JP6796491B2 - Equipment and methods for supplying process gas mixtures to CVD or PVD coating equipment - Google Patents
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Description
本発明は、ガス供給装置に関し、個々のガスソースからそれぞれ与えられる各ガス流を第1混合室に供給するための入口ダクトを有し、第1混合室では特に1又は複数の第1ガス偏向要素を用いて1又は複数の各ガス流の偏向及び各ガス流の混合が生じ、さらにオーバーフロー障壁を有し、第1混合室から出た全ての各ガス流からなる第1ガス流はオーバーフロー障壁を介して第2混合室に流入し、第2混合室では特に第2ガス偏向要素を用いて第1ガス流の1又は複数回の偏向が生じ、そして、第2混合室からCVD又はPVDコーティング装置のガス入口部材へのガス流の出口のためのガス出口ダクトを有する。 The present invention relates to a gas supply device, the present invention has an inlet duct for supplying each gas flow provided from each gas source to the first mixing chamber, and particularly one or a plurality of first gas deflections in the first mixing chamber. The element is used to deflect one or more of each gas stream and mix each gas stream, with an overflow barrier, and the first gas stream consisting of all the gas streams exiting the first mixing chamber is an overflow barrier Flows into the second mixing chamber through the second mixing chamber, where one or more deflections of the first gas stream occur, especially with the use of the second gas deflecting element, and CVD or PVD coating from the second mixing chamber. It has a gas outlet duct for the outlet of the gas flow to the gas inlet member of the device.
本発明はさらに、CVD又はPVDコーティング装置のガス入口部材にプロセスガスを供給する方法に関し、以下のステップを有する。
− 複数のプロセスガスを各ガスソースに供給するステップ;
− 互いに分離したガス流にて各ガスソースからそれぞれ入口ダクトを通って第1混合室にプロセスガスを送るステップ;
− 第1混合室にて特に第1ガス偏向要素を用いて各ガス流を偏向させかつ各ガス流を合わせ混合するステップ;
− 全ての各ガスからなる第1ガス流を、オーバーフロー障壁を超えさせて第2混合室にオーバーフローさせるステップ;
− 特に第2のガス偏向要素を用いてガス流を偏向させるステップ;
− 全ての各ガス流からなるガス流をガス出口ダクトからガス入口部材に送出するステップ
The present invention further comprises the following steps relating to a method of supplying process gas to a gas inlet member of a CVD or PVD coating apparatus.
− Steps to supply multiple process gases to each gas source;
− The step of sending process gas from each gas source to the first mixing chamber through the inlet duct with gas streams separated from each other;
-The step of deflecting each gas flow and combining and mixing each gas flow, especially using the first gas deflection element in the first mixing chamber;
-A step in which the first gas stream consisting of all the gases overflows into the second mixing chamber over the overflow barrier;
-In particular, the step of deflecting the gas flow using the second gas deflection element;
-Step of sending the gas flow consisting of all the gas flows from the gas outlet duct to the gas inlet member
ガス混合装置は、互いに異なるガスの混合を行うためのものであり、それらのガスはそれぞれ例えば管形状の入口ダクトを用いて予備混合室に導入され、そこでガスの最初の混合が生じる。それらのガスは、そこで偏向させられて第2混合室、例えばガス混合管に供給される。特許文献1は、このようなガス混合装置を開示し、それによれば、互いの混合を促進するためにガスに渦が導入される。ガス混合管内に挿入される挿入物の形態のガス偏向器具が設けられる。
The gas mixers are for mixing different gases, each of which is introduced into a premix chamber using, for example, a tube-shaped inlet duct, where the first mixing of gases occurs. The gases are deflected there and supplied to a second mixing chamber, for example a gas mixing tube.
ここで課題とされる混合装置は、CVD又はPVD装置において用いられる。このような装置は反応炉ハウジングを有し、その中に配置され特にシャワーヘッドの形状とすることができるガス入口部材と、基板が載置されるサセプタとを具備する。サセプタは、熱的に励起される化学反応が基板表面で生じるべきか、又は、凝縮のみが基板表面で生じるべきかに応じて、加熱され又は冷却されることができる。ガス混合物は、基板の上方に配置されたガス入口部材を通ってプロセスチャンバに導入される。ガス混合手段は、複数の各ガスからなるガス混合物を混合するために用いられる。 The mixing device considered here is used in a CVD or PVD device. Such an apparatus has a reactor housing, comprising a gas inlet member arranged therein, which can be particularly in the shape of a shower head, and a susceptor on which the substrate is placed. The susceptor can be heated or cooled depending on whether a thermally excited chemical reaction should occur on the substrate surface or only condensation should occur on the substrate surface. The gas mixture is introduced into the process chamber through a gas inlet member located above the substrate. The gas mixing means is used to mix a gas mixture composed of each of a plurality of gases.
