JPH05287511A - 蒸着薄膜作製装置及び方法 - Google Patents
蒸着薄膜作製装置及び方法Info
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- JPH05287511A JPH05287511A JP4118475A JP11847592A JPH05287511A JP H05287511 A JPH05287511 A JP H05287511A JP 4118475 A JP4118475 A JP 4118475A JP 11847592 A JP11847592 A JP 11847592A JP H05287511 A JPH05287511 A JP H05287511A
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】蒸着薄膜作製装置及び方法に関し、逐次蒸着法
によって良質な薄膜の作製を行うことを目的とする。 【構成】活性ガス雰囲気内において、相互に異なる材料
から成る複数のターゲットを支持し、集光器を備える光
学手段を介して各ターゲットにパルス状の電磁波ビーム
を逐次照射し、照射されるターゲットに対向させた基板
上に複数層の金属薄膜を逐次堆積させる蒸着薄膜作製装
置及び方法において、光学手段が、各ターゲットに入射
するエネルギー密度を可変に設定する制御手段を備える
こととし、各ターゲット材料毎に最適なエネルギー密度
を採用することによって、最適な蒸着速度及び良質な薄
膜形成が出来るように構成する。
によって良質な薄膜の作製を行うことを目的とする。 【構成】活性ガス雰囲気内において、相互に異なる材料
から成る複数のターゲットを支持し、集光器を備える光
学手段を介して各ターゲットにパルス状の電磁波ビーム
を逐次照射し、照射されるターゲットに対向させた基板
上に複数層の金属薄膜を逐次堆積させる蒸着薄膜作製装
置及び方法において、光学手段が、各ターゲットに入射
するエネルギー密度を可変に設定する制御手段を備える
こととし、各ターゲット材料毎に最適なエネルギー密度
を採用することによって、最適な蒸着速度及び良質な薄
膜形成が出来るように構成する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、蒸着薄膜作製装置及び
方法に関し、更に詳しくは、一般的にレーザー蒸着法と
して知られている蒸着方法を採用する蒸着薄膜作製装置
及び方法に関する。
方法に関し、更に詳しくは、一般的にレーザー蒸着法と
して知られている蒸着方法を採用する蒸着薄膜作製装置
及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】超伝導遷移温度(Tc)が80K以上で
ある超伝導金属化合物薄膜が知られている。かかる薄膜
は、例えば、イットリウム等の希土類元素と、バリウム
等のアルカリ土属金属と、遷移金属であるCu及び酸素
とから構成される。また、これら薄膜の製法としては、
反応性蒸着法、反応性MBE法及び反応性スパッタリン
グ法等が知られている。これらの方法では、従来、薄膜
を堆積した後に熱処理を行って所望の超伝導相を形成す
る方法が採用されていたが、良好な膜形状が得られなか
った。
ある超伝導金属化合物薄膜が知られている。かかる薄膜
は、例えば、イットリウム等の希土類元素と、バリウム
等のアルカリ土属金属と、遷移金属であるCu及び酸素
とから構成される。また、これら薄膜の製法としては、
反応性蒸着法、反応性MBE法及び反応性スパッタリン
グ法等が知られている。これらの方法では、従来、薄膜
を堆積した後に熱処理を行って所望の超伝導相を形成す
る方法が採用されていたが、良好な膜形状が得られなか
った。
【0003】このため、最近になって、薄膜形成の際に
充分に酸化源を供給すると共に基板を加熱することで、
薄膜形成後の熱処理を行うことなく所望の超伝導相を形
成する方式が採用されるようになってきた。かかる方式
を採用する場合には、基板周囲の雰囲気を比較的自由に
選択できるレーザー蒸着法が原理的に有利であり、特に
近年研究が進められている。
充分に酸化源を供給すると共に基板を加熱することで、
薄膜形成後の熱処理を行うことなく所望の超伝導相を形
成する方式が採用されるようになってきた。かかる方式
を採用する場合には、基板周囲の雰囲気を比較的自由に
選択できるレーザー蒸着法が原理的に有利であり、特に
近年研究が進められている。
【0004】一方、2以上の金属元素を含む化合物薄膜
を原理的に制御性良く作製し得る方法の一つとして逐次
蒸着法が知られている。特に、この逐次蒸着法を原子層
のレベルにおける制御に迄発展させたレイア・バイ・レ
イア蒸着法においては、複数種類の材料から成るターゲ
ットを配し、1原子層程度の薄膜層を堆積する間のみこ
の原子層の材料となる一つのターゲットにレーザーを照
射し、次にその上の1原子層程度の薄膜層を堆積する間
は、別のターゲットにレーザーを照射するというよう
に、照射するターゲットを逐次変えて複数材料層の蒸着
を行う方法が採用されている。
を原理的に制御性良く作製し得る方法の一つとして逐次
蒸着法が知られている。特に、この逐次蒸着法を原子層
のレベルにおける制御に迄発展させたレイア・バイ・レ
イア蒸着法においては、複数種類の材料から成るターゲ
ットを配し、1原子層程度の薄膜層を堆積する間のみこ
の原子層の材料となる一つのターゲットにレーザーを照
射し、次にその上の1原子層程度の薄膜層を堆積する間
は、別のターゲットにレーザーを照射するというよう
に、照射するターゲットを逐次変えて複数材料層の蒸着
を行う方法が採用されている。
【0005】従来のレーザー蒸着法は、例えば特開平2
−17685号公報、「Applied Physics Letters」(
