FR2957938A1 - Injector for injecting gas in treatment chamber, comprises inlet for receiving gas wave or gas pulse, curved section for dilating the gas in a direction perpendicular to propagation axis of gas, and outlet for ejecting the gas - Google Patents
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Abstract
Description
DISPOSITIF D'INJECTION DE GAZ AVEC VITESSE DE GAZ UNIFORME GAS INJECTION DEVICE WITH UNIFORM GAS SPEED
La présente invention concerne un dispositif 5 d'injection de gaz et un procédé pour injecter un gaz dans une chambre de traitement. La présente invention concerne plus particulièrement un procédé pour injecter un gaz dans une chambre de traitement d'un réacteur à couche mince. 10 Les techniques de dépôt de couches minces, par exemple le dépôt physique en phase vapeur et le dépôt chimique en phase vapeur, sont des techniques pour déposer des couches minces sur un substrat, par exemple un substrat semi-conducteur. Un exemple particulier de 15 CVD est le dépôt de couche atomique "ALD", également désigné "ALE" ou "ALCVD". Ce procédé est utilisé pour la fabrication des semi-conducteurs et la fabrication de têtes magnétiques à couche mince. Il est actuellement envisagé d'utiliser ce procédé pour la fabrication de 20 divers nouveaux dispositifs, par exemple des diodes électroluminescente organiques et des éléments photovoltaïques. La figure 1A représente un système de dépôt de couches minces classique TFS1 comprenant au moins un 25 injecteur 1 avec une section de mise en forme du débit 2, une chambre de traitement 4 dans laquelle un substrat 5 peut être agencé, et un dispositif d'évacuation 6. Un tube de gaz 7 relie l'injecteur 1 à au moins une source de gaz 8. 30 Pendant le processus de dépôt, un gaz porteur comprenant des réactants est généralement introduit dans l'injecteur 1 pendant une certaine période du temps, formant ainsi une "onde de gaz" ou "impulsion de gaz". Comme décrit dans le brevet US 7,163,587, la section de 35 mise en forme 2 de l'injecteur peut avoir une forme The present invention relates to a gas injection device 5 and a method for injecting a gas into a treatment chamber. The present invention more particularly relates to a method for injecting a gas into a treatment chamber of a thin-film reactor. Thin film deposition techniques, such as physical vapor deposition and chemical vapor deposition, are techniques for depositing thin films on a substrate, for example a semiconductor substrate. A particular example of CVD is atomic layer deposition "ALD", also referred to as "ALE" or "ALCVD". This process is used for the manufacture of semiconductors and the manufacture of magnetic thin-film heads. It is currently envisaged to use this method for the manufacture of various new devices, for example organic light emitting diodes and photovoltaic elements. FIG. 1A shows a conventional thin-film deposition system TFS1 comprising at least one injector 1 with a flow shaping section 2, a treatment chamber 4 in which a substrate 5 can be arranged, and a device of FIG. discharge 6. A gas tube 7 connects the injector 1 to at least one gas source 8. During the deposition process, a carrier gas comprising reactants is generally introduced into the injector 1 for a certain period of time, thus forming a "gas wave" or "gas pulse". As described in US Pat. No. 7,163,587, the shaping section 2 of the injector may have a shape
triangulaire avec une première et une deuxième paroi qui divergent selon un angle de divergence constant par rapport à un axe de propagation XX' de l'onde du gaz dans l'injecteur. La section de mise en forme 2 dilate latéralement l'onde du gaz pendant sa traversée d'un point 0 à l'entrée de la section de mise en forme 2 jusqu'à ce qu'elle atteigne la sortie de l'injecteur qui donne sur la chambre de traitement 4. Le gaz est ensuite injecté dans la chambre de traitement 4, comme montré dans la figure lA par les flèches. Dans la chambre de traitement, des réactants dans le gaz peuvent réagir avec la surface du substrat 5 et/ou avec des molécules précédemment déposés. La chambre de traitement 4 peut ensuite être purgée par injection d'un gaz inerte qui évacue du système tous réactants et produits en excès, au moyen du dispositif d'évacuation 6. Les étapes d'impulsion/purge peuvent ensuite être répétées avec un deuxième gaz d'une autre source de gaz. Des couches minces, par exemple entre 0.1 et 3 Â, se forment sur le substrat 5. Ce cycle est répété autant de fois que nécessaire pour obtenir l'épaisseur souhaitée de la couche mince. En raison de son implémentation couche-par-couche, un dépôt de couche atomique permet d'obtenir une très haute qualité structurelle et un très bon contrôle de l'épaisseur des couches minces, ainsi qu'un bon recouvrement de tout élément présent sur le substrat. Néanmoins, en raison des étapes d'impulsion et de purge, la durée de ce procédé peut être de quelques minutes à plusieurs heures, selon divers facteurs tels que l'épaisseur de la couche mince souhaitée, les réactants utilisés, la durée des cycles, etc., ce qui entraîne une capacité de production relativement faible. Des recherches et développements récents se sont focalisés sur une diminution du temps de dépôt des couches minces triangular with a first and a second wall which diverge at a constant divergence angle with respect to a propagation axis XX 'of the gas wave in the injector. The shaping section 2 laterally expands the gas wave during its passage from a point 0 to the inlet of the shaping section 2 until it reaches the injector outlet which gives The gas is then injected into the treatment chamber 4, as shown in FIG. 1A by the arrows. In the treatment chamber, reactants in the gas may react with the surface of the substrate 5 and / or with previously deposited molecules. The treatment chamber 4 can then be purged by injection of an inert gas which discharges all the reactants and excess products from the system, by means of the evacuation device 6. The pulse / purge steps can then be repeated with a second gas from another source of gas. Thin layers, for example between 0.1 and 3 Å, are formed on the substrate 5. This cycle is repeated as many times as necessary to obtain the desired thickness of the thin layer. Due to its layer-by-layer implementation, an atomic layer deposition achieves a very high structural quality and a very good control of the thickness of the thin layers, as well as a good recovery of any element present on the substrate. Nevertheless, because of the pulse and purge steps, the duration of this process can be from a few minutes to several hours, depending on various factors such as the thickness of the desired thin layer, the reactants used, the duration of the cycles, etc., resulting in a relatively low production capacity. Recent research and developments have focused on reducing the deposition time of thin films
pour rendre cette technique plus intéressante dans le cadre d'une fabrication à grande échelle. Pour diminuer le temps de cycle, il est habituel d'augmenter le débit du gaz. Toutefois, en raison de la loi de Poiseuille, la forme triangulaire de la section de mise en forme fait que le gaz au centre de l'injecteur atteint la sortie avant le gaz au voisinage des parois. Par conséquent, quand un tel injecteur est utilisé dans une application où un profil de composition à séquençage temporel est créé à l'entrée, cette distribution de vitesse avec un pic devient une distribution de composition de gaz non uniforme, qui ralentit le procédé en augmentant le temps nécessaire à une onde de gaz pour traverser la chambre de traitement, comme cela sera expliqué en relation avec les figures 1B, 1C. La figure 1B représente le profil C01 de la vitesse V du gaz, exprimé en mètres par seconde, à la sortie de l'injecteur 1 de la figure 1A. La vitesse du gaz est mesurée le long d'un axe YY' perpendiculaire à l'axe de propagation XX'. Il peut être noté que le profil COl de la vitesse du gaz a une valeur maximale au point 0' au centre de la sortie de l'injecteur, et diminue rapidement en s'éloignant du point O', pour atteindre 0 au voisinage des parois de l'injecteur. La figure 1C représente deux profils P01, P02 de concentration du gaz GC le long de l'axe de propagation XX' à travers la chambre de traitement 4, à partir du point 0' à la sortie de l'injecteur, à deux moments différents après l'injection de l'onde de gaz. La concentration de gaz est exprimée en pourcentage du réactant présent dans le gaz par unité de volume. Il peut être noté que, grâce à la diffusion du réactant dans le gaz porteur, la longueur de l'onde ou de l'impulsion de gaz augmente pendant qu'il traverse la chambre de traitement. to make this technique more interesting in the context of a large-scale manufacturing. To decrease the cycle time, it is usual to increase the gas flow. However, because of the Poiseuille law, the triangular shape of the shaping section makes the gas in the center of the injector reaches the outlet before the gas in the vicinity of the walls. Therefore, when such an injector is used in an application where a time-sequential composition profile is created at the input, this peak velocity distribution becomes a non-uniform gas composition distribution, which slows the process by increasing the time required for a gas wave to pass through the treatment chamber, as will be explained in connection with Figures 1B, 1C. FIG. 1B represents the profile C01 of the velocity V of the gas, expressed in meters per second, at the outlet of the injector 1 of FIG. 1A. The velocity of the gas is measured along an axis YY 'perpendicular to the axis of propagation XX'. It can be noted that the COl profile of the gas velocity has a maximum value at the point 0 'at the center of the injector outlet, and decreases rapidly away from the point O', reaching 0 in the vicinity of the walls. of the injector. FIG. 1C shows two profiles P01, P02 for concentration of the gas GC along the axis of propagation XX 'through the treatment chamber 4, starting from the point 0' at the outlet of the injector, at two different times after the injection of the gas wave. The gas concentration is expressed as a percentage of the reactant present in the gas per unit volume. It may be noted that by diffusion of the reactant into the carrier gas, the length of the gas wave or pulse increases as it passes through the process chamber.
