(57)【要約】【課題】  スプレー熱分解法を利用した薄膜形成装置であって、板状基板表面に膜厚の均一性が良好な薄膜を形成する。【解決手段】  予め加熱された板状基板３の表面３ａに、原料溶液噴霧手段４から薄膜原料および有機溶剤を含む原料溶液の液滴２を噴霧し、表面３ａに薄膜を形成するにあたり、基板加熱手段６によって、板状基板３の表面３ａにおける単位面積あたりの、原料溶液の液滴の噴霧量に対応する温度分布を持つように、板状基板３を加熱する。【選択図】      図１
2005163079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜原料および有機溶剤を含む原料溶液とキャリアガスとの混合物を噴射し、板状基板の表面に原料溶液の液滴を噴霧する原料溶液噴霧手段と、原料溶液の液滴の噴霧量を制御する噴霧制御手段と、板状基板を加熱する基板加熱手段と、主にキャリアガスおよび有機溶剤の蒸発により生成するガスを外部に排気する排気手段とを含む薄膜形成装置において、
基板加熱手段は、
板状基板を加熱する加熱手段と、
板状基板の温度分布を検出する温度検出手段と、
温度検出手段の検出結果に基づいて、板状基板における単位面積あたりの原料溶液の噴霧量に応じて予め定められた温度分布を板状基板が持つように加熱手段の動作を制御する加熱制御手段と、
少なくとも板状基板および加熱手段を保持する保持手段とを含んで構成されることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】
基板加熱手段は、
板状基板を加熱する加熱手段と、
加熱手段によって発生する熱を板状基板に伝導する熱伝導手段と、
板状基板の温度分布を検出する温度検出手段と、
温度検出手段の検出結果に基づいて、板状基板における単位面積あたりの原料溶液の噴霧量に応じて予め定められた温度分布を持つように加熱手段の動作を制御する加熱制御手段と、
少なくとも板状基板、加熱手段および熱伝導手段を保持する保持手段とを含んで構成されることを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
【請求項３】
加熱手段は、
板状基板表面における原料溶液の単位面積あたりの噴霧量に略反比例する温度分布をもつように板状基板を加熱することを特徴とする請求項１または２記載の薄膜形成装置。
【請求項４】
加熱手段は、
平面図上で略円環形状を有する熱源を含んで構成されることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれかに記載の薄膜形成装置。
【請求項５】
略円環形状の熱源は、
同心円上に複数配置されることを特徴とする請求項４の記載の薄膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス基板などの板状基板の表面に薄膜を形成する技術として、従来からスプレー熱分解法が知られている（たとえば、非特許文献１参照）。スプレー熱分解法では、まず、薄膜原料を有機溶剤に溶解して原料溶液を調製する。この原料溶液を圧縮ガスと混合し、加熱された板状基板に向けて噴射すると、原料溶液の霧状の液滴が板状基板の表面に供給される。原料溶液の液滴は板状基板の表面で加熱され、液相である有機溶剤が蒸発、気化することによって、固相である薄膜原料が析出し、析出した薄膜原料が板状基板の表面に付着して成長し、薄膜が形成される。スプレー熱分解法は、常圧化学気相成長法（ＣＶＤ）などの他の化学的薄膜形成法に比べて、基板の加熱温度を低くしても成膜が可能であり、成膜速度が速く、装置の構造が簡単でメンテナンスの頻度が少ないといった利点を有する。
【０００３】
