(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のロール部材を含んで構成され、被成膜体としての基材を搬送する搬送機構と、
前記ロール部材に対して個別に対向配置され、原子層堆積（ＡＬＤ）を行うための前駆体ガスを前記基材に対して局所的に出力可能なガス源としての複数のヘッド部と、
前記ヘッド部による一の前駆体ガスの出力動作と他の一の前駆体ガスの出力動作との間において、前記基材を所定のパージガスに曝露するためのガス機構と
を備え、
前記ガス機構が、前記パージガスを収容するための専用のチャンバーを用いずに前記パージガスを前記基材に対して局所的に出力可能なガス源としての、パージ用ヘッド部により構成されている
成膜装置。
【請求項２】
前記ロール部材の温度を個別に調整するための温度制御部を備えた
請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
各ヘッド部が、複数種類の前駆体ガスを個別に出力可能に構成されている
請求項１または請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】
各ヘッド部が、１種類の前駆体ガスを出力するように構成されている
請求項１または請求項２に記載の成膜装置。
【請求項５】
互いに対向配置された前記ロール部材と前記ヘッド部とからなる部材対は、
前記基材の一方側の面に対して前記前駆体ガスを出力して前記原子層堆積を行うための第１の部材対と、
前記基材の他方側の面に対して前記前駆体ガスを出力して前記原子層堆積を行うための第２の部材対と
により構成されている
請求項１または請求項２に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記ヘッド部は、３種類以上の前駆体ガスを用いて前記原子層堆積を行う
請求項１または請求項２に記載の成膜装置。
【請求項７】
前記搬送機構は、前記ヘッド部の位置に対して前記基材を双方向に搬送する
請求項１または請求項２に記載の成膜装置。
【請求項８】
複数のロール部材を用いて被成膜体としての基材を搬送しつつ、前記ロール部材に対して個別に対向配置されたガス源としての複数のヘッド部によって、前駆体ガスを前記基材に対して局所的に出力することにより、原子層堆積（ＡＬＤ）による成膜を行うと共に、
前記ヘッド部による一の前駆体ガスの出力動作と他の一の前駆体ガスの出力動作との間において、ガス機構によって前記基材を所定のパージガスに曝露させ、
前記パージガスを収容するための専用のチャンバーを用いずに前記パージガスを前記基材に対して局所的に出力可能なガス源としてのパージ用ヘッド部を、前記ガス機構として用いる
成膜方法。
【請求項９】
前記ロール部材の温度を個別に調整しつつ、前記原子層堆積による成膜を行う
請求項８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（ＡＬＤ；Atomic Layer Deposition）法を用いて成膜を行う成膜装置および成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、薄膜の形成方法として、化学的に活性な原料ガス（前駆体ガス）を基材（基板）に対して順次出力することによって薄膜形成を行うＡＬＤ法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。このＡＬＤ法では、例えば、２種類の前駆体ガスが基材に対して交互に暴露されることによって、その１サイクルごとに単分子層が形成されるようになっている。
【０００３】
このようなＡＬＤ法では、例えば以下の利点を有している。すなわち、まず、高品質な薄膜が例えば０．１ｎｍ程度の非常に小さな厚みのオーダーで制御可能である。また、非常に高いアスペクト比を有するマイクロあるいはナノオーダーの構造を得ることができる。そして、非常に高い真空環境を特に用いずとも成膜を行うことが可能であること等である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００７−５１６３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記したＡＬＤ法以外の手法では、薄膜の成膜レート（単位時間当たりの膜の成長速度）は、基板へ飛ぶ粒子の密度によりコントロールされるため、反応ヘッドのパワー（投入エネルギー）や、基板間距離を短くするなどにより、成膜レートが決まっていた。一方、ＡＬＤ法では、反応ヘッド（ＡＬＤヘッド）を通過した回数のみ（１回当たりに成膜される厚みが決まっているため、反応ヘッドを何回通過させるか）によって、成膜レートが決まっていた。すなわち、ＡＬＤ法を用いた従来の成膜方法（特に、以下のロールツーロール（roll-to-roll）の手法を用いていない従来のＡＬＤ技術）では、素早くガスを入れ替えられるかによって、成膜レートが決まっていた。言い換えると、ＡＬＤ法を用いた従来の成膜方法では、１つのチャンバー内に、上記した２種類の前駆体ガスを交互に注入および排出させていたため、全体としての成膜時間が非常に長くなってしまうという問題があった。
【０００６】
そこで、例えば、ロールツーロール（roll-to-roll）の手法を用いてＡＬＤ法による成膜を行うことが考えられる。すなわち、例えば、巻き出しロールや巻き取りロール、ガイドロール等を用いて、フレキシブル性を有するフィルム状やシート状の基材を搬送しつつ、各前駆体ガスのガス源からそれらのガスを基材に対して順次出力するという手法である。
【０００７】
この手法を用いてＡＬＤ法による成膜を行うようにした場合、上記したチャンバー内における前駆体ガスの交換処理が不要となるため、従来と比べて成膜時間が大幅に短縮されて製造効率が向上すると考えられる。また、大きなチャンバー内に前駆体ガスを満たす必要がないことから、使用する前駆体ガスの使用量も従来と比べて削減することができると考えられる。すなわち、この手法によれば、従来と比べて成膜の際の製造コストを抑えることが可能となると考えられる。
