JP2016015492A - キー付きウエハキャリア - Google Patents

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Abstract

【課題】化学蒸着反応器のウエハキャリアを支え、回転する際、位置ずれの起きないスピンドルを提供する。【解決手段】化学蒸着反応器のための構造体であって、内部を有する反応チャンバと、反応チャンバ内に取り付けられたスピンドル３０であって、垂直回転軸３２に沿って延在するシャフト３６を有する。シャフト３６は、上端７０と、上端７０から下方に延在するテーパ部と、前記テーパ部の下方の主部７４と、を有している。前記テーパ部は、垂直回転軸３２の周りに拡がるテーパ接触面７３を画定しており、テーパ接触面７３は、上端７０から離れる下向き方向に徐々に大きくなる直径を有しているシャフト３６と、垂直回転軸３２を横切る第１の横断軸に沿ってシャフト３６の主部７４から外方に突出するキー８０と、を有している。【選択図】図４

Description

［関連出願の相互参照］
本願は、２０１２年３月２０日に出願された米国特許出願第１３／４２４，８２１号の
継続出願であり、この開示内容は、引用することによって、本明細書の一部をなすものと
する。
［発明の分野］
本発明は、ウエハ処理装置、このような処理装置に用いられるウエハキャリア、および
ウエハを処理する方法に関する。
多くの半導体素子は、基板上で行われるプロセスによって形成される。基板は、典型的
には、「ウエハ（ｗａｆｅｒ）」と一般的に呼ばれる結晶性材料の平板である。典型的に
は、ウエハは、大きな結晶を成長させ、該結晶をディスクの形状に薄切りすることによっ
て形成される。このようなウエハ上で行われる一般的なプロセスの１つが、エピタキシャ
ル成長である。
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、ガスの組み合わせに晒される。これら
のガスは、典型的には、有機金属化合物をＩＩＩ族金属の源として含むと共に、Ｖ族元素
の源も含んでいる。これらのガスは、ウエハが高温に維持されている間に、ウエハの表面
上に流されることになる。典型的には、有機金属化合物およびＶ族源は、殆ど反応に関与
しないキャリアガス、例えば、窒素と組み合わされている。ＩＩＩ−Ｖ族半導体の一例と
して、適切な結晶格子面間隔を有する基板、例えば、サファイアウエハ上での有機ガリウ
ム化合物とアンモニアとの反応によって形成される窒化ガリウムが挙げられる。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に、約５００℃〜約１１００
℃の温度に維持されている。
複合素子は、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Ｖ族元素を添加するなど、反応条件をいくらか異ならせて、多数の層を連続的
にウエハの表面上に堆積させることによって、製造可能である。例えば、窒化ガリウム基
半導体では、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化させるのに、イン
ジウム、アルミニウム、またはそれらの両方が用いられてもよい。また、各層の導電率を
制御するために、ｐ−型ドーパントまたはn−型ドーパントが添加されてもよい。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。このようにして、発光ダイオード（「ＬＥＤ」）、レーザー、および
他の電子素子や光電素子のような素子を製造することができる。
典型的な化学蒸着プロセスでは、多くのウエハが、ウエハキャリアと一般的に呼ばれる
構成要素上に、各ウエハの上面がウエハキャリアの上面に露出するように、保持されるよ
うになっている。次いで、ウエハキャリアは、反応チャンバ内に配置され、所望の温度に
維持される一方、ガス混合物がウエハキャリアの表面上に流されることになる。処理中、
キャリア上の種々のウエハの上面のあらゆる点において均一な条件を維持することが重要
である。反応ガスの組成およびウエハ表面の温度のわずかな変動によって、得られる半導
体素子の特性の望ましくない変動が生じることになるからである。
例えば、もし窒化ガリウムインジウム層が堆積される場合、ウエハ表面温度または反応
ガス濃度の変動によって、堆積層の組成およびバンドギャップの変動が生じる。インジウ
ムは、比較的高い蒸気圧を有するので、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。もし堆積層がＬＥＤ
構造の能動発光層であるなら、該ウエハから形成されるＬＥＤの発光波長も変動すること
になる。このような理由から、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。
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径ディスクの形態にあるウ
エハキャリアを用いている。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がガス分配要素に向かって上向きになるように、スピン
ドル上に取外し可能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一方、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。使用済みのガスは、排気ポートを通って反応チャンバから排気さ
れるようになっている。排気ポートは、ウエハキャリアの下方において、スピンドルの軸
の周りに、典型的には、チャンバの周囲の近くに分配されている。
ウエハキャリアは、加熱要素、典型的には、ウエハキャリアの底面の下方に配置された
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、ウエハ表面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、典型的
には、ガスの時期尚早の反応を防ぐために、所望の反応温度よりもかなり低い温度に維持
される。従って、熱は、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
内を個々のウエハに向かって上方に流れることになる。
特許文献１のいくつかの実施形態に記載されているように、スピンドルは、その上端に
テーパ接触面を有していてもよく、ウエハキャリアは、ウエハキャリアの底面からウエハ
キャリア内に延在する凹部内にテーパ接触面を有していてもよい。スピンドルおよびウエ
ハキャリアのそれぞれのテーパ接触面は、ウエハキャリアがスピンドル上に組み合わされ
るとき、それらの間に表面接触をもたらすように構成されている。スピンドルとウエハキ
ャリアのそれぞれのテーパ接触面間の表面接触の中心軌跡は、典型的には、ウエハキャリ
アの重心の上方に位置しており、これによって、ウエハキャリアは、スピンドルが回転す
るとき、スピンドル上に着座した状態で維持される傾向にある。このウエハキャリアは、
スピンドルから容易に取り外され、処理されるべき新しいウエハを支持する新しいウエハ
キャリアに置き換えられることが可能である。
米国特許第６，５０６，２５２号明細書
ＣＶＤ反応器の構成要素の設計は、困難さを伴う。このような構成要素は、極端な温度
変化、例えば、室温と１０００℃との間の温度変化に耐えねばならなく、取替え可能でな
ければならなく、合理的なコストで製造可能でなければならなく、ウエハを汚染させない
ものでなければならない。また、ロボット機器が比較的容易にウエハキャリアをスピンド
ル上に配置させるようになっていなければならない。当技術分野において、これまで、こ
のようなシステムを最適化させるために著しい努力が払われてきているが、さらに一層の
改良が依然として必要とされている。
化学蒸着反応器のための構造体およびウエハを処理する方法が提供されている。本発明
の一態様は、化学蒸着反応器のための構造体であって、ウエハキャリアを備えている、構
造体を提供している。ウエハキャリアは、望ましくは、互いに反対側を向く上面および底
面と上面および底面と実質的に直交する垂直回転軸とを画定する本体と、少なくとも１つ
のウエハ保持特徴部と、本体の底面から本体内に延在する凹部と、第１の横断軸に沿って
回転軸から離れる方に凹部の周縁から外方に突出するキー溝と、を備えている。少なくと
も１つのウエハ保持特徴部は、ウエハを該ウエハの表面が本体の上面に露出するように保
持することができるように構成されているとよい。
本発明の他の態様は、化学蒸着反応器のための構造体であって、内部を有する反応チャ
ンバと反応チャンバ内に取り付けられたスピンドルとを備えている、構造体を提供してい
る。スピンドルは、好ましくは、垂直回転軸に沿って延在するシャフトを有しており、シ
ャフトは、上端、上端から下方に延在するテーパ部、およびテーパ部の下方の主部を有し
ている。シャフトは、好ましくは、垂直回転軸を横切る第１の横断軸に沿ってシャフトの
主部から外方に突出するキーをさらに有している。シャフトのテーパ部は、回転軸の周り
に拡がるテーパ接触面を画定しているとよく、テーパ接触面は、上端から離れる下向き方
向に徐々に大きくなる直径を有しているとよい。
本発明のさらに他の態様は、化学蒸着反応器のための構造体であって、内部を有する反
応チャンバと、反応チャンバ内に取り付けられたスピンドルと、スピンドルと共に垂直回
転軸を中心として回転するように、スピンドル上に取外し可能に取り付けられたウエハキ
ャリアとを備えている、構造体を提供している。スピンドルは、望ましくは、垂直回転軸
に沿って延在するシャフトおよび垂直回転軸を横切る第１の横断軸に沿ってシャフトから
外方に突出するキーを有している。ウエハキャリアは、望ましくは、互いに反対側を向く
上面および底面を画定する本体、およびウエハを該ウエハの表面が本体の上面に露出する
ように保持することができるように構成された少なくとも１つのウエハ保持特徴部を有し
ている。ウエハキャリアは、好ましくは、本体の底面から本体内に延在する凹部および第
１の横断軸に沿って凹部の周縁から外方に突出するキー溝を有している。シャフトは、好
ましくは、凹部内に係合されており、キーは、好ましくは、キー溝内に係合されている。
特定の実施形態では、キーは、キー溝内に係合される先端部を有していてもよい。先端
部は、キー溝内に露出した本体の下向き面と離間して向き合う上面を有していてもよく、
これによって、キーは、シャフトに対する下向きの運動に対して、本体を拘束しないこと
