JP5344864B2 - 成膜装置および成膜方法 - Google Patents
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Description
本発明においては、さらに、前記真空容器内に印加する高周波電力を前記バッキングプレートに供給する高周波電源を有し、前記高周波電源によって前記真空容器内の前記バッキングプレートに印加される前記高周波電力は、4W/cm 2 以上の電荷であり、前記薄膜の形成と同時に生じる、形成された前記薄膜をスパッタリングする逆スパッタリングを抑制するために、前記薄膜の成膜速度が常に3μm/h以上となるように前記高周波電源によって前記真空容器内に印加されて前記バッキングプレートに供給される前記高周波電力を制御して優れた膜特性を有する前記薄膜を形成するのが好ましい。
図1は、本発明の成膜方法を実施する成膜装置の一実施形態を概念的に示す概略構成図である。
以下では、薄膜として圧電膜を成膜し、この薄膜を用いた薄膜デバイスとして圧電素子を製造する成膜装置を代表例として説明するが、本発明は、これに限定されないのはいうまでもない。
図1に示すように、本発明の成膜装置10は、ガス導入管12aおよびガス排出管12bを備える真空容器12と、この真空容器12の天井に配置され、スパッタリング用のターゲット材TGを保持し、かつ、カソードの役割を果たし、プラズマを発生させるバッキングプレート(ターゲット保持部材)14と、このバッキングプレート14に接続され、バッキングプレート14に高周波を印加する高周波電源16と、真空容器12内の、バッキングプレート14と対向する位置に配置され、ターゲット材TGの成分による薄膜が成膜される基板SBを載置する載置台(基板ホルダ)18とを有する。
真空容器12としては、スパッタ装置で利用される真空チャンバ、ベルジャー、真空槽などの種々の真空容器を用いることができる。
ガス導入管12aは、これらのガスの供給源(図示せず)に接続されている。
一方、ガス排出管12bは、真空容器12内を所定の真空度にすると共に、成膜中にこの所定の真空度に維持するために、真空容器12内のガスを排気するため、真空ポンプ等の排気手段に接続されている。
なお、高周波電源16がバッキングプレート14に印加する高周波電力は、特に制限的ではなく、例えば13.65MHz、最大5kW、あるいは、最大1kWの高周波電力などを挙げることができるが、例えば50kHz〜2MHz、27.12MHz、40.68MHz、60MHz、1kW〜10kWの高周波電力を用いるのが好ましい。
なお、載置台18は、図示しないが、基板SBの成膜中に、基板SBを所定温度に、加熱しかつ維持するためのヒータ(図示せず)を備えている。
また、載置台18に装着される基板SBのサイズは、特に制限的ではなく、通常の6インチサイズの基板であっても、5インチや、8インチのサイズの基板であってもよいし、5cm角のサイズの基板であってもよい。
なお、本実施形態においては、基板SBは電気的に絶縁され、かつ、所定の電圧が印加される。
なお、本発明において、焼結密度とは、ターゲット材TGを焼結により生成する際の理論上の重さに対する焼結後の実際の重さの比重を表す数値である。以下の説明における焼結密度も全て同義であるものとする。
上記のようにして、薄膜の成膜速度を、好ましくは、3μm/h以上、さらに好ましくは、3.5μm/h以上に制御すると、スパッタによる薄膜の形成と同時に生じる、成膜した薄膜をスパッタリングする逆スパッタリングを大幅に抑制することができる。これにより、特に、PZT膜を形成する場合には、逆スパッタリングにより、成膜した膜からPbが抜け、膜組成が変化することがなくなり、また、成膜した膜の応力が強すぎたりすることがなくなる。すなわち、優れた膜特性を有する薄膜を形成することができる。
る。
図1に示す成膜装置10として、市販の成膜装置(Oerlikon社製CLN2000型)を用いた。
ターゲット材TGには、厚さ5mm、300mmφ、焼結密度97.5%のPb1.1(Zr0.46Ti0.42Nb0.12)O3)組成の焼結体を用いた。
このターゲット材TGを、Mo(モリブデン)で形成された厚さ15mmの平板形状のバッキングプレートに、In(インジウム)を用いて貼り付けた。このターゲット材TGを形成するMo(モリブデン)の熱膨張係数は、4.0×10−6/℃、ターゲット材TGの熱膨張係数は、8.0×10−6/℃であった。
ターゲット材TGと基板SBとの間の距離は、80mmとした。
また、得られた膜に上部電極を形成し、圧電性能を片持ち梁によるd31測定で調べたところd31=250pm/Vあり、製品として用いるのに問題ないものであることがわかった。
また、成膜後に、成膜装置10に具備されるバッキングプレート14およびターゲット材TGを調べたところ、ターゲット材TGには、クラックなどの損傷がなく、バッキングプレート14にも剥離等の損傷がなかった。
Cuで形成され、熱膨張係数が16×10−6/℃のバッキングプレート14を用いた以外は、実施例1と全く同様にして、PZT+Nb(チタン酸ジルコン酸鉛)膜を成膜した。
しかしながら、成膜後に、成膜装置に具備されるバッキングプレート14およびターゲット材TGを調べたところ、ターゲット材TGに微少なクラックが発生していた。
なお、このターゲットに関しては2000Wでの成膜においては、クラックの発生はなかった。
12 真空容器
12a ガス導入管
12b ガス排出管
14 バッキングプレート
16 高周波電源
18 載置台
TG ターゲット材
SB 基板
Claims (5)
- ガスの導入と排気が可能な真空容器と、
この真空容器内に配置され、かつ、成膜の材料となるターゲットを保持するバッキングプレートと、
前記真空容器内に前記バッキングプレートに対向して配置され、かつ、前記成膜材料の薄膜が形成される成膜用基板を保持する基板ホルダと、
を有し、
前記バッキングプレートは、板状の形状を有し、
前記ターゲットは、焼結により生成する理論上の重さに対する焼結後の実際の重さの比重を表す焼結密度が98%以上であるジルコン酸チタン酸鉛であり、
前記バッキングプレートは、モリブデンを主成分とし、さらに、前記ターゲットよりも熱膨張係数が小さいことを特徴とする成膜装置。 - 前記バッキングプレートは、5mm以上30mm以下の厚みを有する請求項1に記載の成膜装置。
- 前記ターゲットが、圧電体素子に用いる圧電膜の材料である請求項1または2に記載の成膜装置。
- 前記ターゲットは、5mm以上の厚みを有する請求項1〜3のいずれかに記載の成膜装置。
- さらに、前記真空容器内に印加する高周波電力を前記バッキングプレートに供給する高周波電源を有し、
前記高周波電源によって前記真空容器内の前記バッキングプレートに印加される前記高周波電力は、4W/cm2以上の電荷であり、
前記薄膜の形成と同時に生じる、形成された前記薄膜をスパッタリングする逆スパッタリングを抑制するために、前記薄膜の成膜速度が常に3μm/h以上となるように前記高周波電源によって前記真空容器内に印加されて前記バッキングプレートに供給される前記高周波電力を制御して優れた膜特性を有する前記薄膜を形成することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の成膜装置。
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