステージを真空チャンバ内に備えているため、可動部からのアウトガスの影響もあり、十分な真空度を得られなくなるという問題がある。
半導体結晶などの高品質な結晶成長のためには、蒸着のための原料またはガスなどを供給していない状態で、１．０×１０−９Ｔｏｒｒ以下、好ましくは１．０×１０−１０Ｔｏｒｒ以下の超高真空が必要とされている。アウトガスなどの発生で真空度が悪化した状態で結晶成長を行うと結晶に不純物が混入し、結晶や薄膜の品質を低下させてしまう。そのため、前述したような赤外線ランプ加熱装置やレーザ加熱装置ではヒーターや基板ホルダ、可動部からのアウトガスにより真空度の悪化が起こり、十分な結晶品質を得ることが難しかった。
前項に記載した真空度とは蒸着のための原料またはガスなどを供給していない状態での真空度をさしており、以降に記述する真空度もこれに順ずる。
【０００７】
本発明は、前記事情に鑑みてなされ、超高真空雰囲気下で試料を高温に加熱し得るレーザ加熱装置及びそれを備えた真空プロセス用装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明は、真空チャンバ内に取り付けられた段差のある孔を有する試料ホルダと、該試料ホルダ近傍の真空チャンバ壁に設けられた光透過窓と、真空チャンバ外に配置されたレーザ光源とを有し、前記試料ホルダの孔に落とし込んで保持した試料の背面にレーザ光を直接照射可能な構成としたことを特徴とする真空チャンバ用レーザ加熱装置を提供する。
【０００９】
本発明の真空チャンバ用レーザ加熱装置において、前記レーザ光源の出射端が可動であり、レーザ光源本体を固定したまま、レーザ光照射位置を変更可能な構成としたことが好ましい。
【００１０】
本発明の真空チャンバ用レーザ加熱装置において、前記レーザ光源の出射端が可動であり、レーザ光源本体を固定したまま、前記レーザの光軸に対して平行に可動することが可能な構成としたことが好ましい。
【００１１】
本発明の真空チャンバ用レーザ加熱装置において、前記試料ホルダの孔に落とし込んで保持した試料の背面に金属体を設置し、レーザにより金属体を加熱し、その金属体からの熱伝導により試料を加熱する構成にすることが好ましい。
【００１２】
また本発明は、真空チャンバと、該真空チャンバに取り付けられた前記本発明に係る真空チャンバ用レーザ加熱装置とを有することを特徴とする真空プロセス用装置を提供する。
【００１３】
本発明の真空プロセス用装置において、１００℃〜１４００℃の温度範囲で１．０×１０−１０Ｔｏｒｒ以下の超高真空が得られるものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の真空チャンバ用レーザ加熱装置は、真空チャンバ内に取り付けられた試料ホルダと、該試料ホルダ近傍の真空チャンバ壁に設けられた光透過窓と、該光透過窓を通して前記試料ホルダに保持された試料にレーザ光を照射可能に真空チャンバ外に配置されたレーザ光源とを有し、熱源や可動部を真空チャンバ外部にもつ構造になっているため、熱源や可動部からアウトガスがないので１．０×１０−１０Ｔｏｒｒ以下の超高真空雰囲気下に設置した試料を１００〜１４００℃程度の温度に加熱することができる。
また、試料のみを加熱することができるので、試料ホルダなどからのアウトガスが無く、１．０×１０−１０Ｔｏｒｒ以下の超高真空雰囲気下で高温処理を行うことが可能となる。
【００１５】
本発明の真空プロセス用装置は、真空チャンバと、前記本発明の真空チャンバ用レーザ加熱装置とを有するものなので、真空チャンバ内で１．０×１０−１０Ｔｏｒｒ以下の超高真空雰囲気下に設置した試料にレーザ光を照射して、１００〜１４００℃程度の温度に加熱することができるので、優れた品質の結晶や薄膜を得ることができる。
また、試料のみを加熱することができるので、試料ホルダなどからのアウトガスが無く、１．０×１０−１０Ｔｏｒｒ以下の超高真空下で高温処理を行うことが可能となり、不純物の混入が極めて少ない高品質の結晶や薄膜を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の真空チャンバ用レーザ加熱装置及び真空プロセス用装置の一実施形態を示す概略構成図である。本実施形態の真空プロセス用装置は、本発明に係る真空チャンバ用レーザ加熱装置１と、真空チャンバ２とを備えて構成されている。
