JPH04214006A - 成膜方法 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、レーザアブレーショ
ンを用いる成膜方法に関するもので、特に、長時間連続
した成膜を可能とするための改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レーザアブレーション法は、（１）ター
ゲットと析出された膜との間での組成のずれがない、（
２）低温でかつ高速の成膜が可能である、という特徴を
有しており、近年、酸化物超電導薄膜の製造方法として
注目されている。

【０００３】レーザアブレーションにより成膜を行なう
場合、真空チャンバが用意され、真空チャンバ内には、
ターゲットおよびこれと対向して基板が配置される。真
空チャンバの外部には、たとえばエキシマレーザ光を発
生するレーザ発生装置が配置され、レーザ発生装置から
のレーザ光は、真空チャンバの外部に配置された集光レ
ンズおよび真空チャンバに設けられた石英またはスプラ
ジルからなる窓を通って、ターゲットに照射される。レ
ーザ光の照射により、ターゲットから飛散した粒子は、
ターゲットと対向して配置された基板上に堆積されて膜
が形成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したレーザアブレ
ーション法によって成膜するとき、アブレーションによ
ってターゲットから飛散した粒子が、窓にも付着し、窓
を汚染するという問題があった。

【０００５】このような窓の汚染は、レーザ光を吸収ま
たは散乱させる。このため、ターゲット面に到達するレ
ーザ光のエネルギ密度およびその分布に変化を生じさせ
、その結果、得られた膜の性能も変化してしまう。した
がって、真空チャンバに設けられる窓は、頻繁に清浄な
ものと交換されなければならず、また、汚染された窓は
、研摩するなどして再使用できる状態としておかなけれ
ばならない。

【０００６】しかしながら、上述したような窓の交換は
、比較的短時間の成膜をバッチ式で行なう場合には適用
可能であるが、比較的長時間の連続成膜や繰返し成膜を
行なわなければならない場合には、容易には適用するこ
とができない。したがって、比較的長時間の連続成膜や
繰返し成膜を行なう場合には、優れた特性を有する膜を
形成し得るエネルギ密度およびその分布を初期に設定し
ておいても、時間の経過とともに、得られた膜の特性が
変化するという問題があった。そのため、たとえば、長
尺体からなる基板上に連続的に成膜を安定した品質をも
って実施することが困難であった。

【０００７】それゆえに、この発明の目的は、窓の汚れ
を防止し、それによって長時間、所定の特性を有する膜
を安定して得ることができる、成膜方法を提供しようと
することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、真空チャン
バに設けられた窓を通してレーザ光を真空チャンバ内の
ターゲットに照射し、それによってターゲットから飛散
した粒子をターゲットと対向して配置された基板上に堆
積させて膜を形成する、レーザアブレーションを用いる
成膜方法に向けられるものであって、上述した技術的課
題を解決するため、窓の内側に気体を吹付けることを特
徴としている。

【０００９】この発明は、好ましくは、酸化物超電導薄
膜の成膜に適用される。

【００１０】

【作用】この発明において、窓の内側に気体を吹付ける
ことにより、窓の近傍の圧力が高められる。これによっ
て、ターゲット上のレーザアブレーション部より窓に向
かって飛来しようとする粒子は、気体によって衝突散乱
し、窓の表面に到達することが防止される。また、圧力
を高くすることは、飛来粒子とガス原子または分子との
衝突確率を高めるばかりでなく、窓からターゲット方向
への流速を生ぜしめ、飛来粒子の窓方向への運動エネル
ギを減ずる作用がある。

【００１１】

【発明の効果】このように、この発明によれば、窓に向
かって粒子が飛来することを防止できるので、窓の清浄
状態を長時間にわたって保つことができる。それゆえに
、長時間連続的にまたは多数回成膜を行なっても、同じ
または実質的に同じ品質の膜を安定して得ることができ
る。

【００１２】したがって、この発明による成膜方法を、
長尺の基板上に連続的に膜を形成する場合に適用したと
き、特に顕著な効果が発揮される。そのため、この発明
に係る成膜方法は、長尺の基板上に酸化物超電導薄膜を
形成して、酸化物超電導線材を得ようとする場合に適用
すれば、特に有利である。

