JPH0441665A - Production of thin film by vapor deposition with laser - Google Patents

Production of thin film by vapor deposition with laser

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JPH0441665A
JPH0441665A JP14925990A JP14925990A JPH0441665A JP H0441665 A JPH0441665 A JP H0441665A JP 14925990 A JP14925990 A JP 14925990A JP 14925990 A JP14925990 A JP 14925990A JP H0441665 A JPH0441665 A JP H0441665A
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JP
Japan
Prior art keywords
laser
target
thin film
vapor deposition
present
Prior art date
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Pending
Application number
JP14925990A
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Japanese (ja)
Inventor
Saburo Tanaka
三郎 田中
Shusuke Nakanishi
秀典 中西
Hideo Itozaki
糸崎 秀夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、レーザ蒸着法による薄膜の作製方法に関する
。より詳細にはレーザ蒸着法を用いて高品質な薄膜を作
製する方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a thin film by laser vapor deposition. More specifically, the present invention relates to a method of producing a high-quality thin film using a laser vapor deposition method.

従来の技術 薄膜の作製には、各種の方法が使用されるが、レーザ蒸
着法は、組成の制御がやり易く、成膜速度が速い等の利
点がある。また、−切の電鐙場を必要としないので、高
品質の薄膜を作製するのに適した方法と考えられている
BACKGROUND OF THE INVENTION Various methods are used to produce thin films, but the laser deposition method has advantages such as easy control of composition and fast film formation rate. In addition, since it does not require a negative stirrup field, it is considered to be a suitable method for producing high-quality thin films.

従来、レーザ蒸着法で薄膜を作製する場合は、内部を高
真空に排気可能で、任意の雰囲気ガスを導入できる成膜
室内に基板およびターゲットを配置し、成膜室外部に配
置したレーザ装置の発するレーザ光を光学手段により誘
導し、ターゲットに照射していた。
Conventionally, when producing thin films using laser evaporation, the substrate and target are placed inside a deposition chamber that can be evacuated to a high vacuum and any atmospheric gas can be introduced, and the laser device is placed outside the deposition chamber. The emitted laser light was guided by optical means and irradiated onto the target.

発明が解決しようとする課題 しかしながら、一般にレーザ蒸着法では、レーザ光に照
射されるターゲットの面積は、ターゲット全体の面積と
比較すると非常に微小である。そのため、ターゲットの
大部分が有効に利用されないので、ターゲットの位置を
ずらしたり、レーザ光の照射する位置を移動することが
行われていた。
Problems to be Solved by the Invention However, in general, in the laser vapor deposition method, the area of the target that is irradiated with laser light is very small compared to the area of the entire target. For this reason, most of the target is not used effectively, so the position of the target has been shifted or the position where the laser beam is irradiated has been moved.

また、レーザ蒸着法で薄膜を作製する場合には、レーザ
光をターゲットに照射した時に発生するロウツク様の形
状をしたプルームと呼ばれるプラズマ状態の先端部で成
膜を行う。これは、プルームの先端には、酸化された活
性な成膜粒子が多く存在するため、この部分で成膜を行
うと特性の良好な薄膜が得られるためである。ところが
、レーザ光の照射面積が微小であるのでプルームも微小
であり、レーザ蒸着法で作製可能な薄膜の面積は非常に
小さく、また、通常の大きさの薄膜を作製すると膜厚の
分布が大きくかつ膜質の分布も顕著であった口 そこで本発明の目的は、レーザ蒸着法の短所である小面
積不均一成膜の問題を解決し、レーザ蒸着法で、膜厚お
よび膜質分布の少ない通常以上の面積の薄膜を作製する
方法を提供することにある。
In addition, when a thin film is produced using a laser vapor deposition method, the film is formed at the tip of a plasma state called a wax-like plume that is generated when a target is irradiated with laser light. This is because there are many oxidized and active film-forming particles at the tip of the plume, and a thin film with good properties can be obtained by forming a film at this part. However, since the irradiation area of the laser beam is minute, the plume is also minute, and the area of the thin film that can be produced by laser evaporation is extremely small.Furthermore, when a thin film of normal size is produced, the distribution of film thickness is large. Moreover, the purpose of the present invention is to solve the problem of non-uniform film formation in a small area, which is a disadvantage of laser evaporation, and to solve the problem of non-uniform film formation in a small area, which is a disadvantage of laser evaporation. The object of the present invention is to provide a method for producing a thin film having an area of .

