JP2000212000A

JP2000212000A - 超伝導膜の成膜方法

Info

Publication number: JP2000212000A
Application number: JP11015931A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Akasegawa; 章彦赤瀬川; Kazunori Yamanaka; 一典山中
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1999-01-25
Filing date: 1999-01-25
Publication date: 2000-08-02

Abstract

(57)【要約】【課題】両面に超伝導薄膜を備えた平面回路型フィル
タを提供するのに有用な超伝導体の薄膜を形成する方法
を提供すること。【解決手段】基板の両面に気相成長法に従って超伝導
体からなる薄膜を形成する方法において、前記基板の近
傍に配置された熱源を使用して前記基板を加熱するとと
もに、その加熱の間、前記基板と前記加熱装置との間
に、前記基板と同一もしくは同種の材料からなるスペー
サ基板を介在させ、前記基板に密着させるように構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超伝導膜の成膜方法
に関し、さらに詳しく述べると、基板の両面に気相成長
法に従って超伝導体、好ましくは酸化物超伝導体からな
る薄膜を形成する方法に関する。本発明の成膜方法は、
特に、平面回路型フィルタの製造において有利に利用す
ることができる。

【０００２】

【従来の技術】近年、高品質な通信が行える移動体や衛
星の通信システムの実現が急務となっており、また、こ
れに対応するため、基地局において、低損失で急峻な遮
断特性をもつフィルタが要求されている。このため、超
伝導膜を信号層に使用した平面回路型フィルタが提案さ
れている。平面回路型フィルタの典型例はマイクロスト
リップフィルタであり、図１に示されるような断面構造
を有している。すなわち、マイクロストリップフィルタ
１０は、図示されるように、誘電体材料（例えば、Ｍｇ
Ｏ単結晶）からなる回路基板１を有していて、その表面
には、ストリップ状の導体（信号層）２が被着されてい
る。信号層２は、導体である超伝導体（例えば、酸化物
超伝導体、例えばＹＢＣＯ）の薄膜から構成されてい
る。参照番号３は、グランド層であり、銅の薄膜から構
成されている。しかし、より高性能のフィルタを得るた
め、信号層２に加えてグランド層３も超伝導体の薄膜か
ら形成されたフィルタを提供することが望ましい。

【０００３】さらに具体的に説明すると、平面回路型フ
ィルタとしては、図２に示されるような３段ヘアピン型
マイクロストリップフィルタがある。このフィルタ１０
は、その信号層２にヘアピン型の導体を採用している。
図３の３段ディスクフィルタ１０も平面回路型フィルタ
の一例である。このフィルタ１０の場合、ディスク状の
導体からなる信号層２が採用されている。さらに、図２
及び図３のフィルタに共通して、銅の薄膜からなるグラ
ンド層３が回路基板１の裏面に積層されている。

【０００４】上述のような、超伝導膜を信号層に使用し
た平面回路型フィルタを製造するため、通常、図４に示
されるようなマグネトロンスパッタリング装置（一部の
みを示す）を使用して、基板の上に超伝導膜を積層する
ことが行われている。すなわち、加熱装置としてのヒー
タ４を内蔵した基板ホルダー５の上に、引き続く成膜工
程で超伝導膜が被着される予定の基板１を基板抑え板６
で取り付け、さらにネジ７で固定する。基板１は、例え
ばＭｇＯ（１００）単結晶などの誘電体材料からなり、
また、基板ホルダー５は、ステンレス鋼、ニッケル合金
などからなる。また、図示の例の場合には、熱伝導加熱
を行っているのでヒータ４を内蔵した基板ホルダー５を
使用しているが、これに代えて輻射加熱を行ってもよ
く、そのような場合には、図示しないが、赤外線ランプ
などを加熱装置として使用することができる。装置内に
配置されたターゲットのスパッタ現象によって、基板１
の表面に、そのターゲットに由来する超伝導膜１を薄膜
で積層させることができる。

【０００５】また、上記のような超伝導膜の成膜におい
て、基板を所要の高温度（通常、約６００〜９００℃）
まで加熱するため、基板ホルダーと基板とが直に密着さ
れているか、さもなければ、両者の間の熱接触を改善す
るため、銀ペーストや金箔の層が中間に介在せしめられ
ている。（例えば、Ｒ．Ｐ．Ｒｏｂｅｒｔａｚｚｉ及び
Ｂ．Ｄ．Ｏｈ，ＩＥＥＥ．Ｔｒａｎｓ．Ａｐｐｌ．Ｓｕ
ｐｅｒｃｏｎｄ．，Ｖｏｌ．３，１０９４（１９９３）
を参照されたい）。

