JP2013194294A - Deposition apparatus and deposition method for functional thin film - Google Patents
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Abstract
【課題】基板の両面に機能性薄膜を形成させて、膜厚に対応してその特性を充分に発揮させることができる機能性薄膜の成膜装置および成膜方法を提供する。
【解決手段】基板上に機能性材料を蒸着させて、機能性薄膜を形成させる機能性薄膜の成膜装置であって、基板Ｗを鉛直方向に保持する基板保持手段と、基板の両面に対向して配置されて、基板を所定の温度に加熱する加熱手段１１と、ターゲットＴから機能性材料を蒸発させて、基板の両面に機能性材料を供給する機能性材料供給手段とが設けられている機能性薄膜の成膜装置、および前記機能性薄膜の成膜装置を用いた機能性薄膜の成膜方法。
【選択図】図１Provided is a functional thin film forming apparatus and a film forming method capable of forming a functional thin film on both surfaces of a substrate and sufficiently exhibiting the characteristics corresponding to the film thickness.
A functional thin film forming apparatus for depositing a functional material on a substrate to form a functional thin film, the substrate holding means for holding the substrate W in a vertical direction, and facing both surfaces of the substrate And a heating means 11 for heating the substrate to a predetermined temperature, and a functional material supply means for evaporating the functional material from the target T and supplying the functional material to both sides of the substrate. A functional thin film forming apparatus, and a functional thin film forming method using the functional thin film forming apparatus.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、機能性薄膜の成膜装置および成膜方法に関し、詳しくは、基板の両面に、酸化物超電導薄膜などの機能性薄膜を同時に成膜して、厚膜で優れた特性の機能性薄膜を得ることができる成膜装置および成膜方法に関する。 The present invention relates to a functional thin film deposition apparatus and film deposition method, and more specifically, a functional thin film having excellent characteristics with a thick film by simultaneously depositing a functional thin film such as an oxide superconducting thin film on both surfaces of a substrate. The present invention relates to a film forming apparatus and a film forming method capable of obtaining a thin film.
酸化物超電導薄膜、磁性薄膜、圧電薄膜などの機能性薄膜の成膜に際しては、スパッタ法、ＭＯ−ＣＶＤ法、ＭＢ法、レーザ堆積法（パルスレーザデポジッション：ＰＬＤ法）などの気相薄膜合成法を用いて、基板上に機能性薄膜を形成させることが広く行われている（例えば特許文献１、２）。
When forming functional thin films such as oxide superconducting thin films, magnetic thin films, and piezoelectric thin films, vapor-phase thin film synthesis such as sputtering, MO-CVD, MB, and laser deposition (pulse laser deposition: PLD) is used. It is widely performed to form a functional thin film on a substrate using a method (for example,
なお、ここで言う「機能性薄膜」とは、薄膜化した機能性材料を指しており、機能性材料とは、材料の持つ電気的性質、誘電体特性、磁性、光学特性などの機能を発現させることを目的として製品に組み込まれるタイプの材料であり、具体的には、酸化物超電導薄膜、ハードディスク等に適用される磁性アモルファス薄膜、薄膜太陽電池等に用いられるアモルファス半導体薄膜、圧電デバイスに用いられる圧電薄膜などの薄膜が挙げられる。 The term “functional thin film” as used herein refers to a functional material that has been thinned. The functional material expresses functions such as electrical properties, dielectric properties, magnetism, and optical properties of the material. In particular, it is a type of material that is incorporated into products for the purpose of making it available. Specifically, it is used in oxide superconducting thin films, magnetic amorphous thin films applied to hard disks, amorphous semiconductor thin films used in thin film solar cells, and piezoelectric devices. And a thin film such as a piezoelectric thin film.
しかしながら、これらの気相薄膜合成法を用いて機能性薄膜を形成するに際して、膜厚の増加によりその特性の向上を図ろうとしても、膜厚の増加は必ずしも特性の向上に結びつくものではなかった。例えば、臨界電流値Ｉｃを向上させるために酸化物超電導薄膜の膜厚を厚くした場合、膜厚の増加と超電導特性の向上が必ずしも一致しなかった。 However, when forming a functional thin film using these vapor phase thin film synthesis methods, attempts to improve the characteristics by increasing the film thickness did not necessarily lead to improved characteristics. . For example, when the thickness of the oxide superconducting thin film is increased in order to improve the critical current value Ic, the increase in the film thickness does not necessarily coincide with the improvement of the superconducting characteristics.
そこで、近年、基板の両面に機能性薄膜を形成させることにより、厚膜で優れた特性の機能性薄膜を形成することが検討されている。具体的な一例として、基板の両面に酸化物超電導薄膜が形成された酸化物超電導薄膜線材を図３に示す。図３は、酸化物超電導薄膜線材２の構成の一例を模式的に示す断面図であり、ＳＵＳ層２１ａ、Ｃｕ層２１ｂおよびＮｉ層２１ｃから構成された配向金属基板２１上に形成された中間層２２の各表面に、酸化物超電導層２３がＰＬＤ法などを用いて形成されている。
Therefore, in recent years, it has been studied to form a functional thin film having excellent characteristics with a thick film by forming a functional thin film on both surfaces of the substrate. As a specific example, FIG. 3 shows an oxide superconducting thin film wire in which an oxide superconducting thin film is formed on both surfaces of a substrate. FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of the oxide superconducting
しかしながら、このように両面に機能性薄膜を形成させているにも拘わらず、膜厚に対応した特性の向上は未だ充分とは言えなかった。 However, even though functional thin films are formed on both sides as described above, the improvement in characteristics corresponding to the film thickness has not been sufficient.
