專利名稱：用于形成薄膜的沉積系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于改善性能送料頭的對準(zhǔn)。
背景技術(shù)：
廣泛用于薄膜沉積的技術(shù)為化學(xué)汽相沉積(CVD)，其使用在反應(yīng)室中反應(yīng)的化學(xué) 反應(yīng)性分子，以在基材上沉積所需膜?？捎糜贑VD應(yīng)用的分子前體包括要沉積的膜的元素 (原子)成分，并且通常還包括其它元素。CVD前體為以氣相輸送至室以便在基材處反應(yīng)在 其上形成薄膜的揮發(fā)性分子。化學(xué)反應(yīng)沉積具有所需膜厚度的薄膜。大多數(shù)CVD技術(shù)通常需要將精確控制的一個或多個分子前體流加入CVD反應(yīng)器。 基材在受控壓力條件下保持在精確控制的溫度，以促進(jìn)這些分子前體之間的化學(xué)反應(yīng)，同 時有效去除副產(chǎn)物。獲得最佳的CVD性能要求能夠在整個工藝中達(dá)到并維持氣流、溫度和 壓力的穩(wěn)態(tài)條件，并能夠使瞬變過程(transient)達(dá)到最小或消除。特別是在半導(dǎo)體、集成電路和其它電子設(shè)備領(lǐng)域，需要超過常規(guī)CVD技術(shù)所能達(dá) 到限度的具有優(yōu)良保形涂布性能的薄膜，特別是較高品質(zhì)致密薄膜，特別是可以在較低溫 度下制造的薄膜。原子層沉積(“ALD”)是一種可選的薄膜沉積技術(shù)，與CVD前身相比，原子層沉積 可以提供改善的厚度分辨率和保形能力。ALD方法將常規(guī)CVD的常規(guī)薄膜沉積過程分成單 原子層(single atomic-layer)沉積步驟。有利地，ALD步驟自身終止并且當(dāng)進(jìn)行到或超 過自身終止暴露時間時可以沉積一個原子層。原子層通常為約0. 1至約0. 5個分子單層， 典型尺寸數(shù)量級為至多幾埃。ALD中，原子層的沉積為反應(yīng)性分子前體和基材之間的化學(xué)反 應(yīng)的結(jié)果。在各個分離的ALD反應(yīng)-沉積步驟中，純反應(yīng)沉積所需原子層并基本消除最初 包括在分子前體中的“額外”原子。在其最純態(tài)，ALD在沒有其它一種或多種反應(yīng)前體存在 下包括各個前體的吸附和反應(yīng)。實際上，在任何系統(tǒng)中難以避免產(chǎn)生少量化學(xué)汽相沉積反 應(yīng)的不同前體的某種直接反應(yīng)。任何聲稱能進(jìn)行ALD系統(tǒng)的目標(biāo)是獲得與ALD系統(tǒng)相當(dāng)?shù)?設(shè)備性能和特征，同時認(rèn)識到可以允許少量CVD反應(yīng)。在ALD應(yīng)用中，通常在分離的步驟中將兩種分子前體引入ALD反應(yīng)器。例如，金屬 前體分子MLx包括鍵合到原子或分子配體L的金屬元素M。例如M可以為但不限于Al、W、 Ta、Si、Zn等。當(dāng)基材表面被制造來與分子前體直接反應(yīng)時，金屬前體與基材反應(yīng)。例如， 通?；谋砻姹恢苽鋪戆ㄅc金屬前體反應(yīng)性的含氫配體AH等。硫(S)、氧(0)和氮(N) 為一些典型的A物質(zhì)。氣態(tài)金屬前體分子有效地與基材表面上的所有配體反應(yīng)，導(dǎo)致金屬 的單原子層的沉積基材-AH+MLX—基材-AMLp1+HL(1)其中HL為反應(yīng)副產(chǎn)物。該反應(yīng)期間，初始表面配體AH被消耗，表面變?yōu)橛蒐配體 覆蓋，不能與金屬前體MLx進(jìn)一步反應(yīng)。因此，當(dāng)表面上的所有初始AH配體由AMLjri物質(zhì)取代時，該反應(yīng)自身終止。反應(yīng)步驟之后通常為惰性氣體吹掃步驟，在單獨引入第二反應(yīng)物氣 態(tài)前體材料之前，惰性氣體吹掃步驟從室中清除過量的金屬前體。然后用第二分子前體恢復(fù)基材對金屬前體的表面反應(yīng)性。這一點例如通過去除L配體并再沉積AH配體來實現(xiàn)。在這種情況下，第二前體通常包括所需(通常非金屬的)元 素A (即0、N、S)，和氫(即H20、NH3> H2S)。接下來的反應(yīng)如下基材-A-ML+AHY—基材-A-M-AH+HL(2)這樣將表面轉(zhuǎn)化回到其AH覆蓋狀態(tài)。(這里，為了簡化起見，化學(xué)反應(yīng)并未配平。) 所需的添加元素A結(jié)合進(jìn)薄膜中，不希望有的配體L作為揮發(fā)性副產(chǎn)物被清除。反應(yīng)重新 消耗反應(yīng)性位點(此時為L終止的位點)，并在基材上的反應(yīng)性位點完全消耗時自身終止。 然后第二分子前體通過在第二吹掃步驟中流通惰性吹掃氣體，從沉積室中去除。于是概括地說，基礎(chǔ)ALD方法需要對于基材依次交替的化學(xué)品流。上述代表性ALD 方法為一個具有四個不同的工作步驟的循環(huán)LMLx 反應(yīng)；2. MLxW掃；3. AHyK應(yīng)；和4. AHy吹掃，然后回到步驟1。ALD最典型地已經(jīng)用于沉積無機化合物，其中金屬前體為鹵化物、醇鹽、二酮螯合 物或有機金屬化合物。當(dāng)分別沉積氧化物、氮化物或硫化物時，第二前體典型地為氧、氮或 硫源。雖然較不常用，但是由ALD沉積有機化合物或有機/無機雜化物層也是已知的。在 這些情況下，可能仍然具有自身限制反應(yīng)的交替順序，除了由這種方法產(chǎn)生的限制層可能 為與原子相反的分子層。因此，這種技術(shù)也可以稱為分子層沉積(MLD)，但是基本概念和沉 積設(shè)備與ALD方法和設(shè)備相似，因此“ALD”在此也用來表示分子層沉積。有機薄膜的原子 層或分子層沉積的實例可以在Matti Putkonen等在Journal of MaterialsChemistry中 的"Atomic Layer Deposition of Polyimide Thin Films，，中找至Ij0這種交替的將基材表面恢復(fù)至其初始反應(yīng)狀態(tài)的表面反應(yīng)和前體去除，并且插入 吹掃工作的重復(fù)順序，是一種典型的ALD沉積循環(huán)其。ALD工作的關(guān)鍵特征為將基材恢復(fù)至 其初始表面化學(xué)狀態(tài)。使用這種重復(fù)的步驟組合，可以將薄膜以化學(xué)動力學(xué)、每循環(huán)沉積、 組成和厚度都相同的等計量層(equal metered layers)的形式鋪設(shè)到基材上。ALD可以用作形成多種薄膜電子設(shè)備的制造步驟，所述薄膜電子設(shè)備包括半導(dǎo)體 設(shè)備和負(fù)載的電子元件，例如電阻和電容、絕緣體、總線線路(bus line)和其它導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。 ALD特別適合于形成電子設(shè)備各部件中的金屬氧化物薄層?？梢岳肁LD沉積的功能材料 的一般類別包括導(dǎo)體、介電體或絕緣體，以及半導(dǎo)體。導(dǎo)體可以為任何有用的導(dǎo)電材料。例如導(dǎo)體可以包括透明材料，例如氧化銦錫 (ITO)、摻雜氧化鋅ZnO、SnO2或Ιη203。導(dǎo)體的厚度可以變化，并且根據(jù)特殊實施例，其厚度 可以為50至IOOOnm0有用的半導(dǎo)體材料的實例為化合物半導(dǎo)體，例如砷化鎵、氮化鎵、硫化鎘、本征氧 化鋅和硫化鋅。介電材料使圖形電路(patterned circuit)的各部分電絕緣。介電層也可以稱為絕緣體或絕緣層?？捎米麟娊轶w的材料的具體實例包括鍶酸鹽(strontiate)、鉭酸鹽、鈦酸 鹽、鋯酸鹽、氧化鋁、氧化硅、氧化鉭、氧化鉿、氧化鈦、硒化鋅和硫化鋅。此外，這些實例的合 金、組合和多層可以用作介電體。這些材料中，氧化鋁是優(yōu)選的。介電體結(jié)構(gòu)層可以包括兩個或多個具有不同介電常數(shù)的層。這種絕緣體在US 5，981，970和共同未決US 2006/0214154中討論，在此將其引入作為參考。介電體材料通常 顯示大于約5eV的帶隙。有用的介電體層的厚度可以變化，根據(jù)特殊實例，其厚度可以為約 10 至約 300nm。可用上述功能層制造許多設(shè)備結(jié)構(gòu)?？梢酝ㄟ^選擇具有中等至不 良導(dǎo)電性的導(dǎo)電 材料制造電阻。可以通過在兩個導(dǎo)體之間設(shè)置介電體制造電容。可以通過在兩個導(dǎo)電電極 之間設(shè)置兩個互補載流子類型的半導(dǎo)體制造二極管。也可以在互補載流子類型的半導(dǎo)體之 間布置半導(dǎo)體區(qū)域，該半導(dǎo)體區(qū)域是本征的，表明該區(qū)域具有少量自由電荷載流子。也可以 通過在兩個導(dǎo)體之間設(shè)置單一半導(dǎo)體構(gòu)成二極管，其中導(dǎo)體/半導(dǎo)體界面之一產(chǎn)生以一個 方向強烈阻礙電流的Schottky勢壘。可以通過在導(dǎo)體(柵極)上設(shè)置絕緣層，隨后設(shè)置半 導(dǎo)體層制造晶體管。如果兩個或多個其它導(dǎo)體電極(源極和漏極)以定距離間隔與頂部半 導(dǎo)體層接觸設(shè)置，則可以形成晶體管。可以以不同構(gòu)造產(chǎn)生任何上述設(shè)備，只要產(chǎn)生必要界 面。在薄膜晶體管的一般應(yīng)用中，需要能夠控制電流通過設(shè)備的開關(guān)。因此，需要在開 關(guān)接通時，高電流可以通過設(shè)備。電流的范圍與半導(dǎo)體電荷載流子遷移率有關(guān)。當(dāng)設(shè)備切 斷時，需要電流很小。這與電荷載流子濃度有關(guān)。此外，通常優(yōu)選的是可見光對薄膜晶體管 響應(yīng)幾乎沒有或者沒有影響。為了使其成為現(xiàn)實，半導(dǎo)體帶隙必須足夠大(> 3eV)，使得暴 露于可見光不產(chǎn)生帶間躍遷。能夠產(chǎn)生高遷移率、低載流子濃度和高帶隙的材料為ZnO。此 夕卜，為了在移動卷材(web)上大量制造，高度理想的是方法中使用的化學(xué)過程廉價且低毒， 這可以通過使用ZnO及其大多數(shù)前體來滿足。自飽和表面反應(yīng)使ALD對傳送不均勻性較不敏感，這可能另外損害表面均勻性， 原因是工程容忍度和流動系統(tǒng)的限制或者與表面形貌有關(guān)(即沉積成三維高長寬比結(jié) 構(gòu))。一般，反應(yīng)過程中化學(xué)品的不均勻流通常導(dǎo)致在不同表面區(qū)域部分完成次數(shù)不同。但 是利用ALD允許各反應(yīng)在整個基材表面上完成。因此，完成動力學(xué)的差異對均勻性沒有不 利影響。這是因為首先完成反應(yīng)的區(qū)域自身終止反應(yīng)；其它區(qū)域能夠繼續(xù)，直到完全處理的 表面經(jīng)歷預(yù)定反應(yīng)。通常，ALD方法在單個ALD循環(huán)中沉積約0. 1-0. 2nm薄膜(一個循環(huán)具有如前所 列編號1至4的步驟)。為了對于許多或大多數(shù)半導(dǎo)體應(yīng)用提供約3nm至30nm的均勻薄膜 厚度，以及甚至其它應(yīng)用的更厚薄膜，必須達(dá)到有用且經(jīng)濟(jì)可行的循環(huán)時間。