CN104364419A - 通过原子层沉积来涂覆衬底卷式基材 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在原子层沉积(ALD)反应器(100)的反应空间中接收并且处理移动的衬底卷式基材(110)的方法及设备。本发明还涉及包括这类反应器的生产线。本发明包括：将移动的衬底卷式基材接收到原子层沉积反应器的反应空间(150)中，在反应空间中为衬底卷式基材设置具有重复图案(140)的轨迹，并且使反应空间暴露于前体脉冲，以通过顺序的自饱和表面反应将材料沉积到衬底卷式基材上。通过在反应空间中使衬底卷式基材的传输方向多次转向来实现该图案。本发明的一种效果是将ALD反应器调节至期望的生产线衬底卷式基材速度。

Description

通过原子层沉积来涂覆衬底卷式基材
技术领域
本发明大体上涉及沉积反应器。更加具体地，本发明涉及通过顺序的自饱和表面反应将材料沉积在表面上的原子层沉积反应器。
背景技术
原子层外延(ALE)方法由Dr.Tuomo Suntola在1970年代早期所发明。该方法的另一通用名称是原子层沉积(ALD)，并且现今取代ALE被使用。ALD是一种基于将至少两种反应前体物种顺序引入至少一个衬底的特殊化学沉积方法。
通过ALD生长的薄膜密实、无针孔，并且具有均匀的厚度。例如，在实验中，已经通过热ALD从三甲基铝(CH3)3Al(还称为TMA)以及250℃-300℃的水生长了氧化铝，仅仅在衬底晶片之上产生大约1％的不均匀度。
迄今为止，ALD工业主要专注于将材料沉积在一个或者多个刚性衬底上。然而，近年来，已经显示出对卷到卷(roll-to-roll)ALD工艺日益增加的兴趣，在卷到卷ALD工艺中，将材料沉积在衬底卷式基材(substrate web)上，该衬底卷式基材从第一卷展开并且在沉积之后绕着第二卷卷起。
发明内容
相同受让人同时提交的专利申请PCT/FI2012/xxxxxx公开了用于将材料沉积在衬底卷式基材上的ALD反应器，其中材料生长由卷式基材的速度控制。使衬底卷式基材沿着笔直的轨迹移动通过处理腔室，并且将期望的薄膜涂覆层(coating)通过时间上分割的(temporally divided)ALD工艺生长到衬底表面上。
已知一种生产线，其中通常应该按照预定的恒定速度驱动衬底卷式基材。于是，通常不能通过改变卷式基材的速度来控制所沉积的材料的厚度。
每个沉积周期通常产生一层涂覆层。已经观察得知，取决于诸如ALD反应器的处理腔室的大小等各种因素，沉积周期具有最短时间。进一步地，已经观察得知，对于在处理腔室内的期望涂覆层，可能需要许多周期。为了通过使用在线(in-line)ALD反应器来获得该结果，要求衬底卷式基材的速度非常缓慢(或者，要求处理腔室非常长，这是不可行的)。该低速要求与通常盛行的生产线的高速要求相反。
根据本发明的第一示例方面，提供了一种方法，其包括：
将移动的衬底卷式基材接收到原子层沉积反应器的反应空间中；
在反应空间中为衬底卷式基材设置具有重复图案的轨迹；以及在所述反应空间中使衬底卷式基材暴露于时间上分隔开的前体脉冲中，以通过顺序的自饱和表面反应将材料沉积在所述衬底卷式基材上。
在特定示例实施例中，该方法包括：
使衬底卷式基材的传输方向多次转向，以形成所述重复图案。
该转向可以通过转向单元诸如卷，来实施。该卷(转向卷)可以附接至反应空间。作为替代方案，可以将转向单元放置到提供所述反应空间的处理腔室之中，但是在实际的反应空间的外部，放置到转向单元容积(或者，屏蔽容积(shield volume))中。在这类实施例中，中间平面可以将处理腔室分成反应空间和转向单元容积(其可以存在于反应空间的两侧)。相较于在反应空间中的压力，转向单元容积可以是超压(excess pressure)容积。
该转向可以实施为精确180度转向或者大体上180度转向。于是，重复图案基本上包括在一个方向上前进的一部分轨迹以及向相对(opposite)方向(例如，上下方向)前进的剩余部分。作为替代方案，该转向可以大于或者小于180度。在其他实施例中，可以呈现更加复杂的重复图案。
在特定示例实施例中，该方法包括：
通过输入门(input gate)来接收衬底卷式基材，该输入门防止气体从反应空间逸出。
