专利名称：衬底上薄膜的制作方法
技术领域：
本发明涉及到采用成膜方法来改善薄膜在衬底上的形成，此成膜方法以称为激光烧蚀方法的，或在激光是脉冲激光的情况下称为PLD(脉冲激光淀积)方法的激光蒸发方法为代表。
背景技术：
上述的激光蒸发方法特别是在研究层级上被广泛地使用，以便形成许多不同材料的薄膜，这些不同的材料包括氧化物铁电物质、绝缘体、导电的氧化物、氧化物超导体、氧化物磁性材料等。这是因为它具有许多优点且非常有前景。
图7示出了用于此方法的设备的基本构造例子，用来首先解释其基本情况，激光束LB从外部通过激光束引导窗口被照射到位于淀积工作室13内的一个或多个靶12上，利用真空抽气机14，工作室的内部被抽真空到规定的真空度。此时，激光束LB照射于其上的靶表面附近的构成靶的材料就蒸发(烧蚀)，此靶材料以称为羽烟15的烟雾状的形式弥散，这是蒸发材料沿垂直于靶的方向延伸且大致中心对称地绕此法线扩展的光激发状态，靶材料从而被淀积在衬底夹具21支持的衬底11上。若有需要，可以将气体Gs引入到淀积工作室中；例如，通常引入氧来形成氧化物，或引入氮来形成氮化物。此外，若有需要，典型地用提供在衬底夹具21上的加热器16对衬底11进行加热。
利用这种激光蒸发方法，仅仅光入射于其上的那些靶部分才被局部地烧蚀，故希望存在靶材料的化合物状态直接反映到淀积在衬底上的化合物状态的倾向。此外，存在着这样的优点，即引入在工作室中的氧或其它气体的压力的最佳数值能够在从低真空到高真空的广阔范围内被非常容易地选择。通常与这一技术进行比较的一种成膜方法是溅射方法，但这要求在工作室中引入放电，其中的主要气体因而是氩。因此，即使氧被引入，压力的可变范围也窄，且若目的是形成氧化物膜，常常无法选择适当的条件。实际上，例如用激光蒸发方法产生的氧化物超导体具有等效于本体物理性质的临界转换温度TC，并在形成铁电物质薄膜的情况下，其极性数值大，并且结构上致密，泄漏电流小，故常常能够得到优异的薄膜特性。
以这种方式，激光蒸发方法具有许多优异的优点，例如形成的薄膜优越的物理性质控制和特性，能够产生各种类型薄膜的良好通用性等，但仍然有一些问题待解决。这是一些与形成的薄膜的厚度均匀性有关的问题，其中，形成在衬底上的薄膜的厚度分布迄今存在着明显的变化范围。这是因为如上所述羽烟15沿几乎垂直于靶的方向由激光照射到靶上的束斑(靶束斑)组成，故在对应于沿羽烟15中心线的区域的衬底部分处，淀积量最大，离开中心线则淀积迅速地减小。衬底表面积越大，这一缺点自然更明显，故目前的情况是完全不适合于在大的表面积上成膜。
实际上，为了解决这一缺点，过去已经提出了各种改进方法，例如移动或转动衬底、相对于衬底扫描激光束等。但如代表性的现有技术文献那样，即使文献1JP-Hei-5-255842A和文献2JP-Hei-11-246965A以及其它文献已经演示了一些改进，但仍然没有得到满意的结果，且虽然较前文献中的膜厚度分布的起伏范围是10％或以下，但难以将其降低到1-2％的范围，即使在较后文献中也仅仅约为6％，故尚未得到均匀的膜厚度。
得到均匀的膜厚度分布，自然是一个不仅在PLD方法中而且在上述的溅射方法以及其它成膜方法中要解决的问题。
发明内容
