(57)【要約】化学蒸着のための回転円盤反応器は、真空チャンバと、モータシャフトを真空チャンバ内に通過させる上側および下側強磁性流体シールを備えている、強磁性流体フィードスルーとを含む。モータは、モータシャフトに連結され、上側強磁性流体シールと下側強磁性流体シールとの間の大気領域内に位置付けられる。回転板が、モータが回転板を所望の回転率において回転させるように、真空チャンバ内に位置付けられ、モータシャフトに連結される。誘電支持体は、シャフトによって駆動されると、回転板が誘電支持体を回転させるように、回転板に連結される。基板ホルダーが、化学蒸着処理のために、真空チャンバ内の誘電支持体上に位置付けられる。ヒータは、化学蒸着のために、基板ホルダーの温度を所望の温度に制御するように、基板ホルダーに近接して位置付けられる。
2015519752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学蒸着のための回転円盤反応器であって、前記反応器は、
ａ）真空チャンバと、
ｂ）モータシャフトを前記真空チャンバ内に通過させる強磁性流体フィードスルーであって、前記強磁性流体フィードスルーは、上側および下側強磁性流体シールを備えている、強磁性流体フィードスルーと、
ｃ）前記上側強磁性流体シールと前記下側強磁性流体シールとの間の大気領域内に位置付けられているモータであって、前記モータは、前記モータシャフトに連結されている、モータと、
ｄ）前記真空チャンバ内に位置付けられ、前記モータが所望の回転率において前記回転板を回転させるように、前記モータシャフトに連結されている回転板と、
ｅ）前記回転板に連結されている誘電支持体であって、前記回転板は、前記シャフトによって駆動されると、前記誘電支持体を回転させる、誘電支持体と、
ｆ）前記誘電支持体上に位置付けられている基板ホルダーであって、前記基板ホルダーは、化学蒸着処理のために、基板を前記真空チャンバ内で支持する、基板ホルダーと、
ｇ）前記基板ホルダーに近接して位置付けられているヒータであって、前記ヒータは、化学蒸着プロセスのために、前記基板ホルダーの温度を所望の温度に制御する、ヒータと
を備えている、反応器。
【請求項２】
前記強磁性流体フィードスルーは、前記ヒータまたは冷却ラインに給電し、前記真空チャンバ内の温度を制御する電極のうちの少なくとも１つを通過させるための中空導管を形成している、請求項１に記載の反応器。
【請求項３】
前記モータは、前記モータシャフトに直接連結されている、請求項１に記載の反応器。
【請求項４】
前記モータシャフトは、前記回転板に機械的に連結されている、請求項１に記載の反応器。
【請求項５】
前記モータシャフトは、前記回転板に磁気的に連結されている、請求項１に記載の反応器。
【請求項６】
前記モータシャフトは、前記回転板の回転中心からオフセットされた領域内において、前記回転板に連結されている、請求項１に記載の反応器。
【請求項７】
前記モータシャフトは、誘電材料から形成されている、請求項１に記載の反応器。
【請求項８】
前記誘電支持体は、可撓性締結具を用いて、前記回転板に連結されている、請求項１に記載の反応器。
【請求項９】
前記可撓性締結具は、前記回転板に対して前記誘電支持体を中心付け、係止する傾斜コイルばねを備えている、請求項８に記載の反応器。
【請求項１０】
前記誘電支持体は、約１０Ｗ／（ｍＫ）未満の熱伝導性を有する誘電材料から形成されている、請求項１に記載の反応器。
【請求項１１】
前記誘電支持体は、処理中の基板と前記真空チャンバ内の冷却領域との間に熱障壁を形成する材料から形成されている、請求項１に記載の反応器。
【請求項１２】
前記誘電支持体は、石英から形成されている、請求項１に記載の反応器。
【請求項１３】
前記誘電支持体は、円筒形外側表面を備えている、請求項１に記載の反応器。
【請求項１４】
前記基板ホルダーは、前記誘電支持体の上部表面と前記基板ホルダーの底部表面との間の摩擦によって、前記誘電支持体の上部に保持されている、請求項１に記載の反応器。
【請求項１５】
前記基板ホルダーは、単一基板ホルダーを備えている、請求項１に記載の反応器。
【請求項１６】
前記ヒータは、前記基板ホルダーに近接して、前記誘電支持体の内側に位置付けられている、請求項１に記載の反応器。
【請求項１７】
前記ヒータは、少なくとも２つの独立ヒータゾーンを備えている、請求項１に記載の反応器。
【請求項１８】
前記ヒータは、黒鉛ヒータを備えている、請求項１に記載の反応器。
【請求項１９】
前記ヒータは、タングステンまたはレニウムのうちの少なくとも１つから形成されているコイルヒータを備えている、請求項１に記載の反応器。
【請求項２０】
前記誘電支持体は、スロットが付けられている、請求項１に記載の反応器。
【請求項２１】
スロットが付けられた誘電支持体を前記基板ホルダーに固定するための係止ピンをさらに備えている、請求項２０に記載の反応器。
【請求項２２】
化学蒸着の方法であって、前記方法は、
ａ）モータシャフトを真空チャンバ内に通過させる上側および下側強磁性流体シールを備えている強磁性流体フィードスルーを提供することと、
ｂ）前記上側強磁性流体シールと前記下側強磁性流体シールとの間の大気領域内に位置付けられているモータを前記モータシャフトに連結することと、
ｃ）前記真空チャンバ内に位置付けられている回転板を前記モータシャフトに連結することであって、前記モータシャフトは、前記回転板を回転させる、ことと、
ｄ）誘電支持体を前記回転板に連結することと、
ｅ）少なくとも１つの基板を支持する基板ホルダーを前記誘電支持体に連結することであって、前記モータシャフトは、化学蒸着処理のために、前記所望の回転率において、前記回転板、前記誘電支持体、および前記基板ホルダーを回転させる、ことと、
ｆ）化学蒸着処理のために、前記基板ホルダーによって支持されている前記少なくとも１つの基板を所望のプロセス温度に加熱することと、
ｇ）プロセスガスを前記少なくとも１つの基板に近接する反応区域内に導入し、それによって、前記少なくとも１つの基板の表面に化学蒸着反応を形成することと
を含む、方法。
【請求項２３】
前記モータシャフトへの前記真空チャンバ内に位置付けられている回転板の連結は、機械的連結を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記モータシャフトへの前記真空チャンバ内に位置付けられている回転板の連結は、磁気連結を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記モータシャフトへの前記真空チャンバ内に位置付けられている回転板の連結は、前記回転板の回転中心からオフセットされた領域内において連結することを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
前記誘電支持体への前記少なくとも１つの基板を支持する基板ホルダーの連結は、前記誘電支持体の上部表面と前記基板ホルダーの底部表面との間の摩擦のみを用いて連結することを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
プロセスガスが前記誘電支持体の内側に流入することを防止することをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】
前記誘電支持体を前記回転板に可撓性に取り付けることをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２９】
処理中の基板と前記真空チャンバ内の冷却領域との間に熱障壁を形成することをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３０】
所望のプロセス温度への前記基板ホルダー上の少なくとも１つの基板の加熱は、少なくとも２つの独立加熱ゾーン内において前記少なくとも１つの基板を加熱することを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３１】
化学蒸着のための単一基板ホルダーであって、前記基板ホルダーは、
ａ）本体と、
ｂ）基板を受け取るための陥凹区域を有する上部表面と、
ｃ）前記基板を覆って流動するプロセスガスの熱損失を低減させ、均一性を増加させる形状を有する丸みを帯びた縁と、
