[发明专利]一种模块化旋转式空间原子层沉积系统

说明书

本发明涉及空间原子层沉积技术领域，提供了一种模块化旋转式空间原子层沉积系统，包括：第一壳体，第一壳体是由多个相同的可拆卸相连的单元腔室组合而成的环形结构，每个单元腔室内均间隔设有多个隔断以将单元腔室分割成多个功能区域腔；多段传动导轨，多段传动导轨上设有多个用于放置晶圆的托盘，多个托盘一一对应地与多个单元腔室相对应，每一段传动导轨设置在第一壳体内的每一个单元腔室中，当单元腔室组合成第一壳体时，多段传动导轨形成闭环，以使多个托盘在多个单元腔室内循环移动；通过将第一壳体设置成环形结构，具有空间紧凑，本系统可以将系统配件放置在环形中央，利于产线布局。

技术领域

本发明涉及空间原子层沉积技术领域，具体涉及一种模块化旋转式空间原子层沉积系统。

背景技术

原子层沉积(atomic layer deposition，ALD)技术，是一种基于顺序性的、表面自饱和反应的化学气相薄膜沉积技术。其与传统的化学气相沉积(chemical vapordeposition，CVD)技术相比，ALD具有膜层致密、均匀度高、台阶覆盖率高等优势，在显示、半导体、微电子、能源等领域受到广泛关注。随着适应不同领域应用的ALD技术的发展，其逐步从基础研究阶段进入到实际应用阶段。原子层沉积循环过程(reaction cycle)由A、B两个半反应(half cycle)组成，一个cycle分四个步骤进行：1)前驱体A脉冲进入反应腔室，在基板表面进行吸附反应；2)惰气吹扫多余的前驱体A及反应副产物；3)前驱体B脉冲进入反应腔室，在步骤1反应后的基板表面进行吸附反应；4)惰气吹扫多余的前驱体B及反应副产物，然后依次循环从而实现薄膜在基板表面逐层生长这一沉积过程。但因ALD每次沉积只能实现自限性单原子层的生长，薄膜沉积速率非常慢，导致目前ALD的应用大都集中在高端半导体芯片制程领域。

空间原子层沉积(spatial ALD，SALD)技术是为了提升沉积速率而出现的一种新型ALD技术。相较于普通ALD以时间顺序进行反应循环，SALD以空间位置顺序进行反应循环，不同前驱体在相互隔绝的不同位置连续通入，使得A、B两个半反应在反应室的不同位置连续交替进行。SALD的沉积时间取决于基板通过不同反应位置所需的时间，其远远低于完成传统ALD反应循环所需的累计时间。这种以空间换时间的方式能够大幅提升沉积速率，是大多数工业应用的首选方案。

在SALD领域，有不少厂商已经开发出了相应的工业级产品，例如芬兰Beneq公司的卷对卷WCS-600SALD设备，可以针对薄膜卷材(如PET)进行最高10米/秒的连续沉积。对于片材(如晶圆、玻璃基板等)，SALD设备大多分为三种：线性、单片旋转、多片旋转。线性SALD设备目前已经应用在PERC太阳能电池的制造工艺流程中，代表性产品如江苏微导的HY4000系统，其标称硅片处理能力为4000片/小时(在沉积10nm的氧化铝条件下)。

另一种更常见的旋转式SALD是多片旋转，美国应用材料公司、日本毅力科创、台积电等公司在其各自公开的多篇专利中详细描述了该类设备的构造。举例而言，美国应用材料公司在中国专利申请CN104054158A中提出一种由多个气体分配组件组成的处理腔室，该腔室配备有能够搭载基板载具的旋转轨道，以供基板在不同气体分配组件间旋转移动，从而实现空间原子层沉积。又如，台积电在中国专利CN106887398B中披露了一种半导体制造设备，其包含制程腔、晶圆座、输送不同化学物质不同反应区的输送机构以及隔离不同化学反应区的气缘机构。多个半导体晶圆通过真空吸盘固定在晶圆座上，当晶圆座整体旋转时，晶圆随之在不同反应区之间转动，实现空间原子层沉积。

尽管线性、单片旋转、多片旋转的SALD都能够大幅提升沉积速率，满足量产需要，但还是有各自相应的问题，例如：线性设备的狭长型布局占地面积大，不利于产线布局；单片选择设备效率不高，不能同时处理多个晶圆基板；多片旋转设备结构复杂，一体化设计导致维修成本高，设备离线时间不可控，且一体化结构设计的扩展性差，不利于设备升级改造。

因此，研发一种模块化旋转式空间原子层沉积系统，用于解决上述至少一种技术问题成为一种必需。

发明内容