专利名称：成膜装置及成膜方法
技术领域：
本发明涉及成膜技术，尤其涉及用于大型衬底的成膜的成膜技术。
背景技术：
目前，广泛使用的成膜装置在真空槽中配置有源，所述源产生成膜材 料的蒸汽或成膜材料的溅射粒子等。从成膜材料的源释放的粒子到达在真 空槽内配置的衬底的成膜面，在成膜面上成膜材料的薄膜生长。
在使成膜材料的薄膜生长时，如果倾斜衬底使得成膜材料的粒子倾斜 入射到成膜面上，则在成膜面上具有一定取向性的成膜材料的结晶生长。 其结果是，可以得到具有由该结晶取向性引起的功能(例如液晶取向性)
的膜(例如，参考日本专利文献特开昭63 — 89656号公报)。
但是，在使从源释放的粒子倾斜入射到成膜面上的情况下，在成膜面 上的距离源较近的位置，由于与距离源较远的位置相比到达的成膜材料的 量多，所以在成膜面上形成的膜的膜厚分布变得不均匀。尤其在使用了大 型衬底的情况下，膜厚分布的差变大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够形成膜厚分布均匀的薄膜的成膜装置。
按照本发明的第一方式，提供一种成膜装置，其通过溅射，使从靶释
放的粒子与衬底倾斜冲撞，在该衬底上形成膜，其中，具有第一遮蔽部， 其遮蔽入射到所述衬底的成膜面上的粒子的一部分；第一透过部，其形成 于所述第一遮蔽部上，使所述粒子通过；移动装置，其使所述衬底和所述 第一透过部在横截所述第一透过部的长轴的方向上相对移动，所述第一透 过部在接近所述靶的一侧宽度窄，在远离所述靶的一侧宽度宽。
在所述第一方式中，所述第一透过部至少具有与向所述衬底的成膜面 的入射区域相似的形状。
在所述第一方式中，所述第一透过部具有沿着离开所述靶的方向逐渐 扩大的宽度。
在所述第一方式中，优选连结所述靶和所述衬底的线段和所述衬底的 成膜面所成的角度在15。以下。
在所述第一方式中，优选连结所述靶和所述衬底的线段和所述衬底的
成膜面所成的角度在io。以下。
在所述第一方式中，优选所述线段和所述成膜面所成的角度在r以上。
另外，更优选所述线段和所述成膜面所成的角度在3°以上。
在所述第一方式中，可以构成为具有第二遮蔽部，其配置在所述第
一遮蔽部和所述靶之间；第二透过部，其形成于所述第二遮蔽部上，使向 所述衬底的入射角度在15°以下的所述粒子通过。
此时，优选的结构是，所述第二透过部使如下的所述粒子通过，所述 粒子是从所述入射角度的最大值减去最小值而得的值即预测入射角度在 10°以下的所述粒子。
按照本发明的第二方式，提供一种成膜方法，其通过溅射，使从靶释 放的粒子与衬底倾斜冲撞，在该衬底上形成膜，其中，在所述耙和所述衬 底之间的位置配置第一遮蔽部，所述第一遮蔽部具有第一透过部，所述第 一透过部在接近所述靶的一侧宽度窄，在远离所述靶的一侧宽度宽，使所 述衬底和所述第一透过部在横截所述第一透过部的长轴的方向上相对移 动。
在所述第二方式中，优选使来自所述靶的粒子入射到所述衬底时的最 大入射角度在15。以下。
在所述第二方式中，优选使来自所述靶的粒子入射到所述衬底时的最 大入射角度在IO。以下。
此时，优选使所述最大入射角度在l。以上。
另外，更优选使所述最大入射角度在3。以上。
在所述第二方式中，优选从所述最大入射角度减去所述溅射粒子入射
到所述衬底时的最小入射角度而得的值即预测入射角度在10°以下。
