JPH08225931A - レーザ蒸着法による薄膜の作製方法 - Google Patents
レーザ蒸着法による薄膜の作製方法Info
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
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Abstract
薄膜をレーザ蒸着法で成膜する。 【構成】 内部の圧力および雰囲気が調整可能な気密チ
ャンバ40内でターゲット5にレーザ光10を照射して、タ
ーゲット5の被照射面に垂直に、且つターゲット5の被
照射面の被照射部の最も基板に近い点と、基板6の成膜
面のターゲットに最も近い点とを結ぶ直線が、ターゲッ
ト5の被照射面の被照射部の最も基板6に近い点に立つ
法線との間でなす角が11°以下となるよう配置した基板
6の成膜面上に酸化物超電導薄膜を成長させる。
Description
膜の作製方法に関する。より詳細には、本発明は、レー
ザ蒸着法により高品質の酸化物超電導薄膜等の薄膜を成
膜する方法に関する。
高エネルギのレーザビームを照射し、蒸着物を発生させ
て基板上に薄膜を成長させる方法である。レーザ蒸着法
には、薄膜の組成の制御が容易で、成膜速度が高い等の
利点がある。また、一切の電磁場を必要としないので、
蒸着物中に荷電粒子が含まれていても、それが影響を受
けることがない。従って、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。
物であり、組成比が僅かでも適正値から外れると超電導
特性が大幅に低下する。上記のように、レーザ蒸着法で
は、成膜する薄膜の組成の制御が容易であるので、レー
ザ蒸着法を使用して特性の優れた酸化物超電導薄膜を作
製することが研究されている。例えば、社団法人電気学
会による光・量子デバイス研究会資料(資料番号OQD
−92−53)pp.69-77(1992年10月28日)には、エキシマ
レーザを使用したレーザ蒸着法により、高品質のY−Ba
−Cu−O系酸化物超電導薄膜を成膜する方法が開示され
ている。
記の文献に示されているように、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チャンバ内に基板
およびターゲットを互いに平行に配置し、チャンバ外部
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、必要に応じて集光してターゲットに照射して
いた。
文献で述べられているようにレーザ蒸着法で成膜した薄
膜の表面には微粒子が存在し、平滑性を損なっている。
このような酸化物超電導薄膜は、特性も一様でないので
超電導デバイスに応用することが難しい。そこで、本発
明の目的は、レーザ蒸着法により、表面が平滑な高品質
の酸化物超電導体等の薄膜を成膜する方法を提供するこ
とにある。
圧力および雰囲気が調整可能な気密チャンバ内でターゲ
ットにレーザ光を照射して、ターゲットの被照射面に垂
直に配置した基板の成膜面上にターゲットを構成する材
料に基づく薄膜を成長させる方法であって、ターゲット
の被照射面の被照射部の最も基板に近い点と、基板成膜
面のターゲットに最も近い点とを結ぶ直線が、ターゲッ
トの被照射面の被照射部の最も基板に近い点に立つ法線
との間でなす角が11°以下となるようターゲットおよび
基板を配置して成膜を行うことを特徴とするレーザ蒸着
法による薄膜の作製方法が提供される。
薄膜を成膜する際に、基板をターゲットの被照射面に垂
直に、且つ被照射部に近接させて配置させる。これによ
り、表面の微粒子が少ない高品質な薄膜を成膜する。本
発明者等の研究によれば、レーザ蒸着法で成膜された薄
膜の表面に存在する微粒子は、薄膜の析出物ではなく、
レーザ光によりターゲットから直接溶融物として発生し
た粒子が飛来して付着したものである。従って、ターゲ
ットからの粒子が、到達し難い位置に基板を配置するこ
とにより、薄膜表面の微粒子を減少させることが可能で
ある。
にし、且つ被照射面における法線に近接させることによ
り、ターゲットの被照射面の被照射部から基板を臨む角
度が、ターゲットの被照射面に対して垂直に近くなる。
