CN102041484A - 气体分布板及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种气体分布板，其提供至少两种气体通道。在一实施例中，该气体分布板具有一第一通道、至少一开设于该第一通道周围的第二通道以及一锥形开孔，该锥形开孔与该第一通道以及该第二通道相连通。在另一实施例中，该气体分布板，具有一贯通该分布板第一与第二表面的一第一通道、一与该分布板第一表面平行的第二通道以及开设于该第二表面而与该第二通道相连通的第三通道。该第一通道与该第三通道的一端具有一锥形开孔。此外，本发明更提供一种气体分布装置，其利用本发明的气体分布板以提供至少两种相互独立且可在进入反应腔室时相互混合。

Description

气体分布板及其装置

技术领域

本发明涉及一种气体供应技术，尤其是涉及一种可提供至少两种反应气体的一种气体分布板及其装置。

背景技术

随着镀膜制作工艺的进步，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室中，气体分布模块(gas distribution module)扮演了重要的角色。

一般气体分布模块的设计方式如图1所示，在一腔室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，腔室10在对应基板12处设有一进气管道100，进气管道100与一气体分布模块13相连接，气体分布模块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通入腔室10之后，能经由气体分布模块13均匀喷洒到腔室中而附着于基板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，则在进气管道100与气体分布模块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，再经由气体分布模块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，然而一旦镀膜制作工艺使用高流量气体时，单纯使用一层缓冲区14与气体分布模块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，造成气体分布模块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US.Pat.No.6921437号揭露一种气体分布模块，在该模块设计中，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制作工艺，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US.Pat.No.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，在该模块设计中，气体混合后的均匀度尚可，但构造复杂且制造成本昂贵。

美国公开专利申请第US.Pub.No.2007/0163440号则揭露一种分离式的气体喷洒头，在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。

另外，美国专利US.Pat.No.6148761也揭露一种可以提供两种反应气体的一种气体分布装置，其在分布板上设置两种气体通道，第一种气体通道直接贯通分布板，另一种气体通道则是在分布板内设置水平气体通道，并在水平气体通道的一侧设置多个与水平气体通道相连接的子气体通道。通过上述两种气体通道以提供两种以上的气体。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气体分布板及其装置，其具有可导引至少两种气体的独立气体通道，以将该气体导引至反应腔室(process chamber)内，以辅助反应腔室内的制作工艺反应。

本发明提供一种气体分布装置，其具有锥形开孔与独立的气体通道相连接，使得独立的气体通过锥形开孔而减缓流速，而得以在进入腔室后进行反应之前因扩散而混合均匀，以改善制作工艺反应的效果。

在一实施例中，本发明提供一种气体分布板，包括：一板体，中央部位具有一凹槽；一第一通道，其一端与该凹槽相连通，另一端贯穿该板体；一锥形开孔，该锥形开孔与该第一通道相连通；以及至少一第二通道，其开设于该板体上与该锥形开孔相连通。

在另一实施例中，本发明更提供一种气体分布装置，包括：一气体导引部，其提供导引一第一气体；一气体分布板，其与该气体导引部相连接，该气体分布板具有：一板体，中央部位具有一凹槽；多个第一通道，每一个第一通道的一端与该凹槽相连通，另一端贯穿该板体，每一个第一通道与该气体导引部相连通，以接收该第一气体，其中每一个第一通道一侧更具有至少一第二通道以提供导引一第二气体；以及多个锥形开孔，每一个锥形开孔与该每一个第一通道以及每一第一通道一侧所具有的至少一第二通道相连通。

在另一实施例中，本发明更提供一种气体分布板，包括：一板体，中央部位具有一凹槽，该板体具有一第一表面与一第二表面；一第一通道，其贯通该板体的凹槽，该第一通道在该第二表面上更具有一第一锥形开孔；一第二通道，其开设于该板体内，该第二通道的中心轴与该第一表面平行；以及一第三通道，其开设于该板体上的第二表面上而与该第二通道相连通，该第三通道在该第二表面上更具有一第二锥形开孔。

