[發明專利]模塊化薄膜沉積系統

有效

• 申請號: 201880017991.0
• 申請日: 2018-03-01
• 公開（公告）號: CN110392748B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: T.M.斯帕思;C.R.埃林格爾;S.F.尼爾森;L.W.塔特
• 申請（專利權）人: 伊斯曼柯達公司
• 主分類號: C23C16/455
• 分類號: C23C16/455;C23C16/458
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 安寧;李建新

一種模塊化薄膜沉積系統包括：機器基部、用于將材料的薄膜沉積到基體的工藝表面上的沉積頭、包括固定部分和可移動部分的運動致動器、以及適合安裝在運動致動器的可移動部分上的一個或多個可互換基體定位器模塊。可互換基體定位器模塊包括運動學安裝特征，運動學安裝特征與在運動致動器的可移動部分上的對應的運動學安裝特征接合。運動致動器使可互換基體定位器在運動方向上移動，從而在將材料的薄膜沉積到基體的工藝表面上期間使基體在與沉積頭的輸出面相平行的平面中在沿軌道方向上移動。

技術領域

此發明一般地涉及薄膜材料的沉積以及，并且更特別地，涉及帶有共享部件的模塊化空間原子層沉積系統。

背景技術

對以下存在增長的興趣：使薄膜材料從氣態前體沉積在寬泛范圍的基體(substrate)上來用于寬泛種類的應用。感興趣的基體包括剛性基體(諸如平板玻璃)和柔性基體(諸如塑料幅材(web)或金屬箔)二者。特別感興趣的是柔性支承，因為它們可為比剛性基體更機械地強健、重量更輕并且允許更經濟的制造(例如，通過使輥到輥(roll-to-roll)工藝成為可能)。如果沉積頭或氣體傳送裝置在面積上小于待涂覆的基體的面積，則薄膜沉積系統(類似于它們的液體涂覆對應物)是有利的。對于連續的基體(諸如幅材和箔)，使用比基體的面積更小的沉積頭是要求，不只是優勢。

在廣泛用于薄膜沉積的技術之中的是化學氣相沉積(CVD)，其使用化學地反應的分子，化學地反應的分子起反應，以將期望的膜沉積在基體上。對于CVD應用有用的分子前體包括待沉積的膜的元素(原子)成分，并且典型地還包括附加的元素。CVD前體是揮發性分子，揮發性分子在氣態相下被傳送到腔，以便在基體處反應，在基體上形成薄膜。化學反應以期望膜厚度來沉積薄膜。

原子層沉積(ALD)是薄膜沉積技術，其為共形(conformal)薄膜提供了出色的厚度控制。ALD工藝將傳統CVD的薄膜沉積工藝分割成單原子層沉積步驟。有利地，ALD步驟是自終止的，并且當進行直到自終止暴露時間或超出自終止暴露時間時，可沉積一個原子層。原子層典型地在從約0.1至約0.5個分子單層的范圍，帶有近似于不多于幾個埃的典型大小。在ALD中，原子層的沉積是反應分子前體與基體之間的化學反應的結果。在各個分開的ALD反應-沉積步驟中，凈反應(net reaction)使期望的原子層沉積，并大致消除最初地包括在分子前體中的“額外”原子。在其最純的形式中，在缺少其他反應前體或多個反應前體的情況下，ALD涉及前體中的各個的吸附和反應。在暫存(temporal)真空ALD中，通過交替地將兩種或更多種反應材料或前體及時傳送到真空腔中來實現薄膜生長。順序地，施加第一前體來與基體反應，去除多余的第一前體，并且然后施加第二前體來與基體表面反應。然后除去多余的第二前體，并重復該工藝。在所有的ALD工藝中，都將基體順序地暴露于一系列反應物，一系列反應物與基體反應并保持與彼此隔離，以避免CVD或氣體相反應。ALD循環(cycle)由形成整體薄膜材料的單個層所要求的步驟來限定；對于使用兩種前體的工藝，循環限定為：第一前體暴露、吹掃(purge)步驟、第二前體暴露和第二前體吹掃步驟。

作為空間原子層沉積(SALD)已知的ALD工藝的版本采用來自沉積頭的連續(與脈沖的相反)的氣態材料分配。當從沉積頭分配時，氣態前體通過惰性氣體的流在空間上分離，而不是在時間上分離。雖然真空腔可與SALD一起使用，但由于氣體流的物理分離而非單個腔內的前體的暫存分離，真空腔不再是必需的。在SALD系統中，通過基體與傳送頭之間的相對移動，使得在基體上的任何給定點都看到必需的氣態材料的順序，來實現所要求的順序暴露。此相對移動可通過以下來實現：使基體相對于固定的傳送頭移動，使傳送頭關于固定的基體移動，或者移動傳送頭和基體二者，以便在基體處取得期望的氣體暴露。示例性的SALD工藝在共同受讓(commonly-assigned)的美國專利7,413,982、美國專利7,456,429、美國專利7,789,961和美國專利申請公開2009/0130858中描述，這些文件的公開內容通過引用并入本文中。SALD使在大氣壓力或近大氣壓力下能夠操作，并且能夠在未密封或露天環境中操作，使其與幅材涂層兼容。