CN105143506A - 利用ald覆层保护目标泵内部 - Google Patents

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Abstract

用于保护目标泵内部的装置和方法，其中为目标泵(10)入口设置有入口歧管(20)，为目标泵出口设置排出歧管(30)。在目标泵保持运行或不运行的情况下，通过经由入口歧管使根据ALD方法的反应气体顺次进入目标泵内部以及经由排出歧管使反应残余排出，而将目标泵内部暴露至顺次的自饱和表面反应。本发明的技术效果在于通过一致的保护覆层保护泵内部，所述泵内部也可以是组装的泵内部。

Description

利用ALD覆层保护目标泵内部
技术领域
本发明一般地涉及原子层沉积(ALD)。更特别地，本发明涉及利用ALD提供保护覆层。
背景技术
原子层外延(ALE)方法由TuomoSuntola博士在1970年代早期发明。该方法的另一通用名称是原子层沉积(ALD)，如今已经代替ALE被使用。ALD是基于将至少两个反应前驱物种类顺次引到至少一个基板的特殊的化学沉积方法。
通过ALD生长的薄膜致密，无小孔并且具有均匀的厚度。例如，在实验中，铝氧化物由也被称为TMA的三甲基铝(CH3)3Al和水通过热ALD来生长，结果在整个基板晶圆上仅有大约1％的非均匀度。
ALD技术的一个引人关注的应用是在表面上提供保护覆层。
发明内容
根据本发明的第一示例方面，提供了一种用于保护目标泵内部的方法，所述方法包括：
为目标泵入口提供入口歧管和为目标泵出口提供排出歧管；和
在所述目标泵保持运行的情况下，通过经由所述入口歧管使反应气体顺次进入所述目标泵内部以及经由所述排出歧管使反应残余排出，将所述目标泵内部暴露至顺次的自饱和表面反应。
(根据ALD的)顺次的自饱和表面反应在泵内部产生期望的保护覆层。因此，目标泵内部可以通过使用ALD而被涂覆，使得目标泵内的见到反应气体的所有表面最终被涂覆。目标泵可以在整个涂覆处理过程中运行。
在特定示例实施方式中，所述方法包括将所述入口歧管附接到所述目标泵入口，以及将所述排出歧管附接到所述目标泵出口。
在特定示例实施方式中，所述反应气体和非活性清扫气体经由所述入口歧管进入所述目标泵内部。在特定示例实施方式中，经由所述排出歧管使反应残余和清扫气体离开所述目标泵内部。
目标泵内部可以被用作ALD反应的反应腔室。ALD反应的期望处理温度可以简单地通过保持目标泵运行而获得。可以不需要辅助加热。因此，在特定示例实施方式中，所述方法包括通过在不使用其他加热部件的情况下保持所述目标泵运行来提供所需的处理温度。
在特定示例实施方式中，所述入口歧管包括ALD反应器进料设备。在特定示例实施方式中，所述进料设备包括(多个)进料管线和至少诸如(多个)阀等期望前驱物和非活性气体流量控制元件、(多个)质量流量控制器等及其控制系统。
控制系统可以例如由笔记本电脑等中的软件来实现。因此，在特定示例实施方式中，所述入口歧管包括一个或多个进料管线，所述一个或多个进料管线的控制元件由计算机实施的控制系统控制。适当的可更换的前驱物和非活性气体源可以安装到所述进料设备。
在特定示例实施方式中，所述排出歧管包括真空泵。在特定示例实施方式中，所述方法包括通过安装到所述排出歧管的真空泵将反应残余和清扫气体从所述目标泵内部泵出。所述真空泵可以提供一个或多个如下效果：可以被构造成经由目标泵出口将反应残余从目标泵内部泵出。可以被用于将目标泵内部泵成真空。
在特定示例实施方式中，所述目标泵是真空泵。在特定示例实施方式中，顺次的自饱和表面反应在从环境温度延伸到150℃的温度范围内进行，即ALD处理温度在这一范围内。在特定示例实施方式中，ALD处理温度在120℃-150℃的范围内。在特定示例实施方式中，通过运行目标泵自身来达到处理温度。在特定的其他示例实施方式中，在ALD处理之前和/或ALD处理过程中由独立的加热器代替或附加地加热目标泵。
在特定示例实施方式中，如前所述，目标泵的类型是真空泵，在其他实施方式中，目标泵是其他类型。在另外的其他实施方式中，术语泵被宽泛地解释为也覆盖压缩机，该压缩机的内部由公开的方法涂覆。
在特定示例实施方式中，所述方法包括经由成排布置的目标泵形成流动通路，并且通过使用所述流动通路来对所述目标泵的内部提供同时保护。在特定示例实施方式中，所述方法包括通过将成排中前一泵的排出歧管安装至下一泵的泵入口来形成所述流动通路。
根据本发明的第二示例方面，提供了一种用于保护目标泵内部的装置，包括：