特許文献2は、例えばシャワーヘッドとして構成されたガス入口部材を具備するCVDプロセスチャンバを開示し、その中に、互いに異なるプロセスガスを供給することができる。シャワーヘッドの上流にはガス混合装置がある。
特許文献3は、シャワーヘッドを取り巻くリング室を開示し、その中でプロセスガス全体の混合が生じることになる。フロー方向においてガス入口部材の上流側に配置された混合室は、特許文献4にも開示されている。
特許文献5は、平たい円筒ハウジング形状のガス混合装置を開示する。そのハウジングは2つの混合室を含む。径方向外側に配置された混合室では、スター状に配置された入口ダクトを通って径方向外側に位置する予備混合室に互いに異なるプロセスガスが供給される。予備混合室には第1ガス偏向要素があり、それは混合室に供給された各ガス流の向きを変える。それにより各ガス流は、入口ダクト存在する入口平面の延在面に対して交差する方向に偏向させられる。それにより各ガス流は、オーバーフロー障壁をオーバーフローして第2混合室に到達する。第2混合室はガス混合装置の中心に配置されかつ下方に開口するガス出口ダクトを有し、第2混合室には第2ガス偏向要素が配置されている。この先行開示されていない文献は本発明の一種に当たる。
特許文献6は、ガス入口部材の上方、プロセスチャンバ天井の直上に配置されたガス混合システムを具備するCVD反応炉を開示している。 Patent Document 6 discloses a CVD reactor including a gas mixing system located above the gas inlet member and directly above the ceiling of the process chamber.
特許文献7は、複数のスター状に配置されたガス入口ダクトから供給を受ける、中心に配置された第1混合室を具備するガス混合装置を開示する。導入されたガス流は、径方向外側に流れるために、中心の混合室内で渦を巻きながら渦格子を軸方向に通過して第1混合室から出て行き、その場合、ガス流は約90°向きを変えさせられる。中心の第1混合室で予備混合されたガス流は、中心の第1混合室の径方向外側に配置された第2混合室へと流れ、スター状に配置された出口ダクトからガス入口部材に出て行く。
特許文献8は、シャワーヘッドと、プロセスガスの混合のためにシャワーヘッドの上方に配置された混合装置とを具備するCVD反応炉を開示する。プラズマ発生器に設けられたプロセスガスは互いに平行に延在する入口ダクトを流れ撹拌室に入り、そこで撹拌が生じる。
特許文献9は、2つのガスを混合するためのガス混合装置を開示し、それらのガスは互いに分離したガス入口ダクトを通って第1混合室に入る。第1混合室は、隔壁により拡散室から分離されている。第1混合室で予備混合され、入口ダクトを通過した2つのプロセスガスは隔壁の開口を通って拡散室に移動し、そこでプロセスガスの更なる混合が生じる。
特許文献10は、複数のプロセスガスを混合するためのガス混合装置を開示し、それらのガスは径方向に中心に向かって延在するガス入口ダクトを通って混合室に入る。混合室は、環状に中心の周りに配置された滞留室であり、そこを通ってプロセスガスは、混合されるために蛇行形状に流れなければならない。全ガス流は、中心に配置されたガス出口孔からガス入口部材に出てくる。
特許文献11は、反応炉カバーを具備するCVD反応炉を開示し、その上にソースと混合室が配置されている。混合室は中心にあり、中心に対して径方向に延在するガス入口ダクトから供給される。各ガス流の混合は混合室で生じる。
特許文献12は、管状断面形状のガス偏向要素を開示する。円筒管の壁から、自由端をもつ曲がった偏向板が、管のフローダクト内に突出している。
本発明の目的は、ガス供給装置、又は、プロセスガスをガス入口部材に供給するための方法を技術的に改善することである。 An object of the present invention is to technically improve a gas supply device or a method for supplying process gas to a gas inlet member.
この目的は、特許請求の範囲に特定された本発明により実現される。 This object is realized by the present invention specified in the claims.
請求項の主旨である個々の特徴の利点は次の通りである。本発明による装置は、ガスソースからガス入口部材までの各ガス流の有効行程長が互いに同じ長さとなるように構成されている。各ガス流の有効行程長が互いに同じ長さとなることにより、互いに異なるガスが、ガス供給装置内で同じ滞在時間を有することとなる。同じ滞在時間は、異なる直径をもつ入口ダクトにより又は混合室の異なる断面形状により異なる圧力比によって、均等に維持することができる。しかしながら、異なる直径を、異なる管長により補償することも可能である。入口ダクト又は混合室の関係する断面が均等な形状となるような対称的構成が好適である。その有効行程長の下では、特にそのフローパスは、それに沿って各ガス流が同じ時間で第1混合室を通過するものと解される。各フローダクトに有り得る幾何学的相違は、異なる圧力比により補償することができる。 The advantages of the individual features, which are the gist of the claims, are as follows. The apparatus according to the present invention is configured such that the effective stroke lengths of the gas flows from the gas source to the gas inlet member are the same as each other. Since the effective stroke lengths of the gas streams are the same as each other, different gases have the same residence time in the gas supply device. The same dwell time can be maintained evenly by inlet ducts of different diameters or by different pressure ratios due to different cross-sectional shapes of the mixing chamber. However, it is also possible to compensate for different diameters with different tube lengths. A symmetrical configuration is preferred so that the cross sections of the inlet duct or mixing chamber are evenly shaped. Under its effective stroke length, especially its flow path, it is understood that each gas stream passes through the first mixing chamber at the same time along it. Possible geometric differences in each flow duct can be compensated for by different pressure ratios.
