DE102022204964A1

DE102022204964A1 - Cvd-system mit flanschanordnung zur erleichterung einer gleichmässigen und laminaren strömung

Info

Publication number: DE102022204964A1
Application number: DE102022204964.0A
Authority: DE
Inventors: Elad Mentovich; Yaniv Rotem; Yaakov Gridish; Ariel Ismach; Eran Bar-Rabi; Tal Kaufman; Doron NAVEH; Chen Stern; Yosi Ben-Naim
Original assignee: Ramot at Tel Aviv University Ltd; Bar Ilan University; Mellanox Technologies Ltd; Simtal Nano Coatings Ltd
Current assignee: Ramot at Tel Aviv University Ltd; Bar Ilan University; Mellanox Technologies Ltd; Simtal Nano Coatings Ltd
Priority date: 2021-05-18
Filing date: 2022-05-18
Publication date: 2022-11-24
Also published as: WO2022243892A1; US20220372622A1

Abstract

Es werden eine erste und eine zweite Flanschbaugruppe bereitgestellt, die zur Erleichterung einer gleichmäßigen und laminaren Strömung in einem System konfiguriert sind. Die erste Flanschanordnung umfasst einen ersten Flanschkörper, der so konfiguriert ist, dass ein Gas in eine Kammer eingeleitet wird. Die erste Flanschbaugruppe umfasst eine Vielzahl von Auslassrohren, die an einer Innenfläche des ersten Flanschkörpers angeordnet sind, und eine Vielzahl von Einlassrohren, die an einer Außenfläche des ersten Flanschkörpers angeordnet sind und in Fluidverbindung mit der Vielzahl von Auslassrohren stehen. Die zweite Flanschbaugruppe umfasst einen zweiten Flanschkörper, der so konfiguriert ist, dass er das Gas aus der Kammer entfernt. Die zweite Flanschbaugruppe umfasst eine Vielzahl von Durchgangslöchern, die sich von einer Innenfläche zu einer Außenfläche des zweiten Flanschkörpers erstrecken, und eine Vielzahl von Ausgangsrohren, die sich von der Außenfläche des zweiten Flanschkörpers erstrecken und mit der Vielzahl von Durchgangslöchern in Fluidverbindung stehen.

Description

TECHNOLOGISCHER BEREICH
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beziehen sich allgemein auf ein System zur chemischen Gasphasenabscheidung und insbesondere auf ein System zur chemischen Gasphasenabscheidung, das eine erste Flanschanordnung und eine zweite Flanschanordnung zur Erleichterung einer gleichmäßigen und laminaren Strömung umfasst.
HINTERGRUND
Die chemische Abscheidung aus der Gasphase ist ein industrielles Verfahren zur Abscheidung eines dünnen Films aus einem gewünschten Material auf einem Substrat zur Verwendung in einer Vielzahl technischer Anwendungen. Der Anmelder hat eine Reihe von Unzulänglichkeiten und Problemen im Zusammenhang mit den derzeitigen Systemen und Methoden für die chemische Abscheidung aus der Gasphase festgestellt. Durch angewandte Bemühungen, Einfallsreichtum und Innovation wurden viele dieser identifizierten Probleme durch die Entwicklung von Lösungen gelöst, die in Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthalten sind, von denen viele Beispiele hier im Detail beschrieben werden.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
Die Erfindung wird durch die Ansprüche definiert. Zur Veranschaulichung der Erfindung werden hier Aspekte und Ausführungsformen beschrieben, die in den Anwendungsbereich der Ansprüche fallen können oder auch nicht.
In einer Ausführungsform wird eine Flanschbaugruppe zum Einleiten mindestens eines Gases in eine Kammer für die chemische Gasphasenabscheidung bereitgestellt. Die Flanschanordnung umfasst einen Flanschkörper, der in einer Kammer für die chemische Gasphasenabscheidung angeordnet ist, wobei der Flanschkörper eine Länge definiert und eine Innenfläche und eine Außenfläche aufweist. Die Flanschanordnung umfasst ferner eine Vielzahl von Auslassrohren, die an der Innenfläche des Flanschkörpers angeordnet sind. Die Flanschanordnung umfasst ferner eine Vielzahl von Einlassrohren, die an der Außenfläche des Flanschkörpers angeordnet sind, wobei jedes Einlassrohr ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei jedes Einlassrohr über das zweite Ende des Einlassrohrs in Fluidverbindung mit einem entsprechenden Auslassrohr steht, wobei das erste Ende jedes Einlassrohrs so konfiguriert ist, dass es mit einer Zufuhr des mindestens einen Gases verbunden werden kann, und jedes Auslassrohr so konfiguriert ist, dass es das mindestens eine Gas in die Kammer für die chemische Gasphasenabscheidung ausgibt, um einen chemischen
Gasphasenabscheidungsprozess durchzuführen.
In einigen Ausführungsformen sind die mehreren Auslassrohre in Umfangsrichtung an der Innenfläche des Flanschkörpers angeordnet und erstrecken sich über die Länge des Flanschkörpers. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich die Mehrzahl der Einlassrohre von der Außenfläche des Flanschkörpers radial nach außen.
In einigen Ausführungsformen ist der Durchmesser jedes Auslassrohrs größer als der Durchmesser jedes Einlassrohrs. Beispielsweise kann der Durchmesser jedes Auslassrohrs mindestens zweimal so groß sein wie der Durchmesser jedes Einlassrohrs.
In einigen Ausführungsformen weist jedes Auslassrohr ein erstes und ein zweites Ende auf, und jedes Auslassrohr ist so konfiguriert, dass es das mindestens eine Gas über eine Öffnung am ersten Ende in die Kammer für die chemische Gasphasenabscheidung abgibt.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Flanschbaugruppe außerdem einen flexiblen Balg, der mit dem Flanschkörper in Eingriff steht. In einigen Ausführungsformen umfasst die Flanschbaugruppe außerdem einen O-Ring, der mit dem Flanschkörper in Eingriff steht.
In einer anderen Ausführungsform wird eine Flanschbaugruppe zum Entfernen mindestens eines Gases aus einer Kammer für die chemische Gasphasenabscheidung bereitgestellt. Die Flanschbaugruppe umfasst einen Flanschkörper, der in einer Kammer für die chemische Gasphasenabscheidung angeordnet ist, wobei der Flanschkörper eine Innenfläche und eine Außenfläche aufweist und eine Vielzahl von Durchgangslöchern zwischen der Innenfläche und der Außenfläche definiert. Die Flanschbaugruppe umfasst ferner eine Vielzahl von Ausgangsrohren, die sich von der Außenfläche des Flanschkörpers erstrecken, wobei jedes der Ausgangsrohre mit einem entsprechenden der Vielzahl von Durchgangslöchern ausgerichtet ist, um in Fluidverbindung mit einem Innenraum der Kammer für die chemische Gasphasenabscheidung zu stehen, und wobei mindestens eines der Vielzahl von Ausgangsrohren und das entsprechende Durchgangsloch gegenüber einem anderen der Vielzahl von Ausgangsrohren und dem entsprechenden Durchgangsloch in Bezug auf eine Mittellinie des Flanschkörpers angeordnet ist.