【０００８】
ただし、従来より、ＡＬＤ法を適用して得られる薄膜の種類（バリエーション）は非常に多様であることから、例えば前駆体ガスを使用可能な温度等の条件も様々であり、成膜の際の自由度の向上が望まれると考えられる。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、製造コストを抑えつつ成膜の際の自由度を向上させることが可能な成膜装置および成膜方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の成膜装置は、複数のロール部材を含んで構成され、被成膜体としての基材を搬送する搬送機構と、ロール部材に対して個別に対向配置され、原子層堆積（ＡＬＤ）を行うための前駆体ガスを基材に対して局所的に出力可能なガス源としての複数のヘッド部と、このヘッド部による一の前駆体ガスの出力動作と他の一の前駆体ガスの出力動作との間において、基材を所定のパージガスに曝露するためのガス機構とを備えたものである。このガス機構は、パージガスを収容するための専用のチャンバーを用いずにパージガスを基材に対して局所的に出力可能なガス源としての、パージ用ヘッド部により構成されている。
【００１１】
本発明の成膜方法は、複数のロール部材を用いて被成膜体としての基材を搬送しつつ、ロール部材に対して個別に対向配置されたガス源としての複数のヘッド部によって、前駆体ガスを基材に対して局所的に出力することにより、原子層堆積（ＡＬＤ）による成膜を行うと共に、ヘッド部による一の前駆体ガスの出力動作と他の一の前駆体ガスの出力動作との間において、ガス機構によって基材を所定のパージガスに曝露させるようにしたものである。また、パージガスを収容するための専用のチャンバーを用いずにパージガスを基材に対して局所的に出力可能なガス源としてのパージ用ヘッド部を、上記ガス機構として用いる。
【００１２】
本発明の成膜装置および成膜方法では、複数のロール部材を用いて被成膜体としての基材が搬送されつつ、ガス源としての複数のヘッド部によって前駆体ガスが基材に対して出力されることにより、原子層堆積による成膜がなされる。ここで、ヘッド部がロール部材に対して個別に対向配置されており、前駆体ガスが基材に対して局所的に出力されるため、使用する前駆体ガスの量が従来よりも少なくて済む。また、例えば各ヘッド部の温度を個別に調整することも可能となるため、使用可能な前駆体ガスの種類の幅が広くなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の成膜装置および成膜方法によれば、複数のロール部材を用いて基材を搬送しつつ、複数のヘッド部によって前駆体ガスを基材に対して出力して原子層堆積による成膜を行うと共に、ヘッド部をロール部材に対して個別に対向配置することによって、前駆体ガスが基材に対して局所的に出力されるようにしたので、使用する前駆体ガスの量を従来よりも削減することができると共に、使用可能な前駆体ガスの種類の幅を広くし得る。よって、製造コストを抑えつつ成膜の際の自由度（成膜される層の構造や形状、材質、膜厚、ラインスピード等の設計・制御の容易性など）を向上させることが可能となる。また、roll-to-roll技術においても、ヘッド部を通過する回数を増加させることが可能となる。更に、単純にヘッド部を増加させるだけでなく、ロール部材の入れ替えを行うことなく、双方向（順方向および逆方向）の切り替え走行が簡単な成膜装置を実現することができ、これによりヘッド部の通過回数を増加させ、ＡＬＤ成膜装置でありながら、ＡＬＤ法以外の方式と比較し得る成膜速度を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る成膜装置の概略構成を表す模式図である。
【図２】図１に示した成膜装置を用いた成膜方法における主要な工程を表す断面図である。
【図３】第１の実施の形態の変形例に係る成膜装置の概略構成を表す模式図である。
【図４】第１の実施の形態の他の変形例に係る成膜装置の概略構成を表す模式図である。
【図５】第２の実施の形態に係る成膜装置の概略構成を表す模式図である。
【図６】図５に示した成膜装置を用いた成膜方法における主要な工程を表す断面図である。
【図７】第２の実施の形態の変形例に係る成膜装置の概略構成を表す模式図である。
【図８】第３の実施の形態に係る成膜装置の概略構成を表す模式図である。
【図９】第３の実施の形態の変形例に係る成膜装置の概略構成を表す模式図である。
【図１０】第３の実施の形態の他の変形例に係る成膜装置の概略構成を表す模式図である。
【図１１】第４の実施の形態に係る成膜装置の概略構成を表す模式図である。
【図１２】第４の実施の形態の変形例に係る成膜装置の概略構成を表す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
第１の実施の形態（基材の片面に成膜する例１：パージガス用のＡＬＤヘッド無し）
第２の実施の形態（基材の両面に成膜する例）
第３の実施の形態（基材の片面に成膜する例２：パージガス用のＡＬＤヘッド有り）
第４の実施の形態（基材の片面に成膜する例３：各ＡＬＤヘッドが複数種のガスを出力）
【００１６】
＜第１の実施の形態＞
［成膜装置１の構成］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る成膜装置（成膜装置１）の概略構成を模式的に表したものである。成膜装置１は、被成膜体としての基材２０に対してＡＬＤ法を用いた成膜を行うことにより、所望の薄膜の形成（製造）を行うものである。この成膜装置１は、ＡＬＤヘッド（ガス源）１１Ａ，１１Ｂ（ヘッド部）と、ガイドロール１３，１４（ロール部材）と、チャンバー１０と、温度制御部１５とを備えている。なお、本発明の第１の実施の形態に係る成膜方法（薄膜の形成方法）は、本実施の形態の成膜装置１において具現化されるため、以下併せて説明する。
【００１７】
