CN102822382A - 动态流体阀及其建立方法 - Google Patents

Abstract

一种方法，该方法包括：以加工空间气氛压力提供加工空间气氛；以外部气氛压力提供外部气氛，所述外部气氛压力不同于所述加工空间气氛压力；提供通路，通过所述通路使得外部气氛与加工空间气氛开放连通，基材可通过所述通路在外部气氛和加工空间气氛之间交换；在至少一个交换流体注入点向通路中注入交换流体，从而使交换流体流动通过至少一部分通路，其中所述流动：○在外部气氛压力大于加工空间气氛压力的情况下朝向外部；或者○在外部气氛压力小于加工空间气氛压力的情况下朝向加工空间。

Description

动态流体阀及其建立方法

技术领域

本发明涉及基材加工领域，更具体地涉及用于建立流体阀的设备与方法，所述流体阀用于加工空间气氛与外部气氛的分离，同时允许基材在它们之间进行交换。

背景技术

基材加工设备可以包含加工空间，在运行时所述加工空间维持了可以将基材插入其中或从中取出的气态气氛。所述加工空间气氛通常可以具有不同于设备外部气氛的特性。例如，所述加工空间气氛可以在化学组成、温度和/或压力上与外部气氛不同。

在所述加工空间气氛维持与外部气氛不同压力的情况下，它们之间的任意开放连接经受压差，该压差倾向于驱动气氛流体从较高压力的气氛通过所述连接流向较低压力的气氛。该气氛流体的流动会导致接收气氛的污染且可能导致供给气氛的损耗。此外，在所述外部和所述加工空间之间通过开放连接进行交换的基材也经受压差。尽管压差可能较小，但是它仍会对基材具有明显的影响。当基材质量也小且被无接触（例如，没有限制其运动的机械接触）地加工时，这特别地明显。

为了防止外部气氛与加工空间气氛混合，同时使得基材在它们之间进行交换，通常所述外部可以与所述加工空间通过锁气室或者类似的装置相连接。所述锁气室可以提供与所述外部和所述加工空间选择性连通的中间空间。因此，基材可以在外部和加工空间之间通过所述中间空间进行交换，而不使外部空间和加工空间相互直接开放连通。通过对中间空间进行合适地加压，锁气室还可以防止基材经受压差，即防止不同终端在同一时间经受不同的压力。然而，锁气室等具有运行较缓慢的缺点。这部分是由于它们的机械特性，部分是由于它们真正地设计目的是用于基材在外部和加工空间之间的单一或者批量交换的事实所导致的。作为结果，使用锁气室可能伴随对设备的加工能力的有害影响。也就是说，锁气室可能限制将基材插入加工空间或者从加工空间取出的速率。

本发明的目的是提供一种克服或者缓解上述一个或多个问题的设备和方法，且使得外部和加工空间之间的开放连通包含不同压力的气氛，所述开放连通允许基材在外部和加工空间之间进行连续交换。

发明内容

本发明的一个方面涉及基材加工设备。该设备包含加工空间和压力调节装置，所述压力调节装置配置成维持所述加工空间中的加工空间气氛的加工空间气氛压力不同于基材加工设备的外部中的外部气氛的外部气氛压力。该设备还包括沿着通路方向延伸的通路，通过所述通路使得基材加工设备的外部与加工空间开放连通，基材可通过所述通路在外部和加工空间之间交换。该设备还包括交换流体注入装置，所述交换流体注入装置配置成在至少一个交换流体注入点将交换流体注入到通路中，从而使交换流体流动通过至少一部分通路。在外部气氛压力大于加工空间气氛压力的情况下所述流动朝向外部，而在外部气氛压力小于加工空间气氛压力的情况下所述流动朝向加工空间。

所述交换流体注入装置可以包括交换流体注入通道，所述交换流体注入通道终止于交换流体注入点。至少交换流体注入通道的下游部分，即与交换流体注入点相邻的部分可以与通路方向成锐角（所述锐角优选在0-45度的范围内），从而使注入到通路中的交换流体在较高压力气氛方向上具有速度分量。

本发明的另一个方面涉及一种方法。该方法包括提供具有加工空间气氛压力的加工空间气氛，以及提供具有外部气氛压力的外部气氛，所述外部气氛压力不同于所述加工空间气氛压力。该方法还包括提供通路，通过所述通路使得外部气氛与加工空间气氛开放连通，基材可通过所述通路在外部气氛和加工空间气氛之间交换。该方法还包括在至少一个交换流体注入点向通路中注入交换流体，从而使交换流体流动通过至少一部分通路。在外部气氛压力大于加工空间气氛压力的情况下所述流动朝向外部气氛，而在外部气氛压力小于加工空间气氛压力的情况下所述流动朝向加工空间气氛。

