JP2016526303A - 熱均一性を増大する特徴部を有する改良型ウェハキャリア - Google Patents

Abstract

化学気相堆積（ＣＶＤ）によって１つ又は複数のウェハ上にエピタキシャル層を成長させるためのシステムで使用されるウェハキャリアアセンブリは、中心軸の周りに対称に形成されたウェハキャリア本体を備えており、ウェハキャリア本体は、前記中心軸に対して垂直に位置する全体的に平坦な上面と、前記上面に対して平行である平坦な下面とを有する。少なくとも１つのウェハ保持ポケットは、前記上面からウェハキャリア本体内に窪んでいる。前記少なくとも１つのウェハ保持ポケットのそれぞれは、底面と、前記底面を取り囲んで当該ウェハ保持ポケットの周縁を画定する周壁面とを有する。少なくとも１つの熱制御特徴部は、ウェハキャリア本体内に形成されてウェハキャリア本体の内面によって画定されている内部キャビティすなわち空隙を有する。

Description

本発明は、ウェハ処理装置、そのような処理装置において使用されるウェハキャリア、及びウェハ処理方法に関する。

多くの半導体デバイスは、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。基板は通常、「ウェハ」と一般に呼ばれる形態の結晶材料である。例えば、ＩＩＩ−Ｖ半導体等の化合物半導体から形成されるデバイスは、通常、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）を使用し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。このプロセスにおいてウェハは、有機金属化合物及びＶ属元素のソースを通常含んだガスの組み合わせに暴露され、ウェハが高温に維持されている間にガスの組み合わせがウェハの表面の真上を流れる。ＩＩＩ−Ｖ半導体の一例は、適切な結晶格子面間隔を有する基板、例えば、サファイアウェ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可能性がある窒化ガリウムである。通常、ウェハは、窒化ガリウム及び関連化合物の堆積中、５００〜１２００℃のオーダーの温度に維持される。

複合デバイスは、わずかに異なる反応条件下でウェハの表面上に多数の層を連続的に堆積させることによって、例えば、半導体の結晶構造及びバンドギャップを変化させるために他のＩＩＩ族元素又はＶ族元素の添加することによって作製される可能性がある。例えば、窒化ガリウムベース半導体において、インジウム、アルミニウム、又はその両方が、いろいろな割合で使用されて、半導体のバンドギャップを変化させることができる。同様に、ｐ−型又はｎ−型ドーパントが、各層の導電率を制御するために添加される可能性がある。半導体層の全てが形成された後、また通常、適切な電気接点が施された後、ウェハは、個々のデバイスに切断される。発光ダイオード（「ＬＥＤ」）、レーザー、並びに他の電子デバイス及び光電子デバイス等のデバイスを、こうして作製することができる。

通常の化学気相堆積プロセスにおいて、多数のウェハは、各ウェハの上面がウェハキャリアの上面で露出されるようにして、ウェハキャリアと一般に呼ばれるデバイス上に保持される。その後、ウェハキャリアは、反応チャンバ内に配置され、所望の温度に維持され、一方、ガス混合物はウェハキャリアの表面の真上を流される。プロセス中、キャリア上の種々のウェハの上面上の全てのポイントにおいて均一な条件を維持することが重要である。反応ガスの組成及びウェハ表面の温度のわずかな変化が、結果として得られる半導体デバイスの特性の望ましくない変動をもたらす。例えば、窒化ガリウムインジウム層が堆積される場合、ウェハ表面温度の変化は、堆積層の組成及びバンドキャップの変化をもたらすことになる。インジウムは、比較的高い蒸気圧を有するため、堆積層は、表面温度が高いウェハの領域において、低い割合のインジウム及びより大きなバンドギャップを有することになる。堆積層がＬＥＤ構造のアクティブ発光層である場合、ウェハから形成されるＬＥＤの発光波長もまた変化することになる。そのため、かなりの努力が、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１つのタイプのＣＶＤ装置は、各々が１つのウェハを保持するように適合された多数のウェハ保持領域を有する大径ディスクの形態のウェハキャリアを使用する。ウェハキャリアは、ウェハの露出面を有するウェハキャリアの上面がガス分配素子に向かって上方に向くようにして、反応チャンバ内でスピンドル上に支持される。スピンドルが回転する間、ガスはウェハキャリアの上面上で下方に方向付けられ、ウェハキャリアの周縁に向かって上面を横切って流れる。使用済みのガスは、ウェハキャリアの下に配設されたポートを通って反応チャンバから排出される。ウェハキャリアは、加熱素子、通常、ウェハキャリアの下面の下方に配設された電気抵抗性の加熱素子によって、所望の高温に維持される。これらの加熱素子は、ウェハ表面の所望の温度を超える温度に維持され、一方、ガス分配素子及びチャンバの壁は、通常、ガスの時期尚早の反応を防止するために、所望の反応温度よりも十分に低い温度に維持される。したがって、熱は、抵抗性加熱素子からウェハキャリアの下面に伝達され、ウェハキャリアを通って上方に向かって個々のウェハまで流れる。熱は、ウェハ及びウェハキャリアからガス分配素子及びチャンバの壁に伝達される。

かなりの努力が、こうしたシステムの最適化を設計するため当技術分野において払われてきたが、なお更なる改良が望ましいであろう。特に、各ウェハの表面にわたるよりよい温度均一性及びウェハキャリア全体にわたるよりよい温度均一性を提供することが望ましいであろう。

発明の概要
本発明の一態様はウェハキャリアを提供し、ウェハキャリアは、上面及び下面並びに複数のポケットを有する本体を備え、上面及び下面は互いに対向して水平方向に延びており、ポケットは、上面に対して開口しており、各ポケットは、ウェハの上面が本体の上面において露出した状態でウェハを保持するように適合されており、キャリアは、水平方向に対して直交する垂直方向を画定する。ウェハキャリア本体は、望ましくは、キャリア本体内にトレンチ、ポケット、又はその他のキャビティ等の１つ又は複数の熱制御特徴部を備える。

１つのタイプの実施形態において、熱制御特徴部はウェハキャリアの本体内に埋め込まれる。別のタイプの実施形態において、埋め込み式のまた非埋め込み式（すなわち、露出式）の熱制御特徴部の組み合わせが利用される。更なる実施形態において、熱制御特徴部は、プロセス雰囲気の流れを許容するチャネルを形成する。

別の実施形態において、熱制御特徴部は、特に、ウェハポケット間にあるウェハキャリアの領域の下方に位置する。これらの熱制御特徴部は、これらの領域の表面に対する熱の流れを制限し、それにより、これらの表面部分を比較的冷たくなるように維持する。１つのタイプの実施形態において、ポケット間の領域の表面温度はほぼウェハの温度に維持され、これにより、履歴的な流れ加熱効果（historic flow heating effect）を回避する。

別の実施形態において、ウェハキャリアは、ウェハを直接に加熱するのを容易にする貫通穴をウェハの下方に備える。１つのこうした実施形態において、ウェハは断熱性の支持リングによって支持される。関連する実施形態において、貫通穴は、ウェハキャリアの上面よりも下面において大きな開口を生成するアンダーカットを有する。本発明の更なる態様は、先に述べたウェハキャリアを組み込むウェハ処理装置及びこうしたキャリアを使用してウェハを処理する方法を含む。

本発明は、添付図面と関連して本発明の種々の実施形態の以下の詳細な説明を考慮して、より完全に理解することができる。

本発明の一実施形態による化学気相堆積装置を示す、簡略化した模式断面図である。 図１の装置において使用されるウェハキャリアの概略上部平面図である。 ウェハと連携したウェハキャリアを示す図２における線３−３に沿って切り取った部分的な概略断面図である。 本発明の更なる実施形態によるウェハキャリアの複数の部分を示す部分的な概略断面図である。 本発明の更なる実施形態によるウェハキャリアの複数の部分を示す部分的な概略断面図である。 本発明の更なる実施形態によるウェハキャリアの複数の部分を示す部分的な概略断面図である。 本発明の更なる実施形態によるウェハキャリアの一部分を示す部分的な概略断面図である。 図９と同様の図であるが、従来のウェハキャリアの一部分を示す。 図７及び図８のウェハキャリアの動作中における温度分布を示すグラフである。 本発明の更なる実施形態によるウェハキャリアの複数の部分を示す部分的な概略断面図である。 本発明の更なる実施形態によるウェハキャリアの複数の部分を示す部分的な概略断面図である。 本発明の更なる実施形態によるウェハキャリアの複数の部分を示す部分的な概略断面図である。 本発明の更なる実施形態によるウェハキャリアの複数の部分を示す部分的な概略断面図である。 本発明の更なる実施形態によるウェハキャリアの複数の部分を示す部分的な概略断面図である。 本発明の更なる実施形態によるウェハキャリアの複数の部分を示す部分的な概略断面図である。 本発明の更なる実施形態によるウェハキャリアの複数の部分を示す部分的な概略断面図である。 本発明のなお更なる実施形態によるウェハキャリアの複数の部分を示す部分的な概略上部平面図である。 本発明のなお更なる実施形態によるウェハキャリアの複数の部分を示す部分的な概略上部平面図である。 本発明の他の実施形態によるウェハキャリアの複数の部分を示す部分的な概略断面図である。 本発明の他の実施形態によるウェハキャリアの複数の部分を示す部分的な概略断面図である。 本発明の他の実施形態によるウェハキャリアの複数の部分を示す部分的な概略断面図である。 本発明の他の実施形態によるウェハキャリアの複数の部分を示す部分的な概略断面図である。 本発明の他の実施形態によるウェハキャリアの複数の部分を示す部分的な概略断面図である。 本発明の他の実施形態によるウェハキャリアの複数の部分を示す部分的な概略断面図である。 本発明の別の実施形態によるウェハキャリアの概略下部平面図である。 図２５のウェハキャリアの一部分を示す部分的な概略拡大下部平面図である。 図２５において線２７−２７に沿って切り取った部分的な概略断面図である。 本発明のなお更なる実施形態によるウェハキャリアの複数の部分を示す部分的な概略下部平面図である。 本発明のなお更なる実施形態によるウェハキャリアの複数の部分を示す部分的な概略下部平面図である。 図２９のウェハキャリアの一部分を示す部分的な概略拡大下部平面図である。 本発明の更に別の実施形態によるウェハキャリアの一部分を示す部分的な概略下部平面図である。 本発明の更に別の実施形態によるウェハキャリアの概略下部平面図である。 ウェハキャリアの本体内の熱ストリームラインを示す断面図であり、熱ストリームラインは、処理中にウェハの表面にわたって温度勾配を生成する熱ブランケッティング効果（heat blanketing effect）をもたらす水平成分を有するストリームラインを含む。 ウェハキャリアの本体内に埋込み式キャビティを生成するために下部プレートが付加される、本発明の一実施形態による断熱特徴部を示す断面図である。 図３４の実施形態の変形を示す断面図であり、１つのタイプの実施形態によれば、埋込み式キャビティは、主に水平の向きに配向され、ポケットの下以外のウェハキャリアの領域に配置されるサイズに作られ、位置決めされる。 ウェハポケット間の領域を具体的に特定するウェハキャリアの平面図である。 図３５〜図３６の実施形態の変形を示す断面図であり、１つのタイプの実施形態によれば、ウェハポケット間に存在する領域の下方においてウェハキャリアの下面に平坦な切欠き部が作られる。 図３５〜図３６の実施形態の変形を示す断面図であり、１つのタイプの実施形態によれば、ウェハポケット間に存在する領域の下方においてウェハキャリアの下面に湾曲した切欠き部が作られる。 図３７に示す実施形態の変形を示し、一実施形態によれば、深い切欠き部が熱特徴部として利用される。 深い切欠き部及び水平チャネルの組み合わせが利用される一実施形態を示す。 開口する切欠き部及び埋込み式ポケットの組み合わせが利用される別の実施形態を示す。 断熱特徴部が固体材料の層状スタックで充填される一実施形態を示す。 シリコンウェハを扱うウェハキャリアに適する別のタイプの実施形態を示す。

