CN114041202A - 空间控制等离子体 - Google Patents

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Abstract

一种等离子体输送设备，包括：设置在输送设备的外表面中的等离子体源，外表面被布置成面向待处理的基板；传送机构，被配置为相对于彼此传送基板和外表面；等离子体源包括气体入口，用于向等离子体生成空间提供气流；等离子体生成空间，其流体耦合到布置在外表面中的至少一个等离子体输送口；其中，等离子体生成空间由工作电极和对电极的外表面界定；包括介电层的工作电极；至少一个等离子体排气口，至少一个等离子体排气口设置在外表面中并且远离等离子体输送口，以经由所述等离子体排气口排出沿外表面流动的等离子体，其中，所述至少一个等离子体输送口和至少一个等离子体排气口被布置成提供沿相反方向流动的至少两个连续的等离子体流，每个等离子体流由至少两个工作电极中的相应一个工作电极产生；以及开关电路，用于向至少两个工作电极可切换地提供电压，其中开关电路与传送机构协同操作。

Description

空间控制等离子体
技术领域
本发明涉及等离子体输送设备，特别是包括如下组件的等离子体输送设备：等离子体源，其设置在输送设备的外表面中，该外表面被布置成面向待处理的基板；传送机构，被配置为相对于彼此传送基板和外表面；该等离子体源包括：气体入口，用于向等离子体生成空间提供气流；等离子体生成空间，其流体耦合到布置在外表面中的至少一个等离子体输送口，其中，等离子体生成空间由工作电极和对电极的外表面界定；包括介电层的工作电极；以及至少一个等离子体排气口，其设置在外表面上并且远离等离子体输送口，以经由等离子体排气口排出沿着外表面流动的等离子体。从WO2015199539可知这种设备。
背景技术
表面的等离子体处理具有许多有用的应用，包括表面的放电、表面能量的改变改善材料作为涂料胶和其他涂层的润湿性或附着力、表面上细菌细胞的清洁和/或失活以及作为用于诸如半导体工业中使用的表面处理的较大组件的一部分，例如化学气相沉积、等离子体蚀刻、原子层沉积(ALD)和原子层蚀刻(ALE)设备。使用来自入口的合适的气流，在这些空间中产生的等离子体可以被输送到孔，等离子体从该孔被输送到待处理的基板的表面。
在各种空间ALD(SALD)应用中，当箔或刚性板基板移动时，需要在箔或刚性板基板上进行局部或选择性薄膜沉积。例如，期望的沉积图案可以是一系列大致为矩形的沉积区域，而不在这些区域之间沉积。例如，当用介电层覆盖诸如光伏电池或电池电极的电子设备时，可能希望保持部分未被覆盖以进行适当的电连接。另一示例可以是应当彼此隔离的沉积导电膜区域。另一示例可以是在原子层沉积工艺中要用薄层覆盖的一系列相邻片材。这可能需要较长的吹扫时间以去除片材之间的前驱气体；并且可能希望停止在相邻片材之间的区域中提供共反应物质以克服很长的吹扫时间，从而实现更快的沉积。
发明内容
除了别的以外，目的是提供能够提供空间控制的选择性沉积的等离子体源和/或表面处理设备。为此，提供了根据权利要求1所述的等离子体输送设备。等离子体输送设备包括：设置在输送设备的外表面中的等离子体源，外表面被布置成面向待处理的基板；传送机构，被配置为相对于彼此传送基板和外表面，并且等离子体源包括气体入口，用于向等离子体生成空间提供气流。
等离子体生成空间流体耦合到布置在所述外表面中的至少一个等离子体输送口，其中，等离子体生成空间由工作电极和对电极的外表面界定。工作电极包括介电层，以及其中，至少一个等离子体排气口设置在外表面中并且远离等离子体输送口，以经由所述等离子体排气口排放沿着所述外表面流动的等离子体。至少一个等离子体输送口和至少一个等离子体排气口被布置成提供沿相反方向流动的至少两个连续的等离子体流，每个等离子体流由至少两个工作电极中的相应一个工作电极生成，以及开关电路，其向至少两个工作电极可切换地提供电压，其中开关电路与传送机构协同操作。
