CN103415648B - 用于原子层沉积的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于在片状基材的表面上进行原子层沉积的装置和方法，包括：喷射头，其包括设有前体供应部和前体排出部的沉积空间；所述供应部和排出部布置成将前体气流从前体供应部经由沉积空间提供至前体排出部；沉积空间在使用中由喷射头和基材表面定界；气体承载部，其包括布置成将承载气体喷射到喷射头与基材表面之间的承载气体喷射器，承载气体由此形成气体承载部；和输送系统，其提供基材和喷射头的沿基材平面的相对移动以形成输送平面，基材沿该输送平面输送。支承部分与喷射头相对地布置，支承部分构造成提供使输送平面中的喷射头气体承载部平衡的气体承载压力布置，使得基材通过所述气体承载压力布置而在喷射头与支承部分之间保持成是无支承的。

Description

用于原子层沉积的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种用于在基材的表面上进行原子层沉积的装置。本发明还涉及一种用于在基材的表面上进行原子层沉积的方法。
背景技术
原子层沉积(ALD)被认为是一种用于使单层靶材(重复)沉积的方法。原子层沉积与例如化学气相沉积的不同之处在于，原子层沉积采用至少两个过程步骤。这些过程步骤中的第一过程步骤包括将前体(precursor)气体施加在基材表面上。这些过程步骤中的第二过程步骤包括使前体材料发生反应以形成单层靶材。原子层沉积具有能够进行良好的层厚控制的优势。
WO2008/085474公开了一种用于使原子层沉积的装置。该装置公开了空气承载作用，使得基材悬浮在喷射头的上方。对于片状基材而言，这种悬浮对于使用前体气体来说可能是一种无效的方法，其中，存在污染的风险并且可能使层精确较差地沉积。
US2009/081885公开了一种原子层沉积系统，其具有经由气态流体承载进行运输的基材。
ALD是一种每次为基材大致提供由一个原子构成的层的过程。特别是当需要在工业环境中进行操作时，对于这些基材进行表面清洁就是一种挑战。需要一种在插置在ALD装置中之前除去颗粒的高效而节省成本的布置。
发明内容
因此，根据本发明的一方面，目的是提供一种用于利用前体气体的改进使用而进行原子层沉积的装置和方法；其中，精确地提供了基材支承部。根据一方面，本发明提供了一种用于在片状基材的表面上进行原子层沉积的装置，其包括：喷射头，该喷射头包括设置有前体供应部和前体排出部的沉积空间；所述供应部和所述排出部布置成用于将前体气体从前体供应部经由沉积空间提供至前体排出部；该沉积空间在使用中由喷射头和基材表面定界；气体承载部，该气体承载部包括承载气体喷射器，该承载气体喷射器布置成用于将承载气体喷射到喷射头与基材表面之间，承载气体由此形成气体承载部；和输送系统，该输送系统提供基材和喷射头的沿基材的平面的相对移动以形成输送平面，基材沿该输送平面被输送。支承部分与喷射头相对地布置，该支承部分构造成提供气体承载压力布置，该气体承载压力布置抵抗输送平面中的喷射头气体承载压力，使得基材通过所述气体承载压力布置而在喷射头与支承部分之间被平衡成是无支承的。设置有一种输送系统，该输送系统包括引入区域和驱动部段。驱动部段包括运输元件，该运输元件布置成提供基材和喷射头的沿基材的平面的相对移动以形成输送平面，基材沿该输送平面被输送。该引入区域包括倾斜壁部，倾斜壁部相对于输送平面对称地布置并且构造成在朝向驱动部段的第一输送方向上降低了超出输送平面的工作高度。缝隙状出口布置成横跨倾斜壁部和驱动部段，该缝隙状出口使出口以横向于第一输送方向的方式横跨整个引入区域；以及气流供应部，该气流供应部用于提供沿基材流出该缝隙状出口的气流，以提供与所述第一输送方向相反的高冲击颗粒去除气流。
该沉积空间可以相对于基材表面限定沉积空间高度D2。气体承载部相对于基材限定间隙距离D1，该间隙距离D1小于沉积空间高度D2。
根据另一方面，本发明提供了一种用于利用包括喷射头的装置而在基材的表面上进行原子层沉积的方法，该喷射头包括设置有前体供应部的沉积空间和设置有承载气体喷射器的气体承载部，其中，沉积空间相对于基材表面限定沉积空间高度D2；并且其中，气体承载部相对于基材限定间隙距离D1，该间隙距离D1小于沉积空间高度D2，该方法包括如下步骤：将前体气体从前体供应部供应到沉积空间中，以接触基材表面；将承载气体喷射到喷射头与基材表面之间，承载气体由此形成气体承载部；在基材表面的平面中、在沉积空间与基材之间建立相对移动；并且提供气体承载压力布置，该气体承载压力布置抵抗输送平面中的喷射头气体承载压力，使得基材通过所述气体承载压力布置而在喷射头与支承部分之间被平衡成是无支承的。这种方法可以可选择地通过利用根据本发明的装置来实施。
通过平衡的空气承载支承部，片状基材可被控制成被保持在输送平面中，而并不机械地损害该基材。另外，通过使用气体承载部，可以设置沉积空间的独立的压力控制，由此获得对于多种沉积材料和方法的选择自由度。
将前体气体限制于沉积空间能够控制沉积空间中的压力，例如沉积空间中的前体气体压力或者沉积空间中的总压力。另外，该装置可以包括沉积空间压力控制器。沉积空间中的压力可以被控制成独立于和/或不同于沉积空间外的压力。这样，沉积空间中的预定压力可被设定成优选地专门用于使原子层沉积过程最优化。
在该装置的使用中，沉积空间由基材表面定界。可能明白的是，如此，该基材帮助限制该前体气体。这种由基材进行的限制可确保基本上防止通过沿基材表面的假象平面的前体气体流。但是，这并不是必要的并且只要能够为提供承载气体支承部提供足够的承载表面，甚至能够支承载在多种程度上被刺穿的基材。
沉积空间和基材在基材表面的平面中的相对运动与将所喷射的前体气体限制于沉积空间的组合可进一步实现对于前体气体的相当高效的使用。这样，前体气体的容积可以被高效地分布在基材表面上，由此提高了在将前体气体喷射在沉积空间中以后，前体气体分子附着于基材表面的可能性。
附图说明
现将参照附图以非限制性的方式对本发明进行描述，在附图中：
图1示出了根据本发明的实施方式的侧视示意图。
图2示出了根据本发明的实施方式的侧视示意图。
图3示出了另一实施方式的平面示意图。
图4示出了根据本发明的另一实施方式的喷射头的实施方式。
图5示出了第四实施方式的侧视示意图。
图5a示出了该第四实施方式的详细的侧视示意图。
图5b示出了第四实施方式的另一详细的侧视示意图。
图5c示出了第四实施方式中的计算出的速度分布图；
图5d示出了垂直于输送平面的平面流速梯度。
图6示出了第四实施方式的变型的示意图。
图7A示出了第一运输元件、第二运输元件、及具有喷射头的工作区域的俯视图；
图7B示出了正在引入区域中运输的基材；
图7C示出了正运输通过工作区域的基材；
图7D示出了处于在引出区域中转动基材的方向的时刻的基材；
图7E示出了处于在引入区域中的后续转向时刻的基材；
图7F示出了正被移动远离第二运输元件的基材；
图8A示出了具有处于打开位置中的壁部的接收元件；
图8B示出了具有处于中间位置中的壁部的接收元件；
图8C示出了具有处于关闭位置中的壁部的接收元件；
图9A示出了在第五实施方式中的装置的变型的俯视图；
图9B示出了在第五实施方式中的装置的变型的俯视图；以及
图10示出了多个装置的示意图。
除非另外说明，遍及所有附图，相同的附图标记指的是相同的部件。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的实施方式的侧视示意图。作为一种示例，喷射头1示出为具有由气体承载区域分隔开的两个沉积空间2、3。尽管原则上对于原子层而言，需要至少两个过程步骤，但仅过程步骤中的一个可能需要参与材料沉积。这种材料沉积可在设置有前体供应部4的沉积空间2中完成。因此，在该实施方式中，示出了喷射头包括设置有反应物供应部40的另一沉积空间3，该另一沉积空间3在使用中由气体承载部7定界。作为选择或者附加地，反应气体、等离子体、激光产生的辐射、及紫外线辐射中的至少一者可设置在该反应空间中用于在前体气体沉积在基材表面的至少一部分上之后使前体气体与反应气体起反应，以便在该基材表面的至少一部分上获得原子层。通过对空间2和3进行适当的净化，可在处理期间开启供应部4和40。
