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JP5653052B2 - Deposition equipment - Google Patents

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JP5653052B2
JP5653052B2 JP2010052060A JP2010052060A JP5653052B2 JP 5653052 B2 JP5653052 B2 JP 5653052B2 JP 2010052060 A JP2010052060 A JP 2010052060A JP 2010052060 A JP2010052060 A JP 2010052060A JP 5653052 B2 JP5653052 B2 JP 5653052B2
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孝憲 四十物
孝憲 四十物
喜昭 安田
喜昭 安田
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Description

本発明は、成膜装置に関し、特に、酸化物強誘電体の成膜に適した装置に関する。   The present invention relates to a film forming apparatus, and more particularly to an apparatus suitable for forming an oxide ferroelectric film.

Pb、Zr、Tiの各元素を含む酸化化合物であるPZT(Pb(ZrxTi1-x)O3)やPb、La、Zr、Tiの各元素を含む酸化化合物であるPLZT((Pb1-xLax)(ZryTi1-y)1-x/4O3)等に代表される多元系酸化物強誘電体は、優れた圧電性、焦電性、電気光学特性等を有し、それらのバルク構造体は種々の電子デバイスへ応用されてきている。特に近年では、不揮発性RAM用のメモリ材料、マイクロアクチュエータ、及び集積型センサ等への応用を目指して、これら金属酸化物の薄膜化が検討されてきている。この薄膜化によって、駆動電圧の低電圧化、素子の集積化、分極処理の省略等が可能になり、バルクでは得られないデバイス特性を発揮するものと期待されている。 PZT (Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 ), which is an oxide compound containing each element of Pb, Zr, and Ti, and PLZT ((Pb 1 -x La x ) (Zr y Ti 1-y ) 1-x / 4 O 3 ) and other multi-element oxide ferroelectrics have excellent piezoelectricity, pyroelectricity, electro-optical properties, etc. However, these bulk structures have been applied to various electronic devices. Particularly in recent years, thinning of these metal oxides has been studied for the purpose of application to memory materials for non-volatile RAMs, microactuators, integrated sensors, and the like. This thinning makes it possible to lower the drive voltage, integrate elements, omit the polarization process, and the like, and is expected to exhibit device characteristics that cannot be obtained in bulk.

従来、このようなペロブスカイト酸化物薄膜の作製法としては、スパッタリング法、あるいはアーク放電反応性イオンプレーティング法(Arc Discharged Reactive Ion Plating:ADRIP)などが主に用いられている。   Conventionally, as a method for producing such a perovskite oxide thin film, a sputtering method, an arc discharge reactive ion plating (ADRIP), or the like is mainly used.

スパッタリング法は、数Pa程度の圧力に調整されたAr等の希ガス雰囲気中で、基板と対向するターゲット試料との間に直流あるいは高周波電圧を印加することにより希ガスの放電を誘起し、そのガス分子の衝突によって試料をはじき飛ばして基板上に堆積させる方法である。この方法は、高エネルギー原子が基板に衝突して堆積するので、一般に薄膜の密着性が良く、また、基本的にはターゲット組成に近い膜組成が得られやすい。   In the sputtering method, in a rare gas atmosphere such as Ar adjusted to a pressure of several Pa, a rare gas discharge is induced by applying a direct current or a high frequency voltage between a substrate and a target sample facing the substrate. In this method, the sample is repelled by gas molecule collision and deposited on the substrate. In this method, since high energy atoms collide with the substrate and deposit, generally, the adhesion of the thin film is good, and basically a film composition close to the target composition is easily obtained.

ADRIP法は、EB(電子ビーム)加熱蒸発源と高密度の酸素プラズマ発生源を用い、蒸発源と酸素プラズマとの反応により生成する物質を基板上に堆積させる方法であり、蒸発材料としてメタルを使用できるため材料効率が高い等の利点がある。またスパッタ法では600℃以上の高温の処理が必要であったペロブスカイト型酸化物からなるPZT等の薄膜の作製においても、ADRIP法によって比較的低い基体温度(500℃)で5オングストローム/sの高速成膜を可能にした技術が提案されている(特許文献1)。   The ADRIP method uses an EB (electron beam) heating evaporation source and a high-density oxygen plasma generation source to deposit a substance produced by the reaction between the evaporation source and the oxygen plasma on the substrate. Since it can be used, there are advantages such as high material efficiency. Also in the production of thin films such as PZT made of perovskite oxide, which required high temperature processing of 600 ° C. or higher in the sputtering method, the high speed of 5 Å / s at a relatively low substrate temperature (500 ° C.) by the ADRIP method. A technique that enables film formation has been proposed (Patent Document 1).

スパッタリング法およびADRIP法のいずれにおいても、基板温度は成膜条件の重要な要素であり、スパッタリング法については、基板の裏面側(成膜面と反対側)にヒーターを配置するとともに、裏面に均熱板を配置し、基板温度を均一にする技術(特許文献2)や、基板裏面側に複数のヒーターを配置し、そのうち中央部のヒーターの温度を周辺部のヒーターより低く設定することにより温度を均一にする技術(特許文献3)が提案されている。   In both the sputtering method and the ADRIP method, the substrate temperature is an important factor in the film formation conditions. In the sputtering method, a heater is disposed on the back side of the substrate (on the side opposite to the film formation surface) and the back surface is uniform. The temperature is set by arranging a hot plate to make the substrate temperature uniform (Patent Document 2) or by arranging a plurality of heaters on the back side of the substrate, and setting the temperature of the central heater lower than that of the peripheral heater. A technique (Patent Document 3) for making the above uniform has been proposed.

さらに特許文献4には、スパッタリング装置において、シャッター開閉の前後で、成膜中の基板温度を一定に保つことを目的として、基板シャッターにヒーターを設けることが記載されている。この特許文献4では、通常は、基板の裏面側に配置されているヒーターをシャッターに移設し、基板の裏面からは高温のガス導入で基板を加熱することを提案している。   Further, Patent Document 4 describes that in a sputtering apparatus, a heater is provided on the substrate shutter for the purpose of keeping the substrate temperature during film formation constant before and after opening and closing the shutter. This Patent Document 4 proposes that a heater disposed on the back side of the substrate is usually moved to the shutter, and the substrate is heated by introducing high-temperature gas from the back side of the substrate.

特開2001−234331号公報JP 2001-234331 A 特開2005−38914号公報JP 2005-38914 A 特開2007−327106号公報JP 2007-327106 A 特開平07−11438号公報Japanese Patent Laid-Open No. 07-11438

通常、成膜装置では、基板温度やプラズマの状態が安定化するまで、基板は基板シャッターによって、ターゲットや蒸発源、プラズマ発生源から遮られており、安定化後にシャッターを開き、成膜を開始するように構成されている。基板シャッターとしては、通常、断熱性の高い(熱放射性の低い)ステンレス、より具体的にはSUS 304の銀色粗面のものなどが用いられている。このシャッターの開閉時に基板温度が変化しやすいという問題がある。   Normally, in a film formation system, the substrate is shielded from the target, evaporation source, and plasma generation source by the substrate shutter until the substrate temperature and plasma state are stabilized. After stabilization, the shutter is opened and film formation is started. Is configured to do. As the substrate shutter, stainless steel having a high heat insulating property (low heat radiation), more specifically, a SUS 304 silver rough surface is used. There is a problem that the substrate temperature tends to change when the shutter is opened and closed.

