專利名稱：成膜方法、成膜裝置、壓電膜、壓電器件和液體排出裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及成膜方法和成膜裝置，所述成膜方法和成膜裝置用于使用等離子體通過(guò)氣相沉積在基板上形成含有靶的構(gòu)成元素的膜。本發(fā)明還涉及使用所述成膜方法形成的壓電膜，以及包括該壓電膜的壓電器件和液體排出裝置。
背景技術(shù)：
濺射是這樣一種成膜方法其中將基板和靶放置成相互面對(duì)，并且使在減壓下等離子體化的氣體碰撞該靶，從而碰撞的能量使分子或原子從靶彈射出并且沉積在基板上。 日本未審查專利公開11(1999)-335828和11 (1999)-350126 (此后分別稱為專利文件1和 2)各自公開了一種成膜裝置，所述成膜裝置是用來(lái)在典型的成膜工藝中使用濺射在面內(nèi)方向上實(shí)現(xiàn)均勻的膜厚度分布。專利文件1公開了一種濺射成膜裝置，所述裝置包括用于引入將要被等離子體化的氣體的氣體入口，所述入口設(shè)置在用于對(duì)進(jìn)行成膜的加工室進(jìn)行真空排出的排出路徑附近(見，例如權(quán)利要求1和

圖1)。公開的是，這種裝置通過(guò)降低加工室中的壓力梯度而可以實(shí)現(xiàn)在面內(nèi)方向上的均勻膜厚度分布(見第0019段)。專利文件2公開了一種成膜裝置，所述成膜裝置包括設(shè)置在加工室和排出室之間的分隔區(qū)域處的氣體限制裝置(或氣體控制裝置)，所述氣體限制裝置用于限制將要被等離子體化的氣體的流動(dòng)，在所述加工室中進(jìn)行成膜(見權(quán)利要求1、2、4和幻。作為一個(gè)具體的方面，公開了所述氣體限制裝置包括安置在所述加工室和所述排出室之間的分隔區(qū)域處的氣體限制板；和設(shè)置在排出室處的閘板(shutter)(見，例如權(quán)利要求7和8，以及圖 1)。專利文件2教導(dǎo)了 氣體限制裝置允許在加工室中提供均勻的等離子體密度分布 (見權(quán)利要求1和4)和降低加工室中氣體的壓力梯度(見權(quán)利要求2和幻，并且這些效果提供了在面內(nèi)方向上的均勻膜厚度分布(見，例如第OOM段)。專利文件2還教導(dǎo)了 通過(guò)氣體限制裝置可以實(shí)現(xiàn)在要被加工的物體周圍均勻的電位分布，其中氣體引入側(cè)和排出側(cè)都被地面包圍(見，例如權(quán)利要求3和6)，并且這對(duì)于實(shí)現(xiàn)在面內(nèi)方向上的均勻膜厚度分布也是有效的(見，例如第OOM段)。在理論上，通過(guò)濺射形成的膜的組成應(yīng)當(dāng)與靶的組成基本上相同。然而，如果膜的構(gòu)成元素包括具有高蒸氣壓的元素，則該元素趨向于在形成的膜的表面上經(jīng)受逆向?yàn)R射 (reverse sputtering)，并且這可能常常使得難以提供具有與靶的組成基本上相同組成的膜。所述逆向?yàn)R射是這樣的一種現(xiàn)象，其中如果在構(gòu)成元素中濺射的容易性(濺射率)存在大的差別，則在構(gòu)成元素中比沉積在基板上的其它元素對(duì)濺射更敏感的一種元素優(yōu)先通過(guò)濺射粒子濺射出膜的表面，盡管從靶濺射的元素具有與靶幾乎相同的組成。例如，在作為具有高鐵電性的鈣鈦礦型氧化物的PZT (鋯鈦酸鉛)中，1 比Ti和 ^ 更對(duì)逆向?yàn)R射敏感，并因此1 在膜中的濃度趨向于低于1 在靶中的濃度。同樣，在Α位含有Bi或Ba的鈣鈦礦型氧化物中，這些元素具有高的蒸氣壓并因而具有類似的趨勢(shì)。在含S1化合物中，Si具有高的蒸氣壓并因而具有類似的趨勢(shì)。例如，在氧化鋅透明導(dǎo)電膜或者透明半導(dǎo)體膜如與具有與氧化錫銦(ITO)相似的優(yōu)異的電學(xué)和光學(xué)特性并且廉價(jià)而且是豐富資源的LfeaiO4(IGZO)中，Zn比其它構(gòu)成元素更加對(duì)逆向?yàn)R射敏感，并且Si在膜組成中的含量趨向于低于ai在靶組成中的含量。為了獲得如在以上實(shí)例中所表達(dá)的體系期望組成，已經(jīng)采取了措施，如使用含有濃度增加的對(duì)逆向?yàn)R射敏感的元素的靶。本發(fā)明人已經(jīng)使用可商購(gòu)的濺射裝置在具有6英寸直徑的基板上形成了 PZT膜， 并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)膜的1 濃度在面內(nèi)方向上是不同的(見比較例1和2，其將在下文中描述)。 在具有對(duì)逆向?yàn)R射敏感的組成的情況下，認(rèn)為有必要更嚴(yán)格地控制成膜條件，以提供在面內(nèi)方向上的均勻條件。盡管專利文件1和2教導(dǎo)了通過(guò)控制氣體流動(dòng)而在加工室中提供均勻的氣體壓力或均勻的等離子體密度分布，但是均勻的水平未描述并且是不清楚的。在專利文件1中公開的結(jié)構(gòu)中，將氣體通過(guò)設(shè)置在相對(duì)于基板的側(cè)面上的單口引入，并且在同一側(cè)面排出。在專利文件2中公開的結(jié)構(gòu)中，氣體從相對(duì)于基板的側(cè)面引入， 并且在使用氣體限制裝置限制氣體排出的情況下在另一側(cè)面排出。由于在兩種結(jié)構(gòu)中，對(duì)于氣體流動(dòng)的控制僅從相對(duì)于基板的一個(gè)或多個(gè)側(cè)面發(fā)揮作用，所以可能很難說(shuō)可以實(shí)現(xiàn)在加工室內(nèi)的基板的面內(nèi)方向上的氣體壓力分布的高度均化。在專利文件1中公開的結(jié)構(gòu)中，氣體入口安置在排出路徑附近，并因此引入到加工室中的氣體被立即排出。因此，大概非常有可能的是沒有將必要量的氣體進(jìn)料到加工室中。專利文件1和2大體上屬于使用濺射進(jìn)行成膜，因?yàn)樗鼈儾恍枰獓?yán)格的條件，如對(duì)逆向?yàn)R射敏感的組成體系所需的條件，并且在加工室內(nèi)的氣體壓力和等離子體密度分布的均化水平不高。因此，即使將專利文件1或2中所公開的結(jié)構(gòu)應(yīng)用于對(duì)逆向?yàn)R射敏感的組成體系時(shí)，也不能實(shí)現(xiàn)在面內(nèi)方向上的組成變動(dòng)的高度降低。上述問(wèn)題不限于濺射的情況，并且在其它成膜方法中可能發(fā)生類似的問(wèn)題，在所述其它成膜方法中，基板和靶被放置成相互面對(duì)，并且使用等離子體通過(guò)氣相沉積在基板上形成含有靶的構(gòu)成元素的膜。當(dāng)基板尺寸較大，如具有6英寸直徑的基板時(shí)，這個(gè)問(wèn)題更明顯。發(fā)明概述鑒于上述情況，本發(fā)明涉及提供一種成膜方法和一種成膜裝置所述成膜方法和成膜裝置優(yōu)選可適用于對(duì)逆向?yàn)R射敏感的組成體系，并且使得在面內(nèi)方向上的膜性質(zhì)如組成的高度均化而與形成的膜的組成和基板尺寸無(wú)關(guān)。本發(fā)明還涉及提供一種壓電膜，所述壓電膜使用以上成膜方法形成的并且具有在面內(nèi)方向上高度均化的膜性質(zhì)如組成。本發(fā)明人使用的可商購(gòu)濺射裝置具有包括內(nèi)容器和外容器的真空容器。將氣體通過(guò)單個(gè)氣體噴嘴引入到內(nèi)容器和外容器之間的氣隙，并且填充在內(nèi)容器和外容器之間的氣隙中的氣體流入到內(nèi)容器中。如剛才所述，常規(guī)濺射裝置包括用于將氣體噴射到真空容器中的環(huán)形氣體噴射構(gòu)件(在上述的方面，內(nèi)容器和外容器包括所述環(huán)形氣體噴射構(gòu)件，并且將氣體通過(guò)內(nèi)容器和外容器之間的氣隙噴射到真空容器中)，和連接至所述氣體噴射構(gòu)件的單個(gè)氣體進(jìn)料構(gòu)件(上述方面中的氣體噴嘴)，所述單個(gè)氣體進(jìn)料構(gòu)件用于將氣體從真空容器的外部進(jìn)料到氣體噴射構(gòu)件。 本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)使用常規(guī)濺射裝置形成的PZT膜中的1 濃度趨向于在越接近氣體進(jìn)料構(gòu)件的一側(cè)越高而在越遠(yuǎn)離氣體進(jìn)料構(gòu)件的一側(cè)越低。