第51巻 No.11第861−863頁)に記載され
ている。図6を参照して前記公報に記載された金属酸化
物超伝導材料層の製造方法を例にとって、レーザー蒸着
方式を採用する蒸着薄膜作製装置及び方法について説明
する。
−17685号公報、「Applied Physics Letters」(
第51巻 No.11第861−863頁)に記載され
ている。図6を参照して前記公報に記載された金属酸化
物超伝導材料層の製造方法を例にとって、レーザー蒸着
方式を採用する蒸着薄膜作製装置及び方法について説明
する。
【0006】図6において、真空室31内には、基板ホ
ルダ32、32’によって夫々支持された基板33、3
3’の一方と、ターゲットホルダ34によって保持され
たターゲット35とが20〜45mm程度の極めて短い距
離を介して相互に対向して配設されており、ターゲット
35には、真空室31外に在る図示しないエキシマレー
ザー照射装置を介して紫外光を成すレーザー光線36が
その表面に対して約45度の角度から照射されている。
ターゲット35表面はこのレーザー光線36によって加
熱され、表面の粒子が蒸発(アブレーション)によりビ
ーム37となって噴出し、ターゲット35と対向して配
設されている基板33表面上に堆積する。
ルダ32、32’によって夫々支持された基板33、3
3’の一方と、ターゲットホルダ34によって保持され
たターゲット35とが20〜45mm程度の極めて短い距
離を介して相互に対向して配設されており、ターゲット
35には、真空室31外に在る図示しないエキシマレー
ザー照射装置を介して紫外光を成すレーザー光線36が
その表面に対して約45度の角度から照射されている。
ターゲット35表面はこのレーザー光線36によって加
熱され、表面の粒子が蒸発(アブレーション)によりビ
ーム37となって噴出し、ターゲット35と対向して配
設されている基板33表面上に堆積する。
【0007】ターゲット35は、必要によってレーザー
照射方向或いはターゲット位置が変更されることで、レ
ーザー照射位置が変更されてターゲット35表面からの
蒸発が均一に行われるように考慮されている。真空室3
1内には、酸化物形成のために酸素ガスが供給されてお
り、また、各基板33、33’は例えば数百度の温度に
加熱されて、酸化促進が行われている。
照射方向或いはターゲット位置が変更されることで、レ
ーザー照射位置が変更されてターゲット35表面からの
蒸発が均一に行われるように考慮されている。真空室3
1内には、酸化物形成のために酸素ガスが供給されてお
り、また、各基板33、33’は例えば数百度の温度に
加熱されて、酸化促進が行われている。
【0008】上記公報に記載された蒸着薄膜作製装置に
よって前記レイア・バイ・レイア蒸着法を行う場合に
は、図7に示したように、ターゲットホルダに複数種類
の材料から成るターゲット11A〜11Cが保持され
る。このターゲットはターゲットホルダ12の周縁に並
置され、ターゲットホルダ12の回転を介し順次レーザ
ー照射位置に配されることにより、照射されるターゲッ
トが選択される。
よって前記レイア・バイ・レイア蒸着法を行う場合に
は、図7に示したように、ターゲットホルダに複数種類
の材料から成るターゲット11A〜11Cが保持され
る。このターゲットはターゲットホルダ12の周縁に並
置され、ターゲットホルダ12の回転を介し順次レーザ
ー照射位置に配されることにより、照射されるターゲッ
トが選択される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】レーザー蒸着法におい
て、逐次蒸着法を採用して安定に且つ効率良く蒸着を行
う技術はまだ完全には確立されておらず、特にレイア・
バイ・レイア法によって良好な品質の薄膜を形成するこ
とは困難であることから、まだ実用化されていない。
て、逐次蒸着法を採用して安定に且つ効率良く蒸着を行
う技術はまだ完全には確立されておらず、特にレイア・
バイ・レイア法によって良好な品質の薄膜を形成するこ
とは困難であることから、まだ実用化されていない。
【0010】本発明は、上記 レーザー蒸着法を採用す
る従来の蒸着薄膜作製装置について、レイア・バイ・レ
イア蒸着法等の逐次蒸着法によって効率良く安定に蒸着
を行うことができるようにこれを改良し、もって、生産
効率が高く、低いコストで逐次蒸着法によって薄膜を作
製することが出来る蒸着薄膜作製装置及び方法を提供す
ることを目的とする。
る従来の蒸着薄膜作製装置について、レイア・バイ・レ
イア蒸着法等の逐次蒸着法によって効率良く安定に蒸着
を行うことができるようにこれを改良し、もって、生産
効率が高く、低いコストで逐次蒸着法によって薄膜を作
製することが出来る蒸着薄膜作製装置及び方法を提供す
ることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の蒸着薄膜作製装置は、相互に異なる材料か
ら成る複数のターゲットを支持可能なターゲットホルダ
と、集光器を備える光学手段と、該光学手段を介して前
記ターゲットホルダに支持される各ターゲットにパルス
状の電磁波ビームを逐次照射する照射手段と、前記照射
されるターゲットに対向させて基板を支持するための基
板ホルダとを備え、前記基板上に複数層の金属薄膜を逐
次堆積させる蒸着薄膜作製装置において、前記光学手段
が、前記電磁波ビームの前記各ターゲットに入射するエ
ネルギー密度を可変に設定する制御手段を備えることを
特徴とする。
め、本発明の蒸着薄膜作製装置は、相互に異なる材料か
ら成る複数のターゲットを支持可能なターゲットホルダ
と、集光器を備える光学手段と、該光学手段を介して前
記ターゲットホルダに支持される各ターゲットにパルス
状の電磁波ビームを逐次照射する照射手段と、前記照射
