JP3125907B2 - 結晶配向薄膜製造装置 - Google Patents
結晶配向薄膜製造装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、成膜時に薄膜の結晶
配向を制御できる結晶配向薄膜製造装置に関するもので
ある。さらに詳しくは、この発明は、スパッタリング装
置を用い、荷電粒子群を制御しながら成長膜面に斜入射
させることで、各種の機能性薄膜や結晶成長用バッファ
ー薄膜などの分野の各用途に適した優先配向を有する薄
膜を極めて効率よく製造することのできる新しい結晶配
向薄膜製造装置に関するものである。
配向を制御できる結晶配向薄膜製造装置に関するもので
ある。さらに詳しくは、この発明は、スパッタリング装
置を用い、荷電粒子群を制御しながら成長膜面に斜入射
させることで、各種の機能性薄膜や結晶成長用バッファ
ー薄膜などの分野の各用途に適した優先配向を有する薄
膜を極めて効率よく製造することのできる新しい結晶配
向薄膜製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年の超精密技術、超微細技術の進展と
ともに、機能性薄膜技術は長足の進歩をとげている。こ
のような進歩は、いわゆるエピタキシーに代表されるよ
うに薄膜の結晶構造の制御技術の発展によって支えられ
てもいる。つまり結晶配向の制御技術によって支えられ
ている。
ともに、機能性薄膜技術は長足の進歩をとげている。こ
のような進歩は、いわゆるエピタキシーに代表されるよ
うに薄膜の結晶構造の制御技術の発展によって支えられ
てもいる。つまり結晶配向の制御技術によって支えられ
ている。
【０００３】しかしながら、これまでの技術発展によっ
ても、依然として解決されていない問題も残されてお
り、この問題の一つとして、多結晶体やアモルファス体
の上に結晶配向を制御しながら結晶成長させることが難
しいという点があった。それというのも、金属やセラミ
ックスの多結晶体やガラスなどのアモルファス体を基板
にして、その上に薄膜を成長させる場合に、結晶配向を
制御しながら成長させることができれば、たとえば超電
導体、磁性薄膜、光学薄膜等の広範な分野で、より高度
な物理・化学的特性や機能を有する薄膜を提供すること
ができるからである。
ても、依然として解決されていない問題も残されてお
り、この問題の一つとして、多結晶体やアモルファス体
の上に結晶配向を制御しながら結晶成長させることが難
しいという点があった。それというのも、金属やセラミ
ックスの多結晶体やガラスなどのアモルファス体を基板
にして、その上に薄膜を成長させる場合に、結晶配向を
制御しながら成長させることができれば、たとえば超電
導体、磁性薄膜、光学薄膜等の広範な分野で、より高度
な物理・化学的特性や機能を有する薄膜を提供すること
ができるからである。
【０００４】従来、これらの多結晶体やアモルファス体
からなる基板上に配向性膜を製造する場合には、ｃ軸配
向多結晶のように、１軸方向のみの配向が主なものとな
っている。実際、単結晶的に３軸配向した薄膜を得るた
めには、単結晶基板を用い、エピタキシー技術によっ
て、あるいは、基板表面にパターニング技術で微細なス
テップ加工を施して単結晶膜を成長させるグラフォエピ
タキシー技術によって成膜するしか方法がなかった。
からなる基板上に配向性膜を製造する場合には、ｃ軸配
向多結晶のように、１軸方向のみの配向が主なものとな
っている。実際、単結晶的に３軸配向した薄膜を得るた
めには、単結晶基板を用い、エピタキシー技術によっ
て、あるいは、基板表面にパターニング技術で微細なス
テップ加工を施して単結晶膜を成長させるグラフォエピ
タキシー技術によって成膜するしか方法がなかった。
【０００５】このような状況において、１９８５年にＩ
ＢＭのYu等によりデュアルイオンビームスパッタ法を用
いたイオンアシスト成膜法によってガラス基板上にＮｂ
薄膜を成膜し、ｃ軸のみならずａ−ｂ面内の配向をも制
御することの可能性を示唆する最初の報告がなされた
(L.S. YU,et al:Appl.Phys.Lett. 47(1985) P.932)。次
いで、１９９１年にフジクラのIijima等は同様のデュア
ルイオンビーム法により多結晶金属基材上にＹＳＺ（イ
ットリア安定化ジルコニア）薄膜を３軸配向させ得たこ
とが報告されてもいる(Y. Iijima, et al,:Appl. Phys.
Lett. 60(1992) P.769)。
ＢＭのYu等によりデュアルイオンビームスパッタ法を用
いたイオンアシスト成膜法によってガラス基板上にＮｂ
薄膜を成膜し、ｃ軸のみならずａ−ｂ面内の配向をも制
御することの可能性を示唆する最初の報告がなされた
(L.S. YU,et al:Appl.Phys.Lett. 47(1985) P.932)。次
いで、１９９１年にフジクラのIijima等は同様のデュア
ルイオンビーム法により多結晶金属基材上にＹＳＺ（イ
ットリア安定化ジルコニア）薄膜を３軸配向させ得たこ
とが報告されてもいる(Y. Iijima, et al,:Appl. Phys.
