專利名稱：一種真空多腔原子層沉積設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種原子層氣相沉積的設備，應用于真空下原子層氣相沉積技術，屬于薄膜涂層領域。
背景技術：
原子層沉積(Atomic layer exposition，簡稱ALD)技術是最前沿的薄膜沉積技術。它的原理是通過將氣相前驅體脈沖交替地通入反應器并在沉積基體上化學吸附并反應，并以單原子膜的形式一層一層形成沉積膜的一種方法。在沉積過程中，第一種反應前驅體(precursor)輸入到基體材料表面并通過化學吸附(飽和吸附)保持在表面。當第二種前驅體通入反應器，會首先吸附在第一種前軀體表面，然后提供一種活化能，讓兩種前驅體發生反應，并產生相應的副產物通過真空設備抽掉，形成一個原子層厚度的反應薄膜，重復該周期，直至形成所需厚度的薄膜。該成膜技術可以在基體上長非常薄的膜，可以準確控制薄膜的厚度，可在任何形狀的基體上進行接近100%的覆蓋。傳統的ALD設備在為基體覆膜的過程中，存在如下問題(1)不同前軀體按照時間次序通入反應腔，基體在反應腔中與順次通入該腔體的前軀體進行反應，成膜過程耗時比較長；( 成膜過程的所有步驟均在一個反應腔內完成，一個反應腔每次只能為一個腔容量的基體進行覆膜，產量低；C3)前軀體通入反應腔時需要一定的時間達到穩定狀態，而且控制前軀體的切換、吹掃等步驟還會占用一定的時間，由此延長了整個設備的覆膜時間；控制前軀體的切換、吹掃等步驟要求設備結構復雜，加大了制造成本。
發明內容
本發明的目的是要解決現有技術成膜過程耗時長、產量低、設備結構復雜及制造成本高的技術難題。本發明調整了原有的反應腔結構，將前軀體按照時間次序通入一個反應腔，并在一個反應腔內完成整個覆膜過程的結構，將其改進為每個前軀體擁有一個獨立的反應腔，在每個反應腔內完成一個反應步驟，進而完成整個覆膜過程的結構。為實現上述目的，本發明采用下述技術方案一種真空多腔原子層沉積設備，包括冷卻裝置和存片裝置。其結構是每個前軀體擁有一個獨立的反應腔，每個反應腔都擁有一個真空泵，在其中至少一個反應腔中設有能量來源裝置；在另外的反應腔中設有前軀體，上述存片裝置、冷卻裝置及反應腔與傳送裝置相接并相通。該設備還可根據反應需要及產量要求在此基礎上以能夠生成一層原子層厚度薄膜的腔體為一套腔體，可成倍的進行加載。本發明采用環形腔體結構、長方形腔體結構和圓環形的腔體結構。工作原理每個前軀體擁有一個獨立的反應腔，在沉積過程中一直保持通入狀態， 基體(可以是金屬、玻璃、硅片、塑料、模板等材料)通過傳送裝置(可以是機械手、傳送帶、 轉盤、螺紋等)在各腔室間循環運動，并在能量來源裝置(等離子體、加熱器、紫外線、紅外線、光源等)的作用下與不同腔體內的前軀體發生反應完成覆膜過程，形成所需薄膜。能量來源裝置可以以獨立的反應腔形式存在，也可以加載到反應所需的其中一個反應腔內，根據前軀體需要達到的反應條件進行設置。本設備可以擁有多個反應腔、多個傳送裝置，根據反應需要進行腔體數量的加載。本發明較好地解決了傳統ALD設備存在的問題，并具有下述優點(1)具有多個反應腔，每個前軀體擁有獨立的反應腔，基體可在各反應腔內與不同前軀體直接反應生成所需薄膜，提高了原子層沉積設備的效率；( 成膜過程的不同步驟在不同的反應腔內進行， 多個基體可順次在各反應腔內同時進行覆膜，極大地提高了產量；(3)每個反應腔始終通入一種前軀體，不需要控制前軀體的切換、吹掃等步驟，減少了反應時間；(4)不需要加入控制前軀體切換、吹掃等步驟的結構，降低了設備成本。本發明可以實現多個基體順次在各反應腔內同時進行覆膜的技術，成膜速率快、產量高。該原子層沉積設備在芯片制造、電池、 太陽能、軍事、發動機、醫療等方面會有便捷、廣泛的應用。
