JPH10237634A

JPH10237634A - 成膜方法

Info

Publication number: JPH10237634A
Application number: JP4680397A
Authority: JP
Inventors: Takashi Obara; 隆小原; Mutsuki Yamazaki; 六月山崎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-02-28
Filing date: 1997-02-28
Publication date: 1998-09-08

Abstract

(57)【要約】【課題】広い面積の薄膜を長期間に亘って安定的にか
つ量産的に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】パルス状レーザビームを固体原料に照射
してアブレーションを行い、これによって蒸発された物
質を基板に付着させて成膜する方法において、０．８Ｊ
／ｃｍ²以下の平均フルーエンスを持ち、かつ４ｃｍ²
以上の面積を持つレーザビームから１Ｊ／ｃｍ²以上の
平均フルーエンスを持ち、かつ５０以上の縦横比を持つ
断面形状に変換したレーザビームを、前記固体原料に照
射する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、成膜方法に関し、
特に固体原料をレーザビームの照射により蒸発させて所
望の基板に成膜する方法に係わる。

【０００２】

【従来の技術】現在、固体原料を蒸発させて基板に成膜
する方法として、真空蒸着とスパッタリングが広く用い
られている。

【０００３】しかしながら、前者の方法では蒸気圧の異
なる複数の元素からなる化合物薄膜を形成する場合、膜
の組成が原料の組成からずれるという不具合が生じる。
また金属の酸化物、窒化物、炭化物等の高融点物質を成
膜することはできない。

【０００４】一方、後者の方法では高融点物質の薄膜も
比較的容易に得られる。しかしながら、後者の方法は、
一般的に成膜速度が遅く１μｍの薄膜を成膜するために
は少なくとも１時間を要する。また、０．００１Ｔｏｒ
ｒ以上のＡｒ雰囲気中で成膜するためＡｒ原子による散
乱が有り、蒸発粒子の指向性が失われ易い。これは回り
込みと呼ばれる、本来は基板に付着してはならない前記
粒子の付着面に対する陰の部分にまで付着する原因とな
る。

【０００５】このようなことから、最近、レーザー蒸着
法が注目されている。この方法は、波長の短い紫外域の
レーザビームをターゲットのような固体原料に照射して
蒸発させて成膜する方法である。通常、前記ターゲット
として結合力の強い物質を用いても、３００ｎｍ以下の
波長の光を当てると結合に関わる電子は励起され、原子
間の結合は切れる。したがって、高融点物質であっても
蒸発させることができる。また、蒸発された原子等の粒
子は高い運動エネルギーと指向性を有するため、１Ｔｏ
ｒｒ程度の高い圧力で反応ガスを導入して成膜しても、
前記指向性等がほとんど失われることがない。このた
め、金属原料と反応ガスを用いて金属の酸化物、窒化
物、炭化物等を基板に成膜することができる。例えば、
ＴｉＮ、ＴｉＣなどのように自然界には無く、固体原料
として得ることが困難な物質の薄膜も成膜することが可
能になる。

【０００６】しかしながら、前記レーザ蒸着法は蒸着エ
リアが狭いという問題がある。すなわち、前記ターゲッ
トにレーザ光を照射して蒸発させるにはある閾値以上の
照射エネルギー密度、いわゆる『フルーエンス』が必要
である。このため、レーザーをレンズなどで集光してタ
ーゲットに照射することから、蒸発される領域は狭くな
らざるを得ない。したがって、広い面積の薄膜を成膜す
ることが困難になる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、広い面積の
薄膜を長期間に亘って安定的にかつ量産的に形成するこ
とが可能な成膜方法を提供しようとするものである。

【０００８】また、本発明は広い面積で均一な膜厚を有
し、かつ不純物等の第２成分が均一に分散された薄膜を
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。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる成膜方法
は、パルス状レーザビームを固体原料に照射してアブレ
ーションを行い、これによって蒸発された物質を基板に
付着させて成膜する方法において、０．８Ｊ／ｃｍ²以
下の平均フルーエンスを持ち、かつ４ｃｍ²以上の面積
を持つレーザビームから１Ｊ／ｃｍ²以上の平均フルー
エンスを持ち、かつ５０以上の縦横比を持つ断面形状に
変換したレーザビームを、前記固体原料に照射すること
を特徴とするものである。

【００１０】本発明に係わる別の成膜方法は、パルス状
レーザビームを固体原料に照射してアブレーションを行
い、これによって蒸発された物質を基板に付着させて成
膜する方法において、前記固体原料と前記基板間に１つ
以上の開口部を有するマスクが配置した後、複数箇所か
ら前記固体原料を同時または順次蒸発させることを特徴
とするものである。

【００１１】本発明に係わる別の成膜方法において、前
記基板の照射面における幅（Ｗ）と長さ（Ｌ）の比（Ｌ
／Ｗ）が１０倍以上の帯状パターンを有するレーザビー
ムを用いることを許容する。

【００１２】本発明に係わるさらに別の成膜方法は、パ
ルス状レーザビームを固体原料に照射してアブレーショ
ンを行い、これによって蒸発された物質を基板に付着さ
せて成膜する方法において、前記基板を所望の速度で回
転させながら、前記基板の下方に配置された複数の固体
原料にフルーエンスの異なるレーザビームを同時または
順次照射することを特徴とするものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる成膜方法を
図面を参照して説明する。

【００１４】図１は、本発明に係わる成膜方法に用いら
れる成膜装置を示す概略図である。

【００１５】架台１の支持板２には、上下に天板３およ
び底板４を有する円筒状の真空容器５が気密に固定され
ている。メインバルブ６が連結された第１排気管７は、
前記真空容器５の左側壁に取り付けられている。前記メ
インバルブ６には、ターボポンプ８およびロータリポン
プ９が順次連結されている。レーザ光導入管１０は、前
記真空容器５の右側壁に傾斜して連結され、かつ透過窓
１１は前記導入管１０の先端に取り付けられている。上
板１２を有する有底円筒状のボックス１３は、前記真空
容器５の天板３にその底部が前記真空容器５内まで延出
するように吊下されている。ハロゲンランプ１４は、前
記ボックス１３内の底部付近に配置され、このランプ１
４両端のリードは前記ボックス１３の上板１２に取り付
けられた一対の端子１５ａ、１５ｂにそれぞれ接続され
ている。図示しないロータリーポンプは、前記ボックス
１３の上板１２に第２排気管（図示せず）を通して連結
され、前記ボックス１３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１４からの輻射エネルギーの増
大化を図っている。

【００１６】固体原料、例えば円柱状のターゲット１６
は前記真空容器５内の底部付近にその軸が水平方向に位
置するように回転自在に配置されている。円板状のシャ
ッタ１７は、前記支持板２および底板４を貫通して前記
真空容器５内に延出された回転軸１８上に前記ターゲッ
ト１６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
図示しないモータにより回動される。基板ホルダ１９
は、前記シャッタ１７と前記ボックス１３との間の前記
真空容器５内に配置されている。

【００１７】エキシマレーザ発振器２０は、前記真空容
器５の外部に配置されている。前記レーザ発振器２０か
ら発振されたレーザ光の前記透過窓１１に至る光路に
は、前記レーザ発振器２０側からミラー２１および例え
ばシリンドリカルレンズからなる集光レンズ２２が順次
配置されている。前記エキシマレーザ発振器２０は、そ
の中に配置された電極間に数十キロボルトの電圧をか
け、数気圧のＫｒ、Ｆ₂及びＮｅの混合ガス、またはＡ
ｒ、Ｆ₂およびＮｅの混合ガス中で放電させて形成した
プラズマに基づいて発振される。ただし、ガス圧が高く
なると放電は起こり難くなるため、予備電離電極を設け
てそれらの間の放電により飛び出した電子をトリガーに
して主放電を誘起させている。ビーム面積を広くしよう
とする時には、図２に示すように互いに対向する一対の
主電極２３の高さＨと電極間距離Ｌを大きくし、これら
の主電極２３の空間にＸ線、レーザビームなどの励起用
電磁波を打ち込むか、または図３に示すように一対の主
電極２３の放電空間の中心付近に予備電離電極２４を配
置し、これらの主電極２３間に存在する主放電空間にＸ
線、レーザビームなどの励起用電磁波を打ち込ませる間
に、前記予備電離電極２４と電位の異なる前記一対の主
電極２３間で放電させる。後者の方法は、主放電空間内
に予備電離電極２４を配置するため発振したレーザービ
ームの中心付近のフルーエンスが小さく、均一性が低下
する恐れがある。この場合、図４に示すよう二つの曲面
をもつ凹レンズ２５でビームを広げた後にシリンドリカ
ル凸レンズ２６で集光することが望ましい。前者の方法
では、装置が大がかりになるが、均一性の良いビームが
得られる。

