JPH08246135A

JPH08246135A - 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: JPH08246135A
Application number: JP7442895A
Authority: JP
Inventors: Ryuki Nagaishi; 竜起永石; Hideo Itozaki; 秀夫糸崎
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】基板の両面に同時に薄膜を形成する方法及び
装置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）ターゲットを内側表面に有する多角形環状又は円
形環状のターゲットホルダーを、チャンバ内に配置する
ステップと、（ｂ）ターゲットホルダーの多角形環状又
は円形環状の更に内側に、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薄膜製造方法。

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６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６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】また、本発明は、レーザー蒸着法を用いて
大面積の基板の両面に良質且つ均質な薄膜を形成する方
法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の薄膜製造方法
は、チャンバ内において、（ａ）ターゲットを内側表面
に有する多角形環状又は円形環状のターゲットホルダー
を、チャンバ内に配置するステップと、（ｂ）ターゲッ
トホルダーの多角形環状又は円形環状の更に内側に、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。

【００１３】また、本発明の薄膜堆積方法は、堆積物質
を堆積させるステップにおいて、(i) ターゲットに入射
するレーザーを才差運動させて、ターゲットホルダーの
多角形環状又は円形環状の全周にわたって入射すること
を特徴としてもよい。

【００１４】また、本発明の薄膜堆積方法は、堆積物質
が、酸化物であることを特徴としてもよい。

【００１５】また、本発明の薄膜堆積方法は、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。

【００１６】また、本発明の薄膜堆積方法は、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。

【００１７】また、本発明の薄膜堆積方法は、堆積物質
が、ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-xであることを特徴としてもよ
い。

【００１８】また、本発明の薄膜堆積方法は、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。

【００１９】また、本発明の薄膜堆積方法は、基板が誘
電体であることを特徴としてもよい。

【００２０】また、本発明の薄膜堆積方法は、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。

【００２１】本発明の薄膜堆積装置は、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）２
００℃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）多角形環状又は円形環状のターゲットホル
ダーの内側表面に支持された、堆積物質から成る１つ以
上のターゲットと、（ｂ）ターゲットホルダーの内側表
面の内側に基板を保持する基板ホルダーと、（ｃ）基板
を加熱する加熱手段と、（ｄ）ターゲットにレーザーを
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反射し且つ移
動して、レーザーの方向を才差運動させてターゲットホ
ルダーの内側表面の全周にわたって入射させるための可
動式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。

【００２２】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。

【００２３】また、本発明の薄膜製造装置は、可動式ミ
ラーが、１軸で又は２軸で運動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
トホルダーが、円形環状であり、且つ、内側表面にター
ゲットを５個〜３０個有す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、基板の外周の外側
に、基板を囲むようにターゲットを配置する。そして、
基板を囲むターゲットには、それぞれレーザーを３６０
゜回転させながら照射する。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同時に形成することが
できる。更に、堆積物質を基板の外周の方から基板に向
かって移動させるため、大きなサイズの基板に対して薄
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０．５μｍのサイズを有する。円形膜１４は、
直径５ｍｍのサイズを有する。略矩形膜１６ａ及び１６
ｂはいずれも、長さ７ｍｍ、幅１ｍｍ、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Ｐ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縦断面図、
図４はこのレーザー蒸着装置のチャンバ内のターゲット
ホルダーの上面図である。以下、図３及び図４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、ＳＵＳ３０４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２０２内部に、Ｍｇ
Ｏ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が設置される。

【００３４】図３及び図４に示されるように、ＹＢＣＯ
から成るターゲット２１２ａ〜ｈは、円環形状のターゲ
ットホルダー２１４の内側表面に、８角形状に付加され
ている。即ち、本発明に従った製造方法を実現するレー
ザー蒸着装置では、１つの基板の周囲をターゲットが囲
んでいる。ターゲット２１２ａ〜ｈと基板２０８との距
離は、７〜１２ｃｍである。

【００３５】図３に示されるように、チャンバ２０２の
内部には、円筒形のヒーター２１６が包含され、基板２
０８を効率良く且つ基板温度が均一になるように加熱す
る。また、加熱効率を高めるために、同様のヒーター
を、基板に対し対称な位置にレーザーを遮断しないよう
に配置してもよい。

【００３６】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、集光レンズ２２９を通
過した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２０
２の外部には、レーザー発振装置２２２と、入射窓２２
０への可動式ミラー２２８とが備えられる。ミラー２２
８は、シャフト２５０に接続されたモーター２５２によ
り、回転する。入射窓２２０ａ，ｂは共に、厚さ１０ｍ
ｍの合成石英から成る。レーザー発振装置２２２は、波
長２４８ｎｍ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Ａ
ｒＦエキシマレーザーであってもよく、波長３０８ｎｍ
のＸｅＣｌエキシマレーザーであってもよい。

【００３７】図３に示されるように、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、可動ミラー２２８に入射する。可動ミラー２２８
は、その回転機構により、図３において、ミラー２２８
の角度から点線２２８ａで示されるような角度までの運
動を、所定の周期をもって行う。従って、チャンバ２０
２に入射したレーザーは、２１２ａ，２１２ｂ，２１２
ｃ，２１２ｄ，２１２ｅ，２１２ｆ，２１２ｇ，２１２
ｈの順に一定の時間ずつ各ターゲットに入射する。