Lett. 60(1992) P.769)。
【０００６】さらに、１９９２年 Reade等はレーザー蒸
着にイオンビームアシスト銃を使用して同様の結果を得
ている。しかしながら、これらの報告に見られる成膜法
では、デュアルイオンビームのような高価な成膜装置の
使用が必須であって、より簡便に、しかも安価な汎用装
置によって結晶配向を高度に制御することは依然として
不可能であった。
着にイオンビームアシスト銃を使用して同様の結果を得
ている。しかしながら、これらの報告に見られる成膜法
では、デュアルイオンビームのような高価な成膜装置の
使用が必須であって、より簡便に、しかも安価な汎用装
置によって結晶配向を高度に制御することは依然として
不可能であった。
【０００７】そこで、この発明の発明者はスパッタ装置
に特殊な電極構造を組み込み、荷電粒子群を膜面にビー
ム状に照射しながら面内配向膜を作製する装置を開発し
た（特願平４−３２２３１８号）。
に特殊な電極構造を組み込み、荷電粒子群を膜面にビー
ム状に照射しながら面内配向膜を作製する装置を開発し
た（特願平４−３２２３１８号）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
新しい装置は、その面内配向膜の形成において従来にな
い優れた特徴を有しているものの、配向膜の品質、生産
性、そして、装置としての操作性等の点において改良す
べき点が残されていた。そこでこの発明は、上記の発明
者らの技術をさらに研究改良して新たな電極構造とする
ことで、イオンビームに劣らぬ優れた面内配向性を持っ
た薄膜を基板片面ないしは両面に効率よく作製できる結
晶配向薄膜装置を提供することを目的としている。
新しい装置は、その面内配向膜の形成において従来にな
い優れた特徴を有しているものの、配向膜の品質、生産
性、そして、装置としての操作性等の点において改良す
べき点が残されていた。そこでこの発明は、上記の発明
者らの技術をさらに研究改良して新たな電極構造とする
ことで、イオンビームに劣らぬ優れた面内配向性を持っ
た薄膜を基板片面ないしは両面に効率よく作製できる結
晶配向薄膜装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、スパッタリング装置において基
板を水平面に対し任意角θだけ傾けられる複数枚の基板
ホルダーを持つ基板電極と、この基板電極の下方で、タ
ーゲットとの間に複数枚（ｎ枚）の垂下電極板からなる
補助電極とをターゲットと電気的に絶縁して組み込み、
基板電極に印加されるバイアス電圧と補助電極に印加さ
れるバイアス電圧とによって陰極性プラズマ空間を形成
せしめ、基板表面に結晶配向成膜することを特徴とする
結晶配向薄膜製造装置を提供する。そしてまた、この発
明は、上記装置において、以下の態様をも提供するもの
である。 〈Ａ〉上記の装置おいて、基板電極には、ｎ枚の補助電
極の隣合う２枚１組からなる電極対で作られる放電空間
毎に、電極対の中心線から補助電極間隔の１／４の距離
離れた左右２か所において、２（ｎ−１）枚の基板ホル
ダーを配設し、基板下端を直近の補助電極上端に近づけ
る側に水平面からθ傾けて、基板を基板ホルダーに取付
け、２（ｎ−１）枚の複数基板の片面に配向膜を同時処
理することを特徴とする結晶配向薄膜製造装置、〈Ｂ〉
上記の装置において、基板電極には、ｎ枚の補助電極の
両側２枚を除く各電極から距離Ｄ（ただし、Ｄ＞ｄ）離
して対向する位置に、ｎ−２個の基板ホルダーを配設し
（すなわち、隣合う３枚の補助電極で１組を構成し、か
つ、各組は補助電極を１枚ずつ隣にずらしながら重複し
ながら隣合う３枚の補助電極で１組を構成するものと
し、各組に１個の基板ホルダーを配設し）、各基板ホル
ダーには各１枚の基板を垂直に配設してｎ−２枚の複数
基板の両面に配向膜を同時処理することを特徴とする結
晶配向薄膜製造装置、〈Ｃ〉上記の装置において、基板
電極には、ｎ枚の補助電極の隣合う４枚１組からなる電
極対の左右２枚ずつを垂直に対して１０°〜３０°傾斜
して八の字形に配設し各電極対の中心線上でかつ内側２
枚の補助電極板直上位置に、ｎ／４個の基板ホルダーを
配設し、各基板ホルダーには各１枚の基板を垂直に配設
してｎ／４枚の複数基板の両面に配向膜を同時処理する
ことを特徴とする結晶配向薄膜製造装置。
を解決するものとして、スパッタリング装置において基
板を水平面に対し任意角θだけ傾けられる複数枚の基板
ホルダーを持つ基板電極と、この基板電極の下方で、タ
ーゲットとの間に複数枚（ｎ枚）の垂下電極板からなる
補助電極とをターゲットと電気的に絶縁して組み込み、
基板電極に印加されるバイアス電圧と補助電極に印加さ
れるバイアス電圧とによって陰極性プラズマ空間を形成
せしめ、基板表面に結晶配向成膜することを特徴とする
結晶配向薄膜製造装置を提供する。そしてまた、この発
明は、上記装置において、以下の態様をも提供するもの
である。 〈Ａ〉上記の装置おいて、基板電極には、ｎ枚の補助電
極の隣合う２枚１組からなる電極対で作られる放電空間
毎に、電極対の中心線から補助電極間隔の１／４の距離
離れた左右２か所において、２（ｎ−１）枚の基板ホル
ダーを配設し、基板下端を直近の補助電極上端に近づけ
る側に水平面からθ傾けて、基板を基板ホルダーに取付
け、２（ｎ−１）枚の複数基板の片面に配向膜を同時処
理することを特徴とする結晶配向薄膜製造装置、〈Ｂ〉
上記の装置において、基板電極には、ｎ枚の補助電極の
両側２枚を除く各電極から距離Ｄ（ただし、Ｄ＞ｄ）離
して対向する位置に、ｎ−２個の基板ホルダーを配設し
