(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体上に薄膜材料を堆積させるための供給装置であって、
（ａ）第１ガス状材料、第２ガス状材料及び第３ガス状材料の共通供給をそれぞれ受容することができる、少なくとも第１流入ポート、第２流入ポート及び第３流入ポートを含む複数の流入ポートと；
（ｂ）薄膜材料堆積からの排ガスを受容することができる少なくとも１つの排気ポートと、それぞれが少なくとも１つの排気ポートとガス流体連通可能である少なくとも２つの細長い排気チャネルと；
（ｃ）（ｉ）１つ又は２つ以上の第１の細長い放出チャネルを含む第１群、（ｉｉ）１つ又は２つ以上の第２の細長い放出チャネルを含む第２群、及び（ｉｉｉ）少なくとも２つの第３の細長い放出チャネルを含む第３群を含む少なくとも３つの細長い放出チャネル群；
を含み、第１、第２及び第３の細長い放出チャネルのそれぞれが、対応する第１流入ポート、第２流入ポート及び第３流入ポートのうちの１つとそれぞれガス流体連通可能であり；
第１、第２及び第３の細長い放出チャネルのそれぞれ、及び細長い排気チャネルのそれぞれが、長さ方向に実質的に平行に延びており；
各第１の細長い放出チャネルが、その少なくとも１つの細長い側において、相対的により近い細長い排気チャネルと相対的により近くない第３の細長い放出チャネルとによって、最も近い第２の細長い放出チャネルから分離されており；
各第１の細長い放出チャネル及び各第２の細長い放出チャネルが、相対的により近い細長い排気チャネルの間、及び相対的により近くない細長い放出チャネルの間に位置しており；
さらに当該供給装置は、
（ｄ）３つの細長い放出チャネル群のうちの少なくとも１つの群と関連するガスディフューザを含んで第１ガス状材料、第２ガス状材料及び第３ガス状材料のうちの少なくとも１つをそれぞれ、基体上への薄膜材料堆積中に、当該供給装置から基体への供給前にガスディフューザに通過させることができ、当該ガスディフューザが、少なくとも１つの細長い放出チャネル群内の細長い放出チャネルのそれぞれから下流側の、第１、第２及び第３ガス状材料のうちの少なくとも１つの材料の流れ隔離を維持し；
ガスディフューザが、２５℃の窒素である代表的ガス及びガスディフューザを通過するガス状材料の代表的平均速度０．０１〜０．５ｍ／秒を仮定すると、１×１０２を上回る摩擦係数を提供することができる、基体上に薄膜材料を堆積させるための供給装置。
【請求項２】
基体上に薄膜材料を堆積させるための供給装置であって、
（ａ）第１ガス状材料、第２ガス状材料及び第３ガス状材料のための共通供給をそれぞれ受容することができる、少なくとも第１流入ポート、第２流入ポート及び第３流入ポートを含む複数の流入ポートと；
（ｂ）薄膜材料堆積からの排ガスを受容することができる少なくとも１つの排気ポートと、それぞれが少なくとも１つの排気ポートとガス流体連通可能である少なくとも２つの細長い排気チャネルと；
（ｃ）（ｉ）１つ又は２つ以上の第１の細長い放出チャネルを含む第１群、（ｉｉ）１つ又は２つ以上の第２の細長い放出チャネルを含む第２群、及び（ｉｉｉ）少なくとも２つの第３の細長い放出チャネルを含む第３群を含む少なくとも３つの細長い放出チャネル群；
を含み、第１、第２及び第３の細長い放出チャネルのそれぞれが、対応する第１流入ポート、第２流入ポート及び第３流入ポートのうちの１つとそれぞれガス流体連通可能であり；
第１、第２及び第３の細長い放出チャネルのそれぞれ、及び細長い排気チャネルのそれぞれが、長さ方向に実質的に平行に延びており；
各第１の細長い放出チャネルが、その少なくとも１つの細長い側において、相対的により近い細長い排気チャネルと相対的により近くない第３の細長い放出チャネルとによって、最も近い第２の細長い放出チャネルから分離されており；
各第１の細長い放出チャネル及び各第２の細長い放出チャネルが、相対的により近い細長い排気チャネルの間、及び相対的により近くない細長い放出チャネルの間に位置しており；
さらに当該供給装置は、
（ｄ）３つの細長い放出チャネル群のうちの少なくとも１つの群と関連するガスディフューザを含んで第１ガス状材料、第２ガス状材料及び第３ガス状材料のうちの少なくとも１つをそれぞれ、基体上への薄膜材料堆積中に、当該供給装置から基体への供給前にガスディフューザに通過させることができ、当該ガスディフューザが、少なくとも１つの細長い放出チャネル群内の細長い放出チャネルのそれぞれから下流側の、第１、第２及び第３ガス状材料のうちの少なくとも１つの材料の流れ隔離を維持し；
ガスディフューザが、第１、第２及び第３ガス状材料のうちの少なくとも１つが通過する多孔質材料を含み、前記多孔質材料が平均直径１０，０００ｎｍ未満の孔を含む、基体上に薄膜材料を堆積させるための供給装置。
【請求項３】
基体上に薄膜材料を堆積させるための供給装置であって、
（ａ）第１ガス状材料、第２ガス状材料及び第３ガス状材料のための共通供給をそれぞれ受容することができる、少なくとも第１流入ポート、第２流入ポート及び第３流入ポートを含む複数の流入ポートと；
（ｂ）薄膜材料堆積からの排ガスを受容することができる少なくとも１つの排気ポートと、それぞれが少なくとも１つの排気ポートとガス流体連通可能である少なくとも２つの細長い排気チャネルと；
（ｃ）（ｉ）１つ又は２つ以上の第１の細長い放出チャネルを含む第１群、（ｉｉ）１つ又は２つ以上の第２の細長い放出チャネルを含む第２群、及び（ｉｉｉ）少なくとも２つの第３の細長い放出チャネルを含む第３群を含む少なくとも３つの細長い放出チャネル群；
を含む供給ヘッドを含み、第１、第２及び第３の細長い放出チャネルのそれぞれが、対応する第１流入ポート、第２流入ポート及び第３流入ポートのうちの１つとそれぞれガス流体連通可能であり；
第１、第２及び第３の細長い放出チャネルのそれぞれ、及びこれらの細長い排気チャネルのそれぞれが、長さ方向に実質的に平行に延びており；
各第１の細長い放出チャネルがその少なくとも１つの細長い側において、相対的により近い細長い排気チャネルと相対的により近くない第３の細長い放出チャネルとによって、最も近い第２の細長い放出チャネルから分離されており；
各第１の細長い放出チャネル及び各第２の細長い放出チャネルが、相対的により近い細長い排気チャネルの間、及び相対的により近くない細長い放出チャネルの間に位置しており；
さらに当該供給ヘッドは、
（ｄ）３つの細長い放出チャネル群のうちの少なくとも１つの群と関連するガスディフューザを含んで第１ガス状材料、第２ガス状材料及び第３ガス状材料のうちの少なくとも１つをそれぞれ、基体上への薄膜材料堆積中に供給装置から基体への供給前にガスディフューザに通過させることができ、当該ガスディフューザが、少なくとも１つの細長い放出チャネル群内の細長い放出チャネルのそれぞれから下流側の、第１、第２及び第３ガス状材料のうちの少なくとも１つの材料の流れ隔離を維持し；
ガスディフューザが、少なくとも２つの一連の要素を含む機械的に形成された集成体を含み、各要素は、互いに対向する実質的に平行な表面領域を含み；
少なくとも１つの要素が、細長い方向に延びる複数のパーフォレーションを含み、それぞれの複数のパーフォレーションが、少なくとも１つの細長い放出チャネル群内のそれぞれの細長い放出チャネルのうちの１つからの流れと関連し；
ガスディフューザが、複数のパーフォレーションのそれぞれから、２つの要素内の平行な表面領域間の薄いスペース内へガス状材料を偏向させ、
前記供給ヘッドは、第１、第２及び第３ガス状材料を供給するためのその使用中に、少なくとも部分的に、放出された第１、第２又は第３ガス状材料の圧力によって、前記供給ヘッドが基体から０．５ｍｍ未満の距離に保たれるように設計されている、基体上に薄膜材料を堆積させるための供給装置。
【請求項４】
薄膜材料を基体上に堆積させる方法であって、供給ヘッドの出力面から基体表面に向けて一連のガス流を同時に案内することを含み、ここで、一連のガス流は、少なくとも、第１反応性ガス状材料と、不活性パージガスと、第２反応性ガス状材料とを含み、第１反応性ガス状材料は、第２反応性ガス状材料で処理された基体表面と反応することができ；
供給ヘッドがガスディフューザ要素を含み、ガスディフューザ要素を、第１反応性ガス状材料、不活性パージガス、及び第２反応性ガス状材料のうちの少なくとも１つが、少なくとも１つのガス状材料の流れ隔離を維持しながら通過し；
ガスディフューザが、基体上の薄膜材料堆積中にガスディフューザを通過するガス状材料に対して、１×１０２を上回る摩擦係数を提供する、薄膜材料を基体上に堆積させる方法。
【請求項５】
薄膜材料を基体上に堆積させる方法であって、
供給ヘッドの出力面から基体表面に向けて一連のガス流を同時に案内することを含み、ここで、一連のガス流は少なくとも、第１反応性ガス状材料と、不活性パージガスと、第２反応物質ガス状材料とを含み、第１反応性ガス状材料は、第２反応性ガス状材料で処理された基体表面と反応することができ；
ガスディフューザが多孔質材料を含み、前記多孔質材料が平均直径１０，０００ｎｍ未満の孔を含み、当該多孔質材料を、第１反応性ガス状材料、第２反応性ガス状材料、及び不活性パージガスのうちの少なくとも１つが通過することにより、第１反応性ガス状材料、第２反応性ガス状材料、及び不活性パージガスのうちの少なくとも１つの材料の流れが供給装置を出る場所で背圧を提供し、圧力の均等化を促進する、薄膜材料を基体上に堆積させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、薄膜材料の堆積に関し、より詳しくは、同時に生じるガス流を基体上に案内する分配ヘッドを使用して、基体上に原子層を堆積させるための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜堆積のために広く用いられている技術の中には、基体上に所望の膜を堆積させるために、反応チャンバ内で反応する化学的に反応性の分子を使用する化学蒸着法（ＣＶＤ）がある。ＣＶＤ用途に有用な分子状前駆体は、堆積させるべき膜の元素（原子）成分を含み、典型的には、付加的な元素も含む。ＣＶＤ前駆体は、基体において反応して当該基体上に薄膜を形成させるために、チャンバに気相で供給される揮発性分子である。化学反応によって、所望の膜厚を有する薄膜が堆積する。
【０００３】
ほとんどのＣＶＤ技術に共通することは、ＣＶＤ反応器内に１種又は２種以上の分子状前駆体のよく制御されたフラックスを適用する必要があることである。制御された圧力条件下でよく制御された温度に基体を保つことにより、副生成物の効率的な除去を伴って、これらの分子状前駆体間の化学反応が促進される。最適なＣＶＤ性能を得るには、プロセス全体を通してガス流、温度及び圧力の定常状態条件を達成及び維持する能力と、過渡的現象を最低限に抑えるか又は無くす能力を必要とする。
【０００４】
特に半導体、集積回路及び他の電子デバイスの分野では、従来のＣＶＤ技術の達成し得る限度を超えた、特に高品質の薄膜、優れたコンフォーマルコーティング特性を有する高密度膜、特に低温で製造することができる薄膜が要望されている。
【０００５】
原子層堆積法（ＡＬＤ）は、その先行技術であるＣＶＤと比較して、厚さ分解能及びコンフォーマル能力を改善することができる代替的膜堆積法である。ＡＬＤ法は、従来のＣＶＤの従来の薄膜堆積プロセスを、単原子層の堆積工程に分割する。都合良いことに、ＡＬＤ工程は自動的に終結するので、自動的に終結する曝露時間まで、又は自動的に終結する曝露時間を超えて実施すると、一原子層を堆積させることができる。原子層は典型的には、０．１〜０．５分子単層であり、典型的な寸法は数オングストローム以下のオーダーにある。ＡＬＤにおいて、原子層の堆積は、反応性分子状前駆体と基体との間の化学反応の結果である。それぞれ別個のＡＬＤ反応堆積工程において、正味の反応によって所期の原子層が堆積し、そして分子状前駆体中に元々含まれていた「余分」の原子は実質的に排除される。その最も純粋な形態では、ＡＬＤは、その他の反応前駆体の不存在下での、前駆体のそれぞれの吸着及び反応に関与する。実際には、いかなるシステムにおいても、少量の化学蒸着反応をもたらす種々異なる前駆体の若干の直接反応を回避することは難しい。ＡＬＤを実施すると主張するいかなるシステムにおいてもその目標は、少量のＣＶＤ反応を許容できることを認めながらもＡＬＤシステムに見合う装置の性能及び特質を得ることである。
【０００６】
ＡＬＤ用途において、典型的には２種の分子状前駆体が、別個の段階においてＡＬＤ反応器内に導入される。例えば、金属前駆体分子ＭＬxは、原子又は分子リガンドＬに結合された金属元素Ｍを含む。例えばＭは、Ａｌ，Ｗ，Ｔａ，Ｓｉ，Ｚｎなどであることができるが、これらに限定されない。基体表面が分子状前駆体と直接反応するように調製された場合、金属前駆体は基体と反応する。例えば、基体表面は、典型的には、金属前駆体に対して反応性の水素含有リガンドＡＨなどを含むように調製される。硫黄（Ｓ）、酸素（Ｏ）及び窒素（Ｎ）がいくつかの典型的なＡ種である。ガス状金属前駆体分子は、気体表面上のリガンドの全てと効率的に反応し、その結果、金属の単原子層が堆積する：
【０００７】
【化１】
0005466019.tif 000002
【０００８】
ここで、ＨＬは反応副生成物である。反応中、初期表面リガンドＡＨは消費され、そして表面はＬリガンドで覆われるようになる。これらのＬリガンドは金属前駆体ＭＬxとさらに反応することはできない。従って、表面上の初期ＡＨリガンドの全てがＡＭＬx-1種で置換されると、反応は自動的に終結する。この反応段階の次に、典型的には、不活性ガスパージ段階が続く。この不活性ガスパージ段階は、第２反応性ガス前駆体材料を別個に導入する前に、チャンバから余分の金属前駆体を排除する段階である。
【０００９】
次に、金属前駆体に対する基体の表面反応性を回復させるために第２分子状前駆体を使用する。これは、例えばＬリガンドを除去し、そしてＡＨリガンドを再堆積させることにより行われる。この場合、第２の前駆体は、典型的には、望ましい（通常は非金属の）元素Ａ（すなわちＯ，Ｎ，Ｓ）及び水素を含む（すなわちＨ2Ｏ，ＮＨ3，Ｈ2Ｓ）。次の反応は下記の通りである：
【００１０】
【化２】
0005466019.tif 000003
【００１１】
これにより、表面は、ＡＨで覆われた状態に戻るように変換される（ここでは、便宜上、化学反応は平衡していない）。望ましい付加的な元素Ａは膜中に取り込まれ、望ましくないリガンドＬは揮発性副生成物として除去される。ここでもやはり、反応によって、反応性部位（この場合Ｌ末端部位）が消費され、そして基体上の反応性部位が完全に消耗したら自動的に終結する。第２分子状前駆体は、次いで、不活性パージガスを第２パージ段階で流すことにより堆積チャンバから除去される。
【００１２】
ここで要約すると、基本的なＡＬＤ法は、基体に対する化学物質のフラックスを順番に交互にすることを必要とする。上述のような代表的なＡＬＤ法は、４つの異なる作業段階を有するサイクルである：
１．ＭＬx反応；
２．ＭＬxパージ；
３．ＡＨy反応；及び
４．ＡＨyパージ、次いで段階１へ戻る。
【００１３】
表面反応と、パージ作業を介在させて基体表面をその初期反応状態に回復させる前駆体除去とを交互に行うこのようなシーケンスの繰り返しは、典型的なＡＬＤ堆積サイクルである。ＡＬＤ作業の重要な特徴は、基体をその初期の表面化学反応状態に回復させることである。この反復工程セットを用いて、化学キネティクス、１サイクル当たりの堆積、組成、及び厚さがすべて同様である等しい量の層として膜を基体上に層形成することができる。
【００１４】
ＡＬＤは、半導体デバイス及び支持用電子素子（例えば抵抗器及びキャパシタ）、絶縁体、バスライン及び他の導電性構造体を含む多くのタイプの薄膜電子デバイスを形成するための一製造工程として用いることができる。ＡＬＤは、電子デバイスの構成要素中の金属酸化物薄層を形成するのに特に適する。ＡＬＤで堆積させることができる一般的な部類の機能性材料としては、導体、誘電体又は絶縁体、及び半導体が挙げられる。
