JPH02157199A

JPH02157199A - 単結晶形成基板用金型およびそれを用いた単結晶基板

Info

Publication number: JPH02157199A
Application number: JP31337788A
Authority: JP
Inventors: Masaki Aoki; 正樹青木; Hideo Torii; 秀雄鳥井; Teruyuki Fujii; 映志藤井; Kiyoshi Kuribayashi; 清栗林; Hideto Monju; 秀人文字; Makoto Umetani; 誠梅谷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-12-12
Filing date: 1988-12-12
Publication date: 1990-06-15

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】産業上の利用分野本発明は、磁気光学材料、半導体材料、あるいは超伝導
材料等の単結晶を形成するために用いられるガラス基板
を作成するための金型およびガラス基板上に形成した」
１記材料の単結晶膜（単結晶基板）に関するものである
。

従来の技術従来の薄膜単結晶の製造方法としては、例えば、シリコ
ンにおいては、シリコン単結晶基板上に、エピタキシャ
ル法にてシリコン薄膜が作成されている。又磁気光学材
料であるガーネット薄膜については、単結晶のガドリミ
ウムー鉄−ガーネノト（ＧＧＧ）基板上に液相エピタキ
シャル法（Ｌ　Ｐ　Ｅ法）にて、単結晶のガー不ントＦ
ｌ膜が作成されている。超伝導体においては、酸化マグ
ネシウム（ＭｇＯ）単結晶基板上に、ビスマス−ストロ
ンチウム−カルシウム−銅−酸素系の単結晶薄膜が作成
されている。又シリコンに関しては、非晶質基板上に矩
形波構造の格子を設け、その上にシリコンを蒸着させ単
結晶薄膜を作成しようという試みも行われている。

（例えば　Ｄ、Ｃ，Ｆｌａｎｄｅｒｓ、ａｎｄＨ，１，
Ｓｍｉ　　ｔｈ　　：Ａｐｐ　　１．　　ｐｈｙｓＬｅ
ｔｔ、　　３２　　（１９７８）　　１１２）発明が解
決しようとする課題各種（Ｓｉ、ガーネノ）、超伝導等の）単結晶薄膜を作
成しようとする場合、従来は、すべて下地基板として、
高価な単結晶基板（例えば５ＩＧＧＣ；、ＭｇＯ等）が
用いられ、しかも高温にてその基板上にエピタキシャル
成長させなければならないという欠点を有していた。

又シリコンに関しては、下地に非晶質のＳ　＋　０２基
板を用いているが、矩形波構造を基板上に作成するのに
１枚１枚レジストパターンを画かき反応性イオンエツチ
ングを行なわなりればならず基板作成において高価で複
雑な工程を含んでおりきわめて生産性が悪いという欠点
を有していた。

課題を解決するだめの手段本発明は、前記問題点を解決するため、Ｉｆ合金膜をコ
ートした、ＷＣやサーメット上にフォトリソグラフィー
法にて、矩形波状、格子点状あるいは、鋸歯状の格子を
設けた金型を作成し、この金型を用いて、単結晶形成用
のガラス基板（加熱圧縮成形法によりガラス基板上に格
子形状を設けたガラス基板。）を生産性良く安価に製造
し、しかもこの格子形状を有するガラス基板上にシリコ
ンやガーネットあるいは超伝導体の単結晶膜を化学蒸着
法（ＣＶＤ法）により作成するものである。

作用本発明は、ガラス材料（非晶質材料）をあたかもレコー
ドディスクのプレス成形のように、一対の格子形状（矩
形波状、格子点状、鋸歯状）を持つ金型で加熱プレス成
形して、格子形状を形成する方法であり、（金型の作成
には、フォトリソグラフィー法が用いられるが金型は１
組作成しておけば何回でも格子形状をガラス材料上に転
写できる）製造工程が少なく生産性の向上が期待できる
。

又このような格子形状を有する非晶質基板上に、ＣＶＤ
法にて各種材料を成膜すると格子形状に応じた配向性の
薄膜が成長し、やがてこれらが単結晶化するものである
。

実施例以下、本発明の一実施例の単結晶形成基板金型およびそ
れを用いた単結晶基板の製造方法について、図面を用い
て説明する。

実施例１以下、本発明の実施例を第１図に沿って説明する。第１
［Ｆ（ａ）に示すように、まず１０ｍｍ角、厚さ３ｍｍ
のＷＣを主成分とする超硬合金母材を鏡面研磨して、そ
の表面粗度をＲＭＳ＝８〜１０人に仕上げた後、第１図
（ｂ）に示すようにイリジウム合金膜（Ｉｒ−Ｒｈ）を
スパッタ法により３μｍの厚さに製膜した。