本発明の一実施形態による化学気相堆積装置は、反応チャンバ１０を含み、反応チャンバ１０は、チャンバの一端に配置されたガス分配素子１２を有する。ガス分配素子１２を有する端は、本明細書で、チャンバ１０の「上（top）」端と呼ばれる。チャンバのこの端は通常、必ずしもそうではないが、通常の重力座標系（gravitational frame of reference）においてチャンバの上部に配設される。そのため、重力の上方向及び下方向に整列しているかどうかによらず、本明細書で使用される下方向は、ガス分配素子１２から離れる方向を指し、上方向は、ガス分配素子１２に向かうチャンバ内の方向を指す。同様に、素子の「上（top）」面及び「下（bottom）」面は、本明細書で、チャンバ１０及び素子１２の基準座標系を参照して述べられる。

ガス分配素子１２は、ＣＶＤプロセスで使用されるガス、例えば、キャリアガス、並びに、反応性ガスであって、ＩＩＩ族金属、通常、金属有機化合物のソース及びＶ族元素、例えばアンモニア又は他のＶ族水素化物のソース等の、反応性ガスのソース１４に接続される。ガス分配素子は、種々のガスを受け取り、ガスの流れを全体的に下方向に方向付けるように配置される。ガス分配素子１２は、望ましくは、冷媒システム１６に同様に接続され、冷媒システム１６は、ガス分配素子を通して液体を循環させて、動作中に素子の温度を所望の温度に維持するように配置される。冷媒システム１６はまた、チャンバ１０の壁を通して液体を循環させて、壁を所望の温度に維持するように配置される。チャンバ１０はまた、排気システム１８を装備し、排気システム１８は、使用済みガスをチャンバの内部からチャンバの下部又は下部の近くのポート（図示せず）を通して除去して、ガス分配素子から下方向へのガスの連続した流れを許容するように配置される。

スピンドル２０は、スピンドルの中心軸２２が上方向及び下方向に延びるようにしてチャンバ内に配置される。スピンドルは、その上端、すなわち、ガス分配素子１２に最も近いスピンドルの端に、取り付け部２４を有する。示す特定の実施形態において、取り付け部２４は、全体的に円錐の素子である。スピンドル２０は、軸２２の周りにスピンドルを回転させるように配置される電動機ドライブ等の回転ドライブ機構２６に接続される。加熱素子２８は、チャンバ内に取り付けられ、取り付け部２４の下方でスピンドル２０を取り囲む。チャンバはまた、ウェハキャリアの挿入及び取り外し用の開口可能ポート３０を備える。先の素子は、従来の構造とすることができる。例えば、適した保持チャンバは、米国ニューヨーク州のプレーンビュー（Plainview）のビーコインストルメンツインコーポレイテッド（本出願の譲受人）によって、登録商標ＴＵＲＢＯＤＩＳＣの下で商業的に販売されている。

図１に示す動作状況において、ウェハキャリア３２はスピンドルの取り付け部２４上に取り付けられる。ウェハキャリアは、全体的に上面及び下面に垂直に延びる中心軸２５を有する円形ディスクの形態の本体を含む構造を有する。ウェハキャリアの本体は、本明細書で「上（top）」面３４と呼ぶ第１の主表面、及び、本明細書で「下（bottom）」面３６と呼ぶ第２の主表面を有する。ウェハキャリアの構造はまた、取り付け部３９を有し、取り付け部３９は、スピンドル２４の取り付け部２４に係合し、また、上面３４がガス分配素子１２に向かって上に向き、下面３６が加熱素子２８に向かってかつガス分配素子１２から離れるように下に向いた状態で、スピンドル上でウェハキャリアの本体を保持するように配置される。単に例として、ウェハキャリア本体は直径が約４６５ｍｍであり、上面３４と下面３２との間のキャリアの厚さは１５．９ｍｍのオーダーとすることができる。例示の特定の実施形態において、取り付け部３９は、本体３２の下面に円錐台状の窪みとして形成される。しかし、その開示が参照により本明細書に組み込まれる、本出願の譲受人に譲渡された同時係属中の米国特許公報第２００９／０１５５０２８号に記載されるように、ウェハキャリアの構造は、本体とは別個に形成されたハブを含むことができ、また、取り付け部は、こうしたハブ内に組み込むことができる。同様に、取り付け部の構成は、スピンドルの構成に依存することになる。

本体は、耐火コーティング、例えば炭化物、窒化物、又は酸化物が有る状態又は無い状態で、非金属性で耐火性の第１の材料、例えば、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、石英、グラファイト、及びその組み合わせからなる群から選択される材料のモノリシックスラブとして形成された主部分３８を望ましくは含む。

ウェハキャリアの本体は、中心軸２５及び中心軸２５の近くの中央領域２７と、中央領域を包囲するポケットすなわちウェハ保持領域２９と、ポケット領域を包囲しかつ本体の周縁を画定する周縁領域３１とを有する。周縁領域３１は、本体の外側末端において上面３４と下面３６との間に延びる周面３３を画定する。

キャリアの本体は、ポケット領域２９の上面に対して開口している複数の円形ポケット４０を画定する。図１及び図３に最もよく見られるように、本体の主部分３８は、実質的に平坦な上面３４を画定する。主部分３８は、主部分を通して上面３４から下面３６まで延びる穴４２を有する。副部分（minor portion）４４は、各穴４２内に配設される。各穴４２内に配設される副部分４４は、ポケット４０の底面４６を画定し、底面は上面３４よりも下側に窪んでいる。副部分４４は、耐火コーティング、例えば炭化物、窒化物、又は酸化物が有る状態又は無い状態で、第２の材料、好ましくは、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、石英、グラファイト、及びその組み合わせからなる非金属性の耐火性材料から形成される。第２の材料は、望ましくは、主部分を構成する第１の材料と異なる。第２の材料は、第１の材料の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有することができる。例えば、主部分がグラファイトから形成される場合、副部分を炭化ケイ素から形成することができる。副部分４４及び主部分３８は、本体の下面３６を協働して画定する。図３に示す特定の実施形態において、主部分３８の下面は平坦であり、副部分４４の下面は主部分の下面と同一平面上にあるため、下面３６は平坦である。

副部分４４は、穴４２の壁と摩擦係合する。例えば、副部分は、穴に圧入してもよいし、あるいは、主部分の温度を高くし、冷たい副部分を穴に挿入することによって収縮嵌合することもできる。望ましくは、全てのポケットは均一な深さである。この均一性は、副部分の全てを均一な厚さになるよう形成することによって、例えば、副部分を研削又は研磨することによって容易に達成される可能性がある。

各副部分４４と主部分３８の周辺材料との間には熱障壁４８が存在する。熱障壁は、主部分のバルク材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する領域である。図３に示す特定の実施形態において、熱障壁は、巨視的なギャップ４８、例えば、穴４２を画定する主部分３８の壁内の溝によって形成される約１００ミクロン以上の厚さのギャップを含む。このギャップは、空気又は動作中に遭遇するプロセスガス等のガスを含み、したがって、近傍の固体材料よりもずっと低い熱伝導率を有する。

副部分４４及び主部分３８の当接面はまた、熱障壁の複数の部分を画定する。これらの表面は、巨視的スケールで互いに当接するが、どの表面も完全に平滑ではない。したがって、当接面の複数の部分間に巨視的なガス充填されたギャップが存在することになる。これらのギャップはまた、副部分４４と主部分３８との間の熱伝導を妨害することになる。

図２及び図３を参照して最もよく認識されるように、各ポケット４０は、ポケット軸６８を有し、ポケット軸６８は、上面及び下面３４、３６に垂直で、かつ、ウェハキャリアの中心軸２５に平行な垂直方向に延びている。各ポケットに関連する熱障壁４８は、もっぱらそのポケットのポケット軸６８の周りで、ポケットの周囲に整列して延びている。この実施形態において、各熱障壁４８は、ポケット軸６８と同軸でかつポケット４０の半径に等しいか又はほぼ等しい半径を有する直円柱の形態で理論上の画定面（theoretical defining surface）６５に沿って延びている。熱障壁４８を形成する特徴部、例えばギャップ３８及び副部分４４と主部分３８の当接面は、画定面６５に沿う方向において、画定面に垂直な方向のこれらの特徴部の寸法よりもずっと大きい寸法を有する。熱障壁４８の熱伝導率は、本体の隣接する部分の熱伝導率よりも小さい、すなわち、主部分３８及び副部分４４の熱伝導率よりも小さい。そのため、熱障壁４８は、画定面に垂直な方向、すなわち、上面及び下面３４、３６に平行な水平方向における熱伝導を遅らせる。

本発明のこの実施形態によるウェハキャリアは、キャリア本体のポケット領域２９と周縁領域３１との間に設けられた周縁熱制御特徴部、すなわち熱障壁４１を更に含む。この実施形態において、周縁熱障壁４１は、本体の主部分３８に入るように延びるトレンチである。ウェハキャリアの特徴部を参照してこの開示で使用されるとき、用語「トレンチ（trench）」は、ウェハキャリア内のギャップであって、その幅よりも実質的に大きい深さを有してウェハキャリアの表面まで延びるギャップを意味する。この実施形態において、トレンチ４１は、単一の一体型素子、すなわち本体の主部分３８に形成される。同様に、この実施形態において、トレンチ４１は、どんな固体又は液体材料によっても充填されず、したがって、周辺雰囲気、例えば、キャリアがチャンバの外にあるとき、空気、又は、キャリアがチャンバ内にあるとき、プロセスガスで充填されることになる。トレンチは、軸２５の周りの回転表面の形態である画定面４５、この場合、ウェハキャリアの中心軸２５と同心の直円柱に沿って延びている。トレンチの場合、画定面は、トレンチの壁から等距離の表面と考えることができる。換言すれば、トレンチ４３の深さ寸法ｄは、ウェハキャリアの上面及び下面に垂直であり、かつ、ウェハキャリアの中心軸に平行である。トレンチ４１は、画定面に平行なトレンチの寸法よりも小さい、表面４５に垂直な幅方向寸法ｗを有する。

キャリアは、ポケットに関連するロック５０を更に含む。ロックは、その開示が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第８，５３５，４４５号においてより詳細に述べられるように構成することができる。ロック５０は、オプションであり、省略される場合がある。すなわち、本開示の以下で述べる他のキャリアはロックを省略する。ロック５０は、好ましくは、副部分４４の熱伝導率よりも小さく、また好ましくは主部分３８の熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有する耐火性材料から形成される。例えば、ロックは石英から形成される場合がある。各ロックは、垂直円柱シャフトの形態の中央部分５２（図３）及び円形ディスクの形態の下部部分５４を含む。各ロックの下部部分５４は、上向きの支持表面５６を画定する。各ロックは、中央部分の軸を横断して突出する上部部分５８を更に含む。上部部分は、中央部分５２の軸の周りに対称でない。各ロックの上部部分５８は、ロックの支持表面５６を覆うが支持表面から離間する下向きのロック表面６０を画定する。そのため、各ロックは、表面５６と６０との間にギャップ６２を画定する。各ロックは、ロックの上部部分５８がポケットを覆って突出する図３に示す動作位置と、上部部分がポケットを覆って突出しない非動作位置との間でロックが移動できるようにウェハキャリアに留められる。

