(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のロールから第２のロールへ基板ウェブを原子層堆積反応器の反応空間に搬送する工程と、
前記反応空間を時間的に分断された前駆体パルスに暴露し、材料を逐次的な自己飽和性表面反応によって前記基板ウェブに堆積させる工程と、
を含み、前記第１のロール及び第２のロールは反応チャンバ蓋に組み込まれている  、方法。
【請求項２】
前記基板ウェブを過剰圧領域からスリットを介して前記反応空間に導入し、さらに前記領域と前記反応空間との差圧を維持する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記反応器が前記スリットを形成する絞り板を備える、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
堆積される材料の厚みがウェブの速度によって制御される、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
不活性ガスを前記過剰圧領域に送給する工程を含む、請求項２から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記反応空間内の前駆体蒸気が前記基板ウェブの移動方向に沿って流れる、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記反応空間の基板ウェブ導入端部から前駆体蒸気を前記反応空間に送給し、前記反応空間の基板ウェブ送出端部からガスを排出する工程を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記反応空間において、前記前駆体蒸気が前記基板ウェブの移動方向に対して横断する方向に流れる、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前駆体蒸気を前記反応空間の一方の側部から前記反応空間に送給し、前記反応空間の反対側の側部からガスを排出する工程を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記基板ウェブを、前記反応空間内で直進方向に搬送する工程を含む、請求項１から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
第１のロールから第２のロールへ基板ウェブを原子層堆積反応器の反応空間に搬送するように構成された搬送部と、
前記反応空間を時間的に分断された前駆体パルスに暴露し、材料を逐次的な自己飽和性表面反応によって前記基板ウェブに堆積させるように構成された前駆体蒸気送給部と、
を備え、前記第１のロール及び第２のロールは反応チャンバ蓋に組み込まれている、装置。
【請求項１２】
前記基板ウェブを過剰圧領域から前記反応空間に導入するための導入スリットを備える、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記スリットを形成する絞り板を備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
不活性ガスを前記過剰圧領域に運搬するように構成された流路を備える、請求項１１から１３のいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
前記反応空間の基板ウェブ導入端部に設けられた前駆体蒸気送給開口部と、前記反応空間の基板ウェブ送出端部に設けられた排気部とを備える、請求項１１から１４のいずれかに記載の装置。
【請求項１６】
前記反応空間の一方の側部に設けられた前駆体蒸気送給開口部と、前記反応空間の反対側の側部に設けられた排気部とを備える、請求項１１から１４のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には堆積反応器に関する。より具体的には、本発明は、材料が逐次的な自己飽和性表面反応によって表面に堆積される原子層堆積反応器に関する。
【発明の背景】
【０００２】
原子層エピタキシー（ＡＬＥ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｅｐｉｔａｘｙ）法は、１９７０年代初頭にツオモ・サントラ博士によって発明された。この方法は、原子層堆積法（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）という別名で総称され、今日ではＡＬＥの代わりにＡＬＤが使用されている。ＡＬＤは、少なくとも１つの基板に少なくとも２つの反応性前駆体種を順次導入することに基づく、特殊な化学的堆積法である。
【０００３】
ＡＬＤによって成長させた薄膜は、緻密でピンホールがなく、均一の厚みを有する。例えば、ＴＭＡとも呼ばれるトリメチルアルミニウム（ＣＨ３）３Ａｌと水から、２５０〜３００℃で熱ＡＬＤによって酸化アルミニウムを成長させた実験では、基板ウェーハ上の不均一性はわずか１％ほどであった。 
【０００４】
今日までのＡＬＤ産業は、主に材料を１つ以上のリジッド基板に堆積させることに力を注いできた。しかしながら、近年では、第１のロールから巻き出した基板ウェブに材料を堆積させ、堆積後にその基板ウェブを第２のロールに巻き取る、ロールツーロールＡＬＤ処理への関心が高まっている。 
【摘要】
【０００５】
本発明の第１の態様例によれば、
基板ウェブを原子層堆積反応器の反応空間に搬送する工程と、
反応空間を時間的に分断された前駆体パルスに暴露し、材料を逐次的な自己飽和性表面反応によって前記基板ウェブに堆積させる工程と、
を含む方法が提供される。
【０００６】
特定の実施例では、材料が基板ウェブに堆積され、材料成長がウェブの速度によって制御される。特定の実施例では、基板ウェブが直線状のトラックに沿って処理チャンバ内を移動し、時間的に分割されたＡＬＤ処理によって、基板表面に所望の薄膜コーティングを成長させる。特定の実施例では、ＡＬＤサイクルの各フェーズが、処理チャンバの1つの同じ反応空間で実施される。これは、堆積サイクルの様々なフェーズが異なる反応空間で実施される、空間的ＡＬＤとは対照的である。
【０００７】
特定の実施例では、反応空間全体を前駆体パルスに交互に暴露してもよい。したがって、第１の前駆体の前駆体パルスへの反応空間の暴露は、第２の（別の）前駆体の前駆体パルスへの暴露とまったく同じ空間（または処理チャンバの同じ領域）で実施されてもよい。反応空間におけるＡＬＤ処理は、反応空間を空間的に分割する必要がある空間的ＡＬＤなどとは対照的に、時間的に分割（時分割）される。基板ウェブは、反応空間内を連続的または周期的に移動してもよい。基板ウェブが反応空間内に存在し、前駆体蒸気パルスに交互に暴露され、それにより基板ウェブの表面で逐次的な自己飽和性表面反応が発生することで、材料成長が起きる。基板ウェブが反応器の反応空間外にある場合、基板ウェブの表面は単に不活性ガスに暴露されるにすぎず、ＡＬＤ反応は発生しない。
【０００８】
反応器は、前記反応空間を提供する単一の処理チャンバを備えることができる。特定の実施例では、基板ウェブは、基板ウェブ搬送元（搬送元ロールなど）から処理チャンバ（または反応空間）に搬送される。基板ウェブは、処理チャンバでＡＬＤ反応によって処理され、処理チャンバから基板ウェブ搬送先（搬送先ロールなど）に搬送される。基板ウェブの搬送元と搬送先がロールである場合、ロールツーロール原子層堆積法が適用される。基板ウェブは、第１のロールから巻き出され、処理チャンバへと搬送され、堆積処理後、第２のロールに巻き取られてもよい。したがって、基板ウェブは、第１のロールから第２のロールに搬送され、その途中でＡＬＤ反応に暴露されてもよい。基板ウェブは、屈曲可能な基板であってもよい。また、基板ウェブは巻取可能な基板であってもよい。基板ウェブは、金属フォイルのようなフォイルであってもよい。
【０００９】
特定の実施例では、基板ウェブは第１の狭小空間から、または第１の狭小空間を介して反応空間に入る。第１の狭小空間は、過剰圧領域であってもよい。基板ウェブは、反応空間から第２の狭小空間に搬送されてもよい。第２の狭小空間は、過剰圧領域であってもよい。第２の狭小空間は、第１の狭小空間と同じ領域または別の領域であってもよい。狭小空間の目的は、単に前駆体蒸気や反応性ガスが、基板ウェブ経路を介して処理チャンバ外に流出するのを防ぐことであってもよい。ロールツーロールの場合、ロールは狭小空間内に設けられていても、そうでなくてもよい。反応器は、処理部とＡＬＤ反応器（またはモジュール）を備えた生産ラインの一部を形成してもよい。特にこの場合、ロールを狭小空間から遠く離れた、生産ラインの適切な場所に設けてもよい。
【００１０】
特定の実施例において、前記方法は、基板ウェブを過剰圧領域からスリットを介して反応空間に導入し、そのスリットにより前記領域と反応空間との差圧を維持する工程を含む。