【００１８】次に、前述した図１および図２に示す成膜
装置を用いて本発明に係わる成膜方法を説明する。

【００１９】まず、真空容器５内に配置された基板ホル
ダ１９の凹部に所望の基板２７を支持・固定する。ター
ボポンプ８およびロータリポンプ９を駆動して前記真空
容器５内のガスをメインバルブ６および第１排気管７を
通して排気し、前記真空容器５内を所望の真空度にす
る。また、図示しないロータリーポンプを駆動してボッ
クス１３内のガスを第２排気管（図示せず）を通して排
気し、前記ボックス１３内を前記真空容器５と同程度の
真空度にした後、端子１５ａ、１５ｂを通してハロゲン
ランプ１４に通電して発熱させることにより前記ハロゲ
ンランプ１４の下方に配置された前記基板２７を所望の
温度に加熱する。図示しないモータを駆動して回転軸１
８を回動することによって、前記回転軸１８に支持され
たシャッタ１７を円柱状のターゲット１６の直上に位置
させる。

【００２０】このような成膜の準備が完了した後、前述
した図２に示す互いに対向する一対の主電極２３の高さ
Ｈと電極間距離Ｌを大きくしたレーザ発振器２０を駆動
することにより、０．８Ｊ／ｃｍ²以下の平均フルーエ
ンスを持ち、かつ４ｃｍ²以上の面積を持つレーザビー
ム２８が発振される。レーザビーム２８は、ミラー２１
で反射され、集光レンズ２２で所定の焦点距離で集光さ
れて変調されることによって、１Ｊ／ｃｍ²以上の平均
フルーエンスを持ち、かつ縦横比が５０以上の広い面積
を持つレーザビーム２９が前記真空容器５の透過窓１１
を通して円柱状のターゲット１６に照射される。

【００２１】縦横比が５０以上の広い面積を持つ前記レ
ーザビーム２９の前記円柱状のターゲット１６への照射
において、図５に示すように前記ターゲット１６からそ
のターゲット成分が蒸発されて帯状の蒸着エリア３０が
得られる。例えば、前記フルネルレンズからなる集光レ
ンズ２２を構成する凸レンズと凹レンズの組み合わせに
より長さ（ターゲット１６の軸方向に沿う長さ）が１０
０ｍｍ、この長さ方向に対して直交する幅が１ｍｍであ
るレーザビーム２９を前記ターゲット１６に照射する
と、ターゲット１６から５ｃｍ離れた位置において長さ
２００ｍｍ、幅２０ｍｍの蒸着エリアが得られる。蒸発
状態が安定した時点で、前記回転軸１８を回転して前記
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１６からの蒸
発物質は、前記ホルダ１９に保持され、前記ハロゲンラ
ンプ１５により加熱された前記基板２７の下面に付着し
て成膜がなされる。

【００２２】前記ターゲット１６としては、例えばＹ−
Ｂａ−Ｃｕ系、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ系、Ｔｌ−Ｂａ
−Ｃａ−Ｃｕ系、Ｈｇ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ系、Ｎｄ−Ｂ
ａ−Ｃｕ系などの酸化物超電導体形成用ターゲット；Ｂ
ａＴｉＯ₃、ＰｂＴｉＯ₃、ＬｉＮｂＯ₃などの誘電体
形成用ターゲット；ＷＳｉＮ_Xなどの配線形成用ターゲ
ット；ＧａＡｓ、ＧａＡｌＰなど化合物半導体形成用タ
ーゲット等を用いることができる。

【００２３】前記レーザ発振器２０から発振されるレー
ザビーム２８は、０．８Ｊ／ｃｍ²以下のフルーエンス
をもつことが必要である。０．８Ｊ／ｃｍ²を越えるフ
ルーエンスをもつレーザビームを用いると、真空容器５
に導入しようとした場合、ミラー２１および透過窓１１
が破壊される恐れがある。したがって、前記レーザ発振
器２０から発振されたレーザビームのフルーエンスは
０．８Ｊ／ｃｍ²以下、より好ましくは０．４Ｊ／ｃｍ
²以下、更に好ましくは０．２Ｊ／ｃｍ²以下であるこ
とが望ましい。

【００２４】前記レーザ発振器２０から発振されるレー
ザビーム２８は、少なくとも４ｃｍ²以上、より好まし
くは６ｃｍ²以上、更に好ましくは１０ｃｍ²以上のビ
ーム面積を有することが必要である。これは、次のよう
な理由によるものである。

【００２５】すなわち、前述したように基板に広い面積
で成膜する場合には前記ターゲット１６に照射されるレ
ーザビーム２９のパターン寸法を長さ方向に大きくすれ
ばよい。ただし、ターゲット１６への照射による蒸発を
考慮すると、前記レーザビーム２９は少なくとも平均の
フルーエンスが１Ｊ／ｃｍ²以上有することが必要があ
る。したかって、前記レーザビーム２９において、前記
ターゲット１６の軸方向の長さを２倍にした時には幅は
半分にする必要がある。その場合、前記蒸着エリアの幅
も半分になるため、成膜速度は遅くなる。

【００２６】平均フルーエンスが１Ｊ／ｃｍ²のレーザ
ビーム２９を照射するには、発振されたレーザビーム２
８は照射面積の少なくとも１．２５倍以上の面積を持つ
ことが必要である。ただし、これは発振されたレーザビ
ーム２８のフルーエンスが０．８Ｊ／ｃｍ²であり、か
つミラー、レンズ及び透過窓でのロスがゼロの場合であ
る。実際には、レーザビーム２８の光路中でフルーエン
スが約５０％まで低下するため、少なくとも２．５倍の
面積が必要であり、長期間に亘って安定して成膜するに
は更に広い面積のビームにして発振のパワーは下げる方
が望ましい。

【００２７】このようなことから、前記レーザ発振器２
０から発振されるレーザビーム２８として少なくとも４
ｃｍ²以上のビーム面積をもつように設計することによ
って、広い面積のレーザビーム２９を長期間に亘って安
定して前記ターゲット１６に照射して成膜することが可
能になる。

【００２８】なお、一般的にはエキシマレーザーはビー
ムの断面積が２ｃｍ²程度と小さい。レーザアニールな
どで広い面積を処理しようとする場合には、レーザ出力
を上げ、工学系を工夫して前記断面積を広げることで対
応している。しかしながら、成膜のための蒸着に適用す
る場合にはアニールよりも高いエネルギーが必要である
ため、レーザ出力を上げることで対応すると、ミラー、
レンズ及び透過窓の寿命が短くなる。

【００２９】したがって、面積が大きいほどフルーエン
スは低くて済むため、本発明の成膜方法ではレーザ発振
器２０から低フルーエンス、大面積のレーザビーム２８
を発振する。このような低フルーエンス、大面積のレー
ザビーム２８は、前述した図２または図３に示す構造の
発振器を用いることにより実現できる。

【００３０】前記ターゲット１６に照射されるレーザビ
ーム２９は、１Ｊ／ｃｍ²以上の平均フルーエンスで、
縦横比が５０以上、より好ましくは１００以上の広い面
積を持つことが必要である。縦横比を５０未満にする
と、前記ターゲット１６から十分に広い面積の蒸着エリ
ア３０を形成することが困難になる。

【００３１】前記基板２７への成膜に際し、前記ホルダ
１９に保持された基板の長さおよび幅がそれぞれ前記蒸
着エリア３０の長さおよび幅より狭い場合には前記ホル
ダ１９により前記基板２７を静止して成膜することが可
能である。一方、長尺の基板または多数の基板をホルダ
に保持させる場合には前記蒸着エリア３０からはみ出さ
ないように前記基板２７を移動させる。移動は一方通行
の運動でも、往復運動でもよい。

【００３２】以上説明した本発明によれば、レーザ発振
器から発振された低フルーエンス、大面積のレーザビー
ムを縦横比の大きなパターンに整形してターゲットに照
射することによって、基板表面に薄膜を効率よくかつ長
期間に亘って安定して成膜することができる。

【００３３】また、本発明の成膜方法はターゲットにレ
ーザビームを照射して蒸発させるため、高融点物質であ
ろうと蒸発させることができる。

【００３４】さらに、前記蒸発のメカニズムが熱的な溶
融ではないことから、蒸気圧の異なる複数の元素からな
る化合物の薄膜を成膜する場合でも固体原料（ターゲッ
ト）の組成と同じ組成の薄膜が得られ、かつ組成制御性
に優れている。しかも、高い圧力の反応ガス雰囲気中で
も高い運動エネルギーを持って蒸発させることができる
ため、良質の薄膜を成膜できる。ここで、良質の薄膜と
は緻密で化学量論組成に極めて近い膜ということであ
る。

