JPH09256144A - 成膜方法および成膜装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ターゲットの組成とほぼ同じ組成を有する薄
膜を長時間安定して形成することが可能な成膜方法を提
供しようとするものである。 【解決手段】 基板と対向配置された蒸気圧または融点
の異なる２種以上の元素からなるターゲットに所定のパ
ルス幅で発振する集光された矩形状のレーザ光を前記タ
ーゲットに対して所定の仰角から一定周期で照射して蒸
発させ、前記蒸発物質を基板に付着させて成膜する工程
と、前記成膜中に前記レーザ光の照射を停止する工程
と、前記レーザ光照射の停止時に前記ターゲットを移動
させる工程とを具備したことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ターゲットをレー
ザ光の照射により蒸発させ、所望の基板表面に前記ター
ゲット材料を成膜する方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ターゲットにレーザ光を照射して
蒸発物質を基板表面に成膜して超電導膜または誘電体膜
などの薄膜を形成する試みがなされている。このレーザ
蒸着法は、高品質の薄膜を高速度で基板表面に形成でき
るという特徴を有する。前記レーザ蒸着法は、広い面積
の基板に均一な薄膜を形成することが困難であるという
課題があったが、レーザ光をターゲット上に線状（矩形
状）に集光するか、またはミラーでレーザ光を走査しな
がらターゲット上に照射することにより帯状の蒸発エリ
アとし、前記ターゲットと対向する基板表面に蒸発物質
を蒸着することにより解決することができた。

【０００３】一方、レーザ光の透過窓に蒸着物質が付着
することによりレーザ光の透過率が低下して長期間安定
した成膜を行うことが困難であるという課題があった。
このような課題に対してはレーザ光をターゲットに対し
て浅い角度で入射させ、さらに前記ターゲットと前記透
過窓との距離を離すために比較的焦点距離の長い集光レ
ンズ系を用いて前記レーザ光を前記ターゲットに集光す
ることにより解決している。しかしながら、レーザ光を
ターゲット上に浅い角度でかつ集光して線状に照射する
と、レーザスポット内での照射エネルギー密度、いわゆ
るフルーエンスが不均一になる。通常、長時間成膜する
場合にはターゲット全体を有効に利用するためにターゲ
ットを停止させることなく一定速度で移動させながらレ
ーザ光を照射することが行われている。レーザ光のフル
ーエンスが不均一であると、融点または蒸気圧の異なる
２種以上の元素からなる化合物または混合物の薄膜を基
板表面に成膜する場合、ターゲットの組成と異なる組成
を有する薄膜が形成されるという不都合さがあった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ターゲット
の組成とほぼ同じ組成を有する薄膜を長時間安定して形
成することが可能な成膜方法および成膜装置を提供しよ
うとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる成膜方法
は、基板と対向配置された蒸気圧または融点の異なる２
種以上の元素からなるターゲットに所定のパルス幅で発
振する集光された矩形状のレーザ光を前記ターゲットに
対して所定の仰角から一定周期で照射して蒸発させ、前
記蒸発物質を基板に付着させて成膜する工程と、前記成
膜中に前記レーザ光の照射を停止する工程と、前記レー
ザ光照射の停止時に前記ターゲットを移動させる工程と
を具備したことを特徴とするものである。

