JP2023506526A - 薄膜堆積のための装置および方法 - Google Patents

Abstract

モジュール式反応器ヘッドと、基板ステージと、モジュール式反応器ヘッド位置決めシステムと、を含む、薄膜堆積システム。モジュール式反応器ヘッドの位置決めは、基板に対してモジュール式反応器ヘッドを位置決めして、基板ステージ上に位置する基板に前駆体ガスを送達する。モジュール式反応器ヘッドは、異なる機能を実行するモジュール式構成要素のセットを含み、異なる構成に配置され得る。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本開示は、２０１９年１２月１８日に出願された米国仮出願第６２／９４９，７９８号からの優先権を主張し、参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、概して、薄膜堆積に関し、より具体的には、薄膜堆積のための装置および方法に関する。

スパッタリング、蒸発、および化学気相堆積などの技術を使用して、多くの用途（例えば、現代の電子機器、光学部品、ディスプレイ技術、食品包装など）のための膜を堆積させる。これらの用途のために、膜厚に対する改善された制御が必要である。原子層堆積（ＡＬＤ）は、一度に１つの原子層に膜を堆積させるため、ナノメートルスケールの厚さ制御を有する膜を生成するための最良の技術である。集積回路およびメモリデバイスなどの用途で特徴サイズが減少し続けるにつれて、ＡＬＤは、いくつかの膜成分を堆積させるための好ましい（場合によっては単なる）選択肢になりつつある。従来の時間的ＡＬＤに関連する弱点としては、その速度（比較的遅いバッチプロセスである）、およびその真空チャンバの必要性（その拡張性を妨げる）が挙げられる。

従来の時間的ＡＬＤは、２つ以上の化学前駆体ガスを真空チャンバに順次挿入することによって動作し、曝露の間に排出およびパージステップを有する。好適な実験条件が使用される場合、各配列の後に材料の単一原子層が形成され、その配列を多数回繰り返して膜を構築する。したがって、従来の時間的ＡＬＤは、２つの前駆体ガスを時間的に分離する。対照的に、空間原子層堆積（ＳＡＬＤ）技術が開発されており、時間的ではなく空間的に２つの前駆体を分離する。基板は、２つの前駆体ガスの間で移動して、連続的な曝露を複製する。これにより、時間的ＡＬＤを遅くする排出およびパージステップが排除または減少される。

大気圧ＳＡＬＤ（ＡＰ－ＳＡＬＤ）は、コンパクト、コンフォーマル、およびピンホールなしである材料（例えば、金属酸化物）の薄膜層を生成することができ、およそ室温で薄膜を堆積させることができる。これは、従来のＡＬＤよりも１～２桁速く、かつスケーラブルである。特に、ＡＰ－ＳＡＬＤは、ロールツーロール製造とも互換性があり、メガネ、透明な導電性酸化物でコーティングされたメガネ、半導体ウェハ、箔、生地、およびプラスチック表面で作用することが実証されている。これらの利点により、ＡＰ－ＳＡＬＤは、太陽光発電、電池、およびマイクロエレクトロニクスなどの大面積、低コストの電子機器、ならびにバリア膜および抗菌コーティングなどの機能性コーティングの高スループット製造に非常に魅力的である。

したがって、薄膜堆積の新規の装置および方法が提供される。

発明の概要
本開示は、薄膜を生成するための機能的な柔軟性および拡張性のためにモジュール化され、かつ構成可能である、少なくとも１つの反応器ヘッドを一般に含む、新規の薄膜、膜、または薄層堆積方法を含む。薄層堆積は、空間原子層堆積および／または化学気相堆積を含み得る。反応器ヘッドは、限定されないが、異なるタイプの堆積のための前駆体ガススリット、プラズマ源、排気スリット、加熱チャネル、および／または冷却チャネルなどの異なるタイプの構成要素を含み得る。各構成要素の間隔を空けた標高および幅は、ガスの流れを促進し、かつ制御するために調整され得る。反応器ヘッドのための実装要素を有する位置決めシステムは、基板に対する反応器ヘッドの配向および位置を調整可能に維持するように構成される。位置決めシステムは、少なくとも１つの変位測定デバイスおよび少なくとも１つのアクチュエータを備えて構成され得る。吸引を伴う加熱ステージを使用して、基板を加熱し、かつ異なるサイズ、幾何学形状、および厚さの基板を保持し得る。加熱ステージは、異なる場所で異なる温度を提供するために、ゾーン制御加熱を備えて構成され得る。リニアモータ位置決めシステムを使用して、モジュール式反応器ヘッドに対して基板を振動させ得る。システムは、空間原子層堆積または化学気相堆積によって薄膜を堆積させ、均一な厚さおよび／もしくは組成、または変動する厚さおよび／もしくは組成を有する膜を生成し得る。

本開示の一態様では、モジュール式構成要素のセットを含む、薄膜堆積システムとともに使用するためのモジュール式反応器ヘッドであって、モジュール構成要素のセットが、反応器ヘッド内の第１の方向で互いに隣接しており、モジュール式構成要素のセットが、互いに対して第２の方向に位置決めされ得、第２の方向が、第１の方向に対して実質的に垂直であり、モジュール式構成要素のセットが、少なくとも２つの前駆体ガスを基板上に堆積させるための少なくとも１つの前駆体ガスモジュール式構成要素を含む、モジュール式反応器ヘッドが提供される。

別の態様では、モジュール式構成要素のセットは、少なくとも２つの前駆体ガスモジュール式構成要素を含む。さらなる態様では、少なくとも２つの前駆体は、反応器チャネルと、反応器チャネル開口部とを含む。さらなる態様では、反応器チャネル開口部は、反応器チャネル開口部の一端で、反応器チャネル開口部の反対端より高い出口速度を有するガス状または液体材料を送達する。ある態様では、モジュール式構成要素のセットは、前駆体流体構成要素、排気モジュール式構成要素、不活性ガスモジュール式構成要素、温度制御モジュール式構成要素、化学モジュール式構成要素、洗浄モジュール式構成要素、およびプラズマ源モジュール式構成要素のうちの少なくとも１つを含む。さらなる態様では、温度制御モジュール式構成要素は、温度制御モジュール式構成要素に隣接するモジュール式構成要素の温度を制御するための金属プレートを含む。さらなる別の態様では、温度制御モジュール式構成要素は、金属プレートを冷却するための冷却液または金属プレートを加熱するための加熱液のいずれかを受容するための反応器チャネルを含む。また別の態様では、モジュール式構成要素のセットは、互いに対して所定の高さに実装される。別の態様では、前駆体流体モジュール式構成要素は、前駆体流体の堆積を制御するためのアクチュエータを含む。

本開示の別の態様では、基板を支持するための基板ステージと、基板上に薄膜を堆積するためのモジュール式反応器ヘッドであって、モジュール式反応器ヘッドが、モジュール式構成要素のセットを含み、モジュール構成要素のセットが、反応器ヘッド内の第１の方向で互いに隣接しており、モジュール式構成要素のセットが、互いに対して第２の方向に位置決めされ得、第２の方向が、第１の方向に対して実質的に垂直であり、モジュール式構成要素のセットが、少なくとも２つの前駆体ガスを基板上に堆積させるための少なくとも１つの前駆体ガスモジュール式構成要素を含む、モジュール式反応器ヘッドと、基板ステージ上の基板に対してモジュール式反応器ヘッドを位置決めするためのモジュール式反応器ヘッド位置決めシステムと、を含む薄膜堆積システムが提供される。