在特定示例实施例中，输入门由狭缝形成，该狭缝维持在反应空间与在狭缝的另一侧的超压容积之间的压力差。在本文中，“超压”指：虽然在超压容积中的压力相对于环境(室内)压力而言是降低的压力，但是，相较于在反应空间中的压力则是更高的压力。可以将惰性气体馈送入超压容积中以维持所述压力差。因此，在特定示例实施例中，该方法包括：
将惰性气体馈送入超压容积中。
在特定示例实施例中，狭缝(输入狭缝)如此的细，从而使得衬底卷式基材刚好能够适配通过。超压容积可以是存在有第一(或者源)卷的容积。在特定示例实施例中，第一和第二卷均存在于超压容积中。可以将超压容积表示为超压空间或隔间。狭缝可以作为流限制器而操作，使惰性气体从所述超压容积流至反应空间(或者处理腔室)，但是，基本上防止在其他方向上的任何流动(即，从反应空间至超压容积)。狭缝可以是节流阀。狭缝可以作为用于惰性气流的收缩(constriction)而操作。
在特定示例实施例中，反应器包括形成所述狭缝的收缩板(constriction plate)。收缩板可以是彼此相邻放置的两个板，从而使衬底卷式基材刚好能够适配通过。收缩板可以是平行板，从而使在板(狭缝容积)之间的空间在卷式基材移动方向上成为细长的。
衬底卷式基材可以从第一卷展开，并且在提供反应空间的处理腔室中进行ALD处理，然后在第二卷上卷起。
ALD处理后的衬底卷式基材可以经由输出门(output gate)从反应空间输出。在特定示例实施例中，输出门由第二狭缝(输出狭缝)形成，该第二狭缝(输出狭缝)维持在反应空间与在该狭缝的另一侧的超压容积之间的压力差。第二狭缝的结构和功能可以与所提及的第一狭缝的结构和功能相对应。第二狭缝相较于所提及的第一狭缝可以存在于反应空间的另一侧。
在特定示例实施例中，输入门包括输入口和由过道(hallway)连接的输入狭缝。该过道可以是维持在输入门与反应空间之间的压力差的超压过道。
因此，在特定示例实施例中，该方法包括：
通过超压过道接收衬底卷式基材。
超压过道的目的在于可以防止前体蒸汽/反应气体经由衬底卷式基材路线流至处理腔室外部。可以将惰性气体馈送入超压过道中。
在特定示例实施例中，输出门包括输出狭缝和由过道连接的输出口。该过道可以是超压过道。可以将惰性气体馈送入超压过道中以维持压力差。
在特定示例实施例中，具有重复图案的所述轨迹在反应空间内形成流通道，该方法包括：
使用用于所述前体脉冲的流分配器，以到达每个所述流通道。
在特定示例实施例中，所述流分配器包括具有多个流耙(flowrake)的流散布器，该流耙具有进料头开口(in-feed head opening)(孔)。该开口可以在相应流通道所在位置处。流散布器可以是垂直的流散布器。流耙可以是笔直的通道。流耙与流散布器流体连通。
流分配器可以存在于轨迹的其所在的一侧，并且排气管线在轨迹的另一侧。
在特定示例实施例中，该方法包括：
在反应空间内通过调节轨迹图案来调节轨迹的长度。在特定示例实施例中，这可以通过驱动衬底卷式基材仅仅经由转向单元的子集来实现。换言之，在特定示例实施例中，该方法包括跳过一个或者多个转向单元。由于轨迹的长度影响到涂覆层的厚度，所以可以通过调节轨迹图案来调节所得到的厚度。
在特定示例实施例中，使整个反应空间交替地暴露于前体脉冲。因此，将反应空间暴露于第一前体的前体脉冲可以发生在与暴露于第二(另一)前体的前体脉冲完全相同的空间(或者，处理腔室的相同容积)中。对在反应空间中的ALD工艺进行时间上的分割(或者时间分割(time-divide))，这例如与要求对反应空间进行空间分割的空间ALD相反。衬底卷式基材可以连续地移动或者周期地移动(例如，按照停止再前进的方式)通过反应空间。材料生长发生在衬底卷式基材在反应空间内时，并且使其交替地暴露于前体蒸汽脉冲以使序列自饱和表面反应发生在衬底卷式基材的表面上。当衬底卷式基材在反应器中的反应空间外部时，衬底卷式基材表面仅仅暴露于惰性气体，并且不发生ADL反应。
反应器可以包括提供所述反应空间的单个处理腔室。在特定示例实施例中，将衬底卷式基材从衬底卷式基材源诸如源卷(sourceroll)驱动到处理腔室(或者反应空间)中。在处理腔室中通过ALD反应来处理衬底卷式基材，然后将衬底卷式基材从处理腔室驱动出至衬底卷式基材目标诸如目标卷(destination roll)。当衬底卷式基材的源和目标为卷时，呈现卷到卷原子层沉积方法。可以将衬底卷式基材从第一卷展开，驱动到处理腔室中，然后在沉积之后绕着第二卷卷起。因此，可以将衬底卷式基材从第一卷驱动至第二卷并且在其行程中使其暴露于ALD反应。衬底卷式基材可以是可弯曲的。衬底卷式基材还可以是可卷绕的。衬底卷式基材可以是薄片，诸如金属薄片。
