JPH02196008A

JPH02196008A - 多源蒸着装置

Info

Publication number: JPH02196008A
Application number: JP1013921A
Authority: JP
Inventors: Akira Tsukamoto; 晃塚本; Toshiyuki Aida; 会田　敏之; Kazushige Imagawa; 今川　一重; Tokumi Fukazawa; 深沢　徳海; Katsumi Miyauchi; 宮内　克己
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-01-25
Filing date: 1989-01-25
Publication date: 1990-08-02

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〕本発明は多源同時蒸着装置に関するものであり、特に液
体窒素温度以上の臨界温度をもつ酸化物系高温超電導体
の薄膜の作製に関する。

〔従来の技術〕

１９８６年にＢ　ｅｄｎｏｒｚとＭｕｌｌｅｒによって
発見された臨界温度３０にの（Ｌａ、Ｂａ）２Ｃ：ｕｏ
、酸化物超電導体に続いて、１９８７年には臨界温度が
液体窒素温度以上の９０にクラスのＭＢａ、Ｃｕ、００７−８（はＹ、Ｅｒ、Ｅｕなど希土
類元素、１９８８年には臨界温度が１００Ｋ以上のＢ　
ｉ　−Ｓ　ｒ　−Ｃａ　−Ｃｕ　−０系超電導体及びＴ
　Ｑ　−Ｂ　ａ　−Ｃａ　−Ｃｕ　−０系超電導体が発
見されている。これらの高い臨界温度をもつ酸化物超電
導体は様々な産業分野への応用が期待され、薄膜化や線
材化に対して多くの研究が行なわれている。薄膜の作成
には蒸着法やスパッタ法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｎ＋１ｃａｌ
　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐａｓｉｔｉｏｎ）法などがあるが
、これまでに発見されている高温酸化物超電導体はいず
れも３種類以上の金属元素を含む酸化物であり、各々の
成分の蒸着量を制御できる多源同時蒸着法は有力な成膜
法と考えられている。従来の技術としては３源の反応性
同時蒸着による臨界温度９０Ｋ、臨界電流密度が７７に
で４　Ｘ　１０”Ａ　／　ｃ＠”のＹＢａ、Ｃｕ、Ｏ，
−５超電導薄膜の作成が、ジャパニーズ・ジャーナル・
オブ・アプライド・フィジックス、　Ｖｏｌ、２７　（
１９８８）　Ｌ９１頁からＬ９３頁（Ｊ　ａｐａｎｅｓ
ｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ＡｐｐｌｙｅｄＰｈｙｓｉ
ｃｓ　　Ｖｏｌ。２７　　（１９８８）　ｐｐ、Ｌ９１
〜Ｌ９３）で報告されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の同時多源蒸着法では作成した膜中の各金属成分の
比率すなわち組成の制御が非常に困難で再現性も低かっ
た。蒸着源から発生する蒸気流（４２，４，３）は第４
図のように中心線からの角度をθとするｃｏｓｎｅ分布
をする。この分布は蒸発速度に依存しており、蒸着速度
が大きい程、指向性が強くなる。多源蒸着の場合、他の
蒸着源からの干渉を避むづる為にθの大きな所（第５図
）に膜厚モニター１３を設置する必要がある。図中、４
２．４５は蒸着流、４１．４４は蒸着源である。

しかしこの位置では真上にある基板へ飛んでいく量と膜
厚モニターの方へ飛んでくる量とがかなり異なり、その
比率も蒸着速度に依存するため、モニターとしての精度
が低くなるという問題があった。

また同時蒸着の場合、各々の蒸気流が均一に重なり合っ
た所に基板を置くために、蒸発源と基板との距離を大き
くとる必要がある。基板へ堆積する量は基板と蒸発源と
の距離の２乗に反比例するので、同じ厚さの膜を蒸着す
る場合、基板と蒸発源との距離が大きいと原料の減り方
が早いという問題もあった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は第１図に示すように、２個以上の蒸着源４１に
より化合物薄膜を蒸着法により形成する場合に発生する
上記問題点を解決するため、各々の蒸着源をしきり板２
３で分離し膜厚モニター１３への干渉を防ぐと同時に、
各々の成分の蒸着源」二を基板］−２が移動するように
したものである。

第２図は第１図の下半分を上から見た図である。

蒸着源としては電子ビームで原料を加熱するＥ　Ｂ　（
ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｂｅａｍ）蒸着源やるつぼのまわり
にヒーターを巻き加熱するクヌードセン・セル（Ｋセル
）などが用いられる。

本発明で対象とする化合物薄膜としては、特に液体窒素
温度以上の超電導臨界温度（Ｔｅ）を有する酸化物超電
導体の薄膜である。具体的な例としてはＬ　ｎ　Ｂ　ａ
　２　Ｃｕ　３０　ｘ型（ここでＬｎはＹ、Ｌａ。

Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ。

Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅ　ｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｔ、ｕを示す
）のペロブスカイト構造の超電導体とＢ１−８　ｒ−Ｃ
ａ−Ｃｎ−０系、　ＴＱ−Ｂａ＝Ｃ，ａ　−Ｃｕ−０系
、Ｂ１−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−０系やこれらにｐｂを添加
した酸化物超電導体を対象とする。

