CN106103794A - 利用短距离往复运动的材料的空间沉积 - Google Patents

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Abstract

各实施方式涉及通过使基板进行短距离往复运动而执行材料在基板上的沉积。用于将材料注入到基板上的一系列反应器以重复的方式沿着基板的长度设置。在每次往复运动期间，基座移动的距离比基板的总长度短。基板的部分通过反应器的子组注入材料。由于基板的运动较小，因此包括基座的线性沉积装置可以制造得较小。

Description

利用短距离往复运动的材料的空间沉积
相关申请的交叉引用
本申请根据35 U.S.C.119(e)要求于2014年2月6日提交的美国临时申请序列No.61/936,554的优先权，该申请通过参引全部并入本文中。
技术领域
本公开涉及利用气相沉积将一层或更多层材料沉积在基板上。
背景技术
原子层沉积(ALD)是用于将一层或更多层材料沉积在基板上的薄膜沉积技术。ALD使用两种化学制品，一种是源前驱体，另一种是反应物前驱体。通常，ALD包括四个阶段：(i)注入源前驱体；(ii)去除源前驱体的物理吸附层；(iii)注入反应物前驱体；以及(iv)去除反应物前驱体的物理吸附层。ALD可能是这样的缓慢的过程：该过程可能在获得具有期望厚度的层之前花费延长的时间或进行多次重复。因此，为了加快该过程，可以使用如在美国专利申请公开No.2009/0165715中所描述的具有单元模块的气相沉积反应器(所谓的线性注入器)或其他类似装置来加快ALD过程。该单元模块可以包括用于源材料的注入单元和排出单元(总称源模块)、以及用于反应物的注入单元和排出单元(总称反应物模块)。为了将不同膜或层压体沉积在基板上，可以将不同的源前驱体和/或反应物前驱体注入到不同的模块中。
空间ALD气相沉积室具有用于在基板上执行空间ALD的一组或更多组反应器。空间ALD指的是这样的过程：在该过程中，源前驱体、清洁气体、反应物前驱体和清洁气体顺序地注入到正移动的基板上以在基板上形成一层膜。当基板在反应器下方经过时，基板暴露于源前驱体、清洁气体和反应物前驱体。沉积在基板上的源前驱体分子与反应物前驱体分子起反应、或者源前驱体分子被反应物前驱体分子取代，以将材料层沉积在基板上。在将整个基板暴露于源前驱体或反应物前驱体之后，基板可以暴露于清洁气体以将多余的源前驱体分子或反应物前驱体分子从基板去除。
基板和反应器可以通过往复运动的方式移动，在往复运动中，基板在向前的行程和向后的行程期间以不同的顺序暴露于前驱体分子。为了将整个基板暴露于前驱体分子或清洁气体，基板或反应器可能必须行进较长距离。因此，气相沉积反应器可能非常大以适应基板或反应器的往复运动。
发明内容
各实施方式涉及通过利用短距离往复运动将材料层沉积在基板上。将基板与反应器之间的沿第一方向的相对运动以及基板与反应器的沿第二方向的移动第二距离的相对运动重复预定的次数。第一距离比基板的长度短但比第二距离长。第一方向与第二方向相反。随后，进行基板与反应器之间的沿第一方向移动第三距离的相对运动以及基板与反应器之间的沿第二方向移动第四距离的相对运动，其中，第三距离比基板的长度短，第四距离比第三距离长。在基板和反应器的相对运动期间，通过反应器中的每一个反应器来注入气体或自由基。
在一个实施方式中，将移动第三距离的相对运动和移动第四距离计的相对运动重复预定的次数。
在一个实施方式中，第一距离和第四距离相同，并且第二距离和第三距离相同。
在一个实施方式中，第一距离与第二距离之间的差和第四距离与第三距离之间的差相同。
在一个实施方式中，代表第一距离与第二距离之间的差的偏移量比反应器的宽度小。
在一个实施方式中，反应器的第一子组将源前驱体注入到基板上。反应器的第二子组将反应物前驱体注入到基板上。反应器的第三子组将清洁气体注入到基板上。
在一个实施方式中，通过空间原子层沉积(ALD)或化学气相沉积(CVD)将材料层沉积在基板上。
各实施方式还涉及沉积装置，该沉积装置使基板在通过反应器将气体注入到基板上期间进行短距离往复运动。沉积装置包括基座、一组反应器以及致动器。基座保持基板。反应器沿着基座移动的方向设置。每个反应器均将气体或自由基注入到基板的一部分上。致动器联接至基座。基座将基座沿第一方向移动第一距离的运动以及基座沿与第一方向相反的第二方向移动第二距离的运动重复预定次数，其中，第一距离比基板的长度短，第二距离比第一距离短。基座还沿第一方向移动比基板的长度短的第三距离，并且沿第二方向移动比第三距离长的第四距离。