【００１５】
導体は、有用な導電性材料であればいかなるものであってもよい。例えば、導体は、透明材料、例えば酸化インジウム−錫（ＩＴＯ）、ドープト酸化亜鉛ＺｎＯ、ＳｎＯ2又はＩｎ2Ｏ3を含んでいてよい。導体の厚さは様々であってよく、特定の例によれば、５０〜１０００ｎｍであることができる。
【００１６】
有用な半導体材料の例は、化合物半導体、例えばヒ化ガリウム、窒化ガリウム、硫化カドミウム、真性酸化亜鉛及び硫化亜鉛である。
【００１７】
誘電性材料は、パターン化回路の種々の部分を電気的に絶縁する。誘電層は、絶縁体又は絶縁層と呼ぶことができる。誘電性材料として有用な材料の具体例としては、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、セレン化亜鉛及び硫化亜鉛が挙げられる。さらに、これらの例の合金、組み合わせ、及び多層を誘電体として使用することもできる。これらの材料のうち、酸化アルミニウムが好ましい。
【００１８】
誘電性構造層は、異なる誘電定数を有する２つ又は３つ以上の層を含んでよい。このような絶縁体は、米国特許第５，９８１，９７０号明細書及び同時係属中の米国特許出願第１１／０８８，６４５号明細書において論じられている。誘電性材料は典型的には５ｅＶを上回るバンドギャップを示す。有用な誘電層の厚さは様々であってよく、特定の例によれば１０〜３００ｎｍであってよい。
【００１９】
様々なデバイス構造体を、上記機能層を有するように形成することができる。中ないし低導電性の導電性材料を選択することによって、抵抗器を製作することができる。２つの導体の間に誘電体を配置することにより、キャパシタを形成することができる。２つの導電性電極の間に相補キャリヤタイプの２つの半導体を配置することにより、ダイオードを形成することができる。相補的キャリヤタイプの半導体の間に、真性である半導体領域（その領域の自由電荷キャリヤ数が少ないことを示す）を配置されてもよい。２つの導体の間に単一の半導体を配置することにより、ダイオードを構成することもできる。この場合、導体／半導体界面のうちの１つが、一方向で電流を強く妨害するショットキー障壁を生成する。導体（ゲート）上に絶縁層を、続いて半導体層を配置することによりトランジスタを形成することができる。２つ又は３つ以上の付加的な導体電極（ソース及びドレイン）を上側の半導体層と接触した状態で所定の間隔を置いて配置すると、トランジスタを形成することができる。必要な界面が形成されるならば、上記装置のいずれも種々の形態で形成することができる。
【００２０】
薄膜トランジスタの典型的な用途において、デバイスを流れる電流を制御することができるスイッチが必要である。このようなものとして、スイッチはオンにされると、高い電流がデバイスを貫流できることが望ましい。電流フローの程度は、半導体電荷キャリヤ移動度に関連する。デバイスがオフにされているときには、電流フローは極めて小さいことが望ましい。これは、電荷キャリヤ濃度に関連する。さらに、可視光が薄膜トランジスタ応答に及ぼす影響はほとんど又は全くないことが一般的に好ましい。これを真に実現するためには、半導体バンドギャップは、可視光に対する曝露がバンド間遷移を引き起こさないように十分に大きく（＞３ｅＶ）なければならない。高い移動度、低いキャリヤ濃度及び高いバンドギャップをもたらすことができる材料はＺｎＯである。さらに、移動ウェブ上に大量生産するためには、プロセスに使用される化学物質が低廉かつ低毒性であることが非常に望ましい。このような条件は、ＺｎＯ及びその前駆体の大部分を使用することにより満たされる。
【００２１】
自己飽和型表面反応は、技術的な許容差及び流動システムの限界又は表面トポグラフィ（すなわち三次元高アスペクト比構造内への堆積）に関連する限界に起因する、さもなければ表面均一性を損なうおそれのある搬送不均一性に対して、ＡＬＤを比較的低感受性にする。通常は、反応プロセスにおける化学物質のフラックスが不均一であると、一般的に、表面領域の異なる部分で、完成時間は異なってしまう。しかし、ＡＬＤを用いた場合、反応のそれぞれを、基体表面全体で完了させることが可能である。従って、完了速度（ｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎ  ｋｉｎｅｔｉｃｓ）の相違は、均一性に対して何の不利益も与えない。その理由は、反応を最初に完了する領域は当該反応を自動的に終結し、他の領域は、完全に処理された表面が意図する反応を受けるまで反応を持続できるからである。
【００２２】
典型的には、ＡＬＤ法では、単一のＡＬＤサイクル（１サイクルは前に挙げた１〜４の番号の工程を有する）において０．１〜０．２ｎｍの膜が堆積する。多くの又はほとんどの半導体用途において、３ｎｍ〜３０ｎｍの均一な膜厚を、そして他の用途ではさらに厚い膜を提供するために、有用なそして経済的に見合うサイクル時間が達成されるべきである。産業上のスループット標準によれば、基体は好ましくは２分〜３分以内で処理され、これは、ＡＬＤサイクル時間が０．６秒〜６秒の範囲にあるべきであることを意味する。
【００２３】
ＡＬＤは、高度に均一な薄膜堆積の制御されたレベルを提供するものとしてかなり期待されている。しかし、その固有の技術的能力及び利点にもかかわらず、多くの技術的なハードルがまだ残っている。１つの重要な考察事項は、必要となるサイクルの数に関連する。その繰り返される反応物質およびパージサイクルのため、ＡＬＤを有効に利用するためには、ＭＬxからＡＨyへ化学物質フラックスを急に変化させることができ、これとともにパージサイクルを迅速に実施できる装置が必要となる。従来のＡＬＤシステムは、種々異なるガス状物質を基体上に、必要とされる順序で迅速にサイクル状に提供するように構成されている。しかし、必要な一連のガス状配合物をチャンバ内に、所要の速度で、そして望ましくない混合なしに導入するための信頼性の高いスキームを得ることは難しい。さらに、ＡＬＤ装置は、多くの基体のコスト効率が高い被覆を可能にするために、多くのサイクルに対して効率的に且つ信頼性高くこの迅速なシーケンシングを実行できなければならない。
【００２４】
任意の所与の反応温度で、ＡＬＤ反応が自動的に終結に達するために必要とする時間を短縮するために、いわゆる「パルス化」システムを使用して、ＡＬＤ反応器内への化学物質のフラックスを最大化する１つの取り組みがなされた。ＡＬＤ反応器内への化学物質のフラックスを最大化するために、分子状前駆体を最低希釈の不活性ガスとともに高い圧力でＡＬＤ反応器内に導入することが有利である。しかし、これらの手段は、短いサイクル時間と、ＡＬＤ反応器からのこれらの分子状前駆体の迅速な除去を達成するという必要性に対して不都合に働く。迅速な除去は、ＡＬＤ反応器内のガス滞留時間が最低限に抑えられることを決定づける。ガス滞留時間τは、反応器の容積Ｖ、ＡＬＤ反応器内の圧力Ｐ、及び流量Ｑの逆数に比例する。すなわち：
【００２５】
【数１】
0005466019.tif 000004
【００２６】
典型的なＡＬＤチャンバの場合、容積（Ｖ）及び圧力（Ｐ）は、機械的及びポンピングの制約によって独立に決まる。そのため、滞留時間を低い値に正確に制御することが困難である。従って、ＡＬＤ反応器内の圧力（Ｐ）を低くすると、短いガス滞留時間が容易になり、また、ＡＬＤ反応器からの化学的前駆体の除去（パージ）の速度も高くなる。対照的に、ＡＬＤ反応時間を最低限にすると、ＡＬＤ反応器内部で高い圧力を使用することにより、ＡＬＤ反応器内への化学的前駆体フラックスを最大化することが必要となる。さらに、ガス滞留時間及び化学物質利用効率の両方は流量に反比例する。従って、流量を低下させると効率を高めることができるが、ガス滞留時間も長くなってしまう。
【００２７】
既存のＡＬＤアプローチは、化学物質利用効率を改善するとともに反応時間を短くする必要性と、他方では、パージガス滞留時間及び化学物質除去時間とを最低限にする必要性との間のトレードオフを伴う妥協の産物である。「パルス化された」ガス状材料供給の固有の限界を克服するための１つのアプローチは、各反応性ガスを連続的に提供すること、そして各ガスを通して基体を連続して動かすことである。例えば、“ＧＡＳ  ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＩＯＮ  ＳＹＳＴＥＭ  ＦＯＲ  ＣＹＣＬＩＣＡＬ  ＬＡＹＥＲ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ”と題される米国特許第６，８２１，５６３号明細書（Ｙｕｄｏｖｓｋｙ）には、前駆体及びパージガスのための別個のガスポートと、各ガスポート間の真空ポンプポートとを交互に有する、真空下の処理チャンバが記載されている。各ガスポートは、そのガス流を鉛直方向で下向きに基体に向ける。別個のガス流は壁又は仕切りによって分離され、各ガス流の両側には排気のための真空ポンプが設けられている。各仕切りの下側部分は、基体に近接して、例えば基体表面から０．５ｍｍ以上のところに延びている。このように、これらの仕切りの下側部分は、ガス流が基体表面と反応した後、ガス流が下側部分の周りで真空ポートに向かって流れるのを可能にするのに十分な距離だけ基体表面から離されている。
【００２８】
回転ターンテーブル又はその他の搬送装置が、１つ又は２つ以上の基体ウエハを保持するために設けられている。この配置によると、基体を異なるガス流の下で往復させ、それによりＡＬＤ堆積を生じさせる。一実施態様において、基体は、チャンバを通して線状通路内で動かされ、この通路内で基体は多数回にわたって前後へパスされる。
【００２９】
連続ガス流を使用した別のアプローチが、“ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＰＥＲＦＯＲＭＩＮＧ  ＧＲＯＷＴＨ  ＯＦ  ＣＯＭＰＯＵＮＤ  ＴＨＩＮ  ＦＩＬＭＳ”（Ｓｕｎｔｏｌａ他）と題された米国特許第４，４１３，０２２号明細書に示されている。ガス流アレイには、ソースガス開口部、キャリヤガス開口部及び真空排気開口部が交互に設けられている。アレイ上の支持体の往復運動が、この場合にもパルス化された動作を必要とせずに、ＡＬＤ堆積を生じさせる。具体的には図１３及び図１４の実施態様において、基体表面と反応性蒸気との順次の相互作用が、ソースガス開口部の固定アレイ上の基体の往復運動によって行われる。排気開口部間にキャリヤガス開口部を有することにより、拡散バリアが形成されている。このような実施態様を伴う動作は大気圧においてさえも可能であるとＳｕｎｔｏｌａ他は述べているが、プロセスの詳細又は例はほとんど又は全く提供されていない。
【００３０】
上記第５６３号（Ｙｕｄｏｖｓｋｙ）及び上記第０２２号（Ｓｕｎｔｏｌａら）の開示物に記載されたもののようなシステムは、パルス化ガスのアプローチに固有の難点のうちのいくつかを回避することはできるが、これらのシステムは他の欠点を有する。上記第５６３号（Ｙｕｄｏｖｓｋｙ）の開示物のガス流供給ユニットも、上記第０２２号のＳｕｎｔｏｌａ他の開示物のガス流アレイも、基体に０．５ｍｍよりも近接して使用することはできない。上記第５６３号（Ｙｕｄｏｖｓｋｙ）及び上記第０２２号（Ｓｕｎｔｏｌａら）の特許明細書に開示されたガス流供給装置のいずれも、移動ウェブ表面、例えば電子回路、光センサ、又はディスプレイを形成するための可撓性基体として使用することもできる表面との潜在的な使用のためには配列されていない。それぞれがガス流及び真空の両方を提供する、上記第５６３号（Ｙｕｄｏｖｓｋｙ）開示物のガス流供給ユニット及び第０２２号（Ｓｕｎｔｏｌａら）のガス流アレイの複雑な装置は、これらの解決手段を実行困難にし、大量生産するにはコスト高なものにし、また限られた寸法の移動基体上への堆積用途にその潜在的利用可能性を制限する。さらに、アレイ内の異なる地点で均一な真空を維持すること、そして同期的なガス流及び真空を相補的な圧力で維持することは極めて難しく、ひいては基体表面に提供されるガスフラックスの均一性に関して妥協することになる。
【００３１】
米国特許出願公開第２００５／０８４６１０号明細書（Ｓｅｌｉｔｓｅｒ）には、大気圧原子層化学蒸着法が開示されている。動作圧力を大気圧に変化させることにより、反応速度が著しく高くなり、このことは、反応物質の濃度を桁違いに増大させ、その結果として表面反応速度を高めることを、Ｓｅｌｉｔｓｅｒらは述べている。Ｓｅｌｉｔｓｅｒらの実施態様は、方法のそれぞれの段階毎に別個のチャンバを伴うが、米国特許出願公開第２００５／０８４６１０号明細書の図１０には、チャンバの壁が取り除かれている実施態様が示されている。一連の分離されたインジェクタが、回転する円形基体ホルダ軌道の周りに間隔を置いて設けられている。各インジェクタは、独立して操作される反応物質マニホルド、パージマニホルド、及び排気マニホルドを内蔵しており、そしてそれぞれの基体毎に、この基体がプロセス中にインジェクタの下を通るのに伴って、１つの完結した単分子層堆積・反応物質パージサイクルとして制御し作用する。ガスインジェクタ又はマニホルドの詳細はほとんど又は全くＳｅｌｉｔｓｅｒらによって記載されてはいないが、隣接するインジェクタからの交差汚染がパージガスによって防止され、排気マニホルドが各インジェクタ内に内蔵されるように、インジェクタの間隔が選択されると述べられている。
【００３２】
ガスのための典型的なディフューザシステムはガスを等方拡散する。コーティングヘッドのデザインを考えると、このシステムは、流れ均一性を提供することにより有益であり得る。しかし、上記第５６３号（Ｙｕｄｏｖｓｋｙ）におけるようなＡＬＤシステムでは、このような拡散は、ガスが側方に拡散するのを許してしまい、隣接するガス流間の反応を不都合に引き起こすことになる。
【００３３】
上記のようなＡＬＤ処理装置、上記米国特許出願第１１／３９２，００６号明細書の横方向流ＡＬＤ装置、及び上記米国特許出願第１１／６２０，７３８号明細書の浮遊ヘッドＡＬＤ装置は全て、互いに反応性のガスを空間的に分離することを可能にする。これらの装置の効率は、これらのガスを比較的近接させるが、それでもパージ流の存在及び特定の流れパターンの使用のような要因のうちの１つ又は２つ以上によりこれらのガスを混合させないことにより、さらに改善される。これらのガスを近接させることを試みる場合には、供給ヘッドの寸法全体にわたって良好な均一性で複数のガスを比較的正確に供給することが重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３４】
【特許文献１】米国特許第５，９８１，９７０号明細書
【特許文献２】米国特許第６，８２１，５６３号明細書
【特許文献３】米国特許第４，４１３，０２２号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００５／０８４６１０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３５】
本発明の目的は、ＡＬＤコーティング法において複数の反応性ガスを近接させる場合に、供給ヘッドの寸法全体にわたって良好な均一性でガスを比較的正確に供給することである。
【００３６】
本発明の別の目的は、同時にガスが流れている間にチャネル分離を維持したまま、ガスを拡散させることである。
【００３７】
別の目的は、この均一性を提供する際に、出力チャネルの延在領域全体にわたって均一な背圧を生成し、ひいてはガスの流れを拡散させることである。
【００３８】
別の目的は、供給ヘッドのための効率的で組み立てが簡単なディフューザシステムを提供することである。
【００３９】
別の目的は、連続的なプロセスとともに用いることができ、また以前の解決手段に対して改善されたガス流分離を提供することができるＡＬＤ堆積法及び装置を提供することである。
【００４０】
別の目的は、動作中のプロセス条件又は環境の潜在的な攪乱又は不規則性に対してより堅牢であるＡＬＤ堆積法及び装置を提供することである。
