JP5560355B2 - 一様でない熱抵抗を有するウエハキャリア - Google Patents
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Description
本出願は、2008年8月29日に出願された米国仮特許出願第61/190,494
号の出願日の利得を主張するものであり、この開示内容は、参照することによって、ここ
に含まれるものとする。
本発明は、ウエハ処理装置、このようなウエハ処理装置に用いられるウエハキャリア、
およびウエハ処理の方法に関する。
る。基板は、典型的には、「ウエハ」と一般的に呼ばれている円板状の結晶材料である。
例えば、III−V族半導体のような化合物半導体から形成される素子は、典型的には、
有機金属化学蒸着(MOCVD)を用いて、該化合物半導体の連続層を成長させることに
よって、形成される。このプロセスでは、ウエハは、高温に保持されながら、ウエハの表
面上を流れる、典型的には、有機金属化合物およびV族元素の供給源を含むガスの組合せ
に晒されることになる。III−V族半導体の一例として、窒化ガリウムが挙げられる。
窒化ガリウムは、適切な結晶格子間隔を有する基板、例えば、サファイア基板上での有機
ガリウム化合物とアンモニアとの反応によって形成することができる、典型的には、ウエ
ハは、窒化ガリウムおよび関連する化合物の堆積中、約500−1000℃の温度に維持
されている。
III族元素または他のV族元素を添加するなど、条件をいくらか異ならせて、多くの層
を連続的にウエハの表面上に堆積することによって、製造可能である。例えば、窒化ガリ
ウム基半導体では、該半導体のバンドギャップを変化させるために組成比を変えるのに、
インジウム、アルミニウム、またはそれらの両方を用いることができる。また、各層の導
電率を制御するために、p−型またはn型ドーパントを添加することができる。半導体層
の全てが形成された後、典型的には、適切な電気接点が施された後、ウエハは、個々の素
子に切断されることになる。発光ダイオード(LED)、レーザ、および他の電子素子お
よび光電子素子のような素子をこのようにして製造することができる。
いる装置上に、各ウエハの上面をウエハキャリアの上面に露出させて、保持されるように
なっている。次いで、ウエハキャリアは、反応チャンバ内に載置され、所定の温度に維持
される一方、ガス混合物がウエハキャリアの上面の上を流れることになる。このプロセス
中、キャリア上の種々のウエハの上面の全ての点において、均一な条件を維持することが
重要である。反応ガスの組成のわずかなバラツキおよびウエハ表面温度のわずかなバラツ
キによって、得られる半導体素子の特性の望ましくないバラツキが生じる。例えば、もし
ガリウム・インジウム窒化物層が堆積される場合、ウエハ表面温度のバラツキによって、
堆積層の組成およびバンドギャップのバラツキが生じる。インジウムは、比較的高い蒸気
圧を有しているので、堆積層は、表面温度が高いウエハの領域では、低比率のインジウム
および大きいバンドギャップを有することになる。もしこの堆積層がLED構造の活性発
光層である場合、該ウエハから形成されたLEDの発光波長も変動することになる。この
ようなことから、当技術分野において、均一な条件を維持することに向けて、これまで、
著しい努力が払われてきている。
ハを保持するように適合された多数のウエハ保持領域を有する大きな円板状のウエハキャ
リアが用いられている。このウエハキャリアは、反応チャンバ内において、ウエハの露出
面を有するウエハキャリアの上面をガス分配要素に向かって上向きにして、スピンドル上
に支持されるようになっている。スピンドルが回転されると、ガスがウエハキャリアの上
面に向かって下方に導かれ、該上面を横切って、ウエハキャリアの周辺に向かって流れる
ことになる。使用済みのガスは、ウエハキャリアの下方に配置されたポートを通って、反
応チャンバから排出される。ウエハキャリアは、ウエハキャリアの底面の下方に配置され
た加熱要素、典型的には、電気抵抗加熱要素によって、所望の高温に維持されるようにな
っている。これらの加熱要素は、ウエハキャリアの所望の温度を超える温度に維持される
一方、ガス分配要素は、ガスの早期の反応を阻止するために、典型的には、所望の反応温
度よりも十分に低い温度に維持されるようになっている。従って、熱は、抵抗加熱要素か
らウエハキャリアの底面に伝達され、ウエハキャリアを介して個々のウエハに向かって上
方に流れることになる。
で、著しい努力が払われてきているが、さらに一層の改良が望まれている。特に、各ウエ
ハの表面を横切る方向における良好な温度均一性およびウエハキャリアの全体を横切る方
向における良好な温度均一性が望まれている。
は、望ましくは、反応チャンバと、反応チャンバに連通しているガス流入構造と、反応チ
ャンバ内に取り付けられた加熱要素と、を備えている。本発明のこの態様による装置は、
望ましくは、互いに逆向きの上面および底面を有する本体を備えているウエハキャリアも
備えている。ウエハキャリアは、好ましくは、加熱要素に生じた熱が主に輻射熱伝達によ
って加熱要素からウエハキャリアの底面に伝達されるように、反応チャンバ内に取り付け
られている。例えば、ウエハキャリアは、本体の底面を加熱要素に直接向き合わせて、加
熱要素の上方に取り付けられているとよい。ウエハキャリアの本体は、望ましくは、複数
のウエハ保持領域を有しており、各ウエハ保持領域内にウエハ支持体を有している。各ウ
エハ支持体は、ウエハの上面を本体の上面に露出させて、ウエハを保持するように適合さ
れている。最も好ましくは、本体の底面は、本体の厚みが変化するように、非平面になっ
ている。以下にさらに説明するように、厚みの差は、ウエハキャリアを通る垂直方向の熱
伝導に対する抵抗の差をもたらすことになる。望ましくは、加熱要素とウエハキャリアの
上面の任意の箇所との間の全熱抵抗は、該箇所における本体の厚みによって直接に変化す
るようになっている。
ャリアとウエハとの間の熱伝達の不均一をもたらすウエハの反りのような因子を補償する
ことができる。また、非平面の底面および関連する熱抵抗の差を利用することによって、
ウエハにおける不均一な温度分布およびウエハキャリアの上面における不均一な温度分布
の他の原因を打ち消すこともできる。
の態様による方法は、望ましくは、1つまたは複数のウエハをウエハキャリア上に、各ウ
エハをキャリアのウエハ保持領域内に配置し、キャリアの上面に露出させるように、取り
付けるステップであって、キャリアが各ウエハ保持領域内において一様でない熱伝導性を
有している、ステップを含んでいる。この方法は、望ましくは、ウエハキャリアの底面を
、ウエハキャリアを通って伝達された熱がウエハを高温に保持するように、加熱するステ
