(57)【要約】【課題】単結晶ターゲットを用いたＥＣＲスパッタ法でＬｉＮｂＯ3薄膜が形成できるようにする。【解決手段】ＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット１００は、矩形の板状に成形された８枚のＬｉＮｂＯ3単結晶板１０１より８角柱の筒状に形成されたものである。ＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット１００は、円筒形状の銅製のハウジング１０２に収容され、また、ハウジング１０２の両開放部に配置されるターゲットシールド１０３により覆われて用いられる。ＬｉＮｂＯ3単結晶板１０１は、各々が互いに当接される接着面１１１において接着されている。ターゲットシールド１０３は、ＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット１００の両端面，接着面１１１，及びハウジング１０２をプラズマの照射から保護するために配置されるものであり、ＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット１００の断面形状に合わせて８角形の開口部を備えている。【選択図】  図１
2008013824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子サイクロトロン共鳴により生成されて発散磁界により運動エネルギーが与えられて生成された電子サイクロトロン共鳴プラズマを、処理対象の基板が配置される処理室のプラズマ導入口より導入するスパッタ装置の前記プラズマ導入口に配置されて用いられるターゲットであって、
ＬｉＮｂＯ3単結晶より構成された板状のＬｉＮｂＯ3単結晶板を多角柱の側面とした筒状に形成されたことを特徴とするＬｉＮｂＯ3ターゲット。
【請求項２】
Ｌｉ2Ｏからなる第１粉末と、Ｎｂ2Ｏ5からなる第２粉末とを混合した混合粉末の焼結体から構成されたことを特徴とするＬｉＮｂＯ3ターゲット。
【請求項３】
ＬｉＮｂＯ3からなる粉末の焼結体から構成されたことを特徴とするＬｉＮｂＯ3ターゲット。
【請求項４】
電子サイクロトロン共鳴により生成されて発散磁界により運動エネルギーが与えられて生成された電子サイクロトロン共鳴プラズマを、処理対象の基板が配置される処理室のプラズマ導入口より導入し、
前記プラズマ導入口に配置されて、ＬｉＮｂＯ3単結晶より構成された板状のＬｉＮｂＯ3単結晶板を多角柱の側面とした筒状に形成されたＬｉＮｂＯ3ターゲットに負のバイスを印加し、
前記プラズマより発生した粒子を前記ＬｉＮｂＯ3ターゲットに衝突させてスパッタ現象を起こし、
前記ＬｉＮｂＯ3ターゲットを構成する材料を前記基板の上に堆積することで前記基板の上にＬｉＮｂＯ3薄膜が形成された状態とする
ことを特徴とするＬｉＮｂＯ3薄膜の形成方法。
【請求項５】
Ｌｉ2Ｏからなる第１粉末とＮｂ2Ｏ5からなる第２粉末とを混合した混合粉末の焼結体から構成されたＬｉＮｂＯ3ターゲットに、生成されたプラズマより発生した粒子を衝突させてスパッタ現象を起こし、
前記ＬｉＮｂＯ3ターゲットを構成する材料を基板の上に堆積することで前記基板の上にＬｉＮｂＯ3薄膜が形成された状態とする
ことを特徴とするＬｉＮｂＯ3薄膜の形成方法。
【請求項６】
Ｌｉ2Ｏからなる第１粉末とＮｂ2Ｏ5からなる第２粉末とを混合した混合粉末の焼結体から構成されたＬｉＮｂＯ3ターゲットにレーザーを照射し、前記前記ＬｉＮｂＯ3ターゲットを構成する材料を放出させ、
前記ＬｉＮｂＯ3ターゲットを構成する材料を基板の上に堆積することで前記基板の上にＬｉＮｂＯ3薄膜が形成された状態とする
ことを特徴とするＬｉＮｂＯ3薄膜の形成方法。
【請求項７】
ＬｉＮｂＯ3からなる粉末の焼結体から構成されたＬｉＮｂＯ3ターゲットに、生成されたプラズマより発生した粒子を衝突させてスパッタ現象を起こし、
前記ＬｉＮｂＯ3ターゲットを構成する材料を基板の上に堆積することで前記基板の上にＬｉＮｂＯ3薄膜が形成された状態とする
ことを特徴とするＬｉＮｂＯ3薄膜の形成方法。
【請求項８】
ＬｉＮｂＯ3からなる粉末の焼結体から構成されたＬｉＮｂＯ3ターゲットにレーザーを照射し、前記前記ＬｉＮｂＯ3ターゲットを構成する材料を放出させ、
前記ＬｉＮｂＯ3ターゲットを構成する材料を基板の上に堆積することで前記基板の上にＬｉＮｂＯ3薄膜が形成された状態とする
