CN102906861A - 用于防止气体混合的大面积沉积装置 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于防止气体混合的大面积沉积装置。本发明涉及的用于防止气体混合的大面积沉积装置使用了多重管结构的喷嘴，将每种气体供给到不同的喷嘴，因此气体从腔室喷出时，均匀混合之后，向腔室内部均匀喷出。即，能够利用简单结构来防止气体在流入腔室内部之前混合，而且使气体均匀混合之后向腔室内部均匀喷射，从而具有降低成本的效果。此外，喷嘴左右振动的同时喷射气体，因此气体更加均匀地混合之后向腔室内部的基板更加均匀地喷出，从而提高在基板上沉积的膜的品质。而且，可以分别拆卸各喷嘴进行维修或清洗，从而具有易于进行维护作业的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于防止气体混合的大面积沉积装置，具体涉及一种防止气体在流入腔室内部之前彼此混合的同时，在气体彼此均匀混合之后向腔室内部均匀喷射的用于防止气体混合的大面积沉积装置。
背景技术
通过化学气相沉积法（CVD：Chemical Vapor Deposition）的薄膜沉积技术在半导体元件的绝缘层和有源层、液晶显示元件的透明电极、发光显示元件的发光层和保护层等各种应用领域非常重要。
一般，通过CVD沉积的薄膜的物理特性很容易受到沉积压力、沉积温度、沉积时间等工艺条件。例如，随着沉积压力的变化，被沉积薄膜的组成、密度、粘合强度和沉积速度等有可能改变。
化学气相沉积法可以分为低压化学气相沉积法（LPCVD：Low PressureChemical Vapor Deposition）、常压化学气相沉积法（APCVD：AtmosphericPressure Chemical Vapor Deposition）、低温化学气相沉积法（LTCVD：LowTemperature Chemical Vapor Deposition）、等离子体增强化学气相沉积法（PECVD：Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）、金属有机化学气相沉积法（MOCVD：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）等。
其中，MOCVD是作为前驱体（Precursor）利用金属有机化合物（MetalOrganic Compound），向在腔室内被加热的基板表面送入高蒸汽压的金属有机化合物蒸汽，从而使所需薄膜生长的技术。
MOCVD步阶覆盖（Step Coverage）效果优异，也不损伤基板或晶体表面，因此能够生长出高纯度和高品质的薄膜。此外，沉积速度较快，从而能够缩短工艺时间，因此生产率也高。
发明内容
现有的MOCVD装置，为了喷射出均匀的气体需要形成有很多微细孔的喷头，因此存在成本上升的问题。
特别是，现有的MOCVD装置，为了防止沉积薄膜时使用的两种以上的气体在喷射之前混合而导致在不必要的位置形成沉积，需要将喷头加工成更加复杂的形状。因此存在MOCVD装置的成本进一步上升的问题。
此外，现有的MOCVD装置，由于喷头的气体喷射孔被堵塞而需要维修或清洗时，需要拆卸整个喷头，因此存在不方便维护的问题。
本发明是为了解决所述现有技术的问题而提出的，本发明的目的在于，提供一种能够以简单结构来防止气体在流入腔室之前彼此混合的同时，气体均匀混合之后均匀喷射到腔室内部，从而能够降低成本的用于防止气体混合的大面积沉积装置。
本发明的另一目的在于，提供一种便于维护的用于防止气体混合的大面积沉积装置。
为了实现所述目的，本发明涉及的用于防止气体混合的大面积沉积装置，其特征在于，包括：腔室，提供用于向基板沉积规定物质的沉积空间；多个供给口，设在所述腔室的一侧，并向所述腔室内部供给气体；多个供给管，配置在所述腔室内部，并连接于各所述供给口；以及多个喷嘴，配置在投放于所述腔室的所述基板的上方，并沿所述各供给管连接，且彼此交替配置，从而向所述基板的上表面交替喷射不同的气体。
