KR920010061B1 - Heating apparatus of vapor deposition substrate - Google Patents

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Abstract

The apparatus for heating substrates in a vacuum deposition champer comprises heating blocks (7-7e) surrounding a space extending from a substrate holder to a table in the chamber, ceramic jar (9) covering the heaters of the heating blocks and protecting support boards (10,10a) at both sides of the ceramic jar. The heating blocks (7-7e) consists of a circular heating block (7e), cylinderical heating blocks (7c,7d), and conical and tapering heating blocks (7,7a,7b) at the bottom, middle and lower parts.

Description

진공증착기의 증착기판 가열장치Evaporation substrate heating device of vacuum evaporator

제1도는 일반적인 증착기판 가열장치의 개략설명도.1 is a schematic diagram of a general deposition substrate heating apparatus.

제2도는 본 발명에 의한 히팅블럭의 예시도.2 is an illustration of a heating block according to the present invention.

제3도는 본 발명의 가열장치를 설치한 상태의 측단면도.3 is a side cross-sectional view of a state in which the heating apparatus of the present invention is installed.

제4도는 본 발명의 히팅블럭의 구조를 나타낸 단면도.Figure 4 is a cross-sectional view showing the structure of the heating block of the present invention.

제5a,b,c도는 종래기판가열장치의 개략설명도로서, (a)는 할로겐램프를 이용한 가열장치이며, (b)는 할로겐램프 및 C-G히터를 겸용한 가열장치이고,(c)는 몰리브덴, 텅스텐, C-G히터를 이용한 또 다른 실시예를 나타낸다.5a, b, and c are schematic explanatory views of a conventional substrate heating apparatus, (a) is a heating device using a halogen lamp, (b) is a heating device using a halogen lamp and a CG heater, and (c) is molybdenum Another embodiment using tungsten, CG heater is shown.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

1 : 진공증착기 2 : 기판홀더1: vacuum evaporator 2: substrate holder

3 : 가이드레일 4 : 기판3: guide rail 4: substrate

5 : 테이블 6 : 포트5: table 6: port

본 발명은 검출소자로서 이용되는 DC모우터용 홀소자(Hall device)의 제조에 있어서 고진공에서 가열하여 반도체박막을 증착시킬 수 있는 진공증착기의 증착기판 가열장치에 관한 것으로 특히 기판가열시 기판의 부위에 따른 온도편차를 줄일 수 있도록 기판온도를 개별적으로 콘트롤함으로써 기판가열시 온도편차가 발생하더라도 각블럭별로 입력전력을 변화시켜 기판온도를 간단히 보정할 수 있도록 한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a deposition substrate heating apparatus for a vacuum evaporator capable of depositing a semiconductor thin film by heating in high vacuum in the manufacture of a Hall device for a DC motor used as a detection element. By controlling the temperature of the board individually to reduce the temperature deviation, the board temperature can be easily corrected by changing the input power for each block even if a temperature deviation occurs during heating.

예를들어 안티몬화인듐(InSb)처럼 증기압력(Vaporpressure)이 서로 다른 화물반도체 재료를 진공증착에 의해 박막으로 제조할 경우 챔버의 증착실 내부 온도와 압력이 큰 변수로 작용하게 되는데 진공중에서 압력이 일정하게 유지될 경우 챔버 내부의 온도편차에 따라 안티몬화인듐중 안티몬이 곧바로 재증발되어 기판홀더에 장착된 기판표면에 증착되는 박막이 균일하지 않게 된다. 따라서 기판온도편차가 크면 클수록 박막특성은 이방성(異方性)이 나타나므로 가열시 기판의 온도편차를가능한한 줄이는 것이 바람직하다.For example, when a cargo semiconductor material with different vapor pressures, such as indium antismonium (InSb), is made into a thin film by vacuum deposition, the temperature and pressure inside the deposition chamber of the chamber act as large variables. If kept constant, antimony in indium antimonide will immediately re-evaporate according to the temperature deviation inside the chamber, and the thin film deposited on the substrate surface mounted on the substrate holder will be uneven. Therefore, the larger the substrate temperature deviation is, the thinner the anisotropy is, so it is desirable to reduce the temperature deviation of the substrate as much as possible during heating.

