JP3172327U - 半導体製造装置用部材 - Google Patents
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Abstract
【課題】ウエハをほぼ均質にプラズマ処理可能な半導体製造装置用部材を提供する。【解決手段】ウエハ処理部品10は、プラズマCVD装置に組み込まれるものであり、円盤状のセラミックスサセプター20と、このセラミックスサセプター20のウエハ載置面Sの外周部分に配置されたガイドリング30と、ウエハ載置面Sとは反対側の面(裏面)に接合された中空状のシャフト40とを備えている。ガイドリング30は、ウエハWと同様、導電性を有するため、ウエハWとこのウエハWの外周に配置されたガイドリング30とがほぼ同じ電位になる。そのため、上部電極と下部電極24との間のプラズマ密度がウエハ面上で一定になり、ウエハWをほぼ均質にプラズマ処理することができる。【選択図】図1
Description
本考案は、半導体製造装置用部材に関する。
従来より、半導体製造用のプラズマCVD装置においては、ウエハをサセプタに対しセンタリングするために、ウエハの外側にセラミックス製のガイドリングを置くものが知られている(例えば特許文献1参照)。こうしたプラズマCVD装置では、ウエハー載置面に載置されたウエハーの面内の膜厚分布を一定にするために、ウエハ上面の空間すなわち高周波上部電極と高周波下部電極との間の空間にプラズマを均一に立てることが重要である。
しかしながら、ウエハの外周部では、プラズマ密度の均一性が崩れ、成膜分布が悪くなる。そこで、高周波下部電極の外径をウエハの外径よりも2〜50mm大きくすることで、ウエハの外周部までプラズマ密度が均一になるようにしているが、それでもウエハのエッジ部(外周縁)まで均一にすることは難しかった。その原因は、高周波上部電極と高周波下部電極との間のインピーダンスがウエハ載置面直上とその外側とで異なるためと考えられる。
本考案はこのような課題を解決するためになされたものであり、ウエハをほぼ均質にプラズマ処理可能な半導体製造装置用部材を提供することを主目的とする。
本考案の半導体製造装置用部材は、
上方に高周波上部電極を配置して使用する半導体製造装置用部材であって、
高周波下部電極を埋設したセラミックスサセプターと、
前記セラミックスサセプターのウエハ載置面の外周部に載置された導電性のガイドリングと、
を備えたものである。
上方に高周波上部電極を配置して使用する半導体製造装置用部材であって、
高周波下部電極を埋設したセラミックスサセプターと、
前記セラミックスサセプターのウエハ載置面の外周部に載置された導電性のガイドリングと、
を備えたものである。
この半導体製造装置用部材では、ガイドリングは、ウエハと同様、導電性を有するため、ウエハとその外周に配置されたガイドリングとがほぼ同じ電位になる。そのため、高周波上部電極と高周波下部電極との間のプラズマ密度がウエハ面上で一定になり、ウエハはほぼ均質にプラズマ処理される。
本考案の半導体製造装置用部材において、前記セラミックスサセプターには、さらに抵抗発熱体が埋設されていてもよい。こうすれば、抵抗発熱体に電力を供給することにより容易にウエハを加熱することができる。
本考案の半導体製造装置用部材において、前記ガイドリングは、厚みが前記ウエハ載置面に載置されるウエハの厚みの93〜107%であり、前記ウエハと同じく前記ウエハ載置面上に載置されていることが好ましい。こうすれば、ウエハはより高いレベルで均質にプラズマ処理される。
本考案の半導体製造装置用部材において、前記ガイドリングは、シリコン、アルミニウム又はアルミニウム合金からなることが好ましい。こうすれば、プラズマ処理を行ったとき、ガイドリングに起因するコンタミを防止することができる。なお、アルミニウム又はアルミニウム合金は、耐食性の観点から、表面がアノーダイズされていることが好ましい。
本考案の半導体製造装置用部材において、前記ガイドリングの内径は、前記ウエハの外径より大きくその差が4mm以下(ウエハの外径の101.3%以内)であることが好ましく、3mm以下(ウエハの外径の101.0%以内)であることがより好ましい。こうすれば、ウエハはより高いレベルで均質にプラズマ処理される。
本考案の半導体製造装置用部材において、前記ガイドリングの外径は、前記下部電極の外径の101%以上であることが好ましい。こうすれば、ウエハはより高いレベルで均質にプラズマ処理される。
本考案の半導体製造装置用部材において、前記ガイドリングは、前記セラミックサセプターに向かって突出した突起を有し、前記セラミックスサセプターは、前記突起を挿入可能な位置決め穴を有していてもよい。あるいは、前記ガイドリングは、外周の少なくとも1箇所に切欠を有し、前記セラミックスサセプターは、前記ガイドリングをはめ込むことが可能な凹部を有していてもよい。いずれも、ガイドリングをセラミックスサセプターに簡単に位置決めすることができる。
