(57)【要約】  基板上に原子層を堆積させる方法。本方法は、回転可能ドラムの一部でありうる堆積ヘッドの前駆体ガス供給部から前駆体ガスを供給することを含む。前駆体ガス供給部から基板に向けて前駆体ガスが提供される。本方法は、基板に沿って堆積ヘッドを回転させることにより前駆体ガス供給部を移動させることをさらに含み、一方で基板は回転するドラムに沿って移動させられる。本方法は、回転軌道の第一部分にわたり前駆体ガス供給部から基板に向けて前駆体ガスを供給することと；回転軌道の第二部分にわたり前駆体ガス供給部から前駆体ガスを供給することを中断することとの間で切替えることをさらに含む。
2014524515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（４）上に原子層を堆積させる方法であって、
‐  堆積ヘッド（６）に含まれる前駆体ガス供給部（８）から前記基板に向けて前駆体ガス（１０８）を供給することであって；前記前駆体ガス供給部が、ガス源（１０８’）からガスを受け取る、前記供給することと、
‐  原子層を形成するために、前記前駆体ガスを前記基板の付近、例えば上で反応させることであって；
・  前記堆積ヘッドは、前記原子層を堆積させることの間に前記基板に少なくとも部分的に面する出力フェースを有し；
・  前記出力フェースは、前記前駆体ガス供給部が提供され、前記基板の移動経路を画成する実質的に丸みを帯びた形状を有する；
前記反応させることと
を含み、前記方法が、
‐  前記前駆体ガスを供給しながら回転軌道（６２）に沿って前記堆積ヘッドを回転させることにより前記基板に沿って前記前駆体ガス供給部を移動させることであって；これにより原子層の積層を堆積させる、前記移動させることと；
‐
・  前記回転軌道の第一部分（Ｔ１）にわたり前記基板に向けて前記前駆体ガス供給部から前記前駆体ガスを供給することと；
・  前記回転軌道の第二部分（Ｔ２）にわたり前記前駆体ガス供給部から前記前駆体ガスを供給することを中断することと；
の間で切替えることであって、前記前駆体ガス供給部を供給することと中断することと間で前記切替えることが、前記前駆体ガス供給部が前記回転軌道の前記第一部分から前記第二部分へと回転する際に、前記ガス供給部と前記ガス源との間のガス流路内に設けられた一つ以上のバルブにより提供される、前記切替えること
をさらに含む、前記方法。
【請求項２】
‐  前記回転軌道の前記第一部分にわたり、前記原子層を前記堆積させることのために前記基板が前記出力フェースに近接しており；
‐  前記回転軌道の前記第二部分にわたり、前記基板が前記出力フェースから除去されまたは離れており；
‐  前記中断することが、前記回転軌道の前記第二部分にわたる前記前駆体ガスの漏れを防止するために前記前駆体ガス供給部を通る前駆体ガス流を向け直すことまたはオフに切替えることにより提供される、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
‐  前記ガス供給部が、ドラムの表面の少なくとも一部を密閉する密閉片を介して前記ガス源からガスを受け取る前記ドラムに含まれ；
‐  前記ドラムは、前記密閉片に対して回転可能であり；
‐  前記ドラムまたは密閉片の一方が、一つ以上のガス出口／入口を含み；
‐  前記ドラムまたは密閉片の他方が、前記ドラムまたはカバー構造体の前記一方により密閉されたその表面内に一つ以上の円周溝を含み；
‐  前記前駆体ガス供給部から前記基板に向けて前記前駆体ガスを供給することの間に、前記ガス出口／入口が前記密閉された溝と対向しており、前記ガス流路の一部が前記密閉された溝により形成される
先行請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
前記回転軌道の前記第二部分にわたり前記前駆体ガス供給部から前記前駆体ガスを供給することを中断することの間に、前記ガス流路が前記ドラムまたは密閉片の前記他方の表面により中断されることによりバルブシステムとして働くように、前記密閉された円周溝が、前記回転軌道の前記第一部分に沿って延び、前記回転軌道の前記第一部分と第二部分との間で終了する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
‐  前記バルブが、前記回転軌道に沿って印加される固定磁場の極性により開位置と閉位置との間で制御され；
‐  前記前駆体ガス供給部が前記回転軌道の前記第一部分と第二部分との間を回転する際に前記バルブを前記開状態と閉状態との間で切替えるために、前記磁場が前記回転軌道の前記第一部分と第二部分との間で極性を変える
先行請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記ガス供給部が、相対回転部分を含むガス流路を介して固定ガス源からガスを受け取るドラムに含まれ；前記相対移動部分の間の開口部を通じた前記前駆体ガスの漏れが、前記前駆体ガスより高い圧力を有する前記開口部のまわりに提供されるパージガスにより防止される、先行請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記相対回転部分が、二つ以上の同心チューブを含み、前記前駆体ガスが内側チューブを通じてフィードされ、前記パージガスが外側チューブを通じてフィードされる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記パージガスが、前記ドラムを回転させるためのベアリングガスとしてさらに使用される、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記パージガスが、二つ以上の前駆体ガス供給部の間のガスカーテンとしてさらに使用される、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
基板（４）上に原子層を堆積させる装置であって、
‐  使用時に前記基板に少なくとも部分的に面し、前記基板に向けて前駆体ガス（１０８）を供給するための前駆体ガス供給部（８）が提供された出力フェースを有する、堆積ヘッド（６）であって、
・  前記出力フェースが、前記基板の移動経路を画成する実質的に丸みを帯びた形状を有する
前記堆積ヘッド（６）
を含み、前記装置が、
‐  前記堆積ヘッドを回転可能に装着するためのマウント（１０）
をさらに含み、
‐  前記前駆体ガス供給部を前記基板に沿って移動させるために前記堆積ヘッドを回転させるために設けられたドライバ；
を含み、
‐  前記堆積ヘッドが、原子層を形成するために前記供給された前駆体ガスを前記基板の付近、例えば上で反応させるために構築されており；こうして前記装置が、前記前駆体ガス供給部を回転軌道に沿って移動させながら原子層の積層を堆積させるために設けられており；前記装置が、
‐  ガス流路を介して前記前駆体ガス供給部に前駆体ガスを提供するためのガス源（１０８’）と；
‐  ガス切替え構造体であって、
・  前記回転軌道の第一部分にわたり前記前駆体ガス供給部から前記基板に向けて前記前駆体ガスを供給することと
・  前記回転軌道の第二部分にわたり前記前駆体ガス供給部から前記前駆体ガスを供給することを中断することと
の間で切替えるために設けられ構築された前記ガス切替え構造体と
を含み、
前記ガス切替え構造体が、バルブおよびバルブ制御手段を含み、
‐  前記バルブが、前記ガス流路を通る前記ガス流に影響を与えるために設けられ；
‐  前記バルブ制御手段が、前記回転軌道の前記第二部分にわたり前記ガス供給部への前記ガス流を中断すべくまたは向け直すべく前記バルブを制御するために設けられる
前記装置。
【請求項１１】
‐  前記ガス供給部が、ドラムの表面の少なくとも一部を密閉する密閉片を介して前記ガス源からガスを受け取る前記ドラムに含まれ；
‐  前記ドラムが、前記密閉片に対して回転可能であり；
‐  前記ドラムまたは密閉片の一方が、一つ以上のガス出口／入口を含み；
‐  前記ドラムまたは密閉片の他方が、前記ドラムまたはカバー構造体の前記一方により密閉されたその表面内に一つ以上の円周溝を含み；
‐  前記密閉された溝が、前記回転軌道の前記第一部分にわたり前記ガス出口／入口に対向していることにより前記ガス経路の一部を形成するように設けられる
請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記回転軌道の前記第二部分にわたり前記前駆体ガス供給部から前記前駆体ガスを供給することを中断することの間に、前記ガス流路が前記ドラムまたは密閉片の前記他方の表面により中断されることによりバルブシステムとして働くように、前記密閉された円周溝が、前記回転軌道の前記第一部分に沿って延び、前記回転軌道の前記第一部分と第二部分との間で終了する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
‐  前記バルブがバルブ磁石を含み、前記バルブが、前記バルブ磁石に印加される外部磁場の極性に応じて開状態と閉状態との間で切替えるために設けられ；
‐  前記バルブ制御手段が、前記回転軌道の固定経路に沿って設けられた制御磁石であって、前記前駆体ガス供給部が前記回転軌道の前記第一部分と第二部分との間を回転する際に前記バルブを前記開状態と閉状態との間で切替えるために、前記回転軌道の前記第一部分と第二部分との間で反対の磁気極性を有する前記制御磁石を含む、
請求項１１または１２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に原子層、好ましくは原子層の積層を堆積させる方法に関し、この方法は、堆積ヘッドに含まれる前駆体ガス供給部から基板に向けて前駆体ガスを供給することを含む。本発明は、基板上に原子層を堆積させる装置にも関し、この装置は、基板に向けて前駆体ガスを供給するための前駆体ガス供給部を有する堆積ヘッドを含む。本発明は、原子層の積層にも関する。
【背景技術】
【０００２】
原子層堆積は、ターゲット材料の単分子層を堆積させる方法として公知である。原子層堆積には少なくとも二つの連続的プロセスステップ（すなわち半サイクル）が必要である点で、原子層堆積は例えば化学蒸着と異なる。これらの自己制限されたプロセスステップの第一ステップは、基板表面上の前駆体ガスの印加を含む。これらの自己制限されたプロセスステップの第二ステップは、ターゲット材料の単分子層を形成するための前駆体材料の反応を含む。原子層堆積は、理想的でなくても優れた層厚制御を可能にする利点がある。しかし、原子層は基本的に薄い。その結果、約１０ナノメートルより大きなある厚みを有する層を堆積させるための原子層堆積の応用は、そのような層厚を得るために多数の原子層が積層されることが必要となるため通常かなり時間がかかる。
【０００３】
国際公開第２００７／１０６０７６号は、基板がドラム上に装着される原子層堆積の方法を記載する。このドラムは、前駆体ガスを供給するノズルに沿って回転させられる。このようにして、複数層の原子層がかなり短時間で堆積されうる。しかし、国際公開第２００７／１０６０７６号の方法は、ドラムの円周以下の長さを有する基板にのみ適用されうるにとどまる。加えて、ドラム上に基板を装着するために必要な時間は、基板をノズルに沿って急速に回転させることにより稼いだ時間を少なくとも部分的にまたは完全にも打ち消しうる。
【０００４】
米国特許第２０１１／００７６４２１号は、薄膜を内部に堆積させる予定のチューブ内に挿入されうる蒸着反応器を記載する。チューブを固定して、蒸着反応器が回転させられうる。基板が蒸着反応器の円周の一部のみをカバーしている間に蒸着反応器を回転させることは、反応物の漏れにつながりうる。
【０００５】
本発明の発明者らによる欧州特許第２３６０２９３号は、基板上に原子層を堆積させる方法を開示する。この方法には、回転可能ドラムの一部でありうる堆積ヘッドの前駆体ガス供給部から前駆体ガスを供給することが含まれる。前駆体ガス供給部から基板に向けて前駆体ガスが供給される。この方法は、回転するドラムに沿って移動させられる基板に沿って堆積ヘッドを回転させることにより前駆体ガス供給部を移動させることをさらに含む。欧州特許第２３６０２９３号においては、前駆体ガスが外部環境へ漏出することを防止するために、密閉要素が提供される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
既知の方法の問題の一つ以上に少なくとも部分的に対処する原子層を堆積させる方法を提供することが、本発明の目的である。
【０００７】
したがって本発明は、原子層、好ましくは原子層の積層を、例えばフレキシブルまたはリジッド基板上に堆積させる方法を提供し、この方法は、堆積ヘッドに含まれる前駆体ガス供給部から、好ましくは複数の前駆体ガス供給部から基板に向けて前駆体ガスを供給することを含み、原子層を形成するために前駆体ガスを基板付近、例えば基板上で反応させることを含み、前駆体ガスを供給しながら回転軌道に沿って堆積ヘッドを回転させることにより前駆体ガス供給部を基板に沿って移動させることを含み、回転軌道の第一部分にわたり前駆体ガス供給部から基板に向けて前駆体ガスを供給することと；回転軌道の第二部分にわたり当該前駆体ガス供給部から前駆体ガスを供給することを中断することとの間で切替えることをさらに含む。
【０００８】
このようにして、前駆体ガス供給部および／または基板を連続的に移動（例えば回転または旋回）させながら、原子層の積層が堆積されうる。その結果、原子層の堆積速度が上昇させられうる。さらに、前駆体ガスを供給することと中断することとの間で切替えることにより、例えば基板が出力フェースから除去されまたは離れているときの、回転軌道の第二部分にわたる前駆体ガスの望ましくない漏れが防止されうる。
【０００９】
一実施形態では、堆積ヘッドは、前駆体ガスを供給しながら一方向に連続的に回転させられうる。したがって、原子層の積層を堆積させる際に前駆体ガス供給部および／または基板を往復移動させることが回避されうる。このようにして、往復運動に付き物の前駆体ヘッドおよび／または基板の折り返しが防止されうる。これは、より高速の堆積速度、および／または例えば堆積ヘッドのターニングポイントの継目がないことからより均一な原子層堆積につながりうる。
【００１０】
別の実施形態では、堆積ヘッドが、前駆体ガスを供給しながら往復運動で回転させられうる。例えば堆積ヘッドがまず前駆体ガスを供給しながら一方向へ移動させられてから、前駆体ガスを供給しながら別の方向に移動させられる。この実施形態の利点は、堆積プロセスにおけるより高いフレキシビリティであり得、例えばより少量の前駆体ガス供給が必要とされうる。
【００１１】
米国特許第２００９／００８１８８５Ａ１号は、前駆体ガスを供給しながら堆積ヘッドを回転させることにより前駆体ガス供給部を基板に沿って移動させることを開示していないことに注意されたい。米国特許第２００９／００８１８８５Ａ１号は、こうして前駆体ガス供給部を一方向に連続的に移動（例えば回転）させながら原子層の積層が堆積されることも開示していない。米国特許第２００９／００８１８８５Ａ１号に開示される装置は、前駆体ガスを供給しながら前駆体ガス供給部を一方向に連続的に回転させることに適さない。
【００１２】
基板は、フレキシブル基板またはリジッド、すなわち非フレキシブル基板でありうる。フレキシブル基板を使用することは、回転する堆積ヘッドと上手く組み合わせられる。このようなフレキシブル基板は、回転する堆積ヘッドのまわりに基板を案内することを促進する、基板を曲げることを可能にする。
【００１３】
一実施形態では、本方法は、前駆体ガスを基板に向けて供給することの後および／またはこれと同時に基板を前駆体ガス供給部に沿って移動させることを含む。基板に向けて前駆体ガスを供給することの後に基板を前駆体ガス供給部に沿って移動させることは、積層された層が基板上に堆積された相互に孤立した領域の堆積を可能にする。基板に向けて前駆体ガスを供給することと同時に基板を前駆体ガス供給部に沿って移動させることは、互いに対してオフセットされた、すなわち部分的に重なり合う原子層から築かれるある程度連続した積層された層を可能にする。このようにして、基板に対して垂直に延びる原子層の縁の間の継目が実質的に防止されうる。基板に対する前駆体ガス供給部の並進速度は、時間的に一定または時間的に変化させられうる。
【００１４】
一実施形態では、原子層を堆積させることの間には、前駆体ガス供給部の並進速度は基板の並進速度より大きく、および／またはこれと反対に向けられる。これは、原子層の堆積速度をさらに上昇させる。例えば前駆体ガス供給部の並進速度の絶対値は、基板の並進速度の絶対値より少なくとも５倍、少なくとも１０倍、少なくとも２０倍、少なくとも５０倍、少なくとも１００倍、少なくとも５００倍、少なくとも１０００倍、少なくとも５０００倍、および／または少なくとも１００００倍大きくなりうる。一実施形態では、前駆体ヘッドが基板表面に沿って移動し、したがって任意の所望の数の層を堆積させる間に、基板が非常にゆっくり移動させられまたは静止して保持されうる。前駆体ガス供給部の並進速度が、任意に基板の並進速度の方向に向けられうることは明らかであろう。
【００１５】
一実施形態では、前駆体ガス供給部は、堆積ヘッドの軸方向に沿ってまたはこれに対して傾けられて細長い形に成形され、前駆体ガス供給部および／または基板が、回転するヘッドの移動により画成される軸方向に対して横断方向に移動させられる。軸方向に沿ってまたはこれに対して傾けられて形成されるこのような細長い前駆体ガス供給部は、基板上の原子層の一様な堆積を可能にすることができる。