【００１１】
本明細書における過剰圧とは、過剰圧領域の圧力は大気（または室内）の圧力よりも低いが、反応空間の圧力よりも高い圧力であることを意味する。前記差圧を維持するため、不活性ガスを過剰圧領域に送給してもよい。したがって、特定の実施例において、前記方法は、不活性ガスを過剰圧領域に送給する工程を含む。
【００１２】
特定の実施例では、基板ウェブが通過できる程度の非常に薄いスリット（導入スリット）を用いる。過剰圧領域は、第１の（または搬送元）ロールが設けられた領域であってもよい。特定の実施例では、第１のロールと第２のロールの両方が、過剰圧領域に設けられる。過剰圧領域は、過剰圧空間または区画であってもよい。スリットは、前記過剰圧領域から反応空間（または処理チャンバ）に不活性ガスを流すが、逆方向（すなわち、反応空間から過剰圧領域）への一切の流れを実質的に防止する流量制限器として機能してもよい。スリットは、スロットルであってもよい。スリットは、不活性ガスの流れに対する絞り部として機能してもよい。 
【００１３】
特定の実施例では、反応器は前記スリットを形成する絞り板を備える。絞り板は、基板ウェブが通過できる程度の隙間が空くように、相互に隣接して配置された２枚の板であってもよい。該板は、板の間の空間（スリット領域）がウェブの移動方向に長くなるように、平行板であってもよい。
【００１４】
基板ウェブは、第１のロールから巻き出され、反応空間を提供する処理チャンバでＡＬＤ処理され、第２のロールに巻き取られてもよい。 
【００１５】
ＡＬＤ処理された基板ウェブは、第２のスリット（送出スリット）を介して反応空間から送出されてもよい。第２のスリットの構造と機能は、先に記述されたスリットのものに対応してもよい。第２のスリットは、先に記述されたスリットに対し、反応空間の反対側に設けられてもよい。
【００１６】
特定の実施例では、堆積される材料の厚みがウェブの速度によって制御される。特定の実施例では、ウェブの速度が制御装置によって調整される。堆積される材料の厚みは、ウェブの速度から直接決定してもよい。ウェブは、前記第１のロールから第２のロールに連続して搬送されてもよい。特定の実施例では、ウェブが一定速度で連続して搬送される。特定の実施例では、ウェブが断続的に搬送される。この場合、基板ウェブは堆積サイクルで停止し、サイクルが終了すると移動し、また次のサイクルで停止する、などしてもよい。したがって、基板ウェブは所定の時間間隔で随時移動されてもよい。
【００１７】
特定の実施例において、前記方法は、第１のロールと第２のロールが設けられた領域に不活性ガスを運搬する工程を含む。したがって、この領域内のガスは不活性ガスであってもよい。不活性ガスは、周囲の領域から前記領域に運搬されてもよい。例えば、不活性ガスは、ロールが収納されており実際の処理チャンバを囲む反応チャンバに対して、反応チャンバを囲む真空チャンバから運搬されてもよい。
【００１８】
特定の実施例では、反応空間の前駆体蒸気は、基板ウェブの移動方向に沿って流れる。基板ウェブは、２つの表面と２つの端部を備える。前駆体蒸気は、少なくとも１つの前記表面に沿って流れてもよい。
【００１９】
特定の実施例において、前記方法は、前駆体蒸気を反応空間の基板ウェブ導入端部から反応空間に送給し、反応空間の基板ウェブ送出端部からガスを排出する工程を含む。第１および第２の（別の）前駆体の前駆体蒸気は、反応空間の基板ウェブ導入端部に交互に送入されてもよい。
【００２０】
特定の実施例では、反応空間において前駆体蒸気は基板ウェブの移動方向に対して横断する方向に流れる。基板ウェブは、２つの表面と２つの端部を備える。前駆体蒸気は、少なくとも１つの前記表面に沿って、横断方向に流れてもよい。
【００２１】
特定の実施例において、前記方法は、前駆体蒸気を反応空間の一方の側部から反応空間に送給し、反応空間の反対側の側部からガスを排出する工程を含む。
【００２２】
特定の実施例において、前記方法は、第１の前駆体の前駆体蒸気を反応空間の第１の側部から反応空間に送給する処理と、第２の（別の）前駆体の前駆体蒸気を反応空間の第１の側部または第２の（反対側の）側部から反応空間に送給する処理を交互に行い、反応空間の中間領域または反応空間の基板ウェブ送出端部からガスを排出する工程を含む。
【００２３】
特定の実施例において、前記方法は、第１のロールと第２のロールを反応チャンバ蓋に組み込む工程を含む。
【００２４】
原子層堆積反応器は、入れ子式チャンバが設けられた反応器であってもよい。特定の実施例における反応器は、第２のチャンバ（反応チャンバまたは第２の圧力容器）を囲み、かつ収納する第１のチャンバ（真空チャンバまたは第１の圧力容器）を備える。反応チャンバは第１および第２のロールを収納し、反応チャンバ内には、前記反応空間を提供する第３のチャンバ（処理チャンバ）が形成されていてもよい。特定の実施例では、処理チャンバが反応チャンバ蓋に組み込まれる。
【００２５】
反応器のロードとアンロードは、反応器または反応チャンバの上部から実施してもよい。特定の実施例では、反応チャンバ蓋（真空チャンバにも蓋を提供する二重蓋システムであってもよい）を上げてロードを実施する。第１のロールと第２のロールは蓋に取り付けられる。蓋を下ろすと反応チャンバ（および真空チャンバ）が閉じられる。反応空間へのガスの送給は、反応チャンバ蓋を介して、前駆体または不活性ガスの供給源から行われてもよい。
【００２６】
特定の実施例において、前記方法は、前記基板ウェブを、前記反応空間内で直進方向に搬送する工程を含む。
【００２７】
他の実施形態では、容量の拡張を実現するため、反応空間におけるウェブのトラックを長くしてもよい。
【００２８】
特定の実施例において、前記方法は、横方向の幅が基板ウェブと等しい、狭小な処理チャンバを用いる工程を含む。
【００２９】
特に、処理チャンバの幅が基板ウェブより実質的に広くない場合は、材料を基板ウェブの片面に堆積させてもよい。これは、基板自体がウェブの裏面へのガスの流れを防ぐためである。基板ウェブ、前記スリット、および処理チャンバは、すべて実質的に等しい幅を有していてもよい。基本的に、基板ウェブが（所望の材料成長方向に沿って）処理チャンバ壁付近を移動する実施形態は片面堆積に適しており、一方、基板が処理チャンバまたは反応空間の中央領域内を移動する実施形態は両面堆積に適している。
【００３０】
特定の実施例において、前記方法は、基板ウェブの裏面と処理チャンバ壁との間の空間に不活性ガスを送給することで、シールド領域を形成する工程を含む。シールド領域は基板ウェブの裏面への堆積を防止するために形成されるため、基板ウェブの裏面はコーティングされない。
【００３１】
特定の実施例における反応器は、基板ウェブの両面に、別々の前駆体蒸気送給開口部を備える。
【００３２】
本発明の第２の態様例によれば、
基板ウェブを原子層堆積反応器の反応空間に搬送するように構成された搬送部と、
反応空間を時間的に分断された前駆体パルスに暴露し、材料を逐次的な自己飽和性表面反応によって前記基板ウェブに堆積させるように構成された前駆体蒸気送給部とを備える装置が提供される。
【００３３】
上記装置は、原子層堆積（ＡＬＤ）反応器であってもよい。ＡＬＤ反応器は、スタンドアローン型装置または生産ラインの一部であってもよい。搬送部は、基板ウェブを第１のロールから反応空間を介して第２のロールまで搬送するように構成されていてもよい。搬送部は、第２の（搬送先）ロールに接続されていてもよい。特定の実施例では、搬送部は、第１の（搬送元）ロールに接続された第１の駆動装置と、第２の（搬送先）ロールに接続された第２の駆動装置を備える。搬送部は、ロールを所望の速度で回転させるように構成されていてもよい。
【００３４】
特定の実施例では、前駆体蒸気送給部は、反応空間内に配列され、前駆体蒸気を反応空間に送給する、複数のシャワーヘッドを備えている。特定の実施例では、反応チャンバ蓋が前駆体蒸気送給部を形成する。
【００３５】
特定の実施例において、前記装置は、基板ウェブを過剰圧領域から反応空間に導入するための導入スリットを備える。
【００３６】
特定の実施例では、スリットによって前記領域と反応空間との差圧が維持される。特定の実施例において、前記装置は、前記スリットを形成する絞り板を備える。
【００３７】
特定の実施例において、前記装置は、不活性ガスを過剰圧領域に運搬するように構成された流路を備える。
【００３８】
特定の実施例では、前記流路が真空チャンバから反応チャンバ壁または反応チャンバ蓋を介して反応チャンバに達する。
【００３９】
特定の実施例において、前記装置は、反応空間の基板ウェブ導入端部に設けられた前駆体蒸気送給開口部と、反応空間の基板ウェブ送出端部に設けられた排気部とを備える。
【００４０】
