JPH09228046A - 巻き取り式成膜装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】フィルム基板に対して極めて強い密着性を持ち
良質かつ均一な薄膜を高速でフィルム基板上に形成可能
な巻き取り式成膜装置の提供。 【解決手段】本装置は、活性ガス及び／又は不活性ガス
が導入される真空槽１３、真空槽内において蒸発物質を
蒸発させる蒸発源７、蒸発源とフィルム基板３表面が対
向するように配置されたフィルム巻き取り装置１、蒸発
源とフィルム基板との間に配備された熱電子発生用フィ
ラメント６、フィラメントとフィルム基板との間に配備
されたグリッド５、真空槽内に所定の電気的状態を実現
する電源手段１５〜１７、真空槽内と電源手段を電気的
に連結する導電手段８〜１０を有し、フィラメントに対
しグリッドが正電位となるようにし、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、グリッド５の単位面積当りの開口面積をグリッドの
面内で変化させ基板幅方向の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】本発明は巻き取り式のフィル
ム基板上に緻密で強い薄膜を高速で形成することが可能
な巻き取り式成膜装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、フィルム巻き取り式成膜装置（方
法）としては、スパッタ法を中心に発展してきた。しか
し、従来の成膜装置にあっては、形成された膜の、被薄
膜形成基板との密着性が弱かったり、良質な薄膜コーテ
ィングを生産性良く得ることが困難であったり、均一な
薄膜形成が困難であったりする等の問題があった。そこ
で本出願人は先に、強い反応性と、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
る薄膜形成装置（成膜装置）として、基板を蒸発源に対
向させて保持する対向電極と蒸発源との間にグリッドを
配備し、さらにグリッドと蒸発源との間に熱電子発生用
のフィラメントを配備し、グリッドをフィラメントに対
して正電位にして、薄膜形成を行う装置を提案した（特
許１５７１２０３号（特公平１−５３３５１号））。こ
の装置では、蒸発源から蒸発した蒸発物質はまず、フィ
ラメントからの熱電子によりイオン化される。このよう
にイオン化された蒸発物質がグリッドを通過すると、グ
リッドから対向電極に向かう電界の作用により蒸発物質
が加速されて基板に衝突し、密着性の良い膜が形成され
る。

【０００３】また、上記と同様の効果を狙ったフィルム
巻き取り式成膜装置も提案されている。このフィルム巻
き取り式成膜装置は、上記薄膜形成装置の対向電極の代
わりに、フィルム基板を蒸発源と対向するように湾曲凸
面で保持するフィルム巻き取り装置を配置したものであ
り、密着性の良い薄膜を高速でフィルム基板上に形成で
きるようにしたものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記フィルム
巻き取り式成膜装置では、湾曲凸面に対して薄膜形成す
る場合、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
均一にすることができないため、凸面上の各位置におけ
る膜厚、膜特性は必ずしも均一にならないといった問題
があった。このため、通常は所望の特性が得られる範囲
以外には成膜されないように遮蔽する手段が設けられる
が、それにより、膜特性を所望の範囲に維持するために
は、フィルム基板の成膜室への露出面積を広くできず、
成膜の高速化には限界があった。

【０００５】本発明は上記事情に鑑みなされたものであ
って、フィルム基板に対して極めて強い密着性を持った
薄膜を形成でき、さらに、良質、かつ均一な薄膜を高速
でフィルム基板上に形成可能な、新規な巻き取り式成膜
装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【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の発明による巻き取り式成膜装置は、真空
槽と、蒸発物質を蒸発させうる蒸発源と、フィルム基板
を保持するフィルム巻き取り装置と、フィラメントと、
グリッドと、電源手段と、導電手段、及び蒸発分布補正
用マスクとを有する。真空槽は、その内部空間に活性ガ
ス、あるいは活性ガスと不活性ガスの混合ガスを導入し
うるようになっており、蒸発源、フィルム基板及びその
巻き取り装置、フィラメント、グリッド、蒸発分布補正
用マスクは真空槽内に配備される。

【０００７】ここで、フィルム巻き取り装置は、真空槽
内においてフィルム基板を保持し上記蒸発源とフィルム
基板表面が対向するように配置されている。グリッドは
蒸発物質を通過させうるものであって、蒸発源とフィル
ム基板の間に介設され、電源手段により、フィラメント
に対し正電位にされる。フィラメントは熱電子発生用で
あって、蒸発源とグリッドの間に配備され、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。蒸発分布補正用マスクはフィラメントと蒸発源との
間に配備される。電源手段は、真空槽内に所定の電気的
状態を実現するための手段であり、この電源手段と真空
槽内部が、導電手段により電気的に連結される。