（すなわち、隣合う３枚の補助電極で１組を構成し、か
つ、各組は補助電極を１枚ずつ隣にずらしながら重複し
ながら隣合う３枚の補助電極で１組を構成するものと
し、各組に１個の基板ホルダーを配設し）、各基板ホル
ダーには各１枚の基板を垂直に配設してｎ−２枚の複数
基板の両面に配向膜を同時処理することを特徴とする結
晶配向薄膜製造装置、〈Ｃ〉上記の装置において、基板
電極には、ｎ枚の補助電極の隣合う４枚１組からなる電
極対の左右２枚ずつを垂直に対して１０°〜３０°傾斜
して八の字形に配設し各電極対の中心線上でかつ内側２
枚の補助電極板直上位置に、ｎ／４個の基板ホルダーを
配設し、各基板ホルダーには各１枚の基板を垂直に配設
してｎ／４枚の複数基板の両面に配向膜を同時処理する
ことを特徴とする結晶配向薄膜製造装置。
【００１０】
【作用】この発明の要点となるスパッタ装置に組み込む
電極構造は、基板を水平面に対し任意角θだけ傾けられ
る複数枚の基板ホルダーを持つ基板電極と、該基板電極
の下方にあって陰極性プラズマ空間を下方のターゲット
との間に形成しうる複数枚（ｎ枚）の補助電極から構成
される。
電極構造は、基板を水平面に対し任意角θだけ傾けられ
る複数枚の基板ホルダーを持つ基板電極と、該基板電極
の下方にあって陰極性プラズマ空間を下方のターゲット
との間に形成しうる複数枚（ｎ枚）の補助電極から構成
される。
【００１１】これらの電極の構成材料には任意の導体が
使用できるが、不純物の膜中への混入を極端に避けねば
ならない場合には、対象となる膜の構成元素で作製する
のがよい。基板電極と補助電極の相対位置については、
具体的には、たとえば、上記〈Ａ〉の態様にあっては、
添付した図面の図１および図２に例示したように、ま
ず、基板を装着する基板電極（１）の基板ホルダー
（２）は基板面が水平から斜角度θで可変できる構造と
する。垂下電極からなる補助電極（３）は基板ホルダー
（２）とターゲット（４）との間にあって、通常は、基
板側に、基板を囲み込める位置に置く。
使用できるが、不純物の膜中への混入を極端に避けねば
ならない場合には、対象となる膜の構成元素で作製する
のがよい。基板電極と補助電極の相対位置については、
具体的には、たとえば、上記〈Ａ〉の態様にあっては、
添付した図面の図１および図２に例示したように、ま
ず、基板を装着する基板電極（１）の基板ホルダー
（２）は基板面が水平から斜角度θで可変できる構造と
する。垂下電極からなる補助電極（３）は基板ホルダー
（２）とターゲット（４）との間にあって、通常は、基
板側に、基板を囲み込める位置に置く。
【００１２】そして、基板電極（１）と２枚１組の補助
電極（３）電極対で作られる放電空間の中心線（ａ）位
置から電極対の電極間隔の１／４の距離離れた左右２か
所の各補助電極側の位置に基板ホルダー（２）をずらし
て取り付ける。その理由は、プラズマ空間から引き出さ
れるAr+ イオン流の基板への入射方向を一方向に揃える
ためで、このようにすることで膜の配向性を一層強くす
ることが出来るからである。そして、２（ｎ−１）枚の
複数基板の片面に配向膜が同時処理される。
電極（３）電極対で作られる放電空間の中心線（ａ）位
置から電極対の電極間隔の１／４の距離離れた左右２か
所の各補助電極側の位置に基板ホルダー（２）をずらし
て取り付ける。その理由は、プラズマ空間から引き出さ
れるAr+ イオン流の基板への入射方向を一方向に揃える
ためで、このようにすることで膜の配向性を一層強くす
ることが出来るからである。そして、２（ｎ−１）枚の
複数基板の片面に配向膜が同時処理される。
【００１３】この場合、基板電極（１）の水平位置から
補助電極（３）の上端までの距離ｄは、スパッタ雰囲気
中の粒子の平均自由行程を上限とする。その理由は、陰
極性プラズマ空間からAr+ イオンをひき出して陰極暗部
で加速直進させ、膜成長面に対して斜角度θで入射させ
るためである。そして、距離ｄについては、目的とする
成膜に応じて、またスパッタ条件やバイアス電圧条件等
によって適宜に選択する。通常は、距離ｄとしては５〜
１５mmとする。
補助電極（３）の上端までの距離ｄは、スパッタ雰囲気
中の粒子の平均自由行程を上限とする。その理由は、陰
極性プラズマ空間からAr+ イオンをひき出して陰極暗部
で加速直進させ、膜成長面に対して斜角度θで入射させ
るためである。そして、距離ｄについては、目的とする
成膜に応じて、またスパッタ条件やバイアス電圧条件等
によって適宜に選択する。通常は、距離ｄとしては５〜
１５mmとする。
【００１４】膜はターゲットからの膜物質の堆積とイオ
ンによる膜物質のスパッタエッチングの差し引きにより
成長していくことになるが、スパッタエッチング率は物
質によってイオン入射角依存性をもっている。上記の斜
角度θは効率よくスパッタエッチングされるイオン入射
角にほぼ対応する角度とするのが望ましく、最良の斜角
度θの例としては、時計周りが−、反時計周りが＋とし
て水平面から表し、θ＝＋７５°またはθ＝−７５°と
することができる。
ンによる膜物質のスパッタエッチングの差し引きにより
成長していくことになるが、スパッタエッチング率は物
質によってイオン入射角依存性をもっている。上記の斜
角度θは効率よくスパッタエッチングされるイオン入射
角にほぼ対応する角度とするのが望ましく、最良の斜角
度θの例としては、時計周りが−、反時計周りが＋とし
て水平面から表し、θ＝＋７５°またはθ＝−７５°と
することができる。
【００１５】基板電極（１）に印加する電圧Ｖs 及び補
