JP2010037566A - 成膜装置、成膜方法、圧電膜、および、液体吐出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】プラズマ状態を安定させ、かつ、好適な成膜条件によって、良質な膜を成膜できる成膜装置および成膜方法、これらによって成膜した圧電膜、および、この圧電膜を用いる液体吐出装置を提供することにある。
【解決手段】真空容器と、ターゲットホルダと、基板ホルダと、ターゲットホルダと基板ホルダとの間に、プラズマ中のイオンを補足するために、基板ホルダのターゲットホルダ側の外周を取り囲むように設けられたアノードとを有し、アノードは、板状部材を１枚または複数枚重ねたものであり、真空容器内にガスを導入し、ターゲットホルダと基板ホルダとの間に、電圧をかけてプラズマを生成し、成膜用基板上に成膜材料の薄膜を形成することにより、前記課題を解決する。
【選択図】図１
【解決手段】真空容器と、ターゲットホルダと、基板ホルダと、ターゲットホルダと基板ホルダとの間に、プラズマ中のイオンを補足するために、基板ホルダのターゲットホルダ側の外周を取り囲むように設けられたアノードとを有し、アノードは、板状部材を１枚または複数枚重ねたものであり、真空容器内にガスを導入し、ターゲットホルダと基板ホルダとの間に、電圧をかけてプラズマを生成し、成膜用基板上に成膜材料の薄膜を形成することにより、前記課題を解決する。
【選択図】図１
Description
本発明は、成膜装置および成膜方法、並びに、液体吐出装置に関するものであり、特に、プラズマを用いる気相成長法により成膜を行う成膜装置および成膜方法、ならびに、この成膜方法により形成された圧電膜を用いる液体吐出装置に関するものである。
圧電膜等の薄膜の成膜方法として、スパッタリング法等の気相成長法が知られている。スパッタリング法は、高真空中でプラズマ放電により生成される高エネルギーのＡｒイオン等のプラズマイオンをターゲットに衝突させて、ターゲットの構成元素を放出させ、放出されたターゲットの構成元素を基板の表面に蒸着させる方法である。
良質な膜を成膜するためには、種々の成膜条件を好適化する必要がある。例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）系統のＰｂ含有ペロブスカイト型酸化物からなる圧電膜を成膜する場合には、高温条件下で成膜を行うと、成膜した圧電膜からＰｂが抜けやすくなってしまう等の問題がある。そのため、Ｐｂ含有ペロブスカイト型酸化物からなる圧電膜を成膜する場合には、パイロクロア相の少ないペロブスカイト結晶が良好に成長し、かつＰｂ抜けが起こりにくい圧電膜の成膜を行うための成膜条件が模索されている。また、圧電膜の膜質が、プラズマ条件によっても影響を受けることも考えられている。
これに対して、特許文献１には、ターゲットを保持するターゲットホルダの成膜基板側の外周を取り囲む位置にシールドを設け、このシールドによって、成膜容器（チャンバ）内のプラズマ電位とフローティング電位との差を調整および好適化して、良質な膜を成膜する成膜装置が開示されている。
確かに、特許文献１に開示される成膜装置は、ターゲットを保持するターゲットホルダの成膜基板側の外周を取り囲む位置にシールドを設けることにより、真空容器内のプラズマ空間の電位状態を調整することができ、プラズマ状態を好適化することができ、さらに、上記シールドによって、チャンバ内のプラズマ電位とフローティング電位との差を調整および好適化することができ、これによって良質な膜を成膜することができる。
しかしながら、近年、成膜速度を向上させつつ、膜質をさらに向上させることが求められている。
しかしながら、近年、成膜速度を向上させつつ、膜質をさらに向上させることが求められている。
そこで、本発明の目的は、前記従来技術に基づく問題点を解消し、プラズマ状態を安定させ、かつ、好適な成膜条件によって、良質な膜を成膜できる成膜装置および成膜方法、これらによって成膜した圧電膜、および、この圧電膜を用いる液体吐出装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、ガスの導入と排気が可能な真空容器と、前記真空容器内に配置され、かつ、成膜材料となるターゲットを保持するターゲットホルダと、前記真空容器内に前記ターゲットホルダ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、前記ターゲットホルダと前記基板ホルダとの間に、前記プラズマ中のイオンを補足するために、前記基板ホルダの前記ターゲットホルダ側の外周を取り囲むように設けられたアノードとを有し、前記アノードは、板状部材を１枚または複数枚重ねたものであり、前記真空容器内に前記ガスを導入し、前記ターゲットホルダと基板ホルダとの間に、電圧をかけてプラズマを生成し、前記成膜用基板上に前記成膜材料の薄膜を形成することを特徴とする成膜装置を提供するものである。
本発明においては、前記板状部材は、環状であることが好ましい。
また、本発明においては、前記環状は、円環状であることが好ましい。
また、本発明においては、前記アノードは、複数枚の前記板状部材を前記基板ホルダと直交する方向に互いに離間させて重ねたものであり、前記基板ホルダ側に位置する板状部材ほど、前記環状の中心から内側面までの最短距離が小さいことが好ましい。
また、本発明においては、前記アノードは、複数枚の前記板状部材を前記基板ホルダと直交する方向に互いに離間させて重ねたものであり、隣接する前記板状部材は、互いに、１．０ｍｍ〜１５．０ｍｍ離間させて配置されていることが好ましい。
また、本発明においては、前記アノードは、接地されていることが好ましい。
また、本発明においては、前記アノードは、前記成膜用基板とは電気的に絶縁され、かつ、所定の電圧が印加できるようになっていても良い。
また、上記課題を達成するために、本発明は、ターゲットと成膜用基板との間にプラズマを生成し、前記プラズマのイオンを前記ターゲットに衝突させて、前記成膜用基板上に前記ターゲットを成膜材料とする薄膜を形成する成膜方法であって、前記ターゲットと前記成膜用基板との間に、前記プラズマ中のイオンを補足するために、前記基板ホルダの外周を取り囲むように、板状部材を１枚または複数枚重ねたアノードを設け、前記アノードにより、前記薄膜の形成時に、前記膜形成の成膜速度を制御することを特徴とする成膜方法を提供するものである。
本発明においては、前記ターゲットは、絶縁体、圧電体、誘電体、または強誘電体であることが好ましい。
また、本発明においては、前記板状部材は、環状であることが好ましい。
また、本発明においては、前記環状は、円環状であることが好ましい。
また、本発明においては、前記アノードは、複数枚の前記板状部材を前記基板ホルダと直交する方向に互いに離間させて重ねたものであり、前記基板ホルダ側に位置する板状部材ほど、前記環状の中心から内側面までの最短距離が小さいことが好ましい。
また、本発明においては、前記アノードは、複数枚の前記板状部材を前記基板ホルダと直交する方向に互いに離間させて重ねたものであり、隣接する前記板状部材は、互いに、１．０ｍｍ〜１５．０ｍｍ離間させて配置されていることが好ましい。