そこで、本発明は、基板の両面に機能性薄膜を形成させて、膜厚に対応してその特性を充分に発揮させることができる機能性薄膜の成膜装置および成膜方法を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention provides a functional thin film forming apparatus and a film forming method capable of forming a functional thin film on both surfaces of a substrate and fully exhibiting the characteristics corresponding to the film thickness. Let it be an issue.
本発明者は、上記課題の解決を検討するに当たって、まず、従来の基板両面への機能性薄膜の形成において、膜厚に対応してその特性を充分に発揮させることができなかった原因について検討した。 In examining the solution of the above problems, the present inventor first examined the cause of the failure to fully exhibit the characteristics corresponding to the film thickness in the formation of the functional thin film on both surfaces of the conventional substrate. did.
その結果、従来の気相薄膜合成法を用いた基板両面への成膜方法の場合、基板を水平に保持、搬送して、基板の片面に対向してターゲットが配置された成膜装置を用いているため、基板の両面に成膜するためには、片面ずつ２回に分けて成膜する必要があり、２回目の成膜に際して、先に形成された機能性薄膜が再度高温に曝されることにより分解して、特性の低下を招いていることが分かった。 As a result, in the case of a film forming method on both sides of a substrate using the conventional vapor phase thin film synthesis method, a substrate is used which is horizontally held and transported and a target is placed opposite to one side of the substrate. Therefore, in order to form a film on both sides of the substrate, it is necessary to form the film on each side in two steps, and in the second film formation, the previously formed functional thin film is again exposed to high temperature. It was found that the degradation caused the degradation of the characteristics.
そこで、本発明者は、従来の成膜装置に替えて、基板を鉛直方向に保持する基板保持手段と、基板の両面に対向して各基板面を所定の温度に加熱する加熱手段（ヒーター）、およびターゲットから機能性材料を蒸発させて基板の両面に機能性材料を供給する機能性材料供給手段が設けられた成膜装置を用いることに思い至った。 Therefore, the present inventor replaced the conventional film forming apparatus with a substrate holding means for holding the substrate in the vertical direction, and a heating means (heater) for heating each substrate surface to a predetermined temperature facing both surfaces of the substrate. And a film forming apparatus provided with functional material supply means for evaporating the functional material from the target and supplying the functional material to both surfaces of the substrate.
即ち、基板を縦置きして両面をヒーターにより加熱することにより、基板の両面で同時に機能性薄膜を形成させることが可能となるため、従来の成膜装置を用いて片面ずつ成膜する場合と異なり、機能性材料が必要以上に長く高温に曝されることなく、機能性薄膜の特性の低下が抑制される。この結果、膜厚に対応してその特性を充分に発揮させることができる機能性薄膜を提供することができる。 That is, by placing the substrate vertically and heating both sides with a heater, it becomes possible to form a functional thin film on both sides of the substrate at the same time. In contrast, the functional material is not exposed to a high temperature for a longer time than necessary, and the deterioration of the characteristics of the functional thin film is suppressed. As a result, it is possible to provide a functional thin film that can sufficiently exhibit its characteristics corresponding to the film thickness.
このとき、ヒーターを鉛直方向に保持された基板と対向して平行に配置しておくと、基板が一様に加熱されるため好ましい。 At this time, it is preferable to arrange the heater in parallel with the substrate held in the vertical direction because the substrate is uniformly heated.
しかし、ヒーターと基板とが平行に配置されている場合には、ターゲットから蒸発した機能性材料（蒸着材料）が基板面と平行に進んでいくため、基板面上には充分に蒸着されない。また、ヒーターと基板とで形成される隙間が狭いため、蒸着材料はターゲットに近い基板の下部側ほど多く蒸着されて、基板の上部まで進行していく蒸着材料が少なくなる。この結果、基板の上部と下部とで蒸着量に差が生じる恐れがある。 However, when the heater and the substrate are arranged in parallel, the functional material (evaporation material) evaporated from the target proceeds in parallel with the substrate surface, so that it is not sufficiently deposited on the substrate surface. In addition, since the gap formed between the heater and the substrate is narrow, the vapor deposition material is deposited more on the lower side of the substrate closer to the target, and the vapor deposition material that proceeds to the upper portion of the substrate is reduced. As a result, there may be a difference in the amount of deposition between the upper part and the lower part of the substrate.
そこで、本発明者は、このような問題の解決につき検討を行った。その結果、ヒーター内を貫通するガス配管を設けて、ヒーターにより基板を加熱すると同時に、ヒーター壁面に設けられた複数のガス吹き付け穴から基板面にガスを吹き付けることにより、基板面と平行に進む蒸着材料の流れを変更させて、蒸着材料をより多く基板面に蒸着させることができることに思い至った。 Therefore, the present inventor has examined the solution of such a problem. As a result, gas piping that penetrates the heater is provided, and the substrate is heated by the heater. At the same time, the gas is blown to the substrate surface from a plurality of gas spray holes provided on the heater wall surface, so that vapor deposition proceeds in parallel with the substrate surface. It came to the mind that the flow of the material can be changed to deposit more vapor deposition material on the substrate surface.
