JP2012201899A

JP2012201899A - 原子層堆積法成膜装置における回転ドラムおよび原子層堆積法成膜装置

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Abstract

【課題】装置全体を小型化可能として、多層の成膜を形成できる原子層堆積法成膜装置における回転ドラムおよび原子層堆積法成膜装置を提供する。
【解決手段】成膜装置を、処理ドラム１００に被成膜基板を所定角巻き付け連続的または断続的に搬送しながら、被成膜基板の内面に成膜する構成として、装置全体を小型化した。そして、処理ドラムに成膜源が設けられた回転ドラムを回転させることにより、多層の成膜を容易に形成できるようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、気相を用いて基板上に薄膜を形成する原子層堆積法成膜装置に関する。より詳しくは、基板を搬送しながら成膜を行う原子層堆積法成膜装置における回転ドラム及び原子層堆積法成膜装置に関する。

気相を用いて薄膜を形成する方法は、大別して化学的気相成長法（ＣＶＤ：ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）と物理的気相成長法（ＰＶＤ：ＰｈｙｓｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）とがある。

ＰＶＤとして代表的なものには真空蒸着法やスパッタ法などがあり、特にスパッタ法では一般に装置コストは高いが膜質と膜厚の均一性に優れた高品質の薄膜の作製が行えるため、表示デバイスなどに広く応用されている。

ＣＶＤは真空チャンバ内に原料ガスを導入し、熱エネルギーによって基板上で１種類あるいは２種類以上のガスを分解または反応させて固体薄膜を成長させるものである。反応を促進させたり、反応温度を下げたりするため、プラズマや触媒（Ｃａｔａｌｙｓｔ）反応を併用するものもある。プラズマを併用するものをＰＥＣＶＤ（ＰｌａｓｍａＥｎｈａｎｃｅｄＣＶＤ）、触媒反応を併用するものをＣａｔ−ＣＶＤ（ＣａｔａｌｙｔｉｃＣＶＤ）と呼ぶ。化学的気相成長法は成膜欠陥が少ない特徴を有し、ゲート絶縁膜の成膜など半導体デバイス製造工程に主に適用されている。

近年、原子層堆積法（ＡＬＤ：ＡｔｏｍｉｃＬａｙｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が注目されている。ＡＬＤは、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り、ＣＶＤに分類される。ＡＬＤが一般的なＣＶＤと区別されるのは、一般的なＣＶＤが単一のガスまたは複数のガスを同時に用いて基板上で反応させて薄膜を成長させるのに対して、ＡＬＤでは前駆体（またはプリカーサーともいう）と呼ばれる活性に富んだガスと反応性ガス（これもＡＬＤでは前駆体と呼ばれる）を交互に用い、基板表面における吸着と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特殊な成膜方法にある。

具体的には、表面吸着において表面がある種のガスで覆われるとそれ以上そのガスの吸着が生じない自己制限（ｓｅｌｆ−ｌｉｍｉｔｉｎｇ）効果を利用し、表面が前駆体を１層吸着したところで未反応の前駆体を排気する。続いて反応性ガスを導入して先の前駆体を酸化または還元して所望の組成を有する薄膜を１層得たのち反応性ガスを排気する。これを１サイクルとし、このサイクルを繰り返して、１サイクルで１層ずつ、薄膜を成長させていくものである。従ってＡＬＤでは薄膜は二次元的に成長する。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などと比較しても成膜欠陥が少ないことが特徴であり、様々な分野に応用が期待されている。

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：ＰｌａｓｍａＥｎｈａｎｃｅｄＡＬＤ）または単にプラズマＡＬＤと呼ばれる。

ＡＬＤ技術そのものは１９７４年にフィンランドのＤｒ．ＴｕｏｍｏＳｕｎｔｏｌａによって提唱された。高品質高密度な膜が得られるためゲート絶縁膜など半導体産業で応用が進められており、ＩＴＲＳ（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｏａｄｍａｐｆｏｒＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ）にも記載がある。また他の成膜法と比較して斜影効果が無いなどの特徴があるため、ガスが入り込める隙間があれば成膜が可能であり、高アスペクト比を有するラインやホールの被覆のほか３次元構造物の被覆用途でＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）関連にも応用が期待されている。

ＡＬＤの欠点として特殊な材料を使用する点やそのコスト等が挙げられるが、最大の欠点は、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、成膜速度が遅いことである。蒸着やスパッタ等の成膜法と比較して５〜１０倍ほど遅い。

