結合されたプレートを備える流体分配マニホールド
流体分配マニホールドは、第１のプレートと第２のプレートとを備える。少なくとも第１のプレートおよび第２のプレートの少なくとも一部は、レリーフパターンを画成する。レリーフパターンによって画成される流体流配向パターンを第１のプレートおよび第２のプレートが形成するように、第１のプレートと第２のプレートとの間に金属結合剤を配設する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、ガス状または液状材料の、特に薄膜材料の蒸着時の、拡散流に関するものであり、より具体的には、同時ガス流を基材上に送る分配または送出ヘッド（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｒ ｄｅｌｉｖｅｒｙ ｈｅａｄ）を使用する原子層蒸着法のための装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
薄膜蒸着に広く使用されている技術として、反応チャンバー内で化学反応性の高い分子を使用して基材上に所望の薄膜を蒸着する化学気相成長法（ＣＶＤ）がある。ＣＶＤの用途に有用な分子前駆体は、蒸着されるべき薄膜の元素（原子）成分を含み、典型的には、追加の元素も含む。ＣＶＤ前駆体は、薄膜が上に形成される基材において反応を起こすために気相中でチャンバーに送出される揮発性分子である。化学反応により、所望の膜厚の薄膜が蒸着される。
【０００３】
大半のＣＶＤ技術に共通なのは、１つ以上の分子前駆体の十分に制御された流束をＣＶＤ反応炉内に送り込む必要があることである。基材を、制御された圧力条件下で十分に制御された温度に保ち、これらの分子前駆体の間の化学反応を促進し、それと同時に副産物を効率よく取り除く。ＣＶＤの性能を最適なものにするためには、プロセス全体にわたってガスの流れ、温度および圧力の定常状態条件を達成し維持することができ、また一時的現象を最小限に抑えるか、または排除することができる必要がある。
【０００４】
特に半導体、集積回路および他の電子デバイスの分野では、卓越したコンフォーマルコーティング特性を有し、従来のＣＶＤ技術の達成可能な限界を超えた薄膜、特により高品質の薄膜、より密度の高い薄膜、特により低い温度で製造することができる薄膜に対する需要がある。
【０００５】
原子層蒸着法（「ＡＬＤ」）は、その先行ＣＶＤ技術に比べて、改善された膜厚分解能およびコンフォーマル能力をもたらしうる代替的薄膜蒸着技術である。ＡＬＤプロセスは、従来のＣＶＤの従来の薄膜蒸着プロセスをいくつかの単一原子層蒸着工程に分割したものである。有利には、ＡＬＤ工程は自己終結型であり、自己終結暴露時間（ｓｅｌｆ−ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｔｉｍｅｓ）まで、またはそれを超えて実施されたときに１つの原子層を蒸着することができる。原子層は、典型的には、約０．１から約０．５分子単層までの範囲の厚さを有し、典型的な寸法は数オングストローム以下のオーダーである。ＡＬＤでは、原子層の蒸着は、反応性分子前駆体と基材との間の化学反応の結果である。それぞれの個別のＡＬＤ反応−蒸着工程において、正味の反応が所望の原子層を蒸着し、分子前駆体に元々含まれていた「余分な」原子を実質的に排除する。その最も純粋な形態のＡＬＤは、反応の他の１つ以上の前駆体の非存在下で、複数の前駆体のうちのそれぞれの吸着および反応を伴う。実際、どのようなシステムにおいても、わずかな量の化学気相成長反応をもたらす異なる前駆体の一部の直接反応を回避することは困難である。ＡＤＬを実施すると主張するどのようなシステムであっても、その目標は、わずかな量のＣＶＤ反応が許容されることを理解しつつ、ＡＬＤシステムにふさわしいデバイス性能および属性を得ることである。
【０００６】
ＡＬＤの応用事例において、典型的には２つの分子前駆体を個別の段階でＡＤＬ反応炉内に導入する。例えば、金属前駆体分子ＭＬＸは、金属元素Ｍが原子または分子配位子Ｌに結合されたものである。例えば、Ｍは、限定はしないが、Ａｌ、Ｗ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｚｎなどとすることが可能である。金属前駆体は、基材表面が分子前駆体と直接反応するように調製されているときに基材と反応する。例えば、基材表面は、典型的には、金属前駆体との反応性を有する、水素含有配位子ＡＨまたは同様のものを含むように調製される。硫黄（Ｓ）、酸素（Ｏ）および窒素（Ｎ）は、いくつかの典型的なＡ化学種である。ガス状金属前駆体分子は、基板表面上の配位子すべてと有効に反応し、その結果、金属の単一原子層が蒸着される。
基材−ＡＨ＋ＭＬＸ→基材−ＡＭＬＸ−１＋ＨＬ （１）
ただし式中、ＨＬは反応副産物である。反応中に、初期表面配位子ＡＨが消費され、表面は、金属前駆体ＭＬＸとそれ以上反応しえないＬ配位子で覆われることになる。したがって、反応は、表面上の初期ＡＨ配位子のすべてがＡＭＬＸ−１種で置き換えられたときに自己終結する。この反応段階の後に、典型的には、第２の反応物質ガス状前駆体材料の個別の導入に先立ってチャンバーから過剰な金属前駆体を排除する不活性ガスパージ段階が続く。
【０００７】
次いで、第２の分子前駆体を使用して、金属前駆体に向かう基材の表面反応性を回復させる。これは、例えば、Ｌ配位子を取り除き、ＡＨ配位子を再蒸着することによって行われる。この場合、第２の前駆体は、典型的には、望ましい（通常は非金属）元素Ａ（つまり、Ｏ、Ｎ、Ｓ）および水素（つまり、Ｈ２Ｏ、ＮＨ３、Ｈ２Ｓ）を含む。次の反応は以下のとおりである。
基材−Ａ−ＭＬ＋ＡＨＹ→基材−Ａ−Ｍ−ＡＨ＋ＨＬ （２）
これは、表面を転換してＡＨ被覆状態に戻す。（ここで、簡単のため、化学反応は平衡状態でない。）所望の追加の元素Ａを薄膜内に組み込み、望ましくは配位子Ｌを揮発性副産物として排除する。もう一度、反応は、反応部位（このときには、Ｌ終結部位）を消費し、基材上の反応部位が完全に枯渇すると自己終結する。次いで、第２のパージ段階で不活性パージガスを流すことによって、第２の分子前駆体を蒸着チャンバーから取り除く。
【０００８】
要約すれば、次いで、基本ＡＬＤプロセスは、基材への化学物質の流束を順に交互させる必要がある。上述のような、代表的なＡＬＤプロセスは、以下の４つの異なる運転段階を有する１つのサイクルである。
１．ＭＬＸ反応、２．ＭＬＸパージ、３．ＡＨＹ反応、および４．ＡＨＹパージ、そして段階１に戻る。
【０００９】
表面反応と、基材表面を初期反応状態に回復する前駆体除去とを交互に行うこの反復シーケンスは、介在するパージ運転とともに、典型的なＡＬＤ蒸着サイクルである。ＡＬＤ運転の重要な特徴は、基材を初期界面化学状態に回復することである。この一組の反復工程を使用することで、化学速度論、サイクル毎の蒸着、組成および膜厚がすべて似ている寸法が等しい層として基材上に薄膜を重ねることができる。
【００１０】
ＡＬＤは、半導体デバイスおよび抵抗器、コンデンサ、絶縁体、バスラインおよび他の導電性構造物などのサポート電子コンポーネントを含む、多数のさまざまな種類の薄膜電子デバイスを形成するための製造工程として使用することができる。ＡＬＤは、電子デバイスのコンポーネント内に金属酸化物の薄層を形成するのに特に適している。ＡＬＤにより蒸着できる機能材料の一般的クラスには、導体、誘電体または絶縁体、および半導体が含まれる。
【００１１】
導体は、有用な任意の導電性材料であってよい。例えば、導体としては、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、ドープ酸化亜鉛ＺｎＯ、ＳｎＯ２、またはｌｎ２Ｏ３などの透明材料が挙げられる。導体の厚さはさまざまであり、特定の例では、これは約５０から約１０００ｎｍまでの範囲とすることができる。
【００１２】
有用な半導体材料の例は、ガリウムヒ素、窒化ガリウム、硫化カドミウム、真性酸化亜鉛および硫化亜鉛などの化合物半導体である。
【００１３】
誘電体材料は、パターン形成回路のさまざまな部分を電気的に絶縁する。誘電体層は、絶縁体または絶縁層と称されることもある。誘電体として使用される材料の具体例として、ストロンチウム酸塩、タンタル酸塩、チタン酸塩、ジルコン酸塩、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化チタン、セレン化亜鉛および硫化亜鉛が挙げられる。それに加えて、これらの例の合金、組合せたもの、および多層化したものを誘電体として使用することができる。これらの材料のうち、酸化アルミニウムが好ましい。
【００１４】
誘電体構造層は、異なる誘電率を有する２つまたはそれ以上の層を備えるものとしてよい。このような絶縁体は、参照により本明細書に組み込まれている米国特許第５，９８１，９７０号、および参照により本明細書に組み込まれている同時係属米国特許出願公開第２００６／０２１４１５４号においいて説明されている。誘電体材料は、典型的には、約５ｅＶより高いバンドギャップを示す。有用な誘電体層の厚さはさまざまであり、特定の例では、これは約１０から約３００ｎｍまでの範囲とすることができる。
【００１５】
多数のデバイス構造を上記の機能層により形成することができる。抵抗器は、導電性が中から低の範囲の導電性材料を選択することによって加工することができる。コンデンサは、２つの導体の間に誘電体を入れることによって形成することができる。ダイオードは、２つの導電電極の間に相補的キャリアタイプ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｃａｒｒｉｅｒ ｔｙｐｅ）の２つの半導体を入れることによって形成することができる。また、相補的キャリアタイプの半導体の間に真性の半導体領域が配設されていてもよく、これはその領域にある自由電荷キャリアの数の少ないことを示す。ダイオードも、２つの導体の間に単一の半導体を入れることによって形成することができ、この場合、導体／半導体界面の１つは、電流が一方の方向に流れるのを強く阻止するショットキー障壁を形成する。トランジスタは、導体（ゲート）上に絶縁層を置き、続いて半導体層を置くことによって形成することができる。２つまたはそれ以上の追加の導体電極（ソースとドレイン）が最上部半導体層と接触する形で相隔てて配置される場合、トランジスタが形成されうる。上記のデバイスはどれも、必要な界面が形成される限り、さまざまな構成で製作することができる。
【００１６】
薄膜トランジスタの典型的な用途において、デバイス内を通る電流の流れを制御することができるスイッチに対するニーズがある。そのようなものとして、スイッチがオンにされたときに、大電流がデバイスを通って流れることができることが望まれる。電流の流れの大きさは、半導体の電荷キャリア移動度に関係する。デバイスがオフにされている場合、電流の流れは非常に小さいことが望ましい。これは、電荷キャリア濃度に関係する。さらに、可視光が薄膜トランジスタ応答に及ぼす影響がごくわずかであるか、まったくないことが一般的に好ましい。これが当てはまるためには、半導体バンドギャップは、可視光への暴露がバンド間遷移を引き起こさないよう十分に大きく（＞３ｅＶ）なければならない。高い移動度、低いキャリア濃度および高いバンドギャップをもたらすことが可能な材料は、ＺｎＯである。さらに、移動するウェブ上への大量製造のために、プロセスで使用される化学反応は、安価であるとともに低毒性であることが非常に望ましく、これはＺｎＯとその前駆体の大半の使用によって応えることができる。
【００１７】
障壁層は、ＡＬＤ蒸着プロセスが適しているもう１つの用途である。障壁層は、典型的には、汚染物質が別の材料に移るのを減らすか、または遅らせるか、または防止することすら行う材料の薄層である。典型的な汚染物質としては、空気、酸素および水が挙げられる。障壁層は、汚染物質が通過するのを減らすか、または遅らせるか、または防止する材料を含むことができるが、この用途に特に適している材料としては、酸化アルミニウム、およびさまざまな酸化物を含む重層構造物などの絶縁体が挙げられる。
【００１８】
自己飽和表面反応は、許容誤差および流動システムの制限による、または表面凹凸形状（つまり、三次元の高アスペクト比構造部内への蒸着）に関係する、さもなければ表面均一性を損なうおそれのある移送の不均一性に対するＡＬＤの感度を弱める。概して、反応プロセス中で化学物質の流束が不均一である結果として、一般的に、表面領域の異なる部分では完了時間が異なる。しかし、ＡＬＤを使用した場合、基材表面全体で反応のそれぞれを完了させることができる。そのため、完了速度が異なっていても、均一性に対して不利な条件が生じるわけではない。これは、最初に反応を完了する領域が反応を自己終結し、他の領域は、完全な処理済み表面が意図された反応を受けるまで続けることができるからである。
【００１９】
典型的には、ＡＬＤプロセスは、単一のＡＬＤサイクルで約０．１〜０．２ｎｍの薄膜を蒸着する（１サイクルは、前に示されているように工程１番から４番までを持つ）。多くの、または大半の半導体用途については約３ｎｍから３０ｎｍまでの範囲内の均一な膜厚、また他の用途についてはそれ以上に厚い膜を構成するために、有用で経済的に実現可能なサイクルタイムが達成されなければならない。工業処理能力標準によれば、基材は、好ましくは２分から３分以内に処理され、これはＡＬＤサイクルタイムが約０．６秒から約６秒までの範囲内でなければならないことを意味している。
【００２０】
ＡＬＤは、制御されたレベルの高度に均一な薄膜蒸着を行うことに関してかなり有望である。しかし、その内在する技術的能力と利点があるにもかかわらず、多くの技術上のハードルがまだ残っている。重要な考慮事項の１つは、必要なサイクルの数に関するものである。この反応物質およびパージサイクルが反復されるため、ＡＬＤを有効利用するには、パージサイクルを素早く実行することとともに、化学物質の流束をＭＬＸからＡＨＹに急激に変えることができる装置が必要であった。従来のＡＬＤシステムは、異なるガス状物質を必要なシーケンスで基材上に急速循環により送るように設計されている。しかし、必要な一連のガス組成物を必要な速度で、一部の不要な混合を行うことなく、チャンバー内に導入するための信頼性の高い方式を求めることは困難である。さらに、ＡＬＤ装置は、多数の基材の費用効果の高いコーティングを行えるように多数のサイクルに対してこの急速なシーケンシングを効率よく、かつ確実に実行することができなければならない。
【００２１】
ＡＬＤ反応が自己終結に到達するのに要する時間を最短にすることを目的として、所定の任意の反応温度で、いわゆる「パルス発生」システムを使用して、ＡＬＤ反応炉内に流れ込む化学物質の流束を最大化するのが１つのアプローチであった。ＡＬＤ反応炉内に流れ込む化学物質の流束を最大化するために、最低希釈の不活性ガスとともに高圧下でＡＬＤ反応炉内に分子前駆体を導入することが有利である。しかし、これらの対策は、短いサイクルタイムを達成する必要性とＡＬＤ反応炉からこれらの分子前駆体を高速に取り除くこととに対して不利に働く。次いで、高速に取り除くことで、ＡＬＤ反応炉内のガス滞留時間が短縮される。ガス滞留時間τは、反応炉の体積Ｖ、ＡＬＤ反応炉内の圧力Ｐ、および流量の逆数Ｑに比例する。つまり、
τ＝ＶＰ／Ｑ （３）
となる。
【００２２】
典型的なＡＬＤチャンバーにおいて、体積（Ｖ）および圧力（Ｐ）は、機械的およびポンプ動作制約条件によって独立に決まるため、低い値に滞留時間を正確に制御することが困難である。そこで、ＡＬＤ反応炉内の圧力（Ｐ）を下げることで、ガス滞留時間を短縮しやすくなり、またＡＬＤチャンバーから化学的前駆体を取り除く（パージする）速度が速くなる。対照的に、ＡＬＤ反応時間を最短にするには、ＡＬＤ反応炉内で高圧を使用することによりＡＬＤ反応炉内に流れ込む化学的前駆体の流束を最大化する必要がある。それに加えて、ガス滞留時間と化学物質使用効率は両方とも、流量に反比例する。そのため、流量を下げることで効率を高めることができるが、ガス滞留時間も延びる。
【００２３】
既存のＡＬＤアプローチには、化学物質利用効率を高めて反応時間を短縮する必要性と、その一方でパージガス滞留時間および化学物質除去時間を最短にする必要性との間にトレードオフの関係があるという欠点があった。ガス状材料を「パルス的」に送出するという固有の制限を克服するための１つのアプローチは、それぞれの反応物質ガスを連続的に供給し、基材を次々にそれぞれのガスに通すというものである。例えば、ユドフスキーに発行された米国特許第６，８２１，５６３、名称「ＧＡＳ ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＣＹＣＬＩＣＡＬ ＬＡＹＥＲ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」では、前駆体用とパージガス用に別々のガスポートを有し、真空ポンプポートをそれぞれのガスポートの間に交互に置く、真空下での処理チャンバーを説明している。それぞれのガスポートは、ガス流を基材に向けて垂直下方に送る。これらの個別のガス流は、壁または仕切りによって隔てられ、真空ポンプでそれぞれのガス流の両側でガスを排出する。それぞれの仕切りの下側部分は、基材の近く、例えば、基材表面から約０．５ｍｍ以上のところに延在する。このようにして、仕切りの下側部分は、ガス流が基材表面と反応した後にガス流を真空ポートに向かって下側部分の周りに流せる十分な距離だけ基材表面から隔てられる。
【００２４】
１つ以上の基材ウェハを保持するために、回転式ターンテーブルまたは他の移送デバイスを備える。この配置構成では、異なるガス流の下で基材が往復し、これによりＡＬＤ蒸着が行われる。一実施形態では、基材は直線経路でチャンバーに通されるが、このときに、基材は何回も前後に動かされる。
【００２５】
連続ガス流を使用する別のアプローチは、サントラらの米国特許第４，４１３，０２２号、名称「ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＰＥＲＦＯＲＭＩＮＧ ＧＲＯＷＴＨ ＯＦ ＣＯＭＰＯＵＮＤ ＴＨＩＮ ＦＩＬＭＳ」に示されている。ガス流アレイは、交互に並ぶソースガス開口部、キャリアガス開口部および真空排気開口部を備えている。このアレイの上の基材の往復運動は、ＡＬＤ蒸着を、ここでもまた、パルス動作を必要とすることなく生じさせる。図１３および図１４の実施形態では、特に、基材表面と反応性蒸気との間の連続的な相互作用は、ソース開口部の固定されたアレイの上で基材を往復運動させることで行われる。排気開口部の間にキャリアガス開口部を設けることによって拡散障壁が形成される。サントラらは、このような実施形態を使用した運転は、プロセスまたは実例の詳細がほとんど、または全く与えられていないけれども、大気圧下であっても可能であると述べている。
【００２６】
ユドフスキーの’５６３特許およびサントラらの’０２２特許で説明されているようなシステムは、パルス式ガスアプローチに内在する問題点のいくつかを回避することができるが、これらのシステムには他の短所がある。ユドフスキーの’５６３特許のガス流送出ユニットもサントラらの’０２２特許のガス流アレイも、基材に対して約０．５ｍｍ未満の近さで使用することはできない。ユドフスキーの’５６３特許およびサントラらの’０２２特許で開示されているガス流送出装置はどれも、例えば電子回路、光センサーまたはディスプレイを形成するためにフレキシブル基材として使用することが可能なような移動するウェブの表面での可能な使用を目指しては配置されていない。それぞれがガス流と真空の両方をもたらす、ユドフスキーの’５６３特許のガス流送出ユニットとサントラらの’０２２特許のガス流アレイの両方の配置構成が複雑であるため、これらの解決策は実施が難しく、拡張しようとしても費用がかかり、その潜在的有用性が、限定された寸法を有する移動する基材上への蒸着用途に制限される。さらに、アレイ内の異なる地点で均一な真空状態を維持し、相補的な圧力下でガス流と真空との同期を維持することが非常に困難な作業となり、そのため、基材表面に送られるガス流束の均一性が損なわれる。
【００２７】
セリツァ（Ｓｅｌｉｔｓｅｒ）による米国特許出願公開第２００５／００８４６１０号では、大気圧原子層化学気相成長プロセスを開示している。セリツァは、運転圧力を大気圧に変更することによって反応速度の異常な増大がもたらされ、これは反応物質の濃度の数桁の増大を伴い、必然的結果として表面反応物質の反応速度が上昇すると述べている。セリツァの実施形態は、プロセスのそれぞれの段階に対し別々のチャンバーを伴うが、米国特許出願公開第２００５／００８４６１０号の図１０には、チャンバーの壁を取り除いた実施形態が示されている。一連の分離されたインジェクタが、回転する円形基材ホルダートラックの周りに間隔をあけて並べられている。それぞれのインジェクタは、独立操作される反応物質、パージングおよび排気ガスマニホールドを組み込んでおり、プロセスにおいて下に通されるようなそれぞれの基材に対する１つの完全な単相蒸着および反応物質パージサイクルとして動作する。セリツァは、ガスインジェクタまたはマニホールドの具体的詳細についてはほとんど、または全く説明していないが、インジェクタの間隔は、隣接するインジェクタからの二次汚染がそれぞれのインジェクタ内に組み込まれているパージングガス流および排気マニホールドによって防止されるように選択されている。
【００２８】
相互反応性ＡＬＤガスの分離を行うための特に有用な方法は、レビーによって２００８年７月１０日に公開された米国特許出願公開第２００８／０１６６８８０号において説明されているガスベアリングＡＬＤデバイスである。このデバイスの効率は、比較的高い圧力が蒸着ヘッドと基材との間の間隙内に発生し、ガスは蒸着を受ける基材に近接しつつソース領域から排気領域に適切に定められた経路で強制的に送られるという事実から生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２９】
【特許文献１】米国特許第５，９８１，９７０号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００６／０２１４１５４号明細書
【特許文献３】米国特許第６，８２１，５６３号明細書
【特許文献４】米国特許第４，４１３，０２２号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００５／００８４６１０号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００８／０１６６８８０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
ＡＬＤ蒸着プロセスは、さまざまな業界においてさまざまな用途に使用するのに適しているので、特に空間的に従属しているＡＬＤと一般に称されるＡＬＤの領域内で、ＡＬＤ蒸着プロセス、システムおよびデバイスを改善する努力が現在も続けられている。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明の一態様によれば、流体分配マニホールドは、第１のプレートと第２のプレートとを備える。少なくとも第１のプレートおよび第２のプレートの少なくとも一部は、レリーフパターンを画成する。レリーフパターンによって画成される流体流配向パターンを第１のプレートおよび第２のプレートが形成するように、第１のプレートと第２のプレートとの間に金属結合剤を配設する。
【００３２】
本発明の別の態様によれば、流体分配ヘッドを組み立てる方法は、第１のプレートを設けることと、第２のプレートであって、少なくとも第１のプレートおよび第２のプレートの少なくとも一部がレリーフパターンを画成する、第２のプレートを設けることと、第１のプレートと第２のプレートとの間に配設された金属結合剤を設けることと、レリーフパターンによって画成された流体流配向パターンを、金属結合剤を使用して第１のプレートと第２のプレートとを互いに結合することによって形成することと、を含む。
【００３３】
本発明の別の態様によれば、薄膜材料を基材上に蒸着する方法は、基材を設けることと、流体分配マニホールドであって、第１のプレートと、第２のプレートであって、少なくとも第１のプレートおよび第２のプレートの少なくとも一部がレリーフパターンを画成する、第２のプレートと、レリーフパターンによって画成される流体流配向パターンを第１のプレートおよび第２のプレートが形成するように、第１のプレートと第２のプレートとの間に配設された金属結合剤と、を備える流体分配マニホールドを設けることと、レリーフパターンによって画成された流体流配向パターンにガス状材料を貫流した後に、ガス状材料を流体分配マニホールドから基材の方へ流すことと、を含む。
【００３４】
以下に提示されている本発明の例示的な実施形態の詳細な説明において、添付図面が参照される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１Ａ】マイクロチャネル拡散要素を形成するためのレリーフパターンを含むプレートの組み立てを示す線図である。
【図１Ｂ】マイクロチャネル拡散要素を形成するためのレリーフパターンを含むプレートの組み立てを示す線図である。
【図１Ｃ】マイクロチャネル拡散要素を形成するためのレリーフパターンを含むプレートの組み立てを示す線図である。
【図１Ｄ】マイクロチャネル拡散要素を形成するためのレリーフパターンを含むプレートの組み立てを示す線図である。
【図２】いくつかの例示的なディフューザーレリーフパターンおよび可変レリーフパターンの可能性を示す図である。
【図３】本発明による原子層蒸着のための送出デバイスの一実施形態の側断面図である。
【図４】薄膜蒸着が施される基材に供給されるガス状材料の１つの例示的な配置構成を示す送出デバイスの一実施形態の側断面図である。
【図５Ａ】随伴する蒸着作業の概略を示す、送出デバイスの一実施形態の側断面図である。
【図５Ｂ】随伴する蒸着作業の概略を示す、送出デバイスの一実施形態の側断面図である。
【図６】オプションのディフューザーユニットを備える、一実施形態による蒸着システム内の送出デバイスの分解斜視図である。
【図７Ａ】図６の送出デバイス用の連結プレートの斜視図である。
【図７Ｂ】図６の送出デバイス用のガスチャンバープレートの平面図である。
【図７Ｃ】図６の送出デバイス用のガス配向プレートの平面図である。
【図７Ｄ】図６の送出デバイス用のベースプレートの平面図である。
【図８】本発明のディフューザー要素を直接取り付けられる、１片の材料から機械加工で形成される送出デバイスの一実施形態の供給部分の斜視図である。
【図９】一実施形態における送出デバイス用の２プレートディフューザーアセンブリを示す斜視図である。
【図１０Ａ】水平プレートディフューザーアセンブリの一実施形態における２つのプレートのうちの一方の平面図である。
【図１０Ｂ】水平プレートディフューザーアセンブリの一実施形態における２つのプレートのうちの一方の断面斜視図である。
【図１１Ａ】水平プレートディフューザーアセンブリ内の図９に関する他のプレートの平面図である。
【図１１Ｂ】水平プレートディフューザーアセンブリ内の図９に関する他のプレートの断面斜視図である。
【図１２Ａ】組み立てられた２プレートディフューザーアセンブリの断面図である。
【図１２Ｂ】組み立てられた２プレートディフューザーアセンブリの拡大断面図である。
【図１３】結果として得られる出力面に垂直なプレートを使用する一実施形態による蒸着システム内の送出デバイスの分解斜視図である。
【図１４】垂直プレート配向設計で使用するためのレリーフパターンを含まないスペーサープレートの平面図である。
【図１５Ａ】垂直プレート配向設計で使用するためのレリーフパターンを含むソースプレートの平面図である。
【図１５Ｂ】垂直プレート配向設計で使用するためのレリーフパターンを含むソースプレートの斜視図である。
【図１５Ｃ】垂直プレート配向設計で使用するためのレリーフパターンを含むソースプレートの断面斜視図である。
【図１６Ａ】垂直プレート配向設計で使用するための粗レリーフパターンを含むソースプレートの平面図である。
【図１６Ｂ】垂直プレート配向設計で使用するための粗レリーフパターンを含むソースプレートの斜視図である。
【図１６Ｃ】垂直プレート配向設計で使用するための粗レリーフパターンを含むソースプレートの断面斜視図である。
【図１７Ａ】ディフューザーに対して存在しているガスが基材上に直接当たるのを防止するための偏向部を含む封止プレートを伴うレリーフ収容プレートを示す図である。
【図１７Ｂ】ディフューザーに対して存在しているガスが基材上に直接当たるのを防止するための偏向部を含む封止プレートを伴うレリーフ収容プレートを示す図である。
【図１８】本発明の送出デバイスを組み立てる方法の流れ図である。
【図１９】関連する距離寸法および力の方向を示す送出ヘッドの側面図である。
【図２０】基材移送システムとともに使用される分配ヘッドを示す斜視図である。
【図２１】本発明の送出ヘッドを使用する蒸着システムを示す斜視図である。
【図２２】移動するウェブに適用される蒸着システムの一実施形態を示す斜視図である。
【図２３】移動するウェブに適用される蒸着システムの別の実施形態を示す斜視図である。
【図２４】湾曲のある出力面を持つ送出ヘッドの一実施形態の側断面図である。
【図２５】送出ヘッドを基材から隔てるためにガスクッションを使用する一実施形態の斜視図である。
【図２６】移動する基材とともに使用するためのガス流体ベアリングを備える蒸着システムの一実施形態を示す側面図である。
【図２７】一実施形態によるガスディフューザーユニットの分解図である。
【図２８Ａ】図２７のガスディフューザーユニットのノズルプレートの平面図である。
【図２８Ｂ】図２７のガスディフューザーユニットのガスディフューザープレートの平面図である。
【図２８Ｃ】図２７のガスディフューザーユニットのフェイスプレートの平面図である。
【図２８Ｄ】図２７のガスディフューザーユニット内のガス混合の斜視図である。
【図２８Ｅ】図２７のガスディフューザーユニットを使用するガス抜き経路の斜視図である。
【図２９Ａ】組み立てられた２プレートディフューザーアセンブリの断面斜視図である。
【図２９Ｂ】組み立てられた２プレートディフューザーアセンブリの断面斜視図である。
【図２９Ｃ】組み立てられた２プレートガス状流体流チャネルの断面斜視図である。
【図３０】鏡面仕上げが存在することができる１つ以上の配置を示す組み立てられた２プレートディフューザーアセンブリの分解断面斜視図である。
【図３１Ａ】二次流体源と流体的に連通して連結されている一次チャンバーを備える流体分配マニホールドの断面図である。
【図３１Ｂ】二次流体源と流体的に連通して連結されている一次チャンバーを備える流体分配マニホールドの断面図である。
【図３１Ｃ】二次流体源と流体的に連通して連結されている一次チャンバーを備える流体分配マニホールドの断面図である。
【図３２Ａ】ソーススロットおよび排気スロットの構成を示す流体分配マニホールドの出力面の例示的な実施形態の概略上面図である。
【図３２Ｂ】ソーススロットおよび排気スロットの構成を示す流体分配マニホールドの出力面の例示的な実施形態の概略上面図である。
【図３２Ｃ】ソーススロットおよび排気スロットの構成を示す流体分配マニホールドの出力面の例示的な実施形態の概略上面図である。
【図３２Ｄ】ソーススロットおよび排気スロットの構成を示す流体分配マニホールドの出力面の例示的な実施形態の概略上面図である。
【図３３Ａ】平坦でない出力面を備える流体分配マニホールドの例示的な実施形態の概略側面図である。
【図３３Ｂ】平坦でない出力面を備える流体分配マニホールドの例示的な実施形態の概略側面図である。
【図３３Ｃ】平坦でない出力面を備える流体分配マニホールドの例示的な実施形態の概略側面図である。
【図３４】コーティングされる基材の両面に力を加える流体搬送システムの例示的な実施形態の概略側面図である。
【図３５】本発明に従って作られたガスパラメータ感知機能を備える流体搬送システムの例示的な実施形態の斜視図である。
【図３６】固定された基材移送サブシステムを備える流体搬送システムの例示的な実施形態の概略側面図である。
【図３７】移動可能な基材移送サブシステムを備える流体搬送システムの例示的な実施形態の概略側面図である。
【図３８】非平面的外形を有する基材移送サブシステムを備える流体搬送システムの例示的な実施形態の概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明の説明は、本発明による装置の一部を形成するか、または本発明による装置とより直接的に連携する要素を特に対象とする。特に図示または説明されていない要素も、当業者に周知のさまざまな形態をとりうることは理解されるであろう。以下の説明および図面において、可能ならば、同一の要素を示すために同一の参照番号が使用されている。
【００３７】
本発明の例示的な実施形態が概略として示されており、わかりやすくするために縮尺通りになっていない。掲示されている図は、本発明の例示的な実施形態の全体的機能および構造的配置構成を示すことが意図されている。当業者であれば、本発明の例示的な実施形態の要素の特定のサイズおよび相互接続を容易に決定することができる。
【００３８】
以下の説明のために、「ガス」または「ガス状材料」という用語は、一連の気化した、またはガス状の要素、化合物または材料のどれかを包含するように広い意味で使用される。反応物質、前駆体、真空および不活性ガスなどの本明細書で使用されている他の用語は、例えば、すべて、材料蒸着技術を熟知している者であればよく理解するように従来通りの意味を持つ。重ね合わせは、その従来の意味を有し、そこでは、要素は、一方の要素の部分の位置が他方の要素の対応する部分の位置に合わされ、その周が一般的に一致するように互いの上に、または互いに接して配置される。「上流」および「下流」という用語は、ガス流の方向に関係するようなその従来の意味を有する。
【００３９】
本発明は、より広い、ウェブベースの基材上に蒸着することに適合可能であり改善された処理速度で高度に均一な薄膜蒸着を実行することができる、ガス状材料を基材表面に送達するための改善された分配デバイスを使用する、空間依存性ＡＬＤと一般に称される、ＡＬＤの一形態に特に応用可能である。本発明の装置および方法は、連続（パルス式とは反対の）ガス状材料分配を用いる。本発明の装置は、大気圧またはほぼ大気圧だけでなく真空下でも運転することを可能にし、また密封されていないか、または外部に開放されている環境の下で運転することができる。
【００４０】
図３を参照すると、本発明による基材２０上への原子層蒸着のための送出ヘッド１０の一実施形態の側断面図が示されている。これは、通常、「浮遊ヘッド」設計と称されているが、それは、送出ヘッドから基材への１つ以上の種類のガスの流れによって発生するガス圧力を使用して、送出ヘッドと基材の相対的分離距離が確保され、維持されるからである。この種類の送出ヘッドは、レビーによる２００９年５月２１日に公開された同一出願人による米国特許出願公開第２００９／０１３０８５８Ａ１号においてさらに詳しく説明されている。
【００４１】
送出ヘッド１０は、第１のガス状材料を受け入れるための導管１４に連結されたガス注入ポートと、第２のガス状材料を受け入れるための導管１６に連結されたガス注入ポートと、第３のガス状材料を受け入れるための導管１８に連結されたガス注入ポートとを有する。これらのガスは、この後説明される構造的配置構成を有する、出力チャネル１２を介して出力面３６のところに放出される。図３およびその後の図４〜５Ｂの破線矢印は、送出ヘッド１０から基材２０へのガスの送出を指している。図３において、点線の矢印Ｘは、導管２４に連結された排気ポートと連通する、ガス排気口（この図では上方向に向き付けられて示されている）および排気チャネル２２用の経路も示している。説明を簡単にするため、ガス排気口は図４〜５Ｂに示されていない。排気ガスはそれでもたくさんの未反応の前駆体を含んでいる可能性があるため、１つの反応種を主に含む排気流と別の化学種を主に含む排気流とを混合させることは望ましくない場合がある。そういうことであるため、送出ヘッド１０は、いくつかの独立した排気ポートを備えることができる。
【００４２】
一実施形態では、ガス注入口導管１４および１６は、基材表面上で順次反応してＡＬＤ蒸着を引き起こす第１および第２のガスを受け入れるように適合され、ガス注入口導管１８は、第１および第２のガスに関して不活性であるパージガスを受け入れる。送出ヘッド１０は、この後さらに詳しく説明されているように、基材支持部上に設けることができる、基材２０から距離Ｄだけ隔てて並べられる。基材２０と送出ヘッド１０との間の往復運動は、基材２０を移動することによって、または送出ヘッド１０を移動することによって、または基材２０と送出ヘッド１０の両方を移動することによって、行うことができる。図３に示されている特定の実施形態では、基材２０は、矢印Ａによって、また図３の基材２０の左右の想像外形線によって示されているように、基材支持部９６によって出力面３６の端から端まで往復する形で移動される。往復運動は、送出ヘッド１０を使用する薄膜蒸着に必ずしも必要なわけではないことに留意されたい。この後さらに詳しく説明するように、１つ以上の方向への基材２０または送出ヘッド１０のいずれかの移動などの、基材２０と送出ヘッド１０との間の他の種類の相対運動も行える。
【００４３】
図４の断面図は、送出ヘッド１０の出力面３６の一部の上に放出されるガス流を示している（ただし、排気経路は前記のように省かれている）。この特定の配置構成において、それぞれの出力チャネル１２は図３に示されているようなガス注入口導管１４、１６、または１８のうちの１つとガス状流体で連通している。それぞれの出力チャネル１２は、典型的には、第１の反応物質ガス状材料Ｏ、または第２の反応物質ガス状材料Ｍ、または第３の不活性ガス状材料Ｉを送出する。
【００４４】
図４は、ガスの比較的基本的な、または単純な配置構成を示している。非金属蒸着前駆体（材料Ｏのような）の複数の流れまたは金属含有前駆体材料（材料Ｍのような）の複数の流れを順次、薄膜単一蒸着におけるさまざまなポートに送出することができる。あるいは、例えば金属の交互に並ぶ層を有するか、または金属酸化物材料中に混ぜられたより少ない量のドーパントを有する、複雑な薄膜材料を形成するときに、反応物質ガスの混合物、例えば、金属前駆体材料の混合物、または金属と非金属の前駆体の混合物を単一の出力チャネルのところに施すことができる。著しいことに、パージガスとも称される、不活性ガスに対するラベルＩが付けられているインターストリーム（ｉｎｔｅｒ−ｓｔｒｅａｍ）は、ガスが互いに反応する可能性のある反応物質チャネルを分離する。第１および第２の反応物質ガス状材料ＯおよびＭは、互いに反応して、ＡＬＤ蒸着を引き起こすが、いずれの反応物質ガス状材料ＯおよびＭも不活性ガス状材料Ｉとは反応しない。図４およびこれ以降で使用される用語は、いくつかの典型的な種類の反応物質ガスを示唆している。例えば、第１の反応物質ガス状材料Ｏは、酸化ガス状材料とすることができ、第２の反応物質ガス状材料Ｍは、亜鉛を含む材料などの金属含有化合物とすることができる。不活性ガス状材料Ｉは、窒素、アルゴン、ヘリウムまたはＡＬＤシステムにおいてパージガスとして一般に使用される他のガスとすることができる。不活性ガス状材料Ｉは、第１または第２の反応物質ガス状材料ＯおよびＭに関して不活性である。第１の反応物質ガス状材料と第２の反応物質ガス状材料との反応は、一実施形態において、半導体で使用される、酸化亜鉛ＺｎＯまたはＺｎＳなどの金属酸化物または他の二元化合物を形成する。２つより多い反応物質ガス状材料の間の反応は、三元化合物、例えば、ＺｎＡｌＯを形成することができる。
【００４５】
図５Ａおよび５Ｂの断面図は、簡素化された略図形態で、反応物質ガス状材料ＯおよびＭを送出するときに送出ヘッド１０の出力面３６に沿って基材２０が通ると実行されるＡＬＤコーティング作業を示している。図５Ａにおいて、基材２０の表面は、最初に、第１の反応物質ガス状材料Ｏを送出するときに指定される出力チャネル１２から連続的に放出される酸化材料を受ける。そこで、基材の表面は、材料Ｍとの反応の影響を受けやすい、材料Ｏの部分的反応形態を含む。次いで、基材２０が第２の反応物質ガス状材料Ｍの金属化合物の経路内に入ると、Ｍとの反応が生じ、２つの反応物質ガス状材料から形成されうる金属酸化物または他の何らかの薄膜材料を形成する。従来の解決策とは異なり、図５Ａおよび５Ｂに示されている蒸着順序は、パルス的ではなく、所定の基材または指定されたその領域に対して蒸着時に連続的である。つまり、材料ＯおよびＭは、基材２０が送出ヘッド１０の表面を横切るときに、または逆に、送出ヘッド１０が基材２０の表面に沿って移動するときに連続的に放出される。
