專利名稱：成膜方法和成膜裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及成膜方法和成膜裝置，特別是涉及可以對大面積基板成膜的成膜方法和成膜裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，作為形成氧化物超導體薄膜的技術(shù)之一，公知的有激光燒灼法。在此的激光燒灼法通過使強激光照射靶材等的固體的表面局部地加熱固體，使原子或離子等從固體表面飛散到氣體中，通過使該飛散的原子等堆積在其它的物體表面從而形成規(guī)定的薄膜的技術(shù)。作為使用該種激光燒灼法的現(xiàn)有成膜方法，可列舉如在特開平8-246136號公報中所公開的成膜方法。
圖11為說明特開平8-246136號公報中公開的現(xiàn)有成膜方法的模式圖。參照圖11說明現(xiàn)有的成膜方法。
參照圖11，現(xiàn)有的成膜方法與照射有激光116的靶材114相對地配置有基板112?；?12的表面與靶材114的表面大致平行。通過激光116照射靶材114的表面局部地加熱靶材114。由從靶材上被加熱的部分飛散的原子等形成噴流115。在與該噴流115相對的基板112的表面上，通過構(gòu)成噴流115的原子等的堆積形成氧化物超導體薄膜?；?12上的成膜速度越是距離噴流115的中心區(qū)域就越快。因此，圖11中所示的成膜方法，通過將基板112沿箭頭113、114所示的方向和垂直于紙面的方向移動，可以在基板112的整個面上形成具有大致均一厚度的薄膜。
但是，上述現(xiàn)有的成膜方法中具有下述的問題。
即，根據(jù)氧化物超導體的用途和制造工序，當希望形成薄膜的基板112的尺寸較大時，在圖11中所示的成膜方法中如果將基板112的尺寸變得過大，基板112就會遮住射入靶材114的激光116。因此在圖11所示的現(xiàn)有的成膜方法中，將基板112的尺寸變大有一定限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為解決上述問題而提出的，其目的在于提供一種可以在大面積的基板上形成膜的成膜方法和成膜裝置。
本發(fā)明第一方面成膜方法中，從靶材的表面使成膜材料飛散，通過使該飛散的成膜材料堆積在基板上而形成膜。該成膜方法包括使基板的表面相對靶材的表面成一定的角度而配置基板和靶材的工序，和使基板相對靶材移動到相對的位置處，同時在二維方向上連續(xù)地增加薄膜表面的面積，從而在基板上形成膜的成膜工序。
在此，為了使成膜材料從靶材表面飛散，考慮在靶材上照射激光等的能量光線的情況。該能量光線從傾斜于靶材的表面的方向照射。配置基板和靶材使基板的表面相對靶材的表面成一定角度時，可以配置基板使基板的表面方向成為和該能量光線的軌跡成為大致同一方向。這樣即使基板的尺寸很大，也可以防止基板和能量光線軌跡的干涉。因此對能量光線的軌跡沒有約束，可以在較大的基板上形成膜。
另外，在基板上形成膜的時候，通過使基板移動到相對靶材的相對位置上，因此可以在基板的整個面上形成膜。
上述第一方面的成膜方法中，基板的表面和靶材的表面所成的角度最好在0°以上90°以下。
在此，通過使基板的表面和靶材的表面所成的角度超過0°，可以可靠地將基板相對靶材以傾斜的狀態(tài)配置。另外，如上所述，通過使能量光線照射靶材表面的方向與基板的傾斜方向為同一方向，在使用比現(xiàn)有技術(shù)尺寸大的基板時，可防止基板遮住能量光線軌跡的問題的發(fā)生。
另外，基板的表面和靶材的表面所成的角度為90°以下時，可以使從靶材表面飛散的成膜材料可靠地到達基板上應(yīng)該形成膜的面上。因此可以在基板上可靠地形成膜。
上述第一方面的成膜方法中，為了使成膜材料從靶材表面飛散可以向靶材表面照射能量光線。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明可以防止能量光線的軌跡和基板的干涉。因此為了使成膜材料從靶材上飛散而使用能量光線的成膜方法中，當希望擴大基板的尺寸時，本發(fā)明特別有效。
上述第一方面的成膜方法中，能量光線的軌跡和靶材表面所成的角度也可以比由基板表面和靶材表面所成的角度小。
此時，與向靶材表面的能量光線的軌跡的角度(能量光線的入射角)相比，基板的表面和靶材的表面所成的角度(基板的傾斜角)較大。因此，如果將基板傾斜成與能量光線的入射方向相同的方向，就可以在靶材上的能量光線的入射表面?zhèn)瓤煽康胤乐够逭谧∧芰抗饩€的軌跡。因此，在基板的尺寸比現(xiàn)有技術(shù)中大時，可以可靠地將能量光線照射到靶材表面，從而在大面積的基板的表面上可靠地形成膜。
上述第一方面的成膜方法中，能量光線的軌跡可以和基板表面大致平行。
此時，基板的尺寸無論多大，基板都不會遮住能量光線的軌跡，因此，可以在任意大的基板表面形成膜。
上述第一方面上的成膜方法中，還可以具有通過改變基板相對靶材的相對位置改變基板表面和靶材表面所成的角度的角度改變工序。