ップも含んでいる。ウエハが高温にある間に、例えば、露出面に堆積物を形成することに
よって、ウエハの露出面に影響を及ぼすように、反応ガスが加えられてもよい。本発明の
この態様による方法では、ウエハは、反応ガスを加えるステップ中に、反らされる可能性
がある。この反りによって、ウエハキャリアからウエハへの熱伝達の不均一が各ウエハ内
に生じることになる。最も好ましくは、ウエハキャリアの一様でない熱伝導性が、反りに
よって生じる熱伝達の不均一を少なくとも部分的に補償するようになっている。
によるウエハキャリアは、望ましくは、互いに逆向きの上面および底面と、上面と底面と
の間に延在している中心軸と、を有する本体を備えている。本体の上面は、典型的には、
複数のポケットを有しており、このような各ポケットは、周辺壁を有している。各ポケッ
トの周辺壁は、最も好ましくは、ウエハキャリアの中心軸から遠く離れている周辺壁の領
域において、複数の互いに離間している突起を有しており、該突起は、ポケット内に配置
されたウエハの縁の互いに離間している部分に係合するように適合されている。以下にさ
らに説明するように、このような突起は、ウエハの縁と周辺壁との間の接触を最小限に抑
えるのを助長し、かつウエハをポケットの中心に保持するのを助長することになる。これ
らの効果は、各ウエハの上面を横切る方向における良好な温度均一性を促進する傾向にあ
る。
らに容易に理解されるだろう。
ンバ10は、該チャンバの一端に配置されたガス分配要素12を有している。ガス分配要
素12を有するこの端は、本明細書では、チャンバ10の「上(top)」端と呼ばれてい
る。チャンバのこの端は、典型的には、必ずしも制限されないが、通常の重力座標系にお
いてチャンバの上端に位置している。従って、重力の上下方向に沿っているかどうかとは
無関係に、本明細書において用いられる下方向は、ガス分配要素12から離れる方向を指
し、上方向は、チャンバ内においてガス分配要素12に向かう方向を指している。同様に
、要素の「上(top)」面および「底(bottom)」面は、本明細書では、チャンバ10お
よび要素12の座標系を基準にして記載されている。ガス分配要素12は、CVDプロセ
スに用いられるガス供給源14、例えば、キャリアガスの供給源14、およびIII族金
属の供給源、典型的には、有機金属化合物およびV族元素の供給源、例えば、アンモニア
または他のV族水素化物のような反応ガスの供給源14に接続されている。ガス分配要素
は、種々のガスを受け入れ、ガス流を略下方向に導くように、構成されている。ガス分配
要素12は、望ましくは、冷媒システム16にも接続されている。冷媒システム16は、
運転中にガス分配要素の温度を所望の温度に維持するために、液体をガス分配要素内に循
環するように構成されている。チャンバ10には、排気システム18も装備されている。
排気システム18は、ガス分配要素からガスが連続的に下方向に流れることを可能とする
ために、使用済みガスをチャンバの内部からチャンバの底またはその近くのポート(図示
せず)内に取り出すように構成されている。
る。スピンドルは、その上端、すなわち、ガス分配要素12に最も近いスピンドルの端に
、取付け具24を有している。図示されている特定の実施形態では、取付け具24は、略
円錐状の要素である。スピンドル20は、該スピンドルを軸22を中心として回転させる
ように構成された電動モータ駆動装置のような回転駆動機構26に接続されている。加熱
装置28が、取付け具24の下方においてスピンドル20を囲んで、チャンバ内に取り付
けられている。チャンバには、ウエハキャリアの挿入および取出しを行うための開閉式ポ
ート30も設けられている。前述の要素は、従来の構成であってもよい。例えば、適切な
反応チャンバが、本出願の譲受人である米国ニューヨーク州プレインビューのビーコ・イ
ンストルメンツ(Veeco Instruments)社からTURBODISC(登録商標)の名称で市販されて
いる。
上に取り付けられている。ウエハキャリアは、略円板の形態にある本体を備える構造を有
している。本体は、望ましくは、非金属耐火材料の一体の平板として形成されている。こ
の非金属耐火材料は、例えば、炭化ケイ素、窒化ボロン、炭化ボロン、窒化アルミニウム
、アルミナ、サファイア、水晶、黒鉛、およびその組合せからなる群から選択される材料
から形成されており、この材料には、炭化物、窒化物、または酸化物のような耐火被膜が
施されていてもよいし、施されていなくてもよい。ウエハキャリアの本体は、本明細書で
は「上(top)」面34と呼ばれる第1の主面と、本明細書では「底(bottom)」面36
と呼ばれる第2の主面と、を有している。ウエハキャリアの構造は、取付け部38も有し
ている。取付け部38は、スピンドルの取付け具24に係合するように構成されていると
共に、ウエハキャリアの本体を(上面34をガス分配要素12に向かって上向きにして、
下面36をガス分配要素から離れる方に向かって、従って、加熱要素28に向かって下向
きにして)スピンドル上に保持するように構成されている。単なる例示にすぎないが、ウ
エハキャリアの本体は、約465mmの直径を有しており、上面34と下面32との間の
キャリアの厚みは、約15.9mmである。図示されている特定の実施形態では、取付け
部38は、本体32の底面に、円錐台形状の凹部として形成されている。しかし、同時継
続中の共有に係る米国特許出願公開第2009/0155028A1号に記載されている
ように、この構造は、本体とは別に形成されたハブを備え、取付け具がこのようなハブ内
に組み入れられるようになっていてもよい。なお、この特許の開示内容は、参照すること
によって、ここに含まれるものとする。また、取付け部の構成は、スピンドルの構成に依
存して決められることになる。
領域40を有している。ウエハ保持領域は、説明を明瞭にするために、図1−3では破線
によって境界が定められているが、通常、互いに隣接しているウエハ保持領域間に識別可
能な物理的境界は存在していない。ウエハキャリアの上面34は、種々のウエハ保持領域
内に延在している連続的な主部分35を備えている。主部分35は、略平坦であるとよい
。各ウエハ保持領域は、個々のウエハ42を保持するように適合されたウエハ支持体を備
えている。図1−3に示されている特定の実施形態では、各ウエハ保持領域におけるウエ
ハ支持体は、円形ポケット44を備えている。ポケット44は、上面34の主部分35か
らウエハキャリアの本体内に延在している。このような各ポケットは、主部分35によっ
て画定されている上面34の全体的な高さの下方に凹んだ床面46を有している。この実
施形態では、床面46は、名目的に平面であり、理想的には、正確に平坦である。しかし
、実際の製造上の許容誤差によって、その平坦度は、典型的には、完全な平面から約0.