されるターゲットに対向させて基板を支持するための基
板ホルダとを備え、前記基板上に複数層の金属薄膜を逐
次堆積させる蒸着薄膜作製装置において、前記光学手段
が、前記電磁波ビームの前記各ターゲットに入射するエ
ネルギー密度を可変に設定する制御手段を備えることを
特徴とする。
【0012】ターゲットホルダには、相互に異なる材料
から成る複数種類のターゲットが保持され、この各ター
ゲットが順次電磁波ビーム照射位置に配される。
から成る複数種類のターゲットが保持され、この各ター
ゲットが順次電磁波ビーム照射位置に配される。
【0013】また、本発明の蒸着薄膜作製方法では、相
互に異なる材料から成る複数のターゲットを移動可能に
支持し、該各ターゲットに光学手段を介して順次パルス
状の電磁波ビームを照射し、前記照射されるターゲット
に対向させて基板を支持し、該基板上に複数層の金属薄
膜を逐次堆積させる蒸着薄膜作製方法において、前記光
学手段を介して、前記電磁波ビームの前記各ターゲット
に入射するエネルギー密度が可変に設定されることを特
徴とする。
互に異なる材料から成る複数のターゲットを移動可能に
支持し、該各ターゲットに光学手段を介して順次パルス
状の電磁波ビームを照射し、前記照射されるターゲット
に対向させて基板を支持し、該基板上に複数層の金属薄
膜を逐次堆積させる蒸着薄膜作製方法において、前記光
学手段を介して、前記電磁波ビームの前記各ターゲット
に入射するエネルギー密度が可変に設定されることを特
徴とする。
【0014】本発明の発明者は、レーザー蒸着法によっ
て異なるターゲット材料を介して逐次薄膜を形成する場
合には、夫々のターゲット材料に合わせて、ターゲット
に照射されるレーザーの1パルス当りのエネルギー密度
を調整してその蒸着速度を調整する必要があることを見
出し、かかる調整を各ターゲット毎に行うことによっ
て、効率的な蒸着を行うことを可能にしたものである。
て異なるターゲット材料を介して逐次薄膜を形成する場
合には、夫々のターゲット材料に合わせて、ターゲット
に照射されるレーザーの1パルス当りのエネルギー密度
を調整してその蒸着速度を調整する必要があることを見
出し、かかる調整を各ターゲット毎に行うことによっ
て、効率的な蒸着を行うことを可能にしたものである。
【0015】一般にレーザーのエネルギー密度は、照射
装置で発生するレーザーの1パルス当りに含まれるエネ
ルギー量、及び一定時間内に発生するパルス数によって
制御可能である。しかし、レーザー蒸着法において、レ
ーザーの1パルス当りのエネルギー量を急激に或いは大
きく変化させること、並びに一定時間内のパルス数を急
激に変更することは、レーザーの特質から一般に困難で
ある。例えばエキシマレーザーにおいては、1パルス当
りのエネルギー量を変更してこれを安定させるには、例
えば数分間の時間を必要とし、従ってレイア・バイ・レ
イア法等の逐次蒸着法に必要とされる、短い時間間隔で
エネルギー発生量の制御を行うことは出来ず、フィード
バック制御も困難である。
装置で発生するレーザーの1パルス当りに含まれるエネ
ルギー量、及び一定時間内に発生するパルス数によって
制御可能である。しかし、レーザー蒸着法において、レ
ーザーの1パルス当りのエネルギー量を急激に或いは大
きく変化させること、並びに一定時間内のパルス数を急
激に変更することは、レーザーの特質から一般に困難で
ある。例えばエキシマレーザーにおいては、1パルス当
りのエネルギー量を変更してこれを安定させるには、例
えば数分間の時間を必要とし、従ってレイア・バイ・レ
イア法等の逐次蒸着法に必要とされる、短い時間間隔で
エネルギー発生量の制御を行うことは出来ず、フィード
バック制御も困難である。
【0016】更に、レーザー出力を安定させるために
は、安定な放電が必要であり、安定に放電して安定に発
振することが出来る1パルス当りの最低出力は、最大出
力の例えば4割程度以上とする必要がある。また、実際
にレーザーを動作させるためには、その最大出力の8割
以下の出力で動作させることが安全である。このため、
発生エネルギー量を安全に制御する場合には、例えば最
大出力の6割を中心として±30%程度の変化量のみし
か得られないこととなり、この程度の変化量では、例え
ばレイア・バイ・レイア蒸着法で必要とされる種々のタ
ーゲット材料毎に最適なエネルギー密度の選択は困難で
ある。
は、安定な放電が必要であり、安定に放電して安定に発
振することが出来る1パルス当りの最低出力は、最大出
力の例えば4割程度以上とする必要がある。また、実際
にレーザーを動作させるためには、その最大出力の8割
以下の出力で動作させることが安全である。このため、
発生エネルギー量を安全に制御する場合には、例えば最
大出力の6割を中心として±30%程度の変化量のみし
か得られないこととなり、この程度の変化量では、例え
ばレイア・バイ・レイア蒸着法で必要とされる種々のタ
ーゲット材料毎に最適なエネルギー密度の選択は困難で
ある。
【0017】本発明の発明者は、上記に鑑み、レーザー
照射装置におけるエネルギー発生量を変化させることな
く、ターゲット上に投入される全エネルギーを一定にし
て且つその単位面積当りのエネルギーを制御することと
し、このようにターゲット上でエネルギー密度を変化さ
せると、著しく蒸着速度が変化することを実験によって
確認した。即ち、図5の二つの曲線A、Bによって示さ
れたように、ターゲットに照射される全エネルギーを一
定にした上で、そのエネルギー密度を0.8J/cm2か
ら1.2J/cm2へ、即ち約1.5倍に変化させると、
蒸着速度が1000オングストローム/10分から20
00及至2400オングストローム/10分へと、2倍
以上に変化することを実験によって確認した。更に、得