ことを特徴とするＬｉＮｂＯ3薄膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波発振器、波長変換素子、ＳＨＧレーザー、フオトニック結晶光回路などの光導波路デバイスに用いられる高品質なＬｉＮｂＯ3薄膜の形成に用いられるＬｉＮｂＯ3ターゲット及びＬｉＮｂＯ3薄膜の形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬｉＮｂＯ3のバルク単結晶は、大きな電気光学効果や非線形光学特性を有することから、これを用いた光スイッチ，光発振器，波長変換素子，ＳＨＧレーザーなどが実用化されている。他方、ＬｉＮｂＯ3とは種類の異なる基板の上にＬｉＮｂＯ3薄膜を形成し、基板材料との大きな屈折率差を利用して光を空間的に限られた導波路内へ効果的に閉じ込め、微小光学素子へ応用する試みも古くから行われている。この目的のためのＬｉＮｂＯ3薄膜の形成には、これまで、ＲＦスパッタ法（非特許文献１参照），ＥＣＲスパッタ法（非特許文献２参照），レーザーアブレーション法（非特許文献３参照）や、ゾルゲル法、ＭＯＣＶＤ法などが用いられてきた。
【０００３】
【非特許文献１】S.Schwyn, H.W.Lehmann, and R.Widmer, "Waveguiding epitaxial LiNbO3 layers deposited by radio frequency sputtering", J. Appl. Phys. Vol.72. (3), pp.1154-1159, 1992.
【非特許文献２】H.Akazawa, and M.Shimada, "Electron cyclotron resonance plasma sputtering growth of textured films of c-axis-orientde LiNbO3 on Si(100) and Si(111) surface", J. Voc. Sci. Technol. A 22(4), pp.1793-1798, 2004.
【非特許文献３】M. Haruna, H. Ishizuki, J. Tsutsumi, Y. Shimaoka, and H. Nishihara, "Characterization of LiNbO3 Optical-Waveguide Film Grown on Sapphire by ArF Excimer Laser Ablation", Jpm. J. Appl. Phys. ,Vol.34, pp.6084-6091, 1995.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した技術で形成された従来のＬｉＮｂＯ3薄膜では、所望とする結晶性の状態が得られないという問題があった。上述したような薄膜形成技術により形成されるＬｉＮｂＯ3薄膜の結晶性は、当然ながら、融液からの結晶成長で得られる欠陥や転移の極めて少ないバルク単結晶よりも劣っているが、場合によっては一方向へ強く配向した結晶すら得られない場合もある。特に、スパッタ法やレーザーアブレーション法を用いる場合、結晶性は装置の構成や成膜条件に強く依存することが経験的に知られている。
【０００５】
発明者らはスパッタ法やレーザーアブレーション法において、高品質なＬｉＮｂＯ3膜が得られにくい原因の一つが、焼結体ターゲットを用いて成膜する点にあること解明した。これについて以下に説明する。
【０００６】
通常、焼結体ターゲットはＬｉ2ＣＯ3粉末とＮｂ2Ｏ5粉末を混合し、バインダーとなるポリビニルアルコール水溶液を添加する。これをターゲットの形状に成形し、１２００℃以上の温度において焼成することによりターゲットが得られる。この焼成のときにＬｉ2ＣＯ3とＮｂ2Ｏ5の間で起こる固相反応は、Ｌｉ2ＣＯ3＋Ｎｂ2Ｏ5→２ＬｉＮｂＯ3＋ＣＯ2と表記することができ、生成するＣＯ2は昇温の際に消失するとされている。
【０００７】
また２段階焼成法と言われる方法も使われている。Ｌｉ2ＣＯ3粉末とＮｂ2Ｏ5粉末を混合してから１０００℃で仮焼成し、次にこれを粉砕し、バインダーを加えて成形し、仮焼成よりも高い温度である１２５０℃において本焼成する。バインダーは２００〜３００℃の温度で分解し揮発するため、いずれの場合も焼結における昇温の際に消失する。
【０００８】
ところがこのようにして得られたＬｉＮｂＯ3焼結体ターゲットを用いてスパッタ成膜をしても、すぐに高品質なＬｉＮｂＯ3薄膜が形成されるわけではない。長時間をかけてスパッタを継続しているうちに、焼結体ターゲットに含まれる不純物が涸れ（消滅し）はじめて高配向性のＬｉＮｂＯ3膜が得られるようになる。
【０００９】
ＥＣＲスパッタ装置に上記の焼結法で作製した焼結体ターゲットを装着し、初期の段階で主表面の面方位（１００）のＳｉ基板の上に成膜したＬｉＮｂＯ3薄膜からのω−２θスキャンＸ線回折パタンを図７に示す。Ｘ線にはＣｕＫα線を用いている。Ｓｉ基板からの＜００４＞、＜００２＞回折ピーク、分光器で単色化を免れたＣｕＫβ線からの＜００４＞回折ピーク以外に、薄膜由来のピークが２θ＝３１．８°の位置に出現している。この２θ＝３１．８°のピークは成膜時の基板温度が４００℃以下で出現することが分かった。このような低温では、ＬｉＮｂＯ3はまだ結晶化しない。ＪＣＰＤＳのＸ線回折データテーブルにより、このピークはＬｉ2ＣＯ3結晶の＜００２＞反射と同定された。実際、図８に示す薄膜の断面電子線顕微鏡写真を観察すると、ＬｉＮｂＯ3非晶質薄膜（ａ-ＬｉＮｂＯ3）の表面上に層状構造のＬｉ2ＣＯ3結晶膜が形成されていることが分かる。
