專利名稱：用于實現原子層沉積工藝的設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及原子層沉積技術領域，特別涉及ー種用于實現原子層沉積エ藝的設備。
背景技術：
原子層沉積(Atomic layer deposition,ALD)設備進行原子層沉積反應的原理是在通入兩種氣體前驅物，使其先后通過加熱的基板表面，分別先后在基板表面化學吸附并產生兩個“半反應”來實現原子層沉積。ー個基本的原子層沉積循環包括四個步驟脈沖A、清洗A、脈沖B和清洗B，脈沖A和脈沖B分別指通入前驅物A (氣體)和前驅物B (氣體)，在前驅物A和前驅物B使用之間，需要通過惰性氣體的吹掃，將反應腔室中的殘余氣體和反 應產物清洗干凈。ALD反應需要在一定的溫度條件下進行，基板須經過加熱然后進行沉積反應，但由于傳統的ALD設備須將基板加熱后再進行沉積反應，反應時間較長，反應效率較低，導致原子層沉積設備的生產效率較低。

實用新型內容(一 )要解決的技術問題本實用新型要解決的技術問題是如何縮短反應時間，提聞反應效率，以提聞原子層沉積設備的生產效率。( ニ )技術方案為解決上述技術問題，本實用新型提供了ー種用于實現原子層沉積エ藝的設備，所述設備包括反應模塊，所述反應模塊進一歩包括反應腔室、加熱單元、預熱腔室、預熱單元、前驅物進料單元、抽氣單元及控制單元；所述預熱単元，用于對所述預熱腔室中的基板進行預熱；所述加熱単元，用于對所述反應腔室及所述反應腔室中的基板進行加熱；所述前驅物進料單元，用于為所述反應腔室內的基板提供氣態的前驅物；所述抽氣単元，用于對所述反應腔室進行抽氣，以保證所述反應腔室內的基板進行反應之前，所述反應腔室處于真空狀態；所述控制単元，用于對所述加熱単元、預熱單元、前驅物進料単元、以及抽氣單元分別進行控制和狀態檢測。優選地,所述反應模塊的數量為ー個或多個。優選地，所述設備包括基板供應模塊，所述基板供應模塊進ー步包括送料元件和基板傳輸單兀；所述基板傳輸單元，用于將基板傳輸至送料元件；所述送料元件，用于在所述控制単元的控制下，將所述基板運送至所述預熱腔室或反應腔室中、或者將所述預熱腔室或反應腔室中的基板運送至所述基板傳輸單元上。優選地，所述基板供應模塊還包括基板承載單元和裝片單元，其中，所述基板承載單元，用于承載至少ー塊基板，所述裝片単元，用于在所述控制単元的控制下，將基板裝載至所述基板承載單元上，或者將所述基板承載單元上的基板進行卸載，所述送料元件在運送基板吋，以所述基板承載單元為單位。優選地，所述控制単元包括電氣控制子単元，用于控制所述預熱単元的預熱時間、所述反應腔室中基板的反應時間、以及基板承載單元上基板的裝載/卸載；氣路控制子単元，用于控制所述前驅物進料單元所供應氣態的前驅物的時間和流量;溫度控制子単元，用于控制所述反應腔室和所述基板承載單元的溫度。優選地，所述反應模塊設有外売。優選地，所述外殼連有排氣單元，所述排氣単元，用于接收外殼內的氣體，并將接 收到的氣體傳輸至所述尾氣處理單元；一尾氣處理単元與所述排氣單元連接，所述尾氣處理單元用于對所述排氣単元所傳輸的氣體進行浄化。(三)有益效果本實用新型通過設置預熱單元來縮短反應時間，提高了反應效率，以提高原子層沉積設備的生產效率，并進ー步通過多個反應腔室共同使用部分部件，使得設備結構簡単，并且占地面積較小。

