CN102308022A

CN102308022A - 反应室

Info

Publication number: CN102308022A
Application number: CN2010800068061A
Authority: CN
Inventors: J·佩尔托涅米; P·索伊尼宁
Original assignee: Beneq Oy
Current assignee: Beneq Oy
Priority date: 2009-02-09
Filing date: 2010-02-08
Publication date: 2012-01-04
Also published as: EP2393960A1; US20110265719A1; FI20095124A0; FI122940B; EP2393960A4; FI20095124A; TW201040309A; WO2010089459A1

Abstract

本发明涉及用于原子层沉积反应器的反应室，该反应室包括用于在反应室内部提供反应空间的外壁(2、4；40、42、44、46)。根据本发明，反应室的至少一个外壁(2、4；40、42、44、46)由柔性薄板构成。

Description

反应室

技术领域

本发明涉及根据权利要求1前序所述的反应室，尤其是涉及用于原子层沉积反应器的反应室，该反应室包括用于在反应室内部提供反应空间的外壁。

背景技术

传统地，用于ALD反应器(即在原子层沉积工艺中使用的反应器)的反应室由若干厚重板构成，其中，例如通过铣或钻来提供必要的流动通道。为了获得三维通道系统，多个这样的板彼此叠置。可选地，提供厚重且刚性的凸缘，凸缘上进一步焊接或用螺钉固定其它必要的部件。另一个现有技术的方案是使用供基体插入的管状反应室。

上述装置的问题是，尽管现有技术反应室的温度平衡很好且易控，并且是自支撑结构，但是制造成本高，这是因为：在制造过程中反应室部件的大量材料被机加工去除，这意味着材料成本也变高。为了获得期望的精度，机加工还很缓慢和麻烦。此外，当反应室的尺寸增大时，由于重量导致的应力，出现的另一个问题是这些厚重结构的耐用性和形状保持能力。为了防止反应室的部件被损坏，必须极精确地匹配反应室的厚重刚性部件的相对运动。这使得反应室的结构复杂化。同时，对于大型基体来说管状反应室的实施很麻烦；此外，在管状反应室中，难以实现良好的气流控制和材料效率。

发明内容

因此，本发明的目的是提供用于ALD反应器的反应室，以便能解决上述问题。本发明的目的可通过根据权利要求1特征部分所述的反应室来实现，该反应室的特征在于：反应室的至少一个外壁由柔性薄板构成。

独立权利要求中公开了本发明的优选实施例。

在本发明中，原子层沉积(ALD)反应器的反应室外壁至少部分由薄板构成，该薄板例如可以是薄钢板或由金属构成的其它相应薄板。反应室可以由彼此上下放置和/或彼此内外放置的两个或更多个薄板组装形成。优选地，薄板部件被成型和放置成使得它们能够形成反应室的反应空间和/或反应室中的气体流动通道。在这种情况下，反应室可由前板、后板以及放置在它们之间的中间板构成，通过前板将气体装置引入反应室。这三个薄板部件能够形成反应室的反应空间和/或反应室中的气体流动通道。可选地，仅仅一个外壁或多个外壁由薄板构成，而一些外壁可以由刚性或厚重件构成。

在上下文中，薄板表示可通过切削、成型和弯曲进行加工的薄板。薄板由金属构成，例如钢、铝或铜，如果必要，薄板还可以被涂覆。大体上，薄板表示厚度为6mm或更小的板。

本发明的优点是，能够以低成本的方式制造用于大面积基体的反应室。此外，薄板结构能够获得可以用简单方式打开的反应室结构。另外，由薄板构成的反应室重量轻，因此甚至一个工人就可以拆卸。而且，由于薄板容易做成各种形状和形式，因此很容易使薄板以及反应室具有所需的形式和形状。薄板的柔性使得能够容易地实现反应室的紧密性，因为薄板能够使反应室具有至少部分柔性且适应性的结构。反应室的柔性结构也降低了为反应室部件设定的制造公差要求和相对移动精度要求。