根據(jù)工業(yè)生產(chǎn) 率標(biāo)準(zhǔn)，基材優(yōu)選在2分鐘至3分鐘內(nèi)處理，這意味著ALD循環(huán)時間必須為約0. 6秒至約6秒。ALD為達(dá)到受控的高度均勻薄膜沉積水平提供相當(dāng)大的希望。但是，盡管有其固有 的技術(shù)能力和優(yōu)點，仍然保留一些技術(shù)障礙。一個重要因素涉及所需的循環(huán)數(shù)。因為其重 復(fù)反應(yīng)物和吹掃循環(huán)，有效使用ALD已經(jīng)需要一種與快速進(jìn)行吹掃循環(huán)一起能夠突然使化 學(xué)品流從MLx變?yōu)锳Hy的設(shè)備。常規(guī)的ALD系統(tǒng)設(shè)計用來以所需順序使不同的氣態(tài)物質(zhì)快 速循環(huán)到基材上。但是，以所需速率且沒有某種不希望有的混合的情況下，難以獲得將所需系列氣態(tài)配制料引入室中的可靠方案。此外，為了允許劃算地涂布許多基材，ALD設(shè)備必須 能夠?qū)τ谠S多循環(huán)有效和可靠地執(zhí)行這一快速順序。為了在任何給定反應(yīng)溫度使ALD反應(yīng)需要達(dá)到自身終止的時間減到最少，一種方 法使用所謂的“脈沖”系統(tǒng)已使流入ALD反應(yīng)器的化學(xué)品流達(dá)到最大。為了使進(jìn)入ALD反 應(yīng)器的化學(xué)品流達(dá)到最大，有利的是以最小惰性氣體稀釋并在高壓下將分子前體引入ALD 反應(yīng)器中。但是，這些措施對達(dá)到短循環(huán)時間的需求和從ALD反應(yīng)器中快速去除這些分子 前體產(chǎn)生消極影響。快速去除進(jìn)而要求將ALD反應(yīng)器中的氣體停留時間減到最少。氣體停 留時間τ與反應(yīng)器體積V、ALD反應(yīng)器中的壓力P和流量Q的倒數(shù)成正比，即
<formula>formula see original document page 7</formula>在一般的ALD室中，體積(V)和壓力(P)獨立地受機械和泵送限制條件支配，導(dǎo)致 難以將停留時間精確控制到低值。因此，降低ALD反應(yīng)器中的壓力(P)有助于降低氣體停 留時間和提高從ALD反應(yīng)器去除(吹掃)化學(xué)品前體的速率。相反，將ALD反應(yīng)時間減到 最少需要在ALD反應(yīng)器內(nèi)使用高壓，使進(jìn)入ALD反應(yīng)器的化學(xué)品前體流最大。此外，氣體停 留時間和化學(xué)品使用效率與流量成反比。因此，雖然降低流量可以提高效率，但是其也增加 了氣體停留時間?，F(xiàn)有ALD方法已經(jīng)在縮短反應(yīng)時間的需求和提高化學(xué)品使用效率之間采取折衷 選擇，另一方面，需要使吹掃氣體停留和化學(xué)品去除時間減到最少。克服“脈沖”輸送氣態(tài) 材料的固有限制的一種方法為連續(xù)提供各反應(yīng)氣體，并移動基材連續(xù)通過含有各氣體的區(qū) 域。在這些系統(tǒng)中，必須使用某種機理以將特定的氣體限制在空間區(qū)域，以便基材可以在移 動過程中采樣全部氣體，但是互相獨立的反應(yīng)性氣體不能混合引起不合要求的CVD沉積。 這種系統(tǒng)可以稱為空間受限ALD系統(tǒng)。例如，Yudovsky的標(biāo)題為“GAS DISTRIBUTION SYSTEM FORCYCLICAL LAYER DEPOSITION”的美國專利6，821，563描述一種在真空下具有用于前體 和吹掃氣體的單獨氣體口，與各氣體口之間的真空泵口交替的處理室。各氣體口將其氣流 垂直向下引向基材。單獨的氣流由壁或隔板分隔，用于抽空氣體的真空泵在各氣流的兩側(cè)。 各隔板的下部接近基材延伸，例如從基材表面延伸約0. 5mm或更大。以這種方式，隔板的下 部從基材表面分離一定距離，該距離足以允許氣流在與基材表面反應(yīng)之后圍繞下部向真空 口流動。提供可旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤或其它輸送設(shè)備用于容納一個或多個基材晶片。以這種布置，基 材在不同的氣體流下方往復(fù)移動，由此實現(xiàn)ALD沉積。在一個實施方案中，基材以線性路徑 移動通過室，基材在其中來回通過多次。使用連續(xù)氣流的另一種方法在Suntola等人的標(biāo)題為“METH0DF0R PERFORMING GROWTH OF COMPOUND THIN FILMS”的美國專利4，413，022中說明。氣流陣列具有交替的源 氣體開口、載氣開口和真空排氣開口。在該陣列上往復(fù)移動基材同樣實現(xiàn)ALD沉積，而不需 要脈沖工作。在

圖13和14的實施方案中，具體地，通過在源開口的固定陣列上往復(fù)移動基 材產(chǎn)生基材表面和反應(yīng)性蒸汽之間的連續(xù)相互作用。擴(kuò)散壁壘由排氣開口之間的載氣開口 形成。Simtola等人聲稱這種實施方案甚至可以在大氣壓下工作，但是幾乎沒有或者沒有提 供該方法或?qū)嵤├募?xì)節(jié)。雖然例如'563 Yudovsky和'022 Suntola等人的專利中描述的那些系統(tǒng)可以避免脈沖氣體方法固有的一些難題，但是這些系統(tǒng)具有其它缺點。‘563 Yudovsky專利的氣流輸送裝置和'022 Simtola等人的專利的氣流陣列均不能以比約0.5mm更接近基材的 形式使用?！?63YudOVsky和'022 Simtola等人的專利中公開的氣流輸送裝置均未加以 布置，為了可能用于例如可以用作形成例如電子電路、光傳感器或顯示器的柔性基材的移 動卷材表面。均提供氣流和真空的'563 Yudovsky專利的氣流輸送裝置和'022 Suntola 等人專利的氣流陣列的復(fù)雜布置使這些解決方案難以實施，縮放比例昂貴，和限制其在有 限尺寸移動基材上沉積應(yīng)用的潛在可用性。此外，可能很難在陣列中的不同點處保持均勻 真空，以及在互補壓力下保持同步氣流和真空，因此損害提供到基材表面的氣流的均勻性。
Selitser的美國專利公開2005/0084610公開一種大氣壓原子層化學(xué)汽相沉積方 法。Selitser聲稱通過改變工作壓力至大氣壓額外提高反應(yīng)速率，這將包括反應(yīng)物濃度的 數(shù)量級增加，以及隨之而來的表面反應(yīng)物速率的增加。Selitser的實施方案包括用于方法 各步驟的單獨的室，但是2005/0084610中的圖10說明其中去除室壁的實施方案。一系列 單獨的注射器圍繞旋轉(zhuǎn)的圓形基材支架軌道間隔。各注射器結(jié)合獨立工作的反應(yīng)物、吹掃 和排氣歧管，控制和作為在工藝下通過的各基材的一個完全單層沉積和反應(yīng)物吹掃循環(huán)。 Selitser幾乎沒有或者沒有描述氣體注射器或歧管的具體細(xì)節(jié)，盡管聲稱選擇注射器的間 距，以便通過吹掃各注射器中結(jié)合的氣流和排氣歧管，防止相鄰注射器受到交叉污染。
空間限制ALD處理設(shè)備中的氣體的另一種方法在上述美國專利申請 2007/0228470中描述，其公開一種橫流ALD設(shè)備。在這種設(shè)備中，彼此平行地引導(dǎo)不同的氣 體，并因此通過限制逆流程度來限制任何氣體混合。允許氣體分離的一種有效方法為上述美國專利申請11/620，738的浮頭式ALD設(shè) 備。在該設(shè)備中，使反應(yīng)性和吹掃氣體流動的壓力用作將涂布頭從基材分離的手段。由于 這種系統(tǒng)中可能產(chǎn)生的較大壓力，氣體受力以清晰的路徑移動，并因此排除不希望有的氣 體混合。共同轉(zhuǎn)讓的Kerr等人的美國專利US5838345、Kerr的US5997119和Kerr的 US6677975涉及維持打印頭或成像子系統(tǒng)的位置關(guān)系。例如，US5838345涉及維持車床床身 掃描儀中打印頭的位置關(guān)系，該設(shè)備包括第一桿(bar)，用于支撐車床床身掃描儀中的打印 頭。第一桿附近放置磁鐵用于磁吸引第一桿，以維持桿的位置關(guān)系，以至打印頭。要解決的技術(shù)問題因為ALD沉積過程中的單循環(huán)僅沉積大約一個原子的原子層，所以一般的薄膜沉 積需要多個生長循環(huán)(growth cycle) 0通常原子層具有大約1埃(人)的厚度。因為半導(dǎo)體 系統(tǒng)中的許多膜約為1000人或更厚，所以這種生長將需要大約1000個或更多ALD循環(huán)。在 眾多關(guān)于空間依賴ALD(spatially dependent ALD)的上述參考文獻(xiàn)中，建議通過以某種重 復(fù)或往復(fù)運動移動的較小的沉積面積在基材上實現(xiàn)大量ALD循環(huán)?？紤]到上述問題，生產(chǎn)量考慮以及消除不必要的機械部件，使得申請人尋求重 大優(yōu)勢——具有固定的單個大涂布區(qū)域。產(chǎn)生這樣大的沉積區(qū)域通過產(chǎn)生單個的整體型 (monolithic)沉積送料頭可能是難以實現(xiàn)的。困難在于幾個方面。第一，這樣長的頭將由 上千個部件組成，并且成功構(gòu)造的送料頭將需要裝配如此大數(shù)量的部件而沒有明顯缺陷。 此外，將非常大的送料頭安裝和放置入整個沉積系統(tǒng)中也可能會有大問題。最后，如果送料 頭在操作中損壞，置換單個大送料頭將非常昂貴和花費時間。
單個大沉積送料頭的替代方案是構(gòu)造多個送料頭，其各自包括獨立的組件 (module) 0除了沉積系統(tǒng)的涂布(沉積)部分中的多個組件之外，整個沉積系統(tǒng)的組件也 可以任選地表示為完全的入口部分或出口部分。或者，各個給定的部分可以由多個組件構(gòu) 成。在眾多上述提到的空間依賴的ALD系統(tǒng)中，成功的涂布操作取決于使各個送料頭或其輸出面非?？拷坎急∧さ幕牡谋砻?。在優(yōu)選的實施方案中，需要空間間隔低于 50微米。在由組件組成的系統(tǒng)中，會將基材例如一塊玻璃從一個組件運送至其相鄰組件。 考慮到如何將基材靠近涂布組件的輸出面，將相鄰?fù)坎冀M件的輸出面與第一個組件的輸出 面非常精確地對準(zhǔn)(align)是至關(guān)重要的。因此需要設(shè)計裝置，以使得在多個組件之間各 個涂布組件以及其輸出面相對于其它涂布組件和其輸出面非常精確地定位和對準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及在ALD系統(tǒng)中保持至少兩個組件之間對準(zhǔn)或位置關(guān)系的設(shè)備，該設(shè)備 包括(a)在ALD系統(tǒng)的涂布部分的多個涂布組件；(b)用于支撐至少第一涂布組件和第二涂布組件的至少第一桿和第二桿；和(c)用于分別支撐第一桿和第二桿的至少第一桿裝配結(jié)構(gòu)和第二桿裝配結(jié)構(gòu)；其中至少兩個涂布組件各自由第一桿和第二桿支撐，其中至少兩個涂布組件和第 一桿和第二桿的結(jié)合確定至少兩個涂布組件輸出面的涂布部分型面(profile)。