JPH10237634A - Formation of coating - Google Patents

Formation of coating

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JPH10237634A
JPH10237634A JP4680397A JP4680397A JPH10237634A JP H10237634 A JPH10237634 A JP H10237634A JP 4680397 A JP4680397 A JP 4680397A JP 4680397 A JP4680397 A JP 4680397A JP H10237634 A JPH10237634 A JP H10237634A
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JP
Japan
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laser beam
substrate
target
film
targets
Prior art date
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Application number
JP4680397A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Obara
隆 小原
Mutsuki Yamazaki
六月 山崎
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a coating forming method capable of stably forming thin coating with a wide area over a long period with mass-productivity. SOLUTION: In a method in which a solid raw material 16 is irradiated with a pulse-shaped laser beam 29 to execute abrasion, by which the evaporated substance is adhered to a substrate 27 to form coating, the solid raw material 16 is irradiated with the laser beam 29 having >=1J/cm<2> average fluence and cross-sectional shape with >=50 aspect ratio, which is converted from the laser beam having <=0.8J/cm<2> average fluence and >=4cm<2> area.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、成膜方法に関し、
特に固体原料をレーザビームの照射により蒸発させて所
望の基板に成膜する方法に係わる。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a film forming method,
In particular, the present invention relates to a method of forming a film on a desired substrate by evaporating a solid material by laser beam irradiation.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、固体原料を蒸発させて基板に成膜
する方法として、真空蒸着とスパッタリングが広く用い
られている。
2. Description of the Related Art At present, vacuum evaporation and sputtering are widely used as a method of evaporating a solid raw material to form a film on a substrate.

【0003】しかしながら、前者の方法では蒸気圧の異
なる複数の元素からなる化合物薄膜を形成する場合、膜
の組成が原料の組成からずれるという不具合が生じる。
また金属の酸化物、窒化物、炭化物等の高融点物質を成
膜することはできない。
However, in the former method, when a compound thin film composed of a plurality of elements having different vapor pressures is formed, there is a problem that the composition of the film deviates from the composition of the raw material.
Further, it is not possible to form a film of a high melting point material such as a metal oxide, nitride, and carbide.

【0004】一方、後者の方法では高融点物質の薄膜も
比較的容易に得られる。しかしながら、後者の方法は、
一般的に成膜速度が遅く1μmの薄膜を成膜するために
は少なくとも1時間を要する。また、0.001Tor
r以上のAr雰囲気中で成膜するためAr原子による散
乱が有り、蒸発粒子の指向性が失われ易い。これは回り
込みと呼ばれる、本来は基板に付着してはならない前記
粒子の付着面に対する陰の部分にまで付着する原因とな
る。
On the other hand, in the latter method, a thin film of a high melting point substance can be obtained relatively easily. However, the latter method
Generally, it takes at least one hour to form a thin film of 1 μm with a low film forming speed. 0.001 Torr
Since the film is formed in an Ar atmosphere of r or more, scattering by Ar atoms occurs, and the directivity of the evaporated particles is easily lost. This causes so-called wraparound, which causes the particles to adhere to the shaded portion with respect to the adhered surface, which should not originally adhere to the substrate.

【0005】このようなことから、最近、レーザー蒸着
法が注目されている。この方法は、波長の短い紫外域の
レーザビームをターゲットのような固体原料に照射して
蒸発させて成膜する方法である。通常、前記ターゲット
として結合力の強い物質を用いても、300nm以下の
波長の光を当てると結合に関わる電子は励起され、原子
間の結合は切れる。したがって、高融点物質であっても
蒸発させることができる。また、蒸発された原子等の粒
子は高い運動エネルギーと指向性を有するため、1To
rr程度の高い圧力で反応ガスを導入して成膜しても、
前記指向性等がほとんど失われることがない。このた
め、金属原料と反応ガスを用いて金属の酸化物、窒化
物、炭化物等を基板に成膜することができる。例えば、
TiN、TiCなどのように自然界には無く、固体原料
として得ることが困難な物質の薄膜も成膜することが可
能になる。
[0005] For these reasons, the laser deposition method has recently attracted attention. In this method, a solid material such as a target is irradiated with a short-wavelength ultraviolet laser beam and evaporated to form a film. Normally, even when a substance having a strong binding force is used as the target, when light having a wavelength of 300 nm or less is irradiated, electrons involved in the bond are excited, and the bond between atoms is cut. Therefore, even high melting point substances can be evaporated. Further, since the evaporated particles such as atoms have high kinetic energy and directivity, 1
Even if a film is formed by introducing a reaction gas at a high pressure of about rr,
The directivity and the like are hardly lost. Therefore, metal oxides, nitrides, carbides, and the like can be formed on the substrate using the metal raw material and the reaction gas. For example,
It is possible to form a thin film of a substance that is not found in nature such as TiN and TiC and is difficult to obtain as a solid material.

【0006】しかしながら、前記レーザ蒸着法は蒸着エ
リアが狭いという問題がある。すなわち、前記ターゲッ
トにレーザ光を照射して蒸発させるにはある閾値以上の
照射エネルギー密度、いわゆる『フルーエンス』が必要
である。このため、レーザーをレンズなどで集光してタ
ーゲットに照射することから、蒸発される領域は狭くな
らざるを得ない。したがって、広い面積の薄膜を成膜す
ることが困難になる。
[0006] However, the laser vapor deposition method has a problem that the vapor deposition area is small. That is, in order to irradiate the target with a laser beam and evaporate the target, an irradiation energy density higher than a certain threshold, so-called “fluence” is required. For this reason, since the laser is condensed by a lens or the like and irradiates the target, the region to be evaporated must be narrowed. Therefore, it becomes difficult to form a thin film having a large area.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、広い面積の
薄膜を長期間に亘って安定的にかつ量産的に形成するこ
とが可能な成膜方法を提供しようとするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a film forming method capable of stably and mass-producing a thin film having a large area over a long period of time.

【0008】また、本発明は広い面積で均一な膜厚を有
し、かつ不純物等の第2成分が均一に分散された薄膜を
形成することが可能な成膜方法を提供しようとするもの
である。
Another object of the present invention is to provide a film forming method capable of forming a thin film having a uniform film thickness over a wide area and in which a second component such as an impurity is uniformly dispersed. is there.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明に係わる成膜方法
は、パルス状レーザビームを固体原料に照射してアブレ
ーションを行い、これによって蒸発された物質を基板に
付着させて成膜する方法において、0.8J/cm2
下の平均フルーエンスを持ち、かつ4cm2 以上の面積
を持つレーザビームから1J/cm2 以上の平均フルー
エンスを持ち、かつ50以上の縦横比を持つ断面形状に
変換したレーザビームを、前記固体原料に照射すること
を特徴とするものである。
According to the present invention, there is provided a method for forming a film by irradiating a solid material with a pulsed laser beam to perform ablation, and attaching an evaporated substance to a substrate to form a film. laser converted has 0.8 J / cm 2 or less of the average fluence and 4cm has two or more average area from a laser beam with a 1 J / cm 2 or more fluence, and the cross-sectional shape with more than 50 aspect ratio A beam is applied to the solid raw material.

【0010】本発明に係わる別の成膜方法は、パルス状
レーザビームを固体原料に照射してアブレーションを行
い、これによって蒸発された物質を基板に付着させて成
膜する方法において、前記固体原料と前記基板間に1つ
以上の開口部を有するマスクが配置した後、複数箇所か
ら前記固体原料を同時または順次蒸発させることを特徴
とするものである。
Another film forming method according to the present invention is directed to a method of irradiating a solid material with a pulsed laser beam to perform ablation, and attaching a material evaporated by the method to a substrate to form a film. And a step of arranging a mask having one or more openings between the substrate and the substrate, and then simultaneously or sequentially evaporating the solid raw material from a plurality of locations.

【0011】本発明に係わる別の成膜方法において、前
記基板の照射面における幅(W)と長さ(L)の比(L
/W)が10倍以上の帯状パターンを有するレーザビー
ムを用いることを許容する。
In another film forming method according to the present invention, a ratio (L) of a width (W) to a length (L) on an irradiation surface of the substrate is provided.
/ W) is permitted to use a laser beam having a band-shaped pattern of 10 times or more.

【0012】本発明に係わるさらに別の成膜方法は、パ
ルス状レーザビームを固体原料に照射してアブレーショ
ンを行い、これによって蒸発された物質を基板に付着さ
せて成膜する方法において、前記基板を所望の速度で回
転させながら、前記基板の下方に配置された複数の固体
原料にフルーエンスの異なるレーザビームを同時または
順次照射することを特徴とするものである。
Still another method of forming a film according to the present invention is a method of irradiating a solid material with a pulsed laser beam to perform ablation, and attaching a substance evaporated by the method to a substrate to form a film. While rotating at a desired speed, a plurality of solid raw materials arranged below the substrate are irradiated simultaneously or sequentially with laser beams having different fluences.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる成膜方法を
図面を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a film forming method according to the present invention will be described with reference to the drawings.

【0014】図1は、本発明に係わる成膜方法に用いら
れる成膜装置を示す概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a film forming apparatus used in the film forming method according to the present invention.

【0015】架台1の支持板2には、上下に天板3およ
び底板4を有する円筒状の真空容器5が気密に固定され
ている。メインバルブ6が連結された第1排気管7は、
前記真空容器5の左側壁に取り付けられている。前記メ
インバルブ6には、ターボポンプ8およびロータリポン
プ9が順次連結されている。レーザ光導入管10は、前
記真空容器5の右側壁に傾斜して連結され、かつ透過窓
11は前記導入管10の先端に取り付けられている。上
板12を有する有底円筒状のボックス13は、前記真空
容器5の天板3にその底部が前記真空容器5内まで延出
するように吊下されている。ハロゲンランプ14は、前
記ボックス13内の底部付近に配置され、このランプ1
4両端のリードは前記ボックス13の上板12に取り付
けられた一対の端子15a、15bにそれぞれ接続され
ている。図示しないロータリーポンプは、前記ボックス
13の上板12に第2排気管(図示せず)を通して連結
され、前記ボックス13内を所定の真空度にすることに
より前記ハロゲンランプ14からの輻射エネルギーの増
大化を図っている。
A cylindrical vacuum vessel 5 having a top plate 3 and a bottom plate 4 at the top and bottom is hermetically fixed to the support plate 2 of the gantry 1. The first exhaust pipe 7 to which the main valve 6 is connected is
It is attached to the left side wall of the vacuum vessel 5. A turbo pump 8 and a rotary pump 9 are sequentially connected to the main valve 6. The laser light introduction tube 10 is inclinedly connected to the right side wall of the vacuum vessel 5, and the transmission window 11 is attached to a tip of the introduction tube 10. A bottomed cylindrical box 13 having an upper plate 12 is hung on the top plate 3 of the vacuum vessel 5 so that the bottom extends into the vacuum vessel 5. The halogen lamp 14 is disposed near the bottom of the box 13 and the lamp 1
The leads at the four ends are connected to a pair of terminals 15a and 15b attached to the upper plate 12 of the box 13, respectively. A rotary pump (not shown) is connected to the upper plate 12 of the box 13 through a second exhaust pipe (not shown), and by increasing the inside of the box 13 to a predetermined degree of vacuum, the radiant energy from the halogen lamp 14 is increased. It is trying to make it.

【0016】固体原料、例えば円柱状のターゲット16
は前記真空容器5内の底部付近にその軸が水平方向に位
置するように回転自在に配置されている。円板状のシャ
ッタ17は、前記支持板2および底板4を貫通して前記
真空容器5内に延出された回転軸18上に前記ターゲッ
ト16の上方に位置するように支持・固定されている。
前記回転軸18は、前記支持板2下面に取り付けられた
図示しないモータにより回動される。基板ホルダ19
は、前記シャッタ17と前記ボックス13との間の前記
真空容器5内に配置されている。
Solid material, for example, a cylindrical target 16
Is rotatably arranged near the bottom in the vacuum vessel 5 so that its axis is located in the horizontal direction. A disk-shaped shutter 17 is supported and fixed on a rotating shaft 18 that extends through the support plate 2 and the bottom plate 4 into the vacuum vessel 5 so as to be positioned above the target 16. .
The rotation shaft 18 is rotated by a motor (not shown) attached to the lower surface of the support plate 2. Substrate holder 19
Is arranged in the vacuum vessel 5 between the shutter 17 and the box 13.

【0017】エキシマレーザ発振器20は、前記真空容
器5の外部に配置されている。前記レーザ発振器20か
ら発振されたレーザ光の前記透過窓11に至る光路に
は、前記レーザ発振器20側からミラー21および例え
ばシリンドリカルレンズからなる集光レンズ22が順次
配置されている。前記エキシマレーザ発振器20は、そ
の中に配置された電極間に数十キロボルトの電圧をか
け、数気圧のKr、F2 及びNeの混合ガス、またはA
r、F2 およびNeの混合ガス中で放電させて形成した
プラズマに基づいて発振される。ただし、ガス圧が高く
なると放電は起こり難くなるため、予備電離電極を設け
てそれらの間の放電により飛び出した電子をトリガーに
して主放電を誘起させている。ビーム面積を広くしよう
とする時には、図2に示すように互いに対向する一対の
主電極23の高さHと電極間距離Lを大きくし、これら
の主電極23の空間にX線、レーザビームなどの励起用
電磁波を打ち込むか、または図3に示すように一対の主
電極23の放電空間の中心付近に予備電離電極24を配
置し、これらの主電極23間に存在する主放電空間にX
線、レーザビームなどの励起用電磁波を打ち込ませる間
に、前記予備電離電極24と電位の異なる前記一対の主
電極23間で放電させる。後者の方法は、主放電空間内
に予備電離電極24を配置するため発振したレーザービ
ームの中心付近のフルーエンスが小さく、均一性が低下
する恐れがある。この場合、図4に示すよう二つの曲面
をもつ凹レンズ25でビームを広げた後にシリンドリカ
ル凸レンズ26で集光することが望ましい。前者の方法
では、装置が大がかりになるが、均一性の良いビームが
得られる。
The excimer laser oscillator 20 is arranged outside the vacuum vessel 5. In an optical path of the laser light emitted from the laser oscillator 20 to the transmission window 11, a mirror 21 and a condenser lens 22 made of, for example, a cylindrical lens are sequentially arranged from the laser oscillator 20 side. The excimer laser oscillator 20 applies a voltage of several tens of kilovolts between electrodes disposed therein, and applies a mixed gas of Kr, F 2 and Ne at several atmospheric pressures, or A
Oscillation is performed based on plasma formed by discharging in a mixed gas of r, F 2 and Ne. However, when the gas pressure increases, the discharge becomes difficult to occur. Therefore, a predischarge electrode is provided, and the main discharge is induced by using the electrons jumped out by the discharge between them as a trigger. When the beam area is to be increased, the height H and the distance L between the pair of main electrodes 23 facing each other are increased as shown in FIG. Or an auxiliary ionizing electrode 24 is disposed near the center of the discharge space of the pair of main electrodes 23 as shown in FIG. 3, and X is applied to the main discharge space existing between these main electrodes 23.
Discharge is performed between the preliminary ionization electrode 24 and the pair of main electrodes 23 having different potentials while the excitation electromagnetic wave such as a line or a laser beam is injected. In the latter method, since the preliminary ionization electrode 24 is arranged in the main discharge space, the fluence near the center of the oscillated laser beam is small, and the uniformity may be reduced. In this case, as shown in FIG. 4, it is desirable that the beam be spread by a concave lens 25 having two curved surfaces and then condensed by a cylindrical convex lens 26. The former method requires a large-scale apparatus, but provides a beam with good uniformity.

