CN101634013B - 多向气体分配系统与多向气体分配淋浴头装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多向气体分配系统与多向气体分配淋浴头装置，该多向气体分配系统包括一腔体与一淋浴头。腔体用以容纳多路气体且排出多路气体。淋浴头设置于腔体之中。淋浴头包括具有至少一多通道气体传递管件以及至少两分支管路，至少两分支管路设置于所述至少一多通道气体传递管件之中并用以同时将未混合的多路气体排放进入腔体。

Description

多向气体分配系统与多向气体分配淋浴头装置
技术领域
本发明涉及一种多向气体分配系统，特别涉及可同时传递分离气体的一种气体分配系统。
背景技术
III/V族半导体用以制作如微波频率集成电路的装置。举例而言，微波频率集成电路可为红外线发光二极管、激光二极管、太阳能电池。以砷化镓(GaAs)的III/V族半导体为例，砷化镓为砷与镓两元素的化合物。
为了形成半导体装置中的III/V族半导体层，含有III/V族元素的气体被释放于具有一工件的一腔体之中。通过III族元素与V族元素之间相互反应，于工件之上便可沉积形成一对应的III/V族半导体。就半导体形成方法过程中所加入腔体中的来源气体而言，此来源气体对于最后产生的III/V族半导体装置的均匀性、纯度与结构有相当重要的关联性。
就用于将气体传递的一腔体的现有系统中，此现有系统包括了来源气体的预混合。然而，现有系统的缺点在于预混合的元素、预混合气体传递至腔体的设备维修上问题，这是因为预混合气体会与传递系统产生反应，并且预混合气体会在传递系统中产生沉淀。此外，部分气体无法进行预混合、造成挥发或其它问题。
另一现有系统是采用了依序方式而传递多路气体的腔体。气体传递系统供应一第一气体，随后再通过气体传递系统供应一第二气体。气体传递系统是可对于工件进行回转，并且可依需求而重复此过程，如此便可获得所需的薄膜厚度。此现有系统的主要缺点在于工件的不均匀性。虽然在工件的层结构中是需要一明显浓度变化而可达到上述不均匀性的改良，但在此现有系统中的气体转换方法是无法取得此明显浓度变化。
又一现有系统是采用了将一气体传递至腔体中的一部分，并且将另一气体传递至腔体中的另一部分。气体传递系统是可对于工件进行回转。然而，此现有系统所产生的薄膜具有不均匀、合格率降低等问题。
因此，如何能提出一种新颖的气体分配系统而可针对上述现有技术中的问题提出解决实为重要的课题所在。
发明内容
一般而言，上述现有技术中所产生的问题可通过可同时传递分离气体的一气体分配系统及其技术上的优点而加以克服。
于本发明中的实施例提出了一种多向气体分配系统。此多向气体分配系统包括一腔体与一淋浴头。腔体用以容纳多路气体且排出多路气体。淋浴头设置于腔体之中。淋浴头包括具有至少两分支管路的至少一多通道气体传递管件，至少两分支管路用以同时将未混合的多路气体排放进入腔体。
为了让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，以下特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。虽然本发明已以较佳实施例进行揭露，然而其并非用以限制本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可做变化与修饰，因此本发明的保护范围当视所附权利要求书所限定的范围所界定的范围为准。
附图说明
图1为示出根据本发明的一实施例的一多向气体分配系统的图式；
图2A、图2B为示出具有两通道气体传递管件的多个淋浴头的实施例的图式；
图3A、图3B为分别示出具有四通道气体传递管件与五通道气体传递管件的多个淋浴头的实施例的图式；
图4为示出内含于淋浴头的气体互连器与入口的图式；
图5为示出具有室挡板的一多向气体分配系统的一实施例的图式；
图6为示出一多向气体分配系统的一实施例的图式，其中，一淋浴头包括一气体传递管件，一腔体包括一挡板；以及
图7A、图7B为示出具有一同心圆淋浴头与多个同心圆挡板的一多向气体分配系统的一实施例的图式。
其中，附图标记说明如下：
100～多向气体分配系统               102～腔体
104～气体输入区域                   106～控制器
108～淋浴头                         110～工件
112～平台                           114～排气孔
116～气体管件                       118～机构
