TWI503441B - 包含複數個擴散熔接盤之氣體分配器以及此種氣體分配器之製造方法 - Google Patents

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TWI503441B
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Description

包含複數個擴散熔接盤之氣體分配器以及此種氣體分配器之製造方法
本發明係有關一種CVD反應器之氣體分配器，其包括兩個或多個室，各自有輸入管與之連接，其中至少一個室構成一個氣室，並以複數個與另一室相交的小管體而與氣體分配器之底部的氣體流出孔相連接。
本發明尚有關一種製造該氣體分配器之方法。
EP 0 687 749 B1、DE 695 04 762 T2、US 5,871,586、US 2006/0021574 A1曾提出蓮蓬頭狀的氣體分配器，其係由水平地上下設置的盤體所構成。該等盤體彼此間具有一段垂直距離，其底部與頂部各構成一個室。該室之邊緣具有鋼製的環形邊緣件。氣體分配器之朝下的底部具有複數個氣體流出孔。其上方的室為冷卻室，液態冷卻劑，例如，水，流經該室。冷卻室上方為兩個彼此分離的氣密氣室。每一氣密氣室經由15,000個以上的小管體而與氣體分配器底部相連接。該等小管體連通氣體流出孔，且至少與冷卻室相交。
此種氣體分配器的製造耗煩，因為，小管體需要各自與鑽孔焊接。尚為不利的是，要使用不同材料，亦即，由高級鋼製成的氣室與小管體以及焊料。
DE 696 30 484 T2、EP 1 381 078 A1及US 6,444,042 B1提出一種氣體分配器，其為三明治式，並由複數個盤體所構成，該盤體有圖案，而可在盤體內進行氣體分配。 此處設有相交的橫通道。其構成具有中心孔的凸起，一股氣體流經該中心孔，而另一股氣體則流經凸起外部。
US 2002/0152960 A1提出一種氣體分配器，其同樣為三明治式。包括一個上盤體與一個下盤體，其各自具有格子形溝槽，而形成具有中心孔的矩形凸起。外盤體與具有孔的內盤體堆疊在一起時，產生穿過一室的小管體。
US 2006/0201428 A1、US 7,168,447 B2、US 6,302,964 B1、US 2002/0005442 A1及WO2006/040275 A1同樣提出氣體分配器，其由多個上下排列的盤體構成。盤體表面設有通道。該通道在組裝狀態時為密封。
本發明之目的在於提供一種製造簡單且技術改良之氣體分配器。
此目的係由申請專利範圍所述之發明所達成，申請專利範圍第2至14項為申請專利範圍第1項之附屬項，其亦可為獨立或與其他申請專利範圍相組合。
依據本發明，氣體分配器由複數個堆疊在一起的有圖案盤體構成，其為彼此連接，尤其是利用壓力與溫度之擴散熔接。小管體可由盤體構成。本發明中小管體由複數個上下環片構成，而該等環片基本上為上下對準。如此而由此等環片構成該等小管體。盤體較佳由高級鋼製成，並在環片處具穿孔，而該環片係以接片彼此連接。盤體熔接後，上下環片構成小管體，而與氣室相交。氣室由接片間隙構成。為使流體，例如，氣體或液體，可較佳地通過氣室， 接片之厚度小於盤體厚度、或構成小管體之環片厚度。盤體厚度可為0.2mm至2mm。較佳為0.3mm至1mm。各盤體表面之接片的厚度小於環片外徑。環片可為圓形。環片亦可為其他形狀。較佳地，上下對準的接片為可使氣體通過。連接盤體之接片構成可使氣體通過的壁。其可藉上述較小高度而達成。但亦可使盤體具有其他接片。