られる各層毎の膜形状が、このエネルギー密度により異
なる蒸発速度によって影響を受けることから、良質な膜
形状を得るために最適なエネルギー密度は、各ターゲッ
ト毎に大きく異なるものであった。
照射装置におけるエネルギー発生量を変化させることな
く、ターゲット上に投入される全エネルギーを一定にし
て且つその単位面積当りのエネルギーを制御することと
し、このようにターゲット上でエネルギー密度を変化さ
せると、著しく蒸着速度が変化することを実験によって
確認した。即ち、図5の二つの曲線A、Bによって示さ
れたように、ターゲットに照射される全エネルギーを一
定にした上で、そのエネルギー密度を0.8J/cm2か
ら1.2J/cm2へ、即ち約1.5倍に変化させると、
蒸着速度が1000オングストローム/10分から20
00及至2400オングストローム/10分へと、2倍
以上に変化することを実験によって確認した。更に、得
られる各層毎の膜形状が、このエネルギー密度により異
なる蒸発速度によって影響を受けることから、良質な膜
形状を得るために最適なエネルギー密度は、各ターゲッ
ト毎に大きく異なるものであった。
【0018】従って、本発明の逐次蒸着法を採用する蒸
着薄膜作製装置においては、光学手段に設けられた制御
手段によって、電磁波ビームのターゲット上に照射され
るエネルギー密度を各ターゲット毎に設定することとす
る。好適には、集光器を移動させてレーザーの焦点位置
を変化させる集光器移動手段を配してこれを制御する、
相互に異なる焦点距離を有する複数の集光器を配して集
光器を逐次選択する、或いは、減衰度が相互に異なる減
衰手段を設けてこれを逐次選択する等の構成により、こ
の設定を可能とする。なお、前記選択される集光器に
は、無限大の焦点距離を有するものも含まれ、また、減
衰手段の減衰度は、減衰度〇も含まれるものとする。
着薄膜作製装置においては、光学手段に設けられた制御
手段によって、電磁波ビームのターゲット上に照射され
るエネルギー密度を各ターゲット毎に設定することとす
る。好適には、集光器を移動させてレーザーの焦点位置
を変化させる集光器移動手段を配してこれを制御する、
相互に異なる焦点距離を有する複数の集光器を配して集
光器を逐次選択する、或いは、減衰度が相互に異なる減
衰手段を設けてこれを逐次選択する等の構成により、こ
の設定を可能とする。なお、前記選択される集光器に
は、無限大の焦点距離を有するものも含まれ、また、減
衰手段の減衰度は、減衰度〇も含まれるものとする。
【0019】集光器の移動手段を採用してエネルギー密
度を設定する場合には、レーザーの焦点位置を連続的に
変化させることが出来、これによってターゲット上のエ
ネルギー密度も連続的に変化させることが出来るので、
例えば薄膜の蒸着速度検出器を更に設け、この検出器の
信号のフィードバックにより、コンピュータ等の制御を
介して蒸着率を一定に制御する等の構成を採用できる。
この場合、蒸着速度の検出には、ターゲットからの発光
測定、薄膜上の吸光分光測定、膜厚計による膜厚測定等
が採用される。
度を設定する場合には、レーザーの焦点位置を連続的に
変化させることが出来、これによってターゲット上のエ
ネルギー密度も連続的に変化させることが出来るので、
例えば薄膜の蒸着速度検出器を更に設け、この検出器の
信号のフィードバックにより、コンピュータ等の制御を
介して蒸着率を一定に制御する等の構成を採用できる。
この場合、蒸着速度の検出には、ターゲットからの発光
測定、薄膜上の吸光分光測定、膜厚計による膜厚測定等
が採用される。
【0020】複数の集光器の選択を介してエネルギー密
度の設定を行う場合には、各ターゲットについて最適な
エネルギー密度を事前に測定し、逐次蒸着の際に必要な
エネルギー密度の可変範囲を割出した後に行われる。こ
の場合、回転機構の採用により、エネルギー密度の迅速
な可変設定が可能となり、工業的生産に特に適する。例
えば、YBa2Cu3O7のC軸配向膜をこの方法によっ
て作製する場合には、集光器1とBaOターゲット、集
光器2とCuOターゲット、集光器3とY2O3ターゲッ
トの各組合せを採用し、まずBaOから成る1原子層
を、次にCuOから成る1原子層を、その次にBaOか
ら成る1原子層を、更にCuOから成る1原子層を、更
にターゲットY2O3によってY−O層から成る1原子層
を、CuOから成る1原子層をというように逐次各層を
作製することにより、各集光器及びターゲットの組合せ
によって、各ターゲットにとって最適な薄膜形成のため
のエネルギー密度条件を採用しながら、例えば1原子層
づつ逐次蒸着を行う。これらの制御には、好適にはコン
ピュータが採用され、レーザーの各パルスの発生もコン
ピュータによって制御される。ターゲットは、対応する
集光器を介して、ターゲット及び集光器の選択に同期し
て発生するレーザーの各パルスによって照射される。
度の設定を行う場合には、各ターゲットについて最適な
エネルギー密度を事前に測定し、逐次蒸着の際に必要な
エネルギー密度の可変範囲を割出した後に行われる。こ
の場合、回転機構の採用により、エネルギー密度の迅速
な可変設定が可能となり、工業的生産に特に適する。例
えば、YBa2Cu3O7のC軸配向膜をこの方法によっ
て作製する場合には、集光器1とBaOターゲット、集
光器2とCuOターゲット、集光器3とY2O3ターゲッ
トの各組合せを採用し、まずBaOから成る1原子層
を、次にCuOから成る1原子層を、その次にBaOか
ら成る1原子層を、更にCuOから成る1原子層を、更
にターゲットY2O3によってY−O層から成る1原子層
を、CuOから成る1原子層をというように逐次各層を
作製することにより、各集光器及びターゲットの組合せ
によって、各ターゲットにとって最適な薄膜形成のため
のエネルギー密度条件を採用しながら、例えば1原子層
