(57)【要約】  本発明は、改良された蒸発装置ベッセル本体と、そのベッセル本体内に配置される支持トレイアセンブリ構成とを有する蒸発装置またはアンプルアセンブリを対象とし、それらベッセル本体および支持トレイは協働して、蒸発性物質の使用率および一様性を向上させる。【選択図】図２Ｂ
2021507104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発原料物質を蒸発させ送出する蒸発装置アセンブリであって、
少なくとも第１および第２の、長手方向に結合され、共通の長手方向軸を有するベッセル本体を備える多重ベッセル本体アセンブリであり、前記ベッセル本体が、多重ベッセル本体アセンブリの内部空間を画成し、前記ベッセル本体のそれぞれが、側壁およびベッセル本体リム開口によって画成される内部空間を有し、前記ベッセル本体のそれぞれが、前記ベッセル本体の内径を有し、側壁内面を有する、多重ベッセル本体アセンブリと、
前記第１のベッセル本体の底部開口の下に配置され、前記底部開口を閉鎖する基底部材と、
前記第２のベッセル本体の前記リム開口上に配置された蓋部材であり、前記第２のベッセル本体が、前記第１のベッセル本体の前記リム開口上に配置される、蓋部材と、
前記多重ベッセル本体アセンブリの前記内部空間と流体連通するように配置されたガス入口およびガス出口であり、前記ガス入口が、前記多重ベッセル本体アセンブリの前記内部空間へ第１のガスを供給するように適合されている、ガス入口およびガス出口と、
トレイ外周側壁が、前記内部空間内に、前記多重ベッセル本体アセンブリの内径と接するように配置されている、複数のベント付き支持トレイであり、前記第１のベッセル本体内に、かつ前記第２のベッセル本体内に配置された第２の組のトレイの下に配置された第１の組のトレイを備え、前記第１の組のトレイのそれぞれが、前記第２の組のトレイの第２のトレイ側壁高さより高い第１のトレイ側壁高さを有し、複数のベント付き支持トレイが、前記ガス入口と前記ガス出口との間に延在する流路内に蒸発性原料物質を支持するように適合されている、複数のベント付き支持トレイと
を備える、蒸発装置アセンブリ。
【請求項２】
前記第１のベッセル本体が、前記第２のベッセル本体の長手方向高さより高い長手方向高さを有する、請求項１に記載の蒸発装置アセンブリ。
【請求項３】
前記第１のベッセル本体の第１の長手方向高さが、前記第２のベッセル本体の長手方向高さと等しい、請求項１に記載の蒸発装置アセンブリ。
【請求項４】
前記第２のベッセル本体が、前記第１のベッセル本体の上側リム開口と対合するように構成された下側基底リムを備える、請求項１に記載の蒸発装置アセンブリ。
【請求項５】
前記第１のトレイ側壁高さが、前記第２のトレイ側壁高さより低い、請求項１に記載の蒸発装置アセンブリ。
【請求項６】
蒸発原料物質を蒸発させ送出する蒸発装置アセンブリであって、
側壁およびベッセル本体リム開口によって画成される内部空間を有するベッセル本体と、
前記ベッセル本体の底部開口の下に配置され、前記底部開口を閉鎖する基底部材と、
前記ベッセル本体の前記リム開口上に配置された蓋部材と、
前記ベッセル本体の前記内部空間と流体連通するように配置されたガス入口およびガス出口であり、前記ガス入口が、前記ベッセル本体の前記内部空間へ第１のガスを供給するように適合されている、ガス入口およびガス出口と、
トレイ外周側壁が、前記内部空間内に、前記ベッセル本体の内径と接するように配置されている、複数のベント付き支持トレイであり、第１のベッセル本体内に配置された第１の組のトレイを備え、前記ガス入口と前記ガス出口との間に延在する流路内に蒸発性原料物質を支持するように適合され、前記基底部材の近くに配置された少なくとも１つの支持トレイが、前記少なくとも１つの支持トレイの外面周りに配置されたＯ−リングを備える、複数のベント付き支持トレイと
を備える、蒸発装置アセンブリ。
【請求項７】
前記複数の支持トレイが、前記ベッセル本体内で前記第１の組のトレイの上に配置された第２の組のトレイを備え、前記第１の組のトレイのそれぞれが、前記第２の組のトレイの第２のトレイ側壁高さより高い第１のトレイ側壁高さを有する、請求項６に記載の蒸発装置アセンブリ。
【請求項８】
前記第１の組の支持トレイの数が、前記第２の組の支持トレイの数と等しい、請求項７に記載の蒸発装置アセンブリ。
【請求項９】
前記第１の組の支持トレイの数が、前記第２の組の支持トレイの数より多い、請求項７に記載の蒸発装置アセンブリ。
【請求項１０】
前記第１の組の支持トレイのそれぞれの高さが、前記第２の組の支持トレイのそれぞれの高さの約３〜約４倍である、請求項７に記載の蒸発装置アセンブリ。
【請求項１１】
前記支持トレイのそれぞれが、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、および一体に積層されたこれら薄膜の組合わせから構成されるグループから選択された耐蝕コーティングを有する、請求項６に記載の蒸発装置アセンブリ。
【請求項１２】
金属酸化物の耐蝕層が、アルミニウム酸化物である、請求項１１に記載の蒸発装置アセンブリ。
【請求項１３】
金属窒化物の前記耐蝕層が、アルミニウム窒化物である、請求項１１に記載の蒸発装置アセンブリ。
【請求項１４】
金属酸化物の前記耐蝕層が、珪素酸化物である、請求項１１に記載の蒸発装置アセンブリ。
【請求項１５】
蒸発原料物質を蒸発させ送出する蒸発装置アセンブリであって、
側壁、ベッセル本体リム開口、および側壁内面によって画成される内部空間を有するベッセル本体と、
前記第１のベッセル本体の底部開口の下に配置され、前記底部開口を閉鎖する基底部材と、
前記ベッセル本体の前記リム開口上に配置された蓋部材と、
前記ベッセル本体の前記内部空間と流体連通するように配置されたガス入口およびガス出口であり、前記ガス入口が、前記ベッセル本体の前記内部空間へ第１のガスを供給するように適合されている、ガス入口およびガス出口と、