A la lumière des figures 1B, 1C, il sera compris qu'une relation existe entre la longueur de l'onde de gaz P01 et le profil de vitesse du gaz C01. L'augmentation de la non-uniformité du profil de vitesse le long de l'axe YY' à la sortie de l'injecteur entraîne une augmentation du temps pour évacuer le gaz de l'injecteur, une augmentation de la longueur du profil de l'onde du gaz selon XX' qui traverse la chambre de traitement, et une augmentation du temps nécessaire entre l'injection de deux impulsions de gaz successives, du fait que la partie de l'onde de gaz la plus lente doit être évacuée de la chambre avant l'injection de l'onde suivante. Une distribution de gaz non uniforme peut aussi engendrer des anomalies de dépôt et irrégularités dans les couches minces. Par conséquent, il peut être souhaité d'avoir une distribution de gaz à travers le substrat aussi uniforme que possible. L'onde de gaz devrait être optimisée pour le système de dépôt de couches minces et est très liée aux propriétés physiques des injecteurs, les dimensions de la chambre de traitement, le substrat sur lequel le dépôt sera fait, etc. Comme les systèmes de dépôt de couches minces sont typiquement utilisés pour des applications électroniques, ils sont, en général, optimisé pour des dimensions de substrats standards habituellement utilisés dans cette industrie, par exemple des diamètres de 150, 200 et 300 mm. Afin d'appliquer ces techniques à des substrats de plus grande taille dans d'autres domaines d'application, les dimensions des injecteurs, les entrées de gaz, la chambre de traitement, le dispositif d'évacuation, etc. doivent être modifiés de manière appropriée, ce qui complique et augmente le prix de revient des systèmes de dépôt de couches minces pour des grands substrats ayant des temps de cycle très courts. Il n'est ni pratique, ni économique de développer un système pour chaque combinaison de traitement In the light of FIGS. 1B and 1C, it will be understood that a relationship exists between the length of the gas wave P01 and the velocity profile of the gas C01. The increase in the non-uniformity of the velocity profile along the axis YY 'at the outlet of the injector causes an increase in the time to evacuate the gas from the injector, an increase in the length of the profile of the injector. gas wave along XX 'which passes through the treatment chamber, and an increase in the time required between the injection of two successive gas pulses, since the part of the slowest gas wave must be removed from the chamber before the injection of the next wave. Nonuniform gas distribution can also lead to deposition anomalies and irregularities in the thin layers. Therefore, it may be desired to have a gas distribution across the substrate as uniform as possible. The gas wave should be optimized for the thin film deposition system and is closely related to the physical properties of the injectors, the dimensions of the treatment chamber, the substrate on which the deposition will be made, etc. Since thin film deposition systems are typically used for electronic applications, they are, in general, optimized for standard substrate sizes commonly used in this industry, for example diameters of 150, 200 and 300 mm. In order to apply these techniques to larger substrates in other fields of application, the dimensions of the injectors, the gas inlets, the treatment chamber, the evacuation device, etc. must be suitably modified, which complicates and increases the cost price of thin film deposition systems for large substrates with very short cycle times. It is neither practical nor economical to develop a system for each treatment combination
possible, et les systèmes actuels ne sont pas bien adaptés aux grands substrats, ce qui limite leur utilité pour d'autres domaines d'application. En outre, un intérêt récent est apparu pour l'application des méthodes de dépôt de couches minces à d'autres industries, telles que le dépôt des couches sur du verre, la réalisation d'afficheurs, et la réalisation d'éléments photovoltaïques. Ces applications utilisent des substrats beaucoup plus grands, par exemple des plaques en verre de 1200 par 600 mm ou un rouleau continu d'un matériau souple, qui requit une augmentation de la quantité de gaz qui traverse l'injecteur et un élargissement de la sortie de l'injecteur. Toutefois, l'augmentation du débit de gaz et l'élargissement de la sortie de l'injecteur provoquent des turbulences et une recirculation du gaz dans l'injecteur, avec comme résultat une distribution du gaz sur la surface du substrat encore moins uniforme, ainsi qu'une purge des réactants du système inefficace. possible, and the current systems are not well suited to large substrates, which limits their utility for other areas of application. In addition, recent interest has emerged in the application of thin film deposition methods to other industries, such as the deposition of layers on glass, the production of displays, and the production of photovoltaic elements. These applications use much larger substrates, for example 1200 x 600 mm glass plates or a continuous roll of flexible material, which requires an increase in the amount of gas passing through the injector and an expansion of the outlet. of the injector. However, the increase of the gas flow rate and the widening of the injector outlet cause turbulence and recirculation of the gas in the injector, resulting in a distribution of the gas on the surface of the substrate even less uniform, and a purge of reactants from the inefficient system.
Des modes de réalisation de la présente invention concernent un injecteur pour injecter un gaz dans une chambre de traitement, comprenant une entrée pour recevoir une onde de gaz ou une impulsion de gaz ; une section de mise en forme pour dilater le gaz dans une direction perpendiculaire à un axe de propagation du gaz ; une sortie pour éjecter le gaz ; la section de mise en forme présentant une première et une deuxième paroi qui divergent selon un angle de divergence par rapport à l'axe de propagation du gaz. Selon un mode de réalisation, la section de mise en forme comprend des moyens pour ralentir la vitesse du gaz à proximité du centre de la section de mise en forme, par rapport à la vitesse du gaz à proximité d'au moins une paroi. Selon un mode de réalisation, la section de mise en forme comprend une région de constriction présentant une première hauteur à proximité du centre de la section de mise en forme et une deuxième hauteur à proximité d'au moins une paroi de la section de mise en forme, la première hauteur étant inférieure à la deuxième hauteur afin de ralentir la vitesse du gaz à proximité du centre de la section de mise en forme par rapport à la vitesse du gaz à proximité de la paroi. Selon un mode de réalisation, la section de mise en forme comprend une première région de dilatation présentant une hauteur constante, suivie de la région de constriction. Selon un mode de réalisation, la région de constriction est suivie d'une autre région de dilatation présentant une hauteur constante inférieure à la première hauteur de la région de constriction. Selon un mode de réalisation, la section de mise en forme comprend : une première région de dilatation dans laquelle au moins une paroi diverge selon un premier angle de divergence ; et une deuxième région de dilatation comprenant la région de constriction, dans laquelle au moins une paroi diverge selon un deuxième angle de divergence inférieur au premier angle de divergence, afin d'accélérer la vitesse du gaz au voisinage de la paroi par rapport à la vitesse du gaz au voisinage du centre du gaz. Selon un mode de réalisation, le premier angle de divergence varie et présente une valeur maximale à la fin de la première région, et le deuxième angle de divergence est constant et inférieur à la valeur maximale du premier angle de divergence. Selon un mode de réalisation, la section de mise en forme et la région de constriction sont formées de telle sorte que le gaz éjecté par la sortie présente un profil de vitesse avec une variation inférieure à 10% entre les vitesses maximale et minimale, sur au moins 90% de la largeur de la sortie. Embodiments of the present invention provide an injector for injecting gas into a process chamber, comprising an inlet for receiving a gas wave or a gas pulse; a shaping section for expanding the gas in a direction perpendicular to a gas propagation axis; an outlet for ejecting the gas; the shaping section having first and second walls which diverge at an angle of divergence from the axis of propagation of the gas. In one embodiment, the shaping section includes means for slowing the velocity of the gas near the center of the shaping section relative to the velocity of the gas near at least one wall. According to one embodiment, the shaping section includes a constriction region having a first height near the center of the shaping section and a second height near at least one wall of the shaping section. shape, the first height being lower than the second height to slow the speed of the gas near the center of the shaping section relative to the velocity of the gas near the wall. According to one embodiment, the shaping section comprises a first expansion region having a constant height, followed by the constriction region. In one embodiment, the constriction region is followed by another dilation region having a constant height less than the first height of the constriction region. According to one embodiment, the shaping section comprises: a first expansion region in which at least one wall diverges at a first angle of divergence; and a second expansion region comprising the constriction region, wherein at least one wall diverges at a second angle of divergence smaller than the first divergence angle, to accelerate the velocity of the gas near the wall relative to the velocity. gas near the center of the gas. According to one embodiment, the first angle of divergence varies and has a maximum value at the end of the first region, and the second angle of divergence is constant and less than the maximum value of the first angle of divergence. According to one embodiment, the shaping section and the constriction region are formed such that the gas ejected through the outlet has a velocity profile with a variation of less than 10% between the maximum and minimum velocities, over at less 90% of the width of the exit.
Selon un mode de réalisation, l'injecteur comprend une section de mise en forme courbée. Des modes de réalisation de l'invention concernent également un système comprenant une chambre de traitement ; au moins un injecteur conformément à l'injecteur décrit ci-dessus, dont la sortie donne sur la chambre de traitement ; et au moins une source de gaz couplée à l'entrée de l'injecteur. Selon un mode de réalisation, le système comprend 10 deux injecteurs superposés, agencés l'un sur l'autre et présentant une sortie commune. Selon un mode de réalisation, le système comprend au moins deux injecteurs adjacents formant un grand injecteur équivalent présentant une grande sortie 15 équivalente comprenant les sorties des injecteurs adjacents et dilatant le gaz sur la grande sortie équivalente. Des modes de réalisation de l'invention concernent également un procédé d'injection d'une onde de gaz ou 20 d'une impulsion de gaz dans une chambre de traitement, comprenant les étapes consistant à : dilater le gaz dans une direction perpendiculaire à un axe de propagation du gaz au moyen d'un injecteur comprenant une entrée, une section de mise en forme, et une sortie pour éjecter le 25 gaz ; et injecter le gaz dans la chambre de traitement. Selon un mode de réalisation, la dilation du gaz comprend une étape consistant à réduire la vitesse du gaz au voisinage du centre de la section de mise en forme de l'injecteur par rapport à la vitesse du gaz au voisinage 30 de la paroi de la section de mise en forme, afin de contrôler le profil de vitesse du gaz à la sortie de l'injecteur. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape consistant à prévoir dans l'injecteur au moins 35 une région de constriction présentant une première hauteur au voisinage d'un centre de la section de mise en forme et une deuxième hauteur au voisinage de la paroi de According to one embodiment, the injector comprises a curved shaping section. Embodiments of the invention also relate to a system comprising a processing chamber; at least one injector according to the injector described above, the output of which gives on the treatment chamber; and at least one gas source coupled to the inlet of the injector. According to one embodiment, the system comprises two superimposed injectors, arranged one on the other and having a common output. According to one embodiment, the system comprises at least two adjacent injectors forming a large equivalent injector having a large equivalent outlet comprising the outlets of the adjacent injectors and expanding the gas over the large equivalent outlet. Embodiments of the invention also relate to a method of injecting a gas wave or a gas pulse into a process chamber, comprising the steps of: expanding the gas in a direction perpendicular to a gas propagation axis by means of an injector comprising an inlet, a shaping section, and an outlet for ejecting the gas; and inject the gas into the treatment chamber. According to one embodiment, the gas expansion comprises a step of reducing the gas velocity near the center of the injector shaping section relative to the velocity of the gas in the vicinity of the wall of the nozzle. shaping section, in order to control the velocity profile of the gas at the outlet of the injector. According to one embodiment, the method comprises a step of providing in the injector at least one constriction region having a first height in the vicinity of a center of the shaping section and a second height in the vicinity of the wall of