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)常規(guī)的氣體引入結(jié)構(gòu)不提供氣體從環(huán)形氣體噴射構(gòu)件進(jìn)入真空容器中的均勻噴射，原因在于氣體通過(guò)單個(gè)口引入到環(huán)形氣體噴射構(gòu)件中，并且不均勻的氣體壓力在等離子體空間中產(chǎn)生了等離子體電位Vs(V)中的變動(dòng)。認(rèn)為在氣體壓力相對(duì)高的一側(cè)，真空度相對(duì)低并且等離子體電位 Vs(V)相對(duì)低，因而1 的逆向?yàn)R射的趨勢(shì)相對(duì)低，導(dǎo)致相對(duì)高的1 濃度。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn) 通過(guò)均化流入真空容器中的氣體，可以均化在等離子體空間中的等離子體電位Vs(V),從而實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明。本發(fā)明的成膜方法是一種在將基板和靶放置成相互面對(duì)的情況下，使用等離子體通過(guò)氣相沉積技術(shù)在基板上形成含有靶的構(gòu)成元素的膜的成膜方法，所述方法包括在距離靶的朝向基板的表面為2-3cm的地方，將在所述基板的面內(nèi)方向上的等離子體空間中的等離子體電位Vs(V)的變動(dòng)控制在士 IOV以內(nèi)的情況下，進(jìn)行成膜。在距離靶的朝向基板的表面為1. 0-1. 5cm的地方的位置被稱為鞘(sheath)。在本發(fā)明中，在距離靶的朝向基板的表面為2-3cm的地方(該位置從鞘稍微更接近基板)的等離子體電位Vs(V)的變動(dòng)控制在上述范圍內(nèi)的情況下，進(jìn)行成膜?！暗入x子體電位Vs和浮置電位Vf”在本文中使用朗繆爾探針(Langmuir probe)通過(guò)單探針法測(cè)量。在將探針的遠(yuǎn)端置于基板的附近以避免正形成的膜等粘附到探針和產(chǎn)生誤差的情況下，在盡可能短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行浮置電位Vf的測(cè)量?？梢詫⒌入x子體電位Vs和浮置電位Vf之間的電位差Vs-Vf (V)轉(zhuǎn)化為電子溫度(eV)。IeV的電子溫度等于11600K(K 表示絕對(duì)溫度)。在本發(fā)明的成膜方法中，優(yōu)選的是，在距離靶的朝向基板的表面為2_3cm的地方， 將基板的面內(nèi)方向上的氣體壓力變動(dòng)控制在士 1. 5%內(nèi)的情況下進(jìn)行成膜。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過(guò)將氣體壓力的變動(dòng)控制在上述范圍內(nèi)，可以將等離子體電位 Vs(V)的變動(dòng)控制在本發(fā)明中限定的范圍內(nèi)。“在距離靶的朝向基板的表面為2_3cm的地方，等離子體電位Vs或者氣體壓力的變動(dòng)”在本文中限定為，在距離靶的朝向基板的中心為2-3cm的地方的點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)的情況下，具有與靶相同面積的區(qū)域內(nèi)的變動(dòng)。如在以上“相關(guān)技術(shù)描述”中所提及，專利文件1和2教導(dǎo)通過(guò)控制氣體流動(dòng)而均化加工室內(nèi)的氣體壓力或等離子體密度分布。然而，專利文件1和2中公開的裝置不能實(shí)現(xiàn)如本發(fā)明中所限定的氣體壓力的高度均化。可適用于本發(fā)明的氣相沉積技術(shù)的一個(gè)實(shí)例是濺射。本發(fā)明優(yōu)選可適用于膜為壓電膜的情況。本發(fā)明優(yōu)選可適用于膜為含有由以下通式(P)表示的一種或兩種以上鈣鈦礦型氧化物作為主要組分的壓電膜的情況ABO3(P)，其中A表示A位元素并且包含至少一種選自由Pb、Ba、Sr、Bi、Li、 Na、Ca、Cd、Mg、K和鑭系元素組成的組中的元素；B表示B位元素并且包含至少一種選自由 Ti、Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Mg、Sc、Co、Cu、In、Sn、Ga、Zn、Cd、Fe、Ni、Hf 禾口 Al 組成的組中的元素；以及0表示氧，并且其中A位元素、B位元素和氧元素的摩爾比為作為標(biāo)準(zhǔn)的 1:1: 3;然而，所述摩爾比可以在獲得鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的范圍內(nèi)不同于所述標(biāo)準(zhǔn)摩爾比?！爸饕M分”在本文中是指其含量為至少SOmol%的組分。本發(fā)明優(yōu)選可適用于膜含有由通式(P)表示的一種或兩種以上鈣鈦礦型氧化物， 并且A位元素包含至少一種選自由Pb、Bi和Ba組成的組中的金屬元素的情況。本發(fā)明優(yōu)選可適用于膜含有含Si化合物的情況。本發(fā)明優(yōu)選可適用于膜含有由以下通式表示的含Si氧化物的情況InxMyZnz0(x+3y/2+3z/2)(S)，其中 M 表示至少一種選自由 In、Fe、Ga 和 Al 組成的組中的元素，并且χ、y和ζ全部都是大于0的實(shí)數(shù)。本發(fā)明的成膜裝置(device)是一種使用等離子體通過(guò)氣相沉積在基板上形成含有靶的構(gòu)成元素的膜的成膜裝置，所述成膜裝置包括真空容器，在所述真空容器中包括安置成相互面對(duì)的基板支架和靶支架；等離子體產(chǎn)生裝置(means)，所述等離子體產(chǎn)生裝置用于在所述真空容器內(nèi)產(chǎn)生等離子體；和氣體引入裝置，所述氣體引入裝置用于將要被等離子體化的氣體引入到所述真空容器中，其中在距離靶的朝向基板的表面為2-3cm的地方，將在所述基板的面內(nèi)方向上的等離子體空間中的等離子體電位Vs(V)的變動(dòng)控制在士 IOV 內(nèi)。在本發(fā)明的成膜裝置中，優(yōu)選的是，在距離靶的朝向基板的表面為2_3cm的地方， 將基板的面內(nèi)方向上的氣體壓力的變動(dòng)控制在士 1.5%內(nèi)。在一個(gè)方面，所述氣體引入裝置包括環(huán)形氣體噴射構(gòu)件，所述環(huán)形氣體噴射構(gòu)件安置在所述真空容器中的所述基板支架和所述靶支架之間，所述氣體噴射構(gòu)件適于接收引入到其中的所述氣體，所述氣體噴射構(gòu)件包括多個(gè)用于將氣體噴射到所述真空容器中的氣體噴射口 ；和氣體進(jìn)料構(gòu)件，所述氣體進(jìn)料構(gòu)件連接到所述氣體噴射構(gòu)件，所述氣體進(jìn)料構(gòu)件將所述氣體從所述真空容器的外部進(jìn)料到所述氣體噴射構(gòu)件中。在氣體引入裝置的一個(gè)優(yōu)選方面，氣體進(jìn)料構(gòu)件是多個(gè)以相等間隔連接到氣體噴射構(gòu)件的氣體進(jìn)料構(gòu)件，并且所述多個(gè)氣體噴射口以相等間隔設(shè)置在所述氣體噴射構(gòu)件中。在氣體引入裝置的另一個(gè)優(yōu)選方面，氣體進(jìn)料構(gòu)件是連接到所述氣體噴射構(gòu)件的單個(gè)氣體進(jìn)料構(gòu)件，并且在所述氣體噴射構(gòu)件較接近所述氣體進(jìn)料構(gòu)件的區(qū)域，在所述氣體噴射構(gòu)件中設(shè)置的氣體噴射口的數(shù)量相對(duì)少，并且在所述氣體噴射構(gòu)件較遠(yuǎn)離所述氣體進(jìn)料構(gòu)件的區(qū)域，所述氣體噴射口的數(shù)量相對(duì)多。在本發(fā)明的成膜裝置中，優(yōu)選的是真空容器的最內(nèi)壁表面是電絕緣或浮置 (floating)的。本發(fā)明的壓電膜使用本發(fā)明的上述成膜方法形成。本發(fā)明的壓電器件包括本發(fā)明的上述壓電膜，和用于對(duì)該壓電膜施加電場(chǎng)的電極。本發(fā)明的液體排出裝置包括本發(fā)明的上述壓電器件，和液體排出構(gòu)件，所述液體排出構(gòu)件被安置成與所述壓電器件相鄰，所述液體排出構(gòu)件包括用于貯存液體的液體貯存器，和液體排出口，所述液體排出口用于響應(yīng)電場(chǎng)對(duì)所述壓電膜的施加而將所述液體從所述液體貯存器排出到外部。
