具有增强的热均匀性特征的改良晶圆载体

摘要

一种晶圆载体组件，用在通过化学气相沉积(CVD)在一个或多个晶圆上生长外延层的系统中，晶圆载体组件包括关于中心轴线对称形成的晶圆载体主体，其包括垂直于所述中心轴线、大体为平面的顶面，和平行于顶面、为平面的底面。至少一个晶圆保持袋从顶面凹陷在晶圆载体主体中。至少一个晶圆保持袋中的每一个包括底表面和周缘壁表面，周缘壁表面围绕底表面并界定那个晶圆保持袋的周缘。至少一个热控制特征包括在晶圆载体主体中形成的内部空腔或孔隙，其由晶圆载体主体的内表面界定。

权利要求

1.一种晶圆载体组件，用在通过化学气相沉积(CVD)在一个或多个晶圆上生长外延层的系统中，所述晶圆载体组件包括：关于中心轴线对称形成的晶圆载体主体，包括垂直于所述中心轴线、大体为平面的顶面，和平行于所述顶面、为平面的底面；

在所述晶圆载体主体中的至少一个晶圆保持区，至少一个晶圆保持区中的每一个包括穿过所述晶圆载体主体的穿孔，所述穿孔从所述顶面延伸穿过所述底面，并且所述穿孔由所述晶圆载体主体的内周缘表面界定，所述晶圆保持区还包括凹陷在所述顶面之下并沿着所述内周缘表面的支架，所述支架适于在绕所述中心轴线旋转时将晶圆保持在所述晶圆保持区内；和至少一个热控制特征，其包括在所述晶圆载体主体中形成的内部空腔，所述内部空腔由所述内周缘表面界定，其中所述至少一个热控制特征是在所有侧部被所述晶圆载体主体封闭的内部空腔，并且其中，所述内部空腔的热导率低于所述晶圆载体主体的热导率。

2.根据权利要求1所述的晶圆载体组件，还包括：

由热导率低于所述晶圆载体主体的热导率的材料制成的支撑环，所述支撑环位于所述支架上，并设置成将晶圆与所述内周缘表面隔离。

3.根据权利要求1所述的晶圆载体组件，其中所述穿孔在所述底面上的开口比在所述顶面上的开口大，并且其中所述内周缘表面具有截头圆锥形式。

4.一种晶圆载体组件，用在通过化学气相沉积(CVD)在一个或多个晶圆上生长外延层的系统中，所述晶圆载体组件包括：关于中心轴线对称形成的晶圆载体主体，包括垂直于所述中心轴线、大体为平面的顶面，和平行于所述顶面、为平面的底面；

从所述顶面凹陷在所述晶圆载体主体中的至少一个晶圆保持袋，至少一个晶圆保持袋中的每一个包括底表面和周缘壁表面，所述周缘壁表面围绕所述底表面并界定那个晶圆保持袋的周缘，所述晶圆保持袋适于在绕所述中心轴线旋转时将晶圆保持在所述周缘内；

至少一个热控制特征，其包括在所述晶圆载体主体中形成的内部空腔，所述内部空腔由所述晶圆载体主体的内表面界定，所述内部空腔由所述顶面和所述底表面中的至少一个以及所述底面封闭；以及至少一个由沟槽界定的热控制特征，其热导率低于所述晶圆载体主体的热导率。

5.根据权利要求4所述的晶圆载体组件，其中所述至少一个热控制特征位于所述底面与所述顶面之间，但不在所述底面与所述底表面之间。

6.根据权利要求4所述的晶圆载体组件，其中所述至少一个热控制特征包括气体。

7.根据权利要求4所述的晶圆载体组件，其中所述至少一个热控制特征具有沿平行于所述中心轴线的轴线界定的高度，和垂直于所述中心轴线界定的宽度，并且其中所述至少一个热控制特征的所述宽度大于所述高度。

8.根据权利要求4所述的晶圆载体组件，其中所述至少一个热控制特征在所有侧面由所述晶圆载体主体封闭。

9.根据权利要求4所述的晶圆载体组件，其中所述至少一个热控制特征包括多层固体材料。

10.根据权利要求4所述的晶圆载体组件，其中所述至少一个热控制特征包括允许气体流动的通道，所述通道包括向所述晶圆载体主体的外部敞开的第一开口和第二开口。

11.一种用于通过化学气相沉积(CVD)在一个或多个晶圆上生长外延层的装置，包括：反应室；

上端设置在所述反应室内的可旋转转轴；

用于输送并对所述一个或多个晶圆提供支撑的晶圆载体，所述晶圆载体居于中心并可拆卸地固定在所述转轴的所述上端上，并且所述晶圆载体至少在化学气相沉积过程中与所述转轴的所述上端接触；以及设置在所述晶圆载体之下用于加热所述晶圆载体的辐射加热元件；

其中所述晶圆载体包括：

关于中心轴线对称形成的晶圆载体主体，所述晶圆载体主体包括垂直于所述中心轴线、大体平面的顶面，和平行于所述顶面、平面的底面；

从所述顶面凹陷在所述晶圆载体主体中的至少一个晶圆保持袋，至少一个晶圆保持袋中的每一个包括底表面和周缘壁表面，所述周缘壁表面围绕所述底表面并界定那个晶圆保持袋的周缘，所述晶圆保持袋适于在绕所述中心轴线旋转时将晶圆保持在所述周缘内；

至少一个由沟槽界定的热控制特征，所述热控制特征包括在所述晶圆载体主体中形成的内部空腔，所述内部空腔由所述晶圆载体主体的内表面界定，所述内部空腔由所述顶面和所述底表面中的至少一个以及所述底面封闭，使得所述至少一个热控制特征的热导率低于所述晶圆载体主体的热导率，使得所述晶圆载体主体中由所述辐射加热元件的操作所引起的热流动倾向于集中在除了在所述至少一个热控制特征之上的区域之外的区域中。

12.一种组装晶圆载体的方法，所述晶圆载体用于通过化学气相沉积(CVD)在一个或多个晶圆上生长外延层，所述方法包括：形成关于中心轴线对称的晶圆载体主体，包括形成垂直于所述中心轴线、大体为平面的顶面，以及形成平行于所述顶面、为平面的底面；

形成从所述顶面凹陷在所述晶圆载体主体中的至少一个晶圆保持袋，至少一个晶圆保持袋中的每一个包括底表面和周缘壁表面，所述周缘壁表面围绕所述底表面并界定那个晶圆保持袋的周缘，所述晶圆保持袋适于在绕所述中心轴线旋转时将晶圆保持在所述周缘内；

使隔热间隔至少部分地位于至少一个晶圆保持袋中以保持所述周缘壁表面与所述晶圆之间的间隙，所述间隔由热导率低于所述晶圆载体主体的热导率的材料构建而成，使得所述间隔限制从所述晶圆载体主体的部分至所述晶圆的热传导；以及在所述晶圆载体主体中形成间隔保持特征，使得所述间隔保持特征与所述间隔接合，并提供取向成在绕所述中心轴线旋转时防止所述间隔离心运动的表面，其中，在所述晶圆载体主体中形成内部空腔，所述内部空腔在所有侧部被所述晶圆载体主体封闭，并且其中，所述内部空腔的热导率低于所述晶圆载体主体的热导率。

13.一种晶圆载体组件，用在通过化学气相沉积(CVD)在一个或多个晶圆上生长外延层的系统中，所述晶圆载体组件包括：关于中心轴线对称形成的晶圆载体主体，包括垂直于所述中心轴线、大体为平面的顶面，和平行于所述顶面、为平面的底面；

从所述顶面凹陷在所述晶圆载体主体中的至少一个晶圆保持袋，至少一个晶圆保持袋中的每一个包括底表面和周缘壁表面，所述周缘壁表面围绕所述底表面并界定那个晶圆保持袋的周缘，所述晶圆保持袋适于在绕所述中心轴线旋转时将晶圆保持在所述周缘内；

至少一个热控制特征，其包括在所述晶圆载体除了所述至少一个晶圆保持袋之外的区域之下、在所述晶圆载体主体的所述底面上形成的凹陷，其中，所述至少一个热控制特征还包括在所述晶圆载体主体中形成的内部空腔，所述内部空腔在所有侧部被所述晶圆载体主体封闭，并且其中，所述内部空腔的热导率低于所述晶圆载体主体的热导率。