入口歧管，其被设计成安装至目标泵入口；和
排出歧管，其被设计成安装至目标泵出口，所述装置在被使用时执行第一示例方面或第三示例方面的方法。
因此，所述装置在特定示例实施方式中被构造成在被使用时(在保持所述目标泵运行或关闭的情况下)通过经由所述入口歧管使反应气体顺次进入所述目标泵内部和经由所述排出歧管使反应残余排出，将所述目标泵内部暴露至顺次的自饱和表面反应。
在特定示例实施方式中，所述入口歧管包括前驱物蒸汽和清扫气体进料管线，及其控制元件。
在特定示例实施方式中，所述排出歧管包括真空泵。
在特定示例实施方式中，所述装置为可移动的。包括入口歧管和排出歧管的保护装置可以是可移动的，使得能够被移动而满足用户的要求。在特定示例实施方式中，入口歧管和排出歧管是被设计成在目标泵内部方法中一起工作的独立设备。在特定示例实施方式中，所述入口歧管包括被构造成将所述入口歧管安装到所述目标泵入口的目标泵专用附件。因此，在特定示例实施方式中，所述入口歧管包括被构造成将所述入口歧管安装到所述目标泵入口中的目标泵专用附件。在特定示例实施方式中，所述排出歧管包括将安装至目标泵出口的目标泵专用附件。
根据本发明的第三示例方面，提供了一种用于保护目标泵内部的方法，所述方法包括：
为目标泵入口提供入口歧管和为目标泵出口提供排出歧管；和
在所述目标泵不运行的情况下，通过经由所述入口歧管使反应气体顺次进入所述目标泵内部以及经由所述排出歧管使反应残余排出，将所述目标泵内部暴露至顺次的自饱和表面反应。
目标泵不运行意味着目标泵被“关闭”。在特定示例实施方式中，顺次的自饱和表面反应在环境温度下进行。在特定的其他示例实施方式中，顺次的自饱和表面反应在升高的温度(即，高于环境温度的温度)下进行。在特定示例实施方式中，顺次的自饱和表面反应在从环境温度延伸到150℃的温度范围内进行。在特定示例实施方式中，在ALD处理之前和/或ALD处理过程中由独立的加热器加热目标泵。与第一方面有关的实施方式及其组合也可以应用到第三方面，反之亦然。
以上已经说明了本发明的不同的没有约束力的示例方面和实施方式。以上实施方式仅用于解释选择的方面或步骤，这些选择的方面或步骤可以被用于实现本发明。仅参照本发明的特定示例方面呈现了一些实施方式。应当知道的是，相应的实施方式也可以应用到其他示例方面。可以形成实施方式的任何适当的组合。
附图说明
现在将参照附图仅通过示例说明本发明，在附图中：
图1示出根据示例实施方式的装置及其使用的示意图，和
图2示出根据示例实施方式的方法。
具体实施方式
在以下说明中，作为示例使用了原子层沉积(ALD)技术。ALD生长机制的基础对于本领域技术人员是已知的。如本专利申请的引言部分所提到的，ALD是基于将至少两个反应前驱物种类顺次引至至少一个基板的特殊的化学沉积方法。所述至少一个基板在反应腔室中暴露至暂时分开的前驱物脉冲，以通过顺次的自饱和表面反应将材料沉积在基板上。在本申请的背景下，术语ALD包括所有可应用的基于ALD的所有技术和诸如例如MLD(分子层沉积)技术等任何相当或紧密相关的技术。
基本的ALD沉积循环由四个顺次的步骤构成：脉冲A、清扫A、脉冲B和清扫B。脉冲A由第一前驱物蒸汽构成，脉冲B由另一前驱物蒸汽构成。非活性气体和真空泵被用于在清扫A和清扫B过程中从反应空间清扫气体反应副产品和残余反应物分子。沉积序列包括至少一次沉积循环。沉积循环被重复，直到沉积序列产生了期望薄膜或覆层。沉积循环也可以更复杂。例如，循环可以包括由清扫步骤分开的三次以上的反应物蒸汽脉冲。所有这些沉积循环形成由逻辑单元或微处理器控制的时控沉积序列。
在以下所述的特定示例实施方式中，提供了利用保护覆层保护泵(下文中称为目标泵)的内部的方法和装置。目标泵自身形成反应腔室，不存在独立的基板，但是目标泵内部的表面形成基板(基板在这里意味着在上面进行处理的材料)。所有这些表面可以通过ALD处理涂覆，在ALD处理中，前驱物蒸汽经由入口歧管顺次进入目标泵内部。反应残余经由排出歧管从目标泵内部排放。目标泵在沉积处理过程中保持运行。可以简单地通过保持目标泵运行来获得目标泵内用于ALD反应的期望处理温度。在其他实施方式中，目标泵被关闭。在所有实施方式中，可以在ALD处理之前或在ALD处理过程中可选地由加热器加热目标泵。
图1示出特定示例实施方式中的方法和相关装置。用于保护目标泵10的内部的装置包括入口歧管20和排出歧管30。装置可以是可移动装置。如果需要，可移动装置可以便捷地移动到被保护泵的附近。
