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Gebiet der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Gaseinlassorgan für einen CVD- oder PVD-Reaktor mit einer Bodenplatte, deren mit einem Rand an einer Schmalseite angrenzende Breitseite eine Vielzahl von Gasaustrittsöffnungen aufweist, wobei in der Bodenplatte zumindest eine Kühlmittel-Aufnahmehöhlung angeordnet ist, die durch eine erste Höhlungswand von der Breitseite beabstandet ist. Das Gaseinlassorgan besitzt ein oder mehrere Gasverteilvolumina, wobei die Bodenplatte an eines der Gasverteilvolumen angrenzen kann.
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Stand der Technik
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Gaseinlassorgane werden beispielsweise in den
DE 10 2005 055 468 A1 oder
EP 0 687 749 A1 beschrieben. Sie besitzen ein oder mehrere Gasverteilvolumen, die durch eine Gaszuleitung gespeist werden. Die ein oder mehreren Gasverteilvolumina sind mittels Röhrchen mit einer Gasaustrittsfläche einer Gasaustrittsplatte verbunden. Sie bilden dort Gasaustrittsöffnungen, durch die Prozessgase in eine Prozesskammer strömen können. Auf einem beheizbaren Suszeptor liegt ein Substrat, auf dem ein oder mehrere Schichten abgeschieden werden. Dies erfolgt durch eine pyrolytische Reaktion der Prozessgase auf der Oberfläche, so dass beispielsweise eine Schicht aus Elementen der III. und V. Hauptgruppe abgeschieden wird. Hierzu werden zwei voneinander verschiedene Prozessgase in die Prozesskammer eingespeist. In der Bodenplatte befinden sich Kühlmittel-Aufnahmehöhlungen, durch die ein flüssiges Kühlmittel, insbesondere Wasser, hindurchströmt, um die Gasaustrittsfläche derart zu kühlen, dass dort keine pyrolytische Zerlegung der Prozessgase stattfindet. Andererseits wird die Gasaustrittsfläche aber auch durch Wärmestrahlung vom Suszeptor beheizt, so dass in der Bodenplatte hohe Temperaturgradienten und damit einhergehend große Spannungen innerhalb des von der Bodenplatte gebildeten Metallkörpers auftreten. Insbesondere bei einer mehrteiligen Ausgestaltung der Bodenplatte kann es aufgrund der mechanischen Spannungen zu Rissbildungen kommen. Ist beispielsweise in die Breitseite der Bodenplatte eine Gasaustrittsplatte eingesetzt, so kann es an einer Schweißnaht, mit der die Gasaustrittspatte an einem Grundkörper der Bodenplatte befestigt ist, zu Rissen kommen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Gaseinlassorgan gebrauchsvorteilhaft weiterzubilden und insbesondere Maßnahmen zu ergreifen, um den sich bei der Aufheizung ausbildenden mechanischen Stress in der Bodenplatte zu vermindern.
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Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung, wobei die Unteransprüche nicht nur vorteilhafte Weiterbildungen des Hauptanspruchs darstellen, sondern auch eigenständige Lösungen der Aufgabe sind.
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Zunächst und im Wesentlichen betrifft die Erfindung ein Gaseinlassorgan für einen CVD- oder PVD-Reaktor, bei dem eine Bodenplatte insbesondere an einem durch eine Gaszuleitung mit einem Prozessgas speisbaren Gasverteilvolumen angrenzt. Erfindungsgemäß ist eine zur Breitseite der Bodenplatte hin offene Ausnehmung vorgesehen. Die Ausnehmung soll sich erfindungsgemäß zwischen dem Rand der Breitseite und der Kühlmittel-Aufnahmehöhlung beziehungsweise der Höhlungswand der Kühlmittel-Aufnahmehöhlung befinden. Es ist insbesondere vorgesehen, dass der Abstand der Ausnehmung zur Kühlmittel-Aufnahmehöhlung geringer ist, als der Abstand der Ausnehmung zum Rand beziehungsweise zur Schmalseite der Bodenplatte. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die erste Höhlungswand der Kühlmittel-Aufnahmehöhlung von einer Platte ausgebildet. Bei der Platte kann es sich um eine Gasaustrittsplatte handeln. Die Gasaustrittsplatte bildet die Gasaustrittsöffnungen aus. Der Rand der Platte kann mit einer Schweißnaht mit einem Grundkörper der Bodenplatte verbunden sein. Die Platte kann in einer der Breitseite zugeordneten Ausnehmung der Bodenplatte eingesetzt sein. Die Breitseite der Bodenplatte bildet dann bevorzugt eine Ebene. Die Bodenplatte kann einen kreisförmigen Grundriss aufweisen, so dass die Schmalseite der Bodenfläche eine Zylindermantelfläche ausbildet. Der Rand zwischen Breitseite und Schmalseite kann sich entlang einer Kreisbogenlinie erstrecken. Die Ausnehmung ist insbesondere als Schlitz ausgebildet. Der Schlitz kann eine Ringform aufweisen. Der Schlitz erstreckt sich bevorzugt auf einer Konturlinie, die vom kreisförmigen Rand her über den gesamten Umfang gleich beabstandet ist. Die Ausnehmung beziehungsweise der die Ausnehmung ausbildende Schlitz besitzt eine Schlitzweite und eine Schlitztiefe. Die Schlitzweite erstreckt sich in der bevorzugt ebenen Breitseite der Bodenplatte. Die Tiefe des Schlitzes erstreckt sich bevorzugt in Richtung der Flächennormalen der die Breitseite bildenden Ebene. Die Tiefe des Schlitzes ist bevorzugt größer als die Wandstärke der Platte beziehungsweise größer als die Wandstärke der ersten Höhlungswandung. Die Tiefe oder die Breite des Schlitzes bleibt über die gesamte Umfangslänge dieselbe. Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Tiefe der Ausnehmung größer ist, als die Summe der Wandstärke der Platte beziehungsweise der ersten Höhlungswand und der Tiefe der Kühlmittel-Aufnahmehöhlung. Zwischen der Kühlmittel-Aufnahmehöhlung der Ausnehmung kann sich eine zweite Höhlungswand erstrecken. Diese zweite Höhlungswand trennt die Kühlmittel-Aufnahmehöhlung von der Ausnehmung. Die Materialstärke der zweiten Höhlungswand kann ungefähr der Materialstärke der ersten Höhlungswand entsprechen. Die Wandstärke der zweiten Höhlungswand ist bevorzugt auch kleiner als der Abstand der Ausnehmung vom Rand der Breitseite der Bodenfläche. Der Abstand der Ausnehmung vom Rand ist bevorzugt größer als der Abstand der Ausnehmung von der Schweißnaht. In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich die Kühlmittel-Aufnahmehöhlung ringförmig um ein Zentrum der Bodenplatte erstreckt. Um dasselbe Zentrum erstrecken sich bevorzugt auch die Ausnehmung und der Rand. Der Rand, die Ausnehmung und die Kühlmittel-Aufnahmehöhlung umgeben somit ringförmig eine zentrale Zone der Bodenplatte, in der die Gasaustrittsöffnungen angeordnet sind. Es ist bevorzugt eine zweite Kühlmittel-Aufnahmehöhlung vorgesehen, die sich über den gesamten Zentralbereich der Bodenplatte erstreckt. Diese zweite Kühlmittel-Aufnahmehöhlung kann von einer Vielzahl von Röhrchen gekreuzt werden. Die Röhrchen besitzen zwei Enden und erstrecken sich in Richtung der Flächennormalen der Gasaustrittsplatte. Ein erstes offenes Ende eines jeden Röhrchens bildet eine Gasaustrittsöffnung. Das andere, zweite offene Ende des Röhrchens ist mit einem von zwei Gasverteilvolumen verbunden. Die Gasverteilvolumen sind bevorzugt von einer Deckelplatte getrennt, wobei die Deckelplatte ein Gasverteilvolumen des Grundkörpers verschließt. Dieses Gasverteilvolumen kann von Röhrchen gekreuzt werden, durch die ein Prozessgas hindurchströmt, welches in ein Gasverteilvolumen eingespeist wird, an welches die Bodenplatte angrenzt.
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Figurenliste
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 schematisch den Aufbau eines CVD-Reaktors 1 mit einem darin angeordneten Gaseinlassorgan 2,
- 2 in einer Schnittdarstellung das Gaseinlassorgan 2 und
- 3 vergrößert den Ausschnitt III in 2.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Die 1 zeigt schematisch den Aufbau eines CVD-Reaktors 1 in Form eines Vertikalschnitts. Innerhalb eines gasdichten Gehäuses des CVD-Reaktors 1 befindet sich ein Gaseinlassorgan 2, welches eine duschkopfartige Gestalt aufweist. Im Gaseinlassorgan 2 befindet sich ein Gasverteilvolumen 6 und eine Bodenplatte 7. Die Bodenplatte 7 besitzt eine Vielzahl von Gasaustrittsöffnungen, durch die Gas in das Gasverteilvolumen 6 eingespeiste Prozessgas in eine unterhalb der Bodenplatte 7 angeordnete Prozesskammer einströmen kann. Die Bodenplatte 7 wird mittels eines Kühlmittels, beispielsweise Wasser, gekühlt.
