CN110408912A - 一种多片式旋转等离子体增强原子层沉积成膜装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及薄膜制备技术领域，尤其涉及一种多片式旋转等离子体增强原子层沉积成膜装置，其特征在于：所述装置包括真空镀膜室、射频等离子体面源以及多层式基片支架，所述真空镀膜室和所述射频等离子体面源相连通，所述多层式基片支架设置在所述真空镀膜室内并可在所述真空镀膜室的内部旋转，所述多层式基片支架具有至少两个沿高度方向叠置的基片装载位，且所述基片装载位垂直于所述射频等离子体面源布置。本发明的优点是：把射频等离子体面源和多层转架装片系统结合，可实现同时多片成膜功能，大大提高了等离子体增强原子层沉积的基片装载量，提高生产效率；面型等离子体源的加入可有效降低原子层沉积成膜时的温度窗口；具有结构紧凑、占地面积小、运营成本低的优点。

Description

一种多片式旋转等离子体增强原子层沉积成膜装置
技术领域
本发明涉及薄膜制备技术领域，尤其涉及一种多片式旋转等离子体增强原子层沉积成膜装置。
背景技术
提高等离子体增强原子层沉积设备的成膜产量是原子层沉积设备成膜领域追求的目标。镀膜基片在设备内的装载以及控制原子层沉积成膜温度窗口是影响等离子体增强原子层沉积产能的一个重要指标。
对于等离子体增强原子层沉积设备，目前多采用基片正对等离子体的结构，也就是等离子体和基片处于平行放置状态。基片与基片之间不能叠加放置，因为正对着等离子体的基片会遮挡掉等离子体产生大部分的粒子。这种结构会导致整体基片的加载区域非常小。生产效率很低，不能进行大批量基片的生产。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种多片式旋转等离子体增强原子层沉积成膜装置，通过设置射频等离子体面源和与其相垂直布置的多层转架装片系统的结合，可在保证成膜质量的同时，实现多片基片同时成膜，大大提高了等离子体增强原子层沉积的基片装载量，提高生产效率。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种多片式旋转等离子体增强原子层沉积成膜装置，其特征在于：所述装置包括真空镀膜室、射频等离子体面源以及多层式基片支架，所述真空镀膜室和所述射频等离子体面源相连通，所述多层式基片支架设置在所述真空镀膜室内并可在所述真空镀膜室的内部旋转，所述多层式基片支架具有至少两个沿高度方向叠置的基片装载位，且所述基片装载位垂直于所述射频等离子体面源布置。
所述真空镀膜室包括真空外腔室和真空反应腔室，所述真空反应腔室位于所述真空外腔室的内部且与所述射频等离子体面源相连通；所述多层式基片支架位于所述真空反应腔室之中。
所述真空反应腔室和所述真空外腔室之间可相对升降，使位于所述多层式基片支架产生相对升降。
所述射频等离子体面源包括矩形射频等离子体真空腔室和矩形射频等离子体线圈，所述矩形射频等离子体线圈布置在所述矩形射频等离子体真空腔室的侧壁；所述矩形射频等离子体真空腔室与所述真空外腔室之间通过真空密封圈连接。
所述矩形射频等离子体真空腔室与所述真空反应腔室之间设置有等离子体栅网，所述等离子体栅网上布置有孔洞。
所述等离子体栅网与所述真空反应腔室之间通过金属接触密封连接。
所述真空镀膜室内对称布置有由若干所述多层式基片支架构成的多转架系统，所述多转架系统在真空镀膜室内公转，且每个所述多层式基片支架同时独立自转。
所述多层转架可在所述真空镀膜室内升降。
所述层式基片支架的同一高度的水平面内布置有至少两个所述基片装载位。
本发明的优点是：把射频等离子体面源和多层转架装片系统结合，可实现同时多片成膜功能，大大提高了等离子体增强原子层沉积的基片装载量，提高生产效率；面型射频等离子体的加入可有效降低原子层沉积成膜时的温度窗口；具有结构紧凑、占地面积小、运营成本低的优点。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明中多层式基片支架的结构示意图；
图3为本发明中多层式基片支架的俯视图；
图4为本发明应用多个多层式基片支架的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1-4所示，图中标记1-10分别表示为：真空外腔室1、真空反应腔室2、矩形射频等离子体真空腔室3、矩形射频等离子体线圈4、等离子体栅网5、多层式基片支架6、基片装载板7、连接柱8、旋转轴9、多转架系统10。
实施例一：本实施例中多片式旋转等离子体增强原子层沉积成膜装置主体包括真空镀膜室和射频等离子体面源，其中真空镀膜室内部作为镀膜空间，射频等离子体面源则对成膜工艺时位于真空镀膜室内部的基片进行成膜。
如图1所示，真空镀膜室包括真空外腔室1和真空反应腔室2，其中真空反应腔室2位于真空外腔室1的内部。射频等离子体面源包括矩形射频等离子体真空腔室3和矩形射频等离子体线圈4，其中矩形射频等离子体真空腔室3和真空外腔室1之间通过真空密封圈连接，且其与真空反应腔室2相连通；矩形射频等离子体线圈4设置在矩形射频等离子体真空腔室3的侧壁且与矩形射频等离子体真空腔室3的内部相连通。
如图1所示，在矩形射频等离子体真空腔室3和真空反应腔室2之间设置有等离子体栅网5，该等离子体栅网5和真空反应腔室2之间直接通过金属接触密封连接。在等离子体栅网5上布设有孔洞，在射频等离子体面源放电的过程中，粒子通过这些孔洞扩散（被通入的气流带入）进入到真空反应腔室2内。
如图1所示，在真空反应腔室2的内部设置有多层式基片支架6，该多层式基片支架6作为基片的装载部件。如图2所示，多层式支架6包括若干沿高度方向间隔布置的基片装载板7，每块基片装载板7均作为基片装载位，基片可固定安装在每块基片装载板7上，若干基片装载板7通过连接柱8相连接固定构成一整体式转架，这样一来，可大大提高基片在一次成膜工艺过程中的装载量，从而提高生产效率。如图3所示，在多层式基片支架6的中部还设置有旋转轴9，在外接旋转轴的情况下，多层式基片支架6可通过旋转轴9在真空反应腔室2内旋转，以提高成膜的均匀性。
多层式基片支架6与射频等离子体面源及等离子体栅网之间呈相垂直状态的布置。这样一来，在射频等离子体面源放电时，粒子经等离子体栅网5上的孔洞往真空反应腔室2内扩散的过程中，多层式基片支架6的相邻两个基片装载板7之间的空档部分均会充满粒子，从而实现基片成膜；而粒子的引入使原子层沉积的成膜温度窗口降低，以实现低温原子层沉积成膜的目的。
实施例二：如图4所示，本实施例相较于实施例一的不同之处在于：在真空反应腔室2布置有多转架系统10，该多转架系统10包括四个多层式基片支架6，四个多层式基片支架6相互独立且对称布置在多转架系统10上，每个多层式基片支架6均可在多转架系统10上独立自转，与此同时，多转架系统10还可在真空反应腔室2内部公转，从而提高成膜均匀性。相较于实施例一而言，本实施例可在保证成膜质量的同时，提供更高的基片装载量。
上述实施例在具体实施时：每一块基片装载板7上装载一块以上的基片，这些基片可均匀布置，从而进一步提高基片的装载量。
真空外腔室1和真空反应腔室2之间可产生相对升降，即在成膜工艺过程中真空外腔室1和真空反应腔室2相固定，保证密封性；而在一次成膜工艺完成后，真空外腔室1和真空反应腔室2可相对升降，从而取出多层式基片支架6，便于安装新一批的待成膜基片。具体而言，例如，真空反应腔室2可相较于真空外腔室1下降，从而使位于其内部的多层式基片支架6下降，取出多层式基片支架6和基片，再更换新一批的多层式基片支架和基片，使真空反应腔室2上升，去进行下一次的成膜工艺。此外，也可以不将多层式基片支架6取出，而直接更换其承载的基片即可。
等离子体栅网5的孔洞可选择为2-5mm，且均匀布置，以使通过等离子体栅网5所扩散至真空反应腔室2内的粒子可均匀充满在相邻两个基片装载板7之间的空档部分位置，避免同一多层式基片支架6上的基片成膜不均匀的问题。
真空外腔室1的主体材料为不锈钢；真空反应腔室2的主体材料为Ti。真空镀膜室整体可为立式（也可以为卧式），具有结构紧凑、占地面积小的优势。抽气侧可布置于多层式基片架6的另一对侧。
在具体实施过程中，配套设施包括真空抽气系统、电力、气体和冷却水供给系统等设备、以及电气和软件控制系统等。
虽然以上实施例已经参照附图对本发明目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换故在此不一一赘述。