前体供应部4和反应物供应部40优选地在没有实质流动限制的情况下进行设计以允许等离子体沉积。由此，朝向基材表面5，等离子体流不受任何流动限制的阻碍。
在该实施方式中，前体气体通过与基材表面5并排的流动而在沉积空间2中循环。气流从前体供应部4经由沉积空间提供至前体排出部6。在使用中，沉积空间2由喷射头1和基材表面5定界。气体承载部7设置有承载气体喷射器8，该承载气体喷射器8邻近于该沉积空间布置，用于将承载气体喷射到喷射头1与基材表面5之间，承载气体由此形成气体承载部，同时将所喷射的前体气体限制于该沉积空间2。前体排出部6另外可能起到排出承载气体从而防止承载气体流入到沉积空间2、3中的作用。
尽管在本实施方式中，每个气体承载部7被示出为将尺寸确定成作为一种流动屏障，但原则上这并不是必需的；例如，只要提供一种有效的流动屏障，将沉积空间2、3分隔开的流动屏障就无需被确定尺寸成作为气体承载部。通常，流动屏障可具有大于其中气体承载部是有效的间隙高度的间隙高度。在实际示例中，气体承载部在从5μm至100μm的间隙高度范围中起作用；其中，流动屏障仍可能在大于这种数值的情况下、例如直到500μm仍旧是有效的。另外，气体承载部7可能仅在存在基材9的情况下作为流动屏障(或者就此而言的气体承载部)是有效的；尽管流动屏障可以或者可以不被设计成无论基材9存在与否均能起作用。重要地是，活性材料在沉积空间2、3之间的流动在任何时候都被流动屏障所阻止以避免污染。这些流动屏障可以或者可以不被设计成气体承载部7。
尽管图1并未具体示出输送系统(更为详细地参见图3中)，但使基材9相对于喷射头2移动，以从沉积空间2和3上接收材料的后续沉积。通过基材9相对于喷射头1的往复运动，可对层数进行控制。
重要地是，设置有支承部分10，该支承部分10沿输送平面提供了一种用于基材9的支承，该输送平面可被看成为基材9的中线。支承部分10与喷射头相对地布置并且构造成提供气体承载压力布置，该气体承载压力布置平衡了输送平面中的喷射头气体承载部7。虽然较为不完美的对称布置可以用于提供该作用，但是优选地，该平衡通过在该支承部分中具有与由喷射头1所提供的流动布置完全相同的流动布置来提供。由此，优选地，支承部分10的每个射流喷嘴朝向喷射头1的对应喷嘴对称地设置。如此一来，该基材能通过所述气体承载压力布置而在喷射头1与支承部分10之间被保持成是无支承的、即、没有机械支承件。更为一般而言，喷射头1中的和支承部分10中的流动布置沿输送平面在位置上的变化、即小于0.5mm、特别是小于0.2mm的变化都可能被仍旧认为是完全相同的流动布置。由于没有任何机械支承件，因此防止存在污染该支承件的风险，这在确保喷射头1相对于基材9的最佳工作高度上是非常有效的。另外，出于清洁的目的，该系统的较短的停机时间是必需的。另外，重要地是，由于没有机械支承件，因此，系统的热容量会减小，从而导致基材对于产品温度的更为快速的热响应，这可能极大地提高了产品产量。
在这方面，沉积空间相对于基材表面限定了沉积空间高度D2；并且其中，起到流动屏障作用的气体承载部7包括面对基材表面5的流动限制表面11，该流动限制表面11相对于基材限定了间隙距离D1，该间隙距离D1小于沉积空间高度D2。沉积空间设置有前体供应部4和前体排出部6。所述供应部和排出部可以布置成用于将来自前体供应部的前体气体流经由沉积空间提供至前体排出部。在使用中，沉积空间由喷射头1和基材表面定界。该沉积空间可由空腔29形成，该空腔29具有深度D2-D1，其中，供应部和排出部在空腔29中结束和/或开始。由此，更为一般而言，该空腔限定在沉积头1中并且在使用中面对基材9。通过使空腔29面对该基材，所理解的是，该基材基本上形成用于空腔的封闭件，使得形成封闭的环境以供应该前体气体。另外，该基材可设置成使得基材的多个邻近部分乃至邻近的基材或者其它部分均可形成这种封闭件。该装置可以布置成用于通过沉积头1的前体排出部6而将前体气体从空腔中排出，以基本上防止前体气体从空腔中漏出。可能清楚的是，承载供应部可设置与空腔相距一定距离的位置处。空腔可能能够将不同于气体承载层中的过程条件的过程条件施加在该空腔中。优选地，前体供应部4和/或前体排出部6设置在该空腔中。
空腔29的深度D2-D1可以被解释为是基材9与喷射头的设置有承载气体喷射器8和前体供应部的输出面之间的距离的局部增量。深度D2减去D1可以处于从10至500微米的范围内，更为优选地处于从10至100微米的范围内。
流动限制表面11可以由突出部分110形成，该突出部分110包括承载气体喷射器8。气体承载层在使用中例如形成在表面5与流动限制表面11之间。前体排出部30之间的距离C1通常可处于从1至10毫米的范围内，这也是沉积空间2、3的典型宽度。气体承载层的由D1表示的典型厚度可处于从3至15毫米的范围内。该突出部分110的典型宽度C2可处于从1至30毫米的范围内。沉积空间2在基材9的平面范围外的典型厚度D2可处于从3至100毫米的范围内。
这能够实现更为有效的过程设定。结果，例如，从供应部4喷射到沉积空间2中的前体体积流速高于气体承载层中的承载气体的体积流速，尽管喷射前体气体所需的压力能够小于喷射气体承载层中的承载气体所需的压力。由此将会了解到的是，气体承载层7的厚度D1可能通常小于在基材表面范围外的平面中测量到的沉积空间2的厚度D2。
在每米通道宽度的典型流速为5·10-4至2·10-3m3/s并且典型举例为L＝5mm、例如等于从前体供应部至前体排出部的距离的情况下，该通道厚度Dc、例如沉积空间2的厚度D2应当优选地大于25至40μm。但是，气体承载功能性优选地要求比从前体喷射头至基材的距离小得多的距离，通常为约5μm，从而满足关于硬度和气体分离的重要要求并且从而将所需承载气体的量减至最小。然而，在上述过程条件的情况下，沉积空间2中的5μm的厚度D2可能导致无法接受地高的～20巴(bar)的压力降。由此，优选地需要一种气体承载层的厚度(即厚度D1)和沉积空间的厚度(即厚度D2)不同的装置的设计。对于诸如晶片—或者包括大量的低纵横比(即薄)的纵横比A(沟槽深度除以沟槽宽度)≤10的沟槽8的晶片之类的平坦的基材而言，过程速度取决于前体流速(以kg/s计)：前体流速越高，饱和时间就越短。
对于包括大量的高纵横比(即深而窄)的A≥50的沟槽的晶片而言，过程速度可以取决于前体流速和前体局部压力。在这两种情形中，过程速度可以基本上独立于沉积空间2中的总压力。尽管过程速度可以(几乎)独立于沉积空间2中的总压力，但沉积空间2中的接近大气压力的总压力可能因如下若干原因而是有益的：
1.在负大气压下，希望沉积空间2中的气体速度vg增大，从而导致沿沉积空间2的不合乎要求的高压力降。
2.在较低压力下，气体速度vg的增大导致沉积空间2中的较短的气体停留时间，这在产量上具有负作用。
3.在较低压力下，对于前体从沉积空间2通过气体承载层的泄漏的抑制可能是低效的。
4.在较低压力下，可能需要昂贵的真空泵。
沉积空间2中的气体速度vg的下限可能由基材横向速度vs所确定：通常，为了防止沉积空间2中的不对称的流动特性，应当优选地满足下列条件：
Vg>>Vs
该条件提供了反应空间3的厚度D、D2的优选上限。通过满足上述要求中的至少一者并且优选地全部满足，获得了一种用于在平坦的晶片上快速而连续地获得ALD的和用于包括大量的高纵横比沟槽的晶片的ALD沉积系统。
因此，在使用中，沉积空间2中的总气体压力可以不同于附加沉积空间3中的总气体压力。沉积空间2中的总气体压力和/或附加沉积空间3中的总气体压力可以处于从0.2至3巴的范围内，例如0.5巴或者2巴乃至低至10毫巴(mBar)，特别地，处于0.01巴至3巴的范围内。这种压力值可以基于前体的性质、例如前体的挥发性进行选择。另外，该装置可以布置成用于平衡沉积空间中的承载气体压力和总气体压力，以便将沉积空间范围外的前体气体的流量减至最小。
