CN111705309A - 一种原子层沉积镀膜设备的化学源导入系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及薄膜制备技术领域，尤其是一种原子层沉积镀膜设备的化学源导入系统，所述化学源导入系统包括若干化学源导入管路和阀座底板，所述若干化学源导入管路通过气体导入法兰安装在所述阀座底板上，在所述阀座底板上设置有阀座底板加热器，位于所述气体导入法兰真空侧的所述化学源导入管路的外围另设置有真空侧加热器；所述阀座底板加热器和所述真空侧加热器联合对所述化学源导入管路进行多段加热。本发明的优点是：实现多种化学源的同时导入，并且不会造成冷凝；对每种化学源进行多段式加热，进一步缩短工艺循环的时间；保证原子层沉积镀膜工艺成膜效果，避免产品存在成膜颗粒的问题，提高产品质量。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜制备技术领域，尤其是一种原子层沉积镀膜设备的化学源导入系统。
背景技术
原子层沉积工艺（ALD）作为较为常用镀膜的一种技术手段，其反应过程一般如下：1）反应前驱体以脉冲方式进入反应腔并化学吸附在基片表面；2）表面吸附饱和后，用惰性气体将多余的反应前驱体吹洗出反应腔；3）第二种化学前驱体以脉冲的方式进入反应腔，并与上一次化学吸附在表面上的前驱体发生反应；4）待反应完全后，利用惰性气体将多余的前驱体以及副产物吹出反应腔。
目前，原子层沉积镀膜机所使用的化学源在常温下通常为液体，因此，需要将化学源加热为气体化学源后导入到反应腔内，其后，气体化学源再在基片上发生反应形成薄膜。在化学源导入反应腔过程中，要实现化学源在大气侧和真空侧等导入路径上的加热；避免化学源在输送过程中发生冷凝；要尽量使不同化学源在到达基片前不发生反应，以及要实现化学源严格按照工艺需要适时导入。目前，原子层沉积镀膜设备的化学源导入系统存在如下问题：化学源气体导入种类较少；化学源在导入过程中容易在输送管路等部位成膜从而造成薄膜产品质量下降，等等。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种原子层沉积镀膜设备的化学源导入系统，对导入系统的结构进行设计，通过增加吹扫管路、配合多段加热并将化学气体输入口分布在不同的位置，有效提高产品质量，并且缩短原子层沉积镀膜工艺所需的循环时间。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种原子层沉积镀膜设备的化学源导入系统，用以将化学源导入真空镀膜室中，其特征在于：所述化学源导入系统包括若干化学源导入管路和阀座底板，所述若干化学源导入管路通过气体导入法兰安装在所述阀座底板上，在所述阀座底板上设置有阀座底板加热器，位于所述气体导入法兰真空侧的所述化学源导入管路的外围另设置有真空侧加热器；所述阀座底板加热器和所述真空侧加热器联合对所述化学源导入管路进行多段加热。
每一所述化学源导入管路设置有气体吹扫管路，且所述化学源导入管路和所述气体吹扫管路在所述气体导入法兰真空侧的所述真空镀膜室内共用一个出口。
所述化学源导入系统包括一独立气体吹扫管路；在所述真空镀膜室内，所述独立气体吹扫管路的出口与任一所述化学源导入管路的输送管路出口之间相互独立；所述独立气体吹扫管路用于进行持续性吹扫以控制所述化学源导入管路在导入化学源时的气体流动方向。
位于所述气体导入法兰真空侧的所述若干化学源导入管路的外围包围有保温桶，所述真空侧加热器位于所述保温桶的内部。
所述保温桶的材质包含铝元素。
所述阀座底板的材质包含铝元素。
所述若干化学源导入管路在位于所述气体导入法兰真空侧的所述真空镀膜室内的伸出长度不同，即各所述化学源导入管路的输送管路出口相错。
所述化学源导入管路上设置有导入剂量阀。
化学源导入系统还包括一真空计，所述真空计的真空度探测端设置于所述气体导入法兰真空侧的所述真空镀膜室内，所述真空计用于监控所述导入剂量阀后方的压力以判断所述导入剂量阀的密封状态。