此時，可以任意地改變基板的表面和靶材的表面所成的角度(傾斜角)。在此，通過改變傾斜角可以任意地改變基板表面上的成膜速度等的成膜條件或形成的薄膜上的微粒密度等的薄膜性質(zhì)。因此，可以與形成膜的特性相吻合地選擇成膜條件。
上述第一方面的成膜方法，在成膜工序中，移動基板到相對靶材的位置時的移動方向可以大致為和基板表面平行的方向。
此時，可以在經(jīng)常保持相對靶材表面的基板表面的角度一定的狀態(tài)下，移動基板到相對靶材的位置。因此，在基板上應(yīng)該形成膜的全部表面上(基板的成膜面)，可以在一定條件保持成膜條件。結(jié)果在基板的全部成膜面上可以容易地形成勻質(zhì)的薄膜。
上述第一方面的成膜方法中，薄膜也可以含有氧化物超導體。
如果將形成氧化物超導體薄膜的工序應(yīng)用于本發(fā)明中，可以在尺寸較大的基板表面上形成勻質(zhì)的氧化物超導體。因為在氧化物超導體薄膜中薄膜的勻質(zhì)性是重要的特性之一，所以本發(fā)明特別適合這種氧化物超導體薄膜的制造工序。
上述第一方面的成膜方法中，氧化物超導體最好是從含有從RE123系列氧化物超導體和鉍系列氧化物超導體所構(gòu)成的范圍中選擇的一種。
在此，RE123系列氧化物超導體指的是近似由REBa2Cu3Ox所表示的超導體，RE指的是釔(Y)，或釹(Nd)、釤(Sm)、鈥(Ho)等稀土元素。作為鉍系列氧化物超導體，主要優(yōu)選2223相，即含有近似的由(BixPb1-x)2Sr2Ca2Cu3OY所表示相的氧化物超導體。
通過將本發(fā)明應(yīng)用于這些氧化物超導體的制造工序中，可以容易地形成RE123系氧化物超導體和鉍系氧化物超導體的勻質(zhì)薄膜。
上述第一方面的成膜方法中，還可以具有在薄膜上形成氧化物超導體的工序，該薄膜可以是位于在基板和氧化物超導體之間的中間薄膜。
在此，為了良好地保持基板上形成的氧化物超導體的特性，現(xiàn)有技術(shù)中形成中間薄膜作為在基板和氧化物超導體之間的中間層。為了在基板全部表面上使氧化物超導體特性均勻，該中間薄膜在基板全部表面上有必要使薄膜厚或特性均勻。這樣在將本發(fā)明應(yīng)用于這樣的中間薄膜的制造工序中，可以容易地得到勻質(zhì)的中間薄膜。結(jié)果在基板的全部表面上可以使氧化物超導體的特性均勻。
上述第一方面的成膜方法中，薄膜可以至少含有從氧化釔穩(wěn)定化氧化鋯、氧化鈰、氧化鎂和鈦酸鍶所構(gòu)成的范圍中選擇的一種。
上述氧化釔穩(wěn)定化氧化鋯等表現(xiàn)出了作為中間薄膜的優(yōu)良特性。通過將本發(fā)明應(yīng)用于適于這樣的中間薄膜的薄膜制造工序中，可以容易地得到優(yōu)良薄膜性質(zhì)的中間薄膜。
上述第一方面的成膜方法中，構(gòu)成基板的材料可以至少含有從藍寶石、鋁酸鑭、鈦酸鍶、LSAT(Lanthanum Strontium Aluminum Titanium Oxide)所構(gòu)成的范圍中選擇的一種。
上述藍寶石等構(gòu)成的基板和氧化物超導體或中間薄膜的晶格匹配性良好。因此如果使用上述材料所構(gòu)成的基板，并通過本發(fā)明的成膜方法形成氧化物超導體，就可以得到勻質(zhì)且薄膜質(zhì)優(yōu)良的氧化物超導體或中間薄膜。
本發(fā)明的另一方面的成膜裝置是使成膜材料從靶材表面飛散，通過將該飛散的成膜材料堆積在基板表面上而形成膜。其具有改變基板表面相對靶材的表面所成角度的改變機構(gòu)。
這樣，利用本發(fā)明的成膜裝置可以在將基板表面相對靶材表面所成的角度(傾斜角)設(shè)定為任意角度的狀態(tài)下，實施成膜工序。通過改變傾斜角，可以改變基板上的成膜速度等的成膜條件。因此通過改變傾斜角可以任意改變成膜條件，以適合形成的薄膜的特性。
由于使成膜材料從靶材的表面飛散，因此考慮把激光等能量光線照射靶材的情況。該能量光線相對靶材的表面一般從傾斜的方向照射。使用改變機構(gòu)使基板的表面相對靶材表面成一定角度而決定傾斜角時，配置基板使基板的表面方向和該能量光線的軌跡大致為同一方向。這樣，即使基板的尺寸變大，也可以防止基板和能量光線的軌跡相干涉。因此相對能量光線的軌跡沒有約束，可以在較大的基板上形成膜。
上述另一方面的成膜裝置中，改變機構(gòu)可以具有圓弧狀的引導部件，和可以移動地設(shè)置在引導部件上保持基板的基板保持部件。
此時，通過使保持極板的基板保持部件沿著引導部件移動，從而可以容易地改變傾斜角。
上述另一方面的成膜裝置也可以具有將基板移動到相對靶材的相對位置的移動機構(gòu)。
此時，在基板上形成膜時，可以一邊相對靶材移動基板到相對位置，一邊在基板的表面上形成膜。因此通過使用移動機構(gòu)，使基板相對靶材相對移動，可以使從靶材上飛散的成膜材料均勻地堆積在基板的全部表面上。從而可以在基板的全部表面上形成均勻的薄膜。
