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通过 原子层沉积来涂覆衬底卷式基材

阅读：645发布：2020-05-14

专利汇可以提供通过原子层沉积来涂覆衬底卷式基材专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种将衬底卷式基材(950)驱动到原子层沉积 (ALD)反应器的反应空间中的方法及其设备。本发明包括将衬底卷式基材驱动到原子层沉积反应器的反应空间(930)中，并且使反应空间暴露于前体脉冲，以通过顺序自饱和表面反应将材料沉积到所述衬底卷式基材上。相较于更早的空间上的卷到卷ALD反应器，本发明的一种效果是结构更加简单，另一种效果是所沉积的材料的厚度直接由卷式基材的速度来确定。，下面是通过原子层沉积来涂覆衬底卷式基材专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种方法，包括：
将衬底卷式基材驱动到原子层沉积反应器的反应空间中；以及
使所述反应空间暴露于时间上分隔开的前体脉冲，以通过顺序自饱和表面反应将材料沉积到所述衬底卷式基材上。
2.根据权利要求1所述的方法，包括：
经由狭缝将所述衬底卷式基材从超压容积输入所述反应空间中，所述狭缝在所述容积与所述反应空间之间维持压力差。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述反应器包括形成所述狭缝的收缩板。
4.根据上述任何一项权利要求所述的方法，其中所沉积的材料的厚度由所述卷式基材的速度来控制。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，包括：
将惰性气体馈送入所述超压容积中。
6.根据上述任何一项权利要求所述的方法，其中所述前体的蒸汽在所述反应空间中的流动方向为沿着所述衬底卷式基材的移动方向。
7.根据权利要求6所述的方法，包括：
在所述反应空间的所述衬底卷式基材的输入端处将前体蒸汽馈送入所述反应空间中，并且在所述反应空间的所述衬底卷式基材的输出端处布置气体的排气口。
8.根据上述任何一项权利要求所述的方法，其中所述前体的蒸汽在所述反应空间中的流动方向相较于所述衬底卷式基材的移动方向是横向的。
9.根据权利要求8所述的方法，包括：
在所述反应空间的一侧将前体蒸汽馈送入所述反应空间中，并且在所述反应空间的相对一侧布置气体的排气口。
10.根据上述任何一项权利要求所述的方法，包括：
将第一卷和第二卷结合到反应腔室盖中。
11.根据上述任何一项权利要求所述的方法，包括：
驱动所述衬底卷式基材径直地通过所述反应空间。
12.一种设备，包括：
驱动单元，配置用于将衬底卷式基材驱动到原子层沉积反应器的反应空间中；以及前体蒸汽馈送部分，配置用于使所述反应空间暴露于时间上分隔开的前体脉冲，以通过顺序自饱和表面反应将材料沉积在所述衬底卷式基材上。
13.根据权利要求12所述的设备，包括：
输入狭缝，用于将所述衬底卷式基材从超压容积输入所述反应空间中。
14.根据权利要求13所述的设备，包括形成所述狭缝的收缩板。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的设备，包括：
通道，配置用于将惰性气体输送到所述超压容积中。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的设备，包括：
在所述反应空间的所述衬底卷式基材的输入端处的前体蒸汽进料开口、以及在所述反应空间的所述衬底卷式基材的输出端处的排气口。
17.根据权利要求12至16中任一项所述的设备，包括：
在所述反应空间的一侧的一个或多个前体蒸汽进料开口、以及在所述反应空间的另一侧的排气口。
18.根据权利要求12至17中任一项所述的设备，包括：
反应腔室盖，配置用于接收第一卷和第二卷。
19.一种设备，包括：
用于驱动衬底卷式基材到原子层沉积反应器的反应空间中的装置；以及用于使所述反应空间暴露于时间上分隔开的前体脉冲以通过顺序自饱和表面反应将材料沉积在所述衬底卷式基材上的装置。

说明书全文

通过原子层沉积来涂覆衬底卷式基材

技术领域

[0001] 本发明大体上涉及沉积反应器。更加具体地，本发明涉及通过顺序的自饱和表面反应将材料沉积在表面上的原子层沉积反应器。

背景技术

[0002] 原子层外延(ALE)方法由Dr.Tuomo Suntola在1970年代早期所发明。该方法的另一通用名称是原子层沉积(ALD)，并且现今取代ALE被使用。ALD是一种基于将至少两种反应前体物种顺序引入至少一个衬底的特殊化学沉积方法。

[0003] 通过ALD生长的薄膜密实、无针孔，并且具有均匀的厚度。例如，在实验中，已经通过热ALD从三甲基铝(CH3)3Al(还称为TMA)以及250℃-300℃的水生长了氧化铝，仅仅在衬底晶片之上产生大约1％的不均匀度。

[0004] 迄今为止，ALD工业主要专注于将材料沉积在一个或者多个刚性衬底上。然而，近年来，已经显示出对卷到卷(roll-to-roll)ALD工艺日益增加的兴趣，在卷到卷ALD工艺中，将材料沉积在衬底卷式基材(substrate web)上，该衬底卷式基材从第一卷展开并且在沉积之后绕着第二卷卷起。

发明内容

[0005] 根据本发明的第一示例方面，提供了一种方法，其包括：

[0006] 将衬底卷式基材驱动到原子层沉积反应器的反应空间中；以及

[0007] 使反应空间暴露于时间上(temporally)分隔开的前体脉冲以通过顺序的自饱和表面反应将材料沉积在所述衬底卷式基材上。

[0008] 在特定示例实施例中，将材料沉积在衬底卷式基材上，并且材料生长由卷式基材的速度来控制。在特定示例实施例中，使衬底卷式基材沿着径直的轨迹移动通过处理腔室，并且将期望的薄膜涂覆层(coating)通过时间上分割(temporally divided)的ALD处理生长在衬底表面上。在特定示例实施例中，ALD周期的每个阶段在处理腔室的一个且相同的反应空间中进行。这与例如空间ALD相反，在空间ALD中，沉积周期的不同阶段在不同的反应空间中执行。

[0009] 在特定示例实施例中，可以使整个反应空间交替地暴露于前体脉冲中。因此，将反应空间暴露于第一前体的前体脉冲可以发生在与暴露于第二(另一)前体的前体脉冲完全相同的空间(或者处理腔室的相同容积)中。对在反应空间中的ALD工艺进行时间上的分割(或者时间分割(time-divide))，这例如与要求对反应空间进行空间分割的空间ALD相反。衬底卷式基材可以连续地移动或者间歇地移动通过反应空间。材料生长发生在衬底卷式基材在反应空间内时，并且使其交替地暴露于前体蒸汽脉冲中以使顺序的自饱和表面反应发生在衬底卷式基材的表面上。当衬底卷式基材在反应器中的反应空间外部时，衬底卷式基材表面仅仅暴露于惰性气体中，并且不发生ADL反应。

[0010] 反应器可以包括提供所述反应空间的单个处理腔室。在特定示例实施例中，将衬底卷式基材从衬底卷式基材源，诸如源卷(source roll)，驱动到处理腔室(或者反应空间)中。在处理腔室中通过ALD反应来处理衬底卷式基材，然后将衬底卷式基材从处理腔室驱动出至衬底卷式基材目标，诸如目标卷(destination roll)。当衬底卷式基材源和目标是卷时，呈现卷到卷原子层沉积方法。可以将衬底卷式基材从第一卷展开，驱动到处理腔室中，然后在沉积之后绕着第二卷卷起。因此，可以将衬底卷式基材从第一卷驱动至第二卷并且在其行程中使其暴露于ALD反应下。衬底卷式基材可以是可弯曲的。衬底卷式基材可以是可卷绕的。衬底卷式基材可以是薄片，诸如金属薄片。