使用する膜厚計は水晶振動子に膜が堆積してその重量の
増加により振動数が変化することから蒸着量を求める方
式である。多源蒸着の場合、他蒸着源からのまわり込み
があるため、まわり込みの少ない所に膜厚モニターを設
置する必要がある。

しかしそうすると、ｉｉＩ！ｌ定している蒸着源から膜
厚モニターに入ってくる量も減少して設定精度が低くな
る。そこでしきり板により各々の蒸気流を分離し、基板
を堆積速度に対して十分速く、各々の蒸着源の上を移動
さセることで膜厚モニターへの干渉のない同時蒸着を達
成する。しきり板は蒸気流を分離するためのもので、そ
の形状は板状のものでも蒸着源を囲む円筒状のものでも
よい。移動速度としては一周期を一原子層が堆積する時
間より短かくすればよい。

酸素プラズマを利用して酸化物を堆積させる場合のプラ
ズマ源としてはＲＦＭ電による酸素分圧が１．０””Ｔ
ｏｒｒから１０−’　Ｔｏｒｒ台の酸素プラズマや、マ
イクロ波と磁場により生成するＥＣＲ（ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎ　ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ　ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズ
マ（酸系分圧が１０”′３Ｔｏｒｒから１−０−’　Ｔ
　ｏｒｒの範囲）が利用できる。

〔作用〕

しきり板を設けることで膜厚モニターへの他蒸着源から
の干渉がなくなるので、膜厚モニター・を蒸着源の真上
付近に設置できる。このため各々の蒸発速度の測定精度
が高まり、組成の制御が容易になる。しきり板を設置し
た場合、蒸気流の重なり合う位置が存在せず、同時蒸着
は不可能となる。

しかし第３図に示す様に基板を回転させ、その回転速度
が堆積速度に対して十分高速の場合、厳密には積層蒸着
であるか、巨視的には同時蒸着を達成できる。また蒸気
流を重ね合せる必要がなくなるので、基板と蒸着源との
距離を大きくとる必要がなるなる。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例を示す。

第６図は本発明の実施例を示すもので真空槽２６に原料
１９を蒸発させるために３つのにセル１８と１つの電子
銃２１をとり付けである。原料１９の蒸気は回転してい
る回転基板ホルダー１０に取り付けられた基板１２に堆
積する。堆積速度に対して十分高速に基板を回転させる
ことにより、多源同時蒸着が可能である。堆積物の組成
を制御するために各々の蒸発源に対して膜厚モニター１
３を取り付けており、他の蒸発源との干渉を防ぐためし
きり板２３も取り付けている。膜厚モニター１３から膜
厚コントローラー３３を通してにセル・電子銃電Ｆｇ３
２ヘフィードバックをかけることで一定の組成に制御し
ている。また反応ガス導入管１４から導入された反応ガ
スに、マグネトロン１で発生したマイクロ波とマグネッ
ト６で発生する磁界を加えることにより石英放電管５内
で電子サイクロトロン共鳴（Ｅ　１ｅｃｔｒｏｎ　Ｃｙ
ｃｌｏｔｒｏｎＲｅｓｏｎａｎｃｅ　；　Ｅ　ＣＲ）が
起こり、マグネット６で形成されたミラー磁場中に置か
れた基板１２付近に活性化した反応性ガスのプラズマ（
ＥＣＲプラズマ）が生成する。この反応性ガスのプラズ
マと、Ｋセル１８と電子銃２１により生成する原料１９
の蒸気が回転している基板１２上で反応し基板１２上に
化合物薄膜を堆積させる。活性化した反応ガスと反応さ
せることで低温でも結晶性の高い薄膜を形成できる。

第７図は第６図の装置の下半分を上から見たものである
。

第６図の装置を用いてＹＢａ、Ｃｕ３０ｘ超電導薄膜を
作成した結果を示す。原料１９のＹ、Ｂａの金属をにセ
ル１８にそれぞれ入れ、Ｃｕをハース２２に入れた。基
板１２としてＳｉ　（１００）。

ＭｇＯ（１００）、５ｒＴｉＯ３（１１０）を回転基板
ホルダー１０に取り付けた。排気系２８としてターボ分
子ポンプを用い、真空槽２６中を１０−’Ｔ　ｏｒｒま
で引ききった。基板１２をヒーター９で加熱し、温調器
８で基板温度を４００℃から６００℃に設定した。シャ
ッター１１を閉じた状態でＹ、Ｂａ、Ｃｕ、それぞれの
堆積速度をＹ：Ｂａ：Ｃｕの比が１：２：３になるよう
に調整した。この装置ではＹは０．１７人／ｓｅｃ、Ｂ
ａは０．２６人／ｓｅｃ、Ｃｕは０．３０人／ｓｅｅで
ある。