本发明的特征在于使得外部气氛与加工空间气氛相互连接的通路。所述通路在运行时可以机械“打开”，使得基材在两个气氛之间自由地交换。

为了防止通路上的压差不可控制地驱动气氛流体从外部气氛流向加工空间气氛，或相反，将交换流体注入到通路中。这是以如下方式完成的：通过至少一部分通路实现交换流体朝向具有最高压力的气氛的流动。例如，将加工空间气氛维持在相对于外部气氛过压的情况下，将交换流体注入到通路中，使其流向加工空间。从而使得所述交换流体逆着通路上的压差流动。当注入的交换流体流过通路时，它会逐渐减慢同时其（静）压力增加，直到它最终失去动量。可以在任意所需点，例如在通路的终端附近的点，产生该停滞，在所述点处交换流体可以扩散进入到各气氛中或者以其他方式排放。应理解的一点是，所述交换流体的流动占据了至少一部分的通路，从而确定了其中的压力分布。通过小心地选择注入参数，例如交换流体注入的流速，通路上的压差可以被通路内部的压力分布部分或者全部地补偿/消除。因此，可以调节较高压力气氛的气氛流体流向较低压力气氛的固有趋势。

除了确定至少一部分的通路中的压力分布之外，所述交换流体的流动还影响对通过通路交换的基材的拖曳。基材上的拖曳力的方向与通路上的压差相反。作为结果，所述拖曳力减轻了基材上压差的作用，甚至可以消除或者克服所述基材上的压差。例如，将加工空间气氛维持在相对于外部气氛过压的情况下，在通路中保持静止的基材（但是在其两端伸入各气氛中）上的净力的方向可以朝向加工空间，尽管基材上的压差可以迫使它朝向外部。从而拖曳力可以用于帮助将基材插入较高压力加工空间。下面描述为此目的和其他目的使用拖曳力。

对于本文中使用的术语，注意如下说明。术语“静压”指的是流体的热力学压力；在流体运动的情况下，流体中任意点的静压值可以通过沿着该点移动，从而在相对该点保持“静止”的状态下测量。术语“动态压”以及“停滞压”与用于不可压缩流体流动的伯努利方程有关，其产生原因是，当流体停下时，流动流体的动能转变为压力的上升。对于不可压缩流体，所述动态压等于静压与停滞压之差。本领域中，“动态压”有时指的是“冲击压力”，特别是当讨论可压缩流体时。本文仅用术语“动态压”来指称该概念。反过来，停滞压是流体流动中停滞点的静压，例如流体中速度为零的点的压力。

尽管所述交换流体不必是不可压缩流体，但是在许多情况下，其服从适用于不可压缩流体的定律，并取得很好的近似结果。因此，在本文中将交换流体作为不可压缩流体术语进行处理。具体来说，对于所述交换流体假定了不可压缩流体的停滞压、静压和动态压之间的关系。在不能维持不可压缩流体特性的假设的情况下，本文中的术语应理解为用于可压缩流体理论中相对应的概念，这是本领域众所周知的。

除此之外，本文中的术语“气氛”包括具有任意所需化学组成的任意局部流体（通常为气态）、物质或介质。因此，术语“气氛”不应理解为仅表示一些空气。当本文提到气氛等的“压力”而没有用术语“静”或者“动态”进一步说明时，其指的是静压，通常是与通路的各终端相邻的点。术语“开放连通”指的是没有机械闭合或者密封的任意连接方式。术语“基本相等”在需要定量解释的情况下通常可理解为“相等/在指定量±20％的范围内”。

根据本发明的详细描述，通路可以包含停滞区域（或者通路部分），其位于至少一个注入点的下游，所述停滞区域可以进一步与交换流体排出通道相连（例如在其终端提供所述停滞区域）。为清楚起见，应注意本文中“下游”表示交换流体在通路中流动的方向。

所述通路在外部和加工空间之间形成开放连通。因此，经过通路且具有充分动量的交换流体在停下或者停滞之前，可能被迫流入外部或者加工空间——二者中气氛压力最高的那个，从而限定流体流动的目标方向。如果交换流体的流动在外部气氛或者加工空间气氛中停滞，则所述交换流体随后会在其中扩散。尽管这未必成为问题，但可能希望保持交换流体与外部气氛和/或加工空间气氛基本分离。这可以通过选定一部分的通路作为停滞区域，并为该部分提供交换流体排出通道来实现。在运行时，停滞区域可能就在流动的交换流体遇到压力最高的气氛并至少部分停滞的点的上游位置。为了防止交换流体在所述停滞区域积累（这会伴随发生停滞的点在上游后退），提供了交换流体排出通道。该通道被配置成将交换流体从停滞区域排出到合适的位置。