また、スプレー熱分解法に基づく薄膜形成装置が種々提案されている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。図８は、従来の薄膜形成装置１００の構成を模式的に示す透視側面図である。薄膜形成装置１００は、薄膜原料と有機溶剤とを含む原料溶液を板状基板１０１に向けて噴射し、原料溶液の液滴１０２を噴霧するための噴霧手段１０３と、原料溶液の噴霧量を制御するための噴霧制御手段１０４と、板状基板１０１を加熱するための加熱手段１０５と、加熱により原料溶液から蒸発する有機溶剤の蒸気などを外部に排気する排気手段１０６とを含んで構成される。さらに噴霧手段１０３は、原料溶液を貯留するための原料溶液貯留手段１０７と、原料溶液に混合されるキャリアガスを貯留するガス貯留手段１０８と、原料溶液とキャリアガスとを混合して板状基板１０１の表面に噴霧するスプレーノズル１０９とを含んで構成される。キャリアガスには、圧縮空気などが使用される。噴霧制御手段１０４は、スプレーノズル１０９のオンオフを制御するソレノイドバルブ１１０と、ソレノイドバルブ１１０によるスプレーノズル１０９の開閉を制御するバルブ制御手段１１１とを含んで構成される。加熱手段１０５は、板状基板１０１を加熱するためのヒータ１１２と、板状基板１０１およびヒータ１１２を保持するためのステージ１１３とを含んで構成される。板状基板１０１およびヒータ１１２を保持したステージ１１３は、図示しないベルトコンベアなどの搬送手段によって、スプレーノズル１０９の直下に搬送される。
【０００４】
薄膜形成装置１００によれば、まず、原料溶液貯留手段１０７から原料溶液が、またガス貯留手段１０８から圧縮気体が、それぞれスプレーノズル１０９に供給される。スプレーノズル１０９において原料溶液と圧縮気体とが混合され、ステージ１１３によって保持された板状基板１０１の表面１０１ａに噴射され、原料溶液の液滴１０２が噴霧供給される。板状基板１０１はヒータ１１２によって所望の温度に加熱されているので、噴霧された原料溶液の液滴１０２から有機溶剤が蒸発、気化し、薄膜形成原料が析出し、板状基板１０１の表面１０１ａに薄膜が形成される。有機溶剤の蒸気は排気手段１０６によって外部に排気される。この噴霧操作を複数回繰り返すことによって、所望の膜厚を有する薄膜を形成することができる。
【０００５】
このように、スプレー熱分解法に基づく薄膜形成装置１００においては、スプレーノズル１０９は、外部から搬送され所定の位置に保持される板状基板１０１の中央部の略真上に配置される。
【０００６】
ところで、平坦な板状物の中央部に向けてノズルから溶液を噴霧すると、ノズルの構造的な特徴によって、溶液の単位面積当りの噴霧量は、板状物の中央部では多く、端部では少なくなる。
【０００７】
したがって、従来の薄膜形成装置１００を用いて、板状基板１０１の表面１０１ａに薄膜を形成すると、スプレーノズル１０９の位置および構造的な特徴から、板状基板１０１の中央部には、表面１０１ａに対して垂直方向に盛り上がった薄膜が形成され、板状基板１０１の端部には、中央部の薄膜よりも膜厚が小さい薄膜が形成される。薄膜形成装置１００を用いて、板状基板１０１の表面１０１ａの全面に膜厚の均一な薄膜を形成することは非常に困難である。薄膜形成装置１００は、特に、均一な薄膜を形成することが要求される反射防止膜の形成などには適しない。
【０００８】
板状基板１０１の中央部を中心にして薄膜を形成した後、板状基板１０１を、その端部がスプレーノズル１０９の直下になる位置に移動させ、再度原料溶液の噴霧を行い、薄膜の膜厚を調整する方法も考えられる。しかしながら、そのような方法は、工程数の増加、原料コストの増加を生み、しかも得られる薄膜の均一性は充分満足の行くものではない。
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−１３００９７号公報
【特許文献２】特開２００１−２６８８５号公報
【非特許文献１】機能材料  ２０００年３月号  Ｖｏｌ．２０  Ｎｏ．３（ｐ．５−７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、板状基板の全面に、膜厚の均一な薄膜を形成することができる薄膜形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、薄膜原料および有機溶剤を含む原料溶液とキャリアガスとの混合物を噴射し、板状基板の表面に原料溶液の液適を噴霧する原料溶液噴霧手段と、原料溶液の液滴の噴霧量を制御する噴霧制御手段と、板状基板を加熱する基板加熱手段と、主にキャリアガスおよび有機溶剤の蒸発により生成するガスを外部に排気する排気手段とを含む薄膜形成装置において、
