JPS58153775A - 薄膜の製造方法 - Google Patents

薄膜の製造方法

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JPS58153775A
JPS58153775A JP3509382A JP3509382A JPS58153775A JP S58153775 A JPS58153775 A JP S58153775A JP 3509382 A JP3509382 A JP 3509382A JP 3509382 A JP3509382 A JP 3509382A JP S58153775 A JPS58153775 A JP S58153775A
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JP
Japan
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thin film
substrate
temp
phase
temperature
Prior art date
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Pending
Application number
JP3509382A
Other languages
English (en)
Inventor
Hidefumi Asano
秀文 浅野
Akira Terada
寺田 章
Takayuki Nakamura
貴幸 中村
Koji Takei
武井 弘次
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Publication of JPS58153775A publication Critical patent/JPS58153775A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/54Controlling or regulating the coating process
    • C23C14/541Heating or cooling of the substrates

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は真空蒸着法、スパッタリング法などの薄膜形成
技術を用いて薄膜を基板上に形成する際、レーザ光の加
熱により高温安定相の薄膜を製造する方法に関する。
薄膜の製造方法としては、従来周知のように真空蒸着法
やスパッタリング法などがある。スTorrの雰囲気の
下で、所望の材料全ターゲット電極とし、ターゲyト電
極に高周波あるいVi直流電圧七印加することにより、
正に帯電した不活性ガス原子を負にバイアスされたター
ゲット電極表面に衝突させ、その衝撃によってターゲラ
)!極の材料原子を飛び出させ、その原子をターゲラ)
1極と対抗し次位置にある基板上に堆積させて薄膜を形
成する方法である。壕だ真空蒸着法は高真空中において
、所望の材料(化合物や合金の作製の場合は複数個)k
加熱して気化させ、その原子1分子會蒸発源と対抗する
位置にある基板上に堆積させて薄膜全書る方法である。
これらの方法で、非平衡状態の高温安定相の薄膜全形成
す右場合には、堆積中、基板上500℃〜2000℃の
高温に加熱保持するのが一般的である。例えばNbmG
e、Nb5S i等のA15構造化合物は非平衡状態の
超伝導体であり、超伝導転移温度(Tc )が約20に
と高いために、ジョセフソン素子等への応用が期待され
ているが、これらの薄膜ケ作製する場合には基板温度と
して700℃〜1000℃が必要であり、それ以下の基
板温度ではTc の低い非晶質薄膜とガってしまう。
しかし基板を高温保持した場合には基板と薄膜の界面で
両物質の相互拡散が生じ、界面での薄膜の純度が低下す
る。またスパッタリング法では真空槽内へ導入した不活
性ガスの不純物として、また真空蒸着法では真空槽内の
残留不純物として02 、 N2. CO,CO2等が
微量に存在するため、基板加熱系からの不純物の放出と
相乗して、薄膜中の不純物濃度が更に高くガってしまう
。このため高い基板温度で作製した薄膜は、その種々の
特性が劣化する。例えば前述のA15構造化合物では、
不純物の濃度が高くなったためにTcが低下する。この
ように基板全高温加熱すると、不純物の混入が生じ更に
高いTck有する薄膜を製造することは困離である。
更に基板の高温加熱全必要とする方法では耐熱性の良い
基板しか使用できないので、基板はサファイヤや81ウ
エハー等に制限さね、フレキ1 :、 シブルな有機材料やMのように低融点の材料は使用でき
ないという不都合な点もある。
また上述の非平衡状態の高温相の薄膜が堆積後の基板の
冷却過程において、容易に他の平衡相へ相転移する性質
を有する物質の場合には、非平衡状態の高温相を形成後