【００４１】
別の目的は、浮遊供給ヘッドを使用する実施態様において、改善された可動性を有利に提供するＡＬＤ堆積法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００４２】
本発明は、薄膜堆積システムの供給ヘッドの出力面から基体表面に向けて一連のガス流を同時に案内することを含む薄膜材料を基体上に堆積させるための装置及び方法であって、一連のガス流が、少なくとも、第１反応性ガス状材料と、不活性パージガスと、第２反応性ガス状材料とを含む方法を提供する。第１反応性ガス状材料は、第２反応性ガス状材料で処理された基体表面と反応することができる。
【００４３】
具体的には、本発明は、基体上に薄膜材料を堆積させるための供給装置であって、
（ａ）第１ガス状材料、第２ガス状材料及び第３ガス状材料のための共通供給（common supply）をそれぞれ受容することができる、少なくとも第１流入ポート、第２流入ポート及び第３流入ポートを含む複数の流入ポートと；
（ｂ）薄膜材料堆積からの排ガスを受容することができる少なくとも１つの排気ポートと、それぞれが少なくとも１つの排気ポートとガス流体連通可能である少なくとも２つの細長い排気チャネルと；
（ｃ）（ｉ）１つ又は２つ以上の第１の細長い放出チャネルを含む第１群、（ｉｉ）１つ又は２つ以上の第２の細長い放出チャネルを含む第２群、及び（ｉｉｉ）少なくとも２つの第３の細長い放出チャネルを含む第３群を含む少なくとも３つの細長い放出チャネル群；
を含み、第１、第２及び第３の細長い放出チャネルのそれぞれが、対応する第１流入ポート、第２流入ポート及び第３流入ポートのうちの１つとそれぞれガス流体連通可能であり；
第１、第２及び第３の細長い放出チャネルのそれぞれ、及び細長い排気チャネルのそれぞれが、長さ方向に実質的に平行に延びており；
各第１の細長い放出チャネルが、その少なくとも１つの細長い側において、相対的により近い細長い排気チャネルと相対的により近くない第３の細長い放出チャネルとによって、最も近い第２の細長い放出チャネルから分離されており；
各第１の細長い放出チャネルおよび各第２の細長い放出チャネルが、相対的により近い細長い排気チャネルの間、及び相対的により近くない細長い放出チャネルの間に位置しており；
さらに当該供給装置は、
（ｄ）３つの細長い放出チャネル群のうちの少なくとも１つの群と関連するガスディフューザを含んで第１ガス状材料、第２ガス状材料及び第３ガス状材料のうちの少なくとも１つをそれぞれ、基体上への薄膜材料堆積中に、当該供給装置から基体への供給前にガスディフューザに通過させることができ、当該ガスディフューザが、少なくとも１つの細長い放出チャネル群内の細長い放出チャネルのそれぞれから下流側の、第１、第２及び第３ガス状材料のうちの少なくとも１つの材料の流れ隔離を維持する、基体上に薄膜材料を堆積させるための供給装置に関する。
【００４４】
このように、供給装置は、単一の第１の細長い放出チャネル、単一の第２の細長い放出チャネル、及び２つ又は３つ以上の第３の細長い放出チャネルとを含むことができるが、下記のように、それぞれ複数（２つ又は３つ以上）であることが好ましい。従って「群」という用語は単一の要素を含むことがある。
【００４５】
好ましくは、供給ヘッドは、種々の用途のために複数の第１の細長い放出チャネル、及び／又は複数の第２の細長い放出チャネルを含む。しかし、最低限のものとして、一段階供給ヘッドは、例えば、たった一つの金属チャネル及び／又は唯一つの酸化剤チャネルを少なくとも２つのパージチャネルと組み合わせて有することができる。互いに結合された、又は基体上への薄膜堆積中に同期して搬送される、又は共通の期間中に同じ基体を処理する、複数の個々の「供給ヘッドサブユニット」は、たとえ別々に構成されているか又は堆積後に分離できるとしても、本発明の目的の「供給ヘッド」と考えられる。
【００４６】
好ましい一実施態様において、第１及び第２ガス状材料は、互いに反応性のガスであることができ、第３ガス状材料は、パージガス、例えば窒素であることができる。
【００４７】
本発明の１つの特に有利な側面において、ガスディフューザは、２５℃の窒素である代表的ガス、及びガスディフューザを通過するガス状材料の代表的平均速度０．０１〜０．５ｍ／秒を想定して、１×１０2 を上回る摩擦係数を提供することができる。
【００４８】
本発明の一実施態様において、ガスディフューザは多孔質材料を含み、その多孔質材料を第１、第２及び第３ガス状材料のうちの少なくとも１つが通過する。
【００４９】
本発明の第２の実施態様において、ガスディフューザは、少なくとも２つの要素を含む機械的に形成された集成体を含み、少なくとも２つの要素の各々は相互に対向する実質的に平行な表面領域を含み、各要素は、それぞれが少なくとも１つの細長い放出チャネル群の中の個々の細長い放出チャネルのうちの１つと流体連通する相互接続通路を含む。ガスディフューザは、実質的に水平方向のガス状材料流路によって分離された実質的に鉛直方向の２つのガス状材料流路を提供することにより、通過するガス状材料を偏向させ、細長い方向に延びる１つ又は２つ以上の通路によって、実質的に鉛直方向の流路が提供され、そして、２つの要素内の平行な表面領域の間の薄いスペースによって、実質的に水平方向の流路が提供される。ここで、鉛直方向とは、供給装置の出力面に対して直交方向を意味する。
【００５０】
好ましい実施態様において、ガスディフューザは、第１ガス状材料、第２ガス状材料及び第３ガス状材料の各々がそれぞれ、基体上への薄膜材料堆積中に供給装置から基体へ別々に通過することができるように、３つの細長い放出チャネル群のそれぞれと関連しており、そしてガスディフューザは、３つの細長い放出チャネル群内の細長い放出チャネルのそれぞれから下流側の、第１、第２及び第３ガス状材料のうちの各ガス状材料の流れ隔離を維持する。
【００５１】
本発明の別の側面は、堆積システムであって、上記供給装置が、薄膜堆積中に供給ヘッドの出力面と基体表面との間に実質的に均一の距離が維持されるシステムにおいて、基体上に固体材料の薄膜堆積を提供することができる、堆積システムに関する。
【００５２】
本発明のさらに別の側面は、薄膜材料を基体上に堆積させる方法であって、供給ヘッドの出力面から基体表面に向かって一連のガス流を同時に案内することを含み、ここで、一連のガス流が少なくとも、第１反応性ガス状材料と、不活性パージガスと、第２反応性ガス状材料とを含み、ここで、第１反応性ガス状材料は、第２反応性ガス状材料で処理された基体表面と反応することができる。供給ヘッドはガスディフューザ要素を含み、ガスディフューザ要素を、第１反応性ガス状材料、不活性パージガス及び第２反応性ガス状材料のうちの少なくとも１つ（好ましくは３つ全て）が、少なくとも１つのガス状材料の流れ隔離を維持したまま通過する。都合良いことに、ガスディフューザは、当該ガスディフューザを通過するガス状材料に対して、１×１０2を上回る摩擦係数を提供し、これにより、第１ガス状材料、第２ガス状材料及び第３ガス状材料のうちの少なくとも１つの材料流が供給装置を出る場所で背圧を提供し、圧力の均等化を促進する。
【００５３】
上記摩擦係数は、特徴的な摩擦係数領域が、前記少なくとも１つの細長い放出チャネル群の各細長い放出チャネルのいずれかの側に設けられた細長い排気チャネル間の領域全体に等しく、これにより、第１ガス状材料、第２ガス状材料及び第３ガス状材料のうちの少なくとも１つの材料流が供給装置を出る場所で背圧を提供し、圧力の均等化を促進することを想定したものである。
【００５４】
好ましい一実施態様において、ガス流のうちの１つ又は２つ以上が、少なくとも供給ヘッドの面から基体表面を分離することに関与する圧力を提供する。
【００５５】
別の実施態様において、システムは、分配ヘッドと基体との間の相対的振動運動を提供する。好ましい一実施態様において、システムは、薄膜堆積を施される基体の連続的な運動で操作することができ、システムは、好ましくは、実質的に大気圧の周囲に対して密閉されていない環境内で、分配ヘッドの傍らを通り過ぎるウェブ上で又はウェブとして支持体を搬送することができる。
【発明の効果】
【００５６】
本発明の利点は、多くの異なる基体及び堆積環境に適した、基体上へ原子層を堆積させるコンパクトな装置を提供できることである。
【００５７】
本発明の更なる利点は、好ましい実施態様において大気圧条件下での操作を可能にすることである。
【００５８】
本発明の更なる利点は、大面積基体上への堆積を含む、ウェブ又はその他の移動基体上の堆積に対して適合可能であることである。
【００５９】
本発明の更なる利点は、大気圧における低温プロセスにおいて採用することができ、このプロセスを周囲大気に対して開いた、密閉されていない環境内で実施できることである。本発明の方法は、単一の変数であるガス流量によって制御されるシステム圧力及び容積を用いて、等式（３）において前に示した関係でガス滞留時間τを制御するのを可能にし、滞留時間τを短くするのを可能にする。
【００６０】
本明細書中に使用される「鉛直方向」、「水平方向」、「上側」、「下側」、「正面」、「背面」、又は「平行」などという用語は、他の断りのない限り、供給装置の正面／下側の水平方向面、又は処理される基体の上側の水平方向の平行な面を基準とするが、このような形態は任意であり、例えば基体を供給ヘッドの面の上方に位置決めすることができ、又はその他の形態で位置決めすることもできる。
【００６１】
本発明のこれらの及びその他の目的、特徴、及び利点は、本発明の一例としての実施態様を示し記述した図面と併せて、下記詳細な説明を読めば、当業者は理解するであろう。
本明細書は、本発明の手段を具体的に指摘し明確に主張する特許請求の範囲で締めくくられるが、添付の図面と併せて下記説明から本発明をより良く理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】図１は、本発明による原子層堆積のための分配マニホルドの一実施態様を示す断面側方図である。
【図２】図２は、薄膜堆積にかけられた基体に提供されるガス状材料の１つの例示的配列を示す供給ヘッドの一実施態様を表す断面側方図である。
【図３Ａ】図３Ａは、付随する堆積作業を概略的に示す、分配マニホルドの一実施態様を示す断面側方図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、付随する堆積作業を概略的に示す、分配マニホルドの一実施態様を示す断面側方図である。
【図４】図４は、本発明の一実施態様によるディフューザユニットを含む堆積システム内の供給ヘッドを示す斜視分解図である。
【図５Ａ】図５Ａは、図４の供給ヘッドのための結合プレートを示す斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図４の供給ヘッドのためのガスチャンバプレートを示す平面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、図４の供給ヘッドのためのガス案内プレートを示す平面図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、図４の供給ヘッドのためのベースプレートを示す平面図である。
【図６】図６は、一実施態様における供給ヘッド上のベースプレートを示す斜視図である。
【図７】図７は、一実施態様によるガスディフューザユニットを示す分解図である。
【図８Ａ】図８Ａは、図７のガスディフューザユニットのノズルプレートを示す平面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図７のガスディフューザユニットのガスディフューザプレートを示す平面図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、図７のガスディフューザユニットのフェイスプレートを示す平面図である。
【図８Ｄ】図８Ｄは、図７のガスディフューザユニット内部のガス混合物を示す斜視図である。
【図８Ｅ】図８Ｅは、図７のガスディフューザユニットを使用した通気路を示す斜視図である。
【図９Ａ】図９Ａは、鉛直方向に積み重ねられたプレートを使用した実施態様における供給ヘッドの一部を示す斜視図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａに示された供給ヘッドの構成要素を示す分解図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、積み重ねられたプレートを使用して形成された供給集成体を示す平面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、図９Ａの鉛直方向プレートの実施態様において使用されるセパレータプレートを示す平面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図９Ａの鉛直方向プレートの実施態様において使用されるセパレータプレートを示す斜視図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、図９Ａの鉛直方向プレートの実施態様において使用されるパージプレートを示す平面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、図９Ａの鉛直方向プレートの実施態様において使用されるパージプレートを示す斜視図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、図９Ａの鉛直方向プレートの実施態様において使用される排気プレートを示す平面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図９Ａの鉛直方向プレートの実施態様において使用される排気プレートを示す斜視図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、図９Ａの鉛直方向プレートの実施態様において使用される反応物質プレートを示す平面図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、図９Ａの鉛直方向プレートの実施態様において使用される反応物質プレートを示す斜視図である。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、別の配向を成す反応物質プレートを示す斜視図である。
【図１４】図１４は、浮動型供給ヘッドを含む堆積システムの一実施態様を、関連する距離寸法及び力方向とともに示す側面図である。
【図１５】図１５は、基体搬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１６】図１６は、本発明の供給ヘッドを使用した堆積システムを示す斜視図である。
【図１７】図１７は、移動ウェブに適用された堆積システムの一実施態様を示す斜視図である。
【図１８】図１８は、移動ウェブに適用された堆積システムの別の実施態様を示す斜視図である。
【図１９】図１９は、曲率を有する出力面を備えた供給ヘッドの一実施態様を示す断面側方図である。
【図２０】図２０は、基体から供給ヘッドを分離するためにガスクッションを使用した実施態様を示す斜視図である。
【図２１】図２１は、移動基体と一緒に使用するためのガス流体支持を含む堆積システムのための実施態様を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００６３】
この記載内容は、特に本発明による装置の部分、装置とより直接的に協働する部分を形成する要素に関する。具体的に示されていない又は記載されていない要素が、当業者によく知られた種々の形態を成し得ることは言うまでもない。
【００６４】