【０００８】上記電源手段により真空槽内に所定の電気
的状態が実現されると、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
よりフィルム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、フィルム基板へ達せず、フィルム
基板に対する電子衝撃による加熱がない。

【０００９】請求項１の発明による巻き取り式成膜装置
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。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（ｘ，ｙ）＝ａ（ｘ，ｙ）／ｆ（ｒ） Ｓ（ｘ，ｙ）：フィルム基板上の位置に対応した開口面
積 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（ｘ，ｙ）：フィルム基板上の位置に依存する係数 ｘ：幅方向位置 ｙ：巻き取り方向位置 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】次に本発明では、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、フィルム
基板幅方向の膜厚分布補正を行う。すなわち、膜厚分布
補正用の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、図５に示すごとく、 Ｓ'（ｘ，ｙ）＝ｂ／ｇ（ｘ，ｙ） Ｓ'（ｘ，ｙ）：フィルム基板上の位置に対応した開口
面積 ｇ（ｘ，ｙ） ：フィルム基板上の位置に対応したグリ
ッド位置へ入射する蒸発物質の入射分布（計算値または
実測値） ｂ：正の定数 と設定されている。これにより、フィルム基板の幅方向
の膜特性、膜厚についても均一化できる。

【００１１】請求項２の発明による巻き取り式成膜装置
においては、請求項１の成膜装置において蒸発分布補正
用マスクは屈曲可能な材質で形成され、逐次巻き取り交
換可能とするものであって、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。

【００１２】請求項３の発明による巻き取り式成膜装置
においては、請求項１の成膜装置において蒸発分布補正
用マスクと蒸発源の間にシールド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。ここでシールドはグリッドに対しては負電位とす
る。

【００１３】請求項４の発明による巻き取り式成膜装置
は、真空槽と、蒸発物質を蒸発させうる蒸発源と、フィ
ルム基板を保持するフィルム巻き取り装置と、フィラメ
ントと、グリッドと、電源手段と、導電手段、及び蒸発
角度制限筒とを有する。すなわち、請求項４の発明によ
る巻き取り式成膜装置においては、請求項１の成膜装置
における蒸発分布補正用マスクに代えて、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、その他の構成は
請求項１と同じである。

【００１４】請求項５の発明による巻き取り式成膜装置
においては、請求項４の成膜装置において、蒸発角度制
限筒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、筒の内面への蒸発物質の堆積による開口サ
イズの変化を抑えるものである。

【００１５】請求項６の発明による巻き取り式成膜装置
においては、請求項４の成膜装置において、蒸発源と蒸
発角度制限筒の組を複数配備し、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ものである。

【００１６】広幅フィルム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７の発明による巻き取り式成膜装置
は、真空槽と、蒸発物質を蒸発させうる蒸発源と、フィ
ルム基板を保持するフィルム巻き取り装置と、フィラメ
ントと、グリッドと、電源手段と、導電手段とを有す
る。そして、請求項７の巻き取り式成膜装置において
は、請求項１の蒸発分布補正用マスク等による蒸発後の
補正に代えて、蒸発時に蒸発源からの蒸発分布を調整す
るものである。具体的には同一面積の蒸気吹き出し孔が
半球面上にフィルム基板に到達するまでの距離が大きい
面ほど数密度が増加するように複数配置された半球状の
密閉型容器とする。尚、その他の構成は請求項１と同じ
である。

【００１８】請求項８の発明による巻き取り式成膜装置
においては、請求項７の成膜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
閉型容器とし、フィルム基板に到達するまでの距離が大
きい面ほど孔径を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
て図面を参照して詳細に説明する。

【００２０】図１は請求項１の発明の実施の形態の説明
図であって、巻き取り式成膜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１１
とベルジャー１２とは図示しないパッキングを介して一
体化され真空槽１３を形成している。ここで、ベルジャ
ー１２の側壁には排気孔１４Ａ，１４Ｂが形成されて図
示しない真空排気系に連結されており、真空槽内を真空
排気して気密性を維持できるようになっている。また、
真空槽内には符号４で示すガス導入管のような公知の適
宜の方法により、活性ガス、および／または不活性ガス
を導入できるようになっている。

