JPH11256316A

JPH11256316A - 磁場による蒸着膜の結晶方位の制御方法

Info

Publication number: JPH11256316A
Application number: JP8054298A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Asai; 滋生浅井; Kensuke Sasa; 健介佐々; Keisuke Azuma; 啓介東
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-03-13
Filing date: 1998-03-13
Publication date: 1999-09-21

Abstract

(57)【要約】【課題】気相状態にある物質、例えば金属蒸気を基板
上に蒸着させるに際して、蒸着膜の結晶方位を制御し、
また、蒸着膜の成長速度を制御する方法を課題とし、特
に磁気特性の優れた材料、例えばＣＤ等の記録媒体の製
造も可能とする。【解決手段】気相状態にある物質、例えば金属蒸気を
基板上に蒸着させるに際して、基板と気相状態にある物
質を含む環境に対して所定の方向の磁場を印加して、蒸
着膜の結晶方位を制御し、また、蒸着膜の成長速度を制
御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気相状態にある物質、
例えば金属蒸気を基板上に蒸着させるに際して、蒸着環
境、即ち基板と気相状態にある物質を含む環境に対して
所定の方向の磁場を印加して、蒸着膜の結晶方位を制御
し、また、蒸着膜の成長速度を制御する方法に関する。
この方法は、特に磁気特性の優れた材料、例えばＦＤ、
ＣＤ等の記録媒体の製造も可能とする。

【０００２】

【従来の技術】従来、基板上に薄膜を成長させる方法と
して、スパッタリング法、ＰＶＤ、ＶＤ等が知られてい
る。この方法においては、例えば金属をレーザ、電子ビ
ーム等により加熱蒸発させて気相状態とし、基板上に蒸
着させる。この際、蒸着膜の結晶方位を制御する場合に
は、例えば（１）基板を介して蒸着膜に応力を印加する
方法と、（２）蒸着金属の結晶方位を基板の結晶方位と
同一にする等の方法が知られている。

【０００３】前者の方法は、基板と蒸着膜との熱膨張率
に差がある場合に成膜過程において基板に応力が生じる
場合等である。後者の方法は、一般にエピタキシャル法
として知られ、シリコン半導体製造において実施されて
いる。その他、蒸着膜の成長速度の制御方法としては、
基板の温度、または気相の温度を制御する方法も知られ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記方法の適
用は特定の物質に限られる。また、一般に金属蒸気が基
板に蒸着する割合は小さいので、蒸着効率が低い。ま
た、一般に前述の蒸着膜の成長方法では通常熱力学的に
安定な結晶方位を有する蒸着膜を成長させることはでき
るが、望ましい磁気特性または特定の結晶方位を備えた
蒸着膜を成長させることが出来ない。

【０００５】そこで、本発明は、蒸着膜の磁気特性が優
れた蒸着膜を成長させ、また、結晶の方位によって磁化
率が異なる物質の結晶方位制御を行う方法を提供する。
さらに、磁気特性ばかりでなく、蒸着金属の結晶方位を
制御できるので、望ましい表面性状を備えた蒸着膜の製
造方法も提供できる。ここで、物質は一般に磁性を有
し、磁性材料と非磁性材料に分類できる。磁性材料とは
強磁性体をいい、非磁性材料は弱磁性体と反磁性体をい
う。また、物質の結晶は結晶方位により磁化率が異なっ
ている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、蒸着させる物
質を公知の方法で気相状態とし、この物質を基板上にの
凝集、蒸着させる場合において、蒸着環境に磁場を印加
しながら蒸着させる方法である。

【０００７】発明の第１の態様は、気相状態の物質を基
板上に蒸着させるに際して、所定の方向の磁場を印加す
ることを特徴とする蒸着膜の結晶方位の制御方法であ
る。通常、物質の結晶は磁気異方性を備えているので、
所定の方法で磁場を印加して蒸着させると、蒸着物質の
結晶は磁化率の大きい結晶方位の方向が印加磁場の方向
と平行に配列して基板上に蒸着する。そこで、基板上で
蒸着物質が望ましい結晶方向に配向するように磁場を印
加すると、望ましい結晶方位が得られる。

【０００８】発明の第２の態様は、前記物質が強磁性体
であることを特徴とする蒸着膜の結晶方位の制御方法で
ある。強磁性体は方向性がある磁場を印加することによ
り、容易磁化の方向に強く配向するので、特定の結晶方
位が強く配向した薄膜を成長させることができる。

