JPH0380931A

JPH0380931A - 超電導薄膜製造装置

Info

Publication number: JPH0380931A
Application number: JP1215615A
Authority: JP
Inventors: Kiyoushiyoku Kin; 金京　植
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1989-08-22
Filing date: 1989-08-22
Publication date: 1991-04-05

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、酸化物超電導薄膜の製造に好適な超電導薄
膜製造装置に関する。

（従来の技術）酸化物超電導体として、近年臨界温度（以下、Ｔｃとい
う）が、９４にのＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０系や、Ｔｃ　ｌｌ
０ＫのＢ　ｉ−３ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系、Ｔｃ１２５に
のＴｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−０系等が発見されるに到っ
ている。これらの酸化物超電導体の応用分野をめぐって
線材化や薄膜化への研究が活発に行なわれるようになっ
てきた。

酸化物超電導体の薄膜化には、蒸着法、スパッタリング
法、ＣＶＤ法等が使われている。そして、酸化物超電導
薄膜の膜特性の改善には、（１）組成が所定の組成であ
ること。

（２）結晶性が良いこと。

（薊　膜形成の際に、酸化物を生成するのに十分な酸素
を供給すること。

等を考慮する必要がある。

組成のずれに関しては、蒸着法においては単一元素の夫
々の蒸着速度を制御すれば所定の組成を得ることができ
る。又、ＣＶＤ法おいては、各元素を含む原料ガスの量
を制御すれば良い。更にスパッタリング法では、ターゲ
ットの組成を所定の値として、プロセス条件を調整すれ
ば、所期の組成比を得ることが可能である。

結晶性は、結晶中の０２の量にも関係するが、膜形成時
の基板温度に大きく依存する。

一方、形成した薄膜が超電導を示すためには、０２の制
御が必要であるが、酸素そのものを基板表面に供給する
よりも、活性化した酸素を供給した方が、基板温度が比
較的低い状態で膜形成できることが知られている（アプ
ライド　フィジックス　レター５３（２０）　、１９８
８年１１月１４日４４１頁〜４４８頁、アプライド　フ
ィジックス　レター５３（５）。

１９８８年８月１日１９７３頁〜１９７５頁、アプライ
ド　フィジックス　レター５３（２Ｂ）、１９８８年１
２月２６日２６８８頁〜２Ｂ８５頁）。

（発明が解決しようとする課題）前記のように、従来超電導薄膜を製造するには、蒸着法
、ＣＶＤ法、スパッタリング法等が採用されていたので
あるが、これらの方法を実施できるように構成された従
来装置において、活性化した酸素を基板の表面に効率良
く供給できるようにした装置が無かった。

一例としてスパッタリング法による装置の°ｔｅａを第
１０図に示した。図中１０１が真空容器、１０２がバル
ブ１０Ｂと真空ポンプ１０４からなる真空排気系、１０
５はバルブ１０６とバリアプルリークバルブ１０７．１
０７からなるガス導入系で、各バリアプルリークバルブ
１０７にはバルブ１０８を介して０２ガスボンベ１０９
又はＡ「ガスボンベ１１０が接続されている。又、１１
１は高周波電源、１１２は整合回路、１１３はターゲッ
ト、１１４は基板ホルダ、１１５はヒータであり、１１
６は基板である。

この装置ではバリアプルリークバルブ１０７．１０７を
調節して所定量の０２ガスおよびＡ「ガスを０２ガスボ
ンベ１０９およびＡｒガスボンベ１１０よりガス導入系
１０５を通して真空容器１０１内へ導入して、ターゲッ
ト１１３をスパッタリングすることにより基板１１６の
表面に超電導薄膜が形成される。

然し乍ら、この装置の場合、真空容器１０１の内部全体
で、０２ガスとＡ「ガスが混合したプラズマが発生する
為、プラズマ中に生成した活性酸素が分散して、基板表
面に形成される超電導薄膜に充分に供給できなかった。

蒸着法におけるＭＢＥ装置（Ｍｏ１ｅｃｕｌａｒ　Ｂ４
３ａｌｌＥｐｉｔａｘｙ）では、基板と活性酸素供給源
とが離れている為、やはり活性種が効率良く基板表面に
供給できなかった。

（課題を解決する為の手段）この発明は、酸化物超電導薄膜中に充分な活性酸素を供
給することを目的としてなされたもので、前記基板ホル
ダの近くに酸素ガスを導入し、核部で酸素ガスを電離す
るようにしている。