14.根据权利要求13所述的晶圆载体组件，其中所述凹陷具有大体平行于所述顶面的凹陷表面，所述凹陷表面是平坦的。

15.根据权利要求13所述的晶圆载体组件，其中所述凹陷具有大体平行于所述顶面的凹陷表面，所述凹陷表面具有曲率。

说明书

具有增强的热均匀性特征的改良晶圆载体

[0001] 在先申请

[0002] 本申请要求于2013年6月5日提交的美国临时申请第61/831,496号的相关权益，其全部内容通过引用合并在此。

背景技术

[0003] 本发明涉及晶圆处理设备，用在这种处理设备中的晶圆载体，以及晶圆处理方法。

[0004] 许多半导体器件通过在衬底上外延生长半导体材料而形成。衬底通常是圆盘形式的晶体材料，通常称为“晶圆”。例如，由诸如III-V族半导体的复合半导体制成的器件通常通过使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长连续的复合半导体层而形成。在这个过程中，晶圆暴露于通常包括金属有机化合物和V族元素源的气体组合，该气体组合在晶圆保持在升高温度的同时流过晶圆表面。III-V族半导体的一个示例是氮化镓，其可通过有机镓化合物与氨在具有合适晶格间距的衬底(例如，蓝宝石晶圆)上反应而形成。通常，在氮化镓和有关化合物的沉积过程中，晶圆保持在500-1200℃等级的温度。

[0005] 复合器件可通过在略微不同的反应条件下(例如，添加其他第III或V族元素以改变半导体的晶体结构及能带隙)在晶圆表面上连续沉积许多层而制成。例如，在基于氮化镓的半导体中，可使用不同比例的铟、铝或两者来改变半导体的能带隙。而且，可添加p型或n型掺杂物来控制各层的传导性。在所有的半导体层都形成之后，并且通常在施加适当的电触点之后，晶圆被切成单独的器件。诸如发光二极管(LED)，激光器和其他电子和光电器件的器件可以以这种方法制造。

[0006] 在通常的化学气相沉积过程中，许多晶圆被保持在通常称作晶圆载体的器件上，所以各晶圆的顶面暴露于晶圆载体的顶面。然后晶圆载体被放置到反应室中，并在气体混合物流过晶圆载体表面的同时保持处于期望的温度。在处理过程中保持载体上各个晶圆顶面上的所有点都处于一致情况是非常重要的。反应气体组分及晶圆表面温度的微小变化导致产生的半导体器件性能不期望的变化。例如，当沉积镓和铟的氮化物层时，晶圆表面温度的变化会导致沉积层的组分和能带隙变化。因为铟具有相对较高的蒸汽压力，因此在晶圆表面温度较高的那些区域沉积层会具有较低比例的铟和较高的能带隙。当沉积层是LED结构的活跃光发射层时，由晶圆构成的LED的发射波长也会变化。这样，迄今为止本领域中相当大的努力一直致力于保持一致的条件。

[0007] 一种业界广泛使用的CVD设备使用具有许多晶圆保持区并以大圆盘形式的晶圆载体，各晶圆保持区适合于保持一个晶圆。晶圆载体在反应室内支撑于转轴(spindle)上，所以晶圆载体的顶面(具有露出的晶圆表面)向上面向气体分配元件。转轴旋转时，气体向下引导到晶圆载体的顶面上并朝着晶圆载体的周缘流过顶面。使用过的气体通过设置在晶圆载体下面的端口排出反应室。晶圆载体通过加热元件(通常是设置在晶圆载体的底面下面的电阻加热元件)保持在期望的升高温度。这些加热元件保持在高于晶圆表面期望温度的温度，而气体分配元件和室壁通常保持在远低于期望的反应温度的温度，以防止气体过早反应。因此，热从阻性加热元件传递至晶圆载体的底面，并向上流过晶圆载体至单个晶圆。热从晶圆和晶圆载体传递至气体分配元件和室壁。

[0008] 尽管迄今为止本领域中相当大的努力一直致力于设计这种系统的优化，但仍然期望进一步改进。特别地，期望提供各晶圆表面上更均匀的温度，以及整个晶圆载体上更均匀的温度。

发明内容

[0009] 本发明的一个方面提供了一种晶圆载体，包括主体(其具有沿水平方向延伸、彼此相向的顶面和底面)和多个向顶面敞开的袋，每个这种袋适于保持晶圆的顶面暴露于主体的顶面，载体界定了垂直于水平方向的垂直方向。晶圆载体主体有利地包括一个或多个在载体主体内诸如沟槽、袋或其他空腔的热控制特征。

[0010] 在一种实施方式中，热控制特征掩埋在晶圆载体的主体内。在另一种实施方式中，使用了掩埋和非掩埋(即，露出的)热控制特征的组合。在又一实施方式中，热控制特征形成允许处理气体流动的通道。

[0011] 在另一实施方式中，热控制特征具体地位于在晶圆袋之间的晶圆载体的区域之下。这些热控制特征限制热流至这些区域的表面，因此保持这些表面部分相对较冷。在一种实施方式中，在袋之间的区域的表面温度保持在大概晶圆的温度，因此避免了历史流动(historic flow)加热效应。

[0012] 在另一实施方式中，晶圆载体在晶圆之下设有通孔以便利直接加热晶圆。在一个这种实施方式中，晶圆由隔热支撑环支撑。在相关实施方式中，瞳孔具有底切，其在晶圆载体底面产生的开口大于在顶面产生的开口。本发明的又一方面包括整合了上述晶圆载体的晶圆处理装置，以及使用这种载体处理晶圆的方法。

附图说明

[0013] 连同附图，考虑以下本发明各种实施方式的详细描述可更完整地了解本发明，其中：

[0014] 图1是描绘根据本发明一个实施方式的化学气相沉积装置的简化示意剖视图。

[0015] 图2是用于图1装置中的晶圆载体的图解俯视图。

[0016] 图3是沿图2中线3-3的断续、图解剖面图，描绘了晶圆载体连同晶圆。

[0017] 图4、5和6是描绘根据本发明更多实施方式的晶圆载体的一部分的断续、图解剖面图。

[0018] 图7是描绘根据本发明又一实施方式的晶圆载体的一部分的断续、图解剖面图。

[0019] 图8类似于图7，但描绘了常规晶圆载体的一部分。

[0020] 图9是图7和8中晶圆载体的操作过程中的温度分布图。

[0021] 图10-16是描绘根据本发明更多实施方式的晶圆载体的部分的断续、图解剖面图。

[0022] 图17和18是描绘根据本发明又更多实施方式的晶圆载体的部分的断续、图解俯视图。

[0023] 图19-24是描绘根据本发明其他实施方式的晶圆载体的部分的断续、图解剖面图。

[0024] 图25是根据本发明另一实施方式的晶圆载体的图解仰视图。

[0025] 图26是描绘图25中晶圆载体的一部分的放大、断续、图解仰视图。

[0026] 图27是沿图25中线27-27的断续、图解剖面图。

[0027] 图28和29是描绘根据本发明又更多实施方式的晶圆载体的部分的断续、图解仰视图。

[0028] 图30是描绘图29中晶圆载体的一部分的放大、断续、图解仰视图。

[0029] 图31是描绘根据本发明又另一实施方式的晶圆载体的一部分的断续、图解仰视图。

[0030] 图32是根据本发明又另一实施方式的晶圆载体的图解仰视图。

[0031] 图33是说明晶圆载体的主体内热流线的剖面图，包含具有水平分量的流线，水平分量导致热覆盖(heat blanketing)效应，处理过程中热覆盖效应在晶圆表面上产生温度梯度。

[0032] 图34是描绘根据本发明一个实施方式的热绝缘特征的剖面图，其中添加底板以在晶圆载体的主体内产生掩埋空腔。

[0033] 图35是说明图34中实施方式的变型的剖面图，其中掩埋空腔主要沿水平取向定向，并具有一定大小、定位成位于晶圆载体中除了根据一种实施方式的袋之下的区域中。

[0034] 图36是晶圆载体在晶圆袋之间特别识别区域的俯视图。

[0035] 图37A是说明图35-36中实施方式的变型的剖面图，其中平坦的切口在晶圆载体的底面上、位于根据一种实施方式的晶圆袋之间的区域之下形成。

[0036] 图37B是说明图35-36中实施方式的变型的剖面图，其中弯曲的切口在晶圆载体的底面上、位于根据一种实施方式的晶圆袋之间的区域之下形成。

[0037] 图38说明了图37中描绘的实施方式的变型，其中深切口用作根据一种实施方式的热特征。

[0038] 图39说明了使用深切口与水平通道的组合的实施方式。

[0039] 图40说明了使用敞开切口与掩埋袋的组合的另一实施方式。

[0040] 图41说明了热绝缘特征充填层叠的固体材料的实施方式。

[0041] 图42说明了适于处理硅晶圆的晶圆载体的另一种实施方式。

[0042] 虽然本发明可作出各种改型和替代形式，其细节已经由附图中的示例示出，并会详细描述。然而，应当认识到，本发明并不是将本发明局限于描述的特定实施方式。相反，本发明覆盖了落入本发明由所附权利要求限定的范围内的所有改型、等同方式和替代形式。

