CN104220638A - 用于在衬底上沉积抗蚀剂薄层的设备和工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及薄聚合物膜在衬底上的形成。描述了一种设备，该设备用于将固体聚合物抗蚀剂转化为小颗粒的气溶胶，使颗粒带静电并将其沉积在衬底上，并且使颗粒流动为连续的层。还描述了一种设备，该设备用于通过加热抗蚀剂以形成例如适合雾化的低粘度液体并且应用射流或冲击雾化以及气溶胶颗粒定径的技术来形成气溶胶，从而将固体聚合物抗蚀剂转化为小颗粒的气溶胶。还描述了使用电离气体在气溶胶颗粒上赋予电荷以及使用一系列充电装置建立将带电颗粒流导向至衬底的电场的方法。该系列充电装置和相关联的设备导致气溶胶颗粒的高收集效率。

Description

用于在衬底上沉积抗蚀剂薄层的设备和工艺

相关文献

本文要求2011年10月12日提交的名称为“APPARATUS AND PROCESS FOR DEPOSITING A THIN LAYER OF RESIST ON A SUBSTRATE”(用于在衬底上沉积抗蚀剂薄层的设备和工艺)的美国临时申请No. 61/546,384的权益，并且该申请的整个公开内容以引用方式全部并入本文中。

指定美国的PCT申请No. PCT/US2012/056769以Emanuel M. Sachs的名义于2012年9月22日提交，名称为“TECHNIQUES FOR IMPROVED IMPRINTING OF SOFT MATERIAL ON SUBSTRATE USING STAMP INCLUDING UNDERFILLING TO LEAVE A GAP AND PULSING STAMP”(用于利用包括不填满以留下间隙的印模和脉动印模在衬底上改进压印软材料的技术)，该PCT申请要求2011年9月23日提交的相同标题的美国临时申请No. 61/538,489的优先权。该PCT申请在下文中被称为PCT/US2012/056769申请，并且它及其相关联的优先权临时申请以引用方式全文并入本文中。指定美国的第二PCT申请No. PCT/US2012/056770以Emanuel M. Sachs等人的名义于2012年9月22日提交，名称为“METHODS AND APPARATI FOR HANDLING, HEATING AND COOLING A SUBSTRATE UPON WHICH A PATTERN IS MADE BY A TOOL IN HEAT FLOWABLE MATERIAL COATING, INCLUDING SUBSTRATE TRANSPORT, TOOL LAYDOWN, TOOL TENSIONING, AND TOOL RETRACTION”(用于处理、加热和冷却衬底的方法和设备，在该衬底上由工具在热可流动材料涂层中制得图案，包括衬底输送、工具搁置、工具张紧以及工具退回)，该PCT申请要求2011年9月23日提交的相同标题的美国临时申请No. 61/538,542的优先权。第二PCT申请在下文中被称为PCT/US2012/056770申请，并且它及其相关联的优先权临时申请以引用方式全文并入本文中。

背景技术

在2008年2月15日以Emanuel M. Sachs、James F. Bredt和麻省理工学院的名义提交的名称为“SOLAR CELL WITH TEXTURED SURFACES”(“带有纹理表面的太阳能电池”)的指定美国的专利合作条约申请No: PCT/US2008/002058中公开了某些处理机制和架构，其国家阶段是2012年9月4日以美国专利No. 8257998发布的美国专利申请No. 12/526,439，并且还要求两个2007年2月15日提交的临时美国申请No. US 60/901,511以及于2008年1月23日提交的No. US 61/011,933的优先权。所有的PCT申请、美国专利、专利申请和两个美国临时申请都以引用方式全文并入本文中。这些申请中所公开的技术在本文中被总称为自对准电池(SAC)技术。

在2009年4月17日以Benjamin F. Polito、Holly G. Gates和Emanuel M. Sachs以及麻省理工学院和1366工业公司的名义提交的名称为“WEDGE IMPRINT PATTERNING OF IRREGULAR SURFACE” (“不规则表面的楔形压印图案形成”)的指定美国的专利合作条约申请No. PCT/US2009/002423中公开了某些另外的处理方法和设备，其国家阶段是美国专利申请No. 12/937,810，并且还要求两个于2008年4月18日提交的临时美国申请No. US 61/124,608以及于2008年12月12日提交的No. US 61/201,595的优先权。所有的PCT申请、美国专利申请和两个美国临时申请都以引用方式全文并入本文中。在该段落提及的申请中所公开的技术在本文中被总称为楔形压印技术或楔压(wedging)技术，但在某些情况下可使用具有不同于楔形的形状的突部。相关申请在下文中被称为楔压申请。

简要地说，这种楔形压印技术包括方法。用于光伏和其它用途的带有特定纹理的形成图案的衬底被制成。如参照楔压申请的图1、2、3、4和5及6所示，衬底通过将柔性印模的突部压印到抗蚀剂材料的薄层上而制成，薄层覆盖衬底晶片。使用的印模工具具有足够软的材料(通常为弹性体)，使得工具在与衬底或晶片接触时变形，之前已在衬底或晶片上涂敷了抗蚀剂涂层。抗蚀剂在加热时软化，并在热量和压力的条件下移离突部处的压印位置，从而揭露突部附近的衬底区域。(抗蚀剂可在突部接触抗蚀剂之前或之后被加热，或者在之前和之后，以及在工艺中)。衬底然后随印模一起就地冷却，并且除去印模，从而留下衬底暴露于孔下面的区域，抗蚀剂已从该孔移走。衬底可进一步经受某些成型处理，通常是蚀刻处理。衬底的暴露部分通过例如蚀刻作用除去，并且由抗蚀剂保护的衬底部分保留下来。

典型的衬底是硅，并且典型的抗蚀剂是蜡或蜡、树脂和松香的混合物。印模可一再重复使用。印模的突部可为离散的、间隔开的，例如所示的锥体元件。或者，它们可为扩展的楔形元件，例如在楔压申请中所示。或者，它们可为其组合或任何其它合适的形状，其可造成抗蚀剂材料从原始覆盖条件移走。

因而，印模用于对工件上的抗蚀剂层形成图案，其然后经受不同的成型步骤而使工件成型。工件然后可用于光伏或其它用途。可提供给工件的纹理包括延伸的槽、离散的间隔开的凹坑和其组合、以及其中间体。基于压板的技术可用于对工件形成图案。粗糙且不规则的工件衬底可通过利用扩展的印模元件来适应，以确保印模的成型部分接触工件的表面。在楔压申请和上文中描述的方法在此被称为楔形压印或楔压。

因而，通常希望在衬底上涂布非常薄的聚合物膜。上文讨论的特定的一组申请是在限定图案的领域中，例如在聚合物抗蚀剂中，该抗蚀剂接着用来阻挡蚀刻。较薄的膜有助于限定较小的特征。例如，对于2-5微米的特征，小于5微米厚且通常小于3微米的膜是期望的。通常，这种薄聚合物膜作为溶于有机溶剂中或细微分散在载液中的聚合物而沉积。厚度大于期望的聚合物厚度的膜被沉积，并且该膜随溶剂或载体流体蒸发而减薄至期望厚度。

然而，使用溶剂对设备造成负担。使用溶剂需要在车间内更昂贵的设备：以便为工人提供安全的呼吸环境，以避免和抑制火灾，以及从进入外部环境的排气流除去溶剂。使用溶剂或分散体固有地增加将涂层干燥至其最终厚度的工艺步骤，这向工艺增加了复杂性和成本。当使用远超出功能聚合物含量的量的液体材料时运输成本增加，并且危险溶剂的运输涉及另外的成本。最后，溶于溶剂中或在分散体中载送的聚合物的储存寿命常常是有限的，因而造成物流问题和浪费。

因而，可能希望沉积薄的聚合物膜，而不使用溶剂或载体流体。需要这样的工艺和用于执行这样的工艺的设备。参照附图，将容易理解本发明的这些和其它目的，附图为。

附图的简要描述

图1是根据本发明的用于静电涂布的设备的一个实施例的框图和局部剖视图；

图2是根据本发明的用于抗蚀剂加热、抗蚀剂流体递送和气溶胶生成的设备的一个实施例的框图和局部剖视图；

图3是根据本发明的用于气溶胶的颗粒定径和过滤的挡板的设备的一个实施例的框图和局部剖视图；

图4是示意图，显示了用于根据本发明的设备的一个实施例的用于形成电离气体分子并使气溶胶颗粒带电的机构；

图5是根据本发明的用于形成电离气体分子同时防止电晕电极污染的设备的一个实施例的框图和局部剖视图；

图6是根据本发明的用于高沉积效率涂布室的设备的一个实施例的框图和局部剖视图；

图7是坐标图，显示了在根据本发明的高沉积效率涂布室的一个实施例的扩展收集区域上的收集速率；以及

图8是根据本发明的用于静电沉积的设备的一个实施例的框图和局部剖视图。

简要概括

本文所公开的发明的一个方面是使用诸如充满材料的块、团或桶的呈固体形式的聚合物。这种形式的材料可由其制造商提供且以该形式运输给用户。聚合物然后以具有等于和小于期望聚合物层的厚度的尺寸范围的小颗粒呈现。颗粒被夹带在气体流中以形成气溶胶，并且在待涂布的衬底的表面上输送。颗粒借助于静电被迫沉积在衬底上。沉积颗粒的层被加热，以便流入具有期望的厚度和厚度均匀度的聚合物膜中。