づつ逐次蒸着を行う。これらの制御には、好適にはコン
ピュータが採用され、レーザーの各パルスの発生もコン
ピュータによって制御される。ターゲットは、対応する
集光器を介して、ターゲット及び集光器の選択に同期し
て発生するレーザーの各パルスによって照射される。
【0021】減衰度が相互に異なる複数の減衰手段を備
え、該減衰手段の選択を介してエネルギー密度が選択さ
れる場合には、減衰手段としては、ニュートラルデンシ
ティフイルタ等の光学フィルタが採用される。この場
合、マスクを介して一部のレーザービームを除くことが
出来る。選択される一の減衰手段には、一般的には減衰
手段と呼ばれない100%透過率の光学手段も含まれ
る。これらの選択は、レーザーの各パルスに同期して行
われるのが好適である。
え、該減衰手段の選択を介してエネルギー密度が選択さ
れる場合には、減衰手段としては、ニュートラルデンシ
ティフイルタ等の光学フィルタが採用される。この場
合、マスクを介して一部のレーザービームを除くことが
出来る。選択される一の減衰手段には、一般的には減衰
手段と呼ばれない100%透過率の光学手段も含まれ
る。これらの選択は、レーザーの各パルスに同期して行
われるのが好適である。
【0022】希土類金属元素と、一種類のアルカリ土属
金属と、遷移金属元素の酸化物とから成るペロブスカイ
ト類似の酸化物のうち、YBa2Cu3O7型結晶構造を有
する酸化物超伝導体薄膜が、本発明の蒸着薄膜作製装置
によって高品質の薄膜として形成される。また、一部の
金属を別の元素で置き換えても蒸着特性はさほど変らな
いことから、この形式の結晶構造を有する他の酸化物超
伝導体の薄膜についても作製可能である。更に、Bi2S
r2Ca(n-1)Cu(n)O(2n+4+d)(n=1、2、3)で示さ
れるBi系の銅酸化物超伝導体薄膜、(Ln、M)2CuO
4(Ln=希土類金属、M=土属金属等)の銅酸化物超伝
導体薄膜も本発明の蒸着薄膜作製装置によって高品質の
薄膜として形成することが出来る。
金属と、遷移金属元素の酸化物とから成るペロブスカイ
ト類似の酸化物のうち、YBa2Cu3O7型結晶構造を有
する酸化物超伝導体薄膜が、本発明の蒸着薄膜作製装置
によって高品質の薄膜として形成される。また、一部の
金属を別の元素で置き換えても蒸着特性はさほど変らな
いことから、この形式の結晶構造を有する他の酸化物超
伝導体の薄膜についても作製可能である。更に、Bi2S
r2Ca(n-1)Cu(n)O(2n+4+d)(n=1、2、3)で示さ
れるBi系の銅酸化物超伝導体薄膜、(Ln、M)2CuO
4(Ln=希土類金属、M=土属金属等)の銅酸化物超伝
導体薄膜も本発明の蒸着薄膜作製装置によって高品質の
薄膜として形成することが出来る。
【0023】
【作用】光学手段が各ターゲットに照射される電磁波ビ
ームのエネルギー密度を可変に設定する制御手段を備え
る構成により、レイア・バイ・レイア蒸着法等の逐次蒸
着法において、各ターゲット材料毎に最適な薄膜形成条
件のエネルギー密度を選択することが出来るので、薄膜
を構成する各層毎に良好な品質及び蒸着速度の選択が可
能となり、全体として品質良好な薄膜を適正な生産速度
で作製できる。
ームのエネルギー密度を可変に設定する制御手段を備え
る構成により、レイア・バイ・レイア蒸着法等の逐次蒸
着法において、各ターゲット材料毎に最適な薄膜形成条
件のエネルギー密度を選択することが出来るので、薄膜
を構成する各層毎に良好な品質及び蒸着速度の選択が可
能となり、全体として品質良好な薄膜を適正な生産速度
で作製できる。
【0024】
【実施例】図面を参照して本発明を更に説明する。図1
は、本発明の第一の実施例の蒸着薄膜作製装置の平面図
である。同図において、この蒸着薄膜作製装置では、エ
キシマレーザー1からの紫外光を成すレーザー光線2
は、窒素パージされた光学ボックス3を通過して真空槽
5内に入射する。光学ボックス3内には集光レンズ4が
設けられており、レーザー光線2は集光レンズ4を介し
てターゲット11表面附近で焦点を結ぶように配置が成
されている。集光レンズ4は、移動手段を成すモータ2
1を介してレーザーの光路内を前後方向に移動可能であ
り、これによってレーザーの焦点位置が移動される。こ
の移動は制御装置を構成するコンピュータ20によって
制御される。
は、本発明の第一の実施例の蒸着薄膜作製装置の平面図
である。同図において、この蒸着薄膜作製装置では、エ
キシマレーザー1からの紫外光を成すレーザー光線2
は、窒素パージされた光学ボックス3を通過して真空槽
5内に入射する。光学ボックス3内には集光レンズ4が
設けられており、レーザー光線2は集光レンズ4を介し
てターゲット11表面附近で焦点を結ぶように配置が成
されている。集光レンズ4は、移動手段を成すモータ2
1を介してレーザーの光路内を前後方向に移動可能であ
り、これによってレーザーの焦点位置が移動される。こ
の移動は制御装置を構成するコンピュータ20によって
制御される。
【0025】真空槽5は、例えば一旦10-6torr程度の
真空に引かれ、その後実際に蒸着が行われ酸化物が形成
される際には、ガス供給管6から活性ガスを成す酸素ガ
スが供給される。真空槽5のレーザー光線導入窓7の材
料としては、1気圧の気圧差に耐える厚さの人口石英単
結晶、MgF2単結晶、サファイア等が採用される。
真空に引かれ、その後実際に蒸着が行われ酸化物が形成
される際には、ガス供給管6から活性ガスを成す酸素ガ
スが供給される。真空槽5のレーザー光線導入窓7の材
料としては、1気圧の気圧差に耐える厚さの人口石英単
結晶、MgF2単結晶、サファイア等が採用される。
【0026】ターゲットホルダ12は、図7に示された
ものと同じであり、円板状を成しその回転軸13周りに
回転若しくは回動が可能である。ターゲットホルダ12
