(57)【要約】【課題】成膜装置の小型化が容易で、膜質の良い薄膜を成膜可能な成膜方法を提供する。【解決手段】本発明に用いられる成膜装置１では、基板２０の成膜面２２が、ターゲット１１のスパッタ面１２に対して斜めにされており、スパッタ粒子は成膜面２２に斜めに入射する。成膜面２２に入射するスパッタ粒子の入射角度は、遮蔽部材２５又はＴＳ距離の長さによって制限され、最大入射角度θ５が１５°以下、最大入射角度θ５と最小入射角度の差である見込み入射角度Δθが１０°以下になっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタリングにより、ターゲットから放出された粒子を基板に衝突させて該基板に膜を形成する成膜方法であって、
前記基板にスパッタ粒子が入射するときの最大入射角度を１５°以下にすることを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
スパッタリングにより、ターゲットから放出された粒子を基板に衝突させて該基板に膜を形成する成膜方法であって、
前記基板にスパッタ粒子が入射するときの最大入射角度を１０°以下にすることを特徴とする成膜方法。
【請求項３】
スパッタリングにより、ターゲットから放出された粒子を基板に衝突させて該基板に膜を形成する成膜方法であって、
前記基板の成膜面における略中心である所定位置にスパッタ粒子が入射するときの入射角度を１５°以下にすることを特徴とする成膜方法。
【請求項４】
スパッタリングにより、ターゲットから放出された粒子を基板に衝突させて該基板に膜を形成する成膜方法であって、
前記基板の成膜面における略中心である所定位置にスパッタ粒子が入射するときの入射角度を１０°以下にすることを特徴とする成膜方法。
【請求項５】
前記最大入射角度を１°以上にする請求項１又は請求項２に記載の成膜方法。
【請求項６】
前記最大入射角度を３°以上にする請求項１又は請求項２に記載の成膜方法。
【請求項７】
前記最大入射角度から、前記基板に前記スパッタ粒子が入射するときの最小入射角度を引いた値である見込み入射角度が１０°以下にされた請求項５又は請求項６に記載の成膜方法。
【請求項８】
前記ターゲットと前記基板との間に、前記基板にスパッタ粒子が入射するときの入射角度を制御するための開口が設けられた遮蔽部材を配置する請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項９】
前記ターゲットと前記基板との間に、スパッタ粒子の入射中心軸に略一致して配設される開口中心軸を有する遮蔽部材を配置し、前記基板にスパッタ粒子が入射するときの入射角度を前記遮蔽部材によって制御する請求項１から請求項７のいずれかに１項に記載の成膜方法。
【請求項１０】
スパッタリングにより、ターゲットから放出された粒子を基板に衝突させて該基板に膜を形成する成膜装置であって、
前記ターゲットと前記基板とを結ぶ線分と、前記基板の成膜面との成す角度が１５°以下であることを特徴とする成膜装置。
【請求項１１】
スパッタリングにより、ターゲットから放出された粒子を基板に衝突させて該基板に膜を形成する成膜装置であって、
前記ターゲットと前記基板とを結ぶ線分と、前記基板の成膜面との成す角度が１０°以下であることを特徴とする成膜装置。
【請求項１２】
スパッタリングにより、ターゲットから放出された粒子を基板に衝突させて該基板に膜を形成する成膜装置であって、
前記ターゲットの略中心の所定位置と前記基板の略中心の所定位置とを結ぶ線分と、前記基板の成膜面との成す角度が１５°以下であることを特徴とする成膜装置。
【請求項１３】
スパッタリングにより、ターゲットから放出された粒子を基板に衝突させて該基板に膜を形成する成膜装置であって、
前記ターゲットの略中心の所定位置と前記基板の略中心の所定位置とを結ぶ線分と、前記基板の成膜面との成す角度が１０°以下であることを特徴とする成膜装置。
【請求項１４】
前記線分と前記成膜面との成す角度が１°以上である請求項１０又は請求項１１に記載の成膜装置。
【請求項１５】
前記線分と前記成膜面との成す角度が３°以上である請求項１０又は請求項１１に記載の成膜装置。