0005インチ(13μm)の最大誤差寸法を含んでいる。このような誤差寸法は、例え
ば、床面を凹ませるために生じるものである。この開示に用いられている「実質的に平坦
(substantially flat)」という用語は、約30μm以下の範囲内にある平坦な面を指し
ていると理解されたい。床面46は、上面34の全体的な平面と実質的に直交する中心軸
48を有する円の形をしている。支持棚50が、床面46を囲んでいる。支持棚50は、
床面46の上にいくらか持ち上がった上向き面を有している。支持棚50は、中心軸48
と同心になって床面を取り囲んでいるループの形状を有している。図示されている実施形
態では、各ポケットは、約2インチ(50.8mm)の直径を有するウエハを受け入れる
ように構成されている。公称2インチ(5cm)のウエハ直径の場合、支持棚50の上向
き面は、床面46から上方に約20μmから約100μm、望ましくは、約20−50μ
mの距離D46だけ離れており、支持棚の厚みW50は、約0.5−0.7mmになって
いる。大口径ウエハを保持することを目的とする大径ポケットの場合、これらの寸法は、
通常、さらに大きくなるだろう。支持棚50の表面は、望ましくは、床面46の平面と平
行の平面内に配置されている。また、支持棚50は、ウエハキャリア上面34の主部分3
5の下方に凹んでいる。望ましくは、上面34から支持棚の上向き面までの距離D50は
、処理されることになるウエハの厚みよりも約75−175μm大きくなっている。例え
ば、2インチの公称直径および430nmの公称厚みを有するサファイアを処理するよう
に構成されたウエハキャリアでは、D50は、約500−600μmであるとよい。
エハキャリアの上面34に向かって上方に延在している。壁52は、中心軸48に向かっ
て内方に角度A、典型的には、約10°傾斜している。従って、壁52は、円錐台の形状
を有している。
面部を有していることを除いて、略平面である。該非平面部は、この実施形態では、底面
からウエハキャリア本体32内に延在している略円錐状の凹部54である。この実施形態
では、各凹部は、約120°の夾角αおよび約3−6mmの深さ、さらに典型的には、約
4−5mmの深さを有している。各ウエハ保持領域40内における凹部54は、該領域に
おける床面46の中心軸48と同軸になっており、これによって、凹部54は、床面の中
心と真っ直ぐに並んでいる。従って、ウエハキャリア本体32の厚みtは、床46と真っ
直ぐに並んでいる領域内において、変化していることになる。厚みは、床の中心、すなわ
ち、軸48において、最小tminになっており、徐々に大きくなり、凹部54の外側、
すなわち、床の周辺の近くで、最大tmaxになっている。前述したように、ウエハキャ
リア本体32は、望ましくは、実質的に均一組成を有する一体の要素である。従って、ウ
エハキャリア本体を構成している材料は、実質的に均一の熱伝導率を有している。垂直方
向におけるウエハキャリア本体の熱伝導性は、どの箇所においても、ウエハキャリア本体
の厚みと逆比例している。垂直方向に流れる熱に対するウエハキャリア本体の熱伝導抵抗
は、ウエハキャリア本体の厚みtと正比例している。従って、中心軸では、熱伝導抵抗は
、比較的低くなっており、床面の周辺では、ウエハキャリア本体の熱伝導抵抗は、比較的
高くなっている。
ている動作位置にあるスピンドル20(図1)上に載置される。図3に最もよく示されて
いるように、各ウエハ42の周辺が支持棚50上に載っている。好ましくは、ウエハと支
持棚との間の重なりは、例えば、最小でも約1mm以下である。各ウエハの上面43は、
各ポケットを囲んでいるウエハキャリア上面34の主部分35とほぼ同一平面にある。各
ウエハの底面45は、床面46に向かって下向きになっているが、該床面から上方に離間
している。次いで、反応ガスを供給するために、ガス供給装置14およびガス供給要素1
2が作動され、ウエハキャリアをスピンドルの軸22を中心として回転させるために、ス
ピンドル20が回転される。
び加熱要素とウエハキャリアの底面との間に介在しているガスを介するいくらかの対流お
よび伝導によって、ウエハキャリアの底面36を加熱する。輻射熱は、図3において符号
56によって示されている。ウエハキャリアの底面に伝達された熱は、上面34に向かっ
ておよび上面のポケット44内に配置されたウエハ42に向かって、上方に流れることに
なる。熱は、ウエハキャリアの上面からおよび各ウエハ42の露出した上向き面、すなわ
ち、上面43から周囲に、特に、比較的冷えているガス流入構造12に連続的に伝達され
ることになる。
直接向き合っている。この開示に用いられている「直接向き合っている(directly confr
onts)」という用語は、加熱要素とウエハキャリアとの底面との間に、それらの間に介在
するどのような中実要素によっても遮られない直接の見通し線が存在していることを意味
している。ウエハキャリアの底面36は、望ましくは、加熱要素28から上方に距離Hを
隔てて配置されている。この距離は、凹部54内において大きく、各凹部54の最深点に
おいて最大Hmaxになっており、凹部の外側で最小Hminになっている。すなわち、
距離Hは、厚みtとは逆に変化することになる。
al resistance)」という用語は、水平面における単位面積当たりの上向きの熱流に対す
る抵抗を指している。「水平(horizontal)」面は、上方向と直交する平面である。ウエ
ハキャリア本体の底面36と上面34との間を通る熱流に対するウエハキャリア本体の垂
直方向熱抵抗R36−34は、ウエハキャリア本体の厚みtと正比例して変化している。
理論上は、ウエハキャリアがより厚い箇所では、距離Hがより小さいので、加熱要素28