【０００９】発明の第３の態様は、前記物質が弱磁性体
または反磁性体であることを特徴とする蒸着膜の結晶方
位の制御方法である。物質が弱磁性体または反磁性体で
あっても、方向性がある磁場を印加することにより望ま
しい特定の結晶方位を備えた薄膜を成長させることがで
きる。

【００１０】発明の第４の態様は、気相状態の物質を基
板上に蒸着させるに際して、所定の方向の磁場を印加す
ることを特徴とする蒸着膜の成長速度の制御方法であ
る。気相状態の物質は何らかの磁気異方性を備えている
ので、基板上への蒸着に際して磁場を印加すると特定の
方位を有する結晶の蒸着速度を促進することもまた遅延
させることもでき、目的とする望ましい結晶方位を備え
た薄膜を発生させることができる。

【００１１】発明の第５の態様は、前記物質が強磁性体
であることを特徴とする蒸着膜の成長速度の制御方法で
ある。通常強磁性体の物質は、容易磁化の方向に強く反
応するので、結晶の成長速度を制御できる。

【００１２】発明の第６の態様は、前記物質が弱磁性体
または反磁性体であることを特徴とする蒸着膜の成長速
度の制御方法である。前記物質が弱磁性体または反磁性
体であっても、磁気異方性があるので結晶方位を特定の
方向に配向でき、蒸着膜の成長速度の制御することがで
きる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の原理を図１により説明す
る。図１で、基板１にたいして、るつぼ等に収容した蒸
着物質２をレーザビーム等で加熱し、その物質を蒸発さ
せる。通常、この操作は通常所定の真空度の雰囲気で行
われる。磁場を印加する方法は、図１（ａ）に示すよう
に基板１に対して磁場を直角に印加する場合と、同図
（ｂ）に示すように平行に印加する方法がある。

【００１４】蒸気が基板上に蒸着する際に印加磁場によ
って結晶の方向が制御される結果、結晶方位が基板上で
揃った薄膜を成長できるので、例えば磁気特性が優れた
機能性材料が製造される。また、磁場印加によって蒸着
物質の発散が抑えられるため効率よく基板上に蒸着する
ことも可能である。

【００１５】上記において、蒸着物質の磁気特性にもよ
るが、一般的には結晶成長方位を制御するために印加す
る磁束密度は例えば１Ｔ以上にすることが好ましい。

【００１６】蒸気状態の物質が基板上で凝集結晶化する
にあたり、基板への磁場の印加により結晶方位が制御で
きるのは、図２に示すように印加磁場によって結晶軸に
作用する磁化力が異なることによる。金属であるビスマ
ス（Ｂｉ）と亜鉛（Ｚｎ）の結晶方位における比磁化率
を示す。比磁化率（真空の透磁率に対す磁化率の比）が
マイナスであることは両者が反磁性体であることを示
す。なお、以下において、χは比磁化率、ａ、ｂ、ｃは
結晶軸方向とする。

【００１７】磁力線の方向が下から上向きである場合に
は、Ｚｎはχｃに対してχａ，χｂがより小さいためｃ
軸が磁場の方向と平行となり、基板面に平行に配向す
る。Ｂｉはａ，ｂ軸が上記のように配向する。つまり、
磁化エネルギーが最小となるように、それぞれ同図
（ｂ）に示すような位置に結晶が回転する。すなわち、
単位結晶の磁化率が大きい方位が磁場印加方向と平行と
なるように結晶配向する。従って、ＺｎとＢｉはこの原
理によって結晶方位が制御できる。

【００１８】蒸発物質の発散を抑制する作用は物質の磁
化力による。この理由は、レーザーアブレージョンによ
って生ずる上昇気流に乗って上昇する気相状態の金属が
磁化力の影響を受けて上昇力を減じ基板に接近するため
である。

【００１９】

【実施例】本発明者らは、磁場印加の下でＹＡＧレーザ
ー光線照射によって金属をアルゴン雰囲気下で蒸発さ
せ、ガラス基板上に蒸着させる実験を行ない、得られた
蒸着膜の試料をＸ線回折を行い、蒸着金属の結晶方位の
制御が可能であることを確認した。以下、実施例により
本発明の特徴を具体的に説明する。。

【００２０】実施例１図３に示す装置を用い、Ｂｉを蒸着させた。超電導磁石
１４のボアー内に設置された真空容器の中に基板１２と
蒸着金属の試料１６を収容する容器１３をおき、試料に
ＹＡＧレーザー１１を照射し蒸発させた。磁場を基板１
２と平行に印加しつつ基板上にＢｉを凝集蒸着させた。
なお、雰囲気の真空度は１０^-3〜１０^-5Ｔｏｒｒであっ
た。基板上に蒸着した金属膜の厚さは１〜１５ミクロン
で、これをＸ線回析を行い、金属膜の結晶方位を解析し
た。