特許文献4に記載された技術は、スパッタリング法において、ガスによる基板の加熱とシャッターに備えたヒーターによる加熱を組み合わせることにより、この問題を解決しようとするものである。しかしこの方法は、ガスによる昇温には限度があるため、シャッターオープン後に基板の温度を500℃以上に維持することは困難であると考えられ、ペロブスカイト酸化物のように基板温度を高温にする必要のある強誘電体の形成には適用できない。   The technique described in Patent Document 4 attempts to solve this problem by combining heating of a substrate with gas and heating with a heater provided in a shutter in a sputtering method. However, since this method has a limit on the temperature rise by gas, it is considered difficult to maintain the substrate temperature at 500 ° C. or higher after the shutter is opened, and the substrate temperature is raised like perovskite oxide. It cannot be applied to the formation of necessary ferroelectrics.

また上記問題は、スパッタリング法に比べADRIP法では、特に顕著となる。それはスパッタリング法では、基板の成膜面側には、マグネトロン放電で発生するプラズマからの輻射熱のみが存在するのに対し、ADRIP法では、プラズマからの輻射熱と蒸発源からの輻射熱が存在し、シャッターを挟む両側の空間に大きな温度差が生じており、通常の温度制御では平衡状態を保つことが困難だからである。   In addition, the above problem is particularly noticeable in the ADRIP method compared to the sputtering method. In the sputtering method, only the radiant heat from the plasma generated by the magnetron discharge exists on the film formation surface side of the substrate, whereas in the ADRIP method, the radiant heat from the plasma and the radiant heat from the evaporation source exist. This is because there is a large temperature difference between the spaces on both sides of the wall, and it is difficult to maintain an equilibrium state with normal temperature control.

図11は、ADRIP法に用いられる成膜装置の真空容器内で発生する輻射熱を説明する図である。図示するように、成膜装置では、基板3を支持する基板サセプタ2の上部に、輻射熱により基板3を加熱するヒーター1が配置されるとともに、基板3の下側にプラズマ源や蒸発源等の輻射熱源5が配置され、基板3と輻射熱源5との間に基板シャッター4が配置されている。ヒーター1及び輻射熱源5からは、図11(a)中矢印で示すように、輻射熱h1、h5が基板3に向かって放射され、ヒーター1によって加熱された基板3からも輻射熱h3が発生する。基板シャッター4は、基板3からの輻射熱h3を受けて、基板3側に向かう再輻射熱h41が照射されるとともに、輻射熱源5から放射された輻射熱h5を受けて輻射熱源5に向かう再輻射熱h42が照射される。   FIG. 11 is a diagram for explaining radiant heat generated in the vacuum container of the film forming apparatus used in the ADRIP method. As shown in the figure, in the film forming apparatus, a heater 1 for heating the substrate 3 by radiant heat is disposed above the substrate susceptor 2 that supports the substrate 3, and a plasma source, an evaporation source, and the like are disposed below the substrate 3. A radiant heat source 5 is disposed, and a substrate shutter 4 is disposed between the substrate 3 and the radiant heat source 5. From the heater 1 and the radiant heat source 5, as indicated by arrows in FIG. 11A, radiant heat h1 and h5 are radiated toward the substrate 3, and radiant heat h3 is also generated from the substrate 3 heated by the heater 1. The substrate shutter 4 receives the radiant heat h3 from the substrate 3 and is irradiated with the re-radiant heat h41 toward the substrate 3, and receives the radiant heat h5 radiated from the radiant heat source 5 and receives the re-radiant heat h42 toward the radiant heat source 5. Irradiated.

ここで基板シャッター4からの放熱は、基板3からの輻射熱および輻射熱源5からの輻射熱に比べて小さいため、これらを合成した結果は、図11(b)に示すように、基板シャッター4からは殆ど輻射熱が発生していないのと同じ状態になる。このため、基板シャッター4を開いた直後の輻射熱源5からの輻射熱の流入に対して、ヒーター1の制御が間に合わず、基板温度の変動を招いていると考えられる。   Here, since the heat radiation from the substrate shutter 4 is smaller than the radiant heat from the substrate 3 and the radiant heat from the radiant heat source 5, the result of combining these is as shown in FIG. It becomes the same state that almost no radiant heat is generated. For this reason, it is considered that the control of the heater 1 is not in time for the inflow of radiant heat from the radiant heat source 5 immediately after the substrate shutter 4 is opened, causing the substrate temperature to fluctuate.

この基板温度の変動により、成膜初期の温度が設定温度より瞬間的に高くなり、PZT膜の初期核形成に影響を及ぼす。その結果、初期核の形成の仕方が成膜バッチ毎に揺らぎ、再現性が低下する。また、ADRIP法では、最適条件を決定するためのチューニングが必要となるが、このチューニングに用いる標準的な厚み(約500μm)の基板とSOI基板のような貼り合せ基板や200μm以下の極薄基板とでは、基板の厚み、積層構造の違いによる熱伝導率(熱抵抗)の差に起因して、熱平衡に達するまでの時間が異なる。このため、異なる基板を同時に成膜する場合、シャッターオープン直後の基板表面温度に差が生じ、同じ組成、結晶構造の膜を作製することが困難となる。その結果、基板ごとに条件のチューニングが必要となり、プロセス確立が煩雑になる。   Due to the fluctuation of the substrate temperature, the initial temperature of the film formation becomes instantaneously higher than the set temperature, which affects the initial nucleation of the PZT film. As a result, the method of forming the initial nucleus fluctuates for each film forming batch, and the reproducibility is lowered. In addition, the ADRIP method requires tuning to determine the optimum conditions. A standard thickness (about 500 μm) substrate used for this tuning and a bonded substrate such as an SOI substrate or an ultrathin substrate of 200 μm or less are used. In this case, the time required to reach thermal equilibrium differs due to the difference in thermal conductivity (thermal resistance) due to the thickness of the substrate and the laminated structure. For this reason, when different substrates are formed simultaneously, a difference occurs in the substrate surface temperature immediately after the shutter is opened, making it difficult to produce films having the same composition and crystal structure. As a result, conditions need to be tuned for each substrate, and the process establishment becomes complicated.

本発明は上記課題を解決し、基板の温度変動を抑制し、高品質の膜を再現性よく成膜することのできる成膜装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a film forming apparatus capable of suppressing a temperature variation of a substrate and forming a high quality film with high reproducibility.

上記目的を達成するために、本発明は、基板と輻射熱源とを隔てるシャッターの材料として、輻射熱源からの熱を基板側に放射する高放射率材料を採用し、シャッターの閉状態において、輻射熱源からの熱を含む環境で基板の熱的平衡状態を実現する。   In order to achieve the above object, the present invention employs a high emissivity material that radiates heat from the radiant heat source to the substrate side as a material for the shutter that separates the substrate and the radiant heat source. A thermal equilibrium state of the substrate is realized in an environment including heat from the source.

すなわち、本発明の成膜装置は、成膜容器と、基板を保持する基板保持部と、基板と対向する位置に配置された成膜源と、基板保持部と成膜源との間に配置された開閉可能なシャッターとを有し、シャッターは、プラズマ源および成膜源から発生される熱を基板側に放射する材料からなることを特徴とする。   That is, the film forming apparatus of the present invention is arranged between a film forming container, a substrate holding part for holding a substrate, a film forming source disposed at a position facing the substrate, and the substrate holding part and the film forming source. The shutter is made of a material that radiates heat generated from the plasma source and the film formation source to the substrate side.

本発明の成膜装置は、基板と成膜源との間の空間にプラズマを生成するプラズマ源を備えたものであってもよく、その場合、シャッターは基板とプラズマ源との間に配置される。   The film forming apparatus of the present invention may be provided with a plasma source that generates plasma in a space between the substrate and the film forming source. In that case, the shutter is disposed between the substrate and the plasma source. The

シャッターの材料は、好ましくは、成膜温度における放射率が0.70以上であり、ジルコンおよび酸化モリブデンから選ばれる金属酸化物からなる。 The shutter material is preferably made of a metal oxide having an emissivity of 0.70 or more at the film forming temperature and selected from zircon and molybdenum oxide.