【０００６】本発明に係わる成膜装置は、レーザ光の透
過窓を有する真空容器と、前記真空容器内に配置された
蒸気圧または融点の異なる２種以上の元素からなるター
ゲットと、前記真空容器内に配置され、前記ターゲット
と対向するように基板を保持するための基板ホルダと、
前記真空容器の外に配置された集光レンズ系と、前記真
空容器の外に配置され、所定のパルス幅で発振するレー
ザ光を前記集光レンズ系および前記透過窓を通して一定
周期で前記ターゲットに対して所定の仰角から照射して
蒸発させ、蒸着物質を前記基板に成膜するためのレーザ
光発振器と、前記成膜中に前記レーザ光発振器の発振を
停止するための停止手段と、前記レーザ光発振器の発振
が停止した時に前記ターゲットを移動させるための移動
手段とを具備したことを特徴とするものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる成膜装置お
よび成膜方法を図面を参照して詳細に説明する。架台１
の支持板２には、上部に天板３を有する円筒状の真空容
器４が気密に固定されている。図示しないターボポンプ
およびロータリポンプが連結された第１排気管５は、前
記真空容器４の左側壁に取り付けられている。レーザ光
導入管６は、前記真空容器４の右側壁に傾斜して連結さ
れ、かつ透過窓７は前記導入管６の先端に取り付けられ
ている。上板８を有する有底円筒状のボックス９は、前
記真空容器４の天板３にその底部が前記真空容器４内ま
で延出するように吊下されている。ハロゲンランプ１０
は、前記ボックス９内の底部付近に配置され、このヒー
タ１０両端のリードは前記ボックス９の上板８に取り付
けられた一対の端子１１ａ、１１ｂにそれぞれ接続され
ている。ロータリーポンプ１２は、前記ボックス９の上
板８に第２排気管１３を通して連結され、前記ボックス
９内を所定の真空度にすることにより前記ハロゲンラン
プ１０からの輻射エネルギーの増大化を図っている。

【０００８】蒸気圧または融点の異なる２種以上の元素
からなる例えば円板状のターゲット１４は、前記支持板
２を貫通して前記真空容器４内の中心付近に延出された
回転軸１５上に支持・固定されている。前記回転軸１５
は、前記支持板２下面に取り付けられた第１モータ１６
により回動される。円板状のシャッタ１７は、前記支持
板２を貫通して前記真空容器４内に延出された回転軸１
８上に前記ターゲット１４の上方に位置するように支持
・固定されている。前記回転軸１８は、前記支持板２下
面に取り付けられた第２モータ１９により回動される。
円筒状支持体２０は、前記真空容器４内に前記各回転軸
１５、１８を囲むように設置されている。中央付近に開
口部２１を有する支持円板２２は、前記円筒状支持体２
０に前記シャッタ１７の上方に位置するように支持・固
定されている。開口穴２３を有する円板状のマスク２４
は、前記支持円板２２上に支持・固定されている。ガイ
ド環２５は、前記支持円板２２の外周上面に取り付けら
れた複数のＬ字形ピン２６により前記マスク２４の上方
に位置するように支持されている。外周面に歯が形成さ
れたリング状歯車２７は、前記ガイド環２５上に回転自
在に配置されている。駆動歯車２８は、前記架台１の支
持板２を貫通して前記真空容器４内の前記円筒状支持体
２０の外側に延出された回転軸２９に前記リング状歯車
２７と噛合するように軸着されている。前記回転軸２９
は、前記支持板２下面に取り付けられた第３モータ３０
により回転される。なお、前記リング状歯車２７には図
示しない２つの歯車が噛合されて前記駆動歯車２８によ
る回転伝達により一定の軸を回転中心として回転される
ようになっている。断面凹状で底部に開口穴３１を有す
る基板ホルダ３２は、前記リング状歯車２７の上面およ
びその中空穴に装入されている。前記レーザ光導入管６
に対応する箇所にレーザ光通過用のスリット３３を有す
る円筒状保護体３４は、前記真空容器４内にその内面に
近接して同心円状に設置されている。前記円筒状保護体
３４は、遮光、遮熱、前記ターゲットからの蒸着物質の
前記透過窓７への飛散防止および整流を兼ねる。

【０００９】レーザ光発振器３５は、前記真空容器４の
外部に配置されている。前記レーザ光発振器３５から発
振されたレーザ光３６の前記透過窓７に至る光路には、
前記レーザ光発振器３５から２つのミラー３７、３８お
よび集光レンズ系３９が順次配置されている。前記集光
レンズ系３９は、前記透過窓７側から順に配列された凹
レンズ４０および凸レンズ４１とから構成されている。
制御装置４２は、前記レーザ光発振器３５に接続され
て、前記制御装置４２からの出力信号により前記レーザ
光発振器３５をオン・オフ制御する。前記制御装置４２
は、前記ターゲット１４を駆動する第１モータ１６に接
続され、前記制御装置４２からの出力信号により前記第
１モータ１６を間欠的に回動する。さらに、前記制御装
置４２は、前記シャッタ１７を回動する前記第２モータ
１９に接続され、前記制御装置４２からの出力信号によ
り前記第２モータ１９を間欠的に回動する。

