用于原子层沉积系统的石英晶体微天平组件技术方案

本发明专利技术涉及用于原子层沉积系统的石英晶体微天平组件，其包括原子层沉积系统的反应室的盖体。QCM晶体设置在形成于盖体中的中央腔的底部中。QCM晶体的前表面的中央部裸露于反应室的内部中。固定器设置于中央腔中且位于QCM晶体上方，固定器把QCM晶体压靠于盖体中的台肩上，以在QCM晶体的前表面与台肩之间形成密封，同时也建立与QCM晶体的电接触。法兰紧邻于盖体的顶表面且密封中央腔，同时也通过固定器提供与QCM晶体的电接触。传感器位于反应室外，其通过法兰内的连接器与QCM晶体电接触并驱动QCM晶体。

Quartz crystal microbalance assembly for atomic layer deposition system

The present invention relates to a quartz crystal microbalance assembly for an atomic layer deposition system comprising a cover body of a reaction chamber of an atomic layer deposition system. The QCM crystal is disposed in the bottom of the central cavity formed in the cover. The central portion of the front surface of the QCM crystal is exposed to the interior of the reaction chamber. The fixed device is arranged in the central cavity and positioned above the QCM crystal, QCM crystal is fixed to be pressed to cover the shoulder in the body, to form a seal between the QCM crystal and the front surface of the shoulder, but also to establish electrical contact with QCM crystal. The flange is close to the top surface of the cover body and seals the central cavity, and also provides electrical contact with the QCM crystal through the holder. The sensor is located outside the reaction chamber, which is electrically contacted with the QCM crystal by a connector in the flange and drives the QCM crystal.