具体实施方式

[0043] 根据本发明一个实施方式的化学气相沉积装置包括具有气体分配元件12的反应室10，气体分配元件12设置在室的一端。本文中具有气体分配元件12的端部称为室10的“顶”端。在参考正常重力参照系的情况下，室的这个端部通常设置在室的顶部，但这并非必需的。这样，本文中使用的向下方向是指远离气体分配元件12的方向，向上方向是指室内朝着气体分配元件12的方向，而不管这些方向是否与重力向上和向下方向对齐。类似地，本文中元件的“顶”和“底”面参照室10和元件12的参照系进行描述。

[0044] 气体分配元件12连接至CVD处理中待使用的气体源14，诸如载气及反应气体，例如第III族金属(典型为金属有机化合物)的源及第V族元素(例如氨或其他第V族氢化物)的源。气体分配元件设置成接收各种气体，并以大体向下的方向引导气体流。气体分配元件12也可合意地连接至冷却系统16，其设置成使液体循环通过气体分配元件以在操作过程中使该元件的温度保持在期望的温度。冷却系统16还设置成使液体循环通过室10的壁以使壁保持在期望的温度。室10还装配有排气系统18，其设置成通过室底部或底部附近的端口(未示出)逐出室内部的废气以允许从气体分配元件沿向下方向的连续气体流动。

[0045] 转轴20设置在室内，所以转轴的中心轴线22沿上下方向延伸。转轴在其顶端，即，在转轴最靠近气体分配元件12的端部，具有配件(fitting)24。特别地，在描绘的实施方式中，配件24为大体锥形的元件。转轴20连接至例如电动传动装置的旋转驱动机构26，其设置成使转轴绕轴线22旋转。加热元件28固定在室内，并在配件24下面围绕转轴20。室还设有用于插入及移除晶圆载体的可开启的端口30。前述元件可具有常规构造。例如，合适的反应室由本申请的受让人、美国纽约普莱恩维尤的Veeco仪器有限公司(注册商标TURBODISC)商业出售。

[0046] 在图1描绘的操作条件下，晶圆载体32固定在转轴的配件24上。晶圆载体具有包括主体的结构，主体以大体圆盘的形式，并具有垂直于顶面和底面延伸的中心轴线25。晶圆载体的主体具有第一主表面(本文中称为“顶”面34)及第二主表面(本文中称为“底”面36)。晶圆载体的结构还具有配件39，其设置成接合转轴的配件24并保持晶圆载体的主体在转轴上，使顶面34向上面朝气体分配元件12，使底面36向下面朝加热元件28并远离气体分配元件。仅仅作为示例，晶圆载体的主体的直径可大约465mm，载体在顶面34与底面36之间的厚度可在15.9mm的等级。特别地，在示出的实施方式中，配件39形成为在主体32底面上的截头圆锥凹陷。然而，如共同审理、共同受让的美国专利公告第2009-0155028号所述，其全部内容通过引用合并在此，晶圆载体的结构可包括与主体分开形成的毂(hub)，配件可并入此毂中。同样，配件的构造将取决于转轴的构造。

[0047] 可取的，主体包括主要部分38，其形成为具有非金属耐火第一材料的单板，第一材料是例如选自由碳化硅、氮化硼、碳化硼、氮化铝、氧化铝、蓝宝石、石英、石墨及其组合所组成的群组的材料，具有或不具有例如碳化物、氮化物或氧化物的耐火涂层。

[0048] 晶圆载体的主体具有在中心轴线25及中心轴线25附近的中心区27、围绕中心区的袋或晶圆保持区29，以及围绕袋区并界定主体的周缘的周缘区31。周缘区31界定了在主体最外端、在顶面34和底面36之间延伸的周缘表面33。

[0049] 载体的主体在袋区29界定了多个朝向顶面敞开的圆形袋40。如从图1及3中最能看出的，主体的主要部分38界定了大致为平面的顶面34。主要部分38具有从顶面34延伸穿过主要部分至底面36的孔42。次要部分44设置在各孔42内。设置于各孔内的次要部分44界定了袋40的底表面(floor surface)46，底表面凹陷于顶面34之下。次要部分44由第二材料制成，优选地，是由碳化硅、氮化硼、碳化硼、氮化铝、氧化铝、蓝宝石、石英、石墨及其组合组成的非金属耐火材料，具有或不具有例如碳化物、氮化物或氧化物的耐火涂层。有利地，第二材料与构成主要部分的第一材料不同。第二材料的热导率高于第一材料的热导率。例如，主要部分由石墨制成时，次要部分可由碳化硅制成。次要部分44与主要部分38合作界定了主体的底面36。特别地，在图3描绘的实施方式中，主要部分38的底面为平面，次要部分44的底面与主要部分的底面共平面，所以底面36为平面。

[0050] 次要部分44与孔42的壁摩擦接合。例如，次要部分可压配到孔中或通过提高主要部分至升高的温度并将冷的次要部分插入到孔中而冷缩配合得到。有利地，所有袋具有一致的深度。这种均匀性可通过使所有次要部分形成均匀的厚度(例如藉由研磨或抛光次要部分)而容易地实现。

[0051] 在各次要部分44与周围的主要部分38的材料之间存在热障48。热障是热导率低于主要部分块体材料的热导率的区域。特别地，在图3描绘的实施方式中，热障包括肉眼可见的(macroscopic)间隙48，例如大约100微米或更厚的间隙，其由主要部分38界定孔42的壁上的槽形成。这个间隙包含诸如空气的气体或操作过程中遇到的加工气体，因此热导率比邻近的固体材料(solid material)低得多。

[0052] 次要部分44与主要部分38邻接的表面还界定了热障的部分。尽管这些表面在宏观尺度上彼此邻接，但两个表面都不是完全光滑的。因此，在邻接表面的部分之间将存在肉眼可见的充气间隙。这些间隙也会阻碍次要部分44与主要部分38之间的热传导。

[0053] 如参照图2及3最能领会的，各袋40具有袋轴线68，其沿垂直方向延伸，垂直于顶面34和底面36并平行于晶圆载体的中心轴线25。与各袋相关的热障48与袋的周缘相对齐完整地绕袋的袋轴线68延伸。在这个实施方式中，各热障48沿着理论上的界定表面65延伸，其以与袋轴线68共轴的直圆柱体的形式，半径等于或差不多等于袋40的半径。形成热障48的特征(例如间隙48和次要部分44与主要部分38邻接的表面)沿界定表面65方向的尺寸比这些特征沿垂直于界定表面方向的尺寸大得多。热障48的热导率小于邻近的主体部分的热导率，即，小于主要部分38与次要部分44的热导率。因此，热障48阻滞了垂直于界定表面方向(即，平行于顶面34和底面36的水平方向)的热导率。

[0054] 根据本发明这个实施方式的晶圆载体还包括设置在载体主体的袋区29与周缘区31之间的周缘热控制特征或热障41。在这个实施方式中，周缘热障41是延伸到主体的主要部分38中的沟槽(trench)。如本申请中使用的关于晶圆载体的特征，术语“沟槽”意指晶圆载体内延伸至晶圆载体的表面并且深度大致大于其宽度的间隙。在这个实施方式中，沟槽
41在单个整体元件(即，主体的主要部分38)中形成。同样，在这个实施方式中，沟槽41未填充任何固体或液体材料，因此会充满周围气体，例如载体在室外时充满空气或者载体在室内时充满处理气体。沟槽沿界定表面45(其以绕轴线25旋转的表面的形式)延伸，在这种情况下是与晶圆载体的中心轴线25同轴的直圆柱体。在沟槽的情况下，界定表面可认为是距沟槽壁等距的表面。换句话说，沟槽43的深度尺寸d垂直于晶圆载体的顶面和底面并平行于晶圆载体的中心轴线。沟槽41具有垂直于表面45的宽度尺寸，其小于沟槽平行于界定表面的尺寸。

[0055] 载体还包括与袋相关联的锁部50。锁部可如美国专利第8,535,445号中更详细地讨论的那样配置，其全部内容通过引用合并在此。锁部50是可选择的并且可以省略；在本发明以下讨论的其他载体中省略了锁部。优选地，锁部50由热导率低于次要部分44的热导率的耐火材料制成，并且优选地低于主要部分38的热导率。例如，锁部可由石英制成。各锁部包括以垂直圆柱杆形式的中间部分52(图3)及以圆盘形式的底部部分54。各锁部的底部部分54界定了面朝上的支持表面56。各锁部还包括横向突出至中间部分的轴线的顶部部分58。顶部部分关于中间部分52的轴线非对称。各锁部的顶部部分58界定了面朝下的锁表面
60，其覆在锁部的支持表面56之上但与支持表面隔开。因此，各锁部界定了在表面56与60之间的间隙62。各锁部固定至晶圆载体，所以锁部可在图3中示出的操作位置与非操作位置之间移动，在操作位置，锁部的顶部部分58伸出袋，在非操作位置，顶部部分不伸出袋。