各实施方式还涉及用于在支承台上移动的柔性基板的沉积装置。支承台具有平坦顶面。支承台上方布置有一组反应器并且所述一组反应器沿着柔性基板移动的方向布置。相对于支承台固定有辊组件并且辊组件使柔性基板在支承台的平坦顶面上沿第一方向滑动。致动器组件使支承台相对于所述一组反应器沿第一方向和与第一方向相反的第二方向进行往复相对运动。
在一个实施方式中，辊在平坦顶面上滑动的相对速度比支承台的往复运动的速度小。
附图说明
图1是根据一个实施方式的线性沉积装置的截面图。
图2是根据一个实施方式的线性沉积装置的立体图。
图3A是示出了根据一个实施方式的反应器的截面图。
图3B是示出了根据另一实施方式的反应器的截面图。
图4A是示出了根据一个实施方式的利用短距离往复运动将材料沉积在基板上的基板的运动的图。
图4B是示出了通过利用图4A的方法而沉积在基板上的材料的构型的截面图。
图5是示出了根据一个实施方式的利用基板的短距离往复运动和移位沉积材料的过程的流程图。
图6是示出了根据一个实施方式的利用基板的短距离往复运动和移位将材料沉积在基板上的基板的运动的图。
图7是示出了根据一个实施方式的利用短距离往复运动沉积材料的过程的流程图，其中，短距离往复运动具有不同的向前行程距离和向后行程距离。
图8至图11是示出了根据一个实施方式的利用短距离往复运动将材料沉积在基板上的基板的运动的图，其中，短距离往复运动具有不同的向前行程距离和向后行程距离。
图12是示出了根据一个实施方式的利用短距离往复运动将材料沉积在基板上的基板的运动的图，在该短距离往复运动中，在向前前进的子循环和向后后退的子循环期间的起始点和终点不同。
图13A是根据一个实施方式的移动至用于将材料沉积在膜上的在沉积装置中的左端的支承台的示意图。
图13B是根据一个实施方式的图13B的移动至在沉积装置中的右端的支承台的示意图。
具体实施方式
在本文中，参照附图对各实施方式进行描述。然而，本文中所公开的原理可以以不同的形式实施并且不应解释为限于本文中所阐述的实施方式。在描述中，公知的特征和技术的细节可以省略以避免不必要地模糊各实施方式的特征。
在附图中，相同的附图标记指示相同的元件。为了清楚起见，附图的形状、尺寸和区域等可能放大。
各实施方式涉及通过使基板进行短距离往复运动而执行材料在基板上的沉积。用于将材料注入到基板上的一系列反应器沿着基板的长度方向以重复的方式布置。在每次往复运动期间，基座移动比基板的整个长度短的距离。基板的一些部分通过反应器的子组注入材料。由于基板的运动较小，因此包括基座的线性沉积装置可以制造得较小。尽管利用短距离往复运动，通过将往复运动与移位运动结合、或者使基板在往复运动期间的向前移动距离和向后移动距离不同，也可以增强沉积层的连续性和一致性。
尽管以下实施方式为了便于说明而主要涉及使基板相对于反应器移动，但是基板也可以在使反应器移动的同时保持在固定的位置中。此外，基板和反应器两者都可以移动以将材料沉积在基板上。
此外，尽管以下实施方式主要描述了利用原子层沉积(ALD)将材料沉积在基板上，但是相同的原理可以应用到沉积材料的其他方法，比如分子层沉积(MLD)和化学气相沉积(CVD)。
图1是根据一个实施方式的线性沉积装置100的截面图。图2是根据一个实施方式的线性沉积装置100(其中，为了便于说明而不具有室壁110)的立体图。线性沉积装置100可以包括除其他部件之外的支承柱118、处理室110和一个或更多个反应器136。反应器136可以包括一个或更多个注入器和自由基反应器。每个注入器模块均将源前驱体、反应物前驱体、清洁气体、或者这些材料的组合注入到基板120上。
反应器136可以布置成用于空间ALD处理和化学气相沉积(CVD)处理。空间ALD处理可以通过将源前驱体、清洁气体、反应物前驱体和清洁气体顺序地注入到基板120上而执行。CVD处理可以通过将源前驱体和反应物前驱体两者注入在反应器中并将这些前驱体在反应器中进行混合并且随后将混合后的前驱体注入到基板120上而执行。
由壁围封的处理室110可以保持处于真空状态以防止污染物影响沉积处理。处理室110包括接纳基板120的基座128。基座128布置在支承板124上以用于进行滑动运动。支承板124可以包括用以对基板120的温度进行控制的温度控制器(例如，加热器或冷却器)。线性沉积装置100还可以包括提升销，提升销有助于将基板120装载到基座128上或者将基板120从基座128拆卸。