ｄ）回転誘電支持体の上部に位置付けるための前記丸みを帯びた縁の底部における実質的に平坦な表面と、
ｅ）前記丸みを帯びた縁に近接して位置付けられている垂直リムであって、前記垂直リムは、前記基板ホルダーが前記回転支持体の上部に位置付けられている場合、前記基板ホルダーの揺れを低減させる、垂直リムと
を備えている、基板ホルダー。
【請求項３２】
前記本体は、円形である、請求項３１に記載の基板ホルダー。
【請求項３３】
前記基板ホルダーは、黒鉛、ＳｉＣ、金属、およびセラミック材料のうちの少なくとも１つから形成されている、請求項３１に記載の基板ホルダー。
【請求項３４】
前記基板ホルダーの前記陥凹区域は、局所区域内において、所定の深度輪郭に機械加工されており、前記陥凹区域は、前記基板ホルダーにわたる所望の熱特性をもたらす、請求項３１に記載の基板ホルダー。
【請求項３５】
前記基板ホルダーの前記陥凹区域は、局所区域内に材料のインサートを備え、前記陥凹区域は、前記基板ホルダーにわたる所望の熱特性をもたらす、請求項３１に記載の基板ホルダー。
【請求項３６】
前記局所区域内の前記材料の少なくとも１つの熱特性は、前記基板ホルダーを形成する材料の熱特性と異なる、請求項３５に記載の基板ホルダー。
【請求項３７】
前記基板ホルダーの前記陥凹区域は、多レベル底部表面を備えている、請求項３１に記載の基板ホルダー。
【請求項３８】
前記陥凹区域は、前記基板を支持するためのタブを備えている、請求項３１に記載の基板ホルダー。
【請求項３９】
前記タブは、三角形形状である、請求項３８に記載の基板ホルダー。
【請求項４０】
前記タブは、基板ホルダーが前記基板に対して拡張するときに生成される力の少なくとも一部を吸収する材料から形成されている、請求項３８に記載の基板ホルダー。
【請求項４１】
前記タブは、前記基板ホルダーの温度が増加する場合の前記基板の機械的応力を低減させる、請求項３８に記載の基板ホルダー。
【請求項４２】
前記丸みを帯びた縁は、縁全体にわたり均一に丸みを帯びている、請求項３１に記載の基板ホルダー。
【請求項４３】
前記丸みを帯びた縁は、非均一に丸みを帯びている、請求項３１に記載の基板ホルダー。
【請求項４４】
前記基板ホルダーの重量は、処理およびパージの間、前記基板ホルダーが、誘電支持体の上部表面に摩擦で取り付けられるように選定されている、請求項３１に記載の基板ホルダー。
【請求項４５】
前記垂直リムは、所望の回転率において、誘電支持体の上部に前記基板ホルダーを固定するように寸法を決定されている、請求項３１に記載の基板ホルダー。
【請求項４６】
前記基板ホルダーは、前記基板ホルダーを前記回転誘電支持体の上部によりしっかりと保持する前記基板ホルダーの拡張をもたらす熱膨張係数を有する材料から形成されている、請求項３１に記載の基板ホルダー。
【請求項４７】
化学蒸着のための多基板ホルダーであって、前記多基板ホルダーは、
ａ）本体と、
ｂ）複数の基板を受け取るための複数の陥凹区域を有する上部表面と、
ｃ）前記複数の基板を覆って流動するプロセスガスの熱損失を低減させ、均一性を増加させる形状を有する丸みを帯びた縁と、
ｄ）回転誘電支持体の上部に位置付けるための前記丸みを帯びた縁の底部の実質的に平坦な表面と、
ｅ）前記丸みを帯びた縁に近接して位置付けられている垂直リムであって、前記垂直リムは、前記基板ホルダーが前記回転誘電支持体の上部に位置付けられている場合、前記基板ホルダーの揺れを低減させる、垂直リムと、
ｆ）前記多基板ホルダーを回転させるシャフトのためのアタッチメントであって、前記アタッチメントは、前記多基板ホルダーの底部表面上に位置付けられている、アタッチメントと
を備えている、多基板ホルダー。
【請求項４８】
前記本体は、円形である、請求項４７に記載の多基板ホルダー。
【請求項４９】
前記多基板ホルダーは、黒鉛、ＳｉＣ、金属、およびセラミック材料のうちの少なくとも１つから形成されている、請求項４７に記載の多基板ホルダー。
【請求項５０】
前記多基板ホルダーの前記複数の陥凹区域のうちの少なくとも２つは、異なる寸法を有する、請求項４７に記載の多基板ホルダー。
【請求項５１】
前記陥凹区域のうちの少なくとも１つは、局所区域内において、所定の深度輪郭に機械加工され、前記陥凹区域のうちの少なくとも１つは、前記多基板ホルダーにわたる所望の熱特性をもたらす、請求項４７に記載の多基板ホルダー。
【請求項５２】
前記多基板ホルダーの前記陥凹区域のうちの少なくとも１つは、局所区域内に材料のインサートを備え、前記陥凹区域のうちの少なくとも１つは、前記多基板ホルダーの少なくとも一部にわたる所望の熱特性をもたらす、請求項４７に記載の多基板ホルダー。
【請求項５３】
前記局所区域内の前記材料の少なくとも１つの熱特性は、前記基板ホルダーを形成する材料の熱特性と異なる、請求項５２に記載の多基板ホルダー。
【請求項５４】
前記基板ホルダーの前記陥凹区域のうちの少なくとも１つは、多レベル底部表面を備えている、請求項４７に記載の多基板ホルダー。
【請求項５５】
前記陥凹区域のうちの少なくとも１つは、前記基板を支持するためのタブを備えている、請求項４７に記載の多基板ホルダー。
【請求項５６】
前記タブは、三角形形状である、請求項５５に記載の多基板ホルダー。
【請求項５７】
前記丸みを帯びた縁は、縁全体にわたり均一に丸みを帯びている、請求項４７に記載の多基板ホルダー。
【請求項５８】
前記丸みを帯びた縁は、非均一に丸みを帯びている、請求項４７に記載の多基板ホルダー。
【請求項５９】
前記基板ホルダーの重量は、処理およびパージの間、前記基板ホルダーが、回転誘電支持体の上部表面に摩擦で取り付けられるように選定されている、請求項４７に記載の多基板ホルダー。
【請求項６０】
前記垂直タブは、所望の回転率において、回転誘電支持体の上部に前記基板ホルダーを固定するように寸法を決定されている、請求項４７に記載の多基板ホルダー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書において使用されるセクションの表題は、構成上の目的のみのためであり、本願において説明される主題をいかようにも限定するものではない。
【０００２】
（関連出願）
本願は、米国仮特許出願第６１／６４８，６４０号（２０１２年５月１８日出願、名称“Ｒｏｔａｔｉｎｇ  Ｄｉｓｋ  Ｆｏｒ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，”）、米国仮特許出願第６１／７８１，８５８号（２０１３年３月１４日出願、名称“Ｒｏｔａｔｉｎｇ  Ｄｉｓｋ  Ｒｅａｃｔｏｒ  ｗｉｔｈ  Ｆｅｒｒｏｆｌｕｉｄ  Ｓｅａｌ  ｆｏｒ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，”）、および米国仮特許出願第６１／６４８，６４６号（２０１２年５月１８日出願、名称“Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｆｏｒ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ．”）を基礎とする優先権を主張する。米国仮特許出願第６１／６４８，６４０号、第６１／７８１，８５８号、および第６１／６４８，６４６号の内容全体は、参照により本明細書に援用される。
【背景技術】
【０００３】
気相成長法（ＶＰＥ）は、反応種を反応させ、基板の表面上に膜を形成するように、化学種を含む１つ以上のガスを基板の表面上へ向けることを伴う、化学気相蒸着（ＣＶＤ）の一種である。例えば、ＶＰＥシステムは、基板上に化合物半導体材料を成長させるために使用可能である。
【０００４】
材料は、典型的には、少なくとも１つの前駆体ガス、および多くの処理では、少なくとも第１および第２の前駆体ガスを、結晶基板を含む処理チャンバに注入することによって成長させられる。ＩＩＩ−Ｖ半導体等の化合物半導体は、水素化物前駆体ガスおよび有機金属前駆体ガスを使用して、基板上に半導体材料の様々な層を成長させることによって形成され得る。有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）は、有機金属および必要な化学元素を含む水素化物の表面反応を使用して、化合物半導体を成長させるために一般的に使用される蒸着法である。例えば、リン化インジウムは、トリメチルインジウムおよびホスフィンを導入することによって、基板上に化学反応炉内において成長させられ得る。
