JP3162423B2 - 真空薄膜蒸着装置 - Google Patents
真空薄膜蒸着装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、真空薄膜蒸着装置に関
するものであり、窒化物、酸化物、特に酸化物超電導体
薄膜を形成するのに適した真空薄膜蒸着装置に関するも
のである。
するものであり、窒化物、酸化物、特に酸化物超電導体
薄膜を形成するのに適した真空薄膜蒸着装置に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来、各種の基板上に薄膜を形成するの
に、通常、スパッタリング法や、蒸着法を用いる。しか
し、酸化物超電導体薄膜を形成するに当たって、スパッ
タリング法では、成膜中の基板温度を７００℃、あるい
はそれ以上の温度に設定する必要があり、基板の材料に
制限を受ける上に、通常は酸化物超電導体の焼結体のタ
ーゲットを用いるため、ターゲット表面の経年変化によ
り薄膜中の組成比の再現性がよくないという欠点があっ
た。
に、通常、スパッタリング法や、蒸着法を用いる。しか
し、酸化物超電導体薄膜を形成するに当たって、スパッ
タリング法では、成膜中の基板温度を７００℃、あるい
はそれ以上の温度に設定する必要があり、基板の材料に
制限を受ける上に、通常は酸化物超電導体の焼結体のタ
ーゲットを用いるため、ターゲット表面の経年変化によ
り薄膜中の組成比の再現性がよくないという欠点があっ
た。
【０００３】従来の蒸着法では、膜厚モニタを使用して
付着速度を制御することにより、薄膜中の組成比を再現
性よく形成することができ、また成膜速度もスパッタリ
ング法の２倍以上が得られる。しかし、従来の蒸着法で
は、ＹＢａＣｕＯ系酸化物高温超電導体薄膜を形成する
場合、薄膜の結晶性の面から一般に基板温度を７００℃
以上に上げる必要があり、基板材料と薄膜との熱膨張係
数の関係、薄膜の結晶成長方向の制御性等の理由によ
り、上記超電導体の格子定数に近い数値をもつ単結晶基
板、例えばＭｇＯ（１００）、ＳｒＴｉＯ3 （１１０）
等の基板が使用され、その他の材料の基板については耐
熱性、熱膨張係数の差による熱応力のために使用するの
が困難であった。また、各蒸発源の相互間距離と、蒸発
源と基板との距離の関係から、一様な膜厚分布が得られ
る有効基板面積は数ｃｍ角程度であった。
付着速度を制御することにより、薄膜中の組成比を再現
性よく形成することができ、また成膜速度もスパッタリ
ング法の２倍以上が得られる。しかし、従来の蒸着法で
は、ＹＢａＣｕＯ系酸化物高温超電導体薄膜を形成する
場合、薄膜の結晶性の面から一般に基板温度を７００℃
以上に上げる必要があり、基板材料と薄膜との熱膨張係
数の関係、薄膜の結晶成長方向の制御性等の理由によ
り、上記超電導体の格子定数に近い数値をもつ単結晶基
板、例えばＭｇＯ（１００）、ＳｒＴｉＯ3 （１１０）
等の基板が使用され、その他の材料の基板については耐
熱性、熱膨張係数の差による熱応力のために使用するの
が困難であった。また、各蒸発源の相互間距離と、蒸発
源と基板との距離の関係から、一様な膜厚分布が得られ
る有効基板面積は数ｃｍ角程度であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の蒸着法における
問題点は、上記のように基板温度を７００℃以上に加熱
する必要があるため、７００℃以下の温度においてもＭ
ｇＯ、ＳｒＴｉＯ3 、ガラス、ステンレス等の基板上に
膜厚分布が一様な例えばＹＢａＣｕＯ系の酸化物超電導
体膜厚を形成するのが困難であるという点である。
問題点は、上記のように基板温度を７００℃以上に加熱
する必要があるため、７００℃以下の温度においてもＭ
ｇＯ、ＳｒＴｉＯ3 、ガラス、ステンレス等の基板上に
膜厚分布が一様な例えばＹＢａＣｕＯ系の酸化物超電導
体膜厚を形成するのが困難であるという点である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の真空薄膜蒸着装
