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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese Anmeldung basiert auf den am 9. November 2018 eingereichten japanischen Patentanmeldungen Nr.
2018-211261 , und nimmt deren Priorität in Anspruch, deren gesamte Inhalte durch Bezugnahme hierin aufgenommen werden.
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TECHNISCHES GEBIET
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Ausführungsformen betreffen eine Dampfphasenabscheidungsvorrichtung, die durch ein Zuführen eines Gases eine Schicht an einem Substrat ausbildet.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Als ein Verfahren zum Ausbilden einer hochwertigen Halbleiterschicht gibt es eine epitaktische Wachstumstechnik, bei der eine Einkristallschicht an einem Substrat wie beispielsweise einem Wafer durch eine Dampfphasenabscheidung abgeschieden wird. In einer Dampfphasenabscheidungsvorrichtung unter Verwendung einer epitaktischen Wachstumstechnik ist ein Wafer an einer Trageinheit in einem Reaktor angebracht, der auf einem Normaldruck oder einem reduzierten Druck gehalten wird. Während der Wafer erwärmt wird, wird dann ein Prozessgas, wie beispielsweise ein Quellgas, das ein Ausgangsmaterial für die Halbleiterschicht ist, beispielsweise von einer Duschplatte über dem Reaktor zu einer Waferoberfläche zugeführt. An der Waferoberfläche findet eine thermische Reaktion des Quellgases statt, und an der Waferoberfläche wird eine epitaktische Einkristallschicht ausgebildet.
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In den vergangenen Jahren haben Halbleiterbauelemente auf der Basis von Galliumnitrid (GaN) als Materialien für lichtemittierende Bauelemente und Leistungsbauelemente Aufmerksamkeit erregt. Als eine epitaktische Wachstumstechnik zum Ausbilden eines GaN-basierten Halbleiters gibt es ein metallorganisches chemisches Dampfabscheidungsverfahren (MOCVD-Verfahren). Beim metallorganischen chemischen Dampfabscheidungsverfahren werden ein organisches Metall wie beispielsweise Trimethylgallium (TMG), Trimethylindium (TMI) oder Trimethylaluminium (TMA) und Ammoniak (NH3) oder dergleichen als Quellgase verwendet.
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Darüber hinaus kann in einigen Fällen eine Dampfphasenabscheidungsvorrichtung, die mit mehreren Reaktoren versehen ist, verwendet werden, um eine Produktivität zu erhöhen.
JP 2017 – 045 927 A offenbart eine Dampfphasenabscheidungsvorrichtung mit mehreren Reaktoren. Um gleichzeitig in mehreren Reaktoren Schichten auszubilden, die gleichmäßige Eigenschaften aufweisen, ist es wünschenswert, eine Strömungsrate eines zu jedem Reaktor zugeführten Prozessgases so zu steuern, dass sie konstant ist.
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Weiterer für das Verständnis der vorliegenden Erfindung hilfreicher Stand der Technik kann den folgenden Dokumenten entnommen werden:
- US 2016/ 0 032 488 A1 betrifft eine Gasphasenabscheidungsvorrichtung mit n Reaktionskammern, einer Hauptgaszufuhrleitung, die ein Prozessgas zu den n Reaktionskammern zuführt, und (n-1) ersten Hilfsgaszufuhrleitungen, die Abzweigungen von der Hauptgaszufuhrleitung sind.
- US 2011/ 0 265 895 A1 betrifft eine Gaszufuhrvorrichtung, die keine Installation einer Strömungsteuerungseinrichtung vom Drucktyp für jeden Reaktor erfordert.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem Aspekt von Ausführungsformen wird eine Dampfphasenabscheidungsvorrichtung bereitgestellt, die aufweist: n Reaktoren, wobei n eine ganze Zahl ist, die 2 oder mehr beträgt; einen primären Gaszufuhrpfad, der den Reaktoren ein Mischgas mit einem ersten Gas und einem zweiten Gas zuführt; einen ersten Gaszufuhrpfad, der das erste Gas zu dem primären Gaszufuhrpfad zuführt; einen zweiten Gaszufuhrpfad, der das zweite Gas zu dem primären Gaszufuhrpfad zuführt; n sekundäre Gaszufuhrpfade, die vom primären Gaszufuhrpfad abgehen, wobei jeder der sekundären Gaszufuhrpfade entsprechend mit einem jeweiligen der n Reaktoren verbunden ist, und die sekundären Gaszufuhrpfade einen sekundären Hauptgaszufuhrpfad und (n-1) sekundäre Hilfsgaszufuhrpfade aufweisen; eine erste Druckmesseinrichtung, die einen Druck im primären Gaszufuhrpfad misst; eine Hauptströmungsratensteuerung, die im sekundären Hauptgaszufuhrpfad vorgesehen ist; (n-1) Hilfsströmungsratensteuerungen, die jeweils in einem der sekundären Hilfsgaszufuhrpfade vorgesehen sind; eine erste Steuerschaltung, die einen ersten Strömungsratenwert an die Hauptströmungsratensteuerung auf der Grundlage eines Messergebnisses der ersten Druckmesseinrichtung anweist; und eine zweite Steuerschaltung, die einen zweiten Strömungsratenwert berechnet, wobei der zweite Strömungsratenwert 1/n einer Summe aus einem von der Hauptströmungsratensteuerung gemessenen Strömungsratenwert und von den Hilfsströmungsratensteuerungen gemessenen Strömungsratenwerten ist, wobei die zweite Steuerschaltung den zweiten Strömungsratenwert an jede der Hilfsströmungsratensteuerungen anweist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt von Ausführungsformen ist eine Dampfphasenabscheidungsvorrichtung vorgesehen, die aufweist: n Reaktoren, wobei n eine ganze Zahl ist, die 2 oder mehr beträgt; einen primären Gaszufuhrpfad, der den Reaktoren ein Gas zuführt; n sekundäre Gaszufuhrpfade, die vom primären Gaszufuhrpfad abgehen, wobei jeder der sekundären Gaszufuhrpfade mit einem der Reaktoren verbunden ist und die sekundären Gaszufuhrpfade einen sekundären Hauptgaszufuhrpfad und (n-1) sekundäre Hilfsgaszufuhrpfade aufweisen; eine erste Druckmesseinrichtung, die einen Druck im primären Gaszufuhrpfad misst; eine Hauptströmungsratensteuerung, die im sekundären Hauptgaszufuhrpfad vorgesehen ist; (n-1) Hilfsströmungsratensteuerungen, die jeweils in einem der sekundären Hilfsgaszufuhrpfade vorgesehen sind; eine erste Steuerschaltung, die einen ersten Strömungsratenwert an die Hauptströmungsratensteuerung auf der Grundlage eines Messergebnisses der ersten Druckmesseinrichtung anweist; und eine zweite Steuerschaltung, die einen zweiten Strömungsratenwert berechnet, wobei der zweite Strömungsratenwert 1/n einer Summe aus einem von der Hauptströmungsratensteuerung gemessenen Strömungsratenwert und von den Hilfsströmungsratensteuerungen gemessenen Strömungsratenwerten entspricht, wobei die zweite Steuerschaltung den zweiten Strömungsratenwert an die Hilfsströmungsratensteuerungen anweist.
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KURZE FIGURENBESCHREIBUNG
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- 1 ist ein Ausgestaltungsdiagramm einer Dampfphasenabscheidungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 2 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Reaktors der Dampfphasenabscheidungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
- 3 ist ein Ausgestaltungsdiagramm einer Dampfphasenabscheidungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
- 4 ist ein Ausgestaltungsdiagramm einer Dampfphasenabscheidungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Unten werden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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Indessen ist in dieser Spezifikation die Richtung der Schwerkraft in einem Zustand, in dem eine Dampfphasenabscheidungsvorrichtung eingerichtet ist, um eine Schichtausbildung zu ermöglichen, als „unten“ definiert und die entgegengesetzte Richtung ist als „oben“ definiert. Deswegen bezeichnet der Begriff „unten“ eine Position in Schwerkraftrichtung in Bezug auf den Bezugspunkt und der Begriff „nach unten“ bezeichnet die Richtung der Schwerkraft in Bezug auf den Bezugspunkt. Ferner bezeichnet der Begriff „oben“ eine Position entgegengesetzt zur Schwerkraftrichtung in Bezug auf den Bezugspunkt und der Begriff „nach oben“ bezeichnet die Richtung entgegengesetzt zur Schwerkraftrichtung in Bezug auf den Bezugspunkt. Darüber hinaus ist der Begriff „vertikale Richtung“ die Richtung der Schwerkraft.