下記説明に関して「ガス」又は「ガス状材料」という用語は、広い意味で、所定の範囲の蒸発した又はガス状の元素、化合物、又は材料のいずれかを含むように使用される。本明細書中に使用されるその他の用語、例えば「反応物質」、「前駆体」、「真空」及び「不活性ガス」は、材料堆積技術における当業者によってよく理解される従来通りの意味を有する。提供される図面は、原寸に比例して描かれてはいないが、本発明のいくつかの実施態様の機能全体及び構造的配列を示すように意図されている。「上流」及び「下流」という用語は、ガス流の方向に関連する従来通りの意味を持つ。
【００６５】
本発明の装置は、従来のアプローチからの有意義な脱却をＡＬＤに提供し、大面積の、ウェブをベースとするか又はウェブで支持された基体上への堆積に適合することができ、また改善されたスループット速度で高度に均一な薄膜堆積を達成することができる、基体表面にガス状材料を供給するための改善された分配装置を採用する。本発明の装置及び方法は、（パルス化とは反対に）連続したガス状材料分配を採用する。本発明の装置は、大気圧又は近大気圧並びに真空下での動作を可能にし、また、密閉されていない又はオープンエア環境内で動作することができる。
【００６６】
図１を参照すると、本発明に係る、基体２０上への原子層堆積のための供給ヘッド１０の一実施態様の断面側方図が示されている。供給ヘッド１０は、第１ガス状材料を受容するための流入ポートとして機能するガス流入導管１４と、第２ガス状材料を受容する流入ポートのためのガス流入導管１６と、第３ガス状材料を受容する流入ポートのためのガス流入導管１８とを有する。これらのガスは、続いて説明する構造的配列を有する出力チャネル１２を介して、出力面３６で放出される。図１及び後続の図２〜３Ｂにおいて破線の矢印は、供給ヘッド１０から基体２０へのガスの供給を意味する。図１において、矢印Ｘは、排気経路（この図面では上方に向いて示されている）、及び排気ポートを形成する排気導管２４と連通する排気チャネル２２を示す。説明の便宜上、排気は図２〜３Ｂには示されていない。排ガスは未反応の前駆体をまだ含有しているかもしれないので、主として１つの反応性種を含有する排気流を、主として別の種を含有する排気流と混合させることが望ましくない場合がある。このようなものとして、供給ヘッド１０がいくつかの独立した排気ポートを含んでいてよいことは明らかである。
【００６７】
一実施態様において、ガス流入導管１４及び１６は、ＡＬＤ堆積を生じさせるために基体表面上で順次反応する第１及び第２ガスを受容するように構成されており、ガス流入導管１８が、第１及び第２ガスに対して不活性のパージガスを受容する。供給ヘッド１０は、基体２０から距離Ｄを置いて配置されている。基体２０は、後でより詳細に説明するように、基体支持体上に設けられていてよい。基体２０と供給ヘッド１０との間には、基体２０の運動によって、又は供給ヘッド１０の運動によって、又は基体２０及び供給ヘッド１０の両方の運動によって、往復運動を提供することができる。図１に示された特定の実施態様において、矢印Ａ、及び図１の基体２０の左右の仮想線によって示すように、出力面３６を往復的に横切る基体支持体９６によって、基体２０が移動する。なお、往復運動は、供給ヘッド１０を使用する薄膜堆積にいつも必要とされるわけではない。基体２０と供給ヘッド１０との間の他のタイプの相対運動、例えば後でより詳細に説明するような、基体２０又は供給ヘッド１０の１つ又は２つ以上の方向における運動を提供することもできる。
【００６８】
図２の断面図は、供給ヘッド１０の出力面３６の一部にわたって放出されたガス流を示す（前述の通り排気路は省く）。この特定の配列において、各出力チャネル１２は、図１に見られるガス流入導管１４，１６又は１８のうちの１つとガス流体連通している。各出力チャネル１２は、典型的には、第１反応性ガス状材料Ｏ、又は第２反応性ガス状材料Ｍ、又は第３不活性ガス状材料Ｉを供給する。
【００６９】
図２は、ガスの比較的基本的又は単純な配列を示す。複数の（材料Ｏのような）非金属堆積前駆体流、又は複数の（材料Ｍのような）金属含有前駆体材料流を、薄膜単一堆積の際に種々のポートに順次供給することも考えられる。或いは、例えば交互の金属層を有する、又は金属酸化物材料中に混和された少量のドーパントを有する複合薄膜材料を形成するときに、反応性ガスの混合物、例えば、金属前駆体材料の混合物、又は金属及び非金属前駆体の混合物を単一の出力チャネルに適用することもできる。有意義なことには、パージガスと呼ばれることもある不活性ガスとして符号Ｉを付けられた中間流が、ガスがその中で互いに反応する見込みのあるいかなる反応物質チャネルをも分離する。第１及び第２反応物質ガス状材料Ｏ及びＭは、ＡＬＤ堆積を生じさせるために互いに反応するが、しかし反応物質ガス状材料Ｏ又はＭも不活性ガス状材料Ｉとは反応しない。図２以降に使用する用語は、何らかの典型的なタイプの反応性ガスを示す。例えば、第１反応物質ガス状材料Ｏは、酸化性ガス状材料であってもよく、第２反応物質ガス状材料Ｍは、金属含有化合物、例えば亜鉛含有材料となる。不活性ガス状材料Ｉは、窒素、アルゴン、ヘリウム、又はＡＬＤシステムにおけるパージガスとして一般的に使用される他のガスであってよい。不活性ガス状材料Ｉは、第１及び第２反応物質ガス状材料Ｏ及びＭに対して不活性である。第１及び第２反応物質ガス状材料間の反応は、金属酸化物又はその他の二元化合物、例えば一実施態様において半導体に使用される酸化亜鉛ＺｎＯ又はＺｎＳを形成することになる。３種以上の反応物質ガス状材料間の反応は三元化合物、例えばＺｎＡｌＯを形成することもできる。
【００７０】
図３Ａ及び３Ｂの断面図は、反応物質ガス状材料Ｏ及びＭを供給するときに基体２０が供給ヘッド１０の出力面３６に沿って進むのに伴って実施されるＡＬＤコーティング動作を、単純化された概略形態で示す。図３Ａにおいて、基体２０の表面は先ず、第１反応物質ガス状材料Ｏを供給するものとして指定された出力チャネル１２から連続的に放出された酸化材料を受容する。基体の表面はここでは、材料Ｏの部分的に反応した形態を含む。この部分的に反応した形態は、材料Ｍとの反応をさせやすい。次いで、基体２０が第２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との反応が起こり、金属酸化物、又は２つの反応物質ガス状材料から形成することができる何らかの他の薄膜材料を形成する。従来の解決手段とは違って、図３Ａ及び３Ｂに示された堆積シーケンスは、パルス化されているというよりも、所与の基体又はその特定領域に対する堆積中、連続的である。すなわち、基体２０が供給ヘッド１０の表面を横切る際に、又はその逆に供給ヘッド１０が基体２０の表面に沿って進む際に、材料Ｏ及びＭは連続的に放出される。
【００７１】
図３Ａ及び３Ｂが示すように、第１及び第２反応物質ガス状材料Ｏ及びＭの流れの間に設けられた別の出力チャネル１２には不活性ガス状材料Ｉが提供される。特に、図１に示すように、排気チャネル２２があるが、出力チャネル１２間に真空チャネルは散在しないことが好ましい。供給ヘッド１０から放出され、処理において使用された使用済ガスを通気するには、少量の吸引を可能にする排気チャネル２２のみを必要とする。
【００７２】
同時係属中の同一譲受人による米国特許出願第１１／６２０，７４４号明細書により詳細に記載されている一実施態様において、加えられた圧力によって分離距離Ｄが少なくとも部分的に維持されるように、ガス圧力が基体２０に対して提供される。出力面３６と基体２０の表面との間で或る程度の量のガス圧力を維持することによって、本発明の装置は、供給ヘッド１０自体、又は基体２０に対する空気支持（air bearing）、又はより適切にはガス流体支持の少なくとも或る程度の部分を提供する。この配列は、続いて説明するように、供給ヘッド１０に対する搬送要件を単純化するのを助ける。ガス圧力によって支持されるように供給ヘッドが基体に接近するのを可能にするという効果は、ガス流間の隔離を提供する助けとなる。ヘッドをこれらの流れで浮遊させることにより、反応物質流及びパージ流の領域内に圧力場が形成される。これらの圧力場により、ガスは、他のガス流がほとんど又は全く混入することなしに流入部から排気部へ案内される。このような装置の場合、コーティングヘッドと基体とが近接していることは、ヘッドの下方の圧力を比較的高くし、またこの圧力の大幅な変化を引き起こす。ヘッド内部にガスディフューザシステムが存在しないか、又は不十分なガスディフューザシステムしかないことは、ヘッド内部を流れるガスの圧力降下がほとんどないことを示す。このような場合において、ランダムな力がヘッドの一方の側のギャップ上で小さな増大を引き起こす場合、その領域内の圧力が低下することがあり、またガスが余りにも高い比率でその領域内に流入することもある。対照的に、本発明によるディフューザシステムが使用されると、圧力低下の大部分はヘッド内部に発生するので、ヘッドから流出するガス流は、供給ヘッド下の潜在的な変化にかかわらず比較的均一に維持される。
【００７３】
１つのかかる実施態様において、分離距離Ｄは比較的小さいので、距離Ｄの変化が小さくても（例えば１００マイクロメートルであっても）、分離距離Ｄを提供する流量、ひいてはガス圧力の著しい変化を必要とすることになる。例えば、一実施態様において、１ｍｍ未満の変化を伴って分離距離Ｄを２倍にするには、分離距離Ｄを提供するガスの流量を２倍を上回る量、好ましくは４倍を上回る量にすることが必要となる。原則として、分離距離Ｄを最小化すること、ひいては低減された流量で動作することがより有利であると考えられる。
【００７４】
しかしながら、本発明は浮遊ヘッドシステムを必要とするわけではなく、供給ヘッド及び基体は、従来のシステムにおけるように固定距離Ｄにあることが可能である。例えば、供給ヘッド及び基体は、互いに分離距離を置いて機械的に固定されていてもよく、その場合、ヘッドは流量の変化に応じて基体に対して鉛直方向に可動ではなく、基体が鉛直方向に固定された基体支持体上にある。
【００７５】
一実施態様において、基体上に薄膜材料を堆積させるための、ガス状材料を提供する出力面を有する供給装置は：
（ａ）第１ガス状材料、第２ガス状材料及び第３ガス状材料の共通供給をそれぞれ受容することができる、少なくとも第１流入ポート、第２流入ポート及び第３流入ポートを含む複数の流入ポートと；
（ｂ）１つ又は２つ以上の第１の細長い放出チャネルを含む第１群、１つ又は２つ以上の第２の細長い放出チャネルを含む第２群及び少なくとも２つの第３の細長い放出チャネルを含む第３群を含む少なくとも３つの細長い放出チャネル群；
を含み、第１、第２及び第３の細長い放出チャネルのそれぞれが、対応する第１流入ポート、第２流入ポート及び第３流入ポートのうちの１つとそれぞれガス流体連通可能であり；
各第１の細長い放出チャネルがその少なくとも１つの細長い側において、第３の細長い放出チャネルによって、最も近い第２の細長い放出チャネルから分離されており；
各第１の細長い放出チャネル及び各第２の細長い放出チャネルが、第３の細長い放出チャネルの間に位置しており；
第１、第２及び第３の細長い放出チャネルのそれぞれが、長さ方向に延びており、かつ、実質的に平行であり；
３つの放出チャネル群のうちの少なくとも１つの細長い放出チャネル群の細長い放出チャネルのそれぞれが、第１ガス状材料、第２ガス状材料及び第３ガス状材料のうちの少なくとも１つの材料の流れをそれぞれ、供給装置の出力面に対して実質的に直交方向に案内することができ、このガス状材料の流れは、少なくとも１つの群における細長い放出チャネルのそれぞれから直接的又は間接的に基体表面に対して実質的に直交方向に提供されることが可能であり；そして
供給装置の少なくとも一部が、相互接続供給チャンバと、第１、第２及び第３ガス状材料のそれぞれをその対応する流入ポートからその対応する細長い排気チャネルに送るための案内チャネルとから成る網状構造を規定するように重ねられた複数のアパーチャ付きプレートとして形成されている。
【００７６】
例えば、第１及び第２ガス状材料は互いに反応性のガスであってよく、そして第３ガス状材料はパージガスであってよい。
【００７７】
図４の分解図は、どのように供給ヘッド１０をアパーチャ付きプレート集合から構成できるかを、一実施態様における集成体全体の小さな部分に関して示しており、またガスのうちの１つについて一部だけに関するガス流路の例も示す。供給ヘッド１０のための結合プレート１００は、供給ヘッド１０の上流側にあり図４には示されていないガス供給部に接続するための一連の入力ポート１０４を有する。各入力ポート１０４は案内チャンバ１０２と連通しており、この案内チャンバ１０２は、ガスチャンバプレート１１０に対して下流側に、受容されたガスを案内する。ガスチャンバプレート１１０は供給チャンバ１１２を有する。供給チャンバ１１２は、ガス案内プレート１２０上の個々の案内チャネル１２２とガス流体連通している。案内チャネル１２２から、ガス流はベースプレート１３０上の特定の細長い排気チャネル１３４に進む。ガスディフューザユニット１４０は、入力ガスの拡散及び最終的な供給をその出力面３６で可能にする。ガス流Ｆ１の一例は、供給ヘッド１０の成分集成体のそれぞれを通るように軌跡を描く。図４に示されたｘ−ｙ−ｚ軸配向はまた、本出願における図５Ａ及び７にも当てはまる。
【００７８】
図４の例において示したように、供給ヘッド１０の供給集成体１５０は、積み重ねられたアパーチャ付きプレート：結合プレート１００、ガスチャンバプレート１１０、ガス案内プレート１２０、及びベースプレート１３０の配列体として形成されている。これらのプレートは、この「水平方向」の実施態様において、出力面３６に対して実質的に平行に配置されている。ガスディフューザユニット１４０は、後で説明するように、積み重ねられたアパーチャ付きプレートから形成することもできる。言うまでもなく、図４に示されたプレートのうちのいずれも、それ自体、積み重ねられたプレートの積層体から加工することもできる。例えば、好適に結合された４つ又は５つの積層されたアパーチャ付きプレートから結合プレート１００を形成することが有利である場合がある。このタイプの配列は、案内チャンバ１０２及び入力ポート１０４を形成する機械加工法又は成形法ほど複雑ではないことがある。
【００７９】
上記のように、基体上へ薄膜材料を堆積させる供給装置は、ガスディフューザを含み、前記第１、第２及び第３の細長い放出チャネルの複数の細長いチャネルのうちの少なくとも１つ（好ましくは３つ全て）からのガス状材料が、基体上への堆積などの供給装置から基体への供給前に、ガスディフューザを通過することができる。供給装置は、それぞれのガス状材料がそれぞれの流入ポート、細長い放出チャネル、及び（前記複数の放出チャネルから成る群のうちの少なくとも１つに対して）ガスディフューザを順番に通過するのを可能にする。ガスディフューザは、複数の細長い放出チャネルのうちの少なくとも１つの中に、及び／又は細長い放出チャネルの上流側に配置することができる。
【００８０】
有利な一実施態様において、ガスディフューザは、１×１０2を上回る、好ましくは１×１０4〜１×１０8、より好ましくは１×１０5〜５×１０6の摩擦係数を提供することができる。これにより、第１、第２及び第３ガス状材料のうちの少なくとも１つの材料流が供給装置を出る場所で、背圧が提供され、圧力の均等化が促進される。
【００８１】
この摩擦係数は、下記等式における固有面積が、前記複数の放出チャネルから成る群のうちの少なくとも１つの群の各細長い放出チャネルのいずれかの側の細長排気チャネル間の領域全体に等しいと仮定する。換言すれば、この面積は、それぞれの細長い排気チャネルの２つの端部を結ぶ直線によって規定される。この装置を特許請求するため、使用方法は別としてこの装置の摩擦係数を計算するために、さらに、２５℃の窒素であり平均速度０．０１〜０．５ｍ／秒である代表的ガスを想定する。平均速度は、流量を下記の固有面積Ａで割った値に基づいて計算する。（これらの代表値は、使用方法は別として供給装置を特徴付けるためのものであり、本発明によるプロセスには適用されない。本発明によるプロセスでは、プロセス中の実際値が適用される。）
