JPH08243380A

JPH08243380A - レーザー蒸着法による薄膜製造方法及び薄膜製造装置

Info

Publication number: JPH08243380A
Application number: JP7074424A
Authority: JP
Inventors: Hideo Itozaki; 秀夫糸崎; Ryuki Nagaishi; 竜起永石
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1995-03-07
Filing date: 1995-03-07
Publication date: 1996-09-24

Abstract

(57)【要約】【目的】酸化物高温超伝導体を用いて信頼性の高いマ
イクロ波・ミリ波デバイス用部材を製造する方法を提供
することを目的とする。【構成】チャンバ内において、第１の表面と、第１の
表面の裏側である第２の表面とを有する平板状の基板に
対して、堆積物質から成るターゲットにレーザーを照射
し堆積物質を昇華させて、基板の第１の表面上と第２の
表面上とに堆積物質の膜を形成する製造方法であって、
（ａ）ターゲットをチャンバ内に配置するステップと
（ｂ）ターゲットの近傍に、第１の表面がターゲットと
対面するように、基板を配置するステップと、（ｃ）基
板を加熱して所定の温度に維持するステップと、（ｄ）
ターゲットにレーザーを照射し、且つ、基板を所定の周
期で反転させて、第１の表面上と第２の表面上に堆積物
質を堆積させるステップとを備えることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザー蒸着法による
デバイスの製造方法に関する。本発明は特に、酸化物高
温超伝導体を用いたマイクロ波・ミリ波デバイス用部材
の製造方法に適する。

【０００２】

【従来の技術】酸化物高温超伝導体のマイクロ波・ミリ
波分野への応用に関して、低損失化、高速化、小型化及
び低消費電力化の観点から、産業上の期待が高まってい
る。

【０００３】酸化物高温超伝導体を用いた各種デバイス
の開発と共に、これを製造する方法としてレーザー蒸着
法が注目されている。レーザー蒸着法では、基板及び堆
積させる物質のターゲットを加熱し、レーザーのパルス
をターゲットに照射することにより、ターゲットの物質
を昇華させて、基板上に堆積させる。

【０００４】桧垣らの報告（電子情報通信学会予稿集、
１９９１年４月２６日、文献１）によれば、酸化物高温
超伝導体であるＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-x（以下、ＹＢＣＯ
と略記する）薄膜をスパッタリングにより堆積させて作
製されたプレーナー型の円盤共振器は、表面抵抗の温度
特性の面で、マイクロ波・ミリ波分野への応用に対して
有望な特性を有することが述べられている。

【０００５】上記文献１にも述べられているように、こ
のような酸化物高温超伝導体の応用には、酸化物高温超
伝導体薄膜の結晶性等の膜質が特に重要である。

【０００６】図５は、上記文献１に記載された共振器の
分解斜視図である。図５に示されるように、上記文献に
よる共振器１００は、円形薄膜１０６及び矩形薄膜１０
７ａ、１０７ｂが表面に形成された誘電体１０８に対し
て、Ａｕ薄膜から成る下部グランドプレーン１０２を表
面に有する下部誘電体１０４が下方から、Ａｕ薄膜から
成る上部グランドプレーン１１０を表面に有する上部誘
電体１１２が上方からそれぞれ、挟む構造を有する。

【０００７】一方、Holzapfel らによれば、ｃ軸配向の
(c-axis oriented )エピタキシャルＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ
_7-x薄膜を、オフ軸(off-axis ) の配置によるレーザー
蒸着法によってＬａＡｌＯ₃とＳｒＴｉＯ₃との（１０
０）面を有する基板の表裏両面に形成したことが報告さ
れている(Holzapfel, B. et.al.,Applied Physics Lett
ers,61(26),pp.3178-3180,28 Dec 1992 、文献２) 。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記文献１の共振器で
は、１枚の酸化物高温超伝導体薄膜を有する誘電体に対
してグランドプレーン用導体膜を形成した２枚の誘電体
で挟む構造であるため、これら誘電体同士の密着度が多
少たりとも変化すれば、高周波特性に敏感に影響する。
そのため、高周波特性に関する信頼性の点で、実用的な
共振器の構造とは必ずしも言えない。

【０００９】また、上記文献２では、１枚の誘電体基板
に対して表裏両面に酸化物高温超伝導体薄膜を形成する
可能性を示唆することにより、１枚の誘電体基板内に共
振器とグランドプレーンとを包含させて、文献１に代表
される問題点を解決しようとしている。しかし、文献２
では、上記の可能性を示唆するのみにとどまっており、
具体的に表裏両面に品質の高い膜を形成する方法に関し
ては何等言及されていない。

【００１０】本発明は、上記の状況に鑑みてなされたも
のであり、酸化物高温超伝導体を用いて信頼性の高いマ
イクロ波・ミリ波デバイス用部材を製造する方法を提供
することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の薄膜製造方法
は、（ａ）ターゲットをチャンバ内に配置するステップ
と（ｂ）ターゲットの近傍に、第１の表面がターゲット
と対面するように、基板を配置するステップと、（ｃ）
基板を加熱して所定の温度に維持するステップと、
（ｄ）ターゲットにレーザーを照射し、且つ、基板を所
定の周期で反転させて、第１の表面上と第２の表面上に
堆積物質を堆積させるステップとを備えることを特徴と
する。