トレイ外周側壁が、前記内部空間内に、前記ベッセル本体の内径と接するように配置されている、複数のベント付き支持トレイであり、前記第１のベッセル本体内に、かつ前記ベッセル本体内に配置された第２の組のトレイの下に配置された第１の組のトレイを備え、前記第１の組のトレイのそれぞれが、前記第２の組のトレイの第２のトレイ側壁高さより高い第１のトレイ側壁高さを有し、複数のベント付き支持トレイが、前記ガス入口と前記ガス出口との間に延在する流路内に蒸発性原料物質を支持するように適合されている、複数のベント付き支持トレイと
を備える、蒸発装置アセンブリ。
【請求項１６】
前記第１の組の支持トレイの数が、前記第２の組の支持トレイの数と等しい、請求項１５に記載の蒸発装置アセンブリ。
【請求項１７】
前記第１の組の支持トレイの数が、前記第２の組の支持トレイの数より多い、請求項１５に記載の蒸発装置アセンブリ。
【請求項１８】
前記第１の組の支持トレイのそれぞれの高さが、前記第２の組の支持トレイのそれぞれの高さの約３〜約４倍である、請求項１５に記載の蒸発装置アセンブリ。
【請求項１９】
前記支持トレイのそれぞれが、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、および積層構造内のこれらコーティングの組合わせから構成されるグループから選択された耐蝕コーティングを有する、請求項１５に記載の蒸発装置アセンブリ。
【請求項２０】
金属酸化物の耐蝕層が、アルミニウム酸化物または珪素酸化物である、請求項１９に記載の蒸気送出ベッセル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、蒸気蒸着チャンバまたはイオン注入装置などの前駆体蒸気使用プロセスシステムに前駆体蒸気を供給するために固体前駆体を気化させるのに有用な蒸発装置に関し、より具体的には、蒸発装置ベッセル内に配置される支持トレイアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気利用用途に前駆体蒸気を供給する固相前駆体の使用において、多様な蒸発装置が使用されてきた。そのような蒸発装置は、囲まれた内部空間を画成するベッセルおよびカバーを備え得、その内部空間内に、固相前駆体を収容し、次いで気化状態に曝して固相前駆体を昇華または蒸発させて、前駆体蒸気を生成することができる。そのために、蒸発装置ベッセルまたはベッセル本体を熱伝導性材から製作し、加熱して、支持トレイ上の前駆体を気化させることができ、かつ／または、加熱キャリヤガスをベッセルの中に流して物質移動勾配を生じさせ、固体原料前駆体物質から前駆体蒸気の連行を生じさせることができる。
【０００３】
市場が、使用率約５０％の現行レベルより高い使用レベルによる、前駆体物質のより一様な送出を要求するので、製造業者は、この要求に対処するために、用途に応じて大きさを変えたベッセル本体およびトレイアセンブリの組合わせによって対応する必要がある。しかし、アンプルまたは蒸発装置の規模を単に大きくするのは、より多くの前駆体物質を利用可能にする利点によって相殺できないであろう設置および再充填上の課題をユーザに対して生じ得る。したがって、半導体産業では、より長時間の前駆体送出の一様性を向上させる必要がある。
【発明の概要】
【０００４】
産業界における最近の用途では、高額の前駆体のより高い送出率と、より完全な使用率が要求される。蒸発装置性能に対して増加する要求により、従来のベッセル本体および支持トレイアセンブリを使用する現行の蒸発装置設計における弱点が明らかになってきた。エンドユーザにとって資材、エネルギー、人件費を実質的に増加することなく、支持トレイを有する蒸発装置ベッセル本体を使用する現行の前駆体蒸発システムを改良することが有利であろう。
【０００５】
蒸発装置またはアンプルシステムの一例示的実施形態では、少なくとも第１および第２の、長手方向に結合され、共通の長手方向軸を有するベッセル本体を備える多重ベッセル本体アセンブリであって、ベッセル本体が、多重ベッセル本体アセンブリの内部空間を画成し、ベッセル本体のそれぞれが、側壁およびベッセル本体リム開口によって画成される内部空間を有し、ベッセル本体のそれぞれが、ベッセル本体の内径を有し、側壁内面を有する、多重ベッセル本体アセンブリを備える蒸発原料物質を蒸発させ送出する蒸発装置アセンブリが提供される。蒸発装置システムは、また、第１のベッセル本体の底部開口の下に配置され、底部開口を閉鎖する基底部材と、第２のベッセル本体のリム開口上に配置された蓋部材であって、第２のベッセル本体が、第１のベッセル本体のリム開口上に配置される、蓋部材とを備える。システムは、さらに、多重ベッセル本体アセンブリの内部空間と流体連通するように配置されたガス入口およびガス出口であって、ガス入口が、多重ベッセル本体アセンブリの内部空間へ第１のガスを供給するように適合されている、ガス入口およびガス出口を備える。システムは、また、トレイ外周側壁が、内部空間内に、多重ベッセル本体アセンブリの内径と接するように配置されている、複数のベント付き支持トレイであって、第１のベッセル本体内に、かつ第２のベッセル本体内に配置された第２の組のトレイの下に配置された第１の組のトレイを備え、第１の組のトレイのそれぞれが、第２の組のトレイの第２のトレイ側壁高さより高い第１のトレイ側壁高さを有し、複数のベント付き支持トレイが、ガス入口とガス出口との間に延在する流路内に蒸発性原料物質を支持するように適合されている、複数のベント付き支持トレイを備える。
【０００６】
関連実施形態では、第１のベッセル本体が、第２のベッセル本体の長手方向高さより高い長手方向高さを有する。別の実施形態では、第１のベッセル本体の第１の長手方向高さが、第２のベッセル本体の長手方向高さと等しい。さらに別の関連実施形態では、第２のベッセル本体が、第１のベッセル本体の上側リム開口と対合するように構成された下側基底リムを備える。別の実施形態では、第１のトレイ側壁高さが、第２のトレイ側壁高さより低い。
【０００７】