【技术实现步骤摘要】
用于原子层沉积系统的石英晶体微天平组件
本专利技术涉及原子层沉积(Atomic-layerdeposition,ALD)，特别是涉及用于ALD系统的石英晶体微天平组件。本说明书所提及的任何公开文献或专利文件均视为本说明书的一部分。
技术介绍
原子层沉积是一种在基板表面以非常良好控制的方式沉积薄膜的方法。沉积制程通过以下方式来控制：使用一种或多种气相化学物质(前驱体)，并且使其在基板表面以自限制的方式顺次反应。重复进行此顺次反应以一层层地堆栈薄膜，其中，各层都是原子尺度。ALD用来形成多种不同的薄膜，例如用于先进栅极与电容介电质的二元、三元及四元氧化物，以及用于互连势垒(interconnectbarriers)与电容电极的金属基化合物。ALD制程的概述在George所著的文章“AtomicLayerDeposition:anOverview”Chem.Rev.2010,110,pp111-113中(于2009年11月20日发表于网络)有介绍。ALD制程也描述在US7,128,787美国专利中。ALD系统的例子也公开在US2006/0021573美国专利申请以及PCT申请WO2015/080979中。ALD薄膜典型地是在制程结束之后使用例如椭偏(ellipsometry)或者其它技术进行非原位(ex-situ)沉积膜厚测量来表征。然而，原位(in-situ)膜表征技术通常将会是更优选，因为可以提供有关ALD制程的必要实时生长信息。石英晶体微天平(QuartzCrystalMicrobalance,QCM)已经在许多薄膜生长系统中用来测量膜生长，特别是物理气相沉积(PVD)系统。曾经做出一些尝试应用QCM于ALD系统中。遗憾地，目前并没有真正商业上可行的QCM。这很大程度上是因为ALD与QCM技术所固有的关键技术挑战。举例来说，一个技术挑战涉及ALD的小沉积率，典型地是在0.1nm/min至10nm/min的范围。即使QCM的分辨率可以低至0.01nm，干扰对于晶体共振频率的影响会远比其它具有较大沉积率的膜沉积制程(例如PVD)更为严重。另一技术挑战是ALD的热学性质。ALD典型地使用50℃至350℃的范围的温度。因为QCM测量与温度相关，因此QCM必须是热稳定的。还有一挑战涉及ALD制程的高保形性(conformality)。ALD膜可以沉积地非常均匀，即使是在反应物源视线范围外的3D凹陷中。因此，若没有小心的措施，ALD也会在QCM传感器内沉积薄膜从而阻碍其运作。这是可能发生的，举例而言，由于不慎地沉积介电膜于QCM传感器的QCM晶体背面的电触点上，从而使QCM晶体与QCM电路的电子元件绝缘开。为了解决此问题所做的努力包括使用环氧树脂来密封QCM的背面，以及使用吹扫气体。遗憾地，在商业ALD系统中使用环氧树脂是不希望的，这是因为适当地施用环氧树脂有难度以及因为环氧树脂本身会在反应室环境中导入不需要的化学物质。用来减少QCM上不需要的膜沉积的吹扫气体流也是有问题的，因为它会影响反应室内部的流体动力学并且对膜生长造成不利影响。逆流吹扫还会在气体流经晶体周围时导致信号噪声，以及需要QCM晶体背面与反应室内部之间的主动压差管理。此种主动管理是复杂的也是高成本的。另一挑战涉及反应室尺寸。大多数商业ALD反应器具有小的反应室容积以优化制程周期时间。举例而言，来自Ultratech/CambridgeNanotechofWalthamMassachusetts的SavannahALD系统具有直径100mm至300mm而高度大约仅5mm的圆形反应室。由于反应室容积非常有限，现有的QCM构造(包括所谓的“独臂(onastick)”构造)对于实际应用来说过大与过于笨重。
技术实现思路
本专利技术的一方面是一种用于原子层沉积系统的石英晶体微天平QCM组件，原子层沉积系统具有反应室，反应室具有内部，该石英晶体微天平QCM组件包括：反应室的盖体，该盖体具有中央腔；QCM晶体，其具有前表面、背表面与直径DQ并且设置于中央腔的底部中，前表面接触台肩以使前表面的中央部相邻于具有直径DO的QCM开口，且使前表面的中央部通过QCM开口裸露于反应室的内部，其中，(0.25)DQ≤DO≤(0.6)DQ；固定器，具有上表面与向下延伸的多个导电弹性件，固定器设置在中央腔中，导电弹性件与QCM晶体电接触同时压靠QCM晶体以把QCM晶体的前表面的外部压靠到台肩上，从而在QCM晶体的前表面与台肩之间形成第一密封；及法兰，具有中央部，中央部紧密地位于中央腔的顶部内且紧邻固定器，法兰具有外部，外部具有下表面，该下表面紧邻盖体的顶表面并与之形成第二密封，该法兰可操作地支撑电接触件，该电接触件与该固定器电接触。本专利技术的另一方面是上述QCM组件中，第一密封不包括有密封材料或密封部件。本专利技术的另一方面是上述QCM组件中，中央腔中没有吹扫气体流。本专利技术的另一方面是上述QCM组件中，(0.25)DQ≤DO≤(0.4)DQ。本专利技术的另一方面是上述QCM组件中，还包括传感器，其经由法兰电连接于固定器。本专利技术的另一方面是上述QCM组件中，还包括控制器，其电连接于传感器。本专利技术的另一方面是上述QCM组件中，还包括基座，其可操作地附接于盖体以限定反应室。本专利技术的另一方面是上述QCM组件中，还包括隔热盖，其尺寸能覆盖反应室。本专利技术的另一方面是上述QCM组件中，反应室的内部具有范围介于3mm至50mm之间的高度。本专利技术的另一方面是一种用于原子层沉积系统的石英晶体微天平QCM组件，原子层沉积系统具有反应室，反应室具有盖体，该石英晶体微天平QCM组件包括：所述盖体，其中，盖体具有顶表面、底表面与中央腔，中央腔包括位于顶表面的法兰开口与位于底表面的QCM开口，法兰开口通向中央腔的顶部，QCM开口通向中央腔的底部；其中，QCM开口具有由台肩所限定的直径DO；其中，中央腔具有位于顶部与底部之间的中间部；并且其中，顶表面包括有环绕中央腔的O形圈槽，该O形圈槽可操作地支撑O形圈；QCM晶体，其具有前表面、背表面与直径DQ且设置于中央腔的底部中，前表面接触台肩以使前表面的中央部相邻于QCM开口，其中，(0.25)DQ≤DO≤(0.6)DQ；固定器，其设置于中央腔的中间部中，固定器具有上表面与向下延伸的多个导电弹性件，导电弹性件接触QCM晶体的背表面并将QCM晶体的前表面的外部压入台肩中以形成第一密封；及法兰，其具有中央部，该中央部紧密地位于中央腔的顶部中，该法兰还具有外部，外部具有下表面，该下表面紧邻盖体的顶表面并与O形圈形成第二密封，该法兰可操作地支撑连接器，连接器包括与固定器电接触的电接触件。本专利技术的另一方面是上述QCM组件中，(0.25)DQ≤DO≤(0.4)DQ。本专利技术的另一方面是上述QCM组件中，还包括传感器，其经由法兰电连接于固定器。本专利技术的另一方面是上述QCM组件中，还包括控制器，其电连接于传感器。本专利技术的另一方面是上述QCM组件中，还包括基座，其可操作地附接于盖体以限定反应室。本专利技术的另一方面是上述QCM组件中，还包括隔热盖，其尺寸能覆盖反应室。本专利技术的另一方面是一种在原子层沉积系统中执行薄膜生长原位测量的方法，该原子层沉积系统包括反应室，反应室具有由基座与盖体所限定的内部，该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于原子层沉积系统的石英晶体微天平QCM组件，原子层沉积系统具有反应室，反应室具有内部，该石英晶体微天平QCM组件包括：反应室的盖体，该盖体具有中央腔；QCM晶体，其具有前表面、背表面与直径DQ并且设置于中央腔的底部中，前表面接触台肩以使前表面的中央部相邻于具有直径DO的QCM开口，且使前表面的中央部通过QCM开口裸露于反应室的内部，其中，(0.25)DQ≤DO≤(0.6)DQ；固定器，具有上表面与向下延伸的多个导电弹性件，固定器设置在中央腔中，导电弹性件与QCM晶体电接触同时把QCM晶体的前表面的外部压靠到台肩上，从而在QCM晶体的前表面与台肩之间形成第一密封；及法兰，具有中央部，中央部紧密地位于中央腔的顶部内且紧邻固定器，法兰具有外部，外部具有下表面，该下表面紧邻盖体的顶表面并与之形成第二密封，该法兰可操作地支撑电接触件，该电接触件与该固定器电接触。

