反应器冷却系统的制作方法

1.本公开总体涉及气相反应器系统。更具体地，本公开涉及适用于气相反应器系统的冷却系统。


背景技术：

2.气相反应器，例如化学气相沉积(cvd)反应器等，可用于多种应用，包括在衬底表面上沉积和蚀刻材料，以及清洁衬底表面。例如，气相反应器可用于在衬底上沉积层以形成器件，例如半导体器件、平板显示器件、光伏器件、微机电系统(mems)等。
3.在器件制造过程中，通常需要加热衬底以促进其上的表面反应，并冷却气相反应器系统的一部分以获得所需的沉积和/或蚀刻速率，同时减轻衬底表面上沉积和/或蚀刻材料的不均匀性。冷却反应器系统的一部分也可以减轻与反应室表面或反应室内的不期望的反应。
4.一些冷却系统利用冷却板来冷却气相反应器系统的一部分。这种冷却系统易受冷却板的电化腐蚀和点蚀的影响，这会导致气相反应器系统的部分的冷却不均匀性增加，而这又会导致气相反应器系统内的沉积、蚀刻或清洁过程的不均匀性增加。此外，由于典型冷却系统的缺陷，典型冷却系统的占空比可能相对较低和/或在反应室之间变化—例如同一反应器系统内的反应室。通常希望使用能够减轻运行期间热不均匀性的冷却系统。另外或可替代地，希望冷却系统具有相对高的占空比。此外，通常希望冷却系统之间具有一致性。
5.本部分中阐述的任何讨论，包括对问题和解决方案的讨论，已被包括在本公开中，仅仅是为了提供本公开的背景，并且不应被认为是承认任何或所有的讨论在本发明被做出时是已知的，或者以其他方式构成现有技术。


技术实现要素：

6.根据本公开的各种实施例，提供了用于气相反应器的冷却系统。示例性冷却系统可以包括包含第一表面、第一宽度和第一厚度的第一板，以及包含第二表面、第二宽度和第二厚度的第二板。凹槽可以形成在第一板内并延伸到第一板的第一表面。第一板和第二板可以在第一表面和第二表面处联接在一起，以形成包括由第二表面的一部分包围的凹槽的导管。根据实施例的示例，金属管可以设置在导管内；金属管可以包括在金属管的第一端的冷却流体入口和在金属管的第二端的冷却流体出口。
7.根据实施例的示例，第一板和第二板可以包括铝或由铝形成。此外，第一板和第二板可以在第一表面和第二表面处钎焊在一起。根据实施例的示例，金属管可以包括不锈钢或由不锈钢形成。
8.根据实施例的示例，第一板和第二板各自可以形成部分环形结构。第二板可以包括内径和外径。凹槽可以包括弓形形状，该弓形形状包括大于内径且小于外径的凹槽直径。
9.根据实施例的示例，第一板和第二板可以各自形成环形结构，其中第一板包括内径和外径。凹槽可以是连续的，并且可以包括多个同心弓形部分。
10.根据本公开的附加实施例，提供了另一示例性冷却系统。冷却系统可以包括第一板和第二板，其中第一板和第二板可以使用焊接和钎焊材料中的一种或多种来联接。第一板可以包括第一表面、第一厚度和第一宽度。凹槽可以形成在第一板内。凹槽可以延伸到第一板的第一表面。第二板可以包括第一层和第二层。第二板可以包括第二厚度和第二宽度。第一板和第二板可以在第一表面和第一层处使用焊接和钎焊材料中的一种或多种来联接。第一层和第一表面可以形成包括由第一层的一部分包围的凹槽的导管。冷却系统还可以包括冷却流体入口和冷却流体出口。冷却流体入口和冷却流体出口流体连接到导管。
11.根据实施例的示例，第二层可以由第二金属形成。第一层可以包括不锈钢或由不锈钢形成。第一板可以包括不锈钢或由不锈钢形成。焊接可以直接与第二板的第一层和第一板的第一表面接触。
12.根据实施例的示例，冷却系统可以包括金属管。金属管可以设置在导管内。此外，凹槽可以包括在冷却流体入口和冷却流体出口之间的蛇形路径。该凹槽还可以包括在冷却流体入口和冷却流体出口之间的连续蛇形路径。
13.示例性冷却系统还可以包括用于将冷却流体入口和冷却流体出口连接到冷却流体源的联接组件。
