(57)【要約】  物理的蒸着方法は、物理的蒸着装置内のスパッタターゲットを含む陰極に無線周波数信号を印加する工程と、物理的蒸着装置内の基板を支持するチャックを少なくとも一つのキャパシタを含むインピーダンス整合回路網に電気的に接続する工程と、スパッタターゲットからの材料を基板上に堆積する工程と、を含む。
2012518722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理的蒸着装置内の、スパッタターゲットを含む陰極に、無線周波数信号を印加する工程と、
前記物理的蒸着装置内の、基板を支持するチャックを、少なくとも一つのキャパシタを含むインピーダンス整合回路網に電気的に接続する工程と、
前記スパッタターゲットからの材料を前記基板上に堆積する工程と、
を含む、物理的蒸着方法。
【請求項２】
正の自己バイアス直流電圧を前記基板に生じさせるように前記少なくとも一つのキャパシタの容量を調整する工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも一つのキャパシタの容量を調整する工程は、１０ｐＦ乃至５００ｐＦの大きさを有するように前記容量を調整することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記正の自己バイアス直流電圧は１０乃至１００Ｖである、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記正の自己バイアス直流電圧は約６０Ｖである、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
正の自己バイアス直流電圧を前記基板に生じさせるように前記少なくとも一つのキャパシタの容量を選択する工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記容量は１０ｐＦ乃至５００ｐＦであるように選択される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記正の自己バイアス直流電圧は１０乃至１００Ｖである、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記正の自己バイアス直流電圧は約６０Ｖである、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記無線周波数信号は１０００Ｗ乃至５０００Ｗの大きさを有する無線周波数電力を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記無線周波数電力は約３０００Ｗの大きさを有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ターゲットは誘電体材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記誘電体材料はジルコニウム酸チタン酸鉛（“ＰＺＴ”）を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記スパッタターゲットからの材料を前記基板上に堆積する工程は、２０００Å乃至１０μｍの厚さを有する薄膜を形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記薄膜は２μｍ乃至４μｍの厚さを有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記スパッタターゲットからの材料を前記基板上に堆積する工程は、（１００）結晶構造を有する薄膜を形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
側壁を有する真空チャンバと、
前記真空チャンバ内の陰極であって、スパッタターゲットを含むように構成された陰極と、
前記陰極に無線周波数信号を印加するように構成された無線周波数電源と、
前記真空チャンバの前記側壁の内側にあり前記側壁に電気的に接続された陽極と、
インピーダンス整合回路網と、
前記真空チャンバ内のチャックであって、基板を支持するように構成され前記インピーダンス整合回路網に電気的に接続された、チャックと、