發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種成膜方法和一種成膜裝置，所述成膜方法和成膜裝置優(yōu)選可適用于對(duì)逆向?yàn)R射敏感的組成體系等，并且使膜在面內(nèi)方向上的性質(zhì)如組成高度均化而與形成的膜的組成和基板的尺寸無(wú)關(guān)。根據(jù)本發(fā)明，可以提供使用上述成膜方法形成的壓電膜，所述壓電膜具有在面內(nèi)方向上高度均化的膜性質(zhì)如組成。附圖簡(jiǎn)述圖IA是示例根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的成膜裝置的整個(gè)結(jié)構(gòu)的剖面圖，圖IB是示例氣體引入裝置等的平面圖，圖2A是示例成膜裝置的一個(gè)變更實(shí)例的剖面圖，圖2B是示例氣體引入裝置的一個(gè)變更實(shí)例的平面圖，圖3是示意性地示例如何形成膜的圖，圖4是示例如何測(cè)量等離子體電位Vs和浮置電位Vf的說(shuō)明圖，圖5是示例根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的壓電器件和噴墨記錄頭(液體排出裝置)的結(jié)構(gòu)的剖面圖，圖6是示例包括圖5的噴墨記錄頭的噴墨記錄裝置的一個(gè)實(shí)例配置的圖，圖7是圖6的噴墨記錄裝置的局部平面圖，和圖8顯示比較例2的模擬數(shù)據(jù)。優(yōu)選實(shí)施方案描述成膜裝置和使用其的成膜方法現(xiàn)在，將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的成膜裝置以及使用該裝置的成膜方法。圖IA是示例所述裝置的整個(gè)結(jié)構(gòu)的剖面圖，并且圖IB是顯示從基板B那側(cè)觀看時(shí)氣體引入裝置17等的平面圖。本發(fā)明可適用于這樣的成膜裝置其中，將基板和靶放置成相互面對(duì)，并且使用等離子體通過(guò)氣相沉積在基板上形成含有靶的構(gòu)成元素的膜。本發(fā)明可以適用的氣相沉積技術(shù)的實(shí)例包括濺射技術(shù)，如偶極濺射、三極濺射、DC濺射、射頻濺射(RF濺射)、ECR濺射、磁控濺射、面對(duì)靶濺射(facing target sputtering)、脈沖濺射和離子束濺射。除了濺射技術(shù)以外本發(fā)明還可以適用的氣相沉積技術(shù)的其它實(shí)例包括離子電鍍和等離子體CVD。在此實(shí)施方案中，結(jié)合射頻濺射(RF濺射)作為實(shí)例給出說(shuō)明。圖1中所示的成膜裝置(射頻濺射裝置)1通常包括真空容器10，該真空容器10 中包括基板支架11，其上可以裝載基板B，并且可以將裝載的基板B加熱至預(yù)定的溫度； 和靶支架12，其上可以裝載靶T。在此實(shí)施方案中的裝置中，真空容器10的內(nèi)部形成成膜室。在真空容器10中，基板支架11和靶支架12彼此隔開成相互面對(duì)。靶支架12連接到射頻電源(RF電源)13，所述射頻電源安置在真空容器10的外部，以使靶支架12充當(dāng)用于產(chǎn)生等離子體的等離子體電極(陰極電極)。在此實(shí)施方案中，射頻電源13和充當(dāng)?shù)入x子體電極(陰極電極)的靶支架12形成用于在真空室10中產(chǎn)生等離子體的等離子體產(chǎn)生裝置14。
基板B不受特別限制，并且可以根據(jù)應(yīng)用而適宜地選自各種基板如Si基板、氧化物基板、玻璃基板以及各種撓性基板。根據(jù)所要形成的膜的組成，選擇靶T的組成。成膜裝置1包括用于將要被等離子體化的氣體G引入真空容器10的氣體引入裝置17。在此實(shí)施方案中，所述氣體引入裝置17包括環(huán)形氣體噴射構(gòu)件15，所述環(huán)形氣體噴射構(gòu)件安置在所述真空容器10中的所述基板支架11和所述靶支架12之間，能夠接收引入到其中的氣體G，并且具有多個(gè)用于將氣體G噴射到所述真空容器10中的氣體噴射口 15a ；和氣體進(jìn)料構(gòu)件16，所述氣體進(jìn)料構(gòu)件為例如連接到氣體噴射構(gòu)件15的氣體噴嘴或氣體管并且將氣體G從真空容器10的外部進(jìn)料到氣體噴射構(gòu)件15中。氣體G不受特別限制，并且可以為Ar、kr/02混合氣體等。雖然常規(guī)濺射裝置設(shè)置有單個(gè)氣體進(jìn)料構(gòu)件，但是在此實(shí)施方案中設(shè)置多個(gè)氣體進(jìn)料構(gòu)件16。在此實(shí)施方案中，將具有相同內(nèi)徑的氣體進(jìn)料構(gòu)件16以相等間隔連接到氣體噴射構(gòu)件15，并且將具有相同孔徑的多個(gè)氣體噴射口 15a以相等間隔設(shè)置在氣體噴射構(gòu)件15中。氣體噴射口 1 和氣體進(jìn)料構(gòu)件16的數(shù)量不受特別限制，并且所述的數(shù)量可以相同或可以不同。在附圖中顯示的實(shí)例中，設(shè)置了 4個(gè)氣體噴射口 1 和4個(gè)氣體進(jìn)料構(gòu)件16。如圖IB中所示，考慮到氣體流入到真空容器10中的均勻性，氣體噴射口 1 在氣體噴射構(gòu)件15中的位置和氣體進(jìn)料構(gòu)件16連接到氣體噴射構(gòu)件15的位置優(yōu)選彼此偏置。 采用此結(jié)構(gòu)，從氣體進(jìn)料構(gòu)件16引入到氣體噴射構(gòu)件15中的氣體G沒有立即通過(guò)氣體噴射口 1 釋放，而是在氣體G在噴射構(gòu)件15中循環(huán)到一定程度以后通過(guò)氣體噴射口 1 釋放。用于排出(V)真空容器10中的氣體的氣體出口管18連接到真空容器10。氣體出口管18連接的位置不受特別限制，并且在此實(shí)施方案中氣體出口管18連接到真空容器10 的底部。采用圖IA和IB中所示的氣體引入裝置17的結(jié)構(gòu)，氣體G在多個(gè)點(diǎn)被均勻地引入到環(huán)形氣體噴射構(gòu)件15中，并且氣體G經(jīng)由設(shè)置在環(huán)形氣體噴射構(gòu)件15中的多個(gè)氣體噴射口 1 被均勻地噴射到真空容器10中。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)采用此結(jié)構(gòu)，在距離靶T的朝向基板B的表面為2-3cm的地方，可以將在基板B的面內(nèi)方向上的氣體壓力的變動(dòng)控制在士 1. 5% 內(nèi)。成膜壓力不受特別限制；然而，優(yōu)選為10 以下。如果成膜壓力高于10Pa，則取決于元素的種類，從靶T濺射出的粒子和到達(dá)基板B的粒子的比率可能由于散射等而降低。 如果成膜壓力為10 以下，則等離子體空間的條件在中間流和分子流之間，所述中間流在分子流和粘性流的中間，并因此，從靶T濺射出的粒子在它們到達(dá)基板B之前散射的可能性可以忽略地低，而與元素的種類無(wú)關(guān)。備選地，氣體引入裝置17可以具有圖2A和2B中顯示的結(jié)構(gòu)。圖2A以透視的方式顯示氣體引入裝置17。在圖2A和2B中顯示的方面，單個(gè)氣體進(jìn)料構(gòu)件16連接到氣體噴射構(gòu)件15，其中在較接近氣體進(jìn)料構(gòu)件16的區(qū)域，設(shè)置在氣體噴射構(gòu)件15中的氣體噴射口 15a的數(shù)量相對(duì)少，并且在較遠(yuǎn)離氣體進(jìn)料構(gòu)件16的區(qū)域，氣體噴射口 1 的數(shù)量相對(duì)多。在具有連接到氣體噴射構(gòu)件15的單個(gè)氣體進(jìn)料構(gòu)件16的結(jié)構(gòu)中，在越接近氣體進(jìn)料構(gòu)件16的區(qū)域，通過(guò)氣體噴射構(gòu)件15進(jìn)料的氣體量越大。因此，圖2A和2B中顯示的