特定の実施例において、前記装置は、  反応空間の一方の側部に設けられた前駆体蒸気送給開口部と、反応空間の反対側の側部に設けられた排気部とを備える。前記装置は、反応空間の一方の側部に、実質的に反応空間の長手方向全体にわたって、前駆体蒸気送給開口部を有していてもよい。
【００４１】
反応空間の方向は、基板ウェブの移動方向、所望の材料成長方向（基板ウェブの移動方向と直角に交わる方向）、および横断方向（基板ウェブの移動方向と所望の材料成長方向の両方と直角に交わる方向）と定義してもよい。前記反応空間の長手方向は、基板ウェブの移動方向と平行関係にある方向を意味する。
【００４２】
特定の実施例において、前記装置は、第１および第２のロールを収容するように構成された反応チャンバ蓋を備える。一実施例において、前記反応チャンバ蓋は、第１および第２のロールを収容するために組み込まれたロールホルダーを備える。
【００４３】
特定の実施例では、反応チャンバ蓋は、第１および第２のロールを取り付けることができる取付具または取付機構を備える。基板ウェブの先頭部分は、蓋が下ろされる前に、処理チャンバを通過して第２のロールまで引き込まれてもよい。
【００４４】
特定の実施例において、前記装置は、横方向の幅が導入スリットと等しい、狭小な処理チャンバを備える。前記横方向は、前記横断方向を意味する。装置は前駆体パルスのタイミングやパージ時間など、反応器の動作を制御するように構成された制御装置をさらに備えてもよい。また、制御装置は、搬送部の動作を制御してもよい。特定の実施例では、制御装置が基板ウェブの速度を調整することで、所望の材料成長の厚みを制御する。
【００４５】
本発明の第３の態様例によれば、
基板ウェブを原子層堆積反応器の反応チャンバに搬送する手段と、
反応空間を時間的に分断された前駆体パルスに暴露し、材料を逐次的な自己飽和性表面反応によって前記基板ウェブに堆積させる手段と、
を備える装置が提供される。
【００４６】
以上、本発明の拘束力をもたない異なる態様例と実施形態を説明した。前述の実施形態は、本発明を実施するにあたり使用されえる、選択された態様または工程を説明するために用いられたにすぎない。該実施形態は、本発明の特定の態様例のみを参照して示されたものを含む。対応する実施形態は他の態様例にも適用可能であることが理解されるべきである。該実施形態は適宜組み合わせ可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
本発明を、単なる例示として、かつ添付図面を参照して以下に説明する。
【００４８】
【図１】一実施例による、ロードフェーズにおける堆積反応器の側面図である。
【図２】一実施例による、パージステップにおいて動作中の図１の堆積反応器を示す図である。
【図３】一実施例による、前駆体暴露期において動作中の図１の堆積反応器を示す図である。
【図４】一実施例による、図１の堆積反応器の薄型処理チャンバの上面図と、導入スリットの断面図である。
【図５】一実施例による、ＡＬＤ処理が終了した後の図１の堆積反応器を示す図である。
【図６】一実施例による、単一の駆動システムを示す図である。
【図７】別の実施例による、ロードフェーズにおける堆積反応器の側面図である。
【図８】一実施例による、前駆体暴露期において動作中の図７の堆積反応器を示す図である。
【図９】包括的実施例による、堆積反応器の側面図である。
【図１０】一実施例による、前駆体暴露期において動作中の図９の堆積反応器を示す図である。
【図１１】一実施例による、図７の前駆体暴露期における図９の堆積反応器の上面図である。
【図１２】一実施例による、別の前駆体暴露期において動作中の図９の堆積反応器を示す図である。
【図１３】一実施例による、絞り板が設けられた堆積反応器を示す図である。
【図１４】一実施例による、堆積される材料の厚みを反応空間内の移動距離との相関関係で示す図である。
【図１５】一実施例による、処理チャンバの基板ウェブ導入端部から前駆体蒸気を送給する堆積反応器を示す図である。
【図１６】一実施例による、図１５の堆積反応器の上面図である。
【図１７】一実施例による、処理チャンバの側部から前駆体蒸気を送給する堆積反応器を示す図である。
【図１８】一実施例による、図１７の堆積反応器の上面図である。
【図１９】一実施例による、代替構造を示す図である。
【図２０】さらに別の実施例による、堆積反応器の上面図である。
【図２１】一実施例による、一度に複数のロールへの堆積を実施する堆積反応器の上面図である。
【図２２】一実施例による、薄型反応器の構造を示す図である。
【図２３】一実施例による、複数のロールへの堆積を実施する薄型反応器の構造を示す図である。
【図２４】一実施例による、両面コーティングを示す図である。
【図２５】一実施例による、片面コーティングの具体的な詳細を示す図である。
【図２６】一実施例による、堆積反応器制御システムの概略ブロック図である。
【詳細説明】
【００４９】
以下の説明では、原子層堆積（ＡＬＤ）技術を例として用いる。ＡＬＤ成長メカニズムの基本は、当業者には公知である。本特許出願の導入部で述べたように、ＡＬＤは、少なくとも１つの基板に少なくとも２つの反応性前駆体種を順次導入することによる特殊な化学的堆積法である。基板または本件では移動する基板ウェブは、反応空間内に配置される。反応空間は通常加熱される。ＡＬＤの基本的な成長メカニズムは、化学的な吸着（化学吸着）と物理的な吸着（物理吸着）との結合強度の差によるものである。ＡＬＤは堆積過程で化学吸着を利用し、物理吸着を排除する。化学吸着では、固相表面の原子と、気相から到達する分子との間に強力な化学結合が形成される。物理吸着による結合は、ファン・デル・ワールス力のみが関与するため、化学吸着に比べて大幅に弱い。
【００５０】
ＡＬＤ反応器の反応空間は、通常加熱された表面によって構成され、それらの表面は薄膜またはコーティングの堆積に用いられる各ＡＬＤ前駆体に交互にかつ逐次的に暴露することができる。基本的なＡＬＤ堆積サイクルは、パルスＡ、パージＡ、パルスＢ、およびパージＢという４つの連続したステップから成る。パルスＡは通常、金属前駆体蒸気から成り、パルスＢは非金属前駆体蒸気、特に窒素前駆体蒸気または酸素前駆体蒸気から成る。通常は、窒素やアルゴンなどの不活性ガスと真空ポンプを用いて、パージＡとパージＢで、ガス状の反応副産物と残留反応物分子を反応空間からパージする。堆積シーケンスは少なくとも１回の堆積サイクルを含む。堆積サイクルは、堆積シーケンスによって所望の厚みの薄膜またはコーティングが生成されるまで繰り返される。
【００５１】
典型的なＡＬＤ処理では、前駆体種が化学吸着によって、加熱された表面の反応部位との化学結合を形成する。反応条件は、一般的には、１回の前駆体パルスにおいて表面上に固体材料の単分子層しか形成されないように設定される。したがって、成長プロセスは自己制御的でまたは飽和性を有するものである。例えば、第１の前駆体として、吸着種に付着し続け表面を飽和させ、更なる化学吸着を防ぐリガンドを用いることができる。反応空間温度は、前駆体分子種が基板に実質上完全な状態で化学吸着するように、用いる前駆体の凝縮温度より高く、かつ熱分解温度より低く維持される。実質上完全な状態とは、前駆体分子種が表面に化学吸着する際、揮発性リガンドは前駆体分子から脱落可能であることを意味する。表面は、第１種反応部位において、すなわち第１の前駆体分子の吸着種によって実質上飽和状態となる。通常、この化学吸着ステップに続いて、余剰な第１の前駆体と潜在的な反応副産物を反応空間から除去する、第１のパージステップ（パージＡ）が実施される。その後、第２の前駆体蒸気が反応空間内に導入される。通常は、第２の前駆体分子が、第１の前駆体分子の吸着種と反応することで、所望の薄膜材料またはコーティングが形成される。この成長は、吸着された第１の前駆体が全量消費され、表面が第２種反応部位において実質的に飽和した時点で停止する。その後、余剰な第２の前駆体蒸気と、潜在的な反応副産物蒸気が第２のパージステップ（パージＢ）で除去される。このサイクルは、膜またはコーティングが所望の厚みに成長するまで繰り返される。堆積サイクルは、さらに複雑にすることもできる。例えば、堆積サイクルは、パージステップによって区切られた３回以上の反応物蒸気パルスを含むことができる。これらの堆積サイクルは全て、論理演算装置またはマイクロプロセッサによって制御される定時的な堆積シーケンスを形成するものである。
【００５２】
図１は、一実施例による、ロードフェーズにおける堆積反応器の側面図である。堆積反応器は、真空チャンバ１１０を形成する真空チャンバ壁１１１を備える。真空チャンバ１１０は圧力容器である。真空チャンバ１１０は、円筒形またはその他の好適な形状であってよい。真空チャンバ１１０は、別の圧力容器である反応チャンバ１２０を収納する。反応チャンバ１２０は、円筒形またはその他の好適な形状であってよい。真空チャンバ１１０は、真空チャンバ蓋１０１によって閉じられる。一実施例では、真空チャンバ蓋１０１は、図１に示すように反応チャンバ蓋１０２に組み込まれ、それによって蓋システム（この場合は二重蓋システム）が形成される。処理チャンバ壁１３１を備える処理チャンバ１３０は、止め具１８５によって反応チャンバ蓋１０２に取り付けられる。蓋システムは、反応チャンバ蓋１０２と真空チャンバ蓋１０１の間に熱反射体１７１を備える。
