CN102834545A - 用于层沉积的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种在基板表面沉积层的方法，该方法包括：将来自前体供应部的前体气体喷入沉积腔以接触基板表面，将部分喷入的前体气体从沉积腔中排出，并沿着基板表面的平面使沉积腔和基板彼此相对定位；该方法进一步包括：提供第一电极和第二电极，使第一电极与基板彼此相对定位，并通过在第一电极与第二电极之间产生高压差在基板附近产生等离子体放电以接触基板；该方法包括：选择性地产生等离子体放电，以利用等离子体在基板表面形成图案，从而使与前体气体接触的基板的一部分和与等离子体接触的基板的一部分选择性地重叠。

Description

用于层沉积的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种利用沉积装置例如原子层沉积装置或化学气相沉积装置在表面沉积层，例如原子层或化学气相沉积层的方法，本发明还涉及一种包括用于在基板表面进行层沉积例如原子层沉积或化学气相沉积的沉积装置，本发明进一步涉及一种用于生产发光二级管或中型电子装置的方法。
背景技术
原子层沉积为已知的一种用于沉积单层靶材料的方法。而化学气相沉积为已知的一种用于沉积厚层靶材料的方法。原子层沉积与化学气相沉积的区别在于原子层沉积至少进行两个工艺步骤，其中第一个工艺步骤包括在基板表面施用前体气体；第二个工艺步骤包括前体材料发生反应以形成单层靶材料。原子层沉积的优点在于能够进行较好的层厚度控制。因此已知的方法和设备用于相同原子层的毯式沉积，当需要沉积较厚层时，可以使用利用化学气相沉积的毯式沉积。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在基板表面沉积层，例如原子层或化学气相沉积层的改进方法。
为实现上述目的，本发明提供一种利用沉积装置，例如原子层沉积装置或化学气相沉积装置在基板表面沉积层，例如原子层或化学气相沉积层的方法，所述沉积装置包括设置有前体供应部和前体排出部的沉积腔，所述沉积腔在使用时由所述沉积装置及基板表面定界，所述方法包括：将来自前体供应部的前体气体注入沉积腔以接触基板表面，将注入的前体气体的一部分从沉积腔中排出，并沿着基板表面的平面使沉积腔和基板彼此相对定位；所述方法进一步包括：提供第一电极和第二电极，使第一电极与基板彼此相对定位，并且优选反复地通过在第一电极与第二电极之间产生高压差在基板附近产生等离子体放电以接触基板；其中所述方法包括：在时间和/位置上选择性地(例如间歇性地)产生等离子体放电，以利用等离子体在基板表面形成图案，从而使前体气体接触的基板的一部分与等离子体接触的基板的一部分选择性地(例如间歇性地)重叠；所述方法进一步包括：利用设备的载气注射器通过在设备和基板表面之间注入载气形成气体承载层。通过这样的组合，一方面，利用等离子体放电在表面形成图案；另一方面，由于等离子体处理与层沉积工艺相互作用，能够获得形成图案的层(沉积)。当使用已知的方法时，需要在毯式沉积后获得的层上进行另外的工艺步骤(例如平版印刷术)来获得形成图案的层。
前体气体接触(例如处理)的基板的一部分与等离子体接触(例如处理)的基板的一部分选择性重叠可例如指前体气体接触的基板的一部分与比等离子体接触的基板的一部分更大的表面积相对应，可选地，或者另外，也可指等离子体接触的基板的一部分沿着穿过并位于与前体气体接触的基板的一部分内的虚线间歇性地(即非连续地)存在于基板上。根据利用等离子体所形成的图案也可选择其他方式的选择性重叠。
在时间上选择性产生等离子体放电可例如指等离子体在时间上非连续地或间歇性地产生，而第一电极沿着前体气体接触的基板的一部分定位(例如移动)。在位置上选择性产生等离子体放电可例如指在沿着前体气体接触的基板的一部分的某一数量的第一区域产生等离子体，但在沿着前体气体接触的基板的一部分的其他第二区域并不产生等离子体，第二区域嵌入第一区域中，或者第一区域嵌入第二区域中。
应理解，可选地，沿着前体气体接触的基板部分，交替存在等离子体接触的基板的一部分。这样，前体气体接触的基板的一部分与等离子体接触的基板的一部分可以选择性(例如交替地或间歇性地)重叠。因此，在基板表面形成图案可包括：在前体气体接触的基板的一部分上产生交替的原子层结构或化学气相沉积结构。从而可发现沿着穿过并位于与前体气体接触的基板的一部分内的虚线，具有原子层或化学气相沉积层的区域与没有原子层或化学气相沉积层的区域交替出现。
优选地，沉积腔的尺寸超过等离子体的尺寸，通过这种方式，能够形成图案。
优选地，所述方法包括：将注入的前体气体限制在与基板表面相邻的沉积腔，通过这种方式，可以基本上防止沉积腔外的污染。
所述方法包括：利用设备的载气注射器通过在设备和基板表面之间的载气通过注入形成气体承载层的步骤，但忽略所述步骤时，仍然能够获得有价值的方法。实验显示这样的气体承载层具有许多优点，所述气体承载层(也称为气体承载(gas bearing))使原子层沉积装置和基板表面能够相对紧密地靠近。在使用过程中，沉积装置和基板表面之间的最小距离可以小于100微米，例如在5～25微米范围内。由于非常靠近，沉积装置和沉积腔外的基板表面之间的间隙可有效地阻止前体气体沿着表面从沉积腔中泄漏。优选地，所述载气注射器与前体供应部分离。
在一个实施方式中，在基板上沉积原子层之前，在基板上形成图案，从而使所述层沉积在已形成图案的基板上。利用等离子体处理，可形成前体气体材料在附着力上的差异，因此，前体气体材料优选附着在被等离子体处理过的或未被等离子体处理的表面的部分上。
在一个实施方式中，在基板附近产生等离子体放电之前，将来自前体供应部的前体气体注入沉积腔以接触基板表面，从而使等离子体与基板上存在的前体气体材料反应，以用于在基板上形成原子层或用于去除基板上存在的前体气体材料。这个实施方式涉及另一种用于获得形成图案的原子层的方式，该方式中等离子体处理与原子层沉积工艺相互作用。可选地，所述等离子体可用于局部与前体气体材料反应以获得形成图案的原子层。可选地，所述等离子体可用于局部去除先前已经获得的原子层的部分。
在一个实施方式中，所述方法包括：通过在第一位置使第一电极相对于第二电极定位而选择性产生等离子体放电，其中，在所述第一位置，第一电极(例如第一电极的第一放电部分)与第二电极(例如第二电极的第二放电部分)之间的距离小至足以支持高压差下的等离子体放电；以及通过在第二位置使第一电极相对于第二电极定位熄灭等离子体放电，其中，在所述第二位置，第一电极与第二电极之间的距离大至足以阻止高压差下的等离子体放电。上述定位第一电极的方法可通过使用传统的点阵式打印机头和/或锤头组(hammerbank)打印机头实现。但可以清楚等离子体还可通过其他方式选择性产生。
优选地，使第一电极相对于第二电极定位可通过电极***实现，该电极***包括与第一电极机械连接的压电致动器，通过该压电致动器可在定位第一电极时达到相对较高的精度。这较好地结合了气体承载层，该气体承载层可例如通常具有在基板与载气注射器之间的几微米、例如5微米的距离变化。所述压电致动器具有在上述变化范围之内的精度，且所述压电致动器可设置为在使用过程中实现第一电极在0.6～1.2mm范围内的位移。
在一个实施方式中，所述方法包括：当第一电极移动到第一位置时，将第一电极朝着靠近第二电极的方向移动；当第一电极移动到第二位置时，将第一电极朝着远离第二电极的方向移动。
