CN102498236B - 用于原子层沉积的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于在片状衬底的表面上的原子层沉积的装置，其包括：注入头，所述注入头包括配有前驱供给口和前驱排放口的沉积空间；所述供给口和排放口被安排成提供从前驱供给口经由沉积空间到前驱排放口的前驱气流；沉积空间在使用时由注入头和衬底表面界定；包括轴承气体注入器的气体轴承，该轴承气体注入器安排成在注入头与衬底表面之间注入轴承气体，因此该轴承气体形成气体轴承；以及传送系统，该传送系统提供衬底和注入头沿着衬底的平面的相对运动，以便形成沿其传送衬底的传送平面。将支承部分安排成与注入头相对，该支承部分被构造成提供在传送平面中平衡注入头气体轴承的气体轴承压强布局，以便衬底被所述气体轴承压强布局无支承地保持在注入头与支承部分之间。

Description

用于原子层沉积的装置及方法
技术领域
本发明涉及用于衬底的表面上的原子层沉积的装置。本发明还涉及用于衬底的表面上的原子层沉积的方法。
背景技术
已知原子层沉积为(重复)沉积单层目标材料的方法。原子层沉积与例如化学气相沉积的不同之处在于原子层沉积至少采取两个处理步骤。这些处理步骤的第一个包括将前驱气体(gas)施加在衬底表面上。这些处理步骤的第二个包括前驱材料的反应以便形成单层靶材料。原子层沉积具有实现良好的层厚度控制的优点。
WO2008／085474公开了一种用于原子层沉积的装置。该装置公开了空气(air)轴承效应，以便衬底悬浮在注入头上面。对于片状衬底，这样的悬浮可能是使用前驱气体的低效方式，其中存在污染的风险，并且可能较低精度地沉积层。
发明内容
据此，按照本发明的一个方面，本发明的目的是提供使前驱气体的使用得到改善的原子层沉积的装置和方法；其中精确地提供衬底支承。按照一个方面，本发明提供了用于在片状衬底的表面上的原子层沉积的装置，其包括：注入头，所述注入头包括配有前驱供给口和前驱排放口的沉积空间；所述供给口和排放口被安排成从前驱供给口经由沉积空间到前驱排放口提供前驱气流；沉积空间在使用时由注入头和衬底表面界定；和包括轴承气体注入器的气体轴承，该轴承气体注入器安排成在注入头与衬底表面之间注入轴承气体，因此该轴承气体形成气体轴承；以及传送系统，该传送系统提供衬底和注入头沿着衬底表面的相对运动，以便形成传送衬底的传送平面。将支承部分安排成与注入头相对，该支承部分被构造成提供在传送平面中平衡注入头气体轴承的气体轴承压强布局，以便衬底被所述气体轴承压强布局无支承地保持在注入头与支承部分之间。沉积空间可以定义相对于衬底表面的沉积空间高度D2。气体轴承相对于衬底定义小于沉积空间高度D2的间隙距离D1。
按照本发明的另一个方面，本发明提供了用于使用包括注入头的装置在衬底的表面上的原子层沉积的方法，该注入头包括配有前驱供给口的沉积空间和配有轴承气体注入器的气体轴承，其中沉积空间定义相对于衬底表面的沉积空间高度D2；并且其中气体轴承相对于衬底定义小于沉积空间高度D2的间隙距离D1，该方法包括如下步骤：将前驱气体从前驱供给口供应给沉积空间以便与衬底表面接触；在注入头与衬底表面之间注入轴承气体，因此该轴承气体形成气体轴承；在衬底表面的平面中建立沉积空间与衬底之间的相对运动；以及提供在传送平面中平衡注入头气体轴承的气体轴承压强布局，以便衬底被所述气体轴承压强布局无支承地保持在注入头与支承部分之间。这样的方法可选地可以使用按照本发明的装置实现。
通过平衡空气轴承支承，可以将片状衬底控制成不会对衬底造成机械损害地保持在传送平面中。另外，通过使用空气轴承，可以提供沉积空间的独立压强控制，因此允许自由选择许多沉积材料和方法。
将前驱气体限制在沉积空间内使沉积空间中的压强例如沉积空间中的前驱气体压强或沉积空间中的总压强能够得到控制。此外，该装置可以包括沉积空间压强控制器。可以将沉积空间中的压强控制成独立于和／或不同于沉积空间外部的压强。这样，可以将沉积空间中的预定压强设置成，优选的是专用于优化原子层沉积处理。
在使用该装置时，沉积空间由衬底表面界定。显然，这样的话，衬底有助于限制前驱气体。衬底的这样限制可以保证基本上防止了前驱气体流过沿着衬底表面的假想平面。但是，这不是必需的，甚至可以支持在各种程度上打孔的衬底，只要可以为提供轴承气体支承提供足够的承载表面就行。
在衬底表面的平面中沉积空间与衬底之间的相对运动与将注入前驱气体限定在沉积空间内的组合进一步使前驱气体能够得到相当有效使用。这样的话，可以使前驱气体量有效地分布在衬底表面上，因此提高了前驱气体分子在注入沉积空间中之后附着于衬底表面的概率。
附图说明
现在参考附图以非限制方式对本发明加以描述，在附图中：
图1示出了按照本发明的一个实施例的示意性侧视图；
图2示出了按照本发明的一个实施例的示意性侧视图；
图3示出了另一个实施例的示意性平面图；
图4示出了按照本发明另一个实施例的注入头的一个实施例；
图5示出了第四实施例的示意性侧视图；
图6示出了第四实施例的一种变体的示意图；
图7A示出了第一输送元件、第二输送元件、和带有注入头的工作区的顶视图；
图7B示出了在导入区中输送的衬底；
图7C示出了通过工作区输送的衬底；
图7D示出了在导出区中将衬底转向的时刻的衬底。
图7E示出了随后的在导入区中转向的时刻的衬底。
图7F示出了从第二输送元件移走的衬底；
图8A示出了壁部处在打开位置的接收元件；
图8B示出了壁部处在中间位置的接收元件；
图8C示出了壁部处在闭合位置的接收元件；
图9A示出了第五实施例中的装置的一种变体的顶视图；
图9B示出了第五实施例中的装置的一种变体的顶视图；以及
图10示出了多个装置的示意图。
除非另有说明，否则在附图中相同标号自始至终都指相似部件。
具体实施方式
图1示出了按照本发明的一个实施例的示意性侧视图。作为一个例子，注入头1被显示成具有被气体轴承区域隔开的两个沉积空间2，3。虽然原则上对于原子层，至少需要两个处理步骤，但可能只有一个处理步骤需要涉及到材料沉积。这样的材料沉积可以在配有前驱供给口4的沉积空间2中进行。据此，在这个实施例中，显示出了注入头包括配有反应物供给口40的又一沉积空间3，在使用时又一沉积空间3由气体轴承7界定。可替代地或另外地，可以在反应空间中提供反应气体、等离子体、激光生成的辐射、和紫外线辐射中的至少一种，以在前驱气体沉积在衬底表面的至少一部分上之后使前驱与反应气体反应，以便在衬底表面的至少一部分上获得原子层。通过适当吹扫空间2和3，可以在处理期间开关供给口4和40。
前驱和反应物供给口4，40优选的是设计成没有显著的流动限制，以便允许等离子体沉积。因此，朝着衬底表面5，等离子体流不会受到任何流动限制的妨碍。
