(57)【要約】  本発明の実施例によれば、移動する基板ウェブを原子層堆積反応器の反応空間内に導入し、前記反応空間内に反復パターンを有する前記基板ウェブのトラックを形成し、前記基板ウェブを前記反応空間内で時間的に分断された前駆体パルスに暴露することで、逐次的な自己飽和性表面反応により、材料を上記基板ウェブに堆積させることを含む方法を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動する基板ウェブを原子層堆積反応器の反応空間内に導入し、
前記反応空間内に反復パターンを有する前記基板ウェブのトラックを形成し、
前記基板ウェブを前記反応空間内で時間的に分断された前駆体パルスに暴露することで、逐次的な自己飽和性表面反応により、材料を上記基板ウェブに堆積させる、
ことを特徴とする、方法。
【請求項２】
基板ウェブの伝搬方向を複数回折返し、反復パターンを形成する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記反応空間からのガスの漏出を防止する導入ゲートを介して前記基板ウェブを導入する、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
過剰圧ホールウェイを介して前記基板ウェブを導入する、請求項１から請求項３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記反復パターンを有するトラックが前記反応空間内に流路を形成し、
フロー分配器を用いて、前記前駆体パルスを各流路に到達させる、請求項１から請求項４のいずれかに記載の方法。  
【請求項６】
前記フロー分配器は、送給ヘッド開口部を有する複数のフローレーキによって構成されるフロースプレッダを備えている、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記反応空間内における前記トラックの長さをトラックパターンを変更することにより調整する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
移動する基板ウェブを原子層堆積反応器の反応空間内へと導入するように構成された導入ゲートと、
前記基板ウェブに対し、前記反応空間内に反復パターンを有するトラックを形成するように構成されたトラック形成要素と、
前記基板ウェブを前記反応空間内で時間的に分断された前駆体パルスに暴露することで、逐次的な自己飽和性表面反応により、材料を上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。
【請求項９】
前記基板ウェブの伝搬方向を複数回折り返すことで前記反復パターンを形成するように構成された折返部を備えている請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記反応空間からのガスの漏出を防止するように構成された導入ゲートであって、前記反応空間内へ基板ウェブを導入するように構成された導入ゲートを備えている請求項８または請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記導入ゲートは、前記基板ウェブが通過する過剰圧ホールウェイを備えている請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記反復パターンを有するトラックは、前記反応空間内に流路を形成するように構成され、
前記前駆体パルスを各前記流路に到達させるためのフロー分配器を備えている、請求項８から請求項１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
前記フロー分配器は、送給ヘッド開口部を有する複数のフローレーキによって構成されるフロースプレッダを備えている、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
請求項８から請求項１４のいずれかに記載の装置を備え、請求項１から請求項７のいずれかに記載の方法を実行するように構成された生産ライン。
【請求項１５】
移動する基板ウェブを原子層堆積反応器の反応空間に導入する導入手段と、
前記反応空間内に反復パターンを有する前記基板ウェブのトラックを形成するトラック形成手段と、
前記基板ウェブを前記反応空間内で時間的に分断された前駆体パルスに暴露することで、逐次的な自己飽和性表面反応により、材料を上記基板ウェブに堆積させる前駆体蒸気送給手段と、
を備える、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、逐次的な自己飽和性表面反応により、材料を表面に堆積させ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）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）という別名で総称され、今日ではＡＬＥに代わり、こちらが使われている。ＡＬＤは、少なくとも２種類の反応性前駆体種を少なくとも１つの基板に逐次的に導入することに基づく、特殊な化学的堆積法である。
【０００３】
ＡＬＤによって成長した薄膜は緻密でピンホールがなく、かつ均一の厚さを有する。例えば、ＴＭＡとしても知られるトリメチルアルミニウム（ＣＨ３）３Ａｌと水から、２５０−３００℃で熱ＡＬＤにより酸化アルミニウムを成長させた実験において、基板ウェーハ上の不均一性はわずか１％程度であった。
【０００４】
ＡＬＤ産業は、これまでのところ、主に材料を１つ以上のリジッド基板上に堆積することに専念してきた。しかしながら、近年、第１のロールから巻き出される基板ウェブ上に材料を堆積し、堆積後第２のロールに巻き取るロール・ツー・ロールＡＬＤ処理に対する関心が高まっている。
