(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに逆向きの上面および底面と、
前記上面と前記底面との間に延在している中心軸と
を有する本体を備えているウエハキャリアにおいて、前記本体の前記上面は、複数のポケットを有しており、当該各ポケットは周辺壁を有しており、各ポケットの前記周辺壁は、前記ウエハキャリアの中心軸から遠く離れている前記周辺壁の領域内において、複数の互いに離間している突起を有しており、前記突起は、前記ポケット内に配置されたウエハの縁の互いに離間している部分に係合するように適合され、
各ポケットは中心軸を有しており、各ポケットの前記周辺壁の前記突起は２つの突起を備えており、前記２つの突起は互いに離間しており、前記ウエハキャリアの前記中心軸から前記ポケットの前記中心軸を通って延在している半径線の両側に配置されていることを特徴とするウエハキャリア。
【請求項２】
前記突起の各々は、前記ポケットの中心軸に向かって内向きの当接面を有しており、各当接面は、前記本体の上面に向かう上方向において前記ポケットの前記中心軸に向かって内方に傾斜していることを特徴とする請求項１に記載のウエハキャリア。
【請求項３】
各ポケットは、床と、前記床の上方に持ち上がった上向き面を有する支持棚とを有しており、各突起は、前記支持棚の前記上向き面から前記上面に延在していることを特徴とする請求項１に記載のウエハキャリア。
【請求項４】
前記支持棚は、前記床面を取り囲むループの形態にあり、前記ポケットの前記中心軸と同心になっており、前記突起は、ウエハの縁が前記突起に寄り掛かったときに、前記ウエハが前記ポケットの前記中心軸と同心になるように寸法決めされていることを特徴とする請求項３に記載のウエハキャリア。
【請求項５】
（ａ）反応チャンバと、
（ｂ）前記反応チャンバに連通しているガス流入構造と、
（ｃ）前記反応チャンバ内に取り付けられた加熱要素と、
（ｄ）互いに逆向きの上面および底面を有する本体を有する請求項１又は２に記載のウエハキャリアと
を備える化学蒸着装置であって、前記ウエハキャリアは、前記加熱要素に生じた熱が主に輻射によって前記加熱要素から前記本体の前記底面に伝達されるように、前記反応チャンバ内に取り付けられており、前記本体は、複数のウエハ保持領域を有しており、前記本体は、各ウエハ保持領域にウエハ支持体を画定しており、各ウエハ支持体は、前記ポケットを備えており、このような各ウエハ支持体は、ウエハを該ウエハの上面を前記本体の前記上面に露出させて保持するように適合されており、前記本体の前記底面は、前記本体の厚みが変化するように非平面になっており、前記加熱要素と前記ウエハキャリアの前記上面の任意の箇所との間の全熱抵抗は、該箇所における前記本体の前記厚みによって直接に変化するようになっている、化学蒸着装置。
【請求項６】
前記ウエハキャリアの前記本体は、前記本体の前記底面を前記加熱要素に直接向き合わせて、前記加熱要素の上方に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記ガス流入構造は、前記ウエハキャリアの上方に配置されており、ガスを前記ウエハキャリアに向かって下方に導くように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記反応チャンバ内に垂直軸を中心として回転するように取り付けられたスピンドルをさらに備えており、前記ウエハキャリアは、前記スピンドルに前記スピンドルと共に回転するように取り付けられていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
各ウエハ支持体は、ウエハの周辺部分と係合して前記ウエハを前記ウエハの主部分が前記キャリアの前記本体から離間するように保持するように、構成されていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項１０】
各ウエハ支持体は、床と、前記床の周辺において前記床の上方に配置された支持棚と、を備えていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項１１】
前記底面の前記非平面部は、各ウエハ保持領域において、前記本体が、前記床と真っ直ぐに並んだ領域内において、非均一な厚みを有するように、構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
各ウエハ保持領域内において、前記本体の厚みは、前記床の中心と真っ直ぐに並んだ箇所において、局部的に最小になっていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
各ウエハ保持領域内において、前記本体の厚みは、前記床の中心から位置ずれしている箇所において、局部的に最小になっていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
各ウエハ保持領域内において、前記本体の厚みは、前記床の中心と真っ直ぐに並んだ箇所において、局部的に最大になっていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１５】
前記床の各々は、実質的に平面であることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１６】
前記本体の前記上面は、前記ウエハ保持領域間に延在している主部分を備えており、各ウエハ支持体の前記床および前記支持棚は、前記ポケット内において、前記床が前記ポケットの底面をなすように、前記上面の前記主部分から凹んでいることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１７】
前記上面の前記主部分の少なくとも一部の直下の前記本体の厚みが、前記ウエハ支持体の前記床の直下の前記本体の厚みよりも大きくなっていることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
各支持棚は実質的に連続的であり、前記床を取り囲んでいることを特徴とする請求項１０〜１７のいずれかに記載の装置。
【請求項１９】
各支持棚は、前記床の周辺に沿って互いに離間している複数の棚領域を備えていることを特徴とする請求項１０〜１７のいずれかに記載の装置。
【請求項２０】
各ウエハ保持領域内において、前記本体は、前記支持棚と真っ直ぐに並んだ領域において、該領域と直接隣接している前記床と真っ直ぐに並んだ領域におけるよりも大きい厚みを有していることを特徴とする請求項１０〜１７のいずれかに記載の装置。
【請求項２１】
前記本体は、被膜が施されているかまたは施されていない耐火材料の実質的に一体の平板からなっていることを特徴とする請求項５〜１２のいずれかに記載の装置。
【請求項２２】
（ａ）１つまたは複数のウエハを請求項１〜４のいずれかに記載のウエハキャリア上に、各ウエハを前記キャリアのウエハ保持領域内に配置し、前記キャリアの上面に露出させるように、取り付けるステップであって、前記キャリアが各ウエハ保持領域内において一様でない熱伝導性を有し、各ウエハ保持領域はウエハ支持体を画定し、各ウエハ支持体は前記ポケットを備えている、ステップと、
（ｂ）前記ウエハキャリアの底面を、前記ウエハキャリアを通って伝達された熱が前記ウエハを高温に保持するように、加熱するステップと、