【００１２】また、本発明の薄膜製造方法は、堆積物質
を堆積させるステップにおいて、(i) ターゲットとが回
転し、且つ、(ii)ターゲット上へのレーザーが入射する
位置が所定の周期性をもって運動することを特徴として
もよい。

【００１３】また、本発明の薄膜製造方法は、堆積物質
が、酸化物であることを特徴としてもよい。

【００１４】また、本発明の薄膜製造方法は、堆積物質
が、酸化物高温超伝導体であることを特徴としてもよ
い。

【００１５】また、本発明の薄膜製造方法は、堆積物質
が、８５Ｋ以上の超伝導臨界温度を有し且つ０ｔｅｓｌ
ａにおいて７７Ｋでの臨界電流密度が１０⁵Ａ／ｃｍ²
以上である物質であることを特徴としてもよい。

【００１６】また、本発明の薄膜製造方法は、堆積物質
が、ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-xであることを特徴としてもよ
い。

【００１７】また、本発明の薄膜製造方法は、堆積物質
が、Ｔｌ酸化物と、Ｂｉ酸化物とから成る群より選択さ
れることを特徴としてもよい。

【００１８】また、本発明の薄膜製造方法は、基板が誘
電体であることを特徴としてもよい。

【００１９】また、本発明の薄膜製造方法は、基板が、
ＭｇＯと、ＬａＡｌＯ₃と、Ａｌ₂Ｏ₃と、ＳｒＴｉＯ
₃から成る群より選択される物質を備えることを特徴と
してもよい。

【００２０】本発明の薄膜製造装置は、（１）２００℃
の耐熱性を有し内部の減圧が可能なチャンバであって、
（ａ）ターゲットホルダーに支持された、堆積物質から
成るターゲットと、（ｂ）ターゲットに基板の表面が対
面するように、基板を保持する基板ホルダーと、（ｃ）
基板を所定の周期で反転させる反転手段と、（ｄ）基板
を加熱する加熱手段と、（ｅ）ターゲットに所定の角度
でレーザーを入射させるための入射窓と、を内部に備え
るチャンバと、（２）レーザーを発生させるレーザー発
生手段と、レーザー発生手段により発生させたレーザー
をチャンバの入射窓を介してターゲットに所定の角度で
入射させるためのミラーを含む光路系とを備えるレーザ
ー光学系とを備えることを特徴とする。

【００２１】また、本発明の薄膜製造装置は、基板ホル
ダーに接続されて、基板に所定の周期性をもつ運動を与
える基板可動手段を更に備えることを特徴としてもよ
い。

【００２２】また、本発明の薄膜製造装置は、レーザー
光学系のミラーが可動であり、ターゲットへ入射するレ
ーザーの所定の角度が、所定の周期性をもって変化する
ことを特徴としてもよい。

【００２３】また、本発明の薄膜製造装置は、ターゲッ
トホルダーに接続されて、ターゲットに所定の周期性を
もつ運動を与えるターゲット可動手段を更に有すること
を特徴としてもよい。

【００２４】また、本発明の薄膜製造装置は、ターゲッ
ト可動手段の運動が回転運動であることを特徴としても
よい。

【００２５】また、本発明の薄膜製造装置は、レーザー
発生手段が、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー
と、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーと、波長
３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザーとから成る群よ
り選択されることを特徴としてもよい。

【００２６】また、本発明の薄膜製造装置は、基板ホル
ダーが、基板を少なくとも１ヵ所の基板の端部で固定す
ることを特徴としてもよい。

【００２７】

【作用】本発明の薄膜形成方法は、周期的に反転する基
板の近傍に、ターゲットを１つ配置し、ターゲットにレ
ーザーを照射する。従って、基板の両面に厚み分布の無
い良質且つ均質な薄膜を１つのプロセスで形成すること
ができる。反転の周期を調節することにより、表面裏面
の両面に同じ堆積速度で薄膜を形成することが可能とな
る。

【００２８】また、本発明の薄膜製造方法によれば、１
つの基板の上下に導電体又は高温超伝導体層を形成する
ことが可能となるため、高周波特性が良好で且つ信頼性
の高い高周波デバイスを製造することが可能となる。

【００２９】

【実施例】以下、添付した図面を参照して、本発明に従
った実施例を詳細に説明する。尚、これら図面において
は、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を
省略した。尚、各図面においては図示による説明の容易
さを優先させ、縮尺及びディメンジョンを誇張して描か
れている部分が含まれる。

【００３０】（実施例１）本実施例では、酸化物高温超
伝導体にＹＢＣＯ、部材の基板にＭｇＯ単結晶板を用
い、本発明に従った方法によりマイクロ波共振器用の部
材を作製した。図１は、本実施例において作製されたマ
イクロ波共振器用部材の斜視図である。尚、図１は、図
示のし易さのため誇張して描かれており、以下の説明の
数値とは必ずしも一致しない。図１に示されるように、
マイクロ波共振器用部材１０は、誘電体であるＭｇＯ単
結晶板１２の上に、酸化物高温超伝導体であるＹＢＣＯ
から成る円形膜１４と、略矩形膜１６ａ及び１６ｂを有
し、且つ、ＭｇＯ単結晶板１２の下に、同じくＹＢＣＯ
から成るグラウンドプレーン膜１８を有する。誘電体で
あるＭｇＯ単結晶板１２は、長さ２０ｍｍ、幅１０ｍ
ｍ、厚さ０．５ｍｍのサイズを有する。円形膜１４は、
直径５ｍｍ、厚さ０．５μｍのサイズを有する。略矩形
膜１６ａ及び１６ｂはいずれも、長さ７ｍｍ、幅１ｍ
ｍ、厚さ０．５μｍのサイズを有し、それぞれの円形薄
膜との距離（両矢印１７ａ及び１７ｂで示される）は、
共に０．５ｍｍである。グラウンドプレーン膜１８は、
ＭｇＯ単結晶板１２の下面全面に均一な厚さで形成され
ており、その厚さは０．５μｍである。