置は、接地電位に維持された真空槽を有し、該真空槽内
に薄膜が形成される基板を保持する基板ホルダーと、基
板を所定温度に加熱する基板加熱用ヒータと、上記薄膜
を形成するのに必要な材料の多元蒸発源と、上記基板に
ガスイオンを供給するイオン源と、上記基板と蒸発源と
の間に設けられていて、成膜処理期間中、上記基板に対
する実際の成膜時間を制御する開閉シャッタとが配置さ
れている。また、蒸発源からの材料の蒸発速度をモニタ
して基板に対する蒸発材料の付着速度を制御する制御手
段とが設けられている。
置は、接地電位に維持された真空槽を有し、該真空槽内
に薄膜が形成される基板を保持する基板ホルダーと、基
板を所定温度に加熱する基板加熱用ヒータと、上記薄膜
を形成するのに必要な材料の多元蒸発源と、上記基板に
ガスイオンを供給するイオン源と、上記基板と蒸発源と
の間に設けられていて、成膜処理期間中、上記基板に対
する実際の成膜時間を制御する開閉シャッタとが配置さ
れている。また、蒸発源からの材料の蒸発速度をモニタ
して基板に対する蒸発材料の付着速度を制御する制御手
段とが設けられている。
【０００６】
【作用】ヒータにより所定温度に加熱された基板に対し
てイオン源より酸素ガスイオンを供給すると同時に、付
着速度制御手段により所望の付着速度が得られるよう多
元蒸着源の各蒸発率を制御する。この薄膜形成中、シャ
ッタを例えば４秒間開き、４秒間閉じることにより、制
御性よく基板上の平均付着速度を下げることができ、シ
ャッタ閉の時には反応の促進をはかることができるた
め、上記基板上に均一な所定の膜厚をもった薄膜、例え
ば酸化物超電導体薄膜が形成される。
てイオン源より酸素ガスイオンを供給すると同時に、付
着速度制御手段により所望の付着速度が得られるよう多
元蒸着源の各蒸発率を制御する。この薄膜形成中、シャ
ッタを例えば４秒間開き、４秒間閉じることにより、制
御性よく基板上の平均付着速度を下げることができ、シ
ャッタ閉の時には反応の促進をはかることができるた
め、上記基板上に均一な所定の膜厚をもった薄膜、例え
ば酸化物超電導体薄膜が形成される。
【０００７】
【実施例】図１は、本発明による真空薄膜蒸着装置の一
実施例の内部構造を概略的に示す斜視図である。同図
で、１は真空槽、２は排気系で、真空槽１内の低部には
電子銃３と、該電子銃３からの電子ビームによる衝撃に
よって蒸発される金属を銅製３元用ルツボ３１に収容し
て構成された蒸発源４、５、６が配置されている。３２
は電子銃磁極である。蒸発源４には例えばＢａ、蒸発源
５には例えばＣｕ、蒸発源６には例えばＹが収容されて
いる。これらの各蒸発源の蒸発用金属材料は電子銃３か
らの電子ビームによって順次衝撃されて蒸発される。蒸
発源４乃至６を電子ビームによって蒸発させる代わり
に、各蒸発源を抵抗加熱手段によって加熱蒸発させても
よい。
実施例の内部構造を概略的に示す斜視図である。同図
で、１は真空槽、２は排気系で、真空槽１内の低部には
電子銃３と、該電子銃３からの電子ビームによる衝撃に
よって蒸発される金属を銅製３元用ルツボ３１に収容し
て構成された蒸発源４、５、６が配置されている。３２
は電子銃磁極である。蒸発源４には例えばＢａ、蒸発源
５には例えばＣｕ、蒸発源６には例えばＹが収容されて
いる。これらの各蒸発源の蒸発用金属材料は電子銃３か
らの電子ビームによって順次衝撃されて蒸発される。蒸
発源４乃至６を電子ビームによって蒸発させる代わり
に、各蒸発源を抵抗加熱手段によって加熱蒸発させても
よい。
【０００８】真空槽１内の上方部には基板ホルダー７、
該基板ホルダー７内に設置された被蒸着基板（図示せ
ず）を加熱するヒータ８が設けられている。基板の温度
は基板ホルダー７に設けられた例えば熱電対９をセンサ
ーとする温度調節装置２２で検知され、該温度調節装置
２２の出力によって基板の温度が所定の一定温度、例え
ば５６０℃に維持されるようにヒータ用交流電源１０の
電圧を制御する。１１は基板用直流電源で、基板に対し