【０００５】
本技術において使用されるＭＯＶＰＥの代替名として、有機金属気相成長法（ＯＭＶＰＥ）、有機金属化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）、および有機金属化学蒸着（ＯＭＣＶＤ）が挙げられる。これらの処理では、ガスは、サファイア、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、またはＧａＰ基板等、基板の成長表面において、互に反応し、一般式ＩｎＸＧａＹＡｌＺＮＡＡｓＢＰＣＳｂＤ（式中、Ｘ＋Ｙ＋Ｚは、略１に等しく、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄは、略１に等しく、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ａ、Ｂ、ＣおよびＤの各々は、０〜１であることが可能である）のＩＩＩ−Ｖ化合物を形成する。様々な処理では、基板は、金属、半導体、または絶縁基板であることが可能である。いくつかの事例では、ビスマスが、他のＩＩＩ族金属の一部または全部の代わりに、使用され得る。
【０００６】
ＩＩＩ−Ｖ半導体等の化合物半導体はまた、水素化物またはハロゲン化物前駆体ガス処理を使用して、基板上に半導体材料の様々な層を成長させることによって形成され得る。あるハロゲン系気相成長法（ＨＶＰＥ）処理では、ＩＩＩ族窒化物（例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ）が、高温ガス状金属塩化物（例えば、ＧａＣｌまたはＡｌＣｌ）をアンモニアガス（ＮＨ３）と反応させることによって形成される。金属塩化物は、高温ＨＣｌガスを高温ＩＩＩ族金属上を通過させることによって発生される。ＨＶＰＥの特徴の１つは、いくつかの最先端の処理に対して、最大毎時１００μｍの超高成長率を有することが可能なことである。ＨＶＰＥの別の特徴は、膜が、無炭素環境内で成長させられ、高温ＨＣｌガスが、自己洗浄効果を提供するので、比較的に高品質の膜を蒸着させるために使用可能なことである。
【０００７】
これらの処理では、基板は、燃焼室において高温度で維持される。前駆体ガスは、典型的には、不活性搬送ガスと混合され、その後、燃焼室に向けられる。典型的には、ガスは、燃焼室に導入されるとき、比較的低温である。ガスが、高温基板に到達するにつれ、その温度、ひいては、反応のためのその利用可能エネルギーが、増加する。エピタキシャル層の形成は、基板表面における構成化学物質の最終熱分解によって生じる。結晶は、物理的蒸着処理ではなく、基板の表面上の化学反応によって形成される。その結果として、ＶＰＥは、熱力学的準安定合金に対して望ましい成長技術である。現在は、ＶＰＥは、レーザーダイオード、太陽電池、および発光ダイオード（ＬＥＤ）を製造するために一般的に使用される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
化学蒸着のための回転円盤反応器は、真空チャンバと、モータシャフトを真空チャンバ内に通過させる上側および下側強磁性流体シールを備えている強磁性流体フィードスルーとを含む。いくつかの実施形態では、強磁性流体フィードスルーは、電気および配管設備を真空チャンバに提供するための中空導管を形成する。モータが、機械的または磁気的に、モータシャフトに連結され、上側強磁性流体シールと下側強磁性流体シールとの間の大気領域内に位置付けられる。回転板が、モータが所望の回転率において回転板を回転させるように、真空チャンバ内に位置付けられ、モータシャフトに連結される。いくつかの実施形態では、回転板は、可撓性手段によって、モータシャフトに連結される。また、いくつかの実施形態では、モータシャフトは、回転板の回転中心からオフセットされた領域内において、回転板に連結される。
【０００９】
石英支持体等の誘電支持体が、シャフトによって駆動されると、回転板が誘電支持体を回転させるように、回転板に連結される。基板ホルダーは、化学蒸着処理のために、真空チャンバ内の誘電支持体上に位置付けられる。種々の実施形態では、基板ホルダーは、誘電支持体の上部表面と基板ホルダーの底部表面との間の摩擦によって、誘電支持体の上部に保持されることができるか、または物理的に取り付けられることができる。基板ホルダーは、単一基板または多基板を支持するように適合されることができる。いくつかの実施形態では、誘電支持体は、処理中の基板と真空チャンバ内の冷却領域との間に熱障壁を確立する材料から形成される。
【００１０】
ヒータが、化学蒸着のために、基板ホルダーの温度を所望の温度に制御するように、基板ホルダーに近接して位置付けられる。ヒータは、誘電支持体の内側または外側に位置付けられることができる。ヒータは、２つ以上の独立ヒータゾーンを含み得る。ヒータは、黒鉛ヒータであり得、あるいはタングステンおよび／またはレニウムコイルヒータを含み得る。
【００１１】
また、化学蒸着のための基板ホルダーは、略円形である、本体を含む。基板ホルダーは、黒鉛、ＳｉＣ、金属、またはセラミック材料のうちの少なくとも１つから形成されることができる。基板ホルダーは、基板ホルダーを回転支持体の上部によりしっかりと保持する基板ホルダーの拡張をもたらす熱膨張係数を有する材料から形成されることができる。基板ホルダーの重量は、処理およびパージの間、基板ホルダーが、回転支持体の上部表面に摩擦で取り付けられるように選定される。
【００１２】
基板ホルダーの上部表面は、基板を受け取るための陥凹区域を有する。陥凹区域は、基板を支持するためのタブを備えていることができる。タブは、三角形形状であり得る。タブは、基板ホルダーが基板に対して拡張するときに生成される力の少なくとも一部を吸収する材料から形成されることができる。また、タブは、基板ホルダーの温度が増加する場合の基板の機械的応力を低減させることができる。
【００１３】
基板ホルダーの陥凹区域は、局所区域内において、所定の深度輪郭に機械加工されることができ、陥凹区域は、基板ホルダーにわたる所望の熱特性をもたらす。加えて、基板ホルダーの陥凹区域は、局所区域内に、材料のインサートを含むことができ、陥凹区域は、基板ホルダーにわたる所望の熱特性をもたらす。さらに、基板ホルダーの陥凹区域は、多レベル底部表面を備えていることができる。局所区域内の材料の少なくとも１つの熱特性は、基板ホルダーを形成する材料の熱特性と異なることができる。
【００１４】
基板ホルダーの丸みを帯びた縁は、基板を覆って流動するプロセスガスの熱損失を低減させ、均一性を増加させる形状を有する。基板ホルダーは、回転支持構造の上部に位置付けるために、丸みを帯びた縁の底部に実質的に平坦な表面を有する。加えて、基板ホルダーは、回転支持体の上部に位置付けられている場合、基板ホルダーの揺れを低減させる、丸みを帯びた縁に近接して位置付けられている垂直リムを有する。垂直リムは、所望の回転率において、基板ホルダーを回転支持体の上部に固定するように寸法を決定される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
本教示は、好ましいかつ例示的実施形態に従って、そのさらなる利点とともに、付随の図面と関連して検討される、以下の発明を実施するための形態においてより具体的に説明される。当業者は、後述の図面が、例証目的のためだけのものであることを理解するであろう。図面は、必ずしも、正確な縮尺で描かれているわけではなく、代わりに、本教示の原理を例証するために、強調されている。図中、類似参照文字は、概して、種々の図全体を通して、同様の特徴および構造要素を指す図面は、出願人の教示の範囲をいかようにも限定することを意図しない。
【図１】図１は、本教示による、ＣＶＤ反応器の一実施形態の断面を図示する。
【図２】図２は、図１に関連して説明される、ＣＶＤ反応器の断面の上部の角の拡大図を図示する。
【図３】図３は、ヒータ搭載フランジおよびヒータ支持構造を示す、強磁性流体フィードスルー全体の簡略化された図を図示する。
【図４Ａ】図４Ａは、モータの詳細を含む、強磁性流体フィードスルーおよび包囲する構成要素の上側部分の断面図を図示する。
【図４Ｂ】図４Ｂは、搭載フランジを含む、強磁性流体フィードスルーおよび包囲する構成要素の下側部分の断面図を図示する。