【0018】次に、前述した図1および図2に示す成膜
装置を用いて本発明に係わる成膜方法を説明する。
Next, a film forming method according to the present invention using the film forming apparatus shown in FIGS. 1 and 2 will be described.

【0019】まず、真空容器5内に配置された基板ホル
ダ19の凹部に所望の基板27を支持・固定する。ター
ボポンプ8およびロータリポンプ9を駆動して前記真空
容器5内のガスをメインバルブ6および第1排気管7を
通して排気し、前記真空容器5内を所望の真空度にす
る。また、図示しないロータリーポンプを駆動してボッ
クス13内のガスを第2排気管(図示せず)を通して排
気し、前記ボックス13内を前記真空容器5と同程度の
真空度にした後、端子15a、15bを通してハロゲン
ランプ14に通電して発熱させることにより前記ハロゲ
ンランプ14の下方に配置された前記基板27を所望の
温度に加熱する。図示しないモータを駆動して回転軸1
8を回動することによって、前記回転軸18に支持され
たシャッタ17を円柱状のターゲット16の直上に位置
させる。
First, a desired substrate 27 is supported and fixed in a concave portion of the substrate holder 19 arranged in the vacuum vessel 5. By driving the turbo pump 8 and the rotary pump 9, the gas in the vacuum vessel 5 is exhausted through the main valve 6 and the first exhaust pipe 7, and the inside of the vacuum vessel 5 is brought to a desired degree of vacuum. Further, a rotary pump (not shown) is driven to exhaust the gas in the box 13 through a second exhaust pipe (not shown), and the inside of the box 13 is evacuated to the same degree of vacuum as that of the vacuum vessel 5. , 15b to generate heat by energizing the halogen lamp 14, thereby heating the substrate 27 disposed below the halogen lamp 14 to a desired temperature. By driving a motor (not shown),
By rotating the shutter 8, the shutter 17 supported by the rotation shaft 18 is positioned directly above the cylindrical target 16.

【0020】このような成膜の準備が完了した後、前述
した図2に示す互いに対向する一対の主電極23の高さ
Hと電極間距離Lを大きくしたレーザ発振器20を駆動
することにより、0.8J/cm2 以下の平均フルーエ
ンスを持ち、かつ4cm2 以上の面積を持つレーザビー
ム28が発振される。レーザビーム28は、ミラー21
で反射され、集光レンズ22で所定の焦点距離で集光さ
れて変調されることによって、1J/cm2 以上の平均
フルーエンスを持ち、かつ縦横比が50以上の広い面積
を持つレーザビーム29が前記真空容器5の透過窓11
を通して円柱状のターゲット16に照射される。
After the preparation for the film formation is completed, the laser oscillator 20 in which the height H and the distance L between the pair of main electrodes 23 facing each other are increased as shown in FIG. A laser beam 28 having an average fluence of 0.8 J / cm 2 or less and an area of 4 cm 2 or more is oscillated. The laser beam 28 is
The laser beam 29 having an average fluence of 1 J / cm 2 or more and having a wide area with an aspect ratio of 50 or more is condensed and modulated by the condenser lens 22 at a predetermined focal length. Transmission window 11 of the vacuum vessel 5
Is irradiated on the target 16 having a cylindrical shape.

【0021】縦横比が50以上の広い面積を持つ前記レ
ーザビーム29の前記円柱状のターゲット16への照射
において、図5に示すように前記ターゲット16からそ
のターゲット成分が蒸発されて帯状の蒸着エリア30が
得られる。例えば、前記フルネルレンズからなる集光レ
ンズ22を構成する凸レンズと凹レンズの組み合わせに
より長さ(ターゲット16の軸方向に沿う長さ)が10
0mm、この長さ方向に対して直交する幅が1mmであ
るレーザビーム29を前記ターゲット16に照射する
と、ターゲット16から5cm離れた位置において長さ
200mm、幅20mmの蒸着エリアが得られる。蒸発
状態が安定した時点で、前記回転軸18を回転して前記
回転軸18に支持されたシャッタ17を開放する。前記
シャッタ17の開放により前記ターゲット16からの蒸
発物質は、前記ホルダ19に保持され、前記ハロゲンラ
ンプ15により加熱された前記基板27の下面に付着し
て成膜がなされる。
In the irradiation of the cylindrical target 16 with the laser beam 29 having a wide area having an aspect ratio of 50 or more, the target component is evaporated from the target 16 as shown in FIG. 30 is obtained. For example, the length (length along the axial direction of the target 16) is 10 due to the combination of the convex lens and the concave lens constituting the condenser lens 22 composed of the Fresnel lens.
When the target 16 is irradiated with a laser beam 29 having a width of 0 mm and a width of 1 mm perpendicular to the length direction, a vapor deposition area having a length of 200 mm and a width of 20 mm is obtained at a position 5 cm away from the target 16. When the evaporation state is stabilized, the rotating shaft 18 is rotated to open the shutter 17 supported by the rotating shaft 18. When the shutter 17 is opened, the evaporating substance from the target 16 is held by the holder 19 and adheres to the lower surface of the substrate 27 heated by the halogen lamp 15 to form a film.

【0022】前記ターゲット16としては、例えばY−
Ba−Cu系、Bi−Sr−Ca−Cu系、Tl−Ba
−Ca−Cu系、Hg−Ba−Ca−Cu系、Nd−B
a−Cu系などの酸化物超電導体形成用ターゲット;B
aTiO3 、PbTiO3 、LiNbO3 などの誘電体
形成用ターゲット;WSiNX などの配線形成用ターゲ
ット;GaAs、GaAlPなど化合物半導体形成用タ
ーゲット等を用いることができる。
As the target 16, for example, Y-
Ba-Cu, Bi-Sr-Ca-Cu, Tl-Ba
-Ca-Cu system, Hg-Ba-Ca-Cu system, Nd-B
a-Cu based oxide superconductor forming target; B
aTiO 3, PbTiO 3, LiNbO dielectric target for forming such 3; wire forming targets such WSiN X; GaAs, it is possible to use a compound semiconductor forming the target, etc., etc. GaAlP.

【0023】前記レーザ発振器20から発振されるレー
ザビーム28は、0.8J/cm2以下のフルーエンス
をもつことが必要である。0.8J/cm2 を越えるフ
ルーエンスをもつレーザビームを用いると、真空容器5
に導入しようとした場合、ミラー21および透過窓11
が破壊される恐れがある。したがって、前記レーザ発振
器20から発振されたレーザビームのフルーエンスは
0.8J/cm2 以下、より好ましくは0.4J/cm
2 以下、更に好ましくは0.2J/cm2 以下であるこ
とが望ましい。
The laser beam 28 emitted from the laser oscillator 20 must have a fluence of 0.8 J / cm 2 or less. When a laser beam having a fluence exceeding 0.8 J / cm 2 is used, the vacuum vessel 5
If the mirror 21 and the transmission window 11
May be destroyed. Therefore, the fluence of the laser beam oscillated from the laser oscillator 20 is 0.8 J / cm 2 or less, more preferably 0.4 J / cm 2.
2 or less, more preferably 0.2 J / cm 2 or less.

【0024】前記レーザ発振器20から発振されるレー
ザビーム28は、少なくとも4cm2 以上、より好まし
くは6cm2 以上、更に好ましくは10cm2 以上のビ
ーム面積を有することが必要である。これは、次のよう
な理由によるものである。
The laser beam 28 oscillated from the laser oscillator 20 must have a beam area of at least 4 cm 2 or more, more preferably 6 cm 2 or more, and further preferably 10 cm 2 or more. This is for the following reason.

【0025】すなわち、前述したように基板に広い面積
で成膜する場合には前記ターゲット16に照射されるレ
ーザビーム29のパターン寸法を長さ方向に大きくすれ
ばよい。ただし、ターゲット16への照射による蒸発を
考慮すると、前記レーザビーム29は少なくとも平均の
フルーエンスが1J/cm2 以上有することが必要があ
る。したかって、前記レーザビーム29において、前記
ターゲット16の軸方向の長さを2倍にした時には幅は
半分にする必要がある。その場合、前記蒸着エリアの幅
も半分になるため、成膜速度は遅くなる。
That is, as described above, when forming a film over a large area on the substrate, the pattern size of the laser beam 29 applied to the target 16 may be increased in the length direction. However, in consideration of evaporation due to irradiation on the target 16, it is necessary that the laser beam 29 has at least an average fluence of 1 J / cm 2 or more. Therefore, in the laser beam 29, when the axial length of the target 16 is doubled, the width needs to be halved. In that case, since the width of the deposition area is also reduced to half, the film forming speed is reduced.

【0026】平均フルーエンスが1J/cm2 のレーザ
ビーム29を照射するには、発振されたレーザビーム2
8は照射面積の少なくとも1.25倍以上の面積を持つ
ことが必要である。ただし、これは発振されたレーザビ
ーム28のフルーエンスが0.8J/cm2 であり、か
つミラー、レンズ及び透過窓でのロスがゼロの場合であ
る。実際には、レーザビーム28の光路中でフルーエン
スが約50%まで低下するため、少なくとも2.5倍の
面積が必要であり、長期間に亘って安定して成膜するに
は更に広い面積のビームにして発振のパワーは下げる方
が望ましい。
To irradiate a laser beam 29 having an average fluence of 1 J / cm 2 ,
8 needs to have an area at least 1.25 times or more the irradiation area. However, this is the case when the fluence of the oscillated laser beam 28 is 0.8 J / cm 2 and the loss in the mirror, the lens, and the transmission window is zero. Actually, since the fluence is reduced to about 50% in the optical path of the laser beam 28, at least 2.5 times the area is required. It is desirable to lower the oscillation power by forming a beam.

【0027】このようなことから、前記レーザ発振器2
0から発振されるレーザビーム28として少なくとも4
cm2 以上のビーム面積をもつように設計することによ
って、広い面積のレーザビーム29を長期間に亘って安
定して前記ターゲット16に照射して成膜することが可
能になる。
From the above, the laser oscillator 2
At least 4 as the laser beam 28 oscillated from 0
By designing so as to have a beam area of not less than cm 2, it becomes possible to stably irradiate the target 16 with the laser beam 29 having a wide area over a long period of time to form a film.

【0028】なお、一般的にはエキシマレーザーはビー
ムの断面積が2cm2 程度と小さい。レーザアニールな
どで広い面積を処理しようとする場合には、レーザ出力
を上げ、工学系を工夫して前記断面積を広げることで対
応している。しかしながら、成膜のための蒸着に適用す
る場合にはアニールよりも高いエネルギーが必要である
ため、レーザ出力を上げることで対応すると、ミラー、
レンズ及び透過窓の寿命が短くなる。
Generally, the cross-sectional area of an excimer laser is as small as about 2 cm 2 . When a large area is to be processed by laser annealing or the like, the laser output is increased and the engineering system is devised to increase the cross-sectional area. However, when applied to vapor deposition for film formation, higher energy is required than annealing.
The life of the lens and the transmission window is shortened.

【0029】したがって、面積が大きいほどフルーエン
スは低くて済むため、本発明の成膜方法ではレーザ発振
器20から低フルーエンス、大面積のレーザビーム28
を発振する。このような低フルーエンス、大面積のレー
ザビーム28は、前述した図2または図3に示す構造の
発振器を用いることにより実現できる。
Therefore, since the fluence can be lowered as the area becomes larger, the laser beam from the laser oscillator 20 having a low fluence and a large area can be obtained by the film forming method of the present invention.
Oscillates. Such a low-fluence, large-area laser beam 28 can be realized by using the oscillator having the structure shown in FIG. 2 or FIG.

【0030】前記ターゲット16に照射されるレーザビ
ーム29は、1J/cm2 以上の平均フルーエンスで、
縦横比が50以上、より好ましくは100以上の広い面
積を持つことが必要である。縦横比を50未満にする
と、前記ターゲット16から十分に広い面積の蒸着エリ
ア30を形成することが困難になる。
The laser beam 29 applied to the target 16 has an average fluence of 1 J / cm 2 or more.
It is necessary to have a wide area with an aspect ratio of 50 or more, more preferably 100 or more. If the aspect ratio is less than 50, it is difficult to form the vapor deposition area 30 having a sufficiently large area from the target 16.

【0031】前記基板27への成膜に際し、前記ホルダ
19に保持された基板の長さおよび幅がそれぞれ前記蒸
着エリア30の長さおよび幅より狭い場合には前記ホル
ダ19により前記基板27を静止して成膜することが可
能である。一方、長尺の基板または多数の基板をホルダ
に保持させる場合には前記蒸着エリア30からはみ出さ
ないように前記基板27を移動させる。移動は一方通行
の運動でも、往復運動でもよい。
When forming the film on the substrate 27, if the length and width of the substrate held by the holder 19 are smaller than the length and width of the deposition area 30, respectively, the substrate 27 is stopped by the holder 19. It is possible to form a film. On the other hand, when holding a long substrate or a large number of substrates in the holder, the substrate 27 is moved so as not to protrude from the deposition area 30. The movement may be a one-way movement or a reciprocating movement.

【0032】以上説明した本発明によれば、レーザ発振
器から発振された低フルーエンス、大面積のレーザビー
ムを縦横比の大きなパターンに整形してターゲットに照
射することによって、基板表面に薄膜を効率よくかつ長
期間に亘って安定して成膜することができる。
According to the present invention described above, a low-fluence, large-area laser beam oscillated from a laser oscillator is shaped into a pattern having a large aspect ratio and irradiated onto a target, whereby a thin film is efficiently formed on the substrate surface. In addition, a film can be formed stably over a long period of time.

【0033】また、本発明の成膜方法はターゲットにレ
ーザビームを照射して蒸発させるため、高融点物質であ
ろうと蒸発させることができる。
In the film forming method of the present invention, a target is irradiated with a laser beam to evaporate the target.

【0034】さらに、前記蒸発のメカニズムが熱的な溶
融ではないことから、蒸気圧の異なる複数の元素からな
る化合物の薄膜を成膜する場合でも固体原料(ターゲッ
ト)の組成と同じ組成の薄膜が得られ、かつ組成制御性
に優れている。しかも、高い圧力の反応ガス雰囲気中で
も高い運動エネルギーを持って蒸発させることができる
ため、良質の薄膜を成膜できる。ここで、良質の薄膜と
は緻密で化学量論組成に極めて近い膜ということであ
る。
Furthermore, since the evaporation mechanism is not thermal melting, even when a thin film of a compound composed of a plurality of elements having different vapor pressures is formed, a thin film having the same composition as that of the solid material (target) is formed. Obtained and excellent in composition controllability. In addition, since it can be evaporated with high kinetic energy even in a high pressure reaction gas atmosphere, a high quality thin film can be formed. Here, a good quality thin film is a film that is dense and extremely close to the stoichiometric composition.

【0035】前記レーザビームを前記ターゲットに照射
するに際し、前述した図2で説明した他に、次のような
形態を採用することができる。
In irradiating the target with the laser beam, the following mode can be adopted in addition to the above-described configuration shown in FIG.

