JP2013123062A - ハブを有するウエハキャリア - Google Patents

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モイ，ケング
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Abstract

【課題】高温下において強度及び剛性を有すると共にプロセスに用いられるガスと反応しない材料から形成されれるウエハキャリアを提供する。
【解決手段】回転ディスク式ＣＶＤ反応器用のウエハキャリア３０は、炭化ケイ素のようなセラミックの単一プレート３２であって、プレート３２の中心領域においてプレート３２に取外し可能に取り付けられたハブ４０も備えている。ハブ４０は、セラミックプレート３２に集中応力を加えることなく、反応器のスピンドル１６への確実な接続をもたらすようになっている。プレート３２の洗浄中、ハブ４０を取り外しておくことができる。
【選択図】図４

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２００７年１２月１２日に出願された「ハブを有するウエハキャリア」とい
う表題の米国出願第１２／００１，７６１号の一部継続出願であり、この米国出願の開示
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。
［発明の分野］
本発明は、化学蒸着装置に関する。
化合物半導体のようなある種の材料は、被加工品、最も一般的には、ディスク状ウエハ
の表面を高温下でガスにさらし、これによって、ガスを反応させて被加工品の表面に所望
の材料を堆積させることによって、形成されている。例えば、窒化ガリウム、窒化インジ
ウム、ガリウムヒ素、リン酸インジウム、アンチモン化ガリウム、などのようなＩＩＩ−
Ｖ属半導体の多数の層を基板上に堆積させ、ダイオード及びトランジスタのような電子素
子及び発光ダイオード及び半導体レーザのような光電素子を生成することができる。同様
のプロセスによって、ＩＩ−ＶＩ属半導体を堆積させることができる。完成した素子の特
性は、プロセス中に堆積した種々の層のわずかな特性変動によって、著しく影響されるこ
とになる。そのために、当技術分野において、反応器に保持される１つの大きいウエハ表
面又は多数の小さいウエハ表面の全体にわたって均一な堆積を達成することができる反応
器及び加工方法を開発するために、多大な努力が注がれてきている。
当業界において広く用いられてきている反応器の一形態は、回転ディスク式反応器であ
る。このような反応器は、典型的には、ディスク状のウエハキャリアを備えている。ウエ
ハキャリアは、処理される１つ又は複数のウエハを保持するように配置されたポケット又
は他の特徴部を有している。ウエハを保持しているキャリアは、反応チャンバ内に載置さ
れ、キャリアのウエハ支持面を上流方向に向けて、保持されることになる。キャリアは、
上流から下流方向に延在している軸を中心として、典型的には、数百回転／分の回転速度
で回転するようになっている。反応ガスが、反応器の上流端に配置された注入ヘッドから
キャリア上のウエハに向かって、下流方向に流される。ウエハキャリアは、このプロセス
中、所望の高温、最も一般的には、約３５０℃〜約１６００℃に保持されている。ウエハ
キャリアの回転は、露出しているウエハの全領域を実質的に均一な条件にさらすことを確
実にするのに役立つと共に、所望の半導体材料の均一な堆積を得ることを確実にするのに
役立つことになる。特定のウエハキャリア上のウエハが処理された後、該ウエハキャリア
は、反応チャンバから取り外され、新しいウエハを保持している新しいウエハキャリアに
取り換えられ、この新しいウエハキャリアを用いて、プロセスが繰り返されることになる
。
多くの回転ディスク式反応器の設計は、スピンドルに恒久的に取り付けられた「サセプ
タ（susceptor）」と呼ばれるディスク状の金属要素を備えるスピンドルを含んでいる。
処理されるウエハキャリアは、サセプタ上に配置され、処理プロセス中、サセプタによっ
て保持されている。サセプタの下流側に配置された電気抵抗要素のような加熱要素が、プ
ロセス中、サセプタ及びウエハキャリアを加熱するようになっている。最近になって、特
許文献１に開示されているように、「サセプタのない（susceptorless）」反応器が開発
されている。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
。サセプタのない反応器では、ウエハキャリアは、ウエハキャリアが処理のために反応チ
ャンバ内に載置されるとき、反応器のスピンドル上に直接取り付けられるようになってい
る。下流側を向いているウエハキャリアの表面が、加熱要素に直接晒されることになる。
サセプタのない反応器の設計は、反応器の加熱要素からウエハキャリアへの熱伝達を著し
く改良し、かつウエハキャリアの全領域への熱伝達の均一性を著しく改良することができ
る。
米国特許第６，６８５，７７４号明細書
サセプタのない反応器用のウエハキャリアは、反応チャンバ内に載置されるとき、ウエ
ハキャリアがスピンドルに機械的に係合することを可能にする特徴部を含んでいなければ
ならない。このような係合は、スピンドル又はウエハキャリアを損傷させることなく、な
されねばならない。さらに、ウエハキャリアは、用いられる高温下においてかなりの強度
及び剛性を有すると共にプロセスに用いられるガスと反応しない材料から形成されればな
らない。サセプタのない反応器用の満足のいくウエハキャリアを炭化ケイ素によって被覆
されたセラミック材料のような材料から形成することもできるが、さらに一層の改良が望
まれている。
本発明の一態様は、ＣＶＤ反応器用のウエハキャリアを提供している。望ましくは、ウ
エハキャリアは、非金属耐熱材料、好ましくは、炭化ケイ素のようなセラミック材料のプ
レートを備えている。プレートは、互いに向き合っている上流面及び下流面を有しており
、また中心領域及び周辺領域を有している。プレートは、複数のウエハをプレートの周辺
領域の上流面に露出させて保持するように適合されたウエハ保持特徴部を有している。本
発明のこの態様によるウエハキャリアは、望ましくは、プレートの中心領域に取り付けら
れたハブも備えている。ハブは、プレートをスピンドルに機械的に接続させるために、
ＣＶＤ反応器のスピンドルに係合するように適合されたスピンドル接続部を有している。
