CN101748384B - 气体分布喷洒模块 - Google Patents

Abstract

一种气体喷洒模块，用于设有进气管道的气相沉积腔，包含：至少一气体分布块，该气体分布块是沿第一轴向设有至少一扩散室，且该气体分布块设有分别连接进气管道与扩散室的多个进气孔；以及一气体喷洒块，该气体喷洒块之中沿第二轴向设有至少一喷洒管道，且该气体喷洒块设有用于连接扩散室与喷洒管道的气体流入通道，以及用于连接喷洒管道与气相沉积腔的气体流出通道；其中，该气体分布块与气体喷洒块彼此结合，使得扩散室由气体流入通道与喷洒管道相连通，且该第一轴向与第二轴向彼此间不平行。

Description

气体分布喷洒模块

技术领域

本发明涉及一种气体喷洒模块，尤其涉及一种使用于气相沉积腔的气体喷洒模块。 

背景技术

随着镀膜工艺的进步，在化学(CVD)气相沉积的镀膜过程中，为了能够均匀的将气体喷洒到腔体中，气体喷洒模块(shower module)扮演了重要的角色。 

一般气体喷洒模块的设计方式如图1所示，在一腔体10之中设有一载台11，该载台11可用来承载并加热欲加工的基板12，腔体10在对应基板12处设有一进气管道100，进气管道100与一气体喷洒模块13相连接，气体喷洒模块13一般是在一金属平板或圆形板上钻许多对称孔洞，其目的是为了使气体(图中未示出)由进气管道100通入腔体10之后，能经由气体喷洒模块13均匀喷洒到腔体中而附着于基板12上。 

然而前述设计在实施时的均匀度一般而言并不佳，为了改善此一缺失，则于进气管道100与气体喷洒模块13之间增加缓冲区14的方式，将一开始进入的气体先经缓冲区14稳定后，再经由气体喷洒模块13均匀出气，如图2所示。 

由于前述方式都是在低流量的情况下，然而一旦镀膜工艺使用高流量气体时，单纯使用一层缓冲区14与气体喷洒模块13是不够的，因进气面积是固定，流量快则气体速度就会变快，造成气体喷洒模块13中间部分气体的速度较快，而两侧的速度慢，如图3所示，所以气体会累积在基板12中间的位置，导致气体的均匀度变差。 

美国专利第6921437号揭露一种气体分布模块，于该模块设计中，先趋气体会预先混合，因此无法适用于先趋气体不可预先混合的工艺，且由于使用复杂的管路配置，因此制造困难且成本昂贵。 

美国专利第6478872号则揭露一种将气体输送至反应室的方法以及用于 输送气体的喷洒头，于该模块设计中，气体混合后的均匀度尚可，但构造复杂且制造成本昂贵。 

美国专利申请第2007/0163440号则揭露一种分离式的气体喷洒头，于该模块设计中虽然气体分布均匀度尚可且先趋气体不会预先混合，但该气体喷洒头的复杂配置仍使得制造困难且成本昂贵。 

除了所述缺失外，以上现有技术的喷洒模块都是圆形(如图4所示)，因此应用在大型基板镀膜时将会受到限制。 

发明内容

本发明提供一种气体喷洒模块，用于设有进气管道的气相沉积腔，包含：至少一气体分布块，该气体分布块沿第一轴向设有至少一扩散室，且该气体分布块设有分别连接进气管道与扩散室的一个或多个进气孔；以及一气体喷洒块，该气体喷洒块之中沿第二轴向设有至少一喷洒管道，且该气体喷洒块设有用于连接扩散室与喷洒管道的气体流入通道，以及用于连接喷洒管道与气相沉积腔的气体流出通道；其中，该气体分布块与气体喷洒块彼此结合，使得扩散室由气体流入通道与喷洒管道相连通，且该第一轴向与第二轴向彼此间不平行。 

