JPH0441665A - レーザ蒸着法による薄膜の作製方法 - 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】 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。

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
。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

第１表 装置の一例の概略図である。

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。

【図面の簡単な説明】

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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　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。