JP2670391B2 - Polycrystalline thin film manufacturing equipment - Google Patents
Polycrystalline thin film manufacturing equipmentInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は結晶方位の整った多結晶
薄膜を製造する装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for producing a polycrystalline thin film having a uniform crystal orientation.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年になって発見された酸化物超電導体
は、液体窒素温度を超える臨界温度を示す優れた超電導
体であるが、現在、この種の酸化物超電導体を実用的な
超電導体として使用するためには、種々の解決するべき
問題点が存在している。その問題点の1つが、酸化物超
電導体の臨界電流密度が低いという問題である。2. Description of the Related Art Oxide superconductors discovered in recent years are excellent superconductors having a critical temperature exceeding the temperature of liquid nitrogen. At present, this type of oxide superconductor is a practical superconductor. There are various problems to be solved in order to use this. One of the problems is that the critical current density of the oxide superconductor is low.
【0003】前記酸化物超電導体の臨界電流密度が低い
という問題は、酸化物超電導体の結晶自体に電気的な異
方性が存在することが大きな原因となっており、特に酸
化物超電導体はその結晶軸のa軸方向とb軸方向には電
気を流し易いが、c軸方向には電気を流しにくいことが
知られている。このような観点から酸化物超電導体を基
材上に形成してこれを超電導体として使用するために
は、基材上に結晶配向性の良好な状態の酸化物超電導体
を形成し、しかも、電気を流そうとする方向に酸化物超
電導体の結晶のa軸あるいはb軸を配向させ、その他の
方向に酸化物超電導体のc軸を配向させる必要がある。[0003] The problem that the critical current density of the oxide superconductor is low is largely due to the existence of electrical anisotropy in the crystal itself of the oxide superconductor. It is known that electricity easily flows in the a-axis direction and the b-axis direction of the crystal axis, but hardly flows in the c-axis direction. From such a viewpoint, in order to form an oxide superconductor on a base material and use it as a superconductor, an oxide superconductor having a good crystal orientation is formed on the base material, and It is necessary to orient the a-axis or b-axis of the crystal of the oxide superconductor in the direction in which electricity is to flow, and to orient the c-axis of the oxide superconductor in the other direction.
【0004】そこで従来、基板や金属テープなどの基材
上に結晶配向性の良好な酸化物超電導層を形成するため
に種々の手段が試みられてきた。その1つの方法とし
て、酸化物超電導体と結晶構造の類似したMgOあるい
はSrTiO3などの単結晶基材を用い、これらの単結
晶基材上にスパッタリングなどの成膜法により酸化物超
電導層を形成する方法が実施されている。Therefore, various means have heretofore been attempted to form an oxide superconducting layer having good crystal orientation on a substrate such as a substrate or a metal tape. As one of the methods, a single crystal base material such as MgO or SrTiO 3 having a crystal structure similar to that of an oxide superconductor is used, and an oxide superconducting layer is formed on these single crystal base materials by a film forming method such as sputtering. A method has been implemented.
【0005】前記MgOやSrTiO3の単結晶基材を
用いてスパッタリングなどの成膜法を行なえば、酸化物
超電導層の結晶が単結晶基材の結晶を基に結晶成長する
ために、その結晶配向性を良好にすることが可能であ
り、これらの単結晶基材上に形成された酸化物超電導層
は、数十万〜数百万A/cm2程度の十分に高い臨界電
流密度を発揮することが知られている。If a film forming method such as sputtering is performed using the single crystal base material of MgO or SrTiO 3 , the crystal of the oxide superconducting layer grows on the basis of the crystal of the single crystal base material. It is possible to improve the orientation, and the oxide superconducting layer formed on these single-crystal substrates exhibits a sufficiently high critical current density of about several hundred thousand to several million A / cm 2. It is known to
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところで、酸化物超電
導体を導体として使用するためには、テープ状などの長
尺の基材上に結晶配向性の良好な酸化物超電導層を形成
する必要がある。ところが、金属テープなどの基材上に
酸化物超電導層を直接形成すると、金属テープ自体が多
結晶体でその結晶構造も酸化物超電導体と大きく異なる
ために、結晶配向性の良好な酸化物超電導層は到底形成
できないものである。しかも、酸化物超電導層を形成す
る際に行なう熱処理によって金属テープと酸化物超電導
層との間で拡散反応が生じて酸化物超電導層の結晶構造
が崩れ、超電導特性が劣化する問題がある。In order to use an oxide superconductor as a conductor, it is necessary to form an oxide superconducting layer having good crystal orientation on a long base material such as a tape. is there. However, if an oxide superconducting layer is formed directly on a base material such as a metal tape, the metal tape itself is polycrystalline and its crystal structure is significantly different from that of the oxide superconductor. Layers cannot be formed at all. In addition, there is a problem in that the heat treatment performed when forming the oxide superconducting layer causes a diffusion reaction between the metal tape and the oxide superconducting layer, which breaks down the crystal structure of the oxide superconducting layer and deteriorates the superconducting characteristics.
【0007】そこで従来、金属テープなどの基材上に、
スパッタ装置を用いてMgOやSrTiO3などの中間
層を被覆し、この中間層上に酸化物超電導層を形成する
ことが行なわれている。ところがこの種の中間層上にス
パッタ装置により形成した酸化物超電導層は、単結晶基
材上に形成された酸化物超電導層よりもかなり低い臨界
電流密度(例えば数千〜一万A/cm2)程度しか示さ
ないという問題があった。これは、以下に説明する理由
によるものと考えられる。Therefore, conventionally, on a base material such as a metal tape,
2. Description of the Related Art An intermediate layer such as MgO or SrTiO 3 is coated by using a sputtering apparatus, and an oxide superconducting layer is formed on the intermediate layer. However, the oxide superconducting layer formed on the intermediate layer of this kind by a sputtering apparatus has a critical current density much lower than that of the oxide superconducting layer formed on the single crystal substrate (for example, several thousand to 10,000 A / cm 2). ) There was a problem that it showed only the degree. This is considered to be due to the following reason.
【0008】図16は、金属テープなどの基材1上にス
パッタ装置により中間層2を形成し、この中間層2上に
スパッタ装置により酸化物超電導層3を形成した酸化物
超電導導体の断面構造を示すものである。ここで図16
に示す構造において、酸化物超電導層3は多結晶状態で
あり、多数の結晶粒4が無秩序に結合した状態となって
いる。これらの結晶粒4の1つ1つを個々に見ると各結
晶粒4の結晶のc軸は基材表面に対して垂直に配向して
いるものの、a軸とb軸は無秩序な方向を向いていると
考えられる。このように酸化物超電導層の結晶粒毎にa
軸とb軸の向きが無秩序になると、結晶配向性の乱れた
結晶粒界において超電導状態の量子的結合性が失われる
結果、超電導特性、特に臨界電流密度の低下を引き起こ
すものと思われる。また、前記酸化物超電導体がa軸お
よびb軸配向していない多結晶状態となるのは、その下
に形成された中間層2がa軸およびb軸配向していない
多結晶状態であるために、酸化物超電導層3を成膜する
場合に、中間層2の結晶に整合するように酸化物超電導
層3が成長するためであると思われる。FIG. 16 shows a sectional structure of an oxide superconducting conductor in which an intermediate layer 2 is formed on a base material 1 such as a metal tape by a sputtering device, and an oxide superconducting layer 3 is formed on the intermediate layer 2 by a sputtering device. It shows. Here, FIG.