【図５】図５は、本教示による、単一基板ホルダーの上面図を図示する。
【図６】図６は、図２に関連して説明される、本教示による、単一基板ホルダーの拡大上面図を図示する。
【図７】図７は、回転支持体の上部に位置付けられる、図５に関連して説明される、本教示による、単一基板ホルダーの側面図を図示する。
【図８Ａ】図８Ａおよび８Ｂは、回転板によって回転されている間、誘電支持体を基板ホルダーによりしっかりと取り付けるピンと適合される、誘電支持体および基板ホルダーを図示する。
【図８Ｂ】図８Ａおよび８Ｂは、回転板によって回転されている間、誘電支持体を基板ホルダーによりしっかりと取り付けるピンと適合される、誘電支持体および基板ホルダーを図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
明細書において、「一実施形態」または「ある実施形態」とは、実施形態に関連して説明される、特定の特徴、構造、または特性が、少なくとも本教示の一実施形態内に含まれることを意味する。明細書中の種々の場所で使用される「一実施形態では」という語句は、必ずしも、すべて同一実施形態を指すわけではない。
【００１７】
本教示の方法において使用される個々のステップは、本教示が作用可能のままである限り、任意の順番および／または同時に、行われ得ることを理解されたい。さらに、本教示の装置および方法は、本教示が作用可能のままである限り、任意の数またはすべての説明される実施形態を含むことが可能であることを理解されたい。
【００１８】
次に、付随の図面に示されるその例示的実施形態を参照して、本教示をより詳細に説明する。本教示は、種々の実施形態および実施例に関連して説明されるが、本教示がそのような実施形態に限定されることを意図するものではない。一方、本教示は、当業者によって理解されるように、様々な代替手段、修正等を包含する。本明細書の教示を利用可能である当業者は、本明細書において記載される本開示の範囲内である、追加の実装、修正、および実施形態、ならびに他の使用の分野を認識するだろう。
【００１９】
本教示は、ＭＯＣＶＤを含む、化学蒸着のための方法および装置に関する。より具体的には、本教示は、基板が回転円盤上に位置する、垂直反応器を使用する、化学蒸着のための方法および装置に関する。最近、ＬＥＤおよびＯＬＥＤ市場に驚異的な成長が見られる。また、半導体電力にも、その有用性を増加させる、著しい進歩が見られる。その結果、これらのデバイスを加工するための効率的かつ高処理量のＣＶＤおよびＭＯＣＶＤ製造システムおよび方法の需要が増えつつある。基板ホルダー（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  ｃａｒｒｉｅｒ）の回転率等の保守および動作パラメータに悪影響を及ぼさずに、堆積均一性を改善する、製造システムおよび方法の特定の必要性がある。
【００２０】
本教示の側面は、単一基板ＣＶＤ反応器に関連して説明される。しかしながら、当業者は、本教示の方法および装置が、多基板反応器とともに実装されることもできることを理解するであろう。加えて、本教示のＣＶＤ反応器は、任意のサイズ基板に拡大縮尺されることができる。
【００２１】
図１は、本教示による、ＣＶＤ反応器１００の一実施形態の断面を図示する。ＣＶＤ反応器１００は、多くの場合、ステンレス鋼から形成される、真空チャンバ１０２を含む。真空チャンバ１０２は、単一基板または一群の基板のＣＶＤ処理のための真空環境を提供する。本教示によるＣＶＤ反応器を用いて行なわれ得るプロセスの一実施例は、ＬＥＤ製造のために、サファイア基板上に成長させられるＧａＮ系薄膜等、ＣＶＤによって薄膜を堆積させることである。
【００２２】
回転板１０４が、真空チャンバ１０２の冷却領域１０６内に位置付けられる。冷却領域１０６は、比較的に低温構成要素を封入することができるように、通常処理条件の間、比較的に低温に維持される。回転板１０４の底部は、回転を可能にする、軸受またはガイドホイールシステムを含む。回転誘電支持体１０８は、回転板１０４の上部に位置付けられる。誘電支持体１０８は、機械的または磁気的に、種々の手段によって、回転板１０４に連結されることができる。本教示の一実施形態では、誘電支持体１０８は、図１に示されるように、回転板１０４に取り付く中空誘電シリンダまたは管である。種々の他の実施形態では、回転誘電支持体１０８は、種々の他の形状から形成される。本教示の一側面は、回転誘電支持体１０８の長さを、他の公知のＣＶＤ反応器内で使用される、金属材料または高熱伝導性誘電材料から形成される類似構造より有意に短くできることである。
【００２３】
基板ホルダー１１０が、回転誘電支持体１１６の上部に位置付けられる。基板ホルダー１００は、図５−７に関連してより詳細に説明される。基板ホルダー１１０は、処理のために、少なくとも１つの基板を受け取るように寸法を決定される、少なくとも１つの陥凹部分を有する。一具体的実施形態では、基板ホルダー１１０は、単一基板ホルダーである。単一基板ホルダーは、多数の処理利点を提供することができる。例えば、単一基板ホルダーは、多基板ホルダーと比較して、基板にわたってより優れた温度均一性を提供することができる。また、単一基板ホルダーは、より高い処理量および反応性プロセス化学物質からの重要な構成要素のより優れた保護を提供することができる。また、単一基板ホルダーは、改良されたガス効率を提供することができる。単一基板ホルダーは、遠心力がより低くなるであろうため、多ウエハ担体より少ない接触点を可能にし得る。さらに、単一基板ホルダーは、概して、所望の回転速度を達成するために、より短い期間を要する。最後に、単一基板ホルダーは、多基板ホルダーより安価であることができる。しかしながら、本教示の他の実施形態では、基板ホルダー１１０は、バッチ処理のために使用される、多基板ホルダーである。
【００２４】
基板ホルダー１１０は、回転誘電支持体１０８に機械的に取り付けられることができる、または回転誘電支持体１０８の上部表面上に自由に位置付けられ、摩擦のみによって、定位置に保持される。本教示のＣＶＤシステムは、基板ホルダー１１０と回転誘電支持体１０８との間の界面に熱絶縁または断熱の種々の手段を使用する。そのような断熱の手段の１つは、基板ホルダー１１０の丸みを帯びた縁を形成し、基板ホルダー１１０の縁における熱損失を低減させるものである。断熱のための別の手段は、基板ホルダー１１０の底部と誘電支持体１０８との間の熱伝達を低減させるものである。
【００２５】
いくつかの実施形態では、真空チャンバ１０２内のシャッタまたはゲートが開き、基板ホルダー１１０が、真空チャンバ１０２の反応区域１１２の内外に移送されることを可能にする。多くの実施形態では、基板ホルダー１１０は、周縁または他の縁特徴を有し、ロボットアームが、それを真空チャンバ１０２の内外に移送することを可能にする。
【００２６】
ヒータアセンブリ１１４が、基板ホルダー１１０に近接して位置付けられる。本教示による、いくつかのＣＶＤ反応器では、ヒータアセンブリ１１４は、最大約１，３００℃のプロセス温度を発生させる。多くの実施形態では、ヒータアセンブリ１１４は、ヒータアセンブリ１１４と基板ホルダー１１０との間に強固な熱連通が存在するように、基板ホルダー１１０に近接して、またはその下方において、回転誘電支持体１０８の内側に位置付けられる。しかしながら、他の実施形態では、ヒータアセンブリ１１４は、回転誘電支持体１０８の外側に位置付けられる。ヒータアセンブリ１１４は、単一ゾーンヒータであることができる、または任意の数のヒータゾーンを有することができる。例えば、一具体的実施形態では、ヒータアセンブリ１１４は、２ゾーンヒータアセンブリを備えている。いくつかの実施形態では、熱放射遮蔽が、ヒータアセンブリ１１４に近接して位置付けられる。いくつかの実施形態では、ヒータアセンブリ１１４のいくつかの部分は、流体冷却される。
【００２７】
