文獻(xiàn)WO 2013/064613描述了一種CVD反應(yīng)器，其具有進(jìn)氣機(jī)構(gòu)和布置在進(jìn)氣機(jī)構(gòu)中的基座，該基座具有圓盤(pán)形狀并且在涂覆過(guò)程中成為基體的支架。

文獻(xiàn)WO 99/43874同樣也描述了一種CVD反應(yīng)器，其具有兩個(gè)盤(pán)狀構(gòu)件，也即過(guò)程室蓋部和用于容納在過(guò)程室中待涂覆的基底的基座。

文獻(xiàn)US 2005/0183669A1在圖5中描述了一種蓋件，該蓋件由扁平柱狀的構(gòu)件構(gòu)成。所述蓋件具有一個(gè)涂層和兩個(gè)相互背離指向的寬側(cè)。一個(gè)寬側(cè)通過(guò)構(gòu)成具有90°倒圓弧長(zhǎng)的邊棱倒圓部向周向面過(guò)渡。周向面在構(gòu)成凸起部和拐點(diǎn)的情況下向第二寬側(cè)過(guò)渡。

文獻(xiàn)US5,837,058描述了一種用于CVD裝置的基座，其中，在邊緣上延伸的凸起部在構(gòu)成倒圓的情況下向周向面過(guò)渡。

文獻(xiàn)US 2003/0205324 A1以及US 2005/0092439 A1在圖4中描述了一種具有兩個(gè)相互背離指向的寬側(cè)的基座，該寬側(cè)分別通過(guò)構(gòu)成邊棱倒圓向周向面過(guò)渡。周向面具有沿周向延伸的凹口。

CVD反應(yīng)器中的基座或蓋板通常由石墨制成。石墨構(gòu)件具有扁平、片狀的構(gòu)造。石墨構(gòu)件通常具有兩個(gè)形狀相同、相互平行延伸的寬側(cè)。其可以是圓柱體。該圓柱體的厚度與其直徑相比較小。除了具有圓形形狀的構(gòu)件之外，在CVD反應(yīng)器中也可以使用被涂覆的具有不同于圓形底面的其他底面的扁平構(gòu)件。而且在此厚度與直徑相比也相對(duì)較小，其中，此處該直徑理解為與扁平構(gòu)件的寬側(cè)具有相同底面的圓形的直徑。石墨體被數(shù)微米厚的層涂覆。涂層的層厚小于1mm。為了進(jìn)行涂覆，通常使用SiC或TaC或其他碳化物或硬質(zhì)材料。涂層的敷設(shè)在高于1000℃的溫度下進(jìn)行。芯體與涂層相比具有更大的熱膨脹系數(shù)，寬側(cè)和周向側(cè)用該涂層涂覆。在被涂覆的構(gòu)件從涂覆溫度冷卻至室溫時(shí)，在涂層的內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力。該應(yīng)力是壓應(yīng)力。該壓應(yīng)力由層和芯體的不同收縮導(dǎo)致。收縮朝構(gòu)件的重心的方向進(jìn)行。若涉及均勻物體，則重心是質(zhì)量重心。否則重心是體積重心。由于扁平構(gòu)件的圓盤(pán)形狀，周向側(cè)離重心比較遠(yuǎn)，從而在該處形成在層中或者說(shuō)在涂層和芯體之間的界面的區(qū)域中的最大應(yīng)力。在冷卻時(shí)比芯體更小程度收縮的涂層內(nèi)部形成壓應(yīng)力。高的壓應(yīng)力會(huì)長(zhǎng)期影響涂層的質(zhì)量。

因此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種措施，以便更牢固地涂層，尤其(在任何溫度下)在每個(gè)時(shí)刻降低涂層中出現(xiàn)的臨界最大應(yīng)力。

