JPH09209131A

JPH09209131A - 薄膜形成装置

Info

Publication number: JPH09209131A
Application number: JP8022673A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Sato; 達哉佐藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1996-02-08
Filing date: 1996-02-08
Publication date: 1997-08-12
Anticipated expiration: 2016-02-08
Also published as: JP3717575B2

Abstract

(57)【要約】【課題】基板に対して極めて強い密着性を持ち特性が均
一な薄膜を形成でき、耐熱性のないプラスチックフィル
ムなどをも基板として用いうる薄膜形成装置の提供。【解決手段】本発明の薄膜形成装置は、活性ガス又は活
性ガスと不活性ガスの混合ガスが導入される真空槽と、
真空槽内において蒸発物質を蒸発させるための蒸発源４
と、真空槽内に配置され基板１３を蒸発源に対向するよ
うに保持する対電極１２と、蒸発源と対電極との間に配
備された蒸発物質を通過させうるグリッド１０と、グリ
ッドと蒸発源との間に配備された熱電子発生用のフィラ
メント８と、グリッドの電位を対電極の電位とフィラメ
ントの電位に対し正電位とする電源手段１８と、フィラ
メントと蒸発源との間に配置された蒸発分布補正用マス
ク２０を有し、かつグリッド１０の単位面積当りの開口
面積をグリッドの面内で変化させ膜厚分布補正を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は薄膜形成装置に関
し、特にＣＶＤ法とＰＶＤ法の長所、すなわち、ＣＶＤ
法の長所である強い反応性と、ＰＶＤ法の長所である高
真空中での成膜（これは緻密な強い膜が形成できる）と
を同時に実現することができる薄膜形成装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、薄膜形成装置（方法）としては周
知のＣＶＤ法やＰＶＤ法に加えて、例えば、蒸発源と被
蒸着物との間に高周波電磁界を発生させて、活性あるい
は不活性ガス中で蒸発した物質をイオン化して真空蒸着
を行う、所謂、イオンプレーティング法があり、さらに
上記蒸発源と被蒸着物との間に直流電圧を印加するＤＣ
イオンプレーティング法があり、これらの方法を利用し
た薄膜形成装置が知られている（特公昭５２−２９９７
１号等）。また、蒸発源と被蒸着物の間にグリッド電極
及び熱電子発生用のフィラメントによりプラズマを発生
させ、活性あるいは不活性ガス中で蒸発した物質をイオ
ン化して蒸着を行う薄膜形成装置が知られている（特許
１５７１２０３号（特公平１−５３３５１号））。

【０００３】しかしながら、これらによるものは膜厚分
布が生じ大面積基板に対して均一な膜厚での成膜が困難
であった。この問題を解決するために、グリッド電極の
開口部の調節により膜厚分布を補正する方法を用いた薄
膜形成装置がある（特開平１−１８０９７１号）。

【０００４】しかしながら、上記の方法では、活性ガス
中で反応性成膜を行う場合には基板に到達するまでの反
応空間内の蒸発物質と活性ガスの比を均一にすることが
ないため、膜厚を均一にできても組成については均一に
できず、そのため組成に依存する膜特性が均一にできな
いという問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】被薄膜形成基板上に薄
膜を形成する手段は従来、種々のものが提案され、その
方法も極めて多岐にわたっている。しかし、従来の薄膜
形成装置にあっては、形成された膜の、被薄膜形成基板
（以下、基板と言う）との密着性が弱かったり、あるい
は、耐熱性のないプラスチックフィルム等の基板への膜
形成が困難である、あるいは形成された薄膜の特性が不
均一であるなどの問題があった。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みなされたものであ
って、基板に対して、極めて強い密着性をもち、尚且
つ、特性が均一な薄膜を形成でき、耐熱性のないプラス
チックフィルムなどをも基板として用いうる、新規な構
成の薄膜形成装置を提供することを目的する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明による薄膜形成装置は、真空槽と、
対電極と、グリッドと、熱電子発生用のフィラメント
と、蒸発源（単数又は複数）を有し、フィラメントと蒸
発源との間には蒸発分布補正用マスクが配備され、グリ
ッド及び対電極、フィラメント、マスクの間を所定の電
位関係とする電源手段を有する。真空槽内には、活性ガ
スもしくは不活性ガス、あるいはこれら両者の混合ガス
が導入される。対電極は真空槽内に配備され、被蒸着基
板を蒸発源と対向するように保持している。グリッドは
蒸発物質を通過させうるように網目状等に形成され蒸発
源と対電極との間に配備される。熱電子発生用のフィラ
メントはグリッドと蒸発源の間に配備され、このフィラ
メントにより発生する熱電子は、真空槽内のガス及び蒸
発源からの蒸発物質の一部をイオン化するのに供され
る。また、電源手段は、グリッドの電位を対電極の電位
とフィラメントの電位に対し正電位とする。これによ
り、真空槽内には、グリッドから被蒸着基板に向かう電
界と、グリッドからフィラメントに向かう電界とが形成
される。