入口ダクトの対称的構成において全ての入口ダクトが同じ断面を有しかつ同じ幾何学的周縁部にて混合室に開口している場合、有効行程長は、混合室における各入口ダクトの開口からガス出口ダクトの始点までの各ガス流のフローパスの幾何学的距離である。各ガス流が層流として扱われることが好適であり、それにより行程長が実質的にフローラインにより決定される。
各ガス流の混合は、実質的に第1混合室における横方向拡散と各ガス流の複数回の偏向によって生じる。第1混合室に配置された第1ガス偏向要素は、実質的にフローパスを延長する特性を有するように構成することができる。第1混合室内における第1ガス偏向要素の配置は、ガス入口ダクトのスター状配置に対応して対称的であることが好適であり、それにより各ガス流が少なくとも均等なフローパスに沿ってそれぞれ流れることになる。第1ガス偏向要素は、各ガス流が螺旋状に環状円筒形の第1混合室を通過して流れるように構成することができる。従って、各ガス流は、入口平面の延在面に対して交差する向きの運動成分を有することになる。しかしながらそれらはまた、延在面に沿った方向の運動成分も有する。これらの方向において、好適には円運動又は螺旋運動が形成される。従って、各ガス流は、螺子状のラインに沿って、例えば床から上方へ第1混合室の仮想的軸に沿って第1混合室を流れ通過する。第1混合室の内側には第2混合室を設けることができる。第2混合室は、同心状に配置された管により構成することができる。従って、第1混合室は、周囲混合室を形成し、第2混合室は中心混合室を形成する。
If all inlet ducts have the same cross section and open into the mixing chamber at the same geometric perimeter in a symmetrical configuration of the inlet ducts, the effective stroke length is gas from the opening of each inlet duct in the mixing chamber. The geometric distance of each gas flow flow path to the start of the outlet duct. It is preferable that each gas flow be treated as a laminar flow, whereby the stroke length is substantially determined by the flow line.
Mixing of each gas stream is substantially caused by lateral diffusion in the first mixing chamber and multiple deflections of each gas stream. The first gas deflection element arranged in the first mixing chamber can be configured to have the property of substantially extending the flow path. The arrangement of the first gas deflection elements in the first mixing chamber is preferably symmetrical corresponding to the star arrangement of the gas inlet ducts so that each gas flow flows along at least a uniform flow path. It will be. The first gas deflection element can be configured such that each gas flow spirally passes through an annular cylindrical first mixing chamber. Therefore, each gas flow has a kinetic component in a direction intersecting the extending surface of the inlet plane. However, they also have kinetic components in the direction along the extending plane. Circular or spiral motions are preferably formed in these directions. Thus, each gas stream flows through the first mixing chamber along a screw-like line, eg, upwards from the floor, along the virtual axis of the first mixing chamber. A second mixing chamber can be provided inside the first mixing chamber. The second mixing chamber can be composed of tubes arranged concentrically. Therefore, the first mixing chamber forms a peripheral mixing chamber, and the second mixing chamber forms a central mixing chamber.
各ガス流は、第1混合室内で予備混合された第1ガス流に統合され、それはオーバーフロー障壁を通過する。オーバーフロー障壁は、第1混合室の内壁でありかつ第2混合室の外壁を構成する内管の端縁とすることができる。第2混合室ではさらに、第2ガス偏向要素が設けられることが好適であり、それにより、オーバーフロー障壁を超えて第2混合室に入ったガス流は1又は複数回、向きを変えさせられる。第2ガス偏向要素は、渦を形成するように構成されかつ配置することができる。第1ガス偏向要素が層状ガス流の向きを1又は複数回変えるように形成されかつ構成されることが好適である一方、第2ガス偏向要素は渦生成形態にて配置される。従って、第2ガス偏向要素は、全ての各ガス流からなる渦状の第2ガス流を生成する。 Each gas stream is integrated into a premixed first gas stream in the first mixing chamber, which passes through an overflow barrier. The overflow barrier can be the inner wall of the first mixing chamber and the end edge of the inner pipe constituting the outer wall of the second mixing chamber. The second mixing chamber is further preferably provided with a second gas deflection element, whereby the gas stream that has crossed the overflow barrier and entered the second mixing chamber is redirected one or more times. The second gas deflection element can be configured and arranged to form a vortex. It is preferred that the first gas deflection element is formed and configured to redirect the layered gas flow one or more times, while the second gas deflection element is arranged in a vortex-generating form. Therefore, the second gas deflection element produces a spiral second gas stream consisting of all the respective gas streams.
第2混合室を通過するガス流は、ガス出口ダクトを通って第2混合室から出て行き、その場合、ガスの流出方向は、ガスの流入方向に対して交差していることが好適である。従って、ガス出口ダクトは、ガス入口平面の延在面に対して交差するように向いた延在方向を有することが好適である。2つの混合室の壁は、円筒形とし同心状の管から構成することができる。管の仮想的軸は、ガス入口平面に対して交差して延在している。2つの管内には、互いに反対向きのガス流が形成される。 The gas flow passing through the second mixing chamber exits from the second mixing chamber through the gas outlet duct, in which case the gas outflow direction preferably intersects the gas inflow direction. is there. Therefore, it is preferable that the gas outlet duct has an extending direction oriented so as to intersect the extending surface of the gas inlet plane. The walls of the two mixing chambers can be composed of cylindrical and concentric tubes. The virtual axis of the tube extends crossing the gas inlet plane. Gas flows in opposite directions are formed in the two pipes.
ガスソースは、気化ソースとすることができる。これらは固体又は液体の開始物質を含み、それらは気化熱を加熱することによりガス形態とされる。これらの気化された開始物質は、定量可能な搬送ガスを用いて各入口ダクトをそれぞれ通って第1混合室に搬送される。好適には、各ガス流が、互いに等しい平均フロー速度をもって入口ダクトから第1混合室に流入する。各ガス流のフロー速度は、マスフローレギュレータを用いて調整することができる。
しかしながら、ガスソースをエアロゾル気化器としてもよい。この場合もまた、液体又は固体の開始物質に気化熱を加熱することにより、ガス形態とすることができる。蒸気のマスフローは、一方では気化表面の温度により制御することができるが、他方では搬送ガスフローによっても制御することができる。
The gas source can be a vaporization source. These contain solid or liquid initiators, which are made into gas form by heating the heat of vaporization. These vaporized starting materials are transported to the first mixing chamber through each inlet duct using a quantifiable transport gas. Preferably, each gas stream flows from the inlet duct into the first mixing chamber with an average flow velocity equal to each other. The flow velocity of each gas flow can be adjusted using a mass flow regulator.
