JP2008019460A - Manufacturing method and device of piezoelectric element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電素子の製造方法及び製造装置に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing a piezoelectric element.
例えば液滴吐出ヘッドを駆動する際に圧電素子が用いられる場合がある。下記特許文献には、圧電素子の製造方法に関する技術の一例が開示されている。
圧電素子を製造する場合、所望の特性を有する圧電素子を短時間で製造できることが望ましい。圧電素子の特性を調整するために、圧電素子の組成等を調整することが考えられる。従来のスパッタリング法を用いて圧電素子を製造する場合、組成の調整が困難となる可能性がある。また、ゾルゲル法、ＣＶＤ法等を用いる場合においても、組成の調整が困難となる可能性がある。また、従来の方法では、製造時間が長くなる可能性もある。 When manufacturing a piezoelectric element, it is desirable that a piezoelectric element having desired characteristics can be manufactured in a short time. In order to adjust the characteristics of the piezoelectric element, it is conceivable to adjust the composition of the piezoelectric element. When a piezoelectric element is manufactured using a conventional sputtering method, it may be difficult to adjust the composition. Further, even when using a sol-gel method, a CVD method, or the like, it may be difficult to adjust the composition. In addition, the conventional method may increase the manufacturing time.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、所望の特性を有する圧電素子を短時間で製造できる圧電素子の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a method and an apparatus for manufacturing a piezoelectric element that can manufacture a piezoelectric element having desired characteristics in a short time.
上記の課題を解決するため、本発明は以下の構成を採用する。 In order to solve the above problems, the present invention adopts the following configuration.
本発明は、放電用ガスが供給されるチャンバ内に、互いに異なる物質を含む複数のターゲットを配置するとともに、前記ターゲットに対して所定の位置関係で基板を配置し、前記複数のターゲットのそれぞれをスパッタリングして、前記複数のターゲットのそれぞれから発生した物質で、前記基板上に圧電素子を形成することを特徴とする圧電素子の製造方法を提供する。 In the present invention, a plurality of targets containing different substances are arranged in a chamber to which a discharge gas is supplied, a substrate is arranged in a predetermined positional relationship with respect to the targets, and each of the plurality of targets is arranged. There is provided a method for manufacturing a piezoelectric element, characterized in that a piezoelectric element is formed on the substrate by a material generated from each of the plurality of targets by sputtering.
本発明によれば、チャンバ内に複数のターゲットを配置し、それら複数のターゲットをスパッタリングすることによって、所望の特性を有する圧電素子を短時間で製造することができる。 According to the present invention, it is possible to manufacture a piezoelectric element having desired characteristics in a short time by arranging a plurality of targets in a chamber and sputtering the plurality of targets.
本発明の圧電素子の製造方法において、前記複数のターゲットのそれぞれのスパッタリングを同時に行う構成を採用することができる。 In the method for manufacturing a piezoelectric element according to the present invention, a configuration in which sputtering of each of the plurality of targets is performed simultaneously can be employed.
こうすることにより、所望の特性を有する圧電素子を短時間で製造することができる。 By doing so, a piezoelectric element having desired characteristics can be manufactured in a short time.
本発明の圧電素子の製造方法において、前記複数のターゲットのそれぞれのスパッタリングを非同時に行う構成を採用することができる。 In the method for manufacturing a piezoelectric element of the present invention, a configuration in which sputtering of each of the plurality of targets is performed simultaneously can be employed.
こうすることにより、所望の特性を有する圧電素子を短時間で製造することができる。 By doing so, a piezoelectric element having desired characteristics can be manufactured in a short time.
本発明の圧電素子の製造方法において、前記複数のターゲットのそれぞれに供給する電力を調整して、前記基板上に形成される圧電素子の組成を調整する構成を採用することができる。 In the method for manufacturing a piezoelectric element of the present invention, it is possible to adopt a configuration in which the power supplied to each of the plurality of targets is adjusted to adjust the composition of the piezoelectric element formed on the substrate.
こうすることにより、組成の調整を精確に行うことができる。 By doing so, the composition can be accurately adjusted.
本発明の圧電素子の製造方法において、前記スパッタリングを所定時間継続し、前記時間の経過に応じて前記複数のターゲットのそれぞれに供給する電力を変化させる構成を採用することができる。 In the method for manufacturing a piezoelectric element of the present invention, it is possible to employ a configuration in which the sputtering is continued for a predetermined time, and the power supplied to each of the plurality of targets is changed as the time elapses.
こうすることにより、時間の経過に応じて、例えば成膜レート（単位時間当たりに形成される膜の厚さ）が変化する場合であっても、圧電素子の組成を所望状態にすることができる。 By doing so, the composition of the piezoelectric element can be in a desired state even when, for example, the film formation rate (the thickness of the film formed per unit time) changes with the passage of time. .
本発明の圧電素子の製造方法において、前記スパッタリングするために前記ターゲットに電力を所定量供給し、前記供給した電力の積算値に応じて前記複数のターゲットのそれぞれに供給する電力を変化させる構成を採用することができる。 In the piezoelectric element manufacturing method of the present invention, a configuration is provided in which a predetermined amount of power is supplied to the target for the sputtering, and the power supplied to each of the plurality of targets is changed according to an integrated value of the supplied power. Can be adopted.
こうすることにより、供給した電力の積算値に応じて、例えば成膜レート（単位時間当たりに形成される膜の厚さ）が変化する場合であっても、圧電素子の組成を所望状態にすることができる。 By doing so, the composition of the piezoelectric element is brought into a desired state even when, for example, the film formation rate (the thickness of the film formed per unit time) changes according to the integrated value of the supplied power. be able to.
本発明の圧電素子の製造方法において、前記基板を加熱しつつ、前記複数のターゲットのそれぞれをスパッタリングする構成を採用することができる。 In the method for manufacturing a piezoelectric element of the present invention, it is possible to employ a configuration in which each of the plurality of targets is sputtered while the substrate is heated.
こうすることにより、所望の特性を有する圧電素子を製造することができる。 By doing so, a piezoelectric element having desired characteristics can be manufactured.
本発明の圧電素子の製造方法において、前記チャンバ内において前記複数のターゲットのそれぞれが配置される空間を仕切部材で仕切る構成を採用することができる。 In the method for manufacturing a piezoelectric element of the present invention, a configuration in which a space in which each of the plurality of targets is arranged in the chamber may be partitioned by a partition member.
こうすることにより、複数のターゲットのそれぞれに対して行うスパッタリング動作が互いに影響し合うことを抑制することができる。 By doing so, it is possible to suppress the sputtering operations performed on each of the plurality of targets from affecting each other.
本発明の圧電素子の製造方法において、前記複数のターゲットと前記基板とを相対的に移動しつつ、前記複数のターゲットのそれぞれをスパッタリングする構成を採用することができる。 In the piezoelectric element manufacturing method of the present invention, it is possible to employ a configuration in which each of the plurality of targets is sputtered while relatively moving the plurality of targets and the substrate.
こうすることにより、基板上に形成される圧電素子の組成及び膜厚の少なくとも一方を所望状態にすることができる。 By so doing, at least one of the composition and film thickness of the piezoelectric element formed on the substrate can be brought into a desired state.