图2示意性地示出了用于基材边缘90通过喷射头1中的多个喷嘴的情形的转换构型。根据优选实施方式，喷射头1包括压力控制器13，其用于开启前体供应部4中的任一个；排出部6和/或气体喷射器8，其依赖于基材9的存在。为了清楚起见，仅示出了一些转换线路。为了使承载气体压力都相同，相对的承载气体喷射器8的承载气体线路可以被联接以提供相等的承载气体压力。如在图2中以X标记示意性地所示，可以切断外部喷嘴70的承载气体压力。便利地，当基材离开沉积空间3时，也可以关掉前体供应部4。优选地，仅在关掉前体供应部4之前，关掉与前体排出部6相对的排出部60，所述排出部60能够根据沉积空间中的基材9的存在与否进行开关，使得当基材边缘90通过该前体排出部时，前体流动设置成远离基材表面，从而面对该支承部分。
压力控制器13可以控制沉积空间压力以控制沉积空间2中的压力。另外，控制器13控制气体承载层7中的气体承载层压力。
因此，示出了一种方法，其中，提供一种气流7，该气流7布置成提供气体承载压力，其中，该气流可以依赖于基材9的存在而被开启，使得当基材边缘90通过排出部60时，该排出部选择性地被关闭从而提供远离基材9的流动。
图3示出了另一实施方式的平面示意图。在此处，喷射头1在平面图中被示意性地示出。喷射头1包括分别用于前体和反应物的沉积空间2、3的交替的缝隙，每个缝隙均由气体承载部/流动屏障7定界。见到基材将要被从引入区域15运送到工作区域16中，在该工作区域16中，喷射头1是起作用的。该工作区域16邻近于该引入区域15并且相对于输送平面排列，使得基材可以被容易地在这些区域15、16之间进行输送。可以设置附加的引出区域17。过程步骤，引入和引出可以是轮流进行的或者是交替的。由此，基材9可通过工作区域16沿着两个区域15、17之间的中线往复地移动。
在所示实施方式中，输送系统设置有成对的进气口181和出气口182，其面对输送平面并且沿着输送平面从出气口182朝向进气口181提供流183。为了清楚的原因，仅在图中提及一对。气流控制系统布置成提供气体承载压力和沿输送平面的气流183，以通过控制该气流来提供基材9的沿该输送平面、沿该中线通过工作区域16的移动。
图4示出了在垂直于基材表面的方向上看到的喷射头1的波状的示意性示例。通常，该曲形防止基材的第一级弯曲模式(firstorderbendingmode)。因此，可以看到，在垂直于基材表面的方向上看到，气体承载部7形成为波状以防止片状基材的第一级弯曲模式。另外，通常来说，沉积空间2、3的形状可以遵循气体承载缝隙7的形状以允许紧凑的喷射头构型。这些变型允许基材表面上的压力分布最优化。这种最优化对于易碎的或者柔性的基材来说会是重要的。
图5示出了第四实施方式的侧视示意图。参照前述视图进行说明。特别地，示出了引入区域15、工作区域16和引出区域17。该工作区域由喷射头1和支承件10形成。在引入区域和引出区域中，运输元件或驱动部段18设置成用于提供基材9如由方向R所示的沿输送平面的运输。根据一种实施方式，该引入区域15包括面对输送平面的倾斜壁部19。驱动部段18包括运输元件(参见图7A)，这些运输元件布置成提供基材和喷射头沿基材的平面的相对移动以形成输送基材所沿的输送平面。该引入区域15包括倾斜壁部，这些倾斜壁部相对于与基材9重合的输送平面对称地布置。倾斜壁部19形成且构造成在朝向驱动部段18的第一输送方向P上将超出基材9约100至200微米的工作高度Dx减小至从30至100微米变动、优选地为约50微米的降低的工作高度，从而形成最小间隙距离Dy。
图5a示出了引入区域15的详细视图。缝隙状的出口190布置成横跨倾斜壁部19和驱动部段18。缝隙状的出口190以横向于第一输送方向(在图5a中，看到为垂直于纸面)的方式延伸越过该引入区域。气流供应部192例如以气泵的形式设置，用于提供沿基材9离开该缝隙状出口190的气流193，从而提供与所述第一输送方向P相反的高冲击颗粒去除气流。对于缝隙宽度为约30-100微米的情况，典型的流量会在约5至10slm(升/分钟，标准状态下)变动，其中，优选地，该缝隙具有与最小间隙距离Dy相同或者小于该最小间隙距离Dy的间隙以提供适当的承载劲度(bearingstiffness)。为了将流动朝向基材9引导，流供应部192可以包括收集室194，该收集室194垂直于纸面延伸。该缝隙状的出口以垫片191结束。引入布置15基本上对称地形成以在输送平面中提供气体承载压力布置，使得当基材通过缝隙190时，基材通过所述气体承载压力布置而在倾斜壁19之间被平衡成无支承的。
图5b示出了具有工作高度和沿倾斜壁的进口长度的典型尺寸为7至15mm的高冲击流动193的放大详图。该示例示出了长度L为10mm。倾斜壁19与输送平面成一定角度地放置。这使得流动在z方向上扩展，这增大了垂直于输送平面的平面流速梯度。发明人发现具有抛物线形状或圆形形状的该流动分布对于颗粒具有最佳冲击。在倾斜壁的入口附近，尺寸>100微米的较大颗粒195首先在沿流动193的方向上被除去，而较小的颗粒可以朝向缝隙状的出口190进一步被除去。在那个区域中，流速是较高的并且梯度在基材表面的附近增大。这将最终清除掉尺寸小于10微米、通常在2至10微米的范围内的最小颗粒。
图5c示出了在第四实施方式中的计算出的速度分布图。中央流速从在靠近缝隙状的出口190的约75m/s的速度变化成靠近该引入区域15的入口的约70m/s的速度。
图5d示出了用于图5c的计算出的分布的垂直于输送平面的平面流速梯度。在层流情况中，在基材面附近，空气速度接近于零。对于相应高度为约20微米的情况，流速为约2m/s，这足以通过提供与基材的输送方向相反的高冲击颗粒去除气流来除去颗粒。
图6示出了在第四实施方式的变型中的用于在片状基材的表面上进行原子层沉积的装置的示意图，该第四实施方式的变型还被称之为第五实施方式。图6与图5中所示的第四实施方式的俯视图相一致。片状基材9可以是柔性的或者不易弯曲的，例如可以是金属薄片或者晶片。该装置可以包括喷射头1和输送系统，该输送系统用于提供基材9和喷射头1的沿基材9的平面的相对移动以形成基材9被沿其输送的输送平面。
该输送系统可以包括引入区域15和工作区域16，该工作区域16邻近于该引入区域15并且相对于输送平面排列。喷射头1设置在该工作区域16中。可将片状基材(图6中未示出但是在图5中以附图标记9示出)插置在该引入区域15中。该引出区域17邻近于工作区域16设置。因此，工作区域16可以位于引入区域15与引出区域17之间。在引入区域中，可以设置第一运输元件或者驱动部段18A，并且在引出区域中，可以设置第二运输元件或者驱动部段18B。第一驱动部段18A和第二驱动部段18B可以如图7a-f中更为详细示出的那样布置以经由受控气流使基材通过工作区域16在引入区域15与引出区域17之间往复地移动。由此，第一驱动部段18A、工作区域16、及第二驱动部段18B可以共同形成处理区域31，在该处理区域31中，在原子层的沉积期间，可以通过控制驱动部段中的气流而使基材9往复地移动。
接收元件32有助于将基材9引入到第一运输元件18A中。
图7A示出了第一驱动部段18A、第二驱动部段18B、及具有喷射头1的工作区域16的俯视图。图7B示出了正在引入区域15中运输的基材9。图7C示出了正被运输通过工作区域16的基材9。图7D示出了处于在引出区域17中转动基材9的方向的时刻的基材9。图7E示出了处于在引入区域15中的后续转向时刻的基材9。图7F示出了被移动远离第二运输元件18B的基材9。由此，图7B-7F示出了如何能够使基材9通过工作区域16在引入区域15与引出区域17之间往复地移动。在图7A-F中，基材9的移动方向由箭头31表示。