【００１３】

【実施例】図１は、この発明の一実施例を実施するため
のレーザアブレーション装置１を示す説明図である。

【００１４】図１を参照して、真空チャンバ２内は、た
とえば酸素を含む雰囲気とされる。このような真空チャ
ンバ２内には、ターゲット３が配置される。ターゲット
３は、矢印４で示すように回転する回転軸５によって保
持され、それによって、ターゲット３の主面のできるだ
け広い領域がレーザ光６の照射部分として利用され得る
ようにされる。

【００１５】真空チャンバ２の外部には、レーザ発生装
置７が配置される。レーザ発生装置７によって発生され
たレーザ光６は、集光レンズ８および窓９を通って、タ
ーゲット３に照射される。窓９は、たとえば石英または
スプラジルから構成される。窓９は、真空チャンバ２の
本体部分から突き出たポート１０の先端部に取付けられ
ている。

【００１６】ターゲット３と対向する位置には、基板台
１１が設けられており、基板台１１上には、基板１２が
載せられている。基板台１１は、基板１２を加熱するた
めのヒータを内蔵している。

【００１７】以上述べた構成において、窓９を通してレ
ーザ光６がターゲット３に照射されたとき、ターゲット
３を構成する物質の粒子がターゲット３から飛散する。 この飛散した粒子は、基板１２上に膜を形成するように
堆積する。

【００１８】この実施例では、真空チャンバ２の本体部
分から突き出たポート１０のほぼ中央部に、たとえばパ
イプ状のノズル１３が連結されている。このノズル１３
を介して、窓９の内側に気体が吹付けられる。

【００１９】ノズル１３から導入される気体としては、
真空チャンバ２内の雰囲気ガスと同一である必要はなく
使用するレーザ光６の吸収の小さい希ガス等を使用でき
る。なお、酸化物超電導薄膜の形成のためのレーザアブ
レーションにおいては、成膜雰囲気を酸化性とする必要
があり、そのため、Ｏ２　ガス、オゾン、Ｎ２　Ｏ等の
ガスをノズル１３から吹付けることが好ましい。

【００２０】図２には、この発明の他の実施例を実施す
るためのレーザアブレーション装置１ａが示されている
。図２に示したレーザアブレーション装置１ａは、図１
に示したレーザアブレーション装置１と共通する要素を
多く備えているので、共通する要素には同様の参照番号
を付し、前述した説明を援用する。

【００２１】図２に示したレーザアブレーション装置１
ａにおいては、窓９の内側に気体を吹付けるため、ノズ
ル１３ａが、ポート１０の付け根の部分であって真空チ
ャンバ２の本体部分の壁に沿って設けられる。その他の
構成は、図１に示したレーザアブレーション装置１の場
合と同様である。

【００２２】図３には、ノズルのさらに他の例が示され
ている。図３に示したノズル１３ｂは、導管１４の端部
に接続されたパイプ１５を備える。パイプ１５は、全体
としてリング状をなしており、その内周側には、周方向
に分布された複数個の穴１６が形成されている。複数個
の穴１６は、等間隔に設けられていることが好ましい。

【００２３】このようなノズル１３ｂにおいて、導管１
４を介してパイプ１５に気体が導入されたとき、その気
体は、穴１６を通って、リング状のパイプ１５によって
囲まれた空間内に吹出される。このノズル１３ｂは、図
１に示したノズル１３の代わりとして、ポート１０内に
設けることも、図２に示したノズル１３ａの代わりとし
て、ポート１０の付け根近傍に設けることもできる。

【００２４】次に、この発明に従って酸化物超電導薄膜
の成膜を行なった実験例について説明する。

【００２５】実験例１ ＹＢａ２　Ｃｕ３　Ｏ７−Ｘからなるターゲットを用い
、基板としては、ＭｇＯ（１００）を使用した。成膜条
件は、次のとおりである。

【００２６】レーザ：ＫｒＦ（２４８ｎｍ）エネルギ密
度：１．８Ｊ／ｃｍ２　 繰返し周波数：１０Ｈｚ 酸素圧：１００ｍＴｏｒｒ 基板温度：６５０℃ ターゲット・基板間距離：４５ｍｍ 成膜速度：約１２０オングストローム／分石英の窓を使
用し、これを、内径５０ｍｍ、長さ１００ｍｍのポート
の先端に設けた。このとき、ターゲットと窓の内面間の
距離を、４５０ｍｍとした。

