(57)【要約】【課題】各反応室の排気量を調整可能にし、好適な原子層を形成でき、装置内部への反応物の堆積を抑制して装置内の汚染を抑制可能な原子層堆積装置および成膜方法を提供する。【解決手段】原子層堆積装置１は、複数の反応室２０のそれぞれと排気用のポンプとに接続されて排気量を調整可能な排気管２３を備え、複数の反応室２０のそれぞれには、第一供給管２１、および第二供給管２２のうち少なくとも一つが接続されており、第一前駆体または前記第二前駆体を含むガスが供給された複数の反応室２０のそれぞれから排気管２３により排気を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子層堆積法を用いてフレキシブル基材上に原子層を形成する原子層堆積装置であって、
前記フレキシブル基材が巻き出される巻き出し室と、
前記原子層が形成された前記フレキシブル基材が巻き取られる巻き取り室と、
前記巻き出し室と前記巻き取り室との間に、前記フレキシブル基材が通過可能に設けられた複数の反応室と、
第一前駆体を含むガスが収容された第一供給部と、
前記第一供給部と接続された第一供給管と、
第二前駆体を含むガスが収容された第二供給部と、
前記第二供給部と接続された第二供給管と、
前記複数の反応室のそれぞれと排気用のポンプとに接続されて排気量を調整可能な排気管と、
を備え、
前記複数の反応室のそれぞれには、前記第一供給管、および前記第二供給管のうち少なくとも一つが接続されており、
前記第一前駆体または前記第二前駆体を含むガスが供給された前記複数の反応室のそれぞれから前記排気管により排気を行うこと
を特徴とする原子層堆積装置。
【請求項２】
前記排気管には、
前記第一前駆体を含むガスを排気する第一排気管と、
前記第二前駆体を含むガスを排気する第二排気管と、があり、
前記複数の反応室のそれぞれには、前記第一排気管および前記第二排気管が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の原子層堆積装置。
【請求項３】
前記第一排気管および前記第二排気管のそれぞれは、互いに異なる排気用ポンプを用いて排気するように構成され、
前記第一排気管からは、前記第二前駆体を含むガスが排気されず、
前記第二排気管からは、前記第一前駆体を含むガスが排気されないこと
を特徴とする請求項２に記載の原子層堆積装置。
【請求項４】
前記複数の反応室のうち、少なくとも前記第二前駆体を含むガスが供給される反応室にプラズマ電極を配置すること
を特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の原子層堆積装置。
【請求項５】
前記複数の反応室のうち、前記第一前駆体を含むガスが供給される反応室と前記第二前駆体を含むガスが供給される反応室との間に、パージガスが供給されるパージ室が設けられていること
を特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の原子層堆積装置。
【請求項６】
原子層堆積法を用いてフレキシブル基材上に原子層を形成する原子層堆積装置であって、
前記フレキシブル基材が巻き出される巻き出し室と、
前記原子層が形成された前記フレキシブル基材が巻き取られる巻き取り室と、
前記巻き出し室と前記巻き取り室との間に、前記フレキシブル基材が通過可能に設けられた複数の反応室と、
第一前駆体を含むガスが収容された第一供給部と、
前記第一供給部と接続された第一供給管と、
第二前駆体を含むガスが収容された第二供給部と、
前記第二供給部と接続された第二供給管と、
第三前駆体を含むガスが収容された第三供給部と、
前記第三供給部と接続された第三供給管と、
前記複数の反応室のそれぞれと排出用ポンプとに接続されて排気量を調整可能な排気管と、
を備え、
前記複数の反応室のそれぞれには、前記第一供給管、前記第二供給管、および前記第三供給管のうち少なくとも一つが接続されており、
前駆体を含むガスが供給された反応室から前記排気管により排気を行うこと
を特徴とする原子層堆積装置。
【請求項７】
空間分割原子層堆積法によりフレキシブル基材上に原子層を形成する成膜方法であって、
前記フレキシブル基材が通過可能に設けられ、第一前駆体を含むガスまたは第二前駆体を含むガスが供給された複数の反応室を、前記フレキシブル基材が通過することにより原子層が形成され、
前記第一前駆体を含むガスまたは前記第二前駆体を含むガスが供給された前記複数の反応室と排気用ポンプとに接続された排気管により排気を行うこと
を特徴とする成膜方法。
【請求項８】
前記成膜方法において、
前記複数の反応室のうち前記第一前駆体を含むガスが供給された反応室と前記第二前駆体を含むガスが供給された反応室とを、それぞれ独立した複数の前記排気管から該排気管ごとに異なる排気用ポンプを用いて排気し、
前記複数の排気管のうち前記第一前駆体を含むガスが供給された反応室を排気する排気管からは、前記第二前駆体を含むガスが排気されず、
前記複数の排気管のうち前記第二前駆体を含むガスが供給された反応室を排気する排気管からは、前記第一前駆体を含むガスが排気されないこと
を特徴とする請求項７に記載の成膜方法。
【請求項９】
前記第一前駆体は、有機金属ガスを含むこと
を特徴とする請求項７または８に記載の成膜方法。
【請求項１０】
前記第二前駆体は、酸素を含むこと
を特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子層堆積装置及び原子層堆積方法による成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子層堆積法（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、以下、「ＡＬＤ」と称する）は、ピンホールのない緻密な薄膜を基材表面形状に沿って形成できる方法として、半導体の高誘電率材料（Ｈｉｇｈ−ｋ）や絶縁層に使用されている。
