TWI572738B - 原子層沉積裝置及其方法 - Google Patents

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Description

原子層沉積裝置及其方法
本發明為有關一種在基板表面的原子層沉積的裝置，更是有關一種在基板表面的原子層沉積的方法。
原子層沉積(Atomic layer deposition)已知為一種用以(重複)沉積單層標靶材料的方法。原子層沉積與化學氣相沉積(chemical vapour deposition)不同之處在於原子層沉積需要至少進行兩個步驟，其中一步驟包含施加一前驅氣體(precursor gas)於基板表面，另一步驟則包含為了在標靶材料上形成單一層體而使前述前驅氣體所進行的反應。原子層沉積的優點在於可以控制層體的厚度。
WO2008/085474揭露一種原子層沉積的裝置，應用空氣軸承效應(air bearing effect)而使得一基板留置於一注入頭上。對於扁平基板而言，前述留置過程無法有效使用前驅氣體使用，伴隨著汙染產生的風險且層體沉積的準確性也跟著降低。
有鑑於此，本發明一方面的目的在於提供一種增進前驅氣體使用的原子層沉積裝置與其方法，其中能更準確提供基板支撐。本發明 一方面提供一種於扁平基板表面的原子層沉積裝置，包含有一裝備有提供前驅支撐部(precursor support)以及前驅排出部(precursor drain)沉積空間的注入頭；前述前驅支撐部以及前驅排出部安排供一前驅氣體流由前驅支撐部經過沉積空間到前驅排出部；前述沉積空間在使用中被界定於前述注入頭以及基板表面；一空氣軸承，具有軸承氣體注射器用以注射一軸承氣體於前述注入頭與基板表面之間，前述軸承氣體因此形成一氣體軸承(gas-bearing)；以及一運輸系統提供沿著基板平面相對運動的前述基板以及注入頭以形成一運輸平面，前述基板沿著運輸平面傳送。相對於注入頭設置一支持部，前述支持部用以提供一平衡運輸平面中注入頭的氣體軸承的氣體軸承壓力的安排，因此，前述基板可被氣體軸承壓力的安排而以無須支撐的方式保持於注入頭與支撐部之間。前述沉積空間可相對於一基板表面定義出一沉積空間高度D2，而前述氣體軸承可相對於一基板定義出一間隔距離D1。間隔距離D1小於前述沉積空間高度D2。
本發明另一方面提供一種原子層沉積於一基板表面的方法，此方法利用一種具有注入頭的裝置。前述注入頭包含有一提供一前驅支撐部以及一氣體軸承的沉積空間，前述氣體軸承具有一軸承氣體注射器，其中前述沉積空間相對於基板表面定義出一沉積空間高度D2，且前述氣體軸承相對於基板則可定義出一間隔距離D1。間隔距離D1小於前述沉積空間高度D2。前述方法包含的步驟有：支撐一從前述前驅支撐部到沉積空間以接觸前述基板表面的前驅氣體；於前述注入頭以及前述基板表面之間注入一軸承氣體，前述軸承氣體因此形成一氣體軸承；在前述基板表面之平面上，於前述沉積空間與前述基板之間進行一相對作動；以及提供一於前述運輸平面中平衡前述注入頭氣體軸承的氣體軸承壓力的安排，使前述基板可被氣體軸承壓力的安排而以無須支撐的方式保持於注入頭與支持部之間。此一方法選擇性的可利用本發明的裝置來進行。
藉由平衡的氣體軸承的支撐，可以控制前述扁平基板維持於運輸平面中。此外，透過氣體軸承的使用，前述沉積空間可獨立壓力控制，而自由選擇沉積材料的數量與方法。
限制前驅氣體至前述沉積空間可以控制沉積空間內的壓力，如前述沉積空間的前驅氣體壓力或者前述沉積空間中的總壓力。此外，前述裝置可能具有一沉積空間壓力控制器。於前述沉積空間內的壓力可以被獨立控制而相異於沉積空間外的壓力。如此，可於在沉積空間中的預設壓力，而最佳化原子層沉積過程。
在使用本發明的裝置時，前述沉積空間界定於前述基板表面。如此，很清楚的知道前述基板協助限制前述前驅氣體。透過基板的限制可以確保實質上避免前驅氣體流經過沿著基板平面的假想平面。然而，不必要甚至可能支撐以不同程度刺穿的基板，只要足夠的軸承表面可以用來提供軸承氣體的支撐。
在基板表面的平面中介於前述沉積空間以及基板之間的相對移動以及限定前述注入於沉積空間中的前驅氣體，兩者相互組合足以相當有效率利用前述前驅氣體。如此，前述前驅氣體的體積可以被有效率的分散於基板表面。因此，在注入沉積空間之後，增加了前驅氣體分子附著於基板表面的可能性。
1‧‧‧注入頭
2‧‧‧沉積空間
3‧‧‧沉積空間
4‧‧‧前驅支撐部
5‧‧‧基板表面
6‧‧‧前驅排出部
7‧‧‧氣體軸承
8‧‧‧軸承氣體注射器
9‧‧‧基板
10‧‧‧支持部
11‧‧‧氣流限制表面
13‧‧‧壓力控制器
15‧‧‧導入區域
16‧‧‧工作區域
17‧‧‧導出區域
18‧‧‧驅動部
18A‧‧‧第一驅動部
18B‧‧‧第二驅動部
181‧‧‧氣體進口
182‧‧‧氣體出口
183‧‧‧氣流
185‧‧‧限制部
19‧‧‧頂壁部
19A‧‧‧頂壁部
19B‧‧‧底壁部
29‧‧‧凹陷處
31‧‧‧加工區域
32‧‧‧承接元件
34‧‧‧驅動槽
34A‧‧‧槽
34B‧‧‧槽
36‧‧‧箭頭
38‧‧‧箭頭
40‧‧‧反應支撐部
42‧‧‧移動針梢
44‧‧‧下表面
48A‧‧‧第一置中空氣軸承
48B‧‧‧第二置中空氣軸承
49A‧‧‧第一側表面
49B‧‧‧第二側表面
50‧‧‧雙箭頭、方向
52‧‧‧箭頭
54‧‧‧置中軸承控制器
56‧‧‧置中軸承氣體支撐部
60‧‧‧排出管
62.1‧‧‧凹口
62.2‧‧‧凹口
62.3‧‧‧凹口
62.4‧‧‧凹口
64‧‧‧軸承壓力排列
70‧‧‧外部噴管
72.1.1‧‧‧裝置
72.1.2‧‧‧裝置
72.1.3‧‧‧裝置
72.2.1‧‧‧裝置
72.3.1‧‧‧裝置
72.4.1‧‧‧裝置
72.5.1‧‧‧裝置
72.5.2‧‧‧裝置
72.5.3‧‧‧裝置
90‧‧‧基板邊緣
110‧‧‧發射部
D1‧‧‧間隔距離
D2‧‧‧沉積空間高度
P‧‧‧方向
Q‧‧‧運輸平面方向
R‧‧‧方向
W‧‧‧承接間隔
Ri‧‧‧限制件
圖1，係本發明一實施例之側面示意圖
圖2，係本發明一實施例之另一側面示意圖
圖3，係本發明另一實施例之平面示意圖
圖4，係本發明另一實施例之一注入頭
圖5，係本發明第四實施例之側面示意圖
圖6，係本發明不同型態第四實施例之側面示意圖
圖7A，係本發明第一輸送單元、第二輸送單元以及具有注入頭的工作區域的頂面示意圖
圖7B，係為被輸送於一導入區域中的基板
圖7C，係前述傳送穿過一工作區域的基板
圖7D，係前述為於一導出區域中的基板處於轉向的時候
圖7E，係前述為於導入區域的基板處於後續轉向的時候
圖7F，係前述離開一第二輸送元件的基板；
圖8A，係具有一位於開啟位置壁部的一接受元件
圖8B，係具有一位於中央位置壁部的一接受元件
圖8C，係具有一位於關閉位置壁部的一接受元件
圖9A，係本發明第五實施例中一不同型態裝置的頂視圖
圖9B，係本發明前述第五實施例不同型態裝置的頂視圖
圖10，係本發明複數裝置的示意圖
圖1揭示了本發明一實施例之側面示意圖。舉例來說，一注入頭1具有二由一氣體軸承區域所分隔的沉積空間2、3。原則上，原子層至少需要兩個步驟，而至少有一個步驟會需要材料沉積。此材料沉積可能於具有一前驅支撐部4的沉積空間2中所完成。據此，於本實施例中，前述注入頭1更內部的沉積空間3具有一反應支撐部40，且前述沉積空間3使用上係由氣體軸承7所界定出。為了能獲得位於至少部分前述表面的前述原子層，在前驅氣體沉積於至少部分前述基板表面之後，一反應氣體、一電漿、由雷射生成的輻射以及紫外線輻射之中至少一者可以以選擇性或加成的方式被提供於前述反應空間，而與具有反應氣體 的前驅物反應。藉由適當清空前述沉積空間2、3，可在加工過程中切換前述支撐部4、40。
