JP2003142419A - 半導体素子製造用ヒータアセンブリ - Google Patents

半導体素子製造用ヒータアセンブリ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェーハ表面を均一に加熱することができる
半導体素子製造装置用ヒータアセンブリを提供する。 【解決手段】 基板を支持するサセプター400と、サ
セプター400の下部で基板を加熱する複数のヒータ
と、複数のヒータを支持する支持台300と、ヒータに
電流を供給するパワー供給部200により形成される。
支持台300は複数のヒータ相互間の伝導性熱伝達を抑
制する熱遮蔽部330を備え、熱遮蔽部330はヒータ
間の境界領域に形成された空間からなり、ヒータ相互間
を熱的に分離することにより伝導性熱伝達を遮断する。
ここで、ヒータの温度は390℃乃至420℃間で形成
されるようにヒータの供給電流を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子製造装置
用ヒータアセンブリに関するものであり、より詳細に
は、ヒータ支持台の形状を変更することにより、被加熱
体であるウェーハの全面にわたって均一な温度分布を得
ることができる半導体素子製造装置用ヒータアセンブリ
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般的に、半導体集積回路は集積回路に
含まれる電子部品とその接続部分を全て微細なパターン
よりなり、複数層の材料をパターニングして製作され
る。即ち、半導体集積回路は、まず、シリコン単結晶か
らシリコンウェーハを製作し、前記ウェーハ表面に電子
回路を形成(wafer fabrication;以
下FAB段階と称する)した後、前記ウェーハ上のチッ
プを個々に切って、リードフレームと結合して完製品に
組立て、動作異常の有無を検査することにより完成され
る。
【0003】前記FAB段階は、ウェーハの表面に半導
体素子を形成するための薄膜層を形成した後、薄膜層を
所望する形態にパターニングすることにより、ウェーハ
上に所定の機能を達成することができる電子回路を形成
することになる。したがって、薄膜層の厚さが均一でな
い場合、多様な工程不良を惹起することになり、電子回
路の安定性を阻害することになる。
【0004】ウェーハ上に蒸着される薄膜の蒸着率は、
ウェーハの温度に大きく影響を受ける。たとえば、同じ
条件で膜を蒸着しても、ウェーハの温度が高い所に蒸着
される膜の厚さは温度が低い所で蒸着される膜の厚さよ
り厚くなる。
【0005】これにより、ウェーハの表面に蒸着された
薄膜の厚さ、組成、抵抗などがウェーハの全表面にわた
って均一であることができなくなって、薄膜表面にパタ
ーニングされた電子回路の動作信頼性を低下させる。
【0006】このため、ウェーハ表面温度の均一性は半
導体集積回路の動作信頼度を向上させる直接的な要因に
なる。
【0007】最近では、半導体素子の集積度が増加し、
パターニング間隔が段々狭くなる趨勢であるので、半導
体集積回路の動作信頼度向上のためのウェーハ表面温度
の均一性確保はさらに重要な問題になっている。特に、
集積度が増加することにより、半導体集積回路の配線物
質として広く使用されるタングステンシリサイドは、工
程中の温度に敏感に反応する特性を有しているために、
上述したような表面温度の均一性はさらに重要な問題に
扱われている。
【0008】半導体製造工程で、薄膜を形成する最も一
般の方法は、CVDを通じて薄膜をウェーハ上部面に蒸
着するものである。特に、CVDはウェーハの表面に供
給された反応ガスが加熱されたウェーハ上で化学反応を
通じて薄膜を形成する方法として、薄膜形成のために最
も広く利用される方法である。
【0009】前記熱CVD工程は、内部に印加される圧
力を基準に常圧CVDと低圧CVDに区分され、タング
ステンシリサイドのような高融点金属シリサイドの蒸着
は低圧CVD(LPCVD)工程により蒸着される。
【0010】LPCVD装置のチャンバは、上部で反応
ガスを供給するガス供給部と下部に位置するヒータアセ
ンブリとを含む。
【0011】ヒータアセンブリはウェーハを固定する支
持台であるサセプター(susceptor)及びサセ
プターの下部に位置してサセプターに熱を供給するヒー
タユニットを含む。
【0012】したがって、ウェーハの表面温度はヒータ
ユニットから供給される熱量により左右される。
【0013】しかし、ウェーハの周辺部は中央部と比較
してサセプターの側面を通じて輻射熱が放出されるため
に、前記サセプターからウェーハの周辺部と中央部に同
一の熱量が供給されると、ウェーハ周辺部の表面温度は
中央部の表面温度より低下する。したがって、サセプタ
ー上部に定着されるウェーハの表面温度は常に中央部か
ら周辺部に行くほど低下するという温度偏差が生じるこ
とになる。
【0014】このような、温度偏差を解消するために、
ヒータ構造を改善する努力が多様に進行されている。た
とえば、特許文献1(ZONE HEATING SY
STEM WITH FEEDBACK CONTRO
L SYSTEM)によると、ヒータの表面を複数個に
区画し、各区画別に発熱量を各々制御することにより、
ウェーハ表面温度を均一にする方法が提案されており、
特許文献2(METHOD FOR RAPIDLY
THERMALLY PROCESSINGA SEM
ICONDUCTOR WAFER BY IRRAD
IATIONUSING SEMICIRCULAR
OR PARABOLIC REFLECTORS)に
は、ウェーハの周辺部に多く熱量を供給してウェーハ表
面で温度を均一にする方法が開示されている。
【0015】また、熱CVD装置に汎用されているGE
NUS7000CVD装置に利用されたヒータアセンブ
リによると、サセプター中央部を加熱する内側ヒータと
周辺部を加熱する外側ヒータに分離させ、別途に制御す
ることができるように構成されたデュアルヒータシステ
ムを利用し、外側ヒータの発生熱量を内側ヒータの発生
熱量より大きくすることにより、ウェーハ周辺部で輻射
により喪失される熱量を補償して上述したような温度偏
差を減少させることができるようにしている。しかし、
上述したように、ヒータを分割し外側ヒータの温度を内
側ヒータの温度より相対的に高くする場合にも、ウェー
ハ表面で満足するほどの温度均一性は達成されないとい
う問題点がある。
【0016】図1は、従来の熱CVD装置に使用される
ヒータアセンブリを概略的に示す断面図であり、現在タ
ングステンシリサイド膜を蒸着するGENUS7000
設備のヒータアセンブリに利用されている。図2はヒー
タアセンブリの概略的な平面図である。
【0017】図1及び図2に示すように、従来の半導体
素子製造装置用ヒータアセンブリ90はウェーハ50を
支持するサセプター40の下部に位置して、前記サセプ
ター40に熱を供給するためのヒータ10、前記ヒータ
10に電源を供給する電源供給部20及びヒータ10を
支持するための支持台30とを含む。
【0018】ヒータ10はサセプター40の周辺部を加
熱する外側ヒータ(outer heater)12及
び周辺部内側を加熱する内側ヒータ(inner he
ater)14に分離されるデュアルヒータ(dual
heater)構造で形成され、前記外側ヒータ12
と内側ヒータ14は熱伝達を遮断することができるよう
に、空間16を隔てて互いに独立的に形成されている。
ここで、内側ヒータ14はサセプター40の大部分に熱
を加熱し、外側ヒータ12はサセプター40の外郭円周
に沿って周辺部に熱を供給する。ヒータ10は黒鉛(g
raphite)材質によりなった薄い板(plat
e)形状を有し、電流が供給されると内部抵抗により熱
を発生する。
【0019】前記パワー供給部は外部電源(図示せず)
から供給される電流を前記ヒータ10に供給するための
部材として、外側ヒータ12に電源を供給するための第
1パワー供給部(図示せず)及び内側ヒータ14に電源
を供給するための第2パワー供給部20により構成され
る。第1パワー供給部(図示せず)及び第2パワー供給