【００１０】
上述した観察結果に加え、Ｘ線光電子分光による元素分析により、形成したＬｉＮｂＯ3非晶質薄膜の表面付近にＬｉ2ＣＯ3由来と考えられる高濃度のカーボンが検出された。これらの観察から、スパッタ成膜におけるプラズマが、成膜中の基板表面に照射されることにより表面の温度が上昇し、リチウム化合物の表面偏析が生じると同時に、Ｌｉ2ＣＯ3の結晶化が起きたためと考えられる。微量であってもＬｉ2ＣＯ3がターゲット中に含まれていると、ＬｉＮｂＯ3が結晶化する温度でＬｉＮｂＯ3膜を形成したとしても、やはり微量のＬｉ2ＣＯ3が薄膜中に混入することは避け難い。さらに、ＬｉＮｂＯ3結晶中に存在する不純物は、結晶欠陥の源として働くので、十分な大きさのＬｉＮｂＯ3単結晶ドメインが成長しないという問題点がある。
【００１１】
また、ＬｉＮｂＯ3焼結体ターゲットからのスパッタやレーザーアブレーションにおいては、堆積形成される膜中に取り込まれるＬｉが定比組成よりも少なくなる傾向にある。これを回避するためにＬｉ過剰の組成の焼結体ターゲットを用いることも一般的に行われている。この場合、原料のＬｉ2ＣＯ3とＮｂ2Ｏ5のモル比が１：１よりも過剰にＬｉ2ＣＯ3が混ぜられることから、ＬｉＮｂＯ3結晶内へのＬｉ2ＣＯ3不純物の混入確率はより高まると考えられる。
【００１２】
これに対し、チョコラルスキー法などの単結晶成長により製造されたＬｉＮｂＯ3単結晶をターゲットに用いれば、上述した不純物の問題は解消される。チョコラルスキー法によるＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲットの製造では、先ず、原料として、Ｌｉ2ＣＯ3＋Ｎｂ2Ｏ5→２ＬｉＮｂＯ3＋ＣＯ2の反応で得られたＬｉＮｂＯ3多結晶を用いる。この原料を溶融し、種結晶と融液との界面にＬｉＮｂＯ3結晶を析出させる。この過程は、高温坩堝の中で行われるため、融液中にＬｉ2ＣＯ3のような炭酸塩はもはや存在せず、必然的に高純度な結晶が得られる。従って、融液からの結晶成長により得られるＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲットから発生するスパッタ粒子を使って得られる薄膜は、焼結法で作製した焼結体ターゲットに比較して、純度の面から有利である。
【００１３】
しかしながら、高品位な膜が得られるＥＣＲスパッタ法では、この機構上、生成されたプラズマが引き出される領域を取り巻くように配置される円環形状のターゲットが用いられるため、ＬｉＮｂＯ3単結晶でこのような形状のターゲットを構成することが困難であった。ＬｉＮｂＯ3単結晶は、板状に成形することは可能であるが、円環（円筒）形状に成形することはほぼ不可能である。これに対し、前述した焼結体ターゲットでは、円環状に成形することも容易であり、ＥＣＲスパッタ装置に適用することも容易であるが、前述したように不純物となるＬｉ2ＣＯ3の混入の点で問題がある。
【００１４】
以上に説明したように、焼結体ターゲットを用いたＬｉＮｂＯ3薄膜の形成では、焼結体ターゲットにおけるＬｉ2ＣＯ3の残存により、成膜しているＬｉＮｂＯ3薄膜に不純物となるＬｉ2ＣＯ3が混入し、所望とする結晶性の状態が得られないという問題があった。
また、単結晶ターゲットを用いたＬｉＮｂＯ3薄膜の形成では、高品位な膜が得られるＥＣＲスパッタ法に適用しにくいという問題があった。
【００１５】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、焼結体ターゲットを用いて所望とする結晶性のＬｉＮｂＯ3薄膜が得られるようにすることを目的とする。また、単結晶ターゲットを用いたＥＣＲスパッタ法でＬｉＮｂＯ3薄膜が形成できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係るＬｉＮｂＯ3ターゲットは、電子サイクロトロン共鳴により生成されて発散磁界により運動エネルギーが与えられて生成された電子サイクロトロン共鳴プラズマを、処理対象の基板が配置される処理室のプラズマ導入口より導入するスパッタ装置のプラズマ導入口に配置されて用いられるターゲットであって、ＬｉＮｂＯ3単結晶より構成された板状のＬｉＮｂＯ3単結晶板を多角柱の側面とした筒状に形成されたものである。
【００１７】