14.根据本公开的附加实施例，提供了一种包括冷却系统的气相反应器。气相反应器可以包括反应室，该反应室包括上部区域和下部区域。喷淋头可以设置在上部区域内。第一冷却系统可以设置在下部区域下方。第一冷却系统可以是本文所述的冷却系统。另外或可替代地，气相反应器包括第二冷却系统，例如本文所述的冷却系统。第二冷却系统可以设置在喷淋头上方。示例性气相反应器系统可以包括一个或多个冷却系统。
15.通过参考附图对某些实施例的以下详细描述，这些和其他实施例对于本领域技术人员来说将变得显而易见；本发明不限于所公开的任何特定实施例。
附图说明
16.当结合以下说明性附图考虑时，通过参考详细描述和权利要求，可以获得对本公开示例性实施例的更完整的理解。
17.图1a示出了根据本公开示例性实施例的冷却系统的透视图。
18.图1b示出了根据本公开示例性实施例的冷却系统的俯视图。
19.图2示出了根据本公开示例性实施例的冷却系统的第一板。
20.图3a示出了根据本公开示例性实施例的另一冷却系统。
21.图3b示出了根据本公开示例性实施例的冷却系统的俯视图。
22.图4示出了根据本公开示例性实施例的冷却系统的第一板的俯视图。
23.图5示出了根据本公开示例性实施例的冷却系统的截面图。
24.图6示出了根据本公开示例性实施例的冷却系统的截面图。
25.图7a示出了适用于根据本公开示例性实施例的冷却系统的气相反应器的一个室的一部分的透视截面图。
26.图7b示出了根据本公开示例性实施例的气相反应器的透视图。
27.图7c示出了根据本公开示例性实施例的具有环形冷却系统的气相反应器的俯视图。
28.图7d示出了根据本公开示例性实施例的具有部分环形冷却系统的气相反应器的仰视图。
29.应当理解，附图中的元件是为了简单和清楚而示出的，并不一定是按比例绘制的。例如，图中的一些元件的尺寸可以相对于其他元件被放大，以有助于提高对本公开的所示实施例的理解。
具体实施方式
30.尽管下面公开了某些实施例和示例，但本领域技术人员将理解，本发明延伸到具体公开的实施例和/或本发明的用途及其明显的修改和等同物之外。因此，意图是所公开的本发明的范围不应被下面描述的具体公开的实施例限制。
31.本公开总体涉及使用一个或多个冷却板来冷却气相反应器系统的一部分的冷却系统。举例来说，冷却系统可以包括双金属冷却系统或钎焊冷却系统。示例性冷却系统可用于冷却气相反应器系统的各种零件或部分，例如气体分配装置(例如喷淋头)和/或反应器的下室。示例性气相反应器系统可以包括冷却系统的各种组合。
32.示例性冷却系统可以包括第一板和第二板。根据这些实施例的示例，第一板可以包括凹槽，第二板可以包括联接到第一板的第一表面的第二表面，使得第二表面和凹槽可以形成导管。导管可以用作冷却通道，以将冷却剂流通至冷却系统。根据本公开的示例，金属管可以设置在导管内。
33.在本公开中，变量的任何两个数字可以构成变量的可行范围，并且任何指示的范围可以包括或不包括端点。此外，所指出的变量的任何值(不管它们是否用“约”表示)可以指精确值或近似值，并且包括等同物，并且在一些实施例中可以指平均值、中间值、代表性值、多数值等。此外，在本公开中，术语“包括”、“由...构成”和“具有”在一些实施例中可以独立地指“通常或广义地包括”、“包含”、“基本由...构成”或“由...构成”。在本公开中，在一些实施例中，任何定义的含义不一定排除普通和习惯的含义。
34.现在转到附图，图1a和1b示出了根据本公开示例的示例性冷却系统100。冷却系统100可以包括第一板102，其包括第一表面104、第一宽度106和第一厚度108。冷却系统100可以进一步包括第二板110，其包括第二表面112、第二宽度114和第二厚度116。第一板102和第二板110可以通过将板钎焊在一起、通过将板焊接在一起等而联接在第一表面104和第二表面112处，以在第一板102和第二板110之间形成密封。第一板102和/或第二板110可以由金属形成，例如铝或包含铝的金属。
