JPH08246136A

JPH08246136A - 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: JPH08246136A
Application number: JP7444595A
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、（ａ）第１のターゲッ
トと第２のターゲットとを対面させて、チャンバ内に配
置するステップと（ｂ）第１のターゲットと第２のター
ゲットとの間に、第１の表面が第１のターゲットと対面
し且つ第２の表面が第２の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）チャンバの外側
に設置された加熱手段により基板を加熱して所定の温度
に維持するステップと、（ｄ）第１のターゲットに第１
のレーザーを照射し且つ第２のターゲットに第２のレー
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。

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】

【課題を解決するための手段】本発明の薄膜製造方法
は、（ａ）第１のターゲットと第２のターゲットとを対
面させて、チャンバ内に配置するステップと、（ｂ）第
１のターゲットと第２のターゲットとの間に、第１の表
面が第１のターゲットと対面し且つ第２の表面が第２の
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）第１のターゲットに第１のレーザーを照射
し且つ第２のターゲットに第２の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。

【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) 第１のターゲット
と第２のターゲットとが共に回転し、且つ、(ii)第１の
レーザーが第１のターゲットの回転軸中心以外の位置に
入射し、第２のレーザーが第２のターゲットの回転軸中
心以外の位置に入射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）第１のターゲットホルダーに支持された、堆積物
質から成る第１のターゲットと、（ｂ）第２のターゲッ
トホルダーに支持されて第１のターゲットと対面する、
堆積物質から成る第２のターゲットと、（ｃ）第１のタ
ーゲットに基板の第１の表面が対面し、且つ、第２のタ
ーゲットに基板の第２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）基板の第１の表面と第
２の表面とを加熱する加熱手段と、（ｄ）第１のターゲ
ットに所定の角度で第１のレーザーを入射させるための
第１の入射窓と、（ｅ）第２のターゲットに所定の角度
で第２のレーザーを入射させるための第２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第１の入射窓と第２の入射窓と
を介して第１及び第２の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
発生手段が１つであり、且つ、光路系が、レーザー手段
により発生された１つのレーザーを第１のレーザーと第
２のレーザーとにスプリットするプリズムを有すること
を特徴としてもよい。

【００２３】また、本発明の薄膜製造装置は、第１のタ
ーゲットホルダーに接続されて、第１のターゲットに所
定の周期性をもつ運動を与える第１のターゲット可動手
段と、第２のターゲットホルダーに接続されて、第２の
ターゲットに所定の周期性をもつ運動を与える第２のタ
ーゲット可動手段と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、第１のタ
ーゲット可動手段の運動と第１のターゲット可動手段の
運動とが共に回転運動であり、且つ、第１のレーザーと
第２のレーザーとが共に、第１のターゲット及び第２の
ターゲットに対して回転運動の中心軸ではない位置に入
射するように、光路系のミラーが設置されることを特徴
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、基板の表面（第１の
表面）と裏面（第２の表面）のそれぞれの近傍に、ター
ゲットを１つずつ配置する。また、２つのターゲットに
は、それぞれ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同時に形成する
ことができる。また、各面に対して別々のターゲット及
びレーザーを用いているため、表面及び裏面の堆積速度
を別々に制御することが可能となり、また、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、円柱状の胴体部をもつチャンバ２０２を備え
る。このチャンバ２０２内部で、ＭｇＯ基板へのＹＢＣ
Ｏ膜のレーザー蒸着が行われる。チャンバ２０２は、石
英製の本体２０４と、金属製のリッド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２１２ａ，２
１２ｂを保持するターゲットホルダー２１４ａ及び２１
４ｂ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７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７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】本発明に従った製造方法を実現するレーザ
ー蒸着装置には、１つの基板ホルダー２１０に対して、
２つのターゲットホルダー２１４ａ，２１４ｂが備えら
れる。図３では、基板２０８はその端面が図示されてお
り、基板２０８の両方の表面はそれぞれ、２つのターゲ
ット２１２ａ，２１２ｂと対向している。ターゲット２
１２ａ，２１２ｂと基板２０８との距離は、５〜１０ｃ
ｍに設定される。

