JP2019073743A - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】成膜される膜の品質を向上させ、且つ、成膜速度を向上させることができる成膜装置を提供する。【解決手段】成膜装置は、ターゲットＴＧを保持するターゲット保持部１８と、基板ＳＢを、基板ＳＢの表面に垂直な回転軸ＲＡ１を中心として回転可能に保持する基板保持部１５と、ターゲットＴＧに高周波電力を供給する電力供給部２１と、を有する。ターゲットＴＧの表面は、基板ＳＢの表面に対して傾斜し、ターゲットＴＧの表面の中心を通り、且つ、回転軸ＲＡ１に平行な直線ＬＮ１が、回転軸ＲＡ１と離隔している。電力供給部２１は、１０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数を有する高周波電力を、１／２０ｍｓ〜１／３ｍｓの周期、及び、２５％〜９０％のデューティー比を有するパルス状に変調して供給する。【選択図】図１

Description

本発明は、成膜装置及び成膜方法に関する。

基板の表面に膜を成膜する成膜方法として、スパッタリング装置を用いた成膜方法が行われている。スパッタリング装置を用いた成膜方法では、スパッタリング装置のチャンバー内にアルゴン（Ａｒ）等の希ガスを導入し、チャンバー内に保持されたターゲットと、チャンバー内に保持された基板との間に電圧を印加して放電させることにより希ガスをイオン化し、イオン化された希ガスをターゲットの表面に衝突させてターゲットの表面をスパッタすることにより基板の表面に膜を成膜する。

スパッタリング装置を用いた成膜方法を行うためには、希ガスがイオン化された陽イオンをターゲットの表面に衝突させるため、ターゲットに負の電圧を印加する必要がある。しかし、ターゲットが絶縁物よりなる場合、ターゲットと基板との間に直流電圧を印加する方法では、ターゲットに負の電圧を印加することができない。そのため、基板の表面に絶縁膜を成膜する場合、スパッタリング装置として、ＲＦ（Radio Frequency）スパッタリング装置を用い、絶縁膜よりなるターゲットに高周波電力を供給してターゲットの表面をスパッタすることにより絶縁膜を成膜する。

このようなＲＦスパッタリング装置を用いて、絶縁膜として、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒ_１−ｘＴｉ_ｘＯ_３：ＰＺＴ）を成膜する成膜方法がある。特開２０１４−４０６５１号公報（特許文献１）には、ＰＺＴ膜の形成方法において、処理対象物に対し、チタン酸ジルコン酸鉛膜を構成する元素のうちの一種若しくは二種以上の元素のターゲットを用い、酸素含有雰囲気中でこのターゲットをスパッタリングすることでＰＺＴ膜を成膜する技術が開示されている。

一方、ＲＦスパッタリング装置として、基板の表面に対してターゲット表面が傾斜するようにターゲットが配置されるものがある。特開２０１２−１４９３０５号公報（特許文献２）には、スパッタ成膜装置において、真空槽内に配置されたターゲットに接続されたターゲット電極に高周波電力を出力する高周波電源と、基板を基板の周方向に回転させる基板回転装置と、を備え、基板の表面に対してターゲット表面が傾斜するようにターゲットが配置される技術が開示されている。

特開２０１４−４０６５１号公報 特開２０１２−１４９３０５号公報

ＲＦスパッタリング装置において、ターゲットの表面を基板の表面に対して傾斜させた場合、ターゲットの表面を基板の表面に対して傾斜させない場合に比べて、基板の表面に成膜される膜が受ける損傷の程度が小さく、基板の表面に成膜される膜の例えば結晶性又は圧電性等の品質を向上させることができる。

一方、ターゲットに高周波電力が連続的に供給される場合を考える。また、ターゲットとして、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の絶縁物、又は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛等の一般式ＡＢＯ_３で表されるペロブスカイト構造を有する絶縁物よりなるターゲットを用いるものとする。

このような場合、ＲＦスパッタリング装置を用いた成膜方法を行うと、ターゲットに徐々に電荷が溜まり、溜まった電荷によって強いアーク放電が発生し、発生したアーク放電によってターゲットに穴が開いて破損するおそれがある。そのため、絶縁物よりなるターゲットは、ターゲットに供給される高周波電力の電力値が高いほど、破損しやすくなる。従って、ターゲットの破損を防止又は抑制するためには、ターゲットに供給される高周波電力の電力値を高くすることができず、成膜速度を高くすることができない。

本発明は、上述のような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、ターゲットに高周波電力を供給してターゲットの表面をスパッタすることにより基板の表面に膜を成膜する成膜装置において、成膜される膜の品質を向上させ、且つ、成膜速度を向上させることができる成膜装置を提供することを目的とする。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

本発明の一態様としての成膜装置は、チャンバー内でターゲットの表面をスパッタすることにより基板の表面に膜を成膜する成膜装置である。当該成膜装置は、チャンバー内で、ターゲットを保持するターゲット保持部と、チャンバー内で、基板を、基板の表面に垂直な第１回転軸を中心として回転可能に保持する基板保持部と、を有する。また、当該成膜装置は、基板保持部に保持されている基板を、第１回転軸を中心として回転駆動する基板回転駆動部と、ターゲットに、高周波電力をパルス状に変調して供給する電力供給部と、を有する。ターゲットの表面は、基板の表面に対して傾斜した状態で基板の表面と対向し、ターゲットの表面の中心を通り、且つ、第１回転軸に平行な第１直線が、第１回転軸と離隔している。そして、電力供給部は、１０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数を有する高周波電力を、１／２０ｍｓ〜１／３ｍｓの周期、及び、２５％〜９０％のデューティー比を有するパルス状に変調して供給し、デューティー比は、周期の１周期分の期間のうち、ターゲットに高周波電力が供給される期間の割合である。

また、他の一態様として、当該成膜装置は、第１回転軸に対して傾斜した第２回転軸を中心として回転可能に設けられた磁石部と、第２回転軸を中心として磁石部を回転駆動し、回転駆動されている磁石部により、ターゲットに磁界を印加する磁石回転駆動部と、を有してもよい。そして、ターゲットは、磁石部と基板保持部との間に配置され、第２回転軸は、ターゲットの表面に垂直であり、且つ、ターゲットの表面の中心を通ってもよい。

また、他の一態様として、当該成膜装置は、ターゲットの表面の、基板の表面に対する傾斜角度を調整する角度調整部を有してもよい。

また、他の一態様として、当該成膜装置は、第１直線が第１回転軸と離隔した第１距離を調整する第１距離調整部を有してもよい。

また、他の一態様として、当該成膜装置は、基板の表面に垂直な方向における、基板とターゲットとの間の第２距離を調整する第２距離調整部を有してもよい。

また、他の一態様として、基板の表面と同一面と、第２回転軸との交点を第１交点とするとき、第１交点は、第１回転軸と１直線との間に配置されていてもよい。

また、他の一態様として、当該成膜装置は、チャンバー内を真空排気する真空排気部と、チャンバー内に希ガスを供給するガス供給部と、を有してもよい。

本発明の一態様としての成膜方法は、チャンバー内でターゲットの表面をスパッタすることにより基板の表面に膜を成膜する成膜方法である。当該成膜方法は、チャンバー内で、ターゲット保持部によりターゲットを保持する（ａ）工程と、チャンバー内で、基板を、基板保持部により、基板の表面に垂直な第１回転軸を中心として回転可能に保持する（ｂ）工程と、を有する。また、当該成膜方法は、基板保持部に保持されている基板を、基板回転駆動部により、第１回転軸を中心として回転駆動する（ｃ）工程と、ターゲットに、電力供給部により、高周波電力をパルス状に変調して供給する（ｄ）工程と、を有する。ターゲットの表面は、基板の表面に対して傾斜した状態で基板の表面と対向し、ターゲットの表面の中心を通り、且つ、第１回転軸に平行な第１直線が、第１回転軸と離隔している。そして、（ｄ）工程では、電力供給部により、１０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数を有する高周波電力を、１／２０ｍｓ〜１／３ｍｓの周期、及び、２５％〜９０％のデューティー比を有するパルス状に変調して供給し、デューティー比は、周期の１周期分の期間のうち、ターゲットに高周波電力が供給される期間の割合である。