また、本発明においては、前記アノードは、接地されていることが好ましい。
また、本発明においては、前記アノードは、前記成膜用基板とは電気的に絶縁され、かつ、所定の電圧が印加されていることが好ましい。
また、上記課題を達成するために、本発明は、上記いずれかに記載の成膜装置を用いて、または、上記いずれかに記載の成膜方法により成膜されたことを特徴とする圧電膜を提供するものである。
本発明においては、表面粗度が、形成される基板の表面粗度の値に、５０Å未満を足した値であることが好ましい。
また、上記課題を達成するために、本発明は、上記いずれかに記載の成膜装置を用いて成膜された圧電膜、上記いずれかに記載の成膜方法により成膜された圧電膜、または、上記いずれかに記載の圧電膜、およびこの圧電膜に電圧を印加するために、前記圧電膜の両面に形成された電極を備える圧電素子と、液体が貯留される液体貯留室と、前記圧電素子に電圧を印加することにより、前記液体貯留室から外部に前記液体を吐出させる液体吐出口とを有することを特徴とする液体吐出装置を提供するものである。
本発明によれば、板状部材を１枚または複数枚重ねたアノードを、ターゲットホルダと基板ホルダとの間に、前記プラズマ中のイオンを補足するために、基板ホルダのターゲットホルダ側の外周を取り囲むように設けることにより、真空容器（チャンバ）内にアーキングを発生させることなく、プラズマイオンによる成膜した膜のスパッタリング、すなわち、逆スパッタリングを抑制することができ、これにより、成膜速度を向上させることができ、かつ、成膜する膜の膜質を向上させることができる。
また、本発明によれば、アノードへ膜が付着する（着膜する）ことにより生じるチャンバ内のプラズマ状態の変化を減少させて、安定させることができる。これにより、成膜される膜の膜質も安定し、さらに、安定した膜質を長期的に成膜することができる。
また、本発明によれば、アノードが板状部材で構成されているので、アノードに膜が付着した場合も、取り扱いが容易であり、さらに、付着物を容易にクリーニング（除去）することができる。
以下に、本発明の成膜装置、および、成膜方法、これらの成膜装置や成膜方法を用いて成膜された圧電膜、および、この圧電膜を用いた圧電素子を備えた液体吐出装置について、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
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り、図２は、図１に示す成膜装置のアノードを構成する板状部材を模式的に示す模式図である。
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り、図２は、図１に示す成膜装置のアノードを構成する板状部材を模式的に示す模式図である。
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。
本発明の成膜装置は、絶縁膜、誘電体膜、強誘電体膜等の薄膜、特に、圧電膜を、プラズマを用いた気相成長法（スパッタリング）により、基板上に成膜し、圧電素子などの薄膜デバイスを製造する成膜装置である。
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、かつ、スパッタリング用のターゲット材ＴＧを保持し、カソードの役割を果たし、プラズマを発生させるターゲットホルダ１４と、このターゲットホルダ１４に接続され、ターゲットホルダ１４に高周波を印加する高周波電源１６と、真空容器１２内の、ターゲットホルダ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、ターゲットホルダ１４と載置台１８との間に、成膜容器１２内に生成するプラズマ中のイオンを補足するために、載置台１８のターゲットホルダ１４側の外周を取り囲むように設けられたアノード２０とを有する。
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、かつ、スパッタリング用のターゲット材ＴＧを保持し、カソードの役割を果たし、プラズマを発生させるターゲットホルダ１４と、このターゲットホルダ１４に接続され、ターゲットホルダ１４に高周波を印加する高周波電源１６と、真空容器１２内の、ターゲットホルダ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、ターゲットホルダ１４と載置台１８との間に、成膜容器１２内に生成するプラズマ中のイオンを補足するために、載置台１８のターゲットホルダ１４側の外周を取り囲むように設けられたアノード２０とを有する。
真空容器１２は、スパッタリングを行うために所定の真空度を維持する、鉄、ステンレス、アルミニウム等で形成される気密性の高い容器であって、図示例においては、接地され、その内部に成膜に必要なガスを導入するガス導入管１２ａおよび真空容器１２内のガスの排気を行うガス排出管１２ｂが取り付けられている。
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。
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。
真空容器１２において、ガス導入管１２ａから真空容器１２内に導入されるガスとしては、アルゴン（Ａｒ）、または、アルゴン（Ａｒ）と酸素（Ｏ２）の混合ガス等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。
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。
ターゲットホルダ１４は、カソード電極であり、真空容器１２のその他の部分とは絶縁された状態で、真空容器１２内部の上方に配置され、その表面上に成膜する圧電膜などの薄膜の組成に応じた組成のターゲット材ＴＧを装着し、保持するようになっており、高周波電源１６に接続されている。
高周波電源１６は、真空容器１２内に導入されたＡｒなどのガスをプラズマ化させるための高周波電力（負の高周波）をターゲットホルダ１４に供給するためのものであり、その一方の端部がターゲットホルダ１４に接続され、他方の端部が図示していないが接地されている。
なお、高周波電源１６がターゲットホルダ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、高周波電源１６がターゲットホルダ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。
ターゲットホルダ１４は、高周波電源１６からの高周波電力（負の高周波）の印加により放電して、真空容器１２内に導入されたＡｒなどのガスをプラズマ化し、Ａｒイオン等のプラスイオン（プラズマイオン）を生成させる。したがって、ターゲットホルダ１４は、カソード電極またはプラズマ電極と呼ぶこともできる。
こうして生成されたプラスイオンは、ターゲットホルダ１４に保持されたターゲット材ＴＧをスパッタリングする。このようにして、プラスイオンにスパッタリングされたターゲット材ＴＧの構成元素は、ターゲット材ＴＧから放出され、中性あるいはイオン化された状態で、対向離間配置された載置台１８に保持された基板ＳＢ上に蒸着される。