【００１６】
一実施形態では、堆積ヘッドは、原子層を堆積させることの間に少なくとも部分的に基板に面する出力フェースを有し、この出力フェースには前駆体ガス供給部が提供される。したがって前駆体ガス供給部は、湾曲した出力フェースに沿って、堆積ヘッドの回転軸に沿ったまたはこれに対して傾けられた方向に延びうる。
【００１７】
一実施形態では、出力フェースは、基板の移動経路を画成する実質的に丸みを帯びた、典型的には実質的に円筒もしくは円錐、例えば截頭円錐の形状、および／または円錐台の形状を有する。したがって、出力フェースは実質的に円筒、円錐、または円錐台の形状を有しうる。このような出力フェースは、使用時に前駆体ヘッドと基板との間にある程度一定の分離距離を維持することを可能にするため、回転する前駆体ヘッドと上手く組み合わせられる。
【００１８】
米国特許第２００７／０２８１０８９Ａ１号は、原子層を堆積させることの間に少なくとも部分的に基板に面し、前駆体ガス供給部が提供され、基板の移動経路を画成する実質的に丸みを帯びた形状を有する出力フェースを有する堆積ヘッドを開示していないことに注意されたい。米国特許第２００７／０２８１０８９Ａ１号は、堆積ヘッドの軸方向に沿ってまたはこれに対して傾けられて細長い形に成形された前駆体ガス供給部も開示しておらず、前駆体ガス供給部が湾曲した出力フェースに沿って、堆積ヘッドの回転軸に沿ったまたはこれに対して傾けられた方向に延びうることも開示していないことにも注意されたい。代わりに米国特許第２００７／０２８１０８９Ａ１号は、出力フェースおよび前駆体ガス供給部が、軸方向および回転軸に対して垂直に延びる装置を開示する。これは、基板上の一様な堆積を妨げる。例えば、回転軸の付近の堆積は、回転軸からさらに遠くの堆積と異なる。さらに、回転軸の位置では堆積が一切不可能である。その結果、米国特許第２００７／０２８１０８９Ａ１号では、出力フェースのエリアの半分未満だけにわたり基板が移動させられる。
【００１９】
一実施形態では、前駆体ガス供給部に沿って基板を移動させることは、基板を堆積ヘッドのまわり、好ましくは堆積ヘッドの出力フェースのまわりに好ましくは少なくとも一周または一周未満移動させることを含む。回転する堆積ヘッドのまわりに少なくとも一周移動させられる予定の基板の第一部分が、回転する基板のまわりを基板の第一部分より一周多く既に移動している基板の第二部分と並んで位置するのが好ましい。基板の第一および第二部分が、基板の第一および第二部分に沿って基板の移動方向に対して横断して向けられた同じラインに沿って延びるのが好ましい。このようにして、回転する前駆体ガス供給部が使用時に常に基板に面しうる。その結果、前駆体ガスの漏れが実質的に防止されうる。したがって本実施形態では、基板が堆積ヘッドに向かって移動し到達する位置の付近および／または基板が堆積ヘッドを離れて後にする位置の付近で生じうる漏れの問題（汚染および粒子を生じる前駆体の望ましくない反応をもたらしうる）が、少なくとも部分的に解決されうる。基板が堆積ヘッドのまわりに提供される回数は必ずしも整数ではないことに注意されたい。
【００２０】
一実施形態では、本方法は、基板の第一部分と第二部分との間のギャップから漏れた前駆体ガスを排出することを含む。
【００２１】
一実施形態では、前駆体ガス供給部に沿って基板を移動させることは、堆積ヘッドのまわりで螺旋経路に沿って基板を移動させることを含む。堆積ヘッドは、回転可能ドラムの一部でありうる。ドラムは、堆積ヘッドが取り付けられた回転可能ホイールを含みうる。基板は、螺旋経路に沿って堆積ヘッドのまわりおよび／またはドラムのまわりに少なくとも一周移動させられうる。このようにして、好ましくは螺旋経路に沿って対向する側面の間の基板エリアのほぼ全体にわたり一様な層を提供するために、回転する前駆体ガス供給部が使用時に常に基板に面しうることが実現されうる。具体的には、基板が螺旋経路構成に配置され、対向する基板側面の間の移行部として細隙が全く形成されずまたは非常に狭い細隙が形成されるにとどまるように対向する基板側面が向かい合っていればよい。このようにして、漏れが実質的に防止および／または実質的に最小化されうる。
【００２２】
一実施形態では、基板は、前駆体ガス供給部全体に実質的に面する。したがって使用時には、回転する前駆体ガス供給部が常に基板に面しうる。
【００２３】
一実施形態では、本方法は、基板が堆積ヘッドに面する位置以外で堆積ヘッドに面するカバーにより前駆体ガスを閉じ込めることを含む。カバーにより、本方法の実行に用いられうる装置の外部環境への前駆体ガスの流れが実質的に妨げられ、または防止されることもできる。カバーは、基板の第一部分と第二部分との間のギャップに沿っておよび／またはキャップ内に延びうる。
【００２４】
一実施形態では、本方法は、基板と回転する堆積ヘッドとの間の分離距離を維持することを含む。このようにして、基板と回転する堆積ヘッドとの間の機械的接触が防止されうる。その結果、前駆体ガス供給部の並進速度は、基板の並進速度より大きくおよび／またはこれと反対に向けられうる。分離距離は、分離ヘッドの円周の少なくとも一部および好ましくは全部のまわりで実質的に一定であるのが好ましい。
【００２５】
一実施形態では、本方法は、キャリヤに基板を取り付けることと、このキャリヤを前駆体ガス供給部に沿って移動させることとを含む。キャリヤにより、基板と回転する堆積ヘッドとの間の分離距離が維持されうる。その結果、基板と回転する堆積ヘッドとの間の機械的接触が防止されうる。キャリヤは、メッシュを含むのが好ましい。
【００２６】
一実施形態では、本方法は、出力フェースと共形であり出力フェースに面するガイドの輸送フェースに沿って、ガイドのまわりでキャリヤを移動させることを含む。共形の輸送フェースにより、出力フェースの少なくとも一部にわたり分離距離が実質的に一定に保たれうる。
【００２７】
一実施形態では、本方法は、基板と堆積ヘッドとを分離するガスベアリング層を形成するために、堆積ヘッドと基板との間にベアリングガスを供給することを含む。このようにして、回転する堆積ヘッドと基板との間のある程度狭い分離距離が維持されうる。分離距離は、例えば最大２００マイクロメートル、最大１００マイクロメートル、最大１５マイクロメートル、または最大１０マイクロメートル、例えば約５マイクロメートルでありうる。同時に、分離距離は、少なくとも３マイクロメートル、少なくとも５マイクロメートル、または少なくとも１０マイクロメートルでありうる。このような小さな分離距離は、基板に向けて提供される余剰の前駆体ガスの量を減少させる。前駆体ガスの使用は通常生産コストを増加させうるため、これは価値がありうる。
【００２８】
一実施形態では、本方法は、堆積された前駆体材料をレーザにより選択的に処理することにより原子層を形成するために、前駆体ガスを基板付近、例えば基板上で反応させることを含む。このような選択的処理は、堆積された前駆体材料を選択的に処理するためにレーザを制御することを含みうる。レーザを選択的に制御することは、レーザの強度を選択的に制御すること、例えばラスタ型パターニングを提供するためにレーザをオンおよびオフにすることを含みうる。このような実施形態では、相対速度と合わせてレーザ切替え時間が、例えば５０マイクロメートルまたはさらに小さい非常に小さな面内パターニング構造体を画成しうるピクセルグリッドを画成する。あるいは、レーザを選択的に制御することは、堆積された前駆体材料から離れるようにレーザのビームの向きを選択的に変えることを含みうる。このようにして、パターニングされた原子層が堆積されうる。例えば、企図されたパターンにより原子層が堆積される予定の基板の一部が反応ガス供給部に隣接するときには、レーザがオンにされうる。例えば、企図されたパターンにより原子層が堆積されない予定の基板の一部が反応ガス供給部に隣接するときには、レーザがオフにされうる。レーザは、堆積ヘッドに含まれる、例えば統合されるのが好ましい。
【００２９】
一実施形態では、本方法は、ガスベアリング層を提供するために堆積ヘッドのベアリングガス供給部から基板に向けてベアリングガスを供給することを含む。
【００３０】
一実施形態では、本方法は、堆積ヘッド内に画成されて基板に面する空洞内に前駆体ガス供給部により前駆体ガスを供給することと、前駆体ガスが空洞から逃げるのを実質的に防止するために堆積ヘッドの前駆体ガス排出部により空洞から前駆体ガスを排出することとを含み、この方法は、ベアリングガス供給部により空洞から距離をおいてベアリングガスを供給することをさらに含む。
【００３１】
このような空洞は、ガスベアリング層のプロセス条件と異なる空洞内のプロセス条件を適用することを可能にする。前駆体ガス供給部および／または前駆体ガス排出部は、空洞内に配置されるのが好ましい。ガスベアリング層、すなわちベアリングガス供給部の付近または隣接部では、分離距離は少なくとも３マイクロメートル、少なくとも５マイクロメートル、少なくとも１０マイクロメートル、および／または最大１５マイクロメートルでありうる。空洞内では、分離距離は最大５００マイクロメートル、最大２００マイクロメートル、最大１００マイクロメートル、最大５０マイクロメートル、および／または少なくとも２５マイクロメートルでありうる。したがって空洞内の分離距離は、２５マイクロメートルから最大５００マイクロメートルの範囲内でありうる。
【００３２】
この実施形態の特徴が、本明細書に記載の他の実施形態および／または特徴の一つ以上と任意に組み合わせて、より広く適用されうることを本発明者は認識した。したがって、基板上に原子層、好ましくは原子層の積層を堆積させる方法が提供され、この方法は、堆積ヘッドに含まれる前駆体ガス供給部、好ましくは複数の前駆体ガス供給部から基板に向けて前駆体ガスを供給することを含み、前駆体ガス供給部と基板との間の相対運動を実現することをさらに含み、この方法は、堆積ヘッド内に画成されて基板に面する空洞内に前駆体ガス供給部により前駆体ガスを供給することを含み、前駆体ガスが空洞から逃げるのを実質的に防止するために堆積ヘッドの前駆体ガス排出部により空洞から前駆体ガスを排出することを含み、この方法は、ベアリングガス供給部により空洞から距離をおいてベアリングガスを供給することをさらに含む。
【００３３】
この方法は、原子層を形成するために前駆体ガスを基板付近、例えば基板上で反応させることを含むのが好ましい。この方法は、光発電パネルまたはその一部の製造のために利用されるのが好ましい。原子層は、光発電パネルの一部またはその一部であるのが好ましい。例えば原子層は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）層等の物理パッシベーション層の一部でありうる。あるいは原子層は、ｍｅｄｉｕｍ‐ｋ酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）層と異なる層の一部でありうる。例えば原子層は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）層等の反射防止層の一部でありうる。この方法は、堆積された前駆体材料の単分子層をプラズマにさらさずに原子層を形成するために前駆体ガスを基板付近、例えば基板上で反応させることを任意に含みうる。前駆体ガス供給部および前駆体ガス排出部は、空洞内に配置されるのが好ましい。
【００３４】
一実施形態では、本方法は、原子層により基板の表面エネルギー（例えば疎水性）を変更するために用いられる。例えば紙または織物の表面エネルギーを変更するために、本方法が用いられうる。この変更の後に、例えば印刷またはフォトリソグラフィにより、例えば変更された表面エネルギーを有する基板上に層が加えられうる。このような方法には、原子層堆積により可能になりうる明確な表面エネルギーが利益となりうる。
【００３５】
一実施形態では、本方法は、堆積ヘッドの前駆体ガス排出部を通じて前駆体ガスを排出することを含む。
【００３６】
一実施形態では、出力フェースには、空洞、前駆体ガス排出部および／またはベアリングガス供給部が提供される。
【００３７】
一実施形態では、本方法は、基板上に原子層の積層を堆積させることを含み、前駆体ガス供給部と基板との間の相対往復運動を実現することを含み、この往復運動は、前駆体ガス供給部と基板との間で二つの後続の折り返し位置で運動方向を折り返させることを含み、この折り返し位置の間に堆積される原子層は、先に堆積された原子層に対してオフセットされる。このようにして、基板に対して横断方向に揃えられた複数の原子層の縁により形成される積層における継目の発生が実質的に防止されうる。これは、積層の強度だけでなく積層の物理的性質の均一性を高める。
【００３８】
本実施形態の特徴が、本明細書に記載の他の実施形態および／または特徴の一つ以上と任意に組み合わせて、より広く適用されうることを本発明者は認識した。したがって、基板上に原子層の積層を堆積させることを含み、前駆体ガス供給部と基板との間で例えば線形の相対往復運動を実現することをさらに含む方法が提供され、この往復運動は、前駆体ガス供給部と基板との間で二つの後続の折り返し位置または逆転位置で運動方向を折り返しまたは逆転させることを含み、この折り返し位置の間に堆積される原子層は、先に堆積された原子層に対してオフセットされる。
【００３９】
一実施形態では、折り返し位置の間に堆積される原子層の縁は、折り返し位置の間に堆積される原子層の主部分と比較して基板から異なる位置にある。
【００４０】
本方法は、本発明の装置により実行されるのが好ましい。
【００４１】
改良された原子層の積層を提供することが、本発明の別の目的である。
【００４２】
これに対して本発明は、本発明の方法により堆積される原子層の積層を提供する。
【００４３】
既知の装置の問題の一つ以上に少なくとも部分的に対処する、原子層を堆積させる装置を提供することが、本発明の別の目的である。
【００４４】
これに対して本発明は、例えばフレキシブルまたはリジッド基板上に原子層、好ましくは原子層の積層を堆積させる装置を提供し、この装置は、基板に向けて前駆体ガスを供給するための前駆体ガス供給部を有する、好ましくは複数の前駆体ガス供給部を有する堆積ヘッドを含み、この装置は、堆積ヘッドを回転可能に装着するため、好ましくは堆積ヘッドを含むドラムを装着するためおよび／または堆積ヘッドが装着されるホイールを装着するためのマウントをさらに含み、前駆体ガス供給部を基板に沿って移動させるべく堆積ヘッドを回転させるために設けられるドライバを含み；この堆積ヘッドは、前駆体ガス供給部を回転軌道に沿って連続的に移動させながら原子層を形成するために供給される前駆体ガスを基板付近、例えば基板上で反応させるために構築される。この装置は、ガス流路を介して前駆体ガス供給部に前駆体ガスを提供するためのガス源と；回転軌道の第一部分にわたり前駆体ガス供給部から基板に向けて前駆体ガスを供給することと；回転軌道の第二部分にわたり当該前駆体ガス供給部から前駆体ガスを供給することを中断することとの間で切替えるために設けられ構築されたガス切替え構造体とをさらに含む。
【００４５】
この装置は、ドラムおよび／またはホイールを任意に含む。したがってこの装置は、堆積ヘッドを含むドラムを任意に含み、堆積ヘッドを含むドラムを回転可能に装着するためにマウントが設けられる。この装置は、回転可能ドラムの少なくとも部分的に丸みを帯びた円周に沿って基板を移動させるために設けられるのが好ましい。
【００４６】
このような装置を用いて、前駆体ガス供給部および／または基板を一方向へ連続的に移動させながら原子層の積層が堆積されうる。したがって、原子層の積層を堆積させる際に前駆体ガス供給部および／または基板を往復移動させることが防止されうる。このようにして、往復運動に付き物の前駆体ヘッドおよび／または基板の折り返しが防止されうる。その結果、原子層の堆積速度が上昇させられうる。
【００４７】
一実施形態では、本装置は、前駆体ガスを基板に向けて供給することの後および／またはこれと同時に基板を前駆体ガス供給部に沿って輸送するために設けられた輸送器を含む。
【００４８】
一実施形態では、基板の並進速度より大きいおよび／またはこれと反対に向けられる前駆体ガス供給部の並進速度を実現および／または制御するようにドライバが適合される。これは、原子層の堆積速度をさらに上昇させうる。例えば前駆体ガス供給部の並進速度の絶対値は、基板の並進速度の絶対値より少なくとも５倍、少なくとも１０倍、少なくとも２０倍、少なくとも５０倍、少なくとも１００倍、少なくとも５００倍、少なくとも１０００倍、少なくとも５，０００倍、および／または少なくとも１０，０００倍大きい。ドライバは、前駆体ガス供給部の並進速度を制御するために設けられる駆動コントローラを含むのが好ましい。輸送器は、基板の並進速度を制御するために設けられる輸送コントローラを含むのが好ましい。前駆体ガス供給部の並進速度が、任意に基板の並進速度の方向に向けられうることは明らかであろう。
【００４９】
一実施形態では、基板に沿ってまたはこれに対して傾けられ、前駆体ガス供給部および／または基板の移動方向に対して横断して向けられた堆積ヘッドの軸方向に沿ってまたはこれに対して傾けられて細長い形に前駆体ガス供給部が成形される。したがってこの実施形態では、前駆体ガス供給部は、前駆体ガス供給部および／または基板の移動方向に対して横断方向にその最大寸法を有しうる。その結果、基板の実質的部分が原子層によりカバーされうる。したがってこの実施形態では、前駆体ガス供給部は、前駆体ガス供給部および／または基板の移動方向にその最小寸法を有しうる。このようにして、使用される前駆体ガスの量が実質的に最小化されうる。軸方向は、基板に沿って、基板の移動方向に対して垂直に向けられるのが好ましい。