【０００８】蒸発源からの蒸発物質は、その一部が、フ
ィラメントからの熱電子により正イオンにイオン化さ
れ、このように一部がイオン化された蒸発物質は、グリ
ッドを通過し、さらに、イオン化されたガスにより正イ
オンにイオン化を促進され、上記電界の作用により被蒸
着基板の方へ加速され、基板に高エネルギーを持って衝
突し付着する。従って非常に密着性の良い薄膜が形成さ
れる。尚、フィラメントからの電子はグリッドに吸収さ
れるため、被蒸着基板へ達せず、被蒸着基板に対する電
子衝撃による加熱がない。従って、プラスチックのごと
く、耐熱性のないものでも、被蒸着基板とすることがで
きる。

【０００９】請求項１の発明による薄膜形成装置では、
フィラメントと蒸発源との間に蒸発分布補正用マスクが
配備されており、蒸発源からの蒸発物質の蒸発分布を補
正することができる。この蒸発分布補正用マスクの形状
は、例えば、図２に示すごとく開口面積を調整した網目
状、あるいは図３に示すごとく中心からの距離によって
数密度の異なる同一サイズの孔を持った板、あるいは図
４に示すごとく中心からの距離によって径の異なる多数
の孔を持った板、等が使用できる。これらの開口面積の
設定は、例えば、蒸発分布が軸対称であれば、Ｓ（ｒ）＝ａ（ｒ）／ｆ（ｒ）Ｓ（ｒ）：蒸発分布の中心軸からの距離ｒにおける開口
面積の総和ｆ（ｒ）：蒸発分布補正用マスクに入射する蒸発物質の
分布（計算値または実測値）ａ（ｒ）：マスク通過から基板に到達するまでの距離に
依存する係数と設定されている。もちろん蒸発分布が軸対称でない場
合でも同様にマスク面内の開口面積の調整によって補正
が可能である。

【００１０】また、本発明では、上記グリッドを膜厚補
正用のグリッドとすることができ、この場合、グリッド
の開口部の形状については、グリッドの単位面積当りの
開口面積をグリッドの面内で変化させ、例えば、グリッ
ドへの蒸発物質の入射分布が軸対称であれば、図５に示
すごとく、Ｓ（ｒ）＝ｂ／ｇ（ｒ）Ｓ（ｒ）：グリッドへの蒸発物質の入射分布の中心軸か
らの距離ｒにおける開口面積の総和ｇ（ｒ）：グリッドに入射する蒸発物質の分布（計算値
または実測値）ｂ：正の定数と設定されている。もちろん、グリッドの場合も蒸発物
質の入射分布が軸対称でない場合についても同様に面内
の開口面積の調整によって補正が可能である。

【００１１】請求項２の発明による薄膜形成装置は、真
空槽と、対電極と、グリッドと、熱電子発生用のフィラ
メントと、蒸発源（単数又は複数）を有し、フィラメン
トと蒸発源との間には複数の開口部を持つ蒸発角度制限
筒が配備され、グリッド及び対電極、フィラメント、マ
スクの間を所定の電位関係とする電源手段を有する。す
なわち、請求項２の発明による薄膜形成装置では、請求
項１の蒸発分布補正用マスクに代えて、フィラメントと
蒸発源との間に図６に示すごとく複数の開口部を持つ蒸
発角度制限筒を配備し、蒸発分布の中で成膜に利用する
領域を組成（あるいは膜特性）が所望の範囲に収まる領
域に限定するものである。尚、その他の構成に関しては
請求項１と同じである。

【００１２】請求項３の発明による薄膜形成装置におい
ては、蒸発分布補正用マスクを面内で自転させる手段を
有するので、請求項１で示した図２〜４の蒸発分布補正
用マスクに加えて、特に蒸発分布が軸対称である場合に
蒸発分布補正用マスクとして図８のごとく開口角が、 γ（ｒ）＝ａ（ｒ）／ｆ（ｒ） γ（ｒ）：蒸発分布の中心からの距離ｒにおける開口角
の総和ｆ（ｒ）：蒸発分布補正用マスクに入射する蒸発物質の
分布（計算値または実測値）ａ（ｒ）：マスク通過から基板に到達するまでの距離に
依存する係数と設定された円板を使用することができる。また、いず
れのマスクについても、面内で自転させて使用すること
ができ、これにより補正後の分布のむらを抑えられる。
また、グリッドについても面内で自転させる手段を有す
るので、面内で自転させて使用することができ、補正後
の分布のむらを抑えられる。