在一个实施方式中，所述方法包括：沿着基板表面扫描第一电极。
在一个实施方式中，所述方法包括：相对于基板同时定位多个第一电极，以及相对于第二电极单独定位每个第一电极。
在一个实施方式中，所述方法包括：沿着基板表面同步(synchronism)定位第一电极和第二电极。该定位方法可通过使用传统的喷墨头作为等离子体装置来实现。可选地，所述电极***由沉积***形成。
在一个实施方式中，所述方法包括提供气体以在气体中形成靠近第一电极和/或基板的等离子体，和/或包括将所述气体从第一电极和/或基板中排出。
在一个实施方式中，所述方法包括：在第一电极与基板之间设置中间结构。
可选地，所述方法进一步包括：利用等离子体放电选择性刻蚀表面，利用等离子体放电(例如利用中间结构)选择性将材料沉积至表面上，和/或选择性地改变表面的性质，例如利用等离子体放电将表面从疏水性改为亲水性。
优选地，所述方法利用本发明的设备实现。
本发明的目的在于提供一种用于在基板表面沉积层例如原子层或化学气相沉积层的改进设备。
为实现上述目的，本发明提供一种设备，所述设备包括用于在基板表面进行层沉积例如原子层沉积或化学气相沉积的沉积装置，所述沉积装置包括前体供应部、前体排出部及沉积腔，所述沉积腔在使用时由所述沉积装置及基板表面定界，其中，所述沉积装置布置为用于将来自前体供应部的前体气体注入沉积腔以接触基板表面，且布置为将注入的前体气体的至少一部分通过前体排出部从沉积腔中排出；其中，所述沉积装置包括沉积***，所述沉积***布置为用于沿着基板表面的平面使沉积腔和基板彼此相对定位；所述设备进一步包括具有第一电极、第二电极及高压源的等离子体装置，所述等离子体装置进一步具有用于对第一电极和基板进行相对定位的电极***，所述等离子体装置布置为优选反复地通过利用高压源在第一电极与第二电极之间产生电压差而在基板附近产生等离子体放电以接触基板表面；其中所述设备设置有与高压源和/或电极***接合以在时间和/位置上选择性产生等离子体放电的设备控制器，以利用等离子体在基板表面形成图案，从而使前体气体接触的基板的一部分与等离子体接触的基板的一部分选择性，例如间歇性地重叠；所述设备进一步包括载气注射器，所述载气注射器布置为用于在所述设备和基板表面之间注入载气，所述载气在使用过程中形成气体承载。
所述设备能够进行组合的处理，一方面，通过等离子体放电在表面形成图案，另一方面，进行层沉积。由于等离子体处理能够和层沉积工艺相互作用，因此可获得形成图案的层。例如等离子体可用于与基板上存在的前体气体材料反应生成原子层。当使用已知的设备时，需要进行另外的工艺步骤(例如平版印刷术)在毯式沉积后获得的层上获得形成图案的层。
所述设备包括载气注射器，所述载气注射器布置为用于在所述设备和基板表面之间注入载气，所述载气用于形成气体承载。通过气体承载，所述沉积***进一步布置为用于在基板表面的平面之外使前体供应部和基板进行相对定位，这样，在使用过程中，该设备或该设备所包括的设备头可漂浮在基板上。所述载气注射器可与前体供应部分隔开，使用这样分离的注射器用于载气能够控制气体承载层中的压力与其他的气体压力，例如沉积腔中的前体气体压力分隔开，例如，在使用过程中，前体气体压力可低于气体承载层中的压力。这样，可进一步优化工艺条件。
优选地，沿着基板及横向于沉积***实现的相对运动的方向，沉积腔的尺寸超出等离子体的尺寸。
优选地，原子层沉积装置设置有限制结构，所述限制结构布置为将注入的前体气体限制在与基板表面相邻的沉积腔内，气体承载可形成限制结构。
优选地，所述控制包括控制在某一时刻或某一位置上产生电压差。
在一个实施方式中，所述设备可布置为在原子层沉积装置上朝着基板表面的方向施加预应力。所述设备可进一步设置为通过控制气体承载层中的压力抵消预应力，使用过程中，预应力提高了气体承载的硬度(stiffness)，而气体承载的硬度的增加减少了不期望的在基板表面的平面之外的移动。因此，可操作沉积装置更加接近基板表面，但并不接触基板表面。
在一个实施方式中，所述电极***布置为用于在第一位置使第一电极相对于第二电极选择性定位，其中在所述第一位置，第一电极(例如第一电极的第一放电部分)与第二电极(例如第二电极的第二放电部分)之间的距离小至足以支持高压差下的等离子体放电；以及在第二位置使第一电极相对于第二电极选择性地定位，其中在第二位置，第一电极与第二电极之间的距离大至足以阻止高压差下的等离子体放电，这样形成了选择性(例如局部地)产生等离子体的传统方法。
在一个实施方式中，所述电极***布置为用于将第一电极朝着靠近及远离第二电极的方向移动。
在一个实施方式中，所述第二电极设计为鼓状物，在所述鼓状物的外表面可在鼓状物和第一电极之间放置薄片状基板，而电极***布置为用于在垂直于外表面的方向移动第一电极。
在一个实施方式中，所述电极***进一步布置为用于沿着基板表面定位第一电极。
在一个实施方式中，所述等离子体装置包括外壳，其中，第一电极至少部分被外壳包围，所述第一电极可相对于外壳移动。
在一个实施方式中，所述高压源布置为调节(优选通过设备控制器调节)第一电极和第二电极之间的高压差。
在一个实施方式中，所述等离子体装置包括多个第一电极和/或多个第二电极。优选地，所述电极***布置为相对于一个或多个第二电极单独定位每个第一电极。优选地，所述电极***布置为用于相对于剩余的第一电极单独定位每个第一电极。
在一个实施方式中，所述第一电极由点阵式打印机的打印头的可移动笔形成，且电连接至高压源。
在一个实施方式中，所述第一电极和/或第二电极为纳米结构或微米结构，例如，通过在放电部分的激光沉积或烧蚀(ablation)，在放电部分形成专门的晶体生长或通过在放电部分提供碳纳米管来形成纳米结构或微米结构。
在一个实施方式中，所述电极***进一步布置为用于同步定位第二电极与第一电极。
在一个实施方式中，所述电极***包括与第一电极机械连接的压电致动器，用于相对于基板定位第一电极。利用压电致动器可在定位第一电极时达到相对较高的精度。应理解，也可通过压电致动器形成第一电极，可选地，在第一电极的至少部分外表面上，例如在第一电极的放电部分或第一电极的放电部分的附近，设置附加的导电涂层。
在一个实施方式中，第一电极与第二电极机械连接。
在一个实施方式中，所述高压源和/或设备控制器布置为在第一模式中选择性产生高压差以支持等离子体放电，及在第二模式中产生降低的电压差或零电压差以阻止等离子体放电。
在一个实施方式中，所述等离子体装置包括多个第一电极和多个第二电极，其中，所述高压源和所述设备控制器布置为用于在至少一个第一电极和至少一个第二电极之间选择性施加高压。
在一个实施方式中，所述等离子体装置设置有等离子体气体供应部，用于供应气体以在气体中形成靠近第一电极和/或基板的等离子体；和/或设置有等离子体气体排出设备，用于将气体从第一电极和/或基板中排出。
在一个实施方式中，所述第一电极设置有气体供应部，所述气体供应部设置为用于供应通过气体供应部用于形成等离子体的气体。
在一个实施方式中，所述第一电极由空心笔形成。
在一个实施方式中，所述第一电极由锤头组的打印尖端形成，所述锤头组的打印尖端优选包含在锤头组打印机内。
在一个实施方式中，所述等离子体装置进一步设置有中间结构，所述中间结构在使用过程中设置在第一电极和基板之间。优选地，所述中间结构允许相对于基板定位第一电极。通过中间结构，产生的等离子可更加有利地利用和/或能够用于实现另外的功能。优选地，所述中间结构为薄片例如平板。