本发明的优点是：实现多种化学源的同时导入，并且不会造成冷凝；每种化学源可进行多段式加热，进一步缩短工艺循环的时间；保证原子层沉积镀膜工艺成膜效果，避免产品质量问题，提高产品质量；保护设备，避免因化学院扩散而导致的到处成膜；可实时监控剂量阀的密封状态，并且保护真空计。
附图说明
图1为本发明的阀座底板正面示意图；
图2为本发明中的气体导入法兰结构示意图；
图3为本发明中的气体导入法兰结构示意图；
图4为本发明的化学源导入系统示意图。
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1-14标记分别表示为：阀座底板1、气体导入法兰2、化学源导入管路3、气体吹扫管路4、阀座底板加热器5、真空侧加热器的加热棒安装管6、真空密封位7、铝制保温板8、腔体板9、隔热板10、固定板11、独立气体吹扫管路12、真空计13、导入剂量阀14。
实施例：本实施例中原子层沉积镀膜设备的化学源导入系统用于将原子层沉积镀膜工艺中的化学气体导入成膜室内，以对成膜室内的所装载的产品进行成膜。
如图1所示，本实施例中的化学源导入系统的主体包括阀座底板1、气体导入法兰2、化学源导入管路3。其中，阀座底板1上可设置有与原子层沉积成膜工艺所需的化学气体的数量所对应的化学源导入管路3，若干化学源导入管路3可通过气体导入法兰2安装到阀座底板1上。化学源导入管路3的一端布置在大气侧并与化学源供送装置相连接，另一端可伸入成膜室内，从而通过其管路将作为化学源的化学气体导入到成膜室中。每个化学源导入管路3上均通过分支侧连接有气体吹扫管路4，气体吹扫管路4可连接惰性气体供送装置；气体吹扫管路4用于将与其对应的化学源导入管路3内的残余化学气体吹扫干净，并且可持续地进行惰性气体的吹扫，保证其他化学源导入管路3的化学气体不会进入，进而避免在管路内成膜造成颗粒，保证产品质量。
如图4所示，本实施例中的化学源导入系统包括三路化学源导入管路3以及与每路化学源导入管路3单独对应连接的气体吹扫管路4，因此，本实施例可实现三种化学源的同时导入。在具体实施时，除了本实施例中可实现的三种化学源同时导入以外，若原子层沉积成膜工艺需要数量不同于三种（三种以上或三种以下）的化学源，可通过设置数量对应的化学源到管路3及气体吹扫管路4满足要求。
如图1所示，在阀座底板1上设置有三个间隔布置的阀座底板加热器5，阀座底板加热器5可对阀座底板1进行加热，从而实现对化学源导入管路3的加热，使化学源导入管路3所导入的化学气体不会发生冷凝。在具体实施时，阀座底板1的材质可选用铝合金，因铝合金具有传导率高，辐射率低的特点，可以保证整个阀座底板1温度都较为均匀。
如图1所示，由于气体导入法兰2安装在阀座底板1上，因此该气体导入法兰2也使用阀座底板上的阀座底板加热器5进行加热，保持气体导入法兰2与阀座底板的温度相差不大。
结合图2和图4所示，各化学源导入管路3均自大气侧贯穿气体导入法兰2进入真空侧，位于真空侧的化学源导入管路3需加热至较高温度以获得较短的镀膜周期。在化学源导入管路3位于真空侧的部分的外围包围有铝制保温板8，铝制保温板8可制作为桶型，以完全包覆各化学源导入管路3并保证对其加热均匀。在化学源导入管路3位于真空侧的部分的外围还设置有额外的加热器，即真空侧加热器，该真空侧加热器位于化学源导入管路3的外围，以对化学气体进行加热。真空加热器通过真空侧加热器的加热棒安装管6安装在气体导入法兰2上，而真空侧加热器的加热棒安装管6与气体导入法兰2之间焊接，从而保证良好的密封性，保证真空密封性。真空侧加热器的加热棒安装管6在安装时，应与阀座底板加热器5具有比较好的接触；同时，还需要其与铝制保温板8有精密的安装配合，保证加热器的热量能够较好的传递到铝制保温板8上。在具体实施时，为了减少铝制保温板8的热量散失，在铝制保温板8的外围安装反射板。在各化学源导入管路3位于真空侧的部分的外围还可通过铝块进行包裹，使其具有较好的保温特性。真空侧加热器的加热棒安装管6与气体导入法兰2之间的真空密封位7应严格密封，保证真空侧的密封性。