本発明の成膜装置において、好ましくは、基板保持部は、基板を加熱する加熱手段と、基板の温度を検出する温度センサと、温度センサが検出した温度により加熱手段をフィードバック制御する制御手段を備える。   In the film forming apparatus of the present invention, preferably, the substrate holding unit includes a heating unit that heats the substrate, a temperature sensor that detects the temperature of the substrate, and a control unit that feedback-controls the heating unit based on the temperature detected by the temperature sensor. Prepare.

本発明によれば、シャッターを閉じた状態で、成膜源やプラズマ源等の輻射熱源からの熱を含む環境で基板の熱的平衡状態を実現することができるので、シャッターを開いた瞬間の基板温度の変動を抑制できる。   According to the present invention, the thermal equilibrium state of the substrate can be realized in an environment including heat from a radiant heat source such as a film forming source or a plasma source with the shutter closed, so that the moment when the shutter is opened The fluctuation of the substrate temperature can be suppressed.

上記本発明の効果を図11と対比される図1により説明する。図1において、図11と同じ要素は同じ符号で示す。   The effect of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1, the same elements as those in FIG.

図1(a)に示すように、ヒーター1からは輻射熱h1が基板3に放射され、シャッター4の下側にある輻射熱源5からは輻射熱h5がシャッター4側に放射される。ヒーター1により加熱された基板3からも輻射熱h3が放射されている。シャッター4は、基板3からの輻射熱h3と輻射熱源5からの輻射熱h5を受けて加熱される。ここでシャッター4は、高放射性材料からなるので、加熱されたシャッター4の熱は、基板側と輻射熱側にそれぞれ再輻射熱h43、h44として放射され、この再輻射熱h43は、基板3からの輻射熱h3よりも大きいものとなる。   As shown in FIG. 1A, radiant heat h 1 is radiated from the heater 1 to the substrate 3, and radiant heat h 5 is radiated from the radiant heat source 5 below the shutter 4 to the shutter 4 side. Radiant heat h3 is also radiated from the substrate 3 heated by the heater 1. The shutter 4 is heated by receiving the radiant heat h3 from the substrate 3 and the radiant heat h5 from the radiant heat source 5. Here, since the shutter 4 is made of a highly radioactive material, the heat of the heated shutter 4 is radiated as re-radiant heat h43 and h44 to the substrate side and the radiant heat side, respectively. The re-radiant heat h43 is radiated heat h3 from the substrate 3. Will be bigger.

従って、各要素から放射される輻射熱の合計は、図1(b)に示すように、シャッター4から基板3に向かう輻射熱が生じている状態となる。つまりシャッター4が閉状態において、基板3はシャッター開状態のときとほぼ同様の熱的平衡が実現される。   Therefore, the total radiant heat radiated from each element is in a state where radiant heat from the shutter 4 toward the substrate 3 is generated as shown in FIG. That is, when the shutter 4 is in the closed state, the substrate 3 achieves substantially the same thermal equilibrium as in the shutter open state.

(a)および(b)は、本発明による成膜装置における輻射熱の状態を説明する図。(A) And (b) is a figure explaining the state of the radiant heat in the film-forming apparatus by this invention. 本発明の成膜装置の一実施形態の概要を示す図。The figure which shows the outline | summary of one Embodiment of the film-forming apparatus of this invention. 図1の成膜装置の基板サセプタの詳細を示す説明図。FIG. 2 is an explanatory view showing details of a substrate susceptor of the film forming apparatus of FIG. 1. 図1の成膜装置の基板シャッターの詳細を示す図で、(a)は各要素を示す斜視図、(b)は側断面図。It is a figure which shows the detail of the substrate shutter of the film-forming apparatus of FIG. 1, (a) is a perspective view which shows each element, (b) is a sectional side view. 実施例1および比較例1において測定した、基板シャッターの開前後の基板温度の変化を示すグラフ。The graph which shows the change of the substrate temperature before and behind opening of a substrate shutter measured in Example 1 and Comparative Example 1. FIG. 実施例1の10回の成膜で得られたPZT膜の誘電率のばらつきを示すグラフ。3 is a graph showing variation in dielectric constant of a PZT film obtained by ten film formations in Example 1. 実施例1の10回の成膜で得られたPZT膜の誘電損失(tanδ)のばらつきを示すグラフ。3 is a graph showing variations in dielectric loss (tan δ) of a PZT film obtained by ten film formations in Example 1. FIG. 実施例1の10回の成膜で得られたPZT膜の組成xのばらつきを示すグラフ。6 is a graph showing variations in the composition x of the PZT film obtained by ten film formations in Example 1. 実施例2において異なる種類の基板上に成膜した膜のX線回折像を示すグラフ。6 is a graph showing X-ray diffraction images of films formed on different types of substrates in Example 2. FIG. 比較例2において異なる種類の基板上に成膜した膜のX線回折像を示すグラフ。The graph which shows the X-ray-diffraction image of the film | membrane formed into a film on the different kind of board | substrate in the comparative example 2. FIG. 従来の成膜装置における輻射熱の状態を説明する図。The figure explaining the state of the radiant heat in the conventional film-forming apparatus.

以下、本発明の成膜装置の実施形態について図面を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of the film forming apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.

図2は、本発明の成膜装置の一実施形態を示す図である。この成膜装置は、アーク放電プラズマ型イオンプレーティング装置であり、図示しない真空ポンプに接続された真空容器10と、真空容器10内にプラズマを発生させるためのプラズマガン50とを備えている。   FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of the film forming apparatus of the present invention. This film forming apparatus is an arc discharge plasma type ion plating apparatus, and includes a vacuum vessel 10 connected to a vacuum pump (not shown) and a plasma gun 50 for generating plasma in the vacuum vessel 10.

真空容器10内には、成膜すべき基板11を支持する基板サセプタ13が配置されている。基板サセプタ13には、図3に示すように、一方の面に基板11を保持するための基板押さえ16を備えるとともに、基板11が配置される面と反対側に基板11を加熱するためのヒーター12が設置されている。また基板サセプタ13には、熱電対等の温度センサ14が配置されている。ヒーター12および温度センサ14には、フィードバック制御回路15が接続されている。フィードバック制御回路15は、温度センサ12の出力信号をとりこんで、それに応じてヒーター12に供給する電流値を制御し、基板サセプタ13の温度を所定温度に制御する。   A substrate susceptor 13 that supports a substrate 11 to be deposited is disposed in the vacuum vessel 10. As shown in FIG. 3, the substrate susceptor 13 includes a substrate holder 16 for holding the substrate 11 on one surface, and a heater for heating the substrate 11 on the side opposite to the surface on which the substrate 11 is disposed. 12 are installed. The substrate susceptor 13 is provided with a temperature sensor 14 such as a thermocouple. A feedback control circuit 15 is connected to the heater 12 and the temperature sensor 14. The feedback control circuit 15 takes in the output signal of the temperature sensor 12, controls the current value supplied to the heater 12 accordingly, and controls the temperature of the substrate susceptor 13 to a predetermined temperature.

