CN1489638A - 成膜方法和成膜装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可以在大面积的基板上形成膜的成膜方法和成膜装置。在该成膜方法中，从靶材(14)的表面使成膜材料飞散，通过使该飞散的成膜材料堆积在基板(12)上而形成膜。该成膜方法包括：使基板(12)的表面相对靶材(14)的表面成一定的角度而配置基板(12)和靶材(14)的工序，和使基板(12)相对靶材(14)移动到相对的位置处，同时在二维方向上连续地增加薄膜表面的面积，从而在基板(12)上形成膜的成膜工序。
Description
技术领域
本发明涉及成膜方法和成膜装置，特别是涉及可以对大面积基板成膜的成膜方法和成膜装置。
背景技术
现有技术中，作为形成氧化物超导体薄膜的技术之一，公知的有激光烧灼法。在此的激光烧灼法通过使强激光照射靶材等的固体的表面局部地加热固体，使原子或离子等从固体表面飞散到气体中，通过使该飞散的原子等堆积在其它的物体表面从而形成规定的薄膜的技术。作为使用该种激光烧灼法的现有成膜方法，可列举如在特开平8-246136号公报中所公开的成膜方法。
图11为说明特开平8-246136号公报中公开的现有成膜方法的模式图。参照图11说明现有的成膜方法。
参照图11，现有的成膜方法与照射有激光116的靶材114相对地配置有基板112。基板112的表面与靶材114的表面大致平行。通过激光116照射靶材114的表面局部地加热靶材114。由从靶材上被加热的部分飞散的原子等形成喷流115。在与该喷流115相对的基板112的表面上，通过构成喷流115的原子等的堆积形成氧化物超导体薄膜。基板112上的成膜速度越是距离喷流115的中心区域就越快。因此，图11中所示的成膜方法，通过将基板112沿箭头113、114所示的方向和垂直于纸面的方向移动，可以在基板112的整个面上形成具有大致均一厚度的薄膜。
但是，上述现有的成膜方法中具有下述的问题。
即，根据氧化物超导体的用途和制造工序，当希望形成薄膜的基板112的尺寸较大时，在图11中所示的成膜方法中如果将基板112的尺寸变得过大，基板112就会遮住射入靶材114的激光116。因此在图11所示的现有的成膜方法中，将基板112的尺寸变大有一定限制。
发明内容
本发明是为解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种可以在大面积的基板上形成膜的成膜方法和成膜装置。
本发明第一方面成膜方法中，从靶材的表面使成膜材料飞散，通过使该飞散的成膜材料堆积在基板上而形成膜。该成膜方法包括：使基板的表面相对靶材的表面成一定的角度而配置基板和靶材的工序，和使基板相对靶材移动到相对的位置处，同时在二维方向上连续地增加薄膜表面的面积，从而在基板上形成膜的成膜工序。
在此，为了使成膜材料从靶材表面飞散，考虑在靶材上照射激光等的能量光线的情况。该能量光线从倾斜于靶材的表面的方向照射。配置基板和靶材使基板的表面相对靶材的表面成一定角度时，可以配置基板使基板的表面方向成为和该能量光线的轨迹成为大致同一方向。这样即使基板的尺寸很大，也可以防止基板和能量光线轨迹的干涉。因此对能量光线的轨迹没有约束，可以在较大的基板上形成膜。
另外，在基板上形成膜的时候，通过使基板移动到相对靶材的相对位置上，因此可以在基板的整个面上形成膜。
上述第一方面的成膜方法中，基板的表面和靶材的表面所成的角度最好在0°以上90°以下。
在此，通过使基板的表面和靶材的表面所成的角度超过0°，可以可靠地将基板相对靶材以倾斜的状态配置。另外，如上所述，通过使能量光线照射靶材表面的方向与基板的倾斜方向为同一方向，在使用比现有技术尺寸大的基板时，可防止基板遮住能量光线轨迹的问题的发生。
另外，基板的表面和靶材的表面所成的角度为90°以下时，可以使从靶材表面飞散的成膜材料可靠地到达基板上应该形成膜的面上。因此可以在基板上可靠地形成膜。
上述第一方面的成膜方法中，为了使成膜材料从靶材表面飞散可以向靶材表面照射能量光线。
如上所述，根据本发明可以防止能量光线的轨迹和基板的干涉。因此为了使成膜材料从靶材上飞散而使用能量光线的成膜方法中，当希望扩大基板的尺寸时，本发明特别有效。
上述第一方面的成膜方法中，能量光线的轨迹和靶材表面所成的角度也可以比由基板表面和靶材表面所成的角度小。
此时，与向靶材表面的能量光线的轨迹的角度(能量光线的入射角)相比，基板的表面和靶材的表面所成的角度(基板的倾斜角)较大。因此，如果将基板倾斜成与能量光线的入射方向相同的方向，就可以在靶材上的能量光线的入射表面侧可靠地防止基板遮住能量光线的轨迹。因此，在基板的尺寸比现有技术中大时，可以可靠地将能量光线照射到靶材表面，从而在大面积的基板的表面上可靠地形成膜。
