【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】原子层工艺打印机
[0001]本专利技术涉及一种用于在选择区域中以原子尺度进行材料沉积、蚀刻和/或清洁的原子层工艺打印机。本专利技术进一步涉及一种使用所述原子层工艺打印机在选择区域中以原子尺度进行材料沉积、蚀刻和/或清洁的方法。
技术介绍
[0002]存在若干种原型和增材纳米尺度制造工具。然而，这些工具通常存在包括以下各项的困难：处理速度低、在大气条件下操作出问题、材料过度使用以及同时处理不同材料较复杂。此外，现有方法中的许多方法需要价格较高的工具。
[0003]原子层沉积(ALD)是一种与纳米尺度制造工具一样用于在平整表面上打印连续薄膜的方法的实例。ALD背后的原理是：表面经受第一前驱物气体(precursor gas，前体气体)的作用，该第一前驱物气体吸附在该表面上，然后疏散过多的第一前驱物气体并且在完全疏散过多的第一前驱物气体之后引入第二前驱物气体，从而在该表面上完成反应。一般来说，ALD依赖于两步反应或多步反应来控制沉积工艺。可以用两种方式来操作ALD；时间ALD和空间ALD。总的来说，空间ALD在空间上分离不同的气体，而时间ALD在时间上分离气体。
[0004]时间ALD利用腔室，其中定位有基材。腔室中的基材通常经受吸附在表面上的第一前驱物气体的作用，经受惰性气体的作用以用于清洁腔室，经受在表面上与第一前驱物气体发生反应的第二前驱物气体的作用，并且经受惰性气体的作用以用于清洁腔室。可以重复此工艺，或组合此工艺与其他工艺，直到获得期望的产品为止。时间ALD通常被视为缓慢的方法，并且当要在每个步骤中填充整个腔室时...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在选择区域中以原子尺度进行材料沉积、蚀刻和/或清洁的原子层工艺打印机(100)，所述打印机(100)包括：ο基材板(160)，所述基材板用于固持基材(162)，其中能使用所述打印机(100)将一种或多种流体(132、134)沉积到所述基材上；ο打印机头(101)，所述打印机头定位成与所述基材板(160)上的所述基材(162)相对，其中所述打印机头(101)包括具有多个开口的打印机头板(104)，所述开口包括：
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一个或多个第一离开开口(112)，所述第一离开开口各自具有小于900微米的第一离开开口直径；
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一个或多个第二离开开口(114)；
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一个或多个第三离开开口(116)；
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一个或多个排出开口(118、120)；其中所述打印机进一步包括：ο第一入口供应通道(122)，所述第一入口供应通道连接到所述一个或多个第一离开开口(112)以用于通过所述一个或多个第一离开开口(112)将第一前驱物流体(132)引导到所述基材(162)上；ο第二入口供应通道(124)，所述第二入口供应通道连接到所述一个或多个第二离开开口(114)以用于通过所述一个或多个第二离开开口(114)将第二前驱物流体(134)引导到所述基材(162)上；ο第三入口供应通道(126)，所述第三入口供应通道连接到所述一个或多个第三离开开口(116)以用于通过所述一个或多个第三离开开口(116)将惰性流体(136)引导到所述基材(162)上；ο一个或多个出口通道(128、130)，所述一个或多个出口通道连接到所述一个或多个排出开口(118、120)以用于将未沉积的第一前驱物流体(132)、未沉积的第二前驱物流体(134)和惰性流体(136)从所述基材(162)移除；其中所述基材板(160)能够相对于所述打印机头(101)移动：
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沿着由相对于彼此垂直的X轴和Y轴限定的X、Y平面中的轴线移动；
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沿着与所述X、Y平面垂直的Z轴移动；以及
