一種原子層沉積設備的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種原子層沉積設備，包括反應腔室和氣源，反應腔室內包括設置在頂部的氣體分配板、基盤和旋轉驅動機構，基盤上表面與氣體分配板的下表面相互疊置，且在二者之間形成有沿反應腔室的周向間隔且均勻分布多個子空間，多個子空間按工序的先后順序排列，每個子空間用于對基片完成單次工藝中的其中一個工序；旋轉驅動機構用于驅動基盤相對于氣體分配板旋轉，以使基盤帶動置于其上的所有基片按工序的先后順序依次置于各個子空間內進行工藝。本發明提供的原子層沉積設備，其可實現不同工序在同一時間加工多個基片，從而提高工藝效率，進而提高產能。
【專利說明】一種原子層沉積設備

【技術領域】
[0001]本發明屬于微電子加工【技術領域】，具體涉及一種原子層沉積設備。

【背景技術】
[0002]在微電子加工【技術領域】，原子層沉積設備(ALD)是一種將物質以單原子膜的形式一層一層沉積在基底表面的設備。由于其沉積材料的多樣性和沉積厚度的精準性已經得到越來越廣泛的應用。
[0003]圖1為現有的一種原子層沉積設備的結構簡圖。圖2為原子層沉積過程的流程圖。請一并參閱圖1和圖2，原子層沉積設備包括并行設置的裝卸腔室11和反應腔室10，以及設置在二者之間且用于連通或隔離二者的門閥12。其中，在反應腔室10的頂部設置有氣體分配板101，用以對經過的工藝氣體向反應腔室10內的各個區域流動的流量進行分配，以使分布在反應腔室10內的工藝氣體趨于均勻；在反應腔室10內，且與氣體分配板101相對應的位置處設置有下電極板14，用以承載基片S，并將基片S加熱至工藝所需的溫度；在裝卸腔室11內設置有機械手13，機械手13用于將基片S自裝卸腔室11內經由門閥12傳送至反應腔室10內的下電極板14上，以及自上電極板14經由門閥12傳送至裝卸腔室11內。
[0004]采用上述原子層沉積設備進行工藝具體包括以下步驟:如圖2所示，步驟1，開啟門閥12，機械手13將待加工的基片S經由門閥12傳送至反應腔室10內的下電極板14上，空載的機械手13返回裝卸腔室11內，關閉門閥12 ;下電極板14將待加工的基片S加熱至工藝所需的溫度。步驟2，向反應腔室10內輸送定量的由反應源A提供的氣體，該氣體會與待加工的基片S表面的基團發生吸附直至達到飽和，從而在基片S表面上形成了只有一個原子層厚度的源A薄膜。步驟3，向反應腔室10內輸送不與來自反應源A和反應源B的氣體反應的吹掃氣體，例如氬氣，用以清除殘留在反應腔室10內的來自反應源A的氣體。步驟4，向反應腔室10內輸送定量的由反應源B提供的氣體，該氣體會與沉積在基片S表面上的源A薄膜發生反應，從而在基片S表面上形成一個原子層厚度的薄膜，該薄膜即為工藝所需的薄膜。步驟5，再次向反應腔室10內輸送上述吹掃氣體，用以清除殘留在反應腔室10內的來自反應源B的氣體。步驟6，重復上述步驟2-5，以在基片S上重復沉積薄膜，直至該薄膜達到工藝所需的厚度(多個原子層厚度的疊加)。步驟7，打開門閥12，機械手13經由門閥12進入反應腔室10內，并將已加工的基片S移出反應腔室10 ;然后冷卻已加工的基片S，并將其放置在基片盒內。
[0005]上述原子層沉積設備在實際應用中不可避免的存在以下問題:
[0006]其一，由于來自兩種反應源的氣體之間的反應具有自抑制性(S卩，二者無法持續發生反應)，導致原子層的沉積速率很慢，從而完成上述所有工藝步驟需要耗費大量的時間，例如，沉積厚度為20nm的氧化鋁薄膜至少需要300?400s的時間，這使得原子層沉積設備的產能很低，很難滿足規模化生產的需要。
[0007]其二，在進行步驟4之前，S卩，在向反應腔室10內通入下一種氣體之前，均需要進行借助吹掃氣體清除殘留在反應腔室10內的氣體的步驟，這使得完成整個工藝的一大部分時間均消耗在該步驟上，從而進一步導致原子層沉積設備的產能降低。


【發明內容】

[0008]本發明旨在解決現有技術中存在的技術問題，提供了一種原子層沉積設備，其可以實現不同工序在同一時間加工多個基片，從而可以提高工藝效率，進而可以提高產能。