[0056] 操作中，载体装载有圆形盘状晶圆70。一个或多个与各袋相关联的锁部50处于其非操作位置时，晶圆被放置到袋中，所以晶圆的底面72置于锁部的支持表面56上。锁部的支撑表面配合将晶圆的底面72支撑在袋的底表面46上，所以在晶圆的底面与袋的底表面之间存在一间隙73(图3)，所以晶圆的顶面74与载体的顶面34共面或差不多共面。选择载体(包括锁部)的尺寸使得晶圆的边缘或周缘表面76与锁部的中间部分52之间有一非常小的空隙。锁部的中间部分因此使晶圆位于袋的中心，所以晶圆边缘与袋的壁之间的距离绕晶圆周缘大致一致。

[0057] 锁部位于操作位置，所以各锁部的顶部部分58及朝下的锁表面60(图3)向内伸出到袋上，因此到晶圆的顶面74上。锁表面60设置在高于支撑表面56的垂直水平。这样，晶圆接合在支撑表面56与锁表面之间，并被限制了相对于载体的向上或向下运动。有利地，锁部的顶部和底部元件尽可能小，所以这些元件仅接触晶圆表面邻近各晶圆周缘非常小的部分。例如，锁表面和支撑表面可以仅接合几平方毫米晶圆表面。

[0058] 通常，晶圆在载体在反应室外时装载到载体上。载体(具有在其上的晶圆)使用传统机器人装置(未示出)装载到反应室中，所以载体的配件39与转轴的配件24接合，并且载体的中心轴线25与转轴的轴线22相重合。转轴与载体绕这个共同的轴线旋转。根据采用的特定工艺，这种旋转可以以每分钟几百转或更多。

[0059] 气体源14被促动以供给加工气体及载气至气体分配元件12，所以这些气体向下流动朝向晶圆载体及晶圆，流动大体径向向外越过载体的顶面34及晶圆露出的顶面74。气体分配元件12及室10的壁保持在相对较低的温度以抑制气体在这些表面反应。

[0060] 加热器28被促动以加热载体及晶圆至期望的处理温度，对某些化学气相沉积过程而言其可在500至1200℃的等级。热主要通过辐射热传递从加热器传递至载体主体的底面36。热向上流动藉由传导通过载体主体的主要部分38至主体的顶面34。热还向上流动通过晶圆载体的次要部分44，跨过袋底表面与晶圆底面之间的间隙73，并通过晶圆至晶圆的顶面74。藉由辐射，热从主体和晶圆的顶面传递至室10的壁，及气体分配元件12，并且从晶圆载体的周缘表面33传递至室的壁。热还从晶圆载体及晶圆传递至加工气体。

[0061] 加工气体在晶圆的顶面反应以处理晶圆。例如，在化学气相沉积过程中，加工气体在晶圆顶面形成沉淀。通常，晶圆由晶体材料制成，沉积过程是具有类似于晶圆材料晶格间距的晶体材料的外延沉积。

[0062] 为了加工的均匀性，各晶圆顶面的温度应在晶圆的整个顶面上保持不变，并等于载体上其他晶圆的温度。为此，各晶圆顶面74的温度应等于载体顶面34的温度。载体顶面的温度取决于热传递通过主体的主要部分38的速率，而晶圆顶面的温度取决于热传递通过次要部分44、间隙73及晶圆本身的速率。次要部分44的高热导率及所致的低热阻补偿了间隙73的高热阻，所以晶圆顶面的温度保持在大致等于载体顶面的温度。这使晶圆边缘与周围的载体部分之间的热传递最小化，因此有助于保持各晶圆的整个顶面上温度均匀。为了提供这种效果，袋46底表面的温度必须高于邻近的主要部分38的部分。主体的次要部分44与主要部分38之间的热障48使次要部分44与主要部分38之间沿水平方向的热传导最小化，因此使次要部分44至主要部分的热损失最小化。这有助于保持袋底表面与载体顶面之间的这个温差。此外，在载体袋周缘水平热传递的降低亦有助于降低载体顶面紧围袋周围的局部加热。如以下进一步讨论的，载体顶面紧围袋周围的那些部分倾向于温度高于载体顶面的其他部分。通过降低这种作用，热障促进更均匀的沉积。

[0063] 因为晶圆载体主体的周缘部分31设置成靠近室10的壁，晶圆载体的周缘部分倾向于以高速率传递热至室的壁，因此倾向于温度低于晶圆载体的其余部分。这倾向于冷却载体主体靠近袋区域29外部最靠近周缘区域的部分。周缘热障41降低了从袋区域至周缘区域的水平热传递，因此降低了袋区域上的冷却效果。这转而降低了袋区域内的温差。尽管周缘热障会增加周缘区域31与袋区域之间的温差，这个温差不会不利地影响加工。气体向外流动越过周缘区，经过冷的周缘区域的气体因此不会影响加工的任何晶圆。迄今为止，通过使加热元件28(图1)非均匀来补偿从晶圆载体周缘至室壁的热传递已是惯例，所以更多的热传递至周缘区域及袋区域的外部部分。这种方法可以与所示的周缘热障一起使用。然而，周缘热障降低了这种补偿的需要。

[0064] 如前述2010年8月13日提交的美国专利申请第12/855,739号，及2011年8月4日提交的相应国际申请第PCT/US2011/046567号中更详细的讨论的，锁部50保持各晶圆在相关袋的中心并保持晶圆边缘对抗向上运动(由于晶圆的弯曲)。这些作用促进热更均匀地传递至晶圆。

[0065] 在又一变型中(图4)，载体主体的次要部分344可藉由套管348固定至主要部分338，套管348由石英或热导率低于主要部分和次要部分的另一种材料制成。这里又一次，有利地，次要部分的热导率高于主要部分的热导率。套管起到次要部分与主要部分之间的热障的作用。套管与次要部分之间及套管与主要部分之间的固体-固体交界面提供了附加的热障。在这种变型中，套管界定了袋的垂直壁342。

[0066] 图5中的实施方式类似于前述参照图1-3描述的实施方式，除了各次要部分444包括直径小于主要部分438中相应孔442的直径的主体443，所以间隙448设置成热障。各次要部分还包括紧密适配在主要部分438中以保持次要部分与孔442同心的头部445。

[0067] 图6中的晶圆载体包括类似于前述参照图1-3讨论的载体的主要部分538及次要部分544。然而，图6中的载体主体包括环绕次要部分并设置在各次要部分与主要部分之间的环状边界部分502。边界部分502的热导率与主要部分和次要部分的热导率不同。如所示的，边界部分在各袋周缘之下对齐。在又一变型中，边界部分可在围绕各袋的顶面534的一部分之下对齐。边界部分的热导率可独立选择以抵消热传递至晶圆边缘或来自晶圆边缘的热传递。例如，在顶面534倾向于比晶圆热的那些部分，边界部分的热导率可低于主要部分的热导率。

[0068] 根据本发明又一实施方式的晶圆载体(部分描绘于图7中)具有主体，其包括由耐火材料制成的整块的主要部分238，其界定了主体的顶面234和底面236。主要部分界定了在主体顶面形成的袋240。各袋具有底表面246以及围绕袋240的周向壁表面和在高于底表面246的垂直水平在袋周围延伸的面朝上的晶圆支撑表面260。袋大体关于垂直袋轴线268对称。以沟槽形式的热障248在袋的周缘之下绕轴线268延伸。在这个实施方式中，沟槽248向载体主体的顶面234敞开，它与构成顶面一部分的晶圆支撑表面260相交。沟槽248具有与袋轴线248同心的直圆柱体形式的界定表面。沟槽248从袋底表面246向下延伸几乎一直到晶圆载体的底面236，但在不到底面的位置处停下来。沟槽大致环绕载体主体的次要部分244，其界定袋底表面246。

[0069] 加工过程中，沟槽248抑制水平方向的热传导。尽管次要部分244与主要部分238彼此整体形成，在次要部分与主要部分之间仍存在温差，仍然需要抑制水平热传导。这种需要可参照图8理解，图8绘示了类似于图7中载体的传统晶圆载体，但没有热障。当晶圆270'设置在袋中时，在晶圆与袋底表面246'之间将会存在一间隙273'。间隙273中气体的热导率大致低于晶圆载体材料的热导率，因此将次要部分与晶圆隔热。加工过程中，热向上传导通过晶圆载体并从载体的顶面234'及晶圆顶面274'向周围耗散。间隙起到绝热体的作用，阻断了从晶圆之下的载体部分244'至晶圆的垂直热流动。这意味着，在底表面246'的水平，部分244'会比紧邻的主要部分238'的部分热。因此，热从部分244'水平流至部分238'，如图8中箭头HF示意地示出。这提高了主要部分238'紧围袋的部分的温度，所以顶面234'紧围袋的部分S'比顶面234'远离袋的其他部分R'热。此外，水平热流动倾向于冷却袋底表面246'。冷却是非均匀的，所以袋底表面靠近袋轴线268'的部分比远离该轴线的部分热。由于间隙
273'的隔热效果，晶圆顶面274'会比载体顶面234冷。由于水平热传导所致的袋底表面246'的冷却加剧了这种效果。此外，袋底表面的非均匀冷却导致晶圆顶面274'上的温度不均匀，晶圆顶面中心WC'比晶圆顶面的周缘WP'热。

