JP5395810B2 - 基板支持ユニット、基板処理装置、及び基板支持ユニットを製造する方法 - Google Patents
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Description
この場合、工程均一度を確保するためにウェハ上の温度分布を均一に調節する必要があり、このために、サセプタの温度を均一に調節する必要がある。
本発明の他の目的は、サセプタ上の温度分布を均一に調節することができる基板支持ユニット、基板処理装置、及び基板支持ユニットを製造する方法を提供することにある。
前記放熱部材は、前記第1の温度領域に対応する開口をさらに有することができる。前記放熱部材は、前記開口が前記接触面によって取り囲まれたリング状であり、前記接触面が前記サセプタの下部面と熱接触するように設置される。
前記開口は、リング状の前記接触面によって取り囲まれ、第1の半径を有する扇状の第1の開口と、前記第1の半径と異なる第2の半径を有する扇状の第2の開口とを備えることができる。前記開口は、前記第1の開口と前記第2の開口との間に配置され、前記第1及び第2の開口と隣接する中間開口をさらに有することができる。
前記サセプタは、中心領域、縁部領域、及び前記中心領域と縁部領域との間に配置される中間領域を有し、前記開口は前記中心領域に対応するように配置され、前記接触面は前記中間領域に対応するように配置される。
前記ヒーターは、前記基板の中心部を加熱する第1のヒーターと、前記第1のヒーターを取り囲むように配置され、前記基板の縁部を加熱する第2のヒーターとを備えることができる。
前記放熱部材は、セラミック、AIN、Ni、インコネルのうちいずれか一つを含むことができる。
前記基板支持ユニットは、前記サセプタの一面と略並行に配置され、前記サセプタから放出された熱を前記サセプタに向けて反射させる反射部材をさらに含むことができる。
前記サセプタは、前記第2の温度領域より低温である第3の温度領域及び該第3の温度領域より高温である第4の温度領域を有し、前記反射部材は、前記熱反射によって前記第3の温度領域を加熱することができる。
前記反射部材は、円盤状であり、第1の半径を有する扇状の第1の反射部材と、前記第1の半径と異なる第2の半径を有する扇状の第2の反射部材とを備えることができる。
本発明の他の態様によれば、基板処理装置は、基板に対する工程が行われる内部空間を提供するチャンバと、前記チャンバ内に提供され、前記基板を支持する基板支持ユニットと、前記基板支持ユニットによって支持された前記基板の上部に工程ガスを供給するシャワーヘッドとを含み、前記基板支持ユニットは、上部に置かれた前記基板を加熱するヒーターを備えており、第1の温度領域及び該第1の温度領域より高温である第2の温度領域を有するサセプタと、前記第2の温度領域と熱接触する接触面及び前記第1の温度領域に対応する開口を有する放熱部材と、前記サセプタの一面と略並行に配置され、前記サセプタから放出された熱を前記サセプタに向けて反射させる反射部材とを含み、前記開口はリング状の前記接触面によって取り囲まれ、第1の半径を有する扇状の第1の開口と、第2の半径を有する扇状の第2の開口とを備えている。
本発明のさらなる態様によれば、基板が置かれるサセプタを備える基板支持ユニットを製造する方法は、前記第1の温度領域及び前記第1の温度領域より高温である前記第2の温度領域を有し、前記サセプタの第2の温度領域の熱を放出するために、前記第2の温度領域と熱接触するように前記サセプタの一側に放熱部材を設置することを含む。
前記方法は、前記第1の温度領域と前記放熱部材との熱接触を防止するように、前記放熱部材に前記第1の温度領域に対応する開口を形成することを含むことができる。
前記放熱部材は、前記第1の温度領域に対応する開口が前記第2の温度領域と熱接触する接触面によって取り囲まれたリング状であり、前記開口を形成するのは、第1の半径を有する扇状の第1の開口を形成し、前記第1の半径と異なる第2の半径を有する扇状の第2の開口を形成することを含むことができる。
