具有旋转反应器管的等离子体增强型原子层沉积系统的制作方法

文档序号:12168703阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种用于使用至少第一前驱气体及第二前驱气体执行粒子的等离子体增强原子层沉积(PE-ALD)的系统,其包括:

一腔室,其具有界定一腔室内部的顶部区段及底部区段,该腔室构造成使得该顶部区段及该底部区段具有提供到该腔室内部的通路的一开放位置及其中该腔室内部保持真空的一关闭位置;

一反应器管组件,其相对于该腔室可操作地设置,该反应器管组件包括一反应器管,该反应器管驻留于该腔室内部内且具有一中心轴线、一外表面、一内部、一输入区段、含有所述粒子的一中心区段及包括在该外表面中的至少一个孔隙的一输出区段,该反应器管组件构造成用以绕该中心轴线旋转该反应器管;

一气体供应系统,其包括至少第一前驱气体及第二前驱气体;

一等离子体产生装置,其沿着反应器管的该中心轴线布置在该腔室内部内且邻近该反应器管的该输入区段或至少部分在该反应器管的该输入区段内,该等离子体产生装置具有活动及非活动操作状态,且可操作地连接至该气体供应系统,且构造成用以接收该第一前驱气体及该第二前驱气体中的至少一者,且当在该活动状态中时,自其形成至少一个对应的等离子体,该等离子体自其输出且经由该输入区段至该反应器管的该内部中;及

一真空系统,其在该关闭位置中在该腔室内部中形成该真空,藉此在反应器管的该内部中形成该真空,该真空使该等离子体流经该反应器管的该内部且与其中的所述粒子反应。

2.如权利要求1所述的系统,其中该等离子体产生装置及该反应器管中的至少一者能沿着该中心轴线轴向移动,使得该等离子体产生装置能相对于该反应器管的该输入区段可操作地定位。

3.如权利要求1所述的系统,其中该顶部区段与该底部区段由一铰链机械耦接。

4.如权利要求1所述的系统,其中该反应器管由石英或陶瓷制造。

5.如权利要求2所述的系统,其中该等离子体产生装置由一平移装置可操作地支撑,该平移装置构造成用以至少沿着该反应器管的该中心轴线平移该等离子体产生装置。

6.如权利要求1所述的系统,其中该反应器管组件还包括:

一驱动马达,其驻留于该腔室内部外;

一支撑板,其在该输出区段处支撑该反应器管,及;

一驱动轴,其将该支撑板机械连接至该驱动马达。

7.如权利要求6所述的系统,其中该驱动马达能移动使得该反应器管能沿着该中心轴线平移。

8.如权利要求1所述的系统,还包括至少一个加热装置,该至少一个加热装置可操作地设置成将热量提供至该反应器管中含有的所述粒子。

9.如权利要求1所述的系统,其中该等离子体产生装置包括一中空阳极等离子体源或一中空阴极等离子体源。

10.如权利要求9所述的系统,其中用于该等离子体源的驱动频率在200kHz与15MHz之间。

11.如权利要求1所述的系统,其中该等离子体产生装置包括一电子回旋共振(ECR)等离子体源。

12.如权利要求11所述的系统,其中该ECR等离子体源具有2.4GHz的驱动频率。

13.如权利要求1所述的系统,其中该等离子体产生装置具有大致圆柱形形状,其具有在大约50mm与100mm之间的一轴向长度及在大约20mm至50mm之间的一直径。

14.如权利要求1所述的系统,其中该反应器管具有该输入区段及该输出区段,该输入区段及该输出区段具有一第一直径D1,该中心区段具有一第二直径D2,且其中(1.25)·D1≤D2≤(3)·D1。

15.一种用于涂布粒子的一等离子体增强型原子层沉积(PE-ALD)系统的反应器管组件,其包括:

一反应器管,其具有一中心轴线、近开放端及远开放端、由介电材料制造且具有界定一内部的一外表面的一主体、包括该近开放端的一输入区段、包括彼远开放端的一输出区段、在该输入区段与该输出区段之间且经设定大小以含有所述粒子的一中心区段,其中至少一个孔隙形成于该外表面中该输出区段处;

一支撑板,其可操作地附接至该反应器管的该远开放端;

一驱动马达;及

一驱动轴,其将该驱动马达机械连接至该支撑板,使得当该驱动马达可旋转地驱动该驱动轴时,该反应器管绕其中心轴线旋转。

16.如权利要求15所述的反应器管组件,其中该输入区段及该输出区段具有一第一直径D1,该中心区段具有一第二直径D2,且其中

(1.25)·D1≤D2≤(3)·D1。

17.如权利要求15所述的反应器管组件,还包括在该反应器管的该中心区段中的向内延伸叶片,其中所述叶片构造成用以在该反应器管的旋转期间搅拌所述粒子。

18.如权利要求15所述的反应器管组件,其中该驱动马达能移动使得该反应器管能沿着其中心轴线平移。

19.如权利要求15所述的反应器管组件,还包括:

一等离子体产生装置,其邻近该反应器管的该输入区段或至少部分在该反应器管的该输入区段内可操作地设置,其中该等离子体产生装置具有活动及非活动操作状态,且其中该等离子体产生装置中无活动部分邻近该反应器管的该外表面驻留。

20.如权利要求19所述的反应器管组件,其中该等离子体产生装置构造成用以接收一前驱气体,且i)当该等离子体产生装置在该活动状态中时,自其产生等离子体,且ii)当该等离子体产生装置在该非活动状态中时,在不形成等离子体的情况下传送该前驱气体。

