JP6799393B2 - Wafer mounting mechanism with heater and film forming equipment - Google Patents

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Description

本発明は、ヒータ付きウェハ載置機構及び成膜装置に関する。 The present invention relates to a wafer mounting mechanism with a heater and a film forming apparatus.

例えば、半導体ウェハ(以下、単にウェハという。)に対して成膜処理を行う成膜装置では、化学気相成長(CVD)法やエピタキシャル成長法などを用いて、ウェハの面上に薄膜を形成する。成膜装置は、減圧可能なチャンバ(成膜室)内に、ウェハが載置されるステージと、ステージの載置面上に載置されたウェハを加熱するヒータとが一体化されたヒータ付きウェハ載置機構(サセプタ)を備えている。 For example, in a film forming apparatus that performs a film forming process on a semiconductor wafer (hereinafter, simply referred to as a wafer), a thin film is formed on the surface of the wafer by using a chemical vapor deposition (CVD) method, an epitaxial growth method, or the like. .. The film forming apparatus is equipped with a heater in which a stage on which the wafer is placed and a heater for heating the wafer placed on the mounting surface of the stage are integrated in a decompressable chamber (decompression chamber). It is equipped with a wafer mounting mechanism (susceptor).

ヒータ付きウェハ載置機構では、ステージの裏面に複数のヒータコイル(発熱抵抗体)をステージの径方向に同心円状又は螺旋状に並べて配置し、ウェハを均一に加熱することが行われている。しかしながら、従来のヒータ付きウェハ載置機構では、ステージの外周部(側面)からの放熱によって、ウェハの内周側よりも外周側の温度が低下してしまい、ウェハの面内における温度分布が不均一となるといった問題があった。 In the wafer mounting mechanism with a heater, a plurality of heater coils (heating resistors) are arranged concentrically or spirally in the radial direction of the stage on the back surface of the stage to uniformly heat the wafer. However, in the conventional wafer mounting mechanism with a heater, the temperature on the outer peripheral side of the wafer is lower than that on the inner peripheral side due to heat dissipation from the outer peripheral portion (side surface) of the stage, and the temperature distribution in the wafer plane is poor. There was a problem that it became uniform.

そこで、ステージの外周部にヒータコイルを追加し、この追加したヒータコイルによりステージの外周側を加熱することによって、ウェハの面内における温度分布を均一化することが提案されている(特許文献1を参照。)。 Therefore, it has been proposed to add a heater coil to the outer peripheral portion of the stage and heat the outer peripheral side of the stage with the added heater coil to make the temperature distribution in the surface of the wafer uniform (Patent Document 1). See.).

特開2008−060245号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-060245

しかしながら、従来のヒータ付きウェハ載置機構では、複数のヒータコイルに電力を供給する電極部を通して熱が放熱されてしまうため、ステージの外周部にヒータコイルを追加するだけでは、上述したウェハの面内における温度分布が不均一となるといった問題を解決することが困難であった。 However, in the conventional wafer mounting mechanism with a heater, heat is dissipated through the electrode portions that supply electric power to a plurality of heater coils. Therefore, simply adding the heater coils to the outer peripheral portion of the stage is enough to add the heater coils to the above-mentioned wafer surface. It was difficult to solve the problem that the temperature distribution inside was non-uniform.

本発明の一つの態様は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、ウェハの面内における温度分布をより均一化できるヒータ付きウェハ載置機構、並びに、そのようなヒータ付きウェハ載置機構を備えた成膜装置を提供することを目的の一つとする。 One aspect of the present invention has been proposed in view of such conventional circumstances, and is a wafer mounting mechanism with a heater capable of making the temperature distribution in the plane of the wafer more uniform, and with such a heater. One of the purposes is to provide a film forming apparatus equipped with a wafer mounting mechanism.

〔1〕 本発明の一つの態様に係るヒータ付きウェハ載置機構は、ウェハが載置されるステージと、前記ステージに設けられて、前記ステージの載置面上に載置されたウェハを加熱するヒータとを備えるヒータ付きウェハ載置機構であって、前記ステージは、前記載置面を形成するトッププレートを有し、前記ヒータは、前記トッププレートの前記載置面とは反対側の面に配置された複数の第1のヒータコイルと、前記複数の第1のヒータコイルと電気的に接続されると共に、前記サイドスカートの内周面に沿って並んで配置された複数の電極部と、前記第1のヒータコイルよりも外周側に配置された第2のヒータコイルとを有し、前記複数の第1のヒータコイルは、前記複数の電極部を介して電力が供給されることによって、前記載置面の面内における発熱分布が均一となるように発熱し、前記第2のヒータコイルは、前記複数の電極部の各間よりも前記複数の電極部が配置された位置の発熱量が相対的に高くなるように発熱することによって、前記複数の電極部の配置に応じて、その周方向における発熱分布が異なることを特徴とする。 [1] The wafer mounting mechanism with a heater according to one aspect of the present invention heats a stage on which a wafer is mounted and a wafer provided on the stage and mounted on the mounting surface of the stage. A heater-equipped wafer mounting mechanism including a heater, wherein the stage has a top plate forming a previously described mounting surface, and the heater is a surface of the top plate opposite to the previously described mounting surface. A plurality of first heater coils arranged in the above, and a plurality of electrode portions electrically connected to the plurality of first heater coils and arranged side by side along the inner peripheral surface of the side skirt. The first heater coil has a second heater coil arranged on the outer peripheral side of the first heater coil, and the plurality of first heater coils are supplied with electric power through the plurality of electrode portions. The second heater coil generates heat so that the heat generation distribution in the plane of the above-mentioned mounting surface becomes uniform, and the second heater coil generates heat at a position where the plurality of electrode portions are arranged rather than between each of the plurality of electrode portions. By generating heat so that the amount is relatively high, the heat generation distribution in the circumferential direction differs depending on the arrangement of the plurality of electrode portions.