て例えば０Ｖの電圧を印加する。
該基板ホルダー７内に設置された被蒸着基板（図示せ
ず）を加熱するヒータ８が設けられている。基板の温度
は基板ホルダー７に設けられた例えば熱電対９をセンサ
ーとする温度調節装置２２で検知され、該温度調節装置
２２の出力によって基板の温度が所定の一定温度、例え
ば５６０℃に維持されるようにヒータ用交流電源１０の
電圧を制御する。１１は基板用直流電源で、基板に対し
て例えば０Ｖの電圧を印加する。
【０００９】１２は酸素イオン源で、陽極１３、陰極と
して作用する熱フィラメント１４、磁極１５、１６、酸
素ガス導入用ＳＵＳ配管１７からなっている。陽極１３
には直流電源１８によって約６０Ｖの直流電圧が印加さ
れ、熱フィラメント１４には交流電源１９によって約３
５Ａの電流が流れている。熱フィラメント１４にはまた
直流電源２０によって−３０Ｖの直流電圧が重畳されて
いる。酸素ガス供給用ＳＵＳ配管１７による酸素ガスの
供給量は酸素ガス用マスフローコントローラ２１によっ
て設定され、例えば真空槽圧力が２×１０-4Ｔｏｒｒの
圧力になるように酸素イオン源１２に酸素ガスが供給さ
れる。磁極１５、１６は約１５０ガウス程度の磁束を発
生する。
して作用する熱フィラメント１４、磁極１５、１６、酸
素ガス導入用ＳＵＳ配管１７からなっている。陽極１３
には直流電源１８によって約６０Ｖの直流電圧が印加さ
れ、熱フィラメント１４には交流電源１９によって約３
５Ａの電流が流れている。熱フィラメント１４にはまた
直流電源２０によって−３０Ｖの直流電圧が重畳されて
いる。酸素ガス供給用ＳＵＳ配管１７による酸素ガスの
供給量は酸素ガス用マスフローコントローラ２１によっ
て設定され、例えば真空槽圧力が２×１０-4Ｔｏｒｒの
圧力になるように酸素イオン源１２に酸素ガスが供給さ
れる。磁極１５、１６は約１５０ガウス程度の磁束を発
生する。
【００１０】２４、２５、２６は膜厚モニタ検出器で、
蒸発源４、５、６の各材料の蒸発速度をモニタして、こ
れから付着速度を知るものである。各膜厚モニタ２４、
２５、２６と基板ホルダー７との間には、上記蒸発源か
ら被蒸着基板への蒸着用金属の蒸気の供給を制御するシ
ャッタ２７が設けられており、該シャッタの開閉は外部
から電気信号によって行われる。シャッタ２７は酸素イ
オン源１２からの酸素ガスイオンがおよび酸素ラジカル
が基板に到達するのを妨げない位置に設置されている。
蒸発源４、５、６の各材料の蒸発速度をモニタして、こ
れから付着速度を知るものである。各膜厚モニタ２４、
２５、２６と基板ホルダー７との間には、上記蒸発源か
ら被蒸着基板への蒸着用金属の蒸気の供給を制御するシ
ャッタ２７が設けられており、該シャッタの開閉は外部
から電気信号によって行われる。シャッタ２７は酸素イ
オン源１２からの酸素ガスイオンがおよび酸素ラジカル
が基板に到達するのを妨げない位置に設置されている。
【００１１】膜厚モニタ検出器２４〜２６は図２に示す
ような蒸発量制御系中に配置されている。例えば、蒸発
源４の蒸発速度は膜厚モニタ検出器２４で検出され、該
膜厚モニタ検出器２４の出力は付着速度信号を表わし、
この信号は水晶振動子式膜厚モニタ２８に供給される。
膜厚モニタ２８において、検出された付着速度信号は設
定された希望の付着速度信号と比較され、差信号に相当
する制御信号は電子ビーム制御器２９に供給される。電
子ビーム制御器２９の出力信号によって電子ビーム電源
３０から電子銃３に供給される電力を制御して、電子銃
３の電子ビームのエネルギを調整し、蒸発源４の蒸発速
度を所望の付着速度が得られるように制御する。
ような蒸発量制御系中に配置されている。例えば、蒸発
源４の蒸発速度は膜厚モニタ検出器２４で検出され、該
膜厚モニタ検出器２４の出力は付着速度信号を表わし、
この信号は水晶振動子式膜厚モニタ２８に供給される。
膜厚モニタ２８において、検出された付着速度信号は設
定された希望の付着速度信号と比較され、差信号に相当
する制御信号は電子ビーム制御器２９に供給される。電