【００１０】次に、前述した成膜装置を用いて本発明に
係わる成膜方法を説明する。まず、真空容器４内に配置
された基板ホルダ３２の凹部に所望の基板４３を支持・
固定する。図示しないターボポンプおよびロータリポン
プを駆動して前記真空容器４内のガスを第１排気管５を
通して排気し、前記真空容器４内を所望の真空度にす
る。また、ロータリーポンプ１２を駆動してボックス９
内のガスを第２排気管１３を通して排気し、前記ボック
ス９内を前記真空容器４と同程度の真空度にした後、端
子１１ａ、１１ｂを通してハロゲンランプ１０に通電し
て発熱させることにより前記ハロゲンランプ１０の下方
に配置された前記基板４３を所望の温度に加熱する。制
御装置４２からの出力信号により第２モータ１９を駆動
して回転軸１８を回動することによって、前記回転軸１
８に支持されたシャッタ１７をターゲット１４の直上に
位置させる。つづいて、第３モータ３０を駆動して回転
軸２９を一定の速度で回転させることにより、前記回転
軸２９に軸着された駆動歯車２８を例えば時計回り方向
に回転し、この駆動歯車２８に噛合されたリング状歯車
２７を反時計回り方向に回転させる。前記リング状歯車
２７を回転されることにより、この歯車２７上に嵌合さ
れた基板ホルダ３２が同方向に回転され、これによって
前記ホルダ３２に支持された前記基板４４が一定速度で
回転される。

【００１１】このような成膜の準備が完了した後、制御
装置４２からの出力信号によりレーザ光発振器３５を駆
動することによりレーザ光３６が例えばミリ秒以下のパ
ルス幅（２０ｎｓ）でエキシマレーザから発振される。
レーザ光３６は、２つのミラー３８、３９で反射され、
集光レンズ系４０で所定の焦点距離で集光される。集光
された線状（矩形状）のレーザ光３６は、前記真空容器
４の透過窓７および円筒状保護体３４のスリット３３を
通過して蒸気圧または融点の異なる２種以上の元素から
なる円板状のターゲット１４に対して所定の浅い仰角に
て一定周期で照射されターゲット材料を蒸発させる。蒸
発状態が安定した時点で、前記制御装置４２からの出力
信号により前記第２モータ１９を駆動して回転軸１８を
回転することによって、前記回転軸１８に支持されたシ
ャッタ１７を開放する。前記シャッタ１７の開放により
前記ターゲット１４からの蒸発物質は、支持円板２２の
開口部２１、マスク２４の開口穴２３および前記ホルダ
３２の開口穴３１を通して前記基板４３の下面に付着し
て成膜がなされる。

【００１２】前記成膜中に前記制御装置４２からの出力
信号により前記レーザ光発振器３６を所定時間停止させ
る。この時、前記制御装置４２からの出力信号により前
記第１モータ１６を駆動して回転軸１５を例えば半時計
回り方向に所定の周角度回動し、前記回転軸１５に支持
された前記ターゲット１４を所定の周角度移動させる。

【００１３】このようなターゲット１４の移動後に、再
度、前記制御装置４２からの出力信号により前記レーザ
光発振器３５を発振させて集光された線状のレーザ光３
６を図２に示すように前記ターゲット１４の既レーザ光
照射領域４４から移動された領域４５に浅い角度で照射
させてターゲット材料を蒸発させて蒸着物質を前記基板
４３の下面に付着させる成膜を行って所望の膜厚を有す
る薄膜を形成する。