基材２０としては、例えばフレキシブル性を有するフィルム状またはシート状のものを用いることが好ましい。また、その材質としては、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリスチレン（ＰＳ）、アラミド、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などの樹脂系のフィルムが挙げられる。このうち、ＣＯＰとしては、例えば、ゼオノア（日本ゼオン社の登録商標）やアートン（ＪＳＲ社の登録商標）などが挙げられる。あるいは、基材２０としては、アルミ、ＳＵＳ、Ｔｉ等の金属フィルム、またはフレキシブルガラス等が挙げられる。
【００１８】
ＡＬＤヘッド１１Ａは、原子層堆積（ＡＬＤ）を行うための原料ガス（前駆体ガス）１０Ａを基材２０に対して出力することが可能なガス源であり、図示しない出力ノズルからこの前駆体ガス１０Ａが出力（射出）されるようになっている。
【００１９】
一方、ＡＬＤヘッド１１Ｂは、原子層堆積を行うための原料ガス（前駆体ガス）１０Ｂを基材２０に対して出力することが可能なガス源であり、ＡＬＤヘッド１１Ａと同様に、図示しない出力ノズルからこの前駆体ガス１０Ｂが出力（射出）されるようになっている。
【００２０】
ここで、前駆体ガス１０Ａとしては、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）の薄膜を形成する場合には、例えばＴＭＡ（トリメチルアルミニウム；（ＣＨ3）3Ａｌ）等が挙げられる。また、前駆体ガス１０Ｂとしては、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）の薄膜を形成する場合には、例えば水（Ｈ2Ｏ）等が挙げられる。
【００２１】
なお、これらの前駆体ガス１０Ａ、１０Ｂとしては、この他にも、例えば以下の材料を用いることができる。
ビス（テル−ブチルイミノ）ビス（ジメチルアミノ）タングステン（ＶＩ）；（（ＣＨ3）3ＣＮ）2Ｗ（Ｎ（ＣＨ3）2）2、
トリス（テル−ブトキシ）シラノール；（（ＣＨ3）3ＣＯ)3ＳｉＯＨ、
ジエチル亜鉛；（Ｃ2Ｈ5）2Ｚｎ、
トリス（ジエチルアミド）（テル−ブチルイミド）タンタル（Ｖ）；（ＣＨ3）3ＣＮＴａ（Ｎ（Ｃ2Ｈ5）2）3、
トリス（テル−ペントキシ）シラノール；（ＣＨ3ＣＨ2Ｃ（ＣＨ3）2Ｏ）3ＳｉＯＨ、
トリメチル（メチルシクロペンタジエニル）白金（ＩＶ）；Ｃ5Ｈ4ＣＨ3Ｐｔ（ＣＨ3）3、
ビス（エチルシクロペンタジエニル）ルテニウム（ＩＩ）；Ｃ7Ｈ9ＲｕＣ7Ｈ9、
（３−アミノプロピル）トリエトキシシラン；Ｈ2Ｎ（ＣＨ2）3Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）3、
四塩化珪素；ＳｉＣｌ4、
四塩化チタン；ＴｉＣｌ4、
チタン（ＩＶ）イソプロポキシド；Ｔｉ［（ＯＣＨ）（ＣＨ3）2］4、
テトラキス（ジメチルアミド）チタン（ＩＶ）；［（ＣＨ3）2Ｎ］4Ｔｉ、
テトラキス（ジメチルアミド）ジルコニウム（ＩＶ）；［（ＣＨ3）2Ｎ］4Ｚｒ、
トリス［Ｎ，Ｎ−ビス（トリメチルシリル）アミド］イットリウム；［［（ＣＨ3）3Ｓｉ］2］Ｎ］3Ｙ
【００２２】
ガイドロール１３は、チャンバー１０の一方側において、このチャンバー１０の延在方向に沿って複数設けられている。一方、ガイドロール１４は、チャンバー１０の他方側において、このチャンバー１０の延在方向に沿って複数設けられている。これらのガイドロール１３，１４と、図示しない巻き出しロールおよび巻き取りロールとにより、基材２０を図中の矢印Ｐ１で示した方向に搬送する搬送機構が構成されている。ただし、このような搬送機構によって、基材２０が図中の矢印Ｐ１および矢印Ｐ２で示した両方向に搬送可能となっていてもよい。すなわち、この搬送機構が、ＡＬＤヘッド１１Ａ，１１Ｂの位置対して基材２０を双方向に搬送できるようになっていてもよい。なお、図１においてガイドロール１３，１４中に示した実線の矢印は、基材２０が矢印Ｐ１の方向に搬送される際の各ガイドロール１３，１４の回転方向を示し、破線の矢印は、基材２０が矢印Ｐ２の方向に搬送される際の各ガイドロール１３，１４の回転方向を示している。
【００２３】
ここで、本実施の形態では、上記したＡＬＤヘッド１１Ａ，１１Ｂがそれぞれ、各ガイドロール１３に対して個別に対向配置されている。すなわち、ＡＬＤヘッド１１ＡまたはＡＬＤヘッド１１Ｂとガイドロール１３とによって、基材２０の一方側の面に対して前駆体ガス１０Ａ，１０Ｂを出力して原子層堆積を行うための部材対（第１の部材対）が構成されている。これにより、詳細は後述するが、前駆体ガス１０Ａ，１０Ｂを基材２０に対して局所的に出力可能となっている。
【００２４】
チャンバー１０は、各ガイドロール１３と各ガイドロール１４との間に配置されており、その内部に所定の不活性ガス（パージガス）１０Ｐを収容している。すなわち、このチャンバー１０は、ＡＬＤヘッド１１Ａ，１１Ｂによる前駆体ガス１０Ａの出力動作と前駆体ガス１０Ｂの出力動作との間において基材２０をパージガス１０Ｐに曝露する（さらす）ためのガス機構として機能している。
【００２５】
このようなパージガス１０Ｐとしては、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）の薄膜を形成する場合には、例えばアルゴン（Ａｒ）等が挙げられる。また、この他の例としては、例えば、窒素（Ｎ2）、水素（Ｈ2）、酸素（Ｏ2）、二酸化炭素（ＣＯ2）等が挙げられる。
【００２６】
温度制御部１５は、各ガイドロール１３の温度を個別に調整（設定）するものである。これにより、各ガイドロール１３の温度を個別に調整しつつ、基材２０に対して原子層堆積による成膜を行うことが可能となっている。
【００２７】
［成膜装置１の作用・効果］
次に、本実施の形態の成膜装置１の作用および効果について説明する。
【００２８】
（成膜装置１の動作）