【００４６】
図５Ａおよび５Ｂに示されているように、不活性ガス材料Ｉは、第１の反応物質ガス状材料Ｏの流れと第２の反応物質ガス状材料Ｍの流れとの間で、交互に並ぶ出力チャネル１２において供給される。特に、図３に示されていたように、排気チャネル２２がある。送出ヘッド１０から放出され、処理で使用された使用済みガスを抜くために、少量の引き込みのある、排気チャネル２２のみが必要である。
【００４７】
一実施形態では、同時係属の、同一出願人による、米国特許出願公開第２００９／０１３０８５８号において詳しく説明されているように、基材２０に対してガス圧力を当てて、少なくとも一部は加えられる圧力の力によって分離距離Ｄを維持する。本発明の装置は、出力面３６と基材２０の表面との間のガス圧力を維持することによって、送出ヘッド１０それ自体のために、あるいは、基材２０用に、空気ベアリング、またはより適切にはガス流体ベアリングの少なくとも一部を構成することができる。この配置構成は、送出ヘッド１０に対する移送機構を簡素化するのに役立つ。送出デバイスを基材に接近させてガス圧力によって支えられるようにできると、ガス流間の分離を行いやすい。ヘッドをこれらの流れの上に浮遊させられるようにすることによって、ガスを注入口から排気口に他のガス流との混じり合いをほとんど、または全くなくして送らせる反応性およびパージ流領域内に圧力場を形成する。このような一実施形態では、分離距離Ｄは比較的小さいので、距離Ｄの変化がわずかあっても（例えば、１００マイクロメートルでも）、流量の、したがってその結果、分離距離Ｄをもたらすガス圧力の著しい変化を必要とする場合がある。例えば、一実施形態では、分離距離Ｄを２倍にすると、変化は１ｍｍ未満であり、分離距離Ｄをもたらすガスの流量を２倍以上、好ましくは４倍以上にする必要がある場合がある。あるいは、空気ベアリング効果を使用して基材２０の表面から送出デバイス１０を少なくとも部分的に分離することができるが、本発明の装置を使用することで、送出ヘッド１０の出力表面３６から基材２０を持ち上げるか、または浮揚させることができる。
【００４８】
しかし、本発明は、浮遊ヘッドシステムを必要とせず、送出デバイスおよび基材を従来のシステムと同様に固定された距離Ｄのところに置くことができる。例えば、送出デバイスおよび基材を、ヘッドが流量の変化に応じて基材との関係で垂直に移動できず、基材が垂直に固定された基材支持部上に置かれている、互いから分離距離のところに機械的に固定することができる。あるいは、例えば、プラテンを含む、他の種類の基材ホルダーを使用することもできる。
【００４９】
本発明の一実施形態では、送出デバイスは、基材上への薄膜材料蒸着のためにガス状材料を供給する出力面を有する。送出デバイスは、複数の注入ポート、例えば、第１のガス状材料、第２のガス状材料および第３のガス状材料の共通の供給をそれぞれ受け入れることができる少なくとも第１の注入ポート、第２の注入ポートおよび第３の注入ポートを備える。送出ヘッドは、第１の複数の細長い放出チャネル、第２の複数の細長い放出チャネルおよび第３の複数の細長い放出チャネルも備え、第１の細長い放出チャネル、第２の細長い放出チャネルおよび第３の細長い放出チャネルのそれぞれは、対応する第１の注入ポート、第２の注入ポートおよび第３の注入ポートのうちの１つとガス状流体による連通を可能にする。送出デバイスは、複数の開口プレートとして形成され、出力面に関して実質的に平行に配設され、相互接続する供給チャンバーと、第１のガス状材料、第２のガス状材料および第３のガス状材料のそれぞれをその対応する注入ポートからその対応する複数の細長い放出チャネルに送るための配向チャネルとのネットワークを画成するように重ね合わされる。
【００５０】
第１の複数の細長い放出チャネル、第２の複数の細長い放出チャネルおよび第３の複数の細長い放出チャネルのそれぞれは、長さ方向に延在し、実質的に平行である。それぞれの第１の細長い放出チャネルは、最も近い位置にある第２の細長い放出チャネルから第３の細長い放出チャネルによってそれぞれの細長いその側部上で隔てられている。それぞれの第１の細長い放出チャネルおよびそれぞれの第２の細長い放出チャネルは、第３の細長い放出チャネルの間に置かれる。
【００５１】
第１の複数の細長い放出チャネル、第２の複数の細長い放出チャネルおよび第３の複数の細長い放出チャネルのうちの複数からなる少なくとも１つの群に含まれる細長い放出チャネルのそれぞれは、送出デバイスの出力面に関して実質的に直交する形で第１のガス状材料、第２のガス状材料および第３のガス状材料のうちの少なくとも１つのそれぞれの流れを向き付けることができる。ガス状材料の流れは、基材の表面に対して実質的に直交する形で、これらの複数からなる少なくとも１つの群に含まれる細長い放出チャネルのそれぞれから直接的、または間接的のいずれかで生じさせることができる。
【００５２】
図６の分解図は、そのような一実施形態におけるアセンブリ全体の小さな部分について、送出ヘッド１０を一組の開口プレートからどのように製作できるかを示し、また複数の種類のガスのうちの１つの種類のガスのちょうど１つの部分について例示的なガス流路を示している。送出ヘッド１０の連結プレート１００は、送出ヘッド１０の上流にあり、図６に示されていない、ガス供給部に連結するための一連の入力ポート１０４を有する。それぞれの入力ポート１０４は、受け取ったガスをガスチャンバープレート１１０に向き付ける配向チャンバー１０２と連通している。ガスチャンバー１１０は、ガス方向プレート１２０上の個別配向チャネル１２２とガス流で連通している供給チャンバー１１２を有する。ガス流は、配向チャネル１２２から、ベースプレート１３０上の特定の細長い排気チャネル１３４に進む。ガスディフューザーユニット１４０は、入力ガスの拡散と最終的送出とをその出力面３６で行う。ディフューザーシステムは、上述の浮遊ヘッドシステムに対して特に有利であるが、それは、ヘッドを浮遊しやすくする逆圧を送出デバイス内に発生させることができるからである。例示的なガス流Ｆ１は、送出ヘッド１０のコンポーネントアセンブリのそれぞれを通して追跡されている。
【００５３】
図６の例に示されているように、送出ヘッド１０の送出アセンブリ１５０は、連結プレート１００、ガスチャンバープレート１１０、ガス方向プレート１２０およびベースプレート１３０の重ね合わされた開口プレートの配置構成として形成される。これらのプレートは、「水平」の実施形態における出力面３６に対して実質的に平行に配設される。
【００５４】
ガスディフューザーユニット１４０は、後で説明するように、重ね合わされた開口プレートから形成される。図６に示されているプレートのどれも、重ね合わされたプレートのスタックから加工することができることは理解されうる。例えば、適切に結合された４つの、または５つの積層開口プレートから連結プレート１００を形成すると有利であると思われる。この種類の配置構成は、配向チャンバー１０２および入力ポート１０４を形成するための機械加工または成形を行う方法に比べて複雑度が下がる可能性がある。
【００５５】
図７Ａから７Ｄは、図６の実施形態における送出デバイス１０を形成するために一緒に組み合わせることができる主要コンポーネントのそれぞれを示している。図７Ａは、複数の配向チャンバー１０２および入力ポート１０４を示す、連結プレート１００の斜視図である。図７Ｂは、ガスチャンバープレート１１０の平面図である。供給チャンバー１１３は、一実施形態における送出ヘッド１０用のパージまたは不活性ガス（定常状態運転時の同じ分子種の間の分子的機序に基づく混合を伴う）に使用される。供給チャンバー１１５は、一実施形態における前駆体ガス（Ｏ）用の混合を行い、排気チャンバー１１６は、この反応性ガスの排気経路を構成する。同様に、供給チャンバー１１２は、他の必要な反応性ガス、第２の反応物質ガス状材料（Ｍ）を供給し、排気チャンバー１１４は、このガスの排気経路を構成する。
【００５６】
図７Ｃは、この実施形態における送出ヘッド１０用のガス方向プレート１２０の平面図である。第２の反応物質ガス状材料（Ｍ）を供給する複数の配向チャネル１２２は、適切な供給チャンバー１１２（この図面には示されていない）とベースプレート１３０との連結のためにあるパターンで配置構成されている。対応する排気配向チャネル１２３は、配向チャネル１２２の付近に位置決めされる。配向チャネル９０は、第１の反応物質ガス状材料（Ｏ）を供給する。配向チャネル９２は、パージガス（Ｉ）を供給する。
【００５７】
図７Ｄは、水平プレートから形成されたベースプレート１３０を示す平面図である。適宜、ベースプレート１３０は、入力ポート１０４（図７Ｄには示されていない）を備えることができる。図７Ｄの平面図は、細長い放出チャネル１３２と細長い排気チャネル１３４とを有する、出力側から見たベースプレート１３０の外面を示している。図６を参照すると、図７Ｄの図面は、ガスディフューザーユニット１４０に面する側部から見た図である。ここでもまた、図６および７Ａ〜７Ｄは１つの例示的な実施形態を示していることに留意すべきであり、他の多数の実施形態も可能である。
【００５８】
図２７の分解図は、図６の実施形態で、またこの後に説明される他の実施形態で使用されているような、オプションのガスディフューザーユニット１４０の一実施形態を形成するために使用されるコンポーネントの基本的配置構成を示している。これらは、図２８Ａの平面図に示されている、ノズルプレート１４２を備える。図６、２７、および２８Ａの図面に示されているように、ノズルプレート１４２はベースプレート１３０に設けられ、細長い放出チャネル１３２からのガス流を受ける。図示されている実施形態では、ガス導管１４３が必要なガス状材料を供給する。順に並ぶ第１の排気スロット１８０が、この後説明されるように、排気経路内に設けられている。
【００５９】
図２８Ｂを参照すると、プレート１４２および１４８（図２７に示されている）と連携して拡散を行う、ガスディフューザープレート１４６がノズルプレート１４２に設けられている。ノズルプレート１４２、ガスディフューザープレート１４６および出力面プレート１４８上のさまざまな通路の配置構成は、ガス流に対し必要な量の拡散を与えると同時に、基材２０の表面領域から排気ガスを効率よく遠ざけるように最適化されている。スロット１８２は、排気ポートを備える。図示されている実施形態では、出力通路１４７を形成するガス供給スロットおよび排気スロット１８２は、ガスディフューザープレート１４６内に交互に並ぶ。
【００６０】
図２８Ｃに示されているような、出力面プレート１４８は、基材２０に面している。ガスを供給するための出力通路１４９および排気スロット１８４は、ここでもまた、この実施形態により交互に並ぶ。出力通路１４９は、一般に細長い放出スロットと称されるが、これは、ディフューザーユニット１４０が含まれる場合に送出ヘッド１０用の出力チャネル１２として使用されるからである。
【００６１】
図２８Ｄは、ガスディフューザーユニット１４０を通るガス送出経路に的を絞っているが、図２８Ｅは、対応する仕方でガス排気経路を示している。図２８Ｄを参照すると、代表的な一組のガスポートについて、一実施形態における出力流Ｆ２に対する反応物質ガスの完全な拡散に使用される配置構成全体が示されている。ベースプレート１３０（図６）からのガスは、ノズルプレート１４２上のガス導管１４３に通される。ガスは、ガスディフューザープレート１４６上の出力通路１４７に進む。図２８Ｄに示されているように、一実施形態において導管１４３と通路１４７との間に垂直オフセットがありえ（つまり、図２７に示されている水平プレート配置構成を使用し、垂直は水平プレートの平面に関して法線方向である）、逆圧を発生し、したがってより均一な流れを促進するのを助ける。次いで、ガスは、出力面プレート１４８上の出力通路１４９にさらに進み、出力チャネル１２を構成する。導管１４３ならびに出力通路１４７および１４９は、空間的にオフセットされうるだけでなく、異なる幾何学的形状を有して混合を最適なものにすることもできる。
【００６２】
オプションのディフューザーユニットが存在していない場合に、ベースプレート内の細長い放出チャネル１３２を、出力通路１４９の代わりに送出ヘッド１０用の出力チャネル１２として使用することができる。通路１４９は、一般に細長い放出スロットと称されるが、これは、ディフューザーユニット１４０が含まれる場合に送出ヘッド１０用の出力チャネル１２として使用されるからである。
【００６３】
図２８Ｅは、類似の実施形態においてガスを抜くために用意された排気経路をシンボル的に辿った図であり、下流の方向は供給されるガスの方向と反対である。流れＦ３は、順次に並ぶ第３の排気スロット１８４、第２の排気スロット１８２および第１の排気スロット１８０をそれぞれ通る排出ガスの経路を示している。ガス供給のための流れＦ２のより循環的な混合経路と異なり、図２８Ｅに示されているガスを抜く配置構成は、使用済みガスを表面から高速に移動することを意図したものである。そのため、流れＦ３は、比較的直接的であり、基材表面からガスを抜き去る。
【００６４】
再び図６を参照すると、連結プレート１００、ガスチャンバープレート１１０、ガス方向プレート１２０およびベースプレート１３０として示されているコンポーネントの組み合わせをグループ化して送出アセンブリ１５０を構成することができる。図６の座標配置構成および図面を使用して、水平ではなく垂直の開口プレートから形成される、後述のものを含む、送出アセンブリ１５０用の代替的実施形態も可能である。
【００６５】
図６の実施形態の送出ヘッドの要素は、正しい配置にあるガスをディフューザーに送出するのに必要なガス流路を実現するためのいくつかの重なるプレートからなる。この方法は、非常に複雑な内部経路が開口プレートの単純な重ね合わせによって形成されうるため、有用である。あるいは、現在の機械加工または高速試作品製作方法により、ディフューザーと連絡するための適切な内部経路を含むように材料の単一のブロックを機械加工で形成することが可能である。例えば、図８は、単一の機械加工されたブロック３００の一実施形態を示している。このブロックでは、供給管路３０５は、ブロックにチャネルを掘ることによって形成される。これらの管路は、図示されているように両端が出口になっているか、または一方の端部に栓をするか、または封止することができる。運転時に、これらのチャネルに両端から供給することができるか、またはこれらのチャネルは、システム全体に取り付けられている後続のブロックへのフィードトラフとして働きうる。細長い出力面開口部に至るさまざまなチャネルへの供給のために、小さなチャネル３１０がこれらの供給管路からディフューザープレートアセンブリ１４０に延在する。
【００６６】
送出ヘッドの他の領域内に制御された逆圧を発生することが望ましい。図１Ａを参照すると、２つの完全に平坦なプレート２００を１つに組み立てた場合、これらのプレートは互いに封止し、組み立てられたプレートユニット２１５を形成する。図面に対して垂直の方向にガスを流そうとした場合、組み立てられたプレートユニット２１５はガスを通さない。
【００６７】
あるいは、これらのプレートの一方または両方は、小さな、または微小の高さ変化がある領域を有することができ、最大の高さは、プレートの主もしくは元の高さと同じ高さである。高さ変化のある領域は、レリーフパターンと称されうる。レリーフパターンのあるプレートを使用してプレートアセンブリを製作した場合、送出ヘッドの他の領域内の制御された逆圧の発生を助ける流れの制限を引き起こすマイクロチャネルが形成される。
【００６８】
例えば、図１Ｂでは、単一の平坦なプレート２００を、レリーフパターンをその表面の一部内に含むプレート２２０に嵌め合わせることができる。これら２つのプレートを組み合わせて組み立てられたプレートユニット２２５を形成する場合、制限のある開口部がプレートの接触によって形成される。図１Ｃおよび１Ｄは、レリーフパターン２００を含む２つのプレートまたはレリーフパターンが両側にあるプレート２３０を組み立てて、組み立てられたプレートユニット２３５および２４５などのさまざまなディフューザーパターンを形成することをそれぞれ示している。
【００６９】
大まかに言うと、レリーフパターンは、組み立てられたときに所望の流れの制限をもたらす構造を備えるということである。一例として、プレートの単純な選択された粗面化領域が挙げられる。これらは、荒仕上げを形成するように設計されたサンディング、サンドブラスティングまたはエッチングプロセスなどの方向性のない粗面化方法によって製作することができる。
【００７０】
あるいは、明確に定められた、または事前に定義された特徴体を形成するプロセスによってマイクロチャネルの領域を生成することができる。このようなプロセスとして、エンボス加工または刻印（スタンピング）によるパターン形成が挙げられる。パターン形成を行う好ましい方法は、フォトレジストパターンを施すことができる部分のフォトエッチングと、その後の、フォトレジストが存在しない領域内の金属のエッチングとを伴う。このプロセスを単一の部分に数回実行して、異なる深さのパターンを形成するとともに、より大きな金属シートから一部を個片切断（ダイシング）することができる。
【００７１】
これらの部分は、材料を基材上に蒸着することによって形成することもできる。このような構成において、始まりの平坦な基材プレートを好適な材料から形成することができる。次いで、材料のパターン形成を施した蒸着によってこのプレート上にパターンを構築することができる。材料蒸着は、フォトレジストのような感光材料の均一なコーティングを施し、次いで、光を用いる方法を現像とともに使用して材料のパターン形成を行うことなどによって、光学的パターンにより実行できる。インクジェット印刷、グラビア印刷またはスクリーン印刷などの加法的印刷方法によってレリーフ用の材料を施すこともできる。
【００７２】
これらの部分の直接成形も行うことができる。この技術は、所望のプレートの金型を作り、その後、部分をポリマー成形のためのよく理解されている方法のどれかを使用して製造することができる、ポリマー材料に特に適している。
【００７３】
典型的には、プレートは、厚さが約０．００１インチから０．５インチまでと可変である実質的に平坦な構造物であり、レリーフパターンがプレートの一方の面または両面に存在する。レリーフパターン（または複数のレリーフパターン）が１つのチャネル（または複数のチャネル）を形成する場合、チャネルは、均一な流れの逆圧を直線領域の上に生じさせガスの流れを適切に拡散する流れの制限を引き起こすために非常に小さい流れに利用可能な開断面を有していなければならない。好適な逆圧を引き起こすために、流れに対する開断面は、典型的には、１００，０００μｍ２未満の、好ましくは１０，０００μｍ２未満の開口部を備える。
【００７４】
典型的なプレート構造が、図で示されている軸方向で、図２に斜視図で示されている。金属プレートの表面は、ｚ方向に最も高い領域２５０を有する。ガスがディフューザーから出る場合、ガスは、ディフューザー領域２６０内をｙ方向に通る前にガスをｘ方向で横方向に流せる比較的深い凹部２５５内に何らかの形で入り込む。例示することを目的として、円柱ポスト２６５、正方形のポスト２７０および任意の形状２７５を含む、いくつかの異なるパターンがディフューザー領域２６０内に示されている。ｚ方向の特徴体２６５、２７０または２７５の高さは、典型的には、その頂面がプレート表面２５０の比較的平坦な領域と同じになるような高さであるべきであり、これにより、平坦なプレートが図２のプレート上に重ね合わされたときに、ポスト構造の頂部で接触が生じ、ガスがポスト構造の間に残されている領域内でのみ強制的に進行させられる。パターン２６５、２７０および２７５は、例示的なものであり、必要な逆圧をもたらす好適なパターンを選択することができる。
【００７５】
図２は、単一のプレート構造上のいくつかの異なるディフューザーパターンを示している。特定のガス出口パターンを形成するために単一のディフューザーチャネル上にいくつかの異なる構造を有することが望ましいことがある。あるいは、それにより望ましい均一な流れが生じる場合には単一のパターンのみを有することが望ましいことがある。さらに、特徴体のサイズまたは密度がディフューザーアセンブリ内の位置に応じて変化する単一のパターンを使用することができる。
【００７６】
図９から１２Ｂは、水平に配設されているガスディフューザープレートアセンブリ１４０の構造の詳細を示している。ディフューザープレートアセンブリ１４０は、好ましくは、図９の分解斜視図に示されているように２つのプレート３１５と３２０とからなる。このアセンブリ３１５の頂部プレートは、図１０Ａ（平面図）と１０Ｂ（斜視図）とにさらに詳しく示されている。斜視図は、点線１０Ｂ−１０Ｂ上の断面とみなされる。ディフューザーパターン３２５の領域が図示されている。このアセンブリ３２０の底部プレートは、図１１Ａ（平面図）と１１Ｂ（斜視図）とにさらに詳しく示されている。斜視図は、点線１１Ｂ−１１Ｂ上の断面とみなされる。
【００７７】
これらのプレートの組み合わされた動作は、組み立てられた構造、およびチャネルの１つの拡大をそれぞれ示している、図１２Ａおよび１２Ｂに示されている。組み立てられたプレート構造において、供給ガス３３０はプレート内に入り、プレート３１５とプレート３２０との組み立てにより微細チャネルから現在構成されているディフューザー領域３２５へと強制的に貫流される。ディフューザーを通過した後、拡散ガス３３５は出力面へ出る。
【００７８】
再び図６を参照すると、連結プレート１００、ガスチャンバープレート１１０、ガス方向プレート１２０およびベースプレート１３０として示されているコンポーネントの組み合わせをグループ化して送出アセンブリ１５０を構成することができる。図６の座標配置構成を使用して、水平ではなく垂直の開口プレートから形成される送出アセンブリ１５０用の代替的実施形態も可能である。
【００７９】
図１３を参照すると、底面図から見た（つまり、ガス放出側から見た）、そのような代替的実施形態が図示されている。このような代替的配置構成は、送出ヘッドの出力面に関して垂直方向に配設されている重ね合わされた開口プレートのスタックを使用して送出アセンブリに使用されうる。
【００８０】
ディフューザー領域のない典型的なプレート外形３６５が図１４に示されている。供給穴３６０は、一連のプレートが重ね合わされたときに供給チャネルを形成する。
【００８１】
再び図１３を参照すると、２つのオプションのエンドプレート３５０が、この構造の端部に据え付けられている。この例示的な構造の特定の要素は、ディフューザーを介して供給管路＃２を出力面に連結するプレート３７０、ディフューザーを介して供給管路＃５を出力面に連結するプレート３７５、ディフューザーを介して供給管路＃４を出力面に連結するプレート３８０、ディフューザーを介して供給管路＃１０を出力面に連結するプレート３８５、ディフューザーを介して供給管路＃７を出力面に連結するプレート３９０、およびディフューザーを介して供給管路＃８を出力面に連結するプレート３９５である。プレートの種類とシーケンス内でのその順序とを変えることによって、入力チャネルから出力面位置への組み合わせおよび順序を達成することができることは理解されるであろう。
【００８２】
図１３の特定の実施形態において、プレートは、単一の面にのみパターンをエッチングしており、裏面（見えていない）は、供給管路に穴が必要である場合および組み立てもしくは締め付けが必要である場合（ねじ穴、アライメント穴）を除き滑らかである。シーケンス内のどれか２つのプレートに注目すると、ｚ方向の次のプレートの裏は、前のプレートに接する平坦なシールプレートとして、またそれと同時に、ｚ方向で前方に面するその面上で、出力面内の次の細長い開口部に対するチャネルおよびディフューザーとして使用される。
【００８３】
あるいは、パターン両面にエッチングしたプレートを有し、次いで、それらの間に平坦なスペーサープレートを使用して封止機構を構成することが可能である。
【００８４】
図１５Ａ〜１５Ｃは、垂直プレートアセンブリ内で使用される典型的なプレート、この場合は８番目の供給穴を出力面のディフューザー領域に連結するプレートの詳細図を示している。図１５Ａは平面図を示しており、図１５Ｂは斜視図を示しており、図１５Ｃは、図１５Ｂの点線１５Ｃ−１５Ｃのところで切断された斜視断面図を示している。
【００８５】
図１５Ｃのプレートの拡大図は、指定された供給管路３６０からガスを取り出し、それを例えば前の方の図２で説明されているようなレリーフパターン（図示せず）を有するディフューザー領域４１０に送る送出チャネル４０５を示している。
【００８６】
ディフューザーチャネルを備える別の種類のプレートが図１６Ａ〜１６Ｃに示されている。この実施形態では、プレートは、組み立てられた構造物においてガスを通すことができるレリーフパターンを形成する、個別の凹部４３０を備える主に隆起している領域４２０からなる個別のディフューザーパターンを通じて５番目の供給チャネルを出力領域に連結する。この場合、隆起領域４２０は、プレートが別の平坦なプレートに面して組み立てられたときに流れを阻止し、ガスは個別の凹部を通って流入しなければならず、凹部は拡散チャネルの個別の入口領域が相互連結しないような形でパターン形成される。他の実施形態では、流路の実質的に連続的なネットワークが図２に示されているように拡散チャネル２６０内に形成され、その中のポートまたは他の突起部またはマイクロブロッキング領域が、ガス状材料が流れるのを可能にするマイクロチャネルを分離する。
【００８７】
このディフューザーに対するＡＬＤ蒸着装置の用途には、出力面上の隣接する細長い開口部があり、その一部はガスを出力面に供給し、他はガスを引き出す。ディフューザーは両方向に作動し、その違いはガスが出力面に強制的に送られるか、またはそこから引き出されるかである。
【００８８】
ディフューザーチャネルの出力は、出力面の平面と視線方向で接触している。あるいは、封止プレートとレリーフパターンを備えるプレートとの接触によって形成されるディフューザーから出るガスをさらに拡散させる必要がある場合がある。図１７Ａおよび１７Ｂは、レリーフパターンを含むプレート４５０が、ディフューザー領域４６５から出るガスを出力面３６に到達する前に偏向させる付加的な特徴体４６０を有する封止プレート４５５と接触している場合のそのような設計を示している。
【００８９】
図１３を再び参照すると、アセンブリ３５０ではプレートの順序は任意である。簡単のため、それぞれの種類の開口プレートに英字指示記号を付け、Ｐｕｒｇｅ Ｐ、Ｒｅａｃｔａｎｔ Ｒ、およびＥｘｈａｕｓｔ Ｅとすることができる。必要なパージガスとともに２種類の反応ガスを供給するための最小の送出アセンブリ３５０および典型的なＡＬＤ蒸着を行うための排気チャネルは、完全な短縮記号シーケンス、Ｐ−Ｅ１−Ｒ１−Ｅ１−Ｐ−Ｅ２−Ｒ２−Ｅ２−Ｐ−Ｅ１−Ｒ１−Ｅ１−Ｐ−Ｅ２−Ｒ２−Ｅ２−Ｐ−Ｅ１−Ｒ１−Ｅ１−Ｐを使用して表すことができ、このシーケンス中、Ｒ１およびＲ２は使用される２種類の異なる反応物質ガスに対する、異なる向きの反応物質プレートを表し、Ｅ１およびＥ２はそれに対応して異なる向きの排気プレートを表す。
【００９０】
そこで、図３を再び参照すると、細長い排気チャネル１５４は、従来の意味で、真空ポートである必要はないが、その対応する出力チャネル１２から流れを引き抜くように単純に構成することができ、これにより、チャネル内に均一な流れパターンを形成することが簡単になる。隣接する細長い放出チャネルのところのガス圧力の逆の圧力よりごくわずか小さい負の引く力が、秩序正しい流れを促進するのを助ける可能性がある。負の引く力は、例えば、０．２から１．０気圧までの範囲のソース（例えば、真空ポンプ）での引く圧力で作用することができるが、典型的な真空は、例えば、０．１気圧未満である。
【００９１】
送出ヘッド１０によって供給される流れパターンを使用することで、ガスを個別に蒸着チャンバーにパルス的に送る、前の方の「背景技術」の項で指摘されているような従来のアプローチに勝る多数の利点がもたらされる。蒸着装置の移動度が改善しており、本発明のデバイスは、基材の寸法が蒸着ヘッドのサイズを超えている大量蒸着用途に適している。流れの動態も、前のアプローチに比べて改善されている。
【００９２】
本発明で使用される流れの配置構成により、図３に示されていたような、送出ヘッド１０と基材２０との間の距離Ｄを非常に小さくすることができ、好ましくは１ｍｍにすることができる。出力面３６は、基材表面から約１ミル（約０．０２５ｍｍ）以内と、非常に近い位置に置くことができる。比較すると、前の方で引用したユドフスキーによる米国特許第６，８２１，５６３号で説明されているような以前のアプローチは、基材表面との間の距離を０．５ｍｍ以上に制限されていたが、本発明の実施形態は、０．５ｍｍ未満、例えば、０．４５０ｍｍ未満で実施することができる。実際、送出ヘッド１０を基材表面にさらに近い位置に置くことが、本発明では好ましい。特に好ましい実施形態では、基材の表面からの距離Ｄは、０．２０ｍｍ以下、好ましくは１００μｍ未満としてよい。
【００９３】
一実施形態では、浮遊システムを使用することによって、本発明の送出ヘッド１０をその出力面３６と基材２０の表面との間で好適な分離距離Ｄ（図３）に維持することができる。
【００９４】
複数の出力チャネル１２のうちの１つ以上の出力チャネルから放出されるガスの圧力によって力が発生する。この力が送出ヘッド１０に対する有益な緩衝または「空気」ベアリング（ガス流体ベアリング）効果をもたらすためには、基材に密接に接触しうる出力面３６に沿った十分なランディング領域（面積）、つまり、固体表面領域（面積）がなければならない。ランディング面積の割合は、その下のガス圧力の上昇を許す出力面３６の固体領域（面積）の相対的な量に対応する。端的に言うと、ランディング領域（面積）は、出力面３６の総面積（領域）から出力チャネル１２と排気チャネル２２の総表面積（領域）を引いたものとして計算できる。これは、幅ｗ１を有する出力チャネル１２の、または幅ｗ２を有する排気チャネル２２の、ガス流れ領域（面積）を除外した総領域（面積）はできる限り最大化されなければならないことを意味している。一実施形態では、９５％のランディング領域（面積）が設けられる。他の実施形態では、例えば８５％または７５％などの、より小さなランディング面積値を使用することができる。分離距離または緩衝力を変更し、したがって距離Ｄをしかるべく変更するために、ガス流量の調整も利用できる。
【００９５】
ガス流体ベアリングを設けることには利点があり、したがって、送出ヘッド１０は基材２０の真上の距離Ｄのところに実質的に維持されることは理解されるであろう。これにより、好適な種類の移送機構を使用する送出ヘッド１０の本質的に摩擦のない運動が可能になる。次いで、送出ヘッド１０を、チャネル内を前後移動するときに基材２０の表面の真上に「ホバリング」させ、材料蒸着時に基材２０の表面上を端から端までスイーピングさせることができる。
【００９６】
蒸着ヘッドは、１つのプロセスにおいて組み立てられた一連のプレートを備える。これらのプレートは、水平に配設されるか、または垂直に配設されるか、またはこれらの組み合わせを含みうる。
【００９７】
組み立てプロセスの一例が、図１８に示されている。基本的に、基材上に薄膜材料の蒸着を行うための送出ヘッドを組み立てるプロセスは、一連のプレートを加工することと（図１８のステップ５００）、少なくともその一部分がディフューザー要素を形成するためのレリーフパターンを含むことと、それらのプレートを順に相互に取り付けて１つ以上のディフューザー要素に連結された供給管路のネットワークを形成することとを含む。このようなプロセスは、適宜、レリーフパターンをそれぞれが含む少なくとも一対のプレートの間に置かれているレリーフパターンを含まないスペーサープレートを配置することを伴う。
【００９８】
一実施形態では、組み立ての指令によって、出力面内の第１のガス状材料の複数の細長い出力開口部のそれぞれが、出力面内の第３のガス状材料の複数の細長い出力開口部のうちの少なくとも１つによって、出力面内の第２のガス状材料の複数の細長い出力開口部のうちの少なくとも１つから隔てられる複数の流路が形成される。別の実施形態では、組み立ての指令によって、出力面内の第１のガス状材料の複数の細長い出力開口部のそれぞれが、蒸着時に出力面の領域からガス状材料を引き出すために細長い排気開口部が排気ポートに連結されている出力面内の少なくとも１つの細長い排気開口部によって、出力面内の第２のガス状材料の複数の細長い出力開口部のうちの少なくとも１つから隔てられる複数の流路が形成される。
【００９９】
プレートは、最初に、限定はしないが、刻印（スタンピング）、エンボス加工、成型、エッチング、フォトエッチングまたは研磨のプロセスを伴う好適な手段によって加工されうる。
【０１００】
封止剤または接着剤をプレートの表面に塗布して、プレート同士を付着させることができる（図１８のステップ５０２）。これらのプレートは、微細パターニング領域を含むことができるので、接着剤を塗布する際に、組み立てるときにヘッドのクリティカル領域を阻害するおそれのある過剰な接着剤を塗布しないことが重要である。あるいは、接着剤は、機械的安定性が得られる十分な接着効果をそのまま確保しつつ、内部構造のクリティカル領域に干渉しないようにパターン形成形態で塗布することができる。接着剤は、エッチングプロセスの後のプレート表面に残るフォトレジストなどの、複数のプロセスステップのうちの１つのプロセスステップの副産物でもありうる。
【０１０１】
接着剤または封止剤は、エポキシ系接着剤、シリコーン系接着剤、アクリル酸系接着剤またはグリースなどのそのクラスの多くの公知の材料のうちから選択することができる。
【０１０２】
パターン形成プレートは適切な順序で配置構成することができ、その結果、注入口から出力面の細長い開口部への所望の関連付けが得られる。プレートは、典型的には、ある種のアライニング構造上に組み立てられる（ステップ５０４）。このアライニング構造は、プレートの一部の表面が載る制御された表面または一組の表面とすることができ、これにより、プレートは組み立てられるときにすでに最適なアライメント状態にある。好ましいアライニング構造は、アライメントピンとともにベース部分を有するものであり、アライメントピンは、すべてのプレート上の特別な位置に存在する穴と整合することが意図されている。好ましくは、２つのアライメントピンがある。好ましくは、これらのアライメント穴の１つは円形であるが、他のアライメント穴は、組み立て時に部分を過剰に制約しないようにスロットである。
【０１０３】
これらの部分およびそれらの接着剤のすべてがアライメント構造上に組み立てられた後、圧力プレートを構造に貼り付けて、圧力および／または熱を施し、構造を硬化させる（ステップ５０６）。
【０１０４】
上述のピンからのアライメントはすでに構造の最適なアライメントをもたらしているけれども、プレートの製造プロセスに変化が生じるとその結果、出力面は適切な塗布を行うのに十分に平坦な表面とならない可能性がある。そのような場合、出力面を完成した一体品として研削し研磨するか、または所望の表面仕上げをするように指令すると有益であることがある（ステップ５０８）。最後に、汚染を生じることなく蒸着ヘッドの動作が行われるように、クリーニングステップを実行するのが望ましい場合がある（ステップ６００）。
【０１０５】
当業者であれば理解するように、本明細書で説明されているような流れディフューザーは、ガス状流体を基材上に分配するために使用されるさまざまなデバイスにおいて有用である場合がある。典型的には、流れディフューザーは、第１のプレートおよび第２のプレートを備え、第１のプレートおよび第２のプレートのうちの少なくとも一方はレリーフパターン部分を備える。第１のプレートおよび第２のプレートを組み立てて、レリーフパターン部分によって画成される流れ拡散部分を持つ細長い出力開口部を形成し、流れ拡散部分は、ガス状（または液体）材料の流れを拡散させることができる。ガス状（または液体）材料の流れの拡散は、第１のプレートおよび第２のプレートを組み立てることによって形成されたレリーフパターン部分によって画成される流れ拡散部分にガス状（または液体）材料を通すことによって行われる。レリーフパターン部分は、典型的には、向かい合うプレートの間に配置され、ガス状（または液体）材料を流すために細長い注入口と細長い排出口または出力開口部とを連結する。
【０１０６】
積層開口プレートを使用する方法は、送出ヘッドを製作する特に有益な方法であるけれども、代替的実施形態において有益であると思われるそのような構造を構築するための他の方法も多数ある。例えば、金属ブロックの直接的機械加工、または一緒に接着されている複数の金属ブロックの直接的機械加工によって装置を製作することができる。さらに、当業者であれば理解するように、内部金型特徴体を伴う成型技術を使用することもできる。装置は、多数のステレオリソグラフィ技術のどれかを使用して製作することもできる。
【０１０７】
本発明の送出ヘッド１０によってもたらされる他の利点は、その出力面３６と基材２０の表面との間で好適な分離距離Ｄ（図３に示されている）を維持することに関係する。図１９は、送出ヘッド１０から放出されるガス流の圧力を使用して距離Ｄを維持する場合の重要ないくつかの考慮事項を示している。
【０１０８】
図１９には、代表的な数の出力チャネル１２および排気チャネル２２が示されている。この図の下方矢印によって示されているように、複数の出力チャネル１２のうちの１つ以上の出力チャネルから放出されるガスの圧力によって力が発生する。この力が送出ヘッド１０に対する有益な緩衝または「空気」ベアリング（ガス流体ベアリング）効果をもたらすためには、基材に密接に接触しうる出力面３６に沿った十分なランディング面積（領域）、つまり、固体表面積（領域）がなければならない。ランディング面積（領域）の割合は、その下のガス圧力の上昇を許す出力面３６の固体面積（領域）の相対的な量に対応する。端的に言うと、ランディング面積（領域）は、出力面３６の総面積（領域）から出力チャネル１２と排気チャネル２２の総表面積（領域）を引いたものとして計算できる。これは、幅ｗ１を有する出力チャネル１２の、または幅ｗ２を有する排気チャネル２２の、ガス流れ面積（領域）を除外した総面積（領域）はできる限り最大化されなければならないことを意味している。一実施形態では、９５％のランディング面積（領域）が設けられる。他の実施形態では、例えば８５％または７５％などの、より小さなランディング面積値を使用することができる。分離距離または緩衝力を変更し、したがって距離Ｄをしかるべく変更するために、ガス流量の調整も利用できる。
【０１０９】
ガス流体ベアリングを設けることには利点があり、したがって、送出ヘッド１０は基材２０の真上の距離Ｄのところに実質的に維持されることは理解されるであろう。これにより、好適な種類の移送機構を使用する送出ヘッド１０の本質的に摩擦のない運動が可能になる。次いで、送出ヘッド１０を、チャネル内を前後移動するときに基材２０の表面の真上に「ホバリング」させ、材料蒸着時に基材２０の表面上を端から端までスイーピングさせることができる。
【０１１０】
図１９に示されているように、送出ヘッド１０が重すぎる場合もあり、そのため、下向きガス力は必要な分離距離を維持するために十分でない。そのような場合、スプリング１７０、磁石、または他のデバイスなどの補助的持ち上げコンポーネントを使用して、持ち上げる力を補うことができる。他の場合には、ガス流は、反対の問題を引き起こすほどに高い場合があり、したがって、送出ヘッド１０は、力をさらに加えてなくても、基材２０の表面から強制的に引き離され距離が広がりすぎることがある。そのような場合、スプリング１７０を圧縮スプリングとし、このスプリングで、距離Ｄを維持するのに必要な追加の力を発生することができる（図１９の配置構成に関して下方に）。あるいは、スプリング１７０は、磁石、弾性スプリング、または下向きの力を補う他の何らかのデバイスとすることができる。
【０１１１】