In the structure shown in (1), the oxide superconducting layer 3 is in a polycrystalline state, and a number of crystal grains 4 are randomly combined. Looking at each of these crystal grains 4 individually, the c-axis of the crystal of each crystal grain 4 is oriented perpendicular to the substrate surface, but the a-axis and b-axis are oriented in a random direction. It is thought that it is. Thus, for each crystal grain of the oxide superconducting layer, a
When the directions of the axis and the b-axis become disordered, it is considered that the quantum coupling of the superconducting state is lost at the crystal grain boundaries in which the crystal orientation is disordered, resulting in a decrease in the superconducting properties, particularly the critical current density. The oxide superconductor is in a polycrystalline state in which the a-axis and b-axis are not oriented because the intermediate layer 2 formed thereunder is in a polycrystalline state in which the a-axis and the b-axis are not oriented. This is probably because the oxide superconducting layer 3 grows so as to match the crystal of the intermediate layer 2 when the oxide superconducting layer 3 is formed.
【0009】ところで、前記酸化物超電導体の応用分野
以外において、多結晶体の基材上にスパッタ装置により
各種の配向膜を形成する技術が利用されている。例えば
光学薄膜の分野、光磁気ディスクの分野、配線基板の分
野、高周波導波路や高周波フィルタ、空洞共振器などの
分野であるが、いずれの技術においても基材上に膜質の
安定した配向性の良好な多結晶薄膜を形成することが課
題となっている。即ち、多結晶薄膜の結晶配向性が良好
であるならば、その上に形成される光学薄膜、磁性薄
膜、配線用薄膜などの質が向上するわけであり、更に、
基材上に結晶配向性の良好な光学薄膜、磁性薄膜、配線
用薄膜などを直接形成できるならば、なお好ましいもの
である。[0009] In addition to the application fields of the oxide superconductor, techniques for forming various alignment films on a polycrystalline base material by a sputtering apparatus are used. For example, in the field of optical thin films, the field of magneto-optical disks, the field of wiring boards, the fields of high-frequency waveguides, high-frequency filters, and cavity resonators. The problem is to form a good polycrystalline thin film. That is, if the crystal orientation of the polycrystalline thin film is good, the quality of the optical thin film, the magnetic thin film, and the wiring thin film formed thereon is improved.
It is more preferable if an optical thin film, a magnetic thin film, a thin film for wiring, and the like having good crystal orientation can be directly formed on a substrate.
【0010】また、高周波数帯域で使用される磁気ヘッ
ドのコア材として、高透磁率を有し、熱的にも安定なパ
ーマロイ、あるいは、センダストなどの磁性薄膜が実用
化されている。これらの磁性薄膜は、従来、蒸着やスパ
ッタにより所定の基板上に形成されるが、これらの磁性
薄膜の結晶方位の配向性が低いものであると、磁性薄膜
の磁気異方性の制御が困難になり、膜面内では結晶粒の
方位が無秩序になり、透磁率の高周波特性が損なわれる
問題があった。また、膜面内での結晶軸の軸方向が無秩
序であると、面内磁化にスキューやリップルと呼ばれる
局所的なゆらぎが発生し、前述のように透磁率の高周波
特性が損なわれることになる。As a core material of a magnetic head used in a high frequency band, a magnetic thin film such as permalloy or sendust which has high magnetic permeability and is thermally stable has been put to practical use. Conventionally, these magnetic thin films are formed on a predetermined substrate by vapor deposition or sputtering. However, if these magnetic thin films have low crystal orientation, it is difficult to control the magnetic anisotropy of the magnetic thin film. And the orientation of the crystal grains becomes disordered in the film plane, and there is a problem that the high frequency characteristics of the magnetic permeability are impaired. In addition, when the axial direction of the crystal axis in the film plane is disordered, local fluctuation called skew or ripple occurs in the in-plane magnetization, and the high-frequency characteristic of the magnetic permeability is impaired as described above. .
【0011】本発明は前記課題を解決するためになされ
たもので、基材の成膜面に対して直角向きに結晶軸のc
軸を配向させることができると同時に、成膜面と平行な
面に沿って多結晶薄膜の結晶軸のa軸およびb軸をも揃
えることができ、結晶配向性に優れた多結晶薄膜を製造
することができる装置の提供を目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and has a crystal axis c perpendicular to a film-forming surface of a substrate.
The axis can be oriented, and at the same time, the a-axis and b-axis of the crystal axis of the polycrystalline thin film can be aligned along a plane parallel to the film forming surface, thereby producing a polycrystalline thin film with excellent crystal orientation. The object is to provide a device that can
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は前
記課題を解決するために、多結晶薄膜が形成される基材
を支持する基材ホルダと、この基材ホルダの基材載置面
に斜めに向いて対向配置された安定化ジルコニアのター
ゲットと、前記ターゲットの構成粒子をスパッタするス
パッタ手段と、前記基材ホルダの基材載置面に対して斜
め方向から希ガスのイオンを照射するイオン源とが真空
排気可能な容器に収納されてなり、前記基材ホルダに
は、基材ホルダの底部に接合された上部支持板とこの上
部支持板にピン結合された下部支持板とこの下部支持板
を支持する基台を具備してなり、上部支持板と下部支持
板の相対角度をピン結合部を介して角度調節自在な角度
調整機構が設けられ、前記イオン源からの希ガスのイオ
ンビームを基材成膜面に対して所望の傾斜角度で照射自
在に構成されてなり、基材上面にイオンビームを斜め方
向から照射しながらスパッタすることで各結晶粒のc軸
を基材の成膜面に対して垂直に各結晶粒のa軸あるいは
b軸のなす粒界傾角を30度以下にした安定化ジルコニ
アの多結晶薄膜を成膜自在にされたことを特徴とする。
請求項2記載の発明は前記課題を解決するために、前記
の構成において、容器内部に金属テープの送出装置と巻
取装置が設けられ、基材ホルダに対して送出装置から金
属テープを送り出し自在に、かつ、基材ホルダ上の金属
テープを巻取装置で巻き取り自在に構成されてなる。 According to the first aspect of the present invention, there is provided a substrate on which a polycrystalline thin film is formed.
Base material holder that supports the base material and the base material mounting surface of the base material holder
A zirconia-stabilized surface facing diagonally to the
And a sputter that sputters the constituent particles of the target.
The putter means and the base material mounting surface of the base material holder are inclined.
The ion source that irradiates rare gas ions from the
Stored in a container that can be evacuated,
Is the upper support plate joined to the bottom of the substrate holder and
Lower support plate pin-connected to the lower support plate and this lower support plate
It is equipped with a base to support the upper support plate and lower support
Angle that allows the relative angle of the plate to be adjusted through the pin joint
An adjusting mechanism is provided for the ionization of the rare gas from the ion source.
Beam to the substrate deposition surface at the desired inclination angle.
The ion beam is obliquely directed to the upper surface of the substrate.
C-axis of each crystal grain by sputtering while irradiating from the direction
Is perpendicular to the film-forming surface of the substrate, or the a-axis of each crystal grain or
Stabilized zirconia having a grain boundary tilt angle of 30 degrees or less formed by the b-axis
The feature is that the polycrystalline thin film can be formed freely.
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 2
In the above configuration, the metal tape delivery device and the
A take-up device is provided, and gold is fed from the sending device to the substrate holder.
Metal tape can be sent out freely and metal on the base holder
The tape is configured to be freely wound by a winding device.