つまり、ターゲットの被照射面の被照射部から基板を臨
む角度範囲が小さくなる。ターゲットからの蒸着物は、
分子や原子レベルの大きさであるので、チャンバ内の雰
囲気ガスと衝突し、ブラウン運動を行う。従って、ター
ゲットの被照射面の被照射部から基板を臨む角度が、タ
ーゲットの被照射面に対して垂直に近く、即ち、蒸着物
の初期進行方向が基板の成膜面とほぼ平行であっても、
ブラウン運動により基板の成膜面に蒸着物が付着する。
ターゲットからの蒸着物よりははるかに大きい質量を有
するため、雰囲気ガスとの衝突によるブラウン運動が起
こらない。即ち、溶融物の初期進行方向が基板の成膜面
とほぼ平行ならば、基板成膜面上を通過する。また、溶
融物の初期進行方向が基板の成膜面に対して大きな角度
をなす場合には、溶融物は基板まで到達しない。従っ
て、上記の本発明に従って配置された基板の成膜面に
は、ターゲットからの溶融物の粒子は付着し難く、蒸着
物は十分に付着することができる。本発明の方法では、
ターゲットの被照射面の被照射部から、基板のターゲッ
トの被照射面に最も近い部分を臨む角度が、11°以下で
あることが好ましい。
は、Y1Ba2Cu3O7-X、Bi2Sr2Ca2Cu3Ox 、Tl2Ba2Ca2Cu3
Ox 等の高温酸化物超電導体が好ましく、また、レーザ
としてはエキシマレーザ、YAGレーザの高調波等を使
用することが好ましい。
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なんら制限するものではな
い。
蒸着装置の一例の概略図を示す。図1(a)のレーザ蒸着
装置は、レーザ装置1と、気密チャンバ40と、レーザ装
置1が発振したレーザ光10を集光し、チャンバ40内に誘
導するミラー2およびレンズ3とを具備する。気密チャ
ンバ40は、レーザ光10が入射する入射窓41、排気口42お
よびガス導入口43を備え、内部の圧力および雰囲気を任
意に変更することが可能である。また、気密チャンバ40
の内部には、モータ47により搭載したターゲット5を回
転することが可能なターゲットホルダ45が、入射窓41か
ら入射したレーザ光10がターゲット5の回転軸からやや
外れた部位に当たるような位置に配置されている。さら
に、気密チャンバ40の内部には、基板6をターゲット5
に対し垂直に搭載する基板ホルダ46が備えられる。基板
ホルダ46は、モータ48により基板6を回転させることが
可能であり、且つ基板6の位置を軸方向および軸に対し
垂直な方向にに移動させることも可能である。基板ホル
ダ46には、ヒータ(不図示)が内蔵され、基板6を加熱
できる。
ラー2により反射され、レンズ3を透過し、入射窓41を
経てターゲット7上に集光される。レーザ光10がターゲ
ット5に照射されると、被照射面にほぼ垂直にプルーム
とよばれる発光が発生する。上記の装置では、ターゲッ
ト5を回転させながらレーザ光10を照射することで、タ
ーゲット5全体が使用されるようにしている。また、基
板6を回転させることにより、均一な薄膜が成膜される
ようにしている。
ットの被照射面の被照射部の最も基板に近い点と、基板
成膜面のターゲットに最も近い点とを結ぶ直線が、ター
ゲットの被照射面の被照射部の最も基板に近い点に立つ
法線との間でなす角を変えて酸化物超電導薄膜を成膜し
た。具体的には、ターゲットの被照射面の被照射部の最
も基板に近い点に立つ法線と基板成膜面との間の距離を
変えて成膜を行った。本実施例では、基板6には、直径
76mm、厚さ0.4 mmの円板上のSi単結晶基板を使用し、タ
ーゲット5には、直径76mm、厚さ5mmの円板上のY1Ba2
Cu3O7-X酸化物超電導体の焼結体を使用した。以下、成
膜工程を説明する。
45に、基板6を基板ホルダ46にセットした。気密チャン
バ40の内部を1×10-6Torrに排気してからO2 を導入
し、圧力を1Torrに調整した。基板6とターゲット5と
は、図1(b)に概略的に示すよう、基板6の成膜面とタ
ーゲット5の被照射面とが互いに垂直で、それぞれの中
心に立つ法線が直交するように配置した。
射される位置で最も基板に近い点に立つ法線と基板成膜
面との間の距離dは0、2.5 mm、5mm、10mm、15mmおよ
