專利名稱：原子層沉積系統(tǒng)以及用于涂覆柔性襯底的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域涉及薄膜沉積系統(tǒng)以及用于涂覆柔性襯底的方法。
技術(shù)背景以前稱為原子層外延("ALE")的原子層沉積("ALD")是一種薄膜沉積 工藝，其已知用于在半導(dǎo)體集成電路制造過(guò)程中制造場(chǎng)致發(fā)光(EL)顯示器 面板以及用于其它目的。參見(jiàn)桑托拉(Suntola)等人的第4，058，430號(hào)美國(guó)專 利和Hark6nen等人的第US 2004/0208994 A1號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)案、艾奇遜 (Aitchison)等人的US 2004/0124131和毛拉(Maula)等人的US 2005/0011555 Al，其說(shuō)明書全部以引用的方式并入本文中。ALD提供若干益處，其優(yōu)于例 如以引用的方式并入本文中的"原子層外延，，(T.桑托拉和M.辛普森，編輯， Blackie and Son有限公司，格拉斯哥，1990 )中描述的物理汽相沉積("PVD") (例如，蒸發(fā)或?yàn)R鍍)和化學(xué)汽相沉積("CVD")等其它薄膜沉積方法。與CVD形成對(duì)比(在CVD中，前驅(qū)體的流動(dòng)是靜態(tài)的(即，流動(dòng)速率 在處理期間是穩(wěn)定的)且襯底同時(shí)暴露于存在于反應(yīng)室中的多個(gè)前驅(qū)體)，ALD 處理中的前驅(qū)體流動(dòng)是動(dòng)態(tài)且連續(xù)的，使得襯底一次僅暴露于一個(gè)前驅(qū)體。成 功的ALD成長(zhǎng)常規(guī)上已要求將兩種或兩種以上不同的前驅(qū)體蒸汽連續(xù)引入到 襯底周圍的反應(yīng)空間中，通常高溫和低壓力下執(zhí)行ALD，舉例來(lái)說(shuō)，反應(yīng)空 間可加熱到200。C與600。C之間且在0.1毫巴與50毫巴之間的壓力下操作。 在典型的ALD反應(yīng)器中，反應(yīng)空間由大小經(jīng)設(shè)計(jì)以容納一個(gè)或一個(gè)以上村底 的反應(yīng)室限定。 一個(gè)或一個(gè)以上前驅(qū)體材料遞送系統(tǒng)(也稱為"前驅(qū)體源")通常用于將前驅(qū)體材料饋給到反應(yīng)室中。在將村底載入反應(yīng)室中并加熱到所需處理溫度之后，在襯底上引導(dǎo)第 一前膜。在純ALD中，前驅(qū)體蒸汽的分子將不附著到其它相似分子，且因此工藝 是自行限制的。接下來(lái)，反應(yīng)空間經(jīng)凈化以去除過(guò)多的第一蒸汽和任何揮發(fā)性 反應(yīng)產(chǎn)物。凈化通常通過(guò)用不與第一前驅(qū)體起反應(yīng)的惰性凈化氣體沖洗反應(yīng)空 間來(lái)完成。凈化之后，引入第二前驅(qū)體蒸汽。第二前驅(qū)體蒸汽的分子用化學(xué)方 法吸附被用化學(xué)方法吸附或吸附的第一前驅(qū)體分子或以其它方式與其反應(yīng)，以 形成第一和第二前驅(qū)體的薄膜產(chǎn)物。為了完成ALD循環(huán)，再次用惰性凈化氣 體凈化反應(yīng)空間以去除任何過(guò)多的第二蒸汽以及任何揮發(fā)性反應(yīng)產(chǎn)物。第一前 驅(qū)體脈沖、凈化、第二前驅(qū)體脈沖和凈化的步驟通常重復(fù)數(shù)百或數(shù)千次直到實(shí) 現(xiàn)膜的所需厚度為止。所需的溫度、壓力和反應(yīng)室條件常規(guī)上已將ALD技術(shù)限于在相對(duì)較小尺 寸的襯底上沉積。舉例來(lái)說(shuō)，ALD的已知用途包含EL顯示器面板和半導(dǎo)體晶 片。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)一個(gè)實(shí)施例， 一種用于將薄膜沉積在柔性襯底上的系統(tǒng)包含介于第一 與第二前驅(qū)體區(qū)之間的隔離區(qū)。在使用中時(shí)，將反應(yīng)性第一和第二前驅(qū)體氣體 引入到各自第一和第二前驅(qū)體區(qū)中，且將惰性氣體引入到隔離區(qū)中。從隔離區(qū) 到第一和第二前驅(qū)體區(qū)的一系列限流通路沿著前驅(qū)體區(qū)被間隔開(kāi)。所述通路可 包含拉長(zhǎng)隧道和/或柔性刮擦器以限制隔離區(qū)與前驅(qū)體區(qū)之間的氣體流動(dòng)。在 使用中時(shí)，柔性襯底穿過(guò)通路使得其在第一與第二前驅(qū)體區(qū)之間往復(fù)橫穿多次 且每次均通過(guò)隔離區(qū)。系統(tǒng)的襯底傳送機(jī)構(gòu)包含多個(gè)第一轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件(例如， 輥)，其沿著第一前驅(qū)體區(qū)被間隔開(kāi)；以及多個(gè)第二轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件，其沿著第二 前驅(qū)體區(qū)被間隔開(kāi)。所述第一轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件中的至少一些適于在襯底朝著第二前 驅(qū)體區(qū)的行進(jìn)方向變化期間支撐襯底，且所述第二轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件中的至少 一些適 于在襯底朝著第 一前驅(qū)體區(qū)的行進(jìn)方向變化期間支撐村底。在一些實(shí)施例中， 提供兩個(gè)以上前驅(qū)體區(qū)，所有前驅(qū)體區(qū)彼此隔離。襯底傳送機(jī)構(gòu)可包含用于襯底的逐輥處理的》文出巻軸(payout spool)和巻起巻軸(take-up spool )。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例， 一種薄膜沉積方法包含將惰性氣體引入到介于第一與第 二前驅(qū)體區(qū)之間的隔離區(qū)中；將第 一和第二前驅(qū)體氣體引入到各自第 一和第二 前驅(qū)體區(qū)中；以及4矣著在第 一與第二前驅(qū)體區(qū)之間往復(fù)引導(dǎo)柔性村底并穿過(guò)隔 離區(qū)的一系列限流通路，使得襯底多次穿過(guò)第一和第二前驅(qū)體區(qū)。所述方法進(jìn) 一步包含在隔離區(qū)與第一前驅(qū)體區(qū)之間以及在隔離區(qū)與第二前驅(qū)體區(qū)之間產(chǎn) 生壓力差，所述壓力差足以抑制第一和第二前驅(qū)體氣體遷移出各自第一和第二 前驅(qū)體區(qū)；以及將第一和第二前驅(qū)體氣體混合在所述區(qū)的一者內(nèi)，借此本質(zhì)上 防止所述區(qū)內(nèi)未吸附量的第一和第二前驅(qū)體氣體之間的反應(yīng)?？?例如)通過(guò) 將氣體微分注射到各個(gè)區(qū)中或通過(guò)將排氣從各個(gè)區(qū)微分抽吸或節(jié)流來(lái)實(shí)現(xiàn)所 述壓力差。在一些實(shí)施例中，將惰性氣體注射到一些或所有通路中。當(dāng)村底穿 過(guò)第一前驅(qū)體區(qū)時(shí)，第一前驅(qū)體的單層吸附到襯底表面，且在襯底隨后穿過(guò)第 二前驅(qū)體區(qū)時(shí)，第二前驅(qū)體氣體與襯底表面處吸附的第一前驅(qū)體起反應(yīng)，以借 此將薄膜沉積在襯底上?？赏ㄟ^(guò)沿著在第一與第二前驅(qū)體區(qū)之間橫穿的蛇形路 徑多次引導(dǎo)襯底來(lái)沉積許多材料層。在所述方法和系統(tǒng)的一些實(shí)施例中，襯底被傳送通過(guò)三個(gè)或三個(gè)以上前驅(qū) 體區(qū)，所有所述前驅(qū)體區(qū)均通過(guò)隔離區(qū)而彼此隔離。轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件、前驅(qū)體、前 驅(qū)體區(qū)、隔離流體或隔離區(qū)中的一者或一者以上可凈皮加熱。在一些實(shí)施例中，隔離區(qū)和前驅(qū)體區(qū)可在近似大氣壓力下操作，而在其它 實(shí)施例中，壓力可在從相對(duì)低真空壓力(例如，1毫托)到500到1500托的 正壓力(近似l-2大氣壓)的范圍內(nèi)。在所述方法和系統(tǒng)的一些實(shí)施例中，柔性襯底可在第一方向上沿著蛇形路 徑連續(xù)前進(jìn)以完成第一次通過(guò)，且隨后在與第一方向相反的第二方向上沿著蛇 形路徑反繞以完成第二次通過(guò)。所述方法的實(shí)施例還可包含以下步驟在通過(guò)期間或之間切換前驅(qū)體；將 摻雜劑引入到一個(gè)或一個(gè)以上前驅(qū)體區(qū)中；和/或?qū)⒂坞x基引入到前驅(qū)體區(qū)的 一者或一者以上中。在一些實(shí)施例中，可通過(guò)可移動(dòng)地安裝的轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件或區(qū) 分隔物來(lái)調(diào)節(jié)穿過(guò)前驅(qū)體區(qū)的 一些穿行的長(zhǎng)度或持續(xù)時(shí)間。還揭示用于捕集排出的前驅(qū)體以用于處理、再循環(huán)或回收的系統(tǒng)和方法。