一种用于形成聚合物的细颗粒的可用方法是使聚合物熔融并使用雾化技术。在这样的情况下，有利的是聚合物可被加热至其中粘度很低的点，因为这使得能够使用雾化器技术。

一种用于静电介导沉积的可用方法是使用电离气体分子使聚合物颗粒带电。带电的抗蚀剂颗粒然后由所建立的电场吸引到衬底，并且颗粒粘附到衬底。

希望将所有或几乎所有聚合物颗粒收集到衬底上。这有助于聚合物的更经济利用，并且也使处理包含细颗粒的流出物流的成本和复杂性最小化。此外，高效的沉积确保没有聚合物可供沉积在不需要其的机器的表面上。这可以例如通过沿承载待涂布衬底的衬底支撑件的长度提供一系列充电装置而实现。连续的充电装置可接着处理未被此前的充电装置捕集到衬底上的颗粒，从而可实现非常高的沉积效率。

待涂布的衬底可以承载在纸带上。纸带提供了表面，该表面捕集超出衬底边界且在前进到沉积区内的衬底之间沉积的颗粒。该纸带可接着被处置。与衬底下侧的电接触可通过将少量水涂敷到纸带以建立到下面的金属板的导电路径而实现。纸带为衬底的下侧提供保护性覆盖物，从而防止在该表面上发生沉积。

具体实施方式

希望通过首先形成气载颗粒形式的聚合物或气溶胶来沉积聚合物材料，其可通过各种方法来完成。为了形成薄层，希望形成非常细的颗粒，并避免过大颗粒的沉积。例如，考虑形成2微米厚的聚合物层的目标。虽然100微米颗粒的均匀稀疏的涂层可能具有合适量的材料以形成2微米的涂层，但是各个颗粒将分开得太远，使得它们不会充分流动以形成均匀厚度的连续层。在其它极端情况下，如果每个颗粒在尺寸上比层厚更小，并且均匀地分布在衬底的表面上，那么在流动之后当然能够制成均匀厚度的连续膜。然而，本发明人已经发现，颗粒尺寸的要求并不像该条件所建议的那样严格。这是有利的，因为如果可使用略大的颗粒，则可达到更高的颗粒体积流率。已经发现，即使多达大部分颗粒可具有高达五倍于期望层厚度的尺寸，它们也不会在流动的膜中形成缺陷。然而，优选的是，大多数颗粒小于期望层厚度的两倍，并且气溶胶中的颗粒的最大尺寸应总体受限于目标膜厚度的大约五倍，以便避免在涂层中形成不均匀性，该不均匀性在工艺中不可能通过后面的热流步骤来抹平。然而，可容忍大于期望膜厚度的五倍的某些颗粒，这样的颗粒即使在流动之后也可导致局部较高的膜厚度，并且因此大部分颗粒应该小于该阈值。

下面研究和讨论的用于形成气溶胶的合适方法是射流雾化，其在结合合适的过滤时可产生从小于1微米至10微米的颗粒尺寸的分布。该范围适合于2微米的热塑性抗蚀聚合物的期望目标膜厚度。公开的实施例设计为用于均匀地涂敷于太阳能硅晶片衬底上。

一旦获得固体聚合物的气溶胶和夹带的气体，就期望将气溶胶颗粒均匀地沉积到衬底上。已经研究出来的一种方法是利用电离气体供应器使颗粒带电，并利用电场将颗粒沉积到衬底上。

利用若干聚合物执行这个工艺的经验已经指出该工艺是足够灵活的，以沉积任何可能带电荷的细颗粒气溶胶，并且适合于0.1-10微米厚度范围内的热塑性聚合物膜的涂层，其中能够产生的涂层厚度的优选范围是1-5微米。

整体描述

在图1中示意性地显示了作为本发明的设备的实施例，其用于将聚合物薄层从固体源涂布到衬底上。热塑性聚合物材料在本例中是由蜡、树脂和松香组成的在室温下为固体的抗蚀剂，其在聚合物供应模块101中被加热至液态。当材料通过沉积被消耗时，聚合物供应器为气溶胶发生器102提供周期性的补充。气溶胶发生器使用来自气溶胶发生器气体供应器103的受控制的气溶胶发生器气体源，其在一优选实施例中是不与抗蚀剂起反应的非反应性气体。气溶胶发生器气体用于形成称为气溶胶104的抗蚀剂的细气载颗粒，其接下来通过气体103的作用而被推入分布歧管105中。如接下来将描述的，气溶胶发生器依赖于聚合物的使用，该聚合物可转变成低粘性液体，以形成用于形成薄的均匀涂层所需的小直径颗粒。优选实施例中的气溶胶中的颗粒在离开气溶胶发生器102时冷却至足够的程度，使得它们在其移动通过分布歧管时变成固体。然而，颗粒在气溶胶形式下是稳定的，并且能够保持液态达足够的时间，以便在液态下沉积，这是所期望的工艺。

一旦形成，气溶胶便可利用来自气溶胶稀释气体供应器106的气溶胶稀释气体的二级受控源进行稀释。在优选实施例中，气溶胶稀释气体通过稀释气体引进端口107供应至分布歧管105，然而，气溶胶稀释气体可在气溶胶发生器102和涂布室109之间的任何点处供应。在优选实施例中，稀释气体是与由气溶胶气体供应器103提供的气体为相同类型的非反应性气体，但其还可以是与来自气溶胶气体供应器以及来自后面讨论的电离器气体供应器115的气体为不同类型的气体。稀释气体的重要功能是维持分布歧管中的压力，并在递送歧管108的入口处的狭窄槽上形成均匀压力。有益的是将未涂布的衬底引入到高效率颗粒累积(HEPA)工艺封罩124中，其利用HEPA过滤器将优选为空气的干净气体供应到工艺封罩。HEPA封罩124维持洁净度，并且使可造成后续工艺缺陷的污染最小化。衬底沿第一维度行进到涂布室109中，并由衬底支撑件117传送，衬底支撑件可携带衬底穿过整个设备。衬底支撑件使衬底移动通过工艺，并且在涂布工艺期间提供过度喷涂掩模。其从衬底支撑件退绕器118供应，并且收集到衬底支撑件重绕器123上。为了获得衬底的全部覆盖，优选地，递送歧管108沿大致垂直于第一维度的第二维度宽于待涂布的衬底120。

由于获得目标膜厚度所需的颗粒尺寸范围，使用静电产生所需的涂层是有利的。小颗粒尺寸和低质量密度导致非常低的斯托克斯沉降速度，并且颗粒将不会在有用装置所需要的短时间内沉降和沉积。颗粒还容易被空气流携带，并且由于它们的低惯性而不能被空气流迫使沉积。静电的使用克服了这些问题。因此，优选的涂布工艺使用静电使由递送歧管引入到涂布室中的气溶胶带电，并且随后将气溶胶中的带电颗粒沉积到衬底110上。为了形成薄的均匀涂层，重要的是，这个区域中的颗粒沉积是高度均匀的，因为在沉积之后没有简单的方式将涂层物质显著地重新分布在宏观面积上。电晕放电可通过从高电压发生器113向电晕电极111供应高电压来建立，电晕电极附连至高电压发生器，并且通过电晕电极安装板112制成为电共通。通过使可电离气体从受控制的电离器气体供应器115流过电离器气体引入端口116，可使气溶胶104带电的电离气体被引进涂布室109中。高电压发生器113在电晕电极111和对电极114之间建立电场，导致带电荷的离子和后来带电的气溶胶颗粒沿电场线朝对电极移动。

衬底120可以是导体或半导体材料，其可通过衬底支撑件117建立电接触而被保持在接近对电极的电势。在优选实施例中，廉价的纸构成衬底支撑件117，并且可在衬底120和对电极114之间通过施加来自电导率增强分配器119的少量水而建立电接触，从而在衬底支撑件上建立低电阻区域。因为衬底保持在接近对电极电势的电势下，所以带电的气溶胶颗粒沿电场线移动，并且在衬底穿过涂布室109时收集到衬底110上。在优选实施例中，用于太阳能电池生产的硅晶片构成衬底。衬底支撑件还可能是可再次使用的介质环，其可在沉积之后清洗，使得清洁部分指向装置入口，以便重复地用于另外的衬底。