上述另一方面的成膜裝置中，移動機構(gòu)可以在和基板的表面大致平行的方向上使基板移動到相對靶材的相對位置上。
此時，可以經(jīng)常在一定地保持基板表面相對靶材表面的角度的狀態(tài)下，移動基板相對靶材的位置上。因此，在基板上應(yīng)該形成膜的全部表面(基板的成膜面)上，可以在一定條件保持成膜條件，從而可以在基板的全部成膜面上容易地形成勻質(zhì)的薄膜。
上述另一方面的成膜裝置還具有用于使成膜材料從靶材表面飛散，向上述靶材表面照射能量光線的照射機構(gòu)。
如上所訴，通過本發(fā)明，利用改變機構(gòu)改變基板的傾斜角來確定能量光線的入射方向和基板相對靶材的傾斜方向，可以防止能量光線的軌跡和基板的干涉。因此，在具有使成膜材料從靶材飛散的照射能量光線的照射機構(gòu)的成膜裝置中，可以容易地使基板尺寸變大。


圖1為表示本發(fā)明的成膜裝置的實施例的模式圖；圖2為表示圖1所示成膜裝置的構(gòu)成的方框圖；圖3為說明使用圖1和圖2所示成膜裝置的成膜方法的第一例的模式圖；圖4為說明使用圖1和圖2所示成膜裝置的成膜方法的第二例的模式圖；圖5為說明使用圖1和圖2所示成膜裝置的成膜方法的第三例的模式圖；圖6為說明使用圖1和圖2所示成膜裝置的成膜方法的第四例的模式圖；圖7為說明使基板相對靶材相對移動時的移動方法的一例的模式圖；圖8為說明使基板相對靶材移動時的移動方法的一例的模式圖；圖9為說明使基板相對靶材移動時的移動方法的另一例的模式圖；圖10為說明實施例2中成膜工序中基板和靶材的配置的模式圖；圖11為說明現(xiàn)有的成膜方法的模式圖。
具體實施例方式
以下根據(jù)

本發(fā)明的實施方式和實施例。以下的圖中相對同一或相當?shù)牟糠质褂猛粎⒖挤枺也恢貜推湔f明。
參考圖1和圖2說明本發(fā)明的成膜裝置的實施方式。
參考圖1和圖2，成膜裝置1具有，作為處理室的腔室2、該腔室2內(nèi)部配置的靶臺13、圓弧狀導軌4、可以移動地安裝在該圓弧狀導軌4上的XY臺9、在XY臺9上設(shè)置的作為基板保持部件的基板臺11、向靶臺13上配置的靶材14照射激光16的激光光源18、決定激光16向靶材14照射時的激光16的光軸而采用的光學系統(tǒng)19。在腔室2的內(nèi)部配置了如上所述的靶臺13，在該靶臺13上設(shè)置了靶材14。靶臺13可以在上下方向上移動。在腔室2內(nèi)部靶臺13的上方配置了通過腔室2中的支持部件3所固定的圓弧狀導軌4。在圓弧狀導軌4中，通過支持部件5配置了XY臺9。作為連接支持部件5和圓弧狀導軌4的連接部的導軌連接部6，使圓弧狀導軌4可以沿如圖1的箭頭33、34所示的方向移動。因此，XY臺9可以沿圓弧狀導軌4移動。
XY臺9包含連接在支持部件5上的架臺7和在該架臺7上連接的臺移動部8。臺移動部8在架臺7表面的大致平行的方向上可以相對架臺7移動。該臺移動部8的移動通過在架臺7上設(shè)置的步進電機(圖中未示)等驅(qū)動機構(gòu)而進行。通過控制驅(qū)動機構(gòu)，可以改變臺移動部8相對架臺7的移動方向、移動速度和位置等。在臺移動部8中通過基部10固定了基板臺11。在基板臺11和靶臺13相對的面上固定了基板12。
激光光源18振蕩發(fā)出向靶材14入射的激光16。激光光源18中振蕩發(fā)出的激光16在光學系統(tǒng)19中將該光軸改變?yōu)楣潭ǖ姆较?，通過腔室2中設(shè)置的入射窗17照射到腔室2的內(nèi)部。在腔室2的內(nèi)部通過激光16照射靶材14的表面，構(gòu)成靶材14的原子等從靶材14的表面飛散。在靶材上方形成由從靶材14飛散的原子等所組成的噴流15。通過噴流15部分地與基板12的表面相接觸，在基板12的表面上堆積了作為成膜材料的原子，結(jié)果可以在基板12的表面上形成規(guī)定的薄膜。
通過使作為基板保持部件的基板臺11和XY臺9沿著作為導軌部件的圓弧狀導軌4移動，可以任意的改變基板12的表面相對靶材14的表面所成的角度。如圖1所示，通過使XY臺9沿圓弧狀導軌4在箭頭33的方向上移動，可以傾斜基板12，使其朝向與相對靶材14的激光16的光軸傾斜方向相同的方向。
這樣，利用本發(fā)明的成膜裝置1，可以在任意地設(shè)定基板12的表面相對靶材14的表面所成的角度(傾斜角)的狀態(tài)下實施成膜工序。通過改變傾斜角，可以改變基板12上的成膜速度等的成膜條件。因此通過改變傾斜角，可以任意地改變適合形成的薄膜的特性等的成膜條件。
支持部件3可以將圓弧狀導軌4固定在上下方向上的任意位置上。結(jié)果通過圓弧狀導軌4在上下方向上的位置改變，可以容易地改變基板12和靶材14之間的距離。另外，通過使靶臺13在上下方向上移動，可以容易地改變基板12和靶材14之間的距離。