さらに、ヒーター壁面に設けられる複数のガス吹き付け穴の大きさを、ターゲットに近い側ほど小さくなるように設定することにより、前記隙間を進行してきた蒸着材料の蒸着量を制御することができ、より均一な膜厚の機能性薄膜を提供することができることに思い至った。 Furthermore, by setting the size of the plurality of gas spray holes provided on the heater wall surface to be smaller toward the target, the deposition amount of the deposition material that has progressed through the gap can be controlled. It came to mind that a functional thin film having a uniform film thickness could be provided.
なお、ガス配管はヒーター内を蛇行して配管されていることが好ましく、これにより、ガスは充分に加熱された状態で吹き付けられるため、基板をより効率的に加熱することができる。 In addition, it is preferable that the gas pipe meanders in the heater, and thereby the gas is blown in a sufficiently heated state, so that the substrate can be heated more efficiently.
請求項１〜３に記載の発明は上記の知見に基づくものであり、請求項１に記載の発明は、
基板上に機能性材料を蒸着させて、機能性薄膜を形成させる機能性薄膜の成膜装置であって、
前記基板を鉛直方向に保持する基板保持手段と、
前記基板の両面に対向して配置されて、前記基板を所定の温度に加熱する加熱手段と、
ターゲットから前記機能性材料を蒸発させて、前記基板の両面に機能性材料を供給する機能性材料供給手段と
が設けられていることを特徴とする機能性薄膜の成膜装置である。
The invention described in
A functional thin film forming apparatus for depositing a functional material on a substrate to form a functional thin film,
Substrate holding means for holding the substrate in a vertical direction;
A heating means arranged to face both surfaces of the substrate and heating the substrate to a predetermined temperature;
A functional thin film forming apparatus, comprising functional material supply means for evaporating the functional material from a target and supplying the functional material to both surfaces of the substrate.
請求項２に記載の発明は、
前記加熱手段が、前記基板と平行に対向して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の機能性薄膜の成膜装置である。
The invention described in
2. The functional thin film deposition apparatus according to
請求項３に記載の発明は、
前記加熱手段の前記基板側に、前記ターゲットに近い側ほど小さなガス吹き付け穴が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の機能性薄膜の成膜装置である。
The invention according to claim 3
3. The functional thin film deposition apparatus according to
本発明者は、さらに、蒸着材料を基板面上に充分に蒸着させると共に、前記した基板の上部と下部とで蒸着量の差が生じることを制御する手段について、より簡便な構造でより効率的な成膜を行うことが可能な手段を検討した。その結果、ヒーターを傾斜させて配置、具体的には、ターゲットに近い側ほど基板との距離が大きくなるように、ヒーターを傾斜させて配置する構造に思い至った。 The present inventor further provides a simpler structure and more efficient means for controlling the occurrence of a difference in the amount of vapor deposition between the upper and lower portions of the substrate while sufficiently depositing the vapor deposition material on the substrate surface. We examined the means that can form a good film. As a result, the inventors have come up with a structure in which the heater is inclined and arranged, specifically, the heater is inclined and arranged so that the distance from the substrate becomes closer to the side closer to the target.
即ち、ターゲットに近い側ほど基板との距離が大きくなるようにヒーターを配置することにより、ヒーターの傾斜により蒸着材料の流れを変更させて蒸着材料をより多く基板面上に蒸着させることができると共に、蒸着材料の基板下部側での蒸着が抑制されて、蒸着材料が基板の上部まで容易に入っていくことができる。 In other words, by arranging the heater so that the distance from the substrate is closer to the target, the flow of the deposition material can be changed by the inclination of the heater, and more deposition material can be deposited on the substrate surface. The evaporation of the evaporation material on the lower side of the substrate is suppressed, and the evaporation material can easily enter the upper part of the substrate.
そして、このとき、ヒーターの強度をターゲットに近い側ほど大きくなるように制御しておくことにより、基板の下部から上部まで基板の温度分布を一定に保つことができる。この結果、基板の下部から上部まで一様に蒸着材料が蒸着されて、均一な膜厚の機能性薄膜を提供することができる。 At this time, the temperature distribution of the substrate can be kept constant from the lower part to the upper part of the substrate by controlling the strength of the heater so as to be closer to the target. As a result, the vapor deposition material is uniformly deposited from the bottom to the top of the substrate, and a functional thin film having a uniform thickness can be provided.
また、このようにヒーターを傾斜させて配置した場合、蒸着材料の流れがヒーターと平行になるようにターゲットを配置、即ち、基板の下方で、基板を挟む左右の位置にターゲットを配置することにより、蒸着材料を基板両面の上部まで容易に入らせることができるため、膜厚の分布が容易に制御できると共に、大きな成膜レートで、より効率的に成膜を行うことができる。 In addition, when the heater is inclined as described above, the target is arranged so that the flow of the vapor deposition material is parallel to the heater, that is, by arranging the target at the left and right positions sandwiching the substrate below the substrate. Since the vapor deposition material can easily enter the upper part of both surfaces of the substrate, the film thickness distribution can be easily controlled and the film can be formed more efficiently at a large film formation rate.