前述前驅支撐部4以及反應支撐部40較佳被設計為不具有實質流動的限制而允許電漿沉積。因此，對於一基板表面5，電漿流不會被任何流動限制物所限制。
於此實施例中，一前驅氣體沿著前述基板表面5的周圍流動於前述沉積空間2中。前述氣流由前驅支撐部4經過沉積空間2而達到一前驅排出部6。使用上，前述注入頭1以及前述基板表面5界定出前述沉積空間2。氣體軸承7裝設於一設置於前述沉積空間2旁的軸承氣體注射器8，用以注入一軸承氣體於前述注入頭1以及前述基板表面5之間，當限制前述注入的前驅氣體於前述沉積空間2中時，前述軸承氣體因此形成一氣體軸承。前述前驅排出部6更可以用來排出前述軸承氣體來避免軸承氣體流進前述沉積空間2、3中。
於此實施例中，每個氣體軸承7揭示規定尺寸為一氣流屏障，但原則上並不需要。舉例來說，只要提供一有效的氣流屏障，將前述沉積空間2、3分開的氣流屏障不需要被規定尺寸為同一氣體軸承。典型來說，一氣流屏障可能具有一間隔高度，此間隔高度大於一有效氣體軸承的間隔高度。於實際例子中，前述氣體軸承於介於5um-100um的間隔高度中運作；其中，一氣流屏障仍可能達到超過於此一數值，例如高達500um。同樣的在基板9存在時氣體軸承7可能只作為氣流屏障(或者氣體軸承)。然而，氣流屏障也可(或不可)被設計為無論基板9存在皆可運作。重要的是，無論是甚麼時候，介於沉積空間2、3之間流動的活動材料被氣流屏障所限制以避免汙染。該些氣流屏障可以(或不可)被設計為氣體軸承7。
圖1並未具體表示為一運輸系統(請參閱圖3為更細部表示)，前述基板9相對前述注入頭1移動以接收從沉積空間2、3來的後 續材料。藉由前述基板9相對於前述注入頭1的往復位移，可以控制原子層的數目。
重要的是，一支持部10用來沿著運輸平面來支持基板9，前述運輸平面可被視為基板9的中央線。前述支持部10相對前述注入頭1設置，並做為一平衡前述於運輸平面中氣體軸承7的氣體軸承壓力的安排。雖然不完美對稱的排列也可以提供可用的效果，但較佳來說，在支持部10中具有相同氣流安排所提供的平衡狀態，也同樣被注入頭1所提供。因此，每個支持部10的氣流射出管較佳相對設置於注入頭1的氣流射出管。因此，前述基板9可藉由前述氣體軸承壓力的安排以不需支撐的方式，也就是說無須物裡性的支撐，保持於注入頭1與支持部10之間。更一般來說，於注入頭1以及於支持部10中氣流安排並沿著運輸平面的位置的變換，仍可被調整為一相同氣流的安排。前述氣流安排小於0.5mm，實際上更小於0.2mm。藉由缺少任何物裡性的支撐，可以避免支撐物的汙染，這是非常有效的在於確保注入頭1相對於基板9最理想的工作高度。此外，前述系統較少的停工時間對於清除的目的而言是必須的。甚者，重要的是藉由缺少物裡性支撐，可以減少系統中的比熱，而顯著增加各方面的產出。
就這一點來說，前述沉積空間2、3定義出一相對於一基板表面5的沉積空間高度D2；且其中前述作為氣流屏障的氣體軸承7具有一面對基板表面5的氣流限制表面11；而相對於前述基板9，具有一小於前述沉積空間高度D2的間隔距離D1。前述沉積空間2、3裝設有一前驅支撐部4以及一前驅排出部6。前述前驅支撐部4以及前驅排出部6可以安排做為提供一從前述前驅支撐部4經過前述沉積空間2、3到達前述排出部6的前驅氣流。使用上，前述注入頭1以及前述基板表面5界定出前述沉積空間2、3。前述沉積空間2、3可由一具有高度D2-D1的凹陷處29所形成。而前述前驅支撐部4以及前驅排出部6結束以及(或) 開始於前述凹陷處29內。因此，更一般來說，前述凹陷處29被限定於前述注入頭1中，且在使用中朝向前述基板9。藉由具有前述朝向基板9的凹陷處29，可以了解前述基板9實質上封閉前述凹陷處29，因此，一個封閉的環境被形成用來支撐前述前驅氣體。此外，前述基板9的不同周邊部分或者甚至鄰近的基板或其他部分也可以形成前述封閉。本發明裝置可以藉由前述注入頭1的前驅排出部6從前述凹陷處29排出前述前驅氣體，而前述凹陷處29實質上則是用來阻止從前驅氣體逃逸。前述軸承前驅支撐部很清楚的可以被放置於從前述凹陷處29的距離。前述凹陷處29可以應用凹陷處中的加工環境，而不同於前述氣體軸承的加工環境。較佳者，前述前驅支撐部4以及(或)前述排出部6設置於前述凹陷處29中。
前述凹陷處29的深度D2-D1可以被定義為在前述基板9以及前述注入頭1的一輸出表面之間距離的局部增加，前述注入頭1裝設有前述軸承氣體注射器8以及前述前驅支撐部4。前述深度D2-D1可以介於10-500微米，較佳者為10-100微米。
前述氣流限制表面11可以由具有前述軸承氣體注射器8的發射部110所形成。舉例來說，前述氣體軸承在使用上形成於前述基板表面5以及前述氣流限制表面11之間。代表性來說，介於前述前驅排出部6之間的距離C1為1-10毫米，如同前述沉積空間2、3的典型寬度。前述氣體軸承的代表厚度D1可以介於3-15微米之間。前述發射部110的代表寬度C2則可介於1-30毫米之間。前述沉積空間2自前述基板9平面的厚度D2可以介於3-100毫米之間。
此將可以更有效加工設定。例如，由於一從前述前驅支撐部4注入前述沉積空間2的容積前驅氣流率可以高於前述於氣體軸承的軸承氣體的容積前驅氣流率，僅管用來注入前驅氣體所需的壓力可以小於用來注入於氣體軸承內的軸承氣體所需壓力。因此可知自前述基板表面5 的平面中所測得的前述氣體軸承7的厚度D1通常少於沉積空間2的厚度D2。
於一代表氣流率(5x10-4~2 x10-3m3/s)每公尺的通道寬度以及一代表距離(L=5mm)(也就是等於從前驅支撐部4至前驅排出部6的距離)，前述通道厚度D c (也就是前述沉積空間2的厚度D2)較佳應該大於25-40μm。然而，前述氣體軸承的功能較佳需要從前述前驅注入頭1至前述基板9更小的距離(典型為5□m)，為了符合有關stiffness與氣體分布的重要需求，以及為了減少軸承氣體的需求量。然而於前述加工環境中，沉積空間2中前述為5μm的厚度D2可能導致無法接受大約20bar的高壓差。因此，本發明裝置的設計較佳需要前述氣體軸承(厚度D1)以及沉積空間(厚度D2)為不同厚度。對於扁平基板，也就是晶片或者包含大量低寬高比(薄)溝槽8的晶片，前述溝槽8具有一寬高比A(溝槽深度除溝槽寬度)10，前述加工速度與前驅氣流率(precursor flow rate)(kg/s)相關：前驅氣流率越高，飽和時間(saturation time)就越短。
對於具有大量A50的高寬高比(深窄)溝槽，前述加工速度則與前述前驅氣流率以及前驅局部壓力相關。在兩者中，前述加工速度可能實質上與前述沉積空間2的總壓力無關。雖然加工速度可能(幾乎)與沉積空間2內的壓力無關，但接近大氣壓力的沉積空間2的總壓力可能是有效益的，理由如下：
1.在負壓下，於沉積空間2中的氣體速率(gas velocity)(Vg)傾向增加，導致一種沿著前述沉積空間2的不被期望的高壓差。
2.在較低壓力下，在氣體速率(gas velocity)(Vg)中的增加則導致一較短的氣體留駐時間(gas residence time)於前述沉積空間2中，此對於產能有負面效果。
3.在較低壓力下，抑制從前述沉積空間2通過氣體軸承的前驅物洩漏可能較沒有效果。
4.在較低壓力下，需要昂貴的真空幫浦裝置。
在沉積空間2中氣體速率(gas velocity)(Vg)的較低限制可能被基板切線速率(substrate traverse speed)(Vs)所決定：通常來說，為了避免非對稱氣流行為出現於沉積空間2中，需要符合以下公式：V g >>V s