根据本发明的一个实施方式，所述交换流体排出通道可以与交换流体注入装置相连，从而（在运行时）从停滞区域排出的交换流体被送到交换流体注入装置，用于注入到通路中。

因此，可以使交换流体循环：在交换流体注入装置将交换流体注入到通路中之后，所述交换流体流向停滞区域并在其中停滞，随后它在此处被排出，通过交换流体排出通道回到交换流体注入装置。在本发明的一些实施方式中，特别是那些应用空气作为交换流体的实施方式中，交换流体的循环路径可能包括外部气氛。例如，所述交换流体排出通道可以与外部开放连通，并配置成将交换流体从停滞区域排出到外部，而所述交换流体注入装置可以配置成回收来自外部的交换流体。该基于空气的实施方式省却了对于精确密封的循环路径的需求，可以沿着所述精确密封的循环路径传输选定的交换流体。

根据另一个详细描述，所述交换流体注入装置可以配置成以一定的流速将交换流体注入到通路中，在所述一定的流速下流过通路的交换流体在停滞区域中停滞。

可以通过选择交换流体注入到通路中的流速来确定交换流体的流动发生停滞的位置。通常，较高的注入流速会实现更下游的停滞位置。可以选择流速，从而在停滞区域中发生交换流体流体的停滞。在此情况下，停滞区域中的压力会下降到与外部气氛压力和加工空间压力中较大的那个基本相同的停滞压力。这使得停滞区域起动态流体阀的作用，所述动态流体阀关闭来自较高压力气氛的通路。

为了选择将交换流体注入到通路中的流速，可能需要对注入交换流体的静压和动态压力进行选择。在本发明的一个实施方式中，交换流体注入装置可以配置成以与外部气氛压力和加工空间压力中较小的那个基本相等的静压注入交换流体。在另一个实施方式中，交换流体注入装置可以配置成以与外部气氛压力和加工空间压力之差的绝对值基本相等的动态压力注入交换流体。

所述对于静压和动态压力的选择可以保证通路中的动态平衡，该平衡可以实现交换流体流动与外部和加工空间气氛之间的最佳分离。在注入点，静压可能是主要（prevail）的，且交换流体中的压力可能与较低压力气氛的压力基本相同。在流体流动停滞的地方，流体的动能会转化为热力学压力，从而产生与较高压力气氛基本相同的停滞压力。因此，通路上的压差可以被在通路中流动的交换流体平衡，这有效地使得来自相邻气氛的流体不能进入通路。

根据本发明的另一个详细描述，通路可以在通路方向上延伸，而交换流体注入装置可以配置成实现基本上为层状的交换流体流动，其方向基本上平行于所述通路方向。

当通路起交换基材（其中一些基材可能易碎）的作用时，通路内的流动模式可以优选为层流模式（与湍流相反）。此外，交换流体的流动可以优选以与通路方向平行的方向延伸，即沿着基材通过通路传输的方向，从而防止不平衡流动分量使基材产生应变和/或防止将基材推向通路的界壁或者使其靠住通路的界壁。

在本发明的实施方式中，通路至少可以被上通路壁和下通路壁限定，且所述上通路壁和下通路壁都可以设置有至少一个交换流体注入通道。上通路壁中的至少一个交换流体注入通道可以配置成提供上交换流体支承，而下通路壁中的至少一个交换流体注入点可以配置成提供下交换流体支承。所述交换流体支承可以配置成以漂浮状态将基材支持和容纳在其间。因此，可以将通路配置成无接触地交换外部和加工空间之间的基材，在相反侧缓冲并支承所述基材，以防止其与任意通路界壁的机械接触。

结合附图，通过对本发明的某些实施方式的如下具体详述，可以更好地理解本发明的上述以及其他特征和优点，所述附图是用来说明而不是限制本发明。

附图说明

图1示意性地示出了根据本发明的示例性基材加工设备的纵截面侧视图，该示例性基材加工设备包含基材交换部分（左边）和加工隧道（右边）；以及

图2是包含测量数据的图，显示了流体注入到交换部分通路中的气体体积流速与加工隧道空间中压力分布曲线（从交换部分向内看）之间的关系。

发明详述

如下一般地描述了根据本发明的设备的构建。为此，参考图1所示的示例性实施方式，将该示例性实施方式设置成用于加工受到漂浮支承的半导体基材10的空间原子层沉积(ALD)设备1。图1是所述示例性ALD设备1的一部分的纵截面示意图，包含交换部分100和与所述交换部分100相连的加工隧道200。