在一個優(yōu)選的實施方案中，沉積系統(tǒng)包括入口部分、包括多個涂布組件或送料頭 的涂布部分和出口部分，其中來自送料頭的一股或多股氣流提供至少有助于將基材表面從 送料頭輸出面分離的壓力。本發(fā)明另一個方面涉及制造上述設(shè)備的方法，其中涂布部分型面由多個在桿裝配 結(jié)構(gòu)內(nèi)部的磁鐵確定，并且其中該多個磁鐵組的位置用校定工具設(shè)定。特別地，本發(fā)明提供為上述設(shè)備提供組件地機械裝置，其可以以經(jīng)濟(jì)有效的方式 制造，同時提供一個涂布組件的輸出面至至少一個相鄰組件的輸出面的精確對準(zhǔn)。在優(yōu)選的實施方案中，該系統(tǒng)可以利用進(jìn)行薄膜沉積的基材的連續(xù)運動來操作， 其中該系統(tǒng)能夠優(yōu)選在對基本大氣壓下的環(huán)境條件未密封的環(huán)境中輸送經(jīng)過送料頭的載 體或卷材。本發(fā)明的優(yōu)點為可以提供一種在基材上原子層沉積的緊湊裝置，其非常適合于許 多不同類型的基材和沉積環(huán)境。本發(fā)明的另一個優(yōu)點為在優(yōu)選實施方案中允許在大氣壓條件下工作。本發(fā)明的另一個優(yōu)點為適合在卷材或其它移動基材上沉積，包括在大面積基材上 沉積。本發(fā)明的另一個優(yōu)點為可以用于大氣壓下的低溫方法，該方法可以在對環(huán)境大氣 開放的非密封環(huán)境中實施。本發(fā)明的方法允許以公式(3)中較早說明的關(guān)系控制氣體停留 時間τ，從而允許在系統(tǒng)壓力和體積由單一變量(氣流)控制的情況下減少停留時間τ。通過閱讀以下詳細(xì)說明并結(jié)合顯示和描述本發(fā)明示例性實施方式的附圖，本發(fā)明 的這些和其它目的、特征和優(yōu)點將對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說變得顯而易見。
附圖簡述雖然本說明書以特別指出并清楚地要求本發(fā)明主題的權(quán)利要求結(jié)束，但是應(yīng)相信 本發(fā)明將根據(jù)以下說明并結(jié)合附圖得到更好地理解，其中圖1為本發(fā)明的用于原子層沉積的送料頭的一個實施方案的截面?zhèn)纫晥D；圖2為顯示提供到進(jìn)行薄膜沉積的基材的氣態(tài)材料的一種示例性布置 (arrangement)的送料頭的一個實施方案的截面?zhèn)纫晥D；圖3A和3B為示意性顯示伴隨沉積操作的送料頭的一個實施方案的截面?zhèn)纫晥D；圖4為根據(jù)一個實施方案的沉積系統(tǒng)中的送料頭的透視分解圖；圖5A為圖4的送料頭的連接板的透視圖；圖5B為圖4的送料頭的氣體室板(gas chamber plate)的俯視圖；圖5C為圖4的送料頭的氣體引導(dǎo)板的俯視圖；圖5D為圖4的送料頭的基板的俯視圖；圖6為顯示一個實施方案中的送料頭上的基板的透視圖；圖7為根據(jù)一個實施方案的氣體擴(kuò)散裝置的分解圖；圖8A為圖7的氣體擴(kuò)散裝置的噴嘴板的俯視圖；圖8B為圖7的氣體擴(kuò)散裝置的氣體擴(kuò)散板的俯視圖；圖8C為圖7的氣體擴(kuò)散裝置的面板的俯視圖；圖8D為圖7的氣體擴(kuò)散裝置內(nèi)的氣體混合的透視圖；圖8E為使用圖7的氣體擴(kuò)散裝置的排氣路徑的透視圖；圖9A為使用垂直層疊板(stacked plate)的實施方案中的送料頭的一部分的透 視圖；圖9B為圖9A中示出的送料頭的部件的分解圖；圖9C為顯示使用層疊板形成的輸送組合件的俯視圖；圖10A和10B分別為圖9A的垂直板實施方案中使用的分隔板的俯視圖和透視圖；圖11A和11B分別為圖9A的垂直板實施方案中使用的吹掃板的俯視圖和透視圖；圖12A和12B分別為圖9A的垂直板實施方案中使用的排氣板的俯視圖和透視圖；圖13A和13B分別為圖9A的垂直板實施方案中使用的反應(yīng)物板(reactant plate)的俯視圖和透視圖；圖13C為交替定向(alternate orientation)的反應(yīng)物板的平面圖；圖14為顯示有關(guān)距離尺寸和力方向的送料頭的側(cè)視圖；圖15為顯示主要的涂布部分以及入口和出口部分的沉積系統(tǒng)的一個實施方式的 側(cè)視圖；圖16為顯示含有多個組件的沉積系統(tǒng)的一個實施方式的透視圖；圖17為說明使用本發(fā)明的沉積系統(tǒng)的一個實施方案形成薄膜的透視圖；圖18為具有帶曲度的沉積輸出面的輸送系統(tǒng)的一個實施方案的截面?zhèn)纫晥D；圖19A為本發(fā)明的組件沉積系統(tǒng)的一個實施方案的截面?zhèn)纫晥D；圖19B為本發(fā)明的組件沉積系統(tǒng)的另一個實施方案的截面?zhèn)纫晥D；圖20A和20B分別顯示包括沉積系統(tǒng)外罩的本發(fā)明沉積系統(tǒng)的一個實施方案的側(cè) 視圖和透視圖21顯示位于桿上的涂布組件和桿支架的側(cè)視圖；圖22A顯示根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的在入口區(qū)域具有基材的一組涂布組件的 透視圖；圖22B顯示根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的在涂布區(qū)域具有基材的一組涂布組件的 透視圖；圖22C顯示根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的在出口區(qū)域具有基材的一組涂布組件的 透視圖；圖23顯示根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的桿和桿支架組裝件的透視圖；圖24顯示涂布組件的透視圖；圖25A顯示根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的具有支架的涂布組件的第一桿組裝件的 剖面圖；圖25B顯示根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的具有支撐體的涂布組件的第二桿組裝件 的剖面圖；圖26顯示根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的桿插孔的細(xì)節(jié)圖；和圖27說明包括后側(cè)氣流軸承(gas fluid bearing)的沉積系統(tǒng)的一個實施方案。發(fā)明詳述本說明書將特別關(guān)注形成本發(fā)明的裝置的一部分或更直接地與該裝置配合的元 件。應(yīng)理解并未特別示出或描述的元件可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的各種形式。對于以下說明，術(shù)語“氣體”或“氣態(tài)材料”用來在廣義上包括任何范圍的蒸發(fā)或 氣態(tài)元素、化合物或材料。在此使用的其它術(shù)語，例如反應(yīng)物、前體、真空和惰性氣體，均具 有材料沉積技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員公知的常規(guī)含義。提供的附圖未按比例繪制，而是用來顯示 本發(fā)明的一些實施方案的整體功能和結(jié)構(gòu)布置。對于許多薄膜應(yīng)用，基材通常被認(rèn)為是材料片，其可以是或者可以不是平坦的。典 型的基材的實例為玻璃、金屬或塑料片。另外，要涂布的基材可以為任意形狀的剛性物體， 只要沉積頭能夠?qū)崿F(xiàn)緊密接近該物體的表面。這種物體的實例可以為圓柱形滾筒或球形物 體。在基材并非完全平坦的情況下，從頭到基材的距離可以為平均值，視沉積區(qū)域的情況而定。對于以下說明，疊加具有其常規(guī)含義，其中各元件以一個部件的各部分與另一個 部件的對應(yīng)部分對準(zhǔn)，并且它們的邊緣通常重合的方式，在彼此之上布置或者彼此倚靠布置。當(dāng)涉及引導(dǎo)氣流時，術(shù)語“上游”和“下游”具有其常規(guī)含義。雖然本發(fā)明能用于任意的眾多空間ALD系統(tǒng)，但特別優(yōu)選的空間ALD系統(tǒng)包括如 下描述的具體設(shè)備的實施方式，其明顯背離ALD的常規(guī)方法，使用將氣態(tài)材料輸送到基材 表面的改進(jìn)的分配設(shè)備，適合于在較大的和基于卷材的或卷材支撐的基材上沉積，并且能 夠以提高的通過速率獲得高度一致的薄膜沉積。本發(fā)明的裝置和方法使用連續(xù)(與脈沖相 反)氣態(tài)材料分配。本發(fā)明的裝置允許在大氣壓或接近大氣壓以及真空下工作，能夠在未 密封或開放空氣環(huán)境中工作。參照圖1，顯示本發(fā)明的用于在基材20上原子層沉積的送料頭10的一個實施方案 的截面?zhèn)纫晥D。送料頭10具有用作接收第一氣態(tài)材料的入口的氣體入口管道14，用作接收第二氣態(tài)材料的入口的氣體入口管道16，和用作接收第三氣態(tài)材料的入口的氣體入口管道 18。這些氣體經(jīng)由具有如隨后所述可以包括擴(kuò)散器的結(jié)構(gòu)布置的輸出通道12在沉積輸出 面36排出。圖1和隨后的圖2-3B中的虛線箭頭表示從送料頭10到基材20的氣體輸送。 圖1中，虛線箭頭也表示排氣路徑(在該圖中顯示為向上)和與提供一個排氣口的排氣管 道24連通的排氣通道22。為簡單說明起見，圖2-3B中并未標(biāo)明排氣。因為廢氣仍可能含 有大量未反應(yīng)的前體，所以可能不合要求的是允許主要含有一種反應(yīng)性物質(zhì)的排氣流與主 要含有另一種物質(zhì)的排氣流混合。因此，認(rèn)識到送料頭10可以含有若干獨立的排氣口。在一個實施方案中，氣體入口管道14和16適合于接收在基材表面上依次反應(yīng)實 現(xiàn)ALD沉積的第一和第二氣體，氣體入口管道18接收對第一和第二氣體惰性的吹掃氣體。 送料頭10與可以在基材載體上提供的基材20隔開一定距離D，如隨后更詳細(xì)描述的。通過 移動基材20，移動送料頭10，或移動基材20和送料頭10兩者，可以在基材20和送料頭10 之間提供往復(fù)運動。在圖1中所示的特殊實施方案中，基材20通過基材載體96以往復(fù)方 式橫跨沉積輸出面36移動，如圖1中的箭頭A和基材20的左右兩邊的虛線輪廓所示。應(yīng) 理解對于使用送料頭10的薄膜沉積來說，往復(fù)運動并不總是必須的。也可以在基材20和 送料頭10之間提供其它類型相對運動，例如以一個或多個方向移動基材20或送料頭10，如 隨后更詳細(xì)描述的。圖2的截面圖顯示氣流排出到送料頭10的一部分沉積輸出面36上(如前所述省 略排氣路徑)。在該特殊布置中，各輸出通道12與圖1中看到的氣體入口管道14、16或18 之一氣流連通。各輸出通道12通常輸送第一反應(yīng)物氣態(tài)材料0，或第二反應(yīng)物氣態(tài)材料M， 或第三惰性氣態(tài)材料I。圖2顯示氣體的相對基本或簡單的布置。設(shè)想的是在薄膜單一沉積中在不同的口 可以依次輸送多種非金屬沉積前體(例如材料0)或多種含金屬前體材料(例如材料M)。 可選地，當(dāng)制造復(fù)雜薄膜材料，例如具有交替的金屬層或具有少量混合在金屬氧化物材料 中的摻雜劑的薄膜材料時，可以在單一輸出通道處施加反應(yīng)物氣體的混合物，例如金屬前 體材料的混合物或金屬和非金屬前體的混合物。