为了从均匀分布的收集颗粒形成连续的均匀的膜，如110所示，衬底和颗粒膜被加热，导致颗粒熔融、流动并融合成连续层。因为最后层的目标厚度为约2微米，所以流水工艺不能将来自沉积工艺的涂层物质显著地重新分布在大区域上，而是仅仅融合已经沉积就位的材料。用于流动所需要的温度可通过若干种方法来确立，但在图1的优选实施例中是通过穿过衬底支撑件的传导加热来完成的。流动台121保持在足够高的温度下，以便使抗蚀剂层流入到连续膜涂层122中，在这个实施例中，处于大约40℃至大约90℃之间的温度。暴露于流动温度下的持续时间可通过衬底支撑件的速度、流动台的尺寸或两者的组合来确立。跨流动台分布的受控制真空可用于使衬底支撑件和衬底进入与流动台更好的热连通。衬底连续地从衬底支撑件上的设备中出来，用于进一步处理。为流提供热量的备选方法包括红外加热、对流空气加热和激光加热。红外加热可通过灯源来完成，使得灯波长被衬底或抗蚀剂材料吸收。激光加热可类似地利用是激光源而非红外线灯的源来完成。对流加热可通过使衬底支撑件穿过炉来完成，炉具有所需温度下的循环空气。在完成流动工艺时还可能希望冷却衬底，以使膜硬化以用于进一步处理，并且这在优选的实施例中通过被动的空气对流冷却来完成。冷却衬底的备选方法包括提供另外冷却的空气对流冷却，或者通过以与流动台121相似的方式利用到冷却台的传导来除去热量。在所有情况下，可能希望加热或冷却多个区域，以提供所需的膜性质。在自身沉积期间还可能将衬底维持在高温下，使得通过上述其中一种方法，通过具有对电极而使沉积和流动同时被保持在高温下。

为了增加吞吐量，系统可由更高输出的气溶胶发生器或从协作操作的多个气溶胶发生器获得供应，这将允许衬底以更快的速率移动穿过相同的涂布室，同时接收相同量的涂层。整个设备还可沿第二维度加宽，第二维度大致垂直于衬底沿第一维度的行程，从而允许多路衬底穿过单个涂布室。更快的吞吐量还可通过操作沿第一维度串联的多个涂布室来获得，使得各个更快移动的衬底将接收若干颗粒沉积以形成涂层，其可在完成所有沉积之后流动。

由若干个串联的涂布室组成的设备还将允许通过第一和第二等等聚合物的连续颗粒沉积来制成合金化聚合物涂层，之后是流动和融合以形成膜。合金化膜还可通过混合两个或更多气溶胶发生器的输出而成形，气溶胶发生器被供应不同的聚合物原料。

所述的方法可扩展以形成由两层或更多层材料组成的涂层，包括层具有不同材料且还可能具有不同厚度的情况。第一材料可沉积和流动，然后第二材料可沉积和流动，包括在与第一材料所用不同的温度下流动的可能性。例如，沉积的第二材料可能能够在低于沉积的第一材料所需要的温度下流动。在这种情况下，层将保持相当独特。如果材料在流动期间具有相似的性能，那么在流动期间，在材料之间可能存在某些互混或扩散。在某些情况下，层之间的界面的模糊化可能是有用的，例如在最大限度地增加层之间的附着力时。两个或更多材料层还可作为颗粒进行沉积，且然后在单个流动步骤中流动。这可导致界面处的材料的增加混合，这同样可能是所期望的；并且它在生产上更为经济。

多层沉积的实用性，尤其是对不同层使用不同材料的情况，可理解为在任何给定的应用中，沉积的材料必须执行各种功能。例如，在聚合物层是抗蚀剂且通过楔压施加方法压印图案、然后浸入蚀刻溶液中的应用中，仅以几个期望的特性为例，层应该有益地对衬底具有优良的附着力，在其被加热时合适的软化和流动特性，必须抗酸性，而且应该容易在工艺结束时进行剥离。例如，多材料层可使用对衬底特别粘合的下层以及对酸性蚀刻特别有抗性的上层。另一期望的组合将是粘合性下层和带有流动性质的上层，其防止区域被脱去抗蚀剂。更容易溶解于水中的下层和更抗酸性的上层将是另一应用。

气溶胶的形成

为了以下讨论的带电、沉积和流动，希望形成小颗粒的聚合物材料源。颗粒的目标尺寸是约2微米及围绕这个值的狭窄分布，并且雾化很适合这个任务。

雾化产生了许多小于5微米的颗粒。然而，在室温下为固体且适合形成图案(例如通过阻挡蚀刻)的聚合物抗蚀剂配方并不直接适合如水基药物所使用的作为形成小颗粒的方法的雾化。本发明的一方面是可合适地配制出由腊、树脂和松香组成的一些热塑性聚合物抗蚀剂，使得通过增加抗蚀剂温度，造成固体抗蚀剂熔融并形成液体，在进一步加热聚合物抗蚀剂至足够高的温度时，液体抗蚀剂的粘性可达到小于100cP，因而使材料能够被雾化。本发明的一个重要方面是将固体材料制成带有足够低粘性的液体，使得雾化可有效地产生所需要的颗粒。在优选实施例中，雾化所需要的粘性的降低是在没有添加溶剂或载体流体的条件下完成的，因为粘性的降低仅仅通过将抗蚀剂熔融成液态来完成。因而，本发明的工艺和装置可为无溶剂的，意味着不需要使用溶剂。合适的粘性通过将抗蚀剂加热至70-150℃的温度来获得。

为了将合适体积的包含聚合物的气溶胶传递给系统，优选的方法是用于生成颗粒的射流雾化(也被称为冲击雾化)。因为重要的是聚合物为用于雾化的低粘性液体，所以希望设备对于与聚合物接触的所有表面维持高温，直到形成气溶胶之后，并且熔融的颗粒已经充分冷却而再次变成固体(图2)。图2中所描绘的组件的有用输出是随后将描述的气溶胶，并且组件可被称为气溶胶发生器或雾化器。本说明中用于生成颗粒的技术的常用术语是雾化，而且该术语用于表示形成气溶胶的组件的部件(206-209)。

射流雾化的操作原理(图2中的细节A)是，被加热以实现足够低粘性的液体聚合物205被传送至孔口210附近，高压力气体流从该孔口210出现，将流体打碎成小的微滴，其具有较宽尺寸范围的颗粒213。来自受控制的雾化器气体供应器207的气流穿过受控制的气体加热器208(在其它地方描述)，并被引入到雾化器内部体积209，由此其可进入气体喷射孔口210。

颗粒流213指向固体表面201，由此导致气流突然改变方向(图2的细节B)。具有高动量的大颗粒224不能改变方向而跟随气流，并造成对固体表面的冲击。重要的是冲击表面维持在高温下，以保持聚合物处于流体状态，并将受冲击的材料传送至容器的底部，用于再循环，如226处所示。具有低动量的小颗粒225跟随气流并逃离对固体表面的冲击。带有小颗粒的气流穿过冲击板214，并变成将要传送到分布歧管105、620的气溶胶215、104。

在优选的实施例中，液体聚合物流体可通过由离开的射流气体210所形成的文丘里吸力而传送至喷射孔口，其造成流体从液体入口端口212中收集起来，并被拉上液体吸收通道211而进入到喷射孔口。希望喷射孔口和通道由作为良好热导体的材料制成，便利地为铝或不锈钢。喷射孔口和通道成形于雾化器主体206中，也由导热介质制成。

气溶胶发生器主体201的内壁可以是用于冲击的固体表面。为了传送用于沉积所需体积的颗粒，多对喷射孔口/通道可放置在单个容器中以提高传送速率。图2描绘了具有24对喷射孔口/通道的雾化器主体206。

气溶胶发生器主体201可通过加热元件202结合热控制系统203而维持在高温下。粘性减少的熔融聚合物205、雾化器主体206和冲击板214都可通过等温环境而维持在相同的高温下，等温环境通过温度受控的气溶胶发生器主体201的周围壁来建立。

当材料在沉积期间被消耗时，应该传送聚合物流体以补充气溶胶发生器容器。这可通过若干种方法来完成。图2示出了液体材料219保持在单独的聚合物供应模块体216中，期望地通过加热元件217和热控制系统203而被保持在比气溶胶发生器更低的温度下。通过简单地将来自受控加压气体源220的压力增加至聚合物供应模块内部体积218，其迫使熔融的聚合物沿输出立管221上升穿过供应通道222和供应孔口223并进入气溶胶发生器内部体积204中，从而可将聚合物流体传送至雾化容器。在供应通道中可能存在止回阀，以防止回流，或者通道布置可对输出立管中的流体使用重力，以防止回流，如在图2的优选实施例中所示。重要的是，在聚合物供应模块和气溶胶发生器之间的供应通道的元件也维持在高温下，以保持聚合物处于其液态。在图2所示的设备中，这通过从相邻的热受控物质201和216到供应通道222中的传导来完成。备选地，通过利用合适的流量限制或合适的质量流控制器对聚合物供应模块内部体积施加压力，从而可提供精确地平衡从气溶胶发生器到沉积的损失的连续补充源。