【００５０】
一実施形態では、堆積ヘッドは、使用時に少なくとも部分的に基板に面する出力フェースを有し、前駆体ガス供給部が提供される。
【００５１】
一実施形態では、出力フェースは、基板の移動経路を画成する実質的に丸みを帯びた、典型的には実質的に円筒の形状を有する。このような出力フェースは、使用時に前駆体ヘッドと基板との間にある程度一定の分離距離を維持することを可能にするため、回転する前駆体ヘッドと上手く組み合わせられる。
【００５２】
一実施形態では、本装置は、例えばフレキシブル基板とのアセンブリにおいて提供され、基板が堆積ヘッドのまわり、好ましくは堆積ヘッドの出力フェースのまわりに少なくとも一周または一周未満提供される。使用時には、回転する堆積ヘッドのまわりに少なくとも一周移動させられる予定の基板の第一部分が、回転する基板のまわりを基板の第一部分より一周多く既に移動している基板の第二部分と並んで位置するのが好ましい。使用時には、基板の第一および第二部分が、基板の第一および第二部分に沿って基板の移動方向に対して横断して向けられた同じラインに沿って延びるのが好ましい。このようにして、回転する前駆体ガス供給部が使用時に常に基板に面しうる。その結果、特に基板が堆積ヘッドに向かって移動し到達する位置の付近および基板が堆積ヘッドを離れて後にする位置の付近で、前駆体ガスの漏れが実質的に防止されうる。基板が堆積ヘッドのまわりに提供される回数は、整数であっても整数でなくてもよい。
【００５３】
一実施形態では、装置には、基板の第一部分と第二部分との間のギャップを通じて漏れた前駆体ガスを排出するための漏洩ガス排出部が提供される。
【００５４】
一実施形態では、輸送器はガイドを含む。ガイドは、堆積ヘッドのまわりで螺旋経路に沿って基板を案内するように適合されうる。基板は、螺旋経路に沿って堆積ヘッドのまわりに少なくとも一周、好ましくは堆積ヘッドを有するホイールを含むドラムのまわりに少なくとも一周、提供されうる。このようにして、回転する前駆体ガス供給部が使用時に常に基板に面しうることが実現されうる。ガイドは、少なくとも一つ、例えば二つのキャプスタンを例えば含みうる。ガイド、例えばガイドの少なくとも一つのキャプスタンは、堆積ヘッドのまわりで螺旋経路に沿って基板を案内するように、堆積ヘッドの回転軸に対して傾けられた長さ軸を有するのが好ましい。
【００５５】
一実施形態では、使用時に基板は前駆体ガス供給部全体に実質的に面する。したがって使用時には、回転する前駆体ガス供給部が常に基板に面しうる。
【００５６】
一実施形態では、本装置は、前駆体ガスを閉じ込めるためのカバーを含み、このカバーは、堆積ヘッドの一部に面し、基板の部分の間に延びる。カバーにより、装置の外部環境への望ましくない前駆体ガスの流れが実質的に妨げられ、または防止されることもできる。カバーは、基板の第一部分と第二部分との間のギャップに沿っておよび／またはキャップ内に延びうる。
【００５７】
一実施形態では、本装置は、基板と回転する堆積ヘッドとの間の分離距離を維持するために設けられる。このようにして、基板と回転する堆積ヘッドとの間の機械的接触が防止されうる。その結果、前駆体ガス供給部の並進速度は、基板の並進速度より大きくおよび／またはこれと反対に向けられうる。分離距離は、堆積ヘッドの円周の少なくとも一部および好ましくは全部のまわりでほぼ一定であるのが好ましい。
【００５８】
一実施形態では、輸送器は、基板を取り付けるためのキャリヤを含み、輸送器は、堆積ヘッドに沿ってキャリヤを移動させるために設けられる。キャリヤにより、基板と回転する堆積ヘッドとの間の分離距離が維持されうる。その結果、基板と回転する堆積ヘッドとの間の機械的接触が防止されうる。キャリヤは、メッシュまたはグリッドを含むのが好ましい。
【００５９】
一実施形態では、出力フェースと共形であるガイドの輸送フェースに沿ってキャリヤをそのまわりで移動させるためのガイドが設けられうる。共形の輸送フェースにより、出力フェースの少なくとも一部にわたり分離距離が実質的に一定に保たれうる。
【００６０】
一実施形態では、本装置は、レーザを選択的に制御することにより原子層を形成するために前駆体ガスを基板付近、例えば基板上で反応させるための、選択的に制御可能なレーザを含む。このようなレーザにより、堆積された前駆体材料を反応させるために堆積された前駆体材料が選択的に処理されうる。このような選択的制御は、レーザの強度を選択的に制御すること、例えばレーザをオン／オフにすることを含みうる。あるいは、選択的にレーザを制御することは、堆積された前駆体材料から離れるようにレーザのビームの向きを選択的に変えることを含みうる。このようにして、パターニングされた原子層が堆積されうる。このようなパターニングされた原子層は、原子層に開口部を製造するためおよび／または基板上の湿潤性に空間的変動を画成するために有用でありうる。レーザは、複数のビームを生成するために設けられうる。使用時には、複数のビームが、例えば異なる方向へ、別個の前駆体ガス供給部に向かって個別に向けられうる。
【００６１】
一実施形態では、本装置には、基板と堆積ヘッドとを分離するガスベアリング層を形成するために堆積ヘッドと基板との間にベアリングガスを供給するためのベアリングガス供給部が提供される。このようにして、回転する堆積ヘッドと基板との間のある程度狭い分離距離が維持されうる。分離距離は、例えば最大２００マイクロメートル、最大１００マイクロメートル、最大１５マイクロメートル、または最大１０マイクロメートル、例えば約５マイクロメートルでありうる。同時に、分離距離は、少なくとも３マイクロメートル、少なくとも５マイクロメートル、または少なくとも１０マイクロメートルでありうる。このような小さな分離距離は、基板に向けて提供される余剰の前駆体ガスの量を減少させる。前駆体ガスは通常生産コストを増加させうるため、これは価値がありうる。
【００６２】
一実施形態では、堆積ヘッドは、ガスベアリング層を提供するために基板に向けてベアリングガスを供給するために設けられたベアリングガス供給部を含む。
【００６３】
一実施形態では、堆積ヘッドには、使用時に基板に面する空洞が提供され、基板に向けて空洞内に前駆体ガスを供給するために空洞内に前駆体ガス供給部が配置されるのが好ましく、堆積ヘッドには、前駆体ガスが空洞から逃げるのを実質的に防止するために前駆体ガスを空洞から排出するために空洞内に配置されるのが好ましい前駆体ガス排出部が提供され、堆積ヘッドには、空洞から距離をおいてベアリングガスを供給するために空洞から離間されたベアリングガス供給部がさらに提供される。基板に面する空洞を有することにより、前駆体ガスを供給するために閉鎖環境が形成されるように、基板が空洞のための閉鎖部を実質的に形成するものと理解される。加えて、基板の様々な隣接部分または隣接する基板もこのような閉鎖部を形成しうるように、基板が提供されうる。こうして形成された空洞が、ガスベアリング層のプロセス条件と異なる空洞内のプロセス条件を適用することを可能にする。ガスベアリング層、すなわちベアリングガス供給部の付近または隣接部では、分離距離は少なくとも３マイクロメートル、少なくとも５マイクロメートル、少なくとも１０マイクロメートル、および／または最大１５マイクロメートルでありうる。空洞内では、分離距離は最大５００マイクロメートル、最大２００マイクロメートル、最大１００マイクロメートル、最大５０マイクロメートル、および／または少なくとも２５マイクロメートルでありうる。この実施形態の特徴が、本明細書に記載の他の実施形態および／または特徴の一つ以上と任意に組み合わせて、より広く適用されうることを本発明者は認識した。したがって、基板上に原子層を堆積させる装置が提供され、この装置は、前駆体ガスを基板に向けて供給するための前駆体ガス供給部、好ましくは複数の前駆体ガス供給部を有する堆積ヘッドを含み、この装置は、基板に沿って前駆体ガス供給部と基板との間の相対運動を実現するために設けられるドライバをさらに含み、この堆積ヘッドは、原子層を形成するために供給された前駆体ガスを基板付近、例えば基板上で反応させるために構築される。
【００６４】
一実施形態では、堆積ヘッドには、使用時に基板に面する空洞が提供され、基板に向けて空洞内に前駆体ガスを供給するために空洞内に前駆体ガス供給部が配置され、堆積ヘッドには、前駆体ガスが空洞から逃げるのを実質的に防止するために前駆体ガスを空洞から排出するために空洞内に配置される前駆体ガス排出部が提供され、堆積ヘッドには、空洞から距離をおいてベアリングガスを供給するために空洞から離間したベアリングガス供給部がさらに提供される。この装置は、光発電パネルまたはその一部の製造のために設けられおよび／または用いられるのが好ましい。原子層は、光発電パネルの一部またはその一部であるのが好ましい。基板に沿って前駆体ガス供給部と基板との間の相対運動を実現することは、前駆体ガス供給部を停止して保持することと基板を輸送することとを同時に含めばよく、前駆体ガス供給部を移動させることと基板を停止して保持することとを同時に含めばよく、および／または前駆体ガス供給部を移動させることと基板を輸送することとを同時に含めばよい。
【００６５】
一実施形態では、堆積ヘッドは、前駆体ガスを通して排出するための前駆体ガス排出部を含む。
【００６６】
一実施形態では、出力フェースには、前駆体ガス排出部、空洞および／またはベアリングガス供給部が提供される。
【００６７】
本装置および方法の他の有利な実施形態は、従属請求項に記載される。
【００６８】
次に本発明を、添付の図面に関連して非限定的に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第一実施形態における、基板上に原子層を堆積させる装置を示した図である。
【図１Ａ】オフセットを有する層の積層の例を示した図である。
【図１Ｂ】層の孤立した積層の例を示した図である。
【図１Ｃ】堆積ヘッドと、前駆体ガス供給部と、任意にドラムとが心棒に対して移動可能である、断面を示した概略図である。
【図１Ｄ】ガス移行部構造体を含む一実施形態の断面を示した概略図である。
【図１Ｅ（Ａ）】ガス移行部構造体を含む別の実施形態の断面を示した概略図である。
【図１Ｅ（Ｂ）】図１Ｅ（Ａ）の側面を示した図である。
【図１Ｅ（Ｃ）】図１Ｅ（Ｂ）の拡大図である。
【図１Ｆ】さらに別のガス移行部構造体の断面を示した概略図である。
【図２Ａ】第一実施形態の装置２の堆積ヘッドの基本的機能的部分および基板を示した概略図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示される堆積ヘッドの一部の可能な構造の一部を示した図である。
【図３Ａ】輸送器の一部を示した図である。
【図３Ｂ】輸送器の一部を示した図である。
【図４】本発明の第二実施形態の、基板４上に原子層を堆積させる装置２を示した図である。
【図４Ａ】細長く成形された供給部が提供された出力フェースの例を示した図である。
【図５】使用時に基板に面する空洞が堆積ヘッドに提供された、第二実施形態の装置２の変形例を示した図である。
【図６】使用時に基板に面する空洞が堆積ヘッドに提供された、第二実施形態の装置２の変形例を示した図である。
【図６Ａ】第二実施形態の堆積ヘッドの変形例を示した図である。
【図７】本発明の第三実施形態の装置を基板とのアセンブリにおいて示した図である。
【図８】本発明の第四実施形態の装置を基板とのアセンブリにおいて示した図である。
【図９】基板の移動方向および堆積ヘッドの移動方向を示した概略図である。
【図９Ａ】前駆体ガス供給部が螺旋経路に沿って延びる、本発明の装置の堆積ヘッドの実施形態を示した図である。
【図９Ｂ】図９Ａに示された断面Ａ‐Ａ´の一部を示した図である。
【図１０】層の積層を示し、後続の折り返し位置を示した図である。
【図１１Ａ】堆積ヘッドの回転軸が基板の移動方向と揃えられる例を示した図である。
【図１１Ｂ】堆積ヘッドの回転軸に沿った視線方向の堆積ヘッドを示した図である。
【図１２】ガス切替え構造体を含む実施形態の断面を示した概略図である。
【図１３】別のガス切替え構造体を含む実施形態の断面を示した概略図である。
【図１４】さらに別のガス切替え構造体を示した図である。
【図１５】さらに別のガス切替え構造体を有する実施形態を示した図である。
【図１６】図１５のガス切替え構造体の詳細を示した図である。
【図１７】図１５のガス切替え構造体の一実施形態を示した図である。
【図１８】図１５のガス切替え構造体の別の実施形態を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００７０】
特に明記しない限り、同様の参照番号は、図面の全体にわたり同様の要素をさす。
【００７１】
原子層堆積は、少なくとも二つのプロセスステップ、すなわち半サイクルにおいてターゲット材料の単分子層を堆積させる方法として公知である。これらの自己制限プロセスステップの第一ステップは、基板表面上の前駆体ガスの印加を含む。これらの自己制限プロセスステップの第二ステップは、基板上にターゲット材料の単分子層を形成するための前駆体材料の反応を含む。前駆体ガスは、例えば塩化ハフニウム（ＨｆＣｌ４）等のハロゲン化金属蒸気を含有しうるが、有機金属蒸気、例えばテトラキス‐（エチル‐メチル‐アミノ）ハフニウムまたはトリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ３）３）等の別のタイプの前駆体材料も代わりに含有しうる。前駆体ガスは、窒素ガス、アルゴンガスもしくは水素ガスまたはその混合物等のキャリヤガスと共に注入されうる。キャリヤガス中の前駆体ガスの濃度は、典型的に０．０１〜１体積％の範囲内でありうるが、その範囲外でもありうる。
【００７２】
前駆体ガスの反応は、いくつかの方法で実行されうる。第一に、堆積された前駆体材料の単分子層がプラズマにさらされうる。このようなプラズマ強化原子層堆積は、高品質のｍｅｄｉｕｍ‐ｋ酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）層の堆積、例えばチップおよび太陽電池等の半導体製品の製造に特に適する。したがって本発明は例えば、太陽電池の一つ以上の層を堆積させることにより太陽電池を製造するため、特にフレキシブル太陽電池を製造するために使用されうる。第二に、堆積された前駆体材料の堆積された単分子層に向けて反応ガスが供給されうる。反応ガスは、例えば酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）および／または水（Ｈ２Ｏ）等の酸化剤を含有する。Ｎ２、ＮＨ３などの窒素剤が、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）等の窒化物を形成するために代替的に使用されうる。反応ガスは、（第二）前駆体ガスとして考えられてもよく、例えば二つ以上の前駆体ガスが互いに反応して反応生成物として原子層を形成しうることに注意されたい。
【００７３】
原子層堆積のプロセスの一例では、様々な段階が特定されうる。第一段階では、基板表面が前駆体ガス、例えば塩化ハフニウムにさらされる。化学吸着された前駆体ガス分子の単層の単分子層により基板表面が飽和すると、前駆体ガスの堆積が自動的に終了する。この自己制限は、原子層堆積の方法の特性である。第二段階では、パージガスおよび／または真空を用いて余剰の前駆体ガスがパージされる。このようにして、余剰の前駆体分子が除去されうる。パージガスは、前駆体ガスに対して不活性であるのが好ましい。第三段階では、前駆体分子がプラズマまたは反応ガス、例えば水蒸気（Ｈ２Ｏ）等の酸化剤にさらされる。化学吸着された前駆体分子の残留機能性リガンドとの反応物質の機能性リガンドの反応により、原子層、例えば酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）が形成されうる。第四段階では、余剰の反応物質分子がパージにより除去される。加えて、例えば熱、光子またはプラズマ励起など、追加の反応物質刺激システムが用いられうる。
【００７４】
図１は、本発明による第一実施形態における、例えばフレキシブル基板４上に原子層を堆積させる装置２を示す。装置２は、前駆体ガス供給部８を有する堆積ヘッド６を含む。堆積ヘッド６は、回転ドラム５に含まれうる。ドラム５は、堆積ヘッド６が取り付けられた回転可能ホイール５’を含みうる。前駆体ガス供給部により、前駆体ガスが基板４に向けて供給されうる。装置２は、基板４に沿って前駆体ガス供給部を回転させるために設けられるマウントをさらに含む。マウントは、心棒１０を受け取るために設けられるベアリング１２を含みうる。心棒は、前駆体ガス供給部に堅固に接続されうる。ベアリング１２を介して、心棒１０および堆積ヘッド６がマウントに対して回転しうる。堆積ヘッドがまわりを回転しうる回転軸は、心棒１０の中心、例えば心棒１０の長さ軸と一致しうる。したがってマウントは、基板に沿った前駆体ガス供給部の並進速度を実現するように適合されうる。
【００７５】
あるいは、心棒１０またはベアリング１２を含まない他の装着の実施形態が適用されてもよい。特に、出力フェース２６を介してドラムが装着されうる。したがって、より一般には、堆積ヘッドの回転軸がドラムの回転軸と一致しうることが明らかであろう。
【００７６】
装置２は、心棒１０と堆積ヘッドとを駆動するために心棒１０に接続されるドライバをさらに含みうる。ドライバには、駆動コントローラ９Ａが提供されうる。駆動コントローラにより、ドライバが基板に沿った前駆体ガス供給部の並進速度を実現および制御するように適合されうる。このようなドライバおよびドライバコントローラは公知であるため、さらなる説明は不要であると考えられる。