あるいは、送出ヘッド１０は、基材２０に関して他の何らかの向きに位置決めすることができる。例えば、基材２０は、重力と反対の向きの、空気ベアリング効果によって支持することができ、したがって、基材２０は、蒸着時に送出ヘッド１０に沿って移動させることができる。基材２０が送出ヘッド１０の上方に緩衝で支えられている、基材２０上に蒸着するために空気ベアリング効果を使用する一実施形態が、図２５に示されている。送出ヘッド１０の出力面３６上の基材２０の移動は、図示されているような二重矢印にそった方向である。
【０１１２】
図２６の代替的実施形態は、送出ヘッド１０とガス流体ベアリング９８との間で方向Ｋへ移動する、ウェブ支持体またはローラーなどの基材支持体７４上の基材２０を示している。この実施形態では、送出ヘッド１０は、空気ベアリング、またはより適切には、ガス流体ベアリング効果を有し、ガス流体ベアリング９８と連携して、出力面３６と基材２０との間に所望の距離Ｄを維持する。ガス流体ベアリング９８は、不活性ガス、または空気、または他の何らかのガス状材料の流れＦ４を使用して圧力の方向を決めることができる。本発明の蒸着システムでは、基材支持体またはホルダーは、蒸着時に基材と接触することができ、その基材支持体は基材を搬送するための手段、例えば、ローラーであるものとしてよい。そこで、処理されるときの基材の断熱は、本発明のシステムの必要条件ではない。
【０１１３】
図５Ａおよび５Ｂを参照しつつ特に説明されたように、送出ヘッド１０は、その蒸着機能を実行するために基材２０の表面に関して相対的な移動を組み込んでいる。この相対的移動は、基材支持体を備える装置の移動などによって、送出ヘッド１０と基材２０のいずれかまたはその両方の移動を含む、多くの方法で達成することができる。移動は、必要な蒸着サイクルの数に応じて、振動もしくは往復であるか、連続的移動であるものとすることができる。連続的プロセスが好ましいけれども、特にバッチプロセスで、基材の回転も使用できる。アクチュエータを、機械的に連結するなどで送出ヘッドの本体部に結合することができる。変化する磁力場などの交番力を交互に使用することもできる。
【０１１４】
典型的には、ＡＬＤは複数の蒸着サイクルを伴い、それぞれのサイクルとともに制御された薄膜深さを増す。前の方で与えたガス状材料の種類に対する名称を使用して、単一のサイクルで、例えば単純な設計において、第１の反応物質ガス状材料Ｏを一方で施すことと、第２の反応物質ガス状材料Ｍをもう一方で施すこととを行うことができる。
【０１１５】
Ｏ反応物質ガス状材料およびＭ反応物質ガス状材料に対する出力チャネル間の距離により、それぞれのサイクルを完了するために必要な往復移動する距離が決定される。例えば、図６の送出ヘッド１０は、反応物質ガスチャネル排出口と隣接するパージチャネル排出口との間で０．１インチ（２．５４ｍｍ）の公称チャネル幅を有することができる。したがって、同じ表面のすべての領域で完全なＡＬＤサイクルを生じることを許す往復運動（本明細書で使用されているようにｙ軸に沿って）に対して、少なくとも０．４インチ（１０．２ｍｍ）のストロークが必要になることがある。この例では、この距離にわたって移動する場合に基材２０の領域が第１の反応物質ガス状材料Ｏおよび第２の反応物質ガス状材料Ｍの両方に曝されうる。あるいは、送出ヘッドは、そのストロークに対してかなり長い距離を移動することができ、基材の一端から他端へ移動することすらある。この場合、成長薄膜がその成長期間にわたって周囲条件に曝され、多くの使用環境において悪影響を引き起こすことはない。いくつかの場合において、均一さに関する考慮では、往復行程の両極端に沿ったエッジ効果またはビルドアップを低減するなどのために、それぞれのサイクルにおいて往復運動の量に対する乱数度の尺度を必要とする可能性がある。
【０１１６】
送出ヘッド１０は、単一のサイクルを構成するのに十分な出力チャネル１２しか有していない場合がある。あるいは、送出ヘッド１０は、複数のサイクルを配し、より大きな蒸着領域をカバーすることを可能にするか、または往復運動距離の１回の横断で２回以上の蒸着サイクルを使用できる距離にわたる往復運動を可能にすることができる。
【０１１７】
例えば、１つの特定の用途では、それぞれのＯ−Ｍサイクルは処理済み表面の約１／４にわたって１原子直径の層を形成することがわかっている。そこで、この場合、処理済み表面の上で１原子直径の均一な層を形成するために４サイクルを要する。同様に、この場合に１０原子直径の均一な層を形成するためには、４０サイクルが必要になることがある。
【０１１８】
本発明の送出ヘッド１０に使用される往復運動の利点は、出力面３６の面積（領域）より大きい面積（領域）を持つ基材２０上に蒸着することが可能になるという点である。図２０は、矢印Ａによって示されているようなｙ軸に沿った往復運動および、ｘ軸に相対的な、往復運動に直交するか、または横断する移動も使用して、このより広い領域をカバーすることをどのように行えるかの概略を示している。ここでもまた、図２０に示されているように、ｘもしくはｙ方向のいずれかの方向の運動は、送出ヘッド１０の移動、または移動を引き起こす基材支持体７４を備える基材２０の移動、または送出ヘッド１０と基材２０の両方の移動のいずれかによって生じうることに留意すべきである。
【０１１９】
図２０では、送出ヘッドおよび基材の相対運動方向は、互いに垂直である。この相対運動を並行にすることも可能である。この場合、相対運動は、振動を表す非ゼロの振動数成分と基材の変位を表すゼロの振動数成分を有する必要がある。これの組み合わせは、固定された基材の上の送出ヘッドの変位と組み合わせた振動、固定された基材送出ヘッドに相対的な基材の変位と組み合わせた振動、または振動および固定運動が送出ヘッドと基材の両方の移動によって引き起こされる任意の組み合わせによって実現されうる。
【０１２０】
有利には、送出ヘッド１０は、多くの種類の蒸着ヘッドに対して可能なサイズに比べて小さなサイズで加工することができる。例えば、一実施形態では、出力チャネル１２は、約０．００５インチ（０．１２７ｍｍ）の幅ｗ１を有し、約３インチ（７５ｍｍ）まで長さが伸長する。
【０１２１】
好ましい一実施形態では、大気圧か、またはそれに近い圧力下で、広範な周囲および基材温度にわたって、好ましくは３００℃未満の温度でＡＬＤを実行することができる。好ましくは、汚染される可能性を最小限度に抑えるために、比較的クリーンな環境が必要であるが、本発明の装置の好ましい実施形態を使用する場合に許容可能な性能を達成する上で完全な「クリーンルーム」条件または不活性ガス充填エンクロージャは不要である。
【０１２２】
図２１は、比較的よく制御された、汚染物質を含まない環境を提供するためのチャンバー５０を有する原子層蒸着（ＡＬＤ）システム６０を示している。ガス供給部２８ａ，２８ｂ，および２８ｃは、第１のガス状材料、第２のガス状材料および第３のガス状材料を、供給管路３２を通して送出ヘッド１０に供給する。柔軟な供給管路３２を適宜使用することで、送出ヘッド１０の移動を行いやすくできる。簡単のため、オプションの真空蒸気回収装置および他の支持コンポーネントは図２１に示されていないが、これらも使用することができる。移送サブシステム５４は、本開示で採用されている座標軸システムを使用して、ｘ方向への移動をもたらす、送出ヘッド１０の出力面３６に沿って基材２０を搬送する基材支持体を備える。運動制御、さらには弁および他の支持コンポーネントの全体的な制御は、例えば、コンピュータまたは専用マイクロプロセッサアセンブリなどの、制御論理プロセッサ５６によって行うことができる。図２１の配置構成において、制御論理プロセッサ５６は、送出ヘッド１０に往復運動を行わせるためのアクチュエータ３０を制御し、移送サブシステム５４の移送モーター５２も制御する。アクチュエータ３０は、移動している基材２０に沿って（または静止している基材２０に沿って）送出ヘッド１０の前後運動を引き起こすのに適した多数をデバイスのうちのどれかとすることができる。
【０１２３】
図２１は、基材支持体として働くウェブコンベヤ６２に沿って送出ヘッド１０を通り過ぎるウェブ基材６６上に薄膜蒸着を行うための原子層蒸着（ＡＬＤ）システム７０の代替的実施形態を示している。ウェブそれ自体は、基材であるか、または追加の基材を支持するものとすることができる。送出ヘッド移送部６４は、ウェブ進行方向を横断する方向にウェブ基材６６の表面の端から端まで送出ヘッド１０を搬送する。一実施形態では、送出ヘッド１０は、ウェブ基材６６の表面上で前後移動させられ、その際にガス圧力によって完全な分離力が与えられる。別の実施形態では、送出ヘッド移送部６４は、ウェブ基材６６の幅方向を横断する送りネジまたは類似の機構を使用する。別の実施形態では、ウェブ６２に沿った好適な位置で、複数の送出ヘッド１０が使用される。
【０１２４】
図２３は、流れパターンが図２２の構成に対して直交するように配向された静止している送出ヘッド１０を使用する、ウェブ配置構成の別の原子層蒸着（ＡＬＤ）システム７０を示している。この配置構成では、ウェブコンベヤ６２それ自体の運動により、ＡＬＤ蒸着に必要な移動が得られる。往復運動も、この環境において使用することができる。図２４を参照すると、出力面３６がある大きさの曲率を有している送出ヘッド１０の一部の実施形態が示されており、ウェブコーティング用途によっては有利な場合がある。凸曲度または凹曲度を与えることができる。
【０１２５】
ウェブ加工に特に役立ちうる別の実施形態では、ＡＬＤシステム７０は、複数の送出ヘッド１０、または２つの送出ヘッド１０を有することができ、１つの送出ヘッド１０が基材６６のそれぞれの面に配設される。柔軟な送出ヘッド１０を交互に備えることもできる。これにより、蒸着面の形状にある程度合わせられる蒸着装置が構成される。別の実施形態では、送出ヘッド１０の１つ以上の出力チャネル１２は、米国特許出願公開第２００７／０２２８４７０号で開示されている横断ガス流配置構成を使用することができる。このような一実施形態では、送出ヘッド１０と基材２０との間の分離を保つガス圧力は、例えばパージガスを放出するチャネル（図４〜５ＢにおいてＩのラベルが付けられているチャネル）など、いくつかの出力チャネル１２によって維持することができる。次いで、反応物質ガスを放出する１つ以上の出力チャネル１２（図４〜５ＢにおいてＯまたはＭのラベルが付けられているチャネル）に対して横断流を使用することができる。
【０１２６】
本発明は、いくつかの実施形態における室温または室温に近い温度を含む広い温度範囲にわたって、また蒸着環境において、さまざまな異なる種類の基材上に蒸着を実行することができるという点で有利である。本発明は、真空環境で運転可能であるが、大気圧または大気圧に近い圧力下での運転に特に適している。本発明は、大気圧条件下の低温プロセスで使用することができ、このプロセスは雰囲気に対して開放されている、非密閉環境において実施することができる。本発明は、広い面積を持つ基材上への蒸着を含む、ウェブまたは他の移動している基材上への蒸着を行うようにも適合可能である。
【０１２７】
例えば、本発明の方法によって製作された半導体薄膜を有する薄膜トランジスタは、０．０１ｃｍ２／Ｖｓより高い、好ましくは少なくとも０．１ｃｍ２／Ｖｓである、より好ましくは０．２ｃｍ２／Ｖｓより高い電界効果電子移動度を示しうる。それに加えて、本発明により製作された半導体薄膜を有するｎ型チャネル薄膜トランジスタは、少なくとも１０４、有利には少なくとも１０５のオン／オフ比を備えることができる。オン／オフ比は、ゲート電圧が一方の値からディスプレイのゲート線上で使用される可能性のある関連する電圧を表す別の値まで掃引されるときのドレイン電流の最大／最小として測定される。典型的な一組の値は、ドレイン電圧が３０Ｖに維持されている場合に−１０Ｖから４０Ｖとなる。
【０１２８】
図２９Ａおよび２９Ｂを再び参照し、また再び図６から１８を参照すると、組み立て済み２プレートディフューザーアセンブリの斜視断面図が示されている。図２９Ｃは、図２９Ａおよび２９Ｂに示されている２プレートディフューザーアセンブリと同じようにして加工された組み立て済み２プレートガス状流体流チャネルの斜視断面図を示している。
【０１２９】
流体分配マニホールドとも称される、送出ヘッド１０は、第１のプレート３１５と第２のプレート３２０とを備える。少なくとも第１のプレート３１５および第２のプレート３２０の少なくとも一部は、少なくとも図１Ａ〜２を参照しつつ上で説明されている、レリーフパターンを画成する。第１のプレート３１５および第２のプレート３２０が互いに結合された後に、レリーフパターンによって画成される流体流配向パターンを第１のプレート３１５および第２のプレート３２０が形成するように、第１のプレート３１５と第２のプレート３２０との間に金属結合剤３１８を配設する。
【０１３０】
金属結合剤３１８は、加熱または圧力の条件下で第１のプレートと第２のプレートと（典型的には２つの金属基材）の間で結合剤として働く主に金属からなる材料とすることができる。金属結合を含む典型的なプロセスは、ハンダ付けおよび鑞付けである。両方のプロセスにおいて、接合されるべき金属部分の間で溶融フィラー金属を溶融するか、または形成することによって２つの金属を接合する。ハンダ付けは、ハンダ付けフィラー金属は低温で、多くの場合に４００°Ｆより低い温度で溶融するが、鑞付け金属はより高い温度、多くの場合に４００°Ｆより高い温度で溶融するという点で鑞付けから任意に区別される。
【０１３１】
共通の低温のまたはハンダ付け結合金属は、純物質であるか、または鉛、スズ、銅、亜鉛、銀、インジウムまたはアンチモンを含有する合金である。共通のより高い温度のまたは鑞付け結合の金属は、純物質であるか、またはアルミニウム、ケイ素、銅、リン、亜鉛、金、銀またはニッケルを含有する合金である。一般に、許容可能な温度で溶融することができ、接合される部分の表面を濡らすことができる純金属または金属の組み合わせが受け入れ可能である。
【０１３２】
多くの場合、追加のコンポーネントに金属結合剤３１８を付けて、結合される表面に結合金属が十分に接着することを確実にする。このようなコンポーネントの１がフラックスであり、これは結合される表面をきれいにし、準備することを目的に使用される金属結合剤と併せて施される材料である。フィラー金属の接着を促進するために、さまざまな交互金属の薄層を金属部分の表面に施す必要がある可能性もある。一例として、銀の接着を促進するためにステンレス鋼にニッケルの薄層を施す方法が挙げられる。
【０１３３】
結合金属を何らかの方法で施すと、その結果、結合プロセス時に所望の量の結合金属が得られる。結合金属は、これらの部分の間に置かれている薄い金属の個別シートとして施すことができる。結合金属は、結合される部分に施される溶液またはペーストの形態で供給することができる。この溶液またはペーストは、多くの場合、金属結合プロセスの前または金属結合プロセスにおいて取り除くことができる結合剤、溶剤、または結合剤と溶媒との組み合わせを含む。
【０１３４】
あるいは、金属結合剤３１８は、部分上への公式の蒸着方法によって供給されうる。このような蒸着方法の例として、スパッタリング、蒸発および電気メッキが挙げられる。蒸着方法は、純金属、金属合金、またはさまざまな金属を含む重層構造を施すことができる。
【０１３５】
結合プロセスは、結合される部分を組み立てた後に少なくとも熱、または圧力、または熱と圧力との組み合わせを施すことを伴う。熱は、抵抗、誘導、対流、輻射、または火炎の加熱によって加えることができる。多くの場合、金属成分の酸化を低減するために結合プロセスの雰囲気を制御することが望ましい。プロセスは、大気圧より高い圧力から高真空プロセスまでの範囲の圧力で実行することができる。結合される材料と接触しているガスの組成は、概して、酸素を含んでいるべきではなく、有利には、窒素、水素、アルゴン、または他の不活性ガスもしくは還元ガスを含んでいてもよい。
【０１３６】
流れ配向パターンは、金属結合剤を含んでいないレリーフパターンによって画成されうる。金属結合剤３１８は、接合される金属プレートに均一に施されうるが、その結果、結合剤は、化学的適合性の問題を引き起こしうる組み立て済み分配マニホールドのすべての内面上に存在することになる。さらに、組み立て作業の際に過剰な結合金属が存在していると、高温の組み立てプロセスにおいて結合剤が流れるときに分配マニホールド内の内部通路が詰まる可能性がある。
【０１３７】
組み立てる前に、金属結合剤３１８が、結合される表面上にのみ優先的に存在し、レリーフパターン内には存在しえない。これは、プレートの結合表面を反映するようにパターン形成されている結合金属の個別のシートを使用して行うことができる。あるいは、金属結合が液体前駆体として施される場合、この施す作業では印刷用ローラーのパターンまたはプレートのレリーフのいずれかまたは両方により結合剤を望む場所にのみ施すことができるローラー印刷などの技術を使用することができる。
【０１３８】
レリーフパターンがエッチングプロセスによって形成される場合、特に好ましい方法は、エッチングプロセスの前に結合剤３１８を金属プレート上に薄膜として施す方法である。結合剤がプレート３１５または３２０に施された後、好適なマスクを金属結合剤の上にかける。次いで、好適なエッチング液を使用して、例えば、単一のエッチングプロセスで、金属プレートおよび重ね合わされた結合材料の両方をエッチングする。その結果、金属プレートレリーフパターンがエッチングされるときと同じプロセスステップで結合材料の非常に正確なパターンが得られる。あるいは、同じマスクを使用して別々のプロセスステップで金属結合剤３１８と金属結合剤が施されているプレートとをエッチングすることができる。これもまた、結合材料の非常に正確なパターンを生み出す。
【０１３９】
第１のプレート３１５および第２のプレート３２０の相対的位置および形状は、企図されている特定の用途に応じて異なりうる。例えば、第２のプレートは、図２９Ａおよび２９Ｃに示されている、第１のプレートのレリーフ部分の反対側に配設されているレリーフ部分を含みうる。この場合、流体流配向パターンは、プレート３１５，３２０のそれぞれにおけるレリーフパターンと結合金属３１８を使用してエッジのところでレリーフパターンを封止する効果との組み合わせによって形成される。
【０１４０】
あるいは、第２のプレートは、図２９Ｂに示されている、第１のプレートのレリーフ部分からオフセットされて配設されているレリーフ部分を含みうる。図２９Ｂに示されているように、第１のプレート３１５内のレリーフパターンのいくつかは、第２のプレート３２０内のレリーフが彫られていないセクションの反対側にある。第２のプレート３２０内にレリーフパターンがないとしても、結合剤を有していない第１のプレート３１５および第２のプレート３２０のいずれか、または両方の領域は、完全な封止を形成せず、流れに対してときには望ましい非常に高い抵抗をもたらしうる。そこで、流体流配向パターン３２２が、レリーフパターンを有していないが結合金属のパターンを有している１つ以上のプレートによって形成することができる。この場合、結合金属は、上記の方法のどれかによってパターン形成することができる。それに加えて、結合金属は、結合金属を攻撃するが、下にあるプレート材料を攻撃しないエッチング溶液を使うエッチングプロセスによってパターン形成することができる。
【０１４１】
流体分配マニホールドとも称される、送出ヘッド１０を組み立てるときに、レリーフを含むプレート間に配置される結合金属は、レリーフ特徴体の間の領域を封止すべきである。十分な結合金属を施して特徴体を封止すべきであるが、結合金属が過剰にあるとマニホールドの他の部分に流れ込み、詰まりまたは表面活性の喪失を引き起こすという望ましくない事態に至る可能性がある。さらに、流体分配マニホールドの出力面は、十分に平坦であり、好ましくは流体分配マニホールドの製作後に研削がほとんど、または全く不要であるべきである。
【０１４２】
図３０を参照すると、十分な封止と出力面の平坦さを確保するために、流体分配マニホールドは、第１のプレート３１５および第２のプレート３２０を備え、少なくとも第１のプレート３１５と第２のプレート３２０の少なくとも一部がレリーフパターンを画成する。第１のプレート３１５および第２のプレート３２０のうちの少なくとも一方は、鏡面仕上げとなっている（参照番号３２７を使用して指定されている）。レリーフパターンによって画成される流体流配向パターンを第１のプレートおよび第２のプレートが形成するように、第１のプレートと第２のプレートとの間に結合剤を配設する。
【０１４３】
本明細書で使用されているように、鏡面仕上げという用語は、デバイスの組み立て前または組み立て後の研磨が最小限度ですむようにする表面仕上げを含む表面である。表面仕上げは、ＡＳＭＥ Ｂ４６．１−２００２において「Ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ Ａｖｅｒａｇｅ Ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ａｓｓｅｓｓｅｄ Ｐｒｏｆｉｌｅ」として定義され、ＩＳＯ ４２８７−１９９７において定義されている、Ｒａによって記述することができる。表面のＲａは、表面の微小プロファイルを測定することによって得られる。このプロファイルから平均表面高さが求められる。Ｒａは、その平均表面高さからの平均絶対偏差である。
【０１４４】
流体分配マニホールドは、好ましくは１６マイクロインチ未満のＲａ、より好ましくは８マイクロインチ以下のＲａ、最も好ましくは４マイクロインチ以下のＲａの表面仕上げを備える内部もしくは外部鏡面を含む。４マイクロインチの表面仕上げが最も好ましいけれども、企図されている特定の用途によっては、妥当なコストで十分な性能を発揮しうるため８マイクロインチまたは１６マイクロインチの表面仕上げが使用されることが多い。
【０１４５】
流体分配マニホールドは、出力面を含むプレート３１５または３２０を有することができ、出力面は鏡面分仕上げを備える。基材の浮遊高さは平坦さが減るとともに減少し、蒸着プロセスで使用される化学物質を留めるか、またはガス混合のための通路を形成する荒さまたはひっかき傷がある場合に望ましくないガス混合が増大しうるため、出力面の平坦さが重要である。平坦さは、組み立て後に出力面を研削することによって形成することができる。残念なことに、これにより、コストが増大し、また研削プロセスはこれらのプレートを構造上不具合が生じるまで薄化するので薄い頂部プレートを有する大きなマニホールドでは困難な作業である。流体分配マニホールドが、鏡面仕上げを有する出力面を表す表面をすでに含んでいるプレート３１５または３２０とともに組み立てられる場合、組み立て後の研削の大半またはすべてを回避することができる。
【０１４６】
結合されたレリーフプレートを備える流体分配マニホールドの組み立ての際に、プレート３２０と３１５との間の接触領域３２８は、組み立て時に結合剤に接触するか、または結合剤によって連結されるプレートの間の領域である。結合金属の量は最小限であることが望ましい。より少ない結合金属を使用するために、表面仕上げの品質を上述の最小閾値を超えるようにして、過剰な結合金属を制御されることなく消費することになるプレート間の間隙とさらにはプレート上の荒さ特徴体の両方を回避することが望ましいが、最小量の結合金属を一貫して施すことは困難である。したがって、流体分配マニホールドは、結合剤が接触領域３２８内の鏡面仕上げ３２７を備える第１のプレート３１５および第２のプレート３２０のうちの少なくとも一方とともに配設される接触領域３２８を備える第１のプレート３１５および第２のプレート３２０を有することができる。
【０１４７】
あるいは、流体分配マニホールドは、いくつかの結合されたプレートを備えることができる。鏡面仕上げは、接触領域または出力面のどれかに存在しうる。２つのプレートの間の接触領域の場合、鏡面仕上げは接触表面の一方または両方に存在しうる。
【０１４８】
図３１Ａ〜３１Ｄを参照し、再び図１から２８Ｅを参照すると、流体分配マニホールドとも称される、送出ヘッド１０は、流体、例えばガスを、送出ヘッド１０の出力面のところにある出力通路１４９とも称される細長いスロット上に均一に供給する。流体を均一に供給する典型的な方法では、別々の一次チャンバー６１０、例えば、細長い放出チャネル１３２または配向チャネル凹部２５５と流体的に連通する細長い出力面スロット（出力通路１４９とも称される）を有する。一次チャンバー６１０は、典型的には、おおよそスロット１４９の長さに等しい長さを有する。一次チャンバー６１０は、流れ制限チャネル、例えば、ディフューザー１４０を通してスロット１４９に連結され、それと同時に、その長さに沿って低い流れ制限を有する。その結果、流体は一次チャンバー６１０内でその圧力がそのチャンバーに沿ってほぼ一定するようになるまで流れ、次いで、均一に、流れ制限部を通してスロット１４９内に出る。概して、一次チャンバー６１０内の横方向流れの制限は、断面形状と面積との関数となっている。典型的には、一次チャンバー６１０内の横方向流れ制限の存在は、スロット１４９を通して不均一な流れが出る可能性があるため望ましくない。
【０１４９】
多くの場合、流体分配マニホールドの構造上の制約から、一次チャンバーの断面寸法が制限され、このことにより、出力面スロット１４９への供給を行うことができる長さが制限されることになる。この影響を最小限度に抑えるために、薄膜材料蒸着を行うための、ＡＬＤシステム６０とも称される流体搬送デバイスは、一次チャンバー６１０と流体的に連通するように連結されている出力面３６を備える、送出ヘッド１０とも称される流体分配マニホールドを備える。二次流体源６２０は、複数の搬送ポート６３０を通じて一次チャンバー６１０に流体的に連通するように連結される。二次流体源６２０、例えば、二次チャンバー６２２は、一次チャンバー６１０と同様の動作をし、均一な流体流を一次チャンバー６１０に供給しながら二次チャンバー６２２に沿った流体の低抵抗の横方向の流れを可能にする。これは、上述の一次チャンバー６１０から横方向の流れを制限するという効果をなくす働きをする。そのようなものとして、搬送ポート６３０は、二次チャンバー６２２と一次チャンバー６１０との間の移送を可能にする流体導管とすることができる。搬送ポート６３０は、任意の断面、または断面の任意の組み合わせを有するものとしてよい。搬送ポート６３０は、通常は、流れに対して低い抵抗を有しているべきであるが、二次流体源６２０から一次チャンバー６１０への流れを変調するために流れに対して特定の抵抗を有するように搬送ポート６３０を設計すると有益な場合がある。
【０１５０】
図３１Ａ〜３１Ｃに示されているように、一次チャンバー６１０は、二次流体源６２０の複数の搬送ポート６３０のうちの少なくともいくつかに共通のチャンバーを備えることができる。これらの実施形態では、流体分配マニホールドは、二次チャンバー６２２から複数の注入口による供給を受ける比較的長い一次チャンバー６１０を含む。そのようなものとして、一次チャンバー６１０は、スロット１４９の全長にわたって供給するために十分に低い流動抵抗を備えていない場合であっても、二次チャンバー６２２から局部的に供給を受けることができる。それに加えて、一次チャンバー６１０に沿って残留圧力差がある場合、一次チャンバー６１０の導通により、一部の流体流が一次チャンバー６１０内の圧力を均一にすることができる。
【０１５１】
あるいは、図３１Ｂを参照すると、一次チャンバー６１０は、複数の個別の一次チャンバー６１２を備えることができる。これら複数の個別の一次チャンバー６１０のそれぞれは、二次流体源６２０の複数の搬送ポート６３０のうちの少なくとも１つの搬送ポート６３０と流体的に連通している。
【０１５２】
二次流体源６２０は、流体分配マニホールド（送出ヘッド１０）に貼り付けられているモノリシック型の流体チャンバーを備えることができる。流体分配マニホールドがほぼ矩形の断面を有している場合、二次チャンバー６２０は、断面が類似しており、出力面とは別の分配マニホールドの任意の表面上に直接取り付けられた要素とすることができる。二次チャンバー６２０は、流体分配マニホールド内の開口部と一致する開口部を有することができ、従来の封止技術を使用して送出ヘッド１０に永久的にまたは一時的に取り付けることができる。例えば、シールは、ゴム、オイル、ワックス、硬化性化合物または結合金属から加工することができる。
【０１５３】
それに加えて、二次チャンバーは、モノリシック型であってよく、図３１Ａおよび３１Ｂに示されているように、流体分配マニホールドと一緒に一体形成することができる。そこで、分配マニホールドが、レリーフパターン形成プレートのアセンブリを備える場合、二次チャンバーは、分配マニホールドに加えられた１つ以上のレリーフプレートから作成された１つ以上の流体配向チャネルから構成される。これらのレリーフプレートは、一次チャンバーおよび出力面を形成するレリーフプレートと同様の仕方で加工され、組み立てられうる。あるいは、二次チャンバーおよび一次チャンバーの寸法が互いに比較して異なるときに、異なる組み立て方法を使用することができる。二次チャンバーと一次チャンバーとを異なる方法で組み立てる、機械に関する、またはコスト上の理由もさらにありうる。
【０１５４】
図３１Ｃを参照すると、二次流体源６２０は、複数の個別の搬送チャネル６３０を通して流体分配マニホールド１０に流体的に連通するように連結された流体チャンバー６２４を備えることができる。個別の搬送チャネル６３０は、この環境において流体を送出するのに適した流体導管とすることができる。例えば、これらの導管は、分配マニホールドに注入口とともに一時的に（取り外し可能）または永久的に連結するように組み立てられた有用な任意の断面サイズおよび形状のチューブとすることができる。取り外し可能なコネクタは、従来のフィッティングおよびフランジを備えている。永久的な連結手段としては、溶接、鑞付け、接着または圧入が挙げられる。二次チャンバーの導管の一部は、バルク材の鋳造または機械加工を介して製作することもできる。
【０１５５】
図３１Ｄを参照すると、搬送ポート６３０の少なくとも１つは、関連付けられている搬送ポート６３０を通る流体流を制御するように構成されたデバイス６４０を備えることができる。流体分配マニホールドが、複数の一次チャンバー６１２と流体的に連通する二次チャンバー６２４を備えるときに、一次チャンバー６１２のうちの１つの一次チャンバー６１２の中に入る流体の流れを別の一次チャンバー内の流れに関して変調すると有益な場合がある。一次チャンバー６１２のうちの１つの一次チャンバーへの、別の一次チャンバーに供給される組成物に関して異なる流体組成物の供給を行うことが望ましい場合もある。そこで、使用可能にされるシステム機能は、（１）所定の分配マニホールドが基材のいくつかの異なる幅部分をコーティングすることを意図されている場合、現在の基材の幅部分のみが活性状態の流体を受け入れるように分配マニホールドの一部をオフにすることができること、（２）より大きな基材の一部をコーティングする必要がない場合、蒸着が望まれていない領域について分配マニホールドの一部をオフにすることができること、（３）基材の一部が他の部分とは別の蒸着化学反応を受けることを意図されている場合、分配マニホールドの一部は別の流体化学反応を基材にもたらすことができることである。
【０１５６】
一次チャンバー６１２のうちの１つ以上の一次チャンバーへの流れを変調するために、二次チャンバー６２０と一次チャンバー６１０との間に配置されている弁システム６４０を使用することができる。弁６４０は、流体流を変調するために使用される標準型の弁であればどのようなものでもよい。二次チャンバー６２０が、分配マニホールドと一体である場合、弁６４０は、マニホールドの一体部分とすることができ、マニホールドの構造に含まれる移動可能な要素を利用することによって形成することができる。弁６４０は、手動で制御することができるか、または例えば、空気圧、電気または電空アクチュエータを含む遠隔アクチュエータによって制御することができる。
【０１５７】
図３２Ａ〜３２Ｄを参照し、また再び図１から２８Ｅを参照すると、上述の例示的な実施形態において、分配マニホールド１０の出力面３６，１４８のレイアウトには細長いソーススロット１４９が含まれ、細長い排気スロット１８４は、典型的には、スロットの大半が蒸着を引き起こされるように基材の移動に対して垂直である構成で存在する。それに加えて、スロットが出力面３６，１４８のエッジのところに存在し、移動する基材の横方向エッジの近くでガスのアイソレーションを行うように基材移送に対して平行であるものとしてよい。
【０１５８】
図３２Ａ〜３２Ｄを参照すると、薄膜材料蒸着のための流体搬送デバイス（ＡＬＤ蒸着システム６０）は、基材２０，６６をある方向に進行させる基材移送機構５４，６２を備えることができる。流体分配マニホールド１０は、複数の細長いスロット、例えばスロット１４９，１８４、またはこれらの組み合わせを備える出力面３６，１４８を具備する。細長いスロット１４９，１８４のうちの少なくとも１つ、またはこれらの組み合わせは、基材２０，６６の進行方向に関して非垂直でかつ非平行である部分を備える。
【０１５９】
例えば、図２１を再び参照すると、基材２０，６６が方向ｘに移動している場合に、基材の移動に垂直な細長いスロットは、ｘに関して９０度の角度をなし、基材の移動に平行な細長いスロットは、ｘに関して０度の角度をなす。しかし、いかなる機械システムにおいても、典型的には、システム内では角度に関する一定量の変化がある。そこで、非垂直を、８５度より小さい基材の移動方向ｘに関する角度として定義し、非平行を、５度より大きい基材の移動方向ｘに関する方向として定義する。したがって、スロット１４９，１８４、またはこれらの組み合わせが直線的である場合、スロットは、基材の運動方向から５度より大きく、８５度より小さい角度に配設される。非直線的スロットも、十分な曲率が存在している場合にこの条件を満たす。
【０１６０】
本発明の分配マニホールドで柔軟な基材をコーティングする場合、排気スロットの上にあるときと比べてソーススロットの上にあるときには流体によって加えられる力は異なる。これは、流体圧力はソースから排気スロットへ流体を追いやるように確立されるという事実の自然な帰結である。その結果基材に及ぼされる効果は、ヘッドから基材が押しやられる程度は、排気スロットの上より、ソーススロットの上の方が高いというものである。そのため、浮遊の高さが均一でなくなるので望ましくない基材の変形を引き起こすことにつながり、したがって、基材と出力面との間の流体の混合と接触が生じる可能性をもたらしうる。
【０１６１】
柔軟な基材は、直線形状の上で曲げられたときに、つまり、曲げの軸が１つの次元でのみ出現するときに最も容易に曲げることができる。そのため、一連の直線的平行スロットに対して、基材の固有の梁強度のみでスロット間の力の差に抗しているので、基材の著しい変形が結果として生じる。
【０１６２】
あるいは、非直線的形状、つまり２つの次元に延在する形状の上で基材を曲げようとすると、基材の実効梁強度はかなり増加する。これは、２次元の曲げを引き起こす場合、基材が非直線的曲げ形状の上で直接的に曲がらなければならないだけでなく、非直線的な曲げを引き起こそうとすると圧縮と伸張が基材の隣接する領域内で生じるせいである。基材は、圧縮力または張力に対してきわめて抵抗性が高い可能性があるため、結果として、実効梁強度が大幅に増大することになる。そのため、非直線的スロットを使用することにより、望ましくないガス混合または基材と出力面との接触を生じることなく、より高い柔軟性を持つ基材を取り扱うことができる。したがって、長さ全体にわたって非直線的である、スロット１４９，１８４、またはこれらの組み合わせは、分配マニホールドで使用するのに特に望ましいものである場合がある。
【０１６３】
そのようなものとして、搬送システム６０の流体分配マニホールド１０は、図３２Ａに示されているように、曲率半径を備える１つの細長いスロットの少なくとも一部を有することができる。実効梁強度の増大を生じさせるために、どのような非直線度も役立ちうる。曲率半径は、有益な効果が得られるように最大１０メートルまでとしてよい。中心線６５０が基材運動方向ｘに延在する出力面３６の中心を通って引かれる場合、この直線上の正の位置は、出力面３６から基材の進行方向ｘに向かう位置として定義することができ、負の位置は、出力面３６から基材の進行方向ｘの反対方向に向かう位置として定義することができる。半径は、出力面３６の中心に関して負または正の位置に配置される中心点を有することができる。中心点は、基材の進行方向ｘと異なる方向にオフセットすることもでき、したがって、細長いスロットは、出力面３６上に対称的に位置決めされない。
【０１６４】
実効梁強度のより大きな増加を必要とするより柔軟な基材については、より小さな曲率半径が望ましい場合がある。半径のある下限において、スロットが受ける基材に関する角度の変化が大きすぎる場合があり、したがって、曲率半径はその長さに沿って可変である必要がある。そのようなものとして、搬送システム６０の流体分配マニホールド１０は、複数の方向（または経路）を備える１つの細長いスロットの少なくとも１つの部分を含むことができる。これは、スロットに沿った方向変化の任意のパターンの形態、または曲率半径の周期的変化を有するスロットの形態をとりうる。周期的パターンは、正弦波（図３２Ｂ）、鋸歯（図３２Ｃ）、または方形波（図３２Ｄ）の周期を含むか、またはこれらの周期の組み合わせであるものとしてよい。出力面３６は、多くのスロット１４９，１８４、またはこれらの組み合わせを含むので、スロット形状は、対称的な、または隣接するスロットの鏡像であるスロットの使用を含む、上記の特徴体の任意の組み合わせとすることができる。スロットは、ソーススロット１４９または排気スロット１８４としての機能に応じて、またはそれらが供給するガス組成物の種類に基づき、異なる形状を有することもできる。
【０１６５】
細長いスロットの非垂直、非平行の部分は、３５度以上の基材の進行方向に関する最大角度を含むことができる。スロット１４９または１８４が基材運動に関して対角線上に配置される場合、基材運動に対する非垂直度のある程度の大きさで有益な効果が得られる。しかし、スロットが基材運動に対し平行に近づくにつれ、蒸着マニホールドの上で移動するときに基材が受けるＡＬＤサイクルの数は、マニホールドの所定の長さおよび所定のスロット間隔に対して減少する。したがって、スロット１４９，１８４が対角線上に位置決めされた場合、基材の運動方向に関して３５度より大きい角度で、好ましくは４５度以上の角度でスロットを位置決めすることが望ましい。
【０１６６】
図３３Ａから３３Ｃを参照し、再び図６から１８を参照すると、いくつかの例示的な実施形態において、平坦でない出力面を有することが望ましい。図６に示されているように、出力面３６は、ｘおよびｙ方向に延在し、ｚ方向に変化はない。図６において、ｘ方向は基材の運動に垂直であり、ｙ方向は基材の運動に平行である。図３３Ａ〜３３Ｃに示されている例示的な実施形態では、出力面３６は、ｚ方向の変化を含む。
【０１６７】
湾曲した出力面３６を使用することにより、望ましくないガス混合または基材と出力面との接触を生じることなく、より高い柔軟性を持つ基材をコーティングすることができる。出力面３６の湾曲は、ｘ方向、ｙ方向、またはその両方の方向のいずれかに延在しうる。
【０１６８】
本発明の分配マニホールドで柔軟な基材をコーティングする場合、排気スロットの上にあるときと比べてソーススロットの上にあるときには流体によって加えられる力は異なる。これは、流体圧力はソースから排気スロットへ流体を追いやるように確立されるという事実の自然な帰結である。その結果基材に及ぼされる効果は、ヘッドから基材が押しやられる程度は、排気スロットの上より、ソーススロットの上の方が高いというものである。そのため、浮遊の高さが均一でなくなるので望ましくない基材の変形を引き起こすことにつながり、したがって、基材と出力面との間の流体の混合と接触が生じる可能性をもたらしうる。
【０１６９】
柔軟な基材は、直線形状の上で曲げられたときに、つまり、曲げの軸が１つの次元でのみ出現するときに最も容易に曲げることができる。そのため、一連の直線的平行スロットに対して、基材の固有の梁強度のみでスロット間の力の差に抗しているので、基材の著しい変形が結果として生じる。
【０１７０】
ｘ方向にそって出力面３６が湾曲していることにより、コーティングされる基材２０を２次元（幅と高さ）に曲げることができ、したがって基材２０の実効梁強度が高まる。基材２０に２次元の曲がりを生じさせるために、基材を基材２０の隣接する領域内に圧縮と伸張を引き起こす出力面３６の非直線的曲がり形状の上で直接曲げる。基材２０は、圧縮力または張力に対してきわめて抵抗性が高い可能性があるため、結果として、基材２０内の実効梁強度が大幅に増大することになる。