【００１４】前記基板の加熱源は、前述したハロゲンラ
ンプに限らず、例えば抵抗加熱体等を用いることがてぎ
る。前記ターゲット１４としては、例えばＹ、Ｂａ、Ｃ
ｕおよびＯからなる超電導材料；ＢａＴｉＯ₃ 、ＰｂＴ
ｉＯ₃ 、ＬｉＮｂＯ₃ などの誘電体材料；ＷＳｉＮ_X な
どの配線材料；ＧａＡｓ、ＧａＡｌＰなど化合物半導体
材料等から形成される。

【００１５】前記ターゲット１４の形状は円板状に限ら
ない。例えば矩形板状のターゲット、図３に示す円柱状
のターゲット１４、図４に示す八角柱状のターゲット１
４のような多角柱状のターゲットを用いることができ
る。

【００１６】前記レーザ光３６を集光させる集光レンズ
系３９は、前記ターゲット１４の表面に対して２００ｍ
ｍ以上の焦点距離を持つものを用いることが好ましい。
このような焦点距離を持つ集光レンズ系３９を用いるこ
とによって、集光レンズ系３９とターゲット１４との距
離、つまり集光レンズ系３９に近接される透過窓７とタ
ーゲット１４との距離、を長くすることができ、ターゲ
ット１４からの蒸発物質が前記透過窓７に到達してレー
ザ光の透過率が低下するのを防止することが可能にな
る。

【００１７】前記集光されたレーザ光３６は、ターゲッ
ト１４に対して４０゜以下の浅い仰角で入射させること
が好ましい。このような浅い入射角度でのレーザ光の照
射によりターゲット１４からの蒸発物質が前記透過窓７
に到達してレーザ光の透過率が低下するのを防止するこ
とが可能になる。

【００１８】前記ターゲット１４の移動は、レーザ光３
６をターゲット１４の同じ領域に照射しつづけることに
より生じるターゲット１４の窪みの側壁に照射される前
に行うことが好ましい。すなわち、レーザ光３６の連続
的な照射により前記ターゲット１４に生じる窪みがあま
り深くなり過ぎると、レーザ光は前記窪みの底のみなら
ず、フルーエンスの不均一化により組成のずれた側壁に
も照射されることになるため、基板に成膜された薄膜の
組成ずれの原因になる。このため、ターゲット１４の同
一領域にレーザ光を照射するショット数は１０万回以
下、好ましくは１万回以下、さらに好ましくは３千回以
下にすることが望ましい。

【００１９】前記成膜中のレーザ光の停止時間は、レー
ザ発振周期の１０〜１００００倍、好ましくは１０〜１
０００倍、さらに好ましくは１０〜１００倍にすること
が望ましい。なお、レーザ発振周期を例えば１００Ｈｚ
とすると、０．１〜１００ｓの停止時間になる。ここで
は、停止時間はレーザ発振周期を目安にしているが、必
ずしもこれに限らず、要はこの時間、停止がなされてい
ればよい。前記レーザ光の停止時間内に前記ターゲット
１を移動させることから、前記停止時間をレーザ発振周
期の１０倍未満にすると前記ターゲットの移動手段の構
造的な制約から精度よく移動させることが困難になる。
一方、前記停止時間がレーザ発振周期の１００００倍を
越えると基板に成膜された薄膜の連続性に異常をきたす
恐れがある。