圖2表示了根據(jù)構(gòu)成成膜裝置1的各機器的機能的成膜裝置1的構(gòu)成。即成膜裝置1具有激光光源1、基板保持部件22、基板角度改變部件21、基板搖動部件23、基板靶材間距改變部件22、和控制部24。圖2的激光光源18與圖1所示的激光光源18對應(yīng)。另外，基板保持部件20與作為圖1所示的基板保持部件的基板臺11相對應(yīng)。作為改變機構(gòu)的基板角度改變部件21與圖1所示的圓弧狀導軌4、支持部件5和導軌連接部6相對應(yīng)。作為移動機構(gòu)的基板搖動部件23與圖1所示的XY臺9相對應(yīng)?；灏胁拈g距離改變部件22與靶臺13和支持部件3相對應(yīng)。這些激光光源18、基板保持部件20、基板角度改變部件21、基板動搖部件23、基板靶材間距離改變部件22由圖1中未圖示的作為控制部件24的控制裝置2進行控制。成膜裝置1中還設(shè)置有未圖示的用來調(diào)整腔室2內(nèi)部環(huán)境氣體的供給量或壓力的氣體供給部件等。
下面說明使用圖1和圖2所示的成膜裝置的成膜方法。
圖1和圖2所示的成膜裝置1中，如上所述可以任意地改變靶材14和基板12所成的角度，同時使用XY臺9可以容易地改變基板12相對靶材14的位置。
這樣，在基板上形成膜的時候，通過運轉(zhuǎn)XY臺9可以移動基板12相對靶材14的位置，同時在基板12的表面上形成膜。因此，可以使作為從靶材14飛散的成膜材料的原子等在基板12的全部表面上均勻地堆積。結(jié)果，可以在基板12的全部表面上形成均勻的薄膜。
XY臺9中的臺移動部件8的移動方向和基板12的表面大約平行。因此，在經(jīng)常確?；?2表面相對靶材14表面的角度θ一定的狀態(tài)下(參照圖4)，可以移動基板12到相對靶材14的位置。因此，在基板12的全部成膜面上，可以保持一定的成膜條件。結(jié)果，在基板12的全部成膜面上可以容易地形成勻質(zhì)薄膜。
使用上述圖1和圖2所示的成膜裝置1在基板12上形成氧化物超導體薄膜等時，如下所述，可以在將基板12與靶材14所成的角度進行各種各樣的改變的狀態(tài)下使用激光燒灼法。
例如，如圖1所示，在靶材14和基板12大致平行配置的狀態(tài)下，利用將激光16照射到靶材14上形成噴流15。通過該噴流15中的由作為成膜材料的靶材14所產(chǎn)生的原子等堆積在基板12的成膜面(基板12與靶材材14相對面)上，可以在基板12的成膜面上形成規(guī)定的模。此時的基板12和靶材14之間的位置關(guān)系的模式如圖3所示。圖3為說明使用圖1和圖2所示的成膜裝置的成膜方法的第一例的模式圖。
參照圖3，在靶材14和基板12大致平行配置的狀態(tài)下把激光1 6照射到靶材14上。使激光16相對靶材14的表面的入射角度為θLT。靶材14的表面和基板12的表面大致平行配置時，使用XY臺9將基板12在二維方向(和架臺7表面平行的方向)上移動時，存在著基板12遮住激光16的光軸的危險性。因此，基板12的大小被限制為不與激光16的光軸發(fā)生干涉的尺寸。因此如圖3所示的配置雖然能夠在圖1所示的成膜裝置中實現(xiàn)，但是圖3所示的配置中存在使基板12面積增大的限制。
但是如圖3所示的配置與后述的第4圖和第5圖所示的基板配置相比，基板12上形成的薄膜的成膜速度較大。因此在成膜速度優(yōu)先的情況下，可以應(yīng)用圖3所示的成膜方法的第一例。
下面，如圖4所示，在基板12的表面相對靶材14的表面傾斜θ的角度的狀態(tài)下進行成膜工序。
圖4所示的配置，參照圖1通過在圓弧狀導軌4中使導軌連接部6向箭頭33方向移動，可以使XY臺9、基部10和基板臺11相對靶材14傾斜。圖4中激光16和基板12的表面大致平行(即激光16相對靶材14的入射角度θLT與基板12表面相對靶材14的角度θ大致相等)。
如果如圖4所示配置基板12和靶材14，基板12不會遮住作為能量光線的激光16的軌跡。因此通過運轉(zhuǎn)XY臺9在沿著基板12的表面的二維平面內(nèi)，可以在任意方向上無限制的使基板12移動(即無論怎樣移動基板12等，或即使基板12的尺寸變大，基板12和激光16的光軸都不會發(fā)生干涉)。結(jié)果容易實現(xiàn)基板的大面積化。
在基板12上形成膜時，通過運轉(zhuǎn)XY臺9可以移動基板12相對靶材14位置，可以在基板12的全部表面上形成均勻的薄膜。
如圖4所示的成膜方法，雖然比圖3所示的成膜方法的成膜速度低，但是在形成的薄膜中微粒數(shù)減少，可以得到具有比較平滑的薄膜面的薄膜。因此，可以應(yīng)用于在維持一定的成膜速度的同時希望形成具有良好薄膜質(zhì)量的薄膜的情況等。
在圖1和圖2所示的成膜裝置1中，通過實施如圖5所示作為角度改變工序的使XY臺9沿圓弧狀導軌4移動的工序，可以把基板12相對靶材14大致垂直地配置。圖5所示的成膜方法中基板12的表面相對靶材14的表面所成的角度大致為90°。