一実施形態では、ヒータアセンブリ１１４は、電気的および熱的に、加熱要素１１５を絶縁する、基板ホルダー１１０に隣接して位置付けられる絶縁体１１６によって支持されるヒータコイルを備えているラジアントヒータである。いくつかの実施形態では、ヒータアセンブリ１１４は、黒鉛ヒータコイルを備えている。最も公知のシステム内の加熱コイルは、概して、黒鉛から作成されておらず、代わりに、はるかにコストがかかる材料を使用する。黒鉛ヒータ要素は、アンモニア等のいくつかの一般的ＣＶＤプロセスガスが、高温において、黒鉛を腐食および劣化させ、プロセスの非均一性およびシステム保守の増加をもたらすので、典型的には、使用されない。代わりに、いくつかの公知のシステムは、材料の少なくとも１つの保護層でコーティングされた黒鉛ヒータを使用する。しかしながら、これらのシステムは、典型的には、高処理温度において、黒鉛とコーティング材料との間の異なる熱膨張率が、コーティング材料の亀裂および剥離を生じさせ、汚染および保守の増加をもたらし得るので、より低い温度プロセスに限定される。他の実施形態では、ヒータアセンブリ１１４は、タングステンおよび／またはレニウムヒータコイルを備えている。
【００２８】
一特定の実施形態では、ヒータアセンブリ１１４は、ベースプレート１１８または類似構造によって支持され、基板ホルダー１１０の下方およびそれに近接近して、ヒータアセンブリ１１４を位置付ける。ヒータ搭載管１６０は、ヒータベースプレート１１８を支持する。ヒータベースプレートは、水冷されることができる。真空チャンバ１０２は、電力フィードスルー１２０を含み、電力フィードスルー１２０は、ヒータアセンブリ１１４と接続しそれを電気的に給電するための電極１２２を、真空チャンバ１０２を通過させる一方、反応器１００の真空チャンバ１０２内の真空を維持する。電気導体１２２は、モリブデンのような耐熱材料から作製されるもの等の高温導体を有する加熱要素１１５に接続する。
【００２９】
ＣＶＤ反応器１００は、処理中の基板または複数の基板に近接する真空チャンバ１０２内にプロセスガスを導入する、ガスマニホールドを含む。本教示のＣＶＤ反応器の一側面は、プロセスガスが回転誘電支持体１１６の内側を流動しないことである。プロセスガスは、基板ホルダー１１０に近接する真空チャンバ１０２内の圧力より高い圧力において、窒素等の不活性ガスでヒータアセンブリ１１４の区域をパージすることによって、ヒータアセンブリ１１４の区域に流入することを防止されることができる。このパージは、ヒータアセンブリ１１４と接触して流動するプロセスガスの量を制限するであろう。これは、あまりコストがかからない黒鉛ヒータが使用されることを可能にする。
【００３０】
一実施形態では、回転誘電支持体１０８は、石英から形成される。石英は、比較的に安価であるので、誘電支持体１０８のための特に良好な誘電材料である。石英はまた、高処理温度で使用されることができる。加えて、石英は、非常に低い熱膨張係数を有し、したがって、誘電材料の寸法は、高温処理の間、有意に変化しない。加えて、石英は、わずか約１．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）の低熱伝導性を有し、したがって、処理中の基板と冷却領域１０６との間の熱障壁として機能する。石英の使用は、基板ホルダー１１０上の温度非均一性を低減または最小限にするであろう。低熱伝導性は、本明細書で説明される場合、概して、１０Ｗ／（ｍＫ）未満であることを意味すると定義される。これは、窒化ホウ素等の材料処理システムにおいて一般に使用されるいくつかの他の誘電材料をはるかに下回る。いくつかの異なる種類の窒化ホウ素が存在するが、その熱伝導性は、２０〜１２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲内であり得る。
【００３１】
石英誘電支持体１０８の使用は、いくつかの設計利点を有する。例えば、石英誘電支持体１０８は、より少ない材料が、基板ホルダー１１０を冷却領域１０６から熱的に絶縁するために必要とされるであろうため、金属または高熱伝導性誘電材料を使用する類似ＣＶＤ反応器と比較して、寸法をはるかに短くできる。より短い誘電支持体は、製造およびまた動作させるためにはるかに安価である、より小さい反応器をもたらすであろう。例えば、より低い容量の真空ポンプが、使用されることができる。また、より少ない電力が、基板ホルダー１１０を所望の動作温度に維持するために要求されるであろう。加えて、より短い支持体は、基板ホルダー１１０内にほとんど揺れを生じさせず、したがって、プロセス均一性を改善するであろう。
【００３２】
誘電支持体１１４のために石英を使用する別の設計利点は、石英誘電支持体１１４の熱膨張係数が、基板ホルダー１１０の熱膨張係数を何倍も下回るであろうことである。いくつかのシステムでは、石英誘電支持体１１４の熱膨張係数は、モリブデンまたは黒鉛等の材料から形成される、基板ホルダー１１０の熱膨張係数を約１０倍下回るであろう。したがって、基板ホルダー１１０が加熱されるにつれて、石英誘電支持体１１４をはるかに上回る率で膨張するであろう。ＣＴＥの不整合は、設計によって、温度が上昇するにつれて、基板ホルダー１１０自体を石英誘電支持体１１４に対して中心付けさせるために使用されることができる。基板ホルダー１１０は、石英誘電支持体１１４とより同心となり、したがって、温度が増加するにつれて、よりしっかりと定位置に保持され、改良されたプロセス均一性をもたらすであろう。
【００３３】
誘電支持体１０８のために石英を使用する別の設計利点は、ヒータアセンブリ１１４が、基板ホルダー１１０全体にわたり均一処理温度を維持することがはるかに容易になるであろうことである。これは、金属および高熱伝導性誘電支持体と比較して、担体の縁において、はるかに少ない熱損失が存在するからである。石英および他の非常に低い熱伝導性材料は、熱遮断器として機能し、誘電支持体１０８が放熱板のように機能し、縁において、基板ホルダー１１０温度を低下させることを防止する。
【００３４】
上側筐体１２４は、モータ１２６を封入する。モータ１２６は、シャフト１２８を回転させ、これは、順に、回転板１０４上に位置付けられた回転板１０８および基板ホルダー１１０を回転させる。ＣＶＤ反応器１００の他の部品は、静止している。モータ１２６は、最大約１，２００ＲＰＭの速度でこれらの構成要素を回転させる。しかしながら、種々の実施形態では、モータ１２６は、有意により高くあり得る率でこれらの構成要素を回転させる。示される実施形態では、モータ１１０は、図３、４Ａ、および４Ｂにさらに説明されるように、上側強磁性流体シール１３０および下側強磁性流体シール１３０’を備えている、強磁性流体フィードスルーを通るシャフト１２８によって回転板１０４に機械的に連結される。
【００３５】
本教示の特徴の１つは、回転板１０４へのシャフト１２８の接続が、基板ホルダー１１０の中心からオフセットされていることである。対照的に、多くの公知のＣＶＤ反応器は、本質的に、シャフト１２８上で基板ホルダー１１０を平衡化させる、中心シャフト設計を使用する。本教示のシャフト１２８の設計および幾何学形状は、モータ１２６と基板ホルダー１１０との間によりロバストな機械的接続を提供し、最小限の振動を伴って、最大回転速度に到達するための短縮された時間を可能にする。その結果、本教示のシャフト１２８の設計および幾何学形状は、所望の回転率への基板ホルダー１１０のより高速上昇を提供し、より高い処理量を伴って、より優れたプロセス制御をもたらす。加えて、本教示のシャフト１２８の設計および幾何学形状は、基板が基板ホルダー１１０の中心に位置付けられることを可能にする。その結果、基板ホルダー１１０の中心に、中心シャフトによって引き起こされる有意な温度変動は存在しないであろう。
【００３６】
一実施形態では、シャフト１２８は、いくつかの誘電材料を含む。例えば、シャフト１２８は、少なくとも部分的に、石英または窒化ホウ素から形成されることができる。誘電材料は、金属に勝るいくつかの利点を有する。例えば、誘電材料は、いくつかの処理条件の間、より低温のままであり、したがって、金属シャフトと比較して、ほとんど熱損失を提供せず、また、モータおよび冷却区画１０６内の他の構成要素への熱伝達を低減させるであろう。例えば、石英から形成されるシャフト１２８は、金属シャフトと比較して、熱損失を有意に低減させるであろう。
【００３７】
モータ軸受１３２が、モータ１２６の両側において、シャフト１２８に隣接して位置付けられ、それが回転する場合、シャフト１２８を誘導する。いくつかの実施形態では、モータ軸受１３２は、空気または不活性ガスでパージされる。また、多くの実施形態では、モータ軸受１３２は、空冷または流体冷却され、低保守動作条件を維持する。例えば、軸受１３２は、水冷されることができる。いくつかの実施形態では、モータ１２６は、通常処理条件の間、５０℃未満まで冷却される。