動作時、キャリアは、円形のディスクに似たウェハ７０を装填される。各ポケットに関連するロック５０のうちの１つ又は複数がその非動作位置にある状態で、ウェハは、ウェハの下面７２がロックの支持表面５６に載るようにポケット内に設置される。ロックの支持表面は、ウェハの下面７２をポケットの底面４６上で協働して支持するため、ウェハの下面とポケットの底面との間にギャップ７３（図３）が存在し、また、ウェハの上面７４は、キャリアの上面３４と同一平面上にあるか又はほぼ同一平面上にある。ロックを含むキャリアの寸法は、ウェハのエッジすなわち周面７６とロックの中央部分５２との間に非常に小さな隙間が存在するように選択される。そのため、ロックの中央部分５２は、ポケット内でウェハを心出しするため、ウェハのエッジとポケットの壁との間の距離はウェハの周縁の周りで実質的に均一である。

ロックは、各ロックの上部部分５８及び下向きのロック表面６０（図３）は、ポケットの真上で、したがって、ウェハの上面７４の真上で内に突出するように動作位置にもたらされる。ロック表面６０は、支持表面５６よりも高い垂直レベルに配設される。そのため、ウェハは、支持表面５６とロック表面との間で係合し、キャリアに対する上方又は下方の移動に抗して拘束される。ロックの上部及び下部要素は、望ましくは、実用的である程度に小さいため、これらの要素は、各ウェハの周縁に隣接してウェハ表面の非常に小さな部分にだけ接触する。例えば、ロック表面及び支持表面は、ウェハ表面の数平方ミリメートルだけに係合することができる。

通常、ウェハは、キャリアが反応チャンバの外にある間にキャリア上に装填される。キャリは、ウェハがキャリア上にある状態で、従来のロボット装置（図示せず）を使用して反応チャンバ内に装填されるため、キャリアの取り付け部３９は、スピンドルの取り付け部２４に係合し、キャリアの中心軸２５は、スピンドルの軸２２に一致する。スピンドル及びキャリアは、その共通軸の周りに回転する。使用される特定のプロセスに応じて、こうした回転は、数百回転／分以上とすることができる。

ガスソース１４は、プロセスガス及びキャリアガスをガス分配素子１２に供給するように作動されるため、これらのガスは、ウェハキャリア及びウェハに向かって下方に流れ、キャリアの上面３４の真上で、また、ウェハの露出した上面７４の真上で全体的に半径方向に外に流れる。ガス分配素子１２及びチャンバ１０の壁は、比較的低い温度に維持されて、これらの表面におけるガスの反応を抑制する。

加熱器２８が作動されて、キャリア及びウェハを、或る化学気相堆積プロセスの場合に５００℃から１２００℃のオーダーである場合がある所望のプロセス温度に加熱する。熱は、主に放射熱伝達によって加熱器からキャリア本体の下面３６に伝達される。熱は、伝導によって、キャリア本体の主部分３８を通って本体の上面３４に上方に流れる。熱はまた、ウェハキャリアの主部分４４を通り、ポケットの底面とウェハの下面との間のギャップ７３を横切り、そして、ウェハを通ってウェハの上面７４まで上方に流れる。熱は、本体及びウェハの上面からチャンバ１０の壁及びガス分配素子１２まで放射によって伝達されると共に、ウェハキャリアの周面３３からチャンバの壁まで伝達される。熱はまた、ウェハキャリ及びウェハからプロセスガスに伝達される。

プロセスガスは、ウェハを処理するためウェハの上面で反応する。例えば、化学気相堆積プロセスにおいて、プロセスガスは、ウェハ上面上に堆積物を形成する。通常、ウェハは結晶材料から形成され、堆積プロセスは、ウェハの材料の格子間隔と同様の格子間隔を有する結晶材料のエピタキシャル堆積である。

プロセス均一性について、各ウェハの上面の温度は、ウェハの上面全体にわたって一定であり、かつ、キャリア上の他のウェハの温度と同じであるべきである。これを達成するため、各ウェハの上面７４の温度は、キャリア上面３４の温度に等しくあるべきである。キャリア上面の温度は、本体の主部分３８を通した熱伝達率に依存し、一方、ウェハ上面の温度は、副部分４４、ギャップ７３、及びウェハ自体を通した熱伝達率に依存する。副部分４４の高い熱伝達率及び結果得られる低い熱抵抗は、ギャップ７３の高い熱抵抗を補償するため、ウェハ上面は、キャリア上面の温度に実質的に等しい温度に維持される。これは、ウェハのエッジとキャリアの周辺部分との間の熱伝達を最小にし、したがって、各ウェハの上面全体にわたって均一な温度を維持するのに役立つ。この効果を提供するため、ポケット４６の底面は、主部分３８の隣接する部分よりも高い温度でなければならない。本体の副部分４４と主部分３８との間の熱障壁４８は、水平方向への副部分４４と主部分３８との間の熱伝導を最小にし、したがって、副部分４４から主部分３８への熱損失を最小にする。これは、ポケットの底面とキャリア上面との間のこの温度差を維持するのに役立つ。更に、ポケットの周縁におけるキャリア内での水平方向熱伝達の減少はまた、ポケットを直接取り囲むキャリア上面の局所的加熱を減少させるのに役立つ。以下で更に述べるように、ポケットを直接取り囲むキャリア上面のこれらの部分は、キャリア上面の他の部分よりも熱くなる傾向がある。この効果を減少させることによって、熱障壁はより均一な堆積を促進させる。

ウェハキャリア本体の周縁部分３１がチャンバ１０の壁の近くに配設されるため、ウェハキャリアの周縁部分は、高速で熱をチャンバの壁に伝達する傾向があり、したがって、ウェハキャリアの残りよりも低い温度になる傾向がある。これは、周縁領域に最も近い、ポケット領域２９の外側の近くのキャリア本体の部分を冷却する傾向がある。周縁熱障壁４１は、ポケット領域から周縁領域への水平方向熱伝達を減少させ、したがって、ポケット領域に対する冷却効果を減少させる。これは、次に、ポケット領域内の温度差を減少させる。周縁熱障壁が、周縁領域３１とポケット領域との間の温度差を増加させることになるが、この温度差は、プロセスに悪い影響を及ぼさない。ガスは、周縁領域の真上を外に流れ、したがって、冷たい周縁領域の真上を通過するガスは、処理されるウェハのどのウェハにも衝当しない。周縁領域及びポケット領域の外側部分により多くの熱が伝達されるように、加熱素子２８（図１）を不均一に作ることによってウェハキャリアの周縁からチャンバの壁への熱伝達を補償することが、これまで慣行であった。このアプローチは、図示するように、周縁熱障壁と連携して使用される可能性がある。しかし、周縁熱障壁は、こうした補償についての必要性を減少させる。

２０１０年８月１３日に出願された、先に述べた米国特許出願第１２／８５５，７３９号及び２０１１年８月４日に出願された対応する国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０４６５６７号においてより詳細に述べられるように、ロック５０は、関連するポケット内で各ウェハを心出しされた状態に維持し、ウェハの反りによる上方への移動に抗してウェハのエッジを保持する。これらの効果は、ウェハに対するより均一な熱伝達を促進する。

更なる変形（図４）において、キャリア本体の副部分３４４は、石英又は主部分及び副部分の伝導率よりも低い熱伝導率を有する別の材料から形成されるブッシング３４８によって主部分３３８に取り付けられる。ここで再び、副部分は、望ましくは主部分よりも高い熱伝導率を有する。ブッシングは、副部分と主部分との間の熱障壁の一部の役をする。ブッシングと副部分との間及びブッシングと主部分との間の固体−固体界面は、更なる熱障壁を提供する。この変形において、ブッシングは、ポケットの垂直壁を画定する。

図５の実施形態は、ギャップ４８が熱障壁として設けられるように、各副部分４４４が主部分４３８内の対応する穴４４２よりも小さい直径の本体４４３を含むことを除いて、図１〜図３を参照して先に述べた実施形態と同様である。各副部分はまた、副部分と穴４４２の同心性を維持するため、主部分４３８に密接嵌合したヘッド４４５を含む。

図６のウェハキャリアは、図１〜図３を参照して先に述べたキャリアと同様の主部分５３８及び副部分５４４を含む。しかし、図６のキャリア本体は、副部分を取り囲み、各副部分と主部分との間に配設されたリングに似た境界部分５０２を含む。境界部分５０２は、主部分及び副部分の熱伝導率と異なる熱伝導率を有する。示すように、境界部分は各ポケットの周縁の下方において整列する。更なる変形例において、境界部分は、各ポケットを取り囲む上面５３４の一部の下方において整列する場合がある。境界部分の熱伝導率は、ウェハのエッジへの／からの熱伝達に相殺するように独立に選択される可能性がある。例えば、上面５３４のこれらの部分が、ウェハよりも熱くなる傾向がある場合、境界部分の熱伝導率は、主部分の伝導率よりも低い可能性がある。

図７に部分的に示す本発明の更なる実施形態によるウェハキャリアは、本体の上面２３４及び下面２３６を画定する耐火性材料からなる一体型の主部分２３８を含む本体を有する。主部分は、本体の上面に形成されたポケット２４０を画定する。各ポケットは、底面２４６と、ポケット２４０を取り囲む周壁面と、底面２４６よりも高い垂直レベルでポケットの周りに延びている上向きのウェハ支持表面２６０とを有する。ポケットは、全体的に垂直ポケット軸２６８の周りに対称である。トレンチの形態の熱障壁２４８は、ポケットの周縁の下方において軸２６８の周りに延びている。この実施形態において、トレンチ２４８は、キャリア本体の上面２３４に対して開口する。すなわち、トレンチ２４８は、上面の一部を構成するウェハ支持表面２６０に交差する。トレンチ２４８は、ポケット軸２６８と同心の直円柱の形態の画定面を有する。トレンチ２４８は、ポケット底面２４６からほぼ完全にウェハキャリアの下面２３６まで下方に延びているが、下面の手前で停止する。トレンチは、ポケット底面２４６を画定するキャリア本体の副部分２４４を実質的に取り囲む。