このようにして、真空容器１２の内部のターゲットホルダ１４と載置台１８との間に、Ａｒイオン等のプラスイオンやターゲット材ＴＧの構成元素やそのイオンなどを含むプラズマ空間が形成される。
こうして生成されたプラスイオンは、ターゲットホルダ１４に保持されたターゲット材ＴＧをスパッタリングする。このようにして、プラスイオンにスパッタリングされたターゲット材ＴＧの構成元素は、ターゲット材ＴＧから放出され、中性あるいはイオン化された状態で、対向離間配置された載置台１８に保持された基板ＳＢ上に蒸着される。
このようにして、真空容器１２の内部のターゲットホルダ１４と載置台１８との間に、Ａｒイオン等のプラスイオンやターゲット材ＴＧの構成元素やそのイオンなどを含むプラズマ空間が形成される。
載置台１８は、真空容器１２の内部の下方に、ターゲットホルダ１４と対向する位置に離間して配置され、ターゲットホルダ１４に保持されたターゲット材ＴＧの構成元素（成分）が蒸着され、圧電膜などの薄膜が成膜される基板ＳＢを保持、すなわち図中下面から支持するためのものである。
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、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。
アノード２２は、図１に示すように、２本の棒状体２４と、３枚の板状部材２２ａ〜２２ｃとで構成されており、２本の棒状体２４は、真空容器１２下面の同一円上に約１８０℃離間して設置され、他方、板状部材２２ａ〜２２ｃは、各々の外径が、載置台１８表面と直交する方向で、所定の間隔を空けて重なるように、前記棒状体２４に支持されて構成されているものであり、成膜容器１２内に生成するプラズマ中のイオンを補足するために、載置台１８のターゲットホルダ１４側の外周を取り囲むように設けられたものである。
なお、アノード２２は、本実施形態においては、図１に示すように、接地されている。
なお、アノード２２は、本実施形態においては、図１に示すように、接地されている。
棒状体２４は、板状部材２２ａ〜２２ｃを、載置台１８表面と直交する方向に離間させつつ重ねた状態に支持することができれば、特に限定はない。図示例においては、２本の棒状体２４が用いられているが、本発明においては、特に限定はなく、板状部材２２ａ〜２２ｃを上記状態に支持することができるのであれば、何本用いてもよい。
他方、板状部材２２ａ〜２２ｃは、図２に示すように、円環状の板状部材であり、それぞれ、外径は等しく、内径のみが、順に小さくなるように構成されている。すなわち、板状部材２２ｃの内径＜板状部材２２ｂの内径＜板状部材２２ａの内径となっている。
他方、板状部材２２ａ〜２２ｃは、図２に示すように、円環状の板状部材であり、それぞれ、外径は等しく、内径のみが、順に小さくなるように構成されている。すなわち、板状部材２２ｃの内径＜板状部材２２ｂの内径＜板状部材２２ａの内径となっている。
また、アノード２２の板状部材２２ａ〜２２ｃのそれぞれの離間距離は、電子が入り込み、アノードとしての役割を十分に果たすことができるように、１．０ｍｍ以上とするのが好ましく、さらに、スパッタ粒子が容易に入り込みアノードを汚染することがないように、１５．０ｍｍ以下とするのが好ましい。
本発明において、アノード２２の板状部材２２の離間距離（間隙距離）とは、載置台１８表面と直交する方向に重なるように配置された複数の板状部材２２のうち、互いに載置台１８表面と直交する方向で隣接する（上下関係にある）板状部材２２において、上側（ターゲット側）に位置する板状部材の下面と、下側（基板側）に位置する板状部材の上面との距離であり、すなわち、本実施形態であれば、板状部材２２ａの図中下面と板状部材２２ｂの図中上面との距離、および、板状部材２２ｂの図中下面と板状部材２２ｃの図中下面との距離である。
本発明において、アノード２２の板状部材２２の離間距離（間隙距離）とは、載置台１８表面と直交する方向に重なるように配置された複数の板状部材２２のうち、互いに載置台１８表面と直交する方向で隣接する（上下関係にある）板状部材２２において、上側（ターゲット側）に位置する板状部材の下面と、下側（基板側）に位置する板状部材の上面との距離であり、すなわち、本実施形態であれば、板状部材２２ａの図中下面と板状部材２２ｂの図中上面との距離、および、板状部材２２ｂの図中下面と板状部材２２ｃの図中下面との距離である。
ここで、本発明において、ターゲットホルダ１４と載置台１８との間に、成膜容器１２内に生成するプラズマ中のイオンを補足するために、載置台１８のターゲットホルダ１４側の外周を取り囲むように、板状部材２２を載置台１８と直交する方向に重ねて構成されたアノード２０を設けた理由について詳述する。
上記構成を有するような成膜装置、特に、ＲＦ（Radio Frequency）スパッタ装置においては、成膜時に、基板上に結晶（薄膜）が成長する一方で、Ａｒイオン等のプラスイオンが、基板に向かって所定のエネルギーでぶつかることにより、基板上に形成された薄膜のスパッタリング、すなわち、逆スパッタリング（リスパッタリング）が行われてしまうという問題があった。
そこから、本発明者は、成膜容器内において、基板を、プラズマ密度の高い部分（プラズマ発生領域に気体部分）に設置すると、ターゲットがスパッタリングされることにより生じるスパッタ粒子の基板への到達確率が非常に高いにも関らず、逆スパッタリングも活発に行われてしまうので、逆スパッタリングの正常なスパッタリングに対する影響が非常に大きくなり、成膜速度が大幅に落ちてしまうことを知見した。
これに対して、ターゲットと基板との離間距離を離すことも試みたが、スパッタ粒子（飛来原子）が基板に到達する確率が下がってしまうため、有効に成膜レートを向上させることが難しかった。
さらに、本発明者は、逆スパッタリングが活発に行われれば行われる程、成膜した薄膜の結晶性に対する悪影響も非常に大きく、特に、ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）のような多組成の物質をスパッタリングする場合には、スパッタ率（プラスイオンにスパッタリングされたターゲットの原子／ターゲットに入射したプラスイオン）の高い原子が、優先的に逆スパッタリングされ、基板上に成膜する薄膜に取り込まれにくくなり、成膜する薄膜の膜質を低下させることも知見した。
そのため、本発明者は、逆スパッタリングを抑えつつ、基板へのスパッタ粒子の到達確率を向上させることができれば、成膜する薄膜の成膜レートおよび膜質を大幅に改善させることが可能であると考えた。
そこで、本発明者は、真空容器内でのアーキングの発生を抑制しつつ、基板ＳＢへのプラスイオンの到達確率を低減させて、成膜中に逆スパッタリングが活発に行われることを防止して、成膜する膜の成膜レートおよび膜質を向上させるために、載置台１８のターゲットホルダ１４側の外周を取り囲むように、アノード２０を設けることを見出した。
なお、上述の通り、本発明は、アノード２０（特に、基板ＳＢ側）が、犠牲的にプラスイオン（例えば、Ａｒ＋等）の衝突を受けることによって、基板ＳＢへのプラスイオンの衝突量を減らしているのに対し、上述の特許文献１に開示されている成膜装置は、プラズマ電位を変化させることによって、真空容器１２内のプラスイオンの衝突エネルギーを減少させている。
