JP4033997B2 - 異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法及びその製造装置 - Google Patents
異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法及びその製造装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子、特に、特殊な製造方法を用いた集束イオンビーム加工による高温超伝導体である薄膜又は単結晶を用いた電子素子の製造方法及びその製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の集束イオンビームエッチング装置は６０°までしか傾斜を持つことができなかった。また、側面から目的物を加工することは行われていなかった。
【０００３】
従来、固有ジョセフソン効果を発現させる為には、層状超伝導体単結晶の積層方位に超電流を流す必要があり、しかも実用的なデバイスとするためには、超電流経路の長さを結晶単位程度の精度で制御する必要があった。
【０００４】
図１１はかかる従来の電子素子の断面模式図である。
【０００５】
この図において、１０１は高温超伝導体単結晶の積層、１０２はその高温超伝導体単結晶の積層からなる突起、１０３は突起１０２の部位を除いた高温超伝導体単結晶の積層１０１の表面に形成される絶縁層、１０４は突起１０２に接続される電極である。
【０００６】
このように、従来の電子素子は、既存の化学的あるいは物理的エッチング技術を用いて、高温超伝導体単結晶の積層１０１面上に微細な突起１０２を加工し、積層方向に超電流を流すようにしていた。
【０００７】
従来、単電子トンネル素子を発現する為には、静電容量を小さくする為にトンネル接合層をサブピコメターの微細加工にすることが必要であり、素子の再現性は乏しいものであった。しかも、極低温（１Ｋ以下）でしか動作しなかった。
【０００８】
また、従来の電子素子の加工方法は、単結晶及び薄膜の表面から形成されるものであり、表面均一性が重要であった。
【０００９】
さらに、従来のメサ型の固有ジョセフソン効果の電子素子の構造は、ホール付基板上には作製が不可能であった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来の電子素子の製造工程においては、以下に示すような問題点があった。
【００１１】
（１）従来の固有ジョセフソンデバイスは、超電流経路長の精密な制御が困難であり、高品質の層状高温超伝導体ｃ軸配向薄膜を用いたデバイスの作製は不可能であった。
【００１２】
（２）単電子トンネルデバイスはサブピコメターの微細面積加工が必要で再現性が乏しく、しかも、高品質のｃ軸配向薄膜の積層構造を用いたデバイスの作製は不可能であった。
【００１３】
（３）従来の集束イオンビームエッチング装置は、６０°までしか傾斜を持つことができなかったので、基板上超伝導体薄膜の側面からのエッチングは不可能であった。
【００１４】
（４）従来のプロセスは単結晶を用いる場合には、両面加工と試料の反転などが必要であり、複雑な工程と、その工程で試料の破損などが多かった。また、表面側からの加工方法であるため、表面均一性により深さ方向の加工精度が左右された。
【００１５】
本発明は、上記問題点を除去し、高品質の層状高温超伝導体ｃ軸配向薄膜の積層構造を用いると共に、トンネル接合長は、画面上の像の測定によって精密に制御でき、その場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）加工による試料の反転などの工程が不要であり、側面加工により単結晶及び薄膜の表面性に制限なく微細面積加工により、層状高温超伝導体特有の層状構造を利用した単電子トンネルデバイス及び固有ジョセフソンデバイスである異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法及びその製造装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法において、薄膜成長用の基板上にブリッジを有する異方性エッチングが可能な層状高温超伝導体薄膜を形成する工程と、前記基板を試料ホルダーに搭載し、この試料ホルダーの角度を３６０°まで回転させ、集束イオンビーム加工法により、前記ブリッジを側面より加工し、微細面積のトンネル接合層を有する層状高温超伝導体単電子トンネル接合層を形成する工程とを施すようにしたものである。
【００１７】
〔２〕異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法において、単結晶装着用の基板上にブリッジを有する異方性エッチングが可能な層状高温超伝導体単結晶を形成する工程と、前記基板を試料ホルダーに搭載し、この試料ホルダーの角度を３６０°まで回転させ、集束イオンビーム加工法により、前記ブリッジを側面より加工し、微細面積のトンネル接合層を有する層状高温超伝導体単電子トンネル接合層を形成する工程とを施すようにしたものである。
【００１８】
〔３〕異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法において、薄膜成長用の基板上にブリッジを有する異方性エッチングが可能な層状高温超伝導体薄膜を 形成する工程と、前記基板を試料ホルダーに搭載し、この試料ホルダーの角度を３６０°まで回転させ、集束イオンビーム加工法により、前記ブリッジを側面より加工し、微細面積の超電流経路層を有する層状高温超伝導体固有ジョセフソン接合層を形成する工程を施すようにしたものである。
【００１９】
〔４〕異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法において、単結晶装着用の基板上にブリッジを有する異方性エッチングが可能な層状高温超伝導体単結晶を形成する工程と、前記基板を試料ホルダーに搭載し、該試料ホルダーの角度を３６０°まで回転させ、集束イオンビーム加工法により、前記ブリッジを側面より加工し、微細面積の超電流経路層を有する層状高温超伝導体固有ジョセフソン接合層を形成する工程を施すようにしたものである。
【００２０】
〔５〕上記〔１〕記載の異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法において、前記層状高温超伝導体は、層状高温超伝導体ｃ軸配向薄膜であり、平方サブμｍ以下の微細面積のトンネル接合層を具備するようにしたもので特有の層状構造を利用した単電子トンネル装置を形成するようにしたものである。
【００２１】
〔６〕上記〔３〕記載の異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法において、前記層状高温超伝導体は、層状高温超伝導体ｃ軸配向薄膜であり、平方サブμｍ以下の微細面積の超電流経路層を具備するようにしたもので特有の層状構造を利用した層状高温超伝導体固有ジョセフソン接合装置を形成するようにしたものである。
【００２２】
〔７〕上記〔２〕記載の異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法において、前記層状高温超伝導体は、層状高温超伝導体ｃ軸配向単結晶であり、平方サブμｍ以下の微細面積のトンネル接合層を具備するようにしたもので特有の層状構造を利用した単電子対トンネル接合装置を形成するようにしたものである。