在另一实施例中，本发明更提供一种气体分布装置，包括：一气体导引部，其提供导引一第一气体；一气体分布板，其与该气体导引部相连接，该气体分布板具有：一板体，中央部位具有一凹槽，该板体具有一第一表面与一第二表面；多个第一通道，其贯通该板体的凹槽，每一第一通道在该第二表面上更具有一第一锥形开孔，该第一通道导引一第二气体；以及多个第二通道，其开设于该板体内，每一第二通道的中心轴与该第一表面平行，每一第二通道上更具有多个开设于该板体上的第二表面的第三通道，每一第三通道在该第二表面上更具有一第二锥形开孔，该第二通道导引该第一气体。

附图说明

图1至图3为现有的气体分布装置以及动作示意图。

图4A为本发明的气体分布板第一实施例俯视示意图。

图4B为图4A的AA剖面示意图。

图5A与图5B分别为第二通道与第一通道设置关系示意图。

图6为本发明的气体分布装置第一实施例示意图。

图7A与图7B分别为第一板体俯视以及AA剖面示意图。

图7C为第一板体的另一实施例示意图。

图8为利用图4A的气体分布板所形成的气体分布装置另一实施例剖面示意图。

图9为第一气体与第二气体进入气体分布板示意图。

图10A与图10B为本发明的气体分布板第二实施例俯视与DD剖面示意图。

图11为本发明的气体分布装置第二实施例示意图。

图12A与图12B分别为该第一板体俯视以及剖面示意图。

图13A与图13B分别为第一气体与第二气体在有无锥形开孔的条件下的气体混合状态示意图。

主要元件符号说明

10-腔体

11-载台

12-基板

13-气体喷洒模块

14-缓冲区

2-气体分布装置

20-气体分布板

200-板体

2000-第一表面

2001-第二表面

2002-凹槽

2003-供气通道

201-第一通道

202-锥形开孔

203-第二通道

21-气体导引部

210-第一板体

2100-第一槽体

2101-凸管

210a-第一板体

2100a-平板

2101a-凸管

2102a-槽体

2103a-通孔

210a-第一板体

2100a-平板

2101a-凸管

2102a-第一槽体

2103a-通孔2103a

211-第二板体

2110-供气通孔

212-第三板体

2120-第二槽体

2121-通孔

22-第一气体供应源

23-第二气体供应源

3-反应腔室

30-承载台

31-基材

4-气体分布装置

40-气体分布板

400-板体

4000-第一表面

4001-第二表面

4002-凹槽

4003-沟槽

4004-第三侧面

4005-第四侧面

401-第一通道

4010-第一锥形开孔

402-第二通道

403-第三通道

404-第二锥形开孔

405-第一供气通道

406-第二供气通道

41-气体导引部

410-第一板体

4100-第一槽体

4101-导引通道

411-第二板体

4110-供气通孔

4102-沟槽

42-第一气体供应源

43-第二气体供应源

90、91-中心轴

92-第一气体

920-气幕

93-第二气体

930-气幕

具体实施方式

为使贵审查委员能对本发明的特征、目的及功能有更进一步的认知与了解，下文特将本发明的装置的相关细部结构以及设计的理念原由进行说明，以使得审查委员可以了解本发明的特点，详细说明陈述如下：

请参阅图4A与图4B所示，其中图4A为本发明的气体分布板第一实施例俯视示意图；图4B为图4A的AA剖面示意图。该气体分布板20包括有一板体200、多个第一通道201、多个锥形开孔202，以及多个第二通道203。每一个第一通道201前端为直孔，后端连接对应的锥形开孔202。该板体200，其具有一第一表面2000以及一第二表面2001。该板体200中央部位设置有一凹槽2002，其可使用机械加工方式将该板体200加工形成该凹槽2002或者是使用焊接的方式利用其他板体焊在板体200的周围以形成该凹槽。该凹槽2002的侧壁上开设有供气通道2003。该供气通道2003的开设位置并无一定的限制，在本实施例中，为在该凹槽2002的两侧壁上分别开设一供气通道2003。而对于每一侧壁而言，该供气通道2003的数量并不以一个为限，也可以根据需要开设两个以上的供气通道。