输送系统可以设置有包含在驱动袋区(drivepocket)34中的交替布置的成对的进气口181和出气口182。在工作区域16的相对侧上，运输元件18A、18B均提供朝向该工作区域的定向气流。这样，可以通常通过在基材面对相应的元件时适当地启动运输元件18A、18B中的气流而提供往复运动。为此，可存在基材位置检测器，其例如经由光学、机械或压力变化检测来检测位置。袋区可以具有处于50至500微米的范围内、通常为100微米的凹进深度。该输送系统还可以包括气流控制系统，该气流控制系统布置成提供气体承载压力和由方向R表示、沿输送平面的气流。通过控制该气流，可以通常通过设置位置传感器来检测或者测量该基材相对于驱动部段18A、18B的位置或者该基材的存在而提供基材9的移动。由此，由基材9上的气流提供的曳力可用于实现基材9的移动。
在图7A-F中，进气口181和出气口182布置成用于使基材通过该工作区域16在引入区域15与引出区域17之间往复地移动。另外，第一驱动部段18A和第二驱动部段18B中的每一者均可以设置有多个由进气口181和出气口182构成的驱动袋区34。设置在待运输的基材的下方和上方的一对驱动袋区起到气体承载部的作用。通常，可以不向附加的非驱动气体承载部提供用于运输的方向流动。如果这种气体承载部提供足够大的劲度(stiffness)，则袋区34可以被相对于基材的平面非对称地设置，或者特别地，仅设置在基材的一侧上。在驱动部段18A、18B的远离工作区域16的区域中，驱动袋区34被朝向工作区域定向以提供通过该工作区域的往复移动。在驱动部段18A、18B邻近于该工作区域的区域中，设置有具有不同尺寸的交替定向的袋区，其保持住基材速度。特别地，对于基材出口部段18A和进入部段18B，它将由部段18A中的朝向工作区域定向的中央大袋区和部段18B中的背朝工作区域15定向的两个分散开的小袋区所保持，这两个分散开的小袋区被设置成邻近于部段18B中的朝向工作区域16定向的中央大袋区。在使用中，气流可至少部分从出气口182引导至进气口181。气流从出气口182出现到达进气口181。这样，可以限定由箭头36表示的气流的方向，从而提供定向的空气承载部—即，在输送平面中具有使基材在输送平面中移动的定向承载力的空气承载部。更为一般而言，出气口182可以各自设置有限制部185。这种限制部185可能能够实现对从出气口182至进气口181的气体供应进行的改良控制。例如，由从出气口182至进气口181的气流提供的气体承载部可以具有增大的劲度。例如，气流可以不易受到由基材9的移动所导致的扰动的影响。限制部185限定了从包括限制部185的出口182朝向进口181的气流方向。作为选择，出口182可以不设置有限制部，这给予了倒转袋区中的气流36的可能性。对于该变型，可以提供附加的非定向的空气承载部。
在第一驱动部段18A和第二驱动部段18B中的每一者中，具有进气口181和出气口182的这多个驱动袋区34中的至少第一种驱动袋区34A的气流方向36可以朝向该工作区域16指向。另外，在第一驱动部段18A和第二驱动部段18B中的每一者中，具有进气口181和出气口182的这多个驱动袋区34中的至少第二个驱动袋区34B的气流方向远离工作区域16指向。由此，在该变型中，在第一驱动部段18A和第二驱动部段18B中，驱动袋区34A的气流朝向工作区域16指向，并且驱动袋区34B的气流远离工作区域指向。通过具有袋区34A、34B的相反的气流方向，基材远离工作区域的移动是可能的，并且基材朝向工作区域的移动也是可能的。引入区域15中的这种相反的移动方向可能对于实现基材9的往复运动是有益的。
驱动袋区34B中的第二种驱动袋区可以在第一驱动部段18A和第二驱动部段18B中设置在工作区域16与驱动袋区中的至少第一驱动袋区34A之间。由此，在该变型中，在第一驱动部段18A和第二驱动部段18B中，袋区中的第二种袋区34B可以设置在袋区中的第一种袋区34A中的一个与工作区域16之间。通过这种布置，可通过袋区中的第二种袋区34B来有助于基材通过工作区域16的移动，同时，当(通过位置检测器(未示出))检测到基材已经基本上通过工作区域16时，可通过袋区中的第一种袋区34A倒转移动方向31。
作为选择，从出气口182至进气口181的气流在时间上可以是基本上连续的。由此，从出气口182至进气口181的气流、例如气流方向可在基材的运动期间、例如往复运动期间可以是基本上连续的。
袋区34中的至少第一种袋区34A的气流的速度和/或空间范围可以大于袋区中的至少第二种袋区34B的气流的速度和/或空间范围，特别是比后者大1.5倍。袋区34的一对进气口181和出气口182的空间范围在图7A中由尺寸H1和H2表示。H2可以约等于袋区34的进口181与出口182之间的距离。H1可以约等于袋区34的进口181和/或出口182的长度。尺寸H1和H2可以沿彼此横切指向的方向确定。
在上文中参照图7A-F描述的方式中，第一运输元件18A和第二运输元件18B可以布置成用于使基材9通过工作区域16在引入区域15与引出区域17之间往复地移动。
由此，在图3和图7A-F中，本发明的翼方面提供了示例，其中，输送系统设置有优选地交替地布置的进气口和出气口；该输送系统包括气流控制系统，该气流控制系统布置成提供气体承载压力和沿输送平面的气流，以通过控制该气流来提供基材的移动。优选地，在使用中，从出气口至可专门用于该出气口、例如可与该出气口形成一对的进气口的气流被沿着与输送平面基本上平行的路径引导。优选地，在引入区域和引出区域中，运输元件被设置成用于提供基材沿输送平面的运输。优选地，运输元件包括进气口和出气口。
另外，图3和图7A-F示出了本发明的实施方式的示例，根据本发明的该实施方式的示例，输送系统包括引入区域和工作区域，该工作区域邻近于引入区域并且相对于输送系统排列；其中，喷射头设置在工作区域中，并且其中，片状基材可以被插置在引入区域中；其中，引出区域设置成邻近于工作区域；其中，进气口和出气口布置成用于使基材通过工作区域在引入区域与引出区域之间往复地移动。往复运动提供了如下优势：与布置成用于单向运动的装置相比，用于施加多层的该装置在空间上是更为有限的。优选地，在出气口与进气口之间的气流的方向、速度和/或空间范围布置成用于实现基材的往复运动。
图7A-F还作为一种示例示出了根据本发明的实施方式，其中，进气口和出气口布置成用于通过在引入区域中设置第一运输元件并在引出区域中设置第二运输元件而使基材通过工作区域在引入区域与引出区域之间往复地移动。优选地，第一运输元件和第二运输元件中的每一个均设置有具有进气口和出气口的多个袋区。优选地，该气体控制系统布置成用于实现：在第一运输元件与第二运输元件中的每一个中，具有进气口和出气口的袋区中的至少第一种袋区的气流的方向朝向工作区域指向，并且具有进气口和出气口的袋区中的至少第二种袋区的气流方向远离工作区域指向。
在可以更为普遍地应用的另一实施方式中，在第一运输元件和第二运输元件中的每一个中，具有进气口和出气口的袋区中的至少第二种袋区位于具有进气口和出气口的袋区中的至少第一种袋区与工作区域之间。这种布置可能对于通过借助于具有进气口和出气口的袋区中的至少第二种袋区将力施加在基材的已经通过该工作区域的一部分上来保持基材通过该工作区域的运动而言是有益的。这种布置可能对于通过具有进气口和出气口的袋区中的至少第一种袋区来倒转和/或启动基材朝向工作区域的运动而言是有益的。
在可以更为普遍地应用的另一实施方式中，具有进气口和出气口的袋区中的至少第一种袋区的气流的速度和/或空间范围大于具有进气口和出气口的袋区中的至少第二种袋区的气流速度和/或空间范围、特别是比后者大1.5倍。实验已经示出了这可能是有益的比例。
图8A-C中示出了第五实施方式中的该装置的变型。这里，其中引入基材的引入区域15的还被称之为接收元件的一部分可以具有顶壁部分19A，该顶壁部分19A能够沿着垂直于输送平面的方向Q移动，以设定工作高度和/或有助于将基材引入到喷射头1中。另外，喷射头1可以沿方向P朝向和远离输送平面移动以设定适当的工作高度。可以通过空气承载部的缓冲作用来提供该移动，即，喷射头可以被保持成是浮置的。