ここで、ＡＬＤの基本的な流れについて説明する。第一ステップにおいて、反応容器に静置された基材にガス状の第一前駆体を供給し、第一前駆体を基材に飽和吸着（化学吸着）させる。続く第二ステップにおいて、反応容器にパージガスを導入し基材表面の余剰の第一前駆体（物理吸着したもの）を除去する。続く第三ステップにおいて、反応容器にガス状の第二前駆体を導入し、表面に飽和吸着した第一前駆体と第二前駆体とを反応させて、原子層を形成する所望の物質を形成させる。続く第四ステップにおいて、再び反応容器にパージガスが導入され、基材表面の余剰の第二前駆体が除去される。通常これら４ステップによりＡＬＤの基本単位である１サイクルが構成される。ＡＬＤにおいて、上記サイクルは、形成する薄膜の厚み等に応じて所望の回数繰り返される。
上述した、反応容器内のガスの切り替えを行うＡＬＤは、時間分割ＡＬＤ（Ｔｅｍｐｏｒａｌ  ＡＬＤ、以下、「ＴＡＬＤ」と称することがある）とも呼ばれる。ＡＬＤの各ステップにおいては、基材の材質と前駆体の組成、およびそれらの反応性によって適正な暴露条件（前駆体の分圧、暴露時間、基材の温度等）が決定される。ＴＡＬＤでは、反応容器に供給される前駆体ガスが収容された前駆体容器、および前駆体容器と反応容器とを接続する配管の温度調整によって前駆体ガスの蒸気圧を制御する。前駆体ガスの流量は、マスフローメーター等を用いて制御し、暴露時間は、反応容器にガスを供給する配管を開閉する高速バルブを用いて制御する。ＴＡＬＤでは、暴露条件を適正な範囲に調整することにより、ピンホールのない高品質な薄膜を形成することができる。
この一方で、ＴＡＬＤでは、高品質の薄膜を形成できるものの、通常１サイクルに数十秒から数分を要するため、処理能力（スループット）に改善の余地がある。
処理能力の改善に関して、基材を異なるガス雰囲気の空間に順次移動させながら各ステップを行う、空間分割ＡＬＤ（Ｓｐａｔｉａｌ  ＡＬＤ、以下、「ＳＡＬＤ」と称することがある）が、近年、注目されている。
ＳＡＬＤでは、第一前駆体のガス雰囲気空間に基材を所定時間滞在させて、第一ステップを行う。次に、基材をパージガスの雰囲気空間に移動して第二ステップを行う。さらに、基材を第二前駆体のガス雰囲気空間に移動して第三ステップを行い、最後に基材をパージガスの雰囲気空間に移動して第四ステップを行うと、上述した１サイクルが完了する。
ＳＡＬＤでは、複数の基材を上述した各空間に配置できるため、複数の基材のＡＬＤを併行して進めることができる、その結果、処理能力の向上が期待できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４５３２１５７号公報
【特許文献２】特許第５７７８１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の成膜方法では、チャンバ全体を１箇所の排気口から排気するため、各ステーションに導入された前駆体ガスはチャンバ内に放出される。このため、原料ガスと酸化ガスはチャンバ内で反応し、意図しない箇所に酸化物が堆積されて反応物による汚染が生じるおそれがある。さらに、基材上での原子層堆積の反応プロセスが成立しないという問題がある。
また、特許文献２に記載の成膜方法では、酸化ゾーンに注入する酸化ガスが、第１前駆体ガスが導入される前駆体チャンバから排気される。この方法では、前駆体が酸化ゾーンに流入することはないが、プラズマなどにより活性となった酸化ガスが前駆体ゾーン内に侵入し、意図しない箇所に酸化物が堆積されて反応物による汚染が生じるおそれがある。また、基材上での原子層堆積の反応プロセスが成立しないおそれがある。
このとき、酸化ゾーンと前駆体を導入するゾーン（前駆体ゾーン）との間にパージゾーンなどを設け、間隔をあけることが考えられる。しかし、この場合は装置が大型化するため、好ましくない。また、装置の大型化に伴い、基材の搬送経路が長くなるため生産性が低下する。
このため、本発明は、各反応室の排気量を調整可能にし、好適な原子層を形成でき、装置内の汚染を抑制可能な原子層堆積装置および成膜方法を提供することを目的する。
【０００５】
本発明の第一の態様は、原子層堆積法を用いてフレキシブル基材上に原子層を形成する原子層堆積装置であって、前記フレキシブル基材が巻き出される巻き出し室と、前記原子層が形成された前記フレキシブル基材が巻き取られる巻き取り室と、前記巻き出し室と前記巻き取り室との間に、前記フレキシブル基材が通過可能に設けられた複数の反応室と、第一前駆体を含むガスが収容された第一供給部と、前記第一供給部と接続された第一供給管と、第二前駆体を含むガスが収容された第二供給部と、前記第二供給部と接続された第二供給管と、前記複数の反応室のそれぞれと排気用のポンプとに接続されて排気量を調整可能な排気管と、を備え、前記複数の反応室のそれぞれには、前記第一供給管、および前記第二供給管のうち少なくとも一つが接続されており、前記第一前駆体または前記第二前駆体を含むガスが供給された前記複数の反応室のそれぞれから前記排気管により排気を行うことを特徴とする。
【０００６】
本発明の他の態様は、原子層堆積法を用いてフレキシブル基材上に原子層を形成する原子層堆積装置であって、前記フレキシブル基材が巻き出される巻き出し室と、前記原子層が形成された前記フレキシブル基材が巻き取られる巻き取り室と、前記巻き出し室と前記巻き取り室との間に、前記フレキシブル基材が通過可能に設けられた複数の反応室と、第一前駆体を含むガスが収容された第一供給部と、前記第一供給部と接続された第一供給管と、第二前駆体を含むガスが収容された第二供給部と、前記第二供給部と接続された第二供給管と、第三前駆体を含むガスが収容された第三供給部と、前記第三供給部と接続された第三供給管と、前記複数の反応室のそれぞれと排出用ポンプとに接続されて排気量を調整可能な排気管と、を備え、前記複数の反応室のそれぞれには、前記第一供給管、前記第二供給管、および前記第三供給管のうち少なくとも一つが接続されており、前駆体を含むガスが供給された反応室から前記排気管により排気を行うことを特徴とする。