每一个第一通道201贯通该凹槽2002的底面以及该第二表面2001，使得第一通道201的一端与该凹槽2002相连通。每一个第一通道201的一侧开设有该至少一第二通道203。该第二通道203的数量并不以一个为限，在本实施例中，该第二通道203的数量为六个，其环设于该第一通道201中锥形开孔202的周围，每一个第二通道203一端与第一通道201相连通，另一端与凹槽2002相连通。如图5A与图5B所示，该图分别为第二通道与第一通道设置关系示意图。在图5A中，该第二通道203的中心轴90与该第一通道201的中心轴91平行，而在图5B中，该第二通道203的中心轴90与该第一通道201的中心轴91成一夹角θ。

请参阅图6所示，该图为本发明的气体分布装置第一实施例示意图。该气体分布装置2以图4A的气体分布板为主要的气体分布机制，来导引两种相互独立的气体。在本实施例中，该气体分布装置2设置于一反应腔室3上，该反应腔室3为化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)的制作工艺腔室或者是物理气相沉积(physical vapor deposition，PVD)的反应腔室，或者是蚀刻制作工艺的腔室，但不以此为限。反应腔室3内具有一承载台30，其提供承载一基材31，例如：硅基材或者是玻璃等，但不以此为限。该气体分布装置2包括有一气体导引部21以及一气体分布板20。该气体导引部21与该气体分布板20相连接，该气体导引部21更与一第一气体供应源22相偶接以将该第一气体供应源22所提供的第一气体导引至该气体分布板20。该气体导引部21具有一第一板体210、一第二板体211以及一第三板体212。该第一板体210设置于该板体200的第一表面2000上。

如图7A与图7B所示，该图分别为第一板体俯视以及AA剖面示意图。该第一板体210的一上端面中央部位上开设有一第一槽体2100，而在下端面上具有与该第一槽体2100相连通的多个凸管2101，每一个凸管2101的另一端与对应的该第一通道201相连通。该第二板体211上具有一供气通孔2110与该第一气体供应源22相连接，该供气通孔2110提供该第一气体通过。该第三板体212，其设置于该第一板体210与第二板体211之间，该第三板体212在中央部位具有一第二槽体2120，该第二槽体2120底面上开设有多个与该第一槽体2100相连通的通孔2121。在另一实施例中，如图8所示，其省略该第三板体，而将该第二板体211直接盖设于该第一板体210上。再回到图6所示，该气体分布板20，其与图4A的结构相同，该气体分布板20的第二表面2001与该反应腔室3相连接，该气体分布板20上的凹槽2002侧壁的供气通道2003与一第二气体供应源23相连接，以接收由该第二气体供应源23所提供的第二气体。

另外，如图7C所示，该图为本发明的第一板体另一实施例示意图。有别于图7B的第一板体210与凸管2101一体成形的结构或者是利用焊接的方式固定，而在图7C的实施例中，第一板体210a包括有一平板2100a以及多个凸管2101a，该平板2100a上除了开设第一槽体2102a之外，并在该第一槽体2102a上开设多个通孔2103a。该多个凸管2101a则分别组装于该多个通孔2103a上。至于组装的方式可以利用螺牙或者是紧密配合的方式来实施，并无一定的限制。如此当有些凸管有损坏时则可以直接单独更换，增加了该第一板体的使用寿命，也降低维修保养的成本。

接下来，说明该气体分布装置2的动作。如图6所示，当该第一气体供应源22与该第二气体供应源23提供该第一气体以及该第二气体进入该气体分布装置2时，该第二气体通过该供气通道2003而进入凹槽2002。由于该凹槽2002与第二通道203相连通，因此该第二气体经由该凹槽2002流入该第二通道203内。另一方面，该第一气体经过第二板体211上的供气通孔2110而进入该第三板体212的第二槽体2120。由于该第二槽体2120底面开设有与该第一槽体2100相连通的通孔2121，其可以将进入该第二槽体2120内的第一气体均匀的分布，使该第一气体可以均匀的流入该第一槽体2100内，再经过与第一通道210相连接的凸管2101而流入该第一通道201。

