TW201918580A - 用於ｃｖｄ或ｐｖｄ反應器的氣體入口構件 - Google Patents

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Abstract

本發明係有關於一種用於CVD或PVD反應器(1)的氣體入口構件(2)，包含底板(7)，此底板之藉由邊緣(18)與窄面(7")鄰接的寬面(7')具有數個排氣口(16、16')，其中，在底板(7)中設有至少一個冷卻劑容置腔(13)，其係透過第一腔壁(13')與寬面(7')間隔一定距離。為了以利於使用的方式對同類型的氣體入口構件進行改進，並且特別是採取措施，從而減小在加熱過程中在底板中形成的機械應力，提出朝向寬面(7')敞開的佈置在邊緣(18)與由一板件構成之第一腔壁(13')之間的凹部(12)，此板件係藉由焊縫(9)與底板(7)之本體(19)連接。

Description

用於CVD或PVD反應器的氣體入口構件
本發明係有關於一種用於CVD或PVD反應器的氣體入口構件，包含底板，該底板之藉由邊緣與窄面鄰接的寬面具有數個排氣口，其中，在該底板中設有至少一個冷卻劑容置腔，其係透過第一腔壁與該寬面間隔一定距離。該氣體入口構件具有一或數個氣體分配容積，其中，該底板可與該等氣體分配容積中之一個鄰接。
DE 10 2005 055 468 A1或EP 0 687 749 A1例如描述過氣體入口構件。此等氣體入口構件具有一或數個氣體分配容積，對此等氣體分配容積的饋送係透過一氣體輸送管線實現。此等一或數個氣體分配容積係藉由小管與排氣板之排氣面連接。此等小管在該處構成若干排氣口，以供製程氣體流入製程室。在可加熱的基板座上貼靠有基板，將一或數個層沉積在此基板上。此舉係透過製程氣體在表面上的熱解反應實現，從而例如沉積由第Ⅲ及第V主族的元素構成的層。為此，將兩個相互不同的製程氣體饋送入製程室。在底板中設有冷卻劑容置腔，以供特別是為水的液態冷卻劑流過，從而將排氣面冷卻，使得在該處不發生製程氣體之熱解。但另一方面，亦透過源自基板座的熱輻射對排氣面進行加熱，使得在底板中產生較高之溫度梯度，進而在由底板構成之金屬體內產生較大的應力。特別是就底板的分體式技術方案而言，可能因機械應力而形成 裂紋。若例如將排氣板嵌入底板之寬面，則可能在用於將排氣板固定於底板之本體上的焊縫上形成裂紋。
本發明之目的在於：以利於使用的方式對同類型的氣體入口構件進行改進，並且特別是採取措施，從而減小在加熱過程中在底板中形成的機械應力。
本發明用以達成上述目的之解決方案為在申請專利範圍中給出之發明，其中，附屬項不僅為獨立項之有益改進方案，亦為用以達成上述目的之獨立解決方案。
本發明首先並且實質上有關於一種用於CVD或PVD反應器的氣體入口構件，其中，底板特別是與可經氣體輸送管線饋送製程氣體的氣體分配容積鄰接。根據本發明，設有朝向該底板之寬面敞開的凹部。根據本發明，該凹部應位於寬面之邊緣與該冷卻劑容置腔或冷卻劑容置腔之腔壁之間。凹部與冷卻劑容置腔的距離特別是小於凹部與底板之邊緣或窄面的距離。在一較佳技術方案中，該冷卻劑容置腔之第一腔壁由一板件構成。該板件可為排氣板。該排氣板構成排氣口。該板件之邊緣可藉由焊縫與底板之本體連接。該板件可嵌入底板之與寬面對應的凹部。在此情形下，該底板之寬面較佳形成一平面。該底板可具有圓形平面圖，使得底面之窄面構成圓柱面。寬面與窄面之間的邊緣可沿圓弧線延伸。該凹部特別是建構為開縫。該開縫可具有環形形狀。該開縫較佳在一輪廓線上延伸，該輪廓線在整個圓周範圍內與圓形邊緣間隔相同的距離。該凹部或構成凹部之開縫具有縫寬及縫深。