一种供气杯和气体歧管组件

技术领域

本发明涉及一种供气杯，更具体地，涉及一种如独立权利要求1的前序部分中所定义的供气杯。

本发明还涉及一种气体歧管组件，更具体地，涉及一种如独立权利要求10的前序部分中所定义的气体歧管组件。

背景技术

本发明涉及一种原子层沉积(ALD)装置，其中在原子层沉积期间，通过将薄膜表面暴露于交替气态前体而在衬底上生长薄膜。当这些气体前体暴露在表面上时，它们会发生反应并在表面上形成一层薄膜。发生薄膜生长的部分需要频繁拆卸下来以进行清洁。薄膜生长从气体彼此相遇并混合的混合点开始。例如，该点可以在混合管中，也可以在原子层沉积装置中的某个其他部分中。该部分以及从该混合点到泵送管线的任何其他部分需要拆卸下来以进行清洁。这些部分通常很难拆卸，必须冷却整个装置，以使操作员能够打开连接并接触到已经清洁的部分。缓慢冷却和加热这种尺寸的装置所需的时间占用了生产时间。

发明内容

本发明的目的是提供一种易于进入且可拆卸的混合点，在所述混合点中气态前体第一次相遇。

本发明的目的通过一种供气杯和一种气体歧管组件来实现，这两者的特征如独立权利要求中所述。本发明的优选实施例在从属权利要求中公开。

本发明基于提供一种可拆卸且紧凑的混合部件的思想，前体气体在所述混合部件中第一次相遇，并且所述混合部件可以从原子层沉积装置中取出并替换为清洁的混合部件，以便节省过程时间并最小化所述原子层沉积装置的维护时间。

根据本发明的供气杯可拆卸地设置在所述原子层沉积装置的固定气体歧管结构中。所述固定气体歧管结构为所述原子层沉积装置提供来自气源的气体通道。所述供气杯被设置为与所述固定气体歧管结构连接，位于气体被供应到的反应室之前。所述供气杯包括杯底和杯壁。所述杯底包括穿过所述杯底从杯底外表面延伸到所述杯底另一侧的杯底内表面的供气通道；所述杯壁围绕所述杯底，并且在所述杯底的内表面侧沿远离所述杯底的方向相对于所述杯底横向延伸，使得所述杯壁和所述杯底内表面形成供气空间。所述杯壁在所述杯底的外表面侧至少部分地沿远离所述杯底的方向进一步延伸，使得在所述杯底与所述供气空间的相对侧形成凸缘。

优选地，所述供气杯是具有圆柱形外表面的周向杯。所述凸缘可以具有其他形式，或者所述圆柱形表面可以不具有向所述固定气体歧管结构提供附接结构的部分。

根据本发明，所述供气通道中的至少一个供气通道穿过所述杯底形成圆锥形状，使得所述供气通道在所述杯底外表面上的进气口小于所述供气通道在所述杯底内表面上的出气口。优选地，具有圆锥形状的所述供气通道被设置在所述杯底的中部或所述杯底的中心。

根据本发明，所述凸缘包括对准部分，所述对准部分被设置为连接到所述固定气体歧管结构中的对应部分，以对准所述供气杯，使得所述供气通道与所述固定气体歧管结构的相应供气通道对准。

优选地，所述对准部分被设置在所述凸缘上作为突起，以便以其他方式在对称凸缘上形成不连续点。或者，所述凸缘不对称，并且所述对准部分形成对准部，所述供气杯通过所述对准部被正确地放置到所述固定气体歧管结构。

根据本发明，所述供气杯包括气体均化表面，所述气体均化表面被设置在所述供气空间中，并且所述气体均化表面被设置为与所述杯底内表面相距一定距离并且至少部分地平行于所述杯底内表面，以在所述杯底内表面与所述气体均化表面之间形成气体均化区。

优选地，所述气体均化表面被设置为至少部分地与设置在所述杯底的所述供气通道相对。所述气体均化表面可以是连接到所述杯壁或所述杯底的板。所述板可以采用圆弧形式，可为所述供气杯的中心处的气体提供流动路径。或者，所述板可以被设置在平行于所述杯底的所述供气空间的中心，可为所述板的边缘与所述杯壁之间的气体提供流动路径。或者，所述气体均化表面可以为所述杯壁与所述均化表面之间的以及所述供气空间的中心处的气体提供流动路径。