ハブのスピンドル接続部は、好ましくは、スピンドルに取外し可能に係合するように適合
されている。ハブは、少なくとも部分的に、プレートの材料以外の一種又は複数種の材料
から形成されていてもよい。例えば、ハブは、金属元素を含んでいてもよい。又はブは、
スピンドル接続部を画定する、黒鉛のような比較的軟質の材料から形成されたインサート
を備えていてもよい。他の例では、プレートが中心領域に開口を備え、インサートがこの
開口に入れ込まれるようになっていてもよい。一例では、インサートは、開口内に圧入さ
れていてもよい。また、好ましくは炭化ケイ素から形成されたキャップが、プレートの中
心領域の上流面の一部を部分的に覆うように設けられていてもよい。他の例では、キャッ
プは、インサートに固定されていてもよい。例えば、キャップ及びインサートは、各々、
互いに係合するように作られたネジ山を備えていてもよい。運転時に、ハブは、損傷をも
たらす可能性のある集中負荷をプレートに加えることなく、プレートをスピンドルに機械
的に接続することになる。望ましくは、ハブは、プレートに取外し可能に取り付けられて
いる。
本発明のさらに他の態様は、付加的な要素、例えば、反応チャンバと、上流から下流に
向かう方向に概して延在している軸を中心として回転可能となるように反応チャンバ内に
取り付けられたスピンドルと、一種又は複数種の反応ガスを反応チャンバ内に導入するた
めの注入ヘッドと、スピンドルを取り囲んでいる１つ又は複数の加熱要素と一緒に、前述
したようなウエハキャリアを含んでいる化学蒸着反応器を提供している。ウエハキャリア
のスピンドル接続部は、プレートの上流面を注入ヘッドの方に向けて、かつプレートの下
流面を１つ又は複数の加熱要素の方に向けて、ウエハキャリアをスピンドルに取り付ける
ように適合されている。好ましくは、ウエハキャリアがスピンドルに取り付けられたとき
、プレートの周辺領域の下流面は、加熱要素と直接向き合っている。換言すると、ハブは
、好ましくは、プレート下流面の周辺領域と加熱要素との間に延在していない。従って、
ハブは、加熱要素とプレートとの間の輻射熱の伝達を妨げることがない。
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している。本発明のこの態様
による方法は、望ましくは、ハブ及びハブに取外し可能に取り付けられたプレートを各々
が備えている複数のウエハキャリアを、各ウエハキャリアのハブを加工装置のスピンドル
に係合させ、スピンドル及びウエハキャリアを回転させながら、プレート上に保持された
ウエハを処理し、ウエハが加工された後、各ウエハキャリアからウエハを取り外すことに
よって、加工するステップを含んでいる。上記処理は、好ましくは、化学蒸着プロセスを
含んでいる。これらのステップは、望ましくは、新しいウエハを用いて、繰り返されるよ
うになっている、本発明のこの態様による方法は、望ましくは、ハブをプレートから取外
し、プレートを洗浄し、次いで、プレートを同じ又は別のハブと再組立することによって
、各ウエハキャリアを更新するさらに他のステップを含んでいる。プレートを洗浄するス
テップは、プレートをエッチングすることを含んでいてもよい。ハブが洗浄前にプレート
から取り外されるので、プレートを洗浄するのに用いられるステップは、ハブを浸食する
可能性のある処理を含んでいてもよい。
本発明の他の態様は、ＣＶＤ反応器用のウエハキャリアを提供している。ウエハキャリ
アは、望ましくは、互いに向き合っている上流面及び下流面を有するプレートを備えてお
り、また中心領域及び周辺領域を有している。プレートは、複数のウエハをプレートの周
辺領域の上流面に露出させて保持するように適合されたウエハ保持特徴部を有している。
本発明のこの態様によるウエハキャリアは、望ましくは、プレートの中心領域の上流面か
ら突出しているガス流促進要素も備えている。プレートは、中心軸を有していてもよく、
ガス流促進要素は、望ましくは、中心軸を中心とする回転面の形態にある周辺表面を有し
ている。
本発明のさらに他の態様は、付加的な要素、例えば、反応チャンバと、上流から下流に
向かう方向に概して延在している軸を中心に回転可能となるように反応チャンバ内に取り
付けられたスピンドルと、一種又は複数種の反応ガスを反応チャンバ内に導入するための
注入ヘッドと一緒に、前述したようなウエハキャリアを含んでいる化学蒸着反応器を提供
している。ウエハキャリアのスピンドル接続部は、プレートの上流面を注入ヘッドの方に
向けて、かつガス流促進要素を軸に沿って位置させて、ウエハキャリアをスピンドルに取
り付けるように適合されている。この反応器は、一種又は複数種の反応ガスをウエハキャ
リア及びガス流促進要素に向かって下流方向に導くように構成されている。
本発明の一実施形態による反応器及び関連するウエハキャリアの概略図である。 別の運転状態におけるシステムを示す、図１と同様の図である。 図１、２のシステムに用いられているウエハキャリアを示す、略上面図である。 図３の線４−４に沿った部分断面図である。 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部分断面図である。 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、図４と同様の図である。 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、概略的な部分断面図である。 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、概略的な部分断面図である。 本発明の他の実施形態によるウエハキャリアの断面透視図である。 図９のウエハキャリアの一部を示す、部分断面図である。 本発明のさらに他の実施形態に用いられる構成部品の概略的な分解透視図である。 図１１の構成部品の断面図である。 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部分断面図である。
本発明の一実施形態によるサセプタのない反応器システムは、反応チャンバ１０を含ん
でいる。チャンバ１０は、その上流端にガス注入ヘッド１２を有しており、その下流端に
隣接してチャンバの内部に開いている排気接続部１４を有している。反応チャンバ１０は
