JPH04311561A - 薄膜形成方法及び装置 - Google Patents

薄膜形成方法及び装置

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JPH04311561A
JPH04311561A JP7635991A JP7635991A JPH04311561A JP H04311561 A JPH04311561 A JP H04311561A JP 7635991 A JP7635991 A JP 7635991A JP 7635991 A JP7635991 A JP 7635991A JP H04311561 A JPH04311561 A JP H04311561A
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JP
Japan
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target
thin film
laser beam
substrate
film forming
Prior art date
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Withdrawn
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JP7635991A
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English (en)
Inventor
Hirohiko Izumi
泉 宏比古
Kazumi Ohata
一実 大圃
Shuichi Fujino
藤野 修一
Tadataka Morishita
忠隆 森下
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.)
KOKUSAI CHODENDO SANGYO GIJUTSU KENKYU CENTER
Hitachi Cable Ltd
Mitsubishi Materials Corp
Ulvac Corp Center
Original Assignee
KOKUSAI CHODENDO SANGYO GIJUTSU KENKYU CENTER
Hitachi Cable Ltd
Mitsubishi Materials Corp
Ulvac Corp Center
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Publication date
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光によるアブレ
ーション現象を利用して基板上に薄膜を形成する方法及
び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、酸化物薄膜、例えば酸化物超伝導
体の製作には薄膜の低温合成が可能なことからレーザス
パッタリング法が利用されている。従来のレーザスパッ
タリング法による酸化物薄膜の形成においては膜表面に
しばしば粒状や板状の異物が形成されることが問題とな
っており、これらに対する対策が応用上での急務となっ
ている(Appl. Phys. Lrtt., Vo
l. 57 (1990) 1814頁参照)。膜表面
に粒状や板状の異物が形成されるのは様々な原因があり
、その一つとして、ターゲットにレーザ光を照射し続け
ることによりターゲットの表面上に紡錘形の構造が形成
されることによるものが知られている(例えば、Thi
n Solid Films.Vol. 191 (1
990)317頁参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、レーザスパ
ッタリング法による酸化物薄膜の形成において仮に膜表
面にしばしば粒状や板状の異物が形成されないように条
件を最適化しても、薄膜を安定して供給し続けるために
はターゲットの表面を常に一定の状態に保つ必要がある
。従って現在ではターゲットを回転する等の方法を用い
て常に新しいターゲット表面部位がレーザ光で照射され
るようにすることが広く取り入れられ、異物形成の防止
が図られている。しかしながら、ターゲットの表面積に
は限界があり、ターゲットの表面を常に一定の状態に保
って連続して長時間成膜を行なうことは困難である。
【0004】そこで、本発明は、このようなターゲット
の表面に関わる問題を根本的に解決して、連続して長時
間にわたり膜表面に異物形成を伴わずに安定して良好に
膜形成を行なうことのできるようにした薄膜形成方法及
び装置を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、雰囲気を調整できるようにした真空容
器内にターゲット、基板支持手段及び基板を加熱する手
段を設け、真空容器に設けたレーザ光導入窓を介してタ
ーゲット上に薄膜形成用レーザ光を照射し、これにより
ターゲット物質を飛散させて基板支持手段で支持された
基板上に薄膜を形成するようにした薄膜形成方法におい
て、加熱手段によりターゲットを少なくとも部分的に溶
融させた状態で薄膜形成用レーザ光を照射してターゲッ
ト物質を基板上に堆積させることを特徴としている。
【0006】また本発明によれば、上記の方法を実施す
る装置としてターゲットを少なくとも部分的に溶融させ
る加熱手段を設けたことを特徴としている。ターゲット
を溶融させる加熱手段は、ターゲットの支持手段に組み
込まれるか或いはターゲット表面上に薄膜形成用レーザ