【００１３】請求項４の発明による薄膜形成装置におい
ては、請求項２の薄膜形成装置において蒸発角度制限筒
を面内で連続的または断続的に蒸発面に対して平行移動
させる手段を有するので、筒の内面への蒸発物質の堆積
による開口サイズの変化を抑えられる。また、グリッド
を面内で自転させる手段も有するので、面内で自転させ
て使用することにより、補正後の分布のむらを抑えられ
る。

【００１４】請求項５の発明による薄膜形成装置におい
ては、請求項１における蒸発分布補正用マスクが屈曲可
能な材質で形成され、逐次巻き取り交換可能としたもの
であって、その交換機構は、公知の回転導入機を用いて
構成され、使用済みのマスク面を逐次巻き取り新たなマ
スク面に交換していくものである。尚、マスク面の位置
については、ポジションマーカ等の公知の方法で位置決
めを行うものとする。

【００１５】請求項６の発明による薄膜形成装置におい
ては、請求項１における蒸発分布補正用マスクと蒸発源
の間にシールドを配置することにより、プラズマが入り
込んでマスクを通過する以前に蒸発物質と活性ガスの反
応が起こることを防止することができる。ここでシール
ドはグリッドに対しては負電位とする。

【００１６】請求項７の発明による薄膜形成装置におい
ては、請求項２の薄膜形成装置において、蒸発源と蒸発
角度制限筒の組を複数個配置し、筒の開口部分に各蒸発
源からの成膜領域の重なり部分の局所的膜厚増加分を補
正するマスクを配備するものである。大面積基板への成
膜を行う場合に、蒸発源を複数個同時に使用する必要が
ある場合があるが、蒸発源が複数個となった場合、成膜
領域の重なり部分が局所的に膜厚が増大するため膜特性
が均一でも膜厚が不均一な成膜となってしまう。これに
対して、本発明では、重なり部分に飛行する蒸発物質が
通過する部分の開口率を（１／重なりに寄与する蒸発源
数）とする形状、あるいは一箇所の蒸発源を除いて他の
蒸発源の開口部を遮蔽してしまう等の形状とする。

【００１７】請求項８の発明による薄膜形成装置は、真
空槽と、対電極と、グリッドと、熱電子発生用のフィラ
メントと、蒸発源（単数又は複数）を有し、グリッド及
び対電極、フィラメント、マスクの間を所定の電位関係
とする電源手段を有し、上記蒸発源を、同一面積の蒸気
吹き出し孔が半球面上に数密度が球面中央部から外周部
になるに従って増加するように複数配置された密閉容器
とし、かつ、上記グリッドの単位面積当りの開口面積を
グリッドの面内で変化させ、膜厚分布補正を行う構成で
ある。すなわち、請求項８の発明による薄膜形成装置に
おいては、蒸発分布補正用マスク等による蒸発後の補正
に代えて、蒸発時に蒸発分布を調整する。具体的には蒸
発源を同一面積の蒸気吹き出し孔が半球面上に複数配置
された密閉型容器とし、開口数密度を球面中央部から外
周部になるに従って増加させる。尚、その他の構成に関
しては請求項１と同じである。

【００１８】請求項９の発明による薄膜形成装置におい
ては、蒸発源を蒸気吹き出し孔が半球面上に均一な数密
度で配置された密閉容器とし、孔径を球面中央部から外
周部になるに従って大きくするものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００２０】図１は請求項１の発明の実施の形態を示す
図であって、薄膜形成装置の概略構成を示す一部断面正
面図である。図１において、ベースプレート１とベルジ
ャー２とは図示しないパッキングを介して一体化され真
空槽を形成している。ここで、ベースプレート１の中央
部には排気孔１Ａが形成されて、図示しない真空排気系
に連結され、真空槽内の気密性を維持している。そし
て、このような真空槽内には上方から下方に向けて順に
対電極１２と、グリッド１０と、フィラメント８と、蒸
発源４が適宜間隔を開けて設けられている。これらの部
材は各々支持体を兼用する電極１１，９，７，３により
水平状態に保持されている。これらの電極３〜１１はい
ずれもベースプレート１との電気的な絶縁性を保つ状態
でベースプレート１を貫通して真空槽外部に引き出され
ている。すなわち、これらの電極３〜１１は真空槽の内
外の電気的な接続・給電を行うもので、その他の配線具
と共に導電手段となりうるものであり、ベースプレート
１の貫通部においては気密性が確保されている。