次に第１図（Ｃ）に示すように電子線レジスト（ＰＭＭ
Ａ）を１０００人の厚さに塗布し、プリベークした後電
子線をピンチ０．５μｍ、線中０．２５μｍの格子状溝
が形成できるように電子線を照射（露光）した〔第１図
（ｄ）。］次に現像後〔第１図（ｅ）］アルゴン（Ａｒ）ガス中で
、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）イオンエツチング
法により、イリジウム合金膜を７００人の深さまでエツ
チングした〔第１図（ｆ）〕後、不要となったレジスト
を除去し格子状溝（ピンチ０．５μｍ巾０．２５μｍ深
さ０．０７μｍ）を形成し単結晶形成用基板金型を作成
した〔第１図（ｇ）〕。イリジウム合金がＩｒ−Ｐｔ、
Ｉｒ−０ｓ　　Ｉｒ−Ｒｅ系でも同様の作成方法にて単
結晶形成用基板金型が作成できた。

実施例２実施例１と同様にして鏡面研磨された１０ｍｍ角、厚さ
３ｍｍのチタンカーバイト（Ｔ　ｉ　Ｃ）を主成分とす
るサーメン１−母材上にｌｒ合金膜（Ｉｒ−Ｐｔ膜）を
スバンタ法により３μｍの厚さに製膜した。

次に電子線レジストを２０００人の厚さに塗布し、プリ
ベークした後、電子線をピッチ１．０μｍで線中０．５
μｍの格子状溝がレジスト上に形成できるように電子ビ
ームを照射しレジストを露光した。

次ニレジスト現像後、アルゴンガス及びＣＦ４の混合ガ
ス中でイオンエツチング法を用いて、第１図（ｈ）に示
すように鋸歯状にエンチングしくイオン照射角度４５度
）レジストを除去し、鋸歯状をした単結晶形成用基板金
型を作成した〔第１図（ｊ）〕。

実施例３実施例１と同様にして、１０ｍｍ角厚さ３ｍｍの鏡面研
磨したクロムカーバイトを主成分とする超硬合金上にＩ
ｒ合金（Ｉｒ−Ｒｅ系合金膜）を形成後レジストを塗布
し、第２図（ａ）に示した、ピンチ１００／１ｍ（タテ
横開しピンチ）の格子点上に１μｍ角のマスク（遮光）
のあるフォトマスク（ガラスあるいは、石英上にＣｒで
形成したフォトマスク）を用意し、紫外線露光法により
レジスト上にマスクパターンを転写後〔第２図（ｂ）〕
レジストを現象し、その後アルゴンイオンビームで、Ｉ
ｒ合金を深さ６００人エンチングし、格子状のピット（
１μｍ角で深さ６００人）を設けた単結晶形成用金型を
作成した。

実施例４本発明の実施例（４）を第３図、第４図に沿って説明す
る。実施例（１）で作成された単結晶形成用基板金型（
格子状スクンパ）を２枚用意して（内１枚ば、格子状溝
のないＷＣの平面でも良い）、第３図（ａ）に示すよう
に、組成が５ｉ０２８１重量％Ｎａ２０が４重量％、Ａ
ｌ２Ｏ２が２重量％Ｂ２Ｏ３が１２重量％から成るガラ
ス板（１０ｍｍ角厚さ３ｍｍ）をスクンパの間にはさみ
込んで８００°Ｃに加熱しながら加圧しく圧力２　ｋｇ
　／　ＣＩｆｌ　）冷却後ガラス板を取り出した。

次にこの格子形状の溝が付いたガラス基板（単結晶形成
用基板第３図（ｂ））を用いてガーネット単結晶膜を形
成する工程を第４図を参照しながら説明する。

第４図は、ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置の概略図を示して
いる。図において、４１はＥＣＲの高密度プラズマを発
生させるためのプラズマ室、４２は、ＥＣＲに必要な磁
場を供給する電磁石であり、４３は反応室、４４はマイ
クロ波（２，４５ＧＨｚ）導入口、４５はプラズマ源と
なるガスの導入口、４６は下地基板（単結晶形成用基板
）、４７は基板ホルダーで、基板加熱が可能となってい
る。