所述交换部分100可以包含主体102。主体102可以限定至少一部分的通路104，设备1的外部2通过所述通路104与加工空间202开放连通，而基材10，例如硅晶片经过所述通路104可交换地位于外部2和加工空间202之间。通路104可以在通路方向P延伸。被交换部分100的主体102限定的通路104的部分可以被上通路壁110、下通路壁120以及两个横向侧通路壁（未示出）所界定。所述上通路壁110和下通路壁120可以是水平方向的、相互平行的且稍微隔开的（例如，0.5-1mm），从而厚度为例如0.1-0.8mm、方向平行于上通路壁110和下通路壁120的基本平坦或平面的基材10可以穿过通路104而不与其发生接触。当然，由主体102限定的通路104部分的精确尺寸可以一般地取决于设备1的类型以及要在所述设备1中加工的基材10的类型。例如，在加工厚度为4-5mm的玻璃板而不是加工硅晶片的情况下，上通路壁110与下通路壁120之间的间隙更大。

上通路壁110和下通路壁120都可以设置有至少一个交换流体注入通道112、122，所述交换流体注入通道112、122终止于通路104中的交换流体注入点。为了对注入到通路104中的交换流体赋予所需方向的速度分量，交换流体注入通道112、122或者所述交换流体注入通道112、122的至少与交换流体注入点邻近的部分可以相对于通路方向P取合适的角度。例如，在图1的示例性实施方式中，相对于外部2中的气氛，将加工空间202中的气氛维持在过压状态。因此，将引入通路104的交换流体的流动导向加工空间202，即朝右。因此，交换流体注入通道112、122的与交换流体注入点邻近的部分可以相对于通路方向P成锐角，优选为0-45度范围的角的方向，从而使注入交换流体在压力较高的气氛，即加工空间气氛的方向上获得速度分量。

每一个交换流体注入通道112和122可以与交换流体流供应装置114、124，例如泵或者质量流量控制器连接。所述交换流体流供应装置114和124可以配置成通过各自的交换流体注入通道112、122以选定的流速提供交换流体流。为此，可以以任意合适的方式向交换流体流供应装置送入交换流体。例如，交换流体可以取自外部2中的气氛（如图1所示的实施方式），通过闭合循环回路接收或者从（加压）交换流体储器或容器提取。

在交换部分100的主体102和加工隧道200的结构之间存在垂直延伸间隙106。所述间隙106形成在通路104和外部2之间提供开放连接的交换流体排出通道。为清楚起见，应注意在图1所示的实施方式中，通路104延伸超过交换部分100的主体102；也就是说，通路104从外部2（左边）延伸，经过交换部分100的主体102并向前延伸到右边，到达加工空间202。交换流体排出通道106与通路104在点108相连接，所述点可以说是位于通路104与排出通道106的交叉处。在图1的实施方式中，点108可以被选作停滞区域，其作用会在下面说明。

根据本发明的设备1还可以包含加工隧道200，基材10，优选为一列基材的部分，可以以线性方式传送通过所述加工隧道200。也就是说，可以将基材10经交换部分100插入加工隧道200中，以单向传送到加工隧道的出口，所述出口可以设置有与所示交换部分相似的另一个交换部分。或者，加工隧道200可以具有闭塞端，而基材10可以经历从所示加工隧道200的交换部分100先向闭塞端然后回到交换部分100的双向运动。如果希望设备具有较小占地面积，则所述可选双向系统是优选的。尽管加工隧道200自身可能是直线形的，但该需求不是必需的。

加工隧道200可以包含四个壁：上壁210、下壁220以及两个横向壁或者侧壁（未示出）。所述上壁210和下壁220可以是水平方向的、相互平行的且稍微隔开的（例如，0.5-1mm），从而厚度为例如0.1-0.8mm的方向平行于上壁210和下壁220的基本平坦或平面的基材10可以在其间穿过而不与其发生接触。可能为基本垂直且相互平行的所述横向壁可以使得上壁210和下壁220在它们的横向侧相互连接。所述横向壁可以以稍大于要加工的基材10的宽度例如，其宽度加0.1-3mm的距离隔开。因此，加工隧道200的壁可以限定并界定细长的加工隧道空间202，所述细长的加工隧道空间在每单位隧道长度上具有较小的体积，且能够容纳一个或多个沿隧道轴向方向连续排列的基材10。