部20は互いに独立的に動作して、外側ヒータ12と内
側ヒータ14に対する電源供給を独立的に制御する。
【0020】支持台30はフッ化水素酸を除外した酸及
びアルカリに侵害されずに、化学的に相当に純粋な物質
である石英に形成され、蒸着ガスその他の汚染物質から
腐蝕されることを防止する。
【0021】したがって、パワー供給部を通じて外部電
源(図示せず)からヒータ10に電源が供給されると、
電気的に良好な導体である黒鉛で形成されたヒータ10
から抵抗熱が発生され、サセプター40に輻射される。
ヒータ10の輻射熱により加熱されたサセプター40
は、上部に定着されたウェーハ50に熱が導電されウェ
ーハ50が加熱される。ここで、外側ヒータ12の発生
熱量を内側ヒータ14の発生熱量より大きくしてウェー
ハ50の側面輻射により損失される熱量を補償すること
により、ウェーハ50の中央部と周辺部での温度偏差を
減少させている。
【0022】しかし、上述したように、互いに独立的に
制御されるデュアルヒータ構造を利用した場合にも、ウ
ェーハ50の表面温度は依然に中心部から周辺部に行く
ほど低下される偏差を示している。
【0023】図3は、タングステンシリサイド蒸着工程
中のウェーハ表面温度を測定した結果を示す図である。
【0024】図3に示した温度実測結果は、GENUS
7000装置を利用して9ラインタングステンシリサイ
ド工程中のウェーハ表面温度を測定したものである。こ
こで、チャンバ内部の圧力は300mtorrに維持さ
れ、内側ヒータ14及び外側ヒータ12のセットポイン
トを各々387℃及び377℃に設定した25ポイント
t/c(Thermo Couple)ウェーハに測定
したものである。
【0025】図3に示すように、ウェーハの中心部であ
るTC13地点の温度が最も高く示され、周辺部で相対
的に温度が低く分布されていることが確認できる。本測
定の場合、最高温度(TC13地点)と最低温度(TC
10地点)の偏差は8.8℃を形成している。したがっ
て、ウェーハ表面での温度均一性を達成するために外側
ヒータ12の発熱量を増加させたことにもかかわらず、
温度偏差が満足するほど改善されなかった。
【0026】上述したような、ウェーハ上面での温度偏
差を改善するために内側ヒータの温度を固定した状態
で、外側ヒータの温度をさらに上昇させるテストをし
た。
【0027】図4乃至図7は、内側ヒータ14のセット
ポイントを405℃に設定した状態で、外側ヒータのセ
ットポイントを375℃、395℃、415℃、450
℃に設定した後、25ポイントt/cウェーハを利用し
て測定したウェーハ表面の温度分布を示す図面である。
【0028】図4乃至図7に示すように、内側ヒータ1
4の温度は固定されているにもかかわらず、外側ヒータ
12の温度が増加することによりウェーハ中央部の温度
も共に増加することにより、ウェーハ中央部と周辺部の
温度偏差は全く改善されないことが確認できる。特に、
各テストで外側ヒータ12の温度が相異するにもかかわ
らず、ウェーハ表面での最高温度と最低温度の偏差は同
一に示されている。
【0029】即ち、ウェーハの側面を通じてチャンバ内
部空間に損失される熱量を補償することにより、ウェー
ハの表面温度を均一にする目的で、外側ヒータ12の発
熱量を増加させたが、ウェーハ周辺部と中央部の温度が
共に上昇することにより、温度偏差は全く改善されなか
った。これにより、デュアルヒータ構造を有するヒータ
アセンブリを対象にして、その原因を糾明するためのシ
ミュレーションを実施した。
【0030】
【特許文献1】米国特許第6,031,211号明細書
【特許文献2】米国特許第4,981,815号明細書
【0031】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、半導
体素子を製造するための基板であるウェーハの表面で均
一な温度分布を形成することができるウェーハ加熱用ヒ
ータアセンブリを提供することにある。
【0032】
【発明の解決するための手段】上述した目的を達成する
ための本発明は、被加熱体を支持する第1支持部材と、
第1支持部材の下部で被加熱体を加熱し、熱伝達を遮断
することができる隔離空間により分離された複数の加熱
要素と、分離された加熱要素相互間の伝導性熱伝達を抑
制するための熱遮蔽部を備え、複数の加熱要素を支持す
る第2支持部材とを含むことを特徴とする加熱装置であ
る。
【0033】ここで、熱遮蔽部は前記隔離空間及び隔離
空間を隔てて相互隣接する加熱要素の周辺部を同時に支
持するように第2支持部材の表面に所定の幅と深さを有
する溝と前記溝の内部に挿入された耐熱部材とを含む。
【0034】上述した他の目的を達成するための本発明
は、被加熱体を支持する第1支持部材と、第1支持部材
の下部に環(ring)状に形成され内部に熱伝達のた
めの連続的な輻射空間を備え、第1支持部材の周辺部を
加熱する加熱要素と、加熱要素を支持し、加熱要素から
導電された熱を輻射空間を通じて輻射することにより、
輻射空間に対応する第1支持部材の下部表面を加熱する
第2支持部材とを含む。
【0035】また、上述した目的を達成するための本発
明は、半導体素子用基板を支持するサセプターと、サセ
プターの下部で基板を加熱し、熱伝達を遮断することが
できる隔離空間を隔てて分離された複数のヒータと、分
離されたヒータ相互間の伝導性熱伝達を抑制することが
できる熱遮蔽部を備え、複数のヒータを支持する支持台
とを含む半導体素子製造装置用ヒータアセンブリとを提
供する。
【0036】この時、熱遮蔽部は前記隔離空間及び隔離
空間を隔てて相互隣接するヒータの周辺部を同時に支持
するように、前記第2支持部材の表面に所定の幅と深さ
を有する溝と溝の内部に挿入された耐熱部材とを含む。
また、ヒータの温度は390℃乃至420℃の範囲を有
するように制御する。
【0037】また、上述した他の目的を達成するための
本発明は、ウェーハを支持するサセプターと、サセプタ
ーの下部に環状に形成され内部に熱伝達のための連続的
な輻射空間を備え、サセプターの周辺部を加熱するヒー
タと、前記ヒータを支持し、ヒータから伝導された熱を
輻射空間を通じて輻射することにより、輻射空間に対応
するサセプターの下部表面を加熱する支持台とを含むこ
とを特徴とする半導体素子製造装置用ヒータアセンブリ
を提供する。
【0038】上述したような加熱装置によると、分離さ
れた複数の加熱要素が支持台を媒介にして熱交換できる
可能性を減少させることにより、周辺部加熱要素の温度
を上昇させるとしても、中心部加熱要素が同時に上昇さ
れることを防止することができる。したがって、周辺部
加熱要素の温度を中心部加熱要素の温度より高く形成す
ることにより、ウェーハ表面での温度均一性を達成する
ことができる。ここで、ヒータの温度を適正範囲内に制
御することにより、反射度(RI)、メタパルスの密度
及びタングステン(W)に対するシリコン(Si)の比
率を一定した範囲内に制御することにより、半導体製造
工程中の不良を減少させることができる。
【0039】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の望
ましい一実施形態を詳細に説明する。
【0040】図8は、内側ヒータ390℃、外側ヒータ
450℃に設定されたデュアルヒータアセンブリの温度
分布を示す図面として、前記GENUS7000装置を
利用した蒸着工程中の温度分布を、スーパーコンピュー
タを利用して解析した結果を示すための図面である。ス
ーパーコンピュータは、ヒータアセンブリの温度分布を
表現するために温度と色相を一対一に対応させ、同一の
温度は同一の色相(以下、温度色相)に表現している
が、本図面では外側ヒータ12と内側ヒータ14及びヒ
ータカップ60の温度変化をハッチングの濃度に表現し
た。説明の便宜上、対比される部分の温度を強調するた
めにヒータアセンブリの特定領域のみハッチングした。
【0041】図8によると、デュアルヒータアセンブリ
は外側ヒータ12及び内側ヒータ14を支持する支持台
30と、被加熱体であるウェーハを支持するサセプター
40及び前記支持台30を収容してヒータアセンブリの