【００７７】
心棒１０は、その軸に沿って揃えられた細長い空洞を含みうる。使用時には、前駆体ガスが心棒の空洞１１Ａを通って輸送されうる。さらにガス供給構造体が、心棒の空洞内に延びうる。心棒１０の空洞１１Ａから、前駆体ガスが前駆体ガス供給部へ輸送されうる。
【００７８】
心棒とガス供給構造体との間の回転運動を可能にするガス供給構造体と心棒との間の気密接続を得る方法は、以下で例えば図１Ｃ〜１Ｆおよび図１５〜１８に関してより詳細に説明される。
【００７９】
回転空間リールツーリール（Ｒ２Ｒ）原子層堆積（ＡＬＤ）システム上へのガス供給システムのためのいくつかの一般的要件は、移動すなわち回転する空間ＡＬＤシステムのために固定フィードアセンブリからガス供給が生じる場合には、固定フィードアセンブリから回転ＡＬＤシステムへガスをフィードするためにガスフィードスルー設計が必要となることであろう。このようなフィードスルーは、ＡＬＤプロセスを必然的に汚染し、例えば堆積されたバリヤ層にピンホールの生成をもたらす粒子を生成すべきではない。したがって、Ｒ２Ｒ機器のガス回路システムの全体にわたり二つの蒸気供給（例えば前駆体ガスＴＭＡおよび反応ガスＨ２Ｏ）が完全に分離されるのが好ましい。
【００８０】
以下では、二つ以上の独立した分離されたガス供給部の構成のための三つの主な設計を説明する。
【００８１】
第一設計では、内部ガスベアリングを有する同軸のドラムセット／漏れるシールを有する同心のチューブ、および切替え可能流れ中断バルブが提供される。一つの設計は、一つの前駆体ガスの供給ラインが、ドラムがフォイルによってカバーされていないセグメント内へとそのガス入口開口部が移動する際に閉じられる、ガス供給設計である。これは、図１４を参照して以下で詳述する、例えば磁気的に、静電的におよび／もしくは重力で作動できるまたはその組み合わせのバルブシステムを挿入することにより達成されうる。いくつかの前駆体およびプロセスガスが、（同心）チューブアセンブリの異なる内側チューブ内を走りうる。圧力差により、前駆体と他のプロセスガスとの分離が行われうる。例えば、（パージに用いられる）不活性ガスは、前駆体チューブ内に流れることが許容されるが、その逆は許容されない。漏れるシールを有する（同心）チューブは、ドラムの片側または両側からのガスおよび前駆体供給を可能にする。例えば、図１Ｅがこの概念を示す。
【００８２】
第二設計では、ガスベアリングといわゆる形状制御された軸からのガスフィードスルーとを有する同軸のドラムセットに内蔵された、統合された複数流れ選択器／制限器システムが提供される。ここではガスフィードスルーは、ガスベアリングを備えうる。（不活性）ガスベアリングが回転するチューブを固定チューブから分離しうるが、ガスベアリングは漏れうる。漏れを減少させるために、漏れるシールを有する同心チューブの概念がガスベアリングにより強化されうる。例えば図１Ｆは、この概念を示す。供給設計は、ウェブの反応物およびガスベアリングごとに一つの回路の、統合された流れ制限器供給ライン回路に基づきうる。ガスのオフとオンの切替えは、回転するドラムの円周に刻み込まれた溝と回転するドラムのまわりのインサートとにより構成される供給ラインに基づく。インサートは、向かい合ってドラム上に装着されると分割器チャンバを構成する、凹形断面の二つの半部を形成する。
【００８３】
第三設計では、ドラムの軸方向側面（単数または複数）に対して密閉して保持された一つまたは二つのディスクからのガスフィードスルーを有するドラムに内蔵された、統合された複数流れ選択器／制限器システムが提供される。この供給設計は、各前駆体ガスおよび／または反応ガスのための一つの回路、ウェブのガスベアリングのための一つの回路の、統合された流れ制限器供給ライン回路に基づきうる。ガスのオフとオンの切替えは、内側ドラムに対する外側ディスク（単数または複数）の回転時に連絡する供給ラインに基づく。回転するＡＬＤドラムは、ガスベアリングを有しうる。ガスベアリングの固定部分にガスが供給される。ガスは、固定部分と回転部分の内部チャネルを通じて固定部分から回転部分へと移送される。ガス分離を使用して、異なるガス／前駆体を有する複数のチャネルが同時に使用されうる。図１７または１８が一例を示す。
【００８４】
図１Ｃは、堆積ヘッドと、前駆体ガス供給部と、任意にドラム５とが心棒１０に対して移動可能である実施形態を示す。装置のマウントは、心棒１０を含みうる。図１Ｃは、心棒を通じて前駆体ガス供給部に向けて前駆体ガスを供給するための例えば細長い第一心棒空洞１１Ａが提供された心棒１０の概略断面を示す。
【００８５】
図１Ｃの断面では、堆積ヘッド６および基板４は断面の片側だけに見える。しかし、一実施形態においては、堆積ヘッド６および／または基板４が断面の両側に見える他の断面が可能でありうる。心棒１０には、心棒を通じて堆積ヘッドに向けて追加のガスを供給するための例えば細長い第二心棒空洞１１Ｂが提供されうる。例えば、第二心棒空洞１１Ｂは、心棒を通じて反応ガス供給部４２に向けて反応ガスを供給するために設けられうる。あるいは、第二心棒空洞１１Ｂは、心棒を通じてパージガス供給部３８に向けてパージガスを供給するために設けられうる。
【００８６】
心棒空洞１１Ａ、１１Ｂは、心棒を通じて少なくとも前駆体ガスを前駆体供給部に向けて供給するための心棒フィードスルー１１１に含まれうる。心棒ガスベアリング１９が、一方では心棒ともう一方ではドラムおよび／または堆積ヘッドとの間に都合良く提供されうる。心棒ガスベアリングのベアリング圧は、心棒空洞１１Ａ、１１Ｂからの漏出を実質的に防止するために制御されうる。このような心棒ガスベアリングは、例えば心棒とドラムとの間またはガス供給構造体と心棒との間の摺動機械接触と比較して、回転中に生成される粒子の量を減少させうる。心棒ガスベアリング１９は、一方では心棒ともう一方では回転するドラムおよび／または堆積ヘッドとの間に、心棒ガスベアリングを通じた前駆体ガスの漏れを実質的に防止するガス接続を提供しうる。
【００８７】
したがってマウントには、一方ではガス供給および／または排出構造体（図示されていないが例えば従来型の）ともう一方では堆積ヘッドとの間のガス接続のエンクロージャの一部を形成するマウントガスベアリング、例えば心棒ガスベアリング提供されうる。このマウントガスベアリング内の圧力は、マウントガスベアリングを通じたガス接続からの前駆体ガスの漏出を防止するために設けられうる。同時に、マウントガスベアリングは、ガス供給部および／または排出部に対する堆積ヘッドの回転を可能にするために設けられうる。堆積ヘッド６および前駆体ガス供給部８の回転、ならびに任意のドラム５の回転が、矢印２１で示される。このような実施形態では、心棒は使用時に固定されていればよい。その結果、心棒はガス供給構造体に堅固に接続されうる。
【００８８】
追加的または代替的に、一実施形態においては前駆体ガスを含むカートリッジが装置に提供されうる。その結果、気密接続が省略されうる。他のガスの輸送は、本明細書に前述した前駆体ガス供給部に向けた前駆体ガスの輸送と同様でありうる。
【００８９】
したがってより一般には、マウントは、堆積ヘッドおよび／またはドラムを任意に回転可能または堅固に装着するための心棒を含みうる。心棒には、心棒を通じて少なくとも前駆体ガスを前駆体ガス供給部に向けて供給するための心棒フィードスルー、例えば心棒空洞が提供されうる。本発明による方法は、心棒上に装着された堆積ヘッドおよび／またはドラムを提供することと；心棒を通じて少なくとも前駆体ガスを前駆体ガス供給部に向けて提供することとを含みうる。マウントには、一方ではガス供給および／または排出構造体ともう一方では堆積ヘッドとの間のガス接続のエンクロージャの一部を形成するマウントガスベアリングが提供されうる。このマウントガスベアリング内の圧力は、マウントガスベアリングを通じたガス接続からのガスの漏出を防止するために設けられうる。マウントガスベアリングは、ガス供給部および／または排出部に対する堆積ヘッドの回転を可能にするために設けられうる。装置２は、前駆体ガス供給部に沿って基板を輸送するための輸送器システムを含みうる。図３Ａおよび３Ｂにさらに示されるように、輸送器は、前駆体ガス供給部８および堆積ヘッド６に沿って基板４を輸送するための閉鎖要素またはガイド１５を含みうる。さらに、このような輸送器、例えばこのようなガイドは、キャプスタン１４を含みうる。キャプスタンは固定されていればよい。しかし、キャプスタンは、回動キャプスタン、すなわちキャプスタン１４の対称軸または長さ軸のまわりで回転できるキャプスタンであるのが好ましい。輸送器は、基板４が回動キャプスタン１４を通過する速度を制御するための輸送コントローラ９Ｂをさらに含みうる。このような輸送コントローラ９Ｂは公知であるため、さらなる説明は不要であると考えられる。輸送コントローラは、例えば回動キャプスタン１４の一方または両方の回転速度を制御しうる。さらに、輸送コントローラ９Ｂは回動キャプスタン１４に接続されうる。
【００９０】
したがって、輸送コントローラ９Ｂおよび駆動コントローラ９Ａにより、基板の並進速度および前駆体ガス供給部の並進速度がそれぞれ制御されうる。前駆体ガス供給部の並進速度は、基板の並進速度より大きいのが好ましい。このようにして、比較的高速の前駆体ガス供給部と基板との間の相対移動が得られる。
【００９１】
基板の並進速度は、例えばおよそ０．１ｍ／ｓでありうる。本明細書に示される全ての実施形態で、前駆体ヘッドは少なくとも毎秒０．１または１回転の回転数で回転しうる。前駆体ヘッドは、例えば毎秒およそ３０回転の回転数で回転しうる。前駆体ガス供給部の並進速度は、例えばおよそ１ｍ／ｓでありうる。さらに、使用時に前駆体ガス供給部が回転する際には、前駆体ガス供給部は、基板４の全く同一の部分に沿って同じ方向に連続的様式で複数回移動しうる。このようにして、複数の原子層が基板上に堆積されうる。このようにして、相互に重なり合いうる複数の原子層を含む一つの比較的厚い複合層が得られる。したがって、より一般には、前駆体ガス供給部は、相互に重なり合う複数の原子層を含む複合層を得るために基板の全く同一の部分に沿って同じ方向に連続的に複数回回転しうる。したがって、本明細書において用いられるところの「回転する」および「回転している」などの用語は、例えば「旋回する」と対応する「旋回している」、「旋転する」と対応する「旋転している」、「スピンする」と対応する「スピンしている」を意味しうることが明らかであろう。したがって、本発明による装置は、相互に重なり合う複数の原子層を含む複合層を得るために前駆体ガス供給部を基板の全く同一の部分に沿って連続的に同じ方向に複数回回転させるために設けられうる。
【００９２】
前駆体ガス供給部の並進速度が基板の並進速度と反対に向けられれば、相対移動の速度がさらに増加させられうる。
【００９３】
一変形例においては、前駆体ガスを基板に向けて供給するのと同時に基板を移動させるために、輸送コントローラおよび駆動コントローラが設けられる。このようにして、後に堆積される原子層の間にオフセットが実現されうる。このようにして、基板に対して垂直に延びる原子層の縁間の継目が実質的に防止されうる。図１Ａは、このようにして堆積されたオフセット９３を有する原子層の積層９２．ｉ（ｉ＝ｎ，ｎ＋１，．．．）の例を示す。
【００９４】
オフセット９３は、より一般には、前駆体ガス供給部および基板の並進速度に依存しうる。例えば前駆体ガス供給部８および基板４が同じ方向に移動し、前駆体ガス供給部の並進速度が基板４の並進速度より大きい場合、前駆体ガス供給部８の並進速度が増加するとオフセット９３が減少しうることが明らかであろう。
【００９５】
別の変形例においては、前駆体ガスを基板に向けて供給した後に基板を移動させるために、輸送コントローラおよび駆動コントローラが設けられる。その場合、前駆体ガスを基板に向けて供給しているときには基板は移動させられない。このようにして層の積層が堆積される場合には、基板を移動させるときには基板に向けて前駆体ガスを供給することが止められうる。このようにして、層の孤立した積層が基板４上に堆積されうる。図１Ｂは、このようにして堆積された層９２．ｉ（ｉ＝ｎ，ｎ＋１，．．．）の孤立した積層９２の例を示す。積層９２は、およそ１００〜１０００の原子層を典型的に含みうるが、そのうちの三つが図１Ｂに描かれている。
【００９６】
装置２は、カバー１６をさらに含みうる。カバーにより、前駆体ガスが実質的に囲い込まれまたは閉じ込められうる。カバー１６は、堆積ヘッドおよび／または回転ドラム５の一部に面し、基板４の一部、この例ではキャプスタン１４との機械的接触を有する基板の一部の間に延びる。カバー１６の挿入により、堆積ヘッドと基板４とカバー１６とにより囲まれた空間１８に前駆体ガスが実質的に囲い込まれまたは閉じ込められうる。図４〜６に関して後述するように、空間１８内には、前駆体ヘッドから注入されるガスによりガスベアリングが作られうる。カバー１６がないと、前駆体ガスが装置２の外部環境２０に向かって漏れ出しうる。これは、望ましくない汚染および基板上の粒子形成をもたらしうる。
【００９７】
図１Ｄは、ガスベアリング１９を有する心棒１０のまわりで回転可能なドラム５を含む装置２の一実施形態の概略断面を示す。使用時には、基板４に前駆体ガス供給部８を提供するために、前駆体ガスが心棒１０の空洞１１Ａを通じて輸送されうる。前駆体ガス供給部８からの前駆体ガスがドラム５に含まれる堆積ヘッド６により基板４上に堆積される間に、ドラム５が心棒１０のまわりを回転軌道６２で旋回または回転しうる。堆積ヘッド６は、前駆体ガス供給部８と、ドラム５の表面に沿って例えば軸方向に延び、前駆体ガス供給部８とガス接触する、例えば狭い細隙とを含みうる。
【００９８】
固定心棒１０から旋回するドラム５に前駆体ガスを提供するために、ガス移行部構造体５１０が提供される。このガス移行部構造体５１０は、例えば心棒フィードスルー１１１に接続された心棒１０の一つ以上のガス出口と、対応する回転可能ドラム５の一つ以上の円周溝５７との組み合わせを含みうる。溝５７が例えばドラムの回転軌道に沿ってガス出口と対向しているドラムの回転軌道６２に沿った位置では、固定心棒１０と回転するドラム５との間にガスが流れうる。溝がないまたはガス出口に対向していない回転軌道６２に沿った位置では、ガス出口を密閉するドラムの表面によりガスの流れが中断されまたは実質的に低下させられうる。
【００９９】
本明細書で用いられるところの「円周溝」という用語は、その溝が、ドラムのガス入口または出口の回転に少なくとも部分的に沿う例えば固定半径の円形経路をたどることを意味する。溝は半円周溝でありうる、例えば円周軌道に沿って中断されうる。現在の図では円周溝がドラムの内側表面上にあるが、ドラムまたは心棒の外側表面上に溝があってもよく、あるいはドラムの軸方向側面、例えばドラムの側面に対して密閉保持されたシールプレートの表面内に溝があってもよい（例えば図１５〜１８を参照）。
【０１００】
代替的に、ドラム５が溝を含み心棒１０がガス出口を含む代わりに、ドラム５がガス入口を含み、心棒１０が心棒フィードスルー１１１に接続された溝を含みうる。さらに代替的に、心棒１０およびドラム５の両方が円周溝を含めばよく、またはその両方が、回転軌道６２の一部の間に互いに対向する一つ以上のガス入口／出口を含めばよい。溝および出口の他の任意の組み合わせも可能であり、例えばドラム５が、心棒５の溝に対向するガス入口を有していてもよいし、ドラム５が心棒１０のガス出口に対向する溝を有していてもよい。ドラム５または心棒１０の溝は、対向する構造体すなわち心棒１０またはドラム５の表面によりそれぞれ部分的に密閉されうる。これらの密閉された溝は、心棒空洞１１Ａに接続されたガス源と堆積ヘッド６内に延びるガス供給部８との間のガス流路の一部として機能するチャネルを形成しうる。したがって心棒１０は、密閉片（心棒１０）とドラム５との間の溝を通じたガス流路を密閉する密閉片として働きうる。
【０１０１】
ドラム５と心棒１０により形成される密閉片との間の密閉をさらに改善するために、ガスベアリング１９は、移行部５１０と外部環境との間に滑らかなベアリング機能およびガスカーテンの両方を提供しうるパージガスまたはベアリングガス（例えば窒素ガス、Ｎ２）を提供するためのパージガス供給部を含みうる。ガスカーテンは、前駆体ガスがドラム５と心棒１０の相対回転部分の開口部の間で逃げるのを防止しうる。ガスベアリング１９には、パージガスおよび前駆体ガスの両方を排出するためのガス排出部も提供されうる。ガスベアリング１９は、前駆体ガスが装置２から逃げるのを防止するためにドラム５の内周全体に沿って延びる溝を含むのが好ましい。パージガスの圧力は、前駆体ガスの圧力より高いのが好ましい。このようにして、パージガスがガスベアリング１９から前駆体ガス供給部８へ流れ、逆には流れない。
【０１０２】
前駆体ガスが基板４とドラム５との間から逃げるのを防止するだけでなくドラム５と基板４の滑らかな相対移動を提供するために、基板４とドラム５との間に追加のガスベアリングまたはパージガス出口／入口（図示せず）が提供されうる。これらの追加のガスベアリングまたはガスカーテンは、基板４または堆積ヘッド６の縁に優先的に提供される。前駆体ガス供給部および排出部は、堆積ヘッドの凹所または空洞に優先的に含まれる。前駆体ガス供給部の圧力および前駆体ガス排出部の（吸引）圧力を制御することにより、基板上に堆積されることとなる空洞内の前駆体ガスの濃度が制御されうる。
【０１０３】
