TW202208674A - 具有通過插入管的光路的氣體入口構件 - Google Patents

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Abstract

本發明係有關於一種用於將製程氣體饋入CVD反應器之製程室(2)的氣體入口構件(1)，具有：排氣板(3)，其具有與排氣板(3)之前側(3')連通的多個通氣口(4)；佈置在前側(3')後方的冷卻室(6)及佈置在冷卻室(6)後方的至少一氣體分配容積(7)，可由輸送管線(24)為該氣體分配容積饋送製程氣體，而該氣體分配容積在其背離排氣板(3)的一側被頂板(20)封閉，其中，排氣口(4)係藉由與冷卻室(6)交叉而具有自由橫截面的通氣小管(5)以與氣體分配容積(7)流體連接，其中，至少一管套(22)在氣體分配容積(7)與排氣面(3')之間延伸，該管套中係插有插入管(10)，與氣體入口構件(1)交叉的光路(P)則可通過插入管。根據本發明，應將插入管(10)用作為用於饋入製程氣體之附加通道。為此，插入管具有朝氣體分配容積(7)敞開的流道(17)，製程氣體則可通過該流道以進入插入管。

Description

具有通過插入管的光路的氣體入口構件
本發明係有關於一種用於將製程氣體饋入CVD反應器之製程室的氣體入口構件，具有：排氣板，其具有與該排氣板之前側連通的多個通氣口；佈置在該前側後方之冷卻室及佈置在該冷卻室後方之至少一氣體分配容積，可由輸送管線為該氣體分配容積饋送製程氣體，而該氣體分配容積在其背離該排氣板的一側被頂板封閉，其中，諸排氣口係藉由與該冷卻室交叉而具有自由橫截面的通氣小管以與該氣體分配容積流體連接。
本發明亦有關於一種具有此種氣體入口構件之CVD反應器。
DE 10 2004 007 984 A1描述過同類型的裝置。在氣體入口構件之頂板中設有用來觀察基板之表面的光學感測器。此等感測器與此基板之間的光路係延伸通過氣體入口構件之排氣板之開口。同類型的氣體入口構件具有一或多個氣體容積，其中，每個氣體容積係藉由多個通氣小管以與排氣面連接。在排氣板後方，一冷卻室在至少一氣體容積與排氣板之間延伸，而將液態冷卻劑饋入此冷卻室。在封閉住氣體容積的頂板後方設有高溫計，可用來測量載有基板的基板座之表面溫度。高溫計之光路係延伸穿過此種氣體入口構件。
DE 10 2018 106 481 A1、US 2005/0118737 A1、US 2006/0021568 A1、US 2011/0159183 A1、US 2011/0253044 A1及US 2019/0271082 A1亦屬於此先前技術。
本發明之目的在於改良同類型的氣體入口構件以利其使用。
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。附屬項不僅為並列請求項之有利改進方案，亦為該目的之獨立解決方案。
首先且實質上提出：諸等氣體分配容積中的至少一個，較佳地為由頂板封閉的該氣體分配容積，係透過管套以與排氣板連接，從而在氣體分配容積與鄰接排氣板的製程室、或與在排氣板前延伸的罩板之間形成直通的連接。其頂板具有與管套之空腔對齊的插口，可將插入管插入並穿過該插口。光路係通過插入管之空腔。插入管可具有外徑不同的區段。插入管之上管段可在氣體入口構件之外部延伸。該上區段可具有法蘭，其係藉由密封件以緊固在頂板之朝外的寬面區上。法蘭可連接通過頂板之插口的一中間管段。鄰接頂板的氣體分配容積係朝排氣板方向受一隔板限制。該隔板連通了管套。管套之內徑小於插口之內徑。中間管段可連接用來實現外徑縮小的階部及/或凹陷的管段。橫截面呈圓柱形的下管段係插在管套之空腔中。為了防止氣體分配容積中之製程氣體通過下管段之外壁與管套之內壁之間的中間腔而自氣體分配容積流入製程室，本發明採用密封元件，以使得該中間腔相對於氣體分配容積呈密封。