（ｃ）前記ウエハが前記高温にある間に、反応ガスを前記ウエハの前記露出面に影響を及ぼすように加えるステップと
を含む、ウエハを処理する方法であって、反応ガスを加えるステップ中に、前記ウエハが反らされ、前記反りによって、前記ウエハキャリアからの熱伝達の不均一が各ウエハ内に生じることに対して、前記ウエハキャリアの前記一様でない熱伝導性が、前記反りによって生じる前記熱伝達の不均一を少なくとも部分的に補償するようになっていることを特徴とする、方法。
【請求項２３】
反応ガスを加える前記ステップは、各ウエハの露出面上に堆積物を形成するために、前記反応ガスを加えることを含んでいることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記ウエハを取り付ける前記ステップは、各ウエハを前記ウエハキャリアの実質的に平坦な上向き床面上またはその上方に位置決めするように、行われるようになっていることを特徴とする請求項２２または２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記ウエハを取り付ける前記ステップは、各ウエハを前記床面の上方に位置決めするように、行われるようになっていることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記ウエハキャリアの底面は、前記ウエハキャリアの厚みが各ウエハ保持領域内において変化するように、各ウエハ保持領域内の前記底面に１つまたは複数の非平面部を有しており、前記底面を加熱する前記ステップは、前記加熱要素を前記ウエハキャリアの前記底面に直接向き合わせて維持しながら、前記加熱要素を作動することを含んでいることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
加熱する前記ステップおよび反応ガスを加える前記ステップ中に、前記ウエハキャリアを移動させるステップをさらに含んでいることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
各ウエハを前記ウエハキャリア上に取り付ける前記ステップは、前記ウエハの周辺領域を前記ウエハキャリアの支持棚に、前記支持棚が前記ウエハの主部分を前記キャリアの床面の上方に持ち上げて保持するように、係合することを含んでいることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２９】
各ウエハ保持領域において、前記ウエハキャリアは、前記ウエハキャリアが、前記支持棚と真っ直ぐに並んだ領域において、該領域と直接隣接している前記床と真っ直ぐに並んだ領域におけるよりも大きい厚みおよび小さい熱伝導性を有するように、前記底面に非平面部を有していることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
各ウエハを前記ウエハキャリア上に取り付ける前記ステップは、互いに協働して前記支持棚を構成している前記ウエハキャリアの互いに離間している要素に係合させることを含んでいることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
水平方向に延在している互いに逆向きの上面および底面を有する本体を備えている請求項１〜４のいずれかに記載のウエハキャリアにおいて、前記本体は、複数のウエハ保持領域を有しており、前記本体は、各ウエハ保持領域にウエハ支持体を画定しており、各ウエハ支持体は、前記ポケットを備えており、このような各ウエハ支持体は、ウエハを前記ウエハの上面を前記本体の上面に露出させて保持するように適合されており、前記本体は、水平方向における熱の伝導を阻止する１つまたは複数の熱バリアを有していることを特徴とする、ウエハキャリア。
【請求項３２】
前記ウエハキャリアは、互いに異なる垂直方向における熱伝導性を備える領域を有しており、前記熱バリアは、前記互いに異なる伝導性の領域間に配置されていることを特徴とする請求項３１に記載のウエハキャリア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２００８年８月２９日に出願された米国仮特許出願第６１／１９０，４９４号の出願日の利得を主張するものであり、この開示内容は、参照することによって、ここに含まれるものとする。
【０００２】
［発明の分野］
本発明は、ウエハ処理装置、このようなウエハ処理装置に用いられるウエハキャリア、およびウエハ処理の方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
多くの半導体素子は、基板上での半導体材料のエピタキシャル成長によって、形成される。基板は、典型的には、「ウエハ」と一般的に呼ばれている円板状の結晶材料である。例えば、ＩＩＩ−Ｖ族半導体のような化合物半導体から形成される素子は、典型的には、有機金属化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）を用いて、該化合物半導体の連続層を成長させることによって、形成される。このプロセスでは、ウエハは、高温に保持されながら、ウエハの表面上を流れる、典型的には、有機金属化合物およびＶ族元素の供給源を含むガスの組合せに晒されることになる。ＩＩＩ−Ｖ族半導体の一例として、窒化ガリウムが挙げられる。窒化ガリウムは、適切な結晶格子間隔を有する基板、例えば、サファイア基板上での有機ガリウム化合物とアンモニアとの反応によって形成することができる、典型的には、ウエハは、窒化ガリウムおよび関連する化合物の堆積中、約５００−１０００℃の温度に維持されている。
【０００４】
複合素子は、例えば、半導体の結晶構造およびバンドギャップを変化させるために他のＩＩＩ族元素または他のＶ族元素を添加するなど、条件をいくらか異ならせて、多くの層を連続的にウエハの表面上に堆積することによって、製造可能である。例えば、窒化ガリウム基半導体では、該半導体のバンドギャップを変化させるために組成比を変えるのに、インジウム、アルミニウム、またはそれらの両方を用いることができる。また、各層の導電率を制御するために、ｐ−型またはｎ型ドーパントを添加することができる。半導体層の全てが形成された後、典型的には、適切な電気接点が施された後、ウエハは、個々の素子に切断されることになる。発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザ、および他の電子素子および光電子素子のような素子をこのようにして製造することができる。
【０００５】
典型的な化学蒸着プロセスでは、多数のウエハが、ウエハキャリアと一般的に呼ばれている装置上に、各ウエハの上面をウエハキャリアの上面に露出させて、保持されるようになっている。次いで、ウエハキャリアは、反応チャンバ内に載置され、所定の温度に維持される一方、ガス混合物がウエハキャリアの上面の上を流れることになる。このプロセス中、キャリア上の種々のウエハの上面の全ての点において、均一な条件を維持することが重要である。反応ガスの組成のわずかなバラツキおよびウエハ表面温度のわずかなバラツキによって、得られる半導体素子の特性の望ましくないバラツキが生じる。例えば、もしガリウム・インジウム窒化物層が堆積される場合、ウエハ表面温度のバラツキによって、堆積層の組成およびバンドギャップのバラツキが生じる。インジウムは、比較的高い蒸気圧を有しているので、堆積層は、表面温度が高いウエハの領域では、低比率のインジウムおよび大きいバンドギャップを有することになる。もしこの堆積層がＬＥＤ構造の活性発光層である場合、該ウエハから形成されたＬＥＤの発光波長も変動することになる。このようなことから、当技術分野において、均一な条件を維持することに向けて、これまで、著しい努力が払われてきている。