la section de mise en forme, la première hauteur étant inférieure à la deuxième hauteur. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend les étapes consistant à : dans une première région de la section de mise en forme, faire diverger les parois de la section de mise en forme selon un premier angle de divergence ; et dans une deuxième région de la section de mise en forme comprenant la région de constriction, faire diverger les parois de la section de mise en forme selon un deuxième angle de divergence inférieur au premier angle de divergence, afin d'augmenter la vitesse du gaz au voisinage de la paroi par rapport à la vitesse du gaz au voisinage du centre de la section de mise en forme. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend des étapes consistant à faire varier le premier angle de divergence de telle sorte qu'il présente une valeur maximale à la fin de la première région, et garder le deuxième angle de divergence constant et inférieur à la valeur maximale du premier angle de divergence. the shaping section, the first height being less than the second height. According to one embodiment, the method comprises the steps of: in a first region of the shaping section, causing the shaping section walls to diverge at a first angle of divergence; and in a second region of the shaping section including the constriction region, causing the shaping section walls to diverge at a second angle of divergence smaller than the first divergence angle to increase the velocity of the gas in the vicinity of the wall with respect to the velocity of the gas in the vicinity of the center of the shaping section. According to one embodiment, the method includes steps of varying the first divergence angle so that it has a maximum value at the end of the first region, and keeping the second angle of divergence constant and less than the first angle of divergence. maximum value of the first angle of divergence.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape consistant à réduire la vitesse du gaz au voisinage du centre de la section de mise en forme de telle sorte que le gaz injecté dans la chambre de traitement présente un profil de vitesse présentant une variation inférieure à 10% entre les vitesses maximale et minimale, sur au moins 90% de la largeur de la sortie. Des modes de réalisation de l'invention seront décrits dans ce qui suit en se référant à titre non limitatif aux dessins annexés parmi lesquels : - la figure lA précédemment décrite est une vue de dessus schématique d'un système de dépôt de couches minces classique ; - la figure 1B précédemment décrite représente un profil de vitesse d'un gaz traversant le système de la 35 figure 1A ; - la figure 1C précédemment décrite représente un profil de concentration d'un gaz qui traverse le système de la figure 1A ; - les figures 2A et 2B sont des vues de côté et de dessus 5 schématiques d'un système de dépôt de couches minces selon un premier aspect de l'invention ; - la figure 3 est une vue de dessus d'un premier mode de réalisation d'un injecteur du système représenté sur les figures 2A, 2B ; 10 - les figures 4A, 4B, 4C, 4D sont des vues en coupe de l'injecteur de la figure 3 selon différents plans de coupe ; - les figures 5A, 5B, 5C, 5D représentent différents profils de vitesse d'un gaz qui traverse l'injecteur de 15 la figure 3, en différents points de l'injecteur ; - la figure 6 représente des variations d'un profil de vitesse d'un gaz à une sortie de l'injecteur de la figure 3, pour différentes vitesses d'entrée du gaz ; - la figure 7 représente différents profils de 20 concentration d'un gaz qui traverse le système représenté sur les 2A, 2B ; - la figure 8 est une vue en coupe d'un assemblage des injecteurs du système représenté sur les 2A, 2B ; - la figure 9 est une vue en perspective d'un deuxième 25 mode de réalisation d'un injecteur du système représenté sur les 2A, 2B ; - la figure 10 est une vue schématique d'un première mode de réalisation d'un système de dépôt de couches minces selon un deuxième aspect de l'invention ; 30 - la figure 11 est une vue schématique de dessus d'un deuxième mode de réalisation d'un système de dépôt de couches minces selon le deuxième aspect de l'invention ; - les figures 12A et 12B montrent des plaques diffuseurs présentent dans le système de la figure 11 ; According to one embodiment, the method comprises a step of reducing the velocity of the gas near the center of the shaping section so that the gas injected into the processing chamber has a velocity profile with a lower variation. at 10% between the maximum and minimum speeds over at least 90% of the width of the exit. Embodiments of the invention will be described in the following with reference to, but not limited to, the accompanying drawings in which: FIG. 1A previously described is a schematic top view of a conventional thin film deposition system; FIG. 1B previously described represents a velocity profile of a gas passing through the system of FIG. 1A; FIG. 1C previously described represents a concentration profile of a gas that passes through the system of FIG. 1A; FIGS. 2A and 2B are schematic side and top views of a thin film deposition system according to a first aspect of the invention; FIG. 3 is a view from above of a first embodiment of an injector of the system represented in FIGS. 2A, 2B; FIGS. 4A, 4B, 4C, 4D are sectional views of the injector of FIG. 3 according to various sectional planes; FIGS. 5A, 5B, 5C, 5D show different velocity profiles of a gas passing through the injector of FIG. 3, at different points of the injector; FIG. 6 represents variations in a speed profile of a gas at an outlet of the injector of FIG. 3, for different gas inlet speeds; Figure 7 shows different gas concentration profiles that cross the system shown on 2A, 2B; - Figure 8 is a sectional view of an assembly of injectors of the system shown on 2A, 2B; Fig. 9 is a perspective view of a second embodiment of an injector of the system shown at 2A, 2B; FIG. 10 is a schematic view of a first embodiment of a thin film deposition system according to a second aspect of the invention; FIG. 11 is a schematic view from above of a second embodiment of a thin film deposition system according to the second aspect of the invention; FIGS. 12A and 12B show diffuser plates present in the system of FIG. 11;
- la figure 13 est une vue schématique de dessus d'un troisième mode de réalisation d'un système de dépôt de couches minces selon le deuxième aspect de l'invention ; - la figure 14 représente le profil dè vitesse d'un gaz traversant le système de la figure 13 ; et - les figures 15A, 15B, 15C montrent différents agencements de circuits de gaz d'un système de dépôt de couches minces selon l'invention. Un mode de réalisation d'un système de dépôt de couches minces TFS2 selon un premier aspect de l'invention est montré schématiquement sur la figure 2A et sur la figure 2B. Pour raisons de clarté des dessins, les éléments ne sont pas nécessairement montrés à l'échelle et les dessins ne montrent pas nécessairement tous les aspects du système. Le système TFS2 est conçu pour le dépôt de couche atomique et comprend un assemblage d'injecteur 10 comportant deux injecteurs 11, 11', une unité de base 40, et un dispositif d'évacuation 60. L'unité de base 40 comprend une chambre de traitement 41 recevant un substrat 50 qui peut être monté sur un support. Chaque injecteur 11, 11' a une entrée d'admission de gaz reliée à une source de gaz 81, 82 à travers un tube de gaz 71, 72 et une valve 85, 86. L'unité de base 40 peut être en métal, par exemple de l'aluminium ou de l'acier inoxydable, et peut comprendre d'autres composants, tels que des composants pour créer un vide, pour chauffer la chambre de traitement et/ou le substrat, des ouvertures pour permettre l'introduction et l'enlèvement du substrat, le nettoyage, l'alignement de l'unité de base avec d'autres composants, etc. Une première onde de gaz est introduite dans l'injecteur 11 et se propage selon un axe de propagation XX' à travers l'injecteur 11, dans lequel elle est dilatée latéralement, c'est-à-dire selon un axe Y4Y4' FIG. 13 is a schematic view from above of a third embodiment of a thin film deposition system according to the second aspect of the invention; FIG. 14 represents the velocity profile of a gas passing through the system of FIG. 13; and - Figures 15A, 15B, 15C show different arrangements of gas circuits of a thin film deposition system according to the invention. One embodiment of a TFS2 thin film deposition system according to a first aspect of the invention is shown schematically in Fig. 2A and Fig. 2B. For reasons of clarity of the drawings, the elements are not necessarily shown to scale and the drawings do not necessarily show all aspects of the system. The TFS2 system is designed for atomic layer deposition and comprises an injector assembly 10 having two injectors 11, 11 ', a base unit 40, and an evacuation device 60. The base unit 40 includes a chamber processor 41 receiving a substrate 50 which can be mounted on a support. Each injector 11, 11 'has a gas inlet inlet connected to a gas source 81, 82 through a gas tube 71, 72 and a valve 85, 86. The base unit 40 may be made of metal, for example aluminum or stainless steel, and may include other components, such as components for creating a vacuum, for heating the treatment chamber and / or the substrate, openings for the introduction and removing the substrate, cleaning, aligning the base unit with other components, etc. A first gas wave is introduced into the injector 11 and propagates along a propagation axis XX 'through the injector 11, in which it is expanded laterally, that is to say along an axis Y4Y4'
perpendiculaire à l'axe de propagation XX', avant d'être injectée dans la chambre de traitement 41. Dans la chambre de traitement, la première onde de gaz traverse la surface du substrat 50 en une onde qui est sensiblement parallèle à la surface du substrat, et réagit avec le substrat avant d'être purgée de la chambre au moyen du dispositif d'évacuation, qui est relié à une pompe 60. Une deuxième onde de gaz est ensuite introduite dans l'injecteur 11' et se propage le long de l'axe de propagation XX' à travers l'injecteur 11', dans lequel elle est dilatée latéralement selon l'axe Y4Y4' avant d'être injectée dans la chambre de traitement 41. Dans la chambre de traitement, la deuxième onde de gaz traverse la surface du substrat 50 en une onde qui est sensiblement parallèle à la surface du substrat, et réagit avec des dépôts laissés par la première injection de gaz. A titre d'exemple, pour obtenir une couche Al2O3, un premier gaz comprenant de l'aluminium est pulsé à travers le premier injecteur dans la chambre de traitement où il réagit avec le substrat. Ensuite, le premier gaz est purgé de la chambre au moyen du dispositif d'évacuation pendant qu'un gaz inerte, tel que l'azote N2 ou l'argon Ar, est introduit dans la chambre au moyen du premier injecteur. Ensuite, un deuxième gaz comprenant de l'oxygène est pulsé dans la chambre à travers le deuxième injecteur, et l'oxygène réagit avec l'aluminium, formant une monocouche d' Al2O3. La chambre est encore purgée avec un gaz inerte, et le cycle se répète. La figure 3 est une vue de dessus représentant, de manière plus détaillée la structure de l'injecteur 11 selon un premier mode de réalisation de l'invention. Il est supposé que dans ce mode de réalisation les deux injecteurs 11, 11' ont la même structure. En conséquence, perpendicular to the propagation axis XX ', before being injected into the treatment chamber 41. In the treatment chamber, the first gas wave passes through the surface of the substrate 50 into a wave which is substantially parallel to the surface of the substrate, and reacts with the substrate before being purged from the chamber by means of the evacuation device, which is connected to a pump 60. A second wave of gas is then introduced into the injector 11 'and propagates along of the propagation axis XX 'through the injector 11', in which it is expanded laterally along the axis Y4Y4 'before being injected into the treatment chamber 41. In the treatment chamber, the second wave of The gas passes through the surface of the substrate 50 into a wave that is substantially parallel to the surface of the substrate, and reacts with deposits left by the first gas injection. By way of example, to obtain an Al 2 O 3 layer, a first gas comprising aluminum is pulsed through the first injector into the treatment chamber where it reacts with the substrate. Then, the first gas is purged from the chamber by means of the evacuation device while an inert gas, such as nitrogen N2 or argon Ar, is introduced into the chamber by means of the first injector. Then, a second gas comprising oxygen is pulsed into the chamber through the second injector, and the oxygen reacts with the aluminum, forming a monolayer of Al2O3. The chamber is still purged with an inert gas, and the cycle is repeated. Figure 3 is a top view showing in more detail the structure of the injector 11 according to a first embodiment of the invention. It is assumed that in this embodiment the two injectors 11, 11 'have the same structure. Consequently,
seul l'injecteur 11 sera décrit. Néanmoins, d'autres modes de réalisation peuvent être prévus, dans lesquels les injecteurs 11, 11' présentent des structures différentes, par exemple en fonction de la nature du gaz qu'ils éjectent. L'injecteur 11 comprend un corps 12 et une section de mise en forme 20. La section de mise en forme 20 peut être une cavité fraisée du corps 12. Le corps peut être une plaque de métal, par exemple en aluminium ou en acier inoxydable. La cavité peut être formée par un fraisage précis de la plaque de métal. Un couvercle 13 peut être assemblé au corps 12 par soudure, ou brasure, ou simplement monté sur celui-ci au moyen de vis, de chevilles, etc. only the injector 11 will be described. Nevertheless, other embodiments may be provided, wherein the injectors 11, 11 'have different structures, for example depending on the nature of the gas they eject. The injector 11 comprises a body 12 and a shaping section 20. The shaping section 20 may be a countersunk cavity of the body 12. The body may be a metal plate, for example aluminum or stainless steel . The cavity can be formed by precise milling of the metal plate. A cover 13 may be assembled to the body 12 by welding, or solder, or simply mounted thereon by means of screws, plugs, etc.