为了达到上述目的，提出了本发明，作为一种利用激光蒸发方法在衬底上成膜的方法，其中，激光束被照射在位于抽真空的淀积工作室中的靶上，致使被激光束照射的靶表面部分中的靶材料蒸发，且蒸发的靶材料被淀积在淀积工作室中的由衬底夹具支持的衬底的表面上，在开始在衬底上制造能够提供最终使用的薄膜(产品薄膜)的主要步骤之前，在预备步骤中，预先得到有关淀积在用来收集固定照射时间内的信息制备的测试衬底上的膜厚度的信息，同时在其中测试衬底与激光束在靶上的入射点的空间位置之间存在着固定位置关系的情况下，将激光束照射在靶上，或者是作为替换在旋转衬底的情况下将激光束照射在靶上，然后，在主要步骤中，根据在预备步骤中预先得到的膜厚度分布信息而调整各个相对位置关系处的淀积时间，同时在空间上移动衬底或相对于激光束到靶的入射点绕特定的旋转中心轴在空间上转动衬底或衬底夹具，或同时进行相对旋转和相对移动。注意，在预备步骤中，若用测试衬底与激光束在靶上的入射点之间的固定位置关系本身的变化多次收集预先得到的这一膜厚度分布信息，则有可能在主要步骤中得到更精确的膜厚度控制。
此处，若位置关系(布局)是从靶蒸发的羽烟的中心线不与衬底相交，则在本发明的应用中常常是优选的。
此外，淀积时间的调整可以基于激光束辐照时间的调整，或可以基于连续旋转衬底时的旋转速度的调整和当执行衬底相对运动时的运动速度的调整中的一个或二者。
注意，典型地借助于绕其中心旋转衬底或衬底夹具来达到上述的相对旋转，但也可以借助于整体移动衬底或衬底夹具(或亦即绕特定轴在空间上旋转激光束入射点)来达到，但这会使设备结构的尺寸变大。也可以借助于改变激光束的光路以及移动靶上入射点的空间位置来得到相对移动。在后一情况下，当移动的范围大时，靶本身当然也必须与激光束的可变光路一起被移动。这是因为若激光束不一直照射在靶上就毫无意义。相反，若移动的范围小，则靶可以保持固定。激光束的光路在这样的范围内改变，在此范围内保持以其空间上固定的位置入射到靶。
而且，为了防止所谓的靶的局部“挖掉”，即使在激光束入射点的空间位置被固定的情况下，在淀积过程中，靶也在包含靶的平面内被移动。
可以采用多个照射在靶上的激光束，也可以是多个靶，其中至少一个或多个激光束照射在各个多个靶之一上，且不是一个而是多个衬底可以被衬底夹具支持，并在各种情况下能够遵从上述本发明的成膜方法的基本构造。
由于如上所述在预备步骤中引入的技术，发现本发明也可应用于其它的膜蒸发技术，亦即电阻蒸发、电子束蒸发、离子束蒸发、溅射蒸发等。亦即，一般地说，在其中执行蒸发，同时淀积工作室中的衬底或支持衬底的衬底夹具被移动或相对于淀积材料源绕特定的旋转轴旋转，或同时执行相对旋转和相对移动的在衬底上成膜的方法中，利用本发明，在预备步骤中，预先同时在测试衬底与淀积材料供应源上的参考点的空间位置之间存在着固定位置关系或同时旋转测试衬底的状态下，得到有关淀积在用来收集固定材料供应时间内的信息制备的测试衬底上的膜厚度的信息，然后在主要步骤中，根据预备步骤中预先得到的膜厚度分布信息，调整各个相对位置关系处的材料供应时间，同时相对于淀积材料供应源空间上移动或绕旋转的特定中心轴旋转衬底或衬底夹具，或同时执行相对旋转和相对移动二者。
此处，最好也利用在测试衬底与淀积材料供应源之间的位置关系本身的变化来多次收集膜厚度分布的信息。
图1(A)是实现本发明方法的设备的一个实施方案的示意结构图。
图1(B)是用来说明形成在衬底上的薄膜内的膜厚度平面分布的解释图。
图2(A)是在采用本发明的实施方案1的预备步骤中得到的膜厚度分布的曲线。
图2(B)是相似的膜厚度分布曲线，示出了借助于改变预备步骤中的条件而得到的另一膜厚度分布。
图2(C)是由于采用根据预备步骤中得到的膜厚度分布信息的本发明而得到的膜厚度分布曲线。
图3(A)是膜厚度分布曲线，示出了在采用本发明的另一制造例子的预备步骤中得到的膜厚度分布信息的多个曲线。
图3(B)是在此另一实施方案中采用本发明得到的膜厚度分布曲线。
图4是其中本发明的方法被应用于激光蒸发方法之外的蒸发方法的实施方案的示意结构图。
图5是适合于实现本发明方法的设备系统的结构例子。
图6是适合于实现本发明方法的设备系统的另一结构例子。
