JPH0238561A - 薄膜形成装置 - Google Patents

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〕 この発明は酸化物薄膜を形成する薄膜形成装置に関する
ものである。

〔従来の技術〕

第５図に、例えば特願昭６３−１１８７６２号明細書に
記載された、オゾンを酸化物として利用する従来の薄膜
形成装置を模式的に示す構成図であり、多元のクラスタ
・イオンビーム法によりＹ−Ｂｅ−Ｃｕ−０系高温超電
導薄膜を形成する場合を示す。

クラスタ・イオンビーム法とに薄膜を作るべく生成した
蒸発材料のクラスタ（塊状原子集団）′（ｉｌ−途中で
イオン化し、基板に向って加速することによって、基板
上に薄膜を形成するものである。

第６図はこのクラスタ・イオンビーム装置全実現する要
部の一部切り欠き斜視図である。第５図及び第６図にお
いて、ｔｌｌｉポンプ（１ａ）により排気される真空槽
、（２）ニ蒸発材料（３）であるイツトリウム（Ｙ）、
バリウム（Ｂａ）、及び銅（Ｃｕ）を充填し加ヤーする
ためのるつぼ、（５）はるつぼ（２）に設けられたノズ
ル、ｔ４１ｆｄるつぼ（２）全加熱するための加熱用フ
ィラメント、（６）はノズル（６）より噴出した蒸発材
料（３）の蒸気が断熱膨張を起こすことにより形成され
たクラスタ、１７＋ｉ’ｆクラスタ［６ｊ　′！ｉｌ−
イオン化するための電子を放出するイオン化フイラメン
）、１８１ｉ薄膜を形成するための基板、（９）はクラ
スタ・イオンを加速するだめの加速電極、［１０）　ｉ
ｌ’ｌｉ各蒸発材料（３）の基板（８）上への蒸着速度
をモニターするための蒸着速度モニター、（Ｉｌ＋はオ
ゾンを基板（８）上へ照射するためのオゾン導入機構、
Ｈは基板（８）を高説に加熱するための基板加熱機構、
α（至）はクラスタ・イオンビーム（ＩＣＢ）源、α舶
は高気圧放電を用いたオゾン発生機構（オゾン発生源）
である。

次に動作について説明する。到達真空圧力ｌ×１０５Ｔ
ｏｒｒ以下に保たれた真空槽＋１１内に設置され、高融
点金属又はグラファイト等で製作されたるつぼ（２）内
に各々蒸発材料（３）である金属イツトリウム（Ｙ）、
バリウム（Ｂａ　）及び銅（Ｃｕ）を入れ、るつぼ（２
）を１０００〜２５００℃程度に加熱された加熱用フィ
ラメント（４）からの輻射熱又は放射電子のエネルギー
によって９００〜２０００°Ｃ程度に加熱する。加熱さ
れた蒸発材料（３）であるイツトリウム、バリウム、及
び銅は蒸気化し、るつぼ（２）内で帆１〜１０Ｔｏｒｒ
程度の圧力の蒸気となる。この圧力の蒸気はるつぼ（２
）に設けられたノズル（６）から基板（８）の方向に向
かって真空槽ｉｌｌ内に噴射される。この時、各蒸発゛
材料（３）の蒸気に断熱膨張によって塊状原子集団（ク
ラスタ）（６）となる。こうしてできた各蒸発材料のク
ラスタ（６）にイオン化フィラメント（７）から放出さ
れる電子を衝撃することによってクラスタ（６）の一部
をイオン化する。このイオン化したそれぞれのクラスタ
（６１ハ加速電極（９）によって１０ｋＶ以下のエネル
ギーで加速されて、イオン化されていない中性クラスタ
（６）とともに基板（８）上に到達する。基板（８）−
ヒに到達し蒸着する各蒸発材料（３）の蒸着速度に、各
元素毎に設けられた蒸着速度モニター（１０）により計
測される。この時、オゾン発生機構０４）より発生した
オゾンに、オゾン導入機構（１１）により基板（８）上
に直接噴射されるため、基板（８）の近傍は高濃度のオ
ゾン雰囲気となる。更に基板（８）に基板加熱機構０２
）により１５０℃〜９００℃程度の高温となるため、オ
ゾン基板（８）上で酸素原子と酸素分子に分解する。酸
素原子は酸素分子と比較した場合は言う１でもなくオゾ
ンと比べても反応活性であり、蒸発材料（３）であるイ
ツトリウム、バリウム、及び銅と容易に反応を起こし、
基板（８）上にペロブスカイト構造を有するＹＢａ２　
Ｃｕ３０７−Ｘの高温超電導薄膜が形成される。オゾン
を導入した場合の、基板（８）周辺の圧力は高く保たれ
るが、真空槽ｉｌｌ内のるつぼ（２）周辺に３Ｘ１０−
４　Ｔｏｒｒ以下の低い圧力に保たれている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の薄膜形成装置は以上のように構成されているので
、基板温度が約１５０℃以下と低い場合には、オゾンが
基板（８）上で酸素分子と、オゾンより反応活性な酸素
原子に容易に分解されないため、蒸発材料（３）である
イツトリウム及びバリウム、銅が酸化反応を起しにくい
という問題点があった。