此條件提供反應空間3一較佳的厚度D1、D2的上層限制。藉由符合至少一，以及最佳是全部，的前述需求，一ALD(Atomic Layer Deposition)沉積系統可被獲得作為在扁平晶片上快速連續ALD以及作為具有大量高寬高比溝槽的晶片。
據此，在使用中，沉積空間2中全部的氣體壓力可以與額外的沉積空間3中的全部氣體壓力不同。在沉積空間2中的全部氣體壓力以及(或)在額外沉積空間3中的全部氣體壓力的範圍可以介於0.2-3bar之間。舉例來說，0.5bar或2bar或甚至降低至10mBar，特別是在範圍介於0.01-3bar之間。此壓力值可以依照前驅物的特性而被選擇，例如前驅物的揮發性。此外，為了降低自沉積空間的前驅氣體流動，本發明裝置可被安排用來平衡軸承氣體壓力以及沉積空間中的總壓力。
圖2揭示一使用於一基板邊緣90通過數個於注入頭1內噴管的情況的切換結構。依一較佳實施例，前述注入頭1具有用來切換任何依憑前述基板9的前驅支撐部4、前驅排出部6以及(或)前述氣體注射器8的壓力控制器13。。為了能清楚解釋，只有圖示說明部分切換線。為能均平一軸承氣體壓力，相對軸承氣體注射器8的軸承氣體線可以相互結合而提供一均等的軸承氣體壓力。如同所揭示標記在圖2的X，外部噴管70的前述軸承氣體壓力可以被關掉。當前述基板存在於沉積空間3時，便於關閉前驅支撐部4。較佳者，剛好在關閉前驅支撐部4之前，關閉相對於一前驅排出部6的排出管60，依據基板9出現於 沉積空間時關閉前述排出管60，因此，當一基板邊緣90通過前述前驅排出部6，一前驅氣流可以由朝向支持部10的基板表面離開。
壓力控制器13可以控制沉積空間2的壓力。此外，前述壓力控制器13控制前述氣體軸承7中的氣體軸承壓力。
據此，揭示一氣流7被安排提供一氣體軸承壓力的方法，其中前述氣流7根據一基板的出現而被切換，因此，當一基板邊緣90通過一排出管60，前述排出管60選擇性被關閉而提供一從基板9離開的氣流。
圖3揭示本發明另一實施例的平面示意圖。於此，以平面視角描繪前述注入頭1。前述注入頭1具有分別作為前驅物以及反應物的沉積空間2、3的交替狹縫，每個交替狹縫由氣體軸承/氣流屏障7所界定。前述基板9被視為從一導入區域15被帶入注入頭1活動的工作區域16中。前述工作區域16靠近前述導入區域15且相對前述運輸平面排列，因此前述基板9可以被很輕易的運輸於區域15、16之間。一另增的導出區域17可以被提供。根據加工步驟，導入與導出可以相互交換或交替。因此，一基板可以通過工作區域16沿著介於的區域15、17之間的一中央線往復移動。
於所示實施例中，前述運輸系統朝向前述運輸平面裝設有複數氣體進口181以及氣體出口182，前述進口181以及氣體出口182提供一氣流183由前述氣體出口182往進口181的方向沿著前述運輸平面。為了方便說明，於本圖中僅示一成對結構。為了讓前述基板利用控制氣流的方式沿著運輸平面移動，且前述運輸平面沿著經過前述工作區域16的中央線，一氣流控制系統被安排提供一氣體軸承壓力以及一沿著前述運輸平面的氣流183。
圖4揭示一注入頭1波浪形狀的示圖例子，前述注入頭1可見於常態對基板表面的方向。前述弧形典型避免前述基板的第一規律的彎曲型態。據此，可見前述氣體軸承7已經被形成，於一常態朝向基板表面的方向，如同波浪形狀而避免前述扁平基板第一規律彎曲型態。此外，沉積空間2、3典型上 可以跟隨前述氣體軸承狹縫7的形狀而允許小型的注入頭結構。這些變異允許基板表面的氣壓分布最佳化。此最佳化對於易碎的或者有彈性的基板相當重要。
圖5揭示本發明第四實施例的一側面示意圖。請參閱前述圖示。尤其是所揭示的導入區域15、工作區域16以及導出區域17。前述注入頭1以及支持部10形成工作區域16。於前述導入區域15以及導出區域17中，運輸單元或者驅動部18用來使前述基板9沿著一運輸平面移動，如方向R所示。根據一實施例，前述導入區域15具有一朝向前述運輸平面的傾斜壁部19。前述引入基板9的導入區域15的一部分可以具有一沿著常態朝向運輸平面方向Q移動的頂壁部19，用來設置一工作高度以及(或)促進基板9引入前述注入頭1中。此外，前述注入頭1可以沿著朝向以及遠離運輸平面的方向P移動，而設定一適合的工作高度。氣體軸承的緩衝作用可以提供前述位移，也就是說，以浮動的方式維持前述注入頭1。
圖6揭示一扁平基板表面的原子層沉積裝置的示意圖，可視為第五實施例。圖6與用來描繪第四實施例的圖5的頂視圖相同。前述扁平基板9可具有彈性或者為堅硬材料，也就是說可能為金屬薄膜或者一晶片。本發明裝置可以包含前述注入頭1以及前述運輸系統，使得前述基板9與前述注入頭1沿著基板表面相對移動而形成運輸前述基板9的運輸平面。
前述運輸系統可包含前述導入區域15以及前述接近導入區域15並相對運輸平面排列的工作區域16。前述注入頭1位於前述工作區域16中。前述扁平基板(並未揭示於圖6中，但可見於圖5中的標示9)可以被插設於前述導入區域15中。前述導出區域17則鄰近於前述工作區域16。因此，前述工作區域16可以被定位於前述導入區域15以及前述導出區域17之間。於前述導入區域15中，提供有一第一輸送單元或者驅動部18A，而於前述導出區域17中，則提供有一第二輸送單元或者驅動部18B。前述第一驅動部18A以及前述第二驅動部18B可以如圖7A至7F的方式安排透過控制氣流使前述基板9往復移動，前述氣流介於前述導入區域15以及前述導出區域17並且經過前述工作區域 16。因此，前述第一驅動部18A、前述工作區域16以及前述第二驅動部18B可以協同形成一加工區域31，其中，藉由控制前述驅動部中的氣流，前述基板9可以於原子層沉積的過程中往復移動。
承接元件32協助前述基板9導入前述第一輸送單元18A中。
圖7A揭示前述第一驅動部18A、第二驅動部18B以及具有前述注入頭1的工作區域的頂視圖。圖7B則揭示前述基板9被輸送於前述導入區域15中。圖7C揭示前述基板9於前述導出區域17內旋轉基板9方向的時候。圖7E揭示前述基板9於前述導入區域15內旋轉方向的後續時候。圖7F揭示前述基板由前述第二輸送單元18B離開。因此，圖7B至7F揭示了前述基板如何可以於前述導入區域15以及導出區域17之間並經過前述工作區域16進行往復移動。於圖7A至7F，前述基板9移動的方向被標示為箭頭31。
前述運輸系統配置可交互安排的對成氣體進口181以及氣體出口182，被包含於驅動槽34中。一槽體可以具有在50-500微米範圍的凹陷深度，代表為100微米。前述運輸系統更具有前述氣流控制系統用來提供一氣體軸承壓力以及一沿著前述運輸平面的氣流，標示為方向R。藉由控制前述氣流，基板9可以透過定點偵測器去偵測或測量基板9相對於前述驅動部18A、18B的位置，或者存在。因此，透過基板9上氣流的拖曳力道，可以用來實現基板9的移動。