【００２１】ここで、一対の前記電極３により支持され
た蒸発源４は蒸発物質を蒸発させるためのものであり、
例えば、タングステン、モリブデンなどの金属をコイル
状に形成してなる抵抗加熱式として構成されている。も
っともコイル状に換えて、ボート状に形成したものでも
良い。さらには、このような蒸発源に換えて電子ビーム
蒸発源など、従来の真空蒸着方式で用いられている蒸発
源を適宜使用することができる。

【００２２】一方、一対の電極７の間には、タングステ
ンなどによる熱電子発生用のフィラメント８が支持され
ている。このフィラメント８の形状は、複数本のフィラ
メント線を平行に配列したり、あるいは網目状にしたり
するなどして、蒸発源４から蒸発した蒸発物質の粒子の
広がりをカバーするように定められている。

【００２３】フィラメント８と蒸発源４の間には蒸発分
布補正用マスク２０が配備されている。この蒸発分布補
正用マスク２０を通過後の蒸発物質の空間分布は、基板
に到達するまでの反応空間内の蒸発物質と活性ガスの比
を均一にするように補正されている。尚、蒸発分布補正
用マスク２０の形状としては、前述したように、図２に
示すごとく開口面積を調整した網目状、あるいは図３に
示すごとく中心からの距離によって数密度の異なる同一
サイズの孔を持った板、あるいは図４に示すごとく中心
からの距離によって径の異なる多数の孔を持った板、等
が使用できる。

【００２４】支持体兼用電極９には、グリッド１０が支
持されている。このグリッド１０は、蒸発物質を通過さ
せうる形状にその形状が定められており、開口面積の設
定は、グリッド１０の単位面積当りの開口面積をグリッ
ドの面内で変化させ、例えば、グリッド１０への蒸発物
質の入射分布に対応して膜厚を均一化するように定めら
れる。具体例としては、グリッドへの蒸発物質の入射分
布が軸対称であれば、図５に示すような形状となる。

【００２５】また、電極１１に支持された対電極１２に
は、上記蒸発源４に対向する面（図では下面）側に位置
させて、薄膜を形成すべき基板１３が適宜の方法により
保持されている。この状態を蒸発源４の側から見れば、
基板１３の背後に対電極１２が配備されることになる。

【００２６】さて、支持体兼用電極３，７，９，１１は
導電体であって電極としての役割を兼ねており、それら
の真空槽外へ突出した端部間は図示のように種々の電源
に接続されている。先ず、蒸発源４は一対の電極３を介
して蒸発用電源１７に接続されている。次に、直流電源
１８が設けられ、この直流電源１８の正極側は電極９を
介してグリッド１０に接続され、直流電源１８の負極側
は電極１１を介して対電極１２に接続されている。すな
わち、グリッド１０の電位は対電極１２の電位に対して
正電位となるように設定されている。これによりグリッ
ド１０と対電極１２間の電界はグリッド１０側から対電
極１２側へと向かうものとなる。そして、電極９により
支持されたグリッド１０は蒸発物質を通過させうる形
状、例えば図５に示すような網目状に形成されている。
また、フィラメント８は一対の電極７を介して直流電源
１９の両端に接続されている。尚、図中の接地は必ずし
も必要ない。また、実際には、これらの電気的接続には
種々のスイッチ類を含み、これらスイッチ類の操作によ
り、成膜プロセスを実現するのであるが、これらスイッ
チ類は図中に示されていない。

【００２７】次に、請求項２の発明においては、図１の
蒸発分布補正用マスクに代えて、図６（ａ）に示すごと
き形状の複数の開口部を持つ蒸発角度制限筒２４を同図
（ｂ）に示すように蒸発源４の上方に配備し、蒸発分布
の中で成膜に利用する領域を組成（あるいは膜特性）が
所望の範囲に収まる領域に限定するものである。特に、
蒸発源４が図６（ｂ）に示すごとく長手形状の場合に
は、蒸発面上の位置によって基板１３に蒸発物質が到達
するまでの距離が大きく異なるため、本発明が有効であ
る。また、筒の開口部の形状は図６（ａ）の例では六角
形であるがこれに限らず、筒の高さにより、蒸発角度を
制限するもので、開口部が均一に配列していればよい。
尚、蒸発分布補正用マスクに代えて蒸発角度制限筒２４
を配備した以外の構成は図１と同じである。

