(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバーと、
前記チャンバー内に配置され、誘電体材料膜、絶縁体材料膜、圧電体材料膜、焦電体材料膜及び強誘電体材料膜のいずれかの膜を有する被ポーリング基材が保持される保持電極と、
前記チャンバー内に配置され、前記保持電極に保持された前記被ポーリング基材に対向して配置された対向電極と、
前記被ポーリング基材にランプ光を照射するランプヒータと、
前記保持電極および前記対向電極の一方の電極に電気的に接続される電源と、
前記対向電極と前記保持電極との間の空間にＨ２、Ｆ２、ＣｘＨｙ及びＣｘＦｙの群から選ばれた１種以上のプラズマ形成用ガスを供給するガス供給機構と、
前記ランプヒータ、前記電源及び前記ガス供給機構を制御する制御部と、
を具備し、
前記制御部は、前記ランプヒータによってランプ光を照射することで前記被ポーリング基材を結晶化温度に加熱しながら前記被ポーリング基材に対向する位置にプラズマを形成することにより、前記いずれかの膜を結晶化させながら前記被ポーリング基材にポーリング処理を行うように、前記ランプヒータ、前記電源及び前記ガス供給機構を制御することを特徴とするランプアニール装置。
【請求項２】
チャンバーと、
前記チャンバー内に配置され、誘電体材料膜、絶縁体材料膜、圧電体材料膜、焦電体材料膜及び強誘電体材料膜のいずれかの膜を有する被ポーリング基材が保持される保持電極と、
前記チャンバー内に配置され、前記保持電極に保持された前記被ポーリング基材に対向して配置された対向電極と、
前記被ポーリング基材にランプ光を照射するランプヒータと、
前記保持電極に第１の切り替えスイッチを介して接続された第１の電源及び接地電位と、
前記対向電極に第２の切り替えスイッチを介して接続された第２の電源及び前記接地電位と、
前記対向電極と前記保持電極との間の空間にＨ２、Ｆ２、ＣｘＨｙ及びＣｘＦｙの群から選ばれた１種以上のプラズマ形成用ガスを供給するガス供給機構と、
前記ランプヒータ、前記第１の電源、前記第２の電源及び前記ガス供給機構を制御する制御部と、
を具備し、
前記第１の切り替えスイッチは、前記保持電極と前記第１の電源を電気的に接続する第１の状態から前記保持電極と前記接地電位を電気的に接続する第２の状態に切り替えるスイッチであり、
前記第２の切り替えスイッチは、前記対向電極と前記接地電位を電気的に接続する第３の状態から前記対向電極と前記第２の電源を電気的に接続する第４の状態に切り替えるスイッチであり、
前記制御部は、前記ランプヒータによってランプ光を照射することで前記被ポーリング基材を結晶化温度に加熱しながら、前記第１の状態及び前記第３の状態または前記第２の状態及び前記第４の状態において前記被ポーリング基材に対向する位置にプラズマを形成することにより、前記いずれかの膜を結晶化させながら前記被ポーリング基材にポーリング処理を行うように、前記ランプヒータ、前記第１の電源、前記第２の電源、及び前記ガス供給機構を制御することを特徴とするランプアニール装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記被ポーリング基材は、ＳＥＭＩ規格より厚さが薄いシリコンウエハまたは厚さ４００μｍ以下のシリコンウエハ上に前記いずれかの膜を形成したものであることを特徴とするランプアニール装置。
【請求項４】
請求項１または２において、
前記被ポーリング基材は、金属基材、耐酸化性を有する金属基材、前記被ポーリング基材のキュリー温度又はヒステリシス曲線の残留分極値が０％となる温度に対して耐熱性を有する金属基材、鉄系基材、及び、Ｎｉ系基材のいずれかの基材上に前記いずれかの膜を形成したものであることを特徴とするランプアニール装置。
【請求項５】
請求項１または２おいて、
前記被ポーリング基材は、ガラス基材、耐酸化性を有するガラス基材、及び、前記被ポーリング基材のキュリー温度又はヒステリシス曲線の残留分極値が０％となる温度に対して耐熱性を有するガラス基材のいずれかの基材上に前記いずれかの膜を形成したものであることを特徴とするランプアニール装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項において、
前記保持電極および前記対向電極の一方の電極に電力を供給して直流プラズマを形成する際の直流電圧または高周波プラズマを形成する際の直流電圧成分が±５０Ｖ〜±２ｋＶであることを特徴とするランプアニール装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項において、
前記ポーリング処理を行う際の前記チャンバー内の圧力を０．０１Ｐａ〜大気圧に制御する圧力制御機構を具備することを特徴とするランプアニール装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項において、
前記チャンバー内を加圧する加圧機構をさらに具備することを特徴とするランプアニール装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記加圧機構は、前記チャンバー内に加圧されたガスを導入するガス導入機構と、前記チャンバー内のガスを排気するガス排気機構とを有することを特徴とするランプアニール装置。
【請求項１０】
基板上に圧電体材料膜を形成し、
前記圧電体材料膜にランプヒータによってランプ光を照射することで前記圧電体材料膜を結晶化温度に加熱しながら、前記圧電体材料膜に対向する位置にプラズマを形成することにより、前記圧電体材料膜を結晶化させながら前記圧電体材料膜にポーリング処理を行う圧電体の製造方法であり、
前記圧電体材料膜に対向する位置にプラズマを形成する際のプラズマ形成用ガスは、Ｈ２、Ｆ２、ＣｘＨｙ及びＣｘＦｙの群から選ばれた１種以上のガスであることを特徴とする圧電体の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記基板上に圧電体材料膜を形成する前に、前記基板の裏面を研削して前記基板の厚さを薄くすることを特徴とする圧電体の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記基板の厚さを薄くした際の当該基板の厚さは４００μｍ以下であることを特徴とする圧電体の製造方法。
【請求項１３】
請求項１１または１２において、
前記ポーリング処理を、プラズマポーリング装置を用いて行う圧電体の製造方法であって、
前記プラズマポーリング装置は、
ポーリングチャンバーと、
前記ポーリングチャンバー内に配置され、前記基板が保持される保持電極と、
前記ポーリングチャンバー内に配置され、前記保持電極に保持された前記基板に対向して配置された対向電極と、
前記保持電極および前記対向電極の一方の電極に電気的に接続される電源と、
前記対向電極と前記保持電極との間の空間にプラズマ形成用ガスを供給するガス供給機構と、
前記保持電極に保持された前記基板の温度を制御する温度制御機構と、
を具備することを特徴とする圧電体の製造方法。
【請求項１４】
請求項１１または１２において、
前記ポーリング処理を、プラズマポーリング装置を用いて行う圧電体の製造方法であって、
前記プラズマポーリング装置は、
ポーリングチャンバーと、
前記ポーリングチャンバー内に配置され、前記基板が保持される保持電極と、
前記ポーリングチャンバー内に配置され、前記保持電極に保持された前記基板に対向して配置された対向電極と、
前記保持電極に第１の切り替えスイッチを介して接続された第１の電源及び接地電位と、
前記対向電極に第２の切り替えスイッチを介して接続された第２の電源及び前記接地電位と、
前記対向電極と前記保持電極との間の空間にプラズマ形成用ガスを供給するガス供給機構と、
前記保持電極に保持された前記基板の温度を制御する温度制御機構と、
を具備することを特徴とする圧電体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマによってポーリング処理を行うポーリング処理方法、プラズマポーリング装置、圧電体及びその製造方法、成膜装置及びエッチング装置、ランプアニール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１９は、従来のポーリング装置を示す模式図である。
結晶３３を１０×１０ｍｍ２の２枚の平行平板からなる１対の電極３５の中心に、機械的ポーリングが施されていない方向に電場が印加されるように挟持する。そして、電極３５ごと結晶３３をオイルバス３７内のオイル３６中に浸漬し、結晶３３を浸漬したオイル３６をヒーター３８によって１２５℃まで加熱する。所定の温度に達した後、高圧電源３９からリード線４０を介して電極３５間に１ｋＶ／ｃｍの直流電場を１０時間印加する。これにより、結晶３３にポーリング処理が施される（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
前述した従来のポーリング処理方法では、被ポーリング物を、１対の電極の中心に挟持した状態でオイルに浸漬するという湿式的方法であるため、ポーリング処理が煩雑になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１７７１９４（段落００１８、図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一態様は、乾式法によって簡易的にポーリング処理を行えるポーリング処理方法、プラズマポーリング装置、圧電体及びその製造方法、成膜装置及びエッチング装置、ランプアニール装置のいずれかを提供することを課題とする。
【０００６】
また、本発明の一態様は、乾式法又は湿式法のいずれであってもポーリング処理された圧電体等の特性を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、被ポーリング基材に第１の温度でポーリング処理を行うポーリング処理方法であって、
前記第１の温度が前記被ポーリング基材のヒステリシス曲線の残留分極値が０％となる温度以上であることを特徴とするポーリング処理方法である。
【０００８】
また、本発明の一態様において、前記被ポーリング基材には、前記第１の温度から第２の温度に下げながら、または前記第２の温度から前記第１の温度に上げながら、前記ポーリング処理が行われ、
前記第２の温度は、前記被ポーリング基材の室温でのヒステリシス曲線の残留分極値に対して５０％となる残留分極値を示す温度以上で且つ前記第１の温度より低い温度であるとよい。
【０００９】
本発明の一態様は、被ポーリング基材に第１の温度でポーリング処理を行うポーリング処理方法であって、
前記第１の温度がキュリー温度以上（好ましくはキュリー温度より５０℃高い温度以上）であることを特徴とするポーリング処理方法である。
【００１０】
また、本発明の一態様において、前記被ポーリング基材には、前記第１の温度から第２の温度に下げながら、または前記第２の温度から前記第１の温度に上げながら、前記ポーリング処理が行われ、
前記第２の温度は、５０℃以上で且つ前記第１の温度より低い温度であるとよい。
【００１１】
本発明の一態様は、被ポーリング基材に第１の温度でポーリング処理を行うポーリング処理方法であって、
前記第１の温度が１００℃以上であることを特徴とするポーリング処理方法である。
【００１２】
また、本発明の一態様において、前記被ポーリング基材には、前記第１の温度から第２の温度に下げながら、または前記第２の温度から前記第１の温度に上げながら、前記ポーリング処理が行われ、
前記第２の温度は、１００℃以上で且つ前記第１の温度より低い温度であるとよい。
【００１３】
また、本発明の一態様において、前記被ポーリング基材は、ＳＥＭＩ規格より厚さが薄いシリコンウエハまたは厚さ４００μｍ以下のシリコンウエハ上に圧電体材料膜を形成したものであるとよい。
【００１４】
また、本発明の一態様において、前記被ポーリング基材は、金属基材、耐酸化性を有する金属基材、前記被ポーリング基材のキュリー温度又はヒステリシス曲線の残留分極値が０％となる温度に対して耐熱性を有する金属基材、鉄系基材（好ましくは鉄系合金、ステンレス系、ＳＵＳ等の基材）、及び、Ｎｉ系基材（例えばＮｉ合金等の基材）のいずれかの基材上に圧電体材料膜を形成したものであるとよい。
【００１５】
また、本発明の一態様において、前記被ポーリング基材は、ガラス基材、耐酸化性を有するガラス基材、及び、前記被ポーリング基材のキュリー温度又はヒステリシス曲線の残留分極値が０％となる温度に対して耐熱性を有するガラス基材のいずれかの基材上に圧電体材料膜を形成したものであるとよい。
【００１６】
本発明の一態様は、被ポーリング基材にポーリング処理を行うポーリング処理方法であって、
前記被ポーリング基材は、ＳＥＭＩ規格より厚さが薄いシリコンウエハまたは厚さ４００μｍ以下のシリコンウエハ上に圧電体材料膜を形成したものであることを特徴とするポーリング処理方法である。
【００１７】
また、本発明の一態様において、前記被ポーリング基材は誘電体又は絶縁体を有する基材であるとよい。
また、本発明の一態様において、前記被ポーリング基材は圧電体を有する基材であるとよい。
また、本発明の一態様において、前記被ポーリング基材は焦電体を有する基材であるとよい。
また、本発明の一態様において、前記被ポーリング基材は強誘電体を有する基材であるとよい。
【００１８】
また、本発明の一態様において、前記被ポーリング基材にポーリング処理を行う際は、前記被ポーリング基材に対向する位置にプラズマを形成するとよい。
【００１９】
また、本発明の一態様において、前記被ポーリング基材に対向する位置に直流プラズマを形成した際の直流電圧または前記被ポーリング基材に対向する位置に高周波プラズマを形成した際の直流電圧成分が±５０Ｖ〜±２ｋＶであるとよい。
【００２０】
また、本発明の一態様において、前記プラズマを形成する際の圧力が０．０１Ｐａ〜大気圧であるとよい。
【００２１】
また、本発明の一態様において、前記プラズマを形成する際のプラズマ形成用ガスは、不活性ガス、Ｈ２、Ｎ２、Ｏ２、Ｆ２、ＣｘＨｙ、ＣｘＦｙ及びエアーの群から選ばれた１種以上のガスであるとよい。
【００２２】
本発明の一態様は、上述したポーリング処理方法によって前記被ポーリング基材にポーリング処理が行われ、前記被ポーリング基材に圧電活性が与えられたことを特徴とする圧電体である。
【００２３】
本発明の一態様は、ポーリングチャンバーと、
前記ポーリングチャンバー内に配置され、被ポーリング基材が保持される保持電極と、
前記ポーリングチャンバー内に配置され、前記保持電極に保持された前記被ポーリング基材に対向して配置された対向電極と、