になる。一例では、シャフトは、上端および上端から離れる下向き方向において徐々に大
きくなる直径を有するテーパ接触面を有していてもよい。例示的な実施形態では、シャフ
トは、テーパ接触面よりも下方に主部を有していてもよく、キーは、シャフトの主部に係
合されるようになっていてもよい。特定の例では、ウエハキャリアの本体は、下向きの凹
部端面および凹部において凹部端面から下方に延在するテーパ接触面を有していてもよい
。本体のテーパ接触面は、シャフトのテーパ接触面に少なくとも部分的に接触するように
なっていてもよい。凹部端面は、スピンドルの上端から離間するようになっていてもよい
。
一実施形態では、本体のテーパ接触面とシャフトのテーパ接触面との間の表面接触の中
心軌跡は、本体の重心の上方に位置するようになっていてもよい。例示的な実施形態では
、上記のキーは、第１のキーであってもよく、上記のキー溝は、第１のキー溝であっても
よい。スピンドルは、１つまたは複数の第２のキーをさらに備えていてもよく、第２のキ
ーの各々は、垂直回転軸を横切るそれぞれの第２の横断軸に沿ってシャフトから外方に突
出していてもよい。ウエハキャリアは、１つまたは複数の第２のキー溝をさらに備えてい
てもよく、第２のキー溝の各々は、第２の横断軸のそれぞれ１つに沿って凹部の周縁から
外方に突出していてもよい。第２のキーの各々は、第２のキー溝の対応する１つに係合す
るようになっていてもよい。
一例では、スピンドルは、第１の横断軸に沿ってシャフトを貫通する開口を有していて
もよく、キーは、開口内に係合されるシャンクを備えていてもよい。例示的な実施形態で
は、スピンドルは、垂直回転軸に沿ってシャフトの上端から延在する凹部をさらに画定し
ていてもよい。スピンドルは、凹部内に取外し可能に係合されるフォークをさらに備えて
いてもよい。フォークは、一対の分岐部を有していてもよい。キーのシャンクは、フォー
クの分岐部間に係合されるようになっていてもよい。特定の例では、キーのシャンクは、
フォークの２つの分岐部間に位置する中心部および中心部に隣接する端部を有していても
よい。中心部は、フォークの分岐部間の分離距離よりも小さい幅を有していてもよい。各
端部は、分離距離よりも大きい幅を有していてもよく、これによって、キーは、２つの分
岐部間に連結され、第１の横断軸に沿ったシャフトに対する運動に対して、フォークによ
って拘束されることになる。
例示的な実施形態では、キーの中心部材は、互いに反対側を向く実質的に平面状の側面
を備えていてもよい。各側面は、分岐部の１つの表面に隣接して配置されていてもよく、
これによって、キーは、第１の横断軸を中心とする回転に対して、フォークによって回転
方向に固定されることになる。特定の実施形態では、キーおよびフォークは、各々、第１
の材料から本質的になっていてもよく、シャフトは、第１の材料と異なる第２の材料から
本質的になっていてもよい。一実施形態では、フォークは、ネジ付き開口を備えていても
よく、ネジ付き開口は、シャフトの上端に露出していてもよい。特定の例では、キーは、
シャフトの外側に配置される先端部を有していてもよい。先端部は、開口の直径よりも大
きい垂直回転軸と平行の長手方向における高さを有していてもよい。例示的な実施形態で
は、キーの先端部は、シャフトの上端の方を向く丸みのある上面を有していてもよい。一
実施形態では、上記のキーは、第１のキーであってもよく、スピンドルは、１つまたは複
数の第２のキーをさらに備えていてもよい。第２のキーの各々は、垂直回転軸を横切るそ
れぞれの横断軸に沿ってシャフトから外方に突出していてもよい。
特定の例では、ウエハキャリアの少なくとも１つのウエハ保持特徴部は、本体の上面に
画定された複数のポケットを備えていてもよい。各ポケットは、ウエハを保持することが
できるように構成されていてもよい。前記ポケットの各々は、中心を有していてもよい。
一実施形態では、ポケットの少なくともいくつかは、回転軸に隣接して配置されていても
よく、回転軸を中心として分配された円パターンに、パターンにおいて互いに隣接するポ
ケットの中心間に間隔を置いて、配列されていてもよい。キー溝は、前記間隔の１つと真
っ直ぐに並んでいてもよい。例示的な実施形態では、円パターンに配列されたポケットの
少なくともいくつかは、垂直回転軸を中心として対称的に分配されていてもよい。
特定の実施形態では、ウエハキャリアの本体は、本体の上面、底面、または上面と底面
との間に延在する周面の少なくとも１つに画定された基準指標を有していてもよい。基準
指標は、撮像装置にとって可視になっていてもよい。指標は、回転軸を中心とする周方向
においてキー溝に対する所定位置に配置されていてもよい。一実施形態では、ウエハキャ
リアの底面に平行の面であって、第１の横断軸を含んでいる面が、基準指標を貫通してい
てもよい。
例示的な実施形態では、構造体は、スピンドルに接続され、スピンドルの回転方位を表
す信号をもたらすように構成されたエンコーダと、基準指標の回転位置を検出するように
構成された自動視覚化システムと、キーおよびキー溝のそれぞれの回転位置を真っ直ぐに
並べるように、ウエハキャリアおよびスピンドルの少なくとも１つを回転させるように構
成されたロボット制御システムと、をさらに備えていてもよい。特定の例では、ウエハキ
ャリアは、実質的にディスク状であってもよい。例示的な実施形態では、上記のキー溝は
、第１のキー溝であってもよく、ウエハキャリアは、１つまたは複数の第２のキー溝をさ
らに備えていてもよい。第２のキー溝の各々は、垂直回転軸を横切るそれぞれの横断軸に
沿って凹部の周縁から外方に突出していてもよい。
一例では、反応チャンバは、反応チャンバの壁または基部プレートに位置決め要素を有
していてもよい。位置決め要素は、反応チャンバに設定された座標系と既知の関係を有し
ていてもよい。構造体は、スピンドルおよび位置決め要素に取外し可能に連結されるよう
に構成された原点復帰工具をさらに備えていてもよい。特定の例では、原点復帰工具は、
キーを受け入れるように構成された長孔を有していてもよい。例示的な実施形態では、
スピンドルは、シャフトまたはキーの少なくとも１つに画定された基準指標を有していて
もよい。指標は、回転軸を中心とする周方向においてキーに対する所定位置に配置されて
いてもよい。構造体は、基準指標の回転位置を検出するように構成された非接触視覚化シ
ステムをさらに備えていてもよく、視覚化システムは、反応チャンバに設定された座標系
と既知の関係を有していてもよい。
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。この方法は、望ま
しくは、少なくとも１つのウエハをウエハキャリア上に配置するステップと、反応チャン
バ内に位置するスピンドル上にウエハキャリアを、スピンドルと共に垂直回転軸を中心と
して回転するように、取外し可能に取り付けるステップと、ウエハキャリアがスピンドル
上に取り付けられている間に、スピンドルおよびウエハキャリアを回転軸を中心として回
転させ、少なくとも１つのウエハの各々の上面を処理するステップと、を含んでいる。ウ
エハキャリアは、望ましくは、互いに反対側を向く上面および底面を画定しており、垂直
回転軸は、望ましくは、上面および底面と実質的に直交している。ウエハキャリアをスピ
ンドル上に取外し可能に取り付けるステップは、好ましくは、スピンドルのシャフトが、
ウエハキャリアの底面からウエハキャリア内に延在する凹部内に係合するように、かつ第
１の横断軸に沿って回転軸から離れる方にシャフトの周縁から外方に突出するキーが、第
１の横断軸に沿って回転軸から離れる方に凹部の周縁から外方に突出するキー溝内に取外
し可能に係合するように、行われるようになっている。
一例では、この方法は、スピンドルの回転方位を検出するステップと、ウエハキャリア
の回転方位を検出するステップと、ウエハキャリアをスピンドル上に取り付ける前に、キ
ーおよびキー溝を自動的に真っ直ぐに並べるステップと、をさらに含んでいてもよい。特
定の実施形態では、ウエハキャリアの回転方位を検出するステップは、自動視覚化システ
ムを用いて、ウエハキャリア上の少なくとも１つの基準指標の位置を検出することを含ん
でいてもよい。例示的な実施形態では、スピンドルの回転方位を検出するステップは、ス
ピンドルに接続された回転エンコーダを用いて行われてもよい。
特定の実施形態では、この方法は、スピンドルの回転方位を検出するステップと、スピ
ンドルの回転方位を、反応チャンバに設定された座標系と既知の関係を有するホームポジ
ションとして指定するステップと、をさらに含んでいてもよい。一例では、この方法は、
検出ステップおよび指定ステップの前に、原点復帰工具をスピンドルに取外し可能に連
結し、原点復帰工具を回転させ、原点復帰工具を反応チャンバの壁または基部プレートの
位置決め要素に取外し可能に連結することをさらに含んでいてもよい。位置決め要素は、
反応チャンバに設定された座標系と既知の関係を有していてもよい。例示的な実施形態で
は、 スピンドルの回転方位を検出するステップは、スピンドルを回転させ、非接触視覚
化システムを用いて、スピンドル上の少なくとも１つの基準指標の位置を検出することを
含んでいてもよい。視覚化システムは、反応チャンバに設定された座標系と既知の関係を
有していてもよい。
本発明の一実施形態による化学蒸着装置を示す斜視断面図である。 図２Ａは図１に示されているスピンドルの側面図であり、図２Ｂは図２Ａに示されているスピンドルの部分２Ｂの拡大部分側面図であり、図２Ｃは図２Ａに示されているスピンドルの部分２Ｂの他の拡大部分側面図であり、図２Ｄは図２Ａのスピンドルの凹部に取外し可能に係合されるように構成されたフォークの図であり、図２Ｅは図２Ｄに示されているフォークの底面図であり、図２Ｆは図２Ａのスピンドルおよび図２Ｄのフォークに取外し可能に係合されるように構成されたキーの側面図であり、図２Ｇは図２Ｆに示されているキーの端面図であり、図２Ｈは図２Ｆに示されているキーの側面図である。 図３Ａは図１に示されているウエハキャリアの上面図であり、図３Ｂは図３Ａの線３Ｂ−３Ｂに沿って切断した図３Ａに示されているウエハキャリアの側断面図であり、図３Ｃは図３Ｂに示されている凹部の拡大部分側断面図であり、図３Ｄは図３Ｃに示されている凹部の拡大部分底面図であり、図３Ｅは基準指標を有するウエハキャリアの部分の拡大部分側断面図である。 図１に示されている化学蒸着装置の部分Ａの拡大部分斜視断面図である。 図１に示されているスピンドルの方位を調整するのに適する原点復帰工具の斜視図である。 図６Ａは本発明の実施形態による化学蒸着装置に係合された図５に示されている原点復帰工具の斜視図であり、図６Ｂは図６Ａの線６Ｂ−６Ｂに沿って切断された図６Ａの原点復帰工具および装置の一部の拡大部分側断面図である。 図１に示されている化学蒸着装置に用いられるのに適する、複数のキー溝をするウエハキャリアの実施形態の拡大部分底面図である。 複数のキー溝を有するウエハキャリア、例えば、図７に示されているウエハキャリアと共に用いられるように構成された、複数のキーを有するスピンドルの実施形態の斜視図である。 図７に示されているウエハキャリアに係合された状態で示されている、複数のキーを有するスピンドルの他の実施形態の拡大部分斜視断面図である。