【0036】(1)図6に示すようにレーザビーム29
をターゲット16に前記レーザビーム29の長さが前記
ターゲット16の長さ(軸方向に沿う長さ)より長くな
るように照射する。このようなレーザビーム29の照射
により前記ターゲット16の両端を蒸発部として利用す
ることができるため、長時間の成膜に有効である。
(1) As shown in FIG.
To the target 16 so that the length of the laser beam 29 is longer than the length of the target 16 (length along the axial direction). By irradiating the laser beam 29 as described above, both ends of the target 16 can be used as an evaporating section, which is effective for long-time film formation.

【0037】ただし、前記ターゲット16に照射されな
いレーザビームは真空容器5の内壁や治具に当たり、そ
れらを構成する元素を蒸発させる可能性がある。このよ
うな場合には、ターゲット16に対しレーザビーム29
が入射される方向と延長線上におけるレーザビーム19
の出射側で基板27からある一定距離L´以内の箇所を
ターゲット材料で形成することにより成膜された薄膜中
への不純物の導入を防止できる。前記一定の距離とは、
集光に用いたレンズの焦点距離fに対して少なくとも
0.2〜2倍にすることが望ましい。
However, the laser beam which is not irradiated on the target 16 hits the inner wall and the jig of the vacuum vessel 5 and may evaporate the constituent elements. In such a case, the laser beam 29
The laser beam 19 in the direction in which
By forming a portion within a certain distance L 'from the substrate 27 on the emission side with the target material, the introduction of impurities into the formed thin film can be prevented. The constant distance is
It is desirable that the focal length f be at least 0.2 to 2 times the focal length f of the lens used for focusing.

【0038】(2)図7に示すように2台ののレーザー
発振器201 、202 よりレーザビーム281 、282
を同時に発振し、これらレーザビーム281 、282
プリズム311 、312 および主プリズム32を透過さ
せ、ミラー21上で反射させて連続した広い面積のパタ
ーンを形成し、さらに集光レンズ22、透過窓11を通
して真空容器5内に導入する。このような方法によれ
ば、より広い面積のレーザビームをターゲットに照射す
ることが可能になる。
(2) As shown in FIG. 7, laser beams 28 1 and 28 2 are output from two laser oscillators 20 1 and 20 2.
At the same time, these laser beams 28 1 , 28 2 are transmitted through the prisms 31 1 , 31 2 and the main prism 32 and reflected on the mirror 21 to form a continuous large area pattern. , Through the transmission window 11 into the vacuum vessel 5. According to such a method, it becomes possible to irradiate the target with a laser beam having a larger area.

【0039】前記大面積のレーザビームの整形するに際
し、それぞれのレーザビーム281、282 を重複させ
てもよい。
In shaping the large-area laser beam, the respective laser beams 28 1 and 28 2 may be overlapped.

【0040】(3)図8に示すように真空容器5内に凹
レンズ33と凸レンズ34を配置し、前記容器5の外部
に配置された集光レンズ22で集光され、さらに透過窓
11を通過したレーザビームを29を前記凹レンズ33
および凸レンズ34を通過させてビーム形状を大面積化
し、このレーザビーム29´をターゲット16に照射す
る。このように真空容器5内に凹レンズ33と凸レンズ
34を配置することによって、製作上、コストが高くな
る縦横比の大きい、つまり広い透過窓を前記真空容器5
に配置することなく、大面積のレーザビーム29´を前
記容器5内のターゲット16に照射することが可能にな
る。
(3) As shown in FIG. 8, a concave lens 33 and a convex lens 34 are arranged in a vacuum vessel 5, and condensed by a condenser lens 22 disposed outside the vessel 5, and further pass through a transmission window 11. The laser beam 29 is transmitted to the concave lens 33.
Then, the laser beam 29 ′ is made to have a large area by passing through the convex lens 34 and the laser beam 29 ′ is irradiated on the target 16. By arranging the concave lens 33 and the convex lens 34 in the vacuum vessel 5 as described above, the manufacturing cost is increased, and the aspect ratio is large.
It is possible to irradiate the target 16 in the container 5 with the laser beam 29 ′ having a large area without disposing the laser beam 29 ′.

【0041】次に、本発明に係わる別の成膜方法を図面
を参照して詳細に説明する。
Next, another film forming method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0042】図9は、本発明に係わる別の成膜方法に用
いられる成膜装置を示す概略図、図10は図9の成膜装
置の要部を示す斜視図、図11はマスク材側から見た平
面図である。
FIG. 9 is a schematic view showing a film forming apparatus used in another film forming method according to the present invention, FIG. 10 is a perspective view showing a main part of the film forming apparatus shown in FIG. 9, and FIG. It is the top view seen from.

【0043】架台51の支持板52には、上下に天板5
3および底板54を有する円筒状の真空容器55が気密
に固定されている。メインバルブ56が連結された第1
排気管57は、前記真空容器55の左側壁に取り付けら
れている。前記メインバルブ56には、ターボポンプ5
8およびロータリポンプ59が順次連結されている。レ
ーザ光導入管60は、前記真空容器5の右側壁に傾斜し
て連結され、かつ透過窓61は前記導入管60の先端に
取り付けられている。上板62を有する有底円筒状のボ
ックス63は、前記真空容器55の天板53にその底部
が前記真空容器5内まで延出するように吊下されてい
る。ハロゲンランプ64は、前記ボックス63内の底部
付近に配置され、このランプ64両端のリードは前記ボ
ックス63の上板62に取り付けられた一対の端子65
a、65bにそれぞれ接続されている。図示しないロー
タリーポンプは、前記ボックス63の上板62に第2排
気管(図示せず)を通して連結され、前記ボックス63
内を所定の真空度にすることにより前記ハロゲンランプ
64からの輻射エネルギーの増大化を図っている。
The support plate 52 of the gantry 51 has a top plate 5
A cylindrical vacuum vessel 55 having a bottom plate 3 and a bottom plate 54 is airtightly fixed. The first connected main valve 56
The exhaust pipe 57 is attached to the left side wall of the vacuum vessel 55. The main valve 56 has a turbo pump 5
8 and the rotary pump 59 are sequentially connected. The laser light introducing tube 60 is inclinedly connected to the right side wall of the vacuum vessel 5, and the transmission window 61 is attached to the tip of the introducing tube 60. A bottomed cylindrical box 63 having an upper plate 62 is hung on the top plate 53 of the vacuum vessel 55 so that the bottom portion extends into the vacuum vessel 5. The halogen lamp 64 is disposed near the bottom of the box 63, and leads at both ends of the lamp 64 are connected to a pair of terminals 65 attached to the upper plate 62 of the box 63.
a, 65b. A rotary pump (not shown) is connected to the upper plate 62 of the box 63 through a second exhaust pipe (not shown).
By setting the inside of the inside to a predetermined degree of vacuum, the radiant energy from the halogen lamp 64 is increased.

【0044】複数、例えば3つの円板状のターゲット6
6は、図9、図10に示すように前記真空容器55内の
底部付近に前記支持板52および底板54を貫通して前
記真空容器55内に延出された第1の回転軸67にそれ
ぞれ回転自在に支持・固定されている。円板状の前記各
ターゲット66は、後述する円板状のマスクの半径方向
に配列されている。円板状のシャッタ68は、前記支持
板52および底板54を貫通して前記真空容器55内に
延出された第2の回転軸69上に前記各ターゲット66
の上方に位置するように支持・固定されている。前記第
1、第2の回転軸67、69は、前記支持板52下面に
取り付けられた図示しないモータによりそれぞれ回動さ
れる。
A plurality of, for example, three disk-shaped targets 6
6, a first rotating shaft 67 that extends through the support plate 52 and the bottom plate 54 near the bottom of the vacuum vessel 55 and extends into the vacuum vessel 55 near the bottom of the vacuum vessel 55, as shown in FIGS. It is rotatably supported and fixed. The disk-shaped targets 66 are arranged in a radial direction of a disk-shaped mask described later. The disk-shaped shutter 68 is provided on the second rotary shaft 69 extending through the support plate 52 and the bottom plate 54 and into the vacuum vessel 55, so that each of the targets 66
Is supported and fixed so as to be located above. The first and second rotating shafts 67 and 69 are rotated by motors (not shown) mounted on the lower surface of the support plate 52, respectively.

【0045】例えば扇状の開口部70を有するマスク材
71は、図10、図11に示すように前記複数のターゲ
ット66と成膜すべき基板の間に配置されている。前記
扇状の開口部70は前記複数のターゲット66の配列方
向に延出するように前記マスク材71に形成されてい
る。なお、図11中の一点鎖線で示す72は、それぞれ
前記各ターゲット66から蒸発される原子等の粒子の蒸
着エリアを示す。
For example, a mask material 71 having a fan-shaped opening 70 is arranged between the plurality of targets 66 and a substrate on which a film is to be formed, as shown in FIGS. The fan-shaped opening 70 is formed in the mask material 71 so as to extend in the direction in which the plurality of targets 66 are arranged. In addition, reference numeral 72 shown by a dashed line in FIG. 11 indicates a deposition area of particles such as atoms evaporated from each of the targets 66.

【0046】回転軸73で支持・吊下された基板ホルダ
74は、前記真空容器5内に前記マスクシャッタ68の
上方に位置するように回転自在に配置されている。
The substrate holder 74 supported and suspended by the rotating shaft 73 is rotatably disposed in the vacuum vessel 5 so as to be located above the mask shutter 68.

【0047】レーザ発振器75は、前記真空容器55の
外部に配置されている。前記レーザ発振器75から発振
されたレーザビームの前記透過窓61に至る光路には、
前記レーザ発振器75側からミラー76および例えばシ
リンドリカルレンズからなる集光レンズ77が順次配置
されている。ポリゴンミラー78は、図10に示すよう
に前記容器55内の底部付近に配置されている。前記ポ
リゴンミラー78は、前記透過窓61を透過したレーザ
ビームを反射して前記複数のターゲット66に照射す
る。
The laser oscillator 75 is disposed outside the vacuum vessel 55. In the optical path of the laser beam oscillated from the laser oscillator 75 to the transmission window 61,
A mirror 76 and a condenser lens 77 made of, for example, a cylindrical lens are sequentially arranged from the laser oscillator 75 side. The polygon mirror 78 is arranged near the bottom in the container 55 as shown in FIG. The polygon mirror 78 reflects the laser beam transmitted through the transmission window 61 to irradiate the plurality of targets 66.

【0048】次に、前述した図9〜図11に示す成膜装
置を用いて本発明に係わる別の成膜方法を説明する。
Next, another film forming method according to the present invention will be described using the film forming apparatus shown in FIGS.

【0049】まず、真空容器55内に配置された基板ホ
ルダ74の凹部に所望の基板79を支持・固定すると共
に、回転軸73の駆動により所望の速度で回転する。タ
ーボポンプ58およびロータリポンプ59を駆動して前
記真空容器55内のガスをメインバルブ56および第1
排気管57を通して排気し、前記真空容器55内を所望
の真空度にする。また、図示しないロータリーポンプを
駆動してボックス63内のガスを第2排気管(図示せ
ず)を通して排気し、前記ボックス63内を前記真空容
器55と同程度の真空度にした後、端子65a、65b
を通してハロゲンランプ64に通電して発熱させること
により前記ハロゲンランプ64の下方に配置された前記
基板79を所望の温度に加熱する。図示しないモータを
駆動して第2回転軸69を回動することによって、前記
回転軸69に支持されたシャッタ68を前記マスク材7
1の直上に位置させる。
First, a desired substrate 79 is supported and fixed in a concave portion of the substrate holder 74 arranged in the vacuum vessel 55, and is rotated at a desired speed by driving the rotating shaft 73. The turbo pump 58 and the rotary pump 59 are driven to supply the gas in the vacuum vessel 55 to the main valve 56 and the first valve.
The air is exhausted through the exhaust pipe 57 to make the inside of the vacuum vessel 55 a desired degree of vacuum. Further, a gas in the box 63 is exhausted through a second exhaust pipe (not shown) by driving a rotary pump (not shown), and the inside of the box 63 is evacuated to the same degree of vacuum as the vacuum vessel 55. , 65b
The substrate 79 disposed below the halogen lamp 64 is heated to a desired temperature by supplying electricity to the halogen lamp 64 to generate heat. By driving a motor (not shown) to rotate the second rotation shaft 69, the shutter 68 supported by the rotation shaft 69 is moved to the mask material 7.
Position directly above 1.

【0050】このような成膜の準備が完了した後、レー
ザ発振器75を動作することにより、レーザビーム80
が発振される。レーザビーム80は、ミラー76で反射
され、集光レンズ77で所定の焦点距離で集光される。
集光されたレーザビーム80は、前記真空容器55の透
過窓61を通して前記容器55内に導入される。導入さ
れたレーザビーム80は、図10に示すように所望の速
度で回転するポリゴンミラー78で反射されて、それぞ
れ第1回転軸67により所望の速度で回転さされる3つ
の円板状のターゲット66に照射される。
After the preparation for such a film formation is completed, the laser oscillator 75 is operated to operate the laser beam 80.
Is oscillated. The laser beam 80 is reflected by the mirror 76 and is condensed by the condenser lens 77 at a predetermined focal length.
The focused laser beam 80 is introduced into the container 55 through the transmission window 61 of the vacuum container 55. The introduced laser beam 80 is reflected by a polygon mirror 78 rotating at a desired speed as shown in FIG. 10, and each of the three disk-shaped targets 66 rotated at a desired speed by a first rotating shaft 67. Is irradiated.

【0051】前記レーザ光78を前記各ターゲット66
に照射することによって、それらのターゲット成分が蒸
発される。各ターゲット66からのターゲット成分の蒸
発が安定した時点で、前記第2モータ(図示せず)を駆
動して回転軸69を回転することによって、前記回転軸
69に支持されたシャッタ68を開放する。この時、前
記3つのターゲット66の配列方向に形成された扇状の
開口部70を有するマスク材71が前記各ターゲット6
6と前記基板79の間に配置されているため、前記各タ
ーゲット66から蒸発された粒子は前記扇状の開口部7
0を通して前記マスク材71上方の回転する基板79に
付着されるため、均一な厚さの薄膜が前記基板79下面
に成膜される。
The laser beam 78 is applied to each of the targets 66.
Irradiates the target components. When the evaporation of the target component from each target 66 is stabilized, the second motor (not shown) is driven to rotate the rotating shaft 69, thereby opening the shutter 68 supported by the rotating shaft 69. . At this time, the mask material 71 having a fan-shaped opening 70 formed in the direction in which the three targets 66 are arranged is placed on each of the targets 6.
6 and the substrate 79, the particles evaporated from each of the targets 66 pass through the fan-shaped openings 7.
The thin film having a uniform thickness is formed on the lower surface of the substrate 79 because the thin film is adhered to the rotating substrate 79 above the mask material 71 through 0.

