TWI441273B - 用於薄膜形成之沈積系統 - Google Patents

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Description

用於薄膜形成之沈積系統
本發明一般係關於薄膜材料之沈積且更特定言之係關於一種用於將原子層沈積於一基板上之設備，該設備有利地允許複數個沈積施配頭，每一者將同時氣體流量引導至一基板上。特定言之，本發明係關於施配頭之對齊以獲得改良效能。
在廣泛用於薄膜沈積之該等技術中，化學汽相沈積(CVD)使用能夠在一反應室內反應以在一基板上沈積一所需膜的化學反應性分子。用於CVD應用之分子先驅物包含欲沈積膜的元素(原子)組分並一般還包括額外元素。CVD先驅物係揮發性分子，其係在一氣相下施配至一室內以便在基板處反應，從而在其上形成薄膜。該化學反應沈積具有一所需膜厚度的一薄膜。
大多數CVD技術普遍需要施加一或多個分子先驅物之一良好控制通量至CVD反應器內。一基板係在受控制壓力條件下保持在一良好控制的溫度下以促進在該些分子先驅物之間的化學反應，同時有效率移除副產物。獲得最佳CVD效能要求在整個程序中獲得並維持氣體流量、溫度及壓力之穩態條件之能力以及最小化或排除瞬態之能力。
尤其係在半導體、積體電路及其他電子裝置領域內，一直存在對具有出色保形塗佈性質、超出傳統CVD技術之可達到限制之薄膜(尤其係更高品質、更密集膜)之需求，尤 其係可在更低溫度下製造的薄膜。
原子層沈積(「ALD」)係一種替代性膜沈積技術，與其CVD前身技術相比，其可提供改良厚度解析度與保形能力。該等ALD程序將傳統CVD之傳統薄膜沈積程序分段成單一原子層沈積步驟。較有利的係，ALD步驟係自我終止的並可在進行直至或超過自我終止曝露時間時沈積一原子層。一原子層一般在從0.1至0.5個分子單層之範圍內變化，典型尺寸在不超過數埃()之級數上。在ALD中，沈積一原子層係在一反應性分子先驅物與基板之間的一化學反應之結果。在每一單獨的ALD反應－沈積步驟中，淨反應沈積所需原子層並實質上排除最初包括於分子先驅物內的「額外」原子。在其最純的形式下，ALD涉及在缺少該反應之另一先驅物或多個先驅物時該等先驅物之每一者之吸附與反應。實務中，在任一系統中，均難以避免不同先驅物之某種直接反應，從而引起小量的化學汽相沈積反應。任一聲稱執行ALD之系統之目的係在認識到小量的CVD反應可以容忍的同時，獲得與一ALD系統相稱的裝置效能及屬性。
在ALD應用中，一般在單獨階段將兩個分子先驅物引入於ALD反應器內。例如，一金屬先驅物分子MLx 包含一金屬元素M，其係鍵結至一原子或分子配位基L。例如，M可能係(但不限於)Al、W、Ta、Si、Zn等。該金屬先驅物在基板表面準備直接與該分子先驅物反應時與基板反應。例如，基板表面一般準備以包括與該金屬先驅物反應的含氫 配位基、AH等。硫(S)、氧(O)及氮(N)係一些典型A物種。該氣態金屬先驅物分子與基板表面上的所有配位基有效地反應，從而導致該金屬之一單一原子層之沈積：基板－AH＋MLx → 基板－AMLx－1 ＋HL(1)其中HL係一反應副產物。在反應期間，消耗該等初始表面配位基AH，然後表面變成以L配位基所覆蓋，該等配位基無法與金屬先驅物MLx 進行進一步反應。因此，該反應在使用AMLx－1 物種取代基板上的所有初始AH配位基時自我終止。反應階段一般會跟隨一惰性氣體沖洗階段，其從室中排除過多金屬先驅物，之後單獨引入一第二反應物氣態先驅物材料。
接著使用該第二分子先驅物來朝該金屬先驅物回復基板之表面反應性。此係(例如)藉由移除該等L配位基並重新沈積AH配位基來完成。在此情況下，該第二先驅物一般包含所需(通常係非金屬)元素A(即，O、N、S)與氫(即，H2 O、NH3 、H2 S)。下一反應係如下：基板－A－ML＋AHY → 基板－A－M－AH＋HL(2)此將表面轉換回成其AH覆蓋狀態。(此處，簡化起見，該等化學反應係不平衡的。)將所需額外元素A併入於膜內並作為揮發性副產物來排除非所需的配位基L。再次，該反應消耗該等反應位置(此時該等L終止位置)並在完全耗盡基板上的該等反應位置時自我終止。接著藉由在一第二沖洗階段流動惰性沖洗氣體來從沈積室中移除該第二分子先 驅物。
總而言之，則基本ALD程序要求依序交替化學品通量至基板。如上所論述，代表性ALD程序係具有四個不同操作階段的一循環：1. MLx 反應；2. MLx 沖洗；3. AHy 反應；以及4. AHy 沖洗，然後返回至階段1。
ALD一般已用於沈積無機化合物，其中金屬先驅物曾為鹵化物、烷氧化物、二酮酸鹽螯合物或有機金屬化合物。當分別沈積氧化物、氮化物或硫化物時，該第二先驅物一般曾為一氧、氮或硫來源。儘管相對較少見，但也已知藉由ALD來沈積有機化合物或有機/無機摻合層。在該些情況下，可仍具有一交替序列的自我限制反應，除了由此一程序所產生之限制層可能係與原子相反的一分子層外。據此，此類技術還可稱為分子層沈積(MLD)，但基本概念與沈積裝備類似於ALD程序與裝備，故「ALD」在本文中也引用此類分子層沈積。有機膜之原子層(分子層沈積)之一範例可見諸於Matti Putkonen等人在The Journal ofMaterials Chemistry(材料化學期刊) 中所著之「Atomic Layer Deposition of Polyimide Thin Films(聚醯亞胺薄膜之原子層沈積)」。
具有介入沖洗操作的此交替表面反應與回復基板表面至其初始反應狀態之先驅物移除之重複序列係一典型ALD沈 積循環。ALD操作之一關鍵特徵係回復基板至其初始表面化學條件。使用此組重複步驟，可以相等計量層將一膜層疊於基板上，該等相等計量層在化學動力學、每循環沈積、組成物及厚度上均相同。
ALD可用作用於形成若干類型薄膜電子裝置之一製作步驟，包括半導體裝置及支援電子組件，諸如電阻器及電容器、絕緣物、匯流排線及其他傳導結構。ALD特別適用於在電子裝置之組件內形成金屬氧化物薄層。可使用ALD沈積的一般功能性材料種類包括導體、介電質或絕緣物及半導體。
導體可以係任何有用傳導材料。例如，該等導體可能包含透明材料，諸如氧化銦錫(ITO)、經摻雜之氧化鋅ZnO、SnO2 或In2 O3 。導體之厚度可能會有所不同，且依據特定範例，其可在從50至1000 nm之範圍內變化。
有用的半導體材料之範例係化合物半導體，諸如砷化鎵、氮化鎵、硫化鎘、本質氧化鋅及硫化鋅。
一介電材料電絕緣一圖案化電路之各種部分。一介電層還可稱為一絕緣物或絕緣層。用作介電質之材料之特定範例包括鍶酸鹽、鉭酸鹽、鈦酸鹽、鋯酸鹽、氧化鋁、氧化矽、氧化鉭、氧化鉿、氧化鈦、硒化鋅及硫化鋅。此外，該些範例之合金、組合及多層可用作介電質。在該些材料中，氧化鋁係較佳。
一介電結構層可能包含具有不同介電常數的二或多個層。此類絕緣物係論述於美國專利第5,981,970號與共同待 審美國專利公開案第2006/0214154號中。介電材料一般展現大於5 eV的一帶隙。一有用介電層之厚度可能會有所不同，且依據特定範例，其可在從10至300 nm之範圍內變化。
可使用以上所說明之功能層來製造若干裝置結構。一電阻器可藉由選擇具有適度至較差導電率的一傳導材料來加以製作。一電容器可藉由將一介電質放置於兩個導體之間來加以製造。一二極體可藉由將兩個互補載子型半導體放置於兩個傳導電極之間來加以製造。還可能在該等互補載子型半導體之間佈置一本質半導體區域，指示該區域具有較低數目的自由電荷載子。一二極體還可藉由在兩個導體之間放置一單一半導體來加以構造，其中該等導體/半導體介面之一者產生一肖特基(Schottky)阻隙，其在一方向上強烈地阻止電流流動。一電晶體可藉由在一導體(閘極)上放置一絕緣層，隨後一半導體層來加以製造。若接觸該頂部半導體層來隔開放置二或多個額外導體電極(源極與汲極)，則可形成一電晶體。可以各種組態來建立以上裝置之任一者，只要建立必要介面即可。
在一薄膜電晶體之典型應用中，需要可控制電流流過該裝置的一開關。如此，期望在該開關開數時，一較高電流可流過裝置。電流流動之程度係與半導體電荷載子遷移率相關。當該裝置關閉時，期望電流流動極小。此係與電荷載子濃度相關。而且，一般較佳的係，可見光很少或不會影響薄膜電晶體回應。為了使此點真實，半導體帶隙應充 分大(>3 eV)，使得曝露於可見光不會引起一帶間躍遷。一能夠產生一高遷移率、低載子濃度及高帶隙之材料係ZnO。而且，為了大量製造於一移動腹板上，非常期望用於該程序之化學既便宜又低毒性，此點可藉由使用ZnO及其大多數先驅物來滿足。
自我飽和表面反應使ALD對於傳輸非均勻性相對地不敏感，否則可能由於工程容限與流動系統之該等限制或關於表面佈局(即，沈積至三維、高縱橫比結構內)而削弱表面均勻性。作為一一般規則，在一反應程序中的一不均勻化學品通量一般會導致在表面區域之不同部分上的不同完成時間。然而，使用ALD，允許該等反應之每一者在整個基板表面上完成。因而，完成動力學差異不強加任何損失或均勻性。此係因為先完成反應的區域自我終止反應；其他區域能夠繼續直至全部處理表面經歷預期反應。
一般而言，一ALD程序在一單一ALD循環中沈積0.1至0.2 nm的一膜(如更早所列出，一個循環具有編號步驟1至4)。應獲得一有用且經濟上可行的循環時間，以便為許多或大多數半導體應用提供在從3 nm至30 nm之一範圍的一均勻膜厚度，且甚至為其他應用提供更厚的膜。依據產業產量標準，較佳的係在2分鐘至3分鐘內處理基板，其意味著ALD循環時間應在從0.6秒至6秒之一範圍內。