圖I是圖2所示的設備中反應模塊的結構示意圖；圖2是按照本實用新型一種實施例的設備的結構示意圖；圖3是按照本實用新型另ー種實施例的設備的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式
作進ー步詳細描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。本實用新型的用于實現原子層沉積エ藝的設備包括反應模塊，所述反應模塊進ー步包括反應腔室、加熱單元、預熱腔室、預熱單元、前驅物進料單元、抽氣單元及控制單元;所述反應腔室為基板實現原子沉積反應提供反應空間和反應能量；所述預熱単元，用于對所述預熱腔室中的基板進行預熱，將基板提前加熱到一定的溫度，以減少基板在反應腔室中的加熱時間，為精確控制所述預熱腔室中基板的預熱溫度，優選地，本實施方式中，所述預熱単元為氣體加熱器；所述加熱単元，用于對所述反應腔室及所述反應腔室中的基板進行加熱，本實施方式中，所述加熱單元包括用于對反應腔室加熱的固體加熱元件和用于對反應腔室中的基板加熱的氣體加熱元件，所述的設備實施ALD反應時，反應腔室中的固體加熱元件先將未裝入基板承載裝置的反應腔室加熱，同時氣體加熱器將預熱腔室中的基板承載裝置加熱到一定的溫度，基板承載裝置放入反應腔室后，反應腔室中的氣體加熱元件加熱惰性氣體，并將加熱的惰性氣體作為載氣、清洗氣體和環境氣體以維持基板的反應溫度；所述前驅物進料單元，用于為所述反應腔室內的基板提供氣態的前驅物，本實施方式中，所述前驅物進料單元包括沖洗氣體源容器、以及至少兩個的前驅物源容器，如氣體容器、起泡器等，并包括導管將氣態的前驅物導入反應腔室。所述前驅物在前驅物源容器內可以以氣態、液態或固態的形式存在，但最終以氣態的形式被注入反應腔室。所述前驅物進料系統中的前驅物源容器和沖洗氣體源容器可以共用于部分或所有的反應腔室。所述抽氣単元，用于對所述反應腔室進行抽氣，以保證所述反應腔室內的基板進行反應之前，所述反應腔室處于真空狀態，本實施方式中，所述抽氣單元包括真空抽氣元件和抽氣管路,真空抽氣元件采用真空泵；所述控制單元,用于對所述加熱單元、預熱單元、前驅物進料單元、以及抽氣單元分別進行控制和狀態檢測。為便于實現設備的全自動化，優選地，所述設備包括基板供應模塊，所述基板供應模塊進ー步包括送料元件和基板傳輸單元；所述基板傳輸單元，用于將基板傳輸至送料元件，所述基板傳輸單元可作為等候平臺和冷卻平臺使用；所述送料元件，用于在所述控制単元的控制下，將所述基板運送至所述預熱腔室或反應腔室中、或者將所述預熱腔室或反應腔室中的基板運送至所述基板傳輸單元上。為便于一次能夠處理多個基板，優選地，所述基板供應模塊還包括基板承載單元和裝片單元，其中，所述基板承載單元，用于承載至少ー塊基板，本實施方式中，所述基板承載單元可承載幾百片的基板，所述裝片単元，用于在所述控制単元的控制下，將基板裝載至所述基板承載單元上，或者將所述基板承載單元上的基板進行卸載，本實施方式中，將基板裝載至所述基板承載單元時，可以橫向裝片，也可以縱向裝片，裝片的形式可以是單個方向，也可以是背靠背;所述送料元件在運送基板吋，以所述基板承載單元為單位，本實施方式中，所述送料元件包括夾持器，通過夾持器將基板承載單元運送至所述預熱腔室或反應腔室中，并進一步將所述預熱腔室或反應腔室中的所述基板承載單元運送至所述基板傳輸單元。優選地,所述控制單元包括電氣控制子単元，用于控制所述預熱単元的預熱時間、所述反應腔室中基板的反應時間、以及基板承載單兀上基板的裝載/卸載等；氣路控制子単元，用于控制所述前驅物進料單元所供應氣態的前驅物的時間和流量等，所述氣路控制子単元包括氣體閥、流量測試元件、壓カ測試元件和通氣管路等部件。