TWI437622B - 氣體噴灑模組 - Google Patents

Description

氣體噴灑模組

本發明係為一種氣體噴灑模組，尤其是有關於一種使用於氣相沈積腔之氣體噴灑模組。

隨著鍍膜製程的進步，在化學(CVD)氣相沉積的鍍膜過程中，為了能夠均勻的將氣體噴灑到腔體中，氣體噴灑模組(shower module)扮演了重要的角色。

一般氣體噴灑模組的設計方式如圖一所示，在一腔體10之中設有一載台11，該載台11可用來承載並加熱欲加工之基板12，腔體10在對應基板12處設有一進氣管道100，進氣管道100與一氣體噴灑模組13相連接，氣體噴灑模組13一般是在一金屬平板或圓形板上鑽許多對稱孔洞，其目的是為了使氣體(圖中未示出)由進氣管道100通入腔體10之後，能經由氣體噴灑模組13均勻噴灑到腔體中而附著於基板12上。

然而前述設計在實施時之均勻度一般而言並不佳，為了改善此一缺失，則於進氣管道100與氣體噴灑模組13之間增加緩衝區14的方式，將一開始進入的氣體先經緩衝區14穩定後，再經由氣體噴灑模組13均勻出氣，如圖二所示。

由於前述方式都是在低流量的情況下，然而一旦鍍膜製程使用高流量氣體時，單純使用一層緩衝區14與氣體噴灑模組13是不夠的，因進氣面積是固定，流量快則氣體速度就會變快，造成氣體噴灑模組13中間部分氣體之速度較快，而兩側的速度慢，如圖三所示，所以氣體會累積在基板12中間的位置，導致氣體的均勻度變差。

美國專利第6921437號係揭露一種氣體分佈模組，於該模組設計中，先趨氣體會預先混合，因此無法適用於先趨氣體不可預先混合之製程，且由於使用複雜之管路配置，因此製造困難且成本昂貴。

美國專利第6478872號則揭露一種將氣體輸送至反應室的方法以及用於輸送氣體之噴灑頭，於該模組設計中，氣體混合後之均勻度尚可，但構造複雜且製造成本昂貴。

美國專利申請第2007/0163440號則揭露一種分離式之氣體噴灑頭，於該模組設計中雖然氣體分佈均勻度尚可且先趨氣體不會預先混合，但該氣體噴灑頭之複雜配置仍使得製造困難且成本昂貴。

除了所述缺失外，以上習用技術的噴灑模組都是圓形(如圖四所示)，因此應用在大型基板鍍膜時將會受到限制。

本發明係提供一種氣體噴灑模組，係用於設有進氣管道之氣相沈積腔，包含：至少一氣體分佈塊，該氣體分佈塊係沿第一軸向設有至少一擴散室，且該氣體分佈塊設有分別連接進氣管道與擴散室之一個或複數個進氣孔；以及一氣體噴灑塊，該氣體噴灑塊之中係沿第二軸向設有至少一噴灑管道，且該氣體噴灑塊係設有用於連接擴散室與噴灑管道之氣體流入通道，以及用於連接噴灑管道與氣相沈積腔之氣體流出通道；其中，該氣體分佈塊與氣體噴灑塊係彼此結合，使得擴散室藉由氣體流入通道與噴灑管道相連通，且該第一軸向與第二軸向彼此間係不平行。

為使　貴審查委員對於本發明之結構和功效有更進一步之了解與認同，茲配合圖示詳細說明如後。

本發明之氣體噴灑模組係可分別適用於氣體須預混之製程與氣體不可預混之製程上。

首先請參見圖五，該圖係為本發明之氣體噴灑模組應用於氣相沈積室時之剖面側視圖。於腔體20之中係設有一載台21，該載台21之一側係用來承載並加熱欲加工之基板22，載台21之另一側則連接一升降機構210，該升降機構210係用來調整載台21之高度；腔體20由一四方形槽31及一上蓋32所組成；在對應基板22上方設有一氣體分佈塊23及氣體噴灑塊24，氣體分佈塊23上方分別設有第一進氣孔230a與第二進氣孔230b，第一進氣孔230a係與進氣管道200連通，第二進氣孔230b係與進氣管道201連通；進氣管道200及進氣管道201係可使用管路與上蓋32所設之進氣孔連通，再分別引入第一氣體與第二氣體(即進氣管道200及進氣管道201係通入兩種不同之氣體)，該氣體分佈塊23再連接氣體噴灑塊(shower)24。