【００８２】
「摩擦係数」という用語は、下記のように説明することができる。ガス流がチャネルを通過するときに、ディフューザの抵抗性により、ディフューザの上流側には、下流側に存在する圧力よりも高い圧力が存在することになる。圧力の差は、ディフューザを横切る圧力降下として知られる。
【００８３】
本発明によるガスディフューザ（装置、材料、又はその組み合わせであってよい）は、流体が均一に通るのをなおも可能にしつつ、チャネル内の流れに対する抵抗を提供する。本発明において使用されているようなガスディフューザ手段は、何らかの形状の流れチャネルの端部に配置される。ガスディフューザが存在しないと、流体は、いかなるスポットでもチャネルを離脱することがあり、しかも均一に離脱するように強いられない。ガスディフューザが存在する場合には、ガスディフューザまで移動した流体は、そこで強い抵抗を受け、ディフューザの全領域に沿って最小抵抗のバイパスを移動することにより、実質的により均一にディフューザを出ることになる。
【００８４】
ガスディフューザの主要な特性は流れに対するその抵抗性であるので、流体力学分野で認められている手段によって、この抵抗性を特徴付けすることが好都合である（Transport Phenomena, R.B. Bird, W.E. Stewart, E.N. Lightfoot, John Wiley & Sons, 1960）。ディフューザを横切る圧力降下は、ガスディフューザによって提供される摩擦係数ｆによって特徴付けることができる：
【００８５】
【数２】
0005466019.tif 000005
【００８６】
ここで、Ｆkは、最終的には圧力降下Ａに関連する流体フローに起因して加えられる力であり、Ａは固有面積であり、そしてＫは、流体フローの運動エネルギーを表す。ディフューザは多くの形状を成すことができる。本発明に関して記載するような典型的なシステムの場合、Ａは、出力流に対して垂直方向に配置され、そしてＦkは出力流に対して平行に配置される。このように項Ｆk／Ａは、ガスディフューザによって引き起こされた圧力降下ΔＰとして求めることができる。
【００８７】
流れの運動エネルギーの項は：
【００８８】
【数３】
0005466019.tif 000006
【００８９】
であり、ここで、ρはガス濃度であり、＜ｖ＞はガス状材料の流量を特徴面積Ａで割り算した値に等しい平均速度である。（窒素濃度は、プロセス中に実際に使用されるガスの第１近似のために使用することができ、又は供給ヘッド装置を特徴付けするための代表的ガスとして使用することもできる。）このように、ガスディフューザに起因する圧力降下は、下記式にまとめることができる。
【００９０】
【数４】
0005466019.tif 000007
【００９１】
無次元数である摩擦係数ｆを計算するために、等式（６）を使用することができる。それというのも、他の係数は、下記例に示されているように実験により検出又は測定することができるからである。
【００９２】
より高い摩擦係数を示す材料又は装置は、ガス流に対するより高い抵抗性を提供する。所与のディフューザのための摩擦係数は、何らかのチャネル内にディフューザを配置し、そして同時に、圧力降下並びにディフューザに提供されるガスの流量を記録することにより測定することができる。ガスの流量及びチャネルの形状の知識から、速度ｖを計算することができ、ひいては上記等式からの摩擦係数の計算を可能にする。所与のシステムの摩擦係数は、完全に一定というわけではないが、しかし流量に対する依存性は比較的小さい。実際の目的において、唯一重要なことは、摩擦係数が、所与のシステム又は方法で使用するのに典型的な流量において既知であることである。供給ヘッド装置に関しては、方法とは別として、平均速度<ｖ>は、代表的数値として０．０１〜０．５ｍ／秒として求めることができる。（装置の事例における主張される摩擦係数は、この代表的範囲における全ての平均速度＜ｖ＞に見合うようになっている。）
【００９３】
好適なガスディフューザは、１×１０2を上回る、好ましくは１×１０4〜１×１０8、より好ましくは１×１０5〜５×１０6の、ガスディフューザを通るガス流のための摩擦係数を提供することができる。これにより、第１、第２及び第３ガス状材料のうちの少なくとも１つのガス状材料（好ましくは３つ全てのガス状材料）のガス流がガスディフューザを通って供給装置を出る場所で、所望の背圧が提供され、圧力の均等化が促進される。
【００９４】
上記のように、等式（６）の平均速度＜ｖ＞を測定するための面積Ａは、ガスディフューザと流れ連通する細長い放出チャネルの中のそれぞれ個々の細長い放出チャネルのいずれかの側の細長い排気チャネル間の領域全体に等しい。換言すれば、この面積は、それぞれの細長い排気チャネルの２つの端部を結ぶ直線によって規定される。この装置を特許請求する目的上、２５℃の窒素である代表的ガスを仮定する。
【００９５】
当業者には明らかなように、典型的なランダムな材料それ自体が、必要な摩擦係数を提供することはない。例えば、ステンレススチールのパーフォレーション付きスクリーンは、典型的な機械加工要素又は機械製作要素のための極めて小さな構成要件を示すとしても、下記例において示されるように、このスクリーンが提供し得る摩擦係数は、単独では、本発明のガスディフューザにとって十分というには余りにも低すぎる。
摩擦係数を検出するために、大抵の場合、供給ヘッド内への圧力を使用することにより、良好な近似を行うことができる。それというのは、ガスディフューザに通じる流路の影響は比較的小さいからである。
【００９６】
ガスディフューザは、例えば、所要の摩擦係数を提供する、機械的に形成された装置であってもよい。この場合、細長い放出チャネルは、固体材料に開口部を含むガスディフューザ要素を通過した後、第１、第２及び第３ガス状材料を基体に間接的に提供するように構成されている。例えば、固体材料は、スチールであることができ、開口部は、成形、機械加工、レーザー又はリソグラフィの適用などによって形成することができる。
【００９７】
或いは、ガスディフューザは多孔質材料を含むこともできる。所望の背圧を形成するために、固体材料内に孔を機械加工する代わりに、微小孔を有する多孔質材料を使用することができる。結果として生じる均一な流入ガス分配は、堆積成長の均一性を改善し、また、或る実施態様において、浮遊ヘッドの浮遊をより良好にすることを可能にする。スチールなどを機械加工する困難を回避する比較的単純なユニットを提供するためには、多孔質材料が有利である。
【００９８】
文献において、空気支持のための背圧を形成するために多孔質材料が使用されているが、このような用途はクロスフロー（すなわちガスが側方に動く）には関係していない。例えば、空気支持用の膜を形成するために、焼結アルミナ粒子を使用することができる。しかし、本発明のＡＬＤシステムの好ましい実施態様において、ガスは好ましくは流出部から実質的に鉛直方向に流れ、この場合ガス混合を許す不慮の横方向運動は最低限であるか又は全くない。従って、ガス流を案内するための実質的に鉛直方向の管状の開口部又は孔を有する多孔質材料が、特に望ましく有利である。
【００９９】
多孔質材料はフィルタのためにも使用されている。ここでは、その物体が流れの１成分を一方の側に維持しなければならないのに対して、別の成分が通過するのを可能にする。対照的に、本発明の場合、ガス状材料全体の流れに対して中程度の抵抗を与えることが目的である。これを目的として、多孔質材料の２つの好ましい部類は次の通りである。
【０１００】
第１の好ましい部類の多孔質材料は、均一な、制御された直径の、円柱タイプ孔構造を有する多孔質材料を含む。このような材料から形成された膜（又は層）の場合、膜を通る流れが、実質的に一方向性であるとともに、事実上、孔チャネルの間にいかなるクロスフローも生じさせることはない。高純度アルミニウムの陽極酸化によって形成されたアルミナは、孔直径の均一性に関して、文献においてよく知られており（孔の断面形状は必ずしも円形又は規則的ではないが）、そしてこのような材料は、直径０．０２ミクロン、０．１ミクロン及び０．２ミクロンの直径で商業的に入手可能である。商業的に入手可能なアルミナであるＡＮＯＰＯＲＥアルミナにおける孔は、極めて高密度であり、１．２３×１０9孔数／ｃｍ2である（J Chem Phys, V.96, p.7789, 1992）。しかし、多種多様な孔直径及び孔間距離を製作することができる。多孔質材料は、酸化チタン、酸化ジルコニウム、及び酸化錫から形成することもできる（Adv. Materials, V.13, p.180, 2001）。円柱状孔を有する別の商業的に入手可能な材料は、ＮＵＣＬＥＯＰＯＲＥとして知られている薄い微孔性ポリカーボネート膜材料から形成されたポリカーボネートトラックエッチ（ＰＣＴＥ）膜である。ブロックコポリマーは、広範囲の調節可能性を有する同様の形態を形成することができる。
【０１０１】
このように、好ましい実施態様において、ガスディフューザは、孔が表面に対して実質的に垂直である孤立非接続孔構造、例えば陽極酸化アルミナから構成される。
【０１０２】
これら全ての材料において、必要とされる流れのための適切な摩擦係数を達成するために、正確な範囲の孔直径及び孔密度（又は孔容積）を調節するべきである。拡散膜と流動ガスとの反応を避けることが望ましい。これは、例えば無機系酸化物に対しては、有機系材料ほどには潜在的問題ではないように思われる。
【０１０３】
さらに、膜は機械的靱性を有するべきである。下記ガスは、膜上に圧力を加えることになる。靱性は支持体膜によって達成することができ、この場合、より大型の孔を有するより堅牢な層と結合された、より小さな孔を有する層によって摩擦係数が生成される。
【０１０４】
第２の好ましい部類の多孔質材料において、多孔質材料は、流れが等方的、すなわち流れが、膜内部を横向きに、また膜を貫通するように運動することが可能なように製造される。しかし、本発明の目的上、このような等方的に流動性の材料は、好ましくは、非孔質材料（例えばリブ）の壁によって分離され、この壁は他の出力チャネル内のガス状材料から各出力チャネル内のガス状材料を隔離し、そしてガス状材料がガスディフューザ内で又はガスディフューザ又は供給ヘッドを去るときに混ざり合うのを防止する。例えば、このような多孔質材料は、有機又は無機の小さな粒子から焼結することができる。焼結は典型的には、粒子に結合するのに十分な熱及び／又は圧力、好ましくはその両方を加えることを伴う。種々様々なこのような多孔質材料、例えば多孔質ガラス（ＶＹＣＯＲは例えばボイド容積率が２８％である）、及び多孔質セラミックスが商業的に入手可能である。或いは、ガス流を制限するか又はガス流に抵抗するための密な網状構造を形成するために繊維材料を圧縮することもできる。或いは、続いて除去される基体上にプラズマコーティングを適用することによって、多孔質ステンレススチールを形成することもできる。
【０１０５】
一実施態様において、ガスチャネル間に相対隔離をなおも提供しながら好適な背圧を生成するために、有用な孔を形成するように処理された高分子材料、例えば多孔質を発生させるように処理されたＴＥＦＬＯＮ（登録商標）材料（ＧｏｒｅＴｅｘ，Ｉｎｃ．；デラウェア州ニューアーク）を採用することができる。このような場合において、孔は相互接続していなくてもよい。また、このような材料の生来の化学的不活性は有利である。
【０１０６】
多孔質材料は、粒子間の間隙空間から形成された孔、ボイド形成剤又はその他の手段によって形成された固体材料中の相互接続ボイドである孔、又は、ミクロスケール又はナノスケールのファイバーから形成された孔を含む。例えば、多孔質材料は、焼結により、圧力及び／又は熱、接着材料、又は他のボンディング手段によって団結された無機又は有機粒子間の間隙空間から形成することができる。或いは、多孔質材料は、多孔質を発生させるためにポリマーフィルムを処理することから生じることもできる。
【０１０７】
好ましい一実施態様において、ガスディフューザは、水銀侵入多孔度測定によって測定した場合に、平均直径１０，０００ｎｍ未満、好ましくは１０〜５０００ｎｍ、より好ましくは５０〜５０００ｎｍの孔を含む多孔質材料を含む。
【０１０８】
ガスディフューザ内の多孔質材料は種々の形態をとることが可能である。例えば、多孔質材料は、種々異なる多孔質材料から成る１つ又は２つ以上の層、又は多孔質又はパーフォレーション付きシートによって支持された多孔質材料層を含むことができ、これらの層は任意選択的にスペーサ要素によって分離されていてもよい。好ましくは、多孔質材料は、５〜１０００マイクロメートル厚、好ましくは５〜１００マイクロメートル厚、例えば６０μｍの層を含む。一実施態様において、多孔質材料は、少なくとも１つの水平方向に配置された層の形態にあり、この層は供給集成体の面を覆い、そして、供給装置の一部分を構成し、その部分からガス状材料が出力面に出る。
【０１０９】
多孔質材料は、必要に応じて、通路が機械的に形成された連続層を形成することができる。例えば、ガスディフューザの多孔質層は、供給装置を通って排ガス状材料流が比較的妨害されずに戻るための機械的に形成された開口部又は細長いチャネルを含むことができる。或いは、多孔質材料層は、プレートの積層体において実質的に完全に連続したプレートの形態を成すこともできる。
【０１１０】
さらに別の実施態様において、多孔質材料は、例えばチャネル内に導入された粒子をボンディング又は焼結することにより、細長い放出チャネル内部に、又は細長い放出チャネルから延びる流路内の他の隔壁チャネル内部に導入又は形成することができる。チャネルに、多孔質材料を少なくとも部分的に充填することができる。例えば、粒子が導入され次いで焼結されるスチールプレート内の細長いチャネルから、ディフューザ要素又はその一部を形成することができる。
【０１１１】
このように、ガスディフューザは、多孔質材料が別個の閉じ込め領域内に保持されている要素の集成体であることが可能である。例えば、多孔質アルミナ材料を、予め機械加工されたアルミニウム片上に成長させることができるので、その結果生じる多孔質材料は、パージチャネルのための大型開口部、及び供給ガスのための鉛直方向孔を含むシートを有する。
【０１１２】
図５Ａ〜５Ｄは、図４の実施態様における供給ヘッド１０を形成するために互いに組み合わされた主要構成要素のそれぞれを示す。図５Ａは複数の案内チャンバ１０２を示す、結合プレート１００の斜視図である。図５Ｂは、ガスチャンバプレート１１０の平面図である。一実施態様における供給ヘッド１０のためのパージガス又は不活性ガスに対して供給チャンバ１１３が使用される。供給チャンバ１１５は、一実施態様における前駆体ガス（Ｏ）のための混合を可能にし；排気チャンバ１１６が、この反応性ガスのための排気路を提供する。同様に、供給チャンバ１１２は、必要とされる他の反応性ガス、すなわち第２反応物質ガス状材料（Ｍ）を提供し；排気チャンバ１１４は、このガスのための排気路を提供する。
【０１１３】
図５Ｃは、この実施態様における供給ヘッド１０のためのガス案内プレート１２０を示す平面図である。第２反応物質ガス状材料（Ｍ）を提供する複数の案内チャネル１２２が、適切な供給チャンバ１１２とベースプレート１３０とを結合するためのパターンを成して配列されている。案内チャネル１２２の近くに、対応する排気案内チャネル１２３が配置されている。案内チャネル９０は、第１反応物質ガス状材料（Ｏ）を提供し、対応する排気案内チャネル９１を有する。案内チャネル９２は、第３不活性ガス状材料（Ｉ）を提供する。ここでも強調すべきことは、図４及び５Ａ〜５Ｄは、一例としての実施態様を示しているのにすぎず、数多くのその他の実施態様も可能である。
【０１１４】