However, the gas source may be an aerosol vaporizer. In this case as well, the gas form can be obtained by heating the heat of vaporization to a liquid or solid starting material. The mass flow of steam can be controlled by the temperature of the vaporized surface on the one hand, but can also be controlled by the transport gas flow on the other hand.
本発明によれば、ガス混合装置内における各ガスの滞在時間、さらにガスソースとCVD反応炉のガス入口部材の間の領域における各ガスの滞在時間を実質的に同じ長さとすることが提示される。それらの時間は、互いに最大でも10ミリ秒異なるに留めるべきである。好適には、ガス混合装置内におけるガスの滞在時間が100ミリ秒を超えない。しかしながら、別の態様の装置においては、第1混合室がフロー障壁を有することができ、それにより渦流が生成される。第2混合室も同様にフロー障壁を有することができる。しかしながら、それは、層流の形成のためのフロー偏向要素も有することができる。
本発明の実施形態の例は、以下に示す添付の図面を参照して説明される。
According to the present invention, it is presented that the residence time of each gas in the gas mixer and the residence time of each gas in the region between the gas source and the gas inlet member of the CVD reactor are substantially the same length. To. Their times should be up to 10 ms different from each other. Preferably, the gas dwell time in the gas mixer does not exceed 100 ms. However, in another aspect of the device, the first mixing chamber can have a flow barrier, which creates a vortex. The second mixing chamber can also have a flow barrier. However, it can also have a flow deflection element for the formation of laminar flow.
Examples of embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings shown below.
本発明の実施形態の例について、添付の図面を参照して以下に説明する。
図1及び図2は、本発明の第1の実施形態を示す。気密性で内部の真空引き可能な反応炉ハウジング1が、内部にガス分散空間7とガス放出プレートとを具備するガス入口部材5を有し、ガス放出プレートは複数のシャワーヘッド状に配置されたガス放出孔6を具備し、ガス放出孔はプロセスチャンバ2の方に向き、プロセスチャンバの床にはコーティングされるべき基板4が載置される。基板4は、ヒーターによりプロセス温度へ加熱可能な又は冷却装置によりプロセス温度から冷却可能なサセプタ3上に載置される。サセプタ3は、真空ポンプ10に接続されている環状のガス出口部材9により取り囲まれており、真空ポンプによりプロセスチャンバ2又は反応炉ハウジング1の内部の全圧を調整することができる。
Examples of embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
1 and 2 show a first embodiment of the present invention. The airtight and
ガス入口部材5へのプロセスガスの供給は、反応炉ハウジング1の天井を貫通して内部に延びるガス出口ダクト8を通して行われる。
The process gas is supplied to the
ガス出口ダクト8は、ガス混合装置のハウジングの床20と接続され、その床は反応炉ハウジング1の上壁の真上に配置することができる。ガス混合装置は、反応炉ハウジング1の上壁と強固に接続することができる。その上壁は、ガス混合装置の担体とすることができる。
The
ガス混合装置は、円筒形ハウジングであり、床20と、床20の反対側に位置する天井17とがそれぞれ円形ディスク形状を有する。ガス混合装置のハウジングは、第1の管から形成される円筒形の外壁18を有する。 第2の管19は内側に配置されかつその下端が床20と強固に接続されている。内側の管19の空洞は、ガス出口ダクト8と接続されている。内側の管19の上縁は、外側の管18の空洞内に自由に突出し、オーバーフロー可能な縁を形成している。
The gas mixing device is a cylindrical housing, and the
床20に隣接してスター状に配置された入口ダクト22により、互いに異なるプロセスガスが、ガス混合装置における互いに異なる周縁位置に供給されることができる。この実施形態では、4本の等角度配置された入口ダクト22が設けられており、それらの各々はそれぞれガスソース21と接続されている。ガスソース21は気化器であり、その中で固体又は液体の開始物質が加熱により気化される。このようにして形成された蒸気は、供給ダクト23に供給される搬送ガスを用いて入口ダクト22を通ってガス混合室に供給される。
The star-shaped
ガス混合装置は、外管18により外側に対して隔絶され内管19により内側に対して隔絶された第1混合室12を有する。この第1混合室12には、複数の互いに上下に配置されたガス偏向要素13がある。ガス偏向要素13は、入口ダクト22から第1混合室12に入ってきた各ガス流を、実質的に螺旋状の流れ、好適には層流とするように配置されている。第1ガス偏向要素13は、入口ダクト22の配置の対称性に対応して対称に配置されることにより、入口ダクト22から送り込まれ第1混合室12を通って流れる各ガス流がそれぞれ類似のフローパターンを有することとなる。その場合、螺旋状のフローラインとなり、それに沿ってガスが床20から天井17の方向に、特に内管19の複数の曲面を通過して上方に移動する。そこでは、全ての各ガス流から構成されるガス流が、管の端縁により形成されるオーバーフロー障壁14を超えて流れる。これは、既に第1混合室12で予備混合されたガス流である。
The gas mixing device has a