子ビーム制御器２９の出力信号によって電子ビーム電源
３０から電子銃３に供給される電力を制御して、電子銃
３の電子ビームのエネルギを調整し、蒸発源４の蒸発速
度を所望の付着速度が得られるように制御する。
【００１２】上記の装置において、基板ホルダー７に被
蒸着基板として、例えばＭｇＯ単結晶基板をセットし、
またＢａ、Ｃｕ、Ｙを銅製３元用ルツボ３１上の所定位
置にセットした後、排気系２を動作させて真空槽１を１
０-6Ｔｏｒｒ程度にまで排気する。また、ヒータ用交流
電源１０を調節して、ヒータ８により基板５６０℃の一
度温度で約４０分間加熱した後、シャッタ２７を閉位置
にした状態で、電子銃３で蒸発源４、５、６を順次くり
返し衝撃して、Ｂａ、Ｃｕ、Ｙを加熱して蒸発させる。
蒸発速度は図２の制御系で所定の値となるように調整さ
れる。また、これと同時にマスフローコントローラ２１
を操作して、酸素ガス供給用ＳＵＳ配管１７を通して酸
素ガスを真空槽圧力が２×１０-4Ｔｏｒｒの圧力になる
ように酸素イオン源１２に供給する。このとき、前述の
ように、磁極１５、１６が作る１５０ガウス程度の磁場
中で、陽極１３に直流電源１８により６０Ｖを印加し、
陰極として作用する熱フィラメント１４に交流電源１９
を用いて３５Ａの電流を流す。また、直流電源２０によ
って熱フィラメント１４に−３０Ｖの直流電圧を重畳さ
せる。これによって陽極１３に約２Ａの放電電流が流れ
る。前述のように、基板ホルダー７内に設置された被蒸
着基板には基板用直流電源１１によって０Ｖの電位が印
加される。
蒸着基板として、例えばＭｇＯ単結晶基板をセットし、
またＢａ、Ｃｕ、Ｙを銅製３元用ルツボ３１上の所定位
置にセットした後、排気系２を動作させて真空槽１を１
０-6Ｔｏｒｒ程度にまで排気する。また、ヒータ用交流
電源１０を調節して、ヒータ８により基板５６０℃の一
度温度で約４０分間加熱した後、シャッタ２７を閉位置
にした状態で、電子銃３で蒸発源４、５、６を順次くり
返し衝撃して、Ｂａ、Ｃｕ、Ｙを加熱して蒸発させる。
蒸発速度は図２の制御系で所定の値となるように調整さ
れる。また、これと同時にマスフローコントローラ２１
を操作して、酸素ガス供給用ＳＵＳ配管１７を通して酸
素ガスを真空槽圧力が２×１０-4Ｔｏｒｒの圧力になる
ように酸素イオン源１２に供給する。このとき、前述の
ように、磁極１５、１６が作る１５０ガウス程度の磁場
中で、陽極１３に直流電源１８により６０Ｖを印加し、
陰極として作用する熱フィラメント１４に交流電源１９
を用いて３５Ａの電流を流す。また、直流電源２０によ
って熱フィラメント１４に−３０Ｖの直流電圧を重畳さ
せる。これによって陽極１３に約２Ａの放電電流が流れ
る。前述のように、基板ホルダー７内に設置された被蒸
着基板には基板用直流電源１１によって０Ｖの電位が印
加される。
【００１３】上記の状態で、真空槽外に設けられたシャ
ッタ開閉制御回路（図示せず）を動作せさて、シャッタ
２７を４秒間開、４秒間閉のくり返し開閉動作を行って
約７０分間蒸着によるコーティングを行う。コーティン
グ終了後、マスフローコントローラ２１を動作させて、
真空槽圧力が１×１０-3Ｔｏｒｒになる酸素圧力でイオ
ン源放電電流が２Ａ、基板温度５６０℃の条件で酸素処
理を約１０分間行った後、酸素ガスの供給を止めてイオ
ン源等の電源をすべてオフにして、１０-6Ｔｏｒｒ台の
真空状態で約１時間冷却すると、基板上に膜厚が約０．
５μｍ乃至１．０μｍのイットリウム系（ＹＢａＣｕ
Ｏ）の超電導体薄膜が形成された。
ッタ開閉制御回路（図示せず）を動作せさて、シャッタ
２７を４秒間開、４秒間閉のくり返し開閉動作を行って
約７０分間蒸着によるコーティングを行う。コーティン
グ終了後、マスフローコントローラ２１を動作させて、
真空槽圧力が１×１０-3Ｔｏｒｒになる酸素圧力でイオ
ン源放電電流が２Ａ、基板温度５６０℃の条件で酸素処
理を約１０分間行った後、酸素ガスの供給を止めてイオ
ン源等の電源をすべてオフにして、１０-6Ｔｏｒｒ台の
真空状態で約１時間冷却すると、基板上に膜厚が約０．