前記保持電極および前記対向電極の一方の電極に電気的に接続される電源と、
前記対向電極と前記保持電極との間の空間にプラズマ形成用ガスを供給するガス供給機構と、
前記保持電極に保持された前記被ポーリング基材の温度を制御する温度制御機構と、
前記電源、前記ガス供給機構及び前記温度制御機構を制御する制御部と、
を具備し、
前記制御部は、前記被ポーリング基材を、前記被ポーリング基材のヒステリシス曲線の残留分極値が０％となる温度以上の第１の温度にし、前記被ポーリング基材に対向する位置にプラズマを形成して前記被ポーリング基材にポーリング処理を行うように、前記電源、前記ガス供給機構及び前記温度制御機構を制御することを特徴とするプラズマポーリング装置である。
【００２４】
本発明の一態様は、ポーリングチャンバーと、
前記ポーリングチャンバー内に配置され、被ポーリング基材が保持される保持電極と、
前記ポーリングチャンバー内に配置され、前記保持電極に保持された前記被ポーリング基材に対向して配置された対向電極と、
前記保持電極に第１の切り替えスイッチを介して接続された第１の電源及び接地電位と、
前記対向電極に第２の切り替えスイッチを介して接続された第２の電源及び前記接地電位と、
前記対向電極と前記保持電極との間の空間にプラズマ形成用ガスを供給するガス供給機構と、
前記保持電極に保持された前記被ポーリング基材の温度を制御する温度制御機構と、
前記第１の電源、前記第２の電源、前記ガス供給機構及び前記温度制御機構を制御する制御部と、
を具備し、
前記第１の切り替えスイッチは、前記保持電極と前記第１の電源を電気的に接続する第１の状態から前記保持電極と前記接地電位を電気的に接続する第２の状態に切り替えるスイッチであり、
前記第２の切り替えスイッチは、前記対向電極と前記接地電位を電気的に接続する第３の状態から前記対向電極と前記第２の電源を電気的に接続する第４の状態に切り替えるスイッチであり、
前記制御部は、前記第１の状態及び前記第３の状態または前記第２の状態及び前記第４の状態において前記被ポーリング基材を、前記被ポーリング基材のヒステリシス曲線の残留分極値が０％となる温度以上の第１の温度にし、前記被ポーリング基材に対向する位置にプラズマを形成して前記被ポーリング基材にポーリング処理を行うように、前記第１の電源、前記第２の電源、前記ガス供給機構及び前記温度制御機構を制御することを特徴とするプラズマポーリング装置である。
【００２５】
また、本発明の一態様において、前記制御部は、前記被ポーリング基材に、前記第１の温度から第２の温度に下げながら、または前記第２の温度から前記第１の温度に上げながら、前記ポーリング処理を行うように制御されるものであり、
前記第２の温度は、前記被ポーリング基材の室温でのヒステリシス曲線の残留分極値に対して５０％となる残留分極値を示す温度以上で且つ前記第１の温度より低い温度であるとよい。
【００２６】
本発明の一態様は、ポーリングチャンバーと、
前記ポーリングチャンバー内に配置され、被ポーリング基材が保持される保持電極と、
前記ポーリングチャンバー内に配置され、前記保持電極に保持された前記被ポーリング基材に対向して配置された対向電極と、
前記保持電極および前記対向電極の一方の電極に電気的に接続される電源と、
前記対向電極と前記保持電極との間の空間にプラズマ形成用ガスを供給するガス供給機構と、
前記保持電極に保持された前記被ポーリング基材の温度を制御する温度制御機構と、
前記電源、前記ガス供給機構及び前記温度制御機構を制御する制御部と、
を具備し、
前記制御部は、前記被ポーリング基材をキュリー温度以上（好ましくはキュリー温度より５０℃高い温度以上）の第１の温度にし、前記被ポーリング基材に対向する位置にプラズマを形成して前記被ポーリング基材にポーリング処理を行うように、前記電源、前記ガス供給機構及び前記温度制御機構を制御することを特徴とするプラズマポーリング装置である。
【００２７】
本発明の一態様は、ポーリングチャンバーと、
前記ポーリングチャンバー内に配置され、被ポーリング基材が保持される保持電極と、
前記ポーリングチャンバー内に配置され、前記保持電極に保持された前記被ポーリング基材に対向して配置された対向電極と、
前記保持電極に第１の切り替えスイッチを介して接続された第１の電源及び接地電位と、
前記対向電極に第２の切り替えスイッチを介して接続された第２の電源及び前記接地電位と、
前記対向電極と前記保持電極との間の空間にプラズマ形成用ガスを供給するガス供給機構と、
前記保持電極に保持された前記被ポーリング基材の温度を制御する温度制御機構と、
前記第１の電源、前記第２の電源、前記ガス供給機構及び前記温度制御機構を制御する制御部と、
を具備し、
前記第１の切り替えスイッチは、前記保持電極と前記第１の電源を電気的に接続する第１の状態から前記保持電極と前記接地電位を電気的に接続する第２の状態に切り替えるスイッチであり、
前記第２の切り替えスイッチは、前記対向電極と前記接地電位を電気的に接続する第３の状態から前記対向電極と前記第２の電源を電気的に接続する第４の状態に切り替えるスイッチであり、
前記制御部は、前記第１の状態及び前記第３の状態または前記第２の状態及び前記第４の状態において前記被ポーリング基材をキュリー温度以上（好ましくはキュリー温度より５０℃高い温度以上）の第１の温度にし、前記被ポーリング基材に対向する位置にプラズマを形成して前記被ポーリング基材にポーリング処理を行うように、前記第１の電源、前記第２の電源、前記ガス供給機構及び前記温度制御機構を制御することを特徴とするプラズマポーリング装置である。
【００２８】
また、本発明の一態様において、前記制御部は、前記被ポーリング基材に、前記第１の温度から第２の温度に下げながら、または前記第２の温度から前記第１の温度に上げながら、前記ポーリング処理を行うように制御されるものであり、
前記第２の温度は、５０℃以上で且つ前記第１の温度より低い温度であるとよい。
【００２９】
本発明の一態様は、ポーリングチャンバーと、
前記ポーリングチャンバー内に配置され、被ポーリング基材が保持される保持電極と、
前記ポーリングチャンバー内に配置され、前記保持電極に保持された前記被ポーリング基材に対向して配置された対向電極と、
前記保持電極および前記対向電極の一方の電極に電気的に接続される電源と、
前記対向電極と前記保持電極との間の空間にプラズマ形成用ガスを供給するガス供給機構と、
前記保持電極に保持された前記被ポーリング基材の温度を制御する温度制御機構と、
前記電源、前記ガス供給機構及び前記温度制御機構を制御する制御部と、
を具備し、
前記制御部は、前記被ポーリング基材を１００℃以上の第１の温度にし、前記被ポーリング基材に対向する位置にプラズマを形成して前記被ポーリング基材にポーリング処理を行うように、前記電源、前記ガス供給機構及び前記温度制御機構を制御することを特徴とするプラズマポーリング装置である。
【００３０】
本発明の一態様は、ポーリングチャンバーと、
前記ポーリングチャンバー内に配置され、被ポーリング基材が保持される保持電極と、
前記ポーリングチャンバー内に配置され、前記保持電極に保持された前記被ポーリング基材に対向して配置された対向電極と、
前記保持電極に第１の切り替えスイッチを介して接続された第１の電源及び接地電位と、
前記対向電極に第２の切り替えスイッチを介して接続された第２の電源及び前記接地電位と、
前記対向電極と前記保持電極との間の空間にプラズマ形成用ガスを供給するガス供給機構と、
前記保持電極に保持された前記被ポーリング基材の温度を制御する温度制御機構と、
前記第１の電源、前記第２の電源、前記ガス供給機構及び前記温度制御機構を制御する制御部と、
を具備し、
前記第１の切り替えスイッチは、前記保持電極と前記第１の電源を電気的に接続する第１の状態から前記保持電極と前記接地電位を電気的に接続する第２の状態に切り替えるスイッチであり、
前記第２の切り替えスイッチは、前記対向電極と前記接地電位を電気的に接続する第３の状態から前記対向電極と前記第２の電源を電気的に接続する第４の状態に切り替えるスイッチであり、
前記制御部は、前記第１の状態及び前記第３の状態または前記第２の状態及び前記第４の状態において前記被ポーリング基材を１００℃以上の第１の温度にし、前記被ポーリング基材に対向する位置にプラズマを形成して前記被ポーリング基材にポーリング処理を行うように、前記第１の電源、前記第２の電源、前記ガス供給機構及び前記温度制御機構を制御することを特徴とするプラズマポーリング装置である。
【００３１】
また、本発明の一態様において、前記制御部は、前記被ポーリング基材に、前記第１の温度から第２の温度に下げながら、または前記第２の温度から前記第１の温度に上げながら、前記ポーリング処理を行うように制御されるものであり、
前記第２の温度は、１００℃以上で且つ前記第１の温度より低い温度であるとよい。
【００３２】
また、本発明の一態様において、前記被ポーリング基材は、ＳＥＭＩ規格より厚さが薄いシリコンウエハまたは厚さ４００μｍ以下のシリコンウエハ上に圧電体材料膜を形成したものであるとよい。
【００３３】
また、本発明の一態様において、前記被ポーリング基材は、金属基材、耐酸化性を有する金属基材、前記被ポーリング基材のキュリー温度又はヒステリシス曲線の残留分極値が０％となる温度に対して耐熱性を有する金属基材、鉄系基材（好ましくは鉄系合金、ステンレス系、ＳＵＳ等の基材）、及び、Ｎｉ系基材（例えばＮｉ合金等の基材）のいずれかの基材上に圧電体材料膜を形成したものであるとよい。
【００３４】
また、本発明の一態様において、前記被ポーリング基材は、ガラス基材、耐酸化性を有するガラス基材、及び、前記被ポーリング基材のキュリー温度又はヒステリシス曲線の残留分極値が０％となる温度に対して耐熱性を有するガラス基材のいずれかの基材上に圧電体材料膜を形成したものであるとよい。
【００３５】
また、本発明の一態様において、前記被ポーリング基材は誘電体又は絶縁体を有する基材であるとよい。
また、本発明の一態様において、前記被ポーリング基材は圧電体を有する基材であるとよい。
【００３６】
また、本発明の一態様において、前記被ポーリング基材は焦電体を有する基材であるとよい。
また、本発明の一態様において、前記被ポーリング基材は強誘電体を有する基材であるとよい。
【００３７】
また、本発明の一態様において、前記保持電極および前記対向電極の一方の電極に電力を供給して直流プラズマを形成する際の直流電圧または高周波プラズマを形成する際の直流電圧成分が±５０Ｖ〜±２ｋＶであるとよい。
また、本発明の一態様において、前記ポーリング処理を行う際の前記ポーリングチャンバー内の圧力を０．０１Ｐａ〜大気圧に制御する圧力制御機構を具備するとよい。
【００３８】
また、本発明の一態様において、前記プラズマ形成用ガスは、不活性ガス、Ｈ２、Ｎ２、Ｏ２、Ｆ２、ＣｘＨｙ、ＣｘＦｙ及びエアーの群から選ばれた１種以上のガスであるとよい。
【００３９】
本発明の一態様は、上述したプラズマポーリング装置によって前記被ポーリング基材にポーリング処理が行われ、前記被ポーリング基材に圧電活性が与えられたことを特徴とする圧電体である。
【００４０】
本発明の一態様は、上述したプラズマポーリング装置を有することを特徴とする成膜装置である。また、本発明の一態様において、前記成膜装置は、スピンコート装置、ランプアニール装置、スパッタリング装置、ＣＶＤ装置及び蒸着装置のいずれかであるとよい。
【００４１】
本発明の一態様は、上述したプラズマポーリング装置を有することを特徴とするエッチング装置である。
【００４２】
本発明の一態様は、チャンバーと、
前記チャンバー内に配置され、誘電体材料膜、絶縁体材料膜、圧電体材料膜、焦電体材料膜及び強誘電体材料膜のいずれかの膜を有する被ポーリング基材が保持される保持電極と、
前記チャンバー内に配置され、前記保持電極に保持された前記被ポーリング基材に対向して配置された対向電極と、
前記被ポーリング基材にランプ光を照射するランプヒータと、
前記保持電極および前記対向電極の一方の電極に電気的に接続される電源と、
前記対向電極と前記保持電極との間の空間にプラズマ形成用ガスを供給するガス供給機構と、
前記ランプヒータ、前記電源及び前記ガス供給機構を制御する制御部と、
を具備することを特徴とするランプアニール装置である。
【００４３】
また、本発明の一態様において、前記制御部は、前記ランプヒータによってランプ光を照射することで前記被ポーリング基材を結晶化温度に加熱して前記いずれかの膜を結晶化させ、前記被ポーリング基材に対向する位置にプラズマを形成して、前記被ポーリング基材に、前記結晶化温度より低く且つ前記被ポーリング基材のヒステリシス曲線の残留分極値が０％となる温度以上の第１の温度でポーリング処理を行うように、前記ランプヒータ、前記電源及び前記ガス供給機構を制御するとよい。
【００４４】
また、本発明の一態様において、前記制御部は、前記ランプヒータによってランプ光を照射することで前記被ポーリング基材を結晶化温度に加熱して前記いずれかの膜を結晶化させ、前記被ポーリング基材に対向する位置にプラズマを形成して、前記被ポーリング基材に前記結晶化温度より低く且つキュリー温度以上（好ましくはキュリー温度より５０℃高い温度以上）の第１の温度でポーリング処理を行うように、前記ランプヒータ、前記電源及び前記ガス供給機構を制御するとよい。
【００４５】
また、本発明の一態様において、前記制御部は、前記ランプヒータによってランプ光を照射することで前記被ポーリング基材を結晶化温度に加熱して前記いずれかの膜を結晶化させ、前記被ポーリング基材に対向する位置にプラズマを形成して、前記被ポーリング基材に前記結晶化温度より低く且つ１００℃以上の第１の温度でポーリング処理を行うように、前記ランプヒータ、前記電源及び前記ガス供給機構を制御するとよい。
【００４６】
また、本発明の一態様において、前記制御部は、前記ランプヒータによってランプ光を照射することで前記被ポーリング基材を結晶化温度に加熱しながら前記被ポーリング基材に対向する位置にプラズマを形成することにより、前記いずれかの膜を結晶化させながら前記被ポーリング基材にポーリング処理を行うように、前記ランプヒータ、前記電源及び前記ガス供給機構を制御するとよい。
【００４７】
本発明の一態様は、チャンバーと、
前記チャンバー内に配置され、誘電体材料膜、絶縁体材料膜、圧電体材料膜、焦電体材料膜及び強誘電体材料膜のいずれかの膜を有する被ポーリング基材が保持される保持電極と、
前記チャンバー内に配置され、前記保持電極に保持された前記被ポーリング基材に対向して配置された対向電極と、
前記被ポーリング基材にランプ光を照射するランプヒータと、
前記保持電極に第１の切り替えスイッチを介して接続された第１の電源及び接地電位と、