【０００６】しかしながら、基板の片面のみに超伝導膜
を形成する時には特に問題は発生しないけれども、上記
のように、平面回路型フィルタ等の作製のために基板の
両面に超伝導膜を形成する場合には、いくつかの問題が
発生する。例えば、基板に接して存在する基板ホルダー
や銀ペースト中に汚染物質が含まれる場合には、その汚
染物質に由来して超伝導膜の汚染が発生する。すなわ
ち、基板が汚染源と接した場合には、成膜途中で汚染物
質を拾ってしまい、良質な膜を形成することができな
い。また、基板の両面に超伝導膜を形成する場合には、
基板の片面ずつに成膜処理を行っているので、その時間
差に原因して膜品質の劣化が発生する。すなわち、基板
の一方の面に超伝導膜を形成した後、その基板を反転し
てもう一方の面に超伝導膜を成膜している間に、すでに
形成されている超伝導膜が、基板ホルダーや銀ペースト
中に含まれる汚染物質にさらされ、その品質の劣化を被
らざるを得ない。さらに、このような問題を回避するた
めに、基板ホルダーに対する基板の直接接触を避けて、
基板をその端部でのみ支承することも考えられる。しか
し、このような場合には、基板ホルダーとの直接接触に
由来する汚染の問題は低減されるというものの、基板自
体が輻射を透過しやすい基板（誘電体基板）であるた
め、基板温度を十分に上げることができず、良質な膜が
形成できないという新たな問題が発生する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、した
がって、基板の両面に気相成長法に従って超伝導体から
なる薄膜を形成するためのものであって、基板ホルダー
等からの汚染を被ることがなく、かつ基板温度を成膜の
実施に十分な程度まで高めることのできる成膜方法を提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板の両面に
気相成長法に従って超伝導体からなる薄膜を形成する方
法において、前記基板の近傍に配置された熱源を使用し
て前記基板を加熱するとともに、その加熱の間、前記基
板と前記熱源との間に、前記基板と同一もしくは同種の
材料からなるスペーサ基板を介在させ、前記基板に密着
させることを特徴とする超伝導膜の成膜方法にある。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の超伝導膜の成膜方
法をその好ましい実施の形態を参照して説明する。な
お、下記の形態は一例であって、本発明の範囲内におい
て種々の変更を施し得ることを理解されたい。本発明の
超伝導膜の成膜方法は、基板の両面に気相成長法に従っ
て超伝導体、好ましくは酸化物超伝導体からなる薄膜を
形成する方法にある。ここで、成膜に用いられる気相成
長法は、この技術分野において薄膜形成のために一般的
に使用されている方法をそのままあるいは所望に応じて
変更して、使用することができる。気相成長法は、物理
的に行うものであってもよく、あるいは化学的に行うも
のであってもよい。適当な物理的ないし化学的気相成長
法は広範囲に及ぶけれども、その典型例は、ＰＶＤ法、
ＣＶＤ法、エピタギャル成長法などである。適当なＰＶ
Ｄ法としては、以下に列挙するものに限定されないけれ
ども、例えば電子ビーム加熱蒸着真空蒸着法、高周波誘
導加熱真空蒸着法、レーザー加熱真空蒸着法等の真空蒸
着法、例えばイオンビームスパッタリング法、プラズマ
スパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法等の
スパッタリング法、その他を挙げることができる。例え
ば、スパッタリング法は、真空中に放電用ガス（例え
ば、アルゴンガス）を導入し、電極間に電圧を印加する
ことによってグロー放電を発生させ、さらに、その時、
プラズマ中の正のイオンを陰極上のターゲットの表面に
衝突させ、ターゲット原子がはじき出されるスパッタ現
象を利用して、基板上に薄膜を形成することができる。
必要に応じて、その他のメカニズムにもとづく成膜法を
使用してもよい。