したがって、有利な方法は、ガスベアリング層を提供するために堆積ヘッドのベアリングガス供給部から基板に向けてベアリングガスを供給することと、堆積ヘッド内に画成されて基板に面する空洞内に前駆体ガス供給部により前駆体ガスを供給することと、前駆体ガスが空洞から逃げるのを実質的に防止するために堆積ヘッドの前駆体ガス排出部により空洞から前駆体ガスを排出することを含めばよく、この方法は、空洞から距離をおいてベアリングガス供給部によりベアリングガスを供給することをさらに含む。
【０１０４】
図１Ｅ（Ａ）〜１Ｅ（Ｃ）は、同心チューブ１０ａおよび１０ｂを含む心棒を有する回転可能ドラム５の三つの図を示す。
【０１０５】
図１Ｅ（Ａ）には装置２の正面図の断面が示され、ドラム５の回転軸に沿って、パージガス１３８を有する外側同心チューブ１０ｂにより囲まれた前駆体ガス１０８を有する内側チューブ１０ａが提供される。内側チューブ１０ａは、半径方向に延びる心棒フィードスルー１１１ａを介して前駆体ガス１０８を前駆体ガス供給部８に供給する。外側チューブ１０ｂは、半径方向に延びる心棒フィードスルー１１１ｂを介してパージガス１３８をパージガス供給部３８に供給する。ガス供給部８および３８は、回転するドラム５に含まれる。供給部は、ドラムを部分的にカバーする基板４上へガスを堆積させうる。基板がドラム５をカバーしない位置には、前駆体ガスが装置から逃げるのを防止するための外側カバー１６が提供されうる。基板４がドラムの円周に沿う他の位置には、ドラムのまわりの基板経路を画成するために案内構造体１５が提供されうる。
【０１０６】
図１Ｅ（Ｂ）は、軌道６２に沿って回転する同心チューブ１０ａおよび１０ｂに、固定（回転していない）ガス源１０８’および１３８’から前駆体ガス１０８およびパージガス１３８がそれぞれ提供されうる様子を示す。特に、回転する内側チューブ１０ａが前駆体ガス源１０８に接続する固定チューブ１０ａ’から前駆体ガス１０８を受け取る、ガス移行部構造体５１０が提供される。同様に、回転する外側チューブ１０ｂは、固定パージガス供給部１３８に接続された固定チューブ１０ｂ’内に突出し、そこからパージガスを受け取る。図の実施形態の代わりに、固定チューブにより密閉された回転チューブの組み合わせによりパージガス供給が提供されてもよい。
【０１０７】
図１Ｅ（Ｃ）では、図１Ｅ（Ｂ）のガス移行部構造体５１０の拡大図が示される。ガス移行部構造体は、互いに対して回転する内側チューブ１０ａおよび１０ａ’の接続を含む。例えば、ガス源１０８’に接続されたチューブ１０ａ’が固定して保持される一方で、回転するドラムに接続されたチューブ１０ａが回転しうる。前駆体ガス１０８が回転部分１０ａと１０ｂとの間の漏れるシールまたは開口部１１５ａから逃げないように、パージガス１３８には前駆体ガス１０８より高い圧力が優先的に提供される。
【０１０８】
したがって有利な実施形態では、ガス供給部８または３８が、相対回転部分１０ａおよび１０ａ’を含むガス流路を介して固定ガス源１０８’または１３８’からガス１０８または１３８を受け取るドラム５に含まれ、相対回転部分１０ａおよび１０ａ’間の開口部１１５を通じた前駆体ガスの漏れが、前駆体ガス１０８より高い圧力を有する当該開口部のまわりに提供されるパージガス１３８により防止される。さらなる有利な実施形態においては、相対回転部分は二つ以上の同心チューブ１０ａ、１０ｂを含み、前駆体ガス１０８が内側チューブ１０ａを通じてフィードされ、パージガス１３８が外側チューブ１０ｂを通じてフィードされる。同心チューブに代えて、例えば図１Ｄのガスベアリングが、前駆体ガスの漏れを防止するために前駆体ガスより高い圧力でパージガスを提供しうる。
【０１０９】
現在の図では前駆体ガスおよびパージガスを供給するための二つの同心チューブ１０ａ、１０ｂが示されているが、例えばガスを排出するための追加の同心チューブが提供されうることが明らかである。例えばこのような排出部は、前駆体ガスの両方より低い圧力を有していればよく、現在図示されている内側チューブ内のチューブ内に提供されうる。あるいは、排出部のいずれの漏れるシールもガスを外部環境に漏らさず、代わりに大気ガスを排出チューブ内に吸引するように、例えば大気圧未満の圧力で、外側チューブのまわりに同心でチューブが提供されうる。追加的または代替的に、例えば二つ以上の前駆体ガスの間に高圧のパージガスチューブが提供される交互の圧力設定で、任意の数の同心チューブが提供されうる。なお現在の実施形態では、チューブは、その部分が互いに対して回転する位置、すなわちガス移行部構造体５１０でのみ同心であれば足りる。例えば心棒の一部にわたり、同心チューブが平行のチューブの設備に接続しうる。
【０１１０】
なお、外側チューブ１０ｂおよび１０ｂ’も互いに対して回転しうる。パージガス供給部に接続された固定チューブ１０ｂ’に対して回転しうるチューブ１０ｂの間の開口部１１５ｂを通じて、（不活性）パージガス１３８の外部環境への逃げが生じうる。
【０１１１】
図１Ｆは、前駆体ガス１０８を輸送するための二つの接続する同心ガスチューブの概略断面を示す。内側チューブは、例えば回転するドラムの心棒１０を形成すればよく、心棒１０を保持するためのベアリング１２を形成しうる外側チューブに対して回転可能である。したがって、心棒１０とベアリング１２との相対回転部分の間にガス移行部構造体５１０が形成されうる。相対移動部分１０と１２との間の開口部１１５を通じた前駆体ガス１０８の漏れは、ガスベアリング１９によりこの開口部のまわりに提供されるパージガスにより防止される。パージガスは、前駆体ガス１０８より高い圧力を有するのが好ましい。このようにして、ガスベアリングまたはパージガスが方向１１３にチューブまたはベアリング１２内へ流れ、外部環境への例えば方向１１２の前駆体ガスの流れが防止される。
【０１１２】
図２Ａは、第一実施形態における装置２の堆積ヘッド６の基本的機能的部分および基板４を概略的に示す。図２Ａは、前駆体ヘッド６の出力フェース２６に沿ってガスが供給および排出されうる様子を示す。図２Ａでは、矢印２８．１は、前駆体ガスの供給を示す。矢印２８．２は、前駆体ガスおよび３０．１により供給されるパージガスの排出を示す。矢印３０．１は、パージガスの供給を示す。矢印３０．２は、パージガスおよび３２．１により供給される前駆体／反応ガスの排出を示す。矢印３２．１は、反応ガスの供給を示す。矢印３２．２は、反応ガスおよび隣接する３０．１により供給されるパージガスの排出を示す。活性ガス、例えば反応ガスおよび前駆体ガスの供給の位置の間でのパージガスの供給は、使用時に活性ガスを空間的に分割する。図２Ａに示される基本的機能的部分は、回転可能ドラム５の円周に沿って繰り返されうる。したがって、より一般には、前駆体ガス供給が回転可能ドラムの円周に沿っておよび／または出力フェースの円周に沿って位置し、好ましくは繰り返される。
【０１１３】
図２Ｂは、図２Ａに示される堆積ヘッドの一部の可能な構造を部分的に示す。図２Ｂは、前駆体ガス供給部８を示し、これは第一反応半サイクルの間に使用されうる。図２Ｂは、堆積ヘッドが前駆体ガスの排出のための前駆体ガス排出部３６を有しうることをさらに示す。堆積ヘッド６は、パージガスを基板に向けて供給し、パージガスを基板外へ排出するために、パージガス供給部３８およびパージガス排出部４０をそれぞれさらに有しうる。堆積ヘッドは、反応ガスを基板４に向けて供給するための反応ガス供給部４２をさらに有しうるが、これは第二反応半サイクルの間に使用されうる。反応ガス供給は、原子層の形成を完了するために前駆体ガスを基板付近、例えば基板上で反応させる手段として機能する。このようにして、反応ガスと前駆体ガスとにそれぞれ関連したゾーンを空間的に分割するために反応ガスと前駆体ガスとの間にパージガスが供給されることが明らかであろう。これは、基板４上以外の位置でのパージガスと反応ガスの反応を防止しうる。追加的または代替的に、例えば熱、光子またはプラズマ励起など、他の反応システムが使用されてもよい。
【０１１４】
より一般には、ガス供給部、例えば前駆体ガス供給部、反応ガス供給部、およびパージガス供給部は、互いからおよびガス排出部から、例えば前駆体ガス排出部、反応ガス排出部およびパージガス排出部から分離長４３だけ離間されうる。
【０１１５】
図３Ａおよび３Ｂは、輸送器１７の一部を示す。図３Ａおよび３Ｂは、輸送器に含まれるガイド１５を示す。使用時には、前駆体ガス供給部は、ガイド１５により囲い込まれうる中央空間４９内で回転しうる。ガイド１５は、ガイドまたは閉鎖要素１５の内側ライニングに取り付けられたメッシュ４８を有しうる。輸送器は、圧力により基板４を取り付けるためのキャリヤ５０をさらに含みうる。キャリヤ５０は、メッシュを含みうる。さらに輸送器は、基板４とキャリヤ５０との間に真空を生成するための真空ポート５２を含みうる。矢印５４は、基板４をキャリヤ５０に取り付けるために真空ポート５２を通じてガスが吸い取られうる様子を示す。使用時には、出力フェース２６と共形のガイド１５の輸送フェース５６に沿って、ガイド１５のまわりにキャリヤが移動させられうる。キャリヤ５０に基板を取り付ける他の方法も、同様に可能である。
【０１１６】
図４は、本発明による第二実施形態における、基板４上に原子層を堆積させる装置２を示す。図４は、装置２の堆積ヘッド６およびカバー１６を示す。基板４の移動方向が矢印６０で示される。堆積ヘッドの回転方向および基板に沿った前駆体ガス供給部の移動方向が矢印６２で示される。したがってこの例では、前駆体ガス供給部の並進速度が基板の並進速度の方向に向けられることが明らかであろう。例えば仮に基板が矢印６４の方向に移動すれば、基板に沿った前駆体ガス供給部の並進速度は基板の並進速度と反対に向けられることになる。
【０１１７】
第二実施形態の装置２は、堆積ヘッド６の出力フェース２６をさらに示す。図４では、出力フェースは使用時に基板４の一部に面する。図４では、出力フェースは、基板４またはカバー１６に実質的に面する。出力フェース２６は、実質的に円筒の形状を有しうる。この例では、使用時に出力フェースが分離距離Ｄだけ基板から分離され、出力フェース２６が基板の移動経路を画成することが明らかであろう（図２Ａも参照）。この例では出力フェース２６が、堆積ヘッドの回転軸のまわりの出力フェース２６の円周全体に沿って実質的に丸みを帯びていることも明らかであろう。しかし他の例では、出力フェース２６は、例えば堆積ヘッドの回転軸のまわりの出力フェース２６の円周の一部にわたり平坦でありうる。したがって、より一般には、出力フェースは、堆積ヘッドの回転軸のまわりおよび／またはドラムの回転軸のまわりの出力フェースの円周の少なくとも一部に沿って実質的に丸みを帯びていればよい。
【０１１８】
出力フェース２６には、前駆体ガス供給部８、この例では複数の前駆体ガス供給部８が提供されうる。出力フェース２６には、前駆体ガス排出部３６、この例では複数の前駆体ガス排出部３６がさらに提供されうる。出力フェース２６には、パージガス供給部３８、この例では複数のパージガス供給部３８がさらに提供されうる。出力フェース２６には、パージガス排出部４０、この例では複数のパージガス排出部４０がさらに提供されうる。出力フェース２６には、反応ガス供給部４２、この例では複数の反応ガス供給部４２がさらに提供されうる。出力フェース２６には、反応ガス排出部６８、この例では複数の反応ガス排出部６８がさらに提供されうる。
【０１１９】
この例では、三つのガス供給部のグループおよび二つの排出部のグループがある。各前駆体ガス供給部グループは対応する排出部グループを有し、これは周囲のパージガスも排出しうる。パージガスは前駆体ガスと反応しないため、パージガスに別個の排出部を提供することは必要ないだろう。任意に、二つより多い前駆体ガス供給部グループが提供されてもよく、その場合には、互いに反応しうる前駆体ガス（対）を分離しておくのに十分な対応する排出部グループがあるのが好ましい。排出部グループの数は、少なくとも前駆体グループの数に等しいのが好ましい。一般には、粒子生成またはガスチャンネルの閉塞をも生じうる装置中のＣＶＤ（化学蒸着）反応を防止するために、各前駆体のための排出部グループは他の全てのグループから分離されている。
【０１２０】
ガス供給部８、３８、４２および／またはガス排出部３６、４０、６８は、堆積ヘッド６およびドラム５の軸方向に細長く成形されればよい、すなわち細長い形に成形されればよい。ガス供給部、例えば前駆体ガス供給部のアレイは、細長い形に成形されたガス供給部、例えば前駆体ガス供給部と考えられうる。一般に、軸方向は堆積ヘッドの回転軸と揃えられまたは一致しうる。したがって、より一般には、堆積ヘッドの回転軸がドラムの回転軸と一致しうることが明らかであろう。
【０１２１】
図４Ａは、細長く成形された供給部が提供された出力フェースの例を示す。軸方向６５は基板４に沿って、供給部の移動方向６６および／または基板４の移動方向６０に対して横断して向けられうる。この移動方向は、供給部に隣接して評価されるものである。
【０１２２】
使用時には、前駆体ガス、反応ガス、およびパージガスが、基板４と出力フェース２６との間にガスベアリングを形成しうる。さらに装置２は、前駆体ガス、反応ガス、および／またはパージガスの供給および排出を制御するためのガスコントローラを含み、これにより基板４と出力フェース２６との間のガスベアリングのガスベアリング層６９を形成するためのガスを供給しうる。このようなガスベアリング層により、基板が堆積ヘッドから分離されうる。このようにして、出力フェース２６と基板４との間の機械的接触が実質的に防止されうる。これにより、前駆体ガス供給部の並進速度と基板の並進速度とが異なる大きさおよび／または異なる方向を有することが可能になる。この例ではパージガス供給部は、基板と堆積ヘッドとを分離するガスベアリング層６９を形成するために堆積ヘッドと基板との間にベアリングガス、例えばパージガスを供給するためのベアリングガス供給部７０として機能する。したがってこの例では、堆積ヘッドは、ガスベアリング層６９を提供するために基板に向けてベアリングガスを供給するために設けられたベアリングガス供給部を含む。この例では、パージガス排出部４０がベアリングガス排出部７２および前駆体排出部として機能することが明らかであろう。分離距離Ｄは、基板４と出力フェース２６の表面との間のガスベアリング層の厚みを表しうることも明らかであろう。
【０１２３】
より一般には、使用時のガスベアリング層には、出力フェース２６への基板４の至近性によるガスベアリング層の圧力の強い増加が典型的に見られる。例えば、使用時には、基板が出力フェースに対して二倍近くに移動すると、他の条件が一定ならば、ガスベアリング層の圧力は少なくとも二倍になり、例えば典型的には八倍増加する。使用時のガスベアリング層の剛性は大抵１０４〜１０９ニュートン毎メートルであるのが好ましいが、この範囲外であってもよい。使用時には、基板４はガスベアリング層に対してフロートしうる。
【０１２４】
より一般には、本装置は、堆積ヘッドの方に向けられたプレストレス力を基板上に加えるために設けられうる。使用時には、プレストレス力がガスベアリング層の剛性を増加させる。このような剛性の増加は、基板表面の平面外への望ましくない移動を減少させる。その結果、基板表面に触れることなく、基板表面のより近くに基板が提供されうる。プレストレス力は例えば、プレテンションをかけられたキャプスタン等、例えばスプリングガイドにより基板４に（プレ）テンションをかけることにより加えられうる。スプリングガイドは、キャプスタン１４からいくらか離れていればよい。プレストレス力を加える他の方法も可能である。
【０１２５】
例えば図５および６に示される第二実施形態の装置２の変形例においては、堆積ヘッドには、使用時に基板４に面する空洞７４が提供されうる。このような変形例は、第二実施形態の回転可能堆積ヘッド６に加えて、使用時に基板４が運動する間に基板４に沿って線形に移動させられまたは固定して配置される、平面のまたは湾曲した出力フェース２６を有する堆積ヘッドにも関係しうる。空洞７４の深さは、出力フェース２６と基板４との間の距離の局所的増加として定義されうる。図５では、この距離の増加は、Ｄ２マイナスＤ１に等しく、Ｄ１はベアリングガス供給部７０に隣接した出力フェース２６と基板４との間の距離であり、Ｄ２は前駆体ガス供給部８に隣接した出力フェース２６と基板４との間の距離である。より一般には、Ｄ２マイナスＤ１は１０〜５００マイクロメートルの範囲であればよく、１０〜１００マイクロメートルの範囲であるのがより好ましい。
【０１２６】
図５および６の例では、前駆体ガス供給部８は、基板４に向けて空洞７４内へ前駆体ガスを供給するために空洞７４内に配置される。堆積ヘッド６には、空洞７４から前駆体ガスを排出するために空洞内に配置される前駆体ガス排出部３６がさらに提供されうる。堆積ヘッド６には、空洞から距離をおいてベアリングガスを供給するために空洞から離間されたベアリングガス供給部７０がさらに提供されうる。
【０１２７】
図５および６では、円筒に成形された出力フェース２６および基板の湾曲は明確のため示されていない。さらに、これらの例では、前駆体ガス排出部３６は、ベアリングガス排出部７２も形成する。しかし、より一般には、ベアリングガス排出部７２が前駆体ガス排出部とは別でありうることが明らかであろう。ベアリングガス排出部は、空洞７４から離間されうる、すなわちベアリングガス排出部３６は、空洞７４の外に配置されうる。したがって図６では、複数の前駆体ガス排出部３６、複数の空洞７４、および複数のベアリングガス供給部７０が出力フェース２６に提供される。空洞７４の深さは、空洞がないことを意味するゼロであってもよい。前駆体ガス／領域７７Ａは、ガスベアリング機能（すなわち前駆体供給部と基板との間の剛性）を有しうる。
【０１２８】