４８．４９，５０．５１は原料の入った気化器で、５２
はキャリアガス（Ｎ２）の導入口である。

５３は反応室を強制排気するためのポンプ（タボ分子ポ
ンプあるいは拡散ポンプ）につながっている排気口であ
る。

まずプラズマ室４１および反応室２３内を４×１０７Ｔ
ｏｒｒまで減圧して、吸着ガス等を除去する。

次にプラズマ室４１に導入口４５からプラズマ源となる
酸素（流量２０ｃｃ／分）を導入し、導入口４４より、
２．４５ＧＨｚのマイクロ波を５００Ｗ印加して、電磁
石により磁界強度を８７５ガウスとすることにより、Ｅ
ＣＲプラズマを発生させる。

その際、電磁石４２による発散磁界により発生したプラ
ズマは、プラズマ室４１より反応室４３に引き出される
。また、気化器４８．４９．５０５１にそれぞれ、鉄ア
セチルアセトナト、ビスマスアセチルアセトナト　イソ
トリウムジピハロイドメタン、アルミニウムアセチルア
セトナトを入れておき、それぞれ１３０°Ｃ，１２０°
Ｃ，１００°ＣｌＯ３°Ｃに加熱し、その蒸気を窒素キ
ャリア（流量それぞれ１．０ｃｃ／分）とともに反応室
４３内に導入し、５００°Ｃに加熱された基板４６上に
流して約３０分間反応させた。なお成膜時の真空度は、
１、９　Ｘ　１０′４Ｔｏｒｒであった。

得られた膜を解析した結果、膜組成りｉ２゜Ｙｏ、ｓ　
Ｆ　Ｃ３，８Ａｆｆ＋、ｚ　＞、２で、ガーネット型の
単結晶構造をしていた。

次に波長７８０ｎｍでのファラデー回転角を測定したと
ころ４．１ｄｅｇ／μｍであった。この結果を表１試料
番号１に示す。以下同様にして、他の金属化合物を用い
た場合、あるいは、実施例２，３で得られた単結晶形成
用基板等を変えて、ガーネット単結晶膜を作成した。そ
の結果を表１の試料番号２〜５に示す。

（以　下　余　白） ■ 実施例５本発明の実施例５を第３図、第４図に沿って説明する。

実施例２で作成された単結晶形成用基板金型（鋸歯状ス
タンパ）を２枚用意しく内１枚は、鋸歯状溝のない平面
型でも良い）第３図（ａ）に示すように、組成がＳｉＯ
□７３重量％、Ｎａ２Ｏが１６．５重量％、Ａ＃！２０
３が１重量％、ＣａＯが５重量％、ＭｇＯが３．５重量
％から成るガラス板（１０ｍｍ角、厚さ３ｍｍ）をスタ
ンバの間にはさみ込んで７８０°Ｃに加熱しながら加圧
し、（圧力２ｋｇ　／　ｃｒＭ　）冷却後ガラス板を取
り出した。

次にこの鋸歯状の溝が付いたガラス基板［第３図（ｂ）
］（単結晶形成用基板）を用いて超伝導単結晶膜を形成
する工程を第４図を参照しながら説明する。

第４図は、ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置の概略図を示して
いる。第４図において、４１はＥＣＲの高密度プラズマ
を発生させるためのプラズマ室、４２はＥＣＲに必要な
磁場を供給する電磁石であり、４３は反応室、２４はマ
イクロ波（２，４５０＋−１ｚ）導入口、４５はプラズ
マ源となるガス（酸素）の導入口、４６は下地基板（単
結晶形成用基板）、４７は基板ホルダーで、基板加熱が
可能となっている。４８，４９，５０．５１は原料の入
った気化器で、４２はキャリアガス（Ｎ２）の導入口で
ある。４３は反応室を強制排気するためのポンプ（ター
ボ分子ポンプあるいは、拡散ポンプ）につながっている
排気口である。

まずプラズマ室４１および反応室４３内を４×１０７Ｔ
ｏｒｒまで減圧して、吸着ガス等を除去する。

次にプラズマ室４１に導入口４５からプラズマ源となる
酸素（流量２０ｃｃ／分）を導入し、導入口４４より、
２．４５　ＧＨｚのマイクロ波を５００Ｗ印加して、電
磁石により磁界強度を８７５ガウスとすることにより、
ＥＣＲプラズマを発生させる。の際、電磁石４２による
発散磁界により発生したプラズマは、プラズマ室４１よ
り反応室４３に引き出される、また気化器４８，４９，
５０．５１にそれぞれ銅ジピバロイルメタン〔Ｃ１１（
ＣＩＩＨＩ９０２）２）　、カルシウムジピバロイ）’
ｖｊタフ　１：ｃａ（ＣＩＩＩ１１９０２）２）　ｌ　
ストロンチウムジピバロイルメタン（Ｓｒ（ＣｚＨ＋ｑ
Ｏ□）２ビスマスジピバロイルメタン（Ｂｉ（Ｃ＋＋Ｈ
＋ｑＯ□）３〕を入れておき、それぞれ１０５°Ｃ，１
３０°Ｃ１３５°Ｃ，１００°Ｃに加熱し、その蒸気を
窒素キャリア（流量それぞれ１．０ｃｃ／分）とともに
反応室４３内に導入する。導入された蒸気をプラズマ室
４１内より引き出された活性なプラズマに触れさせるこ
とにより、６０分間反応を行ない鋸歯状溝の付いたガラ
ス基板４６上に成膜した。