根据上述第一以及第二方式，即使在衬底的成膜面的面积大的情况 下，也可以形成膜厚均匀的薄膜。即，由于第一透过部，在接近靶且到达 的溅射粒子的密度高的位置宽度窄，在远离靶且到达的溅射粒子的密度低 的位置宽度宽，所以如果使衬底和第一透过部在横截该第一透过部的长轴 的方向上相对移动，则在衬底的靶侧的部分和与靶相反侧的部分上到达大 致相等的量的溅射粒子。
图1是说明用于本发明的成膜装置的一例的截面图2A是表示膜厚控制用遮蔽部和衬底的位置关系的俯视图2B是表示膜厚控制用遮蔽部和衬底的位置关系的截面图。
具体实施例方式
图1的符号1表示作为溅射装置的成膜装置的一个例子。
成膜装置1具有真空槽2。若使与真空槽2连接的真空排气系统9工 作，则将真空槽2内部排气成真空，在真空槽2内部形成真空气氛。
在真空槽2内配置有板状的靶11。通过真空排气系统9将真空槽2 内部排气成真空时，将耙ll置于真空环境中。
该成膜装置1具有离子枪30。离子枪30配置成其释放口 35在真空 槽2内部的靶11的斜侧方位置与靶11的表面(溅射面)12相对配置。在 离子枪30内部生成的离子(例如Ar离子)从释放口 35呈束状释放，离 子束32倾斜入射到靶11的溅射面12。
离子束32具有规定的束宽度(例如宽度值一半为30mm)。若离子束 32入射到溅射面12，则照射与其束宽度对应的面积的区域(照射区域39)， 溅射粒子从靶11的溅射面12向真空槽2的内部释放。
在真空槽2内部配置有衬底支架7。若向真空槽2内部导入衬底20， 使衬底20保持于衬底支架7上，则衬底20配置在耙11的斜侧方位置。 衬底20以及离子枪30的释放口 35配置在靶11的相同侧(溅射面12侧)， 衬底20的位置隔着靶11的中心与释放口 35的位置大致相反。若从释放
口 35照射离子束32进行溅射，则来自靶11的溅射粒子朝向衬底20飞行。
在衬底20和靶11之间的位置，在衬底20的附近位置配置有膜厚控 制用遮蔽部16。在本实施方式中，遮蔽部16由两块遮蔽板16a、 16b构成， 遮蔽板16a、 16b以相互相对的缘留有间隔的方式配置在同一平面内。
图2A是表示遮蔽板16a、 16b和衬底20的位置关系的俯视图。图2B 是表示其位置关系的截面图。遮蔽板16a、 16b分别具有相互相对的缘部 的两端。在相互相对的缘部，远离靶11的端部分形成圆角，其间隔比接 近耙ll的端部分的间隔大。即，相互相对的缘部上的离开靶11的各部分 包括具有曲线的轮廓。
换言之，遮蔽部16具有膜厚控制用透过部(aperture) 17，其由遮蔽 板16a、 16b的相互相对的缘部之间的空间形成。开口空间的截面形状大 致是细长形状。即，透过部17具有沿着与遮蔽板16a、 16b的排列方向垂 直的方向的长轴。另外，透过部17至少具有与向衬底20的成膜面22的 入射区域大致相似的形状，另外，透过部17的形状具有接近靶11的位置 的宽度窄、远离靶11的位置的宽度宽的喇叭状。透过部17的宽度随着从 接近靶11的位置朝向远离靶11的位置而逐渐变宽。即，透过部17的宽 度沿着远离靶11的方向逐渐变宽。
在图2A中，符号15a、 15b分别表示膜厚控制用透过部17的宽度窄 的端部和宽度宽的端部。符号X表示通过宽度窄的端部15a和宽度宽的端 部15b的透过部17的中心线。如图2A所示，沿着透过部17的中心线X 的长度比宽度窄的端部15a的宽度长。透过部17的至少接近靶11的部分 具有细长(狭缝)状。