入口歧管20被构造成安装至目标泵入口11。图1示出通过第一安装部24安装至目标泵入口11的入口歧管20。第一安装部24可以是目标泵专用的部件。排出歧管30被构造成安装至目标泵出口14。图1示出通过第二安装部31安装至目标泵出口14的排出歧管30。第二安装部31可以是目标泵专用的部件。
入口歧管20包括ALD反应器进料设备70。进料设备70包括所需的进料管线及其控制元件。在图1中安装到第一安装部24的是第一前驱物蒸汽进料管线41、第二前驱物进料管线42和清扫气体进料管线43。第一前驱物进料管线41开始于第一前驱物源21，第二前驱物进料管线42开始于第二前驱物源22，清扫气体进料管线43开始于清扫/非活性气体源23。
进料管线控制元件包括流量和定时控制元件。第一前驱物进料管线41中的质量流量控制器51和第一前驱物进料阀61控制第一前驱物脉冲的定时和流量。相应地，第二前驱物进料管线42中的第二前驱物进料阀62和质量流量控制器52控制第二前驱物脉冲的定时和流量。最后，清扫气体进料阀63和质量流量控制器53控制清扫气体的定时和流量。
在图1示出的实施方式中，进料设备70的操作由控制系统控制。图1示出进料设备70和控制系统71之间的控制连接72。控制系统71例如可以由笔记本电脑等中的软件来实现。
在特定示例实施方式中，目标泵内部的ALD处理在真空中实施。排出歧管30可选地包括真空泵33。在特定示例实施方式中，真空泵33位于安装至目标泵出口14中的排出管线32的端部。真空泵33可选地经由可选的电连接73(位于控制系统71和真空泵33之间)由控制系统71控制。根据目标泵的类型，真空泵33将目标泵10的整个内部或其至少一部分泵成真空。目标泵10可以包括不同的压力区域。在图1中，体积空间12和13绘示出该区域。箭头15绘示出目标泵10内的流动方向，即从目标泵入口11经由目标泵内部(如果可应用的话，经由体积空间12然后经由体积空间13)至目标泵出口14。如果目标泵10也是真空泵，则图1中的体积空间12可以认为是目标泵10的真空压力区域，体积空间13认为是目标泵10的环境压力区域。当目标(真空)泵10运行时，体积空间12保持为真空。排出管线真空泵33然后被用于也将体积空间13泵成真空。
再参考图1，应当注意的是，在其他实施方式中，入口歧管和排出歧管1可以不同地进行配置。代替分开的进料管线，至少一部分进料管线可以共用。阀类型可以不同。流量控制元件位置可以不同，等等。例如，可以使用三通阀代替两通阀，直接反映进料管线路径的变化。关于前驱物源和清扫气体，它们的选取取决于实施方式和期望的覆层。目标泵可以由可选的加热器16来加热。加热器的操作可选地可以通过连接由控制系统71控制。
可应用的泵材料例如是诸如铁和铝等金属，但是材料不限于这些材料。可应用的覆层例如是诸如铝氧化物、钛氧化物、钽氧化物等金属氧化物和钨碳化物，及其组合，但是覆层不限于这些材料。在特定示例实施方式中，可应用的ALD处理温度为环境温度至150℃，尽管其他范围也是可应用的。在特定示例实施方式中，目标泵的类型是真空泵。在其他实施方式中，目标泵是其他类型。在又一实施方式中，术语泵被宽泛地解释为也覆盖压缩机，该压缩机的内部由公开的方法涂覆。
图2示出根据图1中公开内容的方法步骤。首先，将可移动泵保护装置载运至靠近被保护的目标泵10，或者将目标泵10移动至靠近可移动或固定的泵保护装置。将入口歧管20安装至目标泵入口11(步骤81)，并且将排出歧管30安装至目标泵出口14(步骤82)。可选地打开目标泵10(步骤83)。根据ALD，将目标泵内部暴露至由清扫步骤分开的前驱物蒸汽的顺次引入。将反应残余和清扫气体泵入真空泵33(步骤84)。在沉积处理中，获得一致的保护覆层。关闭泵(步骤85)，将入口歧管20从目标泵入口11折卸(步骤86)，并且将排出歧管30从目标泵出口14折卸(步骤87)。
在另外的示例实施方式中，提供了用于保护形成为链的多个泵的内部的泵链。在这些实施方式中，入口歧管与所述实施方式所示的类似地安装至第一目标泵入口。第一排出歧管的第一端安装至第一目标泵出口，第一排出歧管的相反的一端安装至第二目标泵入口。第二排出歧管的第一端安装至第二目标泵出口，第二排出歧管的相反的一端安装至第三目标泵入口，等等。通过该配置，配置成链的多个泵能够由一次ALD处理同时被保护。气体经由入口歧管进入第一目标泵内部，经由前一泵的排出歧管进入其他目标泵内部，直到它们终止于位于链的端部的真空泵。因此，流动通路经由排成行的目标泵形成，通过使用流动通路提供目标泵的内部的同时保护。目标泵自身可以是真空泵或者其他可应用的泵。