於圖7A至7F中，前述氣體進口181以及氣體出口182用來使前述基板9於前述導入區域15以及前述導出區域17之間並經過前述工作區域16往復移動。此外，每一個前述第一、第二驅動部18A、18B裝設有複數氣體進口181以及氣體出口182的驅動槽34。一對驅動槽34設置於一基板9上下方用來做為氣體軸承的運送功能。典型來說，外加非驅動的氣體軸承裝設有用來運送的無方向性氣流。如果此氣體軸承無法順利移動，驅動槽34非對稱性分別裝備於基板9的平面，尤其是只有前述基板9的一側。於離開前述工作區域16的前述驅動部18A、18B的區域中，前述驅動槽34被導向至前述工作區域16而提供經過前述工作區域16的往復移動。而於相鄰工作區域16的前述驅動部18A、18B 的區域中，不同尺寸的交替性的導向槽用來維持基板9的速度。尤其是，利用在導向於前述工作區域16的離開部18A的一中央較大槽以及導向離開前述工作區域16在進入部18B的二分離的較小槽來維持。前述二分離的較小槽相鄰於導向前述工作區域16於進入部18B的一較大中央槽。使用上，至少部分前述氣流引導自前述氣體出口182至前述氣體出口181。前述氣流由前述氣體出口182至前述氣體進口181所產生。在這方面，可以定義出氣流的方向，標記於箭頭36以提供一方向性空氣軸承；也就是，於運輸平面中一具有方向性軸承力道的空氣軸承。前述運輸平面用來移動前述基板9。更一般來說，前述氣體出口182可以個別裝設有一限制部185。此限制部185可以提升從氣體出口182至氣體進口181氣體支撐的控制。例如，從氣體出口182至氣體進口181氣體軸承會更為固定。例如，氣流可減少對於因為基板9移動所產生擾動的敏感度。前述限制部185定義前述氣流方向從包括前述限制部185的氣體出口182至氣體進口181。一氣體出口182可選擇性不具有限制部185，而可能使氣流36於前述槽翻轉的可能性。於此例子中，可以提供外加式的非方向性空氣軸承。
於每一個第一、第二驅動部18A、18B中，複數具有前述氣體進口181以及氣體出口182的驅動槽34中的至少一個槽34A中的氣流36的方向可以被導向前述工作區域16。甚者，於每一個第一、第二驅動部18A、18B中，複數具有前述氣體進口181以及氣體出口182的驅動槽34中的至少一個槽34B中的氣流36的方向可以被導離前述工作區域16。因此，於此例子中，在前述第一、第二驅動部18A、18B中，前述驅動槽34A的氣流被導入前述工作區域16，且前述驅動槽34B的氣流被導離前述工作區域16。利用具有驅動槽34A、34B相對氣流方向，可使前述基板9離開前述工作區域16，以及使前述基板9進入前述工作區域16。此於前述導入空間15內的相對位移有助於使基板9的往復移動。
前述第二個驅動槽34B位於前述第一、第二驅動部18A、18B中，並介於前述工作區域16以及至少前述第一個驅動槽34A之間。因此，於此例子中，在前述第一驅動部18A以及第二驅動部18B中，前述第二個驅動槽34B則 位於一個前述第一驅動槽34A以及前述工作區域16之間。藉由此安排方式，前述第二個驅動槽34B可以增進基板9經過前述工作區域16的移動，然而，當利用定位偵測器(圖中未示)偵測前述基板9實質上已經通過前述工作區域16，移動的方向31可以藉由前述第一驅動槽34A來進行方向上的轉換。
前述由氣體出口182至氣體進口181的氣流可及時繼續。因此，前述從氣體出口182至氣體進口181的氣流，也就是氣流的方向，可以在基板9往復移動的過程中及時繼續。
驅動槽34中至少一第一槽34A中的氣流速度以及(或)空間延伸大於驅動槽34中至少一第二槽34B中的氣流速度以及(或)空間延伸；尤其大於1.5倍。前述驅動槽34的一對氣體進口181以及氣體出口182的空間延伸於圖7A中標記為H1以及H2。H2大約相等於驅動槽34的氣體進口181以及氣體出口182之間的距離。而H1大約相等於驅動槽34的氣體進口181以及(或)氣體出口182之間的長度。前述H1以及H2由沿著相互反轉的指示方向所決定。
於圖7A至7F所揭示的內容，前述第一輸送單元18A以及前述第二輸送單元18B用來使基板9於前述導入區域15與前述導出區域17，且經過前述工作區域16往復移動。
因此，於圖3以及圖7A至7F的例子中提供本發明的一方面，其中前述運輸系統較佳可選擇裝設有氣體進口以及氣體出口；前述運輸系統具有一氣流控制系統以提供一氣體軸承壓力以及沿著前述運輸平面的氣流，而藉由控制前述氣流而使基板移動。在使用上，前述由氣體出口至氣體進口的氣流較佳被引導沿著實質尚平行於前述運輸平面的路徑；前述氣體出口係供前述氣體出口所專用，也就是形成複數對的氣體出口以及氣體進口。於前述導入區域15以及導出區域17，輸送元件較佳用來使前述基板9沿著前述運輸平面運送。而前述運輸元件較佳具有前述氣體進口與氣體出口。
此外，圖3以及圖7A至7F揭示本發明的一實施例，據此，前述運輸系統包含有一導入區域、一鄰接前述導入區域以及相對前述運輸平面排列 的工作區域16；其中，前述注入頭1設置於前述工作區域16中，且一扁平基板可以被插涉入前述導入區域中；其中，一導出區域鄰接前述工作區域；其中，前述氣體進口以及氣體出口排列用於使前述基板於前述導入區域以及導出區域之間並經過前述工作區域往復移動。往復移動有利於加工複數層的更多空間限制裝置具，包含用來無定向移動的裝置。在氣體出口以及氣體進口之間氣流的方向、速度以及(或)空間延伸優選的可以使前述基板進行往復位移。
圖7A至7F舉例更揭示本發明的一實施例，其中，藉由於導入區域中的第一輸送元件以及於導出區域中的第二輸送元件，前述氣體進口與氣體出口用來使前述基板於前述導入區域以及導出區域之間且經過前述工作區域往復移動。每個前述第一以及第二輸送元件較佳裝設有複數具有氣體進口以及氣體出口的槽。前述氣體控制系統用來使每一個前述第一以及第二輸送元件中的至少一第一槽的氣流方向被導引至前述工作區域，以及至少一第二槽的氣流方向導離前述工作區域；前述第一槽以及前述第二槽皆具有前述氣體進口以及氣體出口。
於一另外可以更一般性應用的實施例中，於每一個前述第一以及第二輸送元件中，前述驅動槽中的至少第二槽位於前述工作區域以及前述驅動槽中的至少第一槽之間；前述第二槽以及前述第一槽皆具有前述氣體進口以及氣體出口。此安排藉由施以一力道於基板的一部分，有利於使基板維持經過前述工作區域移動；前述基板利用前述具有氣體進口以及氣體出口的驅動槽中的至少一第二槽而通過前述工作區域。此安排亦有利於前述基板朝向前述工作區域反轉以及(或)啟動的移動，利用前述具有氣體進口以及氣體出口的驅動槽中的至少一第一槽。
於一另外更一般性應用的實施例中，前述驅動槽中至少一第一槽中的氣流速度以及(或)空間延伸大於驅動槽中至少一第二槽中的氣流速度以及(或)空間延伸；尤其大於1.5倍。其中，前述驅動槽具有前述氣體進口以及氣體出口。實驗顯示此為有利比率。
圖8A至8C揭示一本發明第五實施例態樣的裝置。圖8A至8C以圖6所標記沿著箭頭36的視角揭露前述提供於前述導入區域15的承接元件32。於此承接元件32的態樣中，前述導入區域15具有一壁部，尤其是一可沿著常態朝向前述運輸平面移動的頂壁部19A。於使用中，一底壁部19B呈不動狀態。選擇上，前述頂壁部19A亦可為選擇上處於不動狀態，而前述底壁部19B則處於可動狀態，或者，前述頂壁部19A以及前述底壁部19B都為可動狀態。利用可移動的頂壁部19A，可幫助前述基板9導入前述注入頭1。因此，於圖8A至8C所揭示的態樣中，利用前述承接元件32可形成前述可沿著常態朝向前述運輸平面方向移動的頂壁部19A，有助於前述基板9引導進入前述第一輸送元件18A。
前述頂壁部19A可以由一開啟的位置經過一中間位置而達到一關閉位置。圖8A揭示前述具有於前述開啟位置壁部的承接單元32。圖8B揭示前述具有於前述中央位置壁部的承接單元32。圖8C揭示前述具有於前述關閉位置壁部的承接單元32。於圖8C中，前述基板9在使用上可以於前述頂壁部19A以及底壁部19B之間浮動。
因此，利用前述承接單元32，前述導入區域清楚可選擇被建構來減少位於朝向前述工作區域內的前述運輸平面上方的工作高度(承接間隔W)。前述於朝向前述工作區域方向的運輸平面標記為圖5中的方向R。
前述壁部定義一承接間隔W於常態朝向前述運輸平面的方向。從圖8A至8C，很清楚知道當前述壁部朝向關閉位置移動時，將減少前述承接間隔W。而於開啟位置，前述承接間隔W被安排用來使前述基板9插設於本發明裝置中。此外，前述承接間隔W大於3mm，較佳者大於7mm，例如大於20mm。為了避免前述基板9與前述底壁部19B相接處，可於本發明裝置內設置供前述基板9放置的移動針梢42。