〕 前記〔〕に記載のヒータ付きウェハ載置機構において、前記第2のヒータコイルは、その周方向に沿って配置された線状の発熱抵抗体であり、前記複数の電極部の各間よりも前記複数の電極部が配置された各位置に対応した部分の断面積が小さくなる形状を有することを特徴とする。 [ 2 ] In the wafer mounting mechanism with a heater according to the above [ 1 ], the second heater coil is a linear heat generating resistor arranged along the circumferential direction of the second heater coil, and is formed of the plurality of electrode portions. It is characterized by having a shape in which the cross-sectional area of the portion corresponding to each position where the plurality of electrode portions are arranged is smaller than that between the respective electrodes.

〕 前記〔1〕又は〔2〕に記載のヒータ付きウェハ載置機構において、前記ステージは、前記トッププレートの周囲から前記載置面とは反対側に向けて延長されたサイドスカートを有し、前記第2のヒータコイルは、前記サイドスカートの内周面に配置されていることを特徴とする。 [ 3 ] In the wafer mounting mechanism with a heater according to the above [1] or [2] , the stage has a side skirt extending from the periphery of the top plate toward the side opposite to the previously described mounting surface. However, the second heater coil is characterized in that it is arranged on the inner peripheral surface of the side skirt.

〕 前記〔1〕〜〔3〕の何れか一項に記載のヒータ付きウェハ載置機構において、前記トッププレートの外周部は、前記複数の電極部の各間に対応した位置に開口部又は切欠部を有することを特徴とする。
〔5〕 前記〔3〕に記載のヒータ付きウェハ載置機構において、前記サイドスカートは、前記複数の電極部の各間に対応した位置に開口部又は切欠部を有することを特徴とする。
[ 4 ] In the wafer mounting mechanism with a heater according to any one of the above [1] to [3] , the outer peripheral portion of the top plate has an opening at a position corresponding to each of the plurality of electrode portions. Alternatively, it is characterized by having a notch.
[5] In the wafer mounting mechanism with a heater according to the above [3], the side skirt is characterized by having an opening or a notch at a position corresponding to each of the plurality of electrode portions.

〔6〕 前記〔1〕〜〔5〕の何れか一項に記載のヒータ付きウェハ載置機構において、前記複数の第1のヒータコイルは、前記トッププレートの径方向に並んで配置された同心円状又は螺旋状の発熱抵抗体であり、前記トッププレートの内周側から外周側に向かって漸次間隔が狭くなる又は断面積が小さくなる形状を有することを特徴とする。 [6] In the wafer mounting mechanism with a heater according to any one of [1] to [5], the plurality of first heater coils are concentric circles arranged side by side in the radial direction of the top plate. It is a shaped or spiral heat generating resistor, and is characterized by having a shape in which the interval gradually narrows or the cross-sectional area becomes smaller from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the top plate.

〔7〕 前記〔1〕〜〔6〕の何れか一項に記載のヒータ付きウェハ載置機構において、前記ヒータは、前記ステージの載置面上に載置されたウェハを600〜2000℃で加熱することを特徴とする。 [7] In the wafer mounting mechanism with a heater according to any one of [1] to [6], the heater is a wafer mounted on the mounting surface of the stage at 600 to 2000 ° C. It is characterized by heating.

〔8〕 本発明の一つの態様に係る成膜装置は、ウェハに対して成膜処理を行う成膜装置であって、前記〔1〕〜〔7〕の何れか一項に記載のヒータ付きウェハ載置機構を備えることを特徴とする。 [8] The film forming apparatus according to one aspect of the present invention is a film forming apparatus that performs a film forming process on a wafer, and is equipped with a heater according to any one of the above [1] to [7]. It is characterized by being provided with a wafer mounting mechanism.

以上のように、本発明の一つの態様によれば、ウェハの面内における温度分布をより均一化できるヒータ付きウェハ載置機構、並びに、そのようなヒータ付きウェハ載置機構を備えた成膜装置を提供することが可能である。 As described above, according to one aspect of the present invention, a wafer mounting mechanism with a heater capable of making the temperature distribution in the plane of the wafer more uniform, and a film formation provided with such a wafer mounting mechanism with a heater. It is possible to provide the device.

本発明の一実施形態に係るヒータ付きウェハ載置機構を備えた成膜装置の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the schematic structure of the film forming apparatus provided with the wafer mounting mechanism with a heater which concerns on one Embodiment of this invention. 図1に示すヒータ付きウェハ載置機構の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the wafer mounting mechanism with a heater shown in FIG. 図1中に示す線分X−X’による回転シャフトの断面図である。It is sectional drawing of the rotating shaft by the line segment XX'shown in FIG. 本発明の一実施形態に係るヒータ付きウェハ載置機構の別の構成例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows another structural example of the wafer mounting mechanism with a heater which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るヒータ付きウェハ載置機構の別の構成例を示す斜An oblique view showing another configuration example of the wafer mounting mechanism with a heater according to an embodiment of the present invention. 第1の実施例として、ヒータ付きウェハ載置機構におけるウェハの面内温度分布を測定した結果を示すグラフである。As a first embodiment, it is a graph which shows the result of having measured the in-plane temperature distribution of the wafer in the wafer mounting mechanism with a heater. 第2の実施例として、ヒータ付きウェハ載置機構におけるウェハの外周温度分布を測定した結果を示すグラフである。As a second embodiment, it is a graph which shows the result of having measured the outer peripheral temperature distribution of the wafer in the wafer mounting mechanism with a heater.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがあり、各構成要素の数や寸法比率などが実際と同じであるとは限らないものとする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In the drawings used in the following description, in order to make each component easier to see, the scale of the dimensions may be different depending on the component, and the number and dimensional ratio of each component are the same as the actual ones. Is not limited.

本発明の一実施形態として、例えば図1〜図3に示すヒータ付きウェハ載置機構1を備えた成膜装置100について説明する。なお、図1は、ヒータ付きウェハ載置機構1を備えた成膜装置100の概略構成を示す断面図である。図2は、ヒータ付きウェハ載置機構1の構成を示す斜視図である。図3は、図1中に示す線分X−X’による回転シャフト12の断面図である。 As an embodiment of the present invention, for example, the film forming apparatus 100 provided with the wafer mounting mechanism 1 with a heater shown in FIGS. 1 to 3 will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a film forming apparatus 100 provided with a wafer mounting mechanism 1 with a heater. FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the wafer mounting mechanism 1 with a heater. FIG. 3 is a cross-sectional view of the rotating shaft 12 by the line segment XX'shown in FIG.

