JPH06219894A - レーザ蒸着膜作製装置 - Google Patents
レーザ蒸着膜作製装置Info
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- JPH06219894A JPH06219894A JP5031093A JP3109393A JPH06219894A JP H06219894 A JPH06219894 A JP H06219894A JP 5031093 A JP5031093 A JP 5031093A JP 3109393 A JP3109393 A JP 3109393A JP H06219894 A JPH06219894 A JP H06219894A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 レーザ蒸着法における平滑膜を容易に得る
ことのできるレーザ蒸着膜作製装置を提供する。 【構成】 基板５がその表面がレーザ光１のターゲット
３上の焦点２の位置から直接見えない位置に配置されて
おり、かつ基板５とガス導入口４は、レーザ光１がター
ゲット３に照射されたときに導入ガス中で起こるプラズ
マ９中を通して基板５の表面に吹き付ける位置に配置さ
れていることを特徴としている。
ことのできるレーザ蒸着膜作製装置を提供する。 【構成】 基板５がその表面がレーザ光１のターゲット
３上の焦点２の位置から直接見えない位置に配置されて
おり、かつ基板５とガス導入口４は、レーザ光１がター
ゲット３に照射されたときに導入ガス中で起こるプラズ
マ９中を通して基板５の表面に吹き付ける位置に配置さ
れていることを特徴としている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ蒸着法における
平滑膜を得るための膜作製装置に関するものである。
平滑膜を得るための膜作製装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】１９８６年に発見されたＬａ1-x Ｍx Ｃ
ｕＯ4-y （Ｍ：Ｓｒ、Ｂａ、０＜ｘ＜１）は、超伝導転
移温度が３０〜４０Ｋと従来の金属超伝導体のＴｃと比
較して著しく高いことから、酸化物超伝導体の探索が進
められ、Ｔｃ〜９０Ｋを有するＬｎＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 酸
化物超伝導体（Ｌｎ：Ｙおよび、ランタニド元素）、Ｔ
ｃ〜１１０Ｋを有するＢｉＳｒＣａＣｕＯx 系酸化物超
伝導体、Ｔｃ〜１２０Ｋを有するＴｌＢａＣａＣｕＯx
系酸化物超伝導体の発見が相次いだ。これらの新しい、
いわゆる高温超伝導体の出現とともに、エレクトロニク
スデバイスの応用に向けて、上にあげた高温超伝導体薄
膜の研究が活発化した。超伝導薄膜の作製方法の１つに
レーザ蒸着法がある。このレーザ蒸着法について図３を
もって説明する。
ｕＯ4-y （Ｍ：Ｓｒ、Ｂａ、０＜ｘ＜１）は、超伝導転
移温度が３０〜４０Ｋと従来の金属超伝導体のＴｃと比
較して著しく高いことから、酸化物超伝導体の探索が進
められ、Ｔｃ〜９０Ｋを有するＬｎＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 酸
化物超伝導体（Ｌｎ：Ｙおよび、ランタニド元素）、Ｔ
ｃ〜１１０Ｋを有するＢｉＳｒＣａＣｕＯx 系酸化物超
伝導体、Ｔｃ〜１２０Ｋを有するＴｌＢａＣａＣｕＯx
系酸化物超伝導体の発見が相次いだ。これらの新しい、
いわゆる高温超伝導体の出現とともに、エレクトロニク
スデバイスの応用に向けて、上にあげた高温超伝導体薄
膜の研究が活発化した。超伝導薄膜の作製方法の１つに
レーザ蒸着法がある。このレーザ蒸着法について図３を
もって説明する。
【０００３】図３中、１はレーザ光、２はレーザ光の焦
点、３はターゲット、４はガス導入パイプのガス導入
口、５は基板、６は雰囲気の酸素、７はレーザ照射によ
り発生したプラズマ状の原子、低級酸化物等（以下、ま
とめて言うときはプラズマ状の原子という）、８は粒の
原因となるターゲット３から発生した溶融物の粒、９は
レーザ光１照射によりターゲット３から発生したプラズ
マ、１０はレンズ、１１は蒸着チャンバ、１２はビュー
ポート、１３は基板ヒータである。例えば、エキシマレ
ーザ光１をレンズ１０で集光し、蒸着チャンバ１１のビ
ューポート１２を通して、例えば、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx
燒結体のターゲット３に照射する。照射されたターゲッ
ト３の一部はエキシマレーザ光１により励起されて、酸
素６中でプラズマ９化し、対向する基板ヒータ１３上で