該縫寬在底板之較佳平整的寬面中延伸。該開縫之深度較佳沿形成該寬面之平面的表 面法線延伸。該開縫之深度較佳大於該板件之壁厚，或大於該第一腔壁之壁厚。該開縫之深度或寬度在整個周長範圍內保持不變。此外，該凹部之深度可大於板件或第一腔壁之壁厚與冷卻劑容置腔之深度之和。在該凹部之冷卻劑容置腔之間可有第二腔壁延伸。此第二腔壁將冷卻劑容置腔與凹部分隔。該第二腔壁之材料厚度可約等於第一腔壁之材料厚度。該第二腔壁之壁厚較佳亦小於該凹部與底面之寬面之邊緣的距離。凹部與邊緣之距離較佳大於凹部與焊縫之距離。在本發明之一改進方案中，該冷卻劑容置腔呈環形地圍繞該底板之中心延伸。較佳地，該凹部以及該邊緣亦圍繞同一中心延伸。因此，邊緣、凹部以及冷卻劑容置腔呈環形地將底板之設有排氣口的中心區包圍。較佳設有在底板之整個中心區域範圍內延伸的第二冷卻劑容置腔。此第二冷卻劑容置腔可與數個小管交錯。該等小管具有兩個末端，並且沿排氣面之表面法線延伸。每個小管之敞開的第一末端構成排氣口。小管之另一敞開的第二末端係與兩個氣體分配容積中之一個連接。該等氣體分配容積較佳藉由蓋板分隔，其中，該蓋板將本體之氣體分配容積封閉。此氣體分配容積可與經製程氣體流過之小管交錯，該製程氣體被饋送入與底板鄰接的氣體分配容積。
1‧‧‧PVD反應器
2‧‧‧氣體入口構件
3‧‧‧基板座
4‧‧‧基板
5‧‧‧氣體入口
6‧‧‧氣體分配容積
7‧‧‧底板
7'‧‧‧寬面
7"‧‧‧窄面
8‧‧‧排氣板
9‧‧‧焊縫
10‧‧‧側壁
11‧‧‧空腔
12‧‧‧凹部
13‧‧‧冷卻劑容置腔
13'‧‧‧第一腔壁
13"‧‧‧第二腔壁
14‧‧‧冷卻劑容置腔
15‧‧‧氣體分配容積
16‧‧‧排氣口
16'‧‧‧排氣口
17‧‧‧蓋板
18‧‧‧邊緣
19‧‧‧本體
20‧‧‧周壁
21‧‧‧蓋部
22‧‧‧小管
22'‧‧‧小管
a‧‧‧壁厚
b‧‧‧深度
c‧‧‧壁厚
d‧‧‧寬度
e‧‧‧深度
f‧‧‧距離
下面結合附圖對本發明之一實施例進行說明。其中：圖1為包含佈置在內部之氣體入口構件2的CVD反應器1的結構的示意圖，圖2為氣體入口構件2的剖面圖，以及圖3為圖2中之局部Ⅲ的放大圖。
圖1以垂直剖面圖的形式示意性示出CVD反應器1之結構。在CVD反應器1之氣密的殼體內設有氣體入口構件2，其具有蓮蓬頭狀的造型。在氣體入口構件2中設有氣體分配容積6以及底板7。底板7具有數個排氣口，以供被饋送入氣體分配容積6之製程氣體流入設於底板7下方之製程室。藉由諸如水的冷卻劑對底板7進行冷卻。
該製程室之底部構成基板座3之頂側，該基板座亦可被加熱至較高溫度、例如超過1000℃的溫度。在基板座3之朝向氣體入口構件2的頂側上貼靠有一或數個基板4，為該等基板塗佈覆層。
透過氣體入口5特別是相互分隔地將兩個相互不同的製程氣體饋送入相互分隔的腔室，該等腔室構成各一氣體分配容積。透過相互分隔的排氣口將該二製程氣體饋送入製程室。該等製程氣體可為第V主族之氫化物以及第Ⅲ主族之元素之有機金屬化合物。但該等製程氣體亦可為具有第Ⅱ以及第Ⅵ或第Ⅳ主族之元素的氣體。該製程氣體在製程室中以及特別是在基板4之表面上發生熱解反應，從而在該基板上沉積單晶的、例如Ⅲ-V族層。
圖2及圖3以橫截面圖示出氣體入口構件2。將第一製程氣體饋送入第一氣體分配容積6，並且將第二製程氣體饋送入與該第一氣體分配容積空間分隔的第二氣體分配容積15。兩個氣體分配容積6、15係藉由小管22、22'與底板7之排氣面連接。該排氣面由底板7之朝向基板座3的寬面7'構成。小管22將寬面7'與第一氣體分配容積6連接，並且與第二氣體分配容積15交錯。小 管22'將第二氣體分配容積15與寬面7'連接。不同於第一氣體分配容積6，第二氣體分配容積15係藉由蓋板17界定，該蓋板係嵌入在底板7之本體19之空腔中。
