涂覆基材的方法和装置与流程

本发明涉及一种涂覆基材的方法，并且更具体地涉及如独立权利要求1中限定的方法。

本发明也涉及一种用于涂覆基材的装置，并且更具体地涉及如独立权利要求8中限定的装置。

背景技术：

原子层沉积(ald)通常在反应室内在真空条件下进行。首先将一个或多个基材装载到反应室内，然后将反应室抽空成真空，且将反应室内部的反应空间加热到处理温度。然后通过交替地且重复地将至少第一气态前体和第二气态前体供应到反应室内来进行原子层沉积以便在基材的表面上提供具有期望厚度的涂覆层。一个完整ald循环——在该ald循环中将第一前体和第二前体供应到反应室内——包括：将一脉冲的第一前体供应到反应室内，从反应室中清除第一前体，将一脉冲的第二前体供应到反应室内，以及从反应室中清除第二前体。清除前体可以包括将前体材料从反应室中排出，将吹扫气体、诸如氮气、供应到反应室内以及将吹扫气体排出。当达到期望数目的ald循环并且因此达到期望的涂覆层厚度时，泄放反应室中的真空并且从反应室中卸载基材。然后对下一个基材重复相同的过程。

可以通过将等离子体应用于沉积循环来修改ald工艺，这被称为等离子体增强ald(peald)。在等离子体辅助的ald期间使用的典型等离子体是在o2、n2、h2或co2反应气体或其组合中生成的等离子体。在peald中，将通过ald涂覆或处理的表面暴露于在反应步骤(＝一个ald半循环)期间由反应气体或气体混合物的等离子体生成的物质。等离子体可以是以电容性的方式产生的等离子体，其中两个电极放置在相距彼此一较小的距离内，其中一个电极连接到rf电源，而另一个电极接地。因此，在所述电极之间激发出等离子体。在等离子体模式中，对其中一个前体放电，使得由该前体形成活性前体自由基、离子。在ald循环期间，活性前体自由基在基材表面上进行反应。

等离子体可以形成为所谓的远程等离子体，其中利用等离子体电极在远离基材的位置并且在反应室外部形成活性前体自由基。然后，包括活性前体自由基的等离子体被传送并且相继地以脉冲前体的常规方式脉冲式地输送到反应室内。远程等离子体的缺点是活性前体自由基的寿命非常有限，通常是几秒。当将活性前体自由基从远处传送到反应室或基材时，活性前体自由基倾向于失去其反应性并且变得失活。当活性前体自由基变得失活时，它们在基材表面上不进行反应，且因此降低ald涂覆过程的效率。

替代地，等离子体可以形成为所谓的直接等离子体，其中基材布置在等离子体电极之间，且等离子体放电穿过基材形成电弧。在此情况下，在位于基材和联接到rf电源的等离子体放电电极之间的反应空间中激发出等离子体。

现有技术的ald装置的问题在于，当前体彼此相遇时，它们不仅在待涂覆的基材、而是在任何表面上形成膜。这意味着在装置的表面上形成膜，并且这导致对清洁的需求增加，其进一步导致使用时的中断并且增加涂覆过程停机时间。

技术实现要素：

因此本发明的一个目的是提供一种方法和用于实施该方法的装置以解决上述问题。本发明的目的通过特征在于独立权利要求中所述内容的方法和装置来实现。在从属权利要求中公开了本发明的优选实施例。

本发明基于以下构思：防止装置的除下述区域之外的其它位置受到污染，在该区域中，将涂覆层施加到基材表面。换句话说，该构思是提供一特定区域，在该特定区域中，前体相遇以便在基材表面上形成涂覆层，从而使得装置的其他部分保持清洁。