图8A-C示出了在沿图6中示出的箭头38的视图中的接收元件32，该接收元件32设置在引入区域15中。该引入区域15、即在本变型中的接收元件32具有壁部、特别是顶壁部分19A，该顶壁部分19A能够沿垂直于输送平面的方向移动。在使用中，底壁部分19B可以是固定的。作为选择，顶壁部分19A可以是固定的而底壁部分19B可以是能够移动的，或者两个壁部19A、19B都是可以移动的。借助于可移动的顶壁部分19A，可以有助于将基材9引入到喷射头1中。由此，在图8A-C的变型中，可沿垂直于输送平面的方向移动的壁部分19A由接收元件32形成，以有助于将基材9引入到第一运输元件18A中。
壁部、在此处的顶壁部分19A能够从打开位置经由中间位置移动至关闭位置。图8A示出了具有处于打开位置中的壁部的接收元件32。图8B示出了具有处于中间位置中的壁部的接收元件32。图8C示出了具有处于关闭位置中的壁部的接收元件32。在图8C中，基材9在使用中可以浮置在顶壁部分19A与底壁部分19B之间。
由此，清楚的是，借助于该接收元件，提供了一种选择方案，用于将引入区域构造成在朝向该工作区域的方向上降低超出输送平面的工作高度、此处为接收间隙W。处于朝向工作区域的方向中的输送平面由例如图5中的方向R表示。
壁部在垂直于输送平面的方向上限定接收间隙W。可从图8A-C清楚的是，当壁部朝向关闭位置移动时，缩小了接收间隙W。在打开位置中，接收间隙W可以布置成用于将基材9插置到该装置中。另外，该接收间隙可以大于3mm、优选地大于7mm、例如高达20mm。为了防止基材9与底壁部分19B相接触，可移动销42设置在该装置中用于将基材放置在该装置上。
在中间位置中，接收间隙W可以布置成用于将基材加热到工作温度。另外，接收间隙可以处于例如0.2mm的下限值与例如5mm的上限值之间的范围内。具有处于中间位置中的壁部的接收间隙W的下限值可以有助于防止晶片9与接收元件32的壁部之间的机械接触。另外，作为在加热期间所引起的机械应力的结果，这种机械接触可通过基材的翘曲而产生。具有处于中间位置中的壁部的接收间隙W的上限值可以提升加热的速度。例如，通过经由间隙向基材9供应热量可完成加热基材9。优选地，销42包括陶瓷材料。因此，可以大幅地减少了通过销42的热传导。这可以提高加热基材9的速度并且可以有助于晶片9中的均匀的温度分布。
在关闭位置中，接收间隙W可以等于引入区域15的其余部分中的间隙。可移动壁部可以联接至销42，使得当上壁部分19A朝向关闭位置移动时，使销移动低于底壁部分19B的表面44。
由此，更一般地，处于打开位置中的接收间隙W可以基本上等于处于中间位置中的接收间隙W。
由此，根据本发明的另一方面，图8A-C中示出了本发明的该另一方面的示例，输送系统包括引入区域和工作区域，工作区域邻近于该引入区域并且相对于输送平面排列；其中，喷射头设置在工作区域中，并且其中，片状基材可以被插置在引入区域中，其中，该引入区域具有壁部、特别地是顶壁部分，该顶壁部可沿垂直于输送平面的方向移动，以有助于将基材引入到喷射头中。可移动的壁部能够增大顶壁部分与底壁部分之间的间隙。随后，可以有助于基材的插置。特别地，可以基本上防止壁部与基材之间的机械接触。
在根据所述另一方面中，接收元件和优选地第一运输元件设置在引入区域中，其中，可沿垂直于输送平面的方向移动的壁部由接收元件形成，以有助于将基材引入到第一运输元件中。在引入区域中具有专用的接收元件能够改进引入区域的另一部分中的、例如第一运输元件中的条件和/或构型。
在根据所述另一方面的实施方式中，壁部可从打开位置经由中间位置移动至关闭位置，其中，当壁部朝向关闭位置移动时，减小了在垂直于由壁部限定的输送平面的方向上的接收间隙，其中，在打开位置中，接收间隙布置成用于将基材插置到该装置中，在中间位置中，接收间隙布置成用于将基材加热到工作温度，和/或在关闭位置中，接收间隙布置成用于在基材与装置之间形成气体承载部。由此，可以执行改进的接收。用于接收和加热的过程条件、更具体地为用以加热基材的加热速度可以通过调节该接收间隙得以改进。
图9A和9B分别示出了该装置在第五实施方式中的变型的俯视图和截面图。图9A和9B示出了基材9。图9B中所示的截面由图9A中的A-A’表示。图9A还示出了沿输送平面的装置部分46。该装置部分可以例如是引入区域15、引出区域17、和/或工作区域16的一部分。
在该变型中，该装置可以设置有第一对中空气承载部48A和第二对中空气承载部48B，以将基材9置于中央从而使基材沿引入区域15与引出区域17之间的中线移动。双向箭头50示出了横向于基材沿中线相对于喷射头1并且在基材的平面中的常规方向的相对移动的居中移动。由此，借助于第一对中空气承载部48A和/或第二对中空气承载部48B，可将力施加在侧向表面上，在此处分别是基材9的在方向50上、即沿输送平面的第一侧向表面49A和/或第二侧向表面49B。更一般地，沿基材9的平面的第一空气承载部48A和/或第二空气承载部48B的宽度X3在使用中可以处于从0.1mm至1.5mm的范围内、特别是处于从0.3mm至0.8mm的范围内。
该装置还可以设置有对中承载气体供应部56，该对中承载气体供应部56沿输送平面设置成在使用中邻近于基材9的沿基材9与喷射头1的在此处以双向箭头60表示的相对运动的方向的相对的侧向表面49A、49B。供应部56可以各自地设置有限制部Ri。这种限制部可以实现对向第一对中空气承载部48A和/或第二对中空气承载部48B的空气供应做出的改良控制。限制部Ri可以增大第一对中空气承载部48A和/或第二对中空气承载部48B的劲度。
该装置可以设置有对中承载控制器54，用于控制第一对中空气承载部和第二对中空气承载部中的压力。另外，控制器54可以连接至对中承载气体供应部56，以控制流出对中承载气体供应部56的气体量。对中空气承载部的承载气体流动由箭头52表示。图9A和图9B还进一步示出了压力释放凹槽62.i(i＝1，4)的示例。在此处，压力释放凹槽62.1、62.2各自沿第一空气承载部48A延伸并且邻近于该第一空气承载部48A。这里，压力释放凹槽62.3、62.4各自沿第二空气承载部48B延伸并且邻近于该第二空气承载部48B。在图9A中，压力释放凹槽62.1、62.2位于第一空气承载部48A与承载压力布置64之间，该承载压力布置64处于喷射头1与支承部分10之间。在图9A中，压力释放凹槽62.3、62.4各自位于第二空气承载部48B与该承载压力布置64之间，该承载压力布置64处于喷射头1与支承部分10之间。由此，压力释放凹槽可以各自布置在承载压力布置与第一对中空气承载部48A或第二对中空气承载部48B之间，以便一方面基本上断开对于第一对中空气承载部48A和/或第二对中空气承载部48B中的压力的控制并且另一方面断开对于承载压力布置中的压力的控制。
更一般地，压力释放凹槽在与输送平面平行的方向上的个体宽度X1可以处于从0.1mm至3mm的范围内、具体地处于从0.3mm至2mm的范围内。从压力释放凹槽62.i中的至少一个到第一空气承载部48A或第二空气承载部48B的距离X2可以处于从0.1mm至1.5mm的范围内、具体地处于从0.3mm至0.8mm的范围内。
由此，如在图9A和9B中作为一种示例所示，本发明的一方面可以包括该装置设置有布置在引入区域15和引出区域17的侧部上的第一对中空气承载部和第二对中空气承载部，用于将基材置于中央从而使基材沿引入区域15与引出区域17之间的中线移动。由发明人进行的实验已经表明，这样，能够实现基材的有益居中。借助于第一对中空气承载部和/或第二对中空气承载部，可将力在沿输送平面的方向上施加在基材的侧向表面上。优选地，该装置设置有对中承载控制器，以控制第一对中空气承载部和第二对中空气承载部中的压力。优选地，该装置设置有对中承载气体供应部，这些对中承载气体供应部沿输送平面设置成在使用中邻近于基材的沿基材和喷射头的相对移动的方向的相对的侧向表面。