【００２０】前記レーザ光の停止時における前記ターゲ
ットの移動距離、つまり図２に示す既レーザ光照射領域
４４と移動された領域４５との距離Ｌは、前記線状のレ
ーザ光の幅（レーザ光入射方向の寸法）の０．５倍以
上、好ましくは２倍以上にすることが望ましい。前記距
離Ｌを０．５倍未満にすると、成膜中に導入された酸素
による散乱、または基板からの反射などにより蒸発物質
（蒸発粒子）が再付着されるか、フルーエンスの不均一
化により元素組成がずれたターゲットの領域にレーザ光
が再照射されてターゲットの組成とずれた薄膜が基板に
形成される恐れがある。前記蒸発粒子の再付着は、特に
レーザ光の入射手前側で多くなる。したがって、ターゲ
ットをレーザ光の照射方向と反対方向に移動させる場合
には、移動距離を短くすると組成のずれが生じやすいた
め、移動距離は前記線状のレーザ光の幅の２倍以上、好
ましくは１０倍以上にすることが望ましい。一方、ター
ゲットをレーザ光の照射方向に移動させる場合には、移
動距離を比較的短くすることが可能になるため、移動距
離は前記線状のレーザ光の幅の１．５倍以上、好ましく
は５倍以上にすることが望ましい。ただし、移動距離を
長くし過ぎるとターゲットを有効に利用できなくなるた
め、移動距離の上限は前記線状のレーザ光の幅の１００
倍にすることが望ましい。

【００２１】前記ターゲット１４を移動させ、再度、レ
ーザ光をターゲットに照射する際には、前記レーザ光再
照射直前に前記シャッタ１７を所定時間閉じることが好
ましい。すなわち、前述したようにターゲット１４の移
動後のレーザ光の再照射領域に蒸気圧の低い元素が残存
したり、または酸素による散乱および基板からの反射の
ために蒸発物質が再付着したりする場合には、ターゲッ
ト１４に移動後の１〜１０ショットのレーザ光照射の間
は前記制御装置４２から信号の出力、前記第２モータ１
９の駆動等によって前記シャッタ１７により前記ターゲ
ット１４からの蒸発物質の上昇経路を閉じることが好ま
しい。このようなタイミングによるシャッタ１７の閉鎖
によりターゲット１４の組成とほぼ同じ組成を有する薄
膜を基板表面に形成することが可能になる。

【００２２】前記レーザ光の停止、ターゲットの移動、
レーザ光の再照射は、成膜しようとする薄膜の厚さに応
じて１回のみならず、複数回行うことを許容する。前記
マスク２４は、本発明に係わる成膜装置、成膜方法にお
いて必須の部材ではないが、大面積の基板に成膜する場
合には図１に示すように基板４３の下方に配置すること
が好ましい。前記マスク２４の開口穴２３の面積は、タ
ーゲット１４からの距離によって異なるが、前記ターゲ
ット１４と基板４３との中間付近に位置させる場合には
線状のレーザ光の照射面積の５〜５０倍、好ましくは１
０〜２０倍にすることが望ましい。また、前記マスク２
４を基板４３の下面に１〜１０ｍｍの距離をあけて近接
して配置する場合には、前記マスク２４の開口穴２３の
面積を線状のレーザ光の幅の１０〜１００倍、好ましく
は２０〜５０倍にすることが望ましい。

【００２３】以上説明した本発明の成膜方法によれば、
基板と対向配置された蒸気圧または融点の異なる２種以
上の元素からなるターゲットに所定のパルス幅で発振す
る集光されたレーザ光を前記ターゲットに対して所定の
仰角から一定周期で照射して蒸発させ、前記蒸発物質を
基板に付着させて成膜し、この成膜中に前記レーザ光発
振周期の１０倍以上の時間に亘ってレーザ光照射を停止
し、このレーザ光照射の停止時に前記ターゲットを移動
させて、再度、移動されたターゲットにレーザ光を照射
することによって、長時間安定してターゲットの組成と
ほぼ同じ組成を有する薄膜を基板表面に形成することが
できる。

【００２４】すなわち、蒸気圧または融点の異なる２種
以上の元素からなるターゲットに例えばエキシマレーザ
光のような波長の短いレーザ光を照射すると、前記ター
ゲットの物質の結合に関与している電子が励起され、た
たき出されるために結合が切れる。この時、前記ターゲ
ットの構成元素の多くはイオンになる。この後、前記構
成元素は互いに反発し、ターゲット表面から飛び出すこ
とにより蒸発が起こる。また、蒸発を生じている前記タ
ーゲットの周辺では前記イオンおよび電子が高密度で存
在するプラズマが形成され、相当な反応熱が生じる。こ
のような現象は、ある一定値以上の照射エネルギー密
度、つまりフルーエンスを持つレーザ光がターゲットに
照射された場合に起こる。一定値未満のフルーエンスを
持つレーザ光がターゲットに照射された場合には、前記
ターゲットの物質の結合が切れて構造が破壊されても部
分的で蒸発まで至らない。ただし、レーザ光の照射領域
に存在する物質の蒸気圧が高い場合には、熱的に蒸発し
易い状態になる。