上述第一方面的成膜方法中，能量光线的轨迹可以和基板表面大致平行。
此时，基板的尺寸无论多大，基板都不会遮住能量光线的轨迹，因此，可以在任意大的基板表面形成膜。
上述第一方面上的成膜方法中，还可以具有通过改变基板相对靶材的相对位置改变基板表面和靶材表面所成的角度的角度改变工序。
此时，可以任意地改变基板的表面和靶材的表面所成的角度(倾斜角)。在此，通过改变倾斜角可以任意地改变基板表面上的成膜速度等的成膜条件或形成的薄膜上的微
粒密度等的薄膜性质。因此，可以与形成膜的特性相吻合地选择成膜条件。
上述第一方面的成膜方法，在成膜工序中，移动基板到相对靶材的位置时的移动方向可以大致为和基板表面平行的方向。
此时，可以在经常保持相对靶材表面的基板表面的角度一定的状态下，移动基板到相对靶材的位置。因此，在基板上应该形成膜的全部表面上(基板的成膜面)，可以在一定条件保持成膜条件。结果在基板的全部成膜面上可以容易地形成匀质的薄膜。
上述第一方面的成膜方法中，薄膜也可以含有氧化物超导体。
如果将形成氧化物超导体薄膜的工序应用于本发明中，可以在尺寸较大的基板表面上形成匀质的氧化物超导体。因为在氧化物超导体薄膜中薄膜的匀质性是重要的特性之一，所以本发明特别适合这种氧化物超导体薄膜的制造工序。
上述第一方面的成膜方法中，氧化物超导体最好是从含有从RE123系列氧化物超导体和铋系列氧化物超导体所构成的范围中选择的一种。
在此，RE123系列氧化物超导体指的是近似由REBa2Cu3Ox所表示的超导体，RE指的是钇(Y)，或钕(Nd)、钐(Sm)、钬(Ho)等稀土元素。作为铋系列氧化物超导体，主要优选2223相，即含有近似的由(BixPb1-x)2Sr2Ca2Cu3OY所表示相的氧化物超导体。
通过将本发明应用于这些氧化物超导体的制造工序中，可以容易地形成RE123系氧化物超导体和铋系氧化物超导体的匀质薄膜。
上述第一方面的成膜方法中，还可以具有在薄膜上形成氧化物超导体的工序，该薄膜可以是位于在基板和氧化物超导体之间的中间薄膜。
在此，为了良好地保持基板上形成的氧化物超导体的特性，现有技术中形成中间薄膜作为在基板和氧化物超导体之间的中间层。为了在基板全部表面上使氧化物超导体特性均匀，该中间薄膜在基板全部表面上有必要使薄膜厚或特性均匀。这样在将本发明应用于这样的中间薄膜的制造工序中，可以容易地得到匀质的中间薄膜。结果在基板的全部表面上可以使氧化物超导体的特性均匀。
上述第一方面的成膜方法中，薄膜可以至少含有从氧化钇稳定化氧化锆、氧化铈、氧化镁和钛酸锶所构成的范围中选择的一种。
上述氧化钇稳定化氧化锆等表现出了作为中间薄膜的优良特性。通过将本发明应用于适于这样的中间薄膜的薄膜制造工序中，可以容易地得到优良薄膜性质的中间薄膜。
上述第一方面的成膜方法中，构成基板的材料可以至少含有从蓝宝石、铝酸镧、钛酸锶、LSAT(Lanthanum Strontium Aluminum Titanium Oxide)所构成的范围中选择的一种。
上述蓝宝石等构成的基板和氧化物超导体或中间薄膜的晶格匹配性良好。因此如果使用上述材料所构成的基板，并通过本发明的成膜方法形成氧化物超导体，就可以得到匀质且薄膜质优良的氧化物超导体或中间薄膜。
本发明的另一方面的成膜装置是使成膜材料从靶材表面飞散，通过将该飞散的成膜材料堆积在基板表面上而形成膜。其具有改变基板表面相对靶材的表面所成角度的改变机构。
这样，利用本发明的成膜装置可以在将基板表面相对靶材表面所成的角度(倾斜角)设定为任意角度的状态下，实施成膜工序。通过改变倾斜角，可以改变基板上的成膜速度等的成膜条件。因此通过改变倾斜角可以任意改变成膜条件，以适合形成的薄膜的特性。
由于使成膜材料从靶材的表面飞散，因此考虑把激光等能量光线照射靶材的情况。该能量光线相对靶材的表面一般从倾斜的方向照射。使用改变机构使基板的表面相对靶材表面成一定角度而决定倾斜角时，配置基板使基板的表面方向和该能量光线的轨迹大致为同一方向。这样，即使基板的尺寸变大，也可以防止基板和能量光线的轨迹相干涉。因此相对能量光线的轨迹没有约束，可以在较大的基板上形成膜。
上述另一方面的成膜装置中，改变机构可以具有圆弧状的引导部件，和可以移动地设置在引导部件上保持基板的基板保持部件。
此时，通过使保持极板的基板保持部件沿着引导部件移动，从而可以容易地改变倾斜角。
上述另一方面的成膜装置也可以具有将基板移动到相对靶材的相对位置的移动机构。