基板加熱手段が、
板状基板を加熱する加熱手段と、
板状基板の温度分布を検出する温度検出手段と、
温度検出手段の検出結果に基づいて、板状基板における単位面積あたりの原料溶液の噴霧量に応じて予め定められた温度分布を板状基板が持つように加熱手段の動作を制御する加熱制御手段と、
少なくとも板状基板および加熱手段を保持する保持手段とを含んで構成されることを特徴とする薄膜形成装置である。
【００１２】
また本発明の薄膜形成装置は、
基板加熱手段が、
板状基板を加熱する加熱手段と、
加熱手段によって発生する熱を板状基板に伝導する熱伝導手段と、
板状基板の温度分布を検出する温度検出手段と、
温度検出手段の検出結果に基づいて、板状基板における単位面積あたりの原料溶液の噴霧量に応じて予め定められた温度分布を持つように加熱手段の動作を制御する加熱制御手段と、
少なくとも板状基板、加熱手段および熱伝導手段を保持する保持手段とを含んで構成されることを特徴とする。
【００１３】
さらに本発明の薄膜形成装置は、
加熱手段が、板状基板表面における原料溶液の単位面積あたりの噴霧量に略反比例する温度分布をもつように板状基板を加熱することを特徴とする。
【００１４】
さらに本発明の薄膜形成装置は、
加熱手段が、平面図上で略円環形状を有する熱源を含んで構成されることを特徴とする。
【００１５】
さらに本発明の薄膜形成装置は、
略円環形状の熱源が、同心円上に複数配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、薄膜原料および有機溶剤を含む原料溶液とキャリアガスとの混合物を噴射し、板状基板の表面に原料溶液の液適を噴霧する原料溶液噴霧手段と、原料溶液の液滴の噴霧量を制御する噴霧制御手段と、板状基板を加熱する基板加熱手段と、主にキャリアガスおよび有機溶剤の蒸発により生成するガスを外部に排気する排気手段とを含む薄膜形成装置において、基板加熱手段が、板状基板を加熱する加熱手段と、板状基板の温度分布を検出する温度検出手段と、温度検出手段による検出結果に基づいて、板状基板における単位面積あたりの原料溶液の噴霧量に応じて予め定められた温度分布を板状基板が持つように加熱手段の動作を制御する加熱制御手段と、少なくとも板状基板および加熱手段を保持する保持手段とを含む薄膜形成装置が提供される。
【００１７】
このような本発明の薄膜形成装置を用いれば、原料溶液の噴霧手段がスプレーノズルであっても、スプレーノズルの構造的な特徴に影響されることなく、板状基板表面の全面に、膜厚の均一な薄膜を形成できる。したがって、本発明の薄膜形成装置は、薄膜全般、特に反射防止膜などの形成に好適に使用できる。
【００１８】
本発明者の研究によれば、スプレー熱分解法において、加熱された板状基板表面における薄膜形成速度は、板状基板表面の温度に依存することが判明した。すなわち、板状基板表面の温度と薄膜形成速度は正比例し、温度が高くなると、薄膜形成速度は速くなり、形成される薄膜の量も多くなる。従来の薄膜形成装置において、ヒータなどの加熱手段は、板状基板を保持するステージの表面の中央部に一定方向に組み込まれて固定される。この上に板状基板を載置すると、板状基板の加熱手段に近い中央部ほど温度が高くなり、板状基板の端部では、相対的に加熱手段から遠ざかり、放熱が起こり易いことなどによって、中央部よりも温度が低くなる。したがって、従来の薄膜形成装置では、板状基板の全面をほぼ同じ温度に制御することは非常に困難であり、これに加えて原料溶液の噴霧量が噴霧手段の構造的な特徴から局所的に異なることによって、板状基板に形成される薄膜は、中央部が板状基板の表面に対する垂直方向に盛り上がり、端部の膜厚が薄い山型になる。これに対し本発明では、板状基板を、原料溶液の噴霧量に対応するような温度分布を持つように板状基板を加熱することによって、板状基板全面に膜厚の均一な薄膜を形成することができる。
【００１９】
また本発明によれば、前述の基板加熱手段において、板状基板と加熱手段との間に、熱伝導手段を設け、板状基板を加熱手段によって直接加熱するのではなく、熱伝導手段を介して加熱することによって、板状基板全面の温度制御をさらに容易に実現することができる。したがって、膜厚が均一な薄膜を一層容易に形成することができる。