とウエハキャリア本体の底面との間の輻射熱伝達に対する抵抗は、ウエハキャリアがより
厚い箇所では、いくらか小さくなっている。しかし、実際には、この差は、無視できるほ
ど小さい。また、加熱要素28から反応チャンバ内のガスを介してウエハキャリア底面に
至る対流および伝導による熱伝達に対する抵抗は、ウエハキャリアがより厚くてHがより
小さい箇所では、小さい。しかし、全ての箇所において、対流および伝導による熱伝達は
、輻射熱伝達と比較して小さい。従って、加熱要素28と底面36との間の垂直方向熱抵
抗R28−36の変動は、本体の底面と本体の上面との間の垂直方向熱抵抗の変動と比較
して、小さい。その結果、加熱要素28とウエハキャリアの上面34の特定箇所との間の
熱流に対する垂直方向熱抵抗R28−34は、その箇所直下のウエハキャリアの厚みによ
って直接に変化することになる。例えば、ポケットの床46上の箇所(図3)の場合、中
心軸48の近くで底面の凹部54と真っ直ぐに並んでいる位置では、ウエハキャリア本体
の厚みtがtminと等しく、その結果として、R28−34も小さい。床46上の周辺
に近い位置では、厚みt=tmaxであり、その結果として、R28−34も大きい。
なっている。典型的には、堆積される第1の半導体層は、約1−10μm厚みの基層また
はバッファ層のようなものであり、これに続いて、素子の活性層をなす極めて薄い活性層
が堆積されることになる。例えば、多重量子井戸(MQW)構造を含むLEDでは、MQ
W構造の発光層は、約20−30Å(2−3nm)厚みである。活性層に続いて、キャリ
ア閉じ込め、電気注入、電流分配、および物理的保護などを目的として、さらなる層が堆
積されることになる。この堆積プロセス中、ウエハ42は、比較的予測可能な態様で反る
傾向にある。この反りは、典型的には、堆積される半導体材料とウエハとの間の格子定数
の差およびウエハを横切る方向に与えられる熱勾配によって生じるものである。図示され
ている例では、この反りは、ウエハを上方向に凸状にしている。すなわち、この反りは、
ウエハの上面43を凸状にしている。反りの程度は、図3では、説明を明瞭にするための
、大きく誇張されている。典型的には、約50mm直径のウエハの場合、このような反り
Dwは、典型的には、約5μmである。ただし、この直径のウエハを用いるいくつかのプ
ロセスでは、数10μm程度の大きな反りが生じることもある。所定のプロセスにおいて
、反りDwは、ウエハ直径の二乗に比例して生じる傾向にある。従って、もし他の因子が
等しい場合、6インチの公称直径のウエハは、2インチの公称直径のウエハの反りの9倍
大きい反りを呈することになる。
の全熱抵抗に依存している。床46と真っ直ぐに並んでいるウエハの任意の点において、
全熱抵抗は、加熱要素28とウエハキャリアの底面との間の輻射熱伝達に対する抵抗と、
底面と床面46との間の伝導に関連する熱抵抗と、ウエハの底面45と床面46との間の
間隙60を横切る熱伝導に対する抵抗と、ウエハ自体を通る伝導に対する抵抗と、の合計
である。前述したように、加熱要素28と底面36との間の輻射熱伝達に対する抵抗は、
ウエハキャリアの全体にわたって実質的に均一である。理論上は、凹部54の表面が底面
36の周囲部分よりも加熱要素からいくらか大きい距離を隔てているので、凹部に関連す
る輻射熱伝達に対する抵抗がいくらか大きくなっている。しかし、実際には、この差は、
無視できるほど小さい。ウエハ42を通る伝導に対する抵抗も、ウエハの全体にわたって
実質的に均一である。しかし、床面46から間隙60を横切ってウエハの底面45に至る
熱伝達に対する抵抗は、ウエハの反りのせいで変動することになる。間隙60は、典型的
には、プロセスガスの停滞層で満たされている。このガスは、比較的低い熱伝達率を有し
ているので、間隙を横切る熱伝達に対する抵抗が、加熱要素とウエハ上面との間の熱伝達
に対する全抵抗のかなりの部分をもたらすことになる。間隙60の熱抵抗は、間隙の高さ
に直接的に関連している。ウエハの周辺に近いウエハの部分では、間隙の高さは、単純に
床面の上方の支持棚50の高さ、すなわち、D46である。しかし、中心軸48に隣接す
る箇所では、間隙60の高さは、ウエハの反り距離DWによって大きくなっている。従っ
て、間隙の熱抵抗は、中心軸48の近くで最大である。
様でない熱抵抗が、間隙60による一様でない熱抵抗の影響を打ち消すことになる。すな
わち、ウエハキャリア本体は、中心軸48に隣接する箇所では、最小の熱抵抗を有してお
り、中心軸48から遠く離れた箇所では、より大きい熱抵抗を有している。換言すれば、
加熱要素からウエハ上面までの全熱抵抗は、R28−34(加熱要素と床46内における
ウエハ上面34上の点との間の熱抵抗)、間隙60の熱抵抗、およびウエハ自体の熱抵抗
である。ここで、間隙60の熱抵抗がより大きい箇所において、熱抵抗R28−34が、
より小さくなっている。
の差は、素子の最も重要な層が形成されるプロセスの段階において、ウエハキャリアの様
々な熱伝達率の相殺効果を最適化するように、選択されている。具体的には、反り距離D
Wは、ウエハ上面へのバッファ層のような第1の層の堆積中に徐々に大きくなる。tmi
nとtmaxとの間の厚みの差を選択するのに用いられる予測反りDWは、バッファ層の
堆積の後でかつ作製されることになる素子における最も重要な層の堆積中に生じるDWの
値に対応するように、選択されるべきである。
何倍も大きい。従って、所定の反りDWの影響を打ち消すのに必要な厚みの差(tmax
−tmin)は、DWよりも何倍も大きい。例えば、約5〜7μmの予想される反りを打
ち消すために、厚みの差(tmax−tmin)は、望ましくは、約3mmから約6mm