使第一电极和基板彼此相对定位可包括：使第一电极靠近和/或沿着基板移动。可通过在中间结构和基板之间和/或在中间结构和第一电极之间形成开放的空间来定位第一电极。可选地，所述中间结构机械连接至第一电极，以使中间结构与第一电极一起沿着基板移动。
在一个实施方式中，所述中间结构形成为具有至少一个孔，优选多个孔的薄片，以用于提供穿过孔的等离子体。可选地，这样的孔可具有最大尺寸，例如最大直径，其小于第一电极和基板之间的最小距离。由于等离子体可通过孔到达基板，因此孔会影响被等离子体处理的基板的区域的大小。通过调整孔的尺寸，可利用中间结构减少通过等离子体产生的图案中的点(spot)大小或印制线(track)宽度，这样可提高图案的分辨率。至少一个孔(可选为所有的孔)的最大尺寸可以例如为10微米或20微米，因此，所述至少一个孔(可选为所有的孔)可以例如具有最大为10微米或最大为20微米的直径。所述孔可以例如通过提供穿过孔以用于形成等离子体的气体而被有利地利用。这样，能够集中气流，并能够更加经济地使用气体。本实施方式另外的优点在于第一电极可被穿过孔的气流冷却。
在一个实施方式中，所述中间结构包括，且优选基本由非导电材料组成，这样，由高压源产生的电场能够通过孔被集中，从而能够有效地减少由等离子体处理的基板的区域的大小，即，孔可用作有效减少基板上等离子体的大小的隔板(diaphragm)。所述中间结构可定位在第一电极和第二电极之间。
在一个实施方式中，所述中间结构可包括，且优选基本由导电材料组成，该导电材料可形成第二电极，这样，可以不必要将基板定位在第一电极和第二电极之间，因此可基本阻止基板暴露在由高压源产生的电场中，这在基板相对较厚时尤其重要。将基板放置于第一电极和第二电极之间需要相对较高的电场以用于产生等离子体，这在基板设置有相对易损的部件(如可被强电场破坏的集成电路)时尤其重要。可以理解，中间结构可被分割，即中间结构可包括分离的部件，每个部件对应关联的第一电极，这使得部件可相对于高压源切换，以将等离子体切换为开或关的状态。
优选地，第一电极和/或第二电极例如导电材料可设置有电绝缘盖，从而可阻碍甚至阻止在第一电极和第二电极之间形成火花。
在一个实施方式中，中间结构形成为薄片，例如带状物，所述薄片包括通过等离子体可至少部分释放的工艺材料，例如前体或可沉淀的材料。通过中间结构，可利用产生的等离子体实现至少部分工艺材料(例如可沉积材料)的处理(例如沉积)，这样可使装置具有额外的功能。
可选地，工艺材料可用作原子层沉积工艺中的前体材料或反应物材料，或用作化学气相沉积工艺中的前体材料，然后将来自前体供应部的前体气体注入沉积腔以接触基板表面可通过利用等离子体释放工艺材料来进行。
在一个实施方式中，中间结构包括设置有工艺材料的载体薄片，其中，所述工艺材料至少部分可通过等离子体从载体薄片中被移除。通过中间结构，可利用产生的等离子体实现被载体薄片所支持的工艺材料的处理(例如沉积)。优选在使用过程中，所述工艺材料设置在载体薄片和基板之间，但这并非必需。可选地，所述载体薄片可例如至少部分形成网状，则工艺材料可设置在网的开口内，所述工艺材料可例如浸渍在网状载体中。
可选地，根据本发明的设备可用于处理电绝缘基板(例如塑料体，例如塑料薄片)的表面。可选地，根据本发明的装置可用于处理半导体基板或导体基板的表面。当使用(半)导体基板时，优选采用如上所述的电绝缘材料覆盖，例如涂覆第一电极和/或第二电极。应理解，导电基板也可用作第二电极。
优选地，所述设备用于实现根据本发明的方法。
本发明的另一目的在于提供一种生产中型电子装置的改进方法。
为达到上述目的，本发明提供一种方法，所述方法通过利用根据本发明的设备和/或本发明的方法沉积至少一层原子层、优选形成图案的原子层，由原子层的叠层、优选由形成图案的原子层的叠层生产发光二极管或者由基板生产中型(meso-scale)电子装置，例如(O)LED装置、RFID标签或太阳能电池装置；中型三维结构，例如MEMS装置、微透镜或多焦点透镜；芯片实验室(lab-on-chip)；生物芯片；能印刷的塑料体或胶版印刷板。
附图说明
以下将通过非限制性实施例并参考附图对本发明进行描述，其中：
图1示意性地示出了根据本发明第一实施方式的设备；
图2A示出了在图1所示横截面A-A’处的沉积装置的实施方式；′
图2B示出了沉积装置的另一个实施方式；
图2C示出了图2A和图2B所示沉积装置的仰视图；
图3A示出了在图1所示横截面B-B’处的等离子体装置的实施方式；
图3B示意性地示出了如何将压电致动器应用于根据本发明的等离子体装置或方法中；
图3C示出了等离子体装置的另一个实施方式；
图3D示出了等离子体装置的再一个实施方式；
图3E示意性地示出了气体如何进入放电空间；
图3F示出了等离子体装置的再一个实施方式；
图4示出了具有中间结构的等离子体装置的一个实施例；
图4A示出了针孔板的俯视图；
图5示出了在图1所示横截面C-C’处的设备的一个实施例；
图5A示出了第一电极52.2由空心针形成的一个实施例；
图5B示出了设置有多个第一电极和多个第二电极的附加沉积腔的仰视图；以及
图5C示出了图5B所示的局部。
具体实施方式
除非另有说明，附图中相同的附图标记表示相同的部件。
图1示意性示出了根据本发明第一实施方式的设备2。图2示出了该设备的出口面的视图。所述设备包括用于在基板表面进行原子层沉积或化学气相沉积的沉积装置4，所述设备进一步包括用于在基板附近产生等离子体以在基板表面形成图案的等离子体装置6。沉积装置4和等离子体装置6可被合并以包括一个设备头，然而，或者，沉积装置4和等离子体装置6例如可分别包括能彼此独立操作的不同的头，即沉积头和等离子头。沉积头可为原子层沉积(ALD)头或者化学气相沉积(CVD)头。
通常，设备2设置为用于分别在彼此分离的沉积腔和附加沉积腔提供前体气体和等离子体，这些沉积腔在图1中示意性地示出，用附图标记18和18’表示。显然，通常情况下，设备具有多个沉积腔18和多个附加沉积腔18’，每个附加沉积腔可与单个的第一电极关联。参考图5A和图5B所示，多个第一电极可与每个附加沉积腔18’关联，例如定位于每个附加沉积腔18’中。作为第一实施方式中设备的另一个变形，可将多个附加沉积腔18’合并为一个、两个或更多个附加沉积腔18’。通常，设备2和/或等离子体装置6设置有至少一个附加沉积腔，其中附加沉积腔的尺寸L2与沉积腔18的尺寸L1相似。附加沉积腔可设置有多个第一电极和可选的多个第二电极(图5B)。
在附加沉积腔中，沉积的前体气体材料可发生反应以得到原子层或化学气相沉积层。采用这种方式时，例如可进行等离子体增强原子层沉积或等离子体增强化学气相沉积。等离子体增强原子层沉积特别适于沉积高质量低k的氧化铝(Al2O3)层，例如生产诸如芯片(集成电路)和太阳能电池等半导体产品。
在原子层沉积时，前体气体可例如包含氯化铪(HfCl4)，但也可包含另一类前体材料，例如四(乙基-甲基-氨基)铪或三甲基铝(Al(CH3)3)。前体气体可与载气例如氮气或氩气一起注入。前体气体在载气中的含量通常可为0.01～1体积％。使用过程中，沉积腔中的前体气体压力通常可为0.1～1毫巴，但也可接近大气压力或显著高于大气压力。所述设备可设置有用于在附加沉积腔18’中形成高温的加热器，尽管这种设置并非是必需的，因为等离子体可提供足够的热量来引发及维持前体气体材料的反应。