根据本发明，所述气体均化表面包括通道，所述通道从所述气体均化区穿过所述均化表面到所述气体均化区外部的所述供气空间，以允许气体从所述供气通道穿过所述气体均化区流向所述气体均化区外部的所述供气空间。所述气体均化表面上的所述通道为气体提供流动路径。

根据本发明，所述供气杯还包括气体混合锥面，所述气体混合锥面被设置在所述供气空间中，所述气体混合锥面被设置为与所述杯底内表面相距一定距离，以在所述杯底内表面与所述气体混合锥面之间形成气体混合区。所述气体混合锥面可以连接到所述杯底或所述杯壁。

根据本发明，所述气体混合锥面被设置在所述供气空间中，使得所述气体混合锥面的顶点与所述杯底内表面相距最远距离，并且通过将所述气体混合锥面设置为与所述杯壁相距一定距离，在所述气体混合锥面与所述杯壁之间提供气体流动区，以提供从所述气体混合区到所述气体混合区外部的所述供气空间的流动路径。或者，所述气体混合锥面可以包括位于锥面顶部的孔，以提供从所述气体混合区到所述气体混合区外部的所述供气空间的气体流动路径。

根据本发明，所述供气杯还包括气体混合锥面，所述气体混合锥面被设置在所述供气空间中，所述气体混合锥面被设置为与所述气体均化表面相距一定距离，以在所述气体均化表面与所述气体混合锥面之间形成气体混合区。替代地或附加地，除了所述杯壁和所述杯底之外，所述气体混合锥面可以连接到所述气体均化表面。

根据本发明，所述气体混合锥面被设置在所述供气空间中，使得所述气体混合锥面的顶点与所述气体均化表面相距最远距离，并且通过将所述气体混合锥面设置为与所述杯壁相距一定距离，在所述气体混合锥面与所述杯壁之间提供气体流动区，以提供从所述气体混合区到所述气体混合区外部的所述供气空间的流动路径。

根据本发明的一个替代实施例，所述气体混合锥面被设置在所述供气空间中，使得所述气体混合锥面的顶点与所述气体均化表面相距最近距离，并且通过将所述气体混合锥面设置为与所述杯壁相距一定距离，在所述气体混合锥面与所述杯壁之间提供气体流动区，以提供从所述气体混合区到所述气体混合区外部的所述供气空间的流动路径。

根据本发明，所述气体混合锥面可以用气体混合凹面或气体混合曲面代替。

根据本发明的原子层沉积装置的气体歧管组件包括：气体歧管结构；供气杯，可拆卸地设置为与所述气体歧管结构连接；以及导气结构，与所述气体歧管结构连接。所述气体歧管结构作为所述原子层沉积装置的固定部分被设置在所述原子层沉积装置中。所述气体歧管结构包括从气源延伸到歧管表面的供气通道。所述供气杯具有杯底并且包括穿过所述杯底从杯底外表面延伸到所述杯底另一侧的杯底内表面的供气通道。所述供气杯可拆卸地设置为与所述气体歧管结构连接，使得所述杯底外表面被设置为抵靠所述歧管表面，并且所述供气杯的所述供气通道与所述气体歧管结构的相应供气通道对准，以形成连续的供气通道。所述导气结构在所述气体歧管结构与所述原子层沉积装置的反应室之间延伸。所述导气结构被设置为引导来自所述气源的气体通过所述气体歧管结构的所述供气通道并且进一步通过所述供气杯的所述供气通道直至所述原子层沉积装置的所述反应室。

根据本发明，所述供气杯通过重力定位到所述气体歧管结构，并且所述供气杯的所述供气通道通过对准结构与所述气体歧管结构的所述供气通道对准。所述供气杯被放置为与所述气体歧管结构连接，并且在不需要任何其他组件的情况下通过重力连接到所述气体歧管结构。当移除所述供气杯进行清洗时，只需将所述供气杯从所述气体歧管结构中提起即可。

根据本发明，所述对准结构包括所述供气杯中的对准部分，所述对准部分被设置为连接到所述固定气体歧管结构中的对应部分，以将所述供气杯的所述供气通道与所述气体歧管结构的相应供气通道对准。