即ちこの発明は、真空容器に、蒸着、ＣＶＤ、スパッタ
リング等のうち、少くとも１つの薄膜形成手段と、薄膜
が形成される基板を支持する為の基板ホルダを備えてな
る薄膜製造装置において、前記基板ホルダの近くに放電
室が設けられ、該放電室に酸素ガス導入系が接続してあ
ると共に、前記放電室が基板ホルダの基板支持部の周囲
で開口していることを特徴とした超電導薄膜製造装置で
ある。

前記放電室は、導入された酸素（０２）ガスを電離する
為に設けられたものであるが、この電離は高周波電力に
よる他、交流電力、直流電力でも良く、又、電力の供給
も同軸又は導波管（高周波電力の場合）等、何れの供給
手段でも良く、要するに放電の形式が限定されるもので
はない。

（作　　用）この発明の超電導薄膜製造装置においては、基板の近く
に設けられた放電室内で活性酸素が得られ、該活性酸素
が基板支持部の周囲の開口部から基板表面へと流れてい
く。従って、酸化物超電導薄膜の形成を、充分な活性酸
素の供給のもとに行うことができる。

（実施例）以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図はこの発明をスパッタリング装置に実施したた第
１の例で、真空容器１には、前記従来例と同様に、バル
ブ３と真空ポンプ４からなる真空排気系２が接続されて
いると共に、真空容器１の底部にターゲット５が設けら
れ、該ターゲット５に整合回路６を介して高周波電源７
が接続されている。又、真空容器１にはガス導入系８が
接続されている。このガス導入系８はバリアプルリーク
パルプつとバルブ１０を備えたもので、Ａ「ガスなどの
不活性ガスボンベ１１に連結されて、不活性ガスの導入
用とされたものである。

真空容器１の頂板１ａは、中央部に円筒部１ｂが形成さ
れており、円筒部１ｂに設けた絶縁部材１２を貫通させ
て、支持管体１３が挿入されている。この支持管体１３
は真空容器１内に基板ホルダ１４を支持する為のもので
あって、該基板ホルダ１４は支持管体１３の先端に固着
され、前記ターゲット５と対向させである。前記基板ホ
ルダ１４には加熱ヒータ１５が内蔵されていると共に、
水冷配管１６を通して給排される水が、支持管体１３を
通して基板ホルダ１４に導かれて、冷却もできるように
なっている。

そして、前記頂板１ａの中央下面には円筒１７が固着さ
れ、かつ円筒１７の下端縁に連設した環状縁部１８が、
前記基板ホルダ１４の周縁部に、間隙１９を介して対向
させてあり、この円筒１７と前記頂板１ａの円筒部１ｂ
および基板ホルダ１４で囲まれた空間を放電室２０とし
である。

前記放電室２０に対しては、０２ガス導入系２１が接続
されている。０２ガス導入系２１はバリアプルリークバ
ルブ２２とパルプ２３とを有しており、バルブ２３の上
流側には０２ガスボンベ２４が連結しである。又、前記
支持管体１３の基端側（真空容器１の外側）には、整合
回路２５を介して高周波電源２６が接続しである。

図中２７は基板ホルダ１４に支持された基板、２８はタ
ーゲット５の上部に開閉自在に設けたシャツタ板である
。

上記実施例の超電導薄膜製造装置を動作させるには、先
ず真空排気系２で真空容器１内を］ｏ−５Ｐａ台に排気
した後、０２ガスを導入すると共に、ガス導入系８を通
して、不活性ガス（例えばＡｒ）を所定流量で導入する
。この時、真空排気系２のパルプ３は、その開度を調節
して、真空容器１内の圧力をターゲット５のスパッタリ
ングに適した値とすることは言うまでもない。

このようにしてスパッタリングに適した雰囲気が整った
ならば、高周波電源（１３，５６ＭＩＩｚ又は２．４５
ＧＨｚ等）から整合回路２５を通して高周波電力を放電
室２０へ供給する。この高周波電力の供給によって、放
電室２０には０２ガスプラズマが生成されるが、放電室
２０に導入された０２ガスは、前記間隙１９を通って真
空排気系２へ逐次排気されているので、０２ガスプラズ
マ中に発生した活性酸素も同様に流れることになり、前
記間隙１９より基板ホルダ１４に支持された基板２７の
表面に吹き付けられる。

そこで、基板ホルダ１４内に設けた加熱ヒータ１５を介
して基板２７を所定の温度に加熱する一方、整合回路６
を通して、高周波電源７より高周波電力をターゲット５
へ供給し、ターゲット５の周囲にＡｒガスプラズマを生
成させると共に、シャツタ板２８を開放する。