【請求項１６】
前記放出源と前記基板との間に配置され、前記基板にスパッタ粒子が入射するときの入射角度を制御するための開口が設けられた遮蔽部材を有する請求項１０から請求項１５のいずれか１項に記載の成膜装置。
【請求項１７】
前記ターゲットと前記基板との間に配置され、前記基板にスパッタ粒子が入射するときの入射角度を制御する遮蔽部材を有し、前記遮蔽部材は、スパッタ粒子の入射中心軸に略一致して配設される開口中心軸を有する請求項１０から請求項１５のいずれか１項に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は成膜技術に関し、特に液晶配向性を有する膜の成膜技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、液晶装置には、液晶分子をある一定の方向に配向させる配向膜が用いられている。
【０００３】
従来技術の配向膜は、ポリイミド樹脂のような樹脂膜で構成されているが、樹脂膜は耐熱性が低いため、液晶装置が昇温すると樹脂膜が劣化し、液晶表示画質が低下するという問題がある。
【０００４】
また、従来の配向膜には、液晶配向性を付与するために表面をラビング（摩擦）するラビング処理が必要であるが、ラビング処理の工程では粉塵が発生し、粉塵によって液晶が汚染されるという問題があった。
【０００５】
配向膜の耐熱性を向上させるために、ＳｉＯｘのような無機膜からなる配向膜が提案されている（例えば特許文献１、２参照）。
【０００６】
しかしながら、上述した無機膜は、液晶配向性を付与するために、成膜後にイオンビームや粒子ビームを無機膜表面に照射する配向処理が必要であり、配向処理が必要な分、成膜コストが高くなるという問題があった。
【０００７】
また、成膜対象物である基板と、蒸着源との間の距離を長くし（縦えば２ｍ程度）、蒸着源から放出される無機材料の蒸気を到達させれば、液晶配向性を有する無機膜が得られる。しかしながら、基板と蒸着源の間の距離を長くすると、成膜装置の大きさが大きくなってしまい、広い設置スペースが必要になるだけではなく、装置の製造コストが高くなるという問題があった。
【特許文献１】特開昭５６−１９０３０号公報
【特許文献２】特開平１１−２７１７７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、成膜装置の小型化が容易で、膜質の良い薄膜を成膜可能な成膜方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らが鋭意検討を行った結果、スパッタリング法によりターゲットからスパッタ粒子を放出させ、基板に入射するスパッタ粒子の入射角度を制限すれば、ターゲットと基板との距離を蒸着法の場合より短くしても、優れた配向性を有する柱状構造の膜が形成され、この膜が液晶配向に好ましく適用できることが確認された。
【００１０】
すなわち、本発明の成膜方法は、スパッタリングにより、ターゲットから放出された粒子を基板に衝突させて該基板に膜を形成する成膜方法であって、前記基板にスパッタ粒子が入射するときの最大入射角度を１５°以下にすることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の成膜方法は、スパッタリングにより、ターゲットから放出された粒子を基板に衝突させて該基板に膜を形成する成膜方法であって、前記基板にスパッタ粒子が入射するときの最大入射角度を１０°以下にすることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の成膜方法は、スパッタリングにより、ターゲットから放出された粒子を基板に衝突させて該基板に膜を形成する成膜方法であって、前記基板の成膜面における略中心である所定位置にスパッタ粒子が入射するときの入射角度を１５°以下にすることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の成膜方法は、スパッタリングにより、ターゲットから放出された粒子を基板に衝突させて該基板に膜を形成する成膜方法であって、前記基板の成膜面における略中心である所定位置にスパッタ粒子が入射するときの入射角度を１０°以下にすることを特徴とする。
