(57)【要約】【課題】成膜方法において、原子層堆積法によって成膜を行う場合に、装置の小型化が可能であり、良好な膜質の成膜を効率的に行えるようにする。【解決手段】ＡＬＤによって薄膜を形成する成膜方法であって、成膜室１２０が第一のゾーン１２１と、第二のゾーン１２２と、基板２０５を第一の進行方向ｆまたは第二の進行方向ｂに移動させることによって１サイクルのＡＬＤサイクルが複数回行われる成膜搬送路ＤＰと、を備えており、成膜搬送路ＤＰにおいて、ＡＬＤサイクルがｎ回（ただし、ｎは２以上の整数）行われる長さだけ、基板２０５を第一の進行方向ｆに進める第一の成膜動作と、この後、同じくＡＬＤサイクルがｍ回（ただし、ｍはｎより小さい整数）行われる長さだけ、基板２０５を第二の進行方向ｂに進める第二の成膜動作と、第一の成膜動作および第二の成膜動作を複数回繰り返すことと、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子層堆積法（ＡＬＤ）による成膜を行う成膜室に基板を移動させることによって前記基板に薄膜を形成する成膜方法であって、
前記成膜室は、
前記原子層堆積法における第一の前駆体となる第一のガスが導入される第一のゾーンと、
前記原子層堆積法における第二の前駆体となる第二のガスが導入される第二のゾーンと、
前記基板を第一の進行方向または前記第一の進行方向と反対方向の第二の進行方向に移動させることによって、前記基板が前記第一のゾーンおよび前記第二のゾーンをこの順に複数回通過して、前記原子層堆積法による１原子層を形成する１サイクルのＡＬＤサイクルが複数回行われる成膜搬送路と、
を備えており、
前記成膜搬送路において、前記ＡＬＤサイクルがｎ回（ただし、ｎは２以上の整数）行われる長さだけ、前記基板を前記第一の進行方向に進める第一の成膜動作と、
前記第一の成膜動作の後、前記成膜搬送路において、前記ＡＬＤサイクルがｍ回（ただし、ｍはｎより小さい整数）行われる長さだけ、前記基板を前記第二の進行方向に進める第二の成膜動作と、
前記第一の成膜動作および前記第二の成膜動作を複数回繰り返すことと、
を含む、成膜方法。
【請求項２】
前記成膜搬送路に入る前および前記成膜搬送路から出た後の前記基板には、原子層堆積法による成膜を行わない、
請求項１に記載の成膜方法。
【請求項３】
前記基板は、
ロールへの巻き取りおよびロールからの巻き出しが可能なフィルム状の基板であり、
前記第一の成膜動作では、
前記基板を第一のロールによって巻き取ることによって、前記基板を前記第一の進行方向に移動させ、
前記第二の成膜動作では、
前記基板を第二のロールによって巻き取ることによって、前記基板を前記第二の進行方向に移動させ、
前記成膜搬送路から出て前記第一のロールに巻き取られるまでの前記基板の長さは、前記ＡＬＤサイクルが少なくとも前記ｎ回可能な長さであり、
前記成膜搬送路から出て前記第二のロールに巻き取られるまでの前記基板の長さは、前記ＡＬＤサイクルが少なくとも前記ｍ回可能な長さである、
請求項１または２に記載の成膜方法。
【請求項４】
原子層堆積法（ＡＬＤ）によって基板に薄膜を形成する成膜装置であって、
真空チャンバー内に、前記原子層堆積法における第一の前駆体となる第一のガスが導入される第一のゾーンと、前記原子層堆積法における第二の前駆体となる第二のガスが導入される第二のゾーンと、前記第一のゾーンおよび前記第二のゾーンを隔てるとともに前記基板が前記第一のゾーンおよび前記第二のゾーンとの間を往来可能な複数の開口部が形成されたゾーンセパレーターと、を有する成膜室と、
前記成膜室の内部に設けられ、前記基板が第一の進行方向または前記第一の進行方向と反対方向の第二の進行方向に移動可能であって、前記基板の前記第一の進行方向または前記第二の進行方向への移動時に、前記基板が前記第一のゾーンおよび前記第二のゾーンをこの順に複数回通過可能な成膜搬送路と、
前記成膜搬送路における前記基板を、前記第一の進行方向または前記第二の進行方向に移動する基板移動部と、
前記成膜搬送路において、前記原子層堆積法による１原子層を形成する１サイクルのＡＬＤサイクルがｎ回（ただし、ｎは２以上の整数）行われる長さだけ、前記基板を前記第一の進行方向に進める第一の成膜動作と、前記第一の成膜動作の後、前記成膜搬送路において、前記ＡＬＤサイクルがｍ回（ただし、ｍはｎより小さい整数）行われる長さだけ、前記基板を前記第二の進行方向に進める第二の成膜動作と、を複数回繰り返すように、前記基板移動部の動作を制御する移動制御部と、
を備える、成膜装置。
【請求項５】
前記成膜搬送路に入る前および前記成膜搬送路から出た後の前記基板に対する原子層堆積法による成膜が行われない不成膜ゾーンが設けられた、
請求項４に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記基板は、
ロールへの巻き取りおよびロールからの巻き出しが可能なフィルム状の基板であり、
前記基板移動部は、
前記成膜搬送路の外部に配置され、前記基板を巻き取ることによって、前記基板を前記第一の進行方向に移動させる第一のロールと、
前記成膜搬送路の外部に配置され、前記基板を巻き取ることによって、前記基板を前記第二の進行方向に移動させる第二のロールと、
を備え、
前記成膜搬送路から出て前記第一のロールに巻き取られるまでの前記基板の長さは、前記ＡＬＤサイクルが少なくとも前記ｎ回可能な長さであり、
前記成膜搬送路から出て前記第二のロールに巻き取られるまでの前記基板の長さは、前記ＡＬＤサイクルが少なくとも前記ｍ回可能な長さである、
請求項４または５に記載の成膜装置。
【請求項７】
前記成膜搬送路から出て前記第一のロールに巻き取られるまでの前記基板の第一の巻き出し部長さと、前記成膜搬送路から出て前記第二のロールに巻き取られるまでの前記基板の第二の巻き出し部長さと、の少なくとも一方の巻き出し部長さを変更する巻き出し部長さ変更部を備える、
請求項６に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子層堆積法（ＡＬＤ）を用いた成膜方法及び成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子層堆積法（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）は、成膜対象の表面に表面吸着した物質を表面における化学反応によって原子レベルで１層ずつ成膜していく方法である。ＡＬＤでは、前駆体（以下、「第一の前駆体」という。）またはプリカーサーと呼ばれる活性に富んだ原料ガスと、反応性ガス（これもＡＬＤでは前駆体と呼ばれるため、以下では、この前駆体を「第二の前駆体」という。）と、を交互に用いて、成膜対象の表面における吸着、およびこれに続く化学反応によって原子レベルで１層ずつ薄膜を成長させていく。
具体的には、表面吸着によって成膜対象の表面が第一の前駆体で覆われると、それ以上第一の前駆体の吸着が生じない自己制限（ｓｅｌｆ−ｌｉｍｉｔｉｎｇ）効果を利用し、表面に第一の前駆体が１層吸着した後、未反応の第一の前駆体を成膜対象の表面から除去する。この後、第二の前駆体である反応性ガスを導入して、表面吸着している第一の前駆体を酸化または還元して原子層１層分の薄膜を形成する。この後、第二の前駆体を成膜対象の表面から除去する。これを１サイクルとし、このサイクル（以下、ＡＬＤサイクルという。）を繰り返して、１サイクルで１層ずつ、薄膜を成長させていく。
従ってＡＬＤでは薄膜は、成膜対象の表面に二次元的に拡がった状態で厚さ方向に積層して成長する。
【０００３】
このため、ＡＬＤでは、従来の蒸着法やスパッタ法などとの比較ではもちろん、一般的なＣＶＤ（化学的気相成長法）などと比較しても成膜欠陥が少ないことが特徴である。
さらにＡＬＤは他の成膜法と比較して斜影効果が無いなどの特徴もある。このため、前駆体となるガスが入り込める隙間があれば成膜が可能である。
【０００４】
ＡＬＤでは、第二の前駆体を分解し、基板に吸着している第一の前駆体と反応させる工程において、反応を活性化させるためにプラズマを用いる方法があり、これはプラズマ活性化ＡＬＤ（ＰＥＡＬＤ：Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  ＡＬＤ）または単にプラズマＡＬＤと呼ばれる。
【０００５】
ＡＬＤは１サイクルで１層ずつ原子レベルの薄膜を成長させていく方法であるため、蒸着やスパッタ等の成膜法と比較すると、例えば、５倍〜１０倍ほど成膜速度が遅くなる。