また、本発明のさらに他の態様は、空間分割原子層堆積法によりフレキシブル基材上に原子層を形成する成膜方法であって、前記フレキシブル基材が通過可能に設けられ、第一前駆体を含むガスまたは第二前駆体を含むガスが供給された複数の反応室を、前記フレキシブル基材が通過することにより原子層が形成され、前記第一前駆体を含むガスまたは前記第二前駆体を含むガスが供給された前記複数の反応室と排気用ポンプとに接続された排気管により排気を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の原子層堆積装置および成膜方法によれば、各反応室の排気量を調整可能にし、好適な原子層を形成でき、装置内部への反応物の堆積を抑制して装置内の汚染を抑制可能な原子層堆積装置および成膜方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第一実施形態に係る原子層堆積装置の内部構造を示す模式図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る原子層堆積装置を図１と異なる方向からみた内部構造を示す模式図である。
【図３】本発明の第二実施形態に係る原子層堆積装置の内部構造を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［第一実施形態］
本発明の第一実施形態について、図１および図２を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態の原子層堆積装置１を上面視した内部構造の模式図である。また、図２は原子層堆積装置２を側面視した内部構造の模式図である。
【００１０】
原子層堆積装置１は、ロール・ツー・ロール（Ｒｏｌｌ  ｔｏ  Ｒｏｌｌ）でフレキシブル基材３の面上にＳＡＬＤにより原子層を堆積して薄膜を形成（成膜）する装置である。
原子層堆積装置１は、フレキシブル基材３が送り出される巻き出し室１０と巻き取り室３０との間に配置された複数の反応室２０とを備える。図１では、一例として８つの反応室２０（反応室２０Ａ〜２０Ｈ）を図示している。以下、反応室２０Ａ〜２０Ｈを総称して反応室２０と称する場合がある。
【００１１】
巻き出し室１０は巻き出しロール１１を備える。巻き出しロール１１には、原子層の形成対象であるフレキシブル基材３がロール状に巻かれて配置される。巻き出しロール１１が回転されると、フレキシブル基材３が各反応室２０に順次送り出される。
巻き取り室３０は、巻き取りロール３１を備える。巻き取りロール３１が回転されると、巻き取り室３０の直前の反応室２０（本例では反応室２０Ｈ）から出てきたフレキシブル基材３が巻き取りロール３１に巻き取られる。
【００１２】
図１に示すように、反応室２０Ａ〜２０Ｈには、それぞれ、第一供給管２１および第二供給管２２の２つの供給管が接続されている。
各反応室２０に接続された第一供給管２１は、上流側で一つに合流し、第一供給部２７に接続されている。第一供給部２７には、第一前駆体を含むガス（以下、「第一前駆体ガス」と称することがある）が収容されている。
また、各反応室２０に接続された第二供給管２２は、上流側で一つに合流し、第二供給部２８に接続されている。第二供給部２８には、第二前駆体を含むガス（以下、「第二前駆体ガス」と称することがある）が収容されている。
なお、複数の反応室２０には、第一供給管２１および第二供給管２２のうち少なくとも一つが接続されていればよい。このとき、複数の反応室２０には、第一供給管２１が接続された反応室と、第二供給管２２が接続された反応室とが含まれていればよい。
【００１３】
各反応室２０（反応室２０Ａ〜２０Ｈのそれぞれ）に接続された第一供給管２１は、それぞれ開閉のいずれかに切り替え可能なバルブ３１ａと、バルブ３１ａと各反応室２０との間に設けられたマスフローコントローラー３２ａとを有する。つまり、バルブ３１ａおよびマスフローコントローラー３２ａは、第一供給管２１において、各反応室２０に対応して設けられている。同様に、各反応室２０に接続された第二供給管２２は、それぞれ開閉のいずれかに切り替え可能なバルブ３１ｂと、バルブ３１ｂと各反応室２０との間に設けられたマスフローコントローラー３２ｂとを有する。つまり、バルブ３１ｂおよびマスフローコントローラー３２ｂは、第二供給管２２において、各反応室２０に対応して設けられている。
なお、図１では、理解を容易にするため、反応室２０Ａに接続された第一供給管２１が有するバルブ３１ａとマスフローコントローラー３２ａに符号を付し、反応室２０Ｂ〜２０Ｈに接続された第一供給管２１が有するバルブ３１ａとマスフローコントローラー３２ａの符号は省略している。また、バルブ３１ｂ、マスフローコントローラー３２ｂについても同様である。
【００１４】
反応室２０Ａ〜２０Ｈにおいて、供給管（第一供給管２１および第二供給管２２）が接続された側面と反対側の側面には、各反応室２０に排気管２３が接続されている。各反応室２０に接続された排気管２３は、下流側で一つに合流し、排気用の真空ポンプ２６に接続されている。
【００１５】
各反応室２０に接続された排気管２３は、それぞれ開閉のいずれかに切り替え可能なバルブ３５と、バルブ３５と各反応室２０との間に設けられたコンダクタンス可変バルブ３６とを有する。つまり、バルブ３５およびコンダクタンス可変バルブ３６は、排気管２３において、各反応室２０に対応して設けられている。