、チャンバの上流から下流に向かう方向に概して延在している軸１８を有するスピンドル
１６を備えている。スピンドル１６は、軸１８を中心としてスピンドルを回転させるため
のモータ駆動装置２０に接続されている。スピンドルは、適切な真空シール（図示せず）
を備えている。加熱装置２２が、反応チャンバ１０内において、スピンドル１６の上流端
の近くを包囲するように、固定位置に取り付けられている。例えば、加熱装置２２として
、１つ又は複数の電気抵抗ヒータ、ＲＦエネルギーを受けて該エネルギーを熱に変換する
のに適する１つ又は複数の要素、又はチャンバ１０の内部を汚染させることなく熱を放出
することができる実質的に任意のその他の装置が挙げられる。
チャンバ１０の内部は、装填ロック２６によって、予装填チャンバ２４の内部に接続さ
れている。ロック２６は、気密シャッタを備えている。この気密シャッタは、チャンバ１
０，２４間の連通を可能とするために、又はこのような連通を塞ぐために、選択的に開閉
可能になっている。予装填チャンバ２４は、ウエハキャリアを予装填チャンバ内に載置し
、又はウエハキャリアを該予装填チャンバから取り出すために、適切な装填ドア（図示せ
ず）を備えている。また、予装填チャンバ２４は、チャンバ１０内の雰囲気に対応する雰
囲気をチャンバ２４内に供給するために、雰囲気制御システム（図示せず）に接続されて
いる。チャンバ１０，２４は、ウエハキャリアを両チャンバ間で移動させるために、及び
ウエハキャリアをスピンドル１６上に載置し、又はウエハキャリアをスピンドルから取り
外すために、適切なロボット操縦装置（図示せず）を備えている。
本システムは、１つ又は複数のウエハキャリア３０をさらに備えている。以下にさらに
詳細に述べるように、各ウエハキャリアは、上流面３４及び対向している下流面３６を画
定している単一のプレート又は本体３２を備えている。上流面３４は、ウエハをその表面
を略上流側に向けて保持するように配置されたポケット３８のような特徴部を備えている
。各ウエハキャリアは、本体３２の中心の近くに露出しているハブ４０も備えている。ハ
ブ４０は、スピンドル１６の上流端と嵌合するように適合されている。図１に示されてい
る装填位置では、ウエハをポケット３８内に保持しているウエハキャリア３４は、チャン
バ２４内に配置されている。図２に示されている稼働位置、すなわち、堆積位置では、同
じウエハキャリア３０が、反応チャンバ１０内に配置されており、スポンドル１６に係合
されている。ウエハキャリアが図２に示されている稼働位置、すなわち、堆積位置にある
間、ウエハキャリアの本体３２は、加熱要素２２の上方に覆い被さっている。この状態に
おいて、加熱要素が作動され、ウエハキャリアを所望の高温に加熱する。また、スピンド
ル１６が回転され、これによって、ウエハキャリア及び該ウエハキャリア上のウエハを軸
１８を中心として回転させる。反応ガスが、注入ヘッド１２から下流に流れ、ウエハキャ
リアの上流側を向いた表面及びウエハキャリアのポケット内に配置されたウエハの表面の
上を通過する。これらのガスは、ウエハの表面で反応し、これによって、ウエハの表面上
に所望の材料が生成されることになる。単なる例示にすぎないが、ＩＩＩ−Ｖ属半導体を
生成する堆積プロセスでは、反応ガスは、第１のガス及び第２のガスを含んでいるとよい
。第１のガスは、窒素又は水素のようなキャリアガスとの混合物の形態にある一種又は複
数種の有機金属化合物、最も典型的には、ガリウムアルキル、インジウムアルキル、及び
アルミニウムアルキルからなる群から選択される金属アルキルを含んでいる。第２のガス
は、一種又は複数種の第Ｖ属元素の水素化物、例えば、アンモニア又はアルシンを含んで
おり、一種又は複数種のキャリアガスを含んでいてもよい。堆積の後、処理済みのウエハ
を保持しているウエハキャリアは、予装填チャンバ２４に戻され、新しいウエハを保持し
ている別のウエハキャリアが、スピンドル１６上に載置されることになる。ウエハキャリ
アを除く堆積装置の特徴及びスピンドルの関連する嵌合特徴は、前述した米国特許第６，
６８５，７７４号明細書に開示されているものとほぼ同様である。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。
図３、４に最もよく示されているように、ウエハキャリア３０は、中心軸４２を有して
いる。中心軸４２は、ウエハキャリアがスピンドルに取り付けられたとき、スピンドルの
軸１８と一致するようになっている。プレート３２は、一種又は複数種の耐熱材料、好ま
しくは、一種又は複数種の非金属耐熱材料のプレートである。本開示に用いられている「
非金属（non-metallic）」材料という用語は、金属と非金属との化合物、例えば、金属の
酸化物、窒化物、及び炭化物を含んでおり、また炭素及び他の非金属元素ならびにそれら
の化合物も含んでいる。また、本開示に用いられている一種又は複数種の材料「の（of）
」プレートは、以下のプレート、すなわち、該一種又は複数種の材料がプレートの面積の
少なくとも大部分にわたってプレートの厚みの少なくとも大部分を占めており、かつ該一
種又は複数種の材料がプレートの構造強度の少なくともかなりの部分を担っている、プレ
ートを指すことを理解されたい。従って、他に規定がない限り、一種又は複数種の非金属
材料のプレートは、他の材料から形成された副次的な層又は他の副次的な特徴を備えてい
てもよいことになる。プレートの材料は、望ましくは、ウエハ加工作業及びウエハキャリ
アを洗浄するのに用いられる作業において受ける温度及び化学環境に対して耐性を有して
いる。プレートの材料は、かなりの構造強度を有しているべきであるが、局部的な応力に
対して高感受性を有する脆弱な材料であってもよい。以下に述べるように、ウエハキャリ
アの構造は、望ましくは、使用時にスピンドルによって加えられる高局部応力からプレー
トを保護するようになっている。炭化ケイ素、窒化ホウ素、炭化ホウ素、窒化アルミニウ
ム、アルミナ、サファイア、水晶、黒鉛、及びそれらの組合せからなる群から選択される
非金属耐熱材料が好ましい。最も望ましくは、プレートは、単一の非金属耐熱材料の単一
平板である。炭化ケイ素から形成された単一プレートが、特に好ましい。場合によっては
、プレートは、皮膜を含んでいてもよい。皮膜材料は、望ましくは、例えば、金属炭化物
、金属酸化物、又は金属窒化物、具体的には、炭化チタン又は炭化タンタルの皮膜のよう