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Darüber hinaus ist in dieser Spezifikation der Begriff „Prozessgas“ ein allgemeiner Begriff für Gase, die für eine Schichtausbildung an einem Substrat verwendet werden, und hat ein Konzept, dass es beispielsweise ein Quellgas, ein Trägergas und dergleichen beinhaltet.
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(Erste Ausführungsform)
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Eine Dampfphasenabscheidungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform weist auf: n (n ist eine ganze Zahl, die 2 oder mehr beträgt) Reaktoren; einen primären Gaszufuhrpfad, der ein Mischgas, beinhaltend ein erstes Gas und ein zweites Gas, zu den Reaktoren zuführt; n sekundäre Gaszufuhrpfade, die vom primären Gaszufuhrpfad abgehen, wobei jeder der sekundären Gaszufuhrpfade entsprechend mit einem jeweiligen der n Reaktoren verbunden ist und die sekundären Gaszufuhrpfade einen sekundären Hauptgaszufuhrpfad und (n-1) sekundäre Hilfsgaszufuhrpfade aufweisen; eine erste Druckmesseinrichtung, die einen Druck im primären Gaszufuhrpfad misst; eine Hauptströmungsratensteuerung, die im sekundären Hauptgaszufuhrpfad vorgesehen ist; (n-1) Hilfsströmungsratensteuerungen, die jeweils in einem der sekundären Hilfsgaszufuhrpfade vorgesehen sind; eine erste Steuerschaltung, die einen ersten Strömungsratenwert an die Hauptströmungsratensteuerung auf der Grundlage eines Messergebnisses der ersten Druckmesseinrichtung anweist; und eine zweite Steuerschaltung, die einen zweiten Strömungsratenwert berechnet, wobei der zweite Strömungsratenwert 1/n einer Summe aus einem von der Hauptströmungsratensteuerung gemessenen Strömungsratenwerts und von den Hilfsströmungsratensteuerungen gemessenen Strömungsratenwerten beträgt, wobei die zweite Steuerschaltung den zweiten Strömungsratenwert an jede der Hilfsströmungsratensteuerungen anweist.
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Die Dampfphasenabscheidungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform weist die oben beschriebene Ausgestaltung auf, und somit können zum Zeitpunkt eines gleichzeitigen Ausbildens von Schichten an Substraten in mehreren Reaktoren die Strömungsraten der den jeweiligen Reaktoren zugeführten Prozessgase gesteuert werden, um einheitlich zu sein. Somit ist es möglich, gleichzeitig Schichten mit einheitlichen Eigenschaften in den jeweiligen Reaktoren auszubilden. Die Schichteigenschaften sind beispielsweise eine Schichtdicke und eine Zusammensetzung.
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1 ist ein Ausgestaltungsdiagramm der Dampfphasenabscheidungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. Die Dampfphasenabscheidungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform ist eine epitaktische Wachstumsvorrichtung unter Benutzung eines metallorganischen chemischen Gasabscheidungsverfahrens (MOCVD). Die Reaktoranzahl in der epitaktischen Wachstumsvorrichtung kann als n ausgedrückt werden (n ist eine ganze Zahl, die 2 oder mehr beträgt). Im Folgenden wird n = 4, d.h. ein Fall, in dem die epitaktische Wachstumsvorrichtung vier Reaktoren aufweist, als ein Beispiel beschrieben. Die Anzahl der Reaktoren ist nicht auf Vier begrenzt und kann jede Anzahl, die gleich oder größer als Zwei beträgt, sein.
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Die Dampfphasenabscheidungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform weist vier Reaktoren 10a, 10b, 10c und 10d, einen ersten Gaszufuhrpfad 11, einen zweiten Gaszufuhrpfad 21, einen dritten Gaszufuhrpfad 31, eine erste primäre Massenstromsteuerung 12, eine zweite primäre Massenstromsteuerung 22, eine dritte primäre Massenstromsteuerung 32, einen primären Gaszufuhrpfad 13, einen ersten sekundären Gaszufuhrpfad 14a (sekundärer HauptGaszufuhrpfad), einen zweiten sekundären Gaszufuhrpfad 14b (sekundärer Hilfs-Gaszufuhrpfad), einen dritten sekundären Gaszufuhrpfad 14c (sekundärer Hilfs-Gaszufuhrpfad), einen vierten sekundären Gaszufuhrpfad 14d (sekundärer Hilfs-Gaszufuhrpfad), eine erste sekundäre Massenstromsteuerung 15a (Hauptströmungsratensteuerung), eine zweite sekundäre Massenstromsteuerung 15b (Hilfsströmungsratensteuerung), eine dritte sekundäre Massenstromsteuerung 15c (Hilfsströmungsratensteuerung), eine vierte sekundäre Massenstromsteuerung 15d (Hilfsströmungsratensteuerung), einen ersten sekundären Gasabgabepfad 16a, einen zweiten sekundären Gasabgabepfad 16b, einen dritten sekundären Gasabgabepfad 16c, einen vierten sekundären Gasabgabepfad 16d, einen primären Gasabgabepfad 17, eine Abgaspumpe 18, eine erste Druckmesseeinrichtung 41, eine zweite Druckmesseinrichtung 42, ein Druckregulierventil 45, eine erste Steuerschaltung 51, eine zweite Steuerschaltung 52 und eine dritte Steuerschaltung 53 auf.
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Jeder der vier Reaktoren 10a, 10b, 10c und 10d ist beispielsweise ein vertikaler Reaktor vom Einzelwafer-Typ.
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Der erste Gaszufuhrpfad 11, der zweite Gaszufuhrpfad 21 und der dritte Gaszufuhrpfad 31 sind mit dem primären Gaszufuhrpfad 13 verbunden. Die erste primäre Massenstromsteuerung 12 ist im ersten Gaszufuhrpfad 11 vorgesehen. Die zweite primäre Massenstromsteuerung 22 ist im zweiten Gaszufuhrpfad 21 vorgesehen. Die dritte primäre Massenstromsteuerung 32 ist im dritten Gaszufuhrpfad 31 vorgesehen.
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Der erste Gaszufuhrpfad 11 führt ein erstes Prozessgas (erstes Gas) zum primären Gaszufuhrpfad 13 zu. Der erste Gaszufuhrpfad 11 führt ein erstes Prozessgas, das beispielsweise ein organisches Metall eines Gruppe-III-Elements und ein Trägergas enthält, zum primären Gaszufuhrpfad 13 zu. Das erste Prozessgas ist beispielsweise ein Gas, das ein Gruppe-III-Element enthält, um eine Gruppe-III-V-Halbleiterschicht an einem Wafer auszubilden.
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Zum Beispiel wird für ein Gruppe-III-Quellenmaterial häufig ein Verfahren des Zuführens eines Gases verwendet, das mit einem Quellenmaterial gesättigt ist, das durch ein Inkontaktbringen eines Trägergases mit dem Quellenmaterial durch ein Durchsprudeln erhalten wurde. Bei diesem Verfahren wird die Strömungsrate des Quellgases durch eine Strömungsrate des Trägergases bestimmt. Im Fall dieses Verfahrens ist beispielsweise anstelle der ersten primären Massenstromsteuerung 12 ein Drucksteuerungsventil vorgesehen, das den Druck im ersten Gaszufuhrpfad 11 konstant hält.
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Das Gruppe-III-Element ist beispielsweise Gallium (Ga), Aluminium (Al) oder Indium (In). Darüber hinaus ist das organische Metall beispielsweise Trimethylgallium (TMG), Trimethylaluminium (TMA) oder Trimethylindium (TMI).
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Die erste primäre Massenstromsteuerung 12 weist eine Funktion des Steuerns des Strömungsratees des ersten Prozessgases.
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Der zweite Gaszufuhrpfad 21 führt dem primären Gaszufuhrpfad 13 ein zweites Prozessgas (zweites Gas) zu. Der zweite Gaszufuhrpfad 21 führt ein zweites Prozessgas, das beispielsweise eine Stickstoffverbindung enthält, die als Stickstoffquelle (N) dient, zum primären Gaszufuhrpfad 13 zu.
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Die Stickstoffverbindung ist beispielsweise Ammoniak (NH3). Das zweite Prozessgas ist beispielsweise ein Quellgas eines Gruppe-V-Elements zum Bilden der Gruppe-III-V-Halbleiterschicht am Wafer. Das Gruppe-V-Element ist Stickstoff (N).
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Als die Stickstoffverbindung kann jede aktive Stickstoffverbindung verwendet werden. Die Stickstoffverbindung ist nicht auf Ammoniak beschränkt, und andere Stickstoffverbindungen wie Hydrazin, Alkylhydrazin und Alkylamin können verwendet werden.
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Die zweite primäre Massenstromsteuerung 22 weist eine Funktion eines Steuerns der Strömungsrate des zweiten Prozessgases auf.