を含む、物理的蒸着装置。
【請求項１８】
前記インピーダンス整合回路網は少なくとも一つのキャパシタを含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記インピーダンス整合回路網は、
前記チャックに電気的に接続された入力端子と、
グラウンドに電気的に接続された第１のキャパシタと、
前記入力端子と前記第１のキャパシタとの間に電気的に接続されたインダクタと、
前記入力端子とグラウンドとの間に電気的に接続され、前記インダクタ及び前記第１のキャパシタに並列である、第２のキャパシタと、
を含む、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記インピーダンス整合回路網は可変同調キャパシタ及び分路キャパシタを含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項２１】
前記ターゲットは誘電体材料を含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項２２】
前記誘電体材料はジルコニウム酸チタン酸鉛（“ＰＺＴ”）を含む、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記陰極はマグネトロンアセンブリを更に含む、請求項１７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般的に無線周波数（ＲＦ）スパッタリング物理的蒸着法（ＰＶＤ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線周波数スパッタリングＰＶＤは、基板上に薄膜を堆積する方法である。基板は、真空チャンバ内に、ＲＦ電源に接続されたターゲットに対向して置かれる。ＲＦ電力が始動されると、プラズマが形成される。正のガスイオンが、ターゲット表面に引き寄せられてターゲットに衝突し、運動量移動によりターゲット原子をはじき飛ばす。次に、はじき飛ばされたターゲット原子は基板上に堆積して薄膜層を形成する。物理的蒸着を行う間、堆積される薄膜の特性を制御することは重要でありえる。
【発明の概要】
【０００３】
一般的に、一態様では、物理的蒸着方法は、物理的蒸着装置内の、スパッタターゲットを含む陰極に、無線周波数信号を印加する工程と、前記物理的蒸着装置内の、基板を支持するチャックを、少なくとも一つのキャパシタを含むインピーダンス整合回路網に電気的に接続する工程と、前記スパッタターゲットからの材料を前記基板上に堆積する工程と、を含む。
【０００４】
この及び他の実施形態は、以下の特徴の一つ又は複数を随意的に含むことができる。前記物理的蒸着方法は、正の自己バイアス直流電圧を前記基板に生じさせるように前記少なくとも一つのキャパシタの容量を調整する工程を含むことができる。前記少なくとも一つのキャパシタの容量を調整する工程は、１０ｐＦ乃至５００ｐＦの大きさを有するように前記容量を調整することを含むことができる。前記正の自己バイアス直流電圧は１０乃至１００Ｖ、例えば約６０Ｖであることができる。
【０００５】
前記物理的蒸着方法は、正の自己バイアス直流電圧を前記基板に生じさせるように前記少なくとも一つのキャパシタの容量を選択する工程を更に含むことができる。前記容量は１０ｐＦ乃至５００ｐＦであるように選択されることができる。前記正の自己バイアス直流電圧は１０乃至１００Ｖ、例えば約６０Ｖであることができる。
【０００６】
前記無線周波数信号は１０００Ｗ乃至５０００Ｗ、例えば３０００Ｗの大きさを有する無線周波数電力を有することができる。前記ターゲットは誘電体材料を含むことができる。前記誘電体材料はジルコニウム酸チタン酸鉛（“ＰＺＴ”）を含むことができる。前記スパッタターゲットからの材料を前記基板上に堆積する工程は、２０００Å乃至１０μｍ、例えば２μｍ乃至４μｍの厚さを有する薄膜を形成することを含むことができる。前記スパッタターゲットからの材料を前記基板上に堆積する工程は、（１００）結晶構造を有する薄膜を形成することを含むことができる。
【０００７】