【００１７】
本実施形態において、真空チャンバ用レーザ加熱装置１は、真空チャンバ２内に取り付けられた試料ホルダ３と、この試料ホルダ３近傍の真空チャンバ壁に設けられた光透過窓４と、この光透過窓４を通して試料ホルダに保持された試料にレーザ光７を照射可能に真空チャンバ２外に配置されたレーザ光源６とからなり、熱源や可動部を真空チャンバ２外部にもつ構造になっている。
【００１８】
本実施形態において、前記試料ホルダ３は、試料５が挿入可能な孔径を持ち、段差３ａのある孔３ｂが穿設された厚板やブロックからなるホルダ部と、該ホルダ部を真空チャンバ壁に固定している基部３ｃとからなっている。この試料ホルダ３は、試料５を孔３ｂに落とし込むことで、試料５が段差３ａに係合し保持され、その試料５の背面に光透過窓４を通して集光されたレーザ光７が照射されるようになっている。これにより、試料ホルダ３自体は実質的に加熱されず、試料５のみを加熱することができる。
【００１９】
本実施形態においてレーザ光源６の出射端は可動であり、レーザ光軸に直交する方向及び平行方向に可動可能である。このため、レーザの照射位置の調整が容易であり、集光レンズ等を用いることで、レーザ光の焦点を容易に調整できるため、試料の局所加熱や全体加熱が選択可能となる。
【００２０】
また、図２に示す本発明の別の実施形態では、前記試料ホルダ１０２に保持された試料１０４の背面には金属体１０５が配置され、金属体１０５と試料１０４は熱伝導が効率よく発生するよう密着しているため、金属体１０５がレーザ光を効率よく吸収し、熱せられた金属体１０５からの熱伝導で試料１０４を加熱することが可能となる。
【００２１】
本実施形態において、前記レーザ光源６は、半導体レーザなどのレーザ光源本体と、該レーザ光源本体から発したレーザ光を伝搬する導光用ファイバと、導光用ファイバの出射端から出力されたレーザ光を集光する集光レンズ等で構成されている。なお、レーザ光源本体としては、半導体レーザに限らず、例えば、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ、ファイバレーザなどを用いることもできる。
【００２２】
このレーザ光源６から出射されたレーザ光７は、光透過窓４を通して、真空チャンバ２内部に導光され、試料ホルダ３に保持されている試料５の背面に照射される。この光透過窓４は、使用するレーザ光７に対して透過率の高い透明材料からなり、例えば、石英ガラスなどを用いることができる。レーザにあわせた反射防止膜を設けるとなお良い。
【００２３】
真空チャンバ２の適所には、真空ポンプ系９に接続された真空排気口８が設けられている。この真空ポンプ系９としては、真空チャンバ２内を１．０×１０−４Ｔｏｒｒ以下の高真空雰囲気、好ましくは１．０×１０−１０Ｔｏｒｒ以下の超高真空雰囲気に保持することができればよく、従来より周知の超高真空排気用ポンプ等を用いることができる。
【００２４】
本実施形態の真空チャンバ用レーザ加熱装置１は、真空チャンバ２内に取り付けられた試料ホルダ３と、その近傍に設けられた光透過窓４と、この光透過窓４を通して試料５にレーザ光７を照射可能に真空チャンバ外に配置されたレーザ光源６とを有し、熱源や可動部を真空チャンバ外部にもつ構造になっているため、１．０×１０−１０Ｔｏｒｒ以下の超高真空雰囲気下に設置した試料５を１００〜１４００℃程度の温度に加熱することができる。
また、試料５のみを加熱することができるので、試料ホルダ３などからのアウトガスが無く、１．０×１０−１０Ｔｏｒｒ以下の超高真空雰囲気下で高温処理を行うことが可能となる。
さらに、レーザ光源６の出射端を可動にすることで、試料５の位置を動かすことなく位置あわせが可能となる。
【００２５】
図３は、本発明の真空プロセス用装置の一例である分子線エピタキシー装置の概略構成図である。