【００３８】
シャフト１２８は、回転板１０４と回転誘電支持体１０８との間で異なる熱膨張率を可能にする、可撓性手段によって、回転板１０４に取り付けられる。例えば、回転誘電支持体１０８は、従来の非可撓性締結具を使用せずに、回転誘電支持体１０８を回転板１０４に中心付け、係止する傾斜コイルばね１３３等のばねによって、回転誘電支持体１０８の下側端において、平坦円形プレートに接続されることができる。そのようなアタッチメント手段は、誘電支持体１０８を円形プレートと同心に保ち、回転誘電支持体１０８に応力を及ぼさず、かつ可能性として、それを破砕せずに、異なる熱膨張を可能にする。
【００３９】
図２は、図１に関連して説明される、ＣＶＤ反応器１００の断面の上部の角の拡大図を図示し、上側強磁性流体シール１３０によって形成される真空領域を示す。拡大図は、回転板１０４および誘電支持体１０８を伴う、真空チャンバ１０２の上部の角を示す。ヒータアセンブリ１１４もまた、示され、ヒータベースプレート１１８と、中空導管１３４を通過し、加熱要素１１５と接続する電極１２２とを含む。シャフト１２８は、上側強磁性流体シール１３０を通過し、回転板１０４と接続するように示される。本設計では、真空は、チャンバ１０２の壁の内側、誘電支持体１０８の外側と内側、および回転板１０４の上方と下方の隙間内に存在する。
【００４０】
図３は、強磁性流体フィードスルー全体の簡略化された図を図示し、ヒータ搭載フランジ１５０およびヒータ支持構造１５２を示す。図１、２、および３を参照すると、強磁性流体フィードスルーは、誘電支持体１０８の内側に位置付けられるヒータアセンブリ１１４のための設備を提供する構造を封入するために十分に大きい、中空導管１３３を含む。示される実施形態では、中空導管１３４は、回転誘電支持構造１０８の内側に位置付けられるヒータアセンブリ１１４を支持するヒータ支持構造１５２を封入するための空間を含む。中空導管１３４はまた、ヒータアセンブリ１１４に給電する電極１２２のための空間と、流体冷却ラインのための空間とを含む。
【００４１】
ヒータ支持構造１５２の上側端は、ヒータアセンブリ１１４に取り付けられる。ヒータ支持構造１５２の下側端は、ＣＶＤチャンバ１００の底部にボルト締めされる、ヒータ搭載フランジ１５０に堅く取り付けられる。ヒータ搭載フランジ１５０は、Ｏリングまたは他のタイプの真空シールを含む。電極１２２および流体冷却ラインは、搭載フランジ１５０を通過し、それらは、ＣＶＤ反応器１００の外部の設備と接続される。ヒータ支持構造１５２、電極１２２、および流体冷却ラインは、シャフト１２８が回転する場合、静止している。
【００４２】
モータ１２６を封入する、上側筐体１２４は、軸受１３２の外側レースおよびモータ１２６の固定子１２６’を定位置にしっかりと圧着する。シャフト１２８は、軸受１３２の内側レースおよびモータ１２６の回転子１２６’’を定位置にしっかりと圧着する。上側および下側強磁性流体真空シール１３０、１３０’は、各軸受１３２の上方および下方において、筐体内に位置付けられる。上側および下側強磁性流体真空シール１３０、１３０’は、シャフト１２８の外径に接触し、真空を動的にシールする。いくつかの実施形態では、上側および下側筐体１２４、１２４’の壁を通る孔が、モータ１２６および軸受１３２に近接する区域内において存在し、上側および下側筐体１２４、１２４’の構成要素は、周囲環境と連通し得る。この配列は、シャフト１２８が、動的シールを通して貫通し、処理が生じる、真空化されたチャンバ１０２の内側で回転運動を提供する一方、軸受１３２およびモータ１２６が、無害な大気圧環境内で動作することを可能にする。
【００４３】
図４Ａおよび４Ｂは、上側および下側強磁性流体シール１１４、１１４’のより詳細な図を図示し、真空領域をより明確に図示する。好適な強磁性流体シールは、ＦｅｒｒｏＴｅｃ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ＳａｎｔａＣｌａｒａ，ＣＡ）から市販されている。これらの強磁性流体シールは、本教示による、ＣＶＤシステムに好適である。特に、これらの強磁性流体シールは、任意の追加の潤滑を必要としない。加えて、これらの強磁性流体シールは、広範囲のパラメータにわたって動作することができ、最小で１．５倍の圧力差を保持することができる。強磁性流体シールの回転率範囲は、１ｒｍｐ未満〜１０，０００ｒｐｍ超であるが、高速動作の場合、動作速度をゆっくり上昇させることが重要である。速度範囲は、シャフト径に依存する。この回転率変化は、ＣＶＤ処理に好適である。強磁性流体シールの温度範囲は、約０℃〜２００℃である。適切な加熱または冷却を伴う、強磁性流体シールの実践的動作範囲は、−１００℃〜２０００℃であり、これは、十分に本教示のＣＶＤシステムの範囲内である。強磁性流体シールの動作寿命は、通常、約５〜１０年であるが、多くのそのような強磁性流体シールは、２０年以上の寿命を有することが分かっている。
【００４４】
図４Ａは、モータの詳細を含む、強磁性流体フィードスルーおよび包囲する構成要素の上側部分の断面図を図示する。図１および４Ａの両方を参照すると、上側強磁性流体シール１３０は、ＣＶＤ反応器１００の上部の角に近接して位置付けられる。上側筐体１２４は、上側強磁性流体シール１３０をＣＶＤ反応器１００内に封入する。ヒータベースプレート１１８および誘電支持体１０８を伴う回転板１０４が、示される。図４Ａはまた、ヒータベースプレート１１８に接続されたヒータ搭載管１６０を示す。
【００４５】
本設計では、真空は、電極１２２を包囲する区域を含む、真空チャンバ１０２の内側、誘電支持体１０８の外側、誘電支持体１０８の内側、回転板１０４の上方の間隙１６２内、および回転板１０４の下方の間隙１６２’内に存在する。加えて、シャフト１２８の内径全体が、真空内にある。また、シャフト１２８の上側端も、完全に真空内にある。シャフト１２８の外径は、シャフト１２８の上側端の近傍において、上側強磁性流体シール１３０を通過する。強磁性流体上側シール１３０の下方では、シャフト１２８の外径は、上側軸受１３２およびモータ１２６とともに、大気圧にある。
【００４６】
軸受１３２およびモータ１２６を大気中に位置付けることは、多数の性能および保守利点を有する。利点の１つは、軸受を空気中に位置付けることによって、それらをより容易に冷却することを可能にし、その効率を増加させ、かつ寿命を延長させるように潤滑され得る環境を提供することである。別の利点は、多数の市販の標準的モータが使用されることができ、これらのモータが、より容易に冷却されることができることである。
【００４７】
図４Ａに示される強磁性流体シールの図はまた、モータ１２６および軸受の詳細を図示する。回転子１２６’’は、シャフト１２８と接触して位置付けられる。固定子１２６’は、回転子１２６’’の背後に位置付けられる。多数のタイプのモータが、本教示によるＣＶＤ反応器とともに使用されることができる。モータ１２６は、上側筐体１２４を除去することによって、除去されることができる。軸受１３２は、上側強磁性流体シール１３０の下方の大気領域内において、回転子１２６’’の上方に位置付けられる。
【００４８】
図４Ｂは、搭載フランジ１５０を含む、強磁性流体フィードスルーおよび包囲する構成要素の下側部分の断面図を図示する。強磁性流体フィードスルー１３０’の下側部分の図は、電極１２２、ヒータ搭載管１６０、シャフト１２８、およびモータ１２６の底部等、図３Ａに関連して説明された上側強磁性流体フィードスルーの図と同一の構成要素の多くを示す。軸受１３２は、固定子１２６’に隣接して位置付けられる。加えて、下側強磁性流体シール１３０’は、軸受１３２に隣接して位置付けられる。
【００４９】
軸受１３２およびモータ１２６の下側部分等、下側強磁性流体シール１３０’の上方の構成要素は、大気圧にある。下側強磁性流体シール１３０’の下方の区域は、真空下にある。また、シャフト１２８の内径全体が、真空中にある。また、シャフト１２８とヒータ搭載管１６０との間にも、真空間隙１７０が存在する。加えて、シャフト１２８の下側端は、完全に真空中にある。シャフト１２８の下側端近傍において、シャフト１２８の外径は、搭載フランジ１５０に近接する下側強磁性流体シール１３０’を通過する。
【００５０】