【０１７１】
ｙ方向に沿って出力面３６が湾曲していることにより、分配マニホールド１０の出力面３６上の基材２０の下向きの力を制御しやすくなる。湾曲が出力面３６のｙ方向に延在している場合、基材２０の張力を使用して、出力面３６に関する基材２０の下向きの力を制御することができる。対照的に、出力面３６がｚ方向に変化を有していない場合、基材２０の下向きの力は、基材の重量、または基材２０に作用する力を与える追加の要素のいずれかを使用しないと制御することができない。
【０１７２】
出力面３６を曲げる従来の方法の１つは、ｚ方向の変化を含むように分配マニホールド１０のプレートを機械加工することである。しかし、そのためには、高さ変化の提案されたプロファイルに合わせてマニホールドプレートを設計し製作する必要があり、したがって、分配マニホールドの製造コストが増大する。
【０１７３】
分配マニホールド１０がパターン形成されたレリーフプレートのアセンブリを含むときに、ｚ方向のプレートの厚さが組み立てプロセスにおいてプレートを所望のプロファイルに変形できるような厚さである場合、これらの増大したコストを低減するか、または回避することができる。このアプローチでは、類似の一組のレリーフプレートを使用することで、適切な金型要素内に組み立てることによってｚ方向にいくつかの分配マニホールドの高さプロファイルを形成することができる。
【０１７４】
図３３Ａ〜３３Ｃを再び参照すると、流体分配マニホールド１０は、第１のプレート３１５と第２のプレート３２０とを備えている。第１のプレート３１５は、ｙ方向に延在する長さの次元およびｘ方向に延在する幅の次元を備える。第１のプレート３１５は、第１のプレート３１５のｙ方向に延在する長さの次元およびｘ方向に延在する幅の次元のうちの少なくとも一方の上で第１のプレート３１５に変形性（コンプライアンス性とも称する）を持たせられる厚さ６６０も備える。それに加えて、第２のプレート３２０は、ｙ方向に延在する長さの次元およびｘ方向に延在する幅の次元を備える。第２のプレート３２０は、第２のプレート３２０のｙ方向に延在する長さの次元およびｘ方向に延在する幅の次元のうちの少なくとも一方の上で第２のプレート３２０に変形性（コンプライアンス性）を持たせられる厚さ６７０も備える。少なくとも第１のプレート３１５および第２のプレート３２０の少なくとも一部は、流体流配向経路を画成するレリーフパターン（例えば、図１２Ａおよび１２Ｂを参照しつつ図示され説明されているレリーフパターン）を画成する。第１のプレート３１５および第２のプレート３２０は一緒に結合され、プレート３１５，３２０の長さの次元および幅の次元のうちの少なくとも一方にそってｚ方向に延在する高さの次元で非平面形状を形成する。
【０１７５】
プレートにコンプライアンス性を持たせるのに適した厚さは、製作材料と特定の実施形態について企図されている曲率半径とに依存する。典型的には、組み立てプロセス、例えば、プレート結合方法でいずれかのプレートまたは両方のプレートに許容可能でないゆがみまたは構造上の欠陥が生じない限り、どのような厚さも使用できる。例えば、プレート３１５，３２０が鋼鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、真鍮、ニッケルまたはチタンを含む金属で製作される場合、一般的に、プレートの厚さは０．５インチ未満、より好ましくは０．２インチ未満であることが望ましい。プラスチックおよびゴムなどの有機材料では、プレートの厚さは１インチ未満、より好ましくは０．５インチ未満であることが望ましい。
【０１７６】
プレート３１５，３２０の非平面形状は、曲率半径６８０を含むことができる。この湾曲は、湾曲がシリンダーの表面の一部をなぞることを示す直線軸を有することができる。軸は、ｘもしくはｙ方向のいずれか、またはｘ方向とｙ方向の組み合わせである方向とすることができる。軸は、ｚ方向にある程度の方向性を有することもでき、このため、曲面の最大高さは出力面に沿って一定でない。曲率半径は、最大１０メートルまでとすることができ、それでも有益な効果が得られる。軸は、出力面より上、または下にあってもよく、その結果、湾曲はそれぞれ凸または凹となる。
【０１７７】
あるいは、この湾曲は点軸を有することができ、その結果、湾曲は球体の表面の一部をなぞる。点軸は、出力面より上、または下の位置にあってもよく、その結果、湾曲はそれぞれ凸または凹となる。曲率半径は、最大１０メートルまでとすることができ、それでも有益な効果が得られる。
【０１７８】
分配マニホールドの出力面３６には、高さの周期的変化がありうる。これは、方向変化の任意のパターンの形態、またはｚ方向の曲率半径の周期的変化の形態をとりうる。周期的パターンは、正弦波または周期的変化を引き起こすことができる正弦波の組み合わせとすることができる。曲率半径の変化がｘとｙの両方向に同時に発生し、そのため出力面３６上にバンプまたはモードが生じる可能性がある。
【０１７９】
分配マニホールド１０は、第１のプレート３１５および第２のプレート３２０の高さの次元（ｚ方向）に非平面形状を形成する固定具を使用して第１のプレート３１５と第２のプレート３２０とを互いに結合することによって製造することができる。例えば、第１のプレート３１５および第２のプレート３２０を金型６９０内に保持することを含む固定具の使用により第１のプレート３１５および第２のプレート３２０を一緒に結合することができる。この固定具構成では、金型６９０は、そのプロファイルにおいて高さの変化がある金型の第１の半分６９０ａと金型の第２の半分６９０ｂとを備え、金型の第２の半分は金型の第１の半分の実質的に逆である変化を有する。
【０１８０】
一連の平坦なレリーフプレート３１５，３２０が金型の第１半分と第２の半分との間に置かれる。図３３Ｂに示されているように、レリーフプレートが金型の第１の半分と第２の半分の形状に合うように十分な圧力をかけて金型の第１の半分と第２の半分が閉じられている。次いで、固定要素を使用してプレートの結合を引き起こす。例えば、固定要素は、熱、圧力、音響エネルギー、またはプレート間にすでに配設されている接着剤または結合剤を活性化する他の力のうちの１つ、または組み合わせを含むものとしてよい。結合作用は、レリーフプレートの固有特性に由来するものであってもよい。例えば、プレートが金型内で圧力を加えられ、その後、プレートアセンブリに電流を通す場合、外部の結合剤を必要とすることなく、局部加熱でプレート間を溶接することができる。
【０１８１】
第１のプレートおよび第２のプレートの結合は、第１のプレートおよび第２のプレートを一組のローラーに通す固定具を使用して行うこともできる。例えば、非直線的経路に沿って配設されている一連のローラーを使用した場合、レリーフプレートアセンブリはプレートアセンブリがローラーを通過するときに特定の曲率を使用することができる。ローラーは、熱、圧力、音響エネルギー、またはプレートを一緒に結合させる別の固定力を同時に与えるように構成することができる。ローラーは、曲率半径の所望の変化が生じるように手動制御、遠隔制御、またはコンピュータ制御されるデバイスによって組み立て時に移動可能であるものとしてよい。ローラーは、完成した分配マニホールド内に高さの変化の周期的パターンを生じるパターン形成された表面プロファイルを有することもできる。
【０１８２】
上述のように、結合プロセスは、結合されるプレートを組み立てた後に少なくとも熱、または圧力、または熱と圧力との組み合わせを施すことを伴う。熱は、抵抗、誘導、対流、輻射、または火炎の加熱によって加えることができる。多くの場合、金属成分の酸化を低減するために結合プロセスの雰囲気を制御することが望ましい。プロセスは、大気圧より高い圧力から高真空プロセスまでの範囲の圧力で実行することができる。結合される材料と接触しているガスの組成は、概して、酸素を含んでいるべきではなく、有利には、窒素、水素、アルゴン、または他の不活性ガスもしくは還元ガスを含んでいてもよい。
【０１８３】
分配マニホールドの製造方法に関係なく、本発明のこの例示的な実施形態の利点の１つは、この技術を使用して組み立てる十分な柔軟性が個別のプレートにあるが、いったん結合された後、分配マニホールドの全体的強度はプレート間の連携により増大するという点である。
【０１８４】
図３６〜３８を参照し、再び図３および６から１８を参照すると、上で説明されているように、本発明の分配マニホールドで柔軟な基材をコーティングする場合、排気スロットの上にあるときと比べてソーススロットの上にあるときには流体によって加えられる力は異なる。これは、流体圧力はソースから排気スロットへ流体を追いやるように確立されるという事実の自然な帰結である。その結果基材に及ぼされる効果は、ヘッドから基材が押しやられる（その程度は排気スロットの上よりソーススロットの上の方が高い）か、または送出ヘッドの出力面と接触しうる（その程度はソーススロットの上より排気スロットの上の方が高い）というものである。そのため、浮遊の高さが均一でなくなるので望ましくない基材の変形を引き起こすことにつながり、したがって、基材と出力面との間の流体の混合と接触が生じる可能性をもたらしうる。
【０１８５】
この均一でない力が基材に及ぼす効果を緩和する１つの有用な方法は、基材の反対側の面（送出ヘッドに面していない基材の面）に支持体を付けることである。基材を支持することで、基材の固有の梁強度が、ガス分離の低下、ガスの二次汚染もしくは混合、または基材と分配マニホールドの出力面との接触の可能性をもたらしかねない特にｚ方向（高さ）の基材の形状の著しい変化の可能性を低減するか、または防ぐことができる十分な力が得られる。
【０１８６】
本発明のこの例示的な実施形態では、流体搬送システム６０は、流体分配マニホールド１０および基材移送機構７００を備える。上述のように、流体分配マニホールド１０は、複数の細長いスロット１４９，１８４を備える出力面３６を具備する。流体分配マニホールド１０の出力面３６は、細長いスロット１４９，１８４が基材２０の第１の表面４２と向かい合い、基材２０の第１の表面４２の近くに位置決めされるように基材２０の第１の表面４２の反対側に位置決めされる。基材移動機構７００は、基材２０をある方向（例えば、ｙ方向）に進行させる。基材移送機構７００は、柔軟な支持体７０４（図３６に示されているような）または７０６（図３７および３８に示されているような）を備える。柔軟な支持体７０４，７０６は、流体分配マニホールド１０の出力面３６の近くにある領域内で基材２０の第２の表面４４と接触する。
【０１８７】
図３６に示されているように、柔軟な支持体７０４が、一組の従来の支持台７１４に固定され、貼り付けられている。図３７および３８に示されているように、柔軟な支持体７０６は移動可能である。柔軟な支持体７０６が移動可能である場合、柔軟な支持体７０６は、一組のローラー７０２の周りで駆動されるエンドレスベルトであってもよく、少なくとも１つのローラーは移送用モーター５２を使用して駆動することができる。
【０１８８】
柔軟な支持体７０６は、起伏を付けて非平面形状（図３８に示されている）にし起伏のある送出ヘッド１０を収容できるように形状を適合させることができる。支持体７０４は柔軟でもあるので、支持体７０４も起伏を付けることができる。柔軟な支持体７０４は、所望の柔軟度を与える任意の好適な材料、例えば、金属またはプラスチックから製作することができる。柔軟な支持体７０６は、典型的には、好適なベルト材料、例えば、ポリイミド材料、金属材料から製作されるか、または基材と柔軟な支持体７０４，７０６の表面７２０との接触の維持を助ける粘着材料でコーティングされる。
【０１８９】
基材２０は、ウェブまたはシートのいずれかとすることができる。送出ヘッド１０の出力面３６と基材１０との間に間隔をあけて、その間隔を維持することに加えて、基材移送機構７００を送出ヘッド１０に関して上流方向、下流方向、またはその両方向のいずれかに延在し、ＡＬＤシステム６０に基材移送機能を付加することができる。
【０１９０】
適宜、柔軟な支持体７０４，７０６は、基材２０の第２の表面４４に機械的圧力を加えることもできる。例えば、流体圧力源７３０は、圧力のかかっている流体を導管１８に通し基材２０の第２の表面４４に作用する柔軟な支持体７０４，７０６の領域に送るように位置決めすることができる。流体の圧力は、圧力７１６，７１８が流体分配マニホールド１０の出力面３６に関して基材２０の位置決めをするのに十分である限り正７１６または負７１８のいずれかとすることができる。圧力７１６，７１８が柔軟な支持体７０４，７０６によって与えられる場合、柔軟な支持体７０４，７０６は、正圧７１６または負圧７１８のいずれかを基材２０の第２の表面４４に加える（またはかける）開口（穿孔とも称される）を備えることができる。他の構成も許容される。例えば、圧力７１６，７１８を柔軟な支持体７０４，７０６の周りに加えることができる。
【０１９１】
流体圧力源によって加えられる圧力が正圧７１６である場合、この圧力は、基材２０を流体分配マニホールド１０の出力面３６に向けて押す。流体圧力源によって加えられる圧力が負圧７１８である場合、この圧力は、基材２０を流体分配マニホールド１０の出力面３６から引き離し（引き込むとも言う）、柔軟な支持体７０４，７０６の方へ送る。いずれの構成においても、基材２０と分配マニホールド１０との間の比較的一定した間隔が得られ、この間隔を維持することができる。
【０１９２】
上述のように、複数の細長いスロット１４９，１８４のそれぞれは、送出ヘッド１０に関連付けられている対応する流体源に流体的に連通するように連結される。送出ヘッド１０に関連付けられている第１の対応する流体源は、ガスを細長いスロット１４９に通し、出力面３６と基材２０の第１の表面４２との間の領域内に送り込むのに十分な圧力でガスを供給する。送出ヘッド１０に関連付けられている第２の対応する流体源は、ガスが出力面３６と基材２０の第１の表面４２との間の領域から流れ出て、細長いスロット１８４に向かって流れるようにするのに十分な正の逆圧で流体を供給することができる。流体圧力源７３０によって加えられる圧力が、正圧７１６である場合、圧力７１６の大きさは、典型的には、送出ヘッド１０に関連付けられている第２の対応する流体源によって加えられる正の逆圧の大きさより大きい。
【０１９３】
柔軟な支持体７０４，７０６によって基材２０の第２の表面４４に加えることができる機械的圧力は、他の種類の機械的圧力を含むことができる。例えば、荷重デバイス機構７１２を使用する支持デバイス７０８を通じてバネ仕掛けである柔軟な支持体７０４，７０６を使用することによって基材２０の第２の表面４４に機械的圧力を加えることができる。荷重デバイス機構７１２は、機械的力を柔軟な支持体７０４，７０６に均等にかけるか、または十分な梁強度を施すか、または柔軟な支持体７０４，７０６の梁強度を高めるためにスプリングおよび荷重分配機構を備えることができる。あるいは、柔軟な支持体７０４，７０６は、柔軟な支持体７０４，７０６それ自体がバネ仕掛けの力を基材２０の第２の表面４４上にかけて送出ヘッド１０の出力面３６に関する間隔を形成し維持するのに必要な基材２０内の梁強度をもたらすように制約された位置に置くことができる。
【０１９４】
柔軟な支持体７０４，７０６によって基材２０の第２の表面４４に加えることができる機械的圧力は、他の種類の機械的圧力を含むことができる。例えば、移送機構７００は、流体分配マニホールド１０の出力面３６から基材２０を引き離して柔軟な支持体７０４，７０６の方へ進める静電気力を生じさせる柔軟な支持体７０４，７０６と基材２０との間に静止電荷差を発生する機構を備えることができる。
【０１９５】
支持デバイス７０８は、柔軟な支持体７０４，７０６に熱を供給するために加熱することもでき、これは最終的に基材２０を加熱する。基材２０を加熱することは、基材２０の第２の面４４上で、またはＡＬＤ蒸着時に全体として基材２０上で所望の温度を維持するのに役立つ。あるいは、支持デバイス７０８を加熱することは、ＡＬＤ蒸着時に基材２０の周りの領域内で所望の温度を維持するのに役立ちうる。
【０１９６】
図３４を参照し、再び図３および６から１８を参照すると、上で説明されているように、本発明の分配マニホールドで柔軟な基材をコーティングする場合、排気スロットの上にあるときと比べてソーススロットの上にあるときには流体によって加えられる力は異なる。これは、流体圧力はソースから排気スロットへ流体を追いやるように確立されるという事実の自然な帰結である。その結果基材に及ぼされる効果は、ヘッドから基材が押しやられる程度は、排気スロットの上より、ソーススロットの上の方が高いというものである。そのため、浮遊の高さが均一でなくなるので望ましくない基材の変形を引き起こすことにつながり、したがって、基材と出力面との間の流体の混合と接触が生じる可能性をもたらしうる。
【０１９７】
この均一でない力が基材に及ぼす効果を緩和する１つの有用な方法は、基材の反対側の面に類似の均一でない力をかけることである。この反対向きの均一でない力は、流体分配マニホールドによって与えられる力と、大きさおよび空間的に位置に関して類似しているべきであり、したがって基材の特定の領域に作用する正味の局部的な力はごくわずかしか残っていない。この残りの力は、基材の固有の梁強度が、ガス分離の低下および基材と分配マニホールドの出力面との接触の可能性をもたらしかねない特にｚ方向（高さ）の基材の形状の著しい変化の可能性を低減するか、または防ぐことができる十分に小さい力である。
【０１９８】
再び図３４を参照すると、本発明のこの態様の例示的な一実施形態は、第１の流体分配マニホールド１０および第２の流体分配マニホールド１１を備える薄膜材料蒸着用の流体搬送システム６０を具備する。出力面３６を備える流体分配マニホールド１０は、複数の細長いスロット１４９，１８４を備える。複数の細長いスロット１４９，１８４は、ソーススロット１４９および排気スロット１８４を含む。
【０１９９】
上述の大きさおよび方向に関して類似している反対の力を発生するために、第２の流体分配マニホールド１１は、出力面３６に類似の出力面３７を備える。出力面３７は、複数の開口部３８，４０を備える。複数の開口部３８，４０は、ソース開口部３８および排気開口部４０を含む。第２の流体分配マニホールド１１は、第２の流体分配マニホールド１１の出力面３７のソース開口部３８が第１の流体分配マニホールド１４９の出力面３６のソーススロット１４９のミラーとなるように第１の流体分配マニホールド１０から相隔てて並び、反対方向に位置決めされる。それに加えて、第２の流体分配マニホールド１１の出力面３７の排気開口部４０は、第１の流体分配マニホールド１０の出力面３６の排気スロット１８４のミラーとなっている。
【０２００】
動作中、基材２０の第１の面４２は、第１の分配マニホールド１０の出力面３６に最も近い位置にあるが、基材２０の第２の面４４は、第２の分配マニホールド１１の出力面３７に最も近い位置にある。上述のように、出力面３６のスロット１４９，１８４および出力面３７の開口部３８，４０は、ソースまたは排気機能を備えることができる。ソース機能を備える出力面のスロットもしくは開口部は、流体をその出力面と対応する基材の面との間の領域内に差し込む。排気機能を備える出力面のスロットもしくは開口部は、流体をその出力面と対応する基材の面との間の領域から引き出す。
【０２０１】
マニホールド１０およびマニホールド１１のミラー位置決めは、第２の分配マニホールド１１の出力面３７の所定の開口部が、第１の分配マニホールド１０の第１の出力面３６上に配置されているスロットに対してほぼ法線方向である方向に配置されることを確実にするのに役立つ。動作中、出力面３７および出力面３６は、典型的には、互いに平行であり、法線方向はｚ方向である。それに加えて、同じ所定の開口部は、所定の開口部の反対側にある第１の出力面３６上に配置されているスロットの機能と同じ機能（ソースまたは排気のいずれか）を備える。出力面上の隣接するスロット間の距離がｄである場合、第１の分配マニホールド上の開口部と第２の分配マニホールド上の開口部との間のアライメントの公差は、ｄの５０％未満、好ましくはｄの２５％未満であるべきである。
【０２０２】
流体搬送システム６０は、基材２０を第１の流体分配マニホールド１０と第２の流体分配マニホールド１１との間の方向に進行させる基材移送機構、例えば、サブシステム５４を備えることができる。基材移送機構は、流体分配マニホールド１０，１１の出力面３６，３７にほぼ平行な方向に基材２０を移動するように構成されている。移動は、一定であるか、または速度可変であるか、または往復を生じる方向の変化を伴いうる。移動は、例えば、電動式ローラー５２を使用して実行することができる。
【０２０３】
基材２０と第１の流体分配マニホールド１０との間の距離Ｄ１は、典型的には、基材２０と第２の流体分配マニホールド１１との間の距離Ｄ２と実質的に同じである。この意味で、距離Ｄ１およびＤ２は、距離が互いの２倍以内、またはより好ましくは、互いの１．５倍以内であるときに実質的に同じである。
【０２０４】
第２の流体分配マニホールド１１の複数の開口部３８，４０は、さまざまな形状、例えばスロットもしくは穴の形をとりうる。第１の分配マニホールド１０は、これが出力面３６との間の流体の送出を最も均一に行うので、その出力面上の開口部のための細長いスロットを有する可能性が高い。第２の分配ヘッド１１内の対応する開口部も、ソースおよび排気領域に対応するスロット特徴体を有することができる。あるいは、第２の分配ヘッド１１内の開口部は、好適な任意の形状の穴特徴体とすることができる。基材の第２の面上に一致する力を与える条件が正確な条件でないので、一致する力は、基材の有害な変形を防ぐのに十分な力であればよい。したがって、第１の分配ヘッド１０内のスロットから横切るように位置合わせされる例えば第２の分配ヘッド１１内の一連の穴は、第２の分配ヘッド１１をより単純に、より低コストで加工できるようにしながら基材２０上の力を無理なく一致させるのに十分にすることができる。
【０２０５】
上述のように、第１の分配マニホールド１０の出力面３６上の細長いスロットは、直線的であるか、または湾曲していてもよい。これらのスロットは、正弦パターン、鋸歯パターン、または方形波パターンなどの周期的変化を含むさまざまな形状を伴いうる。第２の分配ヘッド１１上の開口部は、適宜、第１の分配マニホールド１０上の対応するスロットと形状が似ていてもよい。
【０２０６】
本発明のこの例示的な実施形態では、搬送システム６０の第１の流体分配マニホールド１０および第２の流体分配マニホールド１１は、両方とも、ＡＬＤ流体マニホールドとすることができる。第２の分配マニホールド１１が非反応性ガスを供給するか、または同伴するように操作される例示的な実施形態では、この構成により、第２の流体分配マニホールド１１が発生源である力は、第１の流体マニホールド１０によって加えられる力と十分に一致することが確実になる。他の例示的な実施形態では、第２の流体分配マニホールド１１は、ＡＬＤ蒸着を行うことができる一組の反応性ガスを供給するように構成されうる。この構成では、基材２０の両面４２，４４は、同じまたは異なる組成の薄膜で同時にコーティングすることができる。
【０２０７】
図３５を参照し、再び図１から２８Ｅまでを参照すると、本発明のいくつかの例示的な実施形態では、基材２０に送出されるか、または基材２０から取り除かれる１つ以上の種類のガスを監視することが望ましい。本発明のこの態様の例示的な一実施形態では、薄膜材料蒸着用の流体搬送システム６０は、流体分配マニホールド１０、ガス源、例えば、ガス供給部２８、およびガス受け入れチャンバー２９ａまたは２９ｂを、上述のように備え、流体分配マニホールド１０は、複数の細長いスロット１４９，１８４を備える出力面３６を具備する。これらの複数の細長いスロットは、ソーススロット１４９および排気スロット１８４を含む。ガス源２８は、ソーススロット１４９と流体的に連通し、ガスを分配マニホールド１０の出力面３６に供給するように構成される。ガス受け入れチャンバー２９ａまたは２９ｂは、排気スロット１８４と流体的に連通し、排気スロット１８４を通して分配マニホールド１０の出力面３６に供給されたガスを回収するように構成される。ガス源２８からガス受け入れチャンバー２９へと進行するガスのパラメータを感知するようにセンサー４６が位置決めされる。制御装置５６は、センサー４６と電気通信を行うように接続され、センサー４６から受信したデータに基づき搬送システム６０の動作パラメータを修正するように構成される。
【０２０８】
ガス源２８から出たガスは、外部導管３２を通り、次いで、流体分配マニホールド（上述の）内の内部導管を通ってから、ソーススロット１４９を通り出力面３６に達する。出力面３６から出たガスは、排気導管１８４を通り、流体分配マニホールド内の内部導管を通り、外部導管３４を通ってから、ガス受け入れチャンバー２９に達する。ガス源２８は、出力面３６にガスを供給するために導管の圧力より高い圧力のガス源とすることができる。ガス受け入れチャンバー２９は、出力面３６からガスを取り除くために導管の圧力より低い圧力のガスチャンバーとすることができる。
【０２０９】
センサー４６は、システム６０のさまざまな位置に配置することができる。例えば、センサー４６は、図３５の位置Ｌ１に例示されているように排気スロット１８４とガス受け入れチャンバー２９との間に位置決めすることができる。この実施形態では、センサー４６は、分配マニホールド１０、導管システム３４、ガス受け入れチャンバー２９またはこれらのうちの複数に入れることができる。
【０２１０】
センサー４６は、図３５の位置Ｌ２に例示されているようにソーススロット１４９とガス源２８との間に位置決めすることができる。この実施形態では、センサー４６は、分配マニホールド１０、導管システム３２、ガス供給チャンバー２８またはこれらのうちの複数に入れることができる。
【０２１１】
センサー４６は、図３に示されている位置Ｌ３に例示されているように分配マニホールド１０の出力面３６のところに位置決めすることができる。この構成では、センサー４６は、好ましくは、ソーススロット１４９と排気スロット１８４との間に位置決めされる。
【０２１２】
センサー４６は、ガスの圧力、流量、化学的特性、および光学的特性のうちの少なくとも１つを測定する種類のものとすることができる。センサー４６で圧力を測定する場合、圧力測定のための技術を使用して圧力を測定することができる。例として、容量感知デバイス、電磁感知デバイス、圧電感知デバイス、光感知デバイス、電位差感知デバイス、共振感知デバイスまたは熱圧力感知デバイスが挙げられる。流量は、従来の技術、例えば、ベーラ Ｇ． リプタク著「Ｆｌｏｗ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ」（ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ、１９９３ ＩＳＢＮ ０８０１９８３８６Ｘ、９７８０８０１９８３８６３）において説明されている技術を使用して測定することもできる。
【０２１３】
化学的特性は、反応性前駆体、反応生成物、またはシステム内の汚染物質を識別するために測定されうる。化学的同一性および特性を感知するための従来のセンサーを使用することができる。感知動作の例としては、出力面のところで反応物質の過剰な混合があることを示す、代替ソースガスチャネルの排気口内に出る所定のソースガスチャネルからの前駆体の同定、出力面のところで反応物質の過剰な混合があることを示す、排気チャネル内に出る２つの異なるソースガスの反応生成物の同定、および出力面の近くで空気連行があることを示すことができる排気チャネル中の、過剰な汚染物質、例えば、酸素または二酸化炭素の存在の検出が挙げられる。
【０２１４】
ガスの光学的特性を使用することができるが、それは光学的測定が非常に高速で、比較的実行しやすく、センサーの寿命も長いからである。光散乱または減衰などの光学的特性は、出力面のところで過剰な成分混合があることを示す微粒子の形成を識別するために使用することができる。あるいは、流体流中の化学元素を識別するために分光学的特性を使用することができる。これらは、紫外線、可視光線または赤外線の波長で感知することができる。
【０２１５】
上述のように、センサー４６は、制御装置５６に接続される。制御装置５６は、少なくとも１つがセンサー出力であるいくつかのプロセス値を測定し、動作パラメータをプロセス値の関数として制御する。制御装置は、電子的または機械的な装置とすることができる。動作パラメータは、典型的には、システム６０の動作に対し影響を及ぼすことが意図されている流体搬送システム６０への制御可能な入力である。例えば、動作パラメータは、制御装置５６によって修正することができる入力ガス流量を含むことができる。
【０２１６】
センサー入力に対する応答は、ダイレクトであるか、またはリバースであるものとしてよい。例えば、圧力の読み取り値がシステム性能に異常があることを示している場合、ガスの流量を減らすか、またはガス流を遮断し、反応性ガスの放出または抜けを防ぐことができる。あるいは、その結果、ガスの流量が増大し、システムを元の制御状態に戻すことを試みることができる。
【０２１７】
上述のように、システムは、基材２０を流体分配マニホールド１０に相対的な方向に進行させる基材移送機構、例えば、サブシステム５４を備えることができる。制御装置５６は、センサーの読み取りに応答として基材移送機構５４の動作パラメータを調整することによって基材２０の移動を修正することができる。典型的には、これらの種類の動作パラメータは、基材の速度、基材の張力、および出力面に対する基材の角度を含む。
【０２１８】
制御装置５６は、システムの動作パラメータを調整することによって基材移送機構５４および分配マニホールド１０の相対的位置を修正することもできる。この実施形態では、基材移送機構５４と流体分配マニホールド１０のうちの少なくとも一方は、ｚ方向で出力面３６に対して実質的に法線方向である方向に移動することを可能にする機構を備えることができる。この機構は、電気式作動デバイス、空気圧式作動デバイスまたは電空式作動デバイスによって操作することができる。基材２０および流体分配マニホールド１０の相対的位置の修正は、必要ならば他のシステムパラメータの変更も伴うことがある。
【符号の説明】
【０２１９】
１０ 送出ヘッド，流体分配マニホールド、１１ 流体分配マニホールド、１２ 出力チャネル、１４，１６，１８ ガス注入口導管、２０ 基材、２２ 排気チャネル、２４ 排気ポート導管、２８ａ，２８ｂ，２８ｃ ガス供給部、２９ａ，２９ｂ ガス受け入れチャンバー、３０ アクチュエータ、３２ 供給管路、３４ 導管、３６ 出力面、３８，４０ 開口部、４２ 第１の面、４４ 第２の面、４６ センサー、５０ チャンバー、５２ 移送モーター、５４ 移送サブシステム、５６ 制御論理プロセッサ、６０ システム、６２ ウェブコンベヤ、６４ 送出ヘッド移送、６６ ウェブ基材、７０ システム、７４ 基材支持体、９０ 前駆体材料用の配向チャネル、９２ パージガス用の配向チャネル、９６ 基材支持体、９８ ガス流体ベアリング、１００ 連結プレート、１０２ 配向チャンバー、１０４ 入力ポート、１１０ ガスチャンバープレート、１１２，１１３，１１５ 供給チャンバー、１１４，１１６ 排気チャンバー、１２０ ガス方向プレート、１２２ 前駆体材料用の配向チャネル、１２３ 排気配向チャネル、１３０ ベースプレート、１３２ 細長い放出チャネル、１３４ 細長い排気チャネル、１４０ ガスディフューザープレートアセンブリ、１４２ ノズルプレート、１４３ ガス導管、１４６ ガスディフューザープレート、１４７ 出力通路、１４８ 出力面プレート、１４９ 出力通路、１５０ 送出アセンブリ、１５４ 細長い排気チャネル、１７０ スプリング、１８０ 順に並ぶ第１の排気スロット、１８２ スロット、１８４ 排気スロット、２００ 平坦なプロトタイププレート、２２０ プロトタイププレートを含むレリーフ、２３０ 両面にレリーフパターンを含むプロトタイププレート、２１５，２２５，２３５，２４５ 組み立てられたプレートユニット、２５０ プレートの隆起した平坦な領域、２５５ 配向チャネル凹部、２６０ プレート上のディフューザー領域、２６５ 円柱ポスト、２７０ 正方形のポスト、２７５ 任意の形状のポスト、３００ 機械加工されたブロック、３０５ 機械加工されたブロック内の供給管路、３１０ チャネル、３１５ 水平ディフューザーアセンブリ用の第１のプレート、３１８ 金属結合剤、３２０ 水平ディフューザーアセンブリ用の第２のプレート、３２２ 流体流方向、３２５ 水平プレート上のディフューザー領域、３３０ ガス供給部、３３５ 拡散ガス、３２７ 鏡面仕上げ、３２８ 接触領域、３５０ 垂直プレートアセンブリのエンドプレート、３６０ 供給穴、３６５ 典型的なプレート外形、３７０ 供給管路＃２を出力面に連結するプレート、３７５ 供給管路＃５を出力面に連結するプレート、３８０ 供給管路＃４を出力面に連結するプレート、３８５ 供給管路＃１０を出力面に連結するプレート、３９０ 供給管路＃７を出力面に連結するプレート、３９５ 供給管路＃８を出力面に連結するプレート、４０５ プレート上の送出チャネル用の凹部、４１０ プレート上のディフューザー領域、４２０ ディフューザーの個別のチャネル内の隆起領域、４３０ ディフューザーの個別のチャネル内のスロット、４５０ 両面レリーフプレート、４５５ リップを有するシールプレート、４６０ シールプレート上のリップ、４６５ ディフューザー領域、５００ プレートを加工するステップ、５０２ 接着剤をあわせ面に塗布すること、５０４ プレートをアライニング構造に取り付けること、５０６ 圧力および熱を加えて硬化させること、５０８ 活性表面を研削し研磨すること、６００ クリーニングすること、６１０ 一次チャンバー、６１２ 個別の一次チャンバー、６２０ 二次流体源、６２２ 二次チャンバー、６２４ 流体チャンバー、６３０ 搬送ポート、６４０ 弁、６５０ 中心線、６６０，６７０ 厚さ、６８０ 曲率、６９０ 金型、７００ 基材移送機構、７０２ 基材支持体ローラー、７０４ 固定された柔軟な支持体、７０６ 移動可能な柔軟な支持体、７０８ 支持デバイス、７１０ 支持機構、７１２ デバイス荷重機構、７１４ 支持台、７１６ 正圧、７１８ 負圧、７２０ 表面、Ａ 矢印、Ｄ 距離、Ｅ 排気プレート、Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４ ガス流、Ｉ 第３の不活性ガス状材料、Ｍ 第２の反応物質ガス状材料、Ｏ 第１の反応物質ガス状材料、Ｐ パージプレート、Ｒ 反応物質プレート、Ｓ セパレータプレート、Ｘ 矢印、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３ 位置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、ガス状または液状材料の、特に薄膜材料の蒸着時の、拡散流に関するものであり、より具体的には、同時ガス流を基材上に送る分配または送出ヘッド（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｒ ｄｅｌｉｖｅｒｙ ｈｅａｄ）を使用する原子層蒸着法のための装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
薄膜蒸着に広く使用されている技術として、反応チャンバー内で化学反応性の高い分子を使用して基材上に所望の薄膜を蒸着する化学気相成長法（ＣＶＤ）がある。ＣＶＤの用途に有用な分子前駆体は、蒸着されるべき薄膜の元素（原子）成分を含み、典型的には、追加の元素も含む。ＣＶＤ前駆体は、薄膜が上に形成される基材において反応を起こすために気相中でチャンバーに送出される揮発性分子である。化学反応により、所望の膜厚の薄膜が蒸着される。
【０００３】
大半のＣＶＤ技術に共通なのは、１つ以上の分子前駆体の十分に制御された流束をＣＶＤ反応炉内に送り込む必要があることである。基材を、制御された圧力条件下で十分に制御された温度に保ち、これらの分子前駆体の間の化学反応を促進し、それと同時に副産物を効率よく取り除く。ＣＶＤの性能を最適なものにするためには、プロセス全体にわたってガスの流れ、温度および圧力の定常状態条件を達成し維持することができ、また一時的現象を最小限に抑えるか、または排除することができる必要がある。
【０００４】
特に半導体、集積回路および他の電子デバイスの分野では、卓越したコンフォーマルコーティング特性を有し、従来のＣＶＤ技術の達成可能な限界を超えた薄膜、特により高品質の薄膜、より密度の高い薄膜、特により低い温度で製造することができる薄膜に対する需要がある。
【０００５】
原子層蒸着法（「ＡＬＤ」）は、その先行ＣＶＤ技術に比べて、改善された膜厚分解能およびコンフォーマル能力をもたらしうる代替的薄膜蒸着技術である。ＡＬＤプロセスは、従来のＣＶＤの従来の薄膜蒸着プロセスをいくつかの単一原子層蒸着工程に分割したものである。有利には、ＡＬＤ工程は自己終結型であり、自己終結暴露時間（ｓｅｌｆ−ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｔｉｍｅｓ）まで、またはそれを超えて実施されたときに１つの原子層を蒸着することができる。原子層は、典型的には、約０．１から約０．５分子単層までの範囲の厚さを有し、典型的な寸法は数オングストローム以下のオーダーである。ＡＬＤでは、原子層の蒸着は、反応性分子前駆体と基材との間の化学反応の結果である。それぞれの個別のＡＬＤ反応−蒸着工程において、正味の反応が所望の原子層を蒸着し、分子前駆体に元々含まれていた「余分な」原子を実質的に排除する。その最も純粋な形態のＡＬＤは、反応の他の１つ以上の前駆体の非存在下で、複数の前駆体のうちのそれぞれの吸着および反応を伴う。実際、どのようなシステムにおいても、わずかな量の化学気相成長反応をもたらす異なる前駆体の一部の直接反応を回避することは困難である。ＡＤＬを実施すると主張するどのようなシステムであっても、その目標は、わずかな量のＣＶＤ反応が許容されることを理解しつつ、ＡＬＤシステムにふさわしいデバイス性能および属性を得ることである。
【０００６】
ＡＬＤの応用事例において、典型的には２つの分子前駆体を個別の段階でＡＤＬ反応炉内に導入する。例えば、金属前駆体分子ＭＬＸは、金属元素Ｍが原子または分子配位子Ｌに結合されたものである。例えば、Ｍは、限定はしないが、Ａｌ、Ｗ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｚｎなどとすることが可能である。金属前駆体は、基材表面が分子前駆体と直接反応するように調製されているときに基材と反応する。例えば、基材表面は、典型的には、金属前駆体との反応性を有する、水素含有配位子ＡＨまたは同様のものを含むように調製される。硫黄（Ｓ）、酸素（Ｏ）および窒素（Ｎ）は、いくつかの典型的なＡ化学種である。ガス状金属前駆体分子は、基板表面上の配位子すべてと有効に反応し、その結果、金属の単一原子層が蒸着される。
基材−ＡＨ＋ＭＬＸ→基材−ＡＭＬＸ−１＋ＨＬ （１）
ただし式中、ＨＬは反応副産物である。反応中に、初期表面配位子ＡＨが消費され、表面は、金属前駆体ＭＬＸとそれ以上反応しえないＬ配位子で覆われることになる。したがって、反応は、表面上の初期ＡＨ配位子のすべてがＡＭＬＸ−１種で置き換えられたときに自己終結する。この反応段階の後に、典型的には、第２の反応物質ガス状前駆体材料の個別の導入に先立ってチャンバーから過剰な金属前駆体を排除する不活性ガスパージ段階が続く。
【０００７】
次いで、第２の分子前駆体を使用して、金属前駆体に向かう基材の表面反応性を回復させる。これは、例えば、Ｌ配位子を取り除き、ＡＨ配位子を再蒸着することによって行われる。この場合、第２の前駆体は、典型的には、望ましい（通常は非金属）元素Ａ（つまり、Ｏ、Ｎ、Ｓ）および水素（つまり、Ｈ２Ｏ、ＮＨ３、Ｈ２Ｓ）を含む。次の反応は以下のとおりである。
基材−Ａ−ＭＬ＋ＡＨＹ→基材−Ａ−Ｍ−ＡＨ＋ＨＬ （２）
これは、表面を転換してＡＨ被覆状態に戻す。（ここで、簡単のため、化学反応は平衡状態でない。）所望の追加の元素Ａを薄膜内に組み込み、望ましくは配位子Ｌを揮発性副産物として排除する。もう一度、反応は、反応部位（このときには、Ｌ終結部位）を消費し、基材上の反応部位が完全に枯渇すると自己終結する。次いで、第２のパージ段階で不活性パージガスを流すことによって、第２の分子前駆体を蒸着チャンバーから取り除く。