に、使用時及びウエハキャリアの洗浄時に受ける温度及び化学薬品に対して耐性を有して
いる。このような皮膜は、プレートが黒鉛から形成されている場合、特に望ましい。
上流面３４及び下流面３６は、上流面３４のポケット３８を除けば、完全な平面として
描かれているが、これは、不可欠なものではない。プレート３２の厚みは、広範囲にわた
って、変更可能である。しかし、一例では、プレート３２は、約３００ｍｍの外径及び約
８ｍｍの厚みを有している。
プレート３２は、中心軸４２を含む中心領域４４及び中心領域４４を取り囲んでいる周
辺領域を有している。例示を目的として、中心領域４４の境界線が図３に破線で描かれて
いるが、中心領域と周辺領域との間に目に見える境界は存在していない。ウエハ係合特徴
部又はポケット３８が、プレート３２の周辺領域に配置されている。プレート３２は、そ
の中心領域に、プレートを上流面３４から下流面３６に向かって貫通している中心孔４６
を有しており、この中心孔は、軸４２を取り囲んでいる。
ハブ４０が、最も好ましくは、プレート３２の中心領域に取外し可能に取り付けられて
いる。ハブ４０は、上流側ハブ要素４８を備えている。上流側ハブ要素４８は、プレート
３２の中心孔４６内に入れ込まれている略円筒状部分を有していると共に、中心孔を直接
取り囲んでいるプレートの上流面３４の一部に重なっているフランジ５０も有している。
ハブ４０は、下流側ハブ要素５２をさらに備えている。下流側ハブ要素５２は、中心孔４
６内に延在している略円筒状部分を有していると共に、プレート３２の中心領域内におい
て、プレートの下流面３６の一部に重なっているフランジ５４を有している。ハブ要素４
８，５２は、中心孔４６内にわずかな隙間を残して嵌合している。例えば、（フランジを
除く）ハブ要素の外径は、中心孔４６の内径よりも約２５μｍ（０．００１インチ）小さ
くなっているとよい。ハブ要素４８，５２は、締付け具、例えば、中心軸４２を中心とし
て互いに離間したネジ５６（図４では１つのみが見える）によって、一緒に保持され、か
つ互いの方に付勢されている。従って、フランジ５０，５４は、プレート３２の上流面３
４及び下流面３４に強制的に係合されていることになる。ハブ要素は、プレートの材料以
外の材料から形成されているとよい。ハブ要素５０，５２は、望ましくは、稼働中に受け
る温度に耐えることができると共に使用中に反応チャンバの内部を腐食又は汚染させるこ
とがない金属から形成されている。例えば、ハブ要素は、モリブデン、タングステン、レ
ニウム、これらの金属の組合せ、及びこれらの金属の合金からなる群から選択される金属
から形成されているとよい。他の実施形態では、ハブ要素は、プレートの材料と同じ材料
から形成されていてもよい。
ハブ４０は、下流方向を向いている（図４では底の方を向いている）開端を有するテー
パ孔を画定しているインサート５８をさらに備えている。この孔は、上流方向に徐々に減
少している内径を有している。インサート５８は、望ましくは、稼働中に達する温度に耐
えることができ、かつハブ要素４８，５２を形成するのに用いられる材料よりもいくらか
軟らかい材料から形成されている。例えば、インサート５８は、黒鉛から形成されている
とよい。インサート５８は、インサート保持プレート６２によってハブ要素４８，５２内
に保持されており、このインサート保持プレート６２は、１つ又は複数のネジによって下
流側ハブ要素５２に固定されている。
図２，４に示されている稼働位置、すなわち、堆積位置では、ウエハキャリア３０は、
スピンドル１６に取り付けられている。スピンドル１６は、テーパ端６６を有しており、
このテーパ端が、インサートのテーパ孔６０内に入れ込まれている。図示されている特定
の実施形態では、テーパ端６６の挟角は、インサートのテーパ孔６０の挟角よりもいくら
か小さくなっており、これによって、スピンドルは、スピンドルの最上流端でのみインサ
ート５８に係合することになり、孔６０の下流端、すなわち、開端の近くでは、テーパ端
６６の周囲にわずかな隙間を残して嵌合されることになる。稼働位置では、プレート３２
の下流面３６は、反応チャンバの加熱要素２２と向き合っている。ハブ４０、特に、下流
ハブ要素５４がプレート３２の中心領域内にのみ配置されているので、周辺領域内のプレ
ート３２の下流面３６は、ハブによって覆われていない。従って、図４に示されているよ
うに、周辺領域におけるプレートの下流面３６は、どのような固形構造物もプレート周辺
領域の下流面３６と加熱要素２２との間に介在することなく、加熱要素２２と直接向き合
っている。従って、加熱要素からプレートの周辺領域に至る輻射熱の伝達の直接経路が得
られることになる。これによって、加熱要素２２とプレート３２との間の効率的な熱伝達
が促進されることになる。換言すると、ハブ４０は、周辺領域において、加熱要素とプレ
ートの下流面との間に延在していないので、加熱要素からプレートへの熱伝達を妨げるこ
とがない。ハブの使用は、プレートからスピンドル１６への熱伝達を遅らせる傾向にある
。すなわち、図４に最もよく示されているように、プレート３２とハブ要素４８，５２と
の間の物理的な界面、ハブ要素とインサート５８との間の付加的な界面、及びインサート
５８とスピンドル１６との間のさらに他の界面が存在している。これらの界面の全てが、
プレートからスピンドルへの熱伝達を低減させる望ましい効果を有している。
無垢のプレート、例えば、高熱伝導率を有する炭化ケイ素などのような非金属耐熱材料
の無垢のプレートを用いることによって、著しい利点が得られる。無垢のプレートは、温
度の均一性を促進する傾向にある。良好に制御された表面形態を有する炭化ケイ素の無垢
のプレートを作製することができる。また、炭化ケイ素の無垢のプレートは、耐久性があ
り、ウエハ加工中にプレートに堆積された材料を除去するための洗浄プロセス、例えば、
湿式エッチングに耐えることができる。ハブは、このような洗浄プロセスの前に、プレー
トから取り外されるとよい。典型的には、本装置は、多数のウエハキャリアを有している
ので、いくつかのウエハキャリアをウエハの処理に利用し、その一方、他のウエハキャリ
アを洗浄することができる。プロセス条件によっては、洗浄プロセスは、ウエハキャリア
を用いて一バッチのウエハを処理した後ごとに行われてもよいし、又はそれほど頻繁に行
われなくてもよい。また、洗浄の後、プレートは、同一のハブ又は別の同様のハブと再組
立され、これによって、ウエハキャリアを更新することができる。