35.根据本公开的示例，第一宽度106大于第二宽度114。第二厚度116可以大于第一厚度108。第一厚度108可以是1厘米至10厘米、2厘米至8厘米或4厘米至6厘米。第二厚度116可以是2厘米至15厘米、4厘米至12厘米或6厘米至10厘米。第一宽度106可以是140毫米至420毫米。第二宽度114可以是25毫米至290毫米。
36.进一步参考图1a和1b，冷却系统100可以包括冷却流体组件122。冷却流体组件122可以包括冷却流体入口118和冷却流体出口120。冷却流体组件122配置成将冷却系统100连接到冷却流体源(未示出)，使得冷却流体入口118可以从冷却流体源接收冷却剂。冷却流体出口120可以将冷却剂再循环到冷却流体源。冷却剂可以包括冷冻水、冷冻去离子水或任何其他合适的冷却剂。
37.参考图2，第一板102可以包括凹槽128，其从第一表面104延伸到第一板102中。当第一表面104和第二表面112联接在一起时，它们可以形成导管，其包括由第二表面112的一部分包围的凹槽128。金属管130可以设置在导管内。金属管130可以包括或由不锈钢、铝、铝合金、钝化镍、哈氏合金等形成。冷却流体入口118可以在金属管130的第一端，冷却流体出口120可以在金属管130的第二端。
38.继续参考图1a、1b和图2，第一板102和第二板110中的每个可以形成环形结构(例如环形圈形状)。第二板110可以包括内径124和外径126。凹槽128可以是连续的，并且包括多个同心弓形部分。多个同心弓形部分可以包括第一弓形部分140和第二弓形部分142。如图2所示，多个同心弓形部分140、142可以在第一板102中形成蛇形结构。凹槽128可以包括弓形形状，其包括大于内径124但小于外径126的凹槽直径144。根据其他示例，导管可以直接用作冷却流体的冷却通道，而导管中没有金属管130。
39.图3a和3b示出了根据本公开附加示例的示例性冷却系统200。冷却系统200包括第一板202，其包括第一表面204、第一宽度206和第一厚度208。冷却系统200还可以包括第二板210，其包括第二表面212、第二宽度214和第二厚度216。第一板202和第二板210可以通过将板钎焊在一起、通过将板焊接在一起、或在第一板202和第二板210之间产生密封的另一种合适的联接方法而联接在第一表面204和第二表面212处。第一板202和第二板210可以由金属形成，例如铝或包含铝的金属。第一宽度206可以大于第二宽度214。第二厚度216可以大于第一厚度208。第一厚度208可以是1厘米至10厘米、2厘米至8厘米或4厘米至6厘米。第二厚度216可以是2厘米至15厘米、4厘米至12厘米或6厘米至10厘米。
40.冷却系统200可以包括冷却流体组件，其包括冷却流体入口218和冷却流体出口220。冷却流体组件可以连接到冷却流体源(未示出)，使得冷却流体入口218可以从冷却流体源接收冷却剂，并且冷却流体出口220可以将冷却剂再循环到冷却流体源。冷却剂可以是如上所述的冷却剂。
41.参考图4，第一板202可以包括凹槽228，其从第一板202内延伸到第一表面204。当第一表面204和第二表面212联接在一起时，第一表面204和第二表面212可以形成导管，该导管包括由第二表面212的一部分包围的凹槽228。金属管可以设置在导管内。金属管可以由不锈钢、铝、铝合金、钝化镍、哈氏合金等制成。冷却流体入口218可以在金属管的第一端，冷却流体出口220可以在金属管的第二端。
42.参考图3a、3b和4，第一板202和第二板210可以形成部分环形结构。第二板210可以包括内径224和外径226。凹槽228可以是连续的，并且包括多个同心弓形部分。多个同心弓形部分可以包括第一弓形部分240和第二弓形部分242。如图4所示，多个同心弓形部分240、242可以在第一板202中形成蛇形结构。凹槽228可以包括弓形形状，其包括大于内径224但小于外径226的凹槽直径244。根据本公开的示例，导管可以直接用作冷却流体的冷却通道，而导管中没有金属管。