ALD為提供一受控制位準的高度均勻薄膜沈積呈現相當可觀的前景。然而，儘管其固有技術能力及優點，但仍存在若干技術障礙。一重要的考量係與所需循環之數目有 關。因為其重複反應物與沖洗循環，有效地使用ALD一直要求一種能夠將化學品通量從MLx 突然變成AHy 以及快速執行沖洗循環的設備。傳統ALD系統係設計以按所需序列來快速循環不同氣態物質至基板上。然而，難以獲得一種用於以所需速度並無某種不必要混合地將所需系列氣態配方引入於一室內的可靠配置。而且，一ALD設備應能夠為許多循環有效率地且可靠地實行此快速序列化以便允許具成本效益地塗佈許多基板。
為了努力最小化一ALD反應到達自我終止所需之時間，在任一給定反應溫度下，一方案曾係使用所謂的「脈動」系統來最大化流入ALD反應器內的化學品通量。為了最大化化學品通量至ALD反應器內，較有利的係最低限度地稀釋惰性氣體並在高壓下將該等分子先驅物引入ALD反應器內。然而，該些措施針對獲得較短循環時間與從ALD反應器中快速移除該些分子先驅物之需要而起作用。快速移除進而支配須最小化在ALD反應器內的氣體駐留時間。氣體駐留時間τ係與反應器之體積V、在ALD反應器內的壓力P以及流量Q的倒數成比例，即：τ＝VP/Q(3)
在一典型ALD室內，體積(V)與壓力(P)係由該等機械及抽運約束來獨立地支配，從而引起難以精確地控制該駐留時間為較低值。據此，降低ALD反應器內的壓力(P)促進較低氣體駐留時間並增加從ALD反應器移除(沖洗)化學先驅 物之速度。對比之下，最小化ALD反應時間要求透過使用在ALD反應器內的一高壓來最大化化學品先驅物通量至ALD反應器內。此外，氣體駐留時間與化學品使用效率兩者係與該流量成反比。因而，雖然降低流量可增加效率，但其也會增加氣體駐留時間。
一直使用在縮短反應時間，改良化學利用效率之需要與另一方面最小化沖洗氣體駐留及化學品移除時間之需要之間的交換來折衷現有ALD方案。用以克服氣態材料「脈動」施配之固有限制的一方案係連續地提供每一反應物氣體並相繼地移動基板穿過一包含每一氣體之區域。在該些系統中，應運用某機構來將一特定氣體限制於一空間區域，以便基板可在其移動期間取樣所有氣體，但該等個別相互反應性氣體無法混合而引起不合需要的CVD沈積。此類系統可稱為空間限制ALD系統。例如，授予Yudovsky的美國專利第6,821,563號，標題為「用於循環層沈積之氣體分配系統」說明一種處理室，在真空下，其具有用於先驅物與沖洗氣體的單獨氣體埠，使真空幫浦埠在每一氣體埠之間交替。每一氣體埠將其氣體串流垂直向下引向一基板。該等單獨氣體流量係藉由壁或隔板來加以分離，在每一氣體串流之兩側具有用於抽空氣體的真空幫浦。每一隔板之一下部部分延伸靠近基板，例如距基板表面0.5 mm或更大。依此方式，該等隔板之下部部分係與基板表面分離一距離，其足以允許該等氣體串流在該等氣體串流與基板表面反應之後在該等下部部分周圍流向該等真空埠。
提供一旋轉轉盤或其他傳輸裝置用於保持一或多個基板晶圓。使用此配置，將基板在不同氣體串流之下穿梭，藉此實現ALD沈積。在一具體實施例中，基板係在一線性路徑內移動穿過一室，在室內往返傳遞基板若干次。
使用連續氣體流量之另一方案係顯示於授予Suntola等人的美國專利第4,413,022號，標題為「METHOD FOR PERFORMING GROWTH OF COMPOUND THIN FILMS(用於執行化合物薄膜生長之方法)」中。一氣體流量陣列具備交替來源氣體開口、載體氣體開口及真空排放開口。再次，基板在該陣列上的往復運動實現ALD沈積，而不需要脈動操作。在圖13及14之具體實施例中，特定言之，在一基板表面與反應性蒸汽之間的循序相互作用係藉由基板在一固定來源開口陣列上的一往復運動來進行。擴散阻障係藉由在排放開口之間具有一載體氣體開口來加以形成。Suntola等人聲明，甚至在大氣壓力下仍可進行使用此一具體實施例之操作，但很少或不提供該程序之細節或範例。
雖然諸如在'563 Yudovsky與'022 Suntola等人專利中所說明之該等者的系統可避免脈動氣體方案所固有的該等困難之一些者，但該些系統具有其他缺點。'563 Yudovsky專利之氣體流量施配單元或'022 Suntola等人專利之氣體流量陣列均無法用於比0.5 mm更緊密地近接基板。'563 Yudovsky與'022 Suntola等人專利中所揭示之氣體流量施配設備均不配置用於可與一移動腹板表面一起使用，諸如可用作用於形成(例如)電子電路、光感測器或顯示器之一撓性基板。 '563 Yudovsky專利之氣體流量施配單元與'022 Suntola等人專利之氣體流量陣列之複雜配置由於每一者提供氣體流量與真空兩者，使得該些解決方案難以實施、比例縮放昂貴並將其潛在可用性限制於至一有限尺寸之移動基板上的沈積應用。而且，將會極難以在一陣列內的不同點處維持一均勻真空並在互補壓力下維持同步氣體流量與真空，從而折衷提供至基板表面之氣體通量之均勻性。
授予Selitser的美國專利公開案第2005/0084610號揭示一種大氣壓力原子層化學汽相沈積程序。Selitser聲明，藉由將操作壓力改變成大氣壓力獲得異常反應速率增加，其將涉及反應物濃度之數量級增加，結果提高表面反應物速率。Selitser之該等具體實施例涉及用於該程序之每一階段的單獨室，但在2005/0084610中的圖10顯示其中移除室壁的一具體實施例。一系列分離注射器係在一旋轉圓形基板支架軌道周圍間隔。每一注射器併入獨立操作的反應物、沖洗及排放氣體歧管及控制並在每一基板在該程序中在該處下面穿過時用作用於每一基板的一完整單層沈積及反應物沖洗循環。Selitser很少或沒有說明該等氣體注射器或歧管之特定細節，但據聲明，選擇該等注射器之間隔，使得藉由沖洗氣體流量與併入每一注射器內的排放歧管來防止來自相鄰注射器之交叉污染。
用於在一ALD處理裝置內空間限制氣體之另一方案係說明於以上所引述之美國公開案第2007/0228470號中，其揭示一種橫向流動ALD裝置。在此一裝置中，彼此平行地引 導各種氣體並因而藉由限制逆流流動程度來限制任一氣體互混。
用於允許氣體隔離之一有效率方法係美國專利申請案第11/620,738號之浮動頭ALD裝置。在此裝置中，流動中反應性及沖洗氣體之壓力係用作一構件以分離塗佈頭與基板。由於在此一系統中可產生相對較大的壓力，故迫使氣體在良好界定的路徑中行進並因而排除非所需的氣體互混。
授予Kerr等人的共同指派美國專利第5,838,345號、授予Kerr的第5,997,119號以及授予Kerr的第6,677,975號係關於用於維持一列印頭或一成像子系統之位置關係的設備。例如，美國專利第5,838,345號係關於一種用於在一車床床台掃描器內維持一列印頭之位置關係的設備，該設備包含用於支撐該車床床台掃描器之列印頭的一第一條。一磁體係相鄰該第一條定位用於磁性吸引該第一條，其進而維持該條及因此該列印頭之位置關係。
待解決的問題
因為在該ALD沈積程序中的一單一循環僅在原子之一原子層之級數上沈積，一典型薄膜沈積要求許多生長循環。通常一原子層具有在1埃()之級數上的一厚度。由於在半導體系統中的許多膜係在1000或更厚之級數上，故此類生長將因此要求在1000或更多個ALD循環之級數上。在關於空間相依ALD的以上所引述參考文獻之許多者中，提出使用一相對更小沈積區域來實現大量ALD循環，該相對更 小沈積區域在基板上以某類重複或往復運動來移動。
鑑於上述，產量考量以及排除不必要機械組件已將申請者引向具有一單一較大靜止塗佈區域之重要優點。建立此一較大沈積區域可能難以藉由建立一單一單石沈積施配頭來實現。該困難由數個因素所引起。首先，此類較長頭將會由數千零件所組成，故一成功構造施配頭將要求在沒明顯缺陷情況下裝配此大量零件。而且，安裝並處理一極大施配頭成為一整體沈積系統可能存在一明顯問題。最後，若該施配頭在操作中損壞，則替換一單一較大施配頭將會極昂貴且耗時。
一單一較大施配頭之一替代方案係構造複數個施配頭，每一者包含一獨立模組。除了在該沈積系統之一塗佈(沈積)區段內的複數個模組外，一整體沈積系統之一模組可視需要地還代表一完整進入區段或退出區段。或者，每一給定區段可由若干模組來加以構造。
在許多前述空間相依ALD系統之情況下，一成功塗佈操作取決於使每一施配頭或其輸出面極近接正使用一薄膜塗佈之基板之表面。在較佳具體實施例中，期望小於50微米的一空間分離。在由模組所構成之一系統中，將一基板(諸如一片玻璃)從該一模組傳輸至其相鄰者。考量該基板將如何靠近一塗佈模組之輸出面，較關鍵的係一相鄰塗佈模組之輸出面極精確地對齊該第一模組之輸出面。因此必需設計一機構來在複數個模組中提供每一塗佈模組及其輸出面相對於其他塗佈模組及其輸出面之極精確定位與對 齊。
本發明係關於一種用於在一ALD系統中維持在至少兩個模組之間對齊或位置關係的設備，該設備包含：(a)在該ALD系統之一塗佈區段內的複數個塗佈模組；(b)至少一第一條與一第二條，其用於支撐至少一第一塗佈模組與一第二塗佈模組；以及(c)至少一第一條安裝結構與一第二條安裝結構，其用於分別支撐該第一條與該第二條；其中該至少兩個塗佈模組之每一者係由該第一條與該第二條來加以支撐，其中該至少兩個塗佈模組與該第一條及該第二條之組合為該至少兩個塗佈模組之該等輸出面界定一塗佈區段輪廓。
在一較佳具體實施例中，一種沈積系統包括一進入區段；一塗佈區段，其包含複數個塗佈模組或施配頭；及一退出區段，其中來自該等施配頭之該等氣體流量之一或多者提供一壓力，其至少貢獻於該基板之該表面與該等施配頭之該等輸出面之分離。
本發明之另一態樣係關於一種製造以上所說明設備之方法，其中該塗佈區段輪廓係由在該等條安裝結構內的複數個磁體來加以界定，且其中該複數個磁體之位置係使用一主控設定工具來加以設定。
特定言之，此發明提供一機械構件，其提供可以一具成本效率方式來製造的用於以上設備之模組，同時仍提供一 塗佈模組之輸出面與至少一相鄰模組之輸出面之極佳對齊。