【００１０】本発明による超伝導膜の成膜方法では、超
伝導膜の形成が予定される基板の近傍に配置された熱
源、好ましくは加熱装置など（通常、基板ホルダーに内
蔵される）を使用して基板を加熱するとともに、その加
熱の間、基板と熱源との間に、基板と同一もしくは同種
の材料からなるスペーサ基板を介在させ、これを基板に
密着させることを特徴とする。基板及びその近傍をこの
ように構成した場合には、基板ホルダーと基板の間にス
ペーサ基板を介在させたことにより、基板ホルダーから
の汚染をスペーサ基板によって遮断することができ、ま
た、スペーサ基板を基板と同一もしくは同種の材料から
構成して基板に密着させたことによって、基板ホルダー
と基板の良好な熱接触を達成し、また、すでに形成され
ている超伝導膜が基板ホルダーにさらされることによっ
て引き起こされる超伝導膜の品質の劣化も防止すること
が可能である。さらに、本発明方法では、汚染物質が含
まれるために従来の技術で問題となっていた銀ペースト
等の使用を省略することができる。

【００１１】図５は、本発明方法の実施に有利に使用す
ることのできるマグネトロンスパッタリング装置の好ま
しい一例を、特に基板の近傍を中心にして示したもので
ある。基板ホルダー５は、熱源としてのヒータ４を内蔵
している。なお、図示の例の場合には、熱伝導加熱を行
っているのでヒータ４を内蔵した基板ホルダー５を使用
しているが、これに代えて輻射加熱を行ってもよく、そ
のような場合には、図示しないが、赤外線ランプなどを
熱源として使用することができる。基板ホルダー５の上
に、引き続く成膜工程で超伝導膜が被着される予定の基
板１を取り付ける。図示の例では、基板１を基板抑え板
６で取り付け、さらにネジ７で固定する方法が採用され
ているが、必要に応じて、その他の取り付け、固定方法
を採用してもよい。本発明方法では、基板ホルダー５
と、その上の基板１との間に、スペーサ基板８が配置さ
れている。基板１及びスペーサ基板８の基板抑え板６に
よる取り付けは、良好な熱効率を達成するため、なるべ
く接触面積が小さくなるように配慮することが好まし
い。なお、図示の例では、第１の超伝導膜２と第２の超
伝導膜３とがすでに形成されている状態が示されてお
り、これからも理解されるように、スペーサ基板８は、
基板ホルダー５に密着すると同時に、基板１上の第１の
超伝導膜２とも密着している。このことはまた、第２の
超伝導膜３の成膜時、第２の超伝導膜３の汚染の防止
や、基板ホルダーと基板の良好な熱接触の達成が得られ
ることを示している。

【００１２】本発明方法の実施において、基板は、特に
限定されるものでなく、得られる超伝導膜の使用目的等
に応じて最適な基板材料を選択して使用することができ
る。例えば、超伝導膜を備えた基板を使用して平面回路
型フィルタを製造するような場合には、例えばＭｇＯ、
ＬａＡｌＯ₃、サファイア（ＣｅＯ等を被覆したものが
好ましい）、ＴｉＯ₂、ＹＡｌＯ₃、Ｎｄ：ＹＡｌ
Ｏ₃、Ｃｅ：ＹＡｌＯ₃、ＣｅＯ、ＹＳＺ、ＳｒＴｉＯ
₃、ＮｄＧａＯ₃、ＬａＳｒＧａＯ₄、ＬＳＡＴ（Ｌａ
ＡｌＯ₃−Ｓｒ₂ＡｌＴａＯ₆）などの誘電体材料を有
利に使用することができる。また、このような基板の形
状及び寸法も特に限定されるものでなく、得られる超伝
導膜の使用目的等に応じて広く変更することができる。
特に、平板状の基板を有利に使用することができる。

【００１３】基板ホルダーは、ステンレス鋼、ニッケル
合金など、この技術分野において一般的に使用されてい
る材料から形成することができる。また、この基板ホル
ダーの内部には、その内蔵及び取り付けの方法は限定さ
れないけれども、各種のヒータ、赤外線ランプなどの熱
源を取り付けることが好ましい。しかし、必要に応じ
て、もしも本発明の効果に悪影響がでないのであるなら
ば、基板ホルダーと熱源とがそれぞれ独立して取り付け
られていてもよい。