該技術(shù)問(wèn)題通過(guò)在各權(quán)利要求中給出的技術(shù)方案解決。

建模計(jì)算結(jié)論表示，較大的邊棱倒圓半徑會(huì)導(dǎo)致在涂層與芯體之間的界面的區(qū)域中較大的最大應(yīng)力。這歸結(jié)于涂層的由邊棱倒圓所構(gòu)成的弧的幾何形狀決定的穩(wěn)定性。該弧沿徑向具有相對(duì)較大的穩(wěn)定性。出人意料的是，具有大于90°的弧長(zhǎng)的邊棱倒圓導(dǎo)致最大應(yīng)力的顯著下降。若邊棱倒圓半徑約為1mm或小于1mm，則會(huì)出現(xiàn)最大應(yīng)力的顯著下降。在扁平構(gòu)件的一種優(yōu)選設(shè)計(jì)方式中(在扁平構(gòu)件中寬側(cè)形狀相同，扁平構(gòu)件由此在某種程度上是扁平柱體)有利的是，在向周向側(cè)的倒圓部上鄰接有底切的、環(huán)繞的凹處。該凹處可以向環(huán)繞的凸峰過(guò)渡。凸峰則又向凹處過(guò)渡。周向側(cè)的橫截面輪廓線由此優(yōu)選在兩個(gè)寬側(cè)之間波紋狀地延伸。因?yàn)楸馄綐?gòu)件在熱狀態(tài)下被涂覆，所以在冷卻狀態(tài)下、也即在室溫下出現(xiàn)最大應(yīng)力。該應(yīng)力在構(gòu)件被加熱至1000℃的工作期間削減。由此在每次溫度變化時(shí)、也就是說(shuō)在每次使用扁平構(gòu)件時(shí)都會(huì)發(fā)生負(fù)載變化。根據(jù)本發(fā)明的規(guī)定，可以避免頻繁的負(fù)載變化對(duì)扁平構(gòu)件壽命的不利影響。有利的是，邊棱倒圓部的弧長(zhǎng)大于90°、優(yōu)選大于95°、100°、105°、110°、115°或大于120°。周向側(cè)的橫截面輪廓線不具有拐點(diǎn)，而是具有波紋形狀。構(gòu)件的寬側(cè)可以平滑地設(shè)計(jì)。然而構(gòu)件的寬側(cè)也可以具有多個(gè)凹陷，分別用于容納圓盤(pán)狀的波狀體或基體載體。扁平構(gòu)件的指向下的寬側(cè)(該寬側(cè)在此可以是基座)可以具有結(jié)構(gòu)化部(Strukturierung)。同樣也適用于蓋板。此外還可以規(guī)定，扁平構(gòu)件具有孔。該孔可以是圓柱形構(gòu)件的中央孔。開(kāi)口的內(nèi)壁同樣也構(gòu)成扁平構(gòu)件的周向側(cè)，該周向側(cè)如上所述被結(jié)構(gòu)化。該周向側(cè)具有倒圓的邊棱，其中，倒圓半徑小于或等于1mm。寬側(cè)面無(wú)拐點(diǎn)地通過(guò)邊棱倒圓部向周向側(cè)過(guò)渡，其中，在觀察橫截面時(shí)，與寬側(cè)面相對(duì)應(yīng)的直線上鄰接有連續(xù)彎曲的弧線。寬側(cè)面在某種程度上平滑地向弧線過(guò)渡，該弧線在不改變彎曲方向的情況下彎曲90°以上，隨后弧線在彎曲轉(zhuǎn)折點(diǎn)上向反向彎曲的區(qū)段過(guò)渡，該反向彎曲的區(qū)段要么向周向側(cè)的直線狀延伸的區(qū)段過(guò)渡，要么繼續(xù)波紋狀延伸。在穿過(guò)扁平構(gòu)件的橫截面平面中，扁平構(gòu)件的寬側(cè)的邊緣沿兩條平行線延伸。這兩條平行線與寬側(cè)面相對(duì)應(yīng)并且以其長(zhǎng)度的一半以下、優(yōu)選四分之一以下的距離相互間隔。平行線在其端部上向?qū)?yīng)于邊棱倒圓部的弧線過(guò)渡。該弧線優(yōu)選在圓弧或近似圓弧上延伸。弧的周長(zhǎng)大于90°、優(yōu)選至少為95°或至少為100°?；〉牡谝欢瞬繜o(wú)拐點(diǎn)地相應(yīng)鄰接在每一條平行線上?；〉牡诙瞬?jī)?yōu)選向反向彎曲的弧段過(guò)渡，從而在周向面上構(gòu)成至少一個(gè)凹處，該凹處的底部相對(duì)于穿過(guò)第二弧的頂點(diǎn)的假想線回縮。優(yōu)選地，扁平構(gòu)件在其整個(gè)圓周上具有之前所述的邊緣區(qū)域的橫截面。由于倒圓部的大于90°的弧長(zhǎng)，在扁平構(gòu)件的寬側(cè)面的兩個(gè)倒圓的邊棱之間形成環(huán)繞的、至少在邊緣區(qū)域橫截面中倒圓的凹處。扁平構(gòu)件的厚度優(yōu)選小于表面等同的圓直徑的五分之一、優(yōu)選十分之一。該扁平構(gòu)件可以具有圓柱形的輪廓。然而也可以具有與圓形不同的輪廓。本發(fā)明涉及CVD反應(yīng)器的被涂覆的構(gòu)件的周向邊緣的設(shè)計(jì)方式，其中，構(gòu)件涉及基座、基座的放置在兜孔中的基底固持器、過(guò)程室的蓋板或噴淋頭的排氣板。

