CN104789943A - 控温型双气体通道均匀喷气喷淋板 - Google Patents

Abstract

控温型双气体通道均匀喷气喷淋板，主要解决现有技术结构不够合理而导致传热效率低，喷淋部件体积大等问题。其结构是：喷淋板内部设有相互隔离的两个气体通道、一个传热效率高的蛇形液态传热介质通道。所述的相互隔离的两个气体通道及一个蛇形液态传热介质通道由该部件所包括的喷淋上板、扩散挡板、进气环、封闭环及喷淋孔板五个部分组合而成。本发明利用两个零件焊接形成液态传热介质通道的形式将对流传热的位置设置在喷淋小孔一侧，将传热效率最大化，实现了在可控的温度条件下两种气体同时通入腔体或切换通入腔体进行反应的工艺要求，减小了喷淋部件的体积，提高了传热效率，使喷淋部件的可靠性得以保证。

Description

控温型双气体通道均匀喷气喷淋板

技术领域

本发明涉及一种半导体设备采用的喷淋部件，具体地说是一种控温型双气体通道均匀喷气喷淋板，属于半导体薄膜沉积应用及制造技术领域。

背景技术

现有的半导体薄膜沉积设备，在工艺过程中，往往需要在特定的温度场内且两种或多种气体同时通入腔体或切换通入腔体进行反应。而且大多数情况下，此特定的温度场会直接以热辐射的形式影响喷淋部件，导致喷淋部件达到或接近其熔点变形失效，这时，喷淋部件的控温功能就转化为对喷淋部件主体的冷却。为达到目前的两种或多种气体同时通入腔体或切换通入腔体而且在特定的温度条件下反应的工艺要求，人们提出了多种形式的多气体通道液态介质对流传热类喷淋部件结构形式，这些喷淋部件多采用摩擦焊或埋设其他材料管路形成液态传热介质通道，但是半导体设备采用的喷淋部件普遍设有密集排列的喷淋小孔，喷淋小孔下方即是为晶圆或其他形式的薄膜基底加热的加热器，则喷淋部件的喷淋小孔一侧最接近加热器，受到加热器的热辐射量最大，若液态传热介质通道设置在喷淋部件的喷淋小孔一侧则其冷却效果最佳，但密集排列的喷淋小孔限制了摩擦焊焊接或埋设管路所需空间，迫使液态传热介质通道的位置远离喷淋小孔一侧，即远离所在的接近晶圆或其他形式的薄膜基底的位置而设置在了被迫增大体积的喷淋部件的上端，这时在喷淋部件上方即远离喷淋小孔所在的接近晶圆或其他形式的薄膜基底的位置的液态传热介质通道若通入冷却液，则其冷却效率会降低，即使液态传热介质通道以夹层的形式设置在了最接近热源的喷淋小孔一侧，其传热效果也会因液态传热介质在夹层边缘形成绕流堆积而降低其传热效率，若喷淋部件所吸收的热量使其升温到接近熔点甚至熔点之上，会导致喷淋部件变形失效。此外，在等离子增强型化学气相沉积设备中，喷淋部件主体会加载高频电压，所以不采用摩擦焊接来形成液态传热介质通道而采取喷淋部件内部埋设不同于喷淋部件材料的液态传热介质管路的方式则会影响喷淋部件主体的电性。