動作中、トレンチ２４８は、水平方向への熱伝導を抑制する。副部分２４４及び主部分２３８は互いに一体に形成されるが、副部分と主部分との間に依然として温度差が存在し、水平方向熱伝導を抑制する必要性が依然として存在する。この必要性は、図７のキャリアと同様の従来のウェハキャリアを示すが、熱障壁がない図８を参照して理解される可能性がある。ウェハ２７０’がポケット内に配設されると、ウェハとポケット底面２４６’との間にギャップ２７３’が存在することになる。ギャップ２７３’内のガスは、ウェハキャリアの材料よりも実質的に低い熱伝導率を有し、したがって、副部分をウェハから断熱する。動作中、熱はウェハキャリアを通って上方に伝導し、キャリアの上面２３４’から周辺部に、またウェハ上面２７４’から周辺部に喪失される。ギャップは、ウェハの下にあるキャリア部分２４４’からウェハへの垂直の熱の流れを遮断（block）する断熱材として働く。これは、底面２４６’のレベルで部分２４４’が主部分２３８’と直接に隣接する部分よりも熱いことを意味する。そのため、熱は、図８の矢印ＨＦで概略的に示すように、部分２４４’から部分２３８’に水平に流れることになる。これは、ポケットを直接取り囲む主部分２３８の複数の部分の温度を上げるため、ポケットを直接取り囲む上面２３４’の部分Ｓ’は、ポケットから遠い上面２３４’の他の部分Ｒ’よりも熱い。更に、水平方向の熱の流れは、ポケット底面２４６’を冷却する傾向がある。冷却は不均等であるため、ポケット軸２６８’に近いポケット底面の複数の部分は、軸から遠い部分よりも熱い。ギャップ２７３’の断熱効果があるため、ウェハ上面２７４’は、キャリア上面２３４’よりも冷たくなることになる。水平方向の熱伝導によるポケット底面２４６’の冷却は、この効果を悪化させる。更に、ポケット底面の不均等な冷却は、ウェハ上面２７４’での不均等な温度をもたらし、ウェハ上面の中心ＷＣ’はウェハ上面の周縁ＷＰ’よりも熱い。

これらの効果を図９の実線曲線２０２で示しており、実線曲線２０２は、ウェハ上面の上面温度対ポケット軸からの距離のプロットである。やはり、ウェハ上面（ポイントＷＣ’及びＷＰ’）は、キャリア上面（ポイントＲ’及びＳ’）よりも実質的に冷たく、また、ポイントＷＣ’とＷＰ’との間にかなりの温度差が存在する。ポイントＳ’はＲ’よりも熱い。これらの温度差は、プロセス均一性を減少させる。

図７のウェハキャリアにおいて、熱障壁２４８はこれらの効果を抑制する。副部分２４４からの水平方向の熱伝導が遮断（block）されるために、底面２４６、ひいてはウェハ上面２７４は温度がより熱くかつよりほぼ均一である。図９の波線曲線２０４で示すように、ポイントＷＣ及びＷＰの温度はほぼ等しく、かつ、ポイントＲ及びＳにおけるキャリア上面の温度に近い。同様に、ポケットに近いポイントＳの温度は、ポケットから遠いポイントＲの温度に近い。

更なる実施形態によるウェハキャリアは、複数のポケット７４０を画定する一体型本体８５０を含み、複数のポケット７４０のうちの１つだけが図１０に示される。各ポケット７４０は、底面７４６の上に配設された支持表面７５６及びポケットを取り囲むアンダーカット周壁７４２を有する。ポケットは、ポケットの周縁の近くでポケット軸７６８の周りに延びている外側熱障壁又はトレンチ６００を有する。トレンチ６００は、図７を参照して先に述べたトレンチ２４８と同様である。図７のキャリアの場合と同様に、トレンチ６００は、ウェハキャリアの上面に対して開口するが、ウェハキャリア下面８６０の壁を貫通して延びてはいない。トレンチ６００は、支持表面７５６であって、周壁７４２と、支持表面の内側エッジを形成する壁８１０との間の、支持表面７５６に交差する。ここで再び、トレンチ６００は、実質的に垂直であり、かつ、全体的にポケット７４０の軸７６８と同心の直円柱の形態である。単に例として、トレンチ６００の幅ｗは、種々の値であり、例えば、約０．５から約１０，０００ミクロン、約１から約７，０００ミクロン、約１から約５，０００ミクロン、約１から約３，０００ミクロン、約１から約１，０００ミクロン、又は約１から約５００ミクロンを含む可能性がある。特定のウェハキャリア設計における特定のトレンチ６００の選択される幅ｗは、予想されるウェハ処理条件、ウェハキャリアによって保持されるウェハ上に材料を堆積させるためのレシピ、及びウェハ処理中のウェハキャリアの予想される熱プロファイルに応じて変わる可能性がある。

ウェハキャリアは、外側熱障壁又はトレンチ６００の内部でポケット軸７６８の周りに延びる内側熱障壁又はトレンチ６１０を更に含む。そのため、トレンチ６１０は、ポケット４０の直径よりも小さい直径を有する。トレンチ６１０は、トレンチが、ウェハキャリアの下面に対して開口するが、ウェハキャリアの上面に対して開口しないように、ウェハキャリアの下面８６０に交差する。トレンチ又は熱障壁６１０は、トレンチの上面及び下面に対して斜めである画定面を有する斜め熱障壁である。換言すれば、トレンチの深さ寸法ｄは、ウェハキャリアの上面及び下面に対して斜めの角度で存在する。示す実施形態において、トレンチ６１０の画定面６１１は、全体的にポケット軸７６８と同心の円錐の一部分の形態であり、トレンチ６１０と下面８６０との交差部は、ポケット軸と同心の円の形態である。トレンチ６１０の画定面６１１が下面に交差する角度は、約３°から約ほぼ９０°の範囲にある可能性がある。単に例として、トレンチ６１０の幅ｗは、種々の値であり、例えば、約０．５から約１０，０００ミクロン、約１から約７，０００ミクロン、約１から約５，０００ミクロン、約１から約３，０００ミクロン、約１から約１，０００ミクロン、又は約１から約５００ミクロンを含む可能性がある。特定のウェハキャリア設計における特定のトレンチ６１０の選択される幅ｗは、予想されるウェハ処理条件、ウェハキャリアによって保持されるウェハ上に材料を堆積させるためのレシピ、及びウェハ処理中のウェハキャリアの予想される熱プロファイルに応じて変わる可能性がある。

外側トレンチ６００は、先に述べた方法と同様な方法で機能して、ウェハ７０の下にあるウェハキャリア本体の部分７４４と本体８５０の残りの部分との間の水平方向への熱伝導を妨げる。斜め熱障壁又はトレンチ６１０は、水平方向への熱伝導を妨げ、また同様に、垂直方向への熱伝導を妨げる。これらの２つの効果のバランスは角度に依存することになる。そのため、トレンチ６１０は、ポケット底面７４６の中心の近くの温度を、ポケット底面の他の部分に対して減少させ、したがって、ウェハ上面の中心のまたその近くの温度を減少させることになる。

図１１のウェハキャリアは、内側の斜めトレンチ６２０が、ウェハキャリアの上面に対して開口するが、下面に対して開口しないことを除いて、図１０のウェハキャリアと同一である。そのため、トレンチ６２０は、ギャップ７３と連通するように、ポケットの底面７４６を貫通して延びている。しかし、トレンチ６２０は、ウェハキャリア８５０の下面８６０を貫通して延びてはいない。

図１２のウェハキャリアは、外側トレンチ６３０（図１２）が、ウェハ支持表面７５６のすぐ内側でポケットの底面７４６に交差するため、トレンチの一方の壁が、ウェハ支持表面の内部エッジにおいて段差表面８１０と連続になることを除いて、図１０のウェハキャリアと同一である。

図１３のウェハキャリアは、内側の斜めトレンチ６２０が、ウェハキャリアの下面ではなく上面に対して開口することを除いて、図１２のウェハキャリアと同一である。トレンチ６２０は、ポケット底面７４６に交差し、ギャップ７３に露出されるが、ウェハキャリア８５０の下面８６０を貫通して延びてはいない。

図１４のウェハキャリアは、図１０のウェハキャリアと同様であるが、斜めトレンチである外側トレンチ６４０を有する。外側トレンチ６４０は、ウェハ支持表面７５２と周壁７４２の接合部で又はその近くでウェハ支持表面７５２に交差する。トレンチ６４０の画定面は、円錐の一部分の形態であり、かつ、水平面に対して角度βで延びている。トレンチ６４０は、ウェハキャリア下面８６０に交差しない。角度βは、好ましくは、約９０°から約３０°の範囲内にある。

図１５のウェハキャリアはまた、図１０のウェハキャリアと同様であるが、ポケット底面７４６に交差し、かつ、水平面に対して角度αで延びる外側の斜めトレンチ６５０を有する。この実施形態でも、外側トレンチはウェハキャリアの下面ではなく上面に対して開口する。そのため、トレンチは、ギャップ７３に連通するが、ウェハキャリア８５０の下面８６０を貫通して延びてはいない。トレンチ６５０は、全体的にポケットの垂直軸に同心の円錐の一部分の形態であり、水平面に対して角度αで配設される。角度αは、望ましくは、約９０°から約１０°であり、より小さい角度は、角度トレンチ６１０に入るようには延びていない角度トレンチ６５０によって制限される。

図１６は、図１０の配置構成の別の変形を示し、ポケットの軸を直接取り囲む領域内でウェハキャリアの下部から体積９００が取除かれる。その開示が参照により本明細書に組み込まれる、同時係属中の本出願の譲受人に譲渡された米国特許公報第２０１０／００５５３１８号（２０１３年６月１９日に公開された公報第ＥＰ２６０３９２７号）に開示されるように、ウェハキャリアの熱コンダクタンスは、その厚さを変化させることによって変化する可能性がある。そのため、ポケット軸７６８においてポケット底面７４６の下にあるウェハキャリアの比較的薄いセクション７０７は、ウェハキャリアの他のセクションに比べて実質的に大きい熱コンダクタンスを有することになる。主に伝導ではなく放射によって熱がウェハキャリアの下部に伝達されるため、取り除かれる体積９００は、ウェハキャリアのこの部分をそれほど断熱しない。そのため、ポケット底面の中心は、他の部分よりも高温になることになる。突出エッジ７０９は、セクション７１１からの放射を遮断する傾向があり、底面７４６の対応するセクションを冷たくすることになる。この配置構成は、例えば、ウェハが、ポケットの中心でポケットの底面７４６から離れるように反る傾向がある場合に使用される可能性がある。この場合、ポケットの中心におけるギャップ７３の熱コンダクタンスは、ポケットのエッジの近くのギャップの熱コンダクタンスよりも低いことになる。ポケット底面上での不均等な温度分布が、ギャップの不均等なコンダクタンスを相殺することになる。反対の効果は、ウェハキャリアを選択的に肉厚化して、そのコンダクタンスを減少させることによって得られる可能性がある。

図１０を参照して先に述べたように、トレンチ６１０（図１０）等の斜めトレンチは、垂直方向への熱伝導を減少させ、したがって、ポケット底面の部分等の、斜めトレンチを覆うウェハキャリア表面の部分の温度を減少させる可能性がある。図３を参照して先に述べた障壁４８等のトレンチ以外の熱障壁はまた、ウェハキャリアの水平面に対して斜めである画定面によって形成される可能性がある。更に、ウェハキャリアは、熱伝導率を減少させるのではなく熱伝導率を局所的に増加させる熱特徴部を備える可能性がある。先に述べた実施形態において、トレンチ及びギャップは、固体又は液体材料を実質的に含まないため、これらのトレンチ及びギャップは、動作中にチャンバ内のプロセスガス等の、周辺部内に存在するガスで充填されることになる。こうしたガスは、ウェハキャリアの固体材料よりも低い熱伝導率を有する。しかし、トレンチ又は他のギャップは、耐火性コーティング、例えば炭化物、窒化物、又は酸化物が有る状態又は無い状態で、炭化ケイ素、グラファイト、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、石英、及びその組み合わせ等の非金属性の耐火性材料で、又は、耐火性金属で充填される可能性がある。ウェハキャリアの固体充填物と周辺材料との間の界面が、ガスを含まないように、固体充填物がトレンチ又はギャップ内に形成される場合、また、固体充填物が周辺材料よりも高い伝導率を有する場合、充填されたトレンチ又はギャップは、ウェハキャリアの周辺部分よりも高い熱伝導率を有することになる。この場合、充填されたトレンチ又はギャップは、増大したコンダクタンスを有する特徴部を形成することになり、その特徴部は、先に述べた熱障壁と逆の方法で働く。本開示で使用される用語「熱制御特徴部（thermal control feature）」は、熱障壁と増大したコンダクタンスを有する特徴部の両方を含む。

