CN103108983B - 用于处理基底的表面的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于处理基底（6）的表面（4）的装置。该装置包括喷嘴头（2），用于使基底（6）的表面（4）经受至少第一前驱物（A）和第二前驱物（B）的相继表面反应。喷嘴头（2）包括：一个或多个用于使基底（6）的表面（4）经受第一前驱物（A）作用的第一前驱物喷嘴（8）；一个或多个用于使基底（6）的表面（4）经受第二前驱物（B）作用的第二前驱物喷嘴（10）；以及一个或多个位于第一前驱物喷嘴（8）与第二前驱物喷嘴（10）之间的清除气体区域（12）。根据本发明的喷嘴头（2）设置用于在基底（6）的表面（4）上方沿着环路路径移动，以使得第一和第二前驱物喷嘴（8、10）的取向保持基本不变。

Description

用于处理基底的表面的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种包括喷嘴头以用于使基底的表面经受至少第一前驱物和第二前驱物的相继表面反应的装置，特别是涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的装置。本发明还涉及一种用于处理基底的表面的装置，所述装置使基底的表面经受至少第一前驱物和第二前驱物的相继表面反应，特别是涉及一种根据权利要求13的前序部分所述的装置。本发明还涉及根据权利要求25的前序部分所述的一种用于处理基底的表面的方法。
背景技术
在现有技术的多种类型的装置中，根据原子层沉积方法（ALD）的原理，喷嘴头用于使基底的表面经受至少第一前驱物和第二前驱物的相继表面反应。在ALD应用中，在分开的阶段中典型地将两种气态前驱物引入ALD反应器中。气态前驱物与基底的表面有效地进行反应，从而形成单层原子层沉积。典型地，在前驱物阶段之后跟随着清除阶段，或者前驱物阶段与清除阶段分开，该清除阶段在单独引入其它前驱物之前从基底表面上去除过多的前驱物。因此，ALD过程需要前驱物流到基底表面的相继交替的流量。该交替的表面反应的重复次序和介于其间的清除阶段是一种典型的ALD沉积循环。
现有技术的ALD装置通常包括喷嘴头，该喷嘴头具有：一个或多个用于使基底的表面经受第一前驱物作用的第一前驱物喷嘴；一个或多个用于使基底的表面经受第二前驱物作用的第二前驱物喷嘴；以及一个或多个设置在第一前驱物喷嘴与第二前驱物喷嘴之间以用于使基底的表面经受清除气体作用的清除气体喷嘴或清除气体区域。喷嘴相继交替地设置到喷嘴头中：第一前驱物喷嘴、清除气体喷嘴、第二 前驱物喷嘴、清除气体喷嘴、第一前驱物喷嘴、清除气体喷嘴、第二前驱物喷嘴等。因此，根据ALD方法的原理，当喷嘴头在基底的表面上移动时，在基底的表面上产生生长层。喷嘴头还可包括排放通道，这些排放通道设置在第一前驱物喷嘴与第二前驱物喷嘴之间或者在第一前驱物喷嘴与清除气体喷嘴之间或者在第二前驱物喷嘴与清除气体喷嘴之间。排放通道设置用于在基底的表面受前驱物和清除气体作用之后排放前驱物和清除气体。可替代地，这些现有技术的前驱物喷嘴和清除气体喷嘴中的每一个包括：用于供应前驱物或清除气体的至少一个入口端口；和用于排放前驱物或清除气体的至少一个出口端口。因此，在基底经受前驱物和清除气体的作用之后，对每一个用于排放前驱物的喷嘴或用于排放清除气体的喷嘴提供抽吸作用。
由于在一次ALD循环期间在基底的表面上产生仅仅一层原子层，喷嘴头形成为包括多个第一喷嘴和第二喷嘴，以使得利用喷嘴头在基底的表面上方进行单次扫描在基底的表面上形成多层原子层。利用喷嘴头的单次扫描可通过使喷嘴头或基底移动而完成。在现有技术中，利用快速行进机构使喷嘴头来回移动来增加喷嘴头的扫描次数，用于进行在基底的表面上方的多次扫描。用于产生多层原子层的现有技术方法的缺点在于：来回运动产生很大的机械作用力，且喷嘴头必须承受该机械作用力。当喷嘴已停止于极限位置并且被再次加速时，该作用力特别大。所以，该装置和喷嘴头易于损坏。