蒸発装置システムの関連例示的実施形態では、第１の組の支持トレイの数が、第２の組の支持トレイの数と等しい。別の例示的実施形態では、第１の組の支持トレイの数が、第２の組の支持トレイの数より多い。さらに別の例示的実施形態では、第１の組の支持トレイのそれぞれの高さが、第２の組の支持トレイのそれぞれの高さの約３〜約４倍である。別の例示的実施形態では、蒸発装置アセンブリが、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、および一体に積層されたこれら薄膜の組合わせから構成されるグループから選択された耐蝕コーティングを有する支持トレイを備える。化学物質送出システムは、前駆体を昇華するために大きな容器を加熱し、それによって前駆体を蒸気状態に変換するように構成される。化学物質送出システムは、また、前駆体を蒸気状態に維持するために、第１の導管を加熱するように構成される。
【０００８】
関連実施形態では、側壁、ベッセル本体リム開口、および側壁内面によって画成される内部空間を有するベッセル本体を備える蒸発原料物質を蒸発させ送出する蒸発装置アセンブリが、提供される。蒸発装置アセンブリは、また、第１のベッセル本体の底部開口の下に配置され、その底部開口を閉鎖する基底部材と、ベッセル本体のリム開口上に配置された蓋部材と、ベッセル本体の内部空間と流体連通するように配置されたガス入口およびガス出口であって、ガス入口が、ベッセル本体の内部空間へ第１のガスを供給するように適合されている、ガス入口およびガス出口とを備える。蒸発装置アセンブリは、さらに、トレイ外周側壁が、内部空間内に、ベッセル本体の内径と接するように配置されている、複数のベント付き支持トレイであって、第１のベッセル本体内に、かつベッセル本体内に配置された第２の組のトレイの下に配置された第１の組のトレイを備え、第１の組のトレイのそれぞれが、第２の組のトレイの第２のトレイ側壁高さより高い第１のトレイ側壁高さを有し、複数のベント付き支持トレイが、ガス入口とガス出口との間に延在する流路内に蒸発性原料物質を支持するように適合されている、複数のベント付き支持トレイを備える。
【０００９】
様々な実施形態および本発明自体の新規な特徴が、本発明の構造および本発明の実施方法の両方に関し、本発明のさらなる利点と共に、特定の実施形態に関する以下の説明を添付図面と併せ読むことによって、最も良く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】１つまたは複数の支持トレイを囲う外殻本体を備える従来技術の蒸発装置ベッセルの図である。
【図１Ｂ】１つまたは複数の支持トレイを囲う蒸発装置ベッセルの実施形態の上視図である。
【図１Ｃ】１つまたは複数の支持トレイを囲う蒸発装置ベッセルの実施形態の側方切欠図である。
【図２Ａ】本発明の例示的実施形態による、ベッセル本体または基部の内部に一組の支持トレイを備える蒸発装置ベッセルアセンブリの透視図である。
【図２Ｂ】本発明の例示的実施形態による、ベッセル本体または基部の内部に一組の支持トレイを備える蒸発装置ベッセルアセンブリの分解組立図である。
【図２Ｃ】本発明の例示的実施形態による、ベッセル本体または基部の内部に一組の支持トレイを備える蒸発装置ベッセルアセンブリの側面図である。
【図２Ｄ】本発明の例示的実施形態による、ベッセル本体または基部の内部に一組の支持トレイを備える蒸発装置ベッセルアセンブリの上視図である。
【図３Ａ】本発明の例示的実施形態による、本明細書で説明される蒸発装置ベッセルのいずれにも合う支持トレイの上視図である。
【図３Ｂ】本発明の例示的実施形態による、本明細書で説明される蒸発装置ベッセルのいずれにも合う支持トレイの側面図である。
【図３Ｃ】本発明の例示的実施形態による、本明細書で説明される蒸発装置ベッセルのいずれにも合う支持トレイの透視図である。
【図４Ａ】本発明の例示的実施形態による、ベッセル本体または基部の内部に一組の支持トレイを備える蒸発装置ベッセルアセンブリの透視図である。
【図４Ｂ】本発明の例示的実施形態による、ベッセル本体または基部の内部に一組の支持トレイを備える蒸発装置ベッセルアセンブリの分解組立図である。
【図４Ｃ】本発明の例示的実施形態による、ベッセル本体または基部の内部に一組の支持トレイを備える蒸発装置ベッセルアセンブリの側面図である。
【図４Ｄ】本発明の例示的実施形態による、ベッセル本体または基部の内部に一組の支持トレイを備える蒸発装置ベッセルアセンブリの上視図である。
【図５Ａ】本発明の例示的実施形態による、本明細書で説明される蒸発装置ベッセルのいずれにも合う支持トレイの上視図である。
【図５Ｂ】本発明の例示的実施形態による、本明細書で説明される蒸発装置ベッセルのいずれにも合う支持トレイの側面図である。
【図５Ｃ】本発明の例示的実施形態による、本明細書で説明される蒸発装置ベッセルのいずれにも合う支持トレイの透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下は、本開示による方法および装置に関する様々な関連概念、および実施形態のより詳細な説明である。上記で紹介され、下記でより詳細に説明される主題の様々な態様は、主題がいかなる特定の実行様式にも制約されないので、多数の方式のいずれにおいても実行することができることを理解されたい。特定の実行形態および適用形態の例が、主として例示目的のために提供される。
【００１２】
図を参照すると、図１Ａは、従来技術の一般的タイプの蒸発装置１０の透視図である。蒸発装置１０は、適切な熱伝導材から製作されたベッセル本体１２を備える。ベッセル本体１２は、ベッセルの内部空間を一体となって形成する床１４およびそれに外接する側壁１６を備える。ベッセル本体１２は、その内部空間を通るキャリヤガスの一様な流れを容易にするいかなる形状でもよい。一実施形態では、ベッセルは、極めて精密な寸法公差（たとえば１／１０００〜３／１０００インチ（２５．４μｍ〜７６．２μｍ）の範囲）で機械加工された円筒形を有する。ベッセルは蓋１８を備え、その蓋の上に、そのバルブが開かれるとベッセルの内部空間にキャリヤガスを選択的に導入するように配置されたキャリヤガス入口バルブ２０と、蒸発装置ベッセルから蒸発物質を計量供給するガス出口バルブ４０とが装着されている。蒸発装置ベッセル本体１２は、ステンレス鋼、グラファイト、銀、銀合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉛、ニッケルクラッド材、炭化珪素被覆グラファイト、熱分解炭素被覆グラファイト、窒化ホウ素、セラミック材など、ならびにそのようなタイプの２つ以上の物質の組合わせ、混合物、および合金を含む材料から構成することができる。