【００３５】前記レーザビームを前記ターゲットに照射
するに際し、前述した図２で説明した他に、次のような
形態を採用することができる。

【００３６】（１）図６に示すようにレーザビーム２９
をターゲット１６に前記レーザビーム２９の長さが前記
ターゲット１６の長さ（軸方向に沿う長さ）より長くな
るように照射する。このようなレーザビーム２９の照射
により前記ターゲット１６の両端を蒸発部として利用す
ることができるため、長時間の成膜に有効である。

【００３７】ただし、前記ターゲット１６に照射されな
いレーザビームは真空容器５の内壁や治具に当たり、そ
れらを構成する元素を蒸発させる可能性がある。このよ
うな場合には、ターゲット１６に対しレーザビーム２９
が入射される方向と延長線上におけるレーザビーム１９
の出射側で基板２７からある一定距離Ｌ´以内の箇所を
ターゲット材料で形成することにより成膜された薄膜中
への不純物の導入を防止できる。前記一定の距離とは、
集光に用いたレンズの焦点距離ｆに対して少なくとも
０．２〜２倍にすることが望ましい。

【００３８】（２）図７に示すように２台ののレーザー
発振器２０₁、２０₂よりレーザビーム２８₁、２８₂
を同時に発振し、これらレーザビーム２８₁、２８₂を
プリズム３１₁、３１₂および主プリズム３２を透過さ
せ、ミラー２１上で反射させて連続した広い面積のパタ
ーンを形成し、さらに集光レンズ２２、透過窓１１を通
して真空容器５内に導入する。このような方法によれ
ば、より広い面積のレーザビームをターゲットに照射す
ることが可能になる。

【００３９】前記大面積のレーザビームの整形するに際
し、それぞれのレーザビーム２８₁、２８₂を重複させ
てもよい。

【００４０】（３）図８に示すように真空容器５内に凹
レンズ３３と凸レンズ３４を配置し、前記容器５の外部
に配置された集光レンズ２２で集光され、さらに透過窓
１１を通過したレーザビームを２９を前記凹レンズ３３
および凸レンズ３４を通過させてビーム形状を大面積化
し、このレーザビーム２９´をターゲット１６に照射す
る。このように真空容器５内に凹レンズ３３と凸レンズ
３４を配置することによって、製作上、コストが高くな
る縦横比の大きい、つまり広い透過窓を前記真空容器５
に配置することなく、大面積のレーザビーム２９´を前
記容器５内のターゲット１６に照射することが可能にな
る。

【００４１】次に、本発明に係わる別の成膜方法を図面
を参照して詳細に説明する。

【００４２】図９は、本発明に係わる別の成膜方法に用
いられる成膜装置を示す概略図、図１０は図９の成膜装
置の要部を示す斜視図、図１１はマスク材側から見た平
面図である。

【００４３】架台５１の支持板５２には、上下に天板５
３および底板５４を有する円筒状の真空容器５５が気密
に固定されている。メインバルブ５６が連結された第１
排気管５７は、前記真空容器５５の左側壁に取り付けら
れている。前記メインバルブ５６には、ターボポンプ５
８およびロータリポンプ５９が順次連結されている。レ
ーザ光導入管６０は、前記真空容器５の右側壁に傾斜し
て連結され、かつ透過窓６１は前記導入管６０の先端に
取り付けられている。上板６２を有する有底円筒状のボ
ックス６３は、前記真空容器５５の天板５３にその底部
が前記真空容器５内まで延出するように吊下されてい
る。ハロゲンランプ６４は、前記ボックス６３内の底部
付近に配置され、このランプ６４両端のリードは前記ボ
ックス６３の上板６２に取り付けられた一対の端子６５
ａ、６５ｂにそれぞれ接続されている。図示しないロー
タリーポンプは、前記ボックス６３の上板６２に第２排
気管（図示せず）を通して連結され、前記ボックス６３
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
６４からの輻射エネルギーの増大化を図っている。

【００４４】複数、例えば３つの円板状のターゲット６
６は、図９、図１０に示すように前記真空容器５５内の
底部付近に前記支持板５２および底板５４を貫通して前
記真空容器５５内に延出された第１の回転軸６７にそれ
ぞれ回転自在に支持・固定されている。円板状の前記各
ターゲット６６は、後述する円板状のマスクの半径方向
に配列されている。円板状のシャッタ６８は、前記支持
板５２および底板５４を貫通して前記真空容器５５内に
延出された第２の回転軸６９上に前記各ターゲット６６
の上方に位置するように支持・固定されている。前記第
１、第２の回転軸６７、６９は、前記支持板５２下面に
取り付けられた図示しないモータによりそれぞれ回動さ
れる。

【００４５】例えば扇状の開口部７０を有するマスク材
７１は、図１０、図１１に示すように前記複数のターゲ
ット６６と成膜すべき基板の間に配置されている。前記
扇状の開口部７０は前記複数のターゲット６６の配列方
向に延出するように前記マスク材７１に形成されてい
る。なお、図１１中の一点鎖線で示す７２は、それぞれ
前記各ターゲット６６から蒸発される原子等の粒子の蒸
着エリアを示す。

【００４６】回転軸７３で支持・吊下された基板ホルダ
７４は、前記真空容器５内に前記マスクシャッタ６８の
上方に位置するように回転自在に配置されている。

【００４７】レーザ発振器７５は、前記真空容器５５の
外部に配置されている。前記レーザ発振器７５から発振
されたレーザビームの前記透過窓６１に至る光路には、
前記レーザ発振器７５側からミラー７６および例えばシ
リンドリカルレンズからなる集光レンズ７７が順次配置
されている。ポリゴンミラー７８は、図１０に示すよう
に前記容器５５内の底部付近に配置されている。前記ポ
リゴンミラー７８は、前記透過窓６１を透過したレーザ
ビームを反射して前記複数のターゲット６６に照射す
る。

【００４８】次に、前述した図９〜図１１に示す成膜装
置を用いて本発明に係わる別の成膜方法を説明する。

【００４９】まず、真空容器５５内に配置された基板ホ
ルダ７４の凹部に所望の基板７９を支持・固定すると共
に、回転軸７３の駆動により所望の速度で回転する。タ
ーボポンプ５８およびロータリポンプ５９を駆動して前
記真空容器５５内のガスをメインバルブ５６および第１
排気管５７を通して排気し、前記真空容器５５内を所望
の真空度にする。また、図示しないロータリーポンプを
駆動してボックス６３内のガスを第２排気管（図示せ
ず）を通して排気し、前記ボックス６３内を前記真空容
器５５と同程度の真空度にした後、端子６５ａ、６５ｂ
を通してハロゲンランプ６４に通電して発熱させること
により前記ハロゲンランプ６４の下方に配置された前記
基板７９を所望の温度に加熱する。図示しないモータを
駆動して第２回転軸６９を回動することによって、前記
回転軸６９に支持されたシャッタ６８を前記マスク材７
１の直上に位置させる。

【００５０】このような成膜の準備が完了した後、レー
ザ発振器７５を動作することにより、レーザビーム８０
が発振される。レーザビーム８０は、ミラー７６で反射
され、集光レンズ７７で所定の焦点距離で集光される。
集光されたレーザビーム８０は、前記真空容器５５の透
過窓６１を通して前記容器５５内に導入される。導入さ
れたレーザビーム８０は、図１０に示すように所望の速
度で回転するポリゴンミラー７８で反射されて、それぞ
れ第１回転軸６７により所望の速度で回転さされる３つ
の円板状のターゲット６６に照射される。

【００５１】前記レーザ光７８を前記各ターゲット６６
に照射することによって、それらのターゲット成分が蒸
発される。各ターゲット６６からのターゲット成分の蒸
発が安定した時点で、前記第２モータ（図示せず）を駆
動して回転軸６９を回転することによって、前記回転軸
６９に支持されたシャッタ６８を開放する。この時、前
記３つのターゲット６６の配列方向に形成された扇状の
開口部７０を有するマスク材７１が前記各ターゲット６
６と前記基板７９の間に配置されているため、前記各タ
ーゲット６６から蒸発された粒子は前記扇状の開口部７
０を通して前記マスク材７１上方の回転する基板７９に
付着されるため、均一な厚さの薄膜が前記基板７９下面
に成膜される。

【００５２】すなわち、複数、例えば３つのターゲット
６６からそれぞれ同じ量だけ蒸発されて粒子を直接前記
基板に付着させると、前記基板の中心部分ほど、膜厚が
厚くなる。前述したように扇状の開口部７０を有するマ
スク材７１を前記各ターゲット６６と前記基板７９の間
に配置することによって、前記各ターゲット６６からの
蒸発粒子が前記開口部７０を通過する際、前記基板７９
の回転中心に位置するターゲット６６からの蒸発粒子ほ
ど、その通過量が抑えられるため、回転する基板７９に
は蒸発した粒子が均一に付着される。その結果、均一な
厚さの薄膜が前記基板７９下面に成膜される。