图7是示意结构图，示出了采用典型的激光蒸发方法来形成衬底上的薄膜的设备的构造的熟知的基本例子。
具体实施例方式
下面参照附图来详细地描述本发明。
图1(A)仅仅示出了先前所述抽真空的淀积工作室内的结构，但此淀积工作室在本图中未示出。确切地说，与激光束LB和其上照射激光束LB的靶12之间的相对位置关系的一般化例子一起，示出了衬底11和夹持衬底的衬底夹具21。
在所示情况下，假设衬底11具有典型的圆晶片形状，但不一定要如此。此外，夹持衬底11的衬底夹具21可以具有根据现有技术的构造，并可以采取夹持一个大衬底11的形式，或如图中虚线所示，可以是在规定的布局中夹持多个比较小的衬底11的形式。
对于面对衬底11的靶12，其表面(亦即包含此靶12的平面F)不必平行于包含衬底的平面Sf，而是利用本发明在激光蒸发可应用于大衬底11的情况下(即使在多个衬底的情况下，由于使衬底的数目大而使总的表面积大)，图中所示倾斜的布局是典型的，致使激光束LB的光路不受此衬底11的阻碍。
下面为了简单起见，假设激光束LB是典型的脉冲激光，且相应地假设激光蒸发方法具体是上述的PLD方法来继续描述，但若预先描述位置关系，则激光束LB以任意角度被入射到靶12。然而，由靶材料的蒸发所形成的上述羽烟15(图7)被假设为在激光束入射点To处大致沿垂直于靶的方向延伸。换言之，不管激光束LB的入射角如何，羽烟15的中心线都典型地垂直于或几乎垂直于靶表面。
如图所示，令θ为在此靶入射点To处激光束LB与靶表面之间的角度(称为入射角)，并令ρ为从激光束入射点To(空间上占据特定的位置)出发垂直于靶12的线与包含此衬底11的平面Sf相交的点。于是能够认为矢量ra从此点ρ向靶12的激光束入射点To延伸。在此文献中，符号“ra”用简单的下标来表示，且虽然这不同于平常数学标注中的向量标注，但这仅仅是为了便于标注。
在此情况下，衬底11是圆的，故当沿平面内的二维方向安置x轴和y轴，且沿其垂直方向安置z轴时，此圆衬底11的中心被假设为原点o(0，0，0)，上述的点ρ因而处于坐标(X，Y，0)处。在所示的情况下，此点ρ与衬底11的表面相交，但实际上，也可以处于不与衬底11相交的衬底11的外面，只要它位于包含衬底11的平面Sf上即可。简而言之，相对位置关系可以是使激光束LB照射的靶入射点To处的法线不必与衬底11相交，而是与包含衬底11的平面Sf相交，但在衬底11的外面。实际上，这种布局常常提供更好的结果。
现在假设以一组坐标(X，Y)表示的一种任意布局，选择矢量ra和角度θ，首先，在衬底11不旋转的条件下，同时考虑图1(B)所示的平面示意图来继续描述。当采用PLD方法时，仅仅假设迄今所用的技术，在各个特定的温度条件、激光能量、暴露时间、真空气氛、以及气氛气体的气氛下，单位时间内产生在衬底11上的淀积物(薄膜)的厚度平面分布是此平面内的位置的函数。如图1(B)所示，取此函数为A，则任意点的位置可以在极坐标中表示为离衬底夹具或衬底的旋转中心的r和θf，此函数A可以被下列公式表示A(r，θf) (1)如稍后还要描述的那样，如图2(A)所示，膜厚度的分散变得显著地大。在图1(B)中，中心附近的羽烟浓度典型地变得更大，故膜厚度的平面分布实际上连续地变化，但为了便于表述，用各区段中的点密度或暗度来表示平面分布的改变。当然，还是为了简单起见，图中的分布被示为具有圆对称，但实际上通常不是这样。
于是，在本发明中，首先考虑在(简单地以均匀的旋转速度)旋转衬底11的情况下执行成膜。如稍后所述，此旋转可以是相对于靶12的旋转，但衬底11或衬底夹具21典型地绕其中心轴被旋转。在此情况下，可以用下面的方程(2)来表示作为半径矢量r的函数的单位时间内的膜厚度分布B。