La section de mise en forme 20 comprend une entrée 21 et une sortie 22. L'entrée 21 est connectée au tube de gaz 71 et a la forme d'une petite ouverture. La sortie 22 a la forme d'une ouverture plus grande et donne sur la chambre de traitement, pour y injecter le gaz. La section de mise en forme comprend des parois gauche et droite 23, une surface inférieure, et une surface supérieure formée par exemple par le couvercle mentionné plus haut. Les surfaces inférieure et supérieure sont sensiblement parallèles sauf dans une région qui sera décrite plus bas. Les parois 23 divergent vers l'extérieur depuis l'entrée 21 vers la sortie 22, dilatant l'onde de gaz dans une direction perpendiculaire à un axe de propagation XX' de l'onde de gaz. La section de mise en forme 20 comprend en outre une région de constriction 24 pour mettre en forme le profil de vitesse du gaz, comme souhaité. Comme cela sera expliqué plus loin, la hauteur de la section de mise en forme 20 dans la région de constriction 24 varie afin d'uniformiser la vitesse de l'onde de gaz sur toute la largeur de dilatation latérale de l'onde de gaz injectée dans la chambre de traitement 41. L'injecteur 11 dilate The shaping section 20 includes an inlet 21 and an outlet 22. The inlet 21 is connected to the gas tube 71 and has the shape of a small opening. The outlet 22 has the shape of a larger opening and gives access to the treatment chamber for injecting the gas therein. The shaping section comprises left and right walls 23, a lower surface, and an upper surface formed for example by the lid mentioned above. The lower and upper surfaces are substantially parallel except in a region to be described below. The walls 23 diverge outwardly from the inlet 21 to the outlet 22, expanding the gas wave in a direction perpendicular to a propagation axis XX 'of the gas wave. The shaping section 20 further includes a constriction region 24 for shaping the gas velocity profile as desired. As will be explained below, the height of the shaping section 20 in the constriction region 24 varies to uniformize the gas wave velocity over the entire lateral expansion width of the injected gas wave. in the treatment chamber 41. The injector 11 expands
ainsi l'onde de gaz selon les axes YlYl', Y2Y2', Y3Y3', Y4Y4' perpendiculaires à l'axe de propagation XX', tout en ajustant la vitesse du gaz sur toute la largeur de dilatation latérale. En particulier, et comme représenté sur la figure 4C, la région de constriction peut présenter une hauteur h2 réduite au voisinage de l'axe de propagation et une hauteur h3 plus importante au voisinage des parois 23, afin de réduire la vitesse du gaz à proximité du centre de la section de mise en forme par rapport à sa vitesse à proximité des parois. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 3, la section de mise en forme comprend en outre une première région de dilatation 25 qui réalise seulement une dilation latérale et une deuxième région de dilatation 26 qui inclut la région de constriction 24 et réalise une dilation latérale et une constriction verticale. La première région de dilatation 25 s'étend depuis l'entrée 21 jusqu'à un point de transition X2, et la deuxième région de dilatation 26 s'étend du point X2 à la sortie 22. La première et la deuxième régions de dilatation peuvent se constituer de deux parties différentes raccordées ensemble, ou simplement être différentes parties d'une seule pièce. thus the gas wave along the axes YlYl ', Y2Y2', Y3Y3 ', Y4Y4' perpendicular to the axis of propagation XX ', while adjusting the speed of the gas over the entire width of lateral expansion. In particular, and as shown in FIG. 4C, the constriction region may have a reduced height h2 in the vicinity of the propagation axis and a greater height h3 in the vicinity of the walls 23, in order to reduce the speed of the gas in the vicinity. from the center of the shaping section relative to its speed near the walls. In the embodiment shown in Fig. 3, the shaping section further comprises a first expansion region 25 which achieves only a lateral dilation and a second expansion region 26 which includes the constriction region 24 and performs an expansion. lateral and vertical constriction. The first expansion region 25 extends from the inlet 21 to a transition point X2, and the second expansion region 26 extends from the point X2 to the outlet 22. The first and second expansion regions can consist of two different parts connected together, or simply be different parts of one piece.
La première région de dilatation 25 comprend une paroi gauche 23a et une paroi droite 23b, et la deuxième région de dilatation 26 comprend une paroi gauche 23c et une paroi droite 23d. Les parois 23a, 23b de la première région de dilatation 25 divergent selon un angle de divergence Al par rapport à l'axe de propagation XX' de l'onde de gaz, tandis que les parois 23c, 23d de la deuxième région de dilatation 26 divergent selon un angle de divergence A2 par rapport à l'axe de propagation XX'. Dans un mode de réalisation, l'angle de divergence Al est supérieur à l'angle de divergence A2, afin que la The first expansion region 25 includes a left wall 23a and a right wall 23b, and the second expansion region 26 comprises a left wall 23c and a right wall 23d. The walls 23a, 23b of the first expansion region 25 diverge at a divergence angle A1 with respect to the propagation axis XX 'of the gas wave, while the walls 23c, 23d of the second expansion region 26 diverging at an angle of divergence A2 with respect to the axis of propagation XX '. In one embodiment, the angle of divergence A1 is greater than the divergence angle A2, so that the
deuxième région de dilatation 26, tout en réalisant une dilation latérale globale de l'onde de gaz, réalise également une fonction supplémentaire de constriction au voisinage des parois, afin de réduire davantage la vitesse du gaz à proximité du centre par rapport à sa vitesse à proximité des parois de la deuxième région de dilatation 26. Dans un mode de réalisation, l'angle de divergence Al varie et augmente avec l'augmentation de la distance depuis l'entrée 21, pour atteindre une valeur maximale Almax à la fin de la première région de dilatation 25, alors que l'angle de divergence A2 est constant, Almax étant supérieur à A2. Préférablement, l'angle de divergence Al varie selon une fonction "supralinéaire", par exemple une fonction quadratique ou exponentielle. Une dilation latérale supralinéaire favorise la suppression des turbulences à proximité de l'entrée 21 de l'injecteur 11, où la vitesse du gaz est la plus élevée. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 3, les parois 23a, 23b de la première région de dilatation 25 divergent exponentiellement alors que les parois 23c, 23d de la deuxième région de dilatation 26 divergent linéairement avec un angle A2 constant. Les figures 4A, 4B, 4C, 4D représentent des vues en coupe de l'injecteur de la figure 3 selon différents plans en coupe, respectivement P1, P2, P3, P4, qui sont perpendiculaires à l'axe de propagation XX'. Le plan P1 passe par un point Xl de l'axe XX', le point Xl étant situé à une distance dl d'un point de référence 0 à l'entrée 21. Le plan P2 passe par un point X2 de l'axe XX', le point X2 étant situé à une distance d2 du point 0, la distance d2 étant supérieure à la distance dl et égale à la longueur de la première région de dilatation 25. Le plan P3 passe par un point X3 de l'axe XX', le point X3 étant situé à une distance d3 du point 0, la second expansion region 26, while performing an overall lateral expansion of the gas wave, also performs an additional constriction function in the vicinity of the walls, to further reduce the velocity of the gas near the center with respect to its velocity to near the walls of the second expansion region 26. In one embodiment, the divergence angle A1 varies and increases with increasing distance from the inlet 21, to reach a maximum value Almax at the end of the first expansion region 25, while the divergence angle A2 is constant, Almax being greater than A2. Preferably, the angle of divergence A1 varies according to a "supralinear" function, for example a quadratic or exponential function. A supralinear lateral dilation promotes the suppression of turbulence near the inlet 21 of the injector 11, where the gas velocity is the highest. In the embodiment shown in FIG. 3, the walls 23a, 23b of the first expansion region 25 exponentially diverge while the walls 23c, 23d of the second expansion region 26 diverge linearly with a constant angle A2. FIGS. 4A, 4B, 4C, 4D show sectional views of the injector of FIG. 3 in different sectional planes, respectively P1, P2, P3, P4, which are perpendicular to the propagation axis XX '. The plane P1 passes through a point X1 of the axis XX ', the point X1 being situated at a distance d1 from a reference point 0 to the input 21. The plane P2 passes through a point X2 of the axis XX X2 being at a distance d2 from the point 0, the distance d2 being greater than the distance d1 and equal to the length of the first expansion region 25. The plane P3 passes through a point X3 of the axis XX ', the point X3 being situated at a distance d3 from the point 0, the
distance d3 étant supérieure à la distance d2 et correspondant sensiblement au point central de la région de constriction 24. Le plan P4 passe par un point X4 de l'axe XX', le point X4 étant situé à une distance d4 du point 0, la distance d4 étant supérieure à la distance d3 et égale à la longueur de la section de mise en forme 20, de telle sorte que le plan P4 inclut la sortie 22 de l'injecteur. Sur la figure 3, l'axe de propagation XX' et un axe longitudinal de symétrie de l'injecteur sont confondus, de telle sorte que les points X1, X2, X3, X4 sont chacun équidistants des parois gauche et droite de la section de mise en forme 20. Sur la figure 4A, la vue en coupe de la première région de dilatation 25 de la section de mise en forme 20 présente une forme sensiblement rectangulaire, avec une largeur W1 et une hauteur hl. La hauteur h1 est la distance entre la surface inférieure et la surface supérieure de la section de mise en forme 20, la surface supérieure se constituant ici d'une face inférieure du couvercle 13. Sur la figure 4B, la vue en coupe de la section de mise en forme 20, à la limite entre la première et la deuxième région de dilatation 25, 26, présente une forme sensiblement rectangulaire avec une largeur W2>W1 et une hauteur h1 égale à celle de la figure 4A. Sur la figure 4C, la vue en coupe de la section de mise en forme 20, dans la région de constriction 24 située dans la deuxième région de dilatation 26, présente une largeur W3>W2, une surface supérieure plate et une surface inférieure sensiblement convexe. Elle présente donc une première hauteur h2 au centre de la région 26 et une deuxième hauteur h3 à proximité des parois, h3 étant ici supérieure à h2 afin de réduire la vitesse du gaz au centre de la deuxième région de dilatation par rapport à la vitesse du gaz à proximité des parois. Dans un mode de distance d3 being greater than the distance d2 and substantially corresponding to the central point of the constriction region 24. The plane P4 passes through a point X4 of the axis XX ', the point X4 being situated at a distance d4 from the point 0, the distance d4 being greater than the distance d3 and equal to the length of the shaping section 20, so that the plane P4 includes the outlet 22 of the injector. In FIG. 3, the axis of propagation XX 'and a longitudinal axis of symmetry of the injector coincide, so that the points X1, X2, X3, X4 are each equidistant from the left and right walls of the section of the injector. In FIG. 4A, the sectional view of the first expansion region 25 of the shaping section 20 has a substantially rectangular shape, with a width W1 and a height h1. The height h1 is the distance between the lower surface and the upper surface of the shaping section 20, the upper surface being constituted by a lower face of the cover 13. In FIG. 4B, the sectional view of the section at the boundary between the first and the second expansion region 25, 26, has a substantially rectangular shape with a width W2> W1 and a height h1 equal to that of FIG. 4A. In FIG. 4C, the sectional view of the shaping section 20, in the constriction region 24 located in the second expansion region 26, has a width W3> W2, a flat upper surface and a substantially convex lower surface. . It therefore has a first height h2 in the center of the region 26 and a second height h3 close to the walls, where h3 is greater than h2 in order to reduce the speed of the gas at the center of the second expansion region with respect to the speed of the gas near the walls. In a mode of