前記サセプタは、中心領域、縁部領域、及び前記中心領域と縁部領域との間に配置される中間領域を有し、前記放熱部材を設置する方法は、前記第1の温度領域に対応する開口を前記中心領域に対応するように配置し、前記第2の温度領域と熱接触する接触面を前記中間領域に対応するように配置することを含むことができる。
前記方法は、前記サセプタから放出された熱を前記サセプタに向けて反射させるように、反射部材を前記サセプタの一面と略並行に配置することをさらに含むことができる。
前記サセプタは、前記第2の温度領域より低温である第3の温度領域及び該第3の温度領域より高温である第4の温度領域を有し、前記反射部材を配置するのは、所定の半径を有する円盤状の反射部材を加工し、前記半径より小さい第1の半径を有する扇状の第1の反射部材を提供し;前記反射部材を加工し、前記半径より小さく、前記第1の半径と異なる第2の半径を有する扇状の第2の反射部材を提供することを含むことができる。
一方、以下では、蒸着装置を例に挙げて説明するが、本発明は、基板支持ユニットを備える多様な基板処理装置に応用可能である。また、以下では、ウェハ(W)を例に挙げて説明するが、本発明は多様な被処理体に応用可能である。
図1は、本発明の一実施例に係る基板処理装置100を概略的に示す図である。基板処理装置100は、膜を蒸着するためのもので、円筒状のチャンバ11を備えている。チャンバ11の内部には、ウェハ(W)を水平に支持する円盤状のサセプタ12が配置され、サセプタ12は支持部材13によって支持される。サセプタ12は、例えば、Al2O3、AINなどのセラミック製である。サセプタ12の縁部には、ウェハ(W)をガイドするためのガイドリング14が提供される。
サセプタ12の内部にはヒーター15a、15bが実装される。主に、第1のヒーター15aはサセプタ12の中央部分を加熱し、第2のヒーター15bはサセプタ12の縁部分を加熱する。ヒーター15a、15bは、コイル型ヒーター又はパターンヒーターを含み、ヒーター15a、15bに対する電力供給はそれぞれ独立的に行われ、ヒーター15a、15bの加熱温度は独立的に制御される。ウェハ(W)は、ヒーター15a、15bによって所定温度に加熱される。一方、サセプタは熱電対(図示せず)を含み、熱電対は、サセプタ12の温度を制御できるようにサセプタ12の温度を感知する。
チャンバ11内の天井にはシャワーヘッド30が設置される。シャワーヘッド30は、ガス供給ライン32から供給される工程ガスをサセプタ12に向けて供給し、ガス供給ライン32はバルブ32aによって開閉される。シャワーヘッド30には、高周波電源が接続され、必要に応じて、高周波電源から所定周波数の高周波電力がシャワーヘッド30に供給される。
チャンバ11の底には排気口16が形成され、排気口16を通して工程ガス及び反応副産物がチャンバ11の外部に排出される。また、排気口16を通してチャンバ11内を所定の真空度に減圧することができる。チャンバ11の側壁には、チャンバ11からウェハ(W)を出し入れするための通路42、及び通路42を開閉するゲートバルブ43が設置される。
一方、基板処理装置100は、サセプタ12の下部面に設置された放熱部材20をさらに含む。放熱部材20は、サセプタ12の下部面と熱接触し、熱接触によってサセプタ12の熱を外部に放出する。ここで、熱接触は、直接的な接触及び媒介物を介した間接接触を含み、このような直接接触及び間接接触を通して熱が伝達される。このような放熱を効果的に行うために、放熱部材20は、熱伝逹係数の高い材質からなり、セラミック、AIN、Ni、インコネルのうちいずれか一つを含むことができる。
通常のサセプタ12は、縁部の放熱量が大きいので、サセプタ12の縁部付近の温度が相対的に低くなりやすい。また、サセプタ12に対向するシャワーヘッド13で反射されてウェハに入射する熱の輻射量は、サセプタ12の中央部分で相対的に大きい。その結果、実際にウェハの中央部分の温度が高くなり、ウェハ上での均一な温度分布が確保されない。