この成膜装置１では、図１に示したように、ガイドロール１３，１４等からなる搬送機構によって、基材２０が各ＡＬＤヘッド１１Ａ，１１Ｂの位置へ順次搬送される。
【００２９】
この際、まず、ＡＬＤヘッド１１Ａによって、基材２０の一方側の面（表面）に対して前駆体ガス１０Ａが出力されると、図２（Ａ）に示したように、この基材２０の表面に前駆体ガス１０Ａからなる前駆体層２１Ａが形成される。
【００３０】
次いで、図１に示したように、この前駆体層１０Ａが形成された基材２０がチャンバー１０内へ搬送される。
【００３１】
すると、図２（Ｂ）に示したように、この基材２０がパージガス１０Ｐに暴露されることにより、パージ処理がなされる。すなわち、基材２０上に残存する未結合の前駆体ガス１０Ａが、前駆体層２１Ａの表面から除去される。
【００３２】
続いて、図１に示したように、ＡＬＤヘッド１１Ｂによって、基材２０の表面に対して前駆体ガス１０Ｂが出力されると、図２（Ｃ）に示したように、この基材２０の表面（前駆体層２１Ａ上）に前駆体ガス１０Ｂからなる前駆体層２１Ｂが形成される。
【００３３】
すると、これらの前駆体層２１Ａ，２１Ｂ同士の化学反応により、所望の薄膜を構成する単分子層２１が形成される。すなわち、原子層堆積（ＡＬＤ）による薄膜形成がなされる。
【００３４】
そののち、再び図１に示したように、この単分子層２１が形成された基材２０がチャンバー１０内へ搬送される。
【００３５】
すると、図２（Ｄ）に示したように、この基材２０がパージガス１０Ｐに暴露されることにより、再びパージ処理がなされる。すなわち、基材２０上に残存する未結合の前駆体ガス１０Ｂが、前駆体層２１Ｂの表面から除去される。
【００３６】
そして、このような図２（Ａ）〜図２（Ｄ）に示した動作が１サイクルとして繰り返されることにより、単分子層２１が積層されてなる所望の薄膜が形成される。
【００３７】
（特徴的部分の作用）
このようにして成膜装置１では、複数のガイドロール１３，１４を用いて被成膜体としての基材２０が搬送されつつ、ガス源としての複数のＡＬＤヘッド１１Ａ，１１Ｂによって前駆体ガス１０Ａ，１０Ｂが基材２０に対して出力され、原子層堆積による成膜がなされる。
【００３８】
これにより、ＡＬＤ法を用いた従来の成膜装置とは異なり、チャンバー内における前駆体ガスの交換処理が不要となるため、従来と比べて成膜時間が大幅に短縮され、製造効率が向上する。
【００３９】
ここで、以下の表１は、本実施の形態の成膜装置１における成膜の際の最大ライン速度を、９つのケース（算出例）（ケース１−１〜１−９）に分けて算出して示したものである。この最大ライン速度は、以下の（１）式により規定することができる。なお、この（１）式中の前駆体ガスの反応時間は、反応温度やガスの種類に応じて値が変化するものであるが、ここでは、０．０１０，０．０１５，０．０２０の３つのケースを一例として示している。この表１により、本実施の形態の成膜装置１における最大ライン速度では、１０2［ｍ／分］のオーダーという高い値を示すことが可能であることが分かる。
最大ライン速度＝（前駆体ガスの反応時間／基材の搬送方向に沿った前駆体ガスの出力ノズル長）  ……（１）
【００４０】
【表１】
0005621258.tif 000002
【００４１】
一方、以下の表２は、本実施の形態の成膜装置１におけるＡＬＤ法による成膜時間を、４つのケース（算出例）（ケース２−１〜２−４）に分けて算出して示したものである。なお、ここでは、基材２０の一方側の面（表面）に、各前駆体層２１Ａ，２１Ｂの厚みが０．１ｎｍからなる合計１００ｎｍの厚みのＡｌ2Ｏ3薄膜を形成する場合についての例を示しており、最大ライン速度を４０［ｍ／分］、基材２０の長さを１０００ｍとしている。すなわち、この例では、前駆体層２１Ａ，２１Ｂが合計で１０００層存在することになるため、ケース２−１〜２−４のいずれにおいても、｛（ＡＬＤヘッド１１Ａの個数）＋（ＡＬＤヘッド１１Ｂの個数）｝×（roll-to-rollによる通過数）＝１０００となっている。ただし、roll-to-rollによる通過数（繰り返し数）が増加するのに比例して、その分だけＡＬＤ法による成膜時間も増加していることが分かる。
【００４２】
【表２】
0005621258.tif 000003
【００４３】
また、本実施の形態では、ＡＬＤヘッド１１Ａ，１１Ｂがそれぞれ、各ガイドロール１３に対して個別に対向配置され、前駆体ガス１０Ａ，１０Ｂが基材２０に対して局所的に出力される。
【００４４】
これにより、従来のように大きなチャンバー内に前駆体ガスを満たす必要がないことから、使用する前駆体ガスの使用量も従来と比べて削減することができる。すなわち、上記した製造効率の向上と併せて、本実施の形態では、従来と比べて成膜の際の製造コストが抑えられる。
【００４５】
更に、本実施の形態では、温度制御部１５において、各ＡＬＤヘッド１１Ａ，１１Ｂの温度を個別に調整することも可能となっている。これにより、前駆体ガスが使用可能な温度はガスの種類によって異なることから、従来と比べ、使用可能な前駆体ガスの種類の幅が広くなる。
【００４６】
以上のように本実施の形態では、複数のガイドロール１３，１４を用いて基材２０を搬送しつつ、複数のＡＬＤヘッド１１Ａ，１１Ｂによって前駆体ガス１０Ａ，１０Ｂを基材２０に対して出力して原子層堆積による成膜を行うと共に、各ＡＬＤヘッド１１Ａ，１１Ｂをガイドロール１３に対して個別に対向配置することによって、前駆体ガス１０Ａ，１０Ｂが基材２０に対して局所的に出力されるようにしたので、使用する前駆体ガス１０Ａ，１０Ｂの量を従来よりも削減することができると共に、使用可能な前駆体ガスの種類の幅を広くすることができる。よって、製造コストを抑えつつ成膜の際の自由度を向上させることが可能となる。
【００４７】
また、チャンバー１０内に収容するパージガス１０Ｐによってパージ処理を行うようにしたので、基材２０上に残存する未結合の前駆体ガス１０Ａ，１０Ｂを除去することができ、形成した薄膜の信頼性を向上させることが可能となる。
【００４８】
［第１の実施の形態の変形例］