【００２１】そして、このような真空槽１３内の上方に
はフィルム巻き取り装置１が配備され、このフィルム巻
き取り装置１は、公知のフィルム巻き取り式成膜装置に
用いられるものと同様に、ロール状に巻装されたフィル
ム基板３を保持し順次送り出す送り出しロール１ａと、
成膜後のフィルム基板３を順次巻き取る巻き取りロール
１ｂ、及び成膜空間でフィルム基板３を蒸発源７に対向
するように保持するローラ状のクーリングキャン２とを
備えた構成となっており、長手方向にフィルム基板が成
膜時に接するクーリングキャン２は、水冷も可能になっ
ている。また、クーリングキャン２の下方近傍には、成
膜範囲を規定する遮蔽板１８が設置されている。

【００２２】また、真空槽内の略中央には蒸発物質が通
過する開口を有する隔壁１９が設置されており、この隔
壁１９から下側の真空槽内には、上方から下方に向けて
順にグリッド５と、フィラメント６と、蒸発源７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１０，９，８により水平状態に保持さ
れている。これらの電極８〜１０はいずれもベースプレ
ート１１との電気的な絶縁性を保つ状態でベースプレー
ト１１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８〜１０は真空槽１３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１１の貫
通部においては気密性が確保されている。

【００２３】ここで、一対の前記電極８により支持され
た蒸発源７は蒸発物質を蒸発させるためのものであり、
その蒸発方向をクーリングキャン２の側に持っており、
例えば、タングステン、モリブデンなどの金属をコイル
状やボート状に形成してなる抵抗加熱式、あるいは電子
銃式等、通常の真空蒸着装置で用いられている蒸発源を
適宜使用することができる。また、フィルム基板３の幅
の広さにより、複数個の蒸発源を並べることもある。

【００２４】一方、一対の電極９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６が支持され
ている。このフィラメント６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７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。

【００２５】フィラメント６と蒸発源７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。

【００２６】支持体兼用電極１０には、グリッド５が支
持されている。このグリッド５は、蒸発源７から蒸発し
た蒸発物質をクーリングキャン２側へ通過させうるよう
に形状を定めるのであるが、この例においては網目状で
ある。開口面積の設定は、グリッド５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５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５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。

【００２７】さて、支持体兼用電極８，９，１０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７は一対の電極８を介して
蒸発用電源１５に接続されている。フィラメント６は一
対の電極９を介してフィラメント加熱用電源１６に接続
されているが、この電源は交流、直流のどちらを用いて
も良い。グリッド５は、電極１０を介して直流電圧電源
１７の正極側に接続され、同電源１７の負極側は、図１
の例ではフィラメント加熱用電源１６の片側に接続され
る。従って、グリッド５はフィラメント６に対して正電
位となり、電界はグリッド５からフィラメント６へ向か
う。ここで両電源の片側はそのまま接地されているが、
この間に直流電源を入れて、フィラメント６にバイアス
をかけても良い。また、同様に蒸発源７にバイアスをか
けても良く、図中の接地も、必ずしも必要ではない。
尚、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
スを実行するのであるが、これらスイッチ類は図示を省
略されている。

【００２８】本装置では、蒸発分布補正用マスク２０を
配備したことにより、膜特性を特に巻き取り方向につい
て均一化できることから、フィルム基板３の成膜室への
露出面積を従来より広くしても膜特性を所望の範囲に収
めることができるため、成膜の大幅な高速化が実現でき
る。

【００２９】次に、請求項２の発明においては、図１の
薄膜形成装置において、図６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。

【００３０】図６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。

【００３１】次に、請求項３の発明においては、図７に
示す巻き取り式成膜装置のように、蒸発分布補正用マス
ク２０と蒸発源７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７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２３はグリッド５に対して負電位とする。尚、その
他の構成は図１の巻き取り式成膜装置と同じである。

【００３２】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８（ａ）に示すごと
き形状の蒸発角度制限筒２４を同図（ｂ）に示すように
蒸発源７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７が図８（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
ってフィルム基板３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８（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。

【００３３】次に、請求項５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
き形状の蒸発角度制限筒２４を同図（ｂ）に示すように
蒸発源７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。尚、上記以外の構成
は図１と同じである。

【００３４】次に、請求項６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８に
示したと同様に蒸発角度制限筒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１０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７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。

【００３５】フィルム基板のような大面積基板への成膜
を行う場合においては、蒸発源７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７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、本発明では、成膜領域の重なり部分に
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
状とすることにより、蒸発源を複数個同時に使用する場
合にもフィルム基板上での膜厚の均一化を図れる。

【００３６】次に、請求項７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１１に示す。図１１に示す巻き取り式成膜装置
では、蒸発源を図１２に示すごとく同一面積の蒸気吹き
出し孔２６が半球面上にフィルム基板３に到達するまで
の距離が大きいほど数密度が増加するように複数配置さ
れた半球状の密閉型容器２７としたものである。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。