如同样在图9A和9B中作为示例所示，本发明的所述方面可包括该装置设置有压力释放凹槽、优选地为四个压力释放凹槽，其沿第一对中空气承载部或者第二对中空气承载部延伸并且邻近于第一对中空气承载部或者第二对中空气承载部，压力释放凹槽优选地各自布置成一方面处于第一对中空气承载部或者第二对中空气承载部与另一方面承载压力布置之间，该承载压力布置处于喷射头与支承部分之间，凹槽可选择地相互连接以在使用中基本上平衡压力释放凹槽中的压力。压力释放凹槽可以各自地布置在承载压力布置与第一对中空气承载部或者第二对中空气承载部之间，以基本上一方面断开对于第一对中空气承载部中的压力的控制，并且另一方面断开对于承载压力布置中的压力的控制。由发明人进行的实验已经表明这种凹槽可以提供足够大的断开以实现基本上独立的居中控制。
在一种实施方式中，沉积空间在使用中在基材表面的平面中是固定的，而基材则处于运动中。在另一实施方式中，沉积空间在使用中在基材表面的平面中处于运动中，而基材则是固定的。在又一实施方式中，沉积空间和基材两者在使用中在基材表面的平面中均处于运动中。
在基材表面范围之外的平面中的移动可以帮助限制所喷射的前体气体。气体承载层允许喷射头紧密地靠近基材表面和/或基材保持件，例如相距50毫米内或者15毫米内，例如相距处于从3至10毫米的范围内，例如相距5毫米。喷射头与基材表面和/或基材保持件的这种紧密的接近能够将前体气体限制于沉积空间，这是因为由于该紧密接近导致前体气体难于逸出沉积空间。在使用中为沉积空间定界的基材表面可以使得喷射头能够与基材表面紧密接近。优选地，该基材表面在使用中不与喷射头机械接触。这种接触会易于损坏该基材。
可选择地，该前体供应部形成气体喷射器。但是，在一种实施方式中，该气体喷射器由用于产生气体承载层的承载气体喷射器形成，该承载气体喷射器与前体供应部分隔开。具有这种用于承载气体的单独的喷射器能够以与诸如沉积空间中的前体气体压力之类的其它气体压力分离开的方式控制气体承载层中的压力。例如，在使用中，前体气体压力可以低于气体承载层中的压力。可选择地，前体气体压力低于大气压力，例如处于从0.01至100毫巴的范围内，可选择地处于从0.1至1毫巴的范围内。由发明人实施的数值模拟表明在从0.1至1毫巴的范围内，可以实现快速沉积过程。例如当化学动力学是相对快的时，沉积时间对于平坦的基材而言可以通常为10毫秒并且对于带沟槽的基材而言可以通常为20毫秒。沉积空间中的总气体压力可通常为10毫巴。前体气体压力可以基于前体的特性、例如前体的挥发性进行选择。低于大气压力、特别是处于从0.01至100毫巴的范围内的前体气体压力能够使用各种各样的前体、特别是使用具有多种挥发性的前体。
气体承载层在使用中通常示出了气体承载层中的压力由于喷射头朝向基材表面的紧密接近而引起的大幅上升。例如，在使用中，气体承载层中的压力至少翻倍，例如当喷射头两倍接近于基材而移动、例如从与基材表面相距50毫米的位置移动至与基材表面相距25毫米的位置时，压力通常增加八倍，其它情况也是如此。优选地，气体承载层的劲度在使用中处于每米103至1010牛顿之间，但是，其也可以处于该范围之外。这种提高的气体压力可以例如处于从1.2至20巴的范围内、特别是处于从3至8巴的范围内。较强的流动屏障通常导致较高的提升压力。提高的前体气体压力增大了基材表面上的前体气体的沉积速度。由于前体气体的沉积通常形成了原子层沉积的重要的速度限制过程步骤，因此，该实施方式允许提高原子层沉积的速度。该过程的速度是重要的，例如，在该装置用于构造包括多个原子层的结构的情况下更是如此，这在实际中会经常出现。速度的提高增大了可以节省成本的方式由原子层沉积施加的结构的最大层厚，例如从10纳米至高于10纳米的值，例如处于从20至50纳米的范围内乃甚至通常1000纳米或者更多，这根据过程循环的次数而可实际上在几分钟乃至几秒钟内完成。作为非限制性指示，生产速度可以设置成约几纳米/秒。由此，该装置将能够实现原子层沉积的新应用，例如在金属薄片系统中提供屏障层。一种示例可以是用于支承在基材上的有机发光二极管的气体屏障层。由此，已知是非常易受氧气和水的影响的有机发光二极管可以通过根据所公开的方法和系统提供ALD产生的屏障层来进行制造。
在一种实施方式中，该装置布置成用于将预应力施加在沿方向P朝向基材表面定向的喷射头上。该气体喷射器可以布置成用于通过控制气体承载层中的压力来抵消该预应力。在使用中，该预应力增大了气体承载层的劲度。这种增大的劲度降低了处于基材表面的平面范围外的不必要的移动。因此，喷射头可在不接触基材表面的情况下以更为接近该基材表面的方式操作。
作为选择或者附加地，预应力可以以磁性的方式形成和/或通过向喷射头添加重量而产生预应力而以重力的方式形成。作为选择或者附加地，预应力可以通过弹簧或者另一弹性元件形成。
在一种实施方式中，前体供应部布置成用于前体气体在横向于沉积空间的纵向方向的方向上的流动。在一种实施方式中，前体供应部由至少一个前体供应缝隙形成，其中，沉积空间的纵向方向被沿至少一个前体供应缝隙定向。优选地，喷射头布置成用于前体气体在横向于至少一个前体供应缝隙的纵向方向的方向上的流动。这使得前体气体的浓度能够沿供应缝隙是基本上恒定的，这是因为由于前体气体附着于基材表面，因此，不能产生浓度梯度。前体气体的浓度被优选地选择成略高于原子层沉积所需的最小浓度。这增强了对于前体气体的有效使用。优选地，沉积空间与处于基材表面的平面中的基材之间的相对运动横向于至少一个前体供应缝隙的纵向方向。因此，前体排出部设置成邻近于前体供应部，以限定与基材的输送方向对准的前体气流。
在一种实施方式中，气体承载层形成限制结构、特别是流动屏障。在该实施方式中，外部流动路径可以被至少部分地引导通过该气体承载层。由于该气体承载层形成限制结构和/或流动屏障的相当有效的形式，因此可以防止前体气体经由外部流动路径的损失。
在一种实施方式中，流动屏障由外部流动路径中的限制气体帘幕和/或限制气压来形成。这些形成了用于形成流动屏障的可靠而通用的选择方案。形成限制气体帘幕和/或压力的气体还可形成气体承载层的至少一部分。作为选择或者附加地，流动屏障由附接至喷射头的流体结构形成。优选地，这种流体结构由可将温度维持成高达80℃、200℃、400℃、及600℃中的一者的流体构成。这种流体同样为所属领域技术人员所熟知。
在一种实施方式中，流动屏障由在喷射头与基材表面之间和/或在喷射头与在基材表面的平面中从基材表面上延伸的表面之间的流动间隙形成，其中，流动间隙的沿外部流动路径的厚度和长度适合于与所喷射的前体气体的体积流量相比，基本上阻止了前体气体的沿外部流动路径的前体气体的体积流速。优选地，这种流动间隙同时形成了外部流动路径的至少一部分。优选地，该流动间隙的厚度由气体承载层确定。尽管在该实施方式中，少量的前体气体可以沿该外部流动路径流出该沉积空间，但是它也能够实现一种相当简单的用于形成流动屏障的有效选择方案。
在一种实施方式中，该沉积空间在基材表面的平面中具有细长的形状。沉积空间的横向于该基材表面的尺寸可以明显比处于基材表面的平面中的沉积空间的一个或者更多个尺寸小例如至少5倍或者至少50倍。该细长的形状可以是平面状的或者是弯曲的。这种细长的形状减小了需要被喷射在沉积空间中的前体气体的体积，由此提强了所喷射的气体的效率。这还能缩短用于填充和清空该沉积空间的时间，由此提高了整个原子层沉积过程的速度。
在一种实施方式中，该装置的沉积空间由在基材表面与喷射头之间的沉积间隙形成，该沉积间隙优选地具有小于50毫米、更优选地小于15毫米、例如为约3毫米的最小厚度。该流动间隙可以具有类似的尺寸。最小厚度小于50毫米的流动间隙能够实现相当窄的间隙，从而导致对于前体气体的相当有效的使用，同时，避免将严格的条件强加于对于处于定位系统的基材表面的范围之外的平面的偏离，该定位系统在基材表面的平面中的基材与沉积空间之间形成相对运动。这样，该定位系统可能是价格低的。沉积间隙的小于15毫米的最小厚度还可提高了对于前体气体的有效利用。