以下借助附圖闡述實(shí)施例。在附圖中：

圖1示意性示出CVD反應(yīng)器連同布置在CVD反應(yīng)器中的扁平構(gòu)件11、12；

圖2示出成圓柱形狀的第一扁平構(gòu)件12；

圖3示出根據(jù)圖2的剖切線3-3的剖視圖；

圖4示出第二實(shí)施例的根據(jù)圖3的視圖；

圖5示出根據(jù)圖4中局部V的放大圖；

圖6示出第三實(shí)施例的根據(jù)圖5的視圖；

圖7示出第四實(shí)施例的根據(jù)圖5的視圖；

圖8示出呈帶有中央孔8的圓盤(pán)11形狀的第五實(shí)施例；

圖9示出根據(jù)圖8中剖切線IX-IX的剖視圖；

圖10示出類(lèi)似于圖1的視圖，其示意性示出帶有進(jìn)氣機(jī)構(gòu)13的CVD反應(yīng)器，進(jìn)氣機(jī)構(gòu)具有帶有排氣孔16的、被涂覆的排氣板15；

圖11示出圖10中的局部XI；

圖12示出帶有兜孔的被涂覆的基座12，在兜孔中設(shè)有被涂覆的基體載體17；

圖13放大示出圖12中的局部XIII；

圖14放大地示出圖12中的局部XIV；和

圖15示出類(lèi)似于圖11、13、14的其他橫截面形廓

圖1示意性示出CVD反應(yīng)器。CVD反應(yīng)器10具有殼體，在該殼體中設(shè)有進(jìn)氣機(jī)構(gòu)13，利用該進(jìn)氣機(jī)構(gòu)能夠?qū)⑦^(guò)程氣輸入CVD反應(yīng)器10的過(guò)程室中。過(guò)程室蓋部11由石墨件構(gòu)成，該石墨件在中心處具有孔。石墨件具有圓盤(pán)狀的外形輪廓。

在過(guò)程室的蓋部11下方具有過(guò)程室的底部，該底部由基座12構(gòu)成，該基座自下借助加熱器14被加熱至1000℃以上的過(guò)程溫度。基座由石墨件12構(gòu)成，該石墨件具有圓形的輪廓?；?2的頂面設(shè)有構(gòu)成用于容納基體的兜孔的結(jié)構(gòu)基體。

兩個(gè)石墨件11、12在其外形輪廓方面具有形狀相同的頂側(cè)和底側(cè)。這些構(gòu)件在圖2和圖8中示意性示出，其中，為清楚起見(jiàn)而將邊棱倒圓半徑與根據(jù)本發(fā)明所應(yīng)具有的尺寸相比明顯更大地示出。