上記のようにして、本発明の成膜装置においては、板状部材を載置台１８と直交する方向に１枚または複数枚重ねたアノードを、真空容器１２内のプラズマ中のイオンを補足するために、載置台１８のターゲットホルダ１４側の外周を取り囲むように設けることにより、Ａｒ等のプラスイオン（プラズマイオン）が基板ＳＢに当るのを防ぐことができ、これにより、逆スパッタリングを抑制することができ、成膜基板へのスパッタ粒子の到達確率を向上させることができるので、成膜する膜の成膜速度および膜質を向上させることができる。
さらに、本発明の成膜装置は、板状部材に膜が付着することにより、アノード面積が減少してプラズマ状態が変化することを抑制することができ、常に、良質の薄膜を形成することができる。
さらに、本発明の成膜装置は、板状部材に膜が付着することにより、アノード面積が減少してプラズマ状態が変化することを抑制することができ、常に、良質の薄膜を形成することができる。
さらに、上記構成を有するアノード２０は、上述の通り、板状部材２２で構成されているため、複雑な形状を有するアノードと比較して、付着した膜の除去も、非常に簡便に実施することができ、繰返しの使用も非常に簡便に行うことができる。
さらに、本実施形態においては、アノード２０は、載置台１８側に位置する板状部材ほど、すなわち、板状部材２２ｃ、２２ｂ、２２ａの順に、板状部材２２の内径が小さくなるように（板状部材２２の中心から板状部材の内側面までの最短距離が小さくなるように）構成されているため、基板ＳＢのみにスパッタ粒子が付着しやすくなり、良質の膜を成膜することができる。
なお、上記実施形態においては、アノード２２は、棒状体２４と３枚の板状部材２２とで構成され、さらに、載置台１８側に位置する板状部材ほど、板状部材２２の内径が小さくなるように、すなわち、板状部材２２の中心から板状部材の内側面までの最短距離が小さくなるように構成されているが、本発明においては、これに限定されず、板状部材２２を１枚または複数枚、載置台１８の表面に対して直交する方向に重ねたものであればよい。
例えば、上記実施形態においては、成膜する膜の均一性が良いので、円環状の板状部材２２を用いたが、本発明においては、これに限定されず、載置台１８のターゲットホルダ１４側の外周を取り囲むことができる形状の板状部材であれば、特に限定はなく、四角形、楕円、その他の形状の環状であってもよいし、あるいは、前記環状の一部または複数部分が途切れている形状の板状部材を用いてもよい。
また、上記実施形態においては、基板ＳＢ側に位置する板状部材２２ほど内径が小さい、すなわち、基板ＳＢ側に位置する板状部材２２ほど、板状部材２２の中心から板状部材の２２内側面までの最短距離が短い板状部材２２を用いていたが、本発明においては、これに限定されず、外径および内径、共に、同一の板状部材２２を用いてもよい。
なお、上記板状部材２２の中心から板状部材の２２内側面までの最短距離とは、板状部材２２が、例えば、円環状であれば、上述のように内径であり、長方形の環状であれば、長方形の中心から長方形の長辺の中心までの距離である。
なお、上記板状部材２２の中心から板状部材の２２内側面までの最短距離とは、板状部材２２が、例えば、円環状であれば、上述のように内径であり、長方形の環状であれば、長方形の中心から長方形の長辺の中心までの距離である。
本発明の成膜装置は、基本的に以上のように構成されるものであり、以下に、その作用および本発明の成膜方法について説明する。
まず、図１に示す成膜装置１０において、真空容器１２内に設けられたターゲットホルダ１４に、スパッタリング用のターゲット材ＴＧを装着して保持されるとともに、真空容器内において、ターゲットホルダ１４と対向する位置に離間して配置された載置台１８に圧電膜などの薄膜を成膜する基板ＳＢを装着して保持させる。
なお、本発明において、ターゲット材ＴＧには、特に限定はないが、絶縁体、圧電体、誘電体、または強誘電体が好ましく、特に、Ｐｂを含む誘電体が好ましく用いられる。
なお、本発明において、ターゲット材ＴＧには、特に限定はないが、絶縁体、圧電体、誘電体、または強誘電体が好ましく、特に、Ｐｂを含む誘電体が好ましく用いられる。
次いで、真空容器１２内が所定に真空度になるまでガス排出管１２ｂから排気し、所定の真空度を維持するように排気し続けながら、ガス導入管１２ａからアルゴンガス（Ａｒ）などのプラズマ用ガスを所定量づつ供給し続ける。これと同時に、高周波電源１６からターゲットホルダ１４に高周波（負の高周波電力）を印加して、ターゲットホルダ１４を放電させて、真空容器１２内に導入されたＡｒなどのガスをプラズマ化し、Ａｒイオン等のプラズマイオンを生成させ、プラズマ空間が形成される。
この後、形成されたプラズマ空間内のプラスイオンは、ターゲットホルダ１４に保持されたターゲット材ＴＧをスパッタし、スパッタされたターゲット材ＴＧの構成元素は、ターゲット材ＴＧから放出され、中性あるいはイオン化された状態で、対向離間配置された載置台１８に保持された基板ＳＢ上に蒸着され、成膜が開始される。
このとき、本発明の成膜方法においては、上記構成を有するアノード２０により、薄膜の成膜時に、成膜速度を制御する。
上述した通り、アノード２０を用いることにより、成膜時に、逆スパッタリングが行われることを抑制することができるため、成膜速度を向上させることができる。
そこで、本発明の成膜方法においては、上記構成を有するアノード２０により、薄膜の成膜時に、成膜速度を調整（制御）および好適化する。
上述した通り、アノード２０を用いることにより、成膜時に、逆スパッタリングが行われることを抑制することができるため、成膜速度を向上させることができる。
そこで、本発明の成膜方法においては、上記構成を有するアノード２０により、薄膜の成膜時に、成膜速度を調整（制御）および好適化する。
上記のような成膜装置または本発明の成膜方法で得られた本発明の圧電膜は、膜質のばらつきや組成ズレのない高品質な絶縁膜、誘電体膜、または、強誘電体膜、特に、ＰＺＴ等のＰｂ含有ペロブスカイト型酸化物からなり、パイロクロア相の少ないペロブスカイト結晶が安定的に成長し、しかもＰｂ抜けが安定的に抑制された圧電膜であり、インクジェットヘッドなどに用いるのに適した圧電素子として利用することができる。
なお、本発明の圧電膜は、上述の通り、本発明の成膜装置または成膜方法で得られたものであれば、特に限定はないが、膜の緻密さを示す尺度として、「圧電膜を形成する基板ＳＢの表面粗度＋５０Å未満」であるのが好ましく、特に、１００Å未満であるのが好ましい。ただし、スパッタ膜の粗度は、成膜条件に加えて下部電極の粗度も反映する。
次に、本発明の液体吐出装置（以下、インクジェットヘッドともいう）の構造について説明する。
図３は、本発明に係る圧電素子の一実施形態を用いたインクジェットヘッドの一実施形態の要部断面図（圧電素子の厚み方向の断面図）である。なお、視認しやすくするために、構成要素の縮尺は、実際のものとは適宜異ならせてある。