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Der dritte Gaszufuhrpfad 31 führt dem primären Gaszufuhrpfad 13 ein drittes Prozessgas zu. Das dritte Prozessgas ist beispielsweise ein Verdünnungsgas, welches das erste Prozessgas und das zweite Prozessgas verdünnt. Durch ein Verdünnen des ersten Prozessgases und des zweiten Prozessgases mit dem Verdünnungsgas werden Konzentrationen des Gruppe-III-Elements und des den Reaktoren 10a, 10b, 10c und 10d zugeführten Gruppe-V-Elements eingestellt. Das Verdünnungsgas ist beispielsweise ein Inertgas wie beispielsweise Wasserstoffgas, Stickstoffgas oder Argongas oder ein Mischgas davon.
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Die dritte primäre Massenstromsteuerung 32 weist eine Funktion eines Steuerns des Strömungsrate des dritten Prozessgases auf.
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Der erste Gaszufuhrpfad 11, der zweite Gaszufuhrpfad 21 und der dritte Gaszufuhrpfad 31 werden kombiniert und dann mit dem primären Gaszufuhrpfad 13 verbunden. Ein Mischgas aus dem ersten Prozessgas, dem zweiten Prozessgas und dem dritten Prozessgas strömt durch den primären Gaszufuhrpfad 13. Der primäre Gaszufuhrpfad 13 führt zu den Reaktoren 10a, 10b, 10c und 10d das Mischgas des ersten Prozessgases, des zweiten Prozessgases und des dritten Prozessgases zu.
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Die erste Druckmesseinrichtung 41 ist mit dem primären Gaszufuhrpfad 13 verbunden. Die erste Druckmesseinrichtung 41 weist eine Funktion des Messens des Drucks im primären Gaszufuhrpfad 13 auf. Die Position im Rohrleitungssystem, an der die erste Druckmesseinrichtung 41 installiert ist, kann beliebig sein, solange die Position ein Abschnitt ist, der mit dem primären Gaszufuhrpfad 13 verbunden ist, ohne dass ein Ventil, eine Strömungsratensteuerungsvorrichtung oder dergleichen mit einem großen Druckverlust dazwischengeschaltet ist. Insbesondere kann die Position im Rohrleitungssystem von 1 in einem Bereich liegen, der von der ersten primären Massenstromsteuerung 12, der zweiten primären Massenstromsteuerung 22, der dritten primären Massenstromsteuerung 32, der ersten sekundären Massenstromsteuerung 15a und der zweiten sekundären Massenstromsteuerung 15b, der dritten sekundären Massenstromsteuerung 15c und der vierten sekundären Massenstromsteuerung 15d umgeben ist.
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Der erste sekundäre Gaszufuhrpfad 14a, der zweite sekundäre Gaszufuhrpfad 14b, der dritte sekundäre Gaszufuhrpfad 14c und der vierte sekundäre Gaszufuhrpfad 14d gehen vom primären Gaszufuhrpfad 13 ab. Der erste sekundäre Gaszufuhrpfad 14a, der zweite sekundäre Gaszufuhrpfad 14b, der dritte sekundäre Gaszufuhrpfad 14c und der vierte sekundäre Gaszufuhrpfad 14d sind mit den Reaktoren 10a, 10b, 10c bzw. 10d verbunden. Der erste sekundäre Gaszufuhrpfad 14a, der zweite sekundäre Gaszufuhrpfad 14b, der dritte sekundäre Gaszufuhrpfad 14c und der vierte sekundäre Gaszufuhrpfad 14d führen das Mischgas den Reaktoren 10a, 10b, 10c und 10d zu.
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Die erste sekundäre Massenstromsteuerung 15a (Hauptströmungsratensteuerung) ist im ersten sekundären Gaszufuhrpfad 14a vorgesehen. Die zweite sekundäre Massenstromsteuerung 15b (Hilfsströmungsratensteuerung) ist im zweiten sekundären Gaszufuhrpfad 14b vorgesehen. Die dritte sekundäre Massenstromsteuerung 15c (Hilfsströmungsratensteuerung) ist im dritten sekundären Gaszufuhrpfad 14c vorgesehen. Die vierte sekundäre Massenstromsteuerung 15d (Hilfsströmungsratensteuerung) ist im vierten sekundären Gaszufuhrpfad 14d vorgesehen.
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Die erste sekundäre Massenstromsteuerung 15a weist eine Funktion des Steuerns der Strömungsrate des Mischgases auf, das durch den ersten sekundären Gaszufuhrpfad 14a strömt. Die zweite sekundäre Massenstromsteuerung 15b weist eine Funktion des Steuerns der Strömungsrate des Mischgases auf, das durch den zweiten sekundären Gaszufuhrpfad 14b strömt. Die dritte sekundäre Massenstromsteuerung 15c weist eine Funktion des Steuerns der Strömungsrate des Mischgases auf, das durch den dritten sekundären Gaszufuhrpfad 14c strömt. Die vierte sekundäre Massenstromsteuerung 15d weist eine Funktion des Steuerns der Strömungsrate des Mischgases auf, das durch den vierten sekundären Gaszufuhrpfad 14d strömt. Zusätzlich messen diese sekundären Massenstromsteuerungen die Strömungsrate des durch die sekundären Massenstromsteuerungen strömenden Gases und geben die gemessenen Werte an die zweiten Steuerschaltung 52 aus.
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Es ist bevorzugt, dass die erste sekundäre Massenstromsteuerung 15a (Hauptströmungsratensteuerung), die zweite sekundäre Massenstromsteuerung 15b, die dritte sekundäre Massenstromsteuerung 15c und die vierte sekundäre Massenstromsteuerung 15d unter Benutzung der Massenstromsteuerungen mit den gleichen Spezifikationen ausgestaltet sind.
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Die erste Steuerschaltung 51 hat eine Funktion des Anweisens eines Strömungsratenwertes auf der Basis des Messergebnisses des ersten Druckmesseinrichtung 41 zur ersten sekundären Massenstromsteuerung 15a, die eine der vier sekundären Massenstromsteuerungen ist. Die erste Steuerschaltung 51 hat eine Funktion des Anweisens eines Strömungsratenwertes zur ersten sekundären Massenstromsteuerung 15a, so dass der Druck im primären Gaszufuhrpfad 13 ein vorgegebener Wert wird. Beispielsweise hat die erste Steuerschaltung 51 eine Funktion des Anweisens des ersten Strömungsratenwerts an die erste sekundäre Massenstromsteuerung 15a, so dass der Druck im primären Gaszufuhrpfad 13 ein vorgegebener Wert wird.
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Das von der ersten sekundären Massenstromsteuerung 15a zu steuernde Ziel ist kein Massenstrom, sondern ein Druck. Deswegen ist die erste sekundäre Massenstromsteuerung 15a streng genommen keine Massenstromsteuerung, sondern eine Drucksteuerung. Da jedoch die erste sekundäre Massenstromsteuerung 15a die Strömungsrate des durch die erste sekundäre Massenstromsteuerung 15a strömenden Gases steuert, um den Druck zu steuern, wird die erste sekundäre Massenstromsteuerung 15a aus Gründen der Zweckmäßigkeit als Massenstromsteuerung bezeichnet.
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Die erforderliche Funktion der ersten sekundären Massenstromsteuerung 15a ist es, den Druck der ersten Druckmesseinrichtung 41 durch ein Steuern der Strömungsrate des darin strömenden Gases gemäß der Anweisung der ersten Steuerschaltung 51 konstant zu halten und die Strömungsrate des darin strömenden Gases zu messen und die Strömungsrate an die zweite Steuerschaltung 52 zu übertragen. Die erste sekundäre Massenstromsteuerung 15a kann irgendeine Ausgestaltung aufweisen, die diese Funktionen realisieren kann. So kann beispielsweise eine Drucksteuerung mit einer Funktion des Messens und Übertragens der Strömungsrate eines im Inneren strömenden Gases verwendet werden.
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Die erste Steuerschaltung 51 führt beispielsweise eine Proportional-Integral-Differenzial-Regelung (PID-Regelung) durch.
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Die erste Steuerschaltung 51 wird beispielsweise durch Hardware oder eine Kombination aus Hardware und Software ausgestaltet. Die erste Steuerschaltung 51 ist beispielsweise ein Mikrocomputer.
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Die zweite Steuerschaltung 52 hat eine Funktion des Berechnens eines Strömungsratenwerts (zweiter Strömungsratenwert), der 1/4 der Summe der Strömungsratenwerte der vier sekundären Massenstromsteuerungen 15a, 15b, 15c und 15d beträgt. Das heißt, dass die zweite Steuerschaltung 52 eine Funktion eines Berechnens eines Strömungsratenwertes aufweist, der 1/4 der Summe der Strömungsratenwerte der ersten sekundären Massenstromsteuerung 15a, der zweiten sekundären Massenstromsteuerung 15b, der dritten sekundären Massenstromsteuerung 15c und der vierten sekundären Massenstromsteuerung 15d beträgt.