【００５３】
基板ウェブ１５０の第１の（搬送元）ロール１５１は、第１のロール軸１４３に取り付けられる。ロール軸（またはロール１５１）は、ロール軸１４３に取り付けられた第１の駆動装置１４１によって回転させることができる。駆動装置１４１は、真空チャンバ１１０の外側に設けられる。駆動装置１４１は、止め具１４７によって蓋システムに取り付けられる。蓋システム（真空チャンバ蓋１０１と反応チャンバ蓋１０２の両方）には貫通孔が設けられ、ロール軸１４３はこの貫通孔を介して反応チャンバ１２０内に貫通する。反応チャンバ１２０の下部には、ロール軸１４３を反応チャンバ１２０に取り付けるための取付具１４５が設けられる。ロール１５１は、好適な取付具１０６によってロール軸１４３に取り付けることができる。ロール軸１４３と取付具１０６は、ロールホルダーを形成する。
【００５４】
第２の（搬送先）ロール１５２は、第２のロール軸１４４に取り付けられる。ロール軸（またはロール１５２）は、ロール軸１４４に取り付けられた第２の駆動装置１４２によって回転させることができる。駆動装置１４２は、真空チャンバ１１０の外側に設けられる。駆動装置１４２は、止め具１４８によって蓋システムに取り付けられる。蓋システム（真空チャンバ蓋１０１と反応チャンバ蓋１０２の両方）には貫通孔が設けられ、ロール軸１４４はこの貫通孔を介して反応チャンバ１２０内に貫通する。反応チャンバ１２０の下部には、ロール軸１４４を反応チャンバ１２０に取り付けるための取付具１４６が設けられる。ロール１５１と同様に、ロール１５２も好適な取付具１０７によってロール軸に取り付けることができる。したがって、ロール軸１４４と取付具１０７は別のロールホルダーを形成する。
【００５５】
堆積反応器の反応チャンバ１２０を囲む真空チャンバ１１０（一部の実施形態では、処理チャンバ１３０を囲む反応チャンバ１２０）は、処理チャンバ１３０内に形成された反応空間を加熱するヒータ１７５を備える。真空チャンバ１１０は、側部の真空チャンバ壁１１１と反応チャンバ壁１２１の間に熱反射体１７２を備える。
【００５６】
堆積反応器は、反応チャンバ上部フランジ１０３に取り付けられた上部界面フランジ１０４を備える。真空チャンバ蓋１０１と上部界面フランジ１０４との間には、真空チャンバ１１０の上部を密閉する密閉具１８１が設けられる。反応チャンバ１２０は、反応チャンバ上部フランジ１０５を備える。蓋システムを下ろすと、反応チャンバ蓋１０２が反応チャンバ上部フランジ１０５に設置され、それによって反応チャンバ１２０が閉じられる。
【００５７】
堆積反応器は、真空ポンプ１６０と排気ライン１６１をさらに備える。堆積反応器の稼動中、排気ライン１６１は処理チャンバ１３０から真空ポンプ１６０へと流体連通している。
【００５８】
堆積反応器は、蓋システムが上方に位置するときにロードされる。屈曲可能または巻取可能な基板ウェブを保持する搬送元ロール１５１は、ロール軸１４３に取り付けられる。基板ウェブ１５０の第１の端部は、処理チャンバ１３０を介して搬送先ロール１５２に搬送され、搬送先ロール１５２に取り付けられる。その後、蓋システムが下ろされ、チャンバが閉じられる。一実施形態では、処理チャンバ１３０は下部に凸状流路を備える。凸状流路は反応チャンバ１２０の開口部を通過し、図２に示すように蓋システムが下ろされたときに、排気ライン１６１の開始部分を形成する。
【００５９】
さらに図２は、一実施例による、パージステップにおいて動作中の図１の堆積反応器を示している。基板ウェブ１５０は、処理チャンバ壁１３１に設けられたスリット２９１を介して、処理チャンバ（反応空間）１３０に搬送される。不活性ガスは、反応チャンバ蓋１０２を介して処理チャンバ１３０に流入する。不活性ガスは、吸気口１３５から膨張領域１３６に流入した後、膨張領域１３６内に広がり、フロー分配器１３７（有孔板や網など）を介して、処理チャンバ１３０の反応空間に流入する。不活性ガスは、基板ウェブの表面をパージし、排気ライン１６１内を上部から下部に向かって流れ、最終的に真空ポンプ１６０に達する。基板ウェブ１５０は、処理チャンバ壁１３１に設けられたスリット２９２を介して、反応空間１３０から送出される。送出された基板ウェブは、搬送先ロール１５２に巻き取られる。
【００６０】
反応チャンバ１２０は、真空チャンバ１１０に通じる少なくとも１つの開口部を有する。図２に示す実施例では、ロール軸１４３が反応チャンバ蓋１０２を貫通するための貫通孔に、第１の開口部２０１が設けられる。開口部２０１には、不活性ガスを真空チャンバ（反応チャンバ１２０の外側）に送入するための吸気口が設けられる。この不活性ガスは、中間空間２１５（真空チャンバと反応チャンバの間）から開口部２０１を通って、反応チャンバ１２０内のロール１５１および１５２が設けられた狭小空間に流入する。この流れは、矢印２１１によって示される。同様に、ロール軸１４４が反応チャンバ蓋１０２を貫通するための貫通孔に、第２の開口部２０２が設けられる。不活性ガスは、中間空間２１５から、反応チャンバ１２０内のロール１５１および１５２が設けられた狭小空間に流入する。この流れは、矢印２１２によって示される。
【００６１】
スリット２９１および２９２は、処理チャンバ１３０の反応空間と周囲の領域（ロール１５１および１５２が設けられた狭小空間など）との差圧を維持するスロットルとして機能する。狭小空間内の圧力は、反応空間内の圧力より高い。例えば、反応空間内の圧力が１ミリバールで、狭小空間内の圧力が５ミリバールの場合がある。この差圧は、反応空間から狭小空間への流れを防ぐ障壁を形成する。ただし、この差圧により、逆方向からの流れ（すなわち、スリット２９１および２９２を介した、狭小空間から反応空間への流れ）は可能である。したがって実質的に、吸気口１３５から流入する不活性ガス（および前駆体蒸気パルス期間中の前駆体蒸気）の到達先は、真空ポンプ１６０に限定される。図２は、反応チャンバ（狭小空間）から反応空間への流れを、矢印２２１および２２２で示している。
【００６２】
図３は、一実施例による、前駆体暴露期において動作中の図１の堆積反応器を示している。第１の前駆体の前駆体蒸気は、反応チャンバ蓋１０２を介して処理チャンバ１３０に流入した後、吸気口１３５から膨張領域１３６に流入する。その後、前駆体蒸気は膨張領域１３６内に広がり、フロー分配器１３７を介して処理チャンバ１３０の反応空間に流入する。前駆体蒸気は、ＡＬＤ成長メカニズムによって、基板ウェブ表面上の反応部位と反応する。
【００６３】
前述のように、反応空間と、ロール１５１および１５２が設けられた狭小空間との差圧が反応空間から狭小空間への流れを防ぐ障壁を形成する。したがって実質的に、前駆体蒸気はロール１５１および１５２が設けられた空間には流入しない。ただし、この差圧により、逆方向からの流れ（すなわち、スリット２９１および２９２を介した、狭小空間から反応空間への流れ）は可能である。
【００６４】
不活性ガス、ガス状の反応副産物（存在する場合）、および残留反応物分子（存在する場合）は排気ライン１６１に流入し、最終的に真空ポンプ１６０に達する。
【００６５】
堆積シーケンスは１回以上の連続的な堆積サイクルから成り、各サイクルは、少なくとも第１の前駆体暴露期（パルスＡ）、第１のパージステップ（パージＡ）、第２の前駆体暴露期（パルスＢ）、および第２のパージステップ（パージＢ）をこの順に含む。成長させる材料の厚みは、ウェブの速度によって決定される。基板ウェブは、駆動装置１４１および１４２によって搬送される。１回の堆積サイクル中、基板ウェブは特定の距離ｄを移動する。基本的に、反応空間の全長がＤの場合、基板ウェブに堆積される層の数はＤ／ｄとなる。所望の長さの基板ウェブが処理された時点で、蓋システムが上げられ、堆積後のロールが反応器からアンロードされる。図５は、堆積過程の最終的な位置を示している。搬送元ロール１５１は何も保持していない状態になり、搬送先ロール１５２は堆積後のコーティングをすべて保持した状態になる。
【００６６】
図４の上側の図は、一実施例における処理チャンバ１３０の上面図である。処理チャンバ１３０は、前記スリット２９１および２９２が処理チャンバ壁１３１に設けられた薄型処理チャンバである。移動する基板ウェブ１５０は、スリット２９１を介して（狭小な）反応空間に導入され、スリット２９２を介して送出される。反応空間から反応空間外への前駆体蒸気の流れは、まず狭小なスリットによって防がれ、さらに維持された差圧によって防がれる。
【００６７】