此時，靶材14配置為沒有在基板12的下方延伸時，通過運轉(zhuǎn)XY臺9，在和基板12的表面大致平行的二維平面內(nèi)可以將基板12在任意方向上無限制的移動。結(jié)果與圖4所示的成膜方法同樣，可以容易地擴大基板12的面積。
這樣通過使角度θ為90°，成膜速度比圖3和圖4所示的成膜方法較低，但是薄膜面上的粒子密度變得非常小。由此在優(yōu)先考慮薄膜質(zhì)量的情況下，最好采用如圖5所示的成膜方法。
另外，本發(fā)明的成膜方法中，角度θ可以設(shè)定為0°以上90°以下范圍內(nèi)的任意值。
在使用圖1和圖2所示的使用成膜裝置1的成膜方法中，如圖6所示，可以在以使靶材14表面和基板12表面所成的角度θ比靶材14表面和激光16的光軸(軌跡)所成的角度θLT大的方式配置基板12時(即激光16的光軸25和基板12的表面延伸方向的延長線26相交地配置基板12)實施成膜工序。為了改變角度θ，實施作為角度改變工序的使XY臺9沿著圓弧狀導軌4移動的工序。例如角度θLT為45°的情況下，將角度θ設(shè)定為45°以上90°以下范圍內(nèi)的值。此時與圖4和圖5所示的成膜方法同樣，即使將基板12沿其表面方向移動，激光16都不會被基板12所遮住。因此可以得到與圖4和圖5所示的成膜方法同樣的效果。
通過改變角度θ可以任意地改變基板12表面上的成膜速度等的成膜條件。因此通過改變角度θ可以任意地改變薄膜上的粒子密度等的薄膜質(zhì)量。因此，可以選擇成膜條件以適應(yīng)形成的薄膜的特性等。
成膜工序中，也可以使基板移動到相對靶材的位置時的移動方向和基板的表面大致平行。
通過運轉(zhuǎn)XY臺9，如上所述可以在經(jīng)常保持基板12表面相對靶材14表面的角度θ一定的狀態(tài)下，使基板12移動到相對靶材14的位置。因此在圖3～6所示的任意成膜方法中也可以在基板12的全體表面上形成勻質(zhì)的薄膜。
下面對使用圖1和圖2所示的成膜裝置1的成膜方法中，對將基板12在和基板12表面平行的平面內(nèi)移動時的移動方向進行說明。如上所述，成膜裝置1內(nèi)設(shè)置了XY臺9，該XY臺9的臺移動部件8上連接有基板臺11。通過運轉(zhuǎn)該XY臺9，可以沿著基板12表面的方向任意改變靶材14和基板12的相對的位置。由于激光16照射靶材14的特定的位置，噴流15的位置相對靶材14幾乎沒有變化。因此，通過驅(qū)動XY臺9可以改變基板12相對噴流15的位置。結(jié)果在基板12的表面上，通過由噴流15產(chǎn)生的作為成膜材料的原子的堆積可以任意改變所形成膜的區(qū)域(成膜區(qū)域)的位置。
參照圖7和圖8，對使用XY臺9對基板12的移動方法之一例進行說明。圖7和圖8表示基板12的成膜面(與靶材14相對的面)。
參照圖7和圖8，在使用圖1所示的成膜裝置的成膜方法中，由于使用較大的基板12，基板12的表面上的成膜區(qū)域27成為基板12全部表面中的一部分。通過使這樣的成膜區(qū)域27沿圖7所示的箭頭30的方向緩緩地移動，在基板12的表面上連續(xù)地形成規(guī)定的薄膜。成膜區(qū)域27如圖7所示在基板12的表面上連續(xù)地形成規(guī)定的薄膜。成膜區(qū)域27如圖7所示在基板的12的寬度W方向上從一端部移動到另一端部的同時，在長度L方向上從一端部沿著箭頭29向另一端部緩緩移動。
如圖7所示基板12表面上使成膜區(qū)域27的移動是在圖1所示的成膜裝置1中如下所述實現(xiàn)。即在成膜裝置1中在確保靶材14的位置一定時，通過使激光16照射靶材14的規(guī)定的區(qū)域而形成噴流15。由于固定了靶材14和激光16的光軸的位置，該噴流15的位置幾乎不移動。該狀態(tài)下通過使XY臺9運轉(zhuǎn)可以使基板12沿著和箭頭30方向相反的方向緩緩地移動。結(jié)果如圖7所示，在基板12的表面上可以使成膜區(qū)域27移動?？紤]成膜區(qū)域27中的成膜速度、該成膜區(qū)域27的尺寸、和基板12的尺寸(寬度W和長度L)而規(guī)定使該基板12移動的速度。規(guī)定基板12的移動速度和移動方向使在基板12表面上不發(fā)生不形成膜的區(qū)域(即相對基板12的移動速度，規(guī)定箭頭29所示方向的速度成分和箭頭28所示的方向的速度成分之間的平衡，從而不產(chǎn)生成膜區(qū)域27沒掃描的區(qū)域)。
如圖7所示，成膜區(qū)域27從基板12的的一端開始到達另一端之后，如圖8所示使基板12沿著與圖7所示工序的相反方向再次移動。結(jié)果，可以使基板12從基板12長度L方向的另一端向一端移動。這樣通過在基板12表面使成膜區(qū)域27移動，可以形成規(guī)定膜厚的薄膜。