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Die zweite Steuerschaltung 52 hat eine Funktion des Anweisens des berechneten Strömungsratenwerts (zweiter Strömungsratenwert) an drei sekundäre Massenstromsteuerungen der vier sekundären Massenstromsteuerungen, die sich von der ersten sekundären Massenstromsteuerung 15a unterscheiden. Mit anderen Worten hat die zweite Steuerschaltung 52 eine Funktion des Anweisens des berechneten Strömungsratenwerts als ein Steuerungswert an die zweite sekundäre Massenstromsteuerung 15b, die dritte sekundäre Massenstromsteuerung 15c und die vierte sekundäre Massenstromsteuerung 15d.
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Die zweite sekundäre Massenstromsteuerung 15b, die dritte sekundäre Massenstromsteuerung 15c und die vierte sekundäre Massenstromsteuerung 15d arbeiten unter Verwendung des Strömungsratenwerts von 1/4 als ein Steuerungswert.
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Die zweite Steuerschaltung 52 wird beispielsweise durch Hardware oder eine Kombination aus Hardware und Software ausgestaltet. Die zweite Steuerschaltung 52 ist beispielsweise ein Mikrocomputer.
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Der erste sekundäre Gasabgabepfad 16a, der zweite sekundäre Gasabgabepfad 16b, der dritte sekundäre Gasabgabepfad 16c und der vierte sekundäre Gasabgabepfad 16d sind mit den Reaktoren 10a, 10b, 10c beziehungsweise 10d verbunden. Der erste sekundäre Gasabgabepfad 16a, der zweite sekundäre Gasabgabepfad 16b, der dritte sekundäre Gasabgabepfad 16c und der vierte sekundäre Gasabgabepfad 16d werden zu Gasströmungspfaden von Abgasen, die aus den Reaktoren 10a, 10b, 10c beziehungsweise 10d abgegeben werden.
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Der primäre Gasabgabepfad 17 ist mit dem ersten sekundären Gasabgabepfad 16a, dem zweiten sekundären Gasabgabepfad 16b, dem dritten sekundären Gasabgabepfad 16c und dem vierten sekundären Gasabgabepfad 16d verbunden.
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Die Abgaspumpe 18 ist mit dem primären Gasabgabepfad 17 verbunden. Die Abgaspumpe 18 hat eine Funktion des Ansaugens von Gasen aus den Reaktoren 10a, 10b, 10c und 10d. Die Abgaspumpe 18 ist beispielsweise eine Vakuumpumpe.
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Die zweite Druckmesseinrichtung 42 ist mit dem primären Gasabgabepfad 17 verbunden. Die zweite Druckmesseinrichtung 42 weist eine Funktion des Messens des Drucks im primären Gasabgabepfad 17 auf.
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Das Druckregulationsventil 45 ist zwischen der Abgaspumpe 18 und der zweiten Druckmesseinrichtung 42 vorgesehen. Das Druckregulationsventil 45 hat eine Funktion des Regulierens der Drücke in den Reaktoren 10a, 10b, 10c und 10d und dem primären Gasabgabepfad 17. Das Druckregulationsventil 45 ist beispielsweise eine Absperrklappe.
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Die dritte Steuerschaltung 53 hat eine Funktion des Anweisens des Druckregulationsventils 45 auf der Grundlage eines Messergebnisses der zweiten Druckmesseinrichtung 42, um die Drücke in den Reaktoren 10a, 10b, 10c und 10d und den primären Gasabgabepfad 17 auf vorgegebene Werte zu steuern.
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Ursprünglich ist der vom Druckregulationsventil 45 zu steuernde Druck der Druck in jedem der Reaktoren (10a, 10b, 10c und 10d), in dem die Schichtausbildung tatsächlich durchgeführt wird. Wenn jedoch die Differenz zwischen dem Druck an der Einrichtungsposition der zweiten Druckmesseinrichtung 42 und dem Druck in jedem Reaktor (10a, 10b, 10c und 10d) konstant ist, kann der Druck in jedem Reaktor (10a, 10b, 10c und 10d) durch eine Berücksichtigung der Differenz im Voraus auf einen vorgegebenen Wert gesteuert werden. Weiter bevorzugt wird die Differenz zwischen dem Druck an der Einbauposition der zweiten Druckmesseinrichtung 42 und dem Druck in jedem der Reaktoren (10a, 10b, 10c und 10d) so verkleinert, dass sie ignoriert wird. Ein bevorzugter Bereich der Druckdifferenz beträgt 0,5 kPa oder weniger, weiter bevorzugt 0,1 kPa oder weniger.
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Um die bevorzugte Druckdifferenz unter Berücksichtigung der Gasströmungsrate und der zu verwendenden Gasart zu realisieren, wird der Durchmesser des Rohres zwischen jedem Reaktor (10a, 10b, 10c und 10d) und der zweiten Druckmesseinrichtung 42 ausreichend groß gestaltet oder die Länge des Rohres wird ausreichend kurz gestaltet. Zusätzlich kann ein Verfahren verwendet werden, um die Länge des Rohres von jedem Reaktor (10a, 10b, 10c und 10d) bis zur zweiten Druckmesseinrichtung 42 so einheitlich wie möglich zu gestalten. Darüber hinaus kann die Druckmesseinrichtung eines Reaktors der Reaktoren (10a, 10b, 10c und 10d) als zweite Druckmesseinrichtung 42 verwendet werden.
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Die dritte Steuerschaltung 53 ist beispielsweise durch Hardware oder eine Kombination aus Hardware und Software ausgestaltet. Die dritte Steuerschaltung 53 ist beispielsweise ein Mikrocomputer.
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2 ist eine schematische Querschnittsansicht des Reaktors der Dampfphasenabscheidungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. Einer der vier Reaktoren 10a, 10b, 10c und 10d ist dargestellt, beispielsweise der Reaktor 10a. Übrigens ist es wünschenswert, dass alle vier Reaktoren 10a, 10b, 10c und 10d die gleiche Ausgestaltung aufweisen.
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Wie in 2 dargestellt, ist der Reaktor 10a der ersten Ausführungsform mit einer Wandfläche 100 versehen, die beispielsweise ein aus Edelstahl hergestellter zylindrischer Hohlkörper ist. Über dem Reaktor 10a ist eine Duschplatte 101 vorgesehen. Die Duschplatte 101 führt die Prozessgase in den Reaktor 10a zu.
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Zusätzlich ist im Reaktor 10a eine Trageinheit 112 vorgesehen. Die Trageinheit 112 kann es ermöglichen, einen Halbleiterwafer (Substrat) W daran anzubringen. Die Trageinheit 112 ist beispielsweise ein ringförmiger Halter, der mit einer Öffnung in der Mitte versehen ist, oder ein Suszeptor ohne Öffnung.
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Der erste sekundäre Gaszufuhrpfad 14a ist mit der Duschplatte 101 verbunden. Mehrere Gasabgabelöcher zum Abgeben des Mischgases in den Reaktor 10a sind an der Seite des Reaktors 10a der Duschplatte 101 vorgesehen.
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Darüber hinaus weist der Reaktor 10a eine Rotationskörpereinheit 114 auf. Eine Trageinheit 112 ist am oberen Abschnitt der Rotationskörpereinheit 114 vorgesehen. Die Rotationskörpereinheit 114 weist einen Rotationsschaft 118 auf, der mit dem Drehantriebsmechanismus 120 verbunden ist. Der Drehantriebsmechanismus 120 kann den an der Trageinheit 112 angebrachten Halbleiterwafer W mit einer Drehzahl von beispielsweise 50 U/min oder mehr und 3000 U/min oder weniger drehen.
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Zusätzlich weist die Rotationskörpereinheit 114 eine Erwärmungseinheit 116 auf, die den an der Trageinheit 112 angebrachten Wafer W erwärmt. Die Erwärmungseinheit 116 ist beispielsweise eine Heizung.
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Die Erwärmungseinheit 116 ist fest in der Rotationskörpereinheit 114 vorgesehen. Elektrische Energie wird der Heizeinheit 116 über eine Elektrode 122 zugeführt, die in das Innere der Rotationsschafts 118 eindringt, und die Erwärmung des Wafers W kann durch die Heizeinheit 116 gesteuert werden. Zusätzlich können Hochdrückstifte (nicht dargestellt) vorgesehen sein, die in die Heizeinheit 116 eindringen, um den Halbleiterwafer W von der Trageinheit 112 zu lösen.