図４の下側の図は、一実施例による、処理チャンバ１３０の導入スリット２９１（線ｂ）の断面図である。スリットの長手方向では、基板ウェブ１５０の長さが実質的にスリット２９１と一致する（基板ウェブ１５０の幅はスリット２９１と等しい）。
【００６８】
特定の実施例では、駆動装置１４１および１４２が、堆積シーケンス全体を通じて、ロール１５１および１５２を同一方向に回転させる。このような実施例では、実際には１つの駆動装置、すなわち第２の駆動装置１４２を有していれば十分である。他の特定の実施例では、ロール１５１および１５２の回転方向が、堆積シーケンスの途中で変更される。このような実施形態では、堆積シーケンスが終了すると、第１のロール１５１は堆積後のコーティングをすべて保持した状態になり、第２のロール１５２は何も保持していない状態になる。
【００６９】
図６は、一実施例による、単一の駆動システムを示している。基板ウェブは、駆動装置１４２によって搬送される。ロール軸６４３（基本的には、図１のロール軸１４３に相当する）は、止め具１４７に取り付けられる。図６の実施形態で用いられる構造と機能の他の特徴については、図１〜５とその説明を参照されたい。
【００７０】
図７は、別の実施例による、ロードフェーズにおける堆積反応器の側面図である。図８は、一実施例による、前駆体暴露期において動作中の図７の堆積反応器を示している。図７と図８の実施形態で用いられる構造と機能の基本的な特徴については、前述の図１〜６を参照して説明されている実施形態と、それらに関連する説明を参照されたい。
【００７１】
図７と図８に示す実施形態では、駆動装置７４１は真空チャンバの下に設けられる。駆動装置７４１の駆動機構７４２は、真空チャンバと反応チャンバの貫通孔により真空チャンバ壁７１１と反応チャンバ壁７２１を通って反応チャンバへと貫通する。端部７４４または第２のロール軸は、駆動機構７４２の対応部７４６に嵌合する。
【００７２】
第１の前駆体送給ライン７７１は、真空チャンバ貫通孔７７２を介して真空チャンバ壁７１１を貫通する。また、第２の前駆体送給ライン７８１は、真空チャンバ貫通孔７８２を介して真空チャンバ壁７１１を貫通する。真空チャンバ蓋７０１は、接続部７９１によって反応チャンバ蓋７０２に組み込まれる。第１の前駆体送給ライン７７１と第２の前駆体送給ライン７８１は、反応チャンバ上部フランジ７０５を介して、参照符号７７３および７８３が示すように、反応チャンバ蓋７０２の内部まで達する。送給ライン７７１および７８１は、処理チャンバ７３０に対して開かれる。
【００７３】
図８に示す第２の前駆体暴露期における第２の前駆体の経路は、第２の前駆体送給ライン７８１を介して、処理チャンバ７３０の反応空間内に達する。処理チャンバまで続く第１の前駆体送給ライン７７１では、不活性ガスの流れのみが維持される。前述のように、基板ウェブの導入スリットと送出スリットにおいて障壁が形成されることで、反応空間からのガスの経路は、真空ポンプ７６０への経路となる。
【００７４】
図９は、別の実施例による、堆積反応器の側面図である。堆積反応器は、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）供給源などの第１の前駆体供給源９１３と、Ｈ２Ｏ（水）供給源などの第２の前駆体供給源９１４を備える。この実施形態と他の実施形態では、水供給源をオゾン供給源に置き換えることができる。第１のパルス弁９２３は、第１の前駆体送給ライン９４３への第１の前駆体の前駆体蒸気の流れを制御する。第２のパルス弁９２４は、第２の前駆体送給ライン９４４への第２の前駆体の前駆体蒸気の流れを制御する。 
【００７５】
堆積反応器は、第１の不活性ガス供給源９０３をさらに備える。例えば、多くの実施形態では、窒素Ｎ２を不活性ガスとして用いることができる。第１の不活性ガス供給源９０３は、第１の前駆体送給ライン９４３と流体連通する。さらに第１の不活性ガス供給源９０３は、屈曲可能な基板ウェブが巻かれ、第１の（搬送元）基板ウェブロール９５３を形成する、第１のロールコア９６３が設けられた、狭小空間９２０ａとも流体連通する。
【００７６】
堆積反応器は、第２の不活性ガス供給源９０４をさらに備える。ただし、一部の実施例では、不活性ガス供給源９０３および９０４を単一の供給源として実装してもよい。第２の不活性ガス供給源９０４は、第２の前駆体送給ライン９４４と流体連通する。さらに第２の不活性ガス供給源９０４は、屈曲可能な基板ウェブを巻き取って第２の（搬送先）基板ウェブロール９５４を形成する、第２のロールコア９６４が設けられた、狭小空間９２０ｂとも流体連通する。
【００７７】
堆積反応器は、長さａの反応空間９３０が設けられた処理チャンバをさらに備える。送給ライン９４３および９４４は処理チャンバに入り、それぞれシャワーヘッド流路９７３および９７４として処理チャンバ内に延在する。図９の実施例では、シャワーヘッド流路９７３および９７４は水平流路である。シャワーヘッド流路９７３および９７４は、処理チャンバ（または反応空間）の一方の端部から他方の端部に達する。シャワーヘッド流路９７３および９７４は、その全長にわたって、送給ガス（前駆体蒸気や不活性ガスなど）のシャワーヘッドとして機能する、開孔部９８３および９８４をそれぞれ有する。 
【００７８】
堆積反応器は、真空ポンプ９６０と排気ライン９６１をさらに備える。堆積反応器の稼動中、排気ライン９６１は反応空間９３０から真空ポンプ９６０へと流体連通している。
【００７９】
さらに図９は、一実施例による、パージステップにおいて動作中の堆積反応器を示している。基板ウェブ９５０は、狭小空間９２０ａと反応空間９３０との間に設けられたスリットまたは狭小通路９９３を介して、処理チャンバ（反応空間９３０）に入る。パルス弁９２３および９２４は閉じられる。不活性ガスは、送給ライン９４３および９４４を介して処理チャンバに流入し、開孔部９８３および９８４を介して反応空間９３０に流入する。不活性ガスは、基板ウェブ９５０の表面をパージし、排気ライン９６１内を水平方向に流れ、最終的に真空ポンプ９６０に流入する。基板ウェブ９５０は、狭小空間９２０ｂと反応空間９３０との間に設けられたスリットまたは狭小通路９９４を介して、反応空間９３０から送出される。送出された基板ウェブは、第２のロールコア９６４に巻き取られ、搬送先ロール９５４を形成する。
【００８０】
スリット９９３および９９４は、反応空間９３０と、ロール９５３および９５４が設けられた狭小空間との差圧を維持するスロットルとして機能する。不活性ガスは、狭小空間送給流路９３３および９３４を介して、それぞれ狭小空間９２０ａおよび９２０ｂに流入する。狭小空間９２０ａおよび９２０ｂ内の圧力は、反応空間９３０内の圧力より高い。例えば、反応空間９３０内の圧力が１ミリバールで、狭小空間９２０ａおよび９２０ｂ内の圧力が５ミリバールの場合がある。この差圧は、反応空間９３０から狭小空間９２０ａおよび９２０ｂへの流れを防ぐ障壁を形成する。ただし、この差圧により、逆方向からの流れ（すなわち、スリット９９３および９９４を介した、狭小空間９２０ａおよび９２０ｂから反応空間９３０への流れ）は可能である。したがって実質的に、シャワーヘッド９８３および９８４を介して流れる不活性ガス（および前駆体蒸気パルス期間中の前駆体蒸気）の到達先は、真空ポンプ９６０に限定される。
【００８１】
基板ウェブ９５０のトラックは、処理チャンバ壁９３１付近に設けることができる。基板ウェブの横方向の幅が、反応空間または処理チャンバ９３０と実質的に等しく、用いる前駆体に基板ウェブが浸透しない場合、実施形態によっては、材料を基板ウェブの片面（裏側）に堆積させることができる。
【００８２】
図１０は、一実施例による、前駆体暴露期において動作中の図９の堆積反応器を示している。パルス弁９２４は開かれる。Ｈ２Ｏ前駆体の前駆体蒸気は、送給ライン９４４を介して処理チャンバに流入し、開孔部９８４を介して反応空間９３０に流入する。前駆体蒸気は反応空間９３０内に充満し、ＡＬＤ成長メカニズムによって、基板ウェブ表面上の反応部位と反応する。パルス弁９２３は閉じられているため、不活性ガスのみが、開孔部９８３を介して反応空間に流入する。不活性ガス、ガス状の反応副産物（存在する場合）、および残留反応物分子（存在する場合）は、排気ライン９６１へ水平方向に流入し、最終的に真空ポンプ９６０に流入する。
【００８３】
前述のように、反応空間９３０と、ロール９５３および９５４が設けられた狭小空間９２０ａおよび９２０ｂとの差圧が、スリット９９３および９９４で障壁を形成する。これにより、反応空間９３０から狭小空間９２０ａおよび９２０ｂへの前駆体蒸気の流れは防がれる。ただし、この差圧により、逆方向からの流れ（すなわち、スリット９９３および９９４を介した、狭小空間９２０ａおよび９２０ｂから反応空間への流れ）は可能である。不活性ガスは、送給流路９３３および９３４を介して、それぞれ狭小空間９２０ａおよび９２０ｂに送給される。差圧は、スリット９９３および９９４によるスロットル機能によって維持される。