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。 

附图说明

图1为现有气体喷洒系统的剖面侧视图； 

图2为现有气体喷洒系统的剖面侧视图，其显示另一实施例； 

图3为使用图2的气体喷洒系统时的气流速度示意图； 

图4为现有气体喷洒系统的喷洒头示意图； 

图5为本发明气体喷洒模块应用于气相沉积室时的剖面侧视图； 

图6为本发明气体喷洒模块的立体图，其显示气体分布块与气体喷洒块的组合状态； 

图7为本发明气体喷洒模块于组合状态下的俯视图； 

图8为本发明气体喷洒模块于组合状态下的仰视图；

图9为本发明气体喷洒模块的立体图，其显示冷却侧板拆卸后的状态； 

图10为图7中沿C-C’线所视的侧视图； 

图11为图7中沿A-A’线所视的剖面图； 

图12为图7中沿D-D’线所视的侧视图； 

图13为图7中沿B-B’线所视的剖面图； 

图14为气体分布块的立体图； 

图15为气体分布块的立体图； 

图16为气体分布块的平面视图； 

图17则为气体分布块的平面视图，其显示另一实施态样； 

图18为气体喷洒块的平面视图； 

图19为气体喷洒块的平面透明视图； 

图20为气体分布块与气体喷洒块组合时的平面透明视图； 

图21为图20的局部放大图； 

图22为被加工件于气相沉积腔中在X方向上所受气体压力的分布图；以及 

图23为被加工件于气相沉积腔中在Y方向上所受气体压力的分布图。 

其中，附图标记 

10-腔体 

11-载台 

12-基板 

13-气体喷洒模块 

14-缓冲区 

20-腔体 

21-载台 

22-基板 

23-气体分布块 

24-气体喷洒块 

25-冷却侧板 

31-四方形槽 

32-上盖

100-进气管道 

200-进气管道 

201-进气管道 

210-升降机构 

230a-进气孔 

230b-进气孔 

231-扩散室 

231a-扩散室 

231b-扩散室 

232-凹槽 

240-气体流出通道 

241-螺孔 

242-喷洒管道 

242a-喷洒管道 

242b-喷洒管道 

243-气体流入通道 

243a-气体流入通道 

243b-气体流入通道 

250-冷却水流道 

251-冷却通道 

n-螺丝钉 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述： 

本发明的气体喷洒模块可分别适用于气体须预混的工艺与气体不可预混的工艺上。 

首先请参见图5，该图为本发明的气体喷洒模块应用于气相沉积室时的剖面侧视图。于腔体20之中设有一载台21，该载台21的一侧用来承载并加热欲加工的基板22，载台21的另一侧则连接一升降机构210，该升降机构210用来调整载台21的高度；腔体20由一四方形槽31及一上盖32所组成；在对 应基板22上方设有一气体分布块23及气体喷洒块24，气体分布块23上方分别设有第一进气孔230a与第二进气孔230b，第一进气孔230a与进气管道200连通，第二进气孔230b与进气管道201连通；进气管道200及进气管道201可使用管路与上盖32所设的进气孔连通，再分别引入第一气体与第二气体(即进气管道200及进气管道201通入两种不同的气体)，该气体分布块23再连接气体喷洒块(shower)24。 

图6所示为本发明气体喷洒模块的立体图，其显示气体分布块与气体喷洒块的组合状态。图7与图8则分别为本发明气体喷洒模块于组合状态下的俯视图与仰视图。于该等图式中，气体喷洒模块利用两个气体分布块23与一个气体喷洒块24组合而成，各气体分布块23上设有进气孔230a与进气孔230b，进气孔230a与进气孔230b是用于连接气体分布块23与气相沉积腔体中的进气管道(200及201)，该气体喷洒块24的两侧还分别设置有与气体喷洒块24连接的两个冷却侧板(cooling block)25，各冷却侧板25之中开设有冷却水流道250(一个为冷却水流入道而另一个则为冷却水流出道)。气体喷洒块24之中开设有若干喷洒管道242及冷却通道251(见图9)，该等冷却通道251的两端分别与两冷却侧板25中的冷却水流道250相连通，为此使得冷却水可由两冷却侧板25的冷却水流道250一进一出(亦即冷却水的流动路径为：冷却水流道250→冷却通道251→冷却水流道250)。气体分布块23中的扩散室231四周由多个螺丝钉n与气体喷洒块24相结合，其间并设有橡胶垫以达成气密；冷却侧板25中的冷却通道251四周亦由多个螺丝钉n与气体喷洒块24相结合(利用螺丝钉n与螺孔241结合而固定)，其间亦设有橡胶垫以达成气密。 