根據本發明之一種方案，密封元件為密封墊圈或密封圈。密封元件之外徑小於插口之內徑，從而可將密封元件插接在下管段上，並且與插入管一起插入頂板之插口。連接該下管段的管段形成了供密封元件抵靠之階部，而該管段可為一凹陷的管段。可用該階部將密封元件壓向管套之開口邊緣。其中，密封元件可支撐在包圍住管套的邊緣上，而該邊緣係由隔板之寬面區形成。根據本發明之亦可結合密封元件而實現之替代方案，在插入管之與氣體分配容積交叉的區域內設有流道，而製程氣體可自氣體分配室通過該流道以流入插入管。在該替代方案中，插入管係承擔了與均勻分佈在排氣板之整個排氣面上的通氣小管相同的功能。因此，插入管處於均勻分佈在排氣面上的諸多點中之一個之位置上，在該等點上係分別佈置有一通氣小管。流道較佳地由鑽孔形成，其係橫向於插入管之延伸方向延伸且具有自由橫截面，而其橫截面在常規的公差範圍內或者實質上剛好與通氣小管之自由橫截面相一致。藉由上述密封元件，防止不受控的氣流自氣體分配容積通過插入管與管套之間的中間腔以流入製程室。流道係以所定義的自由橫截面確保通過插入管的氣流受控。因此，中間腔之自由橫截面可大於通氣小管之自由橫截面。如此，便能以較小的公差進而更有利地製造管套及插入管。插入管可用惰性氣體沖洗。為此，在插入管之伸出氣體入口構件的上區段上可設有沖洗氣體入口。此外，在插入管之上區段上佈置有感測器，特別是高溫計形式之光學感測器，其高溫計之光路則係穿過插入管。氣體入口構件亦可具有多個氣體容積，其中，該等氣體容積中之每一者皆以一通氣小管而與排氣板連接。其中，所有的通氣小管係皆與較佳為緊鄰排氣板的冷卻室交叉。管套較佳地將緊鄰頂板的氣體分配室與排氣板連接在一起。
本發明之CVD反應器具有相對外部呈氣密的殼體。在殼體中設有用於容置基板之基板座。可用加熱裝置將基板座加熱至700℃至1200℃之製程溫度。製程室處於基板座與上述氣體入口構件之間。具有多個通氣口的罩板可在排氣板前延伸。罩板還可具有一直徑較大的開口，其係與管套對齊，以使光路通過該開口。CVD反應器還具有可環形地圍繞基板座而延伸的氣體出口構件。其殼體可具有殼體蓋。殼體蓋可形成氣體入口構件之頂板，因而氣體入口構件成為殼體蓋之部分。
下面結合附圖對本發明之實施例進行說明。圖1示出用於將例如III-V族層沉積至基板的CVD反應器。為此，用加熱裝置30將可由石墨或諸如此類所形成的基板座28加熱。可透過熱傳導、熱輻射或感應以實施加熱。製程室2在基板座28上方延伸，而該製程室在上方係受氣體入口構件1限制。基板31設在基板座28之朝向製程室2的表面上，在製程室2中對諸基板實施熱處理，其中，將特別是III-V族層沉積至基板31之表面。
此氣體入口構件具有朝向製程室2的排氣板3。排氣板3連通有朝排氣板3之前側3'敞開的諸多通氣小管5、5'。該前側因而形成為排氣面3'。因此，諸通氣小管5、5'形成了均勻分佈在整個排氣面3'上的多個排氣口4、4'。通氣小管5、5'可在假想的網格線之交叉點上延伸，而諸網格線係錯開90°或60°地在排氣面3'上延伸。
冷卻室6在排氣板3之後方延伸，可將冷卻劑饋入該冷卻室。透過冷卻劑入口26饋入。冷卻劑可透過冷卻劑出口27再次離開冷卻室6。冷卻室6係透過隔板9以與氣體分配容積7'隔開。
氣體分配容積7'係以通氣小管5'而與排氣面3'連接。藉此，藉由製程氣體入口25自外部送入氣體分配容積7'的製程氣體可透過通氣小管5'以流入製程室2。氣體分配容積7'藉由另一隔板8以與氣體分配容積7隔開。
氣體分配容積7係以通氣小管5而與排氣面3'連接。藉此，藉由製程氣體入口24自外部饋入氣體分配容積7的製程氣體可透過通氣小管5以流入製程室2。其中，通氣小管5不僅係與冷卻室6交叉，還係與氣體分配容積7交叉。氣體分配容積7在上方受頂板20限制。