また、他の一態様として、当該成膜方法は、第１回転軸に対して傾斜した第２回転軸を中心として回転可能に設けられた磁石部を、磁石回転駆動部により、第２回転軸を中心として回転駆動し、回転駆動されている磁石部により、ターゲットに磁界を印加する（ｅ）工程を有してもよい。そして、ターゲットは、磁石部と基板保持部との間に配置され、第２回転軸は、ターゲットの表面に垂直であり、且つ、ターゲットの表面の中心を通ってもよい。

また、他の一態様として、当該成膜方法は、ターゲットの表面の、基板の表面に対する傾斜角度を、角度調整部により調整する（ｆ）工程を有してもよい。

また、他の一態様として、当該成膜方法は、第１直線が第１回転軸と離隔した第１距離を、第１距離調整部により調整する（ｇ）工程を有してもよい。

また、他の一態様として、当該成膜方法は、基板の表面に垂直な方向における、基板とターゲットとの間の第２距離を、第２距離調整部により調整する（ｈ）工程を有してもよい。

また、他の一態様として、基板の表面と同一面と、第２回転軸との交点を第１交点とするとき、第１交点は、第１回転軸と第１直線との間に配置されていてもよい。

また、他の一態様として、当該成膜方法は、チャンバー内を、真空排気部により真空排気する（ｉ）工程と、チャンバー内に、ガス供給部により希ガスを供給する（ｊ）工程と、を有してもよい。

本発明の一態様を適用することで、ターゲットに高周波電力を供給してターゲットの表面をスパッタすることにより基板の表面に膜を成膜する成膜装置において、成膜される膜の品質を向上させ、且つ、成膜速度を向上させることができる。

実施の形態の成膜装置を模式的に示す断面図である。 実施の形態の成膜装置を模式的に示す断面図である。 実施の形態の成膜装置における基板とターゲットとの配置を示す断面図である。 パルス状に変調された高周波電力を説明するための図である。

以下に、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実施の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。

また本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

更に、実施の形態で用いる図面においては、構造物を区別するために付したハッチング（網掛け）を図面に応じて省略する場合もある。

なお、以下の実施の形態においてＡ〜Ｂとして範囲を示す場合には、特に明示した場合を除き、Ａ以上Ｂ以下を示すものとする。

（実施の形態）
＜成膜装置＞
初めに、本発明の一実施形態である実施の形態の成膜装置について説明する。本実施の形態の成膜装置は、チャンバー内でターゲットの表面をスパッタすることにより基板の表面に膜を成膜するスパッタリング装置である。

図１及び図２は、実施の形態の成膜装置を模式的に示す断面図である。図２は、図１の断面図のうち二点鎖線で囲まれた領域ＡＲ１を拡大して示す。図３は、実施の形態の成膜装置における基板とターゲットとの配置を示す断面図である。なお、図２では、磁石部の図示を省略している。また、図３では、理解を簡単にするために、ハッチングを省略している。

図１に示すように、成膜装置は、チャンバー１１と、真空排気部１２と、ガス供給部１３及び１４と、基板ＳＢを保持する基板保持部１５と、基板回転駆動部１６と、基板加熱部１７と、ターゲットＴＧを保持するターゲット保持部１８と、電力供給部２１と、を有する。

チャンバー１１は、真空排気可能に設けられている。真空排気部１２は、チャンバー１１を真空排気する。ガス供給部１３は、チャンバー内に例えばアルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガスを供給する。ガス供給部１４は、チャンバー内に例えば酸素（Ｏ_２）ガス又は窒素（Ｎ_２）ガス等の原料ガスを供給する。

チャンバー１１は、例えば底板部１１ａと、側板部１１ｂと、天板部１１ｃと、を含む。底板部１１ａには、開口１１ｄが形成され、開口１１ｄには、チャンバー１１を真空排気する真空排気部１２が接続されている。真空排気部１２として、例えばクライオポンプを用いることができる。

図１に示す例では、天板部１１ｃには、開口１１ｅが設けられ、チャンバー１１は、開口１１ｅを気密に塞ぐスライド板部１１ｆを含む。スライド板部１１ｆには、開口１１ｇが設けられ、チャンバー１１は、開口１１ｇよりも上方に設けられた蓋部１１ｈと、蓋部１１ｈとスライド板部１１ｆとを気密に接続するベローズ１１ｉと、を含む。ベローズ１１ｉは、基板ＳＢの表面に垂直な方向、即ち鉛直方向に伸縮可能に設けられている。なお、側板部１１ｂには、基板ＳＢをチャンバー１１内に搬入するための搬入口１１ｊが形成されている。

ガス供給部１３は、流量制御器１３ａを介してガス供給管１３ｂに接続され、ガス供給部１３から供給された希ガスは、流量制御器１３ａで流量が調整され、ガス供給管１３ｂからチャンバー１１内に供給される。また、ガス供給部１４は、流量制御器１４ａを介してガス供給管１４ｂに接続され、ガス供給部１４から供給された原料ガスは、流量制御器１４ａで流量が調整され、ガス供給管１４ｂからチャンバー１１内に供給される。なお、図１に示す例では、ガス供給管１３ｂとガス供給管１４ｂとが同一である場合を図示しているが、ガス供給管１３ｂとガス供給管１４ｂとは、別々に設けられていてもよい。

基板保持部１５は、チャンバー１１内で、基板ＳＢを、基板ＳＢの表面に垂直な回転軸ＲＡ１を中心として回転可能に保持する。基板保持部１５は、底板部１１ａ上に設けられている。具体的には、基板保持部１５は、ベアリング１５ａと、基板回転伝達歯車１５ｂと、回転ステージ支柱１５ｃと、回転ステージ１５ｄと、チャック１５ｅと、を含む。

ベアリング１５ａは、底板部１１ａ上に設けられている。基板回転伝達歯車１５ｂが、後述する基板回転駆動部１６の基板回転伝達歯車１６ｅと噛合することにより、基板回転駆動部１６からの回転駆動力が、回転ステージ支柱１５ｃに伝達される。回転ステージ支柱１５ｃは、底板部１１ａ上に、ベアリング１５ａを介して、回転軸ＲＡ１を中心として回転可能に設けられている。また、回転ステージ支柱１５ｃは、円筒形状を有し、基板回転伝達歯車１５ｂは、円筒形状を有する回転ステージ支柱１５ｃの内周面に接続されている。回転ステージ１５ｄは、回転ステージ支柱１５ｃ上に設けられ、且つ、回転ステージ支柱１５ｃにより支持されている。チャック１５ｅは、回転ステージ１５ｄ上に設けられ、且つ、基板ＳＢを把持して保持する。

基板保持部１５が保持する基板ＳＢとして、平面視において円形形状を有するウェハよりなる基板ＳＢを用いることができる。このとき、基板保持部１５は、回転軸ＲＡ１が基板ＳＢの表面の中心ＣＮ１（図３参照）を通っている状態で、基板ＳＢを回転可能に保持する。具体的には、回転ステージ支柱１５ｃは、回転軸ＲＡ１が基板ＳＢの表面の中心ＣＮ１を通っている状態で、回転軸ＲＡ１を中心として回転可能に設けられている。

なお、回転軸ＲＡ１が延在する方向を、鉛直方向と平行な方向とすることができる。このとき、基板保持部１５に保持されている基板ＳＢの表面は、水平面に平行である。

基板回転駆動部１６は、基板保持部１５に保持された基板ＳＢを回転軸ＲＡ１を中心として回転駆動する。基板回転駆動部１６は、モータ１６ａと、回転軸１６ｂと、磁気シール１６ｃと、回転軸１６ｄと、基板回転伝達歯車１６ｅと、を含む。モータ１６ａは、底板部１１ａ下に、即ちチャンバー１１外に設けられている。回転軸１６ｂは、モータ１６ａに回転駆動される回転軸であり、チャンバー１１外に設けられている。一方、回転軸１６ｄも、回転軸１６ｂと同様に、モータ１６ａに回転駆動される回転軸であるが、回転軸１６ｄは、回転軸１６ｂと異なり、チャンバー１１内に設けられている。磁気シール１６ｃは、回転軸１６ｂと、回転軸１６ｄと、をチャンバー１１の気密を保ったまま磁気吸引力により接続する。基板回転伝達歯車１６ｅが、前述した基板保持部１５の基板回転伝達歯車１５ｂと噛合することにより、基板回転駆動部１６からの回転駆動力を、回転ステージ支柱１５ｃに伝達する。

