JPH01179474A - Film formation by use of laser light or intense light - Google Patents

Film formation by use of laser light or intense light

Info

Publication number
JPH01179474A
JPH01179474A JP63001580A JP158088A JPH01179474A JP H01179474 A JPH01179474 A JP H01179474A JP 63001580 A JP63001580 A JP 63001580A JP 158088 A JP158088 A JP 158088A JP H01179474 A JPH01179474 A JP H01179474A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
target
light
film
laser
irradiated onto
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP63001580A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2810930B2 (en
Inventor
Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority to JP63001580A priority Critical patent/JP2810930B2/en
Publication of JPH01179474A publication Critical patent/JPH01179474A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2810930B2 publication Critical patent/JP2810930B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE:To form a film small in residual stress on a film forming face making use of active particles which fly from a target by a method wherein intense light lays such as laser lights or the like are irradiated onto a target, where the laser lights are irradiated onto a reflecting mirror and the reflected laser lights are irradiated onto the target. CONSTITUTION:A thin film forming base material 10 is placed on a base material holder 10', and a target 17 is provided to a target holder 18 facing the base material 10 apart from each other at a certain distance 31. A reflecting mirror 15 is provided between the base material 10 and the target 17, a laser light emitted from a light source 11 travel as laser rays 12 and 12' and a reflected laser light 16, which is concentrated and irradiated onto the target 17. Then, as the energy of the intense irradiating light is sufficiently larger than the coupling energy of the components of the target, a part of the components or the component elements are vaporized and grows to be fine particles, a cluster, or in an atomic state 23 as they are kept active, which fly and are evaporated on a film forming face as a film.

Description

【発明の詳細な説明】 「発明の利用分野」 本発明は、光を用いた物理気相法(PhysicalV
apor Diposition即ちPVD法という)
に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Application of the Invention The present invention relates to a physical vapor phase method using light.
apor deposition (PVD method)
Regarding.

本発明はかかるフォトPVD法において、レーザ光また
は強光をターゲットの大面積に均一に照射すべく、鏡で
反射してターケント上に照射する成膜方法に関する。本
発明は材料、例えば酸化物超電導材料の結晶異方性を用
いたデイバイスの製造を容易にしやすくせしめるととも
に、超電導薄膜の形成に際しては、成膜した薄膜に大き
な臨界電流密度を得させんとするものである。
The present invention relates to a film forming method in such a photo PVD method, in which laser light or strong light is reflected by a mirror and irradiated onto a target in order to uniformly irradiate a large area of the target. The present invention facilitates the manufacture of devices using crystal anisotropy of materials such as oxide superconducting materials, and also aims to obtain a large critical current density in the formed thin film when forming superconducting thin films. It is something.

「従来の技術」 近年、酸化物の多結晶または単結晶材料が注目されてい
る。特にセラミック系の超電導材料が注目されている。
"Prior Art" In recent years, polycrystalline or single crystal materials of oxides have attracted attention. In particular, ceramic-based superconducting materials are attracting attention.

この材料は最初IBMのチューリッヒ研究所よりBa−
La−Cu−0(バラクオ)系酸化物高温超電導体とし
て報告され、さらにYBCO(YBazCu06〜8)
系が知られてきた。しかしこれらはそれぞれの酸化物粉
末を混合し焼成してタブレットにするのみであるため、
Tcオンセットが90Kが得られても薄膜にすることが
十分にはできなかった。またこのため、薄膜技術の開発
が象、かれている。その1つはスパッタ法、CVD法(
化学蒸着法)、電子ビーム蒸着法である。
This material was first developed by IBM's Zurich laboratory in Ba-
It has been reported as a La-Cu-0 (baraquo) based oxide high temperature superconductor, and also YBCO (YBazCu06-8)
system has become known. However, these methods only involve mixing the respective oxide powders and baking them into tablets.
Even if a Tc onset of 90K was obtained, it was not possible to form a sufficiently thin film. For this reason, the development of thin film technology is being pursued. One of them is sputtering method, CVD method (
chemical vapor deposition method) and electron beam evaporation method.

「従来の問題点」 これら酸化物多結晶構造の超電導の可能性はその臨界電
流密度が小さい。このためにはab面(0面ともいいC
軸方向に垂直な面)にすべての結晶を配向させなければ
ならない。またスパッタ法を用いると、ターゲットの組
成比と薄膜になった時の組成比とがバラついてしまう。
``Conventional Problems'' The potential for superconductivity of these oxide polycrystalline structures is that their critical current density is small. For this purpose, the a-b plane (also known as the 0-plane C)
All crystals must be oriented in the plane perpendicular to the axis. Furthermore, when the sputtering method is used, the composition ratio of the target and the composition ratio when the thin film is formed vary.

このため、ターゲットを多くの種類作らなければならな
いという欠点を有する。気相法は出発材料が気体である
ため、混合が容易であるが、気体材料は本来きわめて高
価であり、かつ有害であるため、実用上に供しがたい。
This has the disadvantage that many types of targets must be made. In the gas phase method, since the starting material is a gas, mixing is easy, but gaseous materials are inherently extremely expensive and harmful, so it is difficult to use in practice.

さらに電子ビーム蒸着法は大面積の膜形成には不適当で
ある等、これまでの成膜方法はどれも最適なものとはい
いがたい。
Further, the electron beam evaporation method is not suitable for forming a film over a large area, and it is difficult to say that any of the film forming methods to date are optimal.