以上述べてきたような成膜法を用いて薄膜を形成する対象は、ウェハーやフォトマスクなどの小さな板状の基板、ガラス板などの大面積でフレキシブル性が無い基板、またはフィルムなどの大面積でフレキシブル性がある基板、など様々に存在する。これに対応してこれらの基板に薄膜を形成するための量産設備では、コスト、取り扱いの容易さ、成膜品質などによって様々な基板の取り扱い方法が提案され、実用化されている。

例えばウェハーでは基板一枚を成膜装置に供給して成膜して、その後、次の基板へ入れ換えて再び成膜を行う枚葉式や、複数の基板をまとめてセットし全てのウェハーに同一の成膜を行うバッチ式等がある。

また、ガラス基板などに成膜を行う方法には、成膜の源となる部分に対して基板を逐次搬送しながら同時に成膜を行うインライン式や、さらには、主にフレシキブル基板に対してはロールから基板を巻き出し、搬送しながら成膜を行い、別のロールに基板を巻き取る、いわゆるロールツーロールによるウェブコーティング方式がある。フレシキブル基板だけでなく、成膜対象となる基板を連続搬送できるようなフレキシブルなシートまたは一部がフレシキブルとなるようなトレイに載せて連続成膜する方式も、ウェブコーティング方式に含まれる。

いずれの成膜法、基板取り扱い方法も、コスト、品質、取り扱いの容易さなどから判断して最適な組み合わせが採用されている。

光学膜の成膜などでは、異なる種類の薄膜を多層成膜する必要がある。またＡＬＤでは、膜厚によっては１００〜２００サイクルの前駆体曝露を実施して成膜が行われる。このような場合、フレシキブル基板を用いたウェブコーティング方式では１層に対して１成膜源が必要となる。
そのため、複数の成膜源を配設し、一つの工程で複数のサイクルの成膜を行う成膜装置が提案されている。

このような従来の成膜装置として、特許文献１及び特許文献２に開示されたものがある。特許文献１に開示された成膜装置は、真空にしたチャンバ内においてＡＬＤを用いて成膜を行うものであり、処理ドラムの外面に巻きつけた薄膜の基板を２つのロールの間で搬送し、処理ドラムの外周部に放射状に配設された複数の成膜源により、薄膜の基板の外面に成膜する構成からなる。基板を複数の成膜源に暴露させて十分に厚い層を形成できる。

特許文献２に開示された成膜装置は、ＣＶＤを用いて成膜を行うものであり、成膜ローラの外面に巻きつけた被成膜テープを２つのローラの間で搬送し、成膜ローラの外周部に放射状に配設された複数のＣＶＤ部により被成膜テープの外面に成膜する構成からなる。多層膜を時間的な無駄を伴うことなく効率的に形成できる。

特表２００７−５２２３４４号公報国際公開第２００６／０９３１６８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、複数の成膜源を処理ドラムの外周部に放射状に配設しているので、処理ドラムと比べて、装置全体が大きなものになるという不都合があった。また、サイクル数が増えるに従って設備が大型化し、生産コスト及び設備占有面積が増大するという不都合があった。

また、特許文献２に記載の技術では、ＣＶＤにより多層化処理するために、複数のＣＶＤ部を成膜ローラの外周部に放射状に配設しているので、装置全体が大きくなるという不都合があった。

本発明の目的は、装置全体の小型化を可能としながら、多層の成膜を形成できる原子層堆積法成膜装置における回転ドラムを提供することである。

本発明は、上記の課題を解決するために、以下の構成を採用した。

本発明は、処理ドラムに被成膜基板を所定角巻き付け、被成膜基板に成膜する原子層堆積法成膜装置に用いられ、処理ドラム内に配置された回転ドラムに関する。
そして、回転ドラムは、成膜源被成膜基板の内面に成膜する成膜源を備え、処理ドラムに回転駆動可能に支持されていることを特徴とする。

また、成膜源は複数のガス放出部とガス排気部とを備えることを特徴とする。

また、ガス放出部は被成膜基板の所定幅にガスを放出し、ガス排気部はガス放出部に後続し、所定の凹部を有することを特徴とする。

また、処理ドラムは略円筒形状に形成され、処理ドラムの内面の所定の位置には、ガス放出部と連通するガス放出部開口部が設けられていることを特徴とする。

また、処理ドラムは略円筒形状に形成され、凹部の底部の所定の位置には凹部開口部が設けられ、凹部開口部は処理ドラムの内面にも貫通していることを特徴とする。

また、処理ドラムに被成膜基板を所定角巻き付け、被成膜基板に成膜する原子層堆積法成膜装置において、処理ドラム内に回転ドラムが配置され、回転ドラムは、被成膜基板の内面に成膜する成膜源を備え、処理ドラムに回転駆動可能に支持されていることを特徴とする。