图10为图7中沿C-C’线所视的侧视图。其中气体喷洒块24上结合有两个气体分布块23，而气体喷洒块24的两侧则分别结合有两个冷却侧板25，冷却侧板25分别在两端开设有冷却水流道250，该冷却水流道250为一长孔，分别将冷却水作流入与流出的动作。 

图11则为图7中沿A-A’线所视的剖面图，该图不包含冷却侧板。由图11中可知气体分布块23开设有两个通有不同气体的进气孔230a与进气孔230b，为此将进气管道(图中未示出)与两个扩散室231连通，扩散室231用来使通入的两个不同的先趋气体(意即，第一气体与第二气体)缓冲并扩散。而气体 喷洒块24之中则开设有喷洒管道242，并由气体流入通道243将扩散室231与喷洒管道242连通，同时由气体流出通道240的设置，将喷洒管道242中的气体喷洒至气相沉积腔(图中未示出)。 

图12为图7中沿D-D’线所视的侧视图。其中气体喷洒块24由于被冷却侧板25挡住因此未示出，该螺丝孔241使用多个螺丝钉n与气体喷洒块24的螺丝孔241相结合，将冷却侧板固定于气体喷洒块24上。 

图13则为图7中沿B-B’线所视的剖面图。由该图可知，为使气体均匀分布，喷洒管道242的分布呈密→疏→密的方式，然而喷洒管道242亦可以等距分布，喷洒管道242间隔地与扩散室231连通(意即仅与同一气体相通)。此外，若干冷却通道251设置于气体喷洒块24之中并与喷洒管道242平行。 

图14与图15为本发明所使用气体分布块的立体图，其分别由两个不同视角显示之。气体分布块23是挖设有一空间以作为扩散室之用(即扩散室231)；为了达到密封效果以防止先趋气体逸出，扩散室231的四周环设有用于容置密封组件(例如O型环，图中未示出)的凹槽232。在安装时，气体分布块23设有扩散室231之面为朝下(如图14所示)并与气体喷洒块24紧密结合。 

图16为气体分布块的平面视图。图17则为另一实施态样下的气体分布块的平面视图。于图16中，气体分布块23上开设有两个相互独立的扩散室231，该等扩散室231分别设有进气孔230a与进气孔230b并各自以凹槽232环绕，因此可应用在具有两种不能预先混合先趋气体的喷洒工艺。而图17的气体分布块23上则仅开设单一扩散室231并以凹槽232环绕，扩散室231设有进气孔230a与进气孔230b，如此可应用在具有两种需预先混合先趋气体的喷洒工艺。 

再请参见图18，该图为气体喷洒块的平面视图，气体喷洒块24与气体分布块23连接的一侧上开设有气体流入通道243，且气体流入通道243对应于设在气体喷洒块24之中的喷洒管道(图中未示出，将于后详述)，气体流入通道243的开设位置可依需求为均匀开设或交错开设(本示意图中采用交错开设)。 

图19为气体喷洒块的平面透明视图，其中的喷洒管道242实际上的制作方式为：在气体喷洒块24(一般为金属块)之中挖出所需的喷洒管道242(于本实施例中，喷洒管道242a与喷洒管道242b为一组喷洒管道242)，并分别在喷洒管道242上以挖洞方式开设气体流入通道243与气体流出通道240(气体流入通道243与气体流出通道240分别设在气体喷洒块24的两相对侧)，之后再封闭喷洒管道242的两端。此外，气体喷洒块24之中亦挖设有供冷却水流过的若干冷却通道251，其作用是防止气体喷洒块24本身因为温度过高而使得喷洒的气体镀于本身而阻塞了气体流出通道240，而气体喷洒块24的两侧又连接了两个冷却侧板25，各冷却侧板25中开设有冷却水流道250，而冷却通道251的两端便分别与两个进、出冷却水流道250连通，使得冷却水可不断流过气体喷洒块24并使其降温。 