【００１４】
先に記載の成膜方法において、前記最大入射角度を１°以上にすることが望ましい。
【００１５】
また、先に記載の成膜方法において、前記最大入射角度を３°以上にするのがさらに望ましい。
【００１６】
また、先に記載の成膜方法において、前記最大入射角度から、前記基板に前記スパッタ粒子が入射するときの最小入射角度を引いた値である見込み入射角度が１０°以下にされていることが望ましい。
【００１７】
また、先に記載の成膜方法において、前記ターゲットと前記基板との間に、前記基板にスパッタ粒子が入射するときの入射角度を制御するための開口が設けられた遮蔽部材を配置する方法を採用することができる。
【００１８】
また、先に記載の成膜方法において、前記ターゲットと前記基板との間に、スパッタ粒子の入射中心軸に略一致して配設される開口中心軸を有する遮蔽部材を配置し、前記基板にスパッタ粒子が入射するときの入射角度を前記遮蔽部材によって制御する方法を採用することができる。
【００１９】
上記の本発明の成膜方法によれば、スパッタ粒子が入射するときの最大入射角度を１５°以下にすることにより、優れた配向性を有する柱状構造の膜を形成することができ、また、ターゲットと基板との距離を、蒸着法の場合より短くすることができ、成膜装置の小型化が容易である。
【００２０】
最大入射角度が１５°を超えると、柱状構造の形成が困難になるので好ましくない。
最大入射角度が１０°以下であることにより、個々の柱の独立性が高く、配向性に優れた柱状構造の膜が形成される。
【００２１】
最大入射角度が１°未満であると、柱状構造は形成されるものの、柱同士の間隔が比較的大きくなって配向性が低下するので好ましくなく、さらに、成膜レートが低下するので工業的応用の観点からも好ましくない。
最大入射角度が３°以上であることにより、膜構造の緻密質化が図られるとともに、成膜レートを向上させることができる。
【００２２】
また、見込み入射角度が１０°以下にされていると、低エネルギーのスパッタ粒子が入射せず、成膜面には成長方向の揃った膜質の良い薄膜が形成される。
【００２３】
また、開口が設けられた遮蔽部材を、ターゲットと基板との間に配置して入射角度を制御する方法を採用することにより、ターゲットと基板とを近づけ、成膜レートの向上を図ることができる。
【００２４】
上記の本発明の成膜方法は、スパッタリングにより、ターゲットから放出された粒子を基板に衝突させて該基板に膜を形成する成膜装置であって、前記ターゲットと前記基板とを結ぶ線分と、前記基板の成膜面との成す角度が１５°以下であることを特徴とする成膜装置を用いて実施することができる。
【００２５】
また、上記の本発明の成膜方法は、真空雰囲気中に配置されたターゲットのスパッタ面にイオンビームを照射して前記ターゲットをスパッタリングし、前記スパッタ面から放出されたスパッタ粒子を基板に入射させる成膜装置であって、前記ターゲットと前記基板とを結ぶ線分と、前記基板の成膜面との成す角度が１５°以下であることを特徴とする成膜装置を用いて実施することができる。
【００２６】
また、上記の本発明の成膜方法は、スパッタリングにより、ターゲットから放出された粒子を基板に衝突させて該基板に膜を形成する成膜装置であって、前記ターゲットの略中心の所定位置と前記基板の略中心の所定位置とを結ぶ線分と、前記基板の成膜面との成す角度が１５°以下であることを特徴とする成膜装置を用いて実施することができる。
【００２７】
また、上記の本発明の成膜方法は、スパッタリングにより、ターゲットから放出された粒子を基板に衝突させて該基板に膜を形成する成膜装置であって、前記ターゲットの略中心の所定位置と前記基板の略中心の所定位置とを結ぶ線分と、前記基板の成膜面との成す角度が１０°以下であることを特徴とする成膜装置を用いて実施することができる。
【００２８】
先に記載の成膜装置において、前記線分と前記成膜面との成す角度が１°以上であることが望ましい。
【００２９】
また、先に記載の成膜装置において、前記線分と前記成膜面との成す角度が３°以上であることがさらに望ましい。