【０００６】
業界において広く受け入れられてきているＣＶＤ装置の一形式では、各々が１つのウエハを保持するように適合された多数のウエハ保持領域を有する大きな円板状のウエハキャリアが用いられている。このウエハキャリアは、反応チャンバ内において、ウエハの露出面を有するウエハキャリアの上面をガス分配要素に向かって上向きにして、スピンドル上に支持されるようになっている。スピンドルが回転されると、ガスがウエハキャリアの上面に向かって下方に導かれ、該上面を横切って、ウエハキャリアの周辺に向かって流れることになる。使用済みのガスは、ウエハキャリアの下方に配置されたポートを通って、反応チャンバから排出される。ウエハキャリアは、ウエハキャリアの底面の下方に配置された加熱要素、典型的には、電気抵抗加熱要素によって、所望の高温に維持されるようになっている。これらの加熱要素は、ウエハキャリアの所望の温度を超える温度に維持される一方、ガス分配要素は、ガスの早期の反応を阻止するために、典型的には、所望の反応温度よりも十分に低い温度に維持されるようになっている。従って、熱は、抵抗加熱要素からウエハキャリアの底面に伝達され、ウエハキャリアを介して個々のウエハに向かって上方に流れることになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
当技術分野において、このようなシステムの最適化したものを設計するために、これまで、著しい努力が払われてきているが、さらに一層の改良が望まれている。特に、各ウエハの表面を横切る方向における良好な温度均一性およびウエハキャリアの全体を横切る方向における良好な温度均一性が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、化学蒸着装置を提供することになる。本発明のこの態様による装置は、望ましくは、反応チャンバと、反応チャンバに連通しているガス流入構造と、反応チャンバ内に取り付けられた加熱要素と、を備えている。本発明のこの態様による装置は、望ましくは、互いに逆向きの上面および底面を有する本体を備えているウエハキャリアも備えている。ウエハキャリアは、好ましくは、加熱要素に生じた熱が主に輻射熱伝達によって加熱要素からウエハキャリアの底面に伝達されるように、反応チャンバ内に取り付けられている。例えば、ウエハキャリアは、本体の底面を加熱要素に直接向き合わせて、加熱要素の上方に取り付けられているとよい。ウエハキャリアの本体は、望ましくは、複数のウエハ保持領域を有しており、各ウエハ保持領域内にウエハ支持体を有している。各ウエハ支持体は、ウエハの上面を本体の上面に露出させて、ウエハを保持するように適合されている。最も好ましくは、本体の底面は、本体の厚みが変化するように、非平面になっている。以下にさらに説明するように、厚みの差は、ウエハキャリアを通る垂直方向の熱伝導に対する抵抗の差をもたらすことになる。望ましくは、加熱要素とウエハキャリアの上面の任意の箇所との間の全熱抵抗は、該箇所における本体の厚みによって直接に変化するようになっている。
【０００９】
以下にさらに説明するように、これらの熱抵抗の差を利用することによって、ウエハキャリアとウエハとの間の熱伝達の不均一をもたらすウエハの反りのような因子を補償することができる。また、非平面の底面および関連する熱抵抗の差を利用することによって、ウエハにおける不均一な温度分布およびウエハキャリアの上面における不均一な温度分布の他の原因を打ち消すこともできる。
【００１０】
本発明のさらに他の態様は、ウエハを処理する方法を提供することになる。本発明のこの態様による方法は、望ましくは、１つまたは複数のウエハをウエハキャリア上に、各ウエハをキャリアのウエハ保持領域内に配置し、キャリアの上面に露出させるように、取り付けるステップであって、キャリアが各ウエハ保持領域内において一様でない熱伝導性を有している、ステップを含んでいる。この方法は、望ましくは、ウエハキャリアの底面を、ウエハキャリアを通って伝達された熱がウエハを高温に保持するように、加熱するステップも含んでいる。ウエハが高温にある間に、例えば、露出面に堆積物を形成することによって、ウエハの露出面に影響を及ぼすように、反応ガスが加えられてもよい。本発明のこの態様による方法では、ウエハは、反応ガスを加えるステップ中に、反らされる可能性がある。この反りによって、ウエハキャリアからウエハへの熱伝達の不均一が各ウエハ内に生じることになる。最も好ましくは、ウエハキャリアの一様でない熱伝導性が、反りによって生じる熱伝達の不均一を少なくとも部分的に補償するようになっている。
【００１１】
本発明のさらに他の態様は、ウエハキャリアを提供することになる。本発明のこの態様によるウエハキャリアは、望ましくは、互いに逆向きの上面および底面と、上面と底面との間に延在している中心軸と、を有する本体を備えている。本体の上面は、典型的には、複数のポケットを有しており、このような各ポケットは、周辺壁を有している。各ポケットの周辺壁は、最も好ましくは、ウエハキャリアの中心軸から遠く離れている周辺壁の領域において、複数の互いに離間している突起を有しており、該突起は、ポケット内に配置されたウエハの縁の互いに離間している部分に係合するように適合されている。以下にさらに説明するように、このような突起は、ウエハの縁と周辺壁との間の接触を最小限に抑えるのを助長し、かつウエハをポケットの中心に保持するのを助長することになる。これらの効果は、各ウエハの上面を横切る方向における良好な温度均一性を促進する傾向にある。
【００１２】
これらおよび他の特徴ならびに利点は、図面と関連して以下に述べる詳細な説明からさらに容易に理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態による化学蒸着装置を示す簡略化した断面図である。
【図２】図１の装置に用いられるウエハキャリアの略上面図である。
【図３】ウエハキャリアをウエハと関連して示す、図２の線３−３に沿った略部分断面図である。
【図４】本発明のさらに他の実施形態によるウエハキャリアを示す、図３と同様の図である。
【図５】本発明のさらに他の実施形態によるウエハキャリアを示す、図３と同様の図である。
【図６】本発明のさらに他の実施形態によるウエハキャリアを示す、図３と同様の図である。
【図７】本発明のさらに他の実施形態によるウエハキャリアを示す、図３と同様の図である。
【図８】本発明のさらに他の実施形態によるウエハキャリアの一部を示す略部分上面図である。
【図９】図８の線９−９に沿った部分断面図である。
【図１０】本発明のさらなる実施形態によるウエハキャリアを示す略部分断面図である。
【図１１】本発明のさらなる実施形態によるウエハキャリアを示す略部分断面図である。
【図１２】本発明のさらなる実施形態によるウエハキャリアを示す略部分断面図である。
【図１３】図１２に示されているウエハキャリアの略部分上面図である。
【図１４】図１３に示されている領域を拡大して示す略部分上面図である。
