JPH0441666A - 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、−切の電磁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 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。

一方、一般にレーザ蒸着法では、レーザ光の照射面積は
、装置の制約上有限の大きさであり、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のごく
一部となる。それに伴い、プルームも小さく、特にプル
ームの先端は、非常に微小であるため、従来、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。

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、ターゲットにパルスレーザ光を照射し
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、基板表面の乱数により決定した位置に主
に薄膜が堆積するよう前記基板をパルスレーザ光の照射
と同期して変位させて蒸着を行うことを特徴とする薄膜
の作製方法が提供される。

ｋ浬 本発明の方法は、成膜室内の基板上の乱数により決定し
た位置に薄膜が主に堆積するよう基板を変位させ、蒸着
を行うところにその主要な特徴がある。この基板の変位
は、パルスレーザ光の照射に同期させて行う。

レーザ蒸着法では、ターゲットのレーザ光が照射された
位置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する。このプルームが接する位
置に基板を配置すると、基板のプルームの先端近傍に主
に薄膜が堆積する。

従って、本発明の方法では、大きい面積の均一な薄膜を
成膜することが可能になる。

本発明の方法では、上記の基板のプルームの先端に接す
べき位置を乱数により決定し、その位置にプルームが当
たるよう基板を移動する。具体的には、基板の表面を格
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プルームが当たる位置を決める。本
発明の方法では、プルームが当たる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。

本発明の方法では、例えば、基板を上記の乱数に対応し
て変位するＸＹステージに搭載して移動する。本発明の
方法では、基板のみが変位し、レーザ光の光路は一定で
ある。従って、レーザ光を振ってレーザ照射位置を変化
させるのと異なり、基板の位置により、成膜条件が変化
することがない。

また、本発明の方法においては、ターゲットの平面形を
円形にしてターゲットを回転させ、レーザ光をターゲッ
トの周辺部に照射することも好ましい。これは、ターゲ
ットの同じ部分にレーザ光が当たっていると、ターゲッ
トのその部分のみが消耗され、凹むことによりプルーム
の方向が変ゎったすするからである。

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ＩＯ
で発生され、集光レンズ９を通っ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内のターンテ
ーブル１１に搭載されている原料ターゲット５を照射す
る。ターンブープル１１はモータ１４により、任意の回
転速度で回転させることが可能である。チャンバｌの内
部は高真空に排気可能で、ＸＹステージ１２に搭載され
た基板ホルダ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。基板ボルダ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、チャンバ１内に
酸素を含むガスを供給するノズル６が備えられている。

本実施例の装置では、レーザ装置１０はパルスレーザ光
を発振する。このパルスに対応して、乱数発生器を備え
た制御装置１３が、ＸＹステージ１２に制御信号を送る
。ＸＹステージ１２は、この制御信号に基づきパルス毎
に基板２を変位させて、パルスレーザ光がターゲット５
を照射したときに発生するプルームの先端が１パルスご
とに、基板の乱数により決定された部位に接するように
する。

上記のレーザ蒸着装置を使用し、本発明の方法で、ＹＩ
Ｂａ２ＣＵｓＯｔ−ｘ酸化物超電導薄膜を作製した。

基板２には、ＭｇＯ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２　ｃｍのＹ１Ｂａ２ＣＬ１
３０ｔ−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
×１Ｏ−６Ｔｏｒｒに排気したのち酸素ガスを導入し１
００ｍＴｏｒｒ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３．５　Ｊ　／ｃｎｆ、レーザ光の照射面
積を２Ｘ４ｕ＋ｎ２とし、パルス周波数を５Ｈｚとした
。

制御装置１３によりＸＹステージ１２上の基板２を乱数
に基づいて変位させ、基板２の３　Ｘ　３　ｃｒｌの領
域をプルームが走査するようにした。また、ターゲット
５は、１．５／秒で回転させた。

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、３５Ｘ３５ｍｍ２の範囲で±１０％であっ
た。一方、他の成膜条件は等しくして、プルームを基板
の一点に当てたままにする従来の方法の場合の膜厚分布
は１０１０Ｘ１０”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 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、プルームが基板上の乱数
で決められた位置に当たるよう基板を移動しながら成膜
する効果である。

【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装置の一
例の概略図である。 〔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・・・ミラー ９・・・集光レンズ １０・・・レーザ装置 １１・・・ターンテーブル、 １２・・・ＸＹステージ、 １３・・・制御装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ターゲットにパルス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、
   基板表面の乱数により決定した位置に主に薄膜が堆積す
   るよう前記基板をパルスレーザ光の照射と同期して変位
   させて蒸着を行うことを特徴とする薄膜の作製方法。