熱せられている基板５上に堆積される。これにより超伝
導薄膜を得る方法である。レーザ蒸着法は高酸素圧力中
で蒸着が可能、かつ薄膜の組成がターゲット組成からズ
レないという特徴があり、容易に高超伝導転移温度を持
つ超伝導薄膜が実現できるという利点を有する。
点、３はターゲット、４はガス導入パイプのガス導入
口、５は基板、６は雰囲気の酸素、７はレーザ照射によ
り発生したプラズマ状の原子、低級酸化物等（以下、ま
とめて言うときはプラズマ状の原子という）、８は粒の
原因となるターゲット３から発生した溶融物の粒、９は
レーザ光１照射によりターゲット３から発生したプラズ
マ、１０はレンズ、１１は蒸着チャンバ、１２はビュー
ポート、１３は基板ヒータである。例えば、エキシマレ
ーザ光１をレンズ１０で集光し、蒸着チャンバ１１のビ
ューポート１２を通して、例えば、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx
燒結体のターゲット３に照射する。照射されたターゲッ
ト３の一部はエキシマレーザ光１により励起されて、酸
素６中でプラズマ９化し、対向する基板ヒータ１３上で
熱せられている基板５上に堆積される。これにより超伝
導薄膜を得る方法である。レーザ蒸着法は高酸素圧力中
で蒸着が可能、かつ薄膜の組成がターゲット組成からズ
レないという特徴があり、容易に高超伝導転移温度を持
つ超伝導薄膜が実現できるという利点を有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レーザ
蒸着法には、レーザ光１の照射によりターゲット３から
発生した直径１μｍぐらいの粒が薄膜上に付着するとい
う欠点がある。この粒は下部超伝導薄膜，絶縁膜，上部
超伝導薄膜からなる超伝導接合を作製する場合には、下
部超伝導薄膜上に発生した粒が絶縁膜作製時に絶縁膜を
突き抜けて上部電極部分にまで達する。このような接合
の場合、動作時に電流がこの粒を通って漏れ、接合とし
ての機能を全く果たさないという致命的な問題点があっ
た。この粒はターゲット３に高エネルギーのレーザ光１
が照射されたために、ターゲット３の被照射部の一部が
融け、この溶融物が飛散して、基板上５に到達した結
果、形成されることを本発明者は初めて解析した。本発
明は、レーザ蒸着法における平滑膜を容易に得ることが
でき、膜形成のスピードと均一性を向上できるレーザ蒸
着膜作製装置を提供することを目的とする。
蒸着法には、レーザ光１の照射によりターゲット３から
発生した直径１μｍぐらいの粒が薄膜上に付着するとい
う欠点がある。この粒は下部超伝導薄膜，絶縁膜，上部
超伝導薄膜からなる超伝導接合を作製する場合には、下
部超伝導薄膜上に発生した粒が絶縁膜作製時に絶縁膜を
突き抜けて上部電極部分にまで達する。このような接合
の場合、動作時に電流がこの粒を通って漏れ、接合とし
ての機能を全く果たさないという致命的な問題点があっ
た。この粒はターゲット３に高エネルギーのレーザ光１
が照射されたために、ターゲット３の被照射部の一部が
融け、この溶融物が飛散して、基板上５に到達した結
果、形成されることを本発明者は初めて解析した。本発
明は、レーザ蒸着法における平滑膜を容易に得ることが
でき、膜形成のスピードと均一性を向上できるレーザ蒸
着膜作製装置を提供することを目的とする。
【０００５】本発明では、レーザ蒸着法において、レー
ザ光のターゲット上の焦点から基板の表面が直接見えな
いように基板を配置し、レーザ蒸着チャンバ内に導入す
るガスを前記レーザ光が前記ターゲットに照射されたと
きに起こるプラズマ中を通して基板表面に吹き付けるこ
とを最も主要な特徴とする。従来の作製技術ではターゲ
ットから発生した粒の原因となるターゲットの熔けた溶
融物が基板まで到達する点が異なる。
ザ光のターゲット上の焦点から基板の表面が直接見えな
いように基板を配置し、レーザ蒸着チャンバ内に導入す
るガスを前記レーザ光が前記ターゲットに照射されたと
きに起こるプラズマ中を通して基板表面に吹き付けるこ
とを最も主要な特徴とする。従来の作製技術ではターゲ
ットから発生した粒の原因となるターゲットの熔けた溶
融物が基板まで到達する点が異なる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明にかかるレーザ蒸
着膜作製装置は、基板にガスを吹き付けるガス導入口を
有し、基板はレーザ光のターゲット上の焦点位置から基
板の表面が直接に見えない位置に配置されており、か
つ、基板とガス導入口は、レーザ光がターゲットに照射
されたときに導入ガス中で起こるプラズマ中を通して基
板表面に吹き付ける位置に配置されているものである。