【００２５】ところで、ターゲットに集光された線状
（矩形状）のレーザ光を浅い仰角で照射すると、照射領
域のフルーエンスが不均一になる。レーザ光を蒸気圧の
異なる複数の元素からなるターゲットに前記条件で照射
すると、照射領域にフルーエンスの分布が生じ、しきい
値以上のフルーエンス部分ではターゲットの構成元素が
蒸発されるが、しきい値未満のフルーエンス部分では蒸
気圧の高い元素だけが蒸発して蒸気圧の低い元素が残存
する。換言すれば、ターゲット上に蒸気圧の低い元素が
残り、表面での組成ずれを生じる部分が照射したレーザ
光のフルーエンス分布に応じて形成される。このようタ
ーゲットを成膜中に回転させると、蒸気圧が低い元素が
残存した、いわゆる組成ずれを生じた領域にしきい値以
上のフルーエンスを持つレーザ光が再度照射されて蒸発
されるため、基板に成膜された薄膜は所定の構成元素か
らなるターゲット組成からずれた組成を有する。

【００２６】本発明は、蒸気圧または融点の異なる２種
以上の元素からなるターゲットにミリ秒以下のパルス状
で発振する集光されたレーザ光を斜め方向から一定周期
で照射して蒸発させ、前記蒸発物質を基板に付着させて
成膜し、この成膜中にレーザ光発振周期の１０倍以上の
時間に亘ってターゲットへのレーザ光照射を停止し、こ
の停止時間に前記ターゲットを所望距離移動させ、再
度、移動後のターゲットにレーザ光を照射する。このよ
うなレーザ光照射の停止、ターゲットの移動、レーザ光
の再照射により前述したレーザ光のフルーエンスの不均
一化に起因する蒸気圧が低い元素が残存した、いわゆる
組成ずれを生じた領域へのレーザ光の再照射を回避でき
る。その結果、レーザ光照射において常にターゲットの
構成元素を基板に成膜することができるため、基板表面
にターゲットの組成とほぼ同じ組成を有する薄膜を形成
することができる。

【００２７】また、レーザ光をターゲットに一定周期で
照射して蒸発させ、前記蒸発物質を基板に付着させて成
膜する際、真空容器４の外部に焦点距離の長いレンズ系
３９を配置し、レーザ光３６を前記レンズ系３９および
前記真空容器４の透過窓７を通して前記真空容器４内の
ターゲット１４に浅い仰角で集光させるために、前記タ
ーゲット１４からたたき出された蒸発物質が横方向に広
がることなく、真空容器４内面への付着を抑制すること
ができる。また、前記ターゲット１４と前記透過窓７と
の距離を長くすることができる。その結果、長時間の成
膜に亘って前記透過窓７への蒸発物質の付着を抑制でき
る、つまりレーザ光のフルーエンスの低下を抑制できる
ため、長時間安定して成膜することが可能になる。