この分子線エピタキシー装置１０は、成膜室である真空チャンバ１３と、その内部に配置され、真空チャンバ１３の内壁の形状に合わせて設けられたシュラウド１４と、本発明に係る真空チャンバ用レーザ加熱装置１２と、シュラウド１４内に挿入された複数個の分子線セル１６Ａ，１６Ｂとを備えて構成されている。
【００２６】
この分子線エピタキシー装置１０に用いられている真空チャンバ用レーザ加熱装置１２は、試料ホルダ３に代えて、被処理基板１５を保持したマニピュレータ１１を用いている以外は、前述した図１に示す真空チャンバ用レーザ加熱装置１と同様の構成要素を備えており、シュラウド１４内に取り付けられたマニピュレータ１１と、この近傍に設けられた光透過窓４と、この光透過窓４を通してマニピュレータ１１に保持された被処理基板１５にレーザ光７を照射可能に真空チャンバ１３外に配置されたレーザ光源６とからなっている。
【００２７】
マニピュレータ１１は、被処理基板１５が挿入可能な孔径を持ち、段差１１ａのある孔１１ｂが穿設された厚板やブロックからなるホルダ部と、該ホルダ部を真空チャンバ壁に固定している基部１１ｃとからなっている。このマニピュレータ１１は、被処理基板１５を孔１１ｂに落とし込むことで、被処理基板１５が段差１１ａに係合し保持され、その被処理基板１５の背面に光透過窓４を通して集光されたレーザ光７が照射されるようになっている。これにより、マニピュレータ１１自体は実質的に加熱されず、被処理基板１５のみを加熱することができる。
【００２８】
複数個の分子線セル１６Ａ，１６Ｂは、それぞれ成膜材料を収容した蒸発るつぼ（図示せず）及びシャッタ（図示せず）を有し、その先端を被処理基板１５の被成膜面に向けた状態でシュラウド１４内に挿入されている。これらの分子線セル１６Ａ，１６Ｂは、蒸発るつぼを加熱してシャッタを開くことで、成膜材料の蒸気を被処理基板１５に向けて放出できるようになっている。放出された成膜材料は、被処理基板１５の被成膜面に到達し、該面上に薄膜が形成される。
【００２９】
レーザ加熱装置１２のレーザ光源６より出射されたレーザ光７は、透明窓４を通して被処理基板１５の裏面に直接照射される。このレーザ光源６は可動機構を持ち、被処理基板１５に対して照射位置の調整が可能である。
【００３０】
この分子線エピタキシー装置１０は、真空チャンバ１３と、真空チャンバ用レーザ加熱装置１２とを有するものなので、真空チャンバ１３内で１．０×１０−１０Ｔｏｒｒ以下の超高真空雰囲気下に設置した被処理基板１５にレーザ光７を照射して、１００〜１４００℃程度の温度に加熱することができるので、優れた品質の薄膜を得ることができる。
また、被処理基板１５のみを加熱することができるので、試料ホルダとしてのマニピュレータ１１などからのアウトガスが無く、１．０×１０−１０Ｔｏｒｒ以下の超高真空雰囲気下で高温処理を行うことが可能となり、不純物の混入が極めて少ない高品質の薄膜を得ることができる。
【実施例】
【００３１】
［実施例１］
本発明を用いた分子線エピタキシー装置を説明する。図４にレーザ加熱分子線エピタキシー装置の概要を示す。レーザ光源には、波長８０８ｎｍ、光出力１４０Ｗの半導体レーザ１２７を用いた。半導体レーザ１２７から出射されたレーザ光は、光ファイバ１２８を介してレンズユニットに導光される。レンズユニットはｘｙｚ軸の３軸に可動なステージに保持されているため、レンズユニットからの出射光をｘｙｚ軸方向に可動させることができる。本実施例ではレンズユニットに、導光されたレーザ光をφ１０ｍｍの平行光１３０に拡げるコリメートレンズ１２９を用いた。レンズユニットから出射されたφ１０ｍｍの平行光１３０は波長８０８ｎｍの光に対して０．１％以下の反射率を持つ反射防止膜を両面に備えた石英透明窓１３１を介して、真空チャンバ１３７内部へ導光される。
【００３２】
被処理基板１３２を段差のある孔を有する試料ホルダに設置し、真空チャンバ１３７内に導入する。被処理基板１３２を前述の構成のレーザ加熱装置により加熱を行う。本実施例では１０ｍｍ×１０ｍｍの被処理基板１３２を導入した。前述の通り半導体レーザ１２７のレンズユニットはｘｙｚ軸の３軸に可動機構を有するため、半導体レーザ１２７に備えられた可視光のパイロットレーザ等を用いて被処理基板１３２とレーザの位置を調整することが可能である。