着膜作製装置は、基板にガスを吹き付けるガス導入口を
有し、基板はレーザ光のターゲット上の焦点位置から基
板の表面が直接に見えない位置に配置されており、か
つ、基板とガス導入口は、レーザ光がターゲットに照射
されたときに導入ガス中で起こるプラズマ中を通して基
板表面に吹き付ける位置に配置されているものである。
【０００７】
【作用】本発明においては、レーザ光のターゲット上の
焦点から直接基板表面が見えないように基板が配置され
ているため、ターゲットから発生した質量が酸素分子に
比べて大きい溶融物が基板表面に到達しない。
焦点から直接基板表面が見えないように基板が配置され
ているため、ターゲットから発生した質量が酸素分子に
比べて大きい溶融物が基板表面に到達しない。
【０００８】
〔実施例１〕図１は、本発明の実施例１を説明する図で
あって、図中、１はレーザ光、２はレーザ光の焦点、３
はターゲット、４はガス導入口、５は基板、６は酸素、
７はレーザ光１の照射により発生したプラズマ状の原
子、８は前記ターゲット３から発生した溶融物の粒、９
はレーザ光照射により前記ターゲット３から発生したプ
ラズマ、１０はレンズ、１１は蒸着チャンバ、１２はビ
ューポート、１３は基板ヒータ、１４は前記ターゲット
３上の焦点２から基板表面に一番近い所を結んだ境界線
である。
あって、図中、１はレーザ光、２はレーザ光の焦点、３
はターゲット、４はガス導入口、５は基板、６は酸素、
７はレーザ光１の照射により発生したプラズマ状の原
子、８は前記ターゲット３から発生した溶融物の粒、９
はレーザ光照射により前記ターゲット３から発生したプ
ラズマ、１０はレンズ、１１は蒸着チャンバ、１２はビ
ューポート、１３は基板ヒータ、１４は前記ターゲット
３上の焦点２から基板表面に一番近い所を結んだ境界線
である。
【０００９】この装置を動作させるには、例えば、レー
ザ光１としてＡｒＦエキシマレーザ光をレンズ１０を用
いて集光させ、その焦点２となるところにターゲット３
を配置する。本実施例ではＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx ターゲッ
トを用いた。ターゲット３上に集光したレーザ光１はタ
ーゲット３をプラズマ状の原子７，ＹＯ，ＢａＯ，Ｃｕ
ｏ等の低級酸化物もしくはそれらのラジカル，イオン等
に励起する。この時、一部でターゲット３が融かされる
ため、上述のプラズマ９と一緒にターゲット３の融けた
溶融物８が放出される。ここで、プラズマ９内は原子オ
ーダーの非常に小さな原子７と、数μｍ程度の大きな溶
融物の粒８とが混在した状態となっている。このプラズ
マ９にガス導入口４から酸素６をプラズマ９および基板
５方向に向けて放出する。すると、非常に小さな原子７
は酸素６の分子から基板５方向の運動量を受け取り、１
４で示した境界線から基板５側に入り、基板５に到達す
る。ところが、数μｍ程度の大きなもの、すなわち、溶
融物の粒８は酸素分子と衝突しても、酸素分子との質量
比が大きく違うために、その飛行方向を変えることがな
い。そのため、溶融物の粒８は基板５上に到達できな
い。以上から基板５上にはプラズマ化された原子，低級
酸化物，ラジカル，イオン等のプラズマ状の原子７が堆
積し、粒の原因となる溶融物状の粒８は堆積しない。こ
れにより得られた薄膜は粒のない薄膜となる。
ザ光１としてＡｒＦエキシマレーザ光をレンズ１０を用
いて集光させ、その焦点２となるところにターゲット３
を配置する。本実施例ではＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx ターゲッ
トを用いた。ターゲット３上に集光したレーザ光１はタ
ーゲット３をプラズマ状の原子７，ＹＯ，ＢａＯ，Ｃｕ
ｏ等の低級酸化物もしくはそれらのラジカル，イオン等
に励起する。この時、一部でターゲット３が融かされる
ため、上述のプラズマ９と一緒にターゲット３の融けた
溶融物８が放出される。ここで、プラズマ９内は原子オ
ーダーの非常に小さな原子７と、数μｍ程度の大きな溶
融物の粒８とが混在した状態となっている。このプラズ
マ９にガス導入口４から酸素６をプラズマ９および基板
５方向に向けて放出する。すると、非常に小さな原子７
は酸素６の分子から基板５方向の運動量を受け取り、１
４で示した境界線から基板５側に入り、基板５に到達す
る。ところが、数μｍ程度の大きなもの、すなわち、溶
融物の粒８は酸素分子と衝突しても、酸素分子との質量
比が大きく違うために、その飛行方向を変えることがな
い。そのため、溶融物の粒８は基板５上に到達できな
い。以上から基板５上にはプラズマ化された原子，低級
酸化物，ラジカル，イオン等のプラズマ状の原子７が堆
