JP3015740B2 - 超伝導薄膜の形成方法 - Google Patents
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- H10N60/0408—Processes for depositing or forming copper oxide superconductor layers by sputtering
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超伝導薄膜の形成
方法に関し、特に、輻射加熱を利用する超伝導薄膜の形
成方法に関する。
方法に関し、特に、輻射加熱を利用する超伝導薄膜の形
成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、マイクロ波集積回路素子やチップ
内配線に、ＹＢＣＯ系などの高温超伝導体（ＨＴＳ：hi
gh temperature superconductor ）を用いる試みがなさ
れている。超伝導状態にあるＨＴＳの電気抵抗がきわめ
て小さいため、信号損失の大幅な低下や周波数応答性の
向上など、金属材料にない優れた特性が得られるからで
ある。
内配線に、ＹＢＣＯ系などの高温超伝導体（ＨＴＳ：hi
gh temperature superconductor ）を用いる試みがなさ
れている。超伝導状態にあるＨＴＳの電気抵抗がきわめ
て小さいため、信号損失の大幅な低下や周波数応答性の
向上など、金属材料にない優れた特性が得られるからで
ある。
【０００３】一般に、薄膜作製法としては、スパッタ
法、蒸着法、イオンプレーティング法、ＭＢＥ法、ＣＶ
Ｄ法など様々なものが知られているが、超伝導薄膜の形
成には、特に、加熱用の熱源が基板と直に接していない
もの（すなわち輻射加熱）を用いることが推奨されてい
る。熱源が直に接していると熱源から基板への不純物の
混入が避けられず、良好な超伝導特性を得にくいからで
ある。
法、蒸着法、イオンプレーティング法、ＭＢＥ法、ＣＶ
Ｄ法など様々なものが知られているが、超伝導薄膜の形
成には、特に、加熱用の熱源が基板と直に接していない
もの（すなわち輻射加熱）を用いることが推奨されてい
る。熱源が直に接していると熱源から基板への不純物の
混入が避けられず、良好な超伝導特性を得にくいからで
ある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、輻射加
熱の熱源はその多くが電磁波の一種の“赤外線”である
ため、赤外線を透過しやすい基板（たとえば、ＭｇＯや
ＬＡＯなどの誘電体基板）の場合、基板温度を十分に上
げることができず、形成された超伝導薄膜の結晶性が悪
くなったり表面抵抗が高くなったりするという問題点が
あった。
熱の熱源はその多くが電磁波の一種の“赤外線”である
ため、赤外線を透過しやすい基板（たとえば、ＭｇＯや
ＬＡＯなどの誘電体基板）の場合、基板温度を十分に上
げることができず、形成された超伝導薄膜の結晶性が悪
くなったり表面抵抗が高くなったりするという問題点が
あった。
【０００５】そこで、本発明は、輻射加熱の場合でも良
好な超伝導特性が得られる超伝導薄膜の形成方法を提供
することを目的とする。
好な超伝導特性が得られる超伝導薄膜の形成方法を提供
することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
基板の両面にそれぞれ超伝導薄膜を形成する際、該基板
を輻射加熱により加熱処理する超伝導薄膜の形成方法で
あって、前記基板の第1 面にダミー層としての超伝導薄
膜を成膜した後、該ダミー層の超伝導薄膜に赤外線を吸
収させて前記基板を加熱しながら該基板の第2 面に第2
の超伝導薄膜を形成する工程と、該第2 の超伝導薄膜上
をレジスト膜より被覆した後、前記ダミー層の超伝導薄
膜をエッチングにより除去する工程と、前記第2 の超伝
導薄膜上のレジスト膜を除去する工程と、前記第２の超
伝導薄膜に赤外線を吸収させて前記基板を加熱しながら
該基板の第１面に第１の超伝導薄膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする。