此时，在基板上形成膜时，可以一边相对靶材移动基板到相对位置，一边在基板的表面上形成膜。因此通过使用移动机构，使基板相对靶材相对移动，可以使从靶材上飞散的成膜材料均匀地堆积在基板的全部表面上。从而可以在基板的全部表面上形成均匀的薄膜。
上述另一方面的成膜装置中，移动机构可以在和基板的表面大致平行的方向上使基板移动到相对靶材的相对位置上。
此时，可以经常在一定地保持基板表面相对靶材表面的角度的状态下，移动基板相对靶材的位置上。因此，在基板上应该形成膜的全部表面(基板的成膜面)上，可以在一定条件保持成膜条件，从而可以在基板的全部成膜面上容易地形成匀质的薄膜。
上述另一方面的成膜装置还具有用于使成膜材料从靶材表面飞散，向上述靶材表面照射能量光线的照射机构。
如上所诉，通过本发明，利用改变机构改变基板的倾斜角来确定能量光线的入射方向和基板相对靶材的倾斜方向，可以防止能量光线的轨迹和基板的干涉。因此，在具有使成膜材料从靶材飞散的照射能量光线的照射机构的成膜装置中，可以容易地使基板尺寸变大。
附图说明
图1为表示本发明的成膜装置的实施例的模式图；
图2为表示图1所示成膜装置的构成的方框图；
图3为说明使用图1和图2所示成膜装置的成膜方法的第一例的模式图；
图4为说明使用图1和图2所示成膜装置的成膜方法的第二例的模式图；
图5为说明使用图1和图2所示成膜装置的成膜方法的第三例的模式图；
图6为说明使用图1和图2所示成膜装置的成膜方法的第四例的模式图；
图7为说明使基板相对靶材相对移动时的移动方法的一例的模式图；
图8为说明使基板相对靶材移动时的移动方法的一例的模式图；
图9为说明使基板相对靶材移动时的移动方法的另一例的模式图；
图10为说明实施例2中成膜工序中基板和靶材的配置的模式图；
图11为说明现有的成膜方法的模式图。
具体实施方式
以下根据附图说明本发明的实施方式和实施例。以下的图中相对同一或相当的部分使用同一参考符号，且不重复其说明。
参考图1和图2说明本发明的成膜装置的实施方式。
参考图1和图2，成膜装置1具有，作为处理室的腔室2、该腔室2内部配置的靶台13、圆弧状导轨4、可以移动地安装在该圆弧状导轨4上的XY台9、在XY台9上设置的作为基板保持部件的基板台11、向靶台13上配置的靶材14照射激光16的激光光源18、决定激光16向靶材14照射时的激光16的光轴而采用的光学系统19。在腔室2的内部配置了如上所述的靶台13，在该靶台13上设置了靶材14。靶台13可以在上下方向上移动。在腔室2内部靶台13的上方配置了通过腔室2中的支持部件3所固定的圆弧状导轨4。在圆弧状导轨4中，通过支持部件5配置了XY台9。作为连接支持部件5和圆弧状导轨4的连接部的导轨连接部6，使圆弧状导轨4可以沿如图1的箭头33、34所示的方向移动。因此，XY台9可以沿圆弧状导轨4移动。
XY台9包含连接在支持部件5上的架台7和在该架台7上连接的台移动部8。台移动部8在架台7表面的大致平行的方向上可以相对架台7移动。该台移动部8的移动通过在架台7上设置的步进电机(图中未示)等驱动机构而进行。通过控制驱动机构，可以改变台移动部8相对架台7的移动方向、移动速度和位置等。在台移动部8中通过基部10固定了基板台11。在基板台11和靶台13相对的面上固定了基板12。
激光光源18振荡发出向靶材14入射的激光16。激光光源18中振荡发出的激光16在光学系统19中将该光轴改变为固定的方向，通过腔室2中设置的入射窗17照射到腔室2的内部。在腔室2的内部通过激光16照射靶材14的表面，构成靶材14的原子等从靶材14的表面飞散。在靶材上方形成由从靶材14飞散的原子等所组成的喷流15。通过喷流15部分地与基板12的表面相接触，在基板12的表面上堆积了作为成膜材料的原子，结果可以在基板12的表面上形成规定的薄膜。
通过使作为基板保持部件的基板台11和XY台9沿着作为导轨部件的圆弧状导轨4移动，可以任意的改变基板12的表面相对靶材14的表面所成的角度。如图1所示，通过使XY台9沿圆弧状导轨4在箭头33的方向上移动，可以倾斜基板12，使其朝向与相对靶材14的激光16的光轴倾斜方向相同的方向。
这样，利用本发明的成膜装置1，可以在任意地设定基板12的表面相对靶材14的表面所成的角度(倾斜角)的状态下实施成膜工序。通过改变倾斜角，可以改变基板12上的成膜速度等的成膜条件。因此通过改变倾斜角，可以任意地改变适合形成的薄膜的特性等的成膜条件。
支持部件3可以将圆弧状导轨4固定在上下方向上的任意位置上。结果通过圆弧状导轨4在上下方向上的位置改变，可以容易地改变基板12和靶材14之间的距离。另外，通过使靶台13在上下方向上移动，可以容易地改变基板12和靶材14之间的距离。