附图说明

现在参考附图并结合优选实施例更加详细地描述本发明，其中：

图1是示出了根据本发明的反应室的一个实施例的示意性侧剖图；

图2示意性地示出了俯视看图1的反应室；以及

图3是示出了根据本发明的反应室的外壁结构的第二实施例的示意性侧剖图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的用于ALD反应器的反应室的实施例。优选地，根据本发明的反应室布置成设置在ALD反应器的真空室内，但是这样的反应室也可以提供真空室和反应室，在这种情况下就不再需要将反应室设置在单独的真空室内。图1示出的反应室包括由薄板优选是柔性薄板制成的第一板2和第二板4，在第一板和第二板之间形成反应空间。在该方案中，上部第一板2用作反应室的后板，而下部第二板4用作反应室的前板，穿过该前板将气体供给到反应室和从反应室排出。第一板2和第二板4布置成彼此抵靠，以便使反应空间密闭。根据本发明的反应室的结构可通过边缘凸缘进一步加强。根据图1，第一和第二板2、4构成反应室的外壁。如图1所示，第一板2构成反应室的盖板，而第二板4构成反应室的底板和侧壁。第一板2和第二板4也即反应室的盖板、底板和侧壁由柔性薄板制成，这使得反应室的结构具有柔性。在一个优选的例子中，反应室的第一板2和第二板由单层构成，大体上是至少稍微柔性的薄板。当第一板2和第二板4彼此抵靠布置时，柔性薄板使反应室的结构顺应第一和第二板2、4的形状和位置，从而反应室紧密地封闭。这里，盖板表示反应室的可打开的壁或板，以及通过底板被固定连接到侧壁的壁或板。然而，应该注意，盖板和/或底板可以是可动的，以便打开或关闭反应室。

根据图1，第二板4做成槽状或盒状，使得其顶部是敞口的。基体8布置成供给到第一和第二板2、4之间，以便用ALD工艺处理。在图1中，反应室布置成使得在其中形成两个平行的反应空间，各个反应空间能够同时在其中处理基体。根据图1，由第一和第二板2、4在其内形成的空间被供气通道15分成两部分，该供气通道优选延伸穿过反应室并从第二板4的底部向上延伸。气体通过与第二板4底部相连的供气管30引导到供气通道15。这样，气体在供气通道15中向上朝第一板2流动。供气通道15具有气体分配部件10、12，用于尽可能均匀地将气体分布在供气通道15的整个宽度和长度上，使气体流动达到期望的速度和水平。可以沿气体流动方向连续地布置一个或多个气体分配部件10、12。气体分配部件10、12例如可以以冲击板或孔板10、12的形式来实现，孔板具有布置成预定图案或顺序的预定尺寸和形状的孔。供气通道15和/或气体分配部件10、12也可以由薄板构成。优选在中间板6和第二板4之间的所有侧面上形成间隙14，即除了中间板6的与供气通道15相对的侧面之外的中间板6的所有侧面上形成间隙。根据图1，间隙14具有一个或多个沿气体流动方向连续布置的气体引导部件18，用于控制和引导气流进入间隙14和离开第一板2和中间板6之间的空间。根据图1，气体引导部件18例如可以以孔板18的形式实现，其具有按照预定图案或顺序布置的预定尺寸和形状的孔。孔板18中的孔还可以在孔板18的不同位置具有不同的尺寸。

中间板6安装在供气通道15的两侧，位于第二板4内侧。中间板6也可以安装在第二板4内侧，使得在中间板和第二板之间形成供气通道15。在此实施例中，中间板6做成槽状或盒状，并具有敞开的底部或下部。换句话说，该槽状中间板6没有底。此外，中间板6成型为使得在中间板的竖直侧面和第二板4的侧缘之间形成间隙14。此外，中间板6的竖直侧面的下缘设有切口或孔24。在图1中，这些孔24实施为齿系统的形式，以便在中间板的竖直侧面的下缘抵靠第二板4的底部时形成孔。此外，第二板4的底部设置有排气装置20，气体通过该排气装置流出或抽出反应室。在此，这些排气装置20布置在第二板4的底部处于两个中间板6覆盖区域处，在图1中，是在该区域的中心。在这种情况下，根据图1，来自供气通道15的气体从中间板6和第一板2之间流到两个中间板6的顶部并越过。由于从供气通道15供给的气体的压力和流量和/或从排气装置20供应的抽吸或真空，气体从中间板6和第一板2之间的空间流入第二板4和中间板之间的间隙14。在气体沿间隙14向下流动、穿过孔板18并一直流到第二板4的底部时，气体被允许流过设置在中间板6的竖直侧面的下缘处的孔或切口24，进入槽状的中间板6，即进入第二板4的底部和中间板6之间的空间。气体从第二板4和中间板6之间的该空间进一步沿排气装置20流出或抽出反应室。因此，第二板4的底部和中间板6之间的空间用作所谓的抽吸室，该抽吸室对把气体抽出反应室进行平衡，存储任何过量的供给气体，以及当在反应空间未发生反应的气体被允许流入该抽吸室时还可以用作预过滤器。