在这个实施例中，前驱气体通过衬底表面5旁边的流动而在沉积空间2中循环。气流经由沉积空间从前驱供给口4提供到前驱排放口6。在使用时沉积空间2由注入头1和衬底表面5界定。气体轴承7配有安排成与沉积空间相邻的轴承气体注入器8，以便在注入头1与衬底表面5之间注入轴承气体，因此该轴承气体在将注入前驱气体限制到沉积空间2的同时形成气体轴承。前驱排放口6另外可以起排放轴承气体从而防止轴承气体流入沉积空间2，3中的作用。
虽然在实施例中，每个气体轴承7被显示成被设置尺度作为流动屏障，但原理上，这不是必需的；例如，分开沉积空间2，3的流动屏障无需被设置尺度作为气体轴承，只要提供有效的流动屏障就行。通常，流动屏障可以具有比其中气体轴承有效的间隙高度大的间隙高度。在实际例子中，气体轴承工作在5μm-100μm的间隙高度范围内；其中流动屏障在这样的值以上例如直到500μm仍然有效。此外，气体轴承7在存在衬底9的情况下可能只作为流动屏障(或就此而论的气体轴承)有效；而流动屏障可能被设计成或可能不设计成与衬底9的存在无关而有效。重要的是，流动屏障在任何时候都防止活性材料在沉积空间2，3之间的流动以避免污染。这些流动屏障可能被设计成或可能不设计成气体轴承7。
虽然图1未具体示出传送系统(更多细节参见图3)，但衬底9相对于注入头2运动，以接受来自沉积空间2和3的材料的随后沉积。通过衬底9相对于注入头1的往复运动，可以控制层数。
重要的是，配备了沿着可以看成衬底9的中心线的传送平面而为衬底9提供支承的支承部分10。支承部分10被安排成与注入头相对，并且被构造成提供在传送平面中平衡注入头气体轴承7的气体轴承压强布局。尽管为了提供该效果不太完美的对称布局可能是可行的，但优选的是，通过具有如注入头1所提供的那样的，支承部分中的相同流动布局而提供平衡。因此，优选的是，支承部分10的每个流动喷嘴朝着注入头1的相应喷嘴对称放置。这样，衬底可以被所述气体轴承压强布局无支承地(即，没有任何机械支承地)保持在注入头1与支承部分10之间。更一般地说，在注入头1中和在支承部分10中的流动布局沿着传送平面的位置变化小于0.5mm(特别地小于0.2mm)仍然可以认为是相同流动布局。由于不存在任何机械支承，所以防止了受这样的支撑件污染的风险，这对于保证注入头1相对于衬底9的最佳工作高度是非常有效的。另外，为了清洁目的，需要较短的系统停机时间。而且，重要的是，由于不存在机械支承，可以降低系统的热容，从而使衬底对生产温度的热响应更快，这样可以显著提高生产吞吐量。
关于这方面，沉积空间定义相对于衬底表面的沉积空间高度D2；并且其中起流动屏障作用的气体轴承7包括面对衬底表面5的流动限制表面11，其相对于衬底定义小于沉积空间高度D2的间隙距离D1。沉积空间配有前驱供给口4和前驱排放口6。所述供给口和排放口可以安排成使前驱气流从前驱供给口经由沉积空间流到前驱排放口。在使用时，沉积空间由注入头1和衬底表面界定。沉积空间可以由其中供给口和排放口结束和／或开始的具有D2-D1深度的空腔29形成。因此，更一般来说，空腔被限定在沉积头1中，并且使用时面对衬底9。通过让空腔29面对衬底，应理解，衬底基本上形成空腔的包壳，从而形成用于供应前驱气体的封闭环境。另外，衬底可以配备成使衬底的各个相邻部分或甚至相邻衬底或其它部分可以形成这样的包壳。该装置可以安排成通过沉积头1的前驱排放口6从空腔中排放前驱气体，以基本上防止前驱气体从空腔中逃逸。显然，轴承供给口可以位于离空腔一段距离。该空腔可以允许在空腔中施加与气体轴承层中的处理条件不同的处理条件。优选的是，将前驱供给口4和／或前驱排放口6设置在空腔中。
空腔29的深度D2-D1可以定义成衬底9与配有轴承气体注入器8和前驱供给口的注入头的输出面之间的距离的局部增量。深度D2减去D1可以在10到500微米的范围内，更优选的是，在10到100微米的范围内。
流动限制表面11可以由包括轴承气体注入器8的突出部分110形成。气体轴承层在使用时例如在表面5与流动限制表面11之间形成。前驱排放口30之间的距离C1通常可以在1到10毫米的范围内，这个数值也是沉积空间2，3的典型宽度。用D1指示的气体轴承层的典型厚度可以在3到15微米的范围内。突出部分110的典型宽度C2可以在1到30毫米的范围内。衬底9的平面外的沉积空间2的典型厚度D2可以在3到100微米的范围内。
这实现了更高效的处理设置。其结果是例如从供给口4注入沉积空间2中的体积前驱流速可以高于气体轴承层中的轴承气体的体积流速，而注入前驱气体所需的压强可以小于将轴承气体注入气体轴承层中所需的压强。因此，应该懂得，气体轴承层7的厚度D1一般可以小于在衬底表面外的平面中测量的沉积空间2的厚度D2。
在每米通道宽度5.10-4-2.10-3m3／s的典型流速和L＝5mm(例如等于从前驱供给口到前驱排放口的距离)的典型距离上，通道厚度Dc(例如沉积空间2的厚度D2)优选的是应该大于25-40μm。但是，气体轴承功能优选地要求显著小于通常5μm数量级的从前驱注入头到衬底的距离，以便满足有关刚度和气体分离的重要要求，以及以便使所需的轴承气体量最少。但是，对于上述处理条件，为5μm的沉积空间2中的厚度D2可能导致～20巴的不可接受的高的压降。因此，优选的是要求气体轴承层(即，厚度D1)和沉积空间(即，厚度D2)具有不同厚度的装置的设计。对于平坦的衬底(例如晶圆-或包括大量具有深宽比(aspect ratio)A(槽沟深度除以槽沟宽度)≤10的低深宽比(即，浅)槽沟8的晶圆)，处理速度取决于前驱流速(以kg／s为单位)：前驱流速越高，饱和时间越短。
对于包括大量A＞50的高深宽比(即，深窄)槽沟的晶圆，处理速度可能取决于前驱流速并且取决于前驱分压。在这两种情况下，处理速度都可以基本上独立于沉积空间2中的总压强。尽管处理速度可以(几乎)独立于沉积空间2中的总压强，但由于几个原因，沉积空间2中的总压强接近大气压可以是有利的：
1.在亚气压下，期望沉积空间2中的气体速度Vg增大，从而导致沿着沉积空间2不希望地高的压降。
2.在较低压强下，气体速度Vg的增大导致沉积空间2中的较短气体驻留时间，这对产出有负面影响。
3.在较低压强下，对来自沉积空间2的通过气体轴承层的前驱泄漏的抑制可能较不有效。
4.在较低压强下，可能需要昂贵的真空泵。
沉积空间2中的气体速度Vg的下限可以通过衬底横向速度Vs来确定：一般来说，为了防止沉积空间2中的非对称流动行为，优选的是应该满足如下条件：
Vg≥Vs。
这个条件提供了反应空间3的厚度D、D2的优选上限。通过满足至少一个上述要求，优选的是所有上述要求，获得了用于平坦晶圆上的快速连续ALD和用于包含大量高深宽比槽沟的晶圆的ALD沉积系统。