圖六所示係為本發明氣體噴灑模組之立體圖，其係顯示氣體分佈塊與氣體噴灑塊之組合狀態。圖七與圖八則分別為本發明氣體噴灑模組於組合狀態下之俯視圖與仰視圖。於該等圖式中，氣體噴灑模組係利用兩個氣體分佈塊23與一個氣體噴灑塊24組合而成，各氣體分佈塊23上係設有進氣孔230a與進氣孔230b，進氣孔230a與進氣孔230b係用於連接氣體分佈塊23與氣相沈積腔體中之進氣管道(200及201)，該氣體噴灑塊24之兩側更分別設置有與氣體噴灑塊24連接之兩個冷卻側板(cooling block)25，各冷卻側板25之中係開設有冷卻水流道250(一個為冷卻水流入道而另一個則為冷卻水流出道)。氣體噴灑塊24之中開設有若干噴灑管道242及冷卻通道251(見圖九)，該等冷卻通道251之兩端分別與兩冷卻側板25中之冷卻水流道250相連通，藉此使得冷卻水可由兩冷卻側板25之冷卻水流道250一進一出(亦即冷卻水之流動路徑為：冷卻水流道250→冷卻通道251→冷卻水流道250)。氣體分佈塊23中之擴散室231四周係藉由複數個螺絲釘n與氣體噴灑塊24相結合，其間並設有橡膠墊以達成氣密；冷卻側板25中之冷卻通道251四周亦藉由複數個螺絲釘n與氣體噴灑塊24相結合(利用螺絲釘n與螺孔241結合而固定)，其間亦設有橡膠墊以達成氣密。

圖十係為圖七中沿CC’連線所視之側視圖。其中氣體噴灑塊24上係結合有兩個氣體分佈塊23，而氣體噴灑塊24之兩側則分別結合有兩個冷卻側板25，冷卻側板25分別在兩端開設有冷卻水流道250，該冷卻水流道250為一長孔，分別將冷卻水作流入與流出之動作。

圖十一則為圖七中沿AA’連線所視之剖面圖，該圖係不包含冷卻側板。由圖十一中可知氣體分佈塊23係開設有兩個通有不同氣體之進氣孔230a與進氣孔230b，藉此將進氣管道(圖中未示出)與兩個擴散室231連通，擴散室231係用來使通入之兩個不同的先趨氣體(意即，第一氣體與第二氣體)緩衝並擴散。而氣體噴灑塊24之中則開設有噴灑管道242，並藉由氣體流入通道243將擴散室231與噴灑管道242連通，同時藉由氣體流出通道240之設置，將噴灑管道242中之氣體噴灑至氣相沈積腔(圖中未示出)。

圖十二係為圖七中沿DD’連線所視之側視圖。其中氣體噴灑塊24由於被冷卻側板25擋住因此未示出，該螺絲孔241係使用複數個螺絲釘n與氣體噴灑塊24之螺絲孔241相結合，將冷卻側板固定於氣體噴灑塊24上。

圖十三則為圖七中沿BB’連線所視之剖面圖。由該圖可知，為使氣體均勻分佈，噴灑管道242之分佈係呈密→疏→密之方式，然而噴灑管道242亦可以等距分佈，噴灑管道242係間隔地與擴散室231連通(意即僅與同一氣體相通)。此外，若干冷卻通道251係設置於氣體噴灑塊24之中並與噴灑管道242平行。

圖十四與圖十五係為本發明所使用氣體分佈塊之立體圖，其係分別由兩個不同視角顯示之。氣體分佈塊23係挖設有一空間以作為擴散室之用(即擴散室231)；為了達到密封效果以防止先趨氣體逸出，擴散室231之四周係環設有用於容置密封元件(例如O型環，圖中未示出)之凹槽232。在安裝時，氣體分佈塊23設有擴散室231之面係朝下(如圖十四所示)並與氣體噴灑塊24緊密結合。

圖十六係為氣體分佈塊之平面視圖。圖十七則為另一實施態樣下之氣體分佈塊之平面視圖。於圖十六中，氣體分佈塊23上係開設有兩個相互獨立之擴散室231，該等擴散室231係分別設有進氣孔230a與進氣孔230b並各自以凹槽232環繞，因此可應用在具有兩種不能預先混合先趨氣體之噴灑製程。而圖十七之氣體分佈塊23上則僅開設單一擴散室231並以凹槽232環繞，擴散室231設有進氣孔230a與進氣孔230b，如此可應用在具有兩種需預先混合先趨氣體之噴灑製程。