さらなる態様では、モジュール式反応器ヘッド位置決めシステムは、線形変位システムを含む。また別の態様では、線形変位システムは、変位測定デバイスのセットと、線形アクチュエータのセットとを含む。さらなる別の態様では、モジュール式反応器ヘッド位置決めシステムは、モジュール式反応器ヘッドと基板ステージとの間のギャップ制御のためのレベリングシステムを含む。ある態様では、基板ステージは、基板を基板ステージに対して保持するための真空システムを含む。別の態様では、基板ステージは、基板を支持するための上部プレートと、上部プレートを加熱するための加熱構成要素とを含む。さらなる別の態様では、基板ステージは、リニアモータシステムを含む。

本開示を明確に理解するために、本開示のいくつかの実施形態は、例として例示され、添付図面の図に限定されない。

薄層堆積システムの実施形態を示す。 複数のモジュール式構成要素を含むモジュール式反応器ヘッドの実施形態の等角図である。 図２のモジュール式反応器ヘッドの底面図である。 図２のモジュール式反応器ヘッドの底面斜視図である。 複数のスリットを有するモジュール式構成要素の底面図である。 図２のモジュール式反応器ヘッドの側面図である。 調節可能な間隔を空けた標高を有する複数のモジュール式構成要素を有するモジュール式反応器ヘッドの実施形態の側面図である。 図５Ａのモジュール式反応器ヘッドの正面図である。 図５Ａのモジュール式反応器ヘッドの等角図である。 冷却モジュール式構成要素の実施形態の斜視図である。 モジュール式反応器ヘッドの実施形態の斜視図である。 反応器ヘッド位置決めシステムを含む薄膜堆積システムの実施形態の正面図である。 図８Ａの薄膜堆積システムの斜視図である。 基板ステージの実施形態の斜視図である。 図９Ａの基板ステージの断面図である。 図９Ａの基板ステージ上に保持される４つの基板の斜視図である。 上部プレートの実施形態の底面斜視図である。 加熱ステージの異なる構成を示す。 加熱ステージの異なる構成を示す。 均一な流れプロファイルを送達するように構成された３つの反応器チャネルを有する反応器ヘッドの概略図である。 不均一な流れプロファイルを送達するように構成された１つの反応器チャネルを有する反応器ヘッドの概略図である。 モジュール式構成要素の実施形態のための不均一な流れプロファイルを有する反応器チャネルの幾何学形状の概略図である。 図１４Ａの反応器チャネル幾何学形状のための前駆体ガススリットの出口に沿った流速を示す計算流体力学シミュレーション結果を示すグラフである。 不均一な流れプロファイルを有する反応器ヘッドの実施形態のための設計の概略図である。 図１４Ｃの反応器ヘッドの３Ｄプリントの写真である。 図１４Ｃの反応器ヘッドを使用して生成された酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜の写真である。 図１５からの厚さ勾配膜に関する基板全体のＺｎＯ膜厚の測定値を示すグラフである。 図１６Ａからの基板の表面上の膜厚のマップを示す。 ２つの対称の半部品を含むモジュール式構成要素の実施形態の斜視図である。 図１７Ａのモジュール式構成要素の分解斜視図である。 リニアモータシステムに実装された基板ステージの実施形態の斜視図である。 モジュール式反応器ヘッドで薄膜を堆積するための方法のフロー図を示す。 モジュール式反応器ヘッドで薄膜を堆積するためのロールツーロール法のフロー図を示す。

本明細書で使用される専門用語は、単に特定の実施形態を記載する目的のためであり、システムまたは開示を制限することが意図されない。本明細書で使用される場合、「および／または」という用語は、関連する列挙された項目のうちの１つ以上の任意のおよびすべての組み合わせを含む。本明細書で使用される場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、文脈が別途明示的に示さない限り、複数形および単数形を含むことが意図される。用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ（ｓ））」および／または「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、本明細書で使用される場合、記載された特徴、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を指定するが、１つ以上の他の特徴、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらのグループの存在もしくは追加を排除しないことをさらに理解されたい。

図１は、モジュール式反応器ヘッド１０２、反応器ヘッド位置決めシステム１０４、および基板１０６を支持するための基板ステージ１０８を含む、薄膜または薄層堆積システム１００の実施形態を示す。一実施形態では、反応器ヘッド位置決めシステム１０４は、線形方向、軸に沿った回転、および／または反応器ヘッドと基板１０６との間の距離などの基板１０６に対する反応器ヘッド１０２の配向を制御する。基板ステージ１０８は、モジュール式反応器ヘッド１０２に対する基板１０６の位置を制御する。動作中、モジュール式反応器ヘッド１０２は、以下でより詳細に考察されるように、前駆体ガスまたは材料の薄膜を基板上に堆積させる。

本明細書で使用される場合、「薄層」または「薄膜」という語句は、空間原子層堆積（ＳＡＬＤ）および／または空間化学気相堆積（ＳＣＶＤ）によって堆積させる材料の層を指す。前駆体ガスが（互いに隔離されていない）気相中で混合できるように加工条件を制御することにより、原子層堆積の代わりに化学気相堆積が生じ得ることが示されている。これは、ナノメートルスケールで膜厚を正確に制御する、コンフォーマルでピンホールのない膜を依然として生成しながら、いくつかの用途に有利である、より高い薄膜堆積速度をもたらす。このように、「薄層堆積」という語句は、空間的原子層堆積および／または空間的化学気相堆積を指す。

本実施形態では、モジュール式反応器ヘッド１０２、反応器ヘッド位置決めシステム１０４、および基板ステージ１０８は、下部キャビネット１１０に位置決めされる。モジュール式反応器ヘッドに前駆体ガスを送達するための装置は、上部キャビネット１１２に配置される。この装置は、当業者によく理解されるであろう。一実施形態では、装置には、限定されないが、バブラーおよびバブラーヒータなどの前駆体化学物質のガス１８０を発生するための装置、限定されないが、質量流量制御器などのガスの流量１８２を制御するための装置、ならびに限定されないが、バルブ、チューブ、およびマニホールドなどのガスを分散するための装置１８４が含まれ得る。一実施形態では、前駆体ガスは、外部源から上部キャビネットに直接入力されてもよく、または液体化学材料を泡立てもしくは噴霧することによって、もしくは固体化学材料を加熱することによって、液体または固体化学物質から発生されてもよい。別の実施形態では、前駆体ガスの代わりに、またはそれとともに、液体は、上部キャビネットからモジュール式反応器ヘッドに伝達され得る。

図２は、モジュール式反応器ヘッド１０２の実施形態の等角図である。モジュール反応器ヘッド１０２は、モジュール式構成要素１１４の複数またはセットを含む。一実施形態では、モジュール反応器ヘッド１０２は、モジュール式構成要素１１４のセットを含み得、それによって、モジュール式構成要素の各々は、単一の機能を実行して、薄層の堆積を可能にする。いくつかの実施形態では、多数のモジュール構成要素は、他の実施形態では他のモジュール構成要素と同じ機能を実行し得る。