等离子体源特别适合于在原子层沉积(atomic layer deposition，ALD)中使用，其中基板重复暴露于一系列反应物(至少两种)，从而提供层的表面有限生长。等离子体源可以用于提供连续的反应物中的一种或多种，并且可以使用一系列等离子体源。提供非常有活性的等离子体物质的等离子体源能够减少共反应物与表面反应直至饱和所需的空间和/或时间。这使得能够在空间ALD处理中提高基板速度。在其他实施方案中，等离子体源可以用于其他大气压力等离子体表面处理应用，其中需要化学反应性等离子体物质(自由基、离子、电子和振动激发物质)与表面反应。这种应用的示例是通过氧化(例如使用O基)或还原(使用H或NH基)来清洁或蚀刻、用于附着力改善的活化和等离子体增强化学气相沉积(plasma-enhanced chemical vapor deposition，PECVD)。
附图说明
通过参考以下附图对示例性实施例的描述，这些和其他目的和有利方面将变得显然。
图1A和图1B以及图2A和图2B以各种切换模式示出等离子体输送设备的示意图；
图3A和图3B示出了图1和图2所示的等离子体输送设备的变型的侧视图；
图4示出了另一实施例。
图5A和图5B示出了等离子体输送设备的外表面的平面图；以及
图6示出了工作电极的优选实施例的各种示意性截面图。
具体实施方式
气体组合物可以包含N2、O2、H2、N2O、NO或CO2和产生诸如N、O、H、OH和NH的自由基的混合物。
图1A示出了用于处理基板11的等离子体输送设备100的示例性实施例的截面。例如，基板11可以是诸如玻璃或半导体晶片的柔性箔或刚性板的一部分。在所示的实施例中，表面处理设备具有面向基板11的平坦的平面式外表面10，但可替选地也可以使用弯曲的形状。在示例性实施例中，外表面10与基板11之间的距离可以在0.01mm至0.2mm的范围内或至多是0.5mm。由外表面10中的孔14a、14b形成的等离子体输送口用于将大气等离子体(6a、6b)供给到基板11和外表面10之间的空间。如本文所使用的，大气意味着非有效真空，例如在0.1巴(Bar)至10巴之间的绝对压力。在实施例中，孔14a、14b通常是0.1mm宽，但这可以取决于设计细节。也可称为喷嘴或等离子体输送口的孔14a、14b沿着垂直于附图平面的线延伸。在该实施例中，孔14a和14b是两个线形气体流驱动的远程等离子体输送口，其平行地放置在外表面10中并证明等离子体的尖锐空间限制。在基板11通过期间，等离子体输送口14a、14b和等离子体排气口16c(见图1)提供各自由相应工作电极22a、22b产生的沿相反方向流动的连续等离子体流6a、6b。工作电极电连接到开关电路(未示出)以可切换地向两个工作电极22a、22b提供电压。工作电极22a、22b由被介电层覆盖的线状导电层2a、2b(参见图6)形成。开关工作电极22a、22b与用于移动基板11的传送机构110协同操作。因此，使用如下两个平行的流获得具有等离子体活跃区域的尖锐边缘的线形无沉积区域：例如由工作电极22b激活的一个化学反应性富自由基流6b(参见图1B)；和由于断开平行且相对的未激活的工作电极22a而产生的一个非反应性气流6a。开关可以是交替的开关，参见图2A，其中两个工作电极都被断开；参见图2B，其中工作电极22a和22b被反向切换到图1B，即工作电极22a被接通而工作电极22b被断开。切换工作电极22a的左侧高压端子产生来自等离子体源左侧的自由基通量。或者，切换工作电极22b的右侧高压端子产生来自等离子体源右侧的自由基通量，以选择性地接通或断开等离子体流中至少之一。
随着基板11以恒定速度移动，如图1A和图1B以及图2A和图2B所示的切换顺序(接通-接通、断开-接通、断开-断开、接通-断开)因而可以导致由基板11接收的等离子体通量的局部改变的分布，留下未经等离子体处理的窄条形基板区域。当这样分布的的自由基通量用作空间ALD工艺的共反应物时，可以获得分离的薄膜区域。为了获得相对薄的条带，等离子体排气口和等离子体输送口由仅在工作电极22a、22b的厚度上隔开的狭缝形成，该工作电极具有埋入金属条带或金属膜的相对薄的介电层的平面形式。
因此，尖锐边缘分布的自由基通量可用于产生分离均匀厚度的膜区域的窄线形无沉积区域。典型边缘分布的宽度(10-90％的厚度)可以在0.2mm-0.5mm的范围内。为了获得分离的矩形薄膜区域，也可以期望沿着移动方向在垂直方向上的线形区域。这可以通过提供如图5中所描述的等离子体源来获得。