前記対向電極に第２の切り替えスイッチを介して接続された第２の電源及び前記接地電位と、
前記対向電極と前記保持電極との間の空間にプラズマ形成用ガスを供給するガス供給機構と、
前記ランプヒータ、前記第１の電源、前記第２の電源及び前記ガス供給機構を制御する制御部と、
を具備し、
前記第１の切り替えスイッチは、前記保持電極と前記第１の電源を電気的に接続する第１の状態から前記保持電極と前記接地電位を電気的に接続する第２の状態に切り替えるスイッチであり、
前記第２の切り替えスイッチは、前記対向電極と前記接地電位を電気的に接続する第３の状態から前記対向電極と前記第２の電源を電気的に接続する第４の状態に切り替えるスイッチであることを特徴とするランプアニール装置である。
【００４８】
また、本発明の一態様において、前記制御部は、前記ランプヒータによってランプ光を照射することで前記被ポーリング基材を結晶化温度に加熱して前記いずれかの膜を結晶化させ、前記第１の状態及び前記第３の状態または前記第２の状態及び前記第４の状態において前記被ポーリング基材に対向する位置にプラズマを形成して、前記被ポーリング基材に、前記結晶化温度より低く且つ前記被ポーリング基材のヒステリシス曲線の残留分極値が０％となる温度以上の第１の温度でポーリング処理を行うように、前記ランプヒータ、前記第１の電源、前記第２の電源、及び前記ガス供給機構を制御するとよい。
【００４９】
また、本発明の一態様において、前記制御部は、前記ランプヒータによってランプ光を照射することで前記被ポーリング基材を結晶化温度に加熱して前記いずれかの膜を結晶化させ、前記第１の状態及び前記第３の状態または前記第２の状態及び前記第４の状態において前記被ポーリング基材に対向する位置にプラズマを形成して、前記被ポーリング基材に前記結晶化温度より低く且つキュリー温度以上（好ましくはキュリー温度より５０℃高い温度以上）の第１の温度でポーリング処理を行うように、前記ランプヒータ、前記第１の電源、前記第２の電源、及び前記ガス供給機構を制御するとよい。
【００５０】
また、本発明の一態様において、前記制御部は、前記ランプヒータによってランプ光を照射することで前記被ポーリング基材を結晶化温度に加熱して前記いずれかの膜を結晶化させ、前記第１の状態及び前記第３の状態または前記第２の状態及び前記第４の状態において前記被ポーリング基材に対向する位置にプラズマを形成して、前記被ポーリング基材に前記結晶化温度より低く且つ１００℃以上の第１の温度でポーリング処理を行うように、前記ランプヒータ、前記第１の電源、前記第２の電源、及び前記ガス供給機構を制御するとよい。
【００５１】
また、本発明の一態様において、前記制御部は、前記ランプヒータによってランプ光を照射することで前記被ポーリング基材を結晶化温度に加熱しながら、前記第１の状態及び前記第３の状態または前記第２の状態及び前記第４の状態において前記被ポーリング基材に対向する位置にプラズマを形成することにより、前記いずれかの膜を結晶化させながら前記被ポーリング基材にポーリング処理を行うように、前記ランプヒータ、前記第１の電源、前記第２の電源、及び前記ガス供給機構を制御するとよい。
【００５２】
また、本発明の一態様において、前記制御部は、前記被ポーリング基材に、前記第１の温度から第２の温度に下げながら前記ポーリング処理を行うように制御されるものであり、
前記第２の温度は、前記被ポーリング基材の室温でのヒステリシス曲線の残留分極値に対して５０％となる残留分極値を示す温度以上で且つ前記第１の温度より低い温度であるとよい。
【００５３】
また、本発明の一態様において、前記制御部は、前記被ポーリング基材に、前記第１の温度から第２の温度に下げながら前記ポーリング処理を行うように制御されるものであり、
前記第２の温度は、５０℃以上で且つ前記第１の温度より低い温度であるとよい。
【００５４】
また、本発明の一態様において、前記制御部は、前記被ポーリング基材に、前記第１の温度から第２の温度に下げながら前記ポーリング処理を行うように制御されるものであり、
前記第２の温度は、１００℃以上で且つ前記第１の温度より低い温度であるとよい。
【００５５】
また、本発明の一態様において、前記被ポーリング基材は、ＳＥＭＩ規格より厚さが薄いシリコンウエハまたは厚さ４００μｍ以下のシリコンウエハ上に前記いずれかの膜を形成したものであるとよい。
【００５６】
また、本発明の一態様において、前記被ポーリング基材は、金属基材、耐酸化性を有する金属基材、前記被ポーリング基材のキュリー温度又はヒステリシス曲線の残留分極値が０％となる温度に対して耐熱性を有する金属基材、鉄系基材（好ましくは鉄系合金、ステンレス系、ＳＵＳ等の基材）、及び、Ｎｉ系基材（例えばＮｉ合金等の基材）のいずれかの基材上に前記いずれかの膜を形成したものであるとよい。
【００５７】
また、本発明の一態様において、前記被ポーリング基材は、ガラス基材、耐酸化性を有するガラス基材、及び、前記被ポーリング基材のキュリー温度又はヒステリシス曲線の残留分極値が０％となる温度に対して耐熱性を有するガラス基材のいずれかの基材上に前記いずれかの膜を形成したものであるとよい。
【００５８】
また、本発明の一態様において、前記保持電極および前記対向電極の一方の電極に電力を供給して直流プラズマを形成する際の直流電圧または高周波プラズマを形成する際の直流電圧成分が±５０Ｖ〜±２ｋＶであるとよい。
【００５９】
また、本発明の一態様において、前記ポーリング処理を行う際の前記チャンバー内の圧力を０．０１Ｐａ〜大気圧に制御する圧力制御機構を具備するとよい。
【００６０】
また、本発明の一態様において、前記プラズマ形成用ガスは、不活性ガス、Ｈ２、Ｎ２、Ｏ２、Ｆ２、ＣｘＨｙ、ＣｘＦｙ及びエアーの群から選ばれた１種以上のガスであるとよい。
【００６１】
また、本発明の一態様において、前記チャンバー内を加圧する加圧機構をさらに具備するとよい。
【００６２】
また、本発明の一態様において、前記加圧機構は、前記チャンバー内に加圧されたガスを導入するガス導入機構と、前記チャンバー内のガスを排気するガス排気機構とを有するとよい。
【００６３】
本発明の一態様は、圧電体材料物に第１の温度でポーリング処理を行うことにより圧電体を製造する方法であって、
前記第１の温度が前記被ポーリング基材のヒステリシス曲線の残留分極値が０％となる温度以上であることを特徴とする圧電体の製造方法である。
【００６４】
また、本発明の一態様において、前記圧電体材料物には、前記第１の温度から第２の温度に下げながら、または前記第２の温度から前記第１の温度に上げながら、前記ポーリング処理が行われ、
前記第２の温度は、前記被ポーリング基材の室温でのヒステリシス曲線の残留分極値に対して５０％となる残留分極値を示す温度以上で且つ前記第１の温度より低い温度であるとよい。
【００６５】
本発明の一態様は、圧電体材料物に第１の温度でポーリング処理を行うことにより圧電体を製造する方法であって、
前記第１の温度がキュリー温度以上（好ましくはキュリー温度より５０℃高い温度以上）であることを特徴とする圧電体の製造方法である。
【００６６】
また、本発明の一態様において、前記圧電体材料物には、前記第１の温度から第２の温度に下げながら、または前記第２の温度から前記第１の温度に上げながら、前記ポーリング処理が行われ、
前記第２の温度は、５０℃以上で且つ前記第１の温度より低い温度であるとよい。
【００６７】
本発明の一態様は、圧電体材料物に第１の温度でポーリング処理を行うことにより圧電体を製造する方法であって、
前記第１の温度が１００℃以上であることを特徴とする圧電体の製造方法である。
【００６８】
また、本発明の一態様において、前記圧電体材料物には、前記第１の温度から第２の温度に下げながら、または前記第２の温度から前記第１の温度に上げながら、前記ポーリング処理が行われ、
前記第２の温度は、１００℃以上で且つ前記第１の温度より低い温度であるとよい。
【００６９】
また、本発明の一態様において、前記圧電体材料物は、基板上に圧電体材料膜を形成したものであり、
前記ポーリング処理は、前記圧電体材料膜に対向する位置にプラズマを形成することにより行われるとよい。
【００７０】
また、本発明の一態様において、前記基板上に圧電体材料膜を形成する前に、前記基板の裏面を研削して前記基板の厚さを薄くするとよい。
【００７１】
本発明の一態様は、基板の裏面を研削して前記基板の厚さを薄くし、
前記基板上に圧電体材料膜を形成し、
前記圧電体材料膜に対向する位置にプラズマを形成することにより、前記圧電体材料膜にポーリング処理を行うことを特徴とする圧電体の製造方法である。
【００７２】
また、本発明の一態様において、前記基板の厚さを薄くした際の当該基板の厚さは４００μｍ以下であるとよい。
【００７３】
また、本発明の一態様において、前記ポーリング処理を、プラズマポーリング装置を用いて行う圧電体の製造方法であって、
前記プラズマポーリング装置は、
ポーリングチャンバーと、
前記ポーリングチャンバー内に配置され、前記基板が保持される保持電極と、
前記ポーリングチャンバー内に配置され、前記保持電極に保持された前記基板に対向して配置された対向電極と、
前記保持電極および前記対向電極の一方の電極に電気的に接続される電源と、
前記対向電極と前記保持電極との間の空間にプラズマ形成用ガスを供給するガス供給機構と、
前記保持電極に保持された前記基板の温度を制御する温度制御機構と、
を具備するとよい。
【００７４】
また、本発明の一態様において、前記ポーリング処理を、プラズマポーリング装置を用いて行う圧電体の製造方法であって、
前記プラズマポーリング装置は、
ポーリングチャンバーと、
前記ポーリングチャンバー内に配置され、前記基板が保持される保持電極と、
前記ポーリングチャンバー内に配置され、前記保持電極に保持された前記基板に対向して配置された対向電極と、
前記保持電極に第１の切り替えスイッチを介して接続された第１の電源及び接地電位と、
前記対向電極に第２の切り替えスイッチを介して接続された第２の電源及び前記接地電位と、
前記対向電極と前記保持電極との間の空間にプラズマ形成用ガスを供給するガス供給機構と、
前記保持電極に保持された前記基板の温度を制御する温度制御機構と、
を具備するとよい。
【００７５】
本発明の一態様は、基板上に圧電体材料膜を形成し、
前記圧電体材料膜にランプヒータによってランプ光を照射することで前記圧電体材料膜を結晶化温度に加熱して結晶化させ、
前記圧電体材料膜に対向する位置にプラズマを形成して前記圧電体材料膜に第１の温度でポーリング処理を行う圧電体の製造方法であって、
前記第１の温度は、前記結晶化温度より低く且つ前記圧電体材料膜のヒステリシス曲線の残留分極値が０％となる温度以上の温度であることを特徴とする圧電体の製造方法である。
【００７６】
また、本発明の一態様において、前記圧電体材料膜には、前記第１の温度から第２の温度に下げながら前記ポーリング処理が行われ、
前記第２の温度は、前記圧電体材料膜の室温でのヒステリシス曲線の残留分極値に対して５０％となる残留分極値を示す温度以上で且つ前記第１の温度より低い温度であるとよい。
【００７７】
本発明の一態様は、基板上に圧電体材料膜を形成し、
前記圧電体材料膜にランプヒータによってランプ光を照射することで前記圧電体材料膜を結晶化温度に加熱して結晶化させ、
前記圧電体材料膜に対向する位置にプラズマを形成して前記圧電体材料膜に第１の温度でポーリング処理を行う圧電体の製造方法であって、
前記第１の温度は、前記結晶化温度より低く且つキュリー温度以上（好ましくはキュリー温度より５０℃高い温度以上）の温度であることを特徴とする圧電体の製造方法である。
【００７８】
また、本発明の一態様において、前記圧電体材料膜には、前記第１の温度から第２の温度に下げながら前記ポーリング処理が行われ、
前記第２の温度は、５０℃以上で且つ前記第１の温度より低い温度であるとよい。
【００７９】
本発明の一態様は、基板上に圧電体材料膜を形成し、
前記圧電体材料膜にランプヒータによってランプ光を照射することで前記圧電体材料膜を結晶化温度に加熱して結晶化させ、
前記圧電体材料膜に対向する位置にプラズマを形成して前記圧電体材料膜に第１の温度でポーリング処理を行う圧電体の製造方法であって、
前記第１の温度は、前記結晶化温度より低く且つ１００℃以上の温度であることを特徴とする圧電体の製造方法である。
【００８０】
また、本発明の一態様において、前記圧電体材料膜には、前記第１の温度から第２の温度に下げながら前記ポーリング処理が行われ、
前記第２の温度は、１００℃以上で且つ前記第１の温度より低い温度であるとよい。
【００８１】
本発明の一態様は、基板上に圧電体材料膜を形成し、
前記圧電体材料膜にランプヒータによってランプ光を照射することで前記圧電体材料膜を結晶化温度に加熱しながら、前記圧電体材料膜に対向する位置にプラズマを形成することにより、前記圧電体材料膜を結晶化させながら前記圧電体材料膜にポーリング処理を行うことを特徴とする圧電体の製造方法である。
【００８２】
また、本発明の一態様において、前記圧電体材料膜には、前記第１の温度から第２の温度に下げながら前記ポーリング処理が行われ、
前記第２の温度は、前記圧電体材料膜の室温でのヒステリシス曲線の残留分極値に対して５０％となる残留分極値を示す温度以上又は５０℃以上で且つ前記結晶化温度より低い温度であるとよい。
【発明の効果】
【００８３】
本発明の一態様によれば、乾式法によって簡易的にポーリング処理を行えるポーリング処理方法、プラズマポーリング装置、圧電体及びその製造方法、成膜装置及びエッチング装置、ランプアニール装置のいずれかを提供することができる。
また、本発明の一態様によれば、乾式法又は湿式法のいずれであってもポーリング処理された圧電体等の特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の一態様に係るプラズマポーリング装置を模式的に示す断面図である。
【図２】キュリー温度より５０℃高い温度に加熱してポーリング処理する理由を説明するための模式図である。
【図３】ヒステリシス曲線の残留分極値Ｐｒが０％となる温度以上に加熱してポーリング処理する理由について説明するための図である。
【図４】ユニモルフ振動子を示す模式図である。
【図５】２５０℃以上の温度で圧電体材料膜にポーリング処理を施すと基板の厚さが厚くてもポーリングされやすくなる理由を説明するための図である。
【図６】本発明の一態様に係るプラズマポーリング装置を模式的に示す断面図である。
【図７】本発明の一態様に係る成膜装置を模式的に示す平面図である。
【図８】本発明の一態様に係る成膜装置を模式的に示す平面図である。