备选地，聚合物材料可熔融并维持在较低温度(导致较高的粘性)，并通过受热、加压的软管(例如用于热胶水的桶装机)进行抽送。备选地，聚合物可维持为固体棒形式，并且在传送到气溶胶发生器之前通过推送棒穿过熔融孔口而被熔融(例如棒料热胶水枪)。另外，可通过本领域中已知的其它方法来供应聚合物材料

重要的是维持恒定的雾化器输出，以产生一致的涂层厚度。水平检测系统可完成此任务。水平检测立管228中的流体通过穿过入口孔的流体连通而维持在与气溶胶发生器内部体积204中的流体相同的水平，入口孔定位在这两个特征的底部。在水平检测体227的顶部的孔允许在水平检测气体通道229和气溶胶发生器内部体积204之间的气体压力平衡。这种布置还防止了气溶胶发生器内部体积中的湍流液体干扰水平检测组件中的流体水平。水平检测组件的温度通过气溶胶发生器主体的良好热传导而维持。

水平检测立管中的流体水平可通过合适的水平检测传感器230来监测，在这个实施例中是贯通梁激光传感器，其依赖于在聚合物流体和气体之间的折射率的差异。传感器还可能是机械的或电容式的。从聚合物供应模块至气溶胶发生器的新材料的添加通过来自该传感器的信号进行调整，使得在连续操作期间，恒定的流体水平在气溶胶发生器中维持延长时段。

由于射流气体和循环液体的大体积，大颗粒偶尔会形成，并逃逸出雾化器。这是不期望的，因为其在涂层厚度方面形成了局部的不均匀性。如本文其它地方所述，这种薄层不可能充分地流动以吸收大颗粒并取得所需的膜均匀性，所以从气溶胶除去这种大颗粒是很重要的。一系列冲击板214防止这些大颗粒逸出气溶胶发生器(图3)。

第一冲击板301可由金属板组成，其具有放置在气溶胶发生器201中的喷射孔口/通道区域上面的孔。带孔的第二冲击板302可放置在第一板的上面，并且该孔不与第一冲击板对准。由雾化器产生的宽颗粒尺寸分布气溶胶307被迫穿过第一板301中的孔305，并且该流垂直于初始流而突然受迫压。大颗粒冲击第二冲击板，并且作为液体向下排出以进行再循环。小颗粒跟随气体流，并且能够通过第二冲击板中的孔逃逸，造成更小颗粒尺寸分布气溶胶307。可增加第三冲击板303作为用于第二冲击板的冲击板，其输出是最终颗粒尺寸分布气溶胶308。如果需要甚至更小的颗粒尺寸分布，可增加第四冲击板作为用于第三板的冲击板，等等。

孔尺寸和板间距可变化，以改变挡板结构的尺寸过滤特性。该板在优选实施例中可由锁定芯轴304保持就位。芯轴也设定从第一板到第二板的间距(dl)以及从第二板到第三板的间距(d2)。这些距离被设定为约等于相关的下板中的孔尺寸。在优选的实施例中，第一板中的孔尺寸为5.7mm，其中dl也等于5.7mm。第二和第三板中的孔为3mm，其中d2也等于该距离。

希望使聚合物的热辐射的持续时间最小化以避免热降解。通过减小雾化器主体周围的液体聚合物的体积，流体通过沉积而被更迅速地消耗，从而减小总的热辐射。在优选的实施例中，多个圆柱体的孔口/通道对被置于气溶胶发生器主体201内部的井凹中，气溶胶发生器主体201也是圆柱形的并且仅仅略大于雾化器主体206。雾化器主体移置井凹的大部分体积，从而仅仅雾化器主体周围的少量液体被维持。在多个壳/喷嘴之间制出通道，以便在所有位置维持相同的流体高度。通过将聚合物供应模块或其它递送系统中的流体219维持在比气溶胶发生器中的工作流体205更低的温度下，可进一步减小热辐射。流体可少量地递送，使得它可被迅速地加热并结合到浴槽中的液体内。

气体的选择和用于喷射和颗粒递送的气体处理显著地影响气溶胶生成。氩气具有高密度并在孔口处形成更多剪力。较高的剪力导致在相同温度下递送的颗粒质量的大约两倍增加。对于具有高密度的任何气体，也同样如此。由于较低操作成本的原因，氮可以在优选实施例中使用。存在着离开喷射孔口的气体的焦耳-汤姆逊冷却，这导致在喷射孔口处局部较低的温度、增加的抗蚀剂粘度，从而降低在形成颗粒时剪力的有效性，并最终降低颗粒产量。气溶胶发生器气体208的预热通过将热辐射集中在需要低粘度的喷射孔口上来抵消焦耳-汤姆逊效应。受热气体的使用使得浴槽能够维持在较低温度，从而减少高温下氧化的损害。使用无活性气体而不是空气也减少了氧化。

射流或冲击雾化是一种用于从低粘度液体形成气溶胶的技术。存在气溶胶领域中已知的其它方法。Laskin (罗彻斯特大学，Laskin, S.: “Submerged Aerosol Unit”, A.E.C. Project Quarterly Report UR-45, 1948年9月，第77-90页)描述了具有孔口和液体进入端口的一种形式的射流雾化器，但孔口/进入端口浸入液位以下。在这种情况下，大颗粒的移除不是通过用固体材料冲击而是通过与来自射流气体的气泡的内壁碰撞而发生。小颗粒在气泡上浮到表面并破裂时被释放。Babington (1986年3月4日发布的Babington, R.S.的美国专利No. 4,573,904，“Liquid Delivery Apparatus and Method for Liquid Fuel Burners and Liquid Atomizers”)描述了一种雾化器，其中待雾化的液体的薄膜在球面上流动，并且喷射孔口被水平地导向以使膜破裂成小滴。可以增加冲击以减小用这种球形雾化器制备的颗粒的尺寸分布。还存在同心雾化器(例如，1999年3月23日发布的Tan, H.S.的美国专利No. 5,884,846，“Pneumatic Concentric Nebulizer with Adjustable and Capillaries”)，其中待雾化的流体和气体流过同心孔口，使得气体流提供文丘里抽吸并将流体分裂成小颗粒。可以增加冲击以减小用这样的同心雾化器制备的颗粒的尺寸分布。最后，存在旋转式雾化器(例如，1959年9月1日发布的Nyrop, J.E.的美国专利No. 2,902,223，“Liquid Atomizers”；以及1986年5月20日发布的Robisch, H.的美国专利No. 4,589,597，“Rotary Atomizer Spray Painting Device”)，其通过使流体的薄膜或通道在径向方向上向外加速而形成颗粒，造成所得到的流破裂成小滴。液体流率和旋转速度以及其它因素决定在这类装置中的小滴尺寸。

气溶胶的带电

气溶胶颗粒的带电可通过来自电离气体的电荷的传递而实现，如图4所示。高电压源(通常±30-120kV，在图中显示为正电)被施加到导电的电晕电极。优选的实施例为电晕点401，但电晕电离源也可以是细线。电晕电极附近的高电压梯度将所示气体分子405、408中的电荷分离为气体离子和电子。这些电离事件可在每个电晕电极周围的扩展的电离区域404中发生。

离子和颗粒的许多类型的相互作用可发生在涂布室中，但两种相互作用对于设备的操作是重要的。在第一种相互作用中，在电离区域中形成的带正电离子被吸引到对电极402。聚合物颗粒与对电极附近的带电的一个或多个离子碰撞，并且电荷被传递以形成带电的聚合物颗粒406和中性气体分子407。一旦带电，颗粒就沿从电晕电极到对电极的电场403移动。衬底(图4中未显示)与对电极电接触，并且在带电的聚合物颗粒接触衬底时发生沉积。

在要考虑的第二种重要的相互作用中，在电离气体区域404中分离的正电荷和负电荷可以在电场403的影响下移动。在前面的段落中描述的工艺中，负电荷朝电晕电极401迁移并且被传导离开，而正离子朝对电极402迁移，在这里它们在沉积之前使气溶胶颗粒带电。在电离气体区域中，由于电子在被电晕电极传导离开之前与气体分子碰撞，也可能形成带负电的气体离子409。万一气溶胶颗粒进入存在负气体离子的混合电荷区域，则在与离开中性气体分子411的负气体离子409碰撞之后可能使气溶胶颗粒带负电410。结果是带负电的颗粒被吸引到电晕电极，最终导致电晕电极的污染。这种污染将累积并削弱带电系统的性能。因而，这是要避免的。