在一較佳具體實施例中，可連續移動一正經歷薄膜沈積之基板來操作該系統，其中該系統能夠輸送該支撐物或一腹板經過該分配頭，較佳的係在對處於一實質上大氣壓力之周邊環境未密封的一環境內。
本發明之一優點在於，其可提供一種用於原子層沈積於一基板上的緊密設備，其完全適用於若干不同類型的基板與沈積環境。
本發明之另一優點在於，在較佳具體實施例中，其允許在大氣壓力條件下操作。
本發明之又另一優點在於，其可適應於沈積在一腹板或其他移動基板上，包括沈積於一大面積基板上。
本發明之又另一優點在於，其可在大氣壓力下在較低溫度程序中運用，該程序可在向周邊環境大氣開放的一未密封環境內來實施。本發明之方法允許更早在等式(3)中所示之關係來控制氣體駐留時間τ，從而允許減少駐留時間τ，系統壓力及體積由一單一變數(氣體流量)來加以控制。
結合其中顯示並說明本發明之一解說性具體實施例的該等圖式，在閱讀下列詳細說明之後，習知此項技術者將會清楚本發明之該些及其他目標、特徵及優點。
本說明書特定關於形成依據本發明之設備之部分或與其更直接協作的元件。應明白未明確顯示或說明的元件可採 用為習知此項技術者所熟知的各種形式。
為了下列說明，術語「氣體」或「氣態材料」在一廣泛意義上用以涵蓋一蒸發或氣態元素、化合物或材料之範圍之任一者。本文所使用之其他術語，諸如：反應物、先驅物、真空及惰性氣體，均具有其為習知材料沈積技術者所清楚明白之傳統含義。所提供的該等圖式均未按比例繪製，而意在顯示本發明之一些具體實施例之整體功能與結構配置。
對於許多薄膜應用而言，基板常視為可能平坦或可能不平坦的一材料薄片。典型基板之範例係玻璃、金屬或塑膠之薄片。或者，該欲塗佈基板可能係任意形狀的一剛性物件，只要該沈積頭能夠實現緊密近接該物件之表面即可。此類物件之範例可能係圓柱鼓或球形物件。在一基板不完美平坦之情況下，從該頭至該基板之距離可在沈積區域上適當地平均化。
為了下列說明，重疊具有其傳統含義，其中以此一方式將元件放在另一者頂部或上面，使得一元件之部分對齊另一元件之對應部分且其周長通常係一致。
術語「上游」及「下游」具有其與氣體流量之方向相關之傳統含義。
雖然此發明可有用於若干空間ALD系統之任一者，但一特佳空間ALD系統包含以下所說明之設備之具體實施例，其提供傳統ALD方案之一明顯背離，運用一改良分配裝置用於施配氣態材料至一基板表面，可調適以沈積於更大且 以腹板為主或腹板支撐的基板並能夠以改良產量速度來實現一高度均勻的薄膜沈積。該設備及方法運用連續(與脈動相反)氣態材料分配。該設備允許在大氣壓力或接近大氣壓力下以及在真空下操作並能夠在一未密封或露天環境內操作。
參考圖1，顯示依據本發明之一種用於原子層沈積於一基板20上之施配頭10之一具體實施例之一斷面側視圖。施配頭10具有一氣體入口導管14，其用作用於接受一第一氣態材料的一入口埠；一氣體入口導管16，其用於接受一第二氣態材料的一入口埠；及一氣體入口導管18，其用於接受一第三氣態材料的一入口埠。該些氣體係經由輸出通道12在一沈積輸出面36處發出，該等輸出通道具有一可包括一擴散器之結構配置，如隨後所說明。在圖1及隨後圖2至3B內的虛線箭頭係指從施配頭10至基板20的氣體施配。在圖1中，點線箭頭還指示用於氣體排放之路徑(此圖中顯示為朝上)及排放通道22，該等排放通道係與提供一排放埠之一排放導管24連通。為了簡化說明，在圖2至3B中未指示氣體排放。因為該等排放氣體仍可能包含大量未反應先驅物，故允許主要包含一反應性物種的一排放流量與主要包含另一物種的流量混合可能不合需要。因此，公認該施配頭10可包含數個獨立的排放埠。
在一具體實施例中，氣體入口導管14與16係調適以接受在該基板表面上循序反應以實現ALD沈積之第一與第二氣體，而氣體入口導管18接收相對於該等第一及第二氣體為 惰性之一沖洗氣體。施配頭10係與基板20隔開一距離D，該基板可提供於一基板支撐物上，如隨後所更詳細說明。可藉由移動基板20、藉由移動施配頭10或藉由移動基板20與施配頭10兩者在基板20與施配頭10之間提供往復運動。在圖1所示之特定具體實施例中，基板20係以往復方式橫跨沈積輸出面36由一基板支撐物96移動，如箭頭A及圖1中在基板20之左邊及右邊的假想外形所指示。應注意，並不始終需要往復運動用於使用施配頭10的薄膜沈積。亦可提供在基板20與施配頭10之間的其他類型的相對運動，例如基板20或施配頭10在一或多個方向上移動，如隨後所更詳細說明。
圖2之斷面圖顯示在施配頭10之沈積輸出面36之一部分上所發出的氣體流量(如更早所述省略排放路徑)。在此特定配置中，每一輸出通道12係與圖1中所見之氣體入口導管14、16或18之一者氣態流量連通。每一輸出通道12一般施配一第一反應物氣態材料O或一第二反應物氣態材料M或一第三惰性氣態材料I。
圖2顯示一相對較基本或簡單的氣體配置。構思在一薄膜單一沈積中可在各種埠處循序施配複數個非金屬沈積先驅物(如材料O)或複數個含金屬先驅物材料(如材料M)。替代性地，一反應物氣體混合物(例如金屬先驅物材料之一混合物或金屬與非金屬先驅物之一混合物)可在製造複雜薄膜材料(例如具有交替金屬層或具有更少數量的摻雜物混合於一金屬氧化物材料內)時在一單一輸出通道處施 加。應注意，用於一惰性氣體(又稱為一沖洗氣體)的一中間串流(標注為I)分離其中該等氣體可能彼此反應的任一反應物通道。第一及第二反應物氣態材料O與M彼此反應以實現ALD沈積，但反應物氣態材料O或M均不與惰性氣態材料I反應。圖2及下列中所使用的命名暗示一些典型類型的反應物氣體。例如，第一反應物氣態材料O可能係一氧化氣態材料；第二反應物氣態材料M將會係一含金屬化合物，諸如一含鋅材料。惰性氣態材料I可能係氮、氬、氦或在ALD系統中常用作沖洗氣體的其他氣體。惰性氣態材料I相對於第一或第二反應物氣態材料O及M為惰性。在第一及第二反應物氣態材料之間的反應將會在一具體實施例中形成用於半導體的一金屬氧化物或其他二元化合物，諸如氧化鋅ZnO或Zns。在兩個以上的反應物氣態材料之間的反應可能會形成一三元化合物，例如ZnAlO。
圖3A及3B之斷面圖以簡化示意形式顯示隨著在施配反應物氣態材料O與M時基板20沿施配頭10之沈積輸出面36穿過時執行ALD塗佈操作。在圖3A中，基板20之表面先接收從指定作為施配第一反應物氣態材料O之輸出通道12所連續發出的一氧化材料。該基板之表面現包含一部分反應形式的材料O，其易於與材料M反應。接著，隨著基板20穿過進入第二反應物氣態材料M之金屬化合物之路徑，發生與M之反應，從而形成一金屬氧化物或可由兩個反應物氣態材料形成的某種其他薄膜材料。不同於傳統解決方案，圖3A及3B所示之沈積序列係在用於一給定基板或其 指定區域的沈積期間連續而不是脈動。即，隨著基板20穿過施配頭10之表面或相反地隨著施配頭10沿基板20之表面穿過而連續發出材料O及M。
如圖3A及3B所示，惰性氣態材料I係在第一及第二反應物氣態材料O及M之該等流量之間提供於交替輸出通道12內。應注意，如圖1所示，存在排放通道22，但較佳的係沒有真空通道散佈於該等輸出通道12之間。僅需要提供一小量吸引的排放通道22來排出發出自施配頭10並用於處理之用盡氣體。
用於施配頭10之操作的一態樣係關於其針對基板20提供氣體壓力，使得藉由所施加壓力之作用力來至少部分地維持分離距離D。藉由在沈積輸出面36與基板20之表面之間維持某數量的氣體壓力，本發明之設備提供一空氣軸承之至少某部分或更適當而言一氣體流體軸承，用於施配頭10自身或用於基板20。此配置有助於簡化用於施配頭10之傳輸要求，如隨後所說明。重要的係，允許該施配頭接近該基板使得其由氣體壓力來支撐之效應有助於提供該等氣體串流之間的隔離。藉由使該頭在該些串流上浮動，在該等反應性及沖洗流量區域內設立壓力場，其引起從入口引導該等氣體來排放而很少或不與其他氣體串流互混。
在一具體實施例中，由於分離距離D相對較小，甚至一較小距離D變化(例如，甚至100微米)仍將會要求流動速率並因此提供分離距離D之氣體壓力的一明顯變化。例如，在一具體實施例中，加倍分離距離D(涉及小於1 mm的一 變化)將會必需將提供分離距離D之氣體之流動速率加兩倍以上，較佳的係四倍以上。作為一一般原理，認為在實務中更有利的係最小化分離距離D並因此以減低流動速率來操作。
針對在一具體實施例中的整體裝配件之一小部分，圖4之分解圖顯示如何可由一組孔徑板來構造施配頭10並顯示僅用於該等氣體之一者之一部分的一範例性氣體流動路徑。用於施配頭10的一連接板100具有一系列輸入埠104用於連接至氣體供應器，該等氣體供應器係施配頭10之上游且在圖4中未顯示。每一輸入埠104係與一引導室102連通，該引導室引導所接收的氣體往下流至一氣體室板110。氣體室板110具有一供應室112，其係與在一氣體引導板120上的一個別引導通道122氣體流量連通。從引導通道122，氣體流量前進至在一基底板130上的一特定伸長排放通道134。一氣體擴散器單元140在其沈積輸出面36處提供輸入氣體的擴散及最後施配。一範例性氣體流量F1係順著穿過施配頭10之該等組件裝配件之每一者。在本申請案中，圖4所示之x－y－z軸定向也適用於圖5A及7。
如圖4之範例所示，施配頭10之施配裝配件150係形成為一重疊孔徑板配置：連接板100、氣體室板110、氣體引導板120及基底板130。在此「水平」具體實施例中，該些板係實質上平行於沈積輸出面36而佈置。氣體擴散器單元140也可由重疊孔徑板來形成，如隨後所說明。可瞭解到，圖4所示之該等板之任一者自身可由一重疊板堆疊來 製成。例如，可能較有利的係由適當耦合在一起的四或五個堆疊孔徑板來形成連接板100。此類型配置可比用於形成引導室102與輸入埠104之加工或模製方法更簡單。