請求項４〜６に記載の発明は上記の知見に基づくものであり、請求項４に記載の発明は、
前記基板の両面に対向して配置された前記加熱手段のそれぞれが、前記ターゲットに近い側ほど前記基板との距離が大きくなるように傾斜して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の機能性薄膜の成膜装置である。
The inventions described in claims 4 to 6 are based on the above findings, and the invention described in claim 4
2. Each of the heating means arranged to face both surfaces of the substrate is arranged so as to be inclined so that the distance from the substrate increases toward the side closer to the target. The functional thin film forming apparatus described.
請求項５に記載の発明は、
前記加熱手段に、前記ターゲットに近い側ほど前記基板への熱供給が大きくなるように熱供給を制御する制御手段が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の機能性薄膜の成膜装置である。
The invention described in claim 5
5. The functional thin film according to claim 4, wherein the heating means is provided with a control means for controlling the heat supply so that the heat supply to the substrate increases toward the side closer to the target. It is a membrane device.
請求項６に記載の発明は、
前記ターゲットが、前記基板の下方で、基板を挟む両側に配置されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の成膜装置である。
The invention described in claim 6
The film forming apparatus according to claim 4, wherein the target is disposed on both sides of the substrate below the substrate.
しかし、蒸着材料は、全てが基板上に蒸着されるのではなく一部はヒーター壁面にも蒸着される。そして、時間の経過に伴ってヒーター壁面への蒸着材料の蒸着量が多くなる。このため、基板を充分に加熱することができないと共に、蒸着材料のヒーター壁面への蒸着が均一でないため、基板温度を一定に保つことができなくなり、成膜条件が変化する。 However, the vapor deposition material is not entirely deposited on the substrate, but a part is also deposited on the heater wall. And the amount of vapor deposition of the vapor deposition material to a heater wall surface increases with progress of time. For this reason, the substrate cannot be heated sufficiently, and vapor deposition of the vapor deposition material on the heater wall surface is not uniform, so that the substrate temperature cannot be kept constant, and the film formation conditions change.
そこで、本発明者は、この蒸着材料のヒーター壁面への蒸着を抑制する手段として、ヒーター面上にダミー線を配置することに思い至った。 Therefore, the present inventor has come up with the idea of arranging a dummy line on the heater surface as means for suppressing the vapor deposition of the vapor deposition material on the heater wall surface.
即ち、ヒーター面上にテープ状のダミー線を配置して、このダミー線を基板の搬送に連動させて搬送することにより、ヒーター面には常に新しい面のダミー線が搬送されるため、ヒーターからの加熱に変化が発生せず、基板を充分に加熱することができると共に基板温度を一定に保つことができ、成膜条件が変化しない。 That is, by placing a tape-like dummy line on the heater surface and transporting this dummy line in conjunction with the transport of the substrate, a new surface dummy line is always transported to the heater surface. No change occurs in the heating, the substrate can be heated sufficiently, the substrate temperature can be kept constant, and the film formation conditions do not change.
請求項７に記載の発明は上記の知見に基づくものであり、
前記加熱手段の前記基板と対向する壁面に、前記基板の搬送方向と平行に搬送されるダミー線が配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の機能性薄膜の成膜装置である。
The invention according to claim 7 is based on the above knowledge,
The dummy line conveyed in parallel with the conveyance direction of the said board | substrate is arrange | positioned on the wall surface facing the said board | substrate of the said heating means, The
そして、上記した機能性薄膜の成膜装置を用いることにより、膜厚に対応した特性を充分に発揮する機能性薄膜を形成することができる。 By using the functional thin film forming apparatus described above, it is possible to form a functional thin film that sufficiently exhibits characteristics corresponding to the film thickness.
即ち、請求項８に記載の発明は、
請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の機能性薄膜の成膜装置を用いて、前記基板の両面に同時に機能性材料を蒸着させて成膜することを特徴とする機能性薄膜の成膜方法である。
That is, the invention described in claim 8
A functional thin film formed by vapor-depositing a functional material simultaneously on both sides of the substrate using the functional thin film deposition apparatus according to
そして、本発明に係る機能性薄膜の成膜方法は、酸化物超電導薄膜線材の作製における酸化物超電導薄膜の成膜に適用した場合、特に顕著な効果を発揮する。 The method for forming a functional thin film according to the present invention exhibits particularly remarkable effects when applied to the formation of an oxide superconducting thin film in the production of an oxide superconducting thin film wire.
即ち、請求項９に記載の発明は、
前記機能性薄膜が、酸化物超電導薄膜であることを特徴とする請求項８に記載の機能性薄膜の成膜方法である。
That is, the invention described in claim 9
The method for forming a functional thin film according to claim 8, wherein the functional thin film is an oxide superconducting thin film.
また、酸化物超電導薄膜は、前記したように、配向金属基板の両面に形成された中間層の各表面にＰＬＤ法などの気相薄膜合成法を用いて形成される。そして、中間層の形成は、一般に、スパッタ法などの気相薄膜合成法を用いて行われる。 Further, as described above, the oxide superconducting thin film is formed on each surface of the intermediate layer formed on both surfaces of the oriented metal substrate by using a vapor phase thin film synthesis method such as a PLD method. The formation of the intermediate layer is generally performed using a vapor phase thin film synthesis method such as sputtering.