【００２３】
〔８〕上記〔４〕記載の異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法において、前記層状高温超伝導体は、層状高温超伝導体ｃ軸配向単結晶であり、平方サブμｍ以下の微細面積の超電流経路層を具備するようにしたもので特有の層状構造を利用した層状高温超伝導体固有ジョセフソン接合装置を形成するようにしたものである。
【００２４】
〔９〕上記〔２〕記載の異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法において、前記集束イオンビーム加工法により、層状高温超伝導体ｃ軸配向単結晶を用いた層状高温超伝導体固有ジョセフソン接合装置をホール付き基板上に形成するようにしたものである。
【００２５】
〔１０〕上記〔１〕から〔９〕の何れか一項記載の異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法を実施する異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造装置において、周辺機器との距離を確保するとともに、試料の傾斜方向回転自由度が正、負何れの方向にも０°から３６０°までの６軸動作が可能な集束イオンビーム加工装置の試料ステージを具備するようにしたものである。
【００２６】
〔１１〕上記〔１〕から〔９〕の何れか一項記載の異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法を実施する異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造装置において、３０°から９０°までの傾斜角度を持つ治具を有する集束イオンビーム加工装置の試料ステージを具備するようにしたものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２８】
図１は本発明の実施例を示す高温超伝導体薄膜を用いた集束イオンビーム加工による単電子トンネル現象を示す固有ジョセフソン接合装置の構成図であり、図１（ａ）はその固有ジョセフソン接合装置の斜視図、図１（ｂ）は作製された固有ジョセフソン接合装置の２次イオン像を示す図である。
【００２９】
図１において、１１は層状高温超伝導体薄膜成長のための基板であり、例えば、単結晶基板（ＭｇＯなど）、１２は層状高温超伝導体薄膜、例えば、ＹＢＣＯなど）、１４は集束イオンビーム、１５はブリッジである。
【００３０】
この実施例によれば、層状高温超伝導体ｃ軸配向薄膜を用いた後述する基板を試料ホルダーに搭載し、この試料ホルダーの角度を３６０°まで回転させ、集束イオンビーム加工法により、前記層状高温超伝導体薄膜１２のブリッジ１５を側面より加工して立体的に加工し、微細面積（平方サブμｍ以下）のトンネル接合層を具備するようにしたもので、特有の層状構造を利用した単電子トンネル装置を形成することができる。
【００３１】
図２は本発明の実施例を示す集束イオンビーム加工による単電子トンネル現象を示す固有ジョセフソン接合装置の製造工程断面図である。
【００３２】
図２を参照しながら固有ジョセフソン接合装置の製造方法について説明する。
【００３３】
（１）まず、図２（ａ）に示すように、層状高温超伝導体薄膜成長用の基板〔例えば、単結晶基板（ＭｇＯ）〕１１を用意し、その上に層状高温超伝導体薄膜（例えば、ＹＢＣＯ）１２を蒸着する。
【００３４】
（２）図２（ｂ）に示すように、その試料上にレジスト１３のパターンを形成した後、従来のウェットエッチング或いはアルゴンイオンエッチングを用いて、大まかな部分の膜のエッチングを行なう。
【００３５】
（３）その後、図２（ｃ）に示すように、レジスト１３を剥離し、集束イオンビーム１４により、層状高温超伝導体薄膜１２をエッチングする。
【００３６】
（４）次に、加工試料を集束イオンビーム装置のホルダー（図示なし）に固定した後、図２（ｄ）に示すように、その層状高温超伝導体薄膜１２の上面から、目的とした接合の大きさに合わせた長さと幅に集束イオンビーム１６により薄膜を精密に削りブリッジ１５を作る。加工方法として、ガリウム（Ｇａ）イオンを加速電圧１５〜３０ｋＶ、加工速度０．１〜２．０μｍ3 ／ｍｉｎで加工を行なう。
【００３７】
（５）次に、加工した基板１１及び層状高温超伝導体薄膜１２を３０°傾斜の試料ホルダー（図示なし）の上にのせる。集束イオンビーム装置の自動傾斜制御によって、試料ホルダーを６０°傾斜させることにより、約９０°（２７０°）方向においての加工が可能になる。試料ホルダーを約９０°（２７０°）まで回転させ、目的とする接合の大きさにあわせた間隔をおいて、図２（ｄ）に示すように、ブリッジ１５を側面から集束イオンビーム１６で加工し、ブリッジ１５の段差部分１５Ａを形成する。
【００３８】
（６）次に、図２（ｅ）に示すように、図２（ｄ）と同じ方向より段差部分１５Ａとは反対側の段差部分１５Ｂを集束イオンビーム１６で加工する。
【００３９】
このようにして、本発明のデバイスが得られる。
【００４０】
このように、本発明によれば、層状高温超伝導体ｃ軸配向薄膜の積層構造を集束イオンビームの微細加工技術を用いることにより、平方サブμｍ以下までの素子を製造することが可能である。更に、層状高温超伝導体の固有積層構造を側面から加工及び観察することにより、従来の固有ジョセフソン接合装置では不可能であった正確な接合の数及び面積の制御ができる装置の作製が可能になる。また、接合の数及び面積の制御によって素子の容量を制御することにより、高温で動作可能な層状高温超伝導体単電子装置を再現性よく作製することが可能になる。
【００４１】
次に、本発明の実施例を示す集束イオンビーム加工による単電子トンネル現象を示す固有ジョセフソン接合装置の製造方法について説明する。
【００４２】
図３は本発明の実施例を示す集束イオンビーム加工による単電子トンネル現象を示す固有ジョセフソン接合装置の構成図であり、図３（ａ）はその固有ジョセフソン接合装置の斜視図、図３（ｂ）はその作製した装置の２次イオン像を示す図である。
【００４３】
（１）図３（ａ）に示すように、層状高温超伝導体単結晶成長用の基板（例えば、針状ＭｇＯ，ＳｒＴｉＯ3 ，ＬａＡｌＯ3 など）２１を用意し、高温超伝導体単結晶（例えば、ＹＢＣＯ，ＬＳＣＯ，ＢＳＣＣＯなど）２２を蒸着する。その試料上に、図示しないがレジストのパターンを形成した後、従来のウェットエッチング或いはアルゴンイオンエッチングを用いて、大まかな部分の膜のエッチングを行なう。その後レジストを剥離する。
【００４４】
（２）次に、加工試料を集束イオンビーム装置のホルダーに固定した後、その高温超伝導体単結晶２２の上面から、目的とした接合の大きさにあわせた長さと幅に薄膜を精密に削りブリッジ２５を作る。加工方法として、ガリウム（Ｇａ）イオンを加速電圧１５〜３０ｋＶ、加工速度０．１〜２．０μｍ3 ／ｍｉｎで加工を行なう。
【００４５】
（３）次に、加工した基板２１及び高温超伝導体単結晶２２を、３０°傾斜の治具の上にのせる。集束イオンビーム装置の自動傾斜制御によって６０°傾斜させることにより、約９０°（２７０°）方向においての加工が可能になる。試料ホルダーを約９０°（２７０°）まで回転させ、目的とする接合の大きさにあわせた間隔をおいて、ブリッジ２５を側面から集束イオンビームで加工し、段差部２５Ａ及び反対側の段差部２５Ｂを形成する。