【0052】すなわち、複数、例えば3つのターゲット
66からそれぞれ同じ量だけ蒸発されて粒子を直接前記
基板に付着させると、前記基板の中心部分ほど、膜厚が
厚くなる。前述したように扇状の開口部70を有するマ
スク材71を前記各ターゲット66と前記基板79の間
に配置することによって、前記各ターゲット66からの
蒸発粒子が前記開口部70を通過する際、前記基板79
の回転中心に位置するターゲット66からの蒸発粒子ほ
ど、その通過量が抑えられるため、回転する基板79に
は蒸発した粒子が均一に付着される。その結果、均一な
厚さの薄膜が前記基板79下面に成膜される。
That is, when the particles are evaporated from the plurality of, for example, three targets 66 by the same amount and are directly attached to the substrate, the film thickness becomes thicker toward the center of the substrate. As described above, by disposing the mask material 71 having the fan-shaped opening 70 between each of the targets 66 and the substrate 79, when evaporating particles from each of the targets 66 pass through the opening 70, Substrate 79
Since the amount of evaporated particles from the target 66 located at the center of rotation of the rotating substrate 79 is reduced, the evaporated particles are uniformly attached to the rotating substrate 79. As a result, a thin film having a uniform thickness is formed on the lower surface of the substrate 79.

【0053】前記ターゲット66としては、例えばY−
Ba−Cu系、Bi−Sr−Ca−Cu系、Tl−Ba
−Ca−Cu系、Hg−Ba−Ca−Cu系、Nd−B
a−Cu系などの酸化物超電導体形成用ターゲット;B
aTiO3 、PbTiO3 、LiNbO3 などの誘電体
形成用ターゲット;WSiNX などの配線形成用ターゲ
ット;GaAs、GaAlPなど化合物半導体形成用タ
ーゲット等を用いることができる。
As the target 66, for example, Y-
Ba-Cu, Bi-Sr-Ca-Cu, Tl-Ba
-Ca-Cu system, Hg-Ba-Ca-Cu system, Nd-B
a-Cu based oxide superconductor forming target; B
aTiO 3, PbTiO 3, LiNbO dielectric target for forming such 3; wire forming targets such WSiN X; GaAs, it is possible to use a compound semiconductor forming the target, etc., etc. GaAlP.

【0054】前記マスク材71は、前記ターゲット66
と基板79との間で、基板79に近接して配置すること
が望ましい。ただし、前記マスク材71を前記基板79
に近接させ過ぎると、その開口部70以外の領域で覆わ
れる前記基板79下面に活性な酸素が供給され難くなる
ので1mm以上、好ましくは1cm以上離れていること
が望ましい。
The mask material 71 is used for the target 66.
It is desirable to dispose it between the substrate 79 and the substrate 79. However, the mask material 71 is
If it is too close to the opening, it becomes difficult for active oxygen to be supplied to the lower surface of the substrate 79 covered by the area other than the opening 70, so that it is desirable that the distance is 1 mm or more, preferably 1 cm or more.

【0055】前記マスク材71の開口部70の形状は、
図11に示す扇形の半径をR、各ターゲット66からの
均一な蒸着エリアの半径をr、中心角をθとすると、R
θ≦2rになるように前記中心角θを決めることが好ま
しい。
The shape of the opening 70 of the mask material 71 is as follows.
If the radius of the sector shown in FIG. 11 is R, the radius of the uniform deposition area from each target 66 is r, and the central angle is θ, R
It is preferable to determine the central angle θ such that θ ≦ 2r.

【0056】前記マスク材71の開口部70は、扇形の
直線部分は曲がっていてもよい。この場合、隣接するタ
ーゲット66から蒸発した粒子の蒸着エリア72の重な
り度合によってその扇形状を変えることが望ましい。例
えば、隣接するターゲット66からの蒸着エリア72の
重なり度合が多い場合には図12の(A)に示すように
重なり部に対応する箇所に括れ部を有する開口部70を
マスク材71に形成する。一方、隣接するターゲット6
6からの蒸着エリア72の重なり度合が少ないか、もし
くは蒸着エリア72間の重なりがない場合には図12の
(B)に示すように重なり部(または隣接部)に対応す
る箇所に膨れ部を有する開口部70をマスク材71に形
成する。
In the opening 70 of the mask material 71, a fan-shaped linear portion may be curved. In this case, it is desirable to change the fan shape according to the degree of overlap of the deposition areas 72 of the particles evaporated from the adjacent targets 66. For example, when the degree of overlap between the deposition areas 72 from the adjacent targets 66 is large, an opening 70 having a constricted portion corresponding to the overlapped portion is formed in the mask material 71 as shown in FIG. . On the other hand, the adjacent target 6
When the degree of overlap of the vapor deposition areas 72 from 6 is small, or when there is no overlap between the vapor deposition areas 72, a bulging portion is formed at a position corresponding to the overlapping portion (or the adjacent portion) as shown in FIG. The opening 70 is formed in the mask material 71.

【0057】前記基板を直線的に往復動作させながら成
膜する場合にも、複数のターゲットと前記基板の間に配
置される開口部を有するマスク材を配置する。このマス
ク材の開口部の形状は、隣接するターゲットからの原子
等によって構成される蒸発された粒子の蒸着エリアの重
なり度合によって変えることが望ましい。例えば、隣接
するターゲットからの蒸着エリア81の重なり度合が多
い場合には図13の(A)に示すように重なり部に対応
する箇所に括れ部を有する開口部82をマスク材71に
形成する。一方、隣接するターゲットからの蒸着エリア
81の重なり度合が少ないか、もしくは離れている場合
には図13の(B)に示すように重なり部(または隣接
部)に対応する箇所に膨れ部を有する開口部82をマス
ク材71に形成する。
Also in the case of forming a film while reciprocating the substrate linearly, a mask material having openings provided between a plurality of targets and the substrate is disposed. It is desirable that the shape of the opening of the mask material be changed according to the degree of overlap of the evaporation areas of the evaporated particles constituted by atoms and the like from adjacent targets. For example, when the degree of overlap between the deposition areas 81 from adjacent targets is large, an opening 82 having a constricted portion corresponding to the overlapping portion is formed in the mask material 71 as shown in FIG. On the other hand, when the degree of overlap of the deposition area 81 from the adjacent target is small or distant, the deposition area 81 has a swollen portion at a position corresponding to the overlap portion (or the adjacent portion) as shown in FIG. An opening 82 is formed in the mask material 71.

【0058】なお、複数箇所からターゲットを蒸発させ
る方法は、前述したように複数のターゲットを用いる場
合に限らず、例えば大型のターゲットの複数の箇所にレ
ーザビームを照射してもよい。この場合、前記大型のタ
ーゲットへの複数の照射位置間の距離に応じて前記マス
ク材の開口部の形状を設定する。
The method of evaporating a target from a plurality of locations is not limited to the case where a plurality of targets are used as described above. For example, a plurality of locations of a large target may be irradiated with a laser beam. In this case, the shape of the opening of the mask material is set according to the distance between a plurality of irradiation positions on the large target.

【0059】また、複数箇所からターゲットを蒸発させ
る方法において、前述したようにポリゴンミラーを用い
る場合に限らない。例えば、複数のレーザ発振器を用い
て複数のターゲットまたは大型のターゲットにレーザビ
ームをそれぞれ照射してもよい。一つのレーザ発振器を
用いる場合には、前記発振器から発振されたレーザビー
ムをビームスプリッタを用いて複数のレーザビームを形
成してもよい。ただし、レーザビームの照射繰り返し周
波数を高くするには前述したポリゴンミラーが好適であ
る。
The method of evaporating a target from a plurality of locations is not limited to the case where a polygon mirror is used as described above. For example, a plurality of targets or a large target may be irradiated with a laser beam using a plurality of laser oscillators. When one laser oscillator is used, a plurality of laser beams may be formed from a laser beam oscillated from the oscillator using a beam splitter. However, the polygon mirror described above is suitable for increasing the laser beam irradiation repetition frequency.

【0060】さらに、大型のターゲットを使用する場合
にはレーザビームを線状にターゲット上に集光するか、
またはレーザビームを走査させることが好ましい。ただ
し、ターゲットが円形で自転させる場合にはレーザビー
ムをターゲットの回転中心を含まない領域に集光するこ
とが望ましい。レーザビームをターゲットの回転中心付
近に照射すると、レーザビームが絶えず前記回転中心付
近に照射されるため、この部分のターゲットのみが深く
掘れて焦点ずれが起こる。その結果、組成ずれが生じた
り、プルームの形状が変わったりして膜厚が不均一にな
る恐れがある。したがって、レーザビームをターゲット
に照射する場合には、図14の(A)に示すようにター
ゲット66にその回転中心付近を除く半径方向に延びる
領域83に集光することが好ましい。ただし、ターゲッ
トの回転中心に近い部分と遠い部分の移動速度の差をで
きるだけ小さくするにはターゲットの大きさはできるだ
け大きい方が望ましい。例えば、集光されたレーザビー
ムの照射領域の長さの少なくとも2倍以上、より好まし
くは3倍以上の直径をもつターゲットを用いることが望
ましい。
When a large target is used, the laser beam is focused on the target in a linear manner,
Alternatively, it is preferable to scan with a laser beam. However, when the target rotates in a circular shape, it is desirable to focus the laser beam on a region not including the rotation center of the target. When the laser beam is applied to the vicinity of the center of rotation of the target, the laser beam is constantly applied to the vicinity of the center of rotation. Therefore, only the target in this portion is dug deeply and defocus occurs. As a result, there is a possibility that the film thickness becomes non-uniform due to a composition deviation or a change in the shape of the plume. Therefore, when irradiating the target with the laser beam, it is preferable that the laser beam is condensed on the target 66 in a region 83 extending in the radial direction excluding the vicinity of the rotation center as shown in FIG. However, it is desirable that the size of the target be as large as possible in order to minimize the difference between the moving speeds of the part near and far from the center of rotation of the target. For example, it is desirable to use a target having a diameter at least twice or more, more preferably three times or more, the length of the irradiation area of the focused laser beam.

【0061】また、図14の(B)に示すようにレーザ
ビームをターゲット66にその回転中心を横切る直径と
平行な領域84に集光してもよい。この場合、レーザビ
ームの照射領域の移動速度はレーザビームの照射パター
ン内の位置によらずほぼ同じであるため、レーザビーム
の照射に際してターゲットが局所的に掘られるのを回避
できる。しかも、ターゲットの面積を比較的小さくでき
るため、集光されたレーザビームの照射面における長さ
の少なくとも1.5倍以上の直径をもつターゲットの条
件を満たすものであれば用いることが可能になる。
Further, as shown in FIG. 14B, the laser beam may be focused on the target 66 in a region 84 parallel to the diameter crossing the center of rotation of the target 66. In this case, since the moving speed of the laser beam irradiation area is substantially the same regardless of the position in the laser beam irradiation pattern, it is possible to avoid the target from being dug locally during the laser beam irradiation. In addition, since the area of the target can be made relatively small, it can be used as long as it satisfies the condition of a target having a diameter of at least 1.5 times the length of the focused laser beam on the irradiation surface. .

【0062】さらに、基板に広い面積で均一な厚さの薄
膜を形成するにはターゲット上に照射されることにより
形成される、レーザビームのパターンがレーザビームの
長尺の形状を有することが好ましい。例えば前記レーザ
ビームの線状をなすパターンの長さ(L)は、基板の半
径の少なくとも1/2以上であることが好ましい。前記
レーザビームのパターンにおいて、レーザビームの線状
パターンの幅(W)は5mm以下、より好ましくは1m
m以下であることが望ましい。これは、レーザビームを
ターゲットに対して斜めに入射するため、焦点がずれた
部分がレーザビームの入射方向に沿う前後のパターンに
起きやすいからである。焦点がずれた部分では、フルー
エンスが低くなるため、蒸気圧の高い元素が蒸発し易く
なることに起因して成膜された薄膜の組成ずれが起こ
る。前述したようにパターンの幅(W)を5mm以下に
することによって、前記焦点ずれに起因するフルーエン
スの低い部分が照射パターンに生じるのを防止すること
が可能になる。したがって、ターゲットへの照射パター
ンにおいて、その長さ(L)と幅(W)との比(L/
W)は10倍以上、より好ましくは30倍以上であるこ
とが望ましい。
Further, in order to form a thin film having a large area and a uniform thickness on a substrate, it is preferable that a laser beam pattern formed by irradiating a target has a long shape of the laser beam. . For example, the length (L) of the linear pattern of the laser beam is preferably at least 以上 or more of the radius of the substrate. In the laser beam pattern, the width (W) of the linear pattern of the laser beam is 5 mm or less, more preferably 1 m.
m or less. This is because the laser beam is obliquely incident on the target, and the defocused portion is likely to occur in the pattern before and after along the laser beam incident direction. Since the fluence is low in the part where the focus is shifted, the composition of the formed thin film is shifted due to the fact that the element having a high vapor pressure is easily evaporated. By setting the width (W) of the pattern to 5 mm or less as described above, it is possible to prevent a portion having a low fluence due to the defocus from occurring in the irradiation pattern. Therefore, in the irradiation pattern on the target, the ratio (L / L) of the length (L) to the width (W) is used.
W) is preferably at least 10 times, more preferably at least 30 times.

【0063】前記レーザビームを線状に集光するには、
例えば図15および図16に示すようにレーザビーム8
0を円筒状の面をもつ凹レンズ85と凸レンズ86を組
み合わたレンズ系を集光させる方法が採用される。この
ようなレンズ系を用いてレーザビームを集光させる際、
ターゲット上に照射されるレーザビームの長さ(L)は
前記凹レンズ85の焦点距離(曲率)で決定され、幅
(W)は凸レンズ86の焦点距離で決定される。特に、
レーザビームのフルーエンスを上げるためには、前記幅
(W)を狭くすることが好ましい。このため、300m
m以下、好ましくは100mm以下の焦点距離(曲率)
を持つ凹レンズ85でレーザビームを集光して幅(W)
を1mm以下にすることが好ましい。
To focus the laser beam linearly,
For example, as shown in FIGS.
A method of condensing a lens system combining a concave lens 85 and a convex lens 86 having a cylindrical surface with 0 is adopted. When focusing a laser beam using such a lens system,
The length (L) of the laser beam irradiated on the target is determined by the focal length (curvature) of the concave lens 85, and the width (W) is determined by the focal length of the convex lens 86. Especially,
In order to increase the fluence of the laser beam, it is preferable to narrow the width (W). Therefore, 300m
m or less, preferably 100 mm or less focal length (curvature)
Condensed laser beam with concave lens 85 having width (W)
Is preferably 1 mm or less.

【0064】以上説明した本発明の別の成膜方法によれ
ば、ターゲットと基板間に開口部を有するマスク材が配
置した後、前記開口部に対応する複数箇所から前記ター
ゲットを同時または順次蒸発させることによって、広い
面積の基板に均一な厚さの薄膜を形成することができ
る。
According to another film forming method of the present invention described above, after a mask material having an opening is disposed between a target and a substrate, the target is simultaneously or sequentially evaporated from a plurality of locations corresponding to the opening. By doing so, a thin film having a uniform thickness can be formed on a substrate having a large area.