また本発明は、放電用ガスが供給されるチャンバと、前記チャンバ内に配置され、互いに異なる物質を含む複数のターゲットのそれぞれを支持する複数のターゲット支持部材と、前記チャンバ内に配置され、前記ターゲットに対して所定の位置関係で基板を支持する基板支持部材と、前記複数のターゲットのそれぞれに電力を供給可能であり、前記ターゲットに電力を供給して前記チャンバ内に該ターゲットをスパッタリングするためのイオンを生成可能な電力供給装置と、前記電力供給装置による前記複数のターゲットのそれぞれに対する電力供給動作を制御して、前記複数のターゲットのそれぞれから発生する物質で前記基板上に形成される圧電素子の組成を調整可能な制御装置と、を備えたことを特徴とする圧電素子の製造装置を提供する。 Further, the present invention provides a chamber to which a discharge gas is supplied, a plurality of target support members disposed in the chamber and supporting each of a plurality of targets including different substances, and disposed in the chamber, A substrate support member that supports a substrate in a predetermined positional relationship with respect to a target, and power can be supplied to each of the plurality of targets, and power is supplied to the target to sputter the target into the chamber. And a piezoelectric device formed on the substrate with a material generated from each of the plurality of targets by controlling a power supply operation to each of the plurality of targets by the power supply device. A device for manufacturing a piezoelectric element, comprising: a control device capable of adjusting the composition of the element. That.
本発明によれば、チャンバ内に複数のターゲットを配置し、それら複数のターゲットのそれぞれをスパッタリングすることによって、所望の特性を有する圧電素子を短時間で製造することができる。 According to the present invention, it is possible to manufacture a piezoelectric element having desired characteristics in a short time by arranging a plurality of targets in a chamber and sputtering each of the plurality of targets.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。そして、水平面内における所定方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに直交する方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわりの回転方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, an XYZ orthogonal coordinate system is set, and the positional relationship of each member will be described with reference to this XYZ orthogonal coordinate system. The predetermined direction in the horizontal plane is the X-axis direction, the direction orthogonal to the X-axis direction in the horizontal plane is the Y-axis direction, and the direction orthogonal to each of the X-axis direction and the Y-axis direction (that is, the vertical direction) is the Z-axis direction. To do. Further, the rotation directions around the X axis, the Y axis, and the Z axis are the θX, θY, and θZ directions, respectively.
＜第１実施形態＞
第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る圧電素子の製造装置１を示す概略構成図であり、図１（Ａ）は側断面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＡ−Ａ線断面矢視図に相当する図である。図１において、製造装置１は、放電用ガスが供給されるチャンバ２と、チャンバ２内に配置され、互いに異なる物質を含む複数のターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれを支持する複数のターゲット支持部材４Ａ〜４Ｃと、チャンバ２内に配置され、ターゲット３Ａ〜３Ｃに対して所定の位置関係で基板５を支持する基板支持部材６と、各ターゲット支持部材４Ａ〜４Ｃのそれぞれを介して複数のターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれに電力を供給可能であり、ターゲット３Ａ〜３Ｃに電力を供給してチャンバ２内にターゲット３Ａ〜３Ｃをスパッタリングするためのイオンを生成可能な電力供給装置１２と、製造装置１全体の動作を制御する制御装置７と、制御装置７に接続された記憶装置９とを備えている。制御装置７は、電力供給装置１２による複数のターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれに対する電力供給動作を制御して、複数のターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれから発生する物質で基板５上に形成される圧電素子１０の組成を調整可能である。
<First Embodiment>
A first embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a piezoelectric
本実施形態の製造装置１は、ほぼ真空に設定されたチャンバ２内に放電用ガスを導入しながら、ターゲット３Ａ〜３Ｃと基板５との間に形成する電界によってグロー放電を生成し、そのグロー放電を利用して放電用ガスをイオン化し、生成された放電用ガスのイオン粒子をターゲット３Ａ〜３Ｃに衝突させ、その衝突によりターゲット３Ａ〜３Ｃからはじき飛ばされた物質を基板５上に成膜する、スパッタリング装置を含む。
The
本実施形態においては、圧電素子１０の組成は、圧電素子１０を構成する物質（成分）、圧電素子１０を構成する複数の物質の量の割合、及び圧電素子１０を構成する複数の物質の量の比（組成比）の少なくとも１つを含む。制御装置７は、電力供給装置１２による電力供給動作を制御して、圧電素子１０を構成する物質（成分）、圧電素子１０を構成する複数の物質の量の割合、及び圧電素子１０を構成する複数の物質の量の比（組成比）の少なくとも１つを調整可能である。
In the present embodiment, the composition of the
また、制御装置７は、圧電素子１０の組成として、圧電素子１０全体の平均的な組成比、圧電素子１０の膜厚方向における組成比の分布、及び圧電素子１０の表面と平行な二次元方向における組成比の分布の少なくとも１つを調整可能である。
Further, the
図１に示すように、製造装置１は、チャンバ２内にガスを供給可能な給気口２Ａと、チャンバ２内のガスを排出可能な排気口２Ｂとを有している。チャンバ２内には、供給口２Ａを介して、放電用ガスとして不活性ガスが供給される。本実施形態においては、放電用ガス（不活性ガス）として、チャンバ２内にアルゴン（Ａｒ）が供給される。また、本実施形態においては、チャンバ２内には、反応性ガスとして酸素（Ｏ２）も供給される。すなわち、本実施形態においては、チャンバ２内には、給気口２Ａを介して、アルゴン及び酸素のそれぞれが供給される。
As shown in FIG. 1, the
複数のターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれを支持するターゲット支持部材４Ａ〜４Ｃ、及び基板５を支持する基板支持部材６は、チャンバ２内に配置されている。ターゲット支持部材４Ａ〜４Ｃのそれぞれに支持されたターゲット３Ａ〜３Ｃと、基板支持部材６に支持された基板５とは、チャンバ２内において対向するように配置される。本実施形態においては、ターゲット支持部材４Ａ〜４Ｃは、チャンバ２内の天井面近傍に配置され、基板支持部材６は、チャンバ２内の底面近傍に配置される。
Target support members 4 </ b> A to 4 </ b> C that support each of the plurality of targets 3 </ b> A to 3 </ b> C and a
複数のターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれは、互いに異なる物質を含む。本実施形態においては、チャンバ２内には、３種類のターゲット３Ａ〜３Ｃが配置される。そして、第１のターゲット３Ａ、第２のターゲット３Ｂ、及び第３のターゲット３Ｃのそれぞれは、第１の物質、第２の物質、及び第３の物質をそれぞれ含む。本実施形態においては、第１のターゲット３Ａは、チタン（Ｔｉ）を含み、第２のターゲット３Ｂは、鉛（Ｐｂ）を含み、第３のターゲット３Ｃは、ジルコニウム（Ｚｒ）を含む。
Each of the plurality of