在一个实施方式中，基座128紧固至跨过延伸杆138移动的支架210，延伸杆138具有形成在延伸杆138上的螺旋状部。支架210具有形成在支架210的接纳延伸杆138的孔中的对应螺旋状部。延伸杆138固定至马达114的主轴，并且延伸杆138因此随着马达114的主轴旋转而旋转。延伸杆138的旋转使支架210(并且因此使基座128)在支承板124上进行线性运动。所述线性运动可以包括支承板124的使基板移动的短距离往复运动或移位运动，如下面参照图6以及图8至图12所详细描述的。通过控制马达114的速度和旋转方向，基座128的线性运动的速度和方向能够得以控制。马达114和延伸杆138的使用仅是用于使基座138移动的机构的示例。还可以使用使基座128移动的各种其他方式(例如，在基座128的底部、顶部或侧部处使用齿轮和小齿轮)。此外，替代使基座128移动地，基座128可以保持静止并且反应器136可以移动。
图3A是示出了根据一个实施方式的反应器310的图。反应器310可以是用于将源前驱体、反应物前驱体、清洁气体、或者源前驱体、反应物前驱体、清洁气体的组合注入到基板314上的注入器。如示出的，反应器310在基板314上方升高了高度H1(例如，从0.5mm到3mm)以提供用于使基板314在反应器310下方经过的足够间隙。
注入器310经由管接纳源前驱体、反应物前驱体、清洁气体、或者源前驱体、反应物前驱体、清洁气体的组合，并且将源前驱体经由形成在注入器310中的通道312和孔311注入到注入器310的室316中。在室316下方，源前驱体、反应物前驱体、清洁气体、或者源前驱体、反应物前驱体、清洁气体的组合与基板314接触。剩余气体经由收缩区(该压缩区具有H2的高度)喷射至出口318。在收缩区中，气体流动的速度增大，从而有助于将多余的气体从基板314的表面去除。
图3B是示出了根据一个实施方式的注入器370和自由基反应器374的图。如示出的，注入器370在基板314上方升高了高度H1，并且自由基反应器374在基板314上方升高了高度H4，以提供用于使基板314在注入器370和自由基反应器374下方经过的足够间隙。
注入器374经由管364接纳气体，并且注入器374将气体经由形成在注入器370中的通道372和孔373注入到注入器370的室384中。经由注入器374注入的气体可以是源前驱体、反应物前驱体、清洁气体或用于任何其他目的的气体。在室384内，气体随后与基板314接触，并且气体作为前驱体或清洁气体而执行功能。剩余气体经由收缩区386(该收缩区386具有H2的高度)排出至出口371。在收缩区386中，气体流动的速度增大，从而有助于将多余的气体从基板314的表面去除。
自由基反应器374经由管366接纳气体。气体注入到位于内电极376与外电极378之间的腔380中。电压施加在内电极376和外电极378上，使得当气体注入到腔380中时，气体的等离子体在腔380中产生自由基。气体的自由基随后注入到室390中，在室390中，自由基与基板314接触。恢复到失活状态的自由基以及一些多余的自由基穿过收缩区388(该收缩区388具有H3的高度)并经由出口371排出。
图3A和图3B的反应器仅仅是示例性的。在线性沉积装置100中可以使用各种其他类型的反应器。在替代性实施方式中，反应器可以仅包括注入器、仅包括自由基反应器、包括多于两个注入器和自由基反应器或者包括不同顺序的自由基反应器/注入器。
图4A是示出了根据一个实施方式的沿着基板410的移动方向设置的一系列注入器136的示意图。所述一系列注入器可以包括用于将源前驱体注入到基板410上的注入器418A至418N和用于将反应物前驱体注入到基板410上的注入器422A至422N。注入器420A至420N和注入器423A至423N将清洁气体注入到基板410上以将过多的源前驱体或反应物前驱体从基板410去除。为了简化起见，假定所有的注入器具有相同的宽度U。尽管未示出，但是用于将清洁气体注入到基板410上的自由基反应器或注入器也可以包括在所述一系列的注入器中。
在基板410上执行原子层沉积(ALD)的一种方式是通过使基板410沿一个方向(例如，向前)移动一定的行程距离并且随后使基板410沿相反方向(例如，向后)移回相同的行程距离。例如，基板410可以向右移动三个单位距离U并且随后移回至原始位置，其中，单位距离U与注入器的宽度对应。