图2表示了根据构成成膜装置1的各机器的机能的成膜装置1的构成。即成膜装置1具有激光光源1、基板保持部件22、基板角度改变部件21、基板摇动部件23、基板靶材间距改变部件22、和控制部24。图2的激光光源18与图1所示的激光光源18对应。另外，基板保持部件20与作为图1所示的基板保持部件的基板台11相对应。作为改变机构的基板角度改变部件21与图1所示的圆弧状导轨4、支持部件5和导轨连接部6相对应。作为移动机构的基板摇动部件23与图1所示的XY台9相对应。基板靶材间距离改变部件22与靶台13和支持部件3相对应。这些激光光源18、基板保持部件20、基板角度改变部件21、基板动摇部件23、基板靶材间距离改变部件22由图1中未图示的作为控制部件24的控制装置2进行控制。成膜装置1中还设置有未图示的用来调整腔室2内部环境气体的供给量或压力的气体供给部件等。
下面说明使用图1和图2所示的成膜装置的成膜方法。
图1和图2所示的成膜装置1中，如上所述可以任意地改变靶材14和基板12所成的角度，同时使用XY台9可以容易地改变基板12相对靶材14的位置。
这样，在基板上形成膜的时候，通过运转XY台9可以移动基板12相对靶材14的位置，同时在基板12的表面上形成膜。因此，可以使作为从靶材14飞散的成膜材料的原子等在基板12的全部表面上均匀地堆积。结果，可以在基板12的全部表面上形成均匀的薄膜。
XY台9中的台移动部件8的移动方向和基板12的表面大约平行。因此，在经常确保基板12表面相对靶材14表面的角度θ一定的状态下(参照图4)，可以移动基板12到相对靶材14的位置。因此，在基板12的全部成膜面上，可以保持一定的成膜条件。结果，在基板12的全部成膜面上可以容易地形成匀质薄膜。
使用上述图1和图2所示的成膜装置1在基板12上形成氧化物超导体薄膜等时，如下所述，可以在将基板12与靶材14所成的角度进行各种各样的改变的状态下使用激光烧灼法。
例如，如图1所示，在靶材14和基板12大致平行配置的状态下，利用将激光16照射到靶材14上形成喷流15。通过该喷流15中的由作为成膜材料的靶材14所产生的原子等堆积在基板12的成膜面(基板12与靶材材14相对面)上，可以在基板12的成膜面上形成规定的模。此时的基板12和靶材14之间的位置关系的模式如图3所示。图3为说明使用图1和图2所示的成膜装置的成膜方法的第一例的模式图。
参照图3，在靶材14和基板12大致平行配置的状态下把激光1 6照射到靶材14上。使激光16相对靶材14的表面的入射角度为θLT。靶材14的表面和基板12的表面大致平行配置时，使用XY台9将基板12在二维方向(和架台7表面平行的方向)上移动时，存在着基板12遮住激光16的光轴的危险性。因此，基板12的大小被限制为不与激光16的光轴发生干涉的尺寸。因此如图3所示的配置虽然能够在图1所示的成膜装置中实现，但是图3所示的配置中存在使基板12面积增大的限制。
但是如图3所示的配置与后述的第4图和第5图所示的基板配置相比，基板12上形成的薄膜的成膜速度较大。因此在成膜速度优先的情况下，可以应用图3所示的成膜方法的第一例。
下面，如图4所示，在基板12的表面相对靶材14的表面倾斜θ的角度的状态下进行成膜工序。
图4所示的配置，参照图1通过在圆弧状导轨4中使导轨连接部6向箭头33方向移动，可以使XY台9、基部10和基板台11相对靶材14倾斜。图4中激光16和基板12的表面大致平行(即激光16相对靶材14的入射角度θLT与基板12表面相对靶材14的角度θ大致相等)。
如果如图4所示配置基板12和靶材14，基板12不会遮住作为能量光线的激光16的轨迹。因此通过运转XY台9在沿着基板12的表面的二维平面内，可以在任意方向上无限制的使基板12移动(即无论怎样移动基板12等，或即使基板12的尺寸变大，基板12和激光16的光轴都不会发生干涉)。结果容易实现基板的大面积化。
在基板12上形成膜时，通过运转XY台9可以移动基板12相对靶材14位置，可以在基板12的全部表面上形成均匀的薄膜。
如图4所示的成膜方法，虽然比图3所示的成膜方法的成膜速度低，但是在形成的薄膜中微粒数减少，可以得到具有比较平滑的薄膜面的薄膜。因此，可以应用于在维持一定的成膜速度的同时希望形成具有良好薄膜质量的薄膜的情况等。
在图1和图2所示的成膜装置1中，通过实施如图5所示作为角度改变工序的使XY台9沿圆弧状导轨4移动的工序，可以把基板12相对靶材14大致垂直地配置。图5所示的成膜方法中基板12的表面相对靶材14的表面所成的角度大致为90°。