有效地，標(biāo)記為I的也稱作吹掃氣體的惰 性氣體的中間流(inter-stream)，將其中氣體可能互相反應(yīng)的任何反應(yīng)物通道分離。第一 和第二反應(yīng)物氣態(tài)材料0和M互相反應(yīng)實現(xiàn)ALD沉積，但是反應(yīng)物氣態(tài)材料0和M都不與 惰性氣態(tài)材料I反應(yīng)。圖2和以下使用的命名表示反應(yīng)物氣體的一些典型類型。例如，第 一反應(yīng)物氣態(tài)材料0可以為氧化氣態(tài)材料；第二反應(yīng)物氣態(tài)材料M可以為含金屬化合物，例 如含鋅材料。惰性氣態(tài)材料I可以為氮氣、氬氣、氦氣，或在ALD系統(tǒng)中通常用作吹掃氣體 的其它氣體。惰性氣態(tài)材料I對第一或第二反應(yīng)物氣態(tài)材料0和M為惰性。第一和第二反 應(yīng)物氣態(tài)材料之間的反應(yīng)可以形成金屬氧化物或其它二元化合物，在一個實施方案中，例 如氧化鋅ZnO或ZnS，用于半導(dǎo)體。多于兩種反應(yīng)物氣態(tài)材料之間的反應(yīng)可以形成三元化合 物，例如ZnAlO。圖3A和3B的截面圖以簡化示意性形式顯示當(dāng)輸送反應(yīng)物氣態(tài)材料0和M時，基材 20沿送料頭10的沉積輸出面36通過時進(jìn)行的ALD涂布工作。圖3A中，基材20的表面首 先接收由被指派為輸送第一反應(yīng)物氣態(tài)材料0的輸出通道12連續(xù)排出的氧化性材料?；?材的表面現(xiàn)在包含對與材料M反應(yīng)敏感的材料0的部分反應(yīng)形式。然后，隨著基材20進(jìn)入 第二反應(yīng)物氣態(tài)材料M的金屬化合物的路徑，其與M發(fā)生反應(yīng)，形成金屬氧化物或可以由兩
12種反應(yīng)物氣態(tài)材料形成的某些其它薄膜材料。不同于常規(guī)的解決方案，圖3A和3B中所示 的沉積順序在對于給定基材或其規(guī)定區(qū)域進(jìn)行沉積期間是連續(xù)的，而非脈沖的。也即，基材 20通過送料頭10的表面，或相反地送料頭10通過基材20的表面時，材料0和M被連續(xù)排
出o如圖3A和3B所示，在第一和第二反應(yīng)物氣態(tài)材料0和M的流之間，每隔一個輸出 通道12提供惰性氣態(tài)材料I。值得注意地，如圖1中所示的，在輸出通道12之間引入排氣 通道22，而優(yōu)選沒有真空通道。僅需要使用提供少量抽吸的排氣通道22來將由送料頭10 排出并用于處理的廢氣放空。送料頭10的工作的一種情況涉及相對基材20提供氣壓，以通過施加的壓力至少 部分保持間距D。通過在沉積輸出面36和基材20的表面之間保持一定量氣壓，本發(fā)明的 裝置為送料頭10自身，或另外為基材20，提供至少一部分空氣軸承，或更適當(dāng)?shù)貧饬鬏S承。 這種布置有助于簡化送料頭10的移動要求，如隨后描述的。重要地，允許送料頭接近基材， 使其由氣壓支撐的效果有助于分離氣流。通過使送料頭在這些流上浮動，壓力場在反應(yīng)性 和吹掃流區(qū)域中建立，使得在幾乎沒有或沒有其它氣流混合下將氣體從入口引導(dǎo)排氣。在一個實施方案中，因為間距D較小，所以即使距離D的一個小的改變(例如即使 100微米)也將要求顯著改變提供間距D的流量和由此的氣壓。例如，在一個實施方案中， 間距D加倍，涉及少于1mm的改變，將要求提供間距D的氣體流速增加超過兩倍，優(yōu)選超過 四倍。作為一般原理，設(shè)想實際上更有利的是將間距D減到最小，并由此以降低的流量工 作。對于一個實施方案中的整體組合件的一小部分，圖4的分解圖顯示如何可由一組 帶口板構(gòu)造送料頭10，并顯示僅一種氣體的一部分的示例性氣流路徑。送料頭10的連接板 100具有一系列輸入口 104，用于連接到送料頭10上游的且在圖4中未示出的供氣源。每 個輸入口 104與引導(dǎo)室102連通，引導(dǎo)室102將接收的氣體向下游引導(dǎo)至氣體室板110。氣 體室板110具有與氣體引導(dǎo)板120上的獨立引導(dǎo)通道122氣流連通的供給室112。氣流從 引導(dǎo)通道122通過基板130上的特殊的細(xì)長排氣通道134。氣體擴(kuò)散裝置140在其沉積輸 出面36提供輸入氣體的擴(kuò)散和最終的輸送。示例性氣流F 1經(jīng)跟蹤穿過送料頭10的各個 部件組合件。圖4中示出的x-y-z軸方向也應(yīng)用于本申請中的圖5A和7。如圖4的實例所示，送料頭10的輸送組合件150形成為如下疊加有孔板的布置 連接板100、氣體室板110、氣體引導(dǎo)板120和基板130。在這種“水平”實施方案中，這些板 基本平行于沉積輸出面36設(shè)置。氣體擴(kuò)散裝置140也可以由疊加有孔板形成，如隨后描述 的。可以理解圖4中所示的任何板可以自身由許多疊加板制造。例如，可能有利的是由適 當(dāng)?shù)嘏悸?lián)在一起的四或五組有孔板形成連接板100。與形成引導(dǎo)室102和輸入口 104的機 械加工或模塑方法相比，這種布置可能較不復(fù)雜。氣體擴(kuò)散裝置140可用于使通過提供氣態(tài)材料至基材的輸出通道的流量均衡。標(biāo) 題為“DELIVERY DEVICE FOR DEPOSITION”的美國專利申請11/620，740公開任選可以使用 的各種擴(kuò)散系統(tǒng)。可以在送料頭中另外提供用于擴(kuò)散氣態(tài)材料和/或提供所需反壓的其它 手段。另外，可以在沒有擴(kuò)散的情況下使用輸出通道來提供氣態(tài)材料，如Simtola等人的美 國專利4，413，022中。通過提供未擴(kuò)散的流量，可以以同質(zhì)沉積較少為可能代價，獲得較高 通過量。另一方面，擴(kuò)散系統(tǒng)特別有利于上述浮動頭系統(tǒng)，因為其可以在輸送裝置內(nèi)提供幫助頭浮動的反壓。圖5A至5D顯示結(jié)合在一起形成圖4的實施方案中的送料頭10的各主要部件。圖 5A為顯示多個引導(dǎo)室102的連接板100的透視圖。圖5B為氣體室板110的俯視圖。在一 個實施方案中，供給室113用于送料頭10的吹掃或惰性氣體。在一個實施方案中，供給室 115提供前體氣體(0)的混合；排氣室116提供該反應(yīng)性氣體的排氣路徑。類似地，供給室 112提供另一種所需的反應(yīng)性氣體，金屬性前體氣體(M)；排氣室114提供該氣體的排氣路 徑。圖5C為該實施方案中的送料頭10的氣體引導(dǎo)板120的俯視圖。提供金屬性前體 材料(M)的多個引導(dǎo)通道122以一種模式布置，用于連接適當(dāng)?shù)墓┙o室112(該視圖中未示 出)和基板130。相應(yīng)的排氣引導(dǎo)通道123靠近引導(dǎo)通道122設(shè)置。引導(dǎo)通道90提供另一 種前體材料(0)并具有相應(yīng)的排氣引導(dǎo)通道91。引導(dǎo)通道92提供吹掃氣體(I)。應(yīng)再次 強調(diào)圖4和5A-5D顯示一個說明性實施方案；許多其它實施方案也是可能的。圖5D為送料頭10的基板130的俯視圖。基板130具有多個與排氣通道134交錯 的細(xì)長噴射通道132。圖6為顯示由水平板形成的基板130和顯示輸入口 104的透視圖。圖6的透視圖 顯示從輸出側(cè)觀察的并具有細(xì)長噴射通道132和細(xì)長排氣通道134的基板130的外表面。 參照圖4，圖6的視圖取自面向氣體擴(kuò)散裝置140的一側(cè)。圖7的分解圖顯示用來形成如圖4的實施方案及隨后所述其它實施方案中使用的 任選氣體擴(kuò)散裝置140的一個實施方案的部件的基本布置。這些包括在圖8A的俯視圖中 示出的噴嘴板142。如圖6、7和8A的視圖所示，噴嘴板142倚靠基板130裝配并從細(xì)長噴 射通道132獲得其氣流。在示出的實施方案中，輸出通道143提供所需的氣態(tài)材料。連續(xù) 的第一排氣狹槽180在排氣路徑中提供，如隨后描述的。參照圖8B，和板142和148 (圖7中示出)協(xié)同擴(kuò)散的氣體擴(kuò)散板146倚靠噴嘴板 142裝配。優(yōu)化噴嘴板142、氣體擴(kuò)散板146和面板148上的各種通道的布置，以提供所需 的氣流擴(kuò)散量，同時有效地引導(dǎo)排出氣體離開基材20的表面區(qū)域。狹槽182提供排氣口。 在示出的實施方案中，形成第二擴(kuò)散輸出通道147的氣體供給狹槽與排氣狹槽182在氣體 擴(kuò)散板146中交替。如圖8C所示的面板148則面向基材20。該實施方案中，提供氣體的第三擴(kuò)散輸出 通道149與排氣狹槽184同樣交替。圖8D集中于穿過氣體擴(kuò)散裝置140的氣體輸送路徑；圖8E則以相應(yīng)的方式顯示 排氣路徑。參照圖8D，對于代表性的氣體口組合，顯示在一個實施方案中用于充分?jǐn)U散輸 出流F2的反應(yīng)性氣體的整體布置。經(jīng)由噴嘴板142上的第一輸出通道143提供來自基板 130(圖4)的氣體。氣體向下游達(dá)到氣體擴(kuò)散板146上的第二擴(kuò)散輸出通道147。如圖8D 所示，在一個實施方案中在通道143和147之間可以存在垂直偏移(也即使用圖7中所示 的水平板布置，垂直為相對于水平板平面成正交)，有助于產(chǎn)生反壓并因此促進(jìn)更均勻的 流量。氣體然后進(jìn)一步向下游到達(dá)面板148上的第三擴(kuò)散輸出通道149。不同的輸出通道 143,147和149不僅可以空間偏移，而且也可以具有不同的幾何結(jié)構(gòu)以優(yōu)化混合。在沒有任選的擴(kuò)散裝置的情況下，基板中的細(xì)長噴射通道132可以用作送料頭10 的輸出通道12，代替第三擴(kuò)散輸出通道149。