上隧道壁210和下隧道壁220都可以设置有多个气体注入通道212和222。任一壁210和220中的气体注入通道212、222可根据需要设置，只要其中至少有一些气体注入通道沿隧道200的长度分散即可。例如，所述气体注入通道212、222可以设置在假想的矩形网格，例如25mmx25mm的网格的角上，从而所述气体注入通道规则地分布在各壁210、220的整个内表面上，既在其轴向上，也在其横向上。

气体注入通道212、222可以与气体源相连，优选在相同通道壁210、222中且处于其相同轴向位置的气体注入通道连接到相同气体或气体混合物的气体源。为了ALD目的，从通道的轴向观察，在下壁210和上壁220中的至少一个壁中的气体注入通道212、222可以与第一前体气体源、吹扫气体源、第二前体气体源以及吹扫气体源依次连接，从而形成加工通道段204，所述加工隧道段在使用中包含相继的（隧道宽度）气体区，所述气体区分别包含第一前体气体、吹扫气体、第二前体气体以及吹扫气体。应理解，一个这样的隧道段204对应于一个单次ALD沉积循环。因此，可以沿着加工隧道200的轴向连续地设置多个隧道段204，从而能沉积所需厚度的膜。加工隧道200中的不同段204可以，但不是必须包含前体的相同结合。例如可以应用不同组成的段204，使得能够沉积混合膜。

共享加工通道的相同轴向位置但是位于相对的隧道壁210、220中的相对气体注入通道212、222是否与气体组成相同的气体源相连接，取决于设备1的所需配置。在希望双侧沉积的情况下，即对经过加工隧道200的基材10的上表面10a和下表面10b都进行ALD处理的情况下，所述相对气体注入通道212、222可以与相同气体源连接。或者，在所需仅为单侧沉积的情况下，即仅对要加工的基材10的上表面10a和下表面10b中的一个表面进行ALD处理的情况下，在朝向要被处理的基材表面的隧道壁210、220中的气体注入通道212、222可以交替地与反应性气体源和惰性气体源相连接，而其他隧道壁中的气体注入通道可以全部与惰性气体源相连。

在图1的示例性实施方式中，上壁210中的气体注入通道212依次与三甲基铝（Al₂(CH₃)₂，TMA）源、氮（N₂）源、水（H₂O）源以及氮源相连，从而形成一系列适用于进行氧化铝（Al₂O₃）原子层沉积循环的相同的隧道段204。相反，下隧道壁220中的气体注入通道222全部与氮源连接。因此，示例性设备1设置成维持上沉积气体支承和下非沉积气体支承，同时配置成在正在通过的受到漂浮支承的基材10的顶表面10a上进行单侧沉积。

加工隧道200的每一个横向壁可以沿着其整个长度或者部分长度设置有多个排气通道，所述排气通道设置成从加工空间排出加工气体。所述排气通道可以与设置在加工隧道外侧的排气管道相连并向该排气管道排气。在设备1设置成进行ALD的情况下，排放的气体可能含有一定量未反应的前体。因此，可能不希望与互不相同的反应性气体区相连的排气通道与相同的排气管道相连（这可能会无意地导致化学气相沉积）。因此，可以为不同前体提供不同的排气管道。应理解，与气体注入通道212、222相连的气体源以及排气通道可以一起起到调控加工空间202中的压力的作用。

如下所述为设备1的一般运行，从交换部分100开始。

在使用中，上通路壁110和下通路壁120中的交换流体注入通道112和122都将交换流体注入到通路104中。在图1的实施方式中，该交换流体是空气，通过交换流体流供应装置114和124从外部气氛提取。

可以选择注入之后的交换流体的流速，从而其静压基本等于外部气氛的压力，而其动态压力基本等于外部气氛与加工空间中的气氛的压力的差值的绝对值。这表明交换流体的停滞压力基本等于加工空间气氛的压力。一旦交换流体被注入到通路104中，其流向加工空间202。然而，加工空间202中的气氛压力防止交换流体经过较窄通路104进入加工空间202。该压力有目的地等于交换流体流的停滞压力，这导致了交换流体流在点108附近停滞，所述点108位于加工空间202的入口。由于交换流体注入的连续性和外部气氛与停滞的交换流体之间的压差，交换流体被自然地通过交换流体排出通道106排出到外部2，所述交换流体之前从所述外部2收回。应理解，作为压力平衡的结果，事实上在停滞区域108和加工空间202之间不发生流体的交换。因此，加工空间202实际上与外部2隔离，而没有使用机械闭合装置，同时仍可以通过通路104进行基材10的交换。