当基板410的参考点424如由箭头428(即，向前的行程)所示地向右移动3U时，基板的位于参考点424的右侧的一部分(由图4A中的“X”表示)顺序地通过注入器418A注入源前驱体、通过注入器420A注入清洁气体、通过注入器422A注入反应物前驱体并通过423A注入清洁气体。随后，当基板410的参考点424如由箭头432(即，向后的行程)所示地向左移动3U时，基板的同一部分暴露于相反顺序的源前驱体、清洁气体和反应物前驱体。该示例中的基板410的总移动距离DM为3U，其比基板410的总长度短。
根据基板410的位置，将基板410的不同部分暴露于不同顺序的材料。然而，通过使基板410进行如图4A所示的运动，如图4B中所示，使不同的材料层沉积在基板410的不同部分上。
基于所注入材料的顺序，基板410包括仅吸附有源前驱体的部分R1、具有位于底部处的ALD层和吸附在ALD层上的源前驱体的部分R2、沉积有两个ALD层的部分R3以及具有位于底部处的富含源前驱体的ALD层和位于顶部上的典型ALD层的部分R4。因此，材料在基板410上的沉积在基板410的长度(即，移动方向)上是不均匀且不一致的。
这种不均匀且不一致的沉积导致基板410的顶面上的条状图案。材料在基板410上的不均匀且不一致的沉积可以导致基板的不同部分具有不同的特性，比如不同的透明度水平和膜应力水平。例如，透明的沉积层由于横过基板的不同厚度而显示颜色条纹图案。另外，源前驱体或等离子体在基板上的不同暴露时间由于所吸附的源前驱体或自由基的不同浓度而导致不同的合成物或残留的杂质。
图5是示出了根据一个实施方式的通过使基板在短距离内往复运动并且随后使基板的位置移位而将材料沉积在基板上的方法的流程图。首先，基板沿一个方向(例如，向前)移动比基板的长度短的第一距离——520，同时注入器将前驱体材料注入到基板上。参照图6，基板410上的参考点424如由箭头616所示地向右移动5个单位。
随后，基板沿相反方向(例如，向后)移动相同的第一距离，同时注入器将前驱体材料注入到基板上。以图6为例，参考点424如由箭头616所示地向左移动5个单位。
在完成单个的往复运动(如由箭头612、616所指示)之后，基座的位置移位比第一距离短的第二距离——540。“移位”在本文中指的是下述操作：在该操作中，基板在注入器关闭使得没有前驱体材料注入到基板的表面上的情况下移动。在图6的示例中，参考点424沿向右的方向(即，向前)如由箭头618所示地移位一个单位。
随后，判定是否满足终止条件——550。如果是，则程序终止。如果否，则程序返回到使基座沿一个方向移动第一距离——520。在图6的示例中，在每次往复运动之间进行移位运动的情况下，进行四次往复运动以使基板在每个往复运动中逐渐地向右(即，向前)移动。在距离原始点最远的位置处(如通过箭头640所指示的)进行单个的往复运动，并且随后进行后续的四次往复运动以使基板410逐渐地向左(即，向后)移动。
可以在参考点424最初布置在相同位置处的情况下重复进行图6中指示的运动以将额外的材料层沉积在基板410上。替代性地，基板410的参考点424可以移位预定距离(例如，20个单位)，并且随后图6中指示的运动可以在基板的不同部分上执行ALD处理。
将指出的是，基板410在图6的往复运动期间沿向右的方向(即，向前的方向)移动最大5个单位。与使基板移动跨过其整个长度的传统方法相比，图6中的基板410的运动的总移动距离显著减小，并且因此，即使基板410的尺寸保持不变，气相沉积反应器的尺寸也可以显著减小。
图6中的基板移动的单位距离的数目仅仅是示例性的。在往复运动期间基板可以移动更多个或更少个单位距离。此外，移位运动也可以比图6中示出的单位距离长或者比图6中示出的单位距离短。
图7是示出了根据一个实施方式的利用短距离往复运动沉积材料的过程的流程图，其中，所述短距离往复运动具有不同的向前行程距离和向后行程距离。该过程包括向前前进子循环和向后后退子循环。
首先，基板沿第一方向(例如，向前)移动比基板的长度短的第一距离——714，同时注入器将前驱体材料注入到基板上。随后，基板沿与第一方向相反的第二方向(例如，向后)移动比第一距离短的第二距离——718，同时注入器将前驱体材料注入到基板上。沿第二方向的运动使向前前进子循环的单个往复运动结束。
由于第二距离比第一距离短，因此基板在向前前进子循环中的每次往复运动均结束之后在朝向第一方向前进的位置处停止。随后判定是否到达终点(例如，基板的最前位置)——722。如果未到达，则过程返回到使基座沿第一方向移动714。