设备2可布置为提供反应气体用于附加沉积腔18’中的原子层沉积，利用等离子体，反应气体和基板上存在的前体气体材料可反应生成原子层，反应气体包含例如氧化剂气体，例如氧气(O2)、臭氧(O3)和/或水(H2O)。
图1中显示了沉积腔的尺寸L1以及附加沉积腔的尺寸L2，在使用过程中，等离子体可至少部分填充附加沉积腔，从图1中可清楚地看出，使用过程中，沿着基板14，沉积腔的尺寸L1超过了附加沉积腔的尺寸L2。更加普遍地，沉积腔的尺寸L1和附加沉积腔的尺寸L2可在一个相同的方向测量，例如，图1中箭头72所示的方向。测量L1和L2的方向可横向于一方面的沉积腔和/或第一电极52.i与另一方面的基板之间相对运动的方向，该相对运动的方向由图1中的双箭头表示。
设备2可设置有设备控制器，该设备控制器用于在时间和/或位置上选择性地产生等离子体放电。当实现设备2和基板之间的相对运动及在时间和/或位置上选择性地产生等离子体时，显然，可以获得形成图案的ALD层和CVD层。作为通过等离子体形成图案的结果，前体气体接触的基板的一部分与等离子体接触的基板的一部分选择性重叠。
图1A示出了图案的一个实施例，其中，单个的岛层9，即原子层(也称为ALD层)或CVD层形成在前体气体接触的基板的部分11上。图1B示出了图案的一个实施例，其中形成了具有相互交叉形状的ALD和CVD层9。图1C示出了ALD和CVD层9包含在前体气体接触的基板的部分11内的实施例。形成这些层9可包括利用等离子体在基板表面形成图案。
图2A示出了在图1所示横截面A-A’处的沉积装置4的实施方式，图2A进一步示出了基板14的表面12。沉积装置4包括前体供应部16，且沉积装置可进一步包括沉积腔18，沉积腔18在使用时由沉积装置4及表面12定界。沉积装置4布置为将来自前体供应部16的前体气体注入沉积腔18以接触基板表面12，这样，前体气体分子可撞击基板表面12并可附着到基板表面12上，该实施例中的前体气体流用箭头20表示。
沉积装置4进一步包括前体排出部22，且沉积装置4布置为用于将至少部分注入的前体气体通过前体排出部22从沉积腔18中排出，该实施例中排出的注入的前体气体流用箭头25表示。
沉积装置4包括沉积***，该沉积***布置为沿着基板表面的平面使沉积腔和基板进行相对定位。可对沉积***进行各种变形。例如，沉积***可包括可移动的基板桌41，或者，沉积***可包括可对基板进行导向的可旋转的滚筒，可选择地或另外的，所述沉积***可包括用于移动所述沉积装置的运输机，因此显然，使前体供应部和基板彼此相对定位可包括移动前体供应部和/或基板。
所述沉积***可进一步布置为在基板表面的平面之外使前体供应部和基板进行相对定位。这可通过例如提供具有载气注射器32的沉积装置4实现。载气注射器32布置为在沉积装置和基板表面之间注入载气，使用过程中，载气可形成气体承载层34。载气流由箭头36表示。前体排出部22也可用于将载气排出。然而，载气注射器32与前体供应部16隔开，注入的载气可同时提供限制结构，即气体帘幕(gas curtain)，以将注入的前体气体限制在沉积腔。
更加普遍地，由于沉积装置4紧密靠近基板表面，使用过程中，气体承载部通常显示出气体承载层内的压力的显著增大，例如，使用过程中，气体承载层内的压力至少两倍，例如通常增加8倍，当沉积装置移动至两倍接近基板时，例如，从距离基板表面50微米的位置移动至距离基板表面25微米的位置，其他条件不变。优选使用过程中气体承载的硬度为103～1010N/mm，但也可在该范围外。该硬度可通过在气体承载上施加预应力实现。通常，载气注射器32可设置有在载气注射器的流道内提供的节流器，以提供气体承载的硬度。
图2A所示的沉积装置可具有用于控制载气注入的气体控制器105，图2A所示的沉积装置可具有用于控制前体气体注入的气体控制器103，这些气体控制器可包含在设备控制器中。
图2B显示了根据本发明一方面的沉积装置4的另一个实施方式，本发明可提供包括沉积头98的沉积装置4，该沉积头98包括设置有前体供应部16和前体排出部22的沉积腔18，所述前体供应部和前体排出部可布置为从前体供应部提供前体气体流通过(优选仅通过)沉积腔至前体排出部，沉积腔18在使用过程中由沉积头和基板表面12定界。沉积装置4可包括气体承载，该气体承载包括布置为用于在沉积头98和基板表面之间注入载气的载气注射器32，该载气因此形成气体承载(层)。沉积装置4可包括传送***，作为沉积***的一个例子，传送***沿着基板平面提供基板与沉积头之间的相对运动，以形成传送平面，基板沿着该传送平面被传送。支撑部件100可布置在沉积头的对面，支撑部件构造为提供气体承载压力布置，用于平衡传送平面内的沉积头气体承载，使基板通过所述气体承载压力布置在沉积头和支撑部件之间被无支撑地保持。
在图2B所示的实例中，支撑部件100设置为沿传送平面为基板14提供支撑，传送平面可视为基板14的中心线。支撑部件100布置在沉积头98的对面，构造为提供气体承载压力设置以平衡传送平面内沉积头气体承载34。尽管不完全的对称设置也能达到上述效果，但优选地，通过在支撑部件中具有与沉积头98中的流布置相同的流布置来提供平衡。因此，优选地，支撑部件10的每个流喷嘴，例如前体供应部16或载气注射器32对称地朝着沉积头98的相应喷嘴定位。这样，基板可通过沉积装置4的支撑部件100和沉积头98之间的所述气体承载压力布置被无支撑地保持，即在无机械支撑的情况下。在没有任何机械支撑的情况下，防止了此支撑污染的风险，这对保证沉积头98相对于基板14的最佳工作高度是十分有效的。另外，为达到清洁的目的，有必要减少***的停机时间。另外重要的是，不设置机械支撑可减少***的热容，使基板对生产温度产生更快的加热响应，从而显著地提高生产能力。
图2C示出了图2A和图2B所示沉积装置的仰视图。通常，沉积腔18为长形形状，使用时沉积腔的纵向方向可横向于沉积腔18和基板14之间相对运动的方向74。
通常，沉积腔18(或者附加沉积腔18’)可存在于如图2A～2C中所示的腔19中。沉积腔18可在横向，例如基板表面的方向被腔19限制。因此，沉积腔18可仅在该腔内横向延伸。使用过程中，该腔可面向基板，前体排出部和前体供应部可定位于该腔内，腔的所有侧面可被凸出部分23环绕，凸出部分23相对于腔的底部27凸出，前体排出部16和前体供应部22可定位于腔19的底部，腔对于优化工艺条件可具有明显的优势。可以理解，在一个实施方式中，附加沉积腔的深度可基本为零。因此，附加沉积腔为另外的沉积空间。然而，作为另一种选择，附加沉积腔18’可具有非零的深度。
图3A示出了在图1所示横截面B-B’处的等离子体装置的实施方式。等离子体装置包括第一电极52，在该实施例中，包括多个第一电极52.i(i＝1、2、3...)，等离子体装置还具有第二电极54及高压源56，高压源56用于在第一电极52.i和第二电极54之间产生电压差。通常等离子体在表面附近(例如在表面上)产生，以使等离子体接触表面以通过例如在表面12上实现形成图案的疏水性而能够在表面形成图案。通常高压源可布置为产生大于100、500、1000、2000、5000、或10000伏特的电压。基于其中将要形成等离子体的气体及第一电极和第二电极的分离，可选择高压源的最小电压。显然，如果第一电极和第二电极之间的分隔距离足够小的话，可以使用产生小于100伏特电压的高压源，例如，高压源可布置用于产生大于10伏特的电压。