[0009]本發明提供了一種原子層沉積設備，包括反應腔室和氣源，所述反應腔室包括氣體分配板、基盤和旋轉驅動機構，其中:所述氣體分配板設置在所述反應腔室內的頂部，用于對來自所述氣源的氣體向所述反應腔室內的各個區域流動的流量進行分配；所述基盤設置在所述反應腔室內，用以承載基片，且所述基盤的上表面與所述氣體分配板的下表面相互疊置，且在二者之間形成有沿反應腔室的周向間隔且均勻分布的多個子空間，所述多個子空間按工序的先后順序排列，每個所述子空間用于對基片完成單次工藝中的其中一個工序；所述旋轉驅動機構，用于驅動所述基盤相對于所述氣體分配板旋轉，以使所述基盤帶動置于其上的所有基片按工序的先后順序依次置于各個所述子空間內進行工藝。
[0010]其中，所述基盤的上表面和/或所述氣體分配板的下表面設置有沿所述基盤的軸向環繞的環形凹部，用以使所述基盤的上表面與所述氣體分配板的下表面之間形成環形空間；所述氣體分配板的下表面上，且位于/對應所述環形空間內的位置均勻分布有多個工藝進氣口和隔離進氣口，其中，多個所述隔離進氣口沿反應腔室的周向間隔且均勻設置，用以將多個所述工藝進氣口分為沿反應腔室的周向間隔且均勻設置的多組，每組工藝進氣口所在的部分環形空間形成工藝區域；且所述氣體分配板的下表面上，且環繞/對應環繞所述環形空間的位置，設置有多個輔助進氣口，所述輔助進氣口和所述隔離進氣口所在的部分環形空間形成隔離區域；并且所述氣源包括隔離氣源和工藝氣源，位于隔離區域內的所述輔助進氣口和所述隔離進氣口均與所述隔離氣源連通，所述隔離氣源經由與之連通的所述輔助進氣口和隔離進氣口向所述環形空間提供不與所述工藝氣體反應的隔離氣體，該隔離氣體形成環繞在各個工藝區域周圍的氣墻，所述氣墻將所述環形空間劃分形成多個所述子空間；位于各個工藝區域內的工藝進氣口與所述工藝氣源連通，所述工藝氣源經由與之連通的工藝進氣口向各個所述子空間內提供相應工序所需的氣體。
[0011]其中，在所述基盤的上表面和/或所述氣體分配板的下表面形成有沿所述基盤的軸向環繞的環形凹部，用以使所述基盤的上表面與所述氣體分配板的下表面之間形成一環形空間；在所述氣體分配板的下表面上，位于/對應所述環形空間內均勻分布有多個工藝進氣口和隔離進氣口，其中，所述隔離進氣口沿反應腔室的周向間隔且均勻設置，用以將多個所述工藝進氣口分為沿反應腔室的周向間隔且均勻設置的多組；每組工藝進氣口所在的部分環形空間形成工藝區域；且所述隔離進氣口所在的部分環形空間形成隔離區域；并且所述氣源包括隔離氣源和工藝氣源，位于隔離區域內的隔離進氣口與所述隔離氣源連通；所述隔離氣源經由與之連通的隔離進氣口向所述環形空間內提供不與所述工藝氣體反應的隔離氣體，該隔離氣體在所述環形空間內形成位于相鄰的兩個所述工藝區域之間的氣墻，所述氣墻將所述環形空間劃分形成封閉的多個所述子空間；位于各個工藝區域內的工藝進氣口與所述工藝氣源連通，所述工藝氣源經由與之連通的工藝進氣口向各個所述子空間內提供相應工序所需的工藝氣體。
[0012]其中，所述基盤的上表面和所述氣體分配板的下表面可相對旋轉地配合，且在二者之間設置有動密封件，用以密封所述環形空間。
[0013]其中，所述氣體分配板的上表面與所述反應腔室的頂壁的下表面相互疊置，并且在所述氣體分配板的上表面上，且與各個所述工藝區域相對應的位置處設置有第一凹部，所述第一凹部和與之相對的所述反應腔室的頂壁的下表面形成第一勻流空間，并且，位于每個所述工藝區域內的工藝進氣口和與該工藝區域相對應的所述第一勻流空間連通；在所述氣體分配板的上表面上，且與所述隔離區域相對應的位置處設置有第二凹部，所述第二凹部和與之相對的所述反應腔室的頂壁的下表面形成第二勻流空間，并且，位于所述隔離區域內的隔離進氣口和與該隔離區域相對應的所述第二勻流空間連通。
[0014]其中，在所述基盤的上表面上，且位于未承載所述基片的區域設置有多個出氣口，并且，在所有所述出氣口中，位于所述隔離區域內的所述隔離出氣口用于將該隔離區域內的隔離氣體排入所述反應腔室內；位于所述工藝區域的所述工藝出氣口用于將所述子空間內的工藝氣體排入所述反應腔室內；并且在所述反應腔室的腔室壁上設置有排氣通道，用以將所述反應腔室內的氣體排出。