形状を決定するヒータカップ60とを含む。最も温度が
高い外側ヒータ12領域(A領域)は最も濃い濃度を有
するハッチングに表現され、実際コンピュータ解析結果
によると、最も高い温度を意味する温度色相に表現され
る。
【0042】この時、外側ヒータ12と接触する支持台
30と、支持台30と接触している内側ヒータ14及び
支持台30を含んでいるヒータカップ60を含む領域
(B領域)の濃度は、A領域の濃度と大きい差異を示さ
ない。これは、実際コンピュータ解析結果による温度色
相の色相差異がA領域とB領域で大きくないことを意味
する。
【0043】即ち、ウェーハ表面での温度偏差を解消す
るために人為的に、外側ヒータ12の温度を上昇させた
ことにもかかわらず、外側ヒータ12と内側ヒータ14
の温度偏差は大きくないことを示している。また、支持
台30と外側ヒータ12が同一な色相で表現されるの
で、結局外側ヒータ12の熱量が支持台30を媒介で導
電されることに判断することができる。再び、ウェーハ
表面での温度均一性を達成するために、外側ヒータ12
の温度を上昇させる場合、外側ヒータ12を支持してい
る支持台30を通じて外側ヒータ12の熱が内側ヒータ
14に伝導されることにより、ウェーハの中央部表面温
度も同時に上昇する結果を招来する。
【0044】したがって、ヒータと支持台が直接接触す
る構造を有するヒータアセンブリでは、ヒータを複数個
に分割し、サセプターの周辺部を加熱する外側ヒータ1
2の温度を内側ヒータ14の温度より高く形成すること
のみでは、ウェーハ表面での温度偏差を大きく改善でき
ないことが分かる。このような結果は、サセプターの表
面温度を測定して比較したグラフを通じて容易に確認す
ることができる。
【0045】図9は内側ヒータの温度を固定させた状態
で、外側ヒータの温度を別にした場合のサセプター表面
温度を測定して比較したグラフである。曲線I、II、
IIIは温度偏差を示し、曲線IV、V、VIはサセプ
ターの表面温度を示す。
【0046】本実験は内側ヒータ14の温度は390℃
として同一であるが、外側ヒータ12の温度が450℃
(曲線I及びIV)、420℃(曲線II及びV)、4
00℃曲線(III及びVI)に相異するように設定さ
れた3種類のヒータアセンブリで、各サセプターの表面
温度を測定して一つのグラフに表示したものである。こ
こで、横軸はサセプターの中心から測定した半径であ
り、縦軸は実測されたサセプターの表面温度(曲線I
V、V、VI)と温度偏差(曲線I、II、III)を
示す。
【0047】図9の曲線I、II、IIIによると、外
側ヒータ12の温度を上昇させることにより、サセプタ
ーの中央部から周辺部に行くほど温度偏差は増加する傾
向を示し、これにより、外側ヒータ12の温度を上昇さ
せても温度偏差は改善されない。また、曲線IV、V、
VIに示されたように、内側ヒータ14の温度を一定に
維持し、外側ヒータ12の温度のみ上昇させるとして
も、サセプターの表面温度もやはり増加する傾向を示
す。したがって、単純に外側ヒータ12の温度のみ上昇
させることにより、ウェーハ表面での温度均一性を達成
することは困難であることがわかる。
【0048】図8及び図9で、伝導性熱伝達を確認する
ために、外側ヒータ12と内側ヒータ14間の熱伝達を
遮断することができるように支持台30を変形した後、
蒸着装置のチャンバに適用して再びコンピュータシミュ
レーションを実施した。コンピュータシミュレーション
結果は、図10乃至図12に示している。ただ、シミュ
レーション条件は、図8の条件と同一である。
【0049】図10は外側ヒータ12と接触している支
持台30の一部を除去することにより、外側ヒータ12
で支持台30への熱伝達を遮断することができるように
変形したヒータアセンブリの温度分布を示す図面であ
る。
【0050】図10に示すように、人為的に温度を高く
した外側ヒータ12領域(C領域)と比較して内側ヒー
タ14と、内側ヒータ14を支持する支持台30及び前
記支持台30を収容するヒータカップ60とを含む内側
ヒータ領域(D領域)は、顕著に低い濃度に表現されて
いる。
【0051】これは内側ヒータ領域(D領域)の温度色
相は黄色いに表現され、外側ヒータ領域(C領域)より
顕著に低い温度分布を示している。即ち、コンピュータ
解析結果による温度色相の差異がC領域とD領域で大き
く発生していることがわかる。
【0052】したがって、外側ヒータ12と接触してい
る領域の支持台30を除去した場合、前記内側ヒータ1
4の温度は外側ヒータ12の温度と大きい差異を示して
いるので、図8及び図9で推論したように内側ヒータ1
4の温度上昇原因が支持台30を媒介にした外側ヒータ
12からの伝導性熱伝達であったことを確認することが
できる。
【0053】しかし、蒸着装置でヒータカップ60は、
チャンバの内部に位置するので、支持台30が除去され
ると、工程中の蒸着ガスとか洗浄ガスなどによりヒータ
カップ60内部が腐蝕され、装置の寿命を低下させるこ
とになるので、支持台30を完全に除去することができ
ない。これにより、支持台30を内側ヒータ14を支持
する内側支持台と外側ヒータ12を支持する外側支持台
に分離し、内側支持台と外側支持台間に熱伝達を抑制す
ることができるように、空間を形成した。
【0054】図11は内側ヒータ14と外側ヒータ12
間の支持台30に熱伝達の抑制のための熱遮蔽空間33
を形成したヒータアセンブリの温度分布を示す図面であ
る。したがって、支持台30は熱遮蔽空間33を隔てて
内側ヒータ14を支持する内側支持台34と外側ヒータ
12を支持する外側支持台32に分割されている。
【0055】図11に示すように、内側ヒータ14、内
側ヒータ14を支持する内側支持台34及び内側支持台
34を収容するヒータカップ60を含む内側ヒータ領域
(F領域)のハッチング濃度は、外側ヒータ12及び外
側ヒータ12を支持する外側支持台32を含む外側ヒー
タ領域(E領域)のハッチング濃度と比較して低く表現
されている。即ち、外側支持台32の温度と内側支持台
34の温度が別に表現されているので、熱遮蔽空間33
を通じて熱伝達が遮断されていることを確認することが
できる。
【0056】図12は、ボルトによりヒータと支持台3
0の接触面積を最少化したヒータアセンブリの温度分布
を示す図面である。
【0057】図12のヒータアセンブリは外側ヒータ1
2と外側支持台32との間の接触面積を最少化するため
に、外側ヒータ12と外側支持台32間にボルト36が
挿入されたことのみ除外しては、図11のヒータアセン
ブリと同一の構造を有する。
【0058】図12で、内側ヒータ領域(F’領域)の
ハッチング濃度は、図11に示した内側ヒータ領域(F
領域)のそれよりさらに低く表現されている。即ち、外
側ヒータ12と内側ヒータ14相互間の温度偏差は、図
11に示した変形支持台を採択した場合よりさらに大き
く示している。図11と比較すると、外側ヒータ12と
外側支持台32の面接触がボルト36を利用した点接触
に変換して接触面積を減少させたことであるので、図1
1と比較して改善された温度偏差は外側ヒータ12と外
側支持台32との間で、熱伝達量を減少させたことに起
因する。即ち、外側ヒータ12から内側支持台34に伝
導される熱量を減少させることにより、ウェーハの温度
偏差を改善することができる。
【0059】図13は、図10乃至図12によるシミュ
レーション結果を比較するためのグラフである。即ち、
内側ヒータ14及び外側ヒータ12の温度を各々390
℃と450℃に固定し、形状が変更された支持台を備え
たヒータアセンブリでサセプターの表面温度及び温度偏
差を測定してグラフに表示した。曲線I、II、III
は温度偏差を示し、曲線IV、V、VIは、前記サセプ
ターの表面温度を示す。横軸はサセプターの中心から測
定した半径であり、縦軸は実測された温度(曲線IV、
V、VI)及び前記サセプターの周辺部と中心部の温度
偏差(曲線I、II、III)を示す。ここで、曲線I
及びIVは従来のように、外側ヒータ12と内側ヒータ
14を同時に支持する一体形支持台を有する場合の温度
偏差及び表面温度曲線であり、曲線IIとVは外側ヒー
タ12を支持する外側支持台と内側ヒータを支持する内