[0011] 在特定示例实施例中，衬底卷式基材从或者经由第一受限空间(conﬁned space)进入反应空间。第一受限空间可以是超压容积。可以从反应空间将衬底卷式基材驱动到第二受限空间中。第二受限空间可以是超压容积。其可以是与第一受限空间相同的容积或者另一容积。该一个或多个受限空间的目的可以简单地在于防止前体蒸汽/反应气体经由衬底卷式基材路线流至处理腔室外部。在卷到卷的情况下，卷可以存在或者不存在于受限空间中。反应器可以形成生产线的一部分，该生产线具有除了ALD反应器(或者模块)之外的处理单元。尤其是从而卷可以更远地存在于一个或多个受限空间的外部在生产线的适当位置处。

[0012] 在特定示例实施例中，该方法包括：

[0013] 经由在所述容积与反应空间之间维持压力差的狭缝，将衬底卷式基材从超压容积输入反应空间中。

[0014] 在本文中，“超压”指虽然在超压容积中的压力相对于环境(室内)压力是降低的压力，但是其相较于在反应空间中的压力则是更高的压力。可以将惰性气体馈送入(feed in)超压容积中以维持所述压力差。因此，在特定示例实施例中，该方法包括：

[0015] 将惰性气体馈送入超压容积中。

[0016] 在特定示例实施例中，狭缝(输入狭缝)如此的很细，从而使得衬底卷式基材刚好能够适配通过。超压容积可以是存在有第一(或者源)卷的容积。在特定示例实施例中，第一和第二卷均存在于超压容积中。可以将超压容积表示为超压空间或隔间。狭缝可以作为流限制器而操作，使惰性气体从所述超压容积流至反应空间(或者处理腔室)，但是，基本上防止在其他方向上的任何流动(即，从反应空间至超压容积)。狭缝可以是节流阀。狭缝可以作为用于惰性气流的收缩部而操作。

[0017] 在特定示例实施例中，反应器包括形成所述狭缝的收缩板。收缩板可以是彼此相邻放置的两个板，从而使衬底卷式基材刚好能够适配通过。收缩板可以是平行板，从而使在板(狭缝容积)之间的空间在卷式基材移动方向上变为细长的。

[0018] 衬底卷式基材可以从第一卷展开，并且在提供反应空间的处理腔室中进行ALD处理，然后在第二卷上卷起。

[0019] ALD处理后的衬底卷式基材可以经由第二狭缝(输出狭缝)从反应空间输出。第二狭缝的结构和功能可以与所提及的第一狭缝的结构和功能相对应。相较于所提及的第一狭缝第二狭缝可以存在于反应空间的另一侧。

[0020] 在特定示例实施例中，通过卷式基材的速度来控制所沉积的材料的厚度。在特定示例实施例中，通过控制单元来调节卷式基材的速度。可以通过卷式基材的速度直接确定所沉积的材料的厚度。可以将卷式基材连续地从所述第一卷驱动至第二卷上。在特定示例实施例中，按照恒定的速度连续地驱动卷式基材。在特定示例实施例中，通过停止再前进的方式驱动卷式基材。然后，衬底卷式基材可以停止达一个沉积周期，然后在周期结束时移动，然后停止达下一个周期，以此类推。因此，可以使衬底卷式基材在预定时刻间歇地移动。

[0021] 在特定示例实施例中，该方法包括：

[0022] 输送惰性气体到存在有第一和第二卷的一个或多个容积中。因此，在该一个/多个容积中的气体可以由惰性气体组成。惰性气体可以从周围容积输送到所述一个或多个容积中。例如，可以将惰性气体从真空腔室输送到容纳卷并且围住实际的处理腔室的反应空间中，该真空腔室又围住反应腔室。

[0023] 在特定示例实施例中，在反应空间中的前体蒸汽流动方向是沿着衬底卷式基材的移动方向。衬底卷式基材包括两个表面和两个边缘。前体蒸汽可以沿着至少一个所述表面流动。

[0024] 在特定示例实施例中，该方法包括：将前体蒸汽在反应空间的衬底卷式基材输入端处馈送入反应空间中，并且在反应空间的衬底卷式基材输出端处布置气体的排气口(exhaust)。可以将第一和第二(另一)前体的前体蒸汽交替地导入反应空间的衬底卷式基材输入端中。

[0025] 在特定示例实施例中，在反应空间中的前体蒸汽流动方向相较于衬底卷式基材的移动方向是横向的。衬底卷式基材包括两个表面和两个边缘。横向前体蒸汽可以沿着至少一个所述表面。

[0026] 在特定示例实施例中，该方法包括：

[0027] 将前体蒸汽在反应空间的一侧馈送入反应空间中，并且在反应空间的相对一侧布置气体的排气口。

[0028] 在特定示例实施例中，该方法包括：

[0029] 交替地将第一前体的前体蒸汽在反应空间的第一侧馈送入反应空间中以及将第二(另一)前体的前体蒸汽在反应空间的第一侧或者第二(相对)侧馈送入反应空间中，以及在反应空间的中间区域处或者在反应空间的衬底卷式基材输出端处布置气体的排气口。

[0030] 在特定示例实施例中，该方法包括：

[0031] 将第一和第二卷结合到反应腔室盖中。

[0032] 原子层沉积反应器可以是具有嵌套腔室的反应器。在特定示例实施例中，反应器包括第一腔室(真空腔室或者第一压力容器)，该第一腔室围住并且容纳第二腔室(反应腔室或者第二压力容器)。反应腔室容纳第一和第二卷，并且在反应腔室内可以形成提供所述反应空间的第三腔室(处理腔室)。在特定示例实施例中，将处理腔室结合到反应腔室盖中。

[0033] 可以从反应器/反应腔室的顶部装载和卸载反应器。在特定示例实施例中，将反应腔室盖(其可以是还向真空腔室提供盖的双盖系统)升高到上部位置以便装载。将第一卷和第二卷附接至盖。将盖降低，从而使反应腔室(和真空腔室)关闭。可以经由反应腔室盖进行将气体从前体/惰性气体源馈送入反应空间中。

[0034] 在特定示例实施例中，该方法包括：

[0035] 驱动所述衬底卷式基材径直地通过所述反应空间。

[0036] 在其他实施例中，可以将卷式基材布置为在反应空间内沿着更长的轨迹以能实现更大的容量(capacity)。

[0037] 在特定示例实施例中，该方法包括：

[0038] 使用窄的处理腔室，即在其侧向方向上，与衬底卷式基材同宽。

[0039] 尤其是，在处理腔室并非基本上宽于衬底卷式基材时，可以将材料沉积在衬底卷式基材的单侧上，这是由于衬底本身防止了气体流到卷式基材的其他侧上。衬底卷式基材、所述一个或多个狭缝、和处理腔室，可以全部基本上宽度相等。基本地，衬底卷式基材接近(在期望材料生长的方向上)处理腔室壁地行进的实施例非常适合单侧沉积，而衬底在处理腔室/反应空间的中心区域中行进的实施例非常适合双侧沉积。

[0040] 在特定示例实施例中，该方法包括：将惰性气体馈送入在衬底卷式基材的背侧与处理腔室壁之间的空间中以形成掩蔽容积(shielding volume)。掩蔽容积形成为防止在衬底卷式基材的背侧上的沉积，由此，背侧是衬底卷式基材的不会被涂覆(coat)的表面。

