[發明專利]一種模塊化旋轉式空間原子層沉積系統

在審

• 申請號: 202110550084.6
• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113174589A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 張雨晴
• 申請（專利權）人: 北京態銳儀器科技有限公司
• 主分類號: C23C16/455
• 分類號: C23C16/455
• 代理公司: 北京智丞瀚方知識產權代理有限公司 11810
• 代理人: 秦全

本發明涉及空間原子層沉積技術領域，提供了一種模塊化旋轉式空間原子層沉積系統，包括：第一殼體，第一殼體是由多個相同的可拆卸相連的單元腔室組合而成的環形結構，每個單元腔室內均間隔設有多個隔斷以將單元腔室分割成多個功能區域腔；多段傳動導軌，多段傳動導軌上設有多個用于放置晶圓的托盤，多個托盤一一對應地與多個單元腔室相對應，每一段傳動導軌設置在第一殼體內的每一個單元腔室中，當單元腔室組合成第一殼體時，多段傳動導軌形成閉環，以使多個托盤在多個單元腔室內循環移動；通過將第一殼體設置成環形結構，具有空間緊湊，本系統可以將系統配件放置在環形中央，利于產線布局。

技術領域

本發明涉及空間原子層沉積技術領域，具體涉及一種模塊化旋轉式空間原子層沉積系統。

背景技術

原子層沉積(atomic layer deposition，ALD)技術，是一種基于順序性的、表面自飽和反應的化學氣相薄膜沉積技術。其與傳統的化學氣相沉積(chemical vapordeposition，CVD)技術相比，ALD具有膜層致密、均勻度高、臺階覆蓋率高等優勢，在顯示、半導體、微電子、能源等領域受到廣泛關注。隨著適應不同領域應用的ALD技術的發展，其逐步從基礎研究階段進入到實際應用階段。原子層沉積循環過程(reaction cycle)由A、B兩個半反應(half cycle)組成，一個cycle分四個步驟進行：1)前驅體A脈沖進入反應腔室，在基板表面進行吸附反應；2)惰氣吹掃多余的前驅體A及反應副產物；3)前驅體B脈沖進入反應腔室，在步驟1反應后的基板表面進行吸附反應；4)惰氣吹掃多余的前驅體B及反應副產物，然后依次循環從而實現薄膜在基板表面逐層生長這一沉積過程。但因ALD每次沉積只能實現自限性單原子層的生長，薄膜沉積速率非常慢，導致目前ALD的應用大都集中在高端半導體芯片制程領域。

空間原子層沉積(spatial ALD，SALD)技術是為了提升沉積速率而出現的一種新型ALD技術。相較于普通ALD以時間順序進行反應循環，SALD以空間位置順序進行反應循環，不同前驅體在相互隔絕的不同位置連續通入，使得A、B兩個半反應在反應室的不同位置連續交替進行。SALD的沉積時間取決于基板通過不同反應位置所需的時間，其遠遠低于完成傳統ALD反應循環所需的累計時間。這種以空間換時間的方式能夠大幅提升沉積速率，是大多數工業應用的首選方案。

在SALD領域，有不少廠商已經開發出了相應的工業級產品，例如芬蘭Beneq公司的卷對卷WCS-600SALD設備，可以針對薄膜卷材(如PET)進行最高10米/秒的連續沉積。對于片材(如晶圓、玻璃基板等)，SALD設備大多分為三種：線性、單片旋轉、多片旋轉。線性SALD設備目前已經應用在PERC太陽能電池的制造工藝流程中，代表性產品如江蘇微導的HY4000系統，其標稱硅片處理能力為4000片/小時(在沉積10nm的氧化鋁條件下)。

另一種更常見的旋轉式SALD是多片旋轉，美國應用材料公司、日本毅力科創、臺積電等公司在其各自公開的多篇專利中詳細描述了該類設備的構造。舉例而言，美國應用材料公司在中國專利申請CN104054158A中提出一種由多個氣體分配組件組成的處理腔室，該腔室配備有能夠搭載基板載具的旋轉軌道，以供基板在不同氣體分配組件間旋轉移動，從而實現空間原子層沉積。又如，臺積電在中國專利CN106887398B中披露了一種半導體制造設備，其包含制程腔、晶圓座、輸送不同化學物質不同反應區的輸送機構以及隔離不同化學反應區的氣緣機構。多個半導體晶圓通過真空吸盤固定在晶圓座上，當晶圓座整體旋轉時，晶圓隨之在不同反應區之間轉動，實現空間原子層沉積。

盡管線性、單片旋轉、多片旋轉的SALD都能夠大幅提升沉積速率，滿足量產需要，但還是有各自相應的問題，例如：線性設備的狹長型布局占地面積大，不利于產線布局；單片選擇設備效率不高，不能同時處理多個晶圓基板；多片旋轉設備結構復雜，一體化設計導致維修成本高，設備離線時間不可控，且一體化結構設計的擴展性差，不利于設備升級改造。

因此，研發一種模塊化旋轉式空間原子層沉積系統，用于解決上述至少一種技術問題成為一種必需。

發明內容