助電極（３）に印加する電圧Ｖh は各々アース電位に対
し可変とし、かつ、各々のイオン電流を計測できる電流
計を装着する。バイアス電圧については、Ｖs ，Ｖh ：
−３００〜＋１００Ｖ程度とすることができる。以下、
実施例を示し、さらに詳しくこの発明について説明す
る。
助電極（３）に印加する電圧Ｖh は各々アース電位に対
し可変とし、かつ、各々のイオン電流を計測できる電流
計を装着する。バイアス電圧については、Ｖs ，Ｖh ：
−３００〜＋１００Ｖ程度とすることができる。以下、
実施例を示し、さらに詳しくこの発明について説明す
る。
【００１６】
【実施例】実施例１ 図１および図２に例示した装置の場合には、複数枚の基
板ホルダー（２）を回転ステージによって回動自在と
し、この基板ホルダー（２）を、基板電極（１）および
補助電極（３）スパッタリング装置に組込んでいる。こ
の場合、基板電極（１）と、４枚の補助電極（３）をジ
ルコニウムおよび一部銅とで作製した。両電極（１）、
（３）の相対位置及び寸法については、補助電極（３）
は、上端が基板電極（１）と５mmの間隔をもち、スパッ
ターターゲット（４）と基板電極（１）との間に設け、
補助電極（３）の大きさは２０×１００mmの矩形極板
で、隣接する補助電極との間隔は２０mmとした。基板
は、２枚１組の補助電極（３）で形成される放電空間の
中心線（ａ）から５mm各補助電極（３）の方にずらした
位置の基板ホルダー（２）に取付ける。２枚の基板の各
々は水平から±７５°傾けて取り付けられている。な
お、基板はハステロイＣ、ターゲット（４）はＹＳＺ
（イットリア安定化ジルコニア）とした。基板−ターゲ
ット（４）間の距離は８０mm、基板電極（１）および補
助電極（３）には−２００Ｖのバイアス電圧を加えた。
ターゲット（４）へのＲＦパワー密度は３Ｗ／cm2 、ス
パッタガス（Ａｒ−２％Ｏ2 ）の圧力は４×１０-3Torr
として、約５Å／ｓでＹＳＺ薄膜を含み計６枚の基板に
同時に成膜した。この場合の陰極暗部と陰極グローの境
界であるプラズマ境界線（５）も図２に示した。
板ホルダー（２）を回転ステージによって回動自在と
し、この基板ホルダー（２）を、基板電極（１）および
補助電極（３）スパッタリング装置に組込んでいる。こ
の場合、基板電極（１）と、４枚の補助電極（３）をジ
ルコニウムおよび一部銅とで作製した。両電極（１）、
（３）の相対位置及び寸法については、補助電極（３）
は、上端が基板電極（１）と５mmの間隔をもち、スパッ
ターターゲット（４）と基板電極（１）との間に設け、
補助電極（３）の大きさは２０×１００mmの矩形極板
で、隣接する補助電極との間隔は２０mmとした。基板
は、２枚１組の補助電極（３）で形成される放電空間の
中心線（ａ）から５mm各補助電極（３）の方にずらした
位置の基板ホルダー（２）に取付ける。２枚の基板の各
々は水平から±７５°傾けて取り付けられている。な
お、基板はハステロイＣ、ターゲット（４）はＹＳＺ
（イットリア安定化ジルコニア）とした。基板−ターゲ
ット（４）間の距離は８０mm、基板電極（１）および補
助電極（３）には−２００Ｖのバイアス電圧を加えた。
ターゲット（４）へのＲＦパワー密度は３Ｗ／cm2 、ス
パッタガス（Ａｒ−２％Ｏ2 ）の圧力は４×１０-3Torr
として、約５Å／ｓでＹＳＺ薄膜を含み計６枚の基板に
同時に成膜した。この場合の陰極暗部と陰極グローの境
界であるプラズマ境界線（５）も図２に示した。
【００１７】得られたＹＳＺ膜のＸ線Pole figure 測定
では、図３のＹＳＺ薄膜（１１１）極点図に示すように
全サンプルとも強いａｂ面配向をもち、かつ、Ｘ線回折
で図４のＹＳＺ薄膜（２００）、ピークの半値巾（４．
９°）に見られるようにｃ軸配向性を有し、ｃ軸（２０
０）が基板に垂直であった。実施例２ 図５に例示した装置は前記の態様〈Ｂ〉に相当する装置
に関するもので、隣合う２枚１組の補助電極（すなわち
両端の２枚の補助電極を除く全ての補助電極）（３）の
中央直上の基板ホルダー（２）に、その中央の補助電極
（３）から２mm間隙を空けて基板を垂直に取り付ける構
造とする以外は、実施例１と同様の成膜条件で基板ホル
ダー（２）に取り付けた基板の両面に成膜した。陰極暗
部と陰極グローの境界は断面が放物線形状のプラズマを
作り、図５に示すプラズマ境界線（５）を形成する。
では、図３のＹＳＺ薄膜（１１１）極点図に示すように
全サンプルとも強いａｂ面配向をもち、かつ、Ｘ線回折
で図４のＹＳＺ薄膜（２００）、ピークの半値巾（４．
９°）に見られるようにｃ軸配向性を有し、ｃ軸（２０
０）が基板に垂直であった。実施例２ 図５に例示した装置は前記の態様〈Ｂ〉に相当する装置
に関するもので、隣合う２枚１組の補助電極（すなわち
両端の２枚の補助電極を除く全ての補助電極）（３）の
中央直上の基板ホルダー（２）に、その中央の補助電極
（３）から２mm間隙を空けて基板を垂直に取り付ける構
造とする以外は、実施例１と同様の成膜条件で基板ホル
ダー（２）に取り付けた基板の両面に成膜した。陰極暗
部と陰極グローの境界は断面が放物線形状のプラズマを
作り、図５に示すプラズマ境界線（５）を形成する。
【００１８】実際にも、各基板の両面に成膜されたＹＳ
Ｚ薄膜は実施例１と同様に３軸配向性を有していた。実施例３ 図６に示した装置は前記の態様〈Ｃ〉に相当する装置に
関するもので、補助電極（３）の隣合う４枚１組からな
る電極対の左右２枚ずつが垂直に対して１０°〜３０°
傾斜して八の字形に配設され、各電極対の中心線上でか