据此，在使用时，沉积空间2中的总气压可以不同于附加沉积空间3中的总气压。沉积空间2中的总气压和／或附加沉积空间3中的总气压可以在0.2到3巴的范围内，例如0.5巴或2巴，或甚至低至10毫巴，特别地在0.01到3巴的范围内。这样的压强值可以根据前驱的性质(例如前驱的挥发性)来选择。另外，该装置可以安排成平衡轴承气体压强和沉积空间中的总气压，以便使离开沉积空间的前驱气流最小。
图2示意性地示出了衬底边缘90通过注入头1中的多个喷嘴的情况的开关配置。按照一个优选实施例，注入头1包括取决于衬底9的存在而开关前驱供给口4、排放口6和／或气体注入器8中的任何一个或多个的压强控制器13。为了清楚起见，只例示了几条开关线。为了调匀轴承气体压强，可以将相对的轴承气体注入器8的轴承气体线耦合成提供均衡轴承气体压强。如图2中的X标记示意性所示，可以关闭较外喷嘴70的轴承气体压强。方便的是，当衬底从沉积空间3退出时，也可以关闭前驱供给口4。优选的是，正好在关闭前驱供给口4之前，关闭与前驱排放口6相对的排放口60，所述排放口60可取决于衬底9存在于沉积空间中来开关，以便当衬底边缘90通过前驱排放口时，远离面对支承部分的衬底表面而提供前驱流。
压强控制器13可以控制沉积空间压强，以便控制沉积空间2中的压强。另外，控制器13控制气体轴承层7中的气体轴承层压强。
据此，示出了其中提供安排成提供气体轴承压强的气流7的方法，其中气流可以取决于衬底9的存在而开关，以便当衬底边缘90通过排放口60时，有选择地开关排放口，以便远离衬底9而提供气流。
图3示出了另一个实施例的示意性平面图。这里，用平面图示意性地描绘了注入头1。注入头1包括分别用于前驱和反应物的沉积空间2，3的交替狭缝，每个狭缝由气体轴承／流动屏障7界定。可以看出衬底被从导入区15带入注入头1活动的工作区16中。工作区16与导入区15相邻，并且相对于传送平面对齐，以便衬底可以容易地在这些区域15，16之间传送。可以配备另外的导出区17。取决于处理步骤，导入和导出可以交换或交替。因此，衬底9可以通过工作区16在两个区域15，17之间沿着中心线往复运动。
在所示实施例中，传送系统配有数对进气口181和出气口182，其面对传送平面并且提供沿着传送平面从出口182到入口181的流动183。为了清楚起见，图中只标注了一对。将气流控制系统安排成提供气体轴承压强和沿着传送平面的气流183，以便通过控制气流来提供衬底9沿着传送平面、沿着中心线经过工作区16的移动。
图4示出了沿着与衬底表面垂直的方向看过去的注入头1的波浪形状的示意性例子。通常，弯曲形状防止了衬底的一阶弯曲模式。于是，可以看到，沿着与衬底表面垂直的方向看过去，气体轴承7被形成为波浪形状以防止片状衬底的一阶弯曲模式。另外，通常，沉积空间2，3的形状可能遵循气体轴承狭缝7的形状，以允许紧凑的注入头结构。这些变化允许优化衬底表面上的压强分布。这样的优化对于易碎或柔性的衬底来说是重要的。
图5示出了第四实施例的示意性侧视图。参考前图。特别地，示出了导入区15、工作区16和导出区17。工作区由注入头1和支承件10形成。在导入和导出区中，配备了用于提供衬底9的如方向R所指沿着传送平面的输送的输送元件或驱动部分18。按照一个实施例，导入区15包括面对传送平面的斜壁部19。可替代的是，进一步标为接收元件、其中引入衬底的导入区15的一部分可以具有可沿着与传送平面垂直的方向Q移动的顶壁部19，以便设置工作高度和／或便于将衬底引入注入头1中。另外，注入头1可沿着方向P朝着或背离传送平面移动，以便设置适当工作高度。这种移动可以通过空气轴承的缓冲作用来提供，也就是说，注入头可以保持浮动。
图6示出了在进一步称为第五实施例的第四实施例的一种变体中用于在片状衬底的表面上沉积原子层的装置的示意图。图6与描绘在图5中的第四实施例的顶视图一致。片状衬底9可以是柔性的或刚性的例如可以是箔或晶圆。该装置可以包括注入头1、和用于提供衬底9和注入头1沿着衬底9的平面的相对运动以便形成沿其传送衬底9的传送平面的传送系统。
传送系统可以包括导入区15、和与导入区15相邻并相对传送平面对齐的工作区16。在工作区16中配有注入头1。可以将片状衬底(未显示在图6中，但显示在图5中，标号为9)插入导入区15中。导出区17被配备成与工作区16相邻。因此，工作区16可以处在导入区15与导出区17之间。在导入区中，可以配备第一输送元件或驱动部分18A，而在导出区中，可以配备第二输送元件或驱动部分18B。如图7A-图7F更详细所示，可以将第一驱动部分18A和第二驱动部分18B安排成通过工作区16在导入区15与导出区17之间经由受控气流而往复移动衬底。因此，第一驱动部分18A、工作区16和第二驱动部分18B可以一起形成处理区31，其中通过控制驱动部分中的气流可以使衬底9在原子层的沉积期间往复运动。
接收元件32便于将衬底9引入第一输送元件18A中。
图7A示出了第一驱动部分18A、第二驱动部分18B、和带有注入头1的工作区16的顸视图。图7B示出了在导入区15中输送的衬底9。图7C示出了通过工作区16输送的衬底9。图7D示出了在导出区17中将衬底9转向的时刻的衬底9。图7E示出了随后的在导入区15中转向的时刻的衬底9。图7F示出了从第二输送元件18B移走的衬底9。因此，图7B-图7F示出了如何可以使衬底9通过工作区16在导入区15与导出区17之间往复运动。在图7A-图7F中，衬底9的运动方向用箭头31指示。
传送系统可以配有包括在驱动匣(pocket)34中的交替排列的数对进气口181和出气口182。一个匣可以具有在50-500微米的范围内、通常100微米的凹深。传送系统可以进一步包括气流控制系统，该气流控制系统被安排成提供气体轴承压强和如方向R所指沿着传送平面的气流。通过控制气流，可以通常通过提供位置传感器来检测或测量衬底相对于驱动部分18A，18B的位置或存在而提供衬底9的运动。因此，衬底9上的气流提供的拖曳力可以用于实现衬底9的运动。