在这个实施例中，第一电极52.i设计为长形笔。在该实施例中，第二电极54为平板形，第一电极52.i和第二电极54分别电连接至高压源56的端子58、60。高压源56可布置用于在第一电极52.i和第二电极54之间产生高至足以产生等离子体62的高压差，在该实施例中，第一电极52.i也在64处接地。应理解的是，例如根据是否期望离子或电子撞击基板，可设置第一电极相对于第二电极带负电，或者相反。在该实施例中，电压差包括DC电压差，或者，另外，高压差可包括AC电压差(例如射频(RF))、脉冲电压差等。
在该实例中，待处理的基板14定位在第一电极52.i和第二电极54之间，在该实施例中定位在第二电极4的顶部，该实施例中的第二电极54也称为对电极。
在图3A中，等离子体装置6可进一步包括外壳66，外壳66包括多个孔68.i(i＝1、2、3...)，每个孔内可容纳一个第一电极52.i，每个第一电极62.i可滑动地容纳在相应的孔18.i内。在该实施例中，等离子体装置6包括电极***，该电极***布置为用于在各自相应的孔68.i内分别移动每个第一电极52.i，电极***可包括电动机，如线性电动机、齿条和小齿轮、压电致动器、电磁螺线管等，因此电极***可布置为用于第一电极52.i和基板14的相对定位。
至此，上述等离子体装置6可以下列方式操作。
首先，将基板14放置在第二电极4和第一电极52.i之间，在第一电极和第二电极之间设置并保持高压差。
当利用等离子体选择性地处理基板14的表面12时，确定表面12上待处理的位置。选择最接近表面上所确定的位置的第一电极52.i。在该实施例中，选择第一电极52.3。
最初，所有的第一电极52.i可处于缩回位置，如图3A中所示的第一电极52.1、52.2、52.4、52.5和52.6，在该缩回位置(也称为第二位置)，第一电极52.i的尖端(放电部分)与第二电极54之间的距离足够大以阻止高压差下的等离子体放电。即，处于缩回位置的第一电极52.i与第二电极54之间的电场强度足够低以阻止电击穿(electrical breakthrough)。
电极***将所选择的第一电极52.3朝着靠近第二电极54的方向移动至延伸位置(参考图3A)，该延伸位置也称为第一位置。在该延伸位置，所选择的第一电极52.3的尖端(放电部分)与第二电极54之间的距离足够小以支持高压差下的等离子体放电。即，处于延伸位置的第一电极与第二电极54之间的电场强度足够高以支持等离子体放电的引发。图3A中62处表示等离子体。
由于第一电极与第二电极之间的电场可穿过基板，图3A所示的等离子体装置适于片形基板，如塑料箔。
第一电极可缩回具有使与产生等离子体的第一电极相邻的第一电极产生较少腐蚀的优点，因为等离子体不会接触到已缩回的第一电极。通过将第一电极完全缩入外壳内(如图3A所示)，特别是当外壳16包括在等离子体附近的电绝缘底部时，这种效果将被进一步增强。这也适用于等离子体装置6的其他变形。然而，应理解，将电极封装在外壳16内并不是完全必要的。该外壳可包括用于引导电极的基本开放的结构。
通过控制第一电极和第二电极之间的距离，可以控制等离子体的强度。
由于能够控制第一电极和基板表面之间的距离，因此处理弯曲表面和/或三维物体也是可行的(可与第二电极结合，其中，第二电极不平坦但随基板形状变化)。
设备2可设置有设备控制器，该设备控制器用于通过控制电极***来控制第一电极的延伸和缩回。因此，通过设备控制器，设备可布置为用于在时间和/或位置上选择性地产生等离子体放电，以利用等离子体在基板表面形成图案，从而使与前体气体接触的基板的一部分与等离子体接触的基板的一部分选择性重叠。
图3B示意性地示出了如何将被电极***包含的压电致动器应用于根据本发明的等离子体装置6或方法中。图3B示出了第一压电致动器70A和第二压电致动器70B，且图3B示出的第二压电致动器70B处于延伸位置，这可通过利用与压电致动器关联的压电电压源56’在第二压电致动器70B上提供电压来实现。压电电压源56’可由高压源56形成。图3B示出的第一压电致动器70A处于缩回位置。这可通过利用与压电致动器关联的压电电压源56’至少部分释放第一压电致动器70B上的电压而实现，与压电致动器关联的压电电压源56’可由高压源56形成或与高压源56分离。应理解，压电致动器使得第一电极精确地延伸(即定位)。在图3B的实施例中，第一电极52.1、52.2分别由压电致动器70A、70B承载。还应理解，第一电极完全由压电致动器形成，可选地在第一电极使用中的放电部分或放电部分附近的至少部分外表面设置另外的导电涂层也是可能的。
图3C示出了等离子体装置6的另一个实施方式。在该实施方式中，传统的喷墨打印头35被改变以用于提供等离子体放电。在该实施例中，喷墨打印头包括多个喷嘴37.n(n＝1、2、3...)。每个喷嘴、两个压电元件31、33与内部墨腔39相邻定位。根据该改变，压电元件31、33分别电连接至高压源56的端子58、60，当在压电元件31、33之间保持高压差时，压电元件31、33可作为第一电极52.i及第二电极54.j。
图3C的装置可按以下方式操作：气流而非墨汁被供给打印头35，如箭头G所示。当利用等离子体选择性地处理基板14的表面12时，确定表面12上待处理的位置。选择与表面上所确定的位置最接近的喷嘴37.n及关联的第一电极52.i和第二电极54.j。在该实施例中，选择第一电极52.3和第二电极54.3。
最初，所有的第一电极52.i和所有的第二电极54.j可与高压源56断开，从而不产生等离子体放电。选择的第一电极52.3和选择的第二电极54.3分别通过开关24.5与24.6与高压源56连接。然后，在电极之间的区域，产生等离子体62。由于气流的速率，等离子体62从喷嘴37.3朝着基板14的表面12喷射。应理解，可沿着表面12扫描改变的喷墨头35。
开关可包含在设备控制器内，因此，设备控制器可接合至高压源。因此显然更普遍地，可通过用于选择第一电极的开关(其中通过第一电极产生等离子体)，将设备控制器布置为用于在时间和/或位置上选择性地产生放电。
图3D示出了根据本发明的等离子体装置6的再一个实施方式，该等离子体装置6用于产生等离子体放电且适于在无掩模情况下直接在基板14上形成图案，即不需要使用带有图案的掩模。在该实施例中，装置6特别适于在三维基板14的表面12上形成图案。
在该实施例中，电极52.i、54.j分别可在朝着靠近及远离基板14的方向(例如相对于图3A～C所示的方向)移动，在该实施例中，每个电极52.i、54.j设置有相对于电极固定安装的电绝缘部件28.k。因此，电极52.i、54.j被很好地保护免受腐蚀。
图3D所示的装置6可按以下方式操作：
将基板14放置于靠近第一电极52.i和第二电极54.j的位置。所有的电极52.i、54.j靠近基板14定位，直到每个电极接触到基板14的表面12。接下来，使所有的电极52.i、54.j移动预定的距离远离表面12，以适于产生用于处理表面12的等离子体62。此时，电极“跟随(follow)”表面12的轮廓，尽管图3D示出了电极的一维阵列，但优选电极52.i、54.j的二维阵列来处理三维基板的表面12的表面区域。
然而，也可采用以下基板的可替换方式。在该方式中，等离子体装置6或包含等离子体装置6的设备2可包括气体承载及载气注射器32，载气注射器32布置用于在设备和基板表面之间注入载气，因此该载气形成气体承载。图3D示出了可能存在的气体承载34，载气流由箭头20表示。