本実施形態の成膜装置100は、例えばCVD法やエピタキシャル成長法などを用いて、半導体ウェハ(以下、単にウェハという。)Wに対して成膜処理を行い、ウェハWの面上に薄膜を形成するものである。 The film forming apparatus 100 of the present embodiment performs a film forming process on a semiconductor wafer (hereinafter, simply referred to as a wafer) W by using, for example, a CVD method or an epitaxial growth method to form a thin film on the surface of the wafer W. To do.

具体的に、この成膜装置100は、減圧可能なチャンバ(成膜室)101内に、本実施形態のヒータ付きウェハ載置機構1を備えている。ヒータ付きウェハ載置機構1は、サセプタと呼ばれるものであり、ウェハWが載置される回転ステージ2と、回転ステージ2の載置面2a上に載置されたウェハWを加熱するヒータ3と、回転ステージ2の載置面2a上に載置されたウェハWを吸着する静電チャック4と、ヒータ3及び静電チャック4に電力を供給する電力供給部5と、回転ステージ2の載置面2a上に載置されたウェハWの温度を測定する温度測定部6と、温度測定部6が測定した温度に基づいて、電力供給部5からヒータ3に供給される電力を制御する電力制御部7とを概略備えている。 Specifically, the film forming apparatus 100 includes the wafer mounting mechanism 1 with a heater of the present embodiment in a chamber (decompression chamber) 101 capable of depressurizing. The wafer mounting mechanism 1 with a heater is called a susceptor, and includes a rotary stage 2 on which the wafer W is mounted and a heater 3 that heats the wafer W mounted on the mounting surface 2a of the rotary stage 2. , The electrostatic chuck 4 that attracts the wafer W mounted on the mounting surface 2a of the rotary stage 2, the power supply unit 5 that supplies power to the heater 3 and the electrostatic chuck 4, and the rotary stage 2 are mounted. Power control that controls the power supplied from the power supply unit 5 to the heater 3 based on the temperature measurement unit 6 that measures the temperature of the wafer W placed on the surface 2a and the temperature measured by the temperature measurement unit 6. It is roughly provided with a part 7.

回転ステージ2は、載置面2aを形成する円板状のトッププレート8と、トッププレート8の周囲から載置面2aとは反対側(下方)に向けて延長された円筒状のサイドスカート9と、サイドスカート9のトッププレート2とは反対側(下面)を閉塞する円板状のボトムプレート10とを有している。 The rotary stage 2 has a disk-shaped top plate 8 forming the mounting surface 2a and a cylindrical side skirt 9 extending from the periphery of the top plate 8 toward the opposite side (downward) of the mounting surface 2a. And a disk-shaped bottom plate 10 that closes the side (lower surface) of the side skirt 9 opposite to the top plate 2.

トッププレート8、サイドスカート9及びボトムプレート10には、例えば、アルミナセラミックス、窒化アルミセラミックス、カーボン系セラミックス、石英などの耐熱性及び耐腐蝕性に優れた絶縁部材が用いられている。具体的に、本実施形態では、一体に形成されたトッププレート8及びサイドスカート9にカーボン系セラミックスであるグラファイトが用いられ、ボトムプレート10に石英が用いられている。また、ボトムプレート10の上面には、例えば石英などからなる円板状の断熱材11が配置されている。 For the top plate 8, the side skirt 9, and the bottom plate 10, for example, insulating members having excellent heat resistance and corrosion resistance such as alumina ceramics, aluminum nitride ceramics, carbon ceramics, and quartz are used. Specifically, in the present embodiment, graphite, which is a carbon-based ceramic, is used for the integrally formed top plate 8 and side skirt 9, and quartz is used for the bottom plate 10. Further, a disk-shaped heat insulating material 11 made of, for example, quartz is arranged on the upper surface of the bottom plate 10.

なお、サイドスカート9及びボトムプレート10については、一体に形成されたものに限らず、別体に形成されたものであってもよい。また、サイドスカート9の形状については、上述した円筒状に限らず、下方に向けて漸次拡径されたテーパー形状を有していてもよい。 The side skirt 9 and the bottom plate 10 are not limited to those formed integrally, but may be formed separately. Further, the shape of the side skirt 9 is not limited to the above-mentioned cylindrical shape, and may have a tapered shape whose diameter is gradually increased downward.

回転ステージ2は、軸線方向に貫通する複数の貫通孔12a〜12cが形成された中空円筒状の回転シャフト12を有している。回転シャフト12は、ボトムプレート10の下面中央から下方に突出されると共に、チャンバ101を貫通した状態で、チャンバ101の下面に配置された回転真空シール13を介して回転自在に支持されている。回転真空シール13には、磁性流体シールが用いられている。また、回転シャフト12は、その下端部に取り付けられた真空フランジ14を介して駆動モータ15と接続されている。真空フランジ14には、セラミックスなどの絶縁材が用いられている。これにより、回転ステージ2は、成膜時に駆動モータ15が回転シャフト12を回転駆動することによって、周方向に回転可能となっている。 The rotary stage 2 has a hollow cylindrical rotary shaft 12 in which a plurality of through holes 12a to 12c penetrating in the axial direction are formed. The rotary shaft 12 projects downward from the center of the lower surface of the bottom plate 10 and is rotatably supported via a rotary vacuum seal 13 arranged on the lower surface of the chamber 101 while penetrating the chamber 101. A magnetic fluid seal is used for the rotary vacuum seal 13. Further, the rotary shaft 12 is connected to the drive motor 15 via a vacuum flange 14 attached to the lower end portion thereof. An insulating material such as ceramics is used for the vacuum flange 14. As a result, the rotary stage 2 can rotate in the circumferential direction by the drive motor 15 rotationally driving the rotary shaft 12 during film formation.