【００２８】次に、請求項３の発明においては、図７に
示すごとく蒸発分布補正用マスク２０は公知の回転導入
機３０により面内で自転させられる。この場合、図２〜
４に示した蒸発分布補正用マスクに加えて、特に蒸発分
布が軸対称である場合に蒸発分布補正用マスクとして図
８に示す形状の円板を使用することができる。本発明で
は蒸発物質と活性ガスとの衝突による拡散のため、マス
ク２０による遮蔽の影響は通常の真空蒸着に比べて小さ
いが、上記構成であれば局所的な遮蔽を防ぐことができ
るため、補正後の分布のむらをさらに抑えられる。ま
た、図示しないが、グリッド１０についても同様の回転
導入機を設けて、面内で自転させることにより、補正後
の分布のむらをいっそう抑えられる。

【００２９】次に、請求項４の発明においては、図１の
蒸発分布補正用マスクに代えて、図９（ａ）に示すごと
き形状の複数の開口部を持つ蒸発角度制限筒２４を図９
（ｂ）に示すように蒸発源４の上方に配備し、蒸発分布
の中で成膜に利用する領域を組成（あるいは膜特性）が
所望の範囲に収まる領域に限定するものであり、さら
に、図９（ｃ）に示すように、蒸発角度制限筒２４を面
内で連続的あるいは断続的に蒸発面に対して平行移動さ
せる機構（図示せず）を設け、筒の内面への蒸発物質の
堆積による特定箇所の開口面積の変化を抑えるものであ
る。これにより常に補正効果を一定に保つことができ
る。また、図示しないが、グリッド１０に図７のような
回転導入機を設けて、面内で自転させることにより、補
正後の分布のむらをいっそう抑えられる。尚、上記以外
の構成は図１と同じである。

【００３０】次に、請求項５の発明においては、図１の
薄膜形成装置において、図１０に示すごとく蒸発分布補
正用マスク２０は屈曲可能な材質からなり長尺な帯状に
形成され、その面には長手方向に等間隔に複数のマスク
面２１が形成され、逐次巻き取り交換可能となってい
る。そして、その交換機構は、公知の回転導入機の組み
合わせで構成され、使用済みのマスク面２１を巻き取り
交換するものである。尚、マスク位置についてはポジシ
ョンマーカ２２等の公知の方法で位置決めを行うものと
する。これにより連続的な使用でも開口部の目詰まりに
よって補正効果が得られなくなることがない。

【００３１】図１０はまた交換機構の具体的な構成の一
例を示している。棒状支持体４３ａ，４３ｂは回転導入
機からの動力を受け取る部分であるが、それぞれ異なる
回転導入機から動力を受け取っても良いし、同一の回転
導入機からギヤ等の伝達機構を介して動力を受け取っ
て、蒸発分布補正用マスク２０を巻き取り交換しても良
い。蒸発分布補正用マスク面２１の交換は蒸発物質の付
着状況に応じて適宜行う。マスク位置についてはポジシ
ョンマーカ２２を公知の光学センサにより読み取り確認
する。尚、帯状の蒸発分布補正用マスク２０には平面性
を保つために十分な張力が与えられるものとする。

【００３２】次に、請求項６の発明においては、図１１
に示す薄膜形成装置のように、蒸発分布補正用マスク２
０と蒸発源４の間にシールド２３が配備されている。こ
のように蒸発分布補正用マスク２０と蒸発源４の間にシ
ールド２３を配備することにより、プラズマが入り込ん
でマスクを通過する以前に蒸発物質と活性ガスの反応が
起こることを防止することができる。ここでシールド２
３はグリッド１０に対して負電位とする。尚、その他の
構成は図１の薄膜形成装置と同じである。

【００３３】次に、請求項７の発明においては、図１の
薄膜形成装置の蒸発分布補正用マスクに代えて、図６に
示したものと同様に、複数の開口部を持つ蒸発角度制限
筒２４を蒸発源４の上方に配備し、蒸発分布の中で成膜
に利用する領域を組成（あるいは膜特性）が所望の範囲
に収まる領域に限定するものであるが、本発明では図１
２に示すごとく蒸発源４及び蒸発角度制限筒２４の組を
真空槽内に複数個配備し、蒸発角度制限筒２４の筒の開
口部分に各蒸発源４からの成膜領域の重なり部分の局所
的膜厚増加分を補正するマスク２５を配備したものであ
る。