B(r)=(1/2π)∫02πA(r,θf)dθf---(2)]]>注意，由于采用文字处理软件的印刷表示方法，故上面表示积分范围的下标的位置稍许偏离，但为了清晰，积分的范围是θ-2π。
从上述方程，在坐标X、Y、矢量ra、以及θ所代表的各个适当的位置数目N处(分别称为布局1、布局i、...、布局N)，若不旋转衬底时单位时间的膜厚度分布在作为预备步骤而制备的测试衬底中的各个这些布局中至少被发现一次，则在此步骤中，有可能借助于在以均匀的旋转速度旋转的情况下调整各个位置处的参数的长度，例如淀积时间，来形成厚度分布显著地均匀的薄膜。若上述各个布局i的方程(1)和(2)的函数A和B用下标表示为下标i的Ai和Bi，且布局i处的淀积时间被表示为ti，则此时的膜厚度分布C再次是半径矢量r的函数，如下列方程(3)所示。
C(r)=Σi=1NBi(r)ti---(3)]]>此处∑下标i＝1和上标N的位置也由于印刷表示方法而稍许偏离。
当然，调整作为调节参数的淀积时间(羽烟暴露时间)是最简单且最可行的，但也有可能调整与膜厚度有关的其它成膜参数，例如照射的激光能量等，或可以一起调节二者。根据本发明的实验发现，根据情况而定，即使借助于改变激光束LB到靶12的入射角θ，膜厚度分布也会改变，故借助于预先在预备步骤中得到膜厚度分布相对于θ变化的信息，此θ的变化和调整也可以被用来调节膜厚度分布。而且，即使不在均匀的旋转速度下，使膜厚度均匀的过程在理论上也是可能的，但计算变得复杂。利用本发明能够使膜厚度均匀的这一事实，亦即能够调整膜厚度的事实，意味着相反地得到不是均匀膜厚度分布的所希望的膜厚度分布也当然是可能的。具体地说，利用本发明，能够立即得到预期的膜厚度分布。
尽管如此，若使ra和θ固定而仅仅改变X和Y，则存在着有利于例如简化运动机制的情况。对于X＝X0和Y＝Y0的布局，在衬底夹具21的停止状态下，在预备步骤中单位时间膜厚度分布A(r，θf)被发现一次。此处，如想象上述位置时可理解的那样，考虑此衬底11相对于靶被旋转，同时布局从X＝X0和Y＝Y0被改变成X＝Xj和Y＝Yj，单位时间膜厚度分布Bj可以用下列方程(4)表示。
Bj(r)=(1/2π)∫02πA-(r′,θ′f)dθf---(4)]]>其中，r′＝{(r cosθf-xs)2+(r sinθf-ys)2}1/2tanθ′f＝(r sinθf-ys)/(r cosθf-xs)并且xs、ys表示运动量。亦即，xs＝Xj-X0ys＝Yj-Y0因此，在本发明中，借助于仅仅改变X和Y，并在测试衬底上在旋转被停止的布局X0，Y0处找到一次规定时间或单位时间内产生的膜厚度分布，借助于在布局j处调整淀积时间tj，同时旋转对其补偿，在此步骤中有可能在衬底上得到均匀的或所希望的膜厚度分布。此时的膜厚度分布可以用下列方程(5)来表示。
C(r)＝∑jBj(r)tj(5)注意，衬底11在上面被旋转或转移，但这当然可以是相对于靶12或激光束LB入射点T0的运动。具体地说可以看到，衬底11可以被固定，且入射点T0可以被旋转或移动。而且，借助于调整激光束LB的照射时间，或者借助于调节相对旋转过程中的旋转速度，或借助于调节相对运动过程中的移动速度，可以基本上完成淀积时间tj的调整。
即使在预备步骤中，借助于不是停止而是以均匀的旋转速度旋转衬底夹具21，也能够预先得到膜厚度分布的信息。单位时间的产品膜厚度分布被发现在由坐标组(X，Y)、矢量ra、以及θ表示的一定布局处。于是，方程(2)中的B在预备步骤中被直接找到。借助于在以均匀速度旋转衬底11的情况下在几个要求的布局处找到膜厚度分布，有可能在各个布局处调整淀积时间，从而得到均匀的所需膜厚度分布。