例如，可以通过通路104将基材10插入到加工空间202中。当基材10移动到通路104中，其位于上交换流体支承和下交换流体支承之间。这些流体支承分别由通过上通路壁110和下通路壁120中的交换流体注入通道112、122注入的交换流体提供。所述流体支承衬托基材10，并在基材10的上主要表面10a和下主要表面10b上施加拖曳作用，从而迫使所述基材沿加工空间202的方向行进。

根据设备1的精确配置及其工作参数，例如加工空间气氛的压力，当注入的交换流体的停滞压力选定为与加工空间气氛的压力基本相等时，施加在基材10上的拖曳作用可能不足以克服通路104上的压差作用。也就是说，由于交换流体的流动导致的施加在基材10上的拖曳作用可能不足以克服压差作用并在基材10上提供净内向力，即朝向加工空间202的作用力。在该情况下，可以增加交换流体注入到通路104中的流速以增加基材10上的内向拖曳力，从而进一步有助于其插入到隧道200中。流速相对于上述平衡情况的增加不一定是始终不变的，而是可以仅在实际交换基材10时施加，例如在插入或取出基材10时增加。

可参考图2说明改变交换流体注入到通路104中的流速的影响。图2是包含测量数据的图，显示了交换流体注入到交换部分104中的通路104中的气体体积流速与加工隧道空间202中压力分布曲线（从交换部分100向内看）之间的关系。图2列出了10种不同情况下的压力分布曲线，包括8个不同的交换流体注入流速。每一条压力分布曲线包含六个压力数据点。所述压力数据是在没有任何基材存在于通路104或者加工空间202中时得到的。

标记为“空气阀打开”的压力分布曲线属于没有交换流体被注入到通路104中的情况。由于加工空间202的主体相对于外部2约有3.4毫巴（即340Pa）的过压，存在加工空间202的气氛流体的溢出。该溢出自然地伴随压降。如标记为“空气阀机械关闭”的压力分布曲线所示，可以通过机械关闭通路104来阻止气氛流体的溢出。当通路104被机械关闭，加工空间202中的压力沿其长度基本均匀。然而，此时基材10不可能在外部2和加工空间202之间交换。

图2显示了当交换流体以145标准升每分钟（slm）的流速注入到通路104中时，存在没有压力梯度驱动气氛流体离开或者进入到加工空间202的平衡情况。在此流速时，交换流体的停滞压力基本等于加工空间气氛的压力。测试表明，当流速为145slm时，交换流体的流动施加在延伸通过通路104的基材10上的拖曳力不足以在基材上提供净内向力。

为了促进基材10插入到加工空间202中，可以增加交换流体注入的流速。应注意，该流速与交换流体的停滞压力直接相关，因为它显示交换流体注入之后的流速很好地近似正比于动态压力的平方根。因此，增加交换流体的注入流速对应于增加其停滞压力。

图2显示了185slm、210slm、230slm以及260slm的流速在基材上产生了足够的拖曳作用以驱动其向内行进。该增加的流速（相对于提供平衡情况的145slm）伴随交换流体流入加工空间202中，即交换流体流动的停滞点在加工空间内。这未必是问题。从图2清楚可见，交换流体穿透进入到加工空间202的影响基本限制在加工隧道200的头一米内。在此方面，为了避免与加工空间202中的任意沉积过程冲突，与交换部分100相邻的加工隧道200的第一部分可以是非沉积部分，例如，目的在于预热插入的基材10，或者目的在于冷却已经完成处理的基材10。

应理解，基材被“拖曳进入”到加工空间202中的配置显著地促进了它们的插入。它不仅不需要通过机械作用迫使基材10进入，还帮助将基材加速到至少它们可以穿过加工隧道200的初始速度。类似地，可以使用设置在加工隧道200的终端/出口的交换部分100来使基材10减速。在所述出口处，通路104上的压差通常会迫使基材10高速离开加工空间202。这可以通过在基材10上提供相反方向的拖曳作用来避免，所述相反方向的拖曳作用有利地减轻或者平衡了压差的影响。为了防止压差“发射（launching）”来自加工空间202的基材10，优选在交换基材10时避免低于145slm，例如50slm和100slm的流速。-应指出，基材10在加工隧道200入口处的‘加速’以及在加工隧道200出口处的“减速”都可以描述为“加速进入到交换流体流动的方向”。因此，根据牛顿第二定律，“加速”应该从物理上解释为净作用力对物体的影响。