【図１５】本発明のさらに他の実施形態によるウエハキャリアを示す略部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の一実施形態による化学蒸着装置は、反応チャンバ１０を備えている。反応チャンバ１０は、該チャンバの一端に配置されたガス分配要素１２を有している。ガス分配要素１２を有するこの端は、本明細書では、チャンバ１０の「上（top）」端と呼ばれている。チャンバのこの端は、典型的には、必ずしも制限されないが、通常の重力座標系においてチャンバの上端に位置している。従って、重力の上下方向に沿っているかどうかとは無関係に、本明細書において用いられる下方向は、ガス分配要素１２から離れる方向を指し、上方向は、チャンバ内においてガス分配要素１２に向かう方向を指している。同様に、要素の「上（top）」面および「底（bottom）」面は、本明細書では、チャンバ１０および要素１２の座標系を基準にして記載されている。ガス分配要素１２は、ＣＶＤプロセスに用いられるガス供給源１４、例えば、キャリアガスの供給源１４、およびＩＩＩ族金属の供給源、典型的には、有機金属化合物およびＶ族元素の供給源、例えば、アンモニアまたは他のＶ族水素化物のような反応ガスの供給源１４に接続されている。ガス分配要素は、種々のガスを受け入れ、ガス流を略下方向に導くように、構成されている。ガス分配要素１２は、望ましくは、冷媒システム１６にも接続されている。冷媒システム１６は、運転中にガス分配要素の温度を所望の温度に維持するために、液体をガス分配要素内に循環するように構成されている。チャンバ１０には、排気システム１８も装備されている。排気システム１８は、ガス分配要素からガスが連続的に下方向に流れることを可能とするために、使用済みガスをチャンバの内部からチャンバの底またはその近くのポート（図示せず）内に取り出すように構成されている。
【００１５】
スピンドル２０が、その中心軸２２を上下方向に延ばして、チャンバ内に配置されている。スピンドルは、その上端、すなわち、ガス分配要素１２に最も近いスピンドルの端に、取付け具２４を有している。図示されている特定の実施形態では、取付け具２４は、略円錐状の要素である。スピンドル２０は、該スピンドルを軸２２を中心として回転させるように構成された電動モータ駆動装置のような回転駆動機構２６に接続されている。加熱装置２８が、取付け具２４の下方においてスピンドル２０を囲んで、チャンバ内に取り付けられている。チャンバには、ウエハキャリアの挿入および取出しを行うための開閉式ポート３０も設けられている。前述の要素は、従来の構成であってもよい。例えば、適切な反応チャンバが、本出願の譲受人である米国ニューヨーク州プレインビューのビーコ・インストルメンツ（Veeco Instruments）社からTURBODISC（登録商標）の名称で市販されている。
【００１６】
図１に示されている作動状態では、ウエハキャリア３２は、スピンドルの取付け具２４上に取り付けられている。ウエハキャリアは、略円板の形態にある本体を備える構造を有している。本体は、望ましくは、非金属耐火材料の一体の平板として形成されている。この非金属耐火材料は、例えば、炭化ケイ素、窒化ボロン、炭化ボロン、窒化アルミニウム、アルミナ、サファイア、水晶、黒鉛、およびその組合せからなる群から選択される材料から形成されており、この材料には、炭化物、窒化物、または酸化物のような耐火被膜が施されていてもよいし、施されていなくてもよい。ウエハキャリアの本体は、本明細書では「上（top）」面３４と呼ばれる第１の主面と、本明細書では「底（bottom）」面３６と呼ばれる第２の主面と、を有している。ウエハキャリアの構造は、取付け部３８も有している。取付け部３８は、スピンドルの取付け具２４に係合するように構成されていると共に、ウエハキャリアの本体を（上面３４をガス分配要素１２に向かって上向きにして、下面３６をガス分配要素から離れる方に向かって、従って、加熱要素２８に向かって下向きにして）スピンドル上に保持するように構成されている。単なる例示にすぎないが、ウエハキャリアの本体は、約４６５ｍｍの直径を有しており、上面３４と下面３２との間のキャリアの厚みは、約１５．９ｍｍである。図示されている特定の実施形態では、取付け部３８は、本体３２の底面に、円錐台形状の凹部として形成されている。しかし、同時継続中の共有に係る米国特許出願公開第２００９／０１５５０２８Ａ１号に記載されているように、この構造は、本体とは別に形成されたハブを備え、取付け具がこのようなハブ内に組み入れられるようになっていてもよい。なお、この特許の開示内容は、参照することによって、ここに含まれるものとする。また、取付け部の構成は、スピンドルの構成に依存して決められることになる。
【００１７】
ウエハキャリア３２は、図１−３に破線によって示されている多数の個々のウエハ保持領域４０を有している。ウエハ保持領域は、説明を明瞭にするために、図１−３では破線によって境界が定められているが、通常、互いに隣接しているウエハ保持領域間に識別可能な物理的境界は存在していない。ウエハキャリアの上面３４は、種々のウエハ保持領域内に延在している連続的な主部分３５を備えている。主部分３５は、略平坦であるとよい。各ウエハ保持領域は、個々のウエハ４２を保持するように適合されたウエハ支持体を備えている。図１−３に示されている特定の実施形態では、各ウエハ保持領域におけるウエハ支持体は、円形ポケット４４を備えている。ポケット４４は、上面３４の主部分３５からウエハキャリアの本体内に延在している。このような各ポケットは、主部分３５によって画定されている上面３４の全体的な高さの下方に凹んだ床面４６を有している。この実施形態では、床面４６は、名目的に平面であり、理想的には、正確に平坦である。しかし、実際の製造上の許容誤差によって、その平坦度は、典型的には、完全な平面から約０．０００５インチ（１３μｍ）の最大誤差寸法を含んでいる。このような誤差寸法は、例えば、床面を凹ませるために生じるものである。この開示に用いられている「実質的に平坦（substantially flat）」という用語は、約３０μｍ以下の範囲内にある平坦な面を指していると理解されたい。床面４６は、上面３４の全体的な平面と実質的に直交する中心軸４８を有する円の形をしている。支持棚５０が、床面４６を囲んでいる。支持棚５０は、床面４６の上にいくらか持ち上がった上向き面を有している。支持棚５０は、中心軸４８と同心になって床面を取り囲んでいるループの形状を有している。図示されている実施形態では、各ポケットは、約２インチ（５０．８ｍｍ）の直径を有するウエハを受け入れるように構成されている。公称２インチ（５ｃｍ）のウエハ直径の場合、支持棚５０の上向き面は、床面４６から上方に約２０μｍから約１００μｍ、望ましくは、約２０−５０μｍの距離Ｄ４６だけ離れており、支持棚の厚みＷ５０は、約０．５−０．７ｍｍになっている。大口径ウエハを保持することを目的とする大径ポケットの場合、これらの寸法は、通常、さらに大きくなるだろう。支持棚５０の表面は、望ましくは、床面４６の平面と平行の平面内に配置されている。また、支持棚５０は、ウエハキャリア上面３４の主部分３５の下方に凹んでいる。望ましくは、上面３４から支持棚の上向き面までの距離Ｄ５０は、処理されることになるウエハの厚みよりも約７５−１７５μｍ大きくなっている。例えば、２インチの公称直径および４３０ｎｍの公称厚みを有するサファイアを処理するように構成されたウエハキャリアでは、Ｄ５０は、約５００−６００μｍであるとよい。
【００１８】