【図９】本発明の一態様に係るスパッタリング装置によってスパッタ成膜を行っている様子を示す断面図である。
【図１０】図９に示すスパッタリング装置によってポーリング処理を行っている様子を示す断面図である。
【図１１】本発明の一態様に係るスパッタリング装置によってスパッタ成膜及びポーリング処理を同時に行っている様子を示す断面図である。
【図１２】本発明の一態様に係るプラズマＣＶＤ装置によってＣＶＤ成膜を行っている様子を示す断面図である。
【図１３】図１２に示すプラズマＣＶＤ装置によってポーリング処理を行っている様子を示す断面図である。
【図１４】本発明の一態様に係るプラズマＣＶＤ装置によってＣＶＤ成膜及びポーリング処理を同時に行っている様子を示す断面図である。
【図１５】本発明の一態様に係る蒸着装置によって蒸着成膜を行っている様子を示す断面図である。この蒸着装置はプラズマポーリング装置を有している。
【図１６】図１５に示す蒸着装置によってポーリング処理を行っている様子を示す断面図である。
【図１７】本発明の一態様に係る蒸着装置によって蒸着成膜及びポーリング処理を同時に行っている様子を示す断面図である。
【図１８】本発明の一態様に係る加圧式ランプアニール装置を模式的に示す断面図である。
【図１９】従来のポーリング装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００８５】
以下では、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００８６】
（第１の実施形態）
＜プラズマポーリング装置＞
図１は、本発明の一態様に係るプラズマポーリング装置を模式的に示す断面図である。このプラズマポーリング装置はポーリング処理を行うための装置である。
【００８７】
プラズマポーリング装置はポーリングチャンバー１を有しており、ポーリングチャンバー１内の下方には被ポーリング基材２を保持する保持電極４が配置されている。被ポーリング基材２の詳細は後述するが、被ポーリング基材２は、例えば強誘電体を有する基材、又は基板上に強誘電体が形成された基材等であり、種々の形状の基材を用いることができる。
【００８８】
保持電極４は高周波電源６に電気的に接続されており、保持電極４はＲＦ印加電極としても作用する。保持電極４の周囲及び下部はアースシールド５によってシールドされている。なお、本実施形態では、高周波電源６を用いているが、他の電源、例えば直流電源又はマイクロ波電源を用いても良い。
【００８９】
ポーリングチャンバー１内の上方には、保持電極４に対向して平行の位置にガスシャワー電極（対向電極）７が配置されている。これらは一対の平行平板型電極である。ガスシャワー電極は接地電位に接続されている。なお、本実施形態では、保持電極４に電源を接続し、ガスシャワー電極に接地電位を接続しているが、保持電極４に接地電位を接続し、ガスシャワー電極に電源を接続しても良い。
【００９０】
ガスシャワー電極７の下面には、被ポーリング基材２の表面側（ガスシャワー電極７と保持電極４との間の空間）にシャワー状のプラズマ形成用ガスを供給する複数の供給口（図示せず）が形成されている。プラズマ形成用ガスとしては、例えばＡｒ、Ｈｅ、Ｎ２、Ｏ２、Ｆ２、ＣｘＦｙ、エアーなどを用いることができる。
【００９１】
ガスシャワー電極７の内部にはガス導入経路（図示せず）が設けられている。このガス導入経路の一方側は上記供給口に繋げられており、ガス導入経路の他方側はプラズマ形成用ガスの供給機構３に接続されている。また、ポーリングチャンバー１には、ポーリングチャンバー１の内部を真空排気する排気口が設けられている。この排気口は排気ポンプ（図示せず）に接続されている。
【００９２】
また、プラズマポーリング装置は、高周波電源６、プラズマ形成用ガスの供給機構３、排気ポンプなどを制御する制御部（図示せず）を有しており、この制御部は後述するポーリング処理を行うようにプラズマポーリング装置を制御するものである。
【００９３】
また、プラズマポーリング装置は、ポーリング処理を行う際のポーリング基材２を様々な温度に制御する温度制御機構を有することが好ましい。
【００９４】
＜ポーリング処理方法＞
次に、上記プラズマポーリング装置を用いて被ポーリング基材にポーリング処理を行う方法について説明する。ここで、本発明の一態様によるポーリング処理方法とは、いわゆる強電界によるポーリング処理（即ち分極処理とは、電極を設けたセラミック片に直流高電界を印加し、強誘電体に圧電活性を与えるプロセス）の事を指すだけではなく、熱ポーリングまでを含めるものとする。この熱ポーリングは、中でも特に、誘電体を加熱しながら、直流電圧又は高周波を印加し、電圧又は高周波をきることで、予め誘電体に異方性を持たせることができる。熱エネルギーを与えることで誘電体内のイオンが運動しやすい状態となり、そこに電圧が印加されることでイオンの移動及び分極が誘起される結果、基材の全体が早くポーリングされる。
なお、熱ポーリング処理を行う場合は、上記のプラズマポーリング装置に加熱機構を付加し、この加熱機構によって被ポーリング基材を加熱する必要がある。
【００９５】
［１］被ポーリング基材
まず、被ポーリング基材２を用意する。被ポーリング基材２はポーリング処理が施される基材、例えば誘電体、絶縁体、圧電体、焦電体及び強誘電体の少なくとも一つを有する基材であるが、このポーリング処理は、超伝導性、誘電性、圧電性、焦電性、強誘電性、非線形光学特性を有する、全ての無機物、有機物に有効であるので、種々の被ポーリング基材を用いることも可能である。
【００９６】
被ポーリング基材２となり得る材料の具体例は、以下のとおりである。
ＴｉＯ２、ＭｇＴｉＯ３−ＣａＴｉＯ３系、ＢａＴｉＯ３系、ＣａＳｎＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３、ＭｇＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３系：ＢａＴｉＯ３系、ＢａＯ−Ｒ２Ｏ３−ｎＴｉＯ２系（Ｒ＝Ｎｄ、Ｓｍ・・・、ｎ＝４、５・・・）、Ａｌ２Ｏ３、ダイヤモンド系（ダイヤモンドライクカン等）、ＢＮ、ＳｉＣ、ＢｅＯ、ＡｌＮ、BaTi5O11、Ba2Ti9O20、タングステンブロンズＡＸＢＯ３：Ba2NaNb5O15（ＢＮＮ）、Ba2NaTa5O15 (BNT)、Sr2NaNb5O15 (SNN)、K3Li2Nb5O15 (KLN)、K2BiNb5O15 (KBN)、ペロブスカイト系、（Ｋ，Ｎａ，Ｌｉ）（Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｂ）Ｏ３、ＢｉｘＮａ１−ｘＴｉＯ３（ＢＮＴ）、ＢｉｘＫ１−ｘＴｉＯ３（ＢＫＴ）、ＢｉＦｅＯ３、ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9（ＳＢＴ）、Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12、Ｂｉ４―ｘＬａｘＴｉ３Ｏ１２（ＢＬＴ）、ＳｒＢｉ２Ｎｂ２Ｏ９（ＳＢＮ）、Ｂｉ２ＷＯ４（ＢＷＯ）、SiO2、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ3、Ｓｒ０．５Ｂａ０．５Ｎｂ２Ｏ６、ＫＤＰ（KH2PO4）、C4H4O6NaK・4H2O、NaNO2、(NH2)2CS、K2SeO4、PbZrO3、(NH2)2CS、（NH4)SO4、NaNbO3、ＢａＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＫＮｂＯ３、ＮａＮｂＯ３、ＢｉＦｅＯ３、（Ｎａ、Ｌａ）（Ｍｇ、Ｗ）Ｏ３、Ｌａ１／３ＮｂＯ３、Ｌａ１／３ＴａＯ３、Ｂａ３ＭｇＴａ２Ｏ９、Ｓｒ４ＮａＳｂ３Ｏ１２、Ａ２ＢＲＯ６（Ａ：アルカリ土類、Ｂ：Ｆｅ，Ｌｎ、Ｒ：Ｍｏ，Ｍｎ，Ｗ，Ｒｕ，でＢとＲの原子価差２以上）、Bi2NiMnO6、Sr2FeMoO6、ＢａＬｎＭｎ２Ｏ６、ＮａｘＷＯ３、Ｌｎ１／３ＮｂＯ３、Ｂａ2Ｉｎ2Ｏ5、Ｓｒ2Ｆｅ2Ｏ5、Ｓｒ２Ｎｄ２Ｏ７、Ｓｒ２Ｔａ２Ｏ７、Ｌａ２Ｔｉ２Ｏ７、ＭｇＳｉＯ３、ＣａＩｒＯ３、ＣｕＮＭｎ３、GaＮＭｎ３、ZnＮＭｎ３、CuＮＭｎ３、Ｃａ２ＭｎＯ４、ＦｅＴｉＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、Ｇｄ２（ＭｏＯ４）３、ＳｒＴｉＯ３、ＫＴａＯ３、RFe2O4、Ｌａ2-x Ｓｒx ＣｕＯ4 、、Ｍｅ３Ｂ７Ｏ１３Ｘ（Ｍｅはイオン半径０．９７Å（Ｃｄ２＋）〜０．６６Å（Ｍｇ２＋）、Ｘ：ハロゲン）、Ｎｉ３Ｂ７Ｏ１３Ｉ、BiFeO3、BiＭｎO3、Ｐｂ２（Ｃｏ１／２Ｗ１／２）Ｏ３、Ｐｂ（Ｆｅ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３、Ａ２ＢＲＯ６（Ａ：アルカリ土類、Ｂ：Ｆｅ、Ｌｎ、Ｒ：Ｍｏ、Ｍｎ、Ｗ、Ｒｕ、ＢとＲの原子価２以上）、Bi2NiMnO6 、ＹＭｎＯ３、ＹｂＭｎＯ３、ＨｏＭｎＯ３、ＢａMnＦ４、BaFeF４、BaNiF４、BaCoF４、YＦｅ２Ｏ４、LuＦｅ２Ｏ４、ＴｂＭｎＯ３、ＤｙＭｎＯ３、Ba2Mg2Fe12O22、ＣｕＦｅＯ２、Ｎｉ３Ｖ２Ｏ８、ＬｉＣｕ２Ｏ２、LiV２Ｏ４、LiCr２Ｏ４、NaV２Ｏ４、NaCr２Ｏ４、ＣｏＣｒ２Ｏ４、LiFeＳｉ２Ｏ６、NaCrＳｉ２Ｏ６、LiFeＳｉ２Ｏ６、NaCrＳｉ２Ｏ６、ＭｎＷＯ４、TbＭｎ２Ｏ５、DyＭｎ２Ｏ５、HoＭｎ２Ｏ５、YＭｎ２Ｏ５    Ｒ＝Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｙ、ＲｂＦｅ（ＭｏＯ４）２、Pr３Ｇａ５ＳｉＯ１４、Nd３Ｇａ５ＳｉＯ１４、Nd3Ga5SiO14、Ａ３ＢＦｅ３Ｓｉ２Ｏ１４  Ａ＝Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ  Ｂ＝Ｎｂ、Ｔ各種パイロクロア酸化物、水晶（SiO2)、LiNbO3、BaTiO3、PbTiO3（PT）、Pb（Zr,Ti）O3（ PZT )、Pb（Zr,Ti,Nb）O3（PZTN）、PbNb2O6、PVF2、PMN-PZT, マグネシウムニオブ酸鉛-PZT系 ＞Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 (PMN)-PZT、Pb(Ni1/3Nb2/3)O3 (PNN)-PZT、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 (PMN)-PT、Pb(Ni1/3Nb2/3)O3 (PNN)-PT、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 (PMN-PT)、BaTiO3、(Sr1-x, Bax)TiO3、(Pb1-y, Bay)(Zr1-x, Tix)O3  (ただしx=0〜1、y=0〜1)、CdTiO3、HgTiO3、CaTiO3、GdFeO3、SrTiO3、PbTiO3、BaTiO3、PbTiO3、PbZrO3��Bi0.5Na0.5TiO3、Bi0.5K0.5TiO3、KNbO3、LaAlO3、FeTiO3,MgTiO3,CoTiO3,NiTiO3, CdTiO3、(K1-xNax)NbO3、K(Nb1-xTax)O3、（K1-xNax)(Nb1-yTay)O3、KNbO3、RbNbO3、TlNbO3、CsNbO3、AgNbO3、Pb(Ni1/3Nb2/3)O3, Ba(Ni1/3Nb2/3)O3、Pb(Sc1/2Nb1/2)O3、(Na1/2Bi1/2)TiO3, (K1/2Bi1/2)TiO3, (Li1/2Bi1/2)TiO3、Bi(Mg1/2Ti1/2)O3, Bi(Zn1/2Ti1/2)O3, Bi(Ni1/2Ti1/2)O3, (Bi,La)(Mg1/2Ti1/2)O3、 (A1+1/2A3+1/2)(B2+1/3B5+2/3)O3 （ここでA及びBには、A1+ = Li, Na, K, Ag、A2+=Pb, Ba, Sr, Ca、A3+= Bi, La, Ce, Nd、B1+= Li, Cu、B2+=Mg, Ni, Zn, Co, Sn, Fe, Cd, Cu, Cr、B3+= Mn, Sb, Al, Yb, In, Fe, Co, Sc, Y, Sn、B4+= Ti, Zr、B5+= Nb, Sb, Ta, Bi、B6+= W, Te, Re といった元素が入る。）、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 (PMN)、Pb(Mg1/3Ta2/3)O3 (PMTa)、Pb(Mg1/2W1/2)O3 (PMW)、Pb(Ni1/3Nb2/3)O3 (PNN)、Pb（Ni1/3Ta2/3)O3 (PNTa)、Pb(Ni1/2W1/2)O3 (PNW)、Pb(Zn1/3Nb2/3)O3 (PZN)、Pb(Zn1/3Ta2/3)O3 (PZTa)、Pb(Zn1/2W1/2)O3 (PZW)、Pb(Sc1/2Nb1/2)O3 (PScN)、Pb(Sc1/2Ta1/2)O3 (PScTa)、Pb(Cd1/3Nb2/3)O3 (PCdN)、Pb(Cd1/3Ta2/3)O3 (PCdT)、Pb(Cd1/2W1/2)O3 (PCdW)、Pb(Mn1/3Nb2/3)O3 (PMnN)、Pb(Mn1/3Ta2/3)O3 (PMnTa)、Pb(Mn1/2W1/2)O3 (PMnW)、Pb(Co1/3Nb2/3)O3 (PCoN)、Pb(Co1/3Ta2/3)O3 (PCoTa)、Pb(Co1/2W1/2)O3 (PCoW)、Pb(Fe1/2Nb1/2)O3 (PFN)、Pb(Fe1/2Ta1/2)O3 (PFTa)、Pb(Fe2/3W1/3)O3 (PFW)、Pb(Cu1/3Nb2/3)O3(PCuN)、Pb(Yb1/2Nb1/2)O3 (PYbN)、Pb(Yb1/2Ta1/2)O3 (PYbTa)、Pb(Yb1/2W1/2)O3 (PYbW)、Pb(Ho1/2Nb1/2)O3 (PHoN)、Pb(Ho1/2Ta1/2)O3 (PHoTa)、Pb(Ho1/2W1/2)O3? (PHoW)、Pb(In1/2Nb1/2)O3 (PInN)、Pb(In1/2Ta1/2)O3 (PInTa)、Pb(In1/2W1/2)O3 (PInW)、Pb(Lu1/2Nb1/2)O3 (PLuN)、Pb(Lu1/2Ta1/2)O3 (PLuTa)、Pb(Lu1/2W1/2)O3 (PLuW)、Pb(Er1/2Nb1/2)O3 (PErN)、Pb(Er1/2Ta1/2)O3 (PErT)、Pb(Sb1/2Nb1/2)O3 (PSbN)、Pb(Sb1/2Ta1/2)O3 (PSbT)、BaZrO3-BaTiO3、BaTiO3-SrTiO3、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3、Pb(Sc1/2Nb1/2)O3、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3（PMN)、PMN-PbTiO3、PMN-PZT、非線形光学材料（無機物質）例えば、ガーネット結晶（ Ｙ Ａ Ｇ ， Ｙ Ａ Ｏ ， Ｙ Ｓ Ｏ ， Ｇ ＳＧ Ｇ ， Ｇ Ｇ Ｇ ） でもよいし、フッ化物結晶（ Ｙ Ｌ Ｆ 、Ｌ ｉ Ｓ Ａ Ｆ 、Ｌ ｉ Ｃ Ａ Ｆ ） でも、タングステート結晶（ Ｋ Ｇ Ｗ 、Ｋ Ｙ Ｗ ） 、バナデート結晶（ Ｙ Ｖ Ｏ 4 、Ｇ ｄ Ｖ Ｏ 4 など） でも良い。他にＢ Ｂ Ｏ 、Ｃ Ｂ Ｏ 、Ｃ Ｌ Ｂ Ｏ 、ＹＣ Ｏ Ｂ 、Ｇ ｄ Ｃ Ｏ Ｂ 、Ｇ ｄ Ｙ Ｃ Ｏ Ｂ 、Ｋ Ｔ Ｐ 、Ｋ Ｔ Ａ 、Ｋ Ｄ Ｐ 、Ｌ ｉ Ｎ ｂ Ｏ 3 でもよい。