圖2所示的構(gòu)件表示基座12。它是圓盤(pán)狀的石墨件1，該石墨件具有1-4cm的厚度d和大于20cm、尤其大于30cm的直徑D。由石墨構(gòu)成的芯體1的整個(gè)外表面設(shè)有涂層2。該涂層2在此是由SiC或TaC構(gòu)成的50至200μm或75至150μm厚的涂層。涂層在1000℃以上的溫度下被涂覆在芯體1上。因?yàn)樘蓟杌蛱蓟g具有比石墨小的熱膨脹，所以石墨芯體1與涂層2相比以更劇烈的程度沿圖3所示且以K標(biāo)注的線條朝重心M的方向收縮。這導(dǎo)致兩個(gè)相互背離指向的從輪廓開(kāi)始形狀相同的寬側(cè)3輕微窩成杯狀。而且在周向側(cè)4中在被涂覆的構(gòu)件12冷卻時(shí)還觀察到輕微的收縮。

根據(jù)本發(fā)明，構(gòu)件12的邊棱5設(shè)有微小的倒圓部。倒圓半徑R大于涂層的厚度，然而最大為1mm。

在圖4和5所示的實(shí)施例中，邊棱5具有倒圓半徑R為1mm的倒圓部。邊棱倒圓部5的弧長(zhǎng)α在此大于90°。邊棱倒圓弧長(zhǎng)α在此具有約為120°的數(shù)值。這使得垂直作用在周向側(cè)4上的、由收縮引起的力K并非垂直作用于表面上，而是與垂直方向具有夾角。力K由此分解為相互正交的分力P和S。垂直作用在芯體1和涂層2之間的界面上的力分量S的數(shù)值小于力K的數(shù)值。這導(dǎo)致在涂層內(nèi)部或者說(shuō)在涂層2與芯體1之間的界面上的壓力降低。

在邊棱倒圓部5的區(qū)域中，在倒圓的涂層2的內(nèi)部構(gòu)成壓應(yīng)力，該壓應(yīng)力不垂直地通過(guò)涂層2與芯體1之間的界面導(dǎo)出到芯體1中。而基于圓弧的幾何形狀穩(wěn)定性，力正切地導(dǎo)入寬側(cè)3或周向側(cè)4的涂層區(qū)段中。倒圓半徑R的數(shù)值降低至1mm以下導(dǎo)致應(yīng)力的顯著降低。

在圖6所示的實(shí)施例中，示出帶有由石墨構(gòu)成的芯件1的構(gòu)件，該芯件1設(shè)有碳化硅涂層。邊棱5設(shè)有近乎180°的倒圓部。倒圓部延伸至寬側(cè)3的平面上。在兩個(gè)邊棱倒圓部5之間構(gòu)成凹處6，周向側(cè)4利用這兩個(gè)邊棱倒圓部5分別過(guò)渡至相應(yīng)的寬側(cè)3。

在圖7所示的實(shí)施例中，周向側(cè)4的橫截面輪廓線波紋狀地延伸，因此凸峰7和凹處6交替。周向側(cè)4在兩個(gè)邊棱5之間無(wú)拐點(diǎn)地延伸。凸形的倒圓區(qū)段光滑壁式地向內(nèi)凹形的倒圓區(qū)段過(guò)渡。由此構(gòu)成繞構(gòu)件的周向環(huán)繞的凹處6和位于凹處6之間的凸峰7。

圖8示出另一個(gè)實(shí)施例。在此構(gòu)件11是蓋板，該蓋板在中央處具有孔8。孔8構(gòu)成周向側(cè)4，該周向側(cè)4通過(guò)倒圓的邊棱5向?qū)拏?cè)3過(guò)渡。在此也在兩個(gè)邊棱倒圓部5之間構(gòu)成凹處6。

本發(fā)明所基于的認(rèn)識(shí)在于，倒圓部應(yīng)該通過(guò)形成收縮部向周向側(cè)4或?qū)拏?cè)面2過(guò)渡或者不應(yīng)該大于最小值。這導(dǎo)致應(yīng)力補(bǔ)償。此外有利的是，各個(gè)面區(qū)段3、4、5、6、7通過(guò)構(gòu)成具有小的倒圓半徑的倒圓區(qū)無(wú)拐點(diǎn)地、也就是說(shuō)光滑地相互過(guò)渡。

