フィルムの製造方法
【課題】ガイドローラと基材とを接触させずに巻き取り可能な基材上に原子層堆積膜を連続的に形成する。
【解決手段】第一前駆体ガスが導入される第一真空気室と、第二前駆体ガスが導入される第二真空気室と、第一前駆体及び第二前駆体を排出するために用いられるパージガスが導入される第三真空気室と、基材の幅方向の両端部を保持する保持部を有し、基材を、第一真空気室，第二真空気室，及び第三真空気室に搬送する搬送機構とを備え、搬送機構が、第一真空気室，第二真空気室，及び第三真空気室のいずれかの室内に、かつ自身の一部が他の室内に位置しないように配置された巻き取り成膜装置を用いて、基材を巻き取りながら基材上に成膜を行う巻き取り成膜方法は、搬送機構により、基材を第一真空気室及び第二真空気室を交互に複数回通過させて、基材の表面に原子層を堆積させて原子層堆積膜を形成することを特徴とする。
【解決手段】第一前駆体ガスが導入される第一真空気室と、第二前駆体ガスが導入される第二真空気室と、第一前駆体及び第二前駆体を排出するために用いられるパージガスが導入される第三真空気室と、基材の幅方向の両端部を保持する保持部を有し、基材を、第一真空気室，第二真空気室，及び第三真空気室に搬送する搬送機構とを備え、搬送機構が、第一真空気室，第二真空気室，及び第三真空気室のいずれかの室内に、かつ自身の一部が他の室内に位置しないように配置された巻き取り成膜装置を用いて、基材を巻き取りながら基材上に成膜を行う巻き取り成膜方法は、搬送機構により、基材を第一真空気室及び第二真空気室を交互に複数回通過させて、基材の表面に原子層を堆積させて原子層堆積膜を形成することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、巻き取り可能な可撓性基材の表面に、連続的に原子層を堆積させて成膜を行う原子層堆積法を用いた巻き取り成膜方法に関する。
本願は、２０１１年３月２９日に出願された特願２０１１−０７２１４１号及び２０１１年９月２７日に出願された特願２０１１−２１００４８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
従来、紙又はプラスチックフィルム等の長尺の巻き取り可能な基材を真空中で巻き戻し、蒸着又はスパッタ等の成膜方法により金属又は金属酸化物等を連続的に成膜する技術が知られている。このような技術は、金銀糸に用いられる金属光沢フィルム、食品包装のガスバリアフィルム、フィルムコンデンサーの電極、反射防止等の光学フィルムの製造方法として利用されている。
ガスバリアフィルムの用途として、近年、有機半導体を利用した、可撓性基材の有機ＥＬディスプレイ、有機ＥＬ照明、有機太陽電池の開発のために、水蒸気透過率が１０−６［ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）］というガスバリア性の高い透明ガスバリアフィルムの商品化の要望が高まっている。
【０００３】
この要望に応えるべく、原子層堆積法を利用した巻き取り装置が検討されている。
原子層堆積法は、緻密な薄膜を形成する方法として知られている。原子層堆積法の特徴の優位性の観点から、原子層堆積法は、ＤＲＡＭ又はＴＦＴにおける絶縁膜を形成する際に使用されている。
従来、薄膜の堆積工程は、バッチ処理によって行われており、生産性を向上させるために、Ｓｉウエハを複数枚同時処理する装置が開発されているが、その生産性には限界がある。
また、これらのバッチ処理装置においては、巻き取り可能な基材に連続的に成膜を行うことはできない。
この問題を解決するために、特許文献１、２に示される装置が提案されている。
【０００４】
特許文献１、２には、連続的に原子層堆積法で薄膜を形成する技術が示されている。
原子層を堆積する工程においては、第一前駆体を基材表面に吸着させる工程、余剰の第一前駆体をパージする工程、第一前駆体を第二前駆体に暴露させることによって第一前駆体と第二前駆体とを反応させる工程、及び余剰の第二前駆体をパージする工程からなる原子層堆積工程のサイクルが複数回繰り返される。
これにより、所望の膜厚の薄膜を得ることができる。
なお、前駆体としては、例えば、非特許文献１に記載の材料が使用できる。
一般的に、原子層堆積の１サイクルでは、０．０１ｎｍ以上０．２ｎｍ以下程度、平均的には、０．１ｎｍ程度の層が形成される。
所望の膜厚は、用途によって変わるが、１０−６［ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）］以下の水蒸気透過性の高バリア性の膜を得るには、酸化アルミニウムの場合、１０ｎｍ以上必要であることが一般的に知られている。
従って、膜厚が１０ｎｍの酸化アルミニウム層を得るには、一般的な原子層堆積サイクルを１００サイクル行う必要がある。
【０００５】
一方、特許文献３では、回転ドラムを用いた巻き取り式原子層堆積装置が開示されている。
この装置では、基材が回転ドラム上に位置する間に、原子層が基材上に堆積される。
また、特許文献４では、散布マニホールドを用いた巻き取り式原子層堆積装置が開示されている。
この装置では、基材が散布マニホールドの近傍を通過する過程で原子層が基材上に堆積される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第０７／１１２３７０号
【特許文献２】特表２００９−５４０１２２号公報
【特許文献３】特表２００７−５２２３４４号公報
【特許文献４】特表２００９−５３１５４８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】エム・リタラ（Ｍ．Ｒｉｔａｌａ他１名、「アトミック・レイヤー・デポジション（ＡｔｏｍｉｃＬａｙｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）」、ハンドブック・オブ・ティン・フィルム・マテリアルズ（ＨａｎｄｂｏｏｋｏｆＴｈｉｎＦｉｌｍＭａｔｅｒｉａｌｓ）、アメリカ合衆国、アカデミックプレス（ＡｃａｄｅｍｉｃＰｒｅｓｓ）、２００２年、第１巻、第２章、Ｐ．１０３−１５９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１、２に記載の装置では、１０ｎｍの膜厚の原子層堆積膜を得るために、基材は、１００セットのガイドローラを通過しなければならない。
即ち、原子層堆積膜は、１００回ガイドローラに接触する。
原子層堆積膜とガイドローラとの接触に伴う擦れ又はスリップにより、原子層堆積膜の損傷又はパーティクルの発生の恐れは皆無ではない。
また、損傷又はパーティクルが原子層堆積膜に付着することにより、原子層堆積膜の性能が低下する恐れがある。
従来の食品包装用ガスバリアフィルムに要求される性能は、水蒸気透過率で１０−１［ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）］程度であり、小さな欠陥（擦り傷、ピンホール、パーティクル付着等）は問題とはならない。
しかしながら、有機ＥＬディスプレイ又はポリマー太陽電池の用途として、また、有機半導体の用途として、高い性能、例えば、水蒸気透過率が１０−６［ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）］以下という性能が要求されており、小さな欠陥が上記デバイスに生じている場合であっても許容できない性能の低下を起こす。
特許文献１の段落０００７には、搬送機構の記述があるが、ローラを利用し、少なくとも基材の搬送方向の転換（ターン）の際に、基材を支持できるガイドが望ましいとの記述にとどまっている。
また、段落００３０にも搬送機構の記述があるが、搬送機構としては、ローラの利用が開示されているにとどまっている。
一方、特許文献２では、搬送方法に関して、「なお、ローラ２２と基材２０との間の接触を最小限に維持すべきである。このことは、スプール形状の・・・・ローラ２２の大きい直径部分に乗せることによって、達成できる。」（段落００１３）と記述されている。
しかしながら、基材の厚みが薄く剛性が低い場合、基材は、直径の大きい箇所だけでなく、スプール形状の全体に接触する。
原子層堆積膜がガイドローラに触れると、原子層堆積膜に微小なピンホール等の欠陥が発生して目的とする性能を得ることができない。
特に、薄いプラスチックフィルム基材又は布等の剛性の低い基材を用いる場合では、ローラと基材との接触を防ぐことはできない。
また、特許文献２には、上記記述の他に、「或いはまた、基材２０が各ローラ２２のまわりに巻き付くにつれて基材２０を保持する把持具をローラ２２の縁部に設けることもできる。」（段落００１３との記述もあるが、把持具及びローラ縁部への取り付け方法、搬送機構に関しての詳細な開示はない。
【０００９】
また、特許文献３及び４に記載の装置では、回転ドラムに接している基材表面、又は、散布マニホールドに露出されない基材表面に原子層は堆積されない。このため、特許文献３及び４には、特許文献１、２に記載の装置を用いることにより生じる、処理過程でのガイドローラと基材との接触による原子層堆積膜の損傷及びその損傷によるガスバリア性能の低下といった課題についての示唆はない。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ガイドローラと基材とが接触することなく、巻き取り可能な基材上に原子層堆積膜を連続的に形成する処理を行うことが可能な巻き取り成膜方法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】
【００１１】
本発明は、第一前駆体ガスが導入される第一真空気室と、第二前駆体ガスが導入される第二真空気室と、前記第一前駆体及び前記第二前駆体を排出するために用いられるパージガスが導入される第三真空気室と、基材の幅方向の両端部を保持する保持部を有し、前記基材を、前記第一真空気室，前記第二真空気室，及び前記第三真空気室に搬送する搬送機構とを備え、前記搬送機構が、前記第一真空気室，前記第二真空気室，及び前記第三真空気室のいずれかの室内に、かつ自身の一部が他の室内に位置しないように配置された巻き取り成膜装置を用いて、前記基材を巻き取りながら前記基材上に成膜を行う巻き取り成膜方法であって、前記搬送機構により、前記基材を前記第一真空気室及び前記第二真空気室を交互に複数回通過させて、前記基材の表面に原子層を堆積させて原子層堆積膜を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の巻き取り成膜方法によれば、ガイドローラと基材とが接触することなく、巻き取り可能な基材上に原子層堆積膜を連続的に形成する処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】参考例の巻き取り成膜装置の概略図である。
【図２】同巻き取り成膜装置におけるクリップ式挟持搬送機構の概念図である。
【図３】本発明の一実施形態の巻き取り成膜方法に用いる巻き取り成膜装置の概略図である。
【図４】同巻き取り成膜装置におけるベルト式挟持搬送機構の概念図である。
【図５】巻き取り成膜装置の他の例を示す概念図である。
【図６】同巻き取り成膜装置におけるローラ式挟持搬送機構の概念図である。
【図７】巻き取り成膜装置の他の例を示す概念図である。
【図８Ａ】同巻き取り成膜装置におけるローラ式挟持搬送機構の概念図である。
【図８Ｂ】同ローラ式挟持搬送機構の断面図である。
【図８Ｃ】同ローラ式挟持搬送機構の平面図である。
【図９】巻き取り成膜装置の他の例を示す概略図である。
【図１０Ａ】同巻き取り成膜装置におけるスプロケット式支持搬送機構の概念図である。
【図１０Ｂ】同巻き取り成膜装置におけるスプロケット式支持搬送機構の断面図である。
【図１１】他の参考例の同巻き取り成膜装置の概略図である。
【図１２Ａ】巻き取り成膜装置に備えるガイドレールの概念図である。
【図１２Ｂ】巻き取り成膜装置に備えるガイドレールの断面図である。
【図１３】保護層形成部を備えた巻き取り成膜装置の概略図である。
【図１４】比較例における巻き取り成膜装置の概略図である。
【図１５Ａ】比較例における巻き取り成膜装置の搬送機構の概念図である。
【図１５Ｂ】比較例における巻き取り成膜装置の搬送機構の断面図である。
【図１６】本発明の巻き取り成膜方法に用いる巻き取り成膜装置の他の構成例を示す図である。
【図１７】同巻き取り成膜装置におけるサクション式搬送機構の概念図である。
【図１８】同巻き取り成膜装置における巻き取り成膜装置の変形例の構成を示す図である。
【図１９Ａ】同巻き取り成膜装置の変形例におけるニップローラ式挟持搬送機構の概念図である。
【図１９Ｂ】同巻き取り成膜装置の変形例におけるニップローラ式挟持搬送機構の概念図である。
【図１９Ｃ】同巻き取り成膜装置の変形例におけるニップローラ式挟持搬送機構の概念図である。
【図２０Ａ】巻き取り成膜装置の変形例におけるガイドレールの構成を示す図である。
【図２０Ｂ】巻き取り成膜装置の変形例におけるガイドレールの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の巻き取り成膜方法は、原子層堆積法を用いて、基材上に原子層を製膜する巻き取り成膜装置を用いて行う。この成膜装置は、第一前駆体ガスが導入される第一真空気室と、第二前駆体ガスが導入される第二真空気室と、余剰の第一前駆体及び第二前駆体を排出するために用いられるパージガスが導入される第三真空気室と、巻き取り可能な基材を各々の真空気室を搬送する搬送機構とを備える。
この搬送機構は、具体的には、複数のクリップ、ベルト、スプロケット等の保持部を利用して、巻き取り可能な基材の幅方向の両端部を挟持又は支持できる搬送機構である。
この搬送機構を用いることにより、巻き取り可能な基材は、成膜の過程で被膜される巻き取り可能な基材の表面が装置内に配置された機械部品に触れることなく、上記の各真空気室を順次通過することができ、機械的損傷の無い原子層堆積膜が形成される。
【００１５】
巻き取り可能な基材の幅方向の両端部を保持する部材や装置としては、クリップのような挟持具を複数用いて端部を挟持する挟持部、ベルトのような連続した挟持具を用いて端部を挟持する挟持部、複数のローラを用いて端部の表面と裏面を挟持する部材や装置等が挙げられる。
また、巻き取り可能な基材の幅方向の両端部を保持する部材や装置としては、上記のような挟持部ではなく、端部の一方の面を支持する支持部が用いられてもよい。
例えば、予め幅方向の両端部にパンチ孔のような複数の孔部を有する基材を用意し、基材の搬送時にその孔部と嵌合する複数の凸部を有する支持具を用いて端部を挟持する支持部等が挙げられる。
【００１６】
以下、本発明の具体的な実施形態を、図面を用いて説明する。
なお、本発明の実施形態は、以下に記載する実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて設計の変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の実施形態の範囲に含まれるものである。
【００１７】
巻き取り成膜装置の参考例を図１に示す。
この巻き取り成膜装置１は、第一前駆体ガスが導入される第一真空気室である第一ゾーン２１と、第二前駆体ガスが導入される第二真空気室である第二ゾーン２２と、パージガスが導入される第三真空気室である第三ゾーン２３とを備える。
巻き取り成膜装置１は、巻き出し室１３に設置された巻き出しロール１１と、巻き取り室１４に設置された巻き取りロール１２と、巻き出しロール１１から巻き取りロール１２までの間で、巻き取り可能な基材１５を搬送する搬送機構４１ａ，４１ｂとを備える。
【００１８】
搬送機構４１ａ，４１ｂは、巻き取り可能な基材１５の幅方向の両端部をクリップで挟持した状態で巻き取り可能な基材１５を搬送するクリップ式挟持搬送機構である。
巻き取り可能な基材１５の表面に連続的に原子層を堆積させるために、クリップ式挟持搬送機構４１ａ，４１ｂにより、巻き取り可能な基材１５を第三ゾーン２３，第一ゾーン２１，第三ゾーン２３，第二ゾーン２２，及び第三ゾーン２３の順に通過させることで、１つの原子層が基材上に堆積される。
この巻き取り成膜装置では、所望の膜厚を得るために必要なサイクル数で原子層を基材１５の表面に堆積することができるように、搬送機構が基材を上述したゾーンを通過させる回数が所定回数となるように、成膜装置が設計されている。
【００１９】
本発明で使用される巻き取り可能な基材１５は、プラスチックフィルム、プラスチックシート、金属箔、金属シート、紙、不織布等の可撓性の材料から選択される。
巻き取り可能な基材１５の厚みは、特に限定されないが、１０μｍ以上１０００μｍ以下の厚みを有する基材が使用できる。
【００２０】
巻き取り可能な基材１５は、巻き出しロール１１により巻き出され、第三ゾーン２３へ搬送される。
巻き出しロール１１が設置されている巻き出し室１３と第三ゾーン２３との間には、仕切り板が設置されており、仕切り板には、巻き取り可能な基材１５が通過するに必要な開口部１６が設けられている。
巻き取り可能な基材１５は、この開口部１６を介して、巻き出し室１３から第三ゾーン２３へ搬送される。
【００２１】
第三ゾーン２３には、パージガスとして不活性ガスが導入されている（符号３３参照、パージガスの流れ）。不活性ガスとしては、窒素、ヘリウム、アルゴン等から適宜選択されたガスが用いられる。
【００２２】
第三ゾーン２３において、クリップ挟持開始位置４５ａで、クリップ式挟持搬送機構４１のクリップ４１ａにより、基材１５の幅方向の端部が挟持される。
【００２３】
ここで、クリップ式挟持搬送機構の概念図を図２に示す。