【００３３】
基板温度測定は放射温度計１３６により被処理基板１３２の表面からの放射熱を計測し、温度を測定する。真空チャンバ１３７において、被処理基板１３２が見える位置に備えられた石英透明窓１３５から放射温度計１３６で被処理基板１３２の温度を測定する。放射温度計１３６の測定波長は、測定を行う石英透明窓１３５に対して透明な１５５０ｎｍの波長を選択した。放射温度計１３６の測定波長は、レーザ光源と異なる波長を選択することで、基板のみの放射熱を精度良く測定することが可能となる。
【００３４】
半導体レーザ１２７は投入電流を０〜４０Ａの範囲で調整することで、出射されるレーザ光の出力を０〜１４０Ｗに制御することが出来る。つまり半導体レーザ１２７への投入電流を調整することで、基板温度の制御が可能となる。
【００３５】
前述した本実施例の構成では、被処理基板１３２を１４００℃以上に加熱することが可能となる。この時、真空度は１．０×１０−１０Ｔｏｒｒ以下を維持でき、超高真空雰囲気下での高温処理が可能となり、高純度な処理、薄膜の製造、半導体結晶の成長が可能となる。
【００３６】
［実施例２］
本発明を用いた分子線エピタキシー装置を説明する。図５にレーザ加熱分子線エピタキシー装置の概要を示す。レーザ光源には波長８０８ｎｍ、光出力１４０Ｗの半導体レーザ１３９を用いた。半導体レーザ１３９から出射されたレーザ光は、光ファイバ１４０を介してレンズユニットに導光される。レンズユニットはｘｙｚ軸の３軸に可動なステージに保持されているため、レンズユニットからの出射光をｘｙｚ軸方向に可動させることができる。本実施例ではレンズユニットに、導光されたレーザ光をφ１０ｍｍの平行光１４２に拡げるコリメートレンズ１４１を用いた。レンズユニットから出射されたφ１０ｍｍの平行光１４２は波長８０８ｎｍの光に対して０．１％以下の反射率を持つ反射防止膜を両面に備えた石英透明窓１４３を介して、真空チャンバ１５０内部へ導光される。
【００３７】
被処理基板１４４を段差のある孔を有する試料ホルダに設置し、被処理基板１４４の裏面に金属体１４５を設置する。金属体１４５はレーザ光を効率よく吸収できる材質が好ましく、また、被処理基板１４４との熱伝導を効率よく行えるよう平坦度が高いものが好ましい。
【００３８】
被処理基板１４４を前述の構成のレーザ加熱装置により加熱を行う。本実施例では１０ｍｍ×１０ｍｍの被処理基板１４４と同じサイズの金属体１４５を導入した。前述の通り半導体レーザのレンズユニットはｘｙｚ軸の３軸に可動機構を有するため、半導体レーザ１３９に備えられた可視光のパイロットレーザ等を用いて被処理基板１４４とレーザの位置を調整することが可能である。
【００３９】
基板温度測定は放射温度計１４９により被処理基板１４４の表面からの放射熱を計測し、温度を測定する。真空チャンバ１５０において、被処理基板１４４が見える位置に備えられた石英透明窓１４８から放射温度計１４９で被処理基板１４４の温度を測定する。放射温度計１４９の測定波長は、測定を行う石英透明窓１４８に対して透明な１５５０ｎｍの波長を選択した。放射温度計１４９の測定波長は、レーザ光源と異なる波長を選択することで、基板のみの放射熱を精度良く測定することが可能となる。
【００４０】
半導体レーザ１３９は投入電流を０〜４０Ａの範囲で調整することで、出射されるレーザ光の出力を０〜１４０Ｗに制御することが出来る。つまり半導体レーザ１３９への投入電流を調整することで、基板温度の制御が可能となる。
【００４１】
図６は、本実施例で被処理基板１４４をレーザ光で加熱した場合の、半導体レーザ出力と被処理基板温度の関係を示すグラフである。図６に示す通り、前述した本実施例の構成では被処理基板１４４を１４００℃以上に加熱することが可能である。
【００４２】
このとき、基板温度を１０００℃まで上昇させてもチャンバ内部の真空度は悪化することはなく、１．０×１０−９Ｔｏｒｒ以下の真空度を維持することが出来る（表１及び図７参照）。つまり、超高真空下でのプロセスが可能となり、不純物混入の少ないプロセスが実現できる。また、チャンバ内部での発熱を極力抑えることが出来るので、チャンバ内部の熱による損傷や歪みも抑えることができる。