作為基板12的移動方法，代替圖7和圖8所示的方法，可以如圖9所示移動基板12。參照圖9，(a)通過使成膜區(qū)域27沿箭頭28所示的方向移動，可以使成膜區(qū)域27從基板12的寬度方向的一端部向另一端部移動。(b)其后，沿著和箭頭29大致平行的方向移動成膜區(qū)域27。(c)進而，通過在和箭頭28所示方向相反的方向上移動成膜區(qū)域27，可以使成膜區(qū)域27從基板12的寬度方向的另一端部向一端部移動。(d)使成膜區(qū)域沿和箭頭29大致平行的方向移動。重復上述的(a)～(d)所示的工序。此時，在與所述工序(b)和(d)中的箭頭29大致平行的方向上的成膜區(qū)域27的移動距離，最好移動與該成膜區(qū)域27的箭頭29方向的寬度大致相同的長度。結(jié)果可以在基板12的表面上均一無間隙地形成膜。
使用圖1和圖2所示的成膜裝置的成膜方法可以應(yīng)用于RE123系列氧化物超導體或鉍系氧化物超導體等的氧化物超導體的成膜工序中，此時可以容易地在大面積基板上形成勻質(zhì)的氧化物超導體薄膜。
使用本發(fā)明的成膜裝置的成膜方法也可以應(yīng)用于基板氧化物超導體之間配置的中間薄膜的成膜工序中。利用本發(fā)明的成膜方法形成的中間薄膜，可以列舉例如氧化釔穩(wěn)定化氧化鋯、氧化鈰、氧化鎂、鈦酸鍶等。這樣通過將本發(fā)明的成膜裝置和成膜方法應(yīng)用于中間薄膜的成膜工序中，可以容易地在大面積基板上形成勻質(zhì)的中間薄膜。
作為形成上述氧化物超導體薄膜或中間薄膜的基板12，可以使用藍寶石、鋁酸鑭、鈦酸鍶或LSAT(Lanthanum Strontium Aluminum Titanium Oxide)等。
利用圖1和圖2所示的成膜裝置，制作以下的樣品，進行膜厚和粒子數(shù)等的測定。
(實施例1)使用圖1所示的成膜裝置，在作為基板的鋁酸鑭基板上使用激光灼燒法形成HoBa2Cu3Ox超導體薄膜(以下記作HoBCO超導體薄膜)。使用的鋁酸鑭基板的形狀為寬度W是3cm，長L是10cm的長方形。作為靶材使用邊長為20cm的正方形HoBCO燒結(jié)體。
制作的樣品有作為比較例的樣品和作為實施例的樣品1、2共三種。這些樣品的成膜工序中靶材和基板的配置使用以下的配置。即作為比較例的樣品的成膜工序中，圖3所示的靶材14和基板12采用大致平行的配置。本發(fā)明的實施例的樣品1的成膜工序中使用圖4所示配置(即激光16的光軸方向和基板12的表面方向大致平行地配置)。實施例的樣品2的成膜工序中，靶材14和基板12采用圖5所示的垂直配置。
進行成膜時，通過運轉(zhuǎn)XY臺9，利用圖7和圖8所示方法移動在基板12上的成膜區(qū)域27。相對基板12的移動速度，與圖7所示箭頭29平行的方向上的速度成分和與箭頭28平行的方向上的速度成分都使用5mm/秒的值。如圖7和圖8所示通過重復掃描基板12上的成膜區(qū)域27，使基板12表面上形成的HoBCO超導體薄膜的薄膜厚均一化。
作為3種樣品的成膜條件，除基板的配置以外基本使用相同的條件。作為使用的成膜條件，使成膜時基板12的溫度為750□。另外腔室2內(nèi)部的壓力為13.3Pa(100mTorr)。激光16的重復頻率為20Hz，激光的功率為700mJ。比較例的樣品和實施例的樣品1、2中任意一種中，相對靶材14的表面的激光16的入射角度θLT(參照圖3到圖5)為45°，成膜時間都為30分。
在這樣制造的比較例的樣品和實施例的樣品1、2中測定形成的氧化物超導體薄膜的薄膜厚、形成的薄膜上的粒子數(shù)和臨界電流密度。將結(jié)果在表1中表示。
表1

如表1所示，基板12和靶材14平行配置的比較例的樣品中薄膜厚度最厚。即由于各樣品的成膜時間都為定值30分，如比較例中使基板12和靶材14平行的情況成膜速度成為最大，相對實施例的樣品1、樣品2和靶材所成的基板的傾斜角度越大，成膜速度就越低。
形成的薄膜上的粒子數(shù)在比較例中個數(shù)最多，隨著成為實施例的樣品1、樣品2其個數(shù)減少。因此為了使形成的薄膜的表面非常平滑，可以如實施例的樣品2中將基板12的表面和靶材14的表面大致垂直的配置。
由于實施例的樣品1中基板12和激光16的延長方向大致平行，即使使基板12在其表面的平行方向上任意移動，基板12和激光16的光軸也不發(fā)生干涉。即理論上如果采用實施例的樣品1中的配置，激光光軸的位置就沒有限制，可以增大基板12的尺寸。
實施例、比較例的樣品1和樣品2任一個中，臨界電流密度Jc大致相等，都表示出了良好的特性。
這樣利用圖1所示的成膜裝置，從比較例中成膜速度優(yōu)先的成膜條件開始，到使實施例中樣品2中成膜的薄膜表面十分平滑的成膜條件為止，可以在各種各樣的成膜條件下在基板上形成膜。
(實施例2)使用與實施例1中的樣品1和樣品2的成膜條件基本相同的成膜條件，進行HoBCO超導體的成膜試驗。在該成膜試驗中，在改變基板12和靶材13所成的角度θ的條件下進行成膜。具體參照圖10，相對靶材14的表面激光16的光軸所成的角度固定為45°，制作靶材14的表面與基板12的表面所成的角度θ為60°時進行成膜的樣品3，和角度θ為75°時進行成膜的樣品4。在形成樣品1到4的任意成膜工序中，都可以不遮住激光16而將基板12在其表面平行的方向上任意地移動。即激光16和基板12不發(fā)生干涉。結(jié)果即使相對尺寸較大的基板12也可以穩(wěn)定地在基板12上形成氧化物超導體薄膜。