为了提供最窄的线形区域，可以省略两个等离子体源断开的处理步骤。另外，可以在省略两个等离子体源接通的步骤时操作该顺序，从而在左侧等离子体源和右侧等离子体源之间排他地切换。或者，当两个等离子体源都接通时，基板可以以两倍的速度移动以向基板提供相同的自由基通量。
如解释的，例如，关于在图1A和图1B以及图2A和图2B以及下文中所指示的切换顺序，可以认为等离子体输送设备被布置成通过选择性地激活至少一个等离子体生成空间内的等离子体生成、同时禁用其他等离子体生成空间内的等离子体生成，例如，单独激活两个激活空间中的一个而禁用另一个，反之亦然，来可切换地向待处理的基板提供自由基的时间控制通量。与传送机构协同切换等离子体通量，例如使得基板相对于通量移动，允许选择性地处理基板的一组预定义区域，同时留下其他未处理的预定义区域。为此，开关电路包括装置，例如布线和可编程电子器件，以向电极分别提供合适的高电压。
为了获得具有均匀特性的层，例如均匀层厚度和均匀层组成，有利的是从在一个等离子体流被激活时的第一边缘(例如，图2B中的等离子体流6a定义了待形成的层或膜的第一边缘)到在相反的等离子流被激活时的第二边缘(例如，图1B中的6b定义了待形成的层或膜的第二边缘)向移动基板提供恒定的局部自由基通量(每秒每平方毫米的自由基数量)。为了从尖锐边缘提供均匀的自由基通量，暂时减小基板和等离子体源之间的相对速度可能是有益的。由于改变速度可能是不切实际的，因此可以改变所输送的等离子体的功率密度以获得均匀的自由基通量。等离子体的功率密度可以通过改变施加的电压的频率或幅度来改变。可以将可变电压频率或幅度施加到等离子体源，以便将相同的自由基通量施加到以变化的速度移动的基板。这可以是有用的，例如在片材对片材的空间ALD应用中，基板或SALD喷头以振荡方式前后移动。可变电压频率或振幅的另一应用是具有受控的大边缘分布的层或具有在沉积层的整个长度上延伸的梯度的层。
本发明人的新见解是，在高(例如大气)气体压力下，在自由基寿命的短时间段内(<0.1ms)，化学反应性自由基增强的第一层流气流实际上不与平行的第二非反应性层流气流混合。在非常短的时间(也<0.1ms)内接通和断开等离子体，从而相同的等离子体源可替代地用于生成短活自由基或非反应性(惰性)推送气流。这里应用的另一个基本观点是，与通过扩散传输相比，通过足够高的流动传输自由基占主导地位。
等离子体输送设备100包括用于移动基板11的传送机构、导电材料的第一和第二对电极3a、3b(优选地，如果基板未接地，则接地或与基板处于相同的电位)。在对电极3a、3b和工作电极22a、22b的对侧之间分别形成等离子体生成空间。对电极可以由不锈钢、钛(优选)或导电陶瓷，例如，氢掺杂SiC，形成。横向于绘制平面，对电极3a、3b和工作电极22的平面至少沿着孔14a、14b和16c的长度延伸。
基板11的传送机构110仅以符号表示。例如，传送机构可以包括用于传送基板11的传送带，或者工作台和驱动工作台的电动机，或者可以使用卷对卷(R2R)机构，该机构包括第一和第二旋转辊，诸如箔片的基板11分别从该第一、第二旋转辊滚下和滚上。在其他实施例中，传送机构可包括电动机，以相对于工作电极22和对电极3a、3b的组件移动基板11，反之亦然。在另一实施例中，电极可以集成在旋转滚筒中，孔从滚筒表面排出，在这种情况下，传送机构可以包括电机以直接或间接驱动滚筒的旋转。
在从气体入口5a、5b供应的纯气体或气体混合物(N2、O2、H2、N2O、NO或CO2)中生成介电势垒放电等离子体。在接地电极3a、3b和工作电极22a、22b之间的等离子体生成空间中生成的等离子体可以延伸到覆盖直接面对基板的线形导电层2a、2b(如图6所示)的介电层的表面部分，作为表面介电阻挡放电等离子体。使工作电极22a、22b面对基板的宽度保持足够小，即使当该基板导电且距离非常小时，电离等离子体也不转移到该基板。以这种方式，可以在离基板非常短的距离处有效地生成远程SDBD等离子体，而不使用基板作为电极。这对于需要高自由基通量而不通过直接等离子体损坏基板的应用是重要的。工作电极22a、22b的最佳宽度取决于工作电极22的介电层和基板之间的空间间隙。对于工作电极和基板之间在0.1mm-0.3mm范围内的间隙，避免直接等离子体到基板的工作电极22a、22b的可能宽度在0.5mm-2.0mm范围内，优选0.7mm-1.5mm。