壁５２が、支持棚５０の全周、従って、ポケッ４４の全周を囲んで、支持棚５０からウエハキャリアの上面３４に向かって上方に延在している。壁５２は、中心軸４８に向かって内方に角度Ａ、典型的には、約１０°傾斜している。従って、壁５２は、円錐台の形状を有している。
【００１９】
ウエハキャリア本体３２の底面３６は、各ウエハ保持領域４０内において、底面が非平面部を有していることを除いて、略平面である。該非平面部は、この実施形態では、底面からウエハキャリア本体３２内に延在している略円錐状の凹部５４である。この実施形態では、各凹部は、約１２０°の夾角αおよび約３−６ｍｍの深さ、さらに典型的には、約４−５ｍｍの深さを有している。各ウエハ保持領域４０内における凹部５４は、該領域における床面４６の中心軸４８と同軸になっており、これによって、凹部５４は、床面の中心と真っ直ぐに並んでいる。従って、ウエハキャリア本体３２の厚みｔは、床４６と真っ直ぐに並んでいる領域内において、変化していることになる。厚みは、床の中心、すなわち、軸４８において、最小ｔｍｉｎになっており、徐々に大きくなり、凹部５４の外側、すなわち、床の周辺の近くで、最大ｔｍａｘになっている。前述したように、ウエハキャリア本体３２は、望ましくは、実質的に均一組成を有する一体の要素である。従って、ウエハキャリア本体を構成している材料は、実質的に均一の熱伝導率を有している。垂直方向におけるウエハキャリア本体の熱伝導性は、どの箇所においても、ウエハキャリア本体の厚みと逆比例している。垂直方向に流れる熱に対するウエハキャリア本体の熱伝導抵抗は、ウエハキャリア本体の厚みｔと正比例している。従って、中心軸では、熱伝導抵抗は、比較的低くなっており、床面の周辺では、ウエハキャリア本体の熱伝導抵抗は、比較的高くなっている。
【００２０】
運転に際して、ウエハ４２がウエハキャリアに装填され、該ウエハキャリアが図示されている動作位置にあるスピンドル２０（図１）上に載置される。図３に最もよく示されているように、各ウエハ４２の周辺が支持棚５０上に載っている。好ましくは、ウエハと支持棚との間の重なりは、例えば、最小でも約１ｍｍ以下である。各ウエハの上面４３は、各ポケットを囲んでいるウエハキャリア上面３４の主部分３５とほぼ同一平面にある。各ウエハの底面４５は、床面４６に向かって下向きになっているが、該床面から上方に離間している。次いで、反応ガスを供給するために、ガス供給装置１４およびガス供給要素１２が作動され、ウエハキャリアをスピンドルの軸２２を中心として回転させるために、スピンドル２０が回転される。
【００２１】
スピンドルおよびウエハキャリアが回転すると、加熱要素２０が、主に輻射熱伝達および加熱要素とウエハキャリアの底面との間に介在しているガスを介するいくらかの対流および伝導によって、ウエハキャリアの底面３６を加熱する。輻射熱は、図３において符号５６によって示されている。ウエハキャリアの底面に伝達された熱は、上面３４に向かっておよび上面のポケット４４内に配置されたウエハ４２に向かって、上方に流れることになる。熱は、ウエハキャリアの上面からおよび各ウエハ４２の露出した上向き面、すなわち、上面４３から周囲に、特に、比較的冷えているガス流入構造１２に連続的に伝達されることになる。
【００２２】
図１、３に示されている動作位置では、ウエハキャリアの底面３６は、加熱要素２８と直接向き合っている。この開示に用いられている「直接向き合っている（directly confronts）」という用語は、加熱要素とウエハキャリアとの底面との間に、それらの間に介在するどのような中実要素によっても遮られない直接の見通し線が存在していることを意味している。ウエハキャリアの底面３６は、望ましくは、加熱要素２８から上方に距離Ｈを隔てて配置されている。この距離は、凹部５４内において大きく、各凹部５４の最深点において最大Ｈｍａｘになっており、凹部の外側で最小Ｈｍｉｎになっている。すなわち、距離Ｈは、厚みｔとは逆に変化することになる。
【００２３】
他の規定がない限り、この開示に用いられている「垂直方向の熱抵抗（vertical thermal resistance）」という用語は、水平面における単位面積当たりの上向きの熱流に対する抵抗を指している。「水平（horizontal）」面は、上方向と直交する平面である。ウエハキャリア本体の底面３６と上面３４との間を通る熱流に対するウエハキャリア本体の垂直方向熱抵抗Ｒ３６−３４は、ウエハキャリア本体の厚みｔと正比例して変化している。理論上は、ウエハキャリアがより厚い箇所では、距離Ｈがより小さいので、加熱要素２８とウエハキャリア本体の底面との間の輻射熱伝達に対する抵抗は、ウエハキャリアがより厚い箇所では、いくらか小さくなっている。しかし、実際には、この差は、無視できるほど小さい。また、加熱要素２８から反応チャンバ内のガスを介してウエハキャリア底面に至る対流および伝導による熱伝達に対する抵抗は、ウエハキャリアがより厚くてＨがより小さい箇所では、小さい。しかし、全ての箇所において、対流および伝導による熱伝達は、輻射熱伝達と比較して小さい。従って、加熱要素２８と底面３６との間の垂直方向熱抵抗Ｒ２８−３６の変動は、本体の底面と本体の上面との間の垂直方向熱抵抗の変動と比較して、小さい。その結果、加熱要素２８とウエハキャリアの上面３４の特定箇所との間の熱流に対する垂直方向熱抵抗Ｒ２８−３４は、その箇所直下のウエハキャリアの厚みによって直接に変化することになる。例えば、ポケットの床４６上の箇所（図３）の場合、中心軸４８の近くで底面の凹部５４と真っ直ぐに並んでいる位置では、ウエハキャリア本体の厚みｔがｔｍｉｎと等しく、その結果として、Ｒ２８−３４も小さい。床４６上の周辺に近い位置では、厚みｔ＝ｔｍａｘであり、その結果として、Ｒ２８−３４も大きい。
【００２４】
堆積プロセスは、各ウエハ４２の露出した上面４３上に化合物半導体を堆積するようになっている。典型的には、堆積される第１の半導体層は、約１−１０μｍ厚みの基層またはバッファ層のようなものであり、これに続いて、素子の活性層をなす極めて薄い活性層が堆積されることになる。例えば、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を含むＬＥＤでは、ＭＱＷ構造の発光層は、約２０−３０Å（２−３ｎｍ）厚みである。活性層に続いて、キャリア閉じ込め、電気注入、電流分配、および物理的保護などを目的として、さらなる層が堆積されることになる。この堆積プロセス中、ウエハ４２は、比較的予測可能な態様で反る傾向にある。この反りは、典型的には、堆積される半導体材料とウエハとの間の格子定数の差およびウエハを横切る方向に与えられる熱勾配によって生じるものである。図示されている例では、この反りは、ウエハを上方向に凸状にしている。すなわち、この反りは、ウエハの上面４３を凸状にしている。反りの程度は、図３では、説明を明瞭にするための、大きく誇張されている。典型的には、約５０ｍｍ直径のウエハの場合、このような反りＤｗは、典型的には、約５μｍである。ただし、この直径のウエハを用いるいくつかのプロセスでは、数１０μｍ程度の大きな反りが生じることもある。所定のプロセスにおいて、反りＤｗは、ウエハ直径の二乗に比例して生じる傾向にある。従って、もし他の因子が等しい場合、６インチの公称直径のウエハは、２インチの公称直径のウエハの反りの９倍大きい反りを呈することになる。
【００２５】