在實(shí)施例中描述了石墨體，該石墨體具有圓柱體形狀。然而本發(fā)明還涉及這種扁平的石墨體，該扁平的石墨體具有與圓形不同的寬側(cè)外形輪廓。而且此處在寬側(cè)面與周向面之間的過(guò)渡區(qū)域的半徑應(yīng)該小于1mm并且半徑區(qū)段大于90°。

圖10示意性示出帶有進(jìn)氣機(jī)構(gòu)13的CVD反應(yīng)器的過(guò)程室的另一種實(shí)施例，該進(jìn)氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為噴淋頭。進(jìn)氣機(jī)構(gòu)具有由石墨構(gòu)成的排氣板15，該排氣板15具有排氣孔16。排氣板15的外周向面具有如圖11所示的橫截面輪廓。至少在兩個(gè)相互對(duì)置的寬側(cè)3、3′的邊緣區(qū)段上，寬側(cè)3、3′相互平行地延伸。寬側(cè)面在該處分別無(wú)拐點(diǎn)地向邊棱倒圓部5過(guò)渡，該邊棱倒圓部5具有約為1mm的倒圓半徑R₁、R₂。在過(guò)渡點(diǎn)18上，邊棱倒圓部5的120°的弧長(zhǎng)之后無(wú)拐點(diǎn)地鄰接有半徑為R₃的弧段。參照在個(gè)寬側(cè)3、3′之間延伸的中間平面，排氣板15的邊緣的橫截面是對(duì)稱(chēng)的。這意味著，半徑R₁、R₂是等大的。在具有半徑R₂的邊棱倒圓部5上，在過(guò)渡點(diǎn)18上鄰接有具有半徑R₃的弧。穿過(guò)邊棱倒圓部5的頂點(diǎn)的假想線g跨越凹處6，該凹處的底部由半徑R₃構(gòu)成。

圖10中所示的過(guò)程室具有基座12，該基座12自下能夠借助加熱裝置14被加熱。基座12的周向側(cè)4可以具有如圖11、13、14和15所示的橫截面視圖的輪廓。

圖12示出基座的另一種實(shí)施例，其中，在基座12的兜孔中置入基體載體17?；w載體17在涂覆運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)氣流被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，并且支承在由氣流形成的氣體軸承上。圖13示出基座2的邊緣橫截面，并且圖14示出基體載體17的邊緣橫截面。由圖13和圖14可知，周向側(cè)4的橫截面由三個(gè)依次相接布置的弧組成，具有半徑R₁、R₂、R₃的弧在過(guò)渡點(diǎn)18上無(wú)拐點(diǎn)地相互過(guò)渡。半徑R₁、R₂約為1mm。半徑R₃與芯體1的厚度d相關(guān)，所述芯體被最多0.5mm厚的涂層2涂覆，并且半徑R₃可以明顯大于半徑R₁、R₂。半徑R₃在構(gòu)件的厚度為13cm時(shí)可以在8至9mm之間。兩個(gè)邊棱倒圓部5之間的凹處6的橫截面半徑由此可以?xún)?yōu)選比邊棱倒圓部半徑大至少5倍。半徑R₃此外還還選擇為，形成過(guò)渡點(diǎn)18，在該過(guò)渡點(diǎn)18上僅改變彎曲方向，但此外輪廓線無(wú)拐點(diǎn)地相互過(guò)渡。

圖15中所示的實(shí)施例示出一種變型方案，其中，在邊棱倒圓部5上分別鄰接有反向彎曲的具有半徑R₃的弧，該弧向在直線上延伸的凹處6過(guò)渡，其中，平面的凹處6在過(guò)渡點(diǎn)19上無(wú)拐點(diǎn)地向具有半徑R₃的凹陷的倒圓部過(guò)渡。

上述實(shí)施例用于闡述全部包含在本申請(qǐng)之內(nèi)的本發(fā)明，本發(fā)明至少通過(guò)以下技術(shù)特征組合分別創(chuàng)造性地改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)，也即：