在图7A-图7F中，进气口181和出气口182被安排成使衬底通过工作区16在导入区15与导出区17之间往复运动。此外，第一驱动部分18A和第二驱动部分18B的每一个可以配有进气口181和出气口182的多个驱动匣34。安排在要输送的衬底下面和上面的一对驱动匣起气体轴承的作用。通常，可以为输送而提供具有无定向流动的附加非驱动气体轴承。如果这样的气体轴承提供足够刚度，则可以相对于衬底的表面非对称地、或特别地只在衬底的一侧配备匣34。在驱动部分18A，18B的远离工作区16的区域中，使驱动匣34朝着工作区取向，以便提供通过工作区的往复运动。在驱动部分18A，18B的与工作区相邻的区域中，配备维持衬底速度的不同尺寸的交替取向的匣。特别地，对于衬底退出部分18A和进入部分18B，它将由部分18A中朝着工作区取向的中心较大匣和部分18B中背离工作区15取向的两个非中心较小匣维持，部分18B中背离工作区15取向的两个非中心较小匣被配备成与部分18B中朝着工作区16取向的较大中心匣相邻。在使用时，气流可以至少部分地从出气口182引到进气口181。从出气口182到进气口181发生气流。这样，可以限定箭头36所指的气流的方向，以便提供定向空气轴承一也就是说，具有在传送平面中移动衬底的传送平面中的定向轴承力的空气轴承。更一般地说，出气口182可以分别配有限制件185。这样的限制件185可以使出气口182到进气口181的供气控制得到改进。例如，从出气口182到进气口181的气流所提供的气体轴承可以具有增加的刚度。例如，气流可以对衬底9的运动造成的扰动较不敏感。限制件185限定从包括限制件185的出口182到入口181的气流方向。可替代的是，可以配备不受限制的出口182，这提供了使匣中的气流36反向的可能性。对于这种变体，可以提供附加非定向空气轴承。
在第一驱动部分18A和第二驱动部分18B的每一个中，具有进气口181和出气口182的多个驱动匣34中的至少第一个34A的气流方向36可以指向工作区16。并且，在第一驱动部分18A和第二驱动部分18B的每一个中，具有进气口181和出气口182的多个驱动匣34中的至少第二个34B的气流方向背离工作区16。因此，在这种变体中，在第一驱动部分18A和第二驱动部分18B中，驱动匣34A的气流指向工作区16，而驱动匣34B的气流背离工作区16。通过让匣34A，34B的气流方向相反，衬底可以背离工作区运动，也可以朝着工作区运动。导入区15中这样的相反的运动方向对于使衬底9往复运动是有利的。
第二个驱动匣34B可以处在第一驱动部分18A和第二驱动部分18B中、工作区16与至少第一个驱动匣34A之间。因此，在这种变体中，在第一驱动部分18A和第二驱动部分18B中，第二多个匣34B可以处在第一多个匣34A之一与工作区16之间。通过这样的安排，可以通过第二多个匣34B促进衬底通过工作区16的运动，而当检测到(通过位置检测器(未指示))衬底已基本上通过工作区16时，可以通过第一多个匣34A使运动方向31相反。
可替代的是，从出气口182到进气口181的气流随着时间基本上可以是连续的。因此，从出气口182到进气口181的气流(例如，气流的方向)在运动期间(例如，在衬底的往复运动期间)随着时间基本上可以是连续的。
匣34的至少第一个34A的气流的速度和／或空间扩展可能比匣的至少第二个34B的气流的速度和／或空间扩展大，特别地是其1.5倍。匣34的一对进气口181和出气口182的空间扩展在图7A中用尺度H1和H2指示。H2可以近似等于匣34的入口181与出口182之间的距离。H1可以近似等于匣34的入口181和／或出口182的长度。尺度H1和H2可以沿着相互垂直的方向而确定。
按照上面参考图7A-图7F所述的方式，第一输送元件18A和第二输送元件18B可以安排成使衬底9通过工作区16在导入区15与导出区17之间往复运动。
因此，在图3和图7A-图7F中，提供了本发明的一个方面的例子，其中传送系统配有(优选地交替)排列的进气口和出气口；包括安排成提供气体轴承压强和沿着传送平面的气流的气流控制系统，以便通过控制气流来提供衬底的运动。优选的是，在使用时，沿着基本上与传送平面平行的路径引导从出气口到可以专用于该出气口(例如，可以与该出气口成对)的进气口的气流。优选的是，在导入区和导出区中，配备了沿着传送平面输送衬底的输送元件。优选的是，输送元件包括进气口和出气口。
此外，图3和图7A-图7F示出了本发明的一个实施例的例子，据此，传送系统包括导入区、和与导入区相邻并相对传送平面对齐的工作区；其中在工作区中配备了注入头，以及其中可以将片状衬底插在导入区中；其中与工作区相邻地配备了导出区；其中进气口和出气口被安排成使衬底通过工作区在导入区与导出区之间往复运动。往复运动可以提供与安排成单向运动的装置相比空间更有限的用于施加多个层的装置的优点。优选的是，将出气口与进气口之间的气流的方向、速度和／或空间扩展安排成使衬底能够往复运动。
图7A-图7F以示例的方式进一步例示了按照本发明的一个实施例，其中通过在导入区中配备第一输送元件和在导出区中配备第二输送元件，进气口和出气口被安排成使衬底通过工作区在导入区与导出区之间往复运动。优选的是，第一输送元件和第二输送元件中的每一个配有具有进气口和出气口的多个匣。优选的是，将气体控制系统安排成实现：在第一输送元件和第二输送元件中的每一个中，具有进气口和出气口的至少第一个匣的气流方向指向工作区，而具有进气口和出气口的至少第二个匣的气流方向背离工作区。
在可以更一般地应用的又一实施例中，在第一输送元件和第二输送元件中的每一个中，具有进气口和出气口的至少第二个匣处在工作区与具有进气口和出气口的至少第一个匣之间。这样的安排对于通过借助具有进气口和出气口的至少第二个匣将力施加在衬底的已经通过工作区的部分上而维持衬底通过工作区的运动可能是有利的。这样的安排对于通过借助具有进气口和出气口的至少第一个匣使衬底朝着工作区的运动反向和／或启动衬底朝着工作区的运动可能是有利的。
在可以更一般地应用的又一实施例中，具有进气口和出气口的至少第一个匣的气流的速度和／或空间扩展比具有进气口和出气口的至少第二个匣的气流的速度和／或空间扩展大，特别地是其1.5倍。实验表明这可能是有利的比例。
第五实施例中的装置的一种变体显示在图8A-图8C中。图8A-图8C在沿着指示在图6中的箭头36的视角中示出了配备在导入区15中的接收元件32。导入区15(在这种变体中接收元件32)具有可沿着与传送平面垂直的方向移动的壁部，特别地是顶壁部19A。底壁部19B在使用时可以是静止的。可替代的是，顶壁部19A可以是静止的，而底壁部19B可以是可移动的，或两个壁部19A，19B都是可移动的。通过可移动顶壁部19A，可以便于将衬底9引入注入头1中。因此，在图8A-图8C的变体中，可沿着与传送平面垂直的方向移动的壁部19A由接收元件32形成，以便于将衬底9引入第一输送元件18A中。
壁部(在这里顶壁部19A)可以从打开位置经由中间位置移动到闭合位置。图8A示出了壁部处在打开位置上的接收元件32。图8B示出了壁部处在中间位置上的接收元件32。图8C示出了壁部处在闭合位置上的接收元件32。在图8C中，衬底9在使用时可以在顶壁部19A与底壁部19B之间浮动。
因此，显然，通过接收元件，提供了将导入区构造成缩小沿着朝工作区的方向的传送平面上面的工作高度(这里是接收间隙W)的选项。传送平面沿着朝工作区的方向由例如图5中的方向R指示。