在圖2所示實施例中，設有單獨一個氣體分配容積7。在圖3所示實施例中，設有兩個氣體分配容積7、7'，其分別藉由與其對應的通氣小管5、5'以與排氣面3'流體連接。
通氣小管5、5'交替分佈在氣體入口構件1之橫截面上。根據本發明，在根據上述解說必須佈置有通氣小管5之處設有直徑較大的管套22，其係以與通氣小管5相同的長度平行於該通氣小管而延伸。管套22具有由上端22'形成的開口及由下端22''形成的開口。其下方開口係製程室2連通。其上方開口係與氣體分配容積7連通。
頂板20具有插口21，其自由橫截面係大於管套22之自由橫截面。插口21係與管套22對齊。可透過插口21以將插入管10之下區段插入。插入管10具有形成第一開口12的上區段，該開口係可連接高溫計或諸如此類。插入管10之上區段還具有可連接沖洗氣體管的沖洗氣體入口13，以便視需要將沖洗氣體饋入插入管10。
插入管10之上區段連接一法蘭11，可藉由該法蘭將插入管10緊固在頂板20之外側上。以中間設有密封圈34的方式實施其緊固。因此，插口21之內壁與插入管10之中間管段14之外壁之間的中間腔33係被封閉。該中間腔僅朝氣體分配容積7敞開。中間管段14延伸通過插口21。
中間管段14連接一凹陷的管段15，而該凹陷的管段係處於氣體分配容積7之高度上。在形成分級且在氣體分配容積7中延伸的該管段15中設有形成流道的橫鑽孔17，製程氣體可透過其流道以自氣體分配容積7流入插入管10之空腔。在圖2所示實施例中，密封圈23係設在將氣體分配容積7與冷卻室6隔開的隔板9上。在圖3所示實施例中，密封圈23係設在將下方氣體分配容積7'與上方氣體分配容積7隔開的隔板9上。
通過氣體容積7而延伸的管段15係連接一階部16。階部16形成密封面，而該密封面係與密封圈23之第一個寬面區鄰接。密封圈23之另一個寬面區係抵靠在隔板9之朝向氣體分配容積7的寬面區9'之包圍住管套22之末端22'的區段上。用此密封圈23將在管套22之內壁與下管段18之外壁之間延伸的中間腔32密封。下管段18係以形成階部16的方式鄰接於管段15。該下管段係在其整個長度上延伸通過管套22，並且與排氣面3'連通。
由於插入管10係直線地延伸，因而光路P可通過插入管10。
鑽孔17之直徑實質上相當於通氣小管5、5'之彼此間相同的橫截面之內徑，使得氣流可流過插入管10，而其氣流係實質上相當於流過通氣小管5、5'中之一者的氣流。用密封圈將中間腔32封閉，使得氣體分配容積7中之氣體無法穿過中間腔32。因此，正如被密封圈34所封閉的中間腔33那樣，中間腔32之橫截面面積係無關緊要。
前述實施方案係用於說明本申請案整體所包含之發明，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，此等特徵組合中的兩項、數項或其全部亦可相互組合，即：
一種氣體入口構件1，其特徵在於：至少一管套22在氣體分配容積7與排氣面3'之間延伸，其管套中係插有插入管10，與氣體入口構件1交叉的光路P則可通過該插入管，其中，插入管10具有朝氣體分配容積7敞開而具有自由橫截面的流道17，以供製程氣體進入並且供製程氣體通過插入管10以進入製程室2，以及/或者，其中，插入管10之外表面與管套22之內表面之間的中間腔32係用密封元件23密封，以防止氣流通過中間腔32。
一種氣體入口構件，其特徵在於：流道17係由實質上橫向於該插入管之延伸方向的鑽孔17形成。
一種氣體入口構件，其特徵在於：插入管10具有直線地延伸且在整個長度上皆具有圓柱形橫截面的下管段18，其係形成與製程室2連通的開口19。
一種氣體入口構件，其特徵在於：插入管10之下管段18係鄰接階部16，以及/或者，由密封圈或密封墊圈所形成的密封元件23係佈置在管套22之鄰接氣體分配容積7的末端22'之區域內，以及/或者，該密封元件係佈置在階部16與隔板9之朝向氣體分配容積7的表面9'之間。