【００２７】１回につき２時間の成膜（膜厚：約１．４
μｍ）を繰返し、１回の成膜操作を終えるごとに、ゼロ
抵抗温度および臨界電流密度を測定した。

【００２８】その結果、１回目の成膜操作では、ゼロ抵
抗温度が９１．７Ｋ、臨界電流密度が６７×１０５　Ａ
／ｃｍ２　であったが、３回目の成膜操作では、ゼロ抵
抗温度が７９．８Ｋ、臨界電流密度が２１００Ａ／ｃｍ
２　にまでそれぞれ低下した。４回目の成膜操作を行な
う前に、窓を交換したところ、ゼロ抵抗温度が９１．５
Ｋ、臨界電流密度が６４×１０５　Ａ／ｃｍ２　と、ほ
ぼ１回目の値と同じレベルとなった。

【００２９】これに対して、ポートの中央部にパイプ状
のノズルから酸素ガスを導入した。このとき、窓の内面
近傍で酸素ガスが１Ｔｏｒｒとなるような流量で流した
。このようにすることにより、３回目の成膜操作におい
ても、ゼロ抵抗温度が９１．８Ｋ、臨界電流密度が６５
×１０５　Ａ／ｃｍ２　の値を維持することができた。

【００３０】実験例２ ＭｇＯ（１１０）基板面上に、次の条件のレーザアブレ
ーション法より、Ｂｉ−Ｐｂ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ高
温酸化物超電導薄膜を作製した。

【００３１】ターゲット：Ｂｉ１．８　Ｐｂ０．６　Ｓ
ｒ２　Ｃａ２　Ｃｕ３．４　Ｏｘ　焼結体 基板温度：２００℃ レーザ：Ｑ−スウィッチＮｄ：ＹＡＧレーザ（１０６４
ｎｍ） エネルギ密度：２Ｊ／ｃｍ２　　 繰返し周波数：２００Ｈｚ 酸素圧：２００ｍＴｏｒｒ ターゲット：基板間距離：３５ｍｍ 成膜速度：２００〜２５０オングストローム／分成膜時
間：１時間 なお、レーザアブレーション操作の間、図３に示したノ
ズルを使用して、入射窓に、アルゴン：酸素＝１：１の
ガスを吹き付けた。ノズルの直径５０ｍｍに対し、流量
を５００ｓｃｃｍとした。

【００３２】このようなレーザアブレーション操作によ
って得られた膜は、アモルファスで、４．２Ｋでも超電
導特性を示さなかった。

【００３３】そこで、大気中において、８５０℃で６０
時間の熱処理を実施したところ、液体窒素温度（７７Ｋ
）でゼロ抵抗を示し、超電導状態となった。

【００３４】その後、入射窓の交換も基板の交換も行な
わずに、同一条件で、７時間連続の成膜操作のみを５回
行なった。その後、真空を解除し、基板を交換して、１
時間の成膜を行ない、熱処理を施したところ、この膜も
超電導特性を示すことが判明した。

【００３５】なお、上述した実験において、入射窓への
ガスの吹き付けを行なわなかった場合、少なくとも１回
目の成膜操作で得られた膜は、超電導を示したが、３回
目の成膜操作により得られた膜は、超電導を示さなくな
った。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を実施するためのレーザア
ブレーション装置１を示す説明図である。

【図２】この発明の他の実施例を実施するためのレーザ
アブレーション装置１ａを示す説明図である。

【図３】図１に示したノズル１３または図２に示したノ
ズル１３ａに代えて用いることができるノズル１３ｂを
単独で示す斜視図である。

【符号の説明】

１，１ａ　　レーザアブレーション装置２　　真空チャ
ンバ ３　　ターゲット ６　　レーザ光 ７　　窓 １０　　ポート １２　　基板 １３，１３ａ，１３ｂ　　ノズル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　真空チャンバに設けられた窓を通して
   レーザ光を真空チャンバ内のターゲットに照射し、それ
   によってターゲットから飛散した粒子をターゲットと対
   向して配置された基板上に堆積させて膜を形成する、レ
   ーザアブレーションを用いる成膜方法において、前記窓
   の内側に気体を吹付けることを特徴とする、成膜方法。
2. 【請求項２】　　前記ターゲットが酸化物超電導物質の
   成分を含み、酸化物超電導薄膜の成膜に適用される、請
   求項１に記載の成膜方法。