次に、本考案を実施するための形態を図面を用いて説明する。図1は、本考案の半導体製造装置用部材の一例であるウエハ処理部品10を中心軸を通りその中心軸と平行な面で切断したときの断面図である。なお、説明中、上下左右を用いることがあるが、これは相対的な位置関係を表すのに用いているだけであるから、例えば上を下に、左を右に置き換えても構わない。
ウエハ処理部品10は、プラズマCVD装置に組み込まれるものであり、円盤状のセラミックスサセプター20と、このセラミックスサセプター20のウエハ載置面Sの外周部分に配置されたガイドリング30と、ウエハ載置面Sとは反対側の面(裏面)に接合された中空状のシャフト40とを備えている。
セラミックスサセプター20は、窒化アルミニウムやアルミナなどに代表されるセラミック材料からなる円盤状のプレートである。このセラミックスサセプター20には、抵抗発熱体22と下部電極24とが埋設されている。抵抗発熱体22は、例えばタングステンや炭化タングステンを主成分とするコイルで構成されている。また、抵抗発熱体22は、セラミックスサセプター20の中央付近に配設された正極端子22aから端を発し、一筆書きの要領でセラミックスサセプター20のほぼ全域に配線されたあと正極端子22aの隣に設けられた負極端子22bに至るように形成されている。この抵抗発熱体22は、セラミックスサセプター20の裏面に近い側に形成されている。なお、各端子22a,22bは、セラミックスサセプター20の裏面から開けられた穿孔を介して外部に露出している。下部電極24は、高周波放電プラズマを発生させる際に使用する電極であり、例えばモリブデンやモリブデン合金を主成分とする円形の板材、メッシュ又はパンチングメタルで構成されている。この下部電極24は、中央にアース端子24aが設けられている。端子24aは、セラミックスサセプター20の裏面から開けられた穿孔を介して外部に露出している。また、下部電極24は、外径がウエハ載置面Sに載置されるシリコン製のウエハWの外径よりも大きいものであり、セラミックスサセプター20のウエハ載置面Sに近い側に形成されている。
ガイドリング30は、導電性材料、例えばシリコン、アルミニウム又はアルミニウム合金で作製され、ウエハ載置面Sの外周部分に置かれている。アルミニウム又はアルミニウム合金で作製する場合には、耐食性の観点から、表面がアノーダイズされていることが好ましい。このガイドリング30は、厚みがウエハWの厚みと略同等であり、ウエハWと同じくウエハ載置面S上に載置されている。ガイドリング30の厚みは、ウエハWの厚みの93〜107%であることが好ましい。また、ガイドリング30の内径は、ウエハWの外径より大きく、ウエハWの外径の101.3%以内であることが好ましい。更に、ガイドリング30の外径は、下部電極24の外径の101%以上であることが好ましい。
シャフト40は、セラミックスサセプター20と同じ材料で形成されている。このシャフト40は、一端がセラミックスサセプター20に接合され、他端が金属製の支持台46にOリング48を介して気密に接続されている。シャフト40の内部には、抵抗発熱体22の正極端子22a及び負極端子22bのそれぞれに接続される給電棒42a,42bや下部電極24のアース端子24aに接続されるアース棒44aが配置されている。給電棒42a,42bは、支持台46と導通しないように支持台46を上下方向に貫通している。アース棒44aは、支持台46と導通するように支持台46の非貫通穴に挿入されている。
次に、ウエハ処理部品10の一製造例について説明する。まず、セラミックスサセプター20の原料となるセラミック原料粉を用意し、抵抗発熱体22、正極端子22a、負極端子22b、下部電極24、アース端子24aをセラミック原料粉に埋設し、そのセラミック原料粉を加圧してセラミック成形体とする。続いて、そのセラミック成形体をホットプレス焼成し、セラミックスサセプター20とする。セラミックスサセプター20は、直径はセラミック成形体と同じだが、厚さはセラミック成形体の半分程度になる。続いて、セラミックスサセプター20の裏面から各端子22a,22b,24aに向けて穴を開けて各端子22a,22b,24aを穴内に露出させる。続いて、セラミックスサセプター20の中央にシャフト40を接合する。接合は、ロウ接合でもよいし固相接合でもよいし固液接合でもよい。その後、シャフト40の内部において、各給電棒42a,42bを各端子22a,22bに接続すると共にアース棒44aをアース端子24aに接続する。続いて、各給電棒42a,42bを支持台46と導通しないように支持台46に貫通させると共にアース棒44aを支持台46と導通するように支持台46の非貫通穴に挿入し、シャフト40の下端をOリングを介して支持台46に取り付ける。なお、ウエハ処理部品10の製法は、これに限定されるものではなく、その他の製法を採用しても構わない。