基板の両面にそれぞれ超伝導薄膜を形成する際、該基板
を輻射加熱により加熱処理する超伝導薄膜の形成方法で
あって、前記基板の第1 面にダミー層としての超伝導薄
膜を成膜した後、該ダミー層の超伝導薄膜に赤外線を吸
収させて前記基板を加熱しながら該基板の第2 面に第2
の超伝導薄膜を形成する工程と、該第2 の超伝導薄膜上
をレジスト膜より被覆した後、前記ダミー層の超伝導薄
膜をエッチングにより除去する工程と、前記第2 の超伝
導薄膜上のレジスト膜を除去する工程と、前記第２の超
伝導薄膜に赤外線を吸収させて前記基板を加熱しながら
該基板の第１面に第１の超伝導薄膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする。
【０００７】請求項２に係る発明は、前記基板が誘電体
基板であり、前記ダミー層の超伝導薄膜を、該誘電体基
板より赤外線透過率の低い材料によって成膜するもので
ある。請求項１または２に係る発明では、ダミー層に赤
外線が吸収されることにより、該ダミー層と一体の基板
の温度が上昇し、該基板及びその一面上に形成される第
2 の超伝導薄膜の加熱が支障なく行われる。次いで、ダ
ミー層が除去され、該他面側に第１の超伝導薄膜が形成
されるとき、前記第2 の超伝導薄膜を赤外線吸収体とし
て、前記基板及び第1 の超伝導薄膜の加熱が支障なく行
われる。
基板であり、前記ダミー層の超伝導薄膜を、該誘電体基
板より赤外線透過率の低い材料によって成膜するもので
ある。請求項１または２に係る発明では、ダミー層に赤
外線が吸収されることにより、該ダミー層と一体の基板
の温度が上昇し、該基板及びその一面上に形成される第
2 の超伝導薄膜の加熱が支障なく行われる。次いで、ダ
ミー層が除去され、該他面側に第１の超伝導薄膜が形成
されるとき、前記第2 の超伝導薄膜を赤外線吸収体とし
て、前記基板及び第1 の超伝導薄膜の加熱が支障なく行
われる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。図１〜図４は本発明に係る超伝導薄膜
の形成方法の一実施例を示す図であり、特に限定しない
が、ストリップライン構造のマイクロ波集積回路への適
用例である。すなわち、この実施例は、ストリップ導体
と接地導体との間に低損失の誘電体基板を挟み込んだ構
造を持つマイクロ波集積回路の、より一層の性能向上を
図るために、誘電体基板の両面の導体（ストリップ導体
と接地導体）を超伝導薄膜で形成するというものであ
り、さらに、その超伝導薄膜の成膜に際して、輻射加熱
を行うというものである。
づいて説明する。図１〜図４は本発明に係る超伝導薄膜
の形成方法の一実施例を示す図であり、特に限定しない
が、ストリップライン構造のマイクロ波集積回路への適
用例である。すなわち、この実施例は、ストリップ導体
と接地導体との間に低損失の誘電体基板を挟み込んだ構
造を持つマイクロ波集積回路の、より一層の性能向上を
図るために、誘電体基板の両面の導体（ストリップ導体
と接地導体）を超伝導薄膜で形成するというものであ
り、さらに、その超伝導薄膜の成膜に際して、輻射加熱
を行うというものである。
【０００９】なお、以下の説明では、超伝導薄膜の成膜
法としてスパッタ付着加工を例示するが、本発明の技術
思想はこれに限らない。要は、適切なＨＴＳ組成（典型
的にはＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-x ）の超伝導薄膜を制御性よく
成膜でき、しかも、その成膜に際して、誘電体基板を透
過しやすい波長の電磁波（典型的には赤外線）による輻
射加熱を行うものであればよい。
法としてスパッタ付着加工を例示するが、本発明の技術
思想はこれに限らない。要は、適切なＨＴＳ組成（典型
的にはＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-x ）の超伝導薄膜を制御性よく
成膜でき、しかも、その成膜に際して、誘電体基板を透
過しやすい波長の電磁波（典型的には赤外線）による輻
射加熱を行うものであればよい。
