JPH10226887A - ガス噴射ヘッド - Google Patents

ガス噴射ヘッド

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JPH10226887A
JPH10226887A JP4967897A JP4967897A JPH10226887A JP H10226887 A JPH10226887 A JP H10226887A JP 4967897 A JP4967897 A JP 4967897A JP 4967897 A JP4967897 A JP 4967897A JP H10226887 A JPH10226887 A JP H10226887A
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JP
Japan
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gas
injection head
small holes
gas injection
minute
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JP4967897A
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Kuniaki Horie
邦明 堀江
Takeshi Murakami
武司 村上
Tsutomu Nakada
勉 中田
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Ebara Corp
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Ebara Corp
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 ガス流のチョーク現象を利用することで、構
造が簡単で、且つガスの均一な分配・混合ができるガス
噴射ヘッドを提供すること。 【解決手段】 ガスを多数の小孔を通して均一に分配す
る薄膜気相成長装置に用いるガス噴射ヘッドであって、
小孔の最小断面積Fc(m2)が次式を満足するように設
定される。 但し mc:小孔1個当りの質量流量(kg/s) k:比熱比(ガスにより一定) p1:小孔のガス入口側のガス圧力(pa) v1:小孔のガス入口側のガス比容積(m3/kg)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は基板表面に薄膜を成
長させる薄膜気相成長装置に用いる成膜原料ガス、キャ
リアガス、酸化ガスのいずれか1種のガス又は複数種の
ガスを多数の小孔から噴射させ均一に分配・混合させる
ガス噴射ヘッドに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、薄膜気相成長装置に用いるガス噴
射ヘッドはガスの均一分配或いは複数のガスの均一混合
のためにその構造がいろいろと工夫されている。例え
ば、均一分配のためには、分割された個々のガス流路に
抵抗を設けるとか、ガス流路を除々に細分化する等の工
夫が施される。また、均一混合のためには2種以上のガ
スをどこで合流させるか等に工夫が施されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記のように種々の工
夫が施されているため、ガス噴射ヘッドの構造は非常に
複雑になる。構造が複雑になると下記のような問題が生
じる。 (1)ガス噴射ヘッドの加熱保温の構造が複雑となる。 (2)原料ガスが凝縮、分解を起こし、ガス噴射ヘッド
内に付着物を生じさせやすい。 (3)付着物のクリーニングが困難になる。 (4)メンテナンスが困難になる。 (5)構造が複雑となるため製造が困難になる。
【0004】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、チョーク現象を利用することで上記問題点を除去
し、構造が簡単で、且つガスの均一な分配・混合ができ
るガス噴射ヘッドを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項1に記載の発明は、ガスを多数の小孔を通して均
一に分配する薄膜気相成長装置に用いるガス噴射ヘッド
であって、前記小孔の最小断面積Fc(m2)が次式を満
足するように設定されることを特徴とする。 但し mc:小孔1個当りの質量流量(kg/s) k:比熱比(ガスにより一定) p1:小孔のガス入口側のガス圧力(pa) v1:小孔のガス入口側のガス比容積(m3/kg)
【0006】また、請求項2に記載の発明は、請求項1
に記載の薄膜気相成長装置に用いるガス噴射ヘッドにお
いて、ガス噴射ヘッドのどの分割部分をとっても単位面
積当りの小孔の最小ガス通過断面の総計が略等しいこと
を特徴とする。
【0007】また、請求項3に記載の発明は請求項1又
は2に記載のガス噴射ヘッドにおいて、多数の小孔は複
数段に配置され、各段の小孔の最小断面積Fcは上記式
を満足するように設定されることを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例を図
面に基づいて説明する。図1は本発明のガス噴射ヘッド
の概略構造を示す図で、図1(a)はガス噴射ヘッドの
全体構造の断面図、図1(b)は小孔部の拡大図であ
る。図示するように、ガス噴射ヘッド10は内部に室1
1が形成されたヘッド部12を具備し、該ヘッド部12
の下面に多数の小孔13が形成されたノズル板14が設
けられた構造である。ヘッド部12の室11内に供給管
からガスGを供給することにより、ノズル板14の小孔
13からガスgが噴射される。
