專利名稱：一種常壓多腔原子層沉積設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種原子層氣相沉積的設備，應用于常壓下原子層氣相沉積技術，屬于薄膜涂層領域。
背景技術：
原子層沉積(Atomic layer exposition，簡稱ALD)技術是最前沿的薄膜沉積技術。它的原理是通過將氣相前驅體脈沖交替地通入反應器并在沉積基體上化學吸附并反應，并以單原子膜的形式一層一層形成沉積膜的一種方法。在沉積過程中，第一種反應前驅體(precursor)輸入到基體材料表面并通過化學吸附(飽和吸附)保持在表面。當第二種前驅體通入反應器，會首先吸附在第一種前軀體表面，然后提供一種活化能，讓兩種前驅體發生反應，并產生相應的副產物通過真空設備抽掉，形成一個原子層厚度的反應薄膜，重復該周期，直至形成所需厚度的薄膜。該成膜技術可以在基體上長非常薄的膜，可以準確控制薄膜的厚度，可在任何形狀的基體上進行接近100%的覆蓋。傳統的ALD設備在為基體覆膜的過程中，存在如下問題(1)所有反應過程均需在真空狀態下完成，使腔體維持在真空狀態的裝置會加大設備的制造成本；( 在真空狀態下為基體覆膜，基體形狀與大小受反應腔限制，不能超過反應腔的容量。( 不同前軀體按照時間次序通入反應腔，基體在反應腔中與順次通入該腔體的前軀體進行反應，成膜過程耗時比較長；(4)成膜過程的所有步驟均在一個反應腔內完成，一個反應腔每次只能為一個腔容量的基體進行覆膜，產量低；( 前軀體通入反應腔時需要一定的時間達到穩定狀態，而且控制前軀體的切換、吹掃等步驟還會占用一定的時間，由此延長了整個設備的覆膜時間，并且該步驟要求設備結構復雜，加大了制造成本。

發明內容
本發明的目的是針對上述現有技術的不足，研發了一種低成本、高效率的常壓多腔原子層沉積成膜設備。本發明將傳統原子層沉積設備的真空反應環境變為常壓反應環境，簡化了反應裝置。同時調整了原有的反應腔結構，將前軀體按照時間次序通入一個反應腔，并在一個反應腔內完成整個覆膜過程的結構，變為每個前軀體擁有一個獨立的反應腔， 在每個反應腔內完成一個反應步驟，進而完成整個覆膜過程的結構。對比傳統的ALD設備， 本發明將傳統設備的真空反應環境變為了常壓反應環境，將傳統設備的一個反應腔變為了多個反應腔；對比“一種真空多腔原子層沉積設備”的專利，本發明將其真空多腔的設備變為了常壓多腔的設備。為實現上述目的，本發明采用下述技術方案一種常壓多腔原子層沉積設備，包括冷卻系統和存片裝置，每個前軀體擁有一個獨立的反應腔，在其中至少一個反應腔中設有能量來源裝置，各反應腔之間用惰性氣體分隔開，上述存片裝置、冷卻系統及反應腔與傳送裝置相接并相通，其中冷卻系統可根據實際需要進行選擇性安裝。該設備調整了原有的反應腔結構，使每個前軀體擁有一個獨立的反應腔，并在沉積過程中一直保持通入狀態。各反應腔之間用惰性氣體分隔開，基體(可以是金屬、玻璃、硅片、塑料、模板等材料)通過傳送裝置(可以是機械手、傳送帶、轉盤、螺紋等)從一個反應腔移出時先經過惰性氣體氣墻，去除多余的前軀體和副產物后進入下一個反應腔。反應腔之間的惰性氣體氣墻可以是同一種氣體，也可以根據反應需要設置不同種類氣體，該氣墻除了能分隔腔體，避免反應腔之間的前軀體發生反應外，還能起到對基體進行吹掃的作用，該步驟相當于傳統ALD設備中通過抽真空去掉腔體內多余的前軀體和副產物的過程。基體在各腔室間循環運動，并在能量來源裝置(等離子體、加熱器、紫外線、紅外線、光源等)的作用下與不同腔體內的前軀體發生反應完成覆膜過程，形成所需薄膜。能量來源裝置可以以獨立的反應腔形式存在，也可以加載到反應所需的其中一個反應腔內，根據前軀體需要達到的反應條件進行設置。該設備可以擁有多個反應腔、多個傳送裝置。以能夠生成一層原子層厚度薄膜的反應腔為一套腔體， 一套腔體中反應腔的數量可根據反應需要進行增加；該設備可以是一套腔體，也可以根據產量要求，成倍的加載多套腔體。