[0041] 在特定示例实施例中，反应器包括用于衬底卷式基材的两个表面的单独存在的前体蒸汽进料开口。

[0042] 根据本发明的第二示例方面，提供了一种设备，包括：

[0043] 驱动单元，其配置用于将衬底卷式基材驱动到原子层沉积反应器的反应空间中；以及

[0044] 前体蒸汽馈送部分，其配置为使反应空间暴露于时间上分隔开的前体脉冲，以通过顺序自饱和表面反应将材料沉积在所述衬底卷式基材上。

[0045] 该设备可以是原子层沉积(ALD)反应器。ALD反应器可以是独立设备或者是生产线的一部分。驱动单元可以配置为将衬底卷式基材从第一卷经由反应空间驱动至第二卷。驱动单元可以连接至第二(目标)卷。在特定示例实施例中，驱动单元包括分别连接至第一(源)卷的第一驱动器和连接至第二(目标)卷的第二驱动器。驱动单元可以配置为按照期望的速度使一个或多个卷转动。

[0046] 在特定示例实施例中，前体蒸汽馈送部分包括多个喷头，这些喷头布置在反应空间内以将前体蒸汽传送到反应空间中。在特定示例实施例中，反应腔室盖形成前体蒸汽馈送部分。

[0047] 在特定示例实施例中，该设备包括：

[0048] 输入狭缝，其用于将衬底卷式基材从超压容积输入反应空间中。

[0049] 在特定示例实施例中，狭缝用于在所述容积与反应空间之间维持压力差。在特定示例实施例中，该设备包括形成所述狭缝的收缩板。

[0050] 在特定示例实施例中，该设备包括：

[0051] 通道，配置为输送惰性气体到超压容积中。

[0052] 在特定示例实施例中，所述通道经由反应腔室壁或者盖从真空腔室进入反应腔室中。

[0053] 在特定示例实施例中，该设备包括：

[0054] 在反应空间的衬底卷式基材输入端处的前体蒸汽进料开口、和在反应空间的衬底卷式基材输出端处的排气口。

[0055] 在特定示例实施例中，该设备包括：

[0056] 在反应空间的一侧的前体蒸汽的一个或多个进料开口、或者多个开口和在反应空间的相对侧的排气口。

[0057] 设备可以在其纵向方向上在反应空间的一侧基本上，遍及反应空间地具有前体蒸汽的一个或多个进料开口。

[0058] 反应空间的方向可以如下定义：衬底卷式基材移动的方向、期望的材料生长的方向(垂直于衬底卷式基材移动方向的方向)；和横向方向(同时垂直于衬底卷式基材移动的方向和期望的材料生长的方向的方向)。反应空间的所述纵向方向指平行于衬底卷式基材移动方向的方向。

[0059] 在特定示例实施例中，该设备包括：

[0060] 配置为接收所述第一和第二卷的反应腔室盖。

[0061] 在示例实施例中，反应腔室盖包括卷保持器，该卷保持器结合至该反应腔室盖并且用于接收第一和第二卷。

[0062] 在特定示例实施例中，反应腔室盖包括第一和第二卷可以附接的附接件或者附接机构。在降下盖之前，可以将衬底卷式基材的起始部分拉过处理腔室到第二卷上。

[0063] 在特定示例实施例中，设备包括：

[0064] 窄处理腔室，即，其在其横向方向上与输入狭缝同宽。所述侧向方向指所述横向方向。设备可以进一步包括控制单元，该控制单元配置用于控制反应器的操作，诸如对前体脉冲和吹扫时期进行定时。控制单元还可以控制驱动单元的操作。在特定示例实施例中，控制单元调节衬底卷式基材的速度以控制期望材料生长的厚度。

[0065] 根据本发明的第三示例方面，提供了一种设备，其包括：

[0066] 用于驱动衬底卷式基材到原子层沉积反应器的反应空间中的装置；以及[0067] 使反应空间暴露于时间上分隔开的前体脉冲以通过顺序自饱和表面反应将材料沉积在所述衬底卷式基材上的装置。

[0068] 在前面已经对本发明的不同非限制性示例方面和实施例进行了图示。上面的实施例仅仅用于阐释所选择的可以在本发明的实施方式中利用的方面或者步骤。可以仅仅参考本发明的特定示例方面来呈现一些实施例。应该理解，对应的实施例也可以应用到其他示例方面。可以形成实施例的任何适合的组合。附图说明

[0069] 现在将参考附图，仅仅以示例的方式对本发明进行描述，在图中：

[0070] 图1示出了根据示例实施例的沉积反应器在装载阶段中的侧视图；

[0071] 图2示出了根据示例实施例的图1的在吹扫步骤期间正在操作的沉积反应器；

[0072] 图3示出了根据示例实施例的图1的在前体暴露时期期间正在操作的沉积反应器；

[0073] 图4示出了根据示例实施例的图1的沉积反应器的薄处理腔室的顶视图和在输入狭缝处的截面。

[0074] 图5示出了根据示例实施例的在ALD处理已经完成之后的图1的沉积反应器；

[0075] 图6示出了根据示例实施例的单个驱动系统；

[0076] 图7示出了根据另一示例实施例的沉积反应器在装载阶段中的侧视图；

[0077] 图8示出了根据示例实施例的图7的在前体暴露时期期间在操作中的沉积反应器；

[0078] 图9示出了根据通用示例实施例的沉积反应器的侧视图；

[0079] 图10示出了根据示例实施例的图9的在前体暴露时期期间在操作中的沉积反应器；

[0080] 图11示出了根据示例实施例的图9的在图7的前体暴露时期期间的沉积反应器的顶视图。

[0081] 图12示出了根据示例实施例的图9的在另一前体暴露时期期间的沉积反应器的操作；

[0082] 图13示出了根据示例实施例的具有收缩板的沉积反应器；

[0083] 图14示出了根据示例实施例的作为在反应空间范围内行进距离的函数的沉积材料厚度；

[0084] 图15示出了根据示例实施例的沉积反应器，其中在处理腔室的衬底卷式基材输入端处馈送前体蒸汽；

[0085] 图16示出了根据示例实施例的图15的沉积反应器类型的顶视图；

[0086] 图17示出了根据示例实施例的沉积反应器，其中在处理腔室的侧部馈送前体蒸汽；

[0087] 图18示出了根据示例实施例的图17的沉积反应器类型的顶视图；

[0088] 图19示出了根据示例实施例的替代构造；

[0089] 图20示出了根据又一示例实施例的沉积反应器的顶视图；

[0090] 图21示出了根据示例实施例的用于同时沉积多个卷的沉积反应器的顶视图；

[0091] 图22示出了根据示例实施例的薄反应器结构；

[0092] 图23示出了根据示例实施例的用于沉积多个卷的薄反应器结构；

[0093] 图24示出了根据示例实施例的双侧涂覆；

[0094] 图25示出了根据示例实施例的单侧涂覆的具体细节；以及

[0095] 图26示出了根据示例实施例的沉积反应器控制系统的粗略框图。

具体实施方式

[0096] 在下面的说明中，原子层沉积(ALD)技术用作示例。ALD生长机制的基础为技术人员已知。如在本专利申请的介绍部分中所提及的，ALD是一种基于将至少两种反应前体物种顺序地引入至少一个衬底的特殊化学沉积方法。该衬底，或者在这种情况下是移动衬底卷式基材，位于反应空间内。反应空间通常被加热。ALD的基本生长机制有赖于在化学吸附(chemisorption)与物理吸附(physisorption)之间的键强度差。ALD在沉积工艺期间利用化学吸附并且消除物理吸附。在化学吸附期间，在固相表面的一个或多个原子与来自气相的到达分子之间，形成强的化学键。通过物理吸附实现的键合要弱得多，这是因为仅仅包含范德瓦尔斯力。