なお成膜時の基板温度は、４００　’Ｃで一定であった
。また成膜時の真空度は、３．５　Ｘ　１０４Ｔｏｒｒ
であった。

得られた膜を解析した結果、ペロブスカイト系の単結晶
構造を持ち、４端子法による超伝導の転移温度は、１２
４°にであった。

この時の結果を表２の試料番号１に示す。以下同様にし
て、気化器に入れる材料（蒸発原料）を変えた時の膜の
解析結果および、超伝導転移温度を表２の試料番号２〜
３に示す。

発明の効果以上性べてきたように、本発明によれば、きわめて生産
性良く単結晶作成用の基板（格子状溝付き基板）が作成
でき、しかもこの基板（ガラス製）を用いれば、従来の
ように高価な単結晶の基板を用いずに単結晶膜および単
結晶基板が得られるものであり、産業上きわめて有益な
発明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は単結晶膜を形成するだめの基板を作成する金型
（スタンパ−）の製造工程の断面図、第２図は第１図と
同様に単結晶膜を形成するための基板を作成する金型の
製造工程図、第３図は単結晶膜を形成するだめの基板を
作成する工程の断面図、第４図は単結晶形成用基板上に
ＥＣＲプラズマＣＶＤ法によって単結晶膜を形成するた
めのＥＣＲプラズマＣＶＤ装置の概略図である。〕１・・・・・・母材（超硬合金、サーメッ）Ｌ１２・
・・・・・イリジウム合金膜、１３・・・・・・フォト
レジスト。代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名へ　　囮Ｌ′Ｆａ＠巌佃ｑ柵Ｖ区た−　１１’を旧マｐ −ｃｕ　　ｏ’）０）　〜　〜区Ｏつｑコｒｂ＄

Claims

【特許請求の範囲】

（１）イリジウム（Ｉｒ）合金膜でコーティングされた
タングステンカーバイト（ＷＣ）、あるいはクロムカー
バイト（Ｃｒ＿３Ｃ＿２）を含有する超硬合金もしくは
サーメット上にリソグラフィー法により矩形波状、格子
点状あるいは、鋸歯状の格子を設けたことを特徴とする
単結晶形成基板用金型。
（２）超硬合金あるいは、サーメット上にコーティング
されたイリジウム合金膜が、イリジウム（Ｉｒ）−白金
（Ｐｔ）合金、イリジウム（Ｉｒ）−ロジウム（Ｒｈ）合金、イリジウム（Ｉｒ）
−オスミニウム（Ｏｓ）合金、イリジウム（Ｉｒ）−レ
ニウム（Ｒｅ）合金のうちのいずれか一種の合金である
ことを特徴とする請求項（１）記載の単結晶形成基板用
金型。
（３）リソグラフィー法が、電子ビームリソグラフィー
法であることを特徴とする請求項（１）記載の単結晶形
成基板用金型。
（４）矩形波状、格子点状あるいは、鋸歯状の格子が設
けられた一対金型を加熱し、これら一対の金型の間にガ
ラスをはさみ込んで、上記一対の金型を上下から圧力を
加えて上記金型の格子形状をガラス上に転写した単結晶
形成用基板。
（５）矩形波状、格子点状あるいは、鋸歯状の格子が設
けられた基板上に化学蒸着法（ＣＶＤ法）にてガーネッ
ト単結晶膜を設けた単結晶基板。
（６）矩形波状、格子点状あるいは、鋸歯状の格子が設
けられた基板上に化学蒸着法（ＣＶＤ法）にて、銅（Ｃ
ｕ）−カルシウム（Ｃａ）−ストロンチウム（Ｓｒ）−
酸素（Ｏ）−Ｍ〔ただしＭは、ビスマス（Ｂｉ）、鉛（
Ｐｂ）タリウム（Ｔｌ）のうちのいずれか一種の元素〕
系単結晶膜を設けた超伝導単結晶基板。