9結(jié)構(gòu)使得氣體G從氣體噴射構(gòu)件15均勻地噴射到真空容器10中，并且可以提供與圖IA和 IB中所示結(jié)構(gòu)的效果相同的效果。代替圖2A和2B中所示的結(jié)構(gòu)，具有連接到氣體噴射構(gòu)件15的單個(gè)氣體進(jìn)料構(gòu)件 16的結(jié)構(gòu)可以包括以相等間隔設(shè)置的多個(gè)氣體噴射口 15a。在此結(jié)構(gòu)中，較接近氣體進(jìn)料構(gòu)件16的氣體噴射口 1 可以具有相對(duì)小的孔徑，并且較遠(yuǎn)離氣體進(jìn)料構(gòu)件16的氣體噴射口 1 可以具有相對(duì)大的孔徑。如圖3中示意性地顯示的，引入到真空容器10中的氣體G通過(guò)來(lái)自等離子體電極 (在此實(shí)施方案中，靶支架12充當(dāng)?shù)入x子體電極)的放電而被等離子體化，并且產(chǎn)生陽(yáng)離子Ip，如Ar離子。產(chǎn)生的陽(yáng)離子Ip使靶T濺射。通過(guò)陽(yáng)離子Ip濺射的靶T的構(gòu)成元素 Tp從靶中釋放出并以中性或離子化狀態(tài)沉積在基板B上。在附圖中，等離子體空間由符號(hào) “P”表示。等離子體空間P中的電位為等離子體電位Vs (V)。通常，基板B是絕緣體并且與地面電絕緣。因此，基板B是浮置的，并且基板B的電位是浮置電位Vf(V)。認(rèn)為在成膜過(guò)程中，存在于靶T和基板B之間的靶的構(gòu)成元素Tp以對(duì)應(yīng)于加速電壓的動(dòng)能碰撞基板B，所述加速電壓對(duì)應(yīng)于等離子體空間P中的等離子體電位Vs和基板B處的電位Vf之間的電位差 Vs-Vf0等離子體電位Vs和基板電位Vf可以通過(guò)朗繆爾探針測(cè)量。將朗繆爾探針的遠(yuǎn)端置于等離子體P中并且改變施加給探針的電壓，獲得例如如圖4中所示的電流-電壓特征(Mitsuharu Konuma，“Purazuma-toleimaku-no-Kiso (等離子體和成膜的基本原理 (Fundamentals of Plasma and Film Formation))，，,第 90 頁(yè)，由 Nikkan Kogyo Shimbun, Ltd.出版)。在此曲線圖中，對(duì)應(yīng)于電流O的探針電位是浮置電位Vf。在這此點(diǎn)，流到探針表面的離子電流的量和電子電流的量彼此相等。被絕緣金屬的表面或被絕緣基板的表面具有此電位。隨著探針電壓從浮置電位逐步增加，離子電流逐步降低，并且最后，僅有電子電流到達(dá)探針。在此邊界的電壓為等離子體電位Vs。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)采用此實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)，在距離靶T的朝向基板B的表面為 2-3cm的地方，在基板B的面內(nèi)方向上的氣體壓力的變動(dòng)可以被控制在士 1.5%內(nèi)，并因此， 在距離靶T的朝向基板B的表面為2-3cm的地方，在基板B的面內(nèi)方向上的等離子體空間中的等離子體電位Vs(V)的變動(dòng)可以被控制在士 10V內(nèi)。S卩，本發(fā)明的成膜方法是一種成膜方法，其中將基板和靶放置成相互面對(duì)，并且使用等離子體通過(guò)氣相沉積在基板上形成含有靶的構(gòu)成元素的膜，該方法的特征在于，在距離靶的朝向基板的表面為2-3cm的地方，將在基板的面內(nèi)方向上的等離子體空間中的等離子體電位Vs (V)的變動(dòng)控制在士 10V內(nèi)的情況下進(jìn)行成膜。在本發(fā)明的成膜方法中，優(yōu)選的是，在距離靶的朝向基板的表面為2_3cm的地方， 將在基板B的面內(nèi)方向上的氣體壓力的變動(dòng)控制在士 1. 5%內(nèi)的情況下進(jìn)行成膜。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過(guò)在距離靶T的朝向基板B的表面為2_3cm的地方，將在基板B 的面內(nèi)方向上的氣體壓力的變動(dòng)控制在士 1.5%內(nèi)，以及在相同的位置，將在基板B的面內(nèi)方向上的等離子體電位Vs(V)的變動(dòng)控制在士 10V內(nèi)，在面內(nèi)方向上的膜的性質(zhì)如組成可以被高度均化，而與形成的膜的組成以及基板尺寸無(wú)關(guān)。在成膜裝置1中，優(yōu)選的是真空容器10的最內(nèi)壁表面10S是電絕緣或浮置的。例如，可以用絕緣膜覆蓋真空容器10的內(nèi)表面以使真空容器10的最內(nèi)壁表面IOS是電絕緣或浮置的。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)如果將真空容器10的最內(nèi)壁表面IOS接地，則等離子體空間中的等離子體電位Vs (V)趨向于波動(dòng)，并因此形成的膜的膜性質(zhì)如組成趨向于變化。如果真空容器10的最內(nèi)壁表面IOS是電絕緣或浮置的，則等離子體空間中的等離子體電位Vs (V)被穩(wěn)定化以提供均勻的等離子體電位Vs (V)，并因此減少了形成的膜的膜性質(zhì)如組成的變化。此實(shí)施方案的成膜裝置1以及使用該裝置的成膜方法可適用于具有任何組成的膜的形成。此實(shí)施方案的成膜裝置1以及使用該裝置的成膜方法優(yōu)選可適用于對(duì)逆向?yàn)R射敏感的組成體系，并且即使在使用這樣的組成體系的情況下，也可以使在面內(nèi)方向上的膜性質(zhì)如組成高度均化。對(duì)濺射的敏感性常常用濺射率表示，從而濺射率越高，敏感性越高?！盀R射率”通過(guò)入射離子的數(shù)量與濺射原子的數(shù)量之間的比率限定，并且單位是(原子/離子)。已知的是，在PZT的構(gòu)成元素Pb、^ 和Ti中，1 具有最高的濺射率，艮口， 對(duì)濺射最敏感。例如，“aiinku Handobukku (真空技術(shù)手冊(cè)(Handbook of Vacuum Technology)) "(ULVAK, Inc.編輯，Ohmsha，Ltd.出版)中所示的表8. 1. 7 顯示了在 300eVAr 離子的條件下的濺射率為Pb = 0. 75, Zr = 0. 48，并且Ti = 0. 65。這表示1 的濺射敏感性為ττ的濺射敏感性的1. 5倍以上。本發(fā)明優(yōu)選可適用于壓電膜的形成。本發(fā)明優(yōu)選可適用于含有由以下通式(P)表示的一種或兩種以上鈣鈦礦型氧化物作為主要組分的壓電膜的形成ABO3 (P)，其中A表示A位元素并且包含至少一種選自由Pb、Ba、Sr、Bi、Li、 Na、Ca、Cd、Mg、K和鑭系元素組成的組中的元素；B表示B位元素并且包含至少一種選自由 Ti、Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Mg、Sc、Co、Cu、In、Sn、Ga、Zn、Cd、Fe、Ni、Hf 禾口 Al 組成的組中的元素；以及0表示氧。并且其中A位元素、B位元素和氧元素的摩爾比為作為標(biāo)準(zhǔn)的 1:1: 3;然而，所述摩爾比可以在獲得鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的范圍內(nèi)不同于所述標(biāo)準(zhǔn)摩爾比。由通式(P)表示的鈣鈦礦型氧化物的實(shí)例包括含鉛化合物，如鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛 (PZT)、鋯酸鉛、鈦酸鑭鉛、鋯鈦酸鑭鉛、鈮鋯鈦酸鎂鉛、鈮鋯鈦酸鎳鉛和鈮鋯鈦酸鋅鉛，以及它們的混晶體系；和不含鉛化合物，如鈦酸鋇、鈦酸鋇鍶、鈦酸鈉鉍、鈦酸鉀鉍、鈮酸鈉、鈮酸鉀和鈮酸鋰，以及它們的混晶體系。從改進(jìn)電特性的觀點(diǎn)來(lái)看，由通式(P)表示的鈣鈦礦型氧化物優(yōu)選含有一種或兩種以上的金屬離子，如 Mg、Ca、Sr、Ba、Bi、Nb、Ta、W 和 Ln (=鑭系元素La、Ce、Pr、Nd、Sm、 Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb 和 Lu)。本發(fā)明優(yōu)選可適用于如下膜的形成所述膜含有由一種或兩種以上的通式(P)表示的鈣鈦礦型氧化物，并且所述膜的A位元素為至少一種選自由H^Bi和Ba組成的組中的金屬元素。Pb、Bi或Ba是具有高蒸氣壓并且對(duì)逆向?yàn)R射敏感的元素。由通式(P)表示并且含有1 的鈣鈦礦型氧化物的實(shí)例包括鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛 (PZT)、鋯酸鉛、鈦酸鑭鉛、鋯鈦酸鑭鉛、鈮鋯鈦酸鎂鉛和鈮鋯鈦酸鎳鉛。由通式(P)表示并且含有Bi或Ba的鈣鈦礦型氧化物的實(shí)例包括鈦酸鋇、鈦酸鍶鋇、鈦鋯酸鋇、鈦酸鈉鉍、鈦酸鉀鉍、鐵酸鉍、鐵酸鑭鉍和鐵酸鋇鉍。