【００９７】
また、有機非線形光学材料として、(R)-(+)-2-(α-メチルベンジルアミノ)-5-ニトロピリジン（分子式／分子量：C13H13N3O2=243.26）、(S)-(-)-2-(α-メチルベンジルアミノ)-5-ニトロピリジン（分子式／分子量：C13H13N3O2=243.26）、(S)-(-)-N-(5-ニトロ-2-ピリジル)アラニノール（分子式／分子量：C8H11N3O3=197.19）、(S)-(-)-N-(5-ニトロ-2-ピリジル)プロリノール（分子式／分子量：C10H13N3O3=223.23）、(S)-N-(5-ニトロ-2-ピリジル)フェニルアラニノール（分子式／分子量：C14H15N3O3=273.29）、1,3-ジメチル尿素（分子式／分子量：C3H8N2O=88.11）、2-(N,N-ジメチルアミノ)-5-ニトロアセトアニリド（分子式／分子量：C10H13N3O3=223.23）、2-アミノ-3-ニトロピリジン（分子式／分子量：C5H5N3O2=139.11）、2-アミノ-5-ニトロピリジン（分子式／分子量：C5H5N3O2=139.11）、2-アミノフルオレン（分子式／分子量：C13H11N=181.23）、2-クロロ-3,5-ジニトロピリジン（分子式／分子量：C5H2ClN3O4=203.54）、2-クロロ-4-ニトロ-N-メチルアニリン（分子式／分子量：C7H7ClN2O2=186.60）、2-クロロ-4-ニトロアニリン（分子式／分子量：C6H5ClN2O2=172.57）、2-メチル-4-ニトロアニリン（分子式／分子量：C7H8N2O2=152.15）、2-ニトロアニリン（分子式／分子量：C6H6N2O2=138.12）、3-メチル-4-ニトロアニリン（分子式／分子量：C7H8N2O2=152.15）、3-ニトロアニリン（分子式／分子量：C6H6N2O2=138.12）、4-アミノ-4'-ニトロビフェニル（分子式／分子量：C12H10N2O2=214.22）、4-ジメチルアミノ-4'-ニトロビフェニル（分子式／分子量：C14H14N2O2=242.27）、4-ジメチルアミノ-4'-ニトロスチルベン（分子式／分子量：C16H16N2O2=268.31）、4-ヒドロキシ-4'-ニトロビフェニル（分子式／分子量：C12H9NO3=215.20）、4-メトキシ-4'-ニトロビフェニル（分子式／分子量：C13H11NO3=229.23）、4-メトキシ-4'-ニトロスチルベン（分子式／分子量：C15H13NO3=255.27）、4-ニトロ-3-ピコリンN-オキシド（分子式／分子量：C6H6N2O3=154.12）、4-ニトロアニリン（分子式／分子量：C6H6N2O2=138.12）、5-ニトロインドール（分子式／分子量：C8H6N2O2=162.15）、5-ニトロウラシル（分子式／分子量：C4H3N3O4=157.08）、N-(2,4-ジニトロフェニル)-L-アラニンメチル（分子式／分子量：C10H11N3O6=269.21）、N-シアノメチル-N-メチル-4-ニトロアニリン（分子式／分子量：C9H9N3O2=191.19）、N-メチル-4-ニトロ-o-トルイジン（分子式／分子量：C8H10N2O2=166.18）、N-メチル-4-ニトロアニリン（分子式／分子量：C7H8N2O2=152.15）などがあり、これらを被ポーリング基材２として用いても良いが、これらに限定されるものではない。
【００９８】
また、被ポーリング基材２は、ＳＥＭＩ規格より厚さが薄いシリコンウエハ、好ましくは厚さ５００μｍ以下（より好ましくは４００μｍ以下、更に好ましくは３００μｍ以下、より更に好ましくは２５０μｍ以下）のシリコンウエハ上に圧電体材料膜を形成したものでもよい。なお、ＳＥＭＩ規格は、表１に示す規格をいう。また、圧電体材料膜には、上記の被ポーリング基材２となり得る材料などを用いることができる。
【００９９】
【表１】
0005927475.tif 000002
【０１００】
また、被ポーリング基材２は、金属基材、耐酸化性を有する金属基材、前記被ポーリング基材２のキュリー温度又はヒステリシス曲線の残留分極値Ｐｒが０％となる温度に対して耐熱性を有する金属基材、鉄系基材（好ましくは鉄系合金、ステンレス系、ＳＵＳ等の基材）、及び、Ｎｉ系基材（例えばＮｉ合金等の基材）のいずれかの基材上に圧電体材料膜を形成したものでもよい。なお、ヒステリシス曲線の残留分極値Ｐｒについては後述する。
【０１０１】
また、被ポーリング基材２は、ガラス基材、耐酸化性を有するガラス基材、及び、被ポーリング基材２のキュリー温度又はヒステリシス曲線の残留分極値Ｐｒが０％となる温度に対して耐熱性を有するガラス基材のいずれかの基材上に圧電体材料膜を形成したものでもよい。
【０１０２】
金属基材は、熱膨張係数及びヤング率が大きいため、圧電体材料膜に電界を加えてポーリング処理を行う際に、圧電体材料膜が動きやすく、圧電体材料膜に圧電活性を与えやすいという利点がある。
【０１０３】
また、耐酸化性を有する金属基材又はガラス基材は、圧電体材料膜に酸素雰囲気で結晶化処理を行う際に、酸素雰囲気に耐え得るという利点がある。
また、耐熱性を有する金属基材又はガラス基材は、加熱してポーリング処理を行う際に、加熱される温度に耐え得るという利点がある。
【０１０４】
［２］ポーリング処理
次に、被ポーリング基材２をポーリングチャンバー１内に挿入し、このポーリングチャンバー１内の保持電極４上に被ポーリング基材２を保持する。
【０１０５】
次いで、被ポーリング基材２にポーリング処理を施す。
詳細には、排気ポンプによってポーリングチャンバー１内を真空排気する。次いで、ガスシャワー電極７の供給口からシャワー状のＡｒなどのプラズマ形成用ガスを、ポーリングチャンバー１内に導入して被ポーリング基材２の表面に供給する。この供給されたプラズマ形成用ガスは、保持電極４とアースシールド５との間を通ってポーリングチャンバー１の外側へ排気ポンプによって排気される。そして、プラズマ形成用ガスの供給量と排気のバランスにより、所定の圧力、プラズマ形成用ガス流量に制御することによりポーリングチャンバー１内をプラズマ形成用ガス雰囲気とし、高周波電源６により例えば３８０ｋＨｚ、１３．５６ＭＨｚの高周波（ＲＦ）を印加し、プラズマを発生させることにより被ポーリング基材２にポーリング処理を行う。このポーリング処理は、圧力が０．０１Ｐａ〜大気圧で、電源が直流電源、高周波電源又はマイクロ波電源で、処理温度が被ポーリング基材２のキュリー温度以上（好ましくはキュリー温度より５０℃高い温度以上）、または、被ポーリング基材のヒステリシス曲線の残留分極値Ｐｒ（μＣ／ｃｍ２）が０％となる温度以上、または１００℃以上（好ましくは１５０℃以上、より好ましくは２５０℃以上）で、プラズマを形成する際の直流電圧成分が±５０Ｖ〜±２ｋＶである条件で行うことが好ましい。次いで、ポーリング処理を所定時間行った後に、ガスシャワー電極７の供給口からのプラズマ形成用ガスの供給を停止し、ポーリング処理を終了する。
【０１０６】
キュリー温度以上（好ましくはキュリー温度より５０℃高い温度以上）に加熱してポーリング処理する理由について、図２を参照しつつ説明する。
図２は、室温、加熱１、加熱２、冷却１、冷却２のように被ポーリング基材を加熱した後に冷却する過程で、被ポーリング基材に矢印の方向に電界を印加してポーリング処理を行った際の結晶（分極軸）の方向の変化を模式的に示している。
【０１０７】
図２に示すように、室温の状態では、被ポーリング基材の圧電体等がランダムな配向を有しており、結晶（矢印で示す分極軸）の方向もランダムである。
【０１０８】
加熱１の状態は、未だキュリー温度Ｔｃ以下（例えばPZTの場合は３００℃）で被ポーリング基材の加熱途中段階である。この加熱１の状態では、室温の状態に比べて結晶（分極軸）が正方晶に近づき、自発分極が弱い状態である。なお、自発分極の強弱は矢印の長さで示している。また、加熱１の状態は、室温の状態に比べるとポーリング処理が行い易い。
【０１０９】
加熱２の状態は、キュリー温度Ｔｃより５０℃高い温度（例えばPZTの場合は４３０℃程度）に被ポーリング基材が加熱された状態である。この加熱２の状態では、結晶（分極軸）自身の向きを変えながら正方晶になり、自発分極が完全に失われた状態になる。この状態は、キュリー温度Ｔｃになると生じるが、確実に自発分極を失わせるために、キュリー温度Ｔｃより５０℃高い温度とすることが好ましい。このように自発分極が完全に失われた状態にすることで、ポーリング処理が極めて行い易くなる。このため、ポーリング処理によって、ほとんどの結晶（分極軸）の方向が電界を印加している方向に揃う。
【０１１０】
冷却１の状態は、キュリー温度Ｔｃ以下（例えばPZTの場合は３００℃）で被ポーリング基材の冷却途中段階である。加熱２の状態から冷却１の状態に冷却しながらポーリング処理を行うと、ほとんどの結晶（分極軸）の方向が電界を印加している方向に揃ったままで、自発分極の強さが強くなってくる。
【０１１１】
冷却２の状態は、室温まで被ポーリング基材を冷却した状態である。冷却１の状態から冷却２の状態に冷却しながらポーリング処理を行うと、ほとんどの結晶（分極軸）の方向が電界を印加している方向に揃ったままで、自発分極の強さが冷却１の状態より更に強くなる。従って、強い自発分極を有する圧電体等が得られる。なお、冷却２の状態の温度でポーリング処理を停止してもよく、その場合も強い自発分極を有する圧電体等が得られる。
【０１１２】
つまり、被ポーリング基材のキュリー温度（好ましくはキュリー温度より５０℃高い温度）まで加熱してポーリング処理を行った場合は、室温でポーリング処理を行った場合に比べて圧電体等の特性を向上させることができる。
【０１１３】
例えばPZTの場合は、２５０〜２７０℃の温度で自発分極が失われ始め、３８０付近でキュリー温度に到達する。キュリー温度に近づくとPZT結晶格子が正方晶へと変化していき、格子内のＴｉ，Ｚｒが安定点に収まってしまうために自発分極を失う。キュリー温度より高い温度まで加熱することによって、結晶格子が正方晶に安定化し、結晶格子の癖を取り除くことができ、ポーリング処理を行い易くすることができる。
【０１１４】
次に、ヒステリシス曲線の残留分極値Ｐｒが０％となる温度以上に加熱してポーリング処理する理由について、図３を参照しつつ説明する。
図３は、被ポーリング基材２のヒステリシスの残留分極値Ｐｒが１００％となるヒステリシス曲線５１と、被ポーリング基材２のヒステリシスの残留分極値Ｐｒが５０％となるヒステリシス曲線５２を模式的に示す図である。なお、図３において、ｘ軸は被ポーリング基材への印加電圧（Ｖ）を示し、ｙ軸は残留分極（μＣ／ｃｍ２）を示す。
【０１１５】
ヒステリシス曲線５１は、室温で被ポーリング基材２のヒステリシス評価を行った結果であり、このヒステリシス曲線５１の残留分極値Ｐｒ（１００）を１００％と定義する。
【０１１６】
ヒステリシス曲線５２は、ある温度で被ポーリング基材２のヒステリシス評価を行った結果であり、このヒステリシス曲線５２の残留分極値Ｐｒ（５０）は、残留分極値Ｐｒ（１００）の１／２である５０％である。つまり、ヒステリシス曲線５２は、残留分極値Ｐｒ（５０）が残留分極値Ｐｒ（１００）に対して５０％となる温度で被ポーリング基材２のヒステリシス評価を行った結果である。
【０１１７】
キュリー温度で被ポーリング基材２のヒステリシス評価を行うと、ヒステリシス曲線の残留分極値Ｐｒは０％となる。つまり、ヒステリシス曲線の残留分極値Ｐｒが０％となる温度は、キュリー温度である。
【０１１８】
ヒステリシス曲線の残留分極値Ｐｒが０％となる温度に被ポーリング基材を加熱した状態にすると、結晶（分極軸）自身の向きを変えながら正方晶になり、自発分極が完全に失われるため、ポーリング処理が極めて行い易くなる。このため、この状態でポーリング処理を行うことによって、ほとんどの結晶（分極軸）の方向が電界を印加している方向に揃う。
【０１１９】
ヒステリシス曲線の残留分極値Ｐｒ（５０）が５０％となる温度（例えば５０℃）まで被ポーリング基材を冷却しながらポーリング処理を行うと、ほとんどの結晶（分極軸）の方向が電界を印加している方向に揃ったままで、自発分極の強さが強くなってくる。さらに室温まで被ポーリング基材を冷却しながらポーリング処理を行うと、ほとんどの結晶（分極軸）の方向が電界を印加している方向に揃ったままで、自発分極の強さが更に強くなる。従って、強い自発分極を有する圧電体等が得られる。なお、残留分極値Ｐｒ（５０）が５０％となる温度でポーリング処理を停止してもよく、その場合も強い自発分極を有する圧電体等が得られる。
【０１２０】
次に、１００℃以上（好ましくは１５０℃以上、より好ましくは２５０℃以上）の処理温度でポーリング処理する理由について以下に説明する。
被ポーリング基材の圧電体等を１００℃以上に加熱しながらポーリング処理の電界を印加すると、結晶（分極軸）の方向を変えることができ、その変えられた結晶（分極軸）の方向における印加された電界の方向のベクトル成分分だけ、圧電体等の特性を向上させることができるからである。
【０１２１】
例えば被ポーリング基材２として強誘電体を有する基材を用いた場合、上記のようなポーリング処理を行うことで、強誘電体に圧電活性を与えることができ、圧電体を製造することができる。
【０１２２】
本実施形態によれば、被ポーリング基材２に対向する位置にプラズマを形成することにより、被ポーリング基材２にポーリング処理を行うことができる。つまり、乾式法によって簡易的にポーリング処理を行うことが可能となる。
【０１２３】
また、図１９に示す従来のポーリング装置は、バルク材にポーリング処理を行う装置であり、強誘電体膜のような薄膜からなる基材にポーリング処理を行うことは困難であるのに対し、本実施形態によるプラズマポーリング装置は、強誘電体膜のような薄膜からなる基材にポーリング処理を行うことが容易である。