【００３８】尚、ターゲットの配置は図４に示される態
様に限定されないが、ドーナッツ状ターゲットが好まし
いが、ターゲットホルダー及びターゲットの作製の容易
さから、円環形状のターゲットホルダー２１４の内側表
面にターゲットが５〜３０枚程度配置される形態でもよ
い。

【００３９】ターゲット２１２ａ〜ｈ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２３４ａ及び２３４ｂ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２０８の表面に堆積される。

【００４０】また、レーザーの走査により、基板へのＹ
ＢＣＯの堆積の均一性は確保されるが、成膜条件により
膜厚分布が大きい場合には、基板を水平方向の一定の軸
の方向に往復運動をさせる機構を、レーザー蒸着装置に
具備し、これを用いて膜厚分布の均一性の向上を図って
もよい。

【００４１】図３に示されるように、基板ホルダー２１
０には更に、基板を１８０゜反転させるためのプログラ
ム内蔵のモーター２５８が接続されている。モーター２
５８により、基板２０８は、５〜１５秒毎に反転を繰り
返すことが可能である。これは、ヒーターが基板の片面
側にのみ設置されているとき、基板自体を反転させるこ
とにより、基板両面の温度を同等にする。

【００４２】図３に示されるように、チャンバの側部に
は、基板ホルダー２１０を気密性を維持しつつ保持する
ための保持板２５２と、保持板２５２を接続して水平軸
方向の運動を与える水平軸方向モーター２５６が具備さ
れる。また、基板ホルダー２１０を垂直軸方向及び水平
軸方向に自由に運動せしめるためのべローズ２５８が、
リッド２０６の頂面上に備えられる。

【００４３】以下、本実施例の製造工程を、各工程毎に
説明する。

【００４４】（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及
び図４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ＹＢＣＯの薄膜を形成した。

【００４５】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、５０ｍｍｘ５０ｍｍｘ０．５ｍｍであった。

【００４６】レーザー蒸着法の条件は、以下の通りであ
る。まず、チャンバ内にＯ₂ガスを流下しつつ、チャン
バ内圧力を４００ｍＴｏｒｒに減圧した。ヒーターに電
力を供給し、基板温度が６５０〜７００℃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、可動ミラー２２８の運動を開始し、また、基板の
往復運動を開始した。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、０．３Ｊ／pulse であった。

【００４７】発せられたレーザーは、可動式の全反射ミ
ラーに入射する。反射されたレーザーはそれぞれ、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、ターゲット表面上のレーザーの照射面積は、１０ｍ
ｍ²（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、ミラー及びプリズ
ムを通過する際に損失されて１．５〜２．０Ｊ／ｃｍ²
であり、従って、レーザーエネルギーは１５０〜２００
ｍＪであった。

【００４８】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２１２ａ〜ｈの表面では、ターゲット表
面を構成するＹＢＣＯが昇華し、点線２３４ａ，２３４
ｂ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、ターゲットのレーザー照射近傍で最も多く、その
位置から離れるに従って少なくなる。このため、レーザ
ーを固定していれば、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、基板を囲む環状のターゲット上にレーザー
を走査することにより、厚み分布のない薄膜を形成し
た。

【００４９】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１７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。

【００５０】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、３００万Ａ／ｃｍ²であった。

【００５１】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。

【００５２】（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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】（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。

【００５６】（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。

【００５７】（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。

【００５８】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。

【００５９】図５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５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。

【００６０】図５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。

【００６１】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３５，０００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。

【００６２】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。

【００６３】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。

【００６４】（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。

【００６５】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。

【００６６】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。

【００６７】（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。

【００６８】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。

【００６９】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。

【００７０】（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。

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】（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。

【００７４】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。

【００７５】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。

【００７６】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。

【００７７】

【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。

【００７８】

【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。

【００７９】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】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ターゲットホルダー
の上面図である。

【図５】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６】従来技術によるマイクロ波共振器の分解斜視図
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、２１２ａ〜
ｈ…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、２２８…可動ミラー、２２９…集光レンズ、２３
０，２３２ａ，２３２ｂ，２３４ａ，２３４ｂ…点線、
２３６…モーター、２５０…モーター、２５２…シャフ
ト、３００…高周波測定測定装置、３０２…試験体、３
０４…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Ｈ０１Ｐ 11/00 ＺＡＡＨ０１Ｐ 11/00 ＺＡＡＧ

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）前記ターゲットを内側表面に有する多角形環状又
は円形環状のターゲットホルダーを、前記チャンバ内に
配置するステップと、（ｂ）前記ターゲットホルダーの多角形環状又は円形環
状の更に内側に、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) 前記ターゲットに入射するレーザーを才
差運動させて、前記ターゲットホルダーの多角形環状又
は円形環状の全周にわたって入射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）多角形環状又は円形環状のターゲ
ットホルダーの内側表面に支持された、堆積物質から成
る１つ以上のターゲットと、（ｂ）前記ターゲットホル
ダーの内側表面の内側に前記基板を保持する基板ホルダ
ーと、（ｃ）前記基板を加熱する加熱手段と、（ｄ）前
記ターゲットに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反射し且
つ移動して、レーザーの方向を才差運動させて前記ター
ゲットホルダーの前記内側表面の全周にわたって入射さ
せるための可動式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】前記可動式ミラーが、１軸で又は２軸
で運動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が、円形環状
であり、且つ、前記内側表面に前記ターゲットを５個〜
３０個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１５】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。