本發(fā)明優(yōu)選可適用于含有含Si化合物的膜的形成。Si也是具有高蒸氣壓并且對(duì)逆向?yàn)R射敏感的元素。本發(fā)明優(yōu)選可適用于含有由以下通式(S)表示的含Si氧化物的膜的形成InxMyZnz0(x+3y/2+3z/2) (S)，其中M表示至少一種選自由h、Fe、fei和Al組成的組中的元素。x、y和ζ全部都是大于0的實(shí)數(shù)。由通式(S)表示的含Si氧化物的實(shí)例包括在多種應(yīng)用中用作透明導(dǎo)電膜或透明半導(dǎo)體膜的(IGZO)和 Znln204。如上所述，根據(jù)此實(shí)施方案，可以提供成膜裝置1和成膜方法，所述成膜裝置1和成膜方法優(yōu)選可適用于對(duì)逆向?yàn)R射敏感的組成體系，并且使得在面內(nèi)方向上的膜性質(zhì)如組成高度均化，而與形成的膜的組成和基板尺寸無(wú)關(guān)。本發(fā)明人已經(jīng)證實(shí)在直徑為3英寸以上或甚至6英寸以上的基板上形成對(duì)逆向?yàn)R射敏感的組成體系的膜的情況下，可以實(shí)現(xiàn)在面內(nèi)方向上的高度均化的膜性質(zhì)如組成 (見將在下文中描述的實(shí)施例1和2)。壓電器件和噴墨記錄頭現(xiàn)在，參考圖5描述根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的壓電器件和包括該壓電器件的噴墨記錄頭(液體排出裝置)。圖5是噴墨記錄頭的主要部分的剖面圖(沿壓電器件的厚度方向截取的剖面圖)。為視覺理解的容易性起見，附圖中顯示的部件是不按比例的。此實(shí)施方案的壓電器件2包括基板20，以及依序形成于基板20上的下部電極30、 壓電膜40和上部電極50。將在厚度方向上的電場(chǎng)經(jīng)由下部電極30和上部電極50施加于壓電膜40。在基板20的基本上整個(gè)表面上形成下部電極30。下部電極30上形成由線型凸部 41形成的壓電膜40，所述線型凸部41以條紋圖案排列，從而在垂直于附圖平面的方向上延伸，并且在各個(gè)凸部41上形成上部電極50。壓電膜40的圖案不限于附圖中顯示的圖案，并且可以適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行設(shè)計(jì)。備選地，壓電膜40可以是連續(xù)的膜。然而，當(dāng)壓電膜40不是連續(xù)的膜并且具有包括多個(gè)分開的凸部41的圖案時(shí)，各個(gè)凸部41可以流暢地伸展或收縮，從而優(yōu)選地提供更大的位移量 (displacement)0基板20不受特別限制，并且可以為多種基板中的任意一種，如硅、玻璃、不銹鋼 (SUS)、釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)、氧化鋁、藍(lán)寶石和碳化硅?；?0可以是多層基板，如包括形成于硅基板表面上的SiO2氧化物膜的SOI基板。下部電極30的組成不受特別限制，并且其實(shí)例可以包括金屬或金屬氧化物，如 Au、Pt、Ir、IrO2, RuO2, LaNiO3和SrRuO3,以及它們的組合。上部電極50的組成不受特別限制，并且其實(shí)例可以包括關(guān)于下部電極30所描述的實(shí)例材料，通常用于半導(dǎo)體工藝中的電極材料，如Al、Ta、Cr和Cu，以及它們的組合。下部電極30和上部電極50的厚度不受特別限制；然而，優(yōu)選在50至500nm的范圍內(nèi)的厚度。通過(guò)使用上述成膜裝置1的成膜方法形成壓電膜40。壓電膜40優(yōu)選含有一種或兩種以上由上述通式(P)表示的鈣鈦礦型氧化物作為主要組分。更優(yōu)選的是，壓電膜40含有一種或兩種以上由通式(P)表示的鈣鈦礦型氧化物，并且，壓電膜40的A位元素是至少一種選自由^KBi和Ba組成的組中的金屬元素。壓電膜40的厚度不受特別限制；然而，它
12通常為1 μ m以上(例如，1-5 μ m)。壓電傳動(dòng)裝置3包括附著于壓電器件2的基板20背面上的振動(dòng)板60，所述振動(dòng)板 60與壓電膜40的伸展或收縮一起振動(dòng)。壓電傳動(dòng)裝置3還包括控制裝置(未顯示)如驅(qū)動(dòng)回路，用于控制壓電器件2的驅(qū)動(dòng)。噴墨記錄頭(液體排出裝置)4通常包括在壓電傳動(dòng)裝置3背面的墨噴嘴(液體貯存和排出構(gòu)件)70，所述墨噴嘴70包括用于貯存墨的墨室(液體貯存器)71和墨排出口 (液體排出口)72，墨通過(guò)所述墨排出口 72從墨室71中排出到外面。在噴墨記錄頭4中， 當(dāng)施加于壓電器件2的電場(chǎng)的強(qiáng)度增強(qiáng)或減弱時(shí)，壓電器件2伸展或收縮，從而控制控制墨從墨室71的排出以及排出的墨的量。代替設(shè)置作為與基板20分開的構(gòu)件的振動(dòng)板60和墨噴嘴70，可以對(duì)基板20的多個(gè)部分進(jìn)行機(jī)械加工以形成振動(dòng)板60和墨噴嘴70。例如，如果基板20是多層基板如SOI 基板，則可以將基板20在其背面進(jìn)行蝕刻以形成墨室61，然后可以對(duì)基板進(jìn)行機(jī)械加工以形成振動(dòng)板60和墨噴嘴70。此實(shí)施方案的壓電器件2和噴墨記錄頭4的結(jié)構(gòu)如上所述。根據(jù)此實(shí)施方案，可以提供通過(guò)壓電膜40以及包括該壓電膜40的壓電器件2，所述壓電膜40由上述成膜方法形成并且具有在面內(nèi)方向上高度均化的膜性質(zhì)如組成。噴墨記錄裝置現(xiàn)在，參考圖6和7描述包括上述實(shí)施方案的噴墨記錄頭4的噴墨記錄裝置的一個(gè)實(shí)例配置。圖6顯示整個(gè)的裝置配置，而圖7是局部平面圖。附圖中所示的噴墨記錄裝置100通常包括印刷部102，其具有分別為多種墨顏色提供的多個(gè)噴墨記錄頭(在下文中簡(jiǎn)稱為“記錄頭”)41(、4(、411和4Y;墨貯存和裝填部114， 其用于貯存要被進(jìn)料到記錄頭4K、4C、4M和4Y中的墨；紙進(jìn)料部118，其用于進(jìn)料記錄紙 116 ；去卷曲部120，其用于對(duì)記錄紙116去卷曲；安置成面對(duì)印刷部102的噴嘴表面(墨排出表面)的抽吸帶輸送部122，其用于在保持記錄紙116平整的條件下輸送記錄紙116 ；印刷品檢出部124，其用于讀取在印刷部102印刷的結(jié)果；和紙排出部126，其用于將已印刷的記錄紙(印刷品)排出到外面。形成印刷部102的記錄頭4K、4C、4M和4Y中的每一個(gè)對(duì)應(yīng)于上述實(shí)施方案中的噴
墨記錄頭4。在去卷曲部120，使用加熱鼓130將記錄紙116在與卷曲方向相反的方向上加熱， 將記錄紙116去卷曲。在使用卷紙的裝置中，在去卷曲部120的下游設(shè)置切割器128，如圖6中所示，以便通過(guò)切割器將卷紙切割成期望尺寸的片。切割器128由固定刀片128A和圓刃刀片(round blade) 128B形成，所述固定刀片128A的長(zhǎng)度等于或大于記錄紙116的輸送路徑的寬度，并且所述圓刃刀片沿固定刀片128A移動(dòng)。將固定刀片128A安置在印刷品的背面?zhèn)?，并且將圓刃刀片128B安置在經(jīng)過(guò)輸送路徑的印刷表面?zhèn)取Ｔ谘b置使用切割的片的情況下，切割器 128是不必要的。將已經(jīng)去卷曲并且切割的記錄紙張116發(fā)送到抽吸帶輸送部122。抽吸帶輸送部 122包括繞在輥131和132周圍的環(huán)形帶133，并且形成為使得至少帶的面對(duì)印刷部102的噴嘴表面和印刷品檢出部124的傳感器表面的區(qū)域形成水平的(平坦的)表面。