圖1是本發明的結構示意圖，也是本發明的實施例一。圖2是本發明的實施例二。圖3是本發明的實施例三。
具體實施例方式實施例一參照圖1，該設備是一個環形的腔體結構，它包括冷卻系統8、存片裝置7，其中圍繞傳送裝置6分別設有反應腔All、反應腔Bl和反應腔C3。上述反應腔All、反應腔Bl和反應腔C3分別通過管路與真空泵A10、真空泵B2、真空泵C5相連接。上述反應腔All和反應腔Bl上還分別設有前軀體A12和前軀體B13。上述反應腔C3內裝有能量來源裝置A4。 上述傳送裝置6所在的腔體內安裝真空泵D9。上述的反應腔都是一個真空的腔體，在每個反應腔上傳送裝置從存片裝置中取出基體，將基體先送到反應腔A中與前軀體A進行反應，然后送到反應腔B中與前軀體B進行反應，接下來送到反應腔C中在能量來源裝置提供的反應條件下發生反應生成一個原子層厚度的薄膜。不斷重復該步驟，直至生成所需厚度的薄膜，最后將基體送入冷卻系統進行冷卻后放回到存片裝置中。傳送裝置可順次輸送幾個基體分別在不同的腔體內發生反應，由此實現在每個反應腔內完成一個反應步驟、進而完成整個覆膜過程的結構。反應腔的數量可根據需要以生成一個原子層厚度薄膜的腔體為一套，進行成倍的進行加載。實施例二參照圖2，該設備是一個長方形反應結構，它包括冷卻系統8、存片裝置7，其中傳送裝置6與反應腔All、反應腔Bl和反應腔C3平行設置。上述反應腔All、反應腔Bl和反應腔C3分別通過管路與真空泵A10、真空泵B2、真空泵C5相連接。上述反應腔All和反應腔Bl上還分別設有前軀體A12和前軀體B13。上述反應腔C3內裝有能量來源裝置A4。上述每個反應腔都是一個真空腔體，傳送裝置從存片裝置中取出基體14，將基體 14先送到反應腔All中與前軀體A12進行反應，然后送到反應腔Bl中與前軀體B13進行反應，接下來送到反應腔C3中在能量來源裝置A4提供的反應條件下發生反應生成一個原子層厚度的薄膜。傳送裝置6帶動基體不斷在各反應腔內循環反應，直至生成所需厚度的薄膜，最后將基體送入冷卻系統8進行冷卻后放回到存片裝置7中。傳送裝置6可同時輸送幾個基體分別在不同的腔體內發生反應，由此實現在每個反應腔內完成一個反應步驟、進而完成整個覆膜過程的結構。以現有腔體為一套，該設備還可根據反應需要及產量要求，以生成一個原子層厚度薄膜的腔體為一套，成倍的進行加載。在此基礎上成倍的進行腔體的加載。如果反應所需的前軀體比較敏感，或兩種前軀體之間容易發生反應，還可以在兩個反應腔之間加入一個過渡腔，使基體從反應腔All移動到過渡腔進行抽真空，去除殘留的前軀體A12之后再移動到反應腔Bl中，與前軀體B13發生反應。由此實現在每個反應腔內完成一個反應步驟、進而完成整個覆膜過程的結構。實施例三參照圖3，該設備是一個圓環形的腔體結構，它包括冷卻系統8、存片裝置7，其中環繞傳送裝置6與反應腔All、反應腔Bl、反應腔C3、反應腔D17、反應腔E20和反應腔F22。 上述反應腔All、反應腔Bl、反應腔C3、反應腔D17、反應腔E20和反應腔F22分別通過管路與真空泵A10、真空泵B2、真空泵C5、真空泵D9、真空泵E19、真空泵F21相連接。上述反應腔All、反應腔Bi、反應腔D17和反應腔E20上還分別設有前軀體A12、前軀體B13、前軀體 D15、前軀體E18。上述反應腔C3內裝有能量來源裝置A4 ；反應腔F22內裝有能量來源裝置 B16。上述反應腔排列成圓環狀，便于基體在各腔體內的循環。每個反應腔都是一個真空腔體，傳送裝置從存片裝置7中取出基體，帶動基體在反應腔All、反應腔Bl中與前軀體進行反應，然后將基體移動到裝有能量來源裝置A4的反應腔C3中，在能量來源裝置提供的反應條件下發生反應生成一個原子層厚度的薄膜。然后移動基體在反應腔D17、反應腔E20 中與各腔內的前軀體進行反應，接下來基體被送到裝有能量來源裝置B16的反應腔F22中， 在能量來源裝置提供的反應條件下生成兩個原子層厚度的薄膜。