【００３０】
また、先に記載の成膜装置において、入射角度制御用遮蔽部と、前記入射角度制御用遮蔽部に形成され、前記基板にスパッタ粒子が入射するときの入射角度が制御された前記スパッタ粒子を通過させる入射角度制御用透過部とを有する構成とすることができる。
【００３１】
また、先に記載の成膜装置において、前記ターゲットと前記基板との間に配置され、前記基板にスパッタ粒子が入射するときの入射角度を制御する遮蔽部材を有し、前記遮蔽部材は、スパッタ粒子の入射中心軸に略一致して配設される開口中心軸を有する構成とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
図１の符号１は本発明に用いる成膜装置の一例を示している。
成膜装置１は真空槽２を有しており、真空排気系４を起動し、真空槽２の内部に所定圧力の真空雰囲気を形成する。
【００３３】
真空槽２の内部には予め基板２０と、ターゲット１１とが配置されており、真空槽２内部に真空雰囲気が形成されると、基板２０とターゲット１１とが同じ真空雰囲気に置かれる。
【００３４】
ターゲット１１の斜め側方であって、ターゲット１１を挟んで基板２０とは反対側にはイオンガン３０が取り付けられている。イオンガン３０のイオン放出口３５は真空槽２の内部でターゲット１１の表面であるスパッタ面１２に向けられており、イオンガン３０の内部で生成されたイオン（ここではＡｒイオン）はイオン放出口３５から真空槽２内部にビーム状に引き出され、そのイオンビーム３２がターゲット１１のスパッタ面１２に照射される。
【００３５】
図１の符号Ａは、イオンビーム３２の照射軸３８とスパッタ面１２が交差する照射点を示しており、照射点Ａを通るスパッタ面１２の法線１４と、照射軸３８とが成す角度をイオンビーム３２の照射角度θ１とすると、イオンビーム３２は４５°以上７０°以下の照射角度θ１でスパッタ面１２に入射される。照射軸３８のイオン放出口３５から照射点Ａまでの距離をターゲット−イオン源間距離とすると、ここではターゲット−イオン源間距離は２５０ｍｍにされている。
【００３６】
イオンビーム３２は所定のビーム幅（ここでは半値幅が１００ｍｍ）を有しているので、イオンビーム３２がスパッタ面１２に入射すると、ビーム幅に応じた広さのスパッタ領域３９にイオンビーム３２が照射され、スパッタ領域３９がスパッタリングされる。
【００３７】
基板２０の表面には後述する不図示の電極膜が配置されている。図１の符号Ｂは電極膜が配置された側の面である成膜面２２上の任意の位置である成膜点を示しており、ここでは成膜面２２の中心を図示している。
【００３８】
基板２０は、成膜点Ｂと照射点Ａを結ぶ線分２８と、法線１４とが成す角度である位置決め角度θ２が０°以上７０°以下になるように、ターゲット１１から離して配置されている。成膜面２２の中心に位置する成膜点Ｂと照射点Ａとを結ぶ線分２８の長さを基板−ターゲット間の距離（ＴＳ距離）とすると、ここではＴＳ距離は１７０ｍｍになっている。
【００３９】
成膜点Ｂと照射点Ａとを結ぶ線分２８と、成膜点Ｂからターゲット１１側に成膜面２２上を伸びる線分２９との角度、すなわち線分２８と成膜面２２とが成す角度を基板２０の傾き角度θ３とすると、基板２０は傾き角度θ３が１°以上１５°以下になるように傾いて配置されており、その線分２９とスパッタ粒子の入射方向とが成す角度を入射角度とすると、スパッタ粒子の入射角度は基板２０が傾いて配置されている分小さく、スパッタ粒子は成膜面２２に対して斜めに入射することになる。
【００４０】
ターゲット１１はＳｉＯ2 のような無機材料で構成されているので、スパッタ粒子が成膜面２２に斜めに入射すると、成膜面２２には無機材料である酸化ケイ素が斜めに結晶成長する。
【００４１】
ここではイオンビーム３２は円形ビームであり、スパッタ領域３９に照射されるビーム強度はスパッタ領域３９の中心位置では高く、スパッタ領域３９の縁部分に近くなる程弱くなるので、スパッタ領域３９の中心部分からは高密度でスパッタ粒子が放出され、スパッタ領域３９の縁部分からは低密度でスパッタ粒子が放出される。
【００４２】