设置高压差，当利用等离子体选择性地处理基板14的表面12时，确定表面12上待处理的位置。为此，设备控制器可包括用户提供的具有关于将要产生的图案的信息的计算机。由设备控制器选择与表面上所确定的位置最接近的第一电极52.i和第二电极4.j。在该实施例中，选择第一电极52.2和第二电极54.2。
最初，所有的第一电极52.i和所有的第二电极54.j可与高压源56断开，从而不产生等离子体放电。选择的第一电极52.2和选择的第二电极54.2分别通过开关24.3、24.4与高压源56连接。开关可包含在设备控制器内。
在图3D所示的实例中，在电极52.i、54.j之间安装防护物30.m(m＝1、2、3...)。在该实施例中，防护物由(电绝缘)箔形成。防护物30.m阻止等离子体62进入电极52.i、54.j之间的开放空间82。防护物30.m在阻止气体进入电极之间的开放空间82的同时允许气体进入放电空间134。应理解，可选择放电空间134内的气体来促进等离子体放电。气体可例如包括氩气或氦气。气体不存在于开放空间82内可使高压差不能在开放空间82内产生等离子体放电。应理解，这些防护物30.m是可选的，如果需要的话，也可用于图3A所示的装置中。
图3E示意性地示出了气体如何进入放电空间134。等离子体装置6可设置有气体供应部，例如入口管13A，用于供应气体以在气体中形成靠近第一电极52的等离子体。等离子体装置6可进一步设置有气体排出部，例如，出口管13B，用于将气体从第一电极和/或基板排出。等离子体装置6可进一步设置围绕第一电极52的壳体13C，该壳体13C可用于与入口管13A流体连通，因此，使用过程中，气体从入口管13A流出直接进入壳体13C。入口管13A和出口管13B可放置为在到达出口管13B之前，气体不得不从壳体13C流出。通过入口管、出口管和壳体，可形成集中的气流。然而显然，在没有壳体13C的情况下，也可实现集中的气流。也可为出口管13B咬入外壳13C。
图3F示出了等离子体装置6的再一个实施方式，在该实施方式中，传统的喷墨打印头35被改变以用于提供等离子体放电。在该实施例中，喷墨打印头包括多个喷嘴37.n(n＝1、2、3...)。根据该改变，针状的第一电极52.i安装为延伸穿过喷墨打印头的内腔39。
针状的第一电极可通常例如具有钻石尖端，例如，该钻石尖端设置有导电涂层。这样，使第一电极可设置有相对尖锐的尖端。因此，可减少等离子体的大小，从而可减少形成图案过程中的点大小或印制线宽度。
第一电极52.i电连接至高压源56的端子58。中间结构，如针孔板76A可电连接至高压源56的端子60，并作为第二电极54。在该实施例中，第一电极通过开关24.i切换。应理解，第一电极52.i也可布置为可从缩回位置移动至延伸位置，如对于图3A、3B、或3C所示的。
在图6B所示的实施例中，可使气体围绕第一电极52.i流过喷嘴37.n。气体可例如包括前体气体或反应气体或可沉积的材料。
应理解，其他传统的喷墨头也可被改变以用于形成本发明的等离子体装置。例如，第一电极可由打印头的压电元件形成，而第二电极可由围绕喷嘴的导电喷嘴板形成。也可以用位于传统的喷墨打印头内的可替代的导电结构，例如，电加热电阻形成用于产生等离子体的电极。
发明人认识到商业上可获得的点阵式打印机可容易地改变为根据图1～3E的一个或多个的设备或等离子体装置。
可按如下方式改变传统的点阵式打印机。可使用根据本发明实施方式的改进装备。
首先，提供传统的点阵式打印机，并提供用于产生高压差的高压源。点阵式打印机的打印头的至少一个打印笔与高压源电连接。
例如，传统的点阵式打印机的打印鼓的外表面可与高压源电连接。如需要，打印鼓的表面可设置有导电涂层。
如果需要根据图3A～E的装置，则打印头的至少一个打印笔与高压源的正端子连接，而打印头的至少一个其他打印笔与高压源的负端子连接。
当使用多于两个第一电极52.i和/或第二电极54.j时，第一电极和/或第二电极可按一维或二维阵列排布。在这样的阵列中将电极彼此分离的智能方法是采用专利WO 2008/004858中描述的膜，该专利通过引用并入本文。这样，采用分离各个电极的膜，可将电极52.i、54.j例如以六方堆积紧密地放在一起。当膜为电绝缘时，电极也同样彼此电隔离。这种布置及WO 2008/004858中描述的针移动的方法的另外优点为电极可在彼此不影响的情况下单独移动。
图1、图2A、图2B和图3A～3D涉及具有沉积装置和等离子体装置的设备的可行实施方式，但也可进行其他各种变形。
例如，等离子体设备6可进一步设置有中间结构，使用过程中，该中间结构设置在基板14和第一电极52.i的至少一个、例如所有之间。图4示出了具有该中间结构76的等离子体装置的一个实施例，该实施例中的中间结构形成为薄片。该薄片可包括设置有至少一个孔80(在该实施例中，设置有多个孔)的针孔板76A和/或带状物76B。在图4所示的实施例中，针孔板基本由非导电材料如陶瓷形成。但在另外的实例中，针孔板可设置有导电材料。然后，针孔板86A可形成第二电极54，带状物76B可设置有承载薄片，尽管这不是必要的。
通过设备80，可使产生的等离子体62靠近基板14。因此，在使用过程中，等离子体能够通过孔80到达基板并可选地与带状物76B相互作用(如果带状物存在)。由于该相互作用，带状物包含的工艺材料可通过等离子体释放。该工艺材料可例如用作原子层沉积工艺中的前体材料或反应材料，或例如用作化学气相沉积工艺中的前体材料。可在中间结构和基板14之间提供形成等离子体的气体。由箭头G指示气体流。
图4示出了针孔板76A的侧视图，图4A示出了针孔板76A的俯视图。图中示出了孔的直径DA。可定义孔的最大尺寸。对于本实施例中近似圆形的孔80，最大尺寸可为直径DA。直径DA可选地小于(例如至少两倍地小于)第一电极和基板之间的最小距离DE。这样可显著减小由等离子体产生的图案的点大小或印制线宽度S。但作为另一种选择，可选地，直径DA也可大于或等于第一电极和基板之间的最小距离DE。
在图3A或图3C所示装置的变形中也可设置针孔板。应理解，在图3C所示的实施方式中，针孔板导电且作为第二电极也是可能的。在这种情况下，仅需要内腔39中的喷墨打印头的一个电极，例如一个压电元件用于形成第一电极。
图5示出了在图1所示横截面C-C’处的设备2的一个实施方式。在图5所示的实施例中，沉积装置和等离子体装置整合以包括一个设备头104。图5中示出了前体供应部16、前体排出部22和沉积腔18。设备2进一步包括具有第一电极52和第二电极54的等离子体装置.设备2进一步具有高压源56(在图5中未示出但在图3和图5中可见)。
在图5中，沿着基板表面同步定位第一电极和第二电极。该定位例如可通过沿着设备头104移动基板14和/或通过沿着基板14移动设备头104来实现。在该实施方式中，电极***由沉积***形成。电极***和沉积***均可由用于基板的传送***形成。该传送***可包括卷对卷(roll-to-roll)***或可移动的基板桌41。通常，基板可为柔性基板。
设备2的等离子体装置6可通常设置有等离子体供应部106和附加沉积腔18’。在使用过程中，其中将要形成等离子体的气体，例如氩气可供应至等离子体供应部106，并靠近基板14。反应气体在使用过程中可通过等离子体供应部106注入，例如当进行原子层沉积时。因此，更加普遍地，等离子体装置可设置有反应气体供应部以用于在使用过程中供应反应气体。反应气体供应部可由等离子体供应部106形成。通过等离子体，反应气体和基板上存在的前体气体材料反应形成原子层。等离子体装置可设置附加的排出部108，例如用于排出过量气体的等离子体气体排出部，过量的气体可例如包括过量的反应气体和/或等离子体气体。