クリップ式挟持搬送機構４１は、巻き取り可能な基材１５の幅方向の両端部を挟持する複数のクリップ４２と、複数のクリップ４２を連結させるチェーン４３と、チェーン４３を搬送方向へ移動させる駆動スプロケット４４とを備える。
巻き取り可能な基材１５は、クリップ式挟持搬送機構４１のクリップ挟持開始位置４５でクリップ４２により端部が挟持される。
各クリップ４２にはバネ（図示せず）が取り付けられていて、両端部が挟持された巻き取り可能な基材１５は、適度なテンションで幅方向に張られ、搬送中、弛まず、実質的に平面状に保持される。
巻き取り可能な基材１５は、駆動ローラ４４の回転（符号３６参照、駆動ローラの回転方向）により搬送方向へ搬送（符号３５参照、巻き取り可能な基材の搬送方向）される。
クリップ４２の材質は、巻き取り可能な基材１５の両端部を挟持でき、適度なテンションで幅方向に張りながら巻き取り可能な基材１５を搬送することができる材質であれば、特に限定されない。
また、巻き取り可能な基材１５を挟持するときのクリップ４２の開閉機構は、上記のバネ以外の機構でもよい。
【００２４】
クリップ式挟持搬送機構４１ａにより挟持された巻き取り可能な基材１５は、第三ゾーン２３と第一ゾーン２１との間に配置された仕切りの隔壁に設けた開口部１７ａを介して、第一ゾーン２１に搬送される。
第一ゾーン２１には、第一前駆体が導入されているので（符号３１参照、第一前駆体ガスの流れ）、巻き取り可能な基材１５が第一ゾーンを通過する際に、第一前駆体が巻き取り可能な基材１５の両面に吸着する。
この間、巻き取り可能な基材１５の両端部のみがクリップ式挟持搬送機構４１ａにより挟持されているため、第一前駆体が吸着した巻き取り可能な基材１５の両面は、装置内に配置された機械部品に触れることはない。
【００２５】
第一前駆体を構成する材料は、目的の堆積材料にあわせて適宜選択される。
例えば、基材１０５に堆積される材料（目的の堆積材料）が酸化アルミニウムの場合は、トリメチルアルミニウムが使用される。
なお、使用される第一前駆体の材料としては、非特許文献１に示されている材料が使用できる。
【００２６】
第一ゾーン２１における巻き取り可能な基材１５の搬送速度は、第一ゾーン２１を基材１５が通過する時間が飽和吸着時間より長くなるように、飽和吸着時間と通過距離とから算出される。
【００２７】
第一ゾーン２１で第一前駆体が飽和吸着した巻き取り可能な基材１５は、第一ゾーン２１と第三ゾーン２３との間に配置された仕切りの隔壁に設けた別の開口部を介して、再度、第三ゾーン２３に搬送される。
なお、第一ゾーン２１内のガスは、真空ポンプによって排気され（符号３４ａ参照、真空ポンプによる排気）、第三ゾーン２３内の圧力は、第一ゾーン２１内の圧力より高く保たれている。
従って、第一ゾーン２１に導入される第一前駆体は、第三ゾーン２３に拡散しにくい条件下に維持されている。
このときの第一ゾーン２１と第三ゾーン２３との間の圧力差は、０．０１Ｐａ以上１Ｐａ以下程度であることが好ましい。
【００２８】
第三ゾーン２３に搬送された巻き取り可能な基材１５は、クリップ挟持終了位置４６ａでクリップから開放される。
【００２９】
次に、クリップ挟持開始位置４５ｂで、クリップ式挟持搬送機構４１ｂのクリップにより、基材１５の幅方向の両端部が挟持される。
クリップ式挟持搬送機構４１ｂにより挟持された巻き取り可能な基材１５は、第三ゾーン２３と第二ゾーン２２との間に配置された仕切りの隔壁に設けた開口部１７ｂを介して、第二ゾーン２２に搬送される。
第三ゾーン２３を通過する間に、巻き取り可能な基材１５に吸着した余剰の第一前駆体は気化し、パージされる。
第三ゾーン２３における巻き取り可能な基材１５の搬送速度は、十分なパージ時間が得られるように、通過距離から算出される。
【００３０】
第二ゾーン２２には、第二前駆体が導入されており（符号３２参照、第二前駆体ガスの流れ）、巻き取り可能な基材１５が第二ゾーン２２を通過する間に、巻き取り可能な基材１５の両面に吸着した第一前駆体吸着物は、第二前駆体と反応し、目的の材料が生成される。
この間、巻き取り可能な基材１５の両端部のみがクリップ式挟持搬送機構４１ｂにより挟持されているため、第一前駆体吸着物と第二前駆体が反応する際、巻き取り可能な基材１５の両面は、装置内に配置された機械部品に触れることはない。
【００３１】
第二前駆体を構成する材料は、目的の堆積材料にあわせて適宜選択される。
例えば、目的の堆積材料が酸化アルミニウムの場合は、水、オゾン、原子状酸素が使用される。
なお、使用される第二前駆体の材料としては、非特許文献１に示されている材料が使用できる。
【００３２】
第二ゾーン２２における巻き取り可能な基材１５の搬送速度は、第二ゾーン２２を基材１５が通過する時間が反応時間より長くなるように、反応時間と通過距離とから算出される。
【００３３】
第二ゾーン２２で第一前駆体吸着物と第二前駆体とが反応した後、巻き取り可能な基材１５は、第二ゾーン２２と第三ゾーン２３との間に配置された仕切りの隔壁に設けた別の開口部を介して、再度、第三ゾーン２３に搬送される。
なお、第二ゾーン２２内のガスは、真空ポンプによって排気され（符号３４ｂ参照、真空ポンプによる排気）、第三ゾーン２３内の圧力は、第二ゾーン２２内の圧力より高く保たれている。
従って、第二ゾーン２２に導入される第二前駆体は、第三ゾーン２３に拡散しにくい条件下に維持されている。
このときの第二ゾーン２２と第三ゾーン２３との間の圧力差は、０．０１Ｐａ以上１Ｐａ以下程度であることが好ましい。
【００３４】
第三ゾーン２３に搬送された巻き取り可能な基材１５は、クリップ挟持終了位置４６ｂでクリップから開放される。
【００３５】
以上の工程が、原子層堆積の１サイクルであり、この工程によって、１つの原子層が基材上に堆積される。
この１サイクルを複数回繰り返すことにより、巻き取り可能な基材１５の表面に所望の膜厚の原子層堆積膜を形成することができる。
なお、上記１サイクルを複数回繰り返す際、巻き取り可能な基材１５の搬送速度は、前述の第一ゾーン２１，第二ゾーン２２，及び第三ゾーン２３に基材１５を曝すために必要な時間と、基材１５がゾーン２１，２２，２３を通過する通過距離とから算出した搬送速度の中から一番低い速度に設定される。
【００３６】
上記１サイクルを複数回繰り返し、巻き取り可能な基材１５の表面に所望の膜厚の原子層堆積膜が形成された後、巻き取り可能な基材１５は、巻き取りロール１２により巻き取られる。
第三ゾーン２３及び巻き取りロール１２が設置されている巻き取り室１４との間には、仕切り板が設置されており、仕切り板には、巻き取り可能な基材１５が通過するに必要な開口部１６が設けられている。
巻き取り可能な基材１５は、この開口部１６を介して、成膜後、第三ゾーン２３から巻き取り室１４へ搬送される。
【００３７】
次に、本発明の一実施形態の巻き取り成膜方法に用いる巻き取り成膜装置の一例を図３に示す。
この巻き取り成膜装置２は、上述の巻き取り成膜装置１と同様、第一前駆体ガスが導入される第一真空気室である第一ゾーン２１と、第二前駆体ガスが導入される第二真空気室である第二ゾーン２２と、パージガスが導入される第三真空気室である第三ゾーン２３とを備える。
巻き取り成膜装置２は、巻き出し室１３に設置された巻き出しロール１１と、巻き取り室１４に設置された巻き取りロール１２と、巻き出しロール１１から巻き取りロール１２までの間で、巻き取り可能な基材１５を搬送する搬送機構５１とを備える。
なお、巻き取り成膜装置２の構成は、搬送機構５１を除いては、上述の巻き取り成膜装置１と同じである。
【００３８】
搬送機構５１は、巻き取り可能な基材１５の幅方向の両端部を二つのベルトで挟持した状態で巻き取り可能な基材１５を搬送するベルト式挟持搬送機構である。
【００３９】
ここで、巻き取り成膜装置２におけるベルト式挟持搬送機構の概念図を図４に示す。
ベルト式挟持搬送機構５１は、巻き取り可能な基材１５の幅方向の端部を挟持する二つのベルト５２と、二つのベルト５２を搬送方向へ搬送させるプーリ５３とを備える。
ベルト式挟持搬送機構５１のベルト挟持開始位置５４で、二つのベルト５２により、巻き取り可能な基材１５の両端部が挟持される。
両端部が挟持された巻き取り可能な基材１５は、プーリ５３の回転により（符号３７参照、プーリの回転方向）、搬送方向へ搬送される（符号３５参照、巻き取り可能な基材の搬送方向）。
【００４０】
ベルト式挟持搬送機構５１は、第一ゾーン２１，第二ゾーン２２，及び第三ゾーン２３の各々に配置され、巻き取り可能な基材１５の表面が装置内に配置された機械部品に触れることなく、基材１５は、搬送される。
二つのベルト５２の材質は、巻き取り可能な基材１５の両端部を挟持でき、巻き取り可能な基材１５を搬送することができる材質であれば、特に限定されないが、例えば、アラミド等の耐熱プラスチック製、又はスチール製を用いることができる。
【００４１】
巻き取り成膜装置の他の例を図５に示す。
この巻き取り成膜装置３は、上述の巻き取り成膜装置１と同様、第一前駆体ガスが導入される第一真空気室である第一ゾーン２１と、第二前駆体ガスが導入される第二真空気室である第二ゾーン２２と、パージガスが導入される第三真空気室である第三ゾーン２３とを備える。
巻き取り成膜装置３は、巻き出し室１３に設置された巻き出しロール１１と、巻き取り室１４に設置された巻き取りロール１２と、巻き出しロール１１から巻き取りロール１２までの間の巻き取り可能な基材１５を搬送する搬送機構６１とを備える。
なお、巻き取り成膜装置３の構成は、搬送機構６１を除いては、上述の巻き取り成膜装置１と同じである。
【００４２】
搬送機構６１においては、巻き取り可能な基材１５の幅方向の両端部の表面と裏面とを、異なった二つのローラで挟持し、一方又は両方のローラを駆動させることによって巻き取り可能な基材１５を挟持し、搬送する。
前記二つのローラのセットは、基材１５の一方の端部に配置されているだけでなく、他方の端部にも同様に設置され、巻き取り可能な基材１５を挟持し搬送する。
以上の方法で、ローラ式挟持搬送機構が構成されている。
【００４３】
ここで、巻き取り成膜装置３におけるローラ式支持搬送機構の概念図を図６に示す。
ローラ挟持搬送機構６１は、二つのローラ６２，６３を用い、巻き取り可能な基材１５の幅方向の両端部を挟持し、同時に動力を伝える。
【００４４】
巻き取り成膜装置の他の例を図７に示す。
この巻き取り成膜装置４は、上述の巻き取り成膜装置１と同様、第一前駆体ガスが導入される第一真空気室である第一ゾーン２１と、第二前駆体ガスが導入される第二真空気室である第二ゾーン２２と、パージガスが導入される第三真空気室である第三ゾーン２３とを備える。
巻き取り成膜装置４は、巻き出し室１３に設置された巻き出しロール１１と、巻き取り室１４に設置された巻き取りロール１２と、巻き出しロール１１から巻き取りロール１２までの間の巻き取り可能な基材１５を搬送する搬送機構７１とを備える。
なお、巻き取り成膜装置４の構成は、搬送機構７１を除いては、上述の巻き取り成膜装置１と同じである。
【００４５】
巻き取り成膜装置４における搬送機構７１においては、巻き取り可能な基材１５の幅方向の両端部の表面と裏面とを、異なった二つのローラで挟持し、一方又は両方のローラを駆動させることによって巻き取り可能な基材１５を保持し、搬送する。
【００４６】
ここで、巻き取り成膜装置４におけるローラ式挟持搬送機構の概念図を図８Ａ及び図８Ｂに示す。なお、図８Ｂは、ローラ式挟持搬送機構の断面図である。
ローラ式挟持搬送機構７１は、異なった二つのローラ７２，７３を用い、巻き取り可能な基材１５の幅方向の両端部の表面と裏面とを挟持し、基材１５に同時に動力を伝える。
また、図８Ｃは、本発明の第四実施形態におけるローラ式挟持搬送機構の平面図である。
ローラ挟持搬送機構７１は、巻き取り可能な基材１５の幅方向の両端部の表面と裏面とを挟持する二つのローラ７２，７３のうち、一方のローラ７３（第１ローラ）が、回転軸を可変できる機構を有する。
具体的には、他方のローラ７２（第２ローラ）の回転軸方向に対してローラ７３（第１ローラ）の回転軸方向が傾斜するように、ローラ挟持搬送機構７１はローラ７３の回転軸を可変することができる。
ローラ挟持搬送機構７１は、巻き取り可能な基材１５の進行方向において基材１５の幅が広がるようにローラ７３の回転軸を可変させる。換言すると、ローラ７２の回転軸方向に対してローラ７３の回転軸方向が傾斜するようにローラ７３の回転軸を可変させる。或いは、互いに対向するように配置されたローラ７３のうち一方のローラの回転軸方向を他方のローラの回転軸方向に対して傾斜させる。これによって、巻き取り可能な基材１５の弛みを調整することが可能である。
このような回転軸の可変機構をローラ挟持搬送機構７１に設ける場合には、図８Ｃのように、回転軸が可変であるローラ７３の径を他方のローラ７２の径よりも小さくすることが好ましい。
また、他方のローラ７２は、一方のローラ７３と同様に、回転軸を可変できる機構を有していてもよい。
【００４７】
巻き取り成膜装置の他の例を図９に示す。
この巻き取り成膜装置５は、上述の巻き取り成膜装置１と同様、第一前駆体ガスが導入される第一真空気室である第一ゾーン２１と、第二前駆体ガスが導入される第二真空気室である第二ゾーン２２と、パージガスが導入される第三真空気室である第三ゾーン２３とを備える。
巻き取り成膜装置５は、巻き出し室１３に設置された巻き出しロール１１と、巻き取り室１４に設置された巻き取りロール１２と、巻き出しロール１１から巻き取りロール１２までの間の巻き取り可能な基材１５を搬送する搬送機構８１とを備える。
なお、巻き取り成膜装置５の構成は、搬送機構８１を除いては、上述の巻き取り成膜装置１と同じである。
また、巻き取り成膜装置５においては、幅方向の両端部に予めパンチ孔が設けられた巻き取り可能な基材１５を用いて、この基材１５上に原子層を堆積させている。
【００４８】
巻き取り成膜装置５における搬送機構８１は、基材１５に設けられたパンチ孔と嵌合するスプロケットにより巻き取り可能な基材１５を保持し、搬送するスプロケット式支持搬送機構である。
【００４９】
ここで、巻き取り成膜装置５におけるスプロケット式支持搬送機構の概念図を図１０Ａ及び図１０Ｂに示す。なお、図１０Ｂは、巻き取り成膜装置５におけるスプロケット式支持搬送機構の断面図である。
スプロケット式支持搬送機構８１は、幅方向の両端部に複数のパンチ孔８２を設けた巻き取り可能な基材１５を用い、このパンチ孔８２と嵌合するスプロケット８３を備える。
巻き取り可能な基材１５のパンチ孔８２は、スプロケット式支持搬送機構８１のスプロケット保持開始位置８０５でスプロケットの凸部８４と嵌合する。
スプロケットの凸部８４が巻き取り可能な基材１５のパンチ孔８２に嵌合することで、スプロケット８３の回転により（符号３８参照、スプロケットの回転方向）、巻き取り可能な基材１５が搬送される（符号３５参照、巻き取り可能な基材の搬送方向）。
特に、巻き取り可能な基材１５は、パンチ孔６２にスプロケットの凸部８４と嵌合して搬送されるので、巻き取り可能な基材１５搬送方向及び搬送方向と直交する方向ともに位置ずれの少ない搬送ができる。
図１０Ａ及び図１０Ｂにおいて、スプロケットの凸部８４の断面形状は矩形であるが、巻き取り可能な基材１５のパンチ孔８２に応じて、適宜形状は選択できる。
【００５０】
上記の各巻き取り成膜装置には、以下のような変形が加えられていてもよい。
【００５１】
（搬送機構を構成する部位の表面について）
上記の各搬送機構においては、搬送機構を構成する部位、例えば、上記クリップ、チェーン、又はベルト等の表面が、第一前駆体ガス又は第二前駆体ガスが化学吸着できる水酸基、カルボキシル基等の官能基を有する材料で構成されている場合、以下のような問題が生じる場合がある。
即ち、搬送機構が、第一前駆体ガスが導入される第一真空気室と第二前駆体ガスが導入される第二真空気室とを通過すると、搬送機構を構成する部位の表面に原子層堆積膜が形成される。
この場合、上記部位の表面には、第一真空気室と第二真空気室とを繰り返し通過することで、巻き取り可能な基材よりも厚い原子層堆積膜が形成される。
この原子層堆積膜は、厚い膜となると脆性破壊し、異物（パーティクル）の原因となる。
従って、搬送機構を構成する部位の表面が、第一前駆体ガス又は第二前駆体ガスが化学吸着できる官能基を有する構成で形成されている場合、図１に示すように、第一ゾーン２１と第二ゾーン２２とを繰り返し通過しないように設計するべきである。
特に、図３のように、第一ゾーン２１のみ、第二ゾーン２２のみ又は第三ゾーン２３のみに搬送機構５１を設けることで、上記の問題は解消される。
【００５２】
一方、搬送機構を構成する部位の表面が、第一前駆体ガス又は第二前駆体ガスが化学吸着できる官能基を有しない構成で形成されている場合、第一真空気室と第二真空気室とを繰り返し通過しても、搬送機構を構成する部位の表面に原子層堆積膜は形成されない。
例えば、ポリテトラフロロエチレン等のフッ素系ポリマー、ポリパラキシレン、オクタデシルトリクロロシラン等のカップーリング剤のコーティング膜が搬送機構を構成する部位の表面に形成されていると、原子層堆積膜が形成されない。
従って、搬送機構を構成する部位の表面が、上記コーティング膜のように第一前駆体ガス又は第二前駆体ガスの化学吸着を防止することができる材料で構成された搬送機構では、第一真空気室と第二真空気室とを繰り返し通過しても原子層堆積が生じない。
例えば、図１１に示す巻き取り成膜装置６のように、第一ゾーン２１と第二ゾーン２２とを繰り返し通過する搬送機構５１を用いる場合は、上記のようなコーティング膜によって表面が形成された部位で構成される搬送機構を用いる必要がある。