【摘要】
【０００５】
本願と同時に出願された同一譲受人による特許出願、国際公開ＦＩ２０１２／ｘｘｘｘｘｘには、基板ウェブ上に材料を堆積し、ウェブの速度により材料成長が制御されるＡＬＤ反応器が開示されている。該基板ウェブは直線状のトラックに沿って処理チャンバを通過して移動し、時間的に分割されたＡＬＤ処理により、基板表面に所望の薄膜コーティングを成長させるものである。
【０００６】
生産ラインは、通常基板ウェブを所定の一定速度で搬送するものとして知られている。よって、材料の堆積厚をウェブの速度を変えることで制御することは通常不可能である
【０００７】
１回の堆積サイクルは、通常一層のコーティングを生成する。堆積サイクルは、ＡＬＤ反応器の処理チャンバの大きさ等の様々な要因により、最小必要時間を有することが示されている。さらに、処理チャンバ内で所望のコーティングを得るには非常に多くのサイクルが必要な場合もあることが示されている。インラインＡＬＤ反応器によりこれを実現するには、基板ウェブを非常に低速とすることが必要とされる（または非常に長い処理チャンバが必要とされるが、これは実用的ではない）。この低速条件は、生産ラインにおいて一般的に主流をなす高速条件とは対照的である。
【０００８】
本発明の第１の態様例は、移動する基板ウェブを原子層堆積反応器の反応空間内に導入し、前記反応空間内に反復パターンを有する前記基板ウェブのトラックを形成し、前記基板ウェブを前記反応空間内で時間的に分断された前駆体パルスに暴露することで、逐次的な自己飽和性表面反応により、材料を上記基板ウェブに堆積させることを特徴とする方法を提供する。
【０００９】
特定の実施例においては、前記方法は、基板ウェブの伝搬方向を複数回折返し、反復パターンを形成する。
【００１０】
折返しは、ロールなどの折返部によって実行されてもよい。該ロール（折返ロール）は、反応空間に取り付けられてもよい。これに代えて、折返部は、反応空間を提供する処理チャンバであるが、実際の反応空間の外部である折返部領域（またはシールド領域）に配置されてもよい。このような実施形態においては、中間面が処理チャンバを反応空間と、（反応空間の両側に配置されてもよい）折返部領域に分割してもよい。上記折返部領域は、反応空間の圧力に比べ、過剰圧領域であってもよい。
【００１１】
上記折返しは、正確に１８０度の折返しまたは略１８０度の折返しとして実行されてもよい。よって、上記反復パターンは、基本的にトラックの一方向に向かう部分とそれに次ぐ逆方向（例えば、上下方向）に向かう部分を構成する。これに代え、上記折返しは、１８０度以上または以下であってもよい。他の実施形態においては、より複雑な反復パターンが形成されてもよい。
【００１２】
特定の実施例においては、前記方法は、前記反応空間からのガスの漏出を防止する導入ゲートを介して前記基板ウェブを導入する。
【００１３】
特定の実施例においては、上記導入ゲートはスリットによって形成され、該スリットは、反応空間とスリットの反対側の過剰圧領域との差圧を維持するものである。ここで言う過剰圧とは、上記過剰圧領域の圧力は大気（または室内）の圧力に比べ低くなっているが、反応空間の圧力よりも高い圧力であることを意味する。この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。これにより、特定の実施例においては、上記方法は、不活性ガスを過剰圧領域に送給することを含む。
【００１４】
特定の実施例においては、上記スリット（導入スリット）は、基板ウェブが隙間無く通過できる程度に狭い。上記過剰圧領域は、第１の（または搬送元）ロールが配置される領域であってもよい。特定の実施例においては、第１および第２のロールの両方が過剰圧領域に配置される。上記過剰圧領域は過剰圧空間または区画であってもよい。上記スリットは、上記過剰圧領域から反応空間（または処理チャンバ）へ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。上記スリットは、スロットルであってもよい。上記スリットは、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。
【００１５】
特定の実施例においては、上記反応器は、上記スリットを形成する絞り板を備えている。該絞り板は、基板ウェブが隙間無く通過するよう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。
【００１６】
上記基板ウェブは、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。
【００１７】
ＡＬＤ処理された上記基板ウェブは、送出ゲートを介して反応空間から送出されてもよい。特定の実施例においては、上記送出ゲートは、第２のスリット（送出スリット）によって形成され、該第２のスリットは、反応空間とスリットの反対側の過剰圧領域との差圧を維持するものである。上記第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配置されていてもよい。
【００１８】
特定の実施例においては、上記導入ゲートは、ホールウェイによって連結された導入口と導入スリットを備えている。該ホールウェイは、導入ゲートと反応空間との差圧を維持する過剰圧ホールウェイであってもよい。
これにより、特定の実施例においては、前記方法は、過剰圧ホールウェイを介して前記基板ウェブを導入する。
上記過剰圧ホールウェイは、基板ウェブ経路を介した前駆体蒸気／反応性ガスの反応空間外への流出を防止することをその目的としてもよい。不活性ガスが該過剰圧ホールウェイに送給されてもよい。
【００１９】