【００３７】次に、請求項８の発明においては、図１１
に示す成膜装置の蒸発源を構成する密閉型容器２７に代
えて、図１３に示すごとく蒸発源を、蒸気吹き出し孔２
８が半球面上に均一な密度で配置された密閉型容器２９
とし、フィルム基板３に到達するまでの距離が大きい面
ほど吹き出し孔２８の孔径を大きくしたものである。こ
れにより、請求項７と同様の効果が得られる。

【００３８】以下、本発明の巻き取り式成膜装置による
フィルム基板上への薄膜形成の実施例について説明する
が、ここでは、図１に示す構成の巻き取り式成膜装置を
用いて説明する。先ず、図１に示すごとく、薄膜を形成
すべきフィルム基板３をフィルム巻き取り装置１に保持
させて、蒸発物質を構成する母材を蒸発源７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、Ａｌ₂
Ｏ₃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（Ａｒ）
を、活性ガスとして酸素（Ｏ₂)を選択できる。また、Ｉ
ｎ₂Ｏ₃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。

【００３９】フィルム基板３及び蒸発物質のセット後、
ベルジャー１２が閉じられ、真空槽１３内は図示しない
真空排気系によりあらかじめ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。

【００４０】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１５，１６，１７を作動させると、
フィラメント６には電流が流され、フィラメント６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５には正の電位が印加される。そして、図示の例で
は蒸発源７に交流電流が流され、蒸発源７は抵抗加熱に
より加熱され、蒸発物質が蒸発する。蒸発源７から蒸発
した蒸発物質は広がりをもって基板３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。

【００４１】蒸発物質の一部、及び前記活性ガスはフィ
ラメント６より放出された熱電子との衝突によってイオ
ン化され、プラズマ状態となっている。このように、一
部イオン化された蒸発物質は基板３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、正イ
オンにイオン化された蒸発物質は、グリッド５を通過し
た後、グリッド５からクーリングキャン２に向かう電界
の作用により加速され、フィルム基板３に高速で衝突付
着する。このときフィルム基板３は、フィルム巻き取り
装置１により送り出しロール１ａ側から巻き取りロール
１ｂ側にクーリングキャン２の周面に沿って移動を続
け、ロールフィルム基板上に次々と成膜を続ける。こう
して非常に密着性の良い酸化薄膜等がフィルム基板上に
形成される。

【００４２】また、熱電子は最終的には、その大部分が
グリッド５に吸収され、一部の熱電子はグリッド５を通
過するが、グリッド５と基板３との間で、前記電界の作
用によって減速されるので、仮にフィルム基板３に到達
しても、同基板３を加熱するには到らない。このように
して形成された薄膜は多くは基板への高速粒子の衝突に
より形成されるので、フィルム基板３への密着性に優
れ、結晶性も良好である。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の巻き取り
式成膜装置においては、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。すなわち、本発明によれば、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、結晶化温度）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。

【００４４】尚、真空槽内のガスのイオン化にはフィラ
メントによる熱電子が有効に寄与するので１０~⁴Ｔｏｒ
ｒ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。

【００４５】さらに、本発明の巻き取り式成膜装置で
は、フィラメントと蒸発源との間に蒸発分布補正用マス
クもしくは、複数の開口部を持つ蒸発角度制限筒を配備
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が半球面上にフィルム
基板に到達するまでの距離が大きいほど数密度が増加す
るように複数配置された半球状の密閉型容器もしくは、
蒸気吹き出し孔が半球面上に均一な密度で配置された密
閉型容器として、蒸発物質の蒸発分布を補正しているの
で、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
り、さらに、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、膜厚分布補正を行っているた
め、フィルム基板上に形成された薄膜の膜厚の均一化も
図れる。

【００４６】また、従来あったフィルム巻き取り式成膜
装置のように湾曲凸面に対して薄膜形成する場合では、
膜特性が組成に大きく依存する薄膜について膜特性を所
望の範囲に維持するためにはフィルム基板の成膜室への
露出面積を広くできず、成膜の高速化には限界があった
が、本発明によれば前記の効果により成膜の高速化が可
能となる。従って、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ロールフィルム基板上に
作製する場合に有利である。

【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、巻き取り式成膜装置の概略構成を示す一部断面正面
図である。

【図２】図１に示す巻き取り式成膜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に示す巻き取り式成膜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に示す巻き取り式成膜装置に用いられる蒸
発分布補正用マスクのさらに別の例を示す平面図であ
る。