本发明涉及一种涂覆基材的方法，所述涂覆通过在反应室中根据原子层沉积原理使第一前体和第二前体在基材的表面上进行连续表面反应来进行。所述反应室包括：第一端部，所述第一端部具有用于向所述反应室提供前体的气体入口；第二端部，所述第二端部具有用于从所述反应室排出前体的气体出口；基材支撑件，所述基材支撑件用于保持所述基材；对立壁，所述对立壁与所述基材支撑件相对，所述基材支撑件和所述对立壁在所述第一端部和所述第二端部之间延伸；所述反应室内部的反应空间，所述反应空间限定在所述第一端部和所述第二端部之间并且限定在所述基材支撑件和所述对立壁之间；等离子体放电电极，所述等离子体放电电极设置成在所述第一端部和所述第二端部之间、与所述第一端部相距第一距离且与所述第二端部相距第二距离的位置处与所述对立壁相连；以及反应区，所述反应区设置成位于与所述第一端部相距所述第一距离的位置和与所述第二端部相距所述第二距离的位置之间、并且位于所述等离子体放电电极和所述基材支撑件之间。

根据本发明的方法包括以下步骤：将所述基材布置到所述基材支撑件、所述反应区中；经由所述气体入口将预定量的所述第一前体供应到所述反应室以用于向所述反应区提供第一前体流，使得所述第一前体得以在所述第二端部的末端处耗尽；经由所述气体入口将所述第二前体供应到所述反应室以用于提供流经所述反应区的第二前体流并且经由所述气体出口从所述反应室排出所述第二前体，所述第二前体不具有与所述第一前体发生反应的活性；以及通过所述等离子体放电电极对所述反应区进行等离子体放电以用于在所述第二前体流流经所述反应区期间由供应到所述反应区中的所述第二前体形成活性前体自由基，所述活性前体自由基具有与所述第一前体发生反应的活性。

本发明还涉及一种用于涂覆基材的装置，所述涂覆通过在反应室中根据原子层沉积原理使第一前体和第二前体在基材的表面上进行连续表面反应来进行。所述装置包括所述反应室并且所述反应室包括：第一端部，所述第一端部具有用于向所述反应室提供前体的气体入口；第二端部，所述第二端部具有用于从所述反应室排出前体的气体出口；基材支撑件，所述基材支撑件用于保持所述基材；对立壁，所述对立壁与所述基材支撑件相对，所述基材支撑件和所述对立壁在所述第一端部和所述第二端部之间延伸；所述反应室内部的反应空间，所述反应空间限定在所述第一端部和所述第二端部之间并且限定在所述基材支撑件和所述对立壁之间；等离子体放电电极，所述等离子体放电电极设置成在所述第一端部和所述第二端部之间、与所述第一端部相距第一距离且与所述第二端部相距第二距离的位置处与所述对立壁相连；以及反应区，所述反应区设置成位于与所述第一端部相距所述第一距离的位置和与所述第二端部相距所述第二距离的位置之间、并且位于所述等离子体放电电极和所述基材支撑件之间。所述装置还包括牺牲构件，所述牺牲构件布置在所述反应室中、所述反应区和所述第二端部之间的区域中以用于检测所述第一前体的浓度。