また、サセプタ12を支持する支持部材13に近接して位置するサセプタ12の中央部分は支持部材13によって冷却されるので、その部分の温度が他の部分に比べて相対的に大きく低下し、ウェハ(W)面内の温度の不均一を発生させる原因になる。
前記のような内容を総合すれば、図1に示すように、サセプタ12は、三つの領域、すなわち、サセプタ12の中心から外側に順次配置される第1〜第3の領域A、B、Cに分けられる。以下で説明する第1〜第3の領域A、B、Cは例示的なものであり、ヒーター15a、15bを含む外部条件(例えば、ウェハ(W)の大きさ、工程条件など)によって拡大又は縮小される。
第1の領域Aは、上述したように、支持部材13を通して冷却される部分であるので、隣接した第2の領域Bに比べて低い温度分布を示す。第3の領域Cは、上述したように、放熱量が最も大きい部分に該当するので、隣接した第2の領域Bに比べて低い温度分布を示す。したがって、第2の領域Bは、第1及び第3の領域A、Cに比べて高い温度分布を示す。
放熱部材20は、第2の領域Bに対応するように配置され、第2の領域Bを冷却するもので、第1及び第3の領域A、Cとの温度均一性を確保する。本実施例とは異なり、放熱部材20の大きさ及び形状を変形し、第2の領域Bと第1及び第3の領域A、C間の温度均一性を確保可能であることは通常の技術者にとって自明である。以下では、図2及び図3を参照して放熱部材20をより詳細に説明する。
図2及び図3は、図1の放熱部材20を示す図である。図2は、加工前の放熱部材20を示す図で、図3は、加工後の放熱部材20を示す図である。図2に示すように、放熱部材20は、中央に開口23が形成されるリング状の接触面21を備えており、接触面21はサセプタ12の下部面と熱接触する。開口23は第2の直径D2を有し、接触面21は第1の直径D1の外径を有する。
一方、放熱部材20上には、サセプタ12上の基板を支持するリフトピン(図示せず)の移動経路になるホール、及び放熱部材20をサセプタ12上に設置するためのホールが形成される。
使用者は、図2に示した放熱部材20を図3のように加工し、サセプタ12上の温度分布を均一に調節することができる。図3に示した放熱部材20は、例示的なものに過ぎず、サセプタ12上の温度分布によって放熱部材20の加工結果が変わり得る。
使用者は、放熱部材20が除去された状態でサセプタ12上の温度分布(これと異なり、サセプタ12上にウェハ(W)を載せた状態で工程を進行し、工程進行時にウェハ(W)上の温度分布を測定することもできる。)を測定し、測定された温度分布によって、使用者は放熱部材20の開口23を加工する。このとき、開口23は、低温領域(他の領域に比べて相対的に温度が低い領域)に対応する大きさを有するように加工され、放熱部材20をサセプタ12に固定したとき、開口23は低温領域に対応するように配置される。
図3に示すように、加工された放熱部材20は、第1の半径r1を有する第1の開口22aと、第2の半径r2を有する第2の開口22bと、第3の半径r3を有する第3の開口22cと、第4の半径r4を有する第4の開口22dと、第5の半径r5を有する第5の開口22eとを備えている。第1〜第5の開口22a〜22eは、扇状を有しており、時計回り方向に順次配置される。
放熱部材20を再び説明すれば、上述したように、サセプタ12(又はウェハ(W))上の温度分布を測定し、測定値によって第1〜第5の開口22a〜22eの半径、中心角の大きさ及び位置が決定される。このような過程を経て、第1の半径r1を有する第1の開口22aが加工され、第1の開口22aを基準にして時計回り方向には第2の半径r2を有する第2の開口22bが加工される。一方、第1の開口22aと第2の開口22bとの間には、第1の半径r1及び第2の半径r2と同一の大きさを有する二つの辺と、二つの辺をつなぐ一つの辺を有する三角形状の第1の中間開口24aが形成される。第1の中間開口24aは、第1及び第2の開口22a、22bの間に配置され、第1及び第2の開口22a、22bを互いに連結する。