【００１３】
垂直に積み上げられた複数の支持トレイ２２が、ベッセル本体１２の内部空間に配置されている。積み重ねられた支持トレイは、清掃および再充填のために、互いに分離可能であり、ベッセル本体から取り外し可能である。内部中央キャリヤガス降下チューブ２３が、ベッセル本体内に配置され、そのチューブ２３は、入口バルブ２０に連結された、蓋のガス入口に接続（溶接）され、キャリヤガスを、垂直に積み重ねられたトレイの配列の最下段のトレイの下の内部空間の底部まで送る。図１Ａでは、中央キャリヤガス下降チューブ２３は、トレイの床を通って延在する各トレイの円筒形カラーを通り抜ける。この例では、相次ぐトレイの間に配置された封止Ｏ−リング３８を、下降チューブ２３に隣接して、円筒形カラーに備え、それによって、トレイの床と下降チューブとの交差箇所での漏れ止めシールを確実にする。トレイ間を封止するために、各トレイの側壁の上面に追加の外側Ｏ−リングを用いることができる。個々のトレイ２２はそれぞれ、原料物質を載せ支持するためのトレイの凹みを形成する床および側壁を有する。トレイは、好ましくは、たとえばステンレス鋼、銀、銀合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉛、ニッケルクラッド材、グラファイト、熱分解炭素被覆グラファイト、炭化珪素被覆グラファイト、窒化ホウ素、セラミック材、ならびに前述の２つ以上の組合わせ、混合物、および複合材など、非反応性熱伝導性材料から製作される。
【００１４】
再び図１Ａを参照すると、垂直に積み重ねられたトレイには、キャリヤガスがそれを通って流れる複数の突起または貫通チューブ３０が設けられている。トレイは、加熱して気化させる固体前駆体物質を保持する。加熱は、ベッセル本体内に搭載されたトレイを伝導により加熱するようにベッセル本体に投入される熱エネルギーによって行うことができ、その結果、トレイ内に配置された前駆体物質が、気化するのに十分な加熱を受ける。気化された前駆体は、次いで、蒸発装置ベッセルの内部空間を通して流されるキャリヤガスに連行され、そのキャリヤガスによって出口４０を経由して計量供給式にバルブ本体から送り出される。熱エネルギーを投入して蒸発装置ベッセル１０を加熱することに加えて、あるいはその代わりに、キャリヤガス自体を、キャリヤガスが前駆体物質と接触するとトレイ内の前駆体物質に気化を起こさせ、またはそれを補助するのに十分な温度まで加熱することができる。
【００１５】
図１Ｂおよび１Ｃは、１つまたは複数の支持トレイ１２２を囲う蒸発装置ベッセル１１０の別の実施形態の側方切欠図および上視図を示す。蒸発装置１１０は、適切な熱伝導材から製作されたベッセル本体１１２を備える。ベッセル本体１１２は、一体となってベッセルの内部空間を形成する床１１４およびそれに外接する側壁１１６を備える。ベッセル本体１１２は、その内部空間を通るキャリヤガスの一様な流れを容易にするいかなる形状でもよい。一実施形態では、ベッセルは、極めて精密な寸法公差（たとえば１／１０００〜３／１０００インチ（２５．４μｍ〜７６．２μｍ）の範囲）で機械加工された円筒形を有する。ベッセルは、ベッセル本体１１２を覆って合わさる蓋１１８を備え、蓋１１８と本体１１２との間の封止を向上させる挿入Ｏ−リング１３８を備える。蓋１１８は、そのバルブを開くとキャリヤガスをベッセルの内部空間へ選択的に導入するように配置されたキャリヤガス入口バルブ１２０と、蒸発物質を蒸発装置ベッセルから計量供給するためのガス出口バルブ１４０と、設置後に接続部を浄化して乾かし、使用後に容器を取り外すために残留化学物質を除去するのに使用するバイパスバルブ１５０とを、蓋の上に装着して備える。バイパスバルブは、また、ウェーハとウェーハとの間またはパルスとパルスとの間に、キャリヤガスの流れを蒸着中の容器とバイパスとの間で循環させるために使用することができる。蒸発装置ベッセル本体１１２は、上記のベッセル本体１２と同様な材料から構成することができる。
【００１６】
ベッセル本体１１２の内部空間に配置されているのは、垂直に積み上げられた複数の支持トレイ１２２である。積層支持トレイは、清掃および再充填のために、互いに分離可能であり、ベッセル本体から取り外し可能である。内部中央キャリヤガス降下チューブ１２３が、ベッセル本体内に配置され、そのチューブ１２３は、入口バルブ１２０に連結された、蓋のガス入口に接続（溶接）され、キャリヤガスを、垂直に積み重ねられたトレイの配列の最下段のトレイの下の内部空間の底部まで送り、前駆体物質を伴うガスが、ベントチューブを通って上昇し、チューブ１４２を抜け、出口１４０を通って出る。図１Ｃでは、中央キャリヤガス下降チューブ１２３は、トレイの床を通って延在する各トレイの円筒形カラーの中を通る。この例では、相次ぐトレイの間に配置された円筒形カラーまたは封止Ｏ−リング１２４を、下降チューブ１２３に隣接して、円筒形カラーに備え、それによって、トレイの床と下降チューブとの交差箇所での漏れ止めシールを確実にする。別法として、Ｏ−リングは、キャリヤガス降下チューブと第１段目のトレイの間のみを封止し、その下に続くトレイは、Ｏ−リングなしに適切に封止される。追加の外側Ｏ−リング１３８が、本体または基部フランジと蓋１１８との間を封止するために使用される。個々のトレイ１２２はそれぞれ、原料物質を載せ支持するためのトレイの凹みを形成する床および側壁を有する。トレイは、好ましくは、たとえばステンレス鋼、銀、銀合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉛、ニッケルクラッド材、グラファイト、熱分解炭素被覆グラファイト、炭化珪素被覆グラファイト、窒化ホウ素、セラミック材、ならびに前述の２つ以上の組合わせ、混合物、および複合材など、非反応性熱伝導性材料から製作される。