基板加熱部１７は、基板ＳＢを加熱する。基板加熱部１７は、回転ステージ１５ｄ下に設けられている。基板加熱部１７として、例えば赤外線ランプを備えたランプユニットを用いることができる。

なお、成膜装置は、ターゲットＴＧの表面をスパッタすることにより基板保持部１５の回転ステージ１５ｄよりも下方の部分に膜が付着することを防止する、防着板１５ｆを有してもよい。防着板１５ｆは、基板保持部１５の側面を覆う。

ターゲット保持部１８は、チャンバー１１内で、ターゲットＴＧを保持する。ターゲット保持部１８に保持されているターゲットＴＧの表面は、基板ＳＢの表面に対して傾斜した状態で基板ＳＢの表面と対向している。また、ターゲットＴＧの表面の中心ＣＮ２（図３参照）を通り、且つ、回転軸ＲＡ１に平行な直線ＬＮ１が、回転軸ＲＡ１と離隔している。言い換えれば、ターゲット保持部１８は、基板ＳＢの表面に垂直な方向から視たときに、ターゲットＴＧの表面の中心ＣＮ２が基板ＳＢの表面の中心ＣＮ１と離隔した状態で、ターゲットＴＧを保持する。

ターゲットＴＧの表面を基板ＳＢの表面に対して傾斜させた場合、ターゲットＴＧがスパッタされることにより、ターゲットＴＧから放出された原料が基板ＳＢに入射する入射角が、基板ＳＢに垂直な方向に対して傾斜する。そのため、ターゲットＴＧの表面を基板ＳＢの表面に対して傾斜させる場合、ターゲットＴＧの表面を基板ＳＢの表面に対して傾斜させない場合に比べて、基板ＳＢの表面に成膜される膜が受ける損傷の程度が小さく、基板ＳＢの表面に成膜される膜の例えば結晶性又は圧電性等の品質を向上させることができる。

また、基板ＳＢが回転軸ＲＡ１を中心として回転する場合、ターゲットＴＧの表面の中心ＣＮ２を通り回転軸ＲＡ１に平行な直線ＬＮ１が回転軸ＲＡ１と同一の直線であるときは、例えば基板ＳＢの表面に成膜される膜が、その膜の膜厚が基板ＳＢの表面の中心ＣＮ１から周縁に向かって一様に減少するような膜厚分布を有する。しかし、直線ＬＮ１を回転軸ＲＡ１と離隔させた場合、直線ＬＮ１が回転軸ＲＡ１と同一の直線である場合に比べて、基板ＳＢの表面の中心ＣＮ１付近における膜の膜厚を減少させることができる。そのため、基板ＳＢの表面に成膜される膜の膜厚分布が、基板ＳＢの表面の中心ＣＮ１から周縁に向かって膜厚が一様に減少するような膜厚分布から、基板ＳＢの表面の中心ＣＮ１から周縁にかけてのいずれの部分における膜厚も略等しくなるような膜厚分布に近づく。従って、基板ＳＢの表面に成膜される膜の例えば結晶性又は圧電性等の品質を向上させることができる。

図２に示す例では、ターゲット保持部１８は、吊持部材１８ａと、絶縁スペーサ１８ｂと、絶縁ボルト１８ｃと、Ｏリング１８ｄと、を含む。また、ターゲットＴＧは、バッキングプレートＢＰ１と、バッキングプレートＢＰ１の一方の側に固定されたターゲット材ＴＭ１と、を含む。

吊持部材１８ａは、蓋部１１ｈから蓋部１１ｈの下方に突出して設けられている。絶縁スペーサ１８ｂは、高い絶縁性を有する例えばセラミック材料よりなり、ターゲットＴＧのバッキングプレートＢＰ１と吊持部材１８ａとの間を電気的に絶縁する。絶縁ボルト１８ｃは、高い絶縁性を有する例えばセラミック材料よりなる。ターゲットＴＧのバッキングプレートＢＰ１の周縁部には、周縁部を厚さ方向に貫通する貫通孔１８ｅが形成され、絶縁スペーサ１８ｂには、絶縁スペーサ１８ｂを厚さ方向に貫通する貫通孔１８ｆが形成され、吊持部材１８ａの下面には、ネジ穴１８ｇが形成されている。

吊持部材１８ａ、絶縁スペーサ１８ｂ及びバッキングプレートＢＰ１は、上方から下方に向かって、吊持部材１８ａ、絶縁スペーサ１８ｂ及びバッキングプレートＢＰ１の順に配置されている。そして、バッキングプレートＢＰ１の貫通孔１８ｅ、及び、絶縁スペーサ１８ｂの貫通孔１８ｆを通った絶縁ボルト１８ｃが、吊持部材１８ａのネジ穴１８ｇに螺挿され、バッキングプレートＢＰ１が絶縁スペーサ１８ｂを介して吊持部材１８ａの下面に押圧されることにより、ターゲットＴＧがターゲット保持部１８の吊持部材１８ａに保持される。なお、絶縁スペーサ１８ｂとバッキングプレートＢＰ１との間にＯリング１８ｄが挟まれることにより、ターゲットＴＧよりも上方に配置され、且つ、ターゲット保持部１８に囲まれた空間に対して、チャンバー１１内の空間の気密性を保つ。

電力供給部２１は、ターゲットＴＧに、高周波電力をパルス状に変調して供給する。即ち、本実施の形態の成膜装置は、ＲＦ（Radio Frequency）スパッタリング装置である。

電力供給部２１は、高周波電源２１ａと、整合器２１ｂと、を有する。高周波電源２１ａは、高周波電力をパルス状に変調するパルス変調機能付き高周波電源である。高周波電源２１ａは、整合器２１ｂに接続され、整合器２１ｂは、ターゲットＴＧのバッキングプレートＢＰ１に接続されている。図２に示す例では、整合器２１ｂは、蓋部１１ｈ上に設けられ、整合器２１ｂは、接続部２１ｃを介して、バッキングプレートＢＰ１と電気的に接続されている。なお、本実施の形態では、電力供給部２１は、高周波電力を、ターゲットＴＧに直接供給するが、電力供給部２１は、高周波電力を、ターゲット保持部１８を介してターゲットＴＧに供給してもよい。

電力供給部２１は、１０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数を有する高周波電力を、１／２０ｍｓ〜１／３ｍｓ（１／２０ミリ秒〜１／３ミリ秒）の周期、及び、２５％〜９０％のデューティー比を有するパルス状に変調して供給する。デューティー比は、周期の１周期分の期間のうち、ターゲットＴＧに高周波電力が供給される期間の割合である。

高周波電力が、例えば２５％のデューティー比を有するパルス状に変調される場合は、１周期分の期間のうち２５％の期間が、ターゲット保持部１８に高周波電力が供給される期間（高周波電力オンの期間）となり、１周期分の期間のうち７５％の期間が、ターゲット保持部１８に高周波電力が印加されない期間（高周波電力オフの期間）となる。従って、高周波電力が、例えば１／２０ｍｓの周期（２０ｋＨｚの周波数）、及び、２５％のデューティー比を有するパルス状に変調される場合は、１／２０ｍｓ（１周期）の２５％の１／８０ｍｓの期間が高周波電力オンの期間となり、１／２０ｍｓ（１周期）の７５％の３／８０ｍｓの期間が高周波電力オフの期間となる。

図４は、パルス状に変調された高周波電力を説明するための図である。図４は、（（Ｔ１／Ｔ０）×１００）％のデューティー比の場合を示し、１周期の（（Ｔ１／Ｔ０）×１００）％の期間が高周波電力オンの期間となり、１周期の残りの（（Ｔ２／Ｔ０）×１００）％の期間が高周波電力オフの期間となる。

ターゲットに高周波電力が連続的に供給される場合を考える。また、ターゲットとして、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の絶縁物、又は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒ_１−ｘＴｉ_ｘＯ_３）等の一般式ＡＢＯ_３で表されるペロブスカイト構造を有する絶縁物よりなるターゲットを用いるものとする。