【００２１】図４にその結果を示す。これは、印加磁束
密度０Ｔと３．７Ｔを比較したものであり、下側の図に
示す様に明らかに磁場を印加することによってｃ面が磁
場の方法と平行、即ち基板面と平行に配向している程度
が高い。すなわち結晶方位が制御できている。

【００２２】実施例２図３に示す装置を用いて、実施例１と同じ条件で基板上
に亜鉛を蒸着させた。図５にＸ線解析結果を示す。この
場合には、磁場の方向に平行にａ，ｂ面の増加が見ら
れ、磁場印加によって結晶方位制御がなされたことがわ
かる。

【００２３】実施例３図３に示す装置を用いて、実施例１と同様な条件で図６
に示す位置に基板を設置して反磁性体であるＢｉを基板
上に蒸着させ、基板上の位置１０、２０、３０における
蒸着膜の成長速度の測定し、結果を図７として表１に示
す。この図から、印加した磁場の強さにより蒸着膜の成
長速度が変化することがわかる

【００２４】上記実施例は本発明の限られた実施例であ
り、発明の範囲を限定するものでない。例えば、磁性材
料においては結晶配向により磁気記録密度の高く、ノイ
ズの少ない磁性膜を成長させることができる。また、酸
化物超伝導体の薄膜の作成においては結晶方位を制御す
ることにより臨界電流密度を高めることもできる。

【００２５】しかし、磁気特性を制御するばかりでな
く、結晶方位により耐食性が異なる金属の場合において
は、金属膜の表面に平行に耐食性の高い結晶面を配向さ
せることも可能である。熱電材料では結晶配向により熱
エネルギと電気エネルギとの変換効率を高めるような結
晶方位を有する材料を実現できる。

【００２６】また、窒化ボロン（ＢＮ）の薄膜の作成に
おいては耐摩耗性の高い結晶配向を実現できる。また、
磁束の方向に対して基板の角度を変化させることによ
り、蒸着膜の結晶方位を変化させることも可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上、説明したように本発明は、気相と
した物質、例えば金属等の各種物質の蒸気に磁化力を作
用させ、蒸着させると蒸着金属結晶の方位を制御する方
法である。本発明により、磁気特性の優れた磁性材料、
或いは、耐食性の優れた金属表面を成長させることも可
能である。更には、耐熱性の優れた金属表面を備えた金
属膜、或いは有機物質を蒸着することも可能であり、本
発明の応用範囲は極めて多面的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は磁場を基板に対して垂直に印加する場
合、（ｂ）は磁場を基板に対して平行に印加する場合を
示す。

【図２】磁場印加によって金属結晶の方位を制御する原
理の説明図である。

【図３】結晶方位制御の実験に用いた装置の概要を示す

【図４】図３の装置を用いてＢｉ（ビスマス）を蒸着さ
せた時、蒸着物質の結晶方位が制御されたことを示す。

【図５】図３の装置を用いてＺｎ（亜鉛）を蒸着させた
時、蒸着物質の結晶方位が制御されたことを示す。

【図６】図３の装置を用いて、蒸着膜の成長速度を計測
した結果を表として示す図である。

【表７】図６に示す基板位置におけるＢｉ（ビスマス）
の蒸着膜の成長速度を示す。

【符号の説明】

１基板１３蒸着物質の容器２蒸着金属１４超電導磁石１１ＹＡＧレーザ１５真空容器１２基板１６蒸着金属の試料

フロントページの続き (72)発明者東啓介愛知県名古屋市昭和区伊勝町２−50 メゾンラポールＣ棟102号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気相状態の物質を基板上に蒸着させるに
際して、所定の方向の磁場を印加することを特徴とする
蒸着膜の結晶方位の制御方法。
【請求項２】前記物質が強磁性体であることを特徴と
する請求項１記載の蒸着膜の結晶方位の制御方法。
【請求項３】前記物質が弱磁性体または反磁性体であ
ることを特徴とする請求項１記載の蒸着膜の結晶方位の
制御方法。
【請求項４】気相状態の物質を基板上に蒸着させるに
際して、所定の方向の磁場を印加することを特徴とする
蒸着膜の生成速度の制御方法。
【請求項５】前記物質が強磁性体であることを特徴と
する請求項４記載の蒸着膜の生成速度の制御方法。
【請求項６】前記物質が弱磁性体または反磁性体であ
ることを特徴とする請求項４記載の蒸着膜の生成速度の
制御方法。