側支持台に分離した後、外側支持台を除去した場合の温
度偏差及び表面温度曲線である。曲線IIIとVIは、
外側ヒータと外側支持台をボルトにより固定した場合の
温度偏差及び表面温度曲線である。
【0060】図13に示した曲線Iによると、従来デュ
アルヒータシステムの周辺部と中心部の温度偏差は大き
く示されているが、曲線IIに示されたように、外側支
持台が除去された場合の温度偏差は相当に減少してい
る。即ち、外側支持台が除去されることにより、外側ヒ
ータ12から内側ヒータ14への伝導性熱伝達が抑制さ
れ、内側ヒータ14への熱伝達は、必ず輻射によっての
み伝達されることができる。これにより、サセプターの
周辺部と中心部での温度偏差が減少される。
【0061】しかし、上述したように、外側支持台を除
去すると、チャンバ内部で蒸着ガス、その他汚染物によ
り前記ヒータカップ60が損傷されるので、外側ヒータ
の完全な除去は望ましくない。これにより、外側ヒータ
12と外側支持台32との間にボルトを挿入して外側ヒ
ータ12と外側支持台32との間の接触面積を減少させ
た場合には、曲線IIIに示されたように、曲線IIに
よる温度偏差より大きく示されているが、曲線Iと比較
すると、相当な温度偏差改善効果を示している。即ち、
デュアルヒータシステムで外側ヒータ12から内側ヒー
タ14への伝導性熱伝達を抑制することにより、ウェー
ハ表面の温度偏差をさらに改善させることができること
が確認できる。
【0062】上述したように、ウェーハの周辺部を加熱
する熱量を独立的に制御することができるデュアルヒー
タ構造を採択するとしても、ウェーハ表面で満足するほ
どの温度均一性を達成しなく、これはデュアルヒータを
支持している支持台30を媒介にして外側ヒータ12の
熱量が内側ヒータ14方向に伝導され、内側ヒータ14
の温度を上昇させるためである。即ち、ヒータの構造及
び形状変更のみではウェーハ表面で満足するほどの温度
均一性を達成せず、これによりウェーハ上の全ての地点
で蒸着された薄膜の厚さ、組成、抵抗などの物理的性質
が不均一になる問題点がある。
【0063】図14は、本発明の第1実施形態により半
導体素子製造装置である化学気相蒸着装置(CVD)の
ヒータアセンブリを示す断面図である。
【0064】本実施形態では、ディスク形状を有するウ
ェーハを加熱するヒータは、ウェーハ周辺部を加熱する
ための外側ヒータ12と中央部を加熱するための内側ヒ
ータ14の2部分に分割されている。一実施形態とし
て、外側ヒータ12と内側ヒータ14は同一の中心を有
し、外側ヒータ12は環形状及び、内側ヒータ14は外
側ヒータ12の内部に位置するディスク形状を有するこ
とができる。しかし、ヒータは同一な中心を基準に相異
する半径を有する複数の環状と一つのディスク形状に分
割することにより、3部分以上に分割されることができ
る。
【0065】図14に示すように、本発明の第1実施形
態によるヒータアセンブリ900は、半導体素子を形成
するための基板として、被加熱体であるウェーハ500
を支持するための支持部材であるサセプター400と、
サセプター400の下部に位置してサセプター400に
熱を供給するための加熱要素であるヒータ100と、ヒ
ータ100に電流を供給するパワー供給部200、及び
ヒータ100を支持するための第2支持部材である支持
台300とを含む。ウェーハ500は一実施形態とし
て、ディスク形状を有し、ウェーハ500を支持するサ
セプター400もディスク形状を有する。
【0066】サセプター400は蒸着ガスを噴射する分
散ヘッド(図示せず)と、熱を供給するヒータ100と
の間で、その中心が分散ヘッド及びヒータ100の中心
と一直線を形成するように位置する。サセプター400
の両端にはリフトフィンガー520が位置して分散ヘッ
ド(図示せず)とサセプター400の間隔を一定に維持
してくれる。
【0067】ヒータ100は一実施形態として、サセプ
ター400の周辺部を加熱する外側ヒータ120及び周
辺部内側を加熱する内側ヒータ140に分離されるデュ
アルヒータ構造で形成され、外側ヒータ120と内側ヒ
ータ140は相互間に熱伝達を遮断することができるよ
うに隔離空間160を隔てて、相互に独立的に形成され
ている。ここで、内側ヒータ140はサセプター400
の大部分に熱を加熱し、外側ヒータ120はサセプター
400の外郭円周に沿って周辺部に熱を供給する。内側
ヒータ140は薄い円板(disc)形状を有して、大
略0.1mm乃至0.3mm程度の厚さを有し、外側ヒ
ータ120は内側ヒータ140と同一の中心を有し、内
側ヒータ140を取囲む環形状で形成される。
【0068】ヒータ100は電気的な良導体により構成
され、電流が供給されると抵抗によりジュールの法則
(joule’s law)を発生する構造を有してい
る。また、ヒータ100の表面には工程中の蒸着ガス又
は洗浄ガスなどその他不純物からヒータ100の損傷を
防止するための表面保護膜(図示せず)を備えている。
【0069】パワー供給部200は外部電源(図示せ
ず)から供給される電流をヒータ100に供給するため
の部材として、外側ヒータ120に電源を供給するため
の第1パワー供給部220及び内側ヒータ140に電源
を供給するための第2パワー供給部240により構成さ
れる。第1パワー供給部220及び第2パワー供給部2
40は、外側ヒータ120と内側ヒータ140に対する
電流供給を独立的に制御して、外側ヒータ120及び内
側ヒータ140の温度を相異に形成することができる。
望ましくは、外側ヒータ120の温度を内側ヒータ14
0より高く形成して、サセプター400の縁部位で輻射
により損失される熱量を補償することにより、サセプタ
ー400の全表面で温度が均一に形成され得るようにす
る。
【0070】ヒータ100は支持台300により支持さ
れている。ここで、支持台300はフッ化水素酸を除外
した酸及びアルカリに侵害されずに、化学的に相当に純
粋な物質である石英で形成され、蒸着ガスなどその他反
応副産物から腐蝕されることを防止する。支持台300
はヒータアセンブリ900の全体的な形状を決定するヒ
ータカップ600に収容される。
【0071】支持台300はヒータ100を支持する上
部支持台310と上部支持台310を支持し、蒸着ガス
などその他反応副産物がヒータの背面に流入されること
を防止するためのアルゴンガス注入口を備える下部支持
台320により構成される。
【0072】上部支持台310と下部支持台320との
間にパワー供給部200と外部電源(図示せず)を電気
的に連結するための連結ライン(図示せず)が設けられ
る。
【0073】上部支持台310の表面には上部支持台3
10を媒介にして外側ヒータ120と内側ヒータ140
との間の熱交換を抑制するための熱遮蔽部330が形成
されている。
【0074】熱遮蔽部330は隔離空間160の下部
で、外側ヒータ120と内側ヒータ140の周辺部を同
時に支持することができる幅と所定の深さを有するよう
に、支持台300の上部表面に溝332を形成した後、
溝332の内部に耐熱部材334を挿入することにより
完成される。これにより、外側ヒータ120の熱量が上
部支持台310を媒介で内側ヒータ140に伝導される
ことを抑制することにより、内側ヒータ140の温度上
昇を防止することができる。熱遮蔽部330の詳細な構
成については、以下で説明する。
【0075】上述したような、化学気相蒸着装置のヒー
タアセンブリ900によると、パワー供給部200を通
じて外部電源(図示せず)からヒータ100に電源が供
給されると、電気的に良好な導電である黒鉛で形成され
たヒータ100から抵抗熱が発生され、サセプター40
0に輻射される。ヒータ100の輻射熱により加熱され
たサセプター400は上部に定着されたウェーハ500
に熱が伝導され、ウェーハ500が加熱される。ここ
で、外側ヒータ120の温度を内側ヒータ140の温度
より高く形成して、サセプター400の側面複写により
損失される熱量を補償するようにする。
【0076】熱遮蔽部330は上部支持台310を媒介
にして相対的に高温である外側ヒータ120から低温で