【図５】請求項１乃至９の巻き取り式成膜装置に用いら
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７】請求項３の発明の実施の形態を示す図であっ
て、巻き取り式成膜装置の概略構成を示す一部断面正面
図である。

【図８】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及び配置の説明図である。

【図９】請求項５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及び動作の説明図で
ある。

【図１０】請求項６の発明の実施の形態を示す図であっ
て、複数の蒸発源と蒸発角度制限筒及びマスクの配置の
説明図である。

【図１１】請求項７の発明の実施の形態を示す図であっ
て、巻き取り式成膜装置の概略構成を示す一部断面正面
図である。

【図１２】図１１に示す巻き取り式成膜装置の蒸発源と
して用いられる密閉型容器の平面図である。

【図１３】請求項８の発明の実施の形態を示す図であっ
て、図１１に示す巻き取り式成膜装置の蒸発源として用
いられる密閉型容器の別の例を示す平面図である。

【符号の説明】

１：フィルム巻き取り装置 １ａ：送り出しロール １ｂ：巻き取りロール ２：クーリングキャン ３：フィルム基板 ４：ガス導入管 ５：グリッド ６：フィラメント ７：蒸発源 ８，９，１０：支持体兼用の電極 １１：ベースプレート １２：ベルジャー １３：真空槽 １４Ａ，１４Ｂ：排気孔 １５：蒸発用電源 １６：フィラメント加熱用電源 １７：直流電圧電源 １８：遮蔽板 １９：隔壁 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 ４３ａ，４３ｂ：棒状支持体

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【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
   おいてフィルム基板を保持し上記蒸発源とフィルム基板
   表面が対向するように配置されたフィルム巻き取り装置
   と、上記蒸発源とフィルム基板との間に配備された熱電
   子発生用のフィラメントと、このフィラメントとフィル
   ム基板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、上記真空槽内に所定の電気的状態を実現するた
   めの電源手段と、上記真空槽内と上記電源手段とを電気
   的に連結する導電手段とを有し、上記電源手段により上
   記フィラメントに対し上記グリッドが正電位となるよう
   にし、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、フィ
   ルム基板幅方向の膜厚分布補正を行うことを特徴とする
   巻き取り式成膜装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の巻き取り式成膜装置におい
   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巻き取り
   式成膜装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の巻き取り式成膜装置におい
   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巻き
   取り式成膜装置。
4. 【請求項４】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
   おいてフィルム基板を保持し上記蒸発源とフィルム基板
   表面が対向するように配置されたフィルム巻き取り装置
   と、上記蒸発源とフィルム基板との間に配備された熱電
   子発生用のフィラメントと、このフィラメントとフィル
   ム基板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、上記真空槽内に所定の電気的状態を実現するた
   めの電源手段と、上記真空槽内と上記電源手段とを電気
   的に連結する導電手段とを有し、上記電源手段により上
   記フィラメントに対し上記グリッドが正電位となるよう
   にし、上記フィラメントと蒸発源との間に配備された複
   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、フィルム基板幅方向の膜厚分布補正を行うこと
   を特徴とする巻き取り式成膜装置。
5. 【請求項５】請求項４記載の巻き取り式成膜装置におい
   て、上記蒸発角度制限筒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ことを特徴とする巻き
   取り式成膜装置。
6. 【請求項６】請求項４記載の巻き取り式成膜装置におい
   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
   する巻き取り式成膜装置。
7. 【請求項７】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
   おいてフィルム基板を保持し上記蒸発源とフィルム基板
   表面が対向するように配置されたフィルム巻き取り装置
   と、上記蒸発源とフィルム基板との間に配備された熱電
   子発生用のフィラメントと、このフィラメントとフィル
   ム基板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、上記真空槽内に所定の電気的状態を実現するた
   めの電源手段と、上記真空槽内と上記電源手段とを電気
   的に連結する導電手段とを有し、上記電源手段により上
   記フィラメントに対し上記グリッドが正電位となるよう
   にし、上記蒸発源を、同一面積の蒸気吹き出し孔が半球
   面上にフィルム基板に到達するまでの距離が大きい面ほ
   ど数密度が増加するように複数配置された半球状の密閉
   型容器とし、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、フィルム基板幅方向
   の膜厚分布補正を行うことを特徴とする巻き取り式成膜
   装置。
8. 【請求項８】請求項７記載の巻き取り式成膜装置におい
   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型容器とし、フィルム基板に到達す
   るまでの距離が大きい面ほど蒸気吹き出し孔の孔径を大
   きくすることを特徴とする巻き取り式成膜装置。