【０１２４】
また、本実施形態によるプラズマポーリング装置では、ウエハ上に形成した強誘電体膜にポーリング処理を行う際にチップ状に個片化しなくてもポーリング処理を行うことができる。
【０１２５】
また、被ポーリング基材の厚さに応じて電源に必要な電圧は異なるが、本実施形態によるプラズマポーリング装置では、従来のポーリング装置に比べて低い電源電圧でポーリング処理が可能であるため、従来のポーリング装置より大きな電源設備を必要としない。
【０１２６】
また、本実施形態によるプラズマポーリング装置では、プラズマを用いてポーリング処理を行うため、従来のポーリング装置に比べてポーリング処理時間を短くすることができ、圧電体の生産性を向上させることができる。
【０１２７】
また、本実施形態によるプラズマポーリング装置では、従来のポーリング装置のようにオイルを使用しないため、オイルが気化して作業者の作業環境を悪化させることがない。
【０１２８】
なお、本実施形態では、被ポーリング基材に対向する位置にプラズマを形成して、キュリー温度より５０℃高い温度、または１００℃以上（好ましくは１５０℃以上、より好ましくは２５０℃以上）の温度でプラズマポーリング処理を行っているが、プラズマを用いることなく、キュリー温度より５０℃高い温度、または１００℃以上（好ましくは１５０℃以上、より好ましくは２５０℃以上）の温度でポーリング処理を行ってもよく、この場合は、ポーリング処理された圧電体等の特性を向上させることができる。なお、プラズマを用いないポーリング処理としては、例えば図１９に示すポーリング処理がある。
【０１２９】
（第２の実施形態）
本発明の一態様による圧電体の製造方法について説明する。この圧電体の製造方法    では、図１に示すプラズマポーリング装置を用いる。
【０１３０】
まず、基板を準備する。詳細には、例えばシリコンウエハのような基板を用意し、この基板の裏面を研削することにより、シリコンウエハの厚さをＳＥＭＩ規格より薄くするか、又は基板の厚さを５００μｍ以下（好ましくは４００μｍ以下、より好ましくは３００μｍ以下、更に好ましくは２５０μｍ以下）とし、この基板上に電極膜を形成する。
なお、本実施形態では、ＳＥＭＩ規格より厚さを薄くしたシリコンウエハ又は５００μｍ以下の厚さの基板の上に電極膜を形成しているが、基板の上に電極膜以外の他の膜等を形成してもよい。
【０１３１】
次に、基板の電極膜上に圧電体材料膜を形成する。なお、圧電体材料膜には、第１の実施形態で説明した被ポーリング基材２となり得る材料などを用いることができる。
【０１３２】
次に、図１に示すプラズマポーリング装置を用いて第１の実施形態と同様の方法により基板上の圧電体材料膜にポーリング処理を施す。これにより、圧電体材料膜に圧電活性を与えることができ、基板上に圧電体を形成することができる。
【０１３３】
本実施形態において、シリコンウエハの厚さをＳＥＭＩ規格より薄くする理由及び基板の厚さを５００μｍ以下とする理由は、基板の厚さが厚いと十分にポーリングすることができないからである。
以下に図４を用いて詳細に説明する。図４はユニモルフ振動子を示す模式図である。
【０１３４】
本実施形態の圧電体が図４に示すPZTに対応し、本実施形態の基板が振動板に対応する。圧電体（PZT）の変位体積Ｖは下記式（１）で示され、圧電体の発生圧力Ｐは下記式（２）で示される。
【０１３５】
Ｖ＝Ｖｈｄ３１（Ｗ３Ｌ／ｔ２）×ｆ（ｗ，ｔ，ｓ）  ・・・（１）
Ｐ＝Ｖｈ（ｄ３１ｔ／ｓＷ２）ｇ（ｗ，ｔ，ｓ）  ・・・（２）
Ｖｈ：PZTの駆動電圧
ｓ：PZTの弾性率
ｄ３１：圧電定数
Ｗ：幅
ｔ：振動板の厚さ
Ｌ：振動板の長さ
【０１３６】
上記式（１）に示すように圧電体の変位体積Ｖは振動板（Ｓｉ基板）の厚さｔの二乗に反比例するため、基板の厚さが厚いと圧電体が動くことができない。ポーリング処理の際に圧電体材料膜に電界を加えても、圧電体材料膜が動けないとポーリングされにくく、圧電体材料膜に圧電活性を与えることができない。
そこで、基板に裏面研削を施し、基板の厚さを５００μｍ以下（好ましくは４００μｍ以下、より好ましくは３００μｍ以下、更に好ましくは２５０μｍ以下）まで薄くすることにより、圧電体材料膜が動きやすくなり、圧電体材料膜に圧電活性を与えることができるようになる。
【０１３７】
なお、本実施形態では、プラズマポーリング処理を用いているが、プラズマを用いることなく、本実施形態を実施してもよい。この場合もポーリング処理された圧電体等の特性を向上させることができる。なお、プラズマを用いないポーリング処理としては、例えば図１９に示すポーリング処理がある。
【０１３８】
（第３の実施形態）
本発明の一態様による圧電体の製造方法について説明する。この圧電体の製造方法    では、図１に示すプラズマポーリング装置を用いる。
【０１３９】
第２の実施形態では、基板の厚さを薄くしてポーリングされやすくしているのに対し、本実施形態では、圧電体材料膜の温度をキュリー温度以上（好ましくはキュリー温度より５０℃高い温度）、ヒステリシス曲線の残留分極値が０％となる温度以上、または１００℃以上（好ましくは１５０℃以上、より好ましくは２５０℃以上）に加熱してポーリングされやすくするものである。
【０１４０】
以下に詳細に説明する。
まず、基板を準備する。詳細には、例えばシリコンウエハのような基板を用意し、この基板上に電極膜を形成する。なお、基板の厚さは、５００μｍ以上であってもよいし、ＳＥＭＩ規格の厚さでもよい。また、本実施形態では、基板上に電極膜を形成した基板を用いているが、電極膜以外の他の膜等が形成された基板を用いてもよい。
【０１４１】
次に、基板の電極膜上に圧電体材料膜を形成する。なお、圧電体材料膜には、第１の実施形態で説明した被ポーリング基材２となり得る材料などを用いることができる。
【０１４２】
次に、図１に示すプラズマポーリング装置を用いて基板上の圧電体材料膜に電界をかけてポーリング処理を行う。詳細には、圧電体材料膜をキュリー温度以上（好ましくはキュリー温度より５０℃高い温度以上）、または１００℃以上（好ましくは１５０℃以上、より好ましくは２５０℃以上）である第１の温度に加熱し、その状態で、圧電体材料膜にポーリング処理を行う。本実施形態では第１の温度を５００℃とする。第１の温度でポーリング処理を行った後に、圧電体材料膜にポーリング処理を続けながら第１の温度から第２の温度に下げる。第２の温度は、５０℃以上で且つ第１の温度より低い温度、圧電体材料膜の室温でのヒステリシス曲線の残留分極値に対して５０％となる残留分極値を示す温度以上、もしくは１００℃以上で且つ第１の温度より低い温度である。本実施形態では第２の温度を２５０℃とする。次いで、圧電体材料膜を第２の温度から室温に下げる。なお、ポーリング処理温度以外は第１の実施形態と同様の方法を用いる。
【０１４３】
本実施形態によれば、第１の温度で圧電体材料膜にポーリング処理を行うため、基板の厚さを薄くしなくても、圧電体材料膜に圧電活性を十分に与えることができる。
【０１４４】
また、本実施形態では、第１の温度から第２の温度（５０℃以上で且つ第１の温度より低い温度等）まで圧電体材料膜の温度を下げながらポーリング処理を続けるため、基板の厚さを薄くしなくても、圧電体材料膜に圧電活性を十分に与えることができる。
【０１４５】
なお、本実施形態では、圧電体材料膜にポーリング処理を続けながら圧電体材料膜を第２の温度まで下げているが、第１の温度でポーリング処理を行った後にポーリング処理を停止してもよいし、圧電体材料膜の温度を第２の温度から第１の温度に上げながらポーリング処理を行ってもよい。
【０１４６】
図５は、本実施形態の温度で圧電体材料膜にポーリング処理を施すと基板の厚さが厚くてもポーリングされやすくなる理由を説明するための図である。
【０１４７】
圧電体は、温度を上げていくに従ってヒステリシスが小さくなり、ヒステリシスが小さいと圧電性も小さくなる。圧電性が小さいということは、基板の厚さが厚くて基板上の圧電体材料膜が動きにくい状態であっても、圧電体材料膜が小さく動くだけでポーリングされるため、ポーリングされやすいことを意味している。なお、圧電体がキュリー温度Ｔｃになるとヒステリシスが無くなる。
【０１４８】
つまり、図５に示すように、ポーリング処理前の圧電体材料膜は、室温で分極無しの状態である。次に、圧電体材料膜を５００℃まで加熱した状態で電界をかけてポーリング処理を行い、その後、ポーリング処理を続けながら２５０℃まで圧電体材料膜の温度を下げる。なお、圧電体材料膜は、キュリー温度Ｔｃ以上の時は分極無しの状態であり、キュリー温度Ｔｃ未満の時は分極有りの状態である。次に、ポーリング処理を停止し、圧電体材料膜の温度を室温まで下げる。室温においても圧電体材料膜は分極状態となる。
【０１４９】
なお、本実施形態では、プラズマポーリング処理を用いているが、プラズマを用いることなく、本実施形態を実施してもよい。この場合もポーリング処理された圧電体等の特性を向上させることができる。なお、プラズマを用いないポーリング処理としては、例えば図１９に示すポーリング処理がある。
【０１５０】
（第４の実施形態）
＜プラズマポーリング装置＞
図６は、本発明の一態様に係るプラズマポーリング装置を模式的に示す断面図であり、図１と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
【０１５１】
保持電極４は切り替えスイッチ８ａを介して高周波電源６ａ及び接地電位に電気的に接続されており、切り替えスイッチ８ａによって保持電極４には高周波電力又は接地電位が印加されるようになっている。また、ガスシャワー電極７は切り替えスイッチ８ｂを介して高周波電源６ｂ及び接地電位に電気的に接続されており、切り替えスイッチ８ｂによってガスシャワー電極７には高周波電力又は接地電位が印加されるようになっている。なお、本実施形態では、高周波電源６ａ，６ｂを用いているが、他の電源、例えば直流電源又はマイクロ波電源を用いても良い。
【０１５２】
また、プラズマポーリング装置は、切り替えスイッチ８ａ，８ｂ、高周波電源６ａ，６ｂ、プラズマ形成用ガスの供給機構３、排気ポンプなどを制御する制御部（図示せず）を有しており、この制御部は後述するポーリング処理を行うようにプラズマポーリング装置を制御するものである。
【０１５３】
＜ポーリング処理方法＞
次に、上記プラズマポーリング装置を用いて被ポーリング基材にポーリング処理を行う方法について説明する。
【０１５４】
［１］被ポーリング基材
まず、被ポーリング基材２を用意する。被ポーリング基材２は第１の実施形態と同様の基材を用いることができる。
【０１５５】
［２］ポーリング処理
次に、第１の実施形態と同様に、ポーリングチャンバー１内の保持電極４上に被ポーリング基材２を保持する。
【０１５６】
(1)第１の接続状態によって高周波電源６ａ，６ｂ及び接地電位を保持電極４及びガスシャワー電極７に接続してポーリング処理を施す場合
第１の接続状態は、切り替えスイッチ８ａによって高周波電源６ａと保持電極４を接続し、切り替えスイッチ８ｂによって接地電位とガスシャワー電極７を接続した状態である。この状態によって被ポーリング基材２にポーリング処理を施す具体的な方法は、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【０１５７】
(2)第２の接続状態によって高周波電源６ａ，６ｂ及び接地電位を保持電極４及びガスシャワー電極７に接続してポーリング処理を施す場合
第２の接続状態は、切り替えスイッチ８ａによって接地電位と保持電極４を接続し、切り替えスイッチ８ｂによって高周波電源６ｂとガスシャワー電極７を接続した状態である。この状態によって被ポーリング基材２にポーリング処理を施す具体的な方法は以下のとおりである。
【０１５８】
排気ポンプによってポーリングチャンバー１内を真空排気する。次いで、ガスシャワー電極７の供給口からシャワー状のＡｒなどのプラズマ形成用ガスを、ポーリングチャンバー１内に導入して被ポーリング基材２の表面に供給する。この供給されたプラズマ形成用ガスは、保持電極４とアースシールド５との間を通ってポーリングチャンバー１の外側へ排気ポンプによって排気される。そして、プラズマ形成用ガスの供給量と排気のバランスにより、所定の圧力、プラズマ形成用ガス流量に制御することによりポーリングチャンバー１内をプラズマ形成用ガス雰囲気とし、高周波電源６ｂにより例えば３８０ｋＨｚ、１３．５６ＭＨｚの高周波（ＲＦ）をガスシャワー電極７に印加し、プラズマを発生させることにより被ポーリング基材２にポーリング処理を行う。このポーリング処理は、圧力が０．０１Ｐａ〜大気圧で、電源が直流電源、高周波電源又はマイクロ波電源で、処理温度が被ポーリング基材２のキュリー温度以上（好ましくはキュリー温度より５０℃高い温度以上）、被ポーリング基材２のヒステリシス曲線の残留分極値が０％となる温度以上、または１００℃以上（好ましくは１５０℃以上、より好ましくは２５０℃以上）で、プラズマを形成する際の直流電圧成分が±５０Ｖ〜±２ｋＶである条件で行うことが好ましい。次いで、ポーリング処理を所定時間行った後に、ガスシャワー電極７の供給口からのプラズマ形成用ガスの供給を停止し、ポーリング処理を終了する。
【０１５９】
例えば被ポーリング基材２として強誘電体を有する基材を用いた場合、上記のようなポーリング処理を行うことで、強誘電体に圧電活性を与えることができ、圧電体を製造することができる。
【０１６０】
本実施形態においても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１６１】
なお、第１乃至第４の実施形態は、互いに組み合わせて実施してもよく、例えば第２の実施形態と第３の実施形態を組み合わせてもよいし、第２の実施形態と第４の実施形態を組み合わせてもよいし、第３の実施形態と第４の実施形態を組み合わせてもよい。
【０１６２】
（第５の実施形態）
図７は、本発明の一態様に係る成膜装置を模式的に示す平面図である。この成膜装置は、搬送機構を有する搬送室９、ＬＬ室１０、プラズマポーリング装置を有するポーリング室１１、ＣＶＤ装置を有するＣＶＤ室１２を有している。搬送室９、ＬＬ室１０、ポーリング室１１及びＣＶＤ１２室それぞれは真空排気するための排気機構を有している。ＣＶＤ装置は、例えばＭＯＣＶＤ装置、プラズマＣＶＤ装置を用いることができる。
【０１６３】
ＬＬ室１０に基板（図示せず）を導入し、その基板を搬送機構によって搬送室９を介してＣＶＤ室１２に搬送する。次いで、ＣＶＤ室１２で基板上にＣＶＤ膜を成膜する。次いで、基板を搬送機構によってＣＶＤ室１２からポーリング室１１に搬送し、ポーリング室１１で基板にポーリング処理を行う。ポーリング処理の方法は、第１乃至第４の実施形態のいずれかの方法を用いる。次いで、基板を搬送機構によってポーリング室１１からＬＬ室１０に搬送し、ＬＬ室１０から基板を取り出す。