【００１４】基板と基板ホルダーの間に配置されるスペ
ーサ基板は、基板と同一もしくは同種の材料からなるこ
とが必要である。ここで、「同種の材料」とは、組成あ
るいは特性が類似していて、それを使用した時に、基板
と同一の材料を使用した時と同等もしくはそれ以上の作
用効果が得られるような材料を指している。一例を示す
と、基板をＭｇＯから形成した時に、スペーサ基板とし
てサファイアを使用することができる。また、２枚の基
板を使用して、一方の基板を基板そのものとして使用
し、他方の基板をスペーサ基板として使用してもよい。
さらに、基板の上にすでに超伝導膜を形成したものを、
特にスペーサ基板として使用してもよい。スペーサ基板
は、その材料が基板と同一もしくは同種の材料からなる
と同時に、その形状及び寸法も基板のそれと同一もしく
は同様（ほぼ同一）であることが好ましい。このような
スペーサ基板の使用を通じて、本発明の効果をさらに高
めることができるであろう。

【００１５】基板の両面に形成される超伝導膜は、前記
した基板と同様に、得られる超伝導膜の使用目的等に応
じて最適な超伝導体を選択して使用することができる。
例えば、超伝導膜を備えた基板を使用して平面回路型フ
ィルタを製造するような場合には、酸化物超伝導体を有
利に使用することができる。適当な酸化物超伝導体とし
ては、以下に列挙するものに限定されないけれども、Ｙ
ＢＣＯ（Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０）、Ｂｉ（Ｐｂ）−Ｓｒ−
Ｃｕ−Ｏ、Ｎｄ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏなどを挙げることがで
きる。

【００１６】また、形成される超伝導膜の膜厚は、その
超伝導膜の使用目的等に応じて広く変更することができ
るけれども、通常、０．２〜２．０μｍの範囲にあるの
が好ましい。特に、本発明方法により得られる超伝導膜
付き基板を使用して例えば平面回路型フィルタを製造す
るような場合には、超伝導膜の膜厚は０．３〜１．０の
範囲にあるのが好ましい。

【００１７】本発明方法において、基板の両面のそれぞ
れに超伝導膜を形成する手順は特に限定されるものでは
ないけれども、基板の薄膜形成面のうちスペーサ基板と
面していない面において第１の成膜を行い、次いで、片
面に超伝導膜を形成した基板を反転した後（すなわち、
スペーサ基板の基板密着面に対して基板の超伝導膜を密
着させた後）、基板のいま一つの薄膜形成面において第
２の成膜を行うことが好ましい。

【００１８】図６は、上記の成膜工程を説明したもの
で、まず図６（Ａ）に示されるように、基板１をその第
１の超伝導膜２を形成すべき面（薄膜形成面）が露出す
るようにしてスペーサ基板８の上に密着させる。ここ
で、スペーサ基板８の基板密着面８ａは、図示されるよ
うに、微細な凹凸を有することが好ましい。スペーサ基
板の表面にこのような凹凸があると、基板の上に超伝導
膜を形成した後、その基板をスペーサ基板から剥離する
作業を円滑に行うことができる。実際、基板と同等の平
滑度を有するスペーサ基板を使用した場合には、基板と
スペーサ基板の密着力が強くて、引き続く成膜工程のた
めの剥離作業が困難であった。

【００１９】スペーサ基板の基板密着面に形成されるべ
き微細な凹凸の程度は、所望とする効果に応じて広く変
更し得るというものの、通常、表面粗さで表して、０．
０１〜５μｍの範囲であるのが好ましい。基板密着面の
表面粗さが５μｍを上回ると、スペーサ基板から基板へ
の熱伝導が低下し、また、反対に０．０１μｍを下回る
と、所期の剥離補助効果を得ることができない。

【００２０】スペーサ基板の基板密着面に対する微細な
凹凸の付与は、本発明の方法及びその効果に対して悪影
響を及ぼさない限り、いろいろな粗面化技法に従って行
うことができる。例えば、スペーサ基板の表面をダイヤ
モンドペーストあるいはそれに類するペーストを使用し
た研磨によって粗面化することが好ましい。ダイヤモン
ドペーストは、粗面化処理の完了後に超音波洗浄を行う
ことなどにより除去することができるので、引き続いて
実施する工程に対して悪影響を及ぼすことがない。その
他の適当な粗面化方法としては、例えば、アルゴン（Ａ
ｒ）イオンミリングなどを挙げることができる。