一実施形態では、反応器ヘッド１０２は、第１の方向１２８に沿って配向された平面で、モジュール式構成要素１１４のセットが互いに隣接して、基板ステージ１０８に平行に配向され得る。モジュール式構成要素１１４のセットの各々の長さは、第１の方向１２８に実質的に垂直な第２の方向１２６に延在するとみなされ得る。反応器ヘッド１０２は、基板１０６から一定の距離で位置決めされ得、距離は、第１および第２の方向に実質的に直交する方向１３０に沿って測定され得る。いくつかの実施形態では、距離は、反応器ヘッドからの角度で測定され得る。モジュール式構成要素１１４のセットの各々は、以下でより詳細に考察されるように、異なる機能を実行し得る。

一実施形態では、図２の点線に示すように、モジュール式構成要素１１４は、ガスまたは液体を受容するための反応器チャネル１３２と、ガスまたは液体が、反応器チャネル１３２に入る、または出ることを可能にする反応器チャネル開口部１３４（スリットとみなされ得る）と、を含む。反応器チャネル開口部は、典型的には、第２の方向１２６に平行に配向された長さを有するが、代替の実施形態では、反応器チャネル開口部は、第２の方向１２６に対してある角度で配向され得る。いくつかの実施形態では、モジュール式構成要素１１４は、（図６に関して開示されるような）反応器チャネル開口部を含まない場合もあれば、モジュール式構成要素が電源によって電力を供給される加熱または冷却要素であり得る反応器チャネルまたは反応器チャネル開口部を含まない場合もある。モジュール式構成要素の非排他的な例には、限定されないが、本開示の様々な実施形態による、前駆体ガス構成要素、排気構成要素、不活性ガス構成要素、加熱構成要素、冷却構成要素、プラズマ源、および他の構成要素が含まれる。

モジュール式構成要素１１４に、モジュール式構成要素１１４を通過する前駆体ガスが、前駆体ガス源から基板に供給される場合、モジュール式構成要素１１４は、前駆体ガス構成要素とみなされ得、反応器チャネル開口部は、前駆体ガス開口部と呼ばれる。薄層堆積は、典型的には、少なくとも２つの異なる前駆体ガスを必要とするため、反応器ヘッドのモジュール式構成要素のうちの少なくとも２つは、前駆体ガスモジュール式構成要素の機能性を提供する。あるいは、モジュール式構成要素１１４に不活性ガスが供給される場合、モジュール式構成要素は、不活性ガスモジュール式構成要素とみなされ得、反応器チャネル開口部は、不活性ガス開口部と呼ばれる。モジュール式構成要素１１４に前駆体流体、例えば液体およびアクチュエータが供給される場合、モジュール式構成要素は、前駆体流体モジュール式構成要素とみなされ得、限定されないが、選択領域堆積、スロットダイコーティング、インクジェット印刷、またはスプレー堆積などの異なる方法のナノ製造技術を導入するために使用され得る。モジュール式構成要素１１４が、反応器チャネル開口部を通してその反応器チャネル１３２にガスを引き込むために真空源に結合される場合、モジュール式構成要素１１４は、排気モジュール式構成要素とみなされ得、反応器チャネル開口部は、排気開口部と呼ばれる。モジュール式構成要素１１４は、熱制御モジュール式構成要素とみなされ得、それによって熱流体は、反応器チャネルを通過し得る。熱制御モジュール式構成要素では、反応器チャネル１３２は、反応器チャネル開口部を含まない。熱制御モジュール式構成要素が熱を提供する場合、モジュール式構成要素は、モジュール式加熱構成要素と呼ばれ得る。熱制御モジュール式構成要素が冷却を提供する場合、熱構成要素は、モジュール式冷却構成要素と呼ばれ得る。プラズマが反応器チャネルに導入される場合、モジュール式構成要素は、プラズマ源またはプラズマモジュール式構成要素とみなされ得る。あるいは、モジュール式構成要素１１４が、限定されないが洗浄剤などの化学物質を供給される場合、または圧縮空気を供給される場合、モジュール式構成要素は、洗浄モジュール式構成要素とみなされ得、必要に応じて、維持管理の目的のために、または場合によっては基板の洗浄のために反応器チャネルをクリアするために使用され得る。代替の実施形態では、化学物質は、基板上の材料（金属など）が、還元剤により他の材料（金属イオン塩など）を触媒し得る還元剤であり得る。別の実施形態では、化学物質は、基板上で表面改質処理またはエッチングを実行するために使用され得る。

図３Ａおよび図３Ｂは、反応器チャネル開口部１３４を有するモジュール式反応器ヘッド１０２の底面図である。本実施形態では、モジュール式構成要素１１４のセットは、第１の前駆体ガス構成要素１１６、第２の前駆体ガス構成要素１１８、３つの不活性ガス構成要素１２０、６つの排気構成要素１２２、および２つの冷却構成要素１２４を含むが、それは、モジュール式構成要素が設定され得る方法の単なる１つの配設であることが理解されるであろう。いくつかの実施形態では、モジュール式構成要素のセットは、少なくとも２つの前駆体ガス構成要素を含むが、他の実施形態では、１つのモジュール式構成要素を使用して、モジュール式構成要素のセットが前駆体ガスを送達するための１つのモジュール式構成要素のみを含むように２つ以上の前駆体ガスを送達し得る。

本実施形態では、ヘッドモジュール式構成要素１１４のセットは、第１の前駆体ガス構成要素１１６と第２の前駆体ガス構成要素１１８との間に不活性ガス構成要素１２０の少なくとも１つおよび排気構成要素１２２のうちの少なくとも１つを位置決めすることによって、原子層堆積（ＡＬＤ）のための前駆体ガスを効果的に分離するように配設される。モジュール式構成要素１１４の配設は、代替の実施形態では、モジュール式構成要素１１４の配設が、化学気相堆積（ＣＶＤ）のための前駆体ガス（例えば、第１および第２の前駆体ガス構成要素１１６および１１８は、排気構成要素１２２または不活性ガス構成要素１２０の間になく、互いに直接隣接して配置することができる）を混合するように構成され得るように柔軟性である。

各モジュール式反応器構成要素１１４は、第２の方向１２６と平行なモジュール式反応器構成要素１１４の長軸と位置決めされ得る。モジュール式構成要素１１４のセットは、複数のモジュール式構成要素１１４が第１の方向１２８に延在する少なくとも１つの他のモジュール式構成要素１１４に隣接して各モジュール式構成要素１１４を位置決めするように配設され得る。言い換えると、モジュール式反応器ヘッド１０２の個々のモジュール式構成要素１１４は、組み立てを容易にするために水平に積み重ねられる。モジュール式構成要素１１４の配列は、反応器ヘッド１０２の構成に依存し、配列は、モジュール式構成要素１１４のうちの１つ以上の位置を変更する（すなわち、配列を変化させる）ことによって変更され得る。