当采用等离子体选择性地处理基板14的表面12时，确定表面12上待处理的位置。由于设备头104可设置多个第一电极52.i和多个第二电极54.i，因此选择与表面上确定的位置最接近的等离子体供应部106及关联的第一电极52和第二电极4。最初，所有的第一电极和所有的第二电极可与高压源56断开，从而不产生等离子体放电。选择的第一电极52和选择的第二电极54可通过开关与高压源56连接。然后，在附加沉积腔18’内电极之间的区域，产生等离子体62。由于气体流出等离子体供应部的速率，等离子体62可从等离子体供应部靠近基板14的表面12喷射。应理解，可通过电极***和沉积***，沿着表面12扫描设备头104，其中，电极***和沉积***可整合成用于设备头104和/或基板14的一个传送***。
更普遍地，通过进行适当地吹扫空间18和18’，可在处理过程中切换供应部16和106。
在图5中，示出了一方面的沉积腔18和第一电极52与另一方面的基板14之间相对运动的方向74。可通过传送***实现相对运动。沿方向74在设备内定位第一电极52和沉积腔18。因此，在使用过程中，可首先由沉积装置处理基板表面的一部分，然后可再由等离子体装置处理，或者反之亦然。从而可使由沉积腔处理的基板的一部分与由等离子体处理的基板的一部分重叠。
通常，沉积腔18定义了相对于基板表面12的沉积腔高度D2。气体承载34(可作为流阻碍)可包括面向基板表面12的流限制表面11，该流限制表面11定义了相对于基板的间隙距离D1，间隙距离D1小于沉积腔高度D2。流限制表面11的尺寸C2可通常在1～30毫米范围内。前体排出部22之间的距离C1可通常在1～10毫米范围内，这也是基板6的平面上的沉积腔的通常长度。气体承载层通常的高度由D1表示，D1可在3～15微米范围内。在基板6的平面之外测量的从沉积腔18的底部至基板的通常高度D2在使用过程中可为3～100微米。所有这些均被认为是有效值，在使用过程中，从附加沉积腔18’的底部至基板的高度D3与沉积腔18的高度D2相似。但作为另一种选择，与附加沉积腔18’关联的高度D3也可不同于，如大于或小于与附加沉积腔18’关联的高度D2。
设备2可包括至少控制电极***和沉积***的设备控制器110。在该实施例中，电极***和沉积***均由基板桌41通过连接体112A形成。设备控制器110可进一步布置为通过连接体112B控制电压差的产生。例如，设备控制器110可控制(优选反复地控制)等离子体产生的时间点，即，控制开始产生等离子体的时间和停止产生等离子体的时间。因此，设备2设置有接合至高压源和/或电极***用于在时间上选择性地产生等离子体放电的设备控制器110。这样能够利用等离子体在基板表面形成图案，从而前体气体接触的基板的一部分与等离子体接触的基板的一部分能够选择性重叠。通过连接体112B，也可调节其中形成等离子体的气体的流量。可选地，通常可提供另一种反应气体。
设备控制器110可进一步布置为用于通过前体供应部控制前体气体的注入及通过载气注射器32控制载气的注入。为此，可提供用于控制载气的注入及用于控制前体气体的注入的气体控制器105。可通过连接体105A和103A对控制器进行控制。这些气体控制器可包含在设备控制器110内。
因此，控制器可布置用于实现图案化的原子层沉积。例如，在使用过程中，可在基板上沉积原子层之前利用等离子体在基板上形成图案，以在形成图案的基板上沉积原子层。作为另外一个实施例，设备控制器在使用过程中控制设备头104，使得在基板附近产生等离子体放电之前将来自前体供应部的前体气体注入沉积腔以接触基板表面，从而，在使用过程中，等离子体与基板上存在的前体气体材料反应以用于在基板上形成原子层或用于去除基板上存在的前体气体材料。
设备2可进一步布置为用于在基板表面的平面之外使前体供应部和基板进行相对定位。为此，沉积装置可进一步包括在设备头和基板表面之间注入气体的气体注射器32，使用过程中，气体形成气体承载层34。在图5中，气体注射器由载气注射器32形成，以在载气注射器与前体供应部分离的同时形成气体承载层。
图5A示出了第一电极52.2由空心针形成的一个实施例。流出空心针的气体由箭头G1表示。更普遍地，等离子体装置6和/或设备2可在空心针52.2周围设置气体排出部13B。排出的气流由箭头G2表示。利用气流G1和/或G2可有效地冷却第一电极，例如空心针。显然，空心针也可用实心针代替。
另外，或可选地，针对图5A所示的类似针状的第一电极52.1、52.2、52.3和类似平板状的第二电极54，可单独或以组合方式提供其他的第一电极和第二电极52A.i、54A.i和/或52B.i、54B.i。成对的第一电极和第二电极52A.i、54A.i；52B.i、54B.i可能更接近于与电极对关联的等离子体供应部。通常该方式的优点在于，可使等离子体具有相对较小的尺寸和相对较少的切换时间。
图5B示出了设置有多个第一电极52.i和多个第二电极54.i的附加沉积腔18’的仰视图。图5B示出了沉积腔的底部27和凸出部分23。
图5C示出了图5B所示的局部114。更加普遍地，第一电极52.i和第二电极54.i可围绕等离子体供应部106和可能的反应物供应部116定位，优选在等离子体供应部106和可能的反应物供应部116的附近定位，例如紧密靠近等离子体供应部106和可能的反应物供应部116定位。对于多个第一电极52.i和多个第二电极54.i的此配置，等离子体的尺寸可相对较小。因此，通过设备产生的图案的分辨率可相对较高。另外的优点是，由于第一电极和第二电极与等离子体供应部106紧密靠近，因此引发等离子体所需要的时间和熄灭等离子体所需要的时间可相对较少。这可提高基板沿设备2的生产速度。
更加普遍地，显然，可在附加沉积腔中沿着腔底部且沿一个或两个相互垂直的方向设置图3A～F所示的结构。
本发明可包括其他方面。例如，基板可为塑料基板或设置有无机材料的基板。这样的基板在高温下相对容易损坏。由于本发明能够实现仅局部产生等离子体，因此可省略从前体气体材料中获得原子层而将整个基板暴露于高温。可选地，设备可有利地整合入单个晶片反应器中。可选地，可重复本发明的方法以获得原子层的叠层，优选形成图案的原子层叠层。但原子层叠层也可包括没有形成图案的层。可选地，根据本发明的方法和/或根据本发明的设备可有利地用于涂敷纸，涂敷眼部涂层(ophthalmic coating)，用于涂敷自由曲面例如眼部，涂敷无机玻璃和/或涂敷有机材料。可选地，根据本发明的方法和/或根据本发明的设备可有利地用于沉积阻挡涂层、硬涂层和/或抗反射涂层。可选地，根据本发明的方法和/或根据本发明的设备可用于涂敷用于生产玻璃(例如varilux玻璃)的多焦点层。可选地，根据本发明的方法和/或根据本发明的设备可用于眼部涂色(colorisation of ophthalmic)。本发明可提供用于本发明的设备，优选用于实现本发明方法的包括高压源和打印头的改进的装置。该改进的装置优选进一步包括用于将气体导向打印头的第一电极的气体入口。该改进的装置优选进一步设置有中间结构。可选地，多个第一电极可包含在锤头组内，例如US6,779,935B1中描述的锤头组。可选地，根据本发明的方法包括通过化学气相沉积沉积与形成图案的ALD或CVD层重叠的基本无图案的层。本发明还提供利用快速等离子体辅助ALD或CVD工艺在基板表面形成图案的装置，该装置包括：提供工艺气体和前体的喷头、具有第一放电部分的第一电极和具有第二放电部分的第二电极、用于在第一电极和第二电极之间产生高压差的高压源及定位单元，例如相对于基板定位第一电极的电极***，其中，定位单元布置为用于在第一位置相对于第二电极定位第一电极，其中在第一位置，第一放电部分和第二放电部分之间的距离小至足以支持高压差下的等离子体放电；以及用于在第二位置相对于第二电极定位第一电极，其中在第二位置，第一放电部分和第二放电部分之间的距离大至足以阻止高压差下的等离子体放电。其中等离子体有利于在ALD层和/或CVD层形成图案。