また、本発明に係る他のＬｉＮｂＯ3ターゲットは、Ｌｉ2Ｏからなる第１粉末と、Ｎｂ2Ｏ5からなる第２粉末とを混合した混合粉末の焼結体から構成されたものである。また、本発明に係る他のＬｉＮｂＯ3ターゲットは、ＬｉＮｂＯ3からなる粉末の焼結体から構成されたものである。このように構成されたＬｉＮｂＯ3ターゲットは、Ｌｉ2ＣＯ3が含まれることがない。
【００１８】
また、本発明に係るＬｉＮｂＯ3薄膜の形成方法は、電子サイクロトロン共鳴により生成されて発散磁界により運動エネルギーが与えられて生成された電子サイクロトロン共鳴プラズマを、処理対象の基板が配置される処理室のプラズマ導入口より導入し、プラズマ導入口に配置されて、ＬｉＮｂＯ3単結晶より構成された板状のＬｉＮｂＯ3単結晶板を多角柱の側面とした筒状に形成されたＬｉＮｂＯ3ターゲットに負のバイスを印加し、プラズマより発生した粒子をＬｉＮｂＯ3ターゲットに衝突させてスパッタ現象を起こし、ＬｉＮｂＯ3ターゲットを構成する材料を基板の上に堆積することで基板の上にＬｉＮｂＯ3薄膜が形成された状態とするようにしたものである。
【００１９】
また、本発明に係る他のＬｉＮｂＯ3薄膜の形成方法は、Ｌｉ2Ｏからなる第１粉末とＮｂ2Ｏ5からなる第２粉末とを混合した混合粉末の焼結体から構成されたＬｉＮｂＯ3ターゲットに、生成されたプラズマより発生した粒子を衝突させてスパッタ現象を起こし、ＬｉＮｂＯ3ターゲットを構成する材料を基板の上に堆積することで基板の上にＬｉＮｂＯ3薄膜が形成された状態とするようにしたものである。また、Ｌｉ2Ｏからなる第１粉末とＮｂ2Ｏ5からなる第２粉末とを混合した混合粉末の焼結体から構成されたＬｉＮｂＯ3ターゲットにレーザーを照射し、ＬｉＮｂＯ3ターゲットを構成する材料を放出させ、ＬｉＮｂＯ3ターゲットを構成する材料を基板の上に堆積することで基板の上にＬｉＮｂＯ3薄膜が形成された状態とするようにしたものである。
【００２０】
また、本発明に係る他のＬｉＮｂＯ3薄膜の形成方法は、ＬｉＮｂＯ3からなる粉末の焼結体から構成されたＬｉＮｂＯ3ターゲットに、生成されたプラズマより発生した粒子を衝突させてスパッタ現象を起こし、ＬｉＮｂＯ3ターゲットを構成する材料を基板の上に堆積することで基板の上にＬｉＮｂＯ3薄膜が形成された状態とするようにしたものである。また、ＬｉＮｂＯ3からなる粉末の焼結体から構成されたＬｉＮｂＯ3ターゲットにレーザーを照射し、ＬｉＮｂＯ3ターゲットを構成する材料を放出させ、ＬｉＮｂＯ3ターゲットを構成する材料を基板の上に堆積することで基板の上にＬｉＮｂＯ3薄膜が形成された状態とするようにしたものである。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明によれば、ＬｉＮｂＯ3単結晶より構成された板状のＬｉＮｂＯ3単結晶板を多角柱の側面とした筒状に形成されたＬｉＮｂＯ3ターゲットを用いるようにしたので、単結晶ターゲットを用いたＥＣＲスパッタ法でＬｉＮｂＯ3薄膜が形成できるようになるという優れた効果が得られる。また、本発明によれば、Ｌｉ2Ｏからなる第１粉末と、Ｎｂ2Ｏ5からなる第２粉末とを混合した混合粉末の焼結体から構成したＬｉＮｂＯ3ターゲットもしくはＬｉＮｂＯ3からなる粉末の焼結体から構成されたＬｉＮｂＯ3ターゲットを用いるようにしたので、焼結体ターゲットを用いて所望とする結晶性のＬｉＮｂＯ3薄膜が得られるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。はじめに、ＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲットを用いたＥＣＲスパッタ法によるＬｉＮｂＯ3薄膜の形成について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るＬｉＮｂＯ3ターゲット（ＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット）の構成例を示す構成図である。図１（ａ）は側面図、図１（ｂ）は断面図、図１（ｃ）は平面図、図１（ｄ）は部分を拡大視する断面図である。図１に示すＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット１００は、矩形の板状に成形された８枚のＬｉＮｂＯ3単結晶板１０１より８角柱の筒状に形成されたものである。なお、ＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット１００は、円筒形状の銅製のハウジング（覆い部材）１０２に収容され、また、ハウジング１０２の両開放部に配置されるターゲットシールド１０３により覆われて用いられる。
【００２３】