本開示のモジュール式反応器ヘッドは、個々のモジュール式構成要素の数を増加させることによって、または反応器チャネル開口部の長さを増加させることによって、薄膜堆積システムを容易にスケーリングすることを可能にし得る。前駆体ガスモジュール式構成要素の数を増加させることによって、またはモジュール式構成要素中の反応器チャネル開口部の数を増加させることによって、基板がモジュール式反応器ヘッドの下を通過するたびに生じるＡＬＤサイクルの数を増加させる。図３Ｃは、３つのスリット、または反応器チャネル開口部１３４を有するモジュール式構成要素の底面図であるが、代替の実施形態では、モジュール式構成要素は、２つ、４つ、またはそれ以上のスリット１３４を有し得る。各スリット１３４は、それぞれの反応器チャネル１３２を有し得、またはスリット１３４は、単一の反応器チャネルに接続され得る。より長いスリットは、多数の基板またはより大きな基板を薄膜でコーティングすることを可能にし得る。

モジュール式反応器ヘッド１０２は、機能的な柔軟性を可能にし得、冷却チャネル、加熱チャネル、プラズマ源、および独自の特徴を有する反応器チャネル開口部を有する前駆体ガスモジュール式構成要素（例えば、以下で考察されるように、膜勾配を生成するための不均一なガス送達）などの異なるタイプの個々のモジュール式構成要素を容易に追加することができる。各モジュール式構成要素は、異なる機能および目的のために、カスタマイズ、インストール、またはスワップアウトされ得る。

図４は、モジュール式反応器ヘッド１０２の側面図である。各モジュール式構成要素１１４は、複数のスロット１３６を含む。各スロット１３６は、モジュール式反応器ヘッド１０２内でモジュール式構成要素１１４を支持するための実装ロッド（図示せず）を収容するように構成される。本実施形態では、各スロット１３６は、平面１３０に平行な方向のそれぞれの実装ロッドよりも大きく、各モジュール式構成要素１１４の位置が実装ロッドの位置に対して変動することを可能にし、それによって、各モジュール式構成要素１１４の位置が平面１３０に沿って変動することを可能にする。言い換えると、各モジュール式構成要素１１４は、モジュール式反応器ヘッド１０２に摺動可能に実装され、平面１３０に沿った各モジュール式構成要素１０２の位置の調整を可能にし得る。

図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃは、調節可能な間隔を空けた標高を有し、かつ変動する高さで複数のモジュール式構成要素１１４を有するモジュール式反応器ヘッド５００の実施形態の側面図、正面図、および等角図を示す。モジュール式反応器ヘッド５００は、モジュール式反応器ヘッド１０２と実質的に類似してもよく、モジュール式反応器ヘッド１０２を形成するために使用される同じ複数のモジュール式構成要素１１４を使用して形成され得る。一実施形態では、反応器ヘッド５００は、第１の前駆体ガス構成要素１１６、第２の前駆体ガス構成要素１１８、不活性ガス構成要素１２０、排気構成要素１２２、および冷却構成要素１２４を含み得るが、モジュール式構成要素は、モジュール構成要素のうちの少なくとも２つが前駆体ガス構成要素であるように変動し得ることが理解されよう。基板ならびに他のモジュール式構成要素に対する個々のモジュール式構成要素１１４の高さ（およびそれにより、それぞれの反応器チャネル開口部の高さ）は、所望の間隔を空けた標高を達成するために、隣接するモジュール式構成要素１１４に対して正確に機械的に調整することができる。例えば、各モジュール式構成要素１１４の高さは、隣接するモジュール式構成要素１１４に対してそのモジュール式構成要素１１４（ロッド軸に垂直）をスライドさせることによって調整され得る。間隔を空けた標高調整は、ガスフローに対してより柔軟性および制御を提供し得る。図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃでは、排気構成要素１２０は、平面１３０に沿ってわずかに上方に移動して、前駆体ガスが自然に流入する領域を作り出し、排気効率を改善し、かつガス混合の可能性を防止または低減する。

図６は、モジュール式冷却（または加熱）構成要素１２４として使用され得るモジュール式構成要素の実施形態の斜視図である。モジュール式反応器ヘッドのいくつかの実施形態では、（加熱および冷却構成要素を含む）熱構成要素は、前駆体ガス構成要素に隣接して位置決めされ得る。熱構成要素は、モジュール式反応器ヘッドの少なくとも一部分の温度を制御することを可能にする。例えば、熱構成要素に隣接する前駆体ガス構成要素の温度は、所望の薄膜堆積条件を得るために、加熱された基板ステージの温度に対して制御され得る。一実施形態では、モジュール式冷却構成要素１２４の反応器チャネル１３２は、隣接する前駆体ガスモジュール式構成要素から熱を除去するための冷却プレート１３８を含む。一実施形態では、冷却プレートは、限定されないが、銅などの金属で作製される。一実施形態では、チルド水は、モジュール式冷却構成要素と隣接する前駆体ガスモジュール式構成要素との間の温度差を提供するために、モジュール式冷却構成要素の反応器チャネル１３２の内部を循環し得る。代替の実施形態では、チルド水は、前駆体ガスモジュール式構成要素の前駆体ガス開口部を加熱するための熱水または加熱要素で置き換えることができる。より具体的には、モジュール式冷却構成要素である冷却プレートは、チルド液がその反応器チャネルを通過するときに冷却され、隣接するモジュール式構成要素ではなく、基板上で化学反応が生じることを確実にするように隣接するモジュール式構成要素から熱を引き出す。あるいは、モジュール式加熱要素については、モジュール式構成要素冷却プレートまたは加熱要素を加熱して、冷却表面上で不要な結露を起こしやすい前駆体ガスのための隣接するモジュール式構成要素（例えば、隣接する前駆体ガスモジュール式構成要素）の反応器チャネルを加熱する。

図７は、モジュール式反応器ヘッド７００の実施形態の斜視図である。モジュール式反応器ヘッド７００は、モジュール式反応器ヘッド１０２およびモジュール式反応器ヘッド５００に実質的に類似し得る。モジュール式反応器ヘッド７００は、薄膜堆積システム内でスケーリングされて、薄膜堆積面積および／またはスループットを増加させることができる。例えば、モジュール式反応器ヘッド７００のスケールは、方向１２６において増加した長さを有する反応器チャネル開口部を有するモジュール式構成要素を使用することによって、方向１２６において増加させることができる。モジュール式反応器ヘッド７００のスケールを方向１２６に増大させることにより、基板上に方向１２６で堆積した膜のサイズを増大させ、それによって膜の面積または堆積した基板の数を増大させ得る。モジュール式反応器ヘッド７００のスケールは、例えば、限定されないが、前駆体ガス構成要素などの追加のモジュール式構成要素を追加することによって、反応器ヘッド７００を形成するモジュール式構成要素の数を増加させることによって、方向１２８に増加させることができる。モジュール式反応器ヘッド７００のスケールを方向１２８に増加させると、モジュール式反応器ヘッド７００の１パスに堆積した膜の厚さが増加し、それによってモジュール式反応器ヘッド７００のスループットが増加し得る。