【００３１】図２は、マイクロ波共振器の断面図であ
り、（ａ）〜（ｆ）の順番で、本実施例でのマイクロ波
共振器の作製の手順を示す。図２を参照して、本実施例
におけるマイクロ波共振器の作製方法の概略を説明して
おく。まず、図２（ａ）に示される誘電体１２の上下に
ＹＢＣＯ膜１４１及び１８１を、同時に形成した（図２
（ｂ）参照）。次に、片方のＹＢＣＯ膜１４１の上面全
面に、フォトレジストを塗布してフォトレジスト層を形
成した（図２（ｃ））。そして、マスクを用いて光露光
を行った後、全体を現像液に浸漬し、ＹＢＣＯ膜の表面
にフォトレジストパターン２０１を形成した（図２
（ｄ））。次いで、ＹＢＣＯをエッチングにより除去
し、パターン２０１に保護されているＹＢＣＯ膜のみを
残した（図２（ｅ）参照、尚、図２（ｅ）〜（ｆ）にお
いては、図１に示される円形膜１４の断面のみが示さ
れ、矩形膜の断面は示されない）。最後に、フォトレジ
ストパターン２０１を除去して、所望のマイクロ波用共
振器が完成した。

【００３２】次に、ＹＢＣＯ膜を誘電体基板の両面に同
時に形成するための装置について、詳細に説明する。本
実施例では、レーザー蒸着法によりＹＢＣＯ膜を、Ｍｇ
Ｏ単結晶から成る基板の表裏両面に同時に形成した。図
３は、本実施例で用いたレーザー蒸着装置の断面図であ
る。以下、図３を参照して、本実施例に用いられたレー
ザー蒸着装置を説明する。

【００３３】図３に示されるように、レーザー蒸着装置
２００は、円筒形のチャンバ２０２を備える。このチャ
ンバ２０２内部で、ＭｇＯ基板へのＹＢＣＯ膜のレーザ
ー蒸着が行われる。チャンバ２０２は、ステンレス（Ｓ
ＵＳ３０４）製の本体２０４と、ＳＵＳ３０４製のリッ
ド２０６とにより、外部から画成される。チャンバ２０
２内部には、ＭｇＯ単結晶から成る誘電体基板２０８を
保持する基板ホルダー２１０と、ＹＢＣＯから成るター
ゲット２１２を保持するターゲットホルダー２１４が包
含される。以下、基板ホルダー２１０の詳細を説明す
る。

【００３４】図６は、本実施例の基板ホルダーを表し、
（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。図６に示され
るように、基板ホルダー２１０は、基板２０８が入る程
度の大きさの溝を有する一方の枠と他方の枠とから成
り、ビス２０９を用いて基板２０８を端面ではさみ込む
構造を有する。

【００３５】図３では、基板２０８はその端面が図示さ
れており、基板２０８の片方の表面は、ターゲット２１
２と対向している。ターゲット２１２と基板２０８との
距離は、５〜１０ｃｍである。

【００３６】図３に示されるように、チャンバ２０２の
内部には、ヒーター２１６が包含され、基板２０８を効
率良く且つ基板温度が均一になるように加熱する。チャ
ンバ２０２は、過熱されないように冷却水により冷却さ
れる。

【００３７】レーザー蒸着装置２００のレーザー光学系
に関して説明する。この装置２００では、レーザーの発
生装置系はチャンバの外部に設けられる。図３に示され
るように、チャンバ２０２には、外部からのレーザーを
チャンバ２０２内に入射させるための、入射窓２２０が
具備される。チャンバ２０２の外部には、レーザー発振
装置２２２と、固定ミラー２２４ａ，２２４ｂと、集光
レンズ２２９と、入射窓２２０への可動式ミラー２２８
とが備えられる。入射窓２２０ａは、厚さ１０ｍｍの合
成石英から成る。レーザー発振装置２２２は、波長２４
８ｎｍのレーザーを発するＫｒＦエキシマレーザー源を
備える。このレーザー源は、波長１９３ｎｍのＡｒＦエ
キシマレーザーであってもよく、波長３０８ｎｍのＸｅ
Ｃｌエキシマレーザーであってもよい。

【００３８】レーザー発振装置２２２から発せられたレ
ーザー（点線２３０で図示）は、固定ミラー２２４ａ，
２２４ｂ及び集光レンズ２２９を介して、可動式ミラー
２２８に入射する。ターゲット２１２の表面に存在する
ＹＢＣＯの各原子は、入射したレーザーのエネルギーを
受けて昇華して、点線２３４に模式的に示されるプルー
ムを形成し、ターゲットを構成する原子は、原子又はイ
オンの状態で移動し、基板２０８へと到達して基板２０
８の表面に堆積される。