21.一种等离子体增强型原子层沉积(PE-ALD)系统,其包括:

如权利要求19所述的反应器管组件;及

一腔室,其具有界定一腔室内部的顶部区段及底部区段,该腔室构造成使得该顶部区段及该底部区段具有提供到该腔室内部的通路的一开放位置及其中该腔室内部保持真空的关闭位置;且

其中该反应器管组件相对于该腔室可操作地设置使得该反应器管驻留于该腔室内部内,且其中该等离子体产生装置及该反应器管中的至少一者能轴向移动,使得当该腔室在该关闭位置中时,该等离子体产生装置与该反应器管能相对于彼此可操作地安置。

22.如权利要求21所述的等离子体增强型原子层沉积系统,其中当该等离子体产生装置与该反应器管相对于彼此可操作地安置时,该等离子体产生装置的至少一部分驻留于该反应器管的该内部内该输入区段处。

23.一种使用等离子体增强型原子层沉积(PE-ALD)处理粒子的方法,其包括:

a)将所述粒子提供至一反应器管的内部,该反应器管具有一中心轴线、近开放端及远开放端、由介电材料制造且具有界定该内部的一外表面的一主体、包括该近开放端的一输入区段、包括由一支撑板关闭的一远开放端的一输出区段、在该输入区段与该输出区段之间且经设定大小以含有所述粒子且比该输入区段及该输出区段宽的一中心区段,其中至少一个孔隙形成于该外表面中该输出区段处;

b)在该反应器管的该内部内形成真空;

c)旋转该反应器管;

d)使用紧邻该反应器管的所述输入区段或至少部分在该反应器管的所述输入区段内可操作地安置的一等离子体产生装置自一第一前驱气体产生一第一等离子体,其中该等离子体产生装置中无活动部分邻近该外表面驻留;及

e)使该第一等离子体自该输入区段流经该反应器管的所述内部而至该输出区段,其中该第一等离子体引起在所述粒子中的每一者上的一第一化学反应,其中该第一等离子体经由该输出区段中的所述至少一个孔隙退出该反应器管的所述内部。

24.如权利要求23所述的方法,其中该输入区段及该输出区段具有一第一直径,且该中心区段具有在范围(1.25)·D1≤D2≤(3)·D1中的一第二直径。

25.如权利要求24所述的方法,还包括:

f)冲洗该反应器管的所述内部;及

g)使一第二前驱气体流经该等离子体产生装置,包括以下操作中的任一者:

i)不启动该等离子体产生装置使得该第二前驱气体流动至该反应器管的所述内部中且引起在所述粒子上的一第二化学反应以形成涂层,或

ii)启动该等离子体产生装置使得一第二等离子体自该第二前驱气体形成且流动至该反应器管的所述内部中且引起一第三化学反应。

26.如权利要求25所述的方法,还包括依序重复动作d)至g)以产生一PE-ALD膜。

27.如权利要求25所述的方法,还包括交替地形成第一涂层与第二涂层以在所述粒子中的每一者上界定一PE-ALD膜,其中该PE-ALD膜由该第二涂层的多个层组成。

28.如权利要求24所述的方法,还包括:

f)冲洗该反应器管的所述内部;及

g)将该第二前驱气体提供至该反应器管的所述内部,而不使该第二前驱气体流经该等离子体产生装置,其中该第二前驱气体流动至该反应器管的所述内部中,且引起在所述粒子上的一第二化学反应以形成涂层。

29.一种使用等离子体增强型原子层沉积(PE-ALD)处理粒子的方法,其包括:

a)将所述粒子提供至一反应器管的内部,该反应器管具有一中心轴线、近开放端及远开放端、由介电材料制造且具有界定该内部的一外表面的一主体、包括该近开放端的一输入区段、包括由一支撑板关闭的所述远开放端的一输出区段、在该输入区段与该输出区段之间且经设定大小以含有所述粒子且比该输入区段及该输出区段宽的一中心区段,其中至少一个孔隙形成于该外表面中该输出区段处;

b)在该反应器管的所述内部内形成真空;

c)旋转该反应器管;

d)紧邻该反应器管的所述输入区段或至少部分在该反应器管的所述输入区段内可操作地设置一等离子体产生装置,其中该等离子体产生装置中无活动部分邻近该外表面驻留,其中该等离子体产生装置具有自一第一前驱气体产生一等离子体的一活动状态,及允许一第一前驱气体流经该等离子体产生装置而不被转换至一等离子体的一非活动状态;

e)使该第一前驱气体流经在该非活动状态中的所述等离子体产生装置,且自该输入区段流动至该反应器管的所述内部中,至该输出区段,其中该第一前驱气体引起在所述粒子中的每一者上的一第一化学反应且在其中形成一第一涂层,其中该第一前驱气体经由该输出区段中的所述至少一个孔隙退出该反应器管的所述内部;

f)自该反应器管的所述内部冲洗该第一前驱气体;及

g)当在该活动状态中时使一第二前驱气体流经该等离子体产生装置以形成一等离子体,其中该等离子体与所述粒子上的所述第一涂层化学反应以形成一第二涂层,其中该第一等离子体经由该输出区段中的所述至少一个孔隙退出该反应器管的所述内部。

30.如权利要求29所述的方法,其中该等离子体包括氧自由基。

31.如权利要求29所述的方法,其中该等离子体包括氮自由基。

32.如权利要求29所述的方法,其中该等离子体产生装置包括一中空阴极等离子体源或一中空阳极等离子体源。

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