には、図7に示されたように相互に異なる材料から成る
3個のターゲット11A〜11Cが周縁部に保持されて
おり、そのいずれか一つが、ホルダ12の回転を介して
順次選択的にレーザー2に照射される。レーザー2によ
って照射されるターゲットに対向する位置には基板14
が配され、基板14は、例えば750℃程度に加熱され
ており、基板ホルダ15に支持されている。基板とター
ゲットとの離隔距離は例えば60mmとしてある。基板1
4とターゲット12との間には、図示しないシュラウド
及びシャッタが配される。
ものと同じであり、円板状を成しその回転軸13周りに
回転若しくは回動が可能である。ターゲットホルダ12
には、図7に示されたように相互に異なる材料から成る
3個のターゲット11A〜11Cが周縁部に保持されて
おり、そのいずれか一つが、ホルダ12の回転を介して
順次選択的にレーザー2に照射される。レーザー2によ
って照射されるターゲットに対向する位置には基板14
が配され、基板14は、例えば750℃程度に加熱され
ており、基板ホルダ15に支持されている。基板とター
ゲットとの離隔距離は例えば60mmとしてある。基板1
4とターゲット12との間には、図示しないシュラウド
及びシャッタが配される。
【0027】照射されるエキシマレーザー2は、極めて
短いパルス幅のパルス状を成し、通常パルス幅が10〜
30nS程度のパルスレーザーである。各ターゲット
は、この極めて短時間の各パルスによる局所加熱によっ
て、レーザー2に照射されている間その表面から蒸発物
を噴出する。ターゲットからの蒸発物は、ビーム16と
なって対向する基板14方向に向かって流れ、基板14
表面上に堆積する。基板表面に形成される薄膜の堆積速
度を測定するために、膜厚モニタ23が設けられてい
る。膜厚モニタ23に代えてターゲットの蒸発速度を検
出する蒸発速度検出器をターゲット及び基板の間に設け
ることも出来る。
短いパルス幅のパルス状を成し、通常パルス幅が10〜
30nS程度のパルスレーザーである。各ターゲット
は、この極めて短時間の各パルスによる局所加熱によっ
て、レーザー2に照射されている間その表面から蒸発物
を噴出する。ターゲットからの蒸発物は、ビーム16と
なって対向する基板14方向に向かって流れ、基板14
表面上に堆積する。基板表面に形成される薄膜の堆積速
度を測定するために、膜厚モニタ23が設けられてい
る。膜厚モニタ23に代えてターゲットの蒸発速度を検
出する蒸発速度検出器をターゲット及び基板の間に設け
ることも出来る。
【0028】集光レンズ4は、レール22上を走る台車
上に配され、移動用のステップモータ21によってレー
ザー光路内でその位置の移動が可能である。この構成に
より、レーザーの焦点位置が連続的に可変となり、従っ
て、ターゲット上の1パルス毎の単位面積当りのエネル
ギー密度は連続的に可変である。集光レンズ4の焦点距
離は例えば50〓、集光レンズのレール22上の移動可
能距離は約10〓とされており、集光レンズ4は、ター
ゲット上においてレーザー光が最も集光されるレンズ位
置から、集光が充分に弱められるレンズ位置迄、連続的
に可変な位置設定が可能である。
上に配され、移動用のステップモータ21によってレー
ザー光路内でその位置の移動が可能である。この構成に
より、レーザーの焦点位置が連続的に可変となり、従っ
て、ターゲット上の1パルス毎の単位面積当りのエネル
ギー密度は連続的に可変である。集光レンズ4の焦点距
離は例えば50〓、集光レンズのレール22上の移動可
能距離は約10〓とされており、集光レンズ4は、ター
ゲット上においてレーザー光が最も集光されるレンズ位
置から、集光が充分に弱められるレンズ位置迄、連続的
に可変な位置設定が可能である。
【0029】制御部を成すコンピュータ20は、例え
ば、パルス状のレーザーの各レーザーパルス一つ毎の発
生時期及びそのパルス幅について制御可能であり、発生
する一のパルスに同期させて、ターゲットホルダ12の
駆動用モータ24を駆動し、ターゲットホルダー12を
回転させて一つのターゲットを選択する。同時に、選択
されたターゲットに最適の蒸着速度を実現するために、
集光レンズ移動用モータ21を制御して、集光レンズ4
を光路内で移動させレーザの焦点位置を定める。これに
よって各ターゲット毎に照射されるレーザーのエネルギ
ー密度が予め定められている最適値に設定される。
ば、パルス状のレーザーの各レーザーパルス一つ毎の発
生時期及びそのパルス幅について制御可能であり、発生
する一のパルスに同期させて、ターゲットホルダ12の
駆動用モータ24を駆動し、ターゲットホルダー12を
回転させて一つのターゲットを選択する。同時に、選択
されたターゲットに最適の蒸着速度を実現するために、
集光レンズ移動用モータ21を制御して、集光レンズ4
を光路内で移動させレーザの焦点位置を定める。これに
よって各ターゲット毎に照射されるレーザーのエネルギ
ー密度が予め定められている最適値に設定される。
【0030】図2は、本発明の第二の実施例の蒸着薄膜
作製装置の構成を示す平面図で、真空層内の構成は図1
と同様であるので、簡単化のため真空層内の図を省略し
てある。図2において、この蒸着薄膜作製装置では、焦
点距離が相互に異なる複数の集光レンズを保持するレン
ズホルダー25が光学ボックス内に設けてあり、ステッ
プモータ26によって駆動されるこのレンズホルダ25
の回転を介してレンズの一つが選択される構成である。
作製装置の構成を示す平面図で、真空層内の構成は図1
と同様であるので、簡単化のため真空層内の図を省略し
てある。図2において、この蒸着薄膜作製装置では、焦
点距離が相互に異なる複数の集光レンズを保持するレン
ズホルダー25が光学ボックス内に設けてあり、ステッ