【００５３】前記ターゲット６６としては、例えばＹ−
Ｂａ−Ｃｕ系、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ系、Ｔｌ−Ｂａ
−Ｃａ−Ｃｕ系、Ｈｇ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ系、Ｎｄ−Ｂ
ａ−Ｃｕ系などの酸化物超電導体形成用ターゲット；Ｂ
ａＴｉＯ₃、ＰｂＴｉＯ₃、ＬｉＮｂＯ₃などの誘電体
形成用ターゲット；ＷＳｉＮ_Xなどの配線形成用ターゲ
ット；ＧａＡｓ、ＧａＡｌＰなど化合物半導体形成用タ
ーゲット等を用いることができる。

【００５４】前記マスク材７１は、前記ターゲット６６
と基板７９との間で、基板７９に近接して配置すること
が望ましい。ただし、前記マスク材７１を前記基板７９
に近接させ過ぎると、その開口部７０以外の領域で覆わ
れる前記基板７９下面に活性な酸素が供給され難くなる
ので１ｍｍ以上、好ましくは１ｃｍ以上離れていること
が望ましい。

【００５５】前記マスク材７１の開口部７０の形状は、
図１１に示す扇形の半径をＲ、各ターゲット６６からの
均一な蒸着エリアの半径をｒ、中心角をθとすると、Ｒ
θ≦２ｒになるように前記中心角θを決めることが好ま
しい。

【００５６】前記マスク材７１の開口部７０は、扇形の
直線部分は曲がっていてもよい。この場合、隣接するタ
ーゲット６６から蒸発した粒子の蒸着エリア７２の重な
り度合によってその扇形状を変えることが望ましい。例
えば、隣接するターゲット６６からの蒸着エリア７２の
重なり度合が多い場合には図１２の（Ａ）に示すように
重なり部に対応する箇所に括れ部を有する開口部７０を
マスク材７１に形成する。一方、隣接するターゲット６
６からの蒸着エリア７２の重なり度合が少ないか、もし
くは蒸着エリア７２間の重なりがない場合には図１２の
（Ｂ）に示すように重なり部（または隣接部）に対応す
る箇所に膨れ部を有する開口部７０をマスク材７１に形
成する。

【００５７】前記基板を直線的に往復動作させながら成
膜する場合にも、複数のターゲットと前記基板の間に配
置される開口部を有するマスク材を配置する。このマス
ク材の開口部の形状は、隣接するターゲットからの原子
等によって構成される蒸発された粒子の蒸着エリアの重
なり度合によって変えることが望ましい。例えば、隣接
するターゲットからの蒸着エリア８１の重なり度合が多
い場合には図１３の（Ａ）に示すように重なり部に対応
する箇所に括れ部を有する開口部８２をマスク材７１に
形成する。一方、隣接するターゲットからの蒸着エリア
８１の重なり度合が少ないか、もしくは離れている場合
には図１３の（Ｂ）に示すように重なり部（または隣接
部）に対応する箇所に膨れ部を有する開口部８２をマス
ク材７１に形成する。

【００５８】なお、複数箇所からターゲットを蒸発させ
る方法は、前述したように複数のターゲットを用いる場
合に限らず、例えば大型のターゲットの複数の箇所にレ
ーザビームを照射してもよい。この場合、前記大型のタ
ーゲットへの複数の照射位置間の距離に応じて前記マス
ク材の開口部の形状を設定する。

【００５９】また、複数箇所からターゲットを蒸発させ
る方法において、前述したようにポリゴンミラーを用い
る場合に限らない。例えば、複数のレーザ発振器を用い
て複数のターゲットまたは大型のターゲットにレーザビ
ームをそれぞれ照射してもよい。一つのレーザ発振器を
用いる場合には、前記発振器から発振されたレーザビー
ムをビームスプリッタを用いて複数のレーザビームを形
成してもよい。ただし、レーザビームの照射繰り返し周
波数を高くするには前述したポリゴンミラーが好適であ
る。

【００６０】さらに、大型のターゲットを使用する場合
にはレーザビームを線状にターゲット上に集光するか、
またはレーザビームを走査させることが好ましい。ただ
し、ターゲットが円形で自転させる場合にはレーザビー
ムをターゲットの回転中心を含まない領域に集光するこ
とが望ましい。レーザビームをターゲットの回転中心付
近に照射すると、レーザビームが絶えず前記回転中心付
近に照射されるため、この部分のターゲットのみが深く
掘れて焦点ずれが起こる。その結果、組成ずれが生じた
り、プルームの形状が変わったりして膜厚が不均一にな
る恐れがある。したがって、レーザビームをターゲット
に照射する場合には、図１４の（Ａ）に示すようにター
ゲット６６にその回転中心付近を除く半径方向に延びる
領域８３に集光することが好ましい。ただし、ターゲッ
トの回転中心に近い部分と遠い部分の移動速度の差をで
きるだけ小さくするにはターゲットの大きさはできるだ
け大きい方が望ましい。例えば、集光されたレーザビー
ムの照射領域の長さの少なくとも２倍以上、より好まし
くは３倍以上の直径をもつターゲットを用いることが望
ましい。

【００６１】また、図１４の（Ｂ）に示すようにレーザ
ビームをターゲット６６にその回転中心を横切る直径と
平行な領域８４に集光してもよい。この場合、レーザビ
ームの照射領域の移動速度はレーザビームの照射パター
ン内の位置によらずほぼ同じであるため、レーザビーム
の照射に際してターゲットが局所的に掘られるのを回避
できる。しかも、ターゲットの面積を比較的小さくでき
るため、集光されたレーザビームの照射面における長さ
の少なくとも１．５倍以上の直径をもつターゲットの条
件を満たすものであれば用いることが可能になる。

【００６２】さらに、基板に広い面積で均一な厚さの薄
膜を形成するにはターゲット上に照射されることにより
形成される、レーザビームのパターンがレーザビームの
長尺の形状を有することが好ましい。例えば前記レーザ
ビームの線状をなすパターンの長さ（Ｌ）は、基板の半
径の少なくとも１／２以上であることが好ましい。前記
レーザビームのパターンにおいて、レーザビームの線状
パターンの幅（Ｗ）は５ｍｍ以下、より好ましくは１ｍ
ｍ以下であることが望ましい。これは、レーザビームを
ターゲットに対して斜めに入射するため、焦点がずれた
部分がレーザビームの入射方向に沿う前後のパターンに
起きやすいからである。焦点がずれた部分では、フルー
エンスが低くなるため、蒸気圧の高い元素が蒸発し易く
なることに起因して成膜された薄膜の組成ずれが起こ
る。前述したようにパターンの幅（Ｗ）を５ｍｍ以下に
することによって、前記焦点ずれに起因するフルーエン
スの低い部分が照射パターンに生じるのを防止すること
が可能になる。したがって、ターゲットへの照射パター
ンにおいて、その長さ（Ｌ）と幅（Ｗ）との比（Ｌ／
Ｗ）は１０倍以上、より好ましくは３０倍以上であるこ
とが望ましい。

【００６３】前記レーザビームを線状に集光するには、
例えば図１５および図１６に示すようにレーザビーム８
０を円筒状の面をもつ凹レンズ８５と凸レンズ８６を組
み合わたレンズ系を集光させる方法が採用される。この
ようなレンズ系を用いてレーザビームを集光させる際、
ターゲット上に照射されるレーザビームの長さ（Ｌ）は
前記凹レンズ８５の焦点距離（曲率）で決定され、幅
（Ｗ）は凸レンズ８６の焦点距離で決定される。特に、
レーザビームのフルーエンスを上げるためには、前記幅
（Ｗ）を狭くすることが好ましい。このため、３００ｍ
ｍ以下、好ましくは１００ｍｍ以下の焦点距離（曲率）
を持つ凹レンズ８５でレーザビームを集光して幅（Ｗ）
を１ｍｍ以下にすることが好ましい。

【００６４】以上説明した本発明の別の成膜方法によれ
ば、ターゲットと基板間に開口部を有するマスク材が配
置した後、前記開口部に対応する複数箇所から前記ター
ゲットを同時または順次蒸発させることによって、広い
面積の基板に均一な厚さの薄膜を形成することができ
る。