一般的に、一態様では、物理的蒸着装置は、側壁を有する真空チャンバと、前記真空チャンバ内の陰極であって、スパッタターゲットを含むように構成された陰極と、前記陰極に無線周波数信号を印加するように構成された無線周波数電源と、前記真空チャンバの前記側壁の内側にあり前記側壁に電気的に接続された陽極と、インピーダンス整合回路網と、前記真空チャンバ内のチャックであって、基板を支持するように構成され前記インピーダンス整合回路網に電気的に接続された、チャックと、を含む。
【０００８】
この及び他の実施形態は、以下の特徴の一つ又は複数を随意的に含むことができる。前記インピーダンス整合回路網は少なくとも一つのキャパシタを含むことができる。前記インピーダンス整合回路網は、前記チャックに電気的に接続された入力端子と、グラウンドに電気的に接続された第１のキャパシタと、前記入力端子と前記第１のキャパシタとの間に電気的に接続されたインダクタと、前記入力端子とグラウンドとの間に電気的に接続され、前記インダクタ及び前記第１のキャパシタに並列である、第２のキャパシタと、を含むことができる。前記インピーダンス整合回路網は可変同調キャパシタ及び分路キャパシタを含むことができる。前記ターゲットは誘電体材料を含むことができる。前記誘電体材料はジルコニウム酸チタン酸鉛（“ＰＺＴ”）を含むことができる。前記陰極はマグネトロンアセンブリを含むことができる。
【０００９】
陰極上の第１の無線周波数信号と基板上の第２の無線周波数信号との位相差をロックすること、又はインピーダンス回路網をチャックに接続すること、のいずれかにより、基板に正の自己バイアスＤＣ電圧を生じさせることで、有利な圧電体及び誘電体特性を有する薄膜、例えば１０００乃至１７００の範囲の誘電率、高いｄ３１定数及び高い降伏電圧を有するＰＺＴ薄膜を形成することができる。同様に、位相調整器又はインピーダンス整合回路網を使用して負の自己バイアスを生じさせることは、堆積された薄膜の、特にＰＺＴ薄膜の、再スパッタリング又はエッチングについて有利となり得る。
【００１０】
一つ又は複数の実施形態の詳細が、添付図面及び以下の説明に記載される。他の特徴、態様及び利点は、本説明、図面及び請求項から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】図１Ａは、ＲＦ位相調整器と延長された陽極とを含む物理的蒸着装置の実施形態の断面の概略図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、インピーダンス整合回路網と延長された陽極とを含む物理的蒸着装置の実施形態の断面の概略図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、図１の延長された陽極の拡大図である。
【図２】図２は、物理的蒸着装置に使用される延長された陽極の斜視図を示す。
【図３Ａ】図３Ａは、ＲＦ位相調整器と延長されたシールドとを含む物理的蒸着装置の実施形態の断面の概略図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、インピーダンス整合回路網と延長されたシールドとを含む物理的蒸着装置の実施形態の断面の概略図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、図３の延長されたシールドの拡大図である。
【図４】図４は、物理的蒸着装置に使用される延長されたシールドの上面概略図である。
【図５】図５は、チャック及び陰極についての自己バイアスＤＣ電圧対Ａｉｒ流の例示的グラフである。
【図６Ａ】図６Ａは、陰極電源とチャック電源との間に接続された位相調整器を有する物理的蒸着を使用して基板上に薄膜を蒸着する処理の例示的フローチャートである。
【図６Ｂ】図６Ｂは、チャックに接続されたインピーダンス整合回路網を有する物理的蒸着を使用して基板上に薄膜を蒸着する処理の例示的フローチャートである。
【００１２】
様々な図面中の同じ参照符号及び名称は同じ要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