【０１６４】
なお、本実施形態では、ＣＶＤ装置を有するＣＶＤ室１２を用いているが、ＣＶＤ室１２を、スパッタリング装置を有するスパッタリング室、蒸着装置を有する蒸着室に変更して実施してもよい。
【０１６５】
（第６の実施の形態）
図８は、本発明の一態様に係る成膜装置を模式的に示す平面図である。この成膜装置は、ＬＬユニット及び搬送機構を有する搬送室９、プラズマポーリング装置を有するポーリング室１１、スピンコート装置を有するスピンコータ室１３、ランプアニール（ＲＴＡ：Rapid Thermal Anneal)装置を有するＲＴＡ室１４を有している。搬送室９、ポーリング室１１、スピンコータ室１３及びＲＴＡ室１４それぞれは真空排気するための排気機構を有している。
【０１６６】
搬送室９のＬＬユニットに基板（図示せず）を導入し、その基板を搬送機構によってスピンコータ室１３に搬送する。次に、このスピンコータ室１３のスピンコート装置によって基板上に圧電体材料膜のような被ポーリング膜を成膜する。次いで、基板を搬送機構によってスピンコータ室１３からＲＴＡ室１４に搬送し、ＲＴＡ室１４のランプアニール装置によって基板上の圧電体材料膜に熱処理を施して結晶化する。次に、基板を搬送機構によってＲＴＡ室１４からポーリング室１１に搬送し、ポーリング室１１で基板上の圧電体材料膜にポーリング処理を行う。ポーリング処理の方法は、第１乃至第４の実施形態のいずれかの方法を用いる。次いで、基板を搬送機構によってポーリング室１１からＬＬユニットに搬送し、ＬＬユニットから基板を取り出す。
【０１６７】
本実施の形態によれば、大気開放せずに連続してスピンコート、ランプアニール、ポーリングの処理を行うことができるため、膜質を向上させることができる。
なお、本実施形態では、ランプアニール装置を用いているが、加圧式のランプアニール装置を用いてもよい。
【０１６８】
（第７の実施の形態）
図９は、本発明の一態様に係るスパッタリング装置によってスパッタ成膜を行っている様子を示す断面図である。このスパッタリング装置はプラズマポーリング装置を有している。
図１０は、図９に示すスパッタリング装置によってポーリング処理を行っている様子を示す断面図である。
【０１６９】
まず、図９に示すように、保持電極１７上に基板２を保持する。次いで、バルブ２３を閉じ、バルブ２４，２５を開き、真空排気機構２６によってチャンバー１５内を真空排気し、スパッタガス供給源２２によってチャンバー１５内にスパッタガスを供給し、所望の圧力となるように制御する。
【０１７０】
次に、切り替えスイッチ２７ａによって保持電極１７を接地電位に接続し、基板２に対向して配置されたスパッタリングターゲット（図示せず）を有する対向電極１９を切り替えスイッチ２７ｂによって高周波電源２０に接続する。これにより、基板２に接地電位が印加され、スパッタリングターゲットに高周波電力が印加され、スパッタ粒子１６ａによって基板２上に圧電体材料膜のような被ポーリング膜が成膜される。
【０１７１】
次に、図１０に示すように、バルブ２４を閉じ、バルブ２３，２５を開き、真空排気機構２６によってチャンバー１５内を真空排気し、ポーリングガス供給源２１によってチャンバー１５内にポーリングガスを供給し、所望の圧力となるように制御する。
【０１７２】
次に、切り替えスイッチ２７ａによって保持電極１７を高周波電源１８に接続し、対向電極１９を切り替えスイッチ２７ｂによって接地電位に接続する。これにより、基板２に高周波電力が印加され、対向電極１９に接地電位が印加され、基板２上の被ポーリング膜にポーリング処理が行われる。ポーリング処理の方法は、第１乃至第４の実施形態のいずれかの方法を用いる。
【０１７３】
本実施の形態によれば、スパッタ成膜、ポーリング処理を大気開放せずに連続して行うことができるため、膜質を向上させることができる。
【０１７４】
（第８の実施の形態）
図１１は、本発明の一態様に係るスパッタリング装置によってスパッタ成膜及びポーリング処理を同時に行っている様子を示す断面図である。このスパッタリング装置はプラズマポーリング装置を有している。
【０１７５】
図１１に示すように、保持電極１７上に基板２を保持する。次いで、バルブ２３〜２５を開き、真空排気機構２６によってチャンバー１５内を真空排気し、ポーリングガス供給源２１及びスパッタガス供給源２２によってチャンバー１５内にポーリングガス及びスパッタガスを供給し、所望の圧力となるように制御する。
【０１７６】
次に、保持電極１７を高周波電源１８に接続し、基板２に対向して配置されたスパッタリングターゲット（図示せず）を有する対向電極１９を高周波電源２０に接続する。これにより、基板２に高周波電力が印加され、スパッタリングターゲットに高周波電力が印加され、スパッタ粒子１６ａ及びポーリングガス１６ｂによって基板２上にスパッタ膜が成膜されながら、そのスパッタ膜にポーリング処理が行われる。
【０１７７】
（第９の実施の形態）
図１２は、本発明の一態様に係るプラズマＣＶＤ装置によってＣＶＤ成膜を行っている様子を示す断面図である。このプラズマＣＶＤ装置はプラズマポーリング装置を有している。
図１３は、図１２に示すプラズマＣＶＤ装置によってポーリング処理を行っている様子を示す断面図である。
【０１７８】
まず、図１２に示すように、保持電極２９上に基板２を保持する。次いで、バルブ２３を閉じ、バルブ２４，２５を開き、真空排気機構２６によってチャンバー２８内を真空排気し、ＣＶＤガス供給源３２によってチャンバー２８内にＣＶＤガスを供給し、所望の圧力となるように制御する。
【０１７９】
次に、切り替えスイッチ２７ｃによって保持電極２９をＣＶＤ用の高周波電源３１に接続する。基板２に対向して配置された対向電極３０は接地電位に接続されている。これにより、基板２にＣＶＤ用の高周波電力が印加され、対向電極３０に接地電位が印加され、ＣＶＤガス１６ｃによって基板２上に圧電体材料膜のような被ポーリング膜が成膜される。
【０１８０】
次に、図１３に示すように、バルブ２４を閉じ、バルブ２３，２５を開き、真空排気機構２６によってチャンバー２８内を真空排気し、ポーリングガス供給源２１によってチャンバー２８内にポーリングガスを供給し、所望の圧力となるように制御する。
【０１８１】
次に、切り替えスイッチ２７ｃによって保持電極２９をポーリング用の高周波電源１８に接続する。対向電極３０は接地電位に接続されている。これにより、基板２に高周波電力が印加され、対向電極３０に接地電位が印加され、基板２上の被ポーリング膜にポーリング処理が行われる。ポーリング処理の方法は、第１乃至第４の実施形態のいずれかの方法を用いる。
【０１８２】
本実施の形態によれば、ＣＶＤ成膜、ポーリング処理を大気開放せずに連続して行うことができるため、膜質を向上させることができる。
【０１８３】
（第１０の実施の形態）
図１４は、本発明の一態様に係るプラズマＣＶＤ装置によってＣＶＤ成膜及びポーリング処理を同時に行っている様子を示す断面図である。このプラズマＣＶＤ装置はプラズマポーリング装置を有している。
【０１８４】
図１４に示すように、保持電極２９上に基板２を保持する。次いで、バルブ２３〜２５を開き、真空排気機構２６によってチャンバー２８内を真空排気し、ポーリングガス供給源２１及びＣＶＤガス供給源３２によってチャンバー２８内にポーリングガス１６ｂ及びＣＶＤガス１６ｃを供給し、所望の圧力となるように制御する。
【０１８５】
次に、ＣＶＤ用の高周波電源３１及びポーリング用の高周波電源１８によって保持電極２９にＣＶＤ用の高周波電力及びポーリング用の高周波電力を印加する。これにより、ＣＶＤガス１６ｃ及びポーリングガス１６ｂによって基板２上にＣＶＤ膜が成膜されながら、そのＣＶＤ膜にポーリング処理が行われる。
【０１８６】
（第１１の実施の形態）
図１５は、本発明の一態様に係る蒸着装置によって蒸着成膜を行っている様子を示す断面図である。この蒸着装置はプラズマポーリング装置を有している。
図１６は、図１５に示す蒸着装置によってポーリング処理を行っている様子を示す断面図である。
【０１８７】
まず、図１５に示すように、保持電極４２上に基板２を保持する。次いで、バルブ２３を閉じ、バルブ２５を開き、真空排気機構２６によってチャンバー４１内を真空排気し、所望の圧力となるように制御する。
【０１８８】
次に、蒸着源４３によって基板２の表面に蒸着材料１６ｄを供給する。これにより、基板２上に圧電体材料膜のような被ポーリング膜が成膜される。
【０１８９】
次に、図１６に示すように、バルブ２３，２５を開き、真空排気機構２６によってチャンバー４１内を真空排気し、ポーリングガス供給源２１によってチャンバー４１内にポーリングガス１６ｂを供給し、所望の圧力となるように制御する。
【０１９０】
次に、切り替えスイッチ２７ｄによって保持電極４２を高周波電源１８に接続する。これにより、基板２に高周波電力が印加され、基板２上の被ポーリング膜にポーリング処理が行われる。ポーリング処理の方法は、第１乃至第４の実施形態のいずれかの方法を用いる。
【０１９１】
本実施の形態によれば、蒸着成膜、ポーリング処理を大気開放せずに連続して行うことができるため、膜質を向上させることができる。
【０１９２】
（第１２の実施の形態）
図１７は、本発明の一態様に係る蒸着装置によって蒸着成膜及びポーリング処理を同時に行っている様子を示す断面図である。この蒸着装置はプラズマポーリング装置を有している。
【０１９３】
図１７に示すように、保持電極４２上に基板２を保持する。次いで、バルブ２３，２５を開き、真空排気機構２６によってチャンバー４１内を真空排気し、ポーリングガス供給源２１によってチャンバー４１内にポーリングガス１６ｂを供給し、所望の圧力となるように制御する。
【０１９４】
次に、高周波電源１８によって保持電極４２にポーリング用の高周波電力を印加するとともに、蒸着源４３によって基板２の表面に蒸着材料１６ｄを供給する。これにより、基板２上に圧電体材料膜が蒸着成膜されながら、その圧電体材料膜にポーリング処理が行われる。
【０１９５】
（第１３の実施の形態）
本発明の一態様によるエッチング装置は、第１乃至４の実施形態で説明したいずれかのプラズマポーリング装置を有している。エッチング装置は例えばプラズマエッチング装置を用いることができる。
【０１９６】
例えば成膜装置によって基板上に圧電体材料膜のような被ポーリング膜を成膜し、その被ポーリング膜をエッチング装置によって加工した後に、その加工後の被ポーリング膜にプラズマポーリング装置によってポーリング処理を行うことができる。例えば、被ポーリング膜にプラズマエッチングすることでキャパシタを形成した後に、キャパシタにポーリング処理を行うという工程を実施しても良い。
【０１９７】
（第１４の実施の形態）
＜プラズマポーリング装置＞
図１８は、本発明の一態様に係る加圧式ランプアニール装置を模式的に示す断面図である。この加圧式ランプアニール装置はプラズマポーリング装置を備えている。加圧式ランプアニール装置は、加圧した状態でランプアニール処理（ＲＴＡ：Rapid Thermal Anneal)を行い、ポーリング処理を行うための装置である。
【０１９８】
ＲＴＡ装置は加圧用のチャンバー１０１を有しており、チャンバー１０１は図示せぬ冷却機構によって水冷されるように構成されている。チャンバー１０１内の下方には被ポーリング基材１０２を保持する保持電極１０４が配置されている。被ポーリング基材１０２の詳細は第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【０１９９】
保持電極１０４は高周波電源６に電気的に接続されており、保持電極１０４はＲＦ印加電極としても作用する。保持電極１０４の周囲及び下部はアースシールド１０５によってシールドされている。なお、本実施形態では、高周波電源６を用いているが、他の電源、例えば直流電源又はマイクロ波電源を用いても良い。
【０２００】
チャンバー１０１内の上方には、保持電極１０４に対向して平行の位置にガスシャワー電極（対向電極）１０７が配置されている。これらは一対の平行平板型電極である。ガスシャワー電極は接地電位に接続されている。なお、本実施形態では、保持電極１０４に電源を接続し、ガスシャワー電極に接地電位を接続しているが、保持電極１０４に接地電位を接続し、ガスシャワー電極に電源を接続しても良い。
【０２０１】
ガスシャワー電極１０７の下面には、被ポーリング基材１０２の表面側（ガスシャワー電極１０７と保持電極１０４との間の空間）にシャワー状のプラズマ形成用ガスを供給する複数の供給口（図示せず）が形成されている。プラズマ形成用ガスとしては、例えばＡｒ、Ｈｅ、Ｎ２、Ｏ２、Ｆ２、ＣｘＦｙ、エアーなどを用いることができる。
【０２０２】
ガスシャワー電極１０７の内部にはガス導入経路（図示せず）が設けられている。このガス導入経路の一方側は上記供給口に繋げられており、ガス導入経路の他方側はプラズマ形成用ガスの供給機構１０３に接続されている。また、チャンバー１０１には、チャンバー１０１の内部を真空排気する排気口が設けられている。この排気口は排気ポンプ（図示せず）に接続されている。
【０２０３】
チャンバー１０１内の上方には、保持電極１０４に対向してランプヒータ１０８が配置されている。本装置は、ランプヒータ１０８の熱を排気する排気ダクト（図示せず）を有している。
【０２０４】
チャンバー１０１は加圧ライン（加圧機構）１１２に接続されている。加圧ライン１１２は、アルゴンガスによる加圧ライン、酸素ガスによる加圧ライン及び窒素ガスによる加圧ラインを有している。
【０２０５】
アルゴンガスによる加圧ラインはアルゴンガス供給源１１３を備え、このアルゴンガス供給源１１３は第１配管を介して逆止弁１１４に接続されており、この逆止弁１１４は第２配管を介して不純物を除去するためのフィルタ１１７に接続されている。このフィルタ１１７は第３配管を介してバルブ１２３に接続されており、第３配管は圧力計１２０に接続されている。バルブ１２３は第４配管を介してレギュレータ１２６に接続されており、このレギュレータ１２６は第５配管を介してマスフローコントローラ１３１に接続されている。レギュレータ１２６は、ガスの圧力を徐々に上げることによりマスフローコントローラ１３１の上流側と下流側の差圧を所定圧に設定するものである。マスフローコントローラ１３１は第６配管を介してバルブ１３４に接続されており、このバルブ１３４は第７配管を介して加熱ユニット１３７に接続されている。加熱ユニット１３７は、プロセスを安定させるためにガス温度を一定（例えば４０〜５０℃程度）にするものである。加熱ユニット１３７は第８配管１５１を介してチャンバー１０１に接続されている。