また、処理ドラムは、さらに回転軸部を備え、回転ドラムは回転軸部の周りを回転するとともに、回転軸部の外面に連続する第１の溝が形成され、回転ドラム内面には第１の溝に対向する位置にガス放出部に連通するガス放出部開口部が形成されていて、溝とガス放出部開口部とを介して、ガス放出部が放出するガスを回転軸部側から供給されることを特徴とする。

また、回転軸部の外面に連続する第２の溝が形成され、凹部には第２の溝に対向する位置に凹部開口部が形成されていて、溝と凹部開口部とを介して、凹部開口部が排気するガスを回転軸部側に排気されることを特徴とする。

また、回転ドラムの内面と回転軸部の外面との間に磁気流体が配設され、ガスのシールをすることを特徴とする。

また、成膜源は少なくも３つのガス放出部を備え、ガス放出部から第１の前駆体、第２の前駆体、パージガスをそれぞれ放出するようにしたことを特徴とする。

そして、処理ドラムは、回転ドラムの両端に設けられ、被成膜基板を所定径に保持する被成膜基板ガイド部を備えることを特徴とする。

本発明によれば、上述の特徴を有することから、下記に示すことが可能となる。

処理ドラムに被成膜基板を所定角巻き付け、被成膜基板に成膜する原子層堆積法成膜装置に用いられ、処理ドラム内に配置された回転ドラムにおいて、回転ドラムは、被成膜基板の内面に成膜する成膜源を備え、処理ドラムに回転駆動可能に支持されているので、装置全体を小型化することが可能となるとともに、回転ドラムを複数回転させることにより多層の成膜を形成することができる。

また、成膜源は複数のガス放出部とガス排気部とを備えるので、被成膜基板に吸着されなかったガスをすみやかに排気でき、パーティクルの発生を抑制し、高品質の膜を得ることができる。

また、ガス放出部は被成膜基板の所定幅にガスを放出し、ガス排気部はガス放出部に後続し、所定の凹部を有するので、被成膜基板を所定の幅で一度に成膜できる。

また、処理ドラムは略円筒形状に形成され、処理ドラムの内面の所定の位置には、ガス放出部と連通するガス放出部開口部が設けられているので、ガス放出部開口部からガスの供給を受けることができる。

また、処理ドラムは略円筒形状に形成され、凹部の底部の所定の位置には凹部開口部が設けられ、凹部開口部は処理ドラムの内面にも貫通しているので、凹部開口部からガスの排気をすることができる。

また、処理ドラムに被成膜基板を所定角巻き付け、被成膜基板に成膜する原子層堆積法成膜装置において、処理ドラム内に回転ドラムが配置され、回転ドラムは、被成膜基板の内面に成膜する成膜源を備え、処理ドラムに回転駆動可能に支持されているので、装置全体を小型化することが可能となるとともに、回転ドラムを複数回転させることにより多層の成膜を形成することができる。

また、処理ドラムは、さらに回転軸部を備え、回転ドラムは回転軸部の周りを回転するとともに、回転軸部の外面に連続する第１の溝が形成され、回転ドラム内面には第１の溝に対向する位置にガス放出部に連通するガス放出部開口部が形成されていて、溝とガス放出部開口部とを介して、ガス放出部が放出するガスを回転軸部側から供給されるので、開口部と溝との位置が回転ドラムが回転しても維持され、ガスを供給することができる。

また、回転軸部の外面に連続する第２の溝が形成され、凹部には第２の溝に対向する位置に凹部開口部が形成されていて、溝と凹部開口部とを介して、凹部開口部が排気するガスを回転軸部側に排気されるので、開口部と溝との位置が回転ドラムが回転しても維持され、ガスを排気することができる。

また、回転ドラムの内面と回転軸部の外面との間に磁気流体が配設され、ガスのシールをするので、ガスをしっかりとシールするとともに、回転ドラムが回転するとき妨げとなる摩擦等を小さくすることができる。