【００３６】図３に示されるように、円筒形のヒーター
組立体２１６がチャンバ２０２を包囲して配置される。
ヒーター組立体２１６は、断熱材から成る断熱部２１７
と、ヒーター２１８とから成る。本実施例では、ヒータ
ー２１８として、ゴールドイメージ炉型のヒーターを用
いた。ヒーター２１８は、石英製の本体（壁）２０４を
介して、基板２０８及び２つのターゲット２１２ａ，２
１２ｂを効率良く加熱する。また、ヒーター組立体２１
６のみを上方又は下方へスライドできる機構を有し（図
示せず）、チャンバ２０２から容易に遠ざけることが可
能である。従って、高熱を帯びたヒーターを遠ざけてチ
ャンバを迅速に冷却することが可能となる。

【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、レーザー光の
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
光をチャンバ２０２内に入射させるための、入射窓２２
０ａ，２２０ｂ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、ミラー２２４と、プリ
ズム２２６と、入射窓２２０ａへのミラー２２８ａと集
光レンズ２０９ａと、入射窓２２０ｂのためのミラー２
２８ｂと集光レンズ２０９ｂとが備えられる。入射窓２
２０ａ，ｂは共に、厚さ１０ｍｍ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
光を発するＫｒＦエキシマレーザー光源を備える。この
レーザー光源は、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレー
ザーであってもよく、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌ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、ミラー２２４を介して
プリズム２２６に入射する。プリズム２２６に入射した
１本のレーザーは、プリズム内で２本にスプリットし
（点線２３２ａ，ｂで図示）、それぞれ、ミラー２２８
ａ及び２２８ｂを介して、入射窓２２０ａ及び２２０ｂ
に入射する。

【００３９】尚、レーザー系は図３に示される態様に限
定されず、例えば、２つのターゲットに対して、別々に
レーザー発振装置を用意してもよい。この場合には、堆
積速度を表面と裏面で別々に制御することが可能とな
る。

【００４０】ターゲット２１２ａ及び２１２ｂ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２０
８へと到達して基板２０８の表面に堆積される。

【００４１】本発明では、レーザーの進入方向を定める
ミラー２２８ａ及び２２８ｂを固定しているため、ター
ゲット２１２ａ及び２１２ｂの一定の場所にレーザーが
入射する。そのため、局所的にしかターゲットが消費さ
れず、これを回避するために、ターゲットを垂直方向に
運動させて、ある範囲をもった部分にレーザーが当たる
ようにした。

【００４２】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可動機構として、チャンバの
上部には、ターゲットホルダー２１４ａ，２１４ｂを気
密性を維持しつつ保持するための保持板２４０ａ，２４
０ｂと、保持板を接続して垂直軸方向の運動を与える垂
直軸方向モーター２４２ａ，２４２ｂとが具備される。
また、基板ホルダーを垂直軸方向に自由に運動せしめる
ためのべローズ２２４４ａ，２４４ｂが、リッド２０６
の頂面上に備えられる。

【００４３】また、基板へのＹＢＣＯの堆積が均一に行
われるように、基板を水平方向の一定の軸の方向と垂直
方向の一定の軸の方向の、２軸にそれぞれ往復運動をさ
せる機構が、レーザー蒸着装置に具備されている。

【００４４】図３に示されるように、チャンバの上部に
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を接続して垂直軸
方向の運動を与える垂直軸方向モーター２５４と、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。

【００４５】尚、ターゲット可動機構には、基板の可動
機構と同じく、２軸にターゲットホルダーを運動させる
ための水平方向のモーターが具備されていてもよい。

【００４６】以下、本実施例の製造工程を、各工程毎に
説明する。

【００４７】（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。

【００４８】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。

【００４９】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まで減圧した後、Ｏ₂ガ
スを流下して、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、ターゲットを６０ｃｍ／ｍ
ｉｎ．で往復運動を開始し、また、基板の２次元走査運
動を開始した。レーザー源（ＫｒＦレーザー、波長２４
８ｎｍ）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、
０．５Ｊ／pulse であった。