このように、酸化物超電導薄膜線材の作製に際しては、中間層の形成および酸化物超電導薄膜の形成のいずれにおいても気相薄膜合成法が用いられるため、本発明に係る機能性薄膜の成膜方法を用いることにより、中間層および酸化物超電導薄膜を連続的に形成させることが可能となり、より効率的に酸化物超電導薄膜線材を作製することができる。 As described above, in the production of the oxide superconducting thin film wire, since the vapor phase thin film synthesis method is used for both the formation of the intermediate layer and the formation of the oxide superconducting thin film, the method for forming the functional thin film according to the present invention is used. By using the intermediate layer and the oxide superconducting thin film, it becomes possible to continuously form the oxide superconducting thin film wire.
即ち、請求項１０に記載の発明は、
前記酸化物超電導薄膜の成膜に先立って、
請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の機能性薄膜の成膜装置を用いて、前記基板上に中間層の成膜を行うことを特徴とする請求項９に記載の機能性薄膜の成膜方法である。
That is, the invention according to claim 10 is
Prior to the formation of the oxide superconducting thin film,
The functional film according to claim 9, wherein an intermediate layer is formed on the substrate by using the functional thin film forming apparatus according to
本発明によれば、基板の両面に機能性薄膜を形成させて、膜厚に対応してその特性を充分に発揮させることができる機能性薄膜の成膜装置および成膜方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a functional thin film forming apparatus and a film forming method capable of forming a functional thin film on both surfaces of a substrate and sufficiently exhibiting the characteristics corresponding to the film thickness. it can.
以下、実施の形態に基づき、本発明を具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described based on embodiments.
（第１の実施の形態）
１．成膜装置の構成
図１は、第１の実施の形態の成膜装置の構成を模式的に示す図であり、（ａ）は横断面図であり、（ｂ）は基板側からヒーターを見た図である。図１において、１は成膜装置であり、１１および１４はヒーター、１２はダミー線、Ｗは基板、Ｔはターゲットである。そして、１３は基板の表面にガスを吹付けるためにヒーター１１の壁面に設けられたガス吹き付け穴である。なお、これらは、雰囲気を制御するためのチャンバ（図示省略）内に設けられている。
(First embodiment)
1. Configuration of Film Forming Apparatus FIG. 1 is a diagram schematically showing the structure of the film forming apparatus of the first embodiment, (a) is a cross-sectional view, and (b) is a view of the heater from the substrate side. It is a figure. In FIG. 1, 1 is a film forming apparatus, 11 and 14 are heaters, 12 is a dummy wire, W is a substrate, and T is a target.
図１に示すように、本実施の形態における成膜装置においては、ターゲットＴの上方に、基板Ｗおよびヒーター１１が配置されている。
As shown in FIG. 1, in the film forming apparatus in the present embodiment, a substrate W and a
基板Ｗは、図示しない保持手段によって鉛直方向に保持されており、長手方向（図１（ａ）では紙面に対して垂直の方向）に搬送される。これにより、蒸着材料が基板Ｗの両面に蒸着されて、連続的に機能性薄膜が成膜される。 The substrate W is held in the vertical direction by a holding means (not shown) and is transported in the longitudinal direction (the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1A). Thereby, a vapor deposition material is vapor-deposited on both surfaces of the board | substrate W, and a functional thin film is formed into a film continuously.
基板Ｗの材質およびサイズ（厚み、幅、長さ）は、形成させる機能性薄膜に応じて適宜設定される。例えば、酸化物超電導薄膜線材用の機能性薄膜の形成には金属テープ基板が、アモルファス半導体用の機能性薄膜ではシリコン系基板が使用される。 The material and size (thickness, width, length) of the substrate W are appropriately set according to the functional thin film to be formed. For example, a metal tape substrate is used for forming a functional thin film for an oxide superconducting thin film wire, and a silicon-based substrate is used for a functional thin film for an amorphous semiconductor.
ヒーター１１は、基板Ｗと平行して配置されており、基板Ｗ側の壁面には、ガス吹き付け穴１３が所定の間隔で設けられている。このガス吹き付け穴１３はヒーター内を蛇行して配管されたガス管に接続されており、図１に示すように、ヒーター１１と基板Ｗとで形成される隙間の奥に行くほど、即ち、ターゲットからの距離が大きくなるにつれて大きなサイズに設定されている。
The
ヒーターとしては、ランプヒーターやブロックヒーター等の抵抗型ヒーターが好ましく使用でき、また、ガスの種類としては、アルゴン、窒素等の不活性ガス、酸素等の反応性ガスが好ましく使用できる。 As the heater, a resistance heater such as a lamp heater or a block heater can be preferably used, and as the type of gas, an inert gas such as argon or nitrogen, or a reactive gas such as oxygen can be preferably used.
なお、図１においては、基板Ｗのさらに上部にヒーター１４を配置して基板上端部における基板温度の低下を防止しているが、ヒーター１１により基板温度の低下を充分防止することが可能であれば、特に配置しなくてもよい。
In FIG. 1, the
また、本実施の形態においては、ヒーター１４の基板Ｗ側には、テープ状のダミー線１２が配置されて、ヒーター１４に沿って図１（ｂ）に示す矢印方向に搬送されるようになっている。これにより、ヒーター１４の表面に蒸着材料が蒸着してもすぐに排除されるため、蒸着材料が過大に蒸着して、鉛直に保持された基板Ｗを歪ませるなど、基板Ｗに対する悪影響を防止することができる。
Further, in the present embodiment, a tape-
ダミー線の材質としては、加熱性、耐熱性、経済性、搬送および巻き取りの利便性等の観点から、例えば、ＳＵＳ等が好ましく使用できる。 As the material of the dummy wire, for example, SUS or the like can be preferably used from the viewpoints of heatability, heat resistance, economy, convenience of conveyance and winding.