最后，应注意1标准升每分钟指的是在温度为0°C以及压力为1.01325巴/1大气压/1.01325·10⁵Pa）的条件下，每60秒的流体流量为1dm³。

下面关注加工隧道200的操作。在使用时，上壁210以及下壁220中的气体注入通道212、222将气体注入到加工隧道空间202中。每一个气体注入通道212、222可以注入与之相连的气体源所提供的气体。因为设备1能够在大气压和非大气压下运行，所以可以在任意合适压力下进行气体注入。然而，为了避免使用真空泵，并防止外部气氛流体意外漏入加工空间202中，优选将所述加工空间保持在稍高于大气压的压力下。因此，可以在压力略高于大气压，例如约过压1-2毫巴（即100-200Pa）时进行气体注入。当在侧壁中设置的气体排出导管中维持低压，例如大气压时，注入到隧道空间202中的气体会自然地侧向流动，该侧向相对于加工隧道的轴向为横向。

当基材10存在于上壁210与下壁220之间时，通过上壁210中的气体注入通道212注入到通道空间202中的气体会在上壁与基材的顶表面10a之间侧向流动，从而提供上气体支承。同样地，通过下壁220中的气体注入通道222注入到通道空间202中的气体会在下壁与基材10的下表面10b之间侧向流动，有效地提供了下气体支承。所述下气体支承和上气体支承可以一起包围支承基材10并以漂浮状态支承基材10。

为了将膜沉积到基材10上，可以通过加工隧道空间202移动基材。通过接触或者非接触方法，可以以任意合适的方式进行基材10的移动。优选为非接触方法，其中的原因在于用于驱动基材的耐磨机械部件通常使得设备的设计变复杂并增加了维修的需求。推动基材10的无接触方法可以包括：通过气体注入通道212、222引入的定向气流的推动，其中所述气体注入通道212、222相对于传输方向呈一定角度设置，使得注入气体流具有该传输方向的切线分量；通过电力和/或磁力的推动；通过重力的推动（其可以通过使整个加工隧道200相对水平方向倾斜来起作用），以及任意其他合适的方法。

无论选择哪个驱动基材10的方法，必须小心保证采用合适的基材传输速度。在图1的ALD-设备中，如下的基材10的传输速度是优选的：当通过具体前体气体区时，一片基材表面区域与前体接触充分长的时间，以保证其完全饱和。较长前体区通常允许较高传输速度，反之亦然。然而，应注意，饱和时间可能取决于所用前体的特性，并取决于各区中前体的浓度。

随着基材10移动通过图1的加工隧道空间202，其上表面10a以条状方式（strip-wise）经受存在于每一个连续排列的横向气体区中的气体作用。只要各区的排列以及各气体的选择是恰当的，横跨一个隧道段204可以相当于使基材10经受一次原子层沉积循环。由于隧道200可以根据需要包含任意多个段204，当基材10穿过隧道时，可以在所述基材10上生长出任意厚度的膜。加工隧道200的线形特性还允许加工基材140的连续流，从而赋予原子层沉积设备1可观的生产能力。

尽管如上所述参考附图给出了本发明的示意性实施方式，应理解本发明并不限于这些实施方式。本领域技术人员通过实施要求保护的本发明，研究附图、说明书以及所附权利要求书，可以理解和实现所述实施方式的各种变化形式。说明书中提及的“一个实施方式”或“一种实施方式”表示结合实施方式描述的具体特征、结构或性质包括在本发明的至少一个实施方式中。因此，在说明书中各种地方出现的短语“在一个实施方式中”或“在实施方式中”不一定全部都涉及同一个实施方式。此外，应注意可以以任意合适的方式结合一个或多个实施方式的具体特征、结构或者特性，以形成新的、未明确描述的实施方式。

元件列表

1基材加工设备

2外部

10基材

10a，b  基材的上主要表面（a）和下主要表面（b）

100交换部分

102交换部分的主体

104通路

106交换流体排出通道

108停滞区域

110上通路壁

112上通路壁中的交换流体注入通道

114交换流体流供应装置

120下通路壁

122下通路壁中的交换流体注入通道

124交换流体流供应装置

200加工隧道

202加工隧道空间

204加工隧道段

210上隧道壁

212上隧道壁中的气体注入通道

220下隧道壁

222下隧道壁中的气体注入通道

P    通路方向

Claims (15)

1.基材加工设备（1），其包含：

-加工空间（202）；

-压力调节装置，所述压力调节装置配置成维持所述加工空间中的加工空间气氛的加工空间气氛压力不同于基材加工设备的外部（2）中的外部气氛的外部气氛压力；

-通路（104），基材加工设备的外部（2）与加工空间（202）通过所述通路（104）开放连通，基材（10）可通过所述通路（104）在外部和加工空间之间交换；以及

-交换流体注入装置（114、124；112、122），所述交换流体注入装置（114、124；112、122）配置成在至少一个交换流体注入点将交换流体注入到通路（104）中，从而使交换流体流动通过至少一部分通路，其中所述流动：