帶133的寬度大于記錄紙張116的寬度，并且在帶的表面中形成大量的抽吸孔 (未顯示)。抽吸室134設(shè)置在繞輥131和132周圍的帶133的內(nèi)部這樣的位置處在所述位置抽吸室134面對(duì)印刷部102的噴嘴表面和印刷品檢出部124的傳感器表面。通過(guò)風(fēng)扇 135產(chǎn)生的抽吸力對(duì)抽吸室134提供負(fù)壓，從而利用抽吸將記錄紙張116保持在帶133上。 當(dāng)半來(lái)自電動(dòng)機(jī)(未顯示)的動(dòng)力傳送到帶133繞在其周圍的輥131和132中的至少一個(gè)時(shí)，以圖6中的順時(shí)針方向驅(qū)動(dòng)帶133，并且將保持在帶133上的記錄紙166從圖 6中的左邊輸送到右邊。在進(jìn)行無(wú)邊印刷(margin-less printing)等的情況下，墨粘附在帶133上。因此， 在帶133外部預(yù)定的位置(除了印刷區(qū)域以外的任何適當(dāng)?shù)奈恢?設(shè)置帶清潔部136。在由抽吸帶輸送部122形成的紙張輸送路徑上的印刷部102的上游，設(shè)置加熱風(fēng)扇140。加熱風(fēng)扇140朝向記錄紙張116吹送熱空氣以將記錄紙張?jiān)谟∷⑶凹訜?。臨印刷前加熱記錄紙張116促進(jìn)沉積的墨干燥。印刷部102是所謂的整行式頭(full-line head)，其中各自具有對(duì)應(yīng)于最大紙寬的長(zhǎng)度的行式頭排列在與進(jìn)紙方向垂直的方向上(見圖7)。各個(gè)記錄頭4K、4C、4M、4Y由行式頭形成，其具有穿過(guò)比意欲通過(guò)噴墨記錄裝置100印刷的最大尺寸記錄紙張116的至少一條邊大的長(zhǎng)度設(shè)置的多個(gè)墨排出口(噴嘴)。將對(duì)應(yīng)于黑⑷、青(C)、品紅(M)和黃⑴的各色墨的記錄頭4K、4C、4M和4Y以此順序從上游開始沿記錄紙張116的進(jìn)紙方向安置。通過(guò)在輸送記錄紙張116的同時(shí)從記錄頭4K、4C、4M和4Y排出彩色墨，將彩色圖像記錄在記錄紙張116上。印刷品檢出部124由線路傳感器(line sensor)等形成，所述線路傳感器將通過(guò)印刷部102沉積的墨滴的結(jié)果形成圖像，并且將通過(guò)線路傳感器讀取的沉積墨滴的圖像用于檢出排出缺陷，如噴嘴的堵塞。將由用于干燥印刷的圖像表面的風(fēng)扇形成的干燥部142安置在印刷品檢出部124 的下游。優(yōu)選吹送熱空氣，因?yàn)閼?yīng)當(dāng)優(yōu)選避免接觸印刷的表面，直到印刷的墨干燥。將用于控制圖像表面光澤的加熱和加壓部144安置在干燥部142的下游。加熱和加壓部144在加熱圖像表面的同時(shí)，使用表面上具有預(yù)定紋理圖案的壓力輥145按壓圖像表面，從而將紋理圖案?jìng)鬟f到圖像表面上。在紙排出部126將這樣獲得的印刷品排出。優(yōu)選的是，將具有預(yù)期圖像的印刷品 (上面印刷了預(yù)期圖像的印刷品)和測(cè)試印刷品(test print)分開排出。噴墨記錄裝置 100包括分選裝置(未顯示)，所述分選裝置用于分選具有預(yù)期圖像的印刷品和測(cè)試印刷品，并且切換排出路徑以將它們選擇性地發(fā)送到排出部126A或126B。在預(yù)期圖像和測(cè)試印刷品同時(shí)印刷在大尺寸紙張上的情況下，可以設(shè)置切割器 148以將測(cè)試印刷品區(qū)域切除。噴墨記錄裝置100的配置如上所述。改變本發(fā)明不限于上述實(shí)施方案，并且可以在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下進(jìn)行改變。實(shí)施例現(xiàn)在，描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例和比較例。
實(shí)施例1在基板溫度為350°C的條件下，通過(guò)濺射在3英寸直徑SOI基板上依序形成20納 米厚的Ti膜和150納米厚的Ir下部電極。然后，使用圖IA和IB中所示的成膜裝置，通過(guò) RF濺射在所得基板上形成4微米厚的PZT壓電膜。真空容器10的內(nèi)表面用絕緣膜覆蓋，并且真空容器10的最內(nèi)壁表面IOS是電絕緣的。如圖IA和IB中所示，在此實(shí)施例中使用的成膜裝置包括具有相同內(nèi)徑的多個(gè)氣體進(jìn)料構(gòu)件16，所述多個(gè)氣體進(jìn)料構(gòu)件16以相等間隔連接到氣體噴射構(gòu)件15的以及具有相同孔徑的多個(gè)氣體噴射口 15a，所述多個(gè)氣體噴射口 15a以相等間隔設(shè)置在氣體噴射構(gòu)件15中。在此實(shí)施例中使用的成膜裝置包括4個(gè)氣體噴射口 15a和4個(gè)氣體進(jìn)料構(gòu)件 16。使用的成膜氣體是Ar/Ojg合氣體( = 30sCCm/0. Ssccm)。將成膜室中的成膜壓力調(diào)節(jié)至0. 5Pa。在模擬中計(jì)算氣體壓力分布，并且發(fā)現(xiàn)在距離靶的朝向基板的表面為2-3cm的地方，在基板的面內(nèi)方向上的氣體壓力變動(dòng)在士 1. 0 %內(nèi)。其它成膜條件如下靴Pb1.3(Zr0 52Ti0 48) O3 (150謹(jǐn)直徑)；基板溫度475°C ；和RF 功率500W。測(cè)量在成膜條件下等離子體空間中的等離子體電位Vs(V)。在距離靶的朝向基板的表面為2cm的地方，在基板的面內(nèi)方向上的多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行等離子體電位Vs(V)的測(cè)量。 結(jié)果顯示如下。在距離靶的朝向基板的表面為2cm的地方，等離子體電位Vs(V)的變動(dòng)為 35 士 2 (V)，這幾乎是均勻的。在中心Vs= 35(V)，在距離中心士4cm的點(diǎn)=Vs = 36(V)，和在距離中心士 7cm的點(diǎn)=Vs = 37 (V)。對(duì)所得PZT膜進(jìn)行XRD分析，并且發(fā)現(xiàn)該P(yáng)ZT膜是具有鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的(100)-取向膜。將PZT膜在面內(nèi)方向上分成許多區(qū)域，并對(duì)每個(gè)區(qū)域進(jìn)行XRD分析，并且發(fā)現(xiàn)在整個(gè)面內(nèi)方向上形成了具有良好結(jié)晶取向的優(yōu)質(zhì)膜。除了距離邊沿5mm的邊緣區(qū)域以外，將所得PZT膜在面內(nèi)方向上分成9個(gè)區(qū)域，并且對(duì)每個(gè)區(qū)域進(jìn)行XRF組成分析。發(fā)現(xiàn)Pb/(&+Ti)摩爾比的變動(dòng)為1. 07士0. 03，這幾乎是均勻的。用6-英寸直徑SOI基板代替上述基板，并且以與實(shí)施例1中類似的方式進(jìn)行成膜。作為結(jié)果，與實(shí)施例1類似地，在整個(gè)面內(nèi)方向上形成了優(yōu)質(zhì)膜，所述優(yōu)質(zhì)膜具有良好結(jié)晶取向，并且在面內(nèi)方向上的組成的變動(dòng)小。實(shí)施例2以與實(shí)施例1中類似的方式在3-英寸直徑SOI基板上依序形成20納米厚的Ti 膜和150納米厚的Ir下部電極。然后，除了使用圖2A和2B中所示的成膜裝置以外，在與實(shí)施例1中相同的條件下形成PZT壓電膜。如圖2A和2B中所示，在此實(shí)施例中使用的成膜裝置包括連接到氣體噴射構(gòu)件15 的單個(gè)氣體進(jìn)料構(gòu)件16，其中在較接近氣體進(jìn)料構(gòu)件16的區(qū)域，設(shè)置在氣體噴射構(gòu)件15中的氣體噴射口 15a的數(shù)量相對(duì)少，而在較遠(yuǎn)離氣體進(jìn)料構(gòu)件16的區(qū)域，氣體噴射口 15a的數(shù)量相對(duì)多。如圖2A和2B中所示，在此實(shí)施例中使用的成膜裝置包括設(shè)置在較接近氣體進(jìn)料構(gòu)件16的區(qū)域的2個(gè)氣體噴射口 15a，以及設(shè)置在較遠(yuǎn)離氣體進(jìn)料構(gòu)件16的區(qū)域的5個(gè)氣體噴射口 15a。使用的成膜氣體是Ar/Ojg合氣體(=30sCCm/0. 