【0013】[0013]
【作用】スパッタリングによりターゲットから叩き出し
た構成粒子を基材の成膜面に堆積する際に、斜め方向か
らイオンも同時に照射するので、構成粒子が効率的に活
性化される結果、基材の成膜面に対してc軸配向性に加
えてa軸配向性とb軸配向性も向上する。その結果、結
晶粒界が多数形成された多結晶薄膜であっても、結晶粒
ごとのa軸配向性とb軸配向性とc軸配向性のいずれも
が良好になり、膜質の向上した多結晶薄膜が得られる。
また、このような配向性の良好な多結晶薄膜を形成する
には、イオンの照射角度を40〜60度の範囲にするこ
とが好ましい。よって角度調整機構を作動させてイオン
の照射角度を好適な角度に調整することで、配向性の良
好な多結晶薄膜が得られる。また、角度調整機構におい
ては、基材ホルダの底部に接続された上部支持板とそれ
にピン結合された下部支持板の角度を調節することでイ
オンの照射角度を容易に調整できる。 次に、多結晶薄膜
として具体的に安定化ジルコニアを用いることができ、
希ガスイオンを斜め方向から基材成膜面に照射すると同
時に斜め方向から安定化ジルコニアのスパッタ粒子を基
材成膜面に堆積させることで各結晶粒のc軸を基材の成
膜面に対して垂直に各結晶粒のa軸あるいはb軸のなす
粒界傾角を30以下にした安定化ジルコニアの多結晶薄
膜を成膜できる。 次に、容器内部に金属テープの送出装
置と巻取装置を設け、基材ホルダに対して送出装置から
金属テープを送り出し自在に、かつ、基材ホルダ上の金
属テープを巻取装置で巻き取り自在に構成することで、
長尺の金属テープ上に多結晶薄膜を連続成膜することが
できる。 When the constituent particles struck out of the target by sputtering are deposited on the film-forming surface of the base material, ions are simultaneously irradiated from an oblique direction, so that the constituent particles are efficiently activated. In addition to the c-axis orientation, the a-axis orientation and the b-axis orientation are also improved with respect to the film formation surface. As a result, even in the case of a polycrystalline thin film in which a large number of crystal grain boundaries are formed, all of the a-axis orientation, the b-axis orientation, and the c-axis orientation of each crystal grain are improved, and the film quality is improved. A crystalline thin film is obtained.
Further, in order to form a polycrystalline thin film having such good orientation, it is preferable that the ion irradiation angle be in the range of 40 to 60 degrees . Therefore, by operating the angle adjusting mechanism to adjust the ion irradiation angle to a suitable angle, a polycrystalline thin film with good orientation can be obtained. Also, the angle adjustment mechanism
The upper support plate connected to the bottom of the substrate holder and its
By adjusting the angle of the lower support plate that is pin-connected to
The on-illumination angle can be easily adjusted. Next, polycrystalline thin film
As specifically, stabilized zirconia can be used,
Irradiating rare gas ions from the diagonal direction onto the substrate film formation surface produces the same result.
Sometimes based on sputtered particles of stabilized zirconia from an oblique direction
The c-axis of each crystal grain is formed on the substrate
Formed by a-axis or b-axis of each crystal grain perpendicular to the film surface
Polycrystalline thin film of stabilized zirconia with grain boundary tilt angle of 30 or less
A film can be formed. Next, the metal tape delivery device is placed inside the container.
Setting up and winding device, from the delivery device to the substrate holder
Metal tape can be sent out freely and gold on the substrate holder
By configuring the generic tape to be freely wound by the winding device,
Continuous deposition of polycrystalline thin film on a long metal tape
it can.
【0014】[0014]
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図1は、本発明装置の一実施例を示すもの
であり、この実施例の装置は、スパッタ装置にイオンビ
ームアシスト用のイオン源を設けた構成となっている。
本実施例の装置は、基材Aを保持する基材ホルダ11
と、この基材ホルダ11の斜め上方に所定間隔をもって
対向配置された板状のターゲット12と、前記基材ホル
ダ11の斜め上方に所定間隔をもって対向され、かつ、
ターゲット12と離間して配置されたイオン源13と、
前記ターゲット12の下方においてターゲット12の下
面に向けて配置されたスパッタビーム照射装置14を主
体として構成されている。また、図中符号15は、ター
ゲット12を保持したターゲットホルダを示している。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of the apparatus of the present invention. The apparatus of this embodiment has a configuration in which an ion source for ion beam assist is provided in a sputtering apparatus.
The apparatus according to this embodiment includes a base material holder 11 for holding a base material A.
And a plate-like target 12 that is disposed diagonally above the substrate holder 11 at a predetermined interval, and opposed diagonally above the substrate holder 11 at a predetermined interval, and
An ion source 13 arranged apart from the target 12;
The apparatus mainly includes a sputter beam irradiation device 14 disposed below the target 12 toward the lower surface of the target 12. Reference numeral 15 in the drawing indicates a target holder holding the target 12.
【0015】また、本実施例の装置は図示略の真空容器
に収納されていて、基材Aの周囲を真空雰囲気に保持で
きるようになっている。更に前記真空容器には、ガスボ
ンベなどの雰囲気ガス供給源が接続されていて、真空容
器の内部を真空などの低圧状態で、かつ、アルゴンガス
あるいはその他の不活性ガス雰囲気または酸素を含む不
活性ガス雰囲気にすることができるようになっている。The apparatus of this embodiment is housed in a vacuum container (not shown) so that the periphery of the substrate A can be maintained in a vacuum atmosphere. Further, an atmosphere gas supply source such as a gas cylinder is connected to the vacuum vessel, and the inside of the vacuum vessel is kept in a low pressure state such as a vacuum, and an inert gas atmosphere containing argon gas or another inert gas atmosphere or oxygen. The atmosphere can be set.
【0016】前記基材Aは、例えば板材、線材、テープ
材などの種々の形状のもので、基材Aは、銀、白金、ス
テンレス鋼、銅などの金属材料や合金、あるいは、各種
ガラスあるいは各種セラミックスなどからなるものであ
る。なお、基材Aとして長尺の金属テープ(ハステロイ
製あるいはステンレス製などのテープ)を用いる場合
は、真空容器の内部に金属テープの送出装置と巻取装置
を設け、送出装置から連続的に基材ホルダ11に基材A
を送り出し、続いて巻取装置で巻き取ることでテープ状
の基材上に多結晶薄膜を連続成膜することができるよう
に構成することが好ましい。The substrate A has various shapes such as a plate, a wire, and a tape. The substrate A is made of a metal material or alloy such as silver, platinum, stainless steel, or copper, or various types of glass or metal. It is made of various ceramics. When a long metal tape (a tape made of Hastelloy or stainless steel) is used as the base material A, a feeding device and a winding device for the metal tape are provided inside the vacuum vessel, and the feeding device is continuously controlled from the feeding device. Base material A on material holder 11
It is preferable that the polycrystalline thin film can be continuously formed on the tape-shaped substrate by feeding the film and subsequently winding the film with a winding device.