【００３９】本発明では、レーザーの進入方向を定める
ミラー２２８が可動であり、ターゲット全面に均一にレ
ーザーが当たるようにした。可動式ミラー２２８は、タ
ーゲットへのレーザーの入射角を周期的に変化させるた
めに、周期性をもつ２軸方向の運動が与えられるよう
に、モーター（図示されず）に接続されている。可動ミ
ラー２２８により反射されたレーザー光は、入射窓２２
０に入射する。従って、ターゲット表面でレーザーの入
射する位置も、２軸方向（垂直方向と水平方向）に変化
する。

【００４０】更にターゲットは、回転機構を備えてお
り、ミラー２２８が１軸方向のみにしか可動ではない場
合にも、ターゲットの全面にわたってレーザーが入射で
きるようになっている。

【００４１】図３に示されるように、レーザー蒸着装置
２２０におけるターゲット回転の機構としては、モータ
ー２３６と、シャフト２３８と、シャフトを保持するチ
ューブ２４０と、カップリング部２４２とが具備され
る。シャフト２３８のチャンバ側末端と、ターゲットホ
ルダー２１４のチャンバ壁側末端とは、それぞれ磁石が
備えられ（図示されず）、モーター２３６により与えら
れた、シャフト２３８ａの回転運動が、磁石による結合
によってターゲットホルダー２１４ａへと伝達される。
このような、磁気カップリング回転導入端子を用いて、
ターゲット２１２は回転される。

【００４２】基板は、ターゲットに対して平行な位置に
配置されるが、基板の表裏両面に薄膜を堆積させるため
に、基板は所定の周期で反転される。チャンバ２０２の
上方には、基板反転のためのモーター２５６が具備され
る。モーター２５６は、基板ホルダー２１０に接続さ
れ、基板を所定の周期で１８０゜反転させる。モーター
２５６はプログラム可能なモーターであり、反転の周期
を自由に調節できる。本実施例では、約１７．５秒間隔
で基板の反転を行った。反転の周期に関しては、基板の
両面に均一な薄膜を形成することができる周期であれば
特に限定されないが、片面全面を成膜する周期での反転
が好ましい。

【００４３】また、可動式ミラー２２８が１軸にのみ可
動である場合でも基板へのＹＢＣＯの堆積が均一に行わ
れるように、基板を垂直方向の一定の軸の方向に往復運
動をさせるモーター２５４もまた、レーザー蒸着装置に
具備されている。

【００４４】以下、本実施例の製造工程を、各工程毎に
説明する。

【００４５】（１：ＭｇＯ単結晶基板両面へのＹＢＣＯ
薄膜の形成（図２（ｂ）参照））この工程では、図３に
示されるレーザー蒸着装置を用い、誘電体であるＭｇＯ
単結晶基板の表裏両面へ、酸化物高温超伝導体であるＹ
ＢＣＯの薄膜を形成した。

【００４６】本実施例では、ＹＢＣＯとして、化学量論
比がＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-xのものを用いた。誘電体基板
には、両面鏡面研磨が施された（１００）面を有するＭ
ｇＯ単結晶板を用いた。このＭｇＯ単結晶基板のサイズ
は、４０ｍｍｘ４０ｍｍｘ０．５ｍｍであった。

【００４７】レーザー蒸着法の条件は、以下の通りであ
る。まず、チャンバ内を１０^-5トールまで減圧した後、
Ｏ₂ガスを流下して、チャンバ内圧力を４００ｍＴｏｒ
ｒに維持した。ヒーターに電力を供給し、基板温度が６
５０〜７００℃に安定するまでその状態を維持する。基
板温度は、予めチャンバ内の基板近傍に熱電対を設置し
て様々なチャンバ内圧力や電力等の条件で温度測定を行
っておき、各条件に対する電力ｖ．ｓ．基板温度の検量
線を求めておくことにより、電力の操作のみで再現性良
く温度の制御が可能となる。次に、２０ｒｐｍでタ−ゲ
ットの回転を開始し、基板野運動を開始した。レーザー
源（ＫｒＦレーザー、波長２４８ｎｍ）に電力を供給
し、約５Ｗのレーザー出力でレーザーを発生させた。こ
の時のレーザーのパルスの周波数は、５Ｈｚであり、各
パルスのレーザーエネルギーは、０．２５Ｊ／pulse で
あった。

【００４８】発せられたレーザーは、全反射ミラー及び
表面に無反射コーティングが施された入射窓を介してチ
ャンバ内に設置されたターゲットに入射する。本実施例
では、ターゲットは一辺が６０ｍｍ、厚みが５ｍｍの直
方体形状であり、ターゲット表面上のレーザーの照射面
積は、１０ｍｍ²（照射領域は２ｍｍｘ５ｍｍ）であっ
た。また、レーザーのレーザーエネルギー密度は、１．
５〜２．０Ｊ／ｃｍ²であり、従って、レーザーエネル
ギーは１５０〜２００ｍＪであった。