本发明涉及的用于防止气体混合的大面积沉积装置，使用了多重管结构的喷嘴，将每种气体供给到彼此不同的喷嘴，因此气体从腔室喷出时，均匀混合而向腔室内部均匀喷出。即，能够利用简单结构来防止气体在流入腔室内部之前混合，而且使气体均匀混合之后向腔室内部均匀喷射，从而具有降低成本的效果。
此外，喷嘴在左右振动的同时喷出气体，因此气体更加均匀地混合，更加均匀地向腔室内部的基板喷射，从而具有提高沉积膜质量的效果。
此外，可以分别拆卸各喷嘴进行维修或清洗，从而具有易于进行维护作业的效果。
附图说明
图1是本发明的一实施例涉及的用于防止气体混合的大面积沉积装置的俯视图。
图2是图1的“Ⅰ-Ⅰ”线剖视图。
图3是图2的“X”部放大图。
图4是图2的“Y”部放大图。
图5是本发明的一实施例涉及的用于防止气体混合的大面积沉积装置的供给管的立体图。
图6是图5所示的一个供给管和喷嘴的立体图。
图7是图1的“Ⅱ-Ⅱ”线剖视图。
图8是图6所示的喷嘴的剖视图。
图9是图8所示的连接器部位的局部剖开立体图。
图10是图5的俯视图。
具体实施方式
下面，参照附图和能够实施本发明的具体实施例详细说明本发明。为了使本领域的技术人员能够充分实施，详细说明这些实施例。应理解为，本发明的各种实施例彼此不同，但相互并不排斥。例如，这里所记载的一实施例的具体形状、具体结构和特性，在不脱离本发明精神和范围的情况下，也可以由其他实施例来实现。另外，应理解为，各自公开的实施例中的个别构成要素的位置或配置，在不脱离本发明精神和范围的情况下也可进行变更。因此，后述的详细说明并无限定之意，准确地说明，本发明的保护范围仅以权利要求书所记载的内容为准，包含与其权利要求所主张的内容等同的所有范围。为方便起见，也有可能夸张地表现出附图所示的实施例的长度、面积、厚度及形态。
下面，参照附图详细说明本发明的构成。
参照图1和图2，本发明的一实施例涉及的用于防止气体混合的大面积沉积装置包括：腔室C；基座（Susceptor）S，设在腔室C内部，具有加热基板A的加热器的功能；闸阀G，设在腔室C的一侧，允许基板A出入；真空泵（未图示），配置在腔室C的外侧，用于排出腔室C内部的空气。
除了为了使基板A出入而打开闸阀G之外，腔室C提供用于在基板A上沉积规定物质的密闭空间。基板A被放置在多个销P上进行沉积。
在腔室C内部的上侧部位设有多个供给气体的供给口100，而在腔室C内部配置有多个供给管110，该多个供给管110与各供给口100连接并接收沉积气体。供给管110是供气体或蒸汽等流过的管道。
在供给管110的下方设有多个喷嘴120。喷嘴120是形成有孔的管道，以能够使在供给管110内部移动的气体向外部喷出。喷嘴120配置在腔室C内部的基板A的上方，并沿着各供给管110交替配置，从而向基板A的上表面交替供给不同的气体。
喷嘴120在基板A的上方成排地密集配置，从而向大面积的基板A均匀喷射沉积气体。从喷嘴120喷射的彼此不同的气体在喷出的同时喷射区域相互重叠，因此彼此被混合。而且，在大面积的基板A上以均匀的厚度沉积。
参照图1至图4，在腔室C的上面部具有振动气缸130，该振动气缸130用于使喷嘴120在大面积的基板A上以一定速率振动，从而提高不同气体混合并沉积在基板A上的效率。为了能够使喷嘴120振动，气缸130与喷嘴120机械连接。
即，气缸130上连接有轴杆135和喷嘴支架140，该轴杆135与气缸130的行程相对应地进行线性移动，该喷嘴支架140与轴杆135交叉结合，并将轴杆135的振动位移传递给喷嘴120。气缸130可以用具有能够电振动的轴的振动电机来代替。此外，气缸130可以用能够将电机的旋转运动变换为机械的往复运动的往复机构来代替。即，气缸130是提供使喷嘴振动的往复运动的驱动器。
此时，可以在腔室C上设置多个轴杆135。如图所示，可以在腔室C的上面设置三个轴杆135。在三个轴杆135中，左侧的两个连接在气缸130以及下方的喷嘴支架140上，而右侧的另一个仅与位于下方的喷嘴支架140连接。可对轴杆135和喷嘴支架140数量进行各种变更，能够承受以悬挂方式设在腔室C内的喷嘴120的重量，并且以在喷嘴120振动时能够保持平衡。即，图示的示例示出了支承喷嘴120的三个部分，但为了提高稳定性，也可以制作成支承两侧两个部分的四个部分支承结构，进一步还可以制作成五个或六个部分支承结构。