真空容器10内の基板11に対向する位置には、複数の蒸発源30が配置される。蒸発源30は、成膜すべき薄膜の組成に応じて種々の金属や金属酸化物が用いられる。図2には図示していないが、真空容器10内には、蒸発源30に電子ビームを照射する電子ビーム源(EBガン)が備えられている。   A plurality of evaporation sources 30 are arranged at positions facing the substrate 11 in the vacuum vessel 10. As the evaporation source 30, various metals and metal oxides are used depending on the composition of the thin film to be formed. Although not shown in FIG. 2, an electron beam source (EB gun) that irradiates the evaporation source 30 with an electron beam is provided in the vacuum vessel 10.

また真空容器10には、基板11と蒸発源30との間の空間に反応ガスを供給するための反応ガス供給管17が配置されている。また、蒸発源30と基板11との間には、成膜開始までの間、蒸発源30の蒸気が基板11に到達するのを遮るための基板シャッター20が配置されている。本発明の成膜装置は、この基板シャッター20の材質に特徴がある。基板シャッター20については、後に詳述する。   The vacuum vessel 10 is also provided with a reaction gas supply pipe 17 for supplying a reaction gas to the space between the substrate 11 and the evaporation source 30. A substrate shutter 20 is disposed between the evaporation source 30 and the substrate 11 to block the vapor from the evaporation source 30 from reaching the substrate 11 until the start of film formation. The film forming apparatus of the present invention is characterized by the material of the substrate shutter 20. The substrate shutter 20 will be described in detail later.

プラズマガン50は、真空容器10の、基板シャッター20より下側に、設置され、真空容器10にHe、Ar等不活性ガスのプラズマを送り出す。プラズマガン50の構成は特に限定されないが、本実施の形態では、電子流を反射させる反射型でかつ圧力勾配型のプラズマガンが用いられている。この種のプラズマガンは、筒状のプラズマガン容器51に、陰極53、中間電極55、陽極57を順に配置した構造を有し、陰極53には放電ガスの導入口59が備えられている。なお図では、一つの中間電極55を示しているが、中間電極は複数であってもよい。   The plasma gun 50 is installed below the substrate shutter 20 in the vacuum vessel 10 and sends out a plasma of an inert gas such as He or Ar to the vacuum vessel 10. The configuration of the plasma gun 50 is not particularly limited, but in the present embodiment, a reflective and pressure gradient type plasma gun that reflects an electron flow is used. This type of plasma gun has a structure in which a cathode 53, an intermediate electrode 55, and an anode 57 are arranged in this order in a cylindrical plasma gun container 51. The cathode 53 is provided with a discharge gas inlet 59. In the figure, one intermediate electrode 55 is shown, but a plurality of intermediate electrodes may be provided.

中間電極55は、中央に所定の径の貫通孔を有しており、この貫通孔によってプラズマガン容器51の圧力を真空容器10よりも陽圧に維持し、圧力勾配を形成する。中間電極55には、生じたプラズマを収束させて貫通孔を通過させるための磁場を発生する永久磁石または電磁石が必要に応じて内蔵されている。   The intermediate electrode 55 has a through-hole having a predetermined diameter in the center, and the pressure of the plasma gun container 51 is maintained at a positive pressure as compared with the vacuum container 10 by this through-hole, thereby forming a pressure gradient. In the intermediate electrode 55, a permanent magnet or an electromagnet that generates a magnetic field for converging the generated plasma and passing through the through hole is incorporated as necessary.

陰極51から適切な流量の放電ガスを流して、直流電源52により陰極53と陽極57間に電圧を印加することにより、陰極53と陽極57間及び真空容器10内に直流アーク放電プラズマを発生させることができる。   By flowing a discharge gas at an appropriate flow rate from the cathode 51 and applying a voltage between the cathode 53 and the anode 57 by a DC power source 52, a DC arc discharge plasma is generated between the cathode 53 and the anode 57 and in the vacuum vessel 10. be able to.

次に、本発明の特徴である基板シャッター20について説明する。本発明の成膜装置は、この基板シャッター20を、輻射熱を高い割合で放射できる物質(以下、高放射率材料)で構成したことを特徴としている。高放射率材料としては、放射率ε0.70以上の物質が好ましく、特に成膜温度(例えば500℃〜700℃)において熱を放射しやすい放射率ε0.70以上の物質が好ましい。このような高放射率材料として、具体的には、ジルコン(ZrO2・SiO2、ε=0.92〜0.8)、酸化モリブデン(ε=0.8)、カーボングラファイト(ε=0.85)、酸化チタン(ε=0.8)等が挙げられ、特にε=0.8〜0.9のジルコンおよび酸化モリブデンから選ばれる金属酸化物が用いられる。これら金属酸化物からなる高放射率材料は、熱放射性が高いとともに、蒸発材料が付着した場合にも、洗浄することにより除去することが可能であり、取り扱い性に優れる。 Next, the substrate shutter 20 that is a feature of the present invention will be described. The film forming apparatus of the present invention is characterized in that the substrate shutter 20 is made of a substance that can radiate radiant heat at a high rate (hereinafter, a high emissivity material). As the high emissivity material, a substance having an emissivity of ε0.70 or more is preferable, and in particular, a substance having an emissivity of ε0.70 or more that easily radiates heat at a film forming temperature (for example, 500 ° C. to 700 ° C.) is preferable. Such high emissivity material, specifically, zircon (ZrO 2 · SiO 2, ε = 0.92~0.8), acid molybdenum (epsilon = 0.8), carbon graphite (epsilon = 0 .85), titanium oxide (ε = 0.8), and the like, and in particular, metal oxides selected from zircon and molybdenum oxide having ε = 0.8 to 0.9 are used. High emissivity materials made of these metal oxides have high thermal emissivity and can be removed by washing even when an evaporation material adheres, and are excellent in handleability.

基板シャッター20は、全体を上述した高放射率材料で構成することも可能であるが、高い熱伝導性の支持体に、基板11に対向する領域に高放射率材料からなるシャッターを取り付けたものを用いてもよい。高い熱伝導性の支持体としては、アルミニウム合金やSUS304等の板状のものを使用することができる。   The substrate shutter 20 can be entirely composed of the above-described high emissivity material, but is a high thermal conductivity support with a shutter made of a high emissivity material attached to a region facing the substrate 11. May be used. As the highly heat-conductive support, a plate-like material such as an aluminum alloy or SUS304 can be used.

また基板シャッター20の構造としては、図4(a)、(b)に示すように、SUS等の金属製の枠21に、高放射率材料からなるシャッター板22を着脱自在に固定した構造を採用することが好ましい。シャッター板22は、蒸発材料が付着することにより熱放射率が低下する可能性があるが、通常のメンテナンスサイクル(3バッチ毎)では、成膜するPZT膜の厚みは数十μm程度であり、熱放射率が低下するほどの付着はない。またシャッター板を交換可能な構造とすることにより、メンテナンスサイクル時にシャッター板22のみを洗浄済みシャッター板と交換することができるので、蒸発物の付着による熱放射率の低下を確実に防止できる。   As shown in FIGS. 4A and 4B, the substrate shutter 20 has a structure in which a shutter plate 22 made of a high emissivity material is detachably fixed to a metal frame 21 such as SUS. It is preferable to adopt. The shutter plate 22 has a possibility that the thermal emissivity may decrease due to the adhering evaporation material, but in the normal maintenance cycle (every 3 batches), the thickness of the PZT film to be formed is about several tens of μm. There is not enough adhesion to reduce the thermal emissivity. In addition, since the shutter plate can be replaced, only the shutter plate 22 can be replaced with a cleaned shutter plate during a maintenance cycle, so that it is possible to reliably prevent a decrease in thermal emissivity due to adhering evaporant.