【００４９】本実施例では、基板の表面に対して、それ
ぞれターゲットが平行な位置に配置され、入射の角度を
変化させた。図３に示されるように、レーザー照射を受
けたターゲット２１２の表面では、ターゲット表面を構
成するＹＢＣＯが昇華し、点線２３４で示されるような
プルームを形成する。基板への蒸着量は、プルームの中
心部分で最も多く、プルームの中心から外側に向かって
少なくなる。このため、基板及びプルームを固定してい
れば、基板に堆積される薄膜の厚さに分布が生じてしま
う。このような問題を防止するため、本実施例では、ミ
ラー２２８を２軸方向に回転させることにより、ターゲ
ット上でレーザーを２次元走査し、プルームの中心位置
を変化させて、膜圧分布の少い薄膜を形成した。レーザ
ーの走査方法としては、速度２ｃｍ／ｓｅｃ．で６０ｍ
ｍ角のターゲット上を水平方向に５０ｍｍ、垂直方向に
１０ｍｍ、水平方向反対向きに５０ｍｍ、垂直方向に１
０ｍｍといった櫛形の走査を繰り返し行った。

【００５０】また、本発明における装置では、基板を垂
直方向に運動できるので、レーザーを水平方向の一方向
にのみ２ｃｍ／ｓｅｃ．の速度で５０ｍｍ走査し、走査
端にレーザーが到達したときに同期させて、基板を２ｃ
ｍ／ｓｅｃ．の速度で垂直方向に１０ｍｍ移動させるこ
とにより、前述のレーザー２次元走査と同様の効果が得
られる。このとき、ターゲットの全面で堆積物質の昇華
が行われるように、２０ｒｐｍで回転させた。

【００５１】形成された膜の厚み分布を最小にすること
が可能であれば、可動ミラーの運動の態様は特に限定さ
れない。

【００５２】また、基板２０８は、表裏両面に薄膜を形
成させるために、片面走査が完了する約１７．５秒間隔
で１８０゜反転される。

【００５３】このような基板の運動を実現するため、図
３に示されるチャンバのリッド２０６上に配置され基板
ホルダーを運動させるモーター２５４及び２５６にはリ
ニアモーターを用いるが好ましく、プログラミングが可
能なコントローラで制御されることが好ましい。

【００５４】レーザーが入射されたターゲット表面で
は、Ｙ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの各原子が昇華し、それぞれが
原子の状態で基板へと到達し、基板上に堆積されてい
く。このように、堆積操作を約３４分行い、約０．５μ
ｍのＹＢＣＯ薄膜が堆積された。本実施例では、得られ
たＹＢＣＯ膜の厚さと操作時間とから、堆積速度は平均
で約１オングストローム／pulse であった。

【００５５】このように、ＭｇＯ基板上に形成された薄
膜の導電性を、以下のように測定した。薄膜を形成した
基板の１つを薄膜の導電性測定用に取り出し、片面の薄
膜に、フォトリソグラフィー及びエッチングにより２０
μｍｘ２０μｍのブリッジを形成した。そして、温度条
件を変えて、一般的な四端子法によってブリッジの両側
の発生電圧を測定して抵抗値を得た。発生電圧が１μＶ
以下になる温度を超伝導臨界温度（Ｔｃ）と定めた。本
実施例の薄膜のＴｃは９０Ｋであった。次に、７７Ｋに
おいてブリッジに供給する電流を徐々に増加させ、抵抗
が発生した電流を臨界電流（Ｉｃ）とし、Ｉｃをブリッ
ジの電流通過断面積で除して、臨界電流密度（Ｊｃ）を
得た。本実施例で作製されたＹＢＣＯ薄膜の臨界電流密
度は、５００万Ａ／ｃｍ²であった。

【００５６】また、得られたＹＢＣＯ薄膜の厚み分布に
関し、膜の一部を取り除き、膜と基板との境にできる段
差を、接触式の表面あらさ計を用いて測定し、これによ
り、膜全面にわたって同様の測定を行った。本実施例で
形成された薄膜の厚みのばらつきは、表裏両面とも、＋
／−５％以下の範囲内であった。

【００５７】（２：フォトレジストパターンの形成（図
２（ｃ），（ｄ）参照））以上のように形成されたＹＢ
ＣＯ膜の片方の表面上に、周知のフォトレジスト技術に
よりフォトレジストパターンを形成した。

【００５８】フォトレジスト材には、市販されているシ
リコン半導体用レジスト材を特に制限なく用いることが
可能である。例えば、ポジ型レジスト材としては、ＯＦ
ＰＲ−２（東京応化工業社製）、ＡＺ１１１（ヘキスト
社製）等、一般的なポジレジスト材を例示することがで
きる。また、ネガ型レジスト材としては、ＪＳＲＣＩ
Ｒ−７１２（日本合成ゴム社製）等を例示することがで
きる。

【００５９】半導体製造プロセスの量産工程において多
用されている方法によって、ポジ型レジスト材の塗布の
後マスクを用いて光露光を行い、ＹＢＣＯ薄膜の表面上
に、図１に示される円板薄膜１４及び略矩形薄膜１６
ａ，１６ｂのパターンをもったレジスト材が形成され
た。

【００６０】（３：ＹＢＣＯのエッチング（図２（ｅ）
参照））以上のように形成されたフォトレジストに保護
された部分以外のＹＢＣＯ膜をエッチングした。エッチ
ングには、半導体製造プロセスの量産工程で広く用いら
れているイオンミリング法が用いられた。