なお、図１では、理解を容易にするため、反応室２０Ａに接続された排気管２３が有するバルブ３５とコンダクタンス可変バルブ３６に符号を付し、反応室２０Ｂ〜２０Ｈに接続された排気管２３が有するバルブ３５とコンダクタンス可変バルブ３６の符号は省略している。
【００１６】
上記のように構成された、本実施形態の原子層堆積装置１の使用時の動作について説明する。
原子層堆積装置１の使用時における準備工程として、フレキシブル基材３のロールを巻き出しロール１１に取り付け、一端を反応室２０Ａに侵入させ、反応室２０Ａから２０Ｈを順に通過させる。そして、反応室２０Ｈから出てきたフレキシブル基材３の一端を巻き取りロール３１に取り付ける。
フレキシブル基材３の材質は、作製する積層体により適宜決定されるが、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等が例示される。
【００１７】
次に、各供給部（第一供給部２７および第二供給部２８）に、使用する前駆体ガスを準備（収容）する。例えば、金属酸化物（例えば酸化アルミニウム）の原子層堆積を行う場合、金属酸化物の原子層を形成するための原料となる有機金属ガス（例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等）を含むガスを第一前駆体ガスとして用い、有機金属ガスを酸化するための酸素を含むガス（例えばＨ２Ｏ等）を第二前駆体ガスとして用いることができる。前駆体としてＴＭＡおよびＨ２Ｏを用いる場合、通常は室温でも各供給部は十分なガス圧を得ることができる。
【００１８】
また、この場合、複数の反応室２０のうち、少なくとも第二前駆体を含むガスが供給される反応室２０にプラズマ電極を配置してもよい。これにより、金属酸化物（例えば酸化アルミニウム等）からなる原子層をプラズマＡＬＤにより形成することができる。
【００１９】
次に、原子層堆積装置１の使用者は、使用する前駆体ガスの種類、各反応室２０（本例では反応室２０Ａ〜２０Ｈ）の温度や各供給管（第一供給管２１および第二供給管２２）から導入されるガスの種類、分圧、流量等のガス条件、フレキシブル基材３の搬送速度等を原子層堆積装置１に設定する。
【００２０】
これらの設定が終了すると、原子層堆積装置１は、真空ポンプ２６を動作させて各反応室２０の排気を行い、真空状態にする。続いて、適宜ヒーターにより反応室２０Ａ〜２０Ｈのそれぞれの温度条件が設定された範囲に調節される。温度調節には、公知のフィードバック制御等が用いられてもよい。
【００２１】
各反応室２０の温度は、フレキシブル基材３の耐熱性、供給される前駆体（第一前駆体または第二前駆体）の反応性および前駆体の耐熱性（熱分解温度）等を考慮し選定される。例えば、フレキシブル基材３の材質がＰＥＴの場合、耐熱性は１２０℃以下とされるため、反応室２０Ａ〜２０Ｈの温度は１００℃前後に設定される。例えば、各反応室２０の温度が１００℃であっても、前駆体ガスにＴＭＡとＨ２Ｏを使用するＡＬＤは反応が進行する。
【００２２】
続いて、原子層堆積装置１は、各反応室２０に接続されたバルブ３５およびコンダクタンス可変バルブ３６を開閉制御し、各反応室２０の内部状態を調節する。
例えば、原子層堆積装置１は、反応室２０（反応室２０Ａ〜２０Ｈ）内に第一前駆体ガスまたは第二前駆体ガスを供給する場合、供給対象の前駆体ガスを供給する供給管（第一供給管２１または第二供給管２２）に対応するバルブ（バルブ３１ａまたはバルブ３１ｂのいずれか）を開放する。この状態で、開放したバルブに対応するマスフローコントローラー（マスフローコントローラー３２ａ，３２ｂのいずれか）の値を参照しつつ、各反応室２０に対応する排気管２３のバルブ３５およびコンダクタンス可変バルブ３６を調整して排気速度を調節する。
【００２３】
これにより、各反応室２０が所望の前駆体ガス（第一前駆体ガスまたは第二前駆体ガス）で満たされ、かつ各反応室２０に供給された前駆体ガスのガス条件が設定された範囲に調節され、さらに第二前駆体ガスが供給された反応室には、第一前駆体ガスが侵入しないように調節される。また、同様に、第一前駆体ガスが供給された反応室には、第二前駆体ガスが侵入しないように調節される。
【００２４】
このため、各反応室２０内での第一前駆体ガスと第二前駆体ガスとの反応が抑制され、反応物の堆積を抑制することができる。したがって、原子層堆積装置１は、反応室内の汚染を抑制することができる。さらに、上述のような構成を有する原子層堆積装置１は、例えば酸化ゾーンと前駆体を導入するゾーン（前駆体ゾーン）との間にパージゾーンなどを設けて間隔をあけなくても、反応室内の汚染を抑制することができるため、パージゾーンなどを設ける場合と比較して、装置全体を小型化することができる。
さらには、各反応室２０内に小型の反応室を設け、小型の反応室内を前駆体で充満させ、反応室２０内をパージガスで充満させることで基材に対して、前駆体ガスを局所的に供給する機構を設けることも可能である。
【００２５】
上述したガス条件への調整により、各反応室２０Ａ〜２０Ｈは、割り当てられたＳＡＬＤのステップにおける最適な曝露条件に調節される。この状態でフレキシブル基材３を巻き出し室１０から各反応室２０を経て巻き取り室３０に向かって、設定された所望の速度で搬送することにより、ＳＡＬＤの各ステップがフレキシブル基材３に対して実行される。その結果、フレキシブル基材３上に、所望の物質からなる原子層が堆積されて薄膜が形成される。原子層堆積が終了したフレキシブル基材３は、順次巻き取りロール３１に巻き取られる。