Claims (9)

1.一种多片式旋转等离子体增强原子层沉积成膜装置，其特征在于：所述装置包括真空镀膜室、射频等离子体面源以及多层式基片支架，所述真空镀膜室和所述射频等离子体面源相连通，所述多层式基片支架设置在所述真空镀膜室内并可在所述真空镀膜室的内部旋转，所述多层式基片支架具有至少两个沿高度方向叠置的基片装载位，且所述基片装载位垂直于所述射频等离子体面源布置。
2.根据权利要求1所述的一种多片式旋转等离子体增强原子层沉积成膜装置，其特征在于：所述真空镀膜室包括真空外腔室和真空反应腔室，所述真空反应腔室位于所述真空外腔室的内部且与所述射频等离子体面源相连通；所述多层式基片支架位于所述真空反应腔室之中。
3.根据权利要求2所述的一种多片式旋转等离子体增强原子层沉积成膜装置，其特征在于：所述真空反应腔室和所述真空外腔室之间可相对升降，使位于所述多层式基片支架产生相对升降。
4.根据权利要求2所述的一种多片式旋转等离子体增强原子层沉积成膜装置，其特征在于：所述射频等离子体面源包括矩形射频等离子体真空腔室和矩形射频等离子体线圈，所述矩形射频等离子体线圈布置在所述矩形射频等离子体真空腔室的侧壁；所述矩形射频等离子体真空腔室与所述真空外腔室之间通过真空密封圈连接。
5.根据权利要求4所述的一种多片式旋转等离子体增强原子层沉积成膜装置，其特征在于：所述矩形射频等离子体真空腔室与所述真空反应腔室之间设置有等离子体栅网，所述等离子体栅网上布置有孔洞。
6.根据权利要求5所述的一种多片式旋转等离子体增强原子层沉积成膜装置，其特征在于：所述等离子体栅网与所述真空反应腔室之间通过金属接触密封连接。
7.根据权利要求1所述的一种多片式旋转等离子体增强原子层沉积成膜装置，其特征在于：所述真空镀膜室内对称布置有由若干所述多层式基片支架构成的多转架系统，所述多转架系统在真空镀膜室内公转，且每个所述多层式基片支架同时独立自转。
8.根据权利要求1或7所述的一种多片式旋转等离子体增强原子层沉积成膜装置，其特征在于：所述多层转架可在所述真空镀膜室内升降。
9.根据权利要求1所述的一种多片式旋转等离子体增强原子层沉积成膜装置，其特征在于：所述层式基片支架的同一高度的水平面内布置有至少两个所述基片装载位。
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