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Den Boden der Prozesskammer bildet eine Oberseite eines Suszeptors 3, der auch erhöhte Temperaturen, beispielsweise auf Temperaturen über 1.000°C aufgeheizt werden kann. Auf der zum Gaseinlassorgan 2 weisenden Oberseite des Suszeptors 3 liegen ein oder mehrere Substrate 4, die mit einer Schicht beschichtet werden.
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Durch einen Gaseinlass 5 werden insbesondere getrennt voneinander zwei voneinander verschiedene Prozessgase in ein voneinander getrennte Kammern, die jeweils ein Gasverteilvolumen bilden, eingespeist. Durch voneinander getrennte Gasaustrittsöffnungen werden die beiden Prozessgase in die Prozesskammer eingespeist. Bei den Prozessgasen kann es sich um ein Hydrid der V. Hauptgruppe und um eine metallorganische Verbindung eines Elementes der III. Hauptgruppe handeln. Es kann sich aber auch um Gase handeln, die Elemente der II. und VI. oder der IV. Hauptgruppe aufweisen. Das Prozessgas reagiert in der Prozesskammer und insbesondere auf der Oberfläche des Substrates 4 pyrolytisch, so dass auf dem Substrat eine einkristalline, beispielsweise III-V-Schicht abgeschieden wird.
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Die 2 und 3 zeigen das Gaseinlassorgan 2 in einem Querschnitt. In ein erstes Gasverteilvolumen 6 wird das erste Prozessgas und in ein davon räumlich getrenntes zweites Gasverteilvolumen 15 wird das zweite Prozessgas eingespeist. Beide Gasverteilvolumina 6, 15 sind mittels Röhrchen 22, 22' mit einer Gasaustrittsfläche der Bodenplatte 7 verbunden. Die Gasaustrittsfläche wird von einer zum Suszeptor 3 hin weisenden Breitseite 7' der Bodenplatte 7 ausgebildet. Die Röhrchen 22 verbinden die Breitseite 7' mit dem ersten Gasverteilvolumen 6 und kreuzen das zweite Gasverteilvolumen 15. Die Röhrchen 22' verbinden das zweite Gasverteilvolumen 15 mit der Breitseite 7'. Gegenüber dem ersten Gasverteilvolumen 6 ist das zweite Gasverteilvolumen 15 mittels einer Deckelplatte 17 begrenzt, die in einer Höhlung eines Grundkörpers 19 der Bodenplatte 7 eingesetzt ist.
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Sämtliche Röhrchen 22, 22' kreuzen darüber hinaus eine Kühlmittel-Aufnahmehöhlung 14, die sich unterhalb des zweiten Gasverteilvolumens 15 erstreckt. Eine Wand der Kühlmittel-Aufnahmehöhlung 14 wird von einer Gasaustrittsplatte 8 ausgebildet, die in eine Aussparung der Bodenplatte 7 eingesetzt ist. Die Gasaustrittsplatte 8 ist über eine Schweißnaht 9 mit einem Grundkörper 19 der Bodenplatte 7 verbunden. Die Gasaustrittsfläche der Gasaustrittsplatte 8 liegt bündig in der Breitseite 7' der Bodenplatte 7 ein.
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Die Bodenplatte 7 besitzt einen kreisförmigen Grundriss. Die Gasaustrittsöffnungen 16, 16' der Röhrchen 22, 22' erstrecken sich über eine zentrale Fläche der Breitseite 7' der Bodenplatte 7.
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Diese zentrale Fläche beziehungsweise die zentrale Kühlmittel-Aufnahmehöhlung 14 wird von einer ringförmigen Kühlmittel-Aufnahmehöhlung 13 umgeben. Die Kühlmittel-Aufnahmehöhlung 13 wird von einem Randbereich der Gasaustrittsplatte 8 verschlossen.
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Der Grundkörper 19, die Gasaustrittsplatte 8 und die Deckelplatte 17 bestehen ebenso wie die Röhrchen 22, 22' aus temperaturbeständigem Metall.
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Die nach unten weisende Breitseite 7' der Bodenplatte 7 ist im Wesentlichen eine Ebene und wird von einem ringförmigen Rand 18 umgeben. Der Rand 18 bildet eine Übergangskante zur Schmalseite 7" der Bodenplatte 7. Die Schmalseite 7" bildet eine Umfangsfläche und ist mit einer Seitenwand 10 des Gaseinlassorgans 2 verbunden, welche wiederum mit einem Deckel 21 verbunden ist, der sich parallel zur Bodenplatte 7 erstreckt.