図３は、本発明に係る圧電素子の一実施形態を用いたインクジェットヘッドの一実施形態の要部断面図（圧電素子の厚み方向の断面図）である。なお、視認しやすくするために、構成要素の縮尺は、実際のものとは適宜異ならせてある。
図３に示すように、本発明のインクジェットヘッド５０は、本発明の圧電膜を有する圧電素子５２と、インク貯留吐出部材５４と、圧電素子５２とインク貯留吐出部材５４との間に設けられる振動板５６と、ノズル（液体吐出口）７０とを有する。
本発明に係る圧電素子５２は、基板５８と、基板５８上に順次積層された下部電極６０、圧電膜６２および上部電極６４とからなる素子であり、圧電膜６２に対して、下部電極６０と上部電極６４とにより厚み方向に電界が印加されるようになっている。
基板５８としては、特に制限的ではなく、シリコン、ガラス、ステンレス（ＳＵＳ）、イットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、アルミナ、サファイヤ、シリコンカーバイド等の基板を挙げることができる。なお、基板５８として、シリコン基板の表面にＳｉＯ２酸化膜が形成されたＳＯＩ基板等の積層基板を用いてもよい。
また、下部電極６０は、基板５８の略全面に形成されており、この上に図中手前側から奥側に延びるライン状の凸部６２ａがストライプ状に配列したパターンの圧電膜６２が形成され、各凸部６２ａの上に上部電極６４が形成されている。
圧電膜６２のパターンは、図示するものに限定されず、適宜設計される。なお、圧電膜６２は、連続膜でも構わないが、圧電膜６２を、連続膜ではなく、互いに分離した複数の凸部６２ａからなるパターンで形成することで、個々の凸部６２ａの伸縮がスムーズに起こるので、より大きな変位量が得られ、好ましい。
また、下部電極６０は、基板５８の略全面に形成されており、この上に図中手前側から奥側に延びるライン状の凸部６２ａがストライプ状に配列したパターンの圧電膜６２が形成され、各凸部６２ａの上に上部電極６４が形成されている。
圧電膜６２のパターンは、図示するものに限定されず、適宜設計される。なお、圧電膜６２は、連続膜でも構わないが、圧電膜６２を、連続膜ではなく、互いに分離した複数の凸部６２ａからなるパターンで形成することで、個々の凸部６２ａの伸縮がスムーズに起こるので、より大きな変位量が得られ、好ましい。
下部電極６０の主成分としては、特に制限的ではなく、Ａｕ，Ｐｔ，Ｉｒ，ＩｒＯ２，ＲｕＯ２，ＬａＮｉＯ３，およびＳｒＲｕＯ３等の金属または金属酸化物、およびこれらの組合せが挙げられる。
上部電極６４の主成分としては、特に制限的ではなく、下部電極６０で例示した材料、Ａｌ，Ｔａ，Ｃｒ，およびＣｕ等の一般的に半導体プロセスで用いられている電極材料、およびこれらの組合せが挙げられる。
圧電膜６２は、上述の本発明のスパッタ方法を適用する成膜方法により成膜された膜である。圧電膜６２は、好ましくは、ペロブスカイト型酸化物からなる圧電膜である。
下部電極６０と上部電極６４の厚みは、例えば２００ｎｍ程度である。圧電膜６２の膜厚は特に制限なく、通常１μｍ以上であり、例えば１〜５μｍである。
上部電極６４の主成分としては、特に制限的ではなく、下部電極６０で例示した材料、Ａｌ，Ｔａ，Ｃｒ，およびＣｕ等の一般的に半導体プロセスで用いられている電極材料、およびこれらの組合せが挙げられる。
圧電膜６２は、上述の本発明のスパッタ方法を適用する成膜方法により成膜された膜である。圧電膜６２は、好ましくは、ペロブスカイト型酸化物からなる圧電膜である。
下部電極６０と上部電極６４の厚みは、例えば２００ｎｍ程度である。圧電膜６２の膜厚は特に制限なく、通常１μｍ以上であり、例えば１〜５μｍである。
図３に示すインクジェットヘッド５０は、概略、上記構成の圧電素子５２の基板５８の下面に、振動板５６を介して、インクが貯留されるインク室（インク貯留室）６８およびインク室６８から外部にインクが吐出されるインク吐出口（ノズル）７０を有するインク貯留吐出部材５４が取り付けられたものである。インク室６８は、圧電膜６２の凸部６２ａの数およびパターンに対応して、複数設けられている。すなわち、インクジェットヘッド５０は、複数の吐出部を有し、圧電膜６２、上部電極６４、インク室６８およびインクノズル７０は、各吐出部毎に設けられている。一方、下部電極６０、基板５８および振動板５６は、複数の吐出部に共通に設けられているが、これに制限されず、個々に、または幾かずつまとめて設けられていても良い。
インクジェットヘッド５０では、従来公知の駆動方法により、圧電素子５２の凸部６２ａに印加する電界強度を凸部６２ａ毎に増減させてこれを伸縮させ、これによってインク室６８からのインクの吐出や吐出量の制御が行われる。
本発明のインクジェットヘッドは、基本的に以上のように構成されている。
インクジェットヘッド５０では、従来公知の駆動方法により、圧電素子５２の凸部６２ａに印加する電界強度を凸部６２ａ毎に増減させてこれを伸縮させ、これによってインク室６８からのインクの吐出や吐出量の制御が行われる。
本発明のインクジェットヘッドは、基本的に以上のように構成されている。
以上、本発明に係る成膜方法および成膜装置、ならびにこれらによって成膜された本発明の圧電膜を有する圧電素子を具備するインクジェットヘッド（液体吐出装置）について種々の実施形態および実施例を挙げて詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態および実施例には限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や設計の変更を行ってもよいのは、勿論である。
以下、本発明の具体的実施例を挙げ、さらに、添付の図を用いて、本発明をより詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されないのは言うまでもない。
（実施例１）
図１に示す成膜装置１０として、市販の成膜装置（Ｏｅｒｌｉｋоｎ社製 ＣＬＮ２０００型）を用いた。
ターゲット材ＴＧには、３００ｍｍφのＰｂ１．３（Ｚｒ０．５２Ｔｉ０．４８）Ｏ３組成の焼結体を用いた。
基板ＳＢには、予め、Ｓｉウエハ上に、Ｉｒを１５０ｎｍ形成した、基板サイズ６ｉｎｃｈφの基板を用いた。
ターゲット材ＴＧと基板ＳＢとの間の距離は、５０ｍｍとした。
また、外径３００ｍｍφ、内径２６０ｍｍφのステンレス鋼（ＳＵＳ）製の板状部材２２ａが、最もターゲット材ＴＧ側に、外径３００ｍｍφ、内径２２０ｍｍφのＳＵＳ製の板状部材２２ｂが、板状部材２２ａの図中下側に、外径３００ｍｍφ、内径１８０ｍｍφのステンレス鋼（ＳＵＳ）製の板状部材２２ｃが、最も基板ＳＢ側に位置する、アノード２０を、基板ＳＢのターゲット材ＴＧ側の外周を取り囲むように設けた。
図１に示す成膜装置１０として、市販の成膜装置（Ｏｅｒｌｉｋоｎ社製 ＣＬＮ２０００型）を用いた。
ターゲット材ＴＧには、３００ｍｍφのＰｂ１．３（Ｚｒ０．５２Ｔｉ０．４８）Ｏ３組成の焼結体を用いた。
基板ＳＢには、予め、Ｓｉウエハ上に、Ｉｒを１５０ｎｍ形成した、基板サイズ６ｉｎｃｈφの基板を用いた。
ターゲット材ＴＧと基板ＳＢとの間の距離は、５０ｍｍとした。