再請參見圖十八，該圖係為氣體噴灑塊之平面視圖，氣體噴灑塊24與氣體分佈塊23連接之一側上係開設有氣體流入通道243，且氣體流入通道243係對應於設在氣體噴灑塊24之中的噴灑管道(圖中未示出，將於後詳述)，氣體流入通道243之開設位置可依需求為均勻開設或交錯開設(本示意圖中係採交錯開設)。

圖十九係為氣體噴灑塊之平面透明視圖，其中之噴灑管道242實際上之製作方式為：在氣體噴灑塊24(一般為金屬塊)之中挖出所需之噴灑管道242(於本實施例中，噴灑管道242a與噴灑管道242b係為一組噴灑管道242)，並分別在噴灑管道242上以挖洞方式開設氣體流入通道243與氣體流出通道240(氣體流入通道243與氣體流出通道240係分別設在氣體噴灑塊24之兩相對側)，之後再封閉噴灑管道242之兩端。此外，氣體噴灑塊24之中亦挖設有供冷卻水流過之若干冷卻通道251，其作用是防止氣體噴灑塊24本身因為溫度過高而使得噴灑之氣體鍍於本身而阻塞了氣體流出通道240，而氣體噴灑塊24之兩側又連接了兩個冷卻側板25，各冷卻側板25中開設有冷卻水流道250，而冷卻通道251之兩端便分別與兩個進、出冷卻水流道250連通，使得冷卻水可不斷流過氣體噴灑塊24並使其降溫。

圖二十係為氣體分佈塊與氣體噴灑塊組合時之平面透明視圖，圖二十一則為圖二十之部分放大圖。於該等圖式中，噴灑管道242a與噴灑管道242b係構成一組噴灑管道242，而擴散室231a與擴散室231b則係分別通有不可預先混合之兩種先趨氣體；由圖可知，當氣體分佈塊23與氣體噴灑塊24結合後，藉由氣體流入通道243a與氣體流入通道243b之交錯配置設計(即噴灑管道242a是用於噴灑擴散室231a中之先趨氣體，因此以氣體流入通道243a將擴散室231a與第一支噴灑管道242a連通；而噴灑管道242b則是用於噴灑擴散室231b中之另一先趨氣體，因此以氣體流入通道243b將擴散室231b與第二支噴灑管道242b連通)，使得不同氣體可以均勻的混合，且氣體先以X方向進入氣體分佈塊23之擴散室231內，再以Y方向進入氣體噴灑塊24之噴灑管道242內，使得不同氣體可以在整個噴灑平面均勻的分佈，並可使兩種先趨氣體不會在氣體分佈塊23與氣體噴灑塊24中相遇，反而是在氣體噴灑塊24均勻噴出後才會相遇而產生反應。本實施例為兩組氣體分佈塊23，亦可在氣體噴灑塊24上方僅設置一組或設置三組以上的氣體分佈塊23。

圖二十二與圖二十三係為被加工件於本發明氣相沈積腔中在X方向與Y方向上所受到之氣體壓力分佈圖。由圖可知，在X方向與Y方向上所受到之最大壓力與最小壓力的比值約為1.02左右，而誤差約為2.3%，顯示本發明氣相沈積腔可使氣體相當均勻地分佈在被加工件上。

於本發明之實施例中，雖然擴散室之延伸軸向與噴灑管道之延伸軸向係相互垂直而呈正交(X方向與Y方向)，然而其僅為示例爾，使用者係可根據其需要進行設計變化，其重點只在於擴散室之延伸軸向與噴灑管道之延伸軸向彼此間不相互平行即可。同時，氣體分佈塊23之進氣孔230a及進氣孔230b之數量係不限定一個，本發明實施例為一個，然亦可採用兩個以上，如以圖五為例，可在上蓋32裝一接頭，將氣體經一管路可併聯兩個以上之管路，將同氣體引入氣體分佈塊23上之兩個以上之進氣孔，再分別流入擴散室231內，而擴散室之數量則是根據先趨氣體是否可預混及使用者之需求來設計(意即，可兩個進氣孔對應單一擴散室，亦可兩個進氣孔分別對應兩個擴散室...如此類推，即三個以上的先趨氣體亦可適用)。

又，為了避免氣體直接由氣體流入通道流入噴灑管道後直接由氣體流出通道噴出導致不均勻，較佳之設置係為：氣體流入通道與氣體流出通道採非相對設置，且氣體流出通道之直徑較佳係在0.1～2釐米之間。