光とは別個に照射される加熱溶融用レーザ光から成るこ
とができる。
【0007】
【作用】本発明の方法及び装置においては、ターゲット
を少なくとも部分的に溶融させた状態で薄膜形成用レー
ザ光を照射しているので、薄膜形成用レーザ光が連続し
て入射しても表面における好ましくない紡錘状の構造形
成は避けられ、表面状態を常に一定に保つことができる
。溶融状態のターゲットは固体状態と密度的にほとんど
差がないため、薄膜形成用レーザ光の吸収率もほとんど
変わらず、通常のレーザスパッタ法と実質的に同じ条件
で膜形成を行なうことができる。また本発明を酸化物超
伝導体の製作に応用する場合には、ターゲットとして例
えば酸化物系のYBa2Cu3Ox 等を用いた場合に
は、部分溶融状態で融点の高いY2 O3 (2700
℃)等が分離生成して組成ずれを起こす可能性が生じ得
るが、実際にアブレーションされる部分は高々1μm程
度の厚さしか有さないため、相分離した融点の高いY2
 O3 等は沈降してしまい、膜組成そのものには影響
を及ぼさない。
【0008】
【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例に
ついて説明する。図1には、本発明の一実施例による薄
膜形成装置の構成が示されている。図示装置において、
1は真空容器で、この真空容器内には基板支持機構2が
配置されており、基板支持機構2は薄膜の形成される基
板3を支持し、そして内部には基板加熱手段を備えてい
る。また、真空容器1内には基板支持機構2に対向して
ターゲット保持機構4が配置され、ターゲット5を保持
している。ターゲット保持機構4にはターゲット5を少
なくとも部分的に溶融させる加熱手段6が組合されてい
る。加熱手段6は抵抗加熱、誘導加熱、ランプ加熱等の
任意適当な形式のものから成り得る。真空容器1は図示
したようにレーザ光導入窓1aを備え、このレーザ光導
入窓1aを通ってレーザ発振器7からの薄膜形成用レー
ザ光がターゲット5上に入射される。なお図1において
8はガス供給部、9は排気ポンプを表しており、これら
の手段によって真空容器1内は所望の圧力、雰囲気に調
整することができる。
【0009】このように構成した図示装置の動作につい
て説明する。排気ポンプ9及びガス供給部8を作動して
真空容器1内は所望の圧力、雰囲気に調整される。例え
ば酸化物超電導薄膜を形成する場合には、真空容器1内
は酸素雰囲気で0.1Torr 程度の圧力に設定され
る。その後、ターゲット5の加熱手段6によりターゲッ
ト5は加熱(例えばY系超電導体の場合には1000℃
程度)されて溶融状態にされる。この状態において真空
容器1に設けたレーザ光導入窓1aを通してレーザ発振
器7からの薄膜形成用レーザ光が溶融したターゲット5
上に集光して照射される。その結果ターゲット物質から
薄膜形成原子が飛び出し、対向して位置し所定の温度に
設定された基板3上に堆積して、薄膜が形成される。こ
の場合、ターゲット5は溶融状態にあるので、レーザ発
振器7からの薄膜形成用レーザ光がターゲット5上に連
続して入射しても紡錘状の構造を形成することがなく、
ターゲット5の表面状態は常に一定に保たれる。また溶
融状態のターゲット5は固体状態と密度的にほとんど差
がなく、レーザ発振器7からの薄膜形成用レーザ光の吸
収率もほとんど変わらず、通常のレーザスパッタ法と実
質的に同じ条件で膜形成を行なうことができる。さらに
、真空容器1内の圧力は、蒸着法の場合に比較して極め
て高い状態にあるため、ターゲット5の蒸発は実質的に
無視でき、従ってターゲット5における組成変化も無視
できる。
【0010】図2は、本発明の別の実施例を示し、この
場合には図1の装置におけるターゲット5の加熱手段6
の代わりに加熱溶融用レーザ光が利用される。すなわち
図2において、真空容器11内には、内部に基板加熱手
段を備えた基板支持機構12で支持された基板13と、
ターゲット保持機構14で保持されたターゲット15と
が対向して配置されており、また真空容器1には薄膜形
成用レーザ光を導入するためのレーザ光導入窓11a 
と加熱用レーザ光を導入するためのレーザ光導入窓11
b とが図示されたように設けられている。薄膜形成用
レーザ光はレーザ発振器17a で発生され、レーザ光
導入窓11a を介してターゲット15上に入射され、
また加熱用レーザ光はレーザ発振器17b で発生され
、レーザ光導入窓11b を介してターゲット15上に
入射される。これらの両レーザ発振器17a 、17b
 間にはそれらの動作を制御する同期回路10が接続さ
れている。真空容器11内は図1の場合と同様に真空容
器11に連結されたガス供給部18及び排気ポンプ19
によって所望の圧力、雰囲気に調整される。図2に示す
実施例では、まずレーザ発振器17b によって加熱用
レーザ光がターゲット15上に入射され、ターゲット1
5の表面を部分溶融状態にする。この場合加熱用レーザ
光によってターゲット物質が飛散しないようにするため
、照射エネルギ密度は0.5 J/cm2 以下に設定
される。また、加熱用レーザを発生するレーザ発振器1
7b は好ましくは炭酸ガスレーザ、YAG レーザ、
Arレーザ等の赤外領域のレーザ光を発振するものから
成り得る。薄膜形成用レーザ光及び加熱用レーザ光の照
射時期は同期回路10によって制御され、例えば、加熱
用レーザ光の照射は薄膜形成用レーザ光の照射直前(例
えば1μs前)に開始されるように制御され得る。この
実施例による装置は図1の装置と同様に動作させること
ができ、またターゲット保持機構14に加熱手段を設け
る必要がないため、真空容器11内に占める治具の体積
