TWI652371B - 設有輕量化出氣板之ｃｖｄ反應器進氣機構 - Google Patents

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Abstract

本發明係有關一種用於實施CVD製程之裝置，包括進氣機構(2)，此進氣機構設於反應器殼體(1)中，且具有面向處理室(3)的出氣板(8)，此出氣板(8)則具有多孔材料及數個出氣孔(9)，此等出氣孔係由設於該進氣機構(2)中的氣體分配容積(7)饋送處理氣體。為了從製造技術方面對特別用於塗佈面積較大的CVD反應器的進氣機構進行改良，提出以下建議：多孔材料構成出氣板(8)之芯部(12)，而該出氣板之接觸處理氣體的表面區段係被密封。

Description

設有輕量化出氣板之CVD反應器進氣機構
本發明係有關一種用於實施CVD製程之裝置，包括進氣機構，此進氣機構設於反應器殼體中，且具有面向處理室的出氣板，此出氣板則具有多孔材料及數個出氣孔，此等出氣孔係由設於該進氣機構中的氣體分配容積饋送處理氣體。
DE 10 2006 018 515 A1揭露一種CVD反應器，其進氣機構之朝向處理室的底板係由多孔體構成，以供處理氣體進入處理室。其多孔體上方設有出氣機構之水冷底壁。
WO 2012/175124描述一種用於CVD反應器之處理氣體源，其中採用了固態泡沫。
EP 1 869 691 B1及DE 102 11 442 A1皆描述一種起擴散器作用的固態泡沫，其係應用於進氣機構上。
本發明之目的在於從製造技術方面對特別用於塗佈面積較大的CVD反應器的進氣機構進行改良。
此目的係透過申請專利範圍所界定的本發明而達成。
首先且主要提出以下建議：出氣板具有多孔的芯部，此芯部之接觸處理氣體的表面區段係被密封。其表面密封可為一塗 層。此塗層可由陶瓷材料或金屬材料構成。該塗層可由設於出氣板之寬面上的薄板所形成。具體而言，形成芯部的多孔體之兩個相背對的寬面上，分別以塗佈方式設有氣密的薄板或薄膜。出氣孔之壁部亦以此方式被密封。其密封處理使得多孔體之位於密封區域的孔隙被封閉。由此項技術方案獲得一出氣板，其重量遠輕於由實心材料構成的傳統出氣板。該出氣板之寬面直接朝向處理室。該寬面形成為處理室頂部。出氣板之與該寬面相對設置的寬面係朝向進氣機構，且具體地可形成進氣機構內部之氣體分配容積之壁部、或進氣機構內部之冷卻室之壁部。以上述方式製成的出氣板，能夠消除大面積出氣板之容易在重力作用下向下變形的缺憾。本發明之出氣板之「夾層結構」採用輕質泡沫體，可防止出氣板中央區域下垂。可藉由陶瓷黏著劑將塗層設於多孔的本體之兩個寬面上。出氣孔之壁部之塗層可由套管形成。為此，在將多孔體雙面密封後，在出氣板中鑽出數個孔，並將金屬或陶瓷質料套管插入其中。此處，亦可用陶瓷黏著劑建立連接。二個分別密封一個寬面的層較佳係由相同材料構成。如此進行密封，使得，處理氣體無法進入多孔的芯部之空腔。但，亦可對多孔的芯部之特定表面區域不作密封處理，以便在此裝置應用於真空製程時能進行壓力平衡。具體而言，沿出氣板輪廓分佈的窄面不予密封，或者，具有不密封區段，以便氣體能進出多孔體。芯部之材料較佳為固態泡沫。其可由碳(例如，石墨)所構成。其亦可由陶瓷材料(例如，碳化矽)所構成。其多孔體為耐熱且開孔。其孔隙度約為每英吋100孔隙。該等孔隙係不規則地貫穿此固體。其形成為網狀結構。構成出氣板之芯部的固態泡沫為可導電。此點在需要為出氣板調溫之情況下特別有利。在出氣板上可安 裝接觸面形式之電極，透過其接觸面，可施加電壓於出氣板，從而使出氣板通電。藉此，可加熱出氣板。該等接觸面可由寬面塗層所形成。在此情況下，該等寬面塗層係由導電材料所構成，且互不相連。在此情況下，窄面塗層可由諸如陶瓷材料之類的不導電材料所構成。但，亦可將接觸面分配給該等窄面。在此情況下，寬面塗層則係由諸如陶瓷材料之類的不導電或導電性較差的材料構成。可在真空條件下進行密封，使得固態泡沫之全部表面區段皆被密封。