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Darüber hinaus ist am Boden des Reaktors 10a eine Gasabgabeeinheit 126 vorgesehen. Die Gasabgabeeinheit 126 gibt das Reaktionsprodukt, nachdem die Quellgase an der Oberfläche des Halbleiterwafers W reagiert haben, und die im Reaktor 10a verbleibenden Prozessgase an die Außenseite des Reaktors 10a ab. Die Gasabgabeeinheit 126 ist mit dem ersten sekundären Gasabgabepfad 16a verbunden (1).
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Die Wandoberfläche 100 des Reaktors 10a ist mit einem Wafereinlass/-auslass und einem Absperrventil (nicht dargestellt) versehen. Der Halbleiterwafer W kann durch den Wafereinlass/-auslass und das Absperrventil in den Reaktor 10a geladen werden oder aus dem Reaktor 10a entladen werden.
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Das Dampfphasenabscheidungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform verwendet die in den 1 und 2 dargestellte epitaktische Wachstumsvorrichtung. Im Folgenden wird das Dampfphasenabscheidungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben. Ein Fall, in dem eine Galliumnitridschicht (GaN-Schicht) an einem Siliziumsubstrat ausgebildet wird, wird als ein Beispiel beschrieben.
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Zunächst wird ein Siliziumwafer W in jeden der vier Reaktoren 10a, 10b, 10c und 10d geladen.
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Ein erstes, TMG enthaltendes, Prozessgas wird vom ersten Gaszufuhrpfad 11 zum primären Gaszufuhrpfad 13 zugeführt. Die Strömungsrate des ersten Prozessgases wird durch die erste primäre Massenstromsteuerung 12 auf eine gewünschte Strömungsrate gesteuert.
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Ein zweites, Ammoniak enthaltendes, Prozessgas wird vom zweiten Gaszufuhrpfad 21 zum primären Gaszufuhrpfad 13 zugeführt. Die Strömungsrate des zweiten Prozessgases wird durch die zweite primäre Massenstromsteuerung 22 auf eine gewünschte Strömungsrate gesteuert.
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Ein drittes, Wasserstoff enthaltendes, Prozessgas wird vom dritten Gaszufuhrpfad 31 zum primären Gaszufuhrpfad 13 zugeführt. Die Strömungsrate des dritten Prozessgases wird durch die dritte primäre Massenstromsteuerung 32 auf eine gewünschte Strömungsrate gesteuert.
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Das erste Prozessgas, das zweite Prozessgas und das dritte Prozessgas werden im primären Gaszufuhrpfad 13 zu einem Mischgas. Das Mischgas verläuft durch den ersten sekundären Gaszufuhrpfad 14a, den zweiten sekundären Gaszufuhrpfad 14b, den dritten sekundären Gaszufuhrpfad 14c und den vierten sekundären Gaszufuhrpfad 14d, um den vier Reaktoren 10a, 10b, 10c und 10d zugeführt zu werden.
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Die Dampfphasenabscheidungsvorrichtung wird so gesteuert, dass die Mischgase mit einer gleichen Strömungsrate durch den ersten sekundären Gaszufuhrpfad 14a, den zweiten sekundären Gaszufuhrpfad 14b, den dritten sekundären Gaszufuhrpfad 14c bzw. den vierten sekundären Gaszufuhrpfad 14d strömen.
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Die erste Steuerschaltung 51 weist der ersten sekundären Massenstromsteuerung 15a, die eine der vier sekundären Massenstromsteuerungen 15a, 15b, 15c und 15d ist, auf der Basis eines Messergebnisses der ersten Druckmesseinrichtung 41 einen Strömungsratenwert an. Die erste Steuerschaltung 51 befiehlt der ersten sekundären Massenstromsteuerung 15a den Strömungsratenwert, so dass der Druck im primären Gaszufuhrpfad 13 zu einem vorgegebenen Wert wird.
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Die Drücke in den Reaktoren 10a, 10b, 10c und 10d werden auf vorgegebenen Drücken gehalten, die für ein Ausbilden der GaN-Schicht erforderlich sind. Die Drücke in den Reaktoren 10a, 10b, 10c und 10d werden durch ein Verwenden der Abgaspumpe 18, des Druckregulationsventils 45, der zweiten Druckmesseinrichtung 42 und der dritten Steuerschaltung 53 auf einem vorgegebenen Druck gehalten.
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Um die vier sekundären Massenstromsteuerungen 15a, 15b, 15c und 15d der ersten sekundären Massenstromsteuerung 15a, der zweiten sekundären Massenstromsteuerung 15b, der dritten sekundären Massenstromsteuerung 15c und der vierten sekundären Massenstromsteuerung 15d zu betreiben, ist ein vorgegebener Differenzdruck für die Drücke der stromauf- und stromabwärts liegenden Seiten der sekundären Massenstromsteuerungen 15a, 15b, 15c und 15d erforderlich. Insbesondere ist es erforderlich, dass die Differenz (P1 - P2) zwischen dem von der ersten Druckmesseinrichtung 41 gemessenen ersten Druck P1 und dem von der zweiten Druckmesseinrichtung 42 gemessenen zweiten Druck P2 innerhalb eines vorgegebenen Druckbereichs liegt.
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Die erste Steuerschaltung 51 steuert die erste sekundäre Massenstromsteuerung 15a durch eine PID-Regelung so, dass der Druck P1 im primären Gaszufuhrpfad 13 einen vorgegebenen Wert annimmt.
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Die von sekundären Massenstromsteuerungen 15a, 15b, 15c und 15d gemessenen Strömungsratenwerte werden von den vier sekundären Massenstromsteuerungen 15a, 15b, 15c und 15d der ersten sekundären Massenstromsteuerung 15a, der zweiten sekundären Massenstromsteuerung 15b, der dritten sekundären Massenstromsteuerung 15c und der vierten sekundären Massenstromsteuerung 15d zur zweiten Steuerschaltung 52 übertragen.
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Die zweite Steuerschaltung 52 berechnet einen Strömungsratenwert (zweiter Strömungsratenwert), der 1/4 der Summe der von den vier sekundären Massenstromsteuerungen 15a, 15b, 15c und 15d übertragenen Strömungsratenwerte entspricht. Dann werden die zweite sekundäre Massenstromsteuerung 15b, die dritte sekundäre Massenstromsteuerung 15c und die vierte sekundäre Massenstromsteuerung 15d mit dem berechneten Strömungsratenwert als Steuerungswert angewiesen.
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Durch das obige Steuerungsverfahren wird das durch den ersten sekundären Gaszufuhrpfad 14a, den zweiten sekundären Gaszufuhrpfad 14b, den dritten sekundären Gaszufuhrpfad 14c und den vierten sekundären Gaszufuhrpfad 14d strömende Mischgas gleichmäßig in vier Teile geteilt. Deswegen ist das den vier Reaktoren 10a, 10b, 10c und 10d zugeführte Mischgas gleichmäßig in vier Teile geteilt. Die Strömungsraten des zu den vier Reaktoren 10a, 10b, 10c und 10d zugeführten Mischgases werden gleichmäßig ausgestaltet.
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Die Steuerwerte der für die Reaktoren 10a, 10b, 10c und 10d eingestellten Prozessparameter werden auf Werte eingestellt, bei denen die Schichtdicke und die Zusammensetzung der aufgewachsenen Schichten in den Reaktoren 10a, 10b, 10c und 10d gleich sind. Beispielsweise werden die vier Siliziumwafer W der vier Reaktoren 10a, 10b, 10c und 10d auf die gleiche Drehzahl und Temperatur gesteuert.
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Durch das oben beschriebene Dampfphasenabscheidungsverfahren wird das Mischgas jedem der Reaktoren 10a, 10b, 10c und 10d zugeführt, so dass gleichzeitig GaN-Schichten an den vier Siliziumwafern W ausgebildet werden.
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Im Folgenden werden die Funktionen und Effekte der Dampfphasenabscheidungsvorrichtung und des Dampfphasenabscheidungsverfahrens der ersten Ausführungsform beschrieben.
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In einem Fall, in dem Schichten mit den gleichen Eigenschaften gleichzeitig an mehreren Substraten unter Verwendung mehrerer Reaktoren abgeschieden werden, werden die Prozessparameter der jeweiligen Reaktoren auf den gleichen Steuerungswert eingestellt. Durch ein Einstellen der Prozessparameter der jeweiligen Reaktoren auf den gleichen Steuerungswert ist es theoretisch möglich, die Schichten mit den gleichen Eigenschaften gleichzeitig an den mehreren Substraten abzuscheiden.