つ内側２枚の補助電極（３）直上位置に、１個の基板ホ
ルダー（２）がセットされ、１枚の基板が垂直に配設さ
れている。基板の両面に配向膜が同時に成膜される。こ
の場合にも、実施例１と同様の成膜条件で成膜した。陰
極暗部と陰極グローの境界は断面が放物線形状のプラズ
マを作り、図６に示すプラズマ境界線（５）を形成す
る。
Ｚ薄膜は実施例１と同様に３軸配向性を有していた。実施例３ 図６に示した装置は前記の態様〈Ｃ〉に相当する装置に
関するもので、補助電極（３）の隣合う４枚１組からな
る電極対の左右２枚ずつが垂直に対して１０°〜３０°
傾斜して八の字形に配設され、各電極対の中心線上でか
つ内側２枚の補助電極（３）直上位置に、１個の基板ホ
ルダー（２）がセットされ、１枚の基板が垂直に配設さ
れている。基板の両面に配向膜が同時に成膜される。こ
の場合にも、実施例１と同様の成膜条件で成膜した。陰
極暗部と陰極グローの境界は断面が放物線形状のプラズ
マを作り、図６に示すプラズマ境界線（５）を形成す
る。
【００１９】基板の両面に成膜されたＹＳＺ薄膜は実施
例１と同様に３軸配向性を有していた。なお、上記のＹ
ＳＺをバッファー膜にもつハステロイ基板上にYBa2Cu3O
y 超電導膜を形成させたところ、液体窒素温度７７Ｋに
おいて１０5 Ａ／cm2 台の高臨界電流値を有していた。
例１と同様に３軸配向性を有していた。なお、上記のＹ
ＳＺをバッファー膜にもつハステロイ基板上にYBa2Cu3O
y 超電導膜を形成させたところ、液体窒素温度７７Ｋに
おいて１０5 Ａ／cm2 台の高臨界電流値を有していた。
【００２０】もちろんこの発明は、以上の例によって限
定されるものではない。その細部の構成において、さら
に様々な態様が可能であることはいうまでもない。
定されるものではない。その細部の構成において、さら
に様々な態様が可能であることはいうまでもない。
【００２１】
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明の電
極構造を有するスパッタ装置によって成膜を行う場合に
は、膜成長の優先包囲配列（Bravais の経験則）によら
ない特異な方位配列が可能となる。またｃ軸のみならず
ａ、ｂ軸も配向した単結晶性膜を得ることができ、複数
の長尺基板の片面あるいは両面に同時に配向膜を形成さ
せることが可能である。
極構造を有するスパッタ装置によって成膜を行う場合に
は、膜成長の優先包囲配列（Bravais の経験則）によら
ない特異な方位配列が可能となる。またｃ軸のみならず
ａ、ｂ軸も配向した単結晶性膜を得ることができ、複数
の長尺基板の片面あるいは両面に同時に配向膜を形成さ
せることが可能である。
【００２２】なお、たとえば酸化物超電導体薄膜を磁気
シールドや電子デバイス等に応用する場合には、金属の
ような多結晶基板上に作製することができ、かつ、高い
臨界電流密度を有する膜の成膜技術が要求されている
が、一般には、多結晶基板上に成膜する場合、ｃ軸方向
の一軸のみの配向は比較的容易に達成できるが、基板面
内のａ、ｂ両軸も配向させることは容易でない。その結
果、結晶粒が無秩序に成長し粒界を形成するため、膜に
通電することのできる臨界電流は低く抑えられてしま
う。
シールドや電子デバイス等に応用する場合には、金属の
ような多結晶基板上に作製することができ、かつ、高い
臨界電流密度を有する膜の成膜技術が要求されている
が、一般には、多結晶基板上に成膜する場合、ｃ軸方向
の一軸のみの配向は比較的容易に達成できるが、基板面
内のａ、ｂ両軸も配向させることは容易でない。その結
果、結晶粒が無秩序に成長し粒界を形成するため、膜に
通電することのできる臨界電流は低く抑えられてしま
う。
【００２３】この問題を解決する一つの方法は、この発
明により３軸が配向した膜を予め金属機材上にバッファ
ー膜として作製しておき、その上に超電導膜をエピタキ
シャル的に成長させることで結晶が面内にも配列した超
電導膜を作製することで解決される。そしてこの発明で
は、通常のスパッタ装置に簡単な電極構造を組み込むだ
けで、高価なイオン銃、高真空排気系などの使用を必要
としていない。すなわち、この発明は、イオンビーム法
に劣らぬ高い面内配向性を持つ膜を、高効率かつ簡便な
方法で作製できるという点で優れている。今後、ペロブ
スカイトなど各種の機能性薄膜系にも応用が期待され
る。
明により３軸が配向した膜を予め金属機材上にバッファ
ー膜として作製しておき、その上に超電導膜をエピタキ
シャル的に成長させることで結晶が面内にも配列した超
電導膜を作製することで解決される。そしてこの発明で
は、通常のスパッタ装置に簡単な電極構造を組み込むだ
けで、高価なイオン銃、高真空排気系などの使用を必要
としていない。すなわち、この発明は、イオンビーム法
に劣らぬ高い面内配向性を持つ膜を、高効率かつ簡便な
方法で作製できるという点で優れている。今後、ペロブ
スカイトなど各種の機能性薄膜系にも応用が期待され
る。
【図１】実施例１における装置の斜視図である。
【図２】図１の装置の正断面概要図である。
【図３】実施例１で成膜されたＹＳＺ膜の極点図であ
る。
る。
【図４】実施例１で成膜されたＹＳＺ膜（２００）ピー
ク半値巾を示す回折図である。
ク半値巾を示す回折図である。
【図５】実施例２における装置の正断面概要図である。
【図６】実施例３における装置の正断面概要図である。