【００２１】本発明方法では、スペーサ基板の基板密着
面を粗面化することに代えて、スペーサ基板の基板密着
面にあらかじめ超伝導膜が形成されているものを使用し
てもよい。スペーサ基板の超伝導膜は、本発明方法で形
成しようとしている超伝導膜と異なる組成であっても使
用できなくはないが、望ましくは同一組成であることが
良い。その理由は、例えば、スペーサ基板の超伝導膜が
Ｂｉ−Ｐｂ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏである一方、形成し
ようとしている超伝導膜がＮｄ−Ｂａ−Ｃｕ−ＯやＹ−
Ｂａ−Ｃｕ−Ｏなどであり、両者の材質が相異なる場合
には、Ｐｂの蒸気圧が高いのでＰｂが基板に対して意図
せずに直に被着してしまいがちであり、さらにＮｄ−Ｂ
ａ−Ｃｕ−ＯやＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏの成膜温度が高いた
めに、かかるＰｂがＮｄ−Ｂａ−Ｃｕ−ＯやＹ−Ｂａ−
Ｃｕ−Ｏの成膜中に高温となる結果不用意に拡散しがち
であり、これによって特性に悪影響を及ぼす問題が生じ
てしまうからである。この方法の別法として、特に、す
でに超伝導膜が形成されている基板をスペーサ基板とし
て使用することが好ましい。スペーサ基板の基板密着面
に超伝導膜が存在していると、超伝導膜の表面にはすでに微細な凹凸が形成されて
いるので、上述のような粗面化処理を行うことの必要が
なくなる、超伝導膜は自体黒色であるので、基板の加熱を行う
時、輻射熱により加熱効果を高めることができる、第２の超伝導膜を形成する段階で、すでに形成され
ている第１の超伝導膜に接するのはスペーサ基板の超伝
導膜であるので、スペーサ基板やその下の基板ホルダー
からの悪影響を遮断することができる、などの効果を得ることができる。

【００２２】第１の超伝導膜２の形成後、図６（Ｂ）に
示されるようにして第２の超伝導膜３を形成する。片面
に第１の超伝導膜２を形成した基板１は、その未薄膜形
成面が上を向いてターゲット（図示せず）に対向するよ
うに反転させる。すなわち、スペーサ基板８の基板密着
面８ａに対して基板１の第１の超伝導膜２を密着させ。
ここで、スペーサ基板８の基板密着面８ａは、図６
（Ａ）において示したように微細な凹凸を有していても
よいが、基板密着面８ａに当接する基板１の表面には第
１の超伝導膜２がすでに形成されており、微細な凹凸を
付与した場合と同様な作用効果が期待できるので、何ら
の特別な処理を施されていない平滑な表面であってよ
い。次いで、第２の超伝導膜３を形成するため、前記し
た第１の超伝導膜２の形成と同様にして成膜工程を実施
する。

【００２３】第１の超伝導膜２及び第２の超伝導膜３を
それぞれ基板１の表面に形成した後、もしもこの超伝導
膜付き基板を平面回路型フィルタの製造に使用するよう
な場合には、グランド層となる第２の超伝導膜３はその
ままとして、第１の超伝導膜２のみを所望のパターンに
従ってエッチングして、信号層を形成する。エッチング
方法としては、ウェットエッチング及びドライエッチン
グのどちらも任意に使用することができる。

【００２４】先にも説明したように、第１の超伝導膜２
及び第２の超伝導膜３を形成するための成膜工程は、常
用の蒸着方法を使用して実施することができる。ここで
使用し得る蒸着方法を具体的に説明すると、例えば、好
ましい蒸着方法の一例は、以下に記載する実施例におい
ても使用されているけれども、図７に略示するマグネト
ロンスパッタリング法である。図示のマグネトロンスパ
ッタリング装置２０は、先に図５を参照して説明したヒ
ータ４内蔵の基板ホルダー５、基板１及びスペーサ基板
８を含むユニットをチャンバ２５の下方に有している。
なお、図示の例では、基板１の表面に第１の超伝導膜２
がすでに積層されている。チャンバ２５の上方には磁界
を発生させるためのマグネット装置２１が取り付けられ
ており、また、チャンバ２５の頂部には、下方の基板１
に対向するようにして、成膜原料となるターゲット２２
が収納されている。