그러나 종래 증착기의 증착기판을 가열하는 장치로서는 제5a도와 같이 주로 할로겐램프(31)로 가열하는 방법이 있고 극히 제한적으로 그림(나)와 같이 C-G히터(32)와 할로겐램프(31)로 동시에 가열하는 방법이 있다. 그러나 전자의 경우 할로겐 램프(31)에서 발산되는 빛이 기판홀더(33)에 장착된 기판(34)에 직접 복사되는 각도에 따라 열량 차이가 심할뿐 아니라 실질적으로 가열을 요하는 기판(34)보다 챔버내부에서의 열확산으로 인한 열손실이 커서 기판(34)의 각 부위별 온도편차가 크고 챔버내부의 온도를 검출하는 써모커플(35)을 일정한 포인트에 두고 기판온도를 보정할때 기준온도설정이 매우 어렵다. 그러나 기준온도가 설정되어도 온도편차가 커서 기판온도의 콘트롤에 문제가 남았다.However, as a device for heating the deposition substrate of the conventional evaporator, there is a method of heating mainly with the halogen lamp 31 as shown in FIG. 5a, and extremely limited simultaneously with the CG heater 32 and the halogen lamp 31 as shown in the figure (b). There is a way. However, in the former case, the difference in calories is not only severe depending on the angle at which light emitted from the halogen lamp 31 is directly radiated to the substrate 34 mounted on the substrate holder 33, but is substantially lower than that of the substrate 34 that requires heating. The heat loss due to heat diffusion inside the chamber is large, so that the temperature deviation for each part of the substrate 34 is large, and the reference temperature is set when the substrate temperature is corrected by placing the thermocouple 35 for detecting the temperature inside the chamber at a certain point. Very difficult. However, even if the reference temperature is set, the temperature deviation is large, so there is a problem in controlling the substrate temperature.

한편 할로겐램프(31)와 C-G히터(32)를 병행 사용하는 후자에 있어서는 C-G히터(32)등을 기판(33)의 직상방에 설치하여 기판을 직접 가열할 경우 C-G히터(32)에서 발산되는 열분포가 고루게 반사시킬 수 있는 열발산장치가 없기 때문에 히터바로밑 부분과 히터와 히터사이의 열편차가 커 실질적으로 기판을 가열하여도 기판 부위별 온도편차가 생기게 된다. 이러한 상태에서 반도체 박막을 증착하는 경우 기판의 각 부위별 온도차가 크기 때문에 박막특성에 있어서 이방성이 생기는 경우가 많았다.On the other hand, in the latter using the halogen lamp 31 and the CG heater 32 in parallel, when the CG heater 32 or the like is installed directly above the substrate 33 to directly heat the substrate, the CG heater 32 is emitted from the CG heater 32. Since there is no heat dissipation device capable of reflecting the heat distribution evenly, the thermal deviation between the bottom of the heater and the heater and the heater is large, so that even if the substrate is heated substantially, temperature deviation for each substrate portion is generated. In the case of depositing a semiconductor thin film in such a state, the anisotropy was often generated in the thin film characteristics because the temperature difference of each part of the substrate is large.