また、成膜源は少なくも３つのガス放出部を備え、ガス放出部から第１の前駆体、第２の前駆体、パージガスをそれぞれ放出するようにしたので、放出されるガスがそれぞれ別のガス放出部を有し、混ざり合うことなく処理できる。

そして、処理ドラムは、回転ドラムの両端に設けられ、被成膜基板を所定径に保持する被成膜基板ガイド部を備えるので、所定径に保持された被成膜基板の内面で回転ドラムを自在に回転させることができる。

本発明の一実施形態に係る原子層堆積法成膜装置の概略図一実施形態に係る原子層堆積法成膜装置の要部の概略図一実施形態に係る原子層堆積法成膜装置の要部の分解斜視図一実施形態に係る原子層堆積法成膜装置の要部の部分の概略図一実施形態に係る原子層堆積法成膜装置の要部の一部の斜視図一実施形態に係る原子層堆積法成膜装置の要部の概略断面図

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。

図１は、原子層堆積法成膜装置（以下、適宜「成膜装置」と省略することがある）１の全体構成を示す概略図である。図２は、この成膜装置１の要部である処理ドラム１００の組み立て状態を示す概略図である。図３は、処理ドラム１００を分解したときの斜視図である。図４は、処理ドラム１００の要部である回転ドラム部１０１と回転軸部１０２とを示す概略図である。図５は、回転軸部１０１を示す斜視図である。図６は、回転軸部１０１と基板ガイド部１０３とを組み合わせた状態を示す概略断面図である。

成膜装置１は処理ドラム１００により、フレキシブル基板（被成膜基板）２に成膜処理をする装置である。図１に示すように、成膜装置１は処理ドラム１００、巻き出しロール３、巻き取りロール４、巻き出し側ガイドローラ５、巻き取り側ガイドローラ６、プラズマ装置７、チェンバ８を備える。装置全体はチャンバ８に収納されている。チャンバ８内は図示しない真空ポンプにより真空に保持される。

図１に示すように、フレキシブル基板２は巻き出しロール３から巻き出され、巻き出し側ガイドローラ５と巻き取り側ガイドローラ６により処理ドラム１００の外周に所定の角度を巻き付けられて搬送され、巻き取りロール４により巻き取られる。処理ドラム１００に設けられた成膜源により、処理ドラム１００に巻き付けられたフレキシブル基板２の内面が成膜処理される。

フレキシブル基板２は、可撓性のある長尺のフィルムであり、巻き出しロール３と巻き出し側ガイドローラ５と処理ドラム１００と巻き取り側ガイドローラ６と巻き取りロール４とにより、連続的にまたは断続的に搬送される。

図１に示すように、フレキシブル基板２は回転ドラム１０２の外周を、円周方向３６０°のうち９０％以上を覆っている。このように構成することにより、ガス拡散の拡散を防ぎ、異なるガスが混じるのを防ぎ、パーティクルの発生を防止している。

次に、処理ドラム１００について、図２〜図６を参照しながら説明する。図２および図３に示すように、処理ドラム１００は回転ドラム部１０１と回転軸部１０２と基板ガイド部１０３とを備える。なお、図３では、右側の１枚の基板ガイド１０３は図示していない。

回転ドラム部１０１は、回転軸部１０２の周囲を、図示しない処理ドラム回転駆動部により回転駆動される。基板ガイド部１０３は中央に丸穴が設けられた円板型をなし、回転ドラム部１０１の両側に設けられ、回転軸部１０２の外周部を回転自在に構成される。回転ドラム部１０１の回転とは独立して別個に、基板ガイド部１０３は、図示しない基板ガイド回転駆動部により回転駆動される。処理ドラム回転駆動部と基板ガイド回転駆動部とは、図示しないコントロール部により回転が制御される。
回転軸部１０２は回転せず固定され、配管１０４が接続される。

図２において、左右の基板ガイド部１０３の外方幅はフレキシブル基板２の幅と略同一に形成されている。フレキシブル基板２の幅方向の両端部が基板ガイド部１０３の外周部を覆うように巻き付いているので、フレキシブル基板２の内面は、基板ガイド部１０３の外形と同じ径に保持される。基板ガイド部１０３が回転駆動されると、外縁が基板ガイド部１０３に巻きついているフレキシブル基板２も回転駆動され、搬送される。

