JPH02133568A

JPH02133568A - 薄膜形成装置

Info

Publication number: JPH02133568A
Application number: JP63286471A
Authority: JP
Inventors: Shigenobu Okada; 繁信岡田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1988-11-11
Filing date: 1988-11-11
Publication date: 1990-05-22

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野〕この発明は、特に超電導薄膜を形成するための薄膜形成
装置に関するものである。

〔従来の技術〕

最近、臨海温度Ｔｃが液体窒素温度以上の品温超電導セ
ラミックス材料の開発がさかんに行われるとともに、こ
の超電導セラミックスを利用して実現できる機器、素子
等の研究が行われている。

そのうちの１つとして、例えば次世代の超高速コンピュ
ータの演算素子として注目されているジョセフソン素子
があげられる。このジョセフソン素子は、きわめて薄い
絶縁膜を２つの超電導体で挾んだ素子で構成されており
、また、前記超電導セラミックス材料としては、Ｙ−Ｂ
ａ−Ｃｕ−０系の酸化物セラミックスがよく用いられて
いる。

前記のような超電導薄膜を形成する方法としては、Ｙ−
Ｂａ−Ｃｕ−０系の薄膜を成膜した後、酸素雰囲気中で
８００〜９００°Ｃでアニール処理して膜形成を行った
り、また、酸素雰囲気中で基板温度８００〜９００″Ｃ
にてスパッタや真空蒸着法で超電導薄膜を形成する方法
が用いられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、前記Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０系酸化物セラミック
スにおいては、超電導になる薄膜の組成はＹ＋ＢａｇＣ
ｕ＋Ｏｘであるが、酸素含有量はＴｃに大きくかかわっ
てくる。しかし、前述のような薄膜形成後にアニール処
理を行うような従来の超電導薄膜の製造方法では、アニ
ールの方法によって薄膜の組成比が変化してしまい、再
現性が悪いという問題がある。また、基板温度が高温に
なったり、さらに工程が２工程にわかれている等の問題
を有している。さらに、スパッタや真空莫着法で膜形成
を行う場合にも、基板温度が高くなったり、また前記方
法と同様に再現性が悪い等の問題がある。

この発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、基板温
度を高くすることなく、良好な再現性でもって超電導薄
膜等の酸化物薄膜を成膜できる薄膜形成装置を得ること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕この発明にかかる薄膜形成装置は、真空蒸着装置の成膜
室にＥＣＲイオン源を連通して設けるとともに、前記Ｅ
ＣＲイオン源に酸素ガスを導入し、成膜と同時にＥＣＲ
プラズマを利用して酸化処理を行うようにしたものであ
る。

〔作用〕

この発明においては、通常の蒸着法によって蒸着金属を
基板上に付着させる。このとき、ＥＣＲイオン源で酸素
ガスをプラズマ状態とし、ここで生じた酸素イオンを成
膜室中の基板上に衝突させる。したがって、基板上で金
属蒸発物と酸素イオンとが反応し、酸化膜が形成される
。また、前記酸素イオンが基板に衝突した際、酸素イオ
ンの運動エネルギが熱エネルギに変換され、基板加熱な
しで超電導薄膜等の膜を形成することができる。

また、酸素ガス導入量、及びマイクロ波パワー。

及び高周波パワーの調整等により酸素イオンの量とエネ
ルギを制御でき、良好な再現性が得られる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。

ここでは、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０系酸化物セラミツクスの
超電導薄膜を形成する場合について説明する。図面にお
いて、１は成膜室であり、図示しない真空排気系に接続
されている。この成膜室１には、３つの蒸発源２〜４が
配置されている。蒸発源２〜４の各容器内には、それぞ
れ蒸着金属としてＹ（イツトリウム）、　　Ｂａ　（バ
リウム）、Ｃｕ（銅）の蒸着金属が収納されている。な
お、図では加熱手段は図示していないが、前記蒸発源２
〜４は、抵抗又は電子ビームによって加熱されるように
なっている。前記各蒸発源２〜４の上方には、それぞれ
に対応してシャッタ５〜７が開閉自在に設けられ、各シ
ャッタ５〜７の上方には、基板ホルダ８に支持された基
板９が配設されている。基板９は水平な軸Ｈに対してほ
ぼ４５°傾斜して配置され、前記基板ホルダ８（基板９
）は、その面内で回転が可能となっている。また、前記
基板９には、周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電源１
０が接続されている。