回転ステージ2の載置面2a上に載置されたウェハWは、成膜時にヒータ3により600〜2000℃の温度で加熱される。回転シャフト12には、このような高温に耐え得るように、且つ、H、HCl、Clなどの反応性ガスに腐蝕されないように、例えばセラミックスやガラスなどの耐熱性及び耐腐蝕性に優れた絶縁部材が用いられている。 The wafer W placed on the mounting surface 2a of the rotary stage 2 is heated by the heater 3 at a temperature of 600 to 2000 ° C. at the time of film formation. The rotating shaft 12 is excellent in heat resistance and corrosion resistance of, for example, ceramics and glass so as to be able to withstand such high temperatures and not to be corroded by reactive gases such as H 2 , HCl and Cl 2. Insulation member is used.

具体的に、ガラスとしては、例えば、石英(SiO)ガラスやサファイア(Al)ガラスなどを用いることができる。一方、セラミックスとしては、例えば、アルミナ(Al)や、ジルコニア(ZrO)などの酸化物系セラミックスや、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ケイ素(Si)、炭化ケイ素(SiC)、窒化ホウ素(BN)、、カーボン系セラミックスなどの非酸化物系セラミックス等を用いることができる。 Specifically, as the glass, for example, quartz (SiO 2 ) glass, sapphire (Al 2 O 3 ) glass, or the like can be used. On the other hand, as ceramics, for example, oxide-based ceramics such as alumina (Al 2 O 3 ) and zirconia (ZrO 2 ), aluminum nitride (AlN), silicon nitride (Si 3 N 4 ), and silicon carbide (SiC). , Boron nitride (BN), non-oxide ceramics such as carbon ceramics and the like can be used.

回転シャフト12には、その中でも石英又は窒化ケイ素を主剤として含むものを用いることが好ましい。なお、本実施形態では、回転シャフト12に窒化ケイ素が用いられている。 Among the rotating shafts 12, it is preferable to use one containing quartz or silicon nitride as a main agent. In this embodiment, silicon nitride is used for the rotating shaft 12.

さらに、チャンバ101の外側には、回転シャフト12を冷却する冷却機構16が設けられている。冷却機構16には、チャンバ101の下方に配置されて、成膜時に回転シャフト12に向けて送風を行う冷却ファンが用いられている。なお、冷却機構16については、上述した冷却ファンのような空冷式の冷却機構に限らず、水冷式の冷却機構を用いてもよい。また、ピエゾ(ペルチェ)素子などの冷却機構を用いることも可能である。 Further, a cooling mechanism 16 for cooling the rotating shaft 12 is provided on the outside of the chamber 101. The cooling mechanism 16 uses a cooling fan that is arranged below the chamber 101 and blows air toward the rotating shaft 12 during film formation. The cooling mechanism 16 is not limited to the air-cooled cooling mechanism such as the cooling fan described above, and a water-cooled cooling mechanism may be used. It is also possible to use a cooling mechanism such as a piezo (Peltier) element.

ヒータ3は、トッププレート8の載置面2aとは反対側の面(下面)に配置された複数の第1のヒータコイル17と、サイドスカート9の内周面に配置された第2のヒータコイル18と、サイドスカート9の内周面に沿って並んで配置された複数の電極部19とを有している。 The heater 3 includes a plurality of first heater coils 17 arranged on a surface (lower surface) opposite to the mounting surface 2a of the top plate 8, and a second heater arranged on the inner peripheral surface of the side skirt 9. It has a coil 18 and a plurality of electrode portions 19 arranged side by side along the inner peripheral surface of the side skirt 9.

複数の第1のヒータコイル17は、同心円状又は螺旋状の発熱抵抗体であり、トッププレート8の径方向に所定の間隔で並んで配置されている。第2のヒータコイル18は、線状の発熱抵抗体であり、サイドスカート9の周方向に沿ってリング状に配置されている。第1のヒータコイル17及び第2のヒータコイル18を形成する発熱抵抗体には、例えば、CVD法により窒化ホウ素(PBN)又は熱分解グラファイト(PG)の薄膜が表面に成膜された炭素材(C)などの耐熱性に優れた導電部材が用いられている。また、発熱抵抗体には、体積抵抗率が4.8〜11μΩmである低抵抗率の炭素材(C)が用いられている。 The plurality of first heater coils 17 are concentric or spiral heat generating resistors, and are arranged side by side at predetermined intervals in the radial direction of the top plate 8. The second heater coil 18 is a linear heat generating resistor, and is arranged in a ring shape along the circumferential direction of the side skirt 9. For the heat generating resistor forming the first heater coil 17 and the second heater coil 18, for example, a carbon material in which a thin film of boron nitride (PBN) or pyrolytic graphite (PG) is formed on the surface by a CVD method. A conductive member having excellent heat resistance such as (C) is used. Further, as the heat generating resistor, a carbon material (C) having a low resistivity having a volume resistivity of 4.8 to 11 μΩm is used.

複数の電極部19は、複数の第1のヒータコイル17と電気的に接続された状態で、サイドスカート9の周方向に所定の間隔で並んで配置されている。また、各電極部19は、回転シャフト12側へと引き延ばされている。 The plurality of electrode portions 19 are arranged side by side at predetermined intervals in the circumferential direction of the side skirt 9 in a state of being electrically connected to the plurality of first heater coils 17. Further, each electrode portion 19 is extended toward the rotating shaft 12.

ヒータ3では、成膜時に複数の電極部19を介して複数の第1のヒータコイル17及び第2のヒータコイル18に電力が供給される。これにより、これらのヒータコイル17,18を発熱させながら、載置面2aの載置されたウェハWを加熱する。 In the heater 3, electric power is supplied to the plurality of first heater coils 17 and the second heater coils 18 via the plurality of electrode portions 19 at the time of film formation. As a result, the wafer W on which the mounting surface 2a is mounted is heated while generating heat of these heater coils 17 and 18.