发明内容

本发明以解决上述问题为目的，主要解决现有喷淋部件结构中存在的喷淋小孔一侧，即最接近热源一侧与液态传热介质通道因空间所限不能有效接近导致传热效率低，喷淋部件体积大，以及喷淋部件中不宜埋设其他材料的液态传热介质管路的问题。在喷淋部件中，通过设置在其内部的传热介质通道、两种气体独立流动通道，来实现温度可控且两种气体在喷淋部件内部相互隔离流动，以达到控温、两种气体切换供给或同时供给且在喷淋部件内不能混合而进行薄膜沉积的工艺要求。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：控温型双气体通道均匀喷气喷淋板，所述喷淋板内部设有相互隔离的两个气体通道、一个传热效率高的蛇形液态传热介质通道。所述的相互隔离的两个气体通道及一个蛇形液态传热介质通道由该部件所包括的喷淋上板、扩散挡板、进气环、封闭环及喷淋孔板五个部分组合而成。所述的喷淋上板为圆形板状，其下端面边缘上设置环形凸台，在环形凸台的端面上开矩形槽。两种气体通道的进气位置分别在喷淋上板的中心处和边缘处，边缘处的进气通道与喷淋上板下端面的矩形槽相通，中心处的进气通道为喷淋上板中心处的通孔。将板状喷淋孔板用去除材料的方式，使其内部形成夹层及夹层中规律分布导气柱，在每个导气柱中心钻一个通孔，在喷淋孔板下端面导气柱之间规律地钻至夹层中形成半通孔，在所钻的半通孔另一端，即喷淋孔板的上端面至夹层的材料上，沿板面方向上且避开导气柱中心所钻有的通孔钻一列长通孔，形成上述结构后再将板状的喷淋孔板加工成圆形。将内径与喷淋孔板外径一致的进气环的内侧壁开一系列与喷淋上板所钻有的长通孔相对应的短槽，在进气环套在喷淋孔板外缘且进气环上端面与喷淋孔板上端面共面时，所述的短槽应与喷淋上板所钻有的一列长通孔结合使所述的短槽与喷淋上板所钻有的一列长通孔结合成为封闭的蛇形管路。进气环的上端面圆周方向上避开短槽的位置设置一系列通道。进气环焊接在喷淋孔板上，封闭环将喷淋孔板与进气环形成的结构转化成双通道气路。将中心处焊有扩散挡板的喷淋上板同心置于喷淋孔板、进气环、封闭环焊接好形成的零件的上端，使喷淋上板下端面边缘处的矩形槽与进气环的上端面圆周方向上避开短槽的位置设置的一系列通道相通。在喷淋上板上端面钻两个孔分别与蛇形管路的头尾对应相通。这样，第一种气体由喷淋部件的喷淋上板中心处的第一气体入口进入，经过扩散挡板的作用充分扩散到整个喷淋部件的内腔中，经喷淋孔板上的设置在各导气柱中的各通孔流出喷淋部件。第二种气体由喷淋装置的喷淋上板边缘处的第二气体入口进入，在喷头上板下端面上设置的矩形槽内流动，在流动过程中通过进气环的上端面圆周方向上避开短槽的位置所设置一系列通道进入到喷淋孔板的夹层中，充满夹层空间的同时通过导气柱之间所钻的半通孔流出喷淋部件。两种气体则根据工艺需要以同时或切换的方式进入反应腔中。与此同时，将液态传热介质通入在喷淋上板上端面所钻的孔进入蛇形管路并经蛇形管路往复流动后流出喷淋部件，达到凭借液态传热介质特定的流速及温度对喷淋部件控温的目的。

具体结构：将扩散挡板同心地焊接在喷淋上板的中心处，上述扩散挡板与喷淋上板构成第一个部分。将进气环与喷淋孔板焊接，使进气环开有的短槽与喷淋孔板所钻有的一列长通孔结合成为封闭的蛇形管路，焊接封闭环将喷淋孔板与进气环形成的结构转化成双通道气路。上述喷淋孔板、进气环、封闭环构成第二个部分。将焊接后的两个部分钎焊在一起，形成空腔，喷淋上板上设置进气口A、进气口B、液路入口C，液路出口D，进气口A与两个部分形成的空腔相通，进气口B与喷淋孔板的夹层相通。

本发明的有益效果及特点

本发明利用两个零件焊接形成液态传热介质通道的形式将对流传热的位置设置在喷淋小孔一侧，将传热效率最大化，实现了在可控的温度条件下两种气体同时通入腔体或切换通入腔体进行反应的工艺要求，减小了喷淋部件的体积，提高了传热效率，使喷淋部件的可靠性得以保证。