[0097] ALD反应器的反应空间包括所有通常被加热的表面，这些表面可以交替地并且顺序地暴露于用于沉积薄膜或者涂覆层的每个ALD前体中。基本ALD沉积周期由四个顺序步骤组成：脉冲A、吹扫(purge)A、脉冲B和吹扫B。脉冲A通常由金属前体蒸汽组成，而脉冲B通常由非金属前体蒸汽组成，尤其是氮或者氧前体蒸汽。在吹扫A和吹扫B期间，通常将惰性气体，诸如氮或者氩，和真空泵用于将气体反应副产品和残留的反应剂分子吹扫离开反应空间。沉积序列包括至少一个沉积周期。重复沉积周期直到沉积序列已经产生了期望厚度的薄膜或者涂覆层为止。

[0098] 在典型的ALD工艺中，前体物种通过化学吸附来形成到所加热表面的反应部位(reactive site)的化学键。通常按照以下方式设置条件：在一个前体脉冲期间在表面上形成不多于分子单层的固体材料。由此，生长工艺是自终止或者自饱和的。例如，第一前体可以包括配体，该配体保持附接至被吸附物种并且使该表面饱和，这防止了进一步的化学吸附。将反应空间温度维持在高于所利用的前体的冷凝温度并且低于其热分解温度，从而使前体分子物种基本上完整(essentially intact)地化学吸附在衬底上。“基本上完整”指，当前体分子物种化学吸附在表面上时，挥发性配体可以脱离前体分子。表面变为基本上饱和充满第一类型的反应部位，即第一前体分子的被吸附物种。此化学吸附步骤完成之后，通常是第一吹扫步骤(吹扫A)，其中从反应空间去除过多的第一前体和可能的反应副产品。然后，将第二前体蒸汽引入反应空间中。第二前体分子通常与第一前体分子的吸附物种反应，从而形成期望的薄膜或者涂覆层。一旦所有的被吸附第一前体量已经耗尽，该生长会终止，并且表面已经基本上饱和充满第二类型的反应部位。然后，通过第二吹扫步骤(吹扫B)去除多余的第二前体蒸汽和可能的反应副产品蒸汽。然后，重复该周期直到膜或者涂覆层已经生长到期望厚度为止。沉积周期还可以更加复杂。例如，周期可以包括被吹扫步骤分隔开的三个或者更多个的反应物蒸汽脉冲。所有这些沉积周期形成由逻辑单元或者微处理器控制的定时沉积序列。

[0099] 图1示出了根据示例实施例的沉积反应器在装载阶段中的侧视图。该沉积反应器包括一个或多个真空腔室壁111，以形成真空腔室110。真空腔室110是压力容器。其可以是圆柱或者是任何其他合适的形状的形式。真空腔室110容纳反应腔室120，该反应腔室120是另一压力容器。反应腔室120是圆柱或者是任何其他合适的形状的形式。真空腔室
110通过真空腔室盖101关闭。在示例实施例中，真空腔室盖101结合至如图1所示的反应腔室盖102，从而形成盖系统(此处是双盖系统)。包括处理腔室壁131的处理腔室130已经通过一个或多个紧固件185附接至反应腔室盖102。在反应腔室盖102与真空腔室盖
101之间，盖系统包括热反射器171。

[0100] 衬底卷式基材150的第一(源)卷151附接至第一卷轴143。卷轴(或者卷151)可以通过附接至卷轴143的第一驱动器141转动。驱动器141位于真空腔室110外部。其通过紧固件147附接至盖系统。在盖系统中(在真空腔室盖101和在反应腔室盖102两者之中)存在一个导通部(lead-through)，卷轴143经由该导通部进入反应腔室120中。在反应腔室120的底部中，存在用于将卷轴143附接至反应腔室120的附接件145。卷151可以通过适当的附接件106附接至卷轴143。卷轴143和附接件106形成卷保持器(holder)。

[0101] 第二(目标)卷152附接至第二卷轴144。卷轴(或者卷152)可以通过附接至卷轴144的第二驱动器142转动。驱动器142位于真空腔室110外部。其通过紧固件148附接至盖系统。在盖系统中(在真空腔室盖101和在反应腔室盖102两者之中)存在导通部，卷轴144经由该导通部进入反应腔室120中。在反应腔室120的底部中，存在用于将卷轴144附接至反应腔室120的附接件146。相似地，如卷151，卷152可以通过适当的附接件107附接至卷轴。因此，卷轴144和附接件107形成另一卷保持器。

[0102] 在真空腔室110中，围绕反应腔室120(或者，在某些实施例中，在反应腔室120中围绕处理腔室130)，沉积反应器包括加热器175用于对形成在处理腔室130内的反应空间进行加热。在侧部，在真空腔室壁111与反应腔室壁121之间，真空腔室110包括热反射器172。

[0103] 沉积反应器包括附接至反应腔室顶部法兰103的上接口法兰104。密封件181放置在真空腔室盖101与上接口法兰104之间，以密封该真空腔室110的顶部。反应腔室120包括反应腔室顶部法兰105。在降低盖系统时，反应腔室盖102设置在反应腔室顶部法兰105上，从而关闭反应腔室120。

[0104] 沉积反应器进一步包括真空泵160和排气管线161，该排气管线161在操作期间从处理腔室130流体连通至真空泵160。

[0105] 沉积反应器在其上部位置中装载有盖系统。具有可弯曲或者可卷绕衬底的卷式基材的源卷151附接到卷轴143中。使衬底卷式基材150的第一端通过处理腔室被带至目标卷152并且与其附接。随后，将盖系统降低以关闭腔室。在实施例中，处理腔室130在底部包括突出(protruding)通道。突出通道通过在反应腔室120中的开口并且形成排气管线161的起始部分，当盖系统已经降低时，如图2所表示的。

[0106] 此外，图2示出了根据示例实施例的图1的沉积反应器在吹扫步骤期间的操作。衬底卷式基材150经由布置到处理腔室壁131中的狭缝291进入处理腔室(反应空间)130。惰性气体经由反应腔室盖102流入处理腔室130中。其从入口135流到膨胀容积(expansion volume)136中。气体在膨胀容积136内散开，并且通过流体分配器137(诸如，多孔板或者网)流入处理腔室130的反应空间中。惰性气体吹扫衬底卷式基材表面，并且作为自上而下的流而流入排气管线161中，并且最后流至真空泵160。衬底卷式基材150经由布置到处理腔室壁131中的狭缝292从反应空间130输出。输出的衬底卷式基材绕着目标卷152卷起。

[0107] 反应腔室120具有至真空腔室110的至少一个开口。在图2中示出的示例实施例中，第一开口201布置在导通部处，在该导通部处，卷轴143穿过反应腔室盖102。存在惰性气体进入真空腔室(在反应腔室120外部)的入口。该惰性气体从中间空间215(在真空腔室与反应腔室之间)流过开口201流至反应腔室120，进入存在有卷151和152的受限空间中。该流动由箭头211表示。相似地，第二开口202布置在导通部处，在该导通部处，卷轴144穿过反应腔室盖102。惰性气体从中间空间215流至反应腔室120，进入存在有卷151和152的受限空间中。该流动由箭头212表示。

[0108] 狭缝291和292用作在处理腔室130的维持反应空间与周围容积(诸如，存在有卷151和152的受限空间)之间的压力差的节流阀。在受限空间内的压力高于在反应空间内的压力。作为示例，在反应空间内的压力可以是1mbar，而在受限空间内的压力是例如5mbar。压力差形成防止流体从反应空间流入受限空间的屏障。然而，由于压力差的影响，从其他方向(即，通过狭缝291和292从受限空间流向反应空间)的流动是可以的。因此，关于从入口135(以及，在前体蒸汽脉冲时期期间的前体蒸汽)流动的惰性气体，该流动实际上几乎(practically)仅仅朝向(see)真空泵160。在图2中，从反应腔室(受限空间)至反应空间的流动通过箭头221和222表示。