本发明(图5中显示)在连续操作期间维持电极的清洁度。电晕电极501显示为附连到导电电极安装板503。高电压发生器502附连到电晕电极和安装板。受控的电离器气体供应器506附连到电晕安装板中的进入端口(端口未显示)，这允许气体流入电晕电极周围的电晕气体腔505中。电晕气体腔是一个或多个电晕电极周围的空间，其成形于平坦的不导电涂布室盖504中。可电离的气体流入电晕气体腔中并通过电晕气体孔口507流出到涂布室中。该设备执行至少两种有益功能。第一种功能是电晕电极周围的气体由电离器气体供应器506确定并可针对气体多么容易被电离或其它性质来选择。气体也可被选择成与通过其它途径进入涂布室的其它气体相同或不同，并且气体可以针对诸如电离的容易性、电击穿强度、介电常数的性质或其它对工艺有益的性质来选择。第二种功能是电晕气体腔505相对于涂布室维持在正压下。气体流率可维持成使得力被施加到可能获得与预期电荷相反的电荷并被吸引到电晕电极的排斥颗粒。该功能消除了电晕电极的污染并防止带电系统的削弱。

通过在电晕电极501和对电极114、606之间建立电势而生成离子的备选方案是在电晕电极501和相邻但电隔离的表面之间建立电势。这样的表面可置于电晕气体孔口507或电晕气体腔505的壁的区域中，并且可以是丝线、环、带孔口的板或类似结构。电离器气体供应器506可使气体流过该高电场区域，像之前那样生成离子，该离子接着被迫通过孔口507进入涂布室中。

对如上所述从远处的电晕电极提供电离气体分子的备选方案将是使用电晕电极(丝线、针或两者)和气体流，使得气溶胶在紧邻电晕电极处经过而不妨碍气体层，如图8所示。气溶胶803如此前那样提供并且被迫流入电晕电极801的附近。高电压发生器804在电晕电极801和对电极805之间提供足够高的电势，以造成气溶胶自身中的气体的电离。电离气体区域808与气溶胶803接触并且在混合时在颗粒上赋予电荷。为了使在电晕电极和带错误极性电荷的颗粒之间的接触最小化(由于在该实施例中气溶胶进入混合极性电荷的电离气体区域中)，在电晕电极上放置扩散器802，以迫使气溶胶远离电极自身流动。这减小但不消除电极污染问题。带正确极性电荷的颗粒接着沿电场线朝对电极移动并且在衬底807上形成颗粒层806。在该实施例中，电场将如此前那样维持在电晕电极之间，并且获得正确电荷极性的颗粒将朝对电极迁移，以沉积在衬底上。衬底显示在衬底支撑件809上，其类似于图1中起作用，以将衬底移动通过设备并提供过度喷涂保护。衬底支撑件可将衬底连续地移动通过图8中所示设备，或者可以移动至图中所示位置并停止固定的时间，在该时间内发生沉积。颗粒层的流动和熔融可如别处所述那样发生。

沉积涂布室

利用用于使所描述的气溶胶带电的机构，带电气溶胶的流被朝衬底导向。通过将带电气溶胶的多个源适当地布置以提供对静止衬底的均匀覆盖，可以实现均匀的沉积。备选方案将是造成带电气溶胶的单个或多个供应源在静止的衬底上移动，以提供衬底的均匀覆盖。

重要的是建立气溶胶颗粒沿在运动方向上的第一方向并沿垂直于第一方向的第二方向横跨衬底的均匀递送。在静止的涂布设备中建立的颗粒的连续稳态流是实现气溶胶颗粒的均匀递送的便利方法。还希望以因过度喷涂或排放而浪费的最少量的抗蚀剂材料实现期望的涂层厚度。如随后将讨论的，来自单个静止的颗粒源的扩展收集区域对于实现高收集效率是有利的。

本发明是图6中所示的沉积涂布室。希望沿适合覆盖衬底120、611的宽度的第二维度在第二维度上均匀地递送颗粒。为了实现这一目的，颗粒气溶胶经由气溶胶入口622通过管递送到大直径的分配歧管620内。分配歧管充满气溶胶613并且在递送歧管621的入口处形成均匀的压力。重要的是分配歧管比递送歧管宽一定量(在递送歧管的每一侧上大约2-20cm)，以消除分配歧管的端部附近的空气流的影响。重要的是均匀地递送来自狭槽或孔口的颗粒，该狭槽或孔口略宽于期望的涂层宽度(沿第二维度的衬底宽度)，以便将不均匀的边缘沉积效应隔绝在期望的涂层宽度之外。这通过将递送歧管制造成在每一侧上比期望的涂布宽度宽1-10cm而实现。有利的是使递送歧管在大致垂直于第一和第二维度的第三维度上较窄，以便横跨递送歧管维持足够的压力并且提供横跨递送歧管长度的恒定流率。沿第三维度的宽度可取决于气溶胶和气流的速率，但在一实施例中，0.5-5cm是优选的。

在优选的实施例中，递送歧管614中的气溶胶进入涂布室到高密度沉积区615内。当来自受控的电离器气体供应器609的气体流过电晕气体连接点608、经过电晕电极601并通过电离器气体孔口607离开时，形成带电离子，从而在涂布室内部体积618中形成电离气体区域623。电晕电极附连到电晕安装板603，电晕安装板603附连到涂布室盖604。电离气体区域623形成在涂布室盖附近且刚好低于涂布室盖。如上所述，在电离气体区域中存在混合极性的离子，这可以使气溶胶颗粒带上任一极性的电荷。在电离气体区域之外，仅单一极性的离子朝对电极605迁移。希望使气溶胶在电离气体区域之外的区域中被递送，使得所有气溶胶颗粒仅带有一种极性的电荷。高密度沉积区615是这样的区域：其中来自递送歧管614的气溶胶与单一极性离子接触并且变得带电，并且实现在进入沉积室的衬底611上的高沉积速率。图6所示气溶胶从衬底进入的相同侧进入涂布室，但它也可以从涂布室的中部或离开侧引入，这样可能适合实现高速率的均匀沉积。希望在高密度沉积区615中实现在时间上稳定的沉积速率，以便横跨各个衬底和在不同衬底之间提供均匀的沉积。这部分地通过提供足够的电离电流以在离开递送歧管621时使气溶胶迅速地带电并沉积来实现。可能影响沉积速率的稳定性的另一个因素是通过分配歧管来自气溶胶气体供应器103和稀释气体供应器106的气体流率，使得该气体流可以将颗粒强制移出歧管。可能影响沉积速率的稳定性的另一个因素是来自电离器气体供应器115、609以提供用于使气溶胶带电的合适离子的流率。

为了在横跨递送歧管的宽度的沉积区中实现高度的沉积均匀度，优选的实施例可具有均连接到高电压发生器602的带有均匀间距的一系列电晕点。电晕点跨越涂布室和递送歧管的宽度。衬底进入在衬底支撑件612上的涂布室并且与对电极605电接触，从而使其对带电颗粒有吸引力，并且在高密度沉积区中实现高的沉积速率。然而，由于不完全带电、湍流或其它效应，一些气溶胶颗粒可逸出高密度沉积区，并且将不得不在别处收集，从而导致相当多的浪费和费用。通过沿第一维度进一步远离递送歧管入口引入另外的电晕电极601，有机会在较低密度沉积区域616中捕集并使另外的气溶胶颗粒带电。此外，除了用于衬底进入和离开的小开口之外在所有侧上封闭的涂布室109的结构限制了气溶胶和电离气体区域。该室防止未带电的气溶胶逸出，从而增加了其将与带电离子接触并沉积的可能性。将离子限制到该室防止了电荷积累在诸如HEPA封罩124的其它表面上。沉积617随衬底移动远离递送歧管入口而继续，直到几乎所有颗粒都被捕集。高电压发生器602可在电晕电极601和对电极606之间提供在时间上稳定的恒定电压，或者可以提供恒定的平均电压，其具有叠加于在时间上稳定的分量之上的随时间变化的分量。这可能可用于提高沉积的均匀性和稳定性。应用此前所述的方法，可以实现足够高以支持各种应用的均匀度，其由(最大厚度-最小厚度)/2除以横跨衬底的平均厚度来限定，通常为20%。

为了测试这里所述设备的收集效率，进行实验，结果在图7中显示。该实验是将一系列金属条置于沉积室内部的对电极605上。出于实验目的，衬底支撑件612被移除，并且金属条是静止的。金属条沿第二维度横跨沉积室的宽度覆盖沉积室的对电极，并且沿第一维度在沉积室的长度上是狭窄的(约24.5mm)。条沿第一维度放置在沉积室的整个长度上，并且每个条在沉积之前称重并在沉积120秒后再次称重。将为每个条收集的质量与从递送歧管入口测量的条的中心位置的关系绘成图。在一个实施例中，电晕电极的行601形成于沉积室盖604中，如在图6中那样。图中描绘了电晕电极的行701的近似位置(从递送歧管入口测量)。用电晕电极行收集的每个条的质量以空心正方形符号702显示。

每个条的质量在高密度沉积区域615中的递送歧管入口附近最高。每个条的质量在移入较低密度沉积区616时减小，但聚合物仍在该区中收集。在另一个实施例中，在电极安装板上形成电晕电极的三角形网格，而不是行。图中描绘了电晕阵列703的近似位置。对于阵列实施例所收集的每个条的质量用空心三角形符号704绘出。结果类似于电晕行。在两种情况中，据目视观察，没有颗粒气溶胶从沉积室的端部出现，这证明扩展的电晕电极组导致几乎100%的收集效率。