一種CVD反應(yīng)器，其特征在于，為了減小涂層2與芯體1之間的應(yīng)力，邊棱倒圓部弧長(zhǎng)α大于90°。

一種應(yīng)用于CVD反應(yīng)器中的構(gòu)件，其特征在于，為了降低涂層2與芯體1之間的應(yīng)力，邊棱倒圓弧長(zhǎng)α大于90°。

一種CVD反應(yīng)器或構(gòu)件，其特征在于，涂層是SiC、TaC或其他硬質(zhì)材料。

一種CVD反應(yīng)器或構(gòu)件，其特征在于，邊棱倒圓部半徑R為最多1mm和/或大于涂層2的厚度。

一種CVD反應(yīng)器或構(gòu)件，其特征在于，芯體1由石墨構(gòu)成。

一種CVD反應(yīng)器或構(gòu)件，其特征在于，涂層2在溫度＞1000℃時(shí)被涂覆。

一種CVD反應(yīng)器或構(gòu)件，其特征在于，周向側(cè)4具有無(wú)拐點(diǎn)地相互過(guò)渡的、至少構(gòu)成凹處6的倒圓區(qū)段。

一種CVD反應(yīng)器或構(gòu)件，其特征在于，周向側(cè)4在橫截面中僅由圓弧段構(gòu)成。

一種CVD反應(yīng)器或構(gòu)件，其特征在于，構(gòu)件11、12是基座12或蓋板11、基體載體17或進(jìn)氣機(jī)構(gòu)13的排氣板15。

根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的CVD反應(yīng)器或構(gòu)件，其特征在于，構(gòu)件11、12呈圓柱形，并且尤其具有至少20cm、尤其至少30cm的直徑D和1至3cm之間的厚度d。

一種CVD反應(yīng)器或構(gòu)件，其特征在于，構(gòu)件11、12具有與圓形不同的輪廓。

一種CVD反應(yīng)器或構(gòu)件，其特征在于，在穿過(guò)構(gòu)件11、12、15、17的橫截面平面中，所述構(gòu)件的橫截面至少在構(gòu)件的邊緣附近具有兩條相互平行延伸的線條，所述線條對(duì)應(yīng)于構(gòu)件11、12、15、17的寬側(cè)3、3′的邊緣區(qū)域，并且所述線條的端部無(wú)拐點(diǎn)地向與邊棱倒圓部相對(duì)應(yīng)的弧線過(guò)渡，其中，弧線在圓弧或近似圓弧上延伸，并且彎曲的連接線使弧線無(wú)拐點(diǎn)地相互連接并且構(gòu)成至少一個(gè)凹處6，所述凹處6相對(duì)于過(guò)弧線的頂點(diǎn)的直線回縮。

一種CVD反應(yīng)器或構(gòu)件，其特征在于，周向側(cè)4在橫截面中僅由依次相接布置的、具有半徑R₁、R₂、R₃的圓弧線構(gòu)成。

所有公開(kāi)內(nèi)容(本身、然而也可以以相互組合的方式)都是有創(chuàng)造性的。在本申請(qǐng)的公開(kāi)內(nèi)容中由此還包含所屬/所附優(yōu)先權(quán)文件(在先申請(qǐng)的文本)的全部?jī)?nèi)容，然而為此目的，所述文件的技術(shù)特征也包含在本申請(qǐng)的權(quán)利要求中。從屬權(quán)利要求以其技術(shù)特征對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)造性的改進(jìn)，尤其可以基于所述權(quán)利要求進(jìn)行分案申請(qǐng)。

附圖標(biāo)記清單

1 芯體

2 涂層

3、3′ 寬側(cè)

4 周向側(cè)

5 邊棱、邊棱倒圓部

6 凹處

7 凸峰

8 孔

10 CVD反應(yīng)器

11 蓋板

12 基座

13 進(jìn)氣機(jī)構(gòu)

14 加熱裝置

15 排氣板

16 排氣孔

17 基體載體

18 過(guò)渡點(diǎn)

19 過(guò)渡點(diǎn)

α 弧長(zhǎng)

d 厚度

g 直線

D 圓直徑

K 力

P 分力

R₁ 半徑

R₂ 半徑

R₃ 半徑

S 分力

M 重心