このため、例えば、特許文献１には、一つのチャンバーで前駆体の供給と排気を繰り返す従来の方法（これを時間分割型という）に対して、チャンバーを幾つかのゾーンに分割しそれぞれのゾーンには単一の前駆体またはパージガスを供給して、第一の前駆体を供給するゾーンと第二の前駆体を供給するゾーンとの間に、成膜対象である基板を行き来させる方法（これを空間分割型という）が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００７／１１２３７０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載された方法では、成膜する膜厚が大きくなるほど、成膜装置が大型化していくという問題がある。
例えば、２０ｎｍの膜厚を得るには、材料にもよるが概ね１００回のＡＬＤサイクルを行う工程が必要である。このため、特許文献１に記載の方法では、基板が二つのゾーンの間を少なくとも１００往復する必要がある。
さらに、ＡＬＤでは、反応促進のため成膜部を加熱しておくことが好ましい。特許文献１のように、フィルム状の基板をロールツーロールによって移動して成膜を実施する場合、成膜部が大きくなると、加熱が必要な面積も大きくなり、加熱を行うために多大なエネルギーが必要となる。
【０００８】
成膜部の面積を小さくするためには、例えば、特許文献１の方法において、ＡＬＤサイクルの回数が少ない成膜装置を構成し、この成膜装置に基板を複数回通すことによって所望の膜厚を得ることも考えられる。
このような成膜装置によって、例えば、１０回分程度のＡＬＤサイクルによって成膜を実施して、基板を一旦成膜装置の外部に巻き取り、その後反対方向に巻き出して再び１０回分程度のＡＬＤサイクルによって成膜を実施してその方向へ巻き取る。この工程を５回繰り返すことによって１００回分程度のＡＬＤサイクルを実施したことになる。
しかし、膜厚が薄いうちに基板を一旦巻き取ってしまうと、巻き取るたびに成長中の膜表面にダメージが入りやすくなり、良好な膜質が得られないという問題がある。
【０００９】
本発明は、原子層堆積法によって成膜を行う場合に、装置の小型化が可能であり、良好な膜質の成膜を効率的に行える成膜方法および成膜装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様の成膜方法は、原子層堆積法（ＡＬＤ）による成膜を行う成膜室に基板を移動させることによって前記基板に薄膜を形成する成膜方法であって、前記成膜室は、前記原子層堆積法における第一の前駆体となる第一のガスが導入される第一のゾーンと、前記原子層堆積法における第二の前駆体となる第二のガスが導入される第二のゾーンと、前記基板を第一の進行方向または前記第一の進行方向と反対方向の第二の進行方向に移動させることによって、前記基板が前記第一のゾーンおよび前記第二のゾーンをこの順に複数回通過して、前記原子層堆積法による１原子層を形成する１サイクルのＡＬＤサイクルが複数回行われる成膜搬送路と、を備えており、前記成膜搬送路において、前記ＡＬＤサイクルがｎ回（ただし、ｎは２以上の整数）行われる長さだけ、前記基板を前記第一の進行方向に進める第一の成膜動作と、前記第一の成膜動作の後、前記成膜搬送路において、前記ＡＬＤサイクルがｍ回（ただし、ｍはｎより小さい整数）行われる長さだけ、前記基板を前記第二の進行方向に進める第二の成膜動作と、
前記第一の成膜動作および前記第二の成膜動作を複数回繰り返すことと、を含む。
【００１１】
上記成膜方法においては、前記成膜搬送路に入る前および前記成膜搬送路から出た後の前記基板には、原子層堆積法による成膜を行わなくてもよい。
【００１２】
上記成膜方法においては、前記基板は、ロールへの巻き取りおよびロールからの巻き出しが可能なフィルム状の基板であり、前記第一の成膜動作では、前記基板を第一のロールによって巻き取ることによって、前記基板を前記第一の進行方向に移動させ、前記第二の成膜動作では、前記基板を第二のロールによって巻き取ることによって、前記基板を前記第二の進行方向に移動させ、前記成膜搬送路から出て前記第一のロールに巻き取られるまでの前記基板の長さは、前記ＡＬＤサイクルが少なくとも前記ｎ回可能な長さであり、
前記成膜搬送路から出て前記第二のロールに巻き取られるまでの前記基板の長さは、前記ＡＬＤサイクルが少なくとも前記ｍ回可能な長さであってもよい。
【００１３】
本発明の第２の態様の成膜装置は、原子層堆積法（ＡＬＤ）によって基板に薄膜を形成する成膜装置であって、真空チャンバー内に、前記原子層堆積法における第一の前駆体となる第一のガスが導入される第一のゾーンと、前記原子層堆積法における第二の前駆体となる第二のガスが導入される第二のゾーンと、前記第一のゾーンおよび前記第二のゾーンを隔てるとともに前記基板が前記第一のゾーンおよび前記第二のゾーンとの間を往来可能な複数の開口部が形成されたゾーンセパレーターと、を有する成膜室と、前記成膜室の内部に設けられ、前記基板が第一の進行方向または前記第一の進行方向と反対方向の第二の進行方向に移動可能であって、前記基板の前記第一の進行方向または前記第二の進行方向への移動時に、前記基板が前記第一のゾーンおよび前記第二のゾーンをこの順に複数回通過可能な成膜搬送路と、前記成膜搬送路における前記基板を、前記第一の進行方向または前記第二の進行方向に移動する基板移動部と、前記成膜搬送路において、前記原子層堆積法による１原子層を形成する１サイクルのＡＬＤサイクルがｎ回（ただし、ｎは２以上の整数）行われる長さだけ、前記基板を前記第一の進行方向に進める第一の成膜動作と、前記第一の成膜動作の後、前記成膜搬送路において、前記ＡＬＤサイクルがｍ回（ただし、ｍはｎより小さい整数）行われる長さだけ、前記基板を前記第二の進行方向に進める第二の成膜動作と、を複数回繰り返すように、前記基板移動部の動作を制御する移動制御部と、を備える。
【００１４】
上記成膜装置においては、前記成膜搬送路に入る前および前記成膜搬送路から出た後の前記基板に対する原子層堆積法による成膜が行われない不成膜ゾーンが設けられてもよい。
【００１５】
上記成膜装置においては、前記基板は、ロールへの巻き取りおよびロールからの巻き出しが可能なフィルム状の基板であり、前記基板移動部は、前記成膜搬送路の外部に配置され、前記基板を巻き取ることによって、前記基板を前記第一の進行方向に移動させる第一のロールと、前記成膜搬送路の外部に配置され、前記基板を巻き取ることによって、前記基板を前記第二の進行方向に移動させる第二のロールと、を備え、前記成膜搬送路から出て前記第一のロールに巻き取られるまでの前記基板の長さは、前記ＡＬＤサイクルが少なくとも前記ｎ回可能な長さであり、前記成膜搬送路から出て前記第二のロールに巻き取られるまでの前記基板の長さは、前記ＡＬＤサイクルが少なくとも前記ｍ回可能な長さであってもよい。
【００１６】
上記成膜装置においては、前記成膜搬送路から出て前記第一のロールに巻き取られるまでの前記基板の第一の巻き出し部長さと、前記成膜搬送路から出て前記第二のロールに巻き取られるまでの前記基板の第二の巻き出し部長さと、の少なくとも一方の巻き出し部長さを変更する巻き出し部長さ変更部を備えてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の成膜方法および成膜装置によれば、基板に対して、第一の進行方向にｎ回のＡＬＤサイクルを行ってから第二の進行方向にｍ回のＡＬＤサイクルを行って、これを繰り返すごとにｎ−ｍ回のＡＬＤサイクルが行われる長さだけ、第一の進行方向に基板を進めていくため、原子層堆積法によって成膜を行う場合に、装置の小型化が可能であり、良好な膜質の成膜を効率的に行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態の成膜装置の主要部の構成の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の成膜装置の主要部の構成の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００２０】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態の成膜装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態の成膜装置の主要部の構成の一例を示す模式図である。
【００２１】
図１に示す本実施形態の成膜装置１００は、原子層堆積法（ＡＬＤ）によって基板２０５に薄膜を形成する。
本実施形態では、基板２０５は、ロールへの巻き取りおよびロールからの巻き出しが可能なフィルム状の基板が用いられる。基板２０５は、単層構造でもよいし、多層構造でもよい。