特定の実施例においては、上記送出ゲートは、ホールウェイによって連結された送出スリットと送出口を備えている。該ホールウェイは、過剰圧ホールウェイであってもよい。この差圧を維持するため、不活性ガスを過剰圧ホールウェイに送給してもよい。
【００２０】
特定の実施例においては、前記方法は、前記反復パターンを有するトラックが前記反応空間内に流路を形成し、フロー分配器を用いて、前記前駆体パルスを各流路に到達させる。
【００２１】
特定の実施例においては、前記フロー分配器は、送給ヘッド開口部（開孔部）を有する複数のフローレーキによって構成されるフロースプレッダを備えている。該開口部は、対応する流路の先端に設けられていてもよい。上記フロースプレッダは垂直なフロースプレッダであってもよい。上記フローレーキは、直線状の流路であってもよい。上記フローレーキはフロースプレッダと流体連通している。
【００２２】
上記フロー分配器は、トラックの一方側の側面に配置されていてもよく、トラックの他方側には排気ラインが配置されていてもよい。
【００２３】
特定の実施例においては、前記方法は、前記反応空間内における前記トラックの長さを、トラックパターンを変更することにより調整する。これは、特定の実施例においては、一部の折返部のみにより基板ウェブを搬送することにより実現されてもよい。換言すると、前記方法は、その特定の実施例においては、１つ以上の折返部をとばすことを含む。トラックの長さはコーティングの厚さに影響するため、得られる厚さはトラックパターンを変更することにより調整してもよい。
【００２４】
特定の実施例においては、上記反応空間全体が前駆体パルスに交互に暴露される。これにより、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全く同一の空間（または処理チャンバの同一領域）で行われてもよい。反応空間におけるＡＬＤ処理は、例えば、反応空間を空間的に分割する必要のある空間的ＡＬＤとは対照的に、時間的に分割された（または時分割された）ものである。基板ウェブは、反応空間を連続的に移動しても、周期的に（例えば、断続的に）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、基板ウェブ表面上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内の反応空間の外に存在する場合、基板ウェブ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。
【００２５】
上記反応器は、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。特定の実施例においては、基板ウェブは、搬送元ロールなどの基板ウェブ搬送元から処理チャンバ（または反応空間）内へと搬送される。基板ウェブは、処理チャンバ内でＡＬＤ反応により処理され、処理チャンバから搬送先ロールなどの基板ウェブ搬送先へと搬送される。基板ウェブの搬送元および搬送先がロールである場合、ロール・ツー・ロールの原子層堆積方法が成立する。基板ウェブは、第１のロールから巻き出され、処理チャンバ内へと搬送され、堆積処理後第２のロールに巻き取られてもよい。これにより、基板ウェブは、第１のロールから第２のロールへ搬送され、その過程で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。
【００２６】
上記ウェブは、連続的に上記第１のロールから上記第２のロールへと搬送されてもよい。特定の実施例においては、上記ウェブは連続的に一定の速度で搬送される。特定の実施例においては、上記ウェブは断続的に搬送される。よって、基板ウェブは堆積サイクル中停止され、該サイクルの終了時に移動され、次のサイクルで停止される、などしてもよい。これにより、上記基板ウェブは、所定の時間間隔で随時移動されてもよい。
【００２７】
本発明の第２の態様例は、移動する基板ウェブを原子層堆積反応器の反応空間内へと導入するように構成された導入ゲートと、前記基板ウェブに対し、前記反応空間内に反復パターンを有するトラックを形成するように構成されたトラック形成要素と、前記基板ウェブを前記反応空間内で時間的に分断された前駆体パルスに暴露することで、逐次的な自己飽和性表面反応により、材料を上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ている装置を提供する。
【００２８】
上記装置は、原子層堆積（ＡＬＤ）反応器であってもよい。該ＡＬＤ反応器（または反応器モジュール）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のロールへ搬送するように構成されていてもよい。該搬送部は、第２の（搬送先）ロールに接続されていてもよい。特定の実施例においては、上記搬送部は、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の駆動装置を備えている。該搬送部は、上記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。
【００２９】
特定の実施例においては、前記装置は、前記基板ウェブの伝搬方向を複数回折り返すことで前記反復パターンを形成するように構成された折返部を備えている。
【００３０】
特定の実施例においては、前記装置は、前記反応空間からのガスの漏出を防止するように構成された導入ゲートであって、前記反応空間内へ基板ウェブを導入するように構成された導入ゲートを備えている。
【００３１】
特定の実施例においては、上記導入ゲートは基板ウェブが通過する過剰圧ホールウェイを備えている。
【００３２】
特定の実施例においては、前記反復パターンを有するトラックは、前記反応空間内に流路を形成するように構成され、前記装置は、前記前駆体パルスを各前記流路に到達させるためのフロー分配器を備えている。