【００６５】すなわち、ターゲットの一箇所から蒸発さ
せた場合には、図２３に示すように基板に成膜された薄
膜に厚さ分布が生じて均一な領域は狭くなる。これに対
し、ターゲットを３０ｍｍの間隔をあけて配置し、これ
らターゲットから蒸発させた場合には図２４に示すよう
に基板に成膜された薄膜の厚さの均一性が改善される。
ただし、板状の基板全面に成膜するために複数箇所から
ターゲットを蒸発させると共に前記基板を回転させる
と、それぞれのターゲットから蒸発する量が同じである
場合、前記基板の中心に近いほど成膜された薄膜が厚く
なる。

【００６６】このようなことから、本発明は前記ターゲ
ットと前記基板間に開口部（例えば扇状の開口部）を有
するマスク材を介在させることによって、複数個所のタ
ーゲットから蒸発した粒子が前記開口部を通過する際、
前記基板の回転中心に向かう粒子ほど、その通過量を抑
えられることができる。その結果、広い面積の基板に均
一な厚さの薄膜を形成することができる。

【００６７】次に、本発明に係わるさらに別の成膜方法
を図１７および図１８を参照して説明する。

【００６８】図１７に示すように真空容器（図示せず）
内でホルダ（図示せず）に保持される基板９１を回転さ
せながら、集光されたレーザビーム９２をポリゴンミラ
ー９３で反射させて、エネルギー密度（フルーエンス）
の異なるレーザビーム９４₁、９４₂を組成の異なる２
つのターゲット９５₁、９５₂に照射して前記基板９１
の下面に前記組成の異なる第１、第２のターゲット９５
₁、９５₂の成分からなる薄膜を成膜する。前記ターゲ
ット９５₁、９５₂は、例えば前記基板９１の下方にそ
の回転中心に対して対称的に配置されている。

【００６９】前記第１ターゲット９５₁は、例えばＹＢ
ＣＯから作られる。

【００７０】前記第２ターゲット９５₂は、例えばＣ
ｕ、Ｙ、Ｙ₂ＢａＣｕＯ₅、Ｌａ、Ｓｒ、Ａｇ、Ａｕ、
Ｃｅ、Ｃｅ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ₃、ＣｅＯ₂な
どＹＢＣＯと反応しない元素およびその化合物から作ら
れる。

【００７１】前記第１、第２のターゲット９５₁、９５
₂の相互間の蒸発タイミングは、可能な限り短くするこ
とが好ましい。例えば、ＹＢＣＯからなる第１ターゲッ
ト９５₁を蒸発させた後、次の第２ターゲット９５₂を
蒸発させるまでの時間は１秒以下、より好ましくは０．
１秒以下にすることが好ましい。ただし、前記基板９１
の回転速度もレーザビームの繰り返し周期に応じて変え
る必要がある。すなわち、レーザビームの発振のインタ
ーバル内に前記基板９１が前記第１、第２のターゲット
９５₁、９５₂の蒸着エリア間を移動する（横切る）よ
うにすることが好ましい。前記基板９１を回転させる場
合、その回転数（ｒｐｍ）をＲ、レーザビームの繰り返
し周波数をｆとした時、Ｒ＝３０×ｆを満たすように前
記基板９１の回転数、レーザ発振器でのレーザビームの
発振周波数を設定することが好ましい。

【００７２】なお、レーザビームの照射位置を固定し、
ターゲットをローテーションさせることも可能である
が、前記ターゲットを短時間でローテーションさせる必
要があるために実用的ではない。

【００７３】前記フルーエンスの異なるレーザビーム９
４₁、９４₂を前記ポリゴンミラー９３から反射させる
には、次のような方法が採用される。すなわち、エキシ
マレーザ用ポリゴンミラーは誘電体多層膜で構成され、
入射角に応じて層数を変えるため、全反射する入射角の
範囲は限られている。この性質を利用して例えば蒸気圧
の低い材料からなる第１ターゲットにレーザビームを照
射する時の入射角で全反射するようにセットし、前記第
１ターゲットより蒸気圧の高い材料からなる第２ターゲ
ットにレーザビームを照射する時の入射角は全反射する
範囲から少しずれるようにする。例えば４５゜入射用の
ポリゴンミラーは、３０〜６０゜の範囲でほぼ全反射す
るが、その範囲からずれると反射率は下がる。このた
め、第１ターゲットにレーザビームを照射する時の入射
角を６０゜または３０゜付近にセットすれば、第２ター
ゲットに照射されるレーザビームのフルーエンスは弱く
なる。いずれの角度にするかは、ターゲットおよびレー
ザビームの入射角によって決定される。

【００７４】具体的には、前述した図１７に示すように
反時計回り方向に回転するポリゴンミラー９３にレーザ
ビーム９２を入射し、ここで反射されたレーザビーム９
４₁を右側の第１ターゲット９５₁に初めに照射し、次
に左側の第２ターゲット９５₂に反射されたレーザビー
ム９４₂を照射する場合は、前記レーザビーム９２の入
射角を６０゜付近にする。一方、図１８に示するように
反時計回り方向に回転するポリゴンミラー９３にレーザ
ビーム９２を入射し、ここで反射されたレーザビーム９
４₁を左側の第１ターゲット９５₁に初めに照射し、次
に右側の第２ターゲット９５₂に反射されたレーザビー
ム９４₂を照射する場合は、前記レーザビーム９２の入
射角を３０゜付近にする。左側のターゲットに初めに照
射し次に右側のターゲットに照射する場合はミラーの回
転方向は時計回りになり、全反射する時の入射角は３０
度付近にする。前記フルーエンスの異なるレーザビーム
９４₁、９４₂のパワーの配分は、前記レーザビーム９
２の入射角の調整によって決定することができる。

【００７５】前記ポリゴンミラーでレーザビームを反射
させる際、レンズで集光する前にフィルターで落とす手
法を採用してもよい。この場合は、二つのレーザビーム
がある程度離れることが必要であるため、前記ポリゴン
ミラーからレンズまでの距離が長くなる。

【００７６】前記フルーエンスの異なるレーザビーム９
４₁、９４₂のパワーの配分は、前記レーザビーム９２
の入射角の調整によって決定することができる。例え
ば、第１ターゲット９５₁をＹＢＣＯで、第２ターゲッ
ト９５₂を比較的蒸発しやすい金属で作った場合、前記
第２ターゲット９５₂へのフルーエンスは第１ターゲッ
ト９５₁へのフルーエンスの４０〜９０％、より好まし
くは６０〜９０％にすることが望ましい。第１ターゲッ
ト９５₁をＹＢＣＯで、第２ターゲット９５₂を比較的
蒸発し難い酸化物で作った場合、前記第２ターゲット９
５₂へのフルーエンスは第１ターゲット９５₁へのフル
ーエンスの６０〜９５％、より好ましくは７０〜９５％
にすることが望ましい。

【００７７】なお、前記フルーエンスの異なるレーザビ
ームを第１、第２のターゲットに照射する方法として
は、前述したポリゴンミラーを用いる方法の他に、レー
ザビームをフルーエンスが不均等になるようにビームス
プリッターで分ける方法を採用してもよい。

【００７８】ターゲットは、２つに限らず、３つ以上の
ターゲットを前記基板の下方に配置してもよい。

【００７９】以上説明した本発明によれば、基板を所望
の速度で回転させながら、前記基板の下方に配置された
複数の固体原料（ターゲット）にエネルギー密度（フル
ーエンス）の異なるレーザを同時または順次照射するこ
とによって、大面積の基板に均一な薄膜を形成できるだ
けでなく、不純物が均一に分散された薄膜を形成するこ
とも可能である。例えば、一方のターゲットをＹＢＣＯ
で作り、別のターゲットをＹＢＣＯ以外の不純物で作れ
ば、ＹＢＣＯ超電導膜中に磁束のピニングセンターとな
る異相が細かく分散された薄膜を前記基板に形成するこ
とができる。

【００８０】すなわち、従来より組成を化学両論組成か
らずらして薄膜中に異相を析出させてピニングセンター
を導入しようとする試みがなされている。しかしなが
ら、成膜速度が遅いために過剰な元素または異相は細か
く分散せず凝集して粒界や薄膜の表面に析出する。その
結果、ピニングセンターとして機能させることはできな
かった。

【００８１】これに対し、本発明の成膜方法で使用する
レーザー蒸着法は蒸着速度を他の成膜法の１０倍以上速
くすることができ、かつターゲットから蒸発した粒子の
基板面への供給が数十ナノ秒から数マイクロ秒の短時間
に行われる。このため、成膜中に過剰な元素や異相など
は長い距離をマイグレーションされず、凝集することが
ない。

【００８２】したがって、本発明のように基板を所望の
速度で回転させながら、前記基板の下方に配置された複
数のターゲットにフルーエンスの異なるレーザビームを
同時または順次照射することによって、一方のターゲッ
トから蒸発された主要成分に他方の１つまたは複数のタ
ーゲットから蒸発された不純物成分が凝集せずに均一に
分散され、例えばＹＢＣＯ超電導膜中に磁束のピニング
センターとなる異相が細かく分散された薄膜を基板に形
成することができる。