本发明的方法和装置的优点在于使用时的中断得以减少，原因是、例如由于前体在装置的排出区域中不会相遇或进行反应，前体供应通道未被污染。

附图说明

在下文中，将借助于优选实施例并参照附图更详细地描述本发明，在附图中

图1示出了根据本发明的用于涂覆基材的装置的第一实施例；以及

图2示出了根据本发明的用于涂覆基材的装置的第二实施例。

具体实施方式

图1示出了装置10，装置10包括反应室2并且反应室2包括具有用于向反应室2提供前体的气体入口20的第一端部2a、具有用于从反应室2排出前体的气体出口21的第二端部2b、用于保持基材1的基材支撑件2c、与基材支撑件2c相对的对立壁2d，基材支撑件2c和对立壁2d在第一端部2a和第二端部2b之间延伸。优选地，反应室2的高度较低并且其长度较宽，这意味着反应室沿水平方向呈扁平状。气体入口20优选地布置成使得经气体入口20供应的前体沿大致水平的流动方向被引向反应室2，并且气体出口21也优选地布置成使得从反应室2排出的前体沿大致水平的流动方向排出。气体入口20和气体出口21布置成使得流经反应室2的前体的流动方向大致水平。基材支撑件2c可以是反应室2的底部或布置在反应室2的底部上的独立基材支撑件或布置在反应室2的顶部部分上的独立基材支撑件。在图1中基材支撑件2c是反应室2的底部。反应室2的对立壁2d在图1所示的实施例中是反应室2的顶板。然而当基材支撑件2c布置在反应室2的顶部部分上、即布置到顶板或顶板附近时，对立壁2d也可以是反应室2的底部。

反应室2内部的反应空间3被限定为使得反应空间3位于第一端部2a和第二端部2b之间并且位于基材支撑件2c和对立壁2d之间。换句话说，反应室2是反应空间3的外部尺寸并且反应空间3由反应室2的壁限定。

等离子体放电电极4设置成在第一端部2a和第二端部2b之间、与第一端部2a相距第一距离a且与第二端部2b相距第二距离b的位置处与对立壁2d相连。在图1中等离子体放电电极4设置成与反应室2的顶板相连，因为基材支撑件2c位于反应室2的底部处。然而当基材支撑件2c位于反应室2的顶部部分处或与反应室2的顶板相连时，等离子体放电电极4也可以设置成与反应室2的底部相连。在两种情况下，等离子体放电电极均布置成使得其在与第一端部2a相距第一距离a的位置和与第二端部2b相距第二距离b的位置之间延伸。

反应区5(在图中以交叉阴影线区域示出)设置成位于与第一端部2a相距第一距离a的位置和与第二端部2b相距第二距离b的位置之间并且位于等离子体放电电极4和基材支撑件2c之间。换句话说，反应区5由反应室2的高度和等离子体放电电极4限定。

装置还包括用于控制第一前体的量的前体供应控制装置13。前体供应控制装置13优选地包括用于释放特定量的第一前体的阀和用于自动地调节阀的打开/关闭状态的调节构件。在本发明的另一实施例中，前体供应控制装置13包括阀和用于控制阀的控制装置。

根据本发明的方法，在将基材1布置到基材支撑件2c、反应区5中的步骤中，基材1在图1的实施例中布置在反应室2的底部上、等离子体放电电极4发生反应的区域中。这意味着基材1布置在限定在至少与第一端部2a相距距离a的位置和与第二端部2b相距距离b的位置之间的区域中。经由气体入口20将预定量的第一前体供应到反应室2以用于向反应区5提供第一前体流、使得第一前体得以在第二端部2b的末端处耗尽的步骤意味着控制装置13将第一前体的量控制为使得在第二端部2b的末端处、即在气体出口21之前、第一前体耗尽，从而没有第一前体经气体出口21排出。第一前体可以包括例如三甲基铝(tma)。

经由气体入口20将第二前体供应到反应室2以用于提供流经反应区5的第二前体流并且经由气体出口21从反应室2排出第二前体的步骤意味着第二前体布置成流经反应室2。第二前体不具有与第一前体发生反应的活性。第二前体可以包括例如氧(o2)。

通过等离子体放电电极4对反应区5进行等离子体放电以用于在第二前体流流经反应区5期间由供应到反应区5中的第二前体形成活性前体自由基—该活性前体自由基具有与第一前体发生反应的活性—的步骤意味着在反应区5的区域中将涂覆层施加到基材1的表面，并且如果基材1小于反应区的区域涂覆层也施加到反应区5的底部。

因此基材1在反应区5中被涂覆，并且上述前体一起进行反应，从而仅在反应区5中形成膜，使得在反应区5外部前体不会一起进行反应，并且不会在反应室2的表面或气体出口21处形成膜。