ある内側ヒータ140への伝導性熱伝達を抑制すること
により、内側ヒータ140の温度が上昇されることを防
止する。これにより、外側ヒータ120の温度上昇によ
り増加された発生熱量は内側ヒータ140の温度上昇に
影響を及ぼさなく、サセプター400側面での損失熱量
を十分に補償することになる。したがって、ウェーハ5
00表面での温度偏差を改善することができる。
【0077】図15は、ヒータを支持する支持台を中心
に、図14に示したヒータアセンブリを概念的に示した
概念図であり、図16乃至図18は図15に示したヒー
タアセンブリの変形された実施形態を示す概念図であ
る。
【0078】図15によると、外側ヒータ120の内側
周辺部及び内側ヒータ140の周辺部を同時に支持する
上部支持台310の表面には所定の幅(w)と深さ
(d)を有する環状の溝で形成された熱遮蔽部330が
形成されている。
【0079】一実施形態として、熱遮蔽部330の幅
(w)は、外側ヒータ120の内側面124から外側面
122方向に所定の距離ほど離れた第1距離(a)、外
側ヒータ120と内側ヒータ140との間の間隔である
隔離空間160の幅(b)及び内側ヒータ140の外側
面142から内側ヒータ140の中心方向に所定の距離
ほど離れた第2距離(c)により構成される。ここで、
第1距離(a)は、外側ヒータ120の内側面124と
外側面122との間の中点を超えないように形成され、
第2距離(c)はヒータカップ600の境界壁610ま
で延びられる。
【0080】また、熱遮蔽部330の深さ(d)は、遮
断しようとする伝達熱量と支持台の応力変化を考慮して
形成され、上部支持台310の表面から下部支持台32
0の基底面までの距離を最大値とする範囲内で任意の値
を有することができる。
【0081】熱遮蔽部330の深さ(d)が、下部支持
台320の基底面まで形成された場合にも、図16に示
したように、支持台300は内側ヒータ140を支持す
る内側支持台380と、外側ヒータ120を支持する外
側支持台360に分離される分割構造を有する。本実施
形態では、二つのヒータ構造を有するヒータアセンブリ
を例示しているが、三つ以上のヒータ構造を有する場合
には、支持台もこれに対応して分割され、複数の支持台
間に形成される熱遮蔽部の数も共に増加する。
【0082】したがって、熱遮蔽部330は外側ヒータ
120と内側ヒータ140に共通にかかっており、熱遮
蔽特性が優れる窒化ホウ素などのような絶縁物質を挿入
することにより、熱伝達を抑制することができる。望ま
しくは、絶縁物質として空気を利用することにより、優
れる熱遮蔽効果と工程効率及び減価節減を達成すること
ができる。絶縁物質として、空気を利用する場合、熱遮
蔽部330と隔離空間160が連動され内側ヒータ14
0と外側ヒータ120は互いに空間的に隔離される。
【0083】これにより、外側ヒータ120の温度が上
昇される場合、外側ヒータ120で内側ヒータ140へ
の伝導性熱伝達を抑制することにより、外側ヒータ12
0の温度上昇と共に内側ヒータ140の温度も共に上昇
される現象を防止することができる。したがって、ウェ
ーハ周辺部に供給される熱量を高く設定することによ
り、ウェーハ表面での温度偏差を減少させることができ
る。
【0084】図17によると、上部支持台310はヒー
タ100の下部面から所定の距離ほど離隔され位置する
ことにより、ヒータ100と上部支持台310間に一定
したサイズの空間を形成する。空間はヒータ100と支
持台300との間の直接的な接触を防止することによ
り、支持台を媒介にした外側ヒータ120と内側ヒータ
140との間の伝導性熱伝達を抑制する熱遮蔽部330
を形成することになる。
【0085】ここで、上部支持台310の上部表面に
は、ヒータ100との接触面積を最少化しながら、ヒー
タ100を支持するための複数の支持バー390が形成
されている。
【0086】支持バー390は外側ヒータ120の下部
面中央部に沿って円周状に外側ヒータ120を支持する
第1支持バー390a及び内側ヒータ140の下部面周
辺部に沿って円周状に内側ヒータ140を支持する第2
支持バー390bを含む。第1支持バー390aと第2
支持バー390bとの間に位置する熱遮蔽部330は、
内側ヒータ140と外側ヒータ120との間に位置する
隔離空間160と連通されている。したがって、外側ヒ
ータ120と内側ヒータ140は物理的に互いに隔離さ
れ伝導性熱伝達が抑制される。
【0087】一実施形態として、支持バー390は上部
支持台310にタップを形成し、タップとねじ結合によ
り形成されたボルトに形成されることができる。
【0088】ボルトの上端部には、ヒータ100を支持
することができる水平面を形成する。熱遮蔽部330の
内部は熱遮蔽特性が優れる絶縁物質で埋めることができ
るが、望ましくは空気により埋められて、空いた空間を
形成してヒータアセンブリの製作便宜性を考慮する。
【0089】したがって、ヒータ100とこれを支持す
る支持台300の接触方式を従来の面接触方式でボルト
などのような支持バーを利用した点接触方式に変更する
ことにより、ヒータと支持台との間の接触面積を減少さ
せることができる。これにより、外側ヒータ120から
上部支持台310に伝導される熱量を減少させ、内側ヒ
ータ140の温度上昇を抑制することができる。
【0090】また、図18に示したように、第1支持バ
ー390aを含む外側支持台360と第2支持バー39
0bを含む内側支持台380に支持台300を分割す
る。したがって、熱遮蔽部330は外側支持台360と
内側支持台380との間の空間を含むように拡張され、
熱遮蔽効果をさらに向上することができる。
【0091】図19は、本発明の第2実施形態による半
導体素子製造装置である化学気相蒸着装置(CVD)の
ヒータアセンブリを示す断面図である。本実施形態によ
るヒータアセンブリは図14に示した第1実施形態によ
るヒータアセンブリと比較してヒータ、上部支持台及び
パワー供給部を除外し、全て同一の構造を有する。した
がって、第1実施形態によるヒータアセンブリの構成部
材と同一の部材は同一の参照符号を利用し、同一の参照
符号は同一の機能を有する。
【0092】図19に示すように、本発明の第2実施形
態によるヒータアセンブリ900は半導体素子を形成す
るための基板として、被加熱体であるウェーハ500を
支持するための第1支持部材であるサセプター400、
サセプター400の下部に位置してサセプター400に
熱を供給するための加熱要素であるヒータ100、ヒー
タ100に電流を供給するパワー供給部200及びヒー
タ100を支持するための第2支持部材である支持台3
00を含む。
【0093】ここで、ヒータ100はディスク形状を有
するサセプター400の縁からサセプター400の中心
方向に一定した距離ほど加熱することができる環状に備
えられ、従来のデュアルヒータシステムと比較してサセ
プター400の中央部を加熱するための内側ヒータは除
去されている。したがって、ヒータの内部には輻射によ
り熱を伝達することができる輻射空間180が形成され
ている。特に、ヒータ100の内側にはもう以上のヒー
タが位置しないので、輻射空間180はヒータ100の
内部に連続的に形成される。また、ヒータ100の下端
部には外部電源(図示せず)からヒータ100に電流を
供給するためのパワー供給部200が形成されている。
【0094】ヒータ100は一体で形成され、ヒータカ
ップ600内部に収容された支持台300により支持さ
れている。支持台300はヒータ100を支持する上部
支持台310と上部支持台310を支持し、蒸着ガスな
どその他反応副産物がヒータの背面に流入されることを
防止するためのアルゴンガス注入口を備える下部支持台
320により構成される。したがって、ヒータ100と
接触しない支持台300の上部面は支持台300とサセ
プター400間に形成された輻射空間180を隔ててサ
セプター400の下部面と対向するように形成される。
【0095】パワー供給部200を通じて外部電源(図
示せず)からヒータ100に電源が供給されると、電気
的に良好な導体である黒鉛に形成されたヒータ100か
ら抵抗熱が発生され、サセプター400の周辺部に輻射