積し、粒の原因となる溶融物状の粒８は堆積しない。こ
れにより得られた薄膜は粒のない薄膜となる。
【００１０】本実施例では、レーザ光１としてＡｒＦエ
キシマレーザ、ターゲットとして、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx
を用いて説明したが、例えばＢｉＳｒＣａＣｕＯx 系、
ＴｌＢａＣａＣｕＯx 系等の酸化物超伝導体薄膜を用い
ても、他の誘電体酸化物薄膜を用いても、レーザ光１に
よりターゲッ３トからプラズマ９化した原子７等が放出
され、取り除こうとする溶融物の粒８が原子７，低級酸
化物，ラジカル，イオン等よりも質量が十分大きけれ
ば、効果が得られることは言うまでもない。ここでは基
板５の回転については述べなかったが、基板回転が有れ
ば薄膜の均一性が向上するという付加的効果が生じる。
キシマレーザ、ターゲットとして、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx
を用いて説明したが、例えばＢｉＳｒＣａＣｕＯx 系、
ＴｌＢａＣａＣｕＯx 系等の酸化物超伝導体薄膜を用い
ても、他の誘電体酸化物薄膜を用いても、レーザ光１に
よりターゲッ３トからプラズマ９化した原子７等が放出
され、取り除こうとする溶融物の粒８が原子７，低級酸
化物，ラジカル，イオン等よりも質量が十分大きけれ
ば、効果が得られることは言うまでもない。ここでは基
板５の回転については述べなかったが、基板回転が有れ
ば薄膜の均一性が向上するという付加的効果が生じる。
【００１１】〔実施例２〕図２は本発明の実施例２を説
明する図であって、図中、１〜１４は図１と同じ部分を
示し、１５は溶融物しゃへい材を示す。実施例２の説明
として、実施例１との違いを述べる。実施例１では基板
５の裏面を用いて、基板５表面をターゲット３の焦点２
から見えない位置に配置したが、実施例２では、焦点２
から基板５表面が見えないように、すなわち、基板５表
面から離れた位置をプラズマ９が通るように溶融物しゃ
へい材１５を配置し、ガス分子の運動エネルギーにより
プラズマ状の原子７，低級酸化物，ラジカル，イオン等
の原子状のもののみを基板５に吹き付けるようにガス導
入口４を配置した点が実施例２と異なる。
明する図であって、図中、１〜１４は図１と同じ部分を
示し、１５は溶融物しゃへい材を示す。実施例２の説明
として、実施例１との違いを述べる。実施例１では基板
５の裏面を用いて、基板５表面をターゲット３の焦点２
から見えない位置に配置したが、実施例２では、焦点２
から基板５表面が見えないように、すなわち、基板５表
面から離れた位置をプラズマ９が通るように溶融物しゃ
へい材１５を配置し、ガス分子の運動エネルギーにより
プラズマ状の原子７，低級酸化物，ラジカル，イオン等
の原子状のもののみを基板５に吹き付けるようにガス導
入口４を配置した点が実施例２と異なる。
【００１２】この装置の動作方法は実施例１と全く同じ
である。実施例１では、基板５の裏面を用いて溶融物の
飛来を防いでいたが、基板５のターゲット３側の端では
基板５の表面と溶融物の存在する領域とが非常に接近し
ているため、溶融物が基板表面に付着する可能性が高
い。実施例２のように障害物を配し、基板端においても
溶融物が存在する領域との境界線１４が遠いので、溶融
物の粒８が基板５表面に付着しない。
である。実施例１では、基板５の裏面を用いて溶融物の
飛来を防いでいたが、基板５のターゲット３側の端では
基板５の表面と溶融物の存在する領域とが非常に接近し
ているため、溶融物が基板表面に付着する可能性が高
い。実施例２のように障害物を配し、基板端においても
溶融物が存在する領域との境界線１４が遠いので、溶融
物の粒８が基板５表面に付着しない。
【００１３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明かかるレー
ザ蒸着膜作製装置は、基板にガスを吹き付けるガス導入
口を有し、基板は、レーザ光のターゲット上の焦点位置
から基板の表面が直接に見えない位置に配置されてお
り、かつ、基板とガス導入口は、レーザ光が前記ターゲ
ットに照射されたときに導入ガス中で起こるプラズマ中
を通して基板表面に吹き付ける位置に配置されているの
で、雰囲気の酸素分子と衝突して、その飛行方向を基板
方向に変えることのできる酸素分子とほぼ同等の質量を
持つ原子，低級酸化物等は基板に到達するが、その飛行
方向を変えない酸素分子の質量に対して十分に大きい質
量を持つもの、すなわち、粒の原因となるターゲットか
ら飛来する溶融物は基板に到達できないため、溶融物が
固化した粒の無い膜を実現でき、しかも膜形成のスピー
ドや均一性を向上できるという利点がある。