この成膜装置１では、基板２０とターゲット１１との間に遮蔽部材２５が配置されており、遮蔽部材２５にはスパッタ粒子を通過させるスリット２６（ここでは平面形状が１０ｍｍ、長さ４ｍｍの長方形である細長スリット）が設けられている。
【００４３】
この遮蔽部材２５によって、成膜面２２の各点に入射するスパッタ粒子の入射角度の最大値（最大入射角度θ５）は１５°以下に制限され、入射角度の最大値と最小値の差である入射見込み角度Δθは１０°以下に制限されている。
【００４４】
ここで、最大入射角度θ５は、成膜面２２の各点からターゲット１１側に成膜面２２上を伸びる線分２９と、スパッタ粒子の入射方向とが成す角度（入射角度）の最大値である。すなわち、本例では、遮蔽部材２５によって、成膜面２２の任意の点において（すなわち成膜面２２の全領域において）、スパッタ粒子の入射角度が１５°以下に制限されている。したがって、例えば成膜面の略中心である所定位置において、スパッタ粒子の入射角度θ５が１５°以下に制限されている。なお、最大入射角度θ５が１５°以下に制限されていることにより、成膜面２２の法線とスパッタ粒子の入射方向との成す角度は、７５°を超えることになる。
【００４５】
このように、遮蔽部材２５によって、成膜面２２に入射するスパッタ粒子は所定の入射角度以下のものに限定されるので、成膜面２２に所定の傾斜を有する柱状粒子が堆積される。
【００４６】
以上は、遮蔽部材２５によってスパッタ粒子を遮蔽する場合について説明したが本発明はこれに限定されるものではない。
【００４７】
図２の符号５は本発明に用いる成膜装置の他の例を示している。この成膜装置５では、上述した成膜装置１と同様に、基板２０はターゲット１１に対する傾き角度θ３が１°以上１５°以下になるように配置されているので、スパッタ領域３９から放出されるスパッタ粒子は、成膜面２２に対して斜めに入射する。
【００４８】
この成膜装置５は遮蔽部材を有していないが、ＴＳ距離又はビーム幅を変えることで成膜面２２に入射するスパッタ粒子の入射角度が制限されている。
【００４９】
例えば、ビーム幅は、半値幅が３０ｍｍであるが、ＴＳ距離は３００ｍｍと上述した成膜装置１よりも長くされており、傾き角度θ３が１５°以下にされることで最大入射角度θ５が１５°以下にされ、ＴＳ距離が長くされることで、見込み入射角度Δθも１０°以下と小さくされている。
【００５０】
従って、スパッタ粒子は所定範囲の入射角度で、成膜面２２に対して斜めに入射するので、成膜面２２には斜方柱状結晶の膜が形成される。
【００５１】
また、ＴＳ距離が同じであっても、イオンビーム３２のビーム幅が狭ければ見込み入射角度Δθが小さくなるので、ビーム幅を小さくすることで見込み入射角度Δθを１０°以下にしてもよいし、ＴＳ距離を大きくし、かつビーム幅を小さくすることで見込み入射角度Δθを１０°以下にしてもよい。
【００５２】
上述した２種類の成膜装置１、５で、ＳｉＯ2 からなるターゲット１１を用いて成膜を行ったところ、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ、ｘは任意の整数）の斜方柱状結晶膜が形成され、該結晶膜にラビングやドライエッチング処理等の表面処理を行わずに液晶を接触させたところ、液晶が一定の方向に配向した。
【００５３】
このように、本発明によれば、表面処理を行わなくても液晶配向性を有する薄膜（配向膜）が得られる。
【００５４】
２枚の基板２０の各成膜面２２に上述した工程で配向膜をそれぞれ形成し、２枚の基板２０の配向膜が形成された面の間に液晶を配置すると、液晶装置が得られる。
【００５５】
上述したように、成膜面２２には電極膜が予め配置されており、対向する電極膜に電圧を印加しない状態では、液晶は配向膜の配向性に沿った方向に配向するが、対向する電極膜の間に電圧を印加すると、液晶の配向性が崩れる。
【００５６】
従って、液晶装置の一方の基板２０側から光を照射しながら、電圧のＯＮ、ＯＦＦを切り替えれば、液晶中を進行する光の進行方向を変化させて、他方の基板２０側から観察される光の明、暗を変化させることができる。
【００５７】
本発明により製造された液晶装置は、例えば表示装置や、発光装置として用いることができる。
【００５８】