このような場合、ＲＦスパッタリング装置を用いた成膜方法を行うと、ターゲットに徐々に電荷が溜まり、溜まった電荷によって強いアーク放電が発生し、発生したアーク放電によってターゲットに穴が開いて破損するおそれがある。ターゲットが一旦破損すると、破損したターゲットを続けて使用することができず、破損したターゲットを新しいターゲットに交換する必要が生ずる。材料にもよるが、ターゲットは、通常極めて高価である。そのため、製造コストを低減する観点、また、ターゲットを交換する交換作業に要する時間を削減する観点から、ターゲットの破損を防止又は抑制する必要がある。

また、絶縁物よりなるターゲットは、ターゲットに高周波電力が供給されると破損するおそれがあるため、ターゲットに供給される高周波電力の電力値が高いほど、破損しやすくなる。従って、ターゲットの破損を防止又は抑制するためには、ターゲットに供給される高周波電力の電力値を高くすることができず、成膜速度を高くすることができない。

一方、本実施の形態では、前述したように、電力供給部２１は、１０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数を有する高周波電力を、１／２０ｍｓ〜１／３ｍｓの周期（３ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの周波数）、及び、２５％〜９０％のデューティー比を有するパルス状に変調して供給する。

このように高周波電力をパルス状に変調して供給することにより、高周波電力オンの期間に絶縁物を含むターゲットＴＧに電荷が溜まっても、高周波電力オフの期間に溜まった電荷をターゲットＴＧから逃がすことができるので、ターゲットＴＧが破損することを防止又は抑制することができる。そのため、ターゲットＴＧに印加する高周波電力の電力値を多くすることができ、成膜速度を向上させることができる。

また、高周波電力オンの期間と高周波電力オフの期間とが交互に繰り返されるため、新たなＲＦプラズマが次々に発生し、これらの新たなＲＦプラズマの発生の数だけ新たなスパッタリング現象が生じ、成膜速度が飛躍的に向上する。一方、高周波電力オンの期間と高周波電力オフの期間とが交互に繰り返されることにより、ターゲットＴＧの表面へのＲＦプラズマの照射が停止するプラズマオフの期間が生じるが、このプラズマオフの期間においても、基板ＳＢの表面に既に到達した原料の原子又は分子の基板の表面上での移動、即ちマイグレーションが発生するために、基板ＳＢの表面に形成された膜上で、結晶が成長し続ける。

デューティー比が２５％未満の場合、高周波電力オフの期間において、結晶成長が完全に途切れてしまい、次の高周波電力オンの期間における結晶成長が上手く繋がらず、基板の表面に成膜される膜の品質が低下する。そのため、デューティー比は２５％以上であることが好ましく、これにより、基板ＳＢの表面に成膜される膜の品質を向上させることができる。

デューティー比が９０％を超える場合、基板ＳＢの表面に成膜される膜の成膜速度が、高周波電力をパルス状に変調せず連続的に供給する場合の成膜速度と略等しい成膜速度にまで減少する。そのため、デューティー比は９０％以下であることが好ましく、これにより、高周波電力をパルス状に変調せず連続的に供給する場合に比べて、基板ＳＢの表面に成膜される膜の成膜速度を向上させることができる。

なお、成膜装置は、電力供給部２１により高周波電力を供給する際にターゲットＴＧに発生する直流成分である電圧Ｖ_ＤＣを−２００Ｖ以上−８０Ｖ以下に制御するＶ_ＤＣ制御部２２を有してもよい。Ｖ_ＤＣ制御部２２は、Ｖ_ＤＣセンサを有し、電力供給部２１に電気的に接続されている。

好適には、成膜装置は、磁石部２３と、磁石回転駆動部２４と、を有する。磁石部２３は、回転軸ＲＡ１に対して傾斜した回転軸ＲＡ２を中心として回転可能に設けられている。磁石回転駆動部２４は、回転軸ＲＡ２を中心として磁石部２３を回転駆動し、回転駆動されている磁石部２３により、ターゲットＴＧに磁界を印加する。即ち、本実施の形態の成膜装置は、ＲＦマグネトロンスパッタリング装置である。

これにより、ターゲットＴＧと基板ＳＢとの間の電子がターゲットＴＧ付近に閉じ込められ、ターゲットＴＧ付近で電子とＡｒガスとのイオン化衝突の頻度を増大させ、ターゲットＴＧ付近に高密度プラズマを生成し、成膜速度を向上させることができる。

また、このような場合、ターゲット保持部１８に保持されているターゲットＴＧは、磁石部２３よりも、基板保持部１５に保持されている基板ＳＢ側に配置されている。即ち、ターゲットＴＧは、磁石部２３と基板保持部１５との間に配置されている。回転軸ＲＡ２は、ターゲット保持部１８に保持されているターゲットＴＧの表面に垂直である。そして、回転軸ＲＡ２は、ターゲット保持部１８に保持されているターゲットＴＧの表面の中心ＣＮ２を通る。

本実施の形態では、磁石部２３は、基板ＳＢの回転軸ＲＡ１に対して傾斜した回転軸ＲＡ２を中心として回転可能に設けられている。このような場合、回転軸ＲＡ２の回転軸ＲＡ１に対する傾斜角度ＴＡ２（図３参照）を、ターゲットＴＧの表面の基板ＳＢの表面に対する傾斜角度ＴＡ１（図３参照）と等しくすることができる。

好適には、成膜装置は、ターゲットＴＧの表面の、基板ＳＢの表面に対する傾斜角度ＴＡ１を調整する角度調整部２５を有する。ターゲット保持部１８及び磁石部２３は、チャンバー１１の天板部１１ｃに垂直な方向（例えば鉛直方向）に対して回転軸ＲＡ２が傾斜可能に設けられ、回転軸ＲＡ２の鉛直方向に対する傾斜角度ＴＡ２が調整可能に設けられている。そして、角度調整部２５は、回転軸ＲＡ２を鉛直方向に対して傾斜させ、回転軸ＲＡ２の鉛直方向に対する傾斜角度ＴＡ２を調整することにより、ターゲットＴＧの表面の、基板ＳＢの表面に対する傾斜角度ＴＡ１を調整する。なお、前述したように、傾斜角度ＴＡ２を、傾斜角度ＴＡ１に等しくすることができる。

これにより、例えば成膜中でも、成膜する膜の材料に応じて、ターゲットＴＧの表面の、基板ＳＢの表面に対する傾斜角度ＴＡ１を調整することができるので、成膜する膜の材料に応じて膜の品質を容易に最適化することができる。

具体的には、角度調整部２５は、蓋部１１ｈのうち、回転軸ＲＡ１よりも直線ＬＮ１側と反対側の部分の高さ位置を調整する高さ調整部２５ａと、直線ＬＮ１よりも回転軸ＲＡ１側と反対側の部分の高さ位置を調整する高さ調整部２５ｂと、を含む。

高さ調整部２５ａは、モータ２５ｃと、モータ２５ｃに接続されたギヤ２５ｄと、ギヤ２５ｄと噛合され、且つ、蓋部１１ｈのうち回転軸ＲＡ１よりも直線ＬＮ１側と反対側の部分に設けられたギヤ２５ｅと、を含む。高さ調整部２５ｂは、モータ２５ｆと、モータ２５ｆに接続されたギヤ２５ｇと、ギヤ２５ｇと噛合され、且つ、蓋部１１ｈのうち直線ＬＮ１よりも回転軸ＲＡ１側と反対側の部分に設けられたギヤ２５ｈと、を含む。モータ２５ｃがギヤ２５ｄを回転駆動することにより、蓋部１１ｈのうち回転軸ＲＡ１よりも直線ＬＮ１側と反対側の部分の高さ位置を調整でき、モータ２５ｆがギヤ２５ｇを回転駆動することにより、蓋部１１ｈのうち直線ＬＮ１よりも回転軸ＲＡ１側と反対側の部分の高さ位置を調整できる。そして、回転軸ＲＡ２の鉛直方向に対する傾斜角度（傾斜角度ＴＡ２）を調整することができ、ターゲットＴＧの表面の、基板ＳＢの表面に対する傾斜角度ＴＡ１を調整することができる。