43.图5示出了冷却系统500的截面图，其可以与冷却系统100或200相同或相似。图5示出了通过钎焊或焊接而联接到第一板502和第二板510。第一板502和第二板510可以由金属形成，例如铝、不锈钢、铝合金、钝化镍、哈氏合金等。第一板502和第二板510可以由相同的材料或不同的材料形成。第一板502可以与第一板102或202相同或相似。第二板510可以与第二板110或210相同或相似。第一板502和第二板510可以通过使用填充层534将板钎焊或
焊接在一起而联接在一起。填充层534可以是钎焊材料或焊接材料，以联接第一板502和第二板510。钎焊材料可以是或包括镍、锌、钢或用于将(例如铝)板钎焊在一起的任何其它合适的金属。焊接材料可以是铝或者包括钨，或者通常用于将铝焊接在一起的任何其他合适的金属。
44.第一板502可以具有从第一板502内部延伸到第一板502的顶表面504的凹槽528。凹槽528可以如上文结合凹槽128和228所述。凹槽528可以被第二板510覆盖或密封，以形成导管532。导管532可以用作冷却剂通道，以通过冷却系统输送或流通冷却流体。在一些情况下，金属管530可以设置在导管532内，以将冷却流体输送到冷却系统。金属管530可以是如上结合图1a至图4所述的。如上所述，冷却剂可以在金属管530的冷却流体入口被接收，并通过金属管530的冷却流体出口流出。
45.图6示出了冷却系统600的另一实施例的剖视图，该冷却系统600可以配置为如上所述的冷却系统100或200。冷却系统600可以包括第一板602和第二板610，它们可以在第一板602的第一表面640和第二板610的表面处通过钎焊或焊接而联接在一起。第一板602可以与第一板102或202相同或相似。第二板610可以与第二板110或210相同或相似。第一板602包括第一表面、第一厚度、第一宽度和凹槽628。
46.第二板610是包括第二层606和第一层608的双金属板，其中第二板610包括第二厚度和第二宽度(类似于第二板110和210)。第二层606和第一层608可以通过钎焊或焊接而联接在一起。第一层608可以包括不锈钢或由不锈钢形成。第二层606可以包括第二金属或由第二金属形成，例如铝、不锈钢、铝合金、钝化镍、哈氏合金等。
47.第一板602可以由金属形成，例如不锈钢。第一板602和第一层608可以由相同的材料或不同的材料形成。第一板602和第二板610可以通过使用填充层634将板钎焊或焊接在一起而联接在一起。焊接可以直接与第二板610的第一层608和第一板602的第一表面640接触。填充层634可以是钎焊材料或焊接材料，以联接第一板602和第二板610。钎焊材料可以是镍、锌、钢或任何其他合适的金属。焊接材料可以是钨或任何其他合适的金属。
48.第一板602可以包括凹槽628，其从第一板602的第一表面640延伸到第一板602中。如上所述，凹槽628可以与凹槽128和/或228具有相同的形状。凹槽628可以由第二板610在第一表面640和第一层608处使用焊接和钎焊材料中的一种或多种覆盖或密封，以形成包括由第一层608的一部分包围的凹槽628的导管632。诸如冷却流体入口118和218的冷却流体入口和诸如冷却流体出口120和220的冷却流体出口可以流体连接到导管632。如上所述，导管632可以用作冷却剂通道，以通过冷却流体入口和冷却流体出口将冷却流体输送到冷却系统。在一些情况下，金属管630可以设置在导管632内，以将冷却流体输送到冷却系统。金属管630可以由不锈钢、铝、铝合金、钝化镍、哈氏合金等形成。本文所述的冷却系统可结合气相反应器系统用于多种过程，包括但不限于ald、cvd、金属有机化学气相沉积(mocvd)、分子束外延(mbe)、物理气相沉积(pvd)、等离子体增强化学气相沉积(pecvd)、清洁和蚀刻。