用于利用喷嘴头增加扫描次数的另一现有技术方案是提供绕着一转动轴线转动的喷嘴头，该转动轴线大致沿着基底表面方向延伸。使喷嘴头转动提供了一种减小喷嘴头所承受的机械应力和作用力的方案。当喷嘴头绕着转动轴线转动时，转动的喷嘴头具有不同的前驱物部分，从而使基底的表面交替地经受至少第一前驱物和第二前驱物的作用。转动的喷嘴头的问题在于：由于转动运动，基底的全部表面或特定位置无法均匀地经受前驱物的作用。该问题可通过增大喷嘴头的转动速度而变小。然而，当转动速度增大时，喷嘴头所承受的作用力也变得较大，从而使得喷嘴头的机械结构变得较复杂。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种装置以解决如上所提到的现有技术的问题。本发明的目的通过根据权利要求1的特征部分所述的装置而实现，该装置的特征在于：喷嘴头设置用于沿着环路路径移动，以使得一个或多个前驱物喷嘴的取向相对于一个预定直线方向保持基本不变。本发明的目的还通过根据权利要求13的特征部分所述的装置而实现，该装置的特征在于：喷嘴头设置用于在基底的表面上方沿着环路路径移动，以使得一个或多个前驱物喷嘴的取向相对于一个预定直线方向保持基本不变。本发明的目的还通过根据权利要求25的特征部分所述的方法而实现。
在从属权利要求中描述了本发明的优选实施例。
本发明基于下述构想：利用喷嘴头的转动运动来增加喷嘴头在基底的表面上方的扫描次数。在本发明中，喷嘴头布置成沿着环路路径或环状路径移动，以使得喷嘴头的取向或前驱物通道的取向相对于一直线方向保持基本不变。该直线方向是指预定直线。当喷嘴头沿着环路路径相对于基底移动时，喷嘴头的取向或前驱物喷嘴的取向相对于基底的取向有利地保持基本不变。这意味着喷嘴头不会绕着一轴线转动，而是喷嘴头利用转动运动而沿着环路路径移动，以使得喷嘴头的取向或前驱物喷嘴的取向沿着环路路径不变。环路路径或环状路径可以是偏心环路、椭圆形环路或圆形环路。
本发明的优点在于提供了一种在利用转动运动的同时使基底的表面均匀地经受前驱物作用的装置。与来回运动相比，在喷嘴头移动时，喷嘴头的转动运动减少喷嘴头所承受的应力和作用力。当喷嘴头沿着环路路径转动以使得喷嘴头的取向或前驱物喷嘴的取向保持基本不变时，例如利用喷嘴头的前后运动可使得基底均匀地经受前驱物材料的作用。所以，本发明提供了一种使喷嘴头移动的方案，从而解决现有技术的喷嘴头前后运动和转动运动的问题。
附图说明
下面将参照附图结合优选实施例来更详细地描述本发明，在附图中：
图1是示出了本发明的操作的示意图；
图2是图1的喷嘴头的细节图；以及
图3示出了用于使喷嘴头移动的本发明的一个实施例的原理。
具体实施方式
图1示出了一种装置的一个实施例的示意图，该装置用于根据ALD的原理使基底6的表面4经受至少第一前驱物和第二前驱物的相继表面反应。该装置包括喷嘴头2，喷嘴头2具有：一个或多个用于使基底6的表面4经受第一前驱物作用的第一前驱物喷嘴；和一个或多个用于使基底6的表面4经受第二前驱物作用的第二前驱物喷嘴。喷嘴头2还可设有多个清除气体喷嘴以及还可能设有多个排放喷嘴，这些清除气体喷嘴和排放喷嘴设置在各前驱物喷嘴之间。然而，应注意的是，通过为前驱物喷嘴和清除气体喷嘴提供用于排放前驱物和清除气体的排放端口，可省去排放喷嘴。在一个实施例中，喷嘴头2按下述次序相继地包括前驱物喷嘴、清除气体喷嘴和排放喷嘴：至少第一前驱物喷嘴、第一排放通道、清除气体喷嘴、第二前驱物喷嘴、第二排放通道和清除气体喷嘴，可选地重复多次。