び20mmとした。ターゲットの被照射面の被照射部の最も
基板に近い点と、基板成膜面のターゲットに最も近い点
とを結ぶ直線が、ターゲットの被照射面の被照射部の最
も基板に近い点に立つ法線との間でなす角は、本実施例
において、上記距離dが、0のときは0°、2.5 mmのと
きは3°、5.0 mmのときは6°、10mmのときは11°、15
mmのときは17°、20mmのときは23°であった。また、直
径76mmの基板全体に均一な膜厚の薄膜を成膜するため
に、基板を回転し、さらに、レーザ光をターゲット上で
直線走査した。他の共通な成膜条件を以下に示す。 基板表面温度 350 ℃ 基板中心−ターゲット間距離 90 mm 酸素圧力 1 Torr レーザエネルギ(ターゲット上)330 mJ/パルス レーザ照射面積 4 × 1 mm2 レーザパルスレート 30 Hz
成長させた。成膜後の各酸化物超電導薄膜の表面を走査
型電子顕微鏡を使用して1000倍で観察し、表面の微粒子
の密度を求めた。結果を以下に示す。
部の最も基板に近い点と、基板成膜面のターゲットに最
も近い点とを結ぶ直線が、ターゲットの被照射面の被照
射部の最も基板に近い点に立つ法線との間でなす角を11
°以下とする、本発明の方法で成膜された酸化物超電導
薄膜の表面には、明らかに微粒子が少ないことが確認さ
れた。
れば、表面の微粒子が少ない高品質の酸化物超電導薄膜
が、レーザ蒸着法で成膜可能である。レーザ蒸着法は、
成膜速度が速く、装置が簡単なので、本発明に従えば、
高品質な酸化物超電導薄膜を低コストで作製することが
できる。
であり、(b)は、実施例における基板とターゲットとの
配置を示す概略図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 内部の圧力および雰囲気が調整可能な気
密チャンバ内でターゲットにレーザ光を照射して、ター
ゲットの被照射面に垂直に配置した基板の成膜面上にタ
ーゲットを構成する材料に基づく薄膜を成長させる方法
であって、ターゲットの被照射面の被照射部の最も基板
に近い点と、基板成膜面のターゲットに最も近い点とを
結ぶ直線が、ターゲットの被照射面の被照射部の最も基
板に近い点に立つ法線との間でなす角が11°以下となる
ようターゲットおよび基板を配置して成膜を行うことを
特徴とするレーザ蒸着法による薄膜の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05361095A JP3610617B2 (ja) | 1995-02-17 | 1995-02-17 | レーザ蒸着法による薄膜の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05361095A JP3610617B2 (ja) | 1995-02-17 | 1995-02-17 | レーザ蒸着法による薄膜の作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08225931A true JPH08225931A (ja) | 1996-09-03 |
| JP3610617B2 JP3610617B2 (ja) | 2005-01-19 |
Family
ID=12947677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05361095A Expired - Fee Related JP3610617B2 (ja) | 1995-02-17 | 1995-02-17 | レーザ蒸着法による薄膜の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3610617B2 (ja) |
-
1995
- 1995-02-17 JP JP05361095A patent/JP3610617B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3610617B2 (ja) | 2005-01-19 |
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