氣體擴散器單元140可用以等化穿過提供該等氣態材料至該基板之輸出通道的流量。美國專利申請案第11/620,740號，標題為「DELIVERY DEVICE FOR DEPOSITION(沈積之施配設備裝置)」揭示可視需要地運用的各種擴散器系統。可在該施配頭內替代性地提供用於擴散氣態材料及/或提供所需背壓的其他構件。或者，該輸出通道可用以不使用一擴散器來提供該等氣態材料，如在授予Suntola等人的美國專利第4,413,022號中。藉由提供未經擴散的流量，可獲得更高產量，可能以更少均質沈積為代價。另一方面，一擴散器系統尤其有利於以上所說明之一浮動頭系統，由於其可在該施配裝置內提供促進該頭之浮動的一背壓。
圖5A至5D顯示該等主要組件之每一者，該等主要組件係在圖4之具體實施例中組合在一起以形成施配頭10。圖5A係連接板100之一透視圖，其顯示多個引導室102。圖5B係氣體室板110之一平面圖。一供應室113係在一具體實施例中用於施配頭10的沖洗或惰性氣體。在一具體實施例中，一供應室115為一先驅物氣體(O)提供混合；一排放室116為此反應性氣體提供一排放路徑。類似地，一供應室112提供其他所需反應性氣體、金屬先驅物氣體(M)；一排放室114為此氣體提供一排放路徑。
圖5C係在此具體實施例中用於施配頭10之氣體引導板120之一平面圖。提供一金屬先驅物材料(M)的多個引導通道122係以一圖案配置用於連接適當的供應室112(此視圖中未顯示)與基底板130。對應排放引導通道123係定位於引導通道122附近。引導通道90提供另一先驅物材料(O)並具有對應排放引導通道91。引導通道92提供沖洗氣體(I)。再次應強調，圖4及5A至5D顯示一解說性具體實施例；許多其他具體實施例亦可行。
圖5D係用於施配頭10之基底板130之一平面圖。基底板130具有多個伸長發出通道132，其係與排放通道134交錯。
圖6係顯示由水平板所形成之基底板130並顯示輸入埠104的一透視圖。圖6之透視圖顯示基底板130之外表面，其係從輸出側檢視並具有伸長發出通道132與伸長排放通道134。參考圖4，圖6之視圖係從面向氣體擴散器單元140之側獲取。
圖7之分解圖顯示用以形成一可選氣體擴散器單元140之一具體實施例之組件的基本配置，如用於圖4之具體實施例與隨後所說明之其他具體實施例中。該些包括一噴嘴板142，其係顯示於圖8A之平面圖內。如圖6、7及8A之視圖所示，噴嘴板142安裝於基底板130上並從伸長發出通道132獲得其氣體流量。在所示具體實施例中，輸出通路143提供所需氣態材料。循序第一排放槽180係提供於該排放路徑內，如隨後所說明。
參考圖8B，與板142及148(顯示於圖7中)協作來擴散的一氣體擴散器板146係安裝於噴嘴板142上。在噴嘴板142、氣體擴散器板146及面板148上的各種通路之配置係最佳化以為氣體流量提供所需數量的擴散並同時有效率地引導排放氣體遠離基板20之表面區域。槽182提供排放埠。在所示具體實施例中，形成第二擴散器輸出通路147與排放槽182的氣體供應槽在氣體擴散器板146內交替。
如圖8C所示，一面板148接著面向基板20。對於此具體實施例，用於提供氣體的第三擴散器輸出通路149與排放槽184再次交替。
圖8D集中於透過氣體擴散器單元140之氣體施配路徑；圖8E接著以一對應方式顯示氣體排放路徑。參考圖8D，對於一組代表性氣體埠，顯示在一具體實施例中用於為一輸出流量F2徹底擴散反應物氣體之整體配置。來自基底板130(圖4)之氣體係透過在噴嘴板142上的第一輸出通路143來加以提供。該氣體前往下游至在氣體擴散器板146上的一第二擴散器輸出通路147。如圖8D所示，在一具體實施例中在通路143與147之間可能存在一垂直偏移(即，使用圖7所示之水平板配置，垂直係相對於該等水平板之平面而垂直)，從而有助於產生背壓並因此促進一更均勻的流量。該氣體接著更遠地前往下游至面板148上的一第三擴散器輸出通路149。該等不同輸出通路143、147及149可能不僅空間偏移，而且還可能具有不同的幾何形狀來最佳化混合。
在不存在可選擴散器單元的情況下，在該基底板內的該等伸長發出通道132可用作用於施配頭10之該等輸出通道12而不是該等第三擴散器輸出通路149。
圖8E象徵性地追蹤在一類似具體實施例中提供用於排出氣體之排放路徑，其中該下游方向與用於所供應氣體之下游方向相反。一流量F3分別指示透過循序第三、第二及第一排放槽184、182及180之排出氣體之路徑。不同於用於氣體供應之流量F2之更迂迴混合路徑，圖8E所示之排出配置意在從表面快速移動用盡氣體。因而，流量F3相對較直接，將氣體遠離基板表面而排出。
再次參考圖4，可聚集顯示為連接板100、氣體室板110、氣體引導板120及基底板130之組件之組合以提供一施配裝配件150。使用圖4之座標配置與視圖，替代性具體實施例可用於施配裝配件150，包括由垂直而非水平孔徑板所形成者。
參考圖9A，從一仰視圖(即，從氣體發出側檢視)顯示可用於施配裝配件150的一交替配置，其使用相對於沈積輸出面36垂直佈置之重疊孔徑板的一堆疊。為了簡化解釋，在圖9A之「垂直具體實施例」中所示之施配裝配件150之部分具有兩個伸長發出通道152與兩個伸長排放通道154。圖9A至13C之垂直板配置可容易地擴展以提供若干發出及排放通道。使用相對於沈積輸出面36之平面垂直佈置的孔徑板，如在圖9A及9B中，每一伸長發出通道152係藉由具有分隔板所界定之側壁(隨後更詳細地顯示)，一反應物板 居於側壁中間來加以形成。孔徑之適當對齊接著提供與氣態材料供應之流體連通。
圖9B之分解圖顯示用以形成小區段施配裝配件150(顯示於圖9A中)之孔徑板之配置。圖9C係顯示一施配裝配件150之一平面圖，該施配裝配件具有五個伸長通道用於發出氣體並使用堆疊孔徑板來形成。圖10A至13C接著以平面圖與透視圖兩者顯示各種孔徑板。為了簡化起見，給予每一類型孔徑板字母標記：隔片S、沖洗P、反應物R及排放E。
在圖9B中從左至右的係分隔板160(S)，也顯示於圖10A及10B中，其在用於將氣體引向基板或從其引開之板之間交替。一沖洗板162(P)係顯示於圖11A及11B中。一排放板164(E)係顯示於圖12A及12B中。一反應物板166(R)係顯示於圖13A及13B中。圖13C顯示藉由水平翻轉圖13A之反應物板166所獲得之一反應物板166'；必要時，此替代性定向還可與排放板164一起使用。在該等孔徑板之每一者內的孔徑168在重疊該等板時對齊，從而形成管道以使氣體能夠穿過施配裝配件150進入伸長發出輸出通道152與排放通道154內，如參考圖1所說明。
參考圖9B，僅顯示一施配裝配件150之一部分。此部分之板結構可使用更早所指派之字母縮寫來加以代表，即：S－P－S－E－S－R－S－E－(S)(在此序列中最後分隔板在圖9A或9B中未顯示。)如此序列顯示，分隔板(S)藉由形成側壁來界定每一通道。將使用 完整縮寫序列來代表用於提供兩個反應性氣體以及必要沖洗氣體之一最小施配裝配件150與用於典型ALD沈積之排放通道：S－P－S－E1－S－R1－S－E1－S－P－S－E2－S－R2－S－E2－S－P－S－E1－S－R1－S－E1－S－P－S－E2－S－R2－S－E2－S－P－S－E1－S－R1－S－E1－S－P－S其中對於所使用的兩個不同反應物氣體，R1與R2代表採取不同定向的反應物板166，而E1與E2對應代表採取不同定向的排放板164。
在傳統意義上，排放通道154不一定為一真空埠，但可僅提供以在其對應輸出通道12中吸引掉流量，從而促進在該通道內的一均勻流量圖案。一負吸引，剛好略微小於在相鄰伸長發出通道152處氣體壓力之相對者，可有助於促進一有序流量。該負吸引可(例如)使用在0.2與1.0個大氣之間的來源(例如，一真空幫浦)處的吸引壓力來操作，而一典型真空係(例如)低於0.1個大氣。
使用施配頭10所提供之流量圖案提供超過個別脈動氣體至一沈積室的傳統方案之若干優點，諸如在先前技術章節中更早所述之該等者。改良該沈積設備之遷移率，且本發明之裝置適合於大量沈積應用，其中基板尺寸超過該沈積頭之大小。還超過更早期方案來改良流量動力學。
用於本發明之流量配置允許在施配頭10與基板20之間的一極小距離D，如圖1所示，較佳的係在1 mm以下。可極緊密地定位沈積輸出面36，至該基板表面之1密耳(大約0.025 mm)內。該緊密定位係藉由該等反應物氣體流量所 產生之氣體壓力來加以促進。藉由比較，CVD設備要求明顯更大的分離距離。諸如授予Yudovsky之美國專利第6,821,563號(更早引述)中所說明之循環沈積的更早方案係限於至基板表面的0.5 mm或更大距離，而本發明之具體實施例可在小於0.5 mm(例如，小於0.450 mm)下實作。事實上，更靠近該基板表面來定位施配頭10在本發明中較佳。在一特佳具體實施例中，距該基板之表面的距離D可以係0.20 mm或更小，較佳的係小於100 μm。
期望在一堆疊板具體實施例中裝配大量板時，施配至該基板之氣體流量橫跨施配一氣體流量之全部通道(I、M或O通道)係均勻。此可藉由該等孔徑板之適當設計來加以完成，諸如在用於每一板之流量圖案之某部分內具有限制，其係精確加工以為每一發出輸出或排放通道提供一可再現壓降。在一具體實施例中，輸出通道12沿該等開口之長度展現實質上等同的壓力，至在不超過大約10%的偏差範圍內。甚至可提供更高的容限，諸如允許不超過大約5%或甚至小至2%的偏差。
儘管使用堆疊孔徑板之方法係構造此發明之物品之一特別有用方式，但存在用於構建可在替代性具體實施例中有用之此類結構之若干其他方法。例如，可藉由直接加工一金屬塊或數個黏著在一起的金屬塊來構造該設備。而且，如習知此項技術者所明白，可運用涉及內部模具特徵之模製技術。該設備還可使用若干立體微影術技術之任一者來加以構造。