图20为气体分布块与气体喷洒块组合时的平面透明视图，图21则为图20的部分放大图。于该等图式中，喷洒管道242a与喷洒管道242b构成一组喷洒管道242，而扩散室231a与扩散室231b则分别通有不可预先混合的两种先趋气体；由图可知，当气体分布块23与气体喷洒块24结合后，由气体流入通道243a与气体流入通道243b的交错配置设计(即喷洒管道242a是用于喷洒扩散室231a中的先趋气体，因此以气体流入通道243a将扩散室231a与第一支喷洒管道242a连通；而喷洒管道242b则是用于喷洒扩散室231b中的另一先趋气体，因此以气体流入通道243b将扩散室231b与第二支喷洒管道242b连通)，使得不同气体可以均匀的混合，且气体先以X方向进入气体分布块23的扩散室231内，再以Y方向进入气体喷洒块24的喷洒管道242内，使得不同气体可以在整个喷洒平面均匀的分布，并可使两种先趋气体不会在气体分布块23与气体喷洒块24中相遇，反而是在气体喷洒块24均匀喷出后才会相遇而产生反应。本实施例为两组气体分布块23，亦可在气体喷洒块24上方仅设置一组或设置三组以上的气体分布块23。 

图22与图23为被加工件于本发明气相沉积腔中在X方向与Y方向上所受到的气体压力分布图。由图可知，在X方向与Y方向上所受到的最大压力与最小压力的比值约为1.02左右，而误差约为2.3％，显示本发明气相沉积腔可使气体相当均匀地分布在被加工件上。 

于本发明的实施例中，虽然扩散室的延伸轴向与喷洒管道的延伸轴向相互垂直而呈正交(X方向与Y方向)，然而其仅为示例，使用者可根据其需要进行设计变化，其重点只在于扩散室的延伸轴向与喷洒管道的延伸轴向彼此间不相互平行即可。同时，气体分布块23的进气孔230a及进气孔230b的数量 不限定一个，本发明实施例为一个，然亦可采用两个以上，如以图5为例，可在上盖32装一接头，将气体经一管路可并联两个以上的管路，将同气体引入气体分布块23上的两个以上的进气孔，再分别流入扩散室231内，而扩散室的数量则是根据先趋气体是否可预混及使用者的需求来设计(意即，可两个进气孔对应单一扩散室，亦可两个进气孔分别对应两个扩散室...如此类推，即三个以上的先趋气体亦可适用)。 

又，为了避免气体直接由气体流入通道流入喷洒管道后直接由气体流出通道喷出导致不均匀，较佳的设置为：气体流入通道与气体流出通道采用非相对设置，且气体流出通道的直径较佳是在0.1～2厘米之间。 

而于本发明的实施例中，虽然气体喷洒块中的冷却通道呈线性并平行喷洒管道配置，然而其亦可以不平行喷洒管道配置(即冷却通道与喷洒管道采用上下方式配置，如此即不需要平行，惟于此态样下的气体喷洒块会具有较厚的厚度，不仅成本高、体积大、也较重，不利实际生产的需求)。 

由上可知，本发明的气体喷洒模块具有使气体在整个喷洒平面均匀混合并均匀分布、加工制造成本低(只需要使用一般加工常用的铣跟钻即可)以及易于组装的优点。此外，只需更换气体分布块便能于同一气体沉积腔中进行可预混先趋气体或不可预混先趋气体的喷洒，适用于不同工艺，相较于现有技术具有显着的进步功效。 

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。 

Claims (28)

1.一种气体喷洒模块，用于设有进气管道的气相沉积腔，其特征在于，包含：

至少一气体分布块，该气体分布块沿第一轴向设有至少一扩散室，且该气体分布块设有分别连接进气管道与扩散室的一进气孔；以及

一气体喷洒块，置于气体分布块下方，该气体喷洒块之中沿第二轴向设有至少一喷洒管道，且该气体喷洒块并设有用于连接扩散室与喷洒管道的气体流入通道，以及用于连接喷洒管道与气相沉积腔的气体流出通道；