8sCCm)。將成膜室中的成膜壓力調(diào)節(jié)至0. 5Pa。在模擬中計(jì)算氣體壓力分布，并且發(fā)現(xiàn)在距離靶的朝向基板的表面為2-3cm的地方，在基板的面內(nèi)方向上的氣體壓力變動(dòng)在士 1. 0 %內(nèi)。測(cè)量在成膜條件下等離子體空間中的等離子體電位Vs(V)。在距離靶的朝向基板的表面為2cm的地方，在基板的面內(nèi)方向上的多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行等離子體電位Vs(V)的測(cè)量。 結(jié)果顯示如下。在距離靶的朝向基板的表面為2cm的地方，等離子體電位Vs(V)的變動(dòng)為 35 士 3 (V)，這幾乎是均勻的。在中心Vs= 35(V)，在距離中心士4cm的點(diǎn)=Vs = 36(V)，和在距離中心士 7cm的點(diǎn)=Vs = 38 (V)。對(duì)所得PZT膜進(jìn)行XRD分析，并且發(fā)現(xiàn)該P(yáng)ZT膜是具有鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的(100)-取向膜。將PZT膜在面內(nèi)方向上分成許多區(qū)域，并對(duì)每個(gè)區(qū)域進(jìn)行XRD分析，并且發(fā)現(xiàn)在整個(gè)面內(nèi)方向上形成了具有良好結(jié)晶取向的優(yōu)質(zhì)膜。除了距離邊沿5mm的邊緣區(qū)域以外，將所得PZT膜在面內(nèi)方向上分成9個(gè)區(qū)域，并且對(duì)每個(gè)區(qū)域進(jìn)行XRF組成分析。發(fā)現(xiàn)Pb/(&+Ti)摩爾比的變動(dòng)為1. 07士0. 03，這幾乎是均勻的。用6-英寸直徑SOI基板代替上述基板，并且以與實(shí)施例2中類似的方式進(jìn)行成膜。作為結(jié)果，與實(shí)施例1類似地，在整個(gè)面內(nèi)方向上形成了優(yōu)質(zhì)膜，所述優(yōu)質(zhì)膜具有良好結(jié)晶取向，并且在面內(nèi)方向上的組成的變動(dòng)小。比較例1以與實(shí)施例1中類似的方式在3-英寸直徑SOI基板上依序形成20納米厚的Ti 膜和150納米厚的Ir下部電極。然后，除了使用包括下列各項(xiàng)的成膜裝置以外，在與實(shí)施例1中相同的條件下形成PZT壓電膜連接到氣體噴射構(gòu)件15的單個(gè)氣體進(jìn)料構(gòu)件16，以及以相等間隔設(shè)置在氣體噴射構(gòu)件15中的4個(gè)氣體噴射口 15a。模擬中計(jì)算氣體壓力分布，并且發(fā)現(xiàn)在距離靶的朝向基板的表面為2_3cm的地方，在基板的面內(nèi)方向上的氣體壓力變動(dòng)為士 2.0%。測(cè)量在成膜條件下等離子體空間中的等離子體電位Vs (V)。在距離靶的朝向基板的表面為2cm的地方，在基板的面內(nèi)方向上的多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行等離子體電位Vs (V)的測(cè)量。結(jié)果顯示如下。在距離靶的朝向基板的表面為2cm 的地方，等離子體電位Vs (V)的變動(dòng)為30士 12 (V)，這是大的變動(dòng)。在中心Vs= 30(V)，在從中心朝向氣體進(jìn)料構(gòu)件16為4cm的點(diǎn)Vs = 26(V)，和從中心在遠(yuǎn)離氣體進(jìn)料構(gòu)件16的方向上7cm的點(diǎn)Vs = 42 (V)。除了距離邊沿5mm的邊緣區(qū)域以外，將所得PZT膜在面內(nèi)方向上分成9個(gè)區(qū)域，并且對(duì)每個(gè)區(qū)域進(jìn)行XRF組成分析。發(fā)現(xiàn)Pb/(&+Ti)摩爾比在最接近氣體進(jìn)料構(gòu)件16的區(qū)域?yàn)?. 14，而在最遠(yuǎn)離氣體進(jìn)料構(gòu)件16的區(qū)域?yàn)?.07。因此，在Pb/(Zr+Ti)摩爾比中觀察到大的變動(dòng)。
比較例2以與實(shí)施例1中類似的方式在3-英寸直徑SOI基板上依序形成20納米厚的Ti 膜和150納米厚的Ir下部電極。然后，除了使用包括下列各項(xiàng)的成膜裝置以外，在與實(shí)施例2中相同的條件下形成PZT壓電膜連接到氣體噴射構(gòu)件15的單個(gè)氣體進(jìn)料構(gòu)件16，以及以相等間隔設(shè)置在氣體噴射構(gòu)件15中的8個(gè)氣體噴射口 15a。模擬中計(jì)算氣體壓力分布，并且發(fā)現(xiàn)在距離靶的朝向基板的表面為2_3cm的地方，在基板的面內(nèi)方向上的氣體壓力變動(dòng)為士2.0%。模擬數(shù)據(jù)顯示在圖8中。在圖8中， 越黑的區(qū)域表示越高的壓力并且越白的區(qū)域表示越低的壓力，其中色調(diào)差表示壓力差。測(cè)量在成膜條件下等離子體空間中的等離子體電位Vs(V)。在距離靶的朝向基板的表面為2cm的地方，在基板的面內(nèi)方向上的多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行等離子體電位Vs(V)的測(cè)量。 結(jié)果顯示如下。在距離靶的朝向基板的表面為2cm的地方，等離子體電位Vs (V)的變動(dòng)為 32 士 12 (V)，這是大的變動(dòng)。在中心Vs= 32(V)，在從中心朝向氣體進(jìn)料構(gòu)件16為4cm的點(diǎn)Vs = 28 (V)，和 從中心在遠(yuǎn)離氣體進(jìn)料構(gòu)件16的方向上7cm的點(diǎn)Vs = 44 (V)。除了距離邊沿5mm的邊緣區(qū)域以外，將所得PZT膜在面內(nèi)方向上分成9個(gè)區(qū)域，并且對(duì)每個(gè)區(qū)域進(jìn)行XRF組成分析。發(fā)現(xiàn)Pb/(&+Ti)摩爾比在最接近氣體進(jìn)料構(gòu)件16的區(qū)域?yàn)?. 15，而在最遠(yuǎn)離氣體進(jìn)料構(gòu)件16的區(qū)域?yàn)?.06。因此，在Pb/(Zr+Ti)摩爾比中觀察到大的變動(dòng)。比較例3以與實(shí)施例1中類似的方式在3-英寸直徑SOI基板上依序形成20納米厚的Ti 膜和150納米厚的Ir下部電極。然后，除了使用其中真空容器的內(nèi)表面被提供接地電位的成膜裝置以外，在與實(shí)施例1中相同的條件下形成PZT壓電膜。測(cè)量在成膜條件下等離子體空間中的等離子體電位Vs(V)。在距離靶的朝向基板的表面為2cm的地方，在基板的面內(nèi)方向上的多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行等離子體電位Vs(V)的測(cè)量。 結(jié)果顯示如下。在距離靶的朝向基板的表面為2cm的地方，等離子體電位Vs(V)的變動(dòng)為 36士 12 (V)，這是大的變動(dòng)。在中心Vs= 36(V)，在距離中心士 IOcm的點(diǎn)=Vs = 42 (V)，在距離中心士 14cm的點(diǎn)=Vs = 48 (V)。對(duì)所得PZT膜進(jìn)行XRD分析，并且發(fā)現(xiàn)該P(yáng)ZT膜是具有鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的(100)-取向膜。將PZT膜在面內(nèi)方向上分成許多區(qū)域，并對(duì)每個(gè)區(qū)域進(jìn)行XRD分析。作為結(jié)果，邊沿部分(距離邊沿5mm的邊緣區(qū)域)含有燒綠石相并因而具有差的結(jié)晶性質(zhì)。除了距離邊沿5mm的邊緣區(qū)域以外，將所得PZT膜在面內(nèi)方向上分成9個(gè)區(qū)域，并且對(duì)每個(gè)區(qū)域進(jìn)行XRF組成分析。作為結(jié)果，Pb/(&+Ti)摩爾比為1.05士0. 1，并因而該組成均勻性比實(shí)施例1的組成均勻性差。工業(yè)適用性本發(fā)明可適用于使用等離子體通過(guò)氣相沉積進(jìn)行成膜。本發(fā)明可適用于例如壓電膜的形成，所述壓電膜用于設(shè)置在噴墨記錄頭，磁讀/寫頭，MEMS(微電子機(jī)械系統(tǒng))裝置，微型泵，超聲探針，超聲電 動(dòng)機(jī)等中的壓電傳動(dòng)裝置，以及鐵電裝置如鐵電存儲(chǔ)器中；或者可適用于用于含有含Zn化合物的導(dǎo)體膜或半導(dǎo)體膜的形成。
