CN103668118A - 气体喷射器及其喷射器管 - Google Patents

气体喷射器及其喷射器管 Download PDF

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尹根尙
李铉熙
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Abstract

一种能以均匀的速度喷射的气体喷射器和一种用于该气体喷射器的喷射器管。所述气体喷射器包括：主体；形成在所述主体内部的气体流动通路，该气体流动通路在所述主体的纵向方向上从一端延伸到另一端；叶片，该叶片被形成在所述主体内部，并被连接到所述气体流动通路以喷射气体；和被插入到所述气体流动通路中的喷射器管。所述喷射器管从气体供应部接收所述气体，并通过多个孔将所述气体分配到所述气体流动通路。所述喷射器管的所述多个孔包括沿在所述喷射器管的纵向方向上延伸的两条平行线形成的多个第一孔和多个第二孔，所述第一孔与所述第二孔交替。

Description

气体喷射器及其喷射器管
相关申请的交叉引用
本申请要求于2012年9月20日递交的韩国专利申请第10-2012-0104309号的优先权，为所有目的而将其全部内容通过该引用合并于此。
技术领域
本发明涉及一种气体喷射器和一种用于该气体喷射器的喷射器管，更具体地，涉及一种在化学气相沉积（CVD）期间将气体喷射到基板的气体喷射器和一种用于该气体喷射器的喷射器管。
背景技术
化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）为在基板上形成沉积膜的典型的沉积方法。
CVD通过加热和气化相当于原料的源材料并随后将气化的源材料供给到沉积室中而在基板上形成预期的沉积膜。在此过程中，通过将基板加热到特定温度来供应用于形成沉积膜所需的能量。
CVD具有的优点在于，杂质的分布和浓度可被控制，膜的厚度可被控制（几到几十纳米），沉积膜可被形成在绝缘体上，并且基板可在原位蚀刻。
特别地，常压化学气相沉积（APCVD）可通过例如实现连续沉积过程并排除真空泵的使用而在大规模生产中显著降低产品的制造成本。另外，另一优点为可通过APCVD涂覆大的面积。
在APCVD中，为了生产均匀的沉积膜而主要考虑的重要变量可包括基板的温度的均匀性、反应物质的流动的稳定性等。
图1为示出在APCVD中使用的相关领域的气体喷射器的示意性剖视图。
如图1所示，在APCVD中使用的相关领域的气体喷射器包括主体10，形成在主体内的气体流动通路20，被连接到气体流动通路20的叶片（blade）30和插入到气体流动通路20中的喷射器管40。这里，反应气体或者待沉积在基板上的材料的组分通过喷射器管40被供给，通过形成在喷射器管40中的歧管41分配到气体流动通路20，随后通过叶片30喷射到基板上。随后，喷射的反应气体被沉积在基板上。
图2为示意性地示出供给到相关领域的气体喷射器中的流动通路中的反应气体的流动的概念性视图。图2中灰色阴影部分表示反应气体实际流动所沿的通路。
图3为在相关领域的气体喷射器中使用的喷射器管40的示意性俯视图。
如图3所示，形成在喷射器管40中的歧管被实施为在喷射器管的纵向方向上排列的多个孔。这些孔更密集地形成在喷射器管40的一些部分（在图3中以红色点线标记的部分）。
然而，当喷射器管40的孔以这种方式形成时，从气体喷射器喷射的反应气体的流动变得不均匀。
图4和图5为使用ANSYS Fluent对通过相关领域的气体喷射器的叶片30喷射的气体执行的计算流体动力学仿真图。
如图4所示，可以看出从相关领域的气体喷射器喷射的气体被非均匀地喷射，其具有大约3.2cm/s的最大流速差。特别地，图4中以红色点线标记的部分与喷射器管40中密集地形成孔的部分（以红色点线标记的部分）一致。