【０００８】
要約すれば、次いで、基本ＡＬＤプロセスは、基材への化学物質の流束を順に交互させる必要がある。上述のような、代表的なＡＬＤプロセスは、以下の４つの異なる運転段階を有する１つのサイクルである。
１．ＭＬＸ反応、２．ＭＬＸパージ、３．ＡＨＹ反応、および４．ＡＨＹパージ、そして段階１に戻る。
【０００９】
表面反応と、基材表面を初期反応状態に回復する前駆体除去とを交互に行うこの反復シーケンスは、介在するパージ運転とともに、典型的なＡＬＤ蒸着サイクルである。ＡＬＤ運転の重要な特徴は、基材を初期界面化学状態に回復することである。この一組の反復工程を使用することで、化学速度論、サイクル毎の蒸着、組成および膜厚がすべて似ている寸法が等しい層として基材上に薄膜を重ねることができる。
【００１０】
ＡＬＤは、半導体デバイスおよび抵抗器、コンデンサ、絶縁体、バスラインおよび他の導電性構造物などのサポート電子コンポーネントを含む、多数のさまざまな種類の薄膜電子デバイスを形成するための製造工程として使用することができる。ＡＬＤは、電子デバイスのコンポーネント内に金属酸化物の薄層を形成するのに特に適している。ＡＬＤにより蒸着できる機能材料の一般的クラスには、導体、誘電体または絶縁体、および半導体が含まれる。
【００１１】
導体は、有用な任意の導電性材料であってよい。例えば、導体としては、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、ドープ酸化亜鉛ＺｎＯ、ＳｎＯ２、またはｌｎ２Ｏ３などの透明材料が挙げられる。導体の厚さはさまざまであり、特定の例では、これは約５０から約１０００ｎｍまでの範囲とすることができる。
【００１２】
有用な半導体材料の例は、ガリウムヒ素、窒化ガリウム、硫化カドミウム、真性酸化亜鉛および硫化亜鉛などの化合物半導体である。
【００１３】
誘電体材料は、パターン形成回路のさまざまな部分を電気的に絶縁する。誘電体層は、絶縁体または絶縁層と称されることもある。誘電体として使用される材料の具体例として、ストロンチウム酸塩、タンタル酸塩、チタン酸塩、ジルコン酸塩、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化チタン、セレン化亜鉛および硫化亜鉛が挙げられる。それに加えて、これらの例の合金、組合せたもの、および多層化したものを誘電体として使用することができる。これらの材料のうち、酸化アルミニウムが好ましい。
【００１４】
誘電体構造層は、異なる誘電率を有する２つまたはそれ以上の層を備えるものとしてよい。このような絶縁体は、参照により本明細書に組み込まれている米国特許第５，９８１，９７０号、および参照により本明細書に組み込まれている同時係属米国特許出願公開第２００６／０２１４１５４号においいて説明されている。誘電体材料は、典型的には、約５ｅＶより高いバンドギャップを示す。有用な誘電体層の厚さはさまざまであり、特定の例では、これは約１０から約３００ｎｍまでの範囲とすることができる。
【００１５】
多数のデバイス構造を上記の機能層により形成することができる。抵抗器は、導電性が中から低の範囲の導電性材料を選択することによって加工することができる。コンデンサは、２つの導体の間に誘電体を入れることによって形成することができる。ダイオードは、２つの導電電極の間に相補的キャリアタイプ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｃａｒｒｉｅｒ ｔｙｐｅ）の２つの半導体を入れることによって形成することができる。また、相補的キャリアタイプの半導体の間に真性の半導体領域が配設されていてもよく、これはその領域にある自由電荷キャリアの数の少ないことを示す。ダイオードも、２つの導体の間に単一の半導体を入れることによって形成することができ、この場合、導体／半導体界面の１つは、電流が一方の方向に流れるのを強く阻止するショットキー障壁を形成する。トランジスタは、導体（ゲート）上に絶縁層を置き、続いて半導体層を置くことによって形成することができる。２つまたはそれ以上の追加の導体電極（ソースとドレイン）が最上部半導体層と接触する形で相隔てて配置される場合、トランジスタが形成されうる。上記のデバイスはどれも、必要な界面が形成される限り、さまざまな構成で製作することができる。
【００１６】
薄膜トランジスタの典型的な用途において、デバイス内を通る電流の流れを制御することができるスイッチに対するニーズがある。そのようなものとして、スイッチがオンにされたときに、大電流がデバイスを通って流れることができることが望まれる。電流の流れの大きさは、半導体の電荷キャリア移動度に関係する。デバイスがオフにされている場合、電流の流れは非常に小さいことが望ましい。これは、電荷キャリア濃度に関係する。さらに、可視光が薄膜トランジスタ応答に及ぼす影響がごくわずかであるか、まったくないことが一般的に好ましい。これが当てはまるためには、半導体バンドギャップは、可視光への暴露がバンド間遷移を引き起こさないよう十分に大きく（＞３ｅＶ）なければならない。高い移動度、低いキャリア濃度および高いバンドギャップをもたらすことが可能な材料は、ＺｎＯである。さらに、移動するウェブ上への大量製造のために、プロセスで使用される化学反応は、安価であるとともに低毒性であることが非常に望ましく、これはＺｎＯとその前駆体の大半の使用によって応えることができる。
【００１７】
障壁層は、ＡＬＤ蒸着プロセスが適しているもう１つの用途である。障壁層は、典型的には、汚染物質が別の材料に移るのを減らすか、または遅らせるか、または防止することすら行う材料の薄層である。典型的な汚染物質としては、空気、酸素および水が挙げられる。障壁層は、汚染物質が通過するのを減らすか、または遅らせるか、または防止する材料を含むことができるが、この用途に特に適している材料としては、酸化アルミニウム、およびさまざまな酸化物を含む重層構造物などの絶縁体が挙げられる。
【００１８】
自己飽和表面反応は、許容誤差および流動システムの制限による、または表面凹凸形状（つまり、三次元の高アスペクト比構造部内への蒸着）に関係する、さもなければ表面均一性を損なうおそれのある移送の不均一性に対するＡＬＤの感度を弱める。概して、反応プロセス中で化学物質の流束が不均一である結果として、一般的に、表面領域の異なる部分では完了時間が異なる。しかし、ＡＬＤを使用した場合、基材表面全体で反応のそれぞれを完了させることができる。そのため、完了速度が異なっていても、均一性に対して不利な条件が生じるわけではない。これは、最初に反応を完了する領域が反応を自己終結し、他の領域は、完全な処理済み表面が意図された反応を受けるまで続けることができるからである。
【００１９】
典型的には、ＡＬＤプロセスは、単一のＡＬＤサイクルで約０．１〜０．２ｎｍの薄膜を蒸着する（１サイクルは、前に示されているように工程１番から４番までを持つ）。多くの、または大半の半導体用途については約３ｎｍから３０ｎｍまでの範囲内の均一な膜厚、また他の用途についてはそれ以上に厚い膜を構成するために、有用で経済的に実現可能なサイクルタイムが達成されなければならない。工業処理能力標準によれば、基材は、好ましくは２分から３分以内に処理され、これはＡＬＤサイクルタイムが約０．６秒から約６秒までの範囲内でなければならないことを意味している。
【００２０】
ＡＬＤは、制御されたレベルの高度に均一な薄膜蒸着を行うことに関してかなり有望である。しかし、その内在する技術的能力と利点があるにもかかわらず、多くの技術上のハードルがまだ残っている。重要な考慮事項の１つは、必要なサイクルの数に関するものである。この反応物質およびパージサイクルが反復されるため、ＡＬＤを有効利用するには、パージサイクルを素早く実行することとともに、化学物質の流束をＭＬＸからＡＨＹに急激に変えることができる装置が必要であった。従来のＡＬＤシステムは、異なるガス状物質を必要なシーケンスで基材上に急速循環により送るように設計されている。しかし、必要な一連のガス組成物を必要な速度で、一部の不要な混合を行うことなく、チャンバー内に導入するための信頼性の高い方式を求めることは困難である。さらに、ＡＬＤ装置は、多数の基材の費用効果の高いコーティングを行えるように多数のサイクルに対してこの急速なシーケンシングを効率よく、かつ確実に実行することができなければならない。
【００２１】
ＡＬＤ反応が自己終結に到達するのに要する時間を最短にすることを目的として、所定の任意の反応温度で、いわゆる「パルス発生」システムを使用して、ＡＬＤ反応炉内に流れ込む化学物質の流束を最大化するのが１つのアプローチであった。ＡＬＤ反応炉内に流れ込む化学物質の流束を最大化するために、最低希釈の不活性ガスとともに高圧下でＡＬＤ反応炉内に分子前駆体を導入することが有利である。しかし、これらの対策は、短いサイクルタイムを達成する必要性とＡＬＤ反応炉からこれらの分子前駆体を高速に取り除くこととに対して不利に働く。次いで、高速に取り除くことで、ＡＬＤ反応炉内のガス滞留時間が短縮される。ガス滞留時間τは、反応炉の体積Ｖ、ＡＬＤ反応炉内の圧力Ｐ、および流量の逆数Ｑに比例する。つまり、
τ＝ＶＰ／Ｑ （３）
となる。
【００２２】
典型的なＡＬＤチャンバーにおいて、体積（Ｖ）および圧力（Ｐ）は、機械的およびポンプ動作制約条件によって独立に決まるため、低い値に滞留時間を正確に制御することが困難である。そこで、ＡＬＤ反応炉内の圧力（Ｐ）を下げることで、ガス滞留時間を短縮しやすくなり、またＡＬＤチャンバーから化学的前駆体を取り除く（パージする）速度が速くなる。対照的に、ＡＬＤ反応時間を最短にするには、ＡＬＤ反応炉内で高圧を使用することによりＡＬＤ反応炉内に流れ込む化学的前駆体の流束を最大化する必要がある。それに加えて、ガス滞留時間と化学物質使用効率は両方とも、流量に反比例する。そのため、流量を下げることで効率を高めることができるが、ガス滞留時間も延びる。
【００２３】
既存のＡＬＤアプローチには、化学物質利用効率を高めて反応時間を短縮する必要性と、その一方でパージガス滞留時間および化学物質除去時間を最短にする必要性との間にトレードオフの関係があるという欠点があった。ガス状材料を「パルス的」に送出するという固有の制限を克服するための１つのアプローチは、それぞれの反応物質ガスを連続的に供給し、基材を次々にそれぞれのガスに通すというものである。例えば、ユドフスキーに発行された米国特許第６，８２１，５６３、名称「ＧＡＳ ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＣＹＣＬＩＣＡＬ ＬＡＹＥＲ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」では、前駆体用とパージガス用に別々のガスポートを有し、真空ポンプポートをそれぞれのガスポートの間に交互に置く、真空下での処理チャンバーを説明している。それぞれのガスポートは、ガス流を基材に向けて垂直下方に送る。これらの個別のガス流は、壁または仕切りによって隔てられ、真空ポンプでそれぞれのガス流の両側でガスを排出する。それぞれの仕切りの下側部分は、基材の近く、例えば、基材表面から約０．５ｍｍ以上のところに延在する。このようにして、仕切りの下側部分は、ガス流が基材表面と反応した後にガス流を真空ポートに向かって下側部分の周りに流せる十分な距離だけ基材表面から隔てられる。
【００２４】
１つ以上の基材ウェハを保持するために、回転式ターンテーブルまたは他の移送デバイスを備える。この配置構成では、異なるガス流の下で基材が往復し、これによりＡＬＤ蒸着が行われる。一実施形態では、基材は直線経路でチャンバーに通されるが、このときに、基材は何回も前後に動かされる。
【００２５】
連続ガス流を使用する別のアプローチは、サントラらの米国特許第４，４１３，０２２号、名称「ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＰＥＲＦＯＲＭＩＮＧ ＧＲＯＷＴＨ ＯＦ ＣＯＭＰＯＵＮＤ ＴＨＩＮ ＦＩＬＭＳ」に示されている。ガス流アレイは、交互に並ぶソースガス開口部、キャリアガス開口部および真空排気開口部を備えている。このアレイの上の基材の往復運動は、ＡＬＤ蒸着を、ここでもまた、パルス動作を必要とすることなく生じさせる。図１３および図１４の実施形態では、特に、基材表面と反応性蒸気との間の連続的な相互作用は、ソース開口部の固定されたアレイの上で基材を往復運動させることで行われる。排気開口部の間にキャリアガス開口部を設けることによって拡散障壁が形成される。サントラらは、このような実施形態を使用した運転は、プロセスまたは実例の詳細がほとんど、または全く与えられていないけれども、大気圧下であっても可能であると述べている。
【００２６】
ユドフスキーの’５６３特許およびサントラらの’０２２特許で説明されているようなシステムは、パルス式ガスアプローチに内在する問題点のいくつかを回避することができるが、これらのシステムには他の短所がある。ユドフスキーの’５６３特許のガス流送出ユニットもサントラらの’０２２特許のガス流アレイも、基材に対して約０．５ｍｍ未満の近さで使用することはできない。ユドフスキーの’５６３特許およびサントラらの’０２２特許で開示されているガス流送出装置はどれも、例えば電子回路、光センサーまたはディスプレイを形成するためにフレキシブル基材として使用することが可能なような移動するウェブの表面での可能な使用を目指しては配置されていない。それぞれがガス流と真空の両方をもたらす、ユドフスキーの’５６３特許のガス流送出ユニットとサントラらの’０２２特許のガス流アレイの両方の配置構成が複雑であるため、これらの解決策は実施が難しく、拡張しようとしても費用がかかり、その潜在的有用性が、限定された寸法を有する移動する基材上への蒸着用途に制限される。さらに、アレイ内の異なる地点で均一な真空状態を維持し、相補的な圧力下でガス流と真空との同期を維持することが非常に困難な作業となり、そのため、基材表面に送られるガス流束の均一性が損なわれる。
【００２７】
セリツァ（Ｓｅｌｉｔｓｅｒ）による米国特許出願公開第２００５／００８４６１０号では、大気圧原子層化学気相成長プロセスを開示している。セリツァは、運転圧力を大気圧に変更することによって反応速度の異常な増大がもたらされ、これは反応物質の濃度の数桁の増大を伴い、必然的結果として表面反応物質の反応速度が上昇すると述べている。セリツァの実施形態は、プロセスのそれぞれの段階に対し別々のチャンバーを伴うが、米国特許出願公開第２００５／００８４６１０号の図１０には、チャンバーの壁を取り除いた実施形態が示されている。一連の分離されたインジェクタが、回転する円形基材ホルダートラックの周りに間隔をあけて並べられている。それぞれのインジェクタは、独立操作される反応物質、パージングおよび排気ガスマニホールドを組み込んでおり、プロセスにおいて下に通されるようなそれぞれの基材に対する１つの完全な単相蒸着および反応物質パージサイクルとして動作する。セリツァは、ガスインジェクタまたはマニホールドの具体的詳細についてはほとんど、または全く説明していないが、インジェクタの間隔は、隣接するインジェクタからの二次汚染がそれぞれのインジェクタ内に組み込まれているパージングガス流および排気マニホールドによって防止されるように選択されている。
【００２８】
相互反応性ＡＬＤガスの分離を行うための特に有用な方法は、レビーによって２００８年７月１０日に公開された米国特許出願公開第２００８／０１６６８８０号において説明されているガスベアリングＡＬＤデバイスである。このデバイスの効率は、比較的高い圧力が蒸着ヘッドと基材との間の間隙内に発生し、ガスは蒸着を受ける基材に近接しつつソース領域から排気領域に適切に定められた経路で強制的に送られるという事実から生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２９】
【特許文献１】米国特許第５，９８１，９７０号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００６／０２１４１５４号明細書
【特許文献３】米国特許第６，８２１，５６３号明細書
【特許文献４】米国特許第４，４１３，０２２号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００５／００８４６１０号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００８／０１６６８８０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
ＡＬＤ蒸着プロセスは、さまざまな業界においてさまざまな用途に使用するのに適しているので、特に空間的に従属しているＡＬＤと一般に称されるＡＬＤの領域内で、ＡＬＤ蒸着プロセス、システムおよびデバイスを改善する努力が現在も続けられている。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明の一態様によれば、流体分配マニホールドは、第１のプレートと第２のプレートとを備える。少なくとも第１のプレートおよび第２のプレートの少なくとも一部は、レリーフパターンを画成する。レリーフパターンによって画成される流体流配向パターンを第１のプレートおよび第２のプレートが形成するように、第１のプレートと第２のプレートとの間に金属結合剤を配設する。
【００３２】
本発明の別の態様によれば、流体分配ヘッドを組み立てる方法は、第１のプレートを設けることと、第２のプレートであって、少なくとも第１のプレートおよび第２のプレートの少なくとも一部がレリーフパターンを画成する、第２のプレートを設けることと、第１のプレートと第２のプレートとの間に配設された金属結合剤を設けることと、レリーフパターンによって画成された流体流配向パターンを、金属結合剤を使用して第１のプレートと第２のプレートとを互いに結合することによって形成することと、を含む。
【００３３】
本発明の別の態様によれば、薄膜材料を基材上に蒸着する方法は、基材を設けることと、流体分配マニホールドであって、第１のプレートと、第２のプレートであって、少なくとも第１のプレートおよび第２のプレートの少なくとも一部がレリーフパターンを画成する、第２のプレートと、レリーフパターンによって画成される流体流配向パターンを第１のプレートおよび第２のプレートが形成するように、第１のプレートと第２のプレートとの間に配設された金属結合剤と、を備える流体分配マニホールドを設けることと、レリーフパターンによって画成された流体流配向パターンにガス状材料を貫流した後に、ガス状材料を流体分配マニホールドから基材の方へ流すことと、を含む。
【００３４】
以下に提示されている本発明の例示的な実施形態の詳細な説明において、添付図面が参照される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１Ａ】マイクロチャネル拡散要素を形成するためのレリーフパターンを含むプレートの組み立てを示す線図である。
【図１Ｂ】マイクロチャネル拡散要素を形成するためのレリーフパターンを含むプレートの組み立てを示す線図である。
【図１Ｃ】マイクロチャネル拡散要素を形成するためのレリーフパターンを含むプレートの組み立てを示す線図である。
【図１Ｄ】マイクロチャネル拡散要素を形成するためのレリーフパターンを含むプレートの組み立てを示す線図である。
【図２】いくつかの例示的なディフューザーレリーフパターンおよび可変レリーフパターンの可能性を示す図である。
【図３】本発明による原子層蒸着のための送出デバイスの一実施形態の側断面図である。
【図４】薄膜蒸着が施される基材に供給されるガス状材料の１つの例示的な配置構成を示す送出デバイスの一実施形態の側断面図である。
【図５Ａ】随伴する蒸着作業の概略を示す、送出デバイスの一実施形態の側断面図である。
【図５Ｂ】随伴する蒸着作業の概略を示す、送出デバイスの一実施形態の側断面図である。
【図６】オプションのディフューザーユニットを備える、一実施形態による蒸着システム内の送出デバイスの分解斜視図である。
【図７Ａ】図６の送出デバイス用の連結プレートの斜視図である。
【図７Ｂ】図６の送出デバイス用のガスチャンバープレートの平面図である。
【図７Ｃ】図６の送出デバイス用のガス配向プレートの平面図である。
【図７Ｄ】図６の送出デバイス用のベースプレートの平面図である。
【図８】本発明のディフューザー要素を直接取り付けられる、１片の材料から機械加工で形成される送出デバイスの一実施形態の供給部分の斜視図である。
【図９】一実施形態における送出デバイス用の２プレートディフューザーアセンブリを示す斜視図である。
【図１０Ａ】水平プレートディフューザーアセンブリの一実施形態における２つのプレートのうちの一方の平面図である。
【図１０Ｂ】水平プレートディフューザーアセンブリの一実施形態における２つのプレートのうちの一方の断面斜視図である。
【図１１Ａ】水平プレートディフューザーアセンブリ内の図９に関する他のプレートの平面図である。
【図１１Ｂ】水平プレートディフューザーアセンブリ内の図９に関する他のプレートの断面斜視図である。
【図１２Ａ】組み立てられた２プレートディフューザーアセンブリの断面図である。
【図１２Ｂ】組み立てられた２プレートディフューザーアセンブリの拡大断面図である。
【図１３】結果として得られる出力面に垂直なプレートを使用する一実施形態による蒸着システム内の送出デバイスの分解斜視図である。
【図１４】垂直プレート配向設計で使用するためのレリーフパターンを含まないスペーサープレートの平面図である。
【図１５Ａ】垂直プレート配向設計で使用するためのレリーフパターンを含むソースプレートの平面図である。
【図１５Ｂ】垂直プレート配向設計で使用するためのレリーフパターンを含むソースプレートの斜視図である。
【図１５Ｃ】垂直プレート配向設計で使用するためのレリーフパターンを含むソースプレートの断面斜視図である。
【図１６Ａ】垂直プレート配向設計で使用するための粗レリーフパターンを含むソースプレートの平面図である。
【図１６Ｂ】垂直プレート配向設計で使用するための粗レリーフパターンを含むソースプレートの斜視図である。
【図１６Ｃ】垂直プレート配向設計で使用するための粗レリーフパターンを含むソースプレートの断面斜視図である。
【図１７Ａ】ディフューザーに対して存在しているガスが基材上に直接当たるのを防止するための偏向部を含む封止プレートを伴うレリーフ収容プレートを示す図である。
【図１７Ｂ】ディフューザーに対して存在しているガスが基材上に直接当たるのを防止するための偏向部を含む封止プレートを伴うレリーフ収容プレートを示す図である。
【図１８】本発明の送出デバイスを組み立てる方法の流れ図である。
【図１９】関連する距離寸法および力の方向を示す送出ヘッドの側面図である。
【図２０】基材移送システムとともに使用される分配ヘッドを示す斜視図である。
【図２１】本発明の送出ヘッドを使用する蒸着システムを示す斜視図である。
【図２２】移動するウェブに適用される蒸着システムの一実施形態を示す斜視図である。
【図２３】移動するウェブに適用される蒸着システムの別の実施形態を示す斜視図である。
【図２４】湾曲のある出力面を持つ送出ヘッドの一実施形態の側断面図である。
【図２５】送出ヘッドを基材から隔てるためにガスクッションを使用する一実施形態の斜視図である。
【図２６】移動する基材とともに使用するためのガス流体ベアリングを備える蒸着システムの一実施形態を示す側面図である。
【図２７】一実施形態によるガスディフューザーユニットの分解図である。
【図２８Ａ】図２７のガスディフューザーユニットのノズルプレートの平面図である。
【図２８Ｂ】図２７のガスディフューザーユニットのガスディフューザープレートの平面図である。
【図２８Ｃ】図２７のガスディフューザーユニットのフェイスプレートの平面図である。
【図２８Ｄ】図２７のガスディフューザーユニット内のガス混合の斜視図である。
【図２８Ｅ】図２７のガスディフューザーユニットを使用するガス抜き経路の斜視図である。
【図２９Ａ】組み立てられた２プレートディフューザーアセンブリの断面斜視図である。
【図２９Ｂ】組み立てられた２プレートディフューザーアセンブリの断面斜視図である。
【図２９Ｃ】組み立てられた２プレートガス状流体流チャネルの断面斜視図である。
【図３０】鏡面仕上げが存在することができる１つ以上の配置を示す組み立てられた２プレートディフューザーアセンブリの分解断面斜視図である。
【図３１Ａ】二次流体源と流体的に連通して連結されている一次チャンバーを備える流体分配マニホールドの断面図である。
【図３１Ｂ】二次流体源と流体的に連通して連結されている一次チャンバーを備える流体分配マニホールドの断面図である。
【図３１Ｃ】二次流体源と流体的に連通して連結されている一次チャンバーを備える流体分配マニホールドの断面図である。
【図３２Ａ】ソーススロットおよび排気スロットの構成を示す流体分配マニホールドの出力面の例示的な実施形態の概略上面図である。
【図３２Ｂ】ソーススロットおよび排気スロットの構成を示す流体分配マニホールドの出力面の例示的な実施形態の概略上面図である。
【図３２Ｃ】ソーススロットおよび排気スロットの構成を示す流体分配マニホールドの出力面の例示的な実施形態の概略上面図である。
【図３２Ｄ】ソーススロットおよび排気スロットの構成を示す流体分配マニホールドの出力面の例示的な実施形態の概略上面図である。
【図３３Ａ】平坦でない出力面を備える流体分配マニホールドの例示的な実施形態の概略側面図である。
【図３３Ｂ】平坦でない出力面を備える流体分配マニホールドの例示的な実施形態の概略側面図である。
【図３３Ｃ】平坦でない出力面を備える流体分配マニホールドの例示的な実施形態の概略側面図である。
【図３４】コーティングされる基材の両面に力を加える流体搬送システムの例示的な実施形態の概略側面図である。
【図３５】本発明に従って作られたガスパラメータ感知機能を備える流体搬送システムの例示的な実施形態の斜視図である。
【図３６】固定された基材移送サブシステムを備える流体搬送システムの例示的な実施形態の概略側面図である。
【図３７】移動可能な基材移送サブシステムを備える流体搬送システムの例示的な実施形態の概略側面図である。
【図３８】非平面的外形を有する基材移送サブシステムを備える流体搬送システムの例示的な実施形態の概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明の説明は、本発明による装置の一部を形成するか、または本発明による装置とより直接的に連携する要素を特に対象とする。特に図示または説明されていない要素も、当業者に周知のさまざまな形態をとりうることは理解されるであろう。以下の説明および図面において、可能ならば、同一の要素を示すために同一の参照番号が使用されている。
【００３７】
本発明の例示的な実施形態が概略として示されており、わかりやすくするために縮尺通りになっていない。掲示されている図は、本発明の例示的な実施形態の全体的機能および構造的配置構成を示すことが意図されている。当業者であれば、本発明の例示的な実施形態の要素の特定のサイズおよび相互接続を容易に決定することができる。
【００３８】
以下の説明のために、「ガス」または「ガス状材料」という用語は、一連の気化した、またはガス状の要素、化合物または材料のどれかを包含するように広い意味で使用される。反応物質、前駆体、真空および不活性ガスなどの本明細書で使用されている他の用語は、例えば、すべて、材料蒸着技術を熟知している者であればよく理解するように従来通りの意味を持つ。重ね合わせは、その従来の意味を有し、そこでは、要素は、一方の要素の部分の位置が他方の要素の対応する部分の位置に合わされ、その周が一般的に一致するように互いの上に、または互いに接して配置される。「上流」および「下流」という用語は、ガス流の方向に関係するようなその従来の意味を有する。
【００３９】
本発明は、より広い、ウェブベースの基材上に蒸着することに適合可能であり改善された処理速度で高度に均一な薄膜蒸着を実行することができる、ガス状材料を基材表面に送達するための改善された分配デバイスを使用する、空間依存性ＡＬＤと一般に称される、ＡＬＤの一形態に特に応用可能である。本発明の装置および方法は、連続（パルス式とは反対の）ガス状材料分配を用いる。本発明の装置は、大気圧またはほぼ大気圧だけでなく真空下でも運転することを可能にし、また密封されていないか、または外部に開放されている環境の下で運転することができる。
【００４０】
図３を参照すると、本発明による基材２０上への原子層蒸着のための送出ヘッド１０の一実施形態の側断面図が示されている。これは、通常、「浮遊ヘッド」設計と称されているが、それは、送出ヘッドから基材への１つ以上の種類のガスの流れによって発生するガス圧力を使用して、送出ヘッドと基材の相対的分離距離が確保され、維持されるからである。この種類の送出ヘッドは、レビーによる２００９年５月２１日に公開された同一出願人による米国特許出願公開第２００９／０１３０８５８Ａ１号においてさらに詳しく説明されている。
【００４１】
送出ヘッド１０は、第１のガス状材料を受け入れるための導管１４に連結されたガス注入ポートと、第２のガス状材料を受け入れるための導管１６に連結されたガス注入ポートと、第３のガス状材料を受け入れるための導管１８に連結されたガス注入ポートとを有する。これらのガスは、この後説明される構造的配置構成を有する、出力チャネル１２を介して出力面３６のところに放出される。図３およびその後の図４〜５Ｂの破線矢印は、送出ヘッド１０から基材２０へのガスの送出を指している。図３において、点線の矢印Ｘは、導管２４に連結された排気ポートと連通する、ガス排気口（この図では上方向に向き付けられて示されている）および排気チャネル２２用の経路も示している。説明を簡単にするため、ガス排気口は図４〜５Ｂに示されていない。排気ガスはそれでもたくさんの未反応の前駆体を含んでいる可能性があるため、１つの反応種を主に含む排気流と別の化学種を主に含む排気流とを混合させることは望ましくない場合がある。そういうことであるため、送出ヘッド１０は、いくつかの独立した排気ポートを備えることができる。
【００４２】
一実施形態では、ガス注入口導管１４および１６は、基材表面上で順次反応してＡＬＤ蒸着を引き起こす第１および第２のガスを受け入れるように適合され、ガス注入口導管１８は、第１および第２のガスに関して不活性であるパージガスを受け入れる。送出ヘッド１０は、この後さらに詳しく説明されているように、基材支持部上に設けることができる、基材２０から距離Ｄだけ隔てて並べられる。基材２０と送出ヘッド１０との間の往復運動は、基材２０を移動することによって、または送出ヘッド１０を移動することによって、または基材２０と送出ヘッド１０の両方を移動することによって、行うことができる。図３に示されている特定の実施形態では、基材２０は、矢印Ａによって、また図３の基材２０の左右の想像外形線によって示されているように、基材支持部９６によって出力面３６の端から端まで往復する形で移動される。往復運動は、送出ヘッド１０を使用する薄膜蒸着に必ずしも必要なわけではないことに留意されたい。この後さらに詳しく説明するように、１つ以上の方向への基材２０または送出ヘッド１０のいずれかの移動などの、基材２０と送出ヘッド１０との間の他の種類の相対運動も行える。
【００４３】
図４の断面図は、送出ヘッド１０の出力面３６の一部の上に放出されるガス流を示している（ただし、排気経路は前記のように省かれている）。この特定の配置構成において、それぞれの出力チャネル１２は図３に示されているようなガス注入口導管１４、１６、または１８のうちの１つとガス状流体で連通している。それぞれの出力チャネル１２は、典型的には、第１の反応物質ガス状材料Ｏ、または第２の反応物質ガス状材料Ｍ、または第３の不活性ガス状材料Ｉを送出する。
【００４４】
図４は、ガスの比較的基本的な、または単純な配置構成を示している。非金属蒸着前駆体（材料Ｏのような）の複数の流れまたは金属含有前駆体材料（材料Ｍのような）の複数の流れを順次、薄膜単一蒸着におけるさまざまなポートに送出することができる。あるいは、例えば金属の交互に並ぶ層を有するか、または金属酸化物材料中に混ぜられたより少ない量のドーパントを有する、複雑な薄膜材料を形成するときに、反応物質ガスの混合物、例えば、金属前駆体材料の混合物、または金属と非金属の前駆体の混合物を単一の出力チャネルのところに施すことができる。著しいことに、パージガスとも称される、不活性ガスに対するラベルＩが付けられているインターストリーム（ｉｎｔｅｒ−ｓｔｒｅａｍ）は、ガスが互いに反応する可能性のある反応物質チャネルを分離する。第１および第２の反応物質ガス状材料ＯおよびＭは、互いに反応して、ＡＬＤ蒸着を引き起こすが、いずれの反応物質ガス状材料ＯおよびＭも不活性ガス状材料Ｉとは反応しない。図４およびこれ以降で使用される用語は、いくつかの典型的な種類の反応物質ガスを示唆している。例えば、第１の反応物質ガス状材料Ｏは、酸化ガス状材料とすることができ、第２の反応物質ガス状材料Ｍは、亜鉛を含む材料などの金属含有化合物とすることができる。不活性ガス状材料Ｉは、窒素、アルゴン、ヘリウムまたはＡＬＤシステムにおいてパージガスとして一般に使用される他のガスとすることができる。不活性ガス状材料Ｉは、第１または第２の反応物質ガス状材料ＯおよびＭに関して不活性である。第１の反応物質ガス状材料と第２の反応物質ガス状材料との反応は、一実施形態において、半導体で使用される、酸化亜鉛ＺｎＯまたはＺｎＳなどの金属酸化物または他の二元化合物を形成する。２つより多い反応物質ガス状材料の間の反応は、三元化合物、例えば、ＺｎＡｌＯを形成することができる。
【００４５】
図５Ａおよび５Ｂの断面図は、簡素化された略図形態で、反応物質ガス状材料ＯおよびＭを送出するときに送出ヘッド１０の出力面３６に沿って基材２０が通ると実行されるＡＬＤコーティング作業を示している。図５Ａにおいて、基材２０の表面は、最初に、第１の反応物質ガス状材料Ｏを送出するときに指定される出力チャネル１２から連続的に放出される酸化材料を受ける。そこで、基材の表面は、材料Ｍとの反応の影響を受けやすい、材料Ｏの部分的反応形態を含む。次いで、基材２０が第２の反応物質ガス状材料Ｍの金属化合物の経路内に入ると、Ｍとの反応が生じ、２つの反応物質ガス状材料から形成されうる金属酸化物または他の何らかの薄膜材料を形成する。従来の解決策とは異なり、図５Ａおよび５Ｂに示されている蒸着順序は、パルス的ではなく、所定の基材または指定されたその領域に対して蒸着時に連続的である。つまり、材料ＯおよびＭは、基材２０が送出ヘッド１０の表面を横切るときに、または逆に、送出ヘッド１０が基材２０の表面に沿って移動するときに連続的に放出される。
【００４６】
図５Ａおよび５Ｂに示されているように、不活性ガス材料Ｉは、第１の反応物質ガス状材料Ｏの流れと第２の反応物質ガス状材料Ｍの流れとの間で、交互に並ぶ出力チャネル１２において供給される。特に、図３に示されていたように、排気チャネル２２がある。送出ヘッド１０から放出され、処理で使用された使用済みガスを抜くために、少量の引き込みのある、排気チャネル２２のみが必要である。
【００４７】
一実施形態では、同時係属の、同一出願人による、米国特許出願公開第２００９／０１３０８５８号において詳しく説明されているように、基材２０に対してガス圧力を当てて、少なくとも一部は加えられる圧力の力によって分離距離Ｄを維持する。本発明の装置は、出力面３６と基材２０の表面との間のガス圧力を維持することによって、送出ヘッド１０それ自体のために、あるいは、基材２０用に、空気ベアリング、またはより適切にはガス流体ベアリングの少なくとも一部を構成することができる。この配置構成は、送出ヘッド１０に対する移送機構を簡素化するのに役立つ。送出デバイスを基材に接近させてガス圧力によって支えられるようにできると、ガス流間の分離を行いやすい。ヘッドをこれらの流れの上に浮遊させられるようにすることによって、ガスを注入口から排気口に他のガス流との混じり合いをほとんど、または全くなくして送らせる反応性およびパージ流領域内に圧力場を形成する。このような一実施形態では、分離距離Ｄは比較的小さいので、距離Ｄの変化がわずかあっても（例えば、１００マイクロメートルでも）、流量の、したがってその結果、分離距離Ｄをもたらすガス圧力の著しい変化を必要とする場合がある。例えば、一実施形態では、分離距離Ｄを２倍にすると、変化は１ｍｍ未満であり、分離距離Ｄをもたらすガスの流量を２倍以上、好ましくは４倍以上にする必要がある場合がある。あるいは、空気ベアリング効果を使用して基材２０の表面から送出デバイス１０を少なくとも部分的に分離することができるが、本発明の装置を使用することで、送出ヘッド１０の出力表面３６から基材２０を持ち上げるか、または浮揚させることができる。
【００４８】
しかし、本発明は、浮遊ヘッドシステムを必要とせず、送出デバイスおよび基材を従来のシステムと同様に固定された距離Ｄのところに置くことができる。例えば、送出デバイスおよび基材を、ヘッドが流量の変化に応じて基材との関係で垂直に移動できず、基材が垂直に固定された基材支持部上に置かれている、互いから分離距離のところに機械的に固定することができる。あるいは、例えば、プラテンを含む、他の種類の基材ホルダーを使用することもできる。
【００４９】
本発明の一実施形態では、送出デバイスは、基材上への薄膜材料蒸着のためにガス状材料を供給する出力面を有する。送出デバイスは、複数の注入ポート、例えば、第１のガス状材料、第２のガス状材料および第３のガス状材料の共通の供給をそれぞれ受け入れることができる少なくとも第１の注入ポート、第２の注入ポートおよび第３の注入ポートを備える。送出ヘッドは、第１の複数の細長い放出チャネル、第２の複数の細長い放出チャネルおよび第３の複数の細長い放出チャネルも備え、第１の細長い放出チャネル、第２の細長い放出チャネルおよび第３の細長い放出チャネルのそれぞれは、対応する第１の注入ポート、第２の注入ポートおよび第３の注入ポートのうちの１つとガス状流体による連通を可能にする。送出デバイスは、複数の開口プレートとして形成され、出力面に関して実質的に平行に配設され、相互接続する供給チャンバーと、第１のガス状材料、第２のガス状材料および第３のガス状材料のそれぞれをその対応する注入ポートからその対応する複数の細長い放出チャネルに送るための配向チャネルとのネットワークを画成するように重ね合わされる。
【００５０】
第１の複数の細長い放出チャネル、第２の複数の細長い放出チャネルおよび第３の複数の細長い放出チャネルのそれぞれは、長さ方向に延在し、実質的に平行である。それぞれの第１の細長い放出チャネルは、最も近い位置にある第２の細長い放出チャネルから第３の細長い放出チャネルによってそれぞれの細長いその側部上で隔てられている。それぞれの第１の細長い放出チャネルおよびそれぞれの第２の細長い放出チャネルは、第３の細長い放出チャネルの間に置かれる。
【００５１】
第１の複数の細長い放出チャネル、第２の複数の細長い放出チャネルおよび第３の複数の細長い放出チャネルのうちの複数からなる少なくとも１つの群に含まれる細長い放出チャネルのそれぞれは、送出デバイスの出力面に関して実質的に直交する形で第１のガス状材料、第２のガス状材料および第３のガス状材料のうちの少なくとも１つのそれぞれの流れを向き付けることができる。ガス状材料の流れは、基材の表面に対して実質的に直交する形で、これらの複数からなる少なくとも１つの群に含まれる細長い放出チャネルのそれぞれから直接的、または間接的のいずれかで生じさせることができる。
【００５２】
図６の分解図は、そのような一実施形態におけるアセンブリ全体の小さな部分について、送出ヘッド１０を一組の開口プレートからどのように製作できるかを示し、また複数の種類のガスのうちの１つの種類のガスのちょうど１つの部分について例示的なガス流路を示している。送出ヘッド１０の連結プレート１００は、送出ヘッド１０の上流にあり、図６に示されていない、ガス供給部に連結するための一連の入力ポート１０４を有する。それぞれの入力ポート１０４は、受け取ったガスをガスチャンバープレート１１０に向き付ける配向チャンバー１０２と連通している。ガスチャンバー１１０は、ガス方向プレート１２０上の個別配向チャネル１２２とガス流で連通している供給チャンバー１１２を有する。ガス流は、配向チャネル１２２から、ベースプレート１３０上の特定の細長い排気チャネル１３４に進む。ガスディフューザーユニット１４０は、入力ガスの拡散と最終的送出とをその出力面３６で行う。ディフューザーシステムは、上述の浮遊ヘッドシステムに対して特に有利であるが、それは、ヘッドを浮遊しやすくする逆圧を送出デバイス内に発生させることができるからである。例示的なガス流Ｆ１は、送出ヘッド１０のコンポーネントアセンブリのそれぞれを通して追跡されている。