課題を解決するための手段 本発明に従うと、ターゲットにレーザ光を照射して、前
記ターゲットに対向して配置した基板上に薄膜を堆積さ
せて形成するレーザ蒸着法により薄膜を作製する方法に
おいて、前記ターゲット上の前記レーザ光を照射する位
置を乱数により決定することを特徴とする薄膜の作製方
法が提供される。
Means for Solving the Problems According to the present invention, a method for producing a thin film by a laser evaporation method in which a target is irradiated with laser light and a thin film is deposited on a substrate placed opposite to the target, includes: A method for producing a thin film is provided, characterized in that a position on the target to which the laser beam is irradiated is determined using random numbers.

作用 本発明の方法は、成膜室内のターゲット上のレーザ光を
照射する位置を乱数により決定し、レーザ光を連続的ま
たは断続的に照射するところにその主要な特徴がある。
Function The main feature of the method of the present invention is that the position on the target in the film forming chamber to which the laser beam is irradiated is determined by random numbers, and the laser beam is irradiated continuously or intermittently.

ターゲットのレーザ光が照射された位置には、その上側
にプルームといわれる活性な成膜粒子の集まりであるプ
ラズマが発生し、その先端はターゲットに対向して配置
された基板に達する。レーザ蒸着法では、プルームの先
端で実際の成膜が行われる。ターゲットのレーザ光照射
位置が移動すると、プルームの位置も一緒に移動する。
Plasma, which is a collection of active film-forming particles called a plume, is generated above the position of the target that is irradiated with the laser beam, and its tip reaches the substrate placed opposite the target. In the laser deposition method, the actual film is deposited at the tip of the plume. When the laser beam irradiation position of the target moves, the plume position also moves together.

本発明の方法では、ターゲットのレーザ光照射位置を乱
数により決定して移動する。具体的には、ターゲットの
表面を格子状に分割し、各部に番号を付けて、乱数発生
器等により乱数を発生させて照射位置を決める。本発明
の方法では、レーザ光照射位置を特定の順に移動するの
ではなく、乱数により無作為に移動するのでより均質な
薄膜が作製可能である。従って、本発明の方法では、レ
ーザ光照射位置の移動する面積全体の面積程度の面積の
均一な薄膜を作製できる。
In the method of the present invention, the laser beam irradiation position of the target is determined using random numbers and moved. Specifically, the surface of the target is divided into a grid, each part is numbered, and a random number generator or the like generates random numbers to determine the irradiation position. In the method of the present invention, a more homogeneous thin film can be produced because the laser beam irradiation position is not moved in a specific order but is moved randomly using random numbers. Therefore, with the method of the present invention, it is possible to produce a uniform thin film with an area approximately equal to the entire area over which the laser beam irradiation position moves.

レーザ蒸着法では、通常レーザ装置の発するレーザ光を
レンズ等により集光し、ミラー等の光学手段で誘導して
照射する。従って、本発明の方法で、レーザ光照射位置
をターゲット上で移動するには、上記のミラーに上記の
乱数に合わせて、向きを変えるミラーを使用する。特に
、レーザがパルス発振のレーザの場合は、レーザのパル
スと同期して向きを変えるミラーを使用することが好ま
しい。
In the laser vapor deposition method, laser light emitted by a laser device is usually focused by a lens or the like, and guided by an optical means such as a mirror for irradiation. Therefore, in the method of the present invention, in order to move the laser beam irradiation position on the target, a mirror whose direction changes according to the random number is used as the mirror. In particular, when the laser is a pulsed laser, it is preferable to use a mirror whose direction changes in synchronization with the laser pulse.

上記のミラーは、上記のレンズの近傍に配置し、ターゲ
ットからできるだけ遠ざけて配置することが好ましい。
It is preferable that the mirror is placed near the lens and as far away from the target as possible.