また、外径３００ｍｍφ、内径２６０ｍｍφのステンレス鋼（ＳＵＳ）製の板状部材２２ａが、最もターゲット材ＴＧ側に、外径３００ｍｍφ、内径２２０ｍｍφのＳＵＳ製の板状部材２２ｂが、板状部材２２ａの図中下側に、外径３００ｍｍφ、内径１８０ｍｍφのステンレス鋼（ＳＵＳ）製の板状部材２２ｃが、最も基板ＳＢ側に位置する、アノード２０を、基板ＳＢのターゲット材ＴＧ側の外周を取り囲むように設けた。
基板温度を５００℃として、真空容器１２内に、Ａｒ＋Ｏ２（２．５％）のガスを導入し、０．５Ｐａにて、高周波電源１６に３ｋＷを印加して、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）膜の成膜を３回行った。
このときに得られた膜の膜厚から、成膜レートを求めたところ、３回とも、約２５００ｎｍ／ｈであった。この結果を、図８に黒丸（●）で表す。
なお、図８は、真空容器１２内におけるターゲット材ＴＧおよび基板ＳＢの離間距離と成膜レートとの関係を表すグラフである。
このときに得られた膜の膜厚から、成膜レートを求めたところ、３回とも、約２５００ｎｍ／ｈであった。この結果を、図８に黒丸（●）で表す。
なお、図８は、真空容器１２内におけるターゲット材ＴＧおよび基板ＳＢの離間距離と成膜レートとの関係を表すグラフである。
また、上記のようにして得られた膜を用いて、１．１ｍｍ開口のオープンプール構造を作製し、３０Ｖの電圧で駆動させて変位量から、得られた膜の圧電定数を求めた。結果を、表１に記す。
さらに、上記のようにして得られた膜の表面粗度を、ＤＥＫＴＡＫ６Ｍを用いて測定した。その結果、３回の成膜で得られた膜の平均表面粗度は、約２５Åであった。この結果を図９に、黒四角（■）で示す。
なお、図９は、異なる成膜条件で成膜した膜の表面粗さを表すグラフである。また、図９に示す、白丸（○）は、ＰＺＴ膜を成膜する前のウエハ、すなわち、Ｓｉウエハ上にＩｒを形成したウエハの表面粗さの平均値（約２０Å）を表している。
なお、図９は、異なる成膜条件で成膜した膜の表面粗さを表すグラフである。また、図９に示す、白丸（○）は、ＰＺＴ膜を成膜する前のウエハ、すなわち、Ｓｉウエハ上にＩｒを形成したウエハの表面粗さの平均値（約２０Å）を表している。
（実施例２）
ターゲット材ＴＧと基板ＳＢとの間の距離を、８０ｍｍとした以外は、全く同様にして、成膜を３回行った。
このときに得られた膜の成膜レートは、３回とも、約３５００ｎｍ／ｈであった。この結果も、図８に黒丸（●）で表し、さらに、実施例１と同様にして、得られた膜の圧電定数を求めたので、この結果も、表１に記した。
ターゲット材ＴＧと基板ＳＢとの間の距離を、８０ｍｍとした以外は、全く同様にして、成膜を３回行った。
このときに得られた膜の成膜レートは、３回とも、約３５００ｎｍ／ｈであった。この結果も、図８に黒丸（●）で表し、さらに、実施例１と同様にして、得られた膜の圧電定数を求めたので、この結果も、表１に記した。
また、ＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌ社製のＸ’ｓｐｅｒｔＰＲＯ Ｘ線回折装置を用いて、このとき得られた膜のＸ線回析（ＸＲＤ）を実施した。得られた主な膜のＸＲＤのパターンを図４に示す。
さらに、このときに日立製作所社製の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、得られた膜の表面および断面を撮影した。得られた主な膜の表面のＳＥＭ写真を図５（ａ）に、断面のＳＥＭ写真を図５（ｂ）に示す。
また、リガク社製の蛍光Ｘ線分析装置ＺＳＸＰｒｉｍｕｓを用いて、蛍光Ｘ線分光法（ＸＲＦ）によって、得られた膜のＰｂのＡサイト割合を測定すると、１．１１であった。
また、リガク社製の蛍光Ｘ線分析装置ＺＳＸＰｒｉｍｕｓを用いて、蛍光Ｘ線分光法（ＸＲＦ）によって、得られた膜のＰｂのＡサイト割合を測定すると、１．１１であった。
（実施例３）
ターゲット材ＴＧと基板ＳＢとの間の距離を、１１０ｍｍとした以外は、実施例１と全く同様にして、成膜を３回行った。
このときに得られた膜の成膜レートは、３回とも、約２５００ｎｍ／ｈであったので、図８に黒丸（●）で表し、さらに、実施例１と同様にして圧電定数を求め、結果を表１に記した。
ターゲット材ＴＧと基板ＳＢとの間の距離を、１１０ｍｍとした以外は、実施例１と全く同様にして、成膜を３回行った。
このときに得られた膜の成膜レートは、３回とも、約２５００ｎｍ／ｈであったので、図８に黒丸（●）で表し、さらに、実施例１と同様にして圧電定数を求め、結果を表１に記した。
（実施例４〜６）
実施例４は、実施例１の酸素流量の条件を、実施例１と比較して２倍にした以外は、実施例１と全く同様にして成膜を３回行った。
同様に、実施例５は、実施例１の温度の条件を、４５０℃にした以外は、実施例１と全く同様にして成膜を３回行った。
同様に、実施例６は、実施例１の成膜圧力の条件を、実施例１と比較して、２倍に変更以外は、実施例１と全く同様にして成膜を３回行った。
実施例４は、実施例１の酸素流量の条件を、実施例１と比較して２倍にした以外は、実施例１と全く同様にして成膜を３回行った。
同様に、実施例５は、実施例１の温度の条件を、４５０℃にした以外は、実施例１と全く同様にして成膜を３回行った。
同様に、実施例６は、実施例１の成膜圧力の条件を、実施例１と比較して、２倍に変更以外は、実施例１と全く同様にして成膜を３回行った。
その結果、実施例４における３回の成膜で得られた膜の平均表面粗度は約３０Å、実施例５における３回の成膜で得られた膜の平均表面粗度は約４５Å、実施例６における３回の成膜で得られた膜の平均表面粗度は約７０Åであった。この結果を図９に、黒四角（■）で示す。
（比較例１）
アノードを用いなかったこと以外は、実施例１と全く同様にして、３回成膜を行った。 このときに得られた薄膜の成膜レートは、３回とも、約５００ｎｍ／ｈであったので、図８に白丸（○）で表し、さらに、実施例１と同様にして圧電定数を求め、結果を表１に記した。
また、このときに得られた膜の表面粗度を、実施例１と同様にして測定した。その結果、３回の成膜で得られた膜の平均表面粗度は、約１５５Åであった。この結果を図９に、黒三角（▲）で示す。
アノードを用いなかったこと以外は、実施例１と全く同様にして、３回成膜を行った。 このときに得られた薄膜の成膜レートは、３回とも、約５００ｎｍ／ｈであったので、図８に白丸（○）で表し、さらに、実施例１と同様にして圧電定数を求め、結果を表１に記した。
また、このときに得られた膜の表面粗度を、実施例１と同様にして測定した。その結果、３回の成膜で得られた膜の平均表面粗度は、約１５５Åであった。この結果を図９に、黒三角（▲）で示す。
（比較例２）
アノードを用いなかったこと以外は、実施例２と全く同様にして、３回成膜を行った。
このときに得られた膜の成膜レートは、３回とも、約１４００ｎｍ／ｈであったので、図８に白丸（○）で表し、さらに、実施例１と同様にして圧電定数を求め、結果を表１に記した。
アノードを用いなかったこと以外は、実施例２と全く同様にして、３回成膜を行った。
このときに得られた膜の成膜レートは、３回とも、約１４００ｎｍ／ｈであったので、図８に白丸（○）で表し、さらに、実施例１と同様にして圧電定数を求め、結果を表１に記した。
また、実施例２と同様にして、得られた膜のＸ線回析（ＸＲＤ）を実施した。得られた主な膜のＸＲＤのパターンを図６に示す。