されると同時に支持台300を媒介で伝導された後、輻
射空間180を通じて輻射されることにより、輻射空間
180に対応するサセプター400の下部表面を加熱す
ることになる。
【0096】これにより、サセプター400の周辺部で
は、直接的にヒータ100により加熱されるので、高い
熱量が放出され、周辺部を除外したサセプター400の
下部表面は支持台300を媒介にした伝導性熱量が輻射
により伝達されるので、相対的に少ない熱量が放出され
る。したがって、サセプター400の側面で輻射により
損失される熱量が十分に補償されるので、ウェーハ表面
での温度偏差を減少させることができる効果がある。
【0097】上述したように、形状が変更された支持台
を備えるヒータアセンブリで温度偏差の改善効果を確認
するために、ウェーハの表面温度を測定するテストを実
施した。
【0098】図20乃至図23は、上述した本発明の第
1実施形態による分割された支持台を備えるヒータアセ
ンブリをGENUS7000装置に装着した後、25ポ
イントt/cウェーハを利用してウェーハの表面温度を
測定した結果を示す図面である。ここで、内側ヒータは
395℃に固定され、外側ヒータは各々385℃、39
5℃、405℃、415℃に続けて増加しながら、ウェ
ーハの表面温度を測定した。図24乃至図27は図20
乃至図23に対応する温度プロファイル示す図面であ
る。ここで、太く表示された実線はウェーハの平均温度
を示す平均温度曲線(MT CURVE)である。ま
た、測定データを整理した結果を表1に示す。
【0099】図20乃至図23及び表1に示すように、
外側ヒータの温度が上昇することにより、ウェーハ表面
で最高温度及び最低温度も共に上昇し、これによりウェ
ーハ表面の平均温度も上昇することが確認できる。特
に、表1によると、外側ヒータの温度が395℃乃至4
15℃に形成される場合には、通常的な外側ヒータの使
用温度である385℃と比較してウェーハ表面での温度
偏差が約半分程度に減少されることが分かる。
【0100】図24乃至図27に示すように、外側ヒー
タの温度が上昇するによって、ウェーハ表面の温度プロ
ファイルは間隔が広く示される。これは、ヒータ表面で
温度が別に示される領域が減少されることを意味するの
で、ウェーハ表面の温度偏差が改善されることを視覚的
に確認することができる。
【0101】また、平均温度曲線(MT CURVE)
は、ウェーハ表面で中心部と周辺部の温度偏差が小さけ
れば小さいほどウェーハの縁方向に偏って表示され、閉
円を形成できなくなる。最も理想的に、温度偏差が全く
なければ、ウェーハの縁と一致して平均温度曲線は示さ
れない。
【0102】図24乃至図27の平均温度曲線(MT
CURVE)の変化を見ると、外側ヒータの温度が上昇
するほど、平均温度曲線(MT CURVE)がウェー
ハ周辺部に押され、閉円を形成せずに、円弧形状を部分
的に示されることが確認できる。これにより、外側ヒー
タの温度上昇は内側ヒータの温度上昇に影響を及ぼさな
く、ウェーハ表面の温度偏差改善に直接的に寄与するこ
とが分かる。
【0103】即ち、外側ヒータの温度上昇による増加さ
れた熱量は、内側ヒータの温度増加には大きい影響を及
ぼさなく、サセプターの側面で輻射により損失される熱
量を補償することにより、ウェーハ表面での温度偏差を
改善することになる。
【0104】図28は、上述した本発明の第2実施形態
により一体型支持台と外側ヒータのみ備えたヒータアセ
ンブリをGENUS7000装置に装着した後、25ポ
イントt/cウェーハを利用して、ウェーハの表面温度
を測定した結果を示す図面である。ここで、外側ヒータ
は395℃に固定される。図29は図28に対応する温
度プルファイルを示す図面である。ここで、上述したよ
うに太い実線はウェーハの平均温度を示し、実験データ
を整理した結果は表1に示す。
【0105】図28及び表1に示すように、ウェーハ表
面での最高温度は377℃、最低温度は372℃に測定
された。測定データを通じた平均温度は374℃である
ことが分かる。外側ヒータの温度が395℃として同一
の状態で内側ヒータが除去されない場合(図21参照)
と比較すると、ウェーハ表面の平均温度は374℃で同
一に維持され、ウェーハ中心部の最高温度は低下され、
温度偏差はさらに改善された5℃の分布を示している。
【0106】また、図29によると、温度プロファイル
の間隔は図25と比較してさらに広く示され、ウェーハ
表面の平均温度曲線(MT CURVE)もウェーハ周
辺部に偏った円弧形状で形成され、ウェーハ表面での温
度偏差がさらに改善されたことを視覚的に確認すること
ができる。
【0107】したがって、一つのヒータのみを使用して
温度を制御する必要がある場合には、環状を有する外側
ヒータのみを使用することがウェーハ表面での温度偏差
改善にさらに効果的であることが確認された。
【0108】表1は図20乃至図23及び図28に表示
された測定データを利用してウェーハ表面の平均温度と
温度偏差を示した表である。
【0109】
【表1】
【0110】表1で試料I乃至IVは、図20乃至図2
3に示した測定資料を分析したものであり、試料Vは図
28に示した測定資料を分析したものである。したがっ
て、試料1乃至IVは内側ヒータの温度が395℃に固
定された状態で、外側ヒータの温度を385℃、395
℃、405℃、415℃に増加させた場合のウェーハ平
均温度及び温度偏差を示している。また、試料Vは内側
ヒータを除去し外側ヒータの温度を395℃に設定した
場合のウェーハ平均温度及び温度偏差を示している。
【0111】表1の結果を参照すると、外側ヒータの温
度が上昇すると、ウェーハ表面での温度偏差は減少され
るが、ウェーハの平均温度は上昇される。しかし、ウェ
ーハの平均温度が高く形成されると、タングステンシリ
サイドの蒸着時にタングステンシリサイドグレーン(W
Six grain)が過度に形成され、又はブリッジ
不良を発生させる。
【0112】高温でタングステンシリサイドを蒸着する
と、過剰シリコンが発生して後続工程で酸化され、酸化
シリコン(SiO2)を形成する。ブリッジ不良とは、
酸化シリコンがタングステンシリサイドグレーンをゲー
トライン外に押して、パッドポリ(pad poly)
と結合することにより惹起される半導体素子の接続不良
をいう。
【0113】一方、高温蒸着によるグレーン形成とかブ
リッジ不良を防止するために、ヒータの温度を低下させ
ると、ウェーハ表面の温度偏差が大きくなってウェーハ
の周辺部と比較して、相対的に温度が低く形成される周
辺部では低温状態で蒸着工程が進行される。低温でタン
グステンシリサイドを蒸着すると、過剰タングステンが
発生して下部膜と蒸着される膜との間の結合力が弱くな
り、内部応力が増加され、後続熱処理工程で下部膜と分
離される層剥離(delamination又はリフテ
ィング(lifting)と称する)現象が発生する。
【0114】したがって、上述したグレーン生成とかブ
リッジ不良を防止することができる第1温度を上限に有
し、層剥離現象を防止することができる第2の温度を下
限に有する温度範囲内で、ウェーハ表面温度が決定され
る時、上述したウェーハ表面での温度均一性も工程効率
を改善することになる。温度範囲を超えたウェーハ表面
温度を有し、ウェーハの全表面を通じて温度が均一に形
成されると、ウェーハの全てのセルで同時にブリッジ不
良又は層剥離現象が発生される。
【0115】即ち、ウェーハ表面で膜を均一に蒸着する
ために、ウェーハの表面温度を均一に形成しなければな
らないが、均一に形成されたウェーハの表面温度は過剰
シリコン又は過剰タングステンを形成しないように、第
1温度及び第2温度を最高温度と最低温度とする特定の
範囲内で決定されなければならない。
【0116】これにより、過剰シリコン発生を抑制する
ことができる上限を定めるために、メタパルス(met
apulse)計測器を通じてタングステンシリサイド
薄膜のメタパルス密度を測定した。
【0117】図30は、各温度別にタングステンシリサ
イド薄膜のメタパルス密度を測定した結果を示すグラフ
である。図30で、横軸はGENUS700装置の3.