を小さくできるという利点がある。
【0011】図3には、長尺の基板に薄膜を形成するの
に適用した本発明の実施例を示し、真空容器21内には
ロールから成る基板巻取機構22が設けられ、一方のロ
ール22aから他方のロール22b へ長尺の基板23
が巻き取られるようにしている。ターゲット保持機構2
4はターゲット25を、ロール22a 、22b 間を
移行する長尺の基板部分に対向させて保持している。ま
たターゲット物質の長尺の基板23以外への堆積を防止
するため防着板26、27が図示したように配置され、
さらにロール22a 、22b間を移行する長尺の基板
部分を挾んでターゲット25に相対した位置には基板の
加熱手段28が設けられている。この実施例においては
ターゲット25の加熱手段としては図1及び図2に例示
するもののいずれを用いることもできる。
【0012】ところで、本発明の各実施例においては、
ターゲットとして従来から広く用いられていた焼結体タ
ーゲットはもとより、焼結体の得にくい素材でも圧粉体
のまま利用することができる。
【0013】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、ターゲットを少なくとも部分的に溶融させた状態で
薄膜形成用レーザ光を照射するように構成しているので
、原理的にターゲット表面の変性を原因とする膜表面に
おける異物の形成なしに長時間にわたり連続して良好な
薄膜を形成することができ、長尺の基板に対しても応用
することができる。またターゲットを少なくとも部分的
に溶融させた状態にして使用するため、従来焼結体等の
ターゲットが用いられていたものを、焼結体の得にくい
素材の場合でも、圧粉体の状態で利用でき、従ってレー
ザスパッタ法自体の応用範囲を拡げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】  本発明の一実施例を示す概略線図。
【図2】  本発明の別の実施例を示す概略線図。
【図3】  本発明の更に別の実施例を示し、図1及び
図2の平面と直交する方向からみた概略線図。
【符号の説明】
1:真空容器 1a:レーザ光導入窓 2:基板支持機構 3:基板 4:ターゲット保持機構 5:ターゲット 6:ターゲットの加熱手段 7:レーザ発振器 8:ガス供給部 9:排気ポンプ 10:同期回路 11:真空容器 11a :薄膜形成用レーザ光導入窓 11b :加熱用レーザ光導入窓 12:基板支持機構 13:基板 14:ターゲット保持機構 15:ターゲット 16:ターゲットの加熱手段 17a :薄膜形成用レーザ光のレーザ発振器17b 
:加熱用レーザ光のレーザ発振器18:ガス供給部 19:排気ポンプ 21:真空容器 22:基板巻取機構 23:長尺の基板 24:ターゲット保持機構 25:ターゲット 26:防着板 27:防着板 28加熱手段

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】雰囲気を調整できるようにした真空容器内
    にターゲット、基板支持手段及び基板を加熱する手段を
    設け、真空容器に設けたレーザ光導入窓を介してターゲ
    ット上に薄膜形成用レーザ光を照射し、これにより、タ
    ーゲット物質を飛散させて基板支持手段で支持された基
    板上に薄膜を形成するようにした薄膜形成方法において
    、加熱手段によりターゲットを少なくとも部分的に溶融
    させた状態で薄膜形成用レーザ光を照射してターゲット
    物質を基板上に堆積させることを特徴とする薄膜形成方
    法。
  2. 【請求項2】ターゲット物質が酸化物系のYBa2Cu
    3Ox から成り、加熱手段による部分的溶融状態で薄
    膜形成用レーザ光による薄膜形成リングが行われる請求
    項1に記載の薄膜形成方法。
  3. 【請求項3】雰囲気を調整できるようにした真空容器内
    にターゲット、基板支持手段及び基板を加熱する手段を
    設け、真空容器に設けたレーザ光導入窓を介してターゲ
    ット上に薄膜形成用レーザ光を照射し、これにより、タ
    ーゲット物質を飛散させて基板支持手段で支持された基
    板上に薄膜を形成するようにした薄膜形成装置において
    、ターゲットを少なくとも部分的に溶融させる加熱手段
    を設けたことを特徴とする薄膜形成装置。
  4. 【請求項4】ターゲットを溶融させる加熱手段がターゲ
    ットの支持手段に組み込まれている請求項3に記載の薄
    膜形成装置。
  5. 【請求項5】ターゲットを溶融させる加熱手段が、ター
    ゲット表面上に薄膜形成用レーザ光とは別個に照射され
    る加熱溶融用レーザ光から成る請求項3に記載の薄膜形
    成装置。
JP7635991A 1991-04-09 1991-04-09 薄膜形成方法及び装置 Withdrawn JPH04311561A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002241930A (ja) * 2001-02-19 2002-08-28 Hamamatsu Photonics Kk 窒化物薄膜作製方法
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JP2011214059A (ja) * 2010-03-31 2011-10-27 Tama Tlo Ltd 物理蒸着装置及び物理蒸着方法

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