此时，靶材14配置为没有在基板12的下方延伸时，通过运转XY台9，在和基板12的表面大致平行的二维平面内可以将基板12在任意方向上无限制的移动。结果与图4所示的成膜方法同样，可以容易地扩大基板12的面积。
这样通过使角度θ为90°，成膜速度比图3和图4所示的成膜方法较低，但是薄膜面上的粒子密度变得非常小。由此在优先考虑薄膜质量的情况下，最好采用如图5所示的成膜方法。
另外，本发明的成膜方法中，角度θ可以设定为0°以上90°以下范围内的任意值。
在使用图1和图2所示的使用成膜装置1的成膜方法中，如图6所示，可以在以使靶材14表面和基板12表面所成的角度θ比靶材14表面和激光16的光轴(轨迹)所成的角度θLT大的方式配置基板12时(即激光16的光轴25和基板12的表面延伸方向的延长线26相交地配置基板12)实施成膜工序。为了改变角度θ，实施作为角度改变工序的使XY台9沿着圆弧状导轨4移动的工序。例如角度θLT为45°的情况下，将角度θ设定为45°以上90°以下范围内的值。此时与图4和图5所示的成膜方法同样，即使将基板12沿其表面方向移动，激光16都不会被基板12所遮住。因此可以得到与图4和图5所示的成膜方法同样的效果。
通过改变角度θ可以任意地改变基板12表面上的成膜速度等的成膜条件。因此通过改变角度θ可以任意地改变薄膜上的粒子密度等的薄膜质量。因此，可以选择成膜条件以适应形成的薄膜的特性等。
成膜工序中，也可以使基板移动到相对靶材的位置时的移动方向和基板的表面大致平行。
通过运转XY台9，如上所述可以在经常保持基板12表面相对靶材14表面的角度θ一定的状态下，使基板12移动到相对靶材14的位置。因此在图3～6所示的任意成膜方法中也可以在基板12的全体表面上形成匀质的薄膜。
下面对使用图1和图2所示的成膜装置1的成膜方法中，对将基板12在和基板12表面平行的平面内移动时的移动方向进行说明。如上所述，成膜装置1内设置了XY台9，该XY台9的台移动部件8上连接有基板台11。通过运转该XY台9，可以沿着基板12表面的方向任意改变靶材14和基板12的相对的位置。由于激光16照射靶材14的特定的位置，喷流15的位置相对靶材14几乎没有变化。因此，通过驱动XY台9可以改变基板12相对喷流15的位置。结果在基板12的表面上，通过由喷流15产生的作为成膜材料的原子的堆积可以任意改变所形成膜的区域(成膜区域)的位置。
参照图7和图8，对使用XY台9对基板12的移动方法之一例进行说明。图7和图8表示基板12的成膜面(与靶材14相对的面)。
参照图7和图8，在使用图1所示的成膜装置的成膜方法中，由于使用较大的基板12，基板12的表面上的成膜区域27成为基板12全部表面中的一部分。通过使这样的成膜区域27沿图7所示的箭头30的方向缓缓地移动，在基板12的表面上连续地形成规定的薄膜。成膜区域27如图7所示在基板12的表面上连续地形成规定的薄膜。成膜区域27如图7所示在基板的12的宽度W方向上从一端部移动到另一端部的同时，在长度L方向上从一端部沿着箭头29向另一端部缓缓移动。
如图7所示基板12表面上使成膜区域27的移动是在图1所示的成膜装置1中如下所述实现。即在成膜装置1中在确保靶材14的位置一定时，通过使激光16照射靶材14的规定的区域而形成喷流15。由于固定了靶材14和激光16的光轴的位置，该喷流15的位置几乎不移动。该状态下通过使XY台9运转可以使基板12沿着和箭头30方向相反的方向缓缓地移动。结果如图7所示，在基板12的表面上可以使成膜区域27移动。考虑成膜区域27中的成膜速度、该成膜区域27的尺寸、和基板12的尺寸(宽度W和长度L)而规定使该基板12移动的速度。规定基板12的移动速度和移动方向使在基板12表面上不发生不形成膜的区域(即相对基板12的移动速度，规定箭头29所示方向的速度成分和箭头28所示的方向的速度成分之间的平衡，从而不产生成膜区域27没扫描的区域)。
如图7所示，成膜区域27从基板12的的一端开始到达另一端之后，如图8所示使基板12沿着与图7所示工序的相反方向再次移动。结果，可以使基板12从基板12长度L方向的另一端向一端移动。这样通过在基板12表面使成膜区域27移动，可以形成规定膜厚的薄膜。
