JPH02104660A - Laser-beam sputtering method - Google Patents

Laser-beam sputtering method

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JPH02104660A
JPH02104660A JP15497789A JP15497789A JPH02104660A JP H02104660 A JPH02104660 A JP H02104660A JP 15497789 A JP15497789 A JP 15497789A JP 15497789 A JP15497789 A JP 15497789A JP H02104660 A JPH02104660 A JP H02104660A
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JP
Japan
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laser beam
target
substrate
film
wavelength laser
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Application number
JP15497789A
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Japanese (ja)
Inventor
Keiji Mashita
啓治 真下
Masakazu Matsui
正和 松井
Eiki Cho
張 栄基
Chikushi Hara
原 築志
Okaya Nozaki
野崎 崗哉
Kiyoshi Ogawa
潔 小川
Takeshi Kurihara
武司 栗原
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.)
Electric Power Development Co Ltd
Furukawa Electric Co Ltd
Hokkaido Electric Power Co Inc
Tohoku Electric Power Co Inc
Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Original Assignee
Electric Power Development Co Ltd
Furukawa Electric Co Ltd
Hokkaido Electric Power Co Inc
Tohoku Electric Power Co Inc
Tokyo Electric Power Co Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Electric Power Development Co Ltd, Furukawa Electric Co Ltd, Hokkaido Electric Power Co Inc, Tohoku Electric Power Co Inc, Tokyo Electric Power Co Inc filed Critical Electric Power Development Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To form a good-quality film at a high rate by irradiating a target jointly with long wave and shortwave laser beams, sputtering the component molecule, and depositing the molecule on a substrate. CONSTITUTION:A laser beam 1 is introduced into a vacuum chamber 13 through a lens 10 and an inlet window 12b, and the target 2 is irradiated with the focus. Consequently, the target 2 is sputtered, and the component molecule 3 sputtered from the surface is deposited on the substrate 4 opposed to the target 2 to form a film. In the laser-beam sputtering method, a long wave laser beam such as a YAG laser beam and a shortwave laser beam such as an excimer laser beam are jointly used. The film forming rate is increased by the heat energy of the long wave laser beam. Meanwhile, the vaporized molecule is ionized and energized by the shortwave laser beam, and the crystallinity, uniformity, and adhesion of the deposited film are improved. Since the long-wave and shortwave laser beams are jointly used, the film forming rate is increased, and the quality of the deposited film can be improved.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明のレーザビームスパッタ法は、二成分以上よりな
る化合物、合金の被膜をビームスバッタする方法の改良
に関するものであり、例えば酸化物超電導体膜を得るの
に使用されるものである。
Detailed Description of the Invention (Industrial Application Field) The laser beam sputtering method of the present invention relates to an improvement in the method of beam sputtering a film of a compound or alloy consisting of two or more components. It is used to obtain membranes.

(従来の技術) 従来、製膜方法としてPVD法のスパッタリング、真空
蒸着法、イオンプレイティング法、MBE(分子線エピ
タキシャル)等がよ(用いられている。これらによれば
良質な膜を作成することができるが、PVD法は製膜速
度が遅いという難点がある。従来の製膜方法のうち高速
製膜法としてはレーザスパッタリング法がある。
(Prior art) Conventionally, PVD sputtering, vacuum evaporation, ion plating, MBE (molecular beam epitaxial), etc. have been used as film forming methods. According to these methods, high quality films can be created. However, the PVD method has the disadvantage that the film forming speed is slow.Among the conventional film forming methods, a laser sputtering method is a high speed film forming method.

(発明が解決しようとする課題) 従来のレーザスパッタリング法は次のような問題があっ
た。
(Problems to be Solved by the Invention) The conventional laser sputtering method has the following problems.

■、高速製膜法ではあるが、短波長レーザを用いると製
膜速度がさほど速くない。
(2) Although it is a high-speed film forming method, the film forming speed is not very fast if a short wavelength laser is used.

■ 長波長レーザを使用すれば大きな平均パワーをil
l用できるので製膜速度が向上するが5反面膜質(結晶
性、均一性、基板との密着性、表面モホロジーなど)が
低下する。
■ If you use a long wavelength laser, you can achieve a large average power.
Although the film forming speed is improved because it can be used for multiple applications, the film quality (crystallinity, uniformity, adhesion to the substrate, surface morphology, etc.) deteriorates.

■、多成分物質の場合大きな組成ずれが生じる。(2) In the case of multi-component substances, large compositional deviations occur.

■、ツタ−ットから飛び出した各元素の反応が完全に終
了しないうちに、同元素が基板に到達してしまうことが
あるため、そのままでは高品質の製膜がむずかしく、場
合によっては製膜後に熱処理をしなければならなかった
。しかしそのようにすると工程が複雑化し、工業化の妨
げとなっていた。
■The elements ejected from the tube may reach the substrate before the reaction is complete, making it difficult to form a high-quality film, and in some cases, the same element may reach the substrate. It had to be heat treated afterwards. However, doing so would complicate the process and hinder industrialization.