図１を参照すると、本発明の一実施形態による化学蒸着装置または構造体１０は、反応
チャンバ１２を備えている。反応チャンバ１２は、該チャンバ１２の一端に配置されたガ
ス入口マニホールド１４を有している。ガス入口マニホールド１４を有するチャンバ１２
の端は、本明細書では、チャンバ１２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、必ずしもこれに限らないが、通常の重力基準系におけるチャンバ
の頂部に配置されている。従って、本明細書において用いられる下向き方向は、ガス入口
マニホールド１４から離れる方向を指し、上向き方向は、チャンバ内においてガス入口マ
ニホールド１４に向かう方向を指している。これは、これらの方向が重力による上向き方
向および下向き方向と一致しているか否かとは無関係である。同様に、要素の「上（ｔｏ
ｐ）」面および「底（ｂｏｔｔｏｍ）」面は、本明細書では、チャンバ１２およびマニホ
ールド１４の基準系に基づいて記載されている。
チャンバ１２は、チャンバの上端の上フランジ２２とチャンバの底端の基部プレート２
４との間に延在する円筒壁２０を有している。壁２０、フランジ２２、および基部プレー
ト２４は、それらの間に気密封止された内部領域２６を画定している。内部領域２６は、
ガス入口マニホールド１４から放出されたガスを商用することが可能となっている。チャ
ンバ１２は、円筒状として示されているが、他の実施形態は、他の形状、例えば、円錐ま
たは中心軸３２を中心とする他の回転面、正方形、六角形、八角形、または任意の他の適
切な形状を有するチャンバを備えていてもよい。
ガス入口マニホールド１４は、ウエハ処理プロセスに用いられるプロセスガス、例えば
、キャリアガスおよび有機金属化合物およびＶ族元素の源のような反応ガスを供給するた
めの供給源に接続されている。典型的な化学蒸着プロセスでは、キャリアガスは、窒素、
水素、または窒素と水素との混合物とすることができる。従って、ウエハキャリアの上面
におけるプロセスガスは、ある量の反応ガス成分を含む窒素および／または水素から主に
構成されている。ガス入口マニホールド１４は、種々のガスを受容し、プロセスガスの流
れを略下向き方向に導くように、構成されている。
ガス入口マニホールド１４は、冷媒システム（図示せず）に接続されていてもよい。冷
媒システムは、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、液体を該要
素を通って循環させるように構成されている。チャンバ１２の壁を冷却するために、同様
の冷媒装置（図示せず）が設けられていてもよい。
チャンバ１２は、前置チャンバ１７および／または他の中間ウエハキャリア移送チャン
バに通じる入口開口１６、および入口開口１６を開閉するための可動シャッター１８を備
えることができる。シャッター１８は、例えば、米国特許第７，２７６，１２４号に開示
されているように構成されていてもよい。この文献の開示内容は、引用することによって
、本明細書の一部をなすものとする。シャッター１８は、望ましくは、チャンバ１２の周
囲に延在する円形フープの形態にある。シャッター１８は、チャンバ１２の内面を画定す
る内面１９を有しているとよい。
スピンドル３０が、チャンバ内において垂直回転軸３２を中心として回転可能に配置さ
れている。スピンドル３０の垂直回転軸３２は、反応チャンバ１２の上下方向に延在して
いる。スピンドルは、軸受およびシール（図示せず）が組み込まれた従来の回転貫通装置
３４によって、チャンバ１２に取り付けられている。従って、スピンドル３０は、スピン
ドル３０とチャンバ１２の基部プレート２４との間の密封を維持しながら、垂直回転軸３
２を中心として回転することができる。
図２Ａ〜図２Ｃを参照すると、スピンドル３０は、垂直回転軸３２に沿って延在するシ
ャフト３６を有している。シャフトは、ガス入口マニホールド１４に最も近い上端７０と
、上端から下方に延在するテーパ部７２と、テーパ部の下方の主部７４とを有している。
シャフト３６のテーパ部７２は、回転軸３２の周りに拡がっており、テーパ接触面７３を
画定している。テーパ接触面７３は、回転軸の周りに拡がっており、上端７０から離れる
下向き方向に徐々に大きくなる直径を有している。例えば、テーパ接触面７３は、シャフ
ト３６の上端７０に第１の直径Ｄ１を有しており、この直径は、主部７４において第１の
直径Ｄ１よりも大きい第２の直径Ｄ２まで、下向き方向に大きくなっている。
スピンドル３０は、開口３７を有することができる。開口３７は、垂直回転軸３２を含
む面を横切る（すなわち、交差する）第１の横断軸３３（図２Ｃ）に沿ってシャフト３６
を貫通している。本明細書に用いられる「第１の軸が第２の軸を含む面を横切る（ｔｒａ
ｎｓｖｅｒｓｅ）」という記述は、第１の軸が、傾斜角であってもよいしまたは直角であ
ってもよい任意の非ゼロ角度で、第２の軸を含む面と交差することを意味している。図面
に示されている実施形態では、第１の横断軸３３は、垂直回転軸３２と直交しているが、
必ずしもこの限りではない。特定の実施形態では、開口３７は、第１の横断軸３３が垂直
回転軸３２と交差しないように、傾斜角でシャフト３６を貫通していてもよい。
開口３７は、第１の横断軸３３に沿ってシャフト３６の主部７４から外方に延在するキ
ー８０（図２Ｆ〜図２Ｈ）を、該キー８０が開口３７を貫通するように、受け入れるよう
に構成されているとよい。図面では、開口３７は、シャフト３６の主部７４を貫通してい
るが、必ずしもこの限りではない。（図示されていない）代替的実施形態では、開口３７
は、シャフト３６のテーパ部７２を貫通していてもよいし、シャフトのテーパ部と主部と
が交差する箇所を貫通していてもよい。いくつかの実施形態では、例えば、図８Ａおよび
図８Ｂの実施形態では、スピンドルは、以下にさらに詳細に述べるように、貫通しない１
つまたは複数のキーを備えていてもよいし、または該キーを受け入れるように構成されて
いてもよい。
キー８０は、スピンドル３０の開口３７に係合するように構成されたシャンク８２を備
えている。シャンク８２は、シャンク軸８１の方向に延びている。シャンク８２は、中心
部８４および該中心部に隣接する端部８６を有している。中心部８４は、互いに向き合っ
た実質的に平面状の側面８５を備えることができ、この場合、中心部は、端部８６の幅Ｗ
２よりも小さい幅Ｗ１を有している。端部８６は、各々、円断面を有しているとよい。端
部８６の１つは、以下に述べる組立中にスクリュードライバーの先端を受け入れるように
構成された長孔状凹部８７を画定していてもよい。
キー８０は、シャンク８２に隣接する先端部８８を有することができる。先端部は、シ
ャンク軸８１を横切る長手方向Ｌにおける高さＨ１を有しており、高さＨ１は、シャフト
３６の開口３７の直径Ｄ３よりも大きくなっている。図面に示されているように、先端部
８８の高さＨ１は、シャンク８２の高さＨ２よりも大きくなっているとよい。（図示され
ていない）代替的実施形態では、先端部８８の高さＨ１は、シャンク８２の高さＨ２と等
しいかまたは小さくなっていてもよい。一例では、キー８０の先端部８８は、シャンク軸
８１に沿って見た端面図（図２Ｇ）において、丸みのある上面８９を有していてもよい。
スピンドル３０は、垂直回転軸３２に沿ってシャフト３６の上端７０から下方に延在す
る凹部３９をさらに画定することができる。凹部３９は、垂直回転軸３２に沿って延在す
るフォーク９０（図２Ｄおよび図２Ｅ）を受け入れるように構成されているとよい。
フォーク９０は、上端９２、上端から下方に延在する上部９４、および上部の下方の１
対の分岐部９６を備えている。フォーク９０は、凹部３９内に取外し可能に係合されるよ
うに構成されているとよい。フォークの上部９４は、円断面を有することができ、分岐部
９６は、各々、円の一部である断面を有することができる。間隙９７が、分岐部間に画定
されている。分岐部９６の各々は、間隙９７に向かって内方を向く実質的に平面状の側面
９８を有しているとよい。フォーク９０は、シャフト３６の上端に露出するネジ付き開口
９９を備えていてもよく、これによって、ボルトをこのネジ付き開口内にねじ込み、該ボ
ルトをフォークを引き出すように引っ張ることによって、ユーザーがフォークを凹部３９
から取り出すことができる。
図４を参照すると、キー８０およびフォーク９０は、ウエハキャリア４０がスピンドル
３０上に取り付けられる前に、シャフト３６に組み込まれるようになっている。キー８０
をシャフト３６に組み込むために、キーのシャンク８２が、シャフトの開口３７内に係合
される。この場合、キーの先端部８８は、第１の横断軸３３に沿ってシャフトから外方に
突出するように、シャフトの外側に配置される。図面に示されている実施形態では、キー
８０がシャフト３６内に係合されたとき、シャンク軸８１は、第１の横断軸３３と一致す
る。図４に示されているように、開口３７がシャフト３６の主部７４を貫通しているので
、キー８０は、シャフトの該主部に係合することになる。
フォーク９０を凹部３９内に係合させる前に、キー８０の実質的に平面状の側面８５を
シャフト３６の垂直回転軸３２と平行に配向させるべきである。ユーザーは、長孔状凹部
８７内にスクリュードライバーの先端を挿入し、スクリュードライバーをシャンク軸８１
を中心として回転させることによって、キー８０を所望の方位に回転させることができる
。
フォーク９０をシャフト３６およびキー８０に組み込むために、フォーク９０の上端９
２がシャフト３６の上端７０に位置するように、フォーク９０をスピンドル３０の凹部３
９内に係合させるとよい。キー８０のシャンク８２がフォーク９０の分岐部９６間に係合
するように、フォーク９０を凹部３９内に押し下げる。キー８０の中心部８４の各側面８
５が分岐部９６の１つの実質的に平面状の側面９８に隣接して配置され、その結果、キー
は、第１の横断軸３３を中心とする回転に対して、フォーク９０によって回転方向におい
て固定されることになる。
シャンク８２の中心部８４は、フォーク９０の分岐部９６間の分離距離または間隙９７