在图2A以及图2B中，衬底支架7电连接于移动装置8。移动装置8 构成为，在衬底20被保持于衬底支架7上的状态下，在与中心线X垂直 的方向(移动方向Y)上，从一遮蔽板16a的正内部(真裏)位置朝向另 一遮蔽板16b的正内部位置，在一面内移动。g卩，移动装置8在横截透过 部17的长轴(X方向)的方向上，相对于耙ll (参考图1)以及遮蔽板 16a、 16b使衬底20相对移动。
在本实施方式中，遮蔽板16a、 16b在与衬底20平行的状态下固定， 衬底20在维持与遮蔽板16a、 16b平行的状态下相对于遮蔽板16a、 16b
进行相对移动。
在本实施方式中，衬底20的平面形状具有圆形状。各遮蔽板16a、 16b 的平面形状比衬底20的平面形状大。透过部17的宽度比衬底20的直径 短。
因此，在衬底20位于遮蔽板16a、 16b的正内部的位置A (图2A以 及图2B)时，衬底20被遮蔽板16a、 16b覆盖，溅射粒子不会到达衬底 20的成膜面22。在衬底20从一遮蔽板16a的正内部位置A向另一遮蔽板 16b的正内部位置A移送的过程中，在位于透过部17的正内部位置即位 置B (入射位置B)时，通过了透过部17的溅射粒子入射到衬底20的成 膜面22的一部分。
沿着透过部17的中心线X的长度比衬底20的直径长。衬底20以其 中心通过透过部17的中心线X方向的中央位置的方式移动。在衬底20的 中心位于入射位置B时，从衬底20的中心线X方向的一端到另一端经由 透过部17露出。因此，若从衬底20的移动方向Y的一端到另一端通过入 射位置B，则溅射粒子到达衬底20的整个成膜面22。
如上所述，衬底20被保持在靶11的斜侧方位置，靶11被配置成溅 射面12相对于成膜面22倾斜。溅射粒子的入射方向和成膜面22所成的 角度(入射角度)小，不足90° ，溅射粒子在入射位置B倾斜入射到成 膜面22。其结果是在成膜面22上成膜材料的斜方结晶生长。
在溅射粒子以小的入射角度入射到成膜面22的情况下，从靶11到成 膜面22的距离，与耙11侧的部分相比，在与靶11相反侧的部分上长。 溅射粒子扩散飞行长距离的量。因此，在成膜面22的离开靶11的部分入 射的溅射粒子的密度变小。
如上所述，透过部17的宽度越接近靶11越窄。衬底20以一定速度 通过入射位置B的衬底20的一部分通过入射位置B处的透过部17的时间， 越接近靶ll越短。
艮口，衬底20的远离靶11的部分长时间暴露于密度低的溅射粒子，衬 底20的接近耙11的部分短时间暴露于密度高的溅射粒子。其结果是在衬 底20的各位置溅射粒子到达的量相等，在成膜面22上膜厚均匀的薄膜生 长。
为了形成膜厚比在衬底20 —次通过入射位置B时成膜的膜厚大的薄 膜，反复进行从一遮蔽板16a的正内部位置A向另一遮蔽板16b的正内部 位置A的移动，若多次通过入射位置B，则可以得到膜厚大的薄膜。
在本实施方式中，在靶11和遮蔽部16之间的位置配置有入射角度控 制用遮蔽部26。遮蔽部26是板状，设有使溅射粒子通过的狭缝(入射角 度控制用透过部27)。
革巴11的大小对应于离子束32的束宽度。从革E 11上的离子束照射各 地点朝向成膜面22释放具有角度扩大的溅射粒子。在耙ll的中心入射的 离子束32强度高，在端部离子束32强度小。从靶ll释放的溅射粒子包 括对应于角度扩大，在朝向成膜面22的方向上具有高能量的溅射粒子、 和具有低能量的溅射粒子。