このため、■原材料が酸化物またはその混合物であるこ
とにより、安価に供給できること、■成膜条件により化
学量論比にズレが生じないこと、■薄膜形成が容易であ
り、かつ多量生産が可能であること、■成膜中の配向が
期待できること、を満たす手段が求められていた。
For this reason, ■ The raw material is an oxide or a mixture thereof, so it can be supplied at low cost; ■ There is no deviation in the stoichiometric ratio depending on the film forming conditions; ■ Thin film formation is easy and mass production is possible. There was a need for a means that satisfies the following: (1) that orientation during film formation can be expected;

本発明はかかる目的のすべてを満たすため、フォ) P
VD法を提案し、これを多量生産し、かつ大面積での成
膜を可能とするためになされたものである。そしてこの
成膜方法を特に酸化物超電導材料の薄膜形成に対して適
用したものである。
Because the present invention satisfies all of these objectives,
This was done in order to propose the VD method, mass-produce it, and enable film formation over a large area. This film formation method is particularly applied to the formation of thin films of oxide superconducting materials.

「問題を解決すべき手段」 本発明は、固体ターゲットにレーザ光等の強光を照射す
るに際し、このレーザ光を反射する鏡に照射し、この反
射光をターゲットに照射する。これによりターゲットよ
り飛翔する構成物の活性粒子、活性クラスタまたは活性
原子を被形成面上に残留応力をより少なくして成膜せん
とするものである。
"Means to Solve the Problem" In the present invention, when a solid target is irradiated with intense light such as a laser beam, the laser beam is irradiated onto a reflecting mirror, and the target is irradiated with the reflected light. As a result, the active particles, active clusters, or active atoms of the composition flying from the target can be formed on the surface with less residual stress to form a film.

また本発明方法では、いわゆるスパッタ法に見られる如
く、飛翔粒子がすでに形成されている基板をスパッタ(
物理的に叩く)することが理論的になく、強光によりタ
ーゲットを構成する原子間の結合エネルギ以上の光エネ
ルギで切断し、活性微粒子、活性クラスタまたは活性原
子を気化させて飛翔させる原理を用いている。このため
、形成された被膜中に残留する機械歪が少ない。またパ
ルス光(パルス巾100n秒以下、YAG レーザでは
40〜800秒、エキシマレーザでは5〜30n秒とパ
ルス巾がきわめて短い)であるため、レーザ光が照射さ
れた領域のすべてをそのままの化学量論比を保ちつつ飛
翔させ、被形成面に作ることができる。
Furthermore, in the method of the present invention, as seen in the so-called sputtering method, a substrate on which flying particles have already been formed can be sputtered (
Theoretically, there is no need to physically strike the target, and the principle is that the active fine particles, active clusters, or active atoms are vaporized and sent flying by cutting with light energy that exceeds the bond energy between the atoms that make up the target using strong light. ing. Therefore, there is little mechanical strain remaining in the formed film. In addition, since it is pulsed light (pulse width is 100 ns or less, YAG laser has an extremely short pulse width of 40 to 800 seconds, and excimer laser has a pulse width of 5 to 30 ns), all areas irradiated with laser light can be treated with the same stoichiometric amount. It can be flown while maintaining the logical ratio and created on the surface to be formed.

本発明はレーザ光をレーザ光源より減圧下に保持された
ターゲットに直接照射するのではなく、ターゲット前方
、即ちターゲットと被形成面間に配設した反射鏡(ミラ
ー)に照射し、このミラーにより反射させた光をターゲ
ットに照射し、特に焦点をターゲット表面に合わせて照
射させるものである。
In the present invention, the laser beam is not directly irradiated from a laser light source onto a target held under reduced pressure, but is irradiated onto a reflecting mirror (mirror) disposed in front of the target, that is, between the target and the surface to be formed. The reflected light is irradiated onto the target, and the irradiation is particularly focused on the target surface.

いわゆるフォトPVD法においては、対向する基板形成
面とターゲットの距離が2〜5cmときわめて小さい。
In the so-called photo PVD method, the distance between the facing substrate forming surface and the target is extremely small, 2 to 5 cm.

このため、このターゲットを直接レーザ光を照射せんと
しても、ターゲットの大面積を均一に照射させることが
できない。しかし本発明方法を用いると、この距離が狭
くても、このミラーを移動またはその角度を可変制御す
ることにより、大面積のターゲット上にまんべんなく均
一に強いレーザビームを走査、照射することができる。
Therefore, even if this target is not directly irradiated with laser light, a large area of the target cannot be uniformly irradiated. However, by using the method of the present invention, even if this distance is narrow, by moving this mirror or variably controlling its angle, it is possible to uniformly scan and irradiate a large area target with an intense laser beam.