複数のターゲット支持部材４Ａ〜４Ｃのそれぞれは、電極を含む。各ターゲット支持部材４Ａ〜４Ｃは、例えば陰極（カソード）を含む。各ターゲット３Ａ〜３Ｃを支持する各ターゲット支持部材４Ａ〜４Ｃの支持面のそれぞれは基板５側を向いている。第１のターゲット３Ａは、その表面が基板５側を向くように、第１のターゲット支持部材４Ａに支持される。同様に、第２のターゲット３Ｂは、その表面が基板５側を向くように、第２のターゲット支持部材４Ｂに支持され、第３のターゲット３Ｃは、その表面が基板５側を向くように、第３のターゲット支持部材４Ｃに支持される。
Each of the plurality of
基板５を支持する基板支持部材６の支持面は、上方（＋Ｚ側）を向いている。基板支持部材６は、静電チャック機構を含み、静電チャック方式で基板５を支持可能である。なお、基板支持部材６が、基板５をクランプするクランプ機構を備えていてもよい。基板５は、例えば半導体ウエハ、ガラス基板等を含み、その表面がターゲット３Ａ〜３Ｃ側を向くように、基板支持部材６に支持される。
The support surface of the
また、製造装置１は、各ターゲット３Ａ〜３Ｃと基板６との相対的な位置関係を調整可能な位置調整装置１１を備えている。本実施形態においては、位置調整装置１１は、基板５を支持する基板支持部材６を駆動する駆動装置６Ｄを含む。駆動装置６Ｄは、基板支持部材６に接続されており、基板支持部材６は、駆動装置６Ｄの駆動により、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θＸ、θＹ、及びθＺ方向の６自由度の方向に移動可能である。なお、位置調整装置１１として、各ターゲット３Ａ〜３Ｃを支持するターゲット支持部材４Ａ〜４Ｃのそれぞれを駆動する駆動装置が設けられていてもよい。
The
また、製造装置１は、基板５の温度を調整可能な温度調整装置６Ｈを備えている。本実施形態においては、温度調整装置６Ｈは、基板支持部材６Ｈの内部に配置されており、基板支持部材６の支持面で支持した基板５の温度を調整可能である。温度調整装置６Ｈは、加熱装置を含み、基板５を加熱可能である。温度調整装置６Ｈは、基板５の表面方向（ＸＹ方向）における温度分布をほぼ均一にすることができる。
In addition, the
本実施形態においては、基板５は、各ターゲット３Ａ〜３Ｃに対して所定の位置関係で配置される。本実施形態においては、基板支持部材６は、基板５の表面とＸＹ平面とがほぼ平行となるように基板５を支持し、各ターゲット支持部材４Ａ〜４Ｃは、各ターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれの表面が基板５の表面（ＸＹ平面）に対して所定角度傾斜するように、各ターゲット３Ａ〜３Ｃを支持する。本実施形態においては、複数のターゲット３Ａ〜３Ｃは、基板５の表面の中心から延びるＺ軸と平行な法線ＡＸを囲むように配置され、法線ＡＸから離れるにつれて基板５側に傾斜するように配置される。本実施形態においては、各ターゲット支持部材４Ａ〜４Ｃは、各ターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれの表面が基板５の表面（ＸＹ平面）に対して約６０度傾斜するように、各ターゲット３Ａ〜３Ｃを支持する。また、基板５と各ターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれとは所定距離離れている。
In this embodiment, the board |
各ターゲット支持部材４Ａ〜４Ｃ及びそれら各ターゲット支持部材４Ａ〜４Ｃに支持される各ターゲット３Ａ〜３Ｃは、チャンバ２内において、互いに離れるように配置される。また、本実施形態においては、チャンバ２内には、そのチャンバ２内において、複数のターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれが配置される空間が、仕切部材８Ａ〜８Ｃによって仕切られている。
The
電力供給装置１２は、電極を含む各ターゲット支持部材４Ａ〜４Ｃを介して、各ターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれに電力を供給する。電力供給装置１２は、第１のターゲット支持部材４Ａを介して第１のターゲット３Ａに電力を供給可能な第１電源１２Ａと、第２のターゲット支持部材４Ｂを介して第２のターゲット３Ｂに電力を供給可能な第２電源１２Ｂと、第３のターゲット支持部材４Ｃを介して第３のターゲット３Ｃに電力を供給可能な第３電源１２Ｃとを有している。
The
なお、電力供給装置１２は、直流電源であってもよい。また、基板支持部材６は、ＲＦ（高周波）バイアスされていてもよい。また、ターゲット側（例えばターゲット支持部材の内部）に磁界を発生させる磁界発生装置を配置するようにしてもよい。すなわち、製造装置１は、ターゲット側に磁界を発生させつつスパッタリングする、いわゆるマグネトロンスパッタリング方式で、各ターゲットをスパッタリングするようにしてもよい。
Note that the
第１〜第３電源１２Ａ〜１２Ｃを含む電力供給装置１２の動作は制御装置７に制御される。制御装置７は、電力供給装置１２の各電源１２Ａ〜１２Ｃから各ターゲット３Ａ〜３Ｃに対して供給する電力を個別に制御可能である。
The operation of the
次に、上述の構成を有する製造装置１を用いて圧電素子１０を製造する方法について説明する。
Next, a method for manufacturing the
複数のターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれが各ターゲット支持部材４Ａ〜４Ｃのそれぞれに支持されるとともに、基板５が基板支持部材６に支持される。これにより、チャンバ２内に、複数のターゲット３Ａ〜３Ｃが配置されるとともに、ターゲット３Ａ〜３Ｃに対して所定の位置関係で基板５が配置される。上述のように、本実施形態においては、第１のターゲット３Ａは、チタン（Ｔｉ）を含み、第２のターゲット３Ｂは、鉛（Ｐｂ）を含み、第３のターゲット３Ｃは、ジルコニウム（Ｚｒ）を含む。
Each of the plurality of
また、制御装置７は、温度調整装置６Ｈを用いて、基板支持部材６に支持された基板５を所定の温度に調整する。本実施形態においては、制御装置７は、温度調整装置６Ｈを用いて、基板５を加熱する。本実施形態においては、制御装置７は、基板５の温度を検出可能な不図示の温度センサの検出結果をモニタしつつ、温度調整装置６Ｈを用いて、基板５を加熱する。本実施形態においては、制御装置７は、基板５を、２０℃〜６００℃、好ましくは約５００℃に加熱する。また、温度調整装置６Ｈは、基板５の表面方向（ＸＹ方向）における温度が均一になるように、基板５の温度を調整する。
Moreover, the
また、制御装置７は、チャンバ２内をほぼ真空にした状態で、放電用ガスとして、給気口２Ａを介してチャンバ２内にアルゴンを供給するとともに、反応性ガスとして、酸素を供給する。そして、制御装置７は、電力供給装置１２の電力供給動作を制御して、各ターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれに所定の電力を供給する。
In addition, the
第１のターゲット３Ａと基板５との間には、第１電源１２Ａによって供給された電力に応じた電界が発生し、アルゴンがイオン化され、生成されたイオン粒子によって、第１のターゲット３Ａがスパッタリングされる。スパッタリングによって第１のターゲット３Ａから発生した第１の物質（Ｔｉ）は、基板５に供給される。
An electric field corresponding to the power supplied by the
また、第２のターゲット３Ｂと基板５との間には、第２電源１２Ｂによって供給された電力に応じた電界が発生し、アルゴンがイオン化され、生成されたイオン粒子によって、第２のターゲット３Ｂがスパッタリングされる。スパッタリングによって第２のターゲット３Ｂから発生した第２の物質（Ｐｂ）は、基板５に供給される。
In addition, an electric field corresponding to the power supplied from the
同様に、第３のターゲット３Ｃと基板５との間には、第３電源１２Ｃによって供給された電力に応じた電界が発生し、アルゴンがイオン化され、生成されたイオン粒子によって、第３のターゲット３Ｃがスパッタリングされる。スパッタリングによって第３のターゲット３Ｃから発生した第３の物質（Ｚｒ）は、基板５に供給される。
Similarly, an electric field corresponding to the power supplied from the third power source 12C is generated between the
本実施形態においては、制御装置７は、第１〜第３電源１２Ａ〜１２Ｃから各ターゲット３Ａ〜３Ｃに対して同時に電力を供給し、複数のターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれのスパッタリングを同時に行う。これにより、図２の模式図に示すように、第１〜第３のターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれから、第１〜第３の物質が同時に発生するとともに、それら第１〜第３の物質が、基板５上に同時に供給される。基板５上には、第１〜第３のターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれから発生した第１〜第３の物質によって、圧電素子１０が形成される。また、本実施形態においては、チャンバ２内に反応性ガスとして酸素が供給されており、基板５上には、圧電素子１０として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３）が形成される。
In this embodiment, the
スパッタリングによって第１のターゲット３Ａから発生する第１の物質の単位時間当たりの量は、第１電源１２Ａから第１のターゲット３Ａに供給される電力に応じて変化する。すなわち、第１のターゲット３Ａから基板５に供給される第１の物質の単位時間当たりの量、換言すれば、第１のターゲット３Ａから発生する第１の物質によって基板５上に膜を形成するときの成膜レート（単位時間当たりに形成される膜の厚さ）は、第１電源１２Ａから第１のターゲット３Ａに供給される電力に応じて変化する。例えば、第１のターゲット３Ａから発生する第１の物質の単位時間当たりの量（第１の物質による成膜レート）と、第１のターゲット３Ａに供給される電力量とはほぼ比例する。
The amount of the first substance generated from the