[0015]其中，所述反應腔室還包括升降驅動機構，所述升降驅動機構用于驅動所述基盤上升或者下降，以使所述基盤的上表面和所述氣體分配板的下表面相互疊置或者分離；并且所述旋轉驅動機構在所述基盤和所述氣體分配板相互分離時，驅動所述基盤相對于所述氣體分配板旋轉，并帶動置于所述基盤上的所有所述基片沿所述基盤的周向旋轉，以使每個所述基片自當前工序所在的子空間移動至下一工序所在的子空間。
[0016]其中，在所述基盤的上表面上和/或所述氣體分配板的下表面上設置有密封件，以在所述基盤的上表面和所述氣體分配板的下表面相互疊置時對各個所述子腔室進行密封。
[0017]其中，所述原子層沉積設備還包括裝卸腔室和門閥，其中
[0018]所述門閥設置在所述裝卸腔室與所述反應腔室之間，用于連通或隔離所述裝卸腔室和反應腔室；在所述裝卸腔室內設置有機械手，所述機械手用于將未加工的所述基片經由所述門閥傳輸至所述基盤上的與相應工藝區域相對應的位置處，以及，將完成所有工序的所述基片自所述基盤上經由所述門閥傳輸至所述裝卸腔室。
[0019]其中，所述隔離氣體包括氮氣或氬氣。
[0020]本發明具有下述有益效果:
[0021]本發明提供的原子層沉積設備，其通過在反應腔室內頂部設置的氣體分配板的下表面與設置在反應腔室內的基盤的上表面相互疊置，且在二者之間形成有沿反應腔室的周向間隔且均勻分布的多個子空間，多個子空間按工序的先后順序排列，每個子空間用于對基片完成單次工藝中的其中一個工序，可以對置于各個子空間內的基片同時進行不同的工序；并且，通過借助旋轉驅動機構驅動基盤相對于氣體分配板旋轉，以使每個基片按工序的先后順序被依次置于各個子空間內進行工藝，即，將完成當前工序的基片置于下一工序的子空間內，并通過重復上述“加工基片”和“旋轉基片”兩個過程，直至所有基片完成單次工藝所要進行的所有工序，可以實現不同工序在同一時間加工多個基片，從而可以提高工藝效率，進而可以提聞廣能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為現有的一種原子層沉積設備的結構簡圖；
[0023]圖2為原子層沉積過程的流程圖；
[0024]圖3A為本發明第一實施例提供的原子層沉積設備的剖視圖；
[0025]圖3B為圖3A中沿A-A’線的剖視圖；
[0026]圖3C為圖3A中氣體分配板的俯視圖；
[0027]圖3D為圖3A中基盤的俯視圖；
[0028]圖3E為圖3A中沿B-B’線的剖視圖；
[0029]圖4A為圖3A中另一種基盤的俯視圖；
[0030]圖4B為圖4A中沿A-A’線的剖視圖；
[0031]圖5為本發明第一實施例提供的原子層沉積設備的俯視圖；
[0032]圖6A為本發明第一實施例提供的另一種原子層沉積設備的剖視圖；
[0033]圖6B為圖6A中沿A-A’線的剖視圖；
[0034]圖6C為圖6A中氣體分配板的俯視圖；

【具體實施方式】
[0035]為使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖對本發明提供的原子層沉積設備進行詳細描述。
[0036]圖3A為本發明第一實施例提供的原子層沉積設備的剖視圖。圖3B為圖3A中沿A-A’線的剖視圖。圖3C為圖3A中氣體分配板的俯視圖。圖3D為圖3A中基盤的俯視圖。圖3E為圖3A中沿B-B’線的剖視圖。請一并參閱圖3A、圖3B、圖3C、圖3D和圖3E，原子層沉積設備包括反應腔室10、裝卸腔室11、門閥12和氣源。其中，反應腔室包括氣體分配板101、基盤102和旋轉驅動機構20，氣體分配板101設置在反應腔室10內的頂部，用于對來自氣源的氣體向反應腔室10內的各個區域流動的流量進行分配；基盤102設置在反應腔室10內，用以承載基片S ;基盤102的上表面與氣體分配板101的下表面相互疊置，且在二者之間形成沿反應腔室10的周向間隔且均勻分布的多個子空間，并且，多個子空間按工序的先后順序排列，每個子空間用于對基片S完成整個工藝中的其中一個工序，S卩，各個子空間可以同時對相應的基片S進行不同的工序。