In einigen Ausführungsformen ist mindestens eines der mehreren Ausgangsrohre mit einem anderen der mehreren Ausgangsrohre über ein erstes Zwischenrohr verbunden. In einigen Ausführungsformen steht das erste Zwischenrohr in Fluidverbindung mit einer Pumpe.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Flanschbaugruppe außerdem einen flexiblen Balg, der mit dem Flanschkörper in Eingriff steht. In einigen Ausführungsformen umfasst die Flanschbaugruppe außerdem einen O-Ring, der mit dem Flanschkörper in Eingriff steht.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine Kammer zur Durchführung der chemischen Abscheidung aus der Dampfphase bereitgestellt. Die Kammer umfasst ein Heizgehäuse, das so konfiguriert ist, dass es ein Substrat auf einer vordefinierten Temperatur hält, um einen chemischen Gasphasenabscheidungsprozess in der Kammer durchzuführen, wobei das Heizgehäuse einen Körper mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende umfasst. Die Kammer umfasst ferner einen ersten Flanschkörper, der innerhalb der Kammer in der Nähe des ersten Endes des Körpers des Heizgehäuses angeordnet und so konfiguriert ist, dass er mindestens ein Gas in die Kammer einleitet, wobei der erste Flanschkörper eine Länge definiert und eine Innenfläche und eine Außenfläche aufweist. Die Kammer umfasst ferner eine Vielzahl von Auslassrohren, die an der Innenfläche des ersten Flanschkörpers angeordnet sind. Die Kammer umfasst ferner eine Vielzahl von Einlassrohren, die an der Außenfläche des ersten Flanschkörpers angeordnet sind, wobei jedes Einlassrohr ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei jedes Einlassrohr über das zweite Ende des Einlassrohrs in Fluidverbindung mit einem entsprechenden Auslassrohr steht, wobei das erste Ende jedes Einlassrohrs so konfiguriert ist, dass es mit einer Zufuhr des mindestens einen Gases verbunden werden kann, und wobei jedes Auslassrohr so konfiguriert ist, dass es das mindestens eine Gas in die Kammer in der Nähe des ersten Endes des Körpers des Heizgehäuses ausgibt. Die Kammer umfasst ferner einen zweiten Flanschkörper, der in der Kammer in der Nähe des zweiten Endes des Körpers des Heizgehäuses angeordnet und so konfiguriert ist, dass er das mindestens eine Gas aus der Kammer entfernt, wobei der zweite Flanschkörper eine Innenfläche und eine Außenfläche aufweist und eine Vielzahl von Durchgangslöchern zwischen der Innenfläche und der Außenfläche definiert. Die Kammer umfasst ferner eine Vielzahl von Ausgangsrohren, die sich von der Außenfläche des zweiten Flanschkörpers erstrecken, wobei jedes der Ausgangsrohre mit einem entsprechenden der Vielzahl von Durchgangslöchern ausgerichtet ist, um in Fluidverbindung mit einem Innenraum der Kammer zu stehen, wobei mindestens eines der Vielzahl von Ausgangsrohren und das entsprechende Durchgangsloch gegenüber einem anderen der Vielzahl von Ausgangsrohren und dem entsprechenden Durchgangsloch in Bezug auf eine Mittellinie des zweiten Flanschkörpers angeordnet ist, und wobei der erste Flanschkörper und der zweite Flanschkörper so konfiguriert sind, dass sie eine im Wesentlichen gleichmäßige und laminare Strömung des mindestens einen Gases über das Substrat erleichtern.
In einigen Ausführungsformen ist der Durchmesser jedes Auslassrohrs größer als der Durchmesser jedes Einlassrohrs.
In einigen Ausführungsformen sind die mehreren Auslassrohre in Umfangsrichtung an der Innenfläche des ersten Flanschkörpers angeordnet und erstrecken sich über die Länge des ersten Flanschkörpers, und die mehreren Einlassrohre erstrecken sich von der Außenfläche des ersten Flanschkörpers radial nach außen.
In einigen Ausführungsformen ist jedes Auslassrohr ferner so konfiguriert, dass es das mindestens eine Gas über eine Öffnung an einem ersten Ende in die Kammer abgibt.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Kammer außerdem einen ersten flexiblen Balg, der mit dem ersten Flanschkörper in Eingriff steht, und einen zweiten flexiblen Balg, der mit dem zweiten Flanschkörper in Eingriff steht.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Kammer außerdem einen ersten O-Ring, der mit dem ersten Flanschkörper in Eingriff steht, und einen zweiten O-Ring, der mit dem zweiten Flanschkörper in Eingriff steht.
In einigen Ausführungsformen ist mindestens eines der mehreren Ausgangsrohre mit einem anderen der mehreren Ausgangsrohre über ein erstes Zwischenrohr verbunden, und das erste Zwischenrohr steht in Fluidverbindung mit einer Pumpe.
Es werden eine erste und eine zweite Flanschbaugruppe bereitgestellt, die zur Erleichterung einer gleichmäßigen und laminaren Strömung in einem System konfiguriert sind. Die erste Flanschanordnung umfasst einen ersten Flanschkörper, der so konfiguriert ist, dass ein Gas in eine Kammer eingeleitet wird. Die erste Flanschbaugruppe umfasst eine Vielzahl von Auslassrohren, die an einer Innenfläche des ersten Flanschkörpers angeordnet sind, und eine Vielzahl von Einlassrohren, die an einer Außenfläche des ersten Flanschkörpers angeordnet sind und in Fluidverbindung mit der Vielzahl von Auslassrohren stehen. Die zweite Flanschbaugruppe umfasst einen zweiten Flanschkörper, der so konfiguriert ist, dass er das Gas aus der Kammer entfernt. Die zweite Flanschbaugruppe umfasst eine Vielzahl von Durchgangslöchern, die sich von einer Innenfläche zu einer Außenfläche des zweiten Flanschkörpers erstrecken, und eine Vielzahl von Ausgangsrohren, die sich von der Außenfläche des zweiten Flanschkörpers erstrecken und mit der Vielzahl von Durchgangslöchern in Fluidverbindung stehen.
Jedes Merkmal eines Aspekts oder einer Ausführungsform kann auf andere Aspekte oder Ausführungsformen angewandt werden, und zwar in jeder geeigneten Kombination. Insbesondere kann jedes Merkmal eines Verfahrensaspekts oder einer Ausführungsform auf einen Geräteaspekt oder eine Ausführungsform angewandt werden und umgekehrt.
Die obige Zusammenfassung dient lediglich dazu, einige Ausführungsbeispiele zusammenzufassen, um ein grundlegendes Verständnis für einige Aspekte der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln. Dementsprechend ist zu verstehen, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und nicht so ausgelegt werden sollten, dass sie den Umfang oder den Geist der Offenbarung in irgendeiner Weise einschränken. Es wird anerkannt, dass der Umfang der vorliegenden Offenbarung viele mögliche Ausführungsformen zusätzlich zu den hier zusammengefassten umfasst, von denen einige weiter unten beschrieben werden.
Figurenliste
Nachdem oben bestimmte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung allgemein beschrieben wurden, wird nun auf die beigefügten Figuren Bezug genommen. Die in den Figuren dargestellten Komponenten können in bestimmten, hier beschriebenen Ausführungsformen vorhanden sein oder auch nicht. Einige Ausführungsformen können weniger (oder mehr) Komponenten als die in den Figuren gezeigten enthalten.

1 zeigt ein Beispiel für ein System zur chemischen Gasphasenabscheidung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine perspektivische Ansicht eines ersten rohrförmigen Verbinders gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine perspektivische Ansicht einer ersten Flanschbaugruppe gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
4A ist eine Querschnittsansicht der in 3 gezeigten ersten Flanschbaugruppe gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
4B ist eine Explosionsdarstellung eines Längsschnittes der in 3 gezeigten ersten Flanschbaugruppe gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
5 ist eine perspektivische Ansicht eines zweiten rohrförmigen Verbinders gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung; und
6 ist eine perspektivische Ansicht einer zweiten Flanschbaugruppe gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Übersicht
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren, in denen einige, aber nicht alle Ausführungsformen dargestellt sind, ausführlicher beschrieben. In der Tat kann die vorliegende Offenbarung in vielen verschiedenen Formen verkörpert werden und sollte nicht so ausgelegt werden, dass sie auf die hier dargelegten Ausführungsformen beschränkt ist; vielmehr werden diese Ausführungsformen zur Verfügung gestellt, damit diese Offenbarung die geltenden rechtlichen Anforderungen erfüllt. Gleiche Nummern beziehen sich durchgehend auf gleiche Elemente. Begriffe wie „vorne“, „hinten“, „oben“ usw. werden in den nachstehenden Beispielen zu Erklärungszwecken verwendet, um die relative Position bestimmter Komponenten oder Teile von Komponenten zu beschreiben. Darüber hinaus zeigen die Begriffe „im Wesentlichen“ und „annähernd“ an, dass das betreffende Element oder die zugehörige Beschreibung innerhalb der geltenden technischen Toleranzen genau ist, wie es für einen Fachmann im Lichte der vorliegenden Offenbarung offensichtlich ist.
Die chemische Gasphasenabscheidung (CVD) ist ein industrielles Verfahren, bei dem durch chemische Reaktionen eine dünne Schicht eines gewünschten Materials auf ein Substrat aufgebracht wird, das für eine Vielzahl von technischen Anwendungen verwendet werden kann. In vielen herkömmlichen CVD-Anlagen wird ein Substrat in eine reaktive Kammer der CVD-Anlage eingebracht. Sobald sich das Substrat in der reaktiven Kammer befindet, kann der Druck in der reaktiven Kammer so eingestellt werden, dass der Druck im Wesentlichen dem Vakuum entspricht, und die Temperatur in der reaktiven Kammer wird auf die erforderliche reaktive Temperatur erhöht. Dann werden Abscheidungsgase in die reaktive Kammer eingeleitet, die eine Reaktion auslösen, bei der eine dünne Schicht des gewünschten Materials auf dem Substrat abgeschieden wird. Nachdem sich eine ausreichende Menge des gewünschten Materials auf dem Substrat abgelagert hat, werden die Abscheidungsgase aus der reaktiven Kammer entfernt, die Temperatur wird auf eine sichere Handhabungstemperatur gesenkt, und der Druck in der reaktiven Kammer kann so eingestellt werden, dass das Substrat aus der reaktiven Kammer entfernt werden kann.