【００８４】
図１１は、一実施例による、Ｈ２Ｏ前駆体暴露期における図９と図１０の堆積反応器の上面図である。図１１に示すように、扉１１４１ａおよび扉１１４１ｂを介して搬送元ロール９５３および搬送先ロール９５４をそれぞれ堆積反応器にロードしたり、堆積反応器からアンロードすることができる。図１１には、ロール９５３および９５４のロール軸１１０５ａおよび１１０５ｂも示されている。堆積反応器は、ロール軸１１０５ａおよび／または１１０５ｂに接続され、ロール９５３および９５４を回転させる１つ以上の駆動装置（図１１では省略）を備える。矢印１１０４は、シャワーヘッド流路９７４から捕集流路９６２までの前駆体蒸気の流れを示す。捕集流路の形状と場所は、実施形態によって異なる。図１１に示す実施形態では、捕集流路が反応空間の側部に設けられる。図１１の捕集流路９６２は、実質的に反応空間の全長ａにわたって延在する。捕集流路は、真空ポンプ９６０に達する排気ライン９６１と流体連通する。矢印１１０３は、シャワーヘッド流路９７３から捕集流路９６２、および捕集流路９６２から排気ライン９６１までの不活性ガスの流れを示す。
【００８５】
図１２は、一実施例による、別の前駆体の暴露期において動作中の図９〜１１の堆積反応器を示している。パルス弁９２３は開かれる。ＴＭＡ前駆体の前駆体蒸気は、送給ライン９４３を介して処理チャンバに流入し、開孔部９８３を介して反応空間９３０に流入する。前駆体蒸気は反応空間９３０内に充満し、ＡＬＤ成長メカニズムによって、基板ウェブ表面上の反応部位と反応する。パルス弁９２４は閉じられているため、不活性ガスのみが、開孔部９８４を介して反応空間に流入する。不活性ガス、ガス状の反応副産物（存在する場合）、および残留反応物分子（存在する場合）は、排気ライン９６１へ水平方向に流入し、最終的に真空ポンプ９６０に流入する。
【００８６】
堆積シーケンスは１回以上の連続的な堆積サイクルから成り、各サイクルは、少なくとも第１の前駆体暴露期（パルスＡ）、第１のパージステップ（パージＡ）、第２の前駆体暴露期（パルスＢ）、および第２のパージステップ（パージＢ）をこの順に含む。例えば、堆積させる材料が酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３である場合、ＴＭＡ前駆体を第１の前駆体（パルスＡ）として用い、水前駆体を第２の前駆体（パルスＢ）として用いてもよい。
【００８７】
成長させる材料の厚みは、ウェブの速度によって決定される。例えば、反応空間９３０の長さａが１００ｃｍで、堆積サイクルが、０.１秒のＴＭＡパルス、０.３秒のＮ２パージ、０.１秒のＨ２Ｏパルス、および０.５秒のＮ２パージから成る場合、サイクル時間全体は１秒となる。Ａｌ２Ｏ３の単層の厚みを約０．１ｎｍと推定した場合、以下の規則が適用される。
【００８８】
ウェブの速度が１ｃｍ／サイクルである場合、サイクル数は１００となる。サイクル時間全体は１.６６分となり、１０ｎｍのＡｌ２Ｏ３コーティングが堆積される。
ウェブの速度が０．５ｃｍ／サイクルである場合、サイクル数は２００となる。サイクル時間全体は３．３３分となり、２０ｎｍのＡｌ２Ｏ３コーティングが堆積される。
ウェブの速度が０．１ｃｍ／サイクルである場合、サイクル数は１０００となる。サイクル時間全体は１６．６６分となり、１００ｎｍのＡｌ２Ｏ３コーティングが堆積される。
【００８９】
図９〜１２は簡略化された図であるため、例えば、堆積反応器が備え得るヒータやその他の一般的な部品または要素は示していないが、それらの使用については認知されている。
【００９０】
図１３は、一実施例による、絞り板が設けられた図９〜１２の堆積反応器を示している。前述のように、基板ウェブはスリットを介して反応空間に導入され、同じくスリットを介して反応空間から送出される。図１３の実施形態は、前記スリットを形成する絞り板を示している。図１３の実施形態では、相互に隣接する２つの絞り板１３０１ａおよび１３０１ｂが、狭小空間９２０ａと反応空間９３０との間の境界面に設けられる。２枚の板の間には、基板ウェブ９５０が通過できる程度の隙間が設けられる。同様に、反応空間９３０と狭小空間９２０ｂとの間の境界面には、もう一組の絞り板１３０２ａおよび１３０２ｂが設けられる。絞り板は、板の間の空間（スリット領域）がウェブの移動方向に長くなるように、平行板であってもよい。
【００９１】
図１３の実施形態で用いられる構造と機能のその他の特徴については、前述の図９〜１２を参照して説明されている実施形態と、それらに関連する説明を参照されたい。
【００９２】
図１４は、一実施例による、堆積される材料の厚みを反応空間内の移動距離との相関関係で概略的に示している。この例では、図１３の実施形態と同様に、基板ウェブが絞り板１３０１ａおよび１３０１ｂによって形成された導入スリットを介して反応空間に入る。図１４の曲線と色の違いによって示されるように、基板ウェブが絞り板１３０２ａおよび１３０２ｂによって形成された送出スリットに向かって移動するにつれ、堆積される材料の厚みは徐々に成長する。この例では、ウェブの平均速度が１ｃｍ／サイクルで、反応空間の長さが１００ｃｍの場合、端部の厚みは１０ｎｍとなる。図１４の成長曲線は、基板ウェブが１０サイクルごとに１０ｃｍ移動したことを示している。ただし、他の実施形態では、各サイクルの完了後に基板ウェブを移動させたり、基板ウェブを連続的に移動させてもよい。
【００９３】
前駆体蒸気の反応空間への送給は、シャワーヘッド流路を介してまたは介さずに、反応空間の一方または両方の側部から行うことができる。代替実施形態では、前駆体蒸気の送給は、反応空間の基板ウェブ導入端部、または反応空間の基板ウェブ導入端部と基板ウェブ送出端部の両方から、送給ヘッドを用いて行うことができる。実施形態によっては、排気ラインと好適な捕集流路を、反応空間の送給部の反対側、反応空間の基板ウェブ送出端部、または反応空間の中間領域に適宜設けることができる。
【００９４】
図１５は、一実施例による、処理チャンバの基板ウェブ導入端部から前駆体蒸気を送給する堆積反応器を示している。反応器は、反応空間１５３０を提供する処理チャンバを備える。搬送元ロール１５５３は第１の狭小空間１５２０ａに設けられ、搬送先ロール１５５４は第２の狭小空間１５２０ｂに設けられる。 
【００９５】
第１のパルス弁１５２３は、第１の前駆体供給源１５１３から送給された第１の前駆体の前駆体蒸気の流れを制御し、第２のパルス弁１５２４は、第２の前駆体供給源１５１４から送給された第２の前駆体の前駆体蒸気の流れを制御する。第１の不活性ガス供給源１５０３は、第１の（搬送元）基板ウェブロール１５５３が収納される狭小空間１５２０ａと流体連通する。第２の不活性ガス供給源１５０４は、第２の（搬送先）基板ウェブロール１５５４が収納される狭小空間１５２０ｂと流体連通する。ただし、一部の実施例では、不活性ガス供給源１５０３および１５０４を単一の供給源として実装してもよく、またこれらの不活性ガス供給源は、前駆体蒸気送給ラインと流体連通してもよい。
【００９６】
基板ウェブ１５５０は、反応空間１５３０の基板ウェブ導入端部に設けられた導入スリット１５９３を介して、搬送元ロール１５５３から反応空間１５３０に搬送される。基板ウェブのトラックは、処理チャンバの上壁に沿うように配置される。ただし、他の経路や構造も用いることができる。ＡＬＤ堆積は、反応空間１５３０内で発生する。基板ウェブは、反応空間１５３０の基板ウェブ送出端部に設けられた送出スリット１５９４を介して、反応空間１５３０から搬送先ロール１５５４に搬送される。
【００９７】
第１の狭小空間１５２０ａと第２の狭小空間１５２０ｂは、反応空間１５３０内の圧力と比べて過剰圧領域となっている。過剰圧は、スリット１５９３および１５９４により、また不活性ガス供給源１５０３および１５０４から不活性ガスを過剰圧領域に送給することで維持される。
【００９８】
図１５に示すように、第２の前駆体の前駆体蒸気は、第２の前駆体暴露期において、基板ウェブ導入端部から反応空間に送給される。図１６にさらに詳しく示すように、前駆体蒸気は送給ヘッド１６０１によって送給される。図１６は、一実施例による、第２の前駆体蒸気暴露期における図１５の堆積反応器の上面図である。送給ヘッド１６０１は、実質的に反応空間１５３０の全幅にわたって延在してもよい。第１の前駆体暴露期において、第１の前駆体の前駆体蒸気は、基板ウェブ導入端部に設けられた、対応する送給ヘッド１６０２によって送給される。ただし、第２の前駆体暴露期においては、不活性ガスのみが、送給ヘッド１６０２から反応空間１５３０に導かれる。第２の前駆体暴露期において、第２の前駆体の前駆体蒸気は、（矢印１６１１が示すように）基板ウェブの表面に沿って基板ウェブの移動方向に流れ、反応空間１５３０の基板ウェブ送出端部に設けられた排気ライン１５６１に流入する。同様に、送給ヘッド１６０２から送給された不活性ガスは、（矢印１６１２が示すように）基板ウェブの移動方向に沿って流れ、反応空間１５３０の基板ウェブ送出端部に設けられた排気ライン１５６１に流入する。特定の実施例では、堆積反応器は、反応空間１５３０の基板ウェブ送出端部捕集流路１６６２を備える。図１６の捕集流路１６６２は、実質的に反応空間１５３０の全幅にわたって延在する。捕集流路１６６２は、真空ポンプ１５６０に達する排気ライン１５６１と流体連通し、反応空間１５３０から排出されたガスを捕集して排気ライン１５６１に送入し、最終的に真空ポンプ１５６０に送入する。