如果到达终点，则随后开始向后后退子循环。首先，基板沿第一方向移动第三距离——726。第三距离可以与第二距离相同或者与第二距离不同。随后，基板沿第二方向移动第四距离——730。第四距离可以与第一距离相同或者与第一距离不同。由于第四距离比第三距离长，因此基板在往复运动之后在朝向第二方向移动的位置处停止。随后判定是否到达起始点(例如，基板的最后位置)——734。如果否，则过程返回到使基座沿第一方向移动第三距离——726。
图8是示出了根据一个实施方式的基板410的往复运动的图。在图8中，箭头指示基板410上的参考点424的起始位置和停止位置。在该实施方式中，在单次往复循环中，基板410沿向右的方向(即，向前的方向)移动6个单位的第一距离并且随后沿向左的方向(即，向后的方向)移动5个单位的第二距离。本文中所述的单位与单个反应器的宽度对应。换言之，在单次往复运动结束之后，基板410向右前进了一个单位。
在图8的实施方式中，基板410重复这种往复运动5次，从而在向前前进子循环结束时向右(即，向前)前进了5个单位。5次往复运动共同形成向前前进子循环。
随后，开始向后后退子循环。在向后后退子循环期间，基板410向右(即，向前)移动5个单位并且随后向左(即，向后)移动6个单位。在重复这种往复运动5次之后，基板410返回至原始位置。
在一个向前前进子循环和一个向后后退子循环(由5次往复运动构成的每个子循环)完成之后，子循环可以重复以将额外的材料层沉积在基板410上。替代性地，基板410的参考点424可以移位预定距离(例如，20个单位)，并且随后图8中所示的运动可以在基板的不同部分上执行ALD处理。
与图6的实施方式相比，图8的实施方式产生材料在基板410上更均匀的沉积。因此，在基板410上出现较少的条状图案。还将指出的是，基板在子循环期间向右移动至多5个单位。此外，在向前前进子循环和向后后退子循环期间不需要进行将注入器关闭的操作。
图9是示出了根据一个实施方式的基板410的往复运动的图。在图9中，箭头指示参考点424的起始位置和停止位置。在该实施方式中，在单次往复运动中，向前前进子循环通过使基板向右(即，向前)移动5个单位的第一距离而开始并且随后向左(即，向后)移动4个单位的第二距离。在单次往复运动结束之后，基板410向右行进了一个单位。
在图9的实施方式中，基板410重复这种往复运动4次，从而在向前前进子循环结束时向右(即，向前)前进了4个单位。
随后，开始向后后退子循环，在向后后退子循环中，基板410向右移动5个单位并且随后向左移动6个单位。在重复这种往复运动4次之后，基板410返回到其原始位置。
在一个向前前进子循环和一个向后后退子循环(由4次往复运动构成的每个子循环)完成之后，子循环可以重复以将额外的材料层沉积在基板410上。替代性地，基板410的参考点424可以移位预定距离(例如，20个单位)，并且随后图9中所示的运动可以对基板的不同部分执行ALD处理。
将指出的是，由于往复运动的向前行程距离与向后行程距离之间的偏移量减小，因此材料的沉积变得更均匀且更一致。此外，所述偏移量不必是单位距离的整数。如下面参照图10和图11所详细描述的，所述偏移量可以比一个单位小。
图10是示出了根据一个实施方式的基板410的往复运动的示意图，其中，偏移量是0.5个单位。在该实施方式中，在单次往复运动中，基板向右(即，向前)移动5个单位的第一距离并且随后向左(即，向后)移动回4.5个单位的第二距离。换言之，在单次往复循环结束之后，基板410前进了0.5个单位。
在图10的实施方式中，基板410重复这种往复运动4次，从而在向前前进子循环结束时向右前进了2个单位。随后开始向后后退子循环，在向后后退子循环期间，基板410向右移动5个单位并且随后向左移动5.5个单位。在重复这种往复运动4次之后，基板410返回到其原始位置。
在一个向前前进子循环和一个向后后退子循环完成之后，这些子循环可以重复以将额外的材料层沉积在基板410上。
与图8和图9的实施方式相比，除其他原因外，还由于材料以更均匀且更一致的方式沉积在基板上，因此在每次往复运动中使基板向右前进或向左后退0.5个单位是有利的。
图11是示出了根据一个实施方式的基板410的往复运动的图，其中，偏移量是1/3个单位。在该实施方式中，基板410在向后后退子循环期间通过向前行程移动四又三分之二个单位并且通过向后行程移动五又三分之一个单位。向前前进子循环重复5次，并且向后后退子循环也重复5次。在重复向前前进子循环和向后后退子循环之后，基板410返回到其原始位置。
尽管以上参照图8至图11所描述的实施方式的向前前进子循环中的起始点和结束点与向后后退子循环中的起始点和结束点一致，但是其他实施方式也可以使向前前进子循环期间的起始点和结束点与向后后退子循环期间的起始点和结束点不同。通过使向前前进子循环和向后退后子循环中的起始点和结束点不同，由不均匀沉积而在基板上造成的条状图案可以去除或减轻。