【００３３】
特定の実施例においては、前記フロー分配器は、送給ヘッド開口部を有する複数のフローレーキによって構成されるフロースプレッダを備えている。
【００３４】
本発明の第３の態様例は、第２の態様またはその実施形態による装置を備え、第１の態様またはその実施形態による方法を実行するように構成された生産ラインを提供する。
【００３５】
本発明の第４の態様例は、移動する基板ウェブを原子層堆積反応器の反応空間に導入する導入手段と、前記反応空間内に反復パターンを有する前記基板ウェブのトラックを形成するトラック形成手段と、前記基板ウェブを前記反応空間内で時間的に分断された前駆体パルスに暴露することで、逐次的な自己飽和性表面反応により、材料を上記基板ウェブに堆積させる前駆体蒸気送給手段とを備えている装置を提供する。
【００３６】
以上、本発明の拘束力をもたない異なる態様例および実施形態を説明した。上記の実施形態は、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】
【００３７】
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。
【図１】本発明の一実施例によるモジュール型堆積反応器の側面図である。
【図２】本発明の一実施例による生産ラインの側面図である。
【図３】本発明の一実施例による別の堆積反応器の上面図である。
【図４】本発明の一実施例によるスタンドアローン型堆積反応器を示す図である。
【図５】本発明の一実施例による別のスタンドアローン型堆積反応器を示す図である。
【図６】本発明の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】
【００３８】
以下の記述において、原子層堆積（ＡＬＤ）技術は一例として用いられる。ＡＬＤ成長メカニズムの基本は当業者の知るところである。本特許出願の導入部にて記述されたように、ＡＬＤは、少なくとも２種類の反応性前駆体種を少なくとも１つの基板に逐次的に導入することに基づく、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。反応空間は一般的には加熱される。ＡＬＤの基本的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は堆積過程において化学吸着を利用し、物理吸着を排除する。化学吸着中には、固相表面の原子と気相からもたらされる分子との間に強い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しているため、格段に弱いものとなる。
【００３９】
ＡＬＤ反応器の反応空間は、一般的に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４つの逐次的工程、すなわち、パルスＡ、パージＡ、パルスＢ、およびパージＢ、から構成される。パルスＡは一般的に金属前駆体蒸気から構成され、パルスＢは非金属前駆体蒸気、特に窒素または酸素前駆体蒸気から構成される。パージＡおよびパージＢでは、反応空間からガス状の反応副産物や残留反応物分子をパージするために、窒素やアルゴンなどの不活性ガスと真空ポンプが一般的に用いられる。堆積シーケンスは少なくとも１回の堆積サイクルにより構成される。堆積サイクルは、堆積シーケンスにより所望の厚さ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。
【００４０】
典型的なＡＬＤ処理において、前駆体種は加熱された表面の反応部位と化学吸着を介して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該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。よって、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止する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、使用され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ということである。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。一般的には、この化学吸着ステップに次いで、余分な第１の前駆体および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に導入される。第２の前駆体分子は、一般的には、第１の前駆体分子の吸着種と反応し、これにより所望の薄膜材料またはコーティングを形成する。この成長は、吸着された第１の前駆体の全量が消費され、表面が第２種反応部位において実質上飽和した時点で停止する。余分な第２の前駆体蒸気および潜在的な反応副産物蒸気は第２のパージステップ（パージＢ）によって除去される。そして、該サイクルは、膜またはコーティングが所望の厚さ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、該堆積サイクルは、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堆積シーケンスを形成するものである。
【００４１】