遮蔽部26以及透过部27对从靶11上的离子束照射各地点具有角度 扩大而朝向成膜面22的溅射粒子中的、入射到成膜位置B的溅射粒子的 入射角度进行控制。在入射位置B入射到成膜面22的溅射粒子的入射角 度的最大值65被限制在15°以下，入射角度的最大值05和最小值的差即 入射预测角度A9被限制在10°以下。
在图1中，最大入射角度05是从成膜面22的各点向耙11侧在成膜 面22上延伸的线段29和溅射粒子的入射方向所成的角度(入射角度)的 最大值。即，在本例中，通过遮蔽部26，在成膜面22的任意的点(即成 膜面22的整个区域)，溅射粒子的入射角度被限制在15。以下。因此，在 例如成膜面的大致中心即规定位置处，溅射粒子的入射角度95被限制在 15°以下。而且，通过将最大入射角度05限制在15°以下，成膜面22 的法线和溅射粒子的入射方向所成的角度超过75° 。
通过限制入射预测角度Ae，入射到入射位置B的溅射粒子被限定为 从包括释放高能溅射粒子的点的窄范围释放的粒子。因此，在位于入射位 置B的成膜面22上，由于规定能量值以上的溅射粒子倾斜入射，所以在 成膜面22上堆积具有规定倾斜的柱状粒子。
以上说明了从离子枪30释放氩离子的情况，但从离子枪30释放的离 子种类只要可以对靶11进行溅射，则也可以使用例如Kr、 Xe等其他种类 的稀有气体的离子、氮、氧等分子离子、中性粒子、离子团等。限定，可以是圆形、片状、椭圆、多边形 等任意的形状。
对靶11进行溅射的方法并不限定于上述这样的离子束溅射法，也可 以向真空槽2内部供给溅射气体同时进行真空排气，在真空槽2内部维持 规定压力的真空环境，同时对靶ll施加负电压，进行溅射。
靶ll所用的材料并不特别限定。例如，使用由Si02构成的靶11，在 上述工序中进行溅射，结果在成膜面22上形成氧化硅(SiOx， x是任意的 整数)的斜方柱状结晶膜(相对于成膜面22具有规定的倾斜的柱状粒子 的堆积膜)，在不对该结晶膜进行研磨或干式蚀刻处理等表面处理的情况 下与液晶接触，结果液晶在一定的方向上取向。
若以上述的工序在两块衬底20的各成膜面22上分别形成取向膜，并 在两块衬底20的形成有取向膜的面之间封入液晶，则得到液晶装置。.
构成耙11的成膜材料并不限定于Si02，也可以使用Ab03或ITO (铟 锡氧化物)等其他的无机材料，还可以混合两种以上的这些无机材料而用 于靶。
在此，图1的符号A表示离子束32的照射轴38和溅射面12交叉的 照射点，另外，图1的符号B表示成膜面22上的任意的位置即成膜点， 在此，图示出成膜面22的中心。
若通过照射点A的溅射面12的法线14和照射轴38所成的角度是离 子束32的照射角度ei，则离子束32的照射角度ei例如被设定在45。以 上70°以下。此时，衬底20离开靶11而配置，使得连结成膜点B和照 射点A的线段28和法线14所成的角度即定位角度02成为0°以上70° 以下。若连结位于成膜面22中心的成膜点B和照射点A的线段28的长 度是衬底一靶间的距离(TS距离)，则TS距离例如是100 500mm。
若将连结成膜点B和照射点A的线段28、与从成膜点B向耙11侧在 成膜面22上延伸的线段29所成的角度即线段28和成膜面22所成的角度 设为衬底20的倾斜角度e3，则优选的是，衬底20倾斜配置，使得倾斜角 度03成为1°以上15°以下。
通过使来自靶11的溅射粒子入射到衬底20时的最大入射角度05在 15°以下，从而可以形成具有优异取向性的柱状构造的膜，另外，可以使