【００４３】
【表１】


【００４４】
表１及び図７に示すように、本実施例では１１００℃程度からわずかな真空度の悪化がみられるが、半導体などの結晶成長では成長温度はせいぜい１０００℃程度であるので、本実施例の構成を用いることで十分な超高真空下での高温処理が可能となる。
【００４５】
本実施例では１．０×１０−９Ｔｏｒｒ以下の真空度であるが、半導体結晶成長などの不純物制御が必要なプロセスでも十分な真空度であり、真空度が１．０×１０−１０Ｔｏｒｒ以下で得られる半導体結晶の特性と差がみられないため、真空排気系を複雑にする必要がなくなる。また、１．０×１０−９Ｔｏｒｒより大きい真空度になると、半導体結晶中に多くの不純物を取り込んでしまい、半導体結晶の特性を低下させてしまう。
【００４６】
本実施例では１．０×１０−９Ｔｏｒｒ以下の真空度であるが、金属体１４５の設計最適化や、真空チャンバ１５０の構成を最適化することで、１．０×１０−１０Ｔｏｒｒ以下の真空度を達成可能である。また、前記の真空度の悪化は被処理基板１４４が高温になったため、被処理基板１４４からの輻射熱でチャンバ内部が温められたためのものであり、本発明の効果の及ぶところではない。この問題はチャンバの内部構造を最適化することで改善が可能な問題である。
【００４７】
本実施例では、被処理基板１４４の裏面に金属体１４５を用いることでレーザ光に対して透明な被処理基板１４４も加熱することが可能となり、適切な金属体１４５を選択することで効率よく加熱が可能となる。
【００４８】
［実施例３］
本発明を用いた別の実施例の分子線エピタキシー装置を説明する。図８に別の実施例のレーザ加熱分子線エピタキシー装置の概要を示す。レーザ光源には波長８０８ｎｍ、光出力１４０Ｗの半導体レーザ１５２を用いた。半導体レーザ１５２から出射されたレーザ光は、光ファイバ１５３を介してレンズユニットに導光される。レンズユニットはｘｙｚ軸の３軸に可動なステージ１５６に保持されているため、レンズユニットからの出射光をｘｙｚ軸方向に可動させることができる。本実施例ではレンズユニットに、導光されたレーザ光を集光する集光レンズ１５４を用いた。本実施例の構成ではｚ方向に可動なステージ１５６を有しているため、レンズユニットから出射された集光光１５５はｚ方向の調整により、レーザ光の焦点位置を変えることが可能となり、被処理基板１５８を集光により局所的に加熱または散光により全体加熱が可能となる。
また、集光光１５５は実施例１と同様に、波長８０８ｎｍの光に対して０．１％以下の反射率を持つ反射防止膜を両面に備えた石英透明窓１５７を介して、真空チャンバ１６３内部へ導光される。
【００４９】
被処理基板１５８を段差のある孔を有する試料ホルダに設置し、真空チャンバ１６３内に導入する。被処理基板１５８を前述の構成のレーザ加熱装置により加熱を行う。
【００５０】
基板温度測定は放射温度計１６２により被処理基板１５８の表面からの放射熱を計測し、温度を測定する。真空チャンバ１６３において、被処理基板１５８が見える位置に備えられた石英透明窓１６１から放射温度計１６２で被処理基板１５８の温度を測定する。放射温度計１６２の測定波長は、測定を行う石英透明窓１６１に対して透明な１５５０ｎｍの波長を選択した。放射温度計１６２の測定波長は、レーザ光源と異なる波長を選択することで、基板のみの放射熱を精度良く測定することが可能となる。
【００５１】
前述した本実施例の構成では超高真空雰囲気下での高温処理が可能となるうえ、レーザ光軸と平行方向に集光レンズ１５４を可動する機構を有しているため、レーザ光の焦点を容易に変更できるようになり、レーザ光の集光により局所加熱が可能となり、散光により全面加熱が可能となる。
【００５２】
前述した本実施例の構成では、レーザ光を集光可能であり試料の局所加熱が可能なため、被処理基板１５８の面内で温度勾配が発生し、一つの試料で様々な温度条件が実現できる。また、ｚ方向に可動なステージを有しているため、レンズユニットの可動が容易になり、メンテナンス性も向上する。
【００５３】
［比較例１］