【００５３】
図６の例に示されているように、送出ヘッド１０の送出アセンブリ１５０は、連結プレート１００、ガスチャンバープレート１１０、ガス方向プレート１２０およびベースプレート１３０の重ね合わされた開口プレートの配置構成として形成される。これらのプレートは、「水平」の実施形態における出力面３６に対して実質的に平行に配設される。
【００５４】
ガスディフューザーユニット１４０は、後で説明するように、重ね合わされた開口プレートから形成される。図６に示されているプレートのどれも、重ね合わされたプレートのスタックから加工することができることは理解されうる。例えば、適切に結合された４つの、または５つの積層開口プレートから連結プレート１００を形成すると有利であると思われる。この種類の配置構成は、配向チャンバー１０２および入力ポート１０４を形成するための機械加工または成形を行う方法に比べて複雑度が下がる可能性がある。
【００５５】
図７Ａから７Ｄは、図６の実施形態における送出デバイス１０を形成するために一緒に組み合わせることができる主要コンポーネントのそれぞれを示している。図７Ａは、複数の配向チャンバー１０２および入力ポート１０４を示す、連結プレート１００の斜視図である。図７Ｂは、ガスチャンバープレート１１０の平面図である。供給チャンバー１１３は、一実施形態における送出ヘッド１０用のパージまたは不活性ガス（定常状態運転時の同じ分子種の間の分子的機序に基づく混合を伴う）に使用される。供給チャンバー１１５は、一実施形態における前駆体ガス（Ｏ）用の混合を行い、排気チャンバー１１６は、この反応性ガスの排気経路を構成する。同様に、供給チャンバー１１２は、他の必要な反応性ガス、第２の反応物質ガス状材料（Ｍ）を供給し、排気チャンバー１１４は、このガスの排気経路を構成する。
【００５６】
図７Ｃは、この実施形態における送出ヘッド１０用のガス方向プレート１２０の平面図である。第２の反応物質ガス状材料（Ｍ）を供給する複数の配向チャネル１２２は、適切な供給チャンバー１１２（この図面には示されていない）とベースプレート１３０との連結のためにあるパターンで配置構成されている。対応する排気配向チャネル１２３は、配向チャネル１２２の付近に位置決めされる。配向チャネル９０は、第１の反応物質ガス状材料（Ｏ）を供給する。配向チャネル９２は、パージガス（Ｉ）を供給する。
【００５７】
図７Ｄは、水平プレートから形成されたベースプレート１３０を示す平面図である。適宜、ベースプレート１３０は、入力ポート１０４（図７Ｄには示されていない）を備えることができる。図７Ｄの平面図は、細長い放出チャネル１３２と細長い排気チャネル１３４とを有する、出力側から見たベースプレート１３０の外面を示している。図６を参照すると、図７Ｄの図面は、ガスディフューザーユニット１４０に面する側部から見た図である。ここでもまた、図６および７Ａ〜７Ｄは１つの例示的な実施形態を示していることに留意すべきであり、他の多数の実施形態も可能である。
【００５８】
図２７の分解図は、図６の実施形態で、またこの後に説明される他の実施形態で使用されているような、オプションのガスディフューザーユニット１４０の一実施形態を形成するために使用されるコンポーネントの基本的配置構成を示している。これらは、図２８Ａの平面図に示されている、ノズルプレート１４２を備える。図６、２７、および２８Ａの図面に示されているように、ノズルプレート１４２はベースプレート１３０に設けられ、細長い放出チャネル１３２からのガス流を受ける。図示されている実施形態では、ガス導管１４３が必要なガス状材料を供給する。順に並ぶ第１の排気スロット１８０が、この後説明されるように、排気経路内に設けられている。
【００５９】
図２８Ｂを参照すると、プレート１４２および１４８（図２７に示されている）と連携して拡散を行う、ガスディフューザープレート１４６がノズルプレート１４２に設けられている。ノズルプレート１４２、ガスディフューザープレート１４６および出力面プレート１４８上のさまざまな通路の配置構成は、ガス流に対し必要な量の拡散を与えると同時に、基材２０の表面領域から排気ガスを効率よく遠ざけるように最適化されている。スロット１８２は、排気ポートを備える。図示されている実施形態では、出力通路１４７を形成するガス供給スロットおよび排気スロット１８２は、ガスディフューザープレート１４６内に交互に並ぶ。
【００６０】
図２８Ｃに示されているような、出力面プレート１４８は、基材２０に面している。ガスを供給するための出力通路１４９および排気スロット１８４は、ここでもまた、この実施形態により交互に並ぶ。出力通路１４９は、一般に細長い放出スロットと称されるが、これは、ディフューザーユニット１４０が含まれる場合に送出ヘッド１０用の出力チャネル１２として使用されるからである。
【００６１】
図２８Ｄは、ガスディフューザーユニット１４０を通るガス送出経路に的を絞っているが、図２８Ｅは、対応する仕方でガス排気経路を示している。図２８Ｄを参照すると、代表的な一組のガスポートについて、一実施形態における出力流Ｆ２に対する反応物質ガスの完全な拡散に使用される配置構成全体が示されている。ベースプレート１３０（図６）からのガスは、ノズルプレート１４２上のガス導管１４３に通される。ガスは、ガスディフューザープレート１４６上の出力通路１４７に進む。図２８Ｄに示されているように、一実施形態において導管１４３と通路１４７との間に垂直オフセットがありえ（つまり、図２７に示されている水平プレート配置構成を使用し、垂直は水平プレートの平面に関して法線方向である）、逆圧を発生し、したがってより均一な流れを促進するのを助ける。次いで、ガスは、出力面プレート１４８上の出力通路１４９にさらに進み、出力チャネル１２を構成する。導管１４３ならびに出力通路１４７および１４９は、空間的にオフセットされうるだけでなく、異なる幾何学的形状を有して混合を最適なものにすることもできる。
【００６２】
オプションのディフューザーユニットが存在していない場合に、ベースプレート内の細長い放出チャネル１３２を、出力通路１４９の代わりに送出ヘッド１０用の出力チャネル１２として使用することができる。通路１４９は、一般に細長い放出スロットと称されるが、これは、ディフューザーユニット１４０が含まれる場合に送出ヘッド１０用の出力チャネル１２として使用されるからである。
【００６３】
図２８Ｅは、類似の実施形態においてガスを抜くために用意された排気経路をシンボル的に辿った図であり、下流の方向は供給されるガスの方向と反対である。流れＦ３は、順次に並ぶ第３の排気スロット１８４、第２の排気スロット１８２および第１の排気スロット１８０をそれぞれ通る排出ガスの経路を示している。ガス供給のための流れＦ２のより循環的な混合経路と異なり、図２８Ｅに示されているガスを抜く配置構成は、使用済みガスを表面から高速に移動することを意図したものである。そのため、流れＦ３は、比較的直接的であり、基材表面からガスを抜き去る。
【００６４】
再び図６を参照すると、連結プレート１００、ガスチャンバープレート１１０、ガス方向プレート１２０およびベースプレート１３０として示されているコンポーネントの組み合わせをグループ化して送出アセンブリ１５０を構成することができる。図６の座標配置構成および図面を使用して、水平ではなく垂直の開口プレートから形成される、後述のものを含む、送出アセンブリ１５０用の代替的実施形態も可能である。
【００６５】
図６の実施形態の送出ヘッドの要素は、正しい配置にあるガスをディフューザーに送出するのに必要なガス流路を実現するためのいくつかの重なるプレートからなる。この方法は、非常に複雑な内部経路が開口プレートの単純な重ね合わせによって形成されうるため、有用である。あるいは、現在の機械加工または高速試作品製作方法により、ディフューザーと連絡するための適切な内部経路を含むように材料の単一のブロックを機械加工で形成することが可能である。例えば、図８は、単一の機械加工されたブロック３００の一実施形態を示している。このブロックでは、供給管路３０５は、ブロックにチャネルを掘ることによって形成される。これらの管路は、図示されているように両端が出口になっているか、または一方の端部に栓をするか、または封止することができる。運転時に、これらのチャネルに両端から供給することができるか、またはこれらのチャネルは、システム全体に取り付けられている後続のブロックへのフィードトラフとして働きうる。細長い出力面開口部に至るさまざまなチャネルへの供給のために、小さなチャネル３１０がこれらの供給管路からディフューザープレートアセンブリ１４０に延在する。
【００６６】
送出ヘッドの他の領域内に制御された逆圧を発生することが望ましい。図１Ａを参照すると、２つの完全に平坦なプレート２００を１つに組み立てた場合、これらのプレートは互いに封止し、組み立てられたプレートユニット２１５を形成する。図面に対して垂直の方向にガスを流そうとした場合、組み立てられたプレートユニット２１５はガスを通さない。
【００６７】
あるいは、これらのプレートの一方または両方は、小さな、または微小の高さ変化がある領域を有することができ、最大の高さは、プレートの主もしくは元の高さと同じ高さである。高さ変化のある領域は、レリーフパターンと称されうる。レリーフパターンのあるプレートを使用してプレートアセンブリを製作した場合、送出ヘッドの他の領域内の制御された逆圧の発生を助ける流れの制限を引き起こすマイクロチャネルが形成される。
【００６８】
例えば、図１Ｂでは、単一の平坦なプレート２００を、レリーフパターンをその表面の一部内に含むプレート２２０に嵌め合わせることができる。これら２つのプレートを組み合わせて組み立てられたプレートユニット２２５を形成する場合、制限のある開口部がプレートの接触によって形成される。図１Ｃおよび１Ｄは、レリーフパターン２００を含む２つのプレートまたはレリーフパターンが両側にあるプレート２３０を組み立てて、組み立てられたプレートユニット２３５および２４５などのさまざまなディフューザーパターンを形成することをそれぞれ示している。
【００６９】
大まかに言うと、レリーフパターンは、組み立てられたときに所望の流れの制限をもたらす構造を備えるということである。一例として、プレートの単純な選択された粗面化領域が挙げられる。これらは、荒仕上げを形成するように設計されたサンディング、サンドブラスティングまたはエッチングプロセスなどの方向性のない粗面化方法によって製作することができる。
【００７０】
あるいは、明確に定められた、または事前に定義された特徴体を形成するプロセスによってマイクロチャネルの領域を生成することができる。このようなプロセスとして、エンボス加工または刻印（スタンピング）によるパターン形成が挙げられる。パターン形成を行う好ましい方法は、フォトレジストパターンを施すことができる部分のフォトエッチングと、その後の、フォトレジストが存在しない領域内の金属のエッチングとを伴う。このプロセスを単一の部分に数回実行して、異なる深さのパターンを形成するとともに、より大きな金属シートから一部を個片切断（ダイシング）することができる。
【００７１】
これらの部分は、材料を基材上に蒸着することによって形成することもできる。このような構成において、始まりの平坦な基材プレートを好適な材料から形成することができる。次いで、材料のパターン形成を施した蒸着によってこのプレート上にパターンを構築することができる。材料蒸着は、フォトレジストのような感光材料の均一なコーティングを施し、次いで、光を用いる方法を現像とともに使用して材料のパターン形成を行うことなどによって、光学的パターンにより実行できる。インクジェット印刷、グラビア印刷またはスクリーン印刷などの加法的印刷方法によってレリーフ用の材料を施すこともできる。
【００７２】
これらの部分の直接成形も行うことができる。この技術は、所望のプレートの金型を作り、その後、部分をポリマー成形のためのよく理解されている方法のどれかを使用して製造することができる、ポリマー材料に特に適している。
【００７３】
典型的には、プレートは、厚さが約０．００１インチから０．５インチまでと可変である実質的に平坦な構造物であり、レリーフパターンがプレートの一方の面または両面に存在する。レリーフパターン（または複数のレリーフパターン）が１つのチャネル（または複数のチャネル）を形成する場合、チャネルは、均一な流れの逆圧を直線領域の上に生じさせガスの流れを適切に拡散する流れの制限を引き起こすために非常に小さい流れに利用可能な開断面を有していなければならない。好適な逆圧を引き起こすために、流れに対する開断面は、典型的には、１００，０００μｍ２未満の、好ましくは１０，０００μｍ２未満の開口部を備える。
【００７４】
典型的なプレート構造が、図で示されている軸方向で、図２に斜視図で示されている。金属プレートの表面は、ｚ方向に最も高い領域２５０を有する。ガスがディフューザーから出る場合、ガスは、ディフューザー領域２６０内をｙ方向に通る前にガスをｘ方向で横方向に流せる比較的深い凹部２５５内に何らかの形で入り込む。例示することを目的として、円柱ポスト２６５、正方形のポスト２７０および任意の形状２７５を含む、いくつかの異なるパターンがディフューザー領域２６０内に示されている。ｚ方向の特徴体２６５、２７０または２７５の高さは、典型的には、その頂面がプレート表面２５０の比較的平坦な領域と同じになるような高さであるべきであり、これにより、平坦なプレートが図２のプレート上に重ね合わされたときに、ポスト構造の頂部で接触が生じ、ガスがポスト構造の間に残されている領域内でのみ強制的に進行させられる。パターン２６５、２７０および２７５は、例示的なものであり、必要な逆圧をもたらす好適なパターンを選択することができる。
【００７５】
図２は、単一のプレート構造上のいくつかの異なるディフューザーパターンを示している。特定のガス出口パターンを形成するために単一のディフューザーチャネル上にいくつかの異なる構造を有することが望ましいことがある。あるいは、それにより望ましい均一な流れが生じる場合には単一のパターンのみを有することが望ましいことがある。さらに、特徴体のサイズまたは密度がディフューザーアセンブリ内の位置に応じて変化する単一のパターンを使用することができる。
【００７６】
図９から１２Ｂは、水平に配設されているガスディフューザープレートアセンブリ１４０の構造の詳細を示している。ディフューザープレートアセンブリ１４０は、好ましくは、図９の分解斜視図に示されているように２つのプレート３１５と３２０とからなる。このアセンブリ３１５の頂部プレートは、図１０Ａ（平面図）と１０Ｂ（斜視図）とにさらに詳しく示されている。斜視図は、点線１０Ｂ−１０Ｂ上の断面とみなされる。ディフューザーパターン３２５の領域が図示されている。このアセンブリ３２０の底部プレートは、図１１Ａ（平面図）と１１Ｂ（斜視図）とにさらに詳しく示されている。斜視図は、点線１１Ｂ−１１Ｂ上の断面とみなされる。
【００７７】
これらのプレートの組み合わされた動作は、組み立てられた構造、およびチャネルの１つの拡大をそれぞれ示している、図１２Ａおよび１２Ｂに示されている。組み立てられたプレート構造において、供給ガス３３０はプレート内に入り、プレート３１５とプレート３２０との組み立てにより微細チャネルから現在構成されているディフューザー領域３２５へと強制的に貫流される。ディフューザーを通過した後、拡散ガス３３５は出力面へ出る。
【００７８】
再び図６を参照すると、連結プレート１００、ガスチャンバープレート１１０、ガス方向プレート１２０およびベースプレート１３０として示されているコンポーネントの組み合わせをグループ化して送出アセンブリ１５０を構成することができる。図６の座標配置構成を使用して、水平ではなく垂直の開口プレートから形成される送出アセンブリ１５０用の代替的実施形態も可能である。
【００７９】
図１３を参照すると、底面図から見た（つまり、ガス放出側から見た）、そのような代替的実施形態が図示されている。このような代替的配置構成は、送出ヘッドの出力面に関して垂直方向に配設されている重ね合わされた開口プレートのスタックを使用して送出アセンブリに使用されうる。
【００８０】
ディフューザー領域のない典型的なプレート外形３６５が図１４に示されている。供給穴３６０は、一連のプレートが重ね合わされたときに供給チャネルを形成する。
【００８１】
再び図１３を参照すると、２つのオプションのエンドプレート３５０が、この構造の端部に据え付けられている。この例示的な構造の特定の要素は、ディフューザーを介して供給管路＃２を出力面に連結するプレート３７０、ディフューザーを介して供給管路＃５を出力面に連結するプレート３７５、ディフューザーを介して供給管路＃４を出力面に連結するプレート３８０、ディフューザーを介して供給管路＃１０を出力面に連結するプレート３８５、ディフューザーを介して供給管路＃７を出力面に連結するプレート３９０、およびディフューザーを介して供給管路＃８を出力面に連結するプレート３９５である。プレートの種類とシーケンス内でのその順序とを変えることによって、入力チャネルから出力面位置への組み合わせおよび順序を達成することができることは理解されるであろう。
【００８２】
図１３の特定の実施形態において、プレートは、単一の面にのみパターンをエッチングしており、裏面（見えていない）は、供給管路に穴が必要である場合および組み立てもしくは締め付けが必要である場合（ねじ穴、アライメント穴）を除き滑らかである。シーケンス内のどれか２つのプレートに注目すると、ｚ方向の次のプレートの裏は、前のプレートに接する平坦なシールプレートとして、またそれと同時に、ｚ方向で前方に面するその面上で、出力面内の次の細長い開口部に対するチャネルおよびディフューザーとして使用される。
【００８３】
あるいは、パターン両面にエッチングしたプレートを有し、次いで、それらの間に平坦なスペーサープレートを使用して封止機構を構成することが可能である。
【００８４】
図１５Ａ〜１５Ｃは、垂直プレートアセンブリ内で使用される典型的なプレート、この場合は８番目の供給穴を出力面のディフューザー領域に連結するプレートの詳細図を示している。図１５Ａは平面図を示しており、図１５Ｂは斜視図を示しており、図１５Ｃは、図１５Ｂの点線１５Ｃ−１５Ｃのところで切断された斜視断面図を示している。
【００８５】
図１５Ｃのプレートの拡大図は、指定された供給管路３６０からガスを取り出し、それを例えば前の方の図２で説明されているようなレリーフパターン（図示せず）を有するディフューザー領域４１０に送る送出チャネル４０５を示している。
【００８６】
ディフューザーチャネルを備える別の種類のプレートが図１６Ａ〜１６Ｃに示されている。この実施形態では、プレートは、組み立てられた構造物においてガスを通すことができるレリーフパターンを形成する、個別の凹部４３０を備える主に隆起している領域４２０からなる個別のディフューザーパターンを通じて５番目の供給チャネルを出力領域に連結する。この場合、隆起領域４２０は、プレートが別の平坦なプレートに面して組み立てられたときに流れを阻止し、ガスは個別の凹部を通って流入しなければならず、凹部は拡散チャネルの個別の入口領域が相互連結しないような形でパターン形成される。他の実施形態では、流路の実質的に連続的なネットワークが図２に示されているように拡散チャネル２６０内に形成され、その中のポートまたは他の突起部またはマイクロブロッキング領域が、ガス状材料が流れるのを可能にするマイクロチャネルを分離する。
【００８７】
このディフューザーに対するＡＬＤ蒸着装置の用途には、出力面上の隣接する細長い開口部があり、その一部はガスを出力面に供給し、他はガスを引き出す。ディフューザーは両方向に作動し、その違いはガスが出力面に強制的に送られるか、またはそこから引き出されるかである。
【００８８】
ディフューザーチャネルの出力は、出力面の平面と視線方向で接触している。あるいは、封止プレートとレリーフパターンを備えるプレートとの接触によって形成されるディフューザーから出るガスをさらに拡散させる必要がある場合がある。図１７Ａおよび１７Ｂは、レリーフパターンを含むプレート４５０が、ディフューザー領域４６５から出るガスを出力面３６に到達する前に偏向させる付加的な特徴体４６０を有する封止プレート４５５と接触している場合のそのような設計を示している。
【００８９】
図１３を再び参照すると、アセンブリ３５０ではプレートの順序は任意である。簡単のため、それぞれの種類の開口プレートに英字指示記号を付け、Ｐｕｒｇｅ Ｐ、Ｒｅａｃｔａｎｔ Ｒ、およびＥｘｈａｕｓｔ Ｅとすることができる。必要なパージガスとともに２種類の反応ガスを供給するための最小の送出アセンブリ３５０および典型的なＡＬＤ蒸着を行うための排気チャネルは、完全な短縮記号シーケンス、Ｐ−Ｅ１−Ｒ１−Ｅ１−Ｐ−Ｅ２−Ｒ２−Ｅ２−Ｐ−Ｅ１−Ｒ１−Ｅ１−Ｐ−Ｅ２−Ｒ２−Ｅ２−Ｐ−Ｅ１−Ｒ１−Ｅ１−Ｐを使用して表すことができ、このシーケンス中、Ｒ１およびＲ２は使用される２種類の異なる反応物質ガスに対する、異なる向きの反応物質プレートを表し、Ｅ１およびＥ２はそれに対応して異なる向きの排気プレートを表す。
【００９０】
そこで、図３を再び参照すると、細長い排気チャネル１５４は、従来の意味で、真空ポートである必要はないが、その対応する出力チャネル１２から流れを引き抜くように単純に構成することができ、これにより、チャネル内に均一な流れパターンを形成することが簡単になる。隣接する細長い放出チャネルのところのガス圧力の逆の圧力よりごくわずか小さい負の引く力が、秩序正しい流れを促進するのを助ける可能性がある。負の引く力は、例えば、０．２から１．０気圧までの範囲のソース（例えば、真空ポンプ）での引く圧力で作用することができるが、典型的な真空は、例えば、０．１気圧未満である。
【００９１】
送出ヘッド１０によって供給される流れパターンを使用することで、ガスを個別に蒸着チャンバーにパルス的に送る、前の方の「背景技術」の項で指摘されているような従来のアプローチに勝る多数の利点がもたらされる。蒸着装置の移動度が改善しており、本発明のデバイスは、基材の寸法が蒸着ヘッドのサイズを超えている大量蒸着用途に適している。流れの動態も、前のアプローチに比べて改善されている。
【００９２】
本発明で使用される流れの配置構成により、図３に示されていたような、送出ヘッド１０と基材２０との間の距離Ｄを非常に小さくすることができ、好ましくは１ｍｍにすることができる。出力面３６は、基材表面から約１ミル（約０．０２５ｍｍ）以内と、非常に近い位置に置くことができる。比較すると、前の方で引用したユドフスキーによる米国特許第６，８２１，５６３号で説明されているような以前のアプローチは、基材表面との間の距離を０．５ｍｍ以上に制限されていたが、本発明の実施形態は、０．５ｍｍ未満、例えば、０．４５０ｍｍ未満で実施することができる。実際、送出ヘッド１０を基材表面にさらに近い位置に置くことが、本発明では好ましい。特に好ましい実施形態では、基材の表面からの距離Ｄは、０．２０ｍｍ以下、好ましくは１００μｍ未満としてよい。
【００９３】
一実施形態では、浮遊システムを使用することによって、本発明の送出ヘッド１０をその出力面３６と基材２０の表面との間で好適な分離距離Ｄ（図３）に維持することができる。
【００９４】
複数の出力チャネル１２のうちの１つ以上の出力チャネルから放出されるガスの圧力によって力が発生する。この力が送出ヘッド１０に対する有益な緩衝または「空気」ベアリング（ガス流体ベアリング）効果をもたらすためには、基材に密接に接触しうる出力面３６に沿った十分なランディング領域（面積）、つまり、固体表面領域（面積）がなければならない。ランディング面積の割合は、その下のガス圧力の上昇を許す出力面３６の固体領域（面積）の相対的な量に対応する。端的に言うと、ランディング領域（面積）は、出力面３６の総面積（領域）から出力チャネル１２と排気チャネル２２の総表面積（領域）を引いたものとして計算できる。これは、幅ｗ１を有する出力チャネル１２の、または幅ｗ２を有する排気チャネル２２の、ガス流れ領域（面積）を除外した総領域（面積）はできる限り最大化されなければならないことを意味している。一実施形態では、９５％のランディング領域（面積）が設けられる。他の実施形態では、例えば８５％または７５％などの、より小さなランディング面積値を使用することができる。分離距離または緩衝力を変更し、したがって距離Ｄをしかるべく変更するために、ガス流量の調整も利用できる。
【００９５】
ガス流体ベアリングを設けることには利点があり、したがって、送出ヘッド１０は基材２０の真上の距離Ｄのところに実質的に維持されることは理解されるであろう。これにより、好適な種類の移送機構を使用する送出ヘッド１０の本質的に摩擦のない運動が可能になる。次いで、送出ヘッド１０を、チャネル内を前後移動するときに基材２０の表面の真上に「ホバリング」させ、材料蒸着時に基材２０の表面上を端から端までスイーピングさせることができる。
【００９６】
蒸着ヘッドは、１つのプロセスにおいて組み立てられた一連のプレートを備える。これらのプレートは、水平に配設されるか、または垂直に配設されるか、またはこれらの組み合わせを含みうる。
【００９７】
組み立てプロセスの一例が、図１８に示されている。基本的に、基材上に薄膜材料の蒸着を行うための送出ヘッドを組み立てるプロセスは、一連のプレートを加工することと（図１８のステップ５００）、少なくともその一部分がディフューザー要素を形成するためのレリーフパターンを含むことと、それらのプレートを順に相互に取り付けて１つ以上のディフューザー要素に連結された供給管路のネットワークを形成することとを含む。このようなプロセスは、適宜、レリーフパターンをそれぞれが含む少なくとも一対のプレートの間に置かれているレリーフパターンを含まないスペーサープレートを配置することを伴う。
【００９８】
一実施形態では、組み立ての指令によって、出力面内の第１のガス状材料の複数の細長い出力開口部のそれぞれが、出力面内の第３のガス状材料の複数の細長い出力開口部のうちの少なくとも１つによって、出力面内の第２のガス状材料の複数の細長い出力開口部のうちの少なくとも１つから隔てられる複数の流路が形成される。別の実施形態では、組み立ての指令によって、出力面内の第１のガス状材料の複数の細長い出力開口部のそれぞれが、蒸着時に出力面の領域からガス状材料を引き出すために細長い排気開口部が排気ポートに連結されている出力面内の少なくとも１つの細長い排気開口部によって、出力面内の第２のガス状材料の複数の細長い出力開口部のうちの少なくとも１つから隔てられる複数の流路が形成される。
【００９９】
プレートは、最初に、限定はしないが、刻印（スタンピング）、エンボス加工、成型、エッチング、フォトエッチングまたは研磨のプロセスを伴う好適な手段によって加工されうる。
【０１００】
封止剤または接着剤をプレートの表面に塗布して、プレート同士を付着させることができる（図１８のステップ５０２）。これらのプレートは、微細パターニング領域を含むことができるので、接着剤を塗布する際に、組み立てるときにヘッドのクリティカル領域を阻害するおそれのある過剰な接着剤を塗布しないことが重要である。あるいは、接着剤は、機械的安定性が得られる十分な接着効果をそのまま確保しつつ、内部構造のクリティカル領域に干渉しないようにパターン形成形態で塗布することができる。接着剤は、エッチングプロセスの後のプレート表面に残るフォトレジストなどの、複数のプロセスステップのうちの１つのプロセスステップの副産物でもありうる。
【０１０１】
接着剤または封止剤は、エポキシ系接着剤、シリコーン系接着剤、アクリル酸系接着剤またはグリースなどのそのクラスの多くの公知の材料のうちから選択することができる。
【０１０２】
パターン形成プレートは適切な順序で配置構成することができ、その結果、注入口から出力面の細長い開口部への所望の関連付けが得られる。プレートは、典型的には、ある種のアライニング構造上に組み立てられる（ステップ５０４）。このアライニング構造は、プレートの一部の表面が載る制御された表面または一組の表面とすることができ、これにより、プレートは組み立てられるときにすでに最適なアライメント状態にある。好ましいアライニング構造は、アライメントピンとともにベース部分を有するものであり、アライメントピンは、すべてのプレート上の特別な位置に存在する穴と整合することが意図されている。好ましくは、２つのアライメントピンがある。好ましくは、これらのアライメント穴の１つは円形であるが、他のアライメント穴は、組み立て時に部分を過剰に制約しないようにスロットである。
【０１０３】
これらの部分およびそれらの接着剤のすべてがアライメント構造上に組み立てられた後、圧力プレートを構造に貼り付けて、圧力および／または熱を施し、構造を硬化させる（ステップ５０６）。
【０１０４】
上述のピンからのアライメントはすでに構造の最適なアライメントをもたらしているけれども、プレートの製造プロセスに変化が生じるとその結果、出力面は適切な塗布を行うのに十分に平坦な表面とならない可能性がある。そのような場合、出力面を完成した一体品として研削し研磨するか、または所望の表面仕上げをするように指令すると有益であることがある（ステップ５０８）。最後に、汚染を生じることなく蒸着ヘッドの動作が行われるように、クリーニングステップを実行するのが望ましい場合がある（ステップ６００）。
【０１０５】
当業者であれば理解するように、本明細書で説明されているような流れディフューザーは、ガス状流体を基材上に分配するために使用されるさまざまなデバイスにおいて有用である場合がある。典型的には、流れディフューザーは、第１のプレートおよび第２のプレートを備え、第１のプレートおよび第２のプレートのうちの少なくとも一方はレリーフパターン部分を備える。第１のプレートおよび第２のプレートを組み立てて、レリーフパターン部分によって画成される流れ拡散部分を持つ細長い出力開口部を形成し、流れ拡散部分は、ガス状（または液体）材料の流れを拡散させることができる。ガス状（または液体）材料の流れの拡散は、第１のプレートおよび第２のプレートを組み立てることによって形成されたレリーフパターン部分によって画成される流れ拡散部分にガス状（または液体）材料を通すことによって行われる。レリーフパターン部分は、典型的には、向かい合うプレートの間に配置され、ガス状（または液体）材料を流すために細長い注入口と細長い排出口または出力開口部とを連結する。
【０１０６】
積層開口プレートを使用する方法は、送出ヘッドを製作する特に有益な方法であるけれども、代替的実施形態において有益であると思われるそのような構造を構築するための他の方法も多数ある。例えば、金属ブロックの直接的機械加工、または一緒に接着されている複数の金属ブロックの直接的機械加工によって装置を製作することができる。さらに、当業者であれば理解するように、内部金型特徴体を伴う成型技術を使用することもできる。装置は、多数のステレオリソグラフィ技術のどれかを使用して製作することもできる。
【０１０７】
本発明の送出ヘッド１０によってもたらされる他の利点は、その出力面３６と基材２０の表面との間で好適な分離距離Ｄ（図３に示されている）を維持することに関係する。図１９は、送出ヘッド１０から放出されるガス流の圧力を使用して距離Ｄを維持する場合の重要ないくつかの考慮事項を示している。
【０１０８】
図１９には、代表的な数の出力チャネル１２および排気チャネル２２が示されている。この図の下方矢印によって示されているように、複数の出力チャネル１２のうちの１つ以上の出力チャネルから放出されるガスの圧力によって力が発生する。この力が送出ヘッド１０に対する有益な緩衝または「空気」ベアリング（ガス流体ベアリング）効果をもたらすためには、基材に密接に接触しうる出力面３６に沿った十分なランディング面積（領域）、つまり、固体表面積（領域）がなければならない。ランディング面積（領域）の割合は、その下のガス圧力の上昇を許す出力面３６の固体面積（領域）の相対的な量に対応する。端的に言うと、ランディング面積（領域）は、出力面３６の総面積（領域）から出力チャネル１２と排気チャネル２２の総表面積（領域）を引いたものとして計算できる。これは、幅ｗ１を有する出力チャネル１２の、または幅ｗ２を有する排気チャネル２２の、ガス流れ面積（領域）を除外した総面積（領域）はできる限り最大化されなければならないことを意味している。一実施形態では、９５％のランディング面積（領域）が設けられる。他の実施形態では、例えば８５％または７５％などの、より小さなランディング面積値を使用することができる。分離距離または緩衝力を変更し、したがって距離Ｄをしかるべく変更するために、ガス流量の調整も利用できる。
【０１０９】
ガス流体ベアリングを設けることには利点があり、したがって、送出ヘッド１０は基材２０の真上の距離Ｄのところに実質的に維持されることは理解されるであろう。これにより、好適な種類の移送機構を使用する送出ヘッド１０の本質的に摩擦のない運動が可能になる。次いで、送出ヘッド１０を、チャネル内を前後移動するときに基材２０の表面の真上に「ホバリング」させ、材料蒸着時に基材２０の表面上を端から端までスイーピングさせることができる。
【０１１０】
図１９に示されているように、送出ヘッド１０が重すぎる場合もあり、そのため、下向きガス力は必要な分離距離を維持するために十分でない。そのような場合、スプリング１７０、磁石、または他のデバイスなどの補助的持ち上げコンポーネントを使用して、持ち上げる力を補うことができる。他の場合には、ガス流は、反対の問題を引き起こすほどに高い場合があり、したがって、送出ヘッド１０は、力をさらに加えてなくても、基材２０の表面から強制的に引き離され距離が広がりすぎることがある。そのような場合、スプリング１７０を圧縮スプリングとし、このスプリングで、距離Ｄを維持するのに必要な追加の力を発生することができる（図１９の配置構成に関して下方に）。あるいは、スプリング１７０は、磁石、弾性スプリング、または下向きの力を補う他の何らかのデバイスとすることができる。
【０１１１】
あるいは、送出ヘッド１０は、基材２０に関して他の何らかの向きに位置決めすることができる。例えば、基材２０は、重力と反対の向きの、空気ベアリング効果によって支持することができ、したがって、基材２０は、蒸着時に送出ヘッド１０に沿って移動させることができる。基材２０が送出ヘッド１０の上方に緩衝で支えられている、基材２０上に蒸着するために空気ベアリング効果を使用する一実施形態が、図２５に示されている。送出ヘッド１０の出力面３６上の基材２０の移動は、図示されているような二重矢印にそった方向である。
【０１１２】
図２６の代替的実施形態は、送出ヘッド１０とガス流体ベアリング９８との間で方向Ｋへ移動する、ウェブ支持体またはローラーなどの基材支持体７４上の基材２０を示している。この実施形態では、送出ヘッド１０は、空気ベアリング、またはより適切には、ガス流体ベアリング効果を有し、ガス流体ベアリング９８と連携して、出力面３６と基材２０との間に所望の距離Ｄを維持する。ガス流体ベアリング９８は、不活性ガス、または空気、または他の何らかのガス状材料の流れＦ４を使用して圧力の方向を決めることができる。本発明の蒸着システムでは、基材支持体またはホルダーは、蒸着時に基材と接触することができ、その基材支持体は基材を搬送するための手段、例えば、ローラーであるものとしてよい。そこで、処理されるときの基材の断熱は、本発明のシステムの必要条件ではない。
【０１１３】
図５Ａおよび５Ｂを参照しつつ特に説明されたように、送出ヘッド１０は、その蒸着機能を実行するために基材２０の表面に関して相対的な移動を組み込んでいる。この相対的移動は、基材支持体を備える装置の移動などによって、送出ヘッド１０と基材２０のいずれかまたはその両方の移動を含む、多くの方法で達成することができる。移動は、必要な蒸着サイクルの数に応じて、振動もしくは往復であるか、連続的移動であるものとすることができる。連続的プロセスが好ましいけれども、特にバッチプロセスで、基材の回転も使用できる。アクチュエータを、機械的に連結するなどで送出ヘッドの本体部に結合することができる。変化する磁力場などの交番力を交互に使用することもできる。
【０１１４】
典型的には、ＡＬＤは複数の蒸着サイクルを伴い、それぞれのサイクルとともに制御された薄膜深さを増す。前の方で与えたガス状材料の種類に対する名称を使用して、単一のサイクルで、例えば単純な設計において、第１の反応物質ガス状材料Ｏを一方で施すことと、第２の反応物質ガス状材料Ｍをもう一方で施すこととを行うことができる。
【０１１５】
Ｏ反応物質ガス状材料およびＭ反応物質ガス状材料に対する出力チャネル間の距離により、それぞれのサイクルを完了するために必要な往復移動する距離が決定される。例えば、図６の送出ヘッド１０は、反応物質ガスチャネル排出口と隣接するパージチャネル排出口との間で０．１インチ（２．５４ｍｍ）の公称チャネル幅を有することができる。したがって、同じ表面のすべての領域で完全なＡＬＤサイクルを生じることを許す往復運動（本明細書で使用されているようにｙ軸に沿って）に対して、少なくとも０．４インチ（１０．２ｍｍ）のストロークが必要になることがある。この例では、この距離にわたって移動する場合に基材２０の領域が第１の反応物質ガス状材料Ｏおよび第２の反応物質ガス状材料Ｍの両方に曝されうる。あるいは、送出ヘッドは、そのストロークに対してかなり長い距離を移動することができ、基材の一端から他端へ移動することすらある。この場合、成長薄膜がその成長期間にわたって周囲条件に曝され、多くの使用環境において悪影響を引き起こすことはない。いくつかの場合において、均一さに関する考慮では、往復行程の両極端に沿ったエッジ効果またはビルドアップを低減するなどのために、それぞれのサイクルにおいて往復運動の量に対する乱数度の尺度を必要とする可能性がある。
【０１１６】
送出ヘッド１０は、単一のサイクルを構成するのに十分な出力チャネル１２しか有していない場合がある。あるいは、送出ヘッド１０は、複数のサイクルを配し、より大きな蒸着領域をカバーすることを可能にするか、または往復運動距離の１回の横断で２回以上の蒸着サイクルを使用できる距離にわたる往復運動を可能にすることができる。
【０１１７】
例えば、１つの特定の用途では、それぞれのＯ−Ｍサイクルは処理済み表面の約１／４にわたって１原子直径の層を形成することがわかっている。そこで、この場合、処理済み表面の上で１原子直径の均一な層を形成するために４サイクルを要する。同様に、この場合に１０原子直径の均一な層を形成するためには、４０サイクルが必要になることがある。
【０１１８】
本発明の送出ヘッド１０に使用される往復運動の利点は、出力面３６の面積（領域）より大きい面積（領域）を持つ基材２０上に蒸着することが可能になるという点である。図２０は、矢印Ａによって示されているようなｙ軸に沿った往復運動および、ｘ軸に相対的な、往復運動に直交するか、または横断する移動も使用して、このより広い領域をカバーすることをどのように行えるかの概略を示している。ここでもまた、図２０に示されているように、ｘもしくはｙ方向のいずれかの方向の運動は、送出ヘッド１０の移動、または移動を引き起こす基材支持体７４を備える基材２０の移動、または送出ヘッド１０と基材２０の両方の移動のいずれかによって生じうることに留意すべきである。
【０１１９】
図２０では、送出ヘッドおよび基材の相対運動方向は、互いに垂直である。この相対運動を並行にすることも可能である。この場合、相対運動は、振動を表す非ゼロの振動数成分と基材の変位を表すゼロの振動数成分を有する必要がある。これの組み合わせは、固定された基材の上の送出ヘッドの変位と組み合わせた振動、固定された基材送出ヘッドに相対的な基材の変位と組み合わせた振動、または振動および固定運動が送出ヘッドと基材の両方の移動によって引き起こされる任意の組み合わせによって実現されうる。
【０１２０】
有利には、送出ヘッド１０は、多くの種類の蒸着ヘッドに対して可能なサイズに比べて小さなサイズで加工することができる。例えば、一実施形態では、出力チャネル１２は、約０．００５インチ（０．１２７ｍｍ）の幅ｗ１を有し、約３インチ（７５ｍｍ）まで長さが伸長する。
【０１２１】