【0065】すなわち、ターゲットの一箇所から蒸発さ
せた場合には、図23に示すように基板に成膜された薄
膜に厚さ分布が生じて均一な領域は狭くなる。これに対
し、ターゲットを30mmの間隔をあけて配置し、これ
らターゲットから蒸発させた場合には図24に示すよう
に基板に成膜された薄膜の厚さの均一性が改善される。
ただし、板状の基板全面に成膜するために複数箇所から
ターゲットを蒸発させると共に前記基板を回転させる
と、それぞれのターゲットから蒸発する量が同じである
場合、前記基板の中心に近いほど成膜された薄膜が厚く
なる。
That is, when the target is evaporated from one place, as shown in FIG. 23, the thickness distribution occurs in the thin film formed on the substrate, and the uniform region becomes narrow. On the other hand, when the targets are arranged at intervals of 30 mm and evaporated from these targets, the uniformity of the thickness of the thin film formed on the substrate is improved as shown in FIG.
However, when the target is evaporated from a plurality of locations and the substrate is rotated in order to form a film on the entire surface of the plate-like substrate, when the amount of evaporation from each target is the same, the film is formed closer to the center of the substrate. The deposited thin film becomes thicker.

【0066】このようなことから、本発明は前記ターゲ
ットと前記基板間に開口部(例えば扇状の開口部)を有
するマスク材を介在させることによって、複数個所のタ
ーゲットから蒸発した粒子が前記開口部を通過する際、
前記基板の回転中心に向かう粒子ほど、その通過量を抑
えられることができる。その結果、広い面積の基板に均
一な厚さの薄膜を形成することができる。
In view of the above, according to the present invention, by interposing a mask material having an opening (for example, a fan-shaped opening) between the target and the substrate, particles evaporated from a plurality of targets can be removed from the opening. When passing through
The amount of particles that pass toward the center of rotation of the substrate can be suppressed. As a result, a thin film having a uniform thickness can be formed on a substrate having a large area.

【0067】次に、本発明に係わるさらに別の成膜方法
を図17および図18を参照して説明する。
Next, still another film forming method according to the present invention will be described with reference to FIGS.

【0068】図17に示すように真空容器(図示せず)
内でホルダ(図示せず)に保持される基板91を回転さ
せながら、集光されたレーザビーム92をポリゴンミラ
ー93で反射させて、エネルギー密度(フルーエンス)
の異なるレーザビーム941、942 を組成の異なる2
つのターゲット951 、952 に照射して前記基板91
の下面に前記組成の異なる第1、第2のターゲット95
1 、952 の成分からなる薄膜を成膜する。前記ターゲ
ット951 、952 は、例えば前記基板91の下方にそ
の回転中心に対して対称的に配置されている。
As shown in FIG. 17, a vacuum vessel (not shown)
The laser beam 92 condensed is reflected by a polygon mirror 93 while rotating a substrate 91 held by a holder (not shown) in the inside, so that an energy density (fluence) is obtained.
Laser beams 94 1 and 94 2 of different compositions
The substrate 91 is irradiated by irradiating two targets 95 1 and 95 2.
On the lower surface of the first and second targets 95 having different compositions.
1, forming a thin film made of a 95 second component. The targets 95 1 and 95 2 are arranged symmetrically with respect to the center of rotation below the substrate 91, for example.

【0069】前記第1ターゲット951 は、例えばYB
COから作られる。
The first target 95 1 is, for example, YB
Made from CO.

【0070】前記第2ターゲット952 は、例えばC
u、Y、Y2 BaCuO5 、La、Sr、Ag、Au、
Ce、Ce2 3 、MgO、SrTiO3 、CeO2
どYBCOと反応しない元素およびその化合物から作ら
れる。
The second target 95 2 is, for example, C
u, Y, Y 2 BaCuO 5 , La, Sr, Ag, Au,
It is made from elements that do not react with YBCO, such as Ce, Ce 2 O 3 , MgO, SrTiO 3 , and CeO 2 , and compounds thereof.

【0071】前記第1、第2のターゲット951 、95
2 の相互間の蒸発タイミングは、可能な限り短くするこ
とが好ましい。例えば、YBCOからなる第1ターゲッ
ト951 を蒸発させた後、次の第2ターゲット952
蒸発させるまでの時間は1秒以下、より好ましくは0.
1秒以下にすることが好ましい。ただし、前記基板91
の回転速度もレーザビームの繰り返し周期に応じて変え
る必要がある。すなわち、レーザビームの発振のインタ
ーバル内に前記基板91が前記第1、第2のターゲット
951 、952 の蒸着エリア間を移動する(横切る)よ
うにすることが好ましい。前記基板91を回転させる場
合、その回転数(rpm)をR、レーザビームの繰り返
し周波数をfとした時、R=30×fを満たすように前
記基板91の回転数、レーザ発振器でのレーザビームの
発振周波数を設定することが好ましい。
The first and second targets 95 1 , 95
The evaporation timing between the two is preferably as short as possible. For example, the time from evaporating the first target 95 1 made of YBCO to evaporating the next second target 95 2 is 1 second or less, more preferably 0.1 second or less.
It is preferable that the time be 1 second or less. However, the substrate 91
Also needs to be changed according to the repetition period of the laser beam. That is, it is preferable that the substrate 91 moves (crosses) between the deposition areas of the first and second targets 95 1 and 95 2 within the laser beam oscillation interval. When the substrate 91 is rotated, when the rotation speed (rpm) is R and the repetition frequency of the laser beam is f, the rotation speed of the substrate 91 and the laser beam from the laser oscillator are set so that R = 30 × f. It is preferable to set the oscillation frequency.

【0072】なお、レーザビームの照射位置を固定し、
ターゲットをローテーションさせることも可能である
が、前記ターゲットを短時間でローテーションさせる必
要があるために実用的ではない。
The irradiation position of the laser beam is fixed,
Although it is possible to rotate the target, it is not practical because the target needs to be rotated in a short time.

【0073】前記フルーエンスの異なるレーザビーム9
1 、942 を前記ポリゴンミラー93から反射させる
には、次のような方法が採用される。すなわち、エキシ
マレーザ用ポリゴンミラーは誘電体多層膜で構成され、
入射角に応じて層数を変えるため、全反射する入射角の
範囲は限られている。この性質を利用して例えば蒸気圧
の低い材料からなる第1ターゲットにレーザビームを照
射する時の入射角で全反射するようにセットし、前記第
1ターゲットより蒸気圧の高い材料からなる第2ターゲ
ットにレーザビームを照射する時の入射角は全反射する
範囲から少しずれるようにする。例えば45゜入射用の
ポリゴンミラーは、30〜60゜の範囲でほぼ全反射す
るが、その範囲からずれると反射率は下がる。このた
め、第1ターゲットにレーザビームを照射する時の入射
角を60゜または30゜付近にセットすれば、第2ター
ゲットに照射されるレーザビームのフルーエンスは弱く
なる。いずれの角度にするかは、ターゲットおよびレー
ザビームの入射角によって決定される。
The laser beams 9 having different fluences
4 1, the 94 2 is reflected from the polygon mirror 93, the following method is employed. That is, the polygon mirror for excimer laser is composed of a dielectric multilayer film,
Since the number of layers is changed according to the angle of incidence, the range of the angle of incidence for total reflection is limited. Utilizing this property, for example, a first target made of a material having a low vapor pressure is set to be totally reflected at an incident angle when a laser beam is irradiated, and a second target made of a material having a higher vapor pressure than the first target is set. The incident angle when irradiating the target with the laser beam is slightly shifted from the range of total reflection. For example, a 45 ° incident polygon mirror reflects almost completely within a range of 30 ° to 60 °, but if it deviates from that range, the reflectance decreases. For this reason, if the incident angle when irradiating the first target with the laser beam is set to around 60 ° or 30 °, the fluence of the laser beam irradiating the second target becomes weak. Which angle is determined by the target and the incident angle of the laser beam.

【0074】具体的には、前述した図17に示すように
反時計回り方向に回転するポリゴンミラー93にレーザ
ビーム92を入射し、ここで反射されたレーザビーム9
1を右側の第1ターゲット951 に初めに照射し、次
に左側の第2ターゲット952 に反射されたレーザビー
ム942 を照射する場合は、前記レーザビーム92の入
射角を60゜付近にする。一方、図18に示するように
反時計回り方向に回転するポリゴンミラー93にレーザ
ビーム92を入射し、ここで反射されたレーザビーム9
1 を左側の第1ターゲット951 に初めに照射し、次
に右側の第2ターゲット952 に反射されたレーザビー
ム942 を照射する場合は、前記レーザビーム92の入
射角を30゜付近にする。左側のターゲットに初めに照
射し次に右側のターゲットに照射する場合はミラーの回
転方向は時計回りになり、全反射する時の入射角は30
度付近にする。前記フルーエンスの異なるレーザビーム
941 、942 のパワーの配分は、前記レーザビーム9
2の入射角の調整によって決定することができる。
Specifically, as shown in FIG. 17, the laser beam 92 is incident on the polygon mirror 93 rotating counterclockwise, and the laser beam
4 1 irradiated initially to the first target 95 1 on the right side, then the second case of irradiating the target 95 2 laser beam 94 2 reflected on the left side, near 60 ° angle of incidence of the laser beam 92 To On the other hand, as shown in FIG. 18, a laser beam 92 is incident on a polygon mirror 93 which rotates in a counterclockwise direction, and the laser beam
4 1 irradiated initially to the first target 95 1 on the left, when the next irradiating a laser beam 94 2 reflected on the second target 95 2 on the right, near the 30 ° angle of incidence of the laser beam 92 To When irradiating the left target first and then irradiating the right target, the rotation direction of the mirror is clockwise, and the incident angle at the time of total reflection is 30.
Degree near. Distribution of different laser beams 94 1, 94 2 of the power of the fluence, the laser beam 9
2 can be determined by adjusting the angle of incidence.

【0075】前記ポリゴンミラーでレーザビームを反射
させる際、レンズで集光する前にフィルターで落とす手
法を採用してもよい。この場合は、二つのレーザビーム
がある程度離れることが必要であるため、前記ポリゴン
ミラーからレンズまでの距離が長くなる。
When a laser beam is reflected by the polygon mirror, a method may be employed in which the laser beam is dropped by a filter before being focused by a lens. In this case, since the two laser beams need to be separated to some extent, the distance from the polygon mirror to the lens becomes long.

【0076】前記フルーエンスの異なるレーザビーム9
1 、942 のパワーの配分は、前記レーザビーム92
の入射角の調整によって決定することができる。例え
ば、第1ターゲット951 をYBCOで、第2ターゲッ
ト952 を比較的蒸発しやすい金属で作った場合、前記
第2ターゲット952 へのフルーエンスは第1ターゲッ
ト951 へのフルーエンスの40〜90%、より好まし
くは60〜90%にすることが望ましい。第1ターゲッ
ト951 をYBCOで、第2ターゲット952 を比較的
蒸発し難い酸化物で作った場合、前記第2ターゲット9
2 へのフルーエンスは第1ターゲット951 へのフル
ーエンスの60〜95%、より好ましくは70〜95%
にすることが望ましい。
The laser beams 9 having different fluences
4 1 , 94 2 power distribution depends on the laser beam 92
Can be determined by adjusting the incident angle. For example, the first target 95 1 YBCO, when made with relatively evaporable metal second target 95 2, 40 to 90 of the second fluence to the target 95 2 fluence to the first target 95 1 %, More preferably 60 to 90%. When the first target 95 1 is made of YBCO and the second target 95 2 is made of an oxide that is relatively difficult to evaporate, the second target 9 1
5 fluence to 2 60% to 95% of the fluence of the first target 95 1, more preferably 70% to 95%
Is desirable.

【0077】なお、前記フルーエンスの異なるレーザビ
ームを第1、第2のターゲットに照射する方法として
は、前述したポリゴンミラーを用いる方法の他に、レー
ザビームをフルーエンスが不均等になるようにビームス
プリッターで分ける方法を採用してもよい。
As a method of irradiating the first and second targets with the laser beams having different fluences, in addition to the above-described method using the polygon mirror, a beam splitter may be used so that the fluences of the laser beams become uneven. May be adopted.

【0078】ターゲットは、2つに限らず、3つ以上の
ターゲットを前記基板の下方に配置してもよい。
The number of targets is not limited to two, and three or more targets may be arranged below the substrate.

【0079】以上説明した本発明によれば、基板を所望
の速度で回転させながら、前記基板の下方に配置された
複数の固体原料(ターゲット)にエネルギー密度(フル
ーエンス)の異なるレーザを同時または順次照射するこ
とによって、大面積の基板に均一な薄膜を形成できるだ
けでなく、不純物が均一に分散された薄膜を形成するこ
とも可能である。例えば、一方のターゲットをYBCO
で作り、別のターゲットをYBCO以外の不純物で作れ
ば、YBCO超電導膜中に磁束のピニングセンターとな
る異相が細かく分散された薄膜を前記基板に形成するこ
とができる。
According to the present invention described above, lasers having different energy densities (fluence) are simultaneously or sequentially applied to a plurality of solid raw materials (targets) disposed below the substrate while rotating the substrate at a desired speed. By irradiation, not only can a uniform thin film be formed on a large-area substrate, but also a thin film in which impurities are uniformly dispersed can be formed. For example, one target is YBCO
If another target is made of impurities other than YBCO, a thin film in which a hetero phase serving as a pinning center of magnetic flux is finely dispersed in the YBCO superconducting film can be formed on the substrate.

【0080】すなわち、従来より組成を化学両論組成か
らずらして薄膜中に異相を析出させてピニングセンター
を導入しようとする試みがなされている。しかしなが
ら、成膜速度が遅いために過剰な元素または異相は細か
く分散せず凝集して粒界や薄膜の表面に析出する。その
結果、ピニングセンターとして機能させることはできな
かった。
That is, conventionally, attempts have been made to introduce a pinning center by depositing a different phase in a thin film while shifting the composition from the stoichiometric composition. However, since the film formation rate is low, the excess elements or foreign phases are not finely dispersed but aggregate and precipitate on the grain boundaries and the surface of the thin film. As a result, it could not function as a pinning center.

【0081】これに対し、本発明の成膜方法で使用する
レーザー蒸着法は蒸着速度を他の成膜法の10倍以上速
くすることができ、かつターゲットから蒸発した粒子の
基板面への供給が数十ナノ秒から数マイクロ秒の短時間
に行われる。このため、成膜中に過剰な元素や異相など
は長い距離をマイグレーションされず、凝集することが
ない。
On the other hand, the laser vapor deposition method used in the film forming method of the present invention can increase the vapor deposition rate by 10 times or more as compared with other film forming methods, and supplies the particles evaporated from the target to the substrate surface. Is performed in a short time of several tens nanoseconds to several microseconds. For this reason, during film formation, excessive elements and foreign phases are not migrated over a long distance and do not aggregate.

【0082】したがって、本発明のように基板を所望の
速度で回転させながら、前記基板の下方に配置された複
数のターゲットにフルーエンスの異なるレーザビームを
同時または順次照射することによって、一方のターゲッ
トから蒸発された主要成分に他方の1つまたは複数のタ
ーゲットから蒸発された不純物成分が凝集せずに均一に
分散され、例えばYBCO超電導膜中に磁束のピニング
センターとなる異相が細かく分散された薄膜を基板に形
成することができる。
Accordingly, by simultaneously or sequentially irradiating a plurality of targets disposed below the substrate with laser beams having different fluences while rotating the substrate at a desired speed as in the present invention, one of the targets is rotated. Impurity components evaporated from one or more other targets are uniformly dispersed without aggregation in the evaporated main component, and for example, a thin film in which a heterogeneous phase serving as a pinning center of a magnetic flux is finely dispersed in a YBCO superconducting film is formed. It can be formed on a substrate.