なお、本実施の形態では、２種類のＡＬＤヘッド１１Ａ，１１Ｂを用いて、２種類の前駆体ガス１０Ａ，１０Ｂによって原子層堆積を行う場合について説明したが、この場合に限られず、例えば３種類以上の前駆体ガスによって原子層堆積を行うようにしてもよい。すなわち、例えば図３に示した成膜装置１Ａのように、３種類のＡＬＤヘッド１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃを用いて、３種類の前駆体ガス１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃによって原子層堆積を行うことにより、所望の薄膜の形成を行うようにしてもよい。
【００４９】
また、本実施の形態では、チャンバー１０内にパージガスを収容する場合について説明したが、この場合には限られず、場合によっては、チャンバー１０内を真空雰囲気に設定したり、通常の外気と同じ雰囲気に設定してもよい。あるいは、例えば図４に示した成膜装置１Ｂのように、場合によってはチャンバー１０そのものを設けないようにしてもよい。
【００５０】
＜第２の実施の形態＞
続いて、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、上記第１の実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００５１】
［成膜装置１Ｃの構成］
図５は、第２の実施の形態に係る成膜装置（成膜装置１Ｃ）の概略構成を模式的に表したものである。本実施の形態の成膜装置１Ｃは、上記第１の実施の形態の成膜装置１において、ＡＬＤヘッド（ガス源）１２Ａ，１２Ｂを更に設けたものに対応しており、これにより以下説明するように、基材２０の両面（表面および裏面）に対して成膜を行うようになっている。なお、第２の実施の形態に係る成膜方法（薄膜の形成方法）は、本実施の形態の成膜装置１Ｃにおいて具現化されるため、以下併せて説明する。
【００５２】
ＡＬＤヘッド１２Ａは、ＡＬＤヘッド１１Ａと同様に、原子層堆積を行うための前駆体ガス１０Ａを基材２０に対して出力することが可能なガス源であり、図示しない出力ノズルからこの前駆体ガス１０Ａが出力（射出）されるようになっている。
【００５３】
ＡＬＤヘッド１２Ｂは、ＡＬＤヘッド１１Ｂと同様に、原子層堆積を行うための前駆体ガス１０Ｂを基材２０に対して出力することが可能なガス源であり、図示しない出力ノズルからこの前駆体ガス１０Ｂが出力（射出）されるようになっている。
【００５４】
本実施の形態では、上記第１の実施の形態と同様に、ＡＬＤヘッド１１Ａ，１１Ｂがそれぞれ、各ガイドロール１３に対して個別に対向配置されている。また、それと共に、ＡＬＤヘッド１２Ａ，１２Ｂがそれぞれ、各ガイドロール１４に対して個別に対向配置されている。すなわち、まず、ＡＬＤヘッド１１ＡまたはＡＬＤヘッド１１Ｂとガイドロール１３とによって、基材２０の一方側の面（表面）に対して前駆体ガス１０Ａ，１０Ｂを出力して原子層堆積を行うための部材対（第１の部材対）が構成されている。また、ＡＬＤヘッド１２ＡまたはＡＬＤヘッド１２Ｂとガイドロール１４とによって、基材２０の他方側の面（裏面）に対して前駆体ガス１０Ａ，１０Ｂを出力して原子層堆積を行うための部材対（第２の部材対）が構成されている。これにより、本実施の形態においても第１の実施の形態と同様に、前駆体ガス１０Ａ，１０Ｂを基材２０に対して局所的に出力可能となっている。
【００５５】
なお、本実施の形態では、温度制御部１５は、各ガイドロール１３，１４の温度を個別に調整（設定）するようになっている。これにより、各ガイドロール１３，１４の温度を個別に調整しつつ、基材２０に対して原子層堆積による成膜を行うことが可能となっている。
【００５６】
［成膜装置１Ｃの作用・効果］
本実施の形態の成膜装置１Ｃでは、まず、図５に示したように、ガイドロール１３，１４等からなる搬送機構によって、基材２０が各ＡＬＤヘッド１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂの位置へ順次搬送される。
【００５７】
この際、まず、ＡＬＤヘッド１１Ａによって、基材２０の一方側の面（表面）に対して前駆体ガス１０Ａが出力されると、図６（Ａ）に示したように、第１の実施の形態と同様に、この基材２０の表面に前駆体ガス１０Ａからなる前駆体層２１Ａが形成される。
【００５８】
次いで、図５に示したように、この前駆体層１０Ａが形成された基材２０がチャンバー１０内へ搬送される。すると、この基材２０がパージガス１０Ｐに暴露されることにより、第１の実施の形態と同様にしてパージ処理がなされる。すなわち、基材２０の表面に残存する未結合の前駆体ガス１０Ａが、前駆体層２１Ａの表面から除去される。
【００５９】
続いて、図５に示したように、ＡＬＤヘッド１２Ａによって、基材２０の他方側の面（裏面）に対して前駆体ガス１０Ａが出力されると、図６（Ｂ）に示したように、この基材２０の裏面に前駆体ガス１０Ａからなる前駆体層２１Ａが形成される。
【００６０】
次いで、図５に示したように、この前駆体層１０Ａが形成された基材２０が、再びチャンバー１０内へ搬送される。すると、この基材２０がパージガス１０Ｐに暴露されることにより、再びパージ処理がなされる。すなわち、基材２０の裏面に残存する未結合の前駆体ガス１０Ａが、前駆体層２１Ａの表面から除去される。
【００６１】
続いて、図５に示したように、ＡＬＤヘッド１１Ｂによって、基材２０の表面に対して前駆体ガス１０Ｂが出力されると、図６（Ｃ）に示したように、この基材２０の表面（前駆体層２１Ａ上）に前駆体ガス１０Ｂからなる前駆体層２１Ｂが形成される。すると、これらの前駆体層２１Ａ，２１Ｂ同士の化学反応により、所望の薄膜を構成する単分子層２１が、基材２０の表面に形成される。すなわち、基材２０の表面に原子層堆積による薄膜形成がなされる。
【００６２】