따라서 본 발명의 목적을 진공증착기 내의 기판홀더의 형상을 따라서 소정의 거리를 두고 복수개의 분할된 히팅블럭을 배열하되 각 블럭의 자체온도 콘트롤기능을 갖는 가열전력 콘트롤기능 및 써모커플을 보유하고 히터부분 및 히터사이의 온도편차를 줄이고 클리닝작업이 용이하도록 기판홀더의 가열부위 전면에 몰리브덴시이트의 방열전도판을 부착한 증착기판 가열장치를 제공하는데 있다.Therefore, the object of the present invention is to arrange a plurality of divided heating blocks at a predetermined distance along the shape of the substrate holder in the vacuum evaporator, but has a heating power control function and a thermocouple having its own temperature control function of each block, and the heater part. And to provide a vapor deposition substrate heating apparatus is attached to the heat conduction plate of molybdenum sheet on the front surface of the heating portion of the substrate holder to reduce the temperature deviation between the heater and to facilitate the cleaning operation.

이하에서 본 발명의 실시예를 설명한다.An embodiment of the present invention will be described below.

제1도는 일반적인 증착기판가열장치의 개략설명도이며, 제2도는 본 발명에 의한 히팅블럭의 예시도이고 제3도는 본 발명의 가열장치를 설치한 상태의 측단면도이며 제4도는 본 발명의 히팅블럭의 구조를 나타낸 블럭도이다.1 is a schematic explanatory diagram of a general deposition substrate heating apparatus, FIG. 2 is an illustration of a heating block according to the present invention, FIG. 3 is a side cross-sectional view of a heating apparatus of the present invention, and FIG. 4 is a heating of the present invention. A block diagram showing the structure of a block.

제1도에 도시된 바와같이 진공증착기(1)의 챔버(1a)상측에 장착된 모우터(M)의 회전축에 현수된 복수의 기판홀더(2)는 대각선방향으로 기울어져 전체가 자전하고 기판홀더(2)의 회전반경에 설치한 가이드레일(3)에 기판홀더(2)의 기어가 치합되어 기판홀더 자체도 공전하게 된다.As shown in FIG. 1, the plurality of substrate holders 2 suspended on the rotating shaft of the motor M mounted above the chamber 1a of the vacuum deposition machine 1 are inclined diagonally so that the whole rotates and the substrate The gear of the substrate holder 2 is engaged with the guide rail 3 provided at the rotation radius of the holder 2 so that the substrate holder itself is also idle.

즉, 가이드레일(3)을 따라 각 기판홀더(2)가 슬라이딩 할 수 있게 물려있어 외부모터로 연결된 샤프트가 회전하여 기판홀더(2)를 자전시키고 가이드레일을 따라 공정하게 되는 것이다.That is, each substrate holder 2 is slidably slid along the guide rail 3 so that the shaft connected to the external motor rotates to rotate the substrate holder 2 and to be processed along the guide rail.

상기 공전하는 기판홀더(2)의 사각구멍(2a)에 부착된 기판(4)은 테이블(5)의 포트구멍(6)에 있는 안티몬화인듐을 가열하여 산화시킴으로써 기판홀더(2)에 장착된 기판(4) 표면에 반도체막을 증착시킨다.The substrate 4 attached to the square hole 2a of the revolving substrate holder 2 is mounted on the substrate holder 2 by heating and oxidizing indium antimonide in the port hole 6 of the table 5. A semiconductor film is deposited on the surface of the substrate 4.

여기서 본 발명의 요지는 제2도 및 제3도에서와 같이 기판홀더(2)와 테이블(5)까지의 체적공간에 분할된 히팅블럭을 부설하고 각 히팅블럭에 자체온도 콘트롤기능을 보유하여 기판홀더(2)에 장착된 기판(4)의 온도편차가 써모커플(12)에서 현재 온도를 측정하여 일정 세팅온도이상이 되면 전원이 차단되고 또 그 이하이면 전원이 온되어 특정온도조절이 가능한 것으로 상기 써모커플(12)에 의해 해당 히팅블럭의 발열온도를 조절하게 되어 있으며 각 히팅블럭을 블록의 형상조정이 가능하게 설치된다.The gist of the present invention is to install a divided heating block in the volume space up to the substrate holder 2 and the table 5, as shown in Figs. 2 and 3, and each substrate has its own temperature control function. When the temperature deviation of the substrate 4 mounted on the holder 2 reaches the current temperature at the thermocouple 12 and the temperature is over a predetermined set temperature, the power is cut off. If the temperature is less than the predetermined temperature, the power is turned on. The thermocouple 12 controls the heating temperature of the heating block, and the heating block 12 is installed to adjust the shape of the block.