本公开描述和揭示了不止一个发明。在本发明的权利要求和相关文献(不仅仅提交的，还有在基于本公开的任何专利申请的申诉过程中所形成的)中陈述了本发明。在现有技术所允许的限制范围内，本发明人想要主张接下来待确定的所有各发明。这里所述的特征对于这里公开的各个发明不是必需的。因而，本发明人打算这里所述的特征并不应当合并到任何这种权利要求中，而且不在基于本公开的任何专利的任何特定权利要求中主张。备选地，在某些实施例中，可以设想单独的特征可以被组合，以便受益于每个特征的有益效果和优点。

例如，以下不同特征各自均可能地彼此分离，并且可以单独使用，或与任何单个其它特征或所提及的特征的任何子组合结合：使用由其生成气溶胶颗粒的固体聚合物的供应源；使用多个彼此间隔开的电离器，以便在相对于离子所沉积到的衬底的不同位置处形成该离子；使衬底保持静止，或移动衬底，特别是在多个电离器沿其分布的方向上；将电离器保持在电离器气体腔中，该腔可供以在防止任何颗粒进入电离器气体腔的压力下的电离器气体；将待电离的气溶胶颗粒提供到气体分子被电离的电离区的外部，从而防止电离器被充电颗粒污染；加热沉积在衬底上的颗粒以使它们流动成薄层；沉积小于期望层厚度的五倍的颗粒；将目标衬底、电离区和气溶胶颗粒限制在涂布室内，在涂布室中还提供电场，以借助于电离器的分布性质和衬底经过全部受电场影响的多个分布式电离器的运动而将基本上所有颗粒导向至衬底；使用纸辊，在其上输送移动的衬底；润湿纸辊，以便与其上的衬底建立导电；使用不同的气体以用于电离气体和气溶胶气体；使用两种或更多种不同的聚合物来生成两种或更多种不同的气溶胶颗粒，其可在沉积到衬底上之前混杂，或者可以在相邻层中沉积在衬底上，该衬底可被加热并依次或同时流动，从而在层之间建立混杂区或者在层之间维持分离；在不同的电离器附近建立不同水平的电场；使电离器沿衬底的运动方向相等地或不等地间隔开；以及相对于移动衬底的运动方向在涂布室内的任何位置处提供气溶胶颗粒。

某些硬件组件或步骤组在这里被称为发明。然而，这并非承认任何这种组件或组必然是可申请专利的独特发明，尤其是当通过关于发明数量的法律和条例所设想时，其将在一个专利申请或发明整体中进行审查。它用简短的话说是本发明的实施例。

随之提交了摘要。要强调的是，提供该摘要遵循了需要摘要的规则，其将允许检查员和其它调查员快速查明本技术公开的主题。提交意味着理解，其将不会用于解释或限制专利局的规则所允诺的权利要求的范围或涵义。

前面的讨论应被理解为是说明性的，而不应被认为在任何意义上是限制性的。虽然已参照其优选的实施例具体显示并描述了本发明，但本领域技术人员将懂得，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的条件下，可在形式和细节方面做出各种变化。

所有方法或步骤的相对应的结构、材料、作用和等效物加上功能元件在以下权利要求中都意图包括用于结合其它主张的元件一起执行这些功能的特别主张的任何结构、材料或作用。

本发明的方面

本发明的以下方面打算在此描述，并且该部分用以确保提到了它们。它们按方面进行型式化，并且虽然它们看起来似乎类似于权利要求，但它们不是权利要求。然而，在未来的某个时间点，本申请人保留在本文和任何相关申请中主张任何和所有这些方面的权利。

1. 一种用于在衬底上沉积在室温下为固体的聚合物层的设备，该层具有指定厚度，所述设备包括：

a. 固体聚合物供应器；

b. 第一加热器，其联接到聚合物供应器并且被构造成使固体聚合物熔融以变为液体；

c. 气溶胶颗粒的气溶胶供应器，气溶胶颗粒可由液体聚合物形成，大部分颗粒在尺寸上小于所述指定厚度的五倍；

d. 电离气体分子的供应器，其在下文中称为电离器；

e. 气溶胶供应器和电离器被布置成使得电离的气体分子和气溶胶颗粒可以靠近，使得颗粒的至少一部分可以变得带电；

f. 衬底支撑件，衬底可被支撑在其上；

g. 电场发生器，在该处可以生成电场，该电场可将带电颗粒导向至衬底支撑件上的衬底；以及

h. 第二加热器，由衬底支撑件支撑的衬底可在该处被加热至软化与衬底接触的颗粒的程度、使颗粒熔融并形成具有指定厚度的聚合物层的程度。

2. 根据方面1所述的设备，还包括至少一个另外的电离器，其与第一电离器沿第一维度间隔开，使得所有电离器构成多个电离器。

3. 根据方面1或2所述的设备，还包括涂布室，其联接到气溶胶供应器和电离器，使得电离的气体分子和气溶胶颗粒可以维持靠近，使得基本上所有颗粒可以变得带电。

4. 根据方面1-3中的任一项所述的设备，衬底支撑件包括可沿第一维度移动的可移动支撑件，电场在量值上足够大以将带电颗粒导向至衬底，并且相对于可移动支撑件的运动沿第一维度定位在电离器中的至少两个的下游。

5. 一种用于在衬底上沉积颗粒的设备，所述设备包括：

a. 气溶胶颗粒的气溶胶供应器；

b. 沿第一维度排列的多个电离气体分子的供应器，其在下文中称为多个电离器；

c. 涂布室，其联接到气溶胶供应器和电离器，使得电离的气体分子和气溶胶颗粒可以维持靠近，使得基本上所有颗粒可以变得带电；

d. 可移动衬底支撑件，衬底可置于其上并沿第一维度移动；以及

e. 电场发生器，在该处可生成电场，该电场可将带电颗粒导向至衬底支撑件上的衬底，电场在量值上足够大以将带电颗粒导向至衬底，并且电场相对于可移动支撑件的运动沿第一维度定位在电离器中的至少两个的下游。

6. 根据方面5所述的设备，还包括：

a. 固体聚合物供应器，其被构造成将作为固体的聚合物材料保持在室温下；以及

b. 第一加热器，其联接到聚合物供应器并且被构造成使固体聚合物熔融以变为液体。

7. 根据方面6所述的设备，进一步地，其中颗粒在衬底上形成为具有小于或等于指定厚度的厚度的聚合物层；所述设备还包括：

a. 气溶胶颗粒的供应器，其可由液体聚合物形成，大部分颗粒在尺寸上小于所述指定厚度的五倍；

b. 第二加热器，由衬底支撑件支撑的衬底可在该处被加热至使与衬底接触的任何颗粒软化的程度、使颗粒熔融并形成具有指定厚度的聚合物层的程度。

8. 根据方面4和7中的任一项所述的设备，还包括冷却台，任何熔融的聚合物都在该处凝固。仅仅方面。

9. 根据方面8所述的设备，冷却台在小于室温约10℃和大于室温约10℃之间下操作。

10. 根据方面1-4和7-9中的任一项所述的设备，指定层厚度在大约0.1微米和大约10微米之间。

11. 根据方面1-4和7-9中的任一项所述的设备，指定层厚度在大约1微米和大约4微米之间。

12. 根据前述方面中的任一项所述的设备，衬底包括平表面。

13. 根据前述方面中的任一项所述的设备，衬底包括硅晶片。

14. 根据方面1-3和7-13中的任一项所述的设备，软化颗粒层具有带有小于约平均值+/-20%的(最大值-最小值)/2厚度偏差的层。

15. 根据前述方面中的任一项所述的设备，至少一个电离器包括电晕点充电器。

16. 根据方面15所述的设备，还包括邻近点充电器的扩散器。

17. 根据方面1-15中的任一项所述的设备，至少一个电离器包括扩展的电晕充电器。

18. 根据方面17所述的设备，扩展的电晕充电器包括丝线。

19. 根据方面17所述的设备，扩展的电晕充电器包括沿第二维度间隔开的多个电晕点，第二维度大致垂直于第一维度。

20. 根据方面2-14和17-19中的任一项所述的设备，多个电离器包括沿第一维度间隔开的离散的装置。

21. 根据方面2-14和17-19中的任一项所述的设备，多个电离装置包括沿第一维度延伸的连续装置。

22. 根据方面4-21中的任一项所述的设备，可移动支撑件包括纸张。

23. 根据方面4-22中的任一项所述的设备，可移动支撑件布置成沿第一维度输送衬底，使得整个衬底邻近每个电离器传送。

24. 根据方面23所述的设备，电离器沿第一维度布置有第一和至少一个另外的电离器，气溶胶供应器被布置成将气溶胶颗粒提供到第一电离器附近的衬底。

25. 根据方面4-24中的任一项所述的设备，涂布室容纳可移动衬底支撑件的至少一部分、电离器和联接到气溶胶供应器的端口，使得气溶胶颗粒可提供在涂布室内。

26. 根据方面2、5-14和17-25中的任一项所述的设备，电离器被布置成使得在相应的电离器和衬底之间的电场从一个电离器到另一电离器变化。

27. 根据方面20所述的设备，电离器沿第一维度不均匀地分布，使得越靠近气溶胶提供至衬底的位置，相邻电离器之间的间距越小。

28. 根据前述方面中的任一项所述的设备，每个电离器具有与其相关联的电离区，进一步地，其中气溶胶供应器相对于相应的电离器布置，使得颗粒可以靠近电离区之外的电离气体分子。