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圖8E以符號方式描繪在類似的實施方案中為排出氣體提供的排氣路徑，其中下 游方向與供給的氣體的下游方向相反。流F3表示分別穿過連續(xù)的第三、第二和第一排氣狹 槽184、182和180的排出氣體的路徑。不同于用于氣體供給的流F2的更曲折的混合路徑， 圖8E中所示的排出布置預(yù)期使來自表面的廢氣快速運動。因此，流F3為離開基材表面的 相對直線的排出氣體。再次參照圖4，如連接板100、氣體室板110、氣體引導(dǎo)板120和基板130所示的部 件的組合可以加以集合，提供輸送組合件150。輸送組合件150可能存在替代實施方案，包 括使用圖4的相同布置和視圖，由垂直而非水平的有孔板形成的輸送組合件。參照圖9A，根據(jù)仰視圖(也即從氣體排放側(cè)觀察)，顯示可用于使用相對于沉積輸 出面36垂直配置的許多疊加有孔板的輸送組合件150的替代布置。為簡單說明起見，圖9A 的“垂直實施方案”中所示的輸送組合件150的部分具有兩個細(xì)長噴射通道152和兩個細(xì) 長排氣通道154。圖9A至13C的垂直板布置可以輕易地擴(kuò)大，以提供許多噴射和排氣通道。 如圖9A和9B中有孔板相對于沉積輸出面36平面垂直配置，各細(xì)長噴射通道152通過具有 隨后更詳細(xì)示出的由分隔板界定的側(cè)壁和在側(cè)壁之間居中的反應(yīng)物板來形成。孔口的正確 定位然后提供與氣態(tài)材料供給源的流體連通。圖9B的分解圖顯示用來形成圖9A中所示的輸送組合件150的小部分的有孔板的 布置。圖9C為顯示具有用于噴射氣體的五個細(xì)長通道152并使用疊加的有孔板形成的輸 送組合件150的俯視圖。圖10A至13C然后以俯視圖和透視圖形式顯示各種有孔板。為簡 單起見，為每一種有孔板給出字母命名分離器S、吹掃P、反應(yīng)物R和排氣E。圖9B中從左至右為用于引導(dǎo)氣體朝向或離開基材的板之間交替的分隔板 160(S)，其也在圖10A和10B中示出。圖11A和11B中示出的吹掃板162(P)。圖12A和12B 中示出的排氣板164(E)。圖13A和13B中示出的反應(yīng)物板166 (R)。圖13C顯示通過水平 翻轉(zhuǎn)圖13A的反應(yīng)物板166獲得的反應(yīng)物板166'；這種交換方向也可以根據(jù)需要用于排 氣板164。當(dāng)板疊加時，各有孔板中的孔口 168對準(zhǔn)，由此形成管道，以使氣體能夠如參照圖 1所述的經(jīng)由輸送組合件150進(jìn)入細(xì)長排出輸出通道152和排氣通道154。返回到圖9B，僅示出輸送組合件150的一部分。該部分的板結(jié)構(gòu)可以使用先前賦 予的字母縮寫來表示，也即S-P-S-E-S-R-S-E- (S)(該序列中最后的分隔板在圖9A或9B中未示出。)如該序列所示，分隔板160(S) 通過形成側(cè)壁來界定各通道。提供用于典型ALD沉積的兩種反應(yīng)性氣體以及必要的吹掃氣 體和排氣通道的最小的輸送組合件150將使用完全縮寫序列表示S-P-S-E1-S-R1-S-E1-S-P-S-E2-S-R2-S-E2-S-P-S-E1-S-R1-S-E1-S-P-S-E2-S-R 2-S-E2-S-P-S-E1-S-R1-S-E1-S-P-S其中R1和R2表示用于使用的兩種不同反應(yīng)性氣體的處于不同方向的反應(yīng)物板 166，E1和E2相應(yīng)地表示處于不同方向的排氣板164。排氣通道154不必為常規(guī)含義上的真空口，而是可以僅被提供來抽取來自其相應(yīng) 輸出通道12的流，由此促進(jìn)通道內(nèi)的均一流動模式。僅略微低于相鄰細(xì)長噴射通道152的 氣壓負(fù)值的負(fù)向抽吸可以有助于促進(jìn)有序流動。負(fù)向抽吸可以例如利用0. 2至1. 0大氣壓 的源(例如真空泵)處的抽吸壓力工作，而典型的真空例如為低于0. 1大氣壓。
使用由送料頭10提供的流動模式提供許多優(yōu)于單獨向沉積室脈沖氣體的常規(guī)方 法的優(yōu)點，所述常規(guī)方法例如先前背景部分中提及的那些。沉積裝置的機動性提高，本發(fā)明 的設(shè)備適于其中基材尺寸超過沉積頭尺寸的高容量沉積應(yīng)用。流體動力學(xué)也比先前的方法 得到改善。用于本發(fā)明的流布置允許如圖1中所示的送料頭10和基材20之間的距離D非常 小，優(yōu)選低于1mm。沉積輸出面36可以很接近地位于基材表面1密耳(大約0. 025mm)以 內(nèi)。由反應(yīng)性氣流產(chǎn)生的氣壓有助于緊密定位。比較起來，CVD裝置要求顯著更大的間距。 先前的方法，例如前述Yudovsky的美國專利6，821，563中描述的循環(huán)沉積，被限制在對于 基材表面0. 5mm或更大的距離，而本發(fā)明的實施方案可以在低于0. 5mm,例如低于0. 450mm 處實施。實際上，將送料頭10接近于基材表面定位在本發(fā)明中是優(yōu)選的。在特別優(yōu)選的實 施方案中，距基材表面的距離D可以為0. 20mm或更小，優(yōu)選小于100 u m。理想的是當(dāng)在疊加板實施方案中組裝大量板時，輸送至基材的氣流均勻穿過所有 輸送氣流的通道(I、M或0通道)。這一點可以通過適當(dāng)設(shè)計有孔板來實現(xiàn)，例如在各板的 流動模式的某部分中具有節(jié)流器(restriction)，該節(jié)流器被精加工以便為各噴射輸出或 排氣通道提供可再現(xiàn)的壓降。在一個實施方案中，輸出通道12沿著開口長度顯示至多約 10%偏差以內(nèi)的基本相等的壓力。甚至可以提供更高的容忍度，例如允許至多約5%或甚至 低至2%的偏差。雖然使用疊加有孔板的方法是構(gòu)造本發(fā)明物品的特別有用的方法，但是制造這種 結(jié)構(gòu)的許多其它方法可以用于替代實施方案。例如，可以通過直接機械加工一個金屬塊或 粘合在一起的若干金屬塊來制造該裝置。此外，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解的，可以使用涉及 內(nèi)模特征的模塑技術(shù)。也可以使用許多立體光刻(stereolithography)技術(shù)的任一種來構(gòu) 造該裝置。由本發(fā)明的送料頭10提供的一個優(yōu)點涉及保持其沉積輸出面36和基材20表面 之間的適當(dāng)間距D(圖1)。圖14顯示使用由送料頭10噴射的氣流壓力保持距離D的一些 關(guān)鍵條件。圖14中示出代表性數(shù)目的輸出通道12和排氣通道22。來自一個或多個輸出通道 12的噴射氣體的壓力產(chǎn)生如由該圖中的向下箭頭指示的力。為了使這一力向送料頭10提 供有用的緩沖或“空氣”軸承(氣流軸承)，必須存在足夠的承載面積，也即可以與基材20 緊密接觸的沿著沉積輸出面36的實體表面積(solid surface area) 0承載面積的百分比 對應(yīng)于允許氣壓在其下方積累的沉積輸出面36的實體面積的相對量。最簡單的，承載面積 可以計算為沉積輸出面36的總面積減去輸出通道12和排氣通道22的總表面積。這意味 著排除具有寬度wl的輸出通道12或具有寬度w2的排氣通道22的氣流面積的總表面積必 須盡可能達(dá)到最大。在一個實施方案中提供95%的承載面積。其它實施方案可以使用更小 的承載面積值，例如85%或75%。為了改變分離或緩沖力以及由此相應(yīng)地改變距離D，也可 以調(diào)節(jié)氣體流速?？梢岳斫獾氖翘峁饬鬏S承以使送料頭10基本保持在高于基材20的距離D將存 在優(yōu)點。這一點將允許送料頭10使用任何適當(dāng)類型的傳送機構(gòu)基本無摩擦的運動。然后 隨著在材料沉積期間送料頭10被引導(dǎo)來回掃過基材20的表面，送料頭10可以在基材20 的表面上方“盤旋”。
如圖14所示，送料頭10可能過重，以致向下的氣體力不足以保持所需間隔。在這 種情況下，輔助提升部件，例如彈簧170、磁鐵或其它設(shè)備可用于補充提升力。在其它情況 下，氣流可能足夠高，以致產(chǎn)生相反的問題，使得將迫使送料頭10離開基材20的表面過大 的距離，除非施加額外的力。在這種情況下，彈簧170可以為壓縮彈簧，提供額外所需的力 以保持距離D(相對于圖14的布置為向下)。可選地，彈簧170可以為補充向下力的磁鐵、 彈性體彈簧或某種其它設(shè)備。在本發(fā)明的一些實施方案中，送料頭10可以是固定的。在其 中送料頭10固定以及基材允許漂浮的情況下，可以由彈簧172向如圖14所示的基材20施 加額外的力?？蛇x地，送料頭10可以相對于基材20定位于某種其它方向。例如，基材20可以 由對抗重力的空氣軸承效應(yīng)來支撐，使得基材20可以在沉積期間沿著送料頭10移動。圖 27中示出使用空氣軸承效應(yīng)在基材20上沉積，基材20在送料頭10上方得到緩沖的一個實 施方案。圖27的替代實施方案顯示基材20在送料頭10和氣流軸承98之間在方向K上移 動。在該實施方案中，送料頭10具有空氣軸承，或更恰當(dāng)?shù)貧饬鬏S承效應(yīng)，并且與氣流軸承 98協(xié)同，以便保持送料頭10的沉積輸出面和基材20之間的所需距離D。氣流軸承98可以 使用惰性氣體或空氣或某種其它氣態(tài)材料的流F4來引導(dǎo)壓力。應(yīng)注意在本沉積系統(tǒng)中，基 材載體或支架可以在沉積期間與基材接觸，基材載體可以為傳送基材的裝置，例如輥。因 此，所處理的基材的絕熱并非本系統(tǒng)的必要條件。雖然沉積僅在沉積頭的顯示交替順序反應(yīng)性氣體的區(qū)域中發(fā)生，但是實際情況要 求沉積系統(tǒng)具有靠近沉積頭的部分，以提供在其上裝載和卸載基材進(jìn)入或離開涂布部分的 區(qū)域，以及任選為延伸超過如圖15的沉積系統(tǒng)60中所示沉積區(qū)域的基材部分提供載體，其 中基材20的部分以放大部分21a和21b的形式示出。為了精確起見，鑒于基材移動的方向， 入口部分200為沉積或涂布部分220之前的部分，出口部分240為沉積或涂布部分220之 后的部分。因為沉積頭通過氣體軸承效應(yīng)保持接近基材，所以入口和出口部分也使用類似的 效應(yīng)是適當(dāng)?shù)?。這些部分可以具有與沉積部分的配置非常相似的氣體輸送狹槽(或更通常 為閥口)的配置。實際上，在一些情況下可能的是入口和出口狹槽與沉積區(qū)域中的輸出狹 槽相同，除了它們僅用單一氣體供給。入口部分200和出口部分240可以用對薄膜的制造和性能沒有不利影響的用于漂 浮的任何氣體供給。在很多情況下，可能理想的是使用惰性氣體作為入口部分200和出口 部分240的漂浮氣體?？蛇x地，因為基材在沉積之前和之后可能接觸空氣，所以就氣體利用 率而言，當(dāng)使用空氣作為這些部分之一或兩者的漂浮氣體可以實現(xiàn)成本節(jié)約時，可以是使 用空氣的時機。入口部分200和出口部分240可以任選僅使用單一氣體供給源，而沒有額外的氣 體控制條件。在優(yōu)選的實施方案中，入口部分200和出口部分240的非沉積輸出面具有向 入口或出口部分的非沉積輸出面供給氣體的非沉積輸出口 252的布置以及從非沉積輸出 面的表面排出氣體的排氣口 254的布置。使用排氣口 254允許更穩(wěn)固地定位基材和保持基 材和非沉積輸出面之間的適當(dāng)間隙。如上所述，對于入口部分200和出口部分240，非沉積輸出面可以具有根據(jù)沉積或涂布部分的需要成狹槽形狀的輸出口 252和排氣口 254。但是，這些口可以具有任何適當(dāng)?shù)?形狀，因為與涂布部分相比，這些部分中不需要將來自一種口的氣體與另一種口的氣體容 納或分離。其它類型的口的實例將是正方形、五邊形，或優(yōu)選圓形口，僅舉幾個例子。在其中非沉積輸出口 252和排氣口 254是狹槽的情況下，優(yōu)選的狹槽布局將是在 非沉積輸出開口 252每側(cè)上環(huán)繞各排氣口或通道254，以及同樣地在排氣口 254每側(cè)上環(huán)繞 各非沉積輸出開口 252。在優(yōu)選的實施方案中，入口和出口部分的最遠(yuǎn)端處的口將為非沉積 輸出口。在其中非沉積輸出口 252和排氣口 254為圓形口的情況下，這些可以以提供所述 類型口的交替的任何方 式布置。一個優(yōu)選的布局為方形圖案的孔洞，其中各輸出口 252由 排氣口 254最接近地環(huán)繞，同樣各排氣口由非沉積輸出口 252環(huán)繞?？蛇x地，入口和出口部分可以使用多孔材料來向非沉積輸出面輸送氣體。入口、出口和涂布部分可以保持在規(guī)定的預(yù)先選擇的溫度或溫度范圍，任選對于 各部分具有不同的溫度設(shè)定值。其中基材可以反復(fù)暴露于來自涂布頭的交替順序的氣體的任何方式將引起薄膜 的ALD增長。