またターゲットが例え30cm〜1mの巾(例えば60
cm(巾) X 40cm (長さ) X5mm(厚さ
))と大きな面積を有していても、線状のレーザ光をミ
ラーでターゲットに照射し、このミラーをターゲット表
面と平行にレーザ照射しつつ移動させることにより、こ
のターゲットと同じ巾で大面積の全面積にわたってレー
ザ光を照射できる。ひいてはそれに対応した被形成面も
大面積に均一に薄膜形成することができる。(第1図お
よび実施例1に示す)さらにこの被形成面を一方向より
他方向に連続的に移動することにより、巾は概略同じで
長さを無限に長く大面積または多量生産を特長とするこ
とができる。(第2図および実施例2にその例を示す)
この被形成面上に形成する薄膜が酸化物超電導材料とす
ると、より低温、好ましくは200〜500°Cに被形
成面を加熱しつつ活性酸素中で反応性原子または反応性
微粒子を互いに反応せしめつつ被形成面上にて反応生成
物の酸化物超電導材料を配列させて膜形成をさせる。こ
れはフォ+−pvo法が1  成膜中の残留機械歪が少
ないため可能である。かくすることにより、例えば0面
(ab軸に平行の面)での臨界電流密度をI X 10
’A/cm”以上(この場合基板の面に平行方向にab
面ができる)にまで向上させんとするものである。
Also, if the target is 30cm to 1m wide (for example, 60cm wide)
Even if the target has a large area (cm (width) x 40 cm (length) x 5 mm (thickness)), a linear laser beam is irradiated onto the target using a mirror, and this mirror is irradiated with the laser parallel to the target surface. By moving the target while moving it, the laser beam can be irradiated over the entire large area with the same width as the target. Furthermore, it is possible to uniformly form a thin film over a large area on the corresponding surface to be formed. (As shown in Figure 1 and Example 1) Furthermore, by continuously moving this surface to be formed from one direction to the other, the width can be approximately the same and the length can be increased infinitely, making it possible to produce large areas or mass production. can do. (An example is shown in Figure 2 and Example 2)
If the thin film to be formed on this surface is made of an oxide superconducting material, the surface to be formed is heated to a lower temperature, preferably 200 to 500°C, and reactive atoms or reactive fine particles are made to react with each other in active oxygen. At the same time, the oxide superconducting material as a reaction product is arranged on the surface to be formed to form a film. This is possible because the pho+-pvo method has less residual mechanical strain during film formation. By doing this, for example, the critical current density in the 0 plane (plane parallel to the ab axis) is
'A/cm' or more (in this case, ab
The aim is to improve this to the point where it is possible to improve

本発明に用いる代表的な超電導材料は元素周期表ma族
およびIla族の元素および銅を用いた酸化物である。
Typical superconducting materials used in the present invention are oxides using elements of groups Ma and Ila of the periodic table of elements and copper.

本発明の超電導性材料は(AI−X Bx)ycuzO
w x =0.1〜1. y =2.0〜4.0好まし
くは2.5〜3.5. z=1.0〜4.0好ましくは
1.5〜3.5. w =4.0〜10.0好ましくは
6〜8で一般的に示し得るものである。
The superconducting material of the present invention is (AI-X Bx)ycuzO
w x =0.1-1. y = 2.0-4.0 preferably 2.5-3.5. z=1.0-4.0 preferably 1.5-3.5. W = 4.0 to 10.0, preferably 6 to 8, which can generally be expressed.

Aはイツトリウム族より選ばれた元素およびその他のラ
ンタノイドより選ばれた元素のうちの1種類または複数
種類を用いている。イツトリウム族とは、理化学辞典(
岩波四店 1963年4月1日発行)によればY(イツ
トリウム)、Gd(ガドリウム)。
A uses one or more of elements selected from the yttrium group and elements selected from other lanthanoids. The Yztrium family is defined in the Physical and Chemistry Dictionary (
According to Iwanami Yotsuten (published on April 1, 1963), Y (yttrium) and Gd (gadolium).

Yb(イッテルビウム)、Eu(ユーロピウム)、Tb
(テルビウム)、Dy(ジスプロシウム)、l1o(ホ
ルミウム)。
Yb (ytterbium), Eu (europium), Tb
(terbium), Dy (dysprosium), l1o (holmium).

Er(エルビウム)、Tm(ツリウム)、Lu(ルテチ
ウム)。
Er (erbium), Tm (thulium), Lu (lutetium).

Sc(スカンジウム)およびその他のランタノイドを用
いる。
Sc (scandium) and other lanthanides are used.

またBはBa(バリウム)、Sr(ストロンチウム)。Moreover, B is Ba (barium) and Sr (strontium).

Ca(カルシウム)より選ばれた元素のうち1種類また
は複数種類を用いている。
One or more types of elements selected from Ca (calcium) are used.

本発明は、かかる元素を用いた酸化物材料を仮焼成した
酸化物超電導材料をターゲットとして用いている。そし
て酸素を一部に有する大気圧下または減圧下で酸化物超
電導材料を成膜する薄膜形成方法である。
In the present invention, an oxide superconducting material obtained by pre-sintering an oxide material using such an element is used as a target. This is a thin film forming method in which an oxide superconducting material is formed into a film under atmospheric pressure or reduced pressure that partially contains oxygen.

「作用」 本発明においては、かかるフォトPVD法におけるレー
ザ光の入射をターゲット表面と平行または垂直に照射す
る方法をとった。このため、鏡にもターゲットより飛翔
した粒子が付着し得るが、こめて多量生産が可能となり
、かつ膜質も被形成面上での温度を制御することにより
、良質な膜を得た。さらに同時に加える磁界により、き
わめて配向させやすくなった。また磁界はより強<0.
1T以上好ましくは1〜5Tを必要とするため、装置が
より大型化しやすいという欠点を有する。しかし成膜さ
れた被膜がスパッタ効果がほとんどないため、臨界電流
をより大にすることができるという特長を有する。また
電界を成膜中に併用すると、大面積にプラズマを印加し
たり、また装置自体が安価であるという特長を有しなが
らも、スパッタ効果を本質的に皆無にできないという欠
点を有する。
"Function" In the present invention, a method of irradiating the laser light parallel or perpendicular to the target surface in the photoPVD method was adopted. For this reason, particles flying from the target may adhere to the mirror, but it is possible to produce a large quantity of the film, and by controlling the temperature on the surface on which the film is formed, a film of good quality can be obtained. Furthermore, by applying a magnetic field at the same time, orientation became extremely easy. Also, the magnetic field is stronger <0.
Since it requires 1 T or more, preferably 1 to 5 T, it has the disadvantage that the device tends to be larger. However, since the formed film has almost no sputtering effect, it has the advantage that the critical current can be increased. Further, when an electric field is used in combination during film formation, although it has the advantage that plasma can be applied to a large area and the apparatus itself is inexpensive, it has the disadvantage that the sputtering effect cannot essentially be completely eliminated.