先に述べた実施形態において、ポケットに関連する熱制御特徴部は、ポケット軸の周りにもっぱら延びており、こうした軸の周りに対称であるため、各熱特徴部の画定面は、円柱又は円錐等の、ポケット軸の周りの完全な回転表面である。しかし、熱制御特徴部は、非対称、途切れ状、又は両方とすることができる。そのため、図１７に示すように、トレンチ８０１は、それぞれがポケット軸８６８の周りに部分的に延びる３つのセグメント８０１ａ、８０１ｂ、及び８０１ｃを含む。セグメントは、場所８０３において途切れ部によって互いから分離される。別のトレンチ８０５は、隣接する穴の各対の間でトレンチが途切れるように、一連の別個の穴８０７として形成される。トレンチ内の途切れ部は、ウェハキャリアの機械的完全性を保存するのに役立つ。

図１８に見られるように、単一トレンチ９０１ａは、ポケット９４０ａのポケット軸９６８ａの周りに単に部分的に延びている。このトレンチは、他のポケット９４０ｂ、９４０ｃ、及び９４０ｄに関連するトレンチ９０１ｂ、９０１ｃ、及び９０１ｄと連続するため、トレンチ９０１ａから９０１ｄは、４つの隣接するポケットのグループの周りに延びる単一の連続トレンチを形成する。ポケット９４０ａの周縁のすぐ外側に配設された更なるトレンチ９０３ａは、ポケットの周りに部分的に延びており、隣接するポケットに関連する対応するトレンチ９０３ｂ〜９０３ｄと結合する。更なる変形（図示せず）において、単一の連続トレンチは、ウェハキャリア上のポケットの密度に応じて、２つ又は３つの隣接するポケットのグループの周りに延びる場合がある、又は、５つ以上の隣接するポケットのグループの周りに延びる場合がある。ポケット間の連続ブリッジの場所並びに連続トレンチの長さ及び幅は変わる可能性がある。連続ブリッジは、例えば、連続トレンチ又は一連の別個の穴（例えば、図１７に示す穴８０７）から形成される可能性がある。

ウェハキャリアの表面上の複数のポケットの場所は、ウェハキャリア上の温度分布に影響を及ぼす可能性がある。例えば、図１８に示すように、ポケット９４０ａ〜９４０ｄは、ウェハ上面の小さな領域９０９を取り囲む。図９に関連して先に説明したように、各ポケットにおけるウェハとギャップの断熱効果は、キャリアの隣接する領域に対する水平方向の熱の流れをもたらす傾向がある。そのため、領域９０９は、キャリア上面の他の領域よりも熱くなる傾向があることになる。トレンチ９０３ａ〜９０３ｄはこの効果を減少させる。

そのため、熱制御特徴部は、全体としてキャリアの表面の真上の、並びに、個々のウェハの表面の真上の温度分布を制御するために必要に応じて使用される可能性がある。例えば、隣接するポケット及びウェハの効果のせいで、個々のウェハの表面の真上の温度分布は、ポケット軸の周りに非対称になる傾向がある場合がある。ポケット軸の周りに非対称であるトレンチ等の熱制御特徴部はこの傾向を相殺する可能性がある。本明細書で述べられる熱制御特徴部を使用して、ポケットの軸の周りの半径方向及び方位方向の任意の所望の温度分布が達成される可能性がある。

トレンチは、ポケットの、又は、ポケット内の支持表面の全体的な輪郭に全体的にたどる回転表面である必要はない。そのため、トレンチは、ウェハ上で所望の温度プロファイルを達成する任意の他の幾何形状である可能性がある。こうした幾何形状は、例えば、円、楕円、オフアクシス（又は、オフアラインド（off-aligned）とも呼ばれる）円、オフアクシス楕円、サーペンタイン（オンアクシスとオフアクシス（又は、オフアラインドとも呼ばれる）の両方）、スパイラル（オンアクシスとオフアクシス（又は、オフアラインドとも呼ばれる）の両方）、クロソイド（clothoide）（コルニュのスパイラル（cornu spiral））（オンアクシスとオフアクシス（又は、オフアラインドとも呼ばれる）の両方）、パラボラ（オンアクシスとオフアクシスの両方）、長方形（オンアクシスとオフアクシス（又は、オフアラインドとも呼ばれる）の両方）、三角形（オンアクシスとオフアクシス（又は、オフアラインドとも呼ばれる）の両方）、多角形、オフアクシス多角形、及び同様なもの等、又は、ランダムに設計され整列されたトレンチであって、特定のウェハキャリアに関して評価された標準的なウェハに幾何学的に基づくのではなく、標準的なウェハの熱プロファイルに基づく可能性がある、ランダムに設計され整列されたトレンチを含む。先の幾何形状はまた、形態が非対称である可能性がある。２つ以上の幾何形状が存在する可能性がある。

幾つかの事例において、トレンチは、ウェハキャリアの上面及び下面に対して開口するように、ウェハキャリアを貫通してもっぱら延びる場合がある。これは、例えば、図１９〜図２１に示す方法で達成される可能性がある。

そのため、図１９において、トレンチ６６０は、ウェハ支持表面７５６から延びており、ウェハキャリアの下部８５０を貫通して抜ける。支持体９２０は、ポケット軸の周りの離間した場所で、シェルフ９２２上でトレンチ内に配設される。支持体９２０は、例えば、先に述べたモリブデン、タングステン、ニオブ、タンタル、レニウム、並びにその合金（他の金属を含む）等の断熱材料又は耐火材料で作られる可能性がある。代替的に、トレンチ６６０は、固体材料でもっぱら充填される可能性がある。

図２０は、別の例のトレンチ６７０を示し、トレンチ６７０は、支持表面７５６から延びており、ウェハキャリアの下部８５０を貫通して抜ける。支持体９２０は、ポケット軸の周りの種々のポイントでシェルフ９２２及び９２４上に設置される可能性がある。

図２１は、別の例のトレンチ６８０を示し、トレンチ６８０は、ポケット底面４６を貫通して延びており、また同様に、ウェハキャリア下面８６０を貫通して延びている。ここで再び、支持体９２０は、トレンチ全体を通して種々のポイントでシェルフ９２２及び９２４上に設置される可能性がある。

図１６、図１９、図２０、及び図２１のそれぞれにおいて、垂直ライン７０１及び７０３は、キャリアのポケット内に配設されたウェハのエッジを概略的に示す。
本発明の更なる実施形態によるウェハキャリア（図２２）は、主部分１０３８及び各ポケット１０４０に整列した副部分１０４４を有する本体を含む。各副部分１０４４は、主部分１０３８と一体に形成される。内側トレンチ１０１０及び外側トレンチ１０１２は各ポケットに関連する。トレンチのそれぞれは、全体的に、ポケットの垂直軸１０６８に同心の直円柱の形態である。外側トレンチ１０１２は、ポケット１０４０の周縁の近くに配設され、内側トレンチ１０１０の周りに延びている。内側トレンチ１０１０は、ウェハキャリア本体の下面１０３６に対して開口し、下面から端面１０１１まで上方に延びている。外側トレンチ１０１２は、ウェハキャリアの上面１０３４に対して開口し、端面１０１３まで下方に延びている。端面１０１３は、端面１０１１の下に配設されるため、内側及び外側トレンチは、互いにオーバラップし、両者の間に全体的に垂直な円柱壁１０１４を協働して画定する。この配置構成は、副部分と主部分との間に非常に効果的な熱障壁を提供する。ウェハキャリアの固体材料を通る副部分１０４４と主部分１０３８との間の熱伝導は、壁１０１４の垂直範囲を通る細長い経路をたどらなければならない。同じ効果は、トレンチが反転され、内側トレンチが上面に対して開口し、外側トレンチが下面に対して開口するときに得られる。同様に、同じ効果は、内側トレンチ、外側トレンチ、又は両方が、斜めトレンチ、例えば、図１４に見られる全体的に円錐のトレンチである場合、又は、トレンチの一方又は両方が、トレンチ以外の熱障壁によって置換される場合に得られる可能性がある。

本発明の更なる実施形態によるウェハキャリア（図２３）はまた、主部分１１３８を有し、各ポケット１１４０に整列した副部分１１４４を有する本体を含み、副部分１１４４は、主部分１０３８と一体である。キャリアの上面１１３４に対して開口する上側トレンチ部分１１１２及びキャリアの下面１１３６に対して開口する下側トレンチ部分１１１１を含むトレンチは、ポケットの垂直軸１１６８の周りに延びている。上側トレンチ部分１１１２は、下側トレンチ部分１１１１の上で終端するため、副部分１１４４及び主部分１０３８と一体の、固体材料の比較的薄いウェブ１１１５の形態の支持体が、上側部分と下側部分との間でトレンチを横切って延びている。支持体１１１５は、副部分１１１４の質量の中心１１１９をインターセプトする水平面１１１７に又はその近くに配設される。換言すれば、支持体１１１５は、副部分１１４４の質量の中心と垂直方向に整列する。動作中、ウェハキャリアが、ウェハキャリアの中心軸１１２５の周りに高速で回転するとき、副部分１４に対する加速力又は遠心力は、平面１１１７に沿って中心軸から離れるように外に方向付けられることになる。支持体１１１５が、加速力の平面に整列するため、曲げを受けないことになる。これは、曲げ荷重が材料の一部にかなりの引張り力をかける可能性があるため、ウェハキャリア本体の材料が、引張り力よりも圧縮力が実質的に強い場合に特に望ましい。例えば、グラファイトは、引張り力よりも圧縮力が約３〜４倍強い。支持体１１１５が、加速力のせいでそれほど曲げ荷重を受けないことになるため、比較的薄い支持体が使用される可能性がある。これは、支持体を通る熱伝導を減少させ、トレンチによって提供される断熱を増大させ、それが、次に、ウェハにわたる、また、全体としてウェハキャリアにわたる熱均一性を増大させる。

図２３の特定の実施形態において、支持体１１１５は、ポケット軸１１６８の周りにもっぱら延びる連続ウェブとして示される。しかし、支持体を副部分の質量の中心の垂直位置に整列させるという同じ原理は、支持体が、本体の副部分１１４４と主部分１１３８との間に延びる断熱された小ブリッジ等の、連続ウェブ以外の要素を含む場合に適用される可能性がある。

更なる変形（図示せず）において、上側トレンチ部分１１１２は、全体として、ウェハキャリアの材料よりも実質的に低い熱伝導率を有する材料から望ましくは形成されるカバー素子によって覆われる可能性がある。こうしたカバーの使用は、上面に対して開口するトレンチ又はトレンチの一部分によって引起される場合があるガスの流れのどんな乱れも回避する。こうしたカバー素子は、ウェハキャリアの上面に対して開口する任意のトレンチと共に使用される可能性がある。例えば、図３に示す周縁トレンチ４１は、上面に対して開口する単一トレンチとして、又は、図３に見られる上側及び下側トレンチ部分を組み込む複合トレンチとして形成される可能性があり、また、カバーは、上面内のトレンチの開口を覆うために使用される可能性がある。