对电极3a、3b可以保持在恒定电位，例如地电位，并且高频电位可以施加到工作电极22a、22b。
即使在高频电压的时间段内，大气等离子体也容易迅速熄灭。因此，可以在所施加的交变或脉冲电压的每个半周期期间周期性地重新启动等离子体。除了中性分子之外，等离子体可以包含自由电子、离子、电子和振动激发分子、光子和自由基。许多等离子体物质是化学反应性的，可以表示为反应性等离子体物质(RPS)。RPS的性质和浓度取决于气体成分和电等离子体条件。此外，快速重组过程引起RPS根据空间和时间两者的强烈变化。RPS的其他示例是电子或振动激发的原子和分子。
可以使用耦合到两个入口5a、5b的单个气体源(未示出)。气体源可以包括用于气体的不同成分的子源和气体混合装置，该气体混合装置具有耦接到子源的输入和耦接到入口5a、5b的输出。切换工作电极22a和22b可引起孔14a和14b之间的小压力变化。为了避免通过相应的孔14a和14b的气体流速的变化，可以使用耦接到相应的气体入口5a和5b的质量流量控制器。
来自入口5a、5b的气体流率(例如每秒的质量或体积)可以根据基底11上的反应性等离子体物质的期望速率来选择。在一个示例中，使用每个入口、孔的每毫米长度、每秒1000至2000立方毫米的速率，或者在假设一个大气压和25摄氏度的温度下而获得的相应质量流量范围内。
通过工作电极22a、22b和对电极3a、3b之间的空间的气流速度对应于流率除以空间的截面面积(厚度乘以宽度)。通过保持截面面积小而实现高流速。高流速的优势在于，由于在基板11上反应之前自由基和离子的重组，将发生更少的损失。高气流速度的另一个优势是在由孔14a和14b输送的反应性和非反应性气体流6a和6b之间进行气体扩散的有限时间。
等离子体源位于限制等离子体流的吹扫气体喷头7a和7b侧面。等离子体源优选地具有对称结构，具有气体入口5a、5b，提供朝向基板的两个相等且恒定的气体流率。垂直撞击的气体流6a、6b均可以分成与基板11平行运行的两个流。中心排气通道16c用于将相反的流引导到等离子体输送设备的中心对称平面，其中两个流可以合并。为了获得尖锐边缘分布的无沉积区域，中心排气通道16c的有限宽度是必要的。然而，对于有效的等离子体排气，排气通道的宽度通常是等离子体输送设备100的外表面10与基板宽度之间的间隙距离的两倍。等离子体排气通道的宽度的实际值在0.2mm-1.0mm的范围内，优选在0.2mm-0.5mm的范围内。
在循环空间ALD工艺中获得尖锐边缘分布的无沉积区域的另一个要求是与传送机构协同操作的开关电路。这可以通过本领域技术人员已知的对准设备来提供，例如，在柔性基板的卷对卷处理的情况下，可以使用在移动基板的一个或两个边界区域处的标记图案。标记图案可由传感器(光学)读取，然后传感器的信号用于同步基板位置和等离子体电源开关控制器。标记图案也可用于在垂直于移动的方向上控制基板对准。
例如PET基板的聚合物基板倾向于随着温度变化而膨胀或收缩，从而影响位置控制的准确性。然而，由于所施加的等离子体处理是非热能的(引起小于2-5度的基板温度变化)，所以所提出的方法特别适于热敏基板。
对于金属氧化物的等离子体增强的SALD，例如Al2O3，可以使用具有高蒸汽压的金属有机前体，例如三甲基铝。可以使用0.5-2％的O2-N2气体混合物作为等离子体气体组合物。可选地，可以使用其他含氧气体，例如CO2或N2O，只要在给定的工艺温度下，这些气体不与在基板上化学吸附的金属-有机前体反应。
由于较高基板速度下的自由基扩散和拖曳流动、等离子体气体中的杂质例如H2O甚至O2与金属有机物或金属卤化物ALD前体热反应，预期的无沉积区域可能不是完全无沉积的。优选地，该工艺在低温例如100摄氏度下操作，该温度下可以避免热反应。对于较高的温度，例如>150摄氏度，以重复SALD工艺的特定间隔应用蚀刻步骤是有用的。SALD喷头可配备有覆盖整个基板宽度的附加等离子体源，以便通过等离子体增强蚀刻来去除非预期热生长的薄层。N2中的低浓度H2或NH3可用作附加基板宽等离子体源中的等离子体气体。