可以将卷式基材连续地从所述第一卷驱动至第二卷上。在特定示例实施例中，按照恒定速度连续地驱动卷式基材。在特定示例实施例中，通过停止再前进的方式驱动卷式基材。然后，衬底卷式基材可以停止达沉积周期，在周期结束时移动，并且为了下一个周期停止，以此类推。因此，可以按照预定时刻间歇地移动衬底卷式基材。
根据本发明的第二示例方面，提供了一种设备，其包括：
输入门，其配置为将移动的衬底卷式基材接收到原子层沉积反应器的反应空间中；
轨迹形成元件，其配置为在反应空间中为衬底卷式基材设置具有重复图案的轨迹；以及
前体蒸汽馈送部分，其配置为在所述反应空间中使衬底卷式基材暴露于时间上分隔开的前体脉冲，以通过顺序的自饱和表面反应将材料沉积在所述衬底卷式基材上。
该设备可以是原子层沉积(ALD)反应器。ALD反应器(或者反应器模块)可以是独立设备或者是生产线的一部分。驱动单元可以配置为将衬底卷式基材从第一卷经由反应空间驱动至第二卷。驱动单元可以连接至第二(目标)卷。在特定示例实施例中，驱动单元包括分别连接至第一(源)卷的第一驱动器和连接至第二(目标)卷的第二驱动器。驱动单元可以配置为使卷按照期望的速度转动。
在特定示例实施例中，该设备包括：
转向单元，其配置为多次转向衬底卷式基材的传输方向以形成所述重复图案。
在特定示例实施例中，该设备包括：
输入门，其配置为将通过输入门的衬底卷式基材接收到反应空间中，该输入门配置为防止气体从反应空间逸出。
在特定示例实施例中，输入门包括超压过道，衬底卷式基材配置为通过该超压过道行进。
在特定示例实施例中，具有重复图案的所述轨迹配置为在反应空间内形成流通道，并且该设备包括：
流分配器，用于使所述前体脉冲到达每个所述流通道。
在特定示例实施例中，所述流分配器包括具有多个流耙的流散布器，该流耙具有进料头开口。
根据本发明的第三示例实施例方面，提供了生产线，该生产线包括，第二方面或者其实施例的设备，该设备配置为执行根据第一方面或者其实施例的方法。
根据本发明的第四示例方面，提供了一种设备，其包括：
输入装置，其用于将移动的衬底卷式基材接收到原子层沉积反应器的反应空间中；
轨迹形成装置，其用于在反应空间中为衬底卷式基材设置具有重复图案的轨迹；以及
前体蒸汽馈送装置，其用于在所述反应空间中使衬底卷式基材暴露于时间上分隔开的前体脉冲中，以通过顺序的自饱和表面反应来将材料沉积在所述衬底卷式基材上。
在前面已经对本发明的不同非限制性示例方面和实施例进行了图示。上面的实施例仅仅用于阐释所选择的可以在本发明的实施方式中利用的方面或者步骤。可以仅仅参考本发明的特定示例方面呈现一些实施例。应该理解，相应实施例也可以适用于其他示例方面。可以形成实施例的任何适合的组合。
附图说明
现在将参考附图仅仅以举例说明的方式对本发明进行描述，在图中：
图1示出了根据示例实施例的模块化沉积反应器的侧视图；
图2示出了根据示例实施例的生产线的侧视图；
图3示出了根据示例实施例的另一种沉积反应器的顶视图；
图4示出了根据示例实施例的独立沉积反应器；
图5示出了根据示例实施例的另一种独立沉积反应器；以及
图6示出了根据示例实施例的沉积反应器控制系统的粗略框图。
具体实施方式
在下面的说明中，将原子层沉积(ALD)技术用作示例。ALD生长机制的基础为技术人员已知。如在本专利申请的介绍部分中所提及的，ALD是一种基于将至少两种反应前体物种顺序地引入至少一个衬底的特殊化学沉积方法。该衬底，或者在这种情况下是移动的衬底卷式基材，位于反应空间内。反应空间通常被加热。ALD的基本生长机制有赖于在化学吸附(chemisorption)与物理吸附(physisorption)之间的键强度差。ALD在沉积工艺期间利用化学吸附并且消除物理吸附。在化学吸附期间，在固相表面的一个或多个原子与来自气相的到达分子之间，形成强的化学键。通过物理吸附实现的键合要弱得多，这是因为仅仅包含范德瓦尔斯力。
ALD反应器的反应空间包括所有通常被加热的表面，这些表面可以交替地并且顺序地暴露于用于沉积薄膜或者涂覆层的每个ALD前体中。基本ALD沉积周期由四个顺序的步骤组成：脉冲A、吹扫(purge)A、脉冲B和吹扫B。脉冲A通常由金属前体蒸汽组成，而脉冲B通常由非金属前体蒸汽组成，尤其是氮或者氧前体蒸汽。在吹扫A和吹扫B期间，通常将惰性气体诸如氮或氩以及真空泵用于将气体反应副产品和残留的反应剂分子吹扫离开反应空间。沉积序列包括至少一个沉积周期。重复沉积周期直到沉积序列已经产生了期望厚度的薄膜或者涂覆层为止。