図２において、回転ドラム部１０１の外径は、左右の基板ガイド部１０３の外径に対して、所定寸法だけ小さな径に形成されている。回転ドラム部１０１に巻き付けられたフレキシブル基板２の内面を、回転ドラム部１０１は回転駆動される。後述するように、回転ドラム部１０１の表面からはガスが放出されるので、この回転ドラム部１０１の表面とフレキシブル基板２の内面との間にエアフィルム部が形成され、回転ドラム部１０１は滑らかに回転する。

図２に示すように、回転ドラム部１０１の表面に複数の区切りをして、その区切りで仕切られた区画（上面が解放された小部屋）をなす凹部１０６が設けられ、区切りの部分にガス放出部１０５を設けられている。回転ドラム部１０１の表面には、回転中心と略平行な方向である幅方向に並ぶ放出孔を備えるガス放出部１０５が（本実施形態では８条）形成されている。各々のガス放出部１０５の間には幅方向に広がった凹部１０６が設けられ、凹部１０６の底部には凹部開口部１０７が設けられている。

回転ドラム１０１の表面には、この回転ドラム１０１の回転方向に順に４つのガス放出部１０５ａ、１０５ｃ、１０５ｂ、１０５ｃが形成されているが、これらは後述するように、異なるガスに対応しており、ガス放出部１０５ａ、１０５ｃ、１０５ｂ、１０５ｃにより１サイクルの成膜処理をおこなうことができる。本実施形態ではガス放出部１０５が８条形成されており、ガス放出部１０５ａ、１０５ｃ、１０５ｂ、１０５ｃの対向する面にも同じ順番でガス放出部１０５が形成されているので、一周で２サイクルの成膜処理ができるように構成されている。

図４に示すように、回転軸部１０２の中央部には４つの溝部１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄが径方向に形成されている。また、回転軸部１０２の一方の端面には４本の連結管からなる配管１０４が設けられている。４つの溝部１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄは４本の連結管からなる配管１０４にそれぞれ連通している。配管１０４のうち太い方の連結管が、４つの溝部１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄのうちの幅の広い溝１０８ｄと連通している。

図４に示すように、４つの溝部１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄの両脇の回転軸部１０２の外周面には、径方向に無端状に連続しているシール部１０９が形成されている。シール部１０９には磁気流体からなり、磁気流体が回転ドラム部１０１の内面円筒部と回転軸部１０２との隙間を埋めることにより、溝部１０８がそれぞれ封止される。

図６（ｂ）に示すように、凹部開口部１０７は幅の広い溝１０８ｄに対応した位置に開口されている。結局、凹部１０６は凹部開口部１０７を通じて、配管１０４のうちの太い方の連結管に連通されている。溝部１０８ｄは外周に連続して設けられているので、回転ドラム部１０１が回転しても、凹部開口部の１０７位置関係は維持される。

図２及び図６に示すように、ガス放出部１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃは回転ドラム部１０１の内面円筒部に図示しない内面開口部を有していて、この内面開口部は溝部１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃにそれぞれ対応している。内面開口部はガス放出部１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃにそれぞれ連通し、内面開口部が対応する溝部１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃは配管１０４の連結管にそれぞれ連通するので、配管１０４の連結管とガス放出部１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃはそれぞれ連通されている。

次に、回転ドラム部１０１によるフレキシブル基板２の内面への成膜処理について説明する。ガス放出部１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃには、第１の前駆体、第２の前駆体、パージガスが配管１０４から供給され、それぞれのガスがガス放出部１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃから放出される。

配管１０４のうち太い方の連結管は排気管となっており、これに連通する凹部１０６は排気を行う。ガス放出部１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃから放出されたそれぞれのガスは、フレキシブル基板２の内面が前駆体等のガスを１層吸着したところで、未反応のガスは回転方向後方に隣接する後続する凹部１０６により排気される。これにより、フレキシブル基板２の内面は、第１の前駆体、パージガス、第２の前駆体、パージガスにより順次処理がなされ、未反応のガスはその都度、排気される。

前駆体等のガスがガス放出部１０５から放出される時、回転ドラム部１０１を回転させていない状態では前駆体はフレキシブル基板２に当たるほか四方八方へ拡散するが、回転ドラム部１０１を回転させている状態ではガスは回転ドラム部１０１から見て相対的に後方へと流れる。凹部１０６により、回転ドラムが回転すると、後方へ流れた余剰のガスを効率よく排気することができる。