可选地，所提出的方法可用于预沉积的均匀厚度层的局部(图案化)等离子体蚀刻，维持相对窄的宽度线形图案，同时去除那些图案之外的层材料。此外，可以使用用于称为原子层蚀刻(Atomic Layer Etching，ALE)的工艺类型中的局部蚀刻的等离子体，将层表面依次暴露于沉积在整个区域上的附加化学成分。
图3A更详细地示出了图1的等离子体输送设备的变形实施例。两个实施例都具有等离子体排气口16c，该等离子体排气口16c形成在两个等离子体输送口14a、14b的中心。在工作电极22a和接地的对电极3a之间的等离子体生成空间13a中产生以虚线指示的等离子体活性气体流。
等离子体生成空间13a的宽度(工作电极和对电极之间的间隙)通常在0.05mm-0.5mm的范围内。
在相对容易构造的特定实施例中，等离子体间隙沿着其长度(在该流体的方向上)恒定并且等于等离子体输送口14a的宽度，等离子体输送口14a的宽度通常在相同的范围内，例如大约0.1mm。等离子体生成空间的长度通常在1mm-10mm的范围内，优选在3mm-6mm之间。与其中例如0.1mm的较窄空间中生成等离子体的流相比，提供相对较宽的间隙，例如宽度在0.3-0.5范围内的等离子体生成空间，可以有利地增加所生成的等离子体流内的等离子体水平(自由基密度)。例如在包括根据本发明的等离子体输送设备的原子层处理设备(ALD设备)中，有利地增加等离子体水平使得能够增加处理速度。对于气体流在基板上的分布，例如由于基板移动引起的拖曳流，和/或对于基板处的等离子体均匀性，输送口的宽度最好保持不变，例如约0.1mm，这有利于确定快速气体输送。延长等离子体生成空间以提高等离子体水平被认为效率较低，例如由于等离子体物质的寿命较短。
在特定实施例中，等离子体生成空间的间隙随着距等离子体输送口的距离的减小而减小。这使得能够优化到达基板11的自由基通量。优选的变形是从等离子体生成空间入口的0.5mm朝向等离子体输送口的0.1mm。
优选等离子体间隙的平滑变化，例如线性变化。
等离子体区从该生成空间13a进一步延伸到与基板平行的介电结构的外表面10的一部分。这提供了非常靠近基板的高度均匀的等离子体，可能不使用基板本身作为电极。用于DBD等离子体生成的电极中的一个电极基本上不被介电材料覆盖，也就是说，除了可能自然发生的金属电极的杂散氧化物之外，不存在额外的介电材料层。当两个电极都被电介质覆盖时，时间平均电势未被明确限定，导致丝状等离子体交叉到导电基板的风险。优选地，使用具有限定的电压电位、优选接地电位的一个未覆盖电极来生成等离子体。
在该实施例中，等离子体输送口14a、14b分别与工作电极22a、22b相邻，工作电极22a、22b布置在中心等离子体排气口16c的相对侧上。工作电极22a、22b和中心等离子体排气口16c可以形成为单个介电结构。为了防止等离子体形成在等离子体排气口中，可以通过将接地电极层4a、4b添加到也包括在工作电极22a、22b中的介电结构1a、1b来从工作电极屏蔽该端口。
接地电极层4a、4b的附加功能是：
增加与基板平行产生的表面DBD(SDBD)等离子体的自由基密度，产生朝向基板的增加的自由基通量，使得能够进行在饱和ALD条件下更快的基板移动。
控制该SDBD等离子体的宽度。该宽度应小于1mm或小于2mm，以避免对于0.1mm-0.2mm范围内的基板间隙，等离子体交叉到导电基板。
电介质结构1a、1b也可以使用称为低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-firedCeramics，LTCC)和高温共烧陶瓷(High Temperature Co-fired Ceramics，HTCC)的制造工艺制造成具有包含的导电层的两个分离的单片陶瓷板。包含中心排气通道16c、屏蔽该通道两侧的接地电极4a、4b和工作电极22a、22b的单个单片结构提供了重要的优势。利用单片固体介电阻挡结构，可以更容易地实现等离子体源及其在SALD喷头中的组件的尺寸公差。
当两个等离子体源都被接通时，中心排气和其中集成该排气的单片介电结构的组合提供了与尖锐边缘分布的层沉积的应用无关的额外的益处：