[0109] 图3示出了根据示例实施例的图1的沉积反应器在前体暴露时期期间的操作。第一前体的前体蒸汽经由反应腔室盖102流入处理腔室130中。其从入口135流入膨胀容积136中。气体在膨胀容积136内散开，并且通过流体分配器137流入处理腔室130的反应空间中。根据ALD生长机制，前体蒸汽在衬底卷式基材表面上与反应部位(reactive site)反应。

[0110] 如之前所提及的，在反应空间与卷151和152所在的受限空间之间的压力差形成防止流体从反应空间流入受限空间的屏障。因此，前体蒸汽基本上不会进入卷151和152所在的空间。然而，由于压力差的影响，从其他方向(即，通过狭缝291和292从受限空间流向反应空间)的流动是可以的。

[0111] 惰性气体、气体反应副产品(如果存在)和残留的反应剂分子(如果存在)流入排气管线161中，并且最后流至真空泵160。

[0112] 沉积序列由一个或者多个连续的沉积周期形成，每个周期至少由第一前体暴露时期(脉冲A)、随后的第一吹扫步骤(吹扫A)、随后的第二前体暴露时期(脉冲B)、随后的第二吹扫步骤(吹扫B)组成。生长材料的厚度由卷式基材的速度确定。衬底卷式基材由驱动器141和142驱动。在单个沉积周期期间，衬底卷式基材移动特定距离d。如果反应空间的总长度为D，那么沉积在衬底卷式基材上的层数基本上成为D/d。当已经被处理了衬底卷式基材的期望长度时，盖系统升高并且从反应器卸载经沉积的卷。图5示出了在沉积工艺中的结束状态，在该结束状态中，源卷151已经变为空的，而目标卷152变为满载有所沉积的涂覆层。

[0113] 图4的上图示出了示例实施例中的处理腔室130的顶视图。处理腔室130是薄处理腔室，其中所述狭缝291和292布置到处理腔室壁131中。移动的衬底卷式基材150经由狭缝291输入(窄)反应空间中，并且经由狭缝292输出。从反应空间至反应空间外部的前体蒸汽流首先被狭缝的狭窄性所阻止，然后被所维持的压力差所阻止。

[0114] 图4的下图示出了根据示例实施例的处理腔室130在输入狭缝291处(线b)的截面。在狭缝的纵向方向上，衬底卷式基材150与狭缝291的长度基本上匹配(衬底卷式基材150与狭缝291的长度一样)。

[0115] 在特定示例实施例中，驱动器141和142在整个沉积序列期间按照相同的方向转动卷151和152。在这些示例实施例中，实际上具有一个驱动器便以足够，即第二驱动器142。在特定的其他示例实施例中，卷151和152的滚动方向在沉积序列的中间发生改变。
在这些实施例中，在沉积序列结束时，第一卷151装满，而第二卷152变空。

[0116] 图6示出了根据示例实施例的单驱动器系统。衬底卷式基材由驱动器142驱动。卷轴643(基本上与在图1中的卷轴143相对应)附接至紧固件147。另外的，关于图6的实施例的结构性和功能性特征，参考图1至图5及其说明。

[0117] 图7示出了根据另一示例实施例的沉积反应器在装载阶段中的侧视图，而图8示出了根据示例实施例的图7的沉积反应器在前体暴露时期期间的操作。关于图7和图8的实施例的基本结构性和功能性特征，参考之前参考图1至图6所描述的实施例及其相关说明。

[0118] 在图7和图8中示出的实施例中，驱动器714位于真空腔室下方。驱动器741的驱动机构742通过真空腔室和反应腔室的导通部，穿过真空腔室壁711和反应腔室壁721，进入反应腔室中。端部744或者第二卷轴适配到驱动机构742的配对部(counterpart)746中。

[0119] 第一前体进料管线771通过真空腔室导通部772穿过真空腔室壁711。以及，第二前体进料管线781通过真空腔室导通部782穿过真空腔室壁711。真空腔室盖701通过连接部791结合至反应腔室盖702。第一和第二前体进料管线771和781穿过反应腔室顶部法兰705，并且延续进入反应腔室盖702内部，如附图标记773和783所表示的。进料管线771和781朝处理腔室730开口。

[0120] 第二前体在第二前体暴露时期期间的路线，如图8所示，是经由第二前体进料管线781进入处理腔室730的反应空间中。经由第一前体进料管线771进入处理腔室中，仅仅维持一种惰性气体。由于如上面所描述的在衬底卷式基材输入和输出狭缝处形成有屏障，所以，气体流出反应空间的路线是到真空泵760的路线。

[0121] 图9示出了根据另一示例实施例的沉积反应器的侧视图。沉积反应器包括第一前体源913，例如，TMA(三甲基铝)源，和第二前体源914，例如，H2O(水)源。在本实施例和其他实施例中，水源可以由臭氧源代替。第一脉冲阀923控制第一前体的前体蒸汽流入第一前体进料管线943的流。第二脉冲阀924控制第二前体的前体蒸汽流入第二前体进料管线944的流。

[0122] 沉积反应器进一步包括第一惰性气体源903。例如，在许多实施例中可以将氮气N2用作惰性气体。第一惰性气体源903与第一前体进料管线943流体连通。第一惰性气体源903进一步与包含第一卷芯963的受限空间920a流体连通，该第一卷芯963具有卷在其上的可弯曲衬底卷式基材以形成第一(源)衬底卷式基材卷953。

[0123] 沉积反应器进一步包括第二惰性气体源904。然而，在一些示例实施例中惰性气体源903和904可以实施为单个源。第二惰性气体源904与第二前体进料管线944流体连通。第二惰性气体源904进一步与包含第二卷芯964的受限空间920b流体连通，该第二卷芯964具有卷在其上的可弯曲的衬底卷式基材以形成第二(目标)衬底卷式基材卷954。

[0124] 沉积反应器进一步包括处理腔室，该处理腔室提供了长度为a的反应空间930。进料管线943和944进入处理腔室并且在处理腔室中延续分别作为喷头通道973和974。在图9的示例实施例中，喷头通道973和974为水平通道。喷头通道973和974从处理腔室(或者反应空间)的一端到达其另一端。喷头通道973和974在其长度上分别具有孔983和984，这些孔用作进料气体(诸如，前体蒸汽和/或者惰性气体)用的喷头。

[0125] 沉积反应器进一步包括真空泵960和排气管线961，该排气管线961在操作期间从处理空间930流体连通至真空泵960。

[0126] 此外，图9示出了根据示例实施例的沉积反应器在吹扫步骤期间的操作。衬底卷式基材950经由布置在受限空间920a与反应空间930之间的狭缝或者窄通道993进入处理腔室(反应腔室930)。脉冲阀923和924关闭。惰性气体经由进料管线943和944流入处理腔室中，并且经由孔983和984流入反应腔室930中。惰性气体吹扫衬底卷式基材950的表面，并且作为水平流流到排气管线961中，最后流至真空泵960。衬底卷式基材950经由布置在受限空间920b与反应空间930之间的狭缝或者窄通道994，从反应空间930输出。输出的衬底卷式基材绕着第二卷芯964卷起以形成目标卷954。

[0127] 狭缝993和994用作在反应空间930与卷953和954所在的受限空间之间维持压力差的节流阀。惰性气体分别经由受限空间进料通道933和934流入受限空间920a和920b中。在一个或多个受限空间920a和920b内的压力高于在反应空间930内的压力。作为示例，在反应空间930内的压力可以是1mbar，而在一个或多个受限空间920a和920b内的压力例如是5mbar。压力差形成防止流体从反应空间930流入一个或多个受限空间920a和920b中的屏障。然而，由于压力差的影响，从其他方向(即，通过狭缝993和994从一个或多个受限空间920a和920b流向反应空间930)的流动是可能的。因此，关于经由喷头983和984流动的惰性气体(以及，在前体蒸汽脉冲时期期间的前体蒸汽)，这些流动几乎仅仅朝向真空腔室960。