Um mit dem oben beschriebenen CVD-Verfahren hochwertige Platten aus dem gewünschten Material herzustellen, ist es wichtig, dass das gewünschte Material gleichmäßig auf dem Substrat abgeschieden wird. Um eine gleichmäßige Abscheidung zu erreichen, muss die Reaktion an allen Stellen des Substrats gleichmäßig ablaufen. Dies kann erreicht werden, indem eine im Wesentlichen gleichmäßige und laminare Strömung der Abscheidungsgase über das Substrat gefördert wird. Eine laminare Strömung ist eine Art von Gasströmung, bei der das Gas in Linien oder Schichten strömt, so dass es zwischen den Linien oder Schichten weder Unterbrechungen noch Turbulenzen, Wirbel oder kompressible Bewegungen gibt, so dass sich die Geschwindigkeit der Gasmoleküle im Raum langsam mit einer gleichmäßigen, kontinuierlichen Divergenz ändert. Bei einer gleichmäßigen Strömung sind die Eigenschaften und der Fluss des Gases über den Querschnitt des Gases sehr gleichmäßig. Mit anderen Worten: Durch die Förderung einer im Wesentlichen gleichmäßigen und laminaren Strömung der Abscheidungsgase über dem Substrat wird sichergestellt, dass sich das Abscheidungsgas gleichmäßig über die gesamte Oberfläche des Substrats verteilt und somit eine gleichmäßige Abscheidung des gewünschten Materials auf dem Substrat ermöglicht.
In vielen herkömmlichen CVD-Systemen werden die Abscheidungsgase, wie oben beschrieben, an einem ersten Ende der reaktiven Kammer eingeleitet. Die Abscheidungsgase können dann über das Substrat strömen, wodurch die Reaktion ausgelöst wird und sich das Material auf dem Substrat ablagert. Anschließend können die Abscheidungsgase an einem zweiten Ende der reaktiven Kammer aus der reaktiven Kammer entfernt werden. In solchen konventionellen CVD-Systemen kann es jedoch beim Einleiten und Ableiten der Abscheidungsgase zu erheblichen Turbulenzen in der Strömung der Abscheidungsgase kommen, zumindest (oder vor allem) in den Bereichen, die den Stellen am nächsten liegen, an denen die Abscheidungsgase eingeleitet und abgeleitet werden (z. B. Anfang und Ende der reaktiven Kammer). Um dieser Turbulenz entgegenzuwirken und eine im Wesentlichen gleichmäßige und laminare Strömung der Abscheidungsgase über das Substrat zu gewährleisten, sind solche herkömmlichen CVD-Systeme entweder so konstruiert, dass zwischen dem Punkt, an dem die Abscheidungsgase eingeleitet werden, und dem Substrat eine lange leere Reaktivkammer vorhanden ist, und zwischen dem Substrat und dem Punkt, an dem die Abscheidungsgase entfernt werden, eine weitere lange leere Reaktivkammer vorhanden ist, und/oder sie enthalten einen Duschkopf, der innerhalb der Reaktivkammer angeordnet und so konfiguriert ist, dass die Abscheidungsgase in die Reaktivkammer eingeleitet werden. Die langen leeren Kammern sorgen dafür, dass die durch das Einleiten und Ableiten der Abscheidungsgase verursachten Turbulenzen nicht mehr vorhanden sind, wenn die Abscheidungsgase das Substrat erreichen. Diese langen Leerräume führen dazu, dass die reaktive Kammer im Verhältnis zur Größe des zu bearbeitenden Substrats sehr groß ist, was die Kosten in die Höhe treibt und wertvolle Stellfläche vergeudet. Außerdem trägt der Duschkopf, der am ersten Ende der Kammer angeordnet sein kann, dazu bei, dass die Abscheidungsgase ohne Turbulenzen in die reaktive Kammer eingeleitet werden. Der Duschkopf kann jedoch wertvollen Platz in der reaktiven Kammer verschwenden und auch die Einführung des Substrats in die reaktive Kammer erschweren, wodurch die Kosten steigen und die Menge des gewünschten Materials, die in einem gegebenen Raum und Zeitrahmen hergestellt werden kann, verringert wird.
Um die oben genannten Probleme herkömmlicher CVD-Systeme und -Verfahren zu lösen, wird hier ein CVD-System offenbart, das eine im Wesentlichen gleichmäßige und laminare Gasströmung ermöglicht, ohne dass lange leere Kammern oder ein in der reaktiven Kammer angeordneter Duschkopf erforderlich sind. In einigen Ausführungsformen kann das CVD-System ein CVD-System mit kontinuierlicher Zufuhr sein, wie das System, das in der Anmeldung mit dem Titel CONTINUOUS-FEED CVD SYSTEM, Ser. Nr. 17/305,203, beschrieben ist, die gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung eingereicht wurde und deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme in vollem Umfang aufgenommen wird. Ferner kann das CVD-System in einigen Ausführungsformen einen Substratträger und zugehörige Mechanismen zum Bewegen des Substrats durch das CVD-System umfassen, wie der Substratträger und die zugehörigen Mechanismen, die in der Anmeldung mit dem Titel CVD SYSTEM WITH SUBSTRATE CARRIER AND ASSOCIATED MECHANISMS FOR MOVING SUBSTRATE THERETHROUGH, Ser. 17/305,206, beschrieben ist, die gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung eingereicht wurde und deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme in vollem Umfang aufgenommen wird. Darüber hinaus kann das CVD-System in einigen Ausführungsformen zur Durchführung mehrerer Arten von Prozessen verwendet werden, wie beispielsweise die Prozesse, die in den Anmeldungen mit den Titeln PROCESS FOR LAMINATING GRAPHENE-COATED PRINTED CIRCUIT BOARDS, Ser. Nr. 17/305,223; VERFAHREN ZUR LOKALISIERTEN REPARATUR VON GRAPHENBESCHICHTETEN LAMINIERUNGSSTAPELN UND GEDRUCKTEN SCHALTUNGSPLATTEN, Ser. Nr. 17/305,233; VERFAHREN ZUM AUFBRINGEN EINES ZWEIDIMENSIONALEN MATERIALS AUF EIN ZIELSTÜCKWERK NACH DER LAMINIERUNG, Ser. Nr. 17/305,238; die jeweils gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung eingereicht werden. Der Inhalt jeder der vorgenannten Anmeldungen wird hiermit durch Bezugnahme in vollem Umfang einbezogen.
Das CVD-System umfasst eine Prozesskammer, die für die Durchführung eines CVD-Prozesses an einem Substrat konfiguriert ist. Wie hierin beschrieben, kann die Prozesskammer ein erstes Absperrventil umfassen, das so konfiguriert ist, dass das Substrat in das CVD-System aufgenommen werden kann, und ein zweites Absperrventil , das so konfiguriert ist, dass das Substrat aus dem CVD-System entladen oder entfernt werden kann. Die Prozesskammer kann ferner eine Heizkammer umfassen, die so konfiguriert ist, dass sie das Substrat während des CVD-Prozesses enthält und die erforderliche reaktive Temperatur um das Substrat herum während des CVD-Prozesses aufrechterhält. Die Prozesskammer kann ferner ein einziges erstes rohrförmiges Verbindungsstück, das zwischen dem ersten Absperrventil und der Heizkammer angeordnet ist, und ein einziges zweites rohrförmiges Verbindungsstück, das zwischen dem zweiten Absperrventil und der Heizkammer angeordnet ist, umfassen. Das erste rohrförmige Verbindungsstück kann so konfiguriert sein, dass er mindestens ein Gas über eine erste Flanschbaugruppe in die Prozesskammer einleitet, und das zweite rohrförmige Verbindungsstück kann so konfiguriert sein, dass er das mindestens eine Gas über eine zweite Flanschbaugruppe aus der Prozesskammer entfernt. Das erste röhrenförmige Verbindungsstück und das zweite röhrenförmige Verbindungsstück können so konfiguriert sein, dass sie das mindestens eine Gas mit minimalen oder keinen Turbulenzen in die Prozesskammer einleiten und aus dieser entfernen, so dass das mindestens eine Gas in einer im Wesentlichen gleichmäßigen und laminaren Weise über das Substrat strömen kann, ohne dass eine lange leere Prozesskammer oder ein Duschkopf in der Prozesskammer erforderlich ist.