其結果為，在真空條件下使用本發明之進氣機構時，固態泡沫內部不會形成壓力。可藉由施覆固體(例如，薄膜)、插入套管或類似措施來完成塗佈。但，亦可以電鍍方式(例如，在電鍍槽中)實施其塗佈處理，或者，以CVD工藝形成該塗層。要點在於，封閉芯部之孔隙。具體地，藉由在碳化矽固態泡沫上施覆碳化矽層，以完成對多孔芯部之CVD密封處理。根據本發明之方案，其進氣機構具有出氣板，此出氣板具有出氣孔，不同的處理氣體可透過該等出氣孔進入處理室。其中，數個出氣孔分別被分配給不同的氣體分配容積。在此情況下，由不同的氣體分配容積為不同的出氣孔饋送處理氣體。此外，還設有氣體分配通道，其分別為數個出氣孔饋送處理氣體。該等氣體分配通道較佳地分佈於出氣板內部。可設置兩個相互間非通流連接的氣體分配容積，其係由分離設置的輸入管道饋送處理氣體。每個氣體分配容積皆對數個出氣孔饋送處理氣體。從屬於不同的氣體分配容積的出氣孔可成行並排佈置。每一行可各對應於一個氣體分配通道。氣體分配通道之底面上可設置有與出氣板之出氣面相連通的管件。氣體分配容積較佳為可完全設於出氣板之容積內部。此容積係在出氣板之兩個寬面之間延伸。該氣體分配容積可 由數個呈梳狀或柵狀佈置的氣體分配通道所形成。在該等氣體分配通道之間可分佈有與設於出氣板上方的氣體分配容積呈通流連接的氣體分配通道。此等氣體分配通道可被構造成開放式溝槽，其底部可透過管件而連接出氣面。但，該等氣體分配通道亦可被構造成封閉式溝槽，例如，可用金屬層封閉該等溝槽。多孔的芯部之材料係設於相鄰的氣體分配通道之間。
以下結合所附圖式闡述本發明之實施例。
1‧‧‧(反應器)殼體；反應器
2‧‧‧進氣機構
3‧‧‧處理室
4‧‧‧基座
5‧‧‧基板
6‧‧‧加熱裝置
7、7'‧‧‧氣體(分配)容積
8‧‧‧出氣板
9、9'‧‧‧出氣孔
10‧‧‧(出氣板)寬面；塗層；接觸面
11‧‧‧(出氣板)寬面；塗層；接觸面
12‧‧‧(出氣板)芯部；(多孔、泡沫)體
13‧‧‧(密封、金屬)層；塗層；壁部
14‧‧‧套管
15‧‧‧輸入管道
16‧‧‧連接觸點
17‧‧‧連接觸點
18‧‧‧接觸面
19‧‧‧接觸面
20‧‧‧冷卻通道
21‧‧‧氣體分配通道；氣體分配容積
22‧‧‧(側)壁
23‧‧‧底面
24‧‧‧管件
25‧‧‧窄壁
26‧‧‧氣體分配通道；氣體分配容積
27‧‧‧(側)壁
28‧‧‧底面
29‧‧‧管件
30、30'‧‧‧輸氣管道；輸入管道
31‧‧‧壁
UH‧‧‧加熱電壓
圖1係CVD反應器之殼體之剖面圖，其中僅示意性示出主要的功能元件。
圖2係圖1中有關於第一實施例的截取部分II之示意圖。
圖3如圖2般之有關於第二實施例的示意圖。
圖4如圖1般之有關於第三實施例之剖面圖。
圖5係圖4中之截取部分V之示意圖。
圖6如圖2般之有關於第四實施例的示意圖。
圖7係第五實施例之出氣機構2沿圖8中VII-VII線截取的剖面圖。
圖8係沿圖7中VIII-VIII線截取的剖面圖。
圖1所示之CVD反應器具有殼體1，此殼體係相對於周圍環境而氣密地封閉殼體之內部。CVD反應器1之內部設有進氣機構2。進氣機構2係一個形成空腔的元件。此空腔形成為氣體分配容積7，其係由輸入管道15從外部饋送處理氣體。圖1中僅示 出一個氣體分配容積7。在未圖示的實施例中可設置數個氣體分配容積，其係相互分離，且可由相應的輸入管道饋送不同的處理氣體。
進氣機構2具有出氣板8。出氣板8具有數個似蓮蓬頭般佈置的出氣孔9。被送入氣體分配容積7的處理氣體可經由出氣孔9出來。亦即，氣體分配容積7係對數個特別是佈置於網格點上的出氣孔9饋送處理氣體。
若設有數個氣體分配容積，則每個氣體分配容積皆與單獨對應於該氣體分配容積的出氣孔9相連接，而處理氣體可經由該等出氣孔流入設於進氣機構2下方的處理室3。
在未圖示的實施例中，出氣板8正上方設有可通冷卻劑(例如，水)的冷卻室。在該實施例中，出氣板8之面向進氣機構2的寬面係構成冷卻室之壁部。