（図２Ｄ）よりも小さい幅Ｗ１（図２Ｈ）を有しており、シャンクの各端部８６は、フォ
ークの分岐部間の分離距離よりも大きい幅Ｗ２（図２Ｈ）を有している。従って、キーは
、２つの分岐部間に連結され、第１の横断軸３３に沿ったシャフト３６の運動に対して、
フォークによって拘束されることになる。
特定の実施形態では、キー８０およびフォーク９０は、各々、第１の材料から本質的に
なっているとよく、シャフト３６は、第１の材料と異なる第２の材料から本質的になって
いるとよい。例えば、キー８０およびフォーク９０は、ＷＬのようなタングステン合金か
ら作製されているとよく、シャフト３６は、ＴＺＭのようなモリブデン合金から作製され
ているとよい。キー８０、フォーク９０、およびシャフト３６間のこのような材料の組み
合わせによって、装置１０の高温下の運転中、シャフトおよびキーおよび／またはフォー
ク間の付着を防ぐことができる。
図１を再び参照すると、スピンドル３０は、該スピンドルを中心軸３２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３８に接続されてい
る。スピンドル３０は、ガス通路内においてスピンドルの略軸方向に延在する内部冷媒通
路を備えていてもよい。内部冷媒通路は、冷媒源に接続されていてもよく、この場合、流
体冷媒は、冷媒源から冷媒通路を通って冷媒源に戻るように、循環するようになっている
。
スピンドル３０および／または回転駆動機構３８は、回転軸３２を中心とするスピンド
ルの回転方位を表す信号をもたらすように構成されたエンコーダ３１に接続されていても
よい。特定の実施形態では、エンコーダ３１は、回転駆動機構３８に連結された高解像回
転エンコーダとすることができる。もし装置１０において達成することができるようなス
ピンドルとウエハキャリアのそれぞれの回転方位間の既知の関係が存在するなら、スピン
ドル３０を中心とするこのような回転方位情報を用いて、ウエハキャリア４０の回転方位
を決定することができる。
ウエハキャリア４０は、実質的にディスク状本体４０ａの形態にあるとよい。ディスク
状本体４０ａは、平坦な円形の上面４１および底面４４と、これらの上面および底面と実
質的に直交する垂直回転軸４２とを有している。図１に示されている運転位置では、ウエ
ハキャリア４０は、ウエハキャリアの垂直回転軸４２がスピンドルの垂直回転軸３２と一
致するように、スピンドル３０上に取り付けられている。ウエハキャリア４０は、チャン
バ１２内においてガス入口マニホールド１４の下方に位置している。従って、ウエハキャ
リアが回転している間、ガス入口マニホールドがガスをウエハキャリアに向かって下方に
放出することができる。シャッター１８が図１に示されている運転位置にあるとき、シャ
ッターの内面１９は、ウエハキャリア４０を取り囲んでいる。
ウエハキャリア４０は、単一品として形成されていてもよいし、または複数品の複合体
として形成されていてもよい。例えば、米国特許出願公開第２００９／０１５５０２８号
に開示されているように、ウエハキャリア４０は、中心軸４２を包囲するウエハの小さい
領域を画定するハブおよびディスク状本体４０ａの残りを画定する大きな部分を備えてい
てもよい。なお、この文献の開示内容は、引用することにより、本明細書の一部をなすも
のとする。
ウエハキャリア４０は、ＣＶＤプロセスの品質を汚染によって低下させずかつ該プロセ
スにおいて受ける温度に耐えることができる材料から形成されているとよい。例えば、ウ
エハキャリア４０の大きい部分は、黒鉛、炭化ケイ素、窒化ボロン、窒化アルミ、または
他の高温材料のような材料から殆どまたは全てが形成されているとよい。ウエハキャリア
４０は、略平坦な上下面を有している。これらの上下面は、互いに略平行に延在し、ウエ
ハキャリアの垂直回転軸４２と略直交している。一例では、ウエハキャリア４０は、約３
００ｍｍから約７００ｍｍの間の直径を有している。
図３Ａ〜図３Ｅを参照すると、ウエハキャリア４０の上面４１は、少なくとも１つのウ
エハ保持特徴部を備えることができる。このようなウエハ保持特徴部は、ポケット４３の
形態で示されている。ポケット４３は、ウエハキャリア４０の周りに周方向に沿って配置
されているとよい。このようなポケットは、各々、ディスク状ウエハ５０を取外し可能に
受け入れるように、かつこのようなウエハを以下に述べるようなＭＯＣＶＤプロセス中に
保持するように、構成されている。一例では、ポケット４３の少なくともいくつかは、垂
直回転軸４２に隣接して配置されているとよく、例えば、ポケットが１つまたは複数の同
心リングを有する形態で配置されているとき、垂直回転軸の周りに分配された円パターン
に、該パターンにおいて互いに隣接するポケットの中心４６間に間隔４５を置くように、
配列されているとよい。特定の実施形態では、垂直回転軸４２の周りに分配された円パタ
ーンに配列されたポケット４３は、垂直回転軸の周りに対称的に分配されていてもよい。
ポケット４３は、円パターンに配列されるように図示されているが、他の実施形態では、
ポケットは、他のパターン、例えば、矩形アレイまたは六方最密形態の一部として配置さ
れていてもよい。
各ウエハ５０は、サファイア、炭化ケイ素、ケイ素、または他の結晶基板から形成する
ことができる。典型的には、各ウエハ５０は、その主面の寸法と比較して小さい厚みを有
している。例えば、直径約２インチ（５０ｍｍ）の円形ウエハ５０は、約４３０μｍ以下
の厚みを有しているとよい。各ウエハ５０は、ウエハの上面がウエハキャリア本体４０ａ
の上面４１に露出するように、その上面を上方に向けて、ウエハキャリア４０上にまたは
該ウエハキャリア４０に隣接して配置されるとよい。ウエハ５０は、ウエハキャリア４０
の上面４１と同一平面またはほぼ同一平面にあるとよい。
ウエハキャリア４０は、本体４０ａの底面４４から該本体内に延在する凹部４７を有す
ることができる。本体４０ａは、下向きの凹部端面１００および該凹部端面から下方に延
在するテーパ接触面１０２を有しているとよい。凹部端面１００およびテーパ接触面１０
２は、凹部４７内に露出しているとよい。
凹部４７は、キー溝４８を有することができる。キー溝４８は、第１の横断軸１０６に
沿って回転軸４２から離れる方に凹部の周縁１０４から外方に突出している。第１の横断
軸１０６は、垂直回転軸４２を含む面を横切っている（すなわち、第１の横断軸は、傾斜
角であってもよいしまたは直角であってもよい任意の非ゼロ角度で垂直回転軸を含む面と
交差している）。図３Ｃに示されているように、第１の横断軸１０６は、垂直回転軸４２
と交差していてもよいが、必ずしもこの限りではない。特定の実施形態では、キー溝４８
は、第１の横断軸１０６が垂直回転軸４２と交差しないように、傾斜角で凹部４８の周縁
１０４から外方に突出していてもよい。本明細書において、キー溝４８が第１の横断軸１
０６に沿って突出すると記載されるとき、これは、第１の横断軸がウエハキャリア４０の
底面４４と平行の面内にあること、および第１の横断軸が挿入縁１１４と下向き面１０８
との間に延在するキー溝の互いに反対側を向く横方向キー接触面１０５から等距離に位置
していることを意味している。
本体４０ａは、キー溝４８内に露出する下向き面１０８を有することができる。一例で
は、互いに隣接するポケット４３が垂直回転軸４２に隣接して配置され、該垂直回転軸の
周りに分配された円パターンに配列されたとき、キー溝４８は、互いに隣接するこれらの
ポケット４３の中心４６間の間隔４５の１つと真っ直ぐに並ぶようになっているとよい。
このような実施形態では、キー溝４８を間隔４５の１つと真っ直ぐに並べることによっ
て、キー溝の近くにおけるウエハキャリア４０を通る熱伝導の熱特性の変化を最小限に抑
えることができる。この熱的影響は、キー溝の「熱遮断（ｔｈｅｒｍａｌ ｓｈａｄｏｗ
）」と呼ばれることがある。キー溝４８を間隔４５の１つと真っ直ぐに並べることによっ
て、この熱遮断をポケット４３から可能な限り離すことができる。
図面に示されている実施形態では、第１の横断軸１０６は、垂直回転軸４２と直交して
いるが、必ずしもこれに限らない。図４に示されている運転位置では、ウエハキャリア４
０は、ウエハキャリアの第１の横断軸１０６がスピンドルの第１の横断軸３３と一致する
ように、スピンドル３０上に取り付けられている。
ウエハキャリア４０の本体４０ａは、本体の上面４１から本体４０ａ内に延在する凹み
１１０および／または１つまたは複数のマーキング１１２の形態にある基準指標を有して
いてもよい。１つまたは複数の凹み１１０および／またはマーキング１１２のような基準
指標は、本体４０ａの上面４１、底面４４、またはこれらの上面と底面との間に延在する
周面４９の少なくとも１つに画定されているとよい。一実施形態では、基準指標は、撮像
装置、例えば、以下に述べる自動視覚化システム１１６にとって可視になっているとよい
。
凹み１１０および／またはマーキング１１２は、垂直回転軸４２を中心とする周方向に
おいてキー溝４８に対して所定の位置に配置されているとよい。例えば、底面４４と平行
の面であって、第１の横断軸１０６を含んでいる面が、凹み１１０および／またはマーキ
ング１１２のような基準指標を貫通しているとよい。従って、第１の横断軸は、基準指標
を貫通するか、または基準指標の直上または直下の位置を貫通することになる。凹み１１
０および／またはマーキング１１２は、例えば、ユーザーまたは以下に述べる制御システ
ム１１８によって知ることができる（キー溝４８に対する）どのような位置に配置されて
いてもよく、これによって、凹みおよび／またはマーキングの位置を観察することによっ
て、キー溝の位置を決定することができる。
図４を参照すると、ウエハキャリア４０は、垂直回転軸３２，４２を中心としてスピン
ドル３０と共に回転することができるように、スピンドル３０上に取外し可能に取り付け
られているとよい。図面に示されている実施形態では、ウエハキャリア４０がスピンドル
３０上に取り付けられたとき、垂直回転軸３２，４２は、互いに一致し、第１の横断軸３
３，１０６は、互いに一致している。
スピンドル３０の上端７０は、本体４０ａのテーパ接触面１０２がシャフト３６のテー
パ接触面７３に少なくとも部分的に接触するように、かつ凹部端面１００がスピンドルの
上端から離間するように、ウエハキャリア４０の凹部４７内に係合されている。凹部端面
１００は、間隙Ｇ１だけ、スピンドルの上端７０から離間するようになっている。図４に
示されているように、本体４０ａおよびシャフト３６のそれぞれのテーパ接触面１０２，
７３間の表面接触の中心軌跡Ｃ１は、本体の重心Ｃ２の上方に位置するようになっている
。
キー８０の先端部８８は、キー溝内に露出した本体４０ａの下向き面１０８が先端部の