【００８３】次に、本発明に係わるさらに別の成膜方法
においてマスク材を用いた方法を説明する。

【００８４】前述した図１７に示すように基板９１を回
転させながら、集光されたレーザビーム９２を例えばポ
リゴンミラー９３で反射させて、フルーエンスの異なる
レーザビーム９４₁、９４₂を組成の異なる２つのター
ゲット９５₁、９５₂に照射して前記基板９１の下面に
前記組成の異なる第１、第２のターゲット９５₁、９５
₂の成分からなる薄膜を成膜する際、図１９または図２
０に示すように前記各ターゲットに対応する箇所に第
１、第２の開口部９６₁、９６₂を形成した円板状のマ
スク材９７をターゲットと基板の間に配置する。このよ
うなマスク材９７の配置により前記基板への蒸着範囲が
制限される。前記各ターゲットは、前記基板の下方にそ
の回転中心に対して対称的に配置されている。なお、図
１９または図２０中の一点鎖線で示す９８₁、９８₂は
前記各ターゲットからの蒸着エリア、二点鎖線で示す９
９は前記マスク材９７上方に配置された図示しない円板
状基板に成膜される多層構造の環状薄膜である。

【００８５】前記マスク材９７の各開口部９６₁、９６
₂において、向かい合った一組の辺が前記マスク材９７
の中心に対して同心円の一部からなり、もう一組の辺は
いずれも延長すると前記マスク材９７の中心で交わるよ
うな形状にすることが好ましい。このような形状の第
１、第２の開口部９６₁、９６₂を有するマスク材９７
を用いることによって、その上方の基板に均一な厚さの
環状薄膜９９を形成することが可能になる。

【００８６】前記マスク材９７の各開口部９６₁、９６
₂において、その上方の基板の回転方向に対して直交す
る方向の幅は前記基板に成膜される環状薄膜の径（ｒ1
）を決定する。前記各開口部９６₁、９６₂の幅は、
同じであって、異なってもよい。ただし、前記２つのタ
ーゲットのうち、第１開口部９６₁に対向する第１ター
ゲットをＹＢＣＯのような超電導材料で作り、第２開口
部９６₂に対向する第２ターゲットを絶縁材料により作
った場合、前記第２開口部９６₂の幅を前記第１開口部
９６₁の幅より大きくすることが好ましい。このような
形状の第１、第２の開口部９６₁、９６₂を有するマス
ク材９７を用いることによって、その上方の基板に成膜
された超電導層の間にこれら超電導層より幅の広い絶縁
層を成膜できるため、前記超電導層間でのショートを避
けることが可能になる。特に、前記第２開口部９６₂の
幅は前記第１開口部９６₁の幅の１．１倍以上、より好
ましくは１．５倍以上にすることが望ましい。

【００８７】前記マスク材９７の各開口部９６₁、９６
₂において、その上方の基板の回転方向の長さは前記タ
ーゲットから蒸着した粒子の前記基板への付着量に関与
する。また、前記基板の回転速度も前記ターゲットから
蒸着された粒子の前記基板への付着量に関与する。つま
り、各開口部９６₁、９６₂の長さを長くするほど、タ
ーゲットから蒸発した粒子の基板への付着量（成膜速
度）が増大される。

【００８８】前記マスク材９７において、基板に成膜さ
れる環状薄膜９９の外周の曲率半径をＲ、前記環状薄膜
９９の幅をｒ₁、蒸着エリア９８₁、９８₂の半径ｒ₂
とすると、前記各開口部９６₁、９６₂の開き角θは前
記ｒ₁、ｒ₂、基板とターゲットの位置関係および基板
の回転速度で決定される。前記各開口部９６₁、９６₂
をそれぞれ前記蒸着エリア９８₁、９８₂内に均一に収
まらせるには、２ｒ₂≧Ｒの時はＲθ＞２ｒ₂≧（Ｒ−
ｒ₁）θ、また２ｒ₂＜Ｒの時はＲθ＜２ｒ₂の関係が
成り立つようにすることが好ましい。前記蒸着エリアの
中心と基板の回転中心との距離をＬとすると、ＬはＲ−
０．５×ｒ₁程度において蒸着エリアが広くなり、基板
への成膜速度を高めることが可能になる。

【００８９】以上説明した図１９または図２０に示す第
１、第２の開口部９６₁、９６₂をを有するマスク材９
７を前述した図１７に示す組成の異なる第１、第２のタ
ーゲット９５₁、９５₂と基板９１の間に前記第１、第
２の開口部９６₁、９６₂が前記各ターゲット９５₁、
９５₂に所定の位置関係で対向するように配置すること
によって、第１、第２のターゲットの材料からなる薄膜
が交互に積層された多層構造の環状薄膜を前記基板に成
膜できる。このような環状薄膜が成膜された基板はアン
テナやフィルタとして利用できる。

【００９０】

【実施例】以下、本発明のより好ましい実施例を図面を
参照して詳細に説明する。

【００９１】（実施例１）まず、図１に示すように真空
容器５内に配置された基板ホルダ１９にＳｒＴｉＯ₃単
結晶からなる円板状基板２９を支持・固定した。つづい
て、酸素を前記容器５内に１００ｓｃｃｍの一定流量で
供給しながら、ターボポンプ８およびロータリポンプ９
を駆動して前記真空容器５内のガスをメインバルブ６お
よび第１排気管７を通して排気し、前記真空容器５内を
０．５Ｔｏｒｒの真空度にした。図示しないロータリー
ポンプを駆動してボックス１３内のガスを第２排気管
（図示せず）を通して排気し、前記ボックス１３内を前
記真空容器５と同程度の真空度にした後、端子１５ａ、
１５ｂを通してハロゲンランプ１４に通電して発熱させ
ることにより前記ハロゲンランプ１４の下方に配置され
た前記各基板を７００℃の温度に加熱した。さらに、図
示しないモータを駆動して回転軸１８を回動することに
よって、前記回転軸１８に支持されたシャッタ１７を
Ｙ、Ｂａ、Ｃｕからなる化合物を表面に配した直径５０
ｍｍ、長さ３００ｍｍのターゲット１６の直上に位置さ
せた。

【００９２】このような成膜の準備が完了した後、前述
した図２に示す互いに対向する一対の主電極２３の高さ
と電極間距離を大きくしたレーザ発振器２０を駆動する
ことにより、０．４Ｊ／ｃｍ²の平均フルーエンスと１
８ｃｍ²のビーム面積を持つレーザビーム２８を発振し
た。レーザビーム２８は、ミラー２１で反射され、集光
レンズ２２で所定の焦点距離で集光されて変調されるこ
とによって、１．２Ｊ／ｃｍ²以上の平均フルーエンス
で、レーザ光の入射方向の長さが１ｍｍ、入射方向と直
交する長さが３００ｍｍの縦横比が３００の広い面積を
持つレーザビーム２９を前記真空容器５の透過窓１１を
通して円柱状のターゲット１６に５０Ｈｚの繰り返し周
波数で照射した。この時、前記基板のホルダ１９を２ｃ
ｍ／ｍｉｎの速度で移動させた。

【００９３】得られたＹＢＣＯの超電導薄膜は、厚さが
均一で、かつ臨界温度９０Ｋで臨界電流密度１×１０⁶
Ａ／ｃｍ²以上の特性を有していた。

【００９４】また、前述した実施例１において、ホルダ
１９に直径５０ｍｍの円板状基板を１０枚保持して同様
な成膜を行ったところ、厚さ１μｍのＹＢＣＯの超電導
薄膜が成膜された基板を１時間に２０枚作製できた。

【００９５】（実施例２）前述した図７に示すように２
台ののレーザ発振器２０₁、２０₂よりレーザビーム２
８₁、２８₂を同時に発振し、これらレーザビーム２８
₁、２８₂をプリズム３１₁、３１₂および主プリズム
３２を透過させ、ミラー２１上で反射させて面積が約４
ｃｍ²、平均のフルーエンスが０．６Ｊ／ｃｍ²のレー
ザービームとした。さらに集光レンズ２２で集光するこ
とにより、平均のフルーエンスが１．２Ｊ／ｃｍ²、幅
が０．４ｍｍ、長さ２９０ｍｍのパターンに整形し、こ
のレーザビームを透過窓１１を通して真空容器内に導入
した以外、前述した実施例１と同様な方法で基板にＹＢ
ＣＯ超電導薄膜を成膜した。