réalisation, la forme de la surface inférieure convexe selon l'axe Y3Y3' est définie selon une courbe de Bézier. Dans ce mode de réalisation, h2 est supérieure à hl mais peut être inférieure ou égale à hl dans d'autres modes de réalisation. Sur la figure 4D, la vue en coupe de la section de mise en forme 20, à proximité de la sortie 22, présente une forme sensiblement rectangulaire avec une largeur W4>W3 et une hauteur h4 inférieure à h3 et également inférieure à hl. Dans d'autres modes de réalisation, h4 peut être supérieure à h1 et inférieure à h2. Dans un mode de réalisation, la surface inférieure de la deuxième région de dilatation 26 comprend deux surfaces définies par "b-spline rationnelle non uniforme"), une dans la zone entre les axes Y2Y2' et Y3Y3', et une autre dans la zone entre les axes Y3Y3' et Y4Y4'. Les figures 5A, 5B, 5C, 5D représentent différents profils Cl, C2, C3, C4 de vitesse V d'une onde de gaz qui traverse l'injecteur, mesurés selon différents axes Y1Y1', Y2Y2', Y3Y3', Y4Y4' perpendiculaires à l'axe de propagation XX' et respectivement inclus dans les plans Pl, P2, P3, P4. Une analyse mécanique des fluides numérique sur un modèle discrétisé en trois dimensions de la géométrie de l'injecteur à l'aide de la méthode des volumes finis peut être utilisée pour obtenir de tels profils. Il peut être noté que : - Sur la figure 5A, le profil Cl est très pointu autour du point central Xl de la section de mise en forme 20 et présente une vitesse élevée en ce point, puis il diminue rapidement en s'éloignant du point Xl pour atteindre une vitesse de 0 m/s au voisinage des parois 23 ; realization, the shape of the convex lower surface along the axis Y3Y3 'is defined according to a Bezier curve. In this embodiment, h2 is greater than h1 but may be less than or equal to h1 in other embodiments. In FIG. 4D, the sectional view of the shaping section 20, close to the outlet 22, has a substantially rectangular shape with a width W4> W3 and a height h4 less than h3 and also less than h1. In other embodiments, h4 may be greater than h1 and less than h2. In one embodiment, the lower surface of the second expansion region 26 comprises two surfaces defined by "non-uniform rational b-spline"), one in the area between the Y2Y2 'and Y3Y3' axes, and another in the zone. between the axes Y3Y3 'and Y4Y4'. FIGS. 5A, 5B, 5C, 5D represent different profiles C1, C2, C3, C4 of velocity V of a gas wave which passes through the injector, measured along different perpendicular axes Y1Y1 ', Y2Y2', Y3Y3 ', Y4Y4' to the propagation axis XX 'and respectively included in the planes P1, P2, P3, P4. A digital fluid mechanics analysis on a discrete three-dimensional model of the injector geometry using the finite volume method can be used to obtain such profiles. It can be noted that: - In FIG. 5A, the profile C1 is very sharp around the central point X1 of the shaping section 20 and has a high speed at this point, then it decreases rapidly while moving away from the point X1 to reach a speed of 0 m / s in the vicinity of the walls 23;
- Sur la figure 5B, le profil C2 est toujours pointu, mais moins, autour du point central X2, présente une vitesse inférieure au point X2, et diminue moins vite que le profil Cl en s'éloignant du point central X2, pour atteindre une vitesse de 0 m/s au voisinage des parois 23 ; - Sur la figure 5C, il peut être noté que la correction de la distribution de la vitesse entre le centre de l'injecteur et les parois a commencé. Le profil C3 n'est plus pointu autour du point central X3, et présente un profil assez plat avec des pentes abruptes au voisinage des parois 23. La hauteur h3 plus importante engendre une résistance réduite du débit à proximité des parois, conduisant le gaz vers les bords. En conséquence, le gaz présente une vitesse plus élevée, d'environ 10%, à proximité des bords par rapport au centre. Le profil C3 présente ainsi un petit "creux" au voisinage du point central S3 et deux "bosses" de chaque côté du creux ; et - Sur la figure 5D, le profil C4 est sensiblement uniforme sur la majorité de la sortie 22 et diminue abruptement à une vitesse de 0 m/s au voisinage des parois 23. En conséquence, les différentes hauteurs h1, h2, h3, h4 de l'injecteur peuvent être réglées pour ajuster comme souhaité le profil de vitesse du gaz injecté dans la chambre de traitement. Dans des applications où un profil de vitesse uniforme est souhaité à la sortie de l'injecteur, la présente invention permet d'obtenir une distribution de vitesse inférieure à 10 % entre les vitesses maximale et minimale sur au moins 90 % de la largeur de la sortie. Généralement, la distribution de vitesse à la sortie 22 de l'injecteur dépend non seulement de la différence entre hl, h2, h3, h4, mais aussi de la différence entre l'angle de divergence Al maximal de la première région de In FIG. 5B, the profile C2 is always pointed, but less, around the central point X2, has a speed lower than the point X2, and decreases less rapidly than the profile C1 while moving away from the central point X2, to reach a velocity of 0 m / s in the vicinity of the walls 23; - In Figure 5C, it can be noted that the correction of the speed distribution between the center of the injector and the walls has begun. The profile C3 is no longer sharp around the central point X3, and has a fairly flat profile with steep slopes in the vicinity of the walls 23. The higher height h3 generates a reduced resistance of the flow near the walls, leading the gas to edges. As a result, the gas has a higher speed of about 10% near the edges with respect to the center. The profile C3 thus has a small "hollow" in the vicinity of the central point S3 and two "bumps" on each side of the hollow; and - In FIG. 5D, the profile C4 is substantially uniform over the majority of the outlet 22 and decreases abruptly at a speed of 0 m / s in the vicinity of the walls 23. Consequently, the different heights h1, h2, h3, h4 of the injector can be adjusted to adjust as desired the speed profile of the gas injected into the treatment chamber. In applications where a uniform velocity profile is desired at the nozzle exit, the present invention provides a velocity distribution of less than 10% between the maximum and minimum speeds over at least 90% of the width of the nozzle. exit. Generally, the velocity distribution at the outlet 22 of the injector depends not only on the difference between h1, h2, h3, h4, but also on the difference between the maximum angle of divergence Al of the first region of the injector.
dilatation 25 et l'angle de divergence A2 de la deuxième région de dilatation 26, et également de la vitesse initiale du gaz à l'entrée 21, comme cela sera démontré en référence à la figure 6. dilation 25 and the divergence angle A2 of the second expansion region 26, and also the initial velocity of the inlet gas 21, as will be demonstrated with reference to FIG. 6.
La figure 6 représente l'effet de la vitesse du gaz en entrée sur le profil de vitesse du gaz à la sortie de l'injecteur 11, selon l'axe Y4Y4'. La vitesse de gaz est exprimé ici comme un rapport entre la vitesse du gaz selon l'axe Y4Y4' et sa vitesse maximale. Dans cet exemple, la première région de dilatation 25 présente une largeur W2 de 10 cm, une longueur d2 de 7,5 cm, et un angle de divergence Al qui varie exponentiellement. La région de constriction 26 présente une hauteur h3 = 0,5*h2. Trois profils C4', C4", C4"' sont représentés et correspondent aux vitesses à l'entrée 21, respectivement 10 m/s, 40 m/s, 70 m/s. Les profils C4' et C4'' présentent deux "bosses" latérales et un "creux" central, et ont donc la vitesse la moins élevée à proximité du point central X4 et les deux points les plus élevés à proximité des parois. Le profil C4 " ' présente trois "bosses" et deux "creux", et donc un point central et deux points latéraux de vitesse maximale, et deux points de vitesse minimale entre les points de vitesse maximale. Il sera noté que ces caractéristiques de profil de vitesse sont représentés selon une vue explosée et sont, en pratique, de relativement faibles dimensions. Par exemple, pour le profil C4"', la différence entre les "bosses" et les "creux" représente une variation inférieure à 1% de la vitesse du gaz, qui est donc sensiblement uniforme sur la plupart de la largeur de la sortie de l'injecteur. Ces profils démontrent que, pour une forme déterminée des régions de dilatation 25, 26 et de la région de constriction 24, une vitesse critique VC existe. Le comportement de l'injecteur diffère en FIG. 6 represents the effect of the speed of the inlet gas on the velocity profile of the gas at the outlet of the injector 11, along the axis Y4Y4 '. The gas velocity is expressed here as a ratio between the gas velocity along the Y4Y4 'axis and its maximum velocity. In this example, the first expansion region 25 has a width W2 of 10 cm, a length d2 of 7.5 cm, and an angle of divergence A1 which varies exponentially. The constriction region 26 has a height h3 = 0.5 * h2. Three profiles C4 ', C4 ", C4"' are represented and correspond to the input speeds 21, respectively 10 m / s, 40 m / s, 70 m / s. The profiles C4 'and C4' 'have two lateral "bumps" and a central "hollow", and therefore have the lowest speed near the central point X4 and the two highest points near the walls. The C4 "'profile has three" bumps "and two" hollows ", and therefore a center point and two maximum speed side points, and two points of minimum speed between the maximum speed points.It will be noted that these profile features of speed are shown in an exploded view and are, in practice, of relatively small dimensions, for example, for the profile C4 "', the difference between the" bumps "and the" hollows "represents a variation of less than 1% of the gas velocity, which is therefore substantially uniform over most of the width of the outlet of the injector. These profiles demonstrate that, for a given shape of the expansion regions 25, 26 and the constriction region 24, a critical speed VC exists. The behavior of the injector differs in
fonction de la vitesse d'entrée du gaz, selon qu'elle est en-dessous ou au-dessus la vitesse critique VC. En-dessous de la vitesse critique, il n'y a pas de turbulence et de recirculation dans la première région de dilatation 25 ; le profil de vitesse est sensiblement constant et indépendant de la vitesse d'entrée. Au-dessus de la vitesse critique, une recirculation se produit dans la première région de dilatation 25, et le profil de vitesse de sortie change avec la vitesse d'entrée, entraînant des modifications de l'uniformité du profil de vitesse. La valeur de la vitesse critique VC dépend de la géométrie : une première région de dilatation 25 courte et/ou large présente une vitesse critique VC plus basse, ce qui signifie que la recirculation ou la turbulence se produit à une vitesse d'entrée plus basse par rapport à une région de dilatation plus longue et/ou plus étroite. En conséquence, il existe une relation approximative du type VC = f(d2/W2). Le profil de vitesse de sortie peut être réglé en ajustant la hauteur h2 de la région de constriction au point X2. La correction requise dépend de la longueur de la première région de dilatation 25 et du point de fonctionnement désiré. Un procédé de conception de l'injecteur peut consister en une légère surcompensation de la vitesse au voisinage des parois de telle sorte que son profil de vitesse le plus uniforme soit à la vitesse d'entrée la plus élevée avant d'atteindre la vitesse critique. En général, l'homme de l'art a la capacité d'ajuster les propriétés de l'injecteur, par exemple par une modification des hauteurs hl, h2 h3, h4 afin d'obtenir le profil de gaz désiré en relation avec une application considérée. La hauteur h1 peut être choisie pour correspondre approximativement au diamètre du tube d'entrée de gaz, qui peut avoir un diamètre standard de a function of the gas inlet velocity, depending on whether it is below or above the critical velocity VC. Below the critical velocity, there is no turbulence and recirculation in the first expansion region 25; the speed profile is substantially constant and independent of the input speed. Above the critical speed, recirculation occurs in the first expansion region 25, and the output velocity profile changes with the input velocity, causing changes in the uniformity of the velocity profile. The value of the critical velocity VC depends on the geometry: a first short and / or wide expansion region has a lower critical velocity VC, which means that recirculation or turbulence occurs at a lower input velocity relative to a longer and / or narrower expansion region. As a result, there is an approximate relation of the type VC = f (d2 / W2). The output velocity profile can be adjusted by adjusting the height h2 of the constriction region at the point X2. The correction required depends on the length of the first expansion region 25 and the desired operating point. A method of designing the injector may consist of a slight overcompensation of the speed in the vicinity of the walls so that its most uniform speed profile is at the highest input speed before reaching the critical speed. In general, those skilled in the art have the ability to adjust the properties of the injector, for example by modifying the heights h1, h2 h3, h4 to obtain the desired gas profile in connection with an application. considered. The height h1 may be chosen to correspond approximately to the diameter of the gas inlet tube, which may have a standard diameter of