図８Ａおよび図８Ｂは、薄膜堆積システムの実施形態の正面図および斜視図を示す。薄膜堆積システム８００は、反応器ヘッド位置決めシステム８０４を含む。薄膜堆積システム８００は、薄膜堆積システム１００と実質的に類似し得る。反応器ヘッド位置決めシステム８０４は、モジュール式反応器ヘッド１０２などの反応器ヘッド８０１を受容するための実装要素（図示せず）を含み、薄膜が堆積される基板８０６に対する反応器ヘッド８０１の配向および位置を調整可能に維持するように構成される。特に、反応器ヘッド位置決めシステム８０４は、モジュール式反応器ヘッド８００と基板８０６との間の距離を制御するように構成される。本実施形態では、反応器ヘッド位置決めシステム８０４は、変位測定デバイスとして機能する１つ以上のレーザ変位センサ８０８および変位制御デバイスとして機能する１つ以上の線形アクチュエータ８１０を含む線形変位システムを含む。代替の実施形態では、他の変位測定デバイスおよびアクチュエータが使用され得る。変位測定デバイスおよびアクチュエータと併せて、コンピュータ可読媒体上に記憶された形態またはモジュールまたは命令などのソフトウェアを使用して、反応器ヘッド８０１と基板８０６との間の間隔を動的に監視および調整する。一実施形態では、１マイクロメートルの解像度が使用される。反応器－基板間隔を正確に制御する能力（すなわち、平面１３０）は、前駆体ガスが隔離されたままである（ＡＬＤが生じる）か、またはガス相中で混合する（ＣＶＤが生じる）かを制御することができる。従来の位置決めシステムの例は、フローティングウェハシステムであるが、フローティングウェハシステムは、フローティングすることができる基板に限定される。言い換えると、本実施形態の位置決めシステムは、薄膜堆積のために使用され得る基板のサイズ、数、またはタイプにおいて、より大きな柔軟性を提供し得る。本実施形態では、反応器ヘッド位置決めシステム８０４は、基板８０６と反応器ヘッド８０１との間の反応器基板間隔を制御するために、平面１３０に沿って反応器ヘッド８０１を移動させるように構成されているが、代替の実施形態では、基板８０６は、反応器ヘッド８０１が静止したまま、平面１３０に沿って移動し得る。

堆積システムは、製造プロセスを完全に自動化するために、ロボットアームなどの基板のためのロードおよびアンロード機構を装備し得る。堆積システムはまた、プラスチック、織物、または箔上への膜堆積などのロールツーロール技術と互換性があり得る。ロールツーロールシステムの場合、基板ステージは、プラスチック、布地、または箔の連続したウェブと互換性があるように構成されてもよく、例えば、基板ステージは、反応器ヘッドから少なくともおよそ一定の距離で反応器ヘッドに近接するウェブの一部を保持するローラーを含んでもよく、システムは、ウェブの位置および堆積物の数を制御して、ウェブをロール／アンロールすることによって、ウェブ上で所望の厚さを達成してもよい。

図９Ａは、基板ステージ９００の実施形態の斜視図である。基板ステージ９００は、基板ステージ１０８と実質的に類似し得る。図９Ｂは、基板ステージ９００の実施形態の断面図を示す。本実施形態では、基板ステージ９００は、複数の穴９０４を有する上部プレート９０２、上部プレート９０２内に埋め込まれた加熱要素などの加熱構成要素９０５（点線で示される）、および複数の穴９０４に流体結合されて複数の穴９０４に吸引を提供する真空リザーバ９０８を含む。上部プレート９０２は、上部金属プレートであり得る。

上部プレート９０２は、加熱要素９０５によって加熱される上部プレート９０２から真空リザーバ９０８を熱的に断熱するために、空隙であり得る断熱層９０６によって真空リザーバ９０８から分離される。基板（図示せず）は、上部プレート９０２上に配置されてもよく、吸引が提供されるとき、上部プレート９０２中の複数の穴９０４は、基板を上部プレート９０２の上の所定の位置にしっかりと保持し得る。言い換えると、上部プレート９０２中の複数の穴９０４に結合された真空リザーバ９０８は、基板を基板ステージ９００に保持するための機構を形成する。

図１０は、基板ステージ９００上に保持された４つの（４）基板９１２の斜視図である。変動するサイズ、幾何学形状、厚さ、および材料（例えば、ガラス、シリコンウェハ）の基板は、基板が基板ステージ寸法内でほぼ平坦である場合、上部プレート９０２上でまたは上部プレート９０２によって（加熱要素によって加熱される）加熱され、真空保持機構９０８によって保持され得る。複数の穴９０４は、異なるサイズおよび幾何学形状の基板９１２を収容するように構成することができる。キャップ（図示せず）は、必要に応じて基板ステージ９００上の特定の場所で吸引する可能性を防止または低減するために、複数の穴９０４に追加され得る。

一実施形態では、上部プレート９０２は、真空リザーバ９０８（基板９１２を下に保持するための吸引を提供する）から、およそ１０ｍｍ以上などの所定の距離だけオフセットされて、絶縁のための空隙９を提供する。上記で考察されたように、真空リザーバ９０８および基礎となるシステム構成要素を加熱要素９０５によって発生した熱から隔離するために断熱材を追加することができる。

図１１は、上部プレート９０２の実施形態の底面斜視図であり、本実施形態では、上部プレート９０２は、内部に埋め込まれた加熱９０５などの加熱構成要素を含む。代替の実施形態では、２つ以上の加熱要素９０５は、以下で考察されるように、上部プレート９０２内に埋め込まれ得る。熱グリースを使用して、加熱要素９０５と上部プレート９０２との間の熱伝導性を増加させ得る。加熱構成要素によって提供される加熱は、代替的に、赤外線加熱要素またはレーザ加熱要素を介して実施されてもよく、それによって、これらの加熱要素は、加熱とともに他の機能を実行し得る。

図１２Ａは、単一の加熱ユニット１２０２を有する加熱要素１２００の実施形態の上面図を示す。図１２Ｂは、３つの加熱ゾーン１２０６、１２０８、および１２１０に位置決めされた３つの加熱ユニット１２０２を有する加熱要素１２０４の実施形態の上面図を示しており、それによって、加熱要素１２０４は、ゾーン制御加熱のために構成されているとみなされ得る。代替の実施形態では、加熱要素１２０４は、２つ、４つ、またはそれ以上の加熱ユニットを有し得、したがって、個別に制御され得る２つ、４つ、またはそれ以上の対応する加熱ゾーンを有し得る。加熱要素は、加熱要素の選択および配置に応じて、均一または非均一な加熱のために構成され得る。このモジュール式加熱要素の設計は、異なる基板の幾何学形状のためのエネルギー使用の改善に役立ち、基板の均一な加熱および不均一なゾーン加熱を可能にし、異なる温度で多数の基板で堆積を実行することを可能にすることによって、迅速なプロトタイピングを可能にする。さらに、不均一／ゾーン加熱を使用して、異なる化学物質のＡＬＤモードおよびＣＶＤモードの動作温度範囲を決定することができる。代替の実施形態では、勾配加熱が使用され得る。加熱要素１２００および加熱要素１２０４は、加熱要素９０５と実質的に類似し得る。

図１３Ａは、反応器チャネル１３０２を有するモジュール式構成要素１３０１を有する反応器ヘッド１３００の概略図であり、反応器チャネル１３０２は、反応器チャネルの下の矢印によって示されるような均一な流れプロファイルを送達するように構成される。従来のＡＬＤ技術は、典型的には、均一な流れプロファイルを有する前駆体ガスを送達することによって達成され得る、均一な厚さおよび組成を有する膜を堆積させる。本開示の薄層堆積システムは、均一な膜ならびに不均一な厚さおよび組成を有する膜を堆積することができる。モジュール式反応器ヘッド中の前駆体ガスモジュール式構成要素中の反応器チャネルの幾何学形状は、前駆体ガス、または反応器チャネル、開口部を通るガスの流れプロファイルを制御するように修正され得、それにより、異なる量の前駆体ガスが基板上の異なる場所に送達することができる。