【００９９】
図１６は、堆積反応器の両端に設けられた扉１１４１ａおよび１１４１ｂも示しており、これらの扉を介して、搬送元ロール１５５３と搬送先ロール１５５４をロードおよびアンロードしてもよい。
【０１００】
図１７は、一実施例による、処理チャンバの側部から前駆体蒸気を送給する堆積反応器を示している。反応器は、反応空間１７３０を提供する処理チャンバを備える。搬送元ロール１７５３は第１の狭小空間１７２０ａに設けられ、搬送先ロール１７５４は第２の狭小空間１７２０ｂに設けられる。 
【０１０１】
第１のパルス弁１７２３は、第１の前駆体供給源１７１３から送給された第１の前駆体の前駆体蒸気の流れを制御し、第２のパルス弁１７２４は、第２の前駆体供給源１７１４から送給された第２の前駆体の前駆体蒸気の流れを制御する。第１の不活性ガス供給源１７０３ａは、第１の（搬送元）基板ウェブロール１７５３が収納される狭小空間１７２０ａ、および第１の前駆体供給源１７１３からの送給ラインと流体連通する。第２の不活性ガス供給源１７０３ｂは、狭小空間１７２０ａ、および第２の前駆体供給源１７１４からの送給ラインと流体連通する。第３の不活性ガス供給源１７０４は、第２の（搬送先）基板ウェブロール１７５４が収納される狭小空間１７２０ｂと流体連通する。ただし、一部の実施例では、不活性ガス供給源１７０３ａおよび１７０３ｂ、または不活性ガス供給源１７０３ａ、１７０３ｂおよび１７０４を、単一の供給源として実装してもよい。
【０１０２】
基板ウェブ１７５０は、反応空間１７３０の基板ウェブ導入端部に設けられた導入スリット１７９３を介して、搬送元ロール１７５３から反応空間１７３０に搬送される。基板ウェブのトラックは、処理チャンバの下壁に沿うように配置される。ただし、他の経路や構造も用いることができる。ＡＬＤ堆積は、反応空間１７３０内で発生する。基板ウェブは、反応空間１７３０の基板ウェブ送出端部に設けられた送出スリット１７９４を介して、反応空間１７３０から搬送先ロール１７５４に搬送される。
【０１０３】
第１の狭小空間１７２０ａと第２の狭小空間１７２０ｂは、反応空間１７３０内の圧力と比べて過剰圧領域となっている。過剰圧は、スリット１７９３および１７９４により、また不活性ガスを不活性ガス供給源１７０３ａ、１７０３ｂ、および１７０４から過剰圧領域に送給することで維持される。
【０１０４】
第１の前駆体の前駆体蒸気は、反応空間１７３０の側部から反応空間１７３０に送給される。図１８にさらに詳しく示すように、前駆体蒸気はシャワーヘッド流路１８７３を介して送給される。図１８は、一実施例による、第１の前駆体蒸気暴露期における図１７の堆積反応器の上面図である。シャワーヘッド流路１８７３は、実質的に反応空間１７３０の全長にわたって延在してもよい。第２の前駆体暴露期においては、第２の前駆体の前駆体蒸気は、反応空間１７３０の反対側から、対応するシャワーヘッド流路１８７４によって送給される。ただし、第１の前駆体暴露期においては、不活性ガスのみが、シャワーヘッド流路１８７４から反応空間１７３０に導かれる。第１の前駆体暴露期において、第１の前駆体の前駆体蒸気は、（矢印１７０３が示すように）基板ウェブの表面に沿って横断方向に流れた後、方向を変え、反応空間１７３０の基板ウェブ送出端部に設けられた捕集流路１７６２に向かって流れ、真空ポンプ１７６０によって吸引される。同様に、シャワーヘッド流路１８７４から送給された不活性ガスは、（矢印１７０４が示すように）基板ウェブの表面に沿って横断方向に流れた後、方向を変え、捕集流路１７６２に向かって流れる。図１８の捕集流路１７６２は、実質的に反応空間１７３０の全幅にわたって延在する。捕集流路１７６２は、真空ポンプ１７６０に達する排気ライン１７６１と流体連通し、反応空間１７３０から排出されたガスを捕集して排気ライン１７６１に送入し、最終的に真空ポンプ１７６０に送入する。
【０１０５】
図１８は、堆積反応器の両端に設けられた扉１１４１ａおよび１１４１ｂも示しており、これらの扉を介して、搬送元ロール１７５３と搬送先ロール１７５４をロードおよびアンロードしてもよい。
【０１０６】
前述のように、堆積反応器はスタンドアローン型装置であっても、生産ラインの一部であってもよい。図１９は、生産ラインの一部として設けられた堆積反応器を示している。
【０１０７】
堆積反応器の第１のパルス弁１９２３は、第１の前駆体供給源１９１３から送給された第１の前駆体の前駆体蒸気の流れを制御し、第２のパルス弁１９２４は、第２の前駆体供給源１９１４から送給された第２の前駆体の前駆体蒸気の流れを制御する。第１の不活性ガス供給源１９０３は、狭小空間１９２０ａと流体連通する。第２の不活性ガス供給源１９０４は、狭小空間１９２０ｂと流体連通する。ただし、一部の実施例では、不活性ガス供給源１９０３と不活性ガス供給源１９０４を単一の供給源として実装してもよく、またこれらの不活性ガス供給源は、前駆体蒸気送給ラインと流体連通してもよい。
【０１０８】
基板ウェブ１９５０は、前の処理段階から、第１の狭小空間１９２０ａ、および反応器の基板ウェブ導入側部に設けられた導入スリット１９９３を介して、堆積反応器の処理チャンバ１９３０に入る。ＡＬＤ堆積は、反応空間１９３０内で発生する。基板ウェブは、反応空間１９３０から送出スリット１９９４、および反応器の基板ウェブ送出側部に設けられた第２の狭小空間１９２０ｂを介して、生産ラインの次の処理段階に導かれる。
【０１０９】
第１の狭小空間１９２０ａと第２の狭小空間１９２０ｂは、反応空間１９３０内の圧力と比べて過剰圧領域となっている。過剰圧は、スリット１９９３とスリット１９９４により、また不活性ガスを不活性ガス供給源１９０３および１９０４から過剰圧領域に送給することで維持される。
【０１１０】
反応空間１９３０への前駆体蒸気の送給、および排気ライン１９６１を介した、反応空間１９３０から真空ポンプ１９６０へのガスの排出は、図１５と図１６の実施形態に関する説明、およびそれらに関連する説明と同様の仕組みで実施されてもよい。
【０１１１】
さらに別の実施形態では、過剰圧領域を省略してもよい。基板ウェブ１９５０は、第１の狭小空間１９２０ａを通過することなく、処理チャンバ１９３０に入ってもよい。生産過程で必要になった場合、この実施形態では、単純に処理チャンバへの入口と処理チャンバからの出口を、適切な寸法取りまたは密封により十分に狭小化すればよい。
【０１１２】
図２０は、さらに別の実施例による、堆積反応器の上面図である。堆積反応器は、第１の不活性ガス供給源２００３と第２の不活性ガス供給源２００４、第１の前駆体供給源２０１３と第２の前駆体供給源２０１４、および第１のパルス弁２０２３と第２のパルス弁２０２４を備える。不活性ガス供給源２００３および２００４は、ロール２０５３および２０５４が設けられた狭小空間（過剰圧領域）２０２０ａおよび２０２０ｂと流体連通する。ロールは扉２０４１ａおよび２０４１ｂからロードおよびアンロードすることができる。基板ウェブ２０５０は、処理チャンバ２０３０とスリット２０９３および２０９４（ここでは絞り板を用いる）を介してロールからロールへと搬送され、その途中、処理チャンバ２０３０でＡＬＤ処理される。図２０の実施形態で用いられる構造と機能の基本的な特徴については、前述の実施形態を参照されたい。前述の実施形態と異なるのは、反応空間内の（前駆体蒸気の送給経路となる）シャワーヘッド流路である。第１の前駆体の前駆体蒸気を送給するように構成された第１のシャワーヘッド流路は、所望の材料成長方向に沿って処理チャンバ２０３０内に延在する。第１のシャワーヘッド流路は、基板ウェブの両側（所望の材料成長方向）に少なくとも１つの開孔部を有する。同様に、第２の前駆体の前駆体蒸気を送給するように構成された第２のシャワーヘッド流路２０７４は、所望の材料成長方向に沿って処理チャンバ２０３０内に延在する。第２のシャワーヘッド流路２０７４は、基板ウェブの両側に、少なくとも１つの開孔部２０８４ａおよび２０８４ｂを有する。真空ポンプ２０６０への排気は、処理チャンバの下部にある、処理チャンバ（反応空間）２０３０の中間領域で行われる。
【０１１３】