前記ターゲットは所望の超電導薄膜を得るのに必要な組
成としたものであって、各成分はＡｒイオンでスパッタ
リングされ、基板２７の表面においては充分な活性酸素
の存在下で超電導薄膜を形成させることができる。この
ように、活性酸素を基板表面に効率的に供給できるので
、基板温度を比較的低い温度に保って結晶成長させるこ
とができる。従って成膜後の表面を平滑にできるだけで
なく、基板と薄膜との界面反応を少くできる。

尚、ターゲット５は所定の組成とした一枚のものとする
場合の他、複数枚のターゲットを使用するようにしても
良い。又、スパッタリングの方式も、前記実施例の他、
マグネトロン方式等、他の方式としても良い。

第２図は、放電室２０を構成した円筒１７の環状縁部１
８と基板ホルダ１４との間隙１つの部分を拡大して示し
たものである。放電室２０で生成させた活性酸素は矢示
２９のように、基板２７の表面に吹き付けられるように
流れるのである。

前記間隙１９の部分は第３図に示したように、環状縁部
１８の端縁側１８ａを基板ホルダ１４側に折曲させて、
吹き付けの効率を良くしたり、第４図に示したように、
環状縁部１８と基板ホルダ１４間を絶縁リング３０で塞
ぎ、環状縁部１８の立上り壁１８ｂに、小孔３１を穿設
するようにしても良い。

次に第５図は、前記円筒１７の周囲に永久磁石又は電磁
コイルでなる磁場発生手段３２を設けた場合を示してい
る。磁場発生手段３２によって、放電室２０に磁場を形
成すると０２プラズマの密度を高くでき、従って活性酸
素の量も増量することができる。

第６図（ａ）は、前記磁場発生手段３２を永久磁石とし
た場合の、永久磁石の配置と磁界の方向を示しており、
第６図（ｂ）は磁場発生手段３２を電磁石とした場合の
磁界の方向を示している。

前記磁場発生手段３２は、支持管体１３側に設置するこ
とも可能で、その場合を示したのが第７図である。図中
３３がリング状永久磁石であり、スペーサー３４を挟ん
で並べてあり、磁界が矢示のように発生するようにして
いる。

第８図はスパッタリング装置に実施した第２の例である
。この実施例では、基板ホルダ１４が真空容器１の頂板
１ａの下面に設置され、前記支持管体１３が無い構造と
しである。その他の部分は第１の実施例と同様であるの
で、同一符号を付しである（真空排気系は図示していな
い）。

又、第９図は、ＭＢＥ装置に実施した第３の例である。

図中３５がクヌーセンセル、３６が蒸着用の電子銃、３
７が膜厚モニタである。その他の部分は前記第１、第２
の実施例と同様である。

これらの第２および第３の実施例においても放電室２０
で活性酸素が生成され、該活性酸素は基板２７の表面に
吹き付けられるように流れるので、前記と同様に、充分
な活性酸素が存在する雰囲気で、超電導薄膜の形成を行
うことができる。

（発明の効果）以上に説明した通り、この発明によれば、超電導薄膜が
形成される基板に対して、充分な活性酸素を効率良く供
給できるようにしたので、比較的低い基板温度で超電導
薄膜を形成できる効果があ４゜す、安定な超電導薄膜を製造できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例の系統図、第２図は同
じく放電室の一部を拡大して示した図、第３図は放電室
の他の例を示した図、第４図は放電室の別の例を示した
図、第５図は放電室の更に別の例を示した図、第６図（
ａ）は放電室に永久磁石による磁場発生手段を設けた説
明図、第６図（ｂ）は放電室に電磁コイルによる磁場発
生手段を設けた説明図、第７図は放電室の支持管体に永
久磁石を設けた説明図、第８図はこの発明の第２の実施
例の系統図、第９図はこの発明の第３の実施例の系統図
、第１０図は従来装置の系統図である。１・・・真空容器　　　　　２・・・真空排気系５・・
・ターゲット　　　　６．２５・・・整合回路７．２６
・・・高周波電源　８・・・ガス導入系１１・・・不活
性ガスボンベ１３・・・支持管体　　　　１４・・・基板ホルダ１５
・・・加熱ヒータ　　　１７・・・円筒１８・・・環状
縁部　　　　１９・・・間隙２０・・・放電室２１・・・Ｏ２ガス導入系２４・・・Ｏ２ガスボンベ２７・・・基板

Claims

【特許請求の範囲】

１　真空容器に、蒸着、ＣＶＤ、スパッタリング等のう
ち、少くとも１つの薄膜形成手段と、薄膜が形成される
基板を支持する為の基板ホルダを備えてなる薄膜製造装
置において、前記基板ホルダの近くに放電室が設けられ
、該放電室に酸素ガス導入系が接続してあると共に、前
記放電室が基板ホルダの基板支持部の周囲で開口してい
ることを特徴とした超電導薄膜製造装置