於中央位置，前述承接間隔W用來加熱前述基板9達到一工作溫度。此外，前述承接間隔W的範圍介於一較低值(0.2mm)以及一較高值(5mm)之間。前述具有於中央位置壁部的承接間隔W的較低值有助於避免前述基板9與 前述承接單元32壁部的機械性接觸。由於在加熱過程中所產生的機械壓力，此機械性的接觸可能因為彎曲前述基板9而產生。前述具有位於中央位置壁部的承接間隔W的較高值可以趨近加熱速度。例如，利用通過前述承接間隔W供應熱能於前述基板9可完成加熱前述基板9。前述移動針梢42優選具有一陶瓷材料。因此，可以實質上減少前述移動針梢42的熱傳導。此將增加基板9的加熱速度，並且促進晶片9內的均勻溫度分佈。
於前述關閉位置，前述承接間隔W相等於前述導入區域15剩餘位置的間隔。前述可移動壁部與前述移動針梢42相互結合，使前述移動針梢42可以移動至前述底壁部19B的下表面44，當前述頂壁部19A朝向前述關閉位置移動。
因此，更一般來說，於前述開啟位置的前述承接間隔實質上相等於前述於中央位置的承接間隔W。
因此，根據本發明另一方面於圖8A至8C所揭示的例子，前述運輸系統包含有一導入區域、以及一相鄰於前述導入區域並相對於前述運輸平面排列的工作區域；其中，前述注入頭位於前述工作區域中，而前述扁平基板則可以插設於前述導入區域，其中前述導入區域具有一壁部，尤其是一頂壁部。前述頂壁部沿著常態朝向前述運輸平面的方向移動，有助於前述基板導引入前述注入頭。前述可移動的壁部可以增加前述頂壁部以及前述底壁部之間的間隔。於是，有助於前述基板的插入。特別是可以避免前述壁部與前述基板之間的機械性接觸。
於前述本發明的另一方面，一承接單元，優選為一第一輸送元件設置於前述導入區域，其中，由前述承接單元形成前述可沿著常態朝向前述運輸平面移動的壁部，有助於前述基板導入前述第一輸送元件中。具有一於前述導入區域中專用的承接單元可以促進前述導入區域，也就是前述第一輸送元件的另一部分的狀態以及(或)結構。
於前述本發明另一方面的實施例中，前述壁部可以從一開啟位置經過一中央位置而達到一關閉位置移動；其中，可以減少一於常態朝向前述運輸平面方向且為前述壁部所定義的承接間隔；其中，於開啟位置的前述承接間隔用來使前述基板插設於本發明裝置中，而於中央位置的前述承接間隔用來加熱前述基板達到一工作溫度，且(或)於關閉位置的前述承接間隔則用來形成介於前述基板以及本發明裝置之間的氣體軸承。因此，可以促進承接的能力。承接以及加熱的加工環境，尤指加熱前述基板的加熱速度可以藉由調整前述承接間隔而改善。
圖9A及9B分別揭露本發明第五實施例裝置的頂面示意圖以及剖面示意圖。圖9A及9B揭露前述基板9。前述圖9B剖面示意圖表示圖9A中的A-A’剖面。本發明裝置部分，也就是前述導入區域15、前述導出區域17以及(或)前述工作區域16的一部分。
於此態樣中，本發明裝置裝設有用來使前述基板9置中一第一置中空氣軸承48A以及一第二置中空氣軸承48B，以便於使前述基板9沿著介於前述導入區域15以及前述導出區域17之間的中央線移動。雙箭頭50表示橫跨於一前述基板9大體相對移動方向的置中移動，前述相對移動方向則是沿著前述相對於注入頭1的中央線，並且位於前述基板9的一平面中。因此，利用前述第一以及(或)第二置中空氣軸承48A、48B，施以一力道於前述平面上，此分別為方向50的基板9的一第一側表面49A以及(或)一第二側表面49B，此方向50也就是沿著前述運輸平面。更一般來說，沿著前述基板9一表面的前述第一空氣軸承48A以及(或)前述第二空氣軸承48B的延伸線X 3 ，使用上的範圍介於0.1mm至1.5mm之間，尤其是介於0.3mm至0.8mm之間。
本發明裝置更裝設有置中軸承氣體支撐部56，此置中軸承氣體支撐部56沿著相鄰於前述基板第一側表面49A以及第二側表面49B的相對側，前述第一、第二側表面49A、49B係沿著前述基板9以及注入頭1的相對移動方向，標記為雙箭頭60。前述置中軸承氣體支撐部56個別裝設有限制件Ri。此限制件 Ri可促進氣體提供於前述第一以及(或)第二氣體軸承48A、48B的控制。前述限制件Ri可以更加固定前述第一以及(或)第二空氣軸承48A、48B。
本發明裝置亦可裝設有一置中軸承控制器54，用來控制前述第一以及第二置中空氣體軸承的壓力。此外，此置中軸承控制器54連接於前述置中軸承氣體支撐部56用來控制氣體流出前述置中軸承氣體支撐部56的量。置中氣體軸承的軸承氣體的氣流標示為箭頭52。圖9A及9B更揭示了壓力釋放凹口62.i(i=1~4)。此處，前述氣體釋放凹口62.1、62.2個別沿著並相鄰於前述第一空氣軸承48A延伸。於圖9A中，前述氣體釋放凹口62.1、62.2位於前述第一空氣軸承48A以及前述軸承壓力排列64之間，而前述軸承壓力排列64則介於前述注入頭1以及前述支持部10之間。於圖9A中，前述氣體釋放凹口62.3、62.4個別位於前述第二空氣軸承48B以及前述軸承壓力排列64之間，而前述軸承壓力排列64則介於前述注入頭1以及前述支持部10之間。前述壓力釋放凹口因此各別安置於前述軸承壓力排列64以及第一或第二置中空氣軸承48A、48B之間，一方面用來實質上降低第一以及(或)第二置中氣體軸承48A、48B壓力的控制，另一方面則是降低前述軸承壓力排列64內的壓力。
更一般來說，在平行於前述運輸平面方向的前述壓力釋放凹口的一單獨寬度X 1 範圍為0.1mm至3mm之間，尤其是0.3mm至2mm之間。由至少一前述壓力釋放凹口62.i至前述第一或第二空氣軸承48A、48B的距離X 2 範圍為0.1mm至1.5mm之間，尤其是0.3mm至0.8mm之間。
因此，如圖9A及9B所揭示例子中，本發明一方面包含前述裝置於前述導入區域15與導出區域17的一側裝設有一第一置中空氣軸承以及一第二置中空氣軸承，用來使前述基板置中，以便於使前述基板沿著介於前述導入區域15與導出區域17之間的中央線移動。本發明所呈現的測試表示，在此方式中，可有效使前述基板達成置中。利用前述第一以及(或)第二置中空氣軸承，可施以一力道於前述未於沿著運輸平面方向的基板的一側表面上。本發明裝置使用 上，優選沿著鄰接於前述基板9相對側表面的運輸平面裝設置中軸承氣體支撐部56，而前述基板9沿著基板9以及注入頭1相對移動的方向。
如圖9A及9B所揭示例子中，本發明前述部分包含有裝設壓力釋放凹口的裝置，優選為四個壓力釋放凹口，沿著並相鄰於前述第一或第二置中空氣軸承延伸，較佳者為一方面個別安置於前述第一或第二置中空氣軸承之間，另一方面則安設於前述位於注入頭與支持部之間的軸承壓力排列，前述壓力釋放凹口選擇性相互連接用來使前述壓力釋放凹口中的壓力得以均等化。前述壓力釋放凹口個別安置於前述軸承壓力排列以及前述第一或第二置中空氣軸承之間，一方面用來實質上降低第一或第二置中氣體軸承壓力的控制，另一方面則是降低前述軸承壓力排列內的壓力。本發明所呈現的測試表示此壓力釋放凹口可已足夠降低而實質上使得置中不被控制。
於一實施例中，在前述基板移動時，前述沉積空間使用上不會於前述基板表面內移動。於另一實施例中，在前述基板不作動時，前述沉積空間可以於前述基板表面內移動。而於再一實施例中，前述沉積空間以及前述基板在使用上同時於前述基板表面內移動。
於前述基板表面外的移動可以協助限定前述注入的前驅氣體。前述氣體軸承允許前述注入頭緊密地到達前述基板表面以及(或)前述基板載體，例如在50微米或者在15微米中，如在3-10微米的範圍內，如5微米的例子中。前述注入頭緊密到達前述基板以及(或)前述基板載體可以限制前述前驅氣體至前述沉積空間，而使得前驅氣體難以離開前述沉積空間。前述基板表面在使用上界定前述沉積空間而使得前述注入頭緊密到達前述基板表面。優選的，前述基板表面使用上不會與前述注入頭機械性接觸，而此機械性接觸很容易造成基板的損壞。