ハブは、反応チャンバのスピンドルへのプレートの確実な取付けをもたらすようになっ
ている。スピンドルは、プレートに直接係合していないので、使用中にプレートに亀裂を
生じさせにくい傾向にある。これは、脆弱な材料、例えば、無垢の炭化ケイ素から形成さ
れたプレートを用いたとき、重要である。従来、無垢の炭化ケイ素からウエハキャリアの
回転プレートを作製することができなかったが、その理由は、おそらく、スピンドルが使
用中にプレートに亀裂を生じさせる傾向にあったからである。ウエハキャリアに加えられ
る局部的な応力を著しく増大させるテーパ付きスピンドルの場合、この亀裂を生じさせる
傾向は、顕著になるだろう。しかし、本出願に開示されているようなハブを用いることに
よって、無垢の炭化ケイ素から形成されたウエハキャリアのプレートを、それらのプレー
トに損傷をもたらす危険を冒すことなく、回転ディスク式反応器に用いることが可能にな
る。
インサート５８が比較的軟質の材料から形成されていることによって、ウエハキャリア
がスピンドルトに係合されたとき、反応チャンバのスピンドルを損傷させないことが確実
になる。インサート５８は、ウエハキャリアの繰り返し使用によって摩耗することもある
が、容易に取外し、取り換えることができる。
前述した特徴の多くの変更及び組合せが可能である。例えば、図５に示されているよう
に、プレートの中心孔１４６内に延在しているハブ要素１５２は、多角形の外面１５３を
備えていてもよい。この多角形要素の隅部を除いて、ハブ要素と中心孔１４６の表面との
間に、比較的大きな隙間１５５がもたらされている。この構成によって、プレート１３２
からハブ要素１５２への伝導性熱伝達がさらに低減されることになる。伝導性熱伝達を同
様に低減させるために、フルート溝形状又はスプライン溝形状のような他の形状が用いら
れてもよい。同様に、プレートとハブとの間の伝導性熱伝達を低減させ、これによって、
スピンドルへの伝導性熱伝達を低減させるために、プレートの表面と接触しているフラン
ジ５０，５４（図４）の表面に畝又はフルート溝が設けられていてもよい。
プレートに中心孔を設けることは、不可欠なものではない。例えば、図６に示されてい
るように、プレート２３２には、中心領域の上流面と下流面との間に延在する一組の小さ
い孔２３３が設けられている。上流側ハブ要素２４８及び下流側ハブ要素２５２が、プレ
ート２３２の上流面及び下流面に設けられ、孔２３３を貫通するボルト２５６によって互
いに接続されている。この構成においても、ハブは、プレートに取外し可能に取り付けら
れている。この開示においてプレート及びハブに関連して用いられる「取外し可能に取り
付けられる（removably attached）」という用語は、ハブが、プレートを損傷させること
なく、かつハブの主要構成要素を損傷させることなく、プレートから取外し可能であるこ
とを意味している。ボルト取付け具以外の取外し可能な取付け具が用いられてもよい。例
えば、取外し可能な取付け具として、ピン、楔、クリップ、又は他の機械的な締付け式装
置が挙げられる。又はブとスピンドルとの接続部は、図４を参照して前述したようなテー
パ付き接続具を含んでいなくてもよい。すなわち、図６の実施形態では、ハブは、スピン
ドル１０６の端の嵌合ピン２６６に係合する一組の凹部を備えるインサート２５８を有し
ている。ハブとスピンドルとの間のどのような形式の他の機械的な接続具が用いられても
よい。
図１〜４を参照して前述した実施形態では、上流側ハブ要素は、低い平坦な輪郭を有し
ている。しかし、図６に示されているように、上流側ハブ要素２４８は、中心軸２４２の
近傍におけるガス流れを促進するために、ドーム形状を有していてもよい。ガス流れを促
進する他の形状が用いられてもよい。例えば、図７に示されているように、上流側要素３
４８は、その上流端で鋭利な先端３７０に達する凹状の周辺表面３６８を備えていてもよ
い。周辺表面３６８は、望ましくは、軸３４２を中心とする回転面である。このような設
計によって、入射方向Ｄからの反応ガスの流れが、ウエハキャリア３３０の上流面３３４
に沿って、回転しているウエハキャリア３３０の中心に生じる流れの不連続部から離れる
方に、方向転換することが助長されることになる。他の例では、上流側要素４４８は、凸
状の周辺表面４６８、例えば、図８に示されている略放物線形状の周辺表面４６８を備え
ていてもよい。周辺表面４６８も、望ましくは、中心軸を中心とする回転面の形態にある
。
ウエハキャリアが急速に回転すると、ウエハキャリアの上流面が急速に運動することに
なる。ウエハキャリアの急速な運動によって、ガスは、中心軸３４２を中心とする回転運
動に取り込まれ、軸３４２から離れて半径方向に流れ、次いで、境界層内においてウエハ
キャリアの上流面を横切って外方に流れることになる。勿論、実際の運転では、矢印Ｄに
よって示されている略下流に向かう流れの形態と境界層における流れとの間に穏やかな遷
移が存在している。しかし、境界層は、ガス流れがウエハキャリアの上流面と実質的に平
行になっている領域と見なすことができる。典型的な運転条件下では、境界層の厚みは、
約１ｃｍほどである。本発明のいくつかの実施形態では、上流側要素の高さＨは、境界層
よりも短くなっているとよい。他の実施形態では、上流側要素の高さＨは、境界層よりも
高くなっていてもよい。
代替的な実施形態では、ハブ要素の片方又は両方が、インサートを介在させることなく
、スピンドルに直接係合されるようになっていてもよい。さらに他の実施形態では、イン
サートが、ハブ要素を兼ねるようになっていてもよい。例えば、図９を参照すると、プレ
ート５３２は、プレート５３２を上流面５３４から下流面５３６に向かって貫通している
中心孔５４６を有している。インサート５７２が、孔５４６内に入れ込まれている。図１
０に示されているように、インサート５７２は、プレート５３２の中心孔５４６内に入れ
込まれている略円筒状部分を有している。インサート５７２は、中心孔５４６を直接囲ん
でいるプレート５３２の下流面５３６の部分と係合しているフランジ５５４も有している
。インサート５７２は、好ましくは、インサート５７２とプレート５３２との間に確実な
接続部をもたらすために、孔５４６内に圧入されるようになっている。例えば、インサー
ト５７２の（フランジを除く）外径は、中心孔５４６の内径よりも、いくらか、例えば、
約１／１０００ｃｍ大きくなっているとよい。一例では、インサート５７２は、例えば、