シャッター板22の厚みは、通常1〜2mmとする。厚すぎると自重により垂れ下がり基板シャッター20の可動性が悪化する等の問題や熱容量が大きくなり熱遮断となる虞があるからである。   The thickness of the shutter plate 22 is usually 1 to 2 mm. This is because if it is too thick, it may hang down due to its own weight and the mobility of the substrate shutter 20 may be deteriorated, or the heat capacity may be increased and the heat may be cut off.

本実施形態の成膜装置を用いて成膜を行う手順について具体的に説明する。   A procedure for forming a film using the film forming apparatus of this embodiment will be specifically described.

1以上の基板11を基板サセプタ13にセットする。複数の基板11をセットする場合、同種のものでもよいし、厚みや種類が異なっていてもよい。蒸発源30として、所望の1以上の蒸発源をセットする。真空容器10およびプラズマガン容器51を所定の真空度まで排気する。反応ガス供給管17から所定の反応ガス(例えば酸素)を供給する。   One or more substrates 11 are set on the substrate susceptor 13. When a plurality of substrates 11 are set, the same type may be used, or the thickness and type may be different. As the evaporation source 30, one or more desired evaporation sources are set. The vacuum vessel 10 and the plasma gun vessel 51 are evacuated to a predetermined degree of vacuum. A predetermined reaction gas (for example, oxygen) is supplied from the reaction gas supply pipe 17.

基板シャッター20を閉じた状態で、プラズマガン50からアーク放電プラズマを生じさせ、真空容器10にプラズマを引き出す。蒸発源30に不図示のEBガンから電子ビームを照射し、蒸発源30をそれぞれ加熱する。   An arc discharge plasma is generated from the plasma gun 50 with the substrate shutter 20 closed, and the plasma is drawn out to the vacuum vessel 10. The evaporation source 30 is irradiated with an electron beam from an EB gun (not shown) to heat the evaporation sources 30 respectively.

制御回路15を動作させ、基板11を裏面側からヒーター12で加熱し、設定温度となるように制御する。ここで、基板シャッター20は高放射率材料から構成されているため、蒸発源30からの熱が基板シャッター20を通して基板11に放射され、基板11を加熱する。制御回路15は、ヒーター12からの熱と、基板シャッター20により再放射された蒸発源30から熱との合計の熱で加熱された基板11の温度が設定温度となるようにヒーター12を制御する。従って、材質や構造の異なる複数種類の基板11をセットしても成膜開始時には全て熱的平衡に達して、同一の基板表面温度にすることができる。   The control circuit 15 is operated, and the substrate 11 is heated from the back side by the heater 12 and controlled so as to reach the set temperature. Here, since the substrate shutter 20 is made of a high emissivity material, heat from the evaporation source 30 is radiated to the substrate 11 through the substrate shutter 20 to heat the substrate 11. The control circuit 15 controls the heater 12 so that the temperature of the substrate 11 heated by the sum of the heat from the heater 12 and the heat from the evaporation source 30 re-radiated by the substrate shutter 20 becomes the set temperature. . Therefore, even when a plurality of types of substrates 11 having different materials and structures are set, all of them reach thermal equilibrium at the start of film formation, and the same substrate surface temperature can be obtained.

プラズマの生成および蒸発源30からの蒸発量が安定し、かつ、フィードバック制御により基板11の温度が設定温度で熱平衡に達したならば、基板シャッター20を開き、成膜を開始する。蒸発源30からの蒸気は、放電ガス(例えばヘリウム)および反応ガス(例えば酸素)の混合プラズマを通過して、所定の反応を生じながら設定温度の基板11上に堆積する。   When the plasma generation and the evaporation amount from the evaporation source 30 are stabilized and the temperature of the substrate 11 reaches thermal equilibrium at the set temperature by feedback control, the substrate shutter 20 is opened and film formation is started. The vapor from the evaporation source 30 passes through a mixed plasma of a discharge gas (for example, helium) and a reaction gas (for example, oxygen), and is deposited on the substrate 11 at a set temperature while causing a predetermined reaction.

基板シャッター20を開いた後は、蒸発源とプラズマ源からの熱量が直接基板に入射するが、既に基板温度は、これらからの輻射熱を加味した制御によって熱平衡状態になっているので、シャッターを開いた瞬間でも、基板11の温度は殆ど影響を受けない。   After opening the substrate shutter 20, the amount of heat from the evaporation source and the plasma source is directly incident on the substrate, but the substrate temperature is already in a thermal equilibrium state by taking into account the radiation heat from these, so the shutter is opened. Even at the moment, the temperature of the substrate 11 is hardly affected.

このように成膜開始時の基板温度変動を抑制できるので、基板11に蒸発源30からの蒸気が堆積する成膜初期の核形成を安定化することができる。しかも、基板の温度変動が生じないため、毎回同じ成長条件で成膜できる。これにより、例えば、強誘電体膜を成膜する場合において、成膜再現性が向上するとともに、初期核の乱れに起因する欠陥の発生を抑制できる。基板11への膜の密着力の低下も抑制することができる。   Thus, since the substrate temperature fluctuation at the start of film formation can be suppressed, nucleation at the initial stage of film formation in which vapor from the evaporation source 30 is deposited on the substrate 11 can be stabilized. In addition, since the substrate temperature does not change, the film can be formed under the same growth conditions every time. Thereby, for example, in the case of forming a ferroelectric film, the film formation reproducibility is improved and the occurrence of defects due to the disturbance of the initial nucleus can be suppressed. A decrease in the adhesion of the film to the substrate 11 can also be suppressed.

また、従来の成膜装置では、基板サイズが大きくなると、膜厚や膜特性に分布が生じることがしばしばあった。これは、図3に示すように、基板11中央と、基板を設置している基板押さえ16近傍とでは放熱に差があることに起因するが、本実施形態の成膜装置は、サセプタ13側のヒーターだけでなく、基板シャッターを介した蒸発源からの熱の合計量についてフィードバック制御し、熱平衡状態に達するようにしているので、基板サイズに依らず、例えば大口径のウェハ(8インチ)でも良好な圧電特性を示すPZT膜等の強誘電体膜を形成することが可能となる。   Further, in the conventional film forming apparatus, when the substrate size is increased, the film thickness and film characteristics are often distributed. This is because, as shown in FIG. 3, there is a difference in heat dissipation between the center of the substrate 11 and the vicinity of the substrate presser 16 where the substrate is installed, but the film forming apparatus of this embodiment has the susceptor 13 side. The total amount of heat from the evaporation source via the substrate shutter as well as the heater of the substrate is feedback controlled to reach a thermal equilibrium state. Therefore, even for a large-diameter wafer (8 inches), for example, regardless of the substrate size. It becomes possible to form a ferroelectric film such as a PZT film showing good piezoelectric characteristics.

上記実施形態では、アーク放電イオンプレーティング装置について説明したが、この装置に限らず、基板シャッター20で基板11と隔てられた空間に、輻射熱の熱源が存在する装置、例えば蒸着装置やスパッタリング装置のような物理蒸着装置についても、同様に本実施形態の基板シャッター20の構造を適用することができる。   In the above embodiment, the arc discharge ion plating apparatus has been described. However, the present invention is not limited to this apparatus, and an apparatus in which a heat source of radiant heat exists in a space separated from the substrate 11 by the substrate shutter 20, for example, a vapor deposition apparatus or a sputtering apparatus. The structure of the substrate shutter 20 of the present embodiment can be similarly applied to such a physical vapor deposition apparatus.