【０２０６】
酸素ガスによる加圧ラインは、アルゴンガスによる加圧ラインと同様に構成されている。詳細には、酸素ガスによる加圧ラインは酸素ガス供給源１２９を備え、この酸素ガス供給源１２９は第１配管を介して逆止弁１１５に接続されており、この逆止弁１１５は第２配管を介して不純物を除去するためのフィルタ１１８に接続されている。このフィルタ１１８は第３配管を介してバルブ１２４に接続されており、第３配管は圧力計１２１に接続されている。バルブ１２４は第４配管を介してレギュレータ１２７に接続されており、このレギュレータ１２７は第５配管を介してマスフローコントローラ１３２に接続されている。マスフローコントローラ１３２は第６配管を介してバルブ１３５に接続されており、このバルブ１３５は第７配管を介して加熱ユニット１３７に接続されている。加熱ユニット１３７は第８配管１５１を介してチャンバー１０１に接続されている。
【０２０７】
窒素ガスによる加圧ラインは、アルゴンガスによる加圧ラインと同様に構成されている。詳細には、窒素ガスによる加圧ラインは窒素ガス供給源１３８を備え、この窒素ガス供給源１３８は第１配管を介して逆止弁１１６に接続されており、この逆止弁１１６は第２配管を介して不純物を除去するためのフィルタ１１９に接続されている。このフィルタ１１９は第３配管を介してバルブ１２５に接続されており、第３配管は圧力計１２２に接続されている。バルブ１２５は第４配管を介してレギュレータ１２８に接続されており、このレギュレータ１２８は第５配管を介してマスフローコントローラ１３３に接続されている。マスフローコントローラ１３３は第６配管を介してバルブ１３６に接続されており、このバルブ１３６は第７配管を介して加熱ユニット１３７に接続されている。加熱ユニット１３７は第８配管１５１を介してチャンバー１０１に接続されている。
【０２０８】
また、チャンバー１０１は圧力調整ラインに接続されている。この圧力調整ライン及び前記加圧ライン１１２によってチャンバー１０１内を所定の圧力（例えば１ＭＰａ未満）に加圧できるようになっている。前記圧力調整ラインは可変バルブ１３９を備えており、この可変バルブ１３９の一方側は第９配管１５２を介してチャンバーに接続されている。第９配管１５２は圧力計１４０に接続されており、この圧力計１４０によってチャンバー１０１内の圧力を測定できるようになっている。可変バルブ１３９の他方側は第１０配管に接続されている。
【０２０９】
また、チャンバー１０１は安全ラインに接続されている。この安全ラインは、チャンバー１０１内が異常に加圧され過ぎてある一定の圧力以上になった時にチャンバー内を大気圧まで下げるためのものである。安全ラインは開放バルブ１４１を備えている。この開放バルブ１４１の一方側は第９配管１５２を介してチャンバー１０１に接続されており、開放バルブ１４１の他方側は第１０配管に接続されている。開放バルブ１４１はある一定の圧力がかかるとガス流れるようになっている。
【０２１０】
また、チャンバー１０１は大気開放ラインに接続されている。この大気開放ラインは、正常に加圧されたチャンバー１０１内を大気圧に戻すものである。大気開放ラインは開放バルブ１４２を備えている。この開放バルブ１４２の一方側は第９配管１５２を介してチャンバー１０１に接続されており、開放バルブ１４２の他方側は第１０配管に接続されている。開放バルブ１４２は、チャンバー１０１内を大気圧に戻すために該チャンバー１０１内のガスを徐々に流すようになっている。
【０２１１】
また、チャンバー１０１は減圧状態から大気圧に戻すラインに接続されている。このラインは、チャンバー１０１内が減圧状態（真空状態）となっている場合に、減圧状態から大気圧に戻すものである。前記ラインはリークバルブ１４３を備えている。このリークバルブ１４３の一方側は第９配管１５２を介してチャンバー１０１内に接続されており、リークバルブ１４３の他方側は第１１配管を介して逆止弁１４４に接続されている。この逆止弁１４４は第１２配管を介して窒素ガス供給源１４５に接続されている。つまり、前記ラインは、窒素ガス供給源１４５から逆止弁１４４、リークバルブ１４３を介してチャンバー１０１内に窒素ガスを徐々に導入することによりチャンバー１０１内を大気圧に戻すようになっている。
【０２１２】
また、チャンバー１０１は、そのチャンバー内を減圧状態にするための真空排気ラインに接続されている。この真空排気ラインはバルブ１６９を有しており、このバルブ１６９の一端は配管を介してチャンバー１０１内に接続されている。バルブ１６９の他端は配管を介して真空ポンプ１７０に接続されている。この真空排気ラインは、例えば加圧ＲＴＡを行う前に一度真空排気を行う場合などに使用される。
【０２１３】
また、加圧式ランプアニール装置は、高周波電源６、プラズマ形成用ガスの供給機構１０３、ランプヒータ１０８、加圧ライン１１２、排気ポンプなどを制御する制御部（図示せず）を有しており、この制御部は後述するＲＴＡ処理及び第１の実施形態と同様のポーリング処理を行うように加圧式ランプアニール装置を制御するものである。
【０２１４】
また、加圧式ランプアニール装置は、ポーリング処理を行う際のポーリング基材１０２を様々な温度に制御する温度制御機構を有していてもよい。
【０２１５】
次に、上記の加圧式ランプアニール装置の動作について説明する。この動作の一例として、上記加圧式ランプアニール装置を用いて有機金属材料の一例であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）強誘電体キャパシタを作製する方法について説明する。
【０２１６】
まず、６インチのシリコンウエハ上に熱酸化法によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）を形成し、このシリコン酸化膜上に下部電極を形成する。次いで、この下部電極上にゾルゲル法によりＰＺＴ膜を塗布する。このようにして被ポーリング基材１０２を準備する。
【０２１７】
この後、上記加圧式ランプアニール装置を用いて酸素雰囲気中で６００℃、１分間のＲＴＡ処理を行う。以下、詳細に説明する。
【０２１８】
被ポーリング基材１０２をチャンバー１０１内に導入し、この被ポーリング基材１０２を保持電極１０４上に保持する。次いで、加圧ライン１１２の酸素ガス供給源１２９から第１配管、逆止弁１１５、第２配管、フィルタ１１８、第３配管、バルブ１２４、第４配管、レギュレータ１２７、第５配管、マスフローコントローラ１３２、第６配管、バルブ１３５、第７配管、加熱ユニット１３７、第８配管１５１を通して酸素ガスをチャンバー１０１内に導入する。これと共に、圧力調整ラインの可変バルブ１３９を徐々に閉じていくことにより、チャンバー１０１内を酸素雰囲気としながら徐々に加圧する。そして、チャンバー１０１内は１ＭＰａ未満の所定の圧力まで加圧され、その圧力で維持される。
【０２１９】
次に、ランプヒータ１０８からランプ光を被ポーリング基材１０２のＰＺＴ膜に照射する。これにより、ＰＺＴ膜が結晶化温度（例えば６００℃）まで急速に加熱され、結晶化温度で１分間保持される。その結果、ＰＺＴと酸素が素早く反応され、ＰＺＴ膜が結晶化される。
【０２２０】
次いで、結晶化されたＰＺＴ膜に第１〜第４の実施形態のいずれかと同様の方法でポーリング処理を施す。
例えば、加圧ライン１１２の酸素供給源からの酸素の供給を停止し、排気ポンプによってチャンバー１０１内を真空排気する。次いで、ガスシャワー電極１０７の供給口からシャワー状のＡｒなどのプラズマ形成用ガスを、チャンバー１０１内に導入してＰＺＴ膜の表面に供給する。この供給されたプラズマ形成用ガスは、保持電極４とアースシールド５との間を通ってチャンバー１０１の外側へ排気ポンプによって排気される。そして、プラズマ形成用ガスの供給量と排気のバランスにより、所定の圧力、プラズマ形成用ガス流量に制御することによりチャンバー１内をプラズマ形成用ガス雰囲気とし、高周波電源６により例えば３８０ｋＨｚ、１３．５６ＭＨｚの高周波（ＲＦ）を印加し、プラズマを発生させることによりＰＺＴ膜にポーリング処理を行う。このポーリング処理は、圧力が０．０１Ｐａ〜大気圧で、電源が直流電源、高周波電源又はマイクロ波電源で、処理温度がＰＺＴ膜のキュリー温度以上（好ましくはキュリー温度より５０℃高い温度以上）、または、ＰＺＴ膜のヒステリシス曲線の残留分極値Ｐｒ（μＣ／ｃｍ２）が０％となる温度以上、または１００℃以上（好ましくは１５０℃以上、より好ましくは２５０℃以上）で、
プラズマを形成する際の直流電圧成分が±５０Ｖ〜±２ｋＶである条件で行うことが好ましい。次いで、ポーリング処理を所定時間行った後に、ガスシャワー電極１０７の供給口からのプラズマ形成用ガスの供給を停止し、ポーリング処理を終了する。
【０２２１】
本実施形態によれば、ランプヒータ１０８によってランプ光を照射することでＰＺＴ膜を結晶化温度に加熱して結晶化させた後に、ＰＺＴ膜の温度を室温まで下げることなく、連続して、被ポーリング基材１０２のＰＺＴ膜に対向する位置にプラズマを形成してＰＺＴ膜に結晶化温度より低く且つキュリー温度以上の温度等でポーリング処理を行う。従って、結晶化処理とポーリング処理を効率良く実施できる。
なお、本実施形態を以下のように変更して実施してもよい。
ランプヒータによってランプ光を照射することでＰＺＴ膜を結晶化温度に加熱しながらＰＺＴ膜に対向する位置にプラズマを形成することにより、ＰＺＴ膜を結晶化させながらＰＺＴ膜にポーリング処理を行ってもよい。
【０２２２】
また、本実施形態は、第１乃至第６の実施形態と組み合わせて実施してもよい。例えば、ＰＺＴ膜のキュリー温度以上（好ましくはキュリー温度より５０℃高い温度以上）、または、ＰＺＴ膜のヒステリシス曲線の残留分極値Ｐｒ（μＣ／ｃｍ２）が０％となる温度以上、または１００℃以上（好ましくは１５０℃以上、より好ましくは２５０℃以上）の第１の温度から第２の温度に下げながらポーリング処理を行ってもよい。第２の温度は、ＰＺＴ膜の室温でのヒステリシス曲線の残留分極値に対して５０％となる残留分極値を示す温度以上で且つ第１の温度より低い温度であってもよいし、５０℃以上で且つ第１の温度より低い温度であってもよいし、１００℃以上で且つ第１の温度より低い温度であってもよい。
【実施例】
【０２２３】
25重量％Pb15％過剰ゾルゲルPZT溶液（Pb/Zr/Ti=115/52/48）を用いてスピンコートを行った。これにより、ウエハ上にPZT溶液を塗布した。一回当たり塗布量は500μLとし、スピン条件は以下の条件を用いてPZT厚膜塗布を行った。
（スピン条件）
0〜300rpmまで3秒で上昇、3秒保持
300〜500rpmまで5秒で上昇、5秒保持
500〜1500rpmまで5秒で上昇、90秒保持
【０２２４】
塗布毎に、乾燥（水分除去）工程として250℃に加熱したホットプレート上で30秒保持し、水分除去を行った。次に、仮焼成工程としてロータリポンプで真空引きを行い、到達真空度は10‐1 Pa とした。次にN2を大気圧まで満たし、450℃、90秒間加熱して有機分の分解除去を行った。
【０２２５】
上記の塗布、乾燥、仮焼成を3、6、9、12、15回繰り返し、焼結炉で酸素雰囲気下で、700℃、5分間の結晶化処理を行い、それぞれ全膜厚1、2、3、4、5umのPZT厚膜を作製した。
【０２２６】
上記のゾルゲル法で作成したPZT厚膜に対して、図１に示すプラズマポーリング装置を用い、分極処理を行った。
【０２２７】
電源は、380kHzおよび13.56MHzのRF電源を使用した。PZTの膜厚で処理条件は変化するが、圧力1〜30Pa、RF出力70〜700w、Arガス15〜30sccm、温度は25℃、処理時間1〜5分の条件で処理を行う。基本的にはRF電源のVdcモニターを参考に、膜厚1μmに対しVdc=50vの条件で処理を行った。つまり、膜厚1、２、３、４、５μmの場合で、それぞれ、Vdc＝50、100、150、200、250Vであった。時間は全て1分間行った。
【０２２８】
その結果、分極処理前の圧電特性d33は、それぞれ市販のd33メーターで測定したところ、d33=14、23、14、8、13pm/Vであった数値が、分極処理後は、d33=450、420、350、440、400pm/Vと格段に向上した。従って、PZT厚膜に対向する位置にプラズマを形成することにより、PZT厚膜にポーリング処理を行うことで、圧電特性が格段に向上することを確認した。
【符号の説明】
【０２２９】
１…ポーリングチャンバー
２…被ポーリング基材，基板
３…プラズマ形成用ガスの供給機構
４…保持電極
５…アースシールド
６，６ａ，６ｂ…高周波電源
７…ガスシャワー電極（対向電極）
８ａ，８ｂ…切り替えスイッチ
９…搬送室
１０…ＬＬ室
１１…ポーリング室
１２…ＣＶＤ室
１３…スピンコータ室
１４…ＲＴＡ室
１５，２８，４１…チャンバー
１６ａ…スパッタガス
１６ｂ…ポーリングガス
１６ｃ…ＣＶＤガス
１６ｄ…蒸着材料
１７，２９，４２…保持電極
１８…ポーリング用の高周波電源
１９，３０…対向電極
２０…スパッタ用の高周波電源
２１…ポーリングガス供給源
２２…スパッタガス供給源
２３〜２５…バルブ
２６…真空排気機構
２７ａ〜２７ｄ…切り替えスイッチ
２８…チャンバー
３１…ＣＶＤ用の高周波電源
３２…ＣＶＤガス供給源
３３…結晶
３５…１対の電極
３６…オイル
３７…オイルバス
３８…ヒーター
３９…高圧電源
４０…リード線
４３…蒸着源
５１…残留分極値Ｐｒが１００％となるヒステリシス曲線
５２…残留分極値Ｐｒが５０％となるヒステリシス曲線
１０１…チャンバー
１０２…被ポーリング基材，基板
１０３…プラズマ形成用ガスの供給機構
１０４…保持電極
１０５…アースシールド
１０７…ガスシャワー電極（対向電極）
１０８…ランプヒータ
１１２…加圧ライン
１１３…アルゴンガス供給源
１１４〜１１６，１４４…逆止弁
１１７〜１１９…フィルタ
１２０〜１２２…圧力計
１２３〜１２５…バルブ
１２６〜１２８…レギュレータ
１２９…酸素ガス供給源
１３１〜１３３…マスフローコントローラ
１３４〜１３６…バルブ
１３７…加熱ユニット
１３８…窒素ガス供給源
１３９…可変バルブ
１４０…圧力計
１４１，１４２…開放バルブ
１４３…リークバルブ
１４５…窒素ガス供給源
１５１…第８配管
１５２…第９配管
１６９…バルブ
１７０…真空ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0005927475.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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