【００９６】得られたＹＢＣＯ超電導薄膜は、厚さが均
一で、実施例１と同様な優れた超電導特性を有してい
た。

【００９７】（実施例３）前述した図８に示すように真
空容器５内に凹レンズ３３と凸レンズ３４を配置し、前
記容器５の外部に配置された集光レンズ２２で集光さ
れ、さらに透過窓１１を通過したレーザビームを２９を
前記凹レンズ３３および凸レンズ３４を通過させて平均
のフルーエンスが１．２Ｊ／ｃｍ²、幅が０．６ｍｍ、
長さ２９０ｍｍのパターンに整形し、このレーザビーム
２９´を実施例１と同様なターゲット１６に照射してＹ
ＢＣＯ超電導薄膜を基板に成膜した。

【００９８】このような実施例３では、大面積のＹＢＣ
Ｏ超電導薄膜を安定して長期間に渡って成膜できた。

【００９９】（実施例４）図２１に示すように幅１０ｍ
ｍ、長さ３００ｍｍのホルダ１９に複数イメージセンサ
３５を並べ、かつ円筒状ターゲット１６としてＳｉを表
面に配した直径５０ｍｍ、長さ３００ｍｍのものを用
い、さらに円筒状ターゲット１６に平均のフルーエンス
が１．２Ｊ／ｃｍ²、幅１ｍｍ、長さ２９０ｍｍのパタ
ーンのレーザービームを５０Ｈｚの繰り返し周波数で照
射した以外、実施例１と同様な方法により前記イメージ
センサにＳｉＯ₂保護膜を成膜した。この時、ホルダを
２ｃｍ／ｍｉｎの速度で移動させた。

【０１００】前述した実施例４においては高い反応ガス
圧で成膜するために酸素の抜けがなく、また蒸着される
原子等の粒子は運動エネルギーが高いために基板に到達
した後も十分なマイグレーションエネルギーを有してい
た。その結果、比較的低温で成膜しても緻密で硬度の高
い膜が得られ、耐環境性、耐摩耗性に優れた保護膜を有
するイメージセンサを作製することができた。

【０１０１】また、前述した実施例４において、厚さ１
μｍの保護膜が成膜されたイメージセンサーを１時間に
２４０枚の作製できた。

【０１０２】なお、前記実施例４において酸素の代わり
に窒素またはアンモニアを用いることによってＳｉ₃Ｎ
₄、またはＳｉＮ_xをイメージセンサの表面に成膜でき
る。この膜は、ＳｉＯ₂よりもさらに耐環境性、耐摩耗
性に優れている。またメタン、エチレン、アセチレンな
どの炭化水素ガスを反応ガスに用いればＳｉＣが得られ
この膜も耐環境性、耐摩耗性に優れている。

【０１０３】（実施例５）図２２に示すように真空容器
（図示せず）内に配置したホルダ３６に鉄を主成分とす
る複数の摺動部材３７を回転自在に取付け、ヒーターに
より１００℃〜３００℃の温度に加熱し、前記真空容器
に窒素を１００ＳＣＣＭの一定流量で流し、容器内圧力
が０．５Ｔｏｒｒになるように設定し、かつＴｉを表面
に配した直径５０ｍｍ、長さ３００ｍｍの円筒状ターゲ
ット１６を用い、さらに円筒状ターゲット１６に平均の
フルーエンスが１．２Ｊ／ｃｍ²、幅１ｍｍ、長さ２９
０ｍｍのパターンのレーザビームを５０Ｈｚの繰り返し
周波数で照射した以外、実施例１と同様な方法により前
記各摺動部材３７の表面にＴｉＮ膜を成膜した。この
時、ホルダ３６により前記各摺動部材３７を１０ｒｐｍ
以上の回転数で自転させながら、１ｃｍ／ｍｉｎの速度
で移動させた。

【０１０４】前述した実施例５においては、高い反応ガ
ス圧で成膜するために窒素の抜けがなく、また蒸着され
る原子等の粒子は運動エネルギーが高いために基板に到
達した後も十分なマイグレーションエネルギーを有して
いた。その結果、比較的低温で成膜しても緻密で硬度の
高い膜が得られ、寸法変化がなく耐環境性、耐摩耗性に
優れた摺動部材を得ることができる。

【０１０５】また、前述した実施例５において、表面に
耐摩耗性膜をコーティングされた鉄を主成分とする摺動
部材を１時間に６０個作製できた。

【０１０６】なお、前記実施例５では摺動部材に限ら
ず、工具等の耐摩耗性を必要とする部材の作製にも適用
できる。

【０１０７】（実施例６）前述した図９〜図１１に示す
真空容器５５内に配置された基板ホルダ７４の凹部に直
径１００ｍｍのＳｒＴｉＯ₃単結晶からなる円板状基板
７９を支持・固定すると共に、回転軸７３の駆動により
所望の速度で回転した。つづいて、酸素を前記容器５５
内に１００ｓｃｃｍの一定流量で供給しながら、ターボ
ポンプ５８およびロータリポンプ５９を駆動して前記真
空容器５５内のガスをメインバルブ５６および第１排気
管５７を通して排気し、前記真空容器５５内を０．５Ｔ
ｏｒｒの真空度にする。また、図示しないロータリーポ
ンプを駆動してボックス６３内のガスを第２排気管（図
示せず）を通して排気し、前記ボックス６３内を前記真
空容器５５と同程度の真空度にした後、端子６５ａ、６
５ｂを通してハロゲンランプ６４に通電して発熱させる
ことにより前記ハロゲンランプ６４の下方に配置された
前記基板７９を７００℃の温度に加熱した。図示しない
モータを駆動して第２回転軸６９を回動することによっ
て、前記回転軸６９に支持されたシャッタ６８を３つの
ターゲット６６の直上に位置させる。

【０１０８】このような成膜の準備が完了した後、レー
ザ発振器７５を駆動することにより、レーザビーム８０
を発振した。レーザビーム８０を、ミラー７６で反射
し、集光レンズ７７で所定の焦点距離で集光した。集光
されたレーザビーム８０を、前記真空容器５５の透過窓
６１を通して前記容器５５内に導入した。導入されたレ
ーザビーム８０は、図１０に示すように１２０ｒｐｍの
速度で回転する２０面のポリゴンミラー７８で反射し、
それぞれ回転軸６７にで支持され、Ｙ、Ｂａ、Ｃｕから
なる化合物を表面に配した３つの円板状のターゲット６
６に照射した。各ターゲット６６からのターゲット成分
の蒸発が安定した時点で、前記モータ（図示せず）を駆
動して回転軸６９を回転することによって、前記回転軸
６９に支持されたシャッタ６８を開放し、前記基板７９
に対して１ｃｍ離間して配置したマスク材７１の前記３
つのターゲット６６の配列方向に形成された扇状の開口
部７０を通して前記回転する基板７９にＹＢＣＯ超電導
薄膜を成膜した。

【０１０９】得られたＹＢＣＯの超電導薄膜は、直径１
００ｍｍの全面にわたって１．０±０．０５μｍの膜厚
分布を有し、厚さが均一であることが確認された。ま
た、ＹＢＣＯの超電導薄膜は臨界温度９０Ｋで臨界電流
密度１×１０⁶Ａ／ｃｍ²以上の特性を有していた。

【０１１０】前記円板状基板の代わりに長方形の基板に
ＹＢＣＯ膜を成膜し、これをスパイラル状あるいはミア
ンダ状の形状に加工し、限流素子として評価したところ
局所的なクエンチによる膜の溶断が起こることも無く優
れた限流特性を示した。

【０１１１】（実施例７）前述した図１７に示すように
真空容器（図示せず）内のホルダ（図示せず）に保持さ
れるＳｒＴｉＯ₃単結晶からなる円板状基板９１を１２
００ｒｐｍの速度で回転させた。つづいて、前記容器内
に酸素を１００ｓｃｃｍの一定流量で供給しながら、図
示しない排気系で排気して０．５Ｔｏｒｒの真空度にし
た。ひきつづき、集光されたレーザビーム９２を反時計
回り方向に１２０ｒｐｍの速度で回転する２０面のポリ
ゴンミラー９３に入射角６０゜付近入射させ、フルーエ
ンスの異なるレーザビーム９４₁、９４₂をのＹ、Ｂ
ａ、Ｃｕからなる化合物を表面に配した第１ターゲット
９５₁およびピニングセンタとなるＣｅを表面に配した
第２ターゲット９５₂にそれぞれ照射して前記基板９１
の下面に薄膜を成膜した。前記ターゲット９５₁、９５
₂は、前記基板９１の下方にその回転中心に対して対称
的に配置されている。