ターゲットＴは、基板上に形成させる蒸着材料から構成されており、レーザや分子線などが照射されることにより蒸発して、蒸着材料が基板面上に蒸着される。 The target T is made of a vapor deposition material to be formed on the substrate, evaporates when irradiated with a laser or molecular beam, and the vapor deposition material is vapor deposited on the substrate surface.
２．機能性薄膜の成膜方法
次に、上記の成膜装置を用いた機能性薄膜の成膜方法について説明する。
2. Functional Thin Film Forming Method Next, a functional thin film forming method using the film forming apparatus will be described.
最初に、基板Ｗを鉛直方向に保持すると共に、ダミー線１２を基板上部に配置されたヒーター１４の壁面に配置する。
First, the substrate W is held in the vertical direction, and the
次に、図示しないレーザなどをターゲットＴに照射して、蒸着材料を蒸発させる。これにより、図１（ａ）の細矢印に示すように蒸着材料の流れが生じて、蒸発した蒸着材料が基板Ｗと平行に上昇し、その後、基板Ｗの表面に蒸着されて、成膜される。 Next, the target T is irradiated with a laser (not shown) to evaporate the vapor deposition material. As a result, a flow of the vapor deposition material occurs as shown by the thin arrows in FIG. 1A, and the vaporized vapor deposition material rises in parallel with the substrate W, and is then deposited on the surface of the substrate W to form a film. The
このとき、ヒーター１１が基板Ｗと平行に配置されていると、前記したように、蒸着材料が基板面と平行に進んでいくこと、およびターゲットに近い基板の下部側ほど蒸着材料が多く蒸着されるために、基板Ｗの面上に充分に蒸着されず、また、基板Ｗの上下に蒸着ムラが生じる恐れがある。
At this time, if the
しかし、本実施の形態においては、ヒーター１１の壁面にサイズの異なるガス吹き付け穴、具体的には、ターゲットに近い側ほど小さくなるようにガス吹き付け穴が設けられて、図１（ａ）に白抜き矢印に示すように、基板に向けてガスを吹き付けている。このため、上昇してきた蒸着材料の流れを基板面の方向に変更させると共に、前記隙間を進行してきた蒸着材料の蒸着量を制御することができ、蒸着ムラの発生を抑制しつつ、効率的に成膜して、均一な膜厚の機能性薄膜を効率的な成膜レートで形成させることができる。
However, in the present embodiment, gas spray holes of different sizes are provided on the wall surface of the
そして、ガスは、ヒーター内を蛇行することにより充分に加熱されているため、ガスを基板Ｗに吹きつけた場合でも、基板Ｗの温度が低下することがなく、また、基板Ｗをより効率的に加熱することができる。 Since the gas is sufficiently heated by meandering in the heater, the temperature of the substrate W does not decrease even when the gas is blown onto the substrate W, and the substrate W is more efficient. Can be heated.
（第２の実施の形態）
本実施の形態は、ヒーターを傾斜させて配置すると共に、基板を挟んで左右にターゲットを配置して、成膜を行うものである。
(Second Embodiment)
In this embodiment, a heater is inclined and a film is formed by arranging targets on the left and right with a substrate interposed therebetween.
１．成膜装置の構成
図２は、第２の実施の形態の成膜装置の構成を模式的に示す図であり、１１はヒーター、１２はダミー線、Ｗは基板、Ｔはターゲットである。
1. Configuration of Film Forming Apparatus FIG. 2 is a diagram schematically showing the structure of the film forming apparatus according to the second embodiment, in which 11 is a heater, 12 is a dummy line, W is a substrate, and T is a target.
なお、図２（ａ）では、ターゲットＴが基板Ｗの下方で基板Ｗを挟む左右の位置に配置されると共に、ヒーター１１が傾斜して配置された本実施の形態の成膜装置における蒸着材料の進路を示しており、図２（ｂ）では、比較のために、ターゲットＴが基板Ｗの下方で基板Ｗを挟む左右の位置に配置されてはいるが、ヒーター１１が基板Ｗに対して平行に配置された成膜装置における蒸着材料の進路を示している。
In FIG. 2A, the vapor deposition material in the film forming apparatus of the present embodiment in which the target T is disposed at the left and right positions sandwiching the substrate W below the substrate W and the
本実施の形態においては、図２（ａ）に示すように、ヒーター１１は、ターゲットに近い側ほど前記基板との距離が大きくなるように傾斜して、逆Ｖ字状に配置されている。そして、ヒーター１１は、ターゲットに近い側ほど前記基板への熱供給が大きくなるようにヒーターの強さが設定されている。これにより、基板Ｗの温度分布を一定に保つことができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2A, the
また、ヒーター１１の基板Ｗ側の壁面には、ダミー線１２が配置されて、ヒーター１１の壁面を基板Ｗの搬送方向に合わせて搬送されるようになっている。これにより、新しい基板面の加熱に際しては、常に新しいダミー面を介してヒーター１１から加熱することができ、基板面を一定温度に保持することができる。
A
さらに、本実施の形態においては、ターゲットＴが、基板Ｗの下方で基板Ｗを挟む左右の位置に配置されている。これにより、蒸着材料の流れをヒーターと平行にすることができ、蒸着材料を基板両面の上部まで容易に入らせることができる。 Further, in the present embodiment, the target T is disposed at the left and right positions sandwiching the substrate W below the substrate W. Thereby, the flow of the vapor deposition material can be made parallel to the heater, and the vapor deposition material can easily enter the upper part of both sides of the substrate.