【００１０】図１において、１はＨＴＳスパッタリング
ターゲット（以下、単にターゲット）、２はＭｇＯ基板
（以下、誘電体基板）、３は誘電体基板２を保持する保
持具である。スパッタ付着加工とは、たとえば、１０-2
Ｔｏｒｒ程度のガス雰囲気中にターゲット１と誘電体基
板２を置き、ターゲット１を電気的に浮かせると共に、
誘電体基板２に接地電位を与えながら、ターゲート１と
誘電体基板２に高周波電圧を印加すると、ターゲート１
と誘電体基板２の間の電子が高速で往復し、ガスがイオ
ン化してプラズマ状態となるため、このプラズマ状態の
イオンの衝突によってターゲット１がスパッタされ、ス
パッタされた原子が誘電体基板２の表面（図示の場合は
下面）に付着するというものである。
ターゲット（以下、単にターゲット）、２はＭｇＯ基板
（以下、誘電体基板）、３は誘電体基板２を保持する保
持具である。スパッタ付着加工とは、たとえば、１０-2
Ｔｏｒｒ程度のガス雰囲気中にターゲット１と誘電体基
板２を置き、ターゲット１を電気的に浮かせると共に、
誘電体基板２に接地電位を与えながら、ターゲート１と
誘電体基板２に高周波電圧を印加すると、ターゲート１
と誘電体基板２の間の電子が高速で往復し、ガスがイオ
ン化してプラズマ状態となるため、このプラズマ状態の
イオンの衝突によってターゲット１がスパッタされ、ス
パッタされた原子が誘電体基板２の表面（図示の場合は
下面）に付着するというものである。
【００１１】図１において、４はスパッタ付着加工によ
って誘電体基板２の一方面（第1 面）に成膜された薄膜
層（発明の要旨に記載のダミー層に相当）である。この
薄膜層４は、ターゲット１と類似の組成であればよく、
良好な超伝導特性を有する必要はない。すなわち、図１
の工程では、積極的な熱処理を要しない。薄膜層４を形
成すると、次に、誘電体基板２を裏返しに（薄膜層４を
上に）して、図２の工程を実行する。この工程でも、図
１と同様のスパッタ付着加工を行うが、輻射加熱による
熱処理を併用する点で相違する。すなわち、５はスパッ
タ付着加工によって誘電体基板２の他方面（第2 面）に
成膜された超伝導薄膜であり、この超伝導薄膜５は、十
分な熱処理によってその組成及び結晶構造が最適化さ
れ、良好な超伝導特性を有するようにされたものであ
る。
って誘電体基板２の一方面（第1 面）に成膜された薄膜
層（発明の要旨に記載のダミー層に相当）である。この
薄膜層４は、ターゲット１と類似の組成であればよく、
良好な超伝導特性を有する必要はない。すなわち、図１
の工程では、積極的な熱処理を要しない。薄膜層４を形
成すると、次に、誘電体基板２を裏返しに（薄膜層４を
上に）して、図２の工程を実行する。この工程でも、図
１と同様のスパッタ付着加工を行うが、輻射加熱による
熱処理を併用する点で相違する。すなわち、５はスパッ
タ付着加工によって誘電体基板２の他方面（第2 面）に
成膜された超伝導薄膜であり、この超伝導薄膜５は、十
分な熱処理によってその組成及び結晶構造が最適化さ
れ、良好な超伝導特性を有するようにされたものであ
る。
【００１２】ここで、図示を略した熱源は、特に限定し
ないが赤外線ランプである。赤外線は、およそ２．５μ
ｍ前後の波長域（以下、便宜的に２．５μｍの波長で代
表する）を持つ電磁波であり、この波長（２．５μｍ）
は誘電体基板２を透過しやすい波長である。たとえば、
図５はＭｇＯの波長−透過特性図であるが、実線で示す
ＭｇＯの特性によれば、当該波長域において、透過率が
ほぼ１００％（殆どの輻射エネルギーが通り抜ける）で
あることを明示している。このような透過特性はＭｇＯ
に固有のものではなく、たとえば、ＬＡＯ等の他の誘電
体材料にも見られる特性である（図６参照）。したがっ
て、冒頭でも述べたように、誘電体基板２を赤外線で輻
射加熱しようとしても、赤外線の輻射エネルギーの殆ど
が誘電体基板２を透過してしまうため、十分な加熱効果
を望めない。
ないが赤外線ランプである。赤外線は、およそ２．５μ
ｍ前後の波長域（以下、便宜的に２．５μｍの波長で代
表する）を持つ電磁波であり、この波長（２．５μｍ）
は誘電体基板２を透過しやすい波長である。たとえば、