第2の開口22bを基準にして時計回り方向には第2の中間開口24bが形成され、第2の中間開口24bは、第2の半径r2及び元の半径Rと同一の大きさを有する二つの辺と、二つの辺をつなぐ一つの辺を有する三角形状である。第2の開口22bを基準にして時計回り方向には、加工されていない元の開口23(第2の直径D2の半分に該当する半径Rを有する。)が位置する。
このような方法で、第3の中間開口24c、第3の開口22c、第4の中間開口24d、第4の開口22d、第5の中間開口24e、第5の開口22e、第6の中間開口24f及び第7の中間開口24gが時計回り方向に順次配置され、第6の中間開口24fと第7の中間開口24gとの間には、加工されていない元の開口23(第2の直径D2の半分に該当する半径Rを有する。)が位置する。
図1に示すように、前記のような過程を経て加工された放熱部材20は、接触面21を通してサセプタ12の下部面、特に、高温領域(他の領域に比べて相対的に温度が高い領域)と熱接触するように設置され、熱接触しているサセプタ12の高温領域を放熱によって冷却する。このとき、放熱部材20は、第1〜第5の開口22a〜22e及び第1〜第7の中間開口24a〜24gを有し、これは、低温領域(他の領域に比べて相対的に温度が低い領域)に対応する。したがって、放熱部材20は、低温領域が接触面21によって冷却されるのを防止する。前記のような過程を通してサセプタ12の高温領域が冷却され、サセプタ12(特に、第2の領域B)は均一な温度分布を有することができる。
図4は、本発明の他の実施例に係る基板処理装置を概略的に示す図である。以下では、上述した実施例と同一の構成についての説明は省略し、上述した実施例と区別される構成のみについて説明することにする。
図4に示すように、サセプタ12は四つの領域に分けられる。すなわち、第3の領域Cの外側には第4の領域Dが位置し、第4の領域Dは、隣接した第3の領域Cに比べて高い温度分布を示す。
基板処理装置100は、放熱部材20の下部に放熱部材20と略並行に配置された反射部材50をさらに含む。反射部材50は、サセプタ12から反射部材50に向けて放出された熱をサセプタ12に向けて反射させ、サセプタ12は、反射された熱によって再び加熱される。特に、第4の領域Dに比べて低い温度を有する第3の領域Cを加熱し、サセプタ12の均一な温度分布を確保する。このような熱反射を効果に行うために、反射部材50は、反射率の高い材質からなり、セラミック、AIN、Ni、インコネルのうちいずれか一つを含むことができる。
以下では、図5及び図6を参照して反射部材50をより詳細に説明する。図5及び図6は、図4の反射部材50を示す図である。図5は、加工前の反射部材50を示す図で、図6は、加工後の反射部材50を示す図である。図5に示すように、反射部材50は、第3の直径D3を有する円盤状である。一方、反射部材50上には、反射部材50を支持部材13上に設置するための複数のホールが形成される。
使用者は、図5に示した反射部材50を図6のように加工し、サセプタ12上の温度分布を均一に調節することができる。図6に示した反射部材50は、例示的なものに過ぎず、サセプタ12上の温度分布によって反射部材50の加工結果が変わり得る。
使用者は、反射部材50が除去された状態でサセプタ12上の温度分布(これと異なり、サセプタ12上にウェハ(W)を載せた状態で工程を進行し、工程進行時にウェハ(W)上の温度分布を測定することもできる。)を測定し、測定された温度分布によって、使用者は反射部材50の縁部を図6に示すように加工する。すなわち、上述したように、第4の領域Dが高温領域で、第3の領域Cが低温領域である場合、サセプタ12から放出された熱は、反射部材50を用いて第3の領域Cに提供され、第3の領域Cを加熱する。そして、反射部材50によって反射された熱が第4の領域Dに提供されるのを防止するために、反射部材50の縁部を加工する。
図6に示すように、反射部材50は、第1の反射部材52aから第12の反射部材52lに至るまで時計回り方向に連続して配置され、第1〜第12の反射部材52a〜52lは扇状である。