静電チャック4は、トッププレート8の上面(載置面2a)にある誘電体層に埋設された一対の内部電極20a,20bと、一対の内部電極20a,20bと電気的に接続された状態で、回転シャフト12側へと引き延ばされた一対の電極部21a,21bとを有している。 The electrostatic chuck 4 is electrically connected to a pair of internal electrodes 20a and 20b embedded in a dielectric layer on the upper surface (mounting surface 2a) of the top plate 8 and a pair of internal electrodes 20a and 20b. It has a pair of electrode portions 21a and 21b that are stretched toward the rotating shaft 12 side.

静電チャック4では、成膜時に一対の電極部21a,21bを介して一対の内部電極20a,20bの間に電圧が印加される。これにより、ウェハWの表面に逆電圧を誘導し、両者の間に働くクーロン力やジョンソン・ラーベック力、グラジエント力などによってウェハWを吸着する。 In the electrostatic chuck 4, a voltage is applied between the pair of internal electrodes 20a and 20b via the pair of electrode portions 21a and 21b during film formation. As a result, a reverse voltage is induced on the surface of the wafer W, and the wafer W is adsorbed by the Coulomb force, Johnson-Labeck force, gradient force, etc. acting between the two.

電力供給部5は、ヒータ3に電力を供給するヒータ用電源22と、静電チャック4に電力を供給する静電チャック用電源23とを有している。ヒータ用電源22は、回転シャフト12の貫通孔12aを通してチャンバ101の外側へと引き延ばされた複数の第1の配線24aを介してヒータ3(具体的には複数の電極部19)と電気的に接続されている。静電チャック用電源23は、回転シャフト12の貫通孔12bを通してチャンバ101の外側へと引き延ばされた一対の第2の配線24bを介して静電チャック4(具体的には一対の電極部21a,21b)と電気的に接続されている。 The power supply unit 5 has a heater power supply 22 that supplies power to the heater 3, and an electrostatic chuck power supply 23 that supplies power to the electrostatic chuck 4. The heater power supply 22 is electrically connected to the heater 3 (specifically, the plurality of electrode portions 19) through the plurality of first wirings 24a extending to the outside of the chamber 101 through the through holes 12a of the rotary shaft 12. Is connected. The electrostatic chuck power supply 23 is the electrostatic chuck 4 (specifically, a pair of electrode portions) via a pair of second wirings 24b extending to the outside of the chamber 101 through a through hole 12b of the rotating shaft 12. It is electrically connected to 21a, 21b).

温度測定部6は、回転シャフト12の貫通孔12cを通してチャンバ101の外側へと引き延ばされた一対の第3の配線24cと電気的に接続された熱電対25を有している。熱電対25は、回転シャフト12の貫通孔12cを通してトッププレート8と接する位置まで延長して設けられている。温度測定部6は、熱電対25により載置面2a上に載置されたウェハWの温度(微小信号)を測定し、その測定結果を電力制御部7へと供給する。 The temperature measuring unit 6 has a thermocouple 25 electrically connected to a pair of third wires 24c extending outward from the chamber 101 through the through hole 12c of the rotating shaft 12. The thermocouple 25 is provided so as to extend through the through hole 12c of the rotary shaft 12 to a position where it comes into contact with the top plate 8. The temperature measuring unit 6 measures the temperature (micro signal) of the wafer W mounted on the mounting surface 2a by the thermocouple 25, and supplies the measurement result to the power control unit 7.

電力制御部7は、温度測定部6が測定した温度に基づいて、ウェハWが所望の温度となるように、ヒータ用電源22からヒータ3に供給される電力を制御する。 The electric power control unit 7 controls the electric power supplied from the heater power supply 22 to the heater 3 so that the wafer W has a desired temperature based on the temperature measured by the temperature measuring unit 6.

ところで、本実施形態のヒータ付きウェハ載置機構1において、複数の第1のヒータコイル17は、トッププレート8の内周側から外周側に向かって漸次間隔が狭くなる又は断面積が小さくなる形状を有している。これにより、複数の第1のヒータコイル17は、載置面2aの面内における発熱分布が均一となるように発熱する。 By the way, in the wafer mounting mechanism 1 with a heater of the present embodiment, the plurality of first heater coils 17 have a shape in which the interval gradually becomes narrower or the cross-sectional area becomes smaller from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the top plate 8. have. As a result, the plurality of first heater coils 17 generate heat so that the heat generation distribution in the mounting surface 2a becomes uniform.

一方、第2のヒータコイル18は、複数の電極部19の各間よりも複数の電極部19が配置された各位置に対応する部分の断面積(幅又は厚み)が小さくなる形状を有している。具体的に、本実施形態では、第2のヒータコイル18の厚みを一定とし、複数の電極部19の各間よりも複数の電極部19が配置された各位置に対応する部分の幅が小さくなっている。これにより、第2のヒータコイル18は、複数の電極部19の各間よりも複数の電極部19が配置された位置の発熱量が相対的に高くなるように発熱する。 On the other hand, the second heater coil 18 has a shape in which the cross-sectional area (width or thickness) of the portion corresponding to each position where the plurality of electrode portions 19 are arranged is smaller than that between the plurality of electrode portions 19. ing. Specifically, in the present embodiment, the thickness of the second heater coil 18 is constant, and the width of the portion corresponding to each position where the plurality of electrode portions 19 are arranged is smaller than that between each of the plurality of electrode portions 19. It has become. As a result, the second heater coil 18 generates heat so that the amount of heat generated at the position where the plurality of electrode portions 19 are arranged is relatively higher than that between each of the plurality of electrode portions 19.

以上のように、本実施形態のヒータ付きウェハ載置機構1では、複数の電極部19の配置に応じて、サイドスカート9の周方向における発熱分布が異なる第2のヒータコイル18が配置された構成となっている。 As described above, in the wafer mounting mechanism 1 with a heater of the present embodiment, the second heater coils 18 having different heat generation distributions in the circumferential direction of the side skirt 9 are arranged according to the arrangement of the plurality of electrode portions 19. It is composed.