这也可从图5中所示的图中证实，其中从相关领域的喷射器喷射的气体具有若干区域。
当气体以非均匀的速度喷射时，非均匀的膜被沉积在基板上，膜的质量降低，这是有问题的。
在本发明的背景技术部分中公开的信息仅提供用于更好地理解本发明的背景，并且不应当被认为该信息形成可能对本领域技术人员已知的现有技术的承认或任何形式的建议。
发明内容
本发明的各个方面提供一种能以均匀的速度喷射的气体喷射器和用于该喷射器的喷射器管。
在本发明一方面中，提供一种气体喷射器，该气体喷射器包括：主体；形成在所述主体内部的气体流动通路，该气体流动通路在所述主体的纵向方向上从一端延伸到另一端；叶片，该叶片被形成在所述主体内部，并被连接到所述气体流动通路以喷射气体；和被插入到所述气体流动通路中的喷射器管。所述喷射器管从气体供应部接收所述气体，并通过多个孔将所述气体分配到所述气体流动通路。所述喷射器管的所述多个孔包括沿在所述喷射器管的纵向方向上延伸的两条平行线形成的多个第一孔和多个第二孔，所述第一孔与所述第二孔交替。
根据本发明的示例性实施例，由所述多个第一孔和所述多个第二孔相对于所述喷射器管的中心限定的中心角的范围可为从0到120°。
所述第一孔之间的距离和所述第二孔之间的距离可在远离所述气体供应部的方向上减小。优选的是，所述第一孔之间的距离和所述第二孔之间的距离在远离所述气体供应部的方向上以预定尺寸减小，所预定尺寸的范围为从0.02mm到0.06mm。
所述喷射器管可在与面向所述叶片的下侧相对的上侧具有所述多个第一孔和所述多个第二孔。（这里，上侧和下侧不表示绝对的位置关系，而是相对的位置关系。因此，能够将面向所述叶片的侧部命名为上侧，而将其相对的侧部命名为下侧。）
所述第一孔和所述第二孔的总数可满足以下公式：
1/3*π*Rin 2<nA<2/3*π*Rin 2,
其中，n为所述第一孔和所述第二孔的总数，Rin为所述喷射器管的内径，并且A为所述第一孔和所述第二孔的横截面面积。
所述气体流动通路可包括形成在所述主体内部的多个气体流动通路。所述叶片可包括多个叶片，所述多个叶片中的每个均被连接到所述多个气体流动通路中的对应的气体流动通路。所述喷射器管可包括多个喷射器管，所述多个喷射器管中的每个均被插入到所述多个气体流动通路中的对应的气体流动通路中。
所述气体喷射器可进一步包括控制所述气体的温度的温度控制器。
在本发明的另一方面中，提供一种喷射器管，该喷射器管从气体供应部接收气体并通过多个孔分配所述气体。所述多个孔包括沿在所述喷射器管的纵向方向上延伸的两条平行线形成的多个第一孔和多个第二孔，所述第一孔与所述第二孔交替。
根据本发明的示例性实施例，由所述多个第一孔和所述多个第二孔相对于所述喷射器管的中心限定的中心角的范围可从0到120°。
所述第一孔之间的距离和所述第二孔之间的距离在远离气体供应部的方向上减小。
所述第一孔和所述第二孔的总数满足以下公式：
1/3*π*Rin 2<nA<2/3*π*Rin 2,
其中，n为所述第一孔和所述第二孔的总数，Rin为所述喷射器管的内径，A为所述第一孔和所述第二孔的横截面面积。
根据本发明的实施例，由于多个第一孔和多个第二孔沿所述喷射器管上的两条平行线形成，使得所述第一孔与所述第二孔交替，所以能够使从所述气体喷射器喷射的气体的流速均匀，并在基板上沉积均匀的膜。
本发明的方法和装置具有其它特征和优点，其它特征和优点将由合并于此的附图和以下本发明的具体实施方式而明显，或者在其中更详细地陈述，附图和具体实施方式共同用于解释本发明的某些原理。
附图说明
图1为示出在APCVD中使用的相关领域的气体喷射器的示意性剖视图；
图2为示意性地示出供给到相关领域的气体喷射器中的流动通路中的反应气体的流动的概念性视图；
图3为在相关领域的气体喷射器中使用的喷射器管40的示意性俯视图；