基板上に薄膜を生成するためにＲＦ物理的蒸着又はスパッタリングが使用される場合、堆積膜の特性を制御することが困難になる可能性がある。基板のＤＣ自己バイアスを変えることにより、例えば陰極に印加されるＲＦ信号とチャックに印加されるＲＦ信号との位相差をロックすることにより、或いはインピーダンス整合回路網をチャックに電気的に接続することにより、薄膜の特性をより良く制御することができる。
【００１４】
図１Ａを参照すると、物理的蒸着装置１００は、真空チャンバ１０２を含むことができる。真空チャンバ１０２は、円筒状であって、側壁１５２、上面１５４及び底面１５６を有することができる。マグネトロンアセンブリ１１８が、真空チャンバ１０２の上部に位置することができる。マグネトロンアセンブリ１１８は、交番磁極を有する一組の磁石を含むことができる。マグネトロンアセンブリ１１８は、静止していてもよいし、真空チャンバ１０２の半径に垂直な軸を中心に回転してもよい。物理的蒸着装置１００は、ＲＦ電源１０４と、ＲＦ電源１０４のインピーダンスを真空チャンバ１０２のものに整合させることができる対応する負荷整合回路網と、を更に含むことができる。
【００１５】
陰極アセンブリ１０６が、真空チャンバ１０２内に、真空チャンバ１０２の上面１５４の近傍に収容されることができる。陰極アセンブリ１０６は、金属の受け板（不図示）に接続可能なターゲット１２６を含むことができる。ターゲット１０６は、通常、円形で外端１６０を有することができる。ターゲットは、例えばジルコニウム酸チタン酸鉛（“ＰＺＴ”）から作製されることができる。陰極１０６は、ＲＦ電源１０４によってＲＦ電力が印加される際にＲＦ電流の電極として機能することができる。陰極アセンブリ１０６は、絶縁体リング１５０によって真空チャンバ１０２から電気的に絶縁されることができる。
【００１６】
一つ又は複数の基板を支持するための基板支持体又はチャック１１０が、真空チャンバ１０２内に、真空チャンバ１０２の底面１５６の近傍に（しかし底面１５６上に離間して）収容されることができる。チャック１１０は、ＰＶＤ処理中に基板１１６を薄膜で被覆することができるように基板１１６を保持するように構成された基板クランプ板等の基板保持機構１２２を含むことができる。基板１１６は、例えばマイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）ウエハであることができる。温度制御器（不図示）が、例えば、基板１１６の温度を、２５℃乃至８００℃、例えば６５０℃乃至７００℃の所定温度に維持するためにチャック１１０上に配置されることができる。
【００１７】
図１Ａに示す一実施形態では、チャック１１０はグラウンドから電気的に絶縁されるか又は浮遊状態にあることができ、ＲＦ電源１２０がチャック１１０に電気的に接続されることができる（ＲＦ電源１２０はグラウンドに接続されることができる）。ＲＦ位相調整器１０５が、ＲＦ電源１２０とＲＦ電源１０４との間に接続されることができる。ＲＦ電源１０４は、位相調整器１０５が起動されるとＲＦ電源１２０に対する位相基準として機能することができる。
【００１８】
図１Ｂに示す別の実施形態では、チャック１１０はグラウンドから電気的に絶縁されるか又は浮遊状態にあることができ、インピーダンス整合回路網１０７がチャック１１０に電気的に接続されることができる（インピーダンス整合回路網１０７はグラウンドに接続されることができる）。いかなる二次的ＲＦ電源もチャック１１０に接続されない。インピーダンス整合回路網１０７は、入力端子１０９、可変同調キャパシタ１１１、インダクタ１１３及び分路キャパシタ１１５を含むことができる。入力端子１０９は、チャック１１０に電気的に接続されることができる。可変同調キャパシタ１１１は、グラウンドに電気的に接続されることができる。インダクタ１１３は、入力端子１０９と分路キャパシタ１１１との間に電気的に接続されることができる。分路キャパシタ１１５は、入力端子１０９とグラウンドとの間に電気的に接続されることができ、インダクタ１１３及び可変同調キャパシタ１１１と並列であることができる。
【００１９】