予備混合されたガス流は、オーバーフロー障壁14の領域において、180°向きを変えさせられた後、天井17から床20の方へ、内管19から形成される第2混合室15を通って流れる。第2混合室15には第2ガス偏向要素16があり、それらは渦を生成するように構成されかつ配置されている。例えば、ガス偏向要素16はガス切裂エッジを有し、その背後で渦流が成長することができる。ガス偏向要素16は、フロー障壁となることができる。従って、第2混合室15内には第1ガス流の渦が存在する。このように形成された渦状の第2ガス流は、全ての各ガス流のガスを含むものであり、第2混合室15の床20からガス出口ダクト8に出て、ガス入口部材5のガス分散空間7に入る。第1混合室12への各入口ダクト22の開口断面における平均ガス速度が同じになるように、搬送ガスが各ガスソース21又は各入口ダクト22に供給される。それにより、各入口ダクト22からのガスは、同じ平均フロー速度をもって第1混合室12に流入する。
The premixed gas flow is turned 180 ° in the region of the
図3及び図4に示される第2の実施形態では、共通のガス入口平面に全部で8本の入口ダクト22が配置されており、それらはスター状にガス混合装置の中心に向く方向に延びている。径方向外側に配置された第1混合室12は、ガス偏向要素13を有し、それにより螺旋通路の形状で延在する第1混合室12が形成されている。第1混合室12の端縁は、オーバーフロー障壁14により形成されており、そこに、円筒形の内側の第2混合室15が連結されている。さらに第1混合室12は、段状障壁13’を配置されており、それらはガスを偏向させつつも、なおガスを渦状にする機能を有することができる。ガス流に影響する類似の要素を、第2混合室にも配置することができる。
In the second embodiment shown in FIGS. 3 and 4, a total of eight
図3及び図4は、異なる断面積をもつ入口ダクト22を示している。より大きな断面積をもつ入口ダクト22を通してプロセスガスが通過するか、又は、プロセスガスと共に搬送される搬送ガスが通過することが好適である。より小さい断面積をもつ入口ダクト22’を通して希釈ガスのみ、すなわち搬送ガスのみが通過することが好適である。プロセスガスが導入されない付加的な入口ダクト22’は、混合室に渦流を生成するために用いることができる。この付加的な入口ダクト22’を通して供給される搬送ガスすなわち希釈ガスはその有効行程長に関して、入口ダクト22を通して供給されるプロセスガスの有効行程長に一致させる必要がない。
3 and 4
図5〜図7に示された第3の実施形態では、混合装置のハウジングがU形状である。管状の第1混合室12を形成するハウジングの第1のU脚部には、第1平面に配置された第1入口ダクト22と、第1平面に対して平行に延在する第2平面に配置された第2入口ダクト22’とが開口する。この場合も、全部で8本のそれぞれソースに接続されたガス入口ダクト22、22’が第1混合室に開口し、第1混合室は、管内壁から突出する突起の形態である第1ガス偏向要素13を有する。それらは半円形突起であり、直線状の自由端縁を具備し、第1混合室12を形成する管の中央まで突出する。
In the third embodiment shown in FIGS. 5 to 7, the housing of the mixing device is U-shaped. The first U-leg portion of the housing forming the tubular
U形管12、15のUブリッジ部は、オーバーフロー障壁14を形成する。ここでもまた、半円形のガス偏向要素24がU形管の空洞断面内に突出しており、そのガス偏向要素は、管の中央を通って延在する自由端縁を具備する。
The U-bridge portion of the
第1混合室12に対して平行に形成されている管脚部は、第2混合室15を形成し、その内部にもガス偏向要素16を有する。ガス偏向要素13の自由端縁が実質的に互いに平行に第1混合室内で延在するのに対し、ガス流に対し交差して突出するガス偏向プレート16の自由端縁は、十字状に延在する。
The pipe leg portion formed parallel to the
本実施形態では、ガス偏向要素13、16、24が、管の内壁に半円周に亘って接続された平坦な平板により形成される。それらの平板は、フロー方向に対して交差して延在する。
In the present embodiment, the
図8〜図11は、混合装置の第4の実施形態を示し、8本のガス入口ダクト22を有し、共通する入口平面に配置されている。入口平面に対して交差する円筒状ハウジングが延在する。それは外管18と内管19とを有する。内管19は、自由端縁によりオーバーフロー障壁14を形成する。ガス入口ダクトは、外管18により外側に対して隔絶された第1混合室12に、軸の床20近傍にて開口し、上部領域にのみすなわちオーバーフロー障壁14の近くにガス偏向要素13を有する。これらのガス偏向要素13は、軸方向に第1混合室12を通過する各ガス流を螺旋状のフローパス上に向け、それに沿って各ガス流が天井17の下方空間に到達し、各ガス流はオーバーフロー障壁14を超えて180°急激に向きを変えさせられる。
8 to 11 show a fourth embodiment of the mixing device, which has eight
内側の第2混合室15は、フロー方向において多数の互いに上下に配置されたガス偏向要素16を有する。これらは曲がった部品であり、それらが複数段階のガス偏向を行わせる。それらの部品は、内管19の内壁上に取り付けられ、内側の混合室15を通過するガス流の渦を生じさせ、ガス流は、円筒構成の軸方向にガス出口ダクト8を通って第2混合室15から出る。ガス偏向要素16は、互いに同じ構成を有する。それは、互いに支持される、一つが他の一つの上に置かれるようなアタッチメントとすることができる。従ってそれらは、管19の内壁上で支持され得るように構成されている。
The inner
この場合もまた、互いに異なる入口ダクトが設けられる。より大きい直径をもつ入口ダクト22により、プロセスガス又はプロセスガスを搬送している搬送ガスが通過させられる一方、より小さい断面をもつ付加的な入口ダクト22’により搬送ガスのみすなわち希釈ガスが通過させられる。
Again, different inlet ducts are provided. An
図12〜図17に示す第5の実施形態は、全部で8本のスター状に入口平面に配置された入口ダクト22を有する。入口ダクト22は、互いに同じ構成であり、フロー方向に徐々に大きくなる内径を有する。入口ダクト22はさらに、交差ダクト25を介して隣り合う入口ダクト22と接続されている。
The fifth embodiment shown in FIGS. 12 to 17 has a total of eight star-shaped
この場合もまた、2つの互いに同心状に配置された管18、19が外側の第1混合室12と内側の第2混合室15を形成し、外側の第1混合室12は底部にて入口ダクト22を通して、混合されるべきガスを供給される。第1混合室12には、ガス流を周方向に偏向させる第1ガス偏向要素13が設けられている。ガス流は、偏向要素13により何回も異なる偏向方向に向きを変えさせられることにより、第1混合室12の最初の高さ領域にて例えば第1混合室12を時計方向に流れ、それに続く高さ領域では第1混合室12を反時計回りに流れて通過することになる。時計回り又は反時計回りのフロー運動は、円筒管の軸方向のフロー成分と重なっていることにより、入口ダクト22から出てきて第1混合室12の内部で予備混合される各ガス流は第1混合室12の上部領域に到達し、そこで2つの対向するオーバーフロー障壁14を180°回って中心の第2混合室15に流入する。