【００６１】（４：レジスト材の除去（図２（ｆ）参
照））最後に、残留レジスト材をアセトンにより除去
し、図１に示されるようなマイクロ波共振器用の部材が
完成した。

【００６２】（マイクロ波共振器用部材の高周波特性の
測定）このように作製されたマイクロ波用共振器用部材
の高周波特性に関して評価を行った。まず、このマイク
ロ波用共振器は、誘電体の表面（円板薄膜が形成されて
いる方の面）及び裏面に、酸化物高温超伝導体が形成さ
れている構造を有する。従って、この共振器に入力され
たマイクロ波は、水平方向で且つ矩形薄膜から円板薄膜
を経て他方の矩形薄膜へと至る方向にマイクロ波を共振
させて導波する。

【００６３】高周波特性の評価は、次の通りであった。
共振器をクライオスタット内で７７Ｋの温度に平衡させ
た後、５ＧＨｚのマイクロ波を入力し、その際のＱ値を
測定した。Ｑ値の測定には、ネットワークアナライザを
用いて行った。

【００６４】図４は、本実施例で作製されたマイクロ波
共振器の高周波特性の評価に用いられた装置のシステム
線図である。図４に示されるように、高周波特性測定装
置３００は、試験体（マイクロ波共振器）３０２を内部
に包含して所定の温度に平衡させるクライオスタット３
０４と、ネットワークアナライザ３０６とを備える。ク
ライオスタットには、冷却器３０８と、温度制御装置３
１０が備えられている。温度制御装置３１０が制御可能
な温度範囲は、３０〜３００Ｋである。ネットワークア
ナライザ３０６は、信号ソース３１２と接続され、これ
を制御する。そして、ネトワークアナライザ３０６と温
度制御装置３１０とは、システムコントローラ３１４に
よって統轄的に制御される。本実施例で用いられたネッ
トワークアナライザ３０６は、ＨＰ８５１５Ｂ型（ヒュ
ーレットパッカード社製）であった。

【００６５】図４に示されるように本実施例で作製した
共振器３０２は、クライオスタット３０４内部に設置さ
れて、７７Ｋの温度に冷却された。その後、信号ソース
３１２に５ＧＨｚの高周波シグナルを発生させて、ネッ
トワークアナライザ３０６に導入した。ネットワークア
ナライザ３０６により、この５ＧＨｚの高周波シグナル
がクライオスタット３０４内の試験体３０２内に入力さ
れ、その応答はネットワークアナライザ３０６にフィー
ドバックされた。

【００６６】本実施例により作製されたマイクロ波共振
器のＱ値は、７７Ｋにおいて４０，０００であった。従
って、本実施例により作製された酸化物高温超伝導体を
用いたマイクロ波共振器は、良好な周波数特性を有する
ことが確認された。（実施例２）本実施例では、ターゲットの堆積物質にＴ
ｌＢａ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_xを用いて、ＭｇＯ基板上にＴｌ
Ｂａ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_xを堆積させた。

【００６７】まず、図３に示される装置を用い、実施例
１と全く同様の方法でＴｌＢａ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_x薄膜を
形成した。次に、Ｔｌの蒸気圧が高く薄膜中からＴｌが
消失され易いことを考慮し、薄膜形成後に基板を、Ｏ₂
＋Ｔｌ雰囲気中で８００℃、１０時間の熱処理を行っ
た。熱処理の後、薄膜高周波特性を、実施例１と同じ方
法で評価した。フォトリソグラフィー〜エッチングの工
程を実施例１と同様に行い、実施例１と同じ構造のマイ
クロ波共振器を作製した。そして、実施例１と同じ方法
でＱ値を評価した。

【００６８】得られたＴｌＢａ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_x薄膜の
Ｔｃは９５Ｋ、７７ＫにおけるＪｃは１，０００，００
０Ａ／ｃｍ²であった。また、作製された共振器のＱ値
は、４２，０００であった。

【００６９】（実施例３）本実施例では、ターゲットの
堆積物質にＴｌ₂Ｂａ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_xを用いて、Ｍｇ
Ｏ基板上にＴｌ₂Ｂａ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_xを堆積させた。

【００７０】まず、図３に示される装置を用い、基板温
度を３００〜３５０℃の範囲で設定した以外は実施例１
と全く同様の方法でＴｌ₂Ｂａ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_x薄膜を
形成した。次に、Ｔｌの蒸気圧が高く薄膜中からＴｌが
消失され易いことを考慮し、薄膜形成後に基板を、Ｏ₂
＋Ｔｌ雰囲気中で９００℃、１０時間の熱処理を行っ
た。熱処理の後、薄膜高周波特性を、実施例１と同じ方
法で評価した。フォトリソグラフィー〜エッチングの工
程を実施例１と同様に行い、実施例１と同じ構造のマイ
クロ波共振器を作製した。そして、実施例１と同じ方法
でＱ値を評価した。

【００７１】得られたＴｌ₂Ｂａ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_x薄膜
のＴｃは１００Ｋ、７７ＫにおけるＪｃは１，２００，
０００Ａ／ｃｍ²であった。また、作製された共振器の
Ｑ値は、５０，０００であった。

【００７２】（実施例４）本実施例では、ターゲットの
堆積物質にＴｌ₂Ｂａ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ_xを用いて、Ｍ
ｇＯ基板上にＴｌ₂Ｂａ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ_xを堆積させ
た。