上面８９と離間して向き合うように、キー溝４８内に係合されている。図４に示されてい
るように、本体４０ａの表面１０８は、間隙Ｇ２だけ、キー８０の先端部８８の上面８９
から離間するようになっている。表面１０８，８９間のこのような間隙Ｇ２によって、キ
ー８０は、スピンドル３０に対するウエハキャリア４０の回転運動を拘束することができ
る一方、スピンドルのシャフト３６に対するウエハキャリアの本体４０ａの下向き運動を
拘束しないことになる。特定の例では、キー８０の先端部８８の上面８９は、面取り縁を
有していてもよく、および／またはキー溝４８の挿入縁１１４が面取りされていてもよい
。これによって、もしウエハキャリアがスピンドル上に取り付けられたときにウエハキャ
リア４０がスピンドル４０に対して回転方向において完全に位置合わせされていない場合
（例えば、第１の横断軸１０６，３３が完全に一致していない場合）、キー溝内へのキー
８０のいくらかの自己整合が可能になる。
図１を再び参照すると、ＭＯＣＶＤのような多くのプロセスにおいて、ウエハキャリア
４０は、ウエハ５０の表面に所望の温度をもたらすために、加熱される。このような加熱
のために、加熱要素６０が、シャフト３６の上端７０の下方においてスピンドル３０を囲
むように、チャンバ１２内に取り付けられている。加熱要素６０は、主に放射伝熱によっ
て、ウエハキャリア４０の底面４４に熱を伝達するようになっている。ウエハキャリア４
０の底面に加えられた熱は、ウエハキャリアの本体４０ａを通って上向きにその上面４１
に流れる。熱は、ウエハキャリア４０によって保持された各ウエハ５０の底面に向かって
上方に、次いで、ウエハを通って上向きにその上面に流れる。熱は、ウエハ５０の上面か
らプロセスチャンバ１２の冷めたい要素、例えば、プロセスチャンバの壁２０およびガス
入口マニホールド１４に放射される。また、熱は、ウエハ５０の上面からこれらの表面を
横切るプロセスガスにも伝達される。
特定の実施形態では、加熱要素６０は、多区域加熱要素であってもよく、これによって
、ウエハキャリア４０の種々の部分（例えば、スピンドル３０の垂直回転軸３２から第１
の半径方向距離に位置する第１の環状部および垂直回転軸から第２の半径方向距離に位置
する第２の環状部）を異なって加熱することができる。
チャンバ１２は、加熱要素６０を含むチャンバの領域内にプロセスガスが浸透するのを
低減させる外側ライナー（図示せず）を備えていてもよい。例示的実施形態では、加熱要
素６０からの熱をチャンバ１２の底端の基部プレート２４に向かって下方に導くことなく
、ウエハキャリアに向かって上方に導くのを助長するために、ヒートシールド６１が加熱
要素６０の下方に、例えば、ウエハキャリア４０と平行に位置するように設けられていて
もよい。
チャンバ１２は、チャンバの内部領域２６から使用済みガスを除去するように構成され
た排気システム６２も備えている。排気システム６２は、ウエハキャリア４０が占める位
置の下方においてチャンバ１２に接続されているとよい。排気システム６２は、チャンバ
１２の底またはその近くに排気マニホールド６３を備えていてもよい。排気マニホールド
６３は、反応チャンバ１２の外に使用済みガスを運ぶように構成されたポンプ６５または
他の真空源に接続されているとよい。
また、装置１０は、前置チャンバ１７内にまたはチャンバの外側の他の位置に配置され
た自動視覚化システム１１６を備えることができる。自動視覚化システム１１６は、例え
ば、凹み１１０またはマーキング１１２のような基準指標の回転位置を検出するように構
成されている。装置１０は、ウエハキャリア４０およびスピンドル３０の少なくとも１つ
を回転するように構成されたロボット制御システム１１８をさらに備えていてもよい。一
例では、自動視覚化システム１１６およびエンコーダ３１からの回転位置情報がロボット
制御システム１１８に送られ、ロボット制御システムが、前述したように、ウエハキャリ
アを装置１０内にローディングする前またはその最中に、ウエハキャリア４０およびスピ
ンドル３０の少なくとも１つを回転させることができる。
特定の変更例では、前置チャンバ１７は、反応チャンバ１２に設定された座標系と既知
の関係を有するキー付き構成要素（図示せず）を備えていてもよい。このような例では、
ユーザーまたは自動視覚化システム１１６は、基準指標１１０または１１２の回転位置を
検出することができ、次いで、ユーザーまたは自動視覚化システムは、この回転位置情報
を用いて、キー溝４８をキー付き構成要素と真っ直ぐに並べることができる。いったんこ
のような位置合せが行われたなら、ロボット制御システム１１８は、ウエハキャリア４０
をチャンバ１２内にローディングする前に、反応チャンバ１２に設定された座標系に対す
るキー溝４８の回転位置を知ることができ、この回転位置を用いて、ウエハキャリアを反
応チャンバ内にローディングする前に、ウエハキャリアおよび／またはスピンドル３０を
回転させることができる。
運転に際して、少なくとも１つのウエハ５０がウエハキャリア４０上に配置される。次
に、シャッター１８を開位置に下げることによって、入口開口１６が開かれる。次いで、
ユーザーまたは自動視覚化システム１１６が、（キー溝４８の回転位置と既知の関係を有
する）基準指標の位置を検出することによって、好ましくは、チャンバ１２の外側におい
て、例えば、前置チャンバ１７内において、ウエハキャリア４０の回転方位を検出するこ
とができる。また、エンコーダ３１が、（キー８０の回転位置と既知の関係を有する）ス
ピンドルの回転方位を検出することができる。
ユーザーまたはロボット制御システム１１８は、ユーザーまたは自動視覚化システム１
１６によって得られた基準指標の回転位置に関する情報およびエンコーダ３１によって得
られたスピンドル３０の回転位置に関する情報を用いて、ウエハキャリア４０がスピンド
ルに取り付けられるとき、キー８０およびキー溝４８のそれぞれの回転位置が真っ直ぐに
並ぶかどうかを決定することができる。もしキー８０およびキー溝４８が回転方向におい
て真っ直ぐに並んでいないなら、ユーザーまたはロボット制御システム１１８は、ウエハ
キャリアをスピンドルに取り付ける前に、キーおよびキー溝のそれぞれの回転位置を真っ
直ぐに並べるために、ウエハキャリア４０およびスピンドル３０の少なくとも１つを回転
させることができる。
キー８０およびキー溝４８が回転方向において真っ直ぐに並んだとき、ウエハ５０が装
填されたウエハキャリア４０が、前置チャンバ１７からチャンバ１２内にローディングさ
れ、スピンドル３０上に取外し可能に取り付けられる。ウエハキャリア４０は、シャフト
３６の上端７０がウエハキャリアの凹部４７内に係合するように、かつキーがキー溝内に
係合するように、スピンドル３０上に取り付けられ、これによって、ウエハキャリアを図
１に示されている運転位置に配置することができる。
この状態において、ウエハ５０の上面は、ガス入口マニホールド１４に向かって上方を
向いている。入口開口１６は、シャッター１８を図１に示されている閉位置に上昇させる
ことによって、閉じている。加熱要素６０が作動され、次いで、回転駆動装置３８が、ス
ピンドル３０、従って、ウエハキャリア４０を、中心軸４２を中心として回転駆動する。
典型的には、スピンドル４０は、約５０〜１５００回転／分の回転速度で回転するように
なっている。
プロセスガス供給ユニット（図示せず）が作動され、ガスがガス入口マニホールド１４
を通って供給される。ガスは、ウエハキャリア４０に向かって下方に流れ、ウエハキャリ
アの上面４１およびウエハ５０の上面を横切り、ウエハキャリアの周縁に沿って下向きに
排気システム６２の排気マニホールド５３に流れる。従って、ウエハキャリア４０の上面
４１およびウエハ５０の上面は、種々のプロセスガス供給ユニットによって供給される種
々のガスの混合物を含むプロセスガスに晒されることになる。最も典型的には、上面４１
におけるプロセスガスは、キャリアガス供給ユニット（図示せず）によって供給されるキ
ャリアガスによって主に構成されている。
プロセスは、ウエハ５０の所望の処理が完了するまで継続される。いったんプロセスが
完了したなら、シャッター１８を下げることによって、入口開口１６が開けられる。いっ
たん入口開口１６が開いたなら、ウエハキャリアをスピンドル３０から取り外すことがで
き、次の運転サクルのために、新しいウエハキャリア４０に取り換えることができる。
図５、図６Ａおよび図６Ｂを参照すると、原点復帰工具１２０を用いて、回転軸３２を
中心とするスピンドル３０の角方位を反応チャンバ１２に対して調整することができ、こ
れによって、図１に示されているようなエンコーダ３１が、反応チャンバに設定された座
標系と既知の関係を有するスピンドルの回転方位を表す信号をもたらすことができる。
原点復帰工具１２０は、スピンドル３０のシャフト３６の上端７０に係合するように構
成されたソケット部材１２１、および該ソケット部材に取り付けられた連結部材１２２を
有している。連結部材１２２は、ソケット部材と反応チャンバ１２の円筒壁２０との間に
機械的な連結をもたらすように構成されている。
ソケット部材１２１は、シャフト３６の上端７０を受け入れるように構成されたソケッ
ト１２６を画定している。ソケット部材１２１は、ソケット部材の底面１２９から延在す
る長孔１２８も有している。長孔１２８は、キー８０の先端部８８を、先端部８８が該長
孔を貫通するように、受け入れるように構成されている。長孔１２８は、幅Ｗ３を有して
おり、この幅Ｗ３は、回転する原点復帰工具とスピンドルとの間の全回転公差が３°以下
の場合、原点復帰工具がスピンドル３０に対して回転軸３２を中心としていずれの方向に
おいても１．５°を超えて回転することができないように、キー８０の先端部８８の幅Ｗ
２（図２Ｈ）にほぼ一致しており、しかしいくらか広くなっていると好ましい。
図６Ａに示されているように、ソケット１２６および長孔１２８は、スピンドル３０が
ソケット内に挿入されるとき、シャフト３６の上端７０がソケットの上面１２５に接触す
る一方、キー８０の先端部８８の上面８９が長孔の上面１２７から離間するように、構成
されているとよい。キー８０の先端部分８８の上面８９が長孔１２８の上面１２７から離
間していることによって、原点復帰工具１２０の重量の殆どがキーによって支持されるよ
りも、むしろシャフト３６によって支持されることになる。特定の例では、ソケット１２
６は、スピンドル３０がソケット内に挿入されるとき、シャフト３６の上端７０がソケッ
トの上面１２５から離間するように、構成されていてもよい。シャフト３６の上端７０が
ソケット１２６の上面１２５から離間していることによって、原点復帰工具１２０の重量