本發明氣體分配器較佳如先前技術一般由複數個不同的盤體構成。但本發明氣體分配器每一軸向部份皆由複數個相同的盤體堆疊而成，而不同的盤體可互相交替設置。小管體的內徑，亦即，流動通道，可為0.4mm至1mm。小管體或氣體流出孔的密度可為10至20/cm2 。本發明方法可製造直徑至少為180mm的氣體分配器。該直徑亦可至少為380mm或至少500mm。甚至可以製造直徑大於700mm之氣體分配器。氣體分配器較佳具兩氣室。其中一氣室可由一個實心部件構成。另一氣室則由具擴散熔接圖案之部件構成。擴散熔接圖案部件亦可構成一個冷卻室，而兩氣室係彼此分開地與氣體分配器底部的氣體流出孔相連接。在本發明另一實施例中，一氣室之盤體為互相交替，其中一盤體的環片位在相交接片的中心，而另一盤體的環片則位在相交接片的交點。
本發明尚有關一種製造此種氣體分配器之方法。該製造方法基本上為氣體分配器盤體圖案的成形法，有圖案的盤體係由金屬製成，尤其是高級鋼。板材首先被切割或沖壓。然後成形出盤體圖案。如盤體位在諸氣室之間，則其 只具有孔。構成氣室之盤體具有接片圖案，該接片連接環片。接片圖案可以蝕刻方法產生。首先，以微影法利用光罩而在切割板材上成形出圖案。板材的表面被塗佈一光阻。曝光後，移除光阻層曝光或未曝光之部分。然後，使無光阻之部分被蝕刻。其較佳使用非等向性蝕刻製程。在只有遮蓋環片及邊緣的第二蝕刻製程中，可減少接片之厚度。如此而得到的有圖案的盤體被堆疊，故使環片構成小管體，而氣室的表面只有孔。最後，將堆疊的盤體彼此壓緊置於一個爐中，並將其溫度提升至略低於金屬，尤其是高級鋼，的熔點。使堆疊的盤體保持在該壓力及溫度下，直至盤體表面彼此連接。為可識別各盤體，每一盤體邊緣可設有具標示的標示片。盤體基本上為圓形，其邊緣可具有突出的調整片，其各具有一個調整孔。一個調整裝置具複數個調整栓，其可穿入調整片之調整孔中。如此而使堆疊的有圖案的盤體彼此對準。
以下將依據附圖詳細說明本發明之實施例。
本實施例係有關一種CVD反應器之氣體分配器。此種氣體分配器尤其係參閱EP 0 687 749 A1。該氣體分配器為CVD反應器之一部份，並位在承載欲塗佈的基板之基板座的上方。基板放置在基板座之水平平面上。基板座上方為所謂的反應室，反應氣體由氣體分配器1、2之底部2’輸入至反應室中。圖1及2顯示倒置的氣體分配器1、2，其具有設在氣體分配器1、2底部2’朝下的流出孔23，而 一或多種不同的反應氣體係由該流出孔流出。反應氣體含有構成基板沈積薄膜的成分。反應氣體可含氣溶膠，其只會凝結於基板上。為此，需冷卻基板座。但，反應氣體亦可含有在加熱反應室中解離的氣體，而該解離產物在基板上成長而構成薄膜。氣體分配器底面亦可被流經冷卻室14的冷媒所冷卻。如承載基板之基板座被加熱，則由流出孔流出的反應氣體可不解離地流到基板表面或擴散，藉表面接觸而熱解。如此亦可使解離產物在基板上構成一薄膜。反應室設在一個反應室殼體中，其對周遭環境氣體及壓力為密封。反應氣體或氣溶膠由反應器外部經輸入管而輸送至氣體分配器中。如使用不同的反應氣體或氣溶膠，則每一反應氣體或氣溶膠皆被輸送至一個別的氣室8、9中。
圖2顯示倒置的氣體分配器之剖面圖。氣體分配器包括一個由實心板所構成的上部件1，其具有一個凹槽，該凹槽構成第一氣室8。氣室8被氣體分配器下部件2密封。氣體分配器下部件表面經複數個，例如，10,000至20,000個，氣體流出道7，而與氣體分配器底部2’流出孔23相連接。
氣體分配器下部件2尚具有第二氣室9，其係與分開的輸入管相連接。該氣室9中設有使上方的氣室8之氣體流出道7通過的小管體11。