一種氣體入口構件，其特徵在於：流道17之自由橫截面係相當於通氣小管5之自由橫截面，以及/或者，在插入管10與管套22之間延伸的中間腔32之橫截面面積係大於流道17或通氣小管5之自由橫截面。
一種氣體入口構件，其特徵在於：插入管10具有直徑大於下管段18的上管段14，其係插在頂板20之插口21中，以及/或者，流道17係佈置在上管段14與下管段18之間的凹陷的管段15中。
一種氣體入口構件，其特徵在於：其他的通氣小管5'係與冷卻室6交叉，並且將另一氣體分配容積7'與製程室2流體連接，其中，管套22及插入管10之插在管套22中的下管段18係與該另一氣體容積7'交叉。
一種氣體入口構件，其特徵在於：密封元件23為密封圈或密封墊圈，其係佈置在插入管10之直徑較大的區段15與氣體分配容積7之底部之間。
一種CVD反應器，具有：殼體29、佈置在殼體29中而用於容置基板31的基板座28、用於對基板座28所容置的諸基板31調溫的加熱裝置30、及前述氣體入口構件。
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，本申請案之揭露內容亦包含相關/所附優先權檔案(在先申請案副本)所揭露之全部內容，該等檔案所述特徵亦一併納入本申請案之申請專利範圍。附屬項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(即使不含相關請求項之特徵)，其目的主要在於可在該等請求項基礎上進行分案申請。每個請求項中所給出的發明可進一步具有前述說明中給出的、特別是以元件符號標示且/或在符號說明中給出的特徵中之一或數項。本發明亦有關於如下設計形式：前述說明中所述及之個別特徵不實現，特別是對於具體用途而言為非必需的或者可被技術上具有相同功效的其他構件所替代之特徵。
1:氣體入口構件 2:製程室 3:排氣板 3':排氣面/(排氣板)前側 4:排氣口/通氣口 4':排氣口 5:通氣小管 5':通氣小管 6:冷卻室 7:氣體分配容積 7':氣體分配容積 8:隔板 9:隔板 9':(隔板)表面 10:插入管 11:法蘭 12:(第一)開口 13:沖洗氣體入口 14:中間管段/上管段 15:(凹陷)管段/(較大直徑)區段 16:階部 17:(橫)鑽孔/流道 18:下管段 19:(第二)開口 20:頂板 21:插口 22:管套 22':(管套)末端/上端 22'':(管套)末端/下端 23:密封元件/密封圈 24:製程氣體入口 25:製程氣體入口 26:冷卻劑入口 27:冷卻劑出口 28:基板座 29:殼體 30:加熱裝置 31:基板 32:中間腔 33:中間腔 34:密封圈 P:光路
圖1為本發明之具有第一實施例之氣體入口構件1的CVD反應器之剖面圖。 圖2為圖1中之包含插入管10的局部II的放大圖，其中，僅示出規則地佈置的通氣小管5中之若干者。 圖3為圖2所示視圖之第二實施例之示意圖，其中，通氣小管5、5'在此同樣係實質上象徵性地示出。在現實中，通氣小管5、5'係均勻地且特別是交替地分佈在整個排氣面3'上。 圖4示出根據圖2及圖3所示實施例之插入管10之視線翻轉90°朝向鑽孔17的示意圖。 圖5為插入管10之透視立體圖。 圖6為插入管10之俯視圖。
1:氣體入口構件
2:製程室
3:排氣板
3':排氣面/(排氣板)前側
4:排氣口/通氣口
5:通氣小管
6:冷卻室
7:氣體分配容積
8:隔板
9:隔板
9':(隔板)表面
10:插入管
11:法蘭
12:(第一)開口
13:沖洗氣體入口
14:中間管段/上管段
15:(凹陷)管段/(較大直徑)區段
16:階部