[0037]在本實施例中，在基盤102的上表面上設置有沿基盤102軸向環繞的環形凹部103，用以使基盤102的上表面與氣體分配板101的下表面形成環形空間1030 ;并且，在氣體分配板101的下表面上，且位于/對應環形空間1030內的位置均勻分布有多個工藝進氣口 1041和隔離進氣口 1042，其中，多個隔離進氣口 1042沿反應腔室10的周向間隔且均勻設置，用以將多個工藝進氣口 1041分為沿反應腔室10的周向間隔且均勻設置的多組，每組工藝進氣口 1041所在的部分環形空間1030形成工藝區域1031 ;且隔離進氣口 1042所在的部分環形空間1030形成隔離區域1032，并且，氣源包括工藝氣源和隔離氣源，位于隔離區域1032內的隔離進氣口 1042與隔離氣源連通，隔離氣源經由與之連通的隔離進氣口1042向環形空間1030提供不與工藝氣體反應的隔離氣體，該隔離氣體形成環繞在各個工藝區域1031周圍的氣墻，氣墻將環形空間1030劃分形成多個子空間，隔離氣體包括氮氣或氬氣；換言之，對應于每個工藝區域1031，相鄰的兩個氣墻、位于這兩個氣墻之間的環形凹部103的內外側壁、氣體分配板101的下表面及環形凹部103的底面形成相對封閉的子空間；位于各個工藝區域內的工藝進氣口 1041與工藝氣源連通，工藝氣源經由與之連通的工藝進氣口 1041向各個子空間內提供相應工序所需的氣體，以實現各個子空間可以同時對相應的基片S進行不同的工序。
[0038]在本實施例中，如圖3D所示，在每個工藝區域所在位置處的子空間內，在基盤102上承載有三個基片S，在利用各個子空間進行相應的工序時，每個子空間能夠同時加工三個基片S，從而可以進一步提高原子層沉積設備的產能，優選地，為了便于裝、卸載基片S，三個基片S沿基盤102的周向間隔且均勻排列。當然，在實際應用中，還可以在每個子空間內放置一個、兩個或四個以上的基片S，其數量可以根據反應腔室10的容積自由調整。
[0039]旋轉驅動機構20用于驅動基盤102相對于氣體分配板101旋轉，以使基盤102帶動置于其上的基片S按工序的先后順序依次置于各個子空間內進行工藝，即，每個基片S自當前工序所在的子空間移動至下一工序所在的子空間。
[0040]通過重復上述兩個過程，即:各個子空間同時對相應的基片S加工單次工藝中的其中一個工序的“加工基片過程”以及旋轉驅動機構20驅動基片S自當前工序所在的子空間移動至下一工序所在的子空間的“旋轉基片過程”，直至每個基片均被逐一置于四個子空間內，并完成單次工藝所要進行的所有工序，可以實現不同工序在同一時間加工多個基片S，從而可以提高工藝效率，進而可以提高產能。
[0041]容易理解，在基盤102的上表面和氣體分配板101的下表面可相對旋轉地配合，優選地，在二者之間設置有動密封件，用以在工藝過程中以及基盤102相對氣體分配板101旋轉時密封環形空間1030，防止環形空間1030內的氣體泄漏。
[0042]在本實施例中，氣體分配板101的上表面與反應腔室10的頂壁的下表面相互疊置，并且在氣體分配板101的上表面上，且與各個工藝區域相對應的位置處設置有第一凹部106，第一凹部106和與之相對的反應腔室10的頂壁的下表面形成第一勻流空間，并且，位于每個工藝區域1031內的工藝進氣口 1041和與該工藝區域1031相對應的第一勻流空間連通；而且，在氣體分配板101的上表面上，且與隔離區域1032相對應的位置處設置有第二凹部107，第二凹部107和與之相對的反應腔室10的頂壁的下表面形成第二勻流空間，并且，位于隔離區域1032內的隔離進氣口 1042和與該隔離區域1032相對應的第二勻流空間連通。
[0043]在本實施例中，在基盤102的上表面上，且位于未承載基片S的區域設置有多個出氣口 113，并且，在所有出氣口 113中，位于隔離區域1032內的隔離出氣口 1132用于將該隔離區域內的隔離氣體通入反應腔室10內；位于工藝區域1031內的工藝出氣口 1131用于將子空間內的工藝氣體通入反應腔室10內。而且，在反應腔室10的腔室底壁上設置有排氣通道114，用以將反應腔室10內的氣體排出。
[0044]作為一種可實施方式，反應腔室10的腔室底壁上設置的排氣通道114與一真空裝置連接，用于在工藝過程中持續抽出排放到反應腔室10內的氣體。