次いで、図５に示したように、この単分子層２１が表面に形成された基材２０が、再びチャンバー１０内へ搬送される。すると、この基材２０がパージガス１０Ｐに暴露されることにより、再びパージ処理がなされる。すなわち、基材２０の表面に残存する未結合の前駆体ガス１０Ｂが、前駆体層２１Ｂの表面から除去される。
【００６３】
続いて、図５に示したように、ＡＬＤヘッド１２Ｂによって、基材２０の裏面に対して前駆体ガス１０Ｂが出力されると、図６（Ｄ）に示したように、この基材２０の裏面（前駆体層２１Ａ上）に前駆体ガス１０Ｂからなる前駆体層２１Ｂが形成される。すると、これらの前駆体層２１Ａ，２１Ｂ同士の化学反応により、所望の薄膜を構成する単分子層２１が、基材２０の裏面に形成される。すなわち、基材２０の裏面に原子層堆積による薄膜形成がなされる。
【００６４】
次いで、図５に示したように、この単分子層２１が裏面に形成された基材２０が、再びチャンバー１０内へ搬送される。すると、この基材２０がパージガス１０Ｐに暴露されることにより、再びパージ処理がなされる。すなわち、基材２０の裏面に残存する未結合の前駆体ガス１０Ｂが、前駆体層２１Ｂの表面から除去される。
【００６５】
そして、このような図６（Ａ）〜図６（Ｄ）に示した動作が１サイクルとして繰り返されることにより、基材２０の両面（表面および裏面）に対し、単分子層２１が積層されてなる所望の薄膜が形成される。
【００６６】
ここで、以下の表３および表４は、本実施の形態の成膜装置１ＣにおけるＡＬＤ法による成膜時間をそれぞれ、４つのケース（算出例）（ケース３−１〜３−４およびケース４−１〜４−４）に分けて算出して示したものである。
【００６７】
具体的には、表３に示したケース３−１〜３−４はそれぞれ、基材２０の両面（表面および裏面）にそれぞれ、各前駆体層２１Ａ，２１Ｂの厚みが０．１ｎｍからなる合計５０ｎｍの厚みのＡｌ2Ｏ3薄膜を形成する場合の例となっており、最大ライン速度を４０［ｍ／分］、基材２０の長さを１０００ｍとしている。すなわち、この例では、前駆体層２１Ａ，２１Ｂが、両面合わせて合計で１０００層存在することになる。そのため、ケース３−１〜３−４のいずれにおいても、｛（ＡＬＤヘッド１１Ａの個数）＋（ＡＬＤヘッド１１Ｂの個数）｝×（roll-to-rollによる通過数）＝１０００となっている。ただし、第１の実施の形態におけるケース２−１〜２−４と同様に、roll-to-rollによる通過数（繰り返し数）が増加するのに比例して、その分だけＡＬＤ法による成膜時間も増加していることが分かる。
【００６８】
【表３】
0005621258.tif 000004
【００６９】
一方、表４に示したケース４−１〜４−４はそれぞれ、基材２０の両面（表面および裏面）にそれぞれ、各前駆体層２１Ａ，２１Ｂの厚みが０．１ｎｍからなる合計１００ｎｍの厚みのＡｌ2Ｏ3薄膜を形成する場合の例となっており、最大ライン速度を４０［ｍ／分］、基材２０の長さを１０００ｍとしている。すなわち、この例では、前駆体層２１Ａ，２１Ｂが、両面合わせて合計で２０００層存在することになる。そのため、ケース４−１〜４−４のいずれにおいても、｛（ＡＬＤヘッド１１Ａの個数）＋（ＡＬＤヘッド１１Ｂの個数）｝×（roll-to-rollによる通過数）＝２０００となっている。ただし、ケース２−１〜２−４，３−１〜３−４と同様に、roll-to-rollによる通過数（繰り返し数）が増加するのに比例して、その分だけＡＬＤ法による成膜時間も増加していることが分かる。
【００７０】
【表４】
0005621258.tif 000005
【００７１】
以上のように本実施の形態においても、上記第１の実施の形態と同様の作用により同様の効果を得ることができる。すなわち、使用する前駆体ガス１０Ａ，１０Ｂの量を従来よりも削減することができると共に、使用可能な前駆体ガスの種類の幅を広くすることができ、製造コストを抑えつつ成膜の際の自由度を向上させることが可能となる。
【００７２】
また、特に本実施の形態では、ＡＬＤヘッド１２Ａ，１２Ｂを更に設けることによって、基材２０の両面（表面および裏面）に対して原子層堆積による成膜を行うようにしたので、従来のように基材２０の一方側の面に対して、その都度原子層堆積による成膜を行う場合と比べ、両面全体としての成膜時間を短縮することができる。すなわち、基材２０の両面に対して同時並行的に原子層堆積による成膜を行うことができるため、そのような成膜時間の短縮化を実現することが可能となる。なお、基材２０の各面に成膜される各前駆体層の厚みは、個々のＡＬＤヘッド１２Ａ，１２Ｂの成膜時間等を制御することにより、適宜調整が可能である。すなわち、基材２０の両面に成膜される各前駆体層の厚みは、両面で同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００７３】
［第２の実施の形態の変形例］
なお、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、例えば３種類以上の前駆体ガスによって原子層堆積を行うようにしてもよい。すなわち、例えば図７に示した成膜装置１Ｄのように、３種類のＡＬＤヘッド１１Ａ（１２Ａ），１１Ｂ（１２Ｂ），１１Ｃ（１２Ｃ）を用いて、３種類の前駆体ガス１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃによって原子層堆積を行うことにより、所望の薄膜の形成を行うようにしてもよい。
【００７４】
また、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、場合によっては、チャンバー１０内を真空雰囲気に設定したり、通常の外気と同じ雰囲気に設定したりしてもよく、あるいは、チャンバー１０そのものを設けないようにしてもよい。
【００７５】
＜第３の実施の形態＞
続いて、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、上記第１，第２の実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００７６】