５μｍ乃至１．０μｍのイットリウム系（ＹＢａＣｕ
Ｏ）の超電導体薄膜が形成された。
【００１４】図３は上記のようにしてＭｇＯ単結晶基板
上に形成されたイットリウム系超電導体薄膜の電気抵抗
と温度との関係を示す図である。この図から明らかなよ
うに、抵抗値の下がり初めは８４Ｋ（−１８９．１５
℃）で、抵抗値０を示す温度は６０Ｋ（−２１３．１５
℃）である。図４はこの装置によって形成された超電導
体薄膜のＸ線回析パターンを示す。この図から明らかな
ように、メインピークがＪＣＰＤＳカードよりＹＢａ2
Ｃｕ3 ＹＯ6.56の（１０１）に強く優先配向した超電導
体薄膜になっていることがわかる。
上に形成されたイットリウム系超電導体薄膜の電気抵抗
と温度との関係を示す図である。この図から明らかなよ
うに、抵抗値の下がり初めは８４Ｋ（−１８９．１５
℃）で、抵抗値０を示す温度は６０Ｋ（−２１３．１５
℃）である。図４はこの装置によって形成された超電導
体薄膜のＸ線回析パターンを示す。この図から明らかな
ように、メインピークがＪＣＰＤＳカードよりＹＢａ2
Ｃｕ3 ＹＯ6.56の（１０１）に強く優先配向した超電導
体薄膜になっていることがわかる。
【００１５】図５はこの発明の装置を使用して、シヤッ
タ２７を開閉して蒸着を行った場合と、シヤッタを開い
たままで蒸着を行った場合のＭｇＯ基板上に形成された
薄膜のＸ線回折パターンを示す図である。同図から明ら
かなように、シヤッタ２７を開いたままで蒸着を行った
場合のＸ線回折パターンＢのメインピークを示す組成は
Ｙ2 Ｃｕ2 Ｏ5 である。これは基板温度が５６０℃と低
く、基板上での付着速度が速すぎるために生ずるもので
ある。シヤッタを用いない従来の装置で安定した再現性
のある付着速度には限界があり、また各膜厚モニタによ
る付着速度の設定値は０．１ｎｍ／秒が限界であり、ほ
ぼこの限界近くの付着速度で蒸着を行っているため、膜
厚モニタ基板上の付着速度を低下させることは実際には
不可能である。そこで、この発明の装置ではシヤッタ２
７を開閉することにより見掛けの付着速度を低下させ、
また、シヤッタ２７が閉の期間中は、基板には蒸着用金
属の蒸気は供給されず、酸素イオン源１２から酸素ガス
イオンおよび酸素ラジカルのみが供給されるので、適当
なシヤッタ開閉時間を設定することにより（例えば、４
秒間開、４秒間閉をくり返す）、ＭｇＯ基板上に図５の
Ｘ線回折パターンＡに示すようにＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ6.56
にメインピークをもつイットリウム系超導電薄膜が形成
された。
タ２７を開閉して蒸着を行った場合と、シヤッタを開い
たままで蒸着を行った場合のＭｇＯ基板上に形成された
薄膜のＸ線回折パターンを示す図である。同図から明ら
かなように、シヤッタ２７を開いたままで蒸着を行った
場合のＸ線回折パターンＢのメインピークを示す組成は
Ｙ2 Ｃｕ2 Ｏ5 である。これは基板温度が５６０℃と低
く、基板上での付着速度が速すぎるために生ずるもので
ある。シヤッタを用いない従来の装置で安定した再現性
のある付着速度には限界があり、また各膜厚モニタによ
る付着速度の設定値は０．１ｎｍ／秒が限界であり、ほ
ぼこの限界近くの付着速度で蒸着を行っているため、膜
厚モニタ基板上の付着速度を低下させることは実際には
不可能である。そこで、この発明の装置ではシヤッタ２
７を開閉することにより見掛けの付着速度を低下させ、
また、シヤッタ２７が閉の期間中は、基板には蒸着用金
属の蒸気は供給されず、酸素イオン源１２から酸素ガス
イオンおよび酸素ラジカルのみが供給されるので、適当
なシヤッタ開閉時間を設定することにより（例えば、４
秒間開、４秒間閉をくり返す）、ＭｇＯ基板上に図５の
Ｘ線回折パターンＡに示すようにＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ6.56
にメインピークをもつイットリウム系超導電薄膜が形成
された。