In this case as well, the two
中央の第2混合室15では、再び、曲がった構造を有することができる平板材料から形成された第2ガス偏向要素16が設けられ、それらは、第2混合室15を通過するガスの渦を生じさせる。
The central
上述した全ての実施形態において、入口ダクト22の長さも考慮して、それぞれの各ガス流がそのガスソース21からガス入口部材5まで実質的に同じ有効行程長で通過するように、ガス偏向要素13、16が構成されかつ配置されている。
In all the embodiments described above, the gas deflection element is such that each gas flow passes from its
ガスソース21の供給ダクト23には、それぞれ搬送ガス流が供給される。その場合も、混合システムの内部のガスが、ガスソース21からガス入口部材5までのそれらの行程上で同じ滞在時間となるように、搬送ガス流が定量されている。個々の滞在時間は10ミリ秒より大きく異ならせるべきではなく、その場合、全体の滞在時間が最大でも100ミリ秒であることが好適である。ガスが、同じ平均フロー速度で混合室に入るように、そして混合室又はガス混合装置全体を同じ時間で通過するように、入口ダクト22を通るガス流が許容範囲内に設定されることが好適である。滞在時間が10ミリ秒未満で異なる場合、例えば最大2ミリ秒又は5ミリ秒だけ異なるときが最適である。
A transport gas flow is supplied to each of the
ガス混合は大気圧下で行うことができる。しかしながら、ガス混合は1mbar〜500mbarの間の圧力範囲で行うことが好適である。 Gas mixing can be performed under atmospheric pressure. However, gas mixing is preferably carried out in a pressure range between 1 mbar and 500 mbar.
ガスソース21とガス入口部材5の間の圧力差は、1mbar未満であり、好適には0.2mbar未満である。ガス混合装置の直径及び高さは、200mm〜700mmの範囲である。
The pressure difference between the
上述した説明は本願により全体として包含される発明の説明に寄与するものであり、それらは少なくとも以下の特徴の組合せによりそれぞれ独立して従来技術を進展させる。すなわち: The above description contributes to the description of the invention as a whole by the present application, and they independently advance the prior art by at least a combination of the following features. That is:
ガス供給装置は、ガスソース21からガス入口部材5までの各ガス流の有効行程長が互いに同じであることを特徴とする。
The gas supply device is characterized in that the effective stroke lengths of the gas flows from the
ガス供給装置は、入口ダクト22が入口平面に配置されかつ特に共通の中心に向けられ、かつ/又は、ガス出口ダクト8が入口平面に対して交差する方向に延在し、かつ/又は、ガス流がオーバーフロー障壁14により180°向きを変えさせられることを特徴とする。
The gas supply device is such that the
ガス供給装置は、第1混合室12が予備混合室であって好適には各ガス流の層状の方向変化を生じさせる第1ガス偏向要素13を具備し、かつ/又は、第2混合室15が渦流生成室であって第2混合室15内に第2の渦巻きガス流の生成のための第2ガス偏向要素16を具備する。
The gas supply device includes a first
ガス供給装置は、第1又は第2のガス偏向要素13、16がフロー方向において複数段にて互いに重なって配置されていることを特徴とする。
Gas supply apparatus, the first or second
ガス供給装置は、第1及び第2混合室12、15が同心状の管18、19から形成され、それらは逆方向の流れにより通過されることを特徴とする。
The gas supply device is characterized in that the first and
ガス供給装置は、第1又は第2混合室12、15の直径が、第1又は第2混合室12、15の軸方向高さよりも短いことを特徴とする。
The gas supply device is characterized in that the diameter of the first or
ガス供給装置は、2つの混合室12、15及びガスソース21からなるガス供給装置が、プロセスチャンバ2の鉛直方向上方、特に反応炉ハウジング1の上壁の真上に配置されていることを特徴とする。
The gas supply device is characterized in that a gas supply device including two mixing
方法は、ガスソース21とガス入口部材5の間の行程上におけるガスの有効滞在時間が、最大で10ミリ秒異なることを特徴とする。
The method is characterized in that the effective residence time of the gas on the stroke between the
方法は、ガスソース21とガス入口部材5の間の行程上におけるガスの有効滞在時間が、100ミリ秒より短いことを特徴とする。
The method is characterized in that the effective residence time of the gas on the stroke between the
方法は、第1混合室12に配置された第1ガス偏向要素13が各ガス流を特に層状に偏向させ、かつ/又は、第2混合室15に配置された第2ガス偏向要素16が特に渦状の第2ガス流を生成することを特徴とする。
In the method, the first
方法は、各ガス流がそれぞれの入口ダクト22を同じ平均ガス速度で出るように入口ダクト22におけるガス流が設定されることを特徴とする。
The method is characterized in that the gas flow in the