相對得到的樣品3、4，與實施例1同樣地測定薄膜厚、粒子數(shù)和臨界電流密度。將結(jié)果與樣品1、2的數(shù)據(jù)一起在表2中表示。
表2

如表2所示隨著基板和靶材所成的角度θ增大，形成的超導體薄膜的薄膜厚變薄(即成膜速度降低)，超導體薄膜中的粒子數(shù)減少。在任意一個樣品中，臨界電流密度Jc都顯示了充分的值。
(實施例3)如圖10所示靶材14和基板2和激光16的配置中，靶材14和基板12所成的角度θ為45°，基板12使用寬度W是5cm，長度L是20cm的長方形鋁酸鑭基板，制作基板12上形成HoBCO超導體薄膜的實施例的樣品。實施例的樣品成膜時，如參照圖7和圖8說明的那樣，在與基板12的表面平行的平面內(nèi)移動基板12。對于基板12的移動速度，與圖7所示箭頭29平行的方向上的速度成分和與箭頭28平行的方向上的速度成分都使用5mm/秒的值。作為其他的成膜條件，基本上與實施例1中樣品1的成膜條件相同。
作為比較例，利用下面的成膜條件制作進行成膜的樣品。作為比較例的樣品的成膜條件，對于成膜時的基板溫度、環(huán)境氣體和壓力、重復激光的頻率和激光功率等與上述實施例相同。利用光束均化器擴大照射到靶材上的激光照射區(qū)域，使照射到靶材14上的激光可以形成比基板12的短軸方向(寬度W方向)的寬度大的成膜區(qū)域。光束均化器的能量分布分散為±5％，可以得到寬度為7cm的線光束。通過將該寬度為7cm的線光束照射到靶材上，可以增大噴流15的大小?；宓某叽缛缜八鰧挾萕為5cm，長度L為20cm。因此基板上的成膜區(qū)域的寬度可以擴大為和基板的寬度W相同程度的大小。從而，通過利用上述光束均化器，在比較例中在基板12上形成與基板的寬度W(5cm)具有相同寬度的成膜區(qū)域。在通過從基板的寬度方向W的一端向另一端延伸來配置成膜區(qū)域的狀態(tài)下，可以只在長度L方向(僅僅一元方向)運送基板。這樣比較例的樣品中在基板的全面上形成了氧化物超導體薄膜。
相對這樣得到的實施例和比較例的樣品，分別測定氧化物超導體薄膜的薄膜厚分布。將結(jié)果在表3中表示。
表3 表3中短軸方向為圖7和圖8所示的寬度W方向，長軸方向為圖7和圖8所示的長度L方向。在各個方向上分別等間隔地配置的A到F的六個點上測定氧化物超導體薄膜的薄膜厚。結(jié)果由表3可知相對比較例，實施例的樣品的膜厚的分布分散較小。
相對相同的樣品，在如表3所示A到F的各個點上分別測定臨界電流密度Jc。結(jié)果表示在表4中。
表4 由表4可知，無論在短軸方向還是長軸方向上，本發(fā)明的實施例比比較例的臨界電流密度的Jc分布分散小。
(實施例4)作為基板12，使用寬度W為5cm、長度L為20cm的長方形藍寶石基板，在該藍寶石基板上使用激光燒灼法制作將氧化鈰中間層成膜的實施例和比較例的樣品。
實施例的樣品中氧化鈰中間層的成膜工序中，靶材14、基板12和激光16的配置與實施例3中實施例的樣品的成膜工序中的配置相同。作為成膜條件成膜時的基板溫度為600℃，環(huán)境氣體使用氬氣，環(huán)境氣體的壓力為13。3Pa(100mTorr)、激光重復頻率為150Hz，激光功率為600mJ。成膜時，與實施例3中實施例的樣品同樣地如圖7和圖8所示移動基板12。移動基板12時的移動速度等的條件與實施例3中實施例的樣品中基板的移動速度等的條件相同。
比較例的樣品中氧化鈰中間層的成膜工序中，與實施例3中比較例同樣使用光束均化器。相對其他的成膜條件，使用與上述實施例4中的實施例的成膜條件相同的條件。
相對這樣得到的實施例和比較例的樣品，測定其薄膜厚度分布并將結(jié)果表示在表5中。
表5 參照表5，測定位置在短軸方向和長軸方向都與實施例3相同為等間隔配置的A到F這6個點。由表5可知，與比較例相比實施例的氧化鈰中間層的薄膜厚的分布分散較小。
(實施例5)在實施例4的實施例的樣品中氧化鈰中間層上，通過使用與實施例3的實施例的樣品中的成膜條件相同的成膜條件形成HoBCO超導體薄膜，制作實施例5的樣品。
在實施例4的比較例的樣品中的氧化鈰中間層上，通過使用與實施例3的比較例的樣品中的成膜條件相同的成膜條件(即使用光束均化器的條件)形成HoBCO超導體薄膜。
對于這樣得到的實施例和比較例的各個樣品，測定薄膜厚度和臨界電流密度Jc，將結(jié)果表示在表6和表7中。
表6
表7 如表6和表7所示，比較例和實施例與實施例3和4相同，在短軸方向和長軸方向上等間隔配置的測定點A到F上測定薄膜厚和臨界電流密度Jc。由表6和表7可知，與比較例相比實施例的薄膜厚度分布的分散較小，且臨界電流密度Jc分布的分散較小。