借助于选择适当数目的布局j，并对各个这些布局j，采用衬底夹具21被旋转时的分布Bj(r)以及调整了的淀积时间tj，如前面方程(5)所述，得到了均匀的所需膜厚度分布。因此，作为另一技术的例子，假设已知方程(5)中的Bj(r)和C(r)，能够以解决相反问题的方式来确定各个布局j处的淀积时间tj。虽然不是对此求解的限制，但作为例子采用下列技术是方便的。
令M为选择的布局数目。表示各种布局的指标j取值j＝1到j＝M。其上要得到所需膜厚度分布的衬底夹具上的半径范围可以是整个表面，但在希望环状表面积范围的情况的考虑中，令其为0≤ru≤r≤rv。此处，在ru≤r≤rv的范围内选择适当的半径rs，并令所需的膜厚度为C(rs)。此C(rs)是在各个M布局处淀积的总量，得到下列方程(6)。
C(rs)=Σj=1NCj′(rs)---(6)]]>此处，Cj’(rs)是各个布局j中的淀积量，且可以预先由实验找到。而且，利用下列采用根据上述方程(4)的单位时间膜厚度分布Bj(r)的方程(7)，来找到此时的淀积时间tj’。
tj′＝Cj′(rs)/Bj(r) (7)然后，此tj(j＝1，2，...，M)被用来计算相对于ru≤r≤rv的范围内的r的膜厚度Cj’(r)，其中r≠rs。接着，选择Cj’(rs)的其它组合，以便满足上述方程(6)，从而完成相似的计算以便找到Cj’(r)。
重复此过程，并根据这样得到的信息作出适当的判断，以便相对于Cj’(rs)的组合选择淀积时间tj’，亦即最接近所希望膜厚度分布的布局j。根据这一过程，tj’将成为方程(5)的真正tj。
注意，作为用来得到均匀的或所需的膜厚度分布C(r)的上述预备步骤中的布局的数目M，此数目越大越好，但根据本发明人的实验，大约2-5就实际足够了。
此外，即使入射点T0的空间位置被固定，在包含靶12的平面F内旋转或转移靶12，使激光束跨越靶12的表面相对地扫描，在实际使用中也是非常有效的考虑。这是因为有可能防止仅仅一部分靶12被“挖掉”。具体地说，当激光束LB沿固定的光路照射时，即使入射点T0的空间位置被固定，实际上靶表面上的烧蚀点本身要不断改变。激光束的数目也不局限于一个。可以采用一个以上的激光束，且在此情况下，利用前述的技术，借助于调整淀积参数，主要是基于在衬底11与靶辐照点(羽烟产生的原点)T0之间不相对旋转或移动的状态下的预备步骤中在单位时间内得到的产品分布(膜厚度分布)信息以及借助于改变位置关系而多次得到的膜厚度分布信息的各个地点和角旋转的各种位置处的激光束辐照时间tj，能够产生具有均匀或所需膜厚度分布的薄膜。
下面是根据本发明执行的实际制造例子。直径为10cm的硅衬底被选择为衬底11，并被支持在直径大致相同的衬底夹具上。靶12的材料是HfO2。气氛气体是氧和氮的气体混合物，淀积工作室内部被抽真空到0.1乇。所用的激光束LB是波长为248nm的KrF准分子激光脉冲。
首先，作为现有技术方法的比较例，相对位置关系的参数被设定为靶12倾斜角θ为30度，矢量r的长度为5cm，靶法线与包含衬底的平面Sf相交处的点A的坐标(X，Y)为(-5，0)，单位为cm，亦即矢量表示中，矢量r为(5cos60度，0，-5sin60度)，并在旋转衬底11的情况下执行86分钟的淀积。
然后，当利用光谱椭圆术测量膜厚度时，结果如图2(A)所示，其中中心点与最外围之间的膜厚度起伏高达大约200埃，呈现非常大的不均匀性。注意，当本发明被应用来改善这种情况时，此操作等效于在预备步骤中得到膜厚度分布的信息。
接着，作为试图在相同于上面但靶法线与包含衬底的平面Sf的交点从衬底11移动并位于衬底外面的(X，Y)＝(-7，0)(单位同样是cm)的条件下进行淀积的结果，如图2(B)所示，可以说存在着一些改善，但膜厚度中仍然有大约30nm的弥散，且若衬底半径比较大，这可能已经是不可容忍的。这一特性也能够成为在预备步骤中独立测试衬底上得到的独立的膜厚度分布信息。