以下に実施例を示し、さらに本発明を説明する。Examples will be shown below to further explain the present invention.

「実施例1」 第1図に本発明にて用いたフォ) PVD装置を示す。"Example 1" FIG. 1 shows the PVD apparatus used in the present invention.

同図において、この装置は、大気圧または減圧状態に保
持可能な空間(11) 、磁場を発生する電磁石(20
−1) 、 (20−2)およびその電源(図示せず)
、排気系を構成するターボ分子ポンプ(26)、  ロ
ータリーポンプ(28) 、圧力調整バルブ(25)、
基体ホルダ(基体保持手段)(10’)、被膜形成用基
体(10)、ガス系(24)、ターゲット(17) 、
 ターゲットホルダ(18)、水冷系(28) 、 (
28”)、レーザ光源(11)、  ミラー (13)
 、窓(14) 、可動性反射鏡(15)、加熱手段(
33)より構成されている。
In the same figure, this device includes a space (11) that can be maintained at atmospheric pressure or a reduced pressure state, and an electromagnet (20) that generates a magnetic field.
-1), (20-2) and its power supply (not shown)
, a turbo molecular pump (26), a rotary pump (28), a pressure adjustment valve (25), which constitutes the exhaust system,
Substrate holder (substrate holding means) (10'), film forming substrate (10), gas system (24), target (17),
Target holder (18), water cooling system (28), (
28”), laser light source (11), mirror (13)
, window (14), movable reflector (15), heating means (
33).

まず薄膜形成用基体(10)を基体ホルダ(10’)上
に設置し、ターゲット(17)をターゲットホルダ(1
8)に配設し、基体に対向し、かつ一定の距離(31)
離間して互いに配設する。基体およびターゲット間には
反射鏡(15)を有し、レーザ光は光源(11)より(
12) 、 (12”)および反射光(16)として、
ターゲット(17)上に集光して照射される。すると照
射された強光がターゲットの構成物の結合エネルギより
十分大きいため、その構成物またはその構成元素の一部
が気化し、活性状態を保持しつつ微粒子、クラスタまた
は原子状態となり(23)として飛翔し、被形成面上に
被膜として蒸着される。この被形成面上でも被膜化に必
要な活性状態を保つため、距離(31)は1〜10cm
例えば3cmときわめて狭くする必要がでてくる。そし
て、この雰囲気(11)を10−6〜10−”torr
に保持するならば、距離(31)は10cm程度とする
ことも不可能ではないが、1〜10−’torr(残り
は酸素)においては、1〜4cmとすることが被膜を安
定してつけるためにきわめて重要である。そのため、レ
ーザ光を直接ターゲットに照射せんとすると、ターゲッ
トに平行に近い5〜20゜という小さい角度(32)で
照射しなければならなくなり、ターゲットの大面積にわ
たって均一に照射をすることができない。しかし、本発
明においては、第1図に示す如く、レーザ光はターゲッ
ト表面と平行または概略平行に入射せしめ、これを鏡(
15)で反射し、ターゲット表面に対しては、45〜1
35°の角度(32)で入射させることができる。この
ため、照射されるターゲットの箇所に十分強く焦点を合
わせることができる。
First, the thin film forming substrate (10) is placed on the substrate holder (10'), and the target (17) is placed on the target holder (10').
8), facing the base and at a certain distance (31)
placed apart from each other. A reflecting mirror (15) is provided between the base and the target, and the laser beam is emitted from the light source (11) (
12), (12”) and reflected light (16),
The target (17) is focused and irradiated. Then, because the irradiated intense light is sufficiently larger than the binding energy of the target constituent, the constituent or a part of its constituent elements vaporizes and becomes a fine particle, cluster, or atomic state while maintaining an active state (23). It flies and is deposited as a film on the surface to be formed. In order to maintain the active state necessary for film formation on this surface, the distance (31) is 1 to 10 cm.
For example, it will be necessary to make it extremely narrow, 3 cm. Then, this atmosphere (11) is set to 10-6 to 10-”torr.
It is not impossible to set the distance (31) to about 10 cm if the film is maintained at a constant temperature, but at 1 to 10 torr (the rest being oxygen), it is recommended to set it to 1 to 4 cm to ensure stable coating. This is extremely important. Therefore, if the target is to be directly irradiated with laser light, the laser beam must be irradiated at a small angle (32) of 5 to 20 degrees, which is close to parallel to the target, making it impossible to uniformly irradiate a large area of the target. However, in the present invention, as shown in FIG.
15) and 45 to 1 to the target surface.
It can be incident at an angle of 35° (32). Therefore, the location of the target to be irradiated can be focused strongly enough.