【0083】次に、本発明に係わるさらに別の成膜方法
においてマスク材を用いた方法を説明する。
Next, a method using a mask material in still another film forming method according to the present invention will be described.

【0084】前述した図17に示すように基板91を回
転させながら、集光されたレーザビーム92を例えばポ
リゴンミラー93で反射させて、フルーエンスの異なる
レーザビーム941 、942 を組成の異なる2つのター
ゲット951 、952 に照射して前記基板91の下面に
前記組成の異なる第1、第2のターゲット951 、95
2 の成分からなる薄膜を成膜する際、図19または図2
0に示すように前記各ターゲットに対応する箇所に第
1、第2の開口部961 、962 を形成した円板状のマ
スク材97をターゲットと基板の間に配置する。このよ
うなマスク材97の配置により前記基板への蒸着範囲が
制限される。前記各ターゲットは、前記基板の下方にそ
の回転中心に対して対称的に配置されている。なお、図
19または図20中の一点鎖線で示す981 、982
前記各ターゲットからの蒸着エリア、二点鎖線で示す9
9は前記マスク材97上方に配置された図示しない円板
状基板に成膜される多層構造の環状薄膜である。
As shown in FIG. 17, the condensed laser beam 92 is reflected by, for example, a polygon mirror 93 while the substrate 91 is being rotated, so that the laser beams 94 1 and 94 2 having different fluences are converted into two beams having different compositions. The first and second targets 95 1 , 95 2 having different compositions are irradiated on the lower surface of the substrate 91 by irradiating the two targets 95 1 , 95 2.
When a thin film composed of the two components is formed, FIG.
Wherein as shown in 0 first at positions corresponding to each target, a second opening 96 1, 96 2 disc-shaped mask material 97 formed with placed between the target and the substrate. Such an arrangement of the mask material 97 limits the range of vapor deposition on the substrate. Each of the targets is symmetrically arranged below the substrate with respect to its center of rotation. Note that reference numerals 98 1 and 98 2 indicated by dashed lines in FIG. 19 or FIG.
Reference numeral 9 denotes an annular thin film having a multilayer structure formed on a disc-shaped substrate (not shown) disposed above the mask material 97.

【0085】前記マスク材97の各開口部961 、96
2 において、向かい合った一組の辺が前記マスク材97
の中心に対して同心円の一部からなり、もう一組の辺は
いずれも延長すると前記マスク材97の中心で交わるよ
うな形状にすることが好ましい。このような形状の第
1、第2の開口部961 、962 を有するマスク材97
を用いることによって、その上方の基板に均一な厚さの
環状薄膜99を形成することが可能になる。
The openings 96 1 , 96 of the mask material 97
In FIG. 2 , a pair of opposing sides is the mask material 97.
It is preferable that the other side of the mask member 97 be formed so as to intersect at the center of the mask member 97 when the other side extends. Mask material 97 having first and second openings 96 1 and 96 2 having such a shape.
Is used, it is possible to form the annular thin film 99 having a uniform thickness on the substrate thereabove.

【0086】前記マスク材97の各開口部961 、96
2 において、その上方の基板の回転方向に対して直交す
る方向の幅は前記基板に成膜される環状薄膜の径(r1
)を決定する。前記各開口部961 、962 の幅は、
同じであって、異なってもよい。ただし、前記2つのタ
ーゲットのうち、第1開口部961 に対向する第1ター
ゲットをYBCOのような超電導材料で作り、第2開口
部962 に対向する第2ターゲットを絶縁材料により作
った場合、前記第2開口部962 の幅を前記第1開口部
961 の幅より大きくすることが好ましい。このような
形状の第1、第2の開口部961 、962 を有するマス
ク材97を用いることによって、その上方の基板に成膜
された超電導層の間にこれら超電導層より幅の広い絶縁
層を成膜できるため、前記超電導層間でのショートを避
けることが可能になる。特に、前記第2開口部962
幅は前記第1開口部961 の幅の1.1倍以上、より好
ましくは1.5倍以上にすることが望ましい。
The openings 96 1 , 96 of the mask material 97
In 2 , the width in the direction orthogonal to the direction of rotation of the substrate above it is the diameter (r1) of the annular thin film formed on the substrate.
). The width of each of the openings 96 1 , 96 2 is:
They may be the same and different. However, when the first target facing the first opening 96 1 among the two targets is made of a superconducting material such as YBCO, and the second target facing the second opening 96 2 is made of an insulating material. , it is preferable that the second width of the opening 96 2 greater than the first width of the opening 96 1. By using the mask material 97 having the first and second openings 96 1 and 96 2 having such a shape, the insulating material having a width wider than those of the superconducting layers is formed between the superconducting layers formed on the substrate thereabove. Since a layer can be formed, a short circuit between the superconducting layers can be avoided. In particular, the second width of the opening 96 2 is more than 1.1 times of the first opening 96 1 of width, more preferably it is desirable to be at least 1.5 times.

【0087】前記マスク材97の各開口部961 、96
2 において、その上方の基板の回転方向の長さは前記タ
ーゲットから蒸着した粒子の前記基板への付着量に関与
する。また、前記基板の回転速度も前記ターゲットから
蒸着された粒子の前記基板への付着量に関与する。つま
り、各開口部961 、962 の長さを長くするほど、タ
ーゲットから蒸発した粒子の基板への付着量(成膜速
度)が増大される。
The openings 96 1 , 96 of the mask material 97
In 2 , the rotational length of the substrate above it is related to the amount of particles deposited from the target on the substrate. Further, the rotation speed of the substrate also affects the amount of particles deposited from the target on the substrate. In other words, the longer the length of each opening 96 1, 96 2, the adhesion amount from the target to the substrate of the evaporated particles (deposition rate) is increased.

【0088】前記マスク材97において、基板に成膜さ
れる環状薄膜99の外周の曲率半径をR、前記環状薄膜
99の幅をr1 、蒸着エリア981 、982 の半径r2
とすると、前記各開口部961 、962 の開き角θは前
記r1 、r2 、基板とターゲットの位置関係および基板
の回転速度で決定される。前記各開口部961 、962
をそれぞれ前記蒸着エリア981 、982 内に均一に収
まらせるには、2r2≧Rの時はRθ>2r2 ≧(R−
1 )θ、また2r2 <Rの時はRθ<2r2の関係が
成り立つようにすることが好ましい。前記蒸着エリアの
中心と基板の回転中心との距離をLとすると、LはR−
0.5×r1 程度において蒸着エリアが広くなり、基板
への成膜速度を高めることが可能になる。
[0088] In the mask material 97, the radius of curvature of the outer periphery of the annular thin 99 to be formed on the substrate R, the annular r 1 the width of the thin film 99, deposition area 98 1, 98 2 of radius r 2
Then, the opening angle θ of each of the openings 96 1 , 96 2 is determined by r 1 , r 2 , the positional relationship between the substrate and the target, and the rotation speed of the substrate. The openings 96 1 , 96 2
To uniformly fit in the deposition areas 98 1 and 98 2 respectively, when 2r 2 ≧ R, Rθ> 2r 2 ≧ (R−
r 1 ) θ, and when 2r 2 <R, it is preferable to satisfy the relationship of Rθ <2r 2 . Assuming that the distance between the center of the deposition area and the rotation center of the substrate is L, L is R−
At about 0.5 × r 1 , the deposition area becomes large, and the film formation rate on the substrate can be increased.

【0089】以上説明した図19または図20に示す第
1、第2の開口部961 、962 をを有するマスク材9
7を前述した図17に示す組成の異なる第1、第2のタ
ーゲット951 、952 と基板91の間に前記第1、第
2の開口部961 、962 が前記各ターゲット951
952 に所定の位置関係で対向するように配置すること
によって、第1、第2のターゲットの材料からなる薄膜
が交互に積層された多層構造の環状薄膜を前記基板に成
膜できる。このような環状薄膜が成膜された基板はアン
テナやフィルタとして利用できる。
[0089] The above-described FIG. 19 or the first shown in FIG. 20, the mask material having a second opening 96 1, 96 2 9
The first of the compositions shown a 7 in FIG. 17 described above differs, the second target 95 1, 95 2 and the first between the substrate 91, the second opening 96 1, 96 2 each target 95 1,
By disposed to face in a predetermined positional relationship to the 95 2, can be formed first, the annular film of a multilayer structure in which a thin film made of the material of the second target are alternately laminated on the substrate. The substrate on which such an annular thin film is formed can be used as an antenna or a filter.

【0090】[0090]

【実施例】以下、本発明のより好ましい実施例を図面を
参照して詳細に説明する。
Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

【0091】(実施例1)まず、図1に示すように真空
容器5内に配置された基板ホルダ19にSrTiO3
結晶からなる円板状基板29を支持・固定した。つづい
て、酸素を前記容器5内に100sccmの一定流量で
供給しながら、ターボポンプ8およびロータリポンプ9
を駆動して前記真空容器5内のガスをメインバルブ6お
よび第1排気管7を通して排気し、前記真空容器5内を
0.5Torrの真空度にした。図示しないロータリー
ポンプを駆動してボックス13内のガスを第2排気管
(図示せず)を通して排気し、前記ボックス13内を前
記真空容器5と同程度の真空度にした後、端子15a、
15bを通してハロゲンランプ14に通電して発熱させ
ることにより前記ハロゲンランプ14の下方に配置され
た前記各基板を700℃の温度に加熱した。さらに、図
示しないモータを駆動して回転軸18を回動することに
よって、前記回転軸18に支持されたシャッタ17を
Y、Ba、Cuからなる化合物を表面に配した直径50
mm、長さ300mmのターゲット16の直上に位置さ
せた。
Example 1 First, as shown in FIG. 1, a disk-shaped substrate 29 made of SrTiO 3 single crystal was supported and fixed on a substrate holder 19 arranged in a vacuum vessel 5. Subsequently, while supplying oxygen at a constant flow rate of 100 sccm into the container 5, the turbo pump 8 and the rotary pump 9
Was driven to exhaust the gas in the vacuum vessel 5 through the main valve 6 and the first exhaust pipe 7, and the inside of the vacuum vessel 5 was evacuated to 0.5 Torr. By driving a rotary pump (not shown) to exhaust the gas in the box 13 through a second exhaust pipe (not shown), the inside of the box 13 is evacuated to the same degree of vacuum as the vacuum vessel 5, and then the terminals 15a,
Each substrate disposed below the halogen lamp 14 was heated to a temperature of 700 ° C. by supplying electricity to the halogen lamp 14 through 15b to generate heat. Further, by rotating a rotating shaft 18 by driving a motor (not shown), the shutter 17 supported by the rotating shaft 18 is moved to a diameter 50 with a compound made of Y, Ba, and Cu disposed on the surface.
The target was located directly above a target 16 mm and 300 mm in length.

【0092】このような成膜の準備が完了した後、前述
した図2に示す互いに対向する一対の主電極23の高さ
と電極間距離を大きくしたレーザ発振器20を駆動する
ことにより、0.4J/cm2 の平均フルーエンスと1
8cm2 のビーム面積を持つレーザビーム28を発振し
た。レーザビーム28は、ミラー21で反射され、集光
レンズ22で所定の焦点距離で集光されて変調されるこ
とによって、1.2J/cm2 以上の平均フルーエンス
で、レーザ光の入射方向の長さが1mm、入射方向と直
交する長さが300mmの縦横比が300の広い面積を
持つレーザビーム29を前記真空容器5の透過窓11を
通して円柱状のターゲット16に50Hzの繰り返し周
波数で照射した。この時、前記基板のホルダ19を2c
m/minの速度で移動させた。
After the preparation for the film formation is completed, the laser oscillator 20 shown in FIG. 2 in which the height of the pair of main electrodes 23 facing each other and the distance between the electrodes are increased, is driven to 0.4 J. Fluence of 1 / cm 2 and 1
A laser beam 28 having a beam area of 8 cm 2 was oscillated. The laser beam 28 is reflected by the mirror 21, condensed at a predetermined focal length by the condenser lens 22, and modulated, so that the laser beam 28 has an average fluence of 1.2 J / cm 2 or more and has a long length in the laser light incident direction. A laser beam 29 having a large area of 1 mm and a length orthogonal to the incident direction and having a length of 300 mm and an aspect ratio of 300 was irradiated onto the cylindrical target 16 through the transmission window 11 of the vacuum vessel 5 at a repetition frequency of 50 Hz. At this time, the holder 19 of the substrate is
It was moved at a speed of m / min.

【0093】得られたYBCOの超電導薄膜は、厚さが
均一で、かつ臨界温度90Kで臨界電流密度1×106
A/cm2 以上の特性を有していた。
The obtained YBCO superconducting thin film has a uniform thickness and a critical current density of 1 × 10 6 at a critical temperature of 90K.
It had characteristics of A / cm 2 or more.

【0094】また、前述した実施例1において、ホルダ
19に直径50mmの円板状基板を10枚保持して同様
な成膜を行ったところ、厚さ1μmのYBCOの超電導
薄膜が成膜された基板を1時間に20枚作製できた。
Further, in Example 1 described above, when a similar film formation was carried out by holding ten disk-shaped substrates having a diameter of 50 mm in the holder 19, a superconducting thin film of YBCO having a thickness of 1 μm was formed. 20 substrates could be manufactured in one hour.

【0095】(実施例2)前述した図7に示すように2
台ののレーザ発振器201 、202 よりレーザビーム2
1 、282 を同時に発振し、これらレーザビーム28
1 、282 をプリズム311 、312 および主プリズム
32を透過させ、ミラー21上で反射させて面積が約4
cm2 、平均のフルーエンスが0.6J/cm2 のレー
ザービームとした。さらに集光レンズ22で集光するこ
とにより、平均のフルーエンスが1.2J/cm2 、幅
が0.4mm、長さ290mmのパターンに整形し、こ
のレーザビームを透過窓11を通して真空容器内に導入
した以外、前述した実施例1と同様な方法で基板にYB
CO超電導薄膜を成膜した。
(Embodiment 2) As shown in FIG.
Laser beam 2 from two laser oscillators 20 1 and 20 2
8 1 and 28 2 are oscillated simultaneously, and these laser beams 28
1 and 28 2 are transmitted through the prisms 31 1 and 31 2 and the main prism 32 and are reflected on the mirror 21 to have an area of about 4
cm 2 , and a laser beam having an average fluence of 0.6 J / cm 2 . Further, the laser beam is condensed by the condenser lens 22 to form a pattern having an average fluence of 1.2 J / cm 2 , a width of 0.4 mm, and a length of 290 mm. Except for the introduction, YB was applied to the substrate in the same manner as in Example 1 described above.
A CO superconducting thin film was formed.

【0096】得られたYBCO超電導薄膜は、厚さが均
一で、実施例1と同様な優れた超電導特性を有してい
た。
The obtained YBCO superconducting thin film was uniform in thickness and had the same excellent superconducting properties as in Example 1.