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以限定所述X、Y平面围绕所述Z轴的旋转的第一角度移动；其中所述基材板(160)和所述打印机头(101)能够相对于彼此以第二角度θ移动，该第二角度θ限定所述X、Y平面围绕所述X、Y平面中的轴线的倾斜，其中所述一个或多个排出开口包括：ο一个或多个第一排出开口(118)，所述第一排出开口连接到第一出口通道(128)以用于将未沉积的第一前驱物流体(132)和可能的惰性流体(136)从所述基材(162)移除；以及ο一个或多个第二排出开口(120)，所述第二排出开口连接到第二出口通道(130)以用于将未沉积的第二前驱物流体(134)和可能的惰性流体(136)将从所述基材(162)移除。2.根据权利要求1所述的打印机，其中所述打印机头(101)在所述X、Y平面中是固定的且沿着所述Z轴是固定的。3.根据任一前述权利要求所述的打印机，其中所述X、Y平面与所述基材板(160)平行地延伸。
4.根据任一前述权利要求所述的打印机，其中所述X、Y平面围绕所述Z轴的所述旋转是所述基材板(160)的旋转。5.根据任一前述权利要求所述的打印机，其中所述X、Y平面的所述倾斜是所述基材板(160)相对于所述打印机头(101)的倾斜。6.根据任一前述权利要求所述的打印机，其中所述打印机头(101)是能倾斜的。7.根据任一前述权利要求所述的打印机，其中所述第二角度(θ)在0.5度到10度的范围内，诸如1度到5度、诸如2度到4度或诸如2.5度到3.5度。8.根据任一前述权利要求所述的打印机，其中所述Z轴在所述打印机头(101)与所述基材板(160)之间延伸，从而限定所述打印机头(101)与所述基材板(160)之间的距离。9.根据权利要求8所述的打印机，其中所述打印机头(101)与所述基材板(160)之间的所述距离在0.005μm到100μm的范围内，诸如0.005μm到50μm、诸如0.01μm到50μm、诸如0.05μm到50μm、诸如0.1μm到50μm、诸如0.1μm到25μm或诸如1μm到10μm。10.根据任一前述权利要求所述的打印机，其中所述打印机头(101)的出口表面进一步包括定位于所述第一离开开口、第二离开开口和第三离开开口(112、114、116)以及所述排出开口(118、120)周围最外侧的安全疏散通道。11.根据任一前述权利要求所述的打印机，其中所述打印机头(101)的出口表面的形式是盘形、正方形、矩形、三角形、五角形或类似形状，其中各组的开口各自形成圆盘形。12.根据任一前述权利要求所述的打印机，其中所述打印机头(101)的出口表面的形式是盘形。13.根据任一前述权利要求所述的打印机，其中所述打印机适于在打印三维结构期间改变所述打印机头(101)与所述基材板(160)之间的距离。14.根据任一前述权利要求所述的打印机，其中所述打印机适于以1nm/min或更低的沉积速度来操作。15.根据任一前述权利要求所述的打印机，其中所述打印机适于以在0.1nm/min到100nm/min的范围内的沉积速度来操作，诸如1nm/min到100nm/min、诸如1nm/min到50nm/min、诸如0.1nm/min到10nm/min、诸如0.5nm/min到10nm/min、诸如1nm/min到10nm/min。16.根据任一前述权利要求所述的打印机，其中所述打印机适于在大气压下操作。17.根据任一前述权利要求所述的打印机，其中所述打印机适于在真空或超高真空下操作。18.根据任一前述权利要求所述的打印机，其中所述打印机适于控制所述打印机头(101)的温度。19.根据任一前述权利要求所述的打印机，其中所述打印机适于控制所述供应通道(122、124、126)的温度。20.根据任一前述权利要求所述的打印机，其中所述打印机包括加热/冷却源，所述加热/冷却源至少对所述打印机头(101)进行加热以允许所述打印机头在介于10℃与600℃之间、诸如介于15℃与450℃之间、诸如介于20℃与400℃之间的温度下操作。21.根据任一前述权利要求所述的打印机，其中所述供应通道(122、124、126)由不锈钢、聚四氟乙烯、含氟弹性体材料(FKM)或全氟弹性体化合物(FFKM)制成。22.根据任一前述权利要求所述的打印机，其中所述第一离开开口直径小于800μm，诸
如小于700μm，诸如小于600μm，诸如小于500μm，诸如小于400μm，诸如小于300μm，诸如小于200μm，诸如小于100μm，诸如小于50μm。23.根据任一前述权利要求所述的打印机，其中所述第一离开开口直径在0.005μm到850μm的范围内，诸如0.005μm到750μm、诸如0.005μm到650μm、诸如0.005μm到550μm、诸如0.005μm到450μm、诸如0.005μm到250μm、诸如0.005μm到100μm、诸如0.01μm到50μm、诸如0.01μm到10μm、诸如0.01μm到1μm、诸如0.015μm到0.05μm、诸如0.02μm。24.根据任一前述权利要求所述的打印机，其中所述打印机适于提供20nm到1mm的图案分辨率。25.根据任一前述权利要求所述的打印机，其中所述打印机适于以自下而上设置来操作，其中所述打印机头(101)定位在所述基材板(160)上方。26.根据任一前述权利要求所述的打印机，其中所述打印机头板(104)进一步包括：