各ウエハの上面４３に行き渡る温度は、加熱要素２８（図１）とウエハ上面４３との間の全熱抵抗に依存している。床４６と真っ直ぐに並んでいるウエハの任意の点において、全熱抵抗は、加熱要素２８とウエハキャリアの底面との間の輻射熱伝達に対する抵抗と、底面と床面４６との間の伝導に関連する熱抵抗と、ウエハの底面４５と床面４６との間の間隙６０を横切る熱伝導に対する抵抗と、ウエハ自体を通る伝導に対する抵抗と、の合計である。前述したように、加熱要素２８と底面３６との間の輻射熱伝達に対する抵抗は、ウエハキャリアの全体にわたって実質的に均一である。理論上は、凹部５４の表面が底面３６の周囲部分よりも加熱要素からいくらか大きい距離を隔てているので、凹部に関連する輻射熱伝達に対する抵抗がいくらか大きくなっている。しかし、実際には、この差は、無視できるほど小さい。ウエハ４２を通る伝導に対する抵抗も、ウエハの全体にわたって実質的に均一である。しかし、床面４６から間隙６０を横切ってウエハの底面４５に至る熱伝達に対する抵抗は、ウエハの反りのせいで変動することになる。間隙６０は、典型的には、プロセスガスの停滞層で満たされている。このガスは、比較的低い熱伝達率を有しているので、間隙を横切る熱伝達に対する抵抗が、加熱要素とウエハ上面との間の熱伝達に対する全抵抗のかなりの部分をもたらすことになる。間隙６０の熱抵抗は、間隙の高さに直接的に関連している。ウエハの周辺に近いウエハの部分では、間隙の高さは、単純に床面の上方の支持棚５０の高さ、すなわち、Ｄ４６である。しかし、中心軸４８に隣接する箇所では、間隙６０の高さは、ウエハの反り距離ＤＷによって大きくなっている。従って、間隙の熱抵抗は、中心軸４８の近くで最大である。
【００２６】
凹部５４によってもたらされるウエハキャリア本体３２の一様でない厚み、従って、一様でない熱抵抗が、間隙６０による一様でない熱抵抗の影響を打ち消すことになる。すなわち、ウエハキャリア本体は、中心軸４８に隣接する箇所では、最小の熱抵抗を有しており、中心軸４８から遠く離れた箇所では、より大きい熱抵抗を有している。換言すれば、加熱要素からウエハ上面までの全熱抵抗は、Ｒ２８−３４（加熱要素と床４６内におけるウエハ上面３４上の点との間の熱抵抗）、間隙６０の熱抵抗、およびウエハ自体の熱抵抗である。ここで、間隙６０の熱抵抗がより大きい箇所において、熱抵抗Ｒ２８−３４が、より小さくなっている。
【００２７】
各ウエハ保持領域の床４６と真っ直ぐに並んでいる領域におけるウエハキャリアの厚みの差は、素子の最も重要な層が形成されるプロセスの段階において、ウエハキャリアの様々な熱伝達率の相殺効果を最適化するように、選択されている。具体的には、反り距離ＤＷは、ウエハ上面へのバッファ層のような第１の層の堆積中に徐々に大きくなる。ｔｍｉｎとｔｍａｘとの間の厚みの差を選択するのに用いられる予測反りＤＷは、バッファ層の堆積の後でかつ作製されることになる素子における最も重要な層の堆積中に生じるＤＷの値に対応するように、選択されるべきである。
【００２８】
ウエハキャリア３２の中実材料の熱伝導率は、間隙６０内の滞留ガスの熱伝導率よりも何倍も大きい。従って、所定の反りＤＷの影響を打ち消すのに必要な厚みの差（ｔｍａｘ−ｔｍｉｎ）は、ＤＷよりも何倍も大きい。例えば、約５〜７μｍの予想される反りを打ち消すために、厚みの差（ｔｍａｘ−ｔｍｉｎ）は、望ましくは、約３ｍｍから約６ｍｍの範囲内にある。所定の用途に必要な正確な差（ｔｍａｘ−ｔｍｉｎ）は、熱伝達の計算から導くことができる。しかし、さらに好ましくは、凹部５４に対する（ｔｍａｘ−ｔｍｉｎ）の最適値、従って、最適な深さは、異なる深さの凹部を有する試験ウエハキャリアを用いて、堆積の均一性に及ぼすこれらの影響を観察する実際の試験によって、決定されるとよい。例えば、ＧａＮ基ＬＥＤを形成するための一プロセスにおいて、どのような凹部５４も有していない第１のキャリア上で処理されたウエハは、「ブルズアイ（bullseye）」パターンを示している。ウエハの中心から形成されたＬＥＤは、比較的長い発光波長を有しており、ウエハの周辺から形成されたＬＥＤは、比較的短い発光波長を示している。これは、発光波長を制御する層の堆積中、ウエハの中心におけるウエハ上面４３が、ウエハの周辺におけるウエハ上面よりもかなり冷却されていることを示している。また、発光波長の分布は、比較的広くなっており、ウエハの５％を超える部分が、平均発光波長より３ｎｍを超える発光波長を有している。比較的深い円錐凹部５４を有する第２のウエハキャリアは、逆のブルズアイパターンを生じ、各ウエハの中心から形成されたＬＥＤは、周辺から形成されたＬＥＤよりもかなり短い発光波長を有している。また、同じように広い波長分布を有している。これは、凹部５４が反りを過補償していることを示している。深さがより浅い円錐凹部を有する第３のキャリアは、第１のキャリアまたは第２のキャリアのいずれよりも狭い波長分布を生じている。従って、第２のキャリアに用いられた凹部が、製造工程におけるさらなるキャリアに用いられることとする。
【００２９】
比較的高い熱伝導率を有する中実材料の厚みを変化させることによって、様々な熱伝導性をもたらすことは、理想的な厚みの差（ｔｍａｘ−ｔｍｉｎ）からのわずかなずれが熱伝達に取るに足らない影響しか及ぼさないという基本的な利点をもたらすことになる。例えば、凹部５４の深さの許容誤差は、実際の機械加工公差による約±１０μｍ（±０．０００５インチ）とすることができる。床面４６をＤＷの予想値と等しい量だけ凸状にすることによって、ウエハの反りを完全に補償することも可能であろう。しかし、このような構成は、１μｍよりも著しく小さい許容誤差を必要とし、かつ床面を意図的な凸状に形成するために複雑な機械加工プロセスを必要とするだろう。
【００３０】
本発明のさらに他の実施形態（図４）によるウエハキャリア１３２は、図１−３に関して前述した特徴と同様の床面１４６および支持棚１５０を有するポケット１４４を有している。この実施形態によるウエハキャリアの底面１４０は、各床面の中心軸１４８と真っ直ぐに並んだ凹部１５４の形態にある非平面部を有している。これらの特徴部は、図１−３に関して前述したのと実質的に同様に機能するものである。加えて、図４のウエハキャリア１３２は、各ウエハ保持領域の支持棚１４６と真っ直ぐに並んだ突起または増厚領域１７０の形態にあるさらに他の非平面部を有している。すなわち、各増厚領域１７０は、床面の中心軸１４８と同心、従って、支持棚１５０と同心のループの形態にある。運転に際して、各ポケット１４４内のウエハ１４２の周辺は、支持棚１５０上に載っている。これによって、ウエハの周辺への熱伝達のより直接的な経路がもたらされることになる。換言すれば、支持棚１５０とウエハの周辺との間の直接的な接触は、床面１４６とウエハの底面との間の間隙１６０を介する熱伝達によってもたらされる熱抵抗よりは小さい熱抵抗をもたらしている。突起１７０によってもたらされる増厚は、支持棚と真っ直ぐに並んでいる領域におけるウエハキャリア本体１３２の熱抵抗を高め、これによって、この差を打ち消すことになる。これは、ウエハ周辺と隣接領域との間の表面温度の差を最小限に抑えるのを助長することになる。
【００３１】