气体承载层能够使流动间隙和/或沉积间隙是相对小的，例如其最小厚度小于50毫米或者小于15毫米、例如为约10毫米乃至接近3毫米。
在一种实施方式中，喷射头还包括前体排出部并且布置成用于将前体气体从前体供应部经由沉积空间喷射至前体排出部。该前体排出部的存在给予了通过沉积空间的连续流动的可能性。在连续流动中，可以省略用于调节该前体气体的流动的高速度值。优选地，在该装置的使用期间，固定了从前体排出部至前体供应部的距离。优选地，在使用中，前体排出部和前体供应部都面对该基材表面。前体排出部和/或前体供应部可分别由前体排出开口和/或前体供应开口形成。
在一种实施方式中，前体排出部由至少一个前体排出缝隙形成。该至少一个前体排出缝隙和/或至少一个前体供应缝隙可以包括多个开口，或者可以包括至少一个缝隙。使用缝隙在相对大的基材表面上实现了有效的原子层沉积，或者同时在多个基材上实现了原子层沉积，由此提高了该装置的生产率。优选地，从至少一个前体排出缝隙至至少一个前体供应缝隙的距离明显比前体供应缝隙和/或前体排出缝隙的长度小，例如比其小超过五倍。这帮助前体气体的浓度沿该沉积空间是基本上恒定的。
在一种实施方式中，该装置布置成用于通过包括布置成用于使基材在基材表面的平面中移动的带盘系统(reel-to-reelsystem)而在基材表面的平面中的基材与沉积空间之间进行相对运动。该实施方式适当处理该装置的常规优势，即可以省略掉围绕该喷射头的由于在其中产生真空的封闭壳体，并且可选择地还可以省略掉负载锁定件，该负载锁定件用于在不破坏该封闭壳体中的真空的情况下使基材进入到该封闭壳体中。该带盘系统优选地形成定位系统。
根据一方面，本发明提供了一种线性系统，其中，基材承载部由气体承载部方便地提供。这提供了一种可被测量并且连续操作的简单而可预测的基材移动。
该前体气体可以例如包括氯化铪(HfCl4)，但是也可以包括诸如四双(乙基甲基氨)铪或者三甲基铝(Al(CH3)3)的另一类前体材料。该前体气体可以与诸如氮气或者氩气之类的运载气体一起喷射。运载气体中的前体气体的浓度通常可以处于体积百分比从0.01至1％的范围内。在使用中，沉积空间2中的前体气体压力通常可以处于从0.1至1毫巴的范围内，但是也可以处于大气压力附近，乃至明显高于大气压力。该喷射头可以设置有加热器，用于沉积空间2中产生例如处于130至330℃之间的范围内的提升温度。
在使用中，前体气体的沿外部流动路径的体积流速的典型值可以处于从每分钟500至3000标准立方厘米(sccm)的范围内。
通常，该装置可以被布置成用于在前体气体沉积在基材表面4的至少一部分上之后使该前体起反应的反应空间中提供反应气体、等离子体、激光产生的辐射、及紫外线辐射中的至少一种。这样，可实现例如等离子体增强的原子激光沉积，其对于在通常低于130℃的低温下进行处理以促进在塑料上进行的ALD处理，例如用于在挠曲型的金属薄片等上施加诸如有机发光二极管(OLED)之类的挠曲型的电子器件，或者对高温(通常高于130°)敏感的任一其它材料进行的处理而言会是有利的。等离子体增强的原子层沉积例如适合于高质量的低k的氧化铝(Al2O3)层的沉积，例如用于制造诸如芯片和太阳能电池之类的半导体产品。反应气体例如包括诸如氧气(O2)、臭氧(O3)、和/或水(H2O)之类的氧化性气体。
在原子层沉积的过程示例中，可以确定多个阶段。在第一阶段中，基材表面暴露于前体气体，例如四氯化铪。如果基材表面4完全被前体气体分子所占据，则通常停止该前体气体的沉积。在第二阶段中，通过使用净化气体和/或通过凭借使用真空来排空该沉积空间2而使该沉积空间2得到净化。这样，可以除去过量的前体分子。净化气体优选地相对于该前体气体是惰性的。在第三阶段中，前体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体分子的反应，形成原子层，例如二氧化铪(HfO2)。在新生代的晶体管中，该材料可用作栅氧化层。在第四阶段中，对反应空间进行净化，以除去过量的反应物分子。
尽管可能未明确地说明，但根据一种实施方式的任一装置均可能具有另一实施方式中的装置的特征。
本发明的可选择的方面可以包括：用于在片状基材的表面上进行原子层沉积的装置，该装置包括：-喷射头，该喷射头包括：·沉积空间，该沉积空间设置有前体供应部和前体排出部；所述供应部和排出部布置成用于将前体气体流从前体供应部经由沉积空间提供至前体排出部；该沉积空间在使用中由喷射头和基材表面定界；·气体承载部，该气体承载部包括承载气体喷射器，该承载气体喷射器布置成用于将承载气体喷射到喷射头与基材表面之间，承载气体由此形成气体承载部；-输送系统，该输送系统提供基材和喷射头沿基材的平面的相对移动以形成基材被沿其进行输送的输送平面；以及支承部分，该支承部分与喷射头相对地布置，该支承部分构造成提供气体承载压力布置，该气体承载压力布置平衡输送平面中的喷射头气体承载部，使得通过所述气体承载压力布置而将基材在喷射头与支承部分之间保持成是无支承的；一种装置，其中，沉积空间由空腔形成，该空腔优选地具有深度D2-D1，供应部和排出部在该空腔中结束和/或开始；一种装置，其中，形成有气体承载部，该气体承载部在垂直于基材表面的方向上被看做是波状的，以防止片状基材的第一级弯曲模式；一种装置，其中，输送系统包括引入区域和工作区域，该工作区域邻近于该引入区域并且相对于输送平面排列；其中，喷射头设置在该工作区域中，并且其中，片状基材可以被插置在该引入区域中，该引入区域构造成降低超出输送平面的工作高度，可选择地在朝向工作区域的方向上降低超出输送平面的工作高度；一种装置，其中，该引入区域包括面对输送平面的倾斜壁部；一种装置，其中，该引入区域具有壁部、特别是顶壁部分，其可以移动以设定工作高度；一种装置，其进一步包括引入区域；一种装置，其中，喷射头可朝向和远离输送平面移动；一种用于通过使用包括喷射头的装置而在基材的表面上进行原子层沉积的方法，其中，该喷射头包括设置有前体供应部的沉积空间和设置有承载气体喷射器的气体承载部，该方法包括如下步骤：a)将气体气体从前体供应部供应到沉积空间中，用于接触该基材表面；b)将承载气体喷射到喷射头与基材表面之间，承载气体由此形成气体承载部；c)在基材表面的平面中、在沉积空间与基材之间建立相对运动；并且d)提供气体承载压力布置，该气体承载压力布置平衡输送平面中的喷射头气体承载部，使得基材通过所述气体承载压力布置而在喷射头与支承部分之间被保持成是无支承的；一种方法，其中，该装置包括反应空间，该方法包括如下步骤：在反应空间中提供反应气体、等离子体、激光产生的辐射、及紫外线辐射中的至少一种，用于在前体气体沉积在基材表面的至少一部分上之后使该前体与反应气体起反应，以便在基材表面的该至少一部分上获得原子层；和/或一种方法还包括：-提供布置成用以提供气体承载压力的气流和沿输送平面的气流，以提供基材的与对该气流系统进行的控制有关的选择性移动；并且-根据基材的存在与否来开关该气流，使得当基材边缘通过排出部时，该排出部被关闭以提供远离该基材的流动。
本发明并不限于文中所描述的任一实施方式，并且在所属领域技术人员的范围内，可被视为处于所附权利要求的范围内的改型是可能的。例如，本发明还涉及多种装置和多种用于通过使用多个装置来进行原子层沉积的方法。
尽管多个实施方式示出了该沉积空间相对于基材表面限定了沉积空间高度D2；并且气体承载部相对于基材限定了间隙距离D1，该间隙距离D1小于该沉积空间高度D2，但为了实施本发明，所属领域技术人员将会理解的是，气体承载间隙和沉积空间的精确相对尺寸是不重要的。本发明可以对于任一适当的喷射头加以实施，其中，缝隙状出口布置成横跨倾斜壁部和驱动部段，该缝隙状出口以横向于第一输送方向的方式延伸越过该引入区域；并且气流供应部用于提供沿基材流出缝隙状出口的气流，以提供与所述第一输送方向相反的高冲击颗粒去除气流。通过以横向于第一输送方向的范式延伸越过该引入区域，所理解到的是，该缝隙在横向于第一输送方向的方向上完全横跨该引入区域。作为选择，可以设置完全相同的多个缝隙，这被视为落入到本发明的范围内。