同様に、スパッタリングによって第２のターゲット３Ｂから発生する第２の物質の単位時間当たりの量（第２の物質による成膜レート）は、第２電源１２Ｂから第２のターゲット３Ｂに供給される電力に応じて変化する。同様に、スパッタリングによって第３のターゲット３Ｃから発生する第３の物質の単位時間当たりの量（第３の物質による成膜レート）は、第３電源１２Ｃから第３のターゲット３Ｃに供給される電力に応じて変化する。
Similarly, the amount of the second substance generated from the
したがって、制御装置７は、複数のターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれに供給する電力を調整することによって、第１〜第３のターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれから基板５上に供給される第１〜第３の物質のそれぞれの量、ひいては基板５上に形成される圧電素子１０の組成を調整することができる。
Therefore, the
上述ように、本実施形態においては、圧電素子１０の組成とは、圧電素子１０を構成する物質（成分）、圧電素子１０を構成する複数の物質の量の割合、及び圧電素子１０を構成する複数の物質の量の比（組成比）の少なくとも１つを意味する。
As described above, in the present embodiment, the composition of the
例えば、基板５上に形成される圧電素子１０のうち、第１の物質（Ｔｉ）の割合を多くしたい場合には、制御装置７は、第１電源１２Ａから第１のターゲット３Ａに供給する電力を高める。同様に、基板５上に形成される圧電素子１０のうち、第２の物質（Ｐｂ）の割合を多くしたい場合には、制御装置７は、第２電源１２Ｂから第２のターゲット３Ｂに供給する電力を高める。同様に、基板５上に形成される圧電素子１０のうち、第３の物質（Ｚｒ）の割合を多くしたい場合には、制御装置７は、第３電源１２Ｃから第３のターゲット３Ｃに供給する電力を高める。
For example, when it is desired to increase the proportion of the first material (Ti) in the
記憶装置９には、第１のターゲット３Ａに供給する電力と、その電力が供給されたときに第１のターゲット３Ａから基板５に供給される第１の物質の単位時間当たりの量との関係が予め記憶されている。また、記憶装置９には、第２のターゲット３Ｂに供給する電力と、その電力が供給されたときに第２のターゲット３Ｂから基板５に供給される第２の物質の単位時間当たりの量との関係が予め記憶されている。同様に、記憶装置９には、第３のターゲット３Ｃに供給する電力と、その電力が供給されたときに第３のターゲット３Ｃから基板５に供給される第３の物質の単位時間当たりの量との関係が予め記憶されている。これら関係は、例えば実験及びシミュレーションの少なくとも一方によって予め求めることができ、記憶装置９に記憶可能である。
The storage device 9 has a relationship between the power supplied to the
制御装置７は、記憶装置９の記憶情報を参照して、圧電素子１０が所望の組成となるように、電力供給装置１２を制御して、第１〜第３電源１２Ａ〜１２Ｃから各ターゲット３Ａ〜３Ｃに供給する電力を供給する。すなわち、制御装置７は、記憶装置９の記憶情報と、圧電素子１０の目標組成とに基づいて、電力供給装置１２を制御する。これにより、制御装置７は、所望の組成を有する圧電素子１０を製造することができる。
The
圧電素子１０の特性は、圧電素子１０の組成に応じて変化する。例えば、圧電素子１０の比誘電率、圧電素子１０に所定の電圧を印加したときの変位量等は、圧電素子１０の組成に応じて変化する。圧電素子１０の特性（比誘電率、変位量等）と圧電素子１０の組成との関係は既知であり、記憶装置９に記憶されている。制御装置７は、圧電素子１０が所望の特性を有するように圧電素子１０の組成を決定し、その決定した組成に基づいて電力供給装置１２を制御する。
The characteristics of the
以上説明したように、放電用ガスが供給されるチャンバ２内に、互いに異なる物質を含む複数のターゲット３Ａ〜３Ｃを配置するとともに、各ターゲット３Ａ〜３Ｃに対して所定の位置関係で基板５を配置し、複数のターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれをスパッタリングして、複数のターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれから発生した物質で、基板５上に圧電素子１０を形成するようにしたので、所望の特性を有する圧電素子１０を短時間で製造することができる。
As described above, the plurality of
すなわち、複数のターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれを同時にスパッタリングすることによって、各ターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれから発生した物質を用いて基板５上に膜を形成することができ、成膜レートを向上することができる。そして、本実施形態においては、各ターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれに供給する電力を調整することによって、基板５上に形成される圧電素子１０の組成を精確に調整することができ、所望の特性を有する圧電素子１０を製造することができる。
That is, by simultaneously sputtering each of the plurality of
例えば、チャンバ２内に、１つのターゲットと１つの基板とを配置した状態で圧電素子を形成する場合、ターゲットを交換する必要が生じたり、組成の調整を行うことが困難となる可能性がある。例えば、圧電素子１０の膜厚方向における組成比の分布を調整することが困難となる可能性がある。
For example, when a piezoelectric element is formed in a state where one target and one substrate are disposed in the chamber 2, it may be necessary to replace the target or it may be difficult to adjust the composition. . For example, it may be difficult to adjust the distribution of the composition ratio in the film thickness direction of the
また、圧電素子を形成するための物質を含む溶液をスピンコート法等で基板上に塗布することによって圧電素子を形成する、いわゆるゾルゲル法を用いる場合、膜厚の高精度な制御が困難となる可能性がある。また、溶液の溶媒成分が揮発して、溶液中の物質の濃度が変化したり、溶液の粘度が変化した場合、所望の組成を有する圧電素子を所望の膜厚で形成することが困難となる可能性が高くなる。また、所望の膜厚を得るために、塗布動作を複数回繰り返す必要が生じる可能性があり、製造工程が多くなったり、製造コストが高まる可能性がある。また、溶液中の物質の特性が経時的に変化（劣化）し、所望の特性を有する圧電素子を製造できなくなる可能性もある。また、スピンコート法等の塗布法を用いて圧電素子の膜を形成する場合、材料に無駄が生じる可能性もある。また、ゾルゲルの結晶性は、下地に大きく依存し、下地の作り込みに制約を受ける可能性がある。 In addition, when using a so-called sol-gel method in which a piezoelectric element is formed by applying a solution containing a substance for forming a piezoelectric element onto a substrate by a spin coating method or the like, it is difficult to control the film thickness with high accuracy. there is a possibility. In addition, when the solvent component of the solution volatilizes and the concentration of the substance in the solution changes or the viscosity of the solution changes, it becomes difficult to form a piezoelectric element having a desired composition with a desired film thickness. The possibility increases. Moreover, in order to obtain a desired film thickness, it may be necessary to repeat the coating operation a plurality of times, which may increase the number of manufacturing steps and increase the manufacturing cost. In addition, the characteristics of the substance in the solution may change (deteriorate) with time, and it may become impossible to manufacture a piezoelectric element having desired characteristics. Moreover, when forming the film | membrane of a piezoelectric element using the apply | coating methods, such as a spin coat method, a waste may arise in material. In addition, the crystallinity of the sol-gel largely depends on the base, and there is a possibility that it is restricted by the formation of the base.