【0097】(実施例3)前述した図8に示すように真
空容器5内に凹レンズ33と凸レンズ34を配置し、前
記容器5の外部に配置された集光レンズ22で集光さ
れ、さらに透過窓11を通過したレーザビームを29を
前記凹レンズ33および凸レンズ34を通過させて平均
のフルーエンスが1.2J/cm2 、幅が0.6mm、
長さ290mmのパターンに整形し、このレーザビーム
29´を実施例1と同様なターゲット16に照射してY
BCO超電導薄膜を基板に成膜した。
(Embodiment 3) As shown in FIG. 8 described above, a concave lens 33 and a convex lens 34 are arranged in a vacuum vessel 5 and condensed by a condenser lens 22 arranged outside the vessel 5 and further transmitted. The laser beam 29 having passed through the window 11 is passed through the concave lens 33 and the convex lens 34 so that the average fluence is 1.2 J / cm 2 , the width is 0.6 mm,
The laser beam 29 ′ is formed into a pattern having a length of 290 mm, and the laser beam 29 ′ is irradiated onto the target 16 similar to that of the first embodiment to form
A BCO superconducting thin film was formed on the substrate.

【0098】このような実施例3では、大面積のYBC
O超電導薄膜を安定して長期間に渡って成膜できた。
In the third embodiment, a large area YBC
An O superconducting thin film could be stably formed over a long period of time.

【0099】(実施例4)図21に示すように幅10m
m、長さ300mmのホルダ19に複数イメージセンサ
35を並べ、かつ円筒状ターゲット16としてSiを表
面に配した直径50mm、長さ300mmのものを用
い、さらに円筒状ターゲット16に平均のフルーエンス
が1.2J/cm2 、幅1mm、長さ290mmのパタ
ーンのレーザービームを50Hzの繰り返し周波数で照
射した以外、実施例1と同様な方法により前記イメージ
センサにSiO2 保護膜を成膜した。この時、ホルダを
2cm/minの速度で移動させた。
(Embodiment 4) As shown in FIG.
A plurality of image sensors 35 are arranged in a holder 19 having a length of 300 mm and a length of 300 mm, and a cylindrical target 16 having a diameter of 50 mm and a length of 300 mm in which Si is disposed on the surface is used. A SiO 2 protective film was formed on the image sensor in the same manner as in Example 1 except that a laser beam having a pattern of 0.2 J / cm 2 , a width of 1 mm, and a length of 290 mm was irradiated at a repetition frequency of 50 Hz. At this time, the holder was moved at a speed of 2 cm / min.

【0100】前述した実施例4においては高い反応ガス
圧で成膜するために酸素の抜けがなく、また蒸着される
原子等の粒子は運動エネルギーが高いために基板に到達
した後も十分なマイグレーションエネルギーを有してい
た。その結果、比較的低温で成膜しても緻密で硬度の高
い膜が得られ、耐環境性、耐摩耗性に優れた保護膜を有
するイメージセンサを作製することができた。
In Example 4 described above, the film was formed at a high reaction gas pressure, so that there was no escape of oxygen, and the particles such as atoms to be deposited had a high kinetic energy, so that sufficient migration was achieved even after reaching the substrate. Had energy. As a result, a dense and high-hardness film was obtained even when the film was formed at a relatively low temperature, and an image sensor having a protective film having excellent environmental resistance and abrasion resistance could be manufactured.

【0101】また、前述した実施例4において、厚さ1
μmの保護膜が成膜されたイメージセンサーを1時間に
240枚の作製できた。
Further, in Example 4 described above, the thickness 1
240 image sensors having a μm protective film formed thereon could be manufactured in one hour.

【0102】なお、前記実施例4において酸素の代わり
に窒素またはアンモニアを用いることによってSi3
4 、またはSiNx をイメージセンサの表面に成膜でき
る。この膜は、SiO2 よりもさらに耐環境性、耐摩耗
性に優れている。またメタン、エチレン、アセチレンな
どの炭化水素ガスを反応ガスに用いればSiCが得られ
この膜も耐環境性、耐摩耗性に優れている。
It should be noted that Si 3 N can be obtained by using nitrogen or ammonia instead of oxygen in the fourth embodiment.
4 or SiN x can be deposited on the surface of the image sensor. This film is more excellent in environmental resistance and abrasion resistance than SiO 2 . If a hydrocarbon gas such as methane, ethylene, or acetylene is used as a reaction gas, SiC can be obtained, and this film is also excellent in environmental resistance and wear resistance.

【0103】(実施例5)図22に示すように真空容器
(図示せず)内に配置したホルダ36に鉄を主成分とす
る複数の摺動部材37を回転自在に取付け、ヒーターに
より100℃〜300℃の温度に加熱し、前記真空容器
に窒素を100SCCMの一定流量で流し、容器内圧力
が0.5Torrになるように設定し、かつTiを表面
に配した直径50mm、長さ300mmの円筒状ターゲ
ット16を用い、さらに円筒状ターゲット16に平均の
フルーエンスが1.2J/cm2 、幅1mm、長さ29
0mmのパターンのレーザビームを50Hzの繰り返し
周波数で照射した以外、実施例1と同様な方法により前
記各摺動部材37の表面にTiN膜を成膜した。この
時、ホルダ36により前記各摺動部材37を10rpm
以上の回転数で自転させながら、1cm/minの速度
で移動させた。
(Embodiment 5) As shown in FIG. 22, a plurality of sliding members 37 mainly composed of iron are rotatably mounted on a holder 36 disposed in a vacuum vessel (not shown). Heated to a temperature of about 300 ° C., nitrogen was flowed into the vacuum vessel at a constant flow rate of 100 SCCM, the pressure in the vessel was set to 0.5 Torr, and Ti was disposed on the surface and had a diameter of 50 mm and a length of 300 mm. The cylindrical target 16 was used, and the average fluence of the cylindrical target 16 was 1.2 J / cm 2 , the width was 1 mm, and the length was 29.
A TiN film was formed on the surface of each of the sliding members 37 in the same manner as in Example 1 except that a laser beam having a pattern of 0 mm was irradiated at a repetition frequency of 50 Hz. At this time, the respective sliding members 37 are rotated at 10 rpm by the holder 36.
While rotating at the above rotation speed, it was moved at a speed of 1 cm / min.

【0104】前述した実施例5においては、高い反応ガ
ス圧で成膜するために窒素の抜けがなく、また蒸着され
る原子等の粒子は運動エネルギーが高いために基板に到
達した後も十分なマイグレーションエネルギーを有して
いた。その結果、比較的低温で成膜しても緻密で硬度の
高い膜が得られ、寸法変化がなく耐環境性、耐摩耗性に
優れた摺動部材を得ることができる。
In Example 5 described above, since a film is formed at a high reaction gas pressure, there is no escape of nitrogen, and the particles such as atoms to be deposited have a high kinetic energy, so that the particles have a sufficient kinetic energy even after reaching the substrate. It had migration energy. As a result, even if the film is formed at a relatively low temperature, a dense and high-hardness film can be obtained, and a sliding member having no dimensional change and excellent in environmental resistance and wear resistance can be obtained.

【0105】また、前述した実施例5において、表面に
耐摩耗性膜をコーティングされた鉄を主成分とする摺動
部材を1時間に60個作製できた。
In Example 5 described above, 60 sliding members containing iron as a main component and having a surface coated with a wear-resistant film could be manufactured in one hour.

【0106】なお、前記実施例5では摺動部材に限ら
ず、工具等の耐摩耗性を必要とする部材の作製にも適用
できる。
In the fifth embodiment, the present invention is not limited to the sliding member, but can be applied to the production of a member requiring abrasion resistance such as a tool.

【0107】(実施例6)前述した図9〜図11に示す
真空容器55内に配置された基板ホルダ74の凹部に直
径100mmのSrTiO3 単結晶からなる円板状基板
79を支持・固定すると共に、回転軸73の駆動により
所望の速度で回転した。つづいて、酸素を前記容器55
内に100sccmの一定流量で供給しながら、ターボ
ポンプ58およびロータリポンプ59を駆動して前記真
空容器55内のガスをメインバルブ56および第1排気
管57を通して排気し、前記真空容器55内を0.5T
orrの真空度にする。また、図示しないロータリーポ
ンプを駆動してボックス63内のガスを第2排気管(図
示せず)を通して排気し、前記ボックス63内を前記真
空容器55と同程度の真空度にした後、端子65a、6
5bを通してハロゲンランプ64に通電して発熱させる
ことにより前記ハロゲンランプ64の下方に配置された
前記基板79を700℃の温度に加熱した。図示しない
モータを駆動して第2回転軸69を回動することによっ
て、前記回転軸69に支持されたシャッタ68を3つの
ターゲット66の直上に位置させる。
(Embodiment 6) A disc-shaped substrate 79 made of a single crystal of SrTiO 3 having a diameter of 100 mm is supported and fixed in the concave portion of the substrate holder 74 arranged in the vacuum vessel 55 shown in FIGS. At the same time, the rotary shaft 73 was driven to rotate at a desired speed. Subsequently, oxygen is supplied to the container 55.
While supplying the gas at a constant flow rate of 100 sccm, the turbo pump 58 and the rotary pump 59 are driven to exhaust the gas in the vacuum vessel 55 through the main valve 56 and the first exhaust pipe 57. .5T
Set to a vacuum of orr. Further, a gas in the box 63 is exhausted through a second exhaust pipe (not shown) by driving a rotary pump (not shown), and the inside of the box 63 is evacuated to the same degree of vacuum as the vacuum vessel 55. , 6
The substrate 79 disposed below the halogen lamp 64 was heated to a temperature of 700 ° C. by supplying electricity to the halogen lamp 64 through 5b to generate heat. By driving a motor (not shown) to rotate the second rotating shaft 69, the shutter 68 supported by the rotating shaft 69 is positioned immediately above the three targets 66.

【0108】このような成膜の準備が完了した後、レー
ザ発振器75を駆動することにより、レーザビーム80
を発振した。レーザビーム80を、ミラー76で反射
し、集光レンズ77で所定の焦点距離で集光した。集光
されたレーザビーム80を、前記真空容器55の透過窓
61を通して前記容器55内に導入した。導入されたレ
ーザビーム80は、図10に示すように120rpmの
速度で回転する20面のポリゴンミラー78で反射し、
それぞれ回転軸67にで支持され、Y、Ba、Cuから
なる化合物を表面に配した3つの円板状のターゲット6
6に照射した。各ターゲット66からのターゲット成分
の蒸発が安定した時点で、前記モータ(図示せず)を駆
動して回転軸69を回転することによって、前記回転軸
69に支持されたシャッタ68を開放し、前記基板79
に対して1cm離間して配置したマスク材71の前記3
つのターゲット66の配列方向に形成された扇状の開口
部70を通して前記回転する基板79にYBCO超電導
薄膜を成膜した。
After the preparation for the film formation is completed, the laser oscillator 75 is driven to drive the laser beam 80.
Oscillated. The laser beam 80 was reflected by a mirror 76 and focused by a condenser lens 77 at a predetermined focal length. The focused laser beam 80 was introduced into the container 55 through the transmission window 61 of the vacuum container 55. The introduced laser beam 80 is reflected by a 20-surface polygon mirror 78 rotating at a speed of 120 rpm as shown in FIG.
Three disk-shaped targets 6 each supported by a rotating shaft 67 and having a compound composed of Y, Ba, and Cu disposed on the surface thereof
6 was irradiated. When the evaporation of the target component from each target 66 is stabilized, the motor (not shown) is driven to rotate the rotating shaft 69, thereby opening the shutter 68 supported by the rotating shaft 69, Substrate 79
Of the mask material 71 arranged at a distance of 1 cm from
A YBCO superconducting thin film was formed on the rotating substrate 79 through a fan-shaped opening 70 formed in the direction in which the two targets 66 were arranged.

【0109】得られたYBCOの超電導薄膜は、直径1
00mmの全面にわたって1.0±0.05μmの膜厚
分布を有し、厚さが均一であることが確認された。ま
た、YBCOの超電導薄膜は臨界温度90Kで臨界電流
密度1×106 A/cm2 以上の特性を有していた。
The obtained YBCO superconducting thin film has a diameter of 1
It had a thickness distribution of 1.0 ± 0.05 μm over the entire surface of 00 mm, and it was confirmed that the thickness was uniform. The superconducting thin film of YBCO had a characteristic of a critical current density of 1 × 10 6 A / cm 2 or more at a critical temperature of 90K.

【0110】前記円板状基板の代わりに長方形の基板に
YBCO膜を成膜し、これをスパイラル状あるいはミア
ンダ状の形状に加工し、限流素子として評価したところ
局所的なクエンチによる膜の溶断が起こることも無く優
れた限流特性を示した。
A YBCO film was formed on a rectangular substrate instead of the disk-shaped substrate, processed into a spiral or meandering shape, and evaluated as a current-limiting element. Excellent current limiting characteristics were exhibited without any occurrence of cracks.

【0111】(実施例7)前述した図17に示すように
真空容器(図示せず)内のホルダ(図示せず)に保持さ
れるSrTiO3 単結晶からなる円板状基板91を12
00rpmの速度で回転させた。つづいて、前記容器内
に酸素を100sccmの一定流量で供給しながら、図
示しない排気系で排気して0.5Torrの真空度にし
た。ひきつづき、集光されたレーザビーム92を反時計
回り方向に120rpmの速度で回転する20面のポリ
ゴンミラー93に入射角60゜付近入射させ、フルーエ
ンスの異なるレーザビーム941 、942 をのY、B
a、Cuからなる化合物を表面に配した第1ターゲット
951 およびピニングセンタとなるCeを表面に配した
第2ターゲット952 にそれぞれ照射して前記基板91
の下面に薄膜を成膜した。前記ターゲット951 、95
2 は、前記基板91の下方にその回転中心に対して対称
的に配置されている。
(Embodiment 7) As shown in FIG. 17, the disc-shaped substrate 91 made of SrTiO 3 single crystal held in a holder (not shown) in a vacuum vessel (not shown)
It was rotated at a speed of 00 rpm. Subsequently, while supplying oxygen into the vessel at a constant flow rate of 100 sccm, the vessel was evacuated by an exhaust system (not shown) to a vacuum of 0.5 Torr. Subsequently, a laser beam 92 which is focused by an incident angle of 60 ° around incident on the polygon mirror 93 of the 20 surface rotating at a speed of 120rpm in the counterclockwise direction, the laser beam 94 with different fluence 1, 94 2 Ono Y, B
a, a first target 95 1 having a compound composed of Cu and Cu on its surface and a second target 95 2 having Ce as a pinning center disposed on its surface are respectively irradiated with the substrate 91.
A thin film was formed on the lower surface of the. The targets 95 1 and 95
2 is symmetrically disposed below the substrate 91 with respect to the center of rotation.

【0112】前述した実施例7では、磁束のピニングセ
ンターとなる異相を細かく分散されたYBCO超電導薄
膜を基板に形成できた。
In Example 7 described above, a YBCO superconducting thin film in which a different phase serving as a magnetic flux pinning center was finely dispersed could be formed on the substrate.