■、@記■の問題を解消するには、ターゲットから飛び
出してくる粒子のエネルギーを高めてやればよいが、そ
のためにビームの出力を高くすると、製膜レートが変化
し1組成ずれが起きてしまう、このため粒子に上針なエ
ネルギーを与えることができない。
■ To solve the problem of @note■, it is possible to increase the energy of the particles flying out from the target, but if the beam output is increased for this purpose, the film forming rate changes and a one-composition shift occurs. Because of this, it is not possible to impart significant energy to the particles.

■ 粒子エネルギーを高めることができないため結晶性
の良い膜を得ることが困難であった。
■ It was difficult to obtain a film with good crystallinity because the particle energy could not be increased.

■ 多成分系の膜においては製膜レートを大きくしよう
としても反応が追いつかない。
■ In multi-component films, even if you try to increase the film formation rate, the reaction cannot keep up.

(発明の目的) 本発明の目的は、短波長レーザービームと長波長レーザ
ービームとを併用して製膜を行なうことにより、製膜速
度が速く、しかも良質の膜を得ることができるレーザビ
ームスパッタ法を提供することにある。
(Object of the Invention) The object of the present invention is to form a film using a combination of a short wavelength laser beam and a long wavelength laser beam, thereby achieving a high film forming speed and a high quality film using laser beam sputtering. It is about providing law.

本発明の他の目的は、レーザビームスパッタリングと同
時に、製膜が堆積される基板付近に短波長レーザビーム
を!眉射することにより、光化学反応を促進し、組成分
子の基板への蒸着を容易にして高性能、高品質の膜を得
ることができるようにしたレーザビームスパッタ法を提
供することにある。
Another object of the present invention is to apply a short wavelength laser beam to the vicinity of the substrate on which the film is deposited at the same time as the laser beam sputtering! The object of the present invention is to provide a laser beam sputtering method that promotes photochemical reactions and facilitates the deposition of constituent molecules onto a substrate by irradiating the eyebrows, thereby making it possible to obtain a high-performance, high-quality film.

C問題点を解決するための手段) 本発明のうち請求項第1のレーザビームスパッタ法は、
第1図〜第4図のようにレーザビームlをターゲット2
に照射してターゲット2の組成分子3を飛散させ、ター
ゲット2に対向して設置された基板4上に同組成分子3
を堆積させるようにしたレーザビームスパッタ法におい
て、レーザビームとして第2図のように長波長レーザビ
ーム5と短波長レーザビーム6とを併用することを特徴
とするものである。
Means for Solving Problem C) The laser beam sputtering method according to claim 1 of the present invention comprises:
As shown in Figures 1 to 4, the laser beam l is directed to the target 2.
The composition molecules 3 of the target 2 are scattered, and the same composition molecules 3 are placed on the substrate 4 placed opposite the target 2.
The laser beam sputtering method for depositing is characterized by the combined use of a long wavelength laser beam 5 and a short wavelength laser beam 6 as shown in FIG. 2 as laser beams.

本発明のうち請求項第2のレーザビームスパッタ法は、
請求項第1のレーザビームスパッタ法において、第2図
のようにターゲット2に長波長レーザビーム5と短波長
レーザビーム6とを同時に照射することを特徴とするも
のである。
The laser beam sputtering method according to claim 2 of the present invention includes:
A first aspect of the laser beam sputtering method is characterized in that the target 2 is irradiated with a long wavelength laser beam 5 and a short wavelength laser beam 6 at the same time as shown in FIG.

本発明のうち請求項第3のレーザビームスパッタ法は、
第1図、第2図のようにようにターゲット2に長波長レ
ーザビーム5と短波長レーザビーム6との双方または一
方を照射してターゲット2の組成分子3を飛散させ、タ
ーゲット2に対向して設置された基板4上に同組成分子
3を堆積させるようにしたーゲザビームスバッタ法にお
いて、1′S板付近において第4図のように同基板4に
飛来する組成分子3に短波長レーザビーム20を照射す
ることを特徴とするものである。
The laser beam sputtering method according to claim 3 of the present invention includes:
As shown in FIGS. 1 and 2, the target 2 is irradiated with both or one of the long wavelength laser beam 5 and the short wavelength laser beam 6 to scatter the constituent molecules 3 of the target 2, and the target 2 is faced to the target 2. In the Gezabeam scattering method, molecules 3 of the same composition are deposited on the substrate 4 placed at It is characterized by irradiating a beam 20.

第1図〜第4図は請求項第1〜第3のレーザビームスパ
ッタ法の説明図である。
1 to 4 are explanatory diagrams of the laser beam sputtering methods according to the first to third aspects of the invention.