図２４は、本発明の更なる実施形態による別のウェハキャリアを示す。この実施形態において、各ポケットは、アンダーカット周壁９３４を有する。すなわち、周壁９３４は、キャリアの上面９０２から離れて下方向に、ポケットの中心軸９３８から離れるように外に傾斜する。各ポケットはまた、ポケットの底面９２６の上に配設された支持表面９３０を有する。動作中、ウェハ９１８は、ウェハが底面の上で支持表面９３０上に支持されて、底面９２６とウェハとの間にギャップ９３２を形成するように、ポケット９１６内に着座する。キャリアがキャリアの軸の周りに回転すると、加速力が、ウェハのエッジを支持表面に係合させ、支持表面と係合状態でウェハをポケット内に保持することになる。支持表面９３０は、ポケットを取り囲む連続リムの形態である場合がある、そうでなければ、ポケットの円周の周りの離間した場所に配設されたシェルフのセットとして形成される場合がある。同様に、ポケットの周壁９３４は、ポケットの周壁から中心軸９３８に向かって内側に延びる小さな突出部のセット（図示せず）を備える場合がある。その開示が参照により本明細書に組み込まれる、同一人物によって所有された米国特許公報第２０１０／００５５３１８号（２０１３年６月１９日に公開された欧州特許公報第ＥＰ２６０３９２７Ａ１号）により詳細に記載されるように、こうした突出部は、動作中、ポケットの周壁からわずかに離れてウェハのエッジを保持することができる。

ウェハキャリアは、主部分９１２及び各ポケット９１６に整列した副部分９１２を有する本体を含む。各副部分９１２は、主部分９１４と一体に形成される。トレンチ９０８は、各ポケットに関連し、また、全体的に、ポケットの垂直軸９３８に同心の直円柱の形態である。トレンチ９０８は、ポケット９１６の周縁の近くに又は周縁に配設される。トレンチ９０８は、ウェハキャリア本体の下面９０４に対してだけ開口し、下面から端面９１０まで上方に延びている。端面９１０は、望ましくは、ポケットの底面９２６のレベルよりも下に配設される。

本発明の更なる実施形態によるウェハキャリアは、図２５〜図２７に示される。底面図（図２５）に見られるように、キャリアは、垂直のキャリア中心軸２５０３を有する全体的に円形のディスクの形態の本体２５０１を有する。取り付け部２５２４は、キャリアをウェハ処理装置のスピンドルに取り付けるために、キャリア中心軸に設けられる。本体は、図２５に見ることができる下面２５３６、及び、図２７に見られる上面２５３４を有し、図２７は、図２５の線２７−２７に沿う断面図であり、かつ、反転された本体を示す。本体の周面２５０７（図２７）は円柱であり、かつ、キャリア中心軸２５０３（図２５）に同軸である。リップ２５０９は、上面２５３４に隣接して周面２５０７から外に突出する。リップ２５０９は、ロボットキャリアハンドリング機器（図示せず）によってキャリアが容易に係合されるように設けられる。

キャリアは、下面２５３６に対して開口するトレンチ２５１１の形態のポケット熱制御特徴部を有する。ポケットトレンチ２５１１及びキャリアの上面上のポケットに対するその関係は、実質的に、図２４を参照して先に示され述べられたものとすることができる。１つのポケット２５４０の輪郭は、図２５において２６２６で示すエリアの詳細図である図２６において波線で示される。ここで再び、各ポケット２５４０は、全体的に円形であり、垂直ポケット軸２５３８を画定する。下面内の各ポケットトレンチ２５１１は、上面内の関連するポケットの軸２５３８と同心である。各ポケットトレンチは、関連するポケットの周縁に整列状態で延びているため、各ポケットトレンチの中心ラインはポケットの周壁と一致する。そのため、各ポケットトレンチは、関連するポケット２５４０の下に配設されるキャリア本体の部分２５１３の周りに延びている。図２５〜図２７の実施形態において、ポケット２５４０の全てが、キャリアの周縁の近くに配設されるアウトボードポケットであり、これらのポケットとキャリアの周縁との間に介在する他のポケットを持たない。

図２５に最もよく見られるように、互いに隣接するポケットに関連するポケットトレンチ２５１１は、関連するポケットのポケット軸２５３８間に配設された場所２５１７で互いに結合する。これらの場所において、ポケットトレンチは、互いに実質的に正接する。

図２５及び図２６に見られるように、各ポケットトレンチは、関連するポケットの軸２５３８を通ってキャリア中心軸２５０１から延びる、半径方向ライン２５２１に沿って配設された大きな途切れ部２５１９を有する。換言すれば、各ポケットトレンチ内の大きな途切れ部２５１９は、キャリアの周縁に最も近いトレンチの部分に存在する。各ポケットトレンチは、同様に、他の場所に１つ又は複数の小さな途切れ部を有する場合がある。

この実施形態によるキャリアはまた、キャリア中心軸２５０３に同心のトレンチの形態の周縁熱制御特徴部２５２３を含む。この周縁トレンチ２５２３は、ポケットトレンチ内の大きな途切れ部２５１９と同じ半径方向ライン２５２１に沿って存在する途切れ部２５２５を有する。そのため、ポケットトレンチ２５１１内の大きな途切れ部２５１９は、周縁トレンチ内の途切れ部２５２５に整列する。図２６に最もよく見られるように、各アウトボードポケットの下の領域２５１３と周面２５０７を接続する半径方向ライン２５２１に沿う直線経路は、どの熱制御特徴部又はトレンチも通過しない。同様に図２６に見られるように、上面内の各アウトボードポケットの境界は、周面２５０７まで又はほぼ周面２５０７まで延びている。この配置構成は、キャリアの上面上でポケット用の最大空間を可能にする。

図２８は、更なる実施形態によるウェハキャリア１２００の下側の部分を示す。この実施形態において、ポケットトレンチ１２０２は個々の穴からなる。各ポケットトレンチ１２０２は、関連するポケットの中心軸１２１２の周りに完全に延びており、したがって、ポケットの下に配設されるキャリアの領域１２０６を取り囲む。同様に、個々の穴からなるトレンチ１２０４は、隣接するポケットの中心軸１２１０の周りに完全に延びており、ポケットの下に配設される領域１２０８を取り囲む。トレンチ１２０２及び１２０４は、隣接するポケットの軸１２０１と１２１２との間に配設される場所で単一トレンチ１２１４を形成するように交差する。

この実施形態において、図２５〜図２７の実施形態の場合と同様に、キャリアは、途切れ部１２２１を有するトレンチ１２２０の形態の周縁熱制御特徴部を有する。この実施形態において、ポケットトレンチは、周縁トレンチ１２２０の途切れ部１２２１に入るように延びている。周縁トレンチ１２２０は、ウェハキャリア１２００の周面１２３０から中に入ったすぐの所に着座する。トレンチ１２２０は、ウェハキャリア１２００のエリア１２２２の温度を制御するのに役立つ。別個の穴から形成されるトレンチ１２０２及び１２０４並びに単一トレンチとして形成される１２２０が、本明細書で実現される他のトレンチとして形成される可能性があることが認識されるであろう。

中心ライン１２０５ａはトレンチ１２０４のために示され、中心ライン１２０５ｂはトレンチ１２０２のために示される。図２８に示す実施形態において、トレンチ１２０２の中心ライン１２０５ｂは、キャリアの周面１２３０から遠いトレンチの領域内でポケット軸１２１２から第１の半径Ｒ１に存在するため、トレンチの中心ライン１２０５ｂは、ポケットの周壁にほぼ一致する。キャリアの周面の近くに配設されるトレンチ１２０２の領域において、周縁トレンチ１２２０の途切れ部１２２１内で、ポケットトレンチは、ポケット軸から第２の半径Ｒ２に存在し、Ｒ２はＲ１よりもわずかに小さい。換言すれば、トレンチ１２０２は、全体的に、ポケット軸１２１２に同心の円の形態であるが、キャリアの周縁の近くにわずかに平坦な部分を有する。これは、ポケットトレンチが、キャリアの周面１２３０を交差しないことを保証する。

図２９及び図３０は、本発明の更なる実施形態によるウェハキャリア１２５０の下側の部分を示す。この実施形態において、ポケットトレンチ１２６２、１２７２（図２９）は、構造的強度のためにわずかな途切れ部１２６６、１２６８だけを有する実質的に連続するトレンチとして形成される。ここで再び、各ポケットトレンチは、上面内のポケットの下に配設されるキャリアの領域の周りに延びている。図２８の実施形態の場合と同様に、ポケットトレンチ１２６２及び１２７２は、全体的に円形であり、また、関連するポケットのポケット軸に同心であるが、キャリアの周縁に隣接して平坦部分を有する。

図３０に最もよく見られるように、キャリアの周縁から遠いトレンチ１２６２の領域において、トレンチは、関連するポケットの中心軸１２３８から第１の半径Ｒ１において存在するため、トレンチの中心ラインは、図３０において波線で見られる関連するポケットの周壁１２４０にほぼ一致する。キャリアの周縁に隣接するトレンチの領域において、ポケットトレンチは、ポケットの中心から、より小さい半径Ｒ２において存在する。同様にこの実施形態において、ポケットトレンチは、周縁熱制御特徴部又はトレンチ１２８０内の途切れ部１２８１に入るように延びている。トレンチ１２６２及び１２７２が接して、隣接するポケットの軸間の場所で単一トレンチ１２６５を形成する。トレンチ１２６２、１２６４、１２７２、１２７４、及び１２８０が、本明細書で実現される他のトレンチとして形成される可能性があることが認識されるであろう。

図３１は、更に別の実施形態によるウェハキャリア１４００の下側の部分を示す。この実施形態において、ポケットトレンチ１４１０は、構造的強度のためにわずかな途切れ部だけを有する、関連するポケットの軸１４１１に同心の円の形態の実質的に連続するトレンチである。そのため、ポケットトレンチ１４１０は、わずかな途切れ部１４３０、１４３２、及び１４３４によって分離されたセグメント１４１４ａ、１４１４ｂ、及び１４１４ｃを含む。ここで再び、キャリアは、各アウトボードポケットの中心軸１４１１を通ってキャリア中心軸１４０３から延びる、半径方向ラインに整列した途切れ部１４２３を有するトレンチ１４２２の形態の周縁熱制御特徴部を含む。この実施形態において、アウトボードポケットは、ポケットトレンチがキャリアの周面をインターセプトしないようにキャリアの周縁から十分に遠くにある。

図２５〜図３１を参照して先に述べた実施形態のそれぞれにおいて、ポケットの全てがキャリアの周縁に隣接して存在するアウトボードポケットである。しかし、これらの実施形態の変形において、より大きなキャリア又はより小さいポケットを使用して、更なるポケットが、アウトボードポケットとキャリア中心軸との間に配設される場合がある。これらの更なるポケットは、同様にポケットトレンチを備える可能性がある。例えば、図３２のキャリアは、アウトボードポケット（図３２の底面図には示さない）の下に配設されたキャリアの領域１３７１の周りに延びるアウトボードポケットトレンチ１３６２を含む。キャリアはまた、インボードポケット（図示せず）の下に配設されたキャリア本体の部分１３８１の周りに延びるインボードポケットトレンチ１３８０を有する。