１ 基板電極 ２ 基板ホルダー ３ 補助電極 ４ スパッタターゲット ５ プラズマ境界線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小森 和範 茨城県つくば市千現１丁目２番１号 科 学技術庁金属材料技術研究所筑波支所内 (72)発明者 浅野 稔久 茨城県つくば市千現１丁目２番１号 科 学技術庁金属材料技術研究所筑波支所内 (72)発明者 田中 吉秋 茨城県つくば市千現１丁目２番１号 科 学技術庁金属材料技術研究所筑波支所内 (72)発明者 前田 弘 茨城県つくば市千現１丁目２番１号 科 学技術庁金属材料技術研究所筑波支所内 (56)参考文献 特開 平６−144990（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−271368（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−191073（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−270321（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−193871（ＪＰ，Ａ) 特公 昭63−52109（ＪＰ，Ｂ２) Ｌｏｃｋ Ｓｅｅ Ｙｕ ｅｔ ａ ｌ．，”Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｏｆ ｔ ｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｂｙ ｇｌａｎｃ ｉｎｇ ａｎｇｌｅ ｉｏｎ ｂｏｍｂ ａｒｄｍｅｎｔ ｄｕｒｉｎｇ ｄｅｐ ｏｓｉｔｉｏｎ”，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐ ｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏ ｌ．47，Ｎｏ．９，Ｎｏｖ．1985，ｐ ｐ．932−933 Ｒ．Ｐ．Ｒｅａｄｅ ｅｔ ａ ｌ．，”Ｌａｓｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉ ｏｎ ｏｆ ｂｉａｘｉａｌｌｙ ｔｅ ｘｔｕｒｅｄ ｙｔｔｒｉａ−ｓｔａｂ ｉｌｉｚｅｄ ｚｉｒｃｏｎｉａ ｂｕ ｆｆｅｒ ｌａｙｅｒｓ ｏｎ ｐｏｌ ｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｍｅｔａｌ ｌｉｃ ａｌｌｏｙｓ ｆｏｒ ｈｉｇ ｈ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ ｔｈｉｎ ｆｉ ｌｍｓ”，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉ ｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．61，Ｎ ｏ．18，Ｎｏｖ．1992．ｐｐ．2231− 2233 Ｙ．Ｉｉｊｉｍａ ｅｔ ａｌ．，" Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ ａｌｉｇｎｅｄ Ｙ Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ ｔｈｉｎ ｆｉ ｌｍｓ ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ｏｎ ｐ ｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｍｅｔ ａｌｌｉｃ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ”, Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅ ｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．60，Ｎｏ．６，Ｆ ｅｂ．1992，ｐｐ．769−771 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C30B 1/00 - 35/00 ＣＡ（ＳＴＮ) ＥＰＡＴ（ＱＵＥＳＴＥＬ) ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ) ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)
Claims (4)
- 【請求項１】 スパッタリング装置において、基板を水
平面に対し任意角θだけ傾けられる複数枚の基板ホルダ
ーを持つ基板電極と、この該基板電極の下方で、ターゲ
ットとの間に複数枚（ｎ枚）の垂下電極板からなる補助
電極とをターゲットと電気的に絶縁して組み込み、基板
電極に印加するバイアス電圧と補助電極に印加するバイ
アス電圧とによって陰極性プラズマ空間を形成せしめ、
基板表面に結晶配向成膜することを特徴とする結晶配向
薄膜製造装置。 - 【請求項２】 請求項１の装置において、基板電極に
は、ｎ枚の補助電極の隣合う２枚１組からなる電極対で
作られる放電空間毎に、電極対の中心線から補助電極間
隔の１／４の距離離れた左右２か所において、２（ｎ−
１）枚の基板ホルダーを配設し、基板下端を直近の補助
電極上端に近づける側に水平面からθ傾けて、基板を基
板ホルダーに取付け、２（ｎ−１）枚の複数基板の片面
に配向膜を同時処理することを特徴とする結晶配向薄膜
製造装置。 - 【請求項３】 請求項１の装置において、基板電極に
は、ｎ枚の補助電極の両側２枚を除く各電極から間隔を