圖1是根據(jù)第一實(shí)施例說(shuō)明用于柔性襯底上的ALD的系統(tǒng)和方法的示意 橫截面圖；圖2是根據(jù)第二實(shí)施例說(shuō)明利用ALD將不同材料層涂覆到柔性村底上的 系統(tǒng)和方法的示意橫截面圖；圖3是根據(jù)第三實(shí)施例說(shuō)明ALD的系統(tǒng)和方法的示意橫截面圖，其中將 襯底移動(dòng)穿過(guò)線性多級(jí)ALD反應(yīng)器；以及圖4是#>據(jù)第四實(shí)施例說(shuō)明用于柔性襯底上的ALD的系統(tǒng)和方法的示意 4黃截面圖，其包含前驅(qū)體回收和再循環(huán)系統(tǒng)。
具體實(shí)施方式
根據(jù)本文描述的實(shí)施例，舉例來(lái)說(shuō)，例如塑料或金屬網(wǎng)或細(xì)絲等柔性襯底 在相鄰區(qū)之間穿過(guò)，每一區(qū)中存在有不同的前驅(qū)體化學(xué)物質(zhì)或隔離流體。當(dāng)襯 底前進(jìn)時(shí)，襯底的每一區(qū)段優(yōu)選駐留在前驅(qū)體區(qū)中足夠長(zhǎng)的時(shí)間以完成前驅(qū)體 化學(xué)物質(zhì)在襯底表面上的必需吸附和反應(yīng)。介于前驅(qū)體區(qū)之間的隔離區(qū)防止不 同的前驅(qū)體氣體混合。襯底移動(dòng)穿過(guò)所述區(qū)以實(shí)現(xiàn)與通過(guò)常規(guī)ALD工藝沉積 的涂層一致的薄膜涂層。除了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)材料上以及其它柔性拉長(zhǎng)襯底上高度保形 薄膜涂層的沉積外，根據(jù)本文描述的實(shí)施例的系統(tǒng)和方法還可避免需要如常規(guī) 行進(jìn)的波型ALD反應(yīng)器中那樣，將前驅(qū)體和凈化氣體脈沖序列交替連續(xù)地遞 送到共同反應(yīng)室中。在其它可能的益處中，本文揭示的某些系統(tǒng)和方法尤其可促進(jìn)在柔性襯底 上(例如，在用于有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)顯示器的塑料襯底上)沉積障壁 層和透明導(dǎo)體，以及在非常大的襯底上沉積保形涂層。從以下參看附圖進(jìn)行的具體實(shí)施方式
中將了解所述系統(tǒng)和方法的許多額外優(yōu)點(diǎn)和用途。圖1根據(jù)第一實(shí)施例說(shuō)明用于(例如)將薄膜涂層沉積到例如塑料膜或金 屬箔的網(wǎng)等柔性村底12 (圖1中的輪廓所示)上的系統(tǒng)IO的示意橫截面圖。 參看圖1，系統(tǒng)10包含分別由其中存在惰性流體的中間隔離區(qū)20分離的第一 和第二前驅(qū)體區(qū)14和16。惰性流體可包括惰性液體，但更優(yōu)選基本上由惰性10氣體(例如，氮(N2))組成。在使用中時(shí)，將反應(yīng)性第一和第二前驅(qū)體區(qū)氣 體(前驅(qū)體1和前驅(qū)體2)從第一和第二前驅(qū)體遞送系統(tǒng)24、 26引入到各自 第一和第二前驅(qū)體區(qū)14、 16中。前驅(qū)體遞送系統(tǒng)24、 26可包含位于前驅(qū)體區(qū) 14、 16外部或內(nèi)部的前驅(qū)體源容器(未圖示)。另外或作為替代，前驅(qū)體遞送 系統(tǒng)24、 26可包含用于將前驅(qū)體氣體供應(yīng)到前驅(qū)體區(qū)14、 16中的管道、泵、 閥、槽和其它相關(guān)聯(lián)的設(shè)備。類似地包含惰性氣體遞送系統(tǒng)28,用于將惰性 氣體注射到隔離區(qū)20中。在所示的實(shí)施例中，前驅(qū)體區(qū)14、 16和隔離區(qū)20由外部反應(yīng)室外殼或容 器30界定或定界，所述外部反應(yīng)室外殼或容器30由第一和第二分隔物34、 36劃分為三個(gè)子室，即第一前驅(qū)體室44、第二前驅(qū)體室46和惰性氣體室50。 容器30可包括大體上將過(guò)程空間與外部環(huán)境隔離的壓力容器或真空容器。在 其它實(shí)施例中，容器30可具有用于與其它過(guò)程模塊或設(shè)備介接的進(jìn)口和出口 通路，如下文參看圖4所描述。穿過(guò)第一分隔物34的一系列第一通路54沿著 村底12的大體行進(jìn)方向被間隔開(kāi)，且提供穿過(guò)第二分隔物36的相應(yīng)系列的第 二通路56。通路54、 56經(jīng)布置和配置以使村底12在第一與第二前驅(qū)體區(qū)14、 16之間往復(fù)地從中穿過(guò)多次且每次均穿過(guò)隔離區(qū)20。對(duì)于網(wǎng)襯底，通路54、 56優(yōu)選包括縫隙，其寬度(圖1中夸示)略大于襯底12的厚度，且其長(zhǎng)度(未 圖示)延伸到圖l的平面中(即，垂直于頁(yè)面)且略大于襯底的寬度。因此， 隔離區(qū)20優(yōu)選通過(guò)第一分隔物34與第一前驅(qū)體區(qū)14分離(雖然不完全)，且 通過(guò)第二分隔物36與第二前驅(qū)體區(qū)16分離。為了大體上防止由于將未吸附量的第一和第二前驅(qū)體氣體混合在室44、 46、 50的一者中而引起的非ALD反應(yīng)，系統(tǒng)10有必要抑制前驅(qū)體1從第一 前驅(qū)體區(qū)14遷移到隔離區(qū)20中以及前驅(qū)體2從第二前驅(qū)體區(qū)16遷移到隔離 區(qū)20中。通i 各54、 56優(yōu)選經(jīng)配置以限制區(qū)14、 16、 20之間的氣體流動(dòng)，以 避免或限制前驅(qū)體氣體擴(kuò)散到共同區(qū)中。通路54、 56可包含縫隙，其尺寸僅 略厚且略寬于通過(guò)所述縫隙的襯底的厚度和寬度，從而僅留下非常少量的凈空 和余量以允許村底12從中穿過(guò)而不會(huì)擦到通路的側(cè)部。舉例來(lái)說(shuō)，在某些實(shí) 施例中，凈空和余量可在微米與毫米之間的范圍內(nèi)。通i 各54、 56還可包含拉 長(zhǎng)隧道，襯底12通過(guò)所述拉長(zhǎng)隧道，如圖1、 2和4中所描繪。此類縫隙和隧道有時(shí)被稱為縫隙閥，但實(shí)際上并不利用任何移動(dòng)閥門。在一些實(shí)施例中，通路54、 56包含用于進(jìn)一步限制流動(dòng)的刮擦器。在一個(gè)此類實(shí)施例中，襯底穿 過(guò)擦到村底的相對(duì)表面的彈性材料(例如，合成橡膠)的相對(duì)閥。在替代實(shí)施例(未圖示)中，除去隔離區(qū)20的惰性氣體室50和分隔物 34、 36，使得隔離區(qū)20基本上由完全在前驅(qū)體區(qū)14、 16之間延伸的一系列長(zhǎng) 窄通路組成。在此類實(shí)施例中，無(wú)共同惰性氣體室50連接通路，使得惰性氣 體被直接注射到第一和第二前驅(qū)體區(qū)14、 16中間的通路中以幫助防止前驅(qū)體 遷移和混合。此實(shí)施例的隔離區(qū)20將包含一歧管或若千歧管，用于將惰性氣 體線沿著通路的側(cè)部路由到噴嘴。歧管將以給通路定界的反應(yīng)室的材料形成， 且可沿著系統(tǒng)的側(cè)部而不是如圖1所示在系統(tǒng)的末端處連接到惰性氣體遞送 系統(tǒng)。