(57)【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薄膜形成装置において、
上記蒸発分布補正用マスクは、上記蒸発源からの蒸発物質の蒸発分布を補正し、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し、膜組成を均一にする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薄膜形成装置において、
上記複数の開口部を持つ蒸発角度制限筒は、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して上記蒸発源からの蒸発物質の蒸発分布を補正し、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し、膜組成を均一にする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。
【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５２−２９９７１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】
次に解決手段の参考例として、参考例１の薄膜形成装置は、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、参考例１の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】
参考例２の薄膜形成装置は、参考例１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２０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２３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１２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、前述の参考例１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、参考例２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２９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、これにより参考例１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（Ａｒ）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１０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１０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２０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７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】  参考例１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】  参考例２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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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