図１は、一実施例によるモジュール型堆積反応器の側面図である。堆積反応器１００は生産ラインの一部を形成してもよい。基板ウェブ１１０は、導入口１６１を介して堆積反応器１００内へと導入される。基板ウェブ１１０の移動経路は、ホールウェイ１６２を通り、第１のスリット１６３を介して反応空間１５０へと続く。反応空間１５０において、基板ウェブ１１０に対して反復パターン１４０を有するトラックが提供される。反応空間１５０は、反応空間１５０上部に配置されたロール１４１からなる第１の列と反応空間１５０下部に配置されたロール１４２からなる第２の列を備えている。基板ウェブ１１０の伝搬方向は、ロール１４１および１４２により折り返され、上記反復パターンを形成する。よって、該反復パターンは、トラックの一方向に向かう部分とそれに次ぐ逆方向に向かう部分（ここでは、上下方向に向かう部分）を含む。
【００４２】
堆積反応器１００は、第１の前駆体（ここでは、ＤＥＺ:ジエチル亜鉛）供給源１１１および第２の前駆体（ここでは、Ｈ２Ｏ:水）供給源１２１を備えている。本実施形態および他の実施形態において、水供給源はオゾン供給源に置き換え可能である。第１のパルス弁１１２は、第１の前駆体送給ライン１１３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１２２は、第２の前駆体送給ライン１２３への第２の前駆体の前駆体蒸気の流れを制御する。送給ライン１１３は第１のフロー分配器１１４として反応空間１５０内へと続き、送給ライン１２３は第２のフロー分配器１２４として反応空間１５０内へと続く。本実施例において、堆積反応器１００は、さらに第３の前駆体（ここでは、Ｈ２Ｓ：硫化水素）供給源１３１を備えている。第３のパルス弁１３２は、第３の前駆体送給ライン１２３への第３の前駆体の前駆体蒸気の流れを制御する。本実施例においては、第２と第３の前駆体は同一の送給ライン１２３を共用する。
【００４３】
フロー分配器１１４は、複数のフローレーキと流体連通された垂直スプレッダを備えている。フローレーキは、開孔部を備えた直線状の水平流路であってもよい。各フローレーキは上記（複数の）開孔部を介して反応空間１５０と流体連通している。フロー分配器１２４も同様の構造を有している。第１および第２のフロー分配器１１４、１２４は、反応空間１５０の一側面上の同じ高さに配置できるように、分散可能である。
【００４４】
上記反復パターンを有するトラックは、反応空間１５０内に横向きの流路を形成する。該流路は屈曲可能な基板ウェブ表面の間に形成される。フローレーキは、流路の先端に開孔部を備えており、前駆体蒸気が上記開孔部を介して該流路に流入するようになっている。反応空間１５０の反対側には、ガスを集め真空ポンプ１８２に向けて下方に導く排気ライン１８１が設けられている。
【００４５】
上記反応空間１５０において、基板ウェブはＡＬＤ反応に暴露される。堆積シーケンスは、１回以上の連続した堆積サイクルからなり、各サイクルは、少なくとも第１の前駆体暴露期（パルスＡ）、それに次ぐ第１のパージステップ（パージＡ）、それに次ぐ第２の前駆体暴露期（パルスＢ）、およびそれに次ぐ第２のパージステップ（パージＢ）によって構成される。前駆体が３種類の場合、堆積サイクルは、第３の前駆体暴露期（パルスＣ）およびそれに次ぐ第３のパージステップ（パージＣ）を含んでいてもよい。あるいは、より複雑な場合、パージＢの後にさらなる第１の前駆体暴露期とそれに次ぐパージステップを含み、その後に第３の前駆体暴露期およびそれに次ぐパージステップを含んでいてもよい。
【００４６】
前駆体暴露期において、前駆体蒸気はフロー分配器１１４、１２４の一方を介して反応空間１５０に流入し、残りのガスは排気ライン１８１を介して反応空間１５０から排出される。不活性ガス（窒素など）は他方のフロー分配器を介して流れる。パージステップにおいては、不活性ガスのみが反応空間１５０に流入する。
【００４７】
基板ウェブは、反応空間１５０から送出スリット１７３を介して反応空間１５０の反対側に送出される。基板ウェブの移動は、ホールウェイ１７２を通り、送出口１７１を介して生産ラインにおける処理の次のステップへと続く。
【００４８】
導入口１６１、ホールウェイ１６２、および導入スリット１６３は、導入ゲートの一例を形成する。同様に、送出スリット１７３、ホールウェイ１７２、および送出口１７１は、送出ゲートの一例を形成する。該ゲートの目的は、基板ウェブ経路を介した反応空間１５０からのガスの漏出を防ぐことである。
【００４９】
特定の実施例においては、スリット１６３、１７３は、反応空間１５０とホールウェイ１６２、１７２との差圧を維持するスロットルとして機能する。また、上記差圧を維持するため、ホールウェイ１６２、１７２の一方または両方に不活性ガスを送給してもよい。図１は、不活性ガス供給源１０５からホールウェイ１６２への不活性ガスの送給を示す図である。図１に示す堆積反応器１００において、（過剰圧）ホールウェイ１６２、１７２内の圧力は反応空間１５０内の圧力よりも高くなっている。一例として、反応空間１５０内の圧力が１ミリバールである場合に、ホールウェイ１６２、１７２内の圧力は、例えば５ミリバールである。この差圧は、反応空間１５０からホールウェイ１６２、１７２内への流れを防ぐ障壁を形成する。しかしながら、この差圧により、他の方向からの（すなわち、スリット１６３、１７３を介したホールウェイ１６２、１７２から反応空間１５０への）流入は可能である。従って、フロー分配器１１４、１２４から流れる不活性ガスについては（前駆体暴露期における前駆体蒸気についても）、その流れは実質上真空ポンプ１８２のみに到達する。
【００５０】
図２は、一実施例による生産ラインの側面図である。一実施例における生産ラインは、例えば、太陽電池産業における用途のための、ステンレス鋼（ＳＳ）フォイル用コーティングの生産ラインである。ＳＳフォイルは、複数の処理モジュール９８−１０１を介して、搬送元ロールモジュール９７から搬送先ロールモジュール１０２へ搬送される。生産ラインの第１のモジュール（搬送元ロールモジュール）９７は、不活性ガス領域内で巻き出される搬送元ＳＳフォイルロールを備えている。不活性ガス（ここでは、Ｎ２）は、不活性ガス供給源から上記ロールが配置された空間へと導かれる。