【0017】前記基材ホルダ11は内部に加熱ヒータを
備え、基材ホルダ11の上に位置された基材Aを所用の
温度に加熱できるようになっている。また、基材ホルダ
11の底部には角度調整機構Dが付設されている。この
角度調整機構Dは、基材ホルダ11の底部に接合された
上部支持板5と、この上部支持板5にピン結合された下
部支持板6と、この下部支持板6を支持する基台7を主
体として構成されている。前記上部支持板5と下部支持
板6とはピン結合部分を介して互いに回動自在に構成さ
れており、基材ホルダ11の水平角度を調整できるよう
になっている。 The substrate holder 11 has a heater therein so that the substrate A positioned on the substrate holder 11 can be heated to a required temperature. An angle adjusting mechanism D is attached to the bottom of the substrate holder 11. The angle adjusting mechanism D includes an upper support plate 5 joined to the bottom of the substrate holder 11, a lower support plate 6 pin-connected to the upper support plate 5, and a base 7 for supporting the lower support plate 6. Is mainly composed. The upper support plate 5 and the lower support plate 6 are configured to be rotatable with respect to each other via a pin connection portion, so that the horizontal angle of the base material holder 11 can be adjusted .
【0018】前記ターゲット12は、目的とする多結晶
薄膜を形成するためのものであり、目的の組成の多結晶
薄膜と同一組成あるいは近似組成のものなどを用いる。
ターゲット12として具体的には、MgOあるいはY2
O3で安定化したジルコニア(YSZ)、MgO、Sr
TiO3などを用いるがこれに限るものではなく、形成
しようとする多結晶薄膜に見合うターゲッを用いれば良
い。The target 12 is for forming a target polycrystalline thin film, and has the same composition or a similar composition as the target polycrystalline thin film.
Specifically, as the target 12, MgO or Y 2
Zirconia (YSZ), MgO, Sr stabilized with O 3
TiO 3 or the like is used, but is not limited to this, and a target suitable for the polycrystalline thin film to be formed may be used.
【0019】前記イオン源13は、容器の内部に、蒸発
源を収納し、蒸発源の近傍に引き出し電極を備えて構成
されている。そして、前記蒸発源から発生した原子また
は分子の一部をイオン化し、そのイオン化した粒子を引
き出し電極で発生させた電界で制御してイオンビームと
して照射する装置である。粒子をイオン化するには直流
放電方式、高周波励起方式、フィラメント式、クラスタ
イオンビーム方式などの種々のものがある。フィラメン
ト式はタングステン製のフィラメントに通電加熱して熱
電子を発生させ、高真空中で蒸発粒子と衝突させてイオ
ン化する方法である。また、クラスタイオンビーム方式
は、原料を入れたるつぼの開口部に設けられたノズルか
ら真空中に出てくる集合分子のクラスタを熱電子で衝撃
してイオン化して放射するものである。本実施例におい
ては、図2に示す構成の内部構造のイオン源13を用い
る。このイオン源13は、筒状の容器16の内部に、引
出電極17とフィラメント18とArガスなどの導入管
19とを備えて構成され、容器16の先端からイオンを
ビーム状に平行に照射できるものである。The ion source 13 has a structure in which an evaporation source is housed in a container and an extraction electrode is provided near the evaporation source. Then, a part of the atoms or molecules generated from the evaporation source is ionized, and the ionized particles are controlled by an electric field generated by an extraction electrode and irradiated as an ion beam. There are various methods for ionizing particles, such as a DC discharge method, a high-frequency excitation method, a filament method, and a cluster ion beam method. The filament type is a method in which a tungsten filament is energized and heated to generate thermoelectrons, which are collided with evaporated particles in a high vacuum to be ionized. In the cluster ion beam method, clusters of aggregated molecules coming out of vacuum from a nozzle provided at an opening of a crucible containing raw materials are bombarded with thermal electrons to be ionized and emitted. In this embodiment, the ion source 13 having the internal structure shown in FIG. 2 is used. The ion source 13 includes an extraction electrode 17, a filament 18, and an introduction tube 19 such as an Ar gas inside a cylindrical container 16, and can irradiate ions from a tip of the container 16 in a beam shape in parallel. Things.
【0020】前記イオン源13は図1に示すようにその
中心軸Sを基材Aの上面(成膜面)に対して傾斜角度θ
でもって傾斜させて対向されている。この傾斜角度θは
40〜60度の範囲が好ましいが、特に45度前後が好
ましい。従ってイオン源13は基材Aの上面に対して傾
斜角θでもってイオンを照射できるように配置されてい
る。なお、イオン源13によって基材Aに照射するイオ
ンは、アルゴンと酸素の混合イオン、あるいはHe+、
Ne+、Ar+、Xe+、Kr+などの希ガスのイオン、ま
たは、それらと酸素の混合イオンなどでも良い。As shown in FIG. 1, the ion source 13 has its central axis S inclined at an angle θ with respect to the upper surface (film forming surface) of the substrate A.
Therefore, they are inclined and face each other. Is preferably in the range of 40 to 60 degrees, and particularly preferably about 45 degrees. Therefore, the ion source 13 is arranged so as to be able to irradiate ions at an inclination angle θ with respect to the upper surface of the substrate A. The ions to be irradiated on the substrate A by the ion source 13 are mixed ions of argon and oxygen, or He + ,
Rare gas ions such as Ne + , Ar + , Xe + , and Kr + , or mixed ions of these and oxygen may be used.
【0021】前記スパッタビーム照射装置14は、イオ
ン源13と同等の構成をなし、ターゲット12に対して
イオンを照射してターゲット12の構成粒子を叩き出す
ことができるものである。なお、本発明装置ではターゲ
ット13の構成粒子を叩き出すことができることが重要
であるので、ターゲット12に高周波コイルなどで電圧
を印可してターゲット12の構成粒子を叩き出し可能な
ように構成し、スパッタビーム照射装置14を省略して
も良い。The sputter beam irradiator 14 has the same configuration as the ion source 13 and can irradiate the target 12 with ions to strike out constituent particles of the target 12. In the apparatus of the present invention, it is important that the constituent particles of the target 13 can be beaten out. Therefore, a voltage is applied to the target 12 with a high-frequency coil or the like so that the constituent particles of the target 12 can be beaten out. The sputter beam irradiation device 14 may be omitted.
【0022】次に前記構成の装置を用いて基材A上にY
SZの多結晶薄膜を形成する場合について説明する。基
材A上に多結晶薄膜を形成するには、YSZのターゲッ
トを用いるとともに、角度調整機構Dを調節してイオン
源13から照射されるイオンを基材ホルダ11の上面に
45度前後の角度で照射できるようにする。次に基材A
を収納している容器の内部を真空引きして減圧雰囲気と
する。そして、イオン源13とスパッタビーム照射装置
14を作動させる。Next, by using the apparatus having the above-mentioned structure, Y is applied onto the base material A.
A case of forming a polycrystalline thin film of SZ will be described. In order to form a polycrystalline thin film on the substrate A, a target of YSZ is used, and ions irradiated from the ion source 13 are adjusted to an angle of about 45 degrees on the upper surface of the substrate holder 11 by adjusting the angle adjusting mechanism D. So that it can be irradiated with. Next, the base material A
The inside of the container containing the is evacuated to create a reduced pressure atmosphere. Then, the ion source 13 and the sputter beam irradiation device 14 are operated.