【００２０】
また本発明によれば、板状基板表面における原料溶液の単位面積あたりの噴霧量に応じた温度分布を持つように、板状基板を加熱するにあたり、噴霧量に略反比例するように加熱することによって、膜厚の均一性がさらに向上した薄膜を形成することができる。より具体的には、たとえば、板状基板の噴霧量の多い中央部の温度が、噴霧量が少ない板状基板端部の温度よりも相対的に低くなるように、板状基板を加熱すればよい。
【００２１】
また本発明によれば、前述の加熱手段において、略円環形状の熱源を用いることによって、原料溶液の噴霧量が相対的に少ない板状基板端部の温度を、噴霧量が相対的に多い板状基板中央部の温度よりも高くする温度制御を精度良くかつ容易に実施することができる。さらに、円環形状の熱源は構造的にも複雑なものではなく、簡単な構造なので、低いコストで実現することができ、工業的にも有利である。
【００２２】
また本発明によれば、前述の加熱手段において、略円環形状の熱源を、同心円上に複数配置することによって、板状基板の温度制御を一層精密に実施できるので、形成される薄膜の膜厚を一層均一にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は、本発明の実施の第１形態である薄膜形成装置１の構成を模式的に示す透視側面図である。図２は、図１に示す薄膜形成装置１およびそれに付属して設けられる基板搬送手段の外観を概略的に示す斜視図である。
【００２４】
薄膜形成装置１は、薄膜原料および有機溶剤を含む原料溶液とキャリアガスとの混合物を噴射し、板状基板３の表面３ａに原料溶液の液滴２を噴霧する原料溶液噴霧手段４と、原料溶液の液滴２の噴霧量を制御するための噴霧制御手段５と、板状基板３を加熱するための基板加熱手段６と、キャリアガス、加熱により原料溶液から蒸発する有機溶剤の蒸気などを外部に排気する排気手段７とを含んで構成される。
【００２５】
原料溶液噴霧手段４は、原料溶液を貯留する原料溶液貯留手段８と、キャリアガスを貯留するキャリアガス貯留手段９と、原料溶液とキャリアガスとを混合し、得られる混合物を板状基板３に向けて噴射し、原料溶液の液滴２を板状基板３の表面３ａに噴霧する噴霧手段１０とを含んで構成される。
【００２６】
原料溶液貯留手段８に貯留される原料溶液に含まれる薄膜原料としては特に制限されず、公知の薄膜原料を用いることができ、たとえばチタン薄膜を形成する場合には、テトラ−ｉｓｏ−プロポキシドチタン、テトラ−ｎ−プロポキシチタン、テトラ−ｎ−ブトキシチタン、テトラ−ｉｓｏ−ブトキシチタンなどのチタンアルコキシド類を用いることができる。原料溶液貯留手段８には、この分野で常用されるものを使用でき、たとえば、原料溶液に対して不活性であり、原料溶液に不純物などを溶解させることがない材料からなる容器が挙げられる。
【００２７】
キャリアガス貯留手段９には、キャリアガスが圧縮されて高圧ガスになることから、耐圧性でかつキャリアガスに不純物などを与えることのない材料からなる一般的な耐圧容器が用いられる。キャリアガスには、空気、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガスなどを使用できるけれども、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガスなどの薄膜原料、板状基板などに対して不活性な気体が好ましく、窒素ガスが特に好ましい。キャリアガスの流量は、原料溶液に含まれる薄膜原料および有機溶剤の種類、キャリアガスそのものの種類、噴射手段１０の構造・形状などに応じて広い範囲から適宜選択できるけれども、形成される薄膜の膜厚の均一性を一層向上させることなどを考慮すると、原料溶液の液滴２の直径が数十〜１００μｍ程度になるような流量を選択すればよい。
【００２８】