氣體分配器下部件2尚具有一個與底部2’相鄰的冷卻室14，其同樣設有小管體12、13，而該小管體12、13使氣 室8之氣體流出道7及氣室9之氣體流出道10通過。
氣體分配器下部件2係由複數個約1mm厚的有圖案的盤體3、4、5、6所構成，其先以適當方式成形出圖案，然後上下疊置，最後藉壓力及溫度彼此擴散熔接。
圖2及2a所示盤體結構包括不同的有圖案的盤體3、4、4’、5及6。其構成圖2所示之部份A、B、C、D、E。部份A由複數個盤體3構成，其顯示於圖3。該盤體3為一個圓形盤體，其具有複數個平均分佈的孔7，其直徑為0.4mm至1mm。氣體流出道7之密度可為10至20/cm2 。該孔可為鑽孔，但亦可為蝕刻孔。盤體3整個面塗佈有一光阻層，並且，利用一光罩進行曝光，而產生孔圖案。接著，移除未曝光或曝光的光阻層，並進行孔的蝕刻。
圖4及4a顯示部份B之盤體4之俯視圖。盤體具有一個實心的連續邊緣，邊緣內設有以接片15彼此連接的環片16。該環片16各具有一個中心孔，而氣體流出道7通過該中心孔。在圖4及4a所示部份B之盤體4中，環片16位在接片中心，而接片15於此處相交。圖4b顯示出接片15厚度小於環片16。
圖5及5b顯示部份B之另一種盤體4’之俯視圖，其可與盤體4交替地設置。該盤體之環片16位在相交的接片15之交點上。盤體4’之接片15位在盤體4之接片之對角線上。此處之接片15厚度亦較小。
盤體4、4’可與盤體3一樣，以蝕刻方式產生圖案，下面所述之盤體5、6亦同；此處之接片環片圖案亦可以微 影法產生，接著再以蝕刻法移除未被光罩覆蓋的部份。
圖6顯示構成部份C及E之盤體5。其不同於盤體3之處只在於，孔的數目為其兩倍。此處，氣室8之氣體流出道7及氣室9之氣體流出道10為彼此相鄰。
圖7及7a顯示構成部份D之盤體5，其結構近似盤體4、4’。但，此處環片17、18之數目為其兩倍，因為，其具有被兩個流出道7、10通過的小管體。此處，氣體流出道10通過的環片17係位在彼此相交的接片15’之交點上而氣體流出道7通過的環片18則位在接片15’中心。此處，接片15’之厚度亦較小。
接片15、15’彼此構成間隙，其中，接片15之間隙構成氣室9，接片15’之間隙構成冷卻室14。由於接片15、15’之厚度較小，故各間隙彼此連接。
盤體3、4、4’、5及6各具有由邊緣向外伸出而彼此具相同角度的調整片20。該調整片20與盤體3、4、4’、5、6邊緣連接處設有穿孔。
一個調整裝置具四個調整栓24，其為彼此平行，且直徑等於調整孔21內徑。
圖8顯示一個疊盤體，其調整片20被調整栓24所穿過。
每一部份A、B、C、D、及E之盤體3、4、4’、5及6之邊緣尚設有標示片26，其具有標示，以使盤體不致混淆。為避免混淆，尚可使部份A、B、C、D、及E之標示片22設在不同的角度位置。
若盤體堆疊成如圖8所示時，則相鄰的盤體之面彼此接 觸。然後，將堆疊的盤體置入爐中，並對其加壓。盤體3、4、4’、5、6被施予約1.5MPa的壓力。同時對其加熱，將溫度提高到略低於盤體金屬融化溫度。較佳之溫度為1100℃。以該製程參數，使堆疊的盤體在真空或保護氣體中被處理，直到盤體3、4、4’、5、6互相抵靠的面彼此連接，而得到一個實心的有圖案固體，其構成氣體分配器下部件2。處理時間可約為4小時。
在本發明另一實施例中，處理溫度提高50℃。處理溫度可在1000至1200℃之間。
氣體分配器下部件2與氣體分配器上部件1之連接，可以習知的熔接進行。
