CN102803558B - 原子层沉积设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在衬底表面上进行原子层沉积的设备(1)，通过对衬底(11)表面进行交替的起始物料表面反应来进行原子层沉积，该设备包括：两个或更多个低压室(2)；两个或更多个独立的反应室(8，12)，这些反应室设置用于放在低压室(2)内部；以及至少一个起始物料输入系统(5)，它由两个或更多个低压室(2)共用，以进行原子层沉积。根据本发明，该设备包括至少一个装载装置(6，16)，设置成给反应室(8，12)装载和卸载衬底(11)，以及进一步给低压室(2)装载和卸载反应室(8，12)。

Description

原子层沉积设备
技术领域
本发明涉及一种原子层沉积设备，尤其涉及如权利要求1的前序部分所述的设备，用于通过对衬底表面进行交替的起始物料表面反应而在衬底表面上进行原子层沉积，该设备包括：两个或更多个低压室；两个或更多个独立的可动反应室，这些反应室设置用于放在低压室内部；以及至少一个起始物料输入系统，它由两个或更多个低压室共用，用于进行原子层沉积。
背景技术
在现有技术的原子层沉积设备中，通过将两种或更多种气态起始物料交替输入到涂覆室内，对待处理的衬底进行起始物料的交替的饱和表面反应，从而涂覆衬底或对多孔衬底进行掺杂。在各次起始物料输入之间，可以用冲洗气体对涂覆室进行冲洗。根据现有技术，这种原子层沉积设备可以包括：气体输入系统，用于向涂覆室输送起始物料和冲洗气体；加热装置，用于将装载到涂覆室内的衬底加热到处理温度；装载装置，用于给涂覆室装载和卸载衬底；以及控制单元，用于控制气体输入和加热以及给该设备装载和卸载衬底。该设备还可以包括几个低压室，它们能够同时或不同时地用于处理不同反应室内的许多不同衬底。在这些众多的低压室中，有两个或更多个可以连接至共用的起始物料输入系统。
当该设备包括操作性地连接至共用的起始物料输入系统和控制系统的数个涂覆室时，可以将衬底装载到数个涂覆室内，并可以同时地、交替地或者顺序地用气态起始物料对不同涂覆室内的这些衬底进行处理。这能够使该原子层沉积设备被做成能够基本连续操作，以便利用原子层沉积方法在一个涂覆室内同时地处理这些衬底。这就能够基本连续地处理衬底，在一个或多个涂覆室内的衬底被同时处理，并且其他涂覆室内的衬底被装载到涂覆室或者从涂覆室卸载。这样能够从该设备更均匀地供应处理过的衬底，从而进一步有助于应对后勤要求和减少对例如中间库存的需求。
在包括多个平行涂覆室的现有技术设备中，存在与复杂的衬底装载装置有关的问题。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于在衬底表面上进行原子层沉积的设备，以便能够解决上述问题。本发明的目的通过权利要求1特征部分所述的设备来实现。
本发明的优选实施例在从属权利要求中公开。
本发明的基本思想是，原子层沉积设备设置有两个或更多个涂覆室，这些涂覆室操作性地连接至该设备的起始物料输入系统和控制系统。在此情况下，待处理的衬底可以装载到数个涂覆室内，位于不同涂覆室内的这些衬底可以被同时、交替或者顺序地加热和用气态起始物料进行处理。根据一个实施例，衬底可以例如在三个涂覆室内加热，同时通过对一个涂覆室内的衬底的表面进行交替的气态起始物料表面反应而用原子层沉积方法对衬底进行处理。当在所述一个涂覆室内的衬底处理完成并结束之后，从该涂覆室中取出处理过的衬底并用新的衬底代替，并开始加热新的衬底。同时，根据原子层沉积方法，开始处理第二涂覆室内的已加热衬底。类似地，在第二涂覆室内的处理结束之后，开始处理第三涂覆室内已经被加热过的衬底，将待加热的新衬底装载到第二涂覆室内，等等。