于是，根据迄今所述的本发明的方法，当根据从上述图2(A)和(B)得到的膜厚度分布信息，用等效于主要步骤的步骤执行补偿，并在旋转衬底11的情况下执行各种位置处的淀积时间调整时，如图2(C)所示，得到了膜厚度均匀性的非常好的结果，其中，膜厚度的起伏范围被保持在仅仅±1％以内。注意，在此图中，位置测量结果具有从同一个中心位置上下延伸的范围，是由光谱椭圆术方法的测量所引起的弥散。
为了提供本发明的另一实施方案，甚至更大的直径为20cm的硅衬底被选择作为衬底11，并再次被支持在直径大致相同的衬底夹具上。以相同于上述制造例子的方式，靶12的材料是HfO2。气氛气体是氧和氮的气体混合物，淀积工作室内部被抽真空到0.1乇。所用的激光束LB再次是波长为248nm的KrF准分子激光脉冲。
相对位置关系的参数被设定为靶12倾斜角θ为30度，矢量r的长度为5cm，靶法线与包含衬底的平面Sf相交处的点A的坐标(X，Y)为(-4，5，0)，单位为cm，并在旋转衬底11的情况下执行淀积。然后，当利用光谱椭圆术测量膜厚度时，结果如图3(A)中实心方块所示。此处，淀积的膜厚度被除以淀积时间，以便得到每分钟淀积的膜厚度。当在布局(X，Y)＝(-6，5，0)、(X，Y)＝(-8，5，0)、以及(X，Y)＝(-11，5，0)处分别执行同样操作时，再次得到了图3所示的结果。
最后，借助于利用在预备步骤中改变布局而多次收集膜厚度分布信息，在根据此信息和本发明的上述方法旋转衬底11的情况下，执行各种位置处的淀积时间的调整。
具体地说，当待要得到的所需膜厚度被设定为300埃时，借助于将布局(X，Y)＝(-4，5，0)、(X，Y)＝(-6，5，0)、(X，Y)＝(-8，5，0)、以及(X，Y)＝(-11，5，0)处的淀积时间分别设定为17分钟37秒、17分钟37秒、10分钟42秒、以及123分钟45秒，如图3(B)所示，得到了非常好的结果。即使这是一个20cm的大直径晶片，平面内膜厚度的平均值是296.3埃，且表面内的起伏范围也仅仅为±2.4％。即使表示为相对于所希望的厚度300埃的起伏系数，也不大于大约1.2％。注意，如前面所述，布局(X，Y)＝(-11，5，0)是从靶蒸发的羽烟的中心线不与直径为10cm的衬底相交的一种布局。
以上借助于在各个位置处横向调节激光辐照来执行各个角旋转位置处的淀积时间调整，但如前面所述，即使在连续旋转状态下旋转速度的调整也会等效地调节各个地点处的淀积时间。当然激光辐照时间和旋转速度二者能够被一起调整，而且，也可以采用衬底11的横向转移(但实际上，这将是衬底夹具21的移动或靶12的相对运动)，且此时的运动速度也能够成为用来调整淀积时间的一个参数。此外，可容易地理解的是，本发明可以被用来得到不仅均匀的，而且是任何所希望的膜厚度分布。
尽管如上所述，作为考虑激光蒸发方法的结果，发现本发明的方法也可相反地用于其它的成膜技术。亦即，只要是在衬底或衬底夹具被移动或绕特定的旋转轴相对于淀积材料的蒸发源(供应源)被旋转的情况下，或在执行相对旋转和相对移动二者的情况下执行淀积的成膜方法，就同样可使用。于是可应用于电阻蒸发、电子束蒸发、离子束蒸发、溅射蒸发等。
为了在大表面积上均匀地形成薄膜，在材料供应源与其上要淀积薄膜的衬底之间，通常必须保持适当的分隔距离。但若如此，则随着衬底变得更大，设备(淀积工作室)自然也必须不断地增大。但若此处采用本发明的概念，则设备不必变得如此大。