【００１７】
再び図１Ｂおよび１Ｃを参照すると、垂直に積み重ねられたトレイには、キャリヤガスがそれを通って流れる複数の突起または貫通チューブ１３０が設けられている。トレイは、加熱して気化させる固体前駆体物質を保持する。加熱は、ベッセル本体内に搭載されたトレイを伝導により加熱するようにベッセル本体に投入される熱エネルギーによって行うことができ、その結果、トレイ内に配置された前駆体物質が、気化するのに十分な加熱を受ける。気化された前駆体は、次いで、蒸発装置ベッセルの内部空間を通して流されるキャリヤガスに連行され、そのキャリヤガスによって出口４０を経由して計量供給式にバルブ本体から送り出される。上記および本明細書に記載の他の実施形態に対して熱エネルギーを投入して蒸発装置ベッセル１１０を加熱することに加えて、あるいはその代わりに、キャリヤガス自体を、キャリヤガスが前駆体物質と接触するとトレイ内の前駆体物質に気化を起こさせ、またはそれを補助するのに十分な温度まで加熱することができる。
【００１８】
半導体加工処理用に前駆体物質の一様で連続的昇華を容易にする従来技術で提供された様々な形態にも拘わらず、半導体構成要素製造業者は、急速に変化する半導体構成要素設計がより高い製造効率を要求することに対処する傍ら、半導体構成要素加工処理能力を増強し、半導体構成要素の歩留まりを向上させる課題に対峙している。これら課題は、アンプルまたは蒸発装置アセンブリの寿命を通して、送出量の増加および送出の一貫性の向上の両方に対する必要性を決定づける。半導体加工処理の既存設備の全部を改善することができる１つの領域は、これら製造課題、エネルギー消費課題、および前駆体昇華効率課題のいくつかに対処するために、現行の設備に導入することができる蒸発装置ベッセル設計によって、前駆体物質の昇華の効率の向上を実現することである。現場で容易に用いることができる改装可能または改造可能な蒸発装置アセンブリを実現することは、半導体製造業者にとって著しい利点になり、従来技術の進歩になる。
【００１９】
ここで、前駆体物質の使用率および使用効率ならびに半導体製造業者にとっての最終製品歩留まりの向上を解決する本発明の様々な実施形態の１つまたは複数を参照すると、現行の設備に見られる現行の標準的蒸発装置ベッセルを改装することができる蒸発装置アセンブリが示される。ここで、図２Ａ〜２Ｄを参照すると、本発明の例示的実施形態によるベッセル本体または基部アセンブリ２１２の内部の一組の支持トレイ２２２を含めて、蒸発原料物質を蒸発させ送出する蒸発装置ベッセルアセンブリ２００の透視図、分解組立図、側面図、および上視図が示される。ベッセルアセンブリ２００は、側壁２１６、ベッセル本体リム開口２１７および側壁内面によって画成される内部空間を有するベッセル本体２１２を備える。蒸発装置アセンブリは、また、第１のベッセル本体２１２の底部開口の下に配置され、その底部開口を閉鎖する基底部材２１４と、ベッセル本体のリム開口２１７に配置された蓋部材２１８と、ベッセル本体２１２の内部空間と流体連通状態に配置されたガス入口２２０およびガス出口２４０とを備え、ガス入口２２０は、第１のガスをベッセル本体２１２の内部空間へ供給するように構成されている。
【００２０】
一例示的実施形態では、ベッセル本体は、極めて精密な寸法公差（たとえば１／１０００〜３／１０００インチ（２５．４μｍ〜７６．２μｍ）の範囲）で機械加工された円筒形を有する。ベッセルは、ベッセル本体２１２を覆って合わさる蓋２１８を備え、蓋２１８と本体２１２との間の封止を向上させる挿入Ｏ−リング２３８を備える。蓋２１８は、ボルト２１８Ａなどの装着金具と、ベッセルを移動させるための、付属スクリュウー２１８Ｃを有するハンドル２１８Ｂを備える。蓋２１８は、さらに、そのバルブを開くとキャリヤガスをベッセルの内部空間へ選択的に導入するように配置されたキャリヤガス入口バルブ２２０（およびキャリヤバルブアセンブリ２２０Ａ）と、蒸発物質を蒸発装置ベッセルから計量供給するためのガス出口バルブ２４０と、設置後に接続部を浄化して乾かし、使用後に容器を取り外すために残留化学物質を除去するのに使用するバイパスバルブ２５０とを、蓋の上に装着して備える。バイパスバルブは、また、ウェーハとウェーハとの間に、キャリヤガスの流れを蒸着中の容器とバイパスとの間で循環させるために使用することができる。蒸発装置ベッセル本体２１２は、上記のベッセル本体１２および１１２と同様な材料から構成することができる。
【００２１】
この例示的実施形態では、蒸発装置アセンブリ２００は、ベッセル本体２１２の内部空間内に配置され、その内部空間の内径に接する、トレイ外周側壁２１６を有する複数のベント付き支持トレイ２２２をさらに備え、複数のベント付き支持トレイ２２２は、第１のベッセル本体２１２内に、かつベッセル本体２１２内に配置された第２の組のトレイ２２２Ｂの下に配置された第１の組のトレイ２２２Ａを備える。この例示的実施形態では、トレイ２２２Ａと２２２Ｂとは、ほぼ同じ側壁高さを有し、複数の支持トレイは、ガス入口とガス出口との間に延在する流路内に蒸発性原料物質を支持するように適合されている。別の実施形態では、第１の組のトレイ２２２Ａは、第２の組のトレイ２２２Ｂの第２のトレイ側壁高さより高い第１のトレイ側壁高さを有する。第１の組のトレイ２２２Ａ内に配置された、増加した側壁高さ（それは前駆体物質にとってより大きい容器容積を有する）によって増加した前駆体物質は、キャリヤガスが中央キャリヤチューブを通り抜けトレイ２２２を通って上がって行くとき、より一様な使用率を促す。図２Ｃおよび２Ｄは、特に支持トレイ２２２を担持するベッセル本体に結び付く寸法を有するベッセルアセンブリ２００の側面図および上視図を示す。
【００２２】