さらに、実施例２と同様にして、得られた膜の表面および断面を撮影した。得られた主な膜の表面のＳＥＭ写真を図７（ａ）に、断面のＳＥＭ写真を図７（ｂ）に示す。
さらに、蛍光Ｘ線分光法（ＸＲＦ）によって、得られた膜のＰｂのＡサイト割合を測定すると、０．９０であった。
さらに、実施例２と同様にして、得られた膜の表面および断面を撮影した。得られた主な膜の表面のＳＥＭ写真を図７（ａ）に、断面のＳＥＭ写真を図７（ｂ）に示す。
さらに、蛍光Ｘ線分光法（ＸＲＦ）によって、得られた膜のＰｂのＡサイト割合を測定すると、０．９０であった。
（比較例３）
アノードを用いなかったこと以外は、実施例３と全く同様にして、３回成膜を行った。 このときに成膜した薄膜の成膜レートは、３回とも、約６００ｎｍ／ｈであったので、図８に白丸（○）で表し、さらに、実施例１と同様にして圧電定数を求め、結果を表１に記した。
アノードを用いなかったこと以外は、実施例３と全く同様にして、３回成膜を行った。 このときに成膜した薄膜の成膜レートは、３回とも、約６００ｎｍ／ｈであったので、図８に白丸（○）で表し、さらに、実施例１と同様にして圧電定数を求め、結果を表１に記した。
（比較例４〜６）
比較例４は、比較例１と比較して、酸素流量を２倍にした以外は、比較例１と全く同様にして成膜を３回行った。
同様に、比較例５は、温度の条件を、４５０℃にした以外は、比較例１と全く同様にして成膜を３回行った。
同様に、比較例６は、比較例１の成膜圧力の条件を、比較例１と比較して、２倍に変更した以外は、比較例１と全く同様にして成膜を３回行った。
比較例４は、比較例１と比較して、酸素流量を２倍にした以外は、比較例１と全く同様にして成膜を３回行った。
同様に、比較例５は、温度の条件を、４５０℃にした以外は、比較例１と全く同様にして成膜を３回行った。
同様に、比較例６は、比較例１の成膜圧力の条件を、比較例１と比較して、２倍に変更した以外は、比較例１と全く同様にして成膜を３回行った。
その結果、比較例４における３回の成膜で得られた膜の平均表面粗度は約１６５Å、比較例５における３回の成膜で得られた膜の平均表面粗度は約２２０Å、比較例６における３回の成膜で得られた膜の平均表面粗度は約２５０Åであった。この結果を図９に、黒三角（▲）で示す。
図８に示す結果より、本発明の成膜装置で成膜を実施した場合（実施例１〜３）には、成膜レートが１００ｎｍ〜１５００ｎｍのアノードを設置していない場合（比較例１〜３）と比較して、２．６〜５．０倍もの成膜レートを実現していることがわかった。
また、実施例２で得られた膜は、図４に示すように、ペロブスカイト（１００）方向に配向しており、さらに、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、基板ＳＢから垂直方向に向かって伸びる緻密な柱状構造であることが分る。また、比較例２で得られた膜は、図６に示すように、（１００）方向に、（１１０）方向が混じる多結晶配向であり、図７（ａ）および（ｂ）に示すように、膜の表面、断面、共に荒れている。このように、膜の緻密性が失われると、成膜中または後に、クラックを生じる可能性が非常に高くなる。
また、実施例２のＰｂのＡサイトの割合が、１．１１であるのに対し、比較例２のＰｂのＡサイトの割合が、０．９０であったことから、比較例２によって得た膜は、成膜中のＡｒイオンダメージによって、すなわち、逆スパッタリングによって、スパッタ率の高いＰｂが優先的に再蒸発していることがわかった。
さらに、表１に示す結果より、通常、圧電定数が、１７０ｐｍ／Ｖ以上であれば、十分な圧電効果を得ることができるので、実施例１〜３によって得られた膜は、圧電膜としての十分な特性を備えていることがわかる。
他方、比較例１〜３によって得られた膜は、剥離してしまった膜は勿論のこと、圧電定数が、通常の値より低いことから、圧電膜として十分な特性を備えていないことがわかる。これは、図７（ａ）および（ｂ）に示すように、比較例１〜３で得た膜の表面および断面は、共に荒れていることから、結晶が一方向へ配向するのが妨げられて、圧電特性を低くしていると考えられる。
他方、比較例１〜３によって得られた膜は、剥離してしまった膜は勿論のこと、圧電定数が、通常の値より低いことから、圧電膜として十分な特性を備えていないことがわかる。これは、図７（ａ）および（ｂ）に示すように、比較例１〜３で得た膜の表面および断面は、共に荒れていることから、結晶が一方向へ配向するのが妨げられて、圧電特性を低くしていると考えられる。
以上の結果をさらに考察すると、まず、図８に示すように、アノードを設置していない成膜装置によって成膜した場合（比較例１〜３）もアノードを設定している成膜装置によって成膜した場合（実施例１〜３）も、成膜レートは、ターゲット材ＴＧと基板ＳＢとの距離が８０ｍｍの時がピークで、そこから離れるに従って下がっている。これは、ターゲット材ＴＧと基板ＳＢとの距離が８０ｍｍより小さい場合には、スパッタ粒子が基板ＳＢに到達する確率は高くなるが、基板ＳＢが、プラズマ密度の高い部分に位置するために、プラスイオンによる逆スパッタリングが激しくなり成膜レートが減少すると考えられる。逆に、前記距離が８０ｍｍより大きくなった場には、プラズマの密度が低い部分に基板ＳＢがあるために、成膜中の逆スパッタリングは低減されるが、スパッタ粒子が基板ＳＢに到達しなくなるので、成膜レートが低下すると考えられる。
しかしながら、ターゲット材ＴＧと基板ＳＢとの距離による成膜レートの変化は、実施例１〜３と比較例１〜３とで同様の傾向を示すものの、実施例１〜３、すなわち、アノードを設置した成膜装置によって成膜した場合は、比較例１〜３、すなわち、アノードを設置せずに成膜した場合と比較して、上述の通り、２．６〜５．０倍もの成膜レートを実現している。
これは、浮遊電位に設定されている基板ＳＢと比較して、設置電位であるため、プラズマ中におけるアノードの電位が低いアノードを設置することにより、逆スパッタリングに起因するプラスイオンが基板ＳＢよりもアノードに衝突する確率が高くなるため、成膜中の逆スパッタリングを低減していると考えられる。
これは、浮遊電位に設定されている基板ＳＢと比較して、設置電位であるため、プラズマ中におけるアノードの電位が低いアノードを設置することにより、逆スパッタリングに起因するプラスイオンが基板ＳＢよりもアノードに衝突する確率が高くなるため、成膜中の逆スパッタリングを低減していると考えられる。
また、上述したように、図７（ａ）および（ｂ）の結果からは、比較例１〜３は、成膜中に、逆スパッタリングが活発に起こったために、膜のモフォロジの悪化を招いたと考えられる。
従って、実施例１〜３および比較例１〜３の結果から、基板側に位置するに従って内径の小さい板状部材を、基板ＳＢと直交する方向に離間させつつ重ねて構成したアノードを、ターゲット材ＴＧと基板ＳＢとの間の成膜基板側に配置することにより、Ａｒイオン等のプラスイオンが基板ＳＢに到達して、逆スパッタリングを発生させることを抑制し、これにより、成膜する膜の成膜レートが向上することがわかった。さらに、このようにして得られた膜は、膜質がよく、優れた圧電特性を有することもわかった。