Während Ausführungsformen der Erfindung, wie sie im Folgenden näher beschrieben werden, auf CVD-Verfahren zur Abscheidung einer Vielzahl von Materialien angewandt werden können, können die hier beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung bei der Herstellung von hochwertigem Graphen von Vorteil sein. Graphen ist ein zweidimensionales Allotrop des Kohlenstoffs, das aus einer einzigen Schicht von Kohlenstoffatomen besteht, die in einem hexagonalen Wabengitter angeordnet sind. Graphen besitzt eine einzigartige Kombination von elektromagnetischen, thermischen und strukturellen Eigenschaften, so dass Graphen das Potenzial hat, eine Vielzahl von Technologien zu revolutionieren, darunter elektronische Geräte, optoelektronische Geräte, Leuchtdioden, Touchscreens, elektrische Kontakte, flexible Elektroden, transparente Elektroden, Superkondensatoren, Batterien, Q-Bit-Computer, optische Sensoren, chemische Sensoren usw. Der erfolgreiche Einsatz von Graphen in solchen Technologien wurde jedoch durch die Unfähigkeit herkömmlicher CVD-Systeme, hochwertiges Graphen auf kompakte und kostengünstige Weise herzustellen, stark eingeschränkt. Die hier offenbarten und im Folgenden näher beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung ermöglichen die Herstellung von hochwertigem Graphen in kompakter und kostengünstiger Weise.
CVD-System
Unter Bezugnahme auf 1 wird ein CVD-System 100 dargestellt. Wie gezeigt, können Ausführungsformen des CVD-Systems 100 eine Prozesskammer 102 umfassen, die für die Durchführung eines CVD-Prozesses auf dem Substrat konfiguriert ist. Wie hierin beschrieben, kann die Prozesskammer 102 so konfiguriert sein, dass sie das Substrat durch ein erstes Absperrventil 106 aufnimmt und durch ein zweites Absperrventil 142 ausschleust oder die Entnahme des Substrats ermöglicht. Beispielsweise kann das Substrat durch das erste Absperrventil 106 und von einer stromaufwärts gelegenen Kammer (nicht dargestellt) in die Prozesskammer 102 geleitet werden, und das erste Absperrventil 106 kann während des CVD-Prozesses geschlossen werden, um die Prozesskammer 102 von der stromaufwärts gelegenen Kammer oder anderen stromaufwärts gelegenen Teilen des CVD-Systems 100 zu isolieren. Ebenso kann das Substrat nach Beendigung des CVD-Prozesses durch das zweite Absperrventil 142 aus der Prozesskammer 102 in eine stromabwärts gelegene Kammer (nicht dargestellt) geleitet werden. Das zweite Absperrventil 142 kann während des CVD-Prozesses geschlossen werden, um die Prozesskammer 102 von der stromabwärts gelegenen Kammer oder anderen stromabwärts gelegenen Teilen der CVD-Anlage 100 zu isolieren.
Die Prozesskammer 102 kann ferner ein Heizgehäuse 122 umfassen, die so konfiguriert ist, dass sie das Substrat während des CVD-Prozesses enthält und die erforderliche reaktive Temperatur um das Substrat herum während des CVD-Prozesses aufrechterhält. Die Prozesskammer 102 kann ferner ein erstes rohrförmiges Verbindungsstück 108 enthalten, das zwischen dem ersten Absperrventil 106 und dem Heizgehäuse 122 angeordnet ist. Das erste röhrenförmige Verbindungsstück 108 kann so konfiguriert sein, dass es mindestens ein Gas in die Prozesskammer 102 einleitet, wie im Folgenden näher beschrieben. Die Prozesskammer 102 kann ferner ein zweites rohrförmige Verbindungsstück 124 umfassen, der zwischen dem Heizgehäuse 122 und dem zweiten Absperrventil 142 angeordnet ist. Das zweite röhrenförmige Verbindungsstück 124 kann so konfiguriert sein, dass es das mindestens eine Gas aus der Prozesskammer 102 entfernt, wie nachstehend ausführlicher beschrieben.
Wie hier beschrieben, kann das Substrat aus Kupfer, Nickel, Kobalt, Wolfram, Siliziumkarbid, Palladium, Platin, Gold oder Übergangsmetall-Legierungen bestehen. Anders ausgedrückt, kann das Substrat jedes Material sein, auf dem ein CVD-Verfahren durchgeführt werden kann. In einigen Ausführungsformen kann die Prozesskammer 102 jeweils nur ein Substrat enthalten. In anderen Ausführungsformen kann die Prozesskammer 102 eine Vielzahl von Substraten (z. B. eine Charge von Substraten) enthalten, die gleichzeitig verarbeitet werden. In einigen Ausführungsformen kann das Substrat direkt in das CVD-System 100 eingeführt werden. In anderen Ausführungsformen können die Substrate zunächst in einen Substratträger eingelegt werden, und der Substratträger kann in die CVD-Anlage 100 eingeführt werden oder die Substrate auf andere Weise transportieren.
Wie oben beschrieben und in den Figuren dargestellt, kann das Substrat durch das erste Absperrventil 106 an einem ersten Ende der CVD-Anlage 100 in die Prozesskammer 102 eingeführt werden. In anderen Ausführungsformen (nicht dargestellt) kann das Substrat jedoch auch über eine Zugangsöffnung an der Seite des Heizgehäuses 122 in die Prozesskammer 102 eingeführt werden. Wie bereits erwähnt, kann das erste Absperrventil 106 geöffnet werden, um die Aufnahme des Substrats in der Prozesskammer 102 zu ermöglichen. Das erste Absperrventil 106 kann geschlossen werden, um die Prozesskammer 102 von anderen Teilen des CVD-Systems 100 zu isolieren, wenn der CVD-Prozess an dem Substrat in der Prozesskammer 102 durchgeführt wird. Auf diese Weise können in der Prozesskammer 102 andere Umgebungsbedingungen (z. B. Temperatur, Druck und Gasfluss) herrschen als in anderen Teilen der CVD-Anlage 100 oder in der äußeren Umgebung während des CVD-Prozesses. In einigen Ausführungsformen kann das erste Absperrventil 106 ein anderer Ventiltyp als ein Absperrventil sein.
In einigen Ausführungsformen kann das erste Absperrventil 106 automatisch geöffnet und geschlossen werden. Beispielsweise kann das erste Absperrventil 106 so konfiguriert sein, dass es sich öffnet und/oder schließt, wenn der CVD-Prozess in der Prozesskammer 102 gestartet wird oder abgeschlossen ist. In anderen Beispielen kann der erste Absperrventil 106 so konfiguriert sein, dass er sich in Abhängigkeit vom Druck in der Prozesskammer 102 öffnet. Beispielsweise kann das erste Absperrventil 106 so konfiguriert sein, dass es sich öffnet, wenn der Druck in der Prozesskammer 102 im Wesentlichen atmosphärisch ist. In anderen Ausführungsformen kann der erste Absperrventil 106 manuell geöffnet und geschlossen werden, z. B. durch eine Bedienperson. In einigen Ausführungsformen kann eine Oberfläche des ersten Absperrventil 106 spiegelpoliert sein. Auf diese Weise kann der erste Absperrventil 106 thermisch isoliert werden.
In ähnlicher Weise kann das Substrat, wie oben beschrieben, an einem zweiten Ende der CVD-Anlage 100 durch das zweite Absperrventil 142 aus der Prozesskammer 102 ausgetragen oder entfernt werden. In anderen Ausführungsformen (nicht dargestellt) kann das Substrat über die Zugangsöffnung an der Seite des Heizgehäuses 122 aus der Prozesskammer 102 ausgetragen oder entfernt werden. Der zweite Absperrventil 142 kann geöffnet werden, um die Entnahme des Substrats aus der Prozesskammer 102 zu ermöglichen. Das zweite Absperrventil 142 kann geschlossen werden, um die Prozesskammer 102 von anderen Teilen des CVD-Systems 100 zu isolieren, wenn der CVD-Prozess an dem Substrat in der Prozesskammer 102 durchgeführt wird. Auf diese Weise können in der Prozesskammer 102 andere Umgebungsbedingungen (z. B. Temperatur, Druck und Gasfluss) herrschen als in anderen Teilen der CVD-Anlage 100 oder in der äußeren Umgebung während des CVD-Prozesses. In einigen Ausführungsformen kann das zweite Absperrventil 142 ein anderer Ventiltyp als ein Absperrventil sein.