なぜなら、ミラーがターゲットの近傍に配置されている
と、レーザ光のターゲットへの入射角の変化が大きいか
らである。入射角の変化が大きいと、ターゲット上での
レーザ光の照射面積が大きく変化し、それに伴いエネル
ギー密度が変化して、ターゲットの照射される位置によ
り、成膜条件が異なってしまうからである。
This is because when the mirror is placed near the target, the angle of incidence of the laser beam on the target changes greatly. This is because if the change in the incident angle is large, the irradiation area of the laser beam on the target changes greatly, and the energy density changes accordingly, causing the film forming conditions to differ depending on the irradiated position of the target.

以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、
以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎず、本発明の
技術的範囲を何ら制限するものではない。
Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples.
The following disclosure is merely an example of the present invention and does not limit the technical scope of the present invention in any way.

実施例 第1図に本発明の方法を実施するレーザ蒸着装置の一例
を示す。第1図のレーザ蒸着装置では、レーザ装置10
で発生され、集光レンズ9を通りミラー8で反射された
レーザ光はチャンバ1のレーザ入射窓7に入射し、チャ
ンバ1内に保持されている原料ターゲット5を照射する
。本実施例の装置では、レーザ装置10はパルスレーザ
光を発振し、ミラー8は乱数発生器を備えた制御装置1
1により、ハ)Ltス毎に角度ヲ変工、パルス光を1パ
ルスずつターゲット5上の乱数により決定された位置に
照射していく。チャンバ1の内部は高真空に排気可能で
、基板ホルダ3に基板2がターゲット5に対向するよう
に固定されている。基板ホルダ3内には、基板2を加熱
するヒータ4が備えられている。
Embodiment FIG. 1 shows an example of a laser vapor deposition apparatus for carrying out the method of the present invention. In the laser vapor deposition apparatus shown in FIG.
The laser light generated by the laser beam, passed through the condensing lens 9 and reflected by the mirror 8, enters the laser entrance window 7 of the chamber 1, and irradiates the raw material target 5 held within the chamber 1. In the device of this embodiment, a laser device 10 oscillates a pulsed laser beam, and a mirror 8 is a control device 1 equipped with a random number generator.
1, c) The angle is changed for each Lt step, and the pulsed light is irradiated one pulse at a time to a position determined by a random number on the target 5. The inside of the chamber 1 can be evacuated to a high vacuum, and a substrate 2 is fixed to a substrate holder 3 so as to face a target 5. A heater 4 for heating the substrate 2 is provided inside the substrate holder 3 .

また、ターゲット5の近傍に酸素を含むガスを供給する
ノズル6が備えられている。
Further, a nozzle 6 for supplying a gas containing oxygen is provided near the target 5.

上記のレーザ蒸着装置を使用し、本発明の方法で、Y 
+ Ba2Cu307−x酸化物超電導薄膜を作製した
Using the above laser evaporation apparatus and the method of the present invention, Y
+ A Ba2Cu307-x oxide superconducting thin film was produced.

基板2には、Mg○単結晶基板および5rTi03単結
晶基板を用い、基板温度は650℃から750℃とした
。ターゲット5には、直径8cmのY1Ba2Cu3O
7−Xの焼結体を用いた。また、基板2とターゲット5
間の距離は7 cmとした。チャンバ1の内部を1×1
0 ’Torrに排気したのち酸素ガスを導入し100
mTorrにした。
For the substrate 2, an Mg○ single crystal substrate and a 5rTi03 single crystal substrate were used, and the substrate temperature was set at 650°C to 750°C. Target 5 is Y1Ba2Cu3O with a diameter of 8 cm.
A sintered body of No. 7-X was used. In addition, substrate 2 and target 5
The distance between them was 7 cm. 1x1 inside of chamber 1
After exhausting to 0'Torr, oxygen gas was introduced to 100
I set it to mTorr.

レーザは、波長193nmのエキシマレーザを使用し、
レーザ出力は3.5J/cI11、レーザ光の照射面積
を2X 4 mm2 とし、パルス周波数を5Hzとし
た。
The laser uses an excimer laser with a wavelength of 193 nm.
The laser output was 3.5 J/cI11, the laser beam irradiation area was 2×4 mm2, and the pulse frequency was 5 Hz.