また、図９に示す結果より、基板ＳＢ側に位置するに従って内径の小さい板状部材を、基板ＳＢと直交する方向に離間させつつ重ねて構成したアノードを、ターゲット材ＴＧと基板ＳＢとの間の成膜基板側に配置することにより、成膜条件を変更しても、成膜したＰＺＴ膜の表面粗度は、ＰＺＴ膜を形成したウエハ（Ｓｉウエハ上にＩｒを形成したウエハ）の表面粗度＋５０Å未満になり、後のプロセスに影響を与えないＰＺＴ膜を形成できることがわかった。
本発明は、基本的に以上のようなものである。
以上、本発明成膜装置、成膜方法、圧電膜、および、液体吐出装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
以上、本発明成膜装置、成膜方法、圧電膜、および、液体吐出装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
本発明の成膜装置および成膜方法は、スパッタリングなどのプラズマを用いる気相成長法により、圧電膜、絶縁膜、誘電体膜などの薄膜を成膜する場合に適用することができ、
本発明の圧電膜は、圧電素子、圧電素子を有するインクジェット式記録ヘッド、強誘電体メモリ（ＦＲＡＭ）、および圧力センサ等に用いられる圧電膜等の成膜に適用することができる。
本発明の圧電膜は、圧電素子、圧電素子を有するインクジェット式記録ヘッド、強誘電体メモリ（ＦＲＡＭ）、および圧力センサ等に用いられる圧電膜等の成膜に適用することができる。
１０ 成膜装置
１２ 真空容器
１２ａ ガス導入管
１２ｂ ガス排出管
１４ ターゲットホルダ
１６ 高周波電源
１８ 載置台
２０ アノード
２２ 板状部材
２４ 棒状体
５０ インクジェットヘッド
５２ 圧電素子
５４ インク貯留吐出部材
５６ 振動板
５８ 基板（支持基板）
６０、６４ 電極
６２ 圧電膜
６８ インク室
７０ インク吐出口
ＳＢ 基板（成膜基板）
ＴＧ ターゲット材
１２ 真空容器
１２ａ ガス導入管
１２ｂ ガス排出管
１４ ターゲットホルダ
１６ 高周波電源
１８ 載置台
２０ アノード
２２ 板状部材
２４ 棒状体
５０ インクジェットヘッド
５２ 圧電素子
５４ インク貯留吐出部材
５６ 振動板
５８ 基板（支持基板）
６０、６４ 電極
６２ 圧電膜
６８ インク室
７０ インク吐出口
ＳＢ 基板（成膜基板）
ＴＧ ターゲット材
Claims (18)
- ガスの導入と排気が可能な真空容器と、
前記真空容器内に配置され、かつ、成膜材料となるターゲットを保持するターゲットホルダと、
前記真空容器内に前記ターゲットホルダ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、
前記ターゲットホルダと前記基板ホルダとの間に、前記プラズマ中のイオンを補足するために、前記基板ホルダの前記ターゲットホルダ側の外周を取り囲むように設けられたアノードとを有し、
前記アノードは、板状部材を１枚または複数枚重ねたものであり、
前記真空容器内に前記ガスを導入し、前記ターゲットホルダと基板ホルダとの間に、電圧をかけてプラズマを生成し、前記成膜用基板上に前記成膜材料の薄膜を形成することを特徴とする成膜装置。 - 前記板状部材は、環状であることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
- 前記環状は、円環状であることを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
- 前記アノードは、複数枚の前記板状部材を前記基板ホルダと直交する方向に互いに離間させて重ねたものであり、
前記基板ホルダ側に位置する板状部材ほど、前記環状の中心から内側面までの最短距離が小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の成膜装置。 - 前記アノードは、複数枚の前記板状部材を前記基板ホルダと直交する方向に互いに離間させて重ねたものであり、
隣接する前記板状部材は、互いに、１．０ｍｍ〜１５．０ｍｍ離間させて配置されてい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。 - 前記アノードは、接地されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の成膜装置。
- 前記アノードは、前記成膜用基板とは電気的に絶縁され、かつ、所定の電圧が印加されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の成膜装置。
- ターゲットと成膜用基板との間にプラズマを生成し、前記プラズマのイオンを前記ターゲットに衝突させて、前記成膜用基板上に前記ターゲットを成膜材料とする薄膜を形成する成膜方法であって、
前記ターゲットと前記成膜用基板との間に、前記プラズマ中のイオンを補足するために、前記基板ホルダの外周を取り囲むように、板状部材を１枚または複数枚重ねたアノードを設け、
前記アノードにより、前記薄膜の形成時に、前記膜形成の成膜速度を制御することを特徴とする成膜方法。 - 前記ターゲットは、絶縁体、圧電体、誘電体、または強誘電体であることを特徴とする請求項８に記載の成膜方法。
- 前記板状部材は、環状であることを特徴とする請求項８または９に記載の成膜方法。
- 前記環状は、円環状であることを特徴とする請求項９に記載の成膜方法。
- 前記アノードは、複数枚の前記板状部材を前記基板ホルダと直交する方向に互いに離間させて重ねたものであり、
前記基板ホルダ側に位置する板状部材ほど、前記環状の中心から内側面までの最短距離が小さいことを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載の成膜方法。 - 前記アノードは、複数枚の前記板状部材を前記基板ホルダと直交する方向に互いに離間させて重ねたものであり、
隣接する前記板状部材は、互いに、１．０ｍｍ〜１５．０ｍｍ離間させて配置されていることを特徴とする請求項８〜１２のいずれかに記載の成膜方法。 - 前記アノードは、接地されていることを特徴とする請求項８〜１３のいずれかに記載の成膜方法。
- 前記アノードは、前記成膜用基板とは電気的に絶縁され、かつ、所定の電圧が印加されていることを特徴とする請求項８〜１４のいずれかに記載の成膜方法。
- 請求項１〜７のいずれかに記載の成膜装置を用いて、または、請求項８〜１５のいずれかに記載の成膜方法により成膜されたことを特徴とする圧電膜。
- 表面粗度が、自身が形成される基板の表面粗度の値に、５０Å未満を足した値であることを特徴とする請求項１６に記載の圧電膜。
- 請求項１〜７のいずれかに記載の成膜装置を用いて成膜された圧電膜、請求項８〜１５のいずれかに記載の成膜方法により成膜された圧電膜、または、請求項１６〜１７に記載の圧電膜、およびこの圧電膜に電圧を印加するために、前記圧電膜の両面に形成された電極を備える圧電素子と、
液体が貯留される液体貯留室と、
前記圧電素子に電圧を印加することにより、前記液体貯留室から外部に前記液体を吐出させる液体吐出口とを有することを特徴とする液体吐出装置。
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