图12是示出了根据一个实施方式的利用短距离往复将材料沉积在基板上的基板的运动的图，在短距离往复期间，向前前进子循环期间的起始点和结束点与向后后退子循环期间的起始点和结束点不同。在图12的实施方式中，该过程通过使基板424向右(即，向前)移动6个单位并且随后向左(即，向后)移动6个单位而开始。在该往复运动期间，基板410通过注入器而暴露于源前驱体、清洁气体和反应物前驱体。
随后，向前前进子循环通过使基板410沿向右方向(即，向前方向)移动7个单位并且随后使基板410沿向左方向(即，向后方向)移动6个单位而开始。因此，基板410在向前前进子循环中的单个往复运动之后向右移动一个单位。在向前前进子循环期间，往复运动重复4次以使基板410沿向右方向移动4个单位。
随后，向后后退子循环通过使基板410向右移动5.5个单位(如由箭头1222所示的)并且随后使基板410向左移动6个单位(如由箭头1226所示的)而开始。在第一向后后退往复运动之后，基板410在向左0.5个单位的位置处停止。随后，第二往复运动使基板410向右移动5个单位(如由箭头1230所示的)并且随后使基板410向左移动6个单位(如由箭头1234所示的)。因此，基板在第二往复运动结束之后在向左1个单位的位置处停止。
在向后后退子循环期间，与第二往复运动相同的往复运动再重复3次，以使基板410移动成距基板410启动向前前进子循环的原始位置向左0.5个单位。
在图12的实施方式中，向前前进子循环中的起始点和结束点与向后后退子循环中的起始点和结束点不同。换言之，向前前进子循环中的每次往复运动均具有与向后后退子循环中的每次往复运动不同的不同起始位置和结束位置。通过使向前前进子循环和向后后退子循环中的起始位置和结束位置不同，材料可以以更一致的方式沉积在基板410上。
也可以通过下述方法来使向前前进子循环的起始点和结束点与向后后退子循环的起始点和结束点不同：使向前前进子循环中的最后的往复运动沿向右方向移动的距离与向前前进子循环中的其他往复运动的沿向右方向移动的距离不同，而不是如图12中所示地使向后后退子循环中的第一往复运动沿向左方向移动的距离与向后后退子循环中的其他往复运动中的沿向左方向移动的距离不同。例如，在向前前进子循环中的最后的往复运动中，基板410可以向右移动6.5个单位或7.5个单位，而不是如以上参照图12的实施方式所述的7个单位。在该示例中，基板410在向后后退子循环中的所有往复运动中可以向左移动6个单位并且向右移动5个单位。也可以使基板在向前前进子循环或向后后退子循环中移动单位的无理数倍(例如，7.1U或7.2U或7.3U或7.4U)。
利用本文中所示的实施方式，各种前驱体材料可以用于将各种材料沉积在基板上。例如，通过ALD过程，TMA(三甲基铝)可以作为源前驱体注入，并且氧的自由基(O*)可以作为反应物前驱体注入以沉积Al2O3层，并且氮的自由基(N*)可以作为反应物前驱体注入以将AIN层沉积在基板上。作为另一示例，TDMAT(四二甲基氨基钛(Tetrakisdimethylaminotitanium):[(CH3)2N]4Ti))或者TiCl4可以作为源前驱体注入，并且氧的自由基(O*)或氮的自由基(N*)可以作为反应物前驱体注入以将TiO2层或TiN层分别沉积在基板上。另外，可以使用具有作为源前驱体的二异丙基酰胺基硅烷(Diisopropylamidosilane)(SiH3N(C3H7)2))的SiO2膜以及氧的自由基(O*)或具有(N2O+NH3)混合气体的远程等离子体。
利用本文中所述的实施方式也可以沉积金属ALD膜。例如，通过ALD过程，DMAH(二甲基氢化铝:Al(CH3)2)可以作为源前驱体注入，并且氢的自由基(H*)可以作为反应物前驱体而注入以沉积铝金属层。
图13A是根据一个实施方式的移动至用于将材料沉积在膜1344上的沉积装置1300中的左端的支承台1302的示意图。在图13A的实施方式中，在柔性膜1344上执行沉积。沉积装置1300包括除了其他部件之外的一个或更多个反应器136、支承台1302、延伸板1304、升高台1306、平台1308和辊组件1310A、1310B。图13A的反应器136与平台1308保持在固定位置中，并且图13A的反应器136具有与图1的反应器136相同的结构和功能。因此，为了简洁起见，本文中省略了反应器136的详细描述。