·两个撞击气体流都被分离，有效地将自由基分布到基板。在中心排气不存在的情况下，导致一个左侧气流和一个相反的右侧气流，存在于沿着基板的气流的上段中的自由基与基板反应的概率非常低。将两个垂直撞击气体流中的每一个分开可以用于较高的自由基通量或用于对于最小所需自由基通量的较低气体消耗。
·自由基在冲击区内与基板表面反应非常迅速，或者在气相中由于复合反应而消失。即使中心排气非常靠近冲击区域，水平地隔开约1mm的短距离，这也不会导致经由中心排气的自由基的重大损失。因此，所提出的几何形状既是气流高效的又是紧凑的，这是扩大等离子体增强SALD反应器的重要因素。
·所提出的紧凑的几何形状提供了关于污染控制的优势。与化学吸附的含碳配体(通常为-CHx)的等离子体自由基反应产生各种挥发性产物。理想情况下，反应产物在挥发相(例如CH4)中离开反应区。然而，也可以形成稳定性较低的烃例如如甲醇(CH3OH)和甲醛(CH2O)，由通式CxHyOz设计的反应产物。结果，碳也可以包括在ALD层中，损害层质量。此外，可以形成挥发性反应产物，该反应产物随后生长成颗粒，该颗粒可以沉积在空间ALD喷头和基板上。挥发性等离子体反应产物的短停留时间对于避免层中的碳夹杂或在层上和层内的其他类型的杂质以及沉积的颗粒是非常重要的。所提出的将反应器中挥发性等离子体产物的停留时间最小化的几何形状适于通过流动有效地去除颗粒和挥发性等离子体反应产物。
·中心排气通道可以配备有用于深层过滤的过滤材料(避免颗粒再次进入沉积区的风险)。过滤材料可以是催化性的。过滤材料可以通过远程等离子体气体产物(例如O3)再生，或在维护期间通过使用电极4a、4b在排气通道中产生体积DBD等离子体。
图3B示出了等离子体输送设备的替代设计。在该实施例中，工作电极22a、22b布置在中心对电极3c的相对的侧上，并且在对电极3a、3b之间的中心。
关于图3A的实施例，主要区别特征是：
·可切换工作电极22a、22b中的每个可以用于同时激活两个等离子体流，工作电极22a用于由端口14a、15a输送的等离子体，工作电极22b用于由端口14b、15b输送的等离子体。
·来自端口15a、15b的流对于将自由基直接输送到基板可能不太有效，因为这些流在来自端口14a、14b的流的顶部。然而，当来自端口15a、15b的流向下朝衬底推动来自端口14a、14b的流时，可以增强有效自由基通量。特别地，当在等离子体输送设备100的外表面和基板之间的相对大的间隙处操作工艺时，可以增强朝向基板的有效自由基通量。
·电介质结构1a、1b不是作为单个单片介电结构制造的。然而，它们的制造更简单，包含没有中心等离子体排出通道的单个导电层。
·工作电极22a、22b通过相对于图3B中所示截面垂直取向的高压馈通(未示出)连接到外部可切换高压电源。
图4示出具有楔形接地电极3a、3b的等离子体输送源。楔形接地电极3a、3b对于远程延伸所生成的等离子体可能是重要的，其中，表面DBD等离子体的一部分与基板处理平面平行。可以非常靠近基板产生均匀的表面DBD等离子体，而无需等离子体跨越到导电基板。
图3A和图3B中的接地电极3a、3b和中心接地电极3c可以配备有在那些图中未示出的小尺寸楔形部分。新的区别特征是：
·在等离子体排气口16a、16b之间居中放置的单个单片形成的工作电极布置22，包括两个独立可切换的工作电极22a、22b，以在相反方向上选择性地激活在连续流6a、6b中的等离子体。
·等离子体排气口16a、16b距离等离子体输送口14a、14b的距离超过工作电极的一半厚度。
应当理解，如图4所示和如上所述的单个单片形成的工作电极布置22不应被解释为限于提供小楔形侧部。单个单片形成的工作电极布置22还可以在没有楔形侧部的情况下有利应用，例如在接地电极3a、3b的形状为平坦的实施例中，例如如图3A和3B所示的。没有楔形接地电极的实施例制造相对简单。包含两个工作电极的单个介电结构可以由HTCC或LTCC制造，其总厚度低至0.45mm-0.50mm，例如在0.45mm至约1mm或2mm之间的范围内，该范围被发现小到足以避免对导电基板的直接放电。