9バージョン(version)チャンバの内側ヒータ
に設定された温度を意味し、縦軸は測定されたメタパル
スの密度を示す。P1乃至P9はウェーハ表面の任意の
地点を意味する。
【0118】図30に示すように、内側ヒータの温度が
405℃である場合を境界にしてウェーハ内の全て測定
地点でメタパルスの密度が急激に増加したことが分か
る。即ち、405℃でメタパルスの密度は5.2乃至
5.4の範囲を有するが、415℃では垂直上昇して4
25℃の場合には、6.2乃至6.8の範囲を有する。
したがって、内側ヒータの温度が405℃以下である場
合で安定的なメタパルス密度分布を有することが分か
る。
【0119】また、25ポイントt/cウェーハを利用
して、ここでのウェーハ表面温度を測定した結果による
と、ウェーハ表面の平均温度は370℃であった。
【0120】即ち、ウェーハ表面の平均温度が370℃
以上であれば、高温蒸着状態になって過剰シリコンを含
有する薄膜が形成され、上述したようなグレーンとかブ
リッジ不良が発生することが分かる。このような結果は
ヒータ温度によるILS(In−Line Sem)写
真にも確認できる。
【0121】図31はヒータ温度変化によるタングステ
ンシリサイドグレーンの発生程度を示すILS写真であ
る。図31で、蒸着温度は蒸着当時のヒータ温度を意味
し、400℃で5℃間隔に415℃まで測定された。
【0122】図31によると、蒸着温度が上昇するによ
り、粒子形状のグレーン810密度が増加することを確
認することができる。蒸着温度が400℃及び405℃
である場合には、グレーン810の形成が微弱に確認さ
れるが、410℃では確実に確認することができ、41
5℃では密度が非常に高くなっている。したがって、4
05℃を境界にしてグレーン810の密度が急激に高く
なることを写真により確認できる。
【0123】また、グレーン810の密度が高くなるほ
ど反射度(Reflect Index、以下RIと称
する)も減少することを確認することができる。RIと
は、工程が完了されたシリコンウェーハの反射率を10
0にする時、工程進行中のウェーハ反射率を相対的に示
す指数である。工程初期段階では、蒸着される不純物が
小さくなるので、反射率が高くウェーハ製造工程が進行
されるほど、反射率は100になる。したがって、ウェ
ーハ製造工程の初期段階ではRI値が高くなり、工程が
進行されるほど低下される。したがって、各工程では目
標RI値を定めて工程不良可否を評価する基準とする。
【0124】図17によると、蒸着温度が上昇しながら
反射度が減少することが分かる。これは蒸着温度が上昇
しながら蒸着される薄膜内部にグレーン密度が増加する
ことに起因する。したがって、RI値は119乃至12
2間で形成するようにし、望ましくは122の値を有す
るように形成する。
【0125】前記RI値は、蒸着温度上昇によるグレー
ンの成長に連関される指数であり、タングステンシリサ
イドを蒸着する場合、上述したように高温蒸着工程では
過剰シリコンが増加され、低温蒸着では過剰タングステ
ンが増加されるので、RIタングステンに対するシリコ
ンの比率(Si/W)の変化(以下、Si/W比)によ
っても確認することができる。これにより、蒸着温度増
加による過剰シリコン増加を確認するために蒸着温度を
別にして、Si/W比を測定するためのオージェ電子分
光学(AES、Auger Electron Spe
ctroscpe)テストを実施した。AESテストは
半導体素子の膜質に対する表面及び深さに対する汚染又
は組成物の組成比などを分析するためのテストである。
【0126】前記AESテストは、試料表面の原子に電
子ビームを照射して放出されるオージェ電子(Auge
r Electron)の運動エネルギー値をスキャン
ニングして試料内の元素を分析するテストとして、ウェ
ーハ表面のパーティクル分析、損傷部分分析、薄膜の組
成比分析などに利用されている。
【0127】図32及び図33は、ヒータ温度が405
℃である場合のAESテスト結果を示すグラフであり、
図34及び図35はヒータ温度が395℃である場合の
AESテスト結果を示す図面である。ここで、横軸はウ
ェーハ表面に対する電子ビームの照射時間を示し、縦軸
は放出されるオージェ電子(Auger Electr
on)の集中度を示す。図32及び図34はイオン注入
層を拡散させる前のシリサイドに対するSi/W比を示
し、図33及び図35はイオン注入層を拡散させた後の
中央でSi/W比を示すものである。
【0128】図32及び図33に示すように、タングス
テン原子の集中度を示す曲線Iが、常にシリコン原子の
集中程度を示す曲線IIよりグラフの上部に位置する。
イオン注入層拡散可否により、集中度のサイズは異なる
が、タングステン原子の集中度がシリコン原子の集中度
より大きく示される傾向は同一である。ここで、イオン
注入層が形成される前のSi/W値は2.51であり、
イオン注入層形成後のSi/W値は2.65である。図
34及び図35の場合にも、図32及び図33に示され
た傾向と同一である。
【0129】しかし、Si/Wの値はイオン注入層前と
後に各々2.43及び2.64として図32及び図33
に示された結果より小さい値を有する。即ち、温度が高
くなるほど蒸着膜内でタングステンより相対的にシリコ
ンの成分が増加することを確認することができる。これ
により、グレーンの密度も増加され、結局RIの値の温
度増加により減少される。望ましくは、Si/Wの値が
2.5辺りで形成されるように蒸着中の温度を制御す
る。
【0130】したがって、ウェーハ製造工程でブリッジ
不良とか層剥離現象を防止するためには、タングステン
シリサイドの蒸着工程で適切な蒸着温度を形成すること
により、過剰シリコンの成分を適切に調節することであ
り、これを確認する指標として上述したメタパルス密
度、RI値、Si/W比などを利用することができる。
本発明の一実施形態によるヒータアセンブリは、メタパ
ルス密度を6.2以下に制御し、RI値が117乃至1
27範囲で形成されるようにし、Si/W比率が2.2
乃至2.6の範囲を有するように蒸着温度を調節する。
これのために、ウェーハ表面の平均温度は350℃乃至
380℃の範囲で形成されなければならない。本発明の
一実施形態によるヒータアセンブリのヒータは390℃
乃至420℃範囲で加熱されるように制御する。ただ、
具体的な作業環境でウェーハ表面の平均温度を形成する
ためのヒータの加熱温度範囲は誤差を有することができ
る。
【0131】以上、本発明の実施形態を詳細に説明した
が、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分
野において通常の知識を有するものであれば本発明の思
想と精神を離れることなく、本発明の実施形態を修正ま
たは変更できるであろう。
【0132】
【発明の効果】本発明によると、ヒータ支持台の形状を
変更して分離されたヒータ相互間の伝導性熱伝達を遮断
することにより、ウェーハ表面での温度均一性を向上す
ることができる。また、ウェーハ表面の温度を所定の範
囲以内に制御することにより、メタパルスの密度、RI
値及びSi/W比率を一定した範囲内に制限することが
できる。これにより、蒸着される金属性薄膜の厚さとか
密度などを一定に維持することができ、ウェーハ製造工
程でブリッジとか層剥離現象による不良を減少させるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来の熱CVD装置に使用されるヒータアセ
ンブリを概略的に示す断面図である。
【図2】 図1に示したヒータアセンブリの概略的な平
面図である。
【図3】 タングステンシリサイド蒸着工程中のウェー
ハ表面温度を測定した結果を示す図面である。
【図4】 内側ヒータの温度を固定し外側ヒータの温度
を変更しながら測定したウェーハ表面の温度分布を示す
図面である。
【図5】 内側ヒータの温度を固定し外側ヒータの温度
を変更しながら測定したウェーハ表面の温度分布を示す
図面である。
【図6】 内側ヒータの温度を固定し外側ヒータの温度
を変更しながら測定したウェーハ表面の温度分布を示す
図面である。
【図7】 内側ヒータの温度を固定し外側ヒータの温度
を変更しながら測定したウェーハ表面の温度分布を示す
図面である。
【図8】 内側ヒータ390℃、外側ヒータ450℃に
設定されたデュアルヒータアセンブリの温度分布を解析
した結果を示す図面である。
【図9】 内側ヒータの温度を固定させた状態で内側ヒ
ータの温度を別にした場合のサセプター表面温度を測定
して比較したグラフである。
【図10】 外側ヒータと接触している支持台の一部を
変形したヒータアセンブリの温度分布を示す図面であ
る。
【図11】 内側ヒータと外側ヒータとの間の支持台に
熱伝達を抑制のための空間を形成したヒータアセンブリ
の温度分布を示す図面である。
【図12】 ボルトによりヒータと支持台の接触面積を
最少化したヒータアセンブリの温度分布を示す図面であ
る。
【図13】 図10乃至図12によるシミュレーション
結果を比較するためのグラフである。
【図14】 本発明の第1実施形態による半導体素子製
造装置用ヒータアセンブリを示す断面図である。
【図15】 図14に示したヒータアセンブリを概念的
に示した概念図である。
【図16】 図15に示したヒータアセンブリの変形実
施形態を示す概念図である。