耙和衬底之间的距离比蒸镀法情况下的距离短，容易实现成膜装置的小型 化。
若最大入射角度e5超过i5。，则由于难以形成柱状构造，所以并不 优选。进而，通过使最大入射角度05在10°以下，各个柱的独立性高， 形成取向性优异的柱状构造的膜。
另外，若最大入射角度e5不足r ，则虽然形成了柱状构造，但由于 柱彼此的间隔变得比较大，取向性下降，因此并不优选，进而，由于成膜 率下降，所以从工业应用的观点出发也不优选。进而，通过使最大入射角 度e5在3。以上，可以实现膜构造的致密质化，并且可以提高成膜率。
此外，在靶11和衬底20之间没有必要一定配置遮蔽部26，通过改变 TS距离或束宽度，能够限制入射到成膜面22的溅射粒子的入射角度。
例如，在束宽度的一半宽度值是30mm、 TS距离是300mm时，通过 使倾斜角度93在15。以下，可以使最大入射角度05变成15°以下，通 过延长TS距离，可以使预测入射角度A9在10°以下。
另外，即使TS距离相同，由于只要离子束32的束宽度窄，则预测入 射角度A9就变小，因此，通过减小束宽度，可以使预测入射角度A9在 10°以下，即使通过增大TS距离、且减小束宽度，也可以使预测入射角
度Ae在io。以下。
以上，说明了对靶11进行溅射来进行成膜的情况，但本发明并不限 定于此。
例如，从收容有成膜材料的容器的开口、或从成膜材料的液面(靶) 向真空槽内部释放成膜材料的蒸汽，于在该真空槽内部相对于靶倾斜配置 的衬底的、衬底和靶之间的位置配置上述的膜厚控制用遮蔽部，使衬底相 对于膜厚控制用遮蔽部相对移动，同时进行成膜，这种情况也包含于本发 明。
此时，如果以衬底的靶侧的端部通过膜厚控制用透过部的宽度窄的端 部，衬底的与靶相反侧的端部通过膜厚控制用透过部的宽度宽的端部的方 式，使衬底移动，同时进行成膜，则在成膜面上形成的成膜材料的膜厚也 会均匀。在用蒸镀法进行成膜的情况下，成膜材料的种类也并不特别限定。
以上，说明了只使衬底20移动并同时进行成膜的情况，但本发明并
不限定于此。只要膜厚控制用遮蔽部16和靶11相对固定，且入射位置B 和耙11的距离被维持在一定，则也可以在固定了衬底20的状态下，使遮 蔽部16和耙11 一起移动并同时进行成膜，也可以使遮蔽部16和耙11移 动，并且也使衬底20移动，同时进行成膜。
此外，在用离子束溅射进行成膜的情况下，通过在固定了靶11的状 态下，移动离子束32的照射位置，或和靶11的移动一起而移动离子束32 的照射位置，从而可以使靶ll移动。
以上，说明了衬底20在遮蔽板16a、 16b的正内部位置之间移动的情 况，但本发明并不限定于此，只要在入射位置B以外的部位没有溅射粒子 到达成膜面22，则也可以使衬底20通过遮蔽板16a的与透过部17相反侧 的端部，使其移动到溅射粒子不会到达的位置。
衬底20的形状并不限定为圆盘状，需要成膜的区域(例如成膜面22) 的透过部17的长度方向的长度只要比透过部17的长度小，则可以使用长 方形、正方形、椭圆形等各种形状的衬底。
遮蔽部16的形状也并不特别限定，也可以用一块遮蔽板来构成遮蔽 部，用在该遮蔽板上设置的具有宽度宽的端部和宽度窄的端部的狭缝来构 成膜厚控制用透过部。
透过部17的形状没有限定，只要是靶11侧的宽度窄，与靶11相反 侧的宽度宽的形状，则例如还可以是扇形形状。另外，也可以使透过部17 的宽度从远离靶11的一侧朝向接近靶11的一侧阶梯性地变窄。