[0128] 衬底卷式基材950的轨迹可以布置为靠近处理腔室壁931。如果衬底卷式基材在侧向方向上，基本上同反应空间或者处理腔室930一样宽并且衬底卷式基材针对所用的前体是不可渗透的，那么取决于实施方式，可以将材料沉积在衬底卷式基材的单侧(下侧)上。

[0129] 图10示出了根据示例实施例的图9的沉积反应器在前体暴露时期期间的操作。脉冲阀924被打开。H2O前体的前体蒸汽经由进料管线944流入处理腔室中，并且经由孔984流入反应空间930中。前体蒸汽充满反应空间930，并且根据ALD生长机制与在衬底卷式基材表面上的反应部位反应。由于脉冲阀923关闭，所以仅仅惰性气体经由孔983流入反应空间中。惰性气体、气体反应副产品(如果存在)和残留的反应剂分子(如果存在)作为水平流流入排气管线961中，并且最后流至真空泵960。

[0130] 如在之前所提及的，在反应空间930与卷953和954所在的一个或多个受限空间920a和920b之间的压力差在狭缝993和994处形成屏障。按照该方式，防止前体蒸汽流从反应空间930流入一个或多个受限空间920a和920b。然而，由于压力差的影响，从其他方向(即，通过狭缝993和994从一个或多个受限空间920a和920b流向反应空间)的流动是可以的。惰性气体分别经由进料通道933和934馈送入受限空间920a和920b中。压力差通过由狭缝993和994引起的节流功能来维持。

[0131] 图11示出了根据示例实施例的图9和图10的沉积反应器在H2O前体暴露时期期间的顶视图。在图11中可见门1141a和1141b，源卷和目标卷953和954可以分别通过该门1141a和1141b装载至沉积反应器以及从沉积反应器卸载。还可见的是卷953和954的相应的卷轴1105a和1105b。沉积反应器包括一个或者多个驱动器(在图11中未示出)，该驱动器连接至卷轴1105a和/或者1105b以使卷953和954转动。箭头1104表示前体蒸汽从喷头通道974流至收集通道962。收集通道的形式和所处地方取决于实施方式。在图11中示出的实施例中，收集通道位于反应空间的侧部。在图11中的收集通道962基本上延伸遍及反应空间的总长度a。收集通道与通往真空泵960的排气管线961流体连通。箭头1103表示惰性气体从喷头通道973流至收集通道962并且从收集通道962流至排气管线961。

[0132] 图12示出了根据示例实施例的图9至图11的沉积反应器在其他前体的前体暴露时期期间的操作。脉冲阀923被打开。TMA前体的前体蒸汽经由进料管线943流入处理腔室中，并且经由孔983流入反应空间930中。前体蒸汽充满反应空间930，并且根据ALD生长机制在衬底卷式基材表面上与反应部位反应。由于脉冲阀924关闭，所以仅仅惰性气体经由孔984流入反应空间中。惰性气体、气体反应副产品(如果存在)和残留的反应剂分子(如果存在)作为水平流流入排气管线161中，并且最后流至真空泵960。

[0133] 沉积序列由一个或多个连续的沉积周期形成，每个周期至少由第一前体暴露时期(脉冲A)、随后的第一吹扫步骤(吹扫A)、随后的第二前体暴露时期(脉冲B)、随后的第二吹扫步骤(吹扫B)组成。在本文中，如果例如氧化铝Al2O3是所沉积的材料，那么，TMA前体可以是第一前体(脉冲A)，而水前体可以是第二前体(脉冲B)。生长材料的厚度由卷式基材的速度确定。例如，反应空间930的长度a可以是100cm。沉积周期可以由0.1s的TMA脉冲、0.3s的N2吹扫、0.1s的H2O脉冲、和0.5s的N2吹扫构成。因此，总周期时期是1s。如果估计单层的Al2O3大约0.1nm，如下情况适用：

[0134] 如果卷式基材的速度为1cm/周期(1cm/cycle)，将会有100个周期；这将费时1.66min，并且将沉积10nm的Al2O3涂覆层。

[0135] 如果卷式基材的速度为0.5cm/周期，将会有200个周期；这将费时3.33min，并且将沉积20nm的Al2O3涂覆层。

[0136] 如果卷式基材的速度为0.1cm/周期，将会有1000个周期；这将费时16.66min，并且将沉积100nm的Al2O3涂覆层。

[0137] 图9至图12是简化图，所以这些图没有示出例如沉积反应器可以包含的任何加热器以及其他通常的部件或者元件，并且对其的使用是已知的。

[0138] 图13示出了根据示例实施例的图9至图12的具有收缩板的沉积反应器。如上面所提及的，衬底卷式基材经由狭缝，输入反应空间中以及从反应空间输出。图13的实施例示出了形成所述狭缝的收缩板。在图13的实施例中，存在两个收缩板1301a和1301b，这两个收缩板彼此相邻地放置在受限空间920a与反应空间930之间的接口处。衬底卷式基材950刚好能够适配从这些板之间通过。相似地，在反应空间930与受限空间920a之间的接口处，存在另一对收缩板1302a和1302b。收缩板可以是平行板，从而使得在这些板(狭缝容积)之间的空间在卷式基材移动方向上成为细长的。

[0139] 关于图13的实施例的其他结构性和功能性特征，参考之前参考图9至图12所描述的实施例及相关说明。

[0140] 图14粗略地示出了根据示例实施例的作为在反应空间内行进距离的函数的沉积材料的厚度。在该示例中，衬底卷式基材经由由收缩板1301a、b形成的输入狭缝，进入反应空间，与图13的实施例所示的相似。当衬底卷式基材朝着由收缩板1301a、b形成的输出狭缝行进时，所沉积的材料的厚度逐渐生长，如图14中的曲线和不同颜色所示。如果卷式基材的平均速度是1cm/周期并且反应空间的长度是100cm，在该示例中，最后的厚度是10nm。图14中的生长曲线指示，衬底卷式基材在每10个周期中已经移动了10cm。然而，在其他实施例中，可以在每个周期完成之后移动衬底卷式基材。或者，衬底卷式基材的移动可以是连续的移动。

[0141] 可以利用喷头通道也可以不利用喷头通道，将前体蒸汽从反应空间的一侧或者两侧馈送入反应空间中。在替代实施例中，可以通过一个或多个进料头(in-feed head)从反应空间的衬底卷式基材输入端馈送入前体蒸汽，或者作为替代方案，从反应空间的衬底卷式基材输入端和输出端同时馈送入前体蒸汽。取决于实施例，排气管线和可能的收集通道可以方便地布置在反应空间的不同于进料口(in-feed)的另一侧、布置在反应空间的衬底卷式基材输出端处、或者布置在反应空间的中间区域处。

[0142] 图15示出了根据示例实施例的沉积反应器，其中在处理腔室的衬底卷式基材输入端处馈送入前体蒸汽。反应器包括提供反应空间1530的处理腔室。源卷1553存在于第一受限空间1520a中，而目标卷1554存在于第二受限空间1520b中。

[0143] 第一脉冲阀1523控制来自第一前体源1513的第一前体的前体蒸汽的流，而第二脉冲阀1524控制来自第二前体源1514的第二前体的前体蒸汽的流。第一惰性气体源1503与包含第一(源)衬底卷式基材卷1553的受限空间1520a流体连通。第二惰性气体源1504与将包含第二(目标)衬底卷式基材卷1554的受限空间1520b流体连通。然而，在一些示例实施例中惰性气体源1503和1504可以实施为单个源，并且它们还可以与前体蒸汽进料管线流体连通。

