Piec rurowy do chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD) jest w zasadzie wysoce zintegrowanym i wyrafinowanym systemem, podczas gdy standardowy piec rurowy służy jako narzędzie-do bardziej ogólnego zastosowania do obróbki termicznej.
Architektura pieca CVD obejmuje wyspecjalizowane podsystemy służące do dostarczania gazu, kontroli próżni i komponentów chemicznych-reakcji, których nie ma w prostszych piecach przeznaczonych wyłącznie do ogrzewania materiałów w kontrolowanej atmosferze.
Specyficzne wymagania procesu chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD) bezpośrednio narzucają złożony projekt konstrukcyjny. Każdy element pełni odrębną funkcję, która wykracza daleko poza zwykłe ogrzewanie.
Komora reakcyjna i rura pieca
Systemy CVD wykorzystują-rury pieca o wysokiej czystości (zwykle wykonane z kwarcu), aby zapewnić, że żadne zanieczyszczenia nie zakłócają procesu osadzania chemicznego.
Oba końce tych rurek są uszczelnione za pomocą kołnierzy ze stali nierdzewnej-o wysokiej próżni. Stwarza to środowisko-gazoszczelne-, które jest krytycznym wymogiem dla kontrolowania gazów prekursorowych i usuwania produktów ubocznych w warunkach próżni.
Natomiast w standardowych piecach rurowych zazwyczaj stosuje się rury ceramiczne z tlenku glinu lub mulitu. Ich mechanizmy uszczelniające zaprojektowano jedynie tak, aby zawierały gazy obojętne, a nie utrzymywały środowisko o wysokiej-próżni.
Systemy kontroli atmosfery i ciśnienia
Stanowi to najbardziej znaczące rozróżnienie strukturalne. APiec rurowy CVDzawiera system kontroli źródła gazu-zwykle wyposażony w wiele kontrolerów przepływu masowego (MFC)-w celu ułatwienia precyzyjnego mieszania i wtryskiwania reaktywnych gazów prekursorowych.
Zawiera także zintegrowany system kontroli próżni, wyposażony w pompy i manometry, zaprojektowany w celu utrzymania określonego środowiska o niskim-ciśnieniu wymaganym do zajścia reakcji osadzania.
Dla porównania, standardowe piece rurowe mają stosunkowo proste otwory wlotowe i wylotowe gazu. Chociaż wymagają one oczyszczania gazami obojętnymi,-takimi jak azot lub argon,-aby zapobiec utlenianiu, brakuje im możliwości precyzyjnej kontroli składu i ciśnienia gazu.
System kontroli temperatury
Piece CVD wykorzystują-inteligentne, wielosegmentowe sterowniki programowalne.
Sterowniki te mogą wykonywać złożone profile temperatury,-w tym precyzyjne szybkości narastania, czasy przebywania i szybkości chłodzenia,-które mają kluczowe znaczenie dla kontrolowania wzrostu i właściwości osadzanych cienkich warstw.
Wiele takich pieców ma również konstrukcję trzy-strefową, w której środkowa część rury i jej dwa końce są niezależnie sterowane za pomocą oddzielnych sterowników.
Taka konfiguracja ustanawia szerszą strefę o wyjątkowej jednorodności temperatury-, co jest kluczowym warunkiem wstępnym uzyskania spójnego osadzania na dużych powierzchniach, takich jak płytki krzemowe.
Chociaż istnieją piece wielo-strefowe do zastosowań innych niż-CVD, podstawowe piece rurowe zazwyczaj wykorzystują jedną strefę grzania i prostsze sterowniki, zaprojektowane do utrzymywania jednej temperatury docelowej.
Korpus pieca i chłodzenie
Piece do chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD) zazwyczaj mają konstrukcję płaszcza pieca-z podwójnymi ściankami, wyposażoną w wewnętrzne wentylatory chłodzące. Taka konstrukcja umożliwia szybkie chłodzenie po zakończeniu procesu osadzania.
Taka szybka zmiana temperatury jest wymogiem procesu; pomaga „zamrozić” strukturę osadzonej cienkiej warstwy, zapobiegając w ten sposób niepożądanym przemianom fazowym lub wzrostowi ziaren, które w przeciwnym razie mogłyby wystąpić podczas powolnego procesu chłodzenia.
Natomiast standardowe konstrukcje pieców kładą nacisk na stabilność termiczną i zazwyczaj wykorzystują metodę powolnego, pasywnego chłodzenia.