在另一未示出之實施例中，氣體分配器上部件1由反應器殼體壁之一部份所構成，例如，參閱EP 0 687 749 A1之圖2。本發明氣體分配器亦可不具有實心的上部件1。
所有揭示特徵本身皆具有發明性質。本發明揭示之特徵完全包含於本案之申請專利範圍中。
1‧‧‧氣體分配器(上部件)
2‧‧‧氣體分配器(下部件)
2’‧‧‧底部
3‧‧‧盤體
4‧‧‧盤體
4’‧‧‧盤體
5‧‧‧盤體
6‧‧‧盤體
7‧‧‧氣體流出道；孔
8‧‧‧(第一)(氣)室
9‧‧‧(第二)(氣)室
10‧‧‧氣體流出道；孔
11‧‧‧小管體
12‧‧‧小管體
13‧‧‧小管體
14‧‧‧(冷卻)室
15‧‧‧接片
15’‧‧‧接片
16‧‧‧環片
17‧‧‧環片
18‧‧‧環片
20‧‧‧調整片
21‧‧‧調整孔
22‧‧‧標示片
23‧‧‧(氣體)流出孔
24‧‧‧調整栓
A‧‧‧部分
B‧‧‧部分
C‧‧‧部分
D‧‧‧部分
E‧‧‧部分
圖1係本發明氣體分配器之倒置立體圖。
圖2係圖1線II－II之剖面圖，其中之氣體分配器被分成部份A、B、C、D、E。
圖2a係圖2之部分放大圖。
圖3係部份A之盤體3之俯視圖。
圖4係部份B之盤體4之俯視圖。
圖4a係盤體4圖案之放大圖。
圖4b係圖4a線IVb－IVb之剖面圖。
圖5係部份B之盤體4’之俯視圖。
圖5a係圖5之盤體圖案之放大圖。
圖6係部份C、E之盤體5之俯視圖。
圖7係部份D之盤體6之俯視圖。
圖7a係圖7之盤體6圖案之放大圖。
圖8係堆疊的盤體3、4、5、6之俯視圖，其中之被調整栓24係對底部2’調整。
1‧‧‧氣體分配器(上部件)
2‧‧‧氣體分配器(下部件)
2’‧‧‧底部
7‧‧‧氣體流出道；孔
8‧‧‧(第一)(氣)室
9‧‧‧(第二)(氣)室
10‧‧‧氣體流出道；孔
11‧‧‧小管體
12‧‧‧小管體
13‧‧‧小管體
14‧‧‧(冷卻)室
23‧‧‧(氣體)流出孔
A‧‧‧部分
B‧‧‧部分
C‧‧‧部分
D‧‧‧部分
E‧‧‧部分

Claims (19)

  1. 一種CVD反應器之氣體分配器(1,2)，包括有兩個或多個室(8,9,14)，其各自有輸入管與之接通；其中至少一個室(8,9)構成一個氣室，並藉由複數個與至少一個另外的室(9,14)相交的小管體(11,12,13)，而與此氣體分配器(1,2)之底部(2’)之氣體流出孔(23)相連接；此氣體分配器(1,2)係為複數個彼此固定相連接且彼此相堆疊的元件；其特徵為：至少在該等小管體(11,12,13)之區域處，此氣體分配器(1,2)之該等元件係由複數個彼此相堆疊而有圖案結構的金屬盤體(3,4,4’,5,6)所組成，其為彼此固定連接，尤其是，利用壓力和溫度而彼此擴散熔接(diffusion-weld)；該等小管體(11,12,13)係由複數個彼此上下對準的環片(16,17,18)所構成，此等環片(16,17,18)則係藉由多個接片(15,15’)而與該室(9,14)之邊緣相連接，或彼此相連接。
  2. 如申請專利範圍第1項之氣體分配器，其中，該複數個盤體(4,4’,6)係由高級鋼所製成。
  3. 如申請專利範圍第2項之氣體分配器，其中，該等接片(15,15’)之材料厚度小於盤體(3,4,4’,5,6)。
  4. 如申請專利範圍第3項之氣體分配器，其中，彼此相連接的諸盤體(4,4’,6)之該等接片(15,15’)構成氣體可通過的壁。
  5. 如申請專利範圍第1項之氣體分配器，其中，該等盤體(3,4,4’,5,6)之材料厚度為0.3mm至1mm。