ただし、原子層堆積を行うに際し（基材上に原子層を堆積させる工程の際）、前駆体としてプラズマ活性種等を用いることによって、搬送機構を構成する部位が酸化し、部位の表面に官能基が生成される場合がある。この場合、その表面に原子層堆積膜が形成されるため、第一ゾーン２１と第二ゾーン２２とを繰り返し通過する搬送機構を用いることは好ましくない。
【００５３】
（搬送機構が設置される位置について）
巻き取り成膜装置１では、図１のように、第一ゾーン２１と第三ゾーン２３を通過する搬送機構４１ａ、第二ゾーン２２と第三ゾーン２３を通過する搬送機構４１ｂが設置されているが、図３のように、第一ゾーン２１のみ、第二ゾーン２２のみ又は第三ゾーン２３のみに搬送機構が設置されていてもよい。
このことは、図５に示す巻き取り成膜装置３でも同様である。
逆に、図３に示す巻き取り成膜装置２の搬送機構５１は、第一ゾーン２１と第三ゾーン２３を通過する搬送機構、又は、第二ゾーン２２と第三ゾーン２３を通過する搬送機構として設置されていてもよい。
【００５４】
（ガイドレールについて）
図１２Ａ及び図１２Ｂは、巻き取り成膜装置２の搬送機構（ベルト式挟持搬送機構）を用いた場合の、第一ゾーンと第三ゾーンとの間に配置された仕切りの隔壁に設けた開口部、又は、第三ゾーンと第二ゾーンとの間に配置された仕切りの隔壁に設けた開口部を、巻き取り可能な基材が通過する際に用いるガイドレールを示している。
なお、図１２Ｂは、ガイドレールの断面図である。
ガイドレール９１は、ゾーンの間に配置された仕切りの隔壁１８の開口部１７を通過する巻き取り可能な基材１５の位置の精度を高めるために用いられる補助具である。
ガイドレール９１を用いることにより、巻き取り可能な基材１５が精度よく開口部１７へ搬送されるため、開口部の幅（Ｘ）をより小さく設計することができる。
そのため、第一ゾーン又は第三ゾーンにおける前駆体と第三ゾーンのパージガスとによって生成されるコンタミネーションを低く抑えることができる。
例えば、ガイドレール９１がある場合、開口部の幅（Ｘ）を１ｍｍ程度に設定することが可能となる。
一方、ガイドレール９１が設けられていない場合は、搬送中の巻き取り可能な基材１５の位置の安定性を鑑み、開口部の幅（Ｘ）を５ｍｍ程度に設定する必要がある。
ガイドレール９１は、開口部１７に近い位置に、図１２Ｂで示すように、巻き取り可能な基材１５の両端部を挟み込むように設置することが好ましい。
ガイドレール９１が設置される位置は、巻き取り可能な基材１５の厚み、巻き取り可能な基材１５の搬送速度等によって適宜決定される。
なお、図１２Ａ及び図１２Ｂでは、例として、巻き取り成膜装置２の搬送機構であるベルト式挟持搬送機構５１を示したが、クリップ式挟持搬送機構又はスプロケット式支持搬送機構が用いられた巻き取り成膜装置に適用されてもよい。
【００５５】
（保護層形成部について）
上述の各巻き取り成膜装置では、巻き取り可能な基材の表と裏の両面に原子層堆積膜が形成される。
両面に原子層堆積膜が形成された巻き取り可能な基材は、装置内で最終的にロール状に巻き取られる。
このとき、巻き取り可能な基材の表面に形成された原子層堆積膜は、巻き取り可能な基材の裏側に形成された原子層堆積膜に接することになる。
従って、巻き取り可能な基材の表面及び裏面に堆積された原子層堆積層膜が互いに接する際にも、原子層堆積層膜に機械的損傷が生ずる恐れがある。
この場合、両面に原子層堆積膜が形成された巻き取り可能な基材を巻き取る前に、保護層を基材にコート（形成）することが好ましい。
保護層をコートする方法としては、例えば、化学気相蒸着（ＣＶＤ）法等が利用できる。
具体的には、図１３に示した巻き取り成膜装置７は、第三ゾーン２３と巻き取り室１４との間に、保護層を形成する保護層形成部である保護層コート室１９を備える。保護層コート室１９において、例えば、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を原料ガスとして、ＴＥＯＳをＨｅガスによるバブリング法で供給し、１２０℃に加熱されたチャンバ内でプラズマアシストによる分解反応を発生させ、Ｏ２ガスと反応させ、原子層堆積層膜の表面にＳｉＯ２膜を２μｍの厚さに形成する。
なお、保護層は、巻き取り可能な基材の両面に形成された原子層堆積膜のうち、少なくとも一方の原子層堆積膜、望ましくは両面に形成される。
【００５６】
巻き取り成膜装置の他の例についてさらに説明する。
この巻き取り成膜装置は、原子層堆積法を用いて、巻き取り可能な基材の表面に前駆体を吸着させて原子層堆積膜を形成する装置である。この成膜装置は、複数の前駆体ガスが導入される複数の真空気室、即ち、第一前駆体ガスが導入される第一真空気室と、第二前駆体ガスが導入される第二真空気室と、余剰の第一前駆体及び第二前駆体を排出するパージガスが導入される第三真空気室と、基材を複数の真空気室間を交互に複数回搬送するために用いられる搬送機構とを備える。
この搬送機構は、具体的に、巻き取り可能な基材の幅方向の両端部を保持する保持部を有する。保持部は、複数のローラによって構成され、基材両端部を保持、かつ、スリップを防止するために用いられるサクション式のガイドローラを用いている。
この搬送機構を用いることにより、巻き取り可能な基材は、成膜の過程で被膜される巻き取り可能な基材の表面が装置内に配置された機械部品に触れることなく、上記の各真空気室を順次通過することができる。これによって、基材に機械的損傷が生じることが防止され、また、基材搬送中のスリップによるパーティクルの発生及び不安定搬送が防止され、良質な原子層堆積膜が基材上に形成される。
【００５７】
巻き取り可能な基材の幅方向の両端部を保持する保持部としては、基材がローラに吸着するために設けられた複数の穴が形成されたサクション式機構を備えたガイドローラ又は複数のローラを用いて端部の表面と裏面とを挟持する部材や装置等が挙げられる。
即ち、搬送機構は複数のローラによって構成され、保持部は、複数の前記ローラの表面に各々設けられた穴を通じて基材を吸引することによって基材を保持する。
また、保持部は、基材の表面及び裏面に設置された複数のローラで基材を挟持し、表面及び裏面に設置されたローラのうち少なくとも一つが駆動機構を有するようにしてもよい。
【００５８】
上述した巻き取り成膜装置の具体例を図１６に示す。
この巻き取り成膜装置１００は、第一前駆体ガスが導入される第一真空気室である第一ゾーン２０１と、第二前駆体ガスが導入される第二真空気室である第二ゾーン２０２と、パージガスが導入される第三真空気室である第三ゾーン２０３とを備える。
巻き取り成膜装置１００は、巻き出し室１０３に設置された巻き出しロール１０１と、巻き取り室１０４に設置された巻き取りロール１０２と、巻き出しロール１０１から巻き取りロール１０２までの間の巻き取り可能な基材１０５を吸着しながら搬送するために設けられた複数の穴を有するサクション機構を備えたサクション式搬送機構４０１（４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃ）とを備える。
【００５９】
巻き取り成膜装置１００におけるサクション式搬送機構４０１は、巻き取り可能な基材１０５の幅方向の両端部を吸着しながら搬送するために設けられた複数が形成されたサクション機構（保持部）を備えたガイドローラを用いて、巻き取り可能な基材１０５を搬送する。
巻き取り可能な基材１０５の表面に連続的に原子層を堆積させるために、サクション式搬送機構４０１により、巻き取り可能な基材１０５を第三ゾーン２０３、第一ゾーン２０１、第三ゾーン２０３、第二ゾーン２０２、第三ゾーン２０３の順に通過させることで、１つの原子層が基材上に堆積される。
この巻き取り成膜装置では、所望の膜厚を得るために必要なサイクル数で原子層を基材１０５の表面に堆積することができるように、搬送機構が基材を上述したゾーンを通過させる回数が所定回数となるように、成膜装置が設計されている。
【００６０】
本発明で使用される巻き取り可能な基材１０５は、プラスチックフィルム、プラスチックシート、金属箔、金属シート、紙、不織布等の可撓性の材料から選択される。
巻き取り可能な基材１０５の厚みは、特に限定されないが、１０μｍ以上１０００μｍ以下の厚みを有する基材が使用できる。
【００６１】
巻き取り可能な基材１０５は、巻き出しロール１０１により巻き出され、第三ゾーン２０３へ搬送される。
巻き出しロール１０１が設置されている巻き出し室１０３と第三ゾーン２０３との間には、仕切り板が設置されており、仕切り板には、巻き取り可能な基材１０５が通過するに必要な開口部１０６が設けられている。
巻き取り可能な基材１０５は、この開口部１０６を介して、巻き出し室１０３から第三ゾーン２０３へ搬送される。
【００６２】
第三ゾーン２０３には、パージガスとして不活性ガスが導入されている（３０３）。不活性ガスとしては、窒素、ヘリウム、アルゴン等から適宜選択されたガスが用いられる。
【００６３】
第三ゾーン２０３において、巻き取り可能な基材１０５の両端部のみを保持するために、サクション機構を備えたサクション式搬送機構４０１ｃにより基材１０５がガイドされ、第三ゾーン２０３でも安定して基材１０５が搬送される状態が維持される。
【００６４】
図１７は、巻き取り成膜装置１００のサクション式搬送機構の概念図である。
巻き取り成膜装置１００におけるサクション式搬送機構４０１は、巻き取り可能な基材１０５の幅方向の両端部を吸着しながら搬送するために設けられた複数の穴が形成されたサクション機構を備える。
巻き取り可能な基材１０５は、サクション式搬送機構４０１のサクション式ローラ４０２によって基材１０５がローラ表面に吸着されることで保持される。
各サクション式ローラ４０２には、真空ポンプが接続されている。真空ポンプが駆動することによって、複数の穴を通じて吸引が行われ（符号３０５参照、サクション式ローラ排気）、巻き取り可能な基材１０５は、ローラ表面に吸着される。
ローラ４０２によって保持された巻き取り可能な基材１０５は、適度なテンションで幅方向に張られる。搬送中、基材１０５は、弛まず、実質的に平面状に保持される。
サクション式ローラ４０２の材質は、巻き取り可能な基材１０５の両端部を保持でき、適度な摩擦力を巻き取り可能な基材１０５と保ちながら搬送することができる材質であれば、特に限定されない。
また、サクション式ローラ４０２は吸引部４０２ａと非吸引部４０２ｂが同時に回転する機構でも、また吸引部４０２ａのみが単独で回転し、非吸引部４０２ｂは非回転のローラでもよい。
【００６５】
図１６の説明に戻り、サクション式搬送機構４０１ｃにより保持された巻き取り可能な基材１０５は、第三ゾーン２０３と第一ゾーン２０１との間に配置された仕切りの隔壁に設けた開口部１０７ａを介して、第一ゾーン２０１に搬送される。
第一ゾーン２０１には、第一前駆体が導入されているので（符号３０１参照）、巻き取り可能な基材１０５が第一ゾーン２０１を通過する際に、第一前駆体が巻き取り可能な基材１０５の両面に吸着する。
この間、巻き取り可能な基材１０５の両端部のみがサクション式搬送機構４０１ａにより保持されているため、第一前駆体が吸着した巻き取り可能な基材１０５の両面は、装置内に配置された機械部品に触れることはない。
【００６６】
第一前駆体を構成する材料は、目的の堆積材料にあわせて適宜選択される。
例えば、基材１０５に堆積される材料（目的の堆積材料）が酸化アルミニウムの場合は、トリメチルアルミニウムが使用される。
なお、使用される第一前駆体の材料としては、例えば、非特許文献１に示されている材料が使用できる。
【００６７】
第一ゾーン２０１における巻き取り可能な基材１０５の搬送速度は、第一ゾーン２０１を基材１０５が通過する時間が飽和吸着時間より長くなるように、飽和吸着時間と通過距離とから算出される。
【００６８】
第一ゾーン２０１で第一前駆体が飽和吸着した巻き取り可能な基材１０５は、第一ゾーン２０１と第三ゾーン２０３との間に配置された仕切りの隔壁に設けた別の開口部１０７ｂを介して、再度、第三ゾーン２０３に搬送される。
なお、第一ゾーン２０１内のガスは、第一ゾーン内に配置され、かつ、真空ポンプに接続されたサクション式ローラのサクション機構によって排気され（符号３０５ａ参照、サクション式ローラ排気）、また、第一ゾーンに接続された排気機構（符号３０４ａ）によって排気されている。この排気機構の両者を使用することによって、第一ゾーン２０１内の圧力が保たれている。また、第三ゾーン２０３内の圧力は、第一ゾーン２０１内の圧力より高く保たれている。
従って、第一ゾーン２０１に導入される第一前駆体は、第三ゾーン２０３に拡散しにくい条件下に維持されている。
このときの第一ゾーン２０１と第三ゾーン２０３との間の圧力差は、０．０１Ｐａ以上１Ｐａ以下程度であることが好ましい。
【００６９】
次に、巻き取り可能な基材１０５は、第三ゾーン２０３と第二ゾーン２０２との間に配置された仕切りの隔壁に設けた開口部１０７ｃを介して、第二ゾーン２０２に搬送される。
基材１０５が第三ゾーン２０３を通過する間に、巻き取り可能な基材１０５に吸着した余剰の第一前駆体は気化し、パージされる。
このとき、巻き取り可能な基材１０５の搬送状態を安定させるため、第三ゾーン２０３内に、両端部のガイドローラとして、サクション式搬送機構４０１を設置することも可能である。
図１６には、第三ゾーン２０３内にサクション式搬送機構４０１を設けた構成が図示されている。
【００７０】
第三ゾーン２０３における巻き取り可能な基材１０５の搬送速度は、十分なパージ時間が得られるように、通過距離から算出される。
【００７１】
第二ゾーン２０２には、第二前駆体が導入されており（符号３０２参照）、巻き取り可能な基材１０５が第二ゾーン２０２を通過する間に、巻き取り可能な基材１０５の両面に吸着した第一前駆体吸着物は、第二前駆体と反応し、目的の材料が生成される。
この間、巻き取り可能な基材１０５の両端部のみがサクション式搬送機構４０１ｂにより保持されているため、第一前駆体吸着物と第二前駆体が反応する際、巻き取り可能な基材１０５の両面は、装置内に配置された機械部品に触れることはない。
【００７２】
第二前駆体を構成する材料は、目的の堆積材料にあわせて適宜選択される。
例えば、目的の堆積材料が酸化アルミニウムの場合は、水、オゾン、原子状酸素が使用される。
なお、使用される第二前駆体の材料としては、例えば、非特許文献１に示されている材料が使用できる。
【００７３】
第二ゾーン２０２における巻き取り可能な基材１０５の搬送速度は、第二ゾーン２０２を基材１０５が通過する時間が反応時間より長くなるように、反応時間と通過距離とから算出される。
【００７４】
第二ゾーン２０２で第一前駆体吸着物と第二前駆体とが反応した後、巻き取り可能な基材１０５は、第二ゾーン２０２と第三ゾーン２０３との間に配置された仕切りの隔壁に設けた別の開口部１０７ｄを介して、再度、第三ゾーン２０３に搬送される。
なお、第二ゾーン２０２内のガスは、第二ゾーン内に配置され、かつ、真空ポンプに接続されたサクション式ローラのサクション機構によって排気され（符号３０５ｂ参照、サクション式ローラ排気）、また、第二ゾーンに接続された排気機構（符号３０４ｂ）によって排気されている。この排気機構の両者を使用することによって第三ゾーン２０３内の圧力は、第二ゾーン２０２内の圧力より高く保たれている。
従って、第二ゾーン２０２に導入される第二前駆体は、第三ゾーン２０３に拡散しにくい条件下に維持されている。
このときの第二ゾーン２０２と第三ゾーン２０３との間の圧力差は、０．０１Ｐａ以上１Ｐａ以下程度であることが好ましい。
【００７５】
以上の工程が、原子層堆積の１サイクルであり、この工程によって、１つの原子層が基材上に堆積される。
この１サイクルを複数回繰り返すことにより、巻き取り可能な基材１０５の表面に所望の膜厚の原子層堆積膜を形成することができる。
なお、上記１サイクルを複数回繰り返す際、巻き取り可能な基材１０５の搬送速度は、前述の第一ゾーン２０１，第二ゾーン２０２，及び第三ゾーン２０３に基材１０５を曝すために必要な時間と、基材１０５がゾーン２０１，２０２，２０３を通過する通過距離とから算出した搬送速度の中から一番低い速度に設定される。
【００７６】
上記１サイクルを複数回繰り返し、巻き取り可能な基材１０５の表面に所望の膜厚の原子層堆積膜が形成された後、巻き取り可能な基材１０５は、巻き取りロール１０２により巻き取られる。
第三ゾーン２０３及び巻き取りロール１０２が設置されている巻き取り室１０４との間には、仕切り板が設置されており、仕切り板には、巻き取り可能な基材１０５が通過するに必要な開口部１０６が設けられている。
巻き取り可能な基材１０５は、この開口部１０６を介して、成膜後、第三ゾーン２０３から巻き取り室１０４へ搬送される。
【００７７】
巻き取り成膜装置１００には、以下のような変形が加えられていてもよい。
【００７８】
（ニップローラについて）
図１８は、巻き取り成膜装置１００の変形例の構成を示す図である。
この巻き取り成膜装置２００は、図１８に示すようなニップローラ式挟持搬送機構５０１を備えている。ニップローラ式挟持搬送機構５０１は、巻き取り可能な基材１０５にテンションをかけることで、即ち、搬送方向に沿って基材１０５を引っ張ることで、基材１０５の弛みを矯正したり、又は蛇行を修正したりする。図１８に示すようなニップローラ式挟持搬送機構５０１を用いることで、より大きな効果を得ることができる。
ニップローラ式挟持搬送機構５０１においては、巻き取り可能な基材１０５の幅方向の両端部の表面及び裏面が、異なった二つのローラで挟持され、一方又は両方のローラを駆動することによって巻き取り可能な基材１０５を保持し、基材１０５が搬送される。
【００７９】
図１９Ａ〜図１９Ｃは、変形例におけるニップローラ式挟持搬送機構の概念図であり、図１９Ａはニップローラ式挟持搬送機構の斜視図、図１９Ｂはニップローラ式挟持搬送機構の断面図、図１９Ｃはニップローラ式挟持搬送機構の平面図である。