従って、本実施形態では、回転ドラム部１０１に設けられたガス放出部１０５及び凹部１０６が成膜源ということになる。

ガス放出部１０５は、回転ドラム部１０１に２組設けられているので、回転ドラム部１０１が１回転するごとに２サイクル分の成膜処理を行う。また、回転ドラム部１０１はフレキシブル基板２内面で自在に回転することができるので、例えば、フレキシブル基板２が通過する間に回転ドラム部１０１がＮ回回転したとすれば、２×Ｎ層の成膜処理がされることになる。例えば、回転ドラム部１０１を１００回転させれば、２００層の成膜処理がされる。

図１に示すように、回転ドラム部１０１が回転しながらフレキシブル基板２も搬送されているため、フレキシブル基板２が回転ドラム部１０１から離れる部分では、第１の前駆体が基板のその部分に曝露された後、第２の前駆体がその部分に曝露される前に基板が回転ドラム部１０１から離れてしまう現象が生じることがある。このような場合、特に何も対策をしていない状況では第一の前駆体のみが曝露された部分には想定した一層が形成されることなくチャンバ８から取り出され、第１の前駆体が想定外の物質と結びつくなどして想定外の化合物が形成されることがある。これは膜の品質を低下させる原因となる。

この課題に対応するため、成膜装置１には、回転ドラム１０２とは別に、フレキシブル基板２の搬送経路にプラズマを発生または照射するプラズマ装置７を備えている。プラズマ装置７によりプラズマを発生または照射することにより、フレキシブル基板２に吸着した第１の前駆体を安定な形に変化させ、膜の品質の低下を防ぐことができる。

また、成膜前のフレキシブル基板２にプラズマを照射すると、成膜の密着性を向上させたり、クリーニングすることができる。

図１に示すように、プラズマ装置７を巻き出しロール３から巻き出されるフレキシブル基板２と巻き取りロール４により巻き取られるフレキシブル基板２との間に配設したので、プラズマ装置７によりプラズマを発生または照射することにより、上述した２つの効果を同時に得ることができる。

なお、プラズマ装置７により発生または照射するプラズマとして、酸化物薄膜を形成する際には酸素プラズマを、窒化物薄膜を形成するには窒素プラズマを用いることができる。金属の成膜ではアルゴンプラズマなども適用可能である。

以上に述べた構成により、成膜源を回転ドラム部１０１に配設するようにして、装置全体の小型化を実現した。また、従来の成膜源は固定されていたが、回転するようにして、多くのサイクルの成膜処理が容易に可能となる。装置を小型化することによりチャンバ８も小型にすることが可能となり、特に中を真空にしたチャンバ８を用いる場合にはその効果は大きい。また、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り成膜速度が遅いが、成膜源を回転させることにより多層形成が容易になり、このＡＬＤの欠点も解消することができる。

なお、本実施例では、回転ドラム部１０１に２つの成膜源を配設したが、これに限定されず、１つの成膜源を配設してもよいし、２つ以上の成膜源を配設するようにしてもよい。また、４つのガス放出部１０５により１サイクルとしたが、３種類以上の前駆体を用いる場合はさらにそれ以上の開口部を設けて割り当ててもよい。２種類以上のパージガスを使用する場合も同様である。

ここで、パージガスはその役割の一つに、それぞれの前駆体が空間内で混合し反応することを避ける目的が有るため、パージガスを供給するガス放出部１０５ｃを、前駆体を供給するそれぞれのガス放出部との間に設けるとよい。すなわち、例えば第１の前駆体を供給するガス放出部１０５ａと、第２の前駆体を供給するガス放出部１０５ｂとの間に、パージガスを供給するガス放出部１０５ｃを配置したように、放出部１０５ｂと第３の前駆体のための放出部との間にパージガスを供給する放出部１０５ｃを配置してもよい。一方で、排気のみで未吸着または未反応の前駆体を充分に除去できる場合には、パージガスを一切導入しなくてもよい。

また、本実施形態では被成膜基板として、フレキシブル基板を用いて説明したが、他の可撓性のあるフィルムやシートであってもよい。また、ガラスやウェハーなど可撓性がない剛体であっても、回転ドラムに沿って搬送できる形態であれば本発明が適用できる。例えば、小さな基板を搬送用シートやベルトシートに固定して搬送する場合などがこれにあたる。いわゆるウェブコーティング方式での成膜に適用できる。すなわち、これらのガラスやウェハーなどや、小さな基板、ウェブコーティング方式での被成膜物も被成膜基板に含まれる。

