CN102560424A - 一种真空多腔原子层沉积设备 - Google Patents
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Abstract
一种真空多腔原子层沉积设备，其目的是要解决现有技术成膜过程耗时长、产量低、设备结构复杂及制造成本高的技术难题。本发明调整了原有的反应腔结构，每个前躯体拥有一个独立的反应腔，每个反应腔都拥有一个真空泵，在其中至少一个反应腔中设有能量来源装置；在另外的反应腔中设有前躯体，上述存片装置、冷却装置及反应腔与传送装置相接并相通。该设备还可根据反应需要及产量要求在此基础上以能够生成一层原子层厚度薄膜的腔体为一套腔体，可成倍的进行加载。本发明采用环形腔体结构、长方形腔体结构和圆环形的腔体结构。可广泛用于金属、玻璃、硅片、塑料及模板等基体材料的薄膜涂层领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种原子层气相沉积的设备，应用于真空下原子层气相沉积技术，属于薄膜涂层领域。
背景技术
原子层沉积(Atomic layer deposition，简称ALD)技术是最前沿的薄膜沉积技术。它的原理是通过将气相前驱体脉冲交替地通入反应器并在沉积基体上化学吸附并反应，并以单原子膜的形式一层一层形成沉积膜的一种方法。在沉积过程中，第一种反应前驱体(precursor)输入到基体材料表面并通过化学吸附(饱和吸附)保持在表面。当第二种前驱体通入反应器，会首先吸附在第一种前躯体表面，然后提供一种活化能，让两种前驱体发生反应，并产生相应的副产物通过真空设备抽掉，形成一个原子层厚度的反应薄膜，重复该周期，直至形成所需厚度的薄膜。该成膜技术可以在基体上长非常薄的膜，可以准确控制薄膜的厚度，可在任何形状的基体上进行接近100％的覆盖。
传统的ALD设备在为基体覆膜的过程中，存在如下问题：(1)不同前躯体按照时间次序通入反应腔，基体在反应腔中与顺次通入该腔体的前躯体进行反应，成膜过程耗时比较长；(2)成膜过程的所有步骤均在一个反应腔内完成，一个反应腔每次只能为一个腔容量的基体进行覆膜，产量低；(3)前躯体通入反应腔时需要一定的时间达到稳定状态，而且控制前躯体的切换、吹扫等步骤还会占用一定的时间，由此延长了整个设备的覆膜时间；(4)控制前躯体的切换、吹扫等步骤要求设备结构复杂，加大了制造成本。
发明内容
本发明的目的是要解决现有技术成膜过程耗时长、产量低、设备结构复杂及制造成本高的技术难题。本发明调整了原有的反应腔结构，将前躯体按照时间次序通入一个反应腔，并在一个反应腔内完成整个覆膜过程的结构，将其改进为每个前躯体拥有一个独立的反应腔，在每个反应腔内完成一个反应步骤，进而完成整个覆膜过程的结构。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种真空多腔原子层沉积设备，包括冷却装置和存片装置。其结构是：每个前躯体拥有一个独立的反应腔，每个反应腔都拥有一个真空泵，在其中至少一个反应腔中设有能量来源装置；在另外的反应腔中设有前躯体，上述存片装置、冷却装置及反应腔与传送装置相接并相通。该设备还可根据反应需要及产量要求在此基础上以能够生成一层原子层厚度薄膜的腔体为一套腔体，可成倍的进行加载。
本发明采用环形腔体结构、长方形腔体结构和圆环形的腔体结构。
工作原理：每个前躯体拥有一个独立的反应腔，在沉积过程中一直保持通入状态，基体(可以是金属、玻璃、硅片、塑料、模板等材料)通过传送装置(可以是机械手、传送带、转盘、螺纹等)在各腔室间循环运动，并在能量来源装置(等离子体、加热器、紫外线、红外线、光源等)的作用下与不同腔体内的前躯体发生反应完成覆膜过程，形成所需薄膜。能量来源装置可以以独立的反应腔形式存在，也可以加载到反应所需的其中一个反应腔内，根据前躯体需要达到的反应条件进行设置。本设备可以拥有多个反应腔、多个传送装置，根据反应需要进行腔体数量的加载。