权利要求
1.一种成膜装置，其通过溅射，使从靶释放的粒子与衬底倾斜冲撞，在该衬底上形成膜，其中，具有第一遮蔽部，其遮蔽入射到所述衬底的成膜面上的粒子的一部分；第一透过部，其形成于所述第一遮蔽部上，使所述粒子通过；移动装置，其使所述衬底和所述第一透过部在横截所述第一透过部的长轴的方向上相对移动，所述第一透过部在接近所述靶的一侧宽度窄，在远离所述靶的一侧宽度宽。
2. 如权利要求1所述的成膜装置，其中，所述第一透过部至少具有与向所述衬底的所述成膜面的入射区域相 似的形状。
3. 如权利要求1所述的成膜装置，其中， 所述第一透过部具有沿着离开所述靶的方向逐渐扩大的宽度。
4. 如权利要求l所述的成膜装置，其中，连结所述靶和所述衬底的线段和所述衬底的所述成膜面所成的角度 在15°以下。
5. 如权利要求1所述的成膜装置，其中，连结所述靶和所述衬底的线段和所述衬底的成膜面所成的角度在10 °以下。
6. 如权利要求4或5所述的成膜装置，其中， 所述线段和所述成膜面所成的角度在1°以上。
7. 如权利要求4或5所述的成膜装置，其中， 所述线段和所述成膜面所成的角度在3。以上。
8. 如权利要求1所述的成膜装置，其中，还具有第二遮蔽部，其配置在所述第一遮蔽部和所述靶之间，控制所述粒子 的入射角度；第二透过部，其形成于所述第二遮蔽部上，使向所述衬底的入射角度 在15°以下的所述粒子通过。
9. 如权利要求8所述的成膜装置，其中，所述第一透过部使如下的所述粒子通过，所述粒子是从所述入射角度 的最大值减去最小值而得的值即预测入射角度在10°以下的所述粒子。
10. —种成膜方法，其通过溅射，使从靶释放的粒子与衬底倾斜冲撞， 在该衬底上形成膜，其中，在所述靶和所述衬底之间的位置配置第一遮蔽部，所述第一遮蔽部具 有第一透过部，所述第一透过部在接近所述靶的一侧宽度窄，在远离所述 靶的一侧宽度宽，使所述衬底和所述第一透过部在横截所述第一透过部的长轴的方向 上相对移动。
11. 如权利要求10所述的成膜方法，其中，使来自所述靶的粒子入射到所述衬底时的最大入射角度在15°以下。
12. 如权利要求10所述的成膜方法，其中，使来自所述靶的粒子入射到所述衬底时的最大入射角度在10°以下。
13. 如权利要求11或12所述的成膜方法，其中，使所述最大入射角度在r以上。
14. 如权利要求11或12所述的成膜方法，其中， 使所述最大入射角度在3。以上。
15. 如权利要求10所述的成膜方法，其中，从所述最大入射角度减去所述溅射粒子入射到所述衬底时的最小入 射角度而得的值即预测入射角度在10°以下。
全文摘要
提供一种成膜装置及成膜方法，在衬底和靶之间的位置配置膜厚控制用遮蔽部。遮蔽部具有透过部，该透过部中，靶侧的宽度窄，与靶相反侧的宽度宽。由于越远离靶，溅射粒子的密度越小，所以衬底的远离靶的部分长时间暴露于密度低的溅射粒子中，衬底的接近靶的部分短时间暴露于密度高的溅射粒子中，其结果是，在衬底的成膜面上形成膜厚分布均匀的膜。
文档编号C23C14/54GK101104920SQ20071012873
公开日2008年1月16日 申请日期2007年7月12日 优先权日2006年7月14日
发明者佐佐木德康, 半泽幸一, 太田英伸, 寺泽寿浩, 松元孝文, 清水三郎 申请人:精工爱普生株式会社;爱发科股份有限公司