プモータ26によって駆動されるこのレンズホルダ25
の回転を介してレンズの一つが選択される構成である。
【0031】図4は、レンズホルダ及びその上に配され
る集光レンズの配置を示す正面図である。同図に示した
ように、このレンズホルダ25には、4個のレンズを設
けるための窓41〜44が配されており、その内一つの
窓44には、レンズが無く、他の窓41〜43には相互
に焦点距離が異なるレンズが夫々配されている。各レン
ズ若しくはレンズなしの窓は、その内のいずれか一つを
除いて夫々各ターゲット11A〜11Cに対応してお
り、相互に対応するターゲット及びレンズの選択が同時
に行われる。この実施例の場合には、レンズホルダ25
の光路内の位置は固定されているが、この構成に代え
て、レンズホルダ25を光路内で前後方向に移動させる
構成も採用できる。
る集光レンズの配置を示す正面図である。同図に示した
ように、このレンズホルダ25には、4個のレンズを設
けるための窓41〜44が配されており、その内一つの
窓44には、レンズが無く、他の窓41〜43には相互
に焦点距離が異なるレンズが夫々配されている。各レン
ズ若しくはレンズなしの窓は、その内のいずれか一つを
除いて夫々各ターゲット11A〜11Cに対応してお
り、相互に対応するターゲット及びレンズの選択が同時
に行われる。この実施例の場合には、レンズホルダ25
の光路内の位置は固定されているが、この構成に代え
て、レンズホルダ25を光路内で前後方向に移動させる
構成も採用できる。
【0032】第二の実施例の場合にも、レンズホルダー
駆動用のステップモータ26の回転はコンピュータ20
によって制御されており、パルス状のレーザーの各パル
スに同期して一の集光レンズを選択可能である。この実
施例では、回転機構を採用するため極めて高速の制御が
可能であり、例えばエキシマレーザーの如き極短パルス
状のレーザーにも対応可能である。しかし、焦点位置は
段階的にのみ設定可能であるので、各ターゲットに最適
なエネルギー密度を予め定めておく必要がある。
駆動用のステップモータ26の回転はコンピュータ20
によって制御されており、パルス状のレーザーの各パル
スに同期して一の集光レンズを選択可能である。この実
施例では、回転機構を採用するため極めて高速の制御が
可能であり、例えばエキシマレーザーの如き極短パルス
状のレーザーにも対応可能である。しかし、焦点位置は
段階的にのみ設定可能であるので、各ターゲットに最適
なエネルギー密度を予め定めておく必要がある。
【0033】第二の実施例の変形例として、前記各集光
レンズに代えて、減衰度が相互に異なる光学フィルタを
配することが出来る。前記レンズなしの窓は同様に素通
しとすることが出来る。この窓位置には透過率100%
のフィルタが挿入されたとみなされる。
レンズに代えて、減衰度が相互に異なる光学フィルタを
配することが出来る。前記レンズなしの窓は同様に素通
しとすることが出来る。この窓位置には透過率100%
のフィルタが挿入されたとみなされる。
【0034】図3は、第三の実施例の蒸着薄膜作製装置
の構成を示す平面図で、真空槽内の構成を示す部分は図
2と同様に省略してある。図3において、この蒸着薄膜
作製装置では、光路に沿って間隔を空けて複数の、同図
の場合3個の集光レンズ45〜47が設けられている。
各集光レンズ45〜47は独立に、夫々に対応する各モ
ータ27〜29によって駆動されて、光路内に挿入又は
光路から外される。このため、光路内には、コンピュー
タ20による制御を介して0〜3個迄の任意の集光レン
ズを挿入することが出来、その組合せにより照射された
レーザーの焦点位置が定まり、これによってターゲット
に照射されるレーザーのエネルギー密度が設定される。
の構成を示す平面図で、真空槽内の構成を示す部分は図
2と同様に省略してある。図3において、この蒸着薄膜
作製装置では、光路に沿って間隔を空けて複数の、同図
の場合3個の集光レンズ45〜47が設けられている。
各集光レンズ45〜47は独立に、夫々に対応する各モ
ータ27〜29によって駆動されて、光路内に挿入又は
光路から外される。このため、光路内には、コンピュー
タ20による制御を介して0〜3個迄の任意の集光レン
ズを挿入することが出来、その組合せにより照射された
レーザーの焦点位置が定まり、これによってターゲット
に照射されるレーザーのエネルギー密度が設定される。
【0035】第三の実施例では、各集光レンズ45〜4
7の中心を正確に光路上に合わせながら適切な集光レン
ズを選択できる利点がある。この目的のために、光路に
挿入されたときに所定の位置にレンズを正確に停止させ
るストッパを設けることが出来る。また、これに代え
て、複数の集光レンズを第二の実施例の如く円盤状のレ
ンズホルダ25上に配し、かかるレンズホルダを光路に
沿って間隔を空けて複数配することも出来る。
7の中心を正確に光路上に合わせながら適切な集光レン
ズを選択できる利点がある。この目的のために、光路に
挿入されたときに所定の位置にレンズを正確に停止させ
るストッパを設けることが出来る。また、これに代え
て、複数の集光レンズを第二の実施例の如く円盤状のレ
ンズホルダ25上に配し、かかるレンズホルダを光路に
沿って間隔を空けて複数配することも出来る。
【0036】なお、上記において説明した各実施例はい
ずれも例示であり、本発明の範囲を限定することを意図
するものではない。従って、上記実施例から周知の変更
及び修正を施した構成も本発明の範囲に含まれる。
ずれも例示であり、本発明の範囲を限定することを意図
するものではない。従って、上記実施例から周知の変更
及び修正を施した構成も本発明の範囲に含まれる。
【0037】
【発明の効果】以上説明したように本発明の蒸着薄膜作
製装置及び方法によると、ターゲット上のエネルギー密