【0023】スパッタビーム照射装置14からターゲッ
ト12にイオンを照射すると、ターゲット12の構成粒
子が叩き出されて基材A上に飛来する。そして、基材A
上に、ターゲット12から叩き出した構成粒子を堆積さ
せると同時に、イオン源13からArイオンと酸素イオ
ンの混合イオンを照射する。このイオン照射する際の照
射角度θは、45度が最も好ましく、40〜60度の範
囲ならば好適である。ここでθを90度とすると、多結
晶薄膜のc軸は基材Aの成膜面に対して直角に配向する
ものの、基材Aの成膜面上に(111)面が立つので好
ましくない。また、θを30度とすると、多結晶薄膜は
c軸配向すらしなくなる。前記のような好ましい範囲の
角度でイオン照射するならば多結晶薄膜の結晶の(10
0)面が立つようになる。When the target 12 is irradiated with ions from the sputtering beam irradiation device 14, the constituent particles of the target 12 are beaten out and fly over the substrate A. And the base material A
At the same time, the constituent particles struck out of the target 12 are deposited, and at the same time, a mixed ion of Ar ions and oxygen ions is irradiated from the ion source 13. The irradiation angle θ at the time of this ion irradiation is most preferably 45 degrees, and is preferably in the range of 40 to 60 degrees. If θ is 90 degrees, the c-axis of the polycrystalline thin film is oriented at right angles to the deposition surface of the substrate A, but the (111) plane stands on the deposition surface of the substrate A, which is not preferable. . When θ is 30 degrees, the polycrystalline thin film does not even have c-axis orientation. If the ion irradiation is performed at an angle in the preferable range as described above, (10)
0) Face comes to stand.
【0024】このような照射角度でイオン照射を行ない
ながらスパッタリングを行なうことで、基材A上に形成
されるYSZの多結晶薄膜の結晶軸のa軸とb軸とを配
向させることができるが、これは、堆積されている途中
のスパッタ粒子が適切な角度でイオン照射されたことに
より効率的に活性化された結果によるものと思われる。By performing sputtering while performing ion irradiation at such an irradiation angle, the a-axis and the b-axis of the crystal axes of the YSZ polycrystalline thin film formed on the substrate A can be oriented. This seems to be due to the fact that the sputtered particles being deposited are efficiently activated by ion irradiation at an appropriate angle.
【0025】図3に、前記の方法でYSZの多結晶薄膜
Bが堆積された基材Aを示す。図3に示す多結晶薄膜B
は、立方晶系の結晶構造を有する微細な結晶粒20が、
多数、結晶粒界を介して接合一体化されてなり、各結晶
粒20の結晶軸のc軸は基材Aの上面(成膜面)に対し
て直角に向けられ、各結晶粒20の結晶軸のa軸どうし
およびb軸どうしは、互いに同一方向に向けられて面内
配向されている。また、各結晶粒20のc軸が基材Aの
(上面)成膜面に対して直角に配向されている。そし
て、各結晶粒20のa軸(あるいはb軸)どうしは、そ
れらのなす角度(図4に示す粒界傾角K)を30度以内
にして接合一体化されている。FIG. 3 shows a substrate A on which a polycrystalline thin film B of YSZ is deposited by the above method. Polycrystalline thin film B shown in FIG.
Has fine crystal grains 20 having a cubic crystal structure,
A large number of the crystal grains 20 are bonded and integrated via a crystal grain boundary, and the c-axis of the crystal axis of each crystal grain 20 is oriented at right angles to the upper surface (film formation surface) of the base material A, The axes a and b are oriented in the same direction and are in-plane oriented. The c-axis of each crystal grain 20 is oriented at right angles to the (upper surface) deposition surface of the substrate A. The a-axis (or b-axis) of each crystal grain 20 is joined and integrated at an angle between them (a grain boundary inclination angle K shown in FIG. 4) of 30 degrees or less.
【0026】前記のように基材A上にYSZの多結晶薄
膜Bを形成したならば、この多結晶薄膜B上に酸化物超
電導層を形成する。酸化物超電導層を多結晶薄膜B上に
形成するには、目的の酸化物超電導体と近似組成あるい
は同一組成のターゲットを用い、酸素ガス雰囲気中など
においてスパッタリングを行なって多結晶薄膜B上に酸
化物超電導層を形成しても良いし、前記ターゲットにレ
ーザビームを照射して構成粒子をえぐり出して蒸着する
レーザ蒸着法などを実施しても良い。After the YSZ polycrystalline thin film B is formed on the substrate A as described above, an oxide superconducting layer is formed on the polycrystalline thin film B. In order to form the oxide superconducting layer on the polycrystalline thin film B, sputtering is performed in an oxygen gas atmosphere or the like using a target having a composition similar to or the same as the target oxide superconductor to oxidize the polycrystalline thin film B. An object superconducting layer may be formed, or a laser vapor deposition method of irradiating the target with a laser beam to extract and vaporize constituent particles may be performed.
【0027】前記の多結晶薄膜Bにおいては、c軸が基
材Aの成膜面に対して垂直な方向に配向し、成膜面と平
行な面に沿ってa軸どうしおよびb軸どうしが良好な配
向性を有するので、スパッタリングやレーザ蒸着で多結
晶薄膜Bの上に積層される酸化物超電導層も多結晶薄膜
Bの配向性に整合するように堆積して結晶成長する。In the polycrystalline thin film B, the c-axis is oriented in a direction perpendicular to the film formation surface of the substrate A, and the a-axis and b-axis are aligned along a plane parallel to the film formation surface. Since it has good orientation, the oxide superconducting layer laminated on the polycrystalline thin film B by sputtering or laser vapor deposition is deposited and grown to match the orientation of the polycrystalline thin film B.
【0028】よって前記多結晶薄膜B上に形成された酸
化物超電導層は、多結晶状態の酸化物超電導層となる
が、この酸化物超電導層の結晶粒の1つ1つにおいて
は、基材Aの厚さ方向に電気を流しにくいc軸が配向
し、基材Aの長手方向にa軸どうしあるいはb軸どうし
が配向している。従って得られた酸化物超電導層は結晶
粒界における量子的結合性に優れ、結晶粒界における超
電導特性の劣化が少ないので、基材Aの長手方向に電気
を流し易く、臨界電流密度の優れたものが得られる。Thus, the oxide superconducting layer formed on the polycrystalline thin film B becomes an oxide superconducting layer in a polycrystalline state. In each of the crystal grains of the oxide superconducting layer, a base material is used. The c-axis through which electricity does not easily flow is oriented in the thickness direction of A, and the a-axes or b-axes are oriented in the longitudinal direction of the base material A. Therefore, the obtained oxide superconducting layer has excellent quantum coupling properties at the crystal grain boundaries and has little deterioration in superconducting properties at the crystal grain boundaries, so that it is easy to conduct electricity in the longitudinal direction of the substrate A, and the critical current density is excellent. Things are obtained.
【0029】(製造例)図1に示す構成の装置を使用
し、この装置を収納した容器内部を真空ポンプで真空引
きして3.0×10-4トールに減圧した。基材は、幅1
0mm、厚さ0.5mm、長さ10cmのハステロイC
276テープを使用した。ターゲットはYSZ(安定化
ジルコニア)製のものを用い、スパッタ電圧1000
V、スパッタ電流100mA、イオン源のビームの照射
角度を45度あるいは90度に設定し、イオン源のアシ
スト電圧を300V、500V、700Vにそれぞれ設
定するとともに、イオン源の電流を15〜50mAにそ
れぞれ設定して基材上にスパッタリングと同時にイオン
照射を行なって厚さ0.3μmの膜状のYSZ層を形成
した。(Production Example) An apparatus having the structure shown in FIG. 1 was used, and the inside of the container accommodating this apparatus was evacuated to 3.0 × 10 -4 torr by a vacuum pump. Base material is width 1
Hastelloy C, 0mm, 0.5mm thick, 10cm long
276 tape was used. A target made of YSZ (stabilized zirconia) was used, and a sputtering voltage of 1000 was used.