120～箭头                           122～多通道气体传递管件
124～连接件                         126～连接件
208～淋浴头                         222～两通道气体传递管件
234～内分支管路                     236～外分支管路
252～气体传递管件                   254～内分支管路
256～外分支管路                     258～淋浴头
308～淋浴头                         322～四通道气体传递管件
352～五通道气体传递管件             353～内分支管路
354～外分支管路                     358～淋浴头
400～淋浴头                         401、402～气体互连管件
403～次气体管件                     422～两通道气体传递管件
438、439～气体入口                  500～多向气体分配系统
501、502、503～分支管路             508～淋浴头
510～工件                           522～多通道气体传递管件
550～室挡板                         552～上腔体
602～上腔体                         608～淋浴头
622～五通道气体传递管件             655～挡板
702～腔体                           708～同心圆淋浴头
710a、710b、710c～同心圆分支管路    711～内分支管路
751～工件                           755～同心圆挡板
a-a～剖面                           d1、d2～距离
具体实施方式
以下将对于较佳实施例的制作与使用提出详细的说明。然而，经由所列举的一实施例可看出，此实施例所提供的许多可实施的发明概念是可在各式各样变化的特定上下文中而予以实施。于所提出特定实施例仅利用特定方法说明了本发明的制作与使用，但并不会对于本发明的范围造成限制。
本发明将在一特定上下文中对于所列举实施例提出说明，亦即，在一工件上生成磊晶层的有机金属化学气相沉积法(MOCVD)系统。这些实施例可应用在其它半导体制作设备(例如：蚀刻器、熔炉、电浆反应器)及可受益于一多向气体分配系统及/或装置的其它类似设备。
图1为示出根据本发明的一实施例的一多向气体分配系统100的图式。多向气体分配系统100包括一腔体102、一气体输入区域104、一控制器106、一平台112与一挡板。腔体102可维持一真空且将工件110保持在平台112之上，并且可将气体经由多个排气孔114而排出。此外，一淋浴头108设置于腔体102之中。淋浴头108连接于气体输入区域104，通过气体输入区域104以进给气体至淋浴头108。淋浴头108可经由气体管件116而同时接收来自于气体输入区域104的多路气体。淋浴头108还包括多个多通道气体传递管件122。多个机构118可设置在适当的地方，通过多个机构118对于多个工件110进行结构性支承、加热与回转。于另一实施例中，腔体102可用以握持多个工件110。多个箭头120用以表示层流。然而，虽然在图1中示出了流向工件110的层流120，但此层流可能会因为回转中的工件110或其它因素而产生扰动。
气体输入区域104是可以设置在多向气体分配系统100的内部，例如：来源气体的瓶子、备用气体源、连接至一外部气体分配区域的一阀系统、或其它类似物。另一方面，气体输入区域104是可以设置在多向气体分配系统100的外部。不论在任何例子中，多路气体可同时地输入淋浴头108，并且在淋浴头108的作用下可将多路气体同时传递至腔体102中的各多通道气体传递管件122。
控制器106可为任何适用的微处理器单元。控制器106包括一电脑，此电脑可设置于多向气体分配系统100的内部或外部。在控制器106的控制作用下，气体可经由连接件124而流入淋浴头108。此外，控制器106也可经由连接件126而对一或多个平台温度、一平台回转、一室压力与一气体输入区域进行控制，从而对工件110的温度、工件110的回转、腔体102的真空及/或泵送、或其它类似对象进行控制。