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Selbst, wenn die Prozessparameter der jeweiligen Reaktoren auf den gleichen Steuerungswert eingestellt sind, kann es allerdings in einigen Fällen zu Abweichungen hinsichtlich der Eigenschaften der in den jeweiligen Reaktoren abgeschiedenen Schichten kommen. Wenn beispielsweise die Strömungsraten der den jeweiligen Reaktoren zugeführten Prozessgase variieren, variieren die Eigenschaften der in den Reaktoren abgeschiedenen Schichten. Aus diesem Grund ist es notwendig, die Strömungsraten der den jeweiligen Reaktoren zugeführten Prozessgase gleichmäßig zu steuern.
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Beispielsweise wird ein Fall betrachtet, in dem das Prozessgas in vier Teile geteilt und vier Reaktoren zugeführt wird. Der primäre Gaszufuhrpfad ist in vier sekundäre Gaszufuhrpfade unterteilt. Die Gesamtströmungsrate der Prozessgase wird durch die im primären Gaszufuhrpfad vorgesehene primäre Massenstromsteuerung auf eine gewünschte Strömungsrate gesteuert. Zusätzlich werden die Strömungsraten der Prozessgase, die durch die sekundären Gaszufuhrpfade strömen, durch die in den vier sekundären Gaszufuhrpfaden vorgesehenen sekundären Massenstromteuerungen gesteuert.
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Beispielsweise werden Strömungsratenwerte, die durch ein Dividieren der Gesamtströmungsrate des Prozessgases in vier Teile erhalten werden, für die vier sekundären Massenstromsteuerungen eingestellt. Die primäre Massenstromsteuerung und die sekundären Massenstromsteuerungen weisen bestimmte Fehler hinsichtlich der Strömungssteuerungsgenauigkeit auf. Aus diesem Grund kann in einigen Fällen die tatsächliche Gesamtströmungsrate geringer sein als die Summe der in vier Teile geteilten Strömungsratenwerte. In diesem Fall besteht kein Druckunterschied zwischen den stromaufwärts gelegenen und der stromabwärts gelegenen Seiten der sekundären Massenstromsteuerungen, und somit arbeitet die sekundäre Massenstromsteuerung nicht normal, so dass die Strömungsrate nicht gesteuert werden kann. Daher variiert die Strömungsrate des jedem Reaktor zugeführten Prozessgases stark. Dementsprechend ist es erforderlich, einen vorgegebenen Differenzdruck mindestens zwischen den Drücken der stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Seiten der sekundären Massenstromsteuerungen sicherzustellen. Der vorgegebene Differenzdruck beträgt beispielsweise 50 kPa oder mehr und 300 kPa oder weniger.
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In der Dampfphasenabscheidungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform weist die erste Steuerschaltung 51 der ersten sekundären Massenstromsteuerung 15a den ersten Strömungsratenwert an, so dass der Druck P1 im primären Gaszufuhrpfad 13 zu einem vorgegebenen Wert wird. Der Steuerungswert des Drucks P1 im primären Gaszufuhrpfad 13 wird so bestimmt, dass er den vorgegebenen Differenzdruck erfüllt. Deswegen ist immer ein vorgegebener Differenzdruck zwischen dem stromaufwärts gelegenen und dem stromabwärts gelegenen Druck der vier sekundären Massenstromsteuerungen 15a, 15b, 15c und 15d gewährleistet. Dementsprechend tritt eine Situation, in welcher die sekundäre Massenstromsteuerung nicht normal arbeitet und der Strömungsrate nicht gesteuert werden kann, nicht auf.
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Darüber hinaus berechnet die zweite Steuerschaltung 52 in der Dampfphasenabscheidungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform einen Strömungsratenwert, der 1/4 der Summe der von den vier sekundären Massenstromsteuerungen 15a, 15b, 15c und 15d übertragenen Strömungsratenwerte entspricht. Dann werden die zweite sekundäre Massenstromsteuerung 15b, die dritte sekundäre Massenstromsteuerung 15c und die vierte sekundäre Massenstromsteuerung 15d mit der berechneten Strömungsrate als Steuerungswert angewiesen. Deswegen wird das Mischgas, das durch den ersten sekundären Gaszufuhrpfad 14a, den zweiten sekundären Gaszufuhrpfad 14b, den dritten sekundären Gaszufuhrpfad 14c und den vierten sekundären Gaszufuhrpfad 14d strömt, gleichmäßig in vier Teile geteilt.
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Zusätzlich ist das durch den primären Gaszufuhrpfad 13 strömende Prozessgas in der Dampfphasenabscheidungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform ein Mischgas. Im Allgemeinen ist es für eine Massenstromsteuerung schwierig, die Strömungsrate eines Mischgases genau zu steuern. Dies hat folgenden Grund.
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Der Massenstromsteuerung erhält die Strömungsrate des durch das enge Rohr strömenden Prozessgases durch ein Detektieren einer physikalischen Änderung, die der im engen Rohr erzeugten Strömungsrate entspricht. Als Beispiel für die physikalische Änderung kann beispielhaft eine Temperaturdifferenz zwischen dem stromaufwärts und dem stromabwärts gelegenen Teil des engen Rohres genannt werden. Insbesondere gibt es in einem Fall, in dem das Prozessgas nicht durch das erwärmte enge Rohr strömt, keine Temperaturdifferenz zwischen dem stromaufwärts gelegenen und dem stromabwärts gelegenen Teil des engen Rohres, und in einem Fall, in dem das Prozessgas durch das enge Rohr strömt, wird die Temperaturdifferenz im Wesentlichen im Verhältnis zum Strömungsrate groß. Zum Zeitpunkt eines Erhaltens der Strömungsrate des durch das enge Rohr strömenden Prozessgases unter Verwendung der physikalischen Änderung wird ein prozessgasspezifischer Umrechnungsfaktor verwendet. Beispielsweise wird im Fall eines Verfahrens des Erfassens der Temperaturdifferenz zwischen dem stromaufwärts und dem stromabwärts gelegenen Teil des engen Rohres, wenn der Umrechnungsfaktor des Stickstoffgases als ein Referenzwert als 1 angenommen wird, der Umrechnungsfaktor von Heliumgase 1,4. Unter Verwendung dieses Umrechnungsfaktors wird der gemessene Strömungsratenwert korrigiert, um die Strömungsrate von Heliumgas zu erhalten.
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In einem Fall, in dem das Prozessgas ein Mischgas ist, variiert der Umrechnungsfaktor abhängig von dem Verhältnis und der Art des Mischgases. Das heißt, dass es schwierig ist, den Umrechnungsfaktor bei einem Ändern des Verhältnisses und der Art des Mischgases zu bestimmen, und es ist schwierig, die Strömungsrate des Mischgases genau zu bestimmen.
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Aus den oben beschriebenen Gründen kann in einem Fall, in dem das durch die sekundäre Massenstromsteuerung strömende Prozessgas ein Mischgas ist, die Strömungsrate nicht genau bestimmt werden. Die Strömungsrate des durch die sekundäre Massenstromsteuerung strömenden Prozessgases, die unter Verwendung eines bestimmten Umrechnungsfaktors erhalten wird, ist jedoch proportional zur genauen Strömungsrate, es sei denn, dass das Komponentenverhältnis des Mischgases geändert wird. Mit anderen Worten kann, auch wenn eine genaue Strömungsrate nicht erreicht werden kann, die Strömungsrate zwischen den sekundären Massenstromsteuerungen verglichen werden.
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Obwohl die genaue Strömungsrate nicht bekannt ist, wird daher der Steuerungswert jeder sekundären Massenstromsteuerung auf 1/4 der Summe der Strömungsraten der sekundären Massenstromsteuerungen eingestellt, die unter Verwendung desselben Umrechnungsfaktors erhalten werden, so dass ohne eine genau bekannte Strömungsrate jede sekundäre Massenstromsteuerung mit der Strömungsrate gesteuert werden kann, die 1/4 der Gesamtströmungsrate beträgt. Die erste sekundäre Massenstromsteuerung 15a steuert jedoch die Strömungsrate des durch die erste sekundäre Massenstromsteuerung 15a strömenden Gases so, dass der Druck P1 im primären Gaszufuhrpfad 13 zu einem vorgegebenen Steuerungswert wird.
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Insbesondere berechnet die zweite Steuerschaltung 52 einen Strömungsratenwert, der 1/4 der Summe der von den vier sekundären Massenstromsteuerungen 15a, 15b, 15c und 15d übertragenen Strömungsratenwerte beträgt. Dann werden die zweite sekundäre Massenstromsteuerung 15b, die dritte sekundäre Massenstromsteuerung 15c und die vierte sekundäre Massenstromsteuerung 15d mit dem berechneten Strömungsratenwert als eine Stellgröße angewiesen.