現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)預(yù)期了往復(fù)運動用于這種增長。但是，往復(fù)運動涉及允許基 材裝載和基材方向反復(fù)反轉(zhuǎn)的復(fù)雜的機械系統(tǒng)。關(guān)于往復(fù)運動的較不明顯但是仍然重要的 問題是至少一部分基材在其增長期間必須在各沖程之間退出沉積區(qū)域，導(dǎo)致退出區(qū)域暴露 于可能不受控制的環(huán)境。上述問題的一個途徑包括設(shè)計涂布或送料頭具有足夠的ALD循環(huán)，使得基材僅需 要進(jìn)行單次或至多單次雙向通過涂布區(qū)域，以便接收特定薄膜所需的沉積量。可見在這種構(gòu)造中可以實現(xiàn)基材上任何位置的整體ALD增長，如在一個優(yōu)選的實 施方案中，無須使基材為了沉積目的而發(fā)生方向反轉(zhuǎn)。再次參照圖15的實施方案的沉積系統(tǒng)60，通過將基材裝載進(jìn)入入口部分200，移 動基材通過入口部分200，到達(dá)并通過涂布部分220，繼續(xù)移動基材進(jìn)入出口部分240，在其 中基材20可以與完成的薄膜分離，可以形成所需厚度的完成薄膜層。這一點具有額外的優(yōu) 點，在完成所需層厚之前不存在從涂布區(qū)域移出基材的理由。除了避免對不受控制的環(huán)境 的任何暴露之外，單次通過中的連續(xù)增長將增加基材上任何給定點的總沉積速率。在通過沉積系統(tǒng)的經(jīng)過中單向運動的另一個優(yōu)點是簡化了基材移動所需的機械 系統(tǒng)。基材移動可以借助于引起線性運動的任何種類設(shè)備實現(xiàn)，所述線性運動例如線性發(fā) 動機驅(qū)動的線性行程、旋轉(zhuǎn)發(fā)動機驅(qū)動的線性行程、皮帶驅(qū)動或如本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉的 引入線性運動的任何其它方法。也可以實現(xiàn)移動基材的非接觸法。這種方法包括粘滯力， 例如引導(dǎo)氣流、磁性和電勢差。因為該系統(tǒng)實施方案無須改變基材方向，并且氣體軸承效應(yīng)產(chǎn)生低摩擦力，所以 也可以通過為基材提供初速度，然后允許基材靠其自身慣性至少在一定程度上滑動通過沉 積區(qū)域，實現(xiàn)基材移動通過沉積區(qū)域?？梢酝ㄟ^上述任何運動方法賦予基材初速度。也可以通過重力作用賦予基材速率。因此，涂布、入口和出口部分可以傾向于允許 重力給料，以實現(xiàn)部分或全部基材運動。此外，這些部分的傾斜程度可以是機械可調(diào)的，使 得在沉積過程中，可以通過將涂布部分、入口部分或出口部分的斜度從水平改變至某一斜 度水平，使靜止的基材加速。雖然為基材移動簡單起見，單向單次通過沉積系統(tǒng)可能是優(yōu)選的，但是對于具有較小腳印(foot-print)的沉積系統(tǒng)，雙向系統(tǒng)可能是優(yōu)選的。相對而言，在雙向系統(tǒng)的情 況下，入口和出口部分將具有與單向系統(tǒng)類似的長度，但是涂布部分將僅需要一半的長度。 再次參照圖15，在這種實施方案中，通過裝載基材20進(jìn)入入口部分200，移動基材通過入口 部分200，到達(dá)并通過涂布部分220，繼續(xù)移動基材進(jìn)入出口部分240，在其中基材移動方向 將反轉(zhuǎn)并且基材將向后移動通過涂布部分220，進(jìn)入入口部分200，在其中基材可以與完成 的薄膜分離，將形成所需厚度的完成薄膜層。本發(fā)明的涂布部分220、入口部分200和出口部分240為復(fù)雜的機械系統(tǒng)，具有大 量內(nèi)部通路和沉積輸出面口。這些系統(tǒng)常常由大量連接部件構(gòu)成。此外，為了實現(xiàn)單次通過 沉積，涂布部分的長度和沉積輸出面狹槽的數(shù)目可以非常大。例如，單一沉積循環(huán)可能需要 八個細(xì)長狹槽吹掃_(dá)排氣_第一反應(yīng)性氣體_排氣_吹掃_(dá)排氣_第二反應(yīng)性氣體_排 氣。如果假設(shè)單一沉積循環(huán)產(chǎn)生ι A的層厚，則為獲得1000 A的層厚，將需要1000次上述 循環(huán)。如果我們進(jìn)一步假定各細(xì)長狹槽與其相鄰的狹槽隔開0. 025英寸，則沉積區(qū)域的總 長度將為16.7英尺。此外，如果入口部分和出口部分需要處于某種適當(dāng)?shù)拈L度以承載基 材，則這些部分很可能超過5英尺長。通過制造單一的單塊沉積頭可能難以制造這種大型沉積區(qū)域。困難由一些因素產(chǎn) 生。首先，這種長的頭將由數(shù)千部件組成，并成功構(gòu)造的頭將需要在沒有重大或不可接受的 缺陷的前提下組裝這許多的部件。此外，主要問題可能在于將非常大的頭安裝和裝載進(jìn)入 整個沉積系統(tǒng)中。最后，如果頭在操作中損壞，則替換單個大型頭將非常昂貴和費時。單個大型沉積頭的替代為構(gòu)造具有獨立組件的頭。組件可以表示完全部分，例如 入口、出口或涂布部分。另外，給定部分可以由許多組件構(gòu)造。圖16顯示涉及組件構(gòu)造的 一個實施方案的視圖。在圖16中，入口部分200由4個組件202a、202b、202c和202d組 成。沉積系統(tǒng)60的涂布部分220由5個組件222a、222b、222c、222d和222e組成。涂布部 分的放大部分顯示兩個組件靠近基材部分21c，其中為了改善結(jié)果，組件的表面相對于基材 的布置變化限制在距離XX的最大所需變化之內(nèi)。這些涂布部分組件本該相同或不同，取決 于最終沉積系統(tǒng)60的設(shè)計。從實際目的出發(fā)，多個涂布部分組件的每一個至少包含適當(dāng)數(shù) 目的輸出口和排氣口以完成單個ALD循環(huán)。優(yōu)選，組件將設(shè)計用于一至五十個完整ALD循 環(huán)。圖16顯示出口部分240由單一組件組成。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解許多組件組合可用 于最終沉積系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，圖16僅起說明一個說明性實施方案或可能布局的作用，實施方案 或布局毫無疑問將取決于并適合于待涂布的具體基材、具體工藝、涉及的材料和薄膜，以及 待制造的設(shè)備的具體類型。在一個優(yōu)選的實施方案中，沉積系統(tǒng)可以在涂布部分中包括例如8個或更多組 件，優(yōu)選10至100個組件。這種組件的每一個可以包括在沉積系統(tǒng)中基本分離和獨立構(gòu)造、 組裝和定位的送料頭。為理解組件的數(shù)目如何在構(gòu)造涂布部分中影響產(chǎn)率，研究由8000個板組成的涂 布部分的實例。假定在組合件中存在缺陷率，使得在組裝每200個板中，組合件中具有缺陷 的概率為2%。在根據(jù)每個組件200個板組裝這一部分中，將需要40個工作組件，因此為生 產(chǎn)40個可用的組件將需要組裝大約41個組件(大約2%損耗)。為嘗試8000個板的單一 結(jié)構(gòu)，單一結(jié)構(gòu)工作的概率為0. 9840 = 44%。結(jié)果，生產(chǎn)單一工作部分將需要大約2個完 全的涂布部分(大約50%損耗)。本發(fā)明的一個實施方案中的本組件情況可以顯著避免或減少該問題。通常希望涂布由單一材料組成的薄膜。但是可以使用其中完成的薄膜包含許多不同材料層的理想的薄膜。在組件化涂布部分的情況下，涂布部分內(nèi)的多個組件可能能夠 輸送不同氣體，因此并非所有的組件產(chǎn)生相同的涂層。圖17說明沉積系統(tǒng)60的一個實施 方案，其中涂布部分的組件輸送不同的沉積化學(xué)品。涂布部分220由九個組件組成。組件 232a適合于輸送化學(xué)品形成第一薄膜材料，組件232b適合于輸送化學(xué)品形成第二薄膜材 料，組件232c適合于輸送化學(xué)品形成第三薄膜材料。組件232a、232b和232c加以對準(zhǔn)，使 得進(jìn)入出口部分240的完成的薄膜涂層含有在相對于基材部分21d顯示的整個多重薄膜結(jié) 構(gòu)330中分別具有第一薄膜材料332a、第二薄膜材料332b和第三薄膜材料332c的交替薄 膜層。這些層的每一個的厚度由相應(yīng)的涂布部分220組件內(nèi)的ALD循環(huán)數(shù)決定。本領(lǐng)域技 術(shù)人員應(yīng)理解第一、第二和第三材料可以為能夠使用前述ALD沉積系統(tǒng)適當(dāng)沉積的任何材 料。圖17不應(yīng)被認(rèn)為是限制性的，相反其應(yīng)作為形成多層薄膜的一種可能結(jié)構(gòu)。圖17中 的出口部分240和入口部分200中的組件202a至202d與先前附圖中解釋的那些相似。為了涂布平坦基材的目的，通常假定涂布裝置的沉積輸出面也將是平坦的。但是， 具有彎曲度的沉積輸出面可以具有一些優(yōu)點。表面的曲度通?？梢杂汕劝霃蕉x。曲度半徑為其中圓形區(qū)域與沉積輸出面的 曲度匹配的圓周半徑。在其中表面曲度變化并且不能由單一半徑描述的情況下，則最大曲 度和曲度的最小半徑可以用來定義該系統(tǒng)的曲度的特性半徑。對于某些基材，可能有用的是在基材的運動方向沉積頭具有一定曲度。這一點可 以具有有益的作用，允許基材的前沿具有比基材的其余部分更低的向下力，因為頭的曲度 將傾向于將基材的前沿拉離涂布部分沉積輸出面。對于某些基材，可能有用的是在垂直于基材運動方向的方向中具有曲度。這種彎 曲度將具有波紋效應(yīng)，增加基材的剛性并使涂層更加穩(wěn)固。在組件化沉積系統(tǒng)的情況下，單個組件的表面可以是或可以不是彎曲的。圖18顯 示彎曲的沉積區(qū)域的實例，結(jié)果是在沉積期間組件沿著與基材的所需弧度匹配的弧度布置 和旋轉(zhuǎn)。圖18中的部件對應(yīng)于圖16中的那些，除了相對于與組件的彎曲載體250對準(zhǔn)的 組件提供的曲度。對于在一些工藝中的一些材料的沉積，可能有利的是加熱基材。圖19A和19B分 別說明輻射和對流熱源作為沉積系統(tǒng)的一個實施方案的組成部分。輻射熱源260可以由如 圖19A中說明的IR燈265或者本領(lǐng)域中已知的任何輻射熱源，例如石英鹵素?zé)魜碇圃?。圖 19B中說明的對流熱源270可以使用加熱的吹風(fēng)機。另外，對流熱源270可使用冷的吹風(fēng) 機用于冷卻基材。圖19A和19B中的其它部件對應(yīng)于圖16中的那些，除了僅先前相對于圖 19A和19B提及的部件。本發(fā)明的裝置優(yōu)點在于其能夠在寬的溫度范圍內(nèi)，包括在一些實施 方案中室溫或接近室溫，在基材上進(jìn)行沉積。本發(fā)明的裝置可以在真空環(huán)境中工作，但是特 別適合于在大氣壓或接近大氣壓下工作。在優(yōu)選的實施方案中，ALD可以在大氣壓或接近大氣壓下，和在寬的環(huán)境和基材溫 度范圍內(nèi)，優(yōu)選在低于300°C的溫度下進(jìn)行。優(yōu)選，為將污染可能性減到最小，需要相對清潔 的環(huán)境；但是當(dāng)使用本發(fā)明裝置的優(yōu)選實施方案時，獲得良好性能將不需要完全“清潔室” 條件或充有惰性氣體的外罩。