在根据图1的实施例中，基体8布置在一个或多个基体支座22上。当将基体8装入反应室中时，第一板2和第二板4或它们的边缘或边缘部抵靠基体支座22，从而封闭和紧固反应室。可选地，第一板2和第二板4可直接抵靠在基体8上，封闭反应室。第一和第二板2、4可以分别具有密封件26、27，当关闭反应室时所述密封件抵靠在基体支座22或基体8的相对两侧上。密封件26、27可以例如是弹性体密封件或类似物。在图1的实施例中，密封件26、27安装在第一和第二板2、4的边缘处或附近。

在根据图1的方案中，基体8放置在反应室中，使得其下表面接触气体。这样，可以从图1中看出，反应室形成为使得其反应空间大体上在基体8和中间板6之间。在这种情况下，基体8及其支座22构成反应空间的一部分和/或限定了反应空间。该方案能够优化反应室的流体动力学。为了紧密地将基体8保持在合适的位置以便在反应室中不会产生不利的泄露点，第一板2可以设置有预应力部件(未示出)，用于将基体8压靠在基体支座22和/或第二板4上，以便确保反应室的紧密性。在一个可选的方案中，设置在第一板2中的预应力部件可将基体支座压靠在第二板4上。在又一个方案中，预应力部件可以设置在第二板4中，以便将基体8和/或基体支座22压靠在第一板上。例如可利用多个并排布置的弹簧来形成预应力部件。可选地，预应力部件可以由其它柔性材料或结构制成，例如弹性体密封件。

图2是示出了当移除了第一板2、基体8和基体支座4的图1的反应室的俯视图。换句话说，图2示出了第二板4、中间板6和气体流动通道。在图2中可以看出，如何在中间板6一侧的整个长度上通过孔板12的孔11将气体从气体流动通道供给到反应空间中，根据图1，该反应空间限定在中间板6和基体8之间。通过孔板18的孔19，在中间板6的另外三侧将气体从反应空间抽出。这样，由反应室反应空间的侧壁形成的周边在整个长度上都是起作用的，使得周边的整个长度都被利用来进行反应空间气体交换，以便供给和排出气体。以可选的方式，这可以实施成使得反应室的供气装置布置成可以在反应室的一个或多个侧壁的长度上将气体供给到反应空间，以及反应室的排气装置布置成可以在反应室的一个或多个侧壁的长度上将气体从反应空间排出。在这种情况下，由反应室反应空间的侧壁形成的周边被分成供气区域和排气区域。在图2的反应室(该反应室包括矩形反应空间)中，供气装置布置成使得可以在反应室一个侧壁的长度上将气体供给到反应空间，而排气装置布置成使得可以在反应室三个侧壁的长度上将气体从反应空间排出。当然，这同样也可以适用于圆形或卵形或类似形状反应室的反应空间，其中，由反应空间的侧壁形成的周边由一个曲线形侧壁构成。在这种情况下，如上所述，该一个侧壁分成供气区域和排气区域。

本发明不限于上面结合图1和2描述的实施例，在不偏离本发明的情况下可以外延地改变反应室的结构。本发明的反应室的要点在于，反应室由两个或更多个薄板构成，所述薄板彼此上下布置和/或内外布置，并且形状和尺寸适合形成反应室。优选地，反应室的流动通道15、14、24和/或反应空间通过薄板的形状来提供，使得在反应室内的流动通道和/或反应空间的形成不必用单独部件。根据图1的反应室的形状或形式例如可以做成使得中间板6为在供气通道15和第二板4之间延伸的直板。在这种情况下，中间板的边缘或其附近、抵靠在第二板4的竖直侧壁上的边缘设置有对应于孔板18的孔19的孔，以便从反应空间排出气体。该中间板还在中间板6和第二板4之间的空间中形成抽吸室。此外，还应该注意，反应室可布置成使得其仅包括一个反应室空间，而不是像根据图1和2的实施例那样包括两个相邻的反应室空间。然而，也可以在结构中采用机加工部件来加固，因此可以使用不弯曲的板，该不弯曲的板可以紧固在这些辅助件上。这样的部件可以用来例如代替板4的边缘和板4的弯曲形式。在一个可选的实施例中，供气装置布置成使得气体沿两个或更多个方向分流，优选在反应室的中间分流。在这种情况下，反应室没有外壁，但是在边界的外周边上设置抽吸装置。换句话说，供气装置布置成使得可沿两个或更多个方向朝反应室的侧壁供给气体，以便在侧壁的长度上排出气体。