图4和图5为使用ANSYS Fluent对通过相关领域的气体喷射器的叶片30喷射的气体执行的计算流体动力学仿真图；
图6为示意性地示出根据本发明实施例的气体喷射器的剖视图；
图7为根据本发明实施例的喷射器管的俯视图；
图8为根据本发明的实施例的喷射器管的剖视图，其示出了包括在第一孔的线和第二孔的线之间的角度；
图9至图13为使用ANSYS Fluent对通过根据本发明实施例的气体喷射器喷射的气体执行的计算流体动力学仿真图；和
图14为表1的三维图；和
图15为示出根据本发明另一实施例的气体喷射器的示意性剖视图。
具体实施方式
现在将详细参考根据本发明的气体喷射器和用于该气体喷射器的喷射器管，其实施例被例示在附图中并在下面被描述，从而本发明相关领域的普通技术人员可容易地实施本发明。
在该文件全篇中，应当参照附图，在附图中，相同的附图标记和符号在不同的附图中始终用于表示相同或类似的部件。在本发明的以下描述中，合并于此的已知的功能和部件的详细描述在可能使本发明的主题不清楚时将被省略。
图6为示意性示出根据本发明实施例的气体喷射器的剖视图。
参见图6，根据本发明实施例的气体喷射器包括主体100、气体流动通路200、叶片300和喷射器管400。
主体100形成气体喷射器的轮廓，并可被实施为具有长方体形状的块体。
主体100被定位在执行沉积过程的室的上部，待在其上沉积膜的基板被定位在主体100的下方。
气体流动通路200被形成在主体100内部，并在主体100的纵向方向上从主体100的一端延伸到另一端。喷射器管400被插入到气体流动通路200中，气体流动通路200允许从喷射器管400分配的气体流向叶片300。
气体流动通路200的一端闭合。另外，在喷射器管400插入通过的气体流动通路200的另一端与喷射器管400之间提供密封，以使气体不泄漏。
优选的是气体流动通路200为圆柱形的。
叶片300被形成在主体100内部，并被连接到气体流动通路200。叶片300被构造为使得其将气体从气体流动通路200朝向基板喷射。
已通过叶片300喷射到基板的气体在定位在室内部的基板上形成沉积膜。
喷射器管400被插入到气体流动通路200中，并被构造为使得其通过形成在喷射器管400内的多个孔将从气体供应部（未示出）的供应的气体分配到多个气体流动通路200。这里，能够通过调整孔的尺寸、位置和孔之间的距离来控制气体的流动和气体的流速。
喷射器管400的外周和气体流动通路200的内周彼此隔开，由此在它们之间形成一空间，从喷射器分配的气体通过该空间流向叶片300。
图7为根据本发明实施例的喷射器管400的俯视图。
参见图7，根据本发明的实施例，喷射器管400中的多个孔包括沿在喷射器管400的纵向方向上延伸的两条平行线形成的多个第一孔401和多个第二孔402。第一孔401和第二孔402被形成为使得第一孔401和第二孔402交替。也就为说，第一孔401和第二孔402形成在相对于参考点以特定角度向左和向右倾斜的位置，从而第一孔401和第二孔402形成Z字形。优选的是第一孔401和第二孔402形成在相对于喷射器管400的参考点以相同角度向左和向右倾斜的位置。这里，参考点为叶片的对跖点。
同样地，多个第一孔401和多个第二孔402沿两条平行线形成，从而第一孔401和第二孔402交替。因此，能够使通过叶片300喷射的气体的流速均匀，从而均匀的膜可被沉积在基板上。
由多个第一孔401和多个第二孔402相对于喷射器管400的中心限定的中心角度（即，由将多个第一孔连接到喷射器管的中心的线与将多个第二孔连接到喷射器管的中心的线限定的角度）小于180°。如图8所示，中心角度可为120°。
另外，优选的是第一孔401之间的距离在远离气体供应部的方向上减小。更优选地，第一孔401之间的距离在远离气体供应部的方向上以特定尺寸减小。这里，该特定尺寸的范围从0.02mm到0.06mm。另外，第一孔401之间的距离和第二孔402之间的距离以等差级数或不同的级数减小。