従って、上述のように基板を高温に加熱しなければなら
ないが、形成される薄膜によっては、基板を闇温にする
と、逆に膜の品質が悪くなるものもあった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、基板温度が約１５０℃以１と低い場合でも、
蒸発材料（３）が基板（８）上で効率よく酸素と反応を
起こすことができ、品質のよい薄膜が得られる薄膜形成
装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る薄膜形成装置に、オゾンを分解して真空
槽内に導入し、基板上に酸化物薄膜全形成するものであ
る。

〔作用〕

この発明における薄膜形成装置は、基板上へオゾンを分
解して噴射する機構を有しており、基板上へにオゾンよ
りさらに反応活性な酸素原子が照射され、これにより基
板温度が、Ｆｌ　１５０℃以下と低い場合においても、
蒸発材料が基板上で効率よく酸素と反応を起こす。

〔実施例〕

第１図ないし第３図は各々この発明の一実施例による薄
膜形成袋ｆを示し、図において、ｇＩＪ５図及び第６図
と同一符号に同一の部分を示す。００はオゾン導入機構
（＋１１から基板（８）上へ噴射されるオゾンを熱分解
する分解室、０６にこの分解室ａωのまわりに取り付け
られ、分解室（Ｉ６）を加熱する加熱ヒーターであり、
これら分解室（＋５１及び加熱ヒーター（１６）により
、オゾン導入機構（ＩＩＩから噴射されるオゾンを酸素
原子と酸素分子に分解するためのオゾン分解機構Ｏηが
構成されている。

次に動作について説明する。この実施例においても、ク
ラスタの発生に従来のものと全く同様に行われる。した
がって、ここてにオゾン分解機構０１′ｌを有する場合
の基板（８）上における蒸発材料（３）の酸化反応の効
率についての説明を行う。

第１図及び第２図に示されているように、オゾン分解機
構０１１に、加熱ヒーターα６）により１５０℃〜８０
０°Ｃの高温に加熱された分解室（１５）を有している
。

オゾン導入機構（１１）より噴射され、分解室０５）を
通過するオゾンは加熱された分解室（１６）内の壁との
衝突、または壁からの輻射により加熱され、酸素分子と
オゾンよりさらに反応活性な酸素原子に分解され、基板
（８）上に照射される。これにより、基板温度が約１５
０℃以下と低く、上記温度では基板（８）上においてオ
ゾンが容易に分解されない場合においても、蒸発材料（
３）であるイツトリウム、バリウム及び銅は反応活性な
酸素原子と反応することができる。

これにより、オゾン導入機構（１１）より導入されるオ
ゾンの量が同じであっても、オゾン分解機構Ｑ′ｆＩを
有している場合ＶＣ１−ｊ、より効率よく酸化反応が起
こり、基板（８）上にペロブスカイト構造を有するＹＢ
ａ　２Ｃｕ３０７−ｘの高温超電導薄膜が高品質でかつ
高速に形成される。

なお、分解室（１５）の構造として、第３図に示すよう
に、壁の表面積を多くし、オゾンの壁との衝突あるいは
壁から受ける輻射熱を多くするため、分解室内を壁で細
分したり、メツシュを張ったりするとオゾンを分解する
のに効果的である。