该装置还可包括：用于将第一前驱物和第二前驱物以及可能还有清除气体供应至喷嘴头2的部件（未示出）；以及用于从喷嘴头2排放第一前驱物和第二前驱物以及可能还有清除气体的部件（未示出）。如在图1中看到的，基底6沿着箭头3的方向移动，以使得基底6在喷嘴头2下方移动而使基底表面经受前驱物作用。使用基底移动机构（未示出）来使基底6移动。在图1中，基底6为沿着箭头3的方向移动的板或幅材，并且基底6可利用辊（未示出）或类似物进行移动。如果基底6为柔性条、幅材或类似物，则基底6还可从第一滚轮移动到第二滚轮，以使得在第一滚轮和第二滚轮之间通过喷嘴头2使得基底 6的表面4经受至少第一前驱物A和第二前驱物B的相继表面反应。因此，喷嘴头可设置在第一滚轮与第二滚轮之间。在图1中，喷嘴头2可设置在基底6的顶表面4上，但喷嘴头2也可设置在基底6的底表面上，或者可以有位于基底6的顶表面和底表面上的一个或多个喷嘴头2。该装置还可包括处理室（未示出），喷嘴头2设置在处理室内，在处理室内利用喷嘴头2处理基底6，或者基底6可处于不具有处理室的周围大气中。因此，基底6可连续地移动通过处理室，或者可替代地利用批次处理对于基底6进行处理。
根据本发明，该装置包括喷嘴头移动机构20，该喷嘴头移动机构用于使喷嘴头2沿着环路移动。这意味着喷嘴头2不是绕着本身和通过喷嘴头2的轴线转动，而是整个喷嘴头2是沿着环路路径移动。环路路径可以是偏心环路、椭圆形环路或圆形环路。喷嘴头2沿着环路移动，以使得喷嘴头2的取向或第一前驱物喷嘴和第二前驱物喷嘴的取向沿着环路路径相对于一个预定直线方向保持基本不变。喷嘴头2设置用于沿着移动表面移动，以使得喷嘴头2的取向或前驱物喷嘴的取向相对于预定直线方向保持基本不变。移动表面可以是平面或曲面。图1示出了一个实施例，其中，喷嘴头2在基底6的表面4上方沿着偏心路径或椭圆形路径移动。前驱物和清除气体可经由流体连接件而供应到喷嘴头2。可替代地，喷嘴头2设有一个或多个用于前驱物和/或清除气体的容器、瓶或类似物，以使得如果喷嘴头移动的话，则前驱物和/或清除气体与喷嘴头一起移动。该装置减少连接至移动的喷嘴头2的难以满足的流体连接件的数量。
图1示出了喷嘴头2沿着环路移动的不同阶段a）至e）。阶段a）至e）也表示喷嘴头2沿着环路路径移动的极限位置。如从图1中可看出的，喷嘴头2布置成绕着移动表面上的固定中间点7沿着偏心环路路径行进或移动。喷嘴头在图1的垂直方向上的移动距离大于其在图1的水平方向上的移动距离，这意味着在图1的平面中移动。阶段a）为喷嘴头2相对于基底6的初始位置。在位置a）中，喷嘴头2是均衡地定位在基底6上方。如从图1中可看出的，喷嘴头2比基底6 宽，以使得当喷嘴头2沿着环路路径移动时，喷嘴头2不会留下基底6的表面4的边缘区域未被处理。当喷嘴头2沿着箭头9的方向绕着中间点7移动90度时，喷嘴头2从阶段a）移动至阶段b）。在该阶段b）中，喷嘴头2的左端部基本平齐于基底6的左边缘，而喷嘴头2的右端部远远超出基底6的边缘。当喷嘴头2从阶段a）移动至阶段b）时，喷嘴头2在中间点7上方既向前又向右移动。当喷嘴头2从阶段b）向前且向左移动至阶段c）时，喷嘴头2再次均衡地定位在基底6上方。当喷嘴头2从阶段c）向后且向左移动至阶段d）时，喷嘴头2的右端部齐平于基底6的右边缘。随后，喷嘴头2向右且向后移动至阶段e）且回到初始位置，完成绕着环路路径的一个循环，并且随后开始沿着相同环路路径的新循环。
如从图1中可看出的，当喷嘴头2沿着环路路径移动时，喷嘴头2的取向相对于直线方向保持不变。所以，前驱物喷嘴的取向相对于直线方向也保持不变。本发明基于下述构想：喷嘴头2布置成在基底6的表面4上方沿着环路路径移动，以使得第一前驱物喷嘴的取向和第二前驱物喷嘴的取向保持基本不变，以及特别是，随着基底6或基底6的移动方向限定的直线方向，第一前驱物喷嘴和第二前驱物喷嘴的取向相对于基底6的取向沿着环路路径保持基本不变。这意味着当基底6也移动时，喷嘴头2沿着环路路径移动，以使得喷嘴头2的移动考虑到基底6的移动，用于保持喷嘴头2的取向相对于基底6的取向保持基本不变。喷嘴头2沿着环路路径的移动优选设置用于使得基底6与喷嘴头2之间的垂直距离保持不变。