本发明的方法和系统的优点是，数个涂覆室能够使原子层沉积设备基本连续操作，以便在一个涂覆室内利用原子层沉积方法同时处理衬底。这就使得能够基本连续地处理衬底，当在一个涂覆室内的衬底被同时处理的同时，其他涂覆室内的衬底同时已经正在被加热从而准备处理。这使得从该设备能够更均匀地供应经过处理的衬底，从而进一步有助于解决后勤要求和减少对例如中间库存的需求。同时，当一个起始物料输入系统和衬底装载系统可以服务于多个涂覆室时，可以减少该设备的辅助装置的数量。此外，一个设备的各个涂覆室例如可以彼此叠置，这就能够减小该设备的表面积，从而进一步节省了生产空间的地板面积。本发明的技术方案还能够对相同的衬底处理量使用较小的涂覆室。在较小的涂覆室内，能够以更好的方式均匀地输入气体，这就提高了衬底处理质量。
附图说明
现在将结合优选实施例并参照附图1和附图2对本发明进行更详细描述，附图1和附图2是表示本发明一些实施例的示意图。
具体实施方式
附图1表示本发明的设备1的一个实施例，用于实施原子层沉积。该设备包括主体，该主体具有起始物料输入系统5、控制系统4和四个低压室2。换言之，根据本发明，同一个原子层沉积设备设置有数个低压室2。该设备1可以具有两个或两个以上的低压室2。在图1中，低压室2置于设备1内，沿竖直方向叠置，但是替代地，低压室2也可以沿水平方向并列设置在设备内。此外，如果该设备包括大量低压室2，那么它们可以例如以矩阵方式设置，其中，低压室2既沿水平方向并列，又沿竖直方向叠置。这些低压室2可以是任何形状或形式的，例如可以是圆筒形的，如图1所示。
该设备1还包括起始物料输入系统5，用于给低压室2输入气态起始物料，以便实施原子层沉积。该起始物料输入系统5包括一个或多个起始物料源，例如气体容器或坩埚，以及将起始物料引向低压室2的管道。换言之，起始物料以气态输入反应器内，但是在起始物料罐中它们可以是气体、液体或者固体。起始物料输入系统5至少部分地被两个或更多个或所有低压室2共用。例如，至少一些气态起始物料源或冲洗气体源可以被所有低压室2共用，或者替代地，每个低压室2还可以具有其自己的一些起始物料源。用于从低压室2排出起始物料或冲洗气体并属于起始物料输入系统5的抽吸装置也可以被两个或更多个或所有低压室2共用。在一具体例子中，设备1可以设置有两个或更多个起始物料输入系统5，以便一个起始物料输入系统5至少部分地被至少两个低压室2共用。换言之，要点是：该起始物料输入系统5的至少一部分(包括与输入和排出起始物料相关的所有元件在内)由至少两个与其操作性连接的涂覆室2共用。
设备1优选包括用于在低压室2内产生低压的低压装置。该低压装置优选由所有或至少两个低压室2共用，或者替代地，每个低压室2可以包括其自己的低压装置。该设备1还包括多个内部放置有衬底的独立反应室8。这些反应室8放在低压室2内部，以便在反应室8内部执行在衬底表面上的原子层沉积。在此情况下，反应室8构成本发明的涂覆室。在根据附图1的技术方案中，反应室8是可动的，以便它们可以装入低压室2并从中取出。此外，当反应室8位于低压室2外部时，衬底放置在反应室8内并从中取出。这样，在置于一个低压室2内的反应室8内同时执行利用原子层沉积方法对衬底的处理的同时，加热位于其他低压室2内的反应室8中的衬底。反应室8还可以固定地设置在低压室2内，以便将衬底直接装入低压室2内部的反应室8内，以执行原子层沉积。反应室8可以做成能够同时接纳一个或多个衬底。衬底还可以装到独立的装载运载器上，该装载运载器被插入反应室8内。该装载运载器可以做成接纳一个或多个衬底。该装载运载器还可以装入设置在低压室2内部的固定反应室2内，或者替代地，该装载运载器可以装入位于低压室2外部的可动反应室8内。该装载运载器还可以设置有气体分配部，用于在反应室内和装载运载器内均匀分配气态起始物料。