壁部限定沿着与传送平面垂直的方向的接收间隙W。从图8A-图8C中可清楚看出，当壁部朝着闭合位置运动时，使接收间隙W减小。在打开位置上，可以将接收间隙W安排成将衬底9插入装置中。此外，接收间隙可以大于3mm，优选的是大于7mm，例如直到20mm。为了防止衬底9与底壁部19B接触，可以在装置中配备将衬底放置在上面的可移动针脚42。
在中间位置上，可以将接收间隙W安排成朝着工作温度加热衬底。此外，接收间隙可以在例如0.2mm的较低值与例如5mm的较高值之间的范围内。壁部处在中间位置上的接收间隙W的较低值可能促进晶圆9与接收元件32的壁部之间的机械接触。另外，由加热期间诱发的机械应力导致的衬底弯曲也可能引起这样的机械接触。壁部处在中间位置上的接收间隙W的较高值可能促进加热的速度。例如，加热衬底9可以通过间隙对衬底9供热来进行。优选的是，针脚42包括陶瓷材料。其结果是，可以显著减少通过针脚42的热传导。这提高加热衬底9的速度，并且可以促进晶圆9上的均匀温度分布。
在闭合位置上，接收间隙W可以等于导入区15的其余部分的间隙。可以使可移动壁部与针脚42耦合，以便当上壁部19A朝着闭合位置移动时，针脚在底壁部19B的表面44下移动。
因此，更一般地说，处在打开位置的接收间隙W基本上等于处在中间位置的接收间隙W。
因此，按照其例子例示在图8A-图8C中的本发明的又一方面，传送系统包括导入区、和与导入区相邻并相对传送平面对齐的工作区；其中在工作区中配备了注入头，以及其中可以将片状衬底插在导入区中，其中，导入区具有可沿着与传送平面垂直的方向移动的壁部(特别是顶壁部)，以便于将衬底引入注入头中。壁部可移动可以使顶壁部与底壁部之间的间隙增大。然后，可以便于插入衬底。特别地，可以基本上防止壁部与衬底之间的机械接触。
按照所述又一方面，在导入区中，配备了接收元件、以及优选地第一输送元件，其中可沿着与传送平面垂直的方向移动的壁部由接收元件形成，以便于将衬底引入第一输送元件中。在导入区中具有专用接收元件可以使导入区的另一个部分中(例如，第一输送元件中)的条件和／或结构得到改善。
在按照所述又一方面的实施例中，壁部可以从打开位置经由中间位置移动到闭合位置，其中当壁部朝着闭合位置移动时，减小了壁部限定的沿着与传送平面垂直的方向的接收间隙，其中在打开位置将接收间隔安排成将衬底插入装置中，在中间位置将接收间隙安排成朝着工作温度加热衬底，和／或在闭合位置将接收间隙安排成在衬底与装置之间形成气体轴承。因此，可以进行改善的接收。通过调整接收间隙可以改善接收和加热的处理条件，更具体地说加热衬底的加热速度。
图9A和图9B分别示出了第五实施例中的装置的一种变体的顶视图和截面图。图9A和图9B示出了衬底9。显示在图9B中的截面图在图9A中用A-A′指示。图9A进一步示出了沿着传送平面的装置部分46。该装置部分可以是例如导入区15、导出区17、和／或工作区16的一部分。
在这种变体中，该装置可以配有用于定心衬底9的第一定心空气轴承48A和第二定心空气轴承48B，以便使衬底在导入区15与导出区17之间沿着中心线移动。双箭头50例示了与衬底相对于注入头1并且在衬底的平面内沿着中心线的一般方向相对运动垂直的定心运动。因此，通过第一和／或第二定心空气轴承48A，48B，可以沿着方向50(即，沿着传送平面)将力施加在衬底9的侧面(这里分别是第一侧面49A和／或第二侧面49B)上。更一般地说，第一空气轴承48A和第二空气轴承48B沿着衬底9的平面的扩展X3在使用时可以在0.1mm到1.5mm的范围内，特别地在0.3mm到0.8mm的范围内。
该装置可以进一步配有定心轴承气体供给口56，该定心轴承气体供给口56是沿着传送平面、在使用时与沿着衬底9和注入头1的相对运动(这里，双箭头60所指)的方向的衬底9的相对侧面49A，49B相邻而配备的。供给口56可以分别配有限制件Ri。这样的限制件可以使对第一和／或第二定心空气轴承48A，48B的供气控制得到改进。限制件Ri可以提高第一和／或第二定心空气轴承48A，48B的刚度。
该装置可以配有用于控制第一定心空气轴承和第二定心空气轴承中的压强的定心气体轴承控制器54。此外，控制器54可以与定心轴承气体供给口56连接，以便控制从定心轴承气体供给口56流出的气量。定心空气轴承的轴承气体的流动用箭头52指示。图9A和9B进一步示出了压强释放缺口62.i(i＝1-4)的例子。这里，压强释放缺口62.1，62.2分别沿着第一空气轴承48A并与第一空气轴承48A相邻地延伸。这里，压强释放缺口62.3，62.4分别沿着第二空气轴承48B并与第二空气轴承48B相邻地延伸。在图9A中，压强释放缺口62.1，62.2分别处在第一空气轴承48A与介于注入头1与支承部分10之间的轴承压强布局64之间。在图9A中，压强释放缺口62.3，62.4分别处在第二空气轴承48B与介于注入头1与支承部分10之间的轴承压强布局64之间。因此可以将压强释放缺口分别安排在轴承压强布局与第一或第二定心空气轴承48A，48B之间，以便一方面基本上解耦第一和／或第二定心空气轴承48A，48B中的压强控制，并且另一方面基本上解耦轴承压强布局中的压强控制。
更一般地说，沿着与传送平面平行的方向的压强释放缺口的各自宽度X1可以在0.1mm到3mm的范围内，特别地，在0.3mm到2mm的范围内。从压强释放缺口62.i的至少一个到第一或第二空气轴承48A，48B的距离X2可以在0.1mm到1.5mm的范围内，特别地在0.3mm到0.8mm的范围内。
因此，如以示例方式例示在图9A和9B的那样，本发明的一个方面可以包括使该装置配有安排在导入区和导出区15，17侧面的第一定心空气轴承和第二定心空气轴承，以便将衬底定心成在导入区15与导出区17之间沿着中心线移动。本发明人进行的实验表明，这样可以实现衬底的有利定心。通过第一和／或第二定心空气轴承，可以在沿着传送平面的方向将力施加在衬底的侧面上。优选的是，使该装置配有用于控制第一定心空气轴承和第二定心空气轴承中的压强的定心轴承控制器。优选的是，使该装置配有沿着传送平面、在使用时与沿着衬底和注入头的相对运动的方向的衬底的相对侧面相邻而配备的定心轴承气体供给口。
此外，也如以示例方式例示在图9A和9B中的那样，本发明的所述方面可以包括使该装置配有压强释放缺口，优选的是四个压强释放缺口，它们沿着第一或第二定心空气轴承并与第一或第二定心空气轴承相邻地延伸，优选的是分别被安排在一方面的第一或第二定心空气轴承与另一方面的介于注入头与支承部分之间的轴承压强布局之间，这些缺口可选地相互连接，以便在使用时基本上均衡压强释放缺口中的压强。压强释放缺口可以分别安排在轴承压强布局与第一或第二定心空气轴承之间，以便一方面基本上解耦第一或第二定心空气轴承中的压强控制，以及另一方面基本上解耦轴承压强布局中的压强控制。本发明人进行的实验表明，这样的缺口可以提供足以使定心得到基本独立控制的解耦。