[0045]在本實施例中，在反應腔室10的頂壁上設置有貫穿其厚度的多個通孔111，并且在所有通孔111中，位置與工藝區域1031相對應的通孔111的兩端分別與工藝氣源和第一勻流空間連通；位置與隔離區域1032相對應的通孔111的兩端分別與隔離氣源和第二勻流空間連通。
[0046]在進行工藝的過程中，由隔離氣源提供的隔離氣體經由位置與各個隔離區域1032相對應的通孔1112流入相應的第二勻流空間內，并經由位于各個隔離區域1032內的隔離進氣口 1042流入環形空間1030內，在此過程中，隔離氣體在環形空間1030內，且在位于相鄰的兩個工藝區域之間形成氣墻；然后，隔離氣體經由位于各個隔離區域1032內的出氣口1132排入反應腔室10內；最后經由排氣通道114排出反應腔室10。
[0047]由工藝氣源提供的工藝氣體經由位置與各個工藝區域1031相對應的通孔1111流入相應的第一勻流空間內，并經由位于各個工藝區域1031內的進氣口 1041流入環形空間1030內；流入環形空間1030內的工藝氣體位于相鄰的兩個由隔離氣體形成的氣墻之間，即，位于各個子空間內，并與置于該子空間內的基盤102上的基片S發生反應；然后，反應后的廢氣以及未反應的工藝氣體經由位于各個工藝區域1031內的出氣口 1131排入反應腔室10內；最后經由排氣通道114排出反應腔室10。
[0048]在實際應用中，可以在基盤102的上表面上，且在環形凹部103的外側和內側分別設置有與環形凹部103互為同心圓環的兩個環形凹部(1101，1102)，如圖4A和圖4B所示，這兩個環形凹部(1101，1102)和與之相對的氣體分配板101的下表面形成分別位于環形凹部103的外側和內側的兩個環形隔離空間；而且，在氣體分配板101的下表面上，且位于/對應該環形隔離空間內設置有進氣口，并且進氣口與隔離氣源連通，以及在兩個環形凹部(1101，1102)的底面上設置有貫穿其厚度的多個出氣口 1132，出氣口 1132用以將兩個環形隔離空間與反應腔室10相連通。
[0049]而且，對應地分別在氣體分配板101的上表面設置第三凹部，該第三凹部和與之相對的反應腔室10的頂壁的下表面形成第三勻流空間，并且，在反應腔室10的頂壁上，且位于第三勻流空間內設置有通孔111，該通孔111的兩端分別與隔離氣源和第三勻流空間連通。在進行工藝的過程中，由隔離氣源提供的隔離氣體經由上述通孔111流入相應的第三勻流空間內，并經由位于環形隔離空間內的進氣口流入環形隔離空間內；然后，隔離氣體經由位于環形隔離空間內的出氣口 1132排入反應腔室10內；最后經由排氣通道114排出反應腔室10。在此過程中，環形隔離空間內的隔離氣體會在基盤102的上表面與氣體分配板101的下表面之間的密封失效時，起到二次密封的作用，以防止工藝氣體的泄漏，從而可以提高工藝的穩定性。
[0050]門閥12設置在裝卸腔室11與反應腔室10之間，用以使裝卸腔室11與反應腔室10相互連通或隔離；并且在裝卸腔室11內設置有機械手13，機械手13用于將未加工的基片S經由門閥12傳輸至相應的子空間內，以及，將完成所有工序的基片S自相應的子空間內經由門閥12傳輸至裝卸腔室11。在本實施例中，機械手13采用雙層機械手，其中，上層機械手可用于將完成所有工序的基片S自相應的子空間內卸載至裝卸腔室11內，下層機械手可用于將未加工的基片S自裝卸腔室11裝載至相應的子空間內，這可以在一定程度上縮短裝載和卸載基片S的時間，從而可以進一步提高工藝效率。當然，在實際應用中，還可以僅設置單層機械手，其同樣可以完成對基片S的裝載和卸載。
[0051]此外，為了實現將基盤102可相對于氣體分配板101旋轉地設置在反應腔室10內，反應腔室10還包括支撐部件，用以將基盤102與旋轉驅動機構的驅動軸連接，并對基盤102進行支撐。
[0052]下面結合圖5針對基片S完成單次工藝的所有工序的過程進行詳細描述。具體地，在本實施例中，原子層沉積設備的單次工藝流程包括工藝過程、旋轉過程和裝卸過程。其中，工藝過程按工序的先后順序依次包括以下四個工序，即:
[0053]工序A，向子空間PM-A通入反應源A氣體，以在基片S表面沉積反應源A薄膜；
[0054]工序B，向子空間PM-B通入吹掃氣體，以吹掃基片S表面；