【００５０】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プリズムに入射す
る。プリズム内で２本にスプリット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、ターゲットは長さ３０ｍｍ、幅７ｍｍの
長方形状であり、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、２本のスプリットされた後の１本のレーザー
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１５０〜２００ｍＪ
であった。

【００５１】本実施例では、基板の両方の表面に対し
て、それぞれターゲットが平行な位置に配置され、それ
ぞれのターゲットに対して、別々のレーザーが入射す
る。本実施例においては、レーザー（点線２３２ａ，２
３２ｂで図示）がターゲット２１２ａ，２１２ｂの表面
に入射する角度は、４５(deg.)であった。また、レーザ
ーがターゲット表面の一点にしか入射しないことに起因
するターゲットの局所的消費を防止する目的で、ターゲ
ットを垂直往復運動させるようにした。これらにより、
ターゲット表面上の広い領域にレーザーが入射する。

【００５２】また、基板の全面に均一にＹＢＣＯ膜が形
成されるよう、基板を２次元走査運動させた。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
ａ，２１２ｂの表面では、ターゲット表面を構成するＹ
ＢＣＯが昇華し、点線２３４ａ，２３４ｂ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、基板を水平
方向及び垂直方向に２次元走査運動させて、厚み分布の
ない薄膜を形成した。

【００５３】図４は、基板の平面図であり、プルーム中
心が基板の表面に当たる位置を示すことにより、基板の
運動を模式的に表す。図４には、基板２０８を運動させ
ることによる、プルームの中心が当たる基板の表面上の
部分の軌跡を櫛型の矢印２９０で模式的に示した。ここ
で、ターゲットに入射するレーザーの位置はチャンバ内
では固定されているため、プルームの中心の位置も固定
されている。従って、基板を移動させれば、基板表面上
にプルーム中心が当たる位置もそれに併せて移動する。
例えば、図４に示される基板の表面上のプルーム中心の
軌跡２９０のように、基板は２ｃｍ／ｓｅｃ．の速度で
水平方向に５．０ｃｍ移動し、次いで、２ｃｍ／ｓｅ
ｃ．の速度で垂直下方向に１．０ｃｍ移動する。次に、
水平逆方向に２ｃｍ／ｓｅｃ．の速度で５．０ｃｍ移動
した後、２ｃｍ／ｓｅｃ．の速度で垂直下方向に１．０
ｃｍ移動する。これを繰り返し、また、垂直方向を上方
向にして更に繰り返す。このような操作を継続して、基
板２０８表面上のプルーム中心の位置を櫛型矢印２９０
のような軌跡に沿って往復運動させることにより、厚み
分布の小さな薄膜を基板全面に形成せしめた。この移動
の速度はターゲットと基板との距離やレーザーの入射角
度、レーザーエネルギー等、様々な条件によって最適化
される。膜圧分布が大きくてもよい場合は、移動の範囲
は、上記の５．０ｃｍ角に限定されず、基板のサイズよ
りも小さい範囲で移動してもよい。また、櫛形の段も、
操作条件等により、最適な膜を得るために最適化でき
る。

【００５４】また、基板の運動は、上記のような櫛形の
軌跡をもつ運動に限定されず、例えば、水平方向と垂直
方向とに同時に往復運動をさせ、円形又は楕円形等の軌
跡を得る様な運動であってもよい。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、運動の態様は特
に限定されない。

【００５５】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。

【００５６】図３に示される２本のレーザー２３２ａ，
２３２ｂは、本実施例では１本のレーザー２３０をプリ
ズム２２６によってスプリットしたものであり、従って
２本のレーザーエネルギーを全く等しくすることが容易
である。ゆえに、ターゲットに入力されるレーザーによ
るエネルギーも容易に等しくするすることが可能であ
る。即ち、ヒーターによる加熱が基板の表裏両面に等し
く行われ、且つ、ターゲットと基板との距離を等しく設
定すれば、基板の表裏両面へ、酸化物高温超伝導体を等
しい膜質且つ等しい堆積速度により形成することが容易
である。