基板２０５の材質は、ＡＬＤによって成膜可能な材質であって、ロール搬送可能な強度を有していれば、特に限定されない。
基板２０５の材質は、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ポリイミドなどの高分子材料でもよい。基板２０５の材質は、例えば、金属箔（フォイル）、紙、布などでもよい。基板２０５の材質は、薄化して曲げられるようになった珪素、ガラスなどの無機材料でもよい。
さらに、基板２０５は、上述した各種材料から選ばれた複数の材質を含む複合材料でもよい。
【００２２】
成膜装置１００は、真空チャンバーによって構成されており、巻き出し室１１０（不成膜ゾーン）、成膜室１２０、および巻き取り室１３０（不成膜ゾーン）を備える。さらに、成膜装置１００は、成膜動作を制御する制御部１４０（移動制御部）を備える。
【００２３】
巻き出し室１１０と成膜室１２０とは、これらを隔てる隔壁に貫通して形成された、基板２０５が通過可能な第一の開口部２０２ａを通して互いに連通している。
成膜室１２０と巻き取り室１３０とは、これらを隔てる隔壁に貫通して形成された、基板２０５が通過可能な第二の開口部２０２ｂを通して互いに連通している。
第一の開口部２０２ａおよび第二の開口部２０２ｂは、基板２０５が通過するための必要最小限の大きさとなっている。
【００２４】
まず、成膜室１２０の構成について説明する。
なお、以下では、本実施形態の成膜方法に関係する装置部分の説明を中心とし、ＡＬＤを行うための周知の装置構成の説明は適宜省略する。
【００２５】
成膜室１２０は、ＡＬＤによって成膜が行われる装置部分である。
成膜室１２０の内部は、ゾーンセパレーターによって、少なくとも第一のゾーン１２１および第二のゾーン１２２の２つのゾーンに隔てられる。本実施形態では、ゾーンセパレーターは、第一のゾーン１２１に面する第一のゾーンセパレーター１２５ａと、第二のゾーン１２２に面する第二のゾーンセパレーター１２５ｂとからなる。
第一のゾーンセパレーター１２５ａと第二のゾーンセパレーター１２５ｂとは、第三のゾーン１２３を挟んで対向している。
【００２６】
第一のゾーンセパレーター１２５ａには、基板２０５が第一のゾーン１２１と第三のゾーン１２３との間で往来するための複数の開口部１２５ｃが形成されている、
第二のゾーンセパレーター１２５ｂには、基板２０５が第三のゾーン１２３と第二のゾーン１２２との間で往来するための複数の開口部１２５ｄが形成されている。
本実施形態では、開口部１２５ｃ、１２５ｄは、第三のゾーン１２３を挟んで互いに対向する位置に形成されている。
【００２７】
開口部１２５ｃ、１２５ｄの個数は、成膜室１２０を通過することによって行われる後述のＡＬＤサイクルの回数Ｎに応じて設定される。回数Ｎが多いほど、成膜室１２０を通過する際の成膜量が増えるため、効率的な成膜が可能になる。ただし、回数Ｎが多くなりすぎると、成膜室１２０の大きさおよび後述のローラー等の数が増大しすぎるため、成膜室１２０が大型化し、装置構成が複雑になる。
【００２８】
図１には、一例として、５サイクル（Ｎ＝５）のＡＬＤサイクルが同時に実施可能な構成が示されている。このため、開口部１２５ｃ、１２５ｄは、それぞれ１０個ずつ形成されている。
開口部１２５ｃ、１２５ｄの大きさは、基板２０５が開口部１２５ｃ、１２５ｄの内面に接触することなく通過できる大きさであって、かつ、後述する第一のガスおよび第二のガスの流通が許容限度に収まる大きさが好適である。
開口部１２５ｃ、１２５ｄが大きすぎると、第一のゾーンセパレーター１２５ａおよび第二のゾーンセパレーター１２５ｂがガスセパレーターとしての役割を充分に果たせなくなる。
【００２９】
第一のゾーン１２１には、上述した第一の開口部２０２ａと第二の開口部２０２ｂとが開口している。
第一のゾーン１２１には、図示略のガス供給部を通して、第一の前駆体となる第一のガスが導入される。
第一のガスとしては、ＡＬＤによって成膜する薄膜の組成に応じて、適宜の物質を用いることができる。例えば、Ａｌ２Ｏ３膜を成膜する場合には、第一のガスとして、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）が用いられる。
【００３０】
第一のゾーン１２１には、複数のローラー２０１Ａが配置されている。ローラー２０１Ａは、第一の開口部２０２ａおよび第二の開口部２０２ｂを通して成膜室１２０に進退する基板２０５を掛け回すことで、基板２０５の搬送路の向きを変える。図１には、一例として、６本のローラー２０１Ａが配置されている。
このうち２本のローラー２０１Ａは、第一の開口部２０２ａおよび第二の開口部２０２ｂの近傍に配置されている。
この２本のローラー２０１Ａの中心を結ぶ図示横方向の線上に、他の４本のローラー２０１Ａが等間隔をあけて配置されている。
各ローラー２０１Ａは、基板２０５の図示奥行き方向の端部を保持することで基板２０５の成膜面（有効成膜面）に接触しない形状を有する。
【００３１】
第一のゾーン１２１における各ローラー２０１Ａのローラー外周部において図示縦方向に延びる接線と、第一のゾーンセパレーター１２５ａ、第二のゾーンセパレーター１２５ｂとに交差する位置には、それぞれ開口部１２５ｃ、１２５ｄが形成されている。
【００３２】
第二のゾーン１２２には、図示略のガス供給部を通して、第二の前駆体となる第二のガスが導入される。
第二のガスは、第一のゾーン１２１において、基板２０５に吸着した第一の前駆体を改質するための反応性ガスである。
第二のガスとしては、ＡＬＤによって成膜する薄膜の組成および第一の前駆体の種類に応じて適切な材質が選択される。
第二のガスとしては、例えば、酸素、オゾン、アンモニア、笑気ガス（一酸化二窒素）などが例示される。ここで、アンモニア、笑気ガスは、窒化物を成膜する場合に用いられる。
【００３３】
第二のゾーン１２２には、複数のローラー２０１Ｂが配置されている。ローラー２０１Ｂは、第二のゾーンセパレーター１２５ｂの開口部１２５ｄを通して、第二のゾーン１２２に進退する基板２０５を掛け回すことで、基板２０５の搬送路の向きを変える。図１には、一例として、５本のローラー２０１Ｂが配置されている。
これら５本のローラー２０１Ｂは、図示横方向に延びる線上において、等間隔をあけて配置されている。第二のゾーン１２２の各ローラー２０１Ｂの形状は、第一のゾーン１２１におけるローラー２０１Ａと同形状である。
第二のゾーン１２２における各ローラー２０１Ｂは、第一のゾーン１２１において互いに隣り合うローラー２０１Ａの図示横方向における中間点と図示縦方向に対向する位置に配置されている。
ローラー２０１Ａの配列方向（図示横方向）と、ローラー２０１Ｂの配列方向（図示横方向）とは、互いに平行である。
【００３４】
このため、成膜室１２０において、基板２０５は、ローラー２０１Ａ、２０１Ｂを交替に掛け回されることで、第一のゾーン１２１と第二のゾーン１２２とを往来するように掛け回されている。
隣り合う２本のローラー２０１Ａと、図示縦方向においてそれらの間に対向するローラー２０１Ｂとによって、張架されている基板２０５は、図１において、図示縦方向における外側のローラーの頂点である点ａ１、ａ２、ａ３を結ぶＵ字状の範囲である。曲線ａ１ａ２ａ３に対応する長さＬは、後述する１サイクルのＡＬＤサイクルが行われる長さ（以下、「単位ＡＬＤサイクル長さ」という）に当たる。
本実施形態の成膜室１２０の内部には、図示の点ａ１から点ａｎまでの長さ５Ｌの範囲をわずかに超える基板２０５が各ローラー２０１Ａ、２０１Ｂによって張架されている。
【００３５】
第二のゾーン１２２には、プラズマ活性化を行うための電極１２６が５箇所に設置されており、各箇所にてプラズマＡＬＤが可能な構成となっている。
電極１２６は、第二のゾーンセパレーター１２５ｂと各ローラー２０１Ｂとに挟まれ、かつ各ローラー２０１Ｂに掛け回された基板２０５の間に挟まれる位置に配置されている。
【００３６】
第三のゾーン１２３は、第一のゾーン１２１における第二のガスの混入と、第二のゾーン１２２における第一のガスの混入とを抑制するために設けられている。
第三のゾーン１２３は、第一のゾーンセパレーター１２５ａと第二のゾーンセパレーター１２５ｂとの間に形成された空間である。このため、開口部１２５ｃを通して第三のゾーン１２３に第一のガスが流入しても、第三のゾーン１２３を横断して開口部１２５ｄを通過しないと第二のゾーン１２２に進入できない。これにより、第二のゾーン１２２に移動する第一のガスの量が低減される。