【００４６】
このように、本発明によれば、層状高温超伝導体ｃ軸配向薄膜の積層構造を集束イオンビームの微細加工技術を用いることにより、平方サブμｍ以下までの素子を製造することが可能である。更に、層状高温超伝導体単結晶の固有積層構造を側方から加工及び観察することにより、従来の固有ジョセフソン接合装置では不可能であった正確な接合の数及び面積の制御ができる装置の製造が可能になる。また、接合の数及び面積の制御によって素子の容量を制御することにより、高温で動作可能な層状高温超伝導体単電子装置を再現性よく作製することが可能になる。
【００４７】
本発明によれば、正確な接合の数及び面積の制御が可能な層状構造固有ジョセフソン接合装置及び単電子トンネル装置が実現でき、超伝導体単結晶を用いることにより、大集積回路用のトランジスタやメモリーの実現の可能性を示した。
【００４８】
つまり、層状高温超伝導体ｃ軸配向単結晶を用い、立体的に加工した微細面積（平方サブμｍ以下）のトンネル接合層を具備するようにしたもので特有の層状構造を利用した単電子対トンネル接合装置を形成することができる。
【００４９】
図４は本発明の他の実施例を示すホール付き基板上に形成した層状高温超伝導体固有ジョセフソン接合装置の構成図であり、図４（ａ）はその層状高温超伝導体固有ジョセフソン接合装置の斜視図、図４（ｂ）はその作製した装置の２次イオン像を示す図である。
【００５０】
図４において、３１は層状高温超伝導体薄膜成長のためのＳｉ基板であり、そのＳｉ基板３１にはホール３３が形成されている。３２は高温超伝導体単結晶（例えば、ＹＢＣＯ，ＬＳＣＯ，ＢＳＣＣＯなど）である。
【００５１】
このｃ軸配向単結晶を用いた、層状高温超伝導体固有ジョセフソン接合装置をホール３３付き基板３１上に形成する工程は、図２（ａ）〜図２（ｃ）工程までと同様である。Ｓｉ基板３１上に高温超伝導体単結晶３２を形成して、上記した加工方法により、図２（ｄ′）に示すように、ブリッジ３５を有する高温超伝導体単結晶（薄膜）３２を形成する。なお、３６，３７，３８はブリッジ３５の加工を行う集束イオンビームである。
【００５２】
次に、図２（ｅ′）に示すように、Ｓｉ基板３１の背面よりＳｉの異方性エッチングにより４５°傾斜のホール３３を形成する。
【００５３】
図５は本発明の実施例による薄膜及び単結晶を用いた電子素子の出力特性図であり、図５（ａ）は層状高温超伝導体を用いた固有ジョセフソン接合（超電流経路層の大きさは約２平方μｍ）の電流−電圧特性図、図５（ｂ）は単電子トンネル現象を示す固有ジョセフソン接合素子（トンネル接合層の大きさは約０．３平方μｍ）の電流−電圧特性の温度依存性を示している。約１２Ｋまで電流ピークが観察され単電子トンネル現象の高温動作を示している。
【００５４】
図６は本発明の実施例を示す電子素子の製造装置の模式図、図７はその製造装置による電子素子の試料ステージの斜視図、図８はその製造装置による電子素子の加工方法の説明図、図９は本発明の他の実施例を示す製造装置による電子素子の試料ステージの斜視図、図１０はその電子素子の加工方法の説明図であり、ここでは、集束イオンビーム加工装置の試料ステージの傾斜回転角度を制御する一例を示している。
【００５５】
これらの図において、４０は本発明に係る６軸試料ステージ、４１は鏡筒、４２は真空ポンプ、４３はガス銃、４４は検出器、４５は鏡筒先端４１Ａと６軸試料ステージ４０との距離、４６はガス銃先端４３Ａと６軸試料ステージ４０との距離、４７は検出器先端４４Ａと６軸試料ステージ４０との距離、４８は試料室、４９は試料としての電子素子、５０はステージ傾斜回転垂直方向のステージ長さ、５１はステージ傾斜回転並行方向のステージ長さ、５２は本発明により回転角度が増加されるステージの傾斜回転方向、５３は平面回転方向（従来の試料ステージと同様）、５４は上下方向（従来の試料ステージと同様）、６１は０°から９０°までの傾斜面６１Ａをもつ治具、６２は治具の傾斜角度である。
【００５６】
従来の集束イオンビーム加工装置の試料ステージは、上下（２方向）、平面回転（２方向）、傾斜回転（６０°まで１方向）などの５軸方向への動作が可能な試料ステージが使われてきた。その理由としては、従来の試料ステージの傾斜回転角度は試料の加工目的ではなく、イオンビームの焦点合わせの目的で使われてきたためである。また、その試料ステージの自由度は、試料ステージと周辺機器（例えば、ガス銃、鏡筒先端、検出器）との距離（通常、約０．１ｍｍ〜１００ｍｍ）などにより制御されてしまうために、６０°以上の傾斜方向の回転は難しいものであった。
【００５７】
そこで、本発明は、試料を加工し電子素子を製作するために、集束イオンビーム加工装置の試料ステージに傾斜方向回転自由度〔９０°（−９０°）から３６０°まで〕を加えた６軸ステージ〔上下（２方向）、平面回転（２方向）、傾斜回転（２方向）〕にするようにしたものである。
【００５８】
このように、試料の傾斜角度を任意〔９０°（−９０°）から３６０°まで〕に変えるためには、試料ステージと周辺機器との関係を考慮し、図７或いは図９に示すような工夫が必要である。
【００５９】
（１）第１には、図７に示すように、６軸試料ステージ４０を集束イオンビーム加工装置に装着する必要がある。そして、６軸試料ステージ４０の傾斜方向の回転角度を９０°（−９０°）から３６０°までもつように試料ステージ４０と周辺機器との距離及び加工試料の大きさを勘案し、試料ステージ４０の寸法を設計する。つまり、ステージ傾斜回転垂直方向のステージ長さ５０と、ステージ傾斜回転平行方向のステージ長さ５１を調節するようにしたものである。
【００６０】
すると、図８（ａ）に示すように、ステージの傾斜回転方向５２が０°の場合から、図８（ｂ）に示すように、ステージの傾斜回転方向５２に９０°回転させて試料４９を加工したり、図８（ｃ）に示すように、ステージの傾斜回転方向５２に１８０°回転させて試料４９′を加工したり、図８（ｄ）に示すように、ステージの傾斜回転方向５２に２７０°（−９０°）回転させて試料４９を加工することができる。ここで、図８（ｃ）に示すように、ステージの傾斜回転方向５２に１８０°回転させて試料４９′を加工する工程は、図２（ｅ）及び図４に示すホール付きの試料ステージ及び基板を用いる場合に特に有効である。
【００６１】
また、集束イオンビーム加工装置の鏡筒４１内の光学システムを制御することによる試料ステージ４０と鏡筒先端４１Ａとの距離を伸ばすことにより、試料ステージ４０の寸法を大きくすることも可能である。
【００６２】
（２）第２には、図９に示すように、３０°あるいは９０°までの傾斜角６２を持つ治具６１を用いることにより、従来の試料ステージを用いて、本発明の加工が可能である。
【００６３】
すなわち、図１０（ａ）に示すように、ステージの傾斜回転方向５２が０°の場合には、既に試料４９は治具６１の傾斜角６２だけは傾斜していることになり、更に、図１０（ｂ）に示すように、ステージの傾斜回転方向５２に６０°傾斜させると、治具６１の傾斜角６２にステージの傾斜回転角度６３が加えられた角度だけ傾斜させることができる。
【００６４】
これによって、現在まで不可能であった高品質の層状高温超伝導体薄膜及び単結晶の積層構造を用いた固有ジョセフソン装置を、微細面積加工により、高温で単電子トンネル現象を示す電子素子の作製が可能になる。
【００６５】
本発明は、薄膜及び単結晶の異方性エッチングが可能な磁性体などの半導体プロセスや針状のプローブの作製などにも応用が可能になる。