在通常的ALD工艺中，前体物种通过化学吸附形成到加热表面的反应部位(reactive site)的化学键。通常按照以下方式设置条件：在一个前体脉冲期间在表面上形成不多于分子单层的固体材料。由此，生长工艺是自行终止或者自饱和的。例如，第一前体可以包括配体，该配体保持附接至被吸附物种并且使该表面饱和，这防止了进一步的化学吸附。将反应空间温度维持在高于所利用的前体的冷凝温度并且低于其热分解温度，从而使前体分子物种实质上完好(essentially intact)地化学吸附在衬底上。“实质上完好”指，当前体分子物种化学吸附在表面上时，挥发性配体可以脱离前体分子。表面变为实质上饱和充满第一类型的反应部位，即第一前体分子的被吸附物种。此化学吸附步骤完成之后，通常是第一吹扫步骤(吹扫A)，其中从反应空间去除多余的第一前体和可能的反应副产品。然后，将第二前体蒸汽引入到反应空间中。第二前体分子通常与第一前体分子的被吸附物种反应，从而形成期望的薄膜材料或者涂覆层。一旦所有的被吸附第一前体量已经耗尽，该生长终止，并且表面已经实质上饱和充满第二类型的反应部位。然后，通过第二吹扫步骤(吹扫B)去除多余的第二前体蒸汽和可能的反应副产品蒸汽。然后，重复该周期直到膜或涂覆层已经生长到期望厚度为止。沉积周期还可以更加复杂。例如，周期可以包括被吹扫步骤分隔开的三个或更多个反应物蒸汽脉冲。所有这些沉积周期形成由逻辑单元或者微处理器控制的定时沉积序列。
图1示出了根据示例实施例的模块化沉积反应器的侧视图。沉积反应器100可以形成生产线的一部分。经由输入口161将衬底卷式基材110接收到沉积反应器100中。衬底卷式基材110的路线通过过道162经由第一狭缝163延续进入反应空间150中。反应空间150为衬底卷式基材110设置具有重复图案140的轨迹。反应空间150包括在反应空间150的顶部部分中的第一排卷141和在反应空间150的底部分中的第二排卷142。通过卷141和142来转向衬底卷式基材110的传输方向以形成所述重复图案。于是，该重复图案包括在一个方向上前进的一部分轨迹以及向相对方向前进(在本文中：上下方向)的接续部分。
沉积反应器100包括第一前体源111(在本文中：DEZ，二乙基锌)和第二前体源121(在本文中：H2O，水)。在本实施例和其他实施例中，水的源可以由臭氧的源代替。第一脉冲阀112控制第一前体的前体蒸汽流入第一前体馈送入管线113中的流。第二脉冲阀122控制第二前体的前体蒸汽流入第二前体馈送入管线123中的流。馈送入管线113在反应空间150中延续，作为第一流分配器114，而馈送入管线123作为第二流分配器124。在本示例实施例中，沉积反应器100还包括第三前体源131(在本文中：H2S，硫化氢)。第三脉冲阀132控制第三前体的前体蒸汽流入第三前体馈送入管线123中的流。在本示例实施例中，第三和第二前体共用相同的馈送入管线123。
流分配器114包括与多个流耙流体连通的垂直散布器。流耙可以是有孔的笔直水平流通道。每个流耙通过(多个)孔与反应空间150流体连通。流分配器124具有相似的结构。可以将第一和第二流分配器114、124散置(intersperse)，从而可以将它们放置在反应空间150的侧部的相同高度(level)。
具有重复图案的轨迹在反应空间150内形成侧向的流通道。流通道形成在弯曲的衬底卷式基材表面之间。流耙在流通道所在位置处含有孔，从而使前体蒸汽经由该孔流入流通道中。反应空间150的另一侧包括排气管线181，该排气管线181收集气体并且将其向下引至真空泵182。
在反应空间中，将衬底卷式基材暴露于ALD反应中。沉积序列由一个或者多个连续的沉积周期形成，每个周期至少由第一前体蒸汽周期(脉冲A)、随后的第一吹扫步骤(吹扫A)、随后的第二前体暴露周期(脉冲B)、随后的第二吹扫步骤(吹扫B)组成。在三个前体的情况下，沉积周期可以进一步包含第三前体暴露周期(脉冲C)，随后是第三吹扫步骤(吹扫C)。或者，在更加复杂的情况下，吹扫B之后可以是另一第一前体暴露周期，随后可以是吹扫步骤，随后可以是第三前体暴露周期，随后可以是吹扫步骤。