【００１６】また、この発明の装置によれば、図６に示
すように、バッフア層を用いることなくＭｇＯの単結晶
基板のみならず、７０５９ガラス（米国コーニング社の
商品番号）、ＳＵＳ３０４（ＪＩＳ）ステンレス上にも
同様にＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ6.56の所望のイットリウム系超
電導体薄膜を形成することができた。さらに、この発明
の装置によれば、図７に示すように、酸素イオン源１２
の放電電流を調整することにより、イットリウム系酸化
物超電導体薄膜中の酸素量の制御ができる。例えば放電
電流２Ａのとき、優先配向がａ−ｂ軸（ＹＢａ2 Ｃｕ3
Ｏ6.56に相当）からｃ−軸（ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ6.80に相
当）に変化することが確かめられた。よって、酸素イオ
ン源１２のパラメータになる電源１８、１９、２０を適
当に調整することでイットリウム系超電導体薄膜中の酸
素量を制御することができる。
すように、バッフア層を用いることなくＭｇＯの単結晶
基板のみならず、７０５９ガラス（米国コーニング社の
商品番号）、ＳＵＳ３０４（ＪＩＳ）ステンレス上にも
同様にＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ6.56の所望のイットリウム系超
電導体薄膜を形成することができた。さらに、この発明
の装置によれば、図７に示すように、酸素イオン源１２
の放電電流を調整することにより、イットリウム系酸化
物超電導体薄膜中の酸素量の制御ができる。例えば放電
電流２Ａのとき、優先配向がａ−ｂ軸（ＹＢａ2 Ｃｕ3
Ｏ6.56に相当）からｃ−軸（ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ6.80に相
当）に変化することが確かめられた。よって、酸素イオ
ン源１２のパラメータになる電源１８、１９、２０を適
当に調整することでイットリウム系超電導体薄膜中の酸
素量を制御することができる。
【００１７】この発明の装置における酸素イオン源１２
について言えば、酸素ガスの導入圧力が上述の実施例に
おける２×１０-4Ｔｏｒｒでは、陽極１３と熱フィラメ
ント１４のみでは放電が不安定になるが、陽極１３の近
傍に設けられた磁極１５、１６による磁界と、陽極１３
の電圧、熱フィラメント１４の電圧、マスフローコント
ローラ２１による酸素ガスの流量をそれぞれ適性に設定
し、さらに酸素ガスの吹き出し口を熱フィラメント１４
の近傍に配置することにより、酸素イオン源１２の局在
的な圧力が上昇し、安定な放電が維持されて均一性のあ
る薄膜イオン源の存在により、従来は７００℃以上の基
板温度が必要であったのに対し、５００℃程度の比較的
低温でも成膜が可能となり、基板を真空槽からとり出す
ことなく比較的低温の５００℃での酸素処理で超電導性
をもった薄膜の成膜が可能になった。
について言えば、酸素ガスの導入圧力が上述の実施例に
おける２×１０-4Ｔｏｒｒでは、陽極１３と熱フィラメ
ント１４のみでは放電が不安定になるが、陽極１３の近
傍に設けられた磁極１５、１６による磁界と、陽極１３
の電圧、熱フィラメント１４の電圧、マスフローコント
ローラ２１による酸素ガスの流量をそれぞれ適性に設定
し、さらに酸素ガスの吹き出し口を熱フィラメント１４
の近傍に配置することにより、酸素イオン源１２の局在
的な圧力が上昇し、安定な放電が維持されて均一性のあ
る薄膜イオン源の存在により、従来は７００℃以上の基
板温度が必要であったのに対し、５００℃程度の比較的
低温でも成膜が可能となり、基板を真空槽からとり出す
ことなく比較的低温の５００℃での酸素処理で超電導性
をもった薄膜の成膜が可能になった。
【００１８】
【発明の効果】以上のように、本発明の真空薄膜蒸着装
置によれば、７００℃以下の基板温度で薄膜の成膜が可
能であるから、ＭｇＯ（１００）やＳｒＴｉＯ3 （１１