另一方面，在气缸130的活塞杆131上连接有进行滑移的移动台136，而在移动台136的两侧结合有两个轴杆135。此外，在移动台136的两侧设有滑动管137，而滑动管137嵌合于用于引导滑动管137移动的导杆138。此时，导杆138的两侧端部与固定台139结合并固定在腔室C上。
两个轴杆135通过移动台136与气缸130的活塞杆131连接，并随着活塞杆131一同运动。可以使用用于传递气缸131直线运动的其它滑动机构来代替导杆138和滑动管137。采用滑动管137和导杆138的原因是，滑移时导杆138对滑动管137的约束力好。
参照图2，轴杆135设在腔室C的左侧和右侧。左侧的轴杆135接受来自气缸130的驱动力，右侧的轴杆135连接于喷嘴120的其它部位，并执行引导喷嘴120移动的功能。喷嘴支架140从腔室C的上部向下方延伸，上端部与轴杆135结合，而下端部与喷嘴120连接。
气缸130使得成排配置的多个喷嘴120在彼此相邻的喷嘴120与喷嘴120之间振动。例如，多个喷嘴120分别以20mm间隔配置且交替喷射彼此不同的两种气体时，任一喷嘴120的最大振动位移为40mm。
参照图2、图3和图4，在腔室C的左侧上面部具有浮动接头141，该浮动接头141用于减小气缸130的活塞杆131和轴杆135的轴误差，从而衰减振动。
通常，很难将气缸130的活塞杆131和轴杆135的移动路径完全一致地安装在腔室C的上面部。若气缸130的活塞杆131和轴杆135的移动路径不在一条直线上的情况下，与活塞杆131连接的轴杆135反复受到偏轴力时，会导致气缸130和轴杆135的耐用性下降。在这种情况下，当活塞杆131和轴杆135之间的动力传递轴线有偏差时，浮动接头141起到缓冲传输动力的作用。
在腔室C的左/右侧上面部设有轴套145，该轴套145提供轴杆135通过的密闭空间，且轴杆135的两侧端部可移动地设在其中。轴套145执行密闭轴杆135的移动路径的功能，在轴套145上设有密闭导向部146，该密闭导向部146将向轴套145的两侧突出的轴杆135包围并加以密闭。
在密闭导向部146和轴套145之间，可以同时设有作为保持气密的各种密闭单元的金属材料的O形圈（未图示）或橡胶圈（未图示）等。在设在轴套145右侧的密闭导向部146上设有波纹管147，该波纹管147用于缓冲从气缸130传递给轴杆135的冲击。
波纹管147是形成有供轴杆135插入的通道的褶皱管。而且，在左右密闭导向部146上固设有供轴杆135插入的球轴套148。球轴套148引导轴杆135的直线运动，还执行使密闭导向部146对外部保持气密的功能。
参照图3至图5，供给管110固定在支承体150的周围，支承体150位于基板A上，并通过结合于轴杆135上的喷嘴支架140以悬挂于腔室C内部的方式设置。
支承体150为矩形框架，在支承体150的下方成排地设有喷嘴120，该喷嘴120封闭支承体150的大部分内侧空间。
供给管110通过固定块151固定在支承体150上。在固定块151的两侧部分形成有半圆形的槽152，该槽152用于插入并约束截面为圆形的供给管110的一半。固定块151由如螺丝或螺栓等紧固单元固定在支承体150上。固定块151沿着配置在矩形支承体150上的供给管110以隔开规定间距设置。
参照图5，在支承体150的上面部设有供给管110，在支承体150的下方成排地配置有喷嘴120。喷嘴120被设置在与支承体150的长度较长侧即横向交叉的纵向上。由此，多个喷嘴120沿基板A的长度方向配置，并与矩形基板A相对应地形成为矩形。若为5.5代基板A时，喷嘴120为矩形，提供对应于1500mm×1300mm的面积。当然，喷嘴120也可以设置成与支承体150的长度较短的纵向交叉。在图6中示出了供给管110和喷嘴120的连接关系。即，在供给管110的底面上结合有第一连接管161，而喷嘴120的上面结合有与第一连接管161对应的第二连接管162，第一连接管161和第二连接管162通过连接器163彼此连接。此时，第一连接管161贯穿支承体150（参照图5）而与连接器163结合。连接器163为装配手段。