In einigen Ausführungsformen kann das zweite Absperrventil 142 automatisch geöffnet und geschlossen werden. Beispielsweise kann das zweite Absperrventil 142 so konfiguriert sein, dass es sich öffnet und/oder schließt, wenn der CVD-Prozess in der Prozesskammer 102 beginnen soll oder wenn er abgeschlossen ist. In anderen Beispielen kann der zweite Absperrventil 142 so konfiguriert sein, dass er sich in Abhängigkeit vom Druck in der Prozesskammer 102 öffnet. Beispielsweise kann das zweite Absperrventil 142 so konfiguriert sein, dass es sich öffnet, wenn der Druck in der Prozesskammer 102 im Wesentlichen atmosphärisch ist. In anderen Ausführungsformen kann der zweite Absperrventil 142 manuell geöffnet und geschlossen werden, z.B. durch einen Bediener. In einigen Ausführungsformen kann der zweite Absperrventil 142 aktiv gekühlt werden. In einigen Ausführungsformen kann eine Oberfläche des zweiten Absperrventil 142 hochglanzpoliert sein. Auf diese Weise kann der zweite Absperrventil 142 thermisch isoliert werden.
Da die gleichmäßige Abscheidung des gewünschten Materials auf dem Substrat für die Herstellung hochwertiger Platten aus dem gewünschten Material wesentlich ist, ist die Prozesskammer 102 so konfiguriert, dass das mindestens eine Gas in die Prozesskammer 102 eingeleitet und aus dieser entfernt wird, so dass das mindestens eine Gas in einer im Wesentlichen gleichmäßigen und laminaren Weise über das Substrat strömt. In dieser Hinsicht kann die Prozesskammer 102 ferner ein erstes rohrförmiges Verbindungsstück 108 umfassen, das sich zwischen dem ersten Absperrventil 106 und dem Heizgehäuse 122 erstreckt und so konfiguriert ist, dass es das mindestens eine Gas über eine erste Flanschbaugruppe 110 in die Prozesskammer 102 einleitet, sowie ein zweites rohrförmiges Verbindungsstück 124, das sich zwischen dem zweiten Absperrventil 142 und dem Heizgehäuse 122 erstreckt und so konfiguriert ist, dass es das mindestens eine Gas über eine zweite Flanschbaugruppe 126 aus der Prozesskammer 102 entfernt.
Wie in den 1-4 dargestellt, kann der erste rohrförmige Verbinder 108 die erste Flanschbaugruppe 110 umfassen, die einen ersten Flanschkörper 109 mit einer Innenfläche 190 und einer Außenfläche 191 aufweist. Der erste Flanschkörper 109 kann zum Beispiel aus Edelstahl, Aluminium, Titan, Nickel, Molybdän, Wolfram oder Quarz bestehen. In einigen Ausführungsformen kann der erste Flanschkörper 109 im Wesentlichen zylindrisch sein. In anderen Ausführungsformen kann der erste Flanschkörper 109 im Wesentlichen rechteckig sein oder eine andere für die Anwendung geeignete Form aufweisen.
Die erste Flanschbaugruppe 110 kann eine Vielzahl von Auslassrohren 114 umfassen, wobei jedes Auslassrohr ein erstes Ende 193 und ein zweites Ende 194 aufweist. Die Auslassrohre 114 können an der Innenfläche 190 des ersten Flanschkörpers 109 angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen, wie in 4A gezeigt, kann die Mehrzahl der Auslassrohre 114 in Umfangsrichtung (z. B. in einer kreisförmigen Anordnung entlang des Umfangs des ersten Flanschkörpers 109) auf der Innenfläche 190 des ersten Flanschkörpers 109 angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen kann die Mehrzahl der Auslassrohre 114 entlang einer Länge des ersten Flanschkörpers 109 angeordnet sein. Auf diese Weise kann eine Längsachse jedes Auslassrohrs 114 im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse des ersten Flanschkörpers 109 verlaufen. Jedes Auslassrohr 114 kann so konfiguriert sein, dass es das mindestens eine Gas über eine in jedem Auslassrohr 114 definierte Öffnung 116 in die Prozesskammer 102 abgibt. In einigen Ausführungsformen kann die Öffnung 116 am zweiten Ende 194 jedes Auslassrohrs 114 angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen, wie in 3 dargestellt, kann der Durchmesser jedes Auslassrohrs 114 über die Länge des Auslassrohrs 114 im Wesentlichen gleich sein, während in anderen Ausführungsformen der Durchmesser jedes Auslassrohrs 114 über die Länge des Auslassrohrs 114 variieren kann. In einigen Ausführungsformen kann beispielsweise der Durchmesser jedes Auslassrohrs 114 vom ersten Ende 193 zum zweiten Ende 194 hin zunehmen.
Die erste Flanschbaugruppe 110 kann ferner eine Vielzahl von Einlassrohren 112 umfassen, die an der Außenfläche 191 des ersten Flanschkörpers 109 angeordnet sind. Die mehreren Einlassrohre 112 können ein erstes Ende 113 und ein zweites Ende 115 haben (dargestellt in 4B). In einigen Ausführungsformen kann jedes Einlassrohr 112 im Wesentlichen senkrecht zu einem entsprechenden Auslassrohr 114 verlaufen. Beispielsweise kann die Mehrzahl der Einlassrohre 112 in Umfangsrichtung an der Außenfläche 191 des ersten Flanschkörpers 109 angeordnet sein und sich von der Außenfläche 191 des ersten Flanschkörpers 109 radial nach außen erstrecken. Jedes Einlassrohr 112 kann in Fluidverbindung mit einem entsprechenden Auslassrohr 114 stehen. Zum Beispiel kann jedes Einlassrohr 112 über das zweite Ende 115 jedes Einlassrohrs 112 mit einem entsprechenden Auslassrohr 114 in Fluidverbindung stehen. In einigen Ausführungsformen kann das zweite Ende 115 jedes Einlassrohrs 112 über das erste Ende 193 des Auslassrohrs 114 in Fluidverbindung mit dem entsprechenden Auslassrohr 114 stehen. In anderen Ausführungsformen, wie in 4B gezeigt, kann das zweite Ende 115 jedes Einlassrohrs 112 mit dem entsprechenden Auslassrohr 114 über eine Seite des entsprechenden Auslassrohrs 114 in Fluidverbindung stehen. Die mehreren Einlassrohre 112 können über das erste Ende 113 mit einer Zufuhr des mindestens einen Gases (nicht dargestellt) verbunden sein. In einigen Ausführungsformen kann die Zufuhr des mindestens einen Gases zumindest teilweise über einen Gassteuerschrank 164 (in 1 dargestellt) gesteuert werden. In einigen Ausführungsformen, wie in 3 dargestellt, kann der Durchmesser jedes Einlassrohrs 112 über die Länge des Einlassrohrs 112 im Wesentlichen gleich sein, während in anderen Ausführungsformen der Durchmesser jedes Einlassrohrs 112 über die Länge des Einlassrohrs 112 variieren kann. In einigen Ausführungsformen kann beispielsweise der Durchmesser jedes Einlassrohrs 112 vom ersten Ende 113 zum zweiten Ende 115 hin zunehmen. In einigen Ausführungsformen kann der Durchmesser jedes Auslassrohrs 114 größer sein als der Durchmesser jedes Einlassrohrs 112. Beispielsweise kann der Durchmesser jedes Auslassrohrs 114 in einigen Ausführungsformen mindestens zweimal so groß sein wie der Durchmesser des Einlassrohrs 112.
Wie in den 1, 5 und 6 dargestellt, kann der zweite rohrförmige Verbinder 124 eine zweite Flanschanordnung 126 mit einer Innenfläche 127 und einer Außenfläche 129 aufweisen. Beispielsweise kann die zweite Flanschbaugruppe 126 einen zweiten Flanschkörper 125 umfassen, und der zweite Flanschkörper 125 kann aus Edelstahl, Aluminium, Titan, Nickel, Molybdän, Wolfram oder Quarz bestehen. In einigen Ausführungsformen kann der zweite Flanschkörper 125 im Wesentlichen zylindrisch sein. In anderen Ausführungsformen kann der zweite Flanschkörper 125 im Wesentlichen rechteckig sein oder eine andere, für die Anwendung geeignete Form haben.