29. 根据前述方面中的任一项所述的设备，气溶胶供应器被构造成供应气溶胶气体，电离器被构造成供应不同于气溶胶气体的电离器气体。

30. 根据方面29所述的设备，电离器气体包括惰性气体。

31. 根据方面29所述的设备，惰性气体包括氩气。

32. 根据方面1-4和7-31中的任一项所述的设备，还包括第二固体聚合物供应器、联接到第二聚合物供应器的加热器、以及第二聚合物的气溶胶颗粒的气溶胶供应器，它们全部布置成使得第二聚合物颗粒的气溶胶也可被充电并导向至衬底、软化并熔融以形成具有指定厚度的聚合物层。

33. 根据方面32所述的设备，第二气溶胶供应器布置成将第二气溶胶与第一气溶胶混合，使得聚合物层在单个层内包括第一聚合物的熔融颗粒和第二聚合物的熔融颗粒。

34. 根据方面32所述的设备，第二气溶胶供应器布置成在第一气溶胶的颗粒被导向至衬底之后将第二气溶胶的颗粒在某时和某位置导向至衬底，使得第二聚合物的层覆盖第一聚合物的层。

35. 根据方面32-34中的任一项所述的设备，第一聚合物和第二聚合物在组成上彼此不同。

36. 根据方面32-34中的任一项所述的设备，第一聚合物和第二聚合物具有彼此相同的组成。

37. 一种用于在气溶胶颗粒的存在下电离气体分子的设备，所述设备包括：

a. 电晕电极；

b. 涂布室，其包括：

   i. 盖，其包括：

         A. 室面和观察面，电晕电极从观察面安装；

         B. 电晕电极延伸进入的电晕气体腔，其联接到电晕气体孔口，电晕气体孔口从电晕气体腔行进到室面；

   ii. 其中可提供气溶胶颗粒的腔，电晕电极不延伸到其中；

c. 与电晕气体腔联接的管道，电晕气体可通过该管道以足够防止任何颗粒通过电晕气体孔口进入电晕气体腔的速度供应；以及

d. 到电极的电偶，电压源可联接到其，以便在电极处建立电压以在电晕气体腔内部形成离子，并且与电晕气体协作以将离子通过电晕气体孔口排出。

38. 一种用于在衬底上沉积在室温下为固体的聚合物层的方法，该层具有指定厚度，所述方法包括：

a. 提供一定量的固体聚合物；

b. 加热固体聚合物，使得其变成液体；

c. 由液体聚合物形成聚合物颗粒的气溶胶，大部分颗粒在尺寸上小于所述指定厚度的五倍；

d. 使气体分子电离，以生成电离的气体分子；

e. 使电离的气体分子足够靠近气溶胶颗粒，使得颗粒中的至少一些变得带电；

f. 在支撑件上提供衬底；

g. 生成电场并且将电场布置和构造成将带电颗粒导向至衬底支撑件上的衬底；以及

h. 将衬底加热至软化与衬底接触的颗粒的程度、使颗粒熔融并形成具有指定厚度的聚合物层的程度。

39. 根据方面38所述的方法，使气体分子电离的步骤包括利用在沿第一维度彼此间隔开的多个位置处的多个电离器使气体分子电离。

40. 根据方面38和39中的任一项所述的方法，使电离的分子靠近气溶胶颗粒的步骤在涂布室中进行，使得几乎所有颗粒变得带电。

41. 根据方面38-40中的任一项所述的方法，还包括在使用电场将颗粒导向至衬底的同时沿第一维度移动衬底的步骤，该电场在量值上足够大以将带电颗粒导向至衬底，并且相对于可移动支撑件的运动沿第一维度定位在发生颗粒变得带电的步骤的至少两个位置的下游。

42. 一种用于在衬底上沉积颗粒的方法，所述方法包括：

a. 在气溶胶气体中供应气溶胶颗粒；

b. 使用沿第一维度排列的多个静电电离器将电离器气体的气体分子电离以生成电离的气体分子；

c. 在涂布室中，将电离的分子导向至靠近气溶胶颗粒，使得颗粒中的至少一些变得带电；

d. 在可移动支撑件上提供衬底并且沿第一维度移动衬底；以及

e. 生成将带电颗粒导向至衬底的电场，该电场在量值上足够大以将带电颗粒导向至衬底，并且相对于可移动支撑件的运动沿第一维度定位在电离器中的至少两个的下游，由此在衬底上沉积颗粒。

43. 根据方面42所述的方法，供应气溶胶颗粒的步骤包括：

a. 提供一定量的固体聚合物；

b. 加热固体聚合物，使得其变成液体；以及

c. 由液体聚合物形成聚合物颗粒的气溶胶。

44. 根据方面43所述的方法，进一步地，其中颗粒在衬底上形成为具有小于或等于指定厚度的厚度的聚合物层；

a. 形成聚合物颗粒的气溶胶的步骤包括形成颗粒的气溶胶，大部分颗粒在尺寸上小于指定厚度的五倍；并且

b. 还包括将与衬底接触的任何颗粒加热至使该颗粒熔融并形成具有指定厚度的聚合物层的程度的步骤。

45. 根据方面38-41和44中的任一项所述的方法，指定层厚度在大约0.1微米和大约10微米之间。

46. 根据方面38-41和44中的任一项所述的方法，指定层厚度在大约1微米和大约4微米之间。

47. 根据方面38-46中的任一项所述的方法，衬底包括平表面。

48. 根据方面38-47中的任一项所述的方法，衬底包括硅晶片。

49. 根据方面38-41和44-48中的任一项所述的方法，软化颗粒层具有带有小于约平均值+/-20%的(最大值-最小值)/2厚度偏差的层。

50. 根据方面38-49中的任一项所述的方法，至少一个电离器包括电晕点充电器。

51. 根据方面38-49中的任一项所述的方法，至少一个电离器包括扩展的电晕充电器。

52. 根据方面51所述的方法，扩展的电晕充电器包括丝线。

53. 根据方面51所述的方法，扩展的电晕充电器包括沿第二维度间隔开的多个电晕点，第二维度大致垂直于第一维度。

54. 根据方面39-53中的任一项所述的方法，多个电离器包括沿第一维度间隔开的离散的装置。

55. 根据方面41-54中的任一项所述的方法，沿第一维度移动衬底的步骤包括移动衬底使得整个衬底邻近每个电离器传送。

56. 根据方面41-55中的任一项所述的方法，涂布室容纳可移动衬底支撑件的至少一部分、电离器和联接到气溶胶供应器的端口，使得提供气溶胶颗粒的步骤在涂布室内进行。

57. 根据方面39-56中的任一项所述的方法，提供电场的步骤包括在相应的电离器和衬底之间提供电场，该电场从一个电离器到另一个电离器变化。

58. 根据方面39-57中的任一项所述的方法，电离器沿第一维度不均匀地分布，使得越靠近气溶胶提供至衬底的位置，相邻电离器之间的间距越小。

59. 根据方面39-58中的任一项所述的方法，电离发生在电离器处，每个电离器具有与其相关联的电离区，进一步地，其中使颗粒靠近电离气体分子的步骤在电离区之外进行。

60. 根据方面38-59中的任一项所述的方法，使气体分子电离的步骤包括使与气溶胶气体不同的气体的分子电离。

61. 根据方面60所述的方法，电离器气体包括惰性气体。

62. 根据方面60所述的方法，电离器气体包括氩气。

63. 根据方面38-41和44-62中的任一项所述的方法，还包括提供第二聚合物的第二聚合物带电颗粒的气溶胶，并且将它们导向至衬底，使第二聚合物的颗粒软化和熔融以形成具有指定厚度的聚合物层。

64. 根据方面63所述的方法，进行提供第二气溶胶的步骤以将第二气溶胶与第一气溶胶混合，使得聚合物层在单个层内包括第一聚合物的熔融颗粒和第二聚合物的熔融颗粒。

65. 根据方面63所述的方法，进行提供第二气溶胶的步骤以在第一聚合物的颗粒被导向至衬底之后将第二气溶胶在某时和某位置提供至衬底，使得第二聚合物的层覆盖第一聚合物的层。