従来の技術である抵抗加熱装置による加熱の例として、図９にタンタル（Ｔａ）ヒータの抵抗加熱分子線エピタキシー装置の概要を示す。図９中、符号１６５は抵抗加熱ヒータ、１６６は基板温度測定用熱電対、１６７は被処理基板、１６８はマニピュレータ、１６９は分子線セル、１７０は真空チャンバ、１７１は液体窒素シュラウドである。抵抗加熱装置では熱源であるヒータが真空チャンバ内部にあるため、ヒータ自身からのアウトガスによりチャンバ内の真空度を悪化させてしまう。本比較例では４００℃からアウトガスの発生が始まり、９００℃程度では１．０×１０−８Ｔｏｒｒのアウトガスを発生させてしまった（表１及び図７参照）。
【００５４】
また、本比較例で挙げるＴａヒータの抵抗加熱装置は最大加熱温度が９００℃程度で、１０００℃以上の高温を得ることができない。また、ヒータに通電し基板ホルダごと加熱を行うので、ホルダのみならず、ヒータ自身やその周囲も加熱してしまい、真空度を悪化させるだけではなく、装置自身に熱によるダメージを与えてしまう。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明のレーザ加熱装置及び真空プロセス用装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明のレーザ加熱装置及び真空プロセス用装置の別の実施形態を示す概略構成図である。
【図３】本発明の真空プロセス用装置の一例である分子線エピタキシー装置の概略構成図である。
【図４】実施例１で作製したレーザ加熱分子線エピタキシー装置の概略構成図である。
【図５】実施例２で作製したレーザ加熱分子線エピタキシー装置の概略構成図である。
【図６】実施例２の装置における半導体レーザ出力と被処理基板温度の関係を示すグラフである。
【図７】実施例２及び比較例１の各装置における基板温度と真空度の関係を示すグラフである。
【図８】実施例３で作製したレーザ加熱分子線エピタキシー装置の概略構成図である。
【図９】比較例１で作製した抵抗加熱分子線エピタキシー装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００５６】
１，１２，１００…レーザ加熱装置、２，１３，１０１，１３７，１５０，１６３，１７０…真空チャンバ、３，１０２…試料ホルダ、４，１０３…光透過窓、５，１０４…試料、６，１０６…レーザ光源、７，１０７…レーザ光、８，１０８…真空排気口、９，１０９…真空ポンプ系、１０…分子線エピタキシー装置（真空プロセス用装置）、１１，１３３，１４６，１５９，１６８…マニピュレータ、１４，１３８，１５１，１６４，１７１…液体窒素シュラウド、１５，１３２，１４４，１５８，１６７…被処理基板、１６Ａ，１６Ｂ，１３４，１４７，１６０，１６９…分子線セル、１０５…金属体、１２７，１３９，１５２…半導体レーザ、１２８，１４０，１５３…光ファイバ、１２９，１４１…コリメートレンズ、１３０，１４２…平行光、１３１，１４３，１５７…石英透明窓、１３５、１４８，１６１…石英透明窓、１３６，１４９，１６２…放射温度計、１５６…ステージ、１６５…抵抗加熱ヒータ、１６６…基板温度測定用熱電対。
【出願人】 【識別番号】０００００５１８６
【氏名又は名称】株式会社フジクラ
【識別番号】３０４０２１８３１
【氏名又は名称】国立大学法人 千葉大学
【出願日】 平成１９年６月２１日（２００７．６．２１）
【代理人】 【識別番号】１０００６４９０８
【弁理士】
【氏名又は名称】志賀 正武

【識別番号】１００１０８５７８
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 詔男

【識別番号】１０００８９０３７
【弁理士】
【氏名又は名称】渡邊 隆

【識別番号】１００１０１４６５
【弁理士】
【氏名又は名称】青山 正和
【公開番号】 特開２００８−２５０２７（Ｐ２００８−２５０２７Ａ）
【公開日】 平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【出願番号】 特願２００７−１６３６９８（Ｐ２００７−１６３６９８）