在圖1所示之實施例中，出氣板8之面向進氣機構2的壁部係構成氣體分配容積7之內壁。
氣體分配容積7內部設有均勻分配氣體且自出氣孔9均勻形成出氣流所需要的導氣板。
出氣板8在一水平面內延伸。在一個位於出氣板8下方之水平面內設有基座4，此基座可由石墨、特別是包覆石墨、鉬或其他合適材料所構成。待塗佈的基板5係平放於基座4上。
基座4下方設有加熱裝置6。其可為電阻加熱裝置或射頻加熱裝置。加熱裝置6將基座4加熱至處理溫度，而自出氣孔9被導入處理室3的處理氣體可在該處理溫度下發生熱解或相互反應，從而可在基板5上沈積均勻的薄層。
圖4與圖1一樣示出OVPD反應器之純結構示意圖， 該OVPD反應器包括殼體1、設於該殼體中的進氣機構2、及用於容置一或數個待塗佈的基板5的基座4。OVPD系統係沈積有機層，以製造OLED顯示器。此點主要藉由冷凝法而實現，其中，基板5係平放於被冷卻的基座4上。為此，基座4具有例如冷卻通道20之形式的冷卻室，液態冷卻介質係透過該等冷卻通道而穿過基座4。進氣機構2在此實施例中被加熱。具體地係採用電阻加熱出氣板8。為此，該出氣板可由可通電流的導電材料構成。
在實施例中，出氣板8僅在其邊緣處連接於進氣機構2。為防止出氣板8之中央區域下垂，本發明之出氣板8係以輕量化技術製成。該出氣板由低密度芯部構成，該芯部之接觸處理氣體的表面區段係被密封，其中，其密封處理係被施作成使得密封所用的材料形成連續的表面。在實施例中，兩個相背對的寬面10、11被連續地密封。此外，出氣孔9之壁部設有密封層13。
基座4之基面與出氣板8之基面為同等大小，可達數平方公尺。基座4及出氣板8之基面可呈圓形、多邊形(例如，方形)。
在圖2、圖3、圖5及圖6所示之實施例中，出氣板8由芯部12構成，此芯部係以耐熱多孔材料製成。此材料係孔隙密度約為每英吋100孔隙的固態泡沫。可使用孔隙密度為每英吋50至200孔隙的固態泡沫。其係為由碳化矽或石墨構成的開孔的固態泡沫。但，該固態泡沫亦可由合適的其他陶瓷材料或金屬所構成。塗層10、11、13可透過CVD塗佈而形成，例如，可在CVD製程中在泡沫體表面塗佈碳化矽或金屬以封閉孔隙。較佳地，在真空條件下完成此處理。
圖2所示之實施例採用薄板來形成密封塗層10、11。該等薄板可為金屬板，但，亦可為陶瓷板。該等板件藉由耐熱陶瓷黏著劑而連接於多孔體12。
以鑽孔方式形成該等出氣孔。而後用密封材料如金屬層13密封鑽孔壁。
在圖3所示之第二實施例中，由多孔材料構成的芯部12之寬面上分別塗佈有數微米厚度之薄塗層10、11。此等塗層可為薄膜材料。但，亦能以電鍍方式或以CVD工藝形成該等塗層10、11。該等塗層可達一毫米厚度。出氣板總面積可達5m2或以上。
此處，亦以鑽孔方式形成出氣孔9，在將泡沫體12之兩個寬面密封後，製成鑽孔。而後，在該等預製的鑽孔內插入套管14。此等套管可具有徑向向外定向的凸緣。套管末端例如係藉由陶瓷黏著劑連接端面密封層，從而形成氣密連接。
在真空條件下進行密封。具體地，將出氣板8之全部表面區段密封，以向外氣密封閉泡沫體內部。藉此，可避免氣體由外部進入多孔的芯部之孔隙。但，亦可對出氣板8之特定的表面區段不作密封處理，以便能透過其未密封的區域實現壓力平衡。如此，便可在壓力變化時透過出氣板8完成進氣或排氣操作。
圖5及圖6所示之實施例可用電流來加熱出氣板8。在圖5所示之實施例中，兩個寬面10、11皆由如金屬的導電材料構成。兩個相對佈置的寬面塗層10、11由此而形成為接觸面。此等接觸面係相互電隔離。寬面塗層10與連接觸點16相連，寬面塗層11則與連接觸點17相連。可在此二個連接觸點16、17上施加加熱電壓UH。致使，電流穿過例如由石墨泡沫構成的出氣板8以 加熱之。
在圖6所示之實施例中，兩個寬面10、11係由如陶瓷材料的不導電材料構成。在兩個相對佈置的窄面上，設有由金屬構成的接觸面18、19。接觸面18、19大體上延伸過相應窄面之整個長度。接觸面18、19設有連接觸點16、17，從而可在出氣板8上施加加熱電壓UH。致使，電流穿過出氣板8，以加熱出氣板8。
在圖7及圖8所示之第五實施例中，進氣機構2具有相互間非通流連接的輸入管道15、30。輸入管道15對設於出氣板8上方的氣體分配容積7饋送處理氣體。氣體分配容積7係與在出氣板8之內部延伸的溝槽形氣體分配通道21相連接。氣體分配通道21之深度亦可為零，在此情況下，氣體分配通道21之側壁22之高度為零，並且，氣體分配通道21之底部23與將多孔的芯部12與氣體容積7相隔離的金屬層10呈齊平。然而，在實施例中，氣體分配通道21實質上延伸過出氣板8之一半材料厚度，而出氣板之材料厚度基本上由多孔的芯部12所形成，且其寬面10、11具有金屬層。
在每兩個延伸過進氣機構2之整個寬度的氣體分配通道21之間，設有相對於氣體分配容積7為封閉的氣體分配通道26。氣體分配通道21被窄壁25封閉末端，所有的氣體分配通道26則透過其窄面末端彼此相連。此點係透過沿進氣機構2之外壁31分佈的橫向通道而實現。其通道系統形成第二氣體分配容積7'，其係由輸入管道30或30'饋送處理氣體。剖面呈矩形的氣體分配通道21、26具有兩個相隔設置的側壁22、27，此等側壁係相互平行且平行於另一氣體分配通道26、21之側壁27、22。氣體分配通道21、 26形成底面23、28，此等底面係分別透過數個管件29而連接出氣板之出氣面。
由此，成行佈置的出氣孔9係與氣體分配通道21呈通流連接，出氣孔9'則與氣體分配通道26呈通流連接。出氣板8在此亦具有由多孔的材料構成的芯部，並且，僅寬面10、11是由金屬板構成。
在圖7及圖8所示之實施例中，兩個連接不同氣體分配容積的氣體分配通道26、21係交替佈置。但，亦可將三個或三個以上分別連接不同氣體分配容積的氣體分配通道交替佈置，如此一來，不僅只有兩種不同的氣體可透過不同的出氣孔9、9'進入處理室，而是可將兩種以上不同的處理氣體分別透過其獨用的出氣孔導入處理室。
前述實施方案係用於說明本申請案整體所包含之發明，此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進一步方案：一種裝置，其特徵在於：多孔材料構成出氣板8之芯部12，而該出氣板之接觸處理氣體的表面區段係被密封。
一種裝置，其特徵在於：接觸處理氣體的表面區段被特別是陶瓷層或金屬層的塗層所密封。
一種裝置，其特徵在於：出氣板8之兩個相背對之寬面10、11皆被密封，以封閉芯部12之孔隙。
一種裝置，其特徵在於：由鑽孔構成的出氣孔9之壁部13被密封，以封閉出氣板8之芯部12之孔隙，或者，出氣板8之芯部12之表面區段未被密封，以便氣體能在壓力變化時進出於 出氣板8。
一種裝置，其特徵在於：芯部12之材料係特別是由碳、石墨或碳化矽或金屬構成的固態泡沫，或者，芯部12係由耐熱材料所製成。
一種裝置，其特徵在於：芯部12具有由導電材料構成的接觸面10、11；18、19，此等接觸面係與連接觸點16、17相連，而在該等連接觸點上可施加加熱電壓UH，以加熱進氣機構2。
一種裝置，其特徵在於：芯部12係孔隙度為每英吋一百孔隙之開孔的固態泡沫。
一種裝置，其特徵在於：諸出氣孔9、9'之壁部係由插在鑽孔內的套管14或管件24、29所形成。
一種裝置，其特徵在於：在出氣板8之兩個被密封的寬面中，朝下的寬面11形成為處理室3之頂部，朝上的寬面10則形成為氣體分配容積7之壁部。
一種裝置，其特徵在於：設有氣體分配通道21、26，其係分佈於出氣板8中，且分別為數個出氣孔9、9'饋送處理氣體。
一種裝置，其特徵在於：至少兩個相互間非通流連接而由分離設置的輸入管道15、30饋送處理氣體的氣體分配容積7、7'，係與不同出的氣孔9、9'呈通流連接。
一種裝置，其特徵在於：延伸過進氣機構2之整個長度的氣體分配通道21、26係成行並排延伸。
一種裝置，其特徵在於：直接並排佈置的氣體分配通道21、26被分配給不同的氣體分配容積7、7'，以便能將不同的處理氣體分開送入處理室。