【0009】本ガス噴射ヘッドではガスを均一に分配す
るために、従来のように単に流路に抵抗体を設けるので
はなく、各々の小孔におけるガスの流速がM(マッハ)
=1或いはそれ以上になるまで、小孔13の径を小さく
する。この時の小孔を通過する質量流量mc(kg/
s)は下式(1)により求められる。
【0010】 但し、Fc:小孔の最小断面積(m2) k:比熱比(ガスにより一定) p1:小孔のガス入口側のガス圧力(pa) v1:小孔のガス入口側のガス比容積(m3/kg)
【0011】ここで、構造的ファクターは小孔13の面
積Fc(m2)であり、小孔の形状にかかわらず、その小
孔の最小断面積Fcのみにより、構造的に小孔1個当り
の質量流量mc(kg/s)は下式(2)によって決定
される。 但し k:比熱比(ガスにより一定) p1:小孔のガス入口側のガス圧力(pa) v1:小孔のガス入口側のガス比容積(m3/kg) (2)
【0012】プロセス的にガスの流速がM(マッハ)=
1以上であるかどうかは、小孔13のガス出口側の圧力
に対するガス入口側の圧力の比で決定され、その圧力比
がラバル圧力比p*/p1以下であれば、M≧1の状態と
なる。ここでp*はM≧1のときの小孔13の最小断面
積部分の圧力である。該ラバル圧力比p*/p1は比熱比
により下記のようになる{柘植盛男 機械熱力学(第7
版) 昭和48年3月20日 株式会社朝倉書店 P.
166参照}。
【0013】 小孔の出口側のガス圧力p2として、ラバル圧力比p*
1=0.5の時、 a)p1=2(pa)、p2=2(pa)のとき、ノズル
のノド部でガスの流速は零、 b)p1=2(pa)、p2=1.5(pa)のとき、ガ
スの流速は亜音速、 c)p1=2(pa)、p2=1(pa)のとき、M=1
となり、p*=p2、上記c)の状態からp2の圧力を下
げて下記d)の状態にした場合、即ち、 d)p1=2(pa)、p2=0.5(pa)のとき、ノ
ズル部でM=1且つノズルがデラバル管のときノズル出
口でM>1となり、p*=1(pa)、p2=0.5(p
a)、上記c)とd)より、p2/p1>0.5のときノ
ズル出口側でM≧1が保証されることがわかる。M=1
のとき(p*=p2のとき)が境界条件となり、(p2
1)=(p*/p1)=0.5となる。即ち、p2<p*
のときノズル出口側でM≧1となる。
【0014】ある小孔13に上記状態(チョーク状態)
を作ることにより、その小孔13のガス流量は、小孔1
3の入口側(一次側)のガス圧力p1によってのみ決定
されることになる(厳密には圧力p1と小孔13のガス
入口側(一次側)のガス比容積v1によって決定され
る)。即ち、このチョーク状態にある小孔13から流出
し得ない余分なガス流量は別の未チョーク状態の小孔1
3から流出しようとし、その小孔13もチョーク状態に
なる。
【0015】上記のようなプロセスで全ての小孔13を
通るガス流がチョーク状態となり、一次側のガス圧力p
1がヘッド部12の室11内で概略同じになる様な構造
であれば、全部の小孔13からのガスの質量流量m
c(kg/s)は全て同一となることが必然的に保証さ
れ、均一なガス噴射が可能となる。
【0016】全ての小孔13がチョーク状態となっても
必要流量に不足した場合は、一次側のガス圧力p1を上
昇させることにより、質量流量mcが増大し、最終的に
は必要流量が流れることになる。
【0017】複数ガスの混合を行なう場合、該混合をガ
ス噴射ヘッド10の前方(上流側)で行なう場合と、ガ
ス噴射ヘッドの内部或いはその後流(下流側)で行なう
場合がある。複数ガスの均一な混合は、混合をガス噴射
ヘッド10の前方で行なう場合は、その混合部の混合性
能に依存することになり、本ガス噴射ヘッドの性能とは
関係がない。本ガス噴射ヘッドの性能がガスの均一混合
に影響するのは混合がガス噴射ヘッド10の内部或いは
その後流で行なう場合である。この場合は上記小孔を複
数段設置し、各々の段の小孔のガス流にチョーク現象を
起こさせ、その小孔あるいはその二次側で混合を行なえ
ば良い。
【0018】図2(a)は小孔を複数段設置した場合の
ガス噴射ヘッドの構造例を示す図である。図2(a)に
おいて、上側の3層の板状部材21,22,23は異な
る2種類のガスを混合室25に分配する分配部24を構
成し、その下側にガスを混合する複数のガス混合室25
が形成されたノズル板27が設けられている。
【0019】板状部材21には一方の種類のガスを分配
供給する分配路28が形成され、板状部材22には他方
の種類のガスを分配供給する分配路29が形成されてい
る。また、板状部材22及び23には分配路28と混合
室25を連結する貫通孔30が形成され、板状部材23
には分配路29と混合室25を連結する貫通孔31が形
成されている。また、ノズル板27には絞り部33とデ
ィフューザ部34からなる貫通孔26が形成されてい
る。
【0020】上記構造のガス噴射ヘッドにおいて、例え
ば分配路28から原料ガス、分配路29から酸化ガスを
供給すると、該原料ガスや酸化ガスは貫通孔30や貫通
孔31を通って個々のガス混合室25に導かれて混合
し、貫通孔26の絞り部33とディフューザ部34を通
って、反応室(図示せず)内に噴射される。
【0021】上記のように貫通孔(小孔)30,31と
貫通孔(小孔)26を段状に配置した構造のガス噴射ヘ
ッドにおいて、貫通孔30及び貫通孔31を流れるガス
流にチョーク現象を起こさせることにより、各貫通孔3
0から原料ガスが均一に流出し、各貫通孔31から酸化
ガスが均一に流出し、ノズル板27の混合室25及び貫
通孔26で両者は均一に混合されることになる。
【0022】図2(b)は同図(a)の一部拡大図であ
る。貫通孔30、貫通孔31の断面積Fc1及び絞り部3
3の断面積Fc2を前記(1)式を満足するように設定
し、入口側(一次側)のガス圧、出口側(二次側)及び