なお、上記実施例では、オゾン分解機構αηとして、分
解室（１５）の１わりに加熱ヒーターθ６）を設置した
ものを示したが、％４図に示すように、直接オゾン導入
機構（１１）のまわりに加熱ヒーター（ｌｆｌｆｌ全設
置してもよい。

また、上記実施例では、熱を利用してオゾンを分解する
装置を示したが、分解室（１６）内に電極を設置し、電
圧全印加することにより、オゾン雰囲気の中で放電を起
こさせて、オゾンを分解させてもよく、上記実施例と同
様の効果を奏する。

更に、上記実施例でに、基板（８）の温度が約１５０°
Ｃ以下と低い場合を示したが、基板（８）の温度が１５
０℃〜９００℃と高くてもよく、この場合にはオゾン分
解機構（＋７）で分解されなかったオゾンが、基板（８
）上で酸素分子と、オゾンよりさらに反応活性な酸素原
子に分解し、上記実施例より多くの酸素原子が生成され
る。これにより蒸発材料（３）に基板（８）上において
いっそう効率よく酸化反応を起こすため、上記実施例と
同等以上の高品質な高温超電導薄膜をより高速度で形成
できる。

また、上記実施例では、ＩＣＢ装置にオゾン分解機構０
７）を設けたものを示したが、真空蒸着装置やイオンビ
ームスパッタ装置等、他の薄膜形成装置に設けてもよく
、上記実施例と同様の効果を奏する。

更に、上記実施例では、多元素酸化物であるＹ−Ｂａ−
Ｃｕ−０系高温超電導薄膜形成へ適用した場合の例を示
したが、他の多元素酸化物及び単元素酸化物形成へも適
用でき、上記実施例と同様の効果を奏する。

また、上記実施例では分解されたオゾンを基板上に噴射
するようにしたが、分解されたオゾンを真空槽内に導入
して、真空槽内をオゾン雰囲気としてもよい。

また、オゾン分解機構０７）を真空槽ｔ１）内にあるオ
ゾン導入機構（１１）のオゾン噴射口部分に設けたが、
真空槽外部に設け、オゾン発生源θ４）より発生するオ
ゾンを分解してからオゾン導入機構（１１）により真空
槽（１）内へ導くようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、オゾン全分解して、真
空槽内に導入し、基板上に酸化物薄膜を形成するように
したので、基板上に到達するオゾンげ、すでにオゾンよ
りさらに反応活性な酸素原子に分解しているため、基板
を加熱せず、基板温度が低くても、即ちオゾンが基板上
で分解しない場合にも蒸発材料は酸素原子と直接反応で
き、高品質な薄膜が形成できる。また、従来と同一オゾ
ン導入量であっても、より高速に酸化反応が起き、高速
で薄膜が形成できる効果がある。

また、基板を加熱して薄膜を形成できないようなものに
対しても基板を加熱することなく、品質のよい酸化物薄
膜が形成できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は各々この発明の一実施例による薄膜
形成装置を示す部分構成図及び構成図、＠３図にこの発
明の一実施例に係る分解室を示す斜視図、第４図はこの
発明の他の実施例による薄膜形成装置を示す部分構成図
、並びに第５図及びｇＩＪ６図は各々従来の薄膜形成装
置を示す構成図及び要部の一部切欠き斜視図である。 １１＋・・・真空槽、（３）・・・蒸発材料、（８）・
・・基板、（１１）・・・オゾン導入機構、Ｑ３１・・
・クラスフ・イオンビーム源、（Ｉ舶・・・オゾン発生
源、０５１・・・分解室、（１６’ｌ・・・加熱ヒータ
、（＋７）・・・オゾン分解機構。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 真空槽、この真空槽内に設置された蒸発材料の蒸発源、
   オゾンを発生するオゾン発生源、及び上記オゾン発生源
   から発生したオゾンを分解して上記真空槽内へ導入する
   オゾン分解導入機構を備え、上記真空槽内に設置された
   基板上に酸化物薄膜を形成する薄膜形成装置。