これらの図において2はターゲット、4は基板であり、
これらは真空チャンバー13内に相互に対向して設置さ
れている。
In these figures, 2 is the target, 4 is the substrate,
These are placed in the vacuum chamber 13 facing each other.

前記ターゲット2はディスク状であり、中心が  ゛回
転軸に固定されて、任意のスピードで回転されるように
しである。また、ターゲット2はその消耗に応じて上下
位置をステッピングモーターにより調節できるようにし
である。
The target 2 is disk-shaped, and its center is fixed to a rotating shaft so that it can be rotated at any speed. Further, the target 2 is designed so that its vertical position can be adjusted by a stepping motor according to its wear and tear.

前記基板4は固定具17に取付けられており、同固定具
17の回転成は上下動により回転成は上下動可能としで
ある。また、基板4は必要製膜条件に応じて所定温度に
加熱され、その熱により基板4に堆積した膜が加熱処理
されるようにしである。
The substrate 4 is attached to a fixture 17, and the fixture 17 can be rotated up and down by vertical movement. Further, the substrate 4 is heated to a predetermined temperature according to the necessary film forming conditions, and the film deposited on the substrate 4 is heat-treated by the heat.

前記真空チャンバー13にはガス導入口15゜レーザビ
ーム導入窓12a、12bが形成され、同導入窓12a
、12bと反対側にビームストッパー16が設置されて
いる。また導入窓12a、12bの手前にはレンズ10
.11が配置されている。
The vacuum chamber 13 is formed with a gas inlet 15° and laser beam introduction windows 12a and 12b.
, 12b, a beam stopper 16 is installed on the opposite side. In addition, a lens 10 is provided in front of the introduction windows 12a and 12b.
.. 11 are arranged.

この真空チャンバー13は例えばターボ分子ポンプによ
り排気を行なう、蒸着中は必要に応じて真空度を調整し
、高真空〜l torr台まで調整可能としである。特
に酸化物の蒸着の場合は、真空チャンバー13内に02
ガスを導入し、10−’〜t torrまでガス圧を調
整して製膜を行なうことが多い。
This vacuum chamber 13 is evacuated by, for example, a turbo molecular pump, and the degree of vacuum can be adjusted as necessary during vapor deposition to a level of high vacuum to 1 torr. Particularly in the case of oxide vapor deposition, 02
Film formation is often carried out by introducing gas and adjusting the gas pressure from 10-' to t torr.

前記レーザビーム導入窓12a、12b、レンズ10.
11の材質は使用するレーザの波長に合わせて選定する
0例^ばCO2レーザでλ=10.6μmのときはZ。
The laser beam introduction windows 12a, 12b, the lens 10.
The material No. 11 is selected according to the wavelength of the laser used. For example, Z is used when λ=10.6 μm for a CO2 laser.

S、材を使用し、K rF zエキシマレーザで1=0
.248μmのときは合成石英又はM、F、を使用する
Using S, material, 1=0 with K rF z excimer laser
.. When the thickness is 248 μm, synthetic quartz or M or F is used.

本発明のうちターゲット2に照射する長波長レーザビー
ム5(第1図、第2図)としては、波長1μm以上のY
AGレーザ(λ=1.06um)やCO2レーザ(え=
10.6μm)が適する。また、同発明における短波長
レーザビーム6(第2図)としてはエキシマレーザ(λ
=157nm〜351nm)、H,−Caレーザ、A、
”レーザが適し、特に波長0.5μm以下のエキシマレ
ーザ(K 、 F、A、Fなど)、A、’レーザ、H,
−C,レーザが有効である。
In the present invention, the long wavelength laser beam 5 (Figs. 1 and 2) irradiated to the target 2 is a Y laser beam with a wavelength of 1 μm or more.
AG laser (λ=1.06um) and CO2 laser (e=1.06um)
10.6 μm) is suitable. Furthermore, as the short wavelength laser beam 6 (Fig. 2) in the same invention, an excimer laser (λ
= 157 nm to 351 nm), H, -Ca laser, A,
"Lasers are suitable, especially excimer lasers with a wavelength of 0.5 μm or less (K, F, A, F, etc.), A, 'lasers, H,
-C, laser is effective.

前記長波長レーザビーム5、短波長レーザビーム6は、
得られる膜の均一性を考慮するとターゲット2の表面1
4上に偏平状(長方形)に集光するのが望ましい、エキ
シマレーザの場合はビーム形状は長方形であるのでその
まま使用できるが。
The long wavelength laser beam 5 and the short wavelength laser beam 6 are
Considering the uniformity of the obtained film, surface 1 of target 2
It is desirable to condense the light into a flat (rectangular) shape on 4. In the case of an excimer laser, the beam shape is rectangular, so it can be used as is.

YAGレーザ、CO,レーザの場合はシリンダーレンズ
を用いて長方形状のビームに集束する。
In the case of YAG lasers, CO lasers, a cylinder lens is used to focus the beam into a rectangular shape.