在本发明的可选实施例中，设备1只包括一个低压室2，但是包括多个反应室8，因此反应室构成了本发明的涂覆室，在其内部，通过原子层沉积方法对衬底进行处理。在此情况下，低压室2可以设置成同时接纳两个或更多个反应室。通过原子层沉积方法对衬底的处理是在低压室2内部的一个反应室8内同时进行，同时低压室2内部反应室内的其他衬底被加热。当一个反应室8内衬底的处理完成时，可以打开该低压室，从该低压室2和该特定反应室8中取出处理过的衬底，并可装入新的衬底以取代之前的衬底。接着，关闭低压室2，开始处理在下一个反应室8内已经加热的衬底，同时开始加热新的装入的衬底。此外，在该实施例中，反应室8可以固定安装在低压室2内，在此情况下，衬底可以直接装入低压室2内部的反应室8内。
在另一个实施例中，该设备可以包括一个或多个低压室2、用作涂覆室的两个或更多个反应室8、以及一个或多个加热室(例如加热炉或加热工位)。根据该实施例，可以在对安装在一个低压室2中的反应室8内的衬底同时进行处理的同时，对加热室内的其他反应室8中的衬底加热。可选地，反应室被固定地安装。在对该一个反应室8内的衬底进行处理之后，从该特定的低压室2中取出处理过的衬底以及反应室8，并将容纳有已加热衬底的新反应室8从加热室装到该低压室2内。如果该设备包括两个或更多个低压室2，那么就可以在处理一个低压室2内的衬底的同时，从另一个低压室2内取出处理过的衬底并装入新的衬底。因此，加热、装载和取出衬底这些耗时的工序在设备运行过程中将不会产生空闲时间，而是可以基本连续地处理衬底。在所有前面的实施例中，其中，反应室8被放置或将被放置于低压室2内，每个低压室2可以同时设置有两个或更多个反应室8。
根据图1，该设备还包括用于给低压室2装载衬底的装载装置6。该装载装置6优选做成服务于两个或更多个低压室2，优选服务于设备1的所有低压室2。该装载装置6因此设置成向一个或多个低压室2装载衬底和从一个或多个低压室2卸载衬底。该装载装置6还设置成向一个或多个低压室2装载独立的可动反应室8和从一个或多个低压室2卸载独立的可动反应室8。在此情况下，装载装置6还可以做成向可动反应室8装载衬底和从可动反应室8卸载衬底。图1表示装载装置6的示意图，其中，在衬底装载工位处把衬底装载到反应室8中。接着，利用装载装置6将反应室8装载在低压室2中进行原子层沉积。在低压室2内进行处理之后，从低压室2中取出反应室8并传送到衬底装载工位，在此处，将处理过的衬底取出反应室8，进一步例如转送、装载到运送运载器上。因此，同一装载装置6可以用来服务于设备1的所有低压室和/或反应室。可选地，该装载装置6还可以设置成服务于两个或更多个相邻的设备1。
低压室2可以设置成包括装载口，用装载装置6可以把衬底或反应室8通过该装载口装载到低压室2内以及从中取出。在可选实施例中，低压室2分别包括用于将反应室8和/或衬底装载到涂覆室2内的装载口，以及用于从低压室2取出反应室8和/或衬底的卸载口。在此情况下，装载装置6可以包括分别用于对低压室2装载和卸载的独立致动器。优选地，装载口和卸载口设置在低压室2的相对侧，以便衬底或反应室8可以穿过低压室2。