選擇上，前述前驅支撐部形成前述氣體注射器。然而，於一實施例中，一用來產生前述氣體軸承的軸承氣體注射器形成前述氣體注射器，前述軸承氣體注射器與前驅支撐部相分離。具有此軸承氣體的分離注射器可以控制 氣體軸承內的壓力控制分離於其他氣體壓力，例如前述沉積空間中的前驅氣體壓力。舉例來說，使用上前驅氣體壓力低於氣體軸承的壓力。選擇上，前述前驅氣體壓力低於大氣壓力，如介於0.01至100毫巴(millibar)的範圍，優選介於0.1至1毫巴(millibar)的範圍。本發明呈現的數字模擬表示在後者的範圍中，可加速沉積加工過程。一沉積時間典型上對於扁平基板需要10微秒，而對於被切割的基板則需要20微秒，例如當化學動力學相對快速的時候。前述沉積空間中的總氣體壓力典型上為10毫巴(millibar)。前述前驅氣體壓力可基於前驅物的特性而決定，例如前述前驅物揮發性。前述前驅氣體壓力低於大氣壓力時，尤其是在0.01至100毫巴(millibar)的範圍中，讓前驅物的較寬範圍被使用，尤其是具有大範圍揮發性的前驅物。
由於前述注入頭緊密到達前述基板表面，使得前述氣體軸承使用上典型表示前述於氣體軸承內壓力大幅度增加。舉例來說，使用上至少倍增氣體軸承內的壓力，如典型上增加八倍；當前述注入頭移動兩倍靠進前述基板時，如從距離基板表面50微米的距離靠近到距離基板表面25微米的距離，而其他因素相同。優選的，前述氣體軸承的剛性(stiffness)使用上介於103至1010牛頓/米，但可以超出此範圍。此升高的氣體壓力舉例可介於1.2至20巴(bar)的範圍，尤其是介於3至8巴(bar)的範圍。一較大氣流屏障通常導致較高的升壓。一升高的前驅氣體壓力增加前述前驅氣體於前述基板表面的沉積速度。當前述前驅氣體沉積通常對原子層沉積的速度限制加工步驟相當重要，舉例來說，本發明裝置可能用來形成一包含複數原子層的結構，而實務上通常會發生。前述速度的增加亦會以一有效益的方式增加一為原子層沉積所使用結構的最大層厚度，例如從10奈米到超過10奈米，如從20至50奈米的範圍，或甚至典型1000奈米或更多，此可以實現於幾分鐘碩甚至幾秒鐘的時間內，根據加工週期的次數。當沒有限定指示，產生速度可以依次為數個奈米/秒(nm/second)。本發明裝置因此可以讓原子層沉積新的應用，如提供屏障層於薄膜系統。一例子可以為用於設置於一基板上的有機發光二極體的氣體屏障層(One example can be a gas barrier layer for an organic led that is supported on a substrate)。因此，一般所知對於氧氣以及水相當敏感的有機發光二極體可以利用提供一ALD產生的屏障層所製造，而前述屏障層是根據前述所揭露的方法以及系統來產生。
於一實施例中，本發明裝置安置用來提供一預先加壓力道於前述注入頭，而前述注入頭沿著方向被引導向前述基板表面。前述氣體注射器則安置用來抵消利用前述氣體軸承內壓力控制的預先加壓力道。使用上，前述預先加壓力道增加前述氣體軸承的剛性(stiffness)。如此，一增加的剛性(stiffness)減少了離開前述基板表面的平面的多餘移動。因此，前述注入頭可以被操控更靠近前述基板表面，而不會與前述基板表面相接觸。
前述預先加壓力道選擇上或外加上可藉由增加重量於前述注入頭以磁力以及(或)重力的方式形成。前述預先加壓力道選擇上或外加上可藉由一彈簧或其他彈性元件形成。
於一實施例中，前述前驅支撐部為了橫跨前述沉積空間的長度方向中的前驅氣體氣流而安置。於一實施例中，至少一前驅物支撐部狹縫形成前述前驅支撐部，其中，前述沉積空間的長度方向被導引沿著前述至少一前驅支撐部狹縫。前驅注入頭優選為了橫跨前述至少一前驅支撐部狹縫的長度方向中的前驅氣體氣流而安置。將可使前述前驅氣體的濃度實質上穩定沿著前述前驅支撐部狹縫，由於前述前驅氣體對於前述基板表面的附著，不會產生濃度梯度。前述前驅氣體的濃度優選的稍微高於原子層沉積所需最小濃度。此增加對於前述前驅氣體的有效使用。優選的，前述介於前述沉積空間以及位於基板表面的平面的基板橫跨前數至少一前驅支撐部狹縫的長度方向。據此，前述前驅排出部鄰接於前述前驅支撐部以定義一依照前述基板運輸方向排列的前驅氣體氣流。
於一實施例中，前述氣體軸承形成前述限定結構，尤其是前述氣流屏障。於此實施例中，一外部氣流路徑至少部分引導經過前述氣體軸承。當 前述氣體軸承形成前述限定結構以及(或)前述氣流屏障的一相當有效形式，可以避免前述前驅氣體經過前述外部氣流路徑的損失。
於一實施例中，前述外部氣流路徑的一限定氣體幕以及(或)一限定氣體壓力形成前述氣體屏障。這些為可依賴且多方面的選擇用來形成前述氣流屏障。形成前述限定氣體幕以及(或)前述限定氣體壓力的氣體也可以形成至少部分的前述氣體軸承。前述氣流屏障選擇上或者外加上由一附著於前述注入頭的流體結構所形成。優選的，此一流體結構由可以維持超過80℃、200℃、400℃以及600℃其中一溫度的流體所組成。此流體為本領域通常知識者所知者。
於一實施例中，前述氣流屏障可由一氣流間隔所形成，前述氣流間隔介於前述注入頭與前述基板表面之間，以及(或)介於前述注入頭以及由前述於基板表面的一平面的基板表面而延伸的表面，其中，前述沿著前述外部氣流路徑的氣流間隔的厚度以及長度，相較於前述注入前驅氣體的容積流速，可以實質上阻止沿著前述外部氣流路徑的前驅氣體的容積流速。優選的，此一氣流間隙同時形成至少部分前述外部氣流通道。優選的，前述氣流間隙的厚度被前述氣體軸承所決定。雖然於本實施例中，少量的前驅氣體可能沿著前述外部氣流通道而流出前述沉積空間，但可以相當簡單而有效的選擇用來形成前述氣流屏障。
於一實施例中，前述沉積空間具有一延長形狀於前述基板表面的平面中。一橫跨前述沉積表面的前述沉積空間的尺寸相當重要，舉例來說，至少為5倍或50倍小於前述沉積表面平面中的沉積空間的尺寸。此延長形狀可以為平板型或曲面型。此一延長形狀縮小前述須要被注入前述沉積空間的前驅氣體量，因此增加了前述注入氣體的效率。亦可縮短用於填滿或者排空前述沉積空間的時間，因此增加了前述整體原子層沉積層加工的速度。
於一實施例中，本發明裝置的前述沉積空間由一介於前述基板表面以及前述注入頭的沉積間隙所形成，優選的具有一小於50微米的最小厚度，更優選的小於15微米，如大約3微米。此氣流間隙具有相同的尺寸。一具有小 於50微米的最小厚度的沉積空間使得一相當狹小的間隙而相當有效率使用前述前驅氣體，同時避免加諸嚴厲的條件於前述定位系統的基板表面之外平面的偏差，而此定位系統形成前述介於前述沉積空間以及前述基板表面的平面中基板的相對位移。於此方式中，可以降本前述定位系統的成本。前述沉積間隙小於15微米的最小厚度可以促進前述前驅氣體的有效使用。
前述氣體軸承使得前述氣流間隔以及(或)前述沉積間隔相對狹小，例如期最小厚度小於50微米或者小於15微米，如大約10微米或者甚至接近3微米。
於一實施例中，前述注入頭更包含有一前驅排出部，且前述注入頭設置用來注入從前述前驅支撐部經過前述沉積空間而達到前述前驅排出部的前驅氣體。前述前驅排出部的存在提供連續氣流經過前述沉積空間的可能性。於連續氣流中，可以省略用來調節前驅氣體氣流的高速值。優選的，從前述前驅排出部至前述前驅支撐部的距離於本發明裝置使用過程中是被固定的。前述前驅排出部以及(或)前述前驅支撐部可分別藉由一前驅排出部出開口以及(或)一前驅支撐部開口所形成。