在前体暴露周期期间，前体蒸汽经由流分配器114、124中的一个流入反应空间150中，并且剩余的气体经由排气管线181离开反应空间150。惰性气体(诸如，氮)流经一个或多个其他流分配器。在吹扫步骤期间，仅仅惰性气体流入反应空间150中。
衬底卷式基材经由在反应空间150的相对侧的输入狭缝173离开反应空间150。衬底卷式基材延续通过过道172并且经由输出口171到生产线工艺的下一个步骤。
输入口161、过道162和输入狭缝163形成输入门的示例。相似地，输出狭缝173、过道172和输出口171形成输出门的示例。门的目的在于防止气体经由衬底卷式基材路线从反应空间150逸出。
在特定示例实施例中，狭缝163和173用作维持在反应空间150与过道162和172之间的压力差的节流阀。同样，为了维持压力差，可以将惰性气体馈送至过道162和172中的一个或者两者。图1示出了将惰性气体从惰性气体源105馈送入过道162中。在图1中示出的沉积反应器中，在(超压)过道162和172内的压力高于在反应空间150内的压力。作为示例，在反应空间150内的压力可以是1mbar，而在过道162和172内的压力是例如5mbar。压力差形成防止流体从反应空间流入过道162和172中的屏障。然而，由于压力差的影响，从其他方向(即，通过狭缝163和173从过道162和172流至反应空间150)的流动是可能的。因此，正如针对从流分配器114和124流动的惰性气体(以及在前体蒸汽脉冲周期期间的前体蒸汽)，这些流动实际上仅仅朝着真空室182。
图2示出了根据示例实施例的生产线的侧视图。在示例实施例中，生产线用于对用于例如太阳能电池产业的不锈钢(SS)薄片进行覆盖(coat)。将SS薄片从源卷模块97经由多个处理模块98-101驱动至目标卷模块102。生产线的第一模块(源卷模块)97包括在惰性气体容积内的被展开的源SS薄片卷。将惰性气体(在本文中：N2)从惰性气体源导至卷所存在的空间。
然后，被展开的SS薄片进入生产线的下一个模块98。在本示例实施例中，模块98是钼(Mo)溅射模块。在钼处理/沉积之后，SS薄片进入生产线的下一个模块99。在本示例实施例中，模块99是铜铟镓二硒化物(CIGS)溅射模块。
在CIGS处理/沉积之后，SS薄片进入生产线的下一个模块100。在本示例实施例中，模块100是图1的ALD反应器模块。在该模块中，将期望量的ZnOS沉积在SS薄片上。如有需要，可以将惰性气体导至模块100的过道，以加强防止气体从反应空间流入过道中的一个或者两者中的屏障。对在模块100的反应空间内的轨迹的长度进行布置从而得到期望厚度的涂覆层。这可以通过使用适量的轨迹转向单元(在本文中：卷)来布置，轨迹绕着该轨迹转向单元转向。可以通过跳过一个或者多个卷来调节转向的次数。这样，ALD反应器模块100可以调节至生产线的预定的衬底卷式基材速度。
在ZNOS沉积之后，SS薄片进入生产线的下一个模块101。在本示例实施例中，模块101是另一ALD反应器模块。除了在ALD工艺中所用的源不同之外，ALD模块101基本上与模块100相对应。在该模块中，将期望量的ZnO:Al沉积在SS薄片上。如有需要，可以将惰性气体导至模块101的过道中的一个或者两者，并且/或者可以按照在模块100中相似的方法来调节轨迹长度。
经涂覆的SS薄片从模块101进入目标卷模块102。SS薄片绕着目标卷卷起。将惰性气体从惰性气体源导至卷所存在的空间。
图3示出了根据示例实施例的另一种沉积反应器的顶视图。沉积反应器300包括在真空腔室301内的圆柱形反应腔室302，在本实施例中该真空腔室也是圆柱形的。围绕反应腔室302的是中间空间，该中间空间包括热反射器307和反应腔室加热器306。可卷绕的衬底卷式基材的源卷321的旋转轴附接至反应和真空腔室的底部通孔305。可卷绕的衬底卷式基材的目标卷322的旋转轴附接至反应和真空腔室的另一底部通孔305。通过输入狭缝363将衬底卷式基材输入到在反应腔室302内的处理腔室303中。处理腔室可以具有例如矩形或者方形的截面。通过使衬底卷式基材绕着第一排341和第二排342的转向卷转向，处理腔室为衬底卷式基材设置具有重复图案340的轨迹。重复图案大体上可以充满整个处理腔室。处理腔室303的内部形成反应空间350。反应空间交替地暴露于前体的前体蒸汽中。将前体的前体蒸汽从处理腔室303的顶部馈送入反应空间350中。前体蒸汽沿着衬底卷式基材表面从顶部流至底部流入在处理腔室303的底部处的排气管线304中。通过输出狭缝373将经涂覆的衬底卷式基材从反应空间350输出，并且绕着目标卷322卷起。