この構成の場合、複数の電極部19の各間よりも複数の電極部19が配置された位置の発熱量が相対的に高くなるように、第2のヒータコイル18が発熱するため、上述した回転ステージ2の外周部(側面)からの放熱される分と、複数の電極部19を通して熱が放熱される分との熱量を補いながら、載置面2aの面内における発熱分布の均一性を高めることが可能である。 In the case of this configuration, the second heater coil 18 generates heat so that the amount of heat generated at the position where the plurality of electrode portions 19 are arranged is relatively higher than that between the plurality of electrode portions 19, as described above. While compensating for the amount of heat radiated from the outer peripheral portion (side surface) of the rotating stage 2 and the amount of heat radiated through the plurality of electrode portions 19, the uniformity of heat generation distribution in the surface of the mounting surface 2a is improved. It is possible to increase.

したがって、本実施形態のヒータ付きウェハ載置機構1では、ウェハWの内周側よりも外周側の温度が低下するのを防ぎつつ、載置面2aに載置されたウェハWの面内における温度分布をより均一化することが可能である。 Therefore, in the wafer mounting mechanism 1 with a heater of the present embodiment, the temperature on the outer peripheral side of the wafer W is prevented from lowering than that on the inner peripheral side, and the temperature is kept in the plane of the wafer W mounted on the mounting surface 2a. It is possible to make the temperature distribution more uniform.

また、本実施形態のヒータ付きウェハ載置機構1では、載置面2aの面内における発熱分布を均一化するため、上記構成に加えて、サイドスカート9に複数の開口部又は切欠部(本実施形態では開口部)26を設けた構成となっている。開口部26は、複数の電極部19の各間に対応した位置に設けられている。 Further, in the wafer mounting mechanism 1 with a heater of the present embodiment, in order to make the heat generation distribution in the mounting surface 2a uniform, in addition to the above configuration, the side skirt 9 has a plurality of openings or notches (this). In the embodiment, the opening) 26 is provided. The opening 26 is provided at a position corresponding to each of the plurality of electrode portions 19.

この構成の場合、サイドスカート9では、複数の開口部26の各間よりも複数の開口部26が設けられた各位置からの熱の放熱を相対的に低く抑えることができる。これにより、上述した第2のヒータコイル18と共に、載置面2aの面内における発熱分布を調整しながら、この発熱分布の均一性を高めることが可能である。 In the case of this configuration, in the side skirt 9, heat dissipation from each position where the plurality of openings 26 are provided can be suppressed to be relatively lower than between each of the plurality of openings 26. Thereby, together with the second heater coil 18 described above, it is possible to improve the uniformity of the heat generation distribution while adjusting the heat generation distribution in the surface of the mounting surface 2a.

したがって、本実施形態のヒータ付きウェハ載置機構1では、このような複数の開口部(又は切欠部)26をサイドスカート9に設けることによって、ウェハWの面内における温度分布を更に均一化することが可能である。 Therefore, in the wafer mounting mechanism 1 with a heater of the present embodiment, by providing such a plurality of openings (or notches) 26 in the side skirt 9, the temperature distribution in the plane of the wafer W is further made uniform. It is possible.

なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記ヒータ付きウェハ載置機構1では、図4に示すように、上述した開口部26(又は切欠部)を省略した構成とすることも可能である。
The present invention is not necessarily limited to that of the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the wafer mounting mechanism 1 with a heater, as shown in FIG. 4, the above-mentioned opening 26 (or notch) may be omitted.

また、上記ヒータ付きウェハ載置機構1では、図5に示すように、回転ステージ2を構成するサイドスカート9を省略した構成とすることも可能である。この場合、第2のヒータコイル18は、トッププレート8の下面に配置された第1のヒータコイル17よりも外周側に配置された構成となっている。 Further, in the wafer mounting mechanism 1 with a heater, as shown in FIG. 5, it is possible to omit the side skirt 9 constituting the rotary stage 2. In this case, the second heater coil 18 is arranged on the outer peripheral side of the first heater coil 17 arranged on the lower surface of the top plate 8.

この構成の場合も、複数の電極部19の各間よりも複数の電極部19が配置された位置の発熱量が相対的に高くなるように、第2のヒータコイル18が発熱するため、上述した回転ステージ2の外周部からの放熱される分と、複数の電極部19を通して熱が放熱される分との熱量を補いながら、載置面2aの面内における発熱分布の均一性を高めることが可能である。 Also in the case of this configuration, the second heater coil 18 generates heat so that the amount of heat generated at the position where the plurality of electrode portions 19 are arranged is relatively higher than that between the plurality of electrode portions 19, as described above. To improve the uniformity of heat generation distribution in the surface of the mounting surface 2a while supplementing the amount of heat radiated from the outer peripheral portion of the rotating stage 2 and the amount of heat radiated through the plurality of electrode portions 19. Is possible.

以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。 Hereinafter, the effects of the present invention will be made clearer by examples. The present invention is not limited to the following examples, and can be appropriately modified and implemented without changing the gist thereof.

(第1の実施例)
第1の実施例では、実施例として、上記ヒータ付きウェハ載置機構1と同様の構成を有するヒータ付きウェハ載置機構と、比較例として、上記ヒータ付きウェハ載置機構1の構成から開口部26を省略し、上記第2のヒータコイル18の代わりに、サイドスカート9の周方向に沿って一定の断面積(幅及び厚み)を有する第2のヒータコイルを配置したヒータ付きウェハ載置機構とを準備した。
(First Example)
In the first embodiment, as an example, a wafer mounting mechanism with a heater having the same configuration as the wafer mounting mechanism 1 with a heater, and as a comparative example, an opening from the configuration of the wafer mounting mechanism 1 with a heater. Wafer mounting mechanism with heater in which 26 is omitted and a second heater coil having a constant cross-sectional area (width and thickness) is arranged along the circumferential direction of the side skirt 9 instead of the second heater coil 18. And prepared.