於一實施例中，至少一前驅排出部狹縫形成前述前驅排出部。至少一前述前驅排出部狹縫以及(或)至少一前驅支撐部狹縫包含複數開口，或者具有至少一裂口。使用狹縫可以讓原子層沉積更有效於一較大的基板表面，或者讓原子層沉積同步位於複數基板上，因此增加本發明裝置的產能。優選的，從前述至少一前驅排出部狹縫至前述至少一前驅支撐部狹縫的距離是相當小的，如比前述前驅支撐部狹縫以及(或)前述前驅排出狹縫的長度小5倍。此有助於前述前驅氣體的濃度實質上沿著前述沉積空間而保持一定值。
於一實施例中，本發明裝置利用增加一用來讓前述基板於基板表面的平面移動的一捲帶式(reel-to-reel)系統來進行介於前述沉積空間以及前述基板之間的相對移動。此實施例公平對待本發明裝置的一般優點，也就是可以忽略一為前述注入頭周圍的封閉殼體用來產生真空，以及任意用來讓前述基板進 入前述封閉殼體而不破壞其中的真空的載入閘。此捲帶式系統優選的形成前述定位系統。
根據一方面，本發明提供一線性系統，其中利用氣體軸承輕易提供前述基板承載體。此提供一簡單且可預期的基板移動，此移動可被度量且可以被持續操作。
前述前驅氣體，舉例來說，包含氯化鉿(Hafnium Chloride,HfCl4)，但也可包含其他種類的前驅材料，如四(乙基甲基胺基)鉿(Tetrakis-(Ethyl-Methyl-Amino)Hafnium)或者三甲基鋁(trimethylaluminium,Al(CH3)3)。前述前驅氣體可以與一承載氣體一起被注入，前述承載氣體可為氮氣或者氬氣。前述承載氣體中前驅氣體的濃度典型的範圍從0.01至1體積百分比。使用上，於前述沉積空間2中一前驅氣體壓力典型的範圍從0.1至1毫巴(millibar)，但也可接近大氣壓力，或甚至明顯高於大氣壓力。前述注入頭裝設一用來於前述沉積空間2中形成一升高溫度的加熱器，舉例來說，此溫度的範圍可介於130℃以及330℃之間。
使用上，前述沿著外部氣流路徑的前驅氣體的容積流動速率一般值，可介於500至3000sccm(標準狀態毫升/分)的範圍中。
一般來說，本發明裝置設置用來在前述前驅氣體沉積於至少部分的基板表面5後，提供一反應氣體，一電漿、由雷射生成的輻射以及紫外線輻射之中至少一者，於一用來反應前述前驅物的反應空間中。在此方式下，例如可以讓前述電漿輔助原子雷射沉積(plasma-enhanced atomic laser deposition)可以低於130℃而有助於ALD加工於塑膠上，前述電漿輔助原子雷射沉積較佳應用於低溫加工。而前述塑膠用於彈性電子物(flexible electronics)的應用，如位於彈性金屬薄膜上的有機發光二極體(OLEDs)等，或者任何其他對於較高溫度(一般來說高於130℃)敏感的加工法。電漿輔助原子層沉積(plasma-enhanced atomic layer deposition)，舉例來說適用於高品質低K氧化鋁(Al2O3)層的沉積，如用來製造晶片以及太陽能 電池等半導體產品。前述反應氣體舉例包含有一氧化劑氣體，如氧氣(O2)、臭氧(O3)以及(或)水(H2O)。
於一原子層沉積加工的例子中，具有不同的步驟。於一第一步驟中，前述基板表面暴露於前述前驅氣體，如四氯化鉿(Hafnium Chloride,HfCl4)。若前驅氣體分子完全佔據前述基板表面5時，通常會讓前述前驅氣體的沉積停止。於一第二步驟中，使用一清除氣體來清空前述沉積空間2，也可以利用真空的方式來清空前述沉積空間2。於此方式中，可以移除過量的前驅物分子。前述清除氣體通常不與前述前驅氣體反應。於一第三步驟中，前述前驅物分子暴露於前述反應氣體，如一氧化劑(水氣)。藉由前述反應物予前述沉積前驅物分子的反應，前述原子層得以形成，如氧化鉿(Hafnium Oxide,HfO2)。此物質可以被使用如同一新一代電晶體的閘極氧化層(gate oxide)。於一第四步驟中，為了移除超量的反應分子，可以清空前述反應空間。
雖然並未明白指出，但根據一實施例的任何裝置可以具有前述裝置另一實施例的特徵。
本發明可選方面包含有原子層沉積於一扁平基板表面的裝置，包含有一具有沉積空間的注入頭，前述沉積空間裝設有一前驅支撐部以及一前驅排出部。前述前驅支撐部以及前述前驅排出部設置用來提供從前述前驅支撐不經過前述沉積空間而到達前述前驅排出部的前驅氣流；前述沉積空間使用上為前述注入頭以及前述基板表面所界定；一氣體軸承具有一用來注入軸承氣體於前述注入頭以及前述基板表面的軸承氣體注射器，前述軸承氣體因此形成一氣體軸承；一運輸系統提供前述基板以及前述注入頭沿著前述基板的相對移動，以形成運輸前述基板的運輸平面。以及一相對設置於前述注入頭的支持部，前述支持部建構用來提供一氣體軸承壓力排列，此氣體軸承壓力排列用來平衡前述注入頭氣體軸承於前述運輸平面，以便讓前述基板可以利用前述氣體軸承壓力排列以無須支撐的方式維持在前述注入頭以及前述支持部之間；一裝置，其中前述沉積空間利用一凹陷處而形成，優選的具有一深度D2-D1，前述前驅支撐 部以及前述前驅排出部中止以及(或)開使於前述凹陷處內；一裝置，其中前述氣體軸承可見於一常態朝向前述基板表面的方向內，如同波浪形狀而避免前述薄型基板第一規律彎曲型態；一裝置，其中前述運輸系統包含有一導入區域以及一相鄰於前述導入區域並相對於前述運輸平面排列的工作區域；其中，前述注入頭被提供於前述工作區域內，且一扁平基板可以被插設於前述導入區域中，前述導入區域用來降低在前述運輸平面上的一工作高度，可選擇於一朝向前述工作區域的方向中。一裝置，其中前述導入區域具有一傾斜壁部朝向前述運輸平面；一裝置，其中前述導入區域具有一壁部，尤其是一頂壁部，前述頂壁部可以移動來設定一工作高度；一裝置更具有一導出區域；一裝置，其中前述注入頭可以朝向以及遠離前述運輸平面而移動；一原子層沉積於一基板表面的方法，前述方法使用一裝置，前述裝置具有一注入頭，而前述注入頭包含有一裝設一前驅支撐部以及一氣體軸承的沉積空間，前述氣體軸承配設有一軸承氣體注射器；前述方法包含步驟有：a)提供一從前述前驅支撐部進入前述沉積空間的前驅氣體，用來接觸前述基板表面；b)注入一軸承氣體於前述注入頭予前述基板表面之間，前述軸承氣體因此形成一氣體軸承；c)在前述基板表面的一平面上，形成一介於前述沉積空間與前述基板之間的相對位移；d)提供一氣體軸承壓力排列來平衡前述注入頭氣體軸承於前述運輸平面中，以便於前述基板得以利用前述氣體軸承壓力排列以無須支撐的方式維持在前述注入頭予前述支持部之間；一方法，其中前述莊至包含有一反應空間，前述方法包含步驟有：在前述前驅氣體沉積於至少部分的基板表面後，提供一反應氣體，一電漿、由雷射生成的輻射以及紫外線輻射之中至少一者，於一用來反應前述前驅物的反應空間中，用來獲得前述原子層於至少部分的基板表面；以及(或)一方法更包含有：提供一氣流來提供一氣體軸承壓力以及一沿著前述運輸平面的氣流，以提供前述基板對應前述氣流系統控制的選擇性位移；以及根據前述基板的存在而切換前述氣流，如此為了當一基板邊緣通過一排出管時，前述排出管將會被關閉而提供一離開前述基板的氣流。 任何前述以本領域通常技藝者範圍中的實施例不能限定本發明，且即凡依本發明申請範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍內。例如，本發明有關複數的裝置以及使用複數裝置的原子層沉積方法。圖10揭示複數裝置72.i.j(i=1,…N)and(j=1,..,M)的示意圖。於此實施例中，N等於5，且j等於3。然而，於其他例子中，N可以小於或大於5，以及(或)j可以小於或大於3。複數本發明裝置可以相互連續的方式結合。如，前述裝置72.1.1、72.1.2以及72.1.3之間相互以連續的方式結合。相互以連續方式結合的裝置用來沉積一個或更多ALD層於一個或者相同基板9。從圖10很清楚知道前述裝置可以平行的方式相互結合。如，前述裝置72.1.1、72.2.1、72.3.1、72.4.1以及72.5.1相互以平行的方式結合於圖10中。相同地，全部動力倒置被認為本質上已經被揭露，且在本發明的範圍中。詞句上的使用，如”優選的”，尤其是”典型的”等並不意圖限制本發明。前述模糊的冠詞”一個”或”一”並不排除複數的型式。舉例來說，本發明一實施例中的一裝置裝備有複數前述注入頭。更清楚的知道，”相對作動”以及”相對位移”的用詞可以相互被替換。被揭露實施例的部分可以適當的與其他實施例相互結合，且被視為揭露。非具體或非明確敘述或請求的特徵，可以外增而不超出實際範圍的方式被包含於本發明的結構中。