【００６６】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００６７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００６８】
（Ａ）集束イオンビーム加工装置の試料ホルダーの角度を、約０°〜３６０°（最小約９０°）まで回転させて、層状高温超伝導体層の加工を行うことにより、異方性エッチン グが可能な薄膜及び単結晶を用いる電子装置の製造が可能になる。
【００６９】
（Ｂ）集束イオンビーム加工にあたり、側面からの像の測定によって、正確なトンネル接合長の数及び面積の制御が可能な高温超伝導単電子トンネル装置が実現でき、静電容量の制御が可能になり、高温動作を図ることができる。
【００７０】
（Ｃ）層状高温超伝導体ｃ軸配向薄膜を用いた、固有ジョセフソン接合装置の作製が可能になる。
【００７１】
（Ｄ）層状高温超伝導体ｃ軸配向薄膜を用いた、高温で単電子トンネル現象を示す固有ジョセフソン接合装置作製が可能になる。
【００７２】
（Ｅ）層状高温超伝導体ｃ軸配向単結晶を用いた、固有ジョセフソン接合装置の製造が可能になる。
【００７３】
（Ｆ）層状高温超伝導体ｃ軸配向層状高温超伝導体単結晶を用いた、高温で単電子トンネル現象を示す固有ジョセフソン接合装置の製造が可能になる。
【００７４】
（Ｇ）固有ジョセフソン接合装置を、Ｓｉの異方性エッチングにより形成した４５°傾斜のホール付きＳｉ基板に使用することにより、基板からの損失もなくＴＨｚ領域周波数の直接照射が可能になり、またホーンアンテナとしても応用可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例を示す高温超伝導体薄膜を用いた集束イオンビーム加工による単電子トンネル現象を示す固有ジョセフソン接合装置の構成図である。
【図２】 本発明の実施例を示す集束イオンビーム加工による単電子トンネル現象を示す固有ジョセフソン接合装置の製造工程断面図である。
【図３】 本発明の実施例を示す集束イオンビーム加工による単電子トンネル現象を示す固有ジョセフソン接合装置の構成図である。
【図４】 本発明の他の実施例を示す高温超伝導単結晶を用いた集束イオンビーム加工による作製した４５°傾斜ホール付きＳｉ基板上の層状高温超伝導体固有ジョセフソン接合装置の構成図である。
【図５】 本発明の実施例による薄膜及び単結晶を用いた電子素子の出力特性図である。
【図６】 本発明の実施例を示す電子素子の製造装置の模式図である。
【図７】 本発明の実施例を示す製造装置による電子素子の試料ステージの斜視図である。
【図８】 本発明の実施例を示す製造装置による電子素子の加工方法の説明図である。
【図９】 本発明の他の実施例を示す製造装置による電子素子の試料ステージの斜視図である。
【図１０】 本発明の他の実施例を示す製造装置による電子素子の加工方法の説明図である。
【図１１】 化学的あるいは物理的エッチング技術を用いて積層面上に微細な突起を加工し、積層方向に超電流を流すようにしていた従来のメサ型固有ジョセフソン接合の断面模式図である。
【符号の説明】
１１ 層状高温超伝導体薄膜成長用の基板
１２ 層状高温超伝導体薄膜
１３ レジスト
１４，１６，３６，３７，３８ 集束イオンビーム
１５，２５，３５ ブリッジ
１５Ａ，２５Ａ 段差部分
１５Ｂ，２５Ｂ 反対側の段差部分
２１ 層状高温超伝導体単結晶成長用の基板
２２，３２ 高温超伝導体単結晶
３１ Ｓｉ基板
３３ ホール
４０ ６軸試料ステージ
４１ 鏡筒
４１Ａ 鏡筒先端
４２ 真空ポンプ
４３ ガス銃
４３Ａ ガス銃先端
４４ 検出器
４４Ａ 検出器先端
４５ 鏡筒先端と６軸試料ステージとの距離
４６ ガス銃先端と６軸試料ステージとの距離
４７ 検出器先端と６軸試料ステージとの距離
４８ 試料室
４９ 試料（電子素子）
５０ ステージ傾斜回転垂直方向のステージ長さ
５１ ステージ傾斜回転並行方向のステージ長さ
５２ 回転角度が増加されるステージの傾斜回転方向
５３ 平面回転方向
５４ 上下方向
６１ 治具
６１Ａ 傾斜面
６２ 治具の傾斜角度
６３ ステージの傾斜回転角度
【発明の属する技術分野】
本発明は、異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子、特に、特殊な製造方法を用いた集束イオンビーム加工による高温超伝導体である薄膜又は単結晶を用いた電子素子の製造方法及びその製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の集束イオンビームエッチング装置は６０°までしか傾斜を持つことができなかった。また、側面から目的物を加工することは行われていなかった。
【０００３】
従来、固有ジョセフソン効果を発現させる為には、層状超伝導体単結晶の積層方位に超電流を流す必要があり、しかも実用的なデバイスとするためには、超電流経路の長さを結晶単位程度の精度で制御する必要があった。
【０００４】
図１１はかかる従来の電子素子の断面模式図である。
【０００５】
この図において、１０１は高温超伝導体単結晶の積層、１０２はその高温超伝導体単結晶の積層からなる突起、１０３は突起１０２の部位を除いた高温超伝導体単結晶の積層１０１の表面に形成される絶縁層、１０４は突起１０２に接続される電極である。
【０００６】
このように、従来の電子素子は、既存の化学的あるいは物理的エッチング技術を用いて、高温超伝導体単結晶の積層１０１面上に微細な突起１０２を加工し、積層方向に超電流を流すようにしていた。
【０００７】
従来、単電子トンネル素子を発現する為には、静電容量を小さくする為にトンネル接合層をサブピコメターの微細加工にすることが必要であり、素子の再現性は乏しいものであった。しかも、極低温（１Ｋ以下）でしか動作しなかった。
【０００８】
また、従来の電子素子の加工方法は、単結晶及び薄膜の表面から形成されるものであり、表面均一性が重要であった。
【０００９】
さらに、従来のメサ型の固有ジョセフソン効果の電子素子の構造は、ホール付基板上には作製が不可能であった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来の電子素子の製造工程においては、以下に示すような問題点があった。
【００１１】
（１）従来の固有ジョセフソンデバイスは、超電流経路長の精密な制御が困難であり、高品質の層状高温超伝導体ｃ軸配向薄膜を用いたデバイスの作製は不可能であった。
【００１２】
（２）単電子トンネルデバイスはサブピコメターの微細面積加工が必要で再現性が乏しく、しかも、高品質のｃ軸配向薄膜の積層構造を用いたデバイスの作製は不可能であった。
【００１３】
（３）従来の集束イオンビームエッチング装置は、６０°までしか傾斜を持つことができなかったので、基板上超伝導体薄膜の側面からのエッチングは不可能であった。
【００１４】
（４）従来のプロセスは単結晶を用いる場合には、両面加工と試料の反転などが必要であり、複雑な工程と、その工程で試料の破損などが多かった。また、表面側からの加工方法であるため、表面均一性により深さ方向の加工精度が左右された。
【００１５】