請求項第3の発明における短波長レーザビーム20(第
4図)は同図のレーザ源21から発生される。このレー
ザ源21としてはに、Fエキシマレーザ(波長248n
m)、出力30Wが適する。この短波長レーザビーム2
0は第4図のレンズ12と図示されていない光学系を通
して、ビーム導入窓13から真空チャンバー内13に導
入され、基板4に到達する前の組成分子3に照射される
ようにしである。
A short wavelength laser beam 20 (FIG. 4) in the third aspect of the invention is generated from a laser source 21 shown in the same figure. This laser source 21 is an F excimer laser (wavelength: 248 nm).
m), an output of 30W is suitable. This short wavelength laser beam 2
0 is introduced into the vacuum chamber 13 from the beam introduction window 13 through the lens 12 in FIG.

第2図の短波長レーザビーム6と、第4図の短波長レー
ザビーム20とは別々の光源から発生されているが1両
レーザビーム6.20は同じ光源から発生させてもよい
、この場合は分岐によって2つのビームに分ける。
Although the short wavelength laser beam 6 in FIG. 2 and the short wavelength laser beam 20 in FIG. 4 are generated from separate light sources, both laser beams 6 and 20 may be generated from the same light source. is divided into two beams by a branch.

第3図は第1図、第2図におけるターゲット2と基板4
との間にRF電源18とRFコイル19とによるプラズ
マ励起機構を設けたものである。
Figure 3 shows the target 2 and substrate 4 in Figures 1 and 2.
A plasma excitation mechanism including an RF power source 18 and an RF coil 19 is provided between the two.

このプラズマ励起機構はターゲット2から飛散する組成
分子3をイオン化し、加速させて基板4上に得られる膜
質を向上させるためのものである。
This plasma excitation mechanism is for ionizing and accelerating the constituent molecules 3 scattered from the target 2 to improve the quality of the film obtained on the substrate 4.

(作用) 請求項第1の発明では第2図のように長波長レーザ5と
短波長レーザ6とが併用されるので1両波長の相互作用
により製膜速度が速く、良質の膜が得られる。
(Function) In the invention of claim 1, since the long wavelength laser 5 and the short wavelength laser 6 are used together as shown in FIG. 2, the film forming speed is high due to the interaction of both wavelengths, and a high quality film can be obtained. .

請求項第2の発明では第2図のように、長波長レーザ5
と短波長レーザ6の夫々がターゲット2の表面14に照
射されるので、それらのレーザ光エネルギーがターゲッ
ト2の表面14に吸収され、熱的または光化学的作用に
よりターゲット2の組成分子3が蒸発され、同分子3が
基板4上に堆積する。この場合、長波長レーザビーム5
と短波長レーザビーム6とが同時にターゲット2に照射
されるので、基板4に堆積される組成分子3は長波長レ
ーザビーム5の主として熱エネルギーにより原子又は分
子状になり易く、レーザビームの平均パワーと比例して
製膜速度が増大する。
In the second invention, as shown in FIG.
Since the surface 14 of the target 2 is irradiated with the short wavelength laser 6 and the short wavelength laser 6, the energy of these laser beams is absorbed by the surface 14 of the target 2, and the constituent molecules 3 of the target 2 are evaporated by thermal or photochemical action. , the same molecules 3 are deposited on the substrate 4. In this case, the long wavelength laser beam 5
Since the target 2 is irradiated with the laser beam 6 and the short wavelength laser beam 6 at the same time, the composition molecules 3 deposited on the substrate 4 tend to become atomic or molecular due mainly to the thermal energy of the long wavelength laser beam 5, and the average power of the laser beam The film forming speed increases in proportion to this.

短波長レーザビームは蒸気分子をイオン化するエネルギ
ーを持つため、蒸発された組成分子の一部はイオン化さ
れ、ある程度エネルギーをもつ粒子になって基板4へ堆
積されり、結晶性、均一性、密着性が向上する。
Since the short wavelength laser beam has energy to ionize vapor molecules, some of the vaporized constituent molecules are ionized and become particles with a certain amount of energy and are deposited on the substrate 4, improving crystallinity, uniformity, and adhesion. will improve.

ターゲット2の組成分子3が多成分物質の場合は組成成
分の融点が異なるため組成比のずれが生じ易いが、請求
項第2の発明では長波長ビーム5だけでなく短波長レー
ザビーム6が併用されるので、短波長レーザビーム6の
光化学効果により組成比のずれが生じにくくなる。
When the compositional molecules 3 of the target 2 are multi-component substances, a deviation in the composition ratio is likely to occur because the melting points of the compositional components are different, but in the second invention, not only the long wavelength beam 5 but also the short wavelength laser beam 6 is used in combination. Therefore, deviations in the composition ratio due to the photochemical effect of the short wavelength laser beam 6 are less likely to occur.