【０１１２】前述した実施例７では、磁束のピニングセ
ンターとなる異相を細かく分散されたＹＢＣＯ超電導薄
膜を基板に形成できた。

【０１１３】（実施例８）前述した図１７に示すように
真空容器（図示せず）内のホルダ（図示せず）ににより
ＳｒＴｉＯ₃単結晶からなる直径５０ｍｍの円板状基板
９１を保持した。Ｙ、Ｂａ、Ｃｕからなる化合物を表面
に配した第１ターゲット９５₁およびＰｒ、Ｂａ、Ｃｕ
からなる化合物を表面に配した第２ターゲット９５₂を
それぞれ前記基板９１の下方に４ｃｍの距離を離して配
置した。なお、前記各ターゲット９５₁、９５₂は前記
基板９１の下方にその回転中心に対して対称的に配置さ
れている。前述した図１９に示す円板状のマスク材９７
を前記基板９１と前記各ターゲット９５₁、９５₂の間
に前記基板９１下方に１ｃｍの距離で近接するように配
置した。前記マスク材９７は、前記基板と同じ寸法を有
し、θが３０゜の第１開口部９６₁、θが２５゜で、第
１開口部９６₁より直径方向の幅の大きい第２の開口部
９６₁、９６₂を有する。

【０１１４】まず、図示しないハロゲンランプで前記基
板９１を７００℃にに加熱しながら、約０．０５ｒｐｍ
の速度で回転させた。つづいて、前記容器内に酸素を１
００ｓｃｃｍの一定流量で供給しながら、図示しない排
気系で排気して０．５Ｔｏｒｒの真空度にした。ひきつ
づき、集光されたレーザビーム９２を反時計回り方向に
１２０ｒｐｍの速度で回転する２０面のポリゴンミラー
９３に入射角６０゜付近で入射させ、フルーエンスが
１．５Ｊ／ｃｍ²のレーザビーム９４₁を５０Ｈｚの繰
り返し周波数でＹ、Ｂａ、Ｃｕからなる化合物を表面に
配した前記第１ターゲット９５₁に照射し、フルーエン
スが１．０Ｊ／ｃｍ²のレーザビーム９４₂を５０Ｈｚ
の繰り返し周波数でＰｒ、Ｂａ、Ｃｕからなる化合物を
表面に配した前記第２ターゲット９５₂に照射し、前記
各ターゲット９５₁、９５₂から蒸発された原子等の粒
子を前記マスク材９７の第１、第２の開口部９６₁、９
６₂を通して前記基板９１に堆積させて成膜した。この
時、前記基板９１に超電導体であるＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_x
薄膜および絶縁体であるＰｒＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_x薄膜が２
００ｎｍ／分の速度で交互に成膜された多層構造の環状
薄膜が形成された。

【０１１５】このような実施例８によれば、基板９１上
にコイルとコンデンサとが直列に接続した部材を得るこ
とができる。この部材は接触抵抗が殆どなく、コイルと
コンデンサとが接続されているため、損失が小さく、ま
たコイルが超電導体で形成されているので高いＱ値を有
する。したがって、このような部材は高周波機器用アン
テナ、例えばＭＲＩのピックアップコイル、通信機器用
のフィルタ、アンテナなどに使用できる。

【０１１６】実施例８の部材をＭＲＩのピックアップコ
イルとして使用したところ、従来のＣｕ製コイルを使用
した場合と比較してＳＮ比が一桁以上向上し、１．５テ
スラの磁場でも鮮明な画像を得ることができた。

【０１１７】なお、前記実施例８において、超電導体は
ＹＢＣＯに限定されず、ＢｉＳｒＣａＣｕＯ、ＢｉＰｂ
ＳｒＣａＣｕＯ、ＴｌＢａＣｕＯを用いることができ、
絶縁耐は超電導体と反応せず結晶構造が似ている材料、
例えばＳｒＴｉＯ₃、ＭｇＯ、ＹＳＺを使用することが
できる。

【０１１８】また、前記実施例８の方法により形成され
た多層環状薄膜は非常に薄くて大きなインダクタンスと
キャパシティを有するという特徴があり、小型で比較的
大きな電流が流れる電源系統にも使用できる。この場
合、コイルが超電導体である必要はなく、Ａｇ、Ｃｕ、
Ａｌなどの導電性材料でよい。絶縁性材料も結晶構造に
制限はなく、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃、ＹＳＺ
など比抵抗の高い材料であればよい。

【０１１９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、広
い面積の薄膜を長期間に亘って安定的にかつ量産的に形
成することが可能な成膜方法を提供できる。

【０１２０】また、本発明によれば広い面積で均一な膜
厚を有し、かつ不純物等の第２成分が均一に分散された
磁場中でも高い臨界電流密度を有する超電導体等の薄膜
を形成することが可能な成膜方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる成膜方法に用いられる装置を示
す断面図。

【図２】図１の装置に組み込まれるレーザ発振器の要部
斜視図。

【図３】図１の装置に組み込まれる別のレーザ発振器の
要部正面図。

【図４】図３のレーザ発振器にシリンドリカルレンズを
配置してレーザビームを集光させた状態を示す図。

【図５】図１の成膜装置において、レーザビームをター
ゲットに照射してターゲット材料を蒸発させる状態を説
明するための斜視図。

【図６】別のレーザビームのターゲットへの照射形態を
示す斜視図。

【図７】２台のレーザ発振器を用いてレーザビームを照
射する形態を示す概略図。

【図８】さらに別のレーザビームのターゲットへの照射
形態を示す斜視図。

【図９】本発明に係わる別の成膜方法に用いられる装置
を示す断面図。

【図１０】図９の成膜装置の要部を示す斜視図。

【図１１】図９の成膜装置においてマスク材側から見た
平面図。

【図１２】図９の成膜装置に組み込まれるマスク材の開
口部形状を示す平面図。

【図１３】図９の成膜装置に組み込まれるマスク材の開
口部形状を示す平面図。

【図１４】レーザビームをターゲットに照射する際の、
レーザビーム照射位置を説明するための平面図。

【図１５】本発明で用いられる線状レーサビームを示す
斜視図。

【図１６】図１５の線状レーザビームを上面から見た
図。

【図１７】本発明に係わる成膜方法において異なる組成
のターゲットに異なるフルーエンスをもつレーザビーム
を照射する状態を示す平面図。

【図１８】異なる組成のターゲットを図１７と反対に配
置した時のレーザビームのポリゴンミラーへの入射角を
変化させることを説明するための平面図。

【図１９】２つの開口部を有するマスク材を示す平面
図。

【図２０】２つの開口部を有する別のマスク材を示す平
面図。

【図２１】本発明の実施例４における成膜方法を説明す
るための斜視図。

【図２２】本発明の実施例５における成膜方法を説明す
るための斜視図。

【図２３】従来の単一のターゲットを用いて成膜された
薄膜の厚さ分布を示す図。

【図２４】本発明の複数のターゲットを用いて成膜され
た薄膜の厚さ分布を示す図。

【符号の説明】

５、５５…真空容器、１１、６１…透過窓、１１４、６４…ハロゲンランプ、１６、６６、９５₁、９５₂…ターゲット、１９、７４…基板ホルダ、２０、２０₁、２０₂、７５…レーザ発振器、２７、７９、９１…基板、２９、８０、９２、９４₁、９４₂…レーザビーム、３０、７２、８１、９８₁、９８₂…蒸着エリア、７０、８２、９６₁、９６₂…開口部、７１、９７…マスク材、７８、９３…ポリゴンミラー。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パルス状レーザビームを固体原料に照射
してアブレーションを行い、これによって蒸発された物
質を基板に付着させて成膜する方法において、０．８Ｊ／ｃｍ²以下の平均フルーエンスを持ち、かつ
４ｃｍ²以上の面積を持つレーザビームから１Ｊ／ｃｍ
²以上の平均フルーエンスを持ち、かつ５０以上の縦横
比を持つ断面形状に変換したレーザビームを、前記固体
原料に照射することを特徴とする成膜方法。
【請求項２】パルス状レーザビームを固体原料に照射
してアブレーションを行い、これによって蒸発された物
質を基板に付着させて成膜する方法において、前記固体原料と前記基板間に１つ以上の開口部を有する
マスクが配置した後、複数箇所から前記固体原料を同時
または順次蒸発させることを特徴とする成膜方法。
【請求項３】前記レーザビームは、前記基板の照射面
における幅（Ｗ）と長さ（Ｌ）の比（Ｌ／Ｗ）が１０倍
以上の帯状パターンを有することを特徴とする請求項２
記載の成膜方法。
【請求項４】パルス状レーザビームを固体原料に照射
してアブレーションを行い、これによって蒸発された物
質を基板に付着させて成膜する方法において、前記基板を所望の速度で回転させながら、前記基板の下
方に配置された複数の固体原料にフルーエンスの異なる
レーザビームを同時または順次照射することを特徴とす
る成膜方法。