図１３Ｂは、モジュール式構成要素を有する反応器ヘッド１３０４の概略図であり、モジュール式構成要素のうちの少なくとも１つは、反応器チャネル１３０６の下の矢印によって示されるような不均一な流れプロファイルを送達するように構成された反応器チャネル１３０６を有し、流体は、矢印がより離間している他端よりも、矢印が互いに接近している一端でより速く流れる。不均一な流れプロファイルは、より多くの材料がより多くの前駆体ガスが送達される場所に堆積されることを可能にする。流体、ガス、または液体の流れプロファイルに応じて、膜全体にわたって、線形的、非線形的、または複雑な厚さまたは組成の変動が生成され得る。一実施形態では、前駆体ガスモジュール式構成要素の特定の流れプロファイルは、計算流体力学（ＣＦＤ）シミュレーションを使用して、反応器チャネル、または前駆体ガス、スリット、もしくは開口部の幾何学形状を設計することによって得ることができる。図１３Ａおよび図１３Ｂは、前駆体ガス反応器チャネル開口部をカスタマイズして、前駆体ガスの均一な流れ、したがって均一な厚さおよび組成を有する膜（図１３Ａ）、または前駆体ガスの不均一な流れ、したがって厚さおよび／または組成勾配を有する膜（図１３Ｂ）を生成することができる方法を示す。

図１４Ａは、モジュール式構成要素、例えば、モジュール式構成要素１１４で使用されるときに不均一な流れプロファイルを送達するための反応器チャネル１４００の概略幾何学形状または一部を示す。本実施形態では、反応器チャネル１４００は、流体を受容するための入口エリア１４１２を含む流体入口セクション１４１０を含む。流体が入口エリア１４１２を通過する際、流体は入口エリアから（出口点１４１３を介して）出て、反応器チャネル開口部１４１４に向かって下方に流れる。流体が入口エリア１４１２から出るとき、出口点１４１３に近い反応器チャネル開口部１４１４から流れるまたは移動する流体（エリア１４１４ａとみなされる）は、出口点からより遠い反応器チャネル開口部１４１４から流れるまたは移動する流体（エリア（ａｒｅａｒ）１４１４ｂとみなされる）の速度よりも高い速度を有する。

図１４Ｂは、図１４Ａに示される反応器チャネル幾何学形状を有するモジュール式構成要素の反応器チャネル開口部を通る流れの計算流体力学（ＣＦＤ）シミュレーションを示す。本実施形態では、反応器チャネル開口部の一端は、反応器チャネル開口部の反対端よりも高い出口速度を有するより多くの前駆体ガスを送達する。反応器チャネル１４００がＣＶＤ用のモジュール式反応器ヘッドで使用される場合、これは、前駆体ガススリットまたは開口部の一端で前駆体ガスのより多くの混合をもたらし、これは前駆体ガススリットの長さに沿った不均一な堆積速度をもたらし得る。あるいは、反応器チャネル１４００がＡＰ－ＳＡＬＤのためのモジュール式反応器ヘッドで使用される場合、反応器チャネル開口部の一端では、基板は、各ＡＬＤサイクル中に前駆体によって完全に飽和され得、一方、反応器チャネル開口部の他端では、基板は、完全に飽和されていなくてもよく、再び、反応器チャネル開口部の長さに沿った不均一な堆積速度をもたらす。反応器チャネル開口部の幾何学形状は、１つ以上の反応器チャネル開口部について変動され得、これは、膜の１つ以上の成分の不均一な堆積速度をもたらす。すべての膜成分が同じ不均一な堆積速度を有する場合、第１の方向に不均一な厚さを有する膜が生じる。言い換えると、膜の厚さは、変動し得る。均一な堆積速度および不均一な堆積速度（または異なる不均一な堆積速度）を有する膜成分が同時に堆積される場合、得られる膜は、不均一な組成を有する。

図１４Ｃは、不均一な流れプロファイルを有する反応器ヘッド１４０２の概略図である。図１４Ｄは、反応器ヘッド１４０２の３Ｄプリントの写真である。本実施形態では、すべての前駆体ガス反応器チャネル開口部、不活性ガス反応器チャネル開口部、ならびに排気反応器チャネル開口部（または前駆体ガスモジュール式構成要素、不活性ガスモジュール式構成要素、および排気モジュール式構成要素）は、小規模試験のために単一の反応器ヘッド構成要素に組み込まれる。代替の実施形態では、反応器ヘッドは、不均一な流れプロファイルを有する複数のモジュール式構成要素を含み得る。本実施形態については、反応器ヘッド１４０２を使用して、不均一な流れプロファイルを有するジエチル亜鉛および均一な流れプロファイルを有する水を、それらが反応して酸化亜鉛（ＺｎＯ）を形成する基板の表面に送達した。化学気相堆積（ＣＶＤ）条件を使用して、それにより、基板の片面へのより多くのジエチル亜鉛の送達が、より高い堆積速度および不均一な膜厚をもたらした。図１５は、反応器ヘッド１４０２を使用して生成され、かつ異なる前駆体ガス流量を使用して堆積された厚さ勾配を有する酸化亜鉛膜の例の写真である。膜厚勾配は、干渉パターンを形成するバンド１４０４からはっきりと見える。図１６Ａは、図１５からの厚さ勾配膜の基板にわたる膜厚の測定値を示す。図１６Ｂは、同じ基板の表面上の膜厚のマップを示す。反応器ヘッド１４０２は、均一な流れプロファイルを有する別の膜成分を同時に送達するために使用され得、第１の方向に組成勾配を有する膜をもたらす。別の膜成分の非排他的な例は、トリメチルアルミニウムであり、これは水と反応して酸化アルミニウムを形成し得、この場合、得られるアルミニウム－亜鉛－酸化物合金膜中の亜鉛の量は、膜または基板全体で変動する。

図１７Ａは、２つの対称の半部品１７０２および１７０４を含むモジュール式構成要素１７００の実施形態の概略図を示す。図１７Ｂは、モジュール式構成要素１７００の分解斜視図を示す。各半部品１７０２および１７０４は、均一な深さを有するレリーフ部分１７０６を有し、各半部品１７０２および１７０４の各レリーフ部分１７０６は、２つの半部品１７０２および１７０４が組み合わされたときに、反応器チャネルを形成するように位置決めされる。２つの対称の半部品１７０２および１７０４を使用して、付加製造または機械加工を使用し、かつ不均一な流れプロファイルを有するモジュール式構成要素の低コストの製造を可能にすることによって、モジュール式構成要素を製造するための設計を簡素化し得る。２つの対称の半部品１７０２および１７０４は、均一な幅を有する反応器チャネルを有するモジュール式構成要素１７００を形成するように組み合わされて、均一な流れプロファイルを送達し得る。あるいは、各レリーフ部分１７０６の深さは、２つの半分の部分１７０２および１７０４が組み合わされると、不均一な流れを有する反応器チャネルが形成されるように、各レリーフ部分１７０６に対して不均一な深さ（または他の輪郭）を提供するために、付加製造または機械加工で修正され得る。この製作技術をモジュール式反応器ヘッド技術と組み合わせることにより、個々の各反応器ヘッド構成要素は、異なる機能および目的のために、例えば、高速プロトタイピングまたは異なる機能のための厚さまたは組成勾配を有する膜の堆積を可能にするために、容易にカスタマイズ、設置、またはスワップアウトすることができる。