[0055]工序C，向子空間PM-C通入反應源B氣體，反應源B氣體與反應源A薄膜發生反應，以在基片S表面上形成一個原子層厚度的薄膜；
[0056]工序D，向子空間PM-D通入吹掃氣體，以吹掃基片S表面。
[0057]并且，在進行上述四個工序的整個過程中，同時向環形空間1030通入隔離氣體，以形成可將該環形空間1030劃分為四個子空間(PM-A，PM-B, PM-C, PM-D)的氣墻。
[0058]在上述四個子空間(PM-A，PM-B, PM-C, PM-D)同時對應完成一次上述四個工序(A，B，C，D)之后，并在同時進行下一次四個工序之前，進行旋轉過程。該旋轉過程的具體流程為:借助旋轉驅動機構20驅動基盤102順時針旋轉90°，以使基盤102帶動置于其上的基片S順時針旋轉90°，此時基片S由當前工序的工藝區域旋轉至下一工序的工藝區域，例如，若四個基片S中的其中一個原先位于子空間PM-A所對應的工藝區域處，則其在順時針旋轉90°之后，位于子空間PM-B所對應的工藝區域處。
[0059]裝卸過程包括裝載工序和卸載工序，即:
[0060]卸載工序，在完成上述工藝旋轉工序之后，若位于與卸載機械手131相對應的工藝區域處的子空間(如圖5中子空間PM-D)內的基片S已完成單次工藝中的所有的工序，則借助卸載機械手131將該子空間內的所有基片S逐一經由門閥11傳送至卸載腔室11內。容易理解，在逐一卸載基片S的過程中，需要旋轉驅動機構20與機械手131配合使用，SP，在卸載機械手131將子空間內、位置與卸載機械手131相對應的基片S卸載之后，旋轉驅動機構20驅動基盤102旋轉，以使該子空間內的下一基片S的位置與卸載機械手131的位置相對應；循環該過程，直至完成該子空間內的所有基片S的卸載。
[0061]裝載工序，在完成上述卸載工序之后，位于與裝載機械手132相對應的工藝區域處的子空間(如圖5中子空間PM-A)處于空置狀態。借助裝載機械手132逐一將未加工的基片S自卸載腔室11傳送至該子空間內，由于其傳送方式與上述卸載工序中旋轉驅動機構20與卸載機械手131配合使用的方式相類似，在此不再重復描述。
[0062]需要說明的是，在本實施例中，在基盤102的上表面上形成環形凹部103，但是，本發明并不局限于此，在實際應用中，也可以在氣體分配板101的下表面形成環形凹部103，或者，還可以對應地分別在基盤102的上表面和氣體分配板101的下表面上形成兩個環形凹部103，且二者在基盤的上表面和氣體分配板的下表面相互疊置時形成環形空間1030。此外，可以根據具體情況設定基盤102和/或氣體分配板101上的環形凹部的深度，以調整環形空間1030的容積。
[0063]還需要說明的是，在實際應用中，反應腔室還可以包括升降驅動機構，用以驅動基盤102作升降運動，以使基盤102的上表面與氣體分配板101的下表面相互接觸或分離。在這種情況下，可以在上述旋轉過程中增加上升工序和下降工序，即:
[0064]下降工序，在各個子空間同時完成單次工藝過程中的相應工序之后，并在同時進行下一工序之前，借助升降驅動機構驅動基盤102下降，以使基盤102的上表面和氣體分配板101的下表面相互分離。
[0065]旋轉工序，借助旋轉驅動機構20驅動基盤102順時針或逆時針旋轉相應角度，以使基盤102帶動置于其上的基片S旋轉，此時基片S由當前工序的工藝區域旋轉至下一工序的工藝區域。
[0066]上升工序，借助升降驅動機構驅動基盤102上升，以使基盤102的上表面和氣體分配板101的下表面相互接觸，以使二者之間形成封閉的環形空間1030。
[0067]容易理解，在上述情況下，由于基盤102的上表面和氣體分配板101的下表面之間不會產生相對旋轉，因而二者無需可相對旋轉地配合。此外，優選地，在基盤102的上表面上和/或氣體分配板101的下表面上設置有密封件，以在基盤102的上表面和氣體分配板101的下表面相互疊置時對環形空間1030進行密封，從而可以防止工藝氣體或者隔離氣體的泄漏。
[0068]進一步需要說明的是，在本實施例中，子空間的數量為四個，但是本發明并不局限于此，在實際應用中，子空間的數量還可以為上述工藝過程中工序A和工序C的數量之和的偶數倍。