權(quán)利要求
1.一種成膜方法，所述成膜方法在將基板和靶放置成相互面對(duì)的情況下，使用等離子體通過(guò)氣相沉積技術(shù)在所述基板上形成含有所述靶的構(gòu)成元素的膜，所述方法包括在距離所述靶的朝向所述基板的表面為2-3cm的地方，將在所述基板的面內(nèi)方向上的等離子體空間中的等離子體電位Vs(V)的變動(dòng)控制在士 IOV以內(nèi)的情況下，進(jìn)行成膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成膜方法，其中在距離所述靶的朝向所述基板的表面為 2-3cm的地方，將在所述基板的所述面內(nèi)方向上的氣體壓力的變動(dòng)控制在士 1.5%內(nèi)的情況下，進(jìn)行成膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的成膜方法，其中所述氣相沉積技術(shù)包括濺射。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的成膜方法，其中所述膜包括壓電膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的成膜方法，其中所述膜包含一種或兩種以上由通式(P)表示的鈣鈦礦型氧化物作為主要組分ABO3(P)，其中A表示A位元素并且包含至少一種選自由Pb、Ba、Sr、Bi、Li、Na、Ca、Cd、Mg、K和鑭系元素組成的組中的元素；B表示B位元素并且包含至少一種選自由Ti、 Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Mg、Sc、Co、Cu、In、Sn、Ga、Zn、Cd、Fe、Ni、Hf 禾口 Al 組成的組中的元素；以及0表示氧，并且其中所述A位元素、所述B位元素和所述氧元素的摩爾比為作為標(biāo)準(zhǔn)的1 1 3;然而，所述摩爾比可以在獲得鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的范圍內(nèi)不同于所述標(biāo)準(zhǔn)摩爾比。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的成膜方法，其中所述膜包含一種或兩種以上由通式(P)表示的鈣鈦礦型氧化物，并且所述A位元素包含至少一種選自由HKBi和Ba組成的組中的金屬元素。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的成膜方法，其中所述膜包含含Si化合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的成膜方法，其中所述膜包含由通式( 表示的含Si氧化物 InxMyZnz0(x+3y/2+3z/2) (S)，其中M表示至少一種選自由h、Fe、fei和Al組成的組中的元素，并且χ、y和ζ全部都是大于0的實(shí)數(shù)。
9.一種成膜裝置，所述成膜裝置用于使用等離子體通過(guò)氣相沉積在基板上形成含有靶的構(gòu)成元素的膜，所述成膜裝置包括真空容器，在所述真空容器中包括安置成相互面對(duì)的基板支架和靶支架； 等離子體產(chǎn)生裝置，所述等離子體產(chǎn)生裝置用于在所述真空容器內(nèi)產(chǎn)生等離子體；和氣體引入裝置，所述氣體引入裝置用于將要被等離子體化的氣體引入到所述真空容器中，其中在距離所述靶的朝向所述基板的表面為2-3cm的地方，將在所述基板的面內(nèi)方向上的等離子體空間中的等離子體電位Vs(V)的變動(dòng)控制在士 IOV內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的成膜裝置，其中在距離所述靶的朝向所述基板的表面為 2-3cm的地方，將在所述基板的所述面內(nèi)方向上的氣體壓力的變動(dòng)控制在士 1. 5%內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的成膜裝置，其中所述氣體引入裝置包括環(huán)形氣體噴射構(gòu)件，所述環(huán)形氣體噴射構(gòu)件安置在所述真空容器中的所述基板支架和所述靶支架之間，所述氣體噴射構(gòu)件適于接收引入到其中的所述氣體，所述氣體噴射構(gòu)件包括用于將所述氣體噴射到所述真空容器中的多個(gè)氣體噴射口 ；和氣體進(jìn)料構(gòu)件，所述氣體進(jìn)料構(gòu)件連接到所述氣體噴射構(gòu)件，所述氣體進(jìn)料構(gòu)件將所述氣體從所述真空容器的外部進(jìn)料到所述氣體噴射構(gòu)件中。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的成膜裝置，其中所述氣體進(jìn)料構(gòu)件包括以相等間隔連接到所述氣體噴射構(gòu)件的多個(gè)氣體進(jìn)料構(gòu)件，并且所述多個(gè)氣體噴射口以相等間隔設(shè)置于所述氣體噴射構(gòu)件中。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的成膜裝置，其中所述氣體進(jìn)料構(gòu)件包括連接至所述氣體噴射構(gòu)件的單個(gè)氣體進(jìn)料構(gòu)件，并且在所述氣體噴射構(gòu)件的較接近所述氣體進(jìn)料構(gòu)件的區(qū)域，在所述氣體噴射構(gòu)件中設(shè)置的所述氣體噴射口的數(shù)量相對(duì)少，并且在所述氣體噴射構(gòu)件的較遠(yuǎn)離所述氣體進(jìn)料構(gòu)件的區(qū)域，所述氣體噴射口的數(shù)量相對(duì)多。
14.根據(jù)權(quán)利要求9至13中任一項(xiàng)所述的成膜裝置，其中所述真空容器的最內(nèi)壁表面是電絕緣或浮置的。
15.一種壓電膜，所述壓電膜使用根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的成膜方法形成。
16.一種壓電器件，所述壓電器件包括 根據(jù)權(quán)利要求15所述的壓電膜；和電極，所述電極用于對(duì)所述壓電膜施加電場(chǎng)。
17.一種液體排出裝置，所述液體排出裝置包括 根據(jù)權(quán)利要求16所述的壓電器件；和液體排出構(gòu)件，所述液體排出構(gòu)件被安置成與所述壓電器件相鄰，所述液體排出構(gòu)件包括用于貯存液體的液體貯存器，和液體排出口，所述液體排出口用于響應(yīng)電場(chǎng)對(duì)所述壓電膜的施加而將所述液體從所述液體貯存器排出到外部。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種成膜方法，所述成膜方法實(shí)現(xiàn)了在面內(nèi)方向上的膜性質(zhì)如組成的高度均化，而與形成的膜的組成和基板尺寸無(wú)關(guān)。在將基板(B)和靶(T)放置成相互面對(duì)的情況下，當(dāng)使用等離子體通過(guò)氣相沉積在基板(B)上形成含有靶(T)的構(gòu)成元素的膜時(shí)，在距離靶(T)的朝向基板(B)的表面為2-3cm的地方，將基板(B)的面內(nèi)方向上的等離子體空間中的等離子體電位Vs(V)的變動(dòng)控制在±10V內(nèi)。優(yōu)選的是，在距離靶(T)的朝向基板(20)的表面為2-3cm的地方，將基板(B)的面內(nèi)方向上的氣體壓力的變動(dòng)控制在±1.5％內(nèi)的情況下進(jìn)行成膜。
文檔編號(hào)C23C14/34GK102159748SQ20098013683
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2009年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日
發(fā)明者新川高見, 直野崇幸, 藤井隆滿 申請(qǐng)人:富士膠片株式會(huì)社