同様に、開口部１２５ｄを通して第三のゾーン１２３に第二のガスが流入する場合にも、第一のゾーン１２１に移動する第二のガスの量が低減される。
【００３７】
さらに本実施形態では、図示略のガス供給部を通して、第三のゾーン１２３に不活性ガスが導入できるようにしている。不活性ガスは、基板２０５への吸着性および前駆体との反応性に乏しい適宜のガス、例えば、アルゴン、窒素ガスなどが用いられてもよい。
第三のゾーン１２３には、成膜中に図示略のガス供給部を通して、不活性ガスを導入できるため、第三のゾーン１２３を横断する第一のガスおよび第二のガスの量がさらに低減される。このため、第一のゾーン１２１に導入した第一のガスと第二のゾーン１２２に導入した第二のガスとが混合する量をさらに軽減することができる。
第三のゾーン１２３における不活性ガスのガス圧は、第一のゾーン１２１および第二のゾーン１２２よりも高くなるようにしてもよい。この場合、第一のガスと第二のガスとの混合量をさらに軽減することができる。
成膜室１２０においては、第三のゾーン１２３に導入した不活性ガスが、第一のゾーン１２１および第二のゾーン１２２の少なくとも一方を通って排気される流れが形成されてもよい。この場合、第一のガスおよび第二のガスが、さらに第三のゾーン１２３に流入しにくくなるため、第一のガスおよび第二のガスの混合がさらに抑制される。
【００３８】
次に、巻き出し室１１０および巻き取り室１３０の構成について説明する。
巻き出し室１１０は、巻き出しロール１１１（第二のロール、基板移動部）と、ローラー２０１Ｃ、２０１Ｄとを備える。
巻き出し室１１０は、成膜室１２０における第一のガス等が第一の開口部２０２ａから流入しにくいように、成膜室１２０と同様の真空度に保たれている。巻き出し室１１０は、成膜室１２０における第一のガス等の流入が抑制されるように、不活性ガスが導入されてもよい。
巻き出し室１１０は、ＡＬＤによる成膜を行わない不成膜ゾーンになっている。このため、ＡＬＤを行うための第一のガスおよび第二のガスを導入するガス供給部、プラズマ活性化のための電極、熱ＡＬＤを行うための加熱機構、ゾーンセパレーターなどは、設けられていない。
【００３９】
巻き出しロール１１１には、成膜開始前にロール巻きされた未成膜の基板２０５が取り付けられる。巻き出しロール１１１は、後述する制御部１４０からの制御信号に応じて、基板２０５を巻き出す方向と、基板２０５を巻き取る方向とに、回転方向が切り替えられる。
巻き出しロール１１１の回転方向を反転させる方法は特に限定されない。例えば、正逆転可能なモーターが用いられてもよいし、定方向回転のモーターに回転方向の切り替え可能な回転伝動機構を組み合わせた構成が用いられてもよい。例えば、時計などに使われている半月ギヤを含む機構が用いられてもよい。
【００４０】
ローラー２０１Ｃ、２０１Ｄは、巻き出しロール１１１から巻き出された基板２０５を巻き出し室１１０内で張架し、巻き出しロール１１１が回転する間、巻き出し室１１０内の基板２０５の移動経路を一定に保つ。ローラー２０１Ｃ、２０１Ｄは、ローラー２０１Ａの形状と異なっていてもよいが、本実施形態では、ローラー２０１Ａと同形状を有する。
【００４１】
ローラー２０１Ｃは、第一の開口部２０２ａの近傍から、図示横方向に間をあけて、複数並んで配置されている。本実施形態では、一例として、ローラー２０１Ｃは、５本であり、ローラー２０１Ａと同様のピッチで配列されている。
ローラー２０１Ｄは、本実施形態では、互いに隣り合うローラー２０１Ｃの図示横方向における中間点と図示縦方向に対向する位置に合計４本配置されている。
ローラー２０１Ｃの配列方向（図示横方向）と、ローラー２０１Ｄの配列方向（図示横方向）とは、互いに平行である。
本実施形態では、ローラー２０１Ｃ、２０１Ｄとの間の図示縦方向の配置間隔は、成膜室１２０におけるローラー２０１Ａ、２０１Ｂとの間の図示縦方向の配置間隔に等しい。
【００４２】
巻き出し室１１０において、基板２０５は、巻き出しロール１１１における巻き出し開始位置Ｐ１から、第一の開口部２０２ａに進入する進入開始位置Ｐ２までの間に張られている。
本実施形態では、巻き出し開始位置Ｐ１から進入開始位置Ｐ２までの基板２０５の長さＬｂは、成膜室１２０おける単位ＡＬＤサイクル長さＬの４倍以上とされている（Ｌｂ≧４・Ｌ）。
巻き出し開始位置Ｐ１から進入開始位置Ｐ２までの基板２０５の長さＬｂは、第一の開口部２０２ａから出て巻き出しロール１１１に巻き取られるまでの長さになっている。以下では、長さＬｂを「第二の巻き出し部長さＬｂ」という。
【００４３】
巻き取り室１３０は、巻き取りロール１３１（第一のロール、基板移動部）と、ローラー２０１Ｅ、２０１Ｆとを備える。
巻き取り室１３０は、成膜室１２０における第一のガス等が第二の開口部２０２ｂから流入しにくいように、成膜室１２０と同様の真空度に保たれている。巻き取り室１３０は、成膜室１２０における第一のガス等が抑制されるように、不活性ガスが導入されてもよい。
巻き取り室１３０は、ＡＬＤによる成膜を行わない不成膜ゾーンになっている。このため、ＡＬＤを行うための第一のガスおよび第二のガスを導入するガス供給部、プラズマ活性化のための電極、熱ＡＬＤを行うための加熱機構などは、設けられていない。
【００４４】
巻き取りロール１３１は、巻き出しロール１１１から巻き出され、巻き出し室１１０、成膜室１２０を経由して巻き取り室１３０に移動された基板２０５を巻き取る。巻き取りロール１３１は、後述する制御部１４０からの制御信号に応じて、基板２０５を巻き取る方向と、基板２０５を巻き戻す方向とに、回転方向が切り替えられる。
巻き取りロール１３１の回転方向を反転させる方法は、巻き出しロール１１１と同様な方法が用いられてもよい。
【００４５】
ローラー２０１Ｅ、２０１Ｆは、第二の開口部２０２ｂから延出された基板２０５を巻き取り室１３０内で張架し、巻き取りロール１３１が回転する間、巻き取り室１３０内の基板２０５の移動経路を一定に保つ。ローラー２０１Ｅ、２０１Ｆは、ローラー２０１Ａの形状と異なっていてもよいが、本実施形態では、ローラー２０１Ａと同形状を有する。
【００４６】
ローラー２０１Ｅは、第二の開口部２０２ｂの近傍から、図示横方向に間をあけて、複数並んで配置されている。本実施形態では、一例として、ローラー２０１Ｅは、６本であり、ローラー２０１Ａと同様のピッチで配列されている。
ローラー２０１Ｆは、本実施形態では、互いに隣り合うローラー２０１Ｅの図示横方向における中間点と図示縦方向に対向する位置に合計５本配置されている。
ローラー２０１Ｅの配列方向（図示横方向）と、ローラー２０１Ｆの配列方向（図示横方向）とは、互いに平行である。
本実施形態では、ローラー２０１Ｅ、２０１Ｆとの間の図示縦方向の配置間隔は、成膜室１２０におけるローラー２０１Ａ、２０１Ｂとの間の図示縦方向の配置間隔に等しい。
【００４７】
巻き取り室１３０において、基板２０５は、第二の開口部２０２ｂから出て巻き取り室１３０に進入開始する進入開始位置Ｐ３から、巻き取りロール１３１における巻き取り開始位置Ｐ４までの間に張られている。
本実施形態では、進入開始位置Ｐ３から巻き取り開始位置Ｐ４までの基板２０５の長さＬｆは、成膜室１２０おける単位ＡＬＤサイクル長さＬの５倍以上とされている（Ｌｆ≧５・Ｌ）。
進入開始位置Ｐ３から巻き取り開始位置Ｐ４までの基板２０５の長さＬｆは、第二の開口部２０２ｂから出て巻き取りロール１３１に巻き取られるまでの長さになっている。以下では、長さＬｆを「第一の巻き出し部長さＬｆ」という。
【００４８】
制御部１４０は、図示略の操作入力部からの操作入力に応じて、成膜装置１００の動作全体を制御する。
制御部１４０は、例えば、真空チャンバーの動作を制御する。このため、巻き出し室１１０、成膜室１２０、および巻き取り室１３０の真空度が成膜に必要な真空度に制御される。
制御部１４０は、図示略のガス供給部および図示略のガス排出部の動作を制御して、巻き出し室１１０、成膜室１２０、および巻き取り室１３０の各室内に成膜の必要に応じたガスの供給、排出を行う。
制御部１４０は、巻き出しロール１１１と、巻き取りロール１３１との回転数（回転速度）および回転方向を制御する。
制御部１４０が行う制御の詳細は、後述する成膜装置１００の動作とともに説明する。
【００４９】
制御部１４０の装置構成は、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース、外部記憶装置などからなるコンピュータからなり、これにより上記のような各制御を行う制御プログラムが実行されるようになっている。
【００５０】
次に、成膜装置１００を用いて行われる本実施形態の成膜方法について説明する。