根据图1至图4所示的实施例及其描述，输送设备的实施例可以理解为包括：设置在输送设备的外表面中的等离子体源，该外表面被布置成面向待处理的基板；以及传送机构，该传送机构配置为相对于彼此传送基板和外表面；其中，等离子体源包括多个等离子体生成空间，典型地包括两个等离子体生成空间，每个等离子体生成空间包括气体入口，以向相应的等离子体生成空间提供气流。等离子体生成空间分别流体耦合到布置在外表面中的至少一个等离子体输送口；其中等离子体生成空间中的每个由工作电极和对电极的外表面界定。工作电极包括介电层，而对电极优选基本上不被介电层覆盖，以避免向导电基板放电(火花生成)。基本上未被覆盖的电极可以被理解为包括裸(例如裸金属)电极和没有有意提供的介电层的电极。可以容忍自然氧化物层，例如具有自然氧化物层的金属电极，并且可以理解为不排除自然氧化物层。输送设备还包括至少一个等离子体排气口，该至少一个等离子体排气口设置在外表面中并且远离等离子体输送口，以经由所述等离子体排气口排出沿着所述外表面流动的等离子体，其中所述等离子体输送口和所述至少一个等离子体排气口被布置成提供沿相反方向流动的至少两个连续的等离子体流，每个等离子体流由至少两个工作电极中的相应一个工作电极生成。为了生成空间控制的等离子体(表面图案化)，该设备典型地设置有开关电路，该开关电路被布置成可切换地向至少两个工作电极中的每个工作电极单独地提供电压，以选择性地接通或断开等离子体流中的至少一个，并且其中开关电路与传送机构协同操作。开关电路通常包括朝向工作电极和(一个或多个)对电极和/或电子器件(例如计算机实现的控制单元)的可单独寻址的布线，以相对于对电极可切换地偏置工作电极，例如以与传送机构协同地向待处理的基板可切换地提供时间控制的自由基通量。
图5A示出从基板上“看到”的根据图3A中所示实施例的等离子体源的底视图。为了在垂直于基板移动的方向上分离等离子体自由基，设置了分离气体入口31a、31b。从分离气体入口，分离气体流32a、32b通过改变气体入口在横向于基板移动的方向上产生无自由基区，以在基板移动方向上将推送气体供应到外表面的线形部分。因此，附加气体出口31a可以在横向于基板移动方向上具有一个或多个变型，以在基板移动方向上将分离气体(可选地称为推送气体)供应到外表面的线形部分。
应当强调的是，由于自由基寿命短，在平行等离子体活性气体流和中性气体流之间的自由基扩散将受到限制。为了获得最佳的效果，重要的是分离的气体入口31a、31b接近于狭缝形等离子体输送口14a、14b、优选与狭缝形等离子体输送口14a、14b对准。另外或可替代地，当与原子层沉积结合使用时，可布置附加的狭缝形共反应物出口以提供惰性推送气体，该惰性推送气体在附加气体出口的宽度上将共反应物流推离外表面，以在沿着传送方向延伸的基板上形成非沉积区域。
从等离子体源气体入口5a、5b向分离气体入口31a、32b输送中性的(非等离子体活性的)分离气体的可能板状金属或介电(例如陶瓷)结构30如图5B所示，其分离成行布置的相邻工作电极，并提供与等离子体流基本相等的流。不需要用于分离气体的附加气体入口。
为了在单个工艺中实现具有不同尺寸的矩形沉积(或蚀刻)区域，空间ALD喷头可以配备有平行的一系列等离子体源。供给暂时不使用的一系列等离子体源的气体流可以被关断或调至较低水平。一系列平行且“交叠”的等离子体源也可以用于在整个基板宽度上沉积ALD膜。因此，根据本发明，空间ALD头可以配备有多个等离子体源，以便沉积不同尺寸的矩形薄膜区域的组合。边缘分布的等离子体处理可以用于预沉积薄膜的片段的局部蚀刻和局部表面活化(增加表面能)。
图6示出了根据图3A的单片介电结构的两个剖视图，包括线形导电层2a、2b、接地电极4a、4b和中心等离子体排气口16c。设置接地屏8a、8b以避免在介电结构和等离子体源外壳之间形成不希望的等离子体。
工作电极22a、22b经由线状导电层2a、2b与各自的高压端子9a连接。
在空间ALD中，将基板依次暴露于涂层前体气体(例如三甲基铝(trimethylaluminum，TMA)或三甲基铟(trimethylindium，TMI))、吹扫气体以去除非表面反应的前体气体(N2)、共反应物(例如等离子体生成的自由基)以及最后吹扫气体以去除非表面反应的化合物(例如O3，H2O，H2O2)。