各ＬｉＮｂＯ3単結晶板１０１は、各々が互いに当接される接着面１１１において接着されている。ターゲットシールド１０３は、ＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット１００の両端面，接着面１１１，及びハウジング１０２をプラズマの照射から保護するために配置されるものであり、ＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット１００の断面形状に合わせて８角形の開口部を備えている。なお、ＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット１００は、８角柱に限らず、６枚のＬｉＮｂＯ3単結晶板よりなる６角柱の筒状に形成されたものであってもよく、各ＬｉＮｂＯ3単結晶板が隙間なく接続されていればよい。また、ターゲットシールド１０３の開口部は、ＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲットの断面形状に合わせてあればよい。
【００２４】
次に、図１に示したＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット１００が用いられるＥＣＲスパッタ装置について説明する。ＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット１００は、例えば、図２に例示するＥＣＲスパッタ装置で用いることが可能である。図２は、ＥＣＲスパッタ装置の構成例を示す構成図であり、概略的な断面を示している。図２に示すＥＣＲスパッタ装置について説明すると、先ず、処理室２０１とこれに連通するプラズマ生成室２０２とを備えている。処理室２０１は、図示していない真空排気装置（例えばターボ分子ポンプ）に連通し、真空排気装置によりプラズマ生成室２０２とともに内部が真空排気される。処理室２０１には、膜形成対象の基板Ｗが固定される基板ホルダ２０４が設けられている。基板ホルダ２０４は、図示しない傾斜回転機構により所望の角度（例えば２５°）に傾斜し、かつ回転可能とされている。基板ホルダ２０４を傾斜して回転させることで、堆積させる材料による膜の面内均一性と段差被覆性とを向上させることが可能となる。
【００２５】
また、処理室２０１内のプラズマ生成室２０２からのプラズマが導入される開口領域（プラズマ導入口）において、図１に示した８枚のＬｉＮｂＯ3単結晶板１０１よりなる８角柱のＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット１００が備えられている。ＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット１００は、ハウジング１０２とターゲットシールド１０３とよりなる容器の内部に載置され、内側の面が処理室２０１内に露出している。処理室２０１のプラズマ導入口は、例えば円形に形成され、ターゲットシールド１０３，ハウジング１０２よりなるターゲット収容部が、上記プラズマ導入口を覆うように配置される。また、ＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット１００には、マッチングユニット２２１を介して高周波電源２２２が接続され、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波が印加可能とされている。
【００２６】
プラズマ生成室２０２は、真空導波管２０６に連通し、真空導波管２０６は、石英窓２０７を介して導波管２０８に接続されている。導波管２０８は、図示していないマイクロ波発生部に連通している。また、プラズマ生成室２０２の周囲及びプラズマ生成室２０２の上部には、磁気コイル（磁場形成手段）２１０が備えられている。これら、マイクロ波発生部、導波管２０８，石英窓２０７，真空導波管２０６により、マイクロ波供給手段が構成されている。なお、導波管２０８の途中に、モード変換器を設けるようにする構成もある。
【００２７】
次に、図２のＥＣＲスパッタ装置を用いたＬｉＮｂＯ3薄膜の形成方法例について説明すると、先ず、処理室２０１及びプラズマ生成室２０２内を真空排気した後、不活性ガス導入部２１１より不活性ガスであるＸｅガスを導入する。加えて、ＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット１００のプラズマ流下流側に配置されている酸素ガス導入部２１２より酸素ガスを導入し、プラズマ生成室２０２内を所定の圧力（例えば１．３×１０-2Ｐａ）にする。この状態で、磁気コイル２１０よりプラズマ生成室２０２内に０．０８７５Ｔの磁場を発生させた後、導波管２０８，石英窓２０７を介してプラズマ生成室２０２内に２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導入し、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマを発生させる。