另外，优选的是根据本发明的第一孔401和第二孔402的总数设定为满足以下公式：
1/3*π*Rin 2<nA<2/3*π*Rin 2,
其中，n为第一孔和第二孔的总数，Rin为喷射器管的内径，A为第一孔和第二孔的横截面面积。
能够使用该公式计算孔之间的距离。
另外，喷射器管可在与面向叶片300的下侧相对的上侧具有多个第一孔401和多个第二孔402。因此，在从喷射器管分配的气体沿气体流动通路200的内部流动特定时间之后，其可通过叶片300朝向基板喷射，由此或多或少地降低气体的流速。因此，能够提高气体沉积在基板上的效率和沉积在基板上的膜的均匀性。另外，能够增加从叶片300喷射的气体的直线度。
根据本发明的喷射器管400可被更换。也就为说，当需要使用具有不同的孔尺寸或不同的孔间距离的另一个喷射器管或者喷射器管的一些孔闭合时，能够仅将喷射器管从气体喷射器分离，并将新喷射器管放置在适当的位置。
图9和图10为使用ANSYS Fluent对通过本发明的气体喷射器喷射的气体执行的计算流体动力学仿真图。
另外，图11为使用ANSYS Fluent对与第一孔401对应的部分的横截面执行的计算流体动力学仿真图，图12为使用ANSYS Fluent对与第二孔402对应的部分的截面执行的计算流体动力学仿真图，图13为使用ANSYS Fluent对包括图11和图12中的部分的部分执行的计算流体动力学仿真图。
在图9到图13中所示的计算流体动力学仿真中使用的喷射器管400中，多个第一孔401和多个第二孔402被形成在喷射器管400的与面向叶片300的下侧相对的上侧，使得第一孔401和第二孔402以特定距离交替，其中由多个第一孔401和多个第二孔402相对于喷射器管400的中心限定的中心角为120°。
如图9所示，当气体通过本发明的气体喷射器喷射时，气体流速的最大值和最小值为7.0cm/s和5.7cm/s，最大值和最小值之间的差仅为1.3cm/s。相应地，在本发明的气体喷射器中，气体流速的差比相关领域的气体喷射器的气体流速的差在更大程度上降低。也明显的是气体的整体流速更加均匀。这也可从图10中所示的图中看出，其中与图5相比，存在于从本发明的气体喷射器喷射的气体中的区域显著减小或移除。
表1示出了对通过叶片喷射的气体的最大流速和最小流速之间的差（cm/s）执行的计算流体动力学仿真，其中该仿真使用ANSYS Fluent通过将第一孔401的线与第二孔402的线之间的距离d设定为7mm、改变第一孔401和第二孔402的位置以及改变第一孔401之间的距离和第二孔402之间的距离的减小的尺寸而被执行。图14为表1的三维图。这里，倾斜角的参考点为叶片300的对跖点。
表1
Figure BDA0000383975850000071
注：RS1)：减小的尺寸，TA2)：倾斜角
参见表1和图14，可以看出，当第一孔401之间的距离和第二孔402之间的距离的减小的尺寸的范围为从0.02mm到0.06mm并且第一孔401和第二孔402相对于喷射器管400的参考点（参考点为叶片的对跖点）的倾斜角的范围为从0到60°时，通过叶片300喷射的气体的最大流速和最小流速之间的差被减小到2.15cm/s或更小。此外，表1中以阴影标记的值示出，与相关领域的气体喷射器相比，通过叶片喷射的气体流速的差减小的效果提高了至少两倍。
另外，根据本发明的气体喷射器可进一步包括温度控制器（未示出），其通过控制所喷射的气体的温度来提高沉积效率。
温度控制器（未示出）可通过使通过气体喷射器内部的液体或气体循环来控制被喷射到基板的气体的温度。
图15为示出根据本发明另一实施例的气体喷射器的示意性剖视图。