【技术特征摘要】
2016.03.08 US 62/304,9681.一种用于原子层沉积系统的石英晶体微天平QCM组件，原子层沉积系统具有反应室，反应室具有内部，该石英晶体微天平QCM组件包括：反应室的盖体，该盖体具有中央腔；QCM晶体，其具有前表面、背表面与直径DQ并且设置于中央腔的底部中，前表面接触台肩以使前表面的中央部相邻于具有直径DO的QCM开口，且使前表面的中央部通过QCM开口裸露于反应室的内部，其中，(0.25)DQ≤DO≤(0.6)DQ；固定器，具有上表面与向下延伸的多个导电弹性件，固定器设置在中央腔中，导电弹性件与QCM晶体电接触同时把QCM晶体的前表面的外部压靠到台肩上，从而在QCM晶体的前表面与台肩之间形成第一密封；及法兰，具有中央部，中央部紧密地位于中央腔的顶部内且紧邻固定器，法兰具有外部，外部具有下表面，该下表面紧邻盖体的顶表面并与之形成第二密封，该法兰可操作地支撑电接触件，该电接触件与该固定器电接触。2.如权利要求1所述的石英晶体微天平QCM组件，其中，第一密封不包括有密封材料或密封部件。3.如权利要求1所述的石英晶体微天平QCM组件，其中，中央腔中没有吹扫气体流。4.如权利要求1所述的石英晶体微天平QCM组件，其中，(0.25)DQ≤DO≤(0.4)DQ。5.如权利要求1所述的石英晶体微天平QCM组件，还包括传感器，其经由法兰电连接于固定器。6.如权利要求5所述的石英晶体微天平QCM组件，还包括控制器，其电连接于传感器。7.如权利要求1所述的石英晶体微天平QCM组件，还包括基座，其可操作地附接于盖体以限定反应室。8.如权利要求7所述的石英晶体微天平QCM组件，还包括隔热盖，其尺寸能覆盖反应室。9.如权利要求1所述的石英晶体微天平QCM组件，其中，反应室的内部具有范围介于3mm至50mm之间的高度。10.一种用于原子层沉积系统的石英晶体微天平QCM组件，原子层沉积系统具有反应室，反应室具有盖体，该石英晶体微天平QCM组件包括：所述盖体，其中，盖体具有顶表面、底表面与中央腔，中央腔包括位于顶表面的法兰开口与位于底表面的QCM开口，法兰开口通向中央腔的顶部，QCM开口通向中央腔的底部；其中，QCM开口具有由台肩所限定的直径DO；其中，中央腔具有位于顶部与底部之间的中间部；并且其中，顶表面包括有环绕中央腔的O形圈槽，该O形圈槽可操作地支撑O形圈；QCM晶体，其具有前表面、背表面与直径DQ且设置于中央腔的底部中，前表面接触台肩以使前表面的中央部相邻于QCM开口，其中，(0.25)DQ≤DO≤(0.6)DQ；固定器，其设置于中央腔的中间部中，固定器具有上表面与向下延伸的多个导电弹性件，导电弹性件接触QCM晶体的背表面并将QCM晶体的前表面的外部压入台肩中以形成第一密封；及法兰，其具有中央...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·莱克蒂尔，M·鲁弗，
申请(专利权)人：超科技公司，
类型：发明
国别省市：美国,US