本发明较好地解决了传统ALD设备存在的问题，并具有下述优点：(1)具有多个反应腔，每个前躯体拥有独立的反应腔，基体可在各反应腔内与不同前躯体直接反应生成所需薄膜，提高了原子层沉积设备的效率；(2)成膜过程的不同步骤在不同的反应腔内进行，多个基体可顺次在各反应腔内同时进行覆膜，极大地提高了产量；(3)每个反应腔始终通入一种前躯体，不需要控制前躯体的切换、吹扫等步骤，减少了反应时间；(4)不需要加入控制前躯体切换、吹扫等步骤的结构，降低了设备成本。本发明可以实现多个基体顺次在各反应腔内同时进行覆膜的技术，成膜速率快、产量高。该原子层沉积设备在芯片制造、电池、太阳能、军事、发动机、医疗等方面会有便捷、广泛的应用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图，也是本发明的实施例一。
图2是本发明的实施例二。
图3是本发明的实施例三。
具体实施方式
实施例一
参照图1，该设备是一个环形的腔体结构，它包括冷却***8、存片装置7，其中围绕传送装置6分别设有反应腔A11、反应腔B1和反应腔C3。上述反应腔A11、反应腔B1和反应腔C3分别通过管路与真空泵A10、真空泵B2、真空泵C5相连接。上述反应腔A11和反应腔B1上还分别设有前躯体A12和前躯体B13。上述反应腔C3内装有能量来源装置A4。上述传送装置6所在的腔体内安装真空泵D9。
上述的反应腔都是一个真空的腔体，在每个反应腔上传送装置从存片装置中取出基体，将基体先送到反应腔A中与前躯体A进行反应，然后送到反应腔B中与前躯体B进行反应，接下来送到反应腔C中在能量来源装置提供的反应条件下发生反应生成一个原子层厚度的薄膜。不断重复该步骤，直至生成所需厚度的薄膜，最后将基体送入冷却***进行冷却后放回到存片装置中。传送装置可顺次输送几个基体分别在不同的腔体内发生反应，由此实现在每个反应腔内完成一个反应步骤、进而完成整个覆膜过程的结构。反应腔的数量可根据需要以生成一个原子层厚度薄膜的腔体为一套，进行成倍的进行加载。
实施例二
参照图2，该设备是一个长方形反应结构，它包括冷却***8、存片装置7，其中传送装置6与反应腔A11、反应腔B1和反应腔C3平行设置。上述反应腔A11、反应腔B1和反应腔C3分别通过管路与真空泵A10、真空泵B2、真空泵C5相连接。上述反应腔A11和反应腔B1上还分别设有前躯体A12和前躯体B13。上述反应腔C3内装有能量来源装置A4。
上述每个反应腔都是一个真空腔体，传送装置从存片装置中取出基体14，将基体14先送到反应腔A11中与前躯体A12进行反应，然后送到反应腔B1中与前躯体B13进行反应，接下来送到反应腔C3中在能量来源装置A4提供的反应条件下发生反应生成一个原子层厚度的薄膜。传送装置6带动基体不断在各反应腔内循环反应，直至生成所需厚度的薄膜，最后将基体送入冷却***8进行冷却后放回到存片装置7中。传送装置6可同时输送几个基体分别在不同的腔体内发生反应，由此实现在每个反应腔内完成一个反应步骤、进而完成整个覆膜过程的结构。以现有腔体为一套，该设备还可根据反应需要及产量要求，以生成一个原子层厚度薄膜的腔体为一套，成倍的进行加载。在此基础上成倍的进行腔体的加载。如果反应所需的前躯体比较敏感，或两种前躯体之间容易发生反应，还可以在两个反应腔之间加入一个过渡腔，使基体从反应腔A11移动到过渡腔进行抽真空，去除残留的前躯体A12之后再移动到反应腔B1中，与前躯体B13发生反应。由此实现在每个反应腔内完成一个反应步骤、进而完成整个覆膜过程的结构。
实施例三
参照图3，该设备是一个圆环形的腔体结构，它包括冷却***8、存片装置7，其中环绕传送装置6与反应腔A11、反应腔B1、反应腔C3、反应腔D17、反应腔E20和反应腔F22。上述反应腔A11、反应腔B1、反应腔C3、反应腔D17、反应腔E20和反应腔F22分别通过管路与真空泵A10、真空泵B2、真空泵C5、真空泵D9、真空泵E19、真空泵F21相连接。上述反应腔A11、反应腔B1、反应腔D17和反应腔E20上还分别设有前躯体A12、前躯体B13、前躯体D15、前躯体E18。上述反应腔C3内装有能量来源装置A4；反应腔F22内装有能量来源装置B16。