[0070] 这些作用以图9中的实线曲线202描绘，图9是晶圆顶面的顶面温度关于距袋轴线的距离的图。再一次，晶圆顶面(点WC'及WP')大致比载体顶面(点R'及S')冷，并且在点WC'与WP'之间存在显著的温差。点S'比点R'热。这些温差降低了加工均匀性。

[0071] 在图7的晶圆载体中，热障248抑制了这些作用。因为阻断了从次要部分244的水平热传导，底表面246较热，因此晶圆顶面274较热，并且温度更接近均匀。如图9中虚线曲线204所示，点WC及WP的温度几乎相同，并接近载体顶面点R和S的温度。同样，靠近袋的点S的温度接近远离袋的点R的温度。

[0072] 根据又一实施方式的晶圆载体包括界定了多个袋740的单个主体850，图10中仅示出多个袋中的一个。各袋740具有设置在底表面746之上的支撑表面756和围绕袋的底切(undercut)周缘壁742。袋具有在袋的周缘附近绕袋轴线768延伸的外部热障或沟槽600。沟槽600类似于前述参照图7讨论的沟槽248。和图7中的载体一样，沟槽600向晶圆载体的顶部敞开，但并未延伸穿过晶圆载体底部860的壁。沟槽600在周缘壁742与壁810(其形成支撑表面的内边缘)之间与支持表面756相交。这里再一次，沟槽600大致垂直并大体以与袋740的轴线768同心的直圆柱体的形式。仅作为示例，沟槽600的宽度w可以为各种数值，包括例如约0.5至约10,000微米，约1至约7,000微米，约1至约5,000微米，约1至约3,000微米，约1至约1,000微米，或约1至约500微米。在特定的晶圆载体设计中，特定沟槽600所选择的宽度w可根据期望的晶圆加工条件、将材料沉积到由晶圆载体所保持的晶圆上的方式及晶圆加工过程中期望的晶圆载体的热曲线(heat profile)改变。

[0073] 晶圆载体还包括在外部阻障或沟槽600内绕袋轴线768延伸的内部热障或沟槽610。这样，沟槽610的直径小于袋40的直径。沟槽610与晶圆载体的底面860相交，所以沟槽向晶圆载体的底部敞开，但不向晶圆载体的顶部敞开。沟槽或热障610是倾斜热障，具有倾斜于沟槽的顶面和底面的界定表面。换句话说，沟槽的深度尺寸d与晶圆载体的顶面和底面成一斜角。在描绘的实施方式中，沟槽610的界定表面611大体以与袋轴线768同心的圆锥体的一部分的形式，在沟槽610与底面860之间的交点以与袋轴线同心的圆的形式。沟槽610的界定表面与底面相交的角度可从大约3度到大约几乎90度。仅作为示例，沟槽610的宽度w可以为各种数值，包括例如约0.5至约10,000微米，约1至约7,000微米，约1至约5,000微米，约
1至约3,000微米，约1至约1,000微米，或约1至约500微米。在特定的晶圆载体设计中，特定沟槽610所选择的宽度w可根据期望的晶圆加工条件、将材料沉积到由晶圆载体所保持的晶圆上的方式及晶圆加工过程中期望的晶圆载体的热曲线(heat profile)改变。

[0074] 外部沟槽600以类似上述方式起作用以阻碍晶圆载体主体在晶圆70之下的部分744与主体850其余部分之间沿水平方向的热传导。倾斜的热障或沟槽610阻碍了水平方向的热传导，也阻碍了垂直方向的热传导。这两种效果的平衡将取决于角度。这样，相对于袋底部的其他部分，沟槽610降低了袋底表面746的中心附近的温度，因此降低了晶圆顶面中心及中心附近的温度。

[0075] 图11中的晶圆载体与图10相同，除了内部倾斜的沟槽620向晶圆载体的顶部敞开，而不是向底部敞开。这样，沟槽620延伸通过袋的底表面746与间隙73连通。但沟槽620未延伸通过晶圆载体850的底面860。

[0076] 图12中的晶圆载体与图10相同，除了外部沟槽630(图12)恰在晶圆支撑表面756内侧与袋底表面746相交，所以沟槽的一个壁在晶圆支撑表面的内侧边缘与阶面810连续。

[0077] 图13中的晶圆载体类似于图12中的载体，除了内部倾斜的沟槽620向晶圆载体的顶部敞开，而不是向底部敞开。沟槽620与袋底表面746相交并暴露于间隙73，但未延伸通过晶圆载体850的底面860。

[0078] 图14中的晶圆载体类似于图10中的载体，但具有倾斜的外部沟槽640。外部沟槽640在晶圆支撑表面752与周缘壁742的接缝处或接缝处附近与晶圆支撑表面752相交。沟槽
640的界定表面以圆锥一部分的形式并以与水平平面成角度β延伸。沟槽640不与晶圆载体底部860相交。优选地，角度β从大约90度到大约30度。

[0079] 图15中的晶圆载体也类似于图10中的载体，但具有与袋底表面746相交并以与水平平面成角度α延伸的外部倾斜沟槽650。同样在这个实施方式中，外部沟槽向晶圆载体的顶部敞开，而不是向底部敞开。这样，沟槽与间隙73连通，但未延伸通过晶圆载体850的底面860。沟槽650大体以与袋的垂直轴线同心的圆锥的一部分的形式，并设置成与水平平面成角度α。有利地，角度α为大约90度至大约10度，较小的角度由有角度的沟槽650不延伸到有角度的沟槽610中限制。

[0080] 图16示出图10中布局的另一种变型，这里在紧围袋轴线的区域中从晶圆载体的底部去除体积(volume)900。如共同审理、共同受让的美国专利申请公告第2010-0055318号(2013年6月19日公开，公告号EP2603927A1)中披露的，其全部内容通过引用合并在此，晶圆载体的导热性可通过改变其厚度来改变。这样，晶圆载体在袋底表面746之下相对薄的部分707在袋轴线768处的导热性大致大于晶圆载体其他部分的导热性。由于热主要通过辐射而非传导传递至晶圆载体的底部，去除的体积900不会明显地隔离晶圆载体的这个部分。这样，袋底表面的中心会比其他部分的温度高。凸缘709倾向于阻断来自部分711的辐射，使得底表面746相应的部分变冷。这种布局可用于，例如，晶圆在袋中心倾向于弯曲远离袋的底表面746。在这种情况下，间隙73在袋中心的导热性会低于间隙在袋边缘附近的导热性。袋底表面上不均匀的温度分布会抵消间隙的不均匀传导。相反的效果可通过有选择地使晶圆载体变厚以降低其传导性来获得。

[0081] 如前述参照图10讨论的，倾斜的沟槽(例如沟槽610，图10)降低了垂直方向的热传导，这样可降低晶圆载体表面在倾斜沟槽之上的那些部分(例如袋底表面的部分)的温度。除了沟槽之外的热障，例如前述参照图3讨论的阻障48，也可形成倾斜于晶圆载体的水平平面的界定表面。而且，晶圆载体可设有局部增加热导率而非降低热导率的热特征。在上述实施方式中，沟槽及间隙大致没有任何固体或液体材料，所以这些沟槽及间隙将被存在于周围的气体(例如加工过程中室内的加工气体)填充。这种气体的热导率低于晶圆载体固体材料的热导率。然而，沟槽或其他间隙可填充非金属耐火材料，例如碳化硅、石墨、氮化硼、碳化硼、氮化铝、氧化铝、蓝宝石、石英及其组合，具有或不具有例如碳化物、氮化物、氧化物或耐火金属的耐火涂层。固体填充物在沟槽或间隙中形成使得固体填充物与周围的晶圆载体材料之间的交界面没有间隙，并且固体填充物的热导率高于周围材料时，填满的沟槽或间隙的热导率将大于周围的晶圆载体部分。在这种情况下，填满的沟槽或间隙会形成提高传导性的特征，其以与前述热障相反的方式起作用。本发明中使用的术语“热控制特征”包括热障及提高传导性的特征两者。