【００７３】まず、図３に示される装置を用い、基板温
度を３００〜３５０℃の範囲で設定した以外は実施例１
と全く同様の方法でＴｌ₂Ｂａ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ_x薄膜
を形成した。次に、Ｔｌの蒸気圧が高く薄膜中からＴｌ
が消失され易いことを考慮し、薄膜形成後に基板に対
し、Ｏ₂＋Ｔｌ雰囲気中で８５０℃、１２時間の熱処理
を行った。熱処理の後、薄膜高周波特性を、実施例１と
同じ方法で評価した。フォトリソグラフィー〜エッチン
グの工程を実施例１と同様に行い、実施例１と同じ構造
のマイクロ波共振器を作製した。そして、実施例１と同
じ方法でＱ値を評価した。

【００７４】得られたＴｌ₂Ｂａ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ_x薄
膜のＴｃは１１５Ｋ、７７ＫにおけるＪｃは３，００
０，０００Ａ／ｃｍ²であった。また、作製された共振
器のＱ値は、５５，０００であった。

【００７５】（実施例５）本実施例では、ターゲットの
堆積物質にＢｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_xを用いて、Ｍｇ
Ｏ基板上にＢｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_xを堆積させた。

【００７６】まず、図３に示される装置を用い、基板温
度を７００〜７５０℃の範囲で設定した以外は実施例１
と全く同様の方法でＢｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_x薄膜を
形成した。次に、薄膜の高周波特性を、実施例１と同じ
方法で評価した。そして、フォトリソグラフィー〜エッ
チングの工程を実施例１と同様に行い、実施例１と同じ
構造のマイクロ波共振器を作製した。そして、実施例１
と同じ方法でＱ値を評価した。

【００７７】得られたＢｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_x薄膜
のＴｃは８５Ｋ、７７ＫにおけるＪｃは８００，０００
Ａ／ｃｍ²であった。また、作製された共振器のＱ値
は、３５，０００であった。

【００７８】（実施例６）本実施例では、ターゲットの
堆積物質にＢｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ_xを用いて、Ｍ
ｇＯ基板上にＢｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ_xを堆積させ
た。

【００７９】まず、図３に示される装置を用い、基板温
度を６２５〜６７５℃の範囲で設定した以外は実施例１
と全く同様の方法でＢｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ_x薄膜
を形成した。次に、薄膜の高周波特性を、実施例１と同
じ方法で評価した。そして、フォトリソグラフィー〜エ
ッチングの工程を実施例１と同様に行い、実施例１と同
じ構造のマイクロ波共振器を作製した。そして、実施例
１と同じ方法でＱ値を評価した。

【００８０】得られたＢｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ_x薄
膜のＴｃは９０Ｋ、７７ＫにおけるＪｃは９００，００
０Ａ／ｃｍ²であった。また、作製された共振器のＱ値
は、４０，０００であった。

【００８１】尚、実施例１〜６に関し、成膜条件と、得
られた膜及び共振器の特性は、表１に示される。

【００８２】

【表１】尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、様
々な変形が可能である。例えば、誘電体基板には、Ｍｇ
Ｏの他にも（１００）面を有するＬａＡｌＯ₃、Ｒ面を
有するサファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）、ＳｒＴｉＯ₃等を用
いることができる。

【００８３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の薄
膜製造方法及び薄膜製造装置によれば、良質且つ均質な
薄膜を基板の両面に形成することが可能となる。

【００８４】従って、酸化物高温超伝導体を用いた信頼
性の高いマイクロ波・ミリ波デバイス用部材を簡便に製
造する方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従って作製されたマイクロ波共振器の
概念的な斜視図である。