陽極１０８も、真空チャンバ１０２内に収容されることができる。陽極１０８は、ＲＦ電流の戻り経路を用意するように陰極１０６の対抗電極となることができる。いくつかの実施形態では、陽極１０８とチャック１１０とが同一部品であることができる。しかしながら他の実施形態では、ここに説明するように、陽極１０８は、チャック１１０が浮遊電位又は陽極１０８と異なる電位に保持されるように、チャック１１０からから電気的に絶縁されることができる。陽極は、真空チャンバ側壁１５２にグラウンド（即ち、この場合は真空チャンバ側壁１５２に電気的に接続）されることができる（陽極がグラウンドに実際に接続される必要はない）。
【００２０】
図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ及び図２を参照すると、陽極１０８は、環状体３０２を有することができ、環状体３０２から内向きに突出する環状フランジ３０４によって延長されることができる。環状フランジ３０４は、ＰＶＤ処理中にプラズマを保持することができる所望の放電空間１２８（図１Ａを参照）を画定することができる。図１Ｃ及び図２に示すように、環状体３０２は、上側部分３０６と下側部分３０８とを含むことができる。上側部分３０６は、下側部分３０８よりも陰極１０６の近くにあることができる。上側部分３０６と真空チャンバ１０２の上面１５４との間の間隔１４８（図１Ａ、１Ｂを参照）は、その間のプラズマ形成を防止するように構成されることができる。
【００２１】
図１Ｃに示すように、陽極の上側部分３０６の最上部３２０は、真空チャンバの上面１５４から鉛直方向に延びることができる（最上部３２０は、例えば円筒であることができる）。最上部３２０は、ターゲット１２６の端部１６０に平行であることができ、それを取り囲むことができる。上側部分３０６の底部３２２は、最上部３２０の下端において内面から内向きに（例えば垂直方向に）延びることができる。底部３２２は、例えば水平リングとして実質的に水平方向に内向きに延びることができる。リング３２２の内側半径は、ターゲット１２６とほぼ同じ半径を有することができる。下側部分３０８は、底部３２２の下面及び内端から延びることができる。下側部分３０８は、底部３２２から垂直に延びることができ、例えば円筒として、鉛直方向に延びることができる。円筒の内壁は、ターゲット１２６とほぼ同じ半径を有することができる。図示しないが、別の突起が、シールド１２４の上側部分を配置するための間隙が形成されるように、底部３２２の外端近傍の下面から下方に延びることができる。
【００２２】
環状フランジ３０４は、フランジの少なくとも一部がターゲット１２６の下に延びるように、下側部分３０８から内向きに突出することができる。図１Ａに示すように、陰極１０６に近いフランジ３０４の半径が陰極１０６から遠いフランジ３０４の半径より大きくなるように、即ちフランジが漏斗形状を有することができるように、フランジ３０４は環状体３０２から内向きに下方に延びることができる。或いは、図３Ａ及び３Ｂに示すように、フランジ３０４は、環状体３０２から水平方向に延びることができる。いくつかの実施形態では、フランジ３０４は、下側部分３０８の最下端から延びる。
【００２３】
環状開口３１０（図２を参照）は、ＰＶＤ処理中に基板１１６に実質的に影を落とさないように、即ち基板１１６の上面全体が薄膜で被覆されるように、チャック１１０とほぼ同じ半径を有することができる。
【００２４】
真空チャンバ１０２は、更に、真空チャンバ１０２の側壁を薄膜材で被覆されることから保護するために、ＲＦシールド１２４を含むことができる。シールド１２４は、例えば非磁性ステンレス鋼又はアルミニウムから作製されることができ、真空チャンバ１０２の側壁１５２にグラウンドされることができる。
【００２５】
いくつかの実施態様では、図１Ａ及び１Ｂに示すように、シールド１２４は、鉛直方向に（例えば円筒状に）延びる環状体４０２を含むことができる。水平方向に延びるフランジ１４６が、環状体４０２の下端から内向きに延びることができる。水平方向に延びるフランジ１４６は、真空チャンバ１０２の底部近傍に配置されることができ、陽極１０８の下側部分３０８を取り囲みそれと部分的に鉛直方向に重なるようにフランジ３０４を越えて延びることができる。いくつかの実施形態では、鉛直方向に延びるフランジ１４６は、陽極１０８の下側部分３０８と基板保持機構１２２との間の間隙内に延びることができる。フランジ１４６は、基板保持機構１２２と部分的に水平方向に重なることができる。