基板１２は１分間に１０〜６０回転で回転させた。

反応性ガスとして高純度（９９，９９％）の酸素を用い
、マグネトロン１から６０Ｗから３６０Ｗ程度のマイク
ロ波を発生させ、マグネット６から発生する臨界（中心
部で１１００　Ｇａｕｓｓ）を加えて放電管５内で酸素
プラズマも生成させた。このときの真空槽２６の圧力は
４　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒから３　Ｘ　１０−’Ｔｏｒ
ｒとした。酸素ガス流量は５．０〜０　、８　ｓｅｃｍ
であった。酸素プラズマとＹ、Ｂａ。

Ｃｕの堆積速度が十分安定した上でシャッター１１を開
いた。この状態で９０分間蒸着を行った。

蒸着終了後シャッター１１を閉じ、Ｋセル、Ｗｔ子銃源
３２．マグネトロン電源３４を切り、基板温度を４００
℃に保ったまま真空槽２６を酸素で大気圧までリークし
た。この状態で３０分保持してから基板を１００℃／ｗ
ｉｎで冷却した。

作成したＹＢａ、Ｃｕ、Ｏｘ薄膜は黒色鏡面で、ＳＥＭ
観察の結果８０００倍に拡大しても凹凸が認められず非
常に平坦であった。Ｘ線回線を用いて結晶構造を調べた
ところ、Ｓｉ　（１００）上では（００１１）（７）ピ
ークと（１１０）（１０３）に対応するピークが表れ多
結晶であることがわかった。Ｍｇ０（１００）では面に
垂直にＣ軸が配向しており、５ｒＴｉＯ，（１１０）で
ＹＢａ、ＣｕａＯｘが基板に対してエピタキシャル成長
していた。いずれの場合もＣ＝１１．６９人と酸素が十
分入った構造をとっていた。電気抵抗の温度依存性の測
定を液体Ｈｅを使って行った所、Ｓｉ、ＭｇＯ。

５ｒＴｉＯ，上の膜はそれぞれ第８図に示すように６０
に、８０に、８７にで電気抵抗がなくなり超電導状態に
転移した。組成の制御性は非常に高く、Ｅ　Ｐ　Ｍ　Ａ
　（ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｐｒｏｂｅ　＋＊１ｃｒｏ　ａ
ｎａｌｉｓｉｓ）で電析した所、±３％以内の精度でＹ
：Ｂａ：Ｃｕ＝１：２：３となっていた、〔発明の効果〕本発明によれば、膜厚モーターへの地膜着源からの干渉
がなく、膜厚モニターの設置場所も制限されないので、
精度良く各々の蒸発量をコントロールできる。

また基板と蒸発源との距Ｈを大きくとる必要がないので
、原料の減少を大幅におさえられる、

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基板橋成を示す図である。第２図は第
１−図の下半分を」−から見た図である。第３図は基板
回転の説明する図である。第４図は蒸気流の状態を示ず
図、第５図は蒸気流の干渉を示す図、第６図は本発明の
装置の実施例を示す図である。第７図は第６図の下半分
を上から見た図である６第８図は第６図の装置を用いて
作成したＹＢａ、Ｃｕ３０、−６超電導薄膜の電気抵抗
の温度依存性を表す図である。１・・・マグネｌ−ロン、２・・・アイソ１ノータ＝３
・・・パワ・−モニター、４・・・導波管、５・・石英
放電管、６．６′・・・マグネット、７・・・モーター
８・・・温調器、９・・・ヒーター、１０・・・基板ホ
ルダー１１・・・シャッター、Ｊ２・・・基板、１３・
・・膜厚モニター、１４・・反応ガス導入管、１５・・
・バルブ。１６・・・マスフローコン１−ローラー、１７・・・反
応カスボンベ、】８・・・Ｋセル、１９・・・原料、２
０・・・ヒーター、２１・・・フィラメン１−５２２・
・・ハース、２３・・・しきり板、２４・・・水冷管。２５・・・チラーユニット、２６・・・真空槽。２７・・・ゲートバルブ、２８・・・排気系、２９・・
・膜厚モニター信号ケーブル、３０・・・Ｋセル電源供
給ケーブル、３】・・・電子銃電源供給ケーブル。３２・・Ｋセル電子銃電源、３３・・・膜厚コントロー
ラー、３４・・・マグネ［・ロン電源、３５・・・真空
ゲー・ジ、４０，４０’・・・蒸気流、４１・・・蒸発
源、４２・・・低蒸発速度の場合の等蒸気密度曲線、４
３・・・高蒸発速度の場合の等蒸気密度曲線、４４・・
地膜発源、４５・・地膜気流の等蒸気密度曲線。第３図

Claims

【特許請求の範囲】１、２個以上の蒸発源を用い、化合物薄膜を蒸着法によ
り形成する場合に、各々の蒸着源をしきり板で分離し膜
厚モニターへの干渉を防ぐと同時に、各々の成分の蒸着
源上を基板が移動することで多元の薄膜を形成する多源
蒸着装置。２、請求項１記載の多源蒸着装置に、酸素のプラズマを
発生させる機構を取り付けた多源蒸着装置。