好ましい一実施形態では、大気圧か、またはそれに近い圧力下で、広範な周囲および基材温度にわたって、好ましくは３００℃未満の温度でＡＬＤを実行することができる。好ましくは、汚染される可能性を最小限度に抑えるために、比較的クリーンな環境が必要であるが、本発明の装置の好ましい実施形態を使用する場合に許容可能な性能を達成する上で完全な「クリーンルーム」条件または不活性ガス充填エンクロージャは不要である。
【０１２２】
図２１は、比較的よく制御された、汚染物質を含まない環境を提供するためのチャンバー５０を有する原子層蒸着（ＡＬＤ）システム６０を示している。ガス供給部２８ａ，２８ｂ，および２８ｃは、第１のガス状材料、第２のガス状材料および第３のガス状材料を、供給管路３２を通して送出ヘッド１０に供給する。柔軟な供給管路３２を適宜使用することで、送出ヘッド１０の移動を行いやすくできる。簡単のため、オプションの真空蒸気回収装置および他の支持コンポーネントは図２１に示されていないが、これらも使用することができる。移送サブシステム５４は、本開示で採用されている座標軸システムを使用して、ｘ方向への移動をもたらす、送出ヘッド１０の出力面３６に沿って基材２０を搬送する基材支持体を備える。運動制御、さらには弁および他の支持コンポーネントの全体的な制御は、例えば、コンピュータまたは専用マイクロプロセッサアセンブリなどの、制御論理プロセッサ５６によって行うことができる。図２１の配置構成において、制御論理プロセッサ５６は、送出ヘッド１０に往復運動を行わせるためのアクチュエータ３０を制御し、移送サブシステム５４の移送モーター５２も制御する。アクチュエータ３０は、移動している基材２０に沿って（または静止している基材２０に沿って）送出ヘッド１０の前後運動を引き起こすのに適した多数をデバイスのうちのどれかとすることができる。
【０１２３】
図２１は、基材支持体として働くウェブコンベヤ６２に沿って送出ヘッド１０を通り過ぎるウェブ基材６６上に薄膜蒸着を行うための原子層蒸着（ＡＬＤ）システム７０の代替的実施形態を示している。ウェブそれ自体は、基材であるか、または追加の基材を支持するものとすることができる。送出ヘッド移送部６４は、ウェブ進行方向を横断する方向にウェブ基材６６の表面の端から端まで送出ヘッド１０を搬送する。一実施形態では、送出ヘッド１０は、ウェブ基材６６の表面上で前後移動させられ、その際にガス圧力によって完全な分離力が与えられる。別の実施形態では、送出ヘッド移送部６４は、ウェブ基材６６の幅方向を横断する送りネジまたは類似の機構を使用する。別の実施形態では、ウェブ６２に沿った好適な位置で、複数の送出ヘッド１０が使用される。
【０１２４】
図２３は、流れパターンが図２２の構成に対して直交するように配向された静止している送出ヘッド１０を使用する、ウェブ配置構成の別の原子層蒸着（ＡＬＤ）システム７０を示している。この配置構成では、ウェブコンベヤ６２それ自体の運動により、ＡＬＤ蒸着に必要な移動が得られる。往復運動も、この環境において使用することができる。図２４を参照すると、出力面３６がある大きさの曲率を有している送出ヘッド１０の一部の実施形態が示されており、ウェブコーティング用途によっては有利な場合がある。凸曲度または凹曲度を与えることができる。
【０１２５】
ウェブ加工に特に役立ちうる別の実施形態では、ＡＬＤシステム７０は、複数の送出ヘッド１０、または２つの送出ヘッド１０を有することができ、１つの送出ヘッド１０が基材６６のそれぞれの面に配設される。柔軟な送出ヘッド１０を交互に備えることもできる。これにより、蒸着面の形状にある程度合わせられる蒸着装置が構成される。別の実施形態では、送出ヘッド１０の１つ以上の出力チャネル１２は、米国特許出願公開第２００７／０２２８４７０号で開示されている横断ガス流配置構成を使用することができる。このような一実施形態では、送出ヘッド１０と基材２０との間の分離を保つガス圧力は、例えばパージガスを放出するチャネル（図４〜５ＢにおいてＩのラベルが付けられているチャネル）など、いくつかの出力チャネル１２によって維持することができる。次いで、反応物質ガスを放出する１つ以上の出力チャネル１２（図４〜５ＢにおいてＯまたはＭのラベルが付けられているチャネル）に対して横断流を使用することができる。
【０１２６】
本発明は、いくつかの実施形態における室温または室温に近い温度を含む広い温度範囲にわたって、また蒸着環境において、さまざまな異なる種類の基材上に蒸着を実行することができるという点で有利である。本発明は、真空環境で運転可能であるが、大気圧または大気圧に近い圧力下での運転に特に適している。本発明は、大気圧条件下の低温プロセスで使用することができ、このプロセスは雰囲気に対して開放されている、非密閉環境において実施することができる。本発明は、広い面積を持つ基材上への蒸着を含む、ウェブまたは他の移動している基材上への蒸着を行うようにも適合可能である。
【０１２７】
例えば、本発明の方法によって製作された半導体薄膜を有する薄膜トランジスタは、０．０１ｃｍ２／Ｖｓより高い、好ましくは少なくとも０．１ｃｍ２／Ｖｓである、より好ましくは０．２ｃｍ２／Ｖｓより高い電界効果電子移動度を示しうる。それに加えて、本発明により製作された半導体薄膜を有するｎ型チャネル薄膜トランジスタは、少なくとも１０４、有利には少なくとも１０５のオン／オフ比を備えることができる。オン／オフ比は、ゲート電圧が一方の値からディスプレイのゲート線上で使用される可能性のある関連する電圧を表す別の値まで掃引されるときのドレイン電流の最大／最小として測定される。典型的な一組の値は、ドレイン電圧が３０Ｖに維持されている場合に−１０Ｖから４０Ｖとなる。
【０１２８】
図２９Ａおよび２９Ｂを再び参照し、また再び図６から１８を参照すると、組み立て済み２プレートディフューザーアセンブリの斜視断面図が示されている。図２９Ｃは、図２９Ａおよび２９Ｂに示されている２プレートディフューザーアセンブリと同じようにして加工された組み立て済み２プレートガス状流体流チャネルの斜視断面図を示している。
【０１２９】
流体分配マニホールドとも称される、送出ヘッド１０は、第１のプレート３１５と第２のプレート３２０とを備える。少なくとも第１のプレート３１５および第２のプレート３２０の少なくとも一部は、少なくとも図１Ａ〜２を参照しつつ上で説明されている、レリーフパターンを画成する。第１のプレート３１５および第２のプレート３２０が互いに結合された後に、レリーフパターンによって画成される流体流配向パターンを第１のプレート３１５および第２のプレート３２０が形成するように、第１のプレート３１５と第２のプレート３２０との間に金属結合剤３１８を配設する。
【０１３０】
金属結合剤３１８は、加熱または圧力の条件下で第１のプレートと第２のプレートと（典型的には２つの金属基材）の間で結合剤として働く主に金属からなる材料とすることができる。金属結合を含む典型的なプロセスは、ハンダ付けおよび鑞付けである。両方のプロセスにおいて、接合されるべき金属部分の間で溶融フィラー金属を溶融するか、または形成することによって２つの金属を接合する。ハンダ付けは、ハンダ付けフィラー金属は低温で、多くの場合に４００°Ｆより低い温度で溶融するが、鑞付け金属はより高い温度、多くの場合に４００°Ｆより高い温度で溶融するという点で鑞付けから任意に区別される。
【０１３１】
共通の低温のまたはハンダ付け結合金属は、純物質であるか、または鉛、スズ、銅、亜鉛、銀、インジウムまたはアンチモンを含有する合金である。共通のより高い温度のまたは鑞付け結合の金属は、純物質であるか、またはアルミニウム、ケイ素、銅、リン、亜鉛、金、銀またはニッケルを含有する合金である。一般に、許容可能な温度で溶融することができ、接合される部分の表面を濡らすことができる純金属または金属の組み合わせが受け入れ可能である。
【０１３２】
多くの場合、追加のコンポーネントに金属結合剤３１８を付けて、結合される表面に結合金属が十分に接着することを確実にする。このようなコンポーネントの１がフラックスであり、これは結合される表面をきれいにし、準備することを目的に使用される金属結合剤と併せて施される材料である。フィラー金属の接着を促進するために、さまざまな交互金属の薄層を金属部分の表面に施す必要がある可能性もある。一例として、銀の接着を促進するためにステンレス鋼にニッケルの薄層を施す方法が挙げられる。
【０１３３】
結合金属を何らかの方法で施すと、その結果、結合プロセス時に所望の量の結合金属が得られる。結合金属は、これらの部分の間に置かれている薄い金属の個別シートとして施すことができる。結合金属は、結合される部分に施される溶液またはペーストの形態で供給することができる。この溶液またはペーストは、多くの場合、金属結合プロセスの前または金属結合プロセスにおいて取り除くことができる結合剤、溶剤、または結合剤と溶媒との組み合わせを含む。
【０１３４】
あるいは、金属結合剤３１８は、部分上への公式の蒸着方法によって供給されうる。このような蒸着方法の例として、スパッタリング、蒸発および電気メッキが挙げられる。蒸着方法は、純金属、金属合金、またはさまざまな金属を含む重層構造を施すことができる。
【０１３５】
結合プロセスは、結合される部分を組み立てた後に少なくとも熱、または圧力、または熱と圧力との組み合わせを施すことを伴う。熱は、抵抗、誘導、対流、輻射、または火炎の加熱によって加えることができる。多くの場合、金属成分の酸化を低減するために結合プロセスの雰囲気を制御することが望ましい。プロセスは、大気圧より高い圧力から高真空プロセスまでの範囲の圧力で実行することができる。結合される材料と接触しているガスの組成は、概して、酸素を含んでいるべきではなく、有利には、窒素、水素、アルゴン、または他の不活性ガスもしくは還元ガスを含んでいてもよい。
【０１３６】
流れ配向パターンは、金属結合剤を含んでいないレリーフパターンによって画成されうる。金属結合剤３１８は、接合される金属プレートに均一に施されうるが、その結果、結合剤は、化学的適合性の問題を引き起こしうる組み立て済み分配マニホールドのすべての内面上に存在することになる。さらに、組み立て作業の際に過剰な結合金属が存在していると、高温の組み立てプロセスにおいて結合剤が流れるときに分配マニホールド内の内部通路が詰まる可能性がある。
【０１３７】
組み立てる前に、金属結合剤３１８が、結合される表面上にのみ優先的に存在し、レリーフパターン内には存在しえない。これは、プレートの結合表面を反映するようにパターン形成されている結合金属の個別のシートを使用して行うことができる。あるいは、金属結合が液体前駆体として施される場合、この施す作業では印刷用ローラーのパターンまたはプレートのレリーフのいずれかまたは両方により結合剤を望む場所にのみ施すことができるローラー印刷などの技術を使用することができる。
【０１３８】
レリーフパターンがエッチングプロセスによって形成される場合、特に好ましい方法は、エッチングプロセスの前に結合剤３１８を金属プレート上に薄膜として施す方法である。結合剤がプレート３１５または３２０に施された後、好適なマスクを金属結合剤の上にかける。次いで、好適なエッチング液を使用して、例えば、単一のエッチングプロセスで、金属プレートおよび重ね合わされた結合材料の両方をエッチングする。その結果、金属プレートレリーフパターンがエッチングされるときと同じプロセスステップで結合材料の非常に正確なパターンが得られる。あるいは、同じマスクを使用して別々のプロセスステップで金属結合剤３１８と金属結合剤が施されているプレートとをエッチングすることができる。これもまた、結合材料の非常に正確なパターンを生み出す。
【０１３９】
第１のプレート３１５および第２のプレート３２０の相対的位置および形状は、企図されている特定の用途に応じて異なりうる。例えば、第２のプレートは、図２９Ａおよび２９Ｃに示されている、第１のプレートのレリーフ部分の反対側に配設されているレリーフ部分を含みうる。この場合、流体流配向パターンは、プレート３１５，３２０のそれぞれにおけるレリーフパターンと結合金属３１８を使用してエッジのところでレリーフパターンを封止する効果との組み合わせによって形成される。
【０１４０】
あるいは、第２のプレートは、図２９Ｂに示されている、第１のプレートのレリーフ部分からオフセットされて配設されているレリーフ部分を含みうる。図２９Ｂに示されているように、第１のプレート３１５内のレリーフパターンのいくつかは、第２のプレート３２０内のレリーフが彫られていないセクションの反対側にある。第２のプレート３２０内にレリーフパターンがないとしても、結合剤を有していない第１のプレート３１５および第２のプレート３２０のいずれか、または両方の領域は、完全な封止を形成せず、流れに対してときには望ましい非常に高い抵抗をもたらしうる。そこで、流体流配向パターン３２２が、レリーフパターンを有していないが結合金属のパターンを有している１つ以上のプレートによって形成することができる。この場合、結合金属は、上記の方法のどれかによってパターン形成することができる。それに加えて、結合金属は、結合金属を攻撃するが、下にあるプレート材料を攻撃しないエッチング溶液を使うエッチングプロセスによってパターン形成することができる。
【０１４１】
流体分配マニホールドとも称される、送出ヘッド１０を組み立てるときに、レリーフを含むプレート間に配置される結合金属は、レリーフ特徴体の間の領域を封止すべきである。十分な結合金属を施して特徴体を封止すべきであるが、結合金属が過剰にあるとマニホールドの他の部分に流れ込み、詰まりまたは表面活性の喪失を引き起こすという望ましくない事態に至る可能性がある。さらに、流体分配マニホールドの出力面は、十分に平坦であり、好ましくは流体分配マニホールドの製作後に研削がほとんど、または全く不要であるべきである。
【０１４２】
図３０を参照すると、十分な封止と出力面の平坦さを確保するために、流体分配マニホールドは、第１のプレート３１５および第２のプレート３２０を備え、少なくとも第１のプレート３１５と第２のプレート３２０の少なくとも一部がレリーフパターンを画成する。第１のプレート３１５および第２のプレート３２０のうちの少なくとも一方は、鏡面仕上げとなっている（参照番号３２７を使用して指定されている）。レリーフパターンによって画成される流体流配向パターンを第１のプレートおよび第２のプレートが形成するように、第１のプレートと第２のプレートとの間に結合剤を配設する。
【０１４３】
本明細書で使用されているように、鏡面仕上げという用語は、デバイスの組み立て前または組み立て後の研磨が最小限度ですむようにする表面仕上げを含む表面である。表面仕上げは、ＡＳＭＥ Ｂ４６．１−２００２において「Ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ Ａｖｅｒａｇｅ Ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ａｓｓｅｓｓｅｄ Ｐｒｏｆｉｌｅ」として定義され、ＩＳＯ ４２８７−１９９７において定義されている、Ｒａによって記述することができる。表面のＲａは、表面の微小プロファイルを測定することによって得られる。このプロファイルから平均表面高さが求められる。Ｒａは、その平均表面高さからの平均絶対偏差である。
【０１４４】
流体分配マニホールドは、好ましくは１６マイクロインチ未満のＲａ、より好ましくは８マイクロインチ以下のＲａ、最も好ましくは４マイクロインチ以下のＲａの表面仕上げを備える内部もしくは外部鏡面を含む。４マイクロインチの表面仕上げが最も好ましいけれども、企図されている特定の用途によっては、妥当なコストで十分な性能を発揮しうるため８マイクロインチまたは１６マイクロインチの表面仕上げが使用されることが多い。
【０１４５】
流体分配マニホールドは、出力面を含むプレート３１５または３２０を有することができ、出力面は鏡面分仕上げを備える。基材の浮遊高さは平坦さが減るとともに減少し、蒸着プロセスで使用される化学物質を留めるか、またはガス混合のための通路を形成する荒さまたはひっかき傷がある場合に望ましくないガス混合が増大しうるため、出力面の平坦さが重要である。平坦さは、組み立て後に出力面を研削することによって形成することができる。残念なことに、これにより、コストが増大し、また研削プロセスはこれらのプレートを構造上不具合が生じるまで薄化するので薄い頂部プレートを有する大きなマニホールドでは困難な作業である。流体分配マニホールドが、鏡面仕上げを有する出力面を表す表面をすでに含んでいるプレート３１５または３２０とともに組み立てられる場合、組み立て後の研削の大半またはすべてを回避することができる。
【０１４６】
結合されたレリーフプレートを備える流体分配マニホールドの組み立ての際に、プレート３２０と３１５との間の接触領域３２８は、組み立て時に結合剤に接触するか、または結合剤によって連結されるプレートの間の領域である。結合金属の量は最小限であることが望ましい。より少ない結合金属を使用するために、表面仕上げの品質を上述の最小閾値を超えるようにして、過剰な結合金属を制御されることなく消費することになるプレート間の間隙とさらにはプレート上の荒さ特徴体の両方を回避することが望ましいが、最小量の結合金属を一貫して施すことは困難である。したがって、流体分配マニホールドは、結合剤が接触領域３２８内の鏡面仕上げ３２７を備える第１のプレート３１５および第２のプレート３２０のうちの少なくとも一方とともに配設される接触領域３２８を備える第１のプレート３１５および第２のプレート３２０を有することができる。
【０１４７】
あるいは、流体分配マニホールドは、いくつかの結合されたプレートを備えることができる。鏡面仕上げは、接触領域または出力面のどれかに存在しうる。２つのプレートの間の接触領域の場合、鏡面仕上げは接触表面の一方または両方に存在しうる。
【０１４８】
図３１Ａ〜３１Ｄを参照し、再び図１から２８Ｅを参照すると、流体分配マニホールドとも称される、送出ヘッド１０は、流体、例えばガスを、送出ヘッド１０の出力面のところにある出力通路１４９とも称される細長いスロット上に均一に供給する。流体を均一に供給する典型的な方法では、別々の一次チャンバー６１０、例えば、細長い放出チャネル１３２または配向チャネル凹部２５５と流体的に連通する細長い出力面スロット（出力通路１４９とも称される）を有する。一次チャンバー６１０は、典型的には、おおよそスロット１４９の長さに等しい長さを有する。一次チャンバー６１０は、流れ制限チャネル、例えば、ディフューザー１４０を通してスロット１４９に連結され、それと同時に、その長さに沿って低い流れ制限を有する。その結果、流体は一次チャンバー６１０内でその圧力がそのチャンバーに沿ってほぼ一定するようになるまで流れ、次いで、均一に、流れ制限部を通してスロット１４９内に出る。概して、一次チャンバー６１０内の横方向流れの制限は、断面形状と面積との関数となっている。典型的には、一次チャンバー６１０内の横方向流れ制限の存在は、スロット１４９を通して不均一な流れが出る可能性があるため望ましくない。
【０１４９】
多くの場合、流体分配マニホールドの構造上の制約から、一次チャンバーの断面寸法が制限され、このことにより、出力面スロット１４９への供給を行うことができる長さが制限されることになる。この影響を最小限度に抑えるために、薄膜材料蒸着を行うための、ＡＬＤシステム６０とも称される流体搬送デバイスは、一次チャンバー６１０と流体的に連通するように連結されている出力面３６を備える、送出ヘッド１０とも称される流体分配マニホールドを備える。二次流体源６２０は、複数の搬送ポート６３０を通じて一次チャンバー６１０に流体的に連通するように連結される。二次流体源６２０、例えば、二次チャンバー６２２は、一次チャンバー６１０と同様の動作をし、均一な流体流を一次チャンバー６１０に供給しながら二次チャンバー６２２に沿った流体の低抵抗の横方向の流れを可能にする。これは、上述の一次チャンバー６１０から横方向の流れを制限するという効果をなくす働きをする。そのようなものとして、搬送ポート６３０は、二次チャンバー６２２と一次チャンバー６１０との間の移送を可能にする流体導管とすることができる。搬送ポート６３０は、任意の断面、または断面の任意の組み合わせを有するものとしてよい。搬送ポート６３０は、通常は、流れに対して低い抵抗を有しているべきであるが、二次流体源６２０から一次チャンバー６１０への流れを変調するために流れに対して特定の抵抗を有するように搬送ポート６３０を設計すると有益な場合がある。
【０１５０】
図３１Ａ〜３１Ｃに示されているように、一次チャンバー６１０は、二次流体源６２０の複数の搬送ポート６３０のうちの少なくともいくつかに共通のチャンバーを備えることができる。これらの実施形態では、流体分配マニホールドは、二次チャンバー６２２から複数の注入口による供給を受ける比較的長い一次チャンバー６１０を含む。そのようなものとして、一次チャンバー６１０は、スロット１４９の全長にわたって供給するために十分に低い流動抵抗を備えていない場合であっても、二次チャンバー６２２から局部的に供給を受けることができる。それに加えて、一次チャンバー６１０に沿って残留圧力差がある場合、一次チャンバー６１０の導通により、一部の流体流が一次チャンバー６１０内の圧力を均一にすることができる。
【０１５１】
あるいは、図３１Ｂを参照すると、一次チャンバー６１０は、複数の個別の一次チャンバー６１２を備えることができる。これら複数の個別の一次チャンバー６１０のそれぞれは、二次流体源６２０の複数の搬送ポート６３０のうちの少なくとも１つの搬送ポート６３０と流体的に連通している。
【０１５２】
二次流体源６２０は、流体分配マニホールド（送出ヘッド１０）に貼り付けられているモノリシック型の流体チャンバーを備えることができる。流体分配マニホールドがほぼ矩形の断面を有している場合、二次チャンバー６２０は、断面が類似しており、出力面とは別の分配マニホールドの任意の表面上に直接取り付けられた要素とすることができる。二次チャンバー６２０は、流体分配マニホールド内の開口部と一致する開口部を有することができ、従来の封止技術を使用して送出ヘッド１０に永久的にまたは一時的に取り付けることができる。例えば、シールは、ゴム、オイル、ワックス、硬化性化合物または結合金属から加工することができる。
【０１５３】
それに加えて、二次チャンバーは、モノリシック型であってよく、図３１Ａおよび３１Ｂに示されているように、流体分配マニホールドと一緒に一体形成することができる。そこで、分配マニホールドが、レリーフパターン形成プレートのアセンブリを備える場合、二次チャンバーは、分配マニホールドに加えられた１つ以上のレリーフプレートから作成された１つ以上の流体配向チャネルから構成される。これらのレリーフプレートは、一次チャンバーおよび出力面を形成するレリーフプレートと同様の仕方で加工され、組み立てられうる。あるいは、二次チャンバーおよび一次チャンバーの寸法が互いに比較して異なるときに、異なる組み立て方法を使用することができる。二次チャンバーと一次チャンバーとを異なる方法で組み立てる、機械に関する、またはコスト上の理由もさらにありうる。
【０１５４】
図３１Ｃを参照すると、二次流体源６２０は、複数の個別の搬送チャネル６３０を通して流体分配マニホールド１０に流体的に連通するように連結された流体チャンバー６２４を備えることができる。個別の搬送チャネル６３０は、この環境において流体を送出するのに適した流体導管とすることができる。例えば、これらの導管は、分配マニホールドに注入口とともに一時的に（取り外し可能）または永久的に連結するように組み立てられた有用な任意の断面サイズおよび形状のチューブとすることができる。取り外し可能なコネクタは、従来のフィッティングおよびフランジを備えている。永久的な連結手段としては、溶接、鑞付け、接着または圧入が挙げられる。二次チャンバーの導管の一部は、バルク材の鋳造または機械加工を介して製作することもできる。
【０１５５】
図３１Ｄを参照すると、搬送ポート６３０の少なくとも１つは、関連付けられている搬送ポート６３０を通る流体流を制御するように構成されたデバイス６４０を備えることができる。流体分配マニホールドが、複数の一次チャンバー６１２と流体的に連通する二次チャンバー６２４を備えるときに、一次チャンバー６１２のうちの１つの一次チャンバー６１２の中に入る流体の流れを別の一次チャンバー内の流れに関して変調すると有益な場合がある。一次チャンバー６１２のうちの１つの一次チャンバーへの、別の一次チャンバーに供給される組成物に関して異なる流体組成物の供給を行うことが望ましい場合もある。そこで、使用可能にされるシステム機能は、（１）所定の分配マニホールドが基材のいくつかの異なる幅部分をコーティングすることを意図されている場合、現在の基材の幅部分のみが活性状態の流体を受け入れるように分配マニホールドの一部をオフにすることができること、（２）より大きな基材の一部をコーティングする必要がない場合、蒸着が望まれていない領域について分配マニホールドの一部をオフにすることができること、（３）基材の一部が他の部分とは別の蒸着化学反応を受けることを意図されている場合、分配マニホールドの一部は別の流体化学反応を基材にもたらすことができることである。
【０１５６】
一次チャンバー６１２のうちの１つ以上の一次チャンバーへの流れを変調するために、二次チャンバー６２０と一次チャンバー６１０との間に配置されている弁システム６４０を使用することができる。弁６４０は、流体流を変調するために使用される標準型の弁であればどのようなものでもよい。二次チャンバー６２０が、分配マニホールドと一体である場合、弁６４０は、マニホールドの一体部分とすることができ、マニホールドの構造に含まれる移動可能な要素を利用することによって形成することができる。弁６４０は、手動で制御することができるか、または例えば、空気圧、電気または電空アクチュエータを含む遠隔アクチュエータによって制御することができる。
【０１５７】
図３２Ａ〜３２Ｄを参照し、また再び図１から２８Ｅを参照すると、上述の例示的な実施形態において、分配マニホールド１０の出力面３６，１４８のレイアウトには細長いソーススロット１４９が含まれ、細長い排気スロット１８４は、典型的には、スロットの大半が蒸着を引き起こされるように基材の移動に対して垂直である構成で存在する。それに加えて、スロットが出力面３６，１４８のエッジのところに存在し、移動する基材の横方向エッジの近くでガスのアイソレーションを行うように基材移送に対して平行であるものとしてよい。
【０１５８】
図３２Ａ〜３２Ｄを参照すると、薄膜材料蒸着のための流体搬送デバイス（ＡＬＤ蒸着システム６０）は、基材２０，６６をある方向に進行させる基材移送機構５４，６２を備えることができる。流体分配マニホールド１０は、複数の細長いスロット、例えばスロット１４９，１８４、またはこれらの組み合わせを備える出力面３６，１４８を具備する。細長いスロット１４９，１８４のうちの少なくとも１つ、またはこれらの組み合わせは、基材２０，６６の進行方向に関して非垂直でかつ非平行である部分を備える。
【０１５９】
例えば、図２１を再び参照すると、基材２０，６６が方向ｘに移動している場合に、基材の移動に垂直な細長いスロットは、ｘに関して９０度の角度をなし、基材の移動に平行な細長いスロットは、ｘに関して０度の角度をなす。しかし、いかなる機械システムにおいても、典型的には、システム内では角度に関する一定量の変化がある。そこで、非垂直を、８５度より小さい基材の移動方向ｘに関する角度として定義し、非平行を、５度より大きい基材の移動方向ｘに関する方向として定義する。したがって、スロット１４９，１８４、またはこれらの組み合わせが直線的である場合、スロットは、基材の運動方向から５度より大きく、８５度より小さい角度に配設される。非直線的スロットも、十分な曲率が存在している場合にこの条件を満たす。
【０１６０】
本発明の分配マニホールドで柔軟な基材をコーティングする場合、排気スロットの上にあるときと比べてソーススロットの上にあるときには流体によって加えられる力は異なる。これは、流体圧力はソースから排気スロットへ流体を追いやるように確立されるという事実の自然な帰結である。その結果基材に及ぼされる効果は、ヘッドから基材が押しやられる程度は、排気スロットの上より、ソーススロットの上の方が高いというものである。そのため、浮遊の高さが均一でなくなるので望ましくない基材の変形を引き起こすことにつながり、したがって、基材と出力面との間の流体の混合と接触が生じる可能性をもたらしうる。
【０１６１】
柔軟な基材は、直線形状の上で曲げられたときに、つまり、曲げの軸が１つの次元でのみ出現するときに最も容易に曲げることができる。そのため、一連の直線的平行スロットに対して、基材の固有の梁強度のみでスロット間の力の差に抗しているので、基材の著しい変形が結果として生じる。
【０１６２】
あるいは、非直線的形状、つまり２つの次元に延在する形状の上で基材を曲げようとすると、基材の実効梁強度はかなり増加する。これは、２次元の曲げを引き起こす場合、基材が非直線的曲げ形状の上で直接的に曲がらなければならないだけでなく、非直線的な曲げを引き起こそうとすると圧縮と伸張が基材の隣接する領域内で生じるせいである。基材は、圧縮力または張力に対してきわめて抵抗性が高い可能性があるため、結果として、実効梁強度が大幅に増大することになる。そのため、非直線的スロットを使用することにより、望ましくないガス混合または基材と出力面との接触を生じることなく、より高い柔軟性を持つ基材を取り扱うことができる。したがって、長さ全体にわたって非直線的である、スロット１４９，１８４、またはこれらの組み合わせは、分配マニホールドで使用するのに特に望ましいものである場合がある。
【０１６３】
そのようなものとして、搬送システム６０の流体分配マニホールド１０は、図３２Ａに示されているように、曲率半径を備える１つの細長いスロットの少なくとも一部を有することができる。実効梁強度の増大を生じさせるために、どのような非直線度も役立ちうる。曲率半径は、有益な効果が得られるように最大１０メートルまでとしてよい。中心線６５０が基材運動方向ｘに延在する出力面３６の中心を通って引かれる場合、この直線上の正の位置は、出力面３６から基材の進行方向ｘに向かう位置として定義することができ、負の位置は、出力面３６から基材の進行方向ｘの反対方向に向かう位置として定義することができる。半径は、出力面３６の中心に関して負または正の位置に配置される中心点を有することができる。中心点は、基材の進行方向ｘと異なる方向にオフセットすることもでき、したがって、細長いスロットは、出力面３６上に対称的に位置決めされない。
【０１６４】
実効梁強度のより大きな増加を必要とするより柔軟な基材については、より小さな曲率半径が望ましい場合がある。半径のある下限において、スロットが受ける基材に関する角度の変化が大きすぎる場合があり、したがって、曲率半径はその長さに沿って可変である必要がある。そのようなものとして、搬送システム６０の流体分配マニホールド１０は、複数の方向（または経路）を備える１つの細長いスロットの少なくとも１つの部分を含むことができる。これは、スロットに沿った方向変化の任意のパターンの形態、または曲率半径の周期的変化を有するスロットの形態をとりうる。周期的パターンは、正弦波（図３２Ｂ）、鋸歯（図３２Ｃ）、または方形波（図３２Ｄ）の周期を含むか、またはこれらの周期の組み合わせであるものとしてよい。出力面３６は、多くのスロット１４９，１８４、またはこれらの組み合わせを含むので、スロット形状は、対称的な、または隣接するスロットの鏡像であるスロットの使用を含む、上記の特徴体の任意の組み合わせとすることができる。スロットは、ソーススロット１４９または排気スロット１８４としての機能に応じて、またはそれらが供給するガス組成物の種類に基づき、異なる形状を有することもできる。
【０１６５】
細長いスロットの非垂直、非平行の部分は、３５度以上の基材の進行方向に関する最大角度を含むことができる。スロット１４９または１８４が基材運動に関して対角線上に配置される場合、基材運動に対する非垂直度のある程度の大きさで有益な効果が得られる。しかし、スロットが基材運動に対し平行に近づくにつれ、蒸着マニホールドの上で移動するときに基材が受けるＡＬＤサイクルの数は、マニホールドの所定の長さおよび所定のスロット間隔に対して減少する。したがって、スロット１４９，１８４が対角線上に位置決めされた場合、基材の運動方向に関して３５度より大きい角度で、好ましくは４５度以上の角度でスロットを位置決めすることが望ましい。
【０１６６】
図３３Ａから３３Ｃを参照し、再び図６から１８を参照すると、いくつかの例示的な実施形態において、平坦でない出力面を有することが望ましい。図６に示されているように、出力面３６は、ｘおよびｙ方向に延在し、ｚ方向に変化はない。図６において、ｘ方向は基材の運動に垂直であり、ｙ方向は基材の運動に平行である。図３３Ａ〜３３Ｃに示されている例示的な実施形態では、出力面３６は、ｚ方向の変化を含む。
【０１６７】
湾曲した出力面３６を使用することにより、望ましくないガス混合または基材と出力面との接触を生じることなく、より高い柔軟性を持つ基材をコーティングすることができる。出力面３６の湾曲は、ｘ方向、ｙ方向、またはその両方の方向のいずれかに延在しうる。
【０１６８】
本発明の分配マニホールドで柔軟な基材をコーティングする場合、排気スロットの上にあるときと比べてソーススロットの上にあるときには流体によって加えられる力は異なる。これは、流体圧力はソースから排気スロットへ流体を追いやるように確立されるという事実の自然な帰結である。その結果基材に及ぼされる効果は、ヘッドから基材が押しやられる程度は、排気スロットの上より、ソーススロットの上の方が高いというものである。そのため、浮遊の高さが均一でなくなるので望ましくない基材の変形を引き起こすことにつながり、したがって、基材と出力面との間の流体の混合と接触が生じる可能性をもたらしうる。
【０１６９】
柔軟な基材は、直線形状の上で曲げられたときに、つまり、曲げの軸が１つの次元でのみ出現するときに最も容易に曲げることができる。そのため、一連の直線的平行スロットに対して、基材の固有の梁強度のみでスロット間の力の差に抗しているので、基材の著しい変形が結果として生じる。
【０１７０】
ｘ方向にそって出力面３６が湾曲していることにより、コーティングされる基材２０を２次元（幅と高さ）に曲げることができ、したがって基材２０の実効梁強度が高まる。基材２０に２次元の曲がりを生じさせるために、基材を基材２０の隣接する領域内に圧縮と伸張を引き起こす出力面３６の非直線的曲がり形状の上で直接曲げる。基材２０は、圧縮力または張力に対してきわめて抵抗性が高い可能性があるため、結果として、基材２０内の実効梁強度が大幅に増大することになる。
【０１７１】
ｙ方向に沿って出力面３６が湾曲していることにより、分配マニホールド１０の出力面３６上の基材２０の下向きの力を制御しやすくなる。湾曲が出力面３６のｙ方向に延在している場合、基材２０の張力を使用して、出力面３６に関する基材２０の下向きの力を制御することができる。対照的に、出力面３６がｚ方向に変化を有していない場合、基材２０の下向きの力は、基材の重量、または基材２０に作用する力を与える追加の要素のいずれかを使用しないと制御することができない。
【０１７２】
出力面３６を曲げる従来の方法の１つは、ｚ方向の変化を含むように分配マニホールド１０のプレートを機械加工することである。しかし、そのためには、高さ変化の提案されたプロファイルに合わせてマニホールドプレートを設計し製作する必要があり、したがって、分配マニホールドの製造コストが増大する。
【０１７３】
分配マニホールド１０がパターン形成されたレリーフプレートのアセンブリを含むときに、ｚ方向のプレートの厚さが組み立てプロセスにおいてプレートを所望のプロファイルに変形できるような厚さである場合、これらの増大したコストを低減するか、または回避することができる。このアプローチでは、類似の一組のレリーフプレートを使用することで、適切な金型要素内に組み立てることによってｚ方向にいくつかの分配マニホールドの高さプロファイルを形成することができる。
【０１７４】
図３３Ａ〜３３Ｃを再び参照すると、流体分配マニホールド１０は、第１のプレート３１５と第２のプレート３２０とを備えている。第１のプレート３１５は、ｙ方向に延在する長さの次元およびｘ方向に延在する幅の次元を備える。第１のプレート３１５は、第１のプレート３１５のｙ方向に延在する長さの次元およびｘ方向に延在する幅の次元のうちの少なくとも一方の上で第１のプレート３１５に変形性（コンプライアンス性とも称する）を持たせられる厚さ６６０も備える。それに加えて、第２のプレート３２０は、ｙ方向に延在する長さの次元およびｘ方向に延在する幅の次元を備える。第２のプレート３２０は、第２のプレート３２０のｙ方向に延在する長さの次元およびｘ方向に延在する幅の次元のうちの少なくとも一方の上で第２のプレート３２０に変形性（コンプライアンス性）を持たせられる厚さ６７０も備える。少なくとも第１のプレート３１５および第２のプレート３２０の少なくとも一部は、流体流配向経路を画成するレリーフパターン（例えば、図１２Ａおよび１２Ｂを参照しつつ図示され説明されているレリーフパターン）を画成する。第１のプレート３１５および第２のプレート３２０は一緒に結合され、プレート３１５，３２０の長さの次元および幅の次元のうちの少なくとも一方にそってｚ方向に延在する高さの次元で非平面形状を形成する。
【０１７５】
プレートにコンプライアンス性を持たせるのに適した厚さは、製作材料と特定の実施形態について企図されている曲率半径とに依存する。典型的には、組み立てプロセス、例えば、プレート結合方法でいずれかのプレートまたは両方のプレートに許容可能でないゆがみまたは構造上の欠陥が生じない限り、どのような厚さも使用できる。例えば、プレート３１５，３２０が鋼鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、真鍮、ニッケルまたはチタンを含む金属で製作される場合、一般的に、プレートの厚さは０．５インチ未満、より好ましくは０．２インチ未満であることが望ましい。プラスチックおよびゴムなどの有機材料では、プレートの厚さは１インチ未満、より好ましくは０．５インチ未満であることが望ましい。
【０１７６】
プレート３１５，３２０の非平面形状は、曲率半径６８０を含むことができる。この湾曲は、湾曲がシリンダーの表面の一部をなぞることを示す直線軸を有することができる。軸は、ｘもしくはｙ方向のいずれか、またはｘ方向とｙ方向の組み合わせである方向とすることができる。軸は、ｚ方向にある程度の方向性を有することもでき、このため、曲面の最大高さは出力面に沿って一定でない。曲率半径は、最大１０メートルまでとすることができ、それでも有益な効果が得られる。軸は、出力面より上、または下にあってもよく、その結果、湾曲はそれぞれ凸または凹となる。
【０１７７】
あるいは、この湾曲は点軸を有することができ、その結果、湾曲は球体の表面の一部をなぞる。点軸は、出力面より上、または下の位置にあってもよく、その結果、湾曲はそれぞれ凸または凹となる。曲率半径は、最大１０メートルまでとすることができ、それでも有益な効果が得られる。
【０１７８】
分配マニホールドの出力面３６には、高さの周期的変化がありうる。これは、方向変化の任意のパターンの形態、またはｚ方向の曲率半径の周期的変化の形態をとりうる。周期的パターンは、正弦波または周期的変化を引き起こすことができる正弦波の組み合わせとすることができる。曲率半径の変化がｘとｙの両方向に同時に発生し、そのため出力面３６上にバンプまたはモードが生じる可能性がある。
【０１７９】
分配マニホールド１０は、第１のプレート３１５および第２のプレート３２０の高さの次元（ｚ方向）に非平面形状を形成する固定具を使用して第１のプレート３１５と第２のプレート３２０とを互いに結合することによって製造することができる。例えば、第１のプレート３１５および第２のプレート３２０を金型６９０内に保持することを含む固定具の使用により第１のプレート３１５および第２のプレート３２０を一緒に結合することができる。この固定具構成では、金型６９０は、そのプロファイルにおいて高さの変化がある金型の第１の半分６９０ａと金型の第２の半分６９０ｂとを備え、金型の第２の半分は金型の第１の半分の実質的に逆である変化を有する。
【０１８０】
一連の平坦なレリーフプレート３１５，３２０が金型の第１半分と第２の半分との間に置かれる。図３３Ｂに示されているように、レリーフプレートが金型の第１の半分と第２の半分の形状に合うように十分な圧力をかけて金型の第１の半分と第２の半分が閉じられている。次いで、固定要素を使用してプレートの結合を引き起こす。例えば、固定要素は、熱、圧力、音響エネルギー、またはプレート間にすでに配設されている接着剤または結合剤を活性化する他の力のうちの１つ、または組み合わせを含むものとしてよい。結合作用は、レリーフプレートの固有特性に由来するものであってもよい。例えば、プレートが金型内で圧力を加えられ、その後、プレートアセンブリに電流を通す場合、外部の結合剤を必要とすることなく、局部加熱でプレート間を溶接することができる。