この実施例では被形成面を有する基体は(100)また
は(110)面を有するMgo+ 5rTi03または
YSZ基板またはIC用に用いるための一部上面に絶縁
膜が形成された珪素ウェハを用いた。この基板ホルダ(
10”)は電磁場をできるだけ乱さないようにするため
ステンレス類とした。
In this example, the substrate having the surface to be formed was an Mgo+ 5rTi03 or YSZ substrate having a (100) or (110) plane, or a silicon wafer with an insulating film formed on a portion of the upper surface for use in IC. This board holder (
10") was made of stainless steel to avoid disturbing the electromagnetic field as much as possible.

作製工程として、まずこれら全体をターボ分子ポンプ(
26) 、  ロータリーポンプ(28)により、1×
10−’torr以下に真空排気する。次に非生成物気
体(分解反応後置体を構成しない気体)例えば酸素(6
)を2SCCMガス系(7)を通してプラズマ発生領域
(1)に導入し、この圧力をI X 10− ’ to
rrとする。
As part of the fabrication process, the entire structure was first assembled using a turbo molecular pump (
26), 1× by rotary pump (28)
Evacuate to below 10-'torr. Next, a non-product gas (a gas that does not constitute a post-decomposition reaction body) such as oxygen (6
) is introduced into the plasma generation region (1) through the 2SCCM gas system (7), and this pressure is applied to I
Let it be rr.

レーザ光の強光源はYAG レーザまたはエキシマレー
ザ(KrF、 KrC1を用いる)を用いた。エキシマ
レーザ光は線状(第2図では図面に垂直方向)に入射さ
せ、鏡(15)をレンズ形状にせしめ、線状ビームの焦
点をターゲット上に結ぶようにした。そしてこの鏡(1
5)を上下方向に10〜30mm /分の速度で繰り返
し移動(30−2)させて成膜した。
A YAG laser or an excimer laser (using KrF or KrC1) was used as a strong laser light source. The excimer laser beam was linearly incident (perpendicular to the drawing in FIG. 2), and the mirror (15) was formed into a lens shape so that the linear beam was focused on the target. And this mirror (1
5) was repeatedly moved vertically at a speed of 10 to 30 mm/min (30-2) to form a film.

このレーザ光源にYAGレーザを用いた場合、焦点深度
が大きいため鏡(15)を横方向、縦方向またはビーム
をターゲット上で回転させて走査してもよい。
When a YAG laser is used as the laser light source, since the depth of focus is large, the mirror (15) may be scanned in the horizontal or vertical direction, or the beam may be rotated on the target.

またレーザ光源にエキシマレーザを用いる場合は、焦点
深度が浅いため、予め線状にビームを光学系(図示せず
)で作り、それを窓(14)、ミラー(15)をへてタ
ーゲラ) (17)上に照射する。そしてミラー(15
)を線状ビームに垂直方向(第2図では上下方向) (
30−2)に移動させつつ、1〜100パルス/秒でパ
ルス光を照射すれば、均一な大面積照射が可能となる。
In addition, when using an excimer laser as a laser light source, since the depth of focus is shallow, a linear beam is created in advance using an optical system (not shown) and then passed through a window (14) and a mirror (15). 17) Irradiate on top. And mirror (15
) to the linear beam in the vertical direction (vertical direction in Figure 2) (
30-2) and irradiate pulsed light at 1 to 100 pulses/second, uniform irradiation over a large area becomes possible.

レーザ光によりターゲット表面は瞬間的に2000〜8
000°Cにもなるため、この照射された部分のターゲ
ット材料は瞬間的に気化する。この温度は、1150°
C(酸化物超電導材料の溶融温度)よりもはるかに高い
ため、かかる高エネルギに励起された活性粒子、クラス
タまたは原子が本来あるべき結晶構成に被形成面上で生
成されて、150〜500°Cにヒータ(33)により
加熱された基体ホルダ(10’)上の基体(10)上に
この酸化物超電導材料の薄膜を堆積させることにより、
1μm=1mmの厚さの斜方晶形の変形ベルブスカイト
構造を有する酸化物超電導薄膜を形成させることができ
た。
The target surface instantly becomes 2000 to 8
Since the temperature reaches 000°C, the target material in this irradiated area instantly vaporizes. This temperature is 1150°
C (the melting temperature of oxide superconducting materials), active particles, clusters, or atoms excited by such high energy are generated on the surface to be formed in the original crystal configuration, and the temperature is 150 to 500°. By depositing a thin film of this oxide superconducting material on the substrate (10) on the substrate holder (10') heated by the heater (33) at C,
An oxide superconducting thin film having an orthorhombic modified vervskite structure with a thickness of 1 μm = 1 mm could be formed.

また臨界電流密度は3 X 10’A/cm2を基板表
面と平行方向に測定して得た。
Further, the critical current density was obtained by measuring 3 x 10'A/cm2 in a direction parallel to the substrate surface.

即ち第1図に示す如き結晶構造が成膜時およびその後の
熱アニールにて十分形成され、そのC軸方向も被形成面
に垂直方向に作製されたことがX線回折の結果より明ら
かになった。
In other words, the X-ray diffraction results revealed that the crystal structure shown in Figure 1 was sufficiently formed during film formation and subsequent thermal annealing, and that the C-axis direction was also perpendicular to the surface on which the film was formed. Ta.