设备1还设置有加热装置，用于将装载到低压室2内的衬底加热到期望的温度。为了进行原子层沉积，通常在可以有效执行原子层沉积之前将衬底加热到明显高于环境温度的温度。加热必须以受控方式执行，因此相对于实际原子层沉积工序而言通常要花费很多时间，尤其是当在衬底上沉积多个薄层时。优选地，加热装置设置用于独立于其他涂覆室2地加热装载在各涂覆室2内的衬底。换言之，加热装置和气体输入系统5优选设置成使各涂覆室2的操作独立于其他涂覆室，这就能够在一个或多个涂覆室2内加热衬底的同时，利用起始物料输入系统5在一个或多个其他涂覆室内进行原子层沉积。每个涂覆室2可以具有独立的加热装置；或者可选地，加热装置可以至少部分地由两个或更多个涂覆室2共用。
本发明的设备1还包括控制系统4，用于控制涂覆室2和/或起始物料输入系统5和/或装载装置6和/或加热装置的操作。控制系统4能够根据需要来控制设备的操作，以便设备1能够按照需要全部地进行衬底的处理。在此情况下，控制系统4例如可以设置成能够同时地利用加热装置加热一个或多个涂覆室2内的衬底以及利用起始物料输入装置5同时完成一个或多个其他涂覆室2内的涂覆处理。这样，可以实施该设备的操作，例如使各涂覆室2在稍微不同的阶段操作，以便在对一个涂覆室2内的衬底进行处理时，其他涂覆室2是用于执行要在加热衬底的不同阶段进行的对衬底的处理。可选地，起始物料输入系统5可以设置成同时向一个或多个涂覆室2输入起始物料。因此，起始物料输入系统5还可以设置成同时或不同时地向两个或更多个涂覆室2输入相同的或不同的起始物料。因此，可以没有长时间休止停顿地高效使用起始物料输入系统5和装载装置。
图2表示本发明的一个实施例，其中，用于执行原子层沉积的设备1包括彼此平行设置和/或叠置的两个或更多个低压室2。低压室2内设置有固定反应室8，反应室8操作性地连接至起始物料输入系统5。装载装置包括装载工位10，从该装载工位接纳新的衬底11。衬底11还可以已安装在支撑件(未表示)上，该支撑件进一步安装在装载运载器12上。可选地，衬底11直接装载到装载运载器12上。装载装置包括预热工位13，在衬底11装载到低压室2内部的反应室8内进行处理之前，衬底11在预热工位13内加热。预热工位13可以包括炉或相应的加热室，用于在衬底11或者载有衬底11的装载运载器12被装载到反应室8和低压室2内之前，接纳衬底11或者带有衬底11的装载运载器12以进行加热。在预热工位13内，衬底11优选被加热到处理温度。该装载运载器12优选设置成使其形成反应室8的一部分，在此情况下，将装载运载器12放入反应室8内的同时将使反应室8关闭。在被装载到低压室2内之前，装载运载器12优选还具有气体分配部分(未表示)。同样地，在从低压室2取出时，从装载运载器12上取下该气体分配部分(例如气体分配板)。该气体分配部分安装在衬底11顶部，以便将气态起始物料均匀分布在衬底11上。
把在预热工位13内加热后的衬底11在装载运载器12上装载到反应室8内，并关闭低压室2进行处理。同时，将后续的衬底11装载到新的装载运载器12上，将该装载运载器放在预热工位13内以便对衬底11进行加热。在处理之后，打开低压室2，打开反应室8，从反应室8内取出装载运载器12并将其放置在装载工位10。在装载工位10中，将衬底11或者带有衬底11的支撑件从装载运载器12取出，并运送到冷却工位14，处理过的衬底11留在冷却工位进行冷却。一旦处理后的衬底11已冷却，就可以将其从冷却工位14运送到运送工位15以便继续转送。
在根据图2的技术方案中，前述所有工序都由一个自动机械16进行，该自动机械包括一个或多个机械手17。装载装置优选放置在低压室2外，处于大气压力下，即在标准大气压下。本发明的装载装置的要点在于：同一装载装置能够将衬底11装载到独立的可动反应室8中或者装载到该反应室的可动部分(例如装载运载器12)上，还能够将反应室8或者其一部分装载到低压室内。同样地，该装载装置能够将反应室8或其一部分12从低压室中取出，并进一步从反应室8和其一部分12取出衬底11。