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Durch ein Steuern der sekundären Massenstromsteuerung 15a, 15b, 15c, 15d wie oben beschrieben ist es, auch wenn der Umrechnungsfaktor des Mischgases unbekannt ist, möglich, die zweite sekundäre Massenstromsteuerung 15b, die dritte sekundäre Massenstromsteuerung 15c und die vierte sekundäre Massenstromsteuerung 15d zu steuern. Mit anderen Worten ist es möglich, eine Steuerung unter Verwendung eines Strömungsratenwerts durchzuführen, der nicht durch den Umrechnungsfaktor korrigiert ist.
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Indessen müssen im Fall eines Steuerns der sekundären Massenstromsteuerungen wie oben beschrieben die Strömungsratendetektionsverfahren der sekundären Massenstromsteuerungen gleich sein. Wenn die Strömungsratendetektionsverfahren unterschiedlich sind, kann in einem Fall, in dem sich die Gasart ändert, nicht der gleiche Umrechnungsfaktor verwendet werden, und die Strömungsraten der Mischgase können nicht zwischen den sekundären Massenstromsteuerungen verglichen werden. Weiter bevorzugt werden die sekundären Massenstromsteuerungen mit den gleichen Spezifikationen wie maximale Strömungsrate, Reaktionsfähigkeit und Gasströmungsratensteuerungsverfahren verwendet.
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Deswegen können gemäß der Dampfphasenabscheidungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zum Zeitpunkt eines gleichzeitigen Ausbildens von Schichten an mehreren Substraten in mehreren Reaktoren die Strömungsraten der den jeweiligen Reaktoren zugeführten Prozessgase so gesteuert werden, dass sie einheitlich sind. Deswegen ist es möglich, gleichzeitig Schichten mit einheitlichen Eigenschaften in den jeweiligen Reaktoren auszubilden.
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(Zweite Ausführungsform)
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Eine Dampfphasenabscheidungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform weist auf: n (n ist eine ganze Zahl, die 2 oder mehr beträgt) Reaktoren; einen primären Gaszufuhrpfad, der den Reaktoren ein Gas zuführt; n sekundäre Gaszufuhrpfade, die vom primären Gaszufuhrpfad abgehen, wobei jeder der sekundären Gaszufuhrpfade entsprechend mit einem jeweiligen der n Reaktoren verbunden ist und die sekundären Gaszufuhrpfade einen sekundären Hauptgaszufuhrpfad und (n-1) sekundäre Hilfsgaszufuhrpfade aufweisen; eine erste Druckmesseinrichtung, die einen Druck im primären Gaszufuhrpfad misst; eine Hauptströmungsratensteuerung, die im sekundären Hauptgaszufuhrpfad vorgesehen ist; (n-1) Hilfsströmungsratensteuerungen, die jeweils in einem der sekundären Hilfsgaszufuhrpfade vorgesehen sind; eine erste Steuerschaltung, die einen ersten Strömungsratenwert an die Hauptströmungsratensteuerung auf der Basis eines Messergebnisses der ersten Druckmesseinrichtung anweist; und eine zweite Steuerschaltung, die einen zweiten Strömungsratenwert berechnet, wobei der zweite Strömungsratenwert 1/n einer Summe aus einem von der Hauptströmungsratensteuerung gemessenen Strömungsratenwert und von den Hilfsströmungsratensteuerungen gemessenen Strömungsratenwerten entspricht, wobei die zweite Steuerschaltung den zweiten Strömungsratenwert an die Hilfsströmungsratensteuerungen anweist.
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Die Dampfphasenabscheidungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen der ersten Ausführungsform dadurch, dass das dem Reaktor zugeführte Gas ein Gas mit einer einzigen Zusammensetzung ist. Im Folgenden wird ein Teil der redundanten Inhalte der ersten Ausführungsform in der Beschreibung weggelassen.
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3 ist ein Ausgestaltungsdiagramm der Dampfphasenabscheidungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform. Jede Ausgestaltung entspricht derjenigen der ersten Ausführungsform, aber die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass die zweite Ausführungsform nicht den zweiten Gaszufuhrpfad 21, den dritten Gaszufuhrpfad 31, die zweite primäre Massenstromsteuerung 22 und die dritte primäre Massenstromsteuerung 32 aufweist.
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Dem primären Gaszufuhrpfad 13 wird mit Prozessgas mit einer einzigen Zusammensetzung zugeführt, das aus dem ersten Gaszufuhrpfad 11 zugeführt wird und dessen Strömungsrate durch die erste primäre Massenstromsteuerung 12 gesteuert wird. Das Prozessgas ist ein Gas, das beispielswese Silan enthält. Beispielsweise wird eine polykristalline Siliziumschicht am Wafer W unter Verwendung der Dampfphasenabscheidungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform ausgebildet.
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Gemäß der Dampfphasenabscheidungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform können, ähnlich zur Dampfphasenabscheidungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, zu einem Zeitpunkt eines gleichzeitigen Ausbildens von Schichten an Substraten in mehreren Reaktoren die Strömungsraten der den jeweiligen Reaktoren zugeführten Prozessgase so gesteuert werden, dass sie einheitlich sind. Somit ist es möglich, gleichzeitig Schichten mit einheitlichen Eigenschaften in den jeweiligen Reaktoren auszubilden.
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(Dritte Ausführungsform)
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Die Dampfphasenabscheidungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform unterscheidet sich von der Dampfphasenabscheidungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform dahingehend, dass verschiedene Arten von Prozessgasen in jedem Reaktor oder unmittelbar vor dem Reaktor gemischt werden und dass für jede der verschiedenen Arten von Prozessgasen ein Teilmechanismus vorgesehen ist. Insbesondere werden das erste primäre Prozessgase, das zweite primäre Prozessgas und das dritte primäre Prozessgas geteilt und n Reaktoren zugeführt, und die Prozessgase werden in jedem Reaktor oder kurz vor dem Reaktor gemischt. Im Folgenden wird ein Teil des redundanten Inhalts der ersten Ausführungsform in der Beschreibung weggelassen.
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4 ist ein Ausgestaltungsdiagramm der Dampfphasenabscheidungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform.
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Der erste Gaszufuhrpfad 11, der zweite Gaszufuhrpfad 21 und der dritte Gaszufuhrpfad 31 sind mit einem ersten primären Gaszufuhrpfad 13 verbunden. Die erste primäre Massenstromsteuerung 12 ist im ersten Gaszufuhrpfad 11 zum Zuführen eines ersten Prozessgases (z.B. eines Gases, das ein organisches Metall eines Gruppe-III-Elements enthält) vorgesehen. Die zweite primäre Massenstromsteuerung 22 ist im zweiten Gaszufuhrpfad 21 zum Zuführen eines zweiten Prozessgases (z.B. Wasserstoffgas) vorgesehen. Die dritte primäre Massenstromsteuerung 32 ist im dritten Gaszufuhrpfad 31 zum Zuführen eines dritten Prozessgases (z.B. Stickstoffgas) vorgesehen. Der erste primäre Gaszufuhrpfad 13 führt ein erstes primäres Prozessgas, das ein Mischgas des ersten Prozessgases, des zweiten Prozessgases und des dritten Prozessgases ist, zu den Reaktoren 10a, 10b, 10c und 10d zu.
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Ein vierter Gaszufuhrpfad 211, ein fünfter Gaszufuhrpfad 221 und ein sechster Gaszufuhrpfad 231 sind mit einem zweiten primären Gaszufuhrpfad 213 verbunden. Im vierten Gaszufuhrpfad 211 ist eine vierte primäre Massenstromsteuerung 212 zum Zuführen eines vierten Prozessgases (z.B. Ammoniak, NH3) vorgesehen. Im fünften Gaszufuhrpfad 221 ist eine fünfte primäre Massenstromsteuerung 222 zum Zuführen eines fünften Prozessgases (z.B. Wasserstoffgas) vorgesehen. Im sechsten Gaszufuhrpfad 231 ist eine sechste primäre Massenstromsteuerung 232 zum Zuführen eines sechsten Prozessgases (z.B. Stickstoffgas) vorgesehen. Der zweite primäre Gaszufuhrpfad 213 führt ein zweites primäres Prozessgas, das ein Mischgas aus dem vierten Prozessgas, dem fünften Prozessgas und dem sechsten Prozessgas ist, zu den Reaktoren 10a, 10b, 10c und 10d zu.
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Ein siebter Gaszufuhrpfad 311 und ein achter Gaszufuhrpfad 321 sind mit einem dritten primären Gaszufuhrpfad 313 verbunden. Eine siebte primäre Massenstromsteuerung 312 ist im siebten Gaszufuhrpfad 311 zum Zuführen eines siebten Prozessgases (z.B. Wasserstoffgas) vorgesehen. Im achten Gaszufuhrpfad 321 ist eine achte primäre Massenstromsteuerung 322 zum Zuführen eines achten Prozessgases (z.B. Stickstoffgas) vorgesehen. Der dritte primäre Gaszufuhrpfad 313 führt ein drittes primäres Prozessgas, das ein Mischgas aus dem siebten Prozessgas und dem achten Prozessgas ist und das ein Verdünnungsgas zum Verdünnen beispielsweise des ersten primären Prozessgases und des zweiten primären Prozessgases ist, zu den Reaktoren 10a, 10b, 10c und 10d zu.