為了幫助將第一前驅(qū)體氣體與第二前驅(qū)體氣體隔離，優(yōu)選在隔離區(qū)20與 第一前驅(qū)體區(qū)14之間以及在隔離區(qū)20與第二前驅(qū)體區(qū)16之間建立壓力差。 在一個(gè)實(shí)施例中，可通過(guò)在大于前驅(qū)體區(qū)14、 16的操作壓力的壓力下將惰性 氣體注射到隔離區(qū)20中并接著從前驅(qū)體區(qū)14、 16被動(dòng)地排出氣體來(lái)產(chǎn)生壓力 差。在另一實(shí)施例中，從前驅(qū)體區(qū)14、 16的排出可相對(duì)于從隔離區(qū)20的被動(dòng) 排出或通過(guò)對(duì)來(lái)自隔離區(qū)20的排出流進(jìn)行節(jié)流來(lái)控制。還可通過(guò)經(jīng)由泵58 或另一吸入源從前驅(qū)體區(qū)抽吸來(lái)產(chǎn)生壓力差。視情況，泵58可耦合到所有區(qū)， 其中來(lái)自各個(gè)區(qū)的流經(jīng)控制以維持所述壓力差。也可通過(guò)經(jīng)由使用流控制閥或 其它流控制裝置控制氣體進(jìn)入?yún)^(qū)中的相對(duì)流動(dòng)速率和從區(qū)進(jìn)行抽吸的速度兩 者來(lái)防止或限制前驅(qū)體從前驅(qū)體區(qū)14、 16遷移到隔離區(qū)20中。還可利用響應(yīng) 于各個(gè)區(qū)中的壓力傳感器的控制系統(tǒng)(未圖示)來(lái)控制氣體注射和排出流速率 以幫助維持所需的壓力差。在一個(gè)實(shí)例中，隔離區(qū)20在近似5毫托的壓力下操作(即，惰性氣體注 射壓力可為5毫托)，且在隔離區(qū)20與前驅(qū)體區(qū)14、 16中的每一者之間維持 近似0.1毫托的壓力差，使得借助通過(guò)泵58施加到前驅(qū)體區(qū)14、 16的吸入而 在前驅(qū)體區(qū)14、 16中維持近似4.9毫托的搮:作壓力。在一些實(shí)施例中，也可 使用更低和顯著更高的壓力差。必要的壓力差將受以下因素影響通路54、 56的幾何形狀(包含高度、寬度和隧道長(zhǎng)度，如果適用的話)、通路54、 56內(nèi)村底12周圍的凈空和余量、襯底12的傳送速度、襯底12和通路54、 56 的表面粗糙度以及惰性氣體被注射的位置(例如，直接注射到通路54、 56中 或大體注射到惰性氣體室50中)。例如操作溫度、壓力、前驅(qū)體種類和襯底類 型等其它因素也可影響抑制或防止前驅(qū)體氣體遷移穿過(guò)通路所必需的壓力差 的量。在一些ALD工藝中，利用具有非常低的蒸汽壓力的前驅(qū)體氣體，為了促 進(jìn)抽吸和擴(kuò)散控制，惰性氣體可在將前驅(qū)體氣體引入到系統(tǒng)10中之前或之后 與此類前驅(qū)體氣體混合，以控制前驅(qū)體區(qū)14、 16內(nèi)的壓力。在一些實(shí)施例中，可能需要使壓力均衡，或故意4吏兩個(gè)或兩個(gè)以上前驅(qū)體 區(qū)中的壓力失配以優(yōu)化成長(zhǎng)條件，或改進(jìn)前驅(qū)體材料的利用。還可能需要單獨(dú) 抽吸所述區(qū)中的兩者或兩者以上，并單獨(dú)將惰性氣體引入到前驅(qū)體區(qū)中以進(jìn)一 步減小區(qū)遷移；例如，可使用橫向流動(dòng)條件使前驅(qū)體在垂直于通路54、 56的 方向上(在第一與第二末端72、 84之間)流動(dòng)?？稍谕?4、 56內(nèi)或附近局 部引入惰性氣體，以抑制來(lái)自任一鄰近區(qū)的氣體橫穿通路54、 56。如果必需 進(jìn)一步隔離，那么可串聯(lián)使用多個(gè)微分抽吸和凈化區(qū)，其中在區(qū)之間具有限流 通路或刮擦器閥隔離和來(lái)自區(qū)的每一者的排出路徑。如上所述，前驅(qū)體區(qū)14、 16可經(jīng)抽吸以實(shí)現(xiàn)隔離區(qū)與前驅(qū)體區(qū)之間的隔 離壓力差。在一個(gè)配置(未圖示)中，單獨(dú)的泵可用于區(qū)14、 16、 20的每一 者，從而防止前驅(qū)體氣體在泵堆疊中的混合和材料或反應(yīng)副產(chǎn)物在抽吸線的任 一者中的伴隨成長(zhǎng)，借此防止粉末或殘余物聚集并堵塞泵堆疊。抑制泵堆疊中 不需要的材料沉積的另一方式是使用前驅(qū)體捕集器59 (例如，簡(jiǎn)單的直列液 氮冷卻捕集器，例如由科特J.萊斯克公司(www.lesker.com)出售的型號(hào) TLR4XI150QF)來(lái)捕集排出的前驅(qū)體。類似的前驅(qū)體捕集器可放置在前驅(qū)體 排出線的每一者中，處于前驅(qū)體排出線的匯合處上游并處于泵58之前。通過(guò) 使用在給定溫度下具有不同蒸汽壓力的惰性氣體和前驅(qū)體材料，有可能捕集并 回收排出的前驅(qū)體的多達(dá)近似100%,同時(shí)將惰性氣體傳遞到泵堆疊。且因?yàn)?不同前驅(qū)體不混合于所述區(qū)中，所以維持前驅(qū)體純度，從而實(shí)現(xiàn)前驅(qū)體材料多 達(dá)100%的利用率。 一旦捕集器59經(jīng)填充，就可通過(guò)用經(jīng)加熱液體替代液氮或 通過(guò)啟動(dòng)捕集器外部的加熱元件，接著顛倒抽吸方向或關(guān)閉泵58與捕集器59之間的隔離閥(未圖示)而將捕集器59轉(zhuǎn)變?yōu)榍膀?qū)體源。捕集器/源的特定操作溫度將取決于所捕集的前驅(qū)體及其蒸汽壓力。舉例來(lái)說(shuō)，液氮捕集器可在低于100開(kāi)氏度下操作。下文參看圖4描述額外的捕集器/源配置。系統(tǒng)10的襯底傳送機(jī)構(gòu)60包含多個(gè)用于引導(dǎo)襯底12的轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件，包 含沿著第一前驅(qū)體區(qū)14被間隔開(kāi)的一組第一轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件64和沿著笫二前驅(qū)體 區(qū)16被間隔開(kāi)的第二組轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件66。轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件64、 66協(xié)作以界定襯底 12前進(jìn)穿過(guò)系統(tǒng)10時(shí)襯底12的起伏的傳送路徑。襯底傳送機(jī)構(gòu)60可包含放 出巻軸72，其用于從第一線圈(輸入輥74)放出襯底12以便在隔離區(qū)20、 容器30或前驅(qū)體區(qū)14、 16中的一者的第一末端76處接收。襯底傳送機(jī)構(gòu)60 可進(jìn)一步包含巻起巻軸82,其用于從隔離區(qū)20、容器30或前驅(qū)體區(qū)14、 16 中的一者的與第一末端76相反的第二末端84接收所涂覆的襯底12，并將襯 底12巻繞到巻起輥86或第二線圈中。放出巻軸72和/或巻起巻軸82可位于 容器30內(nèi)，例如隔離區(qū)20內(nèi)，如圖1-2中所描繪?；蛘?，^t出和巻起巻軸72、 82可位于容器30外部(即，隔離區(qū)20以及第一和第二前驅(qū)體區(qū)14、 16外部)， 如圖3和4中所描繪。輸入和巻起輥74、 86將在系統(tǒng)10的操作期間改變直徑， 且因此將需要網(wǎng)處置和線圈處置系統(tǒng)的此項(xiàng)技術(shù)中眾所周知的種類的張力控 制和/或驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)?？商峁╊~外的轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件，以用于確定通過(guò)(且在一 些實(shí)施例中進(jìn)入)容器30的襯底12的傳送路徑。舉例來(lái)說(shuō)，可能需要額外的 轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件(未圖示)以補(bǔ)償輸入和巻起輥74、 86的直徑在系統(tǒng)10的操作期 間的改變。轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件64、 66可包括旋轉(zhuǎn)的引導(dǎo)支撐件，例如輥、滑輪、鏈輪或夾 送輥，以及非旋轉(zhuǎn)的引導(dǎo)支撐件，例如導(dǎo)桿、軌道或通道。