【００２８】さらに、ターゲットと基板の間に開口穴を
有するマスクを配置することによって、前述したように
大面積の基板に均一な厚さの薄膜を形成することが可能
になる。しかも、前記マスクは余分な蒸発物質をカット
する以外に、前記基板の加熱も兼ねる。例えば、酸化物
超電導体のように基板を７００℃以上に加熱して成膜す
る場合、大電力のヒータが必要になる。この温度域で
は、輻射による放熱が多いことが特に加熱電力を大きく
していることの要因になっている。マスクを基板と対向
して配置すると、前記マスクからの反射により前記基板
が補助的に加熱される。この効果は、前記マスクと前記
基板との距離が短いほど大きく、例えば前記距離を１ｍ
ｍ程度にするとマスクを配置しない場合に比較して７０
％程度の消費電力で前記基板を十分に加熱することが可
能になる。したがって、マスクの開口穴に対応するヒー
タ部分の容量を大きくし、前記開口穴以外の遮蔽領域に
対応するヒータ部分の容量を低減することができるた
め、ランニングコストを低減することが可能になる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の実施例を前述した図１の成膜
装置を用いて詳細に説明する。 （実施例１）まず、真空容器４内に配置された基板ホル
ダ３２の凹部にＳｒＴｉＯ₃ の単結晶からなる円板状の
基板４３を支持・固定した。つづいて、図示しないター
ボポンプおよびロータリポンプを駆動して前記真空容器
４内のガスを第１排気管５を通して排気し、前記真空容
器４内を０．５Ｔｏｒｒの真空度にした。また、ロータ
リーポンプ１２を駆動してボックス９内のガスを第２排
気管１３を通して排気し、前記ボックス９内を前記真空
容器４と同程度の真空度にした後、端子１１ａ、１１ｂ
を通してハロゲンランプ１０に通電して発熱させること
により前記ハロゲンランプ１０の下方に配置された前記
基板４３を７００℃に加熱した。さらに、制御装置４２
からの出力信号により第２モータ１９を駆動して回転軸
１８を回転することによって、前記回転軸１８に支持さ
れたシャッタ１７をターゲット１４の直上に位置させ
た。つづいて、第３モータ３０を駆動して回転軸２９を
１０ｒｐｍの速度で回転させることにより、前記回転軸
２９、駆動歯車２８およびリング状歯車２７の回転伝達
により前記歯車２７上の基板ホルダ３２を同方向に回転
させ、前記ホルダ３２に支持された前記基板４４を１０
ｒｐｍの速度で回転した。

【００３０】次いで、制御装置４２からの出力信号によ
りレーザ光発振器３５を発振し、発振周期が１０ｍｓｅ
ｃのレーザ光３６を２つのミラー３８、３９で反射し、
焦点距離が３００ｍｍの集光レンズ系４０で集光し、集
光された線状（矩形状）で１Ｊ／ｃｍ² のレーザ光３６
を前記真空容器４の透過窓７および円筒状保護体３４の
スリット３３を通過してＹ₁ Ｂａ₂ Ｃｕ₃ Ｏ_6+x （０．
５≦ｘ≦０．９）の焼結体からなる直径８０ｍｍ、厚さ
１０ｍｍの円板状ターゲット１４表面に３０゜の浅い仰
角にて３０００ショット照射してターゲット材料を蒸発
させた。この時、前記ターゲット１４表面に照射された
レーザ光は０．５×２０ｍｍの寸法を持つ矩形状をなし
ていた。蒸発状態が安定した時点で、前記制御装置４２
からの出力信号により前記第２モータ１９の駆動、回転
軸１８の回転により前記回転軸１８に支持されたシャッ
タ１７を開放し、前記ターゲット１４からの蒸発物質を
支持円板２２の開口部２１、マスク２４の開口穴２３お
よびホルダ３２の開口穴３１を通して前記基板４３の下
面に付着し、約２００ｎｍの厚さで成膜した。なお、レ
ーザ光は前記シャッタ１７を開放してから３０００ショ
ットの回数照射した。

【００３１】前記成膜中に前記制御装置４２からの出力
信号により前記レーザ光発振器３５を１秒間停止させ、
同時に前記制御装置４２からの出力信号により前記第１
モータ１６を駆動して回転軸１５を所定の周角度回動す
ることにより、前記回転軸１５に支持された前記ターゲ
ット１４を既にレーザ光が照射されたり領域から前記レ
ーザ光の幅の２倍に当たる１．０ｍｍ移動させた。この
ようなターゲット１４の移動後に、再度、前記制御装置
４２からの出力信号により前記レーザ光発振器３６を発
振させて集光された線状のレーザ光３６を同様な浅い角
度で前記ターゲット１４に３０００ショット照射するこ
とにより前記基板４３の下面にさらに約２００ｎｍの厚
さで成膜した。