図５はＭｇＯの波長−透過特性図であるが、実線で示す
ＭｇＯの特性によれば、当該波長域において、透過率が
ほぼ１００％（殆どの輻射エネルギーが通り抜ける）で
あることを明示している。このような透過特性はＭｇＯ
に固有のものではなく、たとえば、ＬＡＯ等の他の誘電
体材料にも見られる特性である（図６参照）。したがっ
て、冒頭でも述べたように、誘電体基板２を赤外線で輻
射加熱しようとしても、赤外線の輻射エネルギーの殆ど
が誘電体基板２を透過してしまうため、十分な加熱効果
を望めない。
【００１３】しかしながら本実施例では、図２の工程に
先だって、誘電体基板２の表面にＹＢＣＯ系の超伝導材
料からなる薄膜層４を形成しておくため、しかも、ＹＢ
ＣＯ系の超伝導材料の赤外線の透過率は、少なくとも、
ＭｇＯやＬＡＯ等の誘電体材料の透過率よりも低い（図
５、図６参照）ため、言い替えれば吸収率が高いため、
超伝導薄膜５の成膜に際し、赤外線の輻射によって薄膜
層４を加熱でき、この薄膜層４に密着した誘電体基板２
の温度を熱伝導によって十分に上げることができる。そ
の結果、超伝導薄膜５の組成及び結晶構造を最適化して
良好な超伝導特性を有するようにすることができるので
ある。
先だって、誘電体基板２の表面にＹＢＣＯ系の超伝導材
料からなる薄膜層４を形成しておくため、しかも、ＹＢ
ＣＯ系の超伝導材料の赤外線の透過率は、少なくとも、
ＭｇＯやＬＡＯ等の誘電体材料の透過率よりも低い（図
５、図６参照）ため、言い替えれば吸収率が高いため、
超伝導薄膜５の成膜に際し、赤外線の輻射によって薄膜
層４を加熱でき、この薄膜層４に密着した誘電体基板２
の温度を熱伝導によって十分に上げることができる。そ
の結果、超伝導薄膜５の組成及び結晶構造を最適化して
良好な超伝導特性を有するようにすることができるので
ある。
【００１４】超伝導薄膜５の形成を終了すると、次に、
誘電体基板２の一方面の薄膜層４を取り除き、同面に新
たな超伝導薄膜を成膜する工程を実行する。図３及び図
４はその工程を示す図である。なお、図３及び図４の工
程は、ストリップライン構造のものに適用しない場合は
行う必要がない。まず、超伝導薄膜５をレジスト６で被
膜（図３（ａ））し、薄膜層４を取り除いた（図３
（ｂ））後、レジスト６を除去（図３（ｃ））し、それ
を再びスパッタ装置にセット（図４）する。この際、超
伝導薄膜５が上向きになるようにセットする。
誘電体基板２の一方面の薄膜層４を取り除き、同面に新
たな超伝導薄膜を成膜する工程を実行する。図３及び図
４はその工程を示す図である。なお、図３及び図４の工
程は、ストリップライン構造のものに適用しない場合は
行う必要がない。まず、超伝導薄膜５をレジスト６で被
膜（図３（ａ））し、薄膜層４を取り除いた（図３
（ｂ））後、レジスト６を除去（図３（ｃ））し、それ
を再びスパッタ装置にセット（図４）する。この際、超
伝導薄膜５が上向きになるようにセットする。
【００１５】そして、図２の工程と同様に、輻射加熱を
伴いながらターゲット１をスパッタすると、誘電体基板
２の下面に新たな超伝導薄膜７が成膜されると共に、成
膜済の超伝導薄膜５が赤外線の輻射熱で加熱され、この
熱により、新たに成膜した超伝導薄膜７の組成及び結晶
構造を最適化して良好な超伝導特性を有するようにする
ことができる。
伴いながらターゲット１をスパッタすると、誘電体基板
２の下面に新たな超伝導薄膜７が成膜されると共に、成
膜済の超伝導薄膜５が赤外線の輻射熱で加熱され、この
熱により、新たに成膜した超伝導薄膜７の組成及び結晶
構造を最適化して良好な超伝導特性を有するようにする
ことができる。
【００１６】なお、本実施例では、ダミー層としての薄
膜層４をスパッタ法によって成膜しているが、これに限
らない。たとえば、別途に作成した薄板状のダミー層を
誘電体基板２に貼着してもよい。但し、ダミー層と誘電
体基板２の間を高い熱伝導特性を持つように密着させな
ければならない。なお、密着剤（接着剤）を用いた場合
は、ストリップライン構造のものに適さない。ダミー層
を取り除いた面に接着剤が残り、新たな超伝導薄膜を成
膜する際の障害となるからである。
膜層４をスパッタ法によって成膜しているが、これに限