また、ターゲット2の組成分子3は基板4上にクラスタ
状(塊状原子又は分子集団)に蒸着されることが多く、
結晶性、均一性、密着性のよい股が堆積されるが、短波
長レーザだけの場合は平均パワーが長波長レーザと比べ
て小さいので製膜速度に限界があったが、本発明では長
波長レーザビーム5を同時に照Q=tするので製膜速度
が速くなる。
Further, the constituent molecules 3 of the target 2 are often deposited on the substrate 4 in the form of clusters (clumps of atoms or molecular groups),
A layer with good crystallinity, uniformity, and adhesion is deposited, but when only a short wavelength laser is used, the average power is smaller than that of a long wavelength laser, so there is a limit to the film forming speed. Since the laser beams 5 are irradiated at the same time Q=t, the film forming speed becomes faster.

請求項第3の発明のレーザビームスパッタ法では、第2
図のようにターゲット2に長波長レーザビーム5と短波
長レーザビーム6の双方または一方を照射してターゲソ
!〜2の組成分子3を飛散させるので、長波長レーザビ
ーム5を照射した場合はターゲット2が同長波長レーザ
ビーム5の主として熱エネルギーにより原子又は分子状
になり易く、レーザビームのモ均パワーに比例して製膜
速度が増大する。史に第4図のように組成分子3が基板
4に到達する前に同組成分子3に短波長レーザビーム7
が照射されるので、同組成分子:3に光化学効果とイオ
ン化効果が加えられ、反応作用が促進され、一部分はイ
オン化され、ある程度エネルギーをもつ粒子になって基
板4へ堆積される。
In the laser beam sputtering method according to the third aspect of the invention, the second
As shown in the figure, irradiate the target 2 with both or one of the long wavelength laser beam 5 and the short wavelength laser beam 6, and target! Since the composition molecules 3 of ~2 are scattered, when the target 2 is irradiated with the long wavelength laser beam 5, the target 2 tends to become atomic or molecular due mainly to the thermal energy of the same long wavelength laser beam 5, and the uniform power of the laser beam The film forming speed increases proportionally. Historically, as shown in FIG. 4, before the composition molecules 3 reach the substrate 4, a short wavelength laser beam 7 is applied to the composition molecules 3.
is irradiated, a photochemical effect and an ionization effect are applied to the molecules of the same composition: 3, the reaction is promoted, a part of them is ionized, and the particles are deposited on the substrate 4 as particles having a certain amount of energy.

(実施例1) 請求項第1、第2の発明の実施例として、第1図、第2
図の長波長レーザビーム5として+200WのCO8レ
ーザを使用し、短波長レーザビーム6として波長248
nmのに、Fエキシマレーザ(平均パワー35W、繰り
返し20 [lz )を使用り、 り−’r’ッ)2と
してY、B、、C,307(7)焼結ターゲットを用い
、基板4としてM、0(100)を使用して製膜を行な
った。製膜中は同基板4の?温度を400℃にした。
(Example 1) As an example of the first and second inventions, FIGS.
A +200W CO8 laser is used as the long wavelength laser beam 5 in the figure, and a wavelength of 248 W is used as the short wavelength laser beam 6.
nm, using an F excimer laser (average power 35 W, repetition 20 [lz]), using Y, B, C, 307 (7) sintered target as substrate 4. Film formation was performed using M, 0 (100). Is the same substrate 4 during film formation? The temperature was set at 400°C.

そして前記したC02レーザ及びエキシマレーザの夫々
を、焦点距M+5インチのZ。Sゆレンズ及び合成石英
レンズを用いて、第1図に示すように真空チャンバー1
3内のターゲット2の表面14に水平昭射した。このと
き1空チヤンバー13内には02ガスを導入して、その
内部を蒸着中は80 m torrのガス圧に調整した
。このようにすると製膜速度600人/ s e cの
高速レートにおいても1組成ずれの小さい膜(Y 、B
、、、、C,。
The above-mentioned C02 laser and excimer laser were each connected to a Z laser with a focal length of M+5 inches. Using a Syu lens and a synthetic quartz lens, a vacuum chamber 1 is constructed as shown in FIG.
A horizontal beam was fired onto the surface 14 of the target 2 in the target 3. At this time, 02 gas was introduced into the empty chamber 13, and the gas pressure inside the chamber was adjusted to 80 m torr during the vapor deposition. In this way, even at a high film forming rate of 600 persons/sec, a film (Y, B
, , ,C,.

908)が得られた。この膜の臨界温度Tcは60に程
度であったが、酸素中でアニールを施すことによってT
c=78に、臨界電流Jc =6X10’A/cm”の
特性が得られた。
908) was obtained. The critical temperature Tc of this film was approximately 60°C, but by annealing it in oxygen, Tc
When c=78, a characteristic of critical current Jc=6×10'A/cm'' was obtained.

