(57)【特許請求の範囲】
【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と接する部分が当該熱遮蔽部に隔てられて、前記複数の加熱要素にそれぞれ個別に接して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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【請求項８】
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、
前記複数のヒータと接する部分が当該熱遮蔽部に隔てられて、前記複数のヒータにそれぞれ個別に接して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。
【請求項９】
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、前記支持台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８に記載の半導体素子製造装置用ヒータアセンブリ。
【請求項１０】
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９に記載の半導体素子製造装置用ヒータアセンブリ。
【請求項１１】
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９に記載の半導体素子製造装置用ヒータアセンブリ。
【請求項１２】
前記支持バーは前記ヒータと前記支持台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１１に記載の半導体素子製造装置用ヒータアセンブリ。
【請求項１３】
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９に記載の半導体素子製造装置用ヒータアセンブリ。
【請求項１４】
前記ヒータの温度は、３９０℃乃至４２０℃の範囲を有することを特徴とする請求項８に記載の半導体素子製造装置用ヒータアセンブリ。
【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  ＳＹＳＴＥＭ  ＷＩＴＨ  ＦＥＥＤＢＡＣＫ  ＣＯＮＴＲＯＬ  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  ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ  Ａ  ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ  ＷＡＦＥＲ  ＢＹ  ＩＲＲＡＤＩＡＴＩＯＮＵＳＩＮＧ  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ＧＥＮＵＳ７０００ＣＶＤ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  ｈｅａｔｅｒ）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（ｇｒａｐｈｉｔｅ）材質によりなった薄い板（ｐｌａｔｅ）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、ＧＥＮＵＳ７０００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（ＴＣ１０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１４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】
【課題を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、前記複数の加熱要素と接する部分が当該熱遮蔽部に隔てられて、前記複数の加熱要素にそれぞれ個別に接して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。
【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、前記複数のヒータと接する部分が当該熱遮蔽部に隔てられて、前記複数のヒータにそれぞれ個別に接して前記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、前記支持台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。
【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１２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）、４００℃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ＩＶ、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１４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１４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３０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１２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１１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２４０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１４０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３１０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４００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５００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３２０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１４０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１２０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３９０ｂ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３００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℃、３９５℃、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４１５℃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】
0004143376.tif 000002
【０１１０】
表１で試料Ｉ乃至ＩＶは、図２０乃至図２３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（ＷＳｉｘ  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（ｍｅｔａｐｕｌｓｅ）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４２５℃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、４１５℃では密度が非常に高くなっている。したがって、４０５℃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１００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１２２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  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｐｅ）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（Ａｕｇｅｒ  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  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ）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１２７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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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