上述してきたように本発明によれば、成膜開始前後(基板シャッター開閉後)に、基体温度変動を抑えることができるとともに、高品質の膜が得られるため、原料の利用効率を高めることができ、安全性、対環境性に優れた強誘電体薄膜の製造に適している。例えばPZT膜を圧電薄膜して用いて駆動するMEMS光スキャナや、インクジェットプリンタヘッドを製造することができる。   As described above, according to the present invention, the substrate temperature fluctuation can be suppressed before and after the start of film formation (after opening and closing the substrate shutter), and a high-quality film can be obtained. It is suitable for the production of ferroelectric thin films that are safe and environmentally friendly. For example, a MEMS optical scanner or an ink jet printer head that is driven by using a PZT film as a piezoelectric thin film can be manufactured.

<実施例1、比較例1>
<基板温度の変化>
図2に示すような、中間電極(3つ)を持ったプラズマガン50が取り付けられている反射型圧力勾配型アーク放電イオンプレーティング装置を用いて、ペロブスカイト型酸化物で強誘電体および圧電体の特性を示すチタン酸ジルコン酸鉛PZT(Pb(ZrxTi1-x)O3)薄膜の形成を実施した。その際、反応開始前から開始後までの基板温度を、熱電対によりモニターした。
イオンプレーティング装置の基板シャッターとして、実施例1では、放射率ε=0.8〜0.9のジルコン(板厚1mm)を、比較例1では、放射率ε=0.4のSUS304の銀色粗面板(板厚1mm)を用いた。それ以外の条件および成膜方法は、以下述べるように実施例1および比較例1で同様とした。
<Example 1, comparative example 1>
<Changes in substrate temperature>
Using a reflective pressure gradient arc discharge ion plating apparatus to which a plasma gun 50 having intermediate electrodes (three) is attached as shown in FIG. A lead zirconate titanate PZT (Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 ) thin film having the characteristics described above was formed. At that time, the substrate temperature from the start to the end of the reaction was monitored by a thermocouple.
As the substrate shutter of the ion plating apparatus, in Example 1, zircon (plate thickness: 1 mm) having an emissivity ε = 0.8 to 0.9 is used, and in Comparative Example 1, SUS304 silver having an emissivity ε = 0.4. A rough surface plate (plate thickness 1 mm) was used. Other conditions and film forming methods were the same as in Example 1 and Comparative Example 1 as described below.

基板11は、(100)面Siウェハ上にSiO2/Ti/Ptの順に各構成材料を堆積したものを用い、蒸発源30の材料として、Pb、Zr、Tiの各金属を用いた。   The substrate 11 was formed by depositing constituent materials in the order of SiO 2 / Ti / Pt on a (100) plane Si wafer, and Pb, Zr, and Ti metals were used as the material of the evaporation source 30.

まず、圧力勾配型アーク放電プラズマガン50に、キャリアガスとして100sccmのHeガスを導入し、直流バイアス電圧を印加することにより、アーク放電を発生させた。放電電圧は120V、放電電流は70Aで制御した。このアーク放電で生成した高密度プラズマ(プラズマ密度1012cm3以上)を、プラズマ制御用の磁場発生源によって生じた300ガウス程度の磁場によって真空容器内に導いた。 First, 100 sccm of He gas was introduced into the pressure gradient arc discharge plasma gun 50 as a carrier gas, and a DC bias voltage was applied to generate arc discharge. The discharge voltage was controlled at 120V and the discharge current at 70A. High-density plasma (plasma density of 10 12 cm 3 or more) generated by this arc discharge was introduced into the vacuum vessel by a magnetic field of about 300 gauss generated by a magnetic field generation source for plasma control.

この状態で、ガス導入管よりO2ガスを反応ガスとして250sccm導入することにより、真空容器内に高密度の酸素プラズマ及び酸素ラジカルを生成した。 In this state, high-density oxygen plasma and oxygen radicals were generated in the vacuum vessel by introducing 250 sccm of O 2 gas as a reaction gas from the gas introduction tube.

一方、基板シャッター20を閉じた状態で、基板11をヒーター12により550℃程度に加熱するとともに、上記のHeとO2の混合プラズマの存在下で、蒸発源30を電子ビーム加熱により各々独立に蒸発させた。各金属の蒸発量は、水晶振動式膜厚センサによってモニターし、電子ビーム加熱源の出力をフィードバック制御することにより、蒸発量が一定量となるように制御した。具体的には、Pb蒸発量がZrとTiの蒸発量の合計に対して10〜20倍の範囲になるように、かつZrとTiの蒸発量がほぼ同等になるように、蒸発源の出力を制御した。これにより、PZT膜の膜組成がx=0.5、すなわちPb(Zr0.5Ti0.5)O3となるように調整した。 On the other hand, while the substrate shutter 20 is closed, the substrate 11 is heated to about 550 ° C. by the heater 12, and the evaporation source 30 is independently heated by electron beam heating in the presence of the above mixed plasma of He and O 2. Evaporated. The evaporation amount of each metal was monitored by a quartz vibration type film thickness sensor, and the output of the electron beam heating source was feedback-controlled to control the evaporation amount to be a constant amount. Specifically, the output of the evaporation source so that the Pb evaporation amount is in the range of 10 to 20 times the total evaporation amount of Zr and Ti, and the evaporation amount of Zr and Ti is substantially equal. Controlled. Thus, the film composition of the PZT film was adjusted to x = 0.5, that is, Pb (Zr 0.5 Ti 0.5 ) O 3 .

この状態で約20分経過した後、基板シャッターを開き、各原料金属蒸気と混合プラズマ中の酸素ラジカルとを反応したものを基板11上に堆積させ、基板上への成膜を開始した。成膜時の圧力は0.1Pa、成膜速度は1nm/s以上とし、約60分成膜を行い、最終的に膜厚4μmのPZT膜を形成した。   After about 20 minutes had passed in this state, the substrate shutter was opened, and the reaction of each raw metal vapor and oxygen radicals in the mixed plasma was deposited on the substrate 11 to start film formation on the substrate. The pressure during film formation was 0.1 Pa, the film formation rate was 1 nm / s or more, and film formation was performed for about 60 minutes. Finally, a PZT film having a film thickness of 4 μm was formed.

基板シャッターを開く20分前から成膜終了までの基板温度の変化を図5に示す(図中、実施例1の結果を白丸で、比較例1の結果を黒丸で示した)。実施例1および比較例1との比較からわかるように、熱放射性の低い材料を用いた比較例1では、基板シャッターを開いた後、基板温度が一時的に約100℃も上昇したのに対し、実施例1では、基板シャッター前後で殆ど基板温度に変化がなかった。これは、比較例1では、基板シャッターの閉状態では蒸発源からの熱が遮断されており、基板は専らヒーターからの熱で550℃という温度が保たれているため、基板シャッターを開状態にすると蒸発源からの熱によって基板がさらに加熱されて温度が上がるのに対し、実施例では基板シャッターとして高熱放射性材料を用いているため、基板シャッター閉状態においても蒸発源からの熱とヒーターからの熱との合計で基板温度が保たれているので、基板シャッター開閉前後で急激な温度変化を生じないためである。このように実施例1によれば、基板シャッター開閉前後で温度変化がなく、安定した核形成が可能であることが確認された。   Changes in the substrate temperature from 20 minutes before opening the substrate shutter to the end of film formation are shown in FIG. 5 (in the figure, the results of Example 1 are indicated by white circles and the results of Comparative Example 1 are indicated by black circles). As can be seen from the comparison with Example 1 and Comparative Example 1, in Comparative Example 1 using a material having low thermal radiation, the substrate temperature temporarily increased by about 100 ° C. after the substrate shutter was opened. In Example 1, the substrate temperature hardly changed before and after the substrate shutter. In Comparative Example 1, the heat from the evaporation source is cut off when the substrate shutter is closed, and the substrate is kept at a temperature of 550 ° C. exclusively by the heat from the heater. Then, the substrate is further heated by the heat from the evaporation source, and the temperature rises. In contrast, in the embodiment, a high thermal radiation material is used as the substrate shutter. This is because the substrate temperature is maintained in total with heat, so that a rapid temperature change does not occur before and after the substrate shutter is opened and closed. Thus, according to Example 1, it was confirmed that there was no temperature change before and after the opening and closing of the substrate shutter, and stable nucleation was possible.