合適的旋轉(zhuǎn)引導(dǎo)支 撐件包含惰輪(例如，惰輪輥)和被驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)支撐件兩者，后者由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) (未圖示)驅(qū)動(dòng)，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可包含用于使旋轉(zhuǎn)引導(dǎo)支撐件彼此同步以及與 放出巻軸72和/或巻起巻軸82同步的構(gòu)件。非旋轉(zhuǎn)的引導(dǎo)支撐件可優(yōu)選包含 由涂覆有低摩擦材料(例如，聚四氟乙烯(PTFE) (TEFLON ))制成的軸 承表面。在一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件64、 66可包括將襯底12支撐在流體的 動(dòng)態(tài)襯墊上的流體軸承(例如，氣體軸承)，所述流體例如為穿過(guò)流體軸承的 軸承座圈中的小穿孔而注射的前驅(qū)體氣體和/或惰性氣體。依據(jù)襯底傳送機(jī)構(gòu)60和通路54、 56的配置，襯底12的傳送路徑可具有 蛇形輪廓、鋸齒輪廓或任何其它適宜的形狀，以用于在第一與第二前驅(qū)體區(qū) 14、 16之間傳送襯底。襯底12優(yōu)選穿過(guò)通路54、 56且在垂直于分隔物32、 34的平面的方向上橫穿隔離區(qū)20,使得相對(duì)對(duì)的第一和第二通路54、 56與垂 直于分隔物32、 34的橫向軸對(duì)準(zhǔn)。然而，也可利用其它布置和傳送路徑配置。在所示的實(shí)施例中，第一轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件64的每一者定位在第一前驅(qū)體區(qū)14 內(nèi)并在襯底12圍繞轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件64朝著第二前驅(qū)體區(qū)16轉(zhuǎn)動(dòng)180。時(shí)支撐襯底 12。類似地，第二轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件66的每一者定位在第二前驅(qū)體區(qū)16內(nèi)并在襯底 12圍繞轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件66朝著第一前驅(qū)體區(qū)14轉(zhuǎn)動(dòng)180。時(shí)支撐襯底12。在替代 實(shí)施例(未圖示)中，轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件64、 66中僅一些可在襯底12朝著相對(duì)的前 驅(qū)體區(qū)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)支撐襯底12。舉例來(lái)說(shuō)，兩個(gè)轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件可用于單轉(zhuǎn)180。，每 一者通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)90。而支撐襯底。在其它實(shí)施例中，襯底12可在隔離區(qū)20的橫 穿之間轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過(guò)略大或略小于180。。大于180。的轉(zhuǎn)動(dòng)可經(jīng)實(shí)施以在具有給定 總長(zhǎng)度的系統(tǒng)內(nèi)配合更多轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件，且因此配合更多的沉積循環(huán)。穿過(guò)前驅(qū) 體區(qū)14、 16的襯底12的傳送路徑可能是彎曲和/或直的。在一個(gè)實(shí)施例(未 圖示)中，第一和第二轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件中的一些或全部可位于各自第一和第二前驅(qū) 體區(qū)外部，使得襯底越過(guò)各自最接近轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件的前驅(qū)體區(qū)并穿過(guò)給各自前驅(qū) 體區(qū)的內(nèi)側(cè)和外側(cè)定界的分隔物中的通路而完全遵循直線傳送路徑。圖1中所說(shuō)明的系統(tǒng)10包含十個(gè)第一轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件64和十個(gè)第二轉(zhuǎn)向引導(dǎo) 件66，從而提供ALD成長(zhǎng)的十個(gè)完全循環(huán)。在一個(gè)實(shí)例中，圖l的系統(tǒng)可用 于使用三甲基鋁(TMA)作為前驅(qū)體1和水作為前驅(qū)體2沉積近似10埃(10 A)厚的氧化鋁(A1203 )涂層?？赏ㄟ^(guò)添加轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件對(duì)而向系統(tǒng)10添加額 外ALD循環(huán)。舉例來(lái)說(shuō)，100循環(huán)系統(tǒng)可具有200個(gè)轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件，前100個(gè) 轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件64和后100個(gè)轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件66。通過(guò)^f吏用小直徑引導(dǎo)件輥或其它轉(zhuǎn) 向引導(dǎo)件，此系統(tǒng)從輸入輥74到巻起輥86可僅有一米長(zhǎng)，近似50cm高，且 僅略寬于襯底12的寬度。還預(yù)期能夠在單次通過(guò)中實(shí)現(xiàn)500、 1000、 5000或 更多ALD循環(huán)的系統(tǒng)。在下文描述的圖2和4的系統(tǒng)中，類似的擴(kuò)展是可能 的。為了將膜厚度增加超過(guò)通過(guò)系統(tǒng)10經(jīng)由由傳送機(jī)構(gòu)60界定的數(shù)目的ALD循環(huán)在單次通過(guò)中沉積的厚度，襯底IO可借助以下方式多次通過(guò)系統(tǒng) 在一次通過(guò)之后將巻起輥86從第二末端84移動(dòng)到第一末端76，顛倒襯底12 的傳送方向以通過(guò)系統(tǒng)將其發(fā)送回去，或使用閉環(huán)村底，所述閉環(huán)襯底循環(huán)回 到輸入側(cè)76以實(shí)現(xiàn)在不移動(dòng)或處置整個(gè)輥的情況下多次通過(guò)系統(tǒng)。在連續(xù)通 過(guò)之間，可改變前驅(qū)體區(qū)14、 16內(nèi)的前驅(qū)體的一者或一者以上以提供由兩種 或兩種以上薄膜材料制成的多層涂層堆疊。圖2說(shuō)明根據(jù)第二實(shí)施例用于在單次通過(guò)系統(tǒng)110中將不同材料層沉積在 柔性襯底112上的系統(tǒng)IIO和方法。在圖2的實(shí)施例中，多個(gè)單獨(dú)前驅(qū)體區(qū)沿 著反應(yīng)室的長(zhǎng)度依序定位。在圖2中，最后兩個(gè)數(shù)字類似于圖1的參考標(biāo)號(hào)的 100系列參考標(biāo)號(hào)表示類似組件。舉例來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)110包含由第 一前驅(qū)體傳遞 系統(tǒng)124供應(yīng)的第一前驅(qū)體區(qū)114、由第二前驅(qū)體傳遞系統(tǒng)126供應(yīng)的第二前 驅(qū)體區(qū)116,以及由惰性氣體傳遞系統(tǒng)128供應(yīng)的隔離區(qū)120。