上述反应腔排列成圆环状，便于基体在各腔体内的循环。每个反应腔都是一个真空腔体，传送装置从存片装置7中取出基体，带动基体在反应腔A11、反应腔B1中与前躯体进行反应，然后将基体移动到装有能量来源装置A4的反应腔C3中，在能量来源装置提供的反应条件下发生反应生成一个原子层厚度的薄膜。然后移动基体在反应腔D17、反应腔E20中与各腔内的前躯体进行反应，接下来基体被送到装有能量来源装置B16的反应腔F22中，在能量来源装置提供的反应条件下生成两个原子层厚度的薄膜。不断重复该步骤，直至生成所需厚度的薄膜，最后将基体送入冷却***进行冷却后放回到存片装置中。传送装置可同时输送几个基体分别在不同的腔体内发生反应，由此实现在每个反应腔内完成一个反应步骤、进而完成整个覆膜过程的结构。该设备还可根据反应需要及产量要求，以生成一个原子层厚度薄膜的腔体为一套，成倍的进行加载。在此基础上以反应腔A11、B1和C3为一套腔体，成倍的进行加载。如果反应所需的前躯体比较敏感，或两种前躯体之间容易发生反应，还可以在两个反应腔之间加入一个过渡腔，使基体从装有前躯体的反应腔先移动到过渡腔进行抽真空，去除残留的前躯体之后再移动到装有另一个前躯体的反应腔中，与另一种前躯体发生反应。由此实现在每个反应腔内完成一个反应步骤、进而完成整个覆膜过程的结构。
Claims (5)
1.一种真空多腔原子层沉积设备，包括冷却装置和存片装置，其特征在于：每个前躯体拥有一个独立的反应腔，每个反应腔都拥有一个真空泵，在其中至少一个反应腔中设有能量来源装置；在另外的反应腔中设有前躯体，上述存片装置、冷却装置及反应腔与传送装置相接并相通，该设备以能够生成一层原子层厚度薄膜的腔体为一套腔体，可成倍的进行加载，上述的反应腔都是一个真空的腔体。
2.如权利要求1所述的真空多腔原子层沉积设备，其特征在于：所述的设备采用环形腔体结构、长方形腔体结构和圆环形的腔体结构。
3.如权利要求2所述的真空多腔原子层沉积设备，其特征在于：该设备是一个环形的腔体结构，它包括冷却***和存片装置，其中围绕传送装置分别设有反应腔A、反应腔B和反应腔C，上述反应腔A、反应腔B和反应腔C分别通过管路与真空泵A、真空泵B、真空泵C相连接；上述反应腔A和反应腔B上还分别设有前躯体A和前躯体B；上述反应腔C内装有能量来源装置A；上述传送装置所在的腔体内安装真空泵D。
4.如权利要求2所述的真空多腔原子层沉积设备，其特征在于：该设备是一个长方形反应结构，它包括冷却***和存片装置，其中传送装置与反应腔A、反应腔B和反应腔C平行设置，上述反应腔A、反应腔B和反应腔C分别通过管路与真空泵A、真空泵B、真空泵C相连接；上述反应腔A和反应腔B上还分别设有前躯体A和前躯体B；上述反应腔C内装有能量来源装置A。
5.如权利要求2所述的真空多腔原子层沉积设备，其特征在于：该设备是一个圆环形的腔体结构，它包括冷却***和存片装置，其中环绕传送装置与反应腔A、反应腔B、反应腔C、反应腔D、反应腔E和反应腔F，上述反应腔A、反应腔B、反应腔C、反应腔D、反应腔E和反应腔F分别通过管路与真空泵A、真空泵B、真空泵C、真空泵D、真空泵E、真空泵F相连接；上述反应腔A、反应腔B、反应腔D和反应腔E上还分别设有前躯体A、前躯体B、前躯体D、前躯体E，；上述反应腔C内装有能量来源装置A；反应腔F内装有能量来源装置B。
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| CN2012100126725A CN102560424A (zh) | 2012-01-16 | 2012-01-16 | 一种真空多腔原子层沉积设备 |
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Cited By (2)
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2012
- 2012-01-16 CN CN2012100126725A patent/CN102560424A/zh active Pending
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