6 mm ou d'environ 12 mm, dans certaines applications. Si une hauteur h1 est choisie de telle sorte qu'elle soit significativement différente du diamètre de l'entrée, une marche dans le chemin du gaz peut être créée, qui engendre une recirculation ou une turbulence. La hauteur h4 peut être relativement réduite, par exemple 1 à 2 mm dans certaines applications, et peut être limitée par le procédé de fabrication. Une hauteur h4 réduite peut aider à éviter un reflux de gaz d'un autre injecteur s'il y a plus d'un injecteur. La figure 7 représente des profils P10, P11, P12, P13 d'une concentration de gaz GC le long de l'axe de propagation XX' à travers la chambre de traitement 41, du point X4 à la sortie de l'injecteur, à quatre moments après l'injection de l'onde de gaz dans l'injecteur, respectivement, 80 ms, 100 ms, 120 ms et 140 ms. La concentration de gaz est exprimée en pourcentage du réactant présent dans le gaz par unité de volume. Pendant la propagation de l'onde de gaz à travers la chambre de traitement, l'onde de gaz reste très uniforme, sans perdre beaucoup de sa hauteur ni devenir très dispersée. Ceci est dû à l'uniformité initiale du profil de vitesse du gaz à la sortie de l'injecteur. La largeur de l'impulsion de l'onde augmente lentement, avec une légère différence entre les valeurs au voisinage des parois par rapport aux valeurs à proximité du centre de l'injecteur. Il a été observé que le système de dépôt de couches minces est prêt à commencer le cycle suivant après la purge de la moitié de la chambre de traitement contrairement à un procédé classique tel que celui décrit par le brevet américain US 7,404,984, dans lequel une impulsion de purge d'au moins deux fois le volume de la chambre de traitement doit être injectée avant de commencer le cycle suivant. Par conséquent, la surveillance du profil de vitesse, grâce à la structure 6 mm or about 12 mm, in some applications. If a height h1 is chosen so that it is significantly different from the diameter of the inlet, a step in the path of the gas can be created, which generates recirculation or turbulence. The height h4 may be relatively small, for example 1 to 2 mm in some applications, and may be limited by the manufacturing process. A reduced height h4 can help prevent gas reflux from another injector if there is more than one injector. FIG. 7 shows profiles P10, P11, P12, P13 of a gas concentration GC along the propagation axis XX 'through the treatment chamber 41, from point X4 to the outlet of the injector, to four moments after injection of the gas wave into the injector, respectively, 80 ms, 100 ms, 120 ms and 140 ms. The gas concentration is expressed as a percentage of the reactant present in the gas per unit volume. During the propagation of the gas wave through the treatment chamber, the gas wave remains very uniform, without losing much of its height or becoming very dispersed. This is due to the initial uniformity of the gas velocity profile at the outlet of the injector. The width of the wave pulse increases slowly, with a slight difference between the values near the walls relative to the values near the center of the injector. It has been observed that the thin film deposition system is ready to begin the next cycle after the purge of the half of the treatment chamber contrary to a conventional method such as that described by US Patent 7,404,984, in which a pulse purge of at least twice the volume of the treatment chamber must be injected before starting the next cycle. Therefore, the speed profile monitoring, thanks to the structure
de l'injecteur selon l'invention, permet une augmentation de la cadence des impulsions et des cycles de purge. La figure 8 représente une vue en coupe d'un mode de réalisation du système de dépôt de couches minces TFS2 représenté sur les figures 2A, 2B, qui illustrent comment deux injecteurs 11, 11' peuvent être assemblés pour former un assemblage d'injecteurs 10. Comme décrit précédemment, chaque injecteur 11, 11' comprend un corps usiné 12 dans lequel les différentes régions 24, 25, 26 de la section de mise en forme 20 ont été formées, et un couvercle 13. Un bloc diviseur 87 est agencé entre les injecteurs 11, 11' pour constituer un support physique. Chaque injecteur est agencé sur le bloc diviseur 87 de telle sorte que son couvercle 13 se trouve contre le bloc diviseur. Vu en coupe, le bloc diviseur présente une forme triangulaire pour que chaque injecteur 11, 11' soit orienté par rapport à l'autre selon un angle déterminé, par exemple 60°, et que leurs sorties 22 se rejoignent pour former une sortie commune. La sortie commune est formée par une région où leurs corps 12 respectifs ne sont pas couverts par le couvercle 13 et sont opposés l'un à l'autre. Les injecteurs 11, 11' sont solidaires de l'unité de base 40 et sont alignés avec celle-ci au moyen de dispositifs d'alignement 88, 89, par exemple des chevilles. Chaque injecteur 11, 11' est relié en entrée à un tube de gaz 71, 72 respectivement, qui est lui-même relié à une ou plusieurs sources de gaz. Dans un autre mode de réalisation, les injecteurs peuvent ne pas comprendre de couvercle. Le bloc diviseur 87 peut lui-même former la surface supérieure de chaque injecteur. La figure 9 représente un autre mode de réalisation d'un injecteur 111 selon l'invention. L'injecteur 111 comprend une entrée 112, suivie d'une première section de mise en forme 113, elle-même suivie d'une deuxième of the injector according to the invention, allows an increase in the rate of pulses and purge cycles. FIG. 8 shows a sectional view of an embodiment of the TFS2 thin film deposition system shown in FIGS. 2A, 2B, which illustrate how two injectors 11, 11 'can be assembled to form an injector assembly 10 As previously described, each injector 11, 11 'comprises a machined body 12 in which the different regions 24, 25, 26 of the forming section 20 have been formed, and a cover 13. A divider block 87 is arranged between the injectors 11, 11 'to form a physical support. Each injector is arranged on the divider block 87 so that its cover 13 is against the divider block. Viewed in section, the divider block has a triangular shape so that each injector 11, 11 'is oriented relative to the other at a given angle, for example 60 °, and their outputs 22 meet to form a common output. The common outlet is formed by a region where their respective bodies 12 are not covered by the cover 13 and are opposite to each other. The injectors 11, 11 'are integral with the base unit 40 and are aligned therewith by means of alignment devices 88, 89, for example pegs. Each injector 11, 11 'is connected at the inlet to a gas tube 71, 72 respectively, which is itself connected to one or more gas sources. In another embodiment, the injectors may not comprise a lid. The divider block 87 can itself form the upper surface of each injector. FIG. 9 represents another embodiment of an injector 111 according to the invention. The injector 111 comprises an inlet 112, followed by a first shaping section 113, itself followed by a second
section de mise en forme 114, et une sortie 115 à la fin de la deuxième section de mise en forme 114. La première section de mise en forme 113 présente une forme courbée, sensiblement en forme de "S". Elle présenté également des parois 116 qui divergent selon un premier angle de divergence Al, de préférence un angle variable augmentant selon une fonction quadratique ou exponentielle. En conséquence, la première section de mise en forme 113 forme un dispositif de dilatation qui correspond à la première région de dilatation précédemment décrite. Un axe de propagation X1X1' du gaz présente ici une forme courbé en raison du gaz qui traverse la section de mise en forme 113 courbée. La deuxième section de mise en forme 114 présente des parois 117 et une région de constriction 118 dans laquelle sa hauteur varie le long d'un axe perpendiculaire à l'axe de propagation X1X1' du gaz, avec une hauteur à proximité de son centre qui est inférieure à la hauteur à proximité des parois 117. Dans un mode de réalisation, les parois 117 divergent selon un angle A2 et la deuxième section de mise en forme 114 correspond à la deuxième région de dilatation précédemment décrite, qui inclut la région de constriction. Dans un autre mode de réalisation, la deuxième section de mise en forme 114 présente des parois parallèles 117 et forme un dispositif de constriction pour l'onde de gaz éjecté par la première section de mise en forme 113, sans dilation latérale supplémentaire du gaz. Il sera noté que divers autres modes de réalisation et d'applications d'un injecteur selon l'invention peuvent être prévus par l'homme de l'art. La région de constriction peut présenter diverses formes et peut par exemple être obtenue à la fois par des variations de la surface inférieure et de la surface intérieure supérieure de la section mise en forme. La région de constriction shaping section 114, and an outlet 115 at the end of the second shaping section 114. The first shaping section 113 has a curved shape, substantially S-shaped. It also has walls 116 which diverge at a first angle of divergence A1, preferably a variable angle increasing according to a quadratic or exponential function. Accordingly, the first shaping section 113 forms an expansion device that corresponds to the first expansion region previously described. A propagation axis X1X1 'of the gas here has a curved shape due to the gas passing through the shaped forming section 113 curved. The second shaping section 114 has walls 117 and a constriction region 118 in which its height varies along an axis perpendicular to the axis of propagation X1X1 'of the gas, with a height near its center which is less than the height near the walls 117. In one embodiment, the walls 117 diverge at an angle A2 and the second shaping section 114 corresponds to the second expansion region described above, which includes the constriction region. . In another embodiment, the second shaping section 114 has parallel walls 117 and forms a constriction device for the gas wave ejected by the first shaping section 113, without additional lateral expansion of the gas. It will be appreciated that various other embodiments and applications of an injector according to the invention may be provided by those skilled in the art. The constriction region may have various shapes and may for example be obtained both by variations of the lower surface and the upper inner surface of the shaped section. The constriction region
peut également être mise en oeuvre au moyen d'une plaque de diffusion du type décrit plus loin en relation avec les figures 12A, 12B. Ces plaques comportent des ouvertures dimensionnées et/ou espacées les unes des autres de telle sorte que, dans la région de constriction, le centre de l'onde de gaz est ralenti par rapport à ses bords. Par ailleurs, bien qu'il ait été indiqué ci-dessus que le système TFS2 est conçu pour le dépôt de couche atomique lors duquel des ondes de gaz sont injectées dans la chambre de traitement, des modes de réalisation d'un injecteur selon l'invention peuvent également être utilisés pour d'autres procédés et d'autres systèmes de dépôt de matériaux, par exemple, le dépôt chimique en phase vapeur, le dépôt physique en phase vapeur, l'épitaxie par jet moléculaire, le dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma, et plus généralement, tout procédé dans lequel un gaz traverse un injecteur et pénètre dans une chambre de traitement. may also be implemented by means of a diffusion plate of the type described below in relation to FIGS. 12A, 12B. These plates have openings dimensioned and / or spaced from each other so that in the constriction region, the center of the gas wave is slowed relative to its edges. Furthermore, although it has been indicated above that the TFS2 system is designed for the atomic layer deposition in which gas waves are injected into the treatment chamber, embodiments of an injector according to the invention. The invention can also be used for other processes and other material deposition systems, for example, chemical vapor deposition, physical vapor deposition, molecular beam epitaxy, chemical vapor deposition plasma-assisted, and more generally, any process in which a gas passes through an injector and enters a treatment chamber.