ニップローラ式挟持搬送機構５０１は、上述のサクション式ローラ４０２にニップを目的としたニップローラ５０２が設けられた構造を有する。このニップローラ式挟持搬送機構５０１を用いて、巻き取り可能な基材１０５の幅方向の両端部の表面と裏面を挟持し、同時に、基材１０５に動力を伝える。
即ち、ニップローラ式挟持搬送機構５０１は、基材の表面及び裏面に設置された複数のローラで基材を挟持し、表面及び裏面に設置されたローラのうち少なくとも一つ（第六実施形態ではサクション式ローラ４０２）が駆動機構を有するように構成されている。
また、図１９Ｃに示すように、ニップローラ式挟持搬送機構５０１は、巻き取り可能な基材１０５の幅方向の両端部の表面と裏面とを挟持する二つのローラ４０２，５０２を備える。更に、ニップローラ５０２（第１ローラ）は、回転軸を可変できる機構を有する。
即ち、表面及び裏面に設置されたローラのうちいずれか（ニップローラ５０２）が回転軸を変更する機構を備える。
具体的には、サクション式ローラ４０２（第２ローラ）の回転軸方向に対してニップローラ５０２（第１ローラ）の回転軸方向が傾斜するように、ニップローラ式挟持搬送機構５０１はニップローラ５０２の回転軸を可変することができる。
ニップローラ式挟持搬送機構５０１は、巻き取り可能な基材１０５の進行方向において基材１０５の幅が広がるようにニップローラ５０２の回転軸を可変させる。換言すると、サクション式ローラ４０２の回転軸方向に対してニップローラ５０２の回転軸方向が傾斜するようにニップローラ５０２の回転軸を可変させる。或いは、互いに対向するように配置されたニップローラ５０２のうち一方のローラの回転軸方向を他方のローラの回転軸方向に対して傾斜させる。これによって、巻き取り可能な基材１０５の弛みを調整することが可能である。
このような回転軸の可変機構をニップローラ式挟持搬送機構５０１に設ける場合には、図１９Ｃのように、回転軸が可変であるニップローラ５０２の径を他方のサクション式ローラ４０２の径よりも小さくすることが好ましい。
また、サクション式ローラ４０２は、ニップローラ５０２と同様に、回転軸を可変できる機構を有していてもよい。
【００８０】
巻き取り可能な基材の弛みの矯正又は蛇行の修正は、ニップローラ５０２がサクション式ローラ４０２を押圧する圧力、ニップローラ５０２の方向、及びサクション式ローラ４０２のサクション力を調整することにより制御される。これによって、安定した走行（基材の搬送）を実現することができる。
【００８１】
（ガイドレールについて）
図２０Ａ及び図２０Ｂは、巻き取り成膜装置の他の変形例におけるガイドレールの構成を示す図であり、図２０Ａは、ガイドレールを用いた場合の開口部に近い位置を示す斜視図であり、図２０Ｂはガイドレールの断面図である。
図２０Ａに示すように、巻き取り成膜装置５１１は、第一ゾーン２０１と第三ゾーン２０３との間に配置された仕切りの隔壁に設けた開口部１０７、又は、第三ゾーン２０３と第二ゾーン２０２との間に配置された仕切りの隔壁に設けた開口部１０７に近い位置に、巻き取り可能な基材１０５が通過する際に用いるガイドレール６０１を備えてもよい。
ガイドレール６０１は、ゾーンの間に配置された仕切りの隔壁１０８の開口部１０７を通過する巻き取り可能な基材１０５の位置の精度を高めるために用いられる補助具である。
ガイドレール６０１を用いることにより、巻き取り可能な基材１０５を精度よく開口部１０７へ搬送することができるため、開口部１０７の幅（Ｘ）をより小さく設計することができる。また、第三ゾーン２０３内に配置されるサクション式搬送機構４０１を省略することができ、第一ゾーン２０１又は第三ゾーン２０３における前駆体と第三ゾーン２０３のパージガスとによって生成されるコンタミネーションを低く抑えることができる。
例えば、ガイドレール６０１がある場合、開口部の幅（Ｘ）を１ｍｍ程度に設定することが可能となる。
一方、ガイドレール６０１が設けられていない場合は、搬送中の巻き取り可能な基材１０５の位置の安定性を鑑み、開口部の幅（Ｘ）を５ｍｍ程度に設定する必要がある。
ガイドレール６０１は、開口部１０７に近い位置に、図２０Ｂで示すように、巻き取り可能な基材１０５の両端部を挟み込むように設置することが好ましい。
ガイドレール６０１が設置される位置は、巻き取り可能な基材１０５の厚み、巻き取り可能な基材１０５の搬送速度等によって適宜決定される。巻き取り可能な基材１０５が著しく不安定に走行する場合、基材１０５とガイドレール６０１との接触によりパーティクルが発生することが懸念されるために、第三ゾーン２０３内のサクション式搬送機構４０１を併用することが好ましい。
【実施例】
【００８２】
＜第１実施例＞
次に、巻き取り成膜装置１を用いた本発明の巻き取り成膜方法の第１実施例について述べる。
図１の巻き取り成膜装置１を用い、巻き取り可能な基材１５として、厚みが１００μｍのポリエステルフィルムを使用した。
巻き出しロール１１の位置に取り付けられたポリエステルフィルムは、第三ゾーン２３に搬送され、第三ゾーン２３のクリップ式挟持搬送機構４１ａにより、クリップ挟持開始位置４５ａで、基材１５の両端部がクリップで挟持され、基材１５が第一ゾーン２１に搬送された。
第一ゾーン２１には、キャリアガスとして用いられた窒素ガスと、第一前駆体として用いられたトリメチルアルミニウムとを導入した。
ドライポンプにより排気（減圧）されている第一ゾーン２１の圧力が、おおよそ５０Ｐａになるように、ガスの流量を調整した。
クリップ式挟持搬送機構４１ａによって第一ゾーン２１内を移動しながら、ポリエステルフィルムの両面にトリメチルアルミニウムが飽和吸着した。
両面にトリメチルアルミニウムが飽和吸着したポリエステルフィルムは、再び第三ゾーン２３に搬送された。
第三ゾーン２３には不活性ガスとして窒素ガスを導入した。
第三ゾーン２３の圧力がおおよそ５０．５Ｐａになるように、ガスの流量を調整した。
第三ゾーン２３内を移動する間に、余剰のトリメチルアルミニウムはパージされた。
十分なパージの後、第三ゾーン２３のクリップ式挟持搬送機構４１ｂにより、クリップ挟持開始位置４５ｂで、ポリエステルフィルムの両端部がクリップで挟持され、第二ゾーン２２に搬送された。
第二ゾーン２２には、キャリアガスとして用いられた窒素ガスと、第二前駆体として用いられたイオン交換水とを導入した。
ドライポンプにより排気（減圧）されている第二ゾーン２２の圧力が、おおよそ５０Ｐａになるようにガスの流量を調整した。
クリップ式挟持搬送機構４１ｂにより第二ゾーン２２内を移動しながら、ポリエステルフィルムの両面のトリメチルアルミニウムがイオン交換水と反応し、１つの原子層が基材上に堆積された。
なお、ポリエステルフィルムの搬送速度は、第三ゾーン２３における必要なパージ時間によって決められた。
また、第一ゾーン２１，第二ゾーン２２，及び第三ゾーン２３の温度は、すべて９０℃に保たれた。
また、上述の巻き取り成膜装置１の説明では、１回の搬送で３サイクルの原子層堆積が行われる例が示されているが、第１実施例では、１００サイクルが可能な装置が用意され、１００サイクルの原子層堆積が行われた。
この結果、ポリエステルフィルムに形成された酸化アルミニウム膜の厚みは１０ｎｍであった。
また、電子顕微鏡を使用して表面の損傷を観察した結果、酸化アルミニウム膜の表面の損傷は認められなかった。
【００８３】
＜比較例＞
図１４の巻き取り成膜装置を使用して酸化アルミニウムの堆積を行った。
巻き取り成膜装置８の基本的な構成は、図１の巻き取り成膜装置１と同じであるが、比較例の搬送機構は巻き取り成膜装置１の搬送機構４１ａ，４１ｂとは異なり、ガイドローラによる搬送機構１００１を備える。
巻き取り可能な基材１５は、図１５Ａ及び図１５Ｂのように、ガイドローラ式支持搬送機構１００１のガイドローラ１００２を用いて搬送される。
従って、ガイドローラ式支持搬送機構１００１は、巻き取り可能な基材１５が原子層堆積の１サイクルにつき二つのガイドローラに接触する搬送機構を備える。
上記搬送方法の点で、比較例は第１実施例とは相違しているが、比較例においては、第１実施例に示された条件で酸化アルミニウムの原子層堆積を行った。
また、図１４では、１回の搬送で３サイクルの原子層堆積が行われる装置が示されているが、実際には、１００サイクルが可能な装置が用意され、１００サイクルの原子層堆積が行われた。
この結果、ポリエステルフィルムに形成された酸化アルミニウム膜の厚みは１０ｎｍであった。
また、電子顕微鏡を使用して表面の損傷を観察した結果、損傷が認められた。
【００８４】
＜第２実施例＞
次に、巻き取り成膜装置１００を用いた本発明の巻き取り成膜方法の第２実施例について述べる。
図１６の巻き取り成膜装置１００を用い、巻き取り可能な基材１０５として、厚みが１００μｍのポリエステルフィルムを使用した。
巻き出しロール１０１の位置に取り付けられたポリエステルフィルムは、第三ゾーン２０３に搬送され、第三ゾーン２０３のサクション式搬送機構４０１ｃによって、第一ゾーン２０１に搬送された。
第一ゾーン２０１には、キャリアガスとして用いられた窒素ガスと、第一前駆体として用いられたトリメチルアルミニウムとを導入した。
第一ゾーン２０１の圧力が、おおよそ５０Ｐａになるように、サクション式ローラによって排気される排気量３０５ａと、第一ゾーンから排気される排気量３０４ａと、第一ゾーンに供給されるガスの流量３０１とを調整した。
ポリエステルフィルムは、サクション式搬送機構４０１ａにより第一ゾーン２０１内を移動しながら、その両面にトリメチルアルミニウムが飽和吸着した。
両面にトリメチルアルミニウムが飽和吸着したポリエステルフィルムは、再び第三ゾーン２０３に搬送された。
第三ゾーン２０３には不活性ガスとして窒素ガスを導入した。
第三ゾーン２０３の圧力がおおよそ５０．５Ｐａになるように、サクション式ローラによる排気量３０５ｃとガスの流量３０３とを調整した。
ポリエステルフィルムが第三ゾーン２０３内を移動する間に、余剰のトリメチルアルミニウムはパージされた。
十分なパージの後、ポリエステルフィルムは、第二ゾーン２０２に搬送された。
第二ゾーン２０２には、キャリアガスとして用いられた窒素ガスと、第二前駆体として用いられたイオン交換水とを導入した。
第二ゾーン２０２の圧力が、おおよそ５０Ｐａになるように、サクション式ローラによって排気される排気量３０５ｂと、第二ゾーンから排気される排気量３０４ｂと、第二ゾーンに供給されるガスの流量３０２とを調整した。
サクション式搬送機構４０１ｂにより第二ゾーン２０２内を移動しながら、ポリエステルフィルムの両面のトリメチルアルミニウムがイオン交換水と反応し、１つの原子層が基材上に堆積された。
なお、ポリエステルフィルムの搬送速度は、第三ゾーン２０３における必要なパージ時間によって決められた。
また、第一ゾーン２０１，第二ゾーン２０２，及び第三ゾーン２０３の温度は、すべて９０℃に保たれた。
また、上述の巻き取り成膜装置１００の説明では、１回の搬送で３サイクルの原子層堆積が行われる例が示されているが、第２実施例では、１００サイクルが可能な装置が用意され、１００サイクルの原子層堆積が行われた。
この結果、ポリエステルフィルムに形成された酸化アルミニウム膜の厚みは１０ｎｍであった。
また、電子顕微鏡を使用して、端部を含む表面の損傷を観察した結果、酸化アルミニウム膜の表面の損傷は認められなかった。
【００８５】
＜比較例＞
図１６の巻き取り成膜装置１００を用い、巻き取り可能な基材１０５として、厚みが１００μｍのポリエステルフィルムを使用した。
巻き出しロール１０１の位置に取り付けられたポリエステルフィルムは、第三ゾーン２０３に搬送され、第三ゾーン２０３のサクション式搬送機構４０１ｃによって、第一ゾーン２０１に搬送された。
この際、比較例の成膜装置においては、サクション式ローラによる排気３０５ｃは行わない。
第一ゾーン２０１には、キャリアガスとして用いられた窒素ガスと、第一前駆体として用いられたトリメチルアルミニウムとを導入した。
第一ゾーン２０１の圧力が、おおよそ５０Ｐａになるように、第一ゾーンから排気される排気量３０４ａ及びガスの流量３０１を調整した。
この際、サクション式ローラによる排気３０５ａは行わない。
サクション式搬送機構４０１ａにより第一ゾーン２０１内を移動しながら、ポリエステルフィルムの両面にトリメチルアルミニウムの飽和吸着が行われた。
両面にトリメチルアルミニウムが飽和吸着したポリエステルフィルムは、再び第三ゾーン２０３に搬送された。
第三ゾーン２０３には不活性ガスとして窒素ガスを導入した。
第三ゾーン２０３の圧力がおおよそ５０．５Ｐａになるように、ガスの流量３０３を調整した。
第三ゾーン２０３内を移動する間に、余剰のトリメチルアルミニウムはパージされた。
十分なパージの後、ポリエステルフィルムは、第二ゾーン２０２に搬送された。
第二ゾーン２０２には、キャリアガスとして用いられた窒素ガスと、第二前駆体として用いられたイオン交換水とを導入した。
第二ゾーン２０２の圧力が、おおよそ５０Ｐａになるように、第二ゾーンから排気される排気量３０４ｂ及びガスの流量３０２を調整した。
サクション式搬送機構４０１ｂにより第二ゾーン２０２内を移動しながら、ポリエステルフィルムの両面のトリメチルアルミニウムがイオン交換水と反応し、１つの原子層が基材上に堆積された。
この際、サクション式ローラからの排気３０５ｃは行わない。
なお、ポリエステルフィルムの搬送速度は、第三ゾーン２０３における必要なパージ時間によって決められた。
また、第一ゾーン２０１，第二ゾーン２０２，及び第三ゾーン２０３の温度は、すべて９０℃に保たれた。
また、上述の巻き取り成膜装置１００の説明では、１回の搬送で３サイクルの原子層堆積が行われる例が示されているが、この比較例では１００サイクルが可能な装置が用意され、１００サイクルの原子層堆積が行われた。
結果、形成された酸化アルミニウム膜の厚みは１０ｎｍであった。
また、電子顕微鏡を使用して、端部を含む表面の損傷を観察した結果、巻き取り可能な基材１０５の幅方向の中央に位置するローラ非接触部の酸化アルミニウム膜の表面の損傷は認められなかったが、基材１０５のローラ接触部では微細な傷が確認された。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明の巻き取り成膜方法は、巻き取り可能な基材に連続的に成膜を行い、緻密な薄膜を形成することができることから、金銀糸に用いられる金属光沢フィルム、食品包装のガスバリアフィルム、フィルムコンデンサーの電極、反射防止等の光学フィルムの製造方法として利用できる。
【符号の説明】
【００８７】
１，２，３，４，５，６，７，８，１００，２００・・・巻き取り成膜装置
１１，１０１・・・巻き出しロール
１２，１０２・・・巻き取りロール
１３，１０３・・・巻き出し室
１４，１０４・・・巻き取り室
１５，１０５・・・巻き取り可能な基材
１６，１０６・・・開口部
１７，１７ａ，１７ｂ，１０７、１０７ａ、１０７ｂ・・・開口部
１８，１０８・・・隔壁
１９・・・保護層コート室
２１，２０１・・・第一ゾーン
２２，２０２・・・第二ゾーン
２３，２０３・・・第三ゾーン
３１・・・第一前駆体ガスの流れ
３２・・・第二前駆体ガスの流れ
３３・・・パージガスの流れ
３４ａ，３４ｂ・・・真空ポンプによる排気
３５・・・巻き取り可能な基材の搬送方向
３６・・・駆動ローラの回転方向
３７・・・プーリの回転方向
３８・・・スプロケットの回転方向
３９・・・ガイドローラの回転方向
４１，４１ａ，４１ｂ・・・搬送機構（クリップ式挟持搬送機構）
４２・・・クリップ
４３・・・チェーン
４４・・・駆動スプロケット
４５，４５ａ，４５ｂ・・・クリップ挟持開始位置
４６ａ，４６ｂ・・・クリップ挟持終了位置
５１・・・搬送機構（ベルト式挟持搬送機構）
５２・・・ベルト
５３・・・プーリ
５４・・・ベルト挟持開始位置
６１・・・搬送機構（ローラ式挟持搬送機構）
６２・・・ローラ
６３・・・ローラ
７１・・・搬送機構（ローラ式挟持搬送機構）
７２・・・ローラ
７３・・・ローラ
８１・・・搬送機構（スプロケット式支持搬送機構）
８２・・・パンチ孔
８３・・・スプロケット
８４・・・スプロケットの凸部
９１・・・ガイドレール
３０１・・・第一前駆体ガスの導入
３０２・・・第二前駆体ガスの導入
３０３・・・パージガスの流れ
３０４ａ、３０４ｂ・・・真空ポンプによる排気
３０５、３０５ａ、３０５ｂ、３０５ｃ・・・サクション式ローラ排気
４０１、４０１ａ、４０１ｂ・・・搬送機構（サクション式搬送機構）
４０２、４０２ａ、４０２ｂ・・・サクション式ローラ
５０１・・・搬送機構（ニップローラ式挟持搬送機構）
５０２・・・ニップローラ
５１１・・・ガイドレール機構
６０１・・・ガイドレール
８０５・・・スプロケット保持開始位置
１００１・・・搬送機構（ガイドローラ式支持搬送機構）
１００２・・・ガイドローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、巻き取り可能な可撓性基材の表面に、連続的に原子層を堆積させて成膜を行う原子層堆積法を用いた巻き取り成膜方法に関する。
本願は、２０１１年３月２９日に出願された特願２０１１−０７２１４１号及び２０１１年９月２７日に出願された特願２０１１−２１００４８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
従来、紙又はプラスチックフィルム等の長尺の巻き取り可能な基材を真空中で巻き戻し、蒸着又はスパッタ等の成膜方法により金属又は金属酸化物等を連続的に成膜する技術が知られている。このような技術は、金銀糸に用いられる金属光沢フィルム、食品包装のガスバリアフィルム、フィルムコンデンサーの電極、反射防止等の光学フィルムの製造方法として利用されている。