図５Ｄは、供給ヘッド１０のためのベースプレート１３０の平面図である。ベースプレート１３０は、細長い排気チャネル１３４が間に挟まれた複数の細長い放出チャネル１３２を有する。このように、この実施態様において、少なくとも２つの第２の細長い放出チャネルがあり、そしてそれぞれの第１の細長い放出チャネルは、その両方の細長い側において、まず、細長い排気チャネルによって、次に、第３の細長い放出チャネルによって、最も近い第２の細長い放出チャネルから分離されている。より具体的には、複数の第２の細長い放出チャネルと複数の第１の細長い放出チャネルとがあり；それぞれの第１の細長い放出チャネルは、その両方の細長い側において、まず、細長い排気チャネルによって、次に、第３の細長い放出チャネルによって、最も近い第２の細長い放出チャネルから分離されており；そしてそれぞれの第２の細長い放出チャネルは、その両方の細長い側において、第１に細長い排気チャネルによって、第２に第３の細長い放出チャネルによって、最も近い第１の細長い放出チャネルから分離されている。明らかに、供給装置はこれにもかかわらず、供給装置の出力面の縁部（図５Ｄの上縁部及び下縁部）に最も近接する側にそれぞれ第２又は第１の細長い放出チャネルを有さない供給ヘッドの２つの端部のそれぞれに、第１又は第２の細長い放出チャネルを含むことができる。
【０１１５】
図６は、水平方向プレートから形成されたベースプレート１３０の斜視図であり、入力ポート１０４が示されている。図６の斜視図は、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、出力面から見たベースプレート１３０の外面を示す。図４を基準として、図６は、基体に向いた側から見たものである。
【０１１６】
図７の分解図は、図４の実施態様及び続いて説明する他の実施態様に使用されるような機械的ガスディフューザユニット１４０の一実施態様を形成するために使用される構成要素の基本配列を示す。これらは、図８の平面図に示されているノズルプレート１４２を含む。図８Ａの平面図に示されているように、ノズルプレート１４２がベースプレート１３０に装着されており、そして細長い放出チャネル１３２からそのガス流を得る。図示の実施態様において、ノズル孔の形の第１のディフューザ出力通路１４３が、所要のガス状材料を提供する。続いて説明するように、排気路内にスロット１８０が設けられている。
【０１１７】
図８Ｂに示されている、ノズルプレート１４２及びフェイスプレート１４８と協働して拡散を行うガスディフューザプレート１４６がノズルプレート１４２に装着される。ノズルプレート１４２、ガスディフューザプレート１４６、及びフェイスプレート１４８上の種々の通路の配列は、所要拡散量のガス流を提供するように、そして同時に、基体２０の表面領域から離れる方向に排ガスを効率的に案内するように最適化されている。スロット１８２は排気ポートを提供する。図示の実施態様において、第２ディフューザ出力通路１４７を形成するガス供給スロットと、排気スロット１８２とが、ガスディフューザプレート１４６内に交互に形成されている。
【０１１８】
図８Ｃに示されたフェイスプレート１４８は基体２０に対向する。ガスを提供する第３ディフューザ通路１４９と排気スロット１８４とがここでもこの実施態様では交互に形成されている。
【０１１９】
図８Ｄは、ガスディフューザユニット１４０を通るガス供給路に焦点を当てており；次いで図８Ｅは、対応する形で排気路を示す。図８Ｄを参照すると、ガスポートの代表的な組に関して、一実施態様において出力流Ｆ２に対する徹底した反応性ガス拡散のために使用される配列全体が示されている。ベースプレート１３０からのガス（図４）は、ノズルプレート１４２上の第１のディフューザ通路１４３を通って提供される。ガスは、ガスディフューザプレート１４６上の第２ディフューザ通路１４７に対して下流に進む。図８Ｄに示されているように、一実施態様において、通路１４３及び１４７の間に、鉛直方向のずれ（すなわち、図７に示された水平方向プレート配列を使用する。鉛直方向とは、水平方向平面に対して垂直方向を意味する）を形成することができ、背圧を生成し、ひいてはより均一な流れを容易にするのを助ける。ガスは次いで、出力チャネル１２を提供するために、フェイスプレート１４８上の第３ディフューザ通路１４９に対して下流側にさらに進む。異なるディフューザ通路１４３，１４７及び１４９は、空間的にオフセットされているだけでなく、供給ヘッドを貫流するときにガス状材料の分子間混合及び均一な拡散に貢献するために異なるジオメトリを有していてもよい。
【０１２０】
図８Ｄの配列の具体的な事例において、背圧の大部分は、通路１４３を形成するノズル孔によって生成される。このガスが、後続の通路１４７及び１４９なしで基体に案内される場合、ノズル孔から出てくるガスの高い速度は、不均一性を引き起こすおそれがある。このように、通路１４７及び１４９は、ガス流の均一性を改善するのを助ける。或いは、コーティング装置は、ノズルに基づく背圧発生器だけで動作し、ひいては僅かなコーティング不均一性を犠牲にして、通路１４７及び１４９を排除する。
【０１２１】
ノズルプレート１４２内のノズル孔は、背圧発生に適したものならばいかなるサイズであってもよい。これらの孔は好ましくは、直径が平均で２００ミクロン未満、より好ましくは１００ミクロン未満である。さらに、背圧発生器内の孔の使用は、好都合ではあるが絶対に必要というわけではない。背圧は、そのサイズが所望の背圧を提供するように選択される限り、他のジオメトリ、例えばスリットによって発生させることもできる。
【０１２２】
図８Ｅは、同様の実施態様において通気するために設けられた排気路の軌跡を象徴的に描いている。ここでは下流方向では、ガスの供給側とは反対方向を意味する。流れＦ３は、順番に第３、第２、及び第１排気スロット１８４，１８２及び１８０をそれぞれ通る通気路を示す。ガス供給流Ｆ２のより遠回りな混合路とは異なり、図８Ｅに示された通気用配列は、表面からの使用済ガスの迅速な移動のために意図されている。従って、流れＦ３は、基体表面から離れる方向で流れる比較的直接的な通気ガスである。
【０１２３】
こうして、図７の実施態様において、第１、第２及び第３の細長い放出チャネル１３２の中の個々の細長い放出チャネルのうちのそれぞれから来たガス状材料は、供給装置から基体への供給前に、ガスディフューザユニット１４０を別個に通過することができ、供給装置は、各ガス状材料が順番に、それぞれの流入ポート、細長い放出チャネル、及びガスディフューザユニット１４０を通過するのを可能にする。この実施態様におけるガスディフューザユニットは、３つのガス状材料のうちのそれぞれに対するガスディフューザ手段であるが、共通の集成体を形成しない別個の又は孤立したディフューザ要素を使用することもできる。
【０１２４】
この実施態様においても、ガスディフューザユニット１４０は、供給ヘッド、供給集成体１５０の残りから分離できるように構成されたユニットであり、また、ガスディフューザ要素の前の供給装置内の第１、第２及び第３ガス状材料の最終開口部又は流路を実質的に覆う。このように、ガスディフューザユニット１４０は、供給装置の出力面から基体への供給前の、第１、第２及び第３ガス状材料の最終流路を事実上提供する。しかしながら、ガスディフューザ要素は、供給ヘッドの分離不能な部分として構成することもできる。
【０１２５】
具体的には、図７の実施態様におけるガスディフューザユニット１４０は、鉛直方向に配列された３つのガスディフューザ構成要素（又はプレート）内に、鉛直方向に重なる相互接続通路を含み、組み合わせで、ガス状材料のための流路を提供する。ガスディフューザユニット１４０は、実質的に水平方向の流路によって分離された実質的に鉛直方向の２つの流路を提供し、実質的に鉛直方向のそれぞれの流路は、２つの要素内の細長い方向で延びる１つ又は２つ以上の通路によって提供され、そして実質的に水平方向のそれぞれの流路は、２つの平行なガスディフューザ構成要素の平行な表面領域の間の薄いスペース内にある。この実施態様において、実質的に水平方向に延びる３つのディフューザ構成要素は、実質的に平らな、積み重ねられたプレートであり、そして比較的薄いスペースは、隣接する平行なガスディフューザ構成要素の間に位置する中央ガスディフューザ構成要素（ガスディフューザプレート１４６）と、ノズルプレート１４２と、フェイスプレート１４８との厚さによって規定される。しかし、図７におけるプレートのうちの２つは、単一のプレートと置き換えることができる。この単一のプレートの場合、ガスディフューザプレート１４６とフェイスプレート１４８とを例えば機械加工するか、又は他の形式で形成することにより単一プレートにする。この事例において、ガスディフューザの単一の要素又はプレートは、複数の通路を有することができる。これらの通路のそれぞれは、関連する細長い放出チャネルに対して平行を成すプレート厚の垂直方向断面において、プレートの外面で開いているプレートの表面に対して平行な細長い通路を形成し、この細長い通路は、プレートの一方の端部近くで、プレートの他方の表面に通じる狭い鉛直方向通路に一体的に接続されている。換言すれば、単一要素は、図８Ｄの第２及び第３ディフューザ通路１４７及び１４９を組み合わせて単一の要素又はプレートにすることもできる。
【０１２６】
このように、本発明に係るガスディフューザユニットは、供給装置の出力面に対して直交方向に互いに対向する平行な表面を有する、実質的に水平方向に延びる少なくとも２つの一連のディフューザ構成要素（例えば積層された複数のプレート）を含むマルチレベルシステムであってよい。一般的に、第１、第２及び第３の細長い放出チャネルのうちの各細長い放出チャネルと関連して、ガスディフューザは、少なくとも２つの鉛直方向に配列されたガスディフューザプレート内にそれぞれ、鉛直方向に重なる又は重なり合う通路を含み、組み合わせで、実質的に水平方向の流路によって分離された２つの実質的に鉛直方向の流路を含むガス状材料のための流路を提供し、実質的に鉛直方向のそれぞれの流路は、細長い方向において延びる１つ又は２つ以上の通路、又は通路構成要素によって提供され、そして実質的に水平方向のそれぞれの流路は、平行なプレート内の平行な表面領域の間の薄いスペースによって提供され、鉛直方向は、供給装置の出力面に対して直交方向を意味する。通路構成要素という用語は、要素全体を通るのではない要素内の通路の構成要素、例えば図８Ｄの第２又は第３ディフューザ通路１４７及び１４９を組み合わせて単一の要素又はプレートにすることにより形成される２つの通路構成要素を意味する。
【０１２７】
図７の特定の実施態様において、ガスディフューザは、鉛直方向に配列された３つのガスディフューザプレート内にそれぞれ、３つの組の鉛直方向に重なる通路群を含み、２つの平行なガスディフューザプレートの間に位置する中央ガスディフューザプレートの厚さによって、比較的薄いスペースが規定される。３つのディフューザ構成要素のうちの２つ、順次的な第１及び第３のディフューザ構成要素がそれぞれ、ガス状材料の通過のための細長い方向に延びる通路を含み、第１ディフューザ構成要素内の通路は、第３ディフューザ構成要素内の対応（相互接続）通路に対して水平方向にオフセットされている（細長い方向の長さに対して垂直方向）。このようなオフセット（通路１４３及び通路１４９の間）は、図８Ｄにより分かりやすく示されている。
【０１２８】
さらに、第１ディフューザ構成要素と第３ディフューザ構成要素との間に位置する順次的な第２のガスディフューザ構成要素は、それぞれ細長い中央開口部の形態を成す通路１４７を含み、それらの開口部のそれぞれが、第１及び第３ディフューザ構成要素のそれぞれに設けられた通路の幅よりも比較的広い幅を有し、そのため、中央開口部は２つの細長い側部によって規定され、そしてガスディフューザの上方から見下ろすとその境界内に、第１ディフューザ成分及び第３ディフューザ構成要素の接続通路を含む。結果として、ガスディフューザユニット１４０は、これを通るガス状材料流を実質的に偏向させることができる。好ましくは、この偏向は、４５〜１３５度、好ましくは９０度の角度を成すので、直交方向のガス流を、出力面及び／又は基体の表面に対して平行なガス流に変化させる。従って、ガス状材料流は、第１及び第３のガスディフューザ構成要素における通路を通して実質的に鉛直方向に向き、続いて第２ガスディフューザ構成要素では実質的に水平方向に向くことができる。
【０１２９】
図７の実施態様において、第１ガスディフューザ構成要素内の複数の通路のそれぞれが、細長いラインに沿って延びる一連の孔又はパーフォレーションを含み、第３ディフューザ構成要素内の対応相互接続通路は、細長い長方形スロットであり、このスロットは任意選択的に、端部において角張っていなくてもよい。（従って、第１ガスディフューザ構成要素内の２つ以上の通路が、後続のガスディフューザ構成要素内の単一通路と接続することができる。）
【０１３０】
或いは、上記のように、ガスディフューザが多孔質材料を含むこともでき、供給装置は、それぞれの個々の細長い放出チャネル内部及び／又は細長い放出チャネルのそれぞれの上流側にある多孔質材料を通過した後、個々の細長い放出チャネルのそれぞれが、基体に間接的にガス状材料を提供するように構成されている。多孔質材料は、典型的には、化学的変換により形成された孔を含むか、又は天然に産出する多孔質材料中に存在する孔を含む。
【０１３１】
図４に戻ると、結合プレート１００、ガスチャンバプレート１１０、ガス案内プレート１２０、及びベースプレート１３０として示された構成要素の組み合わせを、供給集成体１５０を提供するように、グループ分けすることができる。図４の座標配列及び図を使用した、水平方向ではなく鉛直方向のアパーチャ付きプレートから形成されたものを含む別の実施態様が、供給集成体１５０には可能である。
【０１３２】
供給ヘッド１０のために使用されるアパーチャ付きプレートを、多くの方法で形成して結合することもできる。有利には、周知の方法、例えば順送りダイ、成形、機械加工、又はスタンピングを用いて別々に製作することができる。アパーチャ付きプレートの組み合わせは、図４及び９Ａ〜９Ｂの実施態様に示されたものとは種々に異なっていてよく、任意の数のプレート、例えば５〜１００枚のプレートを有するように供給ヘッド１０を形成することができる。一実施態様においてステンレススチールが使用されており、ステンレススチールは耐化学物質性及び耐腐食性にとって有利である。一般的に、アパーチャ付きプレートは金属であるが、用途に応じて、そして堆積プロセスにおいて使用される反応物質ガス状材料に応じて、セラミック、ガラス、又は他の耐久性材料がアパーチャ付きプレートのいくつか又は全てを形成するのに適していることもある。
【０１３３】
集成のために、アパーチャ付きプレートは、接着するか、又は機械的ファスナ、例えばボルト、クランプ、又はねじを使用して一緒に結合することができる。シーリングのために、アパーチャ付きプレートは、好適な接着剤又はシーラント材料、例えば真空グリースでスキン塗布することができる。エポキシ、例えば高温エポキシを接着剤として使用することができる。供給ヘッド１０のための重なったアパーチャ付きプレートを一緒にボンディングするために、溶融ポリマー材料、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）又はＴＥＦＬＯＮ（登録商標）の接着特性も用いられている。一実施態様において、ＰＴＦＥのコーティングが、供給ヘッド１０内に使用されるアパーチャ付きプレートの各プレート上に形成される。プレートを積層し（積み重ね）、熱がＰＴＦＥ材料の融点（公称３２７℃）近くで加えながら押し合わせる。熱と圧力との組み合わせは、コーティングされたアパーチャ付きプレートから供給ヘッド１０を形成する。間隙コーティング材料は、接着剤としてそしてシーラントとして作用する。或いは、接着のためにコーティング材料として、カプトン（Ｋａｐｔｏｎ）及び他のポリマー材料を使用することもできる。
【０１３４】
図４及び９Ｂに示すように、アパーチャ付きプレートは、相互接続供給チャンバと、ガス状材料を出力面３６に送る案内チャネルとから成る網状構造を形成するのに適切な順序で集成されるべきである。集成するときには、位置合わせピン又は同様の機構の配列を提供する固定具を使用することもでき、この場合、アパーチャ付きプレート内のオリフィス及びスロットの配列は、これらの位置合わせ機構（alignment features）と合致する。