[0069]另外需要說明的是，在實際應用中，如圖6A、6B和6C所示，可以在氣體分配板101的下表面上，且環繞/對應環繞環形空間1030的位置，設置有多個輔助進氣口 1043，輔助進氣口 1043和隔離進氣口 1042所在的部分環形空間1030形成隔離區域1032，位于隔離區域1032內的輔助進氣口 1043和隔離進氣口 1042均與隔離氣源連通，在這種情況下，由隔離氣源提供的隔離氣體經由位于各個隔離區域1032的隔離進氣口 1042和，輔助進氣口 1043在環形空間1030內形成環繞在各個工藝區域周圍的氣墻，該氣墻將環形空間1030劃分形成封閉的各個子空間，換言之，每個子空間由環繞在該子空間所在的工藝區域四周的氣墻、位于該氣墻內的氣體分配板101的下表面及環形凹部103的底面形成。容易理解，由于隔離區域1032與工藝區域1031的劃分方式發生改變，因而應相應地改變形成第二勻流空間的第二凹部107、位于隔離區域1032內的隔離出氣口 1042以及位于隔離區域1032相對應的通孔1112的設置方式，以使隔離氣體能夠經由通孔1112、第二勻流空間和進氣口 1042流入環形空間1030內，并在每個工藝區域的四周形成氣墻；然后，隔離氣體經由隔離出氣口1132流入反應腔室10內。
[0070]容易理解，由于隔離氣體在各個工藝區域的四周形成氣墻，這使得在基盤102的上表面和氣體分配板101之間的密封失效時，可以借助該氣墻對環形空間1030起到二次密封的作用，以防止工藝氣體的泄漏，從而可以提高工藝的穩定性。而且，在這種情況下，可以省去在基盤102的上表面上，且在環形凹部103的外側和內側分別設置的互為同心圓環的兩個環形凹部(1101，1102)，從而不僅可以減小原子層沉積設備的體積，而且可以簡化原子層沉積設備的結構。
[0071]可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發明并不局限于此。對于本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發明的原理和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種原子層沉積設備，包括反應腔室和氣源，其特征在于，所述反應腔室包括氣體分配板、基盤和旋轉驅動機構，其中: 所述氣體分配板設置在所述反應腔室內的頂部，用于對來自所述氣源的氣體向所述反應腔室內的各個區域流動的流量進行分配； 所述基盤設置在所述反應腔室內，用以承載基片，且所述基盤的上表面與所述氣體分配板的下表面相互疊置，且在二者之間形成有沿反應腔室的周向間隔且均勻分布的多個子空間，所述多個子空間按工序的先后順序排列，每個所述子空間用于對基片完成單次工藝中的其中一個工序； 所述旋轉驅動機構，用于驅動所述基盤相對于所述氣體分配板旋轉，以使所述基盤帶動置于其上的所有基片按工序的先后順序依次置于各個所述子空間內進行工藝。
2.根據權利要求1所述的原子層沉積設備，其特征在于，所述基盤的上表面和/或所述氣體分配板的下表面設置有沿所述基盤的軸向環繞的環形凹部，用以使所述基盤的上表面與所述氣體分配板的下表面之間形成環形空間； 所述氣體分配板的下表面上，且位于/對應所述環形空間內的位置均勻分布有多個工藝進氣口和隔離進氣口，其中，多個所述隔離進氣口沿反應腔室的周向間隔且均勻設置，用以將多個所述工藝進氣口分為沿反應腔室的周向間隔且均勻設置的多組，每組工藝進氣口所在的部分環形空間形成工藝區域；且所述氣體分配板的下表面上，且環繞/對應環繞所述環形空間的位置，設置有多個輔助進氣口，所述輔助進氣口和所述隔離進氣口所在的部分環形空間形成隔離區域；并且 所述氣源包括隔離氣源和工藝氣源，位于隔離區域內的所述輔助進氣口和所述隔離進氣口均與所述隔離氣源連通，所述隔離氣源經由與之連通的所述輔助進氣口和隔離進氣口向所述環形空間提供不與所述工藝氣體反應的隔離氣體，該隔離氣體形成環繞在各個工藝區域周圍的氣墻，所述氣墻將所述環形空間劃分形成多個所述子空間； 位于各個工藝區域內的工藝進氣口與所述工藝氣源連通，所述工藝氣源經由與之連通的工藝進氣口向各個所述子空間內提供相應工序所需的氣體。