應(yīng)該說明，在此公開的實施形態(tài)和實施例的全部內(nèi)容都僅是列舉例子，并不做任何限定。本發(fā)明的范圍不在于上述實施形態(tài)和實施例，而由權(quán)利要求的范圍所表示，其意圖在于包含與權(quán)利要求的范圍相等的含義和范圍內(nèi)的所有變化。
工業(yè)上的適用性如上所述，本發(fā)明的成膜方法和成膜裝置，可以作為在大面積的基板的表面上形成膜的方法和裝置來利用。在大面積的基板表面上形成氧化物超導體的薄膜時特別有用。
權(quán)利要求
1.一種成膜方法，從靶材(14)的表面使成膜材料飛散，通過使該飛散的成膜材料堆積在基板(12)上而形成膜，其包括使上述基板(12)的表面相對靶材(14)的表面成一定角度的配置上述基板(12)與上述靶材(14)的工序，和使上述基板(12)相對上述靶材(14)移動到相對的位置處，同時在二維方向上連續(xù)地增加薄膜表面的面積，從而在上述基板(12)上形成膜的成膜工序。
2.如權(quán)利要求1所述的成膜方法，其中，上述基板(12)的表面和靶材(14)的表面所成的角度為0°以上90°以下。
3.如權(quán)利要求1所述的成膜方法，其中，向上述靶材(14)表面上照射能量光線(16)，以使成膜材料從從上述靶材(14)表面飛散。
4.如權(quán)利要求3所述的成膜方法，其中，上述能量光線(16)的軌跡(25)與上述靶材(14)的表面所成的角度(θLT)比由上述基板(12)的表面與上述靶材(14)的表面所成的角度(θ)小。
5.如權(quán)利要求3所述的成膜方法，其中，上述能量光線(16)的軌跡(25)與上述基板(12)的表面大致平行。
6.如權(quán)利要求1所述的成膜方法，其中，還具有通過改變上述基板(12)相對上述靶材(14)的相對位置，改變上述基板(12)的表面與靶材(14)的表面所成的角度(θ)的角度改變工序。
7.如權(quán)利要求1所述的成膜方法，其中，在上述成膜工序中，移動上述基板(12)到相對上述靶材(14)的位置時的移動方向大致為和上述基板(12)表面平行的方向。
8.如權(quán)利要求1所述的成膜方法，其中，上述薄膜含有氧化物超導體。
9.如權(quán)利要求8所述的成膜方法，其中，上述氧化物超導體含有從RE123系列氧化物超導體和鉍系列氧化物超導體所構(gòu)成的范圍中選擇的一種
10.如權(quán)利要求1所述的成膜方法，其中，進而具有在上述薄膜上形成氧化物超導體的工序，上述薄膜是位于在上述基板(12)和上述氧化物超導體之間的中間薄膜。
11.如權(quán)利要求10所述的成膜方法，其中，上述薄膜至少含有從氧化釔穩(wěn)定化氧化鋯、氧化鈰、氧化鎂、鈦酸鍶所構(gòu)成的范圍內(nèi)選擇的一種。
12.如權(quán)利要求1所述的成膜方法，其中，構(gòu)成上述基板的材料至少含有從藍寶石、鋁酸鑭、鈦酸鍶、LSAT所構(gòu)成的范圍中選擇的一種。
13.一種成膜裝置，從靶材(14)的表面使成膜材料飛散，通過使該飛散的成膜材料堆積在基板(12)上而形成膜，其具有改變上述基板(12)的表面相對靶材(14)的表面所成的角度的改變機構(gòu)(4～6、9～11、21)。
14.如權(quán)利要求13所述的成膜裝置，其中，上述改變機構(gòu)(4～6、9～11、21)具有圓弧狀的引導部件(4)，和可以移動地設(shè)置在上述引導部件(4)上并保持上述基板(12)的基板保持部件(11)。
15.如權(quán)利要求13所述的成膜裝置，其具有，將基板(12)移動到相對靶材(14)的相對位置的移動機構(gòu)(9)。
16.如權(quán)利要求15所述的成膜裝置，其中，上述移動機構(gòu)(9)可以在和上述基板(12)的表面大致平行的方向上使上述基板(12)移動到相對上述靶材(14)的相對位置上。
17.如權(quán)利要求13所述的成膜裝置，其還具有，向上述靶材(14)表面上照射能量光線(16)，以使成膜材料從從上述靶材(14)表面飛散的照射機構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可以在大面積的基板上形成膜的成膜方法和成膜裝置。在該成膜方法中，從靶材(14)的表面使成膜材料飛散，通過使該飛散的成膜材料堆積在基板(12)上而形成膜。該成膜方法包括使基板(12)的表面相對靶材(14)的表面成一定的角度而配置基板(12)和靶材(14)的工序，和使基板(12)相對靶材(14)移動到相對的位置處，同時在二維方向上連續(xù)地增加薄膜表面的面積，從而在基板(12)上形成膜的成膜工序。
文檔編號H01L21/203GK1489638SQ02804474
公開日2004年4月14日 申請日期2002年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月8日
發(fā)明者母倉修司, 大松一也, 也 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社