此外，所有小管22、22'皆與冷卻劑容置腔14交錯，該冷卻劑容置腔在第二氣體分配容積15的下方延伸。冷卻劑容置腔14之一壁部由排氣板8構成，該排氣板係嵌入底板7之凹口。排氣板8係透過焊縫9與底板7之本體19連接。排氣板8之排氣面以齊平的方式位於底板7之寬面7'中。
底板7具有圓形平面圖。小管22、22'之排氣口16、16'在底板7之寬面7'之中心面的範圍內延伸。
此中心面或中心冷卻劑容置腔14被環形冷卻劑容置腔13包圍。冷卻劑容置腔13被排氣板8之邊緣區域封閉。
本體19、排氣板8以及蓋板17與小管22、22'一樣由耐溫金屬構成。
底板7之朝下的寬面7'實質上為平面並且被環形邊緣18包圍。邊緣18構成至底板7之窄面7"的過渡邊沿。窄面7"構成周面，並且與氣體入口構件2之側壁10連接，該側壁又與平行於底板7延伸的蓋部21連接。
藉由未繪示之氣體通道對氣體分配容積6、15進行饋送。冷卻劑容置腔13、14被特別是為水的冷卻液流過，並且具有冷卻劑入口以及冷卻劑出口。
在窄面7"與焊縫9、即排氣板8之邊緣之間設有凹部12。凹部12構成位於底板7之寬面7'中之環形開縫，其中，寬面7'朝下並且朝向基板座3。該凹部朝向寬面7'敞開並且具有底部， 該底部與凹部12之開口相對、即背離基板座3。凹部12之底部與凹部12之開口之間的距離定義該凹部之深度e。凹部12之深度e較佳大於冷卻劑容置腔13之壁厚a、即在本實施例中大於排氣板8之材料厚度。冷卻劑容置腔13具有深度b。壁厚a與深度b之和較佳小於凹部12之深度e。
腔壁13"將冷卻劑容置腔13與凹部12分隔。冷卻劑容置腔13與凹部12的距離c大於凹部12與窄面7"或邊緣18的距離f。
壁厚a約等於第二腔壁13"之壁厚c，其中，腔壁13'、13"之壁厚a、c約等於凹部12之寬度d。凹部12之寬度d小於凹部12與邊緣18之間的距離f，或小於焊縫9與凹部12之間的距離。此外，焊縫9與凹部12之間的距離小於凹部12與邊緣18之間的距離f。
凹部12特別是不間斷地沿與邊緣18以及/或者與焊縫9間隔恆定距離的圓弧線延伸。底板7至少在邊緣區域內、即在焊縫9與邊緣18之間具有旋轉對稱性。這使得凹部12以不變的造型圍繞底板7之中心延伸。
較佳地，凹部12之深度e大於本體19之厚度的一半、即大於底板7之兩個相互背離的寬面7'之間的距離的一半。
基於將焊縫9包圍的凹部12，因窄面7"與排氣板8之間之溫度梯度而在底板7中產生的應力小於在先前技術中產生的應力，故焊縫9的壽命延長。
前述實施方案係用於說明本申請整體所包含之發明，該等發明至少透過以下特徵組合分別獨立構成相對於先前技術 之改良方案，其中，亦可將此等特徵組合中的兩個、數個或所有相互組合，亦即：一種氣體入口構件，其特徵在於朝向寬面7'敞開的佈置在邊緣18與第一腔壁13'之間的凹部12。
一種氣體入口構件，其特徵在於：第一腔壁13'係由板件8之邊緣區段構成。
一種氣體入口構件，其特徵在於：板件8為具有排氣口16、16'的排氣板。
一種氣體入口構件，其特徵在於：板件8之邊緣係透過焊縫9與底板7之本體19連接。
一種氣體入口構件，其特徵在於：凹部12之深度e大於特別是由板件8構成之第一腔壁13'之壁厚a。
一種氣體入口構件，其特徵在於：深度e大於特別是由板件8構成之第一腔壁13'之壁厚a與冷卻劑容置腔13之深度b之和。