この実施例1と比較するため、C02レーザ(長波長レ
ーザ)のみを使用したところ、Yは著しく欠損し、得ら
れた膜は超電導特性を示さなかった。
For comparison with this Example 1, when only a C02 laser (long wavelength laser) was used, Y was significantly depleted and the obtained film did not exhibit superconducting properties.

またエキシマレーザ(短波長レーザ)のみを使用した場
合は、製膜レートが約10人/minと落ちた。
Furthermore, when only an excimer laser (short wavelength laser) was used, the film forming rate was reduced to about 10 people/min.

(実施例2) 第3図は請求項第1、第2の発明の他の実施例であり、
これはターゲット2と基板4との間のRFコイル19に
RF電源18から電圧を印加して、基板4とターゲット
2の間にプラズマ状態を作った他は実施例1とほぼ同じ
条件で製膜したものである。
(Embodiment 2) FIG. 3 is another embodiment of the first and second inventions,
This film was formed under almost the same conditions as in Example 1, except that a voltage was applied from the RF power source 18 to the RF coil 19 between the target 2 and the substrate 4 to create a plasma state between the substrate 4 and the target 2. This is what I did.

この場合は実施例1の場合よりも緻密な膜が得られた。In this case, a denser film than in Example 1 was obtained.

その膜の組成比はY + B aaICu3. oOm
であった。酸素中でアニールを施した後の膜はTc=8
7に、jc=5XlOSA/cm2の特性が得られた。
The composition ratio of the film is Y + B aaICu3. oOm
Met. After annealing in oxygen, the film has Tc=8
7, the characteristic of jc=5XlOSA/cm2 was obtained.

(実施例3) 第4図は請求項第3の発明の実施例である。第4図にお
けるレーザビームIのビーム源7としてCO,レーザ(
波長10.6um)、出力500Wを用い、他のビーム
源21としてに、Fエキシマレーザ(波長248nm)
、出力30Wを用い、このビーム源21からの短波長レ
ーザビーム20を基板4の手前側に照射しながらビーム
スバッタを行なった。この場合、短波長レーザビーム2
0は焦点距離」0インチのZ、、S、レンズを使用いて
真空チャンバー内に導入して、基板4の直下の前方的1
0cmの所に収束させた。基板4の直下は拡がりのある
発散光である。このときターゲット2として物質り1、
B、、C,を第5図のように体積比率が1:l:3とな
るように組合わせて、50φのディスク状にしたものを
用いた。
(Embodiment 3) FIG. 4 is an embodiment of the invention according to claim 3. As the beam source 7 of the laser beam I in FIG.
As another beam source 21, an F excimer laser (wavelength 248 nm) is used.
Using an output of 30 W, beam scattering was performed while irradiating the front side of the substrate 4 with the short wavelength laser beam 20 from this beam source 21. In this case, the short wavelength laser beam 2
0 is a focal length of 0 inches, Z, S, is introduced into the vacuum chamber using a lens 1 directly below the substrate 4.
It was converged at 0 cm. Directly below the substrate 4 is a wide, diverging light. At this time, material 1 as target 2,
B, , C, were combined in a volume ratio of 1:1:3 as shown in FIG. 5 to form a disk shape of 50φ.

また基板4にはMgOを用い、同基板4を500℃に加
熱した。製膜時間約1分間で膜厚的1umのり、、B、
、C,のモル比がほぼl:2:3の結晶化した酸化物薄
膜が得られた8 この実施例3との比較のため、レーザ源7からの短波長
レーザビームlは照射せず、他は前記実施例と全く同じ
条件で酸化物薄膜を作成して、その組成比を分析したと
ころ、B9、B1、Cmのモル比がl:4:9となった
。この酸化物薄膜の臨界温度Tc及び臨界型流度Jeを
測定した。その結果は表1に示すようになった。
Further, MgO was used for the substrate 4, and the same substrate 4 was heated to 500°C. Glue with a film thickness of 1 um in about 1 minute, B.
A crystallized oxide thin film with a molar ratio of , C, approximately l:2:3 was obtained.8 For comparison with this Example 3, the short wavelength laser beam l from the laser source 7 was not irradiated. An oxide thin film was prepared under the same conditions as in the previous example, and its composition ratio was analyzed. The molar ratio of B9, B1, and Cm was 1:4:9. The critical temperature Tc and critical flow rate Je of this oxide thin film were measured. The results are shown in Table 1.

(以下余白) 表1 次に、実施例3におけるターゲット物質をSFとT、に
変更し、他は実施例3と同じ条件で同実施@3と同様に
ビームスバッタを行なった。ここではSFとT、の体積
比はほぼl:1とした。これにより酸化物薄膜を5回作
成し、得られた夫々の酸化物薄膜の化学分析を行なった
。その結果を表2に示す。
(Margin below) Table 1 Next, the target materials in Example 3 were changed to SF and T, and beam scattering was performed in the same manner as in Example 3 under the same conditions as in Example 3. Here, the volume ratio of SF and T was approximately 1:1. In this way, oxide thin films were created five times, and each of the obtained oxide thin films was chemically analyzed. The results are shown in Table 2.