优选地，根据本发明的反应室做成可打开的，使得第一和第二板2、4布置成可相对彼此沿竖直方向移动，以便打开和关闭反应室，从而当反应室处于打开状态时可将基体8沿水平方向装入第一和第二板2、4之间和/或从它们之间移出，在打开状态下，第一和第二板2、4彼此分隔一定距离；并且，在反应室处于关闭的状态下可利用ALD工艺处理基体8。在这种情况下，可以沿竖直方向移动例如第二板4以及中间板6，以便打开和关闭反应室。在打开的状态下，第一板2和第二板4彼此分开，并且可将基体从第一和第二板之间供给到反应室和从反应室移出。在关闭的状态下，第一和第二板2、4彼此抵靠，并且可在反应室中用ALD工艺处理基体。

在一个可选的方案中，反应室的仅仅一些外壁可由柔性薄板构成。图3示出了反应室的外壁结构，其包括厚重的刚性底板40和厚重的刚性盖板42。反应室还包括由柔性薄板构成的侧壁44、46。根据图3，侧壁44和46例如通过紧固而被固定地布置在底板40上。盖板42和底板40可相对彼此移动，以便打开和关闭反应室，从而将基体装入反应室和从反应室移出。如果移动底板40，则侧壁44、46随底板40一起移动。关闭反应室后，侧壁44、46和盖板42彼此抵靠地处于图3所示的位置，其中，密封件48把盖板42和侧壁44、46彼此抵靠地密封起来。由柔性薄板构成的侧壁44、46使反应室具有至少部分柔性且非刚性的结构。图3的反应室可包括所有与图1和2的反应室相同的细节和特征，例如流动通道，但是图1和2中由薄板制成的第一板2被刚性盖板42代替，第二板由柔性的侧壁44、46和刚性底板4代替。侧壁也可以设为圆筒形套。这样，在根据图3的实施例中，侧壁44、46在第一和第二板42、40之间延伸。

根据本发明，反应室的至少一个外壁由柔性薄板构成，以便使反应室具有非刚性和适应性的结构。换句话说，在根据图3的反应室中，侧壁44、46中仅有一个由薄板构成，而其余侧壁可以是刚性的。相应地，盖板42和/或底板40可以由薄板构成，而侧壁44、46是刚性结构。盖板42和底板40可以都是板状部件，或者可选地是形成反应室壁的其它部件。

本领域技术人员将明白，随着技术进步，可以用多种不同方式实施本发明的基本思想。因此，本发明及其实施例不限于上述的实例，而是可以在权利要求的范围内变化。

Claims

1.一种用于原子层沉积反应器的反应室，该反应室包括用于在反应室内部提供反应空间的外壁(2、4；40、42、44、46)，其特征在于，反应室的至少一个外壁(2、4；40、42、44、46)由柔性薄板构成。

2.根据权利要求1所述的反应室，其特征在于，反应室的外壁由柔性薄板制成的第一板(2)和第二板(4)构成，在第一板和第二板之间提供了反应空间，以便接收并用ALD工艺处理基体(8)。

3.根据权利要求2所述的反应室，其特征在于，反应室还包括放置在第一和第二板(2、4)之间的中间板(6)，该中间板与第一板(2)一起形成反应空间。

4.根据权利要求3所述的反应室，其特征在于，中间板(6)由薄板构成。

5.根据权利要求2至6中任何一项所述的反应室，其特征在于，用布置在第一板(2)或第二板(4)或这二者上的边缘凸缘来加强反应室的结构。

6.根据权利要求2至5中任何一项所述的反应室，其特征在于，第一板(2)是反应室的后板，而第二板(4)是反应室的前板，通过该前板将供气装置和排气装置引入反应室。

7.根据权利要求1所述的反应室，其特征在于，反应室的外壁由第一板(42)、第二板(40)和在第一和第二板(42、40)之间延伸的一个或多个侧板(44、46)构成，第一板(42)、第二板(40)和侧板(44、46)中的至少一个由柔性薄板构成。