根据本发明，所述对准部分被设置为与所述供气杯的凸缘连接。

根据本发明，在各种实施例中描述的供气杯可以用于如上所述的气体歧管组件中。

本发明的优点在于，反应前体气体的薄膜生长仅限于易于进入的供气杯。所述供气杯可以在每次运行后从所述原子层沉积装置中移除。所述供气杯位于所述固定气体歧管结构上，并且所述供气杯的位置被锁定，使得所述供气杯处和所述气体歧管结构处的所述供气通道彼此相交。所述供气杯的锁定通过杯结构和/或所述气体歧管结构来提供，而不需要附加组件或锁定部件。

本发明的优点还在于，由于所述供气通道被设置在所述杯底，因此所述供气杯的壁可以尽可能薄。这减轻了重量，这是有利的，因为所述供气杯的直径可以约为150mm-300mm，并且重量可以约为10kg-20kg。

所述杯是通过重力定位的，因此只需将其提起，即可通过所述原子层沉积装置的维护门将其移除。

使用本发明的供气杯可以解决一个重要的清洁问题，因为可以在不冷却所述原子层沉积装置的反应器的情况下进行清洁。

附图说明

下面结合所附附图，通过具体实施例对本发明进行详细描述，其中

图1示出了根据本发明的供气杯；

图2示出了根据本发明的供气杯的底侧；

图3示出了根据本发明的气体歧管组件；

图4示出了根据本发明的气体歧管组件的固定气体歧管结构；以及

图5示出了根据本发明的气体歧管组件。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的供气杯1，其包括杯底10和围绕杯底10的杯壁20。杯底10具有杯底外表面11和杯底内表面12，以及穿过杯底10从杯底外表面11延伸到杯底内表面12的供气通道13。杯底外表面11被从杯底外表面11突出的凸缘40围绕。杯底外表面11使用虚线示出，因为杯底外表面11实际上不是从这个角度示出的。图1示出了杯壁20作为凸缘40从杯底外表面11延伸，但是凸缘也可以被设置在杯底外表面11上，使得杯壁20和凸缘40分开，而不形成供气杯1的连续外表面。凸缘40与杯底外表面11一起形成固定气体歧管结构2的接触空间。供气杯1的接触空间40a被设置为容纳固定气体歧管结构2的歧管底座22，供气杯1通过重力连接在歧管底座22上。歧管底座22包括与杯底外表面11接触的歧管表面21。图1还示出了杯壁20和杯底内表面12形成的供气空间30。供气空间30形成用于从供气通道13供应的前体气体第一次相遇的平台。

图2示出了根据本发明的供气杯1的底侧。该图示出了杯底外表面11，其包括通向供气通道13的进气口13a。杯壁20延伸穿过杯底10，使得围绕杯底外表面11形成凸缘40。凸缘40包括对准部分41，对准部分41被设置为连接到固定气体歧管结构2中的对应部分，以对准供气杯1，使得供气通道13与固定气体歧管结构2的相应供气通道对准。在图2所示的该实施例中，对准部分41是从凸缘40朝向接触空间40a的突起。然而，对准部分41可以包括适于将供气杯的杯底外表面11相对于固定气体歧管结构2的歧管表面21沿正确方向定位的另一形状。

图3示出了其中供气空间30被设置有气体均化表面31和气体混合锥面33的实施例。气体均化表面31被设置为与杯底内表面12相距一定距离并且至少部分地平行于杯底内表面12，以在杯底内表面12与气体均化表面31之间形成气体均化区32。气体均化表面31被设置为至少部分地与供气通道13相对或与供气通道13中的至少一些供气通道相对。气体均化表面31的形式可以是任何类型。图3示出了其中气体均化表面31是板的实施例，其中该板根据杯壁20而被设置为周向弧形以使开口保持在中间。

图3还示出了被设置在供气空间30中的气体混合锥面33，使得气体混合锥面33连接到形成气体均化表面31的板。气体混合锥面33被设置为与气体均化表面31相距一定距离，以在气体均化表面31与气体混合锥面33之间形成气体混合区34。气体混合锥面33具有指向供气杯1的开口的顶点35。供气杯1的开口与杯底内表面12相对并被杯壁20围绕。当不存在气体均化表面31时，气体混合锥面33在杯底内表面11与气体混合锥面33之间或者在气体均化表面31与气体混合锥面33之间形成气体混合区34。