また、この実施例3と比較するため、短波長レーザビー
ム20は照射せず、他は実験例3と同じ条件で酸化物薄
膜を5回作成し、得られた夫々の酸化物薄膜の化学分析
を行なった。その結果も表2に示す。
In addition, in order to compare with this Example 3, oxide thin films were created five times under the same conditions as Experimental Example 3 without irradiation with the short wavelength laser beam 20, and chemical analysis of each of the obtained oxide thin films was performed. I did it. The results are also shown in Table 2.

表2 (実施例4) 請求項第3の発明の実施例として、実施例1と同様に、
第2図の長波長レーザビーム5に1200WのCO2レ
ーザを使用し、短波長レーザビーム6に波長248nm
のに、Fエキシマレーザ(平均パワー35W、繰り返し
20H2)を使用し、ターゲット2としてY IB −
tc −so yの焼結ターゲットを用い、基板4とし
てM、0(100)を使用して製膜を行なった。製膜中
は同基板4の温度を400℃にした。
Table 2 (Example 4) As an example of the third invention, as in Example 1,
In Figure 2, a 1200W CO2 laser is used as the long wavelength laser beam 5, and a wavelength of 248 nm is used as the short wavelength laser beam 6.
However, using an F excimer laser (average power 35W, repetition 20H2), Y IB − is used as target 2.
Film formation was performed using a sintered target of TC-SOY and M, 0 (100) as the substrate 4. During film formation, the temperature of the substrate 4 was kept at 400°C.

そして前記したCOオレーザ及びエキシマレーザの夫々
を焦点距!115インチのZ、S、レンズ及び合成石英
レンズを用いて、第1図に示すように真空チャンバー1
3内のターゲット2の表面14に水平照射した。このと
きへ空チャンバー13内に実施例1の02ガスの代わり
にO,ガスを導入した。また、第4図のように短波長レ
ーザビーム20を基板4付近の組成分子3に照射した。
And the focal length of each of the above-mentioned CO ole laser and excimer laser! Using a 115-inch Z, S, lens and a synthetic quartz lens, vacuum chamber 1 was constructed as shown in FIG.
The surface 14 of the target 2 in the target 3 was horizontally irradiated. At this time, O gas was introduced into the empty chamber 13 instead of the 02 gas in Example 1. Further, as shown in FIG. 4, the composition molecules 3 near the substrate 4 were irradiated with a short wavelength laser beam 20.

これにより得られた膿の組成はY:Ba:Cu=1=2
:3に近かった。しかしTcは84にであり、Jcは7
7にで10’A/cm”であった。
The composition of the pus obtained is Y:Ba:Cu=1=2
:It was close to 3. But Tc is 84 and Jc is 7
7 and 10'A/cm''.

(発明の効果) 本発明のうち請求項第1、第2のレーザスパッタ法は長
波長レーザビーム5による光の熱エネルギーと、短波長
レーザビーム6による光化学反応エネルギーとを併用す
るので次のような効果がある。
(Effects of the Invention) The laser sputtering methods according to claims 1 and 2 of the present invention use both the thermal energy of light from the long wavelength laser beam 5 and the photochemical reaction energy from the short wavelength laser beam 6, so that the following effects can be achieved. There is an effect.

■、製膜速度がlO〜1000人/secと速く、従来
のスパッタ法や真空蒸着法よりはるかに向上する。
(2) The film forming rate is as fast as 10 to 1,000 people/sec, which is much higher than conventional sputtering and vacuum evaporation methods.

■、結晶性、烹着性などの膜質が、従来の長短いづれか
1波長をいるレーザスパッタリング法より大幅に改善さ
れる。
(2) The film quality, such as crystallinity and adhesion, is significantly improved compared to the conventional laser sputtering method, which uses either the long or short wavelength.

■長短両波長のレーザビーム5.6を同時にターゲット
2に照射するので、ターゲット2の表面の凹凸、組成ず
れなどの劣化も抑制される。
(2) Since the target 2 is irradiated with the laser beams 5.6 of both long and short wavelengths at the same time, deterioration such as unevenness and compositional deviation on the surface of the target 2 is also suppressed.

本発明のうち請求項第3のレーザビームスパッタ法では
、ターゲット2から蒸発した組成分子3に基板4の前で
短波長レーザビーム20を照射するので次のような効果
がある。
In the laser beam sputtering method according to the third aspect of the present invention, the composition molecules 3 evaporated from the target 2 are irradiated with the short wavelength laser beam 20 in front of the substrate 4, so that the following effects can be obtained.

09表1から明らかなように、臨界温度T、及び臨界型
流度Jcに優れた薄膜が得られる。
As is clear from Table 1, a thin film with excellent critical temperature T and critical flow rate Jc can be obtained.