加えて、ウエハキャリア１３２の底面は、ポケット１４４間のキャリア上面の領域１３４ａと真っ直ぐに並んださらに他の突起１７２を有している。この突起は、ウエハキャリアのこれらの領域の熱抵抗をさらに高めるものである。ウエハキャリアとウエハ１４２との間の界面は、かなりの熱抵抗をもたらすことになる。これは、ウエハ上面１４３の温度をウエハキャリア上面１３４の主部分１３５によって画定されている周囲領域の温度未満に低下させる傾向がある。これらの温度間の差を最小限に抑えることが望ましい。突起１７２によって得られたこの高められた熱抵抗は、これらの付加的な界面の影響を打消し、これによって、主部分１３５の温度をウエハ上面１４３の温度の近くに保持することになる。これに関連して、ウエハキャリアの主部分１３５の放射率は、典型的には、ウエハ上面１４３の放射率と異なっている。放射率の差は、主部分１３５とウエハ上面との間の温度差に影響を及ぼすことになる。主部分の放射率がウエハの放射率よりも著しく高い場合、主部分は、ウエハ上面よりも低温になる傾向がある。この場合、ウエハキャリアは、上面の主部分と真っ直ぐに並んだ底面の部分に、突起ではなく、むしろ凹部を有しているとよい。この場合（図示せず）、ウエハキャリア上面の主部分と真っ直ぐに並んだウエハキャリアの部分は、ポケットおよびウエハと真っ直ぐに並んだウエハキャリアの部分よりも薄くなっており、より低い熱抵抗を有することになる。
【００３２】
図５に示されているウエハキャリア２３２は、図１〜３のウエハキャリアと同様である。しかし、底面２４０の凹部２５４は、前述した円錐形状ではなく、略ドーム状形状を有している。
【００３３】
図６のウエハキャリア３２２では、各凹部３５４は、円錐台の形をしており、ポケット３４４の中心軸３４８を横切って延在している平面３５５を有している。
【００３４】
図７のウエハキャリア４３２は、反りが前述した反りと逆になる。従って、ウエハ４４２が下向きに凸状になる、すなわち、ウエハの底面４４５が、ポケットの中心軸４４８に隣接する箇所において、床面４４６に向かって下方に湾曲するようなプロセスに用いられるように、構成されている。この場合、キャリアとウエハとの間の間隙４６０は、中心軸４４８に隣接する箇所において、最小の厚み、従って、最小の熱抵抗を有している。従って、ウエハキャリア底面４４０の非平面部は、中心軸に隣接する箇所において、比較的大きい厚みｔｍａｘをもたらし、ウエハの周辺に近い箇所において、比較的小さい厚みｔｍｉｎをもたらすように、構成されている。
【００３５】
本発明のさらに他の実施形態によるウエハキャリア５３２は、前述したのと実質的に同じように、各ウエハ保持領域内においてキャリアの上面５３２に形成されたポケット５４４を有している。各ポケット５４４は、平坦な床面５４６を有している。ここでも、各ポケットには、ウエハの周辺に係合し、ウエハを床面５４６の上方に保持するための支持棚が設けられている。しかし、この実施形態では、各ポケットの支持棚は、複数の棚領域５５０として設けられている。これらの棚領域５５０は、床の周辺に沿って、従って、ポケットの中心軸５４８の周りに、互いに離間している。これによって、ウエハの周辺と支持棚との間の接触が、最小限に抑えられ、従って、このような接触から生じることになるウエハキャリアとウエハとの間の熱伝達の不均一さが、最小限に抑えられることになる。
【００３６】
さらに、この実施形態では、各ポケットは、ポケットの内部からウエハキャリアの上面５３４に向かって上方に延在している壁５５２によって、境界が定められている。ここでも、周辺壁５５２は、図９に示されているように、内方に傾斜しており、その結果、周囲面は、ウエハキャリアの上面５４８に向かう上方向において、ポケットの中心軸５４８に向かって内方に傾斜している。しかし、この実施形態では、周囲壁５５２は、ウエハキャリアの中心軸５２２から最も遠いポケットの部分、言い換えれば、ウエハキャリアを全体として見たとき、ウエハキャリアをスピンドルに保持する取付け部５３８およびウエハキャリアの回転軸から最も遠いポケットの部分に沿って、凹部５７０によって中断されている。従って、周囲壁および凹部は、図８に示されているように、上から見て、非円形形状を画定している。この非円形形状は、円形の周囲壁と凹部との交点に１対の突起５５３を備えている。これらの突起は、互いに離間しており、ウエハキャリアの中心軸５２２からポケットの中心軸５４８を通って延在している半径線５５５の両側に配置されている。運転中、ウエハに作用する回転または「遠心力（centrifugal force）」による加速度が、ウエハを中心軸５２２から最も遠い領域内の周囲壁に向かって押す傾向にある。凹部５７０は、ウエハの周辺と内方に傾斜している周辺壁との間の接触力を最大にし、従って、ウエハに加えられる下向き力を最大にし、これによって、ウエハを支持棚５５０に係合させて保持する傾向にある。ポケット内に配置されている円形ウエハは、突起５５３においてウエハキャリアに係合し、他の箇所において周辺壁からいくらか離間してとどまっている。ウエハが突起においてのみ周辺壁に係合しているので、ウエハの縁を通る熱伝達が、最小限に抑えられることになる。これによって、ウエハ内の温度のバラツキが、最小限に抑えられる傾向にある。
【００３７】
図８、９を参照して前述したポケット構成を有するウエハキャリアは、本明細書において説明したようなその底面上の非平面特徴部を有するものとして作製されてもよいし、またはそのような非平面特徴部を有しないものとして作製されてもよい。
【００３８】
図１〜７を参照して前述したウエハキャリアでは、床面は、実質的に平坦である。しかし、これは、本質的な特徴ではない。何故なら、湾曲した床面を用いても、本発明を行うことができるからである。例えば、図１０に示されているウエハキャリア本体７３２は、図１−３を参照して前述したウエハキャリア本体３２と略同様である。しかし、キャリア本体６３２は、意図的に凹状にされている床面６４６を有している。ポケットの中心軸６４８における各床面の中心部分は、軸６４８から遠く離れている床面の周辺部分よりも下方に距離Ｃｆだけ凹んでいる。この凹状床面によって、ウエハと床面との間の間隙６６０は、ウエハの中心軸６４８において、ウエハの周辺におけるよりも大きくなっている。これによって、ウエハの上向き反りＤＷにおけるのと同じように、軸６４８の近くの間隙６６０の熱抵抗が大きくなっている。換言すれば、床面の湾曲Ｃｆの影響と上向き反りＤｗの影響とが加算されていることになる。床面の湾曲とウエハの反りとのこの複合的影響は、凹部６５４の形態にある非平面部によって打ち消されることになる。凹部６５４は、間隙６６０が最大の熱抵抗を有している中心軸６４８の近くにおいて、キャリア本体に最小厚み、従って、最小の熱抵抗をもたらすようになっている。
【００３９】
図１１の実施形態では、床面７４６は、凸状である。すなわち、床面の湾曲Ｃｆは、ポケットの中心軸７４８の近くで間隙７６０の大きさを縮小している。図示されている実施形態では、ウエハは、上向きの反りを有している。この反りは、中心軸７４８の近くで間隙７６０の大きさを増加させる傾向にある。しかし、凸状湾曲Ｃｆは、反りＤｗよりも大きいので、間隙７６０の大きさは、中心軸７４８の近くで最小になっており、この間隙の熱抵抗も、中心軸の近くで最小になっている。この反りと床面湾曲との複合的影響を打ち消すために、ウエハキャリア本体は、非平面部７５４を有している。非平面部７５４は、本体の厚み、従って、熱抵抗が、軸７４８の近くの箇所において、軸から遠く離れている箇所におけるよりも大きくなるように構成されている。
【００４０】