まず、本実施形態の具体的な動作説明を行う前に、成膜装置１００におけるＡＬＤの成膜動作の概要を説明する。
成膜装置１００の成膜室１２０内には、第一のゾーン１２１と、第二のゾーン１２２とが設けられている。成膜を実施する間、制御部１４０は、図示略のガス供給部を制御して、第一のゾーン１２１には第一のガスを、第二のゾーン１２２には第二のガスを、第三のゾーン１２３には不活性ガスを、それぞれ供給させる。
この状態で、制御部１４０は、巻き取りロール１３１、巻き出しロール１１１の回転動作を制御して、基板２０５を移動させる。
【００５１】
例えば、巻き取りロール１３１が巻き取りを行う方向（図示反時計回り）に、巻き出しロール１１１が巻き出しを行う方向（図示反時計回り）に、それぞれ回転すると、成膜室１２０内においてローラー２０１Ａ、２０１Ｂに掛け回された基板２０５は、張架経路に沿って、第一の開口部２０２ａから第二の開口部２０２ｂに向かう第一の進行方向ｆに移動する。
例えば、進入開始位置Ｐ２における基板２０５の部位は、第一の進行方向ｆに移動すると、第一のゾーン１２１、第三のゾーン１２３を経由して、第二のゾーン１２２において開口部１２５ｄの近傍の位置Ｑ１に達する。
【００５２】
第一のゾーン１２１には、第一のガスが供給されているため、第一のゾーン１２１を通過する基板２０５の表面には、第一のガスが第一の前駆体として表面吸着する。基板２０５の表面が一層の第一の前駆体で覆われると、第一のガスはそれ以上吸着することはできなくなる。
基板２０５は、第一のゾーンセパレーター１２５ａの開口部１２５ｃを通過する際、第一のゾーン１２１の第一のガスの進入は抑制される。このため、第三のゾーン１２３において、基板２０５の表面には第一の前駆体が表面吸着し、第一の前駆体を覆う第一のガスは排除された状態であり、基板２０５の最表面に第一の前駆体が露出した状態である。
【００５３】
第二のゾーン１２２には、第二のガスが供給されている。さらに制御部１４０は、電極１２６に、プラズマを発生させる駆動電圧を印加する制御を行う。このため、プラズマが形成される領域に、第一の前駆体が表面吸着した基板２０５が通過することによって、第一の前駆体と第二のガスとが反応する。この結果、基板２０５が第二のゾーン１２２内を移動する間に、基板２０５の表面には、第一の前駆体に由来する１層の原子層が形成される。すなわち、基板２０５の部位が、第一の開口部２０２ａから第一のゾーン１２１に進入して、再び第一のゾーン１２１に戻るまでの間に、第一の前駆体の表面吸着、第一のガスの排除、第一の前駆体と第二の前駆体との反応、および１原子層の形成、というＡＬＤサイクルが、１サイクル行われる。
このとき、成膜装置１００では、１原子層が形成される長さは、単位ＡＬＤサイクル長さＬに等しい。
【００５４】
さらに基板２０５が第一の進行方向ｆに移動すると、基板２０５は第三のゾーン１２３を通過する。これにより、表面から第二のガスが排除された状態で、基板２０５が再び第一のゾーン１２１に進入し、第一の進行方向ｆに進むにつれて、上記の成膜工程が繰り返される。
すなわち、１原子層が形成された基板２０５の先端が２度目に第一のゾーン１２１に入ってから、２度目に第二のゾーン１２２に入ると、位置Ｑ２から原子層上にもう１層の原子層が形成され、３度目に第一のゾーン１２１に入るときに、２サイクル目のＡＬＤサイクルが完了している。
これが繰り返されることで、図示の位置Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５からもそれぞれ原子層の形成が開始され、基板２０５が第二の開口部２０２ｂに達するまでに、５サイクルのＡＬＤサイクルが行われる。成膜室１２０に配置された長さ５・Ｌの基板２０５は、巻き出し室１１０寄りの端部から、長さＬの範囲に、１層から５層まで原子層が堆積した状態になっている。
【００５５】
制御部１４０は、巻き出しロール１１１、巻き取りロール１３１を、上述とは逆方向に回転させる制御を行うことによって、基板２０５を、第一の進行方向ｆと反対の第二の進行方向ｂに移動させることができる。この場合、成膜室１２０を通過した基板２０５の表面には、上述と同様の５回分のＡＬＤサイクルが行われることになる。ただし、第二の進行方向ｂに進む基板２０５は、第一の進行方向ｆに進む過程で、すでに何層かの原子層が形成されているため、成膜室１２０では、さらにその上に原子層が堆積されていく。
原子層の形成は、基板２０５が第二のゾーン１２２に進入する図示の位置ｑ１、…、ｑ５から開始される。
【００５６】
このように、成膜装置１００では、基板２０５を成膜室１２０内で、第一の進行方向ｆまたは第二の進行方向ｂに移動させることで、移動量、移動回数に応じた原子層を順次堆積させることができる。
成膜室１２０の内部には、基板２０５が各ローラー２０１Ａおよび各ローラー２０１Ｂに上述のように掛け回されることによって、点ａ１から点ａｎまでの範囲に、成膜搬送路ＤＰが形成されている。
ここで、成膜搬送路ＤＰは、基板２０５が第一の進行方向ｆまたは第二の進行方向ｂに移動可能であって、第一の進行方向ｆまたは第二の進行方向ｂへの移動時に、基板２０５が第一のゾーン１２１および第二のゾーン１２２をこの順に複数回通過可能な搬送路である。
【００５７】
本実施形態では、巻き取り室１３０および巻き出し室１１０内には、ＡＬＤを行うための第一のガスおよび第二のガスを導入するガス供給部、プラズマ活性化のための電極、熱ＡＬＤを行うための加熱機構などは、設けられていない。このため、基板２０５が第一の進行方向ｆまたは第二の進行方向ｂに移動して、巻き取り室１３０または巻き出し室１１０に進入すると、ＡＬＤによる成膜が行われることはない。すなわち、基板２０５が巻き取り室１３０および巻き出し室１１０内に滞在する間は、ＡＬＤによる成膜が行われない。
【００５８】
次に、本実施形態の成膜方法を行う成膜装置１００の詳細動作について説明する。
まず、作業者は基板２０５を成膜装置１００にセットして、成膜装置１００の図示略の操作部を通して、真空チャンバーを真空状態にする操作を行う。
成膜装置１００の各室の真空度は製造する膜の膜質や許容される処理速度などに応じて、予め決められた適宜値を用いることができる。
ＡＬＤの成膜に必要であれば、成膜装置１００内は、予め加熱されてもよい。加熱は成膜を行う成膜室１２０のみ実施すれば充分であるが、例えば、巻き出し室１１０、巻き取り室１３０を含め、成膜装置１００のその他の部分が加熱されてもよい。基板２０５の材質によっては、例えば、は数十℃から数百℃の範囲で加熱してもよい。例えば、基板２０５として高分子材料を用いる場合等、基板２０５に熱によるダメージが発生するおそれがある場合には、基板２０５が熱によるダメージを受けない範囲で温度設定される。例えば、基板２０５として、ＰＥＴあるいはＰＥＮを用いる場合には、基板２０５が１００℃以下になるように加熱することが好ましい。
加熱するための手段は限定されない。例えばニクロム線などによる抵抗加熱や、ランプによる加熱などが簡易な手段として挙げられる。加熱手段は成膜装置１００の内側（真空側）へ設置できるほか、外部（外壁）に設置されてもよい。
【００５９】
この後、成膜室１２０の第一のゾーン１２１に第一のガスが導入され、第二のゾーン１２２に第二のガスが導入される。
第三のゾーン１２３にはパージガスとして、不活性ガスが導入されてもよい。第三のゾーン１２３に不活性ガスが導入される場合、第三のゾーン１２３のガス圧が、第一のゾーン１２１および第二のゾーン１２２に比べて高くなるようにしてもよい。この場合、第一のゾーン１２１に導入した第一のガスと第二のゾーン１２２に導入した第二のガスとが混合する可能性、あるいは混合する量を低減できる。
プラズマＡＬＤを用いる場合は、制御部１４０からの制御信号によって電極１２６に電圧を印加する。これにより、電極１２６からの放電が開始する。
【００６０】
この後、制御部１４０は、巻き出しロール１１１および巻き取りロール１３１の回転動作を制御し、基板２０５の移動を開始させる。
本実施形態では、制御部１４０によって、基板２０５が第一の進行方向ｆに、長さｎ・Ｌ（ただし、ｎは２以上の整数）だけ進む第一の移動の後、基板２０５が第二の進行方向ｂに、長さｍ・Ｌ（ただし、ｍはｎより小さい整数）だけ進む第二の移動が行われる単位移動動作を複数回繰り返す制御が行われる。
以下では、上述の単位移動動作を、［ｎ，ｍ］のように表す。
長さｎ・Ｌは、成膜搬送路ＤＰにおいて、基板２０５上に、ｎ回のＡＬＤサイクルが行われる長さである。長さｍ・Ｌは、成膜搬送路ＤＰにおいて、基板２０５上に、ｍ回のＡＬＤサイクルが行われる長さである。