溫度控制子単元，用于控制所述反應腔室和所述基板承載單元的溫度等。優選地，所述反應模塊設有外売。為防止生產中的エ藝氣體擴散至空氣中導致環境污染，優選地，所述外殼連有排氣單元，所述排氣単元，用于接收外殼內多余的氣體，維持外殼內的エ藝壓カ狀態，并將接收到的氣體傳輸至所述尾氣處理單元；一尾氣處理単元與所述排氣單元連接，所述尾氣處理單元用于對所述排氣単元所傳輸的氣體進行浄化，本實施方式中，浄化的方式包括物理浄化、化學浄化和生物浄化。物理凈化采用活性物質吸附，化學凈化采用化學物質發生反應，生物凈化采用生物進行分解。所述反應模塊的數量為ー個或多個，為實現基板的不間斷操作，以提高生產效率，優選地，所述反應模塊的數量為至少兩個，為節約成本，優選地，本實施方式中具有至少兩個反應模塊時，可共用ー個送料元件、基板傳輸單元、裝片單元、排氣單元及尾氣處理単元。實施例I將該實用新型的設備應用于光伏領域，在低壓真空狀態下下在156X156mm2的太陽能板襯底淀積厚度為20nm的三氧化ニ鋁鈍化薄膜。參照圖I 2，該設備包括反應腔室I、加熱單元2、預熱單元(未示出)、預熱腔室
3、裝片單元4、基板傳輸單元5、基板承載單元7、送料元件8、前驅物進料単元9、電氣控制子單元10、抽氣單元11、氣路控制子單元12、用于使送料元件8運動的水平導軌13、排氣單元和尾氣處理單元。本實施例中，反應腔室I、加熱單元2、預熱腔室3、前驅物進料單元9、電氣控制子単元10、抽氣單元11和氣路控制子単元12組合為ー個反應模塊，用一個外殼將所述反應模塊封裝，如圖I所示。如圖2所示，本實施例中設備采用4個反應模塊共同使用裝片單元4、基板傳輸單元5、基板承載單元7、送料元件8、用于使送料元件8運動的水平導軌13、排氣系統和尾氣處理系統。本實施例中，前驅物選用三甲基鋁(TMA)和H2O,沖洗氣體為N2。TMA和H2O分別采用發泡器形成氣態進入通氣管路，N2作為清洗氣體，通過控制氣路，實現通入TMA-清洗N2—通入H2O—清洗N2,進行20個反應周期后沉積完畢。裝片單元4將240片的基板背靠背的放置于基板承載單元7上，送料元件8將基板承載單兀7放置于基板傳輸單兀5上,基板傳輸單兀5可同時傳輸四個基板承載單兀7,將所述基板承載單元7傳輸至所述送料元件8，送料元件8將基板承載裝置7送到預熱腔室3加熱，加熱完畢后，再送入反應腔室I中反應，前驅物進料単元9包括兩個發泡器分別用于向反應腔室I中通入氣態的TMA和H2O,分別將TMA、H2O和N2送入反應腔室I中，使其在基板上發生沉積反應。沉積完畢后，送料元件8將基板承載單元7送入基板傳輸單元5上傳輸并冷卻，裝片單元4將基板從基板承載單元7中取出。本實施例的設備中，四個反應模塊同時反應沉積，每次加工240X4片基板，產量高達2800片/吋。實施例2如圖3所示，本實施例的設備與實施例I的設備結構基本相同，不同之處在于包括2個反應腔室1、2個預熱腔室3，其他部件與實例I相同。2個反應腔室I和2個預熱腔室3縱向排布，共同使用加熱單元、預熱單元、裝片單元、基板傳輸單元5、基板承載單元7、送料元件、前驅物進料系統9、電氣控制系統10、抽氣系統、氣路控制系統12、用于使送料元件運動的水平導軌、排氣系統和尾氣處理系統，設備更為簡單，占地面積小。以上實施方式僅用于說明本實用新型，而并非對本實用新型的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬于本實用新型的范疇，本實用新型的專利保護范圍應由權利要求限定。