の殆どがスピンドル３０によって支持されるよりも、むしろ円筒壁２０の上面２１によっ
て支持されることになる。
連結部材１２２は、その端１２３に隣接して開口１２４を画定している。この開口は、
連結部材の互いに反対側を向く上下面１３０，１３２間に延在している。開口１２４は、
好ましくは、連結部材１２２の軸１３４に沿って延在する長寸法Ｌ１および長寸法と実質
的に直交して延在する短寸法Ｌ２を有している。特定の例では、開口１２４は、楕円形を
有することがあり、この場合、長寸法Ｌ１は、楕円の長軸であり、短寸法Ｌ２は、楕円の
短軸である。
反応チャンバ１２の円筒壁２０は、位置決め凹部１６０の形態にある位置決め要素を画
定している。位置決め凹部１６０は、円筒壁の上面２１から円筒壁内に延在しており、反
応チャンバの上フランジ２２（図１）が円筒壁から取り外されたときに露出するようにな
っている。位置決め凹部１６０は、反応チャンバに設定された座標系と既知の関係を有す
る接触面１６５を有している。図６Ａおよび図６Ｂに示されているように、位置決め凹部
１６０は、反応チャンバ１２の入口開口１６の中心の上方に位置しているとよい。しかし
、他の実施形態では、位置決め凹部１６０は、反応チャンバ１２に設定された座標系内の
どのような既知の位置、例えば、反応チャンバの基部プレート１２の位置に配置されてい
てもよい。特定の例では、位置決め凹部１６０は、直径Ｄ４を有する円断面形状を有する
ことができ、接触面１６５は、位置決め凹部の直径よりも大きいかまたは等しい直径を有
する球の一部である球面キャップの形状を有することができる。
開口１２４は、原点復帰工具１２０を位置決め凹部１６０に連結するように構成された
位置決め工具１４０を、該位置決め工具が開口１２４を貫通すべく、受け入れるように構
成されている。位置決め工具１４０は、ハンドル１４２および位置決め部１４４を有して
いる。位置決め部１４４は、ハンドルの端に取り付けられており、接触面１４５を画定し
ている。一実施形態では、位置決め部１４４は、直径Ｄ５を有する球形状を有することが
でき、接触面１４５は、位置決め部を画定する球の一部である球面キャップとすることが
できる。
一例では、位置決め部１４４の直径Ｄ５は、位置決め凹部１６０の直径Ｄ４よりも大き
くなっているとよく、位置決め部の最も広い部分は、位置決め部が位置決め凹部内に係合
するとき、位置決め工具１４０の開口１２４内に位置するようになっているとよい。例示
的実施形態では、位置決め工具１４０の位置決め部１４４の接触面１４５の湾曲は、位置
決め凹部１６０の接触面１６５の湾曲と略一致していてもよく、この場合、位置決め工具
が位置決め凹部に係合するとき、接触面１４５，１６５間に接触面が生じることになる。
図６Ｂに示されているように、位置決め工具１４０の位置決め部１４４の直径Ｄ５は、
原点復帰工具１２０の開口１２４の短寸法Ｌ２とほぼ一致しており、しかしわずかに小さ
くなっていると好ましい。これによって、位置決め工具が原点復帰工具の開口を通って位
置決め凹部１６０内に係合したとき、原点復帰工具の端１２３は、位置決め工具および位
置決め凹部に対して周方向Ｃにおいて実質的に固定されることになる。
さらに、位置決め工具１４０の位置決め部１４４の直径Ｄ５は、原点復帰工具１２０の
開口１２４の長寸法Ｌ１よりも著しく小さくなっていると好ましい。これによって、位置
決め工具が原点復帰工具の開口を通って位置決め凹部１６０内に係合するとき、原点復帰
工具の端１２３は、位置決め工具および位置決め凹部に対して連結部材１２２の軸１３４
に沿ったいくらかの運動の自由度を有することになる。軸１３４に沿ったこの運動の自由
度によって、仮に連結部材１２２の軸に沿ったスピンドル３０の回転軸３２と位置決め凹
部１６０との間の距離が、例えば、反応チャンバの組立中の組立公差に起因して種々の反
応チャンバ間で変動しても、特定の製造施設における種々の反応チャンバ１２のスピンド
ル３０の回転位置合わせに、単一の原点復帰工具１２０を用いることができる。
スピンドルの原点復帰手順を行うために、反応チャンバ１２の上フランジ２２が円筒壁
２０から取り外され、これによって、円筒壁の上面２１および位置決め凹部１６０を露出
させる。次に、原点復帰工具１２０が、キー８０の先端部８８が長孔１２８と同じ方向を
向くように位置合わせされ、次いで、原点復帰工具が、シャフト３６の上端７０がソケッ
ト１２６内に受け入れられかつキーの先端部が長孔内に受け入れられるように、スピンド
ル３０上に下げられる。原点復帰工具１２０は、連結部材１２２の下面１３２が円筒壁２
０の上面２１に接触するまで、下げられるとよい。
次いで、原点復帰工具１２０は、位置決め凹部１６０の少なくとも一部が周方向Ｃにお
いて原点復帰工具の開口１２４と真っ直ぐに並ぶまで、スピンドル３０の回転軸３２を中
心として回転されるとよい。この後、位置決め工具１４０の位置決め部１４４が、開口１
２４および位置決め凹部１６０内に挿入され、位置決め工具の位置決め部の接触面１４５
が位置決め凹部の接触面１６５に係合し、これによって、位置決め凹部に対するスピンド
ル３０の回転方位が固定されることになる。最終的に、エンコーダ３１がスピンドル３０
の回転方位を検出し、制御システム１１８が、スピンドルの現在の回転方位を、反応チャ
ンバ１２に設定された座標系と既知の関係を有するホームポジションとして指定すること
ができる。
代替的実施形態では、ユーザーまたは制御システムが回転軸３２を中心とするスピンド
ル３０の角方位を反応チャンバ１２に対して位置合わせするのを助長するために、非接触
視覚化システムが用いられてもよい。これによって、エンコーダ３１が、反応チャンバに
設定された座標系と既知の関係を有するスピンドルの回転方位を表す信号をもたらすこと
ができる。このような実施形態では、スピンドル３０またはキー８０は、基準指標、例え
ば、スピンドルのシャフト３６の既知の位置に設けられた高反射面を有しているとよい。
非接触視覚化システムは、例えば、反応チャンバ１２に設定された座標系と既知の関係を
有するレーザー基検出システムとすることができる。
使用に際して、ユーザーまたは制御システム１１８は、非接触視覚化システムがスピン
ドルの基準指標を検出するまで、スピンドル３０を回転させるとよい。この後、エンコー
ダ３１がスピンドル３０の回転方位を検出し、制御システム１１８がスピンドルの現在の
回転方位を、反応チャンバ１２に設定された座標系と既知の関係を有するホームポジショ
ンとして、指定することができる。
図７は、他の実施形態によるウエハキャリア２４０を示している。ウエハキャリア２４
０は、ウエハキャリア２４０が回転軸２４２から離れる方に凹部２４７の周縁２０４から
外方に突出する複数のキー溝２４８ａ，２４８ｂ，２４８ｃ，２４８ｄ（総称的にキー溝
２４８）を有する以外、前述のウエハキャリア４０と同じである。
図７に示されているように、４つのキー溝２４８が設けられているが、他の実施形態で
は、凹部２４７の周縁２０４から外方に突出する２つのキー溝、３つのキー溝、または任
意の他の数のキー溝が設けられていてもよい。キー溝２４８の各々は、凹部２４７の周縁
２０４に沿った周方向に等間隔で配置されていると好ましい。例えば、図７に示されてい
るように、４つのキー溝２４８の各々の中心線は、凹部２４７の周縁２０４の周りに９０
°の間隔で互いに離間している。３つのキー溝を有する例示的なウエハキャリアでは、３
つのキー溝の各々の中心線が、凹部の周縁の周りに１２０°の間隔で互いに離間している
と好ましい。２つのキー溝を有する例示的なウエハキャリアでは、２つのキー溝の各々の
中心線が、凹部の周縁の周りに直接向き合って（すなわち、１８０°の間隔で）互いに離
間していると好ましい。
図７に示されている実施形態では、キー溝２４８ａ，２４８ｂ，２４８ｃ，２４８ｄの
各々は、第１，第２，第３，および第４の軸２０６，２０７，２０８，２０９のそれぞれ
に沿って回転軸２４２から離れる方に凹部２４７の周縁２０４から外方に突出している。
第１，第２，第３，および第４の軸２０６，２０７，２０８，２０９は、各々、垂直回転
軸２４２を含む面を横切っている（すなわち、第１，第２，第３，および第４の横断軸は
、各々、傾斜角でもよいしまたは直角でもよい任意の非ゼロ角で垂直回転軸を含む面と交
差している）。図７に示されているように、第１，第２，第３，および第４の横断軸２０
６，２０７，２０８，２０９は、垂直回転軸２４２と交差していてもよいが、必ずしもこ
の限りではない。
一実施形態では、キー溝２４８の１つまたは複数が、第１，第２，第３，および第４の
横断軸２０６，２０７，２０８，２０９の１つまたは複数が垂直回転軸２４２と交差しな
いように、傾斜角で凹部２４７の周縁２０４から外方に突出していてもよい。図７に示さ
れている特定の例では、２つのキー溝２４８ａ，２４８ｃが単一軸に沿って凹部２４７の
周縁２０４から外方に突出しており、従って、第１および第３の横断軸２０６，２０８は
、一致しており、他の２つのキー溝２４８ｂ，２４８ｄが他の単一軸に沿って凹部の周縁
から外方に突出しており、従って、第２および第４の軸２０７，２０９は、一致している
。しかし、他の実施形態では、キー溝２４８の各々は、他のキー溝が突出する他の横断軸
のいずれとも一致しない横断軸に沿って、凹部２４７の周縁２０４から外方に突出してい
てもよい。
図８Ａは、他の実施形態によるスピンドル２３０を示している。スピンドル２３０は、
該スピンドル２３０が回転軸２３２から離れる方にシャフト２３６の主部２７４から外方
に突出する複数のキー２８０ａ，２８０ｂ，２８０ｃ，２８０ｄ（総称的に、キー２８０
）を有する以外、前述のスピンドル３０と同じである。
図８Ａに示されているように、４つのキー２８０が設けられているが、他の実施形態で
は、シャフト２３６の主部２７４から外方に突出する２つのキー、３つのキー、または任
意の他の数のキーが設けられていてもよい。キー２８０の各々は、シャフト２３６の主部
２７４の周りの周方向に等間隔で配置されていると好ましい。例えば、図８Ａに示されて
いるように、４つのキー２８０の各々の中心線は、シャフト２３６の主部２７４の周りに
９０°の間隔で互いに離間している。３つのキーを有するかまたは３つのキーと係合して
いる例示的なスピンドルの場合、３つのキーの各々の中心線がシャフトの主部の周りに１
２０°の間隔で互いに離間していると好ましい。２つのキーを有する例示的なスピンドル
の場合、２つのキーの各々の中心線がシャフト２３６の主部２７４の周りに直接向き合っ
て（すなわち、１８０°の間隔で）互いに離間していると好ましい。