【０１３５】
図９Ａを参照すると、底面から見た（すなわちガス放出側から見た）、鉛直方向に配置されたプレートの積層体、又は出力面３６に対して垂直に配置された積み重ねアパーチャ付きプレートを使用して供給アセンブリ１５０のために使用することができる別の配置が示されている。説明をし易くするために、図９Ａの「鉛直方向」実施態様に示された供給集成体１５０の部分は、２つの細長い放出チャネル１５２と、２つの細長い排気チャネル１５４とを有する。図９Ａ〜１３Ｃの鉛直方向プレート配列は、多数の細長い放出チャネル及び細長い排気チャネルを提供するように容易に拡張することができる。図９Ａ及び９Ｂに示されたような、出力面３６の平面に対して垂直に配置されたアパーチャ付きプレートによって、それぞれの細長い放出チャネル１５２は、続いてより詳細に示す、反応物質プレートをセパレータプレートの間に配置して、セパレータプレートによって規定された側壁を持たせることにより形成されている。アパーチャの適切な位置合わせは、ガス状材料の供給との流体連通を可能にする。
【０１３６】
図９Ｂの分解図は、図９Ａに示された供給集成体１５０の小さな区分を形成するように使用されたアパーチャ付きプレートの配列を示す。図９Ｃは、積層されたアパーチャ付きプレートを使用して形成された、放出ガスのための５つのチャネルを有する供給集成体１５０を示す平面図である。次に図１０Ａ〜１３Ｂは、種々のプレートを平面図及び斜視図で示す。便宜上、各タイプのアパーチャ付きプレートを符号で示す：セパレータＳ、パージＰ、反応物質Ｒ、及び排気Ｅ。
【０１３７】
図９Ｂの左から右に向かって見て、基体に向かう方向又は基体から離れる方向にガスを案内するために使用されるプレートの間で交互に、図１０Ａ及び１０Ｂにも示されたセパレータプレート１６０（Ｓ）が設けられている。図１１Ａ及び１１Ｂには、パージプレート１６２（Ｐ）が示されている。図１２Ａ及び１２Ｂには、排気プレート１６４（Ｅ）が示されている。図１３Ａ及び１３Ｂは、反応物質プレート１６６（Ｒ）を示す。図１３Ｃは、図１３Ａの反応物質プレート１６６を水平方向に反転させることにより得られた反応物質プレート１６６を示す。この別の配向は、必要に応じて、排気プレート１６４とともに使用することもできる。プレートのそれぞれに設けられたアパーチャ１６８は、プレートを積み重ねたときに整合し、ひいては、図１を参照しながら説明したように、ガスが供給集成体１５０を通して細長い放出出力チャネル１５２及び細長い排気チャネル１５４内に入るのを可能にするようにダクトを形成する。（「積み重ねられた」又は「積み重ね」とは、１つの要素の部分が別の要素の対応部分と整合するように、そしてこれらの周囲が概ね一致するように、要素が互いに上下に配置されているか又は互いに重なり合っているという、その従来通りの意味を有する。）
【０１３８】
図９Ｂに戻ると、供給集成体１５０の一部だけが示されている。この部分のプレート構造は、前に割り当てられた略字を使用して表すことができる。すなわち：
Ｓ−Ｐ−Ｓ−Ｅ−Ｓ−Ｒ−Ｓ−Ｅ−Ｓ
（この配列中の最後のセパレータプレートは図９Ａ又は９Ｂには示されていない。）この配列が示すように、セパレータプレート１６０（Ｓ）は、側壁を形成することにより各チャネルを規定する。所要のパージガスとともに２つの反応性ガスを提供するための最小の供給集成体１５０、及び典型的なＡＬＤ堆積のための排気チャネルは、完全な略字配列を使用して表される：
Ｓ−Ｐ−Ｓ−Ｅ１−Ｓ−Ｒ１−Ｓ−Ｅ１−Ｓ−Ｐ−Ｓ−Ｅ２−Ｓ−Ｒ２−Ｓ−Ｅ２−Ｓ−Ｐ−Ｓ−Ｅ１−Ｓ−Ｒ１−Ｓ−Ｅ１−Ｓ−Ｐ−Ｓ−Ｅ２−Ｓ−Ｒ２−Ｓ−Ｅ２−Ｓ−Ｐ−Ｓ−Ｅ１−Ｓ−Ｒ１−Ｓ−Ｅ１−Ｓ−Ｐ−Ｓ
Ｒ１及びＲ２は、２つの異なる反応性ガスが使用される場合に、異なる配向の反応物質プレート１６６を表し、Ｅ１及びＥ２は対応して、異なる配向の排気プレート１６４を表す。
【０１３９】
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く、単に、その対応出力チャネル１２内の流れを引き抜き、ひいてはチャネル内部の均一な流れパターンを促進するために設けられていればよい。隣接する細長い放出チャネル１５２におけるガス圧力の対向圧力よりもわずかだけ低い負の吸引圧力が、秩序正しい流れを促進するのを助けることができる。負の吸引は、例えば０．２〜１．０気圧の源（例えば真空ポンプ）の吸引圧力で動作することができるのに対して、典型的な真空は例えば０．１気圧未満である。
【０１４０】
供給ヘッド１０によって提供される流れパターンを使用することにより、従来のアプローチ、例えば背景技術の項で前述したアプローチ、堆積チャンバに個々に与えられるパルス状ガスを凌ぐ数多くの利点が提供される。堆積装置の可動性が改善され、そして本発明の装置は、基体の寸法が堆積ヘッドのサイズを上回るような大量堆積用途に適している。流体力学も以前のアプローチよりも改善される。
【０１４１】
本発明に使用される流れ配列は、図１に示されているように、供給ヘッド１０と基体２０との間の極めて小さな距離Ｄ、好ましくは１ｍｍを下回る距離を可能にする。出力面３６は、基体表面から１ミル（約０．０２５ｍｍ）以内に、極めて近接して位置決めすることができる。近接した位置決めは、反応性ガス流によって生成されたガス圧力によって容易になる。比較によると、ＣＶＤ装置は、著しく大きい分離距離を必要とする。前に引用した米国特許第６，８２１，５６３号明細書（Ｙｕｄｏｖｓｋｙ）に記載されているような以前のアプローチは、基体表面に対して０．５ｍｍ以上の距離に限定されたのに対して、本発明の実施態様は、０．５ｍｍ未満、例えば０．４５０ｍｍ未満で実際的であり得る。事実上、基体表面に近接して供給ヘッド１０を位置決めすることが、本発明において好ましい。具体的に好ましい実施態様において、基体の表面からの距離Ｄは、０．２０ｍｍ以下、好ましくは１００μｍ未満であってよい。
【０１４２】
積層プレートの実施態様において、多数のプレートを集成するときに、基体に供給されたガス流が、ガス流（Ｉ、Ｍ又はＯ材料）を供給するチャネルの全てにわたって均一であることが望ましい。このことは、各細長い放出出力チャネル又は排気チャネルに対して再現可能な圧力降下を提供するように正確に機械加工される各プレートに対応する何らかの流れパターン部分に制限を有するような、アパーチャ付きプレートの適正な構成により達成することができる。一実施態様において、出力チャネル１２は開口部の長さ方向に沿って、偏差が１０％以内で、実質的に等しい圧力を示す。例えば５％以下又は２％もの小さな偏差を可能にするより高い許容度を設定することもできる。
【０１４３】
積層されたアパーチャ付きプレートを使用する方法は、特に有用な供給ヘッド構成方法ではあるが、別の実施態様において有用であり得るこのような構造を形成するための数多くの他の方法がある。例えば、この装置は、１つの金属ブロック又は互いに付着したいくつかの金属ブロックを直接機械加工することにより構成することができる。さらに、当業者には明らかなように、内部の成形構成要件を伴う成形技術を採用することができる。装置は、数多くの立体リソグラフィ技術のいずれかを用いて構成することもできる。
【０１４４】
本発明の一実施態様において、本発明の供給ヘッド１０は、浮遊システムを使用することにより、出力面３６と基体２０の表面との間に好適な分離距離Ｄ（図１）を維持することができる。図１４は、供給ヘッド１０から放出されたガス流の圧力を用いて距離Ｄを維持するためのいくつかの考察を示す。
【０１４５】
図１４において、代表的な数の出力チャネル１２及び排気チャネル２２を示す。出力チャネル１２のうちの１つ又は２つ以上から放出されたガスの圧力は、この図面では下向きの矢印によって示されている力を発生させる。この力が、供給ヘッド１０のための有用なクッション効果又は「空気」支持（流体ガス支持）効果を提供するために、十分なランド面積（ｌａｎｄｉｎｇ  ａｒｅａ）、すなわち基体と密接に接触することができる出力面３６に沿った十分な固体表面積が存在すべきである。ランド面積のパーセンテージは、下方にガス圧力の形成を可能にする出力面３６の固体面積の相対量に相当する。簡単に言えば、ランド面積は、出力面３６の総面積から出力チャネル１２及び排気チャネル２２の総表面積を引き算したものとして計算することができる。これは、幅ｗ１を有する出力チャネル、又は幅ｗ２を有する排気チャネル２２のガス流領域を除いた総表面積は、できる限り最大化されるべきであることを意味する。９５％のランド面積が１つの実施態様において提供される。他の実施態様は、より小さなランド面積値、例えば８５％又は７５％を使用することができる。分離力又はクッション力を変化させ、ひいてはこれに応じて距離Ｄを変えるために、ガス流量を調節することもできる。
【０１４６】
言うまでもなく、供給ヘッド１０が基体２０の上方の距離Ｄのところで実質的に維持されるように、流体ガス支持を設けると有利である。この支持は、任意の好適なタイプの搬送メカニズムを使用して、供給ヘッド１０の事実上摩擦のない運動を可能にする。供給ヘッド１０を、前後にチャネリングされるのに伴って、基体２０の表面の上方で「ホバリング」させ、材料堆積中に基体２０の表面を横切るように擦過させることもできる。
【０１４７】
図１４に示されているように、供給ヘッド１０が余りにも重いことにより、下方に向かって働くガス力が、必要な分離を維持するには十分でないことがある。このような場合、補助つり上げ構成要素、例えばばね１７０、磁石、又はその他の装置を使用することにより、揚力を補足することもできる。他の事例において、ガス流は、逆の問題を引き起こすのに十分に高いことがあり、この場合、付加的な力が加えられなければ、余りにも大きい距離だけ基体２０の表面から供給ヘッド１０が強制的に離されることになる。このような場合において、距離Ｄを維持するのに必要な付加的な力（図１４の配列に対して下方に向かう力）を提供するための圧縮ばねであってよい。或いは、ばね１７０は、磁石、エラストマーばね、又は下方に向かって作用する力を補足する何らかの他の装置であってよい。
【０１４８】
或いは、供給ヘッド１０は、基体２０に対して何らかの他の配向で位置決めされてもよい。例えば基体２０は、重力と対向する流体ガス支持効果によって支持することにより、堆積中に基体２０を供給ヘッド１０に沿って動かすことができる。供給ヘッド１０の上方にクッショニングされた基体２０に堆積させるための、流体ガス支持効果を用いた一実施態様を図２０に示されている。供給ヘッド１０の出力面３６を横切る基体２０の運動は、図示の複矢印に沿った方向で行われる。
【０１４９】
図２１の別の実施態様は、供給ヘッド１０と流体ガス支持９８との間を方向Ｋに動く、基体支持体７４、例えばウェブ支持体又はローラ上の基体２０を示す。この場合、空気又は別の不活性ガスを単独で使用することができる。この実施態様において、供給ヘッド１０は、出力面３６と基体２０との間の所望の距離を維持するために、空気支持効果を有し、ガス流体支持９８と協働する。ガス流体支持９８は、不活性ガス、又は空気、又は何らかの他のガス状材料の流れＦ４を使用して圧力を案内することができる。なお、本発明の堆積システムの場合、基体支持体又はホルダは、堆積中、基体と接触していてもよく、その基体支持体は基体を搬送する手段、例えばローラであってよい。従って、処理される基体の熱的隔離は本発明のシステムの要件ではない。
【０１５０】
図３Ａ及び３Ｂに関して具体的に記載したように、供給ヘッド１０は、その堆積機能を発揮するには、基体２０の表面に対する相対運動を必要とする。供給ヘッド１０及び基体２０のいずれか又は両方の運動を含むこの相対運動は、数多くの方法で、例えば基体支持体を提供する装置を動かすことにより、得ることができる。運動は振動又は往復運動であってよく、或いは、いかに多くの堆積サイクルが必要とされるかに応じて、連続運動であってもよい。特にバッチ法において基体の回転を利用することもできるが、連続法が好ましい。アクチュエータを、供給ヘッドの本体に、例えば機械的接続によって結合してもよい。交互の力、例えば変化する磁力界が交互に使用されてもよい。
【０１５１】
典型的には、ＡＬＤは、制御された膜深さを各サイクル毎に形成する複数の堆積サイクルを必要とする。上記のガス状材料タイプに対する用語を使用して、単一のサイクルは、例えば単純な構成において、第１反応物質ガス状材料Ｏを１回適用し、そして第２反応物質ガス状材料Ｍを１回適用することを可能にする。
【０１５２】
Ｏ及びＭ反応物質ガス状材料のための出力チャネル間の距離は、各サイクルを完成するのに必要な往復運動距離を決定する。例えば図４の供給ヘッド１０は、反応性ガスチャネル出力部と隣接パージチャネル出力部との間の幅において、公称チャネル幅０．１インチ（２．５４ｍｍ）を有することができる。従って、（本明細書中に使用されるｙ軸に沿った）往復運動によって同じ表面の全ての領域が全ＡＬＤサイクルを施されるのを可能にするために、少なくとも０．４インチ（１０．２ｍｍ）の行程が必要とされる。この例の場合、基体２０の１領域を、第１反応物質ガス状材料Ｏ及び第２反応物質ガス状材料Ｍの両方に、この距離全体にわたって動かしながら曝露する。或いは、供給ヘッドは、その行程に関してより長い距離だけ動くこともでき、基体の一方の端部から他方の端部まで運動することさえもあり得る。この事例において、成長しつつある膜をその成長期間中、周囲条件に曝露することができ、多くの使用環境において不都合な影響を引き起こすことはない。いくつかの事例において、均一性を考慮して、例えば往復移動の端点に沿ったエッジ作用又はエッジ形成を低減するために、各サイクルにおける往復運動量に対するランダム性の尺度を必要とすることがある。
【０１５３】
供給ヘッド１０は、単一のサイクルを提供するのに十分な出力チャネル１２だけを有していてよい。或いは、供給ヘッド１０は、複数サイクルの配列を有していて、より広い堆積面積に範囲が及ぶことを可能にするか、又は往復運動距離の１トラバースにおいて２つ又は３つ以上の堆積サイクルを許す距離全体にわたるその往復運動を可能にする。
【０１５４】
例えば、１つの特定の用途において、各Ｏ−Ｍサイクルが、処理済表面の１／４にわたって１原子直径の層を形成することが判った。従って、処理済表面の均一な１原子直径層を形成するためには、４サイクルがこの場合必要となる。同様に、この事例において均一な１０原子直径層を形成するためには、４０サイクルが必要であろう。
【０１５５】
本発明の供給ヘッド１０のために用いられる往復運動の利点は、これが出力面３６の面積を上回る面積を有する基体２０上への堆積を可能にすることである。図１５は、矢印Ａによって示されたｙ軸に沿った往復運動、及びこの往復運動に対して直交方向又は横方向の、ｘ軸方向に沿った運動を用いて、どのようにこの広い面積を被覆することができるかを概略的に示している。ここでも、強調すべき点は、図１５に示されたようなｘ又はｙ方向における運動は、供給ヘッド１０の動作によって、又、動作をもたらす基体支持体７４によって提供される基体２０の動作によって、又は供給ヘッド１０及び基体２０双方の動作によって生じさせ得ることである。
【０１５６】
図１５において、分配マニホルドを含むことができる供給ヘッドと、基体との相対運動方向は、互いに垂直である。この相対運動を平行にすることも可能である。この場合、相対運動は、振動を表す非ゼロ周波数成分と、基体の変位を表すゼロ周波数成分とを有することが必要である。この組み合わせは、固定基体上の供給ヘッドの変位と組み合わされた振動；固定供給ヘッドに対する基体の変位と組み合わされた振動；又は振動と固定運動とが供給ヘッド及び基体の両方の動作によって提供される任意の組み合わせによって達成することができる。
【０１５７】