이러한 히팅블럭을 상세히 설명하면 최상측에 위치한 히팅블럭(7)은 삿갓모양의 단일체로 구성되고 히터(8)가 점선과 같이 나선원추형으로 설치되어 있다. 또 최상측의 히팅블럭(7) 아래측으로 2등분 테이퍼형 히팅블럭(7a)(7b)의 일측은 챔버(1a) 측벽에 통상의 지지수단에 의해 부착되고 그 반대측은 챔버의 도어에 부착되며 기판홀더(2)와 약간의 거리를 유지한다.When the heating block is described in detail, the heating block 7 located on the uppermost side is composed of a hat-shaped single body, and the heater 8 is installed in a spiral cone like a dotted line. One side of the two-sided tapered heating blocks 7a and 7b below the uppermost heating block 7 is attached to the side wall of the chamber 1a by ordinary supporting means, and the opposite side is attached to the chamber door. Maintain some distance from the holder (2).

또 대칭으로 2등분된 원통형 히팅블럭(7c)(7d)의 일측은 챔버에, 그리고 반대측은 상술한 바와같이 챔버의 도어에 부착되어 도어를 열면 원추형의 반쪽부분에 해당하는 히팅블럭(7a)과 원통형의 반쪽인 히팅블럭(7c)이 도어와 함께 개방되어 대각선 방향의 기울기를 갖는 기판홀더(2)에 기판(4)을 장착하거나 분리하게 된다.In addition, one side of the cylindrical heating blocks 7c and 7d symmetrically bisected is attached to the chamber, and the other side is attached to the chamber door as described above. The heating block 7c, which is a half of the cylinder, is opened together with the door to attach or detach the substrate 4 to the substrate holder 2 having a diagonal inclination.

또 히팅블럭에 의해 둘러쌓인 증착실의 바닥, 즉, 테이블(5)상에도 원반형태의 히팅블럭(7e)이 구비되며 이 히팅블럭에는 안티몬화인듐을 산화시키는 포트(6)가 일정높이를 두고 지지되며 최상측 히팅블럭(70을 제외한 나머지 히팅블럭(7a)∼(7e)의 히터(8a∼8e)는 지그재그로 배열시킨다. 아울러 기판홀더(2)에서 테이블(5)까지 둘러쌓인 히팅블럭(7a)∼(7e)의 내부에 있는 히터(8a∼8e)에서 발산되는 열은 외부로 확산되지 않고 기판홀더(2)에 장착된 기판(4)에 균일하게 퍼지도록 하여 기판온도편차를 극소화한다.In addition, a disk-shaped heating block 7e is provided on the bottom of the deposition chamber surrounded by the heating block, that is, on the table 5, and the heating block has a certain height at which a pot 6 for oxidizing indium antimonide is placed. The heaters 8a to 8e of the remaining heating blocks 7a to 7e except the uppermost heating block 70 are arranged in a zigzag manner, and the heating blocks enclosed from the substrate holder 2 to the table 5 are supported. Heat dissipated by the heaters 8a to 8e inside the 7a) to 7e is diffused uniformly to the substrate 4 mounted on the substrate holder 2 without diffusing to the outside, thereby minimizing the substrate temperature deviation. .

상기한 기판온도편차를 근본적으로 개선하기 위하여는 상기의 히팅블럭(7∼7e)에 별도의 가열전력을 조정하는 콘트롤기능을 부여하고 여기에 각각의 써모커플(12)을 설치하여 기판홀더에 장착되어 있는 기판부위별 온도를 체킹함으로써 모든 포인트에서 기판온도보정이 가능하게 되어 있다.In order to fundamentally improve the substrate temperature deviation, the heating blocks 7 to 7e are provided with a control function for adjusting heating power separately, and the thermocouples 12 are installed in the substrate holders. By checking the temperature for each substrate part, the substrate temperature correction is possible at all points.