图2示出了图1的喷嘴头2的细节图。喷嘴头2包括：多个使基底6的表面4经受第一前驱物作用的第一前驱物喷嘴8；和多个使基底6的表面4经受第二前驱物作用的第二前驱物喷嘴10。如图2所示，第一前驱物喷嘴8和第二前驱物喷嘴10是以相继交替方式设置到喷嘴头中。为简化起见，省去了清除气体喷嘴和可能的排放喷嘴。第一前驱物喷嘴8和第二前驱物喷嘴10为具有开口部的细长通道，开口部沿着细长通道的纵向方向延伸且朝向于基底6的表面4开放，用于将前 驱物供应到基底6的表面4。如从图2中可看出的，细长的第一前驱物喷嘴8和第二前驱物喷嘴10沿着基底6的宽度方向延伸且基本垂直于基底6的移动方向3。如图1所示，第一前驱物喷嘴8的取向和第二前驱物喷嘴10的取向沿着环路路径保持基本不变。所以，当基底6沿着箭头3的方向移动时，基底6的表面4经受第一前驱物和第二前驱物的交替表面反应。如图1所示，通过使喷嘴头2移动可增加由喷嘴头所执行的扫描次数。喷嘴头2的结构以及第一前驱物喷嘴8的取向和第二前驱物喷嘴10的取向连同喷嘴头2沿着环路路径的移动引起下述事实：当喷嘴头相对于基底6而沿着箭头11的方向前后移动时，喷嘴头2使得基底6的表面4经受第一前驱物和第二前驱物的交替表面反应。然而，沿着箭头13的方向进行左右移动并不会产生交替表面反应。沿着箭头11方向的最小移动长度为一对第一前驱物喷嘴8和第二前驱物喷嘴10的长度，优选大约为一对至十对第一前驱物喷嘴8和第二前驱物喷嘴10的长度。喷嘴头2沿着箭头11方向的平均速度必须优选高于基底6沿着箭头3方向移动的平均速度，更优选为基底6沿着箭头3方向移动的平均速度的至少两倍。
喷嘴头2还可包括输出面，该输出面按下述次序相继地具有：清除气体通道、前驱物喷嘴8、10和排放通道，可选地重复多次。更优选地，喷嘴头2在输出面上按下述次序相继地包括：第一前驱物喷嘴8、第一排放通道、清除气体通道、第二前驱物喷嘴10、排放通道和清除气体通道，可选地重复多次。
图3示意性示出了喷嘴头移动机构20的一个实施例。喷嘴头移动机构20是通过行星齿轮传动机构实现的，用于提供如图1所示的喷嘴头2的环路。行星齿轮传动机构20包括太阳轮22、与太阳轮22相连接的行星轮24和与行星轮24相连接的内齿轮26。喷嘴头2连接至行星轮24，用于提供如图1所示的喷嘴头2的环路。在一个实施例中，使用马达使太阳轮22转动。太阳轮22、行星轮24和内齿轮26可具有齿形结构，用于形成使喷嘴头以期望速度移动的期望传动。另一方面，太阳轮22、行星轮24和内齿轮26的直径限定了环路的期望形状 和尺寸。
应注意的是，喷嘴头移动机构也可采用用于实施本发明的多种其它方式构建。喷嘴头移动机构仅仅必须使得喷嘴头2的取向沿着环路相对于预定直线方向不改变。环路路径也可以是喷嘴头重复行进的一些其它类型的环路路径。再者，喷嘴头也可采用许多可替代方式形成。
本发明还涉及一种装置，在该装置中，喷嘴头2设置用于在基底6的表面4上方沿着环路路径移动，以使得喷嘴头2的取向或者一个或多个前驱物喷嘴8、10的取向相对于一个预定直线方向保持基本不变。预定直线方向可以是喷嘴头2的取向或基底6的移动方向。在图2中，基底6的移动方向是箭头3的直线方向。
对于本领域技术人员来说显而易见的是，由于本发明的技术优点，本发明的构思可采用各种方式来实施。本发明及其实施例并不受限于上述示例，而是在各项权利要求的保护范围内可进行更改。

Claims (29)