参照图7，在多个供给口100和供给管110之间具有波纹管164。波纹管164连接供给口100和供给管110，进行伸缩以允许供给管110相对于供给口100左右游动。波纹管164并未直接连接于供给管110上，而通过与装配件连接的其它供给口连接于供给管110上。
参照图8和图9，喷嘴120由同心的双重管构成。即，喷嘴120包括：第一管171，连接于供给管110上，接收来自供给管110的气体，并形成有向上方喷出气体的第一孔171a；第二管172，包围第一管171，且形成有向下方喷出气体的第二孔172a。
第一管171的第一孔171a与第二管172的孔相比，其孔间间距更大。第一管171的两个第一孔171a大致对应于第二管172的五个第二孔172a而供给沉积气体。通过第一管171的第一孔171a喷出的沉积气体沿第二管172移动，并在均匀分散的状态下向下方流动，并通过第二管172的第二孔172a均匀地向下方喷出。
另一方面，喷嘴120也可以制作成三重以上的多重管结构。此时，每个管中喷出气体的孔的方向彼此相反，这样有利于均匀喷出气体。
图10是图5的俯视图，示出了向图1和图7的两个供给口100供给的沉积气体的流动方向。作为参考，在图6和图9中所示的箭头表示从一个喷嘴120喷出的沉积气体的流动方向。
参照图2和图5至图10，说明本发明的一实施例涉及的用于防止气体混合的大面积沉积装置的气体混合和流动及沉积过程。
通过图2所示的各供给口100流入的沉积气体的源原料例如为Zn和O2。基板A在基座S上被加热到规定温度之后，源原料Zn和O2流入各供给口100。作为Zn的源原料可以使用Zn的有机化合物DEZ（diethylzinc：二乙基锌），作为O2的源原料可以使用O2。此时，DEZ在常温下呈非气体状态，因此需要将温度提高到例如100℃左右，将固体或液体状态的DEZ转换成气体状态，之后向一个供给口100供给。作为O2的源原料O2在常温下呈气体状态，因此直接供给另一个供给口100。
每种源原料的沉积气体被供给至与各供给口100连接的各供给管110，并填充形成为矩形的供给管110。之后，每种沉积气体通过相对于各供给管110横向连接的喷嘴120向下方喷射。此时，喷嘴120构成为双重管结构，沉积气体通过第一管171的第一孔171a向上方流动，并沿第二管172被分散之后通过第二管172的第二孔172a向位于下方的基板A喷出。
另一方面，气缸130的活塞杆131进行往复运动，而活塞杆131使得设在轴套145内的轴杆135进行往复运动。轴杆135进行的运动相当于预先设定的活塞杆131的行程，通过往复运动使结合于支承体150的喷嘴支架140振动。当喷嘴支架140振动时，设在喷嘴支架140下部的喷嘴120向两侧进行往复运动而振动。此时，多个喷嘴120中任一个喷嘴120的振动范围可以设定为，任一喷嘴120与相邻的喷嘴120之间的间距之内。例如，在本实施例中，多个喷嘴120由相互交替的DEZ气体喷嘴120和O2气体喷嘴120构成，任一DEZ气体喷嘴120的振动范围可以为，任一DEZ气体喷嘴120和与其相邻的O2气体喷嘴120之间的间距的两倍。
这样，通过气缸130的振动，各喷嘴120将不同沉积气体以相互交换位置的形式喷射，而被喷出的沉积气体从上方至下方形成“之”字形到达基板A侧。此时，作为沉积气体的DEZ气体和O2气体通过喷嘴120的振动更容易混合之后喷到基板A上，并通过氧化/还原等化学反应而在基板A上沉积一定厚度的ZnO。
有关上述本发明的实施例的附图，为了容易理解属于本发明的技术思想的部分而概略示出，省略了详细轮廓线。此外，所述实施例不能作为用于限定本发明的技术思想的基准，而仅是用于理解包含于本发明的权利要求范围内的技术思想的参考事项。
Claims (20)