全ての開示された特徴は(それ自体において、しかしながら互いの組合せにおいても)本発明において本質的なものである。本願の開示において、関連する/添付の優先権書類(先願の複写)の内容もまた、本願の請求の範囲におけるこれらの書類の特徴を統合する目的を含めてここに全体として包含される。従属項はそれらの特徴により従来技術に対する本発明の進展を独立して特徴付けるものであり、特にこれらの請求項を基に分割出願するためのものである。 All disclosed features are essential in the present invention (in their own right, but in combination with each other). In the disclosure of the present application, the content of the relevant / attached priority documents (copy of the prior application) is also included herein as a whole, including the purpose of integrating the features of these documents within the claims of the present application. Dependent claims independently characterize the progress of the present invention with respect to the prior art by their characteristics, and are particularly intended for divisional filing based on these claims.
1 反応炉ハウジング
2 プロセスチャンバ
3 サセプタ
4 基板
5 ガス入口部材
6 ガス放出孔
7 ガス分散空間
8 ガス出口ダクト
9 ガス出口部材
10 真空ポンプ
11 ガス混合装置
12 第1混合室
13 第1ガス偏向要素
13’障壁
14 オーバーフロー障壁
15 第2混合室
16 第2ガス偏向要素
17 天井
18 円筒壁
19 管
20 床
21 ガスソース
22 入口ダクト
22’ 入口ダクト
23 供給ケーブル
24 クロスダクト
1
Claims (12)
前記ガス供給装置は、中心の周りにスター状に配置されそれぞれ気化ガスソース(21)と接続された各入口ダクト(22)を具備し、該各入口ダクト(22)はそれぞれ前記ガスソース(21)から供給された各ガス流を、中心の周りに環状円筒形にて配置された第1混合室(12)に供給し、
前記第1混合室(12)では複数段の第1ガス偏向要素(13)がフロー方向に重なって配置されることにより、周方向において時計回りと反時計回りに行われる複数回の各ガス流の偏向及び各ガス流の混合が生じ、かつ、螺旋状で層状の流れが生じ、
前記ガス供給装置はオーバーフロー障壁(14)を具備し、前記第1混合室(12)から出た全ての各ガス流からなる第1ガス流が前記オーバーフロー障壁(14)を超えて180°向きを変えさせられて前記第1混合室(12)の内側に配置された第2混合室(15)に流れ、前記第2混合室(15)にてフロー方向に重なって配置された複数段の第2ガス偏向要素(16)であって各々が曲がった部分を有する平板材料から形成された同じ構成を有しかつ一つが他の一つの上に置かれて支持された前記複数段の第2ガス偏向要素(16)により前記第1ガス流の複数回の偏向を生じ、
前記ガス供給装置はガス出口ダクト(8)を具備し、前記ガス出口ダクト(8)は前記第2混合室(15)からCVD又はPVDコーティング装置(1)のガス入口部材(5)への前記ガス流の出口のために中心に配置され、
2つの前記混合室(12,15)と前記気化ガスソース(21)とからなる前記ガス供給装置が前記プロセスチャンバ(2)の鉛直方向上方に配置され、かつ、
前記ガスソース(21)から前記ガス入口部材(5)までの各ガス流の有効行程長が互いに同じであることを特徴とする
CVD又はPVD反応炉。 A CVD or PVD reactor with a process chamber and gas supply.
The gas supply device includes each inlet duct (22) arranged in a star shape around the center and each connected to a vaporized gas source (21), and each inlet duct (22) has the gas source (21). ) Is supplied to the first mixing chamber (12) arranged in an annular cylindrical shape around the center.
In the first mixing chamber (12), a plurality of stages of the first gas deflection elements (13) are arranged so as to overlap each other in the flow direction, so that each gas flow is performed clockwise and counterclockwise in the circumferential direction. Deflection and mixing of each gas flow occur, and a spiral and layered flow occurs.
The gas supply device includes an overflow barrier (14), and a first gas stream consisting of all the gas streams exiting the first mixing chamber (12) is oriented 180 ° beyond the overflow barrier (14). The second mixing chamber (15) is changed and flows into the second mixing chamber (15) arranged inside the first mixing chamber (12), and the second mixing chamber (15) has a plurality of stages arranged so as to overlap in the flow direction. The multi-stage second gas having the same configuration formed from a flat plate material, each of which is a two-gas deflection element (16) with a bend, and one of which is placed and supported on top of the other. The deflection element (16) causes the first gas stream to be deflected multiple times.