【図２】本発明に従って作製されたマイクロ波共振器の
断面図であり、本発明に従った製造方法の各工程におけ
る状態を表す。

【図３】本発明に従った製造方法の実施に好適な酸化物
高温超伝導体のレーザー蒸着装置の断面図である。

【図４】デバイスの高周波特性測定装置のシステム線図
である。

【図５】従来技術によるマイクロ波共振器の分解斜視図
である。

【図６】本発明の実施例の基板ホルダーの正面図及び側
面図である。

【符号の説明】

１０…マイクロ波共振器用部材、１２…誘電体基板、１
４…円形膜、１６ａ，１６ｂ…略矩形膜、１８…グラウ
ンドプレーン、２０…フォトレジスト層、１００…共振
器、１０２…下部グラウンドプレーン、１０４…下部誘
電体、１０６…円形薄膜、１０７ａ，１０７ｂ…矩形薄
膜、１０８…誘電体基板、１１０…上部グラウンドプレ
ーン、１１２…上部誘電体、２００…レーザー蒸着装
置、２０２…チャンバ、２０４…本体、２０６…リッ
ド、２０８…基板、２１０…基板ホルダー、２１２…タ
ーゲット、２１４…ターゲットホルダー、２１６…ヒー
ター、２２０…入射窓、２２２…レーザー発振装置、２
２４…ミラー、２２６…プリズム、２２８ａ，ｂ…ミラ
ー、２２９…集光レンズ、２３０，２３２ａ，２３２
ｂ，２３４ａ，２３４ｂ…点線、２３６…モーター、２
３８…シャフト、２４０…チューブ、２４２…カップリ
ング部、２４４…タブ、２４６…リング、２４８…支持
体、２５０…ワイヤー、３００…高周波測定測定装置、
３０２…試験体、３０４…クリオスタット、３０６…ネ
ットワークアナライザ、３０８…冷却器、３１０…温度
制御装置、３１２…信号ソース、３１４…システムコン
トローラ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ３０Ｂ 29/22 ５０１ 7202−4ＧＣ３０Ｂ 29/22 ５０１ＭＨ０１Ｌ 39/24 ＺＡＡＨ０１Ｌ 39/24 ＺＡＡＤＨ０１Ｐ 7/10 Ｈ０１Ｐ 7/10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】チャンバ内において、第１の表面と、前
記第１の表面の裏側である第２の表面とを有する平板状
の基板に対して、堆積物質から成るターゲットにレーザ
ーを照射し前記堆積物質を昇華させて、前記基板の前記
第１の表面上と前記第２の表面上とに前記堆積物質の膜
を形成する製造方法であって、（ａ）前記ターゲットを前記チャンバ内に配置するステ
ップと（ｂ）前記ターゲットの近傍に、前記第１の表面が前記
ターゲットと対面するように、前記基板を配置するステ
ップと、（ｃ）前記基板を加熱して所定の温度に維持するステッ
プと、（ｄ）前記ターゲットにレーザーを照射し、且つ、前記
基板を所定の周期で反転させて、前記第１の表面上と前
記第２の表面上に前記堆積物質を堆積させるステップと
を備えることを特徴とする薄膜製造方法。
【請求項２】前記堆積物質を堆積させる前記ステップ
において、(i) 前記ターゲットとが回転し、且つ、(ii)
前記ターゲット上への前記レーザーが入射する位置が所
定の周期性をもって運動することを特徴とする請求項１
に記載の薄膜製造方法。
【請求項３】前記堆積物質が、酸化物であることを特
徴とする請求項１に記載の薄膜製造方法。
【請求項４】前記堆積物質が、酸化物高温超伝導体で
あることを特徴とする請求項１に記載の薄膜製造方法。
【請求項５】前記堆積物質が、８５Ｋ以上の超伝導臨
界温度を有し且つ０ｔｅｓｌａにおいて７７Ｋでの臨界
電流密度が１０⁵Ａ／ｃｍ²以上である物質であること
を特徴とする請求項４に記載の薄膜製造方法。
【請求項６】前記堆積物質が、ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-x
であることを特徴とする請求項４に記載の薄膜製造方
法。
【請求項７】前記堆積物質が、Ｔｌ酸化物と、Ｂｉ酸
化物とから成る群より選択されることを特徴とする請求
項４に記載の薄膜製造方法。
【請求項８】前記基板が誘電体であることを特徴とす
る請求項１、４又は５のいずれかに記載の薄膜製造方
法。
【請求項９】前記基板が、ＭｇＯと、ＬａＡｌＯ
₃と、Ａｌ₂Ｏ₃と、ＳｒＴｉＯ₃から成る群より選択
される物質を備えることを特徴とする請求項１、６又は
７のいずかに記載の薄膜製造方法。
【請求項１０】互いに表裏の関係にある第１の表面と
第２の表面とを有する平板状の基板に薄膜を形成するた
めの製造装置であって、（１）２００℃の耐熱性を有し内部の減圧が可能なチャ
ンバであって、（ａ）ターゲットホルダーに支持され
た、堆積物質から成るターゲットと、（ｂ）前記ターゲ
ットに前記基板の表面が対面するように、前記基板を保
持する基板ホルダーと、（ｃ）前記基板を所定の周期で
反転させる反転手段と、（ｄ）前記基板を加熱する加熱
手段と、（ｅ）前記ターゲットに所定の角度でレーザー
を入射させるための入射窓と、を内部に備えるチャンバと、（２）レーザーを発生させるレーザー発生手段と、前記
レーザー発生手段により発生させたレーザーを前記チャ
ンバの前記入射窓を介して前記ターゲットに所定の角度
で入射させるためのミラーを含む光路系とを備えるレー
ザー光学系とを備えることを特徴とする薄膜製造装置。
【請求項１１】前記基板ホルダーに接続されて、前記
基板に所定の周期性をもつ運動を与える基板可動手段を
更に備えることを特徴とする請求項１０に記載の薄膜製
造装置。
【請求項１２】前記レーザー光学系の前記ミラーが可
動であり、前記ターゲットへ入射するレーザーの前記所
定の角度が、所定の周期性をもって変化することを特徴
とする請求項１０に記載の薄膜製造装置。
【請求項１３】前記ターゲットホルダーに接続され
て、前記ターゲットに所定の周期性をもつ運動を与える
ターゲット可動手段を更に有することを特徴とする請求
項１０に記載の薄膜製造装置。
【請求項１４】前記ターゲット可動手段の前記運動が
回転運動であることを特徴とする請求項１０に記載の薄
膜製造装置。
【請求項１５】前記レーザー発生手段が、波長２４８
ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーと、波長１９３ｎｍのＡ
ｒＦエキシマレーザーと、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエ
キシマレーザーとから成る群より選択されることを特徴
とする請求項１０に記載の薄膜製造装置。
【請求項１６】前記基板ホルダーが、前記基板を少な
くとも１ヵ所の前記基板の端部で固定することを特徴と
する請求項１０に記載の薄膜製造装置。