【００２６】
シールド１２４の環状フランジ１４６の内側の環状開口４０６（図４を参照）は、基板１１６に実質的に影を落とさないように、チャックとほぼ同じ半径を有することができる。間隙１３２が、所望の放電空間１２８から処理ガスが排気されることができるようにするために、シールド１２４と陽極１０８との間に存在することができる。
【００２７】
いくつかの実施形態では、図３Ａ、３Ｂ、３Ｃ及び４に示すように、シールドは、一組の同心環状突起４０４が環状フランジ１４６から例えば陰極１０６に向けて突出するように延ばされることができる。環状突起４０４は、環状体４０２と平行に延びることができる。図３Ａ及び３Ｂに示すように、各環状突起４０４の高さは、真空チャンバの中心から側壁へ半径に沿って増すことができる。環状体４０２は、各環状突起４０４の高さよりも高い高さを有することができる。
【００２８】
物理的蒸着装置１０２は、陽極１０８とシールド１２４とを直接接続する導電体１３０（例えばストラップ）を更に含むことができる。導電体１３０は、可撓性であることができ、陽極１０８とシールド１２４との間にガスの流れを許容するように構成されることができる。例えば、導電体１３０は、メッシュ又はワイヤストラップであることができる。導電体１３０は、例えば銅又はアルミニウムで作製されることができる。
【００２９】
陽極１０８とシールド１２４との間に、多くの接続部が存在することができる。例えば、導電体１３０は陽極１０８とシールド１２４とに少なくとも４点で接続されることができる。導電体１３０は、陽極１０８の下面とシールド１２４の最上部との間に接続されることができる。導電体１３０はまた、陽極１０８の最上部とシールド１２４の外面との間に接続されることができる。
【００３０】
物理的蒸着装置１００は、二次的チャンバシールド１３４を更に含むことができる。チャンバシールドは、例えば非磁性ステンレス鋼又はアルミニウムから作製されることができる。チャンバシールドの上部は、陽極１０８と真空チャンバ１０２の側壁との間に配置されることができる。チャンバシールド１３４の下部は、真空チャンバ１０２の側壁とシールド１２４との間に配置されることができる。チャンバシールド１３４は、シールド１２４及び／又は陽極１０８と同心であることができ、それらを取り囲むことができる。チャンバシールド１３４の高さは、シールド１２４の高さ以上であることができる。チャンバシールド１３４は、鉛直環状体１４２と、環状体１４２から（例えば鉛直環状体１４２の下端から）内向きに延びる環状フランジ１４４と、を含むことができる。チャンバシールド１３４の環状フランジ１４４は、シールド１２４の環状フランジ１４６の下に延びることができ、環状フランジ１４６よりも短い半径方向長さを有することができる。環状フランジ１４４は、チャック１１０よりもチャンバの底部の近くにあることができる。チャンバシールドのフランジ１４４の内端は、チャック１１０の外端と鉛直方向に合わされることができる。
【００３１】
チャンバシールド１３０は、処理ガスが真空チャンバ１０２へ送り込まれるとともに真空チャンバ１０２から送り出されることがなおもできるように構成されることができる。例えば、チャンバシールド１３４は、ガス入口１４２又は真空入口１１４を覆わないように十分に短くてよい。或いは、チャンバシールド１３４は、ガス入口１４２及び真空入口１１４の場所に対応する位置に穴（不図示）を有してもよい。更に、チャンバシールド１３４は、個別に着脱可能であり、容易に洗浄可能で、長期間再利用可能である。
【００３２】
チャンバシールド１３４は、導電体１３６によってシールド１２４に電気的に接続されることができる。導電体１３６は、導電体１３０と同様な材質及び形状であることができる。したがって、導電体１３６は、シールド１２４とチャンバシールド１３４との間にガスの流れを許容するように構成されることができる。同様に、導電体１３６は、メッシュで構成されることができ、一つ又は複数のストラップであることができ、銅又はアルミニウムから成ることができる。また、導電体１３６は、シールド１２４の底面とチャンバシールド１３４の内面との間に接続されることができる。
【００３３】