【００２５】超伝導膜２を成膜するに当たって、チャン
バ２５の側壁に取り付けられた排気口２４を介して真空
引きを行い、チャンバ２５内が真空状態となった後、ガ
ス装入口２３より放電用ガスを導入する。陽極と陰極の
間に電圧を印加して電界を発生させ、また、この電界に
交差するようにして、マグネット装置２１からの磁界を
印加する。ターゲット２２の前面において高密度のプラ
ズマＰが作られ、そのプラズマＰに含まれる正のイオン
がターゲット２２に衝突してターゲット原子をはじき出
させ、基板１の表面に飛来させる。このようなスパッタ
現象により、基板１の表面にターゲット２２に由来する
第１の超伝導膜２が順次堆積せしめられる。

【００２６】上記したようなマグネトロンスパッタリン
グ法を含めて、スパッタリング法を実施する条件は、種
々のファクタに応じて変動するけれども、通常、基板温度６３０〜９００℃（超伝導膜によって
異なる）放電電圧１５０〜２５０ボルト放電電流０．５〜１．１Ａガス圧力２０〜７０Ｐａである。

【００２７】また、上記したマグネトロンスパッタリン
グ法に代えて、図８に示すようなレーザー蒸着法を使用
することもできる。レーザー蒸着法は、大出力レーザー
の発熱効果を利用した蒸着法であり、極めて大きな蒸着
速度が得られるなどの利点がある。図示のレーザー蒸着
装置３０は、先に図５を参照して説明したヒータ４内蔵
の基板ホルダー５、基板１及びスペーサ基板８を含むユ
ニットをチャンバ３５の上方に有している。なお、図示
の例では、基板１の表面に第１の超伝導膜２がすでに積
層されている。チャンバ３５の側壁には、レーザー光３
６（例えば、ＫｒＦレーザー）をターゲット３２に照射
するための入射窓が取り付けられている。また、チャン
バ３５の下部には、上方の基板１に対向するようにし
て、蒸着母材となるターゲット３２（例えば、ＹＢＣＯ
膜を形成する場合には、ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_y）が収納さ
れている。

【００２８】超伝導膜２を成膜するに当たって、チャン
バ３５の底壁に取り付けられた排気口３４を介して真空
引きを行い、チャンバ２５内が真空状態となった後、ガ
ス装入口３３より適当なガス（例えば、酸素ガス）を導
入する。引き続いて、レーザー光３６をチャンバ３５の
入射窓を通してターゲット３２に照射し、これを加熱
し、蒸発させる。ターゲット３２からのプルーム３７が
上昇し、基板１の表面に蒸着せしめられる。このように
して、基板１の表面にターゲット３２に由来する第１の
超伝導膜２が形成される。

【００２９】本発明方法によって形成することのできる
超伝導膜は、各種の超伝導膜を備えた装置の製造におい
て有利に使用することができる。特に、本発明の超伝導
膜は基板の両面に薄く均一に形成されており、しかも品
質に優れているので、先に図２及び図３を参照して説明
した平面回路型フィルタや、その他のフィルタの製造に
おいて有利に使用することができる。なお、平面回路型
フィルタの詳細は、すでに説明してあり、また、多くの
刊行物でも報告されているので、ここでの詳細な説明を
省略する。

【００３０】

【実施例】引き続いて、本発明をその実施例について説
明する。例１本例では、図７に示すマグネトロンスパッタリング装置
を使用して、ＭｇＯ（１００）単結晶基板の両面にＹＢ
ＣＯ超伝導膜を形成した。成膜工程は、図６の工程
（Ａ）及び（Ｂ）に準じている。

【００３１】まず、縦３cm×横３cm×厚さ０．５mmの平
板状ＭｇＯ（１００）単結晶基板をスペーサ基板として
用意し、そのスペーサ基板の基板密着面（ＭｇＯ基板と
熱接触する面）を粒径３μｍのダイヤモンドペーストを
用いて軽く研磨した。その後、スペーサ基板をアルコー
ル中で超音波洗浄し、先に研磨に使用したダイヤモンド
ペーストを溶解除去した。基板密着面に粗さ（山と谷と
高さの差）が３μｍ程度の凹凸を有する粗面化スペーサ
基板が得られた。

【００３２】縦３cm×横３cm×厚さ０．５mmの平板状Ｍ
ｇＯ（１００）単結晶基板を別に用意し、これを先の工
程で作製したスペーサ基板の上に重ね合わせた。これら
の２枚の基板を、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）製基板
抑え板を使用して基板ホルダーにネジ止めした。この
際、図６（Ａ）に示したように、スペーサ基板８の粗面
化面８ａに基板１を密着させた。