、直ちに基板全急冷して、高温相全クエンチしなければ
ならない。
しかし、真空槽内で基板を急冷するためには、基板ホル
ダーに特殊でかつ複雑な急冷機構を追加する必要がある
など極めて不都合である。
本発明は基板全高温加熱せずに基板上に形成される薄膜
をレーザ光によって直接加熱して。
上述した欠点を解消することを目的とするものであって
、その構成は真空槽内の基板上に粒子を堆積させて薄膜
を形成する方法において、該薄膜を形成する間、レーザ
光を形成過程中の薄膜表面に断続的に照射して、形成過
程中の薄膜表面を加熱することを特徴とする。
本発明はスパッタリング法、真空蒸着法等の薄膜形成技
術において、基板上へ粒子を堆積さ、’、、Ill・ せ薄膜を形成する過程中に、その薄膜表面ヘレーサ光を
断続的に照射して、形成過程中の薄膜表面を順次加熱し
、薄膜の成長に伴い薄膜全体會高温安定相に移行させる
。この場合におけるレーザ光のエネルギー密度、パルス
幅レーザ光の照射間隔は次のように選定される。すなわ
ち。
エネルギー密度F(W/i)、パルス幅△t(sbc)
のレーザ光が照射された膜の表面温度の上昇T(℃)は
0式で表わされ、またその膜内の温度の深さ、時間依存
性は0式で表わされる。
T(△t、F)=2(1−β)F(△t/πCpρα色
、・■T(X、t)−2(1−β)F(t/Cp・ρ−
α月erf−c(x/2(Cpρ/αt r2)・・・
■ 友だしCpは膜物質の定圧比熱(J/f−der)、ρ
は膜物質の密度(f/m)、αは膜物質の熱伝導率(W
/+1−d e f )、βは膜表面の反射率、Xは表
面を0とする深さ方向の距離、1erfcは誤差余関数
の積分である。■及び0式によシ定性的表面温度と、高
温相の深ざ(Xo)が与えられるので、この値に基づい
てエネルギー密度、パルス幅が適宜選定される。更に、
実験的データに基づき各種条件の影響會考慮した値が設
定される。
一方、レーザ光の照射間隔(S)は堆積速度(r(1)
と高温相の深さく狗)に応じて選定する。例えば堆積速
度(ro)がxooA/m−で4が1000A″の場合
には−Xa/ ro =10分カので、レーザ光の照射
間隔(S)は10分とすることができる。また高温相の
深さくN4)以上の薄膜が形成された以降はレーザ光の
照射間隔(S)vrto分以下とすることも可能である
。実際にはこの照射間隔(S)は作製される非平衡状態
の高温相の性質音調べながら実験的に選定されるのが好
ましい。
尚薄膜表面の温度上昇、冷却に要する時間は例えばパル
ス幅10nsecの場合、それぞれ数百n5ee程度(
1000℃の温度上昇の場合〜10def/see )
と見積られ温度上昇速度、冷却速度は極めて速い。
上述した本発明の薄膜の製造方法は次の効果を有する。
すなわち、レーザ光により高温相に形成される深さくX
、)程度に膜が堆積した後に。
パルスレーザ光音照射するので、基板の温度を比較的低
温に保つことが可能である。従って非平衡状態の高温和
會プラスチックや低融点金属さらにはNaC1等のよう
なイオン結晶材料・・)に形成できるので、その薄膜の
応用分野が大きく拡がる。また薄膜表面の温度の上昇冷
却は極めて早いので不安定な高温相でも相転移すること
がない。更にパルスレーザ照射は一般に大気中で行って
も不純物の取り込みが小ないのが普通であるが、これ音
大気中よりもはるかにガス分圧の低い真空槽内で行うの
で、薄膜内への不純物の取り込みは更に小さい。また基
板ケ高温に加熱する必要がないので、一層不純物の取り
込みが小さい。
次にスパッタリング法に対して本発明會適用した装置を
第1図に示す。同図に示される装置はスパッタリング装
置とパルスレーザ発生装置2を有している。該スパッタ
リング装置は真空槽1を備え、該真空槽1には該槽内k
 10 Torr程度の真空度まで排気する真空排気ポ
ンプ3がぴ 接続されており、その接続筒内には排気コンダクタンス
調節弁6が設けられている。更に該真空槽1・全排気し
た後Arガスを槽内に導入するArガスボンベ5が接続
されると共に接続筒内には流量調整弁4が設けられてい
る。そして該流量調整弁4と上記排気コンダクタンス調
節弁6により導入鯖と排出量を調節し、 Arガス圧’
(r 一定にする。この時Arガス圧は通常10〜1O
TorrO間に調整される。真空槽1・−内にはターゲ
ット電極7と陽極8とが設けられると共にこれらは電源
12と接続されており、直流電流が印加されるようにな
っている。更に陽極8と対向した位置の基板支持機構1
1上に基板9が載置されており、陽極8と基板9との間
にはシャッター10が設けられている。陽極8とターゲ
ット電極7との間に直流電流を印加するとArイオンの
スパッター効果によりターゲット電極7よシ原子が飛び
出し、シャッター101に間けると基板9上に該原子が
堆積する。一方、真空槽1・には該基板9を外部か1観
察するビューボート13が設けてあり、該ビューボート