なお、蓋部１１ｈ上には、マッチングボックス２６が設けられてもよく、整合器２１ｂは、マッチングボックス２６内に設けられてもよい。

好適には、成膜装置は、直線ＬＮ１が回転軸ＲＡ１と離隔した距離ＤＳ１（図３参照）を調整する距離調整部２７を有する。ターゲット保持部１８及び磁石部２３は、チャンバー１１に対して基板ＳＢの表面に平行な方向に移動可能に設けられ、距離ＤＳ１が調整可能に設けられている。そして、距離調整部２７は、ターゲット保持部１８及び磁石部２３を、チャンバー１１に対して基板ＳＢの表面に平行な方向に移動させることにより、距離ＤＳ１を調整する。

これにより、成膜中でも、例えば成膜する膜の材料に応じて、直線ＬＮ１が回転軸ＲＡ１と離隔した距離ＤＳ１を調整することができるので、成膜する膜の材料に応じて膜の品質を容易に最適化することができる。

具体的には、距離調整部２７は、水平面内で、且つ、回転軸ＲＡ１から直線ＬＮ１に向かう方向において、スライド板部１１ｆの水平方向の位置を調整する位置調整部２７ａを含む。位置調整部２７ａは、モータ２７ｂと、モータ２７ｂに接続されたギヤ２７ｃと、ギヤ２７ｃと噛合され、且つ、スライド板部１１ｆに接続されたギヤ２７ｄと、を含む。モータ２７ｂがギヤ２７ｃを回転駆動することにより、スライド板部１１ｆを水平面内で、且つ、回転軸ＲＡ１から直線ＬＮ１に向かう方向又はその逆方向に移動させることができる。

好適には、成膜装置は、基板ＳＢの表面に垂直な方向における、基板ＳＢとターゲットＴＧとの間の距離ＤＳ２（図３参照）を調整する距離調整部２８を有する。ターゲット保持部１８及び磁石部２３は、チャンバー１１に対して基板ＳＢの表面に垂直な方向に移動可能に設けられ、基板ＳＢとターゲットＴＧとの間の距離ＤＳ２が調整可能に設けられている。そして、距離調整部２８は、ターゲット保持部１８及び磁石部２３を、チャンバー１１に対して基板ＳＢの表面に垂直な方向に移動させることにより、基板ＳＢとターゲットＴＧとの間の距離ＤＳ２を調整する。

これにより、例えば成膜中でも、成膜する膜の材料に応じて、基板ＳＢとターゲットＴＧとの間の距離ＤＳ２を調整することができるので、成膜する膜の材料に応じて膜の品質を容易に最適化することができる。なお、基板ＳＢとターゲットＴＧとの間の距離ＤＳ２とは、例えば基板ＳＢの表面に垂直な方向における、基板ＳＢの表面の中心ＣＮ１とターゲットＴＧの表面の中心ＣＮ２との間の距離を意味する。また、基板ＳＢの表面の中心ＣＮ１とは、例えば基板ＳＢの表面と回転軸ＲＡ１との交点を意味し、ターゲットＴＧの中心とは、例えばターゲットＴＧの表面と回転軸ＲＡ２との交点を意味する。

具体的には、距離調整部２８は、角度調整部２５と同様に、蓋部１１ｈのうち、回転軸ＲＡ１よりも直線ＬＮ１側と反対側の部分の高さ位置を調整する高さ調整部２８ａと、直線ＬＮ１よりも回転軸ＲＡ１側と反対側の部分の高さ位置を調整する高さ調整部２８ｂと、を含む。

高さ調整部２８ａは、モータ２８ｃと、モータ２８ｃに接続されたギヤ２８ｄと、ギヤ２８ｄと噛合され、且つ、蓋部１１ｈのうち回転軸ＲＡ１よりも直線ＬＮ１側と反対側の部分に設けられたギヤ２８ｅと、を含む。高さ調整部２８ｂは、モータ２８ｆと、モータ２８ｆに接続されたギヤ２８ｇと、ギヤ２８ｇと噛合され、且つ、蓋部１１ｈのうち直線ＬＮ１よりも回転軸ＲＡ１側と反対側の部分に設けられたギヤ２８ｈと、を含む。モータ２８ｃがギヤ２８ｄを回転駆動することにより、蓋部１１ｈのうち回転軸ＲＡ１よりも直線ＬＮ１側と反対側の部分の高さ位置を調整でき、モータ２８ｆがギヤ２８ｇを回転駆動することにより、蓋部１１ｈのうち直線ＬＮ１よりも回転軸ＲＡ１側と反対側の部分の高さ位置を調整できる。そして、蓋部１１ｈのうち回転軸ＲＡ１よりも直線ＬＮ１側と反対側の部分の高さ位置と、蓋部１１ｈのうち直線ＬＮ１よりも回転軸ＲＡ１側と反対側の部分の高さ位置とが等しくなるように調整することにより、基板ＳＢとターゲットＴＧとの間の距離ＤＳ２を調整することができる。

基板保持部１５に保持されている基板ＳＢの表面と同一面と、回転軸ＲＡ２との交点である交点を交点ＣＰ１（図３参照）とする。このとき、好適には、交点ＣＰ１は、回転軸ＲＡ１と直線ＬＮ１との間に配置されている。このような場合、交点ＣＰ１と回転軸ＲＡ１との間の距離は、距離ＤＳ１よりも短い。

このような場合、交点ＣＰ１が直線ＬＮ１よりも回転軸ＲＡ１側と反対側に配置されている場合に比べ、基板ＳＢの表面に成膜される膜の膜厚分布が、基板ＳＢの表面の中心ＣＮ１から周縁に向かって膜厚が一様に減少するような膜厚分布から、基板ＳＢの表面の中心ＣＮ１から周縁にかけてのいずれの部分における膜厚も略等しくなるような膜厚分布に近づく。従って、基板ＳＢの表面に成膜される膜の例えば結晶性又は圧電性等の品質を向上させることができる。

好適には、成膜装置は、ターゲットＴＧと磁石部２３との間の距離を調整する距離調整部２９（図２参照）を有する。例えばターゲット保持部１８は、磁石部２３に対して回転軸ＲＡ２に沿って移動可能に設けられ、ターゲットＴＧと磁石部２３との間の距離が調整可能に設けられている。そして、距離調整部２９は、ターゲット保持部１８を、磁石部２３に対して回転軸ＲＡ２に沿って移動させることにより、ターゲットＴＧと磁石部２３との間の距離を調整する。

これにより、例えば成膜する膜の材料に応じて、ターゲットＴＧと磁石部２３との間の距離を調整することができるので、成膜する膜の材料に応じて膜の品質を容易に最適化することができる。

例えば互いに異なる厚さを有する複数の絶縁スペーサ１８ｂを用意しておき、それらの複数の絶縁スペーサ１８ｂを交換することにより、ターゲットＴＧと磁石部２３との間の距離を調整することができる。

＜成膜方法＞
次に、本実施の形態の成膜方法について説明する。本実施の形態の成膜方法は、チャンバー内でターゲットの表面をスパッタすることにより基板の表面に膜を成膜するスパッタリング方法である。

まず、チャンバー１１（図１参照）内で、ターゲット保持部１８（図１参照）によりターゲットＴＧ（図１参照）を保持する（ステップＳ１１）。

このステップＳ１１では、まず、チャンバー１１を大気開放する。そして、例えばスライド板部１１ｆ（図１参照）を天板部１１ｃ（図１参照）から取り外すことにより、ターゲット保持部１８をチャンバーから取り外す。そして、取り外したターゲット保持部１８にターゲットＴＧを取り付けることにより、ターゲットＴＧを保持する。このとき、ターゲットＴＧの表面が基板保持部１５（図１参照）に保持される基板ＳＢ（図１参照）の表面と対向し、ターゲットＴＧの表面が基板保持部１５に保持される基板ＳＢの表面に対して傾斜し、且つ、ターゲットＴＧの表面の中心ＣＮ２（図３参照）を通り回転軸ＲＡ１（図３参照）に平行な直線ＬＮ１（図３参照）が回転軸ＲＡ１と離隔するように、ターゲット保持部１８によりターゲットＴＧを保持する。