附图说明

图1是本发明的喷淋孔板主视图。

图2是图1的立体图。

图3是本发明的进气环结构示意图。

图4是图3的E处放大图。

图5是本发明的封闭环结构示意图。

图6是本发明的结构示意图。

图7是图6的G-G剖视图。

图8是图6的F-F剖视图。

图9是图8的H-H剖视图。

具体实施方式

实施例

参照图1-图2，控温型双气体通道均匀喷气喷淋板中的喷淋孔板1为圆形板状，应用去除材料的加工方式，将其内部形成夹层空间15，夹层空间15内部均匀阵列若干柱体3，在每个柱体3中心处钻一个通孔4，在夹层空间15的下层钻均匀阵列的半通孔5，在夹层空间15的上层，平行于喷淋孔板1板面的方向上，钻一列长通孔2，所述的长通孔2避开通孔4。

参照图3-图4，控温型双气体通道均匀喷气喷淋板中的进气环6为圆形环状，进气环6内径与喷淋孔板1外径相同，进气环6的下端面开设圆周槽7，在进气环6的内侧壁上，开有若干槽8，避开槽8所在位置开设一系列对称轴方向为进气环6径向的径向槽9，每个径向槽9的一端钻通孔10，选取两个特殊位置的槽8，在所述的两个特殊位置的槽8上开设与之相通的两个孔11。

参照图5，封闭环12的结构如图所示。

参照图6-图9，控温型双气体通道均匀喷气喷淋板上端，设置四个入口，分别是中心进气口A，边缘进气口B，液态传热介质进口C，液态传热介质出口D，液态传热介质进口C和出口D可互换。控温型双气体通道均匀喷气喷淋板的焊接关系是：将扩散挡板14同心焊接在喷淋上板13的中心处，使扩散挡板14与喷淋上板13形成第一部分，将进气环6套在喷淋孔板1外圈且使进气环6的上端面与喷淋孔板1的上端面共面，旋转进气环6使进气环6内侧壁上开有的若干槽8与喷淋孔板的长通孔2相通，将所述的长通孔2转化成蛇形管路，所述的蛇形管路由进气环6与喷淋孔板1组合形成，蛇形管路首尾处的槽8分别开设的孔11就作为液态传热介质通道的进出口。将进气环6与喷淋孔板1按照上述位置固定，在上、下端面分别进行摩擦焊，将蛇形管路封闭，喷淋孔板1与进气环6形成第二部分。将第一部分与第二部分同心纤焊，使喷淋上板13的边缘进气口B与进气环6的径向槽9及每个径向槽9一端所钻通孔10相通，使喷淋上板13设置的液态传热介质通道进出口C、D分别与蛇形管路首尾处的槽8分别开设的两个孔11相通。最后将封闭环12的外沿嵌入到进气环6下端面开设圆周槽7中，在在封闭环12边沿与进气环6接缝处及封闭环12下端与喷淋孔板1下端的接缝处摩擦焊接封闭整个部件。这样，第一种气体从喷淋上板13中心处的进气口A进入到控温型双气体通道均匀喷气喷淋板中，通过扩散挡板14充满控温型双气体通道均匀喷气喷淋板内腔并通过喷淋孔板1的通孔4喷淋出控温型双气体通道均匀喷气喷淋板进入反应腔。第二种气体从喷淋上板13边缘进气口B进入并经过进气环6的径向槽9及每个径向槽9一端所钻的通孔10进入到喷淋孔板1的夹层空间15，从夹层空间15下方的半通孔5喷淋出控温型双气体通道均匀喷气喷淋板进入反应腔，与此同时，控温型双气体通道均匀喷气喷淋板的控温功能由通入到该部件的液态传热介质实现：液态传热介质从外界通入到喷淋上板13设置的液态传热介质通道进口C(或D)，经过蛇形管路的充分传热作用，实现控温型双气体通道均匀喷气喷淋板的双气体同时通入或先后切换进入腔体并控制喷淋部件温度的功能。

Claims (5)