物理的蒸着装置１００は、処理ガス入口１１２、処理ガス制御装置（不図示）、真空入口１１４、圧力測定装置及び制御装置（不図示）及び真空ポンプ（不図示）を更に含むことができる。
【００３４】
スパッタリング又はＰＶＤ処理中、１０乃至２００ｓｃｃｍ／０．２乃至４ｓｃｃｍ、例えば１０乃至６０ｓｃｃｍ／０．５乃至２ｓｃｃｍの流量でガス入口１１２を介して、アルゴン及び酸素等のガスが供給される。真空ポンプ（不図示）は、真空入口１１４を介して、例えば１０−７トル以下の基礎真空と、例えば０．５ミリトル乃至２０ミリトルのプラズマ動作圧力と、を維持する。５００Ｗ乃至５０００Ｗ程度、例えば２０００Ｗ乃至４０００Ｗ、又は３０００Ｗ、のＲＦ電源１０４が陰極アセンブリ１０６に印加されると、ターゲット１２６が負にバイアスされ陽極１０８が正にバイアスされて、陰極１０４と陽極１０８との間の所望の放電空間１２８内にプラズマを形成する。マグネトロンアセンブリ１１８は、陰極１０６の前面及びその近傍において、例えば５０ガウス乃至４００ガウス、例えば２００ガウス乃至３００ガウス、の磁界を生成する。磁界は、電子をターゲット１２６の前面と平行な螺旋運動に閉じ込める。
【００３５】
ターゲット１２６上の負の自己バイアスＤＣ電圧は、磁界によってターゲット１２６の表面近傍に閉じ込められた電子と共に、プラズマの活性化陽イオンによってターゲット１２６に衝撃を与えることを促進する。運動量移動は、ＰＺＴ分子等の中性ターゲット材をターゲット１２６から移動させ基板１１６上に堆積させて、基板１１６上に薄膜を生成する。結果として得られる薄膜は、２０００Å乃至１０μｍ、例えば２乃至４μｍの厚さを有することができる。
【００３６】
図１Ａ及び３Ａに示す実施形態では、ＲＦ電源１２０が基板１１６に適用されると、基板にＤＣ自己バイアスが生じることができる。ＲＦ位相調整器１０５は、ＲＦ電源１０４及び／又はＲＦ電源１２０によって印加されるＲＦ信号の位相（例えば電流又は電圧の位相）を調整するために使用されることができる。ＲＦ位相調整器１０５は、各位相をロックして、位相差（例えば０°乃至３６９°）が、例えば−３００Ｖ乃至＋３００Ｖ、特に−１００Ｖ乃至＋１００Ｖの正、負又は零の電荷を有することができる基板上に所望のＤＣ自己バイアスを生成するようにすることができる。一例として、基板の正の自己バイアス対ガス流量のグラフを図５に示す。
【００３７】
ＤＣ自己バイアスの電荷は、位相差に加えて、基板１１６に供給されるＲＦ電力の量により制御されることができる。例えば、５０Ｗ未満（２Ｗ未満等）の小さいＲＦ電力がチャック１１０に供給され、位相が例えば１９０°乃至２４０°、例えば２２０°でロックされると、例えば時間平均で１０Ｖ乃至１００Ｖ、例えば６０Ｖの正のＤＣ自己バイアスが基板１１６に発生することができる。正の電圧は、電子をプラズマから基板１１６の表面へと引き付けて加速させる。十分なエネルギーを有するこれらの電子が、スパッタされた材料の特性を変化させるが、電子の運動量は小さいので、実質的な再スパッタリングを起こすことはない。更に、正の電圧は、プラズマイオンが基板１１６の表面に衝撃を与えることを防ぐことができ、したがって表面のエッチングを回避することができる。対照的に、例えば５０Ｗより大きなＲＦ電力が基板に供給され、位相が例えば１９０°未満又は２４０°超、例えば１８０°未満又は２７０°超でロックされると、負のＤＣ自己バイアスが基板１１６に発生することができる。負の電圧は、プラズマイオンを基板へと引き付けて加速させることができ、それにより表面の再スパッタリングを行うことができる。再スパッタリングは、例えば、基板表面をエッチングするために有益であることができる。チャンバ構成、ガスの組成並びに流量、圧力、磁場及び電圧等の所与の実施態様について、正又は負の自己バイアス電圧を生成するのに必要な位相調整量を得るために実験が必要とされる場合がある。
【００３８】
図１Ａ及び３Ａの装置を使用して薄膜を形成するプロセスのフローチャートを図６Ａに示す。工程６０２では、第１の位相を有する第１の無線周波数信号が、物理的蒸着装置内の陰極に印加される。陰極は、スパッタターゲットを含むことができる。工程６０４では、第２の位相を有する第２の無線周波数信号が、物理的蒸着装置内の、基板を支持するチャックに印加される。第１及び第２の位相の差が、正の自己バイアスＤＣ電圧を基板に生じさせる。工程６０６では、スパッタターゲットからの材料が基板上に堆積される。