このため、上述のように、第一のガスおよび第二のガスが供給され、電極１２６に弾圧が印加された状態で行われる第一の移動は、成膜室１２０を通過する基板２０５の部分に対して、ＡＬＤサイクルがｎ回行われる長さだけ、第一の進行方向ｆに進める第一の成膜動作が行われることを意味する。同様に、第二の移動は、成膜室１２０を通過する基板２０５の部分に対して、第一の成膜動作の後、ＡＬＤサイクルがｍ回行われる長さだけ、第二の進行方向ｂに進める第二の成膜動作が行われることを意味する。
【００６１】
単位移動動作［ｎ，ｍ］におけるパラメーターｎ、ｍは、１以上の整数であって、ｎ＞ｍの関係にあれば、特に限定されない。例えば、薄膜の膜厚が薄くてもよい場合には、（ｎ，ｍ）＝（２，１）としてもよい。この場合、第一の巻き出し部長さＬｆ、第二の巻き出し部長さＬｂが短くてもよいため、成膜装置１００を小型化することができる。
膜厚は厚くしたいが装置は小さくしたいなどバランスを考えたい場合には、例えば、（ｎ，ｍ）＝（１０，９）などとしてもよい。この場合、後述するリードイン／リードアウト領域を除いた基板２０５の中央部では１９０ＡＬＤサイクルが実施されることになる。装置の全長として、巻き出し室１１０に９ＡＬＤサイクル分、成膜室１２０に１０ＡＬＤサイクル分、巻き取り室１３０に１０ＡＬＤサイクル分の計２９ＡＬＤサイクル分のローラー群を備えるに充分な長さを確保すればよいことになる。しかし、本発明を実施しない場合、１９０ＡＬＤサイクルの成膜には成膜室に１９０ＡＬＤサイクル分のローラー群を備える全長が必要となってしまう。
ｎとｍとの組み合わせは、必要に応じて適宜選択することができる。上記には、一例として、ｍ＝ｎ−１としたが、ｍ＝ｎ−１であることは必須ではない。
【００６２】
基板２０５の移動速さは、要求される成膜後の膜質、あるいは許容されるスループットの範囲で、必要に応じた一定の移動速さ（移動開始時および停止時の加減速期間を除く）とすることができる。ただし、第一の進行方向ｆにおける移動速さと、第二の進行方向ｂにおける移動速さとは一致させることが好ましい。本実施形態では、一例として、基板２０５の移動速さは一定である。
【００６３】
上述の単位移動動作［ｎ，ｍ］が繰り返されると、ｎ＞ｍであるため、基板２０５は、単位移動動作［ｎ，ｍ］ごとに、長さ（ｎ−ｍ）・Ｌだけ、第一の進行方向ｆに進んでいくことになる。
巻き出し室１１０から成膜室１２０の成膜搬送路ＤＰの第一端部（点ａ１）に最初に進入した基板２０５上の部位をＸで表す。成膜室１２０において、第一の進行方向ｆまたは第二の進行方向ｂへの通過によって実施可能なＡＬＤサイクルの回数はＮであるため（図１の例では、Ｎ＝５）、部位Ｘは、Ｎ／（ｎ−ｍ）回の単位移動動作［ｎ，ｍ］の後に、成膜搬送路ＤＰの末端部（点ａｎ）に達する。しかし、さらに、単位移動動作［ｎ，ｍ］が行われると、第二の進行方向ｂへ移動するたびに、成膜が続けられる。
部位Ｘが成膜搬送路ＤＰに戻らなくなるのは、部位Ｘが成膜搬送路ＤＰを出て点ａｎから長さｎ・Ｌだけ第一の進行方向ｆに進んだ（図１に、Ｘ’で示す。）後である。
すなわち、基板２０５上の部位Ｘは、成膜搬送路ＤＰに最初に入ってから、（Ｎ＋ｎ）／（ｎ−ｍ）回の単位移動動作［ｎ，ｍ］が行われると、部位Ｘにおける成膜が終了する。
【００６４】
したがって、巻き取りロール１３１において、第一の巻き出し部長さＬｆを、ｎ・Ｌ以上とすることによって、成膜終了前の基板２０５の部位が巻き取りロール１３１に巻き取られることを防止できる。
例えば、成膜終了前に基板２０５が巻き取りロール１３１に巻き取られると、所定の膜厚未満の低強度の膜厚の状態で、成膜された部分が巻き取りロール１３１上に巻き取られて擦れが生じる。このため、成膜途中の薄膜がダメージを受けたり、欠陥が発生したりするおそれがある。
【００６５】
例えば、図１に示す構成例は、単位移動動作［ｎ，ｍ］において、ｎが５以下の場合に好適な構成例が示されている。
この場合、第一の巻き出し部長さＬｆが５・Ｌ以上であるため、成膜終了前の基板２０５が巻き取りロール１３１に巻き取られることを防止できる。
なお、成膜途中であっても、膜厚の強度が巻き取りのストレスに耐え得る場合には、第一の巻き出し部長さＬｆは、ｎ・Ｌ未満であってもよい。
【００６６】
成膜が開始された基板２０５は、第二の進行方向ｂへの移動において、第一の開口部２０２ａから最大、ｍ・Ｌの長さだけ、巻き出し室１１０に進入する。したがって、第二の巻き出し部長さＬｂを、ｍ・Ｌ以上とすることによって、成膜終了前の基板２０５の部位が巻き出しロール１１１に巻き取られることを防止できる。
例えば、図１に示す構成例では、ｍが４以下の単位移動動作［ｎ，ｍ］において、成膜終了前の基板２０５が巻き出しロール１１１に巻き取られることを防止できる。
【００６７】
所定の長さだけ、基板２０５上に、成膜が行われたら、制御部１４０は、プラズマＡＬＤの場合は放電を止め、第一のガスおよび第二のガスの供給を停止して排気する制御を行う。その後、巻き取りロール１３１を大気開放し、巻き取りロール１３１に巻き取られた基板２０５のロールを巻き取りロール１３１の外部に成膜が実施されたロールを取り出す。以上で、所定長さの基板２０５の成膜が終了する。
【００６８】
成膜装置１００では、ＡＬＤを用いるため、１サイクルのＡＬＤサイクル当たりに成膜される膜厚は、１原子層の膜厚になり、前駆体の材質を変えてもあまり変わらない。しかし、成膜室１２０におけるＡＬＤサイクルの回数Ｎ、単位移動動作［ｎ，ｍ］のパラメーターｎ、ｍを適宜選択することによって、薄膜の膜厚を変えることができる。
その際、例えば、ｍ＝ｎ−１とすると、基板２０５の先端部および後端部における膜厚が薄い領域（リードイン領域、リードアウト領域）を除いては、成膜終了後の原子層の積層数が一定になる。
ただし、ｍ、ｎが特定の組み合わせでは、リードイン領域、およびリードアウト領域を除く領域において、原子層の積層数が周期的に変動する場合がある。
本実施形態の成膜方法においては、薄膜の目標膜厚に対して、膜厚の変動幅が許容範囲内であれば、原子層の積層数が一定にならないｎ、ｍの組み合わせて用いてもよい。
【００６９】
このように、成膜装置１００の巻き出し室１１０（巻き取り室１３０）は、成膜が終了前の基板２０５を、ＡＬＤによる成膜が行われることなく、かつ、巻き出しロール１１１（巻き取りロール１３１）に巻き取られることなく、滞在させることが可能なバッファになっている。
これにより、成膜途中の基板２０５にかかるストレスが抑制されるため、膜質が良好な成膜を行うことができる。
【００７０】
さらに、成膜装置１００では、成膜が成膜室１２０のみ行われるため、巻き出し室１１０および巻き取り室１３０には、上述した成膜するための様々な機構を設ける必要はない。このため、巻き出し室１１０および巻き取り室１３０の構成を簡素化できる。さらに、巻き出し室１１０および巻き取り室１３０は、成膜動作のように厳密に温度制御したり、真空度を制御したりする必要はないため、消費エネルギーも低減することができる。
【００７１】
ここで、本実施形態の単位移動動作［ｎ，ｍ］を行って、成膜を行う場合の作用を考察するため、例えば、成膜装置１００において、ｎ＝ｍの成膜動作が行われる場合を考える。
この場合、基板２０５上の長さｎ・Ｌの一定範囲のみが成膜室１２０を往復して成膜が行われる。したがって、一定の膜厚の成膜が完了するまでは、基板２０５を巻き取ってしまうことはできない。
したがって、長尺の基板２０５に同様の成膜を続けるためには、長さｎ・Ｌの範囲の成膜を終えた後、隣接する長さｎ・Ｌの領域において、同様の成膜動作を行わざるを得ない。
この場合、最初の成膜動作による先行成膜部に隣接して、次の成膜動作による後行成膜部を形成する際、先行成膜部の末端と、後行成膜部の成膜開始位置とを厳密に位置合わせする必要がある。その際、後行成膜部の成膜開始位置が先行成膜部の末端と位置ズレすると、境界部の膜厚が目標の倍程度になる部分が生じたり、未成膜部分が発生したりするという問題がある。
【００７２】
これに対して、成膜装置１００では、ｎ＞ｍであるため、単位移動動作［ｎ，ｍ］ごとに、成膜室１２０の成膜搬送路ＤＰを通過する基板２０５の部位が、第二の進行方向ｂに（ｎ−ｍ）・Ｌだけずれていく。このため、先行する単位移動動作［ｎ，ｍ］で成膜が行われる範囲と、後行する単位移動動作［ｎ，ｍ］で成膜が行われる範囲とが、長さｍ・Ｌだけ重なり合っている。