前記水平軸Ｈに沿って基板９と対向する側の成膜室外部
に、ＥＣＲイオン源１１が接続されている。ＥＣＲイオ
ン源１１は、プラズマ引き出し窓１２を介して前記成膜
室１に連通するプラズマ室１３を有している。プラズマ
室１３は、導波管１４を介して導入されるマイクロ波（
周波数２．４５ＧＨ２）に対して空洞共振器の構造をな
している。

また、前記プラズマ室工３の周囲には磁気回路としての
電磁コイル１５が配設され、これにより前記プラズマ室
１３内に８７５ガウスの磁場を形成するとともに、図の
右側に発散する発散磁界を形成するようにしている。な
お、１６はプラズマ引き出し窓１２の近傍に設けられた
開閉自在なシャッタである。

次に動作について説明する。

まずプラズマ室１３内に必要なガス、即ち酸素ガスを導
入し、プラズマ室１３内の圧力を１Ｏ−４Ｔｏｒｒ程度
にする。次に電磁コイル１５に通電し、プラズマ室１３
内の磁束密度が８７５ガウスになるようにするとともに
、導波管１４を介して２゜４５ＧＨｚのマイクロ波を前
記プラズマ室１３内に導入する。このような条件により
電子サイクロトロン共鳴（Ｅ　ＣＲ：　Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎ　Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ　Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ）が生じ
、前記マイクロ波のエネルギを吸収し、加速された電子
が酸素ガス分子と衝突してこの酸素ガス分子を解離、電
離させ、プラズマ室１３内に高密度なプラズマが形成さ
れる。このプラズマは、前記電磁コイル１５によって形
成される発散磁界により、プラズマ引き出し窓１２から
引き出される。

一方、３つの蒸着金属を所定の蒸気圧になるようにそれ
ぞれ電子ビーム加熱又は抵抗加熱によって加熱する。

次に基板９に高周波電源１０から高周波電圧を印加する
。そして前記プラズマ及び蒸着金属の蒸発が、それぞれ
定常状態になったところで、各シャッタ５〜７及び１６
を開け、基板９上に超電導薄膜を形成する。

この際、基板９に高周波電圧を印加すると、電界による
酸素イオン（正イオン）と電子の移動度の差によって、
基板９に自己バイアス（負電位）がかかる。したがって
、プラズマ中の酸素イオン（正イオン）は基板９に向か
って加速される。そして、この酸素イオンは前記基板９
上で各蒸着金属（Ｙ、Ｂａ、Ｃｕ）の蒸発物と反応し、
膜を形成する。前記酸素イオンは数十〜数百エレクトロ
ンボルト（ｅ■）に加速されているため、基板９に衝突
した際にその運動エネルギが熱エネルギに変換される。

これにより、基板加熱なしで、超電導薄膜が形成される
。なお、前記膜形成に際しては、基板９表面に均一な膜
が形成されるように、基板９はその取り付けられた面内
で回転されている。

このように本実施例では、基板９に高周波電圧を印加す
ることで、酸素イオンのエネルギを可変でき、この酸素
イオンの運動エネルギを熱エネルギに変換することによ
って基板加熱なしで成膜を行うことができる。

また、酸素ガスの導入量、マイクロ波パワー及び高周波
パワーを変えることで、酸素イオンの量とエネルギを制
御でき、したがって再現性の良い超電導薄膜を形成する
ことができる。

なお、前記実施例では３つの蒸発源を設けた場合につい
て説明したが、蒸発源の数は前記例に限定されるもので
はなく、４つ以上でもよい。

また、本発明は超電導薄膜以外の薄膜形成にも当然に適
用できるものである。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、蒸着法によって成膜を
行うと同時に、ＥＣＲプラズマを利用して酸化処理を行
うようにしたので、基板加熱なしで、また良好な再現性
でもって薄膜を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例による薄膜形成装置の断面構成
図である。１・・・成膜室、２〜４・・・渾発源、９・・・基板、
１３・・・プラズマ室、１５・・・電磁コイル。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）蒸着金属が収容された蒸発源、及び前記蒸着金属
が付着する基板が配置された成膜室と、この成膜室に連
通して設けられマイクロ波エネルギにより酸素ガスをプ
ラズマ状態にするためのプラズマ室と、このプラズマ室
の周囲に配設されプラズマ室内に電子サイクロトロン共
鳴条件を満たす磁界を形成するための磁気回路とを備え
、蒸着法により前記蒸着金属を基板上に付着させるとと
もに、前記プラズマ室で生じた酸素イオンを前記基板上
に衝突させるようにしたことを特徴とする薄膜形成装置
。