有利には、多くのタイプの堆積ヘッドにとって可能であるよりも小さいサイズで供給ヘッド１０を製造することができる。例えば、一実施態様において、出力チャネル１２は０．００５インチ（０．１２７ｍｍ）の幅ｗ１を有しており、３インチ（７５ｍｍ）までの長さで延びている。
【０１５８】
好ましい実施態様において、ＡＬＤは、大気圧又は近大気圧で、また周囲及び基体の広範囲の温度、好ましくは３００℃未満の温度で実施することができる。好ましくは、汚染の可能性を最小限にするために、比較的清浄な環境が必要となるが、しかし、本発明の装置の好ましい実施態様を使用すると、良好な性能を得るために、完全な「クリーンルーム」条件又は不活性ガス充填閉鎖容器が必要とされることはない。
【０１５９】
図１６は、比較的良好に制御され、汚染なしの環境を提供するためのチャンバ５０を有する原子層堆積（ＡＬＤ）システム６０を示す。ガス供給部２８ａ，２８ｂ及び２８ｃは、供給ライン３２を通して供給ヘッド１０に、第１、第２及び第３ガス状材料を提供する。可撓性供給ライン３２を任意選択的に使用することは、供給ヘッド１０の運動を容易にするのを促進する。便宜上、任意選択的な真空蒸気回収装置及びその他の支持構成要素は図１６には示されていないが、これらを使用することもできる。搬送サブシステム５４は、供給ヘッド１０の出力面３６に沿って基体２０を搬送する基体支持体を提供し、本発明の開示に採用された座標軸システムを使用して、ｘ方向における運動を可能にする。運動制御、並びに弁及び他の支持構成要素の全体的な制御を、制御論理プロセッサ５６、例えばコンピュータ又は専用マイクロプロセッサ集成体によって提供することができる。図１６の配列において、制御論理プロセッサ５６は、供給ヘッド１０に往復運動を提供するためのアクチュエータ３０を制御し、そして搬送サブシステム５４の搬送モータ５２も制御する。アクチュエータ３０は、移動する基体２０に沿って（或いは、定置基体２０に沿って）供給ヘッド１０の前後運動を引き起こすのに適した様々な装置のうちのいずれであってもよい。
【０１６０】
図１７は、ウェブ基体６６上に薄膜堆積するための原子層堆積（ＡＬＤ）システム７０の別の実施態様を示す。ウェブ基体６６は、基体支持体として作用するウェブコンベヤ６２に沿って供給ヘッド１０を越えて搬送される。ウェブはそれ自体が、処理される基体であってよく、或いはウェブは、基体、別のウェブ又は別々の基体、例えばウエハのための支持を提供してもよい。供給ヘッド搬送装置６４は、ウェブ移動方法に対して横方向にウェブ基体６６の表面を横切るように供給ヘッド１０を搬送する。一実施態様において、ガス圧力によって提供される完全分離力によって、ウェブ基体６６の表面を横切るように前後に推進される。別の実施態様において、供給ヘッド搬送装置６４は、ウェブ基体６６の幅を横断する親ねじ又は同様のメカニズムを使用する。別の実施態様において、供給ヘッド１０は、ウェブコンベヤ６２に沿った好適な位置で使用される。
【０１６１】
図１８は、流れパターンが図１７の構造に対して直交方向に配向されている定置の供給ヘッド１０を使用した、ウェブ配列における別の原子層堆積（ＡＬＤ）システム７０の別の実施態様を示す。この配列では、ウェブコンベヤ６２自体の運動が、ＡＬＤ堆積に必要な動作を提供する。この環境において往復運動を用いることもできる。図１９を参照すると、出力面３６が所定の量の曲率を有する供給ヘッド１０の一部の実施態様が示されている。このような曲率は、いくつかのウェブコーティング用途に対して有利なことがある。凸面状又は凹面状の湾曲を設けることができる。
【０１６２】
ウェブ製造のために特に有用であり得る別の実施態様において、ＡＬＤシステム７０は、複数の供給ヘッド１０、又は１つのヘッドがウェブ基体６６の各側に配置されているデュアル供給ヘッド１０を有することができる。可撓性供給ヘッド１０を代わりに設けることもできる。これによって、堆積表面に対する少なくとも或る程度の一致を示す堆積装置が提供される。
【０１６３】
さらに別の実施態様において、供給ヘッド１０の１つ又は２つ以上の出力チャネル１２が、前に引用した２００６年３月２９日付けで出願された“APPARATUS FOR ATOMIC LAYER DEPOSITION”と題された米国特許出願第１１／３９２，００６号明細書（Ｌｅｖｙ他）に開示された横方向ガス流配列を使用することができる。このような実施態様において、供給ヘッド１０と基体２０との間の分離を支持するガス圧力は、いくつかの数の出力チャネル１２によって、例えばパージガスを放出するチャネル（図２〜３Ｂで符号Ｉを付けられたチャネル）によって維持することができる。次いで、反応性ガスを放出する１つ又は２つ以上の出力チャネル１２（図２〜３Ｂで符号Ｏ又はＭを付けられたチャネル）のために横方向流が使用されることになる。
【０１６４】
本発明の装置は、いくつかの実施態様における室温又は近室温を含む、広範囲の温度にわたって基体上への堆積を実施できる点で有利である。本発明の装置は真空環境において動作することができるが、しかし、大気圧又は近大気圧での動作に特によく適している。
【０１６５】
本発明の方法に従って形成される半導体膜を有する薄膜トランジスタは、０．０１ｃｍ2／Ｖｓ超、好ましくは少なくとも０．１ｃｍ2／Ｖｓ、より好ましくは０．２ｃｍ2／Ｖｓの電界効果電子移動度を示すことができる。加えて本発明の方法に従って形成される半導体膜を有するｎ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／オフ比を提供することができる。オン／オフ比は、ドレイン電流の最大値／最小値として測定される。それというのもゲート電圧は、ディスプレイのゲートライン上で使用することができる関連電圧を代表する１つの値から別の値へ掃引されるからである。典型的な値集合は−１０Ｖ〜４０Ｖとなり、この場合ドレイン電圧は３０Ｖで維持される。
【０１６６】
基体２０の表面から供給ヘッド１０を少なくとも部分的に分離するために空気支持効果を用いることができるが、本発明の装置はその代わりに、供給ヘッド１０の出力表面３６から基体２０をつり上げるか又は浮揚させるために使用することもできる。或いは、例えばプラテンなどの、他のタイプの基体ホルダを使用することもできる。
【実施例】
【０１６７】
例１
図８Ｄの実施態様による機械的なガス拡散要素を構成した。この要素の場合、１３０ミクロン厚のノズルプレートが、１０００ミクロンの間隔をおいて５０ミクロンの孔を含有した。混合チャンバは、４６０ミクロンのチャンバ開口部が存在する付加的な１３０ミクロン厚のプレートから成った。最終的に、１００ミクロンの出口スロットが切り込まれた付加的な１３０ミクロン厚のプレートを通ってガスが出ることを可能にした。
【０１６８】
流れがノズル配列に提供されるのを可能にするために、固定具にディフューザプレートを装着した。出口スロット間の面積によって規定される、このような設定に対応する流れの累積面積は、９．０３×１０-4ｍ2であった。５．４６×１０-5ｍ3／ｓの窒素総体積流量（密度＝１．１４ｋｇ／ｍ3）を、装置を通して流し、ガス速度０．０６ｍ／ｓをもたらした。このガス速度によって、ディフューザを横切って２７６０Ｐａの圧力降下が測定された。商業的に入手可能なデジタル圧力トランスデューサ／ゲージ（Ｏｍｅｇａから入手）で圧力を測定した。摩擦係数の定義は、ガスディフューザ上の流れによって加えられる力に関連するので、測定された圧力降下は力／面積に関するものであって、直接に力に関するものではない。摩擦係数ｆは１．３×１０6であることが計算された。
【０１６９】
この機械的ガス拡散要素を含む図４の実施態様によるＡＰＡＬＤ装置を使用して、Ａｌ2Ｏ3の膜をシリコンウエハ上に成長させた。ＡＰＬＡＤ装置を、下記のような形態を成す１１個の出力チャネルを有するように構成した：
チャネル１：パージガス
チャネル２：酸化剤含有ガス
チャネル３：パージガス
チャネル４：金属前駆体含有ガス
チャネル５：パージガス
チャネル６：酸化剤含有ガス
チャネル７：パージガス
チャネル８：金属前駆体含有ガス
チャネル９：パージガス
チャネル１０：酸化剤含有ガス
チャネル１１：パージガス
【０１７０】
膜を１５０℃の基体温度で成長させた。ＡＰＡＬＤコーティングヘッドに供給されたガス流は以下の通りであった：
（ｉ）総流量３０００ｓｃｃｍでチャネル１，３，５，７，９及び１１に窒素不活性パージガスを供給した。
（ｉｉ）トリメチルアルミニウムを含有する窒素を基にするガス流をチャネル４及び８に供給した。このガス流は、約４００ｓｃｃｍの純粋窒素の流れと、室温のＴＭＡで飽和した３．５ｓｃｃｍの窒素の流れとを混合することにより生成した。
（ｉｉｉ）水蒸気を含有する窒素を基にするガス流をチャネル２，６及び１０に供給した。このガス流は、約３５０ｓｃｃｍの純粋窒素の流れと、室温の水蒸気で飽和した２０ｓｃｃｍの窒素の流れとを混合することにより生成した。
【０１７１】
上記のガス供給流を有するコーティングヘッドを、基体と近接させ、次いで、前述のようにガス流に基づいてヘッドが基体の上方で浮遊するように解放した。この時点で、コーティングヘッドを基体全体にわたって３００サイクル振動させることにより、約９００Å厚のＡｌ2Ｏ3膜が生成した。
【０１７２】
アルミニウム蒸発中にシャドーマスクを使用して、Ａｌ2Ｏ3層の上側にアルミニウムコンタクトパッドをコーティングすることにより、電流漏れ試験構造体を形成した。このプロセスの結果、面積５００ミクロン×２００ミクロンで約５００Å厚の、Ａｌ2Ｏ3層の上側のアルミニウムコンタクトパッドが形成された。
【０１７３】
シリコンウエハからＡｌコンタクトまでの漏れ電流は、所与のアルミニウムコンタクトパッドとシリコンウエハとの間に２０Ｖを印加し、そしてHP-4155Ｃ（登録商標）パラメータ分析装置を用いて電流量を測定することにより測定した。２０Ｖ電位において、Ａｌ2Ｏ3誘電体を通る漏れは１．３×１０-11Ａであった。このような試験データから判るように、この例のコーティングヘッドは、有用な誘電体膜の製造にとって望ましい、有利に低い電流漏れを有する膜を生成する。
【０１７４】
例２
図１の機械的ガス拡散要素の代わりに、０．２ミクロン孔の多孔質アルミナ膜を使用することができる。０．２ミクロン孔を含有する商業的に入手可能なアルミナ多孔質膜を、Ｗｈａｔｍａｎ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄから購入した。膜の活性面積は直径１９ｍｍであり、これを、室温の窒素ガスを通過させる圧力フィルタホルダ内に装着した。１９ｍｍ直径円の面積によって規定される、このような設定に対応する流れの累積面積は、２．８３×１０-4ｍ2であった。１．８２×１０5ｍ3／ｓの窒素総体積流量（密度＝１．１４ｋｇ／ｍ3）を、装置を通して流し、ガス速度０．０６ｍ／ｓをもたらした。このガス速度によって、２２６９０Ｐａの圧力降下をディフューザを横切って測定した。摩擦係数ｆは９．６×１０6であることが計算された。
【０１７５】
例３
図１の機械的ガス拡散要素の代わりに、０．０２ミクロン孔の多孔質アルミナ膜を使用することができる。０．０２ミクロン孔を含有する商業的に入手可能なアルミナ多孔質膜を、Ｗｈａｔｍａｎ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄから購入した。膜の活性面積は直径１９ｍｍであり、これを、室温の窒素ガスを通過させる圧力フィルタホルダ内に装着した。１９ｍｍ直径円の面積によって規定される、このような設定に対応する流れの累積面積は、２．８３×１０-4ｍ2であった。１．８２×１０5ｍ3／ｓの窒素総体積流量（密度＝１．１４ｋｇ／ｍ3）を、装置を通して流し、ガス速度０．０６ｍ／ｓをもたらした。このガス速度によって、５４８３０Ｐａの圧力降下をディフューザを横切って測定した。摩擦係数ｆは２．３×１０7であることが計算された。
【０１７６】
比較例４
図１の機械的ガス拡散要素の代わりに、摩擦係数又は１５０ミクロンのパーフォレーションを有する金属スクリーンを測定した。商業的に入手可能な金属スクリーンを、ＭｃＭａｓｔｅｒ  Ｃａｒｒ社から得た。スクリーンは２５０ミクロン厚であり、１５０ミクロンの円形パーフォレーションを有した。パーフォレーションは、六角形パターンの中心に、３００ミクロンの間隔を置いて形成されていた。このスクリーンは、商業的に入手可能な金属スクリーンのための極めて小さな孔サイズを表す。
【０１７７】
スクリーン片をホルダ内に装着し、１．５ｍｍ×２．３ｍｍの正方形スクリーン区分をガスが通過するのを可能にした。１．８２×１０-5ｍ3／ｓの窒素総体積流量（密度＝１．１４ｋｇ／ｍ3）を、装置を通して流し、ガス速度５．２７ｍ／ｓをもたらした。このガス速度によって、４８０Ｐａの圧力降下をディフューザを横切って測定した。摩擦係数ｆは３．０×１０1であることが計算された。
【０１７８】
このスクリーンが極めて低い摩擦係数を有しており、また、測定可能な圧力降下をもたらすために高いガス速度を必要とするという事実により、この測定に際しては、より高い速度のガス流を使用した。このスクリーンによって生成される低摩擦係数は、このスクリーンが流れに対する何らかの抵抗を提供するように設計されているという事実にもかかわらず、このスクリーン単独では、１×１０2を上回る摩擦係数を提供できなかったことを示す。
【符号の説明】
【０１７９】
１０    供給ヘッド
１２    出力チャネル
１４，１６，１８    ガス流入導管
２０    基体
２２    排気チャネル
２４    排気導管
２８ａ，２８ｂ，２８ｃ    ガス供給部
３０    アクチュエータ
３２    供給ライン
３６    出力面
５０    チャンバ
５２    搬送モータ
５４    搬送サブシステム
５６    制御論理プロセッサ
６０    原子層堆積（ＡＬＤ）システム
６２    ウェブコンベア
６４    供給ヘッド搬送装置
６６    ウェブ基体
７０    原子層堆積（ＡＬＤ）システム
７４    基体支持体
９０    前駆体材料のための案内チャネル
９１    排気案内チャネル
９２    パージガスのための案内チャネル
９６    基体支持体
９８    ガス流体支持
１００    結合プレート
１０２    案内チャンバ
１０４    入力ポート
１１０    ガスチャンバプレート
１１２，１１３，１１５    供給チャンバ
１１４，１１６    排気チャンバ
１２０    ガス案内プレート
１２２    前駆体材料のための案内チャネル
１２３    排気案内チャネル
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    ガスディフューザユニット
１４２    ノズルプレート
１４３，１４７，１４９    第１、第２、第３ディフューザ通路
１４６    ガスディフューザプレート
１４８    フェイスプレート
１５０    供給集成体
１５２    細長い放出チャネル
１５４    細長い排気チャネル
１６０    セパレータプレート
１６２    パージプレート
１６４    排気プレート
１６６，１６６’    反応物質プレート
１６８    アパーチャ
１７０    ばね
１８０    連続した第１排気スロット
１８２    連続した第２排気スロット
１８４    連続した第３排気スロット
Ａ    矢印
Ｄ    距離
Ｅ    排気プレート
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４    ガス流
Ｉ    第３不活性ガス状材料
Ｋ    方向
Ｍ    第２反応物質ガス状材料
Ｏ    第１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
ｗ１，ｗ２    チャネル幅
Ｘ    矢印
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図９Ｃ】
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