このステップＳ１１では、次に、スライド板部１１ｆを天板部１１ｃ上に装着し、真空排気部１２（図１参照）によりチャンバー１１内を真空排気する。

次に、チャンバー１１内で、基板ＳＢを、基板保持部１５により、基板ＳＢの表面に垂直な回転軸ＲＡ１を中心として回転可能に保持する（ステップＳ１２）。例えばチャンバー１１外の空間に設けられた基板搬送部（図示は省略）により、搬入口１１ｊ（図１参照）の外部から搬入口１１ｊを通ってチャンバー１１内に基板ＳＢを搬入し、搬入された基板ＳＢを、基板搬送部から基板保持部１５に受け渡して保持する。例えば搬入口１１ｊの外部が真空排気されている場合には、搬入口１１ｊを通ってチャンバー１１内に基板ＳＢを挿入する際に、チャンバー１１を大気開放しなくてもよい。

基板ＳＢとして、シリコン単結晶基板（Ｓｉ基板）若しくはサファイア単結晶基板等の単結晶基板を用いることができる。或いは、基板ＳＢとして、表面に形成され、且つ、例えば金属酸化膜、ポリシリコン膜又はシリサイド膜よりなる基板を用いることができる。

或いは、基板ＳＢとして、Ｓｉ基板上に酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）膜を介して下部電極が形成された基板を用いることができる。このような場合、まず、（１００）に配向したＳｉ基板上に、ＺｒＯ_２膜を、５５０℃以下の温度（好ましくは５００℃の温度）で、蒸着法により形成する。ＺｒＯ_２膜は、（１００）に配向する。次に、ＺｒＯ_２膜上に、５５０℃以下の温度（好ましくは４００℃の温度）で、エピタキシャル成長した白金（Ｐｔ）膜よりなる下部電極をスパッタ法により形成する。Ｐｔ膜は（２００）に配向する。

次に、基板保持部１５に保持された基板ＳＢを、基板回転駆動部１６（図１参照）により回転軸ＲＡ１を中心として回転駆動する（ステップＳ１３）。

次に、ガス供給部１３（図１参照）によりチャンバー１１内に希ガスとしてのアルゴン（Ａｒ）ガスを供給し、真空排気部１２（図１参照）による真空排気速度又はガス供給部１３によるガス供給速度を制御することにより、チャンバー１１内の圧力を制御する（ステップＳ１４）。

膜として金属酸化膜を形成するときは、ガス供給部１３によりチャンバー１１内にＡｒガスを導入し、ガス供給部１４により酸素（Ｏ_２）ガスを導入する。この際、Ａｒガスの流量ＭＦ１に対するＯ_２ガスの流量ＭＦ２の比ＦＲ１（ＭＦ２／ＭＦ１）が０．１≦ＦＲ１≦０．３を満たすように、流量制御部により制御することができる。また、真空排気部１２によりチャンバー１１内を真空排気することにより、チャンバー１１内の圧力を、一定の圧力、例えば０．１〜２Ｐａの圧力まで減圧することができる。

次に、基板保持部１５に保持された基板ＳＢを、基板加熱部１７（図１参照）により成膜温度に加熱する（ステップＳ１５）。

次に、ターゲットＴＧに、電力供給部２１により高周波電力をパルス状に変調して供給する（ステップＳ１６）。このステップＳ１６では、電力供給部２１により、１０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数を有する高周波電力を、１／２０ｍｓ〜１／３ｍｓの周期、及び、２５％〜９０％のデューティー比を有するパルス状に変調して供給する。デューティー比は、周期の１周期分の期間のうち、ターゲットに高周波電力が供給される期間の割合である。これにより、基板ＳＢの表面に絶縁膜を成膜する。

前述したように、ターゲットＴＧの表面は、基板ＳＢの表面に対して傾斜した状態で基板ＳＢの表面と対向している。これにより、基板のＳＢ表面に成膜される膜が受ける損傷の程度が小さく、基板ＳＢの表面に成膜される膜の例えば結晶性又は圧電性等の品質を向上させることができる。

また、前述したように、ターゲットＴＧの表面の中心ＣＮ２を通り、且つ、回転軸ＲＡ１に平行な直線ＬＮ１が、回転軸ＲＡ１と離隔している。このような場合、基板ＳＢの表面に成膜される膜の膜厚分布が、基板ＳＢの表面の中心ＣＮ１（図３参照）から周縁に向かって膜厚が一様に減少するような膜厚分布から、基板ＳＢの表面の中心ＣＮ１から周縁にかけてのいずれの部分における膜厚も略等しくなるような膜厚分布に近づく。

ターゲットＴＧが、比抵抗が１×１０^７Ω・ｃｍ以上の絶縁物よりなる場合を考える。このような場合として、ターゲットＴＧが、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の絶縁物よりなる場合が考えられる。或いは、ターゲットＴＧが、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒ_１−ｘＴｉ_ｘＯ_３）等の一般式ＡＢＯ_３で表されるペロブスカイト構造を有する絶縁物よりなる場合が考えられる。

このような場合であって、ターゲットＴＧに高周波電力をパルス状に変調せずにそのまま供給してスパッタするときは、ターゲットＴＧに高周波電力が供給されて電荷が溜まることによって、ターゲットＴＧが破損するおそれがある。よって、ターゲットＴＧの破損を防止又は抑制するために、ターゲットＴＧに供給される高周波電力の電力値を抑制する必要があり、成膜速度を向上させることができない。

一方、ターゲットＴＧに高周波電力をパルス状態に変調して供給するときは、ターゲットＴＧに高周波電力が供給されている間、即ち高周波電力がオン状態の間は、ターゲットＴＧに電荷が溜まるものの、ターゲットＴＧに高周波電力が供給されていない間、即ち高周波電力がオフ状態の間に、ターゲットＴＧに溜まった電荷をターゲットから逃がすことができる。そのため、ターゲットＴＧが破損することを防止又は抑制することができるので、ターゲットＴＧに供給される高周波電力の電力値を高くすることができ、成膜速度を向上させることができる。

また、ターゲットＴＧが、例えば窒化アルミニウム等の絶縁物よりなる場合、又は、ターゲットが、例えばチタン酸ジルコン酸鉛等の一般式ＡＢＯ_３で表されるペロブスカイト構造を有する絶縁物よりなる場合、成膜中にターゲットＴＧの表面抵抗が大きく変動しやすい。それに伴って、成膜中にターゲットＴＧの表面の組成が変動し、基板ＳＢの表面に成膜される膜の組成が変動し、基板ＳＢの表面に成膜される膜の品質が変動しやすい。そのため、上記のように高周波電力をパルス状に変調して供給し、ターゲットに電荷が溜まりにくくすることにより、成膜中のターゲットＴＧの表面抵抗の変動を抑制することができる。よって、成膜中のターゲットＴＧの表面の組成の変動を抑制し、基板ＳＢの表面に成膜される膜の組成の変動を抑制し、基板ＳＢの表面に成膜される膜の品質を向上させることができる。

好適には、回転軸ＲＡ１に対して傾斜した回転軸ＲＡ２を中心として回転可能に設けられた磁石部２３（図１参照）を磁石回転駆動部２４（図１参照）により回転駆動し、回転駆動されている磁石部２３によりターゲットＴＧに磁界を印加する（ステップＳ１７）。このとき、回転軸ＲＡ２は、ターゲット保持部１８に保持されているターゲットＴＧの表面に垂直であり、且つ、ターゲット保持部１８に保持されているターゲットＴＧの表面の中心ＣＮ２を通る。また、ターゲットＴＧは、磁石部２３と基板保持部１５との間に配置されている。

これにより、ターゲットＴＧと基板ＳＢとの間の電子がターゲットＴＧ付近に閉じ込められ、ターゲットＴＧ付近で電子とＡｒガスとのイオン化衝突の頻度を増大させ、ターゲットＴＧ付近に高密度プラズマを生成し、成膜速度を向上させることができる。

好適には、ターゲット保持部１８に保持されているターゲットＴＧの表面の、基板保持部１５に保持されている基板ＳＢの表面に対する傾斜角度ＴＡ１（図３参照）を、角度調整部２５（図１参照）により調整する（ステップＳ１８）。これにより、例えば成膜中でも、成膜する膜の材料に応じて、ターゲットＴＧの表面の、基板ＳＢの表面に対する傾斜角度ＴＡ１を調整することができるので、成膜する膜の材料に応じて膜の品質を容易に最適化することができる。