输入和输出狭缝363和373如此的薄，从而使前体蒸汽不通过狭缝从反应空间离开，而是由在排气管线后面的真空泵将前体蒸汽抽至排气管线304。此外，可以通过将惰性气体馈送入超压容积，将超压容积布置为围绕处理腔室303通往反应腔室302。
在特定示例实施例中，连续地移动衬底卷式基材。在其他示例实施例中，按照停止再前进的方式移动卷式基材。可以使衬底卷式基材在多个沉积周期期间处于静止，然后移动预定量，然后再次在多个沉积周期期间处于静止，以此类推。
图4示出了根据示例实施例的独立沉积反应器。将衬底卷式基材410经由布置在处理腔室壁中的输入狭缝463接收到沉积反应器的反应空间430中。反应空间430为衬底卷式基材410设置具有重复图案440的轨迹。反应空间430包括在反应空间430的第一侧部分中的第一排卷441和在反应空间430的相对侧部分中的第二排卷442。通过卷441和442来转向衬底卷式基材410的传输方向以形成所述重复图案。于是，该重复图案包括在一个方向上前进的一部分轨迹以及向相对方向前进的接续部分(在本文中：从一侧至另一侧)。如在其他实施例中，可以通过跳过一个或者多个卷来调节转向的次数。
沉积反应器包括第一前体源401(在本文中：TMA，三甲基铝)和第二前体源402(在本文中：H2O，水)。第一脉冲阀411控制第一前体的前体蒸汽流入第一前体馈送入管线412中的流。第二脉冲阀421控制第二前体的前体蒸汽流入第二前体馈送入管线422中的流。馈送入管线412在反应空间430中延续，作为第一流分配器413，而馈送入管线422作为第二流分配器423。
流分配器413包括与多个流耙流体连通的水平散布器。流耙可以是有孔的笔直水平流通道。每个流耙通过(多个)孔与反应空间430流体连通。流分配器423具有相似的结构。可以将第一和第二流分配器413、423散置，从而可以将它们放置在反应空间430的一侧的相同高度。
具有重复图案的轨迹在反应空间430内形成侧向的流通道。流通道形成在弯曲的衬底卷式基材表面之间。流耙在流通道所在位置处含有孔，从而使前体蒸汽经由该孔流入流通道中。在反应空间的底部处的另一侧包括排气管线481，该排气管线481收集气体并且将其引向真空泵(未示出)。
在反应空间中，将衬底卷式基材暴露于ALD反应中。沉积序列由一个或者多个连续的沉积周期形成，每个周期至少由第一前体蒸汽周期(脉冲A)、随后的第一吹扫步骤(吹扫A)、随后的第二前体暴露周期(脉冲B)、随后的第二吹扫步骤(吹扫B)组成。
在前体暴露周期期间，前体蒸汽经由流分配器413、423中的一个流入反应空间430中，并且剩余气体经由排出导管481离开反应空间430。惰性气体(诸如氮)经由其他流分配器流动。在吹扫步骤期间，仅仅惰性气体流入反应空间430中。
衬底卷式基材在反应空间430的相对侧经由输出狭缝473离开反应空间430。
沉积反应器包括源卷容积431、目标卷容积432、和在源卷容积与目标卷容积之间提供反应空间430的处理腔室。在源卷容积431中的源卷491可绕着源卷轴493转动，从而在示例实施例中将可弯曲的衬底卷式基材从源卷展开并且输入至反应空间430。相似地，在目标卷容积432中的目标卷492可绕着目标卷轴494转动，从而在示例实施例中将离开反应空间的可弯曲的衬底卷式基材绕着目标卷492卷起。
狭缝463和43的目的在于防止气体经由衬底卷式基材路线从反应空间430逸出。
在特定示例实施例中，狭缝463和473用作维持在反应空间430与卷容积431和432之间的压力差的节流阀。同样，为了维持压力差，可以分别将惰性气体从第一和第二惰性气体源403和404馈送至卷容积431和432。然而，在其他实施例中，可以通过单个惰性气体源来实施惰性气体源403和404。在图4中示出的沉积反应器中，在(超压)卷容积431和432内的压力高于在反应空间430内的压力。作为示例，在反应空间430内的压力可以是0.5mbar，而在卷容积431和432内的压力是例如5mbar。压力差形成防止从反应空间430流入卷容积431和432中的屏障。然而，由于压力差的影响，从其他方向(即，通过狭缝463和473从卷容积431和432流至反应空间430)的流动是可以的。因此，正如针对从流分配器413和414流动的惰性气体(以及在前体蒸汽脉冲周期期间的前体蒸汽)，这些流动实际上仅仅朝着在排气管线481后面的真空泵。