【図17】 図15に示したヒータアセンブリの変形実
施形態を示す概念図である。
【図18】 図15に示したヒータアセンブリの変形実
施形態を示す概念図である。
【図19】 本発明の第2実施形態による半導体素子製
造装置のヒータアセンブリを示す断面図である。
【図20】 本発明の第1実施形態による分割支持台を
備えるヒータアセンブリを利用してウェーハの表面温度
を測定した結果を示す断面図である。
【図21】 本発明の第1実施形態による分割支持台を
備えるヒータアセンブリを利用してウェーハの表面温度
を測定した結果を示す断面図である。
【図22】 本発明の第1実施形態による分割支持台を
備えるヒータアセンブリを利用してウェーハの表面温度
を測定した結果を示す断面図である。
【図23】 本発明の第1実施形態による分割支持台を
備えるヒータアセンブリを利用してウェーハの表面温度
を測定した結果を示す断面図である。
【図24】 図20乃至図23に対応する温度プロファ
イルを示す図面である。
【図25】 図20乃至図23に対応する温度プロファ
イルを示す図面である。
【図26】 図20乃至図23に対応する温度プロファ
イルを示す図面である。
【図27】 図20乃至図23に対応する温度プロファ
イルを示す図面である。
【図28】 本発明の第2実施形態によるヒータアセン
ブリを利用してウェーハの表面温度を測定した結果を示
す図面である。
【図29】 図28に対応する温度プロファイルを示す
図面である。
【図30】 各温度別にタングステンシリサイド薄膜の
メタパルス密度を測定した結果を示すグラフである。
【図31】 ヒータ温度変化によるタングステンシリサ
イドグレーンの発生程度を示すILS写真である。
【図32】 ヒータ温度が405℃である場合のAES
テスト結果を示すグラフである。
【図33】 ヒータ温度が405℃である場合のAES
テスト結果を示すグラフである。
【図34】 ヒータ温度が395℃である場合のAES
テスト結果を示す図面である。
【図35】 ヒータ温度が395℃である場合のAES
テスト結果を示す図面である。
【符号の説明】
100 ヒータ 120 外側ヒータ 122 外側ヒータの外側面 124 外側ヒータの内側面 140 内側ヒータ 142 内側ヒータの外側面 160 隔離空間 180 輻射空間 200 パワー供給部 300 支持台 310 上部支持台 320 下部支持台 330 熱遮蔽部 360 外側支持台 380 内側支持台 390 支持バー 400 サセプター 500 ウェーハ 600 ヒータカップ 900 ヒータアセンブリ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金 容 甲 大韓民国京畿道水原市勸善区金谷洞 エル ジービレッジアパート520番地407洞1201号 (72)発明者 張 盛 煥 大韓民国京畿道龍仁市器興邑農書里サン7 −1番地 月桂樹洞624号 (72)発明者 李 東 元 大韓民国京畿道龍仁市器興邑農書里サン7 −1番地 マロニエ洞506号 (72)発明者 李 敏 雨 大韓民国ソウル特別市西瑞区西瑞洞1430− 11番地 (72)発明者 金 ▲けい▼ 台 大韓民国京畿道水原市八達区遠川洞548番 地 遠川住公2団地219棟701号 Fターム(参考) 4K030 BA48 CA04 GA02 KA12 KA23 KA46 LA15 5F045 AA04 AD07 AD08 BB01 DP02 EK08 EK22

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被加熱体を支持する第1支持部材と、 前記第1支持部材の下部で前記被加熱体を加熱し、熱伝
    達を遮断することができる隔離空間により分離された複
    数の加熱要素と、 分離された前記加熱要素相互間の伝導性熱伝達を抑制す
    るための熱遮蔽部を備え、前記複数の加熱要素を支持す
    る第2支持部材とを含むことを特徴とする加熱装置。
  2. 【請求項2】 前記熱遮蔽部は前記隔離空間及び前記隔
    離空間を隔てて相互隣接する前記加熱要素の周辺部を同
    時に支持するように、前記第2支持部材の表面に所定の
    幅と深さを有する溝と前記溝の内部に挿入された耐熱部
    材とを含むことを特徴とする請求項1に記載の加熱装
    置。
  3. 【請求項3】 前記溝の深さは前記第2支持部材の厚さ
    と同一であることを特徴とする請求項2に記載の加熱装
    置。
  4. 【請求項4】 前記第2支持部材は、前記加熱要素と所
    定の距離ほど離隔され位置し、前記第2支持部材の上部
    表面に前記各加熱要素との接触面積を最少化しながら、
    前記各加熱要素を支持するための複数の支持バーをさら
    に含むことを特徴とする請求項2に記載の加熱装置。
  5. 【請求項5】 前記支持バーは前記第2支持部材と前記
    各加熱要素を機械的に結合するボルトであることを特徴
    とする請求項4に記載の加熱装置。
  6. 【請求項6】 前記耐熱部材は空気又は窒化ホウ素であ
    ることを特徴とする請求項2に記載の加熱装置。
  7. 【請求項7】 前記加熱要素は電気抵抗によるジュール
    の法則を利用する抵抗発熱体であり、前記抵抗発熱体に
    電流を供給するためのパワー供給部をさらに含むことを
    特徴とする請求項1に記載の加熱装置。
  8. 【請求項8】 被加熱体を支持する第1支持部材と、 前記第1支持部材の下部に環状に形成され内部に熱伝達
    のための連続的な輻射空間を備え、前記第1支持部材の
    周辺部を加熱する加熱要素と、 前記加熱要素を支持し、前記加熱要素から導電された熱
    を前記輻射空間を通じて輻射することにより、前記輻射
    空間に対応する前記第1支持部材の下部表面を加熱する
    第2支持部材とを含むことを特徴とする加熱装置。
  9. 【請求項9】 前記被加熱体は、ディスク形状を有する
    半導体ウェーハであることを特徴とする請求項8に記載
    の加熱装置。
  10. 【請求項10】 前記第1支持部材は、ディスク形状を
    有するサセプターであることを特徴とする請求項9に記
    載の加熱装置。
  11. 【請求項11】 半導体素子用基板を支持するサセプタ
    ーと、 前記サセプターの下部で前記基板を加熱し、熱伝達を遮
    断することができる隔離空間を隔てて分離された複数の
    ヒータと、 分離された前記ヒータ相互間の伝導性熱伝達を抑制する
    ことができる熱遮蔽部を備え、 前記複数のヒータを支持する支持台とを含むことを特徴
    とする半導体素子製造装置用ヒータアセンブリ。
  12. 【請求項12】 前記熱遮蔽部は、前記隔離空間及び前
    記隔離空間を隔てて相互隣接する前記ヒータの周辺部を
    同時に支持するように、前記第2支持部材の表面に所定
    の幅と深さを有する溝と、前記溝の内部に挿入された耐
    熱部材とを含むことを特徴とする請求項11に記載の半
    導体素子製造装置用ヒータアセンブリ。
  13. 【請求項13】 前記溝の深さは、前記支持台の基底面
    まで形成されることを特徴とする請求項12に記載の半
    導体素子製造装置用ヒータアセンブリ。
  14. 【請求項14】 前記支持台は、前記ヒータと所定の距
    離ほど離隔され位置し、前記支持台の上部表面に前記各
    ヒータとの接触面積を最少化しながら、前記各加熱要素
    を支持するための複数の支持バーをさらに含むことを特
    徴とする請求項12に記載の半導体素子製造装置用ヒー
    タアセンブリ。
  15. 【請求項15】 前記支持バーは前記ヒータと前記支持
    部材を機械的に連結するボルトであることを特徴とする
    請求項14に記載の半導体素子製造装置用ヒータアセン
    ブリ。
  16. 【請求項16】 前記耐熱部材は、空気又は窒化ホウ素
    であることを特徴とする請求項12に記載の半導体素子
    製造装置用ヒータアセンブリ。
  17. 【請求項17】 前記ヒータの温度は、390℃乃至4
    20℃の範囲を有することを特徴とする請求項11に記
    載の半導体素子製造装置用ヒータアセンブリ。
  18. 【請求項18】 ウェーハを支持するサセプターと、 前記サセプターの下部に環状に形成され内部に熱伝達の
    ための連続的な輻射空間を備え、前記サセプターの周辺
    部を加熱するヒータと、 前記ヒータを支持し、前記ヒータから伝導された熱を輻
    射空間を通じて輻射することにより、前記輻射空間に対
    応する前記サセプターの下部表面を加熱する支持台とを
    含むことを特徴とする半導体素子製造装置用ヒータアセ
    ンブリ。
  19. 【請求項19】 前記ヒータの温度は、390℃乃至4
    20℃の範囲を有することを特徴とする請求項18に記
    載の半導体素子製造装置用ヒータアセンブリ。
  20. 【請求項20】 前記ウェーハは、均一な温度分布を形
    成して前記ウェーハの表面で均一の蒸着からなるように
    することを特徴とする請求項18に記載の半導体素子製
    造装置用ヒータアセンブリ。
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