また、ＣＶＤ法を用いて圧電素子を形成する場合、成膜レートが遅く、生産性が低下する可能性がある。また、ＣＶＤ法等、化学変化を伴う成膜法の場合、組成の調整を精確に行うことが困難となる可能性がある。 Further, when a piezoelectric element is formed using a CVD method, the film formation rate is slow, and productivity may be reduced. In addition, in the case of a film forming method accompanied by a chemical change such as a CVD method, it may be difficult to accurately adjust the composition.
本実施形態においては、各ターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれに供給する電力を制御することで、スパッタリングによって各ターゲット３Ａ〜３Ｃから発生する物質の量を精確に調整することができる。ターゲットに供給する電力と、その電力が供給されたときにターゲットから基板に供給される物質の単位時間当たりの量（成膜レート）との関係は高精度に求めることができるので、所望の特性及び膜厚を有する圧電素子を短時間で製造することができる。
In the present embodiment, by controlling the power supplied to each of the
また、本実施形態においては、各ターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれに供給する電力を制御することで、圧電素子１０の組成を容易に調整することができるので、種々の特性（機能）を有する圧電素子１０を円滑に製造することができる。
In the present embodiment, since the composition of the
また、本実施形態においては、基板５を加熱しつつ、複数のターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれをスパッタリングしているので、その基板５上に所望の特性を有する圧電素子１０を製造することができる。
Moreover, in this embodiment, since each of
また、本実施形態においては、チャンバ２内において、複数のターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれが配置される空間を仕切部材８Ａ〜８Ｃで仕切っているので、各ターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれを同時にスパッタリングしても、各ターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれに対するスパッタリング動作が互いに影響し合うことを抑制することができる。例えば、第１のターゲット３Ａをスパッタリングするための放電が、第２、第３のターゲット３Ｂ、３Ｃをスパッタリングするための放電に影響を及ぼすことを抑制することができる。
Moreover, in this embodiment, in the chamber 2, since the space where each of the plurality of
なお、本実施形態においては、制御装置７が、圧電素子１０の組成として、圧電素子１０を構成する複数の物質の量の割合（組成比）を調整する場合を例にして説明したが、圧電素子１０を構成する物質（成分）を調整することも可能である。例えば、制御装置７は、電力供給装置１２を用いて、第１のターゲット３Ａと第２のターゲット３Ｂとに同時に電力を供給し、第３のターゲット３Ｃには電力を供給しないで、第１、第２のターゲット３Ａ、３Ｂのそれぞれをスパッタリングして、第１、第２のターゲット３Ａ、３Ｂのそれぞれから発生する第１、第２の物質を基板５に供給することができる。これにより、基板５上には、第１の物質及び第２の物質からなる素子が形成される。
In the present embodiment, the
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。上述の第１実施形態においては、複数のターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれのスパッタリングを同時に行っているが、本実施形態の特徴的な部分は、複数のターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれのスパッタリングを非同時に行う点にある。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment will be described. In the first embodiment described above, the sputtering of each of the plurality of
図３は、第２実施形態に係る圧電素子の製造方法を説明するための模式図である。制御装置７は、第１電源１２Ａから第１のターゲット３Ａに対する電力の供給のみを行い、第２、第３電源１２Ｂ、１２Ｃから第２、第３のターゲット３Ｂ、３Ｃに対する電力の供給は停止する。これにより、図３（Ａ）に示すように、基板５上には、第１のターゲット３Ａから発生した第１の物質のみが供給される（ステップＳＡ１）。
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a method of manufacturing a piezoelectric element according to the second embodiment. The
次いで、制御装置７は、第２電源１２Ｂから第２のターゲット３Ｂに対する電力の供給のみを行い、第１、第３電源１２Ａ、１２Ｃから第１、第３のターゲット３Ａ、３Ｃに対する電力の供給は停止する。これにより、図３（Ｂ）に示すように、基板５上には、第２のターゲット３Ｂから発生した第２の物質のみが供給される（ステップＳＡ２）。
Next, the
次いで、制御装置７は、第３電源１２Ｃから第３のターゲット３Ｃに対する電力の供給のみを行い、第１、第２電源１２Ａ、１２Ｂから第１、第２のターゲット３Ａ、３Ｂに対する電力の供給は停止する。これにより、図３（Ｃ）に示すように、基板５上には、第３のターゲット３Ｃから発生した第３の物質のみが供給される（ステップＳＡ３）。
Next, the
また、制御装置７は、ステップＳＡ１、ステップＳＡ２、及びステップＳＡ３を実行するとき、基板５を例えば約５００℃に加熱しつつ、各ターゲット３Ａ〜３Ｃをスパッタリングする。
Further, when executing Step SA1, Step SA2, and Step SA3, the
制御装置７は、上述のステップＳＡ１、ステップＳＡ２、及びステップＳＡ３の動作を複数回実行する。なお、制御装置７は、これらの動作を実行する順番を変更してもよい。例えば、制御装置７は、ステップＳＡ１の後、ステップＳＡ３を実行し、その後、ステップＳＡ２を実行することができる。
The
これらステップＳＡ１、ＳＡ２、ＳＡ３のそれぞれを実行するに際し、制御装置７は、各ターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれに供給する電力を調整する。また、制御装置７は、ステップＳＡ１、ＳＡ２、ＳＡ３それぞれの実行時間（スパッタリング時間、成膜時間）を適宜調整することができる。
When executing each of these steps SA1, SA2, and SA3, the
これにより、基板５上には、各ターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれから発生した第１〜第３の物質によって、所定の組成、膜厚を有し、所定の特性を備えた圧電素子１０が形成される。各ステップＳＡ１、ＳＡ２、ＳＡ３のそれぞれで基板５上に形成される膜の厚みは、例えば数Å〜数μｍと非常に薄く、複数のターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれのスパッタリングを非同時に行っても、全体として所望の組成を有する圧電素子１０を所望の膜厚で形成することができる。
Thereby, the
また、本実施形態においては、制御装置７は、ステップＳＡ１、ＳＡ２、ＳＡ３を繰り返す際、各ターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれに供給する電力、及びスパッタリング時間の少なくとも一方を調整しつつ、各ターゲット３Ａ〜３Ｃをスパッタリングする。これにより、制御装置７は、圧電素子１０の膜厚方向における組成比の分布を調整することができる。
Moreover, in this embodiment, when repeating the steps SA1, SA2, and SA3, the
例えば、図４の模式図に示すように、制御装置７は、基板５の上に第１の物質を多く含む第１の層（第１の領域）１０Ａを形成し、第１の層１０Ａの上に第２の物質を多く含む第２の層（第２の領域）１０Ｂを形成し、第２の層の上に第３の物質を多く含む第３の層（第３の領域）１０Ｃを形成することができる。
For example, as illustrated in the schematic diagram of FIG. 4, the
なお、本実施形態においては、ターゲットを１つずつスパッタリングしているが、制御装置７は、スパッタリング動作の少なくとも一部において、複数のターゲットを同時に実行することも可能である。例えば、制御装置７は、第１、第２のターゲット３Ａ、３Ｂを同時にスパッタリングした後、その第１、第２のターゲット３Ａ、３Ｂのスパッタリングを停止するとともに、第３のターゲット３Ｃのスパッタリングを実行することができる。