図５および６は、ガスベアリング層６９も示し、これは実質的に空洞７４の外に位置しうる。ガスベアリング層のベアリングガスの流れが矢印７５で示される。図５および６は、空洞から基板４に向かって延びる堆積空間７７Ａも示す。前駆体ガス供給部８および前駆体ガス排出部３６が空洞内に配置されるため、前駆体ガスは使用時に堆積空間７７Ａに実質的に閉じ込められうる。堆積空間の前駆体ガスの流れが、矢印７８で示される。図６は、反応物空間７７Ｂも示す。
【０１２９】
図６Ａは、第二実施形態の堆積ヘッド６の別の変形例を示す。この変形例では、装置は、レーザ７９を選択的に制御することにより原子層を形成（または再形成）するために前駆体ガスを基板４上で反応させるための選択的に制御可能なレーザ７９を含む。さらにこの装置は、レーザコントローラを含みうる。レーザコントローラは、輸送コントローラ、駆動コントローラ、および／または圧力コントローラと協働しうる。このようにして、原子層または原子層の積層の企図された、例えば所定のパターンが堆積されうる。レーザの制御は、基板の並進速度および前駆体ガス供給部の並進速度に依存しうる。例えば、レーザがオンおよび／またはオフにされる瞬間が、基板の並進速度および前駆体ガス供給部の並進速度に依存しうる。レーザの使用は、回転する堆積ヘッドとの組み合わせにおいて特に有用でありうる。レーザは、回転する堆積ヘッドにより可能になる比較的高速な堆積プロセスに適しうる比較的高い周波数で選択的に制御されうる。
【０１３０】
図６Ａは、前駆体ガス排出部３６も示す。図６Ａには描かれていないが、堆積ヘッドにはパージガス供給部３８およびパージガス排出部４０も提供されうることが明らかであろう。より一般には、堆積ヘッドには、波長特異的反応を誘起するために複数のレーザ７９または波長調整可能レーザが提供されうる。図６Ａの変形例によれば、図４に示される複数の反応ガス供給部４２が、例えば複数のレーザ７９に置き換えられうる。
【０１３１】
図７は、基板４とのアセンブリにおける、本発明による第三実施形態の装置２を示す。第三実施形態の装置２は、心棒１０およびベアリング１２が提供されればよく、出力フェース２６も有しうる。図７では、基板４の移動方向６０は、ドラム５の回転可能ホイールとともに回転しうる前駆体ガス供給部の移動方向６２と反対に向けられる（ホイールは図７に示されていないが、図１に参照番号５’で示される）。図７では、堆積ヘッド６の出力フェース２６のまわりの螺旋経路７６に沿って基板４が提供される。図７では、堆積ヘッド６のまわり、すなわち堆積ヘッドの出力フェース２６のまわりに一周未満基板が提供される。より一般には、装置２の堆積ヘッドの回転軸および／または心棒１２の長さ軸は、一方または両方のキャプスタン１４の長さ軸に対して傾けられうる。このようにして、基板４が螺旋経路７６に沿って提供されることが得られる。
【０１３２】
図８は、基板４とのアセンブリにおける、本発明による第四実施態様の装置２を示す。この例では、基板４が螺旋経路７６に沿って堆積ヘッド６の出力フェース２６のまわりに少なくとも一周、すなわち二周と三周の間で提供される。または、換言すると、基板は出力フェース２６に沿って堆積ヘッド６のまわりを少なくとも一周、すなわち二周と三周の間で巻く。その結果ある時点では、回転する堆積ヘッドのまわりを少なくとも一周移動させられる予定の基板４の第一部分８０Ａが、回転する基板のまわりを基板４の第一部分８０Ａより一周多く既に移動している基板４の第二部分８０Ｂと並んで位置する。ここで、「並んで」という用語は、基板の第一部分８０Ａおよび第二部分８０Ｂが、基板４の第一部分８０Ａおよび第二部分８０Ｂに沿って基板４の移動方向６０に対して横断して向けられた同じ想像上の線８２に沿って延びるというように解釈されうる。カバー（図示せず）は、基板の螺旋経路の形をたどり、基板の相互に対向する側面の間に形成される細隙またはギャップ８４をカバーする、螺旋状に形成された遮蔽構造体でありうる。遮蔽構造体は、洗浄可能ライナ構造体または犠牲構造体として形成されうる。加えて、逃げるプロセスガスを除去するために、シールディング構造体内に吸引が提供されうる。
【０１３３】
第四実施態様では、装置２には、相互に対向する側面８０Ａと８０Ｂとをそれぞれ形成する基板４の第一部分８０Ａと第二部分８０Ｂとの間のギャップ８４を通じて漏れた前駆体ガスを排出するための漏洩ガス排出部が提供されうる。
【０１３４】
図８では、前駆体ガス供給部８が配置されうる出力フェース２６の円周に沿った位置８８が示される。この例では、堆積ヘッド６には四つの前駆体供給部８が提供される。この例では基板８が前駆体供給部８の全体に面するため、この例では前駆体供給部８が見えない。したがって、より一般には、出力フェースの円周に沿って少なくとも一つの前駆体ガス供給部が配置されうる。
【０１３５】
図８から明らかなように、基板４の幅Ｗ１は堆積ヘッド６の幅Ｗ２より実質的に小さければよく、例えば少なくとも二倍小さければよい。しかしその代わりに、基板４の幅Ｗ１は堆積ヘッド６の幅Ｗ２にほぼ等しくてもよい。これは、図７および９に見られる。別の例として、基板４の幅Ｗ１は堆積ヘッド６の幅Ｗ２より実質的に大きければよく、すなわち少なくとも二倍大きければよい。実際には、全てのこのような代替例が、一つ以上の原子層の堆積のための有益な選択肢を形成しうる。
【０１３６】
第一実施形態、第二実施形態、第三実施形態、第四実施形態、もしくは別の実施形態、またはこれらの実施形態の一つの変形例の装置２が、本発明による方法にしたがって使用されうる。
【０１３７】
本発明による基板上に原子層を堆積させる方法の第一実施形態（第一方法）は、堆積ヘッド６の前駆体ガス供給部８から基板４に向けて前駆体ガスを供給するステップを含む。第一方法は、堆積ヘッド６を回転させることにより基板に沿って前駆体ガス供給部８を移動させることをさらに含む。第一方法は、基板４に向けて前駆体ガスを供給することの後および／またはこれと同時に前駆体ガス供給部８に沿って基板４を移動させることを含みうる。
【０１３８】
第一方法では、前駆体ガス供給部の並進速度は、基板の並進速度より大きいおよび／またはこれと反対に向けられる。前駆体ガス供給部の並進速度の絶対値は、基板の並進速度よりも例えば少なくとも５倍、少なくとも１０倍、少なくとも２０倍、少なくとも５０倍、少なくとも１００倍、少なくとも５００倍、少なくとも１，０００倍、少なくとも５，０００倍、および／または少なくとも１０，０００倍大きければよい。より一般には、前駆体ガス供給部の並進速度が基板の並進速度より少なくともＮ倍大きければ、Ｎ−１の原子層を含む積層された層が堆積されうることが明らかであろう。
【０１３９】
第一方法は、カバー１６により前駆体ガスを閉じ込めることをさらに含みうる。さらにカバー１６は、基板が堆積ヘッドに面しない位置で堆積ヘッドの出力フェース２６に面しうる。
【０１４０】
本発明による第一方法または別の方法では、基板と回転する堆積ヘッドとの間の分離距離Ｄ（図２Ａ）が維持されうる。このようにして基板４と回転する堆積ヘッドとの間の機械的接触が防止されうる。分離距離Ｄは、堆積ヘッドの円周の少なくとも一部、好ましくは全部のまわりでほぼ一定でありうる。分離Ｄは、様々な方法で得られる。
【０１４１】
本発明による方法の第二実施形態（第二方法）は、キャリヤ５０に基板を取り付けることを含みうる。第二方法は、前駆体ガス供給部８に沿ってキャリヤ５０を移動させることを含みうる。このようにして、基板が堆積ヘッド６の出力フェース２６から距離をおいて保たれうる。第二方法は、ガイド１５の輸送フェース５６に沿ってガイド１５のまわりでキャリヤを移動させることを含みうる。輸送フェース５６は出力フェース２６と共形であればよく、出力フェース２６に面していることにより、分離距離Ｄが出力フェース２６の少なくとも一部にわたり一定に保たれうる。
【０１４２】
本発明による方法の第三実施形態（第三方法）は、基板と堆積ヘッドとを分離するガスベアリング層６９を形成するために堆積ヘッドと基板との間にベアリングガスを供給することを含みうる。このようにして、基板が堆積ヘッド６の出力フェース２６から距離をおいて保たれうる。第三方法は、ガスベアリング層を提供するために堆積ヘッド６の複数のベアリングガス供給部７０から基板４に向けてベアリングガスを供給することを含みうる。
【０１４３】
第三方法は、堆積ヘッド６内に画成されて使用時に基板４に面する空洞７４内に前駆体ガス供給部７０により前駆体ガスを供給することをさらに含みうる。第三方法は、堆積ヘッド６の複数の前駆体ガス排出部７２により空洞７４から前駆体ガスを排出することを含みうる。このようにして、空洞からの前駆体ガスの逃げ、すなわち前駆体排出部以外からの空洞からの前駆体ガスの流出が実質的に防止されうる。第三方法では、空洞から距離をおいてベアリングガス供給部７０によりベアリングガスが提供されるのが好ましい。さらにベアリングガス供給部７０は、出力フェース２６に沿って空洞７４から離間されうる。
【０１４４】
本発明による方法の第四実施形態（第四方法）は、堆積ヘッド６のまわりの螺旋経路７６に沿って基板を移動させることを含みうる。図９は、基板４の移動方向６０および堆積ヘッド６の移動方向６２を概略的に示す。基板４に沿った前駆体ガス供給部８の中心８’のトラック９０．ｉ（ｉ＝ｎ−１，ｎ，ｎ＋１．．．）が示される。指数ｉが大きいほど、そのトラックに沿った移動が時間的に後で起こることを意味する。トラック９０．ｉは、基板４上にほぼ直線を形成することが期待されうる。隣接するトラック、例えばトラック９０．ｎとトラック９０．ｎ＋１は、隣接する前駆体ガス供給部８に対応しうることが明らかであろう。
【０１４５】
図９は、例えば細長い形に成形されうる、前駆体ガス供給部８の長手方向８９に沿った前駆体ガス供給部の長さＬをさらに示す。この例では、長手方向８９は堆積ヘッドの回転軸９１に対して揃えられるが、これは必要ではない。例えば長手方向８９は代わりに、キャプスタン１４の少なくとも一つの長さ軸８７と一致してもよい。
【０１４６】
キャプスタン１４の少なくとも一つの長さ軸８７および／または長手方向８９は、基板６０の移動方向に対して横断方向、例えば垂直でありうる。キャプスタン１４の少なくとも一つの長さ軸８７と堆積ヘッド６の回転軸９１との間に、傾斜角αが画成されうる。
【０１４７】
隣接する前駆体ガス供給部８の中心８’の間に分離Ｓが画成されうる。一実施形態では、前駆体ガス供給部８の長さＬならびに基板と前駆体ガス供給部の並進速度が、隣接するトラック９０．ｉにより堆積される原子層が互いに重なり合いまたは当接するように選択されうる。このようにして、これらの原子層の間のギャップが実質的に防止されうる。
【０１４８】
反応ガス供給部４２は、前駆体ガス供給部８と同様に成形されうる。反応ガス供給部４２の位置は、回転軸９１に沿った距離Ｒにわたり前駆体ガス供給部８に対してオフセットされうる。反応ガス供給部４２の中心４２’がその反応ガス供給部４２に隣接する前駆体ガス供給部８がたどるのと同様のトラック９０．ｉを基板に沿ってたどるように距離Ｒが適合されうることが明らかであろう。隣接する前駆体ガス供給部から層の積層が堆積されうるように、隣接する前駆体ガス供給部についても同様のオフセットが実現されうる。図９は、螺旋状の設備の結果、原子層による基板の被覆に様々な可能性が提供されることを示す。特に、その（縁の）形態により際立つ原子層の積層の形態が堆積されうる。特に、基板の縁付近の基板の被覆は、既知の方法を使用して得られる被覆と異なりうる。
【０１４９】
したがって、前駆体ガス供給部または前駆体ガス供給部のアレイが出力表面上に螺旋経路に沿って延びうることが明らかであろう。図９Ａは、前駆体ガス供給部が螺旋経路７６Ａに沿って延びる、本発明による装置の堆積ヘッド６の実施形態を示す。図９Ａは、回転軸９１も示す。図９Ｂは、図９Ａに示される断面Ａ‐Ａ’の一部を示す。前駆体ガス排出部３６または前駆体ガス排出部のアレイが螺旋経路７６Ａに沿って、例えば前駆体ガス供給部８または前駆体ガス供給部８のアレイと平行に延びうる。前駆体ガス供給部および／または前駆体ガス排出部は、細長い形に成形されうる（前駆体ガス供給部のアレイは、細長い形に成形された前駆体ガス供給部と考えられうる）。この細長い形の長手方向は、螺旋経路７６Ａに沿って出力表面の上に、この例では回転軸のまわりに一周より多く延びうる。したがって、前駆体ガス供給部は、堆積ヘッドの軸方向に対して傾けられた細長い形に成形されうる。したがって、より一般には、前駆体ガス供給部または前駆体ガス供給部のアレイ、および前駆体ガス排出部または前駆体ガス排出部のアレイが、螺旋経路に沿って延びうる。堆積ヘッドには、螺旋空洞７４’が提供されうる。螺旋空洞７４’は、使用時に基板に面しうる。前駆体ガス供給部８または前駆体ガス供給部８のアレイは、基板に向けて螺旋空洞７４’内に前駆体ガスを供給するために螺旋空洞７４’内に好ましく配置されうる。前駆体ガス排出部３６または前駆体ガス排出部３６のアレイは、空洞７４’から前駆体ガスを排出するために螺旋空洞７４’内に好ましく配置されうる。
【０１５０】
一実施形態では、前駆体排出部３６により前駆体ガスを排出することが省略されうる。前駆体排出部３６は、螺旋経路７６Ａに沿って螺旋空洞７４’内に存在せず、または使用されなければよい。螺旋経路７６Ａに沿って延びる前駆体ガス供給部により、排出部３６を通じて前駆体ガスを排出することを省略することが可能になりうる。螺旋空洞を通じた前駆体ガスの排出は、堆積ヘッド６の回転の結果として生じうる。このようなことは、螺旋経路７６Ａに沿った螺旋空洞７４’内の前駆体ガス供給部の設備から生じうる。螺旋空洞７４’の端７４’’に、排出された前駆体ガスを収集するための準備が提供されうる。
【０１５１】
一変形例では、第四方法は、前駆体ガス供給部８に沿って基板４を移動させる際に、基板４を堆積ヘッド６のまわりに少なくとも一周移動させることを含みうる。その結果ある時点では、基板の第一および第二部分が、基板の第一および第二部分に沿って基板の移動方向に対して横断して向けられた同じラインに沿って延びるように、回転する堆積ヘッドのまわりを少なくとも一周移動させられる予定の基板の第一部分８０Ａが、回転する基板のまわりを基板の第一部分８０Ａより一周多く既に移動している基板４の第二部分８０Ｂと並んで位置する。第四方法は、基板４の第一部分８０Ａと第二部分８０Ｂとの間のギャップ８４を通じて漏れた前駆体ガスを排出することをさらに含みうる。
【０１５２】
第一、第二、第三および第四方法は、原子層の連続した積層、すなわち二つの横方向に隣接する原子層の縁の間の継目が防止されうる原子層の積層を堆積させることを可能にしうる。しかし、本発明による方法を実行する際には、このような原子層の連続した積層が必ずしも達成されなくてもよい。例えば、本発明の第五実施形態（第五方法）は、基板上に原子層の積層９２を堆積させることを含めばよく、前駆体ガス供給部と基板との間で相対往復運動を実現することを含み、この往復運動は、二つの後続の折り返し位置で前駆体ガス供給部と基板との間の運動方向を折り返しまたは逆転させることを含む。図１０が第五方法を示す。
【０１５３】
図１０は、層の積層９２を示し、後続の折り返し位置９４．ｉ（ｉ＝ｎ−１，ｎ，ｎ＋１．．．）を示す。ここでより高い指数ｉは、時間的に後であることと対応する。図１０では、堆積される瞬間（時間軸９６により示される）を示すために、層が基板４から距離をおいて示される。しかし実際には、実質的に一定の層厚９８を有する層の積層が得られるように、（矢９７により示されるように）様々な層９２が基板４上に存在することとなる。
【０１５４】
第五方法では、例えば堆積の間に堆積ヘッド６が前後に回転させられうる。任意に、基板４も前後に、すなわち対向方向６０、６４に移動させられうる。このようにして、第五方法は、前駆体ガス供給部８と基板４との間に相対往復運動を実現することを含みうる。このような往復運動は、二つの後続の折り返し位置で前駆体ガス供給部と基板との間で運動方向を折り返させることを含みうる。二つの折り返し位置９４．ｎと９４．ｎ＋１だけでなく二つの折り返し位置９４．ｎ−１と９４．ｎが、後続の折り返し位置と考えられうる。
【０１５５】
折り返し位置９４．ｎ−１と９４．ｎとの間に原子層９２Ａが堆積されうる。この原子層９２Ａは、先に堆積された原子層９２Ｂに対してオフセットされうる。これは、折り返し位置９４．ｎ−１と９４．ｎとの間に堆積された原子層９２Ａの縁１００Ａが、先に堆積された原子層９２Ｂの縁１００Ｂに対して横に、すなわち基板４が延びる方向にずらされることを意味する。
【０１５６】
オフセットの結果、折り返し位置の間に堆積された原子層９２Ａの縁１００Ａは、折り返し位置の間に堆積された原子層９８Ａの主部分１０２Ａとは基板からの位置が異なる。
【０１５７】
しかし、オフセットにかかわらず、後続の折り返し位置９４．ｎ−１と９４．ｎとの間に堆積される原子層の縁１００Ａは、後続の折り返し位置９４．ｎと９４．ｎ．１との間に堆積される原子層の縁に隣接しうる。これらの層の主部分は、基板から同様の位置に置かれる。
【０１５８】
第五方法は、堆積ヘッド６を回転させる代わりに堆積ヘッド６を線形に移動させることによっても実行されうる。
【０１５９】
以上および図１〜１１Ｂから明らかなように、より一般には、本発明による方法は、回転可能ドラム、特に回転するドラムの、少なくとも部分的に丸みを帯びているのが好ましい円周に沿って、基板を移動させることを含むのが好ましい。本発明による装置は、回転可能ドラムの、部分的に丸みを帯びているのが好ましい円周に沿って基板を移動させるために設けられるのが好ましい。
【０１６０】