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Die Gasverteilvolumen 6, 15 werden mit nicht dargestellten Gaskanälen gespeist. Die Kühlmittel-Aufnahmehöhlungen 13, 14 werden mit einer Kühlflüssigkeit, insbesondere Wasser, durchströmt und besitzen eine Kühlmittel-Einlassöffnung und eine Kühlmittel-Auslassöffnung.
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Zwischen der Schmalseite 7" und der Schweißnaht 9, also dem Rand der Gasaustrittsplatte 8 befindet sich eine Ausnehmung 12. Die Ausnehmung 12 bildet einen ringförmigen Schlitz in der Breitseite 7' der Bodenplatte 7, wobei die Breitseite 7' nach unten und auf den Suszeptor 3 weist. Die Ausnehmung ist zur Breitseite 7' hin offen und besitzt einen Boden, der der Öffnung der Ausnehmung 12 gegenüberliegt, also vom Suszeptor 3 wegweist. Der Abstand zwischen Boden der Ausnehmung 12 und Öffnung der Ausnehmung 12 definiert eine Tiefe e der Ausnehmung. Die Tiefe e der Ausnehmung 12 ist bevorzugt größer, als die Wandstärke a der Kühlmittel-Aufnahmehöhlung 13, also im Ausführungsbeispiel größer als die Materialstärke der Gasaustrittsplatte 8. Die Kühlmittel-Aufnahmehöhlung 13 besitzt eine Tiefe b. Die Summe von Wandstärke a und Tiefe b ist bevorzugt kleiner als die Tiefe e der Ausnehmung 12.
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Eine Höhlungswand 13" trennt die Kühlmittel-Aufnahmehöhlung 13 von der Ausnehmung 12. Der Abstand c der Kühlmittel-Aufnahmehöhlung 13 zur Ausnehmung 12 ist größer als der Abstand f der Ausnehmung 12 zur Schmalseite 7" beziehungsweise zum Rand 18.
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Die Wandstärke a entspricht ungefähr der Wandstärke c der zweiten Höhlungswand 13", wobei die Wandstärken a, c der Höhlungswandungen 13', 13" in etwa der Weite d der Ausnehmung 12 entsprechen. Die Weite d der Ausnehmung 12 ist kleiner als der Abstand f zwischen Ausnehmung 12 und Rand 18 beziehungsweise kleiner als der Abstand zwischen Schweißnaht 9 und Ausnehmung 12. Der Abstand zwischen Schweißnaht 9 und Ausnehmung 12 ist darüber hinaus kleiner als der Abstand f zwischen Ausnehmung 12 und Rand 18.
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Die Ausnehmung 12 erstreckt sich insbesondere unterbrechungsfrei auf einer in konstantem Abstand zum Rand 18 und/oder konstantem Abstand zur Schweißnaht 9 verlaufenden Kreisbogenlinie. Die Bodenplatte 7 besitzt zumindest im Randbereich, also zwischen Schweißnaht 9 und Rand 18, eine Rotationssymmetrie. Dies hat zur Folge, dass sich die Ausnehmung 12 in gleichbleibender Gestalt um das Zentrum der Bodenplatte 7 erstreckt.
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Es ist von Vorteil, wenn die Tiefe e der Ausnehmung 12 größer ist, als die Hälfte der Dicke des Grundkörpers 19, also größer ist, als der halbe Abstand zwischen den beiden voneinander wegweisenden Breitseiten 7' der Bodenplatte 7.
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Als Folge der die Schweißnaht 9 umgebenden Ausnehmung 12 bilden sich aufgrund eines Temperaturgradienten zwischen Schmalseite 7" und Gasaustrittsplatte 8 geringere Spannungen in der Bodenplatte 7 aus, als beim Stand der Technik, so dass die Schweißnaht 9 eine höhere Standzeit besitzt.
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Die vorstehenden Ausführungen dienen der Erläuterung der von der Anmeldung insgesamt erfassten Erfindungen, die den Stand der Technik zumindest durch die folgenden Merkmalskombinationen jeweils auch eigenständig weiterbilden, wobei zwei, mehrere oder alle dieser Merkmalskombinationen auch kombiniert sein können, nämlich:
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Ein Gaseinlassorgan, das gekennzeichnet ist durch eine zur Breitseite 7' hin offene, zwischen dem Rand 18 und der ersten Höhlungswand 13' angeordnete Ausnehmung 12.