【００２８】
ＥＣＲプラズマは、磁気コイル２１０からの発散磁場により、基板ホルダ２０４の方向にプラズマ流を形成する。これらのようにプラズマ（プラズマ流）が生成されて基板ホルダ２０４の方向に供給されている状態で、プラズマ生成室２０２の出口に配置されたＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット１００に、高周波電源２２２より高周波電力（例えば５００Ｗ）を供給する。このことにより、ＲＦ電圧がマイナスのとき、プラズマにより生成されたＸｅイオンが、ＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット１００に引き寄せられて衝突してスパッタリング現象が起こり、ＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット１００を構成している各粒子（Ｌｉ，Ｎｂ）がＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット１００より飛び出す。このようにして飛び出した各粒子が、基板Ｗに堆積することで、基板Ｗの上にＬｉＮｂＯ3薄膜が形成されるようになる。
【００２９】
また、生成されたＥＣＲプラズマのうち、電子は、磁気コイル２１０で形成される発散磁場によりＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット１００の中を貫通して基板Ｗの側に引き出され、酸化シリコン層１０２の表面に照射される。このとき同時に、ＥＣＲプラズマ中のプラスイオンが、電子による負電荷を中和するように、すなわち、電界を弱めるように基板Ｗ側に引き出され、基板Ｗに堆積されているＬｉＮｂＯ3薄膜の表面に照射される。このように各粒子が照射される間に、プラスイオンの一部は電子と結合して中性粒子となる。また、このようにプラズマが照射されることで、加熱機構による加熱をしなくても、基板Ｗの温度は、１００〜１５０℃程度に上昇する。
【００３０】
ここで、ＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット１００が８角柱の筒状とされているので、高速でＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット１００に引き寄せられるＸｅイオンは、ＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット１００（ＬｉＮｂＯ3単結晶板１０１）の内側表面にほぼ垂直に入射し、ＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット１００の原子をスパッタリングするとともに反射する。この反射の方向は、対向するＬｉＮｂＯ3単結晶板１０１の内側の面へと向かう。このように、高速で入射したエネルギー数百ｅＶのＸｅ粒子は、ＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット１００の内側の方向に反射するため、この反射がＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット１００の内側で繰り返されることになる。また、高エネルギー状態で反射をしているイオンの一部は、ＥＣＲプラズマ中の電子と結合して高エネルギー状態の中性粒子となる。
【００３１】
一方、ＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット１００より飛び出した構成原子は、エネルギーが１０〜２０ｅＶ程度であり、８角柱の筒状に形成されたＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット１００の内側の領域より外部へ飛行するものも発生し、これらが、基板Ｗ上に到達することになる。このように、ＥＣＲスパッタ装置では、成膜対象の低エネルギー状態の構成原子は、基板Ｗに到達するが、高速（高エネルギー状態）のイオンや中性粒子が、成膜中の基板Ｗには入射することがない状態とすることが可能である。
【００３２】
なお、図２の薄膜形成装置では、図示していないマイクロ波発生部より供給されたマイクロ波電力を、導波管２０８において一旦分岐し、プラズマ生成室２０２上部の真空導波管２０６に、プラズマ生成室２０２の側方から石英窓２０７を介して結合させている。このようにすることで、石英窓２０７に対するＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット１００からの飛散粒子の付着が、防げるようになり、ランニングタイムを大幅に改善できるようになる。また、処理対象の基板ＷとＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット１００との間にシャッターなどを設け、基板Ｗに対する原料の到達を制御するようにしてもよい。