【００５７】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。

【００５８】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、６００万Ａ／ｃｍ²であった。

【００５９】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。

【００６０】（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。

【００６１】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。

【００６２】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。

【００６３】（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。

【００６４】（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。

【００６５】（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。

【００６６】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。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】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。

【００７０】（実施例２）本実施例では、ターゲットの
堆積物質にＴｌＢａ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_xを用いて、ＭｇＯ
基板上にＴｌＢａ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_xを堆積させた。

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】（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。

【００７４】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。

【００７５】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。

【００７６】（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。

【００７７】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。

【００７８】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。

【００７９】（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。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】（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。

【００８３】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。

【００８４】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。

【００８５】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。

【００８６】

【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。

【００８７】

【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。

【００８８】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】基板の表面の平面図であり、実施例における基
板の運動方向が模式的に示される。

【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。

【図７】本発明の実施例に用いられた基板ホルダーを表
す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。

【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、２０９…ビス、２１０…基板ホルダ
ー、２１２ａ，２１２ｂ…ターゲット、２１４…ａ，ｂ
…ターゲットホルダー、２１６…上ヒーター、２１８…
下ヒーター、２２０ａ，２２０ｂ…入射窓、２２２…レ
ーザー発振装置、２２４…ミラー、２２６…プリズム、
２２８ａ，２２８ｂ…ミラー、２２９ａ，２２９ｂ…集
光レンズ、２３０，２３２ａ，２３２ｂ，２３４ａ，２
３４ｂ…点線、２３６ａ，２３６ｂ…モーター、２３８
ａ，２３８ｂ…シャフト、２４０ａ，２４０ｂ…チュー
ブ、２４２ａ，２４２ｂ…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、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、堆積物質から成る第１のターゲットと
前記堆積物質から成る第２のターゲットとにレーザーを
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）前記第１のターゲットと前記第２のターゲットと
を対面させて、前記チャンバ内に配置するステップと（ｂ）前記第１のターゲットと前記第２のターゲットと
の間に、前記第１の表面が前記第１のターゲットと対面
し且つ前記第２の表面が前記第２の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）前記チャンバの外側に設置された加熱手段により
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）前記第１のターゲットに第１のレーザーを照射し
且つ前記第２のターゲットに第２のレーザーを照射し
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) 前記第１のターゲットと前記第２のター
ゲットとが所定の周期性をもつ運動をすることを特徴と
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）第１のターゲットホルダーに支持
された、堆積物質から成る第１のターゲットと、（ｂ）
第２のターゲットホルダーに支持されて前記第１のター
ゲットと対面する、前記堆積物質から成る第２のターゲ
ットと、（ｃ）前記第１のターゲットに前記基板の前記
第１の表面が対面し、且つ、前記第２のターゲットに前
記基板の前記第２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）光を透過させるチャン
バ壁と、（ｄ）前記第１のターゲットに所定の角度で第
１のレーザーを入射させるための第１の入射窓と、
（ｅ）前記第２のターゲットに所定の角度で第２のレー
ザーを入射させるための第２の入射窓とを内部に備える
チャンバと、（２）前記チャンバ壁を介して前記基板の前記第１の表
面と前記第２の表面とを加熱する加熱手段と、（３）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
ンバの第１の入射窓と前記第２の入射窓とを介して前記
第１及び前記第２の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】前記レーザー発生手段が１つであり、
且つ、前記光路系が、前記レーザー手段により発生され
た１つのレーザーを前記第１のレーザーと前記第２のレ
ーザーとにスプリットするプリズムを有することを特徴
とする請求項１０に記載の薄膜製造装置。
【請求項１３】前記第１のターゲットホルダーに接続
されて、前記第１のターゲットに所定の周期性をもつ運
動を与える第１のターゲット可動手段と、前記第２のタ
ーゲットホルダーに接続されて、前記第２のターゲット
に所定の周期性をもつ運動を与える第２のターゲット可
動手段と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】前記チャンバ壁が、石英から成ること
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つ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。