本実施形態の原子層堆積装置１によれば、複数の反応室２０Ａ〜２０Ｈが、それぞれ第一供給管２１ないし第二供給管２２を備えているため、各反応室２０を、第一前駆体または第二前駆体のうちいずれかの反応空間とすることが可能である。また、排気管２３にコンダクタンス可変バルブ３６を備えているため、各反応室２０をＳＡＬＤのステップに好適なガス条件に調整することが可能であり、かつ原子層堆積装置１の内部（例えば、各反応室２０内）への反応物の堆積を抑制するようなガス条件に調整することが可能である。したがって、本実施形態に係る原子層堆積装置１は、様々な前駆体の組み合わせやサイクル構成に好適に対応して原子層を形成でき、かつ反応物による各反応室２０内等の自装置内の汚染を抑制できる装置とすることができる。
【００２６】
また、本実施形態の原子層堆積装置１において、第一前駆体ガスが供給される反応室と第二前駆体ガスが供給される反応室との間に、パージガスが供給されるパージ室を設けてもよい。このとき、パージ室からは排気を行わず、パージガスは、前駆体ガス（第一前駆体ガスまたは第二前駆体ガス）が供給される各反応室２０を通して排気管２３により排気されてもよい。また、パージ室は、複数の反応室２０（反応室２０Ａ〜２０Ｈ）のうちの一部をパージ室として用いてもよいし、専用のパージ室を設けてもよい。専用のパージ室には、排気管が設けられていなくてもよい。
【００２７】
以上説明したように、本実施形態による原子層堆積装置１は原子層堆積法を用いてフレキシブル基材上に原子層を形成する原子層堆積装置であって、フレキシブル基材３が巻き出される巻き出し室１０と、原子層が形成されたフレキシブル基材３が巻き取られる巻き取り室３０と、巻き出し室１０と巻き取り室３０との間に、フレキシブル基材３が通過可能に設けられた複数の反応室２０と、第一前駆体を含むガスが収容された第一供給部２７と、第一供給部と接続された第一供給管２１と、第二前駆体を含むガスが収容された第二供給部２８と、第二供給部２８と接続された第二供給管２２と、複数の反応室２０のそれぞれと排気用のポンプとに接続されて排気量を調整可能な排気管２３と、を備え、複数の反応室２０のそれぞれには、第一供給管２１、および第二供給管２２のうち少なくとも一つが接続されており、前駆体を含むガスが供給された複数の反応室２０のそれぞれから排気管２３により排気を行う。これにより、原子層堆積装置１は、各反応室２０の排気量を調整可能にし、好適な原子層を形成でき、各反応室２０内の汚染を抑制することができる。
【００２８】
また、本実施形態による成膜方法は、空間分割原子層堆積法（ＳＡＬＤ）によりフレキシブル基材３上に原子層を形成する成膜方法であって、フレキシブル基材３が通過可能に設けられて第一前駆体ガスまたは第二前駆体ガスが供給された複数の反応室２０を、フレキシブル基材３が通過することにより原子層が形成される成膜方法において、第一前駆体ガスまたは第二前駆体ガスが供給された複数の反応室２０と排気用ポンプとに接続された排気管により排気を行う。本実施形態の成膜方法により、各反応室２０の排気量を調整可能にし、好適な原子層を形成でき、各反応室２０内の汚染を抑制することができる。
【００２９】
（第一実施形態の変形例）
上記実施形態による原子層堆積装置１は、第一前駆体を含むガスが収容された第一供給部２７および第二前駆体を含むガスが収容された第二供給部２８に加えて、さらに、第三前駆体を含むガスが収容された第三供給部と、第三供給部と接続された第三供給管と、を備え、複数の反応室２０のそれぞれには、第一供給管２１、前記第二供給管２２、および前記第三供給管のうち少なくとも一つが接続されていてもよい。これにより、原子層堆積装置１は、より様々な前駆体の組み合わせやサイクル構成に好適に対応して原子層を形成することができる。
また、第三供給部には、第三前駆体に代えて、パージガスを収容してもよい。また、原子層堆積装置１は、第一供給部２７、第二供給部２８および第三供給部に加えて、パージガスを収容するためのパージガス供給部と、パージガス供給部と接続されたパージガス供給管を備えてもよい。
【００３０】
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について、図３を参照して説明する。本実施形態の原子層堆積装置２と、第一実施形態の原子層堆積装置１とは、排気管の接続態様が異なっている。なお、原子層堆積装置２は、排気管の接続態様以外の構成は、上記第一実施形態の原子層堆積装置１と同様である。このため、原子層堆積装置２は、上記第一実施形態および上記第一実施形態の変形例に係る原子層堆積装置１の構成による作用効果を同様に奏する。以降の説明において、既に説明した原子層堆積装置１と共通する構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００３１】
図３は、本発明の第二実施形態の原子層堆積装置２の内部構造を上面視した模式図である。図３のように、複数の反応室２０Ａ〜２０Ｈには、それぞれ、第一排気管２４および第二排気管２５の２つの排気管が接続されている。
各反応室２０に接続された第一排気管２４は、下流側で一つに合流し、排気用の真空ポンプ２６ａに接続されている。また、第二排気管２５は、下流側で一つに合流し、真空ポンプ２６ａと異なる排気用の真空ポンプ２６ｂに接続されている。
【００３２】
各反応室２０に接続された第一排気管２４は、それぞれ開閉のいずれかに切り替え可能なバルブ３５ａと、バルブ３５ａと各反応室２０との間に設けられたコンダクタンス可変バルブ３６ａとを有する。つまり、バルブ３５ａおよびコンダクタンス可変バルブ３６ａは、第一排気管２４において、各反応室２０に対応して設けられている。また、各反応室２０に接続された第二排気管２５は、それぞれ開閉のいずれかに切り替え可能なバルブ３５ｂと、バルブ３５ｂと各反応室２０との間に設けられたコンダクタンス可変バルブ３６ｂとを有する。つまり、バルブ３５ｂおよびコンダクタンス可変バルブ３６ｂは、第二排気管２５において、各反応室２０に対応して設けられている。