図８は、第３の実施の形態に係る成膜装置（成膜装置３）の概略構成を模式的に表したものである。本実施の形態の成膜装置３は、上記第１の実施の形態の成膜装置１と同様に、基材２０の一方側の面（片面）に対して成膜を行うものである。ただし、この成膜装置３では、成膜装置１とは異なり、パージガス１０Ｐ等を収容するための専用のチャンバー１０が設けられておらず、以下説明するＡＬＤヘッド３１Ｐを用いてパージ処理を行うようになっている。
【００７７】
成膜装置３は、ＡＬＤヘッド３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｐと、ガイドロール３３と、シールド部３４と、温度制御部１５とを備えている。なお、第３の実施の形態に係る成膜方法（薄膜の形成方法）は、本実施の形態の成膜装置３において具現化されるため、以下併せて説明する。
【００７８】
ＡＬＤヘッド３１Ａ，３１Ｂはそれぞれ、前述したＡＬＤヘッド１１Ａ（１２Ａ），１１Ｂ（１２Ｂ）と同様の役割を果たすものである。すなわち、ＡＬＤヘッド３１Ａは、原子層堆積を行うための前駆体ガス１０Ａを基材２０に対して出力することが可能なガス源であり、図示しない出力ノズルからこの前駆体ガス１０Ａが出力（射出）されるようになっている。一方、ＡＬＤヘッド３１Ｂは、原子層堆積を行うための前駆体ガス１０Ｂを基材２０に対して出力することが可能なガス源であり、図示しない出力ノズルからこの前駆体ガス１０Ｂが出力（射出）されるようになっている。
【００７９】
ＡＬＤヘッド３１Ｐは、パージガス１０Ｐを基材２０に対して局所的に出力可能なガス源であり、パージ専用のＡＬＤヘッドとなっている。
【００８０】
ガイドロール３３は、円環状に複数設けられている。これら複数のガイドロール３３と、図示しない巻き出しロールおよび巻き取りロールとにより、基材２０を図中の矢印Ｐ３で示した方向に搬送する搬送機構が構成されている。ただし、このような搬送機構によって、基材２０が図中の矢印Ｐ３および矢印Ｐ４で示した両方向に搬送可能となっていてもよい。すなわち、この搬送機構が、ＡＬＤヘッド３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｐの位置対して基材２０を双方向に搬送できるようになっていてもよい。なお、図８においてガイドロール３３中に示した実線の矢印は、基材２０が矢印Ｐ３の方向に搬送される際の各ガイドロール３３の回転方向を示し、破線の矢印は、基材２０が矢印Ｐ４の方向に搬送される際の各ガイドロール３３の回転方向を示している。
【００８１】
ここで、本実施の形態においても、上記第１および第２の実施の形態と同様に、ＡＬＤヘッド３１Ａ，３１Ｂがそれぞれ、各ガイドロール３３に対して個別に対向配置されている。すなわち、ＡＬＤヘッド３１ＡまたはＡＬＤヘッド３１Ｂとガイドロール３３とによって、基材２０の一方側の面（表面）に対して前駆体ガス１０Ａ，１０Ｂを出力して原子層堆積を行うための部材対（第１の部材対）が構成されている。これにより、本実施の形態においても第１および第２の実施の形態と同様に、前駆体ガス１０Ａ，１０Ｂを基材２０に対して局所的に出力可能となっている。
【００８２】
また、本実施の形態では、更に、ＡＬＤヘッド３１Ｐも各ガイドロール３３に対して個別に対向配置されている。すなわち、ＡＬＤヘッド３１Ｐとガイドロール３３とによって、基材２０の表面に対してパージガス１０Ｐを出力してパージ処理を行うための部材対（第３の部材対）が構成されている。これにより本実施の形態では、パージガス１０Ｐを基材２０に対して局所的に出力可能となっている。
【００８３】
シールド部３４は、隣接するＡＬＤヘッド間の領域を区切ることにより、各ガスに対するシールドを行うためのものである。
【００８４】
なお、本実施の形態では、温度制御部１５は、各ガイドロール３３の温度を個別に調整（設定）するようになっている。これにより、各ガイドロール３３の温度を個別に調整しつつ、基材２０に対して原子層堆積による成膜を行うことが可能となっている。
【００８５】
このような構成により実施の形態においても、上記第１の実施の形態と同様の作用により同様の効果を得ることができる。すなわち、使用する前駆体ガス１０Ａ，１０Ｂの量を従来よりも削減することができると共に、使用可能な前駆体ガスの種類の幅を広くすることができ、製造コストを抑えつつ成膜の際の自由度を向上させることが可能となる。
【００８６】
また、特に本実施の形態では、パージガス１０Ｐ等を収容するための専用のチャンバーを設けずに、パージガス１０Ｐを基材２０に対して局所的に出力可能なＡＬＤヘッド３１Ｐを用いてパージ処理を行うようにしたので、上記第１および第２の実施の形態と比べ、使用するパージガス１０Ｐの量を削減することができる。よって、本実施の形態では、製造コストを更に抑えることが可能となる。
【００８７】
［第３の実施の形態の変形例］
なお、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、例えば３種類以上の前駆体ガスによって原子層堆積を行うようにしてもよい。すなわち、例えば図９に示した成膜装置３Ａのように、３種類のＡＬＤヘッド３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃを用いて、３種類の前駆体ガス１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃによって原子層堆積を行うことにより、所望の薄膜の形成を行うようにしてもよい。
【００８８】
また、本実施の形態においても、場合によっては、例えば図１０に示した成膜装置３Ｂのように、ＡＬＤヘッド３１Ｐを設けないようにし、パージ処理を行わないようにしてもよい。
【００８９】
＜第４の実施の形態＞
続いて、本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、上記第１〜第３の実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００９０】