<再現性の確認>
実施例1および比較例1の成膜方法により、それぞれPZT膜を10回成膜し、各回で得られたPZT膜の組成および特性(誘電率および誘電損失)の再現性を確認した。なお、目標とするPZT膜の組成はPb(Zr0.5Ti0.5)O3、目標とする誘電率および誘電損失は、それぞれ1050、3.00%である。
<Confirmation of reproducibility>
Each of the PZT films was formed ten times by the film forming method of Example 1 and Comparative Example 1, and the reproducibility of the composition and characteristics (dielectric constant and dielectric loss) of the PZT film obtained each time was confirmed. The composition of the target PZT film is Pb (Zr 0.5 Ti 0.5 ) O 3 , and the target dielectric constant and dielectric loss are 1050 and 3.00%, respectively.

得られたPZT膜の組成は、EDX分析により計測した。また特性は、誘電率および誘電損失をそれぞれ測定した。さらに得られたPXT膜の結晶相をX線回折像で解析した。   The composition of the obtained PZT film was measured by EDX analysis. The characteristics were measured for dielectric constant and dielectric loss. Furthermore, the crystal phase of the obtained PXT film was analyzed with an X-ray diffraction image.

誘電率の再現性の違いを図6に示す。低放射性基板シャッターを用いた比較例1の方法でPZTを成膜した結果、目標誘電率1050に対し、10回の成膜で誘電率が500〜1100の範囲にばらつき、ロッド間のばらつき率は30%以上であった。一方、実施例1のPZT膜は、10回の成膜で誘電率は1000〜1100の範囲に入り、ロッド間ばらつき率は、5%以内に抑制できた。   The difference in the reproducibility of the dielectric constant is shown in FIG. As a result of forming a PZT film by the method of Comparative Example 1 using a low radioactive substrate shutter, the dielectric constant varies within a range of 500 to 1100 after 10 film formations with respect to the target dielectric constant 1050, and the variation rate between the rods is It was 30% or more. On the other hand, the PZT film of Example 1 had a dielectric constant in the range of 1000 to 1100 after 10 depositions, and the variation rate between rods could be suppressed to within 5%.

また、誘電損失(tanδ)のロッド間ばらつきを図7に示す。比較例1の成膜方法では、目標誘電損失3.00%に対し、tanδ=3.30%〜8.30%の範囲にばらつき、10回の成膜ロッド間のばらつき率40%以上であった。一方、実施例1では、tanδ=2.95%〜3.15%の範囲に入り、10回の成膜ロッド間ばらつき率は、5%以内に抑制できた。   In addition, FIG. 7 shows variation in dielectric loss (tan δ) between rods. In the film forming method of Comparative Example 1, the variation in the range of tan δ = 3.30% to 8.30% with respect to the target dielectric loss of 3.00% was 10% or more, and the variation rate between the 10 film forming rods was 40% or more. It was. On the other hand, in Example 1, it was in the range of tan δ = 2.95% to 3.15%, and the variation rate between the ten film forming rods could be suppressed within 5%.

また、組成のばらつきを図8に示す。PZTの組成をx=0.5、すなわちPb(Zr0.5Ti0.5)O3を目標にした場合、比較例1では、x=0.33〜0.75と、35%以上のばらつきが生じた。一方、実施例1ではx=0.48〜0.52と、5%以内に組成を安定化させることができた。 Moreover, the dispersion | variation in a composition is shown in FIG. When the composition of PZT was x = 0.5, that is, when Pb (Zr 0.5 Ti 0.5 ) O 3 was targeted, in Comparative Example 1, x = 0.33 to 0.75, which was a variation of 35% or more. . On the other hand, in Example 1, x = 0.48 to 0.52, and the composition could be stabilized within 5%.

<実施例2、比較例2>
用いる基板の種類を異ならせて、実施例1および比較例1と同様の成膜方法で基板上にPZT膜を成膜し、基板種類の違いによる結晶構造の変化を測定した。基板として、ベアSi(厚さ500μm)、SOI(厚さ50μm/2.0μm/450μm)、ベアSi(厚さ625μm)の3種類を用いた。得られた実施例2のPZT膜のX線回折像を図9に、比較例2のPZT膜のX線回折像を図10に示す。図9および図10において、(a)はベアSi(厚さ500μm)を用いた場合、(b)はSOIを用いた場合、(c)はベアSi(厚さ625μm)を用いた場合を示す。
<Example 2, comparative example 2>
A PZT film was formed on the substrate by the same film forming method as in Example 1 and Comparative Example 1 with different types of substrates used, and changes in the crystal structure due to differences in the substrate types were measured. Three types of substrates were used: bare Si (thickness 500 μm), SOI (thickness 50 μm / 2.0 μm / 450 μm), and bare Si (thickness 625 μm). The X-ray diffraction image of the obtained PZT film of Example 2 is shown in FIG. 9, and the X-ray diffraction image of the PZT film of Comparative Example 2 is shown in FIG. 9 and 10, (a) shows the case where bare Si (thickness 500 μm) is used, (b) shows the case where SOI is used, and (c) shows the case where bare Si (thickness 625 μm) is used. .

図9の(a)、(b)、(c)に示すように、実施例2では、3種類の基板上にそれぞれ同じ結晶構造のペロブスカイト単相PZT膜が形成されていることが確認できた。この結果は、実施例2の成膜方法では、基板の厚みや材料によって熱容量が異なっていても、基板シャッターを開く時点で基板温度がヒーターからの熱と蒸発源からの熱との合計で平衡に達しているため、温度変化とそれによる初期核形成への影響を受けていないことを裏付けている。従って、実施例1の成膜方法で成膜することにより、成膜条件を基板の種類ごとにチューニングする必要がないことがわかった。   As shown in FIGS. 9A, 9B, and 9C, in Example 2, it was confirmed that perovskite single-phase PZT films having the same crystal structure were formed on three types of substrates. . As a result, in the film forming method of Example 2, even when the heat capacity varies depending on the thickness and material of the substrate, the substrate temperature is balanced by the sum of the heat from the heater and the heat from the evaporation source when the substrate shutter is opened. Therefore, it is proved that the temperature change and its influence on the initial nucleation are not affected. Therefore, it was found that by forming a film by the film forming method of Example 1, it is not necessary to tune the film forming conditions for each type of substrate.