Egalement, l'utilisation du terme "substrat" dans la description devrait signifier tout type de matériau sur la surface duquel une réaction chimique peut se produire pour que des couches minces puissent se former. Ces substrats peuvent être du matériau semi-conducteur, plastique, métal, verre, des dispositifs optoélectroniques, des écrans plats, des écrans à cristaux liquides, etc. et peuvent être de diverses tailles, formes, et formats. Egalement, des modes de réalisation d'un injecteur selon l'invention peuvent aussi être utilisés pour dilater un flux continu de gaz au lieu de mettre en forme une onde de gaz De tels modes de réalisation peuvent améliorer un procédé de dépôt de couches minces en homogénéisant la quantité de réactant déposé par le gaz Also, the use of the term "substrate" in the description should mean any type of material on whose surface a chemical reaction can occur so that thin layers can be formed. These substrates may be semiconductor material, plastic, metal, glass, optoelectronic devices, flat screens, liquid crystal displays, etc. and can be of various sizes, shapes, and formats. Also, embodiments of an injector according to the invention may also be used to expand a continuous flow of gas instead of forming a gas wave. Such embodiments may improve a thin film deposition process by homogenizing the amount of reactant deposited by the gas
sur toute la surface traitée, et en conséquence uniformiser l'épaisseur de la couche mince déposée. Egalement, un système de dépôt de couches minces selon l'invention peut comprendre un seul injecteur au lieu d'un assemblage comprenant deux ou plusieurs injecteurs selon l'invention. En outre, des modes de réalisation d'un injecteur selon l'invention ne sont pas seulement conçus pour rendre le profil de vitesse du gaz uniforme à la sortie de l'injecteur. Dans d'autres applications, il peut être au contraire souhaité que la vitesse du gaz au voisinage des parois soit différente de la vitesse du gaz au centre de la sortie, et en particulier il peut être souhaité d'obtenir une vitesse du gaz supérieure au voisinage des parois par rapport à la vitesse au centre de la sortie, ce qui sera démontré ci-dessous en relation avec la description d'un deuxième aspect de l'invention. Comme indiqué ci-dessus, l'application des techniques de dépôt de couches minces pour traiter des substrats plus grands que les substrats semi-conducteur classiques, exige que les dimensions des injecteurs, de la chambre de traitement, du dispositif d'évacuation, etc. soient adaptés en conséquence. Dans de telles applications, il peut être souhaité de prévoir un système de dépôt de couches minces adapté aux grands substrats. Dans ce cas, il peut être souhaité de prévoir des injecteurs pourvus d'une grande sortie. Toutefois, il a été observé que plus la sortie d'un injecteur est grande, plus il est difficile de contrôler le profil de vitesse du gaz, c'est-à-dire quand le rapport entre la largeur de la sortie et la largeur de l'entrée augmente. Une augmentation de la largeur de la sortie tout en gardant la vitesse du gaz constante à la sortie exige que l'injecteur présente une plus grande longueur, que la quantité de gaz nécessaire pour traverser l'injecteur over the entire treated surface, and therefore uniformize the thickness of the deposited thin film. Also, a thin film deposition system according to the invention may comprise a single injector instead of an assembly comprising two or more injectors according to the invention. In addition, embodiments of an injector according to the invention are not only designed to make the velocity profile of the gas uniform at the outlet of the injector. In other applications, it may instead be desired for the gas velocity in the vicinity of the walls to be different from the gas velocity at the center of the outlet, and in particular it may be desired to obtain a gas velocity greater than adjacent walls relative to the speed in the center of the outlet, which will be demonstrated below in connection with the description of a second aspect of the invention. As noted above, the application of thin film deposition techniques to process substrates larger than conventional semiconductor substrates, requires the dimensions of the injectors, the process chamber, the evacuation device, etc. . be adapted accordingly. In such applications, it may be desired to provide a thin film deposition system suitable for large substrates. In this case, it may be desired to provide injectors with a large output. However, it has been observed that the greater the output of an injector, the more difficult it is to control the velocity profile of the gas, i.e. when the ratio of the width of the outlet to the width of the injector the entrance increases. An increase in the width of the outlet while keeping the constant gas velocity at the exit requires that the injector has a greater length, than the amount of gas required to pass through the injector
soit augmentée, et que le gaz soit injecté à une vitesse plus élevée à l'entrée. Toutes ces contraintes engendrent un risque plus important de turbulence et de recirculation du gaz à l'entrée, un procédé de dépôt moins efficace, une distribution de gaz non uniforme, des anomalies de dépôt, et des irrégularités dans les couches minces. La figure 10 représente schématiquement une vue de dessus en coupe d'un système de dépôt de couches minces TFS3 selon un deuxième aspect de l'invention. Le système TFS3 comprend un injecteur modulaire 100, une grande chambre de traitement 42 formée pour recevoir un grand substrat 52, et un dispositif d'évacuation 62 adapté. L'injecteur modulaire 100 comprend au moins deux injecteurs adjacents, ici deux injecteurs 1, 1' classiques, tels que ceux décris en relation avec la figure 1A. Les deux injecteurs sont agencés côte à côte, et présentent des parois latérales 91 en contact les unes avec les autres ou séparées par un joint. Chaque injecteur présente une entrée couplée à un tube de gaz 71, 71' pour recevoir une onde de gaz, une section de mise en forme 2, 2' présentant des parois gauche et droite qui divergent selon un angle de divergence, et une sortie pour éjecter le gaz. is increased, and the gas is injected at a higher speed at the inlet. All of these constraints create a greater risk of inlet gas turbulence and recirculation, a less efficient deposition process, non-uniform gas distribution, deposition anomalies, and irregularities in the thin layers. Figure 10 schematically shows a top view in section of a thin film deposition system TFS3 according to a second aspect of the invention. The TFS3 system comprises a modular injector 100, a large processing chamber 42 formed to receive a large substrate 52, and a suitable evacuation device 62. The modular injector 100 comprises at least two adjacent injectors, here two conventional injectors 1, 1 ', such as those described in connection with Figure 1A. The two injectors are arranged side by side, and have sidewalls 91 in contact with each other or separated by a seal. Each injector has an inlet coupled to a gas tube 71, 71 'for receiving a gas wave, a shaping section 2, 2' having left and right walls which diverge at a diverging angle, and an outlet for eject the gas.
L'injecteur modulaire 100 forme un grand injecteur équivalent présentant une grande sortie équivalente qui inclut les sorties des injecteurs adjacents 1, 1' et dilate le gaz sur la grande sortie équivalente. L'injecteur modulaire éjecte une onde de gaz résultant d'une juxtaposition des ondes de gaz éjectées par chaque injecteur, qui traverse la chambre de traitement 42 selon un axe de propagation X2X2'. Un tel agencement en parallèle des injecteurs 1, 1' évite les inconvénients indiqués plus haut, en particulier en ce qu'il ne nécessite pas une augmentation The modular injector 100 forms a large equivalent injector having a large equivalent output which includes the outputs of the adjacent injectors 1, 1 'and expands the gas on the large equivalent output. The modular injector ejects a gas wave resulting from a juxtaposition of gas waves ejected by each injector, which passes through the processing chamber 42 along a propagation axis X2X2 '. Such an arrangement in parallel of the injectors 1, 1 'avoids the drawbacks indicated above, in particular in that it does not require an increase.
de la longueur des injecteurs et une augmentation de la vitesse du gaz injecté en entrée, réduisant ainsi les problèmes associés, tels que la recirculation et les turbulences. En pratique, le choix du nombre d'injecteurs à utiliser dépend de la taille du substrat à traiter. En outre, les coûts de développement sont réduits grâce à l'optimisation d'un seul injecteur qui est ensuite utilisé autant de fois que souhaité pour obtenir un injecteur modulaire. the length of the injectors and an increase in the speed of the gas injected at the inlet, thus reducing the associated problems, such as recirculation and turbulence. In practice, the choice of the number of injectors to use depends on the size of the substrate to be treated. In addition, development costs are reduced by optimizing a single injector which is then used as many times as desired to obtain a modular injector.
Pour assurer la génération d'une onde de gaz uniforme à la sortie des deux injecteurs au moins qui forment un injecteur modulaire, des facteurs différents doivent être pris en compte, tels que le bon alignement des injecteurs et la synchronisation des ondes de gaz de tous les injecteurs. Ces facteurs peuvent être assez facilement traités. L'alignement des injecteurs entre eux et avec la chambre de traitement peut être accompli par tout moyen connu, par exemple des chevilles de positionnement, des rails, etc. To ensure the generation of a uniform gas wave at the output of the two or more injectors that form a modular injector, different factors must be taken into account, such as the proper alignment of the injectors and the synchronization of the gas waves of all the injectors. These factors can be quite easily treated. The alignment of the injectors with each other and with the treatment chamber can be accomplished by any known means, for example positioning pins, rails, etc.
La synchronisation des ondes de gaz peut être accomplie avec précision par le contrôle précis des sources de gaz, des vannes, et des tubes de gaz avec des composants plus ou moins identiques pour chaque injecteur modulaire. Par exemple, des vannes pneumatiques actionnées électriquement permettent d'injecter des impulsions de gaz d'une durée allant jusqu'à 20 ms et une synchronisation de plusieurs valeurs avec une précision supérieure à 1 ms. Un autre facteur pouvant être considéré est l'uniformité de l'impulsion sur la grande sortie équivalente de l'injecteur modulaire. Or, en référence à la figure 10, il peut être noté qu'une zone de connexion 90 existe entre les injecteurs, où les deux injecteurs 1, 1' sont connectés. La zone de connexion 90 est définie comme une distance entre des parois adjacentes 91 des Synchronization of gas waves can be accomplished with precision by precisely controlling gas sources, valves, and gas tubes with more or less identical components for each modular injector. For example, electrically actuated pneumatic valves allow injection of gas pulses of up to 20 ms and synchronization of several values with an accuracy greater than 1 ms. Another factor that can be considered is the uniformity of the pulse on the large equivalent output of the modular injector. However, with reference to FIG. 10, it can be noted that a connection zone 90 exists between the injectors, where the two injectors 1, 1 'are connected. The connection zone 90 is defined as a distance between adjacent walls 91 of the
sorties des injecteurs 1, 1'. Plus généralement, dans un injecteur modulaire comprenant plus de deux injecteurs, elle est définie comme la distance entre des parois adjacentes de la sortie de deux injecteurs adjacents quelconques. Une telle zone de connexion est généralement égale à deux fois l'épaisseur des parois des injecteurs qui sont côte à côte. Elle peut également inclure l'épaisseur de tout moyen d'alignement ou de fixation qui peut être agencé entre deux injecteurs adjacents. injector outlets 1, 1 '. More generally, in a modular injector comprising more than two injectors, it is defined as the distance between adjacent walls of the outlet of any two adjacent injectors. Such a connection zone is generally equal to twice the thickness of the walls of the injectors which are side by side. It may also include the thickness of any alignment or attachment means that can be arranged between two adjacent injectors.
Il peut être noté en outre qu'en l'absence d'injection de gaz dans la zone de connexion, le profil de vitesse du gaz peut présenter une région non uniforme 92 en regard de la zone de connexion, le long de l'axe de propagation X2X2' de l'onde de gaz résultante. Ce phénomène est aggravé par le fait que les injecteurs 1, 1' classiques présentent intrinsèquement une distribution non uniforme du gaz sur leurs sorties, avec une vitesse de gaz inférieure à proximité des parois. La figure 11 représente schématiquement une vue de dessus en coupe d'un système de dépôt de couches minces TFS4 selon le deuxième aspect de l'invention, qui fournit une meilleure uniformité du profil de vitesse du gaz dans la chambre de traitement. Le système TFS4 est généralement similaire au système TFS3 et comprend également un injecteur modulaire 101 avec deux injecteurs 1, 1', la chambre de traitement 42, et le dispositif d'évacuation 62. Chaque injecteur 1, 1' comporte en outre une plaque de diffusion 95, 95', agencée à sa sortie. Chaque plaque de diffusion 95, 95' est conçue afin d'augmenter le débit du gaz au voisinage des parois adjacentes des injecteurs, pour compenser le manque de gaz éjecté dans la zone de connexion 90. Par conséquent, la grande onde de gaz dans la chambre de traitement présente, à une certaine distance de la sortie de l'injecteur modulaire 101, un It may be further noted that in the absence of gas injection into the connection zone, the gas velocity profile may have a non-uniform region 92 facing the connection zone, along the axis X2X2 'propagation of the resulting gas wave. This phenomenon is aggravated by the fact that conventional injectors 1, 1 'inherently have a non-uniform distribution of gas on their outlets, with a lower gas velocity near the walls. Figure 11 schematically shows a sectional top view of a TFS4 thin film deposition system according to the second aspect of the invention, which provides a better uniformity of the velocity profile of the gas in the processing chamber. The TFS4 system is generally similar to the TFS3 system and also comprises a modular injector 101 with two injectors 1, 1 ', the treatment chamber 42, and the evacuation device 62. Each injector 1, 1' further comprises a pressure plate. diffusion 95, 95 ', arranged at its output. Each diffusion plate 95, 95 'is designed to increase the gas flow near the adjacent walls of the injectors, to compensate for the lack of ejected gas in the connection zone 90. Therefore, the large gas wave in the processing chamber, at a distance from the outlet of the modular injector 101, a
profil de vitesse uniforme dans une région 93 opposée à la zone de connexion. La figure 12A représente un exemple de réalisation 95-1 des plaques de diffusion 95, 95'. La plaque de diffusion 95-1 comprend des ouvertures 96-1 présentant des diamètres constants et une distribution non constante, de telle sorte qu'il y ait plus d'ouvertures à proximité des bords de la plaque 95-1 correspondant aux parois de l'injecteur, qu'au centre de la plaque. Par exemple, la distance centre-à-centre entre les ouvertures varie d'une valeur minimale S1 sur les bords de la plaque à une valeur maximale S2 au centre de la plaque, où les ouvertures sont plus espacées. La figure 12B représente un autre exemple de réalisation 95-2 des plaques de diffusion 95, 95'. La plaque de diffusion 95-2 comprend des ouvertures 96-2 présentant des diamètres variables et une distance centre-à-centre constante, agencées de telle sorte qu'il y ait des ouvertures plus grandes à proximité des bords de la plaque 95-2 correspondant aux parois de l'injecteur, qu'au centre de la plaque. Par exemple, le diamètre des ouvertures varie d'une valeur minimale Dl à proximité du centre de la plaque à une valeur maximale D2 sur les bords de la plaque. uniform velocity profile in a region 93 opposite to the connection zone. Figure 12A shows an exemplary embodiment 95-1 of the diffusion plates 95, 95 '. The diffusion plate 95-1 comprises openings 96-1 having constant diameters and a non-constant distribution, so that there are more openings near the edges of the plate 95-1 corresponding to the walls of the wall. injector, only in the center of the plate. For example, the center-to-center distance between the apertures varies from a minimum value S1 on the edges of the plate to a maximum value S2 in the center of the plate, where the apertures are further spaced. Figure 12B shows another embodiment 95-2 of the diffusion plates 95, 95 '. The diffusion plate 95-2 comprises apertures 96-2 having variable diameters and a constant center-to-center distance, arranged such that there are larger apertures near the edges of the plate 95-2. corresponding to the walls of the injector, in the center of the plate. For example, the diameter of the openings varies from a minimum value D1 near the center of the plate to a maximum value D2 at the edges of the plate.
