[发明专利]一种用于薄膜沉积系统的沉积单元

说明书

一种用于薄膜沉积系统的沉积单元包括沉积头中的一个或多个以及气体歧管。各沉积头包括：具有多个气体开口的输出面、包括多个沉积头气体端口的安装面、以及连接的气体通道。气体歧管包括附接面，附接面具有一个或多个界面区域，各界面区域包括在与沉积头气体端口相对应的位置中的多个歧管气体端口。各沉积头在界面区域中以定位在歧管气体端口与沉积头气体端口之间的密封元件来紧固到气体歧管。各沉积头的安装面及气体歧管的附接面包括对准特征，对准特征用于使各沉积头与气体歧管的界面区域对准。

技术领域

此发明一般地涉及薄膜材料的沉积，并且更特别地，涉及包括模块化气体传送头的沉积系统。

背景技术

对以下存在增长的兴趣：使薄膜材料从气态前体沉积在宽泛范围的基体(substrate)上来用于宽泛种类的应用。感兴趣的基体包括刚性基体(诸如平板玻璃)和柔性基体(诸如塑料幅材(web)或金属箔)二者。特别感兴趣的是柔性支承，因为它们可为比刚性基体更机械地强健、重量更轻并且允许更经济的制造(例如，通过使辊到辊(roll-to-roll)工艺成为可能)。如果沉积头或气体传送装置在面积上小于待涂覆的基体的面积，则薄膜沉积系统(类似于它们的液体涂覆对应物)是有利的。对于连续的基体(诸如幅材和箔)，使用比基体的面积更小的沉积头是要求，不只是优势。

在广泛用于薄膜沉积的技术之中的是化学气相沉积(CVD)，其使用化学地反应的分子，化学地反应的分子起反应，以将期望的膜沉积在基体上。对于CVD应用有用的分子前体包括待沉积的膜的元素(原子)成分，并且典型地还包括附加的元素。CVD前体是挥发性分子，挥发性分子在气态相下被传送到腔，以便在基体处反应，在基体上形成薄膜。化学反应以期望膜厚度来沉积薄膜。

原子层沉积(ALD)是薄膜沉积技术，其为共形(conformal)薄膜提供了出色的厚度控制。ALD工艺将传统CVD的薄膜沉积工艺分割成单原子层沉积步骤。有利地，ALD步骤是自终止的，并且当进行直到自终止暴露时间或超出自终止暴露时间时，可沉积一个原子层。原子层典型地在从约0.1至约0.5个分子单层的范围，带有近似于不多于几个埃的典型大小。在ALD中，原子层的沉积是反应分子前体与基体之间的化学反应的结果。在各个分开的ALD反应-沉积步骤中，净反应(net reaction)使期望的原子层沉积，并大致消除最初地包括在分子前体中的“额外”原子。在其最纯的形式中，在缺少其他反应前体或多个反应前体的情况下，ALD涉及前体中的各个的吸附和反应。在暂存(temporal)真空ALD中，通过交替地将两种或更多种反应材料或前体及时传送到真空腔中来实现薄膜生长。顺序地，施加第一前体来与基体反应，去除多余的第一前体，并且然后施加第二前体来与基体表面反应。然后除去多余的第二前体，并重复该工艺。在所有的ALD工艺中，都将基体顺序地暴露于一系列反应物，一系列反应物与基体反应并保持与彼此隔离，以避免CVD或气体相反应。ALD循环(cycle)由形成整体薄膜材料的单个层所要求的步骤来限定；对于使用两种前体的工艺，循环限定为：第一前体暴露、吹扫(purge)步骤、第二前体暴露和第二前体吹扫步骤。

作为空间原子层沉积(SALD)已知的ALD工艺的版本采用来自沉积头的连续(与脉冲的相反)的气态材料分配。当从沉积头分配时，气态前体通过惰性气体的流在空间上分离，而不是在时间上分离。虽然真空腔可与SALD一起使用，但由于气体流的物理分离而非单个腔内的前体的暂存分离，真空腔不再是必需的。在SALD系统中，通过基体与传送头之间的相对移动，使得在基体上的任何给定点都看到必需的气态材料的顺序，来实现所要求的顺序暴露。此相对移动可通过以下来实现：使基体相对于固定的传送头移动，使传送头关于固定的基体移动，或者移动传送头和基体二者，以便在基体处取得期望的气体暴露。示例性的SALD工艺在共同受让(commonly-assigned)的美国专利7,413,982、美国专利7,456,429、美国专利7,789,961和美国专利申请公开2009/0130858中描述，这些文件的公开内容通过引用并入本文中。SALD使在大气压力或近大气压力下能够操作，并且能够在未密封或露天环境中操作，使其与幅材涂层兼容。