例如，如图4所示，即使材料供应源31与衬底11或衬底夹具21之间的距离小，根据相同于上面有关激光蒸发方法所述的方式的本发明的技术，在预备步骤中在测试衬底上执行成膜，并得到膜厚度分布信息之后，在主要步骤中，基于预备步骤中预先得到的膜厚度分布信息(最好是多次)，在空间移动(M2和/或M1)或绕特定的旋转中心轴z相对于预先设定在材料供应源31上的材料释放(喷雾)参考点旋转(R)衬底11或衬底夹具21的情况下，或在执行这种相对旋转R和相对移动(M2和/或M1)二者的情况下，调整各个相对位置关系处的淀积时间(材料供应时间)就足够了。此处也可以同样采用上述有关收集信息的各种考虑。当然，在衬底11或衬底夹具21相对于材料供应源31沿箭头M2和/或M1转移的过程中，表示材料供应源31与包含衬底11或衬底夹具21的平面Sf之间的位置关系的矢量rb也被固定，同时使矢量rb与平面Sf之间的交点ρ在平面Sf上移动。有关制造时的考虑，可以遵从前面图2和3所述的解释。
利用这种构造，即使衬底11或衬底夹具21的直径变大，也能够使设备沿垂直于包含衬底11的平面Sf的方向的尺寸明显地小于常规构造，整个设备从而能够保持紧凑。取衬底(衬底夹具)直径对从衬底(衬底夹具)到材料供应源31的距离的比率为衬底(衬底夹具)直径∶从衬底(衬底夹具)到材料供应源31的距离＝1∶d其中，在常规电阻加热设备或电子束蒸发设备中，d＝2-10，利用本发明，d有可能小于1。当然，若转移方向是单一方向，则设备的构造被显著地简化，但根据本发明的方法，即使用这种结构，也能够形成具有均匀的或所希望的膜厚度分布。注意，在溅射的情况下，一对电极基本上彼此面对，故衬底被置于一个电极侧上，但还能够在材料供应源上确定矢量rb从另一电极侧相交处的几何参考点，故有可能以相同于上述的方式采用本发明的技术。对于电子束蒸发方法和离子束蒸发方法，当然也完全一样，故几何参考点能够被设定在包含熔融材料的坩埚表面上。
当利用一种设备来实现本发明的方法时，若能够连续地执行真空环境下和非真空环境下的各个步骤的工作，则是方便的。于是，诸如图5所示的系统是可以想象的。它包含典型地处于利用选自激光蒸发、电阻加热蒸发、电子束蒸发、离子束蒸发、溅射蒸发等的蒸发方法来实际执行蒸发的真空环境中的淀积工作室51；在成膜之前或之后储存多个衬底或装载有衬底的衬底夹具的储存工作室；若有需要，则还有一个串联连接在上述二个工作室之间的用来装卸衬底或衬底夹具而不中断真空环境侧上的真空的装/卸工作室52。
为了更加方便，如图6所示，除了上述的淀积工作室51、储存工作室53、以及装/卸工作室52之外，用来在预备步骤中确定膜厚度分布以及在此预备步骤中评估膜厚度分布以便确定淀积时间等的评估工作室54，也可以被连接到装/卸工作室52。
作为评估膜厚度分布的方法，采用上述利用椭圆术的技术是合适的，但不局限于此。作为不中断真空的衬底或衬底夹具载体，可以采用利用熟知的机械臂或载体棒的机构。
工业应用可能性如上所述，利用本发明，能够大幅度改善形成在衬底上的薄膜的膜厚度分布的不可控性，并能够得到非常均匀的膜厚度分布，且也能够得到所希望的膜厚度分布。换言之，关于其中要得到均匀的膜厚度分布的应用，有可能采用直径比过去更大的衬底。本发明对各种所需成膜应用的贡献是巨大的。
权利要求
1.一种利用激光蒸发方法在衬底上成膜的方法，其中，激光束被照射在置于抽真空的淀积工作室内的靶上，致使被所述激光束辐照的靶表面部分内的靶材料蒸发，且所述蒸发的靶材料被淀积在所述淀积工作室内由衬底夹具支持的衬底的表面上，所述在衬底上成膜的方法的特征在于包含下列步骤在预备步骤中，在所述测试衬底与所述激光束在所述靶上的入射点的空间位置之间存在着固定的位置关系的状态下，在将所述激光束照射在所述靶上的同时，或在旋转所述测试衬底并将所述激光束照射在所述靶上的同时，预先得到有关淀积在用来在固定的辐照时间内收集信息的测试衬底上的膜厚度的信息，然后；在主要步骤中，根据预先在预备步骤中得到的膜厚度分布信息，调整各个相对位置关系处的淀积时间，同时相对于所述激光束到所述靶的入射点空间移动或绕特定的旋转中心轴旋转衬底或衬底夹具，或同时执行所述相对旋转和所述相对移动二者。