[0144] 经由在反应空间1530的衬底卷式基材输入端处的输入狭缝1593将衬底卷式基材1550从源卷1553驱动到反应空间1530中。衬底卷式基材的轨迹沿着处理腔室的上壁。然而，其他路线和构造也是可能的。ALD沉积发生在反应空间1530中。经由在反应空间1530的衬底卷式基材输出端处的输出狭缝1594将衬底卷式基材从反应空间1530驱动到目标卷
1554上。

[0145] 第一和第二受限空间1520a、b相较于在反应空间1530中的压力是超压容积。超压通过狭缝1593和1594以及通过将惰性气体从一个或多个惰性气体源1503和1504馈送入超压容积中来维持。

[0146] 在第二前体暴露时期期间，第二前体的前体蒸汽在衬底卷式基材输入端处馈送入反应空间中，如图15所表示。前体蒸汽通过进料头1601馈送，如图16更好地表示，其中，图16示出了根据示例实施例的图15的沉积反应器类型在第二前体蒸汽暴露时期期间的顶视图。进料头1601可以基本上延伸遍及反应空间1530的总宽度。在第一前体暴露时期期间，第一前体的前体蒸汽在衬底卷式基材输入端处通过对应的进料头1602馈送。然而，在第二前体暴露时期期间，仅仅惰性气体从进料头1602引导到反应空间1530中。在第二前体暴露时期期间，第二前体的前体蒸汽在衬底卷式基材移动方向上沿着衬底卷式基材表面，流入在反应空间1530的衬底卷式基材输出端处的排气管线1561中。相似地，惰性气体从进料头1602(如箭头1612所示)沿着衬底卷式基材移动方向流入在反应空间1530的衬底卷式基材输出端处的排气管线1561中。在特定示例实施例中，沉积反应器包括在反应空间1530的衬底卷式基材输出端处的收集通道1662。在图16中的收集通道1662基本上延伸遍及反应空间1530的总宽度。收集通道1662与通往真空泵1560的排气管线1561流体连通，并且其收集从反应空间1530排出的气体，将这些气体引入排气管线1561中并且最后引至真空泵1560。

[0147] 图16还示出了在沉积反应器的相对端处的门1141a和1141b，源卷和目标卷1553、1554可以经由门1141a和1141b而被装载和卸载。

[0148] 图17示出了根据示例实施例的沉积反应器，其中在处理腔室的侧部馈送入前体蒸汽。反应器包括提供反应空间1730的处理腔室。源卷1753存在于第一受限空间1720a中，而目标卷1754存在于第二受限空间1720b中。

[0149] 第一脉冲阀1723控制来自第一前体源1713的第一前体的前体蒸汽的流，而第二脉冲阀1724控制来自第二前体源1714的第二前体的前体蒸汽的流。第一惰性气体源1703a与包含第一(源)衬底卷式基材卷1753的受限空间1720a流体连通，以及与来自第一前体源1713的进料管线流体连通。第二惰性气体源1703b与受限空间1720a流体连通，以及与来自第二前体源1714的进料口管线流体连通。第三惰性气体源1704与将包含第二(目标)衬底卷式基材卷1754的受限空间1720b流体连通。然而，在一些示例实施例中，惰性气体源1703a和b、或者1703a和b以及1704可以实施为单个源。

[0150] 经由在反应空间1730的衬底卷式基材输入端处的输入狭缝1793，将衬底卷式基材1750从源卷1753驱动到反应空间1730中。衬底卷式基材的轨迹沿着处理腔室的下壁。然而，其他路线和构造也是可以的。ALD沉积发生在反应空间1730中。经由在反应空间
1730的衬底卷式基材输出端处的输出狭缝1794，将衬底卷式基材从反应空间1730驱动到目标卷1754上。

[0151] 第一和第二受限空间1720a、b相较于在反应空间1730中的压力是超压容积。超压通过狭缝1793和1794以及通过将惰性气体从一个或多个惰性气体源1703a、b和1704馈送入超压容积中来维持。

[0152] 第一前体的前体蒸汽从反应空间1730的一侧馈送入反应空间1730中。前体蒸汽经由喷头通道1873来馈送，如图18更好地标示，其中，图18示出了根据示例实施例的图17的沉积反应器类型在第一前体蒸汽暴露时期期间的顶视图。喷头通道1873可以基本上延伸遍及反应空间1730的总长度。在第二前体暴露时期期间，第二前体的前体蒸汽从反应空间1730的相对侧通过对应的喷头通道1874来馈送。然而，在第一前体暴露时期期间，仅仅惰性气体从喷头通道1874引入反应空间1730中。在第一前体暴露时期期间，第一前体的前体蒸汽(如箭头1703所示)沿着衬底卷式基材表面流动，首先在横向方向上，但是之后该流动方向转向在反应空间1730的衬底卷式基材输出端处的收集通道1762，被真空泵
1760抽出。相似地，惰性气体从喷头通道1874(如箭头1704所示)沿着衬底卷式基材表面流动，首先在横向方向上，但是之后该流动方向转向收集通道1762。在图18中的收集通道1762基本上延伸遍及反应空间1730的总宽度。收集通道1762与通往真空泵1760的排气管线1761流体连通，并且其收集从反应空间1730排出的气体，将这些气体引入排气管线
1761中并且最后引至真空泵1760。

[0153] 图18还示出了在沉积反应器的相对端处的门1141a和1141b，源卷和目标卷1753、1754可以经由门1141a和1141b而被装载和卸载。

[0154] 如之前所提及的，沉积反应器可以是独立设备，或者其可以形成生产线的一部分。图19示出了作为生产线的一部分的沉积反应器。

[0155] 沉积反应器的第一脉冲阀1923控制来自第一前体源1913的第一前体的前体蒸汽的流，而第二脉冲阀1924控制来自第二前体源1914的第二前体的前体蒸汽的流。第一惰性气体源1903与受限空间1920a流体连通。第二惰性气体源1904与受限空间1920b流体连通。然而，在一些示例实施例中，惰性气体1903和1904可以实施为单个源，并且惰性气体1903和1904还可以与前体蒸汽进料管线流体连通。

[0156] 衬底卷式基材1950经由第一受限空间1920a和在反应器的衬底卷式基材输入侧的输入狭缝1993，从先前的处理阶段进入沉积反应器的处理腔室1930。ALD沉积发生在反应空间1930中。衬底卷式基材经由输出狭缝1994并且经由在反应器的衬底卷式基材输出侧处的第二受限空间1920b，从反应空间1530引导至生产线的下一处理阶段。

[0157] 第一和第二受限空间1920a、b相较于在反应空间1930中的压力是超压容积。该超压通过狭缝1993和1994以及通过将惰性气体从一个或多个惰性气体源1903和1904馈送入超压容积中来维持。

[0158] 将前体蒸汽馈送入反应空间1930中，以及经由排气管线1961将气体从反应空间1930排空至真空泵1960，可以与结合在图15和图16中示出的实施例及相关说明所描述的相似地进行。

[0159] 在又一实施例中，可以省略超压容积。衬底卷式基材1950可以在不通过任何第一受限空间1920a的情况下进入处理腔室1930。如果生产工艺需要，在本实施例中，处理腔室的入口和处理腔室的出口简单地应该具有合适的尺寸或者密封便足够地紧(tight)。