プレート５３２を３００℃に加熱し、孔５４６を含むプレート５３２を拡張させることに
よって、孔５４６内に挿入されるとよい。インサート５７２は、プレート５３２の材料以
外の材料から形成されているとよい。望ましくは、インサート５７２は、稼働中に受ける
温度に耐えることができると共に使用中に反応チャンバの内部を腐食又は汚染させること
がない材料から形成されている。インサート５７２がプレート５３２の熱膨張係数と等し
いか又はそれよりも大きい熱膨張係数を有していると好ましく、これによって、インサー
ト５７２は、高温においても、孔５４６内に固定して維持されることが可能になる。また
、インサート５７２は、好ましくは、ウエハキャリアが反応チャンバのスピンドルに係合
されたときに、該スピンドルを損傷させないために、比較的軟質であるとよい。好ましい
実施形態では、インサート５７２は、黒鉛から形成されているとよい。インサート５７２
は、ウエハキャリアの繰り返し使用によって摩耗することもあるが、容易に取外し、取り
換えることができる。
フランジ５７７を有する中実の平坦な上部５７６を有しているキャップ５７４が具備さ
れているとよい。フランジ５７７は、中心孔５４６を直接囲んでいる領域においてプレー
ト５３２の上流面５３４上に部分的に重なっている。キャップ５７４は、上部５７６から
下方に突出している部分５７８を備えている。この部分５７８は、中心孔５４６内に入れ
込まれている。インサート５７２と同じように、キャップ５７４の突出部分５７８も、好
ましくは、孔５４６内に圧入されている。キャップ５７４は、望ましくは、インサート材
料が反応チャンバ内に注入される腐食性ガスと接触するのを防ぐようになっている。また
、キャップ５７４は、好ましくは、上流面５３４を介して孔５４６によって引き起こされ
るガス流れの乱れの一部を均一にするようになっている。例えば、キャップ５７４は、図
６〜８を参照して前述したような上流面を有していてもよい。望ましくは、キャップ５７
４は、稼働中に受ける温度に耐えることができると共に使用中に反応チャンバの内部を腐
食又は汚染させることがない材料から形成されている。好ましい実施形態では、キャップ
５７４は、炭化ケイ素から形成されているとよい。
他の代替的な実施形態では、キャップ及びインサートは、互いに固定されていてもよい
。例えば、図１１，１２を参照すると、インサート６７２ の略円筒状部分は、キャップ
６７４の突出部分６７８のネジ山部分６８２と螺合するように作られているネジ山部分６
８０を有しているとよい。キャップ６７４の突出部分６７８は、開いた内部６８４を有し
ており、この開いた内部６８４は、インサート６７２の一部を受け入れるように作られて
いる。従って、インサート６７２を下流側から中心孔内に挿入し、キャップ６７４を上流
側から中心孔内に挿入し、インサート６７２とキャップ６７４とを互いに螺合させること
によって、インサート６７２をウエハキャリアのプレートに固定することができる。キャ
ップ６７４をインサート６７２の周囲に徐々にねじ込むことによって、インサート６７２
は、キャップ６７４の開いた内部にさらに入れ込まれ、インサート６７２のフランジ６５
４が、キャップ６７４のフランジ６７７に接近することになる。キャップ６７４をインサ
ート６７２の周囲にさらにねじ込むことによって、フランジ６５４，６７７は、ウエハキ
ャリアのプレートの上流面及び下流面に強制的に係合され、これによって、インサート６
７２及びキャップ６７４がウエハキャリアのプレートに固定されることになる。従って、
この実施形態では、インサート及びキャップは、ウエハキャリアのプレートの中心孔内に
圧入される必要がない。さらに、キャップ及びインサートは、互いにネジ止めされる必要
がない。キャップをインサートに固定する他の形態が用いられてもよい。例えば、キャッ
プ及びインサートは、図６に示されているのと同様の方法によって、互いにボルト止めさ
れていてもよい。このような実施形態では、小さい孔をインサート又はキャップのいずれ
か又は両方に設け、ボルトをこれらの孔に通し、インサート及びキャップを互いに接続す
るようになっているとよい。例えば、インサート又はキャップのいずれかにおける孔は、
ボルトのネジ山と係合するように作られたネジ山を備えているとよい。他の代替例では、
ボルトがこれらの両方の構成部品を貫通し、ナットがボルトのネジ端に締め付けられるよ
うになっていてもよい。
さらに他の実施形態では、プレートの中心孔は、ウエハキャリアのプレートを上流面か
ら下流面に向かって完全に貫通していなくてもよい。例えば、図１３に示されているよう
に、中心孔７４６は、上流面７３４に沿って孔７４６を覆っているプレート７３２の中心
部分７８６を残して、下流面７３６から上流面７３４に向かってプレート７３２内に延在
している。図９，１０に示されている実施形態に関して前述したように、この実施形態の
インサート７７２は、孔７４６内に圧入されているとよい。この実施形態では、キャップ
を設ける必要がない。何故なら、孔７４６を覆っている中心部分が、好ましくは、インサ
ート材料を反応チャンバ内に注入される腐食ガスと接触しないように保護しているからで
ある。中心部分７８６は、プレート７３２の連続的な上流面７３４をもたらしているが、
これによって、好ましくは、表面７３４を覆うガス流れの乱れを最小限に抑えることがで
きる。
図９〜１３に示されているように、インサートは、図４に示されている実施形態と同様
の下流方向を向いている開端を有するテーパ孔を画定しているとよい。このようなテーパ
付きインサートと関連して、テーパ端を有するスピンドルが用いられるとよい。一例では
、スピンドルのテーパ端の挟角は、インサートの孔の挟角よりもいくらか小さくなってい
るとよく、これによって、スピンドルは、スピンドルの最上流端でのみインサートに係合
することになり、孔の下流端、すなわち、開端の近くでは、スピンドルのテーパ端の周囲
にわずかな隙間を残して嵌合されることになる。さらに、ここに開示されている実施形態
のいずれもが、前述したように、ガス流れを促進する種々の形状の１つを有する上流側要
素を備えていてもよい。例えば、特定の輪郭を有する上流側要素が、回転の中心軸に沿っ
て、ハブ、キャップ、又はウエハキャリアの上流面に取り付けられるか又は一体に形成さ
れていてもよい。前述した特徴のこれら及び他の変更及び組合せは、本発明から逸脱する