1‧‧‧注入頭
2‧‧‧沉積空間
2‧‧‧凹陷處
3‧‧‧沉積空間
4‧‧‧前驅支撐部
4‧‧‧反應支撐部
5‧‧‧基板表面
6‧‧‧前驅排出部
7‧‧‧氣體軸承
8‧‧‧軸承氣體注射器
9‧‧‧基板
10‧‧‧支持部
11‧‧‧氣流限制表面
110‧‧‧發射部

Claims (20)

  1. 一種原子層沉積於扁平基板表面的裝置，包含有：一注入頭，包含有：一沉積空間，其裝設有一前驅支撐部以及一前驅排出部；前述前驅支撐部以及前述前驅排出部安置用來提供一從前述前驅支撐部經過前述沉積空間達到前述前驅排出部的前驅氣體流；前述沉積空間使用中由前述注入頭以及前述基板表面所限定；一氣體軸承，其包含有一軸承氣體注射器設置用來注射一軸承氣體於前述注入頭以及前述基板表面之間，前述軸承氣體因此形成一氣體軸承；一運輸系統，用來提供前述基板以及前述注入頭的相對位移，前述相對位移沿著前述基板的一平面而形成一運輸平面，前述基板沿著前述運輸平面被運輸；一支持部相對於前述注入頭設置，前述支持部從關於前述注入頭氣體軸承之前述基板的一相反側建構用來提供一氣體軸承壓力排列，該氣體軸承壓力排列提供一壓力以平衡前述注入頭氣體軸承於前述運輸平面中，以便前述氣體軸承壓力排列得以無須被支撐的方式維持前述基板於前述注入頭以及前述支持部之間；其中，前述氣體軸承相對於前述基板定義一間隔距離，其與前述氣體軸承壓力結合，使用上提供前述氣體軸承壓力排列提供前述氣體軸承的剛性介於103至1010牛頓每公尺。
  2. 如申請專利範圍第1項所述裝置，其中，前述氣體軸承壓力排列藉由具有一於前述支持部中的個別氣流排列來平衡前述注入頭，而 前述支持部為前述注入頭所提供。
  3. 如申請專利範圍第1項所述裝置，其中前述氣體軸承壓力排列，使用上提供一氣體軸承壓力介於1.2至20巴(bar)的範圍，較佳地介於3至8巴(bar)的範圍。
  4. 如申請專利範圍第1項所述裝置，其更進一步包含一為了實施一預先加壓力道於前述注入頭，而前述注入頭被引導向前述基板表面之預先加壓排列。
  5. 如申請專利範圍第4項所述裝置，其中該預先加壓排列包括一元件群組中至少一元件，該元件群組包含：一以磁力提供前述預先加壓力道的磁性元件，一重量，一彈性元件或一彈簧。
  6. 如申請專利範圍第1項所述裝置，其中，前述前驅排出部相鄰於前述前驅支撐部，以定義一隨著前述基板的運輸方向排列的前驅氣體氣流；以及(或)其中，前述前驅排出部以及前述前驅支撐部使用上皆朝向前述基板表面。
  7. 如申請專利範圍第1項所述裝置，其中，前述注入頭包含有壓力控制，前述壓力控制用來根據一基板存在而切換任一前述前驅支撐部、前述前驅排出部以及(或)前述軸承氣體注射器。
  8. 如申請專利範圍第7項所述裝置，其中，前述支持部包含有一相對於一前驅排出部的排出管，前述排出管根據前述基板的存在於前述沉積空間中而被切換，以便於當一基板邊緣通過前述前驅排出部時，一前驅氣流可以離開前述基板表面而朝向前述支持部。
  9. 如申請專利範圍第1項所述裝置，其中，前述注入頭包含有一裝設有一反應支撐部的內層沉積空間，此前述內層沉積空間使用上為一氣流屏障所限定，其中前述裝置優選的裝置，在前述前驅氣體沉積於至少部分基板表面之後，用來提供一反應氣體，一電漿、由雷射生成的輻射以及紫外線輻射之中至少一者於前述用來反應前述反應物的內層 沉積空間中。
  10. 如申請專利範圍第1項所述裝置，其中，前述運輸系統具有一導入區域；以及一相鄰於前述導入區域且相對於前述運輸平面排列的工作區域；其中，前述注入頭設置於前述工作區域中，以及一扁平基板得以插設於前述導入區域中，前述導入區域建構用來於朝向前述工作區域的方向中降低在前述運輸平面上方的工作高度。
  11. 如申請專利範圍第10項所述裝置，其中，前述導入區域具有一頂壁部，前述頂壁部可以移動而設定一工作高度。
  12. 如申請專利範圍第1項所述裝置，其中，前述注入頭可以朝向以及遠離前述運輸平面而移動。
  13. 如申請專利範圍第1項所述裝置，其中，前述運輸系統包含有複數輸送元件，前述輸送元件選擇性裝設複數對排列的氣體進口以及氣體出口；前述運輸系統包含有一氣流控制系統，用來提供一氣體軸承壓力以及一沿著前述運輸平面的氣流，藉由控制前述氣流使前述基板進行位移。
  14. 如申請專利範圍第13項所述裝置，其中，前述成對的氣體出口以及氣體進口設置於朝向前述運輸平面的凹陷處來提供一氣流，前述氣流位於前述凹陷處且沿著從一氣體出口至一氣體進口的運輸平面；以及，其中前述氣體出口裝設有一限制部(restriction)(原文是flow restrictor)。
  15. 如申請專利範圍第1項所述裝置，其更裝設有一第一置中空氣軸承以及一第二置中空氣軸承用來使前述基板置中，以便於使前述基板沿著界於前述導入區域以及導出區域之間的中央線移動。
  16. 一使用裝置讓原子層沉積於基板表面的方法，前述裝置包含有一注入頭，前述注入頭包含有一裝設有一前驅支撐部以及氣體軸承的沉積空間，前述氣體軸承裝設有一軸承氣體注射器，前述方法包含步 驟有：a)從前述前驅支撐部提供一前驅氣體至前述沉積空間用來接觸前述基板表面；b)注入一軸承氣體於前述注入頭以及前述基板表面之間，前述軸承氣體因此形成一氣體軸承，其中前述氣體軸承相對於前述基板定義出一間隙距離；c)於前述基板表面的一平面上建立一於前述沉積空間以及前述基板之間的相對移動；及d)提供一氣體軸承壓力排列，用來平衡前述注入頭氣體軸承於前述運輸平面中，以便前述氣體軸承壓力排列得以無須支撐的方式使前述基板維持於前述注入頭以及前述支持部之間；其中前述氣體軸承壓力排列使用上提供前述氣體軸承壓力與前述間距離結合，提供前述氣體軸承一剛性介於103至1010牛頓每公尺。
  17. 如申請專利範圍第16項所述方法，其中前述氣體軸承壓力排列，使用上提供一氣體軸承壓力介於1.2至20巴(bar)的範圍，較佳地介於3至8巴(bar)的範圍。
  18. 如申請專利範圍第16項所述方法，其更進一步包含一實施預先加壓力道於前述注入頭，而前述預先加壓力道被引導向前述基板表面。
  19. 如申請專利範圍第16項所述方法，其中，前述裝置包含有一反應空間，前述方法包含步驟有：在前述前驅氣體沉積於至少部分基板表面之後，提供一反應氣體，一電漿、由雷射生成的輻射以及紫外線輻射之中至少一者於前述用來反應前述反應物的內層沉積空間中，為了於至少部分基板表面上取得前述原子層。
  20. 如申請專利範圍第16項所述方法，更包含步驟有：提供一氣流以提供一氣體軸承壓力以及一沿著前述運輸平面的氣流，來提供前述基板相對於前述氣流系統控制的選擇性移動，以便提供前述基 板相對於前述注入頭往復移動。
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