次に、ウエハ処理部品10の使用例について説明する。図2は、ウエハ処理部品10の使用状態を表す説明図である。まず、チャンバー50の内部にウエハ処理部品10を入れ、固定する。そして、給電棒42a,42bをチャンバー50と導通しないようにしてチャンバー50の外部へ引き出し、ヒーター電源60に接続する。また、アース棒44aを支持台46及びチャンバー50を介して接地する。ウエハ処理部品10のウエハ載置面Sの中央にウエハWを載置し、その周りにガイドリング30を載置する。チャンバー50の天井面には、ウエハWから上方に離間した位置に上部電極52が設けられている。上部電極52は、高周波放電プラズマを発生させる際に使用する電極であり、チャンバー50の外部に設けられたインピーダンス整合装置54を介して高周波電源56に接続されている。このようにしてチャンバー50にウエハ処理部品10をセットした後、ウエハWが所望の温度になるように抵抗発熱体22にヒーター電源60から電力を供給する。それと共に、チャンバー50の内部をガス排出口50aを介して真空ポンプで所望の真空度になるまで減圧にする。その後、所望の薄膜を作製するための原料ガスをガス供給口50bを介してチャンバー50の内部に供給し、チャンバー50の内部圧力が所望の圧力となるように調整する。そして、上部電極52に高周波電源56から高周波電圧を付与すると、上部電極52と下部電極24との間にプラズマが発生し、ウエハWの上に所望の薄膜が生成する。
ここで、上部電極52と下部電極24との間にプラズマが発生したとき、各電極52,24の近傍にはシースと呼ばれる暗部が生成する。このときの模式図を図3に示す。また、図3の模式図の等価回路を図4に示す。ウエハ内には、上部電極52とプラズマとの間にシースが挟まれた構造の内側第1キャパシタCin1と、プラズマとウエハWとの間にシースが挟まれた構造の内側第2キャパシタCin2と、ウエハWと下部電極24との間にセラミックスサセプター20のセラミックスが挟まれた構造の内側第3キャパシタCin3とが直列に接続されているとみなすことができる。また、ウエハ外には、上部電極52とプラズマとの間にシースが挟まれた構造の外側第1キャパシタCout1と、プラズマとガイドリング30との間にシースが挟まれた構造の外側第2キャパシタCout2と、ガイドリング30と下部電極24との間にセラミックスサセプター20のセラミックスが挟まれた構造の外側第3キャパシタCout3とが直列に接続されているとみなすことができる。発生したプラズマの密度を上部電極52と下部電極24との間で均一にするためには、ウエハWの内側と外側とでインピーダンスが一致していることが望ましい。このため、内側第1キャパシタCin1のキャパシタンスと外側第1キャパシタCout1のキャパシタンスが同等で、内側第2キャパシタCin2のキャパシタンスと外側第2キャパシタCout2のキャパシタンスとが同等で、内側第3キャパシタCin3のキャパシタンスと外側第3キャパシタCout3のキャパシタンスとが同等であるという条件を満たすことが望ましい。本実施形態では、ガイドリング30の材料や厚み、内径、外径を上述のように設定したため、こうした条件をほぼ満たしていると推測している。
以上詳述した本実施形態のウエハ処理部品10によれば、ガイドリング30は、ウエハWと同様、導電性を有するため、ウエハWとこのウエハWの外周に配置されたガイドリング30とがほぼ同じ電位になる。そのため、上部電極52と下部電極24との間のプラズマ密度がウエハ面上で一定になり、ウエハWをほぼ均質にプラズマ処理することができる。
また、セラミックスサセプター20には、抵抗発熱体22が埋設されているため、抵抗発熱体22に電力を供給することにより容易にウエハWを加熱することができる。
更に、ガイドリング30は、ウエハ載置面Sに載置されるウエハWと略同じ厚みであり、ウエハWと同じくウエハ載置面S上に載置されているため、ウエハWとガイドリング30との電位差がより僅少になる。
更にまた、ガイドリング30は、シリコン、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるため、プラズマ処理を行ったとき、ガイドリング30に起因するコンタミを防止することができる。
そしてまた、ガイドリング30の内周面とウエハWの外周面とのクリアランスは、僅少に設定されているため、ウエハWに対するプラズマ処理の均質性が一層高まる。
なお、本考案は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本考案の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
例えば、上述した実施形態では、セラミックスサセプター20のウエハ載置面Sの外周部分にガイドリング30をただ載せただけだったが、図5に示すように、ガイドリング130は互いに対向する2箇所に下向きに突出した突起132,134を有し、セラミックスサセプター120は各突起132,134を挿入可能な位置決め穴122,124を有していてもよい。この場合、突起132,134を位置決め穴122,124に挿入すれば、ガイドリング130をセラミックスサセプター120に簡単に位置決めすることができる。