各套腔體可生長相同種類的薄膜，也可以生長不同種類的薄膜，可采用串聯或并聯的方式進行排列，每套腔體中反應腔數量可以不等。本發明較好地解決了傳統ALD設備存在的問題，并具有下述優點(1)所有反應過程均在常壓狀態下完成，減少了使腔體維持在真空狀態的裝置，極大地降低了設備的制造成本；( 基體的形狀與大小不受反應腔的限制；C3)具有多個反應腔，每個前軀體擁有獨立的反應腔，基體可在各反應腔內與不同前軀體直接反應生成所需薄膜，提高了原子層沉積設備的效率；(4)每個反應腔始終通入一種前軀體，不需要控制前軀體的切換、吹掃等步驟，減少了反應時間，不需要加入控制前軀體切換、吹掃等步驟的結構，降低了設備成本。本發明可以實現在大氣狀態下，基體順次在各反應腔內同時進行覆膜，基體大小不受反應腔尺寸的限制、成膜速率快、產量高。該原子層沉積設備在芯片制造、電池、太陽能、軍事、發動機、醫療等方面會有便捷、廣泛的應用。


圖1是本發明的結構示意圖，也是本發明的實施例一。圖2是本發明的實施例二。
具體實施例方式實施例一參照圖1，該設備是由三個反應腔為一套腔體的設備示意圖，是一個長方形腔體結構，它包括冷卻系統1、存片裝置2，傳送裝置9、反應腔A4、反應腔B6和反應腔C8。上述反應腔A4和反應腔B6中分設前軀體A3和前軀體B5 ；上述反應腔C8內設有能量來源裝置A7 ； 上述反應腔A4與存片裝置2間設有惰性氣體氣墻A10、反應腔A4與反應腔B6間設有惰性氣體氣墻Bll及反應腔B6與反應腔C8間設有惰性氣體氣墻C12。上述各反應腔之間由惰性氣體作為腔壁隔離開，每個腔體都保持常壓狀態。傳送裝置從存片裝置中取出基體，將基體先送到反應腔A4中與前軀體A3進行反應，反應完畢后由傳送裝置9帶動基體通過惰性氣體氣墻B11，去除多余的前軀體A3及反應產生的副產物， 然后移動到反應腔B6中與前軀體B5進行反應，反應完畢后由傳送裝置9帶動基體通過惰性氣體氣墻C12，去除多余的前軀體B5及反應產生的副產物，然后送到反應腔C8中在能量來源裝置A7提供的反應條件下發生反應生成一個原子層厚度的薄膜。傳送裝置9帶動基體不斷在各反應腔內循環反應，直至生成所需厚度的薄膜，最后將基體送入冷卻系統1進行冷卻后放回到存片裝置2中，冷卻系統1與存片裝置2的位置及數量可根據設備需要進行設置，冷卻系統可根據實際需要進行選擇性安裝。在常壓狀態下，反應腔之間的惰性氣體氣墻除了能分隔腔體，避免反應腔之間的前軀體發生反應外，還能起到對基體進行吹掃的作用。傳送裝置9可同時輸送幾個基體或一個大基體在不同的腔體內發生反應。該設備還可根據反應需要及產量要求在此基礎上以能夠生成一層原子層厚度薄膜的腔體為一套腔體， 成倍的進行加載。由此實現常壓狀態下，在每個反應腔內完成一個反應步驟、不斷重復該步驟，直至生成所需厚度的薄膜，進而完成整個覆膜過程的結構。實施例二參照圖2，該設備是由三個反應腔為一套腔體，共有兩套腔體的設備示意圖，是一個圓環形的腔體結構，它包括冷卻系統1、存片裝置2，傳送裝置9、反應腔A4、反應腔B6、反應腔C8、反應腔D17、反應腔E19及反應腔F21。上述反應腔A4、反應腔B6、反應腔D17及反應腔E19中分設前軀體A3、前軀體B5、前軀體C16及前軀體D18 ；上述反應腔C8內設有能量來源裝置A7、反應腔F21內設有能量來源裝置B20 ；上述反應腔A4與存片裝置2間設有惰性氣體氣墻A10、反應腔A4與反應腔B6間設有惰性氣體氣墻Bl 1、反應腔B6與反應腔C8 間設有惰性氣體氣墻C12、反應腔C8與反應腔D17間設有惰性氣體氣墻D13、反應腔D17與反應腔E19間設有惰性氣體氣墻E14及反應腔E19與反應腔F21間設有惰性氣體氣墻F15。上述各反應腔之間由惰性氣體作為腔壁隔離開，每個腔體都保持常壓狀態。傳送裝置9從存片裝置2中取出基體，帶動基體在反應腔A4中與前軀體A3發生反應，反應完畢后帶動基體通過惰性氣體氣墻Bll去除未反應的前軀體A3及多余的副產物，然后將基體移動到反應腔B6中與前軀體B5發生反應，反應完畢后帶動基體通過惰性氣體氣墻C12去除未反應的前軀體B5及多余的副產物，接下來基體被送到裝有能量來源裝置的反應腔C8中， 在能量來源裝置A7提供的反應條件下發生反應生成一個原子層厚度的薄膜。