次いで図３Ａ〜３Ｃを参照すると、本発明の例示的実施形態によって本明細書で説明される蒸発装置ベッセルのいずれにも合う支持トレイ２２２Ａの上視図、側面図、および透視図が示されている。この例示的実施形態では、支持トレイ２２２Ａは、前駆体物質を支持する床パネル２２６Ａ（および側壁２２７Ａ）を備え、キャリヤガスがベッセルまたはアンプル内の様々なトレイモジュール通って流れ上がることを容易にする複数の貫通チューブ２２３Ａ（または蒸発装置システムに応じて穴もしくは長形スロット）を備える。この例示的実施形態では、側壁２２７Ａは、約１．１７０インチの高さを有し、貫通チューブ２２３Ａは、床パネル２２６Ａの上に約０．９６５インチの高さを有し、トレイ２２２Ａの水平面の表面のすぐ下に来る。様々な実施形態における貫通チューブ２２３Ａは、支持トレイの床２２６Ａから上方へ延出し、トレイの床２２６Ａの、対応する開口または穴と連通する中央通路２２５Ａを画成する。別の実施形態では、貫通チューブ２２３Ａは、同様にトレイの床２２６Ａから上方へ延出するだけでなく、図３Ｂに示されるようにトレイ２２２Ａの下から下方へ延出し、その結果、トレイの床の上と下との両方で、中央通路２２５Ａを、貫通チューブによって、たとえばそれらの中央孔としてやはり取り囲むことができる。貫通チューブは、円筒形や円錐台形など、貫通チューブを通るガスの流れを可能にするいかなる形状または構成でもよい。関連実施形態では、ベッセル本体およびトレイは、支持トレイおよびベッセル本体の外周に沿って下降するなど、中央開口以外の中央または主ガス流構造を使用する。
【００２３】
次いで、図４Ａ〜４Ｄを参照すると、本発明の例示的実施形態による、ベッセル本体または基部の内部に一組の支持トレイ２２２Ａおよび２２２Ｂを備える蒸発装置ベッセル４００の透視図、分解組立図、側面図、および上視図が示されている。アセンブリ４００は、少なくとも第１および第２の、長手方向に結合され、共通の長手方向軸を有するベッセル本体４１２および４２２それぞれを備える多重ベッセル本体アセンブリ４１０を具備し、それらベッセル本体が、多重ベッセル本体アセンブリの内部空間を画成する。それぞれのベッセル本体が、側壁およびベッセル本体リム開口４１７および４２７それぞれによって画成される内部空間４１６および４２６それぞれを有し、それぞれのベッセル本体が、ベッセル本体の内径を有し、側壁内面を有する。この実施形態では、ベッセル本体４１２および４２２それぞれは、極めて精密な寸法公差（たとえば１／１０００〜３／１０００インチ（２５．４μｍ〜７６．２μｍ）の範囲）で機械加工された円筒形を有する。
【００２４】
蒸発装置システム４００は、また、第１のベッセル本体４１２の底部開口の下に配置され、その底部開口を閉鎖する基底部材４１４と、第２のベッセル本体４２２のリム開口４２７上に配置された蓋部材４１８とを備え、第２のベッセル本体４２２は、第１のベッセル４１２のリム開口４１７上に配置された底部リム４２２Ａを有する。ベッセル本体４２２を覆って合わさる蓋４１８は、蓋４１８と本体４２２との間の封止を向上させる挿入Ｏ−リング２３８をやはり備える。蓋４１８は、ボルト４１８Ａのような装着金具をやはり備える（ベッセル４００を移動するための、付属スクリューを有するハンドルも備え得る）。システム４００は、多重ベッセル本体アセンブリの内部空間と流体連通状態に配置されたガス入口４２０（およびキャリヤバルブアセンブリ４２０Ａ）および蒸発物質を蒸発装置ベッセルから計量供給するガス出口４４０をさらに備え、ガス入口４２０は、第１のガスを多重ベッセル本体アセンブリ４１０の内部空間へ供給するように構成されている。蓋４１８は、設置後に接続部を浄化して乾かし、使用後に容器を取り外すために残留化学物質を除去するのに使用するバイパスバルブ４５０をさらに備える。バイパスバルブは、また、ウェーハとウェーハとの間に、キャリヤガスの流れを蒸着中の容器とバイパスとの間で循環させるために使用することができる。蒸発装置ベッセル本体４１２および４２２は、上記のベッセル本体１２、１１２、および２１２と同様な材料から構成することができる。
【００２５】
システム４００は、内部空間内に、多重ベッセル本体アセンブリ４１０の内径と接するように配置されたトレイ外周側壁を有する複数のベント付き支持トレイ２２２Ａおよび２２２Ｂを備え、複数のベント付き支持トレイは、第１のベッセル本体４１２内に、かつ第２のベッセル本体４２２内に配置された第２の組のトレイ２２２Ａの下に配置された第１の組のトレイ２２２Ｂを備え、第１の組のトレイ２２２Ｂのそれぞれは、第２の組のトレイ２２２Ａの第２のトレイ側壁高さより高い第１のトレイ側壁高さを有し、複数の支持トレイは、ガス入口４２０とガス出口４４０との間に延在する流路内に蒸発性原料物質を支持するように設計されている。この例示的実施形態では、支持トレイ２２２Ｂは、トレイ２２２Ａより多くの蒸発性物質を支持するように、より深く、またはより高いトレイ側壁を有するように意図的に設計され、それによって、より一様な物質の蒸発を促し、その結果、製造される基板上に物質をより一様に蒸着させる。さらにまた、トレイ２２２Ｂ内に増量された物質は、ベッセルアセンブリ４１０の支持トレイへ蒸発性物質を追加するためにラインを停止する必要が生じる迄の、一生産操業当たりの生産時間を長くする。この多重ベッセル本体アセンブリ４１０および大きさの異なる支持トレイによって、使用レベルが、約５０％の従来の使用レベルから９０％まで増加している。この例示的実施形態では、５つの大きい方の支持トレイ２２２Ｂが、小さい方の支持トレイ２２２Ａと共に使用されている。別の実施形態では、２〜４個の小さい方のトレイ２２２Ａに対して４〜６個の大きい方のトレイ２２２Ｂなど、小さい方のトレイ２２２Ａに対してより多くの大きい方のトレイ２２２Ｂを有する比率になる。
【００２６】