図１２〜１４に示されているウエハキャリアは、図１〜３を参照して前述したものと同様の主部分８３５およびポケット８４４を備える上面８３４を有している。ここでも、各ポケットは、床８４６と、支持棚８５０と、支持棚から上面の主部分８３５に向かって上方に突出している周辺壁８５２と、を備えている。ここでも、ウエハキャリアは、中心軸８２２を有しており、運転中、このような軸を中心として回転するように、スピンドルに取り付けられるように適合されている。各ポケットは、該ポケットの幾何学的中心に、中心軸８４８も有している。周辺壁８５２は、ポケット中心軸８４８をほぼ完全に取り巻いて延在している弧状部分を備えている。しかし、ウエハキャリアの中心軸８２２から最も遠い周辺壁の領域は、非円形形状を有している。周辺壁のこの領域は、周辺壁の弧状部分から内方に突出している１対の突起８５３を有している。このような１つの突起が、図１４に詳細に示されている。突起８５３は、ウエハキャリア中心軸からポケットの中心軸８４８を通って延在している半径線８５５の両側において、互いに離間している。図１２に最もよく示されているように、各突起８５３は、ポケット中心軸８４８に向かって内向きの当接面８５７を有している。各当接面８５７は、棚８５０から主部分８３５に向かう上方向において、ポケット中心軸に向かって内方に傾斜している。
【００４１】
運転に際して、円形ウエハ８４２は、各ウエハの底面を対応するポケットの棚８５０に係合させて、ポケット内に配置されることになる。中心軸８２２を中心とするウエハキャリアの回転によって生じた遠心力は、各ウエハを中心軸から外方に押す傾向にある。各ウエハは、ポケット内において、２つの突起８５３の当接面８５７に寄り掛かることになる。これらの突起は、ウエハの縁が該突起に寄り掛かったとき、ウエハがポケットの軸８４８と同心となるように、寸法決めされている。従って、ウエハは、ウエハの全周にわたって等しく棚８５０に重なることになる。換言すれば、棚８５０の内縁とウエハの縁との間の重なっている距離Ｄｏ（図１２，１３）は、一定である。これは、ウエハの周囲におけるウエハの底と棚との間の熱伝達を等しくする傾向にある。さらに、ウエハの縁が互いに離間している小さい突起８５３としか接触していないので、ウエハの縁と周辺壁８５２との間の熱伝達が最小限に抑えられることになる。
【００４２】
本発明のさらに他の実施形態によるウエハキャリア（図１５）は、図１−３を参照して前述したウエハキャリアと略同様の構成を有している。しかし、図１５のウエハキャリアでは、底面における各凹部９５４が、水平方向においてポケットの中心９４８から位置ずれしている。従って、最も高い熱伝導性および最も低い熱抵抗を有するウエハキャリアの最も薄い部分が、ポケットの床９４６の中心から位置ずれした床の部分９４６ａの下方に位置している。この構成を用いて、プロセスガスの流れパターンのようなプロセス条件によって生じたウエハの不均等な熱伝達の影響を打ち消すことができる。例えば、ウエハキャリアが回転している反応チャンバ内では、ウエハキャリアの回転軸に最も近い各ウエハの部分は、回転軸から最も遠い部分よりも大きく冷却される可能性がある。何故なら、プロセスガスは、回転軸から離れる運動成分を有するウエハを超えて流れるからである。また、互いに異なるウエハまたは同じウエハの互いに異なる部分を横切って流れるプロセスガスは、互いに異なる温度にある可能性がある。例えば、ウエハキャリアの主面がウエハの表面よりも冷えている場合、プロセスガスの温度は、ウエハキャリアの周辺におけるウエハに達する前の該ガスの経路に依存することになる。もしこの経路の大部分がウエハ表面に拡がっており、経路の小さい部分のみがウエハキャリアの主面に拡がっている場合、ガスは、１つの温度にある。しかし、もしこの経路の大部分がウエハキャリア主面に拡がっている場合、ガスは、より低い温度にある。本明細書において説明した技術を用いて、これらの影響を打ち消し、種々のウエハの上面を均一な温度に維持することができる。さらに他の変形態様では、不均一なウエハ表面温度を意図的にもたらすために、これらの技術が適用されてもよい。このような不均一な温度は、例えば、互いに異なる経路に沿って流れるプロセスガスにおける不均一な反応物質の濃度の影響を打ち消すために、用いられてもよい。
【００４３】
図１５のウエハキャリアは、熱バリア９７０も備えている。熱バリアは、ウエハキャリア本体内の水平方向における熱伝導を阻止するものである。このようなバリアは、互いに異なる垂直方向における熱伝導性を有するウエハキャリアの部分間に熱隔離をもたらしている。このような隔離は、一様でない熱伝導性の効果を強めることになる。これらの熱バリアは、ウエハキャリアの周囲材料よりも低い熱伝導率を有する薄い垂直方向に延在している材料層を備えているとよい。代替的に、これらの熱バリアは、ウエハキャリアを個々の断片として作製し、ウエハキャリア内において垂直方向に延在している表面においてこれらの断片間に界面をもたらすことによって、形成されてもよい。例えば、図１５のキャリアは、上面の主部分およびポケット床９４６の一部を画定している大きい部分９０１と、各ポケットの床の部分９４６を画定している小さい部分９０２と、を備えている。界面またはバリア９７０は、該小さい部分を取り巻く円筒面の形態にあるとよい。さらに他の変更形態では、この小さい部分は、各ポケットの床の全体を画定していてもよい。
【００４４】
本発明から逸脱することなく、前述した特徴の多くの変更または組合せが利用されてもよい。単なる例示として、本発明は、窒化ガリウム基半導体の処理に関連して説明してきたが、本質的にどのような半導体の処理に適用されてもよい。従って、ガリウム、インジウム、およびアルミニウムの一種または多種を窒素、リン、アンチモン、およびヒ素の一種または多種と組み合わせて含んでいるＩＩＩ−Ｖ族半導体が形成されてもよい。また、ＩＩ−ＶＩ族半導体およびシリコンおよびダイアモンド状炭素のようなＩＶ族半導体が、同様に処理されてもよい。さらに、本発明は、堆積以外の他の処理に適用されてもよい。
【００４５】
前述した特徴の多くの他の変更および組合せが利用されてもよい。例えば、一様でない熱抵抗をもたらすために、ウエハキャリア本体の厚みを変化させる代わりに、本体の組成を各ウエハによって占有されている領域内において変化させてもよい。単なる例示にすぎないが、ウエハキャリアは、その底面に、キャリア本体の周囲材料よりも実質的に高いかまたは低い熱伝導率を有する金属または他の材料によって充填された凹部を有していてもよい。このような実施形態は、材料間の界面においてさらに他の熱伝導性を有することができ、このような界面は、熱抵抗に影響を与えることになる。
【００４６】
図１を参照して前述した実施形態は、熱が加熱要素２８からキャリアの底面３６に直接伝達される「サスセプタレス（susceptorless）」処理装置である。同様の原理は、熱が加熱要素から一般的に「サセプタ（susceptor）」と呼ばれる中間要素に伝達され、次いで、サセプタからキャリアに伝達される装置に適用されてもよい。しかし、このような熱伝達は、望ましくは、サセプタとウエハキャリアの底面との間の滞留プロセスガスによって満たされる空間を介する伝達を含んでいない。
【００４７】
本明細書において、本発明を特定の実施形態を参照して説明してきたが、これらの実施形態は、本発明の原理および用途の単なる例示にすぎないことを理解されたい。従って、例示的な実施形態に対して多くの修正形態がなされてもよく、添付の特許請求の範囲に規定されている本発明の精神および範囲から逸脱することなく、他の構成が考案されてもよいことを理解されたい。
【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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