傳送裝置9繼續移動基體在反應腔D17、反應腔E19及反應腔F21中循環該反應過程，生成兩個原子層厚度的薄膜，可以是不同種類的薄膜，可以是相同種類的薄膜。不斷重復該步驟，直至生成所需厚度的薄膜，最后將基體送入冷卻系統1進行冷卻后放回到存片裝置2中，冷卻系統可根據實際需要進行選擇性安裝。在常壓狀態下，反應腔之間的惰性氣體除了能分隔腔體，避免反應腔之間的前軀體發生反應外，還能起到對基體進行吹掃的作用。傳送裝置9可同時輸送幾個基體或一個大基體分別在不同的腔體內發生反應。該設備還可根據反應需要及產量要求在此基礎上以能夠生成一層原子層厚度薄膜的腔體為一套腔體，成倍的進行加載。由此實現常壓狀態下，在每個反應腔內完成一個反應步驟、不斷重復該步驟，直至生成所需厚度的薄膜進而完成整個覆膜過程的結構。
權利要求
1.一種常壓多腔原子層沉積設備，包括冷卻系統和存片裝置，其特征在于每個前軀體擁有一個獨立的反應腔，在其中至少一個反應腔中設有能量來源裝置，各反應腔之間用惰性氣體分隔開，惰性氣體可以是同一種氣體，也可以是不同種氣體，上述存片裝置、冷卻冷卻系統及反應腔與傳送裝置相接并相通，其中冷卻系統可根據實際需要進行選擇性安裝，該設備可以擁有多個反應腔、多個傳送裝置，根據反應需要以能夠生成一層原子層厚度薄膜的腔體為一套腔體，成倍的進行加載，各套腔體可采用串聯或并聯的方式進行排列。
2.如權利要求1所述的一種常壓多腔原子層沉積設備，其特征在于所述的設備采用長方形腔體結構和圓環形的腔體結構。
3.如權利要求1所述的一種常壓多腔原子層沉積設備，其特征在于該設備是一個長方形腔體結構，它包括冷卻系統、存片裝置，其中冷卻系統可根據實際需要進行選擇性安裝，傳送裝置上分別設有反應腔A、反應腔B和反應腔C，上述反應腔A和反應腔B中分設前軀體A和前軀體B ；上述反應腔C內設有能量來源裝置A ；上述反應腔A與存片裝置間設有惰性氣體氣墻A、反應腔A與反應腔B間設有惰性氣體氣墻B及反應腔B與反應腔C間設有惰性氣體氣墻C，上述各反應腔之間由惰性氣體作為腔壁隔離開，每個腔體都保持常壓狀態。
4.如權利要求1所述的一種常壓多腔原子層沉積設備，其特征在于該設備是一個圓環形的腔體結構，它包括冷卻系統、存片裝置，其中冷卻系統可根據實際需要進行選擇性安裝，環繞傳送裝置分別設有反應腔A、反應腔B、反應腔C、反應腔D、反應腔E及反應腔F，上述反應腔A、反應腔B、反應腔D及反應腔E中分設前軀體A、前軀體B、前軀體C及前軀體D ； 上述反應腔C內設有能量來源裝置A、反應腔F內設有能量來源裝置B ；上述反應腔A與存片裝置間設有惰性氣體氣墻A、反應腔A與反應腔B間設有惰性氣體氣墻B、反應腔B與反應腔C間設有惰性氣體氣墻C、反應腔C與反應腔D間設有惰性氣體氣墻D、反應腔D與反應腔E間設有惰性氣體氣墻E及反應腔E與反應腔F間設有惰性氣體氣墻F，上述各反應腔之間由惰性氣體作為腔壁隔離開，每個腔體都保持常壓狀態。
全文摘要
一種常壓多腔原子層沉積設備，其目的是要解決現有技術成膜過程耗時長、產量低、設備結構復雜及制造成本高的技術難題。它包括冷卻系統和存片裝置。每個前軀體擁有一個獨立的反應腔，在其中至少一個反應腔中設有能量來源裝置，各反應腔之間用惰性氣體分隔開。上述存片裝置、冷卻系統及反應腔與傳送裝置相接并相通，其中冷卻系統可根據實際需要進行選擇性安裝，該設備可以擁有多個反應腔、多個傳送裝置，根據反應需要以能夠生成一層原子層厚度薄膜的腔體為一套腔體，成倍的進行加載。本發明采用長方形腔體結構和圓環形的腔體結構。可廣泛用于金屬、玻璃、硅片、塑料及模板等基體材料的薄膜涂層領域。
文檔編號C23C16/44GK102534556SQ20121003858
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月20日 優先權日2012年2月20日
發明者姜謙 申請人:姜謙