此外，图4示出了在第一前体暴露周期期间的沉积反应器。第一脉冲阀411打开，并且第一前体的前体蒸汽经由流分配器413并且通过其孔流入到反应空间430中。惰性气体经由其他流分配器流入到反应空间430中。ALD反应发生在衬底卷式基材表面上。剩余的气体被排空到排气管线481中。
图5示出了根据示例实施例的另一独立沉积反应器。另外，图5的实施例与图4的实施例相对应，除了在图5中的转向单元放置到提供所述反应空间的处理腔室中、但是在实际反应空间外部、在转向单元容积(或者屏蔽容积)中之外。处理腔室包括第一中间平面551，该第一中间平面551将处理腔室分成反应空间530和第一转向单元容积531。处理腔室进一步包括第二中间平面552，该第二中间平面552将处理腔室分成反应空间530和第二转向单元容积532。因此，反应空间530存在于中间平面551和552之间。转向单元容积531和532存在于中间平面551和552的的另一侧、在处理腔室的边缘区域中。
衬底卷式基材410能够穿过中间平面551和552到达转向单元(卷441和442)。例如，在中间平面551和552中可能布置有狭缝。因此，衬底卷式基材410的轨迹行进在处理腔室内在反应空间540中和在反应空间430外部两处，行进在转向单元容积531和532中。ALD沉积仅仅发生在反应空间530内，并且重复图案540出现在反应空间530中，如在其他实施例中的。
转向单元容积531和532相较于在反应空间530中的压力可以是超压容积。在图5的示例实施例中，惰性气体通过布置到反应腔室中的狭缝464从源卷容积431流入到第一转向单元容积531中，如箭头564所示。相似地，惰性气体通过布置到相对反应腔室壁中的狭缝474从目标卷容积432流入到第一转向单元容积531中，如箭头574所示。惰性气体进一步通过布置到反应腔室壁中的处理腔室输入狭缝463从源卷容积431流入到第二转向单元容积532中，如箭头563所示。相似地，惰性气体通过布置到相对反应腔室壁中的处理腔室输出狭缝473从目标卷容积432流入到第二转向单元容积532中，如箭头573所示。超压容积的转向单元容积531和532的目的在于防止惰性气体经由中间平面551和552流至反应空间530外部。
衬底卷式基材410经由处理腔室输入狭缝463输入到第二转向单元容积532中，并且经由布置到中间平面552中的狭缝从该第二转向单元容积532输入至处理腔室。在ALD处理之后，经涂覆的衬底卷式基材410经由布置到中间平面552中的狭缝从反应空间530输出到第二转向单元容积532中，并且经由处理腔室输出狭缝473从该第二转向单元容积552输出至目标卷容积432。
此外，图5示出了在第二前体暴露周期期间的沉积反应器。第二脉冲阀421打开，并且第二前体的前体蒸汽经由流分配器423并且通过其孔流入到反应空间530中。惰性气体经由其他流分配器流入到反应空间530中。ALD反应发生在衬底卷式基材表面上。剩余的气体被排空到排气管线481中。
在示例实施例中，在本文中描述的沉积反应器(或者反应器)是计算机控制的系统。存储在系统的存储器中的计算机程序包括指令，这些指令在由系统的至少一个处理器执行时使沉积反应器按照指令进行操作。指令可以是计算机可读程序代码的形式。图6示出了沉积反应器控制系统600的粗略框图。在基本系统设置中，处理参数借助于软件而被程序化，并且这些指令使用人机接口(HMI)终端606来执行，并且经由通信总线604诸如以太网总线或者相似的总线，下载至控制箱602(控制单元)。在实施例中，控制箱602包括通用的可编程逻辑控制(PLC)单元。控制箱602包括至少一个微处理器，该微处理器用于执行包括存储在存储器中的程序代码的控制箱软件、动态和静态存储器、I/O模块、A/D和D/A转换器、和功率中继器(relay)。控制箱602将电功率发送至沉积反应器的合适阀门的气动控制器。控制箱控制驱动卷式基材的一个或多个驱动器、真空泵和任何一个或多个加热器的操作。控制箱602接收来自合适传感器的信息，并且总体地控制沉积反应器的整体操作。在特定示例实施例中，控制箱602控制在原子层沉积反应器中将衬底卷式基材经由反应空间从第一卷驱动至第二卷。控制箱602进一步控制使反应空间暴露于时间上分隔开的前体脉冲中，以通过顺序的自饱和表面反应将材料沉积在所述衬底卷式基材上。控制箱602可以测量并且将探头读数从沉积反应器中继至HMI终端606。虚线616指示在沉积反应器部件与控制箱602之间的接口线。