1.一种用于处理基底(6)的表面(4)的装置，所述装置包括：
-喷嘴头(2)，所述喷嘴头用于使基底(6)的表面(4)经受至少第一前驱物(A)和第二前驱物(B)的相继表面反应；
-所述喷嘴头(2)包括：
-一个或多个用于使基底(6)的表面(4)经受前驱物(A、B)作用的前驱物喷嘴(8、10)；
其特征在于：所述喷嘴头(2)设置用于沿着环路路径移动，以使得所述一个或多个前驱物喷嘴(8、10)的取向相对于一个预定直线方向保持不变。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，喷嘴头(2)设置用于在移动表面上沿着环路路径移动，以使得所述一个或多个前驱物喷嘴(8、10)的取向相对于所述预定直线方向保持不变。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，喷嘴头(2)设置用于沿着环路路径移动，以使得所述喷嘴头(2)的取向相对于所述预定直线方向保持不变。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，喷嘴头(2)包括：一个或多个用于使基底(6)的表面(4)经受第一前驱物(A)作用的第一前驱物喷嘴(8)；和一个或多个用于使基底(6)的表面(4)经受第二前驱物(B)作用的第二前驱物喷嘴(10)。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，前驱物喷嘴(8、10)是具有开口部的细长通道，所述开口部沿着细长通道的纵向方向延伸，用于供应第一和第二前驱物(A、B)。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，环路路径为偏心环路路径、椭圆形环路路径或圆形环路路径。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括用于使喷嘴头(2)沿着环路路径移动的喷嘴头移动机构(20)。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，喷嘴头移动机构(20)包括行星齿轮传动机构。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，行星齿轮传动机构包括太阳轮(22)、行星轮(24)和内齿轮(26)。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，喷嘴头(2)连接至行星轮(24)，以用于提供环路路径。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，喷嘴头(2)包括输出面，所述输出面按下列次序相继地具有：清除气体通道、前驱物喷嘴(8、10)和排放通道。
12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，喷嘴头(2)包括输出面，所述输出面按下列次序重复多次地相继地具有：清除气体通道、前驱物喷嘴(8、10)和排放通道。
13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，喷嘴头(2)在输出面上按下列次序相继地包括：第一前驱物喷嘴(8)、第一排放通道、清除气体通道、第二前驱物喷嘴(10)、排放通道和清除气体通道。
14.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，喷嘴头(2)在输出面上按下列次序重复多次地相继地包括：第一前驱物喷嘴(8)、第一排放通道、清除气体通道、第二前驱物喷嘴(10)、排放通道和清除气体通道。