の範囲内にある。所定の用途に必要な正確な差(tmax−tmin)は、熱伝達の計算
から導くことができる。しかし、さらに好ましくは、凹部54に対する(tmax−tm
in)の最適値、従って、最適な深さは、異なる深さの凹部を有する試験ウエハキャリア
を用いて、堆積の均一性に及ぼすこれらの影響を観察する実際の試験によって、決定され
るとよい。例えば、GaN基LEDを形成するための一プロセスにおいて、どのような凹
部54も有していない第1のキャリア上で処理されたウエハは、「ブルズアイ(bullseye
)」パターンを示している。ウエハの中心から形成されたLEDは、比較的長い発光波長
を有しており、ウエハの周辺から形成されたLEDは、比較的短い発光波長を示している
。これは、発光波長を制御する層の堆積中、ウエハの中心におけるウエハ上面43が、ウ
エハの周辺におけるウエハ上面よりもかなり冷却されていることを示している。また、発
光波長の分布は、比較的広くなっており、ウエハの5%を超える部分が、平均発光波長よ
り3nmを超える発光波長を有している。比較的深い円錐凹部54を有する第2のウエハ
キャリアは、逆のブルズアイパターンを生じ、各ウエハの中心から形成されたLEDは、
周辺から形成されたLEDよりもかなり短い発光波長を有している。また、同じように広
い波長分布を有している。これは、凹部54が反りを過補償していることを示している。
深さがより浅い円錐凹部を有する第3のキャリアは、第1のキャリアまたは第2のキャリ
アのいずれよりも狭い波長分布を生じている。従って、第2のキャリアに用いられた凹部
が、製造工程におけるさらなるキャリアに用いられることとする。
性をもたらすことは、理想的な厚みの差(tmax−tmin)からのわずかなずれが熱
伝達に取るに足らない影響しか及ぼさないという基本的な利点をもたらすことになる。例
えば、凹部54の深さの許容誤差は、実際の機械加工公差による約±10μm(±0.0
005インチ)とすることができる。床面46をDWの予想値と等しい量だけ凸状にする
ことによって、ウエハの反りを完全に補償することも可能であろう。しかし、このような
構成は、1μmよりも著しく小さい許容誤差を必要とし、かつ床面を意図的な凸状に形成
するために複雑な機械加工プロセスを必要とするだろう。
て前述した特徴と同様の床面146および支持棚150を有するポケット144を有して
いる。この実施形態によるウエハキャリアの底面140は、各床面の中心軸148と真っ
直ぐに並んだ凹部154の形態にある非平面部を有している。これらの特徴部は、図1−
3に関して前述したのと実質的に同様に機能するものである。加えて、図4のウエハキャ
リア132は、各ウエハ保持領域の支持棚146と真っ直ぐに並んだ突起または増厚領域
170の形態にあるさらに他の非平面部を有している。すなわち、各増厚領域170は、
床面の中心軸148と同心、従って、支持棚150と同心のループの形態にある。運転に
際して、各ポケット144内のウエハ142の周辺は、支持棚150上に載っている。こ
れによって、ウエハの周辺への熱伝達のより直接的な経路がもたらされることになる。換
言すれば、支持棚150とウエハの周辺との間の直接的な接触は、床面146とウエハの
底面との間の間隙160を介する熱伝達によってもたらされる熱抵抗よりは小さい熱抵抗
をもたらしている。突起170によってもたらされる増厚は、支持棚と真っ直ぐに並んで
いる領域におけるウエハキャリア本体132の熱抵抗を高め、これによって、この差を打
ち消すことになる。これは、ウエハ周辺と隣接領域との間の表面温度の差を最小限に抑え
るのを助長することになる。
4aと真っ直ぐに並んださらに他の突起172を有している。この突起は、ウエハキャリ
アのこれらの領域の熱抵抗をさらに高めるものである。ウエハキャリアとウエハ142と
の間の界面は、かなりの熱抵抗をもたらすことになる。これは、ウエハ上面143の温度
をウエハキャリア上面134の主部分135によって画定されている周囲領域の温度未満
に低下させる傾向がある。これらの温度間の差を最小限に抑えることが望ましい。突起1
72によって得られたこの高められた熱抵抗は、これらの付加的な界面の影響を打消し、
これによって、主部分135の温度をウエハ上面143の温度の近くに保持することにな
る。これに関連して、ウエハキャリアの主部分135の放射率は、典型的には、ウエハ上
面143の放射率と異なっている。放射率の差は、主部分135とウエハ上面との間の温
度差に影響を及ぼすことになる。主部分の放射率がウエハの放射率よりも著しく高い場合
、主部分は、ウエハ上面よりも低温になる傾向がある。この場合、ウエハキャリアは、上
面の主部分と真っ直ぐに並んだ底面の部分に、突起ではなく、むしろ凹部を有していると
よい。この場合(図示せず)、ウエハキャリア上面の主部分と真っ直ぐに並んだウエハキ
ャリアの部分は、ポケットおよびウエハと真っ直ぐに並んだウエハキャリアの部分よりも
薄くなっており、より低い熱抵抗を有することになる。
。しかし、底面240の凹部254は、前述した円錐形状ではなく、略ドーム状形状を有
している。
344の中心軸348を横切って延在している平面355を有している。
2が下向きに凸状になる、すなわち、ウエハの底面445が、ポケットの中心軸448に
隣接する箇所において、床面446に向かって下方に湾曲するようなプロセスに用いられ
るように、構成されている。この場合、キャリアとウエハとの間の間隙460は、中心軸
448に隣接する箇所において、最小の厚み、従って、最小の熱抵抗を有している。従っ
て、ウエハキャリア底面440の非平面部は、中心軸に隣接する箇所において、比較的大
きい厚みtmaxをもたらし、ウエハの周辺に近い箇所において、比較的小さい厚みtm