V, sputtering current 100 mA, irradiation angle of the ion source beam is set to 45 degrees or 90 degrees, and the assist voltage of the ion source is set to 300 V, 500 V, and 700 V, respectively, and the current of the ion source is set to 15 to 50 mA, respectively. After setting, ion irradiation was performed simultaneously with sputtering on the substrate to form a film-like YSZ layer having a thickness of 0.3 μm.
【0030】得られた各YSZの多結晶薄膜についてC
uKα線を用いたθ-2θ法によるX線回折試験を行な
った。図5〜図7は、イオン源の入射角45度でイオン
ビーム電圧とイオンビーム電流を適宜変更して測定した
試料の回折強さを示す図である。図5〜図7に示す結果
から、YSZの(200)面あるいは(400)面のピ
ークが認められ、YSZの多結晶薄膜の(100)面が
基材表面と平行な面に沿って配向しているものと推定す
ることができ、YSZの多結晶薄膜がそのC軸を基材上
面に垂直に配向させて形成されていることが判明した。
なお、図5〜図7に示された各ピークの大きさの比較か
ら、ビーム電流が多く、ビーム電圧が小さい方が、即
ち、イオンを低い速度で大量に照射した方が多結晶薄膜
のc軸配向性を向上できることが判明した。For each YSZ polycrystalline thin film obtained, C
An X-ray diffraction test was conducted by the θ-2θ method using uKα rays. FIGS. 5 to 7 are diagrams showing the diffraction intensity of the sample measured by appropriately changing the ion beam voltage and the ion beam current at an incident angle of 45 degrees of the ion source. From the results shown in FIGS. 5 to 7, peaks of the (200) plane or the (400) plane of YSZ are recognized, and the (100) plane of the YSZ polycrystalline thin film is oriented along a plane parallel to the substrate surface. It was found that the YSZ polycrystalline thin film was formed with its C-axis oriented vertically to the upper surface of the substrate.
From the comparison of the magnitudes of the peaks shown in FIGS. 5 to 7, the larger the beam current and the smaller the beam voltage, that is, the larger the amount of ion irradiation at a lower speed, the better the c of the polycrystalline thin film. It was found that the axial orientation could be improved.
【0031】図8〜図10は、イオン源の入射角度90
度でイオンビーム電圧とイオンビーム電流を適宜変更し
て測定した試料の回折強さを示す図である。図8〜図1
0に示す結果から、イオン源の入射角度を90度にして
もc軸配向性に関しては十分な配向性が認められた。8 to 10 show the incident angle 90 of the ion source.
FIG. 6 is a diagram showing the diffraction intensity of a sample measured by appropriately changing the ion beam voltage and the ion beam current in degrees. 8 to 1
From the result shown in FIG. 0, it was confirmed that the c-axis orientation was sufficient even when the incident angle of the ion source was 90 degrees.
【0032】次に、前記のようにc軸配向された試料に
おいて、YSZ多結晶薄膜のa軸あるいはb軸が配向し
ているか否かを測定した。その測定のためには、図11
に示すように、基材A上に形成されたYSZの多結晶薄
膜にX線を角度θで照射するとともに、入射X線を含む
鉛直面において、入射X線に対して2θ(58.7度)
の角度の位置にX線カウンター25を設置し、入射X線
を含む鉛直面に対する水平角度φの値を適宜変更して、
即ち、基材Aを図11において矢印に示すように回転角
φだけ回転させることにより得られる回折強さを測定す
ることにより多結晶薄膜Bのa軸どうしまたはb軸どう
しの配向性を計測した。その結果を図12と図13に示
す。Next, it was measured whether the a-axis or the b-axis of the YSZ polycrystalline thin film was oriented in the c-axis oriented sample as described above. For the measurement, see FIG.
As shown in FIG. 5, X-rays are irradiated at an angle θ to the YSZ polycrystalline thin film formed on the base material A, and 2θ (58.7 degrees) with respect to the incident X-rays in a vertical plane including the incident X-rays. )
The X-ray counter 25 is installed at the position of the angle of, and the value of the horizontal angle φ with respect to the vertical plane including the incident X-ray is appropriately changed,
That is, the orientation of the a-axis or the b-axis of the polycrystalline thin film B was measured by measuring the diffraction intensity obtained by rotating the substrate A by the rotation angle φ as indicated by the arrow in FIG. . The results are shown in FIGS.
【0033】図12に示すようにイオンビームの入射角
度を45度に設定して製造した試料の場合、φを90度
と0度とした場合、即ち、回転角φに対して90度おき
にYSZの(311)面のピークが現われている。これ
は、基板面内におけるYSZの(011)ピークに相当
しており、YSZ多結晶薄膜のa軸どうしまたはb軸ど
うしが配向していることが明らかになった。これに対
し、図13に示すように、イオンビーム入射角度を90
度に設定して製造した試料の場合、特別なピークが見ら
れず、a軸とb軸の方向は無秩序になってることが判明
した。As shown in FIG. 12, in the case of a sample manufactured by setting the incident angle of the ion beam to 45 degrees, when φ is set to 90 degrees and 0 degrees, ie, every 90 degrees with respect to the rotation angle φ. The peak of the (311) plane of YSZ appears. This corresponds to the (011) peak of YSZ in the substrate plane, and it became clear that the a-axes or b-axes of the YSZ polycrystalline thin film are oriented. On the other hand, as shown in FIG.
In the case of the sample manufactured by setting the degree, no special peak was observed, and it was found that the directions of the a-axis and the b-axis were disordered.
【0034】以上の結果から本発明装置によって製造さ
れた試料の多結晶薄膜は、c軸配向は勿論、a軸どう
し、および、b軸どうしも配向していることが明らかに
なった。よって本発明装置を実施することにより、配向
性に優れたYSZなどの多結晶薄膜を製造できることが
明らかになった。From the above results, it has been clarified that the polycrystalline thin film of the sample manufactured by the apparatus of the present invention has not only c-axis orientation but also a-axis orientation and b-axis orientation. Therefore, it was clarified that a polycrystalline thin film such as YSZ having excellent orientation can be produced by implementing the apparatus of the present invention.
【0035】一方、図14は、図12で用いたYSZ多
結晶薄膜の試料を用い、この試料の多結晶層の各結晶粒
における結晶配向性を試験した結果を示す。この試験で
は、図11を基に先に説明した方法でX線回折を行なう
場合、φの角度を−10度〜45度まで5度刻みの値に
設定した際の回折ピークを測定したものである。図14
に示す結果から、得られたYSZの多結晶薄膜の回折ピ
ークは、粒界傾角30度以内では表われるが、45度で
は消失していることが明らかである。従って、得られた
多結晶薄膜の結晶粒の粒界傾角は、30度以内に収まっ
ていることが判明し、良好な配向性を有することが明ら
かになった。On the other hand, FIG. 14 shows the results of using the sample of the YSZ polycrystalline thin film used in FIG. 12 and testing the crystal orientation of each crystal grain of the polycrystalline layer of this sample. In this test, when performing X-ray diffraction by the method described above with reference to FIG. 11, the diffraction peak was measured when the angle of φ was set to a value of −10 degrees to 45 degrees in increments of 5 degrees. is there. FIG.