66. 根据方面63-65中的任一项所述的方法，第一聚合物和第二聚合物在组成上彼此不同。

67. 根据方面63-65中的任一项所述的方法，第一聚合物和第二聚合物具有彼此相同的组成。

Claims (26)

1.一种用于在衬底上沉积在室温下为固体的聚合物的层的设备，所述层具有指定厚度，所述设备包括：

a. 固体聚合物供应器；

b. 第一加热器，其联接到所述聚合物供应器，并且被构造成使固体聚合物熔融以变为液体；

c. 气溶胶颗粒的气溶胶供应器，所述颗粒能够由所述液体聚合物形成，大部分所述颗粒在尺寸上小于所述指定厚度的五倍；

d. 电离气体分子的供应器，其在下文中称为电离器；

e. 所述气溶胶供应器和所述电离器被布置成使得所述电离的气体分子和所述气溶胶颗粒能够被带得靠近，使得所述颗粒的至少一部分能够变得带电；

f. 衬底支撑件，衬底可被支撑在其上；

g. 电场发生器，在此处能够生成电场，所述电场能够将带电颗粒导向至在所述衬底支撑件上的衬底；以及

h. 第二加热器，由所述衬底支撑件支撑的衬底能够在此处被加热至使与所述衬底接触的颗粒软化的程度、使所述颗粒熔融并形成具有所述指定厚度的聚合物层的程度。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括至少一个另外的电离器，其与所述第一电离器沿第一维度间隔开，使得所有所述电离器构成多个电离器。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，还包括涂布室，所述涂布室联接到所述气溶胶供应器和所述电离器，使得所述电离的气体分子和所述气溶胶颗粒能够维持靠近，使得基本上所有所述颗粒能够变得带电。

4.根据权利要求1-3中的任一项所述的设备，其特征在于，所述衬底支撑件包括能够沿所述第一维度移动的可移动支撑件，所述电场在量值上足够大以将带电颗粒导向至衬底，并且相对于所述可移动支撑件的运动沿所述第一维度定位在所述电离器中的至少两个的下游。

5.一种用于在衬底上沉积颗粒的设备，所述设备包括：

a. 气溶胶颗粒的气溶胶供应器；

b. 沿第一维度排列的多个电离气体分子的供应器，其在下文中称为多个电离器；

c. 涂布室，其联接到所述气溶胶供应器和所述电离器，使得所述电离的气体分子和所述气溶胶颗粒能够维持靠近，使得基本上所有所述颗粒能够变得带电；

d. 可移动衬底支撑件，衬底能够置于其上并且沿所述第一维度移动；以及

e. 电场发生器，在此处能够生成电场，所述电场能够将带电颗粒导向至在所述衬底支撑件上的衬底，所述电场在量值上足够大以将带电颗粒导向至衬底，并且所述电场相对于所述可移动支撑件的运动沿所述第一维度定位在所述电离器中的至少两个的下游。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，还包括：

a. 固体聚合物供应器，其被构造成将作为固体的聚合物材料保持在室温下；以及

b. 第一加热器，其联接到所述聚合物供应器，并且被构造成使固体聚合物熔融以变为液体。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述颗粒在所述衬底上形成为具有小于或等于指定厚度的厚度的聚合物层；所述设备还包括：

a. 气溶胶颗粒的供应器，所述颗粒能够由所述液体聚合物形成，大部分所述颗粒在尺寸上小于所述指定厚度的五倍；

b. 第二加热器，由所述衬底支撑件支撑的衬底能够在此处被加热至使与所述衬底接触的任何颗粒软化的程度、使所述颗粒熔融并形成具有所述指定厚度的聚合物层的程度。

8.根据权利要求1-4和7中的任一项所述的设备，其特征在于，所述指定层厚度在大约0.1微米和大约10微米之间。

9.根据权利要求1-3和7-8中的任一项所述的设备，其特征在于，所述软化颗粒的层具有带有小于约平均值+/-20%的(最大值-最小值)/2厚度偏差的层。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其特征在于，至少一个电离器包括电晕点充电器。

11.根据权利要求1-10中的任一项所述的设备，其特征在于，至少一个电离器包括扩展的电晕充电器。

12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述扩展的电晕充电器包括丝线。

13.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述扩展的电晕充电器包括沿第二维度间隔开的多个电晕点，所述第二维度大致垂直于所述第一维度。

14.根据权利要求2-9和11-13中的任一项所述的设备，其特征在于，所述多个电离器包括沿所述第一维度间隔开的离散的装置。

15.根据权利要求4-14中的任一项所述的设备，其特征在于，所述可移动支撑件包括纸张。

16.根据权利要求4-15中的任一项所述的设备，其特征在于，所述可移动支撑件布置成沿所述第一维度输送衬底，使得整个衬底邻近每个电离器传送。

17.根据权利要求4-16中的任一项所述的设备，其特征在于，所述涂布室容纳所述可移动衬底支撑件的至少一部分、所述电离器和联接到所述气溶胶供应器的端口，使得气溶胶颗粒能够提供在所述涂布室内。

18.根据权利要求2、5-9和11-17中的任一项所述的设备，其特征在于，所述电离器被布置成使得在相应的电离器和所述衬底之间的电场从一个电离器到另一电离器变化。

19.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其特征在于，每个电离器具有与其相关联的电离区，进一步地，其中所述气溶胶供应器相对于相应的电离器布置成使得颗粒能够靠近所述电离区之外的电离气体分子。

20.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其特征在于，所述气溶胶供应器被构造成供应气溶胶气体，所述电离器被构造成供应不同于所述气溶胶气体的电离器气体。

21.根据权利要求20所述的设备，其特征在于，所述电离器气体包括惰性气体。

22.根据权利要求1-4和7-21中的任一项所述的设备，其特征在于，还包括第二固体聚合物供应器、联接到所述第二聚合物供应器的加热器、以及第二聚合物的气溶胶颗粒的气溶胶供应器，它们全部布置成使得所述第二聚合物颗粒的气溶胶也能够被充电并导向至所述衬底、软化并熔融以形成具有所述指定厚度的聚合物层。

23.根据权利要求22所述的设备，其特征在于，所述第二气溶胶供应器布置成在所述第一气溶胶的所述颗粒被导向至所述衬底之后将所述第二气溶胶的颗粒在某时和某位置导向至所述衬底，使得所述第二聚合物的层覆盖所述第一聚合物的层。

24.根据权利要求3-23中的任一项所述的设备，其特征在于：

a. 所述电离器包括电晕电极；

b. 所述涂布室包括：

    i. 盖，其包括：

       A. 室面和观察面，所述电晕电极从所述观察面安装；

       B. 所述电晕电极延伸进入的电离器气体腔，其联接到电离器气体孔口，所述电离器气体孔口从所述电离器气体腔行进到所述室面；

    ii. 其中能够提供气溶胶颗粒的腔，所述电晕电极不延伸到所述腔中；

c. 所述设备还包括：

    i. 与所述电离器气体腔联接的管道，电离器气体可通过所述管道以足够防止任何颗粒通过所述电离器气体孔口进入所述电离器气体腔的速度供应；以及

    ii. 到所述电极的电偶，电压源能够联接到其，以便在所述电极处建立电压以在所述电离器气体腔内部形成离子，并且与所述电离器气体协作以将所述离子通过所述电离器气体孔口排出。

25.一种用于在衬底上沉积在室温下为固体的聚合物的层的方法，所述层具有指定厚度，所述方法包括：

a. 提供一定量的固体聚合物；

b. 加热所述固体聚合物，使得其变成液体；

c. 由所述液体聚合物形成聚合物颗粒的气溶胶，大部分所述颗粒在尺寸上小于所述指定厚度的五倍；

d. 使气体分子电离，以生成电离的气体分子；

e. 使所述电离的气体分子足够靠近所述气溶胶的颗粒，从而使所述颗粒中的至少一些变得带电；

f. 在支撑件上提供衬底；

g. 生成电场并且将所述电场布置和构造成将带电颗粒导向至在所述衬底支撑件上的所述衬底；以及

h. 将所述衬底加热至使与所述衬底接触的颗粒软化的程度、使所述颗粒熔融并形成具有所述指定厚度的聚合物层的程度。

26.一种用于在衬底上沉积颗粒的方法，所述方法包括：

a. 在气溶胶气体中供应气溶胶颗粒；

b. 使用沿第一维度排列的多个静电电离器将电离器气体的气体分子电离以生成电离的气体分子；

c. 在涂布室中，将电离的分子导向至靠近所述气溶胶的颗粒，使得所述颗粒中的至少一些变得带电；

d. 在可移动支撑件上提供衬底并且沿所述第一维度移动所述衬底；以及

e. 生成将带电颗粒导向至所述衬底的电场，所述电场在量值上足够大以将带电颗粒导向至所述衬底，并且相对于所述可移动支撑件的运动沿所述第一维度定位在所述电离器中的至少两个的下游，由此在所述衬底上沉积颗粒。