图2A、图2B为示出具有多个多通道气体传递管件122的多个淋浴头208、258的实施例的图式，这些淋浴头208、258的功能相同于图1中的淋浴头108。请先参阅图2A，于图2A中所示为沿着相同于图1的剖面“a-a”下对于淋浴头108的一实施例进行剖切下的剖面图。淋浴头208为淋浴头108的一实施例。在图2A所示的剖面图为经由图1中的工件110向上观察淋浴头108、多通道气体传递管件122而得到的图式。于本实施例中，淋浴头208具有十字形样式(例如：两通道气体传递管件222的样式)。淋浴头208包括9组两通道气体传递管件222，这9组两通道气体传递管件222用以做为一内分支管路234与一外分支管路236。
内分支管路234可具有一第一气体源，此第一气体源经由一气体输入区域所进给输入(例如：图1所示的气体输入区域104)，并且利用内分支管路234可对于腔体(未示出)中的第一气体进行排放。此外，外分支管路236可具有一第二气体源，此第二气体源经由一气体输入区域所进给输入，并且利用外分支管路236可对于腔体中的第二气体进行排放。此外，内分支管路234与外分支管路236将未混合的第一气体、第二气体排放至腔体之中，并且较佳的方式为对于内分支管路气体的流率与外分支管路气体的流率进行个别的控制。此外，外分支管路256的直径约为一工件的直径的1/5为佳，内分支管路254的直径约为一工件的直径的1/10为佳。即，所述至少一多通道气体传递管件的一直径约小于该平台的一直径的1/5。所述至少一多通道气体传递管件包括一出口孔，该出口孔的一直径约小于该平台的一直径的1/10。
通过第一分支管路与第二分支管路所产生的层流可提供了经由外分支管路236所排出一柱状气体，此外分支管路236所排出柱状气体围绕在经由内分支管路234所排出柱状气体的外侧。外分支管路236的平均直径约介于一工件的直径的1/10至1/100之间。内分支管路234的平均直径约介于外分支管路236的直径的1/10至3/4之间。
在一备用实施例中，多个两通道气体传递管件可包括相互并置的两通道：一第一分支管路与一第二分支管路。直到流经第一分支管路的气体与流经第二分支管路的气体被排放至腔体之前，流经第一分支管路的气体与流经第二分支管路的气体为相互独立且不会相互混合，并且第一分支管路的气体流率与第二分支管路的气体流率采用个别方式加以控制。
于实施例的更多特定的例子中，通过淋浴头208的操作可产生一III/V族薄膜(例如：砷化镓(GaAs))。气体传递用的内分支管路234可对于一气体输入区域(例如：图1中的气体输入区域104)所进给输入的一III族(例如：镓气体源)的气体进行传输，并且通过内分支管路234可对于腔体(未示出)中的III族气体进行排放。此外，外分支管路236可对于一气体输入区域所进给输入的一V族气体(例如：砷化氢)进行传输，并且可通过外分支管路236将V族气体排放至腔体。此外，内分支管路234、外分支管路236将未混合的V族气体、III族气体排放至腔体，藉此以提供一均匀砷化镓薄膜。任何本领域技术人员均可了解，其它的V族气体(例如：磷化氢)及III族气体源中的用于提供镓的三甲基镓与三乙基镓的气体源、用于铝的三甲基铝与三乙基铝的气体源、用于铟的三甲基铟的气体源、其它类似者均可被采用。于半导体制造设备或其它设备型态之中，其它气体及气体型态是可被使用于本发明的其它实施例。
请参阅图2B，于图2B中所示为沿着相同于图1的剖面“a-a”下对于淋浴头108的一实施例进行剖切下的剖面图。淋浴头258为淋浴头108的一实施例。于图2B中的淋浴头258具有一星型样式(例如：气体传递管件252的样式)。于本实施例中，淋浴头258的气体传递管件252的数目为25。多路气体传递管件252为图1中的多通道气体传递管件122的一实施例。各气体传递管件252包括一外分支管路256与一内分支管路254。如图2A所示，直到流经外分支管路256的气体与流经内分支管路254的气体被排放至腔体之前，流经外分支管路256的气体与流经内分支管路254的气体为相互独立且不会相互混合。任何气体传递管件252的实际数量与尺寸均可适用于淋浴头258，具有其它样式的多通道气体传递管件、具有其它形状(例如：开端式锥形、开端式杯形或其它类似形动)的多通道气体传递管件均可被采用。
图3A、图3B为分别示出具有多个通道气体传递管件的多个淋浴头的实施例的图式。