第1〜第11の反射部材52a〜52kはそれぞれ第1〜第11の半径R1〜R11を有し、第12の反射部材52lは、第3の直径D3の1/2に該当する元の半径Rを有する。すなわち、図6に示すように、測定した温度分布によって反射部材50の縁部を加工し、加工によって第1〜第12の反射部材52a〜52lを製作する。図6に示した第1〜第12の反射部材52a〜52lの半径及び中心角は例示的なものに過ぎず、測定された温度分布によって半径及び中心角は変更可能である。
前記のような反射部材50を用いて第3の領域Cに反射熱を提供し、第4の領域Dに反射熱が提供されるのを防止することによって、サセプタ12の温度分布を均一にすることができる。
図7は、図4の放熱部材20及び反射部材50を示す図である。図4に示すように、放熱部材20と反射部材50を共に使用することができ、これを通して、サセプタ12の前面に対する温度分布をより均一にすることができる。例えば、第1の領域Aと第2の領域Bとの間の温度均一性は放熱部材20を用いて確保し、第3の領域Cと第4の領域Dとの間の温度均一性は反射部材50を用いて確保することができる。しかし、本実施例は、例示的な内容であり、放熱部材20と反射部材50の役割は互いに変わり得る。
以上、本発明を好適な各実施例を通して詳細に説明したが、これと異なる形態の実施例も可能である。したがって、以下に記載した特許請求の範囲の技術的思想と範囲は好適な各実施例に限定されない。
12 サセプタ
13 支持部材
14 ガイドリング
15a、15b ヒーター
16 排気口
20 放熱部材
22 開口
24 中間開口
30 シャワーヘッド
50 反射部材
Claims (14)
- サセプタの上部に置かれた基板を加熱するヒーターを備えており、第1の温度領域及び該第1の温度領域より高温である第2の温度領域を有するサセプタと、
前記第1の温度領域に対応する開口と、 前記第2の温度領域に当たる前記サセプタの下部面と熱接触する接触面を有する放熱部材を含み、
前記放熱部材は、 前記開口が前記接触面によって取り囲まれたリング状であり、
前記開口は少なくとも2つの扇状の開口部分である第1の開口と、第2の開口とを備え、前記第1の開口と前記第2の開口は、
第1の半径を有する扇状の前記第1の開口と、
前記第1の半径と異なる第2の半径を有する扇状の前記第2の開口とからなる、ことを特徴とする基板支持ユニット。 - 前記開口は、前記第1の開口と前記第2の開口との間に配置され、前記第1及び第2の開口と隣接する中間開口をさらに有することを特徴とする、請求項1に記載の基板支持ユニット。
- 前記サセプタは、中心領域、縁部領域、及び前記中心領域と縁部領域との間に配置される中間領域を有し、
前記開口は前記中心領域に対応するように配置され、前記接触面は前記中間領域に対応するように配置されることを特徴とする、請求項1に記載の基板支持ユニット。 - 前記ヒーターは、
前記基板の中心部を加熱する第1のヒーターと、
前記第1のヒーターを取り囲むように配置され、前記基板の縁部を加熱する第2のヒーターと、を備えることを特徴とする、請求項1に記載の基板支持ユニット。 - 前記放熱部材は、セラミック、AIN、Ni、インコネルのうちいずれか一つを含むことを特徴とする、請求項1に記載の基板支持ユニット。
- 前記基板支持ユニットは、前記サセプタの一面と略並行に配置され、前記サセプタから放出された熱を前記サセプタに向けて反射させる反射部材をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の基板支持ユニット。
- 前記サセプタは、前記第2の温度領域より低温である第3の温度領域及び該第3の温度領域より高温である第4の温度領域を有し、
前記反射部材は、前記熱反射によって前記第3の温度領域を加熱することを特徴とする、請求項6に記載の基板支持ユニット。 - 前記反射部材は、円盤状であり、
前記反射部材は少なくとも2つの扇状の反射部材部分である第1の反射部材と、第2の反射部材とを備え、前記第1の反射部材と前記第2の反射部材は、