【００３４】大面積基板への成膜を行う場合において
は、蒸発源４を複数個同時に使用する必要がある場合が
あるが、蒸発源４が複数個となった場合、成膜領域の重
なり部分で局所的に膜厚が増加するため膜特性が均一で
も膜厚が不均一な成膜となってしまう。これに対し、本
発明では重なり部分に飛行する蒸発物質が通過する部分
の開口率を［１／重なりに寄与する蒸発源数］とする、
あるいは一箇所の蒸発源を除いて他の蒸発源の開口部を
遮蔽してしまう等の形状とする。

【００３５】次に、請求項８の発明においては、蒸発分
布補正用マスク等による蒸発後の補正に代えて、蒸発源
からの蒸発時に蒸発分布を調整するものであり、その実
施例を図１３に示す。図１３に示す薄膜形成装置では、
蒸発源を図１４に示すごとく同一面積の蒸気吹き出し孔
２６が半球面上に複数配置された密閉型容器２７とし、
その開口数密度を球面中央部から外周部になるに従って
増加させる。この場合、蒸発分布補正用マスク等の補正
板を使用しないため、補正板への蒸発物質の堆積等の問
題がない。また、蒸発物質の利用効率も高まる。尚、上
記以外の構成は図１の薄膜形成装置と同じである。

【００３６】次に、請求項９の発明においては、図１３
に示す薄膜形成装置の蒸発源を構成する密閉型容器２７
に代えて、図１５に示すごとく蒸発源を上記吹き出し孔
２８が半球面上に均一な密度で配置された密閉型容器２
９とし、その吹き出し孔２８の孔径を球面中央部から外
周部になるに従って大きくするものであり、これにより
請求項８と同様の効果が得られる。

【００３７】以下、本発明の薄膜形成装置による薄膜形
成の実施例について説明するが、ここでは、図１に示す
構成の薄膜形成装置を用いて説明する。先ず、図１に示
すごとく、薄膜を形成すべき基板１３を対電極１２に保
持させる。次に、蒸発物質を構成する母材を蒸発源４に
セットするが、この母材と、導入ガス種の組み合わせは
勿論どの様な薄膜を形成するかに応じて定める。例え
ば、Ａｌ₂Ｏ₃薄膜を形成する場合には蒸発物質としてア
ルミニウム（Ａｌ）を、不活性ガスとしてアルゴン（Ａ
ｒ）を、活性ガスとして酸素（Ｏ₂）を選択できる。ま
た、Ｉｎ₂Ｏ₃を形成する場合には、蒸発物質としてイン
ジウム（Ｉｎ）、導入ガスとして酸素を選択することが
できる。

【００３８】基板１３及び蒸発物質のセット後、ベルジ
ャー２が閉じられ、真空槽内はあらかじめ１０~⁵〜１０
~⁶Ｔｏｒｒの圧力に真空排気され、これに、必要に応じ
て、活性ガス、あるいは、活性ガスと不活性ガスの混合
ガスが１０~⁴〜１０~²Ｔｏｒｒの圧力で導入される。こ
こでは説明の具体性のため、導入ガスは、例えば、酸素
などの活性ガスであるとする。

【００３９】この雰囲気状態において、図示しないスイ
ッチを操作して電源を作動させると、フィラメント８に
は電流が流され、フィラメント８は抵抗加熱により加熱
され、熱電子を放出する。また、グリッド１０には正の
電位が印加される。そして、図示の例では蒸発源４に交
流電流が流され、蒸発源４は抵抗加熱により加熱され、
蒸発物質が蒸発する。蒸発源４から蒸発した蒸発物質は
広がりをもって基板１３の側へ向かって飛行するが、蒸
発分布補正用マスク２０を通過した後は蒸発物質と活性
ガスの比が基板に到達するまでの空間内で均一となるよ
うに分布が修正されている。

【００４０】蒸発物質の一部、及び、前記活性ガスはフ
ィラメント８より放出された熱電子との衝突によってイ
オン化され、プラズマ状態となる。このように、一部イ
オン化された蒸発物質は基板に向かってプラズマ空間内
で活性ガスと反応しつつ飛行する。さらに、グリッド１
０を通過した後、グリッド−基板間の電界の作用により
基板１３に向かって加速され、基板に高エネルギーを持
って衝突し付着する。このため非常に密着性の良い酸化
薄膜等が形成される。熱電子は最終的には、その大部分
がグリッド１０に吸収され、一部の熱電子はグリッド１
０を通過するが、グリッド１０と基板１３との間で、前
記電界の作用によって減速されるので、仮に基板１３に
到達しても、同基板１３を加熱するには到らない。