したがって、万一、移動方向の切替時に、停止位置がずれたとしても、積層途中の一部の層の境界部の継ぎ目が乱れるだけである。しかも万一単位移動動作［ｎ，ｍ］ごとに継ぎ目が乱れたとしても、乱れが生じる継ぎ目は、第二の進行方向ｂに順次ずれていく。この結果、ｎ＝ｍの場合のように継ぎ目において、薄膜の厚さ程度の大きな膜厚の変動が発生するおそれはない。
また、基板２０５の移動精度の誤差自体も、実質的な移動長さである長さ（ｎ−ｍ）・Ｌに対する割合で発生するため、ｎ＝ｍの場合のように、長さｎ・Ｌだけ移動して、境界部を位置合わせする場合に比べて小さな移動誤差にとどまる。
【００７３】
以上説明したように、本実施形態の成膜装置１００を用いた成膜方法によれば、基板２０５に対して、第一の進行方向ｆにｎ回のＡＬＤサイクルを行ってから第二の進行方向ｂにｍ回のＡＬＤサイクルを行って、これを繰り返すごとに、ｎ−ｍ回のＡＬＤサイクルが行われる長さだけ、第一の進行方向ｆに基板２０５を進めていく。このため、ＡＬＤによって長尺の基板に成膜を行う場合にも、成膜室１２０の小型化が可能であり、良好な膜質の成膜を効率的に行うことができる。
さらに、成膜が終了した基板２０５は、順次、巻き取りロール１３１に巻き取られるため、ロールツーロールによる連続的な成膜と巻き取りとを同時並行的に行うことができるため、生産性が向上される。
【００７４】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態の成膜装置について説明する。
図２は、本発明の第２の実施形態の成膜装置の主要部の構成の一例を示す模式図である。
【００７５】
図２に示すように、本実施形態の成膜装置３００は、上記第１の実施形態の成膜装置１００の巻き取り室１３０、制御部１４０に代えて、巻き取り室３３０（不成膜ゾーン）、制御部３４０（移動制御部）を備える。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００７６】
巻き取り室３３０は、上記第１の実施形態における巻き取り室１３０のローラー２０１Ｆに代えて、ダンサーローラー２０７（巻き出し部長さ変更部、基板移動部）を備え、駆動用ローラー２０６（基板移動部）を追加して構成される。
図２には、一例として、各ローラー２０１Ｆがそれぞれダンサーローラー２０７に代えられた場合の構成例が示されている。しかし、ローラー２０１Ｆの全部ではなく一部のみがダンサーローラー２０７に代えられた構成でもよい。
【００７７】
ダンサーローラー２０７は、図示略の移動機構によって図示縦方向に移動可能に支持されている点が、ローラー２０１Ｆと異なる。図示略の移動機構は、後述する制御部３４０からの制御信号に応じて、ダンサーローラー２０７の図示縦方向の配置位置が変更する。
このため、ダンサーローラー２０７を図示の上側に移動することによって、巻き取り室１３０における第一の巻き出し部長さＬｆの変更（短縮）が可能である。ダンサーローラー２０７が図示下方に移動可能なスペースが巻き取り室１３０に設けられている場合に波、巻き取り室１３０における第一の巻き出し部長さＬｆを延ばすことも可能である。
本実施形態では、各ダンサーローラー２０７が移動することによって、第一の巻き出し部長さＬｆが、ｍ・Ｌだけ短縮できるように、ダンサーローラー２０７の本数および移動量が設定されている。
【００７８】
駆動用ローラー２０６は、第二の開口部２０２ｂの近傍に配置されたローラー２０１Ｅと対向して配置され、このローラー２０１Ｅとの間に基板２０５を挟んでいる。駆動用ローラー２０６は、ローラー２０１Ｅと同様に、基板２０５の図示奥行き方向の端部を保持することで基板２０５の成膜面（有効成膜面）には接触しない形状を有する。
駆動用ローラー２０６の回転数（回転速度）および回転方向は、後述する制御部３４０によって制御される。駆動用ローラー２０６は、制御部３４０の制御によって回転されることで、基板２０５の移動を補助する。
【００７９】
駆動用ローラー２０６は、基板２０５の第一の進行方向ｆおよび第二の進行方向ｂの両方の移動において、基板２０５の移動を補助してもよいし、どちらか一方の移動において基板２０５の移動を補助してよい。一方向のみの移動に用いられる場合、駆動用ローラー２０６の駆動軸にワンウェイクラッチなどを設けることで、反対方向への移動時には、空転するようにしてもよい。
例えば、駆動用ローラー２０６は、基板２０５が第一の進行方向ｆの移動する場合のみ、基板２０５に駆動力を伝達する構成としてもよい。
【００８０】
以下では、一例として、駆動用ローラー２０６は、基板２０５の第一の進行方向ｆおよび第二の進行方向ｂの移動時に、基板２０５にそれぞれの方向に移動するための駆動力を伝達する場合の例で説明する。
【００８１】
制御部３４０は、上記第１の実施形態における制御部１４０と同様の制御に加えて、ダンサーローラー２０７の配置位置を移動する制御と、駆動用ローラー２０６を回転駆動する制御とを行う。さらに、制御部３４０は、巻き取りロール１３１の回転制御が上記第１の実施形態とは異なる。
制御部３４０の具体的な制御動作は、成膜装置３００の動作とともに説明する。
【００８２】
次に、成膜装置３００の動作について、上記第１の実施形態の成膜装置１００と異なる点を中心に説明する。
成膜装置３００は、基板２０５に対して、上述の単位移動動作［ｎ．ｍ］を繰り返すことにより、上述の第一の成膜動作と第二の成膜動作を繰り返す。このため、成膜動作自体は、上記第１の実施形態と同様に行われる。
【００８３】
本実施形態では、基板２０５を第二の進行方向ｂにｍ・Ｌに相当する長さだけ進める際に、制御部３４０は、巻き取りロール１３１の回転を停止する。一方、制御部３４０は、上記第１の実施形態と同様に、巻き出しロール１１１を図示時計回りに回転して、ｍ・Ｌの長さだけ、成膜室１２０内に基板２０５を巻き出し室１１０内に移動する。
制御部３４０は、この制御と並行して、駆動用ローラー２０６の駆動と、ダンサーローラー２０７の位置移動とを行う。
駆動用ローラー２０６は、巻き出しロール１１１による基板２０５の移動速度に合わせて、基板２０５を第二の進行方向ｂに送り出すように駆動される。
ダンサーローラー２０７は、基板２０５の移動速度に合わせて、たるみおよび過大な張力が生じないように、巻き取り室１３０における第一の巻き出し部長さＬｆがｍ・Ｌだけ減少するように縦方向の位置が移動される。
したがって、巻き取りロール１３１が停止していても、基板２０５の第二の進行方向ｂへの移動が円滑に行われる。
【００８４】
この後、基板２０５を第一の進行方向ｆにｎ・Ｌだけ移動するときには、制御部３４０は、巻き出しロール１１１および駆動用ローラー２０６の回転方向を反転させる。
これと並行して、制御部３４０は、ダンサーローラー２０７の図示縦方向の位置を移動前の位置に戻すとともに、巻き取りロール１３１によって、（ｎ−ｍ）・Ｌの長さだけ、基板２０５を巻き取らせる。
このとき、制御部３４０は、巻き取り室１３０内において、基板２０５にたるみおよび過大な張力が生じないように、ダンサーローラー２０７の移動速度および巻き取りロール１３１の回転速度を制御する。
【００８５】
本実施形態の成膜装置３００では、上述した基板２０５の移動制御を除くと、上記第１の実施形態と同様にして、ＡＬＤを用いた連続的な成膜動作が行われる。
本実施形態では、ダンサーローラー２０７を備えているため、第二の進行方向ｂへのｍ・Ｌの長さの第二の移動を行う際に、巻き取りロール１３１から、基板２０５を巻き出すことが不要になる。このため、一旦巻き取りロール１３１に巻き取られた基板２０５が、第二の進行方向ｂに再度巻き出されて，その後、巻き取りロール１３１に巻き取られるという巻き出しおよび巻き取りの繰り返しがなくなる。
この結果、巻き取りロール１３１に巻き取られる基板２０５のストレスを低減することができるため、成膜終了後の膜質をさらに向上させることができる。
あるいは、成膜後の基材を巻き取る前に別フィルムをここで連続的にラミネートするなど、不可逆な別の工程を挿入することもできる。
成膜装置３００では、図２における最も巻き取りロール１３１寄りのローラー２０１Ｅと巻き取りロール１３１との間の基板２０５も、第二の移動が行われる間、停止状態で張架される。このため、第二の移動が行われる間、この領域で、基板２０５を停止させて行う必要のある適宜の処理、例えば、成膜状態の検査などを行うことが可能になる。
【００８６】
なお、上記各実施形態の説明では、基板２０５が、巻き出しロール１１１、巻き取りロール１３１に巻き取り可能であって、ロールツーロール方式の成膜が行われる場合の例で説明したが、本発明の成膜方法は、ロールツーロール方式には限定されない。ロールツーロール方式を使用しない場合には、基板２０５は、ロールに巻き取れることができない基板を用いてもよい。