噴射手段１０には、たとえば、スプレーノズルなどの各種ノズルが用いられる。スプレーノズルは市販品を使用することができ、たとえば、商品名ＳＴＡ−６Ｒ（扶桑精機株式会社製）などが挙げられる。原料溶液とキャリアガスとの混合物の噴射は、必要に応じて、複数回実施することができる。このとき、噴霧と次の噴霧との間隔は、噴霧によって板状基板３の表面３ａの温度が低下すること、原料溶液の液滴２が板状基板３の表面３ａで加熱され、キャリアガス、液滴２中の有機溶剤が蒸発して生成するガスなどによって以後の薄膜形成が影響を受けるのを防ぐために、これらのガスを排気手段７によって外部に排気することなどを考慮して、充分な間隔を開けるのが好ましい。
【００２９】
原料溶液噴霧手段４においては、予め薄膜原料を適当な有機溶剤に溶解して得られる原料溶液を原料溶液貯留手段８に貯留し、また高圧縮されたキャリアガスをキャリアガス貯留手段９に貯留し、各貯留手段８，９から原料溶液およびキャリアガスを噴霧手段１０に供給する。噴霧手段１０に供給される原料溶液およびキャリアガスはそこで混合され、得られる混合物は噴霧手段１０から板状基板３の表面３ａに向けて噴射される。これによって、原料溶液の液滴２が板状基板３の表面３ａに噴霧される。原料溶液の液滴２は、板状基板３の表面３ａで分解反応を起こして有機溶剤が蒸発し、ガス化することにより、液相から固相に変化し、板状基板３の表面３ａ上に薄膜が形成される。
【００３０】
噴霧制御手段５は、噴霧手段１０を開閉し、噴霧手段１０による原料溶液とキャリアガスとの混合物の噴射のオンオフを制御するソレノイドバルブ１１と、ソレノイドバルブ１１の動作を制御することによって、原料溶液とキャリアガスとの混合物の噴射を制御するバルブ制御装置１２とを含んで構成される。噴霧制御手段５では、後述する基板搬送手段２７によって板状基板３が装置１内に搬送され、所定の位置に載置されると、バルブ制御装置１２がソレノイドバルブ１１に指令を出し、ソレノイドバルブ１１が噴霧手段１０を開放し、原料溶液とキャリアガスとの混合物が板状基板３の表面３ａに向けて噴射される。そして、板状基板３の表面３ａに、所望の膜厚の薄膜が形成された後、バルブ制御装置１２がソレノイドバルブ１１に指令を出し、ソレノイドバルブ１１が噴霧手段１０を閉塞し、原料溶液とキャリアガスとの混合物の噴射が停止する。
【００３１】
基板加熱手段６は、板状基板３を加熱する加熱手段１３と、加熱手段１３によって発生する熱を板状基板３に伝導する熱伝導手段１４と、板状基板３の表面３ａの温度分布を検出する温度検出手段１５と、温度検出手段１５の検出結果に基づいて、板状基板３における単位面積あたりの原料溶液の噴霧量に応じて予め定められた温度分布を板状基板３が持つように加熱手段１３の動作を制御する温度制御手段１６と、少なくとも板状基板３および加熱手段１３を保持する保持手段１７とを含んで構成される。
【００３２】
図３（ａ）および図３（ｂ）は、加熱手段１３、熱伝導手段１４および保持手段１７の構成を概略的に示す透視平面図および透視側面図である。
【００３３】
加熱手段１３は、保持手段１７の表面１７ａに形成された凹所に配置される。加熱手段１３は、略円環形状に形成され、同心円状に設けられた複数の加熱部材１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄを含んで構成され、凹所底面に敷設される。加熱部材１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄは、それぞれ独立して温度制御手段１６に接続されており、板状基板３の表面３ａの温度分布を検出する温度検出手段１５の検出結果に基づいて、温度制御手段により別個に温度管理される。これによって、板状基板３の表面３ａに、同心円状の温度分布を持たせることができる。加熱部材１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄには、たとえば、ニクロム線などの抵抗体からなるヒータが用いられる。
【００３４】