【００３３】
次に、図１に示すＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット１００を用いた図２に示すＥＣＲスパッタ装置により、欠陥や転位の少ないＬｉＮｂＯ3結晶膜が形成できることについて説明する。先ず、前述した図２に示すＥＣＲスパッタの動作により、複数の基板の上に対するＬｉＮｂＯ3薄膜の形成を繰り返したときの、ターゲット使用経過時間に対するターゲット電位の変化について説明する。図３は、図１に示すＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット１００を用いた場合の、ターゲット使用経過時間に対するターゲット電位の平均的な値をプロットしたものである。比較例として、Ｌｉ2ＣＯ3粉末とＮｂ2Ｏ5粉末から作製した焼結体ターゲットを用いた場合の、ターゲット使用経過時間に対するターゲット電位の平均的な値をプロットしたものを図４に示す。いずれの場合においても、マイクロ波の導入５００Ｗ、アルゴンガス圧１×１０-2Ｐａ、酸素導入圧１×１０-3Ｐａ、ターゲットへのＲＦパワー５００Ｗとした。
【００３４】
先ず、図１に示すＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット１００を用いた場合は、図３に示すように、開始Ａ点より、５時間経過したＢ点で、ほぼ既に定常値へ到達している。これに対し、焼結体ターゲットを用いた場合には、図４に示すように、開始Ａ点より、２２時間経過したＢ点で、ほぼ定常値へ到達している。焼結体ターゲットを用いた場合は、スパッタ時にターゲット中に含まれていたＬｉ2ＣＯ3がこのまま抜けていく過程、あるいはＬｉ2ＯとＣＯ2へ分解してからＣＯ2が脱離する過程が存在するため、図４に示すように、定常値へ到達するために２２時間を要したものと考えられる。これに対し、不純物を含まないＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット１００を用いた場合、上記過程がないため、５時間で定常値へと到達するものと考えられる。
【００３５】
このように、Ｌｉ2ＣＯ3粉末とＮｂ2Ｏ5粉末から作製した焼結体ターゲットと、ＬｉＮｂＯ3単結晶板１０１より構成したＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット１００とには、ターゲット電位の変化に明らかな差異が認められる。
【００３６】
ところで、ターゲット電位は、ターゲットの表面に存在する（ターゲットを覆っている）元素の割合，スパッタ時の酸素ガスの分圧，スパッタ時の真空度（圧力），放電の状態，さらには、直前のスパッタ成膜の履歴など、多くの因子によって決定される。このことより、例えば、新規なターゲットの使用を開始する場合などに、空スパッタをどの程度の時間まで行えばよいかの基準として、ターゲット電位の変化が利用されている。経験上、図４の点Ａから点Ｂのように、ターゲット電位が時間の経過とともに低下している状態では、結晶性のよい薄膜が得られないことが知られている。
【００３７】
このターゲット電位が低下している状態の後、点Ｂから点Ｃにかけてのターゲット電位が安定した状態では、結晶性のよい膜が形成されるようになる。これは、空スパッタにより、ターゲットから不純物が除去されるためである。ターゲットから不純物が除去された後の定常状態では、同じ条件で成膜を行えば、ターゲット電位の変化は、放電を始めて成膜の開始から終了まで、ほぼ同じ経過を辿るようになる。このように、ターゲットの使用時間に対するターゲット電位の変化は、ターゲットに含まれる不純物の量を評価する際の目安とすることができる。
【００３８】
次に、ＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット１００を用いた図２に示すＥＣＲスパッタ装置により形成したＬｉＮｂＯ3薄膜のＸ線回折による測定結果について説明する。図５は、単結晶ターゲットを用いてＳｉ（００１）基板の上に基板温度５３０℃の条件で形成したＬｉＮｂＯ3薄膜からのω−２θスキャンＸ線回折パタンである。Ｓｉ基板からの＜００２＞及び＜００４＞回折ピーク以外には、定組成のＬｉＮｂＯ3からの＜００６＞及び＜００１２＞回折ピークのみが観測され、ｃ軸方向へ強く配向したＬｉＮｂＯ3単相結晶膜が得られていることがわかる。
【００３９】