「実施例2」 成分材料として成膜後の成分がYBazCuzOh〜8
となるように用いた。即ち、第2図の装置における基体
(10)、ホルダ(10”)を500°Cにその裏面で
ヒータ(33)により加熱した。そしてこのホルダを連
続的に上方より下方向に矢印に従って1〜10cmZ分
の速度で動かした。かくして無数の基体(1〇−1) 
、 (10−2) 、 (10−3)の被形成面上に酸
化物超電導薄膜を作ることができた。図示されていない
部分は第1図と同じである。その結果、基板、例えばガ
ラス、アルミナ、ZrO2等上に形成された超電導材料
薄膜に対し、臨界電流密度は3.4 X 10’A/c
mzを得た。Tcoとして93Kを得た。
“Example 2” The component after film formation was YBazCuzOh~8
It was used so that That is, the base body (10) and holder (10'') in the apparatus shown in FIG. It was moved at a speed of 10 cmZ.Thus, countless substrates (10-1)
, (10-2), and (10-3) were able to form oxide superconducting thin films on the formation surfaces. Portions not shown are the same as in FIG. As a result, for a superconducting material thin film formed on a substrate such as glass, alumina, ZrO2, etc., the critical current density is 3.4 X 10'A/c.
I got mz. A Tco of 93K was obtained.

本発明において、図面の下方向または図面と垂直方向を
重力方向として配設することは、設計上の目的に応じて
変えればよい。
In the present invention, the direction of gravity may be set downward in the drawing or in a direction perpendicular to the drawing, depending on the design purpose.

「実施例3」 実施例1において、その要部を第3図に示す如くにした
。即ち、ドーナツ状のターゲット(17)、ドーナツ状
の基体ホルダ(10’)、その上の複数の被形成面を有
する基体(10)を配設した。
"Example 3" In Example 1, the main part was made as shown in FIG. That is, a donut-shaped target (17), a donut-shaped substrate holder (10'), and a substrate (10) having a plurality of formation surfaces thereon were arranged.

レーザ光(12’)は基体ホルダの中央部より照射し、
反射鏡(15)にて反射した光(16)をターゲット(
17)上に照射する。そしてターゲットの構成物を飛翔
(23)させた。その他は実施例1と同じである。
Laser light (12') is irradiated from the center of the substrate holder,
The light (16) reflected by the reflector (15) is directed towards the target (
17) Irradiate on top. Then, the target composition was made to fly (23). The rest is the same as in Example 1.

基板はMgO(100)または5rTiOz(100)
 、基板温度を450°Cとした。するとこの基板上に
は1cm2以上の薄膜を厚さが1.5μmでも得ること
ができた。
The substrate is MgO (100) or 5rTiOz (100)
, the substrate temperature was 450°C. As a result, a thin film of 1 cm 2 or more could be obtained on this substrate even if the thickness was 1.5 μm.

この実施例において、レーザ光をターゲット側より照射
して、そのレーザ光を鏡でターゲット上に反射する方式
をとってもよい。
In this embodiment, a method may be adopted in which a laser beam is irradiated from the target side and the laser beam is reflected onto the target by a mirror.

「実施例4」 実施例1において、その要部を第4図に示す。"Example 4" In Example 1, the main part is shown in FIG.

この図面で、レーザ光(12)はその位置を(12′−
1)。
In this drawing, the laser beam (12) moves its position to (12'-
1).

(12’−2)と可変(30−4) した。そして曲面
を有する三角錐状の鏡(15)を軸(32)を用いて回
転しつつある反射鏡にレーザ光を照射した。するとこの
反射鏡が曲面を有するため、ある位置にては(16−1
)にレーザ光が照射され、他の位置では(16−2)に
レーザ光を照射できる。かくしてターゲット(17)の
すべての位置にレーザ光を照射できる。しかしこの場合
、ターゲット上での焦点をあわせることが困難であるた
め、焦点深度の大きいレーザ、例えばYAGレーザを用
いるほうがよい。その他は実施例1と同じである。
(12'-2) and variable (30-4). Then, a laser beam was irradiated onto a reflecting mirror (15) having a triangular pyramid shape having a curved surface and rotating about the shaft (32). Then, since this reflecting mirror has a curved surface, at a certain position (16-1
) can be irradiated with laser light, and (16-2) can be irradiated with laser light at other positions. In this way, all positions of the target (17) can be irradiated with laser light. However, in this case, it is difficult to focus on the target, so it is better to use a laser with a large depth of focus, such as a YAG laser. The rest is the same as in Example 1.

実施例1において、基板をMgO(110) 、 5r
TiO+ (110とした。そして磁界を被形成面上で
0.2Tとなるように加え基板温度を450°Cとした
。するとこの基板上に5mm2に近い単結晶薄膜を3μ
mの厚さにて得ることができた。
In Example 1, the substrate was made of MgO(110), 5r
TiO+ (110) was applied. Then, a magnetic field was applied to the surface to be formed at 0.2 T and the substrate temperature was set to 450°C. Then, a single crystal thin film close to 5 mm2 was deposited on this substrate at 3 μm.
It was possible to obtain a film with a thickness of m.

「実施例5」 この実施例は、実施例1で作られる酸化物超電導材料を
予め作られている結晶面に合わせてC軸方向に磁界がく
るように第1図に示される装置で成膜した。その結果、
臨界電流密度も4.5 Xl05A/cm2を得た。
"Example 5" In this example, the oxide superconducting material made in Example 1 was formed into a film using the apparatus shown in Fig. 1 so that the magnetic field was directed in the C-axis direction in accordance with the pre-made crystal plane. did. the result,
A critical current density of 4.5 Xl05A/cm2 was also obtained.