请参阅图9所示，该图为第一气体与第二气体进入气体分布板示意图。当第一气体92经由凸管2101进入第一通道201而进入锥形开孔202时，气体离开板体200所形成的气幕920的范围会随着喷出的距离越来越大。这是因为锥形开孔202的突然扩大区域，使得第一气体92的速度减缓进而让第一气体92可以提早产生扩散的现象。此时，第二气体93经由第二通道203喷出到锥形开孔202的气幕930可以与扩散的第一气体的气幕920接触，而在靠近板体20的区域与第一气体的气幕920相互混合，使得第一气体91与第二气体93能够早期混合而使得气体在进入腔室3后可以均匀混合，以提升在反应腔室3内反应的效果。若无该锥形开孔202的设置，因为第一气体与第二气体具有速度，因此必然喷出至离板体20一段距离之后，才会产生扩散而相互混合，如此便会降低后来制作工艺反应的效果。因此，本实施例通过锥形开孔202的设置，使得第一气体与第二气体能够在恰当的距离及产生混合，而增加反应的效果。

请参阅图10A与图10B所示，该图为本发明的气体分布板第二实施例俯视与DD剖面示意图。该气体分布板40具有一板体400，多个第一通道401、多个第二通道402以及多个第三通道403。该板体400具有一第一表面4000以及一第二表面4001，板体400的第一表面4000的中央部位上开设有一凹槽4002。该凹槽4002可使用机械加工方式将板体400中央部位加工形成或者是使用焊接的方式利用其他板体焊在板体400的周围以形成该凹槽4002。凹槽4002的外围开设有一沟槽4003，以提供放置气密元件。该多个第一通道401，其开设于该凹槽4002内且贯通该凹槽4002以及该第二表面4001，在每一个第一通道401靠近第二表面4001的一端开设有一第一锥形开孔4010。该多个第二通道402，其开设于该板体40内部，每一个第二通道402与第一供气通道405相互垂直。

在每一个第二通道402上，开设有多个第三通道403，每一个第三通道403由第二表面4001开设而与该第二通道402相连通。该第三通道403于该第二表面4001上更具有一第二锥形开孔404。此外，在该凹槽4002的壁面与该板体40侧边之间的区域沿着Y轴方向更开设有至少一第一供气通道405，每一个第一供气通道405于第一表面4000上具有一开口4050，而延伸至该板体40内而与该第二通道402相连通。在该凹槽的壁面与该板体40侧边之间的区域沿着X轴方向更开设有至少一第二供气通道406，每一个第二供气通道406由板体40的第三侧面4004与第四侧面4005开口，而延伸至该板体40内，再由凹槽4002的侧壁开口与该凹槽4002内部空间相连通。前述的第一供气通道405以及第二供气通道406的数目并无特定限制，使用者可以根据需要而有不同的数量，并不以本发明的图示实施例为限。此外，开设的位置也无特定的限制，也不以本发明的实施例为限制。

请参阅图11所示，该图为本发明的气体分布装置第二实施例示意图。该气体分布装置以图10A的气体分布板为主要的气体分布机制，来导引相互独立的气体。在本实施例中，该气体分布装置4设置于一反应腔室3之上，其特征如同前所述，在此不作赘述。该气体分布装置4包括有一气体导引部41以及一气体分布板40。该气体导引部41与该气体分布板40相连接，该气体导引部41更与一第一气体供应源42相偶接以将该第一气体供应源所提供的第一气体导引至该气体分布板40。该气体导引部41具有一第一板体410以及一第二板体411。其中，如图12A与图12B所示，该图分别为该第一板体410俯视以及BB剖面示意图。该第一板体410盖设于该气体分布板40的第一表面4000上，该第一板体410的中央部位上开设有一第一槽体4100，其可使用机械加工方式加工形成槽体或者是使用焊接的方式形成槽体。该第一槽体4100其两侧侧壁上开设有与该至少一第一供气通道405相连通的至少一导引通道4101，本实施例中，第一板体410的两侧分别具有三个导引通道4101，其数量不以本实施例为限。为了增加气密度，再该第一槽体4100的外围更开设有沟槽4102，以提供设置气密元件。该第一供气通道405由该第一槽体4100侧壁开口而延伸至该第一板体410内部，进而由该第一板体410的底面开口而与对应的第一供气通道405相连通。另外，该第二板体411，其盖设于该第一板体410的上表面上，该第二板体411上具有一供气通孔4110与该第一槽体4100相连通，该供气通孔4110提供该第一气体通过。