あらゆる実施形態において必要ではないが、本開示の薄膜または薄層堆積システムは、モジュール式反応器ヘッドに対する基板ステージによって保持される基板の位置を制御する基板位置決めシステムを含み得る。例えば、基板位置決めシステムは、基板ステージによって保持される基板を振動させ、それによって高スループットおよび高精度の堆積を可能にするリニアモータ位置決めシステムであり得る。リニアモータベースの基板位置決めシステムは、運動中に基板の上面を均一な高さに維持し得、これにより、モジュール式反応器ヘッドと基板との間の空間を、反応器位置決めシステムと組み合わせたときに正確に制御することが可能になる。

図１８は、基板ステージ１８００およびモジュール式反応器ヘッドの下の基板を振動させるために、花崗岩スラブ１８０２などの重質量の上に位置するリニアモータシステム１８０１に実装された基板ステージ１８００の実施形態の斜視図である。基板ステージ１８００および基板は、基板ステージ１０８および基板１０６に実質的に類似し得る。特定の一実施形態では、上部プレート１８０８および真空リザーバ１８１０を含む基板ステージ１８００は、リニアモータシステム１８０１に取り付けられ、これは、研磨された花崗岩スラブに実装され、移動ステージの運動によって引き起こされる振動を吸収する。代替の実施形態では、リニアモータシステム１８０１は、大きな質量および高い平坦度を有する表面に実装され得る。

リニアモータ位置決めシステム１８０１はまた、基板ステージ１８００および基板を変動する進行距離で振動させることによって、不均一な膜堆積を可能にし得る。振動アプローチは、この技術が基板振動の方向（図２の方向１２８）に厚さおよび組成勾配を作製することを可能にする。言い換えれば、振動中の進行距離を変動させることにより、膜の厚さおよび組成のうちの少なくとも１つがこの方向で変動し得る。

全体的に、本開示の薄膜堆積システムは、組成または厚さ勾配が、カスタマイズされた幾何学形状を有する前駆体ガス反応器チャネル開口部を使用して膜の幅にわたって生成され得る膜を堆積し得る。加熱された基板ステージの進行パターンを変動させることによって、膜の幅にわたって異なる厚さまたは組成勾配が生成され得る。

図１９は、モジュール式反応器ヘッドを有する薄膜を堆積するための方法１９００のフロー図を示す。

１９０２において、基板は、基板ステージ上にロードされる。基板ステージは、薄膜堆積システムの一部であり得る。基板ステージは、真空リザーバおよび複数の穴を含み得る。１９０４において、基板は、真空リザーバからの吸引によって基板ステージに固定される。吸引は、複数の穴を介して基板に提供され得る。

１９０６において、モジュール式反応器ヘッドと基板との間のギャップは、反応器ヘッド位置決めシステムを使用して調整される。反応器ヘッド位置決めシステムは、薄膜堆積システムの一部であり得る。ギャップを調整することは、モジュール式反応器ヘッドと基板との間の距離を制御することを含む。

１９０８において、前駆体ガスを含む多数の前駆体は、モジュール式反応器ヘッドに同時かつ連続的に送達される。多数の前駆体ガスは、それぞれの反応器チャネルを通過し、かつ基板に向けて配向されたそれぞれの反応器チャネル開口部を出ることによって、モジュール式反応器ヘッドを通過する。各前駆体ガスが基板に接触する位置は、モジュール式反応器ヘッド内のそれぞれの各前駆体ガスモジュール式構成要素の位置によって決定される。

１９１０において、基板は、モジュール式反応器ヘッドの下で振動し、材料は、モジュール式構成要素によって基板上に堆積され、それによって膜を形成する。基板は、基板位置決めシステムで振動し得る。基板配置システムは、薄膜堆積システムの一部であり得る。

１９１２において、堆積された膜の厚さが十分でない場合、方法は、１９１０に戻る。膜の厚さが十分である場合、１９１４において、基板は、基板ステージから取り外される。

図２０は、モジュール式反応器ヘッドを有する薄膜を堆積させるためのロールツーロール方法２０００のフロー図を示す。

２００２において、第１のロールの周りに巻かれた基板の連続したウェブは、第１のローラーにロードされ、第２のローラーに実装された第２のロールに結合される。

２００４において、第１のローラーと第２のローラーとの間の基板の張力は、自動的に調整される。２００６において、基板の温度は、調整される。温度調整は、基板を加熱することを含み得る。

２００８において、モジュール式反応器ヘッドと基板との間のギャップは、反応器ヘッド位置決めシステムを使用して調整される。反応器ヘッド位置決めシステムは、薄膜堆積システムの一部であり得る。ギャップを調整することは、モジュール式反応器ヘッドと基板との間の距離を制御することを含む。

２０１０において、前駆体ガスを含む多数の前駆体は、モジュール式反応器ヘッドに同時かつ連続的に送達される。多数の前駆体ガスは、それぞれの反応器チャネルを通過し、かつ基板に向けて配向されたそれぞれの反応器チャネル開口部を出ることによって、モジュール式反応器ヘッドを通過する。各前駆体ガスが基板に接触する位置は、モジュール式反応器ヘッド内のそれぞれの各前駆体ガスモジュール式構成要素の位置によって決定される。

２０１２において、基板は、モジュール式反応器ヘッドの下に巻かれ、材料（前駆体ガスなど）は、基板上に堆積され、それによって膜を形成する。基板が第１のロールの周りに巻かれている場合、基板は、第１のロールから第２のロールに基板を巻くことによって、モジュール式反応器ヘッドの下に巻かれ得る。基板が第２のロールの周りに巻かれている場合、基板は、第２のロールから第１のロールに基板を巻くことによって、モジュール式反応器ヘッドの下に巻かれ得る。

２０１４において、堆積された膜の厚さが十分でない場合、方法は、２０１２に戻る。膜の厚さが十分である場合、２０１６において、基板のウェブがアンロードされる。

いくつかの実施形態では、本開示は、異なる構成要素（加熱チャネル、冷却チャネル、プラズマ源など）を装備することができ、かつその構成要素が、限定されないが、ガスフローを制御し、かつＡＬＤシステム構成とＣＶＤシステム構成とを切り替える能力を提供する各構成要素についてのモジュール式構成要素ならびに調整可能な位置および高さを有する反応器ヘッド、所望の薄膜堆積条件を得るために隣接する前駆体ガススリットの温度を制御するための冷却／加熱チャネル、プラズマ源、ならびに／または堆積のスループットを増加させることができる拡張可能な反応器スリットなどの種々の構成で配列および位置決めすることができるモジュール式反応器ヘッドを対象とし得る。

別の実施形態では、本開示は、基板に対して反応器ヘッドを位置決めするためのシステムを対象とし得る。反応器ヘッドは、モジュール式であっても非モジュール式であってもよい。システムは、反応器ヘッドと基板との間の間隔をさらに制御し得、したがって、ＡＬＤモードとＣＶＤモードとの間の切り替えを可能にする。