本实施例通过阀座底板加热器5和安装在化学源导入管路位于真空侧部分的外围的加热器组合构成多段加热，在使化学气体不会冷凝的同时，保证化学气体的温度，进一步缩短原子层沉积成膜工艺的循环时间。
如图4所示，除了三路化学源导入管路3及对应的气体吹扫管路4以外，本实施例的化学源导入系统还增设了独立气体吹扫管路12，该独立气体吹扫管路12可连接惰性气体供送装置，通过惰性气体的持续性吹扫，能够形成稳定的气流，保证稳定的气流方向。此时，稳定的气流可以保证所有的化学源导入管路3所导入的化学气体能有稳定以及特定的流动方向，保证化学气体不会到处扩散，进而到处成膜。
如图4所示，三路化学源导入管路3的输送管路的出口采用不同的长度，即三个出口因长度不同而位置相错，从而在独立气体吹扫管路12所提供的稳定气流的影响下，保证不同化学气体的输送相互独立，避免到处成膜。
如图4所示，在化学源导入系统内还设置有真空计13，该真空计13可以监控导入剂量阀14后面的压力，即真空侧压力，如果导入剂量阀14有泄露，则真空计13的压力显示会有变化。另外，还可通过独立气体吹扫管路12的惰性气体的吹扫，可以防止在真空计13上成膜，保护真空计13。
本实施例在具体实施时：如图4所示，阀座底板1的近真空侧安装有固定板11，固定板11通过隔热板10与腔体板9构成连接，隔热板10可保证真空侧的温度。
该隔热板10可使用工程塑料（如特氟龙，Peek等）制作，这些工程塑料需具备以下特点：1）能够进行真空密封；2）耐高温；3）导热系数比较低。
真空腔体上有冷却水进行水冷。
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)
1.一种原子层沉积镀膜设备的化学源导入系统，用以将化学源导入真空镀膜室中，其特征在于：所述化学源导入系统包括若干化学源导入管路和阀座底板，所述若干化学源导入管路通过气体导入法兰安装在所述阀座底板上，在所述阀座底板上设置有阀座底板加热器，位于所述气体导入法兰真空侧的所述化学源导入管路的外围另设置有真空侧加热器；所述阀座底板加热器和所述真空侧加热器联合对所述化学源导入管路进行多段加热。
2.根据权利要求1的一种原子层沉积镀膜设备的化学源导入系统，其特征在于：每一所述化学源导入管路设置有气体吹扫管路，且所述化学源导入管路和所述气体吹扫管路在所述气体导入法兰真空侧的所述真空镀膜室内共用一个出口。
3.根据权利要求1的一种原子层沉积镀膜设备的化学源导入系统，其特征在于：所述化学源导入系统包括一独立气体吹扫管路；在所述真空镀膜室内，所述独立气体吹扫管路的出口与任一所述化学源导入管路的输送管路出口之间相互独立；所述独立气体吹扫管路用于进行持续性吹扫以控制所述化学源导入管路在导入化学源时的气体流动方向。
4.根据权利要求1的一种原子层沉积镀膜设备的化学源导入系统，其特征在于：位于所述气体导入法兰真空侧的所述若干化学源导入管路的外围包围有保温桶，所述真空侧加热器位于所述保温桶的内部。
5.根据权利要求4的一种原子层沉积镀膜设备的化学源导入系统，其特征在于：所述保温桶的材质包含铝元素。
6.根据权利要求1的一种原子层沉积镀膜设备的化学源导入系统，其特征在于：所述阀座底板的材质包含铝元素。
7.根据权利要求1的一种原子层沉积镀膜设备的化学源导入系统，其特征在于：所述若干化学源导入管路在位于所述气体导入法兰真空侧的所述真空镀膜室内的伸出长度不同，即各所述化学源导入管路的输送管路出口相错。
8.根据权利要求1的一种原子层沉积镀膜设备的化学源导入系统，其特征在于：所述化学源导入管路上设置有导入剂量阀。
9.根据权利要求8的一种原子层沉积镀膜设备的化学源导入系统，其特征在于：化学源导入系统还包括一真空计，所述真空计的真空度探测端设置于所述气体导入法兰真空侧的所述真空镀膜室内，所述真空计用于监控所述导入剂量阀后方的压力以判断所述导入剂量阀的密封状态。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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