在一个实施例中，沉积空间在使用时在衬底表面的平面中是不动的，而衬底在运动。在另一个实施例中，沉积空间在使用时在衬底表面的平面中是运动的，而衬底是不动的。在又一个实施例中，沉积空间和衬底两者在使用时在衬底表面的平面中都在运动。
衬底表面外的平面中的运动可以有助于限制注入前驱气体。气体轴承层使注入头密切地接近衬底表面和／或衬底保持器，例如在50微米内或在15微米内，例如在3到10微米的范围内，例如5微米。注入头与衬底表面和／或衬底保持器的这样的密切接近使前驱气体限制在沉积空间内，因为前驱气体从沉积空间中的逃逸因为密切接近而变得困难。在使用时界定沉积空间的衬底表面可以使注入头密切接近衬底表面。优选的是，衬底表面在使用时不与注入头机械接触。这样的接触容易损坏衬底。
可选的是，前驱供给口形成气体注入器。但是，在一个实施例中，气体注入器由用于建立气体轴承层的轴承气体注入器形成，轴承气体注入器与前驱供给口是分开的。具有这样的用于轴承气体的分开的注入器使气体轴承层中的压强与其它气体压强(例如沉积空间中的前驱气体压强)分开地得到控制。例如，在使用时，前驱气体压强可以低于气体轴承层中的压强。可选的是，前驱气体压强在大气压以下，例如在0.01到100毫巴的范围内，可选的是在0.1到1毫巴的范围内。本发明人进行的数值模拟表明，在后一种范围内，可以实现快速沉积过程。例如当化学运动相对较快时，沉积时间对于平坦衬底通常可以是10微秒，而对于带槽沟衬底通常可以是20微秒。沉积空间中的总气压通常可以是10毫巴。前驱气体压强可以根据前驱的性质(例如前驱的挥发性)来选择。低于大气压，特别地在0.01到100毫巴的范围内的前驱气体压强使宽范围的前驱(特别地具有宽范围的挥发性的前驱)都可以使用。
作为注入头朝向衬底表面密切接近的结果，气体轴承层在使用时通常呈现出气体轴承层中的压强的强劲升高。例如，在使用时，在其它条件不变的情况下，当注入头往衬底移动为两倍更近(例如从离衬底表面50微米的位置移动到离衬底表面25微米的位置)时，气体轴承层中的压强至少加倍，例如通常升高到八倍。优选的是，气体轴承层使用时的刚度在103到1010牛顿每米之间，但也可以在这个范围之外。这样的升高气压可以例如在1.2到20巴的范围内，特别地在3到8巴的范围内。较强的流动屏障一般导致更高的升高压强。升高前驱气体压强提高了前驱气体在衬底表面上的沉积速度。由于前驱气体的沉积往往形成原子层沉积的重要的速度限制处理步骤，所以这个实施例使原子层沉积的速度增大。例如在将该装置用于构建包括多个原子层的结构的情况下(这在实际中是经常发生的)，处理的速度是重要的。速度的增大以成本划算的方式增加了可以通过原子层沉积施加的结构的最大层厚，例如从10纳米到10纳米以上的值，例如在20到50纳米的范围内或甚至通常1000纳米或更大，取决于处理循环的数目，这在几分钟或甚至几秒钟内就可现实地实现。作为非限制性指示，可以提供几纳米／秒数量级的生产速度。因此，该装置将使得像在箔系统中提供阻挡层那样的原子层沉积的新应用成为可能。一个例子可以是支承在衬底上的有机LED的气体阻挡层。因此，已知对氧和水非常敏感的有机LED可以通过按照所公开的方法和系统提供ALD产生的阻挡层来制造。
在一个实施例中，将该装置安排成沿着方向P将指向衬底表面的预应力施加在注入头上。可以将气体注入器安排成通过控制气体轴承层中的压强来抵抗预应力。在使用时，预应力使气体轴承层的刚度增加。这样增加的刚度减少了在衬底表面的平面外面的不必要的运动。其结果是，可以不接触衬底表面但与衬底表面更接近地操作注入头。
可替代地或另外地，预应力可以磁地形成，和／或通过将重量加在注入头上以产生预应力而重力地形成。可替代地或另外地，预应力可以由弹簧或其它弹性元件形成。
在一个实施例中，将前驱供给口安排成使前驱气体沿着与沉积空间的纵向垂直的方向流动。在一个实施例中，前驱供给口由至少一个前驱供给口狭缝形成，其中沉积空间的纵向沿着所述至少一个前驱供给口狭缝指向。优选的是，将注入头安排成使前驱气体沿着与所述至少一个前驱供给口狭缝的纵向垂直的方向流动。这使前驱气体的浓度沿着供给口狭缝基本上恒定，因为作为前驱气体粘附在衬底表面上的结果，不能形成浓度梯度。优选的是将前驱气体的浓度选择成稍高于原子层沉积所需的最大浓度。这使前驱气体的使用效率更高。优选的是，在衬底表面的平面中沉积空间与衬底之间的相对运动与所述至少一个前驱供给口狭缝的纵向垂直。据此，将前驱排放口配备成与前驱供给口相邻，以限定与衬底的传送方向对齐的前驱气体流。
在一个实施例中，气体轴承层形成限制结构，特别地形成流动屏障。在这个实施例中，较外流动路径至少部分可以被引导通过气体轴承层。由于气体轴承层形成限制结构和／或流动屏障的相当有效的版本，所以可以防止前驱气体经由较外流动路径的损失。
在一个实施例中，流动屏障由较外流动路径中的限制气帘和／或限制气压形成。它们形成了用于形成流动屏障的可靠和通用的选项。形成限制气帘和／或气压的气体也可以形成气体轴承层的至少一部分。可替代地或另外地，流动屏障由附在注入头上的射流结构形成。优选的是，这样的射流结构由可以保持高达80℃，200℃，400℃，和600℃之一的温度的流体构成。这样的流体是本领域的普通技术人员所熟知的。
在一个实施例中，流动屏障由注入头与衬底表面之间和／或注入头与在衬底表面的平面中从衬底表面延伸的表面之间的流动间隙形成，其中流动间隙沿着较外流动路径的厚度和长度适用于与注入前驱气体的体积流速相比显著阻碍前驱气体沿着较外流动路径的体积流速。优选的是，这样的流动间隙同时形成较外流动路径的至少一个部分。优选的是，流动间隙的厚度由气体轴承层决定。尽管在这个实施例中，少量前驱气体可能沿着较外流动路径流出沉积空间，但这实现了形成流动屏障的相当简单但有效的选项。
在一个实施例中，沉积空间在衬底表面的平面中具有长条形状。沉积空间与衬底表面垂直的维度可能显著(例如至少5倍或至少50倍地)小于沉积空间在衬底表面的平面中的一个或多个维度。长条形状可以是平直的或弯曲的。这样的长条形状缩小了需要注入沉积空间中的前驱气体的体积，因此提高了注入气体的效率。这也可以使用于填充和清空沉积空间的时间较短，因此提高了整个原子层沉积过程的速度。
在一个实施例中，该装置的沉积空间由衬底表面与注入头之间的沉积空间形成，优选的是具有小于50微米的最小厚度，更优选的是小于15微米，例如约3微米。流动间隙可以具有类似尺度。具有小于50微米的最小厚度的沉积空间实现非常窄的间隙，这导致前驱气体得到相当有效的使用，同时避免了对在衬底表面的平面中建立沉积空间与衬底之间的相对运动的定位系统在衬底表面外的平面中的偏差施加苛刻条件。这样，可以使定位系统较便宜。沉积间隙小于15微米的最小厚度可以进一步提高前驱气体的高效使用。