作为基板12的移动方法，代替图7和图8所示的方法，可以如图9所示移动基板12。参照图9，(a)通过使成膜区域27沿箭头28所示的方向移动，可以使成膜区域27从基板12的宽度方向的一端部向另一端部移动。(b)其后，沿着和箭头29大致平行的方向移动成膜区域27。(c)进而，通过在和箭头28所示方向相反的方向上移动成膜区域27，可以使成膜区域27从基板12的宽度方向的另一端部向一端部移动。(d)使成膜区域沿和箭头29大致平行的方向移动。重复上述的(a)～(d)所示的工序。此时，在与所述工序(b)和(d)中的箭头29大致平行的方向上的成膜区域27的移动距离，最好移动与该成膜区域27的箭头29方向的宽度大致相同的长度。结果可以在基板12的表面上均一无间隙地形成膜。
使用图1和图2所示的成膜装置的成膜方法可以应用于RE123系列氧化物超导体或铋系氧化物超导体等的氧化物超导体的成膜工序中，此时可以容易地在大面积基板上形成匀质的氧化物超导体薄膜。
使用本发明的成膜装置的成膜方法也可以应用于基板氧化物超导体之间配置的中间薄膜的成膜工序中。利用本发明的成膜方法形成的中间薄膜，可以列举例如氧化钇稳定化氧化锆、氧化铈、氧化镁、钛酸锶等。这样通过将本发明的成膜装置和成膜方法应用于中间薄膜的成膜工序中，可以容易地在大面积基板上形成匀质的中间薄膜。
作为形成上述氧化物超导体薄膜或中间薄膜的基板12，可以使用蓝宝石、铝酸镧、钛酸锶或LSAT(Lanthanum Strontium Aluminum Titanium Oxide)等。
利用图1和图2所示的成膜装置，制作以下的样品，进行膜厚和粒子数等的测定。
(实施例1)
使用图1所示的成膜装置，在作为基板的铝酸镧基板上使用激光灼烧法形成HoBa2Cu3Ox超导体薄膜(以下记作HoBCO超导体薄膜)。使用的铝酸镧基板的形状为宽度W是3cm，长L是10cm的长方形。作为靶材使用边长为20cm的正方形HoBCO烧结体。
制作的样品有作为比较例的样品和作为实施例的样品1、2共三种。这些样品的成膜工序中靶材和基板的配置使用以下的配置。即作为比较例的样品的成膜工序中，图3所示的靶材14和基板12采用大致平行的配置。本发明的实施例的样品1的成膜工序中使用图4所示配置(即激光16的光轴方向和基板12的表面方向大致平行地配置)。实施例的样品2的成膜工序中，靶材14和基板12采用图5所示的垂直配置。
进行成膜时，通过运转XY台9，利用图7和图8所示方法移动在基板12上的成膜区域27。相对基板12的移动速度，与图7所示箭头29平行的方向上的速度成分和与箭头28平行的方向上的速度成分都使用5mm/秒的值。如图7和图8所示通过重复扫描基板12上的成膜区域27，使基板12表面上形成的HoBCO超导体薄膜的薄膜厚均一化。
作为3种样品的成膜条件，除基板的配置以外基本使用相同的条件。作为使用的成膜条件，使成膜时基板12的温度为750□。另外腔室2内部的压力为13.3Pa(100mTorr)。激光16的重复频率为20Hz，激光的功率为700mJ。比较例的样品和实施例的样品1、2中任意一种中，相对靶材14的表面的激光16的入射角度θLT(参照图3到图5)为45°，成膜时间都为30分。
在这样制造的比较例的样品和实施例的样品1、2中测定形成的氧化物超导体薄膜的薄膜厚、形成的薄膜上的粒子数和临界电流密度。将结果在表1中表示。
表1
| 膜厚(μm) | 粒子数(个/100μm2) | Jc(A/cm2) | 备注 | ||
| 比较例 | 6.25 | 107 | 3.12 | 基板与靶材：平行 | |
| 实施例 | 样品1 | 4.01 | 53 | 3.15 | 基板与激光：平行 |
| 样品2 | 1.13 | 3 | 3.08 | 基板与靶材：垂直 | |
如表1所示，基板12和靶材14平行配置的比较例的样品中薄膜厚度最厚。即由于各样品的成膜时间都为定值30分，如比较例中使基板12和靶材14平行的情况成膜速度成为最大，相对实施例的样品1、样品2和靶材所成的基板的倾斜角度越大，成膜速度就越低。
形成的薄膜上的粒子数在比较例中个数最多，随着成为实施例的样品1、样品2其个数减少。因此为了使形成的薄膜的表面非常平滑，可以如实施例的样品2中将基板12的表面和靶材14的表面大致垂直的配置。
由于实施例的样品1中基板12和激光16的延长方向大致平行，即使使基板12在其表面的平行方向上任意移动，基板12和激光16的光轴也不发生干涉。即理论上如果采用实施例的样品1中的配置，激光光轴的位置就没有限制，可以增大基板12的尺寸。
实施例、比较例的样品1和样品2任一个中，临界电流密度Jc大致相等，都表示出了良好的特性。
这样利用图1所示的成膜装置，从比较例中成膜速度优先的成膜条件开始，到使实施例中样品2中成膜的薄膜表面十分平滑的成膜条件为止，可以在各种各样的成膜条件下在基板上形成膜。
(实施例2)