而於本發明之實施例中，雖然氣體噴灑塊中之冷卻通道係呈線性並平行噴灑管道配置，然而其亦可以不平行噴灑管道配置(即冷卻通道與噴灑管道採上下方式配置，如此即不需要平行，惟於此態樣下之氣體噴灑塊會具有較厚之厚度，不僅成本高、體積大、也較重，不利實際生產之需求)。

由上可知，本發明之氣體噴灑模組具有使氣體在整個噴灑平面均勻混合並均勻分佈、加工製造成本低(只需要使用一般加工常用之銑跟鑽即可)以及易於組裝之優點。此外，只需更換氣體分佈塊便能於同一氣體沈積腔中進行可預混先趨氣體或不可預混先趨氣體之噴灑，適用於不同製程，相較於習知技術具有顯著之進步功效，合應獲得專利以使相關產業之從業人員能據以利用來促進產業發展。

唯以上所述者，僅為本發明之最佳實施態樣爾，當不能以之限定本發明所實施之範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬於本發明專利涵蓋之範圍內，謹請　貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。

10．．．腔體

11．．．載台

12．．．基板

13．．．氣體噴灑模組

14．．．緩衝區

20．．．腔體

21．．．載台

22．．．基板

23．．．氣體分佈塊

24．．．氣體噴灑塊

25．．．冷卻側板

31．．．四方形槽

32．．．上蓋

100．．．進氣管道

200．．．進氣管道

201．．．進氣管道

210‧‧‧升降機構

230a‧‧‧進氣孔

230b‧‧‧進氣孔

231‧‧‧擴散室

231a‧‧‧擴散室

231b‧‧‧擴散室

232‧‧‧凹槽

240‧‧‧氣體流出通道

241‧‧‧螺孔

242‧‧‧噴灑管道

242a‧‧‧噴灑管道

242b‧‧‧噴灑管道

243‧‧‧氣體流入通道

243a‧‧‧氣體流入通道

243b‧‧‧氣體流入通道

250‧‧‧冷卻水流道

251‧‧‧冷卻通道

n‧‧‧螺絲釘

圖一係為習知氣體噴灑系統之剖面側視圖；

圖二係為習知氣體噴灑系統之剖面側視圖，其係顯示另一實施例；

圖三係為使用圖二之氣體噴灑系統時之氣流速度示意圖；

圖四係為習知氣體噴灑系統之噴灑頭示意圖；

圖五係為本發明氣體噴灑模組應用於氣相沈積室時之剖面側視圖；

圖六係為本發明氣體噴灑模組之立體圖，其係顯示氣體分佈塊與氣體噴灑塊之組合狀態；

圖七係為本發明氣體噴灑模組於組合狀態下之俯視圖；

圖八係為本發明氣體噴灑模組於組合狀態下之仰視圖；

圖九係為本發明氣體噴灑模組之立體圖，其係顯示冷卻側板拆卸後之狀態；

圖十係為圖七中沿AA’連線所視之側視圖；

圖十一係為圖七中沿AA’連線所視之剖面圖；

圖十二係為圖七中沿BB’連線所視之側視圖；

圖十三係為圖七中沿BB’連線所視之剖面圖；

圖十四係為氣體分佈塊之立體圖；

圖十五係為氣體分佈塊之立體圖；

圖十六係為氣體分佈塊之平面視圖；

圖十七則為氣體分佈塊之平面視圖，其係顯示另一實施態樣；

圖十八係為氣體噴灑塊之平面視圖；

圖十九係為氣體噴灑塊之平面透明視圖；

圖二十係為氣體分佈塊與氣體噴灑塊組合時之平面透明視圖；

圖二十一係為圖二十之局部放大圖；

圖二十二係為被加工件於氣相沈積腔中在X方向上所受氣體壓力之分佈圖；以及

圖二十三係為被加工件於氣相沈積腔中在Y方向上所受氣體壓力之分佈圖。

23．．．氣體分佈塊

24．．．氣體噴灑塊

25．．．冷卻側板

230a．．．進氣孔

230b．．．進氣孔

250．．．冷卻水流道

n．．．螺絲釘

Claims (27)