气体轴承层使流动间隙和／或沉积空间相对较小，例如具有小于50微米或小于15微米的最小厚度，例如约10微米的最小厚度，或甚至接近3微米的最小厚度。
在一个实施例中，注入头进一步包括前驱排放口，并且被安排成将前驱气体从前驱供给口经由沉积空间注入到前驱排放口。前驱排放口的存在提供了通过沉积空间的连续流动的可能性。在连续流动中，可以省略用于调节前驱气体的流动的高速阀门。优选的是，在使用该装置期间从前驱排放口到前驱供给口的距离是固定的。优选的是，在使用时，前驱排放口和前驱供给口两者都面对衬底表面。前驱排放口和／或前驱供给口可以分别由前驱排放开口和／或前驱供给开口形成。
在一个实施例中，前驱排放口由至少一个前驱排放狭缝形成。所述至少一个前驱排放狭缝和／或所述至少一个前驱供给狭缝可以包括多个开口，或可以包括至少一个缝隙。使用狭缝可以实现相对较大衬底表面上的高效原子层沉积，或多个衬底上的同时原子层沉积，因此提高了装置的生产率。优选的是，从所述至少一个前驱排放狭缝到所述至少一个前驱供给狭缝的距离显著小于(例如大于五倍地小于)前驱供给狭缝和／或前驱排放狭缝的长度。这有助于使前驱气体的浓度沿着沉积空间基本上恒定。
在一个实施例中，将该装置安排成通过包括安排成使衬底在衬底表面的平面中运动的卷到卷(reel-to-reel)系统，而在衬底表面的平面中实现沉积空间与衬底之间的相对运动。这个实施例充分体现了本发明的一般性优点，该一般性优点是可以省略用于在其中形成真空的围绕注入头的封闭外壳，以及可选地用于使衬底不破坏其中的真空而进入封闭外壳中的装载锁。卷到卷系统优选地形成定位系统。
按照一个方面，本发明提供了其中通过空气轴承方便地提供衬底载体的线性系统。这提供了可以缩放和连续操作的容易和可预测的衬底运动。
前驱气体可以包含例如氯化铪(HfCl4)，但也可以包括另一种类型的前驱材料，例如四(乙基-甲基-氨基)铪或三甲基铝(Al(CH3)3)。前驱气体可以与像氮气或氩气那样的载体气体一起注入。载体气体中前驱气体的浓度通常可以在0.01到1体积百分比的范围内。在使用时，沉积空间2中的前驱气体压强通常可以在0.1到1毫巴的范围内，但也可以接近大气压，或甚至显著高于大气压。注入头可以配有用于在沉积空间2中建立升高温度(例如在130到330℃的范围内)的加热器。
在使用时，前驱气体沿着较外流动路径的体积流速的典型值可以在500到3000sccm(标准立方厘米每分钟)的范围内。
一般说来，可以将该装置安排成在前驱气体沉积在衬底表面4的至少一部分上之后，在用于使前驱反应的反应空间中提供反应气体、等离子体、激光生成的辐射、和紫外线辐射中的至少一种。这样，可以实现例如等离子体增强原子层沉积，这对于在低温下(通常低于130℃)的处理可能是有利的，以便于塑料上的ALD处理，例如用于将像OLED那样的柔性电子器件应用在柔性箔等上，或用于对较高温度(通常高于130℃)敏感的任何其它材料的处理。等离子体增强原子层沉积例如适用于沉积高质量的低k氧化铝(A12O3)层，例如适用于制造像芯片和太阳能电池那样的半导体产品。反应气体包括像氧气(O2)、臭氧(O3)、和／或水(H2O)那样的氧化剂气体。
在原子层沉积处理的一个例子中，可以标识多个阶段。在第一阶段中，使衬底表面暴露在前驱气体(例如四氯化铪)中。如果衬底表面4完全被前驱气体分子占据，则前驱气体的沉积通常就停止了。在第二阶段中，使用吹扫气体、和／或通过使用真空排空沉积空间2来吹扫沉积空间2。这样，可以除去多余的前驱分子。吹扫气体优选的是相对于前驱气体是惰性的。在第三阶段中，使前驱分子暴露于反应气体(例如氧化剂，例如水蒸气(H2O))。通过反应物与所沉积的前驱气体的反应，形成原子层，例如氧化铪(HfO2)。这种材料可以用作新一代晶体管中的栅极氧化物。在第四阶段中，吹扫反应空间，以便除去多余的反应物分子。
尽管可能未明确指出，但按照一个实施例的任何装置都可以具有另一个实施例中的装置的特征。
本发明的可选方面可以包括：用于在片状衬底的表面上的原子层沉积的装置，其包括：-注入头，所述注入头包括●配有前驱供给口和前驱排放口的沉积空间；所述供给口和排放口被安排成提供从前驱供给口经由沉积空间到前驱排放口的前驱气流；沉积空间在使用时由注入头和衬底表面界定；●包括轴承气体注入器的气体轴承，该轴承气体注入器安排成在注入头与衬底表面之间注入轴承气体，因此该轴承气体形成气体轴承；-传送系统，该传送系统提供衬底和注入头沿着衬底的平面的相对运动，以便形成沿其传送衬底的传送平面；以及-安排成与注入头相对的支承部分，该支承部分被构造成提供在传送平面中平衡注入头气体轴承的气体轴承压强布局，以便衬底被所述气体轴承压强布局无支承地保持在注入头与支承部分之间；在该装置中，沉积空间由其中供给口和排放口结束和／或开始的优选地具有D2-D1深度的空腔形成；在该装置中，形成沿着与衬底表面垂直的方向看过去是波浪形状的气体轴承，以便防止片状衬底的一阶弯曲模式；在该装置中，传送系统包括导入区、和与导入区相邻并相对传送平面对齐的工作区；其中在工作区中配备了注入头，以及其中可以将片状衬底插入导入区中，导入区被构造成降低可选地沿着朝工作区的方向的传送平面以上的工作高度；在该装置中，导入区包括面对传送平面的斜壁部；在该装置中，导入区具有可移动以便设置工作高度的壁部，特别地是顶壁部；该装置进一步包括导出区；在该装置中，注入头可朝着和背离传送平面移动；用于使用包括注入头的装置在衬底的表面上的原子层沉积的方法，该注入头包括配有前驱供给口的沉积空间和配有轴承气体注入器的气体轴承，该方法包括如下步骤：a)将前驱气体从前驱供给口供应到沉积空间中以便与衬底表面接触；b)在注入头与衬底表面之间注入轴承气体，因此该轴承气体形成气体轴承；c)在衬底表面的平面中建立沉积空间与衬底之间的相对运动；以及d)提供在传送平面中平衡注入头气体轴承的气体轴承压强布局，以便衬底被所述气体轴承压强布局无支承地保持在注入头与支承部分之间；在该方法中，该装置包括反应空间，该方法包括如下步骤：在前驱气体沉积在衬底表面的至少一部分上之后，在用于使前驱与反应气体反应的反应空间中提供反应气体、等离子体、激光生成的辐射、和紫外线辐射中的至少一种，以便在衬底表面的至少一部分上获得原子层；和／或该方法进一步包括：-提供安排成提供气体轴承压强和沿着传送平面的气流的气流，以便提供与气流系统的控制相关的衬底的有选择运动；以及-取决于衬底的存在而开关气流，以便当衬底边缘通过排放口时，关闭该排放口，以便提供背离衬底的气流。