In the present embodiment, the targets are sputtered one by one. However, the
また、制御装置７は、圧電素子１０の組成として、圧電素子１０を構成する物質を調整するために、例えば、第１のターゲット３Ａと第２のターゲット３Ｂとを、例えば非同時にスパッタリングして、第３のターゲット３Ｃをスパッタリングしないこともできる。これにより、基板５上には、第１の物質及び第２の物質からなる素子が形成される。
Further, the
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態について説明する。本実施形態の特徴的な部分は、スパッタリングを所定時間継続する際に、時間の経過に応じて複数のターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれに供給する電力を変化させる点にある。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment will be described. The characteristic part of the present embodiment is that, when sputtering is continued for a predetermined time, the power supplied to each of the plurality of
図５及び図６は、第３実施形態に係る圧電素子の製造方法を説明するための模式図である。例えば複数のターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれのスパッタリングを同時に行う際、本実施形態においては、制御装置７は、時間の経過に応じて複数のターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれに供給する電力を変化させる。
5 and 6 are schematic views for explaining a method for manufacturing a piezoelectric element according to the third embodiment. For example, when performing sputtering of each of the plurality of
図５に示す模式図に示すように、スパッタリングを所定時間Ｔａ継続する際、すなわちスパッタリング時間が値Ｔａに設定された場合、例えば制御装置７は、スパッタリングが開始される基準時刻Ｔ０から第１の時刻Ｔ１までの間、第１のターゲット３Ａに供給する電力を、例えば他のターゲット３Ｂ、３Ｃに供給する電力よりも高める。
As shown in the schematic diagram of FIG. 5, when sputtering is continued for a predetermined time Ta, that is, when the sputtering time is set to a value Ta, for example, the
これにより、その基準時刻Ｔ０から第１の時刻Ｔ１においては、図６（Ａ）に示すように、基板５の上には、第１の物質を多く含む第１の層（第１の領域）１０Ａが形成される。
As a result, from the reference time T 0 to the first time T 1 , as shown in FIG. 6A, the first layer (the first layer containing a large amount of the first substance) is formed on the
次いで、制御装置７は、第１の時刻Ｔ１から第２の時刻Ｔ２までの間、第２のターゲット３Ｂに供給する電力を、例えば他のターゲット３Ａ、３Ｃに供給する電力よりも高める。
Then, the
これにより、その第１の時刻Ｔ１から第２の時刻Ｔ２においては、図６（Ｂ）に示すように、第１の層１０Ａの上には、第２の物質を多く含む第２の層（第２の領域）１０Ｂが形成される。
Thus, the first time T 1 that in the second time T 2, as shown in FIG. 6 (B), on the
次いで、制御装置７は、第２の時刻Ｔ２から第３の時刻Ｔ３までの間、第３のターゲット３Ｃに供給する電力を、例えば他のターゲット３Ａ、３Ｂに供給する電力よりも高める。
Then, the
これにより、その第２の時刻Ｔ２から第３の時刻Ｔ３においては、図６（Ｃ）に示すように、第２の層１０Ｂの上には、第３の物質を多く含む第３の層（第３の領域）１０Ｃが形成される。
Thus, from the second time T 2, at the third time T 3, as shown in FIG. 6 (C), on the
このように、スパッタリングを所定時間Ｔａ継続する際、時間の経過に応じて複数のターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれに供給する電力を変化させることによって、制御装置７は、圧電素子１０の膜厚方向における組成比の分布を調整することができる。
Thus, when sputtering is continued for a predetermined time Ta, the
＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態について説明する。例えば、スパッタリングを所定時間Ｔａ継続する場合において、ターゲット３Ａに一定の電力を供給し続ける場合、スパッタリングを開始してからの経過時間に応じて、そのターゲット３Ａから発生する物質の単位時間当たりの量（その物質による成膜レート）が変化する可能性がある。
<Fourth embodiment>
Next, a fourth embodiment will be described. For example, when sputtering is continued for a predetermined time Ta and when a constant power is continuously supplied to the
例えば、スパッタリングを継続することによって、図７の模式図に示すように、ターゲット３Ａが徐々に消耗する可能性がある。例えば、スパッタリングの開始直後においては、ターゲット３Ａと基板５とは第１の位置関係（第１の距離）Ｄ１であったものが、スパッタリングを開始してから所定時間経過後においては、ターゲット３Ａと基板５とは第２の位置関係（第２の距離）Ｄ２となる可能性がある。すなわち、スパッタリングを開始してからの時間の経過に伴って、ターゲット３Ａと基板５との位置関係（距離）が徐々に変化する可能性がある。このような状態で、例えば同じ値の電力を供給し続けた場合、ターゲット３Ａと基板５との位置関係（距離）の変化に伴って、ターゲット３Ａから発生する物質による成膜レートが変化する可能性がある。
For example, by continuing the sputtering, the
また、ターゲット３Ａの近傍に磁界発生装置を配置して磁界を発生させつつスパッタリングする、いわゆるマグネトロンスパッタリング方式でスパッタリングする場合、ターゲット３Ａの消耗にによって、磁界発生装置とターゲット３Ａの表面との位置関係（距離）が経時的に変化し、これによっても成膜レートが変化する可能性がある。
Further, when sputtering is performed by generating a magnetic field by arranging a magnetic field generator near the
また、スパッタリングを開始してからの経過時間に応じて、ターゲット３Ａの物性が変化する可能性もあり、これによっても、ターゲット３Ａから発生する物質による成膜レートが変化する可能性がある。
In addition, the physical properties of the
上述のような現象は、ターゲット３Ｂ、３Ｃについても同様に発生する可能性がある。
The phenomenon as described above may occur in the same manner for the
この場合、スパッタリングを開始してからの経過時間に応じて、基板５上に形成される圧電素子１０の組成、特に、圧電素子１０の膜厚方向における組成比の分布が所望状態でなくなる可能性がある。
In this case, there is a possibility that the composition of the
そこで、制御装置７は、スパッタリングを開始してからの経過時間に応じて、スパッタリング中、常に所望の成膜レートが得られるように、ターゲット３Ａ、３Ｂ、３Ｃのそれぞれに供給する電力を変化させる。これにより、圧電素子１０の組成、特に、圧電素子１０の膜厚方向における組成比の分布を所望状態にすることができる。
Therefore, the
スパッタリングを開始してからの経過時間と成膜レートとの関係は、例えば実験及びシミュレーションの少なくとも一方を用いて予め求めることができ、記憶装置９に記憶可能である。制御装置７は、記憶装置９の記憶情報に基づいて、第１〜第３の物質に関して所望の成膜レートが得られるように、換言すれば圧電素子１０の膜厚方向における組成比の分布が所望状態となるように、各ターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれに供給する電力を制御することができる。
The relationship between the elapsed time from the start of sputtering and the film formation rate can be obtained in advance using, for example, at least one of an experiment and a simulation, and can be stored in the storage device 9. Based on the information stored in the storage device 9, the