好適には、直線ＬＮ１が回転軸ＲＡ１と離隔した距離ＤＳ１（図３参照）を、距離調整部２７により調整する（ステップＳ１９）。

これにより、例えば成膜中でも、成膜する膜の材料に応じて、距離ＤＳ１を調整することができるので、成膜する膜の材料に応じて膜の品質を容易に最適化することができる。

好適には、基板保持部１５に保持されている基板ＳＢに垂直な方向における、基板保持部１５に保持されている基板ＳＢとターゲット保持部１８に保持されているターゲットＴＧとの間の距離ＤＳ２（図３参照）を、距離調整部２８（図１参照）により調整する。

これにより、例えば成膜中でも、成膜する膜の材料に応じて、距離ＤＳ２を調整することができるので、成膜する膜の材料に応じて膜の品質を容易に最適化することができる。

好適には、基板保持部１５に保持されている基板ＳＢの表面と同一面と、回転軸ＲＡ２との交点を交点ＣＰ１（図３参照）とするとき、交点ＣＰ１は、回転軸ＲＡ１と直線ＬＮ１との間に配置されている。

このような場合、交点ＣＰ１が直線ＬＮ１よりも回転軸ＲＡ１側と反対側に配置されている場合に比べ、基板ＳＢの表面に成膜される膜の膜厚分布が、基板ＳＢの表面の中心ＣＮ１から周縁に向かって膜厚が一様に減少するような膜厚分布から、基板ＳＢの表面の中心ＣＮ１から周縁にかけてのいずれの部分における膜厚も略等しくなるような膜厚分布に近づく。従って、基板ＳＢの表面に成膜される膜の例えば結晶性又は圧電性等の品質を向上させることができる。

以下、実施例に基づいて本実施の形態を更に詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。

図１に示すスパッタリング装置（基板ＳＢの直径が２００ｍｍで、ターゲットＴＧの直径が２００ｍｍで、傾斜角度ＴＡ１が１５°で、且つ、距離ＤＳ１が５０ｍｍ）を用い、表１に示すスパッタ条件で基板上にＰＺＴ膜を成膜することで、実施例１（膜厚５μｍ）の試料、実施例２（膜厚１０μｍ）の試料、実施例３（膜厚２０μｍ）の試料及び比較例（膜厚２μｍ）の試料を作製した。

実施例１〜実施例３及び比較例では、基板ＳＢとして、Ｓｉ基板上にＺｒＯ_２膜を蒸着法により形成し、このＺｒＯ_２膜上にスパッタリングによってエピタキシャル成長によるＰｔ膜を下部電極として形成したものを用いた。また、実施例１におけるＰＺＴの膜厚は、５μｍであり、実施例２におけるＰＺＴの膜厚は、１０μｍであり、実施例３におけるＰＺＴの膜厚は、２０μｍであり、比較例におけるＰＺＴの膜厚は、２μｍであった。

表１に示すように、比較例では、パルスを用いずに高周波の連続波を用いた。このような場合、１８００Ｗ以上（２．１Ｗ／ｃｍ^２以上）に出力を上げると、アークが発生して、プラズマが異常放電して成膜が停止してしまうため、１８００Ｗ以上に出力を上げることができなかった。

一方、実施例１、実施例２及び実施例３では、ターゲットＴＧに１３．５６ＭＨｚの周波数を有する高周波電力を、５ｋＨｚのパルス周波数（１／５ｍｓの周期）、及び、９０％のデューティー比を有するパルス状に供給した。そのため、高周波出力がオフ状態の時にターゲットＴＧ表面付近にプラズマが発生していない時間ができ、その結果、短時間の成膜で膜厚が厚いＰＺＴ膜を容易に成膜することができた。

また、実施例１、実施例２及び実施例３の試料について、ＦＩＢ（Focused Ion Beam）法により断面観察を行ったところ、実施例１、実施例２及び実施例３の試料では、成膜されたＰＺＴ膜に粒界が観察されず、単結晶状の膜が得られた。また、実施例１、実施例２及び実施例３の試料について、Ｘ線回折（X-Ray Diffration：ＸＲＤ）法の２θ−θスキャン及び逆格子マッピングを行ったところ、基板ＳＢの表面に垂直な方向、及び、基板ＳＢの表面に平行で且つ互いに直交する２つの方向の、合計３方向のいずれの方向にも配向した単結晶状の膜が得られた。そのため、実施例１、実施例２及び実施例３の試料については、短時間の成膜で膜厚が厚い高品質のＰＺＴ膜を容易に成膜することができた。

また、詳細な結果の説明は省略するものの、ターゲットＴＧがＡｌＮよりなる場合にも、ターゲットＴＧがＰＺＴよりなる場合と同様に、上記のようにパルス状高周波電力をパルス状に変調して供給することにより、短時間の成膜で膜厚が厚い高品質のＡｌＮ膜を容易に成膜することができた。

次に、実施例１、実施例２及び実施例３の試料を作製する際の、成膜前のターゲットＴＧの表面抵抗値と、成膜後のターゲットＴＧの表面抵抗値とについて説明する。

まず、実施例１、実施例２、実施例３及び比較例の試料を作製する際の、ターゲットＴＧの組成と試料の組成は、以下の通りである。

［ターゲットの組成］
実施例１：Ｐｂ/Ｚｒ/Ｔｉ＝１３０/５８/４２
実施例２：Ｐｂ/Ｚｒ/Ｔｉ＝１３０/５８/４２
実施例３：Ｐｂ/Ｚｒ/Ｔｉ＝１３０/５８/４２
比較例 ：Ｐｂ/Ｚｒ/Ｔｉ＝１３０/５８/４２

［試料の組成］
実施例１：Ｐｂ/Ｚｒ/Ｔｉ＝１０９/５５/４５
実施例２：Ｐｂ/Ｚｒ/Ｔｉ＝１０５/５５/４５
実施例３：Ｐｂ/Ｚｒ/Ｔｉ＝１０２/５５/４５
比較例 ：Ｐｂ/Ｚｒ/Ｔｉ＝９７/５５/４５

ここで、実施例１、実施例２及び実施例３の試料を作製する際の、成膜前のターゲットの表面抵抗値と、成膜後のターゲットの表面抵抗値を、強誘電体測定システムに相当する絶縁抵抗測定器（MODEL:ADC5450 (Ultra High Resistance Meter)）を使用し、プローブ間距離を５ｍｍとし、測定電圧を１０Ｖとして測定した。測定結果は、以下の通りである。

［成膜前のターゲットの表面抵抗値］
ターゲットの中央部：２．０３×１０^１１Ω・ｃｍ
ターゲットの中央部と外周部との間：２．１０×１０^１１Ω・ｃｍ
ターゲットの外周部：５．３９×１０^１０Ω・ｃｍ

［成膜後のターゲットの表面抵抗値］
ターゲットの中央部：４．９５×１０^１１Ω・ｃｍ
ターゲットの中央部と外周部との間：１．４５×１０^１２Ω・ｃｍ
ターゲットの外周部：３．４９×１０^１１Ω・ｃｍ

前述したように、ＰＺＴは、一般式ＡＢＯ_３で表されるペロブスカイト構造を有する複合酸化物であるので、成膜時にターゲットの表面抵抗が大きく変動しやすい。一方、実施例１、実施例２及び実施例３では、成膜前のターゲットの表面抵抗値と、成膜後のターゲットの表面抵抗値とは、略等しい。そのため、上記のように高周波電力をパルス状に変調して供給することにより、ターゲットに電荷が溜まりにくくすることができ、ターゲットの表面抵抗の変動を抑制することができた。

また、詳細な結果の説明は省略するものの、ターゲットがＡｌＮよりなる場合にも、ターゲットがＰＺＴよりなる場合と同様に、上記のようにパルス状高周波電力をパルス状に変調して供給することにより、ターゲットに電荷が溜まりにくくすることができ、ターゲットの表面抵抗の変動を抑制することができた。