再回到图10A以及图11所示，其中该供气通孔4110与一第一气体供应源42相连接，以将该第一气体供应源42所提供的第一气体导引至该第一槽体4100内，再经由该导引通道4101进入该第一供气通道405，而由该第二通道402以及该第三通道403流入的该反应腔室内。由于该第一板体410的配置，使得气体可以先经由第一板体410内的第一槽体4100先均匀扩散，再经由导引通道410进入板体400内的第二通道402再一次均匀与扩散，再分别进而由第三通道403进入反应腔室3内。该第二气体供应源43，其与开设于该板体40侧面的第二供气通道406相连接，以提供该第二气体。该第二气体经由该第二供气通道406进入板体40内的凹槽4002，而直接由第一通道401流入至该反应腔室3内。通过本气体分布装置4可以提供两种独立气体进入腔室3内，再相互混合以完成制作工艺所需的气体供应。如图13A与图13B所示，该图分别为第一气体与第二气体在有无锥形开孔的条件下的气体混合状态示意图。在图13A中，其为本发明具有锥形开孔404与4010的气体流道，由于具有锥形开孔404与4010的特征，使得通道内的气体得以降低流速而产生扩散现象，使得第一气体92与第二气体93可以快速且均匀混合。至于图13B所示，其为没有锥形开口时的气体状态，由于没有锥形开口，第一气体92与第二气体93以高速喷出时，会在离板体40比较远的位置处才会有因为速度减缓而产生扩散相互混合的现象。

以上所述的内容仅为本发明的实施例，当不能以之限制本发明范围。即大凡依本发明权利要求所做的均等变化及修饰，仍将不失本发明的要义所在，也不脱离本发明的精神和范围，故都应视为本发明的进一步实施状况。

Claims (28)

1.一种气体分布板，包括：

板体，中央部位具有凹槽；

第一通道，其一端与该凹槽相连通，另一端贯穿该板体；

锥形开孔，该锥形开孔与该第一通道相连通；以及

至少一第二通道，其开设于该板体上与该锥形开孔相连通。

2.如权利要求1所述的气体分布板，其中该至少一第二通道环设在该第一通道的周围。

3.如权利要求1所述的气体分布板，其中该第二通道的中心轴与该第一通道的中心轴平行。

4.如权利要求1所述的气体分布板，其中该第二通道的中心轴与该第一通道的中心轴成一夹角。

5.如权利要求1所述的气体分布板，其中该凹槽是使用机械加工方式将板体中央部位加工形成凹槽或者是使用焊接的方式形成该凹槽。

6.如权利要求5所述的气体分布板，其中该凹槽的一侧还具有至少一供气通道。

7.如权利要求1所述的气体分布板，其中该第一通道与该板体为一体成型或者是该第一通道利用螺接或紧密配合的方式连接于该板体上。

8.一种气体分布装置，包括：

气体导引部，其提供导引一第一气体；

气体分布板，其与该气体导引部相连接，该气体分布板具有：

板体，中央部位具有一凹槽；

多个第一通道，每一个第一通道的一端与该凹槽相连通，另一端贯穿该板体，每一个第一通道与该气体导引部相连通，以接收该第一气体，其中每一个第一通道一侧还具有至少一第二通道以提供导引一第二气体；以及