これら実施例のヒータ付きウェハ載置機構と、比較例のヒータ付きウェハ載置機構について、ヒータによりステージを加熱しながら載置面に載置されたウェハの面内における温度分布(面内温度分布)をシミュレーションにより測定した。その測定結果を図6(a),(b)に示す。なお、図6(a)は、実施例のヒータ付きウェハ載置機構におけるウェハの面内温度分布を測定した結果を示すグラフである。図6(b)は、比較例のヒータ付きウェハ載置機構におけるウェハの面内温度分布を測定した結果を示すグラフである。 Regarding the heater-equipped wafer mounting mechanism of these examples and the heater-equipped wafer mounting mechanism of the comparative example, the in-plane temperature distribution (in-plane temperature distribution) of the wafer mounted on the mounting surface while heating the stage by the heater. ) Was measured by simulation. The measurement results are shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b). Note that FIG. 6A is a graph showing the results of measuring the in-plane temperature distribution of the wafer in the wafer mounting mechanism with a heater of the embodiment. FIG. 6B is a graph showing the results of measuring the in-plane temperature distribution of the wafer in the wafer mounting mechanism with a heater of the comparative example.

図6(a),(b)に示すように、実施例のヒータ付きウェハ載置機構は、比較例のヒータ付きウェハ載置機構に比べて、ウェハの内周側と外周側との温度差が小さく、ウェハの面内温度分布がより均一化されていることがわかる。 As shown in FIGS. 6A and 6B, the heater-equipped wafer mounting mechanism of the embodiment has a temperature difference between the inner peripheral side and the outer peripheral side of the wafer as compared with the heater-equipped wafer mounting mechanism of the comparative example. Is small, and it can be seen that the in-plane temperature distribution of the wafer is more uniform.

(第2の実施例)
第2の実施例では、上記実施例のヒータ付きウェハ載置機構と、上記比較例のヒータ付きウェハ載置機構について、ヒータによりステージを加熱しながら、このステージの載置面に載置されたウェハの外周部における温度分布(外周温度分布)をシミュレーションにより測定した。その測定結果を図7(a),(b)に示す。なお、図7(a)は、実施例のヒータ付きウェハ載置機構におけるウェハの外周温度分布を測定した結果を示すグラフである。図7(b)は、比較例のヒータ付きウェハ載置機構におけるウェハの外周温度分布を測定した結果を示すグラフである。
(Second Example)
In the second embodiment, the wafer mounting mechanism with a heater of the above embodiment and the wafer mounting mechanism with a heater of the comparative example were mounted on the mounting surface of the stage while heating the stage with the heater. The temperature distribution (outer circumference temperature distribution) at the outer periphery of the wafer was measured by simulation. The measurement results are shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b). Note that FIG. 7A is a graph showing the results of measuring the outer peripheral temperature distribution of the wafer in the wafer mounting mechanism with a heater of the embodiment. FIG. 7B is a graph showing the results of measuring the outer peripheral temperature distribution of the wafer in the wafer mounting mechanism with a heater of the comparative example.

図7(a),(b)に示すように、実施例のヒータ付きウェハ載置機構は、比較例のヒータ付きウェハ載置機構に比べて、ウェハの外周部における周方向の温度差が小さく、ウェハの外周温度分布がより均一化されていることがわかる。 As shown in FIGS. 7A and 7B, the heater-equipped wafer mounting mechanism of the embodiment has a smaller temperature difference in the circumferential direction at the outer peripheral portion of the wafer than the heater-equipped wafer mounting mechanism of the comparative example. It can be seen that the temperature distribution on the outer circumference of the wafer is more uniform.

また、参考例として、第2のヒータコイルの最大幅と最小幅との比を3:1としたウェハ載置機構について、ヒータによりステージを加熱しながら載置面に載置されたウェハの外周温度分布をシミュレーションにより測定した。その測定結果を図7(c)に示す。 Further, as a reference example, regarding a wafer mounting mechanism in which the ratio of the maximum width to the minimum width of the second heater coil is 3: 1, the outer circumference of the wafer mounted on the mounting surface while heating the stage by the heater. The temperature distribution was measured by simulation. The measurement result is shown in FIG. 7 (c).

なお、実施例のヒータ付きウェハ載置機構において、第2のヒータコイルの最大幅と最小幅との比は2:1である。また、比較例のヒータ付きウェハ載置機構において、第2のヒータコイルの最大幅と最小幅との比は1:1である。 In the wafer mounting mechanism with a heater of the embodiment, the ratio of the maximum width to the minimum width of the second heater coil is 2: 1. Further, in the wafer mounting mechanism with a heater of the comparative example, the ratio of the maximum width to the minimum width of the second heater coil is 1: 1.

図7(c)に示すように、参考例のヒータ付きウェハ載置機構では、ウェハの外周部における周方向の温度差が大きく、図7(a),(b)に示すグラフに対して、高温部と低温部との位置が逆転していることわかる。 As shown in FIG. 7 (c), in the wafer mounting mechanism with a heater of the reference example, the temperature difference in the circumferential direction at the outer peripheral portion of the wafer is large, with respect to the graphs shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b). It can be seen that the positions of the high temperature part and the low temperature part are reversed.

このことから、第2のヒータコイルの最大幅と最小幅との比(断面積の比率)を変更することによって、ウェハの外周温度分布を調整できることがわかる。そして、このような調整を行うことによって、ウェハの面内温度分布及び外周温度分布における均一性を十分高めることが可能なことが明らかとなった。 From this, it can be seen that the outer peripheral temperature distribution of the wafer can be adjusted by changing the ratio (ratio of cross-sectional area) between the maximum width and the minimum width of the second heater coil. Then, it was clarified that it is possible to sufficiently improve the uniformity in the in-plane temperature distribution and the outer peripheral temperature distribution of the wafer by performing such adjustment.