ガスバリアフィルムの用途として、近年、有機半導体を利用した、可撓性基材の有機ＥＬディスプレイ、有機ＥＬ照明、有機太陽電池の開発のために、水蒸気透過率が１０−６［ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）］というガスバリア性の高い透明ガスバリアフィルムの商品化の要望が高まっている。
【０００３】
この要望に応えるべく、原子層堆積法を利用した巻き取り装置が検討されている。
原子層堆積法は、緻密な薄膜を形成する方法として知られている。原子層堆積法の特徴の優位性の観点から、原子層堆積法は、ＤＲＡＭ又はＴＦＴにおける絶縁膜を形成する際に使用されている。
従来、薄膜の堆積工程は、バッチ処理によって行われており、生産性を向上させるために、Ｓｉウエハを複数枚同時処理する装置が開発されているが、その生産性には限界がある。
また、これらのバッチ処理装置においては、巻き取り可能な基材に連続的に成膜を行うことはできない。
この問題を解決するために、特許文献１、２に示される装置が提案されている。
【０００４】
特許文献１、２には、連続的に原子層堆積法で薄膜を形成する技術が示されている。
原子層を堆積する工程においては、第一前駆体を基材表面に吸着させる工程、余剰の第一前駆体をパージする工程、第一前駆体を第二前駆体に暴露させることによって第一前駆体と第二前駆体とを反応させる工程、及び余剰の第二前駆体をパージする工程からなる原子層堆積工程のサイクルが複数回繰り返される。
これにより、所望の膜厚の薄膜を得ることができる。
なお、前駆体としては、例えば、非特許文献１に記載の材料が使用できる。
一般的に、原子層堆積の１サイクルでは、０．０１ｎｍ以上０．２ｎｍ以下程度、平均的には、０．１ｎｍ程度の層が形成される。
所望の膜厚は、用途によって変わるが、１０−６［ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）］以下の水蒸気透過性の高バリア性の膜を得るには、酸化アルミニウムの場合、１０ｎｍ以上必要であることが一般的に知られている。
従って、膜厚が１０ｎｍの酸化アルミニウム層を得るには、一般的な原子層堆積サイクルを１００サイクル行う必要がある。
【０００５】
一方、特許文献３では、回転ドラムを用いた巻き取り式原子層堆積装置が開示されている。
この装置では、基材が回転ドラム上に位置する間に、原子層が基材上に堆積される。
また、特許文献４では、散布マニホールドを用いた巻き取り式原子層堆積装置が開示されている。
この装置では、基材が散布マニホールドの近傍を通過する過程で原子層が基材上に堆積される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第０７／１１２３７０号
【特許文献２】特表２００９−５４０１２２号公報
【特許文献３】特表２００７−５２２３４４号公報
【特許文献４】特表２００９−５３１５４８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】エム・リタラ（Ｍ．Ｒｉｔａｌａ他１名、「アトミック・レイヤー・デポジション（ＡｔｏｍｉｃＬａｙｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）」、ハンドブック・オブ・ティン・フィルム・マテリアルズ（ＨａｎｄｂｏｏｋｏｆＴｈｉｎＦｉｌｍＭａｔｅｒｉａｌｓ）、アメリカ合衆国、アカデミックプレス（ＡｃａｄｅｍｉｃＰｒｅｓｓ）、２００２年、第１巻、第２章、Ｐ．１０３−１５９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１、２に記載の装置では、１０ｎｍの膜厚の原子層堆積膜を得るために、基材は、１００セットのガイドローラを通過しなければならない。
即ち、原子層堆積膜は、１００回ガイドローラに接触する。
原子層堆積膜とガイドローラとの接触に伴う擦れ又はスリップにより、原子層堆積膜の損傷又はパーティクルの発生の恐れは皆無ではない。
また、損傷又はパーティクルが原子層堆積膜に付着することにより、原子層堆積膜の性能が低下する恐れがある。
従来の食品包装用ガスバリアフィルムに要求される性能は、水蒸気透過率で１０−１［ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）］程度であり、小さな欠陥（擦り傷、ピンホール、パーティクル付着等）は問題とはならない。
しかしながら、有機ＥＬディスプレイ又はポリマー太陽電池の用途として、また、有機半導体の用途として、高い性能、例えば、水蒸気透過率が１０−６［ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）］以下という性能が要求されており、小さな欠陥が上記デバイスに生じている場合であっても許容できない性能の低下を起こす。
特許文献１の段落０００７には、搬送機構の記述があるが、ローラを利用し、少なくとも基材の搬送方向の転換（ターン）の際に、基材を支持できるガイドが望ましいとの記述にとどまっている。
また、段落００３０にも搬送機構の記述があるが、搬送機構としては、ローラの利用が開示されているにとどまっている。
一方、特許文献２では、搬送方法に関して、「なお、ローラ２２と基材２０との間の接触を最小限に維持すべきである。このことは、スプール形状の・・・・ローラ２２の大きい直径部分に乗せることによって、達成できる。」（段落００１３）と記述されている。
しかしながら、基材の厚みが薄く剛性が低い場合、基材は、直径の大きい箇所だけでなく、スプール形状の全体に接触する。
原子層堆積膜がガイドローラに触れると、原子層堆積膜に微小なピンホール等の欠陥が発生して目的とする性能を得ることができない。
特に、薄いプラスチックフィルム基材又は布等の剛性の低い基材を用いる場合では、ローラと基材との接触を防ぐことはできない。
また、特許文献２には、上記記述の他に、「或いはまた、基材２０が各ローラ２２のまわりに巻き付くにつれて基材２０を保持する把持具をローラ２２の縁部に設けることもできる。」（段落００１３との記述もあるが、把持具及びローラ縁部への取り付け方法、搬送機構に関しての詳細な開示はない。
【０００９】
また、特許文献３及び４に記載の装置では、回転ドラムに接している基材表面、又は、散布マニホールドに露出されない基材表面に原子層は堆積されない。このため、特許文献３及び４には、特許文献１、２に記載の装置を用いることにより生じる、処理過程でのガイドローラと基材との接触による原子層堆積膜の損傷及びその損傷によるガスバリア性能の低下といった課題についての示唆はない。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ガイドローラと基材とが接触することなく、巻き取り可能な基材上に原子層堆積膜を連続的に形成する処理を行うことが可能な巻き取り成膜方法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】
【００１１】
本発明は、第一前駆体ガスが導入される第一真空気室と、第二前駆体ガスが導入される第二真空気室と、前記第一前駆体及び前記第二前駆体を排出するために用いられるパージガスが導入される第三真空気室と、基材の幅方向の両端部を保持する保持部を有し、前記基材を、前記第一真空気室，前記第二真空気室，及び前記第三真空気室に搬送する搬送機構とを備え、前記搬送機構が、前記第一真空気室，前記第二真空気室，及び前記第三真空気室のいずれかの室内に、かつ自身の一部が他の室内に位置しないように配置された巻き取り成膜装置を用いて、前記基材を巻き取りながら前記基材上に成膜を行う巻き取り成膜方法であって、前記搬送機構により、前記基材を前記第一真空気室及び前記第二真空気室を交互に複数回通過させて、前記基材の表面に原子層を堆積させて原子層堆積膜を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の巻き取り成膜方法によれば、ガイドローラと基材とが接触することなく、巻き取り可能な基材上に原子層堆積膜を連続的に形成する処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】参考例の巻き取り成膜装置の概略図である。
【図２】同巻き取り成膜装置におけるクリップ式挟持搬送機構の概念図である。
【図３】本発明の一実施形態の巻き取り成膜方法に用いる巻き取り成膜装置の概略図である。
【図４】同巻き取り成膜装置におけるベルト式挟持搬送機構の概念図である。
【図５】巻き取り成膜装置の他の例を示す概念図である。
【図６】同巻き取り成膜装置におけるローラ式挟持搬送機構の概念図である。
【図７】巻き取り成膜装置の他の例を示す概念図である。
【図８Ａ】同巻き取り成膜装置におけるローラ式挟持搬送機構の概念図である。
【図８Ｂ】同ローラ式挟持搬送機構の断面図である。
【図８Ｃ】同ローラ式挟持搬送機構の平面図である。
【図９】巻き取り成膜装置の他の例を示す概略図である。
【図１０Ａ】同巻き取り成膜装置におけるスプロケット式支持搬送機構の概念図である。
【図１０Ｂ】同巻き取り成膜装置におけるスプロケット式支持搬送機構の断面図である。
【図１１】他の参考例の同巻き取り成膜装置の概略図である。
【図１２Ａ】巻き取り成膜装置に備えるガイドレールの概念図である。
【図１２Ｂ】巻き取り成膜装置に備えるガイドレールの断面図である。
【図１３】保護層形成部を備えた巻き取り成膜装置の概略図である。
【図１４】比較例における巻き取り成膜装置の概略図である。
【図１５Ａ】比較例における巻き取り成膜装置の搬送機構の概念図である。
【図１５Ｂ】比較例における巻き取り成膜装置の搬送機構の断面図である。
【図１６】本発明の巻き取り成膜方法に用いる巻き取り成膜装置の他の構成例を示す図である。
【図１７】同巻き取り成膜装置におけるサクション式搬送機構の概念図である。
【図１８】同巻き取り成膜装置における巻き取り成膜装置の変形例の構成を示す図である。
【図１９Ａ】同巻き取り成膜装置の変形例におけるニップローラ式挟持搬送機構の概念図である。
【図１９Ｂ】同巻き取り成膜装置の変形例におけるニップローラ式挟持搬送機構の概念図である。
【図１９Ｃ】同巻き取り成膜装置の変形例におけるニップローラ式挟持搬送機構の概念図である。
【図２０Ａ】巻き取り成膜装置の変形例におけるガイドレールの構成を示す図である。
【図２０Ｂ】巻き取り成膜装置の変形例におけるガイドレールの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の巻き取り成膜方法は、原子層堆積法を用いて、基材上に原子層を製膜する巻き取り成膜装置を用いて行う。この成膜装置は、第一前駆体ガスが導入される第一真空気室と、第二前駆体ガスが導入される第二真空気室と、余剰の第一前駆体及び第二前駆体を排出するために用いられるパージガスが導入される第三真空気室と、巻き取り可能な基材を各々の真空気室を搬送する搬送機構とを備える。
この搬送機構は、具体的には、複数のクリップ、ベルト、スプロケット等の保持部を利用して、巻き取り可能な基材の幅方向の両端部を挟持又は支持できる搬送機構である。
この搬送機構を用いることにより、巻き取り可能な基材は、成膜の過程で被膜される巻き取り可能な基材の表面が装置内に配置された機械部品に触れることなく、上記の各真空気室を順次通過することができ、機械的損傷の無い原子層堆積膜が形成される。
【００１５】
巻き取り可能な基材の幅方向の両端部を保持する部材や装置としては、クリップのような挟持具を複数用いて端部を挟持する挟持部、ベルトのような連続した挟持具を用いて端部を挟持する挟持部、複数のローラを用いて端部の表面と裏面を挟持する部材や装置等が挙げられる。
また、巻き取り可能な基材の幅方向の両端部を保持する部材や装置としては、上記のような挟持部ではなく、端部の一方の面を支持する支持部が用いられてもよい。
例えば、予め幅方向の両端部にパンチ孔のような複数の孔部を有する基材を用意し、基材の搬送時にその孔部と嵌合する複数の凸部を有する支持具を用いて端部を挟持する支持部等が挙げられる。
【００１６】
以下、本発明の具体的な実施形態を、図面を用いて説明する。
なお、本発明の実施形態は、以下に記載する実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて設計の変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の実施形態の範囲に含まれるものである。
【００１７】
巻き取り成膜装置の参考例を図１に示す。
この巻き取り成膜装置１は、第一前駆体ガスが導入される第一真空気室である第一ゾーン２１と、第二前駆体ガスが導入される第二真空気室である第二ゾーン２２と、パージガスが導入される第三真空気室である第三ゾーン２３とを備える。
巻き取り成膜装置１は、巻き出し室１３に設置された巻き出しロール１１と、巻き取り室１４に設置された巻き取りロール１２と、巻き出しロール１１から巻き取りロール１２までの間で、巻き取り可能な基材１５を搬送する搬送機構４１ａ，４１ｂとを備える。
【００１８】
搬送機構４１ａ，４１ｂは、巻き取り可能な基材１５の幅方向の両端部をクリップで挟持した状態で巻き取り可能な基材１５を搬送するクリップ式挟持搬送機構である。
巻き取り可能な基材１５の表面に連続的に原子層を堆積させるために、クリップ式挟持搬送機構４１ａ，４１ｂにより、巻き取り可能な基材１５を第三ゾーン２３，第一ゾーン２１，第三ゾーン２３，第二ゾーン２２，及び第三ゾーン２３の順に通過させることで、１つの原子層が基材上に堆積される。
この巻き取り成膜装置では、所望の膜厚を得るために必要なサイクル数で原子層を基材１５の表面に堆積することができるように、搬送機構が基材を上述したゾーンを通過させる回数が所定回数となるように、成膜装置が設計されている。
【００１９】
本発明で使用される巻き取り可能な基材１５は、プラスチックフィルム、プラスチックシート、金属箔、金属シート、紙、不織布等の可撓性の材料から選択される。
巻き取り可能な基材１５の厚みは、特に限定されないが、１０μｍ以上１０００μｍ以下の厚みを有する基材が使用できる。
【００２０】
巻き取り可能な基材１５は、巻き出しロール１１により巻き出され、第三ゾーン２３へ搬送される。
巻き出しロール１１が設置されている巻き出し室１３と第三ゾーン２３との間には、仕切り板が設置されており、仕切り板には、巻き取り可能な基材１５が通過するに必要な開口部１６が設けられている。
巻き取り可能な基材１５は、この開口部１６を介して、巻き出し室１３から第三ゾーン２３へ搬送される。
【００２１】
第三ゾーン２３には、パージガスとして不活性ガスが導入されている（符号３３参照、パージガスの流れ）。不活性ガスとしては、窒素、ヘリウム、アルゴン等から適宜選択されたガスが用いられる。
【００２２】
第三ゾーン２３において、クリップ挟持開始位置４５ａで、クリップ式挟持搬送機構４１のクリップ４１ａにより、基材１５の幅方向の端部が挟持される。
【００２３】
ここで、クリップ式挟持搬送機構の概念図を図２に示す。
クリップ式挟持搬送機構４１は、巻き取り可能な基材１５の幅方向の両端部を挟持する複数のクリップ４２と、複数のクリップ４２を連結させるチェーン４３と、チェーン４３を搬送方向へ移動させる駆動スプロケット４４とを備える。
巻き取り可能な基材１５は、クリップ式挟持搬送機構４１のクリップ挟持開始位置４５でクリップ４２により端部が挟持される。
各クリップ４２にはバネ（図示せず）が取り付けられていて、両端部が挟持された巻き取り可能な基材１５は、適度なテンションで幅方向に張られ、搬送中、弛まず、実質的に平面状に保持される。
巻き取り可能な基材１５は、駆動ローラ４４の回転（符号３６参照、駆動ローラの回転方向）により搬送方向へ搬送（符号３５参照、巻き取り可能な基材の搬送方向）される。
クリップ４２の材質は、巻き取り可能な基材１５の両端部を挟持でき、適度なテンションで幅方向に張りながら巻き取り可能な基材１５を搬送することができる材質であれば、特に限定されない。
また、巻き取り可能な基材１５を挟持するときのクリップ４２の開閉機構は、上記のバネ以外の機構でもよい。
【００２４】
クリップ式挟持搬送機構４１ａにより挟持された巻き取り可能な基材１５は、第三ゾーン２３と第一ゾーン２１との間に配置された仕切りの隔壁に設けた開口部１７ａを介して、第一ゾーン２１に搬送される。
第一ゾーン２１には、第一前駆体が導入されているので（符号３１参照、第一前駆体ガスの流れ）、巻き取り可能な基材１５が第一ゾーンを通過する際に、第一前駆体が巻き取り可能な基材１５の両面に吸着する。
この間、巻き取り可能な基材１５の両端部のみがクリップ式挟持搬送機構４１ａにより挟持されているため、第一前駆体が吸着した巻き取り可能な基材１５の両面は、装置内に配置された機械部品に触れることはない。
【００２５】
第一前駆体を構成する材料は、目的の堆積材料にあわせて適宜選択される。
例えば、基材１０５に堆積される材料（目的の堆積材料）が酸化アルミニウムの場合は、トリメチルアルミニウムが使用される。
なお、使用される第一前駆体の材料としては、非特許文献１に示されている材料が使用できる。
【００２６】
第一ゾーン２１における巻き取り可能な基材１５の搬送速度は、第一ゾーン２１を基材１５が通過する時間が飽和吸着時間より長くなるように、飽和吸着時間と通過距離とから算出される。
【００２７】