本発明において、成形物は薄膜形状とした。しかし、こ
の形状はその市場のニーズに従って3〜30μmの厚さ
の膜構造、層構造、線構造に変形改良し得る。
In the present invention, the molded product is in the form of a thin film. However, this shape can be modified to a membrane structure, a layer structure, or a line structure with a thickness of 3 to 30 μm according to the needs of the market.

「効果」 本発明により、これまでまったく不可能とされていた液
体窒素温度以上の温度で動作する酸化物超電導材料の薄
膜をその結晶軸を合わせて作ることができるようになっ
た。
"Effects" The present invention has made it possible to create a thin film of an oxide superconducting material that operates at temperatures above liquid nitrogen temperature, which was previously considered impossible, by aligning its crystal axes.

さらにこの到達材料の化合物における多結晶構造間で層
構造をより一致させやすくするため、元素周期表におけ
るIla、I[Iaの元素を複数個混合させ得る。本発
明に示す如く、加熱中に磁界を加えて分子配列をより統
一化することにより、最終完成化合物中に、ボイドおよ
び結晶粒界の障壁の高さを低くすること等の存在をより
除去することができ、ひいてはTcオンセット、Tco
をより高温化できるものと推定される。
Furthermore, in order to make it easier to match the layer structure between the polycrystalline structures in the compound of this target material, a plurality of elements Ila and I[Ia in the periodic table of elements may be mixed. As shown in the present invention, by applying a magnetic field during heating to further unify the molecular arrangement, the presence of voids and lowering of the barrier height of grain boundaries can be further eliminated in the final completed compound. Therefore, Tc onset, Tco
It is estimated that the temperature can be increased even further.

本発明において、形成される被膜は酸化物超電導材料を
中心として記した。しかし本発明方法は金属材料、半導
体材料、磁性材料または透明導電膜材料等あらゆる材料
の薄膜形成に際して有効である。しかし本発明方法は、
複数の元素が用いられた化合物を出発材料とした成膜に
きわめて効果が大であり、特にその化合物の化学量論比
がターゲットと成膜後でほとんど変わらないために有効
である。このためにも、同一個所に繰り返しパルス光を
加えず、ターゲット自体が発熱しないように水冷しつつ
光ビームの走査を行い粒子、クラスタ、原子を飛翔させ
ることは効果が著しかった。
In the present invention, the film formed is mainly made of oxide superconducting material. However, the method of the present invention is effective for forming thin films of all kinds of materials such as metal materials, semiconductor materials, magnetic materials, and transparent conductive film materials. However, the method of the present invention
It is extremely effective for film formation using a compound containing multiple elements as a starting material, and is particularly effective because the stoichiometric ratio of the compound is almost the same as that of the target after film formation. To this end, it was extremely effective to avoid repeatedly applying pulsed light to the same location and to scan the light beam while cooling the target with water so that the target itself would not generate heat, causing the particles, clusters, and atoms to fly.

本発明において、フォトPVD法という名前に関し、レ
ーザビームを用いた蒸着方法、レーザビーム、スパッタ
法という言葉も使用され得る。しかしレーザビームはス
パッタ(衝突)という概念を用いているため、フォトP
VD法という言葉がより適当であると思われる。また蒸
着法は蒸発源を加熱して熱エネルギが結合エネルギより
大なるように原子が蒸発気化する原理を用いている。し
かしレーザ光は光エネルギであり、微粒子、クラスタで
の飛翔も大なるため、フォトPVD法がより適当な言葉
であると思われる。
In the present invention, with respect to the name photo PVD method, the terms evaporation method using a laser beam, laser beam, and sputtering method may also be used. However, since laser beams use the concept of sputtering (collision), photoP
It seems that the term "VD method" is more appropriate. The vapor deposition method uses the principle that atoms are evaporated by heating the evaporation source so that the thermal energy is greater than the binding energy. However, since laser light is optical energy and the flight of fine particles and clusters is large, the photo PVD method seems to be a more appropriate term.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に用いられるフォト物理気相成膜装置の
概要を示す。 第2図、第3図および第4図は本発明に用いられたフォ
ト物理気相成膜装置の重要部を示す。
FIG. 1 shows an outline of a photophysical vapor deposition apparatus used in the present invention. FIGS. 2, 3, and 4 show important parts of the photophysical vapor deposition apparatus used in the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、レーザ光または強光を固体ターゲットに照射せしめ
て、固体ターゲットの構成物の活性微粒子、活性クラス
タまたは活性原子を飛翔せしめるに際し、前記レーザ光
または強光を前記固体ターゲット前方の鏡面に照射し、
該鏡面よりの反射光を前記固体ターゲット上に照射せし
めることを特徴としたレーザ光または強光を用いた成膜
方法。 2、特許請求の範囲第1項において、鏡面の回転、鏡面
の角度の回転または鏡面を移動せしめることにより、固
体ターゲット上にレーザ光または強光を照射せしめるこ
とを特徴とするレーザ光または強光を用いた成膜方法。 3、特許請求の範囲第2項において、前記成膜される膜
は(A_1_−_xB_x)_yCu_zO_wx=0
.1〜1、y=2.0〜4.0、z=1.0〜4.0、
w=4.0〜10.0を有しAはY(イットリウム)、
Gd(ガドリウム)、Yb(イッテルビウム)、Eu(
ユーロピウム)、Tb(テルビウム)、Dy(ジスプロ
シウム)、Ho(ホルミウム)、Er(エルビウム)、
Tm(ツリウム)、Lu(ルテチウム)、Sc(スカン
ジウム)およびその他のランタノイドより選ばれた1種
または複数種の元素よりなりBはBa(バリウム)、S
r(ストロンチウム)、Ca(カルシウム)より選ばれ
た1種または複数種の元素を有する酸化物超電導材料よ
りなることを特徴とするレーザ光または強光を用いた成
膜方法。
[Claims] 1. When irradiating a solid target with a laser beam or strong light to cause active particles, active clusters, or active atoms of the solid target to fly, the laser beam or strong light is applied to the solid target. Irradiates the mirror surface in front,
A film forming method using laser light or strong light, characterized in that the solid target is irradiated with light reflected from the mirror surface. 2. In claim 1, the laser beam or intense light is characterized in that the laser beam or intense light is irradiated onto a solid target by rotating the mirror surface, rotating the angle of the mirror surface, or moving the mirror surface. A film formation method using 3. In claim 2, the film to be formed is (A_1_-_xB_x)_yCu_zO_wx=0
.. 1-1, y=2.0-4.0, z=1.0-4.0,
w=4.0 to 10.0, A is Y (yttrium),
Gd (gadolinium), Yb (ytterbium), Eu (
europium), Tb (terbium), Dy (dysprosium), Ho (holmium), Er (erbium),
Consisting of one or more elements selected from Tm (thulium), Lu (lutetium), Sc (scandium), and other lanthanoids, B is Ba (barium), S
A film forming method using laser light or strong light, characterized in that the film is made of an oxide superconducting material containing one or more elements selected from r (strontium) and Ca (calcium).
JP63001580A 1988-01-06 1988-01-06 Film forming method using laser light Expired - Fee Related JP2810930B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63001580A JP2810930B2 (en) 1988-01-06 1988-01-06 Film forming method using laser light