inをもたらすように、構成されている。
じように、各ウエハ保持領域内においてキャリアの上面532に形成されたポケット54
4を有している。各ポケット544は、平坦な床面546を有している。ここでも、各ポ
ケットには、ウエハの周辺に係合し、ウエハを床面546の上方に保持するための支持棚
が設けられている。しかし、この実施形態では、各ポケットの支持棚は、複数の棚領域5
50として設けられている。これらの棚領域550は、床の周辺に沿って、従って、ポケ
ットの中心軸548の周りに、互いに離間している。これによって、ウエハの周辺と支持
棚との間の接触が、最小限に抑えられ、従って、このような接触から生じることになるウ
エハキャリアとウエハとの間の熱伝達の不均一さが、最小限に抑えられることになる。
534に向かって上方に延在している壁552によって、境界が定められている。ここで
も、周辺壁552は、図9に示されているように、内方に傾斜しており、その結果、周囲
面は、ウエハキャリアの上面548に向かう上方向において、ポケットの中心軸548に
向かって内方に傾斜している。しかし、この実施形態では、周囲壁552は、ウエハキャ
リアの中心軸522から最も遠いポケットの部分、言い換えれば、ウエハキャリアを全体
として見たとき、ウエハキャリアをスピンドルに保持する取付け部538およびウエハキ
ャリアの回転軸から最も遠いポケットの部分に沿って、凹部570によって中断されてい
る。従って、周囲壁および凹部は、図8に示されているように、上から見て、非円形形状
を画定している。この非円形形状は、円形の周囲壁と凹部との交点に1対の突起553を
備えている。これらの突起は、互いに離間しており、ウエハキャリアの中心軸522から
ポケットの中心軸548を通って延在している半径線555の両側に配置されている。運
転中、ウエハに作用する回転または「遠心力(centrifugal force)」による加速度が、
ウエハを中心軸522から最も遠い領域内の周囲壁に向かって押す傾向にある。凹部57
0は、ウエハの周辺と内方に傾斜している周辺壁との間の接触力を最大にし、従って、ウ
エハに加えられる下向き力を最大にし、これによって、ウエハを支持棚550に係合させ
て保持する傾向にある。ポケット内に配置されている円形ウエハは、突起553において
ウエハキャリアに係合し、他の箇所において周辺壁からいくらか離間してとどまっている
。ウエハが突起においてのみ周辺壁に係合しているので、ウエハの縁を通る熱伝達が、最
小限に抑えられることになる。これによって、ウエハ内の温度のバラツキが、最小限に抑
えられる傾向にある。
て説明したようなその底面上の非平面特徴部を有するものとして作製されてもよいし、ま
たはそのような非平面特徴部を有しないものとして作製されてもよい。
し、これは、本質的な特徴ではない。何故なら、湾曲した床面を用いても、本発明を行う
ことができるからである。例えば、図10に示されているウエハキャリア本体732は、
図1−3を参照して前述したウエハキャリア本体32と略同様である。しかし、キャリア
本体632は、意図的に凹状にされている床面646を有している。ポケットの中心軸6
48における各床面の中心部分は、軸648から遠く離れている床面の周辺部分よりも下
方に距離Cfだけ凹んでいる。この凹状床面によって、ウエハと床面との間の間隙660
は、ウエハの中心軸648において、ウエハの周辺におけるよりも大きくなっている。こ
れによって、ウエハの上向き反りDWにおけるのと同じように、軸648の近くの間隙6
60の熱抵抗が大きくなっている。換言すれば、床面の湾曲Cfの影響と上向き反りDw
の影響とが加算されていることになる。床面の湾曲とウエハの反りとのこの複合的影響は
、凹部654の形態にある非平面部によって打ち消されることになる。凹部654は、間
隙660が最大の熱抵抗を有している中心軸648の近くにおいて、キャリア本体に最小
厚み、従って、最小の熱抵抗をもたらすようになっている。
ケットの中心軸748の近くで間隙760の大きさを縮小している。図示されている実施
形態では、ウエハは、上向きの反りを有している。この反りは、中心軸748の近くで間
隙760の大きさを増加させる傾向にある。しかし、凸状湾曲Cfは、反りDwよりも大
きいので、間隙760の大きさは、中心軸748の近くで最小になっており、この間隙の
熱抵抗も、中心軸の近くで最小になっている。この反りと床面湾曲との複合的影響を打ち
消すために、ウエハキャリア本体は、非平面部754を有している。非平面部754は、
本体の厚み、従って、熱抵抗が、軸748の近くの箇所において、軸から遠く離れている
箇所におけるよりも大きくなるように構成されている。
様の主部分835およびポケット844を備える上面834を有している。ここでも、各
ポケットは、床846と、支持棚850と、支持棚から上面の主部分835に向かって上
方に突出している周辺壁852と、を備えている。ここでも、ウエハキャリアは、中心軸
822を有しており、運転中、このような軸を中心として回転するように、スピンドルに
取り付けられるように適合されている。各ポケットは、該ポケットの幾何学的中心に、中
心軸848も有している。周辺壁852は、ポケット中心軸848をほぼ完全に取り巻い
て延在している弧状部分を備えている。しかし、ウエハキャリアの中心軸822から最も
遠い周辺壁の領域は、非円形形状を有している。周辺壁のこの領域は、周辺壁の弧状部分
から内方に突出している1対の突起853を有している。このような1つの突起が、図1
4に詳細に示されている。突起853は、ウエハキャリア中心軸からポケットの中心軸8
48を通って延在している半径線855の両側において、互いに離間している。図12に
最もよく示されているように、各突起853は、ポケット中心軸848に向かって内向き
の当接面857を有している。各当接面857は、棚850から主部分835に向かう上
方向において、ポケット中心軸に向かって内方に傾斜している。
係合させて、ポケット内に配置されることになる。中心軸822を中心とするウエハキャ
リアの回転によって生じた遠心力は、各ウエハを中心軸から外方に押す傾向にある。各ウ
エハは、ポケット内において、2つの突起853の当接面857に寄り掛かることになる
。これらの突起は、ウエハの縁が該突起に寄り掛かったとき、ウエハがポケットの軸84
8と同心となるように、寸法決めされている。従って、ウエハは、ウエハの全周にわたっ
て等しく棚850に重なることになる。換言すれば、棚850の内縁とウエハの縁との間
の重なっている距離Do(図12,13)は、一定である。これは、ウエハの周囲におけ
るウエハの底と棚との間の熱伝達を等しくする傾向にある。さらに、ウエハの縁が互いに
離間している小さい突起853としか接触していないので、ウエハの縁と周辺壁852と
の間の熱伝達が最小限に抑えられることになる。
前述したウエハキャリアと略同様の構成を有している。しかし、図15のウエハキャリア
では、底面における各凹部954が、水平方向においてポケットの中心948から位置ず
れしている。従って、最も高い熱伝導性および最も低い熱抵抗を有するウエハキャリアの
最も薄い部分が、ポケットの床946の中心から位置ずれした床の部分946aの下方に
位置している。この構成を用いて、プロセスガスの流れパターンのようなプロセス条件に
よって生じたウエハの不均等な熱伝達の影響を打ち消すことができる。例えば、ウエハキ
ャリアが回転している反応チャンバ内では、ウエハキャリアの回転軸に最も近い各ウエハ
の部分は、回転軸から最も遠い部分よりも大きく冷却される可能性がある。何故なら、プ
ロセスガスは、回転軸から離れる運動成分を有するウエハを超えて流れるからである。ま
た、互いに異なるウエハまたは同じウエハの互いに異なる部分を横切って流れるプロセス
ガスは、互いに異なる温度にある可能性がある。例えば、ウエハキャリアの主面がウエハ
の表面よりも冷えている場合、プロセスガスの温度は、ウエハキャリアの周辺におけるウ
エハに達する前の該ガスの経路に依存することになる。もしこの経路の大部分がウエハ表
面に拡がっており、経路の小さい部分のみがウエハキャリアの主面に拡がっている場合、
ガスは、1つの温度にある。しかし、もしこの経路の大部分がウエハキャリア主面に拡が
っている場合、ガスは、より低い温度にある。本明細書において説明した技術を用いて、
これらの影響を打ち消し、種々のウエハの上面を均一な温度に維持することができる。さ
らに他の変形態様では、不均一なウエハ表面温度を意図的にもたらすために、これらの技
術が適用されてもよい。このような不均一な温度は、例えば、互いに異なる経路に沿って
流れるプロセスガスにおける不均一な反応物質の濃度の影響を打ち消すために、用いられ
てもよい。
ア本体内の水平方向における熱伝導を阻止するものである。このようなバリアは、互いに
異なる垂直方向における熱伝導性を有するウエハキャリアの部分間に熱隔離をもたらして
いる。このような隔離は、一様でない熱伝導性の効果を強めることになる。これらの熱バ
リアは、ウエハキャリアの周囲材料よりも低い熱伝導率を有する薄い垂直方向に延在して
いる材料層を備えているとよい。代替的に、これらの熱バリアは、ウエハキャリアを個々
の断片として作製し、ウエハキャリア内において垂直方向に延在している表面においてこ
れらの断片間に界面をもたらすことによって、形成されてもよい。例えば、図15のキャ
リアは、上面の主部分およびポケット床946の一部を画定している大きい部分901と
、各ポケットの床の部分946を画定している小さい部分902と、を備えている。界面
またはバリア970は、該小さい部分を取り巻く円筒面の形態にあるとよい。さらに他の
変更形態では、この小さい部分は、各ポケットの床の全体を画定していてもよい。
よい。単なる例示として、本発明は、窒化ガリウム基半導体の処理に関連して説明してき
たが、本質的にどのような半導体の処理に適用されてもよい。従って、ガリウム、インジ
ウム、およびアルミニウムの一種または多種を窒素、リン、アンチモン、およびヒ素の一
種または多種と組み合わせて含んでいるIII−V族半導体が形成されてもよい。また、
II−VI族半導体およびシリコンおよびダイアモンド状炭素のようなIV族半導体が、
同様に処理されてもよい。さらに、本発明は、堆積以外の他の処理に適用されてもよい。
熱抵抗をもたらすために、ウエハキャリア本体の厚みを変化させる代わりに、本体の組成
を各ウエハによって占有されている領域内において変化させてもよい。単なる例示にすぎ
ないが、ウエハキャリアは、その底面に、キャリア本体の周囲材料よりも実質的に高いか
または低い熱伝導率を有する金属または他の材料によって充填された凹部を有していても
よい。このような実施形態は、材料間の界面においてさらに他の熱伝導性を有することが
でき、このような界面は、熱抵抗に影響を与えることになる。
伝達される「サスセプタレス(susceptorless)」処理装置である。同様の原理は、熱が
加熱要素から一般的に「サセプタ(susceptor)」と呼ばれる中間要素に伝達され、次い
で、サセプタからキャリアに伝達される装置に適用されてもよい。しかし、このような熱
伝達は、望ましくは、サセプタとウエハキャリアの底面との間の滞留プロセスガスによっ
て満たされる空間を介する伝達を含んでいない。
形態は、本発明の原理および用途の単なる例示にすぎないことを理解されたい。従って、