関連実施形態では、第１のベッセル本体４１２が、第２のベッセル本体４２２の長手方向高さより高い長手方向高さを有する。別の実施形態では、第１のベッセル本体４１２の第１の長手方向高さが、第２のベッセル本体４２２の長手方向高と等しい。さらに別の関連実施形態では、第２のベッセル本体４２２は、第１のベッセル本体の上側リム開口と対合するように構成された下側基底リムを備える。別の実施形態では、トレイ２２２Ｂの第１のトレイ側壁高さが、トレイ２２２Ａの第２のトレイ側壁高さより低い。蒸発装置システムの関連する例示的実施形態では、第１の組の支持トレイ２２２Ａの数が、第２の組の支持トレイ２２２Ｂの数と等しい。別の例示的実施形態では、第１の組の支持トレイ２２２Ａの数が、第２の組の支持トレイ２２２Ｂの数より多い。さらに別の例示的実施形態では、第１の組の支持トレイ２２２Ｂのそれぞれの高さが、第２の組の支持トレイ２２２Ａのそれぞれの高さの約３〜約４倍である。別の例示的実施形態では、蒸発装置アセンブリが、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、および一体に積層されたこれら薄膜の組合わせから構成されるグループから選択された耐蝕コーティングを有する支持トレイを備える。
【００２７】
次いで、図５Ａ〜５Ｃを参照すると、本発明の例示的実施形態によって本明細書で説明される蒸発装置ベッセルのいずれにも合う支持トレイの上視図、側面図、および透視図が示されている。この例示的実施形態では、支持トレイ２２２Ｂは、前駆体物質を支持する床パネル２２６Ｂ（および側壁２２７Ｂ）を備え、キャリヤガスがベッセルまたはアンプル内の様々なトレイモジュール通って流れ上がることを容易にする複数の貫通チューブ２２３Ｂ（または蒸発装置システムに応じて穴もしくは長形スロット）を備える。この例示的実施形態では、側壁２２７Ｂは、約２．３５５インチの高さを有し、貫通チューブ２２３Ｂは、床パネル２２６Ｂの上に約２．１５０インチの高さを有し、トレイ２２２Ｂの水平面の表面のすぐ下に来る。様々な実施形態における貫通チューブ２２３Ｂは、支持トレイの床２２６Ｂから上方へ延出し、トレイの床２２６Ｂの、対応する開口または穴と連通する中央通路２２５Ｂを画成する。別の実施形態では、貫通チューブ２２３Ｂは、同様にトレイの床２２６Ｂから上方へ延出するだけでなく、図５Ｂに示されるようにトレイ２２２Ｂの下から下方へ延出し、その結果、トレイの床の上と下との両方で、中央通路２２５Ｂを、貫通チューブによって、たとえばそれらの中央孔として取り囲むことができる。貫通チューブは、円筒形や円錐台形など、貫通チューブを通るガスの流れを可能にするいかなる形状または構成でもよい。関連実施形態では、ベッセル本体およびトレイは、支持トレイおよびベッセル本体の外周に沿って下降するなど、中央開口以外の中央または主ガス流構造を使用する。
【００２８】
貫通チューブ２２３Ａおよび２２３Ｂは、たとえば溶接、ロー付け、機械的固定具装着、圧入、スエージングなどによるあらゆる適切な態様でトレイの床に固定される。別法では、貫通チューブを、トレイの床の一部として一体に形成することができる。特定の実施形態では、貫通チューブそれぞれの高さは、トレイ側壁の高さとほぼ同じ高さである一方で、貫通チューブそれぞれの高さがその側壁より高い、または低い別の実施形態が考えられる。それぞれのトレイの側壁は、トレイが蒸発装置のベッセルの内部空間内に垂直に延在する積層配列を形成するように積み重ね可能であるような、十分な高さであり得る。
【００２９】
本明細書で説明された様々な支持トレイアセンブリは、所与の用途に使用される標準的蒸発装置アセンブリに適用される標準的蒸発装置の温度に曝すことができ、その温度は、たとえば化学気相成長装置またはイオン注入システムなどの下流の流体使用装置の作動条件、ならびに用いられる原料物質の蒸気圧および量に依存する。昇華性固体原料反応体が使用される様々な特定の実施形態では、約２０℃〜約３００℃の範囲の蒸発装置温度を使用することができる（現行の実用性は、３００℃を超える高純度バルブの使用可能性によって制約され得る）。ハロゲン化金属固体原料反応体に関する本発明の実施では、たとえば、特定の実施形態において、約１００℃〜約２００℃の範囲の温度を使用することがある。原料反応体物質は、固体形態、液体形態、半固体形態、または適切な溶媒に溶解または拡散された原料反応体物質を含む溶液を含めて、あらゆる適切な形態でよい。その他の昇華用の化学物質、トレイモジュール構成、ガス流れ、およびアンプルアセンブリ構成については、Ｃｌｅａｒｙ他への米国特許第８,８２１，６４０号、および２０１５年１０月２９日公開のＢａｕｍ他へのＷＯ２０１５／１６４０２９、題名ＳＯＬＩＤ  ＶＡＰＯＲＩＺＥＲを参照されたく、後者は、参照により全体が援用される。
【００３０】
本発明の様々な実施形態を、本発明の詳細を例示する目的で、また、当業者が本発明を理解し使用することを可能にするために上記で説明してきた。開示された実施形態の詳細および特徴は、限定的であることを意図するものではなく、多くの変形形態および修正形態が当業者にとって容易に明らかになるであろう。したがって、本開示の範囲は、広く解釈すべきものであり、添付特許請求の範囲およびその法的同等物の範囲および趣旨に収まる全ての変形形態および修正形態を包含するものである。
【図１Ａ】
2021507104.tif 000003
【図１Ｂ】
2021507104.tif 000004
【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
2021507104.tif 000009
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2021507104.tif 000011
【図３Ｃ】
2021507104.tif 000012
【図４Ａ】
2021507104.tif 000013
【図４Ｂ】
2021507104.tif 000014
【図４Ｃ】
2021507104.tif 000015
【図４Ｄ】
2021507104.tif 000016
【図５Ａ】
2021507104.tif 000017
【図５Ｂ】
2021507104.tif 000018