在不限制专利权利要求的范围和解释的情况下，将这里公开的一个或多个示例实施方式的特定技术效果罗列如下：技术效果在于通过一致的保护覆层保护泵内部。另一技术效果在于保护具有密封面的制作好的(组装的)泵。如果对于组装之前的各个泵部件分开地进行保护，则这将使得这些部件在组装过程中易于刮擦。另一技术效果在于通过在沉积处理过程中保持目标泵运行而使用目标泵自身提供目标泵内部的加热。
要注意的是，之前讨论的一些功能或方法步骤可以以不同序列进行和/或彼此同时进行。此外，一个或多个上述功能或方法步骤可以是可选的或者可以组合。
前述说明通过本发明的特别的实现和实施方式的非限制的示例提供了用于实施本发明的目前由发明人构想的最佳方式的完整和信息型的说明。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明不限于上述实施方式的细节，而是在不偏离本发明的特征的情况下能够以使用等同方案的其他实施方式来实现。
此外，本发明的上述实施方式的一些特征可以在不相应地使用其他特征的情况下被用于产生有益效果。同样地，前述说明应当理解为仅仅说明了本发明的原理，并且不限于此。因此，本发明的范围仅由所附专利权利要求来限制。

Claims (16)

1.一种用于保护目标泵内部的方法，所述方法包括：
为目标泵入口提供入口歧管和为目标泵出口提供排出歧管；和
在所述目标泵保持运行的情况下，通过经由所述入口歧管使反应气体顺次进入所述目标泵内部以及经由所述排出歧管使反应残余排出，将所述目标泵内部暴露至顺次的自饱和表面反应。
2.根据权利要求1所述的方法，包括将所述入口歧管安装到所述目标泵入口，以及将所述排出歧管安装到所述目标泵出口。
3.根据权利要求1或2所述的方法，包括通过安装到所述排出歧管的真空泵将反应残余和清扫气体从所述目标泵内部泵出。
4.根据前述任一项权利要求所述的方法，包括通过在不使用其他加热部件的情况下保持所述目标泵运行来提供所需的处理温度。
5.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述入口歧管包括一个或多个进料管线，所述一个或多个进料管线的控制元件由计算机实施的控制系统控制。
6.根据前述任一项权利要求所述的方法，包括经由成排布置的目标泵形成流动通路，并且通过使用所述流动通路来对所述目标泵的内部提供同时保护。
7.根据权利要求6所述的方法，其中包括通过将成排中前一泵的排出歧管安装至下一泵的泵入口来形成所述流动通路。
8.根据前述任一项权利要求所述的方法，包括在从环境温度延伸到150℃的温度范围内将所述目标泵内部暴露至顺次的自饱和表面反应。
9.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述目标泵是真空泵。
10.一种用于保护目标泵内部的方法，所述方法包括：
为目标泵入口提供入口歧管和为目标泵出口提供排出歧管；和
在所述目标泵不运行的情况下，通过经由所述入口歧管使反应气体顺次进入所述目标泵内部以及经由所述排出歧管使反应残余排出，将所述目标泵内部暴露至顺次的自饱和表面反应。
11.一种用于保护目标泵内部的装置，包括：
入口歧管，其被设计成安装至目标泵入口；和
排出歧管，其被设计成安装至目标泵出口，所述装置在被使用时执行根据权利要求1至10中任一项限定的方法。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述装置被配置成：在被使用时，在所述目标泵保持运行的情况下，通过经由所述入口歧管使反应气体顺次进入所述目标泵内部以及经由所述排出歧管使反应残余排出，将所述目标泵内部暴露至顺次的自饱和表面反应。
13.根据权利要求11或12所述的装置，其中所述入口歧管包括前驱物蒸汽和清扫气体进料管线，及其控制元件。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的装置，其中所述排出歧管包括真空泵。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的装置，其中所述入口歧管包括被构造成将所述入口歧管安装到所述目标泵入口中的目标泵专用附件。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的装置，其中所述装置为可移动的。
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