[发明专利]一种在线原子层沉积装置和沉积方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种原子层沉积装置，特别涉及一种在线原子层沉积装置和沉积方法。

背景技术

原子层沉积装置进行ALD反应的方法为：在一定温度下，向反应腔室中通入第一种反应前驱物使前驱物分子吸附在基板表面上形成活性剂；当前驱物的吸附达到饱和状态时，除去反应腔室中的第一种前驱物及副产物；通入第二种反应前驱物，第二种前驱物与已吸附在基板表面的活性剂即第一种前驱物发生化学反应，在基板表面生成所要制备的薄膜的单分子层并释放气态的副产物；除去反应腔室中的第二种前驱物及副产物。依次类推，通过两种或两种以上的气态前驱物交替注入反应腔室，在被加工的基板表面形成交替饱和的表面反应，从而实现原子层沉积。通过选择不同数目的生长周期可以制备不同厚度的薄膜。

一般的批处理原子层沉积装置，反应前基板被装卸元件装载于基板承载装置。该基板承载装置由机械手或其他类似装置装载于数个低压或常压反应腔室中。不同反应腔室内的基板将被同步地、顺序地或连续地施加气体前驱物。当一批基板在一个或一个以上反应腔室内被同时加工时，另一个反应腔室内的一批基板被装载入或卸载出反应腔室。在上述装置中需要相对复杂的基板装卸元件和基板承载装置，为基板的连续装载和进料带来了不便。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何提供一种原子层沉积装置及沉积方法，用于解决装载元件和基板承载装置复杂的问题，并能够以批处理的方式实现基板表面的原子层沉积。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种在线原子层沉积装置，包括基板送料系统、加工腔室、前驱物送料系统、至少一个装卸元件、提升元件、控制与检测系统和排气系统，其中所述基板送料系统将基板送入所述加工腔室中，所述前驱物送料系统设置在加工腔室的侧面，所述装卸元件设置于加工腔室的进、出口位置，所述提升元件设置在所述加工腔室的正下方，通过加工腔室上的开槽与基板承载装置接触，所述控制与检测系统和排气系统分别与加工腔室连接。

更好地，所述加工腔室包括：预热腔室、至少一个反应腔室和冷却腔室；所述预热腔室、所述反应腔室和所述冷却腔室依序连接。

更好地，所述预热腔室、反应腔室和冷却腔室都包括一个与腔室本体分离的上盖，该上盖分别与预热腔室本体、反应腔室本体和冷却腔室本体采用螺栓固定连接，所述上盖上开设有气体扩散口，并且所述上盖中间设有开槽，用于放置加热元件。

更好地，所述基板送料系统包括开有凹槽的传送带，传送带驱动机构及其附属机构，用以装载基板承载装置并使其随传送带而移动。

更好地，所述装卸元件包括一个自动控制系统、至少一个移动元件和至少一个基板承载装置，所述板承载装置上开有供放置基板用的凹槽，使基板可以在基板承载装置上呈矩阵式排布，用以容纳一个及一个以上的基板。

更好地，所述前驱物送料系统包括至少一个前驱物源容器及冲洗气体源容器。

更好地，所述在线原子层沉积装置还包括：加热系统，所述加热系统包括至少一个加热元件。

更好地，控制与检测系统，用以控制装卸元件、基板送料系统、前驱物送料系统和加热系统的动作，并实时检测基板的ALD反应状态。

本发明还提供一种使用上述任意一项权利要求所述的沉积装置进行在线原子层的沉积方法，所述方法包括步骤：

预热步骤：将所述基板通过所述基板送料系统送人预热腔室中，以热空气为介质对所述基板进行预热；

反应步骤：向所述反应腔室内同步地交替通入不同的前驱物和冲洗气体，在所述基板表面进行ALD反应

冷却步骤：将所述基板送入冷却腔室中，通入惰性气体将所述基板冷却到室温。

更好地，在反应步骤中，所述基板在顺序排列的至少一个反应腔室中进行多次ALD反应。

(三)有益效果