8.根据权利要求2所述的反应室，其特征在于，侧壁(44、46)中的至少一个由柔性薄板构成。

9.根据权利要求1至8中任何一项所述的反应室，其特征在于，用薄板形成流动通道(15、14、24)和/或反应室的反应空间。

10.根据权利要求1至9中任何一项所述的反应室，其特征在于，反应室的反应空间的侧壁(44、46)所形成的周边在整个长度上是起作用的，从而周边的整个长度都被用于反应空间气体交换，以便供给和排出气体。

11.根据权利要求10所述的反应室，其特征在于，反应室的供气装置布置成使得能在由侧壁(44、46)形成的周边上在一个或多个侧壁(44、46)的长度上将气体供给到反应空间内，以及反应室的排气装置布置成使得能在由侧壁(44、46)形成的周边上在一个或多个侧壁(44、46)的长度上将气体从反应空间排出。

12.根据权利要求1至11中任何一项所述的反应室，其特征在于，在包括矩形反应空间的反应室中，供气装置布置成使得能在由侧壁(44、46)形成的周边上在一个侧壁的长度上将气体供给到反应空间内，以及排气装置布置成使得能在由侧壁(44、46)形成的周边上在三个侧壁的长度上将气体从反应空间排出。

13.根据权利要求1至12中任何一项所述的反应室，其特征在于，反应室的供气装置包括沿气流方向连续布置的一个或多个气体分配部件(10、12)，用于在由侧壁(44、46)形成的周边上在侧壁的整个长度上均匀地分配气流，从而在由侧壁形成的周边上在侧壁的整个长度上将气体供给到反应空间。

14.根据权利要求10所述的反应室，其特征在于，供气装置布置成使得能沿两个或更多个方向朝反应室的侧壁供给气体，以便在由侧壁(44、46)形成的周边上在侧壁的长度上排出气体。

15.根据权利要求3至14中任何一项所述的反应室，其特征在于，中间板(6)布置在第一和第二板(2、4；42、40)之间，使得在中间板(6)和第二板(4；40)之间形成间隙(14)，气体通过该间隙从反应空间排出。

16.根据权利要求15所述的反应室，其特征在于，第二板(4)做成槽状，使得第二板与中间板(6)一起形成抽吸室(16)，要从反应空间排出的气体通过间隙(14)引导到该抽吸室。

17.根据权利要求16所述的反应室，其特征在于，抽吸室(16)设有布置在第二板(4)中的抽吸通道(20)，以便从抽吸室(16)排出气体。

18.根据权利要求16或17所述的反应室，其特征在于，间隙(14)设置有一个或多个气体引导部件(18)，用于引导气流从反应空间排出。

19.根据权利要求13或18所述的反应室，其特征在于，气体分配部件(10、12)和/或气体引导部件(18)是孔板。

20.根据权利要求23至19中任何一项所述的反应室，其特征在于，第一和第二板(2、4；42、40)布置成彼此抵靠，以便封闭反应室。

21.根据权利要求2至20中任何一项所述的反应室，其特征在于，第一和第二板(2、4；42、40)布置成抵靠基体(8)或基体支座(22)，使得基体(8)和/或基体支座(22)构成反应室的一部分。

22.根据权利要求2至21中任何一项所述的反应室，其特征在于，第一板(2；42)或相应地第二板(4；40)具有预应力部件，用于把基体(8)压靠在基体支座(22)和/或第二板(4；40)或相应地第一板(2；42)上。

23.根据权利要求2至22中任何一项所述的反应室，其特征在于，第一和第二板(2、4；42、40)布置成相对彼此沿竖直方向移动，以便打开和关闭反应室，从而当反应室处于打开状态时，能沿水平方向将基体(8)装入第一和第二板(2、4；42、40)之间和/或从它们之间移出，在打开状态下，第一和第二板(2、4；42、40)彼此分隔一段距离；并且在反应室的关闭状态下，能用原子层沉积法处理基体(8)。