例示的な実施形態に対して多くの修正形態がなされてもよく、添付の特許請求の範囲に規
定されている本発明の精神および範囲から逸脱することなく、他の構成が考案されてもよ
いことを理解されたい。
Claims (21)
- 水平方向に延在している互いに逆向きの上面および底面を有する本体を備えているウエハキャリアにおいて、前記本体は、複数のウエハ保持領域を有しており、前記本体は、各ウエハ保持領域にウエハ支持体を画定しており、このような各ウエハ支持体は、ウエハを前記ウエハの上面を前記本体の上面に露出させて保持するように適合されており、前記本体は、水平方向における熱の伝導を阻止する1つまたは複数の熱バリアを有し、
前記ウエハキャリアは、垂直方向の熱伝導性において互いに異なる熱伝導性を備える第1と第2の領域を有しており、前記1つまたは複数の熱バリアは、前記第1の領域及び第2の領域間に配置され、前記1つまたは複数の熱バリアは、前記第1の領域及び第2の領域とは異なる熱伝導性を備える第3の領域を含む
ことを特徴とするウエハキャリア。 - 前記複数のウエハ保持領域の各々が、中心軸を有しており、各ウエハ保持領域が、該ウエハ保持領域の周辺壁に2つのウエハ支持体を備えており、該2つのウエハ支持体が、互いに離間しており、当該ウエハキャリアの中心軸から該ウエハ保持領域の中心軸を通って延びる半径線の両側に配置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。
- 各ウエハ支持体は、ウエハの周辺部分と係合して前記ウエハを前記ウエハの主部分が当該キャリアの前記本体から離間するように保持するように、構成されていることを特徴とする請求項1に記載のウエハキャリア。
- 各ウエハ支持体は、床と、前記床の周辺において前記床の上方に配置された支持棚と、を備えていることを特徴とする請求項1に記載のウエハキャリア。
- 当該ウエハキャリアの前記底面は、当該ウエハキャリアの厚みが各ウエハ保持領域内で変化するように、各ウエハ保持領域内に1つ以上の非平面部を有していることを特徴とする請求項4に記載のウエハキャリア。
- 前記底面の前記非平面部は、各ウエハ保持領域内において、前記本体が、前記床と真っ直ぐに並んだ領域内において、非均一な厚みを有するように、構成されていることを特徴とする請求項5に記載のウエハキャリア。
- 各ウエハ保持領域内において、前記本体の厚みは、前記床の中心と真っ直ぐに並んだ箇所において、局部的に最小になっていることを特徴とする請求項6に記載のウエハキャリア。
- 各ウエハ保持領域内において、前記本体の厚みは、前記床の中心から位置ずれしている箇所において、局部的に最小になっていることを特徴とする請求項6に記載のウエハキャリア。
- 各ウエハ保持領域内において、前記本体の厚みは、前記床の中心と真っ直ぐに並んだ箇所において、局部的に最大になっていることを特徴とする請求項6に記載のウエハキャリア。
- 前記床の各々は、実質的に平面であることを特徴とする請求項6に記載のウエハキャリア。
- 前記本体の前記上面は、前記ウエハ保持領域間に延在している主部分を備えており、各ウエハ支持体は、床と支持棚とを有するポケットを備えており、前記床および支持棚は、前記ポケット内において、前記床が前記ポケットの底面をなすように、前記上面の前記主部分から凹んでいることを特徴とする請求項1に記載のウエハキャリア。
- 前記上面の前記主部分の少なくとも一部の直下の前記本体の厚みが、前記ポケットの前記床の直下の前記本体の厚みよりも大きくなっていることを特徴とする請求項11に記載のウエハキャリア。
- 各支持棚は実質的に連続的であり、前記床を取り囲んでいることを特徴とする請求項11または12に記載のウエハキャリア。
- 各支持棚は、前記床の周辺に沿って互いに離間している複数の棚領域を備えていることを特徴とする請求項11または12に記載のウエハキャリア。
- 各ウエハ保持領域内において、前記本体は、前記支持棚と真っ直ぐに並んだ領域において、該領域と直接隣接している前記床と真っ直ぐに並んだ領域におけるよりも大きい厚みを有していることを特徴とする請求項11または12に記載のウエハキャリア。
- 前記本体は、被膜が施されているかまたは施されていない耐火材料の実質的に一体の平板からなっていることを特徴とする請求項1〜15のいずれかに記載のウエハキャリア。
- 前記本体は、複数のポケットを備えており、前記1つ以上の熱バリアの各々は、前記ポケットのうちの少なくとも1つの直下の当該キャリアの前記本体の領域を囲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。
- 当該キャリアの前記本体の一部分が一体であり、前記1つ以上の熱バリアが、前記一体の部分の底面の上方を垂直方向に延び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。
- 当該キャリアの前記本体は、前記本体の中心においてスピンドルに取り付けられ、前記複数のウエハ保持領域は、前記スピンドルの軸を中心にして周状に配置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。
- 前記第1の領域は前記第2の領域よりも高い熱伝導性を備え、前記本体は複数のポケットを備え、前記第1の領域は前記ポケットの少なくとも1つに真っ直ぐに並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。
- 前記第1の領域は前記ポケットの床の少なくとも一部を画定することを特徴とする請求項20に記載のウエハキャリア。
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