第一ゾーン２１で第一前駆体が飽和吸着した巻き取り可能な基材１５は、第一ゾーン２１と第三ゾーン２３との間に配置された仕切りの隔壁に設けた別の開口部を介して、再度、第三ゾーン２３に搬送される。
なお、第一ゾーン２１内のガスは、真空ポンプによって排気され（符号３４ａ参照、真空ポンプによる排気）、第三ゾーン２３内の圧力は、第一ゾーン２１内の圧力より高く保たれている。
従って、第一ゾーン２１に導入される第一前駆体は、第三ゾーン２３に拡散しにくい条件下に維持されている。
このときの第一ゾーン２１と第三ゾーン２３との間の圧力差は、０．０１Ｐａ以上１Ｐａ以下程度であることが好ましい。
【００２８】
第三ゾーン２３に搬送された巻き取り可能な基材１５は、クリップ挟持終了位置４６ａでクリップから開放される。
【００２９】
次に、クリップ挟持開始位置４５ｂで、クリップ式挟持搬送機構４１ｂのクリップにより、基材１５の幅方向の両端部が挟持される。
クリップ式挟持搬送機構４１ｂにより挟持された巻き取り可能な基材１５は、第三ゾーン２３と第二ゾーン２２との間に配置された仕切りの隔壁に設けた開口部１７ｂを介して、第二ゾーン２２に搬送される。
第三ゾーン２３を通過する間に、巻き取り可能な基材１５に吸着した余剰の第一前駆体は気化し、パージされる。
第三ゾーン２３における巻き取り可能な基材１５の搬送速度は、十分なパージ時間が得られるように、通過距離から算出される。
【００３０】
第二ゾーン２２には、第二前駆体が導入されており（符号３２参照、第二前駆体ガスの流れ）、巻き取り可能な基材１５が第二ゾーン２２を通過する間に、巻き取り可能な基材１５の両面に吸着した第一前駆体吸着物は、第二前駆体と反応し、目的の材料が生成される。
この間、巻き取り可能な基材１５の両端部のみがクリップ式挟持搬送機構４１ｂにより挟持されているため、第一前駆体吸着物と第二前駆体が反応する際、巻き取り可能な基材１５の両面は、装置内に配置された機械部品に触れることはない。
【００３１】
第二前駆体を構成する材料は、目的の堆積材料にあわせて適宜選択される。
例えば、目的の堆積材料が酸化アルミニウムの場合は、水、オゾン、原子状酸素が使用される。
なお、使用される第二前駆体の材料としては、非特許文献１に示されている材料が使用できる。
【００３２】
第二ゾーン２２における巻き取り可能な基材１５の搬送速度は、第二ゾーン２２を基材１５が通過する時間が反応時間より長くなるように、反応時間と通過距離とから算出される。
【００３３】
第二ゾーン２２で第一前駆体吸着物と第二前駆体とが反応した後、巻き取り可能な基材１５は、第二ゾーン２２と第三ゾーン２３との間に配置された仕切りの隔壁に設けた別の開口部を介して、再度、第三ゾーン２３に搬送される。
なお、第二ゾーン２２内のガスは、真空ポンプによって排気され（符号３４ｂ参照、真空ポンプによる排気）、第三ゾーン２３内の圧力は、第二ゾーン２２内の圧力より高く保たれている。
従って、第二ゾーン２２に導入される第二前駆体は、第三ゾーン２３に拡散しにくい条件下に維持されている。
このときの第二ゾーン２２と第三ゾーン２３との間の圧力差は、０．０１Ｐａ以上１Ｐａ以下程度であることが好ましい。
【００３４】
第三ゾーン２３に搬送された巻き取り可能な基材１５は、クリップ挟持終了位置４６ｂでクリップから開放される。
【００３５】
以上の工程が、原子層堆積の１サイクルであり、この工程によって、１つの原子層が基材上に堆積される。
この１サイクルを複数回繰り返すことにより、巻き取り可能な基材１５の表面に所望の膜厚の原子層堆積膜を形成することができる。
なお、上記１サイクルを複数回繰り返す際、巻き取り可能な基材１５の搬送速度は、前述の第一ゾーン２１，第二ゾーン２２，及び第三ゾーン２３に基材１５を曝すために必要な時間と、基材１５がゾーン２１，２２，２３を通過する通過距離とから算出した搬送速度の中から一番低い速度に設定される。
【００３６】
上記１サイクルを複数回繰り返し、巻き取り可能な基材１５の表面に所望の膜厚の原子層堆積膜が形成された後、巻き取り可能な基材１５は、巻き取りロール１２により巻き取られる。
第三ゾーン２３及び巻き取りロール１２が設置されている巻き取り室１４との間には、仕切り板が設置されており、仕切り板には、巻き取り可能な基材１５が通過するに必要な開口部１６が設けられている。
巻き取り可能な基材１５は、この開口部１６を介して、成膜後、第三ゾーン２３から巻き取り室１４へ搬送される。
【００３７】
次に、本発明の一実施形態の巻き取り成膜方法に用いる巻き取り成膜装置の一例を図３に示す。
この巻き取り成膜装置２は、上述の巻き取り成膜装置１と同様、第一前駆体ガスが導入される第一真空気室である第一ゾーン２１と、第二前駆体ガスが導入される第二真空気室である第二ゾーン２２と、パージガスが導入される第三真空気室である第三ゾーン２３とを備える。
巻き取り成膜装置２は、巻き出し室１３に設置された巻き出しロール１１と、巻き取り室１４に設置された巻き取りロール１２と、巻き出しロール１１から巻き取りロール１２までの間で、巻き取り可能な基材１５を搬送する搬送機構５１とを備える。
なお、巻き取り成膜装置２の構成は、搬送機構５１を除いては、上述の巻き取り成膜装置１と同じである。
【００３８】
搬送機構５１は、巻き取り可能な基材１５の幅方向の両端部を二つのベルトで挟持した状態で巻き取り可能な基材１５を搬送するベルト式挟持搬送機構である。
【００３９】
ここで、巻き取り成膜装置２におけるベルト式挟持搬送機構の概念図を図４に示す。
ベルト式挟持搬送機構５１は、巻き取り可能な基材１５の幅方向の端部を挟持する二つのベルト５２と、二つのベルト５２を搬送方向へ搬送させるプーリ５３とを備える。
ベルト式挟持搬送機構５１のベルト挟持開始位置５４で、二つのベルト５２により、巻き取り可能な基材１５の両端部が挟持される。
両端部が挟持された巻き取り可能な基材１５は、プーリ５３の回転により（符号３７参照、プーリの回転方向）、搬送方向へ搬送される（符号３５参照、巻き取り可能な基材の搬送方向）。
【００４０】
ベルト式挟持搬送機構５１は、第一ゾーン２１，第二ゾーン２２，及び第三ゾーン２３の各々に配置され、巻き取り可能な基材１５の表面が装置内に配置された機械部品に触れることなく、基材１５は、搬送される。
二つのベルト５２の材質は、巻き取り可能な基材１５の両端部を挟持でき、巻き取り可能な基材１５を搬送することができる材質であれば、特に限定されないが、例えば、アラミド等の耐熱プラスチック製、又はスチール製を用いることができる。
【００４１】
巻き取り成膜装置の他の例を図５に示す。
この巻き取り成膜装置３は、上述の巻き取り成膜装置１と同様、第一前駆体ガスが導入される第一真空気室である第一ゾーン２１と、第二前駆体ガスが導入される第二真空気室である第二ゾーン２２と、パージガスが導入される第三真空気室である第三ゾーン２３とを備える。
巻き取り成膜装置３は、巻き出し室１３に設置された巻き出しロール１１と、巻き取り室１４に設置された巻き取りロール１２と、巻き出しロール１１から巻き取りロール１２までの間の巻き取り可能な基材１５を搬送する搬送機構６１とを備える。
なお、巻き取り成膜装置３の構成は、搬送機構６１を除いては、上述の巻き取り成膜装置１と同じである。
【００４２】
搬送機構６１においては、巻き取り可能な基材１５の幅方向の両端部の表面と裏面とを、異なった二つのローラで挟持し、一方又は両方のローラを駆動させることによって巻き取り可能な基材１５を挟持し、搬送する。
前記二つのローラのセットは、基材１５の一方の端部に配置されているだけでなく、他方の端部にも同様に設置され、巻き取り可能な基材１５を挟持し搬送する。
以上の方法で、ローラ式挟持搬送機構が構成されている。
【００４３】
ここで、巻き取り成膜装置３におけるローラ式支持搬送機構の概念図を図６に示す。
ローラ挟持搬送機構６１は、二つのローラ６２，６３を用い、巻き取り可能な基材１５の幅方向の両端部を挟持し、同時に動力を伝える。
【００４４】
巻き取り成膜装置の他の例を図７に示す。
この巻き取り成膜装置４は、上述の巻き取り成膜装置１と同様、第一前駆体ガスが導入される第一真空気室である第一ゾーン２１と、第二前駆体ガスが導入される第二真空気室である第二ゾーン２２と、パージガスが導入される第三真空気室である第三ゾーン２３とを備える。
巻き取り成膜装置４は、巻き出し室１３に設置された巻き出しロール１１と、巻き取り室１４に設置された巻き取りロール１２と、巻き出しロール１１から巻き取りロール１２までの間の巻き取り可能な基材１５を搬送する搬送機構７１とを備える。
なお、巻き取り成膜装置４の構成は、搬送機構７１を除いては、上述の巻き取り成膜装置１と同じである。
【００４５】
巻き取り成膜装置４における搬送機構７１においては、巻き取り可能な基材１５の幅方向の両端部の表面と裏面とを、異なった二つのローラで挟持し、一方又は両方のローラを駆動させることによって巻き取り可能な基材１５を保持し、搬送する。
【００４６】
ここで、巻き取り成膜装置４におけるローラ式挟持搬送機構の概念図を図８Ａ及び図８Ｂに示す。なお、図８Ｂは、ローラ式挟持搬送機構の断面図である。
ローラ式挟持搬送機構７１は、異なった二つのローラ７２，７３を用い、巻き取り可能な基材１５の幅方向の両端部の表面と裏面とを挟持し、基材１５に同時に動力を伝える。
また、図８Ｃは、本発明の第四実施形態におけるローラ式挟持搬送機構の平面図である。
ローラ挟持搬送機構７１は、巻き取り可能な基材１５の幅方向の両端部の表面と裏面とを挟持する二つのローラ７２，７３のうち、一方のローラ７３（第１ローラ）が、回転軸を可変できる機構を有する。
具体的には、他方のローラ７２（第２ローラ）の回転軸方向に対してローラ７３（第１ローラ）の回転軸方向が傾斜するように、ローラ挟持搬送機構７１はローラ７３の回転軸を可変することができる。
ローラ挟持搬送機構７１は、巻き取り可能な基材１５の進行方向において基材１５の幅が広がるようにローラ７３の回転軸を可変させる。換言すると、ローラ７２の回転軸方向に対してローラ７３の回転軸方向が傾斜するようにローラ７３の回転軸を可変させる。或いは、互いに対向するように配置されたローラ７３のうち一方のローラの回転軸方向を他方のローラの回転軸方向に対して傾斜させる。これによって、巻き取り可能な基材１５の弛みを調整することが可能である。
このような回転軸の可変機構をローラ挟持搬送機構７１に設ける場合には、図８Ｃのように、回転軸が可変であるローラ７３の径を他方のローラ７２の径よりも小さくすることが好ましい。
また、他方のローラ７２は、一方のローラ７３と同様に、回転軸を可変できる機構を有していてもよい。
【００４７】
巻き取り成膜装置の他の例を図９に示す。
この巻き取り成膜装置５は、上述の巻き取り成膜装置１と同様、第一前駆体ガスが導入される第一真空気室である第一ゾーン２１と、第二前駆体ガスが導入される第二真空気室である第二ゾーン２２と、パージガスが導入される第三真空気室である第三ゾーン２３とを備える。
巻き取り成膜装置５は、巻き出し室１３に設置された巻き出しロール１１と、巻き取り室１４に設置された巻き取りロール１２と、巻き出しロール１１から巻き取りロール１２までの間の巻き取り可能な基材１５を搬送する搬送機構８１とを備える。
なお、巻き取り成膜装置５の構成は、搬送機構８１を除いては、上述の巻き取り成膜装置１と同じである。
また、巻き取り成膜装置５においては、幅方向の両端部に予めパンチ孔が設けられた巻き取り可能な基材１５を用いて、この基材１５上に原子層を堆積させている。
【００４８】
巻き取り成膜装置５における搬送機構８１は、基材１５に設けられたパンチ孔と嵌合するスプロケットにより巻き取り可能な基材１５を保持し、搬送するスプロケット式支持搬送機構である。
【００４９】
ここで、巻き取り成膜装置５におけるスプロケット式支持搬送機構の概念図を図１０Ａ及び図１０Ｂに示す。なお、図１０Ｂは、巻き取り成膜装置５におけるスプロケット式支持搬送機構の断面図である。
スプロケット式支持搬送機構８１は、幅方向の両端部に複数のパンチ孔８２を設けた巻き取り可能な基材１５を用い、このパンチ孔８２と嵌合するスプロケット８３を備える。
巻き取り可能な基材１５のパンチ孔８２は、スプロケット式支持搬送機構８１のスプロケット保持開始位置８０５でスプロケットの凸部８４と嵌合する。
スプロケットの凸部８４が巻き取り可能な基材１５のパンチ孔８２に嵌合することで、スプロケット８３の回転により（符号３８参照、スプロケットの回転方向）、巻き取り可能な基材１５が搬送される（符号３５参照、巻き取り可能な基材の搬送方向）。
特に、巻き取り可能な基材１５は、パンチ孔６２にスプロケットの凸部８４と嵌合して搬送されるので、巻き取り可能な基材１５搬送方向及び搬送方向と直交する方向ともに位置ずれの少ない搬送ができる。
図１０Ａ及び図１０Ｂにおいて、スプロケットの凸部８４の断面形状は矩形であるが、巻き取り可能な基材１５のパンチ孔８２に応じて、適宜形状は選択できる。
【００５０】
上記の各巻き取り成膜装置には、以下のような変形が加えられていてもよい。
【００５１】
（搬送機構を構成する部位の表面について）
上記の各搬送機構においては、搬送機構を構成する部位、例えば、上記クリップ、チェーン、又はベルト等の表面が、第一前駆体ガス又は第二前駆体ガスが化学吸着できる水酸基、カルボキシル基等の官能基を有する材料で構成されている場合、以下のような問題が生じる場合がある。
即ち、搬送機構が、第一前駆体ガスが導入される第一真空気室と第二前駆体ガスが導入される第二真空気室とを通過すると、搬送機構を構成する部位の表面に原子層堆積膜が形成される。
この場合、上記部位の表面には、第一真空気室と第二真空気室とを繰り返し通過することで、巻き取り可能な基材よりも厚い原子層堆積膜が形成される。
この原子層堆積膜は、厚い膜となると脆性破壊し、異物（パーティクル）の原因となる。
従って、搬送機構を構成する部位の表面が、第一前駆体ガス又は第二前駆体ガスが化学吸着できる官能基を有する構成で形成されている場合、図１に示すように、第一ゾーン２１と第二ゾーン２２とを繰り返し通過しないように設計するべきである。
特に、図３のように、第一ゾーン２１のみ、第二ゾーン２２のみ又は第三ゾーン２３のみに搬送機構５１を設けることで、上記の問題は解消される。
【００５２】
一方、搬送機構を構成する部位の表面が、第一前駆体ガス又は第二前駆体ガスが化学吸着できる官能基を有しない構成で形成されている場合、第一真空気室と第二真空気室とを繰り返し通過しても、搬送機構を構成する部位の表面に原子層堆積膜は形成されない。
例えば、ポリテトラフロロエチレン等のフッ素系ポリマー、ポリパラキシレン、オクタデシルトリクロロシラン等のカップーリング剤のコーティング膜が搬送機構を構成する部位の表面に形成されていると、原子層堆積膜が形成されない。
従って、搬送機構を構成する部位の表面が、上記コーティング膜のように第一前駆体ガス又は第二前駆体ガスの化学吸着を防止することができる材料で構成された搬送機構では、第一真空気室と第二真空気室とを繰り返し通過しても原子層堆積が生じない。
例えば、図１１に示す巻き取り成膜装置６のように、第一ゾーン２１と第二ゾーン２２とを繰り返し通過する搬送機構５１を用いる場合は、上記のようなコーティング膜によって表面が形成された部位で構成される搬送機構を用いる必要がある。
ただし、原子層堆積を行うに際し（基材上に原子層を堆積させる工程の際）、前駆体としてプラズマ活性種等を用いることによって、搬送機構を構成する部位が酸化し、部位の表面に官能基が生成される場合がある。この場合、その表面に原子層堆積膜が形成されるため、第一ゾーン２１と第二ゾーン２２とを繰り返し通過する搬送機構を用いることは好ましくない。
【００５３】
（搬送機構が設置される位置について）
巻き取り成膜装置１では、図１のように、第一ゾーン２１と第三ゾーン２３を通過する搬送機構４１ａ、第二ゾーン２２と第三ゾーン２３を通過する搬送機構４１ｂが設置されているが、図３のように、第一ゾーン２１のみ、第二ゾーン２２のみ又は第三ゾーン２３のみに搬送機構が設置されていてもよい。
このことは、図５に示す巻き取り成膜装置３でも同様である。
逆に、図３に示す巻き取り成膜装置２の搬送機構５１は、第一ゾーン２１と第三ゾーン２３を通過する搬送機構、又は、第二ゾーン２２と第三ゾーン２３を通過する搬送機構として設置されていてもよい。
【００５４】
（ガイドレールについて）
図１２Ａ及び図１２Ｂは、巻き取り成膜装置２の搬送機構（ベルト式挟持搬送機構）を用いた場合の、第一ゾーンと第三ゾーンとの間に配置された仕切りの隔壁に設けた開口部、又は、第三ゾーンと第二ゾーンとの間に配置された仕切りの隔壁に設けた開口部を、巻き取り可能な基材が通過する際に用いるガイドレールを示している。
なお、図１２Ｂは、ガイドレールの断面図である。
ガイドレール９１は、ゾーンの間に配置された仕切りの隔壁１８の開口部１７を通過する巻き取り可能な基材１５の位置の精度を高めるために用いられる補助具である。
ガイドレール９１を用いることにより、巻き取り可能な基材１５が精度よく開口部１７へ搬送されるため、開口部の幅（Ｘ）をより小さく設計することができる。
そのため、第一ゾーン又は第三ゾーンにおける前駆体と第三ゾーンのパージガスとによって生成されるコンタミネーションを低く抑えることができる。
例えば、ガイドレール９１がある場合、開口部の幅（Ｘ）を１ｍｍ程度に設定することが可能となる。
一方、ガイドレール９１が設けられていない場合は、搬送中の巻き取り可能な基材１５の位置の安定性を鑑み、開口部の幅（Ｘ）を５ｍｍ程度に設定する必要がある。
ガイドレール９１は、開口部１７に近い位置に、図１２Ｂで示すように、巻き取り可能な基材１５の両端部を挟み込むように設置することが好ましい。
ガイドレール９１が設置される位置は、巻き取り可能な基材１５の厚み、巻き取り可能な基材１５の搬送速度等によって適宜決定される。