図２１は、一実施例による、一度に複数のロールへの堆積を実施する堆積反応器の上面図である。各ロールは、処理チャンバへの入口を個別に有する。第１のシャワーヘッド流路２１７３と第２のシャワーヘッド流路２１７４は、所望の材料成長方向に沿って処理チャンバ内に延在する。シャワーヘッド流路は、各基板ウェブの両側に、少なくとも１つの開孔部を有する。図２１の実施形態で用いられる構造と機能の基本的な特徴については、図２０とそれに関連する説明を参照されたい。
【０１１４】
図２２は、一実施例による、薄型反応器の構造を示している。堆積反応器は、第１の不活性ガス供給源と第２の不活性ガス供給源（図示せず）、第１の前駆体供給源２２１３と第２の前駆体供給源２２１４、および第１のパルス弁２２２３と第２のパルス弁２２２４を備える。不活性ガス供給源は、ロール２２５３および２２５４が設けられた狭小空間（過剰圧領域）２２２０ａおよび２２２０ｂと流体連通（図示せず）する。基板ウェブ２２５０は、処理チャンバ２２３０を介してロールからロールへと搬送され、その途中、処理チャンバ２２３０でＡＬＤ処理される。前駆体蒸気は、処理チャンバ２２３０の基板ウェブ導入端部から送給される。真空ポンプ２２６０へ向かう排気ライン２２６１は、処理チャンバ２２３０の基板ウェブ送出端部に設けられる。図２２の実施形態で用いられる構造と機能の基本的な特徴については、前述の実施形態を参照されたい。前述の実施形態と異なるのは、処理チャンバ２２３０である。この実施形態では、スリットが第１の狭小空間２２２０ａから第２の狭小空間２２２０ｂまで、その全体にわたって延在する。したがって、このスリットが薄型処理チャンバ２２３０を形成する。
【０１１５】
図２３は、一実施例による、複数のロールへの堆積を実施する薄型反応器の構造を示している。各ロールは、処理チャンバ２３３０への導入スリット２３９３と、処理チャンバ２３３０からの送出スリット２３９４を個別に有する。搬送元ロールは第１の狭小空間（過剰圧領域）２３２０ａに設けられ、搬送先ロールは第２の狭小空間（過剰圧領域）２３２０ｂに設けられる。図２３に示す実施形態では、スリット２３９３および２３９４の外側が、薄型処理チャンバ壁の外側部２３３１ａおよび２３３１ｂを形成する。図２３の実施形態で用いられる構造と機能の基本的な特徴については、図２２とそれに関連する説明を参照されたい。
【０１１６】
基板ウェブが（所望の材料成長方向に沿って）処理チャンバ壁付近を移動する前述の実施形態は片面堆積に適しており、基板が処理チャンバまたは反応空間の中央領域内を移動する実施形態は両面堆積に適している。
【０１１７】
図２４は、一実施例による、両面コーティングを示している。基本的に、図２４に示す堆積反応器は、図１５の堆積反応器に対応している。図１５で既に示されている図２４の特徴については、図１５とそれに関連する説明を参照されたい。基板ウェブが処理チャンバの上壁付近を移動する図１５の実施形態とは異なり、図２４の実施形態における基板ウェブは、処理チャンバまたは反応空間１５３０の中央領域に沿って移動する。堆積反応器は、基板ウェブ表面の両側に、各前駆体の前駆体蒸気送給ヘッド２４７５を備え、それらを両面堆積に用いる。
【０１１８】
特定の実施例では、処理チャンバまたは反応空間における、基板ウェブのトラックの配置を調整することができる。トラックの配置は、実施時の要件に基づいて調整してもよい。例えば、処理チャンバ（または反応空間）に対して、導入スリットと送出スリットの配置を調整することで、トラックの配置を調整してもよい。前述のように、両面堆積の場合、基板ウェブは処理チャンバの中央領域内を移動し、片面堆積の場合、基板ウェブは処理チャンバ壁付近を移動することとしてもよい。図２５は、片面堆積を実施する堆積反応器と、その具体的な詳細を示している。基本的に、図２５の堆積反応器は、図１５の堆積反応器に対応している。基板ウェブ１５５０は、処理チャンバの第１の（ここでは上方の）壁付近を移動する。不活性ガスは、不活性ガス供給源２５０５（不活性ガス供給源１５０３および／または１５０４と同じまたは異なる供給源であってもよい）から、基板ウェブの裏面（すなわち、コーティングされない側または面）と第１の壁との間の空間に送給される。不活性ガスは、基板ウェブの裏面と第１の壁との間の空間内に充満する。これにより、不活性ガスがシールド領域を形成する。基板ウェブの他方の面は、逐次的な自己飽和性表面反応によってコーティングされる。実際の反応空間は、コーティングされる面と処理チャンバの第２の壁（第１の壁の反対側）との間の領域内に形成される。反応性ガスは、実質的にシールド領域には流入しない。これは、シールド領域に不活性ガスが流入しているため、また基板ウェブ自体がウェブの片面から裏面への流れを防ぐためである。
【０１１９】
一実施例では、本明細書で説明された堆積反応器（または反応器）は、コンピュータによって制御されるシステムである。システムのメモリに格納されたコンピュータプログラムは命令から構成され、システムの少なくとも１つのプロセッサにより実行された際に、堆積反応器を命令どおりに動作させるものである。命令は、コンピュータ可読プログラムコードであってもよい。図２６は、堆積反応器制御システム２６００の概略ブロック図である。システムの基本的な設定プロセスでは、ソフトウェアの補助によってパラメータをプログラム化し、ヒューマンマシンインタフェース（ＨＭＩ）端末２６０６を用いて命令を実行し、イーサネット（登録商標）・バスなどの通信バス２６０４を介して制御ボックス２６０２（制御装置）に命令をダウンロードする。一実施形態では、制御ボックス２６０２は汎用プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）を備える。制御ボックス２６０２は、メモリに格納されたプログラムコードにより構成される制御ボックスソフトウェアを実行する少なくとも１つのマイクロプロセッサと、動的および静的メモリ、Ｉ／Ｏモジュール、Ａ／ＤおよびＤ／Ａ変換器、およびパワーリレーを備える。制御ボックス２６０２は、堆積反応器の適切な弁の空気圧式制御器に電力を送る。制御ボックスは、駆動装置、真空ポンプ、および任意のヒータの動作を制御する。制御ボックス２６０２は、適切なセンサから情報を受け取り、通常は堆積反応器の動作全体を制御する。制御ボックス２６０２は、原子層堆積反応器で、基板ウェブを第１のロールから反応空間を介して第２のロールに搬送する工程を制御する。制御ボックスは、ウェブの速度を調整することで、堆積される材料の成長、すなわち材料の厚みを制御する。さらに制御ボックス２６０２は、反応空間を時間的に分断された前駆体パルスに暴露し、材料を逐次的な自己飽和性表面反応によって前記基板ウェブに堆積させる工程を制御する。制御ボックス２６０２は、プローブの読み取り値を測定し、堆積反応器からＨＭＩ端末２６０６に伝達してもよい。点線２６１６は、堆積反応器の部品と制御ボックス２６０２との境界線を示している。
【０１２０】
特許請求項の範囲および解釈を制限することなく、本明細書で開示された１つ以上の実施例がもたらす、特定の技術的効果を以下に示す。技術的効果のひとつは、空間的ロールツーロールＡＬＤ反応器に比べて、より単純な構造を有することである。別の技術的効果は、堆積される材料の厚みが、ウェブの速度によって直接決定されることである。さらに別の技術的効果は、薄型処理チャンバの構造によって、前駆体の消費が最適化されることである。
【０１２１】
ここまで、本発明の特定の実装および実施形態の非限定例を用いて、発明者が現在考案する、本発明を実施するための最良の形態について、その完全かつ有益な説明を提供した。ただし、本発明は前述の実施形態の詳細に限定されることなく、他の実施形態においても、本発明の特徴から逸脱しない範囲で、同等の手段を用いて実装できることは、当業者にとって明らかである。
【０１２２】
さらに、開示された前述の実施形態の一部の特徴は、対応する他の特徴を用いることなく有利に用いられてもよい。すなわち前述の説明は、本発明の原理を説明するための例に過ぎず、それを限定するものではないと捉えるべきである。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求項によってのみ制限される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図２６】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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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２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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