【００４１】以上のように、本発明の薄膜形成装置にお
いては、蒸発物質のイオン化率が極めて高いため、真空
槽内に活性ガスを単独で、あるいは不活性ガスとともに
導入して成膜を行うことにより、蒸発物質と活性ガスを
化合させ、この化合により化合物薄膜を形成する場合に
も、所望の物性を有する薄膜を容易に得ることができ
る。尚、真空槽内のガスのイオン化にはフィラメント８
による熱電子が有効に寄与するので、１０~⁴Ｔｏｒｒ以
下の圧力の高真空下においても蒸発物質のイオン化が可
能であり、このため、薄膜の構造も極めて緻密なものと
することが可能であり、通常、薄膜の密度はバルクのそ
れより小さいとされているが、本発明によれば、バルク
の密度に極めて近い密度が得られることも大きな特徴の
一つである。さらに、このような高真空下で成膜を行え
ることにより、薄膜中へのガス分子の取り込みを極めて
少なくすることができ、高純度の薄膜を得ることができ
る。

【００４２】さらに、本発明の薄膜形成装置では、フィ
ラメント８と蒸発源４との間に蒸発分布補正用マスク２
０もしくは複数の開口部を持つ蒸発角度制限筒２４を配
備して蒸発物質の蒸発分布を補正するか、あるいは、蒸
発源を、同一面積の蒸気吹き出し孔２６が半球面上に数
密度が球面中央部から外周部になるに従って増加するよ
うに複数配置された密閉型容器２７もしくは同一面積の
蒸気吹き出し孔２８が半球面上に数密度が球面中央部か
ら外周部になるに従って増加するように複数配置された
密閉型容器２９として蒸発物質の蒸発分布を補正し、さ
らに、グリッド１０の単位面積当りの開口面積をグリッ
ドの面内で変化させ、膜厚分布補正を行っているため、
活性ガス中で反応性成膜を行う場合に、基板に到達する
までの反応空間内の蒸発物質と活性ガスの比を均一にす
ることができ、膜組成を均一にすることが可能であるた
め、膜特性が組成に大きく依存する薄膜を大面積基板上
や多数の基板上に作成する場合に有利である。例えば、
酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛のような透明導電
膜を大面積基板上に作成する場合に有利である。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
乃至９記載の薄膜形成装置によれば、蒸発物質がイオン
化し、高いエネルギーを電気的に有する（電子・イオン
温度）ので、反応性を必要とする成膜、結晶化を必要と
する成膜を温度（反応温度、結晶か温度）という熱エネ
ルギーを与えずに実現できるので、低温成膜が可能とな
る。従って、耐熱性の無いプラスチックフィルムなどを
基板に使用することができる。さらに、本発明の薄膜形
成装置では、膜特性及び膜厚を均一にした成膜が可能で
あるため、大面積基板や大量の基板への透明導電膜等の
作製が必要な場合に特に有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明の実施の形態を示す図であっ
て、薄膜形成装置の概略構成を示す一部断面正面図であ
る。