【００３３】
本実施形態の原子層堆積装置２においても、第一実施形態の原子層堆積装置１と同様に、ＳＡＬＤにおける各ステップに好適なガス条件を容易に調節することができる。
また、原子層堆積装置２は、第一排気管２４と第二排気管２５とを備え、第一排気管２４および第二排気管２５は、それぞれ対応するコンダクタンス可変バルブ３６ａ，３６ｂを備えている。さらに第一排気管２４および第二排気管２５は、それぞれ独立した別個の真空ポンプ２６ａ，２６ｂに接続されて各反応室２０を排気する。これにより、原子層堆積装置２は、各反応室内のガス条件をより好適に調節することができる。
【００３４】
本実施形態の原子層堆積装置２において、例えば複数の反応室２０Ａ〜２０Ｈのうち第一前駆体ガスの供給対象となる反応室は、第一排気管２４のバルブ３５ａを開放し、真空ポンプ２６ａの排気量を調整し、コンダクタンス可変バルブ３６ａを調整する。これにより、所望の反応室２０内を第一前駆体ガスで満たし、かつ第一前駆体ガスのガス条件が設定された範囲に調節することができる。このとき、第一前駆体ガスが供給された反応室には、第二前駆体ガスが侵入しないように調節される。
また、原子層堆積装置２において、例えば反応室２０Ａ〜２０Ｈのうち第二前駆体ガスの供給対象となる反応室は、第二排気管２５のバルブ３５ｂを開放し、真空ポンプ２６ｂの排気量を調整し、コンダクタンス可変バルブ３６ｂを調整する。これにより、所望の反応室２０内を第二前駆体ガスで満たし、かつ第二前駆体ガスのガス条件が設定された範囲に調節することができる。このとき、さらに第二前駆体ガスが供給された反応室には、第一前駆体ガスが侵入しないように調節される。
【００３５】
さらに、本実施形態の原子層堆積装置２において、上記第一実施形態と同様に、第一前駆体ガスが供給される反応室と第二前駆体ガスが供給される反応室との間には、パージガスが供給されるパージ室を設けてもよい。
【００３６】
また、本実施形態の原子層堆積装置２によれば、複数の反応室２０Ａ〜２０Ｈが、それぞれ第一排気管２４および第二排気管２５を備え、各排気管はそれぞれ独立した真空ポンプ２６ａ，２６ｂを用いて排気する。つまり、真空ポンプ２６ａに接続された第一排気管２４からは、第二前駆体を含むガスが排気されず、真空ポンプ２６ｂに接続された第二排気管２５からは、第一前駆体を含むガスが排気されない。このため、原子層堆積装置２は、第一前駆体ガスおよび第二前駆体ガスのうちいずれかが供給された各反応室２０をＳＡＬＤのステップに好適な排気条件に調整することが可能である。また、複数の反応室２０のうち第一前駆体ガスが供給された反応室と第二前駆体ガスが供給された反応室とを異なる排気管（第一排気管２４または第二排気管２５）により排気することで、排気管内での第一前駆体ガスと第二前駆体ガスとの反応を抑制できる。このため、原子層堆積装置２は、排気管内における反応物の堆積を抑制することができる。したがって、本実施形態による原子層堆積装置２は、ＳＡＬＤの各ステップに好適な気流を調節可能であり、かつ反応物による反応室や排気管といった装置内の汚染を抑制できる装置とすることができる。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態による原子層堆積装置２において、排気管には、第一前駆体を含むガスを排気する第一排気管２４と、第二前駆体を含むガスを排気する第二排気管２５と、があり、複数の反応室２０のそれぞれには、第一排気管２４および第二排気管２５が接続され、第一排気管２４および前記第二排気管２５のそれぞれは、互いに異なる排気用の真空ポンプ２６ａ，２６ｂを用いて排気するように構成され、第一排気管２４からは、第二前駆体ガスが排気されず、第二排気管２５からは、第一前駆体ガスが排気されない。これにより、原子層堆積装置２は、ＳＡＬＤの各ステップに好適な気流を調節可能であり、かつ反応物による反応室や排気管内の汚染を抑制することで、自装置内の汚染をより抑制することができる。
【００３８】
また、本実施形態の成膜方法は、ＳＡＬＤによりフレキシブル基材３上に原子層を形成する成膜方法であって、フレキシブル基材３が通過可能に設けられて第一前駆体ガスまたは第二前駆体ガスが供給された複数の反応室２０を、フレキシブル基材３が通過することにより原子層が形成され、複数の反応室２０のうち第一前駆体ガスが供給された反応室と第二前駆体ガスが供給された反応室とを、それぞれ独立した排気管から該排気管ごとに異なる排気用ポンプにより排気し、第一前駆体ガスが供給された反応室を排気する排気管からは、第二前駆体ガスが排気されず、第二前駆体ガスが供給された反応室を排気する排気管からは、第一前駆体ガスが排気されない成膜方法である。本実施形態の成膜方法により、ＳＡＬＤの各ステップに好適な気流を調節可能であり、かつ反応物による反応室や排気管内の汚染を抑制することで、自装置内の汚染をより抑制することができる。
【００３９】
（第二実施形態の変形例）
例えば、上記の第二実施形態では、すべての反応室に２つの排気管が設けられる例を説明したが、必ずしも複数の反応室のすべてが２つの排気管（第一排気管、第二排気管）の両方を備えなくてもよい。つまり、複数の反応室２０のそれぞれは、２つの排気管のうちいずれか一方を備えていればよい。このとき、各反応室２０は、例えば接続されている供給管（第一供給管または第二供給管）から供給される前駆体ガスに対応する排気管を備えていればよい。また、一例として、複数の反応室のうちの一部をパージ室とする場合には、パージガスを導入する各反応室には排気管を設けなくてもよい。