[0082] 在上述实施方式中，与袋相关的热控制特征完整地绕袋轴线延伸并关于这个轴线对称，所以各热特征的界定表面是绕袋轴线旋转的完整表面，诸如圆柱或圆锥。然而，热控制特征可以不对称、中断或两者皆有。这样，如图17所示，沟槽801包括三段801a、801b和801c，各绕袋轴线868部分延伸。这些段通过位于位置803的中断彼此隔开。另一个沟槽805形成为一连串隔开的孔807，所以在相邻的各对孔之间沟槽是中断的。沟槽中的中断有助于保持晶圆载体的机械完整性。

[0083] 如图18中看到的，单个沟槽901a仅绕袋940a的袋轴线968a部分延伸。这个沟槽和与其他袋940b、940c、940d相关的沟槽901b、901c和901d连续，所以沟槽901a-901d形成绕四个相邻袋的群组延伸的单个连续沟槽。恰设置在袋940a周界外部的又一沟槽903a绕袋部分延伸，并和与相邻袋相关的相应沟槽903b-903d连结。在又一变型(未示出)中，单个连续的沟槽可绕两个或三个相邻袋的群组延伸，或者可绕五个或更多相邻袋的群组延伸，取决于晶圆载体上袋的密度。袋之间连续桥的位置可变化，连续沟槽的长度及宽度亦可变化。连续桥可由例如连续沟槽或一连串隔开的孔(例如图17中示出的孔807)形成。

[0084] 多个袋在晶圆载体表面上的位置可影响晶圆载体上的温度分布。例如，如图18所示，袋940a-940d围绕晶圆顶面的小区域909。如上述结合图9所说明的，各袋中晶圆及间隙的隔热效果倾向于导致热水平流至邻近的载体区域。这样，区域909将倾向于比载体顶面的其他区域热。沟槽903a-903d降低了这种效果。

[0085] 这样热控制特征可根据需要用来控制整个载体表面以及单个晶圆表面上的温度分布。例如，由于邻近袋及晶圆的影响，单个晶圆表面上的温度分布可倾向于关于袋轴线不对称。热控制特征(例如沟槽，其关于袋轴线不对称)可抵消这种倾向。使用本文中讨论的热控制特征，可实现关于袋轴线径向和方位角方向上任何期望的晶圆温度分布。

[0086] 沟槽不需要是大体循着袋大概轮廓或袋内支撑表面大概轮廓的旋转表面。这样，沟槽可以是实现晶圆上期望的温度分布曲线的任何其他几何形状。这种几何形状包括，例如，圆形、椭圆形、离轴(off-axis)圆形(或者也称为不对齐(off-aligned)圆形)、离轴椭圆形、蛇状(serpentines)(轴对准和离轴(或者也称为不对齐)两者)、螺旋(轴对准和离轴(或者也称为不对齐)两者)、回旋曲线(考纽螺线(cornu spirals))(轴对准和离轴(或者也称为不对齐)两者)、抛物线(轴对准和离轴两者)、矩形(轴对准和离轴两者)、三角形(轴对准和离轴(或者也称为不对齐)两者)、多边形、离轴多边形等，或者任意设计且对齐的沟槽，其不基于几何形状，但可基于标准晶圆(已在特定晶圆载体上进行评述)的热曲线。前述几何形状也可以是非对称形式。可存在两种或多种几何形状。

[0087] 在一些情况下，沟槽可延伸完全通过晶圆载体，所以沟槽向晶圆载体的顶部和底部两者敞开。这可以例如图19-21中所示的方式实现。

[0088] 这样，在图19中，沟槽660从晶圆支撑表面756开始延伸并贯穿晶圆载体底部850而出。支撑件920在沟槽内设置在袋轴线周围隔开的位置处的壁架922上。支撑件920可由隔热材料制成，或者由诸如钼、钨、铌、钽、铼以及合金(包括其他材料)的耐火材料制成。或者，沟槽660可完全填满固体材料。

[0089] 图20示出沟槽670的另一示例，其从支撑表面756开始延伸并贯穿晶圆载体底部850而出。支撑件920可放置在袋轴线周围多个点处的壁架922及924上。

[0090] 图21示出沟槽680的另一示例，其从袋底表面46开始延伸，还延伸贯穿晶圆载体底部860。这里再一次，支撑件920可放置在遍及沟槽多个点处的壁架922上。

[0091] 在图16、19、20和21中的每一个中，垂直线701及703示意描绘了设置于载体袋中的晶圆边缘。

[0092] 根据本发明又一实施方式的晶圆载体(图22)包括具有主要部分1038及与各袋1040对齐的次要部分1044的主体。各次要部分1044与主要部分1038整体形成。内沟槽1010及外沟槽1012与各袋相关联。这些沟槽中的每一个大体以与袋的垂直轴线1068同心的直圆柱体的形式。外沟槽1012设置在袋1040周缘附近并围绕内沟槽1010延伸。内沟槽1010向晶圆载体主体的底面1036敞开并从底面向上延伸至端表面1011。外沟槽1012向晶圆载体的顶面1034敞开并向下延伸至端表面1013。端表面1013设置成低于端表面1011，所以内及外沟槽彼此重叠并合作界定了在他们之间大体垂直的圆筒壁1014。这种布局在次要部分与主要部分之间提供了非常有效的热障。次要部分1044及主要部分1038之间通过晶圆载体的固体材料的热传导必须循着细长的路径，通过壁1014的垂直范围。沟槽反向时，即内沟槽向顶面敞开，外沟槽向底面敞开，可获得相同的效果。同样，当内沟槽、外沟槽或两者是倾斜沟槽(例如，大体如图14所示的圆锥沟槽)，或者沟槽中的一个或两者由热障而非沟槽替代时，可获得相同的效果。

[0093] 根据本发明又一实施方式的晶圆载体(图23)也包括具有主要部分1138及与各袋1140对齐的次要部分1144的主体，次要部分1144与主要部分1138成为一整体。包括向载体顶面1134敞开的上沟槽部分1112以及向载体底面1136敞开的下沟槽部分1111的沟槽围绕袋的垂直轴线1168延伸。上沟槽部分1112终止于下沟槽部分1111之上，所以以相对较薄网状物1115形式的固体材料支撑件，其与次要部分1144和主要部分1138成为一整体，延伸横过上下沟槽部分之间的部分。支撑件1115设置在水平平面1117或其附近，水平平面1117截断了次要部分1144的质心1119。换句话说，支撑件1115沿垂直方向与次要部分1114的质心对齐。在操作中，当晶圆载体以高速绕晶圆载体的中心轴线1125旋转时，作用于次要部分
1144的加速力或离心力将指向外，沿平面1117远离中心轴线。由于支持件1115与加速力的平面对齐，支持件1115将不会受到弯曲。这在晶圆载体主体材料受到的压力大致强于张力时尤其有利，因为弯曲负载会强加显著张力到材料的一部分上。例如，石墨受到的压力比张力强大约三至四倍。因为支持件1115由于加速力将不会受到明显的弯曲负载，因此可使用相对较薄的支撑件。这降低了通过支撑件的热传导并提高了由沟槽带来的隔热，这转而提高了整个晶圆及整个晶圆载体作为一个整体的热均匀性。

[0094] 特别地，在图23的实施方式中，支持件1115描绘为绕袋轴线1168完整延伸的连续网状物。然而，在支撑件包括除了连续网状物之外的元件(诸如在主体的次要部分1144及主要部分1138之间延伸的小隔热桥)时，支撑件与次要部分质心的垂直位置相对齐的相同原理可适用。

[0095] 在又一变型(未示出)中，上沟槽部分1112可由覆盖元件覆盖，有利地，覆盖元件由热导率大致低于晶圆载体材料整体的热导率的材料制成。使用这种覆盖物避免了可由沟槽或沟槽向顶面敞开的部分所造成气流的任何中断。这种覆盖元件可与向晶圆载体顶面敞开的任何沟槽一起使用。例如，如图3所示的周缘沟槽41可形成为向顶面敞开的单个沟槽，或包含如图3所示上下沟槽部分的复合沟槽，并且覆盖物可用来覆盖沟槽在顶面的开口。

[0096] 图24示出根据本发明又一实施方式的另一种晶圆载体。在这个实施方式中，各袋具有底切周缘壁934。即，周缘壁934向外倾斜远离袋的中心轴线938，沿向下方向远离载体的顶面902。各袋也具有设置在袋底表面926之上的支撑表面930。在操作中，晶圆918位于袋916中，所以晶圆支撑在底表面之上的支撑表面930上，以便在底表面926与晶圆之间形成间隙932。当载体绕载体的轴线旋转时，加速力会使晶圆边缘与支撑表面接合并保持晶圆在袋中与支撑表面接合。支撑表面930可以以环绕袋的连续边缘的形式或者也可以形成为设置在袋圆周周围隔开位置处的壁架组。而且，袋的周缘壁934可设有一组小凸出(未示出)，其从周缘壁向内延伸朝着袋的中心轴线938。如共同拥有的美国公开专利申请第2010/
0055318号(公告号EP2603927A1，2013年6月19日公开)中更详细地描述的，其全部内容通过引用合并在此，这种凸出可在操作过程中保持晶圆的边缘略微远离袋的周缘壁。