由本發明之施配頭10所提供之一優點係關於在其沈積輸出面36與基板20之表面之間維持一適當分離距離D(圖1)。圖14顯示使用發出自施配頭10之氣體流量之壓力來維持距離D之一些關鍵考量。
在圖14中，顯示一代表性數目的輸出通道12與排放通道22。從輸出通道12之一或多者所發出之氣體之壓力產生一作用力，如此圖式中向下箭頭所指示。為了使此作用力為施配頭10提供一有用襯墊或「空氣」軸承(氣體流體軸承)效應，應存在足夠著陸區域，即沿沈積輸出面36之固體表面區域，可使該沈積輸出面緊密接觸基板20。著陸區域之百分比對應於允許在其下累積氣體壓力之沈積輸出面36之固體區域之相對數量。簡而言之，該著陸區域可計算為沈積輸出面36之總面積減去輸出通道12與排放通道22之總表面面積。此意味著應儘可能最大化總表面面積(排除輸出通道12(具有一寬度w1)或排放通道22(具有一寬度w2)之氣體流量區域)。在一具體實施例中提供一95%的著陸區域。其他具體實施例可使用更小的著陸區域值，諸如85%或75%。還可調整調整氣體流動速率以變更該分離或襯墊作用力並因而相應地改變距離D。
應瞭解，提供一氣體流體軸承使得將施配頭10在基板20上方實質上維持在一距離D處將會較有利。此將允許使用任一適當類型傳輸機構之施配頭10之基本無摩擦運動。可接著引起施配頭10在其在材料沈積裝置期間往返傳遞、掃掠過基板20之表面時在基板20之表面上「盤旋」。
如圖14所示，施配頭10可能過重，使得向下氣體作用力不足以維持所需分離。在此一情況下，可使用輔助升高組件(諸如彈簧170、磁體或其他裝置)來補充升高作用力。在其他情況下，氣體流量可能高得足以引起相反問題，使得施配頭10將被迫與基板20之表面分開過大的一距離，除非施加額外的作用力。在此一情況下，彈簧170可能係一壓縮彈簧，用以提供額外所需作用力來維持距離D(相對於圖14之配置向下)。或者，彈簧170可能係一磁體、彈性彈簧或補充向下作用力的某其他裝置。在本發明之一些具體實施例中，施配頭10可能係固定的。在施配頭10係固定且允許該基板浮動之實例中，可藉由彈簧172將一額外作用力施加至基板20，如在圖14所示。
或者，施配頭10可相對於基板20以某種其他定向來定位。例如，基板20可由空氣軸承效應、相反重力來加以支撐，使得基板20可在沈積期間沿施配頭10移動。使用空氣軸承效應用於沈積於基板20上，使基板20襯墊於施配頭10上方的一具體實施例係顯示於圖27中。
圖27之替代性具體實施例顯示基板20在施配頭10與一氣體流體軸承98之間在方向K上移動。在此具體實施例中，施配頭10具有一空氣軸承或更適當而言一氣體流體軸承效應並與氣體流體軸承98協作以便在施配頭10之沈積輸出面與基板20之間維持所需距離D。氣體流體軸承98可使用惰性氣體或空氣或某種其他氣態材料之一流量F4來引導壓力。應注意，在本沈積系統中，一基板支撐物或支架可在 沈積期間接觸該基板，該基板支撐物可以係用於輸送該基板的一構件，例如一滾筒。因而，熱隔離該處理中基板並非本系統之一要求。
儘管沈積僅在展現一交替反應性氣體序列的該沈積頭之該等區域內發生，但實用考量支配一沈積系統具有相鄰於該沈積頭之區段以提供一上面將一基板載入至或載出塗佈區段之區域，以及視需要地提供支撐用於延伸經過沈積區域的該基板之部分，如圖15之沈積系統60中所指示，其中基板20之部分係顯示為放大部分21a及21b。為了界定之目的，考量基板行進方向，進入區段200係在沈積或塗佈區段220之前的區段，而退出區段240係在沈積或塗佈區段220之後的區段。
由於該沈積頭經由一氣體軸承效應來維持其近接該基板，故較方便的係該等進入及退出區段還使用一類似效應。該些區段可能具有氣體施配槽(或更一般而言埠)之一分配，其極類似於該沈積區段之分配。事實上，在一些情形下該等進入及退出槽可能完全等同於沈積區域內的輸出槽，除了僅使用一單一氣體來供應其外。
進入區段200與退出區段240可使用用於浮動的任一氣體來加以供應，該氣體不會不利地影響該等薄膜之製造及效能。在許多情況下，可能期望使用一惰性氣體作為用於進入區段200與退出區段240之浮動氣體。或者，由於該基板很可能在沈積之前及之後見到空氣，可能有時藉由使用空氣作為用於該些區段之一或兩者之浮動氣體來實現在氣體 利用方面的成本節省。
進入區段200與退出區段240可視需要地僅使用一單一氣體供應器而沒有額外氣體處理考量。在一較佳具體實施例中，進入區段200與退出區段240之該等非沈積輸出面具有非沈積輸出開口252供應氣體至該進入或退出區段之非沈積輸出面的一配置與氣體排放埠254從該非沈積輸出面之表面撤回氣體的一配置。使用排放埠254允許更強固地定位該基板以在該基板與該非沈積輸出面之間維持一適當間隙。
如上所指示，對於進入區段200與退出區段240，該非沈積輸出面可能具有可採取槽形式的輸出開口252與排放埠254，如針對該等沈積或塗佈區段所構思。然而，該些開口可能為任一便利形狀，由於與該塗佈區段相比，在該些區段內不要求在開口類型間圍阻或分離氣體。另外，其他類型開口之範例將會為方形、五邊形或較佳的係圓形開口。
在非沈積輸出開口252與排放埠254係槽的情況下，較佳的槽配置將會使每一排放埠或通道254在每一側為非沈積輸出開口252所環繞，且同樣地每一非沈積輸出開口252在每一側為排放埠254所環繞。在一較佳具體實施例中，在該等進入及退出區段之最遠末端處的該等開口將會為非沈積輸出開口。在其中非沈積輸出開口252與排放埠254為圓形開口之情況下，該些開口可以提供該等類型開口之一交替的任一方式佈置。一較佳配置將會係在一方形圖案上的 孔，其中每一輸出開口252為其與排放埠254之最靠近相鄰者所環繞，且同樣地每一排放埠為非沈積輸出開口252所環繞。
或者，該等進入及退出區段可運用多孔材料來施配氣體至該非沈積輸出面。
該等進入、退出及塗佈區段可維持在一指定、預先選擇的溫度或溫度範圍處，視需要地使用不同溫度設定點用於該等區段之每一者。
一基板可反覆曝露於來自該塗佈頭之交替氣體序列所採取的任一方式將會引起一膜之ALD生長。在先前技術中已構思一往復運動用於此一生長。然而，往復運動涉及用以允許基板載入與基板方向之反覆反轉的一複雜機械系統。往復運動的一較不突出但仍較明顯的問題在於，在其生長期間該基板之至少一部分將在每一行程之間撤出沈積區域，從而引起該等撤出區域曝露於一可能不受控制的環境下。
以上問題的一方案涉及設計具有足夠ALD循環之塗佈或施配頭，使得一基板僅需進行一單一穿過或最多一單一雙向穿過該塗佈區域以便接收用於一特定薄膜之所需數量沈積。
可看出，在此一組態中，如在一較佳具體實施例中，可完成在基板上任一位置處的整個ALD生長，而不需要引起一基板方向反轉用於沈積目的。
再次參考圖15之具體實施例之沈積系統60，一所需厚度 的一完整薄膜層可藉由將該基板載入於進入區段200內，傳輸該基板穿過進入區段200至塗佈區段220並穿過其，繼續傳輸該基板進入退出區段240內，在該退出區段可移除具有完整薄膜的基板20來加以形成。此具有額外優點，即在完成所需層厚度之前沒有任何理由從該塗佈區域移除該基板。除了避免任何曝露於一未受控制的環境，在一單一穿過中的連續生長將會增加在該基板上的任一給定點上的整體沈積速率。
在一穿過該沈積系統期間一單向運動之另一優點係簡化基板傳輸所要求之機械系統。基板傳輸可使用引起線性運動的任一種類裝置來實現，諸如一線性馬達驅動線性平台、一旋轉馬達驅動線性平台、一帶驅動或如習知此項技術者所習知的任何其他引入線性運動的方法。還可實現用以提供基板移動之非接觸方法。此類方法包括黏滯力，諸如引導氣體串流、磁性及電性作用力。
因為此一系統具體實施例不要求任何基板方向變化，且該氣體軸承效應產生低摩擦，故該基板穿越該沈積區還可藉由至少某程度上向該基板提供一初始速度並接著允許該基板藉由其自己的慣性滑動穿過該沈積區來完成。至該基板的一初始速度可藉由以上所論述之該等運動方法之任一者來加以賦予。
還可能該基板速度由重力效應來賦予。因而，可傾斜該等塗佈、進入及退出區段以允許重力饋送來完成該基板之部分或全部運動。而且，該些區段之傾斜程度可能機械可 變，使得在一沈積過程期間，一靜止基板可藉由將該塗佈區段、進入區段或退出區段從水平傾斜至某位準的傾斜來加速。
儘管為了簡化基板傳輸，一單向單一穿過沈積系統可能係較佳，但對於一更小覆蓋區之一沈積系統而言，一雙向系統可能係較佳。在一雙向系統之情況下，該進入及退出區段長度類似於該單向系統之長度，但相對而言，該塗佈區段僅需為該長度的一半。再次參考圖15，在此一具體實施例中，所需厚度的一完整薄膜層將會由將基板20載入至進入區段200內，傳輸該基板穿過進入區段200至塗佈區段220並穿過其，繼續傳輸該基板至退出區段240內，在該退出區段內將會反轉該基板傳輸方向並將會返回傳輸該基板穿過塗佈區段220，至進入區段220內，在該進入區段內可移除具有完整薄膜的該基板來加以形成。
本發明之塗佈區段220、進入區段200及退出區段240係複雜的機械系統，其具有一較高數目的內部通道與沈積輸出面開口。時常該些系統將由大量接合零件所構成。而且，為了實現一單一穿過沈積，該塗佈區段之長度與沈積輸出面槽之數目可以係相當大。例如，一單一沈積循環可能要求八個伸長槽：沖洗－排放－第一反應性氣體－排放－沖洗－排放－第二反應性氣體－排放。假定一單一沈積循環產生一1的層厚度，則要實現1000的層厚度將會要求1000個的以上循環。若吾人進一步假定該等伸長槽之每一者與其相鄰者分離0.025英吋，則該沈積區之總長度將會 為16.7英吸。而且，若該進入區段與退出區段需要在某合理長度下來支撐該基板，則該些區段可在長度上容易地超過5英吸。