【0113】(実施例8)前述した図17に示すように
真空容器(図示せず)内のホルダ(図示せず)ににより
SrTiO3 単結晶からなる直径50mmの円板状基板
91を保持した。Y、Ba、Cuからなる化合物を表面
に配した第1ターゲット951 およびPr、Ba、Cu
からなる化合物を表面に配した第2ターゲット952
それぞれ前記基板91の下方に4cmの距離を離して配
置した。なお、前記各ターゲット951 、952 は前記
基板91の下方にその回転中心に対して対称的に配置さ
れている。前述した図19に示す円板状のマスク材97
を前記基板91と前記各ターゲット951 、952 の間
に前記基板91下方に1cmの距離で近接するように配
置した。前記マスク材97は、前記基板と同じ寸法を有
し、θが30゜の第1開口部961 、θが25゜で、第
1開口部961 より直径方向の幅の大きい第2の開口部
961 、962 を有する。
Example 8 As shown in FIG. 17, a disk-shaped substrate 91 made of SrTiO 3 single crystal and having a diameter of 50 mm was held by a holder (not shown) in a vacuum vessel (not shown). . First target 95 1 having a compound composed of Y, Ba, and Cu disposed on the surface thereof and Pr, Ba, Cu
The second target 95 2 arranged on the surface of the compound consisting disposed respectively at a distance of 4cm below the substrate 91. The targets 95 1 and 95 2 are arranged below the substrate 91 symmetrically with respect to the center of rotation. Disc-shaped mask material 97 shown in FIG.
Was disposed between the substrate 91 and each of the targets 95 1 and 95 2 so as to be closer to the lower portion of the substrate 91 by a distance of 1 cm. The mask material 97 has the same dimensions as the substrate, the first opening 96 1 having θ of 30 °, the second opening having θ of 25 °, and having a larger diameter in the diameter direction than the first opening 96 1. It has parts 96 1 and 96 2 .

【0114】まず、図示しないハロゲンランプで前記基
板91を700℃にに加熱しながら、約0.05rpm
の速度で回転させた。つづいて、前記容器内に酸素を1
00sccmの一定流量で供給しながら、図示しない排
気系で排気して0.5Torrの真空度にした。ひきつ
づき、集光されたレーザビーム92を反時計回り方向に
120rpmの速度で回転する20面のポリゴンミラー
93に入射角60゜付近で入射させ、フルーエンスが
1.5J/cm2 のレーザビーム941 を50Hzの繰
り返し周波数でY、Ba、Cuからなる化合物を表面に
配した前記第1ターゲット951 に照射し、フルーエン
スが1.0J/cm2 のレーザビーム942 を50Hz
の繰り返し周波数でPr、Ba、Cuからなる化合物を
表面に配した前記第2ターゲット952 に照射し、前記
各ターゲット951 、952 から蒸発された原子等の粒
子を前記マスク材97の第1、第2の開口部961 、9
2を通して前記基板91に堆積させて成膜した。この
時、前記基板91に超電導体であるYBa2 Cu3 x
薄膜および絶縁体であるPrBa2 Cu3 x 薄膜が2
00nm/分の速度で交互に成膜された多層構造の環状
薄膜が形成された。
First, while heating the substrate 91 to 700 ° C. with a halogen lamp (not shown), about 0.05 rpm
At the speed of Subsequently, one oxygen was placed in the container.
While supplying at a constant flow rate of 00 sccm, the air was exhausted by an exhaust system (not shown) to a degree of vacuum of 0.5 Torr. Subsequently, the condensed laser beam 92 is incident on a 20-sided polygon mirror 93 rotating at a speed of 120 rpm in the counterclockwise direction at an incident angle of about 60 °, and a laser beam 94 1 having a fluence of 1.5 J / cm 2. Y a at a repetition frequency of 50 Hz, Ba, irradiating the compound of Cu to 1 the first target 95 arranged on the surface, fluence laser beam 94 2 1.0 J / cm 2 50 Hz
The of Pr at a repetition frequency, irradiated Ba, a compound consisting of Cu to 2 the second target 95 arranged on the surface, of the respective target 95 1, 95 2 the mask material 97 and particles such as vaporized atoms from 1, second openings 96 1 , 9
It was formed by depositing on the substrate 91 through 6 2. At this time, YBa 2 Cu 3 O x which is a superconductor is provided on the substrate 91.
PrBa 2 Cu 3 O x thin film as an insulator
An annular thin film having a multilayer structure formed alternately at a speed of 00 nm / min was formed.

【0115】このような実施例8によれば、基板91上
にコイルとコンデンサとが直列に接続した部材を得るこ
とができる。この部材は接触抵抗が殆どなく、コイルと
コンデンサとが接続されているため、損失が小さく、ま
たコイルが超電導体で形成されているので高いQ値を有
する。したがって、このような部材は高周波機器用アン
テナ、例えばMRIのピックアップコイル、通信機器用
のフィルタ、アンテナなどに使用できる。
According to the eighth embodiment, a member in which a coil and a capacitor are connected in series on the substrate 91 can be obtained. This member has almost no contact resistance and has a small loss because the coil and the capacitor are connected, and has a high Q value because the coil is formed of a superconductor. Accordingly, such a member can be used for an antenna for a high-frequency device, for example, an MRI pickup coil, a filter for a communication device, an antenna, and the like.

【0116】実施例8の部材をMRIのピックアップコ
イルとして使用したところ、従来のCu製コイルを使用
した場合と比較してSN比が一桁以上向上し、1.5テ
スラの磁場でも鮮明な画像を得ることができた。
When the member of Example 8 was used as an MRI pickup coil, the SN ratio was improved by one digit or more as compared with the case where a conventional Cu coil was used, and a clear image was obtained even with a magnetic field of 1.5 Tesla. Could be obtained.

【0117】なお、前記実施例8において、超電導体は
YBCOに限定されず、BiSrCaCuO、BiPb
SrCaCuO、TlBaCuOを用いることができ、
絶縁耐は超電導体と反応せず結晶構造が似ている材料、
例えばSrTiO3 、MgO、YSZを使用することが
できる。
In the eighth embodiment, the superconductor is not limited to YBCO, but BiSrCaCuO, BiPb
SrCaCuO, TlBaCuO can be used,
Insulation resistance does not react with superconductors and is similar in crystal structure.
For example, SrTiO 3 , MgO, YSZ can be used.

【0118】また、前記実施例8の方法により形成され
た多層環状薄膜は非常に薄くて大きなインダクタンスと
キャパシティを有するという特徴があり、小型で比較的
大きな電流が流れる電源系統にも使用できる。この場
合、コイルが超電導体である必要はなく、Ag、Cu、
Alなどの導電性材料でよい。絶縁性材料も結晶構造に
制限はなく、SiO2 、Al2 3 、Y2 3 、YSZ
など比抵抗の高い材料であればよい。
Further, the multilayer annular thin film formed by the method of the eighth embodiment is characterized in that it is very thin and has a large inductance and capacity, and can be used in a power supply system which is small and in which a relatively large current flows. In this case, the coil does not need to be a superconductor, and Ag, Cu,
A conductive material such as Al may be used. There is no limitation on the crystal structure of the insulating material, and SiO 2 , Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , YSZ
Any material having a high specific resistance may be used.

【0119】[0119]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、広
い面積の薄膜を長期間に亘って安定的にかつ量産的に形
成することが可能な成膜方法を提供できる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a film forming method capable of stably and mass-producing a thin film having a large area over a long period of time.

【0120】また、本発明によれば広い面積で均一な膜
厚を有し、かつ不純物等の第2成分が均一に分散された
磁場中でも高い臨界電流密度を有する超電導体等の薄膜
を形成することが可能な成膜方法を提供できる。
Further, according to the present invention, a thin film such as a superconductor having a high critical current density even in a magnetic field in which a second component such as an impurity is uniformly dispersed over a large area is formed. It is possible to provide a film forming method capable of performing the method.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係わる成膜方法に用いられる装置を示
す断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an apparatus used for a film forming method according to the present invention.

【図2】図1の装置に組み込まれるレーザ発振器の要部
斜視図。
FIG. 2 is a perspective view of a main part of a laser oscillator incorporated in the apparatus of FIG.

【図3】図1の装置に組み込まれる別のレーザ発振器の
要部正面図。
FIG. 3 is a main part front view of another laser oscillator incorporated in the apparatus of FIG. 1;

【図4】図3のレーザ発振器にシリンドリカルレンズを
配置してレーザビームを集光させた状態を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a state in which a cylindrical lens is arranged on the laser oscillator shown in FIG. 3 and a laser beam is focused.

【図5】図1の成膜装置において、レーザビームをター
ゲットに照射してターゲット材料を蒸発させる状態を説
明するための斜視図。
FIG. 5 is a perspective view for explaining a state in which a target is irradiated with a laser beam to evaporate a target material in the film forming apparatus of FIG. 1;

【図6】別のレーザビームのターゲットへの照射形態を
示す斜視図。
FIG. 6 is a perspective view showing another laser beam irradiation mode to a target.

【図7】2台のレーザ発振器を用いてレーザビームを照
射する形態を示す概略図。
FIG. 7 is a schematic view showing a mode in which a laser beam is irradiated using two laser oscillators.

【図8】さらに別のレーザビームのターゲットへの照射
形態を示す斜視図。
FIG. 8 is a perspective view showing another irradiation mode of a laser beam to a target.

【図9】本発明に係わる別の成膜方法に用いられる装置
を示す断面図。
FIG. 9 is a sectional view showing an apparatus used in another film forming method according to the present invention.

【図10】図9の成膜装置の要部を示す斜視図。FIG. 10 is a perspective view showing a main part of the film forming apparatus of FIG. 9;

【図11】図9の成膜装置においてマスク材側から見た
平面図。
11 is a plan view of the film forming apparatus of FIG. 9 as viewed from a mask material side.

【図12】図9の成膜装置に組み込まれるマスク材の開
口部形状を示す平面図。
FIG. 12 is a plan view showing an opening shape of a mask material incorporated in the film forming apparatus of FIG. 9;

【図13】図9の成膜装置に組み込まれるマスク材の開
口部形状を示す平面図。
FIG. 13 is a plan view showing an opening shape of a mask material incorporated in the film forming apparatus of FIG. 9;

【図14】レーザビームをターゲットに照射する際の、
レーザビーム照射位置を説明するための平面図。
FIG. 14 illustrates a case where a target is irradiated with a laser beam.
FIG. 3 is a plan view for explaining a laser beam irradiation position.

【図15】本発明で用いられる線状レーサビームを示す
斜視図。
FIG. 15 is a perspective view showing a linear laser beam used in the present invention.

【図16】図15の線状レーザビームを上面から見た
図。
FIG. 16 is a diagram of the linear laser beam of FIG. 15 as viewed from above.

【図17】本発明に係わる成膜方法において異なる組成
のターゲットに異なるフルーエンスをもつレーザビーム
を照射する状態を示す平面図。
FIG. 17 is a plan view showing a state in which targets having different compositions are irradiated with laser beams having different fluences in the film forming method according to the present invention.

【図18】異なる組成のターゲットを図17と反対に配
置した時のレーザビームのポリゴンミラーへの入射角を
変化させることを説明するための平面図。
FIG. 18 is a plan view for explaining changing the angle of incidence of a laser beam on a polygon mirror when targets having different compositions are arranged opposite to those in FIG. 17;

【図19】2つの開口部を有するマスク材を示す平面
図。
FIG. 19 is a plan view showing a mask material having two openings.

【図20】2つの開口部を有する別のマスク材を示す平
面図。
FIG. 20 is a plan view showing another mask material having two openings.

【図21】本発明の実施例4における成膜方法を説明す
るための斜視図。
FIG. 21 is a perspective view for explaining a film forming method according to a fourth embodiment of the present invention.

【図22】本発明の実施例5における成膜方法を説明す
るための斜視図。
FIG. 22 is a perspective view for explaining a film forming method according to a fifth embodiment of the present invention.

【図23】従来の単一のターゲットを用いて成膜された
薄膜の厚さ分布を示す図。
FIG. 23 is a diagram showing a thickness distribution of a thin film formed using a conventional single target.

【図24】本発明の複数のターゲットを用いて成膜され
た薄膜の厚さ分布を示す図。
FIG. 24 is a diagram showing a thickness distribution of a thin film formed using a plurality of targets of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

5、55…真空容器、 11、61…透過窓、 114、64…ハロゲンランプ、 16、66、951 、952 …ターゲット、 19、74…基板ホルダ、 20、201 、202 、75…レーザ発振器、 27、79、91…基板、 29、80、92、941 、942 …レーザビーム、 30、72、81、981 、982 …蒸着エリア、 70、82、961 、962 …開口部、 71、97…マスク材、 78、93…ポリゴンミラー。5 and 55 ... vacuum vessel, 11, 61 ... transmission window, 114,64 ... halogen lamp, 16,66,95 1, 95 2 ... target, 19,74 ... substrate holder, 20, 20 1, 20 2, 75 ... a laser oscillator, 27,79,91 ... substrate, 29,80,92,94 1, 94 2 ... laser beam, 30,72,81,98 1, 98 2 ... deposition area, 70,82,96 1, 96 2 ... Opening parts, 71,97 ... Mask material, 78,93 ... Polygon mirror.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 パルス状レーザビームを固体原料に照射
してアブレーションを行い、これによって蒸発された物
質を基板に付着させて成膜する方法において、 0.8J/cm2 以下の平均フルーエンスを持ち、かつ
4cm2 以上の面積を持つレーザビームから1J/cm
2 以上の平均フルーエンスを持ち、かつ50以上の縦横
比を持つ断面形状に変換したレーザビームを、前記固体
原料に照射することを特徴とする成膜方法。
1. A performs ablation pulsed laser beam is irradiated to the solid material, whereby in the method of forming a film by adhering vaporized material to the substrate, has a 0.8 J / cm 2 or less of the average fluence From a laser beam having an area of 4 cm 2 or more and 1 J / cm 2
A film forming method, comprising: irradiating the solid material with a laser beam having a mean fluence of 2 or more and a cross-sectional shape having an aspect ratio of 50 or more.
【請求項2】 パルス状レーザビームを固体原料に照射
してアブレーションを行い、これによって蒸発された物
質を基板に付着させて成膜する方法において、 前記固体原料と前記基板間に1つ以上の開口部を有する
マスクが配置した後、複数箇所から前記固体原料を同時
または順次蒸発させることを特徴とする成膜方法。
2. A method for irradiating a solid material with a pulsed laser beam to perform ablation, and depositing a substance evaporated by the method on a substrate, thereby forming a film. A film forming method comprising: evaporating the solid raw material simultaneously or sequentially from a plurality of places after disposing a mask having an opening.
【請求項3】 前記レーザビームは、前記基板の照射面
における幅(W)と長さ(L)の比(L/W)が10倍
以上の帯状パターンを有することを特徴とする請求項2
記載の成膜方法。
3. The laser beam according to claim 2, wherein a ratio (L / W) of a width (W) to a length (L) of the irradiation surface of the substrate is 10 times or more.
The film forming method according to the above.
【請求項4】 パルス状レーザビームを固体原料に照射
してアブレーションを行い、これによって蒸発された物
質を基板に付着させて成膜する方法において、 前記基板を所望の速度で回転させながら、前記基板の下
方に配置された複数の固体原料にフルーエンスの異なる
レーザビームを同時または順次照射することを特徴とす
る成膜方法。
4. A method of performing ablation by irradiating a solid-state raw material with a pulsed laser beam and depositing a substance evaporated by this on a substrate, wherein the substrate is rotated at a desired speed while rotating the substrate at a desired speed. A film forming method characterized by simultaneously or sequentially irradiating a plurality of solid raw materials disposed below a substrate with laser beams having different fluences.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011146234A (en) * 2010-01-14 2011-07-28 Fujikura Ltd Method of manufacturing oxide superconducting film

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