2.根据权利要求1的在衬底上成膜的方法，其特征在于位置关系使从所述靶发射的羽烟的中心线不与所述衬底相交。
3.根据权利要求1的在衬底上成膜的方法，其特征在于利用在所述测试衬底与所述激光束在所述靶上的入射点之间固定的位置关系本身的变化，多次收集所述膜厚度分布的信息。
4.根据权利要求1的在衬底上成膜的方法，其特征在于淀积时间的所述调整基于所述激光束辐照时间的调整。
5.根据权利要求1的在衬底上成膜的方法，其特征在于淀积时间的所述调整基于连续旋转所述衬底时旋转速度的调整以及执行所述衬底的相对移动时移动速度的调整中的一种调整或二者。
6.根据权利要求1的在衬底上成膜的方法，其特征在于借助于绕其中心旋转所述衬底或所述衬底夹具，来得到所述相对旋转。
7.根据权利要求1的在衬底上成膜的方法，其特征在于借助于整体移动所述衬底或所述衬底夹具，来得到所述相对移动。
8.根据权利要求1的在衬底上成膜的方法，其特征在于借助于改变所述激光束的光路以及移动所述靶上的所述入射点的空间位置，来得到所述相对移动。
9.根据权利要求1的在衬底上成膜的方法，其特征在于在所述淀积过程中，在所述激光束被不断入射的条件下，所述靶在包含所述靶的平面内被移动。
10.根据权利要求1的在衬底上成膜的方法，其特征在于采用多个所述激光束。
11.根据权利要求9的在衬底上成膜的方法，其特征在于还有多个所述靶，且至少一个或多个激光束照射在各个所述多个靶上。
12.根据权利要求1的在衬底上成膜的方法，其特征在于多个衬底由所述衬底夹具支持。
13.一种在衬底上成膜的方法，其中，在淀积工作室内的衬底或支持所述衬底的衬底夹具被移动或绕特定的旋转轴相对于淀积材料供应源被旋转的同时，或在执行相对旋转和相对移动二者的同时，执行淀积，所述在衬底上成膜的方法的特征在于包含下列步骤在预备步骤中，在所述测试衬底与所述淀积材料供应源上的参考点的空间位置之间存在着固定的位置关系的状态下，或在旋转所述测试衬底的同时，预先得到有关淀积在用来在固定的材料供应时间内收集信息的所述测试衬底上的膜厚度的信息，然后；在主要步骤中，根据预先在预备步骤中得到的膜厚度分布信息，调整各个相对位置关系处的所述材料供应时间，同时相对于所述淀积材料供应源，空间移动或绕特定的旋转中心轴旋转衬底或衬底夹具，或同时执行所述相对旋转和所述相对移动二者。
14.根据权利要求1的在衬底上成膜的方法，其特征在于利用在所述测试衬底与所述淀积材料供应源之间位置关系本身的变化，多次收集所述膜厚度分布的信息。
全文摘要
在预备步骤中，在测试衬底与激光束在靶(12)上的入射点的空间位置之间存在着固定的位置关系的状态下，在将激光束(LB)照射在靶(12)上的同时，或在将激光束(LB)照射在靶(12)上并旋转测试衬底的同时，预先得到有关淀积在用来在固定的辐照时间内收集信息的测试衬底(11)上的膜厚度的信息。在主要步骤中，根据预先在预备步骤中得到的膜厚度分布信息，调整各个相对位置关系处的淀积时间，同时相对于激光束(LB)到靶(12)的入射点空间移动或绕特定的旋转中心轴旋转衬底(1)或衬底夹具(21)，或同时执行所述相对旋转和所述相对移动二者。
文档编号C23C14/54GK1726300SQ20038010643
公开日2006年1月25日 申请日期2003年11月7日 优先权日2002年11月8日
发明者酒井滋树 申请人:独立行政法人产业技术综合研究所