가령 히팅블럭(7∼7e)과 기판홀더(2) 사이의 편차(L)를 100mm±2mm로 하고 기판온도의 세팅포인트를 380℃로 할 경우 증착중 히트레벨(heat label)등으로 각 부위별 온도편차가 발생하면 기판홀더(2)에 장착된 기판부위별로 온도를 체킹하여 그에 해당하는 히팅블럭의 입력전력을 변화시켜 요구되는 기판온도 편차를 380℃±1℃ 정도까지 줄일 수 있다. 한편 제4도와 같이 본 발명의 히팅블럭 구조의 상세도로 표시한 것이다.For example, if the deviation (L) between the heating block (7-7e) and the substrate holder (2) is 100mm ± 2mm and the set point of the substrate temperature is 380 ℃, each part by heat label during deposition When a temperature deviation occurs, the temperature of each substrate mounted on the substrate holder 2 is checked and the input power of the corresponding heating block is changed to reduce the required substrate temperature deviation to about 380 ° C ± 1 ° C. Meanwhile, as shown in FIG. 4, the heating block structure of the present invention is shown in detail.

각 히팅블럭(7∼7e)은, W,Mo,C-G히터등으로 된(8∼8e)에 원형의 세라믹자아(9)를 씌어 양측에서 전도성 보호지지판(10)(10a)을 샌드위치구조로 볼트 및 너트로 부착하여 히터(8∼8e)의 발열에 따라 세라믹자아(9)가 은근히 가열되어 전도성 보호지지판(10)(10a)으로 열전도시키고 기판홀더(2)와 가까운 보호지지판(10)(10a) 외측으로 몰리브덴시이트의 방열전도판(11)을 부착하여 이것을 통하여 기판을 가열시키게 된다. 외부의 가열전원에 의해 W,Mo,C-G히터등으로 된 히터(8)가 발열하면 각 발열부위에서 전면에 고르게 가열되도록, 가능한 한 발열균일부위를 넓히기 위해 각 발열부위마다 세라믹 자아(9)가 설치한다. 이 세라믹자아가 가열되어 전도성보호지지판(10a)이 고르게 가열된다. 이어 이 지지판의 온도편차를 다시한번 줄이고 챔버내의 클리이닝을 용이하게 하기위해 Mo방열전도판(11)을 부착하여 균일한 온도를 위해 최소한 3번의 전도판(10,10a,11)을 거친 후 기판을 가열하기 때문에 가능한한 온도 편차가 줄게 된다.Each of the heating blocks 7 to 7e is covered with a circular ceramic ego 9 made of W, Mo, CG heaters, etc. (8 to 8e) and bolts the conductive support plates 10 and 10a in sandwiched structures on both sides. And the ceramic ego (9) is gently heated in accordance with the heating of the heater (8-8e) by attaching with a nut to conduct heat to the conductive protective support plate (10) (10a) and the protective support plate (10) (10a) close to the substrate holder (2) The heat dissipation conductive plate 11 of molybdenum sheet is attached to the outside to heat the substrate. When the heater 8 made of W, Mo, CG, etc. is heated by an external heating power source, a ceramic ego 9 is provided at each heating portion to widen the heating uniformity as much as possible so that the heating portion is evenly heated at each heating portion. Install. This ceramic ego is heated so that the conductive protective support plate 10a is evenly heated. In order to reduce the temperature deviation of the support plate once again and to facilitate the cleaning in the chamber, the Mo radiating conductive plate 11 is attached and subjected to at least three conductive plates 10, 10a and 11 for uniform temperature. Heating will reduce the temperature deviation as much as possible.