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一个或多个第一分配通道(142)，所述一个或多个第一分配通道适于将所述第一前驱物流体(132)从所述第一入口供应通道(122)引导到所述一个或多个第一离开开口(112)；
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一个或多个第二分配通道(144)，所述一个或多个第二分配通道适于将所述第二前驱物流体(134)从所述第二入口供应通道(124)分配到所述一个或多个第二离开开口(114)；
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一个或多个第三分配通道(146)，所述一个或多个第三分配通道适于将所述惰性流体(136)从所述第三入口供应通道(126)分配到所述一个或多个第三离开开口(116)。27.根据任一前述权利要求所述的打印机，其中所述打印机头板(104)以可移除方式附接到所述打印机头(101)，使得不同的打印机头板(104)能够连接到所述打印机头(101)，所述不同的打印机头板(104)的所述第一离开开口的开口直径具有不同尺寸。28.根据任一前述权利要求所述的打印机，其中所述一个或多个第二离开开口和第三离开开口(114、116)以及所述一个或多个排出开口(118、120)定位在所述一个或多个第一离开开口(112)周围。29.根据任一前述权利要求所述的打印机，其中所述一个或多个第二离开开口和第三离开开口(114、116)以及所述一个或多个排出开口(118、120)沿圆周定位在所述一个或多个第一离开开口(112)中的每个第一离开开口的周围。30.根据任一前述权利要求所述的打印机，其中所述一个或多个第二离开开口和第三离开开口(114、116)以及所述一个或多个排出开口(118、120)对称地定位在所述一个或多个第一前驱物开口的周围。31.根据任一前述权利要求所述的打印机，其中所述一个或多个第一离开开口(112)包括定位在所述打印机头板(104)中央的第一离开开口(112)。32.根据任一前述权利要求所述的打印机，其中：ο主要组的排出开口(118、120)被定位于所述第一离开开口(112)中的每个第一离开开口与主要第二离开开口(114)之间；和/或ο主要组的第三离开开口(116)被定位于所述第一离开开口(112)中的每个第一离开开口与主要组的第二离开开口(114)之间。33.根据任一前述权利要求32所述的打印机，其中所述一个或多个第一离开开口(112)与所述主要组的第二离开开口(114)之间的前驱物流体距离介于5μm到3000μm，或诸如介于5μm到500μm，或诸如介于5μm到100μm，或诸如介于5μm到30μm，或诸如介于10μm到20μm，或诸
如介于30μm到3000μm，或诸如介于50μm到2000μm，或诸如介于100μm到1000μm。34.根据任一前述权利要求所述的打印机，其中所述打印机包括多个打印机头(101)。35.根据任一前述权利要求所述的打印机，其中所述打印机头(101)由陶瓷或诸如耐腐蚀钢的金属制成。36.一种用于在选择区域中以原子尺度进行材料沉积、蚀刻和/或清洁的原子层工艺打印机，所述打印机包括：ο基材板(160)，所述基材板用于固持基材(162)，其中能使用所述打印机将一种或多种流体(132、134)沉积到所述基材上；ο打印机头(101)，所述打印机头定位成与所述基材板(160)上的所述基材(162)相对，其中所述打印机头(101)包括具有多个离开开口(111)的打印机头板(104)，所述离开开口包括各自具有小于900微米的第一离开开口直径的一个或多个第一离开开口(112)；其中所述打印机进一步包括连接到所述一个或多个第一离开开口(112)的多个入口供应通道，所述多个入口供应通道包括：ο第一入口供应通道(122)，所述第一入口供应通道用于将第一前驱物流体(132)引导到所述基材(162)上；ο第二入口供应通道(124)，所述第二入口供应通道用于将第二前驱物流体(134)引导到所述基材(162)上；ο第三入口供应通道(126)，所述第三入口供应通道用于将惰性流体(136)引导到所述基材(162)上；其中所述打印机进一步包括一个或多个出口通道(128、130)，所述一个或多个出口通道连接到一个或多个排出开口(118、120)以用于将未沉积的第一前驱物流体(132)、未沉积的第二前驱物流体(134)和惰性流体(136)从基材(162)移除；其中所述基材板(160)能够相对于所述打印机头(101)移动：
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沿着由相对于彼此垂直的X轴和Y轴限定的X、Y平面中...
【专利技术属性】
技术研发人员：马克西姆，
申请(专利权)人：斯洛伐克科学院埃尔朗根纽伦堡弗里德希亚历山大大学，
类型：发明
国别省市：
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