ことなく用いられてもよく、好ましい実施形態の前述の説明は、請求項に記載されている
に本発明を限定する目的ではなく、例示の目的でなされていると解釈されたい。
本発明をここでは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
発明の原理及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
形態に対して多数の修正がなされてもよいこと、及び添付の請求項に記載されている本発
明の精神及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。

Claims (42)

  1. （ａ）互いに向き合っている上流面及び下流面を有している非金属耐熱材料のプレート
    であって、中心領域及び周辺領域を有しており、複数のウエハを前記プレートの前記周辺
    領域の前記上流面に露出させて保持するように適合されたウエハ保持特徴部を有している
    、プレートと、
    （ｂ）前記プレートと分離されて形成されているハブであって、前記プレートの前記中
    心領域に取り付けられており、前記プレートをＣＶＤ反応器のスピンドルに機械的に接続
    するために、前記スピンドルに係合するように適合されたスピンドル接続部を有している
    、ハブと
    を備える、ＣＶＤ反応器用のウエハキャリア。
  2. 前記非金属耐熱材料は、炭化ケイ素、窒化ホウ素、炭化ホウ素、窒化アルミニウム、ア
    ルミナ、サファイア、水晶、黒鉛及びそれらの組合せからなる群から選択されるようにな
    っ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。
  3. 前記非金属耐熱材料は、本質的に炭化ケイ素を含んで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。
  4. 前記プレートは、前記非金属耐熱材料から全体が形成されている単一平板であることを
    特徴とする請求項１に記載のウエハキャリア。
  5. 前記非金属耐熱材料は、炭化ケイ素であることを特徴とする請求項４に記載のウエハキ
    ャリア。
  6. 前記プレートは、前記プレートの少なくとも上流面において前記非金属耐熱材料を覆っ
    ている被膜を備え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。
  7. 前記被膜は、炭化タンタル及び炭化モリブデンからなる群から選択される材料から形成
    されていることを特徴とする請求項６に記載のウエハキャリア。
  8. 前記ハブは、少なくとも部分的に、前記プレートの前記非金属耐熱材料以外の一種又は
    複数種の材料から形成され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。
  9. 反応チャンバと、上流から下流に向かう方向に概して延在している軸を中心として回転
    可能になるように前記反応チャンバ内に取り付けられたスピンドルと、一種又は複数種の
    反応ガスを前記反応チャンバ内に導入するための注入ヘッドと、前記スピンドルを取り囲
    んでいる１つ又は複数の加熱要素とを備えている化学蒸着装置において、前記装置は、請
    求項１に記載のウエハキャリアをさらに備えており、前記ウエハキャリアの前記接続部は
    、前記プレートの前記上流面を前記注入ヘッドの方に向けて、かつ前記プレートの前記下
    流面を前記１つ又は複数の加熱要素の方に向けて、前記ウエハキャリアを前記スピンドル
    に取り付けるように適合されていることを特徴とする化学蒸着装置。
  10. 前記ウエハキャリアが前記スピンドルに取り付けられたとき、前記プレートの前記周辺
    領域の前記下流面は、前記加熱要素と直接向き合うようになっていることを特徴とする請
    求項９に記載の装置。
  11. （ａ）ハブ及び前記ハブに取外し可能に取り付けられたプレートを各々が備えている複
    数のウエハキャリアを、各ウエハキャリアの前記ハブを加工装置のスピンドルに係合させ
    、前記スピンドル及び前記ウエハキャリアを回転させながら、前記プレート上に保持され
    たウエハを処理することによって、加工するステップと、
    （ｂ）前記ウエハキャリアが加工された後、各ウエハキャリアからウエハを取り外すス
    テップと、
    （ｃ）各ウエハキャリアが新しいウエハを用いることによって、前記ステップ（ａ）及
    び（ｂ）を繰り返すステップと、
    （ｄ）前記ハブを前記プレートから取り外し、前記プレートを洗浄し、前記プレートを
    同じ又は別のハブと再組立することによって、各ウエハキャリアを更新するステップと
    を含む、ウエハを加工する方法。
  12. 前記プレートを洗浄する前記ステップは、前記プレートをエッチングすることを含むこ
    とを特徴とする請求項１１に記載の方法。
  13. 前記ウエハを処理する前記ステップは、化学蒸着プロセスを行うことを含むことを特徴
    とする請求項１１に記載の方法。
  14. ＣＶＤ反応器用のウエハキャリアにおいて、互いに向き合っている上流面及び下流面を
    有している非金属耐熱材料のプレートであって、中心領域及び周辺領域を有しており、複
    数のウエハを前記プレートの前記周辺領域の前記上流面に露出させて保持するように適合
    されたウエハ保持特徴部を有している、プレートを備えており、前記プレートは、本質的
    に炭化ケイ素を含んでいる単一平板であることを特徴とするウエハキャリア。
  15. 前記ウエハキャリアは、前記プレートをＣＶＤ反応器のスピンドルに機械的に接続する
    ため、前記スピンドルに係合するように適合されたスピンドル接続部を有していることを
    特徴とする請求項１４に記載のウエハキャリア。
  16. 前記スピンドル接続部は、前記スピンドルに取外し可能に係合するように適合されてい
    ることを特徴とする請求項１５に記載のウエハキャリア。
  17. 前記下流面は、下流方向を向いており、前記スピンドル接続部は、前記下流方向を向い
    ている開端を備える孔を有するソケットを備えていることを特徴とする請求項１又は１６
    のいずれか一項に記載のウエハキャリア。