一般に適用可能であるが任意の実施形態においては、少なくとも出力フェースおよび／またはドラムは、出力フェースおよび／またはドラムの少なくとも一部、または出力フェースおよび／またはドラムの全体で、実質的に円筒、円錐、もしくは円錐台の形状を有し、または円筒、円錐または円錐台の少なくとも一部として実質的に成形されうる。
【０１６１】
本発明者は、本発明が例えばパッケージの製造の分野で用いられうることを認識した。パッケージは、例えば食品用のパッケージ、特に飲料用パッケージでありうる。あるいは、パッケージは、ディスプレイ、特に有機発光ダイオードディスプレイのパッケージでありうる。本発明による方法は、原子層、好ましくは原子層の積層をパッケージシート上に堆積させることを任意に含みうる。本発明による装置は、原子層、好ましくは原子層の積層をパッケージシート上に堆積させるために任意に設けられうる。したがって、基板は任意にパッケージシートでありうる。このようなパッケージシートは、パッケージの一部であればよく、またはそこからパッケージを形成するために設けられうる。原子層により、パッケージ上にガス（例えば酸素または水蒸気）および／または流体のためのバリヤが形成されうる。原子層を含むバリヤは、比較的確実な密閉を提供しうる。原子層を含むバリヤを通じた漏れは比較的低くなりうる。
【０１６２】
以上および図１〜１１Ｂから、より一般には、堆積ヘッドおよび／またはドラムの回転軸が、原子層が堆積される出力フェースおよび／または基板表面の平面に沿って向けられまたはこれに対して傾けられて向けられうることが明らかであろう。
【０１６３】
以上および図１〜１１Ｂからは、前駆体ガス供給部が、湾曲した出力フェースに沿って、堆積ヘッドの回転軸に沿った方向またはこれに対して傾いた方向に延びうることも明らかであろう。これは、基板上の原子層の均質な堆積を可能にしうる。
【０１６４】
以上および図１〜１１Ｂからは、本発明による装置が、ドラムの少なくとも部分的に丸みを帯びた円周に沿っておよび／またはわたって延びる出力フェース；ドラムの少なくとも部分的に丸みを帯びた円周上に配置される前駆体ガス供給部；出力フェースの少なくとも部分的に丸みを帯びた円周上に配置される前駆体ガス供給部；堆積ヘッドの回転軸および／またはドラムの回転軸まわりの少なくとも部分的に実質的に丸みを帯びた出力フェース；堆積ヘッドを含むドラムを回転可能に装着するためのマウント；回転可能ドラムの一部である堆積ヘッド；湾曲した出力フェースにわたって延びる前駆体ガス供給部；ならびに／もしくは、基板に沿ってまたはこれに対して傾いて向けられた軸方向および／もしくは回転軸を有する堆積ヘッドであり、基板と回転軸との間の傾斜角が３０度未満であるのが好ましい堆積ヘッドを含めばよく、ならびに／またはこれを用いて本発明による方法が実行されればよいことがさらに明らかであろう。追加的または代替的に、本発明による方法は、心棒上に装着された堆積ヘッドおよび／またはドラムを提供することと、心棒を通じて前駆体ガス供給部に向けて少なくとも前駆体ガスを提供することを含みうる。
【０１６５】
したがって、本発明は基板上に原子層を堆積させる方法を提供し、この方法は、堆積ヘッドに含まれる前駆体ガス供給部から基板に向けて前駆体ガスを供給することと；原子層を形成するために前駆体ガスを基板付近、例えば基板上で反応させることを含み、前駆体ガスを供給しながら堆積ヘッドを回転させることにより基板に沿って前駆体ガス供給部を移動させることをさらに含み、前駆体ガス供給部に沿って基板を移動させることは、堆積ヘッドのまわりで螺旋経路に沿って基板を移動させることを含む。本発明は、基板上に原子層を堆積させる装置をさらに提供し、この装置は、基板に向けて前駆体ガスを供給するための前駆体ガス供給部を有する堆積ヘッドを含み、この装置は、堆積ヘッドを回転可能に装着するためのマウントをさらに含み、前駆体ガス供給部を基板に沿って移動させるために堆積ヘッドを回転させるために設けられたドライバを含み；この堆積ヘッドは、原子層を形成するために供給された前駆体ガスを基板付近、例えば基板上で反応させるために構築されており；この装置は、堆積ヘッドのまわりで螺旋経路に沿って基板を案内するように、堆積ヘッドの回転軸に対して傾けられた長さ軸を有するガイドをさらに含む。
【０１６６】
本発明は、本明細書に記載されるいかなる実施形態にも限定されず、熟練者の範囲内で添付の特許請求の範囲に含まれるとみなされうる修正が可能である。例えば、本明細書で用いられるところの「基板」という用語は、実際上も「基板」という用語で呼称されることがあるプレートまたはロールの一部をさしうる。例えば、本明細書において用いられるところの「前駆体ガス供給部に沿って基板を移動させる」という表現は、プレートまたはロールの全体を前駆体ガス供給部に沿って移動させることを必要としない。例えば、「基板を堆積ヘッドのまわりに少なくとも一周提供する」という表現は、プレートまたはロールの全体が堆積ヘッドのまわりに移動させられることは必要でない。
【０１６７】
さらに別の例として、前駆体ガス供給部が基板に隣接して位置するときには、前駆体ガス供給部の並進速度（例えば図１１Ａおよび１１Ｂの矢印６２により示される）は、基板の並進速度（例えば図１１Ａの矢印６０により示される）に対して横断して向けられうる。したがって図１１Ａに示すように、堆積ヘッドの回転軸９１が基板の移動方向６０と揃えられうる。基板の移動方向６０と堆積ヘッド６の回転軸９１との間の角度は、０度〜９０度の範囲でありうる。
【０１６８】
図１１Ａの例の変形例が図１１Ｂに関して説明され、この図には、堆積ヘッド６の回転軸９１に沿った視線方向の堆積ヘッドが示される。基板４が堆積ヘッド６のまわりに巻きつけられているという点で、図１１Ｂの変形例は図１１Ａの例と異なる。
【０１６９】
図４を参照して、フォイル４がドラム５の円周の一部だけを横切ることに注意されたい。ローラ１４の間の横切られていない下部においては、二つのガス状反応物（例えばＡｌ‐前駆体トリメチルアルミニウムと水蒸気）がもはや分離されず、相互にさらされることにより、エアロゾル（「粉末」）を形成する。この粒子形成は、製品品質、プロセス、およびＲ２Ｒ機器を妨害しうる。これは、ドラム上の螺旋スキャンフォイル運動を用いた実施形態（図８）において部分的に克服されるが、フォイルのロールオフゾーンとロールオンゾーンとの間のドラムの「スクリーニング」が１００％完全でない箇所で改善されうる。
【０１７０】
粒子（「粉塵」）形成を防止するカバー１６は、ガス流の途切れを形成し、両前駆体がＡｌ２Ｏ３粒子形成を生じうることから限界を有しうる。加えて、このエンクロージャは、Ａｌ２Ｏ３のＡＬＤおよびＣＶＤのための基板としても部分的に働き、カバーとドラムとの間のギャップの狭化を生じうる。これはドラム回転、したがって機械操作の制御を邪魔しうる。
【０１７１】
望ましくない粒子形成をさらに防止するために、切替え可能流れ中断バルブシステムが提供されうる。このようなシステムの例が、例えば以下の図１２〜１８に関して提供される。
【０１７２】
図１２は、基板４上へ原子層を堆積させる装置２の概略断面を示す。堆積プロセスは、堆積ヘッドに含まれる前駆体ガス供給部８から基板に向けて前駆体ガスを供給することと、原子層を形成するために前駆体ガスを基板付近、例えば基板上で反応させることとを含む。回転可能ドラム５に堆積ヘッドが含まれ、ドラム５の少なくとも部分的に丸みを帯びた円周に沿って基板４が移動させられる。
【０１７３】
ドラム５に含まれる堆積ヘッドは、原子層を堆積させる間に基板４に少なくとも部分的に面する出力フェースを有する。出力フェースは前駆体ガス供給部８が提供され、基板４の移動経路を画成する実質的に丸みを帯びた形状を有する。特に、前駆体ガスを供給しながら回転可能ドラム５に含まれる堆積ヘッドを回転させることにより、前駆体ガス供給部８が基板４に沿って移動させられる。したがって、前駆体ガス供給部を回転軌道６２に沿って一方向に連続的に移動させながら、原子層の積層が堆積される。
【０１７４】
装置２は、回転軌道の第一部分Ｔ１にわたり前駆体ガス供給部８から基板に向けて前駆体ガスを供給することと、回転軌道の第二部分Ｔ２にわたり当該前駆体ガス供給部８から前駆体ガスを供給することを中断することとの間で切替える。
【０１７５】
基板４がドラム５の表面全体をカバーしないことに注意されたい。回転軌道の第一部分Ｔ１わたり、原子層を堆積させるために基板４がドラム５の出力フェースに近接する一方で、回転軌道の第二部分Ｔ２にわたり、基板が出力フェースから除去されまたは離れていればよい。したがって、当該切替えにより、回転軌道の第二部分Ｔ２にわたる前駆体ガスの漏れを防止しうる。さもないとこのような漏れにより、例えば基板上の指定エリア外での前駆体の望ましくない反応が生じうる。
【０１７６】
当該中断することは、前駆体ガス供給部を通る前駆体ガス流を向け直すことまたはオフに切替えることにより提供されうる。これが、回転軌道６２の第二部分Ｔ２にわたる前駆体ガスの漏れを防止しうる。ガス供給部８は、例えばガス源（ここでは図示せず）からガスを受け取ればよく、前駆体ガス供給部を供給することと中断することとの間での切替えは、前駆体ガス供給部８が回転軌道の第一部分から第二部分へ（Ｔ１とＴ２の間で）回転するときにガス供給部８とガス源との間のガス流路内に設けられた一つ以上のバルブを制御することにより提供されうる。
【０１７７】
現在示される実施形態では、バルブ制御手段（例えばコントローラ１０１）により開閉されうる電気機械的に制御されたバルブによりガス切替え構造体１０３が形成される。前駆体ガス供給部８および反応ガス供給部４２のガス流路内にバルブが設けられる。バルブ制御手段、この場合にはコントローラ１０１は、回転軌道の第二部分Ｔ２の間に、少なくとも基板４がガス供給部８および／または４２をカバーしていない位置ではバルブを閉じるように設けられる。同様に、回転軌道６２の第一部分Ｔ１にわたり基板４がドラム５の出力フェースを再びカバーしたときには、すなわち前駆体ガス供給部８をカバーする基板により漏れが防止されうるときには、コントローラ１０１がバルブを開きうる。ガスの射出をブロックするバルブと並んで、ガス流路を通るガス流に影響を与えるための他のガス切替え構造体も可能である。例えば、ガス流路に接続する排出チャネルを開くことにより、ガス流が向け直されてもよい。また、例えば図１５〜１８に関して後述するバルブシステムとして働く溝構造体による、ガス流を制御するための他の手段も可能である。
【０１７８】
図１２の現在示される実施形態では、反応ガス供給部４２がさらに提供されている。反応ガス供給部４２により供給される反応ガスは、例えば前駆体ガス供給部８により基板４上に堆積された前駆体ガスと反応して原子層を形成しうる。例えば、基板上に酸化アルミニウムの原子層を形成するために、前駆体ガスはトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を含む一方で、反応ガスは水蒸気を含みうる。前駆体ガス供給部８と同様に、反応ガス供給部４２には、例えば基板４がドラム５の出力フェースをカバーしていない回転軌道６２の部分Ｔ２での装置２からの反応ガスの逃げを防止するために、例えばバルブコントローラの制御下で閉じうるバルブが提供されうる。あるいは、例えば反応ガスが逃げても問題ない場合、例えば水蒸気の場合には、前駆体ガスのためだけにバルブが提供されればよい。
【０１７９】
図１２の現在の実施形態では、ドラム５は、前駆体ガス供給部８と反応ガス供給部４２とを分離するパージガス供給部３８ならびにパージガス排出部４０ａおよび４０ｂの設備をさらに含む。パージガス排出部４０ａおよび４０ｂは、前駆体ガスおよび反応ガスをそれぞれ別々のチャネルで排出するためにも用いられうる。パージガスは、基板４上の指定エリア外での二つのガスの間の望ましくない反応を防止するガスカーテンを前駆体ガスと反応ガスとの間に形成しうる。
【０１８０】
前駆体ガス供給部の出力フェースの至近にバルブが提供されるのが好ましい。このようにして、前駆体ガスが残留しうるデッドスペースの分量が制限される。あるいは、例えば狭い開口部により排気ポイントがガス流に対する十分な抵抗を提供する場合には、前駆体ガス圧力を解放するためにさらに上流にバルブが置かれればよく、前駆体ガス供給部を出るガス流が有効に停止される。前駆体ガスの供給を止めるためにバルブを閉じることに代えてまたは加えて、閉じたバルブと前駆体ガス供給部の出力フェースとの間のデッドスペース内の一切の残留する前駆体ガスを除去するために排気バルブが開きうる。
【０１８１】
前駆体ガスの望ましくない漏れの問題は、図８に示すように基板をドラムのまわりに螺旋状に巻きつけることによっても部分的に解決されうることに注意されたい。基板がドラムを離れる位置ではこれらの位置での前駆体ガスの漏れを防止するために前駆体ガス供給部が閉じられるように、前駆体ガス供給部が開状態と閉状態との間で切替え可能であるのが好ましい。
【０１８２】
図１３は、例えば固定中心心棒１０のまわりを回転するドラム５の概略断面を示す。ドラムの出力フェースに含まれる前駆体ガス供給部８は、心棒１０の円周溝５７ａを介して走るガス流路１５５を介して前駆体ガスを受け取り、回転経路６２の第一部分Ｔ１ではガス入口８ｉが溝５７ａに対向する。回転経路６２の第二部分Ｔ２の間には、ガス入口８ｉは、軌道の第二部分Ｔ２の間にガス流路１５５を妨害するガス切替え構造体として働く心棒１０の溝の端を形成する障害１０３’を通過する。このようにして、基板４によりカバーされていないドラム５の部分に少なくとも対応する回転経路６２の第二部分Ｔ２の間にガスがガス供給部８から逃げることが防止される。
【０１８３】
図のように、基板４は、ローラ１４ａと１４ｂとの間のドラム５の下部のガス供給部８の排出ポイントをカバーしていない。例えば前駆体ガス供給部のデッドスペースからのガスの望ましくない逃げを防止するために、基板４がガス供給部８の対応する排出ポイントを離れる充分前にこのガス供給部８が中断され、基板が再び同排出ポイントに出会ってから充分後にオンに戻されるように、Ｔ２を画成する障害１０３’が提供されるのが好ましい。追加的または代替的に、ガス排出部（図示せず）に接続された第二溝５７ｂが心棒１０に提供されうる。このようにして、供給部８が回転軌道６２の第二部分Ｔ２に沿って回転する際にガス供給部８のデッドスペースに残留する余剰のガスが排出され、または少なくとも逃げるのが防止されうる結果、前駆体ガスの望ましくない漏れがさらに防止される。
【０１８４】
図１４は、別のガス切替え構造体１０３が提供される、装置２の別の実施形態を示す。ガス切替え構造体１０３は、磁気バルブ１０１ｂが横切る回転経路に沿って設けられた制御磁石１０１ａにより形成されたバルブ切替え手段の制御下で対応する開口部またはバルブシート１０１ｃに摺動して出入りするように設けられた磁気バルブ１０１ｂにより形成される。ガス切替え構造体１０３は、回転軌道の第一部分Ｔ１にわたり前駆体ガス供給部から基板に向けて前駆体ガスを供給することと、回転軌道の第二部分Ｔ２にわたり当該前駆体ガス供給部から前駆体ガスを供給することを中断することとの間で切替えるために、ガス流路１５５内に設けられる。図（Ａ）、（Ｂ）、および（Ｃ）は、磁気バルブシステムの拡大図、制御磁石の設備の図、および結果として生じる磁場線の方向をそれぞれ示す。
【０１８５】
したがって、一実施形態では、ガス切替え構造体１０３は、バルブ１０１ｂとバルブ制御手段１０１ａとを含み、バルブ１０１ｂは、ガス流路１５５を通るガス流に影響を与えるために設けられ；バルブ制御手段１０１ａは、回転軌道６２の第二部分Ｔ２にわたりガス供給部へのガス流を中断するためにバルブ１０１ｂを制御するために設けられる。現在の実施形態では、バルブ１０１ｂはバルブ磁石を含み、バルブ１０１ｂは、バルブ磁石に印加される外部磁場の極性に応じて開状態と閉状態との間で切替えるために設けられる。バルブ制御手段１０１ａは、図（Ｂ）に示すように回転軌道の第一部分と第二部分との間で反対の磁気極性を有する、回転軌道の固定経路に沿って設けられた制御磁石を含む。
【０１８６】
この逆転された極性の結果、回転軌道６２の第一部分と第二部分とで反対方向を指す図（Ｃ）に示される磁場１０１ｆが生じる。例えば第一部分Ｔ１では、回転軌道に沿った制御磁石は、一つの極性をもって制御磁石に面する磁石を引き入れるために、一つの極性をもって磁気バルブの方を指す。この場合のこの引力によりバルブが開かれ、ガス流路が解放される。同様に、回転軌道６２の第二部分Ｔ２の制御磁石が反対の極性をもってバルブ磁石に面するときには、磁気反発がバルブを閉じうる。このようにして、前駆体ガス供給部（図示せず）が回転軌道６２の第一部分と第二部分との間の移行部を通過するときに、バルブが開状態と閉状態との間で切替えられうる。ここでは半径方向の磁場が示されているが、代わりに磁場は例えば極性間で切替わる接線方向または他の任意の方向でありうる。
【０１８７】
図の実施形態に加えてまたは代えて、バルブ１０３は、重力の影響下で開閉されてもよい。例えばドラムの下部にバルブがあるときにはバルブが下りてガス流路を閉じ、ドラムがバルブを上方に回転させると再び解放しうる。この重力バルブは、例えば回転軌道の所望の部分でバルブを開閉するために調節されるバネおよび重りのシステムも使用しうる。
【０１８８】
組み合わせられた磁気／重力作動バルブの一実施形態では、永久磁石が（軌道の第一部分Ｔ１で）水平位置においてバルブを開き、重要部分（軌道の第二部分Ｔ２）では重力がこれに代わりバルブを閉じうる。この実施形態では、例えば磁石が、回転軌道の第一部分Ｔ１にわたってのみ提供される。一般には、前駆体ガスを有する死体積を最小化するために、閉バルブ位置が反応チャンバの近くにあるのが好ましいことに注意されたい。また、余分の切替え可能排出ラインによりこの死体積が空にされうることに注意されたい。