圖2的系統(tǒng)110 進(jìn)一步包含第三前驅(qū)體區(qū)190，當(dāng)系統(tǒng)在使用中時(shí)將不同于第一和第二前驅(qū)體 氣體(前驅(qū)體1和前驅(qū)體2 )的第三前驅(qū)體氣體(前驅(qū)體3 )引入到所述第三 前驅(qū)體區(qū)190中。第三前驅(qū)體區(qū)190通過(guò)第三分隔物與隔離區(qū)120分離并定位 成與第二前驅(qū)體區(qū)116相對(duì)。在所展示的實(shí)施例中，第三分隔物是上分隔物 134的中間部分，其包含沿著第三前驅(qū)體區(qū)190^皮間隔開(kāi)的穿過(guò)其中的一系列 第三通路192。類似地，用于接收第四前驅(qū)體氣體(前驅(qū)體4)的第四前驅(qū)體 區(qū)194定位成與第二前驅(qū)體區(qū)116相對(duì)并通過(guò)上分隔物134的末端部分與隔離 區(qū)120分離，通過(guò)所述末端部分提供一系列間隔開(kāi)的第四通路196。前驅(qū)體4 優(yōu)選不同于前驅(qū)體l、前驅(qū)體2和前驅(qū)體3，但或者可與前驅(qū)體1相同以實(shí)現(xiàn) 交替薄膜材料層的沉積。第三前驅(qū)體區(qū)190通過(guò)處于第三前驅(qū)體區(qū)l卯的相對(duì) 末端處的一對(duì)分隔壁198與第一和第四前驅(qū)體區(qū)114、 194隔離，每一分隔壁 198在上分隔物134與容器30的外反應(yīng)室壁132之間延伸。在圖2的實(shí)施例中，利用兩個(gè)以上前驅(qū)體區(qū)來(lái)制造多個(gè)不同材料層，例如 前十個(gè)蛇形路徑可分別在第一前驅(qū)體區(qū)114與第二前驅(qū)體區(qū)116之間;橫穿，且 最終接下來(lái)十個(gè)蛇形路徑可在第三前驅(qū)體區(qū)190與第二前驅(qū)體區(qū)116之間橫穿 等，從而產(chǎn)生多層膜堆疊。在一個(gè)實(shí)例中，圖2中所說(shuō)明的系統(tǒng)IIO可利用TMA作為前驅(qū)體1，水作為前驅(qū)體2， TiC14作為前驅(qū)體3，以及TMA作為前驅(qū)體4以涂覆3個(gè)循環(huán) 的A1203 (近似3 A ),之后是4個(gè)循環(huán)的二氧化鈦(Ti02 )(近似2 A ),之后 是另外3個(gè)循環(huán)的A1203。在另一實(shí)例中，可利用類似于圖2所示的系統(tǒng)的系統(tǒng)來(lái)形成鋁摻雜氧化鋅 (ZnO)薄膜。鋁摻雜ZnO是光學(xué)上透射的傳導(dǎo)氧化物膜，其可用作通常用于 電子元件和太陽(yáng)能電池中的較昂貴氧化銦錫(ITO)電極的替代物。在此實(shí)例 中，二乙基鋅(DEZn)或二曱基鋅(DMZn)用作前驅(qū)體1和前驅(qū)體4，且第 一和第四前驅(qū)體區(qū)114、 194中的每一者包含50與IOO之間的轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件(即， 襯底在第一和第四前驅(qū)體區(qū)中的每一者中穿行50與100次之間)。氧化劑(例 如，水，或更優(yōu)選為臭氧)用作前驅(qū)體2，且TMA用作前驅(qū)體3。第三前驅(qū) 體區(qū)190可僅包含非常小數(shù)目的轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件(且穿行)例如兩次以僅在整個(gè) ZnO內(nèi)沉積摻雜量的氧化鋁。村底接著在多次通過(guò)中被多次傳送通過(guò)系統(tǒng)，以 實(shí)現(xiàn)所需的機(jī)械、電氣和光學(xué)特性。在替代實(shí)施例(未說(shuō)明)中，第三前驅(qū)體區(qū)190可定位在第一與第二前驅(qū) 體區(qū)114、 116之間，使得隔離區(qū)120跨在第三前驅(qū)體區(qū)190上，且襯底112 當(dāng)在第一與第二前驅(qū)體區(qū)114、 116之間傳送時(shí)橫穿第三前驅(qū)體區(qū)190。系統(tǒng) 110的配置的其它變化也是可能的，配置的種類優(yōu)選具有其通過(guò)一個(gè)或一個(gè)以 上隔離區(qū)而彼此隔離的各種前驅(qū)體區(qū)，以防止前驅(qū)體氣體在所述區(qū)的任一者中 起反應(yīng)(襯底112的表面處除外)。圖3所示的替代系統(tǒng)200可經(jīng)配置而沒(méi)有輥，但仍通過(guò)沿著前驅(qū)體l、惰 性氣體、前驅(qū)體2、惰性氣體、前驅(qū)體l、惰性氣體等的交替區(qū)202、 204、 206 等之間的線性傳送路徑通過(guò)襯底212而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)薄襯底212上的ALD型沉積。 在圖3中，出于簡(jiǎn)單起見(jiàn)而省略了來(lái)自前驅(qū)體區(qū)202、 206等的排出或抽吸線。 雖然對(duì)于給定層計(jì)數(shù)，系統(tǒng)200將可能比圖l和2的那些系統(tǒng)長(zhǎng)得多，但圖3 的系統(tǒng)200例如如果配置為例如用于建筑玻璃涂覆系統(tǒng)的直線系統(tǒng)，則可制造 得非常薄。因此，系統(tǒng)200可用于涂覆柔性襯底和剛性襯底。其還可減少圖l 和2的系統(tǒng)10和110中由于襯底12與襯底傳送機(jī)構(gòu)60的轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件64、 66 之間的接觸而發(fā)生的問(wèn)題。在一個(gè)實(shí)施例中，前驅(qū)體1是TMA且前驅(qū)體2是 水蒸汽，且襯底212通過(guò)系統(tǒng)一次完成三個(gè)ALD循環(huán)以沉積氧化鋁(A1203)的近似三埃(3A)。圖3的配置的一個(gè)變化將是具有少至四個(gè)區(qū)(例如，前驅(qū) 體1、惰性氣體隔離、前驅(qū)體2和惰性氣體隔離)的室，以提供一個(gè)全ALD 循環(huán)。柔性材料(未圖示)的閉環(huán)村底可循環(huán)通過(guò)此系統(tǒng)，且環(huán)形村底通過(guò)室 的行程或循環(huán)的數(shù)目將決定所得的涂覆厚度。本文描述的種類的一些系統(tǒng)和方法不一定需要非常特定的幾何形狀或機(jī) 械配置。舉例來(lái)說(shuō)，除了圖1-3中所說(shuō)明的配置外，村底可在看似"Z字形" 或正弦波的路徑或任何路徑(只要村底在至少提供以下條件的區(qū)域中連續(xù)蜿蜒 前行)中蜿蜒前行(l)暴露于一個(gè)前驅(qū)體；(2)隔離區(qū)，其中襯底不暴露于 主前驅(qū)體中的一者；(3)暴露至少第二前驅(qū)體；以及(4)與步驟(2)中相同 的第二隔離區(qū)，其可以是如用于步驟(2)的共同區(qū)。村底不一定必須越過(guò)輥， 實(shí)質(zhì)上允許襯底4黃越或穿過(guò)連續(xù)區(qū)的任何機(jī)械布置均將起作用。圖4說(shuō)明根據(jù)第四實(shí)施例的系統(tǒng)310，其中表示前驅(qū)體區(qū)314、 316、隔離 區(qū)320和村底傳送機(jī)構(gòu)360的組件的300系列參考標(biāo)號(hào)的最后兩個(gè)數(shù)字對(duì)應(yīng)于 識(shí)別圖1的實(shí)施例中的類似元件的類似的2數(shù)字參考標(biāo)號(hào)。參看圖4，系統(tǒng)310 包含位于反應(yīng)室外殼330外部的輸入和巻起輥374、 386。在隔離區(qū)320內(nèi)提 供額外的輸入/輸出轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件338。襯底312被饋送通過(guò)一個(gè)或一個(gè)以上縫 隙、刮擦器閥或其它限流入口和/或出口通路340、 342。將輸入和巻起輥374、 386定位在反應(yīng)室330外部可^f更于輥裝載和卸載。在替代實(shí)施例(未圖示)中，輸入和巻起輥374、 386可放置在單獨(dú)的真 空室或負(fù)載鎖定室中，鄰近于反應(yīng)器外殼330的第一和第二端376、 384。額 外的過(guò)程模塊可提供在輸入輥374與反應(yīng)室330之間和/或反應(yīng)室330與巻起 輥386之間，使得薄膜涂覆過(guò)程將包括較大襯底處理系統(tǒng)中的僅一個(gè)模塊。舉 例來(lái)說(shuō)，預(yù)熱階段或其它功能化模塊可提供在輸入輥374與反應(yīng)室330之間。 