为了确保第一前体在第二端部2b的末端处耗尽，执行确定第一前体的预定量的步骤。

为了确定第一前体的正确量使得其在第二末端部2b的末端处耗尽，可以执行测量反应区5下游处的第一前体的浓度并基于反应区5下游处的第一前体的浓度的测量值调整第一前体的预定量的步骤，其中优选地通过传感器测量第一前体，传感器布置成感测反应区5和第二端部2b之间的区域中的第一前体的浓度。可以确定浓度的阈值，并且如果浓度高于阈值，则控制装置减少第一前体的预定量。因此该方法包括调整第一前体的预定量使得第一前体在第二端部2b的末端处得以耗尽的步骤。

确定第一前体的正确量的另一种方式是执行剂量不足测试以用于确定第一前体的预定量。反应室2可以包括牺牲构件11，牺牲构件11布置在反应室2中、反应区5和第二端部2b之间的区域中以用于检测第一前体的浓度。牺牲构件11是布置在基材1和反应室2的第二端部2b之间的区域中的平面构件。因此牺牲构件11优选地是基材1的延伸件、但不一定是直接延伸部，使得在基材1和牺牲构件11之间可以存有间隙。在本发明的最优选的实施例中，牺牲构件11是相对于反应室2沿与基材1相同的方向布置的平面构件。牺牲构件11是可移除部件，使得牺牲构件11可以从装置移除而不会破坏反应室2中的真空。可移除部件在本申请的上下文中意味着能够在不拆卸装置的情况下移除该部件。该部件可在装置的正常操作条件期间移除、例如以便进行清洁或进行该部件的其他维护或用新的部件更换该部件。可移除部件优选地可在装置处于装载位置期间移除并且在装置处于加工位置时不可移除。装置包括用于装载基材1和/或牺牲构件11的装载装置。可以利用装载装置将牺牲构件11从装置移除，装载装置优选地可沿竖直方向移动以用于使牺牲构件11在加工位置和装载位置之间移动。装载装置也可以使基材在加工位置和装载位置之间移动。

尽管图1示出了传感器12和牺牲构件11二者，但上述二者不需要存在于同一装置中或同时存在。当使用牺牲构件11时，不需要传感器12，反之亦然。

吹扫气体可以经由气体入口20供应到反应室2并穿过反应室2以经气体出口21排出。上述方法包括经由气体入口20将吹扫气体前体供应到反应室2以用于提供流经反应区5的吹扫气流并且经由气体出口21从反应室2排出吹扫气体的步骤。

图2示出了该装置的实施例，其中装置10包括反应室2并且反应室2包括具有用于向反应室2提供前体的气体入口20的第一端部2a、具有用于从反应室2排出前体的气体出口21的第二端部2b、用于保持基材1的基材支撑件2c、与基材支撑件2c相对的对立壁2d，基材支撑件2c和对立壁2d在第一端部2a和第二端2b之间延伸。与图1的实施例中那样，优选地，反应室2的高度较低并且其长度较宽，这意味着反应室沿水平方向呈扁平状。气体入口20优选地布置成使得经气体入口20供应的前体沿大致水平的流动方向被引向反应室2，并且气体出口21也优选地布置成使得从反应室2排出的前体沿大致水平的流动方向排出。气体入口20和气体出口21布置成使得流经反应室2的前体的流动方向大致水平。在该实施例中基材支撑件2c布置在反应室2的顶部部分上。反应室2的对立壁2d在该实施例中是反应室2的底部。在该实施例中基材支撑件2c布置成使得基材1不与反应室2的顶板接触。然而，基材1也可以布置成位于基材支撑件2c中使得在反应室的顶板和基材1之间不存有空间或者基材支撑件2c可以连接到反应室2的顶板。

对于本领域技术人员显而易见的是，随着技术的进步，本发明构思可以以各种方式实施。本发明及其实施例不限于上述示例，而是可以在权利要求的范围内变化。