種々のトレンチ幾何形状が、互いに組み合わされ、変化する可能性がある。例えば、先に述べたトレンチのうちの任意のトレンチは、キャリアの上面に対して、キャリアの下面に対して、又は両方に対して開口する可能性がある。同様に、個々の実施形態に関して先に述べた他の特徴部が、互いに組み合わされる可能性がある。例えば、ポケットのうちの任意のポケットは、任選選択で、図１〜図５を参照して述べたロックを備える可能性がある。周縁熱制御特徴部は、トレンチである必要があるのではなく、キャリアの上面又は下面までは延びていないギャップ、又は、熱障壁４８（図３）で使用される固体素子間の当接面の対である可能性がある。

本発明において有用である別のタイプのウェハキャリアは、その内容が参照により本明細書に組み込まれる、「Multi-Wafer Rotating Disc Reactor With Inertial Planetary Drive」という名称の、２０１１年１２月８日に公開された米国特許出願公報第ＵＳ２０１１０３００２９７号に記載されたプラネタリーウェハキャリアである。

更なる改良
ＣＶＤシステムにおいて、ウェハキャリアは、放射によって主に加熱され、放射エネルギーはキャリアの下部に突き当たる。低温壁（cold-wall）ＣＶＤ反応器の設計（すなわち、非等温加熱を使用する設計）は、ウェハキャリアの上面が下面よりも冷たい反応チャンバ内の状況を生成する。ウェハが存在しない状態の図３３を参照すると、図示のウェハキャリア断面の内部で矢印として示す熱ストリームライン３３０２は、キャリア内で下面から上面に対して垂直に延びており、キャリアバルクのほとんどについて平行である。キャリアの上面はより冷たく、熱エネルギーは上方に（低温板（cold-plate）、制限された入口、及びシャッタに向かって）放射される。キャリア上にウェハがない状態で、（キャリアの真上を通過するガスストリームラインからの）ウェハキャリアの対流冷却は、二次的効果である。

ウェハキャリアからの放射性放出の程度は、キャリア及び周辺コンポーネントの放射率によって決定される。低温板、ＣＩＦ、シャッタ、及び他の領域等の、反応チャンバの内部コンポーネントを高放射率材料（すなわち、現在の光沢のある銀部分の代わりにブラックコーティング又はより粗いコーティング）に変更することは、放射熱伝達の増加をもたらす可能性がある。同様に、キャリアの放射率を減少させること（白色化又は他の現象）は、キャリアから放射熱取出しの減少をもたらすことになる。キャリア表面の対流冷却の程度は、ガス混合物（Ｈ_２、Ｎ_２、ＮＨ_３、ＯＭ_Ｓ等）の熱容量と共に、チャンバを通して圧送する全体のガス流量によって推進される。

ポケット内にサファイアウェハ等のウェハを導入することは、熱ストリームの横断成分を増大させ、「ブランケッティング（blanketing）」効果をもたらす。例えば、キャリア上の単一ウェハの単純な場合を考える。この場合、近くのウェハの存在から生じる熱パッキング（幾何学的）問題は全く存在しない。そのため、熱ストリームラインは、図３３の非平行矢印で示すように、横方向勾配を生成する最小抵抗の経路をとる。この現象は、中心でより熱く、ポケットの他の半径に向かってより低い温度である、ポケット底における半径方向熱プロファイルをもたらす。この横方向勾配効果を減少させるアプローチは、ポケットを断熱するために熱障壁、又はトレンチ、例えばトレンチ４１を使用して先に述べられている。ウェハキャリアの下面から材料を取除くことによって形成される、こうした熱障壁又はトレンチによって、横方向熱伝達は、トレンチ／熱障壁の上の小領域に制限される。

この構造に関する１つの実際的な問題は、キャリアの下部で露出されるトレンチがキャリアの構造的完全性を減少させることである。そのため、関連する実施形態において、複数ピース断熱キャリアが設けられ、それにより、下部プレートは、構造的支持を提供するためバルクウェハキャリア部分に固着される。例えば、図３４に示すように、下部プレート３４５０が、ねじ３４５２を使用してウェハキャリアに取り付けられる。ねじ３４５２は、ウェハキャリアバルクと同じ材料、例えばグラファイトから作られるため、熱応力を回避することができる。ウェハキャリア本体の熱膨張係数に匹敵する熱膨張係数を有する、金属、セラミック、又は複合材料等の他の適した材料もまた企図される。

下部プレート３４５０が固着された後、下部プレート３４５０は、その後、ＳｉＣコーティング３４５４によって、ウェハキャリアの残りと共にカプセル化され、それにより、より強い一体型ウェハキャリアを生成する。組み立てられたこのウェハキャリアは、完全に埋め込まれる（すなわち、ウェハキャリアの本体によって全ての面を包囲されている）１つ又は複数の内部キャビティ３４５６を有する。種々の内部キャビティのサイズ、形状、及び向きが、種々の実施形態に従って企図される。例えば、上述したトレンチ又は熱障壁の任意のものが、このタイプの実施形態に従って埋め込まれる可能性がある。

図３５は、種々のタイプの実施形態の変形を概略的に示す。ここで、空気ポケット３５０２とも呼ばれる埋め込み式キャビティ３５０２は、主に水平の向きに配向し、ポケットの下以外のウェハキャリアの領域に配置されるサイズに作られ、位置決めされる。

図３６は、図３５の実施形態の埋め込み式キャビティが位置することができるポケット間の領域３６０２の例示的なセットを示すウェハキャリアの図である。
図３７Ａ及び図３７Ｂは、図３５〜図３６の実施形態の変形を示す断面図である。ここで、埋め込み式キャビティは利用されず、むしろ、ウェハポケット間に存在する領域３６０２の下のウェハキャリアの下面に切欠き部３７０２が作られる。切欠き部３７０２は、ウェハキャリアの下面内の窪みとして述べられる可能性がある。種々のアプローチにおいて、切欠き部の深さは、図３７Ａに示すように平坦であるか又は図３７Ｂに示すように湾曲する可能性がある。切欠き部３７０２の深さプロファイルは、ウェハキャリアサイズ、ウェハサイズ、ウェハポケットの数、ウェハポケットの相対的配置、ウェハキャリア厚さ、反応チャンバ構造、及び他の因子に応じて変化する場合がある。

非同心のポケット場所を有するマルチウェハポケット幾何形状の場合、熱プロファイルはより複雑になる。その理由は、対流冷却が、ウェハキャリアとウェハ領域の両方の真上を通過する履歴的なガスストリームライン経路に依存するからである。高速回転ディスク反応器の場合、ガスストリームラインは、全体的に接線の方向に内径から外径に外に渦巻き形に進む。この場合、ガスストリームラインがウェハキャリアの露出部分（ウェハ間の領域３６０２等）の真上を通過するとき、ガスストリームラインがウェハの真上を通過する領域に比べてガスストリームラインは加熱される。一般に、これらの領域３６０２は、キャリアの他の領域に比べて非常に熱い。その理由は、ブランケッティング効果による熱束ストリームラインがストリームラインをこの領域に流したからである。そのため、ウェブの真上を通過するガス経路は、対流冷却による温度の接線方向勾配を生成し、その勾配は、後縁（ウェハの真上を流れる流体ストリームラインの出口）に比べて前縁（ウェハに対する流体ストリームラインの入口）で熱い。

別の実施形態において、この接線方向勾配は、（非ポケット領域３６０２内の）ウェハキャリア表面温度を、ウェハの成長表面の温度に近い温度に下げることによって減少される可能性がある。上述した断熱特徴部は、ウェブ領域内への熱ストリームライン集中を減少させる。

図３８は、図３７Ａ〜図３７Ｂに示す実施形態の変形である別の実施形態を示す。ここで、切欠き部３８０２は、ウェハポケット間の各領域３６０２の下に作られる。切欠き部３８０２は、実質的に深く、ウェハキャリアの深さのほぼ全体わたって延びている。関連する実施形態において、プレート３４５０等の下部プレートは、図３４に示すように付加されて、切欠き部３８０２から埋め込み式キャビティを生成する。

図３８に示すような断熱切欠き部は、ギャップのコンダクタンスの減少（またその結果、切欠き部の上のキャリア表面から出る低い熱束）によって局所的温度を生成することになる。しかし、切欠き部の幅を増加させることは、切欠き部の屋根の直接放射加熱を増加させ、所望の効果を逆転させる可能性がある。したがって、本発明の関連する態様において、断熱特徴部の近傍のウェハキャリア領域の加熱が管理される。１つのアプローチによれば、断熱領域の幅及び幾何形状は、切欠き部の上面の直接加熱を制限するために特に定義される。

図３９は、深い切欠き部と水平チャネルの組み合わせ体３９０２が利用される１つのこうした実施形態を示す。特に、組み合わせ体３９０２の内面は、ＳｉＣによってコーティングされる。組み合わせ体３９０２は、プロセス雰囲気がそこに入り、そこを通って流れることを許容し、それにより、非ポケットエリアの下の領域３６０２が比較的に冷たいままになる。

図４０は、開口した切欠き部４００４と埋め込み式ポケット４００６の組み合わせ体４００２が構築される別の実施形態を示す。図３９のアプローチと比較すると、このアプローチは、ガス充填式ポケットの断熱特性を利用するが、断熱部分を通るプロセスガスの流れを制限することによって、或る程度異なるようにウェハキャリア本体内の温度を管理する。

図４１に示す別の関連する実施形態において、固体材料４１０２のスタックが、断熱特徴部の部分に挿入される。固体材料は、同じ材料の層状化ピースであるか又は２つ以上の材料を使用するサンドイッチ構造である可能性がある。ウェハキャリアバルクと同じである材料（例えば、グラファイト）さえも、減少した熱伝達を提供することになる。その理由は、材料界面の前後のコンダクタンス移行が、連続接合式材料に比べて効率的でないからである。固体スタックを含む１つの利点は、固体スタックが、上記実施形態の幾つかで示した開放空気切欠き部に比べて構造的に強くなるように製造される可能性があるからである。種々の実施形態において、層状構造は、適した締結手段、例えば、ねじ、接着剤等を使用して留められる。

図４２は、シリコンウェハを扱うウェハキャリアに適する別のタイプの実施形態を示す。一般に、先の議論のほとんどは、シリコンウェハプラットフォームに適用される可能性がある。しかし、ウェハの不透明度は、熱伝達特性の一部に影響を及ぼす。通常、シリコンウェハは、サファイア（現在のところ、相対的にかなり小さく１５０〜２００ｍｍである）よりも大きな直径を有する。シリコンウェハのより大きな直径（例えば、３００ｍｍ＋）は、より強いブランケッティング効果をもたらす。更に、ウェハポケットからＳｉ基板への熱の伝導伝達と放射伝達の両方が存在する。Ｓｉウェハの上面における熱の取出しはまた、放射伝達と伝導伝達の組み合わせである。Ｓｉ熱特性の更なるやっかいな問題は、通常、格子不整合中に誘起される膜応力及びＣＴＥ不整合のエピタキシャル層が、かなり大きな凹状又は凸状湾曲をもたらし、それが、ポケットとウェハとの間のギャップの前後の熱伝達に著しく影響を及ぼすことである。

したがって、図４２に示す一実施形態において、ポケット底が完全になくされる。ここで、加熱器とシリコンウェハとの直接放射結合が達成される可能性があり、湾曲の変化による空気−ギャップ距離の変化が無視できるほどになる。ウェハは、ウェハのまさにエッジの近くだけに下部ポケット底面を提供するシェルフによって支持される。