在不限制专利权利要求的范围和阐释的情况下，在本文中所公开的一个或者多个示例实施例的特定技术效果列出如下：一种技术效果是，将ALD反应器调节至期望的生产线衬底卷式基材速度；另一技术效果是，相较于例如空间ALD反应器具有更长的运行间隔(service interval)；另一技术效果是，将衬底卷式基材转向单元放置到反应空间外部、在更加洁净的环境中，从而使转向单元不会被涂覆。
上面的说明已经通过本发明的特定实施方式和实施例的非限制性示例对本发明人目前所考虑的最佳模式提供了完整的且信息性的说明以供实现本发明。然而，本领域的技术人员应该明白，本发明不限于上面所提出的实施例的详细细节，相反，在不偏离本发明的特性的情况下，本发明可以在其他实施例中通过使用等效手段来实施。
此外，本发明的上面所公开的实施例的一些特征可以有利地使用，而不对应于其他特征的使用。如此，上面的说明应该视为仅仅是对本发明的原理的图示，而非对其的限制。因此，本发明的范围仅仅由所附专利权利要求书限制。

Claims (15)

1.一种方法，包括：
将移动的衬底卷式基材接收到原子层沉积反应器的反应空间中；
在所述反应空间中为所述衬底卷式基材设置具有重复图案的轨迹；以及
在所述反应空间中使所述衬底卷式基材暴露于时间上分隔开的前体脉冲，以通过顺序的自饱和表面反应将材料沉积到所述衬底卷式基材上。
2.根据权利要求1所述的方法，包括：
使所述衬底卷式基材的传输方向多次转向，以形成所述重复图案。
3.根据权利要求1或者2所述的方法，包括：
通过输入门接收所述衬底卷式基材，所述输入门防止气体从所述反应空间逸出。
4.根据上述任何一项权利要求所述的方法，包括：
通过超压过道来接收所述衬底卷式基材。
5.根据上述任何一项权利要求所述的方法，其中具有所述重复图案的所述轨迹在所述反应空间内形成流通道，所述方法包括：
将流分配器用于所述前体脉冲，以到达每个所述流通道。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述流分配器包括具有多个流耙的流散布器，所述流耙具有进料头开口。
7.根据权利要求6所述的方法，包括：
通过调节所述轨迹的所述图案来调节所述轨迹在所述反应空间内的长度。
8.一种设备，包括：
输入门，配置为将移动的衬底卷式基材接收到原子层沉积反应器的反应空间中；
轨迹形成元件，配置为在所述反应空间中为所述衬底卷式基材设置具有重复图案的轨迹；以及
前体蒸汽馈送部分，配置为在所述反应空间中使所述衬底卷式基材暴露于时间上分隔开的前体脉冲，以通过顺序的自饱和表面反应来将材料沉积到所述衬底卷式基材上。
9.根据权利要求8所述的设备，包括：
转向单元，配置为使所述衬底卷式基材的传输方向多次转向，以形成所述重复图案。
10.根据权利要求8或者9所述的设备，包括：
输入门，配置为将通过其的所述衬底卷式基材接收到所述反应空间中，所述输入门配置为防止气体从所述反应空间逸出。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述输入门包括超压过道，所述衬底卷式基材配置为行进通过所述超压过道。
12.根据上述权利要求8-11中任何一项权利要求所述的设备，
其中具有所述重复图案的所述轨迹配置为在所述反应空间内形成流通道，并且所述设备包括：
流分配器，用于所述前体脉冲以到达每个所述流通道。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述流分配器包括具有多个流耙的流散布器，所述流耙具有进料头开口。
14.一种生产线，包括上述权利要求8-14中任何一项权利要求所述的设备，所述设备配置为执行根据上述权利要求1-7中任何一项权利要求所述的方法。
15.一种设备，包括：
输入装置，用于将移动的衬底卷式基材接收到原子层沉积反应器的反应空间中；
轨迹形成装置，用于在所述反应空间中为所述衬底卷式基材设置具有重复图案的轨迹；以及
前体蒸汽馈送装置，用于在所述反应空间中使所述衬底卷式基材暴露于时间上分隔开的前体脉冲，以通过顺序的自饱和表面反应将材料沉积到所述衬底卷式基材上。
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