なお、図１２Ａ及び図１２Ｂでは、例として、巻き取り成膜装置２の搬送機構であるベルト式挟持搬送機構５１を示したが、クリップ式挟持搬送機構又はスプロケット式支持搬送機構が用いられた巻き取り成膜装置に適用されてもよい。
【００５５】
（保護層形成部について）
上述の各巻き取り成膜装置では、巻き取り可能な基材の表と裏の両面に原子層堆積膜が形成される。
両面に原子層堆積膜が形成された巻き取り可能な基材は、装置内で最終的にロール状に巻き取られる。
このとき、巻き取り可能な基材の表面に形成された原子層堆積膜は、巻き取り可能な基材の裏側に形成された原子層堆積膜に接することになる。
従って、巻き取り可能な基材の表面及び裏面に堆積された原子層堆積層膜が互いに接する際にも、原子層堆積層膜に機械的損傷が生ずる恐れがある。
この場合、両面に原子層堆積膜が形成された巻き取り可能な基材を巻き取る前に、保護層を基材にコート（形成）することが好ましい。
保護層をコートする方法としては、例えば、化学気相蒸着（ＣＶＤ）法等が利用できる。
具体的には、図１３に示した巻き取り成膜装置７は、第三ゾーン２３と巻き取り室１４との間に、保護層を形成する保護層形成部である保護層コート室１９を備える。保護層コート室１９において、例えば、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を原料ガスとして、ＴＥＯＳをＨｅガスによるバブリング法で供給し、１２０℃に加熱されたチャンバ内でプラズマアシストによる分解反応を発生させ、Ｏ２ガスと反応させ、原子層堆積層膜の表面にＳｉＯ２膜を２μｍの厚さに形成する。
なお、保護層は、巻き取り可能な基材の両面に形成された原子層堆積膜のうち、少なくとも一方の原子層堆積膜、望ましくは両面に形成される。
【００５６】
巻き取り成膜装置の他の例についてさらに説明する。
この巻き取り成膜装置は、原子層堆積法を用いて、巻き取り可能な基材の表面に前駆体を吸着させて原子層堆積膜を形成する装置である。この成膜装置は、複数の前駆体ガスが導入される複数の真空気室、即ち、第一前駆体ガスが導入される第一真空気室と、第二前駆体ガスが導入される第二真空気室と、余剰の第一前駆体及び第二前駆体を排出するパージガスが導入される第三真空気室と、基材を複数の真空気室間を交互に複数回搬送するために用いられる搬送機構とを備える。
この搬送機構は、具体的に、巻き取り可能な基材の幅方向の両端部を保持する保持部を有する。保持部は、複数のローラによって構成され、基材両端部を保持、かつ、スリップを防止するために用いられるサクション式のガイドローラを用いている。
この搬送機構を用いることにより、巻き取り可能な基材は、成膜の過程で被膜される巻き取り可能な基材の表面が装置内に配置された機械部品に触れることなく、上記の各真空気室を順次通過することができる。これによって、基材に機械的損傷が生じることが防止され、また、基材搬送中のスリップによるパーティクルの発生及び不安定搬送が防止され、良質な原子層堆積膜が基材上に形成される。
【００５７】
巻き取り可能な基材の幅方向の両端部を保持する保持部としては、基材がローラに吸着するために設けられた複数の穴が形成されたサクション式機構を備えたガイドローラ又は複数のローラを用いて端部の表面と裏面とを挟持する部材や装置等が挙げられる。
即ち、搬送機構は複数のローラによって構成され、保持部は、複数の前記ローラの表面に各々設けられた穴を通じて基材を吸引することによって基材を保持する。
また、保持部は、基材の表面及び裏面に設置された複数のローラで基材を挟持し、表面及び裏面に設置されたローラのうち少なくとも一つが駆動機構を有するようにしてもよい。
【００５８】
上述した巻き取り成膜装置の具体例を図１６に示す。
この巻き取り成膜装置１００は、第一前駆体ガスが導入される第一真空気室である第一ゾーン２０１と、第二前駆体ガスが導入される第二真空気室である第二ゾーン２０２と、パージガスが導入される第三真空気室である第三ゾーン２０３とを備える。
巻き取り成膜装置１００は、巻き出し室１０３に設置された巻き出しロール１０１と、巻き取り室１０４に設置された巻き取りロール１０２と、巻き出しロール１０１から巻き取りロール１０２までの間の巻き取り可能な基材１０５を吸着しながら搬送するために設けられた複数の穴を有するサクション機構を備えたサクション式搬送機構４０１（４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃ）とを備える。
【００５９】
巻き取り成膜装置１００におけるサクション式搬送機構４０１は、巻き取り可能な基材１０５の幅方向の両端部を吸着しながら搬送するために設けられた複数が形成されたサクション機構（保持部）を備えたガイドローラを用いて、巻き取り可能な基材１０５を搬送する。
巻き取り可能な基材１０５の表面に連続的に原子層を堆積させるために、サクション式搬送機構４０１により、巻き取り可能な基材１０５を第三ゾーン２０３、第一ゾーン２０１、第三ゾーン２０３、第二ゾーン２０２、第三ゾーン２０３の順に通過させることで、１つの原子層が基材上に堆積される。
この巻き取り成膜装置では、所望の膜厚を得るために必要なサイクル数で原子層を基材１０５の表面に堆積することができるように、搬送機構が基材を上述したゾーンを通過させる回数が所定回数となるように、成膜装置が設計されている。
【００６０】
本発明で使用される巻き取り可能な基材１０５は、プラスチックフィルム、プラスチックシート、金属箔、金属シート、紙、不織布等の可撓性の材料から選択される。
巻き取り可能な基材１０５の厚みは、特に限定されないが、１０μｍ以上１０００μｍ以下の厚みを有する基材が使用できる。
【００６１】
巻き取り可能な基材１０５は、巻き出しロール１０１により巻き出され、第三ゾーン２０３へ搬送される。
巻き出しロール１０１が設置されている巻き出し室１０３と第三ゾーン２０３との間には、仕切り板が設置されており、仕切り板には、巻き取り可能な基材１０５が通過するに必要な開口部１０６が設けられている。
巻き取り可能な基材１０５は、この開口部１０６を介して、巻き出し室１０３から第三ゾーン２０３へ搬送される。
【００６２】
第三ゾーン２０３には、パージガスとして不活性ガスが導入されている（３０３）。不活性ガスとしては、窒素、ヘリウム、アルゴン等から適宜選択されたガスが用いられる。
【００６３】
第三ゾーン２０３において、巻き取り可能な基材１０５の両端部のみを保持するために、サクション機構を備えたサクション式搬送機構４０１ｃにより基材１０５がガイドされ、第三ゾーン２０３でも安定して基材１０５が搬送される状態が維持される。
【００６４】
図１７は、巻き取り成膜装置１００のサクション式搬送機構の概念図である。
巻き取り成膜装置１００におけるサクション式搬送機構４０１は、巻き取り可能な基材１０５の幅方向の両端部を吸着しながら搬送するために設けられた複数の穴が形成されたサクション機構を備える。
巻き取り可能な基材１０５は、サクション式搬送機構４０１のサクション式ローラ４０２によって基材１０５がローラ表面に吸着されることで保持される。
各サクション式ローラ４０２には、真空ポンプが接続されている。真空ポンプが駆動することによって、複数の穴を通じて吸引が行われ（符号３０５参照、サクション式ローラ排気）、巻き取り可能な基材１０５は、ローラ表面に吸着される。
ローラ４０２によって保持された巻き取り可能な基材１０５は、適度なテンションで幅方向に張られる。搬送中、基材１０５は、弛まず、実質的に平面状に保持される。
サクション式ローラ４０２の材質は、巻き取り可能な基材１０５の両端部を保持でき、適度な摩擦力を巻き取り可能な基材１０５と保ちながら搬送することができる材質であれば、特に限定されない。
また、サクション式ローラ４０２は吸引部４０２ａと非吸引部４０２ｂが同時に回転する機構でも、また吸引部４０２ａのみが単独で回転し、非吸引部４０２ｂは非回転のローラでもよい。
【００６５】
図１６の説明に戻り、サクション式搬送機構４０１ｃにより保持された巻き取り可能な基材１０５は、第三ゾーン２０３と第一ゾーン２０１との間に配置された仕切りの隔壁に設けた開口部１０７ａを介して、第一ゾーン２０１に搬送される。
第一ゾーン２０１には、第一前駆体が導入されているので（符号３０１参照）、巻き取り可能な基材１０５が第一ゾーン２０１を通過する際に、第一前駆体が巻き取り可能な基材１０５の両面に吸着する。
この間、巻き取り可能な基材１０５の両端部のみがサクション式搬送機構４０１ａにより保持されているため、第一前駆体が吸着した巻き取り可能な基材１０５の両面は、装置内に配置された機械部品に触れることはない。
【００６６】
第一前駆体を構成する材料は、目的の堆積材料にあわせて適宜選択される。
例えば、基材１０５に堆積される材料（目的の堆積材料）が酸化アルミニウムの場合は、トリメチルアルミニウムが使用される。
なお、使用される第一前駆体の材料としては、例えば、非特許文献１に示されている材料が使用できる。
【００６７】
第一ゾーン２０１における巻き取り可能な基材１０５の搬送速度は、第一ゾーン２０１を基材１０５が通過する時間が飽和吸着時間より長くなるように、飽和吸着時間と通過距離とから算出される。
【００６８】
第一ゾーン２０１で第一前駆体が飽和吸着した巻き取り可能な基材１０５は、第一ゾーン２０１と第三ゾーン２０３との間に配置された仕切りの隔壁に設けた別の開口部１０７ｂを介して、再度、第三ゾーン２０３に搬送される。
なお、第一ゾーン２０１内のガスは、第一ゾーン内に配置され、かつ、真空ポンプに接続されたサクション式ローラのサクション機構によって排気され（符号３０５ａ参照、サクション式ローラ排気）、また、第一ゾーンに接続された排気機構（符号３０４ａ）によって排気されている。この排気機構の両者を使用することによって、第一ゾーン２０１内の圧力が保たれている。また、第三ゾーン２０３内の圧力は、第一ゾーン２０１内の圧力より高く保たれている。
従って、第一ゾーン２０１に導入される第一前駆体は、第三ゾーン２０３に拡散しにくい条件下に維持されている。
このときの第一ゾーン２０１と第三ゾーン２０３との間の圧力差は、０．０１Ｐａ以上１Ｐａ以下程度であることが好ましい。
【００６９】
次に、巻き取り可能な基材１０５は、第三ゾーン２０３と第二ゾーン２０２との間に配置された仕切りの隔壁に設けた開口部１０７ｃを介して、第二ゾーン２０２に搬送される。
基材１０５が第三ゾーン２０３を通過する間に、巻き取り可能な基材１０５に吸着した余剰の第一前駆体は気化し、パージされる。
このとき、巻き取り可能な基材１０５の搬送状態を安定させるため、第三ゾーン２０３内に、両端部のガイドローラとして、サクション式搬送機構４０１を設置することも可能である。
図１６には、第三ゾーン２０３内にサクション式搬送機構４０１を設けた構成が図示されている。
【００７０】
第三ゾーン２０３における巻き取り可能な基材１０５の搬送速度は、十分なパージ時間が得られるように、通過距離から算出される。
【００７１】
第二ゾーン２０２には、第二前駆体が導入されており（符号３０２参照）、巻き取り可能な基材１０５が第二ゾーン２０２を通過する間に、巻き取り可能な基材１０５の両面に吸着した第一前駆体吸着物は、第二前駆体と反応し、目的の材料が生成される。
この間、巻き取り可能な基材１０５の両端部のみがサクション式搬送機構４０１ｂにより保持されているため、第一前駆体吸着物と第二前駆体が反応する際、巻き取り可能な基材１０５の両面は、装置内に配置された機械部品に触れることはない。
【００７２】
第二前駆体を構成する材料は、目的の堆積材料にあわせて適宜選択される。
例えば、目的の堆積材料が酸化アルミニウムの場合は、水、オゾン、原子状酸素が使用される。
なお、使用される第二前駆体の材料としては、例えば、非特許文献１に示されている材料が使用できる。
【００７３】
第二ゾーン２０２における巻き取り可能な基材１０５の搬送速度は、第二ゾーン２０２を基材１０５が通過する時間が反応時間より長くなるように、反応時間と通過距離とから算出される。
【００７４】
第二ゾーン２０２で第一前駆体吸着物と第二前駆体とが反応した後、巻き取り可能な基材１０５は、第二ゾーン２０２と第三ゾーン２０３との間に配置された仕切りの隔壁に設けた別の開口部１０７ｄを介して、再度、第三ゾーン２０３に搬送される。
なお、第二ゾーン２０２内のガスは、第二ゾーン内に配置され、かつ、真空ポンプに接続されたサクション式ローラのサクション機構によって排気され（符号３０５ｂ参照、サクション式ローラ排気）、また、第二ゾーンに接続された排気機構（符号３０４ｂ）によって排気されている。この排気機構の両者を使用することによって第三ゾーン２０３内の圧力は、第二ゾーン２０２内の圧力より高く保たれている。
従って、第二ゾーン２０２に導入される第二前駆体は、第三ゾーン２０３に拡散しにくい条件下に維持されている。
このときの第二ゾーン２０２と第三ゾーン２０３との間の圧力差は、０．０１Ｐａ以上１Ｐａ以下程度であることが好ましい。
【００７５】
以上の工程が、原子層堆積の１サイクルであり、この工程によって、１つの原子層が基材上に堆積される。
この１サイクルを複数回繰り返すことにより、巻き取り可能な基材１０５の表面に所望の膜厚の原子層堆積膜を形成することができる。
なお、上記１サイクルを複数回繰り返す際、巻き取り可能な基材１０５の搬送速度は、前述の第一ゾーン２０１，第二ゾーン２０２，及び第三ゾーン２０３に基材１０５を曝すために必要な時間と、基材１０５がゾーン２０１，２０２，２０３を通過する通過距離とから算出した搬送速度の中から一番低い速度に設定される。
【００７６】
上記１サイクルを複数回繰り返し、巻き取り可能な基材１０５の表面に所望の膜厚の原子層堆積膜が形成された後、巻き取り可能な基材１０５は、巻き取りロール１０２により巻き取られる。
第三ゾーン２０３及び巻き取りロール１０２が設置されている巻き取り室１０４との間には、仕切り板が設置されており、仕切り板には、巻き取り可能な基材１０５が通過するに必要な開口部１０６が設けられている。
巻き取り可能な基材１０５は、この開口部１０６を介して、成膜後、第三ゾーン２０３から巻き取り室１０４へ搬送される。
【００７７】
巻き取り成膜装置１００には、以下のような変形が加えられていてもよい。
【００７８】
（ニップローラについて）
図１８は、巻き取り成膜装置１００の変形例の構成を示す図である。
この巻き取り成膜装置２００は、図１８に示すようなニップローラ式挟持搬送機構５０１を備えている。ニップローラ式挟持搬送機構５０１は、巻き取り可能な基材１０５にテンションをかけることで、即ち、搬送方向に沿って基材１０５を引っ張ることで、基材１０５の弛みを矯正したり、又は蛇行を修正したりする。図１８に示すようなニップローラ式挟持搬送機構５０１を用いることで、より大きな効果を得ることができる。
ニップローラ式挟持搬送機構５０１においては、巻き取り可能な基材１０５の幅方向の両端部の表面及び裏面が、異なった二つのローラで挟持され、一方又は両方のローラを駆動することによって巻き取り可能な基材１０５を保持し、基材１０５が搬送される。
【００７９】
図１９Ａ〜図１９Ｃは、変形例におけるニップローラ式挟持搬送機構の概念図であり、図１９Ａはニップローラ式挟持搬送機構の斜視図、図１９Ｂはニップローラ式挟持搬送機構の断面図、図１９Ｃはニップローラ式挟持搬送機構の平面図である。
ニップローラ式挟持搬送機構５０１は、上述のサクション式ローラ４０２にニップを目的としたニップローラ５０２が設けられた構造を有する。このニップローラ式挟持搬送機構５０１を用いて、巻き取り可能な基材１０５の幅方向の両端部の表面と裏面を挟持し、同時に、基材１０５に動力を伝える。
即ち、ニップローラ式挟持搬送機構５０１は、基材の表面及び裏面に設置された複数のローラで基材を挟持し、表面及び裏面に設置されたローラのうち少なくとも一つ（第六実施形態ではサクション式ローラ４０２）が駆動機構を有するように構成されている。
また、図１９Ｃに示すように、ニップローラ式挟持搬送機構５０１は、巻き取り可能な基材１０５の幅方向の両端部の表面と裏面とを挟持する二つのローラ４０２，５０２を備える。更に、ニップローラ５０２（第１ローラ）は、回転軸を可変できる機構を有する。
即ち、表面及び裏面に設置されたローラのうちいずれか（ニップローラ５０２）が回転軸を変更する機構を備える。
具体的には、サクション式ローラ４０２（第２ローラ）の回転軸方向に対してニップローラ５０２（第１ローラ）の回転軸方向が傾斜するように、ニップローラ式挟持搬送機構５０１はニップローラ５０２の回転軸を可変することができる。
ニップローラ式挟持搬送機構５０１は、巻き取り可能な基材１０５の進行方向において基材１０５の幅が広がるようにニップローラ５０２の回転軸を可変させる。換言すると、サクション式ローラ４０２の回転軸方向に対してニップローラ５０２の回転軸方向が傾斜するようにニップローラ５０２の回転軸を可変させる。或いは、互いに対向するように配置されたニップローラ５０２のうち一方のローラの回転軸方向を他方のローラの回転軸方向に対して傾斜させる。これによって、巻き取り可能な基材１０５の弛みを調整することが可能である。
このような回転軸の可変機構をニップローラ式挟持搬送機構５０１に設ける場合には、図１９Ｃのように、回転軸が可変であるニップローラ５０２の径を他方のサクション式ローラ４０２の径よりも小さくすることが好ましい。
また、サクション式ローラ４０２は、ニップローラ５０２と同様に、回転軸を可変できる機構を有していてもよい。
【００８０】