请先参阅图3A，于图3A中所示为沿着相同于图1的剖面“a-a”下对于淋浴头108的一实施例进行剖切下的剖面图。于本实施例中，淋浴头308包括多个四通道气体传递管件322，图1的多个通道气体传递管件包括多个四通道气体传递管件322，各四通道气体传递管件322设计为十字形样式。四通道气体传递管件322为多通道气体传递管件122被区隔为四个部分的一实施例。然而，在四通道气体传递管件322中的各通道所维持的气体容量并不相同，于这些实施例中的多个通道依照其相互间的比例关系而维持特定的气体容量，其中包括了等比例关系的气体容量。于本实施例中，各通道发出气体不会与其它通道所发出的气体相互混合，通过这些通道可将这些气体输送至腔体之中。此外，上述的特定实施例中的V族、III族与载流气体H2会同时在四通道气体传递管件322中进行流动。因此，在一实施例中的一个以上的通道可对于相同的气体进行传输，或是各通道可分别对于不同的气体进行传输。
如图3B所示，于图3B中所示为沿着相同于图1的剖面“a-a”下对于淋浴头108的一实施例进行剖切下的剖面图。淋浴头358包括了多个五通道气体传递管件352。各五通道气体传递管件352被区隔为一内分支管路353与一外分支管路354。内分支管路353被区隔为四个通道(例如：图3A所示的四通道气体传递管件322)。在所采用的多个五通道气体传递管件352中，五通道中的各通道之间为相互独立的，并且通过各通道可将未混合的不同的气体传输至腔体(未示出)之中。因此，一第一气体可对于流经多个五通道气体传递管件352的四种不同气体进行围绕。第一气体为一载流气体，并且当四种不同气体经由五通道气体传递管件352而发出时，通过载流气体可对于这四种不同气体进行围绕。
于所述的特定实施例中，载流气体H2流入外分支管路354，并且通过内分支管路353对于V族气体、III族气体进行输送。因此，一、二、三、四或五种气体可同时发出而进入腔体，并且五种气体中的各气体的流率可独立地进行控制，或是可对于相同气体同时进行控制。
图4为示出根据本发明的一实施例中的内含于淋浴头的气体互连器与入口的图式。淋浴头400包括多个两通道气体传递管件422(例如：图1中的多通道气体传递管件122，仅针对说明的目的而列举)。气体互连管件401、402与次气体管件403之间相互连接，次气体管件403依序经由气体入口438、439而连接至两通道气体传递管件422。
图5为示出具有室挡板550的一多向气体分配系统500的一实施例的图式。多向气体分配系统500类似于图1中的多向气体分配系统100。多向气体分配系统500包括一淋浴头508，此淋浴头508为图1中的淋浴头108的一实施例。淋浴头508包括多个多通道气体传递管件522，此多通道气体传递管件522为图1中的多通道气体传递管件122的一实施例。多通道气体传递管件522包括了用于传递三种不同气体(例如：分别位于分支管路501、502、503之中的气体1、2、3)的多个通道。值得注意的是，分支管路501、502、503可具有不同的长度，也就是连接至工件510是具有不同的距离(例如：距离d1、d2)。通过一控制器(例如：图1中的能控制该平台与所述至少一多通道气体传递管件之间的可变距离的控制器106)可对于由多通道气体传递管件522所得的距离进行可调整及/或可程序的控制。由一多通道气体传递管件至另一多通道气体传递管件的连接至工件510的距离是可改变而通过淋浴头508。其中，一分支管路与该平台之间的距离不等于另一分支管路与该平台之间的距离。
在多向气体分配系统500中还示出多个室挡板550，通过多个室挡板550除了可将气体导向于工件510与多个排气孔114而进行流动，并且通过多个室挡板550更可阻止气体流入上腔体552与防止气体再流入淋浴头508，如此便可防止气体与气体副产物对于淋浴头508与上腔体552造成污染。多个室挡板550以邻接于各多通道气体传递管件522而进行定位。
图6为示出一多向气体分配系统的一实施例的图式，其中，一淋浴头包括一气体传递管件。一上腔体602包括一淋浴头608，此淋浴头608为单一多通道气体传递管件的一实施例。各通道可对于一不同气体进行传输，或是利用多个通道对于相同的气体进行传输。如所示的实施例中，气体传递管件包括一五通道气体传递管件622，此五通道气体传递管件经由多个分支管路而发出相互独立的三种气体。一挡板655将气体导向于排气系统且将多路气体进行泄气，如此以避免这些气体填入于上腔体602的上方或回流至淋浴头608之中。
图7A、图7B为示出具有一同心圆淋浴头708与多个同心圆挡板755的一多向气体分配系统的一实施例的图式。请先参阅图7A中的淋浴头708，多通道气体传递管件包括多个独立同心圆分支管路710a、710b、710c。多个独立同心圆分支管路710a、710b、710c可用以做为多个外分支管路。一内分支管路711包括了具有四通道的一分支管路。多个独立同心圆分支管路710a、710b、710c可将不同的气体输送至腔体702。多个独立同心圆分支管路710a、710b、710c具有多个小孔洞，这些小孔洞位于多个环状管件的工件侧，气体可通过这些小孔洞而流入多个同心圆挡板755之中(请参阅以下相关挡板的叙述)。