49.图7a-7d示出了根据本公开的示例性实施例的气相反应器系统(本文有时简称为系统)700。在这点上，图7a是示例性气相反应器系统700的一个反应室710的一部分的透视截面图。气相反应器系统700可以配置用于各种反应器系统设计。图7b、7c和7d示出了包括两个反应室710和至少一个冷却系统(790和780)的模块。气相反应器系统700包括一个或多个反应室710，具有限定侧壁713的主体712，并且可以包括限定反应室710的底部的板770。
反应室710包括下部区域714和上部区域715。上部区域715设置有气体分配装置，例如喷淋头725，其设置在基座740上方并由气相反应器系统700的喷淋头盖730包围。气相反应器系统700可以进一步包括喷淋头盖开口736和喷淋头入口734，用于通过喷淋头725将过程气体提供到上部区域715中。
50.气相反应器系统700还包括界面板组件760，其适于与基座740配合以限定下部区域714和上部区域715。反应室710的主体712具有底表面720。
51.为了控制板770和/或下部区域714的温度，希望提供冷却系统。考虑到这一点，第一冷却系统780可以联接到板770的底表面720。第一冷却系统可以是如前所述的冷却系统500或600。如图7d所示，第一冷却系统780可以是部分环形结构，例如冷却系统200。
52.还希望控制喷淋头725和喷淋头盖730的温度。考虑到这一点，第二冷却系统790可以联接到反应室710的喷淋头盖730的上表面。第二冷却系统790未在图7a中示出，但在图7b和7c中示出。第二冷却系统790可以是前述的冷却系统500或600。如图7c所示，第二冷却系统790可以形成环形结构，例如冷却系统100。冷却系统780和790还可以分别包括联接组件785和795。联接组件785和795可以包括从每个冷却系统到冷却流体源的冷却流体入口和冷却流体出口，如上文结合冷却系统100和200所述。
53.气相反应器系统700可以配置用于相对高的温度上限，例如450℃。气相反应器系统700的部件可以由用于这种更高温度应用的多种材料制成。例如，但不作为限制，基座740可以由c22形成，界面板组件760可以由不锈钢(例如316ss等)形成，反应室710可以由铝(例如6061al等)形成。
54.上述公开的示例实施例不限制本发明的范围，因为这些实施例仅仅是本发明实施例的示例。任何等同的实施例都在本发明的范围内。实际上，除了在此示出和描述的那些之外，本公开的各种修改，例如所描述的元件的可替代的有用组合，对于本领域技术人员来说从描述中变得显而易见。这种修改和实施例也旨在落入所附权利要求的范围内。

技术特征：
1.一种用于气相反应器的冷却系统，该冷却系统包括:第一板，包括第一表面、第一宽度和第一厚度；第二板，包括第二表面、第二宽度和第二厚度，其中，凹槽形成在第一板内并延伸到第一板的第一表面，并且其中，第一板和第二板在第一表面和第二表面处联接在一起，以形成包括由第二表面的一部分包围的凹槽的导管；以及金属管，其中，金属管设置在导管内；并且其中，金属管包括在金属管的第一端的冷却流体入口和在金属管的第二端的冷却流体出口。2.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述第一板和第二板由铝形成。3.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述第一宽度大于所述第二宽度。4.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述第二厚度大于所述第一厚度。5.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述第一板和第二板在所述第一表面和第二表面处钎焊在一起。