○在外部气氛压力大于加工空间气氛压力的情况下朝向外部；或者

○在外部气氛压力小于加工空间气氛压力的情况下朝向加工空间。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述交换流体注入装置（114、124；112、122）配置成以如下流速将交换流体注入到通路（104）中：当运行时，尽管外部气氛压力与加工空间气氛压力之间的差异导致相反方向的压差，延伸通过通路的基材（10）在交换流体流动的方向上被加速。

3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述通路（104）包含位于所述至少一个注入点下游的停滞区域（108），所述停滞区域（108）与交换流体排出通道（106）相连接。

4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述交换流体排出通道（106）与交换流体注入装置（114、124；112、122）相连，从而在运行时，从停滞区域（108）排出的交换流体被送到交换流体注入装置，用于注入到通路（104）中。

5.如权利要求3或4所述的设备，其特征在于，所述交换流体注入装置（114、124；112、122）配置成以一定的流速将交换流体注入到通路（104）中，在所述一定的流速下流过通路的交换流体在停滞区域（108）中停滞。

6.如权利要求1-5中任一项所述的设备，其特征在于，所述交换流体注入装置（114、124；112、122）配置成以与外部气氛压力和加工空间压力中较小那个压力基本相等的静压注入交换流体。

7.如权利要求1-6中任一项所述的设备，其特征在于，所述交换流体注入装置（114、124；112、122）配置成以与外部气氛压力和加工空间压力之间的差值的绝对值基本相等的动态压力注入交换流体。

8.如权利要求1-7中任一项所述的设备，其特征在于，所述通路（104）在通路方向（P）延伸，且所述交换流体注入装置（114、124；112、122）配置成实现与所述通路方向基本平行的层状的交换流体流动。

9.如权利要求1-8中任一项所述的设备，其特征在于，所述通路（104）被至少上通路壁（110）和下通路壁（120）所界定，所述上通路壁和下通路壁都设置有至少一个交换流体注入通道（112、122），上通路壁（110）中的所述至少一个交换流体注入通道（112）配置成提供上交换流体支承，而下通路壁（120）中的所述至少一个交换流体注入通道（122）配置成提供下交换流体支承，所述交换流体支承配置成以漂浮状态支承并容纳它们之间的基材（10）。

10.如权利要求1-9中任一项所述的设备，其特征在于，所述压力调节装置配置成维持加工空间气氛压力高于外部气氛压力。

11.如权利要求1-10中任一项所述的设备，其特征在于，该设备还包含：

-加工隧道，所述加工隧道包含下隧道壁（220）、上隧道壁（210）以及两个横向隧道壁，其中所述隧道壁一起界定了加工空间（202），所述加工空间（202）在隧道方向延伸并被配置成容纳至少一个朝向平行于上隧道壁与下隧道壁的基本为平面的基材（10）；以及

-设置在上隧道壁中的第一组多个气体注入通道（212），以及设置在下隧道壁中的第二组多个气体注入通道（222），其中所述在上隧道壁中的气体注入通道配置成提供上气体支承，而所述在下隧道壁中的气体注入通道配置成提供下气体支承，所述气体支承配置成以漂浮状态支承并容纳它们之间的所述基材（10）。

12.一种方法，该方法包括：

-以加工空间气氛压力提供加工空间气氛；

-以外部气氛压力提供外部气氛，所述外部气氛压力不同于所述加工空间气氛压力；

-提供通路（104），通过所述通路（104）使得外部气氛与加工空

间气氛开放连通，基材可通过所述通路（104）在外部气氛和加工空间气氛之间交换；

-在至少一个交换流体注入点向通路中注入交换流体，从而使交换流体流动通过至少一部分通路，其中所述流动：

○在外部气氛压力大于加工空间气氛压力的情况下朝向外部气氛；或者

○在外部气氛压力小于加工空间气氛压力的情况下朝向加工空间气氛。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，以如下流速将交换流体注入到通路（104）中：尽管外部气氛压力与加工空间气氛压力之间的差异导致相反方向的压差，延伸通过通路的基材（10）在交换流体流动的方向上被加速。

14.如权利要求12或13所述的方法，其特征在于，以静压将交换流体注入到通路中，所述静压基本等于外部气氛压力和加工空间压力中较小的那个压力。

15.如权利要求12-14中任一项所述的方法，其特征在于，以动态压力将交换流体注入到通路中，所述动态压力基本等于外部气氛压力和加工空间压力之间的差值的绝对值。

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