本発明は、上記問題点を除去し、高品質の層状高温超伝導体ｃ軸配向薄膜の積層構造を用いると共に、トンネル接合長は、画面上の像の測定によって精密に制御でき、その場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）加工による試料の反転などの工程が不要であり、側面加工により単結晶及び薄膜の表面性に制限なく微細面積加工により、層状高温超伝導体特有の層状構造を利用した単電子トンネルデバイス及び固有ジョセフソンデバイスである異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法及びその製造装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法において、薄膜成長用の基板上にブリッジを有する異方性エッチングが可能な層状高温超伝導体薄膜を形成する工程と、前記基板を試料ホルダーに搭載し、この試料ホルダーの角度を３６０°まで回転させ、集束イオンビーム加工法により、前記ブリッジを側面より加工し、微細面積のトンネル接合層を有する層状高温超伝導体単電子トンネル接合層を形成する工程とを施すようにしたものである。
【００１７】
〔２〕異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法において、単結晶装着用の基板上にブリッジを有する異方性エッチングが可能な層状高温超伝導体単結晶を形成する工程と、前記基板を試料ホルダーに搭載し、この試料ホルダーの角度を３６０°まで回転させ、集束イオンビーム加工法により、前記ブリッジを側面より加工し、微細面積のトンネル接合層を有する層状高温超伝導体単電子トンネル接合層を形成する工程とを施すようにしたものである。
【００１８】
〔３〕異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法において、薄膜成長用の基板上にブリッジを有する異方性エッチングが可能な層状高温超伝導体薄膜を 形成する工程と、前記基板を試料ホルダーに搭載し、この試料ホルダーの角度を３６０°まで回転させ、集束イオンビーム加工法により、前記ブリッジを側面より加工し、微細面積の超電流経路層を有する層状高温超伝導体固有ジョセフソン接合層を形成する工程を施すようにしたものである。
【００１９】
〔４〕異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法において、単結晶装着用の基板上にブリッジを有する異方性エッチングが可能な層状高温超伝導体単結晶を形成する工程と、前記基板を試料ホルダーに搭載し、該試料ホルダーの角度を３６０°まで回転させ、集束イオンビーム加工法により、前記ブリッジを側面より加工し、微細面積の超電流経路層を有する層状高温超伝導体固有ジョセフソン接合層を形成する工程を施すようにしたものである。
【００２０】
〔５〕上記〔１〕記載の異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法において、前記層状高温超伝導体は、層状高温超伝導体ｃ軸配向薄膜であり、平方サブμｍ以下の微細面積のトンネル接合層を具備するようにしたもので特有の層状構造を利用した単電子トンネル装置を形成するようにしたものである。
【００２１】
〔６〕上記〔３〕記載の異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法において、前記層状高温超伝導体は、層状高温超伝導体ｃ軸配向薄膜であり、平方サブμｍ以下の微細面積の超電流経路層を具備するようにしたもので特有の層状構造を利用した層状高温超伝導体固有ジョセフソン接合装置を形成するようにしたものである。
【００２２】
〔７〕上記〔２〕記載の異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法において、前記層状高温超伝導体は、層状高温超伝導体ｃ軸配向単結晶であり、平方サブμｍ以下の微細面積のトンネル接合層を具備するようにしたもので特有の層状構造を利用した単電子対トンネル接合装置を形成するようにしたものである。
【００２３】
〔８〕上記〔４〕記載の異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法において、前記層状高温超伝導体は、層状高温超伝導体ｃ軸配向単結晶であり、平方サブμｍ以下の微細面積の超電流経路層を具備するようにしたもので特有の層状構造を利用した層状高温超伝導体固有ジョセフソン接合装置を形成するようにしたものである。
【００２４】
〔９〕上記〔２〕記載の異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法において、前記集束イオンビーム加工法により、層状高温超伝導体ｃ軸配向単結晶を用いた層状高温超伝導体固有ジョセフソン接合装置をホール付き基板上に形成するようにしたものである。
【００２５】
〔１０〕上記〔１〕から〔９〕の何れか一項記載の異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法を実施する異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造装置において、周辺機器との距離を確保するとともに、試料の傾斜方向回転自由度が正、負何れの方向にも０°から３６０°までの６軸動作が可能な集束イオンビーム加工装置の試料ステージを具備するようにしたものである。
【００２６】
〔１１〕上記〔１〕から〔９〕の何れか一項記載の異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法を実施する異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造装置において、３０°から９０°までの傾斜角度を持つ治具を有する集束イオンビーム加工装置の試料ステージを具備するようにしたものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２８】
図１は本発明の実施例を示す高温超伝導体薄膜を用いた集束イオンビーム加工による単電子トンネル現象を示す固有ジョセフソン接合装置の構成図であり、図１（ａ）はその固有ジョセフソン接合装置の斜視図、図１（ｂ）は作製された固有ジョセフソン接合装置の２次イオン像を示す図である。
【００２９】
図１において、１１は層状高温超伝導体薄膜成長のための基板であり、例えば、単結晶基板（ＭｇＯなど）、１２は層状高温超伝導体薄膜、例えば、ＹＢＣＯなど）、１４は集束イオンビーム、１５はブリッジである。
【００３０】
この実施例によれば、層状高温超伝導体ｃ軸配向薄膜を用いた後述する基板を試料ホルダーに搭載し、この試料ホルダーの角度を３６０°まで回転させ、集束イオンビーム加工法により、前記層状高温超伝導体薄膜１２のブリッジ１５を側面より加工して立体的に加工し、微細面積（平方サブμｍ以下）のトンネル接合層を具備するようにしたもので、特有の層状構造を利用した単電子トンネル装置を形成することができる。
【００３１】
図２は本発明の実施例を示す集束イオンビーム加工による単電子トンネル現象を示す固有ジョセフソン接合装置の製造工程断面図である。
【００３２】
図２を参照しながら固有ジョセフソン接合装置の製造方法について説明する。
【００３３】
（１）まず、図２（ａ）に示すように、層状高温超伝導体薄膜成長用の基板〔例えば、単結晶基板（ＭｇＯ）〕１１を用意し、その上に層状高温超伝導体薄膜（例えば、ＹＢＣＯ）１２を蒸着する。