本发明不局限于本文所述的任何实施例，并且在本领域普通技术人员的知识范围内，可以做出可以认为在所附权利要求书的范围内的修改。例如，本发明还涉及多个装置和用于使用多个装置的原子层沉积的方法。图10示出了多个装置72.i.j(i＝1，...，N)和(j＝1，...，M)的示意图。在这个例子中，N等于5且j等于3。但是，在其它例子中，N可以小于或大于5，和／或M可以小于或大于3。这些装置可以串联地组合在一起。例如，将装置72.1.1，72.1.2和72.1.3串联地组合在一起。串联组合的装置可以用于在同一个衬底9上沉积一个或多个ALD层。从图10中可清楚看出，这些装置也可以并联地组合在一起。例如，在图10中将装置72.1.1，72.2.1，72.3.1，72.4.1和72.5.1并联地组合在一起。同等地，所有运动反转都被认为固有地得到公开，并且在本发明的范围之内。像“优选的是”，“特别地”，“通常”等那样的表述的使用无意限制本发明。不定冠词“一个”或“一种”不排除复数。例如，按照本发明的实施例中的装置可以配有多个注入头。此外，还显而易见，术语“相对运动”和“相对移动”可交换使用。所公开实施例的一些方面可以适当地与其它实施例组合并且被认为得到了公开。未具体或明确描述或请求保护的特征可以另外包括在按照本发明的结构中而不偏离其范围。

Claims (17)

1.一种用于在片状衬底的表面上的原子层沉积的装置，其包括：
-注入头，所述注入头包括：
○配有前驱供给口和前驱排放口的沉积空间；所述供给口和排放口被安排成提供从所述前驱供给口经由所述沉积空间到所述前驱排放口的前驱气流；所述沉积空间在使用时由形成空腔的所述注入头和所述衬底表面界定；和
○包括轴承气体注入器的气体轴承，该轴承气体注入器安排成在所述注入头与所述衬底表面之间注入轴承气体，因此该轴承气体形成气体轴承；
-传送系统，该传送系统提供所述衬底和所述注入头沿着所述衬底的平面的相对运动，以便形成沿其传送所述衬底的传送平面；以及
-安排成与所述注入头相对的支承部分，该支承部分被构造成提供在所述传送平面中平衡所述注入头气体轴承的气体轴承压强布局，以便所述衬底被所述气体轴承压强布局无支承地保持在所述注入头与所述支承部分之间；
其中，所述沉积空间限定相对于所述衬底表面的沉积空间高度D2；以及其中所述气体轴承相对于所述衬底限定小于所述沉积空间高度D2的间隙距离D1，其中所述间隙距离D1在3至15微米(μm)的范围内，以用于提供具有足够刚度的所述气体轴承。
2.按照权利要求1所述的装置，其中所述气体轴承压强布局通过具有所述支承部分中的与所述注入头所提供的气流布局相同的气流布局而平衡所述注入头。
3.按照权利要求1或2所述的装置，其中所述前驱排放口被配备成与所述前驱供给口相邻，以便限定与所述衬底的传送方向对齐的前驱气流；和/或其中，在使用时，所述前驱排放口和所述前驱供给口两者面对所述衬底表面。
4.按照权利要求1或2所述的装置，其中所述注入头包括用于取决于衬底的存在而开关所述前驱供给口、所述排放口和/或所述轴承气体注入器中的任何一个或多个的压强控制器。
5.按照权利要求4所述的装置，其中所述支承部分包括与前驱排放口相对的排放口，所述与前驱排放口相对的排放口可取决于所述沉积空间中衬底的存在而开关，以便当衬底边缘通过所述前驱排放口时，背离面对所述支承部分的所述衬底表面而提供前驱气流。
6.按照权利要求1或2所述的装置，其中所述注入头包括配有反应物供给口的又一沉积空间，所述又一沉积空间在使用时由流动屏障界定，其中该装置被安排成在所述前驱气体沉积在所述衬底表面的至少一部分上之后，在用于使所述前驱反应的所述又一沉积空间中提供反应气体、等离子体、激光生成的辐射、和紫外线辐射中的至少一种。
7.按照权利要求1或2所述的装置，其中所述传送系统包括导入区；和与所述导入区相邻并相对所述传送平面对齐的工作区；其中在所述工作区中配备了所述注入头，以及其中可以将片状衬底插入所述导入区中，所述导入区被构造成降低沿着朝所述工作区的方向的所述传送平面以上的工作高度。
8.按照权利要求7所述的装置，其中所述导入区具有可移动以便设置工作高度的顶壁部。
9.按照权利要求1所述的装置，其中所述注入头可朝着和背离所述传送平面移动。
10.按照权利要求1所述的装置，其中所述传送系统包括配有交替排列的数对进气口和出气口的输送元件；包括安排成提供气体轴承压强和沿着所述传送平面的气流的气流控制系统，以便通过控制所述气流来提供所述衬底的移动。
11.按照权利要求10所述的装置，其中所述数对出气口和进气口配备在面对所述传送平面的匣中，以便在所述匣中提供沿着所述传送平面从出气口到进气口的气流；以及其中，所述出气口配有气流限制器以提供提供定向空气轴承。
12.按照权利要求1或2所述的装置，配有第一定心空气轴承和第二定心空气轴承，用于定心所述衬底，以便使所述衬底在所述导入区与导出区之间沿着中心线移动。
13.按照权利要求1所述的装置，其中相对于所述衬底表面的所述沉积空间高度D2在3至100微米(μm)的范围内。
14.按照权利要求1所述的装置，其中由所述注入头和所述衬底表面形成的所述空腔的深度D2-D1在10至500微米(μm)的范围内。
15.一种用于使用包括注入头的装置在衬底的表面上的原子层沉积的方法，该注入头包括配有前驱供给口和前驱排放口的沉积空间和配有轴承气体注入器的气体轴承，所述沉积空间由用于形成空腔的所述注入头和所述衬底界定，该方法包括如下步骤：
a)将前驱气体从所述前驱供给口供应到所述沉积空间中以便与所述衬底表面接触，其中所述沉积空间限定相对于所述衬底表面的沉积空间高度D2；
b)在所述注入头与所述衬底表面之间注入轴承气体，因此该轴承气体形成气体轴承，其中所述气体轴承相对于所述衬底限定小于所述沉积空间高度D2的间隙距离D1；
c)在所述衬底表面的平面中建立所述沉积空间与所述衬底之间的相对运动；以及
d)提供在所述传送平面中平衡所述注入头气体轴承的气体轴承压强布局，以便所述衬底被所述气体轴承压强布局无支承地保持在所述注入头与所述支承部分之间；
其中所述间隙距离D1在3至15微米(μm)的范围内，以用于提供具有足够刚度的所述气体轴承。
16.按照权利要求15所述的方法，其中该装置包括反应空间，该方法包括如下步骤：在所述前驱气体沉积在所述衬底表面的至少一部分上之后，在用于使所述前驱与反应气体反应的所述反应空间中提供反应气体、等离子体、激光生成的辐射、和紫外线辐射中的至少一种，以便在所述衬底表面的至少一部分上获得原子层。
17.按照权利要求15所述的方法，进一步包括：
-提供安排成提供气体轴承压强和沿着所述传送平面的气流的气流，以提供与所述气流系统的控制相关的所述衬底的有选择运动，以便提供所述衬底相对于所述注入头的往复运动。
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