【図２】図１に示す薄膜形成装置に用いられる蒸発分布
補正用マスクの一例を示す平面図である。

【図３】図１に示す薄膜形成装置に用いられる蒸発分布
補正用マスクの別の例を示す平面図である。

【図４】図１に示す薄膜形成装置に用いられる蒸発分布
補正用マスクの別の例を示す平面図である。

【図５】請求項１乃至９の薄膜形成装置に用いられるグ
リッドの一例を示す平面図である。

【図６】請求項２の発明の実施の形態を示す図であっ
て、蒸発角度制限筒の形状及び配置の説明図である。

【図７】請求項３の発明の実施の形態を示す図であっ
て、薄膜形成装置の概略構成を示す一部断面正面図であ
る。

【図８】図７に示す薄膜形成装置に用いられる蒸発分布
補正用マスクの一例を示す平面図である。

【図９】請求項４の発明の実施の形態を示す図であっ
て、蒸発角度制限筒の形状、配置及び動作の説明図であ
る。

【図１０】請求項５の発明の実施の形態を示す図であっ
て、蒸発分布補正用マスクとその巻き取り交換機構の説
明図である。

【図１１】請求項６の発明の実施の形態を示す図であっ
て、薄膜形成装置の概略構成を示す一部断面正面図であ
る。

【図１２】請求項７の発明の実施の形態を示す図であっ
て、蒸発角度制限筒の形状及び配置の説明図である。

【図１３】請求項８の発明の実施の形態を示す図であっ
て、薄膜形成装置の概略構成を示す一部断面正面図であ
る。

【図１４】図１３に示す薄膜形成装置の蒸発源として用
いられる密閉型容器の平面図である。

【図１５】請求項９の発明の実施の形態を示す図であっ
て、薄膜形成装置の蒸発源として用いられる密閉型容器
の平面図である。

【符号の説明】

１：ベースプレート２：ベルジャー３，７，９，１１：支持体兼用の電極４：蒸発源８：フィラメント１０：グリッド１２：対電極１３：基板１７：蒸発用電源１８，１９：直流電源２０：蒸発分布補正用マスク２１：蒸発分布補正用マスク面２２：ポジションマーカ２３：シールド２４：蒸発角度制限筒２５：マスク２６，２８：蒸気吹き出し孔２７，２９：密閉型容器３０：回転導入機４３ａ，４３ｂ：棒状支持体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】活性ガスもしくは活性ガスと不活性ガスの
混合ガスが導入される真空槽と、この真空槽内において
蒸発物質を蒸発させるための蒸発源と、上記真空槽内に
配置され基板を上記蒸発源に対向するように保持する対
電極と、上記蒸発源と対電極との間に配備された蒸発物
質を通過させうるグリッドと、上記グリッドと上記蒸発
源との間に配備された熱電子発生用のフィラメントと、
上記グリッドの電位を上記対電極の電位と上記フィラメ
ントの電位に対し正電位とする電源手段と、上記フィラ
メントと蒸発源との間に配置された蒸発分布補正用マス
クを有し、かつ、上記グリッドの単位面積当りの開口面
積をグリッドの面内で変化させ、膜厚分布補正を行うこ
とを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】活性ガスもしくは活性ガスと不活性ガスの
混合ガスが導入される真空槽と、この真空槽内において
蒸発物質を蒸発させるための蒸発源と、上記真空槽内に
配置され基板を上記蒸発源に対向するように保持する対
電極と、上記蒸発源と対電極との間に配備された蒸発物
質を通過させうるグリッドと、上記グリッドと上記蒸発
源との間に配備された熱電子発生用のフィラメントと、
上記グリッドの電位を上記対電極の電位と上記フィラメ
ントの電位に対し正電位とする電源手段と、上記フィラ
メントと蒸発源との間に配置された複数の開口部を持つ
蒸発角度制限筒を有し、かつ、上記グリッドの単位面積
当りの開口面積をグリッドの面内で変化させ、膜厚分布
補正を行うことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項３】請求項１記載の薄膜形成装置において、蒸
発分布補正用マスク及びグリッドを面内で自転させる手
段を有することを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項４】請求項２記載の薄膜形成装置において、蒸
発角度制限筒を面内で連続的または断続的に蒸発面に対
して平行移動させる手段、及びグリッドを面内で自転さ
せる手段を有することを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項５】請求項１記載の薄膜形成装置において、蒸
発分布補正用マスクを屈曲可能な材質で形成し、逐次巻
き取り交換可能とすることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項６】請求項１記載の薄膜形成装置において、蒸
発分布補正用マスクと蒸発源の間の空間をプラズマ回り
込み防止用シールドで囲むことを特徴とする薄膜形成装
置。
【請求項７】請求項２記載の薄膜形成装置において、蒸
発源と蒸発角度制限筒の組を複数個配備し、筒の開口部
分に各蒸発源からの成膜領域の重なり部分の局所的膜厚
増加分を補正するマスクを配備することを特徴とする薄
膜形成装置。
【請求項８】活性ガスもしくは活性ガスと不活性ガスの
混合ガスが導入される真空槽と、この真空槽内において
蒸発物質を蒸発させるための蒸発源と、上記真空槽内に
配置され基板を上記蒸発源に対向するように保持する対
電極と、上記蒸発源と対電極との間に配備された蒸発物
質を通過させうるグリッドと、上記グリッドと上記蒸発
源との間に配備された熱電子発生用のフィラメントと、
上記グリッドの電位を上記対電極の電位と上記フィラメ
ントの電位に対し正電位とする電源手段を有し、上記蒸
発源を、同一面積の蒸気吹き出し孔が半球面上に数密度
が球面中央部から外周部になるに従って増加するように
複数配置された密閉容器とし、かつ、上記グリッドの単
位面積当りの開口面積をグリッドの面内で変化させ、膜
厚分布補正を行うことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項９】請求項８記載の薄膜形成装置において、蒸
発源を、蒸気吹き出し孔が半球面上に均一な数密度で配
置された密閉容器とし、孔径を球面中央部から外周部に
なるに従って大きくすることを特徴とする薄膜形成装
置。