可與ALD涂覆系統(tǒng)310 —起使用的預(yù)熱或功能化步驟的實(shí)例包含在涂覆之前 進(jìn)行真空處理以加速襯底312的出氣；紫外光處理；臭氧處理，例如用于使正 常疏水塑料膜親水以增強(qiáng)或?qū)崿F(xiàn)ALD處理；暴露于等離子或其它游離基源； 以及清潔步驟。還可利用例如光刻和其它圖案化步驟、非ALD沉積(例如， 濺鍍)和其它表面修整和涂覆步驟的其它過(guò)程模塊。系統(tǒng)310包含可調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件364、366，其可朝著和遠(yuǎn)離分隔物334、336和隔離區(qū)320移動(dòng)以改變前驅(qū)體區(qū)314、 316內(nèi)的襯底停留時(shí)間。轉(zhuǎn)向引 導(dǎo)件364、 366的位置可獨(dú)立地或成群組地調(diào)節(jié)，且可由控制系統(tǒng)310控制以 改變停留時(shí)間，因?yàn)檫^(guò)程隨時(shí)間需要改變。在圖4中，展示三個(gè)不同群組的轉(zhuǎn) 向引導(dǎo)件處于每一前驅(qū)體區(qū)中，每一群組具有不同的停留時(shí)間。調(diào)節(jié)停留時(shí)間 可促進(jìn)某些前驅(qū)體成核，且可改進(jìn)多孔表面中的前驅(qū)體穿透。類似地，分隔物 334、 336可沿著與可調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件364、 366相同的方向移動(dòng)(即，向上 和向下)，以改變隔離區(qū)320中的襯底停留時(shí)間。系統(tǒng)310進(jìn)一步包含前驅(qū)體再循環(huán)子系統(tǒng)400,其位于來(lái)自第一和第二前 驅(qū)體區(qū)314、 316的抽吸/排出線的匯合處404上游。子系統(tǒng)400包含第一和第 二捕集器410、 420， 一對(duì)三向閥430、 432或其等效物位于其側(cè)部以^使捕集器 410、 420中的一者能夠選擇性地介于前驅(qū)體區(qū)316與泵358之間的抽吸線440 中。閥430中的第一者包含兩個(gè)出口， 一個(gè)連接到第一捕集器410的入口且另 一個(gè)連接到第二捕集器420的入口。類似地，第二閥432包含兩個(gè)入口； 一個(gè) 連接到第一捕集器410的出口且另一個(gè)連接到第二捕集器420的出口。圖4 展示閥430、 432的左手側(cè)關(guān)閉且右手側(cè)打開(kāi)，使得第二捕集器420插入在抽 吸線440中并充當(dāng)前驅(qū)體捕集器。同時(shí)，第一捕集器410與抽吸線440隔離， 如每一三向閥430、 432的左手側(cè)上的變黑截止閥所指示。第一捕集器410正 在再生模式中操作，借此捕集器410經(jīng)加熱以將先前捕集的前驅(qū)體材料釋放到 前驅(qū)體供應(yīng)/再循環(huán)線450。隔離閥462、 464提供在各自捕集器410、 420的供 應(yīng)出口與供應(yīng)/再循環(huán)線450中的供應(yīng)出口的下游供應(yīng)匯合處470之間。閥430、 432、 462和464的位置可與圖4中所示的位置顛倒，4吏得第一捕集器410充 當(dāng)直列前驅(qū)體捕集器，且第二捕集器420作為前驅(qū)體源而操作。在所展示的實(shí) 施例中，子系統(tǒng)400的一半始終作為捕集器而操作，且另一半作為前驅(qū)體傳遞 系統(tǒng)326的供應(yīng)組件而操作。第二子系統(tǒng)(未圖示)可提供在匯合處404上游的第一前驅(qū)體區(qū)排出線中， 用于以類似方式捕集和再循環(huán)第一前驅(qū)體。用于子系統(tǒng)400的適宜的捕集器410、 420可包含簡(jiǎn)單的直列液氮捕集器， 或更優(yōu)選為經(jīng)修改以在適宜的壓力和溫度下抽吸前驅(qū)體(非水)的低溫"水泵"。 適宜的低溫水泵優(yōu)選包含用于再生能力的內(nèi)置式加熱器。低溫水泵的實(shí)例包含均由布魯克斯自動(dòng)化(Brooks Automation ) ( www.brooks.com )銷售的 PoIycod PFC水蒸汽低溫泵和CTI-Cryogenics LowProfie WaterpumpTM。低 溫水泵通常經(jīng)配置以在低真空環(huán)境中抽吸，但可經(jīng)修改或調(diào)節(jié)以在本文所描述 的方法的操作壓力范圍中工作。對(duì)于一些前驅(qū)體，捕集器操作溫度可在 100-150°開(kāi)的范圍內(nèi)，而對(duì)于其它前驅(qū)體，其可在150。與300。開(kāi)之間的范圍內(nèi)。 較高的捕集溫度可使得能夠捕集某些金屬卣化物前驅(qū)體化學(xué)物質(zhì)，同時(shí)允許其 它材料(例如，背景水蒸汽、溶劑和惰性氣體)通過(guò)，借此改進(jìn)被捕集的前驅(qū) 體的純度。起巻軸72、 82、 172、 182、 272、 282、 372、 382以及轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件64、 66、 164、 166、 364、 366)的涂覆，因?yàn)檫@些零件中的每一者駐留在系統(tǒng)的僅一個(gè)區(qū)中， 或完全在所述區(qū)的外部。與常規(guī)ALD系統(tǒng)不同，本文所描述的系統(tǒng)中不需要 高速脈沖閥，且理論上，維護(hù)要求將最少。與本文揭示的實(shí)施例一致的系統(tǒng)和方法可在相對(duì)較寬范圍的溫度和壓力舉例來(lái)說(shuō)，操作壓力可在約1毫托的相對(duì)較低真空環(huán)境到500-1500托(約1 到2個(gè)大氣壓)的正壓力環(huán)境的范圍內(nèi)。壓力在不同前驅(qū)體區(qū)中可能不同，以 適應(yīng)(例如)具有不同蒸汽壓力、分子移動(dòng)性和反應(yīng)性特征的前驅(qū)體的使用。 在一些實(shí)施例中，兩個(gè)或兩個(gè)以上前驅(qū)體區(qū)和惰性氣體區(qū)可維持在不同的溫度 以優(yōu)化膜特性和/或產(chǎn)量。在行進(jìn)波ALD反應(yīng)器典型的操作溫度下，操作溫度 還可從室溫以下變化到適當(dāng)室溫以上。在一些實(shí)施例中，可利用經(jīng)加熱輥或轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件64、 66、 164、 166、 364、 366來(lái)加熱襯底并經(jīng)由ALD促進(jìn)薄膜成長(zhǎng)。前驅(qū)體區(qū)14、 16、 114、 116、 314、 316和/或隔離區(qū)20、 120、 320中的一者或一者以上也可被加熱。通路54、 56、 154、 156、 354、 356可通過(guò)將經(jīng)加熱惰性氣體直接注射到通路中而浮皮加熱。在一個(gè)實(shí)施例中，等離子放電或其它游離基源包含在前驅(qū)體區(qū)的一者或一 者以上中或鄰近的室中，以實(shí)現(xiàn)等離子或游離基輔助的ALD膜成長(zhǎng)。本文所描述的系統(tǒng)和方法通常將導(dǎo)致襯底的兩個(gè)面上的沉積。為了實(shí)現(xiàn)單 側(cè)沉積，襯底可經(jīng)分層、折疊或被遮掩以進(jìn)行沉積，接著剝開(kāi)、展開(kāi)或去除掩模以產(chǎn)生成品。單側(cè)沉積的其它可能的方法包含在平坦化管狀襯底上沉積，接 著縱向切開(kāi)，或在雙側(cè)沉積之后切開(kāi)固體襯底。本文所描述的系統(tǒng)和方法不限于在例如塑料膜或金屬箔的網(wǎng)襯底上沉積。 相同的基本配置可用于涂覆線、柔性管道、織物材料(例如，布)、編織材料 (例如，編織的線或繩)、非織物片狀材料(例如，紙)、蒸汽阻擋構(gòu)造等。以下是本文所揭示的系統(tǒng)和方法的潛在應(yīng)用的進(jìn)一步實(shí)例1) 在塑料或金屬箔上，作為氣體或化學(xué)阻擋物，作為電絕緣體，作為電 導(dǎo)體，或作為半導(dǎo)體。特定應(yīng)用包含用于食品或醫(yī)藥包裝的氧和濕氣阻擋物， 用于大面積太陽(yáng)能電池、柔性顯示器和柔性電子元件的電絕緣、傳導(dǎo)或半傳導(dǎo) 膜。