熱伝導手段１４は、保持手段１７の表面１７ａに形成された凹所において、加熱手段１３の上層に設けられ、板状基板３に接する面１４ａには、板状基板を吸着保持するための複数の吸着孔１８，１９，２０，２１，２２が形成され、これらは熱伝導手段１４の内部で吸引管２４に接続され、吸引管２４は、熱伝導手段１４と保持手段１７とが接する部分において、保持手段１７の側に設けられたパイプ２３に接続され、さらにパイプ２３は図示しない真空吸引装置に接続される。板状基板３は、吸引孔１８，１９，２０，２１，２２によって熱伝導手段１４に吸着保持されるので、搬送中および薄膜の形成中に板状基板３が熱伝導手段１４の表面１４ａから脱落するのが防止され、熱伝導手段１４から板状基板３への熱の授受を確実に行うことができる。熱伝導手段１４としては、吸着孔１８，１９，２０，２１，２２および吸引管２４の形成が容易で、加熱手段１３から発生する熱を図示しない板状基板に効率良く伝導することができ、かつ板状基板への不純物の拡散を高い割合で排除できる材料からなるものが好ましく、たとえば、カーボン製のサセプタなどが挙げられる。
【００３５】
温度検出手段１５は、熱伝導手段１４および保持手段１７の表層に配置され、板状基板３の表面３ａの温度分布を検知するセンサ２５と、センサ２５からの信号を検出結果として温度制御手段１６に伝達する検出器２６とを含んで構成される。センサ２５によって検知された板状基板３の表面３ａの温度分布情報は、検出器２６を介して温度制御手段１６に伝達される。
【００３６】
温度制御手段１６は、温度検出手段１５と、加熱部材１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄとに電気的に接続される。温度制御手段１６は、温度検出手段１５から板状基板３の温度分布情報を受け、その情報に基づいて、加熱部材１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄを別個に制御し、板状基板３の温度分布を、板状基板３における単位面積あたりの原料溶液の噴霧量に応じて予め定められた温度分布に調整することができる。加熱部材１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄがヒータであれば、温度制御手段１６が、温度検出手段１５の測定結果に基づいて、各ヒータに流れる電流値を調整し、ヒータ毎に加熱温度が制御される。その結果、板状基板表面３ａの温度分布のばらつきが所定の範囲内に制御され、形成される薄膜の膜厚が略均一になるように調整される。
【００３７】
保持手段１７は、その表面１７ａに形成された凹所内に、加熱手段１３および熱伝導手段１４を保持するものであり、熱伝導手段１４に接する凹所の一側面にはパイプ２３が設けられる。パイプ２３は、一端が熱伝導手段１４内に形成された吸引管２４に接続され、他端が図示しない真空吸引装置に接続される。
【００３８】
このような構成を有する基板加熱手段６によれば、熱伝導手段１４の表面１４ａに載置された板状基板３は、熱伝導手段１４の表面に形成された吸着孔１８，１９，２０，２１，２２によって吸着保持され、加熱部材１３、熱伝導手段１４、温度検出手段１５および温度制御手段１６によって、その表面の温度分布が、板状基板３における単位面積あたりの原料溶液の噴霧量に応じて予め定められた温度分布に調整される。
【００３９】
排気手段７は、板状基板３に向けて噴射されるキャリアガスおよび原料溶液の液滴２が板状基板３の表面３ａで加熱され、その中に含まれる有機溶剤が蒸発して生成するガスを外部に排気するために設けられる。排気手段７には、一般的な排気装置を用いることができる。排気手段７は常に動作させておいてもよいけれども、排気により発生する気流が、原料溶液の液滴２の噴霧量に影響を及ぼすことがあるので、噴霧動作中には停止するのが好ましい。
【００４０】
また、図２に示すように、薄膜形成装置１に付随して、板状基板３を薄膜形成装置１内に搬送するための基板搬送手段２７が設けられる。板状基板３は、基板加熱手段６に載置された状態で、基板搬送手段２７の上に載置される。基板搬送手段２７には、たとえば、ベルトコンベアが用いられる。板状基板３は、基板搬送手段２７によって矢符２８の方向に移動して薄膜形成装置１内に搬送され、薄膜が形成された後、再び基板搬送手段２７によって外部へ排出される。
【００４１】