また、排気管の数は使用するガスに合わせて更に増やしてもよい。例えば、第二実施形態において、第一前駆体、第二前駆体の他に第三前駆体を用いる場合には、第一排気管と第二排気管とは独立した、第三前駆体ガスが供給される反応室を排気する第三排気管を設けてもよい。
【００４０】
［実施例］
次に、本発明の第一実施形態による原子層堆積装置１の実施例と、それを実行するための各反応室の設定について、例を用いて説明する。
（実施例１）
実施例１は、原子層堆積装置１を用いて、ＰＥＴ製のフレキシブル基材３に酸化アルミニウムからなる原子層をプラズマＡＬＤにより形成する例である。
本実施例では、ＴＭＡを第一前駆体として用い、Ｏ２を第二前駆体として用いる。また、各反応室には第一前駆体、第二前駆体と供にＮ２も導入する。
実施例１では、反応室２０Ａから２０Ｈまでの複数の反応室のうち、反応室２０Ａ、２０Ｃ、２０Ｅおよび２０Ｇのそれぞれには、第一前駆体ガスとしてＴＭＡとＮ２が導入される。反応室２０Ｂ、２０Ｄ、２０Ｆ、および２０Ｈのそれぞれには、第二前駆体ガスとしてＯ２とＮ２が導入される。第二前駆体ガスを導入する反応室には、予め図示しないプラズマ電極を配置しておき、ＳＡＬＤの開始前にＯ２プラズマを発生させる。また、プラズマ電極を予め全ての反応室２０（反応室２０Ａ〜２０Ｈ）に設置し、Ｏ２が供給される反応室のプラズマ電極にのみ通電してもよい。
【００４１】
反応室２０Ａ、２０Ｃ、２０Ｅおよび２０Ｇのそれぞれは、バルブ３５を開にして排気管２３より第一前駆体ガスの排気を行う。また、反応室２０Ｂ、２０Ｄ、２０Ｆ、および２０Ｈのそれぞれは、バルブ３５を開にして排気管２３より第二前駆体ガスの排気を行う。
また、第一前駆体ガスを供給する反応室２０Ａ、２０Ｃ、２０Ｅおよび２０Ｇのマスフローコントローラー３２ａによりＴＭＡの流量を調整すると供に、反応室２０Ａ、２０Ｃ、２０Ｅおよび２０Ｇのコンダクタンス可変バルブ３６の開口度を調整することで、ＴＭＡの曝露量を酸化アルミニウムの原子層の形成に好適となり、かつ第二前駆体ガスを供給する反応室２０Ｂ、２０Ｄ、２０Ｆ、および２０Ｈには、ＴＭＡが侵入しないように、反応室２０Ａ、２０Ｃ、２０Ｅおよび２０Ｇのガス条件を設定する。
さらに、第二前駆体ガスを供給する反応室２０Ｂ、２０Ｄ、２０Ｆ、および２０Ｈのマスフローコントローラー３２ｂによりＯ２の流量を調整すると供に、反応室２０Ｂ、２０Ｄ、２０Ｆ、および２０Ｈのコンダクタンス可変バルブ３６の開口度を調整することで、ＴＭＡの酸化に好適なプラズマが発生し、かつ第一前駆体ガスを供給する反応室２０Ａ、２０Ｃ、２０Ｅおよび２０Ｇには、Ｏ２プラズマによる活性種（原子状酸素など）が侵入しないように、反応室２０Ｂ、２０Ｄ、２０Ｆ、および２０Ｈのガス条件を設定する。
この状態で巻き出し室からフレキシブル基材３を送り出すと、まず反応室２０ＡでＴＭＡがフレキシブル基材３の表面に化学吸着する。このとき、余剰なＴＭＡはＮ２と供に、反応室２０Ａに接続された排気管２３より排気される。
【００４２】
続く反応室２０Ｂでは、フレキシブル基材３に化学吸着しているＴＭＡがＯ２プラズマに曝露されて、酸化アルミニウムの原子層が堆積形成される。このとき、ＴＭＡの酸化により生じる副生成物は、酸化反応に用いられなかったＯ２およびＮ２と供に、反応室２０Ｂに接続された排気管２３により排気される。酸化反応は、活性種（原子状酸素など）のプラズマ電極からの拡散長により、各反応室２０の大きさやプラズマ電極の設置位置、排気管２３の接続位置を適切に決定することで実施可能である。
このように、反応室２０Ａと２０Ｂを通過することで、ＳＡＬＤの１サイクルが完了する。以降、同様の工程が繰り返され、巻き取り室３０に到達するまでに、フレキシブル基材３に対して４サイクルのＳＡＬＤが実行される。
【００４３】
次に、本発明の第二実施形態による原子層堆積装置２の実施例と、それを実行するための各反応室の設定について、複数の例を用いて説明する。
【００４４】
（実施例２）
実施例２は、実施例１と同様に、原子層堆積装置２を用いて、ＰＥＴ製のフレキシブル基材３に酸化アルミニウムからなる原子層をプラズマＡＬＤにより形成する例である。
本実施例では、ＴＭＡを第一前駆体として用い、ＣＯ２を第二前駆体として用いる。また、実施例１と同様に、各反応室には第一前駆体、第二前駆体と供にＮ２も導入する。
実施例２では、反応室２０Ａから２０Ｈまでの複数の反応室のうち、反応室２０Ａ、２０Ｃ、２０Ｅ、および２０Ｇのそれぞれには、第一前駆体ガスとしてＴＭＡとＮ２が導入される。また、反応室２０Ｂ、２０Ｄ、２０Ｆ、および２０Ｈのそれぞれには、第二前駆体ガスとしてＣＯ２とＮ２が導入される。
実施例１と同様に、第二前駆体ガスを導入する反応室には、予め図示しないプラズマ電極を配置しておき、ＳＡＬＤの開始前にＣＯ２プラズマを発生させる。また、プラズマ電極を予め全ての反応室２０（反応室２０Ａ〜２０Ｈ）に設置し、第二前駆体ガスが供給される反応室のプラズマ電極にのみ通電してもよい。
【００４５】
反応室２０Ａ、２０Ｃ、２０Ｅ、および２０Ｇのそれぞれは、バルブ３５aを開にして第一排気管２４より第一前駆体ガスの排気を行う。また、反応室２０Ｂ、２０Ｄ、２０Ｆ、および２０Ｈのそれぞれは、バルブ３５ｂを開にして第二排気管２５より第二前駆体ガスの排気を行う。
【００４６】
また、第一前駆体ガスを供給する反応室２０Ａ、２０Ｃ、２０Ｅおよび２０Ｇのマスフローコントローラー３２ａによりＴＭＡの流量を調整すると供に、反応室２０Ａ、２０Ｃ、２０Ｅおよび２０Ｇの第一排気管２４のコンダクタンス可変バルブ３６ａの開口度を調整することで、ＴＭＡの曝露量が酸化アルミニウムの原子層の形成に好適となり、かつ第二前駆体ガスを供給する反応室２０Ｂ、２０Ｄ、２０Ｆ、および２０Ｈには、ＴＭＡが侵入しないように設定する。