不斷重復該步驟，直至生成所需厚度的薄膜，最后將基體送入冷卻系統進行冷卻后放回到存片裝置中。傳送裝置可同時輸送幾個基體分別在不同的腔體內發生反應，由此實現在每個反應腔內完成一個反應步驟、進而完成整個覆膜過程的結構。該設備還可根據反應需要及產量要求，以生成一個原子層厚度薄膜的腔體為一套，成倍的進行加載。在此基礎上以反應腔A11、B1和C3為一套腔體，成倍的進行加載。如果反應所需的前軀體比較敏感，或兩種前軀體之間容易發生反應， 還可以在兩個反應腔之間加入一個過渡腔，使基體從裝有前軀體的反應腔先移動到過渡腔進行抽真空，去除殘留的前軀體之后再移動到裝有另一個前軀體的反應腔中，與另一種前軀體發生反應。由此實現在每個反應腔內完成一個反應步驟、進而完成整個覆膜過程的結構。
權利要求
1.一種真空多腔原子層沉積設備，包括冷卻裝置和存片裝置，其特征在于每個前軀體擁有一個獨立的反應腔，每個反應腔都擁有一個真空泵，在其中至少一個反應腔中設有能量來源裝置；在另外的反應腔中設有前軀體，上述存片裝置、冷卻裝置及反應腔與傳送裝置相接并相通，該設備以能夠生成一層原子層厚度薄膜的腔體為一套腔體，可成倍的進行加載，上述的反應腔都是一個真空的腔體。
2.如權利要求1所述的真空多腔原子層沉積設備，其特征在于所述的設備采用環形腔體結構、長方形腔體結構和圓環形的腔體結構。
3.如權利要求2所述的真空多腔原子層沉積設備，其特征在于該設備是一個環形的腔體結構，它包括冷卻系統和存片裝置，其中圍繞傳送裝置分別設有反應腔A、反應腔B和反應腔C，上述反應腔A、反應腔B和反應腔C分別通過管路與真空泵A、真空泵B、真空泵C 相連接；上述反應腔A和反應腔B上還分別設有前軀體A和前軀體B ；上述反應腔C內裝有能量來源裝置A ；上述傳送裝置所在的腔體內安裝真空泵D。
4.如權利要求2所述的真空多腔原子層沉積設備，其特征在于該設備是一個長方形反應結構，它包括冷卻系統和存片裝置，其中傳送裝置與反應腔A、反應腔B和反應腔C平行設置，上述反應腔A、反應腔B和反應腔C分別通過管路與真空泵A、真空泵B、真空泵C相連接；上述反應腔A和反應腔B上還分別設有前軀體A和前軀體B ；上述反應腔C內裝有能量來源裝置A。
5.如權利要求2所述的真空多腔原子層沉積設備，其特征在于該設備是一個圓環形的腔體結構，它包括冷卻系統和存片裝置，其中環繞傳送裝置與反應腔A、反應腔B、反應腔C、反應腔D、反應腔E和反應腔F，上述反應腔A、反應腔B、反應腔C、反應腔D、反應腔E和反應腔F分別通過管路與真空泵A、真空泵B、真空泵C、真空泵D、真空泵E、真空泵F相連接；上述反應腔A、反應腔B、反應腔D和反應腔E上還分別設有前軀體A、前軀體B、前軀體D、前軀體E，；上述反應腔C內裝有能量來源裝置A；反應腔F內裝有能量來源裝置B。
全文摘要
一種真空多腔原子層沉積設備，其目的是要解決現有技術成膜過程耗時長、產量低、設備結構復雜及制造成本高的技術難題。本發明調整了原有的反應腔結構，每個前軀體擁有一個獨立的反應腔，每個反應腔都擁有一個真空泵，在其中至少一個反應腔中設有能量來源裝置；在另外的反應腔中設有前軀體，上述存片裝置、冷卻裝置及反應腔與傳送裝置相接并相通。該設備還可根據反應需要及產量要求在此基礎上以能夠生成一層原子層厚度薄膜的腔體為一套腔體，可成倍的進行加載。本發明采用環形腔體結構、長方形腔體結構和圓環形的腔體結構。可廣泛用于金屬、玻璃、硅片、塑料及模板等基體材料的薄膜涂層領域。
文檔編號C23C16/44GK102560424SQ20121001267
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月16日 優先權日2012年1月16日
發明者姜謙 申請人:姜謙