【００３４】
（２）図２（ｂ）に示すように、その試料上にレジスト１３のパターンを形成した後、従来のウェットエッチング或いはアルゴンイオンエッチングを用いて、大まかな部分の膜のエッチングを行なう。
【００３５】
（３）その後、図２（ｃ）に示すように、レジスト１３を剥離し、集束イオンビーム１４により、層状高温超伝導体薄膜１２をエッチングする。
【００３６】
（４）次に、加工試料を集束イオンビーム装置のホルダー（図示なし）に固定した後、図２（ｄ）に示すように、その層状高温超伝導体薄膜１２の上面から、目的とした接合の大きさに合わせた長さと幅に集束イオンビーム１６により薄膜を精密に削りブリッジ１５を作る。加工方法として、ガリウム（Ｇａ）イオンを加速電圧１５〜３０ｋＶ、加工速度０．１〜２．０μｍ3 ／ｍｉｎで加工を行なう。
【００３７】
（５）次に、加工した基板１１及び層状高温超伝導体薄膜１２を３０°傾斜の試料ホルダー（図示なし）の上にのせる。集束イオンビーム装置の自動傾斜制御によって、試料ホルダーを６０°傾斜させることにより、約９０°（２７０°）方向においての加工が可能になる。試料ホルダーを約９０°（２７０°）まで回転させ、目的とする接合の大きさにあわせた間隔をおいて、図２（ｄ）に示すように、ブリッジ１５を側面から集束イオンビーム１６で加工し、ブリッジ１５の段差部分１５Ａを形成する。
【００３８】
（６）次に、図２（ｅ）に示すように、図２（ｄ）と同じ方向より段差部分１５Ａとは反対側の段差部分１５Ｂを集束イオンビーム１６で加工する。
【００３９】
このようにして、本発明のデバイスが得られる。
【００４０】
このように、本発明によれば、層状高温超伝導体ｃ軸配向薄膜の積層構造を集束イオンビームの微細加工技術を用いることにより、平方サブμｍ以下までの素子を製造することが可能である。更に、層状高温超伝導体の固有積層構造を側面から加工及び観察することにより、従来の固有ジョセフソン接合装置では不可能であった正確な接合の数及び面積の制御ができる装置の作製が可能になる。また、接合の数及び面積の制御によって素子の容量を制御することにより、高温で動作可能な層状高温超伝導体単電子装置を再現性よく作製することが可能になる。
【００４１】
次に、本発明の実施例を示す集束イオンビーム加工による単電子トンネル現象を示す固有ジョセフソン接合装置の製造方法について説明する。
【００４２】
図３は本発明の実施例を示す集束イオンビーム加工による単電子トンネル現象を示す固有ジョセフソン接合装置の構成図であり、図３（ａ）はその固有ジョセフソン接合装置の斜視図、図３（ｂ）はその作製した装置の２次イオン像を示す図である。
【００４３】
（１）図３（ａ）に示すように、層状高温超伝導体単結晶成長用の基板（例えば、針状ＭｇＯ，ＳｒＴｉＯ3 ，ＬａＡｌＯ3 など）２１を用意し、高温超伝導体単結晶（例えば、ＹＢＣＯ，ＬＳＣＯ，ＢＳＣＣＯなど）２２を蒸着する。その試料上に、図示しないがレジストのパターンを形成した後、従来のウェットエッチング或いはアルゴンイオンエッチングを用いて、大まかな部分の膜のエッチングを行なう。その後レジストを剥離する。
【００４４】
（２）次に、加工試料を集束イオンビーム装置のホルダーに固定した後、その高温超伝導体単結晶２２の上面から、目的とした接合の大きさにあわせた長さと幅に薄膜を精密に削りブリッジ２５を作る。加工方法として、ガリウム（Ｇａ）イオンを加速電圧１５〜３０ｋＶ、加工速度０．１〜２．０μｍ3 ／ｍｉｎで加工を行なう。
【００４５】
（３）次に、加工した基板２１及び高温超伝導体単結晶２２を、３０°傾斜の治具の上にのせる。集束イオンビーム装置の自動傾斜制御によって６０°傾斜させることにより、約９０°（２７０°）方向においての加工が可能になる。試料ホルダーを約９０°（２７０°）まで回転させ、目的とする接合の大きさにあわせた間隔をおいて、ブリッジ２５を側面から集束イオンビームで加工し、段差部２５Ａ及び反対側の段差部２５Ｂを形成する。
【００４６】
このように、本発明によれば、層状高温超伝導体ｃ軸配向薄膜の積層構造を集束イオンビームの微細加工技術を用いることにより、平方サブμｍ以下までの素子を製造することが可能である。更に、層状高温超伝導体単結晶の固有積層構造を側方から加工及び観察することにより、従来の固有ジョセフソン接合装置では不可能であった正確な接合の数及び面積の制御ができる装置の製造が可能になる。また、接合の数及び面積の制御によって素子の容量を制御することにより、高温で動作可能な層状高温超伝導体単電子装置を再現性よく作製することが可能になる。
【００４７】
本発明によれば、正確な接合の数及び面積の制御が可能な層状構造固有ジョセフソン接合装置及び単電子トンネル装置が実現でき、超伝導体単結晶を用いることにより、大集積回路用のトランジスタやメモリーの実現の可能性を示した。
【００４８】
つまり、層状高温超伝導体ｃ軸配向単結晶を用い、立体的に加工した微細面積（平方サブμｍ以下）のトンネル接合層を具備するようにしたもので特有の層状構造を利用した単電子対トンネル接合装置を形成することができる。
【００４９】
図４は本発明の他の実施例を示すホール付き基板上に形成した層状高温超伝導体固有ジョセフソン接合装置の構成図であり、図４（ａ）はその層状高温超伝導体固有ジョセフソン接合装置の斜視図、図４（ｂ）はその作製した装置の２次イオン像を示す図である。
【００５０】
図４において、３１は層状高温超伝導体薄膜成長のためのＳｉ基板であり、そのＳｉ基板３１にはホール３３が形成されている。３２は高温超伝導体単結晶（例えば、ＹＢＣＯ，ＬＳＣＯ，ＢＳＣＣＯなど）である。
【００５１】
このｃ軸配向単結晶を用いた、層状高温超伝導体固有ジョセフソン接合装置をホール３３付き基板３１上に形成する工程は、図２（ａ）〜図２（ｃ）工程までと同様である。Ｓｉ基板３１上に高温超伝導体単結晶３２を形成して、上記した加工方法により、図２（ｄ′）に示すように、ブリッジ３５を有する高温超伝導体単結晶（薄膜）３２を形成する。なお、３６，３７，３８はブリッジ３５の加工を行う集束イオンビームである。
【００５２】
次に、図２（ｅ′）に示すように、Ｓｉ基板３１の背面よりＳｉの異方性エッチングにより４５°傾斜のホール３３を形成する。
【００５３】
図５は本発明の実施例による薄膜及び単結晶を用いた電子素子の出力特性図であり、図５（ａ）は層状高温超伝導体を用いた固有ジョセフソン接合（超電流経路層の大きさは約２平方μｍ）の電流−電圧特性図、図５（ｂ）は単電子トンネル現象を示す固有ジョセフソン接合素子（トンネル接合層の大きさは約０．３平方μｍ）の電流−電圧特性の温度依存性を示している。約１２Ｋまで電流ピークが観察され単電子トンネル現象の高温動作を示している。
【００５４】
図６は本発明の実施例を示す電子素子の製造装置の模式図、図７はその製造装置による電子素子の試料ステージの斜視図、図８はその製造装置による電子素子の加工方法の説明図、図９は本発明の他の実施例を示す製造装置による電子素子の試料ステージの斜視図、図１０はその電子素子の加工方法の説明図であり、ここでは、集束イオンビーム加工装置の試料ステージの傾斜回転角度を制御する一例を示している。
【００５５】