一種氣體入口構件，其特徵在於：將冷卻劑容置腔13與凹部12分隔之第二腔壁13"之壁厚c、或者焊縫9與凹部12的距離小於凹部12與邊緣18的距離f。
一種氣體入口構件，其特徵在於：底板7具有圓形平面圖。
一種氣體入口構件，其特徵在於：凹部12構成環形開縫，該開縫在其整個周邊範圍內具有與邊緣18的恆定距離f。
一種氣體入口構件，其特徵在於：凹部12之寬度d約等於第一壁厚a。
一種氣體入口構件，其特徵在於：第一凹部12之寬度d約等於第二腔壁13"之壁厚c。
一種氣體入口構件，其特徵在於：冷卻劑容置腔13構成第一環形冷卻劑容置腔13，其將第二冷卻劑容置腔14包圍，其中，第二冷卻劑容置腔14與構成排氣口16、16'的小管22、22'交錯。
所有已揭露特徵(作為單項特徵或特徵組合)皆為發明本質所在。故本申請之揭露內容亦包含相關/所附優先權檔案(在先申請副本)所揭露之全部內容，該等檔案所述特徵亦一併納入本申請之申請專利範圍。附屬項(即便在無經援引之請求項之特徵的情況下)以其特徵對本發明針對先前技術之改良方案的特徵予以說明，其目的主要在於在該等請求項基礎上進行分案申請。此外，在每個請求項中給出之發明可具有在前文中特別是用元件符號表示及/或在符號說明中給出之特徵中的一或多個。本發明亦有關於實施方式，其中未實現前述特徵中的個別特徵，特別是在此等特徵對於具體用途而言顯然多餘或可被技術上等效之手段替代的情況下。

Claims (11)

  1. 一種用於CVD或PVD反應器(1)的氣體入口構件(2)，包含底板(7)，該底板之藉由邊緣(18)與窄面(7")鄰接的寬面(7')具有數個排氣口(16、16')，其中，在該底板(7)中設有至少一個冷卻劑容置腔(13)，其係透過第一腔壁(13')與該寬面(7')間隔一定距離，其特徵在於朝向寬面(7')敞開的佈置在該邊緣(18)與由一板件構成之第一腔壁(13')之間的凹部(12)，該板件係藉由焊縫(9)與底板(7)之本體(19)連接。
  2. 如請求項1之氣體入口構件，其中，該第一腔壁(13')係由板件(8)之邊緣區段構成。
  3. 如請求項2之氣體入口構件，其中，該板件(8)為具有排氣口(16、16')的排氣板。
  4. 如請求項1之氣體入口構件，其中，該凹部(12)之深度(e)大於特別是由該板件(8)構成之第一腔壁(13')之壁厚(a)。
  5. 如請求項4之氣體入口構件，其中，該深度(e)大於特別是由板件(8)構成之第一腔壁(13')之壁厚(a)與冷卻劑容置腔(13)之深度(b)之和。
  6. 如請求項1之氣體入口構件，其中，將冷卻劑容置腔(13)與凹部(12)分隔之第二腔壁(13")之壁厚(c)、或者焊縫(9)與凹部(12)的距離小於凹部(12)與邊緣(18)的距離(f)。
  7. 如請求項1之氣體入口構件，其中，該底板(7)具有圓形平面圖。
  8. 如請求項1之氣體入口構件，其中，該凹部(12)構成環形開縫，該開縫在其整個周邊範圍內具有與邊緣(18)的恆定距離(f)。
  9. 如請求項1之氣體入口構件，其中，該凹部(12)之寬度(d)約等於該第一壁厚(a)。
  10. 如請求項1之氣體入口構件，其中，該第一凹部(12)之寬度(d)約等於該第二腔壁(13")之壁厚(c)。
  11. 如請求項1之氣體入口構件，其中，該冷卻劑容置腔(13)構成第一環形冷卻劑容置腔(13)，其將第二冷卻劑容置腔(14)包圍，其中，該第二冷卻劑容置腔(14)與構成排氣口(16、16')的小管(22、22')交錯。
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