巻き取り可能な基材の弛みの矯正又は蛇行の修正は、ニップローラ５０２がサクション式ローラ４０２を押圧する圧力、ニップローラ５０２の方向、及びサクション式ローラ４０２のサクション力を調整することにより制御される。これによって、安定した走行（基材の搬送）を実現することができる。
【００８１】
（ガイドレールについて）
図２０Ａ及び図２０Ｂは、巻き取り成膜装置の他の変形例におけるガイドレールの構成を示す図であり、図２０Ａは、ガイドレールを用いた場合の開口部に近い位置を示す斜視図であり、図２０Ｂはガイドレールの断面図である。
図２０Ａに示すように、巻き取り成膜装置５１１は、第一ゾーン２０１と第三ゾーン２０３との間に配置された仕切りの隔壁に設けた開口部１０７、又は、第三ゾーン２０３と第二ゾーン２０２との間に配置された仕切りの隔壁に設けた開口部１０７に近い位置に、巻き取り可能な基材１０５が通過する際に用いるガイドレール６０１を備えてもよい。
ガイドレール６０１は、ゾーンの間に配置された仕切りの隔壁１０８の開口部１０７を通過する巻き取り可能な基材１０５の位置の精度を高めるために用いられる補助具である。
ガイドレール６０１を用いることにより、巻き取り可能な基材１０５を精度よく開口部１０７へ搬送することができるため、開口部１０７の幅（Ｘ）をより小さく設計することができる。また、第三ゾーン２０３内に配置されるサクション式搬送機構４０１を省略することができ、第一ゾーン２０１又は第三ゾーン２０３における前駆体と第三ゾーン２０３のパージガスとによって生成されるコンタミネーションを低く抑えることができる。
例えば、ガイドレール６０１がある場合、開口部の幅（Ｘ）を１ｍｍ程度に設定することが可能となる。
一方、ガイドレール６０１が設けられていない場合は、搬送中の巻き取り可能な基材１０５の位置の安定性を鑑み、開口部の幅（Ｘ）を５ｍｍ程度に設定する必要がある。
ガイドレール６０１は、開口部１０７に近い位置に、図２０Ｂで示すように、巻き取り可能な基材１０５の両端部を挟み込むように設置することが好ましい。
ガイドレール６０１が設置される位置は、巻き取り可能な基材１０５の厚み、巻き取り可能な基材１０５の搬送速度等によって適宜決定される。巻き取り可能な基材１０５が著しく不安定に走行する場合、基材１０５とガイドレール６０１との接触によりパーティクルが発生することが懸念されるために、第三ゾーン２０３内のサクション式搬送機構４０１を併用することが好ましい。
【実施例】
【００８２】
＜第１実施例＞
次に、巻き取り成膜装置１を用いた本発明の巻き取り成膜方法の第１実施例について述べる。
図１の巻き取り成膜装置１を用い、巻き取り可能な基材１５として、厚みが１００μｍのポリエステルフィルムを使用した。
巻き出しロール１１の位置に取り付けられたポリエステルフィルムは、第三ゾーン２３に搬送され、第三ゾーン２３のクリップ式挟持搬送機構４１ａにより、クリップ挟持開始位置４５ａで、基材１５の両端部がクリップで挟持され、基材１５が第一ゾーン２１に搬送された。
第一ゾーン２１には、キャリアガスとして用いられた窒素ガスと、第一前駆体として用いられたトリメチルアルミニウムとを導入した。
ドライポンプにより排気（減圧）されている第一ゾーン２１の圧力が、おおよそ５０Ｐａになるように、ガスの流量を調整した。
クリップ式挟持搬送機構４１ａによって第一ゾーン２１内を移動しながら、ポリエステルフィルムの両面にトリメチルアルミニウムが飽和吸着した。
両面にトリメチルアルミニウムが飽和吸着したポリエステルフィルムは、再び第三ゾーン２３に搬送された。
第三ゾーン２３には不活性ガスとして窒素ガスを導入した。
第三ゾーン２３の圧力がおおよそ５０．５Ｐａになるように、ガスの流量を調整した。
第三ゾーン２３内を移動する間に、余剰のトリメチルアルミニウムはパージされた。
十分なパージの後、第三ゾーン２３のクリップ式挟持搬送機構４１ｂにより、クリップ挟持開始位置４５ｂで、ポリエステルフィルムの両端部がクリップで挟持され、第二ゾーン２２に搬送された。
第二ゾーン２２には、キャリアガスとして用いられた窒素ガスと、第二前駆体として用いられたイオン交換水とを導入した。
ドライポンプにより排気（減圧）されている第二ゾーン２２の圧力が、おおよそ５０Ｐａになるようにガスの流量を調整した。
クリップ式挟持搬送機構４１ｂにより第二ゾーン２２内を移動しながら、ポリエステルフィルムの両面のトリメチルアルミニウムがイオン交換水と反応し、１つの原子層が基材上に堆積された。
なお、ポリエステルフィルムの搬送速度は、第三ゾーン２３における必要なパージ時間によって決められた。
また、第一ゾーン２１，第二ゾーン２２，及び第三ゾーン２３の温度は、すべて９０℃に保たれた。
また、上述の巻き取り成膜装置１の説明では、１回の搬送で３サイクルの原子層堆積が行われる例が示されているが、第１実施例では、１００サイクルが可能な装置が用意され、１００サイクルの原子層堆積が行われた。
この結果、ポリエステルフィルムに形成された酸化アルミニウム膜の厚みは１０ｎｍであった。
また、電子顕微鏡を使用して表面の損傷を観察した結果、酸化アルミニウム膜の表面の損傷は認められなかった。
【００８３】
＜比較例＞
図１４の巻き取り成膜装置を使用して酸化アルミニウムの堆積を行った。
巻き取り成膜装置８の基本的な構成は、図１の巻き取り成膜装置１と同じであるが、比較例の搬送機構は巻き取り成膜装置１の搬送機構４１ａ，４１ｂとは異なり、ガイドローラによる搬送機構１００１を備える。
巻き取り可能な基材１５は、図１５Ａ及び図１５Ｂのように、ガイドローラ式支持搬送機構１００１のガイドローラ１００２を用いて搬送される。
従って、ガイドローラ式支持搬送機構１００１は、巻き取り可能な基材１５が原子層堆積の１サイクルにつき二つのガイドローラに接触する搬送機構を備える。
上記搬送方法の点で、比較例は第１実施例とは相違しているが、比較例においては、第１実施例に示された条件で酸化アルミニウムの原子層堆積を行った。
また、図１４では、１回の搬送で３サイクルの原子層堆積が行われる装置が示されているが、実際には、１００サイクルが可能な装置が用意され、１００サイクルの原子層堆積が行われた。
この結果、ポリエステルフィルムに形成された酸化アルミニウム膜の厚みは１０ｎｍであった。
また、電子顕微鏡を使用して表面の損傷を観察した結果、損傷が認められた。
【００８４】
＜第２実施例＞
次に、巻き取り成膜装置１００を用いた本発明の巻き取り成膜方法の第２実施例について述べる。
図１６の巻き取り成膜装置１００を用い、巻き取り可能な基材１０５として、厚みが１００μｍのポリエステルフィルムを使用した。
巻き出しロール１０１の位置に取り付けられたポリエステルフィルムは、第三ゾーン２０３に搬送され、第三ゾーン２０３のサクション式搬送機構４０１ｃによって、第一ゾーン２０１に搬送された。
第一ゾーン２０１には、キャリアガスとして用いられた窒素ガスと、第一前駆体として用いられたトリメチルアルミニウムとを導入した。
第一ゾーン２０１の圧力が、おおよそ５０Ｐａになるように、サクション式ローラによって排気される排気量３０５ａと、第一ゾーンから排気される排気量３０４ａと、第一ゾーンに供給されるガスの流量３０１とを調整した。
ポリエステルフィルムは、サクション式搬送機構４０１ａにより第一ゾーン２０１内を移動しながら、その両面にトリメチルアルミニウムが飽和吸着した。
両面にトリメチルアルミニウムが飽和吸着したポリエステルフィルムは、再び第三ゾーン２０３に搬送された。
第三ゾーン２０３には不活性ガスとして窒素ガスを導入した。
第三ゾーン２０３の圧力がおおよそ５０．５Ｐａになるように、サクション式ローラによる排気量３０５ｃとガスの流量３０３とを調整した。
ポリエステルフィルムが第三ゾーン２０３内を移動する間に、余剰のトリメチルアルミニウムはパージされた。
十分なパージの後、ポリエステルフィルムは、第二ゾーン２０２に搬送された。
第二ゾーン２０２には、キャリアガスとして用いられた窒素ガスと、第二前駆体として用いられたイオン交換水とを導入した。
第二ゾーン２０２の圧力が、おおよそ５０Ｐａになるように、サクション式ローラによって排気される排気量３０５ｂと、第二ゾーンから排気される排気量３０４ｂと、第二ゾーンに供給されるガスの流量３０２とを調整した。
サクション式搬送機構４０１ｂにより第二ゾーン２０２内を移動しながら、ポリエステルフィルムの両面のトリメチルアルミニウムがイオン交換水と反応し、１つの原子層が基材上に堆積された。
なお、ポリエステルフィルムの搬送速度は、第三ゾーン２０３における必要なパージ時間によって決められた。
また、第一ゾーン２０１，第二ゾーン２０２，及び第三ゾーン２０３の温度は、すべて９０℃に保たれた。
また、上述の巻き取り成膜装置１００の説明では、１回の搬送で３サイクルの原子層堆積が行われる例が示されているが、第２実施例では、１００サイクルが可能な装置が用意され、１００サイクルの原子層堆積が行われた。
この結果、ポリエステルフィルムに形成された酸化アルミニウム膜の厚みは１０ｎｍであった。
また、電子顕微鏡を使用して、端部を含む表面の損傷を観察した結果、酸化アルミニウム膜の表面の損傷は認められなかった。
【００８５】
＜比較例＞
図１６の巻き取り成膜装置１００を用い、巻き取り可能な基材１０５として、厚みが１００μｍのポリエステルフィルムを使用した。
巻き出しロール１０１の位置に取り付けられたポリエステルフィルムは、第三ゾーン２０３に搬送され、第三ゾーン２０３のサクション式搬送機構４０１ｃによって、第一ゾーン２０１に搬送された。
この際、比較例の成膜装置においては、サクション式ローラによる排気３０５ｃは行わない。
第一ゾーン２０１には、キャリアガスとして用いられた窒素ガスと、第一前駆体として用いられたトリメチルアルミニウムとを導入した。
第一ゾーン２０１の圧力が、おおよそ５０Ｐａになるように、第一ゾーンから排気される排気量３０４ａ及びガスの流量３０１を調整した。
この際、サクション式ローラによる排気３０５ａは行わない。
サクション式搬送機構４０１ａにより第一ゾーン２０１内を移動しながら、ポリエステルフィルムの両面にトリメチルアルミニウムの飽和吸着が行われた。
両面にトリメチルアルミニウムが飽和吸着したポリエステルフィルムは、再び第三ゾーン２０３に搬送された。
第三ゾーン２０３には不活性ガスとして窒素ガスを導入した。
第三ゾーン２０３の圧力がおおよそ５０．５Ｐａになるように、ガスの流量３０３を調整した。
第三ゾーン２０３内を移動する間に、余剰のトリメチルアルミニウムはパージされた。
十分なパージの後、ポリエステルフィルムは、第二ゾーン２０２に搬送された。
第二ゾーン２０２には、キャリアガスとして用いられた窒素ガスと、第二前駆体として用いられたイオン交換水とを導入した。
第二ゾーン２０２の圧力が、おおよそ５０Ｐａになるように、第二ゾーンから排気される排気量３０４ｂ及びガスの流量３０２を調整した。
サクション式搬送機構４０１ｂにより第二ゾーン２０２内を移動しながら、ポリエステルフィルムの両面のトリメチルアルミニウムがイオン交換水と反応し、１つの原子層が基材上に堆積された。
この際、サクション式ローラからの排気３０５ｃは行わない。
なお、ポリエステルフィルムの搬送速度は、第三ゾーン２０３における必要なパージ時間によって決められた。
また、第一ゾーン２０１，第二ゾーン２０２，及び第三ゾーン２０３の温度は、すべて９０℃に保たれた。
また、上述の巻き取り成膜装置１００の説明では、１回の搬送で３サイクルの原子層堆積が行われる例が示されているが、この比較例では１００サイクルが可能な装置が用意され、１００サイクルの原子層堆積が行われた。
結果、形成された酸化アルミニウム膜の厚みは１０ｎｍであった。
また、電子顕微鏡を使用して、端部を含む表面の損傷を観察した結果、巻き取り可能な基材１０５の幅方向の中央に位置するローラ非接触部の酸化アルミニウム膜の表面の損傷は認められなかったが、基材１０５のローラ接触部では微細な傷が確認された。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明の巻き取り成膜方法は、巻き取り可能な基材に連続的に成膜を行い、緻密な薄膜を形成することができることから、金銀糸に用いられる金属光沢フィルム、食品包装のガスバリアフィルム、フィルムコンデンサーの電極、反射防止等の光学フィルムの製造方法として利用できる。
【符号の説明】
【００８７】
１，２，３，４，５，６，７，８，１００，２００・・・巻き取り成膜装置
１１，１０１・・・巻き出しロール
１２，１０２・・・巻き取りロール
１３，１０３・・・巻き出し室
１４，１０４・・・巻き取り室
１５，１０５・・・巻き取り可能な基材
１６，１０６・・・開口部
１７，１７ａ，１７ｂ，１０７、１０７ａ、１０７ｂ・・・開口部
１８，１０８・・・隔壁
１９・・・保護層コート室
２１，２０１・・・第一ゾーン
２２，２０２・・・第二ゾーン
２３，２０３・・・第三ゾーン
３１・・・第一前駆体ガスの流れ
３２・・・第二前駆体ガスの流れ
３３・・・パージガスの流れ
３４ａ，３４ｂ・・・真空ポンプによる排気
３５・・・巻き取り可能な基材の搬送方向
３６・・・駆動ローラの回転方向
３７・・・プーリの回転方向
３８・・・スプロケットの回転方向
３９・・・ガイドローラの回転方向
４１，４１ａ，４１ｂ・・・搬送機構（クリップ式挟持搬送機構）
４２・・・クリップ
４３・・・チェーン
４４・・・駆動スプロケット
４５，４５ａ，４５ｂ・・・クリップ挟持開始位置
４６ａ，４６ｂ・・・クリップ挟持終了位置
５１・・・搬送機構（ベルト式挟持搬送機構）
５２・・・ベルト
５３・・・プーリ
５４・・・ベルト挟持開始位置
６１・・・搬送機構（ローラ式挟持搬送機構）
６２・・・ローラ
６３・・・ローラ
７１・・・搬送機構（ローラ式挟持搬送機構）
７２・・・ローラ
７３・・・ローラ
８１・・・搬送機構（スプロケット式支持搬送機構）
８２・・・パンチ孔
８３・・・スプロケット
８４・・・スプロケットの凸部
９１・・・ガイドレール
３０１・・・第一前駆体ガスの導入
３０２・・・第二前駆体ガスの導入
３０３・・・パージガスの流れ
３０４ａ、３０４ｂ・・・真空ポンプによる排気
３０５、３０５ａ、３０５ｂ、３０５ｃ・・・サクション式ローラ排気
４０１、４０１ａ、４０１ｂ・・・搬送機構（サクション式搬送機構）
４０２、４０２ａ、４０２ｂ・・・サクション式ローラ
５０１・・・搬送機構（ニップローラ式挟持搬送機構）
５０２・・・ニップローラ
５１１・・・ガイドレール機構
６０１・・・ガイドレール
８０５・・・スプロケット保持開始位置
１００１・・・搬送機構（ガイドローラ式支持搬送機構）
１００２・・・ガイドローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一前駆体ガスが導入される第一真空気室と、第二前駆体ガスが導入される第二真空気室と、前記第一前駆体及び前記第二前駆体を排出するために用いられるパージガスが導入される第三真空気室と、基材の幅方向の両端部を保持する保持部を有し、前記基材を、前記第一真空気室，前記第二真空気室，及び前記第三真空気室に搬送する搬送機構とを備え、前記搬送機構が、前記第一真空気室，前記第二真空気室，及び前記第三真空気室のいずれかの室内に、かつ自身の一部が他の室内に位置しないように配置された巻き取り成膜装置を用いて、前記基材を巻き取りながら前記基材上に成膜を行う巻き取り成膜方法であって、
前記搬送機構により、前記基材を前記第一真空気室及び前記第二真空気室を交互に複数回通過させて、前記基材の表面に原子層を堆積させて原子層堆積膜を形成する
ことを特徴とする巻き取り成膜方法。
【請求項１】
第一前駆体ガスが導入される第一真空気室と、第二前駆体ガスが導入される第二真空気室と、前記第一前駆体及び前記第二前駆体を排出するために用いられるパージガスが導入される第三真空気室と、基材の幅方向の両端部を保持する保持部を有し、前記基材を、前記第一真空気室，前記第二真空気室，及び前記第三真空気室に搬送する搬送機構とを備え、前記搬送機構が、前記第一真空気室，前記第二真空気室，及び前記第三真空気室のいずれかの室内に、かつ自身の一部が他の室内に位置しないように配置された巻き取り成膜装置を用いて、前記基材を巻き取りながら前記基材上に成膜を行う巻き取り成膜方法であって、
前記搬送機構により、前記基材を前記第一真空気室及び前記第二真空気室を交互に複数回通過させて、前記基材の表面に原子層を堆積させて原子層堆積膜を形成する
ことを特徴とする巻き取り成膜方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図１９Ｃ】
【図２０Ａ】
【図２０Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図１９Ｃ】
【図２０Ａ】
【図２０Ｂ】
【公開番号】特開２０１３−９１８５８（Ｐ２０１３−９１８５８Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１３−３０４４５（Ｐ２０１３−３０４４５）
【出願日】平成２５年２月１９日（２０１３．２．１９）
【分割の表示】特願２０１２−５５０６５４（Ｐ２０１２−５５０６５４）の分割
【原出願日】平成２４年３月２８日（２０１２．３．２８）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２５年２月１９日（２０１３．２．１９）
【分割の表示】特願２０１２−５５０６５４（Ｐ２０１２−５５０６５４）の分割
【原出願日】平成２４年３月２８日（２０１２．３．２８）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
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