01表2から明らかなように、従来法では組成ずれがは
なはだしく、劣化も急であるが、本発明では所望の組成
の膜が安定して(与られる。
As is clear from Table 2, in the conventional method, the composition deviation is significant and the deterioration is rapid, but in the present invention, a film having a desired composition can be stably obtained.

01表19表2より、本発明において基板付近に短波長
レーザビーム7を!■射することの効果は明白であり、
高品質の膜を、高速で得ることが可能となる。このこと
は酸化物超電導体の実用化をうながす効果大である。
01 Table 19 From Table 2, in the present invention, short wavelength laser beam 7 is applied near the substrate! ■The effect of radiation is obvious,
It becomes possible to obtain high-quality films at high speed. This has a great effect in promoting the practical application of oxide superconductors.

■、短波長レーザビーム6の他に短波長レーザビーム2
0が使用されるので、それによって結晶性、密着性が促
進され、それらがレーザビーム7なしの場合と比べて著
しく向上する。
■ In addition to short wavelength laser beam 6, short wavelength laser beam 2
0 is used, thereby promoting crystallinity and adhesion, which are significantly improved compared to the case without laser beam 7.

更に、基板4とターゲット2の間にRFコイル18を設
置し、スパッタ分子のイオン効果を上げれば、膜質の向
上に一層効果がある。
Furthermore, if an RF coil 18 is installed between the substrate 4 and the target 2 to increase the ion effect of sputtered molecules, the film quality can be further improved.

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

第1図は本発明のレーザスパッタリング法の一例を示す
側面説明図、第2図は同法の平面説明図、第3図は同法
の他側の側面説明図、第4図はさらに異なるレーザビー
ムスパッタ法の側面説明図、第5図は同スパッタ法に使
用するターゲットの模式図である。 lはレーザビーム 2はターゲット 3はターゲットの組成分子 4は基板 5は長波長レーザ 6.20は短波長レーザ
Fig. 1 is a side explanatory view showing an example of the laser sputtering method of the present invention, Fig. 2 is a plan explanatory view of the same method, Fig. 3 is a side explanatory view of the other side of the same method, and Fig. 4 is a further different laser sputtering method. FIG. 5, a side explanatory view of the beam sputtering method, is a schematic diagram of a target used in the same sputtering method. l is the laser beam 2 is the target 3 is the composition of the target molecules 4 is the substrate 5 is the long wavelength laser 6. 20 is the short wavelength laser

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)レーザビーム1をターゲット2に照射してターゲ
ット2の組成分子3を飛散させ、ターゲット2に対向し
て設置された基板4上に同組成分子3を堆積させるよう
にしたレーザビームスパッタ法において、レーザビーム
として長波長レーザビーム5と短波長レーザビーム6と
を併用することを特徴とするレーザビームスパッタ法。
(1) Laser beam sputtering method in which a laser beam 1 is irradiated onto a target 2 to scatter the compositional molecules 3 of the target 2, and the same compositional molecules 3 are deposited on a substrate 4 placed opposite the target 2. A laser beam sputtering method characterized in that a long wavelength laser beam 5 and a short wavelength laser beam 6 are used together as laser beams.
(2)請求項第1のレーザビームスパッタ法において、
ターゲット2に長波長レーザビーム5と短波長レーザビ
ーム6とを同時に照射することを特徴とするレーザビー
ムスパッタ法。
(2) In the laser beam sputtering method of claim 1,
A laser beam sputtering method characterized by simultaneously irradiating a target 2 with a long wavelength laser beam 5 and a short wavelength laser beam 6.
(3)ターゲット2に長波長レーザビーム5と短波長レ
ーザビーム6との双方または一方を照射してターゲット
2の組成分子3を飛散させ、ターゲット2に対向して設
置された基板4上に同組成分子3を堆積させるようにし
たレーザビームスパッタ法において、前記基板4付近に
おいて同基板4に飛来する組成分子3に短波長レーザビ
ーム20を照射することを特徴とするレーザビームスパ
ッタ法。
(3) The target 2 is irradiated with both or one of the long-wavelength laser beam 5 and the short-wavelength laser beam 6 to scatter the constituent molecules 3 of the target 2, and the molecules 3 of the target 2 are scattered onto the substrate 4 placed opposite the target 2. A laser beam sputtering method for depositing compositional molecules 3, characterized in that the compositional molecules 3 flying onto the substrate 4 near the substrate 4 are irradiated with a short wavelength laser beam 20.
JP15497789A 1988-06-21 1989-06-17 Laser-beam sputtering method Pending JPH02104660A (en)

Applications Claiming Priority (3)

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JP15311588 1988-06-21
JP63-153117 1988-06-21
JP63-153115 1988-06-21

Publications (1)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2300001A (en) * 1992-11-30 1996-10-23 Mitsubishi Electric Corp Thin film forming apparatus using plurality of lasers
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