さらに、第二前駆体ガスを供給する反応室２０Ｂ、２０Ｄ、２０Ｆ、および２０Ｈのマスフローコントローラー３２ｂによりＣＯ２の流量を調整すると供に、反応室２０Ｂ、２０Ｄ、２０Ｆ、および２０Ｈの第二排気管２５のコンダクタンス可変バルブ３６ｂの開口度を調整することで、ＴＭＡの酸化に好適なプラズマが発生し、かつ第一前駆体ガスを供給する反応室２０Ａ、２０Ｃ、２０Ｅおよび２０Ｇには、ＣＯ２プラズマによる活性種（原子状酸素など）が侵入しないように設定する。
【００４７】
この状態で巻き出し室からフレキシブル基材３を送り出すと、まず反応室２０ＡでＴＭＡがフレキシブル基材３の表面に化学吸着する。このとき、余剰なＴＭＡはＮ２と供に、反応室２０Ａに接続された第一排気管２４より排気される。続く反応室２０Ｂでは、フレキシブル基材３に化学吸着しているＴＭＡがＣＯ２プラズマに曝露されて、酸化アルミニウムの原子層が堆積形成される。ＴＭＡの酸化により生じる副生成物は、酸化反応に用いられなかったＣＯ２およびＮ２と供に、反応室２０Ｂに接続された第二排気管２５により排気される。以降、同様の工程が繰り返され、巻き取り室３０に到達するまでに、フレキシブル基材３に対して４サイクルのＳＡＬＤが実行される。
【００４８】
（実施例３）
実施例３は、原子層堆積装置２に、第一供給部２７、第二供給部２８の他にパージガスを収容する第三供給部および第三供給部から各反応室にパージガスを供給する第三供給管を設け、反応室の一部をパージ室とする実施例である。第一前駆体は実施例２と同様にＴＭＡであり、第二前駆体としてＨ２Ｏを、パージガスとして窒素を用いる。
反応室２０Ａから２０Ｈまでの複数の反応室のうち、反応室２０Ａ、および２０Ｅのそれぞれには、第一前駆体ガスとしてＴＭＡが導入される。反応室２０Ｃ、および２０Ｇのそれぞれには、第二前駆体ガスとしてＨ２Ｏが導入される。残りの反応室２０Ｂ、２０Ｄ、２０Ｆ、２０Ｈのそれぞれにはパージガスとして窒素が導入される。
【００４９】
本実施例において、パージ室である反応室２０Ｂ、２０Ｄ、２０Ｆ、および２０Ｈの各反応室のバルブ３５ａおよび３５ｂは閉に設定する。また、反応室２０Ａ、２０Ｃ、２０Ｅおよび２０Ｇのそれぞれのバルブ３５ａおよび３５ｂは開に設定する。つまり、パージ室からは排気を行わず、パージ室以外の各反応室２０から排気を行うことで、ＴＭＡを供給する反応室２０Ａ、および反応室２０Ｅへの、反応室２０Ｃおよび反応室２０ＧからのＨ２Ｏの侵入を抑制できる。また、同様に、Ｈ２Ｏを供給する反応室２０Ｃおよび反応室２０Ｇへの、反応室２０Ａ、および反応室２０ＥからのＴＭＡの進入を抑制できる。
上記のように設定することでも、原子層堆積装置２においてフレキシブル基材３に対してＳＡＬＤのサイクルを適宜繰り返し実行して、実施例２と同様に、フレキシブル基材３に酸化アルミニウムからなる原子層を堆積形成することができる。
【００５０】
（実施例４）
本実施例は原子層堆積装置２を用いて、ＰＥＴ製のフレキシブル基材３に混合酸化物からなる原子層を形成する例である。この例では、原子層堆積装置２に、第三前駆体を供給する第三供給部および第三供給管を設け、ＴＭＡを第一前駆体、ＣＯ２を第二前駆体、ビス（ジエチルアミノ）シラン（ＳＡＭ．２４）を第三前駆体に用いる。
本実施例において、反応室２０Ａから２０Ｈまでの複数の反応室のうち、反応室２０Ａ、および２０Ｅのそれぞれには、第一前駆体であるＴＭＡを含むガス（第一前駆体ガス）が導入される。また、反応室２０Ｃ、および２０Ｇのそれぞれには、第三前駆体であるＳＡＭ．２４を含むガス（第三前駆体ガス）が導入される。また、残余の反応室２０Ｂ、２０Ｄ、２０Ｆ、２０Ｈのそれぞれには、第二前駆体であるＣＯ２を含むガス（第二前駆体ガス）が導入される。ＣＯ２を含む第二前駆体ガスを導入する反応室には、予め図示しないプラズマ電極を配置しておき、ＳＡＬＤの開始前にＣＯ２プラズマを発生させる。
上記のような設定により、ＳＡＬＤのサイクルを適宜繰り返して実行することで、フレキシブル基材３に酸化アルミニウムと酸化ケイ素からなる原子層を堆積形成することができる。
なお、混合酸化物のＳＡＬＤを行う場合でも、各反応室２０の間にはパージ室を設けてもよいのは当然である。
【００５１】
以上、本発明の各実施形態、変形例および実施例について説明したが、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において構成要素の組み合わせを変えたり、各構成要素に種々の変更を加えたり、削除したりすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、ガスバリア性フィルムの製造に適用可能であり、具体的には、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、有機ＥＬ照明、有機太陽電池、半導体ウェハ等の電子部品や、医薬品や食料等の包装用フィルム、精密部品の包装用フィルム等の製造に適用可能できる。
【符号の説明】
【００５３】
１、２  原子層堆積装置
３  フレキシブル基材
１０  巻き出し室
１１  巻き出しロール
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ、２０Ｆ、２０Ｇ、２０Ｈ  反応室
２１  第一供給管
２２  第二供給管
２３  排気管
２４  第一排気管
２５  第二排気管
２６、２６a、２６b  真空ポンプ
２７  第一供給部
２８  第二供給部
３０  巻き取り室
３１ａ、３１ｂ、３５  バルブ
３２ａ、３２ｂ  マスフローコントローラー
３６  コンダクタンス可変バルブ
３１  巻き取りロール
【図１】
2020111767.tif 000003
【図２】
2020111767.tif 000004
【図３】
2020111767.tif 000005