本发明的说明书、附图及实例用于说明性目的，而非限制本发明。因此，本发明并不限于本发明所描述的实施方式和变形。例如，可在大气条件、真空条件或宽范围的可控的压力条件下执行本发明描述的方法和/或使用本发明的设备。
在权利要求书中，任何括号内的附图标记均不应构成对权利要求的限制。词语“包括”并不排除权利要求中所列的特征或步骤之外的特征或步骤的存在。另外，词语“一个(a/an)”不应限制为“仅一个”，而是用于指“至少一个”，且不排除多个。某些手段在互不相同的权利要求中被引用并不表示这些手段的组合不能被有利地利用。

Claims (15)

1.一种利用沉积装置在基板的表面上沉积层的方法，所述沉积装置包括设置有前体供应部和前体排出部的沉积腔，所述沉积腔在使用时由所述沉积装置及基板表面定界，所述方法包括：将来自所述前体供应部的前体气体注入所述沉积腔以接触所述基板表面，将注入的所述前体气体的一部分从所述沉积腔中排出，并沿着所述基板表面的平面使所述沉积腔和所述基板彼此相对定位；所述方法进一步包括：提供第一电极和第二电极，使所述第一电极与所述基板彼此相对定位，并通过在所述第一电极与所述第二电极之间产生高压差而在所述基板附近产生等离子体放电以接触所述基板，其中所述方法包括：在时间和/位置上选择性产生等离子体放电，以利用等离子体在所述基板表面形成图案，从而使所述前体气体接触的所述基板的一部分与所述等离子体接触的所述基板的一部分选择性重叠，所述方法进一步包括：利用设备的载气注射器在所述设备和所述基板表面之间注入载气而形成气体承载层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述基板上沉积层之前，在所述基板上形成图案，从而使所述层沉积在已形成图案的基板上。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述基板附近产生等离子体放电之前，将来自所述前体供应部的所述前体气体注入所述沉积腔以接触所述基板表面，从而使所述等离子体与所述基板上存在的前体气体材料反应，以在所述基板上形成所述层或去除所述基板上存在的所述前体气体材料。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，将来自所述前体供应部的前体气体注入所述沉积腔以接触所述基板表面与在所述基板附近产生等离子体放电同时进行。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：通过在第一位置使所述第一电极相对于所述第二电极定位而选择性产生等离子体放电，其中，在所述第一位置，所述第一电极与所述第二电极之间的距离小至足以支持高压差下的等离子体放电；以及通过在第二位置使所述第一电极相对于所述第二电极定位而选择性熄灭所述等离子体放电，其中，在所述第二位置，所述第一电极与所述第二电极之间的距离大至足以阻止高压差下的等离子体放电。
6.根据权利要求5所述的方法，所述方法包括：当所述第一电极移动到所述第一位置时，将所述第一电极朝着靠近所述第二电极的方向移动；当所述第一电极移动到所述第二位置时，将所述第一电极朝着远离所述第二电极的方向移动。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：沿着所述基板表面同步定位所述第一电极和所述第二电极。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：提供气体以在气体中形成靠近所述第一电极和/或所述基板的等离子体，和/或包括：将气体从所述第一电极和/或所述基板中排出。
9.一种设备，包括用于在基板的表面进行层沉积例如原子层沉积或化学气相沉积的沉积装置，所述沉积装置包括前体供应部、前体排出部及沉积腔，所述沉积腔在使用时由所述沉积装置及基板表面定界，其中，所述沉积装置布置为用于将来自所述前体供应部的前体气体注入所述沉积腔以接触所述基板表面，且布置为将注入的前体气体的至少一部分通过所述前体排出部从所述沉积腔中排出，其中，所述沉积装置包括沉积***，所述沉积***布置为用于沿着所述基板表面的平面使所述沉积腔和所述基板彼此相对定位，所述设备进一步包括具有第一电极、第二电极及高压源的等离子体装置，所述等离子体装置进一步具有用于对所述第一电极和所述基板进行相对定位的电极***，所述等离子体装置布置为通过利用所述高压源在所述第一电极与所述第二电极之间产生电压差而在所述基板附近产生等离子体放电以接触所述基板表面，其中所述设备设置有与所述高压源和/或所述电极***接合以在时间和/位置上选择性产生等离子体放电的设备控制器，以利用所述等离子体在所述基板表面形成图案，从而使所述前体气体接触的所述基板的一部分与所述等离子体接触的所述基板的一部分选择性重叠，所述设备进一步包括载气注射器，所述载气注射器布置为用于在所述设备和所述基板表面之间注入载气，所述载气在使用过程中形成气体承载。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述第一电极和所述沉积腔在所述设备中沿着通过所述沉积***实现的相对运动的方向定位，从而在使用过程中，使通过所述沉积腔处理的所述基板的一部分与所述等离子体处理的所述基板的一部分重叠。
11.根据权利要求9或10所述的设备，其中，所述电极***布置为用于在第一位置使所述第一电极相对于所述第二电极选择性定位，其中在所述第一位置，所述第一电极与所述第二电极之间的距离小至足以支持高压差下的等离子体放电；以及在第二位置使所述第一电极相对于所述第二电极选择性定位，其中在所述第二位置，所述第一电极与所述第二电极之间的距离大至足以阻止高压差下的等离子体放电。
12.根据权利要求9～11中任一项所述的设备，其中，所述电极***布置为用于将所述第一电极朝着靠近及远离所述第二电极的方向移动。
13.根据权利要求9～12中任一项所述的设备，其中，所述电极***布置为用于同步定位所述第二电极与所述第一电极。
14.根据权利要求9～13中任一项所述的设备，其中，所述设备设置有等离子体气体供应部，用于供应气体以在气体中形成靠近所述第一电极和/或所述基板的等离子体；和/或设置有等离子体气体排出部，用于将气体从所述第一电极和/或所述基板中排出。
15.一种方法，所述方法通过利用权利要求9～14中任一项所述的设备和/或权利要求1～8中任一项所述的方法沉积至少一层原子层或化学气相沉积层、优选形成图案的原子层或化学气相沉积层，由原子层的叠层生产发光二极管或者由基板生产中型电子装置，例如(O)LED装置、RFID标签或太阳能电池装置；中型三维结构，例如MEMS装置、微透镜或多焦点透镜；芯片实验室；生物芯片；能印刷的塑料体或胶版印刷板。
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