図１１は、第４の実施の形態に係る成膜装置（成膜装置３Ｃ）の概略構成を模式的に表したものである。本実施の形態の成膜装置３Ｃは、上記第３の実施の形態の成膜装置３において、各ＡＬＤヘッドから複数種類のガスを個別に出力するようにしたものに対応している。なお、第４の実施の形態に係る成膜方法（薄膜の形成方法）は、本実施の形態の成膜装置３Ｃにおいて具現化されるため、以下併せて説明する。
【００９１】
この成膜装置３Ｃは、成膜装置３において、各ＡＬＤヘッド３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｐが一体化されることにより、単一のＡＬＤヘッド３０Ｃが構成されている。具体的には、ここでは基材２０の搬送方向（図中の矢印Ｐ３の方向）に沿って、ＡＬＤヘッド３１Ａ、ＡＬＤヘッド３１Ｐ、ＡＬＤヘッド３１ＢおよびＡＬＤヘッド３１Ｐの順に隣接して配置されたＡＬＤヘッド３０Ｃが構成されている。そして、このＡＬＤヘッド３０では、各ＡＬＤヘッド３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｐにおいてそれぞれ、前駆体ガス１０Ａ，１０Ｂおよびパージガス１０Ｐを個別に出力することが可能となっている。
【００９２】
このような構成により、本実施の形態では、上記第３の実施の形態における効果に加え、以下の効果を得ることができる。すなわち、第３の実施の形態に比べ、基材２０の搬送方向に沿った各ガスの出力ノズル長を短く設定することができるため、各前駆体層、ひいては各単分子層の厚みをより小さくすることが可能となる。
【００９３】
［第４の実施の形態の変形例］
なお、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、例えば３種類以上の前駆体ガスによって原子層堆積を行うようにしてもよい。
【００９４】
また、本実施の形態においても、場合によっては、例えば図１２に示した成膜装置３Ｄのように、各ＡＬＤヘッド３０Ｄ内にＡＬＤヘッド３１Ｐを設けないようにし、パージ処理を行わないようにしてもよい。
【００９５】
（その他の変形例）
以上、いくつかの実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されず、種々の変形が可能である。
【００９６】
例えば、上記実施の形態等において説明した各層の材料および厚み、または成膜方法および成膜条件などは限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよく、または他の成膜方法および成膜条件としてもよい。具体的には、例えば、ＡＬＤヘッドを用いた成膜後に別工程において添加物をドーピングする場合、予め特定のＡＬＤヘッド内に、前駆体ガス（材料ガス）に加え、ドーピングガス（ドーパントガス）を混入させるようにしてもよい。このように構成した場合、成膜後に別工程で行われるドーピング工程を省略することができる。
【００９７】
また、本発明の成膜装置（成膜方法）では、各ＡＬＤヘッドと各ガイドロールとは、互いに独立して作動するようにすることが好ましい。仮に、あるＡＬＤヘッドが故障した場合であっても、各ガイドロールが正常に機能することで、システム全体としては正常に成膜を行うことができるからである。ただし、上記実施の形態等のように、複数種のＡＬＤヘッドを用いて連続的に成膜を行う場合には、所望の積層順となるように、例えば以下のようにすることが好ましい。具体的には、例えば第３の実施の形態の変形例のように、３種類のＡＬＤヘッド３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ, ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，……の繰り返し機構を用いて、３種類の前駆体ガス１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，……によって原子層堆積を繰り返し行う場合において、ｎ番目のＡＬＤヘッド３１Ａが故障した場合、所望の成膜順となるように、同じｎ番目のＡＬＤヘッド３１Ｂ，３１Ｃにおいて成膜を停止させる必要がある。そして、（ｎ＋１）番目のＡＬＤヘッドを用いて、所望の成膜順となるように成膜を行えばよい。
【００９８】
本発明の成膜装置（成膜方法）は、例えば、以下の表５中に示した各種の材料からなる薄膜の形成に適用することが可能である。また、このようにして得られる薄膜は、例えば、高バリアフィルムや、マルチ機能フィルム（導電性バリアフィルムなど）等の各種のフィルムに適用することが可能である。
【００９９】
【表５】
0005621258.tif 000006
【符号の説明】
【０１００】
１，１Ａ〜１Ｄ，３，３Ａ〜３Ｄ…成膜装置、１０…チャンバー、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…原料ガス（前駆体ガス）、１０Ｐ…不活性ガス（パージガス）、１１Ａ〜１１Ｃ，１２Ａ〜１２Ｃ，３０Ｃ，３０Ｄ，３１Ａ〜３１Ｃ，３１Ｐ…ＡＬＤヘッド（ガス源）、１３，１４，３３…ガイドロール、１５…温度制御部、２０…基材、２１…単分子層、２１Ａ，２１Ｂ…前駆体層、３４…シールド部、Ｐ１〜Ｐ４…基材の搬送方向。
【図１】
0005621258.tif 000007
【図２】
0005621258.tif 000008
【図３】
0005621258.tif 000009
【図４】
0005621258.tif 000010
【図５】
0005621258.tif 000011
【図６】
0005621258.tif 000012
【図７】
0005621258.tif 000013
【図８】
0005621258.tif 000014
【図９】
0005621258.tif 000015
【図１０】
0005621258.tif 000016
【図１１】
0005621258.tif 000017
【図１２】
0005621258.tif 000018