別の実施形態では、本開示は、吸引および／または局所的な温度制御を有する加熱基板ステージを対象とし得る。一実施形態では、加熱基板ステージは、任意の基板の幾何学形状および厚さを保持することができる真空保持機構を含み得る。別の実施形態では、加熱基板ステージは、他のシステム構成要素から加熱された基板ステージの断熱材を含み得る。

別の実施形態では、本開示は、基板運動の方向に垂直な不均一な厚さおよび／または組成を有する膜の堆積を可能にする、スリットから均一または不均一な流れプロファイルを生成することができるカスタマイズ可能な前駆体ガススリット設計を対象とし得る

さらなる実施形態では、本開示は、ａ）振動を抑制し、それらの振動中に基板を均一な高さに維持して、基板とモジュール式反応器ヘッドとの間の間隔の正確な制御を可能にする、かつ／またはｂ）基板の運動の方向に不均一な厚さおよび／もしくは組成を有する膜の堆積を可能にする、モジュール式反応器ヘッドに対して基板を振動させるリニアモータ位置決めシステムを対象とし得る。これは、カスタマイズ可能な前駆体ガススリット設計と組み合わせて、直交する方向で異なる厚さおよび組成勾配を有する膜を生成することができる。

さらに別の実施形態では、本開示は、ハイスループット生成のためのロールツーロール技術ならびに／または基板のローディングおよびアンローディング機構を備えることができる多数の堆積システムを対象とし得る。

別の実施形態では、本開示は、モジュール式反応器ヘッド、例えば、酸化銅のＡＬＤを有する布地上の材料の薄層を、Ｎ９５マスクのための不織布に堆積させることを対象とし得る。生地に対する酸化銅の従来のスプレーコーティングまたは湿潤コーティングは、典型的には、マスクの性能に影響を与え得る生地の細孔を充填するが、酸化銅のＣＶＤおよび／またはＡＬＤは、従来のコーティング技術に対して、マスクの性能に対する効果が低下したマスクに抗ウイルスコーティングを提供し得る。

本開示は、好ましい実施形態およびその特定の実施例を参照して本明細書に例示および記載されてきたが、他の実施形態および実施例が同様の機能を実行し、かつ／または同様の結果を達成し得ることは、当業者には簡単に明らかであろう。そのような同等の実施形態および実施例はすべて、本開示の趣旨および範囲内である。

前述の説明では、説明の目的のために、実施形態の徹底的な理解を提供するために、多数の詳細が記載されている。しかしながら、これらの特定の詳細が必要でなくてもよいことは、当業者には明らかであろう。他の場合では、理解を不明瞭にしないために、周知の構造がブロック図形式で示され得る。例えば、本明細書に記載の実施形態の要素がソフトウェアルーチン、ハードウェア回路、ファームウェア、またはそれらの組み合わせとして実装されるかどうかについて、具体的な詳細は提供されない。

Claims (17)

1. 薄膜堆積システムとともに使用するためのモジュール式反応器ヘッドであって、
   モジュール式構成要素のセットであって、前記反応器ヘッド内の第１の方向で互いに隣接している、モジュール構成要素のセットを備え、
   前記モジュール式構成要素のセットが、互いに対して第２の方向に位置決めされ得、前記第２の方向が、前記第１の方向に対して実質的に垂直であり、
   前記モジュール式構成要素のセットが、少なくとも２つの前駆体ガスを基板上に堆積させるための少なくとも１つの前駆体ガスモジュール式構成要素を含む、モジュール式反応器ヘッド。
2. 前記モジュール式構成要素のセットが、少なくとも２つの前駆体ガスモジュール式構成要素を含む、請求項１に記載のモジュール式反応器ヘッド。
3. 前記少なくとも２つの前駆体ガスモジュール式構成要素が、少なくとも１つの他のモジュール式構成要素によって分離されている、請求項２に記載のモジュール式反応器ヘッド。
4. 前記モジュール式構成要素のセットのうちの少なくとも１つが、
   反応器チャネルと、
   反応器チャネル開口部と、を備える、請求項１に記載のモジュール式反応器ヘッド。
5. 前記反応器チャネル開口部が、前記反応器チャネル開口部の反対端よりも前記反応器チャネル開口部の一端でより高い出口速度を有するガス状または液体材料を送達する、請求項４に記載のモジュール式反応器ヘッド。
6. 前記モジュール式構成要素のセットが、前駆体流体構成要素、排気モジュール式構成要素、不活性ガスモジュール式構成要素、温度制御モジュール式構成要素、化学モジュール式構成要素、洗浄モジュール式構成要素、およびプラズマ源モジュール式構成要素のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のモジュール式反応器ヘッド。
7. 前記温度制御モジュール式構成要素が、
   前記温度制御モジュール式構成要素に隣接するモジュール式構成要素の温度を制御するための金属プレートを備える、請求項６に記載のモジュール式反応器ヘッド。
8. 前記温度制御モジュール式構成要素が、前記金属プレートを冷却するための冷却液または前記金属プレートを加熱するための加熱液のいずれかを受容するための反応器チャネルを備える、請求項７に記載のモジュール式反応器ヘッド。
9. 前記モジュール式構成要素のセットが、互いに対して所定の高さに実装されている、請求項１に記載のモジュール式反応器ヘッド。
10. 薄膜堆積システムであって、
    基板を支持するための基板ステージと、
    前記基板上に薄膜を堆積するためのモジュール式反応器ヘッドであって、前記モジュール式反応器ヘッドが、モジュール式構成要素のセットを含み、前記モジュール構成要素のセットが、前記反応器ヘッド内の第１の方向で互いに隣接しており、
    前記モジュール式構成要素のセットが、互いに対して第２の方向に位置決めされ得、前記第２の方向が、前記第１の方向に対して実質的に垂直であり、
    前記モジュール式構成要素のセットが、少なくとも２つの前駆体ガスを基板上に堆積させるための少なくとも１つの前駆体ガスモジュール式構成要素を含む、モジュール式反応器ヘッドと、
    前記基板ステージ上の前記基板に対して前記モジュール式反応器ヘッドを位置決めするためのモジュール式反応器ヘッド位置システムと、を備える、薄膜堆積システム。
11. 前記モジュール式反応器ヘッド位置システムが、線形変位システムを備える、請求項１０に記載の薄膜堆積システム。
12. 前記線形変位システムが、
    変位測定デバイスのセットと、
    線形アクチュエータのセットと、を備える、請求項１１に記載の薄膜堆積システム。
13. 前記モジュール式反応器ヘッド位置システムが、
    前記モジュール式反応器ヘッドと前記基板ステージとの間のギャップ制御のためのレベリングシステムを備える、請求項１０に記載の薄膜堆積システム。
14. 前記基板ステージが、
    前記基板ステージに対して前記基板を保持するための真空システムを備える、請求項１０に記載の薄膜堆積システム。
15. 前記基板ステージが、
    前記基板を支持するための上部プレートと、
    前記上部プレートを加熱するための加熱構成要素と、を備える、請求項１０に記載の薄膜堆積システム。
16. 前記基板ステージが、リニアモータシステムを備える、請求項１０に記載の薄膜堆積システム。
17. 前記前駆体流体モジュール式構成要素が、前駆体流体の堆積を制御するアクチュエータを備える、請求項６に記載のモジュール式反応器ヘッド。

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