参见图15，根据本发明的气体喷射器包括：形成在主体100内部的多个气体流动通路210和220；叶片310和320，叶片310和320中的每个均被连接到气体流动通路210和220中的对应的气体流动通路；以及喷射器管410和420，喷射器管410和420中的每个均被插入到气体流动通路210和220中的对应的气体流动通路中。
当需要几种气体在基板上沉积膜时，各种气体可通过多个气体流动通路210和220、叶片310和320以及喷射器管410和420被彼此分离地喷射到基板，以使气体在气体喷射器内部既不过早地混合也不彼此反应。
因此，这可有助于从气体喷射器喷射的气体在基板上完全地、有效地和均匀地反应，由此提高沉积在基板上的膜的质量。
已参照附图提供了本发明的特定示例性实施例的前述描述。其不意欲穷尽或将本发明限制到所公开的确切形式，并且显而易见地，对本领域普通技术人员而言，在上述教导的启发下，许多更改和变型是可能的。
因此，其意欲本发明的范围不被限制到前述实施例，而是由附于此的权利要求书及其等同物限定。

Claims (12)

1.一种喷射器管，该喷射器管从气体供应部接收气体并通过多个孔分配所述气体，其中所述多个孔包括沿在所述喷射器管的纵向方向上延伸的两条平行线形成的多个第一孔和多个第二孔，所述第一孔与所述第二孔交替。
2.根据权利要求1所述的喷射器管，其中由所述多个第一孔和所述多个第二孔相对于所述喷射器管的中心限定的中心角的范围为0到120°。
3.根据权利要求2所述的喷射器管，其中所述多个第一孔中相邻的第一孔之间的距离和所述多个第二孔中相邻的第二孔之间的距离在远离所述气体供应部的方向上减小。
4.根据权利要求1所述的喷射器管，其中所述第一孔和所述第二孔的总数满足公式：1/3*π*Rin 2<nA<2/3*π*Rin 2,
其中，n为所述第一孔和所述第二孔的总数，Rin为所述喷射器管的内径，并且A为所述第一孔和所述第二孔的横截面面积。
5.一种气体喷射器，包括：
主体；
形成在所述主体内部的气体流动通路，该气体流动通路在所述主体的纵向方向上从一端延伸到另一端；
根据权利要求1中所述的喷射器管，该喷射器管被插入到所述气体流动通路中；和
形成在所述主体内部并被连接到所述气体流动通路的叶片，
其中所述喷射器管从所述气体供应部接收气体，并通过所述多个孔将所述气体分配到所述气体流动通路，并且被连接到所述气体流动通路的所述叶片喷射所述气体。
6.根据权利要求5所述的气体喷射器，其中由所述多个第一孔和所述多个第二孔相对于所述喷射器管的中心限定的中心角的范围为从0到120°。
7.根据权利要求6所述的气体喷射器，其中所述多个第一孔中相邻的第一孔之间的距离和所述多个第二孔中的相邻的第二孔之间的距离在远离所述气体供应部的方向上减小。
8.根据权利要求7所述的气体喷射器，其中相邻的第一孔之间的所述距离和相邻的第二孔之间的所述距离在远离所述气体供应部的方向上以预定尺寸减小，该预定尺寸的范围为从0.02mm到0.06mm。
9.根据权利要求5所述的气体喷射器，其中所述喷射器管在与面向所述叶片的下侧相对的上侧包括所述多个第一孔和所述多个第二孔。
10.根据权利要求5所述的气体喷射器，其中所述第一孔和所述第二孔的总数满足公式：1/3*π*Rin 2<nA<2/3*π*Rin 2,
其中，n为所述第一孔和所述第二孔的总数，Rin为所述喷射器管的内径，并且A为所述第一孔和所述第二孔的横截面面积。
11.根据权利要求5所述的气体喷射器，其中
所述气体流动通路包括形成在所述主体内部的多个气体流动通路，
所述叶片包括多个叶片，所述多个叶片中的每个均被连接到所述多个气体流动通路中的对应的气体流动通路，并且
所述喷射器管包括多个喷射器管，所述多个喷射器管中的每个均被插入到所述多个气体流动通路中的对应的气体流动通路中。
12.根据权利要求5所述的气体喷射器，进一步包括控制所述气体的温度的温度控制器。
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