ザ蒸着膜作製装置は、基板にガスを吹き付けるガス導入
口を有し、基板は、レーザ光のターゲット上の焦点位置
から基板の表面が直接に見えない位置に配置されてお
り、かつ、基板とガス導入口は、レーザ光が前記ターゲ
ットに照射されたときに導入ガス中で起こるプラズマ中
を通して基板表面に吹き付ける位置に配置されているの
で、雰囲気の酸素分子と衝突して、その飛行方向を基板
方向に変えることのできる酸素分子とほぼ同等の質量を
持つ原子，低級酸化物等は基板に到達するが、その飛行
方向を変えない酸素分子の質量に対して十分に大きい質
量を持つもの、すなわち、粒の原因となるターゲットか
ら飛来する溶融物は基板に到達できないため、溶融物が
固化した粒の無い膜を実現でき、しかも膜形成のスピー
ドや均一性を向上できるという利点がある。
【図１】本発明の第１の実施例の構成を示す概略図であ
る。
る。
【図２】本発明の第２の実施例の構成を示す概略図であ
る。
る。
【図３】従来のレーザ蒸着法を説明する図である。
１ レーザ光 ２ レーザ光の焦点 ３ ターゲット ４ ガス導入口 ５ 基板 ６ 雰囲気の酸素 ７ プラズマ状原子，低級酸化物 ８ ターゲットから発生した溶融物の粒 ９ レーザ照射によりターゲットから発生したプラズマ １０ レンズ １１ 蒸着チャンバ １２ ビューポート １３ 基板ヒータ １４ レーザ光の焦点から発したプラズマが通る基板表
面側の境界線 １５ 溶融物しゃへい材
面側の境界線 １５ 溶融物しゃへい材
Claims (1)
- 【請求項１】 収束したレーザ光をターゲットに照射し
てプラズマ化し、基板上に薄膜を堆積させるレーザ蒸着
膜作製装置において、 基板にガスを吹き付けるガス導入口を有し、前記基板
は、前記レーザ光の前記ターゲット上の焦点位置から前
記基板の表面が直接に見えない位置に配置されており、
かつ、前記基板と前記ガス導入口は、前記レーザ光が前
記ターゲットに照射されたときに導入ガス中で起こるプ
ラズマ中を通して前記基板表面に吹き付ける位置に配置
されていることを特徴とするレーザ蒸着膜作製装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5031093A JPH06219894A (ja) | 1993-01-28 | 1993-01-28 | レーザ蒸着膜作製装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5031093A JPH06219894A (ja) | 1993-01-28 | 1993-01-28 | レーザ蒸着膜作製装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06219894A true JPH06219894A (ja) | 1994-08-09 |
Family
ID=12321790
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5031093A Pending JPH06219894A (ja) | 1993-01-28 | 1993-01-28 | レーザ蒸着膜作製装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06219894A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0702416A1 (en) * | 1994-09-16 | 1996-03-20 | Sumitomo Electric Industries, Ltd | Method and apparatus for depositing superconducting layer onto the substrate surface via off-axis laser ablation |
-
1993
- 1993-01-28 JP JP5031093A patent/JPH06219894A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0702416A1 (en) * | 1994-09-16 | 1996-03-20 | Sumitomo Electric Industries, Ltd | Method and apparatus for depositing superconducting layer onto the substrate surface via off-axis laser ablation |
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