13を通じてパルスレーザ光會該基板9に照射するパル
スレーザ発生装置2が設けられている。
上記構造の装置を用い1表1の製造条件によって非平衡
状態の超伝導物質でちるA 15 N bqG e薄膜
を形成した。
表  1 ※尚、レーザ発生器においては、 レーザーと真空槽のビューポー トの間にイコーライザーを入れ、 レーザ光の試料面内でのエネル ギー密度の均一化を図っている。
■、0式及び予備実験により1表面温度は1000℃、
高温相に形成される深さく狗)は1000λと推定され
た。そして薄膜の最終厚さi 100OQAに設定しT
−6”−o 二1000λ、  ro =20017−
より、スパッタリング開始5分後に第1回のレーザ光照
射上行い、以降5分間隔で計10回レーザ光の照射を行
った。得られた薄膜は微量の非晶質と目的とするA15
相の混合相であることがX線回折法により判った。また
4端子電気抵抗法によシ超電動転移温度を測定したとこ
ろ18.5にであった。次にオージェ電子分光法(AE
S)で、薄膜tスパッターエッチしなから膜厚方向での
酸素の分析を行った。この結果を第2図に示す。第2図
のグラフにおいて薄膜の表面付近と基板付近では、ア7
・リル基板表面に付着していたものと膜形成後火気中で
表面酸化されたものが検出されえため酸素が多くなって
いるが、膜の内部では、 AESの検出感度以下で酸素
は検出されなかった。また第2図には従来のスパッタリ
ング法により製造された薄膜を比較のために示してあり
、図から明らかなように本発明の方が従来のスパッタリ
ング法よシ酸素の取り込み量が極めて少ない。またこの
従来のスパッタリング法ではサファイヤ基板を用いて基
板温度850℃の条件で同一スパッタリングを行い、膜
厚xoooiのA15 Nb3Ge薄膜ケ形成した。
以上、実施例に基づいて具体的に説明したように本発明
はスパッタリング法、真空蒸着法などで基板上に粒子を
堆積させて薄膜を形成する際に、レーザ光管断続的に照
射して、薄膜を加熱するので、排平衡状態の高温相の薄
膜全製造することが可能である。そのため、高い超伝導
転移温度會有する薄膜全製造することが容易である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の薄膜の製造方法を適用したスパッタリ
ング法の装置の概略図、第2図は薄膜の深さに対する酸
素の取り込みs−’を示すグラフである。 図面中。 1は真空槽、 2はパルスレーザ″発生装置。 3は真空排気ポンプ。 4は流量調節弁、 5はArガスボンベ、 6は排気コンダクタンス調節弁、 7は陰極ターゲット、 8は陽極、 9は基板、 10i!シヤツター、 11は基板支持機構、 12は電源、 13はビューポート、 aは本発明方法により製造された薄膜、bii従来のス
パッタリンク法により製造された薄膜である。 特許出願人 日本電信電話公社 代  理  人 弁理士 や 石 士 部 (他1名) 力1図 第2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 真空槽内の基板上に粒子を堆積させて薄膜を形成する方
    法処おいて、該薄膜を形成する間レーザ光を形成過程中
    の薄膜表面に断続的に照射して、形成過程中の薄膜表面
    を加熱することを特徴とする薄膜の製造方法。
JP3509382A 1982-03-08 1982-03-08 薄膜の製造方法 Pending JPS58153775A (ja)

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JP3509382A JPS58153775A (ja) 1982-03-08 1982-03-08 薄膜の製造方法

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ID=12432333

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01147056A (ja) * 1987-11-30 1989-06-08 Eiko Eng:Kk 真空薄膜形成装置
WO2005100631A1 (de) * 2004-04-15 2005-10-27 Bestcoating S.A.R.L. Verfahren zur beschichtung eines grundkörpers, vorrichtung zur durchführung des verfahrens und beschichteter grundkörper
JP2007139016A (ja) * 2005-11-16 2007-06-07 Saginomiya Seisakusho Inc 電動式コントロールバルブおよび冷凍サイクル装置

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