らない。たとえば、別途に作成した薄板状のダミー層を
誘電体基板２に貼着してもよい。但し、ダミー層と誘電
体基板２の間を高い熱伝導特性を持つように密着させな
ければならない。なお、密着剤（接着剤）を用いた場合
は、ストリップライン構造のものに適さない。ダミー層
を取り除いた面に接着剤が残り、新たな超伝導薄膜を成
膜する際の障害となるからである。
【００１７】また、本実施例では、ダミー層としてＹＢ
ＣＯ系の超伝導材料を用いているが、これは、ターゲッ
ト１によって容易に得られるからである。発明の思想か
らすると、要は、輻射加熱のための電磁波の波長域を吸
収しやすい材料であればよい。
ＣＯ系の超伝導材料を用いているが、これは、ターゲッ
ト１によって容易に得られるからである。発明の思想か
らすると、要は、輻射加熱のための電磁波の波長域を吸
収しやすい材料であればよい。
【００１８】
【発明の効果】本発明によれば、赤外線吸収体としての
ダミー層を設けた状態で、これを利用した良好な基板の
加熱を行いながら、最終的に使用する片面の超伝導膜を
形成し、更に、このダミー層を除去した後に、前記片面
の超伝導膜を熱吸収体として利用した良好な基板の加熱
を行いながら、ダミー層除去後の片面上に最終的に使用
するもう片面の超伝導膜を形成するようにしているの
で、該基板の両面に組成及び結晶構造が共に最適で超伝
導特性に優れた超伝導薄膜を成膜でき、高性能なマイク
ロ波集積回路の製造に適用して有益な技術を提供でき
る。
ダミー層を設けた状態で、これを利用した良好な基板の
加熱を行いながら、最終的に使用する片面の超伝導膜を
形成し、更に、このダミー層を除去した後に、前記片面
の超伝導膜を熱吸収体として利用した良好な基板の加熱
を行いながら、ダミー層除去後の片面上に最終的に使用
するもう片面の超伝導膜を形成するようにしているの
で、該基板の両面に組成及び結晶構造が共に最適で超伝
導特性に優れた超伝導薄膜を成膜でき、高性能なマイク
ロ波集積回路の製造に適用して有益な技術を提供でき
る。
【図１】一実施例のダミー層を形成する工程図である。
【図２】一実施例の超伝導薄膜を形成する工程図であ
る。
る。
【図３】一実施例のダミー層を除去する工程図である。
【図４】一実施例のダミー層除去後の面に新たな超伝導
薄膜を形成する工程図である。
薄膜を形成する工程図である。
【図５】ＭｇＯの波長−透過特性図である。
【図６】ＬＡＯの波長−透過特性図である。
２：誘電体基板（基板） ４：薄膜層（ダミー層） ５、７：超伝導薄膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 39/02 ＺＡＡ Ｈ０１Ｌ 39/02 ＺＡＡＢ Ｈ０１Ｐ 3/08 Ｈ０１Ｐ 3/08 (56)参考文献 特開 平５−254993（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−215304（ＪＰ，Ａ) 特表 平６−503298（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 39/24 C01G 1/00 C01G 3/00 H01B 12/06 H01B 13/00 565 H01L 39/02 H01P 3/08 H01L 39/22
Claims (2)
- 【請求項１】基板の両面にそれぞれ超伝導薄膜を成形す
る際、該基板を輻射加熱により加熱処理する超電動薄膜
の成形方法であって、 前記基板の第１面にダミー層としての超伝導薄膜を成形
した後、 該ダミー層の超伝導薄膜に赤外線を吸収させて前記基板
を加熱しながら該基盤の第２面に第２の超伝導薄膜を形
成する工程と、 該第２の超伝導薄膜上をレジスト膜より被覆した後、前
記ダミー層の超伝導薄膜をエッチングにより除去する工
程と、 前記第２の超伝導薄膜上のレジスト膜を除去する工程
と、 前記第２の超伝導薄膜に赤外線を吸収させて前記基板を
加熱しながら該基盤の第１面に第１の超伝導薄膜を形成
する工程と、を含むことを特徴とする超伝導薄膜の成形
方法。 - 【請求項２】前記基板が誘電体であり、 前記ダミー層の超伝導薄膜を、該誘電体基板より赤外線