また、本実施形態では、フレキシブル基板２は基板ガイド部１０３により駆動され、搬送される構成となっているが、基板ガイド部１０３を駆動せず、フレキシブル基板２の移動により回転するいわゆるアイドラとして用いて、フレキシブル基板２の搬送を巻き出しロール３と巻き取りロール４を駆動することにより行ってもよい。また、基板ガイド部１０３を固定し、フレキシブル基板２の両縁が基板ガイド部１０３の円盤状の側面を滑るように構成し、フレキシブル基板２を所定の径に保持するようにしてもよい。

また、前駆体は、使用時に気相になっているものであれば種類は問わない。パージガスは、成膜によって得られる薄膜を構成する成分とならない限り、種類は問わない。窒素ガスを使用すると、高品位の膜をより低コストで製造することができる。またパージガスに不活性ガスを用いると、使用できる前駆体の種類の幅が広がり、多彩な前駆体の中から最適な前駆体を選定することができる。その中でもアルゴンは不活性ガスとしては比較的低コストで導入でき、生産性を高めることができる。

また、ガス放出部１０５として、回転ドラム部１０１上に幅方向に並ぶ放出孔により説明したが、これに限定されず、幅方向に形成されたスリット状のものでもよい。スリット状の形状では、放出されるガスの圧力が均一であるという長所がある。

また、シール部１０９には磁性流体を用いる説明をしたが、Ｏリング等を使用しても良い。シール部１０９に磁性流体を用いると発塵などが抑えられ、またメンテナンス間隔も伸ばすことができる。また、回転ドラム部１０１の回転の抵抗力を小さくできる。

また、回転ドラム部１０１の凹部１０６は、未反応のガスの排気に用いられるものであり、形状は溝状のものでも良い。凹部１０６の底部の凹部開口部１０７は複数設けてもよい。効率良く排気することができ、基板に吸着されずに空間内に残った前駆体を効率よく除去することができ、成膜中のパーティクル発生を抑えて高品質の薄膜を作製することができる。

また、回転ドラム部１０１とフレキシブル基板２との間の隙間（クリアランス）は、できるだけ狭い方が好ましい。フレキシブル基板２を所定の径に保持する基板ガイド部１０３をフレキシブル基板２の両縁部分に設けたが、フレキシブル基板２の幅方向の中央部が撓む等の場合には、中央にも配置してもよい。

また、本実施形態では、配管１０４のうちの太い方の連結管により、まとめて排気されるように構成したが、排気用の配管等を増やすことにより、ガス放出部から放出されたぞれぞれのガスを別々に排気するようにしてもよい。未反応の前駆体を回収して再利用することが容易になる。

また、本実施形態では、チャンバ８は装置全体を収納する構成としたが、成膜が行われる処理ドラム１００だけを収納する構成にしてもよい。また、チャンバ８を真空とするのが一般的ではあるが、大気圧で成膜する場合にはそれに適応したチャンバ８とすることもできる。

また、回転ドラム部１０１は加熱機構を備えてもよい。前駆体が吸着した基板を加熱することによって反応を促進し薄膜の成長を促すことができる。また、成膜のために加熱が必要な前駆体を使用することができる。熱源としてフラッシュランプを用いると、温度制御が比較的容易であり、また輻射熱を利用することができるため効率的である。熱を伝えたくない部分に対しては水冷機構を設けて温度を制御してもよい。加熱機構はチャンバの壁面や、回転ドラムの外部に設けてもよい。

また、回転ドラム部１０１はプラズマを発生または照射させる機構を備えてもよい。プラズマにより前駆体の反応を促進し薄膜の成長を促すことができる。プラズマの発生方法は、高周波（ＲＦ）放電やＤＣ放電の他、誘導結合によるプラズマ生成（ＩＣＰ）など、公知の技術が使用できる。

また、前駆体の種類は問わない。成膜種、成膜温度によって適宜選択される。前駆体は装置使用時に気相となっていればよいので、前駆体の保管状態は気相の他、液相、あるいは固相であってもよい。例えば前駆体が液相の場合は加熱やバブリングなどの方法によって導入される。

また、前駆体にはキャリアガスが含まれてもよい。キャリアガスは一般にパージガスと同一ものものまたは同様の性質を有するものが使用されるが、これに限定されるものではない。前述のバブリングを使用した場合、バブリングのためのガスがキャリアガスになることが多い。

また、パージガスは膜の構成成分にはならないが、第一の前駆体放出と第二の前駆体放出の間を隔てるガスとして有効である。これにはアルゴンなどの希ガスの他、成膜種に影響しない範囲においてあらゆる種類のガスが使用できる。