貫通孔(小孔)内部のガス圧を(p2/p1)<(p*
1)、(p2/p1’)<(p*’/p1’)とすること
により、貫通孔30、貫通孔31のガス流にチョーク現
象が起こる。これにより、原料ガスと酸化ガスとが混合
室25及び貫通孔26で均一に混合されることになる。
【0023】但し、P1、P1’はそれぞれ分配路28、
分配路29のガス圧(入口側ガス圧)、P2はガス混合
室25内のガス圧(出口側ガス圧)、p*、p*’はそれ
ぞれ貫通孔30、貫通孔31のガス圧(小孔内ガス圧)
である。
【0024】なお、図に示すガス噴射ヘッドの構造は特
願平7−168040号の明細書及び図面に示すものと
略同一であり、例えば分配路28及び分配路29の配置
構造、該分配路28及び分配路29にガスを供給する構
造及びガス噴射ヘッドの全体構造等は同一であるのでそ
の図示及び詳細な説明は省略する。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ガスを分配する多数の小孔の最小断面積Fc(m2)が次
式を満足するように設定されるので、小孔のガス流にチ
ョーク現象が起こり、簡単な構造で均一なガスの混合及
び分配が可能となる。 但し mc:小孔1個当りの質量流量(kg/s) k:比熱比(ガスにより一定) p1:小孔のガス入口側のガス圧力(pa) v1:小孔のガス入口側のガス比容積(m3/kg)
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のガス噴射ヘッドの概略構造を示す図
で、図1(a)はガス噴射ヘッドの全体構造の断面図、
図1(b)は小孔部の拡大図である。
【図2】本発明のガス噴射ヘッドの概略構造を示す図
で、図2(a)はガス噴射ヘッドの一部断面図、図2
(b)小孔部の拡大図である。
【符合の説明】
10 ガス噴射ヘッド 11 室 12 ヘッド部 13 小孔 14 ノズル板 21 板状部材 22 板状部材 23 板状部材 24 分配部 25 混合室 26 貫通孔 27 ノズル板 28 分配路 29 分配路 30 貫通孔 31 貫通孔 33 絞り部 34 ディフューザ部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガスを多数の小孔を通して均一に分配す
    る薄膜気相成長装置に用いるガス噴射ヘッドであって、 前記小孔の最小断面積Fc(m2)が次式を満足するよう
    に設定されることを特徴とするガス噴射ヘッド。 但し mc:小孔1個当りの質量流量(kg/s) k:比熱比(ガスにより一定) p1:小孔のガス入口側のガス圧力(pa) v1:小孔のガス入口側のガス比容積(m3/kg)
  2. 【請求項2】 前記ガス噴射ヘッドのどの分割部分をと
    っても単位面積当りの小孔の最小ガス通過断面の総計が
    略等しいことを特徴とする請求項1に記載のガス噴射ヘ
    ッド。
  3. 【請求項3】 前記多数の小孔は複数段に配置され、各
    段の小孔の最小断面積Fcは上記式を満足するように設
    定されることを特徴とする請求項1又は2に記載のガス
    噴射ヘッド。
JP4967897A 1997-01-08 1997-02-17 ガス噴射ヘッド Pending JPH10226887A (ja)

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TW087100063A TW415970B (en) 1997-01-08 1998-01-05 Vapor-phase film growth apparatus and gas ejection head
KR10-1998-0000168A KR100478224B1 (ko) 1997-01-08 1998-01-07 기상막성장장치및가스분출헤드
EP98100217A EP0853138B1 (en) 1997-01-08 1998-01-08 Vapor-phase film growth apparatus and gas ejection head
US09/003,948 US6132512A (en) 1997-01-08 1998-01-08 Vapor-phase film growth apparatus and gas ejection head
DE69806650T DE69806650T2 (de) 1997-01-08 1998-01-08 Vorrichtung zur Abscheidung eines Films aus der Gasphase und Gasinjektionsdüse

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006515039A (ja) * 2003-04-16 2006-05-18 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 大面積プラズマ化学気相堆積法のためのガス分配プレートアセンブリ

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JP2006515039A (ja) * 2003-04-16 2006-05-18 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 大面積プラズマ化学気相堆積法のためのガス分配プレートアセンブリ
JP2010077537A (ja) * 2003-04-16 2010-04-08 Applied Materials Inc 大面積プラズマ化学気相堆積法のためのガス分配プレートアセンブリ

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