【００５１】
巻き出されたＳＳフォイルは、その後生産ラインの次のモジュール９８に送込まれる。本実施例において、上記モジュール９８はモリブデン（Ｍｏ）スパッタリングモジュールである。モリブデン処理／堆積後、ＳＳフォイルは生産ラインの次のモジュール９９に送込まれる。本実施例において、上記モジュール９９は銅インジウムガリウムジセレニド（ＣＩＧＳ）スパッタリングモジュールである。
【００５２】
ＣＩＧＳ処理／堆積後、ＳＳフォイルは生産ラインの次のモジュール１００に送込まれる。本実施例において、上記モジュール１００は図１のＡＬＤ反応器モジュールである。このモジュールにおいて、所望の量のＺｎＯＳがＳＳフォイル上に堆積される。必要とされる場合、反応空間から一方または両方のホールウェイへとガスが流れることを防止する障壁を強化するため、モジュール１００のホールウェイへ不活性ガスを導入してもよい。モジュール１００の反応空間内のトラックの長さは、所望の厚さのコーティングを得られるように設定される。これは、トラックが折り返されるトラック折返部（ここでは、ロール）を適切な数設置することで実現される。折返し回数は、例えば、１つ以上のロールをとばすことによって調整可能である。このように、ＡＬＤ反応器モジュール１００は生産ライン上の基板ウェブを所定の速度に調整することができる。
【００５３】
ＺｎＯＳ堆積後、ＳＳフォイルは生産ラインの次のモジュール１０１に送込まれる。本実施例において、上記モジュール１０１は別のＡＬＤ反応器モジュールである。ＡＬＤモジュール１０１は、ＡＬＤ処理に用いられる供給源が異なること以外は基本的にはモジュール１００に対応する。このモジュールにおいて、所望の量のＺｎＯ：ＡｌがＳＳフォイル上に堆積される。必要とされる場合、モジュール１０１の一方または両方のホールウェイへ不活性ガスを導入すると共に、あるいはトラックの長さをモジュール１００と同様に調節してもよい。
【００５４】
コーティングされたＳＳフォイルは、モジュール１０１から搬送先ロールモジュール１０２へ送込まれる。ＳＳフォイルは搬送先ロールに巻き取られる。不活性ガスが、不活性ガス供給源から上記ロールが配置された空間へと導かれる。
【００５５】
図３は、一実施例による別の堆積反応器の上面図である。堆積反応器３００は、円筒状の反応チャンバ３０２を、本実施形態においては同じく円筒状の真空チャンバ３０１内に備えている。反応チャンバ３０２の周囲は、熱反射体３０７および反応チャンバヒータ３０６を備える中間空間となっている。巻取可能な基板ウェブの搬送元ロール３２１の回転軸は、上記反応チャンバおよび真空チャンバの底部フィードスルー３０５に取り付けられている。巻取可能な基板ウェブの搬送先ロール３２２の回転軸は、上記反応チャンバおよび真空チャンバの別の底部フィードスルー３０５に取り付けられている。基板ウェブは、導入スリット３６３を介して反応チャンバ３０２内の処理チャンバ３０３内へ導入される。処理チャンバは、例えば、長方形または正方形の断面形状を有していてもよい。処理チャンバは、折返ロールの第１の列３４１及び第２の列３４２を介して基板ウェブを折り返すことで、基板ウェブに対し、反復パターン３４０を有するトラックを提供する。上記反復パターンは、処理チャンバ内の略全域にわたり配置されてもよい。処理チャンバ３０３内部は反応空間３５０を形成する。反応空間３５０は、交互に前駆体の前駆体蒸気に暴露される。前駆体の前駆体蒸気は、処理チャンバ３０３の上部から反応空間３５０内へ送給される。前駆体蒸気は、基板ウェブ表面に沿って、処理チャンバ３０３底部の排気ライン３０４内へと上から下に流れる。コーティングされた基板ウェブは送出スリット３７３を介して反応空間３５０から送出され、搬送先ロール３２２に巻き取られる。
【００５６】
導入および送出スリット３６３、３７３は、該スリットを通って前駆体蒸気が反応空間から流出しない程度に狭いが、前駆体蒸気は、排気ライン３０４後段の真空ポンプによって排気ライン３０４へと吸引される。また、反応チャンバ３０２内の処理チャンバ３０３の周囲に、不活性ガスを送給することにより、過剰圧領域を設けることができる。
【００５７】
特定の実施例においては、基板ウェブは連続的に移動される。別の実施例において、基板ウェブは断続的に移動される。基板ウェブは、複数回の堆積サイクルの間は静止し、その後所定量動かされ、再び複数回の堆積サイクルの間静止する、などしてもよい。
【００５８】
図４は、一実施例によるスタンドアローン型堆積反応器を示す図である。基板ウェブ４１０は、処理チャンバの壁に設けられた導入スリット４６３を介して堆積反応器の反応空間４３０に導入される。反応空間４３０において、基板ウェブ４１０に対して反復パターン４４０を有するトラックが提供される。反応空間４３０は、反応空間４３０の第１の側部に配置されたロール４４１からなる第１の列および反応空間４３０の反対側の第２の側部に配置されたロール４４２からなる第２の列を備えている。基板ウェブ４１０の伝搬方向は、ロール４４１、４４２により折り返され、上記反復パターンを形成する。よって、該反復パターンは、トラックの一方向に向かう部分とそれに次ぐ逆方向に向かう部分（ここでは、左右方向に向かう部分）を含む。折返し回数は、他の実施形態と同様に、例えば、１つ以上のロールをとばすことで調整可能である。
【００５９】
上記堆積反応器は、第１の前駆体供給源４０１（ここでは、ＴＭＡ：トリメチルアルミニウム）および第２の前駆体供給源４０２（ここでは、Ｈ２Ｏ：水）を備えている。第１のパルス弁４１１は、第１の前駆体送給ライン４１２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４２１は、第２の前駆体送給ライン４２２への第２の前駆体の前駆体蒸気の流れを制御する。送給ライン４１２は、第１のフロー分配器４１３として反応空間４３０内へと続き、送給ライン４２２は第２のフロー分配器４２３として反応空間４３０内へと続く。