權利要求1.一種用于實現原子層沉積工藝的設備，其特征在于，所述設備包括反應模塊，所述反應模塊進一步包括反應腔室、加熱單元、預熱腔室、預熱單元、前驅物進料單元、抽氣單元及控制單元； 所述預熱單元，用于對所述預熱腔室中的基板進行預熱； 所述加熱單元，用于對所述反應腔室及所述反應腔室中的基板進行加熱； 所述前驅物進料單元，用于為所述反應腔室內的基板提供氣態的前驅物； 所述抽氣單元，用于對所述反應腔室進行抽氣，以保證所述反應腔室內的基板進行反應之前，所述反應腔室處于真空狀態； 所述控制單元，用于對所述加熱單元、預熱單元、前驅物進料單元、以及抽氣單元分別進行控制和狀態檢測。
2.如權利要求I所述的設備，其特征在于，所述反應模塊的數量為一個或多個。
3.如權利要求I所述的設備，其特征在于，所述設備包括基板供應模塊，所述基板供應模塊進一步包括送料元件和基板傳輸單元； 所述基板傳輸單元，用于將基板傳輸至送料元件； 所述送料元件，用于在所述控制單元的控制下，將所述基板運送至所述預熱腔室或反應腔室中、或者將所述預熱腔室或反應腔室中的基板運送至所述基板傳輸單元上。
4.如權利要求3所述的設備，其特征在于，所述基板供應模塊還包括基板承載單元和裝片單元，其中，所述基板承載單元，用于承載至少一塊基板，所述裝片單元，用于在所述控制單元的控制下，將基板裝載至所述基板承載單元上，或者將所述基板承載單元上的基板進行卸載，所述送料元件在運送基板時，以所述基板承載單元為單位。
5.如權利要求4所述的設備，其特征在于，所述控制單元包括電氣控制子單元，用于控制所述預熱單元的預熱時間、所述反應腔室中基板的反應時間、以及基板承載單元上基板的裝載/卸載； 氣路控制子單元，用于控制所述前驅物進料單元所供應氣態的前驅物的時間和流量； 溫度控制子單元，用于控制所述反應腔室和所述基板承載單元的溫度。
6.如權利要求I 5中任一項所述的設備,其特征在于,所述反應模塊設有外殼。
7.如權利要求6所述的設備，其特征在于，所述外殼連有排氣單元，所述排氣單元，用于接收外殼內的氣體，并將接收到的氣體傳輸至所述尾氣處理單元；一尾氣處理單元與所述排氣單元連接， 所述尾氣處理單元用于對所述排氣單元所傳輸的氣體進行凈化。
專利摘要本實用新型公開了一種用于實現原子層沉積工藝的設備，涉及原子層沉積技術領域，包括反應模塊，所述反應模塊進一步包括反應腔室、加熱單元、預熱腔室、預熱單元、前驅物進料單元、抽氣單元及控制單元；預熱單元，用于對預熱腔室中的基板進行預熱；加熱單元，用于對反應腔室及反應腔室中的基板進行加熱；前驅物進料單元，用于為反應腔室內的基板提供氣態的前驅物；抽氣單元，用于對反應腔室進行抽氣，以保證反應腔室內的基板進行反應之前，反應腔室處于真空狀態。本實用新型通過設置預熱單元來縮短反應時間，提高了反應效率，提高了原子層沉積設備的生產效率，并進一步通過多個反應腔室共同使用部分部件，使得設備結構簡單、占地面積較小。
文檔編號C23C16/44GK202610319SQ201220174020
公開日2012年12月19日 申請日期2012年4月20日 優先權日2012年4月20日
發明者李春雷, 克雷格·伯考, 盛金龍, 趙星梅, 常青 申請人:北京七星華創電子股份有限公司