[0160] 图20示出了根据又一示例实施例的沉积反应器的顶视图。沉积反应器包括第一和第二惰性气体源2003和2004、和第一和第二前体源2013和2014、以及第一和第二脉冲阀2023和2024。惰性气体源2003和2004与存在有卷2053和2054的受限空间(超压容积)2020a和2020b流体连通。这些卷可以通过门2041a和2041b而装载和卸载。衬底卷式基材2050经由处理腔室2030和狭缝2093和2094(此处：具有收缩板)，从卷到卷地驱动，并且在处理腔室2030中同时进行ALD处理。因此，关于图20的实施例的基本结构性和功能性特征，参考如上所描述的在先实施例。与在先实施例的不同之处在于，在反应空间内的喷头通道(经由该喷头通道来馈送入前体蒸汽)。配置用于馈送第一前体的前体蒸汽的第一喷头通道，在期望的材料生长的方向上在处理腔室2030内行进。第一喷头通道在衬底卷式基材(在期望的材料生长的方向上)的两侧都具有至少一个孔。相似地，配置用于馈送第二前体的前体蒸汽的第二喷头通道2074在期望的材料生长的方向上在处理腔室2030内行进。第二喷头通道2074在衬底卷式基材的两侧都具有至少一个孔2084a、b。通往真空泵2060的排气口处于处理腔室(或者反应空间)2030的在处理腔室的底部上的中间区域处。

[0161] 图21示出了根据示例实施例的用于同时沉积多个卷的沉积反应器的顶视图。每个卷具有进入处理腔室中的自己的单独存在的入口。第一和第二喷头通道2173和2174在期望的材料生长的方向上在处理腔室内行进。喷头通道在每个衬底卷式基材的两侧都具有至少一个孔。另外，关于图21的实施例的基本结构性和功能性特征，参考在图20中已经提出的内容及相关说明。

[0162] 图22示出了根据示例实施例的薄的反应器结构。沉积反应器包括第一和第二惰性气体源(未示出)、和第一和第二前体源2213和2214、以及第一和第二脉冲阀2223和2224。惰性气体源与存在有卷2253和2254的受限空间(超压容积)2220a和2020b流体连通(未示出)。衬底卷式基材2250经由处理腔室2230从卷到卷地驱动，并且在处理腔室
2230中同时进行ALD处理。前体蒸汽进料口在处理腔室2230的衬底卷式基材输入端处。
指向真空泵2260的排气管线2261存在于处理腔室2230的衬底卷式基材的输出端处。因而，关于图22的实施例的基本结构性和功能性特征，参考以上所描述的在先实施例。与在先实施例的不同之处在于处理腔室2230。在本实施例中，狭缝从第一受限空间2220a一直延伸至第二受限空间2220b。从而，狭缝形成薄的处理腔室2230。

[0163] 图23示出了根据示例实施例的用于沉积多个卷的薄反应器结构。每个卷具有进入处理腔室2330中的自己的输入狭缝2393以及从处理腔室2330输出的自己的单独存在的输出狭缝2394。源卷存在于第一受限空间(超压容积)2320a中，而目标卷存在于第二受限空间(超压容积)2320b中。在图23所示的实施例中，狭缝2393和2394的外侧形成薄处理腔室壁的外侧2331a、2331b。另外，关于图23的实施例的基本结构性和功能性特征，参考在图22中已经提出的内容及相关说明。

[0164] 衬底卷式基材靠近处理腔室壁(在期望的材料生长的方向上)行进的在先实施例非常适合单侧(single-sided)沉积，而衬底卷式基材在处理腔室/反应空间的中心区域中行进的实施例非常适合双侧(double-sided)沉积。

[0165] 图24示出了根据示例实施例的双侧涂覆。在图24中示出的沉积反应器基本上与在图15中的沉积反应器相对应。关于图24的已经从图15已知的特征，参考图15及相关说明。与图15的衬底卷式基材靠近处理腔室的上壁行进的实施例相反，在图24的实施例中的衬底卷式基材沿着处理腔室/反应空间1530的中心区域行进。沉积反应器在衬底卷式基材表面的两侧都包括每种前体的前体蒸汽进料头2475，以便进行双侧沉积。

[0166] 在特定示例实施例中，衬底卷式基材在处理腔室或反应空间内的轨迹的布局是可调节的。轨迹的布局可以基于目前需要来调节。例如，轨迹的布局可以通过调节与处理腔室(或者反应空间)有关的输入和输出狭缝的布局来调节。如所提及的，对于双侧沉积，衬底卷式基材可以在处理腔室的中心区域中行进；而对于单侧沉积，衬底卷式基材可以靠近处理腔室壁行进。图25示出了沉积反应器和用于单侧沉积的具体细节。图25的沉积反应器基本上与图1的沉积反应器相对应。衬底卷式基材1550靠近处理腔室的第一(此处：上)壁行进。惰性气体从惰性气体源2505(其可以是与源1503和/或者1504相同或者不同的源)馈送入在衬底卷式基材的背侧(即，没有涂覆层的一侧或者表面)与第一壁之间的空间中。惰性气体充满在衬底卷式基材的背侧与第一壁之间的空间。惰性气体从而形成掩蔽容积。衬底卷式基材的其他表面通过顺序自饱和表面反应而被涂覆。实际的反应空间形成在需要涂覆的表面与处理腔室的第二壁(与第一壁相对)之间的容积中。惰性气体基本上不进入掩蔽容积。这部分地是由于惰性气体流入掩蔽容积中，而且部分地因为衬底卷式基材自身防止从卷式基材的另一侧至衬底卷式基材的背侧的流。

[0167] 在示例实施例中，在本文中所描述的沉积反应器(或者反应器)是计算机控制的系统。存储在系统的存储器中的计算机程序包括指令，这些指令由系统的至少一个处理器执行，使得沉积反应器按照指令进行操作。指令可以是计算机可读程序代码的形式。图26示出了沉积反应器控制系统2600的粗略框图。在基本系统设置中，工艺参数借助于软件而被程序化，并且这些指令使用人机接口(HMI)终端2606来执行，并且经由通信总线2604，诸如以太网总线或者相似的总线，下载至控制箱2602(控制单元)。在实施例中，控制箱2602包括通用的可编程逻辑控制(PLC)单元。控制箱2602包括至少一个微处理器，该微处理器用于执行包括存储在存储器中的程序代码的控制箱软件、动态和静态存储器、I/O模块、A/D和D/A转换器、和功率中继器。控制箱2602将电功率发送至沉积反应器的合适阀门的启动控制器。控制箱控制一个或多个驱动器、真空泵、和一个或多个任何加热器的操作。控制箱2602接收来自合适传感器的信息，并且总体地控制沉积反应器的整体操作。控制箱2602控制在原子层沉积反应器中将衬底卷式基材从第一卷经由反应空间驱动至第二卷。通过调节卷式基材的速度，控制箱控制所沉积的材料的生长，即材料厚度。控制箱2602进一步控制，将反应空间暴露于时间上分隔开的前体脉冲以通过顺序自饱和表面反应将材料沉积在所述衬底卷式基材上。控制箱2602可以测量并且将探头读数从沉积反应器中继至HMI终端2606。虚线2616指示在沉积反应器部件与控制箱2602之间的接口线。

[0168] 在不限制专利权利要求的范围和阐释的情况下，在本文中所公开的一个或者多个示例实施例的特定技术效果列出如下：一个技术效果是，相较于空间上的卷到卷ALD反应器，结构更加简单；另一技术效果是，所沉积的材料的厚度直接由卷式基材的速度所确定；另一技术效果是，由于薄的处理腔室结构的影响，使前体的消耗最优化。

[0169] 上面的说明已经通过本发明的特定实施方式和实施例的非限制性示例，对本发明人目前考虑到的最佳模式提供了完整的且信息性的说明以供实现本发明。然而，本领域的技术人员应该明白，本发明不限于上面所提出的实施例的详细细节，相反，在不偏离本发明的特性的情况下，本发明可以在其他实施例中通过使用等效手段来实施。

[0170] 此外，本发明的上面所公开的一些特征可以在不对应地使用其他特征的情况下而被有利地使用。从而，上面的说明应该视为仅仅是对本发明的原理的图示，而非对其的限制。因此，本发明的范围仅仅由所附专利权利要求书所限制。

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