6.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述金属管由不锈钢形成。7.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述第一板和第二板各自形成部分环形结构，所述第二板包括内径和外径，并且其中，所述凹槽包括弓形形状，该弓形形状包括大于所述内径且小于所述外径的凹槽直径。8.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述第一板和第二板各自形成环形结构，所述第二板包括内径和外径，并且其中，所述凹槽是连续的并且包括多个同心弓形部分。9.一种用于气相反应器的冷却系统，该冷却系统包括:第一板，包括第一表面、第一厚度、第一宽度和形成在第一板内的凹槽，其中凹槽延伸到第一板的第一表面；第二板，包括第一层和第二层，其中第二板包括第二厚度和第二宽度，其中，第一板和第二板在第一表面和第一层处使用焊接和钎焊材料中的一种或多种来联接，以形成包括由第一层的一部分包围的凹槽的导管；以及冷却流体入口和冷却流体出口，并且其中，冷却流体入口和冷却流体出口流体连接到导管。10.根据权利要求9所述的冷却系统，其中，所述第二层由第二金属形成。11.根据权利要求9所述的冷却系统，其中，所述第一层由不锈钢形成。12.根据权利要求9所述的冷却系统，其中，所述第一板由不锈钢形成。13.根据权利要求12所述的冷却系统，包括与所述第二板的第一层和所述第一板的第一表面直接接触的所述焊接。14.根据权利要求9所述的冷却系统，还包括金属管，其中金属管设置在所述导管内。15.根据权利要求9所述的冷却系统，其中，所述第一宽度大于所述第二宽度，并且其中，所述第二厚度大于所述第一厚度。16.根据权利要求9所述的冷却系统，其中，所述第一板和第二板各自形成部分环形结构，并且
其中，所述凹槽包括在所述冷却流体入口和冷却流体出口之间的蛇形路径。17.根据权利要求9所述的冷却系统，其中，所述第一板和第二板各自形成环形结构，并且其中，所述凹槽包括在所述冷却流体入口和冷却流体出口之间的连续蛇形路径。18.一种气相反应器系统，包括:反应室，包括上部区域和下部区域；喷淋头，设置在上部区域内；以及第一冷却系统，设置在下部区域下方，并且包括:包括第一表面的第一板；包括第二表面的第二板，其中，第一凹槽形成在第一板内并延伸到第一板的第一表面，并且其中，第一板和第二板在第一表面和第二表面处联接在一起，以形成包括由第二表面的一部分包围的第一凹槽的第一导管；以及第一金属管，其中金属管设置在导管内；并且其中第一金属管包括在第一金属管的第一端的第一冷却流体入口和在第一金属管的第二端的第一冷却流体出口；和第二冷却系统，设置在喷淋头上方，并且包括:包括第三表面的第三板；包括第四表面的第四板，其中，第二凹槽形成在第三板内并延伸到第三板的第三表面，并且其中，第三板和第四板在第三表面和第四表面处联接在一起，以形成包括由第四表面的一部分包围的第二凹槽的第二导管；以及设置在导管内的第二金属管，并且其中第二金属管包括在第二金属管的第一端的第二冷却流体入口和在第二金属管的第二端的第二冷却流体出口。19.根据权利要求18所述的气相反应器系统，其中，所述冷却系统还包括用于将所述冷却流体入口和冷却流体出口连接到冷却流体源的联接组件。20.根据权利要求18所述的气相反应器系统，其中，所述第一板和第二板各自形成部分环形结构，并且所述第三和第四板各自具有环形圈形状。

技术总结
公开了用于冷却气相反应器系统的各个部分的冷却系统，包括气体分配部分和下室部分。示例性冷却系统包括冷却板以调节气相反应器系统的温度。系统的温度。系统的温度。


技术研发人员：R
受保护的技术使用者：ASMIP私人控股有限公司
技术研发日：2023.02.03
技术公布日：2023/8/14