これらの図において、４０は本発明に係る６軸試料ステージ、４１は鏡筒、４２は真空ポンプ、４３はガス銃、４４は検出器、４５は鏡筒先端４１Ａと６軸試料ステージ４０との距離、４６はガス銃先端４３Ａと６軸試料ステージ４０との距離、４７は検出器先端４４Ａと６軸試料ステージ４０との距離、４８は試料室、４９は試料としての電子素子、５０はステージ傾斜回転垂直方向のステージ長さ、５１はステージ傾斜回転並行方向のステージ長さ、５２は本発明により回転角度が増加されるステージの傾斜回転方向、５３は平面回転方向（従来の試料ステージと同様）、５４は上下方向（従来の試料ステージと同様）、６１は０°から９０°までの傾斜面６１Ａをもつ治具、６２は治具の傾斜角度である。
【００５６】
従来の集束イオンビーム加工装置の試料ステージは、上下（２方向）、平面回転（２方向）、傾斜回転（６０°まで１方向）などの５軸方向への動作が可能な試料ステージが使われてきた。その理由としては、従来の試料ステージの傾斜回転角度は試料の加工目的ではなく、イオンビームの焦点合わせの目的で使われてきたためである。また、その試料ステージの自由度は、試料ステージと周辺機器（例えば、ガス銃、鏡筒先端、検出器）との距離（通常、約０．１ｍｍ〜１００ｍｍ）などにより制御されてしまうために、６０°以上の傾斜方向の回転は難しいものであった。
【００５７】
そこで、本発明は、試料を加工し電子素子を製作するために、集束イオンビーム加工装置の試料ステージに傾斜方向回転自由度〔９０°（−９０°）から３６０°まで〕を加えた６軸ステージ〔上下（２方向）、平面回転（２方向）、傾斜回転（２方向）〕にするようにしたものである。
【００５８】
このように、試料の傾斜角度を任意〔９０°（−９０°）から３６０°まで〕に変えるためには、試料ステージと周辺機器との関係を考慮し、図７或いは図９に示すような工夫が必要である。
【００５９】
（１）第１には、図７に示すように、６軸試料ステージ４０を集束イオンビーム加工装置に装着する必要がある。そして、６軸試料ステージ４０の傾斜方向の回転角度を９０°（−９０°）から３６０°までもつように試料ステージ４０と周辺機器との距離及び加工試料の大きさを勘案し、試料ステージ４０の寸法を設計する。つまり、ステージ傾斜回転垂直方向のステージ長さ５０と、ステージ傾斜回転平行方向のステージ長さ５１を調節するようにしたものである。
【００６０】
すると、図８（ａ）に示すように、ステージの傾斜回転方向５２が０°の場合から、図８（ｂ）に示すように、ステージの傾斜回転方向５２に９０°回転させて試料４９を加工したり、図８（ｃ）に示すように、ステージの傾斜回転方向５２に１８０°回転させて試料４９′を加工したり、図８（ｄ）に示すように、ステージの傾斜回転方向５２に２７０°（−９０°）回転させて試料４９を加工することができる。ここで、図８（ｃ）に示すように、ステージの傾斜回転方向５２に１８０°回転させて試料４９′を加工する工程は、図２（ｅ）及び図４に示すホール付きの試料ステージ及び基板を用いる場合に特に有効である。
【００６１】
また、集束イオンビーム加工装置の鏡筒４１内の光学システムを制御することによる試料ステージ４０と鏡筒先端４１Ａとの距離を伸ばすことにより、試料ステージ４０の寸法を大きくすることも可能である。
【００６２】
（２）第２には、図９に示すように、３０°あるいは９０°までの傾斜角６２を持つ治具６１を用いることにより、従来の試料ステージを用いて、本発明の加工が可能である。
【００６３】
すなわち、図１０（ａ）に示すように、ステージの傾斜回転方向５２が０°の場合には、既に試料４９は治具６１の傾斜角６２だけは傾斜していることになり、更に、図１０（ｂ）に示すように、ステージの傾斜回転方向５２に６０°傾斜させると、治具６１の傾斜角６２にステージの傾斜回転角度６３が加えられた角度だけ傾斜させることができる。
【００６４】
これによって、現在まで不可能であった高品質の層状高温超伝導体薄膜及び単結晶の積層構造を用いた固有ジョセフソン装置を、微細面積加工により、高温で単電子トンネル現象を示す電子素子の作製が可能になる。
【００６５】
本発明は、薄膜及び単結晶の異方性エッチングが可能な磁性体などの半導体プロセスや針状のプローブの作製などにも応用が可能になる。
【００６６】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００６７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００６８】
（Ａ）集束イオンビーム加工装置の試料ホルダーの角度を、約０°〜３６０°（最小約９０°）まで回転させて、層状高温超伝導体層の加工を行うことにより、異方性エッチン グが可能な薄膜及び単結晶を用いる電子装置の製造が可能になる。
【００６９】
（Ｂ）集束イオンビーム加工にあたり、側面からの像の測定によって、正確なトンネル接合長の数及び面積の制御が可能な高温超伝導単電子トンネル装置が実現でき、静電容量の制御が可能になり、高温動作を図ることができる。
【００７０】
（Ｃ）層状高温超伝導体ｃ軸配向薄膜を用いた、固有ジョセフソン接合装置の作製が可能になる。
【００７１】
（Ｄ）層状高温超伝導体ｃ軸配向薄膜を用いた、高温で単電子トンネル現象を示す固有ジョセフソン接合装置作製が可能になる。
【００７２】
（Ｅ）層状高温超伝導体ｃ軸配向単結晶を用いた、固有ジョセフソン接合装置の製造が可能になる。
【００７３】
（Ｆ）層状高温超伝導体ｃ軸配向層状高温超伝導体単結晶を用いた、高温で単電子トンネル現象を示す固有ジョセフソン接合装置の製造が可能になる。
【００７４】
（Ｇ）固有ジョセフソン接合装置を、Ｓｉの異方性エッチングにより形成した４５°傾斜のホール付きＳｉ基板に使用することにより、基板からの損失もなくＴＨｚ領域周波数の直接照射が可能になり、またホーンアンテナとしても応用可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例を示す高温超伝導体薄膜を用いた集束イオンビーム加工による単電子トンネル現象を示す固有ジョセフソン接合装置の構成図である。
【図２】 本発明の実施例を示す集束イオンビーム加工による単電子トンネル現象を示す固有ジョセフソン接合装置の製造工程断面図である。
【図３】 本発明の実施例を示す集束イオンビーム加工による単電子トンネル現象を示す固有ジョセフソン接合装置の構成図である。
【図４】 本発明の他の実施例を示す高温超伝導単結晶を用いた集束イオンビーム加工による作製した４５°傾斜ホール付きＳｉ基板上の層状高温超伝導体固有ジョセフソン接合装置の構成図である。
【図５】 本発明の実施例による薄膜及び単結晶を用いた電子素子の出力特性図である。
【図６】 本発明の実施例を示す電子素子の製造装置の模式図である。
【図７】 本発明の実施例を示す製造装置による電子素子の試料ステージの斜視図である。
【図８】 本発明の実施例を示す製造装置による電子素子の加工方法の説明図である。
【図９】 本発明の他の実施例を示す製造装置による電子素子の試料ステージの斜視図である。
【図１０】 本発明の他の実施例を示す製造装置による電子素子の加工方法の説明図である。
【図１１】 化学的あるいは物理的エッチング技術を用いて積層面上に微細な突起を加工し、積層方向に超電流を流すようにしていた従来のメサ型固有ジョセフソン接合の断面模式図である。
【符号の説明】
１１ 層状高温超伝導体薄膜成長用の基板
１２ 層状高温超伝導体薄膜
１３ レジスト
１４，１６，３６，３７，３８ 集束イオンビーム
１５，２５，３５ ブリッジ
１５Ａ，２５Ａ 段差部分
１５Ｂ，２５Ｂ 反対側の段差部分
２１ 層状高温超伝導体単結晶成長用の基板