Un troisième mode de réalisation des plaques 95, 95', non représenté, peut comprendre des distances centre-à-centre variables entre les ouvertures et des diamètres d'ouvertures variables. Il sera noté que sur les figures 12A, 12B, les ouvertures des plaques de diffusion 95-1, 95-2 présentent un agencement similaire sur les bords droit et gauche des plaques de diffusion. Cet agencement symétrique permet d'augmenter le débit de gaz sur chaque bord des sorties des injecteurs 1, 1', pour compenser à la fois l'absence d'éjection de gaz dans la zone de connexion 90 et la A third embodiment of the plates 95, 95 ', not shown, may include varying center-to-center distances between the apertures and varying aperture diameters. It will be noted that in Figs. 12A, 12B, the apertures of the diffusion plates 95-1, 95-2 have a similar arrangement on the right and left edges of the diffusion plates. This symmetrical arrangement makes it possible to increase the flow of gas on each edge of the injector outlets 1, 1 ', to compensate both for the absence of gas ejection in the connection zone 90 and the
présence de parois latérales non adjacentes 91' de chaque côté de l'injecteur modulaire. En conséquence, la largeur équivalente de la sortie de l'injecteur modulaire peut être considérée comme la somme des largeurs de chaque sortie, plus la somme des épaisseurs des parois adjacentes 91, plus la somme des épaisseurs des parois latérales non adjacentes 91'. Dans d'autres modes de réalisation, les ouvertures des plaques de diffusion 95-1, 95-2 peuvent présenter un agencement non symétrique sur les bords gauche et droit de la plaque de diffusion. La figure 13 représente schématiquement une vue de dessus en coupe d'un autre mode de réalisation TFS5 d'un système de dépôt de couches minces selon le deuxième aspect de l'invention, qui prévoit également une meilleure uniformité du profil de vitesse du gaz dans la chambre de traitement et compense la présence de la zone de connexion 90. Le système TFS5 comprend un injecteur modulaire 102, la chambre de traitement 42, le dispositif d'évacuation 62, et la zone de connexion 90. L'injecteur modulaire 102 comprend deux injecteurs 211, 211' agencés de telle sorte qu'ils soient adjacents et qui conçus selon le premier aspect de l'invention, chaque injecteur comprenant une région de dilatation 25 et une région de constriction 24. presence of non-adjacent side walls 91 'on each side of the modular injector. Accordingly, the equivalent width of the output of the modular injector can be considered as the sum of the widths of each output, plus the sum of the thicknesses of the adjacent walls 91, plus the sum of the thicknesses of the non-adjacent side walls 91 '. In other embodiments, the apertures of the diffusion plates 95-1, 95-2 may have a non-symmetrical arrangement on the left and right edges of the diffusion plate. FIG. 13 schematically represents a top view in section of another embodiment TFS5 of a thin film deposition system according to the second aspect of the invention, which also provides for a better uniformity of the gas velocity profile in the treatment chamber and compensates for the presence of the connection zone 90. The TFS5 system comprises a modular injector 102, the treatment chamber 42, the evacuation device 62, and the connection zone 90. The modular injector 102 comprises two injectors 211, 211 'arranged in such a way that they are adjacent and which are designed according to the first aspect of the invention, each injector comprising an expansion region 25 and a constriction region 24.
Chaque injecteur 211 ou 211' diffère de l'injecteur 11 ou 11' précédemment décrit en ce que les régions de dilatation et de constriction sont configurées de telle sorte que, à la sortie de l'injecteur, la vitesse du gaz à proximité des parois est supérieure à la vitesse du gaz à proximité du centre de la sortie, ce qui signifie également que le débit du gaz à proximité des parois est supérieur au débit du gaz à proximité du centre de la sortie. Dans un mode de réalisation non symétrique de 35 l'injecteur 211, 211', les régions de dilatation et de Each injector 211 or 211 'differs from the injector 11 or 11' previously described in that the expansion and constriction regions are configured such that, at the outlet of the injector, the speed of the gas near the walls is greater than the gas velocity near the center of the outlet, which also means that the gas flow near the walls is greater than the gas flow near the center of the outlet. In an unsymmetrical embodiment of the injector 211, 211 ', the regions of expansion and
constriction peuvent être configurées de telle sorte que la vitesse du gaz n'est supérieure qu'à proximité de la paroi qui est adjacente à une paroi de l'autre injecteur. La figure 14 représente le profil C5 de la vitesse V du gaz à la sortie des injecteurs 211, 211' de la figure 13. La vitesse du gaz est mesurée le long d'un axe Y5Y5' qui est perpendiculaire à l'axe de propagation de la grande onde de gaz, et à une distance déterminée d5 de la sortie de l'injecteur modulaire, par exemple à 5 mm de l'injecteur modulaire. Le profil de vitesse C5 est sensiblement constant et présente une variation inférieure à 10% entre les vitesses maximale et minimale sur au moins 90% de la largeur de la grande sortie équivalente de l'injecteur modulaire. constriction can be configured such that the velocity of the gas is greater than near the wall which is adjacent to one wall of the other injector. FIG. 14 represents the profile C5 of the velocity V of the gas at the outlet of the injectors 211, 211 'of FIG. 13. The velocity of the gas is measured along an axis Y5Y5' which is perpendicular to the axis of propagation of the large gas wave, and at a determined distance d5 from the output of the modular injector, for example 5 mm from the modular injector. The speed profile C5 is substantially constant and has a variation of less than 10% between the maximum and minimum speeds over at least 90% of the width of the large equivalent output of the modular injector.
Un injecteur modulaire est susceptible de divers autres modes de réalisation et d'applications. Dans un mode de réalisation, plusieurs injecteurs modulaires, chacun comprenant N injecteurs en parallèle, sont agencés dans un système de dépôt de couches minces qui comprend une courroie de transport sur laquelle des substrats sont agencés ou un rouleau continu d'un substrat souple. Chaque fois qu'un substrat ou une partie du substrat continu se trouve devant la sortie d'un injecteur modulaire, une ou plusieurs impulsions d'un ou de plusieurs gaz sont éjectées sur le substrat. Un tel système permet d'obtenir un dépôt continu de couches minces sur une série de substrats, avec une capacité de production plus élevée. Les figures 15A, 15B, 15C représentent différents agencements permettant de fournir un gaz à un injecteur modulaire 100, 101, 102. Comme il est souhaité d'obtenir un profil de gaz uniforme à la sortie de l'injecteur modulaire, il est important de synchroniser précisément l'injection du gaz dans chaque injecteur, en particulier quand un procédé pulsé est mis en oeuvre. Sur la figure A modular injector is susceptible to various other embodiments and applications. In one embodiment, a plurality of modular injectors, each comprising N injectors in parallel, are arranged in a thin film deposition system which comprises a conveyor belt on which substrates are arranged or a continuous roll of a flexible substrate. Whenever a substrate or part of the continuous substrate is in front of the output of a modular injector, one or more pulses of one or more gases are ejected onto the substrate. Such a system makes it possible to obtain a continuous deposition of thin layers on a series of substrates, with a higher production capacity. FIGS. 15A, 15B, 15C show various arrangements for supplying a gas to a modular injector 100, 101, 102. Since it is desired to obtain a uniform gas profile at the outlet of the modular injector, it is important to precisely synchronize the injection of the gas into each injector, in particular when a pulsed process is implemented. On the face
15A, une seule source de gaz 81 est reliée aux injecteurs 1,1' ou 211, 211' au moyen d'une seule vanne 85. Sur la figure 15B, une seule source de gaz 81 est reliée aux injecteurs 1, 1' au moyen de deux vannes 85, 85', une par injecteur. Sur la figure 15C, une première source de gaz 81 est reliée au premier injecteur 1 ou 211 au moyen d'une première vanne 85. Une deuxième source de gaz 81' fournissant le même gaz que la première source de gaz 81, est reliée au deuxième injecteur 1' ou 211' au moyen d'une deuxième vanne 85'. Il apparaîtra clairement à l'homme de l'art que ces agencements sont applicables aux injecteurs modulaires comprenant N injecteurs parallèles. Plus particulièrement, N injecteurs parallèles peuvent être contrôlés par une seule vanne. 15A, a single source of gas 81 is connected to the injectors 1,1 'or 211, 211' by means of a single valve 85. In FIG. 15B, a single source of gas 81 is connected to the injectors 1, 1 'at means of two valves 85, 85 ', one per injector. In FIG. 15C, a first gas source 81 is connected to the first injector 1 or 211 by means of a first valve 85. A second gas source 81 'supplying the same gas as the first gas source 81 is connected to the first gas source 81. second injector 1 'or 211' by means of a second valve 85 '. It will be apparent to those skilled in the art that these arrangements are applicable to modular injectors comprising N parallel injectors. More particularly, N parallel injectors can be controlled by a single valve.
De plus, malgré le fait que la présente invention ait été décrite en relation avec des applications concernant des techniques de dépôt de couches minces, il apparaîtra clairement à l'homme de l'art que des modes de réalisation d'un injecteur ou des modes de réalisation d'un injecteur modulaire selon l'invention peuvent être utilisés à d'autres fins, dans des applications différentes où il est nécessaire d'injecter un gaz dans une chambre de traitement, par exemple pour la gravure, la diffusion, etc. Moreover, despite the fact that the present invention has been described in connection with applications relating to thin film deposition techniques, it will be apparent to those skilled in the art that embodiments of an injector or modes of embodiments of a modular injector according to the invention can be used for other purposes, in different applications where it is necessary to inject a gas in a treatment chamber, for example for etching, diffusion, etc.
Claims (16)
Priority Applications (8)
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