【００３３】その後、第１の超伝導膜（ＹＢＣＯ膜）を
形成するため、基板を約７００℃まで加熱し、ターゲッ
ト：ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_y、放電電圧：２００Ｖ、放電電
流：０．７０Ａ及びガス圧力：３０Ｐａ（Ａｒ：O₂＝
１：１）のスパッタ条件下でスパッタリングを行った。
約４０００Åの厚さを有するＹＢＣＯ膜（第１の超伝導
膜）が得られた。

【００３４】引き続いて、第２の超伝導膜（同じくＹＢ
ＣＯ膜）を形成するため、チャンバ内を室温まで冷却し
た後、大気に戻し、ＹＢＣＯ膜付きの基板をその未薄膜
形成面が上面となるように反転し、再びスペーサ基板の
上に重ね合わせた。なお、この工程で使用したスペーサ
基板８は、材質は先の工程で使用したスペーサ基板に同
じであるけれども、その表面８ａは、先の工程で使用し
たような粗面化面を有するものではなくて、図６（Ｂ）
に示されるように、基板１と同等の平滑度を有するもの
であった。なぜなら、この工程の場合、基板１の表面に
第１の超伝導膜２があるため、第２の超伝導膜３の形成
後にスペーサ基板８から基板１を容易に剥離可能である
からである。

【００３５】基板を約７００℃まで加熱し、ターゲッ
ト：ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_y、放電電圧：２００Ｖ、放電電
流：０．７０Ａ及びガス圧力：３０Ｐａ（Ａｒ：O₂＝
１：１）のスパッタ条件下でスパッタリングを行った。
約４０００Åの厚さを有するＹＢＣＯ膜（第２の超伝導
膜）が得られた。上記のようにして作製した第１及び第
２の超伝導膜（ＹＢＣＯ膜）の膜質を評価するため、得
られた超伝導膜のＸ線回折を行ったところ、添付の図９
に示すようなグラフが得られた。図９のグラフの下方の
曲線Ｉが第１の超伝導膜のＸ線回折図であり、また、上
方の曲線IIが第１の超伝導膜のＸ線回折図である。これ
らのＸ線回折図から理解されるように、基板の両面にお
いて、ｃ軸配向した膜質に優れた超伝導膜を得ることが
できた。例２前記例１に記載の手法を繰り返したけれども、本例で
は、前記例１で作製した第１の超伝導膜を有する基板、
すなわち、約４０００Åの厚さを有するＹＢＣＯ膜を片
面に有するＭｇＯ単結晶基板をスペーサ基板として使用
した。第１及び第２の超伝導膜（ＹＢＣＯ膜）の成膜に
当たって何らの問題も発生せず、得られた超伝導膜の膜
質も前記例１のそれに比較可能な満足し得るものであっ
た。例３前記例１において作製した両面にＹＢＣＯ膜を有するＭ
ｇＯ単結晶基板を使用して、図２に示したような３段ヘ
アピン型マイクロストリップフィルタ１０を作製した。

【００３６】まず、作製直後のＹＢＣＯ膜付きＭｇＯ基
板１を室温まで冷却後、チャンバ内を大気に戻した。そ
の後、両面のＹＢＣＯ膜をアニール処理し、さらに、第
２のＹＢＣＯ膜３はグランド層として使用するためにそ
のままとし、第１のＹＢＣＯ膜２のみ、信号層を形成す
るため、図示のようなパターンでパターニングした。得
られた３段ヘアピン型マイクロストリップフィルタの性
能を評価するため、ＹＢＣＯ膜の異なる温度（５５〜８
５Ｋ）における無負荷Ｑ値を２ＧＨｚ帯において測定し
たところ、図１０に曲線Ｉでプロットするような結果が
得られた。この結果は、参考のために曲線IIで示すＣｕ
膜の低いＱ値との対比から、得られたフィルタは低損
失、高周波数遮断特性を示すことができ、したがって、
本発明のフィルタは７５Ｋ近傍までの温度において高性
能な高周波デバイス（共振器を含む）の提供に有用であ
るということを示している。