回頭參考圖16，基材和沉積頭之間的間隔可以非常小，有時低至10微米，特別是 在涂布組件和基材之間有氣體軸承效應(yīng)的具體操作中。因此，該部分的輸出面具有無間斷 的表面是很重要的。在組件結(jié)構(gòu)中，該部分的組件(圖16中的涂布組件所示)應(yīng)具有精確 對準(zhǔn)的輸出面。圖16中插件(inset)的間距210需很小，以便實現(xiàn)該對準(zhǔn)并且在位置/高 度方面具有很低的失配。在一個實施方案中，該間距210應(yīng)低于10微米，優(yōu)選低于5微米， 更優(yōu)選低于2微米。本發(fā)明能有利地提供包含組件裝配裝置的沉積系統(tǒng)，以便很容易地提供所需的容 忍限度。圖20A和20B顯示該沉積系統(tǒng)的一個實施方案，如本文所描述，其包括至少包含涂 布部分以及任選的入口和出口部分的外罩350，。外罩350中包含一組組件355，其裝配在 組件支架和桿支架365上的一組桿360上。
圖21顯示桿360、桿支架365和單個組件370的更近試圖。盡管本文中使用術(shù)語 “桿(rod)”，術(shù)語“桿(bar)”是可以互換的，并且桿/桿并不限制橫截面的特定形狀，無論 圓形、方形或其它形狀。在圖21所示的實施方式中，桿或伸長件碰巧具有圓形橫截面。圖21中還包括本發(fā)明一個實施方式中的某些部件，值得注意的是支撐桌375、該 桌的裝配支架380，和如果需要用于合宜地連接至基材的傳動裝置385以輸送基材通過沉 積系統(tǒng)。盡管圖21顯示的涂布組件僅有兩個桿支撐，很明顯用于系統(tǒng)時可任選具有一個或 多個額外的桿位置。這樣的一個可能的原因是在較寬的涂布裝置中，可能需要在端桿之間 的一個或多個支撐桿，以防止涂布頭或其組件彎曲。可選地，組桿位置可以允許相同涂布系 統(tǒng)與較短或較長的組件一起使用以意于僅與可用亞組(subset)的桿接觸。通過圖21的部件定義了組件的自由度軸。圖21包含軸基準(zhǔn)(axiskey)，示為X、 Y和Z方向，其中Z方向直接面向紙外。為了說明，第一個對準(zhǔn)組裝件367包含用于對準(zhǔn)的 第一桿和第二個對準(zhǔn)組裝件包含用于對準(zhǔn)的第二桿。第一和第二桿都提供了在Z軸方向移 動的自由度，因為桿可以在Z軸方向移動或熱膨脹同時維持與兩個桿的接觸(即使在一個 實施方案中有來自任選的磁力的阻力)。這是的第一桿區(qū)域僅有的移動軸，因為桿位于V形 或其它通道內(nèi)以防止任何的X軸向移動。另一方面，第二桿區(qū)域提供X軸向的附加的自由 度以調(diào)節(jié)移動，例如組件的橫向熱膨脹。在該系統(tǒng)中沒有旋轉(zhuǎn)自由度，因為其假定了在第一 對準(zhǔn)組裝件367和第二對準(zhǔn)組裝件368的全部區(qū)域正確操作應(yīng)維持桿與組件的接觸。通過 施加至少抵消組件重量的力，涂布組件是可脫離(removable)與第一和第二桿的接觸的。圖22A至22C顯示了向基材20施加涂層，當(dāng)其從圖22A中的入口區(qū)域200，通過圖 22A中的涂布部分220，至圖22C中的出口區(qū)域240。圖23顯示在本發(fā)明的一個實施方案中桿360和桿支架365的特寫。相對于其接觸 桿的位置至組件輸出面的上表面的位置，位于該桿上的組件應(yīng)具有極小的公差。如所指的， 當(dāng)組件位于該桿上而相鄰的組件位于相鄰位置的桿上時，這兩個桿的上表面將在非常接近 的調(diào)節(jié)位置，滿足圖16中的間距210非常小的需求。圖23的實施方案顯示多個沿桿360長度的桿裝配結(jié)構(gòu)390。然而，替代的實施方 案可以具有單一整體的桿裝配結(jié)構(gòu)。桿裝配結(jié)構(gòu)390可以整體連接在支撐結(jié)構(gòu)365上。桿 360不需要完全直。因為桿表面不需要極小的公差，所以桿作為涂布系統(tǒng)框架的組成部分存 在是可能的，其通過鑄造和機械加工等方法制造。事實上，可能希望入口、涂布和出口部分200、220和240的集成上表面(或面對基材的輸出面)具有特定的曲度或任意的型面。該型面很容易通過以下產(chǎn)生使桿360具有多 個桿裝配結(jié)構(gòu)390的上配合面，沿基材移動的方向延伸以形成所需的型面，然后其被傳遞 至與那些桿裝配結(jié)構(gòu)接觸的桿360的型面，并因此傳遞至組件的上表面。非線性型面的例 子可以是弧形，與其它弧形或直線區(qū)域的結(jié)合的弧形，和想產(chǎn)生的所需上輸出面型面的結(jié) 合。所需的型面可以僅在涂布部分中或延伸到多于一個的部分。型面也可以用于驅(qū)使預(yù)先 設(shè)計的基材運動。該型面的例子可以是向下的傾斜，接著平坦的部分，再接著向上的傾斜。 在該實施方案中，位于輸出面表面的基材(假設(shè)為氣體軸承系統(tǒng)的幾乎無摩擦運動)將在 第一個向下傾斜中由于重力作用加速，以勻速通過平坦的部分，然后在最后的向上傾斜中 減速至適合基材從涂布系統(tǒng)抽出的速度。
圖24的透視圖(從底部觀看，因而看不見涂布輸出面)中顯示了位于桿上的組件 的一個實施方案。該組件具有接觸第一桿的第一接觸部分400和接觸第二桿的第二接觸部 分395。在這些區(qū)域中有特殊的配合面405，其優(yōu)選使用下面討論的磁對準(zhǔn)能力。作為圖24中所示方案的替代實施方案，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，例如，通過將其 置于臂下，該組件能具有面向與組件輸出面相同方向的接觸部分，該臂各自包括面向與輸 出面相同方向的接觸部分，且該臂水平延伸至送料頭背側(cè)。然后兩個接觸部分各自通過桿 支撐，使得送料頭的臂支撐在桿上，并且送料頭向下延伸至桿下。還可選地，如果支撐各個 組件的磁鐵累積足夠地強可以支撐送料頭的重量，下面要描述的足夠強力的磁鐵可以使圖 24的實施方案的組件輸出面向下定位。圖25A顯示包括組件接觸部分400的第一對準(zhǔn)組裝件367的橫截面，圖25B顯示 包括組件接觸部分395的第二對準(zhǔn)組裝件368的橫截面。兩個裝配都顯示桿支架365，桿 360和任選存在于組件370和桿支架365上的桿裝配結(jié)構(gòu)390上的配合面405。在一個特定的優(yōu)選實施方案中，為了確保其對準(zhǔn)，桿配合部件405使用磁力方法 對準(zhǔn)。參考圖26，顯示了在桿插孔410中桿360的固定。桿插孔410可以代表本文中討論 的任何桿插孔，桿裝配結(jié)構(gòu)390或形成組件接觸部分400的相類似零件。本領(lǐng)域技術(shù)人員 很容易意識到本文討論的任何桿接觸區(qū)域或方式可包括相同方法和設(shè)備的固定?；诖?， 使用多個釹鐵硼(NdFeB)磁鐵作為桿配合部件405并且位于分別在多個優(yōu)選圓形孔或擴(kuò)孔 (counterbore)415內(nèi)的桿插孔410內(nèi)，以允許桿配合部件，特別地磁鐵405，通過磁吸引接 收桿360。各個磁鐵405優(yōu)選位于直接對于桿插孔410的相對面上的另一磁鐵405相反定 位以形成配對。各個磁鐵405還優(yōu)選包括基本上4. 5磅的磁力，并且包括磁附于其底部的 磁鐵銜鐵(magnet keeper) 420以增強磁鐵405的強度。多個任選的塑料圓形對準(zhǔn)密封圈425位于擴(kuò)孔邊緣以鄰接地(abuttingly)接收 磁鐵405。各個對準(zhǔn)密封圈425足夠柔性以至磁鐵可手動滑入密封圈，并且也足夠硬以至一 旦磁鐵在其所需的位置上它將保持該位置直到下述牢固地附著磁鐵的步驟完成。為了安裝磁鐵405，先在插孔410上初始安裝具有所需和已知型面的臨時安裝桿， 以使磁鐵405對準(zhǔn)在其所需的位置；該安裝桿，也稱為“主桿”或“校定工具”，在該初始對準(zhǔn) 之后被市售的桿360代替?；诖?，將安裝桿插入其各自的安裝孔和置于磁鐵405上。因 為安裝桿可以是所需的直線形或包含某些所需的和已知的型面(在所需的公差內(nèi))，磁鐵 405在某位置上自身對準(zhǔn)，確定出用于任何置于其上的桿的型面。接著進(jìn)行裝入操作以設(shè)定 或固定磁鐵，例如如下所述。
加注孔430通向插孔410內(nèi)部并且與各個擴(kuò)孔415連接，從外部向擴(kuò)孔415提供 粘合溶液例如STYCAST環(huán)氧樹脂的通道。隨著安裝桿將磁鐵在其所需位置對準(zhǔn)，向加注孔 430注射粘合溶液直至在對準(zhǔn)密封圈425以下的擴(kuò)孔415被完全填滿。密封圈425用于容 納溶液，使得其它擴(kuò)孔方向，倒置或水平方向也被封裝。一段時期后，溶液硬化，由此將磁鐵 405牢固地固定于插孔410中。然后移出臨時安裝桿，并將市售的典型地沿其縱向軸向包括型面的可用桿360置 于磁鐵405上。磁鐵405各自磁吸引與市售桿360相鄰接的表面，使得桿360的縱向軸能 配合已經(jīng)形成裝入的或固定的磁鐵405的所需型面。然后可以將上述程序重復(fù)用于系統(tǒng)中任意其它的桿插孔。在涂布組件370的情形中，在固定設(shè)備中使用臨時安裝桿，允許在裝入操作過程中能精確保持持臨時安裝桿相對 于該組件的輸出面的位置。通過在各個桿的一個或多個桿裝配結(jié)構(gòu)中的多個磁鐵能確定涂布部分型面，其中 用校定工具設(shè)定多個磁鐵的位置，如US專利No. 6677975中所教導(dǎo)。圖26中(結(jié)合圖23)，對于桿裝配結(jié)構(gòu)，該桿插孔410左側(cè)上的第一種多個(the first plurality of)磁鐵405能沿第一桿的長度延伸。第一種多個磁鐵各自具有基本互 相平行的表面，該桿位于其表面上，第一種多個磁鐵磁吸引所述第一桿。相似地，圖26中 (結(jié)合圖23)，在桿裝配結(jié)構(gòu)中，桿插孔410右側(cè)上的第二種多個磁鐵405也能沿第一桿的 長度方向延伸。第二種多個磁鐵各自具有基本互相平行的表面，該第一桿位于其表面上， 并且所述第二種多個磁鐵磁吸引所述第一桿。很明顯，圖26地實施方案中，左側(cè)上的各第 一種多個磁鐵的表面和右側(cè)上的各第二種多個磁鐵的表面相互之間形成小于180度的角。 第一種多個磁鐵和第二種多個磁鐵磁吸引所述第一桿，以便由于所述吸引曲度是如所需要 的，例如變直。磁鐵可選自不同類型。在優(yōu)選實施方案中，可選擇涂布的磁鐵。廣泛使用磁鐵涂 層以提供在眾多應(yīng)用中抗氧化或腐蝕的表面，包括用于醫(yī)療器械(其中磁材料應(yīng)受保護(hù)耐 腐蝕，例如U. S專利No. 4857873中公開的)?？梢允褂么盆F帽，如在各種磁鐵應(yīng)受保護(hù)的應(yīng) 用中，例如U. S專利No. 5213251中公開的用于構(gòu)造傳感器部件，其中向磁化塊施加帽，并然 后組裝的單元是用于耐磨損的表面硬化。結(jié)合至磁鐵的涂層和帽優(yōu)選優(yōu)化至不僅根據(jù)抗氧 化和腐蝕，還提供在調(diào)整過程中能經(jīng)受穿過其表面的滑動力而不損壞的軸承表面。很容易 意識到本發(fā)明的組件和桿主要通過磁鐵的磁力固定在其位置上。盡管可以預(yù)見額外固定裝 置，所述簡單的磁力固定能提供其它特征，通過簡單地施加克服想要移動部件的磁力和重 力的力，就可以移動桿和組件，而無需復(fù)雜的工具?