関連する実施形態において、２つの更なる特徴部が設けられる。シリコンウェハは、断熱支持リング４２０２上に位置して、ウェハのエッジに対する直接伝導熱伝達を制限する。支持リング４２０２は、セラミック材料（例えば、石英）等の任意の適した材料から作られる可能性がある。同様に、内部壁は、参照数字４２０４で示すように、開口が上部よりも下部で大きいようにアンダーカットされる。内部壁は、一実施形態において円錐台形状を有する。この配置構成は、下に位置する加熱素子からのウェハのより完全な照射を可能にする。適したアンダーカット角度は、一実施形態によれば、５°と１５°との間である可能性がある。

先の実施形態は、例証的であり制限的でないことを意図される。更なる実施形態は特許請求の範囲内にある。更に、本発明の態様が特定の実施形態を参照して述べられたが、特許制球の範囲によって規定される本発明の範囲から逸脱することなく、形態及び詳細において変更が行われる可能性があることを当業者は認識するであろう。

本発明が、上述した任意の個々の実施形態において例証されるより少ない特徴を備える場合があることを当業者は認識するであろう。本明細書で述べる実施形態は、本発明の種々の特徴が組み合わされる場合がある方法の網羅的な提示であることを意味されない。したがって、実施形態は、特徴の互いに排他的な組み合わせではなく、むしろ、本発明は、当業者によって理解されるように、個々の異なる実施形態から選択される個々の異なる特徴の組み合わせを含む場合がある。

先の文書の参照によるいずれの組み込みも、本明細書における明示的な開示に矛盾するどんな主題も組み込まれないように制限される。先の文書の参照によるいずれの組み込みも、文書に含まれる請求項が、参照により本出願の請求項に全く組み込まれないように、更に制限される。しかし、文書のうちの任意の文書の特許請求項は、特に排除されない限り、本明細書の開示の一部として組み込まれる。先の文書の参照によるいずれの組み込みも、文書に規定される定義が、明確に本明細書に含まれない限り、参照により本明細書に組み込まれないように、なお更に制限される。

Claims (15)

1. 化学気相堆積（ＣＶＤ）によって１つ又は複数のウェハ上にエピタキシャル層を成長させるためのシステムで使用されるウェハキャリアアセンブリであって、
   前記ウェハキャリアアセンブリは、中心軸の周りに対称に形成されたウェハキャリア本体と、前記ウェハキャリア本体内にある少なくとも１つのウェハ保持領域とを備え、
   前記ウェハキャリア本体は、前記中心軸に対して垂直に位置する全体的に平坦な上面と、前記上面に対して平行である平坦な下面とを有し、
   前記少なくとも１つのウェハ保持領域のそれぞれは、前記ウェハキャリア本体を貫通するボアを有し、前記ボアは、前記上面から前記下面まで延びており、かつ、前記ウェハキャリア本体の内周面によって画定されており、前記ウェハ保持領域は、前記内周面に沿って位置して前記上面よりも下側に窪んだ支持シェルフを更に有し、前記支持シェルフは、前記中心軸周りの回転を受けたときにウェハを前記ウェハ保持領域内に保持するように適合されている、ウェハキャリアアセンブリ。
2. 前記ウェハキャリア本体の熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有する材料から形成された支持リングを更に備え、前記支持リングは、前記支持シェルフ上に位置しており、かつ、前記内周面からウェハを断熱するように配置されている、請求項１に記載のウェハキャリアアセンブリ。
3. 前記ボアは、前記上面よりも前記下面においてより大きな開口を有し、前記内周面は円錐台形状を有する、請求項１に記載のウェハキャリアアセンブリ。
4. 化学気相堆積（ＣＶＤ）によって１つ又は複数のウェハ上にエピタキシャル層を成長させるためのシステムで使用されるウェハキャリアアセンブリであって、
   前記ウェハキャリアアセンブリは、中心軸の周りに対称に形成されたウェハキャリア本体と、少なくとも１つのウェハ保持ポケットと、内部キャビティを有する少なくとも１つの熱制御特徴部とを備え、
   前記ウェハキャリア本体は、前記中心軸に対して垂直に位置する全体的に平坦な上面と、前記上面に対して平行である平坦な下面とを有し、
   前記少なくとも１つのウェハ保持ポケットは、前記上面から前記ウェハキャリア本体内に窪んでおり、前記少なくとも１つのウェハ保持ポケットのそれぞれは、底面と、前記底面を取り囲んで当該ウェハ保持ポケットの周縁を画定する周壁面とを有し、前記ウェハ保持ポケットは、前記中心軸周りの回転を受けたときにウェハを前記周縁の内側に保持するように適合されており、
   前記内部キャビティは、前記ウェハキャリア本体内に形成されており、かつ、前記ウェハキャリア本体の内面によって画定されており、前記内部キャビティは、前記下面と前記上面及び前記底面の少なくとも一方とにおいて包囲されており、
   前記少なくとも１つの熱制御特徴部は、ウェハ本体よりも低い熱伝導率を有する、ウェハキャリアアセンブリ。
5. 前記少なくとも１つの熱制御特徴部は、前記下面と前記底面との間ではなく、前記下面と前記上面との間に位置する、請求項４に記載のウェハキャリアアセンブリ。
6. 前記少なくとも１つの熱制御特徴部はガスを含む、請求項４に記載のウェハキャリアアセンブリ。
7. 前記少なくとも１つの熱制御特徴部は、前記中心軸に対して平行な軸に沿って画定される高さと、前記中心軸に対して垂直に画定される幅とを有し、前記少なくとも１つの熱制御特徴部の前記幅は前記高さよりも大きい、請求項４に記載のウェハキャリアアセンブリ。
8. 前記少なくとも１つの熱制御特徴部は、前記ウェハキャリア本体によって全ての面を包囲されている、請求項４に記載のウェハキャリアアセンブリ。
9. 前記少なくとも１つの熱制御特徴部は、固体材料からなる複数の層を備える、請求項４に記載のウェハキャリアアセンブリ。
10. 前記少なくとも１つの熱制御特徴部は、ガスの流れを許容するチャネルを備え、前記チャネルは、前記ウェハキャリア本体の外部に対する第１の開口及び第２の開口を有する、請求項４に記載のウェハキャリアアセンブリ。
11. 化学気相堆積（ＣＶＤ）によって１つ又は複数のウェハ上にエピタキシャル層を成長させるための装置であって、前記装置は、
    反応チャンバと、
    前記反応チャンバ内に配置された上端を有する回転可能なスピンドルと、
    前記１つ又は複数のウェハ用の支持体を搬送及び提供するためのウェハキャリアであって、前記スピンドルの前記上端に中央で着脱可能に取り付けられるとともに、少なくともＣＶＤプロセスの過程において前記スピンドルの前記上端に接触しているウェハキャリアと、
    前記ウェハキャリアを加熱するために前記ウェハキャリアの下方に配置されている放射加熱素子と
    を備え、前記ウェハキャリアは、中心軸の周りに対称に形成されたウェハキャリア本体と、少なくとも１つのウェハ保持ポケットと、内部キャビティを有する少なくとも１つの熱制御特徴部とを備え、
    前記ウェハキャリア本体は、前記中心軸に対して垂直に位置する全体的に平坦な上面と、前記上面に対して平行である平坦な下面とを有し、
    前記少なくとも１つのウェハ保持ポケットは、前記上面から前記ウェハキャリア本体内に窪んでおり、前記少なくとも１つのウェハ保持ポケットのそれぞれは、底面と、前記底面を取り囲んで当該ウェハ保持ポケットの周縁を画定する周壁面とを有し、前記ウェハ保持ポケットは、前記中心軸周りの回転を受けたときにウェハを前記周縁の内側に保持するように適合されており、
    前記内部キャビティは、前記ウェハキャリア本体内に形成されており、かつ、前記ウェハキャリア本体の内面によって画定されており、前記内部キャビティは、前記下面と前記上面及び前記底面の少なくとも一方とにおいて包囲されており、前記少なくとも１つの熱制御特徴部は、前記ウェハキャリア本体よりも低い熱伝導率を有し、それにより、前記放射加熱素子の動作によって生じる前記ウェハキャリア本体内の熱の流れは、前記少なくとも１つの熱制御特徴部上の領域以外の領域に集中する傾向となる、装置。
12. 化学気相堆積（ＣＶＤ）によって１つ又は複数のウェハ上にエピタキシャル層を成長させるためのウェハキャリアの組み立て方法であって、
    ウェハキャリア本体を中心軸の周りに対称に形成するステップであって、そのステップは、前記中心軸に対して垂直に位置する全体的に平坦な上面を形成すること及び前記上面に対して平行である平坦な下面を形成することを含むことと、
    前記上面から前記ウェハキャリア本体内に窪んでいる少なくとも１つのウェハ保持ポケットを形成するステップであって、前記少なくとも１つのウェハ保持ポケットのそれぞれは、底面と、前記底面を取り囲んで当該ウェハ保持ポケットの周縁を画定する、周壁面とを有し、前記ウェハ保持ポケットは、前記中心軸周りの回転を受けたときにウェハを前記周縁の内側に保持するように適合されていることと、
    前記周壁面と前記ウェハとの間の間隔を維持するべく、前記少なくとも１つのウェハ保持ポケット内に少なくとも部分的に断熱スペーサを配置するステップであって、前記スペーサは、前記ウェハキャリア本体の熱伝導率よりも低い熱伝導率の材料で構成されており、それにより、前記スペーサは、前記ウェハキャリア本体の部分から前記ウェハへの熱伝導を制限することと、
    前記スペーサに係合するスペーサ保持特徴部を前記ウェハキャリア本体に形成するステップであって、前記スペーサ保持特徴部は、前記中心軸周りの回転を受けたときに前記スペーサの遠心移動を防止するように配向された面を提供することと
    を含む方法。
13. 化学気相堆積（ＣＶＤ）によって１つ又は複数のウェハ上にエピタキシャル層を成長させるためのシステムで使用されるウェハキャリアアセンブリであって、
    前記ウェハキャリアアセンブリは、中心軸の周りに対称に形成されたウェハキャリア本体と、少なくとも１つのウェハ保持ポケットと、窪みを有する少なくとも１つの熱制御特徴部とを備え、
    前記ウェハキャリア本体は、前記中心軸に対して垂直に位置する全体的に平坦な上面と、前記上面に対して平行である全体的に平坦な下面とを有し、
    前記少なくとも１つのウェハ保持ポケットは、前記上面から前記ウェハキャリア本体内に窪んでおり、前記少なくとも１つのウェハ保持ポケットのそれぞれは、底面と、前記底面を取り囲んで当該ウェハ保持ポケットの周縁を画定する周壁面とを有し、前記ウェハ保持ポケットは、前記中心軸周りの回転を受けたときにウェハを前記周縁の内側に保持するように適合されており、
    前記少なくとも１つの熱制御特徴部の前記窪みは、前記少なくとも１つのウェハ保持ポケット以外のウェハキャリアの領域の下方において前記ウェハキャリア本体の下面に形成されている、ウェハキャリアアセンブリ。
14. 前記熱制御特徴部の前記窪みは、前記上面に対して全体的に平行である窪み面を有し、前記窪み面は平坦である、請求項１３に記載のウェハキャリアアセンブリ。
15. 前記熱制御特徴部の前記窪みは、前記上面に対して全体的に平行である窪み面を有し、前記窪み面は湾曲している、請求項１３に記載のウェハキャリアアセンブリ。