使用与实施例1中的样品1和样品2的成膜条件基本相同的成膜条件，进行HoBCO超导体的成膜试验。在该成膜试验中，在改变基板12和靶材13所成的角度θ的条件下进行成膜。具体参照图10，相对靶材14的表面激光16的光轴所成的角度固定为45°，制作靶材14的表面与基板12的表面所成的角度θ为60°时进行成膜的样品3，和角度θ为75°时进行成膜的样品4。在形成样品1到4的任意成膜工序中，都可以不遮住激光16而将基板12在其表面平行的方向上任意地移动。即激光16和基板12不发生干涉。结果即使相对尺寸较大的基板12也可以稳定地在基板12上形成氧化物超导体薄膜。
相对得到的样品3、4，与实施例1同样地测定薄膜厚、粒子数和临界电流密度。将结果与样品1、2的数据一起在表2中表示。
表2
| ID | 基板与靶材所成角度：θ(°) | 膜厚(μm) | 粒子数(个/100μm2) | Jc(A/cm2) |
| 样品1 | 45 | 4.01 | 53 | 3.15 |
| 样品3 | 60 | 3.16 | 37 | 3.14 |
| 样品4 | 75 | 2.51 | 21 | 3.13 |
| 样品2 | 90 | 1.13 | 3 | 3.08 |
如表2所示随着基板和靶材所成的角度θ增大，形成的超导体薄膜的薄膜厚变薄(即成膜速度降低)，超导体薄膜中的粒子数减少。在任意一个样品中，临界电流密度Jc都显示了充分的值。
(实施例3)
如图10所示靶材14和基板2和激光16的配置中，靶材14和基板12所成的角度θ为45°，基板12使用宽度W是5cm，长度L是20cm的长方形铝酸镧基板，制作基板12上形成HoBCO超导体薄膜的实施例的样品。实施例的样品成膜时，如参照图7和图8说明的那样，在与基板12的表面平行的平面内移动基板12。对于基板12的移动速度，与图7所示箭头29平行的方向上的速度成分和与箭头28平行的方向上的速度成分都使用5mm/秒的值。作为其他的成膜条件，基本上与实施例1中样品1的成膜条件相同。
作为比较例，利用下面的成膜条件制作进行成膜的样品。作为比较例的样品的成膜条件，对于成膜时的基板温度、环境气体和压力、重复激光的频率和激光功率等与上述实施例相同。利用光束均化器扩大照射到靶材上的激光照射区域，使照射到靶材14上的激光可以形成比基板12的短轴方向(宽度W方向)的宽度大的成膜区域。光束均化器的能量分布分散为±5％，可以得到宽度为7cm的线光束。通过将该宽度为7cm的线光束照射到靶材上，可以增大喷流15的大小。基板的尺寸如前所述宽度W为5cm，长度L为20cm。因此基板上的成膜区域的宽度可以扩大为和基板的宽度W相同程度的大小。从而，通过利用上述光束均化器，在比较例中在基板12上形成与基板的宽度W(5cm)具有相同宽度的成膜区域。在通过从基板的宽度方向W的一端向另一端延伸来配置成膜区域的状态下，可以只在长度L方向(仅仅一元方向)运送基板。这样比较例的样品中在基板的全面上形成了氧化物超导体薄膜。
相对这样得到的实施例和比较例的样品，分别测定氧化物超导体薄膜的薄膜厚分布。将结果在表3中表示。
表3
表3中短轴方向为图7和图8所示的宽度W方向，长轴方向为图7和图8所示的长度L方向。在各个方向上分别等间隔地配置的A到F的六个点上测定氧化物超导体薄膜的薄膜厚。结果由表3可知相对比较例，实施例的样品的膜厚的分布分散较小。
相对相同的样品，在如表3所示A到F的各个点上分别测定临界电流密度Jc。结果表示在表4中。
表4
由表4可知，无论在短轴方向还是长轴方向上，本发明的实施例比比较例的临界电流密度的Jc分布分散小。
(实施例4)
作为基板12，使用宽度W为5cm、长度L为20cm的长方形蓝宝石基板，在该蓝宝石基板上使用激光烧灼法制作将氧化铈中间层成膜的实施例和比较例的样品。
实施例的样品中氧化铈中间层的成膜工序中，靶材14、基板12和激光16的配置与实施例3中实施例的样品的成膜工序中的配置相同。作为成膜条件成膜时的基板温度为600℃，环境气体使用氩气，环境气体的压力为13。3Pa(100mTorr)、激光重复频率为150Hz，激光功率为600mJ。成膜时，与实施例3中实施例的样品同样地如图7和图8所示移动基板12。移动基板12时的移动速度等的条件与实施例3中实施例的样品中基板的移动速度等的条件相同。
比较例的样品中氧化铈中间层的成膜工序中，与实施例3中比较例同样使用光束均化器。相对其他的成膜条件，使用与上述实施例4中的实施例的成膜条件相同的条件。
相对这样得到的实施例和比较例的样品，测定其薄膜厚度分布并将结果表示在表5中。
表5
参照表5，测定位置在短轴方向和长轴方向都与实施例3相同为等间隔配置的A到F这6个点。由表5可知，与比较例相比实施例的氧化铈中间层的薄膜厚的分布分散较小。