；氐綀D20，原子層沉積(ALD)系統(tǒng)包括任選的外罩，以提供相對良好控制和無污 染的環(huán)境。沉積系統(tǒng)還包括氣體供給(未顯示)，以通過供給線(未顯示)向涂布部分提供 第一，第二和第三氣態(tài)材料。優(yōu)選地，這些供給線將具有快速釋放裝置；排出線也優(yōu)選具有 快速釋放裝置。為簡單起見，圖20中沒有顯示任選的真空氣體回收設(shè)備和其它支撐部件， 但也可以使用。優(yōu)選使用該氣體回收設(shè)備以循環(huán)在入口部分和出口部分使用的氣體。圖21 中部分顯示的傳送子系統(tǒng)385能沿入口部分200、涂布部分220和出口部分240的非沉積輸 出面運送基材20，提供χ方向上的運動，使用本文中使用的坐標(biāo)軸系統(tǒng)。通過控制邏輯處理 器可以提供運動控制，以及閥和其它支持部件的整體控制，例如計算機或?qū)Ｓ梦⑻幚頇C裝置，例如優(yōu)選PLC或可編程的邏輯計算機。在可以特別用于卷材制造的另一個實施方案中，ALD系統(tǒng)可以具有多個送料頭，或 者具有布置在經(jīng)歷沉積的基材的每側(cè)的兩個送料頭?？蛇x地可以提供柔性材料的柔性送料 頭。這一點將提供對沉積表面顯示至少一定一致性的沉積裝置。在另一個實施方案中，送料頭的一個或多個輸出通道可以使用美 國公開文本 No. 2007/0228470中公開的橫向氣流布置。在這種實施方案中，支持送料頭和基材之間的 間隙的氣壓可以由一定數(shù)目的輸出通道，例如由例如噴射吹掃氣體(圖2-3B中標(biāo)記為I的 通道)的那些通道來維持。橫向流于是將用于一個或多個噴射反應(yīng)性氣體的輸出通道(圖 2-3B中標(biāo)記為0或M的通道)。同樣，雖然空氣軸承效應(yīng)可以用來使送料頭從基材表面至少部分分離，但是本發(fā) 明的裝置可以可選地用來使基材從送料頭的沉積輸出面提升或漂浮?？梢钥蛇x地使用其它 類型的基材支架，包括例如壓板。部件清單10送料頭12輸出通道14、16、18氣體入口管道20 基材21a、21b、21c、21d 部分基材22排氣通道24排氣管道36沉積輸出面60原子層沉積(ALD)系統(tǒng)90前體材料的引導(dǎo)通道91排氣引導(dǎo)通道92吹掃氣體的引導(dǎo)通道96基材載體98氣流軸承100連接板102引導(dǎo)室104 輸入口110氣體室板112、113、115 供給室114、116 排氣室120氣體引導(dǎo)板122前體材料的引導(dǎo)通道123排氣引導(dǎo)通道130 基板132細(xì)長噴射通道134細(xì)長排氣通道
140氣體擴(kuò)散裝置142噴嘴板143、147、149第一、第二、第三擴(kuò)散輸出通道146氣體擴(kuò)散板148 面板150輸送組合件152細(xì)長噴射通道部件清單-續(xù)154細(xì)長排氣通道160分隔板162吹掃板164排氣板166、166'反應(yīng)物板168 孔口170、172 彈簧180順序第一排氣狹槽182順序第二排氣狹槽184順序第三排氣狹槽200 入 口部分202a、202b、202c、202d 入口部分組件210 間距220涂布部分222a、222b涂布部分組件222c、222d、222e 涂布部分組件232a適合于第一薄膜材料的組件232b適合于第二薄膜材料的組件232c適合于第三薄膜材料的組件240 出 口部分250組件的彎曲載體252 輸出 口254 排氣 口260輻射熱源265IR 燈270對流熱源330完成的薄膜332a第一薄膜材料的薄膜332b第二薄膜材料的薄膜332c第三薄膜材料的薄膜350包含沉積系統(tǒng)的外罩
355涂布組件的組360用于組件支撐的桿365桿支架
367第一對準(zhǔn)組裝件368第二對準(zhǔn)組裝件370單個涂布組件375支撐桌380桌的裝配支架385基材傳送的驅(qū)動裝置390桿裝配結(jié)構(gòu)395涂布組件接觸第二桿的第二接觸部分400涂布組件接觸第一桿的第一接觸部分405桿配合面410桿插孔415桿插孔中的擴(kuò)孔420磁鐵銜鐵425用于擴(kuò)孔的對準(zhǔn)密封圈430加注孔A 箭頭D 巨離E排氣板F1、F2、F3、F4 氣流部件清單-續(xù)H 高度I第三惰性氣態(tài)材料K 方向M第二反應(yīng)物氣態(tài)材料0第一反應(yīng)物氣態(tài)材料P吹掃板R反應(yīng)物板S 隔板
權(quán)利要求
在ALD系統(tǒng)中保持至少兩個涂布組件之間對準(zhǔn)或位置關(guān)系的設(shè)備，該設(shè)備包括(a)在ALD系統(tǒng)的涂布部分中的多個涂布組件；(b)用于支撐至少第一涂布組件和第二涂布組件的至少第一桿和第二桿；和(c)用于分別支撐第一桿和第二桿的至少第一桿裝配結(jié)構(gòu)和第二桿裝配結(jié)構(gòu)；其中至少兩個涂布組件各自由第一桿和第二桿支撐，其中至少兩個涂布組件和第一桿及第二桿的結(jié)合確定至少兩個涂布組件的輸出面的涂布部分型面，并且其中各個組件具有由第一桿和第二桿確定的自由度軸。
2.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中第一桿和第二桿在基材移動通過ALD系統(tǒng)的方向上基本平 行，并且第一桿裝配結(jié)構(gòu)和第二桿裝配結(jié)構(gòu)相對于地面或者由地面支撐的ALD系統(tǒng)的外罩 是固定的。
3.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中第一桿和第二桿磁力連接至其相應(yīng)的桿裝配結(jié)構(gòu)。
4.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中至少兩個涂布組件各自磁力連接至第一桿和第二桿中的至 少一個。
5.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中第一桿和第二桿磁力連接至其相應(yīng)的桿裝配結(jié)構(gòu)，并且其 中至少兩個涂布組件磁力連接至第一桿和第二桿中的至少一個。
6.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中該涂布部分型面是弧形。
7.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中該涂布部分型面是水平、垂直或傾斜的平面。
8.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中ALD系統(tǒng)還包括出口部分和/或入口部分，其各自分別具有 型面和至少一個出口組件和/或入口組件。
9.權(quán)利要求8的設(shè)備，其中ALD系統(tǒng)由至少兩個部分形成，其中相對于視情況而定的包 含在各個部分中的整個涂布組件、出口組件或入口組件的輸出面，各個部分具有不同的部 分型面。
10.權(quán)利要求9的設(shè)備，其中選擇各個部分的部分型面以對應(yīng)于所需的基材移動。
11.權(quán)利要求1的設(shè)備，進(jìn)一步包括用于傳送基材通過ALD系統(tǒng)的基材傳送裝置。
12.權(quán)利要求1的設(shè)備，進(jìn)一步包括第三桿裝配結(jié)構(gòu)和第三桿。
13.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中該涂布部分的長度由組件的數(shù)量確定。
14.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中各個組件包含用于至少在整個ALD循環(huán)上沉積的裝置。
15.在ALD系統(tǒng)中保持至少兩個組件的位置關(guān)系的設(shè)備，該設(shè)備包括(a)在ALD系統(tǒng)的涂布部分中的多個涂布組件；(b)用于支撐至少第一涂布組件和第二涂布組件的至少第一桿和第二桿；和(c)用于分別支撐第一桿和第二桿的至少第一桿裝配結(jié)構(gòu)和第二桿裝配結(jié)構(gòu)；其中第一桿磁力連接至第一桿裝配結(jié)構(gòu)，和第二桿磁力連接至第二桿裝配結(jié)構(gòu)，并且 任選地至少兩個組件磁力連接至第一桿和第二桿中的至少一個，其中至少兩個組件和第一 桿及第二桿的結(jié)合確定涂布部分型面，和其中各個組件具有由第一桿和第二桿確定的自由 度軸ο
16.權(quán)利要求1的設(shè)備，進(jìn)一步包括在至少一個第一桿裝配結(jié)構(gòu)中的第一種多個磁鐵， 該磁鐵沿該桿的長度延伸并被安置在至少一個第一桿裝配結(jié)構(gòu)上，該第一種多個磁鐵各自 具有基本相互平行的表面，該第一桿位于該表面上并且該第一種多個磁鐵磁力吸引該第一 桿。
17.權(quán)利要求16的設(shè)備，進(jìn)一步包括在至少一個第一桿裝配結(jié)構(gòu)中的第二種多個磁 鐵，該磁鐵沿桿長度延伸并被安置在至少一個第一桿裝配結(jié)構(gòu)上，第二種多個磁鐵各自具 有基本相互平行的表面，該第一桿位于該表面上并且該第二種多個磁鐵磁力吸引該第一 桿，其中第一種多個磁鐵的表面和第二種多個磁鐵的表面相互形成小于180度的角。
18.權(quán)利要求17的設(shè)備，其中該第一種多個磁鐵和該第二種多個磁鐵磁力吸引該第一 桿使得由于磁力吸引該曲度變直。
19.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中通過施加至少抵消各個組件重量的力，至少兩個涂布組件 各自是可脫離與第一桿和第二桿的接觸的的。
20.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中至少一個第一桿裝配結(jié)構(gòu)和第二桿裝配結(jié)構(gòu)分別整體連 接至第一支撐結(jié)構(gòu)和第二支撐結(jié)構(gòu)。
21.權(quán)利要求15的設(shè)備，其中沿第一桿的長度有單個整體的第一桿裝配結(jié)構(gòu)或多個第 一桿裝配結(jié)構(gòu)。
22.制造權(quán)利要求15的設(shè)備的方法，其中通過在桿裝配結(jié)構(gòu)中的第一種多個磁鐵和第 二種多個磁鐵確定涂布部分型面，和其中使用校定工具設(shè)定多個磁鐵的位置。
全文摘要
在ALD系統(tǒng)中維持至少兩個涂布組件之間對準(zhǔn)或位置關(guān)系的設(shè)備，該設(shè)備包括在涂布部分中的多個涂布組件；用于支撐涂布組件的至少第一桿和第二桿；和用于支撐桿的至少第一桿裝配結(jié)構(gòu)和第二桿裝配結(jié)構(gòu)；其中各個涂布組件由第一桿和第二桿支撐，并且其中至少兩個組件和第一桿和第二桿的結(jié)合確定涂布組件輸出面的涂布部分型面。還公開制造該設(shè)備的方法。
文檔編號C30B35/00GK101809196SQ200880109154
公開日2010年8月18日 申請日期2008年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月26日
發(fā)明者D·H·萊維, R·S·克爾 申請人:伊斯曼柯達(dá)公司