Der zweite Flanschkörper 125 kann eine Vielzahl von Durchgangslöchern 130 aufweisen, die sich zwischen der Innenfläche 127 und der Außenfläche 129 erstrecken. Der zweite Flanschkörper 125 kann ferner eine Vielzahl von Ausgangsrohren 128 aufweisen, die sich von der Außenfläche 129 des zweiten Flanschkörpers 125 nach außen erstrecken. Jedes der Ausgangsrohre 128 kann auf ein entsprechendes Durchgangsloch 130 ausgerichtet sein, so dass jedes der Ausgangsrohre 128 in Fluidverbindung mit dem Inneren der Prozesskammer 102 steht. In einigen Ausführungsformen kann die Mehrzahl der Durchgangslöcher 130 symmetrisch um den zweiten Flanschkörper 125 angeordnet sein. Mit anderen Worten, in einigen Ausführungsformen ist jedes der mehreren Ausgangsrohre 128 und das entsprechende Durchgangsloch 130 gegenüber einem anderen der mehreren Ausgangsrohre 128 und dem entsprechenden Durchgangsloch 130 in Bezug auf eine Mittellinie M der zweiten Flanschbaugruppe 126 angeordnet. Die Ausgangsrohre 128 können ihrerseits mit einem Hauptgasauslass (nicht dargestellt) verbunden sein, der so konfiguriert ist, dass er das mindestens eine Gas auffängt, das aus der Prozesskammer 102 entfernt wird.
In einigen Ausführungsformen, wie in 6 gezeigt, kann die Mehrzahl der Ausgangsrohre 128 so konfiguriert sein, dass die Mehrzahl der Ausgangsrohre 128 über ein einziges Rohr 154 verbunden werden kann. Zum Beispiel können ein erstes Ausgangsrohr 146 und ein zweites Ausgangsrohr 148 mit einem ersten Zwischenrohr 150 und ein drittes Ausgangsrohr 147 und ein viertes Ausgangsrohr 149 mit einem zweiten Zwischenrohr 152 verbunden werden. In einigen Ausführungsformen, wie in 6 dargestellt, befindet sich das erste Ausgangsrohr 146 in der Nähe des zweiten Ausgangsrohrs 148 und das dritte Ausgangsrohr 147 in der Nähe des vierten Ausgangsrohrs 149. In anderen Ausführungsformen können das erste Ausgangsrohr 146 und das zweite Ausgangsrohr 148 in Bezug auf die Mittellinie M des zweiten Flanschkörpers 125 einander gegenüber liegen. In ähnlicher Weise können in solchen Ausführungsformen das dritte Ausgangsrohr 147 und das vierte Ausgangsrohr 149 einander in Bezug auf die Mittellinie M des zweiten Flanschkörpers 125 gegenüberliegen. Das erste Zwischenrohr 150 und ein zweites Zwischenrohr 152 können dann mit dem Einzelrohr 154 verbunden werden. In einigen Ausführungsformen können das erste Ausgangsrohr 146, das zweite Ausgangsrohr 148, das dritte Ausgangsrohr 147 und das vierte Ausgangsrohr 149 gleich lang sein. In ähnlicher Weise können in einigen Ausführungsformen das erste Zwischenrohr 150 und das zweite Zwischenrohr 152 gleich lang sein. Auf diese Weise kann die Entnahme des mindestens einen Gases gleichmäßig auf die Ausgangs- und Zwischenrohre verteilt werden, was dazu beiträgt, eine im Wesentlichen gleichmäßige und laminare Strömung des mindestens einen Gases sicherzustellen.
In anderen Ausführungsformen können das erste Zwischenrohr 150 und das zweite Zwischenrohr 152 so konfiguriert sein, dass sie an ein erstes zusätzliches Zwischenrohr angeschlossen werden, anstatt an das Einzelrohr 154. Das erste zusätzliche Zwischenrohr und ein zweites zusätzliches Zwischenrohr können dann so konfiguriert werden, dass sie mit einem dritten zusätzlichen Zwischenrohr verbunden werden. Dieser Vorgang kann wiederholt werden, bis die letzten beiden Zwischenrohre mit einem Rohr verbunden sind. Obwohl in 6 eine Ausführungsform dargestellt ist, bei der vier Ausgangsrohre paarweise an zwei Zwischenrohre angeschlossen werden, die dann an ein einziges Zwischenrohr angeschlossen werden, wird ein Fachmann angesichts dieser Offenbarung verstehen, dass zusätzliche Ausgangsrohre oder weniger Ausgangsrohre an zusätzliche Zwischenrohre oder wenige Zwischenrohre angeschlossen werden können, bevor sie an ein einziges Rohr angeschlossen werden oder anstatt dessen.
Wie oben beschrieben, kann die erste Flanschbaugruppe 110 so konfiguriert sein, dass das mindestens eine Gas mit minimalen oder keinen Turbulenzen in die Prozesskammer 102 eingeleitet wird, um eine gleichmäßige und laminare Strömung des mindestens einen Gases über das Substrat zu ermöglichen. Dies kann aufgrund der Konfiguration der Vielzahl von Einlassrohren 112 und/oder der Vielzahl von Auslassrohren 114 möglich sein. In einigen Ausführungsformen kann, wie oben beschrieben, jedes Einlassrohr 112 im Wesentlichen senkrecht zu einem entsprechenden Auslassrohr 114 verlaufen. Beispielsweise können, wie oben beschrieben, die mehreren Auslassrohre 114 in Umfangsrichtung entlang einer Länge des ersten Flanschkörpers 109 angeordnet sein, und die mehreren Einlassrohre 112 können in Umfangsrichtung auf der Außenfläche 191 des ersten Flanschkörpers 109 angeordnet sein und sich von dieser radial nach außen erstrecken. Auf diese Weise strömt das mindestens eine Gas von den mehreren Einlassrohren 112 in die mehreren Auslassrohre 114 und in die Prozesskammer 102, wobei die Strömungsrichtung des mindestens einen Gases beim Austritt aus den mehreren Auslassrohren 114 im Wesentlichen tangential zur Innenfläche 190 des ersten Flanschkörpers 109 verläuft. Infolgedessen kommt es zu minimalen oder keinen Turbulenzen, wenn das mindestens eine Gas in die Prozesskammer 102 eintritt. Mit anderen Worten, das Einleiten des mindestens einen Gases durch die mehreren Einlassrohre 112 und die mehreren Auslassrohre 114 ermöglicht eine im Wesentlichen gleichmäßige und laminare Strömung des mindestens einen Gases über das Substrat, ohne dass eine beträchtliche Länge der leeren Kammer zwischen dem Einleiten des mindestens einen Gases und dem Substrat oder einem in der Prozesskammer 102 angeordneten Duschkopf erforderlich ist.
Außerdem kann in einigen der oben beschriebenen Ausführungsformen der Durchmesser jedes Auslassrohrs 114 größer sein als der Durchmesser jedes Einlassrohrs 112. Dadurch kann sich das mindestens eine Gas kontrolliert ausdehnen, wenn es von der Vielzahl der Einlassrohre 112 in die Vielzahl der Auslassrohre 114 strömt. Die kontrollierte Ausdehnung des mindestens einen Gases, während es sich von der Vielzahl der Einlassrohre 112 in die Vielzahl der Auslassrohre 114 bewegt, ermöglicht es, dass es nur minimale oder keine Turbulenzen gibt, wenn das mindestens eine Gas in die Prozesskammer 102 eintritt. Mit anderen Worten, die kontrollierte Expansion des mindestens einen Gases ermöglicht eine im Wesentlichen gleichmäßige und laminare Strömung über das Substrat, ohne dass eine beträchtliche Länge der leeren Kammer zwischen dem Punkt der Einführung des mindestens einen Gases und dem Substrat oder einem in der Prozesskammer 102 angeordneten Duschkopf erforderlich ist.
In ähnlicher Weise kann, wie oben beschrieben, die zweite Flanschbaugruppe 126 so konfiguriert sein, dass sie das mindestens eine Gas mit minimalen oder keinen Turbulenzen aus der Prozesskammer 102 entfernt, um eine im Wesentlichen gleichmäßige und laminare Strömung des mindestens einen Gases über das Substrat zu ermöglichen, selbst in der Nähe des Punktes, an dem das Gas entfernt wird. Dies kann aufgrund der Konfiguration der Vielzahl von Durchgangslöchern 130 und der Vielzahl von Ausgangsrohren 128 möglich sein. In einigen Ausführungsformen kann die Vielzahl der Durchgangslöcher 130, wie oben beschrieben, symmetrisch um den zweiten Flanschkörper 125 angeordnet sein. Infolgedessen kann die Entnahme des mindestens einen Gases gleichmäßig auf die Vielzahl der Durchgangslöcher 130 und die entsprechenden Ausgangsrohre 128 verteilt werden. Somit ist die zweite Flanschbaugruppe 126 so konfiguriert, dass sie beim Entfernen des mindestens einen Gases aus der Prozesskammer 102 nur minimale oder keine Turbulenzen verursacht. Mit anderen Worten, die Entfernung des mindestens einen Gases durch die Vielzahl von Durchgangslöchern 130 und die entsprechenden Ausgangsrohre 128 gewährleistet eine im Wesentlichen gleichmäßige und laminare Strömung über dem Substrat, ohne dass eine beträchtliche Länge der leeren Kammer zwischen dem Substrat und dem Punkt der Entfernung des mindestens einen Gases erforderlich ist.