さらに、成膜室において第一のゾーンと第二のゾーンとを往来する経路の形状によっては、可撓性を有しない基板も使用可能である。
【００８７】
上記各実施形態の説明では、ＡＬＤとして、プラズマＡＬＤを用いる場合の例で説明したが、ＡＬＤとしては周知の種々の方式を用いることができる。例えば、ＡＬＤとして、第二の前駆体となる第二のガスとして、より反応性の高い反応性ガスを用いて熱ＡＬＤを用いてもよい。この場合、成膜装置１００、３００において、電極１２６を削除し、適宜の加熱機構を設ければよい。
【００８８】
上記各実施形態と説明では、巻き取り室１３０（巻き出し室１１０）において、ローラー２０１Ｅ、２０１Ｆ（ローラー２０１Ｃ、２０１Ｄ）の配置パターンが、成膜室１２０におけるローラー２０１Ａ、２０１Ｂと同様のパターンである例で説明した。しかし、巻き取り室１３０（巻き出し室１１０）におけるローラー配置は、第一の巻き出し部長さＬｆ（第二の巻き出し部長さＬｂ）が得られれば、成膜室１２０におけるローラー配置と異なっていてもよい。
さらに、巻き取り室１３０（巻き出し室１１０）において、必要な一の巻き出し部長さＬｆ（第二の巻き出し部長さＬｂ）を確保する手段は、複数のローラーに掛け回す以外の手段を用いてもよい。例えば、単にまっすぐ巻き出すようにしてもよいし、１つのローラーに掛け回してもよい。
例えば、上記第２の実施形態のように、駆動補助として駆動用ローラー２０６などを用いる場合には、巻き取りロール１３１（巻き出しロール１１１）と駆動用ローラー２０６との間で、基板２０５をたるませた状態で巻き出すようにしてもよい。
【００８９】
上記第２の実施形態の説明では、巻き出し部長さ変更部が、ダンサーローラー２０７で構成される場合の例で説明したが、巻き出し部長さ変更部の構成は、第一の巻き出し部長さＬｆを変更できれば、ダンサーローラー２０７には限定されない。
【００９０】
上記第２の実施形態の説明では、巻き出し部長さ変更部と、駆動用ローラー２０６とが、巻き取り室１３０のみに設けられていた場合の例で説明した。しかし、巻き出し部長さ変更部は、巻き取り室１３０および巻き出し室１１０の少なくとも一方に設けてもよい。例えば、巻き出し部長さ変更部は、巻き出し室１１０において、第二の巻き出し部長さＬｂを変更するために設けられもよい。
上記第２の実施形態の説明では、巻き出し部長さ変更部は、第一の進行方向ｆの移動の際に、巻き取りロール１３１を逆回転させないために設けられるとしたが、例えば、単位成膜動作のパラメーターｎ、ｍが変更された際、ｎ、ｍの変更量に合わせて、第一の巻き出し部長さＬｆあるいは第二の巻き出し部長さＬｂを変更するために設けられていてもよい。
また、第一の開口部２０２ａの近傍のローラー２０１Ｃに、対向するように、駆動用ローラー２０６が配置されてもよい。
【実施例】
【００９１】
次に、上記第１の実施形態の成膜方法による実施例１、２について説明する。
［実施例１］
実施例１では、成膜装置１００において、成膜室１２０において、８サイクル（Ｎ＝８）のＡＬＤサイクル行える構成とした。巻き取り室１３０における第一の巻き出し部長さＬｆは、８・Ｌとした。巻き出し室１１０における第二の巻き出し部長さＬｂは、７・Ｌとした。
基板２０５は、ＰＥＴフィルムとした。
【００９２】
成膜室１２０の内部は、６０℃に加熱し、成膜中は終始その温度を保った。
成膜室１２０の第一のゾーン１２１に第一のガスとして前駆体トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を導入し、第二のゾーン１２２には第二のガスとして酸素を導入、第三のゾーン１２３には窒素ガスを導入した。この時、排気を行う真空ラインは第一のゾーン１２１と第二のゾーン１２２にのみ接続した。
【００９３】
基板２０５を第一の進行方向ｆへ１０ｍ／ｍｉｎの速度で移動を開始すると同時にＤＣ電源を用いて電極１２６へ電圧を印加して、第二のゾーン１２２において放電を開始した。
【００９４】
単位移動動作［ｎ，ｍ］のパラメーターは、（ｎ，ｍ）＝（８，７）に設定した。
成膜装置１００の動作を開始させると、基板２０５の移動が開始され、単位移動動作［８，７］が繰り返された。これにより、基板２０５が成膜室１２０の成膜搬送路ＤＰを通過するたびに、ＡＬＤが行われ、成膜が終了した基板２０５が巻き取りロール１３１に長さＬずつ、巻き取られた。
巻き出しロール１１１における１ロール分が、巻き取りロール１３１に巻き取られると、成膜装置１００を操作して、成膜動作を停止させた。これにより、制御部１４０は、電極１２６の電圧印加を終了して放電を停止するとともに、第一のガスおよび第二のガスの供給を停止した。さらに、制御部１４０は、成膜室１２０から各ガスを排気した。
その後、成膜装置１００がベントされ、成膜が完了した巻き取りロール１３１が取り出された。
【００９５】
巻き取られた基板２０５のロールのうち、巻き始めと巻き終わりの部分（リードイン領域、リードアウト領域）には、本成膜方法の原理上、所望の膜厚に達していない部分が生じたが、リードイン領域とリードアウト領域に挟まれた部分に形成された薄膜の膜厚は、２４ｎｍと測定され、一定であった。
一方、（ｎ，ｍ）＝（８，７）の条件では、リードイン領域とリードアウト領域に挟まれた部分（以下、「中央部」という）におけるＡＬＤサイクル数は、１２０回と算出される。
ＡＬＤによるＴＭＡを用いたアルミナ成膜では膜成長速度は概ね０．１８ｎｍ／ｃｙｃｌｅ〜０．２２ｎｍ／ｃｙｃｌｅである。したがって、ＡＬＤサイクル数から予想される膜厚は、２１．６ｎｍ〜２６．４ｎｍとなる。
薄膜の中央部の膜厚の実測値２４ｎｍは、ＡＬＤサイクル数からの予想とよく一致していると言える。
【００９６】
［実施例２］
実施例２は、パラメーターとして（ｎ，ｍ）＝（８，５）とした以外は、上記実施例１と同様にして、上記第１の実施形態の成膜方法による成膜を行った。
実施例２では、中央部の薄膜の膜厚は、７ｎｍと測定された。
本実施例のパラメーター（ｎ，ｍ）＝（８，５）では、理論上、中央部の成膜におけるＡＬＤサイクル数が、３４と３５とに周期的に交替する。
サイクル数３４の場合の膜厚の予想値は、６．１２ｎｍ〜７．４８ｎｍである。
サイクル数３５の場合の膜厚の予想値は、６．３０ｎｍ〜７．７０ｎｍである。
したがって、測定精度を考慮すれば、実測値７ｎｍとよく一致していると言える。
このように、ＡＬＤサイクル数が、周期的に変動していても、変動量が、膜厚の目標値に比べて小さい場合には、薄膜の使用用途によっては、問題は生じない。
【００９７】
用途によって、ＡＬＤサイクル数の周期的な変動による薄膜の膜厚変動が許容できない場合には、例えば、実施例１のように、理論的に中央部のＡＬＤサイクル数が一定になるパラメーターを用いればよい。
また、用途によって、ＡＬＤサイクル数の変動が許容できる場合には、一続きの成膜工程において、部分的に、パラメーター（ｎ，ｍ）を変えてもよい。
【００９８】
以上、本発明の好ましい各実施形態を、各実施例とともに説明したが、本発明は各実施形態、各実施例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
また、本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明は基板を搬送しながら基板上に薄膜を作製する工程において、設備を大規模化することなく成膜を実施することができ、エネルギーの利用効率化及び生産コスト低減に貢献する。
【符号の説明】
【０１００】
１００、３００  成膜装置
１１０  巻き出し室（不成膜ゾーン）
１１１  巻き出しロール（第二のロール、基板移動部）
１２０  成膜室
１２１  第一のゾーン
１２２  第二のゾーン
１２３  第三のゾーン
１２５ａ  第一のゾーンセパレーター
１２５ｂ  第二のゾーンセパレーター
１２５ｃ、１２５ｄ  開口部
１２６  電極
１３０、３３０  巻き取り室（不成膜ゾーン）
１３１  巻き取りロール（第一のロール、基板移動部）
１４０、３４０  制御部（移動制御部）
２０１Ａ、２０１Ｂ、２０１Ｃ、２０１Ｄ、２０１Ｅ、２０１Ｆ  ローラー
２０２ａ  第一の開口部
２０２ｂ  第二の開口部
２０５  基板
２０６  駆動用ローラー（基板移動部）
２０７  ダンサーローラー（巻き出し部長さ変更部、基板移動部）
ＤＰ  成膜搬送路
Ｌｂ  第二の巻き出し部長さ
Ｌｆ  第一の巻き出し部長さ
Ｐ１  巻き出し開始位置
Ｐ２、Ｐ３  進入開始位置
Ｐ４  巻き取り開始位置
【図１】
2017115208.tif 000003
【図２】
2017115208.tif 000004