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63001580A JP2810930B2 (en) 1988-01-06 1988-01-06 Film forming method using laser light

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH01179474A true JPH01179474A (en) 1989-07-17
JP2810930B2 JP2810930B2 (en) 1998-10-15

Family

ID=11505453

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP63001580A Expired - Fee Related JP2810930B2 (en) 1988-01-06 1988-01-06 Film forming method using laser light

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2810930B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03115198A (en) * 1989-09-29 1991-05-16 Kanagawa Pref Gov Production of oxide superconducting thin film
JPH06188191A (en) * 1992-09-03 1994-07-08 Deutsche Forsch & Vers Luft Raumfahrt Ev Process and apparatus for manufacture of functional structure of semiconductor element

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4913158A (en) * 1972-06-02 1974-02-05
JPS61136669A (en) * 1984-12-07 1986-06-24 Hitachi Ltd Method and apparatus for forming organic thin film

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4913158A (en) * 1972-06-02 1974-02-05
JPS61136669A (en) * 1984-12-07 1986-06-24 Hitachi Ltd Method and apparatus for forming organic thin film

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03115198A (en) * 1989-09-29 1991-05-16 Kanagawa Pref Gov Production of oxide superconducting thin film
JPH06188191A (en) * 1992-09-03 1994-07-08 Deutsche Forsch & Vers Luft Raumfahrt Ev Process and apparatus for manufacture of functional structure of semiconductor element

Also Published As

Publication number Publication date
JP2810930B2 (en) 1998-10-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH01179473A (en) Film formation by use of light
Sonnenberg et al. Preparation of biaxially aligned cubic zirconia films on pyrex glass substrates using ion‐beam assisted deposition
JP2757284B2 (en) Method for producing metal oxide superconducting material layer by laser evaporation
KR100545547B1 (en) Method of producing polycrystalline thin film and method of producing an oxide superconducting element
EP0496897B1 (en) Method for manufacturing high temperature superconductive oxide thin film
US5227204A (en) Fabrication of ferrite films using laser deposition
JPH01177367A (en) Film forming device using laser beam or intensive light
JPH01179474A (en) Film formation by use of laser light or intense light
JP4131771B2 (en) Polycrystalline thin film, manufacturing method thereof and oxide superconducting conductor
US5361720A (en) Epitaxial deposition
JPH01309956A (en) Production of oxide superconductor
JPH0297427A (en) Production of oxide superconducting thin film
JPH0347959A (en) Thin organic superconducting film
JPH03174306A (en) Production of oxide superconductor
US5320881A (en) Fabrication of ferrite films using laser deposition
JPH04182317A (en) Formation of oxide superconducting thin film
JP2776362B2 (en) Method of forming oxide superconductor thin film
JP3966068B2 (en) Manufacturing method of oxide-based thermoelectric conversion thin film by laser deposition
Auciello et al. A Critical Analysis of Techniques and Basic Phenomena Related to Deposition of High Temperature Superconducting Thin Films
JP2817299B2 (en) Preparation method of composite oxide superconducting thin film
JP2004362784A (en) Oxide superconductor and its manufacturing method
JPH0885865A (en) Formation of thin film by laser vapor depositing method
JP3522402B2 (en) Method and apparatus for producing oxide superconducting conductor
JP2813691B2 (en) Laser deposition target
JPH0556282B2 (en)

Legal Events

Date Code Title Description
R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees