一种喷淋板、喷淋方法及处理装置与流程

1.本发明涉及真空镀膜技术领域，具体涉及一种喷淋板、喷淋方法及处理装置。


背景技术：

2.在工业生产过程中，通常需要通过喷淋板向处理装置的反应腔室内喷淋特定的工艺气体，以实现相应的反应。例如但不限于，原子层沉积（atomic layer deposition，ald）技术是以表面化学气相反应为基础的薄膜沉积技术，可以将物质以单原子膜的形式镀在基底表面，并能够对所沉积的薄膜的厚度及均匀度精确控制在原子层厚度范围内。为了确保成膜的均匀性，需要先由喷淋板将工艺气体导入反应腔体内，从而发生镀膜反应。
3.现有用于原子层沉积的匀气结构为喷淋板，在具体实现中，将外部气源汇入喷淋板内部，通过板内集成的流道和出气孔，将工艺气体均匀吹入反应腔室。该喷淋板结构的气源接口位于喷淋板的两侧，两种工艺气体分别通过位于两侧的纵向流道进入板内，再通过与相应纵向流道连通的多个横向流道流向对侧，依次通过横向流道上的出气孔喷出，当工艺气体通过横向流道流动时，受流动路径上流阻的影响，气体压力逐渐下降，横向流道上各出气孔喷出气体的流速递减，导致进入反应腔室内气体浓度不均。
4.尤其是，随着设备产能的增加，反应腔体及喷淋板尺寸随之增大，横向流道长度方向两端侧的工艺气体浓度相差较大，并严重影响出气均匀性，使得薄膜沉积的均匀性变差，产品良率低。
5.有鉴于此，亟待针对喷淋板结构进行优化设计，以克服上述缺陷。


技术实现要素：

6.本技术的目的在于提供一种喷淋板、喷淋方法及处理装置，通过喷淋板的结构优化能够有效提高喷淋板的出气均匀性。
7.本技术实施例描述的喷淋板，包括具有出气面的板体，板体内设置有至少两个喷淋流道组，至少两个喷淋流道组顺次布置在喷淋板的喷淋幅面内；其中，每个喷淋流道组包括至少两种工艺气体流道，且至少两个工艺气体流道在板体的厚度方向上错开布置；其中，每个工艺气体流道包括主气道、多个喷淋气道和若干出气孔，主气道与多个喷淋气道分别连通，且喷淋气道上间隔设置有多个出气孔，且多个出气孔均开设于板体的出气面。
8.可选地，每个喷淋流道组包括两个工艺气体流道；两个工艺气体流道中的第一工艺气体流道，包括第一主气道、多个第一喷淋气道和若干第一出气孔；第一主气道与多个第一喷淋气道分别连通，每个第一喷淋气道上设置有多个依次间隔布置的第一出气孔；两个工艺气体流道中的第二工艺气体流道，包括第二主气道、多个第二喷淋气道和若干第二出气孔；第二主气道与多个第二喷淋气道分别连通，每个第二喷淋气道上设置有多个依次间隔布置的第二出气孔。
9.可选地，在喷淋幅面内，多个第一喷淋气道和多个第二喷淋气道分别沿第一方向延伸设置，第一主气道和第二主气道分别沿第二方向延伸设置；第二方向与第一方向不同。
10.可选地，在第二方向上，多个第一喷淋气道和多个第二喷淋气道间隔交错布置。
11.可选地，在第二方向上，多个第一喷淋气道和多个第二喷淋气道等间距间隔交错布置。
12.可选地，第一主气道和第二主气道分别设置为两个，两个第一主气道分别位于多个第一喷淋气道的两端侧，且与第一喷淋气道分别连通；两个第二主气道分别位于多个第二喷淋气道的两端侧，且与第二喷淋气道分别连通。
13.可选地，喷淋流道组包括两个第一进气接口、两个第一进口气道、两个第二进气接口和两个第一进口气道；在第二方向上，两个第一进气接口分别位于两个第一主气道的两端侧；位于其中一端侧的第一进气接口，通过一第一进口气道分别与两个第一主气道的一端连通，位于另一端侧的第一进气接口，通过另一第一进口气道分别与两个第一主气道的另一端连通；在第二方向上，两个第二进气接口分别位于两个第二主气道的两端侧；位于其中一端侧的第二进气接口，通过一第二进口气道分别与两个第二主气道的一端连通，位于另一端侧的第二进气接口，通过另一第二进口气道分别与两个第二主气道的另一端连通。
14.可选地，喷淋流道组为多个，且采用线阵的方式顺次布置在喷淋幅面内。
15.可选地，喷淋流道组为多个，且采用矩阵的方式顺次布置在喷淋幅面内。
16.可选地，喷淋板的板体用至少两块子板拼接成型，子板的板体内设置有至少一个喷淋流道组。
17.本发明还提供一种处理装置，包括处理腔体和喷淋板，喷淋板为如前喷淋板，喷淋板设置在处理腔体上，且喷淋板的出气面朝向处理腔体的内侧。
18.本发明还提供一种喷淋方法，包括如下步骤：经各喷淋流道组的进气接口和进气通道，将工艺气体导入主气道；工艺气体经主气道导入与主气道连通的喷淋气道内；进入喷淋气道的工艺气体沿喷淋气道输送，并由沿喷淋气道的延伸方向分布的多个出气孔喷出至处理腔体。
19.与现有技术相比，本发明针对喷淋幅面内的喷淋流道组进行了优化配置。具体地，在喷淋板的喷淋幅面内至少设置两个喷淋流道组，将喷淋幅面划分形成多个区域，由此将流道长度缩短从而减少压降，同一流动路径上各出气孔的喷出气量得以合理控制，能够有效提高喷淋板的出气均匀性。对于大尺寸喷淋板来说，上述技术优势尤为显著。
附图说明
20.图1为本技术实施例提供的一种喷淋板的结构示意图；图2为图1的a向视图；图3为本技术实施例提供的另一种喷淋板的结构示意图；图4为本技术实施例提供的又一种喷淋板的结构示意图；图5为本技术实施例提供的一种处理装置的结构示意图；图6为本技术实施例提供的一种喷淋方法的流程框图。
21.图中：喷淋板100、处理腔体200、喷淋流道组10、第一主气道11、第一喷淋气道12、第一出气孔13、第一进气接口14、第一进口气道15、第二主气道21、第二喷淋气道22、第二出气孔23、第二进气接口24、第二进口气道25。
具体实施方式
22.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
23.不失一般性，本实施方式以用于喷淋两种工艺气体的喷淋为描述主体，详细说明关于提高出气均匀性的实现方案。应当理解，喷淋气体的数量及气源类型可根据实际应用场景的反应功能需要进行配置，且对本技术请求保护的技术方案未构成实质性的限制。
24.请参见图1，该图为本技术实施例提供的一种喷淋板的结构示意图。
25.图中所示，该喷淋板100的板体内设置有两个喷淋流道组10，两个喷淋流道组10在喷淋板100的喷淋幅面内顺次布置，这里，“喷淋幅面”是指喷淋板100的各出气孔所覆盖喷淋区域的延伸面。
26.本实施方案中，每个喷淋流道组10包括第一主气道11、多个第一喷淋气道12、若干第一出气孔13、第二主气道21、多个第二喷淋气道22和若干第二出气孔23。其中，第一主气道11、多个第一喷淋气道12和若干第一出气孔13构建形成第一工艺气体流道，第二主气道21、多个第二喷淋气道22和若干第二出气孔23构建形成第二工艺气体流道，第一出气孔13和第二出气孔23开设于喷淋板100的出气面，以分别将两种工艺气体分别均匀喷出。
27.这样，每个喷淋流道组10可以经由第一出气孔13实现第一工艺气体的喷出，同时经由第二出气孔23实现第二工艺气体的喷出。例如，对于原子层沉积工艺来说，第一工艺气体和第二工艺气体可以为用于形成镀膜产物的两种工艺反应前驱体。
28.在其他具体实现中，喷淋流道组10的数量可以根据实际应用场景及喷淋板的尺寸进行确定，而非局限于图1中所示的两个喷淋流道组10。例如但不限于，喷淋流道组10可以设置为三个，或者三个以上的其他数量。
29.整体上，基于多个喷淋流道组10，将喷淋板100的喷淋幅面划分形成多个区域，由此将流道长度有效缩短，可降低流动路径上形成压降，同一流动路径上各出气孔的喷出气量得以合理控制，能够有效提高喷淋板的出气均匀性。对于大尺寸喷淋板来说，上述技术优势尤为显著。
30.另外，基于多个喷淋流道组10，在实际应用中可根据需要独立控制气流大小，以在喷淋幅面内实现分区域控制，进一步提高所喷出气体的均匀程度。
31.为便于描述，在喷淋板100喷淋幅面内，定义第一喷淋气道12和第二喷淋气道22的延伸方向为第一方向，定义第一主气道11和第二主气道21的延伸方向为第二方向；同时，定义喷淋板100的板厚所在的方向为第三方向。
32.图1中所示，以大致相垂直的第一方向x和第二方向y为示例进行示意。在其他具体实现中，第一方向x与第二方向y还可以为以其他角度相交的两个不同方向，以在喷淋幅面内将工艺气体自主气道合理分配至相应的喷淋气道中，本技术实施例不作限定。
33.其中，多个第一喷淋气道12和多个第二喷淋气道22沿第一方向x延伸设置，在喷淋板100的喷淋幅面内，第一喷淋气道12与第二喷淋气道22在第二方向y上间隔交错布置，也即，在第二方向y上，第一喷淋气道12和第二喷淋气道22以依次相邻的方式布置，以提高两种工艺气体的混合程度。
34.在具体实现中，在喷淋幅面内，第一喷淋气道12与第二喷淋气道22在第二方向y上，可以等间距间隔交错布置，可进一步提高两种工艺气体的混合均匀程度。
35.其中，第一主气道11和第二主气道21沿第二方向y延伸设置，第一主气道11与相应的多个第一喷淋气道12连通，每个第一喷淋气道12上设置有多个依次间隔布置的第一出气孔13，用于喷出第一工艺气体；第二主气道21与相应的多个第二喷淋气道22连通，每个第二喷淋气道22上设置有多个依次间隔布置的第二出气孔23，用于喷出第二工艺气体。
36.为了进一步缩短流道，每个喷淋流道组10的第一主气道11和第二主气道21，均设置为两个，且两种主气道分别位于相应喷淋气道的两端侧。具体来说，两个第一主气道11分别位于多个第一喷淋气道12的两端侧，且与各第一喷淋气道12分别连通；两个第二主气道21分别位于多个第二喷淋气道22的两端侧，且与各第二喷淋气道22分别连通。这样，可减小工艺气体在喷淋气道内的流动路径，进一步降低流阻对出气均匀性的影响。
37.在具体实现中，第一喷淋气道12上的多个第一出气孔13，第二喷淋气道22上的多个第二出气孔23，均可采用等间距设置，提高喷气幅面内的出气均匀性。
38.需要说明的是，沿第一方向x延伸设置的第一喷淋气道12和第二喷淋气道22，以及沿第二方向y延伸设置的第一主气道11和第二主气道21，包括基于直线型气道形成的如图所示直线状延伸的布置形式，还包括基于非直线型气道（例如但不限于具有规则波形或非规则波形的气道）沿图示方向形成延伸趋势的布置形式，本技术实施例不作限定。
39.请一并参见图2，该图为图1的a向视图。在第三方向z上，第一工艺气体流道和第二工艺气体流道错开布置，两种流道互不贯通, 可避免不同的工艺气体在流道内混合反应产生粉尘而造成堵塞。换言之，在喷淋板100的板厚方向上，每个喷淋流道组10有两个第一主气道11、多个第一喷淋气道12和若干第一出气孔13构建形成第一工艺气体流道，与两个第二主气道21、多个第二喷淋气道22和若干第二出气孔23构建形成第二工艺气体流道分层布置，以形成流道避让，结构简单合理。
40.进一步地，对于每个喷淋流道组10，在喷淋板100的第二方向y上的两端侧，均设置有第一进气接口14和第二进气接口24，可进一步缩短流道长度。如此设置，一方面，可在相应喷淋幅面内提供满足流量要求的工艺气体，另一方面，能够合理控制工艺气体在相应主流道内流动路径上流阻，为进一步提高出气均匀性提供了技术保障。
41.其中，第一进气接口14用于接入第一工艺气体，在喷淋板100的第二方向y上的两端侧，位于其一端侧的第一进气接口14通过第一进口气道15分别与两个第一主气道11的一端连通，位于另一端侧的第一进气接口14通过第一进口气道15分别与两个第一主气道11的另一端连通，分别自两个第一主气道11的两端通入第一工艺气体。
42.其中，第二进气接口24用于接入第二工艺气体，在喷淋板100的第二方向y上的两端侧，位于其一端侧的第二进气接口24通过第二进口气道25与两个第二主气道21的一端连通，位于另一端侧的第二进气接口24通过第二进口气道25与两个第二主气道21的另一端连通，分别自两个第二主气道21的两端通入第二工艺气体。
43.整体上来说，每种工艺气体分别自图示上下两侧的进气接口（第一进气接口14、第二进气接口24）进入喷淋板100，通过相应的进口气道（第一进口气道15和第二进口气道25）向两旁分流，再分经过两旁侧主流道（第一主气道11、第二主气道21）后，通过各自的喷淋流道（第一喷淋气道12、第二喷淋气道22）向中间流动；这里，喷淋流道的流阻可等效为传统喷淋板结构的1/4。如此设置，两种工艺气体的流道变短且相对对称分布，可以有效降低流阻，提高出气均匀性。
44.在其他具体实现中，对于每个喷淋流道组10，也可以仅配置一个第一进气接口14和一个第二进气接口24（图中未示出）。当然，该配置方式更加适用于尺寸相对较小的喷流板。
45.进一步地，为了保证沿第一方向布置的各喷淋气道的工作流量，对于不同工艺气体流道来说，进口气道和主气道的通流截面尺寸，大于相应的喷淋气道的通流截面尺寸。也就是说，第一进口气道15和第一主气道11的通流截面尺寸，大于第一喷淋气道12的通流截面尺寸；第二进口气道25和第二主气道21的通流截面尺寸，大于第二喷淋气道22的通流截面尺寸。
46.除了两种工艺气体的应用场景，基于前述实施例描述的喷淋板，还可以提供可应用于三种或三种以上工艺气体的喷淋板。在具体实现中，以三种工艺气体为例，喷淋流道组增加第三工艺气体流道（图中未示出），同样地，该第三工艺气体流道由进气接口、进口气道、主气道、喷淋气道及相应的出气孔构建形成；在第三方向z上，第一工艺气体流道、第二工艺气体流道和第三工艺气体流道错开布置，三种流道互不贯通。
47.可以理解的是，第三工艺气体流道的具体构成，及其与第一工艺气体流道和第二工艺气体流道在板内布局的相对位置关系，与第一工艺气体流道和第二工艺气体流道配置方式相同，这里不再赘述。
48.另外，对于包括三个或三个以上的喷淋流道组10的喷淋板，各喷淋流道组10可采用线阵的方式顺次布置在喷淋幅面内，也可采用矩阵的方式顺次布置在喷淋幅面内。
49.请参见图3，该图为本技术实施例提供的另一种喷淋板的结构示意图。为了清楚示明本实施方案与图1所描述实施例的区别和联系，相同功能的构成或结构在图中以同一标记进行示意。
50.如图3所示，喷淋板100的板体内包括三个喷淋流道组10，且三个喷淋流道组10在喷淋板100的喷淋幅面内呈线阵式顺次布置。本实施方案所描述的喷淋板100，其各喷淋流道组10的具体构成及其板内布局的相对位置关系，与图1所描述的实现方式一致。这里不再赘述。
51.请参见图4，该图为本技术实施例提供的又一种喷淋板的结构示意图。为了清楚表明本实施方案与图1所描述实施例的区别和联系，相同功能的构成或结构在图中以同一标记进行示意。
52.如图4所示，该喷淋板100的板体内包括四个喷淋流道组10，四个喷淋流道组10在喷淋板100的喷淋幅面内呈矩阵式顺次布置；也即，每行每列均顺次布置两个喷淋流道组10。当然，对于其他数量的喷淋流道组10，具体行列数量可以根据产品总体设计进行确定。
53.在具体实现中，各喷淋流道组10的第一进气接口14和第二进气接口24，可以开设在喷淋板100的与出气面相对的另一侧板面上。加工工艺较为简单，且便于与外部气源管路连接。
54.本实施方案所描述的喷淋板100，其各喷淋流道组10的其他具体构成及其板内布局的相对位置关系，与图1所描述的实现方式一致。这里不再赘述。
55.此外，前述实施方案所描述的喷淋板，均在一个板体内顺次布置多个喷淋流道组的方式，将流道长度有效缩短。在其他具体实现中，该喷淋板的板体用多块子板拼接成型，相应地，每块子板的板体内可以相应配置一个或多个喷淋流道组（图中未示出）。
56.具体来说，各子板拼接形成喷淋板的方式，可以根据实际产品需要进行确定，例如但不限于，采用线列的方式顺次拼接，或者采用矩阵的方式顺次拼接。
57.基于相拼接的各块子板，其上喷淋流道组顺次布置在喷淋板的喷淋幅面内。相较于前述一个板体内布置多个喷淋流道组的实现方式，采用多块子板拼接形成喷淋板的方式，能够合理控制加工工艺性和加工成本，并且方便进行检修维护。另外，对于喷淋板的板体由多块子板拼接成型的情形，每块子板的结构尺寸可以相同，提高互换性，可进一步降低制造成本和维护成本。
58.除前述喷淋板外，本技术实施例还提供一种处理装置，请参见图5，该图为本技术实施例提供的一种处理装置的结构示意图。
59.该处理装置包括喷淋板100和处理腔体200，喷淋板100设置在处理腔体200上，喷淋板100可以为前述图1至图4所描述的喷淋板。该喷淋板100的出气面朝向处理腔体200的内侧。工艺气体导入喷淋板100内，可通过其出气面上的第一出气孔13和第二出气孔23喷出至处理腔体200内。
60.应当理解，该处理装置的处理腔体及其他功能构成，可以基于现有工艺技术实现，故本文不再赘述。
61.本技术实施方式还提供一种喷淋方法，可以采用如上任一种实施方式所述的喷淋板。需要说明的是，本实施方式的喷淋方法具有上述喷淋板的所有技术效果，能够解决对应的技术问题，这里不再赘述。
62.请参见图6，该图为本技术实施例的一种喷淋方法的流程框图。
63.该喷淋方法包括以下步骤：步骤s61，经各喷淋流道组的进气接口和进气通道，将工艺气体导入主气道；步骤s62，工艺气体经主气道导入与主气道连通的喷淋气道内；步骤s63，进入喷淋气道的工艺气体沿喷淋气道输送，并由沿喷淋气道的延伸方向分布的多个出气孔喷出至处理腔体。
64.本文所使用的序数词“第一”和“第二”，仅用于在描述技术方案中相同功能的构成或结构。可以理解的是，上述序数词“第一”和“第二”的使用，对本技术请求保护的技术方案未构成理解上的限制。
65.以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种喷淋板，其特征在于，包括具有出气面的板体，所述板体内设置有至少两个喷淋流道组，所述至少两个喷淋流道组顺次布置在所述喷淋板的喷淋幅面内；其中，每个所述喷淋流道组包括至少两个工艺气体流道，且所述至少两个工艺气体流道在所述板体的厚度方向上错开布置；其中，每个所述工艺气体流道包括主气道、多个喷淋气道和若干出气孔，所述主气道与所述多个喷淋气道分别连通，且所述喷淋气道上间隔设置有多个出气孔，且所述多个出气孔均开设于所述板体的出气面。2.根据权利要求1所述的喷淋板，其特征在于，每个所述喷淋流道组包括两个工艺气体流道；所述两个工艺气体流道中的第一工艺气体流道，包括第一主气道、多个第一喷淋气道和若干第一出气孔；所述第一主气道与所述多个第一喷淋气道分别连通，每个所述第一喷淋气道上设置有多个依次间隔布置的所述第一出气孔；所述两个工艺气体流道中的第二工艺气体流道，包括第二主气道、多个第二喷淋气道和若干第二出气孔；所述第二主气道与所述多个第二喷淋气道分别连通，每个所述第二喷淋气道上设置有多个依次间隔布置的所述第二出气孔。3.根据权利要求2所述的喷淋板，其特征在于，在所述喷淋幅面内，所述多个第一喷淋气道和所述多个第二喷淋气道分别沿第一方向延伸设置，所述第一主气道和所述第二主气道分别沿第二方向延伸设置；所述第二方向与所述第一方向不同。4.根据权利要求3所述的喷淋板，其特征在于，在第二方向上，所述多个第一喷淋气道和所述多个第二喷淋气道间隔交错布置。5.根据权利要求4所述的喷淋板，其特征在于，在第二方向上，所述多个第一喷淋气道和所述多个第二喷淋气道等间距间隔交错布置。6.根据权利要求3至5中任一项所述的喷淋板，其特征在于，所述第一主气道和所述第二主气道分别设置为两个，两个所述第一主气道分别位于所述多个第一喷淋气道的两端侧，且与所述第一喷淋气道分别连通；两个所述第二主气道分别位于所述多个第二喷淋气道的两端侧，且与所述第二喷淋气道分别连通。7.根据权利要求6所述的喷淋板，其特征在于，所述喷淋流道组包括两个第一进气接口、两个第一进口气道、两个第二进气接口和两个第一进口气道；在第二方向上，所述两个第一进气接口分别位于两个所述第一主气道的两端侧；位于其中一端侧的所述第一进气接口，通过一所述第一进口气道分别与两个所述第一主气道的一端连通，位于另一端侧的所述第一进气接口，通过另一所述第一进口气道分别与两个所述第一主气道的另一端连通；在第二方向上，所述两个第二进气接口分别位于两个所述第二主气道的两端侧；位于其中一端侧的所述第二进气接口，通过一所述第二进口气道分别与两个所述第二主气道的一端连通，位于另一端侧的所述第二进气接口，通过另一所述第二进口气道分别与两个所述第二主气道的另一端连通。8.根据权利要求1所述的喷淋板，其特征在于，所述喷淋流道组为多个，且采用线阵的方式顺次布置在所述喷淋幅面内。
9.根据权利要求1所述的喷淋板，其特征在于，所述喷淋流道组为多个，且采用矩阵的方式顺次布置在所述喷淋幅面内。10.根据权利要求1所述的喷淋板，其特征在于，所述喷淋板的板体用至少两块子板拼接成型，所述子板的板体内设置有至少一个所述喷淋流道组。11.一种处理装置，其特征在于，包括处理腔体和喷淋板，所述喷淋板为权利要求1至10中任一项所述喷淋板，所述喷淋板设置在所述处理腔体上，且所述喷淋板的出气面朝向所述处理腔体的内侧。12.一种喷淋方法，其特征在于，包括如下步骤：经各喷淋流道组的进气接口和进气通道，将工艺气体导入主气道；工艺气体经所述主气道导入与所述主气道连通的喷淋气道内；进入所述喷淋气道的工艺气体沿所述喷淋气道输送，并由沿所述喷淋气道的延伸方向分布的多个出气孔喷出至处理腔体。

技术总结
本发明公开一种喷淋板、喷淋方法及处理装置，该喷淋板包括具有出气面的板体，其板体内设置有至少两个喷淋流道组，至少两个喷淋流道组顺次布置在喷淋板的喷淋幅面内；每个喷淋流道组包括至少两种工艺气体流道，且至少两个工艺气体流道在板体的厚度方向上错开布置；其中，每个工艺气体流道包括主气道、多个喷淋气道和若干出气孔，主气道与多个喷淋气道分别连通，且喷淋气道上间隔设置有多个出气孔，且多个出气孔均开设于板体的出气面。应用本方案，可将喷淋幅面划分形成多个区域，由此将流道长度有效缩短从而减少压降，同一流动路径上各出气孔的喷出气量得以合理控制，能够有效提高喷淋板的出气均匀性。淋板的出气均匀性。淋板的出气均匀性。


技术研发人员：施述鹏 严大
受保护的技术使用者：江苏微导纳米科技股份有限公司
技术研发日：2023.08.07
技术公布日：2023/9/9