支承台1302、延伸板1304和升高台1306相对于反应器136和平台1308移动以将膜1344暴露于由反应器136注入的材料或自由基。支承台1302具有顶面，膜1344铺设在该顶面上。膜1344可以铺设在支承台1302上的同时保持平坦的顶面。在沉积过程期间，布置在支承台1302上的膜1344从辊组件1310A退卷并且卷绕到辊组件1310B上。
延伸板1304固定至支承台1302和升高台1306，并且具有附接至延伸板1304的两个端部的辊组件1310A、1310B。替代使用板地，可以使用任何其他类型的结构(例如，构件)来将辊组件1310A、1310B附接在远离支承台1302的位置处。
升高台1306布置在平台1308与支承台1302之间。升高台1306可以包括往复式机构1314比如线性马达、齿条和小齿轮齿轮组件，以使升高台1306连同支承台1302和延伸板1304一起相对于反应器136和平台1308移动。在图13A中，升高台1306从中央部“C”向左移动了SL的行程距离。
图13B是根据一个实施方式的图13B的移动至用于将材料沉积在膜1344上的沉积装置1300中的右端的支承台1302的示意图。在图13B中，升高台1306从中央部“C”向右移动了SR的行程距离。
当支承台1302通过往复式机构1314进行往复运动时，膜1344被注入不同的气体以沉积多层材料。然而，由于膜的不同部分按不同的顺序暴露于不同的材料或自由基，因此如果仅执行往复运动，则膜1344的不同部分会沉积有不一致且不均匀的材料。因此，当在膜1344上正执行注入材料或自由基的过程时，辊组件1310A、1310B将膜1344退卷或卷绕以使膜1344移动。
膜1344从辊组件的退卷或卷绕可以：(i)在升高台1306的往复运动期间执行；(ii)在升高台1306的相对于平台1308的运动停止时执行；或者(iii)在将材料沉积在膜1344上的整个操作期间持续地执行。膜1344的相对于支承台1302的线性速度比升高台1306的往复运动的整体速度慢。
利用这种方法制造的基板可以用于各种应用比如显示设备或其他电子设备。根据应用，也可以使用各种类型的基板。示例的基板包括刚性材料(例如，硅片和玻璃)和柔性材料(例如，聚合物辊)。此外，基板可以具有各种形状和构型。例如，基板可以是矩形、圆形或椭圆形。在非矩形形状的情况下，基板的“长度”可以定义为沿着基板的较长的轴线或直径的距离。
沿着基板的长度设置的所述一系列反应器也可以使源前驱体与反应物前驱体不同以将不同的材料层沉积在基板上。
当执行短距离往复运动时，沉积在基板上的材料的厚度和组分可以根据基板的位置而变化。通过使往复运动的位置移位或者进行渐进的往复运动，具有相对一致厚度和组分的上部层沉积在基板上，其中，在渐进的往复运动中，往复运动的起始点与往复运动的结束点不同。因此，尽管是短距离往复运动，仍可以在基板上沉积高质量的层。

Claims (20)

1.一种将层沉积在基板上的方法，包括：
(a)在通过反应器注入气体期间，使基板与所述反应器之间沿第一方向相对运动第一距离，所述第一距离比所述基板的长度短；
(b)在通过所述反应器注入所述气体期间，使所述基板与所述反应器之间沿与所述第一方向相反的第二方向相对运动第二距离，所述第二距离比所述第一距离短；
(c)将(a)和(b)重复第一预定次数；
(d)在通过所述反应器注入所述气体期间，使所述基板与所述反应器之间沿所述第一方向相对运动第三距离，所述第三距离比所述基板的所述长度短；
(e)在通过所述反应器注入所述气体期间，使所述基板与所述反应器之间沿所述第二方向相对运动第四距离，所述第四距离比所述第三距离长。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括(f)：将(d)和(e)重复第二预定次数。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一距离和所述第四距离相同，并且所述第二距离和所述第三距离相同。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一距离与所述第二距离之间的差和所述第四距离与所述第三距离之间的差相同。
5.根据权利要求2所述的方法，还包括将(a)到(f)重复第三预定次数。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，代表所述第一距离与所述第二距离之间的差的偏移量比所述反应器的宽度小。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括：