In einigen Ausführungsformen kann das erste röhrenförmige Verbindungsstück 108 außerdem einen ersten O-Ring 120 und das zweite röhrenförmige Verbindungsstück 124 außerdem einen zweiten O-Ring 134 enthalten. Der erste O-Ring 120 kann so konfiguriert sein, dass er eine luftdichte Abdichtung zwischen dem ersten rohrförmigen Verbindungsstück 108 und dem Heizgehäuse 122 gewährleistet. In ähnlicher Weise kann der zweite O-Ring 134 so konfiguriert sein, dass er eine luftdichte Abdichtung zwischen dem zweiten rohrförmigen Verbindungsstück 124 und dem Heizgehäuse 122 aufrechterhält. Der erste O-Ring 120 und der zweite O-Ring 134 können aus einem beliebigen Material bestehen, das unter den Betriebsbedingungen (z. B. Temperatur und Druck) der Prozesskammer 102 eine luftdichte Abdichtung aufrechterhalten kann. So können der erste O-Ring 120 und der zweite O-Ring beispielsweise aus Kalrez^® , Kupfer, Viton^® oder Silikon bestehen.
In einigen Ausführungsformen kann das erste röhrenförmige Verbindungsstück 108 außerdem einen ersten Balg 118 und das zweite röhrenförmige Verbindungsstück 124 außerdem einen zweiten Balg 132 umfassen. Beispielsweise können der erste Balg 118 und der zweite Balg 132 aus Edelstahl, Aluminium, Titan, Nickel, Molybdän oder Wolfram bestehen. Der erste Balg 118 kann zwischen der ersten Flanschbaugruppe 110 und dem ersten O-Ring 120 angeordnet sein. In ähnlicher Weise kann der zweite Balg 132 zwischen der zweiten Flanschbaugruppe 126 und dem zweiten O-Ring 134 angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen können der erste Balg 118 und der zweite Balg 132 flexibel sein. So kann der erste Balg 118 so konfiguriert sein, dass er die erste Flanschbaugruppe 110 mechanisch vom Heizgehäuse 122 isoliert, und der zweite Balg 132 kann so konfiguriert sein (z. B. in Größe und Form), dass er die zweite Flanschbaugruppe 126 mechanisch vom Heizgehäuse 122 isoliert. Beispielsweise können der erste Balg 118 und der zweite Balg 132 Schwingungen des Heizgehäuses 122, der ersten Flanschbaugruppe 110, der zweiten Flanschbaugruppe 126 und/oder stromaufwärts oder stromabwärts gelegener Komponenten des CVD-Systems 100 absorbieren. Infolgedessen kann in einigen Ausführungsformen die Einleitung des mindestens einen Gases an der ersten Flanschbaugruppe 110 und die Entnahme des mindestens einen Gases an der zweiten Flanschbaugruppe 126 nicht durch die Vibrationen des Heizgehäuses 122 beeinträchtigt werden. In ähnlicher Weise kann als Ergebnis und in einigen Ausführungsformen das Heizgehäuse 122 nicht durch Vibrationen der ersten Flanschanordnung 110 und/oder der zweiten Flanschanordnung 126 beeinträchtigt werden.
Das CVD-System 100 kann ferner ein Heizgehäuse 122 umfassen. Das Heizgehäuse 122 kann so konfiguriert sein, dass es das Substrat während des CVD-Prozesses enthält und die erforderliche reaktive Temperatur um das Substrat herum während des CVD-Prozesses aufrechterhält. Wie in 1 dargestellt, kann das Heizgehäuse 122 einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt haben. In anderen Ausführungsformen kann das Heizgehäuse 122 im Wesentlichen zylindrisch sein und einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt haben, während in wieder anderen Ausführungsformen das Heizgehäuse 122 jede andere für die Anwendung geeignete Querschnittsform haben kann. Das Heizgehäuse 122 kann aus jedem Material bestehen, das als Teil des CVD-Systems betrieben werden kann. So kann das Heizgehäuse 122 beispielsweise aus Quarz, Edelstahl oder Aluminium bestehen. In einigen Ausführungsformen kann das Heizgehäuse 122 von einem Isolator umgeben sein. In einigen Ausführungsformen kann der Isolator aus Keramik oder isolierenden Ziegeln bestehen.
Wie in 1 dargestellt, kann das CVD-System 100 außerdem eine Pumpe 140 umfassen. Die Pumpe 140 kann mit der Mehrzahl der Ausgangsrohre 128 verbunden sein. Die Pumpe 140 kann so konfiguriert sein, dass sie den Druck in der Prozesskammer 102 steuert. In einigen Fällen kann die Pumpe 140 beispielsweise so konfiguriert sein, dass sie den Druck in der Prozesskammer 102 so steuert, dass in der Prozesskammer 102 im Wesentlichen ein Vakuum herrscht, während der CVD-Prozess durchgeführt wird. In anderen Fällen kann die Pumpe 140 beispielsweise so konfiguriert sein, dass sie den Druck in der Prozesskammer 102 so steuert, dass in der Prozesskammer 102 im Wesentlichen atmosphärischer Druck herrscht, wenn das Substrat in die Prozesskammer 102 aufgenommen wird und wenn das Substrat aus der Prozesskammer 102 entladen oder entfernt wird. Die Pumpe 140 kann ferner so konfiguriert sein, dass sie das mindestens eine Gas aus der Prozesskammer 102 entfernt.
Wie in 1 dargestellt, kann das CVD-System 100 einen Steuerschrank 166 umfassen. Der Steuerschrank 166 kann einen Prozessor, einen Speicher und Kommunikationsschaltungen enthalten. Der Steuerschrank 166 kann so konfiguriert sein, dass ein Benutzer oder Bediener den Betrieb des CVD-Systems 100 steuern kann. So kann der Bediener beispielsweise auf den Steuerschrank 166 zugreifen, um den Druck in der Prozesskammer 102 zu steuern. Ein weiteres Beispiel ist, dass der Bediener auf den Steuerschrank 166 zugreifen kann, um die Temperatur in dem Heizgehäuse 122 zu steuern. In einem weiteren Beispiel kann der Bediener auf den Steuerschrank 166 zugreifen, um das erste Absperrventil 106 und das zweite Absperrventil 142 zu öffnen und zu schließen. In einem weiteren Beispiel kann der Bediener auf den Steuerschrank 166 zugreifen, um die Einleitung des mindestens einen Gases in die Prozesskammer 102 zu veranlassen.
Viele Modifikationen und andere Ausführungsformen der hierin dargelegten Erfindungen werden einem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindungen gehören, in den Sinn kommen, wenn er die in den vorstehenden Beschreibungen und den zugehörigen Figuren dargelegten Lehren nutzt. Obwohl die Figuren nur bestimmte Komponenten der hier beschriebenen Verfahren und Systeme zeigen, können selbstverständlich auch verschiedene andere Komponenten Teil des CVD-Systems sein.
Es ist daher davon auszugehen, dass die Erfindungen nicht auf die offenbarten spezifischen Ausführungsformen beschränkt sind und dass Änderungen und andere Ausführungsformen in den Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche einbezogen werden sollen. Obwohl hier spezifische Begriffe verwendet werden, werden sie nur in einem allgemeinen und beschreibenden Sinne und nicht zum Zwecke der Einschränkung verwendet.
Es versteht sich, dass die oben beschriebenen Aspekte und Ausführungsformen nur beispielhaft sind und dass im Rahmen der Ansprüche Änderungen im Detail vorgenommen werden können.
Jedes Gerät, Verfahren und Merkmal, das in der Beschreibung und (gegebenenfalls) in den Ansprüchen und Figuren offenbart wird, kann unabhängig oder in jeder geeigneten Kombination bereitgestellt werden.
Die in den Ansprüchen enthaltenen Bezugszahlen dienen nur der Veranschaulichung und haben keine einschränkende Wirkung auf den Umfang der Ansprüche.