また、図６に、入射角をω＝１．５°として上記ＬｉＮｂＯ3薄膜からの回折の感度を上げて得られた２θスキャンＸ線回折パタンを示す。これにより、ｃ軸以外の方向へ向いた結晶を評価することが可能となる。図６に示すように、数本のピークが見られるが、すべて１００カウント以下の強度しかない。これら図５及び図６の結果より、上記ＬｉＮｂＯ3薄膜は高品質なものであることが示されている。
【００４０】
次に、本発明の実施の形態に係る他のＬｉＮｂＯ3ターゲットについて説明する。以下では、ＬｉＮｂＯ3焼結体ターゲットについて説明する。先ず、ＬｉＮｂＯ3焼結体ターゲットの作製について説明すると、Ｌｉ2Ｏ粉末とＮｂ2Ｏ5粉末を所定のターゲット元素組成となるように秤量して混合して混合粉末とする。このとき、Ｌｉ2Ｏは水分を吸収しやすいので、窒素置換雰囲気下における取り扱いが望ましい。次にバインダーとなるポリビニルアルコール水溶液を用意し、このポリビニルアルコールに上記混合粉末を分散させて練り込み、所望とするターゲットの形状に成形する。次に、この成形体を１２５０℃に加熱して焼成（焼結）する。この焼成により上記バインダーは消失（分解）し、純度の高いＬｉＮｂＯ3焼結体ターゲットが得られる。また、このＬｉＮｂＯ3焼結体ターゲットは、原料にＬｉ2ＣＯ3を用いないので、ターゲット中にＬｉ2ＣＯ3が存在（残存）することがない。
【００４１】
また、ＬｉＮｂＯ3粉末を用いてＬｉＮｂＯ3焼結体ターゲットの作製してもよい。バインダーとなるポリビニルアルコール水溶液にＬｉＮｂＯ3粉末を分散（混合）させて練り込み、所望とするターゲットの形状に成形する。次に、この成形体を１２５０℃に加熱して焼成する。この焼成によりバインダーは消失し、純度の高いＬｉＮｂＯ3ターゲットが完成する。このようにして作製されたこのＬｉＮｂＯ3焼結体ターゲットも、原料にＬｉ2ＣＯ3を用いないので、ターゲット中にＬｉ2ＣＯ3が存在（残存）することがない。
【００４２】
これらのように、Ｌｉ2ＣＯ3が存在（残存）しないＬｉＮｂＯ3焼結体ターゲットを用い、スパッタ法及びレーザーアブレーション法によりＬｉＮｂＯ3薄膜を形成すれば、不純物となるＬｉ2ＣＯ3の混入がない状態で、ＬｉＮｂＯ3薄膜が形成できるようになる。例えば、上述したような粉体の焼結体から構成されたＬｉＮｂＯ3ターゲットに、生成されたプラズマより発生した粒子を衝突させてスパッタ現象を起こし、ＬｉＮｂＯ3ターゲットを構成する材料を基板の上に堆積することで、この基板の上にＬｉＮｂＯ3薄膜が形成可能である。また、例えば、上述したような粉体の焼結体から構成されたＬｉＮｂＯ3ターゲットにレーザーを照射し、ＬｉＮｂＯ3ターゲットを構成する材料を放出させ、ＬｉＮｂＯ3ターゲットを構成する材料を基板の上に堆積することで、この基板の上にＬｉＮｂＯ3薄膜が形成可能である。このように形成されるＬｉＮｂＯ3薄膜によれば、結晶欠陥の源となる不純物がないので、十分な大きさのＬｉＮｂＯ3単結晶ドメインが成長するようになり、より結晶性のよい高品質な状態が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態に係るＬｉＮｂＯ3ターゲット（ＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット）の構成例を示す構成図である。
【図２】ＥＣＲスパッタ装置の構成例を示す構成図である。
【図３】図１に示すＬｉＮｂＯ3単結晶ターゲット１００を用いた場合の、ターゲット使用経過時間に対するターゲット電位の平均的な値をプロットした特性図である。
【図４】Ｌｉ2ＣＯ3粉末とＮｂ2Ｏ5粉末から作製した焼結体ターゲットを用いた場合の、ターゲット使用経過時間に対するターゲット電位の平均的な値をプロットした特性図である。
【図５】単結晶ターゲットを用いてＳｉ（００１）基板の上に基板温度５３０℃の条件で形成したＬｉＮｂＯ3薄膜からのω−２θスキャンＸ線回折パタンを示す特性図である。
【図６】単結晶ターゲットを用いてＳｉ（００１）基板の上に基板温度５３０℃の条件で形成したＬｉＮｂＯ3薄膜からのω−２θ（ω＝１．５°）スキャンＸ線回折パタンを示す特性図である。
【図７】従来の焼結体ターゲットを用い、初期の段階で主表面の面方位（１００）のＳｉ基板の上に成膜したＬｉＮｂＯ3薄膜からのω−２θスキャンＸ線回折パタンを示す特性図である。
【図８】従来の焼結体ターゲットを用いて主表面の面方位（１００）のＳｉ基板の上に成膜したＬｉＮｂＯ3薄膜の断面の電子線顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００４４】
１００…ターゲット、１０１…ＬｉＮｂＯ3単結晶板、１０２…ハウジング（覆い部材）、１０３…ターゲットシールド，１１１…接着面。
【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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