【０１８１】
第１のプレートおよび第２のプレートの結合は、第１のプレートおよび第２のプレートを一組のローラーに通す固定具を使用して行うこともできる。例えば、非直線的経路に沿って配設されている一連のローラーを使用した場合、レリーフプレートアセンブリはプレートアセンブリがローラーを通過するときに特定の曲率を使用することができる。ローラーは、熱、圧力、音響エネルギー、またはプレートを一緒に結合させる別の固定力を同時に与えるように構成することができる。ローラーは、曲率半径の所望の変化が生じるように手動制御、遠隔制御、またはコンピュータ制御されるデバイスによって組み立て時に移動可能であるものとしてよい。ローラーは、完成した分配マニホールド内に高さの変化の周期的パターンを生じるパターン形成された表面プロファイルを有することもできる。
【０１８２】
上述のように、結合プロセスは、結合されるプレートを組み立てた後に少なくとも熱、または圧力、または熱と圧力との組み合わせを施すことを伴う。熱は、抵抗、誘導、対流、輻射、または火炎の加熱によって加えることができる。多くの場合、金属成分の酸化を低減するために結合プロセスの雰囲気を制御することが望ましい。プロセスは、大気圧より高い圧力から高真空プロセスまでの範囲の圧力で実行することができる。結合される材料と接触しているガスの組成は、概して、酸素を含んでいるべきではなく、有利には、窒素、水素、アルゴン、または他の不活性ガスもしくは還元ガスを含んでいてもよい。
【０１８３】
分配マニホールドの製造方法に関係なく、本発明のこの例示的な実施形態の利点の１つは、この技術を使用して組み立てる十分な柔軟性が個別のプレートにあるが、いったん結合された後、分配マニホールドの全体的強度はプレート間の連携により増大するという点である。
【０１８４】
図３６〜３８を参照し、再び図３および６から１８を参照すると、上で説明されているように、本発明の分配マニホールドで柔軟な基材をコーティングする場合、排気スロットの上にあるときと比べてソーススロットの上にあるときには流体によって加えられる力は異なる。これは、流体圧力はソースから排気スロットへ流体を追いやるように確立されるという事実の自然な帰結である。その結果基材に及ぼされる効果は、ヘッドから基材が押しやられる（その程度は排気スロットの上よりソーススロットの上の方が高い）か、または送出ヘッドの出力面と接触しうる（その程度はソーススロットの上より排気スロットの上の方が高い）というものである。そのため、浮遊の高さが均一でなくなるので望ましくない基材の変形を引き起こすことにつながり、したがって、基材と出力面との間の流体の混合と接触が生じる可能性をもたらしうる。
【０１８５】
この均一でない力が基材に及ぼす効果を緩和する１つの有用な方法は、基材の反対側の面（送出ヘッドに面していない基材の面）に支持体を付けることである。基材を支持することで、基材の固有の梁強度が、ガス分離の低下、ガスの二次汚染もしくは混合、または基材と分配マニホールドの出力面との接触の可能性をもたらしかねない特にｚ方向（高さ）の基材の形状の著しい変化の可能性を低減するか、または防ぐことができる十分な力が得られる。
【０１８６】
本発明のこの例示的な実施形態では、流体搬送システム６０は、流体分配マニホールド１０および基材移送機構７００を備える。上述のように、流体分配マニホールド１０は、複数の細長いスロット１４９，１８４を備える出力面３６を具備する。流体分配マニホールド１０の出力面３６は、細長いスロット１４９，１８４が基材２０の第１の表面４２と向かい合い、基材２０の第１の表面４２の近くに位置決めされるように基材２０の第１の表面４２の反対側に位置決めされる。基材移動機構７００は、基材２０をある方向（例えば、ｙ方向）に進行させる。基材移送機構７００は、柔軟な支持体７０４（図３６に示されているような）または７０６（図３７および３８に示されているような）を備える。柔軟な支持体７０４，７０６は、流体分配マニホールド１０の出力面３６の近くにある領域内で基材２０の第２の表面４４と接触する。
【０１８７】
図３６に示されているように、柔軟な支持体７０４が、一組の従来の支持台７１４に固定され、貼り付けられている。図３７および３８に示されているように、柔軟な支持体７０６は移動可能である。柔軟な支持体７０６が移動可能である場合、柔軟な支持体７０６は、一組のローラー７０２の周りで駆動されるエンドレスベルトであってもよく、少なくとも１つのローラーは移送用モーター５２を使用して駆動することができる。
【０１８８】
柔軟な支持体７０６は、起伏を付けて非平面形状（図３８に示されている）にし起伏のある送出ヘッド１０を収容できるように形状を適合させることができる。支持体７０４は柔軟でもあるので、支持体７０４も起伏を付けることができる。柔軟な支持体７０４は、所望の柔軟度を与える任意の好適な材料、例えば、金属またはプラスチックから製作することができる。柔軟な支持体７０６は、典型的には、好適なベルト材料、例えば、ポリイミド材料、金属材料から製作されるか、または基材と柔軟な支持体７０４，７０６の表面７２０との接触の維持を助ける粘着材料でコーティングされる。
【０１８９】
基材２０は、ウェブまたはシートのいずれかとすることができる。送出ヘッド１０の出力面３６と基材１０との間に間隔をあけて、その間隔を維持することに加えて、基材移送機構７００を送出ヘッド１０に関して上流方向、下流方向、またはその両方向のいずれかに延在し、ＡＬＤシステム６０に基材移送機能を付加することができる。
【０１９０】
適宜、柔軟な支持体７０４，７０６は、基材２０の第２の表面４４に機械的圧力を加えることもできる。例えば、流体圧力源７３０は、圧力のかかっている流体を導管１８に通し基材２０の第２の表面４４に作用する柔軟な支持体７０４，７０６の領域に送るように位置決めすることができる。流体の圧力は、圧力７１６，７１８が流体分配マニホールド１０の出力面３６に関して基材２０の位置決めをするのに十分である限り正７１６または負７１８のいずれかとすることができる。圧力７１６，７１８が柔軟な支持体７０４，７０６によって与えられる場合、柔軟な支持体７０４，７０６は、正圧７１６または負圧７１８のいずれかを基材２０の第２の表面４４に加える（またはかける）開口（穿孔とも称される）を備えることができる。他の構成も許容される。例えば、圧力７１６，７１８を柔軟な支持体７０４，７０６の周りに加えることができる。
【０１９１】
流体圧力源によって加えられる圧力が正圧７１６である場合、この圧力は、基材２０を流体分配マニホールド１０の出力面３６に向けて押す。流体圧力源によって加えられる圧力が負圧７１８である場合、この圧力は、基材２０を流体分配マニホールド１０の出力面３６から引き離し（引き込むとも言う）、柔軟な支持体７０４，７０６の方へ送る。いずれの構成においても、基材２０と分配マニホールド１０との間の比較的一定した間隔が得られ、この間隔を維持することができる。
【０１９２】
上述のように、複数の細長いスロット１４９，１８４のそれぞれは、送出ヘッド１０に関連付けられている対応する流体源に流体的に連通するように連結される。送出ヘッド１０に関連付けられている第１の対応する流体源は、ガスを細長いスロット１４９に通し、出力面３６と基材２０の第１の表面４２との間の領域内に送り込むのに十分な圧力でガスを供給する。送出ヘッド１０に関連付けられている第２の対応する流体源は、ガスが出力面３６と基材２０の第１の表面４２との間の領域から流れ出て、細長いスロット１８４に向かって流れるようにするのに十分な正の逆圧で流体を供給することができる。流体圧力源７３０によって加えられる圧力が、正圧７１６である場合、圧力７１６の大きさは、典型的には、送出ヘッド１０に関連付けられている第２の対応する流体源によって加えられる正の逆圧の大きさより大きい。
【０１９３】
柔軟な支持体７０４，７０６によって基材２０の第２の表面４４に加えることができる機械的圧力は、他の種類の機械的圧力を含むことができる。例えば、荷重デバイス機構７１２を使用する支持デバイス７０８を通じてバネ仕掛けである柔軟な支持体７０４，７０６を使用することによって基材２０の第２の表面４４に機械的圧力を加えることができる。荷重デバイス機構７１２は、機械的力を柔軟な支持体７０４，７０６に均等にかけるか、または十分な梁強度を施すか、または柔軟な支持体７０４，７０６の梁強度を高めるためにスプリングおよび荷重分配機構を備えることができる。あるいは、柔軟な支持体７０４，７０６は、柔軟な支持体７０４，７０６それ自体がバネ仕掛けの力を基材２０の第２の表面４４上にかけて送出ヘッド１０の出力面３６に関する間隔を形成し維持するのに必要な基材２０内の梁強度をもたらすように制約された位置に置くことができる。
【０１９４】
柔軟な支持体７０４，７０６によって基材２０の第２の表面４４に加えることができる機械的圧力は、他の種類の機械的圧力を含むことができる。例えば、移送機構７００は、流体分配マニホールド１０の出力面３６から基材２０を引き離して柔軟な支持体７０４，７０６の方へ進める静電気力を生じさせる柔軟な支持体７０４，７０６と基材２０との間に静止電荷差を発生する機構を備えることができる。
【０１９５】
支持デバイス７０８は、柔軟な支持体７０４，７０６に熱を供給するために加熱することもでき、これは最終的に基材２０を加熱する。基材２０を加熱することは、基材２０の第２の面４４上で、またはＡＬＤ蒸着時に全体として基材２０上で所望の温度を維持するのに役立つ。あるいは、支持デバイス７０８を加熱することは、ＡＬＤ蒸着時に基材２０の周りの領域内で所望の温度を維持するのに役立ちうる。
【０１９６】
図３４を参照し、再び図３および６から１８を参照すると、上で説明されているように、本発明の分配マニホールドで柔軟な基材をコーティングする場合、排気スロットの上にあるときと比べてソーススロットの上にあるときには流体によって加えられる力は異なる。これは、流体圧力はソースから排気スロットへ流体を追いやるように確立されるという事実の自然な帰結である。その結果基材に及ぼされる効果は、ヘッドから基材が押しやられる程度は、排気スロットの上より、ソーススロットの上の方が高いというものである。そのため、浮遊の高さが均一でなくなるので望ましくない基材の変形を引き起こすことにつながり、したがって、基材と出力面との間の流体の混合と接触が生じる可能性をもたらしうる。
【０１９７】
この均一でない力が基材に及ぼす効果を緩和する１つの有用な方法は、基材の反対側の面に類似の均一でない力をかけることである。この反対向きの均一でない力は、流体分配マニホールドによって与えられる力と、大きさおよび空間的に位置に関して類似しているべきであり、したがって基材の特定の領域に作用する正味の局部的な力はごくわずかしか残っていない。この残りの力は、基材の固有の梁強度が、ガス分離の低下および基材と分配マニホールドの出力面との接触の可能性をもたらしかねない特にｚ方向（高さ）の基材の形状の著しい変化の可能性を低減するか、または防ぐことができる十分に小さい力である。
【０１９８】
再び図３４を参照すると、本発明のこの態様の例示的な一実施形態は、第１の流体分配マニホールド１０および第２の流体分配マニホールド１１を備える薄膜材料蒸着用の流体搬送システム６０を具備する。出力面３６を備える流体分配マニホールド１０は、複数の細長いスロット１４９，１８４を備える。複数の細長いスロット１４９，１８４は、ソーススロット１４９および排気スロット１８４を含む。
【０１９９】
上述の大きさおよび方向に関して類似している反対の力を発生するために、第２の流体分配マニホールド１１は、出力面３６に類似の出力面３７を備える。出力面３７は、複数の開口部３８，４０を備える。複数の開口部３８，４０は、ソース開口部３８および排気開口部４０を含む。第２の流体分配マニホールド１１は、第２の流体分配マニホールド１１の出力面３７のソース開口部３８が第１の流体分配マニホールド１４９の出力面３６のソーススロット１４９のミラーとなるように第１の流体分配マニホールド１０から相隔てて並び、反対方向に位置決めされる。それに加えて、第２の流体分配マニホールド１１の出力面３７の排気開口部４０は、第１の流体分配マニホールド１０の出力面３６の排気スロット１８４のミラーとなっている。
【０２００】
動作中、基材２０の第１の面４２は、第１の分配マニホールド１０の出力面３６に最も近い位置にあるが、基材２０の第２の面４４は、第２の分配マニホールド１１の出力面３７に最も近い位置にある。上述のように、出力面３６のスロット１４９，１８４および出力面３７の開口部３８，４０は、ソースまたは排気機能を備えることができる。ソース機能を備える出力面のスロットもしくは開口部は、流体をその出力面と対応する基材の面との間の領域内に差し込む。排気機能を備える出力面のスロットもしくは開口部は、流体をその出力面と対応する基材の面との間の領域から引き出す。
【０２０１】
マニホールド１０およびマニホールド１１のミラー位置決めは、第２の分配マニホールド１１の出力面３７の所定の開口部が、第１の分配マニホールド１０の第１の出力面３６上に配置されているスロットに対してほぼ法線方向である方向に配置されることを確実にするのに役立つ。動作中、出力面３７および出力面３６は、典型的には、互いに平行であり、法線方向はｚ方向である。それに加えて、同じ所定の開口部は、所定の開口部の反対側にある第１の出力面３６上に配置されているスロットの機能と同じ機能（ソースまたは排気のいずれか）を備える。出力面上の隣接するスロット間の距離がｄである場合、第１の分配マニホールド上の開口部と第２の分配マニホールド上の開口部との間のアライメントの公差は、ｄの５０％未満、好ましくはｄの２５％未満であるべきである。
【０２０２】
流体搬送システム６０は、基材２０を第１の流体分配マニホールド１０と第２の流体分配マニホールド１１との間の方向に進行させる基材移送機構、例えば、サブシステム５４を備えることができる。基材移送機構は、流体分配マニホールド１０，１１の出力面３６，３７にほぼ平行な方向に基材２０を移動するように構成されている。移動は、一定であるか、または速度可変であるか、または往復を生じる方向の変化を伴いうる。移動は、例えば、電動式ローラー５２を使用して実行することができる。
【０２０３】
基材２０と第１の流体分配マニホールド１０との間の距離Ｄ１は、典型的には、基材２０と第２の流体分配マニホールド１１との間の距離Ｄ２と実質的に同じである。この意味で、距離Ｄ１およびＤ２は、距離が互いの２倍以内、またはより好ましくは、互いの１．５倍以内であるときに実質的に同じである。
【０２０４】
第２の流体分配マニホールド１１の複数の開口部３８，４０は、さまざまな形状、例えばスロットもしくは穴の形をとりうる。第１の分配マニホールド１０は、これが出力面３６との間の流体の送出を最も均一に行うので、その出力面上の開口部のための細長いスロットを有する可能性が高い。第２の分配ヘッド１１内の対応する開口部も、ソースおよび排気領域に対応するスロット特徴体を有することができる。あるいは、第２の分配ヘッド１１内の開口部は、好適な任意の形状の穴特徴体とすることができる。基材の第２の面上に一致する力を与える条件が正確な条件でないので、一致する力は、基材の有害な変形を防ぐのに十分な力であればよい。したがって、第１の分配ヘッド１０内のスロットから横切るように位置合わせされる例えば第２の分配ヘッド１１内の一連の穴は、第２の分配ヘッド１１をより単純に、より低コストで加工できるようにしながら基材２０上の力を無理なく一致させるのに十分にすることができる。
【０２０５】
上述のように、第１の分配マニホールド１０の出力面３６上の細長いスロットは、直線的であるか、または湾曲していてもよい。これらのスロットは、正弦パターン、鋸歯パターン、または方形波パターンなどの周期的変化を含むさまざまな形状を伴いうる。第２の分配ヘッド１１上の開口部は、適宜、第１の分配マニホールド１０上の対応するスロットと形状が似ていてもよい。
【０２０６】
本発明のこの例示的な実施形態では、搬送システム６０の第１の流体分配マニホールド１０および第２の流体分配マニホールド１１は、両方とも、ＡＬＤ流体マニホールドとすることができる。第２の分配マニホールド１１が非反応性ガスを供給するか、または同伴するように操作される例示的な実施形態では、この構成により、第２の流体分配マニホールド１１が発生源である力は、第１の流体マニホールド１０によって加えられる力と十分に一致することが確実になる。他の例示的な実施形態では、第２の流体分配マニホールド１１は、ＡＬＤ蒸着を行うことができる一組の反応性ガスを供給するように構成されうる。この構成では、基材２０の両面４２，４４は、同じまたは異なる組成の薄膜で同時にコーティングすることができる。
【０２０７】
図３５を参照し、再び図１から２８Ｅまでを参照すると、本発明のいくつかの例示的な実施形態では、基材２０に送出されるか、または基材２０から取り除かれる１つ以上の種類のガスを監視することが望ましい。本発明のこの態様の例示的な一実施形態では、薄膜材料蒸着用の流体搬送システム６０は、流体分配マニホールド１０、ガス源、例えば、ガス供給部２８、およびガス受け入れチャンバー２９ａまたは２９ｂを、上述のように備え、流体分配マニホールド１０は、複数の細長いスロット１４９，１８４を備える出力面３６を具備する。これらの複数の細長いスロットは、ソーススロット１４９および排気スロット１８４を含む。ガス源２８は、ソーススロット１４９と流体的に連通し、ガスを分配マニホールド１０の出力面３６に供給するように構成される。ガス受け入れチャンバー２９ａまたは２９ｂは、排気スロット１８４と流体的に連通し、排気スロット１８４を通して分配マニホールド１０の出力面３６に供給されたガスを回収するように構成される。ガス源２８からガス受け入れチャンバー２９へと進行するガスのパラメータを感知するようにセンサー４６が位置決めされる。制御装置５６は、センサー４６と電気通信を行うように接続され、センサー４６から受信したデータに基づき搬送システム６０の動作パラメータを修正するように構成される。
【０２０８】
ガス源２８から出たガスは、外部導管３２を通り、次いで、流体分配マニホールド（上述の）内の内部導管を通ってから、ソーススロット１４９を通り出力面３６に達する。出力面３６から出たガスは、排気導管１８４を通り、流体分配マニホールド内の内部導管を通り、外部導管３４を通ってから、ガス受け入れチャンバー２９に達する。ガス源２８は、出力面３６にガスを供給するために導管の圧力より高い圧力のガス源とすることができる。ガス受け入れチャンバー２９は、出力面３６からガスを取り除くために導管の圧力より低い圧力のガスチャンバーとすることができる。
【０２０９】
センサー４６は、システム６０のさまざまな位置に配置することができる。例えば、センサー４６は、図３５の位置Ｌ１に例示されているように排気スロット１８４とガス受け入れチャンバー２９との間に位置決めすることができる。この実施形態では、センサー４６は、分配マニホールド１０、導管システム３４、ガス受け入れチャンバー２９またはこれらのうちの複数に入れることができる。
【０２１０】
センサー４６は、図３５の位置Ｌ２に例示されているようにソーススロット１４９とガス源２８との間に位置決めすることができる。この実施形態では、センサー４６は、分配マニホールド１０、導管システム３２、ガス供給チャンバー２８またはこれらのうちの複数に入れることができる。
【０２１１】
センサー４６は、図３に示されている位置Ｌ３に例示されているように分配マニホールド１０の出力面３６のところに位置決めすることができる。この構成では、センサー４６は、好ましくは、ソーススロット１４９と排気スロット１８４との間に位置決めされる。
【０２１２】
センサー４６は、ガスの圧力、流量、化学的特性、および光学的特性のうちの少なくとも１つを測定する種類のものとすることができる。センサー４６で圧力を測定する場合、圧力測定のための技術を使用して圧力を測定することができる。例として、容量感知デバイス、電磁感知デバイス、圧電感知デバイス、光感知デバイス、電位差感知デバイス、共振感知デバイスまたは熱圧力感知デバイスが挙げられる。流量は、従来の技術、例えば、ベーラ Ｇ． リプタク著「Ｆｌｏｗ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ」（ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ、１９９３ ＩＳＢＮ ０８０１９８３８６Ｘ、９７８０８０１９８３８６３）において説明されている技術を使用して測定することもできる。
【０２１３】
化学的特性は、反応性前駆体、反応生成物、またはシステム内の汚染物質を識別するために測定されうる。化学的同一性および特性を感知するための従来のセンサーを使用することができる。感知動作の例としては、出力面のところで反応物質の過剰な混合があることを示す、代替ソースガスチャネルの排気口内に出る所定のソースガスチャネルからの前駆体の同定、出力面のところで反応物質の過剰な混合があることを示す、排気チャネル内に出る２つの異なるソースガスの反応生成物の同定、および出力面の近くで空気連行があることを示すことができる排気チャネル中の、過剰な汚染物質、例えば、酸素または二酸化炭素の存在の検出が挙げられる。
【０２１４】
ガスの光学的特性を使用することができるが、それは光学的測定が非常に高速で、比較的実行しやすく、センサーの寿命も長いからである。光散乱または減衰などの光学的特性は、出力面のところで過剰な成分混合があることを示す微粒子の形成を識別するために使用することができる。あるいは、流体流中の化学元素を識別するために分光学的特性を使用することができる。これらは、紫外線、可視光線または赤外線の波長で感知することができる。
【０２１５】
上述のように、センサー４６は、制御装置５６に接続される。制御装置５６は、少なくとも１つがセンサー出力であるいくつかのプロセス値を測定し、動作パラメータをプロセス値の関数として制御する。制御装置は、電子的または機械的な装置とすることができる。動作パラメータは、典型的には、システム６０の動作に対し影響を及ぼすことが意図されている流体搬送システム６０への制御可能な入力である。例えば、動作パラメータは、制御装置５６によって修正することができる入力ガス流量を含むことができる。
【０２１６】
センサー入力に対する応答は、ダイレクトであるか、またはリバースであるものとしてよい。例えば、圧力の読み取り値がシステム性能に異常があることを示している場合、ガスの流量を減らすか、またはガス流を遮断し、反応性ガスの放出または抜けを防ぐことができる。あるいは、その結果、ガスの流量が増大し、システムを元の制御状態に戻すことを試みることができる。
【０２１７】
上述のように、システムは、基材２０を流体分配マニホールド１０に相対的な方向に進行させる基材移送機構、例えば、サブシステム５４を備えることができる。制御装置５６は、センサーの読み取りに応答として基材移送機構５４の動作パラメータを調整することによって基材２０の移動を修正することができる。典型的には、これらの種類の動作パラメータは、基材の速度、基材の張力、および出力面に対する基材の角度を含む。
【０２１８】
制御装置５６は、システムの動作パラメータを調整することによって基材移送機構５４および分配マニホールド１０の相対的位置を修正することもできる。この実施形態では、基材移送機構５４と流体分配マニホールド１０のうちの少なくとも一方は、ｚ方向で出力面３６に対して実質的に法線方向である方向に移動することを可能にする機構を備えることができる。この機構は、電気式作動デバイス、空気圧式作動デバイスまたは電空式作動デバイスによって操作することができる。基材２０および流体分配マニホールド１０の相対的位置の修正は、必要ならば他のシステムパラメータの変更も伴うことがある。
【符号の説明】
【０２１９】
１０ 送出ヘッド，流体分配マニホールド、１１ 流体分配マニホールド、１２ 出力チャネル、１４，１６，１８ ガス注入口導管、２０ 基材、２２ 排気チャネル、２４ 排気ポート導管、２８ａ，２８ｂ，２８ｃ ガス供給部、２９ａ，２９ｂ ガス受け入れチャンバー、３０ アクチュエータ、３２ 供給管路、３４ 導管、３６ 出力面、３８，４０ 開口部、４２ 第１の面、４４ 第２の面、４６ センサー、５０ チャンバー、５２ 移送モーター、５４ 移送サブシステム、５６ 制御論理プロセッサ、６０ システム、６２ ウェブコンベヤ、６４ 送出ヘッド移送、６６ ウェブ基材、７０ システム、７４ 基材支持体、９０ 前駆体材料用の配向チャネル、９２ パージガス用の配向チャネル、９６ 基材支持体、９８ ガス流体ベアリング、１００ 連結プレート、１０２ 配向チャンバー、１０４ 入力ポート、１１０ ガスチャンバープレート、１１２，１１３，１１５ 供給チャンバー、１１４，１１６ 排気チャンバー、１２０ ガス方向プレート、１２２ 前駆体材料用の配向チャネル、１２３ 排気配向チャネル、１３０ ベースプレート、１３２ 細長い放出チャネル、１３４ 細長い排気チャネル、１４０ ガスディフューザープレートアセンブリ、１４２ ノズルプレート、１４３ ガス導管、１４６ ガスディフューザープレート、１４７ 出力通路、１４８ 出力面プレート、１４９ 出力通路、１５０ 送出アセンブリ、１５４ 細長い排気チャネル、１７０ スプリング、１８０ 順に並ぶ第１の排気スロット、１８２ スロット、１８４ 排気スロット、２００ 平坦なプロトタイププレート、２２０ プロトタイププレートを含むレリーフ、２３０ 両面にレリーフパターンを含むプロトタイププレート、２１５，２２５，２３５，２４５ 組み立てられたプレートユニット、２５０ プレートの隆起した平坦な領域、２５５ 配向チャネル凹部、２６０ プレート上のディフューザー領域、２６５ 円柱ポスト、２７０ 正方形のポスト、２７５ 任意の形状のポスト、３００ 機械加工されたブロック、３０５ 機械加工されたブロック内の供給管路、３１０ チャネル、３１５ 水平ディフューザーアセンブリ用の第１のプレート、３１８ 金属結合剤、３２０ 水平ディフューザーアセンブリ用の第２のプレート、３２２ 流体流方向、３２５ 水平プレート上のディフューザー領域、３３０ ガス供給部、３３５ 拡散ガス、３２７ 鏡面仕上げ、３２８ 接触領域、３５０ 垂直プレートアセンブリのエンドプレート、３６０ 供給穴、３６５ 典型的なプレート外形、３７０ 供給管路＃２を出力面に連結するプレート、３７５ 供給管路＃５を出力面に連結するプレート、３８０ 供給管路＃４を出力面に連結するプレート、３８５ 供給管路＃１０を出力面に連結するプレート、３９０ 供給管路＃７を出力面に連結するプレート、３９５ 供給管路＃８を出力面に連結するプレート、４０５ プレート上の送出チャネル用の凹部、４１０ プレート上のディフューザー領域、４２０ ディフューザーの個別のチャネル内の隆起領域、４３０ ディフューザーの個別のチャネル内のスロット、４５０ 両面レリーフプレート、４５５ リップを有するシールプレート、４６０ シールプレート上のリップ、４６５ ディフューザー領域、５００ プレートを加工するステップ、５０２ 接着剤をあわせ面に塗布すること、５０４ プレートをアライニング構造に取り付けること、５０６ 圧力および熱を加えて硬化させること、５０８ 活性表面を研削し研磨すること、６００ クリーニングすること、６１０ 一次チャンバー、６１２ 個別の一次チャンバー、６２０ 二次流体源、６２２ 二次チャンバー、６２４ 流体チャンバー、６３０ 搬送ポート、６４０ 弁、６５０ 中心線、６６０，６７０ 厚さ、６８０ 曲率、６９０ 金型、７００ 基材移送機構、７０２ 基材支持体ローラー、７０４ 固定された柔軟な支持体、７０６ 移動可能な柔軟な支持体、７０８ 支持デバイス、７１０ 支持機構、７１２ デバイス荷重機構、７１４ 支持台、７１６ 正圧、７１８ 負圧、７２０ 表面、Ａ 矢印、Ｄ 距離、Ｅ 排気プレート、Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４ ガス流、Ｉ 第３の不活性ガス状材料、Ｍ 第２の反応物質ガス状材料、Ｏ 第１の反応物質ガス状材料、Ｐ パージプレート、Ｒ 反応物質プレート、Ｓ セパレータプレート、Ｘ 矢印、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３ 位置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体分配マニホールドであって、
第１のプレートと、
第２のプレートであって、少なくとも前記第１のプレートおよび前記第２のプレートの少なくとも一部がレリーフパターンを画成する、第２のプレートと、
前記レリーフパターンによって画成される流体流配向パターンを前記第１のプレートおよび前記第２のプレートが形成するように、前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に配設された金属結合剤と、を備えることを特徴とする流体分配マニホールド。
【請求項２】
請求項１に記載のマニホールドであって、前記第２のプレートは、前記第１のプレートの前記リリーフ部分の反対側に配設されているレリーフ部分を備えることを特徴とするマニホールド。
【請求項３】
請求項１に記載のマニホールドであって、前記第２のプレートは、前記第１のプレートの前記リリーフ部分からオフセットして配設されているレリーフ部分を備えることを特徴とするマニホールド。
【請求項４】
請求項１に記載のマニホールドであって、前記流れ配向パターンは、前記金属結合剤を含んでいない前記レリーフパターンによって画成されることを特徴とするマニホールド。
【請求項５】
請求項１に記載のマニホールドであって、前記第１のプレートは出力面を備え、前記出力面は前記第２のプレートに結合される前に研磨される仕上げを含むことを特徴とするマニホールド。
【請求項６】
流体分配ヘッドを組み立てる方法であって、
第１のプレートを設けることと、
第２のプレートであって、少なくとも前記第１のプレートおよび前記第２のプレートの少なくとも一部がレリーフパターンを画成する、第２のプレートを設けることと、
前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に配設された金属結合剤を設けることと、
前記レリーフパターンによって画成された流体流配向パターンを、前記金属結合剤を使用して前記第１のプレートと前記第２のプレートとを互いに結合することによって形成することと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に配設された金属結合剤を設けることは、
前記第１のプレートおよび前記第２のプレートのうちの一方に金属結合剤の層を設けることと、
マスクを金属結合材の前記層の上に施すことと、
前記同マスクを使用して金属結合剤の前記層と前記第１のプレートまたは前記第２のプレートのいずれかとをエッチングすることと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、前記同マスクを使用して金属結合剤の前記層と前記第１のプレートまたは前記第２のプレートのいずれかとをエッチングすることは、同じプロセスステップにおいて金属結合剤の前記層と前記第１のプレートまたは前記第２のプレートのいずれかとをエッチングすることを含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項７に記載の方法であって、前記同マスクを使用して金属結合剤の前記層と前記第１のプレートまたは前記第２のプレートのいずれかとをエッチングすることは、金属結合剤の前記層と前記第１のプレートまたは前記第２のプレートのいずれかとを別々のプロセスステップにおいてエッチングすることを含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
基剤上に薄膜材料を蒸着する方法であって、
基材を設けることと、
流体分配マニホールドであって、
第１のプレートと、
第２のプレートであって、少なくとも前記第１のプレートおよび前記第２のプレートの少なくとも一部がレリーフパターンを画成する、第２のプレートと、
前記レリーフパターンによって画成される流体流配向パターンを前記第１のプレートおよび前記第２のプレートが形成するように、前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に配設された金属結合剤と、を備える流体分配マニホールドを設けることと、
ガス状材料を、前記レリーフパターンによって画成された前記流体流配向パターンに前記ガス状材料を貫流した後に、前記流体分配マニホールドから前記基材の方へ流すことと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項１】
流体分配マニホールドであって、
第１のプレートと、
第２のプレートであって、少なくとも前記第１のプレートおよび前記第２のプレートの少なくとも一部がレリーフパターンを画成する、第２のプレートと、
前記レリーフパターンによって画成される流体流配向パターンを前記第１のプレートおよび前記第２のプレートが形成するように、前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に配設された金属結合剤と、を備えることを特徴とする流体分配マニホールド。
【請求項２】
請求項１に記載のマニホールドであって、前記第２のプレートは、前記第１のプレートの前記リリーフ部分の反対側に配設されているレリーフ部分を備えることを特徴とするマニホールド。
【請求項３】
請求項１に記載のマニホールドであって、前記第２のプレートは、前記第１のプレートの前記リリーフ部分からオフセットして配設されているレリーフ部分を備えることを特徴とするマニホールド。
【請求項４】
請求項１に記載のマニホールドであって、前記流れ配向パターンは、前記金属結合剤を含んでいない前記レリーフパターンによって画成されることを特徴とするマニホールド。
【請求項５】
請求項１に記載のマニホールドであって、前記第１のプレートは出力面を備え、前記出力面は前記第２のプレートに結合される前に研磨される仕上げを含むことを特徴とするマニホールド。
【請求項６】
流体分配ヘッドを組み立てる方法であって、
第１のプレートを設けることと、
第２のプレートであって、少なくとも前記第１のプレートおよび前記第２のプレートの少なくとも一部がレリーフパターンを画成する、第２のプレートを設けることと、
前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に配設された金属結合剤を設けることと、
前記レリーフパターンによって画成された流体流配向パターンを、前記金属結合剤を使用して前記第１のプレートと前記第２のプレートとを互いに結合することによって形成することと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に配設された金属結合剤を設けることは、
前記第１のプレートおよび前記第２のプレートのうちの一方に金属結合剤の層を設けることと、
マスクを金属結合材の前記層の上に施すことと、
前記同マスクを使用して金属結合剤の前記層と前記第１のプレートまたは前記第２のプレートのいずれかとをエッチングすることと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、前記同マスクを使用して金属結合剤の前記層と前記第１のプレートまたは前記第２のプレートのいずれかとをエッチングすることは、同じプロセスステップにおいて金属結合剤の前記層と前記第１のプレートまたは前記第２のプレートのいずれかとをエッチングすることを含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項７に記載の方法であって、前記同マスクを使用して金属結合剤の前記層と前記第１のプレートまたは前記第２のプレートのいずれかとをエッチングすることは、金属結合剤の前記層と前記第１のプレートまたは前記第２のプレートのいずれかとを別々のプロセスステップにおいてエッチングすることを含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
基剤上に薄膜材料を蒸着する方法であって、
基材を設けることと、
流体分配マニホールドであって、
第１のプレートと、
第２のプレートであって、少なくとも前記第１のプレートおよび前記第２のプレートの少なくとも一部がレリーフパターンを画成する、第２のプレートと、
前記レリーフパターンによって画成される流体流配向パターンを前記第１のプレートおよび前記第２のプレートが形成するように、前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に配設された金属結合剤と、を備える流体分配マニホールドを設けることと、
ガス状材料を、前記レリーフパターンによって画成された前記流体流配向パターンに前記ガス状材料を貫流した後に、前記流体分配マニホールドから前記基材の方へ流すことと、を含むことを特徴とする方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１５Ｃ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１６Ｃ】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８Ａ】
【図２８Ｂ】
【図２８Ｃ】
【図２８Ｄ】
【図２８Ｅ】
【図２９Ａ】
【図２９Ｂ】
【図２９Ｃ】
【図３０】
【図３１Ａ】
【図３１Ｂ】
【図３１Ｃ】
【図３１Ｄ】
【図３２Ａ】
【図３２Ｂ】
【図３２Ｃ】
【図３２Ｄ】
【図３３Ａ】
【図３３Ｂ】
【図３３Ｃ】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１５Ｃ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１６Ｃ】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８Ａ】
【図２８Ｂ】
【図２８Ｃ】
【図２８Ｄ】
【図２８Ｅ】
【図２９Ａ】
【図２９Ｂ】
【図２９Ｃ】
【図３０】
【図３１Ａ】
【図３１Ｂ】
【図３１Ｃ】
【図３１Ｄ】
【図３２Ａ】
【図３２Ｂ】
【図３２Ｃ】
【図３２Ｄ】
【図３３Ａ】
【図３３Ｂ】
【図３３Ｃ】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【公表番号】特表２０１３−５０８５６２（Ｐ２０１３−５０８５６２Ａ）
【公表日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５３６９２９（Ｐ２０１２−５３６９２９）
【出願日】平成２２年１０月２６日（２０１０．１０．２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５３９９３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０５６５２１
【国際公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【出願人】（５９００００８４６）イーストマン コダック カンパニー (1,594)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２６日（２０１０．１０．２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５３９９３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０５６５２１
【国際公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【出願人】（５９００００８４６）イーストマン コダック カンパニー (1,594)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]