【００３７】さらに、得られたフィルタのバンドパスフ
ィルタとしての有用性を評価するため、下記の３種類の
サンプル：サンプルＩ：ＹＢＣＯ膜（７０Ｋ）サンプルII：Ｃｕ膜（室温）サンプルIII ：Ｃｕ膜（７０Ｋ）について周波数特性を評価したところ、図１１にプロッ
トするような結果が得られた。この結果から、本発明の
フィルタの場合にはピークが急崚であるばかりでなく挿
入損失がほぼ０dBであり、バンドパスフィルタとして非
常に有効であるということを示している。

【００３８】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、基板の両面に気相成長法に従って超伝導体からなる
薄膜を形成する際に、基板ホルダーと基板の間にスペー
サ基板を介在させたことにより、基板ホルダーからの汚
染をスペーサ基板によって遮断することができ、また、
スペーサ基板を基板と同一もしくは同種の材料から構成
して基板に密着させたことによって、基板ホルダーと基
板の良好な熱接触を達成し、また、すでに形成されてい
る超伝導膜が基板ホルダーにさらされることによって引
き起こされる超伝導膜の品質の劣化も防止することが可
能である。さらに、本発明方法では、汚染物質が含まれ
るために従来の技術で問題となっていた銀ペースト等の
使用を省略することができる。さらに、基板の温度を成
膜の実施に十分な程度まで高めることのできるので、高
品質の超伝導膜を形成することができる。さらに加え
て、この超伝導膜は、両面に超伝導薄膜を備えた平面回
路型フィルタやその他の超伝導製品の製造に有利に使用
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の平面回路型フィルタの構成を示す断面図
である。

【図２】従来の３段ヘアピン型マイクロストリップフィ
ルタの構成を示す斜視図である。

【図３】従来の３段ディスクフィルタの構成を示す斜視
図である。

【図４】従来の超伝導膜の成膜方法を示す略示断面図で
ある。

【図５】本発明による超伝導膜の成膜方法を示す略示断
面図である。

【図６】図５に示した超伝導膜の成膜方法を順を追って
示す略示断面図である。

【図７】本発明方法の実施において有利に使用されるマ
グネトロンスパッタリング装置の好ましい一例を示した
略示断面図である。

【図８】本発明方法の実施において有利に使用されるレ
ーザー蒸着装置の好ましい一例を示した略示断面図であ
る。

【図９】本発明方法に従い作製された超伝導膜のＸ線回
折の測定結果を示すグラフである。

【図１０】高周波デバイスにおける無負荷Ｑ値の温度特
性を示すグラフである。

【図１１】３段ヘアピン型バンドパスフィルタの周波数
特性を示すグラフである。

【符号の説明】

１…回路基板２…信号層３…グランド層４…内蔵ヒータ５…基板ホルダー６…基板抑え板７…ネジ８…スペーサ基板１０…平面回路型フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4G077 AA03 BC51 DA01 DB01 EE09 EG16 4K029 AA24 BB04 BC04 CA05 DC39 JA00 4M113 AD36 AD37 AD39 BA01 BA04 BA08 BA11 CA31 CA34 CA35

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の両面に気相成長法に従って超伝導
体からなる薄膜を形成する方法において、前記基板の近
傍に配置された熱源を使用して前記基板を加熱するとと
もに、その加熱の間、前記基板と前記熱源との間に、前
記基板と同一もしくは同種の材料からなるスペーサ基板
を介在させ、前記基板に密着させることを特徴とする超
伝導膜の成膜方法。
【請求項２】前記超伝導体が酸化物超伝導体であり、
かつその酸化物超伝導体の薄膜を前記基板の表面に片面
ずつ順次形成することによって成膜を行い、その際、前
記基板の薄膜形成面のうち前記スペーサ基板と面してい
ない面において第１の成膜を行い、次いで、前記基板の
反転後、前記基板のいま一つの薄膜形成面において第２
の成膜を行うことを特徴とする請求項１に記載の成膜方
法。
【請求項３】前記第１の成膜工程において、基板密着
面における表面粗さが０．０１〜５μｍの範囲であるス
ペーサ基板を使用することを特徴とする請求項２に記載
の成膜方法。
【請求項４】前記スペーサ基板の基板密着面にあらか
じめ超伝導膜が形成されていることを特徴とする請求項
１又は２に記載の成膜方法。
【請求項５】前記スペーサ基板が、前記基板と同一も
しくはほぼ同一な形状を有していることを特徴とする請
求項１〜４のいずれか１項に記載の成膜方法。