離して対向する位置に、ｎ−２個の基板ホルダーを配設
し、各基板ホルダーには各１枚の基板を垂直に配設し、
ｎ−２枚の複数基板の両面に配向膜を同時処理すること
を特徴とする結晶配向薄膜製造装置。 - 【請求項４】 請求項１の装置において、基板電極に
は、ｎ枚の補助電極の隣合う４枚１組からなる電極対の
左右２枚ずつを垂直に対して１０°〜３０°傾斜して八
の字形に配設し、各電極対の中心線上でかつ内側２枚の
補助電極板直上位置に、ｎ／４個の基板ホルダーを配設
し、各基板ホルダーには各１枚の基板を垂直に配設して
ｎ／４枚の複数基板の両面に配向膜を同時処理すること
を特徴とする結晶配向薄膜製造装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05239512A JP3125907B2 (ja) | 1993-09-27 | 1993-09-27 | 結晶配向薄膜製造装置 |
| US08/313,339 US5567288A (en) | 1993-09-27 | 1994-09-27 | Crystal-oriented thin film manufacturing apparatus |
| EP94307036A EP0645468B1 (en) | 1993-09-27 | 1994-09-27 | Crystal-oriented thin film manufacturing apparatus |
| DE69429228T DE69429228T2 (de) | 1993-09-27 | 1994-09-27 | Vorrichtung zur Herstellung eines kristallorientierten Dünnfilms |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05239512A JP3125907B2 (ja) | 1993-09-27 | 1993-09-27 | 結晶配向薄膜製造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0797293A JPH0797293A (ja) | 1995-04-11 |
| JP3125907B2 true JP3125907B2 (ja) | 2001-01-22 |
Family
ID=17045903
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05239512A Expired - Lifetime JP3125907B2 (ja) | 1993-09-27 | 1993-09-27 | 結晶配向薄膜製造装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5567288A (ja) |
| EP (1) | EP0645468B1 (ja) |
| JP (1) | JP3125907B2 (ja) |
| DE (1) | DE69429228T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19711137C1 (de) * | 1997-03-07 | 1998-08-13 | Siemens Ag | Verfahren zum Aufbringen texturierter YSZ-Schichten durch Sputter-Beschichten |
| CN100532635C (zh) * | 2007-01-30 | 2009-08-26 | 南京航空航天大学 | 镁合金表面辉光等离子沉积耐蚀合金层方法 |
| DE102007046260A1 (de) * | 2007-09-26 | 2009-04-09 | Uhde Gmbh | Verfahren zur Reinigung des Rohgases aus einer Feststoffvergasung |
| CN102634768B (zh) * | 2012-03-31 | 2014-06-11 | 浙江金徕镀膜有限公司 | 一种镀膜工艺中使用的基板固定装置 |
| US11664207B2 (en) * | 2018-08-10 | 2023-05-30 | Tokyo Electron Limited | Film-forming apparatus, film-forming system, and film-forming method |
| CN111041437A (zh) * | 2019-12-04 | 2020-04-21 | 山东科技大学 | 一种溅射沉积倾斜c轴压电薄膜的辅助装置 |
| DE102020119875A1 (de) * | 2020-07-28 | 2022-02-03 | Technische Universität Darmstadt, Körperschaft des öffentlichen Rechts | Vorrichtung und Verfahren zum Führen geladener Teilchen |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3530057A (en) * | 1967-05-29 | 1970-09-22 | Nat Res Corp | Sputtering |
| US3897325A (en) * | 1972-10-20 | 1975-07-29 | Nippon Electric Varian Ltd | Low temperature sputtering device |