  6. 如申請專利範圍第1項之氣體分配器，其中，該等小管體(11,12,13)之內徑為0.4mm至1mm。
  7. 如申請專利範圍第1項之氣體分配器，其中，該等小管體(11,12,13)之表面密度為10至20/cm2 ，或大於20/cm2 。
  8. 如申請專利範圍第1項之氣體分配器，其中，此氣體分配器之直徑至少為180mm、至少為380mm、至少為500mm、或至少為700mm。
  9. 如申請專利範圍第1項之氣體分配器，其中，至少有兩個氣室(8,9)係藉由穿過冷卻室(14)的該等小管體(12,13)而與該底部(2’)相連接。
  10. 如申請專利範圍第9項之氣體分配器，其中，該冷卻室(14)與該等氣室(8,9)為彼此上下設置。
  11. 如申請專利範圍第2項之氣體分配器，其中，構成該室(9)的該等盤體(4,4’)為互相交替，使得，其中一些盤體上之環片(16)位在相交的接片(15)之中心點，另一些盤體上之環片(16)則位在相交的接片(15)之交點，而兩者互相交替。
  12. 如申請專利範圍第1項之氣體分配器，其中，該等盤體(3,4,4’,5,6)具有可移除的邊緣突出調整片(20)，其自各具有一個調整孔(21)；當該等盤體(3,4,4’,5,6)被彼此堆疊時，一個組裝調整裝置之調整栓(24)可穿入該調整 孔(21)中。
  13. 如申請專利範圍第12項之氣體分配器，其中，該等調整片(20)係藉由形成穿孔位置而與盤體(3、4、4’、5、6)可移除地連接。
  14. 如申請專利範圍第1項之氣體分配器，其中，該等盤體(3,4,4’,5,6)設有標示片(22)，其可在諸盤體(3,4,4’,5,6)之擴散熔接後被移除。
  15. 一種申請專利範圍第1至14項中任一項之氣體分配器之製造方法，其特徵為包含有以下步驟：製造多個由特別是高級鋼之類的金屬所製成的有圖案結構的盤體(3,4,4’,5,6)，而其中複數個盤體(4,4’,6)係提供了以接片(15,15’)彼此連接的環片(16,17,18)，其他複數個盤體(3,5)則構成與環片(16,17,18)之開口相對應的孔(7,10)；彼此堆疊該等盤體(3,4,4’,5,6)，使得，該等環片(16,17,18)構成多個小管體(10,12,13)，此等小管體係將形成為氣室(8,9)的至少一個室連接至氣體分配器(2)之底部(2’)所聯結的氣體流出孔(23)，且與另一個室(9,14)相交，而由相疊的盤體(4,6)所構成的室(9,14)之底部及頂部表面，則係由只設有多個孔的該等盤體之寬廣面所構成；以及藉由施加壓力及溫度，使彼此堆疊的盤體(3,4,4’,5,6)擴散熔接。
  16. 如申請專利範圍第15項之方法，其中，該等盤體 (3,4,4’,5,6)由板狀金屬所製成，其係被一個具有對應於該等接片(15,15’)及該等環片(16,17,18)之圖案的光罩所覆蓋，接著，蝕刻掉接片圖案之間隙。
  17. 如申請專利範圍第16項之方法，其中，藉由蝕刻在至少一些接片(15,15’)之區域處縮減該盤體之材料厚度。
  18. 如申請專利範圍第17項之方法，其中，使用微影法。
  19. 如申請專利範圍第15項之方法，其中，該等盤體(3,4,4’,5,6)邊緣設有突出的調整片(20)，其具有調整孔(21)；在該等盤體(3,4,4’,5,6)彼此堆疊在一起之預安裝狀態，一個調整裝置之調整栓(24)可穿入該等調整孔中。
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