この結果、膜厚の分布を容易に制御することができると共に、大きな成膜レートで、より効率的に成膜を行うことができる。 As a result, the film thickness distribution can be easily controlled, and film formation can be performed more efficiently at a large film formation rate.
２．機能性薄膜の成膜方法
次に、上記の成膜装置を用いた機能性薄膜の成膜方法について説明する。
2. Functional Thin Film Forming Method Next, a functional thin film forming method using the film forming apparatus will be described.
最初に、基板Ｗを鉛直方向に保持すると共に、ダミー線１２をヒーター１１の壁面に配置する。なお、基板Ｗの保持に際しては、逆Ｖ字状に配置されたヒーター１１の上部をガイドとして利用することができる。そして、基板Ｗの下方で基板Ｗを挟む左右の位置に、それぞれターゲットＴを配置する。
First, the substrate W is held in the vertical direction, and the
次に、図示しないレーザを各々のターゲットＴに照射して、蒸着材料を蒸発させる。このとき、ヒーター１１は逆Ｖ字状に配置されて、下部が大きく開かれているため、図２（ａ）に示すように、蒸着材料の流れがヒーター１１と平行になり、基板両面の上部まで充分入っていくことができる。
Next, each target T is irradiated with a laser (not shown) to evaporate the vapor deposition material. At this time, since the
そして、ヒーター１１の強さをターゲットＴに近い側ほど大きくして、基板Ｗの温度分布を一定に保たせることにより、一定の温度分布が保たれた基板面に、蒸着ムラの発生を抑制しつつ、蒸着材料を効率的に蒸着させることができる。
Then, by increasing the strength of the
この結果、膜厚の分布を容易に制御することができると共に、大きな成膜レートで、より効率的に成膜を行うことができる。 As a result, the film thickness distribution can be easily controlled, and film formation can be performed more efficiently at a large film formation rate.
これに対して、図２（ｂ）に示すように、ヒーター１１が基板Ｗに対して平行に配置されていると、各ターゲットＴからの蒸着材料の進路がヒーター１１で妨げられるため、基板両面の上部には蒸着材料が入らず、成膜されない。
On the other hand, as shown in FIG. 2B, when the
そして、本実施の形態においては、さらに、ヒーター１１の壁面に搬送されるダミー線１２が設けられているため、蒸着材料はヒーター１１に蒸着することがなく、基板Ｗの表面温度をさらに安定して保持することができる。
And in this Embodiment, since the
そして、各ターゲットは材料構成が異なっていてもよく、この場合には、基板Ｗの両面で異なる機能性薄膜を形成させることができる。 Each target may have a different material configuration. In this case, different functional thin films can be formed on both surfaces of the substrate W.
以下、実施例に基づき、本発明をさらに具体的に説明する。なお、以下の実施例は、機能性薄膜として酸化物超電導薄膜の形成を行った例である。 Hereinafter, based on an Example, this invention is demonstrated further more concretely. In the following examples, an oxide superconducting thin film is formed as a functional thin film.
１．実施例
（１）配向金属基板の準備
最初に、配向金属基板として、ＳＵＳテープ上に、配向銅（Ｃｕ）を貼り合わせた後、ニッケル（Ｎｉ）めっきを施し、Ｎｉ／Ｃｕ／ＳＵＳクラッド基板（幅３０ｍｍ×長さ１００ｍ×厚み１４０μｍ）を準備した。
1. Example (1) Preparation of Oriented Metal Substrate Firstly, after aligning copper (Cu) on an SUS tape as an oriented metal substrate, nickel (Ni) plating is applied, and a Ni / Cu / SUS clad substrate ( Width 30 mm × length 100 m × thickness 140 μm).
（２）中間層の形成
次に、ＲＦスパッタ法を用いて配向金属基板の一面に、ＣｅＯ２層（厚み１４０ｎｍ）、ＹＳＺ層（厚み３００ｎｍ）、Ｃａｐ−ＣｅＯ２層（厚み７０ｎｍ）の順に成膜を行い、他面にも同様にこれらの層の成膜を行った。
(2) Formation of intermediate layer Next, a CeO 2 layer (thickness 140 nm), a YSZ layer (thickness 300 nm), and a Cap-CeO 2 layer (thickness 70 nm) are formed in this order on one surface of an oriented metal substrate using RF sputtering. Films were formed, and these layers were similarly formed on the other surface.