2) 例如布等織物材料上的涂層，用以提供阻燃或使表面功能化，以例如 提供防濕氣或防染色。3) 氣體或化學(xué)阻擋物或管道，例如用于化學(xué)或機(jī)械應(yīng)用中的塑料管道。4) 織物或經(jīng)壓制片狀材料中機(jī)械/物理特性的改進(jìn)，例如可提供"填料" 以接合且結(jié)合個(gè)別顆?；蚶w維的膜。整個(gè)本說(shuō)明書中提及"一個(gè)實(shí)施例"或"一實(shí)施例"或"一些實(shí)施例"意 味著特定描述的特征、結(jié)構(gòu)或特性包含在至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，整個(gè)本說(shuō) 明書中各處出現(xiàn)的短語(yǔ)"在一個(gè)實(shí)施例中"、"在一實(shí)施例中"、"在一些實(shí)施例 中"等并不一定全部表示相同實(shí)施例。此外，在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中可以 任何適宜方式組合所描述的特征、結(jié)構(gòu)或特性。在一些情況下，可在沒(méi)有所述 特定細(xì)節(jié)中的一者或一者以上的情況下或在利用其它方法、組件、材料等的情 況下實(shí)踐本發(fā)明。在其它情況下，未詳細(xì)展示或未描述眾所周知的結(jié)構(gòu)、材料 或操作以免混淆實(shí)施例的各方面。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將易于了解，可在不偏離本發(fā)明的基本原理的情 況下對(duì)上述實(shí)施例的細(xì)節(jié)作出許多改變，因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)僅由所附 權(quán)利要求書確定。
權(quán)利要求
1.一種用于將薄膜沉積在柔性襯底上的系統(tǒng)，其包括第一前驅(qū)體區(qū)，當(dāng)所述系統(tǒng)在使用中時(shí)將第一前驅(qū)體氣體引入到所述第一前驅(qū)體區(qū)中；第二前驅(qū)體區(qū)，當(dāng)所述系統(tǒng)在使用中時(shí)將不同于所述第一前驅(qū)體氣體的第二前驅(qū)體氣體引入到所述第二前驅(qū)體區(qū)中；隔離區(qū)，其介于所述第一與第二前驅(qū)體區(qū)之間，當(dāng)所述系統(tǒng)在使用中時(shí)，將惰性氣體引入到所述隔離區(qū)中，所述隔離區(qū)包含一系列限流通路，所述限流通路向所述第一與第二前驅(qū)體區(qū)開(kāi)放且經(jīng)布置以提供一系列路徑，柔性襯底沿著所述路徑在所述第一前驅(qū)體區(qū)與所述第二前驅(qū)體區(qū)之間往復(fù)橫穿多次且每次均通過(guò)所述隔離區(qū)；以及襯底傳送機(jī)構(gòu)，其包含多個(gè)第一轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件，其沿著所述第一前驅(qū)體區(qū)被間隔開(kāi)，所述第一轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件中的至少一些轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件適于在所述襯底朝著所述第二前驅(qū)體區(qū)的行進(jìn)方向變化期間支撐所述襯底，以及多個(gè)第二轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件，其沿著所述第二前驅(qū)體區(qū)被間隔開(kāi)，所述第二轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件中的至少一些轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件適于在所述襯底朝著所述第一前驅(qū)體區(qū)的行進(jìn)方向變化期間支撐所述襯底。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述通路中的至少一些通路包含隧道。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中所述通路中的至少一些通路包含 刮擦器。
4. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括將所述隔離區(qū)與所述 第 一前驅(qū)體區(qū)分離的第 一分隔物，和將所述隔離區(qū)與所述第二前驅(qū)體區(qū)分離的 第二分隔物，且其中所述限流通路包含穿過(guò)所述第一分隔物的一系列第一通 路，和穿過(guò)所述第二分隔物的一系列第二通路。
5. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述第一和第二轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件中 的每一者包含輥。
6. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述襯底傳送機(jī)構(gòu)進(jìn)一步包括放出巻軸，其用于從線圈放出所述襯底以便在所述隔離區(qū)的第 一末端處接 收；以及巻起巻軸，其用于巻繞從所述隔離區(qū)的與所述第一末端相反的第二末端接 收到的所述襯底。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述放出和巻起巻軸位于所述隔離區(qū)內(nèi)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述放出和巻起巻軸位于所述隔離 區(qū)、所述第一前驅(qū)體區(qū)和所述第二前驅(qū)體區(qū)外部，且所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括處于 所述隔離區(qū)的第一末端處的入口通路和處于所述隔離區(qū)的與所述第一末端相 反的第二末端處的出口通路。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6到8中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述放出巻軸和 所述巻起巻軸每一者包含可逆的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
10. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括 第一前驅(qū)體遞送系統(tǒng)，其耦合到所述第一前驅(qū)體區(qū)，用于將所述第一前驅(qū)體氣體供應(yīng)到所述第一前驅(qū)體區(qū)；以及第二前驅(qū)體遞送系統(tǒng)，其耦合到所述第二前驅(qū)體區(qū)，用于將所述第二前驅(qū)體氣體供應(yīng)到所述第二前驅(qū)體區(qū)。
11. 才艮據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括用于將惰性氣體 注射到所述隔離區(qū)中的惰性氣體遞送系統(tǒng)。
12. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述系列的限流通路包含 至少十個(gè)此類通路。
13. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述第一轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件中的 至少一些轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件可調(diào)節(jié)地安裝在所述第一前驅(qū)體區(qū)內(nèi)以朝著所述隔離區(qū) 和遠(yuǎn)離所述隔離區(qū)移動(dòng)，以借此調(diào)節(jié)所述襯底在所述第一前驅(qū)體區(qū)中的停留時(shí) 間。
14. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括可操作地耦合到 所述第 一和第二前驅(qū)體區(qū)中的至少 一者的泵。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括介于所述第一和第二前 驅(qū)體區(qū)中的 一者與所述泵之間的前驅(qū)體捕集器。
16. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括用于將前驅(qū)體游 離基供應(yīng)到所述第一和第二前驅(qū)體區(qū)中的一者的游離基產(chǎn)生器。
17. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括 第三前驅(qū)體區(qū)，當(dāng)所述系統(tǒng)在使用中時(shí)將不同于所述第一和第二前驅(qū)體氣體的第三前驅(qū)體氣體引入到所述第三前驅(qū)體區(qū)中，所述第三前驅(qū)體區(qū)通過(guò)第三 分隔物與所述隔離區(qū)分離且定位成與所述第二前驅(qū)體區(qū)相反；以及穿過(guò)所述第三分隔物的 一 系列第三通路，所述第三通路沿著所述第三前驅(qū) 體區(qū)被間隔開(kāi)且經(jīng)布置以使所述襯底在所述第二與第三前驅(qū)體區(qū)之間往復(fù)地 從中穿過(guò)并穿過(guò)所述隔離區(qū)。
18. 才艮據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件中的至少 一些轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件包含經(jīng)加熱輥。
19. 一種將薄膜沉積在柔性襯底上的方法，其包括 將第 一前驅(qū)體氣體？ 1入到第 一前驅(qū)體區(qū)中；將第二前驅(qū)體氣體《I入到與所述第 一前驅(qū)體區(qū)間隔開(kāi)的第二前驅(qū)體區(qū)中， 所述第二前驅(qū)體氣體不同于所述第一前驅(qū)體氣體；在所述第一與第二前驅(qū)體區(qū)之間往復(fù)引導(dǎo)柔性襯底并穿過(guò)介于所述第一 與第二前驅(qū)體區(qū)之間的隔離區(qū)的一系列限流通路，4吏得所述襯底多次穿行通過(guò) 所述第一和第二前驅(qū)體區(qū)，在所述襯底穿行通過(guò)所述第一前驅(qū)體區(qū)期間，所述 第一前驅(qū)體氣體的單層吸附到所述村底的表面，且在所述襯底隨后穿行通過(guò)所 述第二前驅(qū)體區(qū)期間，所述第二前驅(qū)體氣體與所述襯底的所述表面處的所述吸 附的第一前驅(qū)體起反應(yīng)，以借此將薄膜沉積在所述村底上；將惰性氣體引入到所述隔離區(qū)中；在所述隔離區(qū)與所述第一前驅(qū)體區(qū)之間產(chǎn)生第一壓力差以及在所述隔離 區(qū)與所述第二前驅(qū)體區(qū)之間產(chǎn)生第二壓力差，所述壓力差足以抑制所述第一和 第二前驅(qū)體氣體遷移出所述各自第一和第二前驅(qū)體區(qū)；以及將所述第一和第二 前驅(qū)體氣體混合在所述區(qū)中的一者內(nèi)，借此抑制所述區(qū)內(nèi)未吸附量的所述第一 和第二前驅(qū)體氣體之間的反應(yīng)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其進(jìn)一步包括在所述第二前驅(qū)體區(qū)與 不同于所述第二前驅(qū)體氣體的第三前驅(qū)體氣體被引入到其中的第三前驅(qū)體區(qū) 之間往復(fù)引導(dǎo)所述襯底。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的方法，其中產(chǎn)生所述壓力差包含從所 述第 一和第二前驅(qū)體區(qū)進(jìn)行抽吸。
22. 根據(jù)權(quán)利要求19到21中任一權(quán)利要求所述的方法，其中產(chǎn)生所述 壓力差包含將所述惰性氣體《1入到所述通路中。
23. 根據(jù)權(quán)利要求19到22中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述在所 述第一與第二前驅(qū)體區(qū)之間往復(fù)引導(dǎo)所述襯底包含使所述襯底沿著蛇形傳送路徑連續(xù)前進(jìn)。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中在第一方向上沿著所述蛇形路徑 傳送所述襯底以完成第一次通過(guò)，且隨后在與所述第一方向相反的第二方向上 沿著所述蛇形路徑反繞所述襯底以完成第二次通過(guò)。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其進(jìn)一步包括在所述第一與第二次通 過(guò)之間的時(shí)間間隔期間，將所述第 一和第二前驅(qū)體氣體中的至少 一者切換為不 同的前驅(qū)體氣體。
26. 根據(jù)權(quán)利要求19到25中任一權(quán)利要求所述的方法，其進(jìn)一步包括 將摻雜劑31入到所述第 一和第二前驅(qū)體區(qū)中的一者中。
27. 根據(jù)權(quán)利要求19到26中任一權(quán)利要求所述的方法，其進(jìn)一步包括 調(diào)節(jié)穿過(guò)所述第 一前驅(qū)體區(qū)的所述穿行中的至少 一些穿行的長(zhǎng)度。
28. 根據(jù)權(quán)利要求19到27中任一權(quán)利要求所述的方法，其進(jìn)一步包括 從所述第一前驅(qū)體區(qū)排出所述第一前驅(qū)體氣流；以及 捕集所述排出的第一前驅(qū)體氣體。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其進(jìn)一步包括將所述捕集的第一前驅(qū) 體氣體再循環(huán)到所述第一前驅(qū)體區(qū)中。
30. 根據(jù)權(quán)利要求19到29中任一權(quán)利要求所述的方法，其進(jìn)一步包括 從線圈將所述襯底放出到所述隔離區(qū)的第 一末端；從所述隔離區(qū)的與所述第一末端相反的第二末端巻繞所述襯底。
31. 根據(jù)權(quán)利要求19到30中任一權(quán)利要求所述的方法，其進(jìn)一步包括加熱所述第 一和第二前驅(qū)體區(qū)中的至少 一者。
32. 根據(jù)權(quán)利要求19到31中任一權(quán)利要求所述的方法，其進(jìn)一步包括 力口熱所述^)"底。
33. 根據(jù)權(quán)利要求19到32中任一權(quán)利要求所述的方法，其進(jìn)一步包括 將游離基引入到所述第 一和第二前驅(qū)體區(qū)中的 一者中。
34. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述襯底在所述第一與第 二前驅(qū)體區(qū)之間往復(fù)橫穿10與5000次之間。
全文摘要
用于柔性襯底上的原子層沉積(ALD)的系統(tǒng)和方法涉及在間隔開(kāi)的第一與第二前驅(qū)體區(qū)(14、16、114、116、314、316)之間往復(fù)引導(dǎo)所述襯底(12、112、316)，使得所述襯底多次穿行通過(guò)所述前驅(qū)體區(qū)中的每一者。系統(tǒng)可包含沿著所述前驅(qū)體區(qū)被間隔開(kāi)的一系列轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件(64、66、164、166、364、366)，例如輥，用于沿著起伏的傳送路徑支撐所述襯底。當(dāng)所述襯底在前驅(qū)體區(qū)之間往復(fù)橫穿時(shí)，其通過(guò)隔離區(qū)(20、120、320)的一系列限流通路(54、56、154、156、354、356)，惰性氣體被注射到所述隔離區(qū)(20、120、320)中以抑制前驅(qū)體氣體遷移出所述前驅(qū)體區(qū)。還揭示用于利用兩個(gè)以上前驅(qū)體化學(xué)物質(zhì)并用于使從所述前驅(qū)體區(qū)排出的前驅(qū)體氣體再循環(huán)的系統(tǒng)和方法。
文檔編號(hào)C23C14/54GK101406108SQ200780009875
公開(kāi)日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2007年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月26日
發(fā)明者威廉·A.·巴羅, 艾瑞克·R.·狄奇 申請(qǐng)人:羅特斯應(yīng)用技術(shù)公司