【００６０】
フロー分配器４１３は、複数のフローレーキと流体連通された水平スプレッダを備えている。フローレーキは、開孔部を備えた直線状の水平流路であってもよい。各フローレーキは上記（複数の）開孔部を介して反応空間４３０と流体連通している。フロー分配器４２３も同様の構造を有している。第１および第２のフロー分配器４１３、４２３は、反応空間４３０の上面上の同じ高さに配置できるように、分散可能である。
【００６１】
上記反復パターンを有するトラックは、反応空間４３０内に垂直流路を形成する。該流路は屈曲する基板ウェブ表面の間に形成される。フローレーキは、流路の先端に開孔部を備えており、前駆体蒸気が上記開孔部を介して該流路に流入するようになっている。反応空間４３０の反対側には、その底部に、ガスを集め真空ポンプ（図示省略）へ導く排気ライン４８１が設けられている。
【００６２】
上記反応空間４３０において、基板ウェブはＡＬＤ反応に暴露される。堆積シーケンスは、１回以上の連続した堆積サイクルからなり、各サイクルは、少なくとも第１の前駆体暴露期（パルスＡ）、それに次ぐ第１のパージステップ（パージＡ）、それに次ぐ第２の前駆体暴露期（パルスＢ）、およびそれに次ぐ第２のパージステップ（パージＢ）によって構成される。
【００６３】
前駆体暴露期において、前駆体蒸気はフロー分配器４１３、４２３の一方を介して反応空間４３０に流入し、残りのガスは排気ライン４８１を介して反応空間４３０から排出される。不活性ガス（窒素など）は他方のフロー分配器を介して流れる。パージステップにおいては、不活性ガスのみが反応空間４３０に流入する。
【００６４】
基板ウェブは、反応空間４３０から送出スリット４７３を介して反応空間４３０の反対側に送出される。
【００６５】
堆積反応器は、搬送元ロール領域４３１、搬送先ロール領域４３２、および搬送元と搬送先ロール領域の間に反応空間４３０を提供する処理チャンバを備えている。搬送元ロール領域４３１の搬送元ロール４９１は、搬送元ロール軸４９３周りに回転可能とされており、一実施例における屈曲可能な基板ウェブが搬送元ロールから巻き出され、反応空間４３０に導入されるようになっている。同様に、搬送先ロール領域４３２の搬送先ロール４９２は、搬送先ロール軸４９４周りに回転可能とされており、一実施例における反応空間から送出された屈曲可能な基板ウェブが搬送先ロール４９２に巻き取られるようになっている。
【００６６】
スリット４６３、４７３の目的は、基板ウェブ経路を介した反応空間４３０からのガスの漏出を防ぐことである。
【００６７】
特定の実施例においては、スリット４６３、４７３は、反応空間４３０とロール領域４３１、４３２との差圧を維持するスロットルとして機能する。また、上記差圧を維持するため、第１および第２の不活性ガス供給源４０３、４０４から、ロール領域４３１、４３２それぞれに不活性ガスを送給してもよい。しかしながら、他の実施形態においては、不活性ガス供給源４０３、４０４は単一の不活性ガス供給源として実装されてもよい。図４に示される堆積反応器において、（過剰圧）ロール領域４３１、４３２内の圧力は反応空間４３０内の圧力よりも高くなっている。一例として、反応空間４３０内の圧力が０．５ミリバールの場合、ロール領域４３１、４３２内の圧力は、例えば、５ミリバールである。この差圧は、反応空間４３０からロール領域４３１、４３２内への流れを防ぐ障壁を形成する。しかしながら、この差圧により、他の方向からの（すなわち、スリット４６３，４７３を介したロール領域４３１、４３２から反応空間４３０への）流入は可能である。従って、フロー分配器４１３，４１４から流れる不活性ガスについては（前駆体暴露期における前駆体蒸気についても）、その流れは実質上排気ライン４８１後段の真空ポンプのみに到達する。
【００６８】
さらに、図４は、第１の前駆体暴露期における堆積反応器を示す。第１のパルス弁４１１が開かれ、第１の前駆体の前駆体蒸気はフロー分配器４１３およびその開孔部を介して反応空間４３０に流入する。不活性ガスは、他方のフロー分配器を介して反応空間４３０に流入する。基板ウェブ表面上でＡＬＤ反応が発生する。残りのガスは排気ライン４８１へと排出される。
【００６９】
図５は、一実施例による別のスタンドアローン型堆積反応器を示す図である。図５の実施形態の折返部は、反応空間を提供する処理チャンバであるが、実際の反応空間の外部である折返部領域（またはシールド領域）に配置されること以外は、図５の実施形態は図４の実施形態に対応する。処理チャンバは、該処理チャンバを反応空間５３０と第１の折返部領域５３１に分割する第１の中間面５５１を備えている。処理チャンバはさらに、該処理チャンバを反応空間５３０と第２の折返部領域５３２に分割する第２の中間面５５２を備えている。従って、反応空間５３０は中間面５５１と５５２の間に位置する。折返部領域５３１、５３２は、中間面５５１、５５２の反対側の処理チャンバの端部に位置する。
【００７０】
基板ウェブ４１０は、中間面５５１、５５２を通過して折返部（ロール４４１、４４２）に達することができる。中間面５５１、５５２には、例えば、スリットが設けられていてもよい。従って、基板ウェブ４１０のトラックは、処理チャンバの反応空間５３０内部と反応空間５３０外部である折返部領域５３１、５３２の両方を移動するものである。ＡＬＤ堆積は、反応空間５３０内のみで発生し、反復パターン５４０は、他の実施形態と同様に反応空間５３０内に形成される。
【００７１】