また、詳細な結果の説明は省略するものの、傾斜角度ＴＡ１が５〜２５°の場合、実施例１、実施例２又は実施例３と略同等の結果が得られ、傾斜角度ＴＡ１が５°未満又は２５°を超える場合に比べて、短時間の成膜で膜厚が厚い高品質のＰＺＴ膜又はＡｌＮ膜を容易に成膜することができた。また、距離ＤＳ１が２５〜７５ｍｍの場合、実施例１、実施例２又は実施例３と略同等の結果が得られ、距離ＤＳ１が２５ｍｍ未満又は７５ｍｍを超える場合に比べて、短時間の成膜で膜厚が厚い高品質のＰＺＴ膜又はＡｌＮ膜を容易に成膜することができた。

以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

例えば、前述の各実施の形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。

１１ チャンバー
１１ａ 底板部
１１ｂ 側板部
１１ｃ 天板部
１１ｄ、１１ｅ、１１ｇ 開口
１１ｆ スライド板部
１１ｈ 蓋部
１１ｉ ベローズ
１１ｊ 搬入口
１２ 真空排気部
１３、１４ ガス供給部
１３ａ、１４ａ 流量制御器
１３ｂ、１４ｂ ガス供給管
１５ 基板保持部
１５ａ ベアリング
１５ｂ 基板回転伝達歯車
１５ｃ 回転ステージ支柱
１５ｄ 回転ステージ
１５ｅ チャック
１５ｆ 防着板
１６ 基板回転駆動部
１６ａ モータ
１６ｂ、１６ｄ 回転軸
１６ｃ 磁気シール
１６ｅ 基板回転伝達歯車
１７ 基板加熱部
１８ ターゲット保持部
１８ａ 吊持部材
１８ｂ 絶縁スペーサ
１８ｃ 絶縁ボルト
１８ｄ Ｏリング
１８ｅ、１８ｆ 貫通孔
１８ｇ ネジ穴
２１ 電力供給部
２１ａ 高周波電源
２１ｂ 整合器
２１ｃ 接続部
２２ Ｖ_ＤＣ制御部
２３ 磁石部
２４ 磁石回転駆動部
２５ 角度調整部
２５ａ、２５ｂ、２８ａ、２８ｂ 高さ調整部
２５ｃ、２５ｆ、２７ｂ、２８ｃ、２８ｆ モータ
２５ｄ、２５ｅ、２５ｇ、２５ｈ ギヤ
２６ マッチングボックス
２７、２８、２９ 距離調整部
２７ａ 位置調整部
２７ｃ、２７ｄ、２８ｄ、２８ｅ、２８ｇ、２８ｈ ギヤ
ＡＲ１ 領域
ＢＰ１ バッキングプレート
ＣＮ１、ＣＮ２ 中心
ＣＰ１ 交点
ＤＳ１、ＤＳ２ 距離
ＬＮ１ 直線
ＲＡ１、ＲＡ２ 回転軸
ＳＢ 基板
ＴＡ１、ＴＡ２ 傾斜角度
ＴＧ ターゲット
ＴＭ１ ターゲット材

Claims (14)

1. チャンバー内でターゲットの表面をスパッタすることにより基板の表面に膜を成膜する成膜装置において、
   前記チャンバー内で、前記ターゲットを保持するターゲット保持部と、
   前記チャンバー内で、前記基板を、前記基板の表面に垂直な第１回転軸を中心として回転可能に保持する基板保持部と、
   前記基板保持部に保持されている前記基板を、前記第１回転軸を中心として回転駆動する基板回転駆動部と、
   前記ターゲットに、高周波電力をパルス状に変調して供給する電力供給部と、
   を有し、
   前記ターゲットの表面は、前記基板の表面に対して傾斜した状態で前記基板の表面と対向し、
   前記ターゲットの表面の中心を通り、且つ、前記第１回転軸に平行な第１直線が、前記第１回転軸と離隔し、
   前記電力供給部は、１０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数を有する前記高周波電力を、１／２０ｍｓ〜１／３ｍｓの周期、及び、２５％〜９０％のデューティー比を有するパルス状に変調して供給し、
   前記デューティー比は、前記周期の１周期分の期間のうち、前記ターゲットに前記高周波電力が供給される期間の割合である、成膜装置。
2. 請求項１に記載の成膜装置において、
   前記第１回転軸に対して傾斜した第２回転軸を中心として回転可能に設けられた磁石部と、
   前記第２回転軸を中心として前記磁石部を回転駆動し、回転駆動されている前記磁石部により、前記ターゲットに磁界を印加する磁石回転駆動部と、
   を有し、
   前記ターゲットは、前記磁石部と前記基板保持部との間に配置され、
   前記第２回転軸は、前記ターゲットの表面に垂直であり、且つ、前記ターゲットの表面の中心を通る、成膜装置。
3. 請求項１又は２に記載の成膜装置において、
   前記ターゲットの表面の、前記基板の表面に対する傾斜角度を調整する角度調整部を有する、成膜装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の成膜装置において、
   前記第１直線が前記第１回転軸と離隔した第１距離を調整する第１距離調整部を有する、成膜装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の成膜装置において、
   前記基板の表面に垂直な方向における、前記基板と前記ターゲットとの間の第２距離を調整する第２距離調整部を有する、成膜装置。
6. 請求項２に記載の成膜装置において、
   前記基板の表面と同一面と、前記第２回転軸との交点を第１交点とするとき、
   前記第１交点は、前記第１回転軸と前記第１直線との間に配置されている、成膜装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の成膜装置において、
   前記チャンバー内を真空排気する真空排気部と、
   前記チャンバー内に希ガスを供給するガス供給部と、
   を有する、成膜装置。
8. チャンバー内でターゲットの表面をスパッタすることにより基板の表面に膜を成膜する成膜方法において、
   （ａ）前記チャンバー内で、ターゲット保持部により前記ターゲットを保持する工程、
   （ｂ）前記チャンバー内で、前記基板を、基板保持部により、前記基板の表面に垂直な第１回転軸を中心として回転可能に保持する工程、
   （ｃ）前記基板保持部に保持されている前記基板を、基板回転駆動部により、前記第１回転軸を中心として回転駆動する工程、
   （ｄ）前記ターゲットに、電力供給部により、高周波電力をパルス状に変調して供給する工程、
   を有し、
   前記ターゲットの表面は、前記基板の表面に対して傾斜した状態で前記基板の表面と対向し、
   前記ターゲットの表面の中心を通り、且つ、前記第１回転軸に平行な第１直線が、前記第１回転軸と離隔し、
   前記（ｄ）工程では、前記電力供給部により、１０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数を有する前記高周波電力を、１／２０ｍｓ〜１／３ｍｓの周期、及び、２５％〜９０％のデューティー比を有するパルス状に変調して供給し、
   前記デューティー比は、前記周期の１周期分の期間のうち、前記ターゲットに前記高周波電力が供給される期間の割合である、成膜方法。
9. 請求項８に記載の成膜方法において、
   （ｅ）前記第１回転軸に対して傾斜した第２回転軸を中心として回転可能に設けられた磁石部を、磁石回転駆動部により、前記第２回転軸を中心として回転駆動し、回転駆動されている前記磁石部により、前記ターゲットに磁界を印加する工程、
   を有し、
   前記ターゲットは、前記磁石部と前記基板保持部との間に配置され、
   前記第２回転軸は、前記ターゲットの表面に垂直であり、且つ、前記ターゲットの表面の中心を通る、成膜方法。
10. 請求項８又は９に記載の成膜方法において、
    （ｆ）前記ターゲットの表面の、前記基板の表面に対する傾斜角度を、角度調整部により調整する工程、
    を有する、成膜方法。
11. 請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の成膜方法において、
    （ｇ）前記第１直線が前記第１回転軸と離隔した第１距離を、第１距離調整部により調整する工程、
    を有する、成膜方法。
12. 請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の成膜方法において、
    （ｈ）前記基板の表面に垂直な方向における、前記基板と前記ターゲットとの間の第２距離を、第２距離調整部により調整する工程、
    を有する、成膜方法。
13. 請求項９に記載の成膜方法において、
    前記基板の表面と同一面と、前記第２回転軸との交点を第１交点とするとき、
    前記第１交点は、前記第１回転軸と前記第１直線との間に配置されている、成膜方法。
14. 請求項８乃至１３のいずれか一項に記載の成膜方法において、
    （ｉ）前記チャンバー内を、真空排気部により真空排気する工程、
    （ｊ）前記チャンバー内に、ガス供給部により希ガスを供給する工程、
    を有する、成膜方法。

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