０）の耐熱性に富む単結晶基板は勿論、ガラスその他の
耐熱性の比較的低い基板に対しても薄膜を成膜すること
ができる。また、放電電流を変化させると共にシヤッタ
を所定の周期で開閉させることにより薄膜の結晶性並び
に優先配向を制御することができ、ＭｇＯ単結晶基板の
他にガラスやステンレス等の非結晶性の基板に対しても
バッファ層なしで所望の組成、結晶の優先配向をもった
薄膜を形成することができる。さらに、シヤッタの作用
により、蒸発物質の見かけの付着速度を低下させると共
に、シヤッタが閉のときも酸素ガスイオン、酸素ラジカ
ルが供給され、成膜後の酸素雰囲気中における熱処理を
行うことなく均一な特性の結晶性の高い薄膜を成膜する
ことができる。この発明の真空層薄膜蒸着装置は、実施
例で説明した超電導体薄膜の他に、蒸発源４、５、６の
蒸発材料を適当に選択することにより、酸化物、窒化物
等の任意の反応性薄膜を成膜することができる。
置によれば、７００℃以下の基板温度で薄膜の成膜が可
能であるから、ＭｇＯ（１００）やＳｒＴｉＯ3 （１１
０）の耐熱性に富む単結晶基板は勿論、ガラスその他の
耐熱性の比較的低い基板に対しても薄膜を成膜すること
ができる。また、放電電流を変化させると共にシヤッタ
を所定の周期で開閉させることにより薄膜の結晶性並び
に優先配向を制御することができ、ＭｇＯ単結晶基板の
他にガラスやステンレス等の非結晶性の基板に対しても
バッファ層なしで所望の組成、結晶の優先配向をもった
薄膜を形成することができる。さらに、シヤッタの作用
により、蒸発物質の見かけの付着速度を低下させると共
に、シヤッタが閉のときも酸素ガスイオン、酸素ラジカ
ルが供給され、成膜後の酸素雰囲気中における熱処理を
行うことなく均一な特性の結晶性の高い薄膜を成膜する
ことができる。この発明の真空層薄膜蒸着装置は、実施
例で説明した超電導体薄膜の他に、蒸発源４、５、６の
蒸発材料を適当に選択することにより、酸化物、窒化物
等の任意の反応性薄膜を成膜することができる。
【図１】本発明の真空薄膜蒸着装置の一実施例の概略構
成図である。
成図である。
【図２】図１に示す本発明の薄膜蒸着装置で使用される
膜厚モニタを含む蒸発速度制御系を示す図である。
膜厚モニタを含む蒸発速度制御系を示す図である。
【図３】図１に示す本発明の薄膜蒸着装置によって成膜
された超電導体薄膜の一例の特性を示す図である。
された超電導体薄膜の一例の特性を示す図である。
【図４】図１に示す本発明の薄膜蒸着装置によって成膜
されたＹＢａＣｕＯ系超電導体薄膜のＸ線回折パターン
を示す図である。
されたＹＢａＣｕＯ系超電導体薄膜のＸ線回折パターン
を示す図である。
【図５】図１に示す本発明の薄膜蒸着装置を用いて、シ
ヤッタを開閉して成膜された超電導体薄膜のＸ線回折パ
ターンとシヤッタを開いたままの状態で成膜された超電
導体薄膜のＸ線回折パターンを示す図である。
ヤッタを開閉して成膜された超電導体薄膜のＸ線回折パ
ターンとシヤッタを開いたままの状態で成膜された超電
導体薄膜のＸ線回折パターンを示す図である。
【図６】図１に示す本発明の薄膜蒸着装置を用いてＭｇ
Ｏ単結晶基板、ガラス、ＳＵＳ３０４ステンレス上にそ
れぞれ成膜された超電導体薄膜のＸ線回折パターンを示
す図である。
Ｏ単結晶基板、ガラス、ＳＵＳ３０４ステンレス上にそ
れぞれ成膜された超電導体薄膜のＸ線回折パターンを示
す図である。
【図７】図１に示す本発明の薄膜蒸着装置を用いて、酸
素イオン源の放電電流を１Ａ、２Ａに設定したときに成
膜される超電導体薄膜の各Ｘ線回折パターンを示す図で
ある。
素イオン源の放電電流を１Ａ、２Ａに設定したときに成
膜される超電導体薄膜の各Ｘ線回折パターンを示す図で
ある。
１ 真空槽 ２ 排気系 ３ 電子銃 ４、５、６ 蒸発源 ７ 基板ホルダー ８ ヒータ １０ ヒータ用交流電源 １１ 基板用直流電源 １２ 酸素イオン源 １３ 陽極 １４ 熱フィラメント １５、１６ 磁極 １７ 酸素ガス供給用配管 ２４、２５、２６ 膜厚モニタ検出器 ２７ シヤッタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58