一種裝置，其特徵在於：氣體分配容積7'係設於出氣板8由該出氣板8之寬面10、11所界定的容積之內部。
所有已揭露的特徵(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，其目的主要在於可在該等請求項基礎上進行分案申請。

Claims (15)

  1. 一種用於實施CVD製程之裝置，包括進氣機構(2)，此進氣機構設於反應器殼體(1)中，且具有面向處理室(3)的出氣板(8)，此出氣板(8)則具有多孔材料及數個出氣孔(9,9')，此等出氣孔係由設於該進氣機構(2)中的氣體分配容積(7,7')饋送處理氣體，其特徵在於：該多孔材料構成該出氣板(8)之芯部(12)，而該出氣板之接觸處理氣體的表面區段係被密封。
  2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，該等接觸處理氣體的表面區段被特別是陶瓷層或金屬層的塗層所密封。
  3. 如申請專利範圍第2項之裝置，其中，該出氣板(8)之兩個相背對的寬面(10,11)皆被密封，以封閉該芯部(12)之孔隙。
  4. 如申請專利範圍第2項之裝置，其中，由鑽孔構成的該出氣孔(9)之壁部(13)被密封，以封閉該出氣板(8)之芯部(12)之孔隙。
  5. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，該芯部(12)之材料係特別是由碳、碳化矽或金屬構成的固態泡沫，或者，該芯部(12)係由耐熱材料所製成。
  6. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，該導電的芯部(12)具有由導電材料構成的接觸面(10,11；18,19)，此等接觸面係與連接觸點(16,17)相連，而在該等連接觸點上可施加加熱電壓(UH)，以加熱該進氣機構(2)。
  7. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，該芯部(12)係孔隙度為每英吋一百孔隙之開孔的固態泡沫。
  8. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，該等出氣孔(9,9')之壁部係由插在鑽孔內的套管(14)或管件(24,29)所形成。
  9. 如申請專利範圍第2項之裝置，其中，在該出氣板(8)之兩個被密封的寬面中，朝下的寬面(11)形成為該處理室(3)之頂部，朝上的寬面(10)則形成為氣體分配容積(7)之壁部。
  10. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，設有氣體分配通道(21,26)，其係分佈於該出氣板(8)中，且分別為數個出氣孔(9,9')饋送處理氣體。
  11. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，至少兩個相互間非通流連接而由分離設置的輸入管道(15,30)饋送處理氣體的氣體分配容積(7,7')，係與不同的出氣孔(9,9')呈通流連接。
  12. 如申請專利範圍第10項之裝置，其中，延伸過該進氣機構(2)之整個長度的氣體分配通道(21,26)係成行並排延伸。
  13. 如申請專利範圍第12項之裝置，其中，直接並排佈置的氣體分配通道(21,26)被分配給諸多不同的氣體分配容積(7,7')，以便能將不同的處理氣體分開送入該處理室。
  14. 如申請專利範圍第11項之裝置，其中，當中一氣體分配容積(7')係設於該出氣板(8)之由該出氣板(8)之寬面(10,11)所界定的容積之內部。
  15. 如申請專利範圍第5項之裝置，其中，該芯部(12)之材料係石墨構成的固態泡沫。
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