図８Ａに示されている実施形態では、キー２８０ａ，２８０ｂ，２８０ｃ，および２８
０ｄの各々は、第１、第２，第３、および第４の軸２１６，２１７，２１８，２１９のそ
れぞれに沿って回転軸２３２から離れる方にシャフト２３６の主部２７４から外方に突出
している。第１、第２，第３、および第４の軸２１６，２１７，２１８，２１９は、各々
、垂直回転軸２３２を含む面を横切っている（すなわち、第１，第２，第３，および第４
の横断軸は、各々、傾斜角であってもよいしまたは直角であってもよい任意の非ゼロ角で
垂直回転角を含む面と交差している）。図８Ａに示されているように、第１，第２，第３
，および第４の横断軸２１６、２１７，２１８，２１９は、垂直回転軸２３２と交差して
いてもよいが、必ずしもこれに限らない。
一実施形態では、キー２８０の１つまたは複数は、第１，第２，第３，および第４の横
断軸２１６、２１７，２１８，２１９の１つまたは複数が垂直回転軸２３２を横切らない
ように、傾斜角でシャフト２３６の主部２７４から外方に突出していてもよい。図８Ａに
示されている特定の例では、２つのキー２８０ａ，２８０ｃが単一軸に沿ってシャフト２
３６の主部２７４から外方に突出しており、従って、第１および第２の横断軸２１６，２
１８は、一致しており、他の２つのキー２８０ｂ，２８０ｃは、他の単一軸に沿って凹部
の周縁から外方に突出しており、従って、第２および第４の横断軸２１７，２１９は、一
致している。しかし、他の実施形態では、キー２８０の各々は、他のキーが突出している
他の横断軸のいずれとも一致しない横断軸に沿ってシャフト２３６の主部２７４から外方
に突出していてもよい。
シャフトの主部から延在する複数のキーを有するスピンドルは、種々の方法によって形
成することができる。例えば、シャフトの主部から延在する４つのキー２８０を有するス
ピンドル２３０の構造は、単一の一体鋳造品として作製することができる。他の実施形態
では、任意の他の数のキー、例えば、１つ、２つ、または３つのキーを有するスピンドル
が、単一の一体鋳造体として作製されてもよい。他の例では、シャフトの主部から延在す
る２つのキー部を有するスピンドルは、各キー部がシャフトの開口を貫通する単一キーの
端部であり、これらの端部の各々がウエハキャリアがスピンドルに組み合わされるときに
ウエハキャリアの対応するキー溝内に受け入れられるようになっていることを除けば、図
４および図６Ｂに示されている構造体と同様であってもよい。
図８Ｂは、図８Ａに示されているスピンドル２３０の代替的実施形態であるスピンドル
３３０の断面図を示している。スピンドル３３０は、回転軸３３２から離れる方にシャフ
ト３３６の主部３７４から外方に突出する複数のキー３８０ａ，３８０ｃ（総称的に、キ
ー３８０）であって、該スピンドルと別に形成され、該スピンドルに組み合わされるよう
になっている、複数のキー３８０ａ，３８０ｃを有することを除けば、前述したスピンド
ル２３０と同じである。４つのキーを有するスピンドルの実施形態では、他の２つのキー
３８０は、図８Ｂに示されている断面図では見えていない。図８Ｂに示されている実施形
態では、キー３８０ａ，３８０ｃの各々は、シャフト３３６の主部３７４内に部分的に延
在する対応する開口３３７ａ，３３７ｃ内に係合されている。各開口３３７ａ，３３７ｃ
は、対応する第１または第３の横断軸３１６または３１８に沿って突出している。
キー３８０ａ，３８０ｃの各々は、第１および第３の軸３１６，３１８のそれぞれに沿
って回転軸３３２から離れる方にシャフト３３６の主部３７４から外方に突出している。
第１および第３の軸３１６，３１８は、各々、傾斜角で回転軸を含む面を横切っている。
図８Ｂに示されている実施形態では、第１および第３の横断軸３１６，３１８は、各々、
略７５°の角度で回転軸３３２を含む面と交差している。第１および第３の横断軸３１６
，３１８は、各々、約４５°から約８５°の間の角度で回転軸３３２を含む面と交差して
いると好ましい。キー３８０ａ，３８０ｃの各々は、対応する開口３３７ａまたは３３７
ｃの幅と等しいかまたはいくらか小さい幅を有していてもよく、この場合、キーの各々は
、対応する開口内に圧入されることになる。
例えば、図８Ｂから分かるように、複数のキー２８０またはキー３８０を有するスピン
ドル２３０またはスピンドル３３０のいずれかを、複数のキー溝２４８を有するウエハキ
ャリア２４０のようなウエハキャリアに係合されることができる。複数のキー溝を有する
ウエハキャリアへの複数のキーを有するスピンドルの係合は、図４を参照して前述したス
ピンドル３０とウエハキャリア４０との係合と同様であるとよい。例えば、図８Ｂに示さ
れているように、スピンドル３３０の上端３７０がウエハキャリア２４０の凹部２４７内
に係合され、キー３８０ａ，３８０ｃの各々の先端部３８８がキー溝２４８ａ，２４８ｃ
のそれぞれに係合されるようになっているとよい。
複数のキーを有するスピンドルは、等しい数のキー溝を有するウエハキャリアに係合さ
れるようになっていると好ましいが、必ずしもこの限りではない。一例では、任意の数の
キーを有するスピンドルが、該キーの数と等しいかまたはそれよりも多い任意の数のキー
溝を有するウエハキャリアに係合されるようになっていてもよく、この場合、各キー溝は
、キーによって占有されるか、または１つまたは複数のキー溝が、空になっていてもよい
（すなわち、キーがなくてもよい）。例えば、２つのキーを有するスピンドルが、２つ、
３つ、または４つ、または任意の他の数のキー溝を有するウエハキャリアに係合されるよ
うになっていてもよい。
図８Ａおよび図８Ｂは、円断面の先端部を有するキー２８０，３８０を示しているが、
複数のキーを有するこのようなスピンドル２３０，３３０は、種々の断面形状を有する先
端部を備えるキーを有していてもよい。例えば、スピンドル２３０，３３０は、非円形断
面を有する先端部、例えば、図２Ｆ〜図２Ｈに示されているキー８０の先端部８８を有す
る１つまたは複数のキーを有していてもよい。
特定の実施形態では、スピンドル２３０，３３０のようなスピンドルは、各々が第１の
断面を備える先端部を有する１つまたは複数のキーと、各々が第１の断面と異なる形状の
第２の断面を備える先端部を有する１つまたは複数のキーを有していてもよい。例えば、
２つのキーを有するスピンドルは、円断面を備える先端部を有する１つのキー、例えば、
キー２８０または３８０の１つと、非円形断面を有する先端部を有する他のキー、例えば
、キー８０を有していてもよい。
本発明によるキー付きウエハキャリアシステムおよび方法は、前述したように、従来の
回転ディスク反応器システムおよび方法と比較して、いくつかの有力な利点を有すること
ができる。
従来のＭＯＣＶＤ反応器では、ウエハキャリアは、スピンドルに対して無作為の回転位
置に配置されている。従って、ユーザーがウエハキャリア上に保持されたウエハの正確な
回転位置を知ることが、より困難である。ウエハ位置のこの不確かさは、処理プロセスを
監視する能力に悪影響をもたらすことがある。さらに、スピンドルおよびキャリアの係合
面を介して伝達されるトルクが、該係合面間の摩擦係合の力によって制限されることにな
る。緊急時には、スピンドルおよびウエハキャリアの回転を急速に減速する必要がある。
このために、大きなトルクをキャリアに伝達させる必要がある。
対照的に、スピンドル３０のキー８０がウエハキャリア４０のキー溝４８内に係合され
る前述の装置１０は、ウエハキャリア上に保持されたウエハ５０の正確な回転位置をより
確実に得ることができる。ロボット制御システム１１８は、エンコーダ３１からの信号を
用いて、装置の運転中に特定のウエハ５０を識別することができ、ユーザーまたは自動視
覚化システム１１６は、仮にポケット４３が垂直回転軸４２を中心として対称的に分配さ
れていても、基準指標１１０または１１２を用いて、装置の運転後に特定のウエハを識別
することができる。ウエハ識別情報を用いて、ウエハ処理中または後に（例えば、成長後
のＬＥＤのビニングのために）、その場監視データ（例えば、反射率および温度信号）を
ウエハキャリア４０上の特定のウエハと関連付けることができ、その結果、例えば、ウエ
ハ処理中のより最適な温度制御によって、より均一なウエハ処理プロセスをもたらすこと
ができる。
多くのＭＯＣＶＤ成長プロセスでは、作動パイロメータ７０によって測定されたキャリ
アとウエハのそれぞれの温度信号を識別する必要がある。これは、ウエハ５０およびウエ
ハキャリア４０から作動パイロメータ７０によって受信した反射率または放射率の信号の
差を用いて、行われる。キー溝４８内に係合されたキー８０を有する前述の装置１０によ
って可能となるようなウエハキャリア４０の角方位の決定は、特別のウエハ成長プロセス
、すなわち、作動パイロメータ７０がウエハ５０およびウエハキャリア４０から受信した
反射率または放射率のいずれかの信号の差を識別することができない、ウエハ成長プロセ
スに有用である。キー溝４８に対するポケット４３の正確な位置が知られており、キー溝
４８の回転方位がエンコーダ３１によって検出されるので、エンコーダによってウエハキ
ャリア４０の角方位を得ることによって、制御システム、例えば、制御システム１１８が
、作動パイロメータ７０がウエハ上の位置またはウエハキャリア上の位置のいずれから放
射を受信しているかを充分に判断することができる。
また、装置１０は、例えば、装置の通常運転時のウエハキャリアの高加速中または回転
駆動機構３８の緊急シャットダウン中に、スピンドル３０およびウエハキャリア４０の係
合面７３，１０２を介して、表面間の摩擦係合の力によって制限されないより高いトルク
を伝達することができる。従来のＭＯＣＶＤ反応器では、もしウエハキャリアの高加速ま
たは緊急シャットダウンによって生じるルクが充分に大きい場合、ウエハキャリアがスピ
ンドルに対して回転方向に滑ることがあり、その結果、ウエハキャリアの面振れ（すなわ
ち、ウエハキャリアの第１の横断軸１０６がスピンドル３０の回転軸３２と直交しないウ
エハキャリアの傾斜）が生じ、これによって、キャリア−スピンドル界面およびキャリア
の近くの反応器の他の構成要素の損傷をもたらすことがある。本発明による装置１０では
、キー溝４８へのキー８０の係合によって、ウエハキャリアの高加速中または緊急のシャ
ットダウン中にスピンドル３０に対するウエハキャリア４０の回転滑りを防ぎ、これによ
って、装置１０は、スピンドル−キャリア滑りと同様のリスクを含む従来のＭＯＣＶＤ反
応器に用いられるウエハキャリアよりも大きいウエハキャリア（より大きい慣性モーメン
トを有するウエハキャリア）を用いて、運転を行うことができる。
さらに、キー８０のシャンク８２の端部８６の幅Ｗ２とシャフト３６の開口３７の直径