＜第５実施形態＞
次に、第５実施形態について説明する。例えば、ターゲット３Ａに供給する電力の積算値に応じて、そのターゲット３Ａから発生する物質の単位時間当たりの量（その物質による成膜レート）が変化する可能性がある。
<Fifth Embodiment>
Next, a fifth embodiment will be described. For example, there is a possibility that the amount per unit time of the substance generated from the
すなわち、ターゲット３Ａに供給した電力の積算値に応じて、例えば図７の模式図に示したように、ターゲット３Ａが徐々に消耗し、ターゲット３Ａから発生する物質による成膜レートが変化する可能性がある。また、ターゲット３Ａに供給した電力の積算値に応じて、ターゲット３Ａの物性が変化する可能性もあり、これによっても、ターゲット３Ａから発生する物質による成膜レートが変化する可能性がある。
That is, according to the integrated value of the power supplied to the
上述のような現象は、ターゲット３Ｂ、３Ｃについても同様に発生する可能性がある。
The phenomenon as described above may occur in the same manner for the
この場合、ターゲット３Ａ、３Ｂ、３Ｃに供給する電力の積算値に応じて、基板５上に形成される圧電素子１０の組成、特に、圧電素子１０の膜厚方向における組成比の分布が所望状態でなくなる可能性がある。
In this case, the composition of the
そこで、制御装置７は、ターゲット３Ａ、３Ｂ、３Ｃに供給する電力の積算値に応じて、スパッタリング中、常に所望の成膜レートが得られるように、ターゲット３Ａ、３Ｂ、３Ｃのそれぞれに供給する電力を変化させる。これにより、圧電素子１０の組成、特に、圧電素子１０の膜厚方向における組成比の分布を所望状態にすることができる。
Therefore, the
ターゲット３Ａ、３Ｂ、３Ｃに供給する電力の積算値と成膜レートとの関係は、例えば実験及びシミュレーションの少なくとも一方を用いて予め求めることができ、記憶装置９に記憶可能である。また、電力供給装置１２は、各電源１２Ａ〜１２Ｃより各ターゲット３Ａ〜３Ｃに供給する電力量（電力の積算値）をモニタ可能である。制御装置７は、記憶装置９の記憶情報と電力供給装置１２のモニタ情報とに基づいて、第１〜第３の物質のそれぞれに関して所望の成膜レートが得られるように、換言すれば圧電素子１０の膜厚方向における組成比の分布が所望状態となるように、各ターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれに供給する電力を制御することができる。
The relationship between the integrated value of the power supplied to the
＜第６実施形態＞
次に、第６実施形態について説明する。上述の第１〜第５実施形態において、制御装置７は、位置調整装置１１を用いて、各ターゲット３Ａ〜３Ｃと基板５との相対的な位置関係を調整しつつ、各ターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれをスパッタリングすることができる。
<Sixth Embodiment>
Next, a sixth embodiment will be described. In the above-described first to fifth embodiments, the
すなわち、制御装置７は、位置調整装置１１を用いて、複数のターゲット３Ａ〜３Ｃと基板５とを相対的に移動しつつ、複数のターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれをスパッタリングするようにしてもよい。
That is, the
例えば、上述の第１実施形態において、複数のターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれのスパッタリングを同時に行う場合、図８の模式図に示すように、制御装置７は、駆動装置６Ｄを用いて、基板支持部材６に支持された基板５をθＺ方向に回転しつつ、各ターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれをスパッタリングする。これにより、基板５の表面方向（ＸＹ方向）において、圧電素子１０の組成及び膜厚を均一にすることができる。
For example, in the above-described first embodiment, when sputtering each of the plurality of
また、複数のターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれのスパッタリングを同時に行う場合において、各ターゲット３Ａ〜３Ｃと基板５との相対的な位置関係（相対的な距離）を調整しつつ、各ターゲット３Ａ〜３Ｃをスパッタリングするようにしてもよい。
Moreover, when performing each sputtering of
例えば、制御装置７は、スパッタリング中において、基板５と各ターゲット３Ａ〜３Ｃとを近づけるように、基板５を＋Ｚ方向に移動したり、あるいは基板５と各ターゲット３Ａ〜３Ｃとが離れるように、基板５を−Ｚ方向に移動ようにしてもよい。これにより、制御装置７は、圧電素子の組成として、圧電素子の膜厚方向における組成比の分布を調整できる可能性がある。
For example, the
あるいは、制御装置７は、スパッタリング中において、基板５をＸＹ方向に移動しつつ、各ターゲット３Ａ〜３Ｃをスパッタリングするようにしてもよい。これにより、制御装置７は、圧電素子の組成として、圧電素子の表面と平行なＸＹ方向における組成比の分布を調整できる可能性がある。
Alternatively, the
また、ターゲット３Ａ、３Ｂ、３Ｃと基板５との相対的な位置関係（相対的な距離）に応じて、成膜レートが変化する場合、制御装置７は、圧電素子１０全体の平均的な組成比を調整するために、ターゲット３Ａ、３Ｂ、３Ｃと基板５との相対的な位置関係を調整することもできる。例えば、第１のターゲット３Ａから発生する第１の物質の割合を高めたい場合には、制御装置７は、第１のターゲット３Ａに近い位置に、基板５を配置する。
Further, when the film forming rate changes according to the relative positional relationship (relative distance) between the
また、図７を参照して説明したように、スパッタリングを継続することによって、ターゲット３Ａ〜３Ｃが消耗し、スパッタリング中にターゲット３Ａ〜３Ｃと基板５との位置関係（距離）が変化し、その位置関係の変化に応じて成膜レートが変化する可能性がある。そこで、スパッタリングを所定時間継続して行う場合、制御装置７は、時間の経過に応じて、各ターゲット３Ａ、３Ｂ、３Ｃと基板５との相対的な位置関係（相対的な距離）を調整することによって、製造される圧電素子１０の膜厚方向における組成比を所望状態にすることができる。
Further, as described with reference to FIG. 7, by continuing the sputtering, the
また、複数のターゲット３Ａ〜３Ｃのそれぞれのスパッタリングを非同時に行う場合において、例えば制御装置７は、上述のステップＳＡ１においては、基板５を第１のターゲット３Ａに対して第１の距離に配置し、ステップＳＡ２においては、基板５を第２のターゲット３Ｂに対して第２の距離に配置し、ステップＳＡ３においては、基板５を第３のターゲット３Ｃに対して第３の距離に配置することができる。ターゲットと基板５との相対的な位置関係（相対的な距離）に応じて成膜レートが変化する場合、各ステップＳＡ１、ＳＡ２、ＳＡ３において、ターゲット３Ａ、３Ｂ、３Ｃのそれぞれと基板５との位置関係を調整することによって、圧電素子１０の膜厚方向における組成比の分布を調整することができる。
Further, when performing sputtering of each of the plurality of
なお、第６実施形態においては、駆動装置６Ｄを用いて、基板支持部材６上の基板５を移動しつつ、スパッタリングしているが、ターゲット３Ａ、３Ｂ、３Ｃを移動するようにしてもよいし、基板５とターゲット３Ａ、３Ｂ、３Ｃとの両方を移動するようにしてもよい。
In the sixth embodiment, sputtering is performed while moving the
なお、上述の第１〜第６実施形態においては、放電用ガスとしてアルゴンを用いているが、アルゴン以外のガスを用いてもよい。また、上述の実施形態においては、反応性ガスとして酸素を用いているが、窒素など他のガスを用いてもよい。また、反応性ガスは無くてもよい。 In the first to sixth embodiments described above, argon is used as the discharge gas, but a gas other than argon may be used. In the above-described embodiment, oxygen is used as the reactive gas, but other gases such as nitrogen may be used. Further, there may be no reactive gas.