[0097] 晶圆载体包括具有主要部分914及与各袋916对齐的次要部分912的主体。各次要部分912与主要部分914整体形成。沟槽908与各袋相关联并大体以与袋的垂直轴线938同心的直圆柱体的形式。沟槽908设置在袋916附近或在袋916的周缘。沟槽908仅向晶圆载体主体的底面904敞开并从底面向上延伸至端表面910。端表面910有利地设置在袋底表面926的水平之下。

[0098] 根据本发明又一实施方式的晶圆载体示于图25-27中。如底视图(图25)所示，载体具有大体圆盘形式(具有垂直的载体中心轴线2503)的主体2501。配件2524设置在载体中心轴线用于固定载体至晶圆处理装置的转轴。主体具有底面2536(可在图25中看出)及顶面2534(可见于图27，其是沿图25中线27-27的剖面图，并示出颠倒的主体)。主体的周缘面
2507(图27)为圆柱形并与载体中心轴线2503(图25)共轴。唇部2509自邻近顶面2534的周缘面2507向外突出。唇部2509设置成使通过机器人处理装置(未示出)能够容易地接合载体。

[0099] 载体具有以向底面2536敞开的沟槽2511形式的袋热控制特征。袋沟槽2511及其与载体顶面上袋的关系可大致如图24所示。一个袋2540的轮廓以图26中虚线示出，其是图25中2626处所指示的区域的详细图式。这里再一次，各袋2540为大体圆形并界定垂直袋轴线2538。底面上的各袋沟槽2511与顶面上相关联的袋的轴线2538同心。各袋沟槽与相关联的袋的周缘对齐延伸，所以各袋沟槽的中心线与袋的周缘壁重合。这样，各袋沟槽绕载体主体设置在相关联的袋2504之下的部分2513延伸。在图25-27的实施方式中，所有袋2540为设置在载体周缘附近的外侧袋，没有其它的袋介于这些袋与载体周缘之间。

[0100] 如图25中最能看出的，与彼此邻近的袋相关联的袋沟槽2511彼此连接于设置在相关袋的袋轴线2538之间的位置2517处。在这些位置，袋沟槽彼此大致正切。

[0101] 如图25及26所示，各袋沟槽具有沿径向线2521设置的大中断2519，径向线2521从载体中心轴线2501延伸穿过相关联袋的轴线2538。换句话说，各袋沟槽中的大中断2519位于沟槽最靠近载体周缘的部分。同样地，各袋沟槽在其他位置可具有一个或多个较小的中断。

[0102] 根据这个实施方式的载体也包括以与载体中心轴线2503同心的沟槽形式的周缘热控制特征2523。这个周缘沟槽2523具有中断2525，其沿着与袋沟槽中大中断2519一样的径向线2521。这样，袋沟槽2511中的大中断2519与周缘沟槽中的中断2525对齐。如最能从图26中看出的，沿径向线2521、连接各外侧袋之下的区域2513与周缘表面2507的笔直路径并未穿过任何热控制特征或沟槽。同样如图26中所示，各外侧袋在顶面的边界延伸至或几乎延伸至周缘表面2507。这种布局允许载体顶面上袋的最大空间。

[0103] 图28示出根据又一实施方式的晶圆载体1200的底侧部分。在这个实施方式中，袋沟槽1202由单独的孔组成。各袋沟槽绕相关联袋的中心轴线1212完整延伸，因此围绕了载体设置在袋之下的区域1206。类似地，由单独的孔组成的沟槽1204绕邻近袋的中心轴线1210完整延伸，并围绕了设置在那个袋之下的区域1208。沟槽1202及1204相交从而在相邻袋的轴线1210与1212之间的位置处形成单个沟槽1214。

[0104] 在这个实施方式中，如图25-27的实施方式，载体具有以沟槽1220(具有中断1221)形式的周缘热控制特征。在这个实施方式中，袋沟槽延伸到周缘沟槽1220的中断1221中。周缘沟槽1220恰好位于晶圆载体1200的周围表面1230。沟槽1220有助于控制晶圆载体1200的区域1222的温度。应当意识到，由单独的孔形成的沟槽1202及1204，以及形成为单个沟槽的沟槽1220可形成为本文中设置的其他沟槽。

[0105] 示出沟槽1204的中心线1205a；并示出沟槽1202的中心线1205b。在图28描绘的实施方式中，沟槽1202的中心线1205b位于沟槽远离载体周缘表面1230的区域中距袋轴线1212的第一半径R1处，所以沟槽的中心线1205b与袋周缘壁几乎重合。在沟槽1202设置在载体周缘表面附近、在周缘沟槽1220的中断1221内的那些区域中，袋沟槽位于距袋轴线的第二半径R2处，R2稍微小于R1。换句话说，沟槽1202大体以与袋轴线1212同心的圆的形式，但在载体周缘附近具有稍微平坦的部分。这确保袋沟槽不与载体的周缘表面1230相交。

[0106] 图29和30描绘了根据本发明又一实施方式的晶圆载体1250的底侧部分。在这个实施方式中，袋沟槽1262、1272(图29)形成为大致连续的沟槽，仅具有小的中断1266、1268用于结构强度。这里再一次，各袋沟槽在载体设置于顶面上袋之下的区域周围延伸。如图28中的实施方式，袋沟槽1262及1272为大体圆形并与相关联袋的袋轴线同心，但在邻近载体周缘的区域具有平坦部分。

[0107] 如最能从图30中看出的，沟槽1262远离载体周缘的区域中，沟槽位于距相关联袋的中心轴线1238第一半径R1处，所以沟槽的中心线与相关联袋的周缘壁1240大致重合，见图30中的虚线。在沟槽邻近载体周缘的区域中，袋沟槽位于距袋中心较小半径R2处。同样在这个实施方式中，袋沟槽延伸到周缘热控制特征或沟槽1280的中断1281中。沟槽1262及1272相交在相邻袋的轴线之间的位置处形成单个沟槽1265。应当意识到，沟槽1262、1264、
1272、1274及1280可形成为本文设置的其他沟槽。

[0108] 图31示出根据又另一个实施方式的晶圆载体1400的底侧部分。在这个实施方式中，袋沟槽1410是大致连续沟槽，以与相关联袋的轴线1411同心的圆的形式，仅具有小中断用于结构强度。这样，袋沟槽1410包括由小中断1430、1432和1434隔开的段1414a、1414b和1414c。这里再一次，载体包括以沟槽1422形式的周缘热控制特征，沟槽1422具有与径向线对齐的中断1423，径向线从载体中心轴线1403延伸穿过各外侧袋的中心轴线1411。在这个实施方式中，外侧袋距载体周缘足够远，所以袋沟槽不会截断载体的周缘表面。

[0109] 在上述参照图25-31讨论的各实施方式中，所有袋为外侧袋，邻近载体的周缘。然而，在这些实施方式的变型中，使用较大载体或较小袋，附加袋可设置在外侧袋与载体中心轴线之间。同样，这些附加袋可设有袋沟槽。例如，图32中的载体包括在设置在外侧袋之下的载体区域1371周围延伸的外侧袋沟槽1362(未在图32的底视图中示出)。载体还具有内侧袋沟槽1380，其在设置于内侧袋之下的载体部分1381周围延伸(未示出)。

[0110] 各种沟槽几何形状可相互结合并变化。例如，任何上述沟槽可向载体顶面、底面、或两者敞开。同样，关于个别实施方式的上述其他特征可相互结合。例如，任何袋可选项地设有如参照图1-5讨论的锁部。周缘热控制特征不必是沟槽，而可以是未延伸至载体顶面或底面的间隙、或者如热障48(图3)中使用的、在固体元件之间的毗邻表面对。

[0111] 本发明中有用的晶圆载体的另一种类型是于2011年12月8日公布、名为“Multi-Wafer Rotating Disc Reactor With Inertial Planetary Drive”的美国专利申请公告第US20110300297号中描述的行星晶圆载体，其全部内容通过引用合并在此。

[0112] 附加改进

[0113] 在CVD系统中，晶圆载体主要藉由辐射加热，辐射能量接触载体的底部。冷壁CVD反应器设计(即，使用非等温加热的反应器)在晶圆载体的顶面比底面冷的反应室中产生情况。参照图33，没有晶圆存在，由示出的晶圆载体剖面内箭头描绘的热流线3302在载体中从底面垂直延伸至顶面，并且对大部分载体块而言是平行的。载体的顶面较冷，由于热能向上辐射(朝向冷板、有限制的入口及挡板)。载体上没有晶圆，晶圆载体的对流冷却(来自经过载体的气流线)为次生效应。