（３）酸化物超電導層の形成
次に、図１に示す成膜装置内に、配向金属基板を鉛直方向に保持し、以下に示す条件の下でＰＬＤ法を用いて、配向金属基板の各面に形成された中間層の上に、それぞれ厚み３μｍのＧｄＢＣＯ酸化物超電導層を同時に成膜して、両面に酸化物超電導層が形成された実施例の酸化物超電導線材（総厚：約１４７μｍ）を得た。
(3) Formation of oxide superconducting layer Next, the alignment metal substrate is held in the vertical direction in the film forming apparatus shown in FIG. An oxide superconducting wire of an embodiment in which a GdBCO oxide superconducting layer having a thickness of 3 μm was simultaneously formed on the intermediate layer formed on the surface, and the oxide superconducting layer was formed on both sides (total thickness: about 147 μm) )
（ＰＬＤ条件）
・ターゲット ：ＧｄＢＣＯ
・雰囲気 ：Ｏ２（圧力１６Ｐａ）
・加熱温度 ：８００℃
・レーザ周波数 ：３００Ｈｚ
・レーザエネルギー：１Ｊ
(PLD conditions)
・ Target: GdBCO
・ Atmosphere: O 2 (pressure 16Pa)
・ Heating temperature: 800 ℃
・ Laser frequency: 300 Hz
・ Laser energy: 1J
２．比較例
従来の成膜装置を用いて、配向性金属基板を水平方向に保持し、配向金属基板の片面毎に、ＲＦスパッタ法を用いて実施例と同様の条件の下、配向金属基板上に実施例と同様の厚みの中間層を形成して、実施例と同様に、配向金属基板の両面に中間層を形成した。その後、各中間層の片面毎に、ＰＬＤ法を用いて実施例と同様の条件の下、実施例と同じ厚みでＧｄＢＣＯ酸化物超電導層を成膜して、比較例の酸化物超電導線材を得た。
2. Comparative Example Using a conventional film forming apparatus, an oriented metal substrate is held in a horizontal direction, and on one side of the oriented metal substrate, an RF sputtering method is used on the oriented metal substrate under the same conditions as in the examples. An intermediate layer having the same thickness as in the example was formed, and the intermediate layer was formed on both surfaces of the oriented metal substrate in the same manner as in the example. Thereafter, a GdBCO oxide superconducting layer is formed on each side of each intermediate layer using the PLD method under the same conditions as in the example under the same conditions as in the example to obtain an oxide superconducting wire of a comparative example. It was.
３．参考例
上記比較例と同様にして、片面にだけＧｄＢＣＯ酸化物超電導層を成膜して、参考例の酸化物超電導線材を得た。
3. Reference Example In the same manner as in the above comparative example, a GdBCO oxide superconducting layer was formed only on one side to obtain an oxide superconducting wire of a reference example.
４．超電導特性（Ｉｃ）の測定
（１）測定方法
得られた各酸化物超電導線材について、四端子法を用いてＩｃを測定した（７７Ｋ）。結果を表１に示す。
4). Measurement of Superconducting Properties (Ic) (1) Measuring Method For each of the obtained oxide superconducting wires, Ic was measured using a four-terminal method (77K). The results are shown in Table 1.
表１に示す結果より、実施例では参考例に比べてＩｃが約２倍に伸びており、膜厚に対応してＩｃが向上していることが分かる。一方、比較例では参考例に比べてＩｃが伸びておらず、膜厚に対応したＩｃの向上が得られていないことが分かる。 From the results shown in Table 1, it can be seen that in the example, Ic is about twice as large as that in the reference example, and Ic is improved corresponding to the film thickness. On the other hand, in the comparative example, Ic does not extend as compared with the reference example, and it is understood that Ic corresponding to the film thickness is not improved.
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることができる。 While the present invention has been described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. Various modifications can be made to the above-described embodiments within the same and equivalent scope as the present invention.
１ 成膜装置
２ 酸化物超電導薄膜線材
１１、１４ ヒーター
１２ ダミー線
１３ ガス吹き付け穴
２１ 配向金属基板
２１ａ ＳＵＳ層
２１ｂ Ｃｕ層
２１ｃ Ｎｉ層
２２ 中間層
２３ 酸化物超電導層
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記基板を鉛直方向に保持する基板保持手段と、
前記基板の両面に対向して配置されて、前記基板を所定の温度に加熱する加熱手段と、
ターゲットから前記機能性材料を蒸発させて、前記基板の両面に機能性材料を供給する機能性材料供給手段と
が設けられていることを特徴とする機能性薄膜の成膜装置。 A functional thin film forming apparatus for depositing a functional material on a substrate to form a functional thin film,
Substrate holding means for holding the substrate in a vertical direction;
A heating means arranged to face both surfaces of the substrate and heating the substrate to a predetermined temperature;
A functional thin film forming apparatus, comprising functional material supply means for evaporating the functional material from a target and supplying the functional material to both surfaces of the substrate.
請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の機能性薄膜の成膜装置を用いて、前記基板上に中間層の成膜を行うことを特徴とする請求項９に記載の機能性薄膜の成膜方法。 Prior to the formation of the oxide superconducting thin film,
The functional film according to claim 9, wherein an intermediate layer is formed on the substrate by using the functional thin film forming apparatus according to claim 1. Thin film deposition method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012064217A JP2013194294A (en) | 2012-03-21 | 2012-03-21 | Deposition apparatus and deposition method for functional thin film |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019502017A (en) * | 2016-12-12 | 2019-01-24 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | Apparatus for holding a substrate in a vacuum deposition process, system for depositing a layer on a substrate, and method for holding a substrate |
-
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- 2012-03-21 JP JP2012064217A patent/JP2013194294A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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