【図５Ｃ】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年8月25日(2020.8.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発原料物質を蒸発させ送出する蒸発装置アセンブリであって、
少なくとも第１および第２の、長手方向に結合され、共通の長手方向軸を有するベッセル本体を備える多重ベッセル本体アセンブリであり、前記ベッセル本体が、多重ベッセル本体アセンブリの内部空間を画成し、前記ベッセル本体のそれぞれが、側壁およびベッセル本体リム開口によって画成される内部空間を有し、前記ベッセル本体のそれぞれが、前記ベッセル本体の内径を有し、側壁内面を有する、多重ベッセル本体アセンブリと、
前記第１のベッセル本体の底部開口の下に配置され、前記底部開口を閉鎖する基底部材と、
前記第２のベッセル本体の前記リム開口上に配置された蓋部材であり、前記第２のベッセル本体が、前記第１のベッセル本体の前記リム開口上に配置される、蓋部材と、
前記多重ベッセル本体アセンブリの前記内部空間と流体連通するように配置されたガス入口およびガス出口であり、前記ガス入口が、前記多重ベッセル本体アセンブリの前記内部空間へ第１のガスを供給するように適合されている、ガス入口およびガス出口と、
トレイ外周側壁が、前記内部空間内に、前記多重ベッセル本体アセンブリの内径と接するように配置されている、複数のベント付き支持トレイであり、前記第１のベッセル本体内に、かつ前記第２のベッセル本体内に配置された第２の組のトレイの下に配置された第１の組のトレイを備え、前記第１の組のトレイのそれぞれが、前記第２の組のトレイの第２のトレイ側壁高さより高い第１のトレイ側壁高さを有し、複数のベント付き支持トレイが、前記ガス入口と前記ガス出口との間に延在する流路内に蒸発性原料物質を支持するように適合されている、複数のベント付き支持トレイと
を備える、蒸発装置アセンブリ。
【請求項２】
前記第２のベッセル本体が、前記第１のベッセル本体の上側リム開口と対合するように構成された下側基底リムを備える、請求項１に記載の蒸発装置アセンブリ。
【請求項３】
前記第１のベッセル本体が、前記第２のベッセル本体の長手方向高さより高い長手方向高さを有する、請求項１に記載の蒸発装置アセンブリ。
【請求項４】
前記第１のベッセル本体の第１の長手方向高さが、前記第２のベッセル本体の長手方向高さと等しい、請求項１に記載の蒸発装置アセンブリ。
【請求項５】
前記第１のトレイ側壁高さが、前記第２のトレイ側壁高さより低い、請求項１に記載の蒸発装置アセンブリ。
【請求項６】
蒸発原料物質を蒸発させ送出する蒸発装置アセンブリであって、
側壁およびベッセル本体リム開口によって画成される内部空間を有するベッセル本体と、
前記ベッセル本体の底部開口の下に配置され、前記底部開口を閉鎖する基底部材と、
前記ベッセル本体の前記リム開口上に配置された蓋部材と、
前記ベッセル本体の前記内部空間と流体連通するように配置されたガス入口およびガス出口であり、前記ガス入口が、前記ベッセル本体の前記内部空間へ第１のガスを供給するように適合されている、ガス入口およびガス出口と、
トレイ外周側壁が、前記内部空間内に、前記ベッセル本体の内径と接するように配置されている、複数のベント付き支持トレイであり、第１のベッセル本体内に配置された第１の組のトレイを備え、前記ガス入口と前記ガス出口との間に延在する流路内に蒸発性原料物質を支持するように適合され、前記基底部材の近くに配置された少なくとも１つの支持トレイが、前記少なくとも１つの支持トレイの外面周りに配置されたＯ−リングを備える、複数のベント付き支持トレイと
を備える、蒸発装置アセンブリ。
【請求項７】
前記複数のベント付き支持トレイが、前記ベッセル本体内で前記第１の組のトレイの上に配置された第２の組のトレイを備え、前記第１の組のトレイのそれぞれが、前記第２の組のトレイの第２のトレイ側壁高さより高い第１のトレイ側壁高さを有する、請求項６に記載の蒸発装置アセンブリ。
【請求項８】
前記支持トレイのそれぞれが、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、および一体に積層されたこれら薄膜の組合わせから構成されるグループから選択された耐蝕コーティングを有する、請求項６に記載の蒸発装置アセンブリ。
【請求項９】
蒸発原料物質を蒸発させ送出する蒸発装置アセンブリであって、
側壁、ベッセル本体リム開口、および側壁内面によって画成される内部空間を有するベッセル本体と、
前記第１のベッセル本体の底部開口の下に配置され、前記底部開口を閉鎖する基底部材と、
前記ベッセル本体の前記リム開口上に配置された蓋部材と、
前記ベッセル本体の前記内部空間と流体連通するように配置されたガス入口およびガス出口であり、前記ガス入口が、前記ベッセル本体の前記内部空間へ第１のガスを供給するように適合されている、ガス入口およびガス出口と、
トレイ外周側壁が、前記内部空間内に、前記ベッセル本体の内径と接するように配置されている、複数のベント付き支持トレイであり、前記第１のベッセル本体内に、かつ前記ベッセル本体内に配置された第２の組のトレイの下に配置された第１の組のトレイを備え、前記第１の組のトレイのそれぞれが、前記第２の組のトレイの第２のトレイ側壁高さより高い第１のトレイ側壁高さを有し、複数のベント付き支持トレイが、前記ガス入口と前記ガス出口との間に延在する流路内に蒸発性原料物質を支持するように適合されている、複数のベント付き支持トレイと
を備える、蒸発装置アセンブリ。
【請求項１０】
前記支持トレイのそれぞれが、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、および積層構造内のこれらコーティングの組合わせから構成されるグループから選択された耐蝕コーティングを有する、請求項９に記載の蒸発装置アセンブリ。
【国際調査報告】
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