The gas supply device includes a gas outlet duct (8), and the gas outlet duct (8) is described from the second mixing chamber (15) to the gas inlet member (5) of the CVD or PVD coating device (1). Centered for gas flow outlet ,
The gas supply device including the two mixing chambers (12, 15) and the vaporized gas source (21) is arranged vertically above the process chamber (2) , and
A CVD or PVD reactor characterized in that the effective stroke lengths of the gas flows from the gas source (21) to the gas inlet member (5) are the same as each other.
請求項1に記載のCVD又はPVD反応炉。 The first aspect of the present invention is characterized in that the inlet duct (22) is arranged on an inlet plane and faces a common center, and the gas outlet duct (8) extends in a direction intersecting the inlet plane. The CVD or PVD reactor described.
請求項1又は2に記載のCVD又はPVD反応炉。 The first mixing chamber (12) is a premixing chamber, and the second mixing chamber (15) is a vortex generation chamber, and a vortex-shaped second gas flow is generated in the second mixing chamber (15). The CVD or PVD reactor according to claim 1 or 2, characterized in that a second gas deflection element (16) is provided for this purpose.
請求項1〜3のいずれかに記載のCVD又はPVD反応炉。 Claims 1 to 2, wherein the first or second mixing chamber (12, 15) is formed of concentric tubes (18, 19), which are flowed and passed in opposite directions. 3. The CVD or PVD reactor according to any one of 3.
請求項1〜4のいずれかに記載のCVD又はPVD反応炉。 Any of claims 1 to 4, wherein the diameter of the first or second mixing chamber (12,15) is shorter than the axial height of the first or second mixing chamber (12,15). The CVD or PVD reactor described in 1.
請求項1〜5のいずれかに記載のCVD又はPVD反応炉。 The invention according to any one of claims 1 to 5, wherein the gas source (21) and the mixing chambers (12, 15) are arranged directly above the upper wall of the reactor housing (1). CVD or PVD reactor.
請求項1〜6のいずれかに記載のCVD又はPVD反応炉。 The CVD or PVD reactor according to any one of claims 1-6, characterized in that there is an additional gas inlet duct (22') for the inflow of the diluted gas stream.
複数のプロセスガスの各々をそれぞれのガスソース(21)に供給するステップと、
複数のプロセスガスの各々を各ガス流として他の各ガス流とは分離して各ガスソース(21)から、中心の周りにスター状に配置された各入口ダクト(22)をそれぞれ通って中心の周りに環状円筒形にて配置された第1混合室(12)に送るステップと、
前記第1混合室(12)内でフロー方向に重なって配置された複数段の第1ガス偏向要素(13)を用いて各ガス流を、周方向において時計回りと反時計回りに複数回偏向しかつ各ガス流を混合し、かつ、螺旋状で層状の流れを生じさせるステップと、
全ての各ガス流からなる第1ガス流を、オーバーフロー障壁(14)を超えさせ180°向きを変えさせて前記第1混合室(12)の内側に配置された第2混合室(15)にオーバーフローさせるステップと、
前記第2混合室(15)にてフロー方向に重なって配置された複数段の第2ガス偏向要素(16)であって各々が曲がった部分を有する平板材料から形成された同じ構成を有しかつ一つが他の一つの上に置かれて支持された前記複数段の第2ガス偏向要素(16)を用いて前記ガス流を複数回偏向させるステップと、
全ての各ガス流からなるガス流をガス出口ダクト(8)から前記ガス入口部材(5)に送出するステップと、を有し、
前記ガスソース(21)と前記ガス入口部材(5)の間の行程における前記ガスの有効滞在時間が最大で10ミリ秒異なることを特徴とする方法。 A method for supplying a process gas to a gas inlet member (5) of a CVD or PVD coating apparatus.
A step of supplying each of the plurality of process gases to each gas source (21), and
Each of the plurality of process gases is used as each gas stream, separated from each other gas stream, and is centered from each gas source (21) through each inlet duct (22) arranged in a star shape around the center. The step of sending to the first mixing chamber (12) arranged in an annular cylinder around the
Each gas flow is deflected a plurality of times clockwise and counterclockwise in the circumferential direction by using a plurality of stages of the first gas deflection element (13) arranged so as to overlap in the flow direction in the first mixing chamber (12). And the step of mixing each gas flow and creating a spiral and layered flow,
The first gas stream consisting of all the gas streams is turned 180 ° over the overflow barrier (14) into the second mixing chamber (15) arranged inside the first mixing chamber (12). The steps to overflow and
A plurality of stages of second gas deflection elements (16) arranged so as to overlap in the flow direction in the second mixing chamber (15) , each having the same configuration formed of a flat plate material having a bent portion. And the step of deflecting the gas flow multiple times using the multi-stage second gas deflection element (16), one of which is placed and supported on top of the other .
The gas stream comprising all of the gas stream have a, a step of transmitting to the gas inlet member (5) from the gas outlet duct (8),
A method characterized in that the effective residence time of the gas in the stroke between the gas source (21) and the gas inlet member (5) differs by a maximum of 10 milliseconds.
請求項8に記載の方法。 The method according to claim 8, wherein the effective residence time of the gas in the stroke between the gas source (21) and the gas inlet member (5) is shorter than 100 milliseconds.
請求項8又は9に記載の方法。 The method according to claim 8 or 9, wherein the second gas deflection element (16) arranged in the second mixing chamber (15) produces a spiral second gas flow.
請求項8〜11のいずれかに記載の方法。 The method of any of claims 8-11, wherein the diluent gas stream is supplied through an additional inlet duct (22').
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