Claims

Eine Flanschbaugruppe zum Einleiten mindestens eines Gases in eine Kammer zur chemischen Gasphasenabscheidung, wobei die Flanschbaugruppe Folgendes umfasst einen Flanschkörper, der in einer Kammer für die chemische Gasphasenabscheidung angeordnet ist, wobei der Flanschkörper eine Länge definiert und eine Innenfläche und eine Außenfläche aufweist; eine Vielzahl von Auslassrohren, die an der Innenfläche des Flanschkörpers angeordnet sind; und eine Vielzahl von Einlassrohren, die an der Außenfläche des Flanschkörpers angeordnet sind, wobei jedes Einlassrohr ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei jedes Einlassrohr über das zweite Ende des Einlassrohrs in Fluidverbindung mit einem entsprechenden Auslassrohr steht, wobei das erste Ende jedes Einlassrohrs so konfiguriert ist, dass es mit einer Zufuhr des mindestens einen Gases verbunden werden kann, und wobei jedes Auslassrohr so konfiguriert ist, dass es das mindestens eine Gas in die Kammer für die chemische Gasphasenabscheidung ausgibt, um einen chemischen Gasphasenabscheidungsprozess durchzuführen.
Die Flanschbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die mehreren Auslassrohre in Umfangsrichtung an der Innenfläche des Flanschkörpers angeordnet sind und sich über die Länge des Flanschkörpers erstrecken.
Die Flanschbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich die Mehrzahl der Einlassrohre von der Außenfläche des Flanschkörpers radial nach außen erstreckt.
Die Flanschanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Durchmesser jedes Auslassrohrs größer ist als der Durchmesser jedes Einlassrohrs.
Die Flanschanordnung nach Anspruch 4, wobei der Durchmesser jedes Auslassrohrs mindestens das Zweifache des Durchmessers jedes Einlassrohrs beträgt.
Die Flanschbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes Auslassrohr ein erstes Ende und ein zweites Ende definiert und wobei jedes Auslassrohr so konfiguriert ist, dass es das mindestens eine Gas über eine Öffnung am ersten Ende in die Kammer für die chemische Gasphasenabscheidung ausgibt.
Die Flanschbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche weiter umfassend flexible Bälge, die mit dem Flanschkörper in Eingriff stehen.
Die Flanschbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche weiter umfassend einen O-Ring, der mit dem Flanschkörper in Eingriff steht.
Die Flanschanordnung zum Entfernen mindestens eines Gases aus einer Kammer für die chemische Gasphasenabscheidung, wobei die Flanschanordnung Folgendes umfasst: einen Flanschkörper, der in einer Kammer zur chemischen Abscheidung aus der Dampfphase angeordnet ist, wobei der Flanschkörper eine Innenfläche und eine Außenfläche aufweist und eine Vielzahl von Durchgangslöchern zwischen der Innenfläche und der Außenfläche definiert; und eine Vielzahl von Ausgangsrohren, die sich von der Außenfläche des Flanschkörpers erstrecken, wobei jedes der Ausgangsrohre mit einem entsprechenden der Vielzahl von Durchgangslöchern ausgerichtet ist, um in Fluidverbindung mit einem Innenraum der Kammer für die chemische Gasphasenabscheidung zu stehen, wobei mindestens eines der mehreren Ausgangsrohre und das entsprechende Durchgangsloch in Bezug auf eine Mittellinie des Flanschkörpers gegenüber einem anderen der mehreren Ausgangsrohre und dem entsprechenden Durchgangsloch angeordnet ist.
Die Flanschanordnung nach Anspruch 9, wobei mindestens eines der mehreren Ausgangsrohre mit einem anderen der mehreren Ausgangsrohre über ein erstes Zwischenrohr verbunden ist.
Die Flanschbaugruppe nach Anspruch 10, wobei das erste Zwischenrohr in Fluidverbindung mit einer Pumpe steht.
die Flanschbaugruppe nach Anspruch 9, 10 oder 11 ferner umfassend einen flexiblen Balg, der mit dem Flanschkörper in Eingriff steht.
Die Flanschbaugruppe nach einem der Ansprüche 9 bis 12 ferner umfassend einen O-Ring, der mit dem Flanschkörper in Eingriff steht.
Eine Kammer zur Durchführung der chemischen Gasphasenabscheidung, wobei die Kammer Folgendes umfasst: ein Heizgehäuse, das so konfiguriert ist, dass es ein Substrat auf einer vordefinierten Temperatur hält, um einen chemischen Gasphasenabscheidungsprozess in der Kammer durchzuführen, wobei das Heizgehäuse einen Körper mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende umfasst; einen ersten Flanschkörper, der in der Kammer in der Nähe des ersten Endes des Körpers des Heizgehäuses angeordnet und so konfiguriert ist, dass er mindestens ein Gas in die Kammer einleitet, wobei der erste Flanschkörper eine Länge definiert und eine Innenfläche und eine Außenfläche aufweist; eine Vielzahl von Auslassrohren, die an der Innenfläche des ersten Flanschkörpers angeordnet sind; eine Vielzahl von Einlassrohren, die an der Außenfläche des ersten Flanschkörpers angeordnet sind, wobei jedes Einlassrohr ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei jedes Einlassrohr über das zweite Ende des Einlassrohrs in Fluidverbindung mit einem entsprechenden Auslassrohr steht, wobei das erste Ende jedes Einlassrohrs so konfiguriert ist, dass es mit einer Zufuhr des mindestens einen Gases verbunden ist, und wobei jedes Auslassrohr so konfiguriert ist, dass es das mindestens eine Gas in die Kammer in der Nähe des ersten Endes des Körpers des Heizgehäuses ausgibt; einen zweiten Flanschkörper, der in der Kammer in der Nähe des zweiten Endes des Körpers des Heizgehäuses angeordnet und so konfiguriert ist, dass er das mindestens eine Gas aus der Kammer entfernt, wobei der zweite Flanschkörper eine Innenfläche und eine Außenfläche hat und eine Vielzahl von Durchgangslöchern zwischen der Innenfläche und der Außenfläche definiert; und eine Vielzahl von Ausgangsrohren, die sich von der Außenfläche des zweiten Flanschkörpers erstrecken, wobei jedes der Ausgangsrohre mit einem entsprechenden der Vielzahl von Durchgangslöchern ausgerichtet ist, so dass es in Fluidverbindung mit einem Innenraum der Kammer steht, wobei mindestens eines der mehreren Ausgangsrohre und das entsprechende Durchgangsloch in Bezug auf eine Mittellinie des zweiten Flanschkörpers gegenüber einem anderen der mehreren Ausgangsrohre und dem entsprechenden Durchgangsloch angeordnet ist, und wobei der erste Flanschkörper und der zweite Flanschkörper so gestaltet sind, dass sie eine im Wesentlichen gleichmäßige und laminare Strömung des mindestens einen Gases über das Substrat ermöglichen.
Die Kammer nach Anspruch 14, wobei ein Durchmesser jedes Auslassrohrs größer ist als ein Durchmesser jedes Einlassrohrs.
Die Kammer nach Anspruch 14 oder 15, wobei die mehreren Auslassrohre in Umfangsrichtung auf der Innenfläche des ersten Flanschkörpers angeordnet sind und sich über die Länge des ersten Flanschkörpers erstrecken und wobei die mehreren Einlassrohre sich von der Außenfläche des ersten Flanschkörpers radial nach außen erstrecken.
De Kammer nach Anspruch 14, 15 oder 16, wobei jedes Auslassrohr ferner so konfiguriert ist, dass es das mindestens eine Gas über eine Öffnung an einem ersten Ende in die Kammer abgibt.
Die Kammer nach einem der Ansprüche 14 bis 17 ferner umfassend einen ersten flexiblen Balg, der mit dem ersten Flanschkörper in Eingriff steht, und einen zweiten flexiblen Balg, der mit dem zweiten Flanschkörper in Eingriff steht.
Die Kammer nach einem der Ansprüche 14 bis 18 ferner umfassend einen ersten O-Ring, der mit dem ersten Flanschkörper in Eingriff steht, und einen zweiten O-Ring, der mit dem zweiten Flanschkörper in Eingriff steht.
Kammer nach einem der Ansprüche 14 bis 19, wobei mindestens eines der mehreren Ausgangsrohre mit einem anderen der mehreren Ausgangsrohre über ein erstes Zwischenrohr verbunden ist und wobei das erste Zwischenrohr in Fluidverbindung mit einer Pumpe steht.