It is clear from the results shown in that the diffraction peak of the obtained YSZ polycrystalline thin film appears within a grain boundary inclination angle of 30 ° but disappears at 45 °. Therefore, it was found that the grain boundary inclination angle of the crystal grain of the obtained polycrystalline thin film was within 30 degrees, and it was revealed that the thin film had good orientation.
【0036】図15は、本発明装置の他の実施例を示す
ものである。この例の装置において図1に記載した装置
と同等の構成部分には同一符号を付してそれらの説明を
省略する。この例の装置において図1に示す装置と異っ
ているのは、ターゲット12を3個設け、スパッタビー
ム照射装置14を3個設け、基材Aとターゲット12に
高周波電源30を接続した点である。FIG. 15 shows another embodiment of the apparatus of the present invention. In the apparatus of this example, the same components as those of the apparatus shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. The apparatus of this example is different from the apparatus shown in FIG. 1 in that three targets 12 are provided, three sputter beam irradiation devices 14 are provided, and a high frequency power supply 30 is connected to the substrate A and the target 12. is there.
【0037】この例の装置では、3個のターゲット1
2、12、12から、それぞれ別種の粒子を叩き出して
基材A上に堆積させて複合膜を形成することができるの
で、より複雑な組成の多結晶膜でも製造できる特徴があ
る。また、高周波電源30を作動させてターゲット12
からスパッタすることもできる。この例の装置を用いて
前記方法を実施する場合も図1に示す装置の場合と同様
に配向性に優れた多結晶薄膜を得ることができる。In the apparatus of this example, three targets 1
2, 12, and 12, different types of particles can be beaten out and deposited on the base material A to form a composite film, so that a polycrystalline film having a more complicated composition can be manufactured. Further, the high frequency power supply 30 is operated to set the target 12
Can also be sputtered. When the above method is carried out using the apparatus of this example, a polycrystalline thin film having excellent orientation can be obtained as in the case of the apparatus shown in FIG.
【0038】ところで、図1または図13に示す構成の
装置を用いて前記方法を実施すれば、配向性の良好な光
学薄膜、配向性の良好な光磁気ディスクの磁性薄膜、配
向性の良好な集積回路用微細配線用薄膜、高周波導波路
や高周波フィルタおよび空洞共振器などに用いられる誘
電体薄膜のいずれでも形成することができる。即ち、結
晶配向性の良好な多結晶薄膜B上に、これらの薄膜をス
パッタリング、レーザ蒸着、真空蒸着、CVD(化学蒸
着)などの成膜法で形成するならば、多結晶薄膜Bと良
好な整合性でこれらの薄膜が堆積または成長するので、
配向性が良好になる。By the way, if the above method is carried out using the apparatus having the structure shown in FIG. 1 or FIG. 13, an optical thin film having good orientation, a magnetic thin film of a magneto-optical disk having good orientation, and a thin film having good orientation can be obtained. Any of a thin film for fine wiring for an integrated circuit, a dielectric thin film used for a high-frequency waveguide, a high-frequency filter, a cavity resonator, or the like can be formed. That is, if these thin films are formed on the polycrystalline thin film B having a good crystal orientation by a film forming method such as sputtering, laser vapor deposition, vacuum vapor deposition, or CVD (chemical vapor deposition), the polycrystalline thin film B is excellent. As these thin films are deposited or grown with consistency,
The orientation becomes good.
【0039】これらの薄膜を本発明装置で製造すること
で、配向性の良好な高品質の薄膜が得られるので、光学
薄膜においては光学特性に優れ、磁性薄膜においては磁
気特性に優れ、配線用薄膜においてはマイグレーション
の生じない、誘電体薄膜においては誘電特性の良好な薄
膜が得られる。By manufacturing these thin films with the apparatus of the present invention, a high-quality thin film having good orientation can be obtained. Therefore, optical thin films have excellent optical characteristics, magnetic thin films have excellent magnetic characteristics, and Migration does not occur in a thin film, and a thin film having good dielectric properties can be obtained in a dielectric thin film.
【0040】[0040]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ス
パッタリングによりターゲットから叩き出した構成粒子
を基材の成膜面に堆積する際に斜め方向から所定の角度
でイオンビームを照射できるので、構成粒子を効率的に
活性化できる結果、基材の成膜面に対してc軸配向性に
加えてa軸配向性とb軸配向性も向上させることができ
る。よって本発明装置を用いることで、結晶粒界が多数
形成された多結晶薄膜であっても、結晶粒ごとのa軸配
向性とb軸配向性とc軸配向性のいずれもが良好になっ
ている多結晶薄膜を形成することができる。また、この
ような配向性の良好な多結晶薄膜を形成するには、イオ
ンの照射角度を所望の範囲にすることが好ましい。よっ
て角度調整機構を作動させてイオンの照射角度を好適な
角度に調整することで、配向性の良好な多結晶薄膜が得
られる。また、角度調整機構においては、基材ホルダの
底部に接続された上部支持板とそれにピン結合された下
部支持板の角度を調節することでイオンの照射角度を容
易に調整できる。 更に、本発明装置で得られた多結晶体
からなる金属基材上に形成された安定化ジルコニアの多
結晶薄膜は、結晶粒の粒界傾角が30度以内であるの
で、結晶配向性に優れ、良質なものである。特に、多結
晶体からなる金属基材上に形成された安定化ジルコニア
の多結晶薄膜であって、結晶粒の粒界傾角が30度以内
のものは、従来得られておらず、本願発明装置で製造さ
れた多結晶薄膜は従来にない優れた結晶配向性を有する
多結晶薄膜である。 As described above, according to the present invention, the ion beam can be irradiated at a predetermined angle from an oblique direction when the constituent particles hit from the target by sputtering are deposited on the film-forming surface of the substrate. In addition, as a result of efficiently activating the constituent particles, it is possible to improve the a-axis orientation and the b-axis orientation in addition to the c-axis orientation with respect to the film forming surface of the substrate. Therefore, by using the apparatus of the present invention, even in a polycrystalline thin film in which many crystal grain boundaries are formed, all of the a-axis orientation, the b-axis orientation, and the c-axis orientation of each crystal grain are improved. Can be formed into a polycrystalline thin film. In addition, in order to form a polycrystalline thin film having such good orientation, it is preferable to set the ion irradiation angle to a desired range . Therefore, by operating the angle adjusting mechanism to adjust the ion irradiation angle to a suitable angle, a polycrystalline thin film with good orientation can be obtained. In addition, in the angle adjustment mechanism,
The upper support plate connected to the bottom and the lower support pined to it
The ion irradiation angle can be adjusted by adjusting the angle of the support plate.
It can be easily adjusted. Furthermore, the polycrystal obtained by the device of the present invention
Of stabilized zirconia formed on a metallic substrate composed of
In the crystal thin film, the grain boundary tilt angle of crystal grains is within 30 degrees.
Therefore, the crystal orientation is excellent and the quality is high. Especially many
Stabilized Zirconia Formed on Metallic Substrates
Is a polycrystalline thin film, and the grain boundary tilt angle of crystal grains is within 30 degrees.
Have not been obtained in the past and were manufactured using the device of the present invention.
Polycrystalline thin film has excellent crystal orientation that has never existed before
It is a polycrystalline thin film.