| US4297189A (en) * | 1980-06-27 | 1981-10-27 | Rockwell International Corporation | Deposition of ordered crystalline films |
| JPS57100627A (en) * | 1980-12-12 | 1982-06-22 | Teijin Ltd | Manufacture of vertical magnetic recording medium |
| DE3801309A1 (de) * | 1988-01-19 | 1989-07-27 | Leybold Ag | Einrichtung fuer die regelung der targetgleichspannung und der biasgleichspannung von sputteranlagen |
| CZ278295B6 (en) * | 1989-08-14 | 1993-11-17 | Fyzikalni Ustav Avcr | Process of sputtering layers and apparatus for making the same |
| US5114556A (en) * | 1989-12-27 | 1992-05-19 | Machine Technology, Inc. | Deposition apparatus and method for enhancing step coverage and planarization on semiconductor wafers |
-
1993
- 1993-09-27 JP JP05239512A patent/JP3125907B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-09-27 EP EP94307036A patent/EP0645468B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-09-27 DE DE69429228T patent/DE69429228T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1994-09-27 US US08/313,339 patent/US5567288A/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Ｌｏｃｋ Ｓｅｅ Ｙｕ ｅｔ ａｌ．，"Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｂｙ ｇｌａｎｃｉｎｇ ａｎｇｌｅ ｉｏｎ ｂｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ ｄｕｒｉｎｇ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ"，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．４７，Ｎｏ．９，Ｎｏｖ．１９８５，ｐｐ．９３２−９３３ |
| Ｒ．Ｐ．Ｒｅａｄｅ ｅｔ ａｌ．，"Ｌａｓｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｂｉａｘｉａｌｌｙ ｔｅｘｔｕｒｅｄ ｙｔｔｒｉａ−ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ ｚｉｒｃｏｎｉａ ｂｕｆｆｅｒ ｌａｙｅｒｓ ｏｎ ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｍｅｔａｌｌｉｃ ａｌｌｏｙｓ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ"，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．６１，Ｎｏ．１８，Ｎｏｖ．１９９２．ｐｐ．２２３１−２２３３ |
| Ｙ．Ｉｉｊｉｍａ ｅｔ ａｌ．，"Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ ａｌｉｇｎｅｄ ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ｏｎ ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ"，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．６０，Ｎｏ．６，Ｆｅｂ．１９９２，ｐｐ．７６９−７７１ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0797293A (ja) | 1995-04-11 |
| DE69429228D1 (de) | 2002-01-10 |
| EP0645468A1 (en) | 1995-03-29 |
| EP0645468B1 (en) | 2001-11-28 |
| US5567288A (en) | 1996-10-22 |
| DE69429228T2 (de) | 2002-07-25 |
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