図５は、本教示による、単一基板ホルダー５００の上面図を図示する。基板ホルダー５００は、黒鉛、ＳｉＣ、金属、およびセラミック材料等の多数のタイプの材料から形成されることができる。本教示のいくつかの実施形態のために、局所区域または所定の輪郭において容易に機械加工され得る材料の基板ホルダー５００を形成することが望ましい。他の実施形態では、追加の材料を局所区域内に容易に受け入れることができる材料の基板ホルダー５００を形成することが望ましい。さらに他の実施形態では、局所区域内に、異なる材料、または異なる配向または修正特性を伴う同一の材料のインサートを受け入れることができる材料の基板ホルダー５００を形成することが望ましい。
【００５１】
基板ホルダー５００は、丸みを帯びた縁５０２を伴う、円形である。本教示による基板ホルダーは、多くの異なるタイプの丸みを帯びた縁のうちの任意の１つを有することができ、これらの丸みを帯びた縁は、面取りまたは斜端縁であることができる。多くの実施形態では、基板ホルダー５００の丸みを帯びた縁は、基板ホルダー５００全体を通して同一である。しかしながら、いくつかの実施形態では、丸みを帯びた縁は、基板ホルダー５００の種々の区域内で異なり、プロセスガスの流動に影響を及ぼす。
【００５２】
基板ホルダー５００は、基板を受け取るための陥凹区域５０４を有する。陥凹区域５０４は、単一基板に対して中心に位置付けられる。陥凹区域５０４の陥凹深度は、通常処理条件の間に使用される所望の回転率において、基板を固定するために十分な深度である。加えて、陥凹の半径方向寸法は、通常処理条件の間、基板の有意な揺れが生じないようなものである。
【００５３】
基板ホルダー５００の厚さは、種々のプロセスのために最適化されることができる。より薄い基板ホルダー５００は、概して、より優れた熱応答時間を有する。しかしながら、基板ホルダー５００が厚いほど、概して、より優れた熱均一性を有する。基板ホルダー５００の厚さは、特定のプロセスのための熱応答時間と熱均一性との間の最良の妥協点に対して最適化されることができる。
【００５４】
基板ホルダー５００の重量もまた、重要である。基板ホルダー５００は、通常処理条件の間、誘電支持体の上部にその位置を維持するために十分な質量を有していなければならない。この要件は、プロセスガスの流動が、基板ホルダー５００を誘電支持体１０８の上部と接触するよう押し付けるであろうため、比較的容易に充足される。加えて、基板ホルダー５００は、下方からパージされている間、誘電支持体１０８の上部にその位置を維持するために十分な質量を有していなければならない。この要件は、パージによって、誘電支持体の内側と外側との間に正味正圧が生成され、基板ホルダー５００に揚力を与えるので、充足することがより困難である。
【００５５】
また、より重い基板ホルダー５００は、概して、ヒータ１１４と真空チャンバ１０２との間に改良された絶縁をもたらすであろう。そのようなより重い基板ホルダー５００は、比較的に高熱質量を有し、これは、熱安定性の増加および熱均一性の増加をもたらすであろうが、比較的に、熱応答時間がゆっくりである。
【００５６】
図６は、図５に関連して説明される、本教示による、単一基板ホルダー５００の拡大上面図を図示する。拡大上面図６００は、基板を支持するために使用される、複数のタブ６０２を示す。基板は、処理の間、これらのタブ６０２上に据えられる。多数のタイプのタブが、使用されることができる。例えば、タブ６０２は、示されるように、基板ホルダー６０２の縁に沿ったいくつかの場所に位置付けられる、三角形形状タブ６０２であることができる。これは、多くのタイプの基板の寸法が、本質的に、同一のままである一方、その温度が所望の処理温度に上昇されるにつれて、基板ホルダー５００が膨張するからである。タブ６０２は、プロセスの動作温度範囲全体にわたって、基板を支持するように寸法を決定される。
【００５７】
図７は、図５に関連して説明される、本教示による、単一基板ホルダー５００の側面図を図示する。基板ホルダー５００は、誘電支持体１０８の上部に位置付けられる。側面図は、回転誘電支持体１０８の上部に接触する、平坦底部表面５０６を伴う、基板ホルダー５００の丸みを帯びた縁５０２を図示する。図４に示される実施形態では、基板ホルダー５００は、摩擦のみによって、回転誘電支持体１０８の上部の定位置に保持される。すなわち、誘電支持体１０８の重量、誘電支持体１０８の上部表面の摩擦係数、および基板ホルダー５００の縁５０２の平坦底部表面５０６の摩擦係数は、通常処理条件中の所望の回転率における回転の間、および圧力差がパージの間に確立される間、基板ホルダー５００が滑動しないようなものである。
【００５８】
基板ホルダー５００はまた、回転誘電支持体１０８の内側表面と整列される、垂直リム５０８を含む。垂直リム５０８は、基板ホルダー５００が、通常処理条件中、所望の回転率において回転しているとき、揺れないように、位置付けおよび寸法を決定される。誘電支持体１０８の熱膨張係数は、基板ホルダー５００の熱膨張係数と比較して、非常に低い。したがって、基板ホルダー５００の温度が、処理温度まで上昇されるにつれて、基板ホルダー５００は、膨張し、垂直リム５０８と回転誘電支持体１０８の内側壁との間の間隙は、縮小し、それによって、基板ホルダー５００をよりしっかりと保持し、揺れを低減させる。
【００５９】
単一ウエハ基板ホルダー５００の側面図は、丸みを帯びた縁５０２をより明確に図示する。基板ホルダー５００の縁５０２に丸みを帯びさせることは、多数の特徴および利点を有する。基板ホルダー５００の丸みを帯びた縁５０２は、縁５０２における基板ホルダー５００の表面積を縮小させる。表面積の縮小は、縁５０２におけるより少ない熱質量、したがって、基板ホルダー５００の縁５０２におけるより少ない熱損失をもたらす。特に、縁５０２における放射熱損失を有意に低下させるであろう。
【００６０】
加えて、基板ホルダー５００の丸みを帯びた縁５０２は、縁５０２の表面を覆って、より均一なプロセスガスの流動をもたらす。縁５０２におけるより均一なプロセスガスの流動は、処理中の基板の表面にわたって流動するプロセスガスの均一性を改善する。さらに、丸みを帯びた縁５０２は、丸みを帯びた縁５０２が、通常動作条件の間、はるかに少ない熱を放射させるであろうため、基板ホルダー５００の内側部分と比較して、より高い温度まで基板ホルダー５０２の縁を加熱する必要性を低減させる。
【００６１】
さらに、図４に示される単一基板ホルダー５００の側面図は、基板を受け取るための陥凹区域５０４をより明確に図示する。陥凹区域５０４の深度および陥凹区域５０４の底部表面の平坦性は、処理中の基板にわたる温度均一性、したがって、ＣＶＤによって成長させられる膜の厚さ均一性を決定する、重要な変数である。より具体的には、基板の成長表面における温度は、基板ホルダー５００の温度および基板ホルダー５００と基板との間の熱伝達に依存する。
【００６２】
熱伝達は、伝導、対流、放射によるか、または熱伝達機構の組み合わせによって生じ得る。熱伝達の伝導および対流モデルは、特に、ＣＶＤ処理に正確ではない。伝導モデルは、典型的には、約５０〜１００ミクロンである、基板と基板ホルダーとの間の比較的小さい空隙のみが存在する、より小さい基板に対して最も正確である。ハイブリッド伝導対流モデルは、熱伝達が、伝導および対流の両方によって生じることを想定する。このモデルは、約３００〜５００ミクロンであることが可能である、基板と基板ホルダーとの間のより大きい空隙が存在し得る、より大きい基板に対してより正確である。例えば、８インチの基板は、伝導および対流熱伝達の両方の著しい量を引き起こす、基板と基板ホルダーとの間の比較的大きい空隙を有し得る。熱伝達の放射モデルは、熱伝達が、放射によって生じることを想定する。このモデルは、シリコン基板等の不透明基板を使用するいくつかの処理に対して正確である。
【００６３】
基板の成長表面の温度はまた、材料処理システムにおける多数の他の不均一性によって影響される。例えば、基板の成長表面の温度は、基板にわたる処理ガス流における不均一性、処理チャンバの壁付近周辺効果、ならびに処理システムにおける多数の他の不具合および非対称性によって影響される。
【００６４】