(实施例5)
在实施例4的实施例的样品中氧化铈中间层上，通过使用与实施例3的实施例的样品中的成膜条件相同的成膜条件形成HoBCO超导体薄膜，制作实施例5的样品。
在实施例4的比较例的样品中的氧化铈中间层上，通过使用与实施例3的比较例的样品中的成膜条件相同的成膜条件(即使用光束均化器的条件)形成HoBCO超导体薄膜。
对于这样得到的实施例和比较例的各个样品，测定薄膜厚度和临界电流密度Jc，将结果表示在表6和表7中。
表6
表7
如表6和表7所示，比较例和实施例与实施例3和4相同，在短轴方向和长轴方向上等间隔配置的测定点A到F上测定薄膜厚和临界电流密度Jc。由表6和表7可知，与比较例相比实施例的薄膜厚度分布的分散较小，且临界电流密度Jc分布的分散较小。
应该说明，在此公开的实施形态和实施例的全部内容都仅是列举例子，并不做任何限定。本发明的范围不在于上述实施形态和实施例，而由权利要求的范围所表示，其意图在于包含与权利要求的范围相等的含义和范围内的所有变化。
工业上的适用性
如上所述，本发明的成膜方法和成膜装置，可以作为在大面积的基板的表面上形成膜的方法和装置来利用。在大面积的基板表面上形成氧化物超导体的薄膜时特别有用。
Claims (17)
1.一种成膜方法，从靶材(14)的表面使成膜材料飞散，通过使该飞散的成膜材料堆积在基板(12)上而形成膜，其包括：使上述基板(12)的表面相对靶材(14)的表面成一定角度的配置上述基板(12)与上述靶材(14)的工序，和使上述基板(12)相对上述靶材(14)移动到相对的位置处，同时在二维方向上连续地增加薄膜表面的面积，从而在上述基板(12)上形成膜的成膜工序。
2.如权利要求1所述的成膜方法，其中，上述基板(12)的表面和靶材(14)的表面所成的角度为0°以上90°以下。
3.如权利要求1所述的成膜方法，其中，向上述靶材(14)表面上照射能量光线(16)，以使成膜材料从从上述靶材(14)表面飞散。
4.如权利要求3所述的成膜方法，其中，上述能量光线(16)的轨迹(25)与上述靶材(14)的表面所成的角度(θLT)比由上述基板(12)的表面与上述靶材(14)的表面所成的角度(θ)小。
5.如权利要求3所述的成膜方法，其中，上述能量光线(16)的轨迹(25)与上述基板(12)的表面大致平行。
6.如权利要求1所述的成膜方法，其中，还具有通过改变上述基板(12)相对上述靶材(14)的相对位置，改变上述基板(12)的表面与靶材(14)的表面所成的角度(θ)的角度改变工序。
7.如权利要求1所述的成膜方法，其中，在上述成膜工序中，移动上述基板(12)到相对上述靶材(14)的位置时的移动方向大致为和上述基板(12)表面平行的方向。
8.如权利要求1所述的成膜方法，其中，上述薄膜含有氧化物超导体。
9.如权利要求8所述的成膜方法，其中，上述氧化物超导体含有从RE123系列氧化物超导体和铋系列氧化物超导体所构成的范围中选择的一种
10.如权利要求1所述的成膜方法，其中，进而具有在上述薄膜上形成氧化物超导体的工序，上述薄膜是位于在上述基板(12)和上述氧化物超导体之间的中间薄膜。
11.如权利要求10所述的成膜方法，其中，上述薄膜至少含有从氧化钇稳定化氧化锆、氧化铈、氧化镁、钛酸锶所构成的范围内选择的一种。
12.如权利要求1所述的成膜方法，其中，构成上述基板的材料至少含有从蓝宝石、铝酸镧、钛酸锶、LSAT所构成的范围中选择的一种。
13.一种成膜装置，从靶材(14)的表面使成膜材料飞散，通过使该飞散的成膜材料堆积在基板(12)上而形成膜，其具有改变上述基板(12)的表面相对靶材(14)的表面所成的角度的改变机构(4～6、9～11、21)。
14.如权利要求13所述的成膜装置，其中，上述改变机构(4～6、9～11、21)具有圆弧状的引导部件(4)，和可以移动地设置在上述引导部件(4)上并保持上述基板(12)的基板保持部件(11)。
15.如权利要求13所述的成膜装置，其具有，将基板(12)移动到相对靶材(14)的相对位置的移动机构(9)。
16.如权利要求15所述的成膜装置，其中，上述移动机构(9)可以在和上述基板(12)的表面大致平行的方向上使上述基板(12)移动到相对上述靶材(14)的相对位置上。
17.如权利要求13所述的成膜装置，其还具有，向上述靶材(14)表面上照射能量光线(16)，以使成膜材料从从上述靶材(14)表面飞散的照射机构。
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