Ｄ３とが密嵌合される装置１０の実施形態では、ウエハキャリア４０とスピンドル３０と
の間の捻じれ負荷は、フォーク９０によって支持されるよりも、むしろキーおよびシャフ
トによって主に支持され、回転モーメントは、シャフトによって拘束されず、キーによっ
てのみ拘束されている。従って、フォーク９０は、著しく大きい捻じれ負荷を支持する必
要がなく、キー８０による損傷から保護されることになる。
もしキー８０がこのような捻じれ負荷によって、スピンドル３０の緊急シャットダウン
中に湾曲または破断されたなら、シャフト３６を取り外すことなく、または取り換えるこ
となく、例えば、フォーク９０を凹部３９から引き出し、新しいキーを開口３７内に挿入
し、フォークを凹部３９内に再配置することができる。
本発明は、回転ディスク反応器を用いる種々のウエハ処理プロセス、例えば、ウエハの
化学蒸着、化学エッチングなどに適用可能である。本発明を特定の実施形態を参照して説
明してきたが、これらの実施形態が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。それ故、例示的な実施形態に対して多くの修正がなされてもよく、添付
の請求項によって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。種々の従属請求項および本明細書に述べた特
徴は、主請求項に記載されている形態と異なる形態で組み合わされてもよいことを理解さ
れたい。また、個々の実施形態に関連して述べた特徴は、記載されている実施形態の他の
特徴と共有されてもよいことも理解されたい。
本発明は、広い産業上の利用可能性、例えば、制限されるものではないが、化学蒸着反
応器のための構造体およびウエハ処理の方法を含んでいる。

Claims (27)

  1. 化学蒸着反応器のための構造体であって、
    内部を有する反応チャンバと、
    前記反応チャンバ内に取り付けられたスピンドルであって、
    垂直回転軸に沿って延在するシャフトであって、前記シャフトは、上端と、前記上端から下方に延在するテーパ部と、前記テーパ部の下方の主部と、を有しており、前記テーパ部は、前記回転軸の周りに拡がるテーパ接触面を画定しており、前記テーパ接触面は、前記上端から離れる下向き方向に徐々に大きくなる直径を有している、シャフトと、
    前記垂直回転軸を横切る第１の横断軸に沿って前記シャフトの前記主部から外方に突出するキーと、
    を有している、スピンドルと、
    を備えている、構造体。
  2. 前記反応チャンバは、前記反応チャンバの壁または基部プレートに位置決め要素を有しており、前記位置決め要素は、前記反応チャンバに設定された座標系と既知の関係を有しており、前記構造体は、前記スピンドルおよび前記位置決め要素に取外し可能に連結されるように構成された原点復帰工具をさらに備えている、請求項１に記載の構造体。
  3. 前記原点復帰工具は、前記キーを受け入れるように構成された長孔を有している、請求項２に記載の構造体。
  4. 前記スピンドルは、前記シャフトまたは前記キーの少なくとも１つに画定された基準指標を有しており、前記指標は、前記回転軸を中心とする周方向において前記キーに対する所定位置に配置されており、前記構造体は、前記基準指標の前記回転位置を検出するように構成された非接触視覚化システムをさらに備えており、前記視覚化システムは、前記反応チャンバに設定された座標系と既知の関係を有している、請求項１に記載の構造体。
  5. 前記スピンドルと共に前記垂直回転軸を中心として回転するように、前記スピンドル上に取外し可能に取り付けられたウエハキャリアであって、前記ウエハキャリアは、互いに反対側を向く上面および底面を画定する本体、およびウエハを該ウエハの表面が前記本体の前記上面に露出するように保持することができるように構成された少なくとも１つのウエハ保持特徴部を有しており、前記ウエハキャリアは、前記本体の前記底面から前記本体内に延在する凹部および前記第１の横断軸に沿って前記凹部の周縁から外方に突出するキー溝を有しており、前記シャフトは、前記凹部内に係合されており、前記キーは、前記キー溝内に係合されているウエハキャリアをさらに備えている、請求項１に記載の構造体。
  6. 前記キーは、前記キー溝内に係合される先端部を有しており、前記先端部は、前記キー溝内に露出した前記本体の下向き面と離間して向き合う上面を有しており、これによって、前記キーは、前記シャフトに対する下向きの運動に対して、前記本体を拘束しないようになっている、請求項５に記載の構造体。
  7. 前記キーは、前記シャフトの前記主部に係合されるようになっている、請求項５に記載の構造体。
  8. 前記本体は、下向きの凹部端面および前記凹部内において前記凹部端面から下方に延在するテーパ接触面を有しており、前記本体の前記テーパ接触面は、前記シャフトの前記テーパ接触面に少なくとも部分的に接触するようになっており、前記端面は、前記スピンドルの前記上端から離間するようになっている、請求項５に記載の構造体。
  9. 前記本体の前記テーパ接触面と前記シャフトの前記テーパ接触面との間の表面接触の中心軌跡は、前記本体の重心の上方に位置するようになっている、請求項８に記載の構造体。
  10. 前記キーは、第１のキーであり、前記キー溝は、第１のキー溝であり、前記スピンドルは、１つまたは複数の第２のキーをさらに備えており、前記第２のキーの各々は、前記垂直回転軸を横切るそれぞれの第２の横断軸に沿って前記シャフトから外方に突出しており、前記ウエハキャリアは、１つまたは複数の第２のキー溝をさらに備えており、前記第２のキー溝の各々は、前記第２の横断軸のそれぞれ１つに沿って前記凹部の周縁から外方に突出しており、前記第２のキーの各々は、前記第２のキー溝の対応する１つに係合するようになっている、請求項５に記載の構造体。
  11. 前記スピンドルは、前記第１の横断軸に沿って前記シャフトを貫通する開口を有しており、前記キーは、前記開口内に係合されるシャンクを備えている、請求項１または５に記載の構造体。
  12. 前記スピンドルは、前記垂直回転軸に沿って前記シャフトの上端から延在する凹部をさらに画定しており、前記スピンドルは、前記凹部内に取外し可能に係合されるフォークをさらに備えており、前記フォークは、一対の分岐部を有しており、前記キーの前記シャンクは、前記フォークの前記分岐部間に係合されるようになっている、請求項１１に記載の構造体。
  13. 前記キーの前記シャンクは、前記フォークの前記２つの分岐部間に位置する中心部および前記中心部に隣接する端部を有しており、前記中心部は、前記フォークの前記分岐部間の分離距離よりも小さい幅を有しており、各端部は、前記分離距離よりも大きい幅を有しており、これによって、前記キーは、前記２つの分岐部間に連結され、前記第１の横断軸に沿った前記シャフトに対する運動に対して、前記フォークによって拘束されるようになっている、請求項１２に記載の構造体。
  14. 前記キーの前記中心部材は、互いに反対側を向く実質的に平面状の側面を備えており、 各側面は、前記分岐部の１つの表面に隣接して配置されており、これによって、前記キーは、前記第１の横断軸を中心とする回転に対して、前記フォークによって回転方向に固定されるようになっている、請求項１３に記載の構造体。
  15. 前記キーおよび前記フォークは、各々、第１の材料から本質的になっており、前記シャフトは、前記第１の材料と異なる第２の材料から本質的になっている、請求項１２に記載の構造体。
  16. 前記フォークは、ネジ付き開口を備えており、前記ネジ付き開口は、前記シャフトの前記上端に露出している、請求項１２に記載の構造体。
  17. 前記キーは、前記シャフトの外側に配置される先端部を有しており、前記先端部は、前記開口の直径よりも大きい前記垂直回転軸と平行の長手方向における高さを有している、請求項１１に記載の構造体。
  18. 前記キーの前記先端部は、前記シャフトの前記上端の方を向く丸みのある上面を有している、請求項１７に記載の構造体。
  19. ）
    前記キーは、第１のキーであり、前記スピンドルは、１つまたは複数の第２のキーをさらに備えており、前記第２のキーの各々は、前記垂直回転軸を横切るそれぞれの横断軸に沿って前記シャフトから外方に突出している、請求項１または５に記載の構造体。
  20. 前記ウエハキャリアの前記少なくとも１つのウエハ保持特徴部は、前記本体の前記上面に画定された複数のポケットを備えており、各ポケットは、ウエハを保持することができるように構成されており、前記ポケットの各々は、中心を有している、請求項５に記載の構造体。
  21. 前記ポケットの少なくともいくつかは、前記回転軸に隣接して配置されており、前記回転軸を中心として分配された円パターンに、前記パターンにおいて互いに隣接するポケットの中心間に間隔を置いて配列されており、前記キー溝は、前記間隔の１つと真っ直ぐに並んでいる、請求項２０に記載の構造体。
  22. 前記円パターンに配列された前記ポケットの少なくともいくつかは、前記垂直回転軸を中心として対称的に分配されている、請求項２１に記載の構造体。
  23. 前記ウエハキャリアの前記本体は、前記本体の前記上面、前記底面、または前記上面と前記底面との間に延在する周面の少なくとも１つに画定された基準指標を有しており、前記基準指標は、撮像装置にとって可視になっており、前記指標は、前記回転軸を中心とする周方向において前記キー溝に対する所定位置に配置されている、請求項５に記載の構造体。
  24. 前記ウエハキャリアの前記底面に平行の面であって、前記第１の横断軸を含んでいる面が、前記基準指標を貫通している、請求項２３に記載の構造体。
  25. 前記スピンドルに接続され、前記スピンドルの回転方位を表す信号をもたらすように構成されたエンコーダと、前記基準指標の回転位置を検出するように構成された自動視覚化システムと、前記キーおよび前記キー溝のそれぞれの回転位置を真っ直ぐに並べるように、前記ウエハキャリアおよび前記スピンドルの少なくとも１つを回転させるように構成されたロボット制御システムと、をさらに備えている、請求項２３に記載の構造体。
  26. 前記ウエハキャリアは、実質的にディスク状である、請求項５に記載の構造体。
  27. 前記キー溝は、第１のキー溝であり、前記ウエハキャリアは、１つまたは複数の第２のキー溝をさらに備えており、前記第２のキー溝の各々は、前記垂直回転軸を横切るそれぞれの横断軸に沿って前記凹部の前記周縁から外方に突出している、請求項５に記載の構造体。
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