1.一种用于防止气体混合的大面积沉积装置，其特征在于，包括：
腔室，提供向基板沉积规定物质所需的沉积空间；
多个供给口，设在所述腔室的一侧，并向所述腔室内部供给气体；
多个供给管，配置在所述腔室内部，并连接于各所述供给口；以及
多个喷嘴，配置在投放于所述腔室内的所述基板的上方，沿各所述供给管连接，且彼此交替配置，从而向所述基板的上表面交替喷射不同的气体。
2.根据权利要求1所述的用于防止气体混合的大面积沉积装置，其特征在于，
在所述腔室的外侧具有使所述喷嘴振动的气缸。
3.根据权利要求2所述的用于防止气体混合的大面积沉积装置，其特征在于，
在所述腔室的外侧设有多个轴杆，该轴杆可移动地设置，并与所述气缸的活塞杆联动；
在所述腔室的内部设有多个喷嘴支架，该喷嘴支架的一端部与所述轴杆结合，而另一端部与所述喷嘴连接。
4.根据权利要求3所述的用于防止气体混合的大面积沉积装置，其特征在于，
在所述腔室的上面设有三个所述轴杆，所述三个轴杆中的两个与所述气缸连接，而另一个在相反侧与所述喷嘴支架中的一个连接。
5.根据权利要求4所述的用于防止气体混合的大面积沉积装置，其特征在于，
在所述气缸的所述活塞杆上连接有滑移的移动台，而所述移动台的两侧结合有与所述气缸连接的两个所述轴杆。
6.根据权利要求5所述的用于防止气体混合的大面积沉积装置，其特征在于，
在所述移动台的两侧设有滑动管，而所述滑动管嵌合在用于引导所述滑动管移动的导杆上。
7.根据权利要求6所述的用于防止气体混合的大面积沉积装置，其特征在于，
所述导杆的两侧端部结合在设置于所述腔室上面的固定台。
8.根据权利要求3所述的用于防止气体混合的大面积沉积装置，其特征在于，
在所述腔室的外侧设有多个轴套，该轴套用于提供所述轴杆通过的密闭空间，且所述轴杆的两侧端部可移动地设在该轴套中。
9.根据权利要求3所述的用于防止气体混合的大面积沉积装置，其特征在于，
在所述气缸的所述活塞杆和所述轴杆之间具有用于减少轴误差引起的振动的浮动接头。
10.根据权利要求3所述的用于防止气体混合的大面积沉积装置，其特征在于，
在所述轴杆上设有波纹管，该波纹管用于缓冲来自所述气缸的所述活塞杆的冲击。
11.根据权利要求10所述的用于防止气体混合的大面积沉积装置，其特征在于，
在所述轴杆上设有与所述波纹管接触的球轴套。
12.根据权利要求2所述的用于防止气体混合的大面积沉积装置，其特征在于，
所述气缸使任一所述喷嘴在彼此相邻的喷嘴之间的间距内进行振动。
13.根据权利要求1所述的用于防止气体混合的大面积沉积装置，其特征在于，
所述供给管固定于支承体的周围，该支承体设在所述腔室内部且所述基板的上侧。
14.根据权利要求13所述的用于防止气体混合的大面积沉积装置，其特征在于，
所述支承体呈矩形框架形状，所述喷嘴成排设置在所述支承体的下方，并封闭所述支承体的内侧空间。
15.根据权利要求13所述的用于防止气体混合的大面积沉积装置，其特征在于，
在所述支承体上设有用于固定所述供给管的固定块。
16.根据权利要求1所述的用于防止气体混合的大面积沉积装置，其特征在于，
在所述供给管的底面结合有第一连接管，而所述喷嘴的上面结合有与所述第一连接管对应的第二连接管，所述第一连接管和所述第二连接管通过连接器彼此连接。
17.根据权利要求1所述的用于防止气体混合的大面积沉积装置，其特征在于，
在所述多个供给口和所述供给管之间设置有波纹管。
18.根据权利要求1所述的用于防止气体混合的大面积沉积装置，其特征在于，
所述喷嘴由同心的多重管构成。
19.根据权利要求18所述的用于防止气体混合的大面积沉积装置，其特征在于，所述喷嘴包括：
第一管，连接于所述供给管，并接收来自所述供给管的气体，且形成有向上方喷出气体的第一孔；以及
第二管，包围所述第一管，且形成有将从所述第一孔喷出的气体向下方喷射的第二孔。
20.根据权利要求1所述的用于防止气体混合的大面积沉积装置，其特征在于，
所述多个喷嘴沿所述基板的长度方向配置，并形成矩形。
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