透過率の低い材料によって成膜する請求項１に記載の超
伝導薄膜の成形方法。
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|---|---|---|---|
| JP8212226A JP3015740B2 (ja) | 1996-08-12 | 1996-08-12 | 超伝導薄膜の形成方法 |
| US08/756,555 US5900391A (en) | 1996-08-12 | 1996-11-26 | High temperature superconducting thin film deposition method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8212226A JP3015740B2 (ja) | 1996-08-12 | 1996-08-12 | 超伝導薄膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1056214A JPH1056214A (ja) | 1998-02-24 |
| JP3015740B2 true JP3015740B2 (ja) | 2000-03-06 |
Family
ID=16619052
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8212226A Expired - Fee Related JP3015740B2 (ja) | 1996-08-12 | 1996-08-12 | 超伝導薄膜の形成方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5900391A (ja) |
| JP (1) | JP3015740B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101805107B1 (ko) * | 2011-04-26 | 2017-12-05 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광소자 제조장치 및 발광소자 |
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| US5439877A (en) * | 1990-12-07 | 1995-08-08 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Process for depositing high temperature superconducting oxide thin films |
| US5270294A (en) * | 1991-12-27 | 1993-12-14 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Free-standing oxide superconducting articles |
-
1996
- 1996-08-12 JP JP8212226A patent/JP3015740B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1996-11-26 US US08/756,555 patent/US5900391A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101805107B1 (ko) * | 2011-04-26 | 2017-12-05 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광소자 제조장치 및 발광소자 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1056214A (ja) | 1998-02-24 |
| US5900391A (en) | 1999-05-04 |
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