【0041】次に、多結晶薄膜として具体的に安定化ジ
ルコニアを用いることができ、希ガスイオンを斜め方向
から基材成膜面に照射すると同時に斜め方向から安定化
ジルコニアのスパッタ粒子を基材成膜面に堆積させるこ
とで各結晶粒のc軸を基材の成膜面に対して垂直に各結
晶粒のa軸あるいはb軸のなす粒界傾角を30以下にし
た安定化ジルコニアの多結晶薄膜を成膜できる。 次に、
容器内部に金属テープの送出装置と巻取装置を設け、基
材ホルダに対して送出装置から金属テープを送り出し自
在に、かつ、基材ホルダ上の金属テープを巻取装置で巻
き取り自在に構成することで、長尺の金属テープ上に多
結晶薄膜を連続成膜することができる。 Next, as a polycrystalline thin film, a concrete
Luconia can be used, and rare gas ions can be slanted
Irradiates the film forming surface of the substrate from the same time and stabilizes it from an oblique direction
To deposit the sputtered particles of zirconia on the substrate film formation surface.
And connect the c-axis of each crystal grain perpendicularly to the film formation surface of the substrate.
The grain boundary tilt angle formed by the a-axis or the b-axis of the crystal grain is set to 30 or less.
It is possible to form a polycrystalline thin film of stabilized zirconia. next,
Provide a metal tape feeding device and winding device inside the container,
The metal tape is fed from the feeding device to the material holder.
At the same time, wind the metal tape on the substrate holder with the winding device.
By being configured so that it can be scraped off
A crystal thin film can be continuously formed.
【図1】図1は本発明装置の一実施例を示す構成図であ
る。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a device of the present invention.
【図2】図2は本発明装置のイオン源の一例を示す断面
図である。FIG. 2 is a sectional view showing an example of an ion source of the apparatus of the present invention.
【図3】図3は本発明装置で製造された多結晶薄膜を示
す構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram showing a polycrystalline thin film manufactured by the apparatus of the present invention.
【図4】図4は図3に示す多結晶薄膜の拡大平面図であ
る。FIG. 4 is an enlarged plan view of the polycrystalline thin film shown in FIG.
【図5】図5はビーム電圧300Vで製造した本発明試
料のX線回折結果を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing an X-ray diffraction result of a sample of the present invention manufactured at a beam voltage of 300V.
【図6】図6はビーム電圧500Vで製造した本発明試
料のX線回折結果を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing an X-ray diffraction result of a sample of the present invention manufactured at a beam voltage of 500V.
【図7】図7はビーム電圧700Vで製造した本発明試
料のX線回折結果を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing an X-ray diffraction result of a sample of the present invention manufactured at a beam voltage of 700V.
【図8】図8はビーム電圧300Vで製造した比較例試
料のX線回折結果を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing an X-ray diffraction result of a comparative sample manufactured at a beam voltage of 300V.
【図9】図9はビーム電圧500Vで製造した比較例試
料のX線回折結果を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing an X-ray diffraction result of a comparative sample manufactured at a beam voltage of 500V.
【図10】図10はビーム電圧700Vで製造した比較
例試料のX線回折結果を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing an X-ray diffraction result of a comparative sample manufactured at a beam voltage of 700V.
【図11】図11はa軸配向性を調べるために行なった
試験装置を説明するための構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram for explaining a test apparatus used for examining a-axis orientation.
【図12】図12は本発明装置により製造された多結晶
薄膜の(311)面の回折ピークを示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing a diffraction peak on the (311) plane of a polycrystalline thin film manufactured by the apparatus of the present invention.
【図13】図13は比較例における多結晶薄膜の(31
1)面の回折ピークを示すグラフである。FIG. 13 is a diagram (31) of a polycrystalline thin film in a comparative example.
It is a graph which shows the diffraction peak of 1) plane.
【図14】図14は本発明装置で製造された多結晶薄膜
の回転角5度おきの回折ピークを示すグラフである。FIG. 14 is a graph showing diffraction peaks of the polycrystalline thin film manufactured by the apparatus of the present invention at every rotation angle of 5 degrees.
【図15】図15は本発明装置の他の実施例を示す構成
図である。FIG. 15 is a configuration diagram showing another embodiment of the device of the present invention.
【図16】図16は従来の装置で製造された多結晶薄膜
を示す構成図である。FIG. 16 is a configuration diagram showing a polycrystalline thin film manufactured by a conventional apparatus.
A・・・基材、B・・・多結晶薄膜、D・・・角度調整
機構、θ・・・傾斜角度、w・・・回転角、11・・・
基材ホルダ、12・・・ターゲット、13・・・イオン
源、14・・・スパッタビーム照射装置、15・・・タ
ーゲットホルダ、A: substrate, B: polycrystalline thin film, D: angle adjustment mechanism, θ: inclination angle, w: rotation angle, 11:
Substrate holder, 12 target, 13 ion source, 14 sputter beam irradiation device, 15 target holder,
Claims (2)
基材ホルダと、この基材ホルダの基材載置面に斜めに向
いて対向配置された安定化ジルコニアのターゲットと、
前記ターゲットの構成粒子をスパッタするスパッタ手段
と、前記基材ホルダの基材載置面に対して斜め方向から
希ガスのイオンを照射するイオン源とが真空排気可能な
容器に収納されてなり、 前記基材ホルダには、基材ホルダの底部に接合された上
部支持板とこの上部支持板にピン結合された下部支持板
とこの下部支持板を支持する基台を具備してなり、上部
支持板と下部支持板の相対角度をピン結合部を介して角
度調節自在な角度調整機構が設けられ、前記イオン源か
らの希ガスのイオンビームを基材成膜面に対して所望の
傾斜角度で照射自在に構成されてなり、 基材上面にイオンビームを斜め方向から照射しながらス
パッタすることで各結晶粒のc軸を基材の成膜面に対し
て垂直に各結晶粒のa軸あるいはb軸のなす粒界傾角を
30度以下にした安定化ジルコニアの多結晶薄膜を成膜
自在にされたことを特徴とする多結晶薄膜の製造装置。 1. A substrate for supporting a polycrystalline thin film is supported.
The substrate holder and the substrate mounting surface of the substrate holder
And a stabilized zirconia target placed opposite to each other,
Sputtering means for sputtering the constituent particles of the target
And from the diagonal direction with respect to the substrate mounting surface of the substrate holder
Can be evacuated to an ion source that irradiates rare gas ions
It is housed in a container, and is attached to the base holder at the bottom of the base holder.
Support plate and a lower support plate pin-connected to the upper support plate
And a base for supporting this lower support plate,
The relative angle between the support plate and the lower support plate
An angle adjustment mechanism that can adjust the degree is provided.
The rare gas ion beam of
It is configured to be able to irradiate at an oblique angle, and irradiates the ion beam from the oblique direction to the upper surface of the substrate.
By putting it, the c-axis of each crystal grain can be
The grain boundary tilt angle between the a-axis or the b-axis of each crystal grain
Form a stabilized zirconia polycrystalline thin film with a temperature below 30 degrees
An apparatus for producing polycrystalline thin films characterized by being made free.
装置が設けられ、基材ホルダに対して送出装置から金属
テープを送り出し自在に、かつ、基材ホルダ上の金属テ
ープを巻取装置で巻き取り自在に構成されてなることを
特徴とする請求項1記載の多結晶薄膜の製造装置。 2. A device for feeding and winding a metal tape inside a container.
A device is provided to feed the metal from the delivery device to the substrate holder.
The tape can be sent out freely and the metal tape on the substrate holder is
The winding device can be used to wind the rope freely.
The polycrystalline thin film manufacturing apparatus according to claim 1.
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- 1991-04-30 JP JP3126838A patent/JP2670391B2/en not_active Expired - Lifetime
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