あるいは、図6に示すように、ガイドリング230はオリエンテーションフラット(オリフラ)と呼ばれる切欠232を有し、セラミックスサセプター220はガイドリング230を嵌め込むことが可能な凹部222を有していてもよい。この場合、ガイドリング230を凹部222に挿入すれば、ガイドリング230をセラミックスサセプター220に簡単に位置決めすることができる。
上述した実施形態では、ガイドリング30の厚みは一様としたが、外周領域の高さと内周領域の高さが異なる段付きリングとしてもよい。例えば、表面は面一(つらいち)で、裏面は外周領域の方が内周領域に比べて表面からの高さが高く形成されていてもよい。
図1のウエハ処理部品10として、表1に示す寸法のものを作製し、CVDプロセスにおけるウエハWの外周部の成膜レンジを測定した。ウエハWの外周部の成膜レンジとは、外径300mmの円盤状のSiウエハのうち半径140mmの円の外側で且つ半径147mmの円の内側の領域における、成膜厚みの最大値と最小値との差である。結果を表1にまとめた。
実験例25〜29は、比較例であり、ウエハWとして外径300mm、厚み0.75mmのSiウエハを用い、下部電極24として外径316mmの円板電極を用い、ガイドリング30としてAlNセラミック製で厚み0.65〜0.85mm、内径302mm、外径330mmのリングを用いて、ウエハ処理部品10を作製した。そして、各ウエハ処理部品10の成膜レンジを測定した。その結果、ウエハWの外周部の成膜レンジは220Å以上であった。このことから、ガイドリング30としてセラミック製のリングを用いると、ウエハWの外周部におけるプラズマ密度が不均一になることがわかった。
実験例1〜5は、実施例であり、ウエハWとして外径300mm、厚み0.75mmのSiウエハを用い、下部電極24として外径316mmの円板電極を用い、ガイドリング30としてSi製で厚み0.65〜0.85mm、内径302mm、外径330mmのリングを用いて、ウエハ処理部品10を作製した。そして、各ウエハ処理部品10の成膜レンジを測定した。その結果、ウエハWの外周部の成膜レンジは50〜120Åであった。このことから、ガイドリング30としてSi製のリングを用いると、ウエハWの外周部におけるプラズマ密度が比較例と比べて均一になることがわかった。特に、厚みが0.70〜0.80mmのとき、つまり、ウエハWの厚みの±0.05mm(ウエハWの厚みの93〜107%)のとき、成膜レンジは50〜55Åだったことから、ウエハWの外周部におけるプラズマ密度が高いレベルで均一になることがわかった。
実験例6〜10は、実施例であり、ウエハWとして外径300mm、厚み0.70mmのSiウエハを用い、下部電極24として外径316mmの円板電極を用い、ガイドリング30としてSi製で厚み0.60〜0.80mm、内径302mm、外径330mmのリングを用いて、ウエハ処理部品10を作製した。そして、各ウエハ処理部品10の成膜レンジを測定した。その結果、ウエハWの外周部の成膜レンジは50〜120Åであった。このことから、ガイドリング30としてSi製のリングを用いると、ウエハWの外周部におけるプラズマ密度が比較例と比べて均一になることがわかった。特に、厚みが0.65〜0.75mmのとき、つまり、ウエハWの厚みの±0.05mm(ウエハWの厚みの93〜107%)のとき、成膜レンジは50〜55Åだったことから、ウエハWの外周部におけるプラズマ密度が高いレベルで均一になることがわかった。
実験例11〜15は、実施例であり、ウエハWとして外径300mm、厚み0.75mmのSiウエハを用い、下部電極24として外径316mmの円板電極を用い、ガイドリング30としてSi製で厚み0.75mm、内径301〜306mm、外径330mmのリングを用いて、ウエハ処理部品10を作製した。そして、各ウエハ処理部品10の成膜レンジを測定した。その結果、ウエハWの外周部の成膜レンジは50〜150Åであった。このことから、ガイドリング30としてSi製のリングを用いると、ウエハWの外周部におけるプラズマ密度が比較例と比べて均一になることがわかった。特に、ガイドリング30の内径とウエハWの外径との差が4mm以下(ガイドリング30の内径がウエハWの外径の101.3%以内)のとき、成膜レンジは50〜80Åだったことから、ウエハWの外周部におけるプラズマ密度が高いレベルで均一になることがわかった。更に、ガイドリング30の内径とウエハWの外径との差が3mm以下(ガイドリング30の内径がウエハWの外径の101.0%以内)のとき、成膜レンジは50〜55Åだったことから、ウエハWの外周部におけるプラズマ密度が一層高いレベルで均一になることがわかった。