【００３２】前述したレーザ光の発振の停止、ターゲッ
ト１４の移動、レーザ光の再照射をさらに３回繰り返す
ことによって、前記基板４３下面に厚さ約１μｍの薄膜
を形成した。

【００３３】（実施例２）ターゲットの移動距離をレー
ザ光の幅の５倍に当たる２．５ｍｍとした以外、実施例
１と同様な方法により基板下面に厚さ約１μｍの薄膜を
形成した。

【００３４】（比較例１）前述した図１に示す成膜装置
を用いてレーザ光の発振停止、レーザ発振停止時のター
ゲットの移動を行わず、レーザ光を連続発振し、かつタ
ーゲットを１７ｒｐｍの一定速度で回転させた以外、実
施例１と同様な方法により基板下面に厚さ約１μｍの薄
膜を形成した。

【００３５】実施例１、２および比較例１により基板上
に形成した薄膜の組成をＩＣＰ（Inductive Coupled ar
gon Plasma spectrophy ）により測定した。この測定法
は、励起により原子の発光を観察することにより組成分
析が行われる。また、前記各薄膜の臨界電流密度（Ｊ
_c ）および臨界温度（Ｔ_c ）を測定した。その結果を下
記表１に示す。

【００３６】

【表１】

【００３７】前記表１から明らかなように実施例１、２
により形成された薄膜は、ターゲットの組成に近似した
ＹＢＣＯの超電導体からなり、かつ比較例１の薄膜に比
べて高い臨界電流密度および臨界温度を有することがわ
かる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によればタ
ーゲットの組成とほぼ同じ組成を有する超電導体、誘電
体等からなる薄膜を長時間安定して形成することが可能
な成膜方法および成膜装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる成膜装置を示す断面図。

【図２】成膜中におけるターゲットのレーザ光照射の状
態を示す平面図。

【図３】本発明に用いる別のターゲットを示す斜視図。

【図４】本発明に用いるさらに別のターゲットを示す斜
視図。

【符号の説明】

４…真空容器、 ７…透過窓、 １０…ハロゲンランプ、 １４…ターゲット、 １７…シャッタ、 ２４…マスク、 ３２…基板ホルダ、 ３３…スリット、 ３５…レーザ光発振器、 ３６…レーザ光、 ３９…集光レンズ系、 ４２…制御装置、 ４３…基板。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と対向配置された蒸気圧または融点
   の異なる２種以上の元素からなるターゲットに所定のパ
   ルス幅で発振する集光された矩形状のレーザ光を前記タ
   ーゲットに対して所定の仰角から一定周期で照射して蒸
   発させ、前記蒸発物質を基板に付着させて成膜する工程
   と、 前記成膜中に前記レーザ光の照射を停止する工程と、 前記レーザ光照射の停止時に前記ターゲットを移動させ
   る工程とを具備したことを特徴とする成膜方法。
2. 【請求項２】 レーザ光の透過窓を有する真空容器と、 前記真空容器内に配置された蒸気圧または融点の異なる
   ２種以上の元素からなるターゲットと、 前記真空容器内に配置され、前記ターゲットと対向する
   ように基板を保持するための基板ホルダと、 前記真空容器の外に配置された集光レンズ系と、 前記真空容器の外に配置され、所定のパルス幅で発振す
   るレーザ光を前記集光レンズ系および前記透過窓を通し
   て一定周期で前記ターゲットに対して所定の仰角から照
   射して蒸発させ、蒸着物質を前記基板に成膜するための
   レーザ光発振器と、 前記成膜中に前記レーザ光発振器の発振を停止するため
   の停止手段と、 前記レーザ光発振器の発振が停止した時に前記ターゲッ
   トを移動させるための移動手段とを具備したことを特徴
   とする成膜装置。