図４は、噴射手段１０としてスプレーノズルを用いた場合の、板状基板３の表面３ａの各部における単位面積あたりの原料溶液液滴２の噴霧量を示すグラフである。図２から明らかなように、噴射手段１０の略直下に位置する板状基板３の中央部における噴霧量はｂ１であり、中央部から端部に近づくにつれて噴霧量は徐々に少なくなり、板状基板３の端部ではｂ２になる。原料溶液の液滴２の噴霧量は、原料溶液に含まれる薄膜原料の種類および濃度、有機溶剤の種類、キャリアガスの流量、噴霧手段１０の構造、噴霧手段１０から板状基板３の表面３ａまでの距離などの各種条件に応じて変化するけれども、板状基板３の中央部における噴霧量は、常に、端部の噴霧量よりも多くなる。したがって、噴霧量に影響を及ぼす各条件の値を決定した後、噴霧を行い、板状基板３の表面３ａにおける各部分の噴霧量を測定し、噴霧量を予め決定しておくことが必要になる。
【００４２】
図５は、板状基板３の表面３ａの温度と、板状基板３の表面３ａにおける薄膜形成速度との関係を示すグラフである。図５から明らかなように、板状基板３の表面３ａの温度がｔ１の時、薄膜形成速度はａ１であり、また板状基板３の表面３ａの温度がｔ２の時、薄膜形成速度はａ２である。そして、ｔ１＞ｔ２およびａ１＞ａ２である。すなわち、板状基板の表面温度と、形成される薄膜の膜厚は略正比例の関係にある。したがって、板状基板３の表面３ａの温度分布を、板状基板３の単位面積あたりの予め定められた原料溶液の液滴の噴霧量に反比例するように調整することによって、膜厚が一層均一な薄膜を形成できる。なお、図５においては、各基板温度で形成される薄膜の膜厚を薄膜形成速度の指標とし、相対的な薄膜形成速度を示すものである。また、ｔ１，ｔ２，ａ１およびａ２の値は、原料溶液における薄膜原料の種類および濃度、有機溶剤の種類、原料溶液の液滴の噴霧量、板状基板の温度などの各種条件によって変化するので、これらの条件を一定の値に設定した後、実際に噴霧を行って、事前に求めればよい。
【００４３】
図６は、基板加熱手段６によって板状基板３を加熱した時の、板状基板３の表面３ａの温度分布を示すグラフである。図６のグラフにおいて、縦軸は基板表面温度を示し、横軸は、その中央に基板中央部を配し、基板中央部から両端部への距離を相対的に示す。基板中央部の略真上には、図示しないスプレーノズルが設けられ、原料溶液とキャリアガスとの混合物が噴射される。図６から、基板加熱手段６によって加熱された板状基板３は、その中央部の表面温度がＴであり、中央部から両端部に近づくにつれて表面温度が緩やかに上昇し、両端部ではＴ＋ΔＴまで表面温度が上昇することが判る。
【００４４】
図６に示されるΔＴは、図４において示される板状基板３の中央部の噴霧量（ｂ１）および端部の噴霧量（ｂ２）、ならびに図５において示される板状基板３の表面３ａの温度と形成される薄膜の膜厚（表面温度ｔ１の時膜厚ａ１、表面温度ｔ２の時膜厚ａ２）に基づき、次の数式によって決定することができる。
ΔＴ＝〔（ａ１／ｒ）−ａ１〕×〔（Ｔ２−Ｔ１）／（ａ２−ａ１）〕
〔式中、ｒ＝ｂ１／ｂ２である。〕
【００４５】
したがって、上記数式に基づいてΔＴを決定し、板状基板３の中央部の表面温度がＴ、板状基板３の端部の表面温度がＴ＋ΔＴになるように、基板加熱手段６によって加熱を行えば、均一な膜厚の薄膜を形成することができる。板状基板３の中央部と端部との間の加熱は、適宜補完すればよく、たとえば直線補完を行えばよい。
【００４６】
なお、上記においては、板状基板３の中央部および端部における最適表面温度を決定しているけれども、より均一な膜厚の薄膜を得るために、中央部と端部との間の中間部分でも同様の手法で最適表面温度を算出し、加熱を制御してもよい。
【００４７】
以下に、図１および図２に基づいて、薄膜形成装置１による板状基板３の表面３ａへの薄膜形成の動作を説明する。まず、薄膜形成装置１において、原料溶液噴霧手段４による原料溶液の液滴２の噴霧量を決定し、板状基板３の表面３ａにおける表面温度と形成される薄膜の膜厚との関係を求め、板状基板３の表面３ａに、膜厚の均一な薄膜を形成するのに最適な表面温度分布を設定する。次に、基板搬送手段２５によって、基板加熱手段６に載置された板状基板３を薄膜形成装置１内に搬送し、板状基板３の中央部が原料溶液噴霧手段４の直下に来るように板状基板３の位置を調整し、真空吸引により板状基板３を基板加熱手段６上に固定し、予め定められた表面温度分布になるように加熱する。この加熱された板状基板３に、原料溶液噴霧手段４から原料溶液の液滴を噴霧し、板状基板３の表面３ａに薄膜を形成する。薄膜が形成された板状基板３は、基板搬送手段２５によって外部へ排出される。