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Der erste sekundäre Gaszufuhrpfad 14a (sekundärer Hauptgaszufuhrpfad), der zweite sekundäre Gaszufuhrpfad 14b (sekundärer Hilfsgaszufuhrpfad), der dritte sekundäre Gaszufuhrpfad 14c (sekundärer Hilfsgaszufuhrpfad) und der vierte sekundäre Gaszufuhrpfad 14d (sekundärer Hilfsgaszufuhrpfad) gehen vom ersten primären Gaszufuhrpfad 13 ab. Eine erste sekundäre Massenstromsteuerung 15a (Hauptströmungsratensteuerung), eine zweite sekundäre Massenstromsteuerung 15b (Hilfsströmungsratensteuerung), eine dritte sekundäre Massenstromsteuerung 15c (Hilfsströmungsratensteuerung) und eine vierte sekundäre Massenstromsteuerung 15d (Hilfsströmungsratensteuerung) zum Steuern der Strömungsraten sind im ersten sekundären Gaszufuhrpfad 14a, dem zweiten sekundären Gaszufuhrpfad 14b, dem dritten sekundären Gaszufuhrpfad 14c und dem vierten sekundären Gaszufuhrpfad 14d vorgesehen.
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Ähnlich gehen ein fünfter sekundärer Gaszufuhrpfad 214a, ein sechster sekundärer Gaszufuhrpfad 214b, ein siebter sekundärer Gaszufuhrpfad 214c und ein achter sekundärer Gaszufuhrpfad 214d vom zweiten primären Gaszufuhrpfad 213 ab. Eine fünfte sekundäre Massenstromsteuerung 215a (Hauptströmungsratensteuerung), eine sechste sekundäre Massenstromsteuerung 215b (Hilfsströmungsratensteuerung), eine siebte sekundäre Massenstromsteuerung 215c (Hilfsströmungsratensteuerung) und eine achte sekundäre Massenstromsteuerung 215d (Hilfsströmungsratensteuerung) zum Steuern der Strömungsraten sind im fünften sekundären Gaszufuhrpfad 214a, dem sechsten sekundären Gaszufuhrpfad 214b, dem siebten sekundären Gaszufuhrpfad 214c beziehungsweise dem achten sekundären Gaszufuhrpfad 214d vorgesehen.
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Ähnlich gehen ein neunter sekundärer Gaszufuhrpfad 314a, ein zehnter sekundärer Gaszufuhrpfad 314b, ein elfter sekundärer Gaszufuhrpfad 314c und ein zwölfter sekundärer Gaszufuhrpfad 314d vom dritten primären Gaszufuhrpfad 313 ab. Eine neunte sekundäre Massenstromsteuerung 315a (Hauptströmungsratensteuerung), eine zehnte sekundäre Massenstromsteuerung 315b (Hilfsströmungsratensteuerung), eine elfte sekundäre Massenstromsteuerung 315c (Hilfsströmungsratensteuerung) und eine zwölfte sekundäre Massenstromsteuerung 315d (Hilfsströmungsratensteuerung) zum Steuern der Strömungsratemengen sind im neunten sekundären Gaszufuhrpfad 314a, dem zehnten sekundären Gaszufuhrpfad 314b, dem elften sekundären Gaszufuhrpfad 314c bzw. dem zwölften sekundären Gaszufuhrpfad 314d vorgesehen.
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Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform ist im ersten primären Gaszufuhrpfad 13 eine erste Druckmesseinrichtung 41 vorgesehen, um den Druck im ersten primären Gaszufuhrpfad 13 konstant zu halten, und eine erste Steuerschaltung 51 steuert die erste sekundäre Massenstromsteuerung 15a. Anschließend wird der Strömungsratenwert der ersten sekundären Massenstromsteuerung 15a an die zweiten Steuerschaltung 52 übertragen, und die anderen sekundären Massenstromsteuerungen 15b, 15c und 15d werden durch den von der zweiten Steuerschaltung 52 berechneten Strömungsratensteuerungswert gesteuert.
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Ähnlich ist im zweiten primären Gaszufuhrpfad 213 eine dritte Druckmesseinrichtung 241 vorgesehen und eine vierte Steuerschaltung 251 steuert die fünfte sekundäre Massenstromsteuerung 215a, um den Druck im zweiten primären Gaszufuhrpfad 213 konstant zu halten. Danach wird der Strömungsratenwert der fünften sekundären Massenstromsteuerung 215a an die fünfte Steuerschaltung 252 übertragen, und die anderen sekundären Massenstromsteuerungen 215b, 215c 215d werden durch den von der fünften Steuerschaltung 252 berechneten Strömungsratensteuerungswert gesteuert.
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Ähnlich ist im dritten primären Gaszufuhrpfad 313 eine vierte Druckmesseinrichtung 341 vorgesehen und eine sechste Steuerschaltung 351 steuert die neunte sekundäre Massenstromsteuerung 315a, um den Druck des dritten primären Gaszufuhrpfades 313 konstant zu halten. Dann wird der Strömungsratenwert der neunten sekundären Massenstromsteuerung 315a an die siebte Steuerschaltung 352 übertragen und die andere sekundäre Massenstromsteuerung 315b, 315c, 315d wird durch den von der siebten Steuerschaltung 352 berechneten Strömungsratensteuerungswert gesteuert.
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Das erste primäre Prozessgas, das zweite primäre Prozessgas und das dritte primäre Prozessgas werden innerhalb oder kurz vor den vier Reaktoren 10a, 10b, 10c und 10d gemischt.
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Gemäß der Dampfphasenabscheidungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform können, ähnlich zur Dampfphasenabscheidungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, zum Zeitpunkt eines gleichzeitigen Ausbildens von Schichten an Substraten in mehreren Reaktoren die Strömungsraten der den jeweiligen Reaktoren zugeführten Prozessgase gesteuert werden, um einheitlich zu sein. Deswegen ist es möglich, gleichzeitig Schichten mit einheitlichen Eigenschaften in den jeweiligen Reaktoren auszubilden.
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Darüber hinaus werden gemäß der Dampfphasenabscheidungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform das erste primäre Prozessgas, das zweite primäre Prozessgas und das dritte primäre Prozessgas innerhalb oder kurz vor dem Reaktor gemischt, so dass ein Effekt wie beispielsweise ein Unterdrücken einer chemischen Reaktion zwischen den primären Prozessgasen erwartet werden kann.
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Die Ausführungsformen wurden oben unter Bezugnahme auf konkrete Beispiele beschrieben. Die oben genannten Ausführungsformen sind nur als Beispiele aufgeführt und schränken Ausführungsformen nicht ein. Darüber hinaus können die Komponenten der Ausführungsformen entsprechend kombiniert werden.
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Darüber hinaus wurden in den oben beschriebenen Ausführungsformen Beispiele beschrieben, in denen der Druck nach dem Sammeln von Abgasen aus mehreren Reaktoren durch ein Drucksteuerventil gesteuert wird, um die Drücke der mehreren Reaktoren zu steuern. Allerdings ist für jeden Reaktor in dem Abschnitt, der näher am Reaktor liegt als der Abschnitt, der die Abgase aus mehreren Reaktoren sammelt, ein Drucksteuerungsventil vorgesehen und die Drucksteuerung kann für jeden Reaktor auf der Basis des durch die für jeden Reaktor vorgesehene Druckmesseinrichtung gemessenen Drucks durchgeführt werden.
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In den Ausführungsformen wurden Fälle, in denen die GaN-Schicht und die polykristalline Siliziumschicht ausgebildet werden, als Beispiele beschrieben. Ausführungsformen können jedoch auf das Ausbilden anderer Schichten angewendet werden.
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In den Ausführungsformen wurde die Beschreibung des Abschnitts der Dampfphasenabscheidungsvorrichtung, der nicht direkt für die Beschreibung von Ausführungsformen benötigt wird, weggelassen, aber die erforderlichen Vorrichtungsausgestaltungen und dergleichen der Dampfphasenabscheidungsvorrichtung können entsprechend ausgewählt und verwendet werden. Darüber hinaus werden alle Dampfphasenabscheidungsvorrichtungen, welche die Elemente von Ausführungsformen aufweisen und vom Fachmann geeignet modifiziert werden können, in den Umfang von Ausführungsformen einbezogen. Der Umfang der Ausführungsformen wird durch die Ansprüche und deren Äquivalente definiert.