以上は、イオンガン３０からアルゴンイオンを放出させる場合について説明したが、イオンガン３０から放出するイオン種はターゲット１１をスパッタできるものであれば、例えばＫｒ、Ｘｅ等の他の種類の希ガスのイオン、窒素、酸素などの分子イオン、中性粒子、クラスターイオン等を用いてもよい。
【００５９】
ターゲットを構成する無機材料はＳｉＯ2 に限定されず、Ａｌ2Ｏ3やＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等他の無機材料を用いてもよいし、それらの無機材料を２種類以上混合してターゲットに用いることもできる。
【００６０】
以上はスリット２６を有する遮蔽部材２５を用いて入射角度を制限する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば細長のターゲットにシート状のイオンビームを照射し、ターゲットと基板の間に配置されたコリメータを通してスパッタ粒子を入射させることで、大面積な成膜面２２の広い範囲に入射するスパッタ粒子の最大入射角度θ５を１５°以下、見込み入射角度Δθ１を１０°以下に制限することができる。
【００６１】
イオンビームの形状は特に限定されず、成膜面２２に入射するスパッタ粒子の最大入射角度θ５が１５°以下であって、見込み入射角度θ３が１０°以下になるのであれば、円形、シート状、楕円、多角形等いずれの形であっても構わない。
【００６２】
特に、遮蔽部材２５を用いて入射角度を制限する場合には、ビーム幅を広くして、ターゲット１１上のスパッタ領域３９を広くしてもよく、例えば、ターゲット１１のスパッタ面１２全面をスパッタ領域としてもよい。
【実施例】
【００６３】
上述した図２の成膜装置５を用い、基板２０とターゲット１１の間に遮蔽部材２５を配置せずに、ＳｉＯ2 からなるターゲット１１を用いて、円盤状の８インチシリコン基板２０の成膜面２２に酸化ケイ素からなる薄膜を形成した。
【００６４】
成膜条件は、照射角度θ１が４５°であり、位置決め角度θ２が５０°であり、成膜面２２の中心の傾き角度θ３が５°であり、ＴＳ距離が３００ｍｍであり、ビームエネルギー２ｋｅＶ、ビーム電流１５０ｍＡとした。
また、成膜面２２の中心の傾き角度θ３を０°、１０°、１５°、３０°に代えた以外は同じ成膜条件で、同じ種類の基板２０上にそれぞれ薄膜を形成し、５種類のサンプルを作製した。上述した５種類のサンプルについて、成膜面２２上の所定位置について、断面電子顕微鏡写真を撮影した。
【００６５】
その結果、成膜面２２の中心の傾き角度θ３が５°以上１５°以下であり、かつ最大入射角度θ５が３°以上１５．０°以下であった場合には、酸化ケイ素の結晶は斜め方向に柱状に成長しているが、最大入射角度θ５が１５．０°を超えた場合には、酸化ケイ素の斜方成長が小さく、独立した柱状成長が見られなかった。
さらに、最大入射角度が１０°以下であった場合には、個々の柱の独立性が高い柱状構造が見られた。
【００６６】
また、θ３＝０°であり、かつ最大入射角度θ５が３°未満である場合には、柱状構造は形成されるものの、柱同士の間隔が比較的大きい柱状構造が見られた。
【００６７】
また、傾き角度θ３が５°の成膜面２２について、最大入射角度θ５が５°以上１０°以下であった箇所に、ラビングやドライエッチング処理等の表面処理を行うことなく、液晶を接触させたところ、液晶が一定の方向に配向した。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明に用いる成膜装置の一例を説明する断面図。
【図２】本発明に用いる成膜装置の他の例を説明する断面図。
【符号の説明】
【００６９】
１、５……成膜装置、１１……ターゲット、１２……スパッタ面、２０……基板、２２……成膜面、２５……遮蔽部材、２６……スリット（開口）、３０……イオンガン、３２……イオンビーム、３９……スパッタ領域、θ３……成膜面の中心の傾き角度、θ５……最大入射角度、Δθ……見込み入射角度。
【図１】
2008019498.tif 000003
【図２】
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