実験例16〜19は、実施例であり、ウエハWとして外径300mm、厚み0.75mmのSiウエハを用い、下部電極24として外径316mmの円板電極を用い、ガイドリング30としてSi製で厚み0.75mm、内径302mm、外径312〜340mmのリングを用いて、ウエハ処理部品10を作製した。そして、各ウエハ処理部品10の成膜レンジを測定した。その結果、ウエハWの外周部の成膜レンジは50〜170Åであった。このことから、ガイドリング30としてSi製のリングを用いると、ウエハWの外周部におけるプラズマ密度が比較例と比べて均一になることがわかった。特に、ガイドリング30の外径から下部電極24の外径を差し引いた値が4mm以上(ガイドリング30の外径が下部電極24の外径の101%以上)のとき、成膜レンジは50Åだったことから、ウエハWの外周部におけるプラズマ密度が高いレベルで均一になることがわかった。
実験例20〜24は、実施例であり、ウエハWとして外径300mm、厚み0.75mmのSiウエハを用い、下部電極24として外径316mmの円板電極を用い、ガイドリング30としてAl合金製で厚み0.65〜0.85mm、内径302mm、外径330mmのリングを用いて、ウエハ処理部品10を作製した。そして、各ウエハ処理部品10の成膜レンジを測定した。その結果、ウエハWの外周部の成膜レンジは55〜115Åであった。このことから、ガイドリング30としてAlN合金製のリングを用いても、ウエハWの外周部におけるプラズマ密度が比較例と比べて均一になることがわかった。特に、厚みが0.70〜0.80mmのとき、つまり、ウエハWの厚みの±0.05mm(ウエハWの厚みの93〜107%)のとき、成膜レンジは55〜60Åだったことから、ウエハWの外周部におけるプラズマ密度が高いレベルで均一になることがわかった。
10 ウエハ処理部品、20 セラミックスサセプター、22 抵抗発熱体、22a 正極端子、22b 負極端子、24 下部電極、24a アース端子、30 ガイドリング、40 シャフト、42a,42b 給電棒、44a アース棒、46 支持台、48 Oリング、50 チャンバー、50a ガス排出口、50b ガス供給口、52 上部電極、54 インピーダンス整合装置、56 高周波電源、60 ヒーター電源、120 セラミックスサセプター、122,124 位置決め穴、130 ガイドリング、132,134 突起、220 セラミックスサセプター、222 凹部、230 ガイドリング、232 切欠、S ウエハ載置面、W ウエハ
Claims (8)
- 上方に高周波上部電極を配置して使用する半導体製造装置用部材であって、
高周波下部電極を埋設したセラミックスサセプターと、
前記セラミックスサセプターのウエハ載置面の外周部に載置された導電性のガイドリングと、
を備えた半導体製造装置用部材。 - 前記セラミックスサセプターには、さらに抵抗発熱体が埋設されている、
請求項1に記載の半導体製造装置用部材。 - 前記ガイドリングは、厚みが前記ウエハ載置面に載置されるウエハの厚みの93〜107%であり、前記ウエハと同じく前記ウエハ載置面上に載置されている、
請求項1又は2に記載の半導体製造装置用部材。 - 前記ガイドリングは、シリコン、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体製造装置用部材。 - 前記ガイドリングの内径は、前記ウエハ載置面に載置されるウエハの外径より大きく、前記ウエハの外径の101.3%以内である、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体製造装置用部材。 - 前記ガイドリングの外径は、前記下部電極の外径の101%以上である、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体製造装置用部材。 - 前記ガイドリングは、前記セラミックサセプターに向かって突出した突起を有し、
前記セラミックスサセプターは、前記突起を挿入可能な位置決め穴を有する、
請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体製造装置用部材。 - 前記ガイドリングは、外周の少なくとも1箇所に切欠を有し、
前記セラミックスサセプターは、前記ガイドリングをはめ込むことが可能な凹部を有する、
請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体製造装置用部材。
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- 2011-09-30 JP JP2011005732U patent/JP3172327U/ja not_active Expired - Lifetime
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