图10示出了多个装置72.i.j(i＝1、…N)和(j＝1、…N)的示意图。在该示例中，N等于5并且j等于3。但是，在其它示例中，N可以小于或者大于5和/或M可以小于或者大于3。装置可以串联结合。例如，装置72.1.1、72.1.2及72.1.3被串联结合。串联结合的装置可以用于在同一个基材9上沉积一个或者更多个ALD层。从图10上可能清楚的是，装置还可以被并联结合。例如，在图10中，装置72.1.1、72.2.1、72.3.1、72.4.1及72.5.1被并联结合。同样，所有反转被视为是内在公开的并且处于本发明的范围内。类似于“优选地”、“特别地”、“通常”之类的表述的使用并非意欲限制本发明。不定冠词“一(a)”或者“一种(an)”并不排除多个。例如，根据本发明的实施方式中的装置可以设置有多个喷射头。另外，清楚的是，术语‘相对运动’和‘相对移动’可被互换地使用。所公开的实施方式的多个方面可以与其它实施方式适当地结合并且被视为是公开了的。未具体地或者明确地描述或者要求保护的特征可以另外包含在根据本发明的结构中，而不会背离本发明的范围。

Claims (15)

1.一种用于在片状基材的表面上进行原子层沉积的装置，所述装置包括：
-喷射头，所述喷射头包括
沉积空间，所述沉积空间设置有前体供应部和前体排出部；所述前体供应部和所述前体排出部布置成用于将前体气体流从所述前体供应部经由所述沉积空间供应至所述前体排出部；所述沉积空间在使用中由所述喷射头和基材表面定界；
气体承载部，所述气体承载部包括承载气体喷射器，所述承载气体喷射器布置成用于将承载气体喷射到所述喷射头与所述基材表面之间，所述承载气体由此形成气体承载部；
-支承部分，所述支承部分与所述喷射头相对地布置，所述支承部分构造成提供气体承载压力布置，所述气体承载压力布置抵抗输送平面中的喷射头气体承载压力，使得所述基材通过所述气体承载压力布置而在所述喷射头与所述支承部分之间被平衡成是无支承的；以及
-输送系统，所述输送系统包括引入区域(15)和驱动部段(18)；
所述驱动部段包括运输元件，所述运输元件布置成提供所述基材和所述喷射头的沿所述基材的平面的相对运动以形成输送平面，所述基材被沿所述输送平面输送；和
所述引入区域包括倾斜壁部，所述倾斜壁部相对于所述输送平面对称地布置并且构造成在朝向所述驱动部段的第一输送方向上降低超出所述输送平面的工作高度；其中，缝隙状出口布置成横跨所述倾斜壁部和所述驱动部段，所述缝隙状出口以横向于所述第一输送方向的方式延伸越过所述引入区域；以及气流供应部，所述气流供应部用于提供沿所述基材流出所述缝隙状出口的气流，以提供与所述第一输送方向相反的高冲击颗粒去除气流。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述沉积空间相对于所述基材表面限定沉积空间高度D2；并且其中，所述气体承载部相对于所述基材限定间隙距离D1，所述间隙距离D1小于所述沉积空间高度D2。
3.根据权利要求1或者2所述的装置，其中，所述前体排出部邻近于所述前体供应部设置，以限定前体气流，所述前体气流与所述基材的所述第一输送方向对准；和/或其中，在使用中，所述前体排出部和所述前体供应部都面对所述基材表面。
4.根据权利要求1或者2所述的装置，其中，所述喷射头包括压力控制器，所述压力控制器用于根据基材的存在与否来开关所述前体供应部、所述前体排出部和/或所述承载气体喷射器。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述支承部分包括与前体排出部相对的排出部，所述排出部能够根据基材在所述沉积区域中的存在与否来开关，使得，当基材边缘通过所述前体排出部时，远离面对所述支承部分的所述基材表面来提供所述前体气体流。
6.根据权利要求1或者2所述的装置，其中，所述喷射头包括设置有反应物供应部的另一沉积空间，所述另一沉积空间在使用中由流动屏障定界，其中，所述装置布置成用于在所述另一沉积空间中提供反应气体、等离子体、激光产生的辐射及紫外线辐射中的至少一种，以在所述前体气体流沉积在所述基材表面的至少一部分上之后使所述前体气体流起反应。
7.根据权利要求1或者2所述的装置，其中，所述输送系统包括引入区域；和工作区域，所述工作区域邻近于所述引入区域并且相对于所述输送平面排列；其中，所述喷射头设置在所述工作区域中，并且其中，片状基材能够被插置在所述引入区域中。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述引入区域具有顶壁部分，所述顶壁部分能够移动以设定工作高度。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述喷射头能够朝向所述输送平面移动以及远离所述输送平面移动。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述输送系统包括运输元件，所述运输元件设置有交替地布置的成对的进气口和出气口；所述输送系统包括气流控制系统，所述气流控制系统布置成提供气体承载压力和沿所述输送平面的气流，以通过控制所述气流来提供所述基材的运动。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述成对的出气口和进气口设置在面对所述输送平面的袋区中，以在所述袋区中提供沿所述输送平面从所述出气口至所述进气口的流动；并且其中，所述出气口设置有限流器，以提供定向的气体承载部。
12.根据权利要求1或者2所述的装置，所述装置设置有第一对中空气承载部和第二对中空气承载部，所述第一对中空气承载部和所述第二对中空气承载部用于将所述基材置于中央，以使所述基材在所述引入区域与引出区域之间沿中线移动。
13.一种用于使用包括喷射头的装置而在基材表面上进行原子层沉积的方法，所述喷射头包括设置有前体供应部的沉积空间和设置有承载气体喷射器的气体承载部，所述方法包括如下步骤：
a)将前体气体从所述前体供应部供应到所述沉积空间中，以接触所述基材表面，其中，所述沉积空间相对于所述基材表面限定沉积空间高度D2；
b)将承载气体喷射到所述喷射头与所述基材表面之间，所述承载气体由此形成气体承载部；
c)在所述基材表面的平面中、在所述沉积空间与基材之间建立相对运动；以及
d)提供气体承载压力布置，所述气体承载压力布置在输送平面中平衡所述喷射头的所述气体承载部，使得所述基材通过所述气体承载压力布置而在所述喷射头与支承部分之间被保持成是无支承的；
e)借助于引入区域在朝向驱动部段的第一输送方向上降低超出所述输送平面的工作高度，所述引入区域包括倾斜壁部，所述倾斜壁部相对于所述输送平面对称地布置；以及，提供沿所述基材的气流以提供与所述第一输送方向相反的高冲击颗粒去除气流，所述气流设置成离开缝隙状出口，所述缝隙状出口布置成横跨所述倾斜壁部和所述驱动部段，并且以横向于所述第一输送方向的方式延伸越过所述引入区域。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述装置包括反应空间，所述方法包括如下步骤：在所述反应空间中提供反应气体、等离子体、激光产生的辐射及紫外线辐射中的至少一种，用于在所述前体气体沉积在所述基材表面的至少一部分上之后使所述前体气体与所述反应气体起反应，以便在所述基材表面的所述至少一部分上获得原子层。
15.根据权利要求13所述的方法，所述方法还包括：
-提供布置成提供气体承载压力的气流和沿所述输送平面的气流，以提供所述基材的与对气流系统进行的控制有关的选择性移动，从而提供所述基材相对于所述喷射头的往复运动。
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