また、回転ドラム部１０１と基板ガイド部１０３の回転方向は、同一方向であっても、また相対的に逆方向であってもよい。また、フレキシブル基板２の搬送は、連続的であっても、あるいは断続的であってもよいし、必要に応じ、巻き戻し方向に行ってもよい。

１成膜装置
２フレキシブル基板
３巻き出しロール
４巻き出しロール
５巻き出し側ガイドローラ
６巻き取り側ガイドローラ
７プラズマ装置
８チェンバ
１００処理ドラム
１０１回転ドラム部
１０２回転軸部
１０３基板ガイド部
１０４配管
１０５ガス放出部
１０６凹部
１０７凹部開口部
１０８溝部
１０９シール部

Claims

処理ドラムに被成膜基板を所定角巻き付け、前記被成膜基板に成膜する原子層堆積法成膜装置に用いられ、前記処理ドラム内に配置された回転ドラムであって、
前記回転ドラムは、前記被成膜基板の内面に成膜する成膜源を備え、前記処理ドラムに回転駆動可能に支持されている
ことを特徴とする原子層堆積法成膜装置における回転ドラム。
前記成膜源は複数のガス放出部とガス排気部とを備える
ことを特徴とする請求項１記載の原子層堆積法成膜装置における回転ドラム。
前記ガス放出部は前記被成膜基板の所定幅にガスを放出し、
前記ガス排気部は前記ガス放出部に後続し、所定の凹部を有する
ことを特徴とする請求項２記載の原子層堆積法成膜装置における回転ドラム。
前記処理ドラムは略円筒形状に形成され、前記処理ドラムの内面の所定の位置には、前記ガス放出部と連通するガス放出部開口部が設けられている
ことを特徴とする請求項２記載の原子層堆積法成膜装置における回転ドラム。
前記処理ドラムは略円筒形状に形成され、前記凹部の底部の所定の位置には凹部開口部が設けられ、前記凹部開口部は前記処理ドラムの内面にも貫通している
ことを特徴とする請求項３記載の原子層堆積法成膜装置における回転ドラム。
処理ドラムに被成膜基板を所定角巻き付け、前記被成膜基板に成膜する原子層堆積法成膜装置において、
前記処理ドラム内に回転ドラムが配置され、
前記回転ドラムは、前記被成膜基板の内面に成膜する成膜源を備え、前記処理ドラムに回転駆動可能に支持されている
ことを特徴とする原子層堆積法成膜装置。
前記成膜源は複数のガス放出部とガス排気部とを備える
ことを特徴とする請求項６記載の原子層堆積法成膜装置。
前記ガス放出部は前記被成膜基板の所定幅にガスを放出し、
前記ガス排気部は前記ガス放出部に後続し、所定の凹部を有する
ことを特徴とする請求項７記載の原子層堆積法成膜装置。
前記処理ドラムは、
さらに回転軸部を備え、
前記回転ドラムは前記回転軸部の周りを回転するとともに、
前記回転軸部の外面に連続する第１の溝が形成され、前記回転ドラム内面には前記第１の溝に対向する位置に前記ガス放出部に連通するガス放出部開口部が形成されていて、前記溝とガス放出部開口部とを介して、前記ガス放出部が放出するガスを前記回転軸部側から供給される
ことを特徴とする請求項８記載の原子層堆積法成膜装置。
前記回転軸部の外面に連続する第２の溝が形成され、前記凹部には前記第２の溝に対向する位置に凹部開口部が形成されていて、前記溝と前記凹部開口部とを介して、前記凹部開口部が排気するガスを前記回転軸部側に排気される
ことを特徴とする請求項９記載の原子層堆積法成膜装置。
前記回転ドラムの内面と前記回転軸部の外面との間に磁気流体が配設され、前記ガスのシールをする
ことを特徴とする請求項１０記載の原子層堆積法成膜装置。
前記成膜源は少なくも３つの前記ガス放出部を備え、
前記ガス放出部から第１の前駆体、第２の前駆体、パージガスをそれぞれ放出するようにした
ことを特徴とする請求項７記載の原子層堆積法成膜装置。
前記処理ドラムは、
前記回転ドラムの両端に設けられ、前記被成膜基板を所定径に保持する被成膜基板ガイド部を備える
ことを特徴とする請求項６記載の原子層堆積法成膜装置。