1…ヒータ付きウェハ載置機構 2…ステージ 2a…載置面 3…ヒータ 4…静電チャック 5…電力供給部 6…温度測定部 7…電力制御部 8…トッププレート 9…サイドプレート 10…ボトムプレート 11…断熱材 12…回転シャフト 12a〜12c…貫通孔 13…回転真空シール 14…真空フランジ 15…駆動モータ 16…冷却ファン 17…第1のヒータコイル 18…第2のヒータコイル 19…電極部 20a,20b…内部電極 21a,21b…電極部 22…ヒータ用電源 23…静電チャック用電源 24a…第1の配線 24b…第2の配線 24c…第3の配線 25…熱電対 26…開口部 100…成膜装置 101…チャンバ W…ウェハ 1 ... Wafer mounting mechanism with heater 2 ... Stage 2a ... Mounting surface 3 ... Heater 4 ... Electrostatic chuck 5 ... Power supply unit 6 ... Temperature measurement unit 7 ... Power control unit 8 ... Top plate 9 ... Side plate 10 ... Bottom Plate 11 ... Insulation material 12 ... Rotating shaft 12a to 12c ... Through hole 13 ... Rotary vacuum seal 14 ... Vacuum flange 15 ... Drive motor 16 ... Cooling fan 17 ... First heater coil 18 ... Second heater coil 19 ... Electrode 20a, 20b ... Internal electrodes 21a, 21b ... Electrodes 22 ... Heater power supply 23 ... Electrostatic chuck power supply 24a ... First wiring 24b ... Second wiring 24c ... Third wiring 25 ... Thermoelectric pair 26 ... Opening 100 ... film forming apparatus 101 ... chamber W ... wafer

Claims (8)

ウェハが載置されるステージと、
前記ステージに設けられて、前記ステージの載置面上に載置されたウェハを加熱するヒータとを備えるヒータ付きウェハ載置機構であって、
前記ステージは、前記載置面を形成するトッププレートを有し、
前記ヒータは、前記トッププレートの前記載置面とは反対側の面に配置された複数の第1のヒータコイルと、前記複数の第1のヒータコイルと電気的に接続されると共に、前記トッププレートの外周に沿って並んで配置された複数の電極部と、前記第1のヒータコイルよりも外周側に配置された第2のヒータコイルとを有し、
前記複数の第1のヒータコイルは、前記複数の電極部を介して電力が供給されることによって、前記載置面の面内における発熱分布が均一となるように発熱し、
前記第2のヒータコイルは、前記複数の電極部の各間よりも前記複数の電極部が配置された位置の発熱量が相対的に高くなるように発熱することによって、前記複数の電極部の配置に応じて、その周方向における発熱分布が異なることを特徴とするヒータ付きウェハ載置機構。
The stage on which the wafer is placed and
A wafer mounting mechanism with a heater, which is provided on the stage and includes a heater for heating the wafer mounted on the mounting surface of the stage.
The stage has a top plate that forms the previously described mounting surface.
The heater is electrically connected to a plurality of first heater coils arranged on a surface of the top plate opposite to the previously described mounting surface, and the plurality of first heater coils, and the top. It has a plurality of electrode portions arranged side by side along the outer circumference of the plate, and a second heater coil arranged on the outer peripheral side of the first heater coil.
The plurality of first heater coils generate heat so that the heat generation distribution in the plane of the above-mentioned mounting surface becomes uniform by supplying electric power through the plurality of electrode portions.
The second heater coil generates heat so that the amount of heat generated at the position where the plurality of electrode portions are arranged is relatively higher than that between the plurality of electrode portions, thereby causing the plurality of electrode portions to generate heat . A wafer mounting mechanism with a heater, characterized in that the heat generation distribution in the circumferential direction differs depending on the arrangement.
前記第2のヒータコイルは、その周方向に沿って配置された線状の発熱抵抗体であり、前記複数の電極部の各間よりも前記複数の電極部が配置された各位置に対応した部分の断面積が小さくなる形状を有することを特徴とする請求項に記載のヒータ付きウェハ載置機構。 The second heater coil is a linear heat generating resistor arranged along the circumferential direction thereof, and corresponds to each position where the plurality of electrode portions are arranged rather than between each of the plurality of electrode portions. The wafer mounting mechanism with a heater according to claim 1 , wherein the wafer has a shape in which the cross-sectional area of the portion is reduced. 前記ステージは、前記トッププレートの周囲から前記載置面とは反対側に向けて延長されたサイドスカートを有し、
前記第2のヒータコイルは、前記サイドスカートの内周面に配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のヒータ付きウェハ載置機構。
The stage has side skirts that extend from the perimeter of the top plate toward the side opposite to the previously described surface.
The wafer mounting mechanism with a heater according to claim 1 or 2 , wherein the second heater coil is arranged on an inner peripheral surface of the side skirt.
前記トッププレートの外周部は、前記複数の電極部の各間に対応した位置に開口部又は切欠部を有することを特徴とする請求項1〜の何れか一項に記載のヒータ付きウェハ載置機構。 The wafer with a heater according to any one of claims 1 to 3 , wherein the outer peripheral portion of the top plate has an opening or a notch at a position corresponding to each of the plurality of electrode portions. Placement mechanism. 記サイドスカートは、前記複数の電極部の各間に対応した位置に開口部又は切欠部を有することを特徴とする請求項に記載のヒータ付きウェハ載置機構。 Before SL side skirts, the heater with the wafer mounting mechanism of claim 3, characterized in that it comprises an opening or notch at a position corresponding to between the said plurality of electrode portions. 前記複数の第1のヒータコイルは、前記トッププレートの径方向に並んで配置された同心円状又は螺旋状の発熱抵抗体であり、前記トッププレートの内周側から外周側に向かって漸次間隔が狭くなる又は断面積が小さくなる形状を有することを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載のヒータ付きウェハ載置機構。 The plurality of first heater coils are concentric or spiral heat-generating resistors arranged side by side in the radial direction of the top plate, and the intervals are gradually increased from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the top plate. The wafer mounting mechanism with a heater according to any one of claims 1 to 5, wherein the wafer has a shape that becomes narrower or has a smaller cross-sectional area. 前記ヒータは、前記ステージの載置面上に載置されたウェハを600〜2000℃で加熱することを特徴とする請求項1〜6の何れか一項に記載のヒータ付きウェハ載置機構。 The heater-equipped wafer mounting mechanism according to any one of claims 1 to 6, wherein the heater heats a wafer mounted on the mounting surface of the stage at 600 to 2000 ° C. ウェハに対して成膜処理を行う成膜装置であって、
請求項1〜7の何れか一項に記載のヒータ付きウェハ載置機構を備えることを特徴とする成膜装置。
A film forming apparatus that performs film forming processing on a wafer.
A film forming apparatus comprising the wafer mounting mechanism with a heater according to any one of claims 1 to 7.
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