【００４８】
本実施の形態では、図５に示すように、基板加熱手段６において、板状基板３を加熱するための熱を発生する加熱手段１３は、略円環形状に形成され、同心円状に設けられた複数の加熱部材１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄを含んで構成されるけれども、それに限定されることなく、１個の略円環形状の加熱部材から構成されてもよい。図７（ａ）および（ｂ）は、本発明の薄膜形成装置における別形態の基板加熱手段２９の構成を概略的に示す透視平面図および透視側面図である。基板加熱手段２９は、加熱手段３０以外は基板加熱手段６と同一の構成を有するので、同一の参照符号を付し、説明を省略する。また、熱伝導手段１４に形成される吸着孔および吸着管、温度検出手段１５、温度制御手段１６ならびに保持手段１７に設けられるパイプについては図示を省略する。基板加熱手段２９は、加熱手段３０が、１個の略円環形状の加熱部材から構成されることを特徴とする。加熱手段３０は、熱伝導手段１４の上に載置される板状基板３の外周部の下方に配置され、板状基板３の端部を主に加熱する。これによって、板状基板３の表面３ａにおいては、中央部の温度が低く、端部の温度が高い温度分布が実現される。このような基板加熱手段２９は、たとえば、反射防止膜ほどの精密な膜厚の均一性が要求されない薄膜の形成に好適に使用できる。基板加熱手段２９は、基板加熱手段６よりもさらに構造が簡略化されるので、工業的に有利である。
【００４９】
本実施の形態では、薄膜形成装置１に付随して設けられる基板搬送手段２５にはベルトコンベアが用いられるけれども、他の公知の移動方式を用いてもよく、たとえば、ウォーキングビーム方式などが挙げられる。
【００５０】
本発明の薄膜形成装置を用いれば、たとえば、酸化チタン膜、酸化スズ膜、硫化スズ、酸化インジウム膜、ＩＴＯ膜などの薄膜を容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の第１形態である薄膜形成装置の構成を模式的に示す透視側面図である。
【図２】図１に示す薄膜形成装置およびそれに付属して設けられる基板搬送手段の外観を概略的に示す斜視図である。
【図３】図１に示す薄膜形成装置における加熱手段、熱伝導手段および保持手段の構成を概略的に示す透視平面図および透視側面図である。
【図４】板状基板表面の各部における単位面積あたりの原料溶液の噴霧量を示すグラフである。
【図５】板状基板における表面温度と薄膜形成速度との関係を示すグラフである。
【図６】図１に示す薄膜形成装置において板状基板を加熱した時の、板状基板表面の温度分布を示すグラフである。
【図７】本発明の薄膜形成装置における別形態の基板加熱手段の構成を概略的に示す透視平面図および透視側面図である。
【図８】従来の薄膜形成装置の構成を模式的に示す透視側面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  薄膜形成装置
２  原料溶液の液適
３  板状基板
３ａ  板状基板の表面
４  原料溶液噴霧手段
５  噴霧制御手段
６，２９  基板加熱手段
７  排気手段
８  原料溶液貯留手段
９  キャリアガス貯留手段
１０  噴霧手段
１１  ソレノイドバルブ１１
１２  バルブ制御装置
１３，３０  加熱手段
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ  加熱部材
１４  熱伝導手段
１４ａ  熱伝導手段表面
１５  温度検出手段
１６  温度制御手段
１７  保持手段
１７ａ  保持手段表面
１８，１９，２０，２１，２２  吸着孔
２３  パイプ
２４  吸引管
２５  センサ
２６  検出器
２７  基板搬送手段
２８  矢符
【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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