折返部領域５３１、５３２は反応空間５３０内の圧力に比べ、過剰圧領域であってもよい。図５の実施例において、不活性ガスは、矢印５６４によって示されるように、搬送元ロール領域４３１から反応チャンバの壁に設けられたスリット４６４を介して第１の折返部領域５３１に流入する。同様に、不活性ガスは、矢印５７４によって示されるように、搬送先ロール領域４３２から反応チャンバの反対側の壁に設けられたスリット４７４を介して第１の折返部領域５３１に流入する。不活性ガスは、矢印５６３によって示されるように、搬送元ロール領域４３１から反応チャンバの壁に設けられた処理チャンバ導入スリット４６３を介して、さらに第２の折返部領域５３２に流入する。同様に、不活性ガスは、矢印５７３によって示されるように、搬送先ロール領域４３２から反応チャンバの反対側の壁に設けられた処理チャンバ送出スリット４７３を介して第２の折返部領域５３２に流入する。過剰圧領域折返部領域５３１、５３２の目的は、中間面５５１、５５２を介した反応チャンバ５３０外部への反応性ガスの流出を防止することである。
【００７２】
上記基板ウェブ４１０は、処理チャンバ導入スリット４６３を介して第２の折返部領域５３２に導入され、そこから中間面５５２に設けられたスリットを介して処理チャンバに導入される。ＡＬＤ処理後、コーティングされた基板ウェブ４１０は、反応空間５３０から中間面５５２に設けられたスリットを介して第２の折返部領域５３２へ送出され、そこから処理チャンバ送出スリット４７３を介して搬送先ロール領域４３２に送出される。
【００７３】
さらに、図５は第２の前駆体暴露期における堆積反応器を示す。第２のパルス弁４２１が開かれ、第２の前駆体の前駆体蒸気はフロー分配器４２３およびその開孔部を介して反応空間５３０に流入する。不活性ガスは、他方のフロー分配器を介して反応空間５３０に流入する。基板ウェブ表面上でＡＬＤ反応が発生する。残りのガスは排気ライン４８１へと排出される。
【００７４】
一実施例において、ここで説明された堆積反応器（または反応器）は、コンピュータ制御されたシステムである。該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、該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該命令に応じて動作させるものである。上記命令は、コンピュータ読み取り可能なプログラムコードであってもよい。図６は、堆積反応器制御システム６００の概略ブロック図である。基本的なシステムセットアッププロセスにおいて、パラメータはソフトウェアの補助によりプログラムされ、命令は、ヒューマンマシーンインターフェース（ＨＭＩ）端末６０６により実行され、イーサネット（登録商標）バス等の通信バス６０４を介して制御ボックス（制御装置）６０２にダウンロードされる。一実施形態においては、上記制御ボックス６０２は、汎用プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）を備えている。制御ボックス６０２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ている。制御ボックス６０２は、堆積反応器の適切な弁の空気圧式制御器に電力を供給する。制御ボックスは、ウェブ、真空ポンプ、および全ヒータを駆動する駆動装置の動作を制御する。制御ボックス６０２は適切なセンサから情報を受信し、一般に、堆積反応器の動作全体を制御する。特定の実施例においては、制御ボックス６０２は、原子層堆積反応器において、基板ウェブの第１のロールから反応空間を介した第２のロールへの搬送を制御する。さらに、制御ボックス６０２は、逐次的な自己飽和性表面反応により、材料を基板ウェブ上に堆積させるために、反応空間に対する時間的に分断された前駆体パルスの暴露を制御する。制御ボックス６０２は、プローブの読取値を測定し堆積反応器からＨＭＩ端末６０６へ伝達してもよい。点線６１６は、堆積反応器の部品と制御ボックス６０２との境界線を示す。
【００７５】
特許請求の範囲および解釈を制限することなく、本件において開示された１つ以上の実施例の特定の技術的効果は以下の通りである。該技術的効果のひとつは、ＡＬＤ反応器を生産ライン上で要求される基板ウェブの速度に適合させることである。別の技術的効果は、例えば、空間的ＡＬＤ反応器に比べて、保守間隔が長いということである。さらに別の技術的効果は、例えば、折返部がコーティングされることがないように、基板ウェブ折返部を反応空間外部の清浄な環境に設置することである。
【００７６】
以上の説明により、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、発明者によって現在考案されている、本発明を実施するための最良の形態の完全かつ有益な説明を提供した。しかしながら、当業者には明らかであるように、上述の実施形態の詳細は本発明を限定するものではなく、本発明の特徴から逸脱することなく同等の手段を用いて、他の実施形態に実装することができる。
【００７７】
さらに、以上に開示した本発明の実施形態の特徴は、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。然るに、以上の説明は、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。よって、本発明の範囲は添付の特許請求のみによって制限されるものである。
【図６】
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【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５】
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【国際調査報告】
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