【００３９】
図１Ｂ及び３Ｂに示す実施形態では、ＲＦ電源１０４が陰極１０６に適用されてインピーダンス整合回路網１０７がチャック１１０に接続されると、ＤＣ自己バイアスが基板に生じることができる。可変同調キャパシタ１１１及び／又は分路キャパシタ１１５の容量は、所望のＤＣ自己バイアスを基板に生じさせるように、例えば１０ｐＦ乃至５００ｐＦに選択又は調整されることができる。上述の実施形態では、基板は、結果として例えば−３００Ｖ乃至＋３００Ｖ、特には−１００Ｖ乃至＋１００Ｖの負、正又は零の電荷を有することができる。
【００４０】
図１Ｂ及び３Ｂの装置を使用して薄膜を形成するプロセスのフローチャートを図６Ｂに示す。工程６１０では、無線周波数信号が、物理的蒸着装置内の陰極に印加される。陰極は、スパッタターゲットを含む。工程６１２では、物理的蒸着装置内の基板を支持するチャックが、インピーダンス整合回路網に電気的に接続される。インピーダンス整合回路網は、少なくとも一つのキャパシタを含む。工程６１４では、スパッタターゲットからの材料が基板上に堆積される。図６に図示しないが、このプロセスは、正の自己バイアスＤＣ電圧を基板に生じさせるように、キャパシタの容量を選択又は調整する工程を更に含むことができる。
【００４１】
物理的蒸着装置におけるＲＦ位相調整器又はインピーダンス整合回路網のいずれかの使用は、ＰＺＴ薄膜等の圧電薄膜の生成に特に有利であることができる。特に、ＰＺＴ等の誘電体材料には外部ＤＣバイアスを直接印加することができないので、基板又は堆積膜に間接的なバイアスを生じさせるために位相調整器１０５又はインピーダンス整合回路網１０７を使用することは有利である。更に、ＲＦ位相調整器１０５及びインピーダンス整合回路網１０７の両方は、基板１１６と所望の放電空間１２８との間の暗部空間内の電界強度を変更することができ、これにより堆積プロセスの再スパッタリング効果を変えることができる。対照的に、基板への直接的なバイアスは、システム全体の電位をターゲット及び／又は基板の両方に対するオフセット値に変えることができるものの、基板１１６と所望の放電空間１２８との間の暗部空間を変更することはできない。
【００４２】
ここに説明するように正のＤＣ自己バイアスを有する基板を備える物理的蒸着装置を使用してＰＺＴ膜をスパッタすると、基板の表面に引き付けられる電子が電子加熱を引き起こすことができ、これにより薄膜原子の移動度を上げることができる。更に、表面上の電子は、表面からプラズマイオンを排斥して表面の再スパッタリングを回避する助けとなることができる。その結果、好ましい構造を有する薄膜、例えば（１００）結晶構造を有する薄膜を形成することができる。正のＤＣ自己バイアスを有する基板上にスパッタされるこのような膜、例えばペロブスカイトＰＺＴ（１００）／（２００）結晶方位を有するＰＺＴ膜は、有利な誘電体及び圧電体特性、例えば１０００乃至１７００の範囲の誘電率、高いｄ３１定数及び高い降伏電圧を有することができる。例えば、（１００）結晶方位を有するＰＺＴ薄膜は、インク分配装置のアクチュエータ等のＭＥＭＳデバイスとして使用されることができる。
【００４３】
多くの実施形態が説明された。それにもかかわらず、説明されている思想及び範囲を逸脱することなく他の様々な変更がなされ得ることが理解されるであろう。例えば、位置及び向きに関する用語（例えば、「最上部」、「鉛直」）が物理的蒸着装置内の部品の相対的位置及び向きを説明するために使用されているが、物理的蒸着装置自体は鉛直若しくは水平の向き又は他の向きで保持され得るということが理解されるべきである。別の例として、図６Ａ及び６Ｂの例示的フローチャートの工程は、他の順序で実行されてもよく、いくつかの工程が除去されてもよく、他の工程が追加されてもよい。したがって、他の実施形態は以下の請求項の範囲に含まれる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【国際調査報告】
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