其中，该气体分布块与气体喷洒块彼此结合，使得扩散室由气体流入通道与喷洒管道相连通，且该第一轴向与第二轴向彼此间不平行。

2.根据权利要求1所述的气体喷洒模块，其特征在于，该气体分布块于扩散室的四周环设有用于容置密封组件的凹槽。

3.根据权利要求2所述的气体喷洒模块，其特征在于，该密封组件为O型环。

4.根据权利要求1所述的气体喷洒模块，其特征在于，气体流入通道与气体流出通道为非相对设置。

5.根据权利要求1所述的气体喷洒模块，其特征在于，该气体喷洒块之中还开设有至少一冷却通道。

6.根据权利要求5所述的气体喷洒模块，其特征在于，还包含分别设置于气体喷洒块两侧且与气体喷洒块连接的两个冷却侧板，其中该两个冷却侧板之中开设有冷却水流道，且该冷却水流道分别与冷却通道相连通。

7.根据权利要求6所述的气体喷洒模块，其特征在于，该两个冷却侧板的冷却水流道分别将冷却水流入及流出。

8.根据权利要求5所述的气体喷洒模块，其特征在于，该冷却通道的方向平行喷洒通道且冷却通道与喷洒通道呈间隔设置。

9.根据权利要求7所述的气体喷洒模块，其特征在于，该冷却通道与喷洒管道位于同一平面。

10.根据权利要求1所述的气体喷洒模块，其特征在于，该气体分布块与该气体喷洒块之间设置有O型环，且该气体分布块与该气体喷洒块利用螺丝 钉及螺孔结合。

11.根据权利要求1所述的气体喷洒模块，其特征在于，该第一轴向与该第二轴向呈正交。

12.根据权利要求1所述的气体喷洒模块，其特征在于，该气体流出通道呈圆柱状且直径在0.1～2厘米之间。

13.根据权利要求1所述的气体喷洒模块，其特征在于，该气体分布块设有相互平行的一第一扩散室与一第二扩散室，该气体喷洒块亦设有相互平行的一第一喷洒管道与一第二喷洒管道，且该第一扩散室仅与第一喷洒管道相连通，该第二扩散室仅与第二喷洒管道相连通。

14.根据权利要求13所述的气体喷洒模块，其特征在于，该气体喷洒块设有用于连接第一扩散室与第一喷洒管道的第一气体流入通道，以及用于连接第二扩散室与第二喷洒管道的第二气体流入通道，且该第一气体流入通道与第二气体流入通道的配置位置呈交错配置。

15.根据权利要求13所述的气体喷洒模块，其特征在于，该气体分布块于第一扩散室的四周环设有用于容置密封组件的凹槽。

16.根据权利要求13所述的气体喷洒模块，其特征在于，该气体分布块于第二扩散室的四周环设有用于容置密封组件的凹槽。

17.根据权利要求14所述的气体喷洒模块，其特征在于，该第一气体流入通道与气体流出通道为非相对设置。

18.根据权利要求14所述的气体喷洒模块，其特征在于，该第二气体流入通道与气体流出通道为非相对设置。

19.根据权利要求14所述的气体喷洒模块，其特征在于，该气体喷洒块有多个第一气体流入通道与第一扩散室相连通。

20.根据权利要求14所述的气体喷洒模块，其特征在于，该气体喷洒块有多个第二气体流入通道与第二扩散室相连通。

21.根据权利要求6所述的气体喷洒模块，其特征在于，该冷却通道四周设置有O型环，使得冷却侧板与气体喷洒块结合时具有密封效果。

22.根据权利要求21所述的气体喷洒模块，其特征在于，该冷却通道的方向平行第二轴向。

23.根据权利要求19所述的气体喷洒模块，其特征在于，该冷却通道与 喷洒管道位于同一平面。

24.根据权利要求21、22或23所述的气体喷洒模块，其特征在于，冷却通道为一长孔。

25.根据权利要求13所述的气体喷洒模块，其特征在于，该喷洒管道为多个平行长孔。

26.根据权利要求13所述的气体喷洒模块，其特征在于，气体喷洒块上方两端为设置两组气体分布块。

27.根据权利要求26所述的气体喷洒模块，其特征在于，在两组气体分布块中间还设有一组气体分布块。

28.根据权利要求1所述的气体喷洒模块，其特征在于，该气体分布块设有一个以上的进气孔。

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