度を各ターゲット材料毎に選択できるので、レイア・バ
イ・レイア法等の逐次蒸着法によって薄膜を作製する場
合に、各ターゲット毎に最適のエネルギー密度条件によ
って蒸着を行うことが出来、適正な蒸着速度を介して良
好な品質の薄膜を作製できるという顕著な効果を奏す
る。
製装置及び方法によると、ターゲット上のエネルギー密
度を各ターゲット材料毎に選択できるので、レイア・バ
イ・レイア法等の逐次蒸着法によって薄膜を作製する場
合に、各ターゲット毎に最適のエネルギー密度条件によ
って蒸着を行うことが出来、適正な蒸着速度を介して良
好な品質の薄膜を作製できるという顕著な効果を奏す
る。
【図1】本発明の一実施例の蒸着薄膜作製装置の平面
図。
図。
【図2】本発明の第二の実施例の蒸着薄膜作製装置の一
部平面図。
部平面図。
【図3】本発明の第三の実施例の蒸着薄膜作製装置の一
部平面図。
部平面図。
【図4】図2の実施例におけるレンズホルダーの正面
図。
図。
【図5】蒸着速度とレーザのエネルギー密度との関係を
示すグラフ。
示すグラフ。
【図6】従来の蒸着薄膜作製装置の平面図。
【図7】図1及び図6におけるターゲットホルダ上のタ
ーゲット配置平面図。
ーゲット配置平面図。
1:レーザー照射部 2:レーザー 3:光学ボックス 4、45〜47:集光レンズ 41〜44:レンズ窓 5:真空槽 11A、11B、11C:ターゲット 12:ターゲットホルダ 14:基板 20:コンピュータ 21、24、26:モータ 23:膜圧検出器 25:レンズホルダー
Claims (9)
- 【請求項1】複数のターゲットを支持可能なターゲット
ホルダと、集光器を備える光学手段と、該光学手段を介
して前記ターゲットホルダに支持される各ターゲットに
パルス状の電磁波ビームを逐次照射する照射手段と、前
記照射されるターゲットに対向させて基板を支持するた
めの基板ホルダとを備え、前記基板上に複数層の金属薄
膜を逐次堆積させる蒸着薄膜作製装置において、 前記光学手段が、前記電磁波ビームの前記各ターゲット
に入射するエネルギー密度を可変に設定する制御手段を
備えることを特徴とする蒸着薄膜作製装置。 - 【請求項2】前記制御手段は、前記集光器の位置を少な
くとも前記電磁波ビームの光路内で移動させる移動手段
を含むことを特徴とする請求項1記載の蒸着薄膜作製装
置。 - 【請求項3】前記制御手段は、前記基板上に形成される
薄膜の堆積速度を測定する堆積速度検出手段を更に備
え、該堆積速度検出手段の信号に少なくとも依存して前
記エネルギー密度を制御することを特徴とする請求項1
又は2記載の蒸着薄膜作製装置。 - 【請求項4】前記光学手段は前記集光器を複数備えてお
り、該集光器の少なくとも一つが順次選択的に前記電磁
波ビームの光路内に配置されることを特徴とする請求項
1記載の蒸着薄膜作製装置。 - 【請求項5】前記光学手段が回転機構を備えており、前
記集光器の選択が前記回転機構の回転を介して行われる
ことを特徴とする請求項4記載の蒸着薄膜作製装置。 - 【請求項6】前記電磁波ビームがパルス状の紫外光から
構成され、前記集光器の選択が該紫外光のパルスに同期
して行われることを特徴とする請求項4又は5記載の蒸
着薄膜作製装置。 - 【請求項7】前記光学手段は減衰度が相互に異なる複数
の減衰手段を備え、前記エネルギー密度の設定が前記減
衰手段の選択を介して行われることを特徴とする請求項
1記載の蒸着薄膜作製装置。 - 【請求項8】前記堆積される薄膜が、(a)少なくとも
一種類の希土類金属元素又はBiと、(b)少なくとも
一種類のアルカリ土属金属と、(c)少なくとも一種類
の遷移金属元素を主成分とする酸化物とから構成され
る、結晶構造がペロブスカイト類似の化合物であること
を特徴とする請求項1及至7の一に記載の蒸着薄膜作製
装置。 - 【請求項9】相互に異なる材料から成る複数のターゲッ
トを移動可能に支持し、該各ターゲットに光学手段を介
して順次パルス状の電磁波ビームを照射し、前記照射さ
れるターゲットに対向させて基板を支持し、該基板上に
複数層の金属薄膜を逐次堆積させる蒸着薄膜作製方法に
おいて、 前記光学手段を介して、前記電磁波ビームの前記各ター
ゲットに入射するエネルギー密度が可変に設定されるこ
とを特徴とする蒸着薄膜作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4118475A JPH05287511A (ja) | 1992-04-13 | 1992-04-13 | 蒸着薄膜作製装置及び方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4118475A JPH05287511A (ja) | 1992-04-13 | 1992-04-13 | 蒸着薄膜作製装置及び方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05287511A true JPH05287511A (ja) | 1993-11-02 |
Family
ID=14737598
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4118475A Pending JPH05287511A (ja) | 1992-04-13 | 1992-04-13 | 蒸着薄膜作製装置及び方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05287511A (ja) |
-
1992
- 1992-04-13 JP JP4118475A patent/JPH05287511A/ja active Pending
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