建立此一較大沈積區域可能難以藉由建立一單一單石沈積施配頭來實現。該困難由數個因素所引起。首先，此類較長頭將會由數千零件所構成，故一成功構造頭將會要求在沒明顯或不可接受缺陷的情況下裝配此大量零件。而且，安裝並處理一極大頭成為整體沈積系統可能存在明顯問題。最後，若該頭在操作中損壞，則替換一單一較大頭將會極昂貴且耗時。
該單一較大沈積頭之一替代方案係構造獨立模組的頭。一模組可代表一整個區段，諸如該進入、退出或塗佈區段。或者，一給定區段可由若干模組來加以構造。圖16顯示涉及模組式組態之一具體實施例之一視圖。在圖16中，進入區段200係由4個模組202a、202b、202c及202d所構成。沈積系統60之塗佈區段220係由5個模組222a、222b、222c、222d及222e所構成。該塗佈區段之一放大部分顯示兩個模組與一基板部分21c之鄰接，其中相對於該基板該等模組之該等面之放置變動係保持在距離xx之一最大所需變動範圍內以獲得改良結果。該些塗佈區段模組可能係相同或不同，取決於最後沈積系統60之設計。為了實用目的，複數個塗佈區段模組之每一者最低程度包含適當數目的輸出開口與排放埠以完成一單一ALD循環。較佳的係，該等模組將會設計用於一至五十個完整ALD循環。圖16顯 示由一單一模組所構成之一退出區段240。習知此項技術者應明白，許多模組組合可用於構造一最後沈積系統，而圖16僅用以解說一解說性具體實施例或可行配置，其當然取決並適應於塗佈中的特定基板、特定程序、所涉及之材料及薄膜以及製造中的特定裝置類型。
在一較佳具體實施例中，該沈積系統可包含(例如)在該塗佈區段內的八或更多模組，較佳的係10至100個模組。此類模組之每一者包含一施配頭，其在該沈積系統內實質上分離且獨立地構造、裝配並放置。
為了理解模組數目如何可影響構造該塗佈區段之良率，考量由8000個板所構成之一塗佈區段之範例。假定在裝配中，存在一缺陷率，使得在裝配每200個板中存在一2%的機會在裝配件具有一缺陷。在作為每一模組200個板來裝配此區段中，將會要求40個工作模組，並因此將需要裝配大約41個模組來產生40個可用模組(大約2%的廢品)。為了嘗試8000個板的一單一構造，一單一構造工作的機率為0.9840 ＝44%。由此，將會要求大約兩個完整塗佈區段來產生一單一工作區段(大約50%的廢品)。在本發明之一具體實施例中本模組式態樣可明顯避免或減少該問題。
時常期望塗佈由一單一材料所組成之一薄膜。然而期望其中一包含若干不同材料層之完整薄膜可能較有用的薄膜。在一模組式塗佈區段之情況下可能在該塗佈區段內的複數個模組能夠施配該等不同氣體，從而並非所有模組約產生相同的塗層。圖17解說一沈積系統60之一具體實施 例，其中該塗佈區段之該等模組施配不同的沈積化學。塗佈區段220係由九個模組所構成。模組232a係調適以施配化學以形成一第一薄膜材料，模組232b係調適以施配化學以形成一第二薄膜材料，而模組232c係調適以施配化學以形成第三薄膜材料。模組232a、232b及232c係配置使得進入退出區段240內的完整薄膜塗層在整體多個薄膜結構330中分別包含相對於基板部分21d所示的第一薄膜材料332a、第二薄膜材料332b及第三薄膜材料332c之交替薄膜層。該些層之每一者之厚度係由在塗佈區段220之對應模組內的ALD循環數目來決定。習知此項技術者應明白，該等第一、第二及第三材料可以係可使用此ALD沈積系統適當沈積之任一材料，如先前曾說明。圖17不應視為限制性，而是其應用作用於形成一多層薄膜之一可能構造。在圖17中，退出區段240與進入區段200內的模組202a至202d均類似於先前圖式中所解釋的該等者。
為了塗佈一平直基板，通常假定該塗佈設備之沈積輸出面將也係平直的。然而，使一沈積輸出面具有一定程度的曲率可能較有利。
一表面之曲率可通常由一曲率半徑來加以界定。該曲率半徑係一圓形之半徑，其中該圓形之一區段匹配該沈積輸出面之曲率。在其中該表面之曲率變動且無法由一單一半徑來說明的情況下，則可使用最大曲率與最小曲率半徑來界定該系統之特徵曲率半徑。
對於特定基板，在基板移動方向上具有該沈積頭之某曲 率可能較有用。此可具有有益效應，即允許基板之前緣比基板之剩餘部分具有更低的向下作用力，由於該頭之曲率將會傾向於將基板之前緣拉離該塗佈區段沈積輸出面。
對於特定基板，在垂直於基板運動方向上的一方向上具有曲率可能較有用。此程度曲率將會具有起皺之效應，從而將會增加該基板之剛性並執行一更強固的塗佈。
在一模組式沈積系統之情況下，該等個別模組之表面可能彎曲或可能不彎曲。圖18顯示一彎曲沈積區域之一範例，其導致在沈積期間模組沿一匹配該基板之所需弧度的弧度來放置並旋轉。圖18中的該等部分對應於圖16中的該等者，除了相對於該等模組所提供之曲率與用於模組250之彎曲支撐物對齊外。
為了在一些程序中沈積一些材料，可能較有利的係加熱該基板。圖19A及19B分別解說輻射及對流熱源作為一沈積系統之一具體實施例之部分。輻射熱源260可由如圖19A中所解說之IR燈265或替代性地此項技術中所習知之任一輻射熱源(諸如石英鹵素燈)所製成。圖19B所解說之對流熱源270可運用一加熱鼓風機。或者，對流熱源270可用以運用一冷鼓風機來冷卻基板。圖19A及19B中的其他部分對應於圖16中的該等者，除了先前剛剛相對於圖19A及19B所述之該等部分。本發明之設備有利之處在於其在一寬廣溫度範圍內執行沈積於一基板上之能力，在一些具體實施例中包括室溫或接近室溫。本發明之設備可在一真空環境下操作，但特別適合於在大氣壓力下或其附近操作。
在一較佳具體實施例中，可在大氣壓力下或接近其並在一更廣範圍的周邊環境及基板溫度(較佳的係在300℃以下的一溫度下)下執行ALD。較佳的係，需要一相對乾淨的環境來最小化污染之可能性；但在使用本發明之設備之較佳具體實施例時，不會要求完全「無塵室」條件或一惰性氣體填充殼體用於獲得較佳效能。
再次參考圖16，在該基板與該沈積頭之間的分離可以極小，有時低至10微米，尤其在該等塗佈模組與該基板之間使用一氣體軸承效應操作的一具體實施例中。因此較為重要的係該等區段之輸出面具有無不連續性的表面。在一模組式組態中，使用圖16之塗佈區段所解說之一區段之該等模組應具有良好對齊的輸出面。圖16之插圖之距離210需較小以便實現此對齊並具有一極低的位置/高度失配。在一具體實施例中，距離210應小於10微米，較佳的係小於5，甚至更佳的係小於2微米。
本發明可有利地提供一沈積系統，其包含一模組安裝機構來容易地提供所需容限限制。圖20A及20B顯示此一沈積系統之一具體實施例，包括用於封閉至少一塗佈區段，視需要地還封閉一進入及退出區段的一外殼350，如本文中所說明。包含於外殼350內的係一組模組355，其係安裝於用於模組支撐物的一組桿360與桿支撐物365上。
圖21顯示該等桿360、桿支撐物365及一個別模組370之一更靠近視圖。儘管本文中使用術語「桿」，但術語「條」係可互換的且桿/條不限於一特定斷面形狀，不論 圓形、方形或其他形狀。在圖21所示之具體實施例中，該桿或伸長件碰巧具有一圓形斷面。
還包括於圖21內的係在此發明之一具體實施例內的該等元件之一些者，突出的係一支撐台375、用於該台的安裝支撐物380、及一驅動機構385，其在需要時適當耦合至基板用於傳輸基板穿過該沈積系統。儘管圖21顯示僅使用兩個桿保持的一塗佈模組，但應清楚使該系統具有一或多個額外桿位置視需要地較有用。此一可能原因在於，在一相對較寬塗佈機構中，可能在該等末端桿之間需要一或多個支撐桿以防止該塗佈頭或其模組撓曲。或者，一組桿位置可允許與更短或更長的模組一起使用相同的塗佈系統，該等模組打算僅與該等可用桿之一子集介接。
用於該模組之該等自由軸係由圖21之該等元件來加以界定。圖21包含一軸圖解，其顯示該等x、y及z方向，其中該z方向係直接面向頁外。為了說明目的，第一對齊裝配件367包含用於對齊的一第一桿/條而第二對齊裝配件368包含用於對齊的一第二桿/條。該等第一及第二桿/條兩者提供用於在該z軸上的一移動自由，由於該桿可能在該z軸上移動或熱膨脹，同時仍維持接觸兩個條(甚至在一具體實施例中具有來自可選磁力之阻力)。此係用於該第一條區域的唯一移動軸，由於該條位於一V或其他通道內以防止任何x軸移動。另一方面，該第二條區域提供在該x軸上的一額外自由以容納移動，諸如該模組之橫向熱膨脹。在此系統不存在旋轉自由，由於假定對於適當操作，第一對 齊裝配件367與第二對齊裝配件368之兩個區域應維持該條與該模組之接觸。該塗佈模組可藉由施加至少反作用於該模組之重量的一作用力來移除接觸該等第一及第二條。
圖22A至22C顯示隨著一基板20從圖22A中的進入區域200移動，穿過圖22A中的塗佈區段220，至圖22C中的退出區域240，施加一塗層至一基板20。
圖23顯示在本發明之一具體實施例中桿360與桿支撐物365之一特寫。放置於此桿上的該等模組應具有關於其接觸該桿之位置至一模組之輸出面之頂部表面之位置的一極嚴密容限。如此，當一模組位於此桿上且在一相鄰位置內將一相鄰模組放置於該桿上時，該些兩個桿之該等頂部表面將會處於極緊密調整的位置內，滿足圖16之距離210為極小之需要。
圖23之具體實施例顯示沿條360之長度的複數個條安裝結構390。然而，一替代性具體實施例可具有一單一整體式條安裝結構。該等條安裝結構390可成整體附接至支撐結構365。桿360不必完美筆直。由於該桿表面不需要一過嚴密的容限，故可能該等桿作為藉由諸如鑄造或加工所產生的該塗佈系統框架之一整體式部分而存在。