3.根據權利要求1所述的原子層沉積設備，其特征在于，在所述基盤的上表面和/或所述氣體分配板的下表面形成有沿所述基盤的軸向環繞的環形凹部，用以使所述基盤的上表面與所述氣體分配板的下表面之間形成一環形空間； 在所述氣體分配板的下表面上，位于/對應所述環形空間內均勻分布有多個工藝進氣口和隔離進氣口，其中，所述隔離進氣口沿反應腔室的周向間隔且均勻設置，用以將多個所述工藝進氣口分為沿反應腔室的周向間隔且均勻設置的多組；每組工藝進氣口所在的部分環形空間形成工藝區域；且所述隔離進氣口所在的部分環形空間形成隔離區域；并且 所述氣源包括隔離氣源和工藝氣源，位于隔離區域內的隔離進氣口與所述隔離氣源連通；所述隔離氣源經由與之連通的隔離進氣口向所述環形空間內提供不與所述工藝氣體反應的隔離氣體，該隔離氣體在所述環形空間內形成位于相鄰的兩個所述工藝區域之間的氣墻，所述氣墻將所述環形空間劃分形成封閉的多個所述子空間； 位于各個工藝區域內的工藝進氣口與所述工藝氣源連通，所述工藝氣源經由與之連通的工藝進氣口向各個所述子空間內提供相應工序所需的工藝氣體。
4.根據權利要求2或3所述的原子層沉積設備，其特征在于，所述基盤的上表面和所述氣體分配板的下表面可相對旋轉地配合，且在二者之間設置有動密封件，用以密封所述環形空間。
5.根據權利要求2或3所述的原子層沉積設備，其特征在于，所述氣體分配板的上表面與所述反應腔室的頂壁的下表面相互疊置，并且在所述氣體分配板的上表面上，且與各個所述工藝區域相對應的位置處設置有第一凹部，所述第一凹部和與之相對的所述反應腔室的頂壁的下表面形成第一勻流空間，并且，位于每個所述工藝區域內的工藝進氣口和與該工藝區域相對應的所述第一勻流空間連通； 在所述氣體分配板的上表面上，且與所述隔離區域相對應的位置處設置有第二凹部，所述第二凹部和與之相對的所述反應腔室的頂壁的下表面形成第二勻流空間，并且，位于所述隔離區域內的隔離進氣口和與該隔離區域相對應的所述第二勻流空間連通。
6.根據權利要求2或3所述的原子層沉積設備，其特征在于，在所述基盤的上表面上，且位于未承載所述基片的區域設置有多個出氣口，并且，在所有所述出氣口中，位于所述隔離區域內的所述隔離出氣口用于將該隔離區域內的隔離氣體排入所述反應腔室內；位于所述工藝區域的所述工藝出氣口用于將所述子空間內的工藝氣體排入所述反應腔室內；并且 在所述反應腔室的腔室壁上設置有排氣通道，用以將所述反應腔室內的氣體排出。
7.根據權利要求1所述的原子層沉積設備，其特征在于，所述反應腔室還包括升降驅動機構，所述升降驅動機構用于驅動所述基盤上升或者下降，以使所述基盤的上表面和所述氣體分配板的下表面相互疊置或者分離；并且 所述旋轉驅動機構在所述基盤和所述氣體分配板相互分離時，驅動所述基盤相對于所述氣體分配板旋轉，并帶動置于所述基盤上的所有所述基片沿所述基盤的周向旋轉，以使每個所述基片自當前工序所在的子空間移動至下一工序所在的子空間。
8.根據權利要求7所述的原子層沉積設備，其特征在于，在所述基盤的上表面上和/或所述氣體分配板的下表面上設置有密封件，以在所述基盤的上表面和所述氣體分配板的下表面相互疊置時對各個所述子腔室進行密封。
9.根據權利要求1所述的原子層沉積設備，其特征在于，所述原子層沉積設備還包括裝卸腔室和門閥，其中 所述門閥設置在所述裝卸腔室與所述反應腔室之間，用于連通或隔離所述裝卸腔室和反應腔室； 在所述裝卸腔室內設置有機械手，所述機械手用于將未加工的所述基片經由所述門閥傳輸至所述基盤上的與相應工藝區域相對應的位置處，以及，將完成所有工序的所述基片自所述基盤上經由所述門閥傳輸至所述裝卸腔室。
10.根據權利要求2或3所述的原子層沉積設備，所述隔離氣體包括氮氣或氬氣。
【文檔編號】C23C16/455GK104342637SQ201310319730
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年7月26日 優先權日:2013年7月26日
【發明者】南建輝, 宋巧麗, 李強, 王寶全, 蘇曉峰 申請人:北京北方微電子基地設備工藝研究中心有限責任公司