【０１８９】
一実施形態では、重要なロールオフゾーン（Ｔ２）に近づくとガス流を中断しうる球形またはその他の形状の金属の閉要素、好ましくは永久磁性材料等が個々の半径方向供給ラインに挿入されうる。単純形においては、オン／オフ「作動」は、地球の重力の利用によることができ、回転するドラムの半径方向のガス供給ラインが重要なロールオフゾーンＴ２内へと回転する際に、重力が、重要ゾーンを出るまで球をある限界点を越えて閉止位置に引き込む。
【０１９０】
別の実施形態は、供給ラインをフォイルに沿ったその軌道内で「開」位置に保ち、コイルを通る電流を逆転させることにより「オフ」位置に切替えるための誘導コイルにより作動される、局所外部磁力を用いた閉要素の実施形態でありうる。
【０１９１】
ここでの別の選択肢は、「フォイルロールオフ」セグメントで開かれうる余分の排出ライン（「シャントまたはバイパス」）を挿入することである。このケースは、連続した前駆体ガス流の利点を有する（圧力低下がない）。
【０１９２】
図１５は、ドラムの表面の少なくとも一部を密閉する密閉片５５を介してガス源（図示せず）からガスを受け取るドラム５にガス供給部８、３８、および４２が含まれる、装置２の分解図を示す。この図では、内側ドラム５１の正面のガス入口５８ａを示すために密閉片５５が一つだけ示されている。
【０１９３】
使用時には、密閉片５５が密閉片とドラム表面との間の溝５７を密閉するためにドラム５に対して密閉押圧されて保たれ、これによりガス流路が形成される。したがって密閉片５５およびドラム５が、ガス流路を含む密閉構造体を形成する。ドラム５は、密閉片５５に対して回転可能であり、一つ以上のガス入口５８を含む。密閉された溝５７は、回転軌道の第一部分にわたりガス入口５８に対向しており、これによりガス流路の一部を形成するように設けられる。特に溝は、密閉された溝により形成されるチャネルを通じてガス源からのガス流を提供するガス出口（図示せず）に接続される。溝５７がガス入口５８に対向している位置では、密閉された溝を介して密閉片のガス出口からドラムのガス入口にガスが流れ込みうる。
【０１９４】
現在の図１５により示される別の態様は、ドラム５内のガス供給部８、３８、４２の好ましいレイアウトである。特に、前駆体ガス供給部８は、パージガス供給部３８により分離された反応ガス供給部４２と交互であるのが好ましい。それぞれのガス供給部８、３８、４２の堆積ヘッドは、例えば幅０．１ｍｍの細隙形状である。ガス供給部８、３８、４２の細隙形状の堆積ヘッドを通じて、ドラムの表面の一部をカバーしうる（例えば図１３参照）基板（図示せず）へ制御された様式でガスが流れうる。この細隙は、凹型接続片６３によりドラムに接続された交換可能なインサート半部６１の間に形成されうる。インサート半部６１は、ガス供給部の堆積ヘッドを含むドラムの外側部分５３を形成する。
【０１９５】
インサート半部６１により形成される典型的出口ギャップは、幅０．１ｍｍである。典型的インサート長は、前駆体出口で２５０ｍｍ、Ｎ２インサートで２８０ｍｍである。インサートストリップの外側表面は、インサート長にわたる等しいガス分布を確保するために滑らかであるのが好ましい。反応物／ベアリングゾーンに向かう一様な流量を得るために、出口ギャップの空気絞りは分割器チャンバの抵抗よりはるかに高いのが好ましい。一様な流量は、ウェブの一様なベアリング／前駆体ガスの一様な堆積を得るために好ましい。
【０１９６】
各ガス供給部は、例えばダウエルピンを用いて互いに対して配置され、例えばＭ３六角ネジにより接続される、二つのインサート半部６１により形成される。各インサート半部にＵ形状または凹形状の輪郭を提供することにより、ガス出口の下に分割器チャンバ６１ａが作製される。均一の濃度および正確なガス分離を得るために、フォイルサイズ全体にわたる連続した出口幅が望ましい。また、幅にわたる等しい分布のための滑らかな外側表面。
【０１９７】
接続片６３自体は、ネジ穴６３ａを介して内側ドラム５１にネジ留めまたはボルト留めされる。したがって接続片６３は、ドラムに凹型トラフを形成し、ガス排出チャネル６７を含むことができ、これを通じて基板とドラムとの間に形成されたトラフを介して余剰のパージガスおよび前駆体ガスまたは反応ガスが除去されうる。
【０１９８】
接続片６３により形成される凹型チャネル内の排出部６７の吸引力と、パージガスおよびその他のガス供給部により提供される圧力との組み合わせが、基板上への原子層の堆積の間に基板（図示せず）をドラムから所望の距離に保つためにバランスされうる。したがってパージガス供給部は、基板のためのガスベアリングだけでなく前駆体ガスと反応ガスとの間のガスカーテンとして機能しうる。前駆体および／または反応ガスも、ベアリング機能を有しうる。前駆体および／または反応ガスの望ましくない漏れを防止するために、円周パージガス供給部３８’にパージガスが提供されるのも好ましい。加えて、図１６でさらに詳述するように、ドラム表面が基板によりカバーされていない回転軌道の一部をガス供給部が横切る際にドラムへのこのガス供給部が中断されまたは向け直されるように、溝５７が設けられうる。
【０１９９】
図１６は、ドラム５５の回転可能フィードスループレート５９に接続されることとなる固定密閉片５５により形成された密閉構造体９５の分解図を示す。密閉構造体は、ガス流を中断および再開するためのガス切替え構造体としてだけでなく、固定源１０８’、１３８’、１４２’から回転するドラム５にガスを提供するためのガス移行部構造体として働きうることに注意されたい。密閉片５５は、フィードスループレート５９の対応するガス入口／出口に対向している円周溝５７を含む。ガス入口／出口５８と組み合わされた溝５７は、密閉片５５に対するドラム５の相対回転の機能として開くバルブ１０３を形成しうる。ドラムは、例えば密閉片５５の内側の空洞によりまたは外部に形成されうるベアリング構造体上に載置されうる心棒１０のまわりで回転しうる。心棒１０は、例えばモータ（図示せず）、好ましくは耐熱モータ（例えばブラシレスＤＣモータ）により駆動されうる。モータは、ドラムの心棒１０に直接接続し、またはモータのトルクを増加させるために例えばギヤボックスを介して接続しうる。
【０２００】
使用時には、密閉片５５の表面とドラム５に含まれる回転フィードスループレート５９の表面との間に溝５７が走りうる。ドラムの回転軌道６２の第一部分Ｔ１に対応する溝５７には、前駆体ガス１０８、パージガス１３８、および反応ガス１４２がそれぞれのガス源１０８’、１３８’、および１４２’から提供されうる。加えて、ドラムの回転軌道６２の第二部分Ｔ２に対応する溝は、ガス排出部（図示せず）に接続されうる。このような設備においては、ガス入口／出口５８がガス源１０８’、１３８’、または１４２’に接続された溝に対向するときには、ドラムの出力フェースが基板に近接する回転軌道の第一部分Ｔ１の間に、ドラムのガス供給部が基板（図示せず）の表面にそれぞれのガスを供給しうる。加えて、基板がドラムの表面から離れているときには、前駆体および／または反応ガスの外部環境への望ましくない漏れを防止するために、ドラム５の表面のその部分のガス供給部が中断され、および／またはガスが排出されうる。
【０２０１】
したがって、図の実施形態では、回転軌道の第二部分Ｔ２にわたりこの前駆体ガス供給部から前駆体ガスを供給することを中断することの間に、溝５７を介して走るガス流路がドラムの表面により、ここでは特にフィードスループレート５９により中断されるように、密閉された円周溝５７が回転軌道６２の第一部分Ｔ１に沿って延び、回転軌道６２の第一および第二部分Ｔ１およびＴ２の間で終了する。
【０２０２】
図の実施形態に代わり、ドラム５および密閉片５５のガス入口／出口に溝が提供さうる。また、現在の図の密閉片５５はドラムの側面を密閉するプレートを含むが、代わりに密閉片がドラムの円周を密閉し、密閉片のドラム表面の円周に沿って溝が提供されてもよい。また、これらの側面密閉片と円周密閉片の組み合わせも可能である。さらに、ドラム５および密閉片５５の両方が溝または排出チャネルと溝との組み合わせを含んでもよい。さらに、現在の実施形態では溝がある深さを有するものとして示されているが、この深さも溝長に沿って変化させられうる。
【０２０３】
現在の実施形態では三つの溝だけが示されるが、この数は、堆積プロセスの特定のニーズに合わせて増減されうる。有利な実施形態では、前駆体ガスを運ぶ溝が、前駆体ガスより高い圧力でパージガスを運ぶ溝により囲まれる。このようにして、例えば図１Ｅの同心チューブに関連して論じられたのと同様に、パージガスが前駆体ガスと外部環境との間にガスカーテンを形成しうる。代替的または追加的に、溝には、パージガス１４２供給部とガス排出部とを有する溝により分離された前駆体ガス１０８および反応ガス１４２供給部が交互に提供されればよく、例えば中心から外へ向かって順に前駆体ガス供給部、ガス排出部、パージガス供給部、ガス排出部、反応ガス供給部、ガス排出部、パージガス供給部が提供されうる。このようにして、前駆体ガスがパージガスとともに、反応ガスとパージガスとは別々の排出チャネルで排出される。
【０２０４】
代替的または追加的に、前駆体ガスが密閉片を通じてドラムの一つの側面に供給される一方で、反応ガスがドラムの別の側面に供給される。前駆体／反応ガスの外部環境への望ましくない逃げを防止するために、一方または両方の側面にパージガスカーテンが提供されうる。密閉片５５は、（軸方向）ドラム側面に対してガスベアリングを有してもよい。
【０２０５】
図１７は、ドラム５に対する密閉片５５の間のガス接続の概略断面を示す。ドラム５は、例えばモータＭによりベアリング１２内で回転する心棒１０を介して駆動されて、密閉片５５に対して回転軌道６２にわたり回転可能である。
【０２０６】
ドラムは、ドラム５の出力フェース上に前駆体ガス供給部８（例えばＴＭＡ）と、パージガス供給部３８（例えばＮ２）と、反応ガス供給部４２（例えば水蒸気）と、ガス排出部４０ａおよび４０ｂとを含む。ガス供給部８、３８、４２は、ガス１０８、１３８、１４２をそれぞれのガス源１０８’、１３８’、１４２’から、ドラムの表面の少なくとも一部を密閉する密閉片５５を介して受け取る。さらに、ドラム５はガス出口／入口５８を含む一方で、密閉片５５はその表面内に円周溝５７を含む。換言すれば、溝５８は、入口／出口５８の半径に対応する半径（中心までの距離）を有する接線経路をたどる。一実施形態では、パージガスラインは、ドラム極端部をベアリングするために半径方向にだけでなく、ガスベアリングおよび反応ガスの分離のために軸方向にも設計されうる。
【０２０７】
溝５７はドラム５により密閉され、回転軌道６２の少なくとも一部にわたりガス出口／入口５８に対向しているように設けられる。使用時には、密閉された溝５７の一部が、ガス源１０８’、１３８’、１４２’とガス供給部８、３８、４２との間のガス流路の一部を形成しうる。さらに、他の密閉された溝５７または密閉された溝５７の別の部分が、余剰の前駆体ガス８および反応ガス４２をそれぞれ排出するためのガス排出部４０ａ、４０ｂとそれぞれのガスシンク１４０ａ’、１４０ｂ’との間の別のガス流路の一部を形成しうる。指定していない（すなわち基板上でない）エリアで前駆体ガスと反応ガスとの間に望ましくない反応が生じないように、前駆体ガス１０８および反応ガス１４２のための排出チャネルが分離して保たれるのが好ましい。上述のように、図の実施形態に代わり、溝５７とガス入口／出口５８とが密閉片５５とドラム５との間で逆転されてもよく、または任意の組み合わせで混合されてもよい。
【０２０８】
一実施形態では、回転軌道６２の第二部分にわたり前駆体ガス供給部８から前駆体ガスを供給することを中断することの間にガス流路がドラム５の表面により中断されるように、密閉された円周溝が回転軌道６２の第一部分に沿って延び、回転軌道６２の第一部分と第二部分との間で終了する。このようにして、密閉片に対するドラムの相対回転が、ガス源／シンクとそれぞれのガス供給部／排出部との間のガス流路を開閉する、すなわち組み合わされた構造体がバルブシステムとして働く。したがって溝がバルブとして働き、ドラムの回転がバルブを制御する手段として働きうる。
【０２０９】
ガスフィードスループレートまたは密閉片５５は、いくつかの機能を有しうる。
−  窒素インサートに接続し、円周方向に窒素細隙を作製する
−  従来のベアリングまたはエアベアリングでドラムを支えるための心棒として役立つ
−  例えば２２０ｍｍの典型的直径のフィードスループレートを取り付けるための外縁でより大きな直径を提供する。
−  ガスをフィードするための穴を提供する。
−  ドラムのための軸方向（ガス）ベアリングとして役立つ。
【０２１０】
各チャンバ／インサートは、一つの半径方向ボアを有して接続されるのが好ましい。出口チャンバは、各々二つのボアを有しうる。軸方向ボアは、フィードスループレートに接続するのに役立つ。ボアは、例えば典型的に６ｍｍの直径を有しうる。半径方向ボアは、チャネル体積およびデッドスペースを最小化するために、例えばドラムの極端部側に近い距離にあればよい。
【０２１１】
一実施形態では、ドラム５は、多孔質炭素の標準のエアブッシングにより担持され、平坦な円形のエアベアリングにより軸方向に固定されうる。ドラムは、モータのトルクを増加させるためのギヤボックスを間に有してドラム心棒１０に直接接続する、耐熱モータＭ（例えばブラシレスＤＣモータ）により駆動されうる。
【０２１２】
図１８は、装置２の別の実施形態を示す。装置２のこの実施形態は、ドラム５の両側に二つの密閉片５５ａ、５５ｂを含む。ドラムは、回転経路６２にわたり密閉片５５ａ、５５ｂに対して回転可能であり、例えばベアリング１２内に走る心棒１０のまわりで回転する。第一密閉片５５ａは、ドラムから余剰のパージガスおよび／または前駆体ガス１４０ｂを排出するだけでなく、ドラム５に前駆体ガス１０８およびパージガス１３８を供給するために設けられる。第二密閉片５５ｂは、ドラム５から余剰の反応ガス１４０ｂを排出するだけでなく、ドラム５に反応ガス１４２を供給するために設けられる。前駆体ガス１０８および反応ガス１４２を二つの別々の密閉片５５ａおよび５５ｂを介してそれぞれ供給および／または排出することの利点は、二つのガス１０８および１４２が、例えば密閉片の漏れる開口部を介して互いに出会い、指定エリア外の場所で反応することが防止されることである。別の利点は、ドラム設計におけるより小さな空間要求でありうる。
【０２１３】
一実施形態では、ロールツーロールＡＬＤシステムで使用するための同軸二重ドラムセットに流れ中断器または抵抗器が完全統合された切替え型ガス供給ライン構成が提供され、力制御または形状制御された構成に完全統合されたバルブおよび／またはガスフィードスルーならびにガスベアリング／分離システムにより中断が行われる。
【０２１４】
本開示の応用分野はＡＬＤに限定されず、例えばＯＬＥＤのバリヤ層のラージエリア製造のためのリールツーリール堆積機器、有機太陽光発電、フレキシブル有機エレクトロニクス（例えばトランジスタ）、パッシベーションおよびバッファ層薄膜太陽電池、（食品）パッケージの水分および酸素拡散バリヤ層等に拡張でき、Ａｌ２Ｏ３の生成物だけに制限されない。他の材料（ＺｎＯ等）の堆積も想定される。
【０２１５】
等しく全ての運動学的逆転が本質的に開示され、本発明の範囲内であるものとみなされる。「好ましい」、「とりわけ」、「特に」、「典型的に」等の表現の使用は、本発明を制限することを目的としない。不定冠詞「一つの（ａ）」または「一つの（ａｎ）」は、複数を除外しない。明確または明示的に記載または請求されない特徴が、本発明の範囲を逸脱することなく本発明の構造体に追加的に含まれうる。例えば、堆積ヘッドには、基板の一部の上の原子層堆積の間の、基板の当該一部の高温、例えば２２０℃近くの温度を実現するためのヒータが提供されうる。別の例として、装置には、空洞、前駆体ガス供給部、前駆体ガス排出部、反応ガス供給部、反応ガス排出部、ベアリングガス供給部、および／または前駆体ガス排出部内のガス圧力を制御するための圧力コントローラが提供されうる。圧力コントローラは、ガスコントローラを含みうる。さらに、装置は例えば、基板上の堆積の間の前駆体ガス材料の反応性を高めるための、または基板上の堆積後の堆積後処理に適する、マイクロプラズマ源または別のソースを含みうる。堆積ヘッドを回転させることに加えてまたは代えて、堆積ヘッドを往復させることが有益な堆積オプションを提供しうることが明らかであろう。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ（Ａ）】
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【図１Ｅ（Ｂ）】
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【図１Ｅ（Ｃ）】
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【図１Ｆ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図５】
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【図６】
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【図６Ａ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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