加えて、基板の形状は、基板の成長表面の温度に影響を及ぼす。特に、基板は、通常、完全に円形ではない。基板は、典型的には、オリエンテーションフラットを含み、それらはまた、処理の間に撓み、歪む傾向がある。基板の撓みは、基板の公称直径未満の特定された量である直径を伴う円形上の等間隔の３つの点によって確立される中位面基準面からの、自由な固定されていない基板の中位面の中心点の偏差である。撓みのように、歪みは、基準面からの、自由な固定されていない基板の中位面の最大距離と最小距離との間の差異の測定値である。基板の撓みおよび歪みは、基板の内部応力、蒸着温度、基板上に成長させられている構造、および処理チャンバにおける温度勾配等の多くの要因の関数である。
【００６５】
多くの材料処理は、産業において競合的となるように、非常に高い収率が必要である。例えば、ＬＥＤおよび半導体レーザーデバイスが、産業において競合的となるように、これらのデバイスの高い処理収率を到達することは非常に望ましい。特に、現在は、ＬＥＤおよび半導体レーザーデバイスを製造するためのＶＰＥ処理の収率を改善する必要性が産業において存在する。多くのＬＥＤおよび半導体レーザー用途のために、長い間安定する数ナノメートル内の正確な放射波長を達成することは重大である。ある狭い所定の範囲外の放射波長内のデバイスは、破棄されるか、または割引値段で販売され、標的の処理収率を低下させる。
【００６６】
これらのデバイスの放射波長は、成長温度に、または半導体層のうちの少なくともいくつかの固相組成物に大きく依存する。特に、所望の放射波長および光学特性を伴う多重量子井戸構造を成長させることは、基板の成長表面における温度、層厚さ、および組成物に対する正確な制御を必要とする。したがって、成長温度は、高い処理収率を到達するために、基板の成長表面全体にわたって均一の材料特性を到達するように正確に制御されなければならない。温度が、基板にわたって完全に均一であっても、蒸着チャンバ内の気相枯渇または組成差異による放射波長における著しい変異がまだ存在し得る。したがって、時には、気相および他の不均一性を補うために温度不均一性を意図的に誘発することが望ましい。多くの場合、局所気相組成物を容易に操作できないので、制御変数として温度を使用することが望ましい。
【００６７】
したがって、本教示の１つの側面は、基板ホルダーによって支持されている基板にわたる温度均一性を修正するために本明細書に説明される基板ホルダーを製造または修正する方法である。本教示の様々な実施形態では、温度均一性は、処理性能を改善するために、改善されるか、または意図的に低下され得る。したがって、本教示のいくつかの方法では、基板ホルダー５００は、基板が、成長表面においてより均一の温度を有するように、基板の表面の湾曲に一致するように製造されるか、または修正される。他の方法では、基板ホルダーは、基板ホルダーによって支持されている基板にわたる所定の温度プロファイルを提供するために加工または修正される。
【００６８】
基板の表面上の不均一性を補い、処理システムにおける他の不均一性を補うために基板ホルダーを製造するか、または修正するために必要な情報を得るために、処理されている基板の温度および／または処理チャンバにおける局所気相組成物を正確に測定し、制御することは、多くの場合、困難である。温度測定は、基板が、光学的に透明である場合、特に困難である。本教示による処理性能を改善するために基板ホルダーを修正する一方法は、基板または基板上に製造されるデバイスの成長後測定または分析を含む。その後、測定および分析から得られる結果データは、基板ホルダーを修正するためか、または処理システムにおける不均一性による、温度および／または気相不均一性等の基板に関連する非均一の処理パラメータを補う仕様を伴う新規基板ホルダーを製造するために使用される。
【００６９】
本教示による方法では、基板ホルダー５００の上に位置付けられる、基板上に加工されるデバイスの１つ以上のパラメータは、基板ホルダー上のそれらの対応する位置の関数として測定される。パラメータは、光学的パラメータ、電気パラメータ、または電気光学的パラメータを含むが、これらに限定されない、任意の種類のパラメータであることが可能である。例えば、パラメータは、電気または光学デバイスの性能測定基準であることが可能である。１つの具体的実施形態では、測定されるパラメータは、発光ダイオードまたは半導体レーザー等の光学デバイスによって生成される光学的放射の波長である。測定および分析から得られた結果として生じるデータは、次いで、基板ホルダー５００を修正するため、または所望の特性を伴うデバイスを加工するために使用され得る新しい基板ホルダー５００を加工するために使用される。基板ホルダー５００は、所定の区域内の材料を除去することによって、または所定の区域内に材料を追加することによって、または種々の所定の区域内における材料の除去および追加の任意の組み合わせによって、修正されることができる。追加される材料は、基板ホルダー５００と同一の材料であることができるか、または異なる材料であることができる。
【００７０】
一実施形態では、本教示によると、基板ホルダー５００は、処理の間、基板を支持するための多ステップ陥凹を有する。本教示の一側面は、ステップ高さおよび／またはステップ下方の基板ホルダー５００の熱伝導性のわずかな変化が、より均一温度プロファイルを有するように、または所定の所望の温度プロファイルを有するように、基板の成長表面における温度を変化させることができることである。例えば、本譲受人に譲渡された２００９年１２月２日出願の米国特許出願第１２／６２９，４６７号「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｏｆ  ａ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  Ｃａｒｒｉｅｒ」を参照されたい。米国特許出願第１２／６２９，４６７号の明細書全体は、参照することによって本明細書に組み込まれる。
【００７１】
本教示の別の側面は、スロットが付けられた誘電支持体１０８が、化学蒸着のために、基板ホルダー１１０の機械的中心付けを提供するために使用されることができる。機械的係止が、機械的中心付けを改善し、処理の間の偏心を低減させるために、基板ホルダー１１０と誘電支持体１０８との間に提供される。偏心は、非均一加熱、最終的には、非均一デバイス処理を生じさせ、薄膜スタックの完全性の欠如をもたらし得る、有意な要因である。
【００７２】
図８Ａおよび８Ｂは、回転板によって回転されている間、基板ホルダー１９０を誘電支持体１８０によりしっかりと取り付けるピンと適合させられた誘電支持体１８０および基板ホルダー１９０を図示する。図８Ａおよび８Ｂを両方とも参照すると、図８Ａは、本教示による、基板ホルダー１９０を誘電支持体１８０に機械的に係止するためのスロット１８２を含む、誘電支持体１８０の斜視図を図示する。種々の実施形態では、スロット１８２は、設計において、機械的中心性を改善するために、種々の長さにおいて、誘電支持体１８０の上部から下方に提供されることができる。基板ホルダー１９０を誘電支持体１８０に機械的に係止することは、複数のピン１９２を用いて達成される。いくつかの具体的実施形態では、３つまたは４つの係止ピン１９２が、使用される。図８Ｂは、誘電支持体１８０の上部に係止する、ピン１９２を含む、基板ホルダー１９０の斜視図を示す。
【００７３】
他の実施形態では、基板ホルダー１１０、１９０上に切り欠きを備えている、係止機構が、使用されることができる。例えば、誘電支持体１０８、１８０から上方に突き出た支柱と連結される、基板ホルダー１１０、１９０上の切り欠きが、使用されることができる。そのような機構の使用は、誘電支持体１０８、１８０および基板ホルダー１１０、１９０が、事前に位置付けられることを要求し、プロセスの複雑性および時間を追加するが、スロットが付けられた誘電支持体のみの使用と比較して、速度に鈍感であるという利点を有する。
【００７４】
（均等物）
本出願人の教示が、種々の実施形態に関連して説明されたが、本出願人の教示が、そのような実施形態に限定されることを意図するものではない。対照的に、本出願人の教示は、当業者によって理解されるように、本教示の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書に成され得る、種々の代替、修正、および均等物を包含する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【国際調査報告】
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