如图7B所示，腔体702用以收纳同心圆淋浴头708。同心圆淋浴头708用以将气体分配至多个同心圆挡板755之中，所述多个同心圆挡板755由同心圆淋浴头708而向下延伸至工件751。在对于同心圆挡板755的工件侧进行巧妙的设计作用下，通过此同心圆挡板755的工件侧的导引更可使得多路气体均匀地绕着工件751而进行流动。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而其并非用以限制本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可做变动与修饰，因此本发明的保护范围当视所附权利要求书所限定的范围为准。

Claims (15)

1.一种多向气体分配系统，包括：
一腔体，用以容纳多路气体且排出所述气体；
一淋浴头，设置于该腔体之中，该淋浴头包括至少一多通道气体传递管件；以及
至少两分支管路，设置于所述至少一多通道气体传递管件之中，所
述至少两分支管路用以同时将未混合的所述气体排放进入该腔体。
2.如权利要求1所述的多向气体分配系统，还包括至少一挡板，所述至少一挡板邻接于所述至少一多通道气体传递管件。
3.如权利要求1所述的多向气体分配系统，其中，所述至少两分支管路包括一内分支管路与一外分支管路，该内分支管路由该外分支管路所围绕，该内分支管路隔离于该外分支管路，所述至少两分支管路的一分支管路具有一邻接挡板。
4.如权利要求3所述的多向气体分配系统，其中，该内分支管路包括一结构，该结构用以将该内分支管路的一内部区分为多个通道，所述多个通道的各通道彼此是相互隔离的。
5.如权利要求1所述的多向气体分配系统，还包括一控制器，该控制器用以对一或多个平台温度、一平台回转、一室压力与一气体输入区域进行控制。
6.如权利要求5所述的多向气体分配系统，还包括一平台，该平台用以握持多个工件，该平台与所述至少一多通道气体传递管件之间的一距离为可变的，该距离由该控制器所控制，所述至少两分支管路包括一第一分支管路与一第二分支管路，该第一分支管路与该平台之间的距离不等于该第二分支管路与该平台之间的距离。
7.如权利要求6所述的多向气体分配系统，其中，所述至少一多通道气体传递管件的一直径约小于该平台的一直径的1/5。
8.如权利要求6所述的多向气体分配系统，其中，所述至少一多通道气体传递管件包括一出口孔，该出口孔的一直径约小于该平台的一直径的1/10。
9.一种多向气体分配淋浴头装置，包括：
一气体输入区域，用以同时输入多路气体；以及
一多通道气体传递管件，包括多个分支管路，通过该多通道气体传递管件的所述分支管路维持所述气体的未混合。
10.如权利要求9所述的多向气体分配淋浴头装置，其中，该多通道气体传递管件包括一内分支管路与一外分支管路，该内分支管路由该外分支管路所围绕，所述气体的各气体被限制仅能经由该内分支管路或该外分支管路进行流动。
11.如权利要求10所述的多向气体分配淋浴头装置，其中，该内分支管路包括了一结构，该结构用以将该内分支管路的一内部区分为多个通道，所述气体的各气体独立地流动通过该内分支管路的所述通道的一通道。
12.如权利要求9所述的多向气体分配淋浴头装置，还包括了一结构，该结构用以将该内分支管路的一内部区分为多个通道，所述气体的各气体独立地流动通过该多通道气体传递管件的所述通道的一通道。
13.如权利要求9所述的多向气体分配淋浴头装置，其中，该多向气体分配淋浴头装置包括一第一分支管路与一第二分支管路，该第一分支管路由该第二分支管路所围绕，该第二分支管路由一同心圆分支管路所围绕，所述气体的各气体被限制仅能经由该第一分支管路、该第二分支管路与该同心圆分支管路中之一进行流动。
14.一种半导体制造多向气体分配系统，包括：
一控制器；
一气体输入区域，其中，该控制器用以独立地对于该气体输入区域所流出的多路气体中的各气体的一气流进行控制；
一腔体，用以排出所述气体；
一淋浴头，设置于该腔体之中以用以收容所述气体，该淋浴头包括至少一多通道气体传递管件，所述气体中的一第一气体与一第二气体同时被传递且未混合而至该腔体中的至少一工件；以及
一平台，用以握持所述至少一工件。
15.如权利要求14所述的半导体制造多向气体分配系统，还包括至少一挡板，该挡板位于该腔体。
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