在气体均化区32中，来自供气通道13的气体被均化；在气体混合区36中，气体在从供气杯1流出之前被混合。混合锥面33和杯壁20提供气体从混合区32流到供气空间30并进一步从供气杯1流出的流动路径。因此，气体混合锥面33被设置为与杯壁20相距一定距离，以提供从气体混合区34到气体混合区34外部的供气空间30的流动路径。

图3还示出了根据本发明的气体歧管组件，其中供气杯1通过重力连接到气体歧管结构2，这意味着不存在将供气杯1和气体歧管结构2连接在一起的连接部件。供气杯1被设置在气体歧管结构2中，使得杯底外表面11被放置在气体歧管结构2的歧管表面21上。供气杯1的供气通道13与气体歧管结构2的相应供气通道23对准，以形成连续的供气通道，该连续的供气通道穿过气体歧管结构2从气源(图中未示出)经由气体歧管表面21和供气杯1的杯底外表面11延伸到供气杯1的供气通道13，最后延伸到供气杯1的杯壁20内的供气空间30，直至供应到原子层沉积装置的反应器。杯壁20被气体歧管结构2围绕，使得而在杯壁20与气体歧管结构2之间提供空间。在图3所示的实施例中，供气通道13中的一个供气通道穿过杯底10形成圆锥形状，使得供气通道13在杯底外表面11上的进气口13a小于供气通道13在杯底内表面12上的出气口13b。图3还示出了均化表面31被设置在供气空间30中，使得均化表面31与杯壁20形成连接，并且供气空间30的中心部分保持开放，以使气体从均化区32流到气体混合区34，气体混合区34由气体混合锥面33形成。在该实施例中，气体混合锥面33连接到均化表面31，并且气体混合锥面33围绕均化表面31的开放中心部分，使得流过开口的气体进入气体混合锥面33。

优选地，杯底10的厚度至少是杯壁20的三倍。厚杯底10的优点在于，来自供气通道13的前体气体形成气体屏障流，该气体阻隔流可防止薄膜沉积渗入供气通道13，从而在杯底外表面11上不会有任何薄膜沉积。

图3还示出了包括歧管表面21的歧管底座22被设置为与杯底外表面11接触，使得供气杯1的供气通道13与气体歧管结构2的相应供气通道23对准，以形成连续的供气通道。

图4示出了根据本发明的气体歧管组件的固定气体歧管结构2，其中固定气体歧管结构2还包括连接到固定气体歧管结构2的密封凸缘24。密封凸缘24被设置为与供气杯1的杯壁20一起在供气杯1的外壁与密封凸缘24的内壁24a之间形成同轴开口。同轴开口用于供应惰性气体，从而在供气杯1外部形成防止薄膜生长的气体屏障。这提供的进一步优点在于，供气杯1是当前体气体第一次相遇时发生薄膜生长的唯一部件，并且可以容易地从原子层沉积装置中移除。

图4还示出了供气杯1被放置在其上的歧管表面21，使得杯底外表面11被放置为抵靠歧管表面21，使得供气杯1的供气通道3与气体歧管结构2的相应供气通道23对准。图4还示出了被设置在气体歧管底座22上的气体歧管结构2的对准部分25，该对准部分对应于供气杯1的对准部分41。

图5示出了根据本发明的气体歧管组件，该气体歧管组件包括：气体歧管结构2，作为原子层沉积装置的固定部分被设置在原子层沉积装置中；供气杯2，被设置为与气体歧管结构2连接；以及导气结构5，与气体歧管结构连接并延伸到原子层沉积装置的反应室50。气体歧管结构2包括从气源延伸到歧管表面21并进一步延伸到被设置在杯底10的供气杯1的供气通道13的供气通道23，使得供气通道13延伸穿过杯底10。供气杯1可拆卸地设置为与气体歧管结构2连接，使得杯底外表面11被设置为抵靠歧管表面21并位于气体歧管表面21上。供气杯1的供气通道13与气体歧管结构2的相应供气通道23对准，以形成连续的供气通道。气体歧管组件包括在气体歧管结构2与原子层沉积装置的反应室50之间延伸的导气结构5，以将气体从供气杯引导至反应室。供气杯1被设置在气体歧管结构2的密封凸缘24内，并且密封凸缘24连接到导气结构5。

上面已经结合附图中所示的示例描述了本发明。然而，本发明决不限于上述示例，而是可以在权利要求的范围内变化。