[0114] 晶圆载体的辐射发散程度由载体及周围组件的辐射系数决定。改变反应室的内部组件(例如冷板、CIF、挡板及其他区域)为较高辐射系数的材料(即，黑色涂层或粗糙涂层以取代当前磨光的银部分)可导致辐射热传递增加。同样的，降低载体的辐射系数(变白或其他现象)将导致较少的辐射热从载体中移出。载体表面的对流冷却程度由泵浦通过处理室的整个气流以及气体混合物(H2、N2、NH3、OMs等)的热容量影响。

[0115] 将晶圆(例如蓝宝石晶圆)引入袋中增强了热流线的横向分量，导致“覆盖(blanketing)”效应。例如，考虑单个晶圆在载体上的简单情况。在这种情况下，没有因邻近晶圆的存在而导致的热包(thermal packing)(几何上地)问题。这样，热流线采取最小阻力的路径，从而产生横向梯度(lateral gradient)，图33中非平行的箭头所示。这种现象导致袋底表面上的径向热分布曲线，在中心较热，朝向袋的其他半径温度较低。降低这种横向梯度效应的方法如上所述，使用热障、或沟槽(例如沟槽41)以对袋进行隔热。藉由这种热障或沟槽(通过从晶圆载体的底面去除材料而形成)，横向热传递被限制在沟槽/热障上的小区域。

[0116] 这种构造的一个实际问题是，暴露于载体底部上的沟槽降低了载体的结构完整性。这样，在相关实施方式中，设置了多件隔热载体，借此底板附接至整块晶圆载体部分以提供结构支撑。例如，如图34中所示，底板3450使用螺钉3452附装至晶圆载体。螺钉3452可由与晶圆载体块相同的材料制成(例如石墨)，所以可避免热应力。也可考虑其他合适的材料，例如金属、陶瓷或热膨胀系数比得上晶圆载体主体的热膨胀系数的复合材料。

[0117] 在附接底板3450之后，可连同晶圆载体具有SiC涂层3454的其余部分一起压缩，从而产生更坚固、统一的晶圆载体。这种装配的晶圆载体具有一个或多个被完全掩埋(即，在所有侧部被晶圆载体包围)的内部空腔3456。根据不同的实施方式，可考虑各种的内部空腔尺寸、形状及取向。例如，任何前述沟槽或热障可根据此种类型的实施方式而被掩埋。

[0118] 图35示意地示出这种实施方式的变型。这里，掩埋的空腔3502(亦称为空气袋3502)主要沿水平方向取向，并具有一定大小、定位成位于晶圆载体除了在袋之下的区域中。

[0119] 图36是晶圆载体的图，示出袋之间、图35实施方式的掩埋空腔可位于的区域3602的示范组。

[0120] 图37A及37B为剖面图，示出图35-36实施方式的变型。这里，并未使用掩埋空腔；而是，在晶圆载体的底面上、位于晶圆袋之间的区域3602之下的切口3702。切口3702可描述为晶圆载体底面上的凹陷。在各种方法中，切口的深度可为平坦的(如图37A所示)或弯曲的(如图37B所示)。切口3702的深度外形可由实验数据决定，其可根据晶圆载体尺寸、晶圆尺寸、晶圆袋的数量、晶圆袋的相对位置、晶圆载体厚度、反应室结构及其他因素改变。

[0121] 在多个具有非同心袋位置的晶圆袋几何形状的情况下，热分布曲线变得更为复杂，因为对流冷却取决于经过晶圆载体和晶圆区域两者的历史气流线路径。就高速旋转盘反应器而言，气流线沿大体正切方向从内向外撑螺旋状。在这种情况下，当气流线经过晶圆载体暴露出来的部分(例如晶圆之间的区域3602)时，相对于流经晶圆的区域，其被加热。通常，这些区域3602相对于载体的其他区域非常热，因为热通量流线由于覆盖效应是有缝的，使流线进入到这个区域中。这样，经过网状物的气体路径由于对流冷却产生正切的温度梯度，其在前缘(流体流线进入晶圆的入口)比后缘(流体流线在晶圆上的出口)更热。

[0122] 在另一实施方式中，这个正切梯度可通过降低晶圆载体表面温度(在非袋区域3602内)至更接近晶圆生长表面的温度而降低。使用上述隔热特征降低了热流线集中于网状物区域内。

[0123] 图38示出另一实施方式，其为图37A-37B中描绘的实施方式的变型。这里，切口3802位于晶圆袋之间的各区域3602之下。切口3802大致深，延伸通过晶圆载体深度的大部分。在相关的实施方式中，可如图34所示添加底板(例如板3450)以产生由切口3802造成的掩埋空腔。

[0124] 隔热切口(例如图38中示出的一个)将产生局部温度下降，因为间隙降低了传导(并且因此较低的热通量自切口上的载体表面逸出)。然而，增加切口的宽度可增加切口顶部的直接辐射热，而逆转期望的效果。于是，在本发明有关方面中，管理晶圆载体区域在隔热特征邻近的加热。根据一种方法，隔热区域的宽度及几何形状特别限定为限制切口顶面的直接加热。

[0125] 图39示出一种此类实施方式，利用较深切口和水平通道的组合3902。明显的，组合3902的内表面涂敷有SiC。组合3902允许处理气体进入并流过，使得在非袋区域之下的区域
3602保持相对较冷。

[0126] 图40示出另一实施方式，其中构建了开放切口4004与掩埋袋4006的组合。与图39中的方法相比，这种方法通过利用充气袋隔热特性的优势、然而限制处理气体流过隔热部分，有点不同地管理晶圆载体主体内的温度。

[0127] 在另一相关的实施方式中，如图41所示，层叠的固体材料4102插入隔热特征部分中。固体材料可以是相同材料的层状件，或者是使用不止一种材料的夹层结构。即使与晶圆载体块相同的材料(例如，石墨)，会提供降低的热传递，因为传导传递越过材料界面的效率比越过连续结合材料差。包含固体堆叠的一个优点是，其可制造成比上述一些实施方式描述的开放空气切口结构上更加坚固的。在各种实施方式中，层结构使用合适的紧固装置(例如螺钉、黏着剂等)确保。

[0128] 图42示出另一种实施方式，其适于处理硅晶圆的晶圆载体。通常，上述讨论的大部分可适用于硅晶圆平台；然而，晶圆的弊光性影响了某些热传递特性。通常，硅晶圆具有较蓝宝石(其相对较小，一般在150-200mm)更大的直径。硅晶圆的较大直径(例如300mm+)导致较强的覆盖效应。另外，从晶圆袋底表面至Si衬底存在传导及辐射热传递。在Si晶圆顶面的热移除也是辐射及对流传递的结合。Si热特性的又一复杂性在于，通常，晶格不匹配期间诱导的薄膜应力以及CTE不匹配的外延层导致相当大的凹或凸曲面，其极大影响了横跨袋与晶圆之间的气体间隙的热传递。

[0129] 于是，在一个实施方式中，如图42所示，袋底表面整个被去除。这里，可实现加热器至硅晶圆的直接辐射连接，并且空气-间隙距离的变化由于曲率变化而变得可以忽略。晶圆由架部支撑，架部仅在晶圆边缘附近提供底部袋底表面。

[0130] 在相关的实施方式中，设置两个附加特征。硅晶圆位于隔热支撑环4202上以限制直接传导热传递至晶圆的边缘。支撑环4202可由任何合适的材料制成，例如陶瓷材料(如石英)。同样的，内壁底切使得开口在底部比在顶部大，如参照附图标记4204描绘的。在一个实施方式中，内壁具有截头圆锥形状。这种布局藉由位于下方的加热元件提供了更完整的晶圆说明。根据一个实施方式，合适的底切角度可在5至15度之间。

[0131] 上述实施方式旨在说明而非限制。附加的实施方式在权力要求的范围内。另外，尽管已参照特定实施方式描述了本发明的各个方面，本领域技术人员应当意识到，再不脱离本发明由权利要求限定的范围的情况下，可作出形式和细节上的变化。

[0132] 相关领域普通技术人员应到意识到，本发明可包括比上述任何单个实施方式中示出的更少的特征。本文描述的实施方式并不意味着是本发明各种特征可组合的方法的穷举表示。于是，实施方式不是特征相互排斥的组合；相反，本发明可包括选自不同的个别实施方式的不同的个别特征的组合，如本领域普通技术人员理解的。

[0133] 通过引用上述文献的任何并入是受限制的，使得没有并入与本发明明确公开内容相反的主题。通过引用上述文献的任何并入进一步受到限制，使得文献中包含的权利要求没有通过引用并入到本发明的权利要求中。然而，任何文献中的权利要求并入作为本发明的一部分，除非明确排除在外。通过引用上述文献的任何并入又进一步受到限制，使得文献中提供的任何定义没有通过引用并入到本文中，除非表明包含在本文中。