  18. 前記上流面は、上流方向を向いており、前記孔には、前記孔の直径が前記上流方向に徐
    々に減少するテーパが付けられていることを特徴とする請求項１７に記載のウエハキャリ
    ア。
  19. 前記プレートとは別に形成されたハブをさらに備えており、前記ハブは、前記プレート
    の前記中心領域に取り付けられており、前記ハブは、前記プレートをＣＶＤ反応器のスピ
    ンドルに機械的に接続するために、前記スピンドルに係合するように適合されたスピンド
    ル接続部を有していることを特徴とする請求項１４に記載のウエハキャリア。
  20. 前記ハブは、少なくとも部分的に、炭化ケイ素以外の材料から形成されていることを特
    徴とする請求項１９に記載のウエハキャリア。
  21. 前記ハブは、少なくとも部分的に、一種又は複数種の金属から形成されていることを特
    徴とする請求項８又は２０に記載のウエハキャリア。
  22. 前記一種又は複数種の金属は、モリブデン、タングステン、レニウム、それらの組合せ
    及びそれらの合金からなる群から選択されるようになっていることを特徴とする請求項２
    １に記載のウエハキャリア。
  23. 前記ハブは、前記スピンドル接続部を少なくとも部分的に画定しているインサートを備
    えており、前記インサートは、前記一種又は複数種の金属よりも軟質のインサート材料か
    ら形成されていることを特徴とする請求項２１に記載のウエハキャリア。
  24. 前記インサート材料は、本質的に黒鉛を含んでいることを特徴とする請求項２３に記載
    のウエハキャリア。
  25. 前記ハブは、前記スピンドル接続部を少なくとも部分的に画定しているインサートから
    構成されており、前記プレートは、前記中心領域に開口を有しており、前記インサートが
    前記開口に入れ込まれるようになっていることを特徴とする請求項８又は２０に記載のウ
    エハキャリア。
  26. 前記インサートは、前記開口内に圧入されていることを特徴とする請求項２５に記載の
    ウエハキャリア。
  27. 前記インサートは、黒鉛から形成されていることを特徴とする請求項２５に記載のウエ
    ハキャリア。
  28. 前記中心領域の前記開口は、前記上流面と前記下流面との間に延在していることを特徴
    とする請求項２５に記載のウエハキャリア。
  29. 前記プレートの前記中心領域の前記上流面の一部に少なくとも部分的に重なっているキ
    ャップをさらに備えていることを特徴とする請求項２８に記載のウエハキャリア。
  30. 前記キャップは、炭化ケイ素から形成されていることを特徴とする請求項２９に記載の
    ウエハキャリア。
  31. 前記キャップは、前記インサートに固定されていることを特徴とする請求項２９に記載
    のウエハキャリア。
  32. 前記キャップ及び前記インサートは各々、ネジ山を備えており、前記キャップの前記ネ
    ジ山は、前記インサートの前記ネジ山に係合するように作ら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。
  33. 前記ハブは、前記プレートに取外し可能に取り付けられていることを特徴とする請求項
    １又は１９のいずれか一項に記載のウエハキャリア。
  34. 前記ハブは、上流側ハブ要素であって、その少なくとも一部が前記プレートの前記中心
    領域の前記上流面の一部に重なっている、上流側ハブ要素と、下流側ハブ要素であって、
    その少なくとも一部が前記プレートの前記中心領域の前記下流面の一部に重なっている、
    下流側ハブ要素とを備えており、前記プレートの前記中心領域の少なくとも一部が、前記
    上流側ハブ要素と前記下流側ハブ要素との間に締め付けられていることを特徴とする請求
    項１又は１９のいずれか一項に記載のウエハキャリア。
  35. 前記プレートは、前記中心領域において前記上流面と前記下流面との間に延在している
    中心孔を有しており、前記ハブ要素の少なくとも１つは、前記中心孔内に突出しているこ
    とを特徴とする請求項３４に記載のウエハキャリア。
  36. 前記プレートは、実質的に円形であることを特徴とする請求項１又は１４に記載のウエ
    ハキャリア。
  37. （ａ）互いに向き合っている上流面及び下流面を有しているプレートであって、中心領
    域及び周辺領域を有しており、複数のウエハを前記プレートの前記周辺領域の前記上流面
    に露出させて保持するように適合されたウエハ保持特徴部を有している、プレートと、
    （ｂ）前記プレートの前記中心領域の前記上流面から突出しているガス流促進要素と
    を備える、ＣＶＤ反応器用のウエハキャリア。
  38. 前記プレートは、中心軸を有しており、前記ガス流促進要素は、前記中心軸を中心とす
    る回転面の形態にある周辺表面を有していることを特徴とする請求項３７に記載のウエハ
    キャリア。
  39. 前記ガス流促進要素は、略凹状輪郭を有する周辺表面を有していることを特徴とする請
    求項３７に記載のウエハキャリア。
  40. 前記ガス流促進要素は、略凸状輪郭を有する周辺表面を有していることを特徴とする請
    求項３７に記載のウエハキャリア。
  41. 前記ガス流促進要素は、１ｃｍ未満の高さを有していることを特徴とする請求項３７に
    記載のウエハキャリア。
  42. 反応チャンバと、上流から下流に向かう方向に概して延在している軸を中心として回転
    可能となるように、前記反応チャンバ内に取り付けられたスピンドルと、一種又は複数種
    の反応ガスを前記反応チャンバ内に導入するための注入ヘッドとを備えている化学蒸着装
    置において、請求項３７に記載のウエハキャリアをさらに備えており、前記ウエハキャリ
    アは、前記プレートの前記上流面を前記注入ヘッドの方に向けて、かつ前記ガス流促進要
    素を前記軸に沿って位置させて、前記スピンドルに取り付けられるように適合されており
    、前記装置が、前記一種又は複数種の反応ガスを前記ウエハキャリア及び前記ガス流促進
    要素に向けて下流方向に導くように、構成されていることを特徴とする化学蒸着装置。
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