Claims (1)
- 【請求項１】 接地電位に維持され、排気系によって内
部が所定の圧力に排気される真空槽と、上記 真空槽内の底部に設けられた薄膜を形成するのに必
要な材料の多元蒸発源と、 上記真空槽内の上方部に配置された基板を保持する基板
ホルダーと、 上記基板を所定温度に加熱するための基板加熱用ヒータ
と、上記 基板に真空槽の電位を基準として０Ｖ乃至マイナス
数百Ｖの電圧を印加する基板用直流電源と、 上記基板にガスイオンを供給するイオン源と、 上記蒸発源と基板との間に設けられていて上記薄膜を形
成する成膜処理中の各蒸発源の蒸発速度を検出する膜厚
モニタ検出器と、上記 膜厚モニタ検出器の出力信号に基づいて上記基板に
対する蒸着速度を制御するために上記各蒸発源の蒸発速
度を制御する制御手段と、 上記基板と膜厚モニタ検出器との間であって、上記イオ
ン源から上記基板へのイオンの供給の妨げにならない位
置に配置されていて、成膜処理期間中予め設定された周
期で開閉されて上記多元蒸発源から上記基板への蒸着用
金属の蒸気の供給を制御するシャッタと、 からなり、 上記イオン源は陽極、陰極、該陰極の近傍に気体供給源
より気体を送り込むための気体供給用配管、および上記
陽極の近傍に設けられた磁界発生装置を有し、成膜処理
期間中は上記シャッタの開閉状態には関係なく上記基板
に対してガスイオンを供給するように動作する、真空薄
膜蒸着装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14665491A JP3162423B2 (ja) | 1991-05-21 | 1991-05-21 | 真空薄膜蒸着装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14665491A JP3162423B2 (ja) | 1991-05-21 | 1991-05-21 | 真空薄膜蒸着装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04346658A JPH04346658A (ja) | 1992-12-02 |
| JP3162423B2 true JP3162423B2 (ja) | 2001-04-25 |
Family
ID=15412615
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14665491A Expired - Fee Related JP3162423B2 (ja) | 1991-05-21 | 1991-05-21 | 真空薄膜蒸着装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3162423B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102080214B (zh) * | 2009-11-30 | 2013-06-05 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 镀膜装置 |
-
1991
- 1991-05-21 JP JP14665491A patent/JP3162423B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102080214B (zh) * | 2009-11-30 | 2013-06-05 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 镀膜装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04346658A (ja) | 1992-12-02 |
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