15.一种用于处理基底(6)的表面(4)的装置，该装置包括：
-喷嘴头(2)，所述喷嘴头用于使基底(6)的表面(4)经受至少第一前驱物(A)和第二前驱物(B)的相继表面反应；
-喷嘴头(2)包括：
-一个或多个用于使基底(6)的表面(4)经受前驱物(A、B)作用的前驱物喷嘴(8、10)；
其特征在于：
喷嘴头(2)设置用于在基底(6)的表面(4)上方沿着环路路径移动，以使得所述一个或多个前驱物喷嘴(8、10)的取向相对于一个预定直线方向保持不变。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于：所述预定直线方向为基底(6)的取向，并且喷嘴头(2)设置用于在基底(6)的表面(4)上方沿着环路路径移动，以使得所述一个或多个前驱物喷嘴(8、10)的取向相对于基底(6)的取向沿着环路路径保持不变。
17.根据权利要求15所述的装置，其特征在于：所述预定直线方向为基底(6)的移动方向。
18.根据权利要求15所述的装置，其特征在于：喷嘴头(2)设置用于在基底(6)的表面(4)上方沿着环路路径移动，以使得喷嘴头(2)的取向相对于所述预定直线方向保持不变。
19.根据权利要求15所述的装置，其特征在于：喷嘴头(2)包括：一个或多个用于使基底(6)的表面(4)经受第一前驱物(A)作用的第一前驱物喷嘴(8)；和一个或多个用于使基底(6)的表面(4)经受第二前驱物(B)作用的第二前驱物喷嘴(10)。
20.根据权利要求15所述的装置，其特征在于：第一和第二前驱物喷嘴(8、10)为具有开口部的细长通道，所述开口部朝向基底(6)的表面(4)且沿着细长通道的纵向方向延伸，用于供应前驱物(A、B)。
21.根据权利要求15所述的装置，其特征在于：环路路径为偏心环路路径、椭圆形环路路径或圆形环路路径。
22.根据权利要求15所述的装置，其特征在于：所述装置包括用于使喷嘴头(2)沿着环路路径移动的喷嘴头移动机构(20)。
23.根据权利要求15所述的装置，其特征在于：所述装置包括用于使基底(6)移动的基底移动机构。
24.根据权利要求23所述的装置，其特征在于：所述基底移动机构设置用于使基底(6)从第一滚轮移动至第二滚轮，以使得基底(6)的表面(4)在第一滚轮与第二滚轮之间通过喷嘴头(2)经受至少第一前驱物(A)和第二前驱物(B)的相继表面反应。
25.根据权利要求15所述的装置，其特征在于：喷嘴头(2)包括输出面，所述输出面按下列次序相继地具有：清除气体通道、前驱物喷嘴(8、10)和排放通道。
26.根据权利要求15所述的装置，其特征在于：喷嘴头(2)包括输出面，所述输出面按下列次序重复多次地相继地具有：清除气体通道、前驱物喷嘴(8、10)和排放通道。
27.根据权利要求25所述的装置，其特征在于：喷嘴头(2)在输出面上按下列次序相继地包括：第一前驱物喷嘴(8)、第一排放通道、清除气体通道、第二前驱物喷嘴(10)、排放通道和清除气体通道。
28.根据权利要求25所述的装置，其特征在于：喷嘴头(2)在输出面上按下列次序重复多次地相继地包括：第一前驱物喷嘴(8)、第一排放通道、清除气体通道、第二前驱物喷嘴(10)、排放通道和清除气体通道。
29.一种用于处理基底(6)的表面(4)的方法，所述方法包括：
使用喷嘴头(2)使基底(6)的表面(4)经受至少第一前驱物(A)和第二前驱物(B)的相继表面反应；以及
使喷嘴头(2)在基底(6)的表面(4)上方移动；
其特征在于：使喷嘴头(2)在基底(6)的表面(4)上方沿着环路路径移动，以使得一个或多个前驱物喷嘴(8、10)的取向相对于一个预定直线方向保持不变。
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