多个锥形开孔，每一个锥形开孔与该每一个第一通道以及每一第一通道一侧所具有的至少一第二通道相连通。

9.如权利要求8所述的气体分布装置，其中该凹槽使用机械加工方式将板体中央部位加工形成凹槽或者是使用焊接的方式形成该凹槽。

10.如权利要求9所述的气体分布装置，其中该凹槽的一侧还具有至少一供气通道，以提供该第二气体进入该凹槽。

11.如权利要求8所述的气体分布装置，其中该至少一第二通道环设在该第一通道的周围。

12.如权利要求8所述的气体分布装置，其中该第二通道的中心轴与该第一通道的中心轴平行。

13.如权利要求8所述的气体分布装置，其中该第二通道的中心轴与该第一通道的中心轴成一夹角。

14.如权利要求8所述的气体分布装置，其中该气体导引部还具有：

第一板体，其设置于该板体的第一表面上，该第一板体的一侧面上开设有第一槽体，而在另一侧面上具有与该第一槽体相连通的多个凸管，每一个凸管的一端与对应的该第一通道相连通；以及

第二板体，其盖设于该第一板体上，该第二板体上具有一供气通孔与该第一槽体相连通，该供气通孔提供该第一气体通过。

15.如权利要求14所述的气体分布装置，其还具有设置于该第一板体与该第二板体之间的一第三板体，该第三板体具有第二槽体，该第二槽体底面上开设有多个与该第一槽体相连通的通孔。

16.如权利要求8所述的气体分布装置，其中该第二表面还偶接有反应腔室。

17.如权利要求14所述的气体分布装置，其中该第一板体与该多个凸管利用螺接或紧密配合的方式连接于该板体上。

18.如权利要求16所述的气体分布装置，其中该第二气体经由该凹槽流入该第二通道内。

19.一种气体分布板，包括：

板体，中央部位具有凹槽，该板体具有第一表面与第二表面；

第一通道，其贯通该板体的凹槽，该第一通道在该第二表面上还具有第一锥形开孔；

第二通道，其开设于该板体内，该第二通道的中心轴与该第一表面平行；以及

第三通道，其开设于该板体上的第二表面上而与该第二通道相连通，该第三通道在该第二表面上还具有第二锥形开孔。

20.如权利要求19所述的气体分布板，其中该凹槽是使用机械加工方式将板体中央部位加工形成凹槽或者是使用焊接的方式形成该凹槽。

21.如权利要求20所述的气体分布板，其中该凹槽的壁面与该板体侧边之间的区域还开设有至少一供气通道与该第二通道相连通。

22.一种气体分布装置，包括：

气体导引部，其提供导引一第一气体；

气体分布板，其与该气体导引部相连接，该气体分布板具有：

板体，中央部位具有凹槽，该板体具有第一表面与第二表面；

多个第一通道，其贯通该板体的凹槽，每一第一通道在该第二表面上还具有第一锥形开孔，该第一通道导引一第二气体；以及

多个第二通道，其开设于该板体内，每一第二通道的中心轴与该第一表面平行，每一第二通道上还具有多个开设于该板体上的第二表面的第三通道，每一第三通道在该第二表面上还具有第二锥形开孔，该第二通道导引该第一气体。

23.如权利要求22所述的气体分布装置，其中该凹槽使用机械加工方式将板体中央部位加工形成凹槽或者是使用焊接的方式形成该凹槽。

24.如权利要求23所述的气体分布装置，其中该凹槽的壁面与该板体侧边之间的区域还开设有至少一第一供气通道与该第二通道相连通。

25.如权利要求24所述的气体分布装置，其中该气体导引部还具有：

第一板体，其设置于该板体的第一表面上，该第一板体的一侧面上开设有第一槽体，该第一槽体的侧壁上开设有至少一导引通道，其分别与该至少一第一供气通道相连通；以及

第二板体，其盖设于该第一板体上，该第二板体上具有供气通孔与该第一槽体相连通，该供气通孔提供该第一气体通过。

26.如权利要求25所述的气体分布装置，其中该凹槽的一侧还具有至少一第二供气通道，以提供该第二气体进入该凹槽。

27.如权利要求22所述的气体分布装置，其中该第二表面还偶接有反应腔室。

28.如权利要求27所述的气体分布装置，其中该第二气体经由该第二供气通道进入板体内的凹槽，而直接由第一通道流入至该反应腔室内。

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