通过所述反应器的第一子组将源前驱体注入到所述基板上；
通过所述反应器的第二子组将反应物前驱体注入到所述基板上；以及
通过所述反应器的第三子组将清洁气体注入到所述基板上。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，通过空间原子层沉积(ALD)或化学气相沉积(CVD)将材料层沉积在所述基板上。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，将不同材料层或层压体沉积在所述基板上。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括：
(f)使所述基板与所述反应器之间沿所述第一方向相对运动第五距离，所述第五距离与所述第三距离不同；
(g)使所述基板与所述反应器之间沿所述第二方向相对运动第六距离，所述第六距离比所述第五距离长；
(h)将(f)和(g)重复第二预定次数。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述基板的在(a)使所述基板与所述反应器之间沿所述第一方向相对运动所述第一距离之后且在(b)使所述基板与所述反应器之间沿所述第二方向相对运动所述第二距离之前的位置与所述基板的在(f)使所述基板与所述反应器之间沿所述第一方向相对运动所述第五距离之后且在(g)使所述基板与所述反应器之间沿所述第二方向相对运动所述第六距离之前的在所述相对运动之后的位置不一致。
12.根据权利要求1所述的方法，在所述基座的端部处配备有辊给送机构和卷绕机构，并且所述辊的给送速度或卷绕速度比基板与反应器之间的所述相对运动慢。
13.一种沉积装置，包括：
基座，所述基座构造成保持基板；
一组反应器，所述一组反应器沿着所述基座移动的方向设置，每个反应器构造成将气体或自由基注入到所述基板的一部分上；
致动器组件，所述致动器组件联接至所述基座，所述致动器组件构造成：
(a)将所述基座沿第一方向移动第一距离的运动以及所述基座的沿与所述第一方向相反的第二方向移动第二距离的运动重复第一预定次数，其中，所述第一距离比所述基板的长度短，所述第二距离比所述第一距离短；
(b)将所述基座沿所述第一方向移动比所述基板的所述长度短的第三距离；以及
(c)将所述基座沿所述第二方向移动比所述第三距离长的第四距离。
14.根据权利要求12所述的沉积装置，其中，所述致动器还构造成将(d)和(e)重复第二预定次数。
15.根据权利要求13所述的沉积装置，其中，在所述第一预定次数和所述第二预定次数的重复运动期间，所述反应器中的每一个反应器均持续地注入所述气体或所述自由基。
16.根据权利要求12所述的沉积装置，其中，所述反应器中的至少一个反应器包括形成有下述各者的本体：
室，所述室构造成接纳气体并且将所述气体注入到所述基板的一部分；
结构区，所述结构区与所述室连通；以及
出口，所述出口与所述结构区连通以在将所述气体注入到所述基板的所述部分之后剩余的所述气体排出。
17.一种将材料沉积在基板上的方法，包括：
(a)在使基板与反应器之间沿第一方向相对运动第一距离的同时将前驱体材料注入到所述基板上，所述第一距离比所述基板的长度短；
(b)在使所述基板与所述反应器之间沿第二方向相对运动所述第一距离的同时将前驱体材料注入到所述基板上；
(c)在不将所述前驱体材料注入到所述基板的情况下，将所述基板的位置移位比所述第一距离短的第二距离；并且
(d)将步骤(a)至(c)重复预定次数。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第二距离对应于反应器的宽度。
19.一种沉积装置，包括：
支承台，所述支承台具有平坦顶面；
一组反应器，所述一组反应器位于所述支承台上方并且沿着柔性基板移动的方向设置；
辊组件，所述辊组件相对于所述支承台固定并且构造成使所述柔性基板在所述支承台的所述平坦顶面上沿第一方向滑动；以及
致动器组件，所述致动器组件联接至所述支承台并且构造成使所述支承台相对于所述一组反应器沿所述第一方向和与所述第一方向相反的第二方向进行往复相对运动。
20.根据权利要求19所述的沉积装置，其中，所述辊在所述平坦顶面上滑动的相对速度比所述支承台的往复运动速度小。
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