17:(橫)鑽孔/流道
18:下管段
19:(第二)開口
20:頂板
21:插口
22:管套
22':(管套)末端/上端
22":(管套)末端/下端
23:密封元件/密封圈
32:中間腔
33:中間腔
34:密封圈
P:光路

Claims (13)

  1. 一種用於將製程氣體饋入CVD反應器之製程室的氣體入口構件，具有：一排氣板(3)，其具有與該排氣板(3)之一前側(3')連通的多個通氣口(4)；佈置在該前側(3')後方的一冷卻室(6)及佈置在該冷卻室(6)後方的至少一氣體分配容積(7)，可由一輸送管線(24)為該氣體分配容積饋送製程氣體，而該氣體分配容積在其背離該排氣板(3)的一側被一頂板(20)封閉，其中，諸排氣口(4)係藉由與該冷卻室(6)交叉而具有自由橫截面的通氣小管(5)以與該氣體分配容積(7)流體連接，其特徵在於： 至少一管套(22)在氣體分配容積(7)與排氣面(3')之間延伸，該管套中係插有一插入管(10)，與該氣體入口構件(1)交叉的光路(P)則可通過該插入管，其中，該插入管(10)具有朝該氣體分配容積(7)敞開而具有自由橫截面的一流道(17)，以供製程氣體進入並且供製程氣體通過該插入管(10)以進入該製程室(2)，以及/或者，其中，該插入管(10)之外表面與該管套(22)之內表面之間的一中間腔(32)係用一密封元件(23)密封，以防止氣流通過該中間腔(32)。
  2. 如請求項1之氣體入口構件，其中，該流道(17)係由實質上橫向於該插入管之延伸方向的一鑽孔(17)形成。
  3. 如請求項1之氣體入口構件，其中，該插入管(10)具有直線地延伸且在整個長度上皆具有圓柱形橫截面的一下管段(18)，其係形成與該製程室(2)連通的一開口(19)。
  4. 如請求項1之氣體入口構件，其中，該插入管(10)之下管段(18)係鄰接一階部(16)。
  5. 如請求項1之氣體入口構件，其中，由一密封圈或一密封墊圈所形成的該密封元件(23)係佈置在該管套(22)之鄰接該氣體分配容積(7)的一末端(22')之區域內。
  6. 如請求項4之氣體入口構件，其中，該密封元件係佈置在該階部(16)與一隔板(9)之朝向該氣體分配容積(7)的一表面(9')之間。
  7. 如請求項1之氣體入口構件，其中，該流道(17)之自由橫截面係相當於該通氣小管(5)之自由橫截面。
  8. 如請求項1之氣體入口構件，其中，在插入管(10)與管套(22)之間延伸的該中間腔(32)之橫截面面積係大於該流道(17)或該通氣小管(5)之自由橫截面。
  9. 如請求項3之氣體入口構件，其中，該插入管(10)具有直徑大於該下管段(18)的一上管段(14)，其係插在該頂板(20)之一插口(21)中。
  10. 如請求項9之氣體入口構件，其中，該流道(17)係佈置在該上管段(14)與該下管段(18)之間的一凹陷的管段(15)中。
  11. 如請求項1之氣體入口構件，其中，其他的通氣小管(5')係與該冷卻室(6)交叉，並且將另一氣體分配容積(7')與該製程室(2)流體連接，而其中，該管套(22)及該插入管(10)之插在該管套(22)中的下管段(18)係與該另一氣體容積(7')交叉。
  12. 如請求項1之氣體入口構件，其中，該密封元件(23)為一密封圈或一密封墊圈，其係佈置在該插入管(10)之一直徑較大的區段(15)與該氣體分配容積(7)之一底部之間。
  13. 一種CVD反應器，具有：一殼體(29)、佈置在該殼體(29)中而用於容置諸多基板(31)的一基板座(28)、用於對該基板座(28)所容置的該等基板(31)調溫的一加熱裝置(30)、及請求項1之一氣體入口構件。
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