ミラー8は誘電体薄膜をコーティングした鏡面ガラスで
波長193nmのレーザ光を99%以上反射し得るもの
であり、制御装置11により上下左右に±20゜方向を
変えることが可能である。
The mirror 8 is a mirror glass coated with a dielectric thin film and can reflect 99% or more of a laser beam having a wavelength of 193 nm, and can be changed in direction by ±20° vertically and horizontally by a control device 11.

ターゲット5とミラー8の間の水平距離を30cmとし
、制御装置11によりミラー8の角度を乱数にしたがっ
て変化させ、ターゲット5の3×3CI′IIの領域を
レーザ光で照射した。
The horizontal distance between the target 5 and the mirror 8 was set to 30 cm, the angle of the mirror 8 was changed according to a random number by the control device 11, and a 3×3 CI'II area of the target 5 was irradiated with laser light.

上記の条件で、30分開成膜を行ない、得られた酸化物
超電導薄膜の膜厚分布と超電導特性の測定を行なった。
Under the above conditions, open film formation was performed for 30 minutes, and the film thickness distribution and superconducting properties of the obtained oxide superconducting thin film were measured.

その結果、本発明の方法で作製した酸化物超電導薄膜の
膜厚分布は、35×35fl][[12の範囲で±10
%であった。一方、他の成膜条件は等しくして、レーザ
光をターゲットの一点に照射する従来の方法の場合の膜
厚分布は10X10X10の範囲で±10%であった。
As a result, the film thickness distribution of the oxide superconducting thin film produced by the method of the present invention was 35 × 35 fl] [[±10 in the range of 12
%Met. On the other hand, with other film forming conditions being the same, the film thickness distribution in the conventional method of irradiating a single point on the target with a laser beam was ±10% in the range of 10×10×10.

本発明の方法で作製した酸化物超電導薄膜の臨界温度と
膜厚の測定結果を、第1表に示す。
Table 1 shows the measurement results of the critical temperature and film thickness of the oxide superconducting thin film produced by the method of the present invention.

第1表 装置の一例の概略図である。Table 1 FIG. 1 is a schematic diagram of an example of a device.

発明の詳細 な説明したように本発明に従うと、従来よりも大面積で
膜厚分布の少ない薄膜を作製することが可能である。こ
れは、本発明の方法に独特な、レーザ光をターゲット上
で走査してレーザ蒸着を行なう効果である。
As described in detail, according to the present invention, it is possible to fabricate a thin film with a larger area and less thickness distribution than before. This is an effect unique to the method of the present invention in which the laser beam is scanned over the target to perform laser deposition.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明の方法を実現するレーザ蒸着〔主な参
照番号〕 1・・・チャンバ 2・・・基板 3・・・基板ホルダ 4・・・ヒータ 5・・・ターゲット 6・・・ノズル 7・・・入射窓 8  ・  ・  ・  ミ ラ − 9・・・集光レンズ 10・・・レーザ装置 11・・・ミラー制御装置
FIG. 1 shows a laser evaporation system for realizing the method of the present invention [main reference numbers] 1...Chamber 2...Substrate 3...Substrate holder 4...Heater 5...Target 6... Nozzle 7...Entrance window 8...Mirror-9...Condensing lens 10...Laser device 11...Mirror control device

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  ターゲットにレーザ光を照射して、前記ターゲットに
対向して配置した基板上に薄膜を堆積させて形成するレ
ーザ蒸着法により薄膜を作製する方法において、前記タ
ーゲット上の前記レーザ光を照射する位置を乱数により
決定することを特徴とする薄膜の作製方法。
In a method for producing a thin film by a laser evaporation method in which a target is irradiated with laser light and a thin film is deposited on a substrate placed opposite to the target, the position on the target to which the laser light is irradiated is determined. A method for producing a thin film, characterized in that the method is determined using random numbers.
JP14925990A 1990-06-07 1990-06-07 Production of thin film by vapor deposition with laser Pending JPH0441665A (en)

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