在空间ALD/ALE应用中，重要的是减小喷头的尺寸。应当强调的是，热增强的等离子体喷头不用于高温(热等离子体)。由介电势垒放电等离子体源实现的温度上升在20-100℃的范围内。根据气体流率和等离子体功率，继而由、由电功率发电机提供的使用电压和频率所确定的，温度增加的实际达到值是20-50℃。例如，在操作中的加热的DBD等离子体源可以用于使用喷头在100℃的平均箔温度下处理聚酯箔或任何其他温度敏感的基板，以在120-150℃下快速地逐层退火基板顶表面。
在已经使用术语介电层的情况下，应当理解，该层不需要处处具有相同的厚度。虽然已经描述了这样的实施例，其中附加地可以使用来自孔的气体来在第一电极的外表面和基板之间产生气体轴承，但是应当理解，这种气体轴承并不总是必需的。如果基板是柔性箔片，则是非常有用的，但是当使用刚性基板(即，没有变形至到外表面的距离可以显著变化的程度，例如超过百分之二十的基板)时，可以使用保持外表面和基板之间的距离的另一种方式，例如邻近孔的端部的接触垫片。

Claims (11)

1.一种等离子体输送设备，包括：
等离子体源，所述等离子体源设置在所述输送设备的外表面中，所述外表面被布置成面向待处理的基板；
传送机构，所述传送机构被配置为相对于彼此传送所述基板和所述外表面；
所述等离子体源包括：气体入口，用于向等离子体生成空间提供气流；
所述等离子体生成空间，所述等离子体生成空间流体耦合到布置在所述外表面中的至少一个等离子体输送口，其中，所述等离子体生成空间由工作电极和对电极的外表面界定；包括介电层的所述工作电极；未被介电材料层覆盖的所述对电极；
至少一个等离子体排气口，所述至少一个等离子体排气口设置在所述外表面中并且远离所述等离子体输送口，以经由所述等离子体排气口排出沿所述外表面流动的等离子体，
其中，所述至少一个等离子体输送口和至少一个等离子体排气口被布置成提供沿相反方向流动的至少两个连续的等离子体流，每个等离子体流由至少两个工作电极中的相应一个工作电极产生；以及开关电路，所述开关电路用于向所述至少两个工作电极可切换地提供电压，以选择性地接通或断开所述等离子体流中的至少一个等离子体流，其中所述开关电路与所述传送机构协同操作。
2.根据权利要求1所述的等离子体输送设备，其中，所述等离子体排气口和等离子体输送口由在工作电极的厚度上隔开的狭缝形成。
3.根据前述权利要求中任一项所述的等离子体输送设备，其中，等离子体排气口形成在多个等离子体输送口的中心。
4.根据权利要求3所述的等离子体输送设备，其中，所述等离子体输送口各自包括被布置在所述等离子体排气口的相对侧上的工作电极。
5.根据权利要求4所述的等离子体输送设备，其中，所述等离子体排气口通过所述排气口的相对侧上的接地电极而与所述工作电极屏蔽。
6.根据前述权利要求中任一项所述的等离子体输送设备，其中，等离子体输送口设置在多个等离子体排气口的中心。
7.根据权利要求6所述的等离子体输送设备，其中，所述等离子体输送口与布置在中心工作电极布置的相对侧上的两个等离子体生成空间流体连接，所述工作电极布置包括至少两个可切换的工作电极，所述至少两个可切换的工作电极各自与所述两个等离子体生成空间中的一个等离子体生成空间相邻。
8.根据前述权利要求中任一项所述的等离子体输送设备，其中，等离子体输送口包括用于提供推送气体的附加气体出口，所述推送气体将所述等离子体流在所述附加气体出口的宽度上推离所述外表面，以在沿着传送方向延伸的所述基板上形成非沉积区域。
9.根据权利要求8所述的等离子体输送设备，其中，所述附加气体出口在横向于所述基板移动的方向上具有一个或多个变型，以在所述基板移动方向上将推送气体供应到所述外表面的线形部分。
10.一种原子层处理设备，包括根据前述权利要求中任一项所述的等离子体输送设备和共反应物质输送系统，所述共反应物质输送系统被布置成以与等离子体输送设备交替的方式将共反应物质流输送到所述基板。
11.根据权利要求10所述的原子层处理设备，其中，所述共反应物质输送包括用于提供推送气体的附加气体出口，所述推送气体在所述附加气体出口的宽度上将所述共反应物质流推离所述外表面，以在沿着传送方向延伸的所述基板上形成非沉积区域。
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