なお、上述の第１〜第６実施形態においては、３つのターゲット３Ａ、３Ｂ、３Ｃを用いているが、もちろん、２つでもよいし４つ以上の任意の複数のターゲットを用いてもよい。
In the first to sixth embodiments, three
なお、上述の第１〜第６実施形態においては、第１のターゲットがチタン（Ｔｉ）を含み、第２のターゲット３Ｂが鉛（Ｐｂ）を含み、第３のターゲット３Ｃがジルコニウム（Ｚｒ）を含んでいるが、それらターゲットを形成する物質は適宜変更可能である。例えば、第１のターゲットがＴｉＯ２、第２のターゲットがＰｂＯ２、第３のターゲットがＺｒＯ２であってもよい。この場合、圧電素子１０として、Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３が形成される。
In the first to sixth embodiments described above, the first target contains titanium (Ti), the
また、第１、第２、第３のターゲットが、Ｌａ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２の中から選択される場合、圧電素子１０として、Ｌａ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３が形成される。
When the first, second, and third targets are selected from La, Ti, Zr, TiO 2 , and ZrO 2 , La (Zr, Ti) O 3 is formed as the
また、第１、第２、第３のターゲットが、Ｂａ、Ｓｒ、Ｔｉ、ＢａＯ、ＢａＯ３、ＴｉＯ２、ＳｒＴｉＯ３の中から選択される場合、圧電素子１０として、（Ｂａ、Ｓｒ）ＴｉＯ３が形成される。
When the first, second, and third targets are selected from Ba, Sr, Ti, BaO, BaO 3 , TiO 2 , and SrTiO 3 , (Ba, Sr) TiO 3 is used as the
また、第１、第２、第３のターゲットが、Ｌａ、Ｓｒ、Ｃｏ、ＳｒＴｉＯ３の中から選択される場合、圧電素子１０として、（Ｌａ、Ｓｒ）ＣｏＯ３が形成される。
When the first, second, and third targets are selected from La, Sr, Co, and SrTiO 3 , (La, Sr) CoO 3 is formed as the
また、第１、第２、第３のターゲットが、Ｂｉ、Ｌａ、Ｔｉ、ＴｉＯ２の中から選択される場合、圧電素子１０として、（Ｂｉ、Ｌａ）４Ｔｉ３Ｏ１２が形成される。
When the first, second, and third targets are selected from Bi, La, Ti, and TiO 2 , (Bi, La) 4 Ti 3 O 12 is formed as the
また、第１、第２、第３のターゲットが、Ｂｉ、Ｓｉ、ＳｉＯ２の中から選択される場合、圧電素子１０として、Ｂｉ２ＳｉＯ３が形成される。
Further, when the first, second, and third targets are selected from Bi, Si, and SiO 2 , Bi 2 SiO 3 is formed as the
また、第１、第２、第３のターゲットが、Ｌｉ、Ｔａ、Ｔａ２Ｏ５、Ｌｉ２Ｏの中から選択される場合、圧電素子１０として、ＬｉＴａＯ３が形成される。
When the first, second, and third targets are selected from Li, Ta, Ta 2 O 5 , and Li 2 O, LiTaO 3 is formed as the
また、第１、第２、第３のターゲットが、Ｌｉ、Ｎｂ、Ｌｉ２Ｏの中から選択される場合、圧電素子１０として、ＬｉＮｂＯ３が形成される。
Further, when the first, second, and third targets are selected from Li, Nb, and Li 2 O, LiNbO 3 is formed as the
また、第１、第２、第３のターゲットが、Ｌｉ、Ｂ、Ｌｉ２Ｏ、Ｂ２Ｏ３の中から選択される場合、圧電素子１０として、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７が形成される。
Further, when the first, second, and third targets are selected from Li, B, Li 2 O, and B 2 O 3 , Li 2 B 4 O 7 is formed as the
上述の各実施形態で説明した製造方法で製造した圧電素子１０は、例えば液滴吐出ヘッドを駆動する駆動素子、マイクロアクチュエータ、音響装置、光エレクトロニクス、通信装置等に適用可能である。圧電素子を備えた液滴吐出ヘッドの一例は、例えば特開２００６−０９３３１２号公報に開示されている。
The
１…製造装置、２…チャンバ、３Ａ〜３Ｃ…ターゲット、４Ａ〜４Ｃ…ターゲット支持部材、５…基板、６…基板支持部材、７…制御装置、１０…圧電素子、１２…電力供給装置
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記複数のターゲットのそれぞれをスパッタリングして、前記複数のターゲットのそれぞれから発生した物質で、前記基板上に圧電素子を形成することを特徴とする圧電素子の製造方法。 A plurality of targets including different substances are disposed in a chamber to which a discharge gas is supplied, and a substrate is disposed in a predetermined positional relationship with the target.
Sputtering each of the plurality of targets to form a piezoelectric element on the substrate with a material generated from each of the plurality of targets.
前記時間の経過に応じて前記複数のターゲットのそれぞれに供給する電力を変化させることを特徴とする請求項４記載の圧電素子の製造方法。 The sputtering is continued for a predetermined time,
5. The method of manufacturing a piezoelectric element according to claim 4, wherein electric power supplied to each of the plurality of targets is changed as time passes.
前記供給した電力の積算値に応じて前記複数のターゲットのそれぞれに供給する電力を変化させることを特徴とする請求項４記載の圧電素子の製造方法。 Supplying a predetermined amount of power to the target for the sputtering,
5. The method of manufacturing a piezoelectric element according to claim 4, wherein electric power supplied to each of the plurality of targets is changed in accordance with an integrated value of the supplied electric power.
前記チャンバ内に配置され、互いに異なる物質を含む複数のターゲットのそれぞれを支持する複数のターゲット支持部材と、
前記チャンバ内に配置され、前記ターゲットに対して所定の位置関係で基板を支持する基板支持部材と、
前記複数のターゲットのそれぞれに電力を供給可能であり、前記ターゲットに電力を供給して前記チャンバ内に該ターゲットをスパッタリングするためのイオンを生成可能な電力供給装置と、
前記電力供給装置による前記複数のターゲットのそれぞれに対する電力供給動作を制御して、前記複数のターゲットのそれぞれから発生する物質で前記基板上に形成される圧電素子の組成を調整可能な制御装置と、を備えたことを特徴とする圧電素子の製造装置。
A chamber supplied with a discharge gas;
A plurality of target support members disposed in the chamber and supporting each of a plurality of targets including different materials;
A substrate support member disposed in the chamber and supporting the substrate in a predetermined positional relationship with the target;
A power supply device capable of supplying power to each of the plurality of targets, and capable of generating ions for supplying power to the targets and sputtering the targets into the chamber;
A control device capable of controlling a power supply operation to each of the plurality of targets by the power supply device and adjusting a composition of a piezoelectric element formed on the substrate with a material generated from each of the plurality of targets; An apparatus for manufacturing a piezoelectric element, comprising:
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| KR20140004787A (en) * | 2011-04-28 | 2014-01-13 | 캐논 아네르바 가부시키가이샤 | Film-forming apparatus |
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2006
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