또 이렇게 온도편차가 줄어들어도 어느 온도이상이 되면 외부회로에 의해 자동적으로 전원이 차폐 혹은 인가되어 기판의 온도편차를 줄일 수 있는 것이다. 따라서 히터 배열간격으로 인한 온도편차를 없애도록 금속류의 전도에 의해 히팅블럭 전체가 골고루 가열된 상태에서 히터에서 방열되는 열이 기판(4)에 도달하기 때문에 기판온도를 균일하게 유지할 수 있고 또한 히팅블럭에 둘러쌓인 내부에서 기판의 박막증착이 이루어지기 때문에 증착물질에 의한 기판홀더(2)가 오염될 경우 히팅블럭에 취부된 상기한 방열전도판(11)을 간단히 교환하여 진공증착기의 클리이닝작업을 용이하게 실시할 수 있는 것이다.In addition, even if the temperature deviation is reduced, if the temperature exceeds a certain temperature, the power supply is automatically shielded or applied by an external circuit to reduce the temperature deviation of the substrate. Therefore, since the heat radiated from the heater reaches the substrate 4 while the entire heating block is uniformly heated by the conduction of metals so as to eliminate the temperature deviation due to the heater arrangement interval, the substrate temperature can be kept uniform and the heating block Since the thin film is deposited on the inside of the substrate, when the substrate holder 2 is contaminated by the deposition material, the above-mentioned heat conduction plate 11 mounted on the heating block is simply replaced to clean the vacuum evaporator. It can be performed easily.

이상과 같이 본 발명은 진공증착기의 기판홀더와 테이블까지의 체적공간에 일정한 거리를 두고 히팅블럭을 분할 배치하고 각 히팅블럭별로 세팅온도 이하나 이상이 될 경우 이를 검출하여 자체온도를 콘트롤함으로써 기판의 온도편차를 간단히 조절할 수 있고 기판홀더의 가열부위저면에 몰리브덴 시이트의 방열전도판을 부착하여 클리이닝 작업이 간편한 특징이 있는 것이다.As described above, the present invention divides the heating block at a predetermined distance from the volumetric space between the substrate holder and the table of the vacuum evaporator, and detects when the heating block is lower than or equal to the setting temperature for each heating block to control its own temperature. The temperature deviation can be easily adjusted and the cleaning work is easy by attaching the heat-dissipating plate of molybdenum sheet to the bottom of the heating part of the substrate holder.

Claims (1)

고진공에서 가열하여 반도체박막을 증착시키는 진공증착기의 기판가열장치에 있어서, 상기 진공증착기의 기판홀더(2)와 테이블(5)을 둘러쌓아 분할하되 W,Mo,C-G히터등의 발열체를 갖는 히터(8)를 감쌓아 상기 히터의 열발산분포를 균일하게 하는 세라믹자아(9)와 : 상기 세라믹자아의 양측에 체결되어 상기 히터에서 발생되는 열을 재차 균일하도록 하는 보호지지판(10)(10a)과 : 상기 보호지지판(10a)쪽에 부착되어 챔버의 클리닝은 용이하도록 하는 몰리브덴 시이트의 방열전도판(11)을 포함하는 히팅블럭(7∼7e)을 구성한 것을 특징으로 하는 진공증착기의 증착기판 가열장치.In the vacuum heating substrate heating apparatus for depositing a semiconductor thin film by heating at high vacuum, the heater having a heating element such as W, Mo, CG heater divided by surrounding the substrate holder (2) and the table (5) of the vacuum deposition machine ( 8) wrap the ceramic ego (9) and uniformity of the heat dissipation distribution of the heater: a protective support plate (10) (10a) and fastened to both sides of the ceramic ego to uniformize the heat generated by the heater again : A deposition substrate heating apparatus of a vacuum evaporator, comprising a heating block (7 to 7e) attached to the protective support plate (10a) and comprising a heat dissipation plate (11) of molybdenum sheet to facilitate cleaning of the chamber.
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