第1の半径を有する扇状の前記第1の反射部材と、
前記第1の半径と異なる第2の半径を有する扇状の前記第2の反射部材とからなる、ことを特徴とする、請求項7に記載の基板支持ユニット。 - 基板に対する工程が行われる内部空間を提供するチャンバと、
前記チャンバ内に提供され、前記基板を支持する基板支持ユニットと、
前記基板支持ユニットによって支持された前記基板の上部に工程ガスを供給するシャワーヘッドと、を含み、
前記基板支持ユニットは、
前記サセプタの上部に置かれた前記基板を加熱するヒーターを備えており、第1の温度領域及び該第1の温度領域より高温である第2の温度領域を有するサセプタと、
前記第2の温度領域に当たる前記サセプタの下部面と熱接触する接触面と、前記第1の温度領域に対応する開口を有する放熱部材と、
前記サセプタの一面と略並行に配置され、前記サセプタから放出された熱を前記サセプタに向けて反射させる反射部材と、を含み、
前記放熱部材は、 前記開口が前記接触面によって取り囲まれたリング状であり、
前記開口は、リング状の前記接触面によって取り囲まれ、
前記開口は少なくとも2つの扇状の開口部分である第1の開口と、第2の開口とを備え、前記第1の開口と前記第2の開口は、
第1の半径を有する扇状の前記第1の開口と、
前記第1の半径と異なる第2の半径を有する扇状の前記第2の開口とからなる、ことを特徴とする基板処理装置。 - 前記サセプタは、前記第2の温度領域より低温である第3の温度領域及び該第3の温度領域より高温である第4の温度領域を有し、
前記反射部材は、前記熱反射によって前記第3の温度領域を加熱することを特徴とする、請求項9に記載の基板処理装置。 - 基板が置かれるサセプタを備える基板支持ユニットを製造する方法において、
前記サセプタの第1の温度領域および前記第1の温度領域より高温である前記第2の温度領域を有し、前記第2の温度領域の熱を放出するために、前記第2の温度領域と熱接触するように前記サセプタの一側に放熱部材を設置し、
前記第1の温度領域と前記放熱部材との熱接触を防止するように、前記放熱部材に前記第1の温度領域に対応する開口を形成すると共に、
前記放熱部材は、前記第1の温度領域に対応する開口が前記第2の温度領域と熱接触する接触面によって取り囲まれたリング状であり、
前記開口は少なくとも2つの扇状の開口部分である第1の開口と、第2の開口とを備えており、
前記開口の形成は、
第1の半径を有する扇状の前記第1の開口を形成し、
前記第1の半径と異なる第2の半径を有する扇状の前記第2の開口を形成することを含むことを特徴とする基板支持ユニットの製造方法。 - 前記サセプタは、中心領域、縁部領域、及び前記中心領域と縁部領域との間に配置される中間領域を有し、
前記放熱部材を設置する方法は、前記第1の温度領域に対応する開口を前記中心領域に対応するように配置し、前記第2の温度領域と熱接触する接触面を前記中間領域に対応するように配置することを含むことを特徴とする、請求項11に記載の基板支持ユニットの製造方法。 - 前記方法は、前記サセプタから放出された熱を前記サセプタに向けて反射させるように、反射部材を前記サセプタの一面と略並行に配置することをさらに含むことを特徴とする、請求項11に記載の基板支持ユニットの製造方法。
- 前記サセプタは、前記第2の温度領域より低温である第3の温度領域及び該第3の温度領域より高温である第4の温度領域を有し、
前記反射部材を配置するのは、
所定の半径を有する円盤状の反射部材を加工し、前記反射部材は少なくとも2つの扇状の反射部材部分である第1の反射部材と、第2の反射部材とを備え、前記半径より小さい第1の半径を有する扇状の前記第1の反射部材を提供し、
前記反射部材を加工し、前記半径より小さく、前記第1の半径と異なる第2の半径を有する扇状の前記第2の反射部材を提供することを含むことを特徴とする、請求項13に記載の基板支持ユニットの製造方法。
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