1. 一種氣體噴灑模組，係用於設有進氣管道之氣相沈積腔，包含：至少兩個氣體分佈塊，該氣體分佈塊係沿第一軸向設有至少兩個擴散室，且該氣體分佈塊設有分別連接進氣管道與擴散室之一進氣孔；以及一氣體噴灑塊，係設置於氣體分佈塊下方，該氣體噴灑塊之中係沿第二軸向設有至少兩個噴灑管道，且該氣體噴灑塊並分別設有至少兩個用於連接擴散室與噴灑管道之氣體流入通道，該至少兩個氣體流入通道之配置位置係呈交錯配置，以及用於連接噴灑管道與氣相沈積腔之氣體流出通道；其中，該氣體分佈塊與氣體噴灑塊係彼此結合，使得擴散室藉由氣體流入通道與噴灑管道相連通，且該第一軸向與第二軸向彼此間係不平行。
2. 如申請專利範圍第1項之氣體噴灑模組，其中該氣體分佈塊係於擴散室之四周環設有用於容置密封元件之凹槽。
3. 如申請專利範圍第2項之氣體噴灑模組，其中該密封元件係為O型環。
4. 如申請專利範圍第1項之氣體噴灑模組，其中氣體流入通道與氣體流出通道係非相對設置。
5. 如申請專利範圍第1項之氣體噴灑模組，其中該氣體噴灑塊之中更開設有至少一冷卻通道。
6. 如申請專利範圍第5項之氣體噴灑模組，更包含分別設 置於氣體噴灑塊兩側且與氣體噴灑塊連接之兩個冷卻側板，其中該等冷卻側板之中係開設有冷卻水流道，且該等冷卻水流道係分別與冷卻通道相連通。
7. 如申請專利範圍第6項之氣體噴灑模組，其中該兩個冷卻側板之冷卻水流道分別將冷卻水流入及流出。
8. 如申請專利範圍第5項之氣體噴灑模組，其中該冷卻通道之方向係平行噴灑通道且冷卻通道與噴灑通道係呈間隔設置。
9. 如申請專利範圍第7項之氣體噴灑模組，其中該冷卻通道與噴灑管道係位於同一平面。
10. 如申請專利範圍第1項之氣體噴灑模組，其中該氣體分佈塊與該氣體噴灑塊之間設置有O型環，且該氣體分佈塊與該氣體噴灑塊係利用螺絲釘及螺孔結合。
11. 如申請專利範圍第1項之氣體噴灑模組，其中該第一軸向與該第二軸向係呈正交。
12. 如申請專利範圍第1項之氣體噴灑模組，其中該氣體流出通道係呈圓柱狀且直徑在0.1~2釐米之間。
13. 如申請專利範圍第1項之氣體噴灑模組，其中該氣體分佈塊設有相互平行之一第一擴散室與一第二擴散室，該氣體噴灑塊亦設有相互平行之一第一噴灑管道與一第二噴灑管道，且該第一擴散室僅與第一噴灑管道相連通，該第二擴散室僅與第二噴灑管道相連通。
14. 如申請專利範圍第13項之氣體噴灑模組，其中該氣體分佈塊係於第一擴散室之四周環設有用於容置密封元件之凹槽。
15. 如申請專利範圍第13項之氣體噴灑模組，其中該氣體分佈塊係於第二擴散室之四周環設有用於容置密封元件之凹槽。
16. 如申請專利範圍第1項之氣體噴灑模組，其中該第一氣體流入通道與氣體流出通道係非相對設置。
17. 如申請專利範圍第1項之氣體噴灑模組，其中該第二氣體流入通道與氣體流出通道係非相對設置。
18. 如申請專利範圍第1項之氣體噴灑模組，其中該氣體噴灑塊有複數個第一氣體流入通道與第一擴散室相連通。
19. 如申請專利範圍第1項之氣體噴灑模組，其中該氣體噴灑塊有複數個第二氣體流入通道與第二擴散室相連通。
20. 如申請專利範圍第6項之氣體噴灑模組，其中該冷卻通道四周設置有O型環，使得冷卻側板與氣體噴灑塊結合時係具有密封效果。
21. 如申請專利範圍第20項之氣體噴灑模組，其中該冷卻通道之方向係平行第二軸向。
22. 如申請專利範圍第20項之氣體噴灑模組，其中該冷卻通道與噴灑管道係位於同一平面。
23. 如申請專利範圍第20、21或22項之氣體噴灑模組，其中冷卻通道為一長孔。
24. 如申請專利範圍第13項之氣體噴灑模組，其中該噴灑管道為複數個平行長孔。
25. 如申請專利範圍第13項之氣體噴灑模組，其中氣體噴灑塊上方兩端係設置兩組氣體分佈塊。
26. 如申請專利範圍第25項之氣體噴灑模組，其中在兩組 氣體分佈塊中間更設有一組氣體分佈塊。
27. 如申請專利範圍第1項之氣體噴灑模組，其中該氣體分佈塊係設有一個以上之進氣孔。