事實上，可能期望對該等進入、塗佈及退出區段200、220及240之總頂部表面區域(或面向該基板之輸出面)具有一特定曲率或任意輪廓。此輪廓可藉由引起桿360使在基板移動方向上延伸的複數個桿安裝結構390之頂部匹配表面具有一所需輪廓，其可接著傳遞至接觸該等桿安裝結構 而定位的條360之輪廓並因而傳遞至該等模組之頂部表面來容易地產生。非線性輪廓之範例可能係一弧度、一弧度組合其他弧度或筆直區域、及產生所需頂部輸出面輪廓所需的一組合。所需輪廓可僅在該塗佈區段內或在一個以上的區段上延伸。該輪廓還可用以引起預先設計的基板運動。此一輪廓之一範例將會為一向下傾斜，隨後一平直區段，隨後一向上傾斜。在此具體實施例中，假定一空氣軸承系統之幾乎無摩擦運動，放置於該輸出面表面上的一基板將會藉由在該第一向下傾斜的重力作用來加速，以一恆定速度穿過該平直區段，並接著在最後向上傾斜上減慢至一適合於從該塗佈系統抽出該基板之速度。
在圖24中以透視圖顯示一位於該等桿上之模組之一具體實施例(從底部檢視，使得未看見該塗佈輸出面)。此模組具有用於接觸一第一桿或條的一第一接觸區段400與用於接觸一第二桿或條的一第二接觸區段395。在該些區域內的係特定桿匹配表面405，其較佳的係運用一磁性對齊能力，如稍後所論述。
作為圖24所示者之一替代性具體實施例，該模組可使接觸區段面向與該模組之輸出面相同的方向，例如藉由將其放置於臂下面，每一臂包含一接觸區段，其面向與該輸出面相同的方向，該等臂在該施配頭之相對側上水平延伸，如習知此項技術者所瞭解。該兩個接觸區段之每一者可接著由一桿來加以支撐，使得該施配頭之該等臂係支撐於該等桿上且該施配頭在該等桿下面向下延伸。或者，如下所 說明，足夠強的磁體可在支撐每一模組的該等磁體漸增地足夠強來支撐該施配頭之重量時允許定位圖24之具體實施例，使該模組之輸出面面向下。
圖25A顯示一第一對齊裝配件367之一斷面圖，其包括模組接觸區段400，而圖25B顯示第二對齊裝配件368之一斷面圖，其包括模組接觸區段395。兩個裝配件顯示該等桿支撐物365、該等桿或條360、及視需要地存在於該等模組370上的匹配表面405及在桿支撐物365上的該等桿安裝結構390。
在一特佳具體實施例中，為了確保其對齊，該等桿匹配元件405運用一磁性對齊方法。參考圖26，顯示在一桿座410內附接條/桿360之一圖解。桿座410可代表本文所論述之該等桿座之任一者，即桿安裝結構390或一形成模組接觸區段400的類似特徵。習知此項技術者應容易地認識到，本文所論述之該等桿接觸區域或構件之任一者均可能涉及藉由相同方法及設備之附接。在此方面，複數個釹鐵硼(NdFeB)磁體係用作該等桿匹配元件405並分別在複數個較佳的係圓形孔或柱坑415內定位於桿座410內用於准許該等桿匹配元件(尤其磁體405)藉由磁性吸引來接收條360。每一磁體405較佳的係直接相對於在桿座410之相對側上的另一磁體405而定位用於形成一匹配對。每一磁體405還較佳地包括實質上四又二分之一磅的一磁力，並包括一磁體銜鐵420，其磁性附接在其底部部分用於提高磁體405之強度。
複數個可選塑膠、圓形對齊密封件425擱置在一柱坑之一唇緣上用於鄰接接收該等磁體405。每一對齊密封件425係充分撓性，使得該磁體可手動滑入該密封件內，並還充分剛性，使得一旦該磁體係在其所需位置內，其便保持於此位置內直至完成用於剛性附接磁體405之以下所說明程序。
為了安裝該等磁體405，將具有一所需且已知輪廓之暫時安裝桿最初安裝於座410上用於在其所需位置內對齊該等磁體405；在此初始對齊之後藉由一市售桿360替換該安裝桿(又稱為一「主控桿」或「主控設定工具」)。在此方面，將該安裝桿插入於其個別安裝孔內並放置於該等磁體405上。由於在要求的容限內該安裝桿可在需要時筆直或可在需要時包含某所需且已知輪廓，該等磁體405在一位置內對齊自身，為其上放置的任一桿界定一輪廓。例如，一用以設定或固定該等磁體之裝填操作接著發生，如下所說明。
一填充埠430穿過至座410內部並連接每一柱坑415用於從外部向柱坑415提供一通道用於一接合溶液，諸如STYCAST環氧樹脂。使該安裝桿在其所需位置對齊該等磁體後，將該接合溶液注入填充埠430內，直至在對齊密封件425之下的柱坑415完全充滿。密封件425用以包含該溶液，使得還可裝填其他柱坑定向，即倒置或水平定向。在一段時間之後，該溶液硬化，藉此剛性附接該等磁體405至座410。
接著移除該暫時安裝桿並將任一市售桿360放置於該等磁體405上，該市售桿一般沿其縱軸包括一曲率。該等磁體405每一者磁性吸引其所相鄰之市售桿360之表面使得桿360之縱軸可匹配已設定至該等裝填或設定磁體405內的所需輪廓。
可接著針對該系統內的任一其他桿座來重複以上程序。在該等塗佈模組370之情況下，在一固定物內使用一暫時安裝桿，其允許在該裝填操作期間精確地維持該暫時安裝桿相對於該模組之輸出面之位置。
該塗佈區段輪廓可藉由在用於每一桿的該一或多個條安裝結構內的該複數個磁體來加以界定，其中使用一主控設定工具來設定該複數個磁體之位置，如美國專利第6,677,975號中所教導。
在一條安裝結構時，在圖26(組合圖23)中在桿座410之左側的該第一複數個磁體405可沿一第一桿之長度而延伸。該第一複數個磁體每一者具有一實質上彼此平行的表面，該桿擱置在該等表面上，該第一複數個磁體磁性吸引該第一桿。類似地，在一條安裝結構時，在圖26(組合圖23)中在桿座410之右側的第二複數個磁體405還可沿該第一桿之長度而延伸。該第二複數個磁體每一者具有一實質上彼此平行的表面，該第一桿擱置在該等表面上且該第二複數個磁體磁性吸引該第一桿。如圖26之具體實施例所明示，在左側上的該第一複數個磁體之每一者之該等表面與在右側上的該第二複數個磁體之每一者彼此成小於180度 的一角度。該第一複數個磁體與第二複數個磁體磁性吸引該第一條，使得需要時由於該吸引引起該曲率，例如伸直。
磁體可選自不同類型。在一較佳具體實施例中，可選取塗佈磁體。磁體塗層廣泛用於在許多應用中提供一抗氧化或侵蝕的表面，包括與醫學器具一起使用(其中應保護磁性材料免受侵蝕，諸如美國專利第4,857,873號中所揭示)。可使用用於磁體之被覆物，如在其中應保護磁體之各種應用中，諸如在美國專利第5,213,251號中揭示用於製作一感測器組件者，其中施加一被覆物至一磁化件，並接著將裝配單元殼體硬化以獲得抗磨損性。接合至磁體之塗層與被覆物較佳的係最佳化以不僅防止氧化與侵蝕，而且還提供一軸承表面，其能夠在調整期間承受橫跨其表面之滑動作用力而無損壞。可容易地認識到，此發明之該等模組及條係主要由該等磁體之磁力來保持在其位置內。儘管可構想額外保持機構，但所說明之簡單磁性保持提供額外特徵，即無需高級工具，可僅藉由施加克服該等欲移除零件之磁力即及重量作用力的作用力來移除條/桿及模組。
參考圖20，原子層沈積(ALD)系統包含一可選外殼，用於提供一相對良好控制且無污染的環境。該沈積系統還可包含氣體供應器(未顯示)以透過供應線(未顯示)來提供該等第一、第二及第三氣態材料至一塗佈區段。較佳的係，該些供應線將會具有一快速釋放機構；而且該等排放線較佳的係具有快速釋放機構。為了簡化，在圖20中未顯示可 選真空蒸汽回收設備及其他支撐組件，但還可使用其。此類蒸汽回收設備將會較佳地用以回收在一進入區段與退出區段內所使用的該等氣體。一傳輸子系統385(部分顯示於圖21中)可使用運用於本揭示案內的座標軸系統，在x 方向上提供移動，沿進入區段200之非沈積輸出面、塗佈區段220及退出區段240來輸送基板20。可藉由一控制邏輯處理器(諸如一電腦或專用微處理器裝配件)，較佳的係一PLC或可程式化邏輯電腦來提供運動控制以及閥與其他支撐組件的整體控制。
在可特別有用於腹板製作之另一具體實施例中，一ALD系統可具有多個施配頭或雙重施配頭，於一經受沈積之基板之每一側佈置一個。可替代性地提供撓性材料的一撓性施配頭。此將提供一沈積設備，其向沈積表面展現至少某種符合性。
在另一具體實施例中，一施配頭之一或多個輸出通道可使用美國公開案第2007/0228470號中所揭示之橫向氣體流量配置。在此一具體實施例中，支撐在一施配頭與一基板之間分離的氣體壓力可藉由某數目的輸出通道，諸如發出沖洗氣體的該等通道(圖2至3B中標注為I的通道)來加以維持。橫向流量將會接著用於發出反應物氣體的一或多個輸出通道(在圖2至3B中標注為O或M的通道)。
而且，雖然可使用空氣軸承效應來至少部分地分離一施配頭與一基板之表面，但可替代性地使用本發明之設備來將一基板從一施配頭之沈積輸出表面升高或浮起。可替代 性地使用其他類型的基板支架，例如包括一壓板。
10‧‧‧施配頭
12‧‧‧輸出通道
14、16、18‧‧‧氣體入口導管
20‧‧‧基板
21a、21b、21c、21d‧‧‧基板之部分
22‧‧‧排放通道
24‧‧‧排放導管
36‧‧‧沈積輸出面
60‧‧‧原子層沈積(ALD)系統
90‧‧‧用於先驅物材料之引導通道
91‧‧‧排放引導通道
92‧‧‧用於沖洗氣體之引導通道
96‧‧‧基板支撐物
98‧‧‧氣體流體軸承
100‧‧‧連接板
102‧‧‧引導室
104‧‧‧輸入埠
110‧‧‧氣體室板
112、113、115‧‧‧供應室
114、116‧‧‧排放室
120‧‧‧氣體引導板
122‧‧‧用於先驅物材料之引導通道
123‧‧‧排放引導通道
130‧‧‧基底板
132‧‧‧伸長發出通道
134‧‧‧伸長排放通道
140‧‧‧氣體擴散器單元
142‧‧‧噴嘴板
143、147、149‧‧‧第一、第二、第三擴散器輸出通路
146‧‧‧氣體擴散器板
148‧‧‧面板
150‧‧‧施配裝配件
152‧‧‧伸長發出通道
154‧‧‧伸長排放通道
160‧‧‧分隔板
162‧‧‧沖洗板
164‧‧‧排放板
166、166'‧‧‧反應物板
168‧‧‧孔徑
170、172‧‧‧彈簧
180‧‧‧循序第一排放槽
182‧‧‧循序第二排放槽
184‧‧‧循序第三排放槽
200‧‧‧進入區段
202a、202b、202c、202d‧‧‧進入區段模組
210‧‧‧距離