比較例2では、ベアSi基板(500μm)上に成膜したPZT膜は、図10(a)に示すように、(001)に強く配向した結晶性であることが確認された。また、SOIの基板上に成膜したPZT膜は、図10(b)に示すように、(001)、(110)が観測されたことからペロブスカイトが形成されていることは確認できたが、30度付近にPbOの異相が出現していた。すなわち、ベアSi基板とは異なり、ペロブスカイト単相にはなっていなかった。これは、SOI基板は、中間層にSiO2層が2.0μm挿入されており、SiO2層はSiに比べて熱伝導率が100倍小さいために、蒸発源とプラズマ源から入射した熱量を基板11上でSiO2層が断熱し、基板シャッター20を開いたときに、基板11の表面温度が瞬間的に高くなる現象が生じたためと推測される。この現象により、初期核の成長に影響が生じたと考えられる。 In Comparative Example 2, it was confirmed that the PZT film formed on the bare Si substrate (500 μm) had crystallinity strongly oriented to (001) as shown in FIG. In addition, in the PZT film formed on the SOI substrate, it was confirmed that perovskite was formed because (001) and (110) were observed as shown in FIG. A heterogeneous phase of PbO appeared around 30 degrees. That is, unlike the bare Si substrate, it was not a perovskite single phase. This is because the SOI substrate has a SiO 2 layer of 2.0 μm inserted in the intermediate layer, and the SiO 2 layer has a thermal conductivity 100 times smaller than that of Si, so the amount of heat incident from the evaporation source and the plasma source is reduced. It is presumed that a phenomenon occurs in which the surface temperature of the substrate 11 instantaneously increases when the SiO 2 layer is thermally insulated on the substrate 11 and the substrate shutter 20 is opened. This phenomenon is thought to have affected the growth of initial nuclei.

厚さ625μmのベアSi基板に成膜したPZT膜は、図10(c)の回折像から明らかなようにペロブスカイト単相にはならなかった。これは、基板の厚みが500μmと比較して、125μm厚いため、厚さ625μm基板の方が厚さ500μmmの基板よりも熱抵抗が大きくなり、その結果表面温度の上昇が起こったため、30度付近のPbOの異相のピークが出現したものと考えられる。   As apparent from the diffraction image of FIG. 10C, the PZT film formed on the bare Si substrate having a thickness of 625 μm did not become a perovskite single phase. This is because the thickness of the substrate is 125 μm thicker than that of 500 μm, so the 625 μm thick substrate has a higher thermal resistance than the 500 μm thick substrate, and as a result, the surface temperature has risen. It is thought that a heterogeneous peak of PbO appeared.

本発明によれば、基板を成膜する装置であって、成膜材料と基板との間に、成膜の開始を制御するシャッターを設けた成膜装置において、シャッターの開閉前後において温度の変動を極力少なくし、膜の初期核形成を安定して行なうことが可能であり、膜特性の再現性が優れた成膜装置が提供される。
本発明の成膜装置は、安全性、対環境性に優れた強誘電体薄膜の製造に適している。
According to the present invention, in a film forming apparatus for forming a substrate, in which a shutter for controlling the start of film formation is provided between a film forming material and the substrate, temperature fluctuations before and after opening and closing the shutter As a result, it is possible to stably perform initial nucleation of the film and to provide a film forming apparatus with excellent reproducibility of film characteristics.
The film forming apparatus of the present invention is suitable for manufacturing a ferroelectric thin film excellent in safety and environmental friendliness.

10…真空容器、11…基板、12…ヒーター、13…基板サセプタ、14…温度センサ、15…制御回路、20…基板シャッター、30…蒸発源、50…プラズマガン 10 ... Vacuum container, 11 ... Substrate, 12 ... Heater, 13 ... Substrate susceptor, 14 ... Temperature sensor, 15 ... Control circuit, 20 ... Substrate shutter, 30 ... Evaporation source, 50 ... Plasma gun

Claims (5)

成膜容器と、基板を保持する基板保持部と、前記基板と対向する位置に配置された成膜源と、前記基板と前記成膜源との間の空間にプラズマを生成するプラズマ源と、前記基板保持部と前記プラズマ源との間に配置された開閉可能なシャッターとを有する成膜装置であって、
前記シャッターは、前記プラズマ源および成膜源から発生される熱を前記基板側に放射する材料からなり、前記材料はジルコンおよび酸化モリブデンから選ばれる金属酸化物からなることを特徴とする成膜装置。
A film forming container, a substrate holding unit for holding the substrate, a film forming source disposed at a position facing the substrate, a plasma source for generating plasma in a space between the substrate and the film forming source, A film forming apparatus having an openable and closable shutter disposed between the substrate holding unit and the plasma source,
The shutter is made of a material that radiates heat generated from the plasma source and the film forming source toward the substrate, and the material is made of a metal oxide selected from zircon and molybdenum oxide. .
請求項1に記載の成膜装置において、前記シャッターの材料は、成膜温度における放射率が0.70以上であることを特徴とする成膜装置。   2. The film forming apparatus according to claim 1, wherein the shutter material has an emissivity of 0.70 or more at a film forming temperature. 請求項1または2に記載の成膜装置において、前記シャッターの材料は、500℃から600℃における放射率が0.70以上であることを特徴とする成膜装置。   3. The film forming apparatus according to claim 1, wherein the shutter material has an emissivity of 500 to 600 ° C. of 0.70 or more. 請求項1ないし3のいずれか1項に記載の成膜装置において、前記基板保持部は、前記基板を加熱する加熱手段と、前記基板の温度を検出する温度センサと、前記温度センサが検出した温度により前記加熱手段をフィードバック制御する制御手段と、を備えることを特徴とする成膜装置。   4. The film forming apparatus according to claim 1, wherein the substrate holding unit detects a heating unit that heats the substrate, a temperature sensor that detects a temperature of the substrate, and the temperature sensor. And a control unit that feedback-controls the heating unit according to temperature. 成膜容器と、基板を保持する基板保持部と、前記基板と対向する位置に配置された成膜源と、前記成膜源と前記基板との間を隔てる位置に配置された開閉可能なシャッターとを有し、
前記シャッターは、前記成膜源から発生される熱を前記基板側に放射する材料からなり、前記材料はジルコンおよび酸化モリブデンから選ばれる金属酸化物からなることを特徴とする成膜装置。
A film forming container, a substrate holding unit for holding the substrate, a film forming source disposed at a position facing the substrate, and an openable / closable shutter disposed at a position separating the film forming source and the substrate And
The film forming apparatus, wherein the shutter is made of a material that radiates heat generated from the film forming source to the substrate side, and the material is made of a metal oxide selected from zircon and molybdenum oxide.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9252002B2 (en) * 2012-07-17 2016-02-02 Applied Materials, Inc. Two piece shutter disk assembly for a substrate process chamber
JP2015098631A (en) * 2013-11-20 2015-05-28 スタンレー電気株式会社 Method for producing lead compound thin film
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06102826B2 (en) * 1985-11-08 1994-12-14 松下電器産業株式会社 Thin film manufacturing equipment
JPH04350164A (en) * 1991-05-28 1992-12-04 Anelva Corp Planar magnetron sputtering device
JP4138196B2 (en) * 2000-02-18 2008-08-20 スタンレー電気株式会社 Ferroelectric thin film manufacturing method and manufacturing apparatus therefor
JP4139092B2 (en) * 2001-07-09 2008-08-27 日立電線株式会社 Broadcasting antenna device and broadcasting tower
JP4101570B2 (en) * 2002-07-04 2008-06-18 新明和工業株式会社 Deposition equipment
JP4140763B2 (en) * 2002-12-11 2008-08-27 キヤノンアネルバ株式会社 Plasma processing apparatus and plasma processing method
JP2006097069A (en) * 2004-09-29 2006-04-13 Shin Meiwa Ind Co Ltd Vacuum film-forming apparatus
JP4844867B2 (en) * 2005-11-15 2011-12-28 住友電気工業株式会社 Method of operating vacuum deposition apparatus and vacuum deposition apparatus
JP2007329206A (en) * 2006-06-06 2007-12-20 Sharp Corp Diffused plate
JP5056224B2 (en) * 2007-07-11 2012-10-24 三菱化学株式会社 Thin film or powder manufacturing method, thin film or powder manufacturing apparatus, and manufacturing method of electrode material for nonaqueous electrolyte secondary battery

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