要注意的是，在本申请中，可动反应室指放置衬底的整个反应室，或反应室的一部分，即，例如构成整个反应室一部分的装载运载器12。
本领域的普通技术人员将明白，随着技术进步，本发明的基本理念可以按很多不同方式实施。因此，本发明及其实施例不限于上述实例，而是可以在权利要求书的范围内改变。

Claims (17)

1.一种用于在衬底(11)表面上进行原子层沉积的设备(1)，通过对衬底(11)表面进行交替的起始物料表面反应来进行原子层沉积，该设备包括：两个或更多个低压室(2)；以及至少一个起始物料输入系统(5)，它由两个或更多个低压室(2)共用，其特征在于：该设备包括：两个或更多个独立的可动反应室(8)，这些可动反应室设置用于放在低压室(2)内部；装载运载器(12)，用于在所述两个或更多个独立的可动反应室(8)中接纳一个或多个衬底(11)；至少一个装载装置(6)，该装载装置设置成在装载运载器(12)上给可动反应室(8)装载一个或多个衬底(11)以及从可动反应室(8)卸载接纳在装载运载器(12)上的一个或多个衬底(11)，所述至少一个装载装置进一步设置成给低压室(2)装载和卸载可动反应室(8)。
2.如权利要求1的设备(1)，其特征在于：装载装置(6)放置在低压室(2)外部，处于大气压。
3.如权利要求1或2的设备(1)，其特征在于：装载装置(6)设置成服务于两个或更多个低压室(2)。
4.如权利要求1的设备(1)，其特征在于：装载装置(6)包括自动机械(16)，该自动机械设置有一个或多个机械手(17)，用于移动衬底(11)以及可动反应室(8)。
5.如权利要求1的设备(1)，其特征在于：装载装置(6)包括预热工位(13)，用于在将衬底装载到低压室(2)内之前加热衬底(11)。
6.如权利要求1的设备(1)，其特征在于：装载装置(6)包括冷却工位(14)，用于冷却在低压室(2)内处理过的衬底(11)。
7.如权利要求1的设备(1)，其特征在于：装载运载器(12)构成整个可动反应室(8)的一部分。
8.如权利要求1的设备(1)，其特征在于：装载运载器(12)包括将被安装在衬底(11)顶部的独立的气体分配部分。
9.如权利要求1的设备(1)，其特征在于：低压室(2)平行地、叠置地或以矩阵形式设置在该设备内。
10.如权利要求1的设备(1)，其特征在于：低压室(2)设置成用于接纳一个或多个可动反应室(8)。
11.如权利要求1的设备(1)，其特征在于：该设备(1)包括加热装置，用于独立于其他低压室(2)来加热装载在各低压室(2)内的衬底。
12.如权利要求11的设备(1)，其特征在于：每个低压室(2)包括独立的加热装置。
13.如权利要求1的设备(1)，其特征在于：起始物料输入系统(5)设置成同时向一个或多个低压室(2)输送起始物料。
14.如权利要求13的设备(1)，其特征在于：起始物料输入系统(5)设置成同时或不同时向两个或更多个低压室(2)输送相同的起始物料或不同的起始物料。
15.如权利要求1的设备(1)，其特征在于：该设备(1)包括控制系统(4)，用于控制低压室(2)和/或可动反应室(8)和/或起始物料输入系统(5)和/或装载装置(6)和/或加热装置和/或加热室的工作。
16.如权利要求1的设备(1)，其特征在于：低压室(2)包括用于将可动反应室(8)装载到低压室(2)的装载口以及用于从低压室(2)卸载可动反应室(8)的卸载口。
17.如权利要求16的设备(1)，其特征在于：装载口和卸载口设置在低压室(2)的相对侧。
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