1.一种控温型双气体通道均匀喷气喷淋板，其特征在于：所述喷淋板内部设有相互隔离的两个气体通道、一个传热效率高的蛇形液态传热介质通道，上述的相互隔离的两个气体通道及一个蛇形液态传热介质通道由该部件所包括的喷淋上板、扩散挡板、进气环、封闭环及喷淋孔板五个部分组合而成，将扩散挡板同心地焊接在喷淋上板的中心处，上述扩散挡板与喷淋上板构成第一个部分，将进气环与喷淋孔板焊接，使进气环开有的短槽与喷淋孔板所钻有的一列长通孔结合成为封闭的蛇形管路，焊接封闭环将喷淋孔板与进气环形成的结构转化成双通道气路，上述喷淋孔板、进气环、封闭环构成第二个部分，将焊接后的两个部分钎焊在一起，形成空腔，喷淋上板上设置进气口A、进气口B、液路入口C，液路出口D，进气口A与焊接后的两个部分钎焊在一起后形成的空腔相通，进气口B与喷淋孔板的夹层相通。

2.如权利要求1所述的控温型双气体通道均匀喷气喷淋板，其特征在于：所述喷淋孔板为圆形板状，应用去除材料的加工方式，将其内部形成夹层空间，夹层空间内部均匀阵列若干柱体，在每个柱体中心处钻一个通孔，在夹层空间的下层钻均匀阵列的半通孔，在夹层空间的上层，平行于喷淋孔板板面的方向上，钻一列长通孔，所述的长通孔避开通孔。

3.如权利要求1所述的控温型双气体通道均匀喷气喷淋板，其特征在于：所述进气环为圆形环状，进气环内径与喷淋孔板外径相同，进气环的下端面开设圆周槽，在进气环的内侧壁上，开有若干槽，避开槽所在位置开设一系列对称轴方向为进气环径向的径向槽，每个径向槽的一端钻通孔，选取两个位置的槽，在所述的两个位置的槽上开设与之相通的两个孔。

4.如权利要求1所述的控温型双气体通道均匀喷气喷淋板，其特征在于：所述喷淋板上端，设置四个入口，分别是中心进气口A，边缘进气口B，液态传热介质进口C，液态传热介质出口D，液态传热介质进口C和液态传热介质出口D可互换。

5.如权利要求1所述的控温型双气体通道均匀喷气喷淋板，其特征在于：所述的蛇形管路由进气环与喷淋孔板组合形成，蛇形管路首尾处的槽分别开设的孔就作为液态传热介质通道的进出口，将进气环与喷淋孔板按照上述位置固定，在上、下端面分别进行摩擦焊，将蛇形管路封闭，喷淋孔板与进气环形成第二部分，将第一部分与第二部分同心纤焊，使喷淋上板的边缘进气口B与进气环的径向槽及每个径向槽一端所钻通孔相通，使喷淋上板设置的液态传热介质通道进出口C、D分别与蛇形管路首尾处的槽分别开设的两个孔相通，最后将封闭环的外沿嵌入到进气环下端面开设圆周槽中，在在封闭环边沿与进气环接缝处及封闭环下端与喷淋孔板下端的接缝处摩擦焊接封闭整个部件，这样，第一种气体从喷淋上板中心处的进气口A进入到控温型双气体通道均匀喷气喷淋板中，通过扩散挡板充满控温型双气体通道均匀喷气喷淋板内腔并通过喷淋孔板的通孔喷淋出控温型双气体通道均匀喷气喷淋板进入反应腔，第二种气体从喷淋上板边缘进气口B进入并经过进气环的径向槽及每个径向槽一端所钻的通孔进入到喷淋孔板的夹层空间，从夹层空间下方的半通孔喷淋出控温型双气体通道均匀喷气喷淋板进入反应腔，与此同时，控温型双气体通道均匀喷气喷淋板的控温功能由通入到该部件的液态传热介质实现：液态传热介质从外界通入到喷淋上板设置的液态传热介质通道进口C或D，经过蛇形管路的充分传热作用，实现双气体同时通入或先后切换进入腔体并控制喷淋部件温度。