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Ein Gaseinlassorgan, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die erste Höhlungswand 13' von einem Randabschnitt einer Platte 8 gebildet ist.
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Ein Gaseinlassorgan, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Platte 13 eine die Gasaustrittsöffnungen 16,16' aufweisende Gasaustrittsplatte ist.
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Ein Gaseinlassorgan, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Rand der Platte 8 mit einer Schweißnaht 9 mit einem Grundkörper 19 der Bodenplatte 7 verbunden ist.
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Ein Gaseinlassorgan, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Tiefe e der Ausnehmung 12 größer ist als die Wandstärke a der insbesondere von der Platte 8 gebildeten ersten Höhlungswand 13'.
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Ein Gaseinlassorgan, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Tiefe e größer ist als die Summe der Wandstärke a der insbesondere von der Platte 8 gebildeten ersten Höhlungswand 13' und der Tiefe b der Kühlmittel-Aufnahmehöhlung 13.
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Ein Gaseinlassorgan, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Wandstärke c einer zweiten Höhlungswand 13", die die Kühlmittel-Aufnahmehöhlung 13 von der Ausnehmung 12 trennt, oder der Abstand der Schweißnaht 9 von der Ausnehmung 12 kleiner ist, als der Abstand f der Ausnehmung 12 vom Rand 18.
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Ein Gaseinlassorgan, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Bodenplatte 7 einen kreisförmigen Grundriss aufweist.
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Ein Gaseinlassorgan, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Ausnehmung 12 einen ringförmigen Schlitz ausbildet, der über seinen gesamten Umfang einen konstanten Abstand f zum Rand 18 aufweist.
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Ein Gaseinlassorgan, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Weite d der Ausnehmung 12 ungefähr der ersten Wandstärke a entspricht.
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Ein Gaseinlassorgan, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Weite d der ersten Ausnehmung 12 ungefähr der Wandstärke c der zweiten Höhlungswand 13" entspricht.
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Ein Gaseinlassorgan, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kühlmittel-Aufnahmehöhlung 13 eine erste, ringförmige Kühlmittel-Aufnahmehöhlung 13 ausbildet, die eine zweite Kühlmittel-Aufnahmehöhlung 14 umgibt, wobei die zweite Kühlmittel-Aufnahmehöhlung 14 von die Gasaustrittsöffnungen 16, 16' ausbildenden Röhrchen 22, 22' gekreuzt wird.
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Alle offenbarten Merkmale sind (für sich, aber auch in Kombination untereinander) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen. Die Unteransprüche charakterisieren, auch ohne die Merkmale eines in Bezug genommenen Anspruchs, mit ihren Merkmalen eigenständige erfinderische Weiterbildungen des Standes der Technik, insbesondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen. Die in jedem Anspruch angegebene Erfindung kann zusätzlich ein oder mehrere der in der vorstehenden Beschreibung, insbesondere mit Bezugsziffern versehene und/oder in der Bezugsziffernliste angegebene Merkmale aufweisen. Die Erfindung betrifft auch Gestaltungsformen, bei denen einzelne der in der vorstehenden Beschreibung genannten Merkmale nicht verwirklicht sind, insbesondere soweit sie erkennbar für den jeweiligen Verwendungszweck entbehrlich sind oder durch andere technisch gleichwirkende Mittel ersetzt werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- PVD-Reaktor
- 2
- Gaseinlassorgan
- 3
- Suszeptor
- 4
- Substrat
- 5
- Gaseinlass
- 6
- Gasverteilvolumen
- 7
- Bodenplatte
- 7'
- Breitseite
- 7"
- Schmalseite
- 8
- Gasaustrittsplatte
- 9
- Schweißnaht
- 10
- Seitenwand
- 11
- Höhlung
- 12
- Ausnehmung
- 13
- Kühlmittel-Aufnahmehöhlung
- 13'
- erste Höhlungswand
- 13"
- zweite Höhlungswand
- 14
- Kühlmittel-Aufnahmehöhlung
- 15
- Gasverteilvolumen
- 16
- Gasaustrittsöffnung
- 16'
- Gasaustrittsöffnung
- 17
- Deckelplatte
- 18
- Rand
- 19
- Grundkörper
- 20
- Umfangswand
- 21
- Deckel
- 22
- Röhrchen
- 22'
- Röhrchen
- a
- Wandstärke
- b
- Tiefe
- c
- Wandstärke
- d
- Weite
- e
- Tiefe
- f
- Abstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005055468 A1 [0002]
- EP 0687749 A1 [0002]