220‧‧‧塗佈區段
222a、222b‧‧‧塗佈區段模組
222c、222d、222e‧‧‧塗佈區段模組
232a‧‧‧調適用於第一薄膜材料之模組
232b‧‧‧調適用於第二薄膜材料之模組
232c‧‧‧調適用於第三薄膜材料之模組
240‧‧‧退出區段
250‧‧‧用於模組之彎曲支撐物
252‧‧‧輸出開口
254‧‧‧排放埠
260‧‧‧輻射熱源
265‧‧‧IR燈
270‧‧‧對流熱源
330‧‧‧完整薄膜
332a‧‧‧第一薄膜材料之薄膜
332b‧‧‧第二薄膜材料之薄膜
332c‧‧‧第三薄膜材料之薄膜
350‧‧‧用於封閉沈積系統之外殼
355‧‧‧塗佈模組組
360‧‧‧用於模組支撐物之桿
365‧‧‧桿支撐物
367‧‧‧第一對齊裝配件
368‧‧‧第二對齊裝配件
370‧‧‧個別塗佈模組
375‧‧‧支撐台
380‧‧‧用於台之安裝支撐物
385‧‧‧用於基板傳輸之驅動機構
390‧‧‧桿安裝結構
395‧‧‧用於接觸一第二桿之塗佈模組之第二接觸區段
400‧‧‧用於接觸一第一桿之塗佈模組之第一接觸區段
405‧‧‧桿匹配表面
410‧‧‧桿座
415‧‧‧在桿座內的柱坑
420‧‧‧磁體銜鐵
425‧‧‧用於柱坑之對齊密封件
430‧‧‧填充埠
A‧‧‧箭頭
D‧‧‧距離
E‧‧‧排放板
F1、F2、F3、F4‧‧‧氣體流量
I‧‧‧第三惰性氣態材料
K‧‧‧方向
M‧‧‧第二反應物氣態材料
O‧‧‧第一反應物氣態材料
P‧‧‧沖洗板
R‧‧‧反應物板
S‧‧‧分隔板
雖然本說明書使用特別指出並清楚聲明本發明之標的內容的申請專利範圍結束，但咸信結合附圖，根據以上說明已更清楚地明白本發明，其中：圖1係依據本發明之一種用於原子層沈積之施配頭之一具體實施例之一斷面側視圖；圖2係一施配頭之一具體實施例之一斷面側視圖，其顯示提供氣態材料至經歷薄膜沈積之一基板的一範例性配置；圖3A及3B係一施配頭之一具體實施例之斷面側視圖，其示意性顯示伴隨沈積操作；圖4係在依據一具體實施例之一沈積系統中一施配頭之一透視分解圖；圖5A係用於圖4之施配頭之一連接板之一透視圖；圖5B係用於圖4之施配頭之一氣體室板之一平面圖；圖5C係用於圖4之施配頭之一氣體引導板之一平面圖；圖5D係用於圖4之施配頭之一基底板之一平面圖；圖6係顯示在一具體實施例中在一施配頭上之一基底板的一透視圖；圖7係依據一具體實施例之一氣體擴散器單元之一分解圖；圖8A係圖7之氣體擴散器單元之一噴嘴板之一平面圖；圖8B係圖7之氣體擴散器單元之一氣體擴散器板之一平 面圖；圖8C係圖7之氣體擴散器單元之一面板之一平面圖；圖8D係在圖7之氣體擴散器單元內氣體混合之一透視圖；圖8E係使用圖7之氣體擴散器單元之氣體通風路徑之一透視圖；圖9A係在一使用垂直堆疊板之具體實施例中該施配頭之一部分之一透視圖；圖9B係圖9A所示之施配頭之該等組件之一分解圖；圖9C係顯示使用堆疊板所形成之一施配裝配件之一平面圖；圖10A及10B分別係用於圖9A之垂直板具體實施例內的一分隔板之平面圖及透視圖；圖11A及11B分別係用於圖9A之垂直板具體實施例內的一沖洗板之平面圖及透視圖；圖12A及12B分別係用於圖9A之垂直板具體實施例內的一排放板之平面圖及透視圖；圖13A及13B分別係用於圖9A之垂直板具體實施例內的一反應物板之平面圖及透視圖；圖13C係採取一替代性定向之一反應物板之一平面圖；圖14係一施配頭之一側視圖，其顯示相關距離尺寸與作用力方向；圖15係一沈積系統之一具體實施例之一側視圖，其顯示一主塗佈區段與進入及退出區段； 圖16係顯示包含複數個模組之一沈積系統之一具體實施例的一透視圖；圖17係解說使用本沈積系統之一具體實施例形成薄膜之一透視圖；圖18係在具有曲率之一沈積輸出面的一施配系統之一具體實施例之一斷面側視圖；圖19A係本發明之一模組式沈積系統之一具體實施例之一斷面側視圖；圖19B係本發明之一模組式沈積系統之另一具體實施例之一斷面側視圖；圖20A及20B分別顯示依據本發明之一沈積系統之一具體實施例之側視圖及透視圖，其包括一沈積系統外殼；圖21顯示位於桿及桿支撐物上的一塗佈模組之一側視圖；圖22A顯示依據本發明之一具體實施例在該進入區域處具有一基板之一組塗佈模組之一透視圖；圖22B顯示依據本發明之一具體實施例在該塗佈區域處具有一基板之一組塗佈模組之一透視圖；圖22C顯示依據本發明之一具體實施例在該退出區域處具有一基板之一組塗佈模組之一透視圖；圖23顯示依據本發明之一具體實施例之一桿及桿支撐物裝配件之一透視圖；圖24顯示一塗佈模組之一透視圖；圖25A顯示依據本發明之一具體實施例具有支撐物之一 塗佈模組之第一條裝配件之一斷面圖；圖25B顯示依據本發明之一具體實施例具有支撐物之塗佈模組之第二條裝配件之一斷面圖；圖26顯示依據本發明之一具體實施例之一條座之一詳細視圖；以及圖27解說用於包含一後側氣體流體軸承之一沈積系統之一具體實施例。
10‧‧‧施配頭
12‧‧‧輸出通道
14‧‧‧氣體入口導管
16‧‧‧氣體入口導管
18‧‧‧氣體入口導管
20‧‧‧基板
22‧‧‧排放通道
24‧‧‧排放導管
36‧‧‧沈積輸出面
96‧‧‧基板支撐物

Claims (22)

  1. 一種用於在一ALD系統中維持至少兩個塗佈模組之間對齊或位置關係的設備，該設備包含：(a)在該ALD系統之一塗佈區段內的複數個塗佈模組；(b)至少一第一條與一第二條，其用於支撐該至少兩個塗佈模組之一第一塗佈模組與一第二塗佈模組；以及(c)至少一第一條安裝結構與一第二條安裝結構，其用於分別支撐該第一條與該第二條；其中該至少兩個塗佈模組之每一者係由該第一條與該第二條來加以支撐，其中該至少兩個塗佈模組與該第一條及該第二條之組合為該至少兩個塗佈模組之輸出面界定一塗佈區段輪廓，且其中每一模組具有由該第一條與該第二條所界定的一自由軸。
  2. 如請求項1之設備，其中該第一條與該第二條在基板移動透過該ALD系統之方向上實質上平行，且該第一條安裝結構與該第二條安裝結構係相對於地面或一用於該ALD系統由地面所支撐之外殼來加以固定。
  3. 如請求項1之設備，其中該第一條與該第二條係磁性附接至其對應條安裝結構。
  4. 如請求項1之設備，其中該至少兩個塗佈模組之每一者係磁性附接至該第一條與該第二條之至少一者。
  5. 如請求項1之設備，其中該第一條與該第二條係磁性附接至其對應條安裝結構且其中該至少兩個塗佈模組係磁性附接至該第一條與該第二條之至少一者。
  6. 如請求項1之設備，其中該塗佈區段輪廓係一弧度。
  7. 如請求項1之設備，其中該塗佈區段輪廓係一水平、垂直或傾斜平面。
  8. 如請求項1之設備，其中該ALD系統還包含一退出區段及/或進入區段，每一者分別具有一輪廓與至少一退出模組及/或進入模組。
  9. 如請求項8之設備，其中該ALD系統係由至少兩個區段所形成，其中每一區段相對於包含於每一區段內的總塗佈、退出或進入模組之該等輸出面具有一不同區段輪廓。
  10. 如請求項9之設備，其中每一區段之該區段輪廓係選擇以對應於所需基板移動。
  11. 如請求項1之設備，其進一步包含一基板傳輸機構用於傳輸一基板穿過該ALD系統。
  12. 如請求項1之設備，其進一步包含一第三條安裝結構與一第三條。
  13. 如請求項1之設備，其中該塗佈區段之長度係由模組數目來加以界定。
  14. 如請求項1之設備，其中每一模組包含用於沈積至少一完整ALD循環的構件。
  15. 如請求項1之設備，其進一步包含在該至少一第一條安裝結構內的第一複數個磁體，該等磁體沿該條之該長度延伸並佈置於該至少一第一條安裝結構上，該第一複數個磁體每一者具有一實質上彼此平行的表面，該第一條 擱置在該等表面上且該第一複數個磁體磁性吸引該第一條。
  16. 如請求項15之設備，其進一步包含在該至少一第一條安裝結構內的第二複數個磁體，該等磁體沿該條之該長度延伸並佈置於該至少一第一條安裝結構上，該第二複數個磁體每一者具有一實質上彼此平行的表面，該第一條擱置在該等表面上且該第二複數個磁體磁性吸引該第一條，其中該第一複數個磁體之該等表面與該第二複數個磁體之該等表面彼此成小於180度的一角度。
  17. 如請求項16之設備，其中該第一複數個磁體與該第二複數個磁體磁性吸引該第一條，使得該曲率係由於磁性吸引而伸直。
  18. 如請求項1之設備，其中該至少兩個塗佈模組之每一者可藉由施加至少反作用於每一模組之重量的一作用力來從接觸該第一及該第二條移除。
  19. 如請求項1之設備，其中該至少一第一條安裝結構與第二條安裝結構係分別成整體附接至一第一及一第二支撐結構。
  20. 一種用於在一ALD系統中維持至少兩個模組之該位置關係的設備，該設備包含：(a)在該ALD系統之一塗佈區段內的複數個塗佈模組；(b)至少一第一條與一第二條，其用於支撐該至少兩個模組之一第一塗佈模組與一第二塗佈模組；以及(c)至少一第一條安裝結構與一第二條安裝結構，其用 於分別支撐該第一條與該第二條；其中該第一條係磁性附接至該第一條安裝結構而該第二條係磁性附接至該第二條安裝結構且視需要地該至少兩個模組係磁性附接至該第一條與該第二條之至少一者，其中該至少兩個模組與該第一條及該第二條之該組合界定一塗佈區段輪廓且其中每一模組具有由該第一條與該第二條所界定的一自由軸。
  21. 如請求項20之設備，其中沿該第一條之該長度存在一單一整體式第一條安裝結構或複數個第一條安裝結構。
  22. 一種製造如請求項20之設備之方法，其中該塗佈區段輪廓係由在該等條安裝結構內的第一與第二複數個磁體來加以界定，且其中該複數個磁體之位置係使用一主控設定工具來加以設定。
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