２２，３２ 高温超伝導体単結晶
３１ Ｓｉ基板
３３ ホール
４０ ６軸試料ステージ
４１ 鏡筒
４１Ａ 鏡筒先端
４２ 真空ポンプ
４３ ガス銃
４３Ａ ガス銃先端
４４ 検出器
４４Ａ 検出器先端
４５ 鏡筒先端と６軸試料ステージとの距離
４６ ガス銃先端と６軸試料ステージとの距離
４７ 検出器先端と６軸試料ステージとの距離
４８ 試料室
４９ 試料（電子素子）
５０ ステージ傾斜回転垂直方向のステージ長さ
５１ ステージ傾斜回転並行方向のステージ長さ
５２ 回転角度が増加されるステージの傾斜回転方向
５３ 平面回転方向
５４ 上下方向
６１ 治具
６１Ａ 傾斜面
６２ 治具の傾斜角度
６３ ステージの傾斜回転角度
Claims (11)
- 異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法において、
（ａ）薄膜成長用の基板上にブリッジを有する異方性エッチングが可能な層状高温超伝導体薄膜を形成する工程と、
（ｂ）前記基板を試料ホルダーに搭載し、該試料ホルダーの角度を３６０°まで回転させ、集束イオンビーム加工法により、前記ブリッジを側面より加工し、微細面積のトンネル接合層を有する層状高温超伝導体単電子トンネル接合層を形成する工程とを施すことを特徴とする異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法。 - 異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法において、
（ａ）単結晶装着用の基板上にブリッジを有する異方性エッチングが可能な層状高温超伝導体単結晶を形成する工程と、
（ｂ）前記基板を試料ホルダーに搭載し、該試料ホルダーの角度を３６０°まで回転させ、集束イオンビーム加工法により、前記ブリッジを側面より加工し、微細面積のトンネル接合層を有する層状高温超伝導体単電子トンネル接合層を形成する工程とを施すことを特徴とする異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法。 - 異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法において、
（ａ）薄膜成長用の基板上にブリッジを有する異方性エッチングが可能な層状高温超伝導体薄膜を形成する工程と、
（ｂ）前記基板を試料ホルダーに搭載し、該試料ホルダーの角度を３６０°まで回転させ、集束イオンビーム加工法により、前記ブリッジを側面より加工し、微細面積の超電流経路層を有する層状高温超伝導体固有ジョセフソン接合層を形成する工程とを施すことを特徴とする異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法。 - 異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法において、
（ａ）単結晶装着用の基板上にブリッジを有する異方性エッチングが可能な層状高温超伝導体単結晶を形成する工程と、
（ｂ）前記基板を試料ホルダーに搭載し、該試料ホルダーの角度を３６０°まで回転させ、集束イオンビーム加工法により、前記ブリッジを側面より加工し、微細面積の超電流経路層を有する層状高温超伝導体固有ジョセフソン接合層を形成する工程とを施すことを特徴とする異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法。 - 請求項１記載の異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法において、前記層状高温超伝導体は、層状高温超伝導体ｃ軸配向薄膜であり、平方サブμｍ以下の微細面積のトンネル接合層を具備するようにしたもので特有の層状構造を利用した単電子トンネル装置を形成することを特徴とする異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法。
- 請求項３記載の異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法において、前記層状高温超伝導体は、層状高温超伝導体ｃ軸配向薄膜であり、平方サブμｍ以下の微細面積の超電流経路層を具備するようにしたもので特有の層状構造を利用した層状高温超伝導体固有ジョセフソン接合装置を形成することを特徴とする異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法。
- 請求項２記載の異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法において、前記層状高温超伝導体は、層状高温超伝導体ｃ軸配向単結晶であり、平方サブμｍ以下の微細面積のトンネル接合層を具備するようにしたもので特有の層状構造を利用した単電子対トンネル接合装置を形成することを特徴とする異方性エッチン グが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法。
- 請求項４記載の異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法において、前記層状高温超伝導体は、層状高温超伝導体ｃ軸配向単結晶であり、平方サブμｍ以下の微細面積の超電流経路層を具備するようにしたもので特有の層状構造を利用した層状高温超伝導体固有ジョセフソン接合装置を形成することを特徴とする異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法。
- 請求項２記載の異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法において、前記集束イオンビーム加工法により、層状高温超伝導体ｃ軸配向単結晶を用いた層状高温超伝導体固有ジョセフソン接合装置をホール付き基板上に形成することを特徴とする異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法。
- 請求項１から９の何れか一項記載の異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法を実施する異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造装置において、周辺機器との距離を確保するとともに、試料の傾斜方向回転自由度が正、負何れの方向にも０°から３６０°までの６軸動作が可能な集束イオンビーム加工装置の試料ステージを具備することを特徴とする異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造装置。
- 請求項１から９の何れか一項記載の異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法を実施する異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造装置において、３０°から９０°までの傾斜角度を持つ治具を有する集束イオンビーム加工装置の試料ステージを具備することを特徴とする異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造装置。
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