(57)【要約】【課題】透光性基板上に酸化物薄膜を結晶成長させる工程や熱処理工程における温度を正確に検出することができる多層基板を提供する。【解決手段】多層基板は、透光性基板１における酸化物薄膜積層方向の主面Ａとは反対の主面に多層膜１０が形成された構成となっている。多層膜１０は透光性基板１側から誘電体膜２、Ａｕ（金）膜３、酸化膜４の順に積層されている。酸化物薄膜を積層する主面Ａとは反対側の主面に、Ａｕ膜を含む多層膜を形成しているので、Ａｕ膜というバックメタルにより成長時の基板ホルダーや熱源からの余分な赤外線を反射してカットすることができ、温度を正確に測定することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外領域で透明な透光性基板を有し、
前記透光性基板において酸素を構成元素に含む薄膜の成長又は熱処理を行う側の主面とは反対側の主面に、Ａｕ膜又はＰｔ膜を含む多層膜が形成されていることを特徴とする多層基板。
【請求項２】
前記透光性基板は、酸素を構成元素に含む薄膜成長用の酸化物基板を備えていることを特徴とする請求項１記載の多層基板。
【請求項３】
前記多層膜は、前記透光性基板とＡｕ膜又はＰｔ膜との間に設けられた１層又は複数層の誘電体膜を備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の多層基板。
【請求項４】
前記誘電体膜の少なくとも１層は酸化物で構成されていることを特徴とする請求項３記載の多層基板。
【請求項５】
前記誘電体膜はＡｕ膜又はＰｔ膜と接するように形成されていることを特徴とする請求項３又は請求項４のいずれか１項に記載の多層基板。
【請求項６】
前記誘電体膜はＮｉＯ又はＴｉＯ２で構成されていることを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれか１項に記載の多層基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外領域で透明な透光性基板上に酸化物薄膜を結晶成長させる際や、熱処理を行う場合に、正確な温度を測定するための多層基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、酸化物薄膜の一種としてＺｎＯ系半導体が知られているが、このＺｎＯ系半導体は、照明やバックライト等用の光源として使用される紫外ＬＥＤ、高速電子デバイス、表面弾性波デバイス等への応用が期待されている。
【０００３】
ＺｎＯ系半導体を結晶成長させる場合、サファイア基板又はＺｎＯ系基板上に成長させている。サファイア基板は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）で構成されており、赤外波長の領域では透明な基板として知られている。このように、透光性基板上に酸化物薄膜を形成することが、ＺｎＯ系半導体に限らず、行われている。そして、結晶成長を行う場合には、成長温度（基板温度）の制御が膜質や結晶性、不純物濃度、さらには組成比率などに影響を与えるので、重要な要素となっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
上記のように、透光性基板上に酸化物薄膜を形成した酸化物積層体の基板温度のモニターは、図１３のように行われる。ヒータ等の熱源５３が配置されており、基板ホルダー５１に取り付けられた酸化物積層体５２上（図１３の下方向）に、酸化物薄膜を積層させる場合には、熱源５３により所定の温度まで加熱し、結晶成長を行う。そして酸化物積層体５２自身の温度（成長温度又は基板温度）を赤外線温度計（パイロメーター）５４により測定して成長温度を制御している。成長温度の計測は、酸化物積層体５２から放射される赤外線を、赤外線温度計５４で受光することにより行われる。
【０００５】
また、図１４のように、熱源５３からの熱放射を基板ホルダーで遮らずに、直接酸化物積層体５２に伝えるように構成した基板ホルダー５５を用いて赤外線温度計５４により酸化物積層体５２の基板温度を測定するものもある。
【特許文献１】特開２０００−３２７４９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記従来技術の図１３の構成では、透光性基板とこの上に積層される酸化物薄膜もすべて可視光領域から波長８μｍ程度のほとんどの波長で透明であるので、基板ホルダー５１からの赤外線Ｒ２（破線）が酸化物積層体５２を通過する。したがって、基板温度を示す赤外線Ｒ１（実線）をモニターする赤外線温度計５４では、赤外線Ｒ１だけではなく酸化物積層体５２の後ろにある基板ホルダー５１からの赤外線Ｒ２を受光してしまうので、正確な基板温度測定ができない。
【０００７】
一方、従来技術の図１４の構成では、酸化物積層体５２の背面に基板ホルダーが存在しないので、赤外線温度計５４は図１３のような基板ホルダー５５からの赤外線を受光することはないものの、今度は熱源５３からの赤外線Ｒ３（一点鎖線）が酸化物積層体５２を透過して、赤外線Ｒ１とともに赤外線温度計５４に入射するので、やはり正確な基板温度測定ができないという問題があった。また、デバイスを作製する際に行われる電極の形成後に行う熱処理（アニール処理）やドーピングされた不純物を活性化するためのアニール処理を行うことがあるが、このような場合でも上記と同様の理由で正確な温度を測定することができなかった。
【０００８】
本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、透光性基板上に酸化物薄膜を結晶成長させる工程や熱処理工程における温度を正確に検出することができる多層基板を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、赤外領域で透明な透光性基板を有し、前記透光性基板において酸素を構成元素に含む薄膜の成長又は熱処理を行う側の主面とは反対側の主面に、Ａｕ膜又はＰｔ膜を含む多層膜が形成されていることを特徴とする多層基板である。
【００１０】
また、請求項２記載の発明は、前記透光性基板は、酸素を構成元素に含む薄膜成長用の酸化物基板を備えていることを特徴とする請求項１記載の多層基板である。
【００１１】
また、請求項３記載の発明は、前記多層膜は、前記透光性基板とＡｕ膜又はＰｔ膜との間に設けられた１層又は複数層の誘電体膜を備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の多層基板である。
【００１２】
また、請求項４記載の発明は、前記誘電体膜の少なくとも１層は酸化物で構成されていることを特徴とする請求項３記載の多層基板である。
【００１３】
また、請求項５記載の発明は、前記誘電体膜はＡｕ膜又はＰｔ膜と接するように形成されていることを特徴とする請求項３又は請求項４のいずれか１項に記載の多層基板である。
【００１４】
また、請求項６記載の発明は、前記誘電体膜はＮｉＯ又はＴｉＯ２で構成されていることを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれか１項に記載の多層基板である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の多層基板は、赤外領域で透明な透光性基板を有し、前記透光性基板において酸素を構成元素に含む薄膜を成長させたり、アニール処理を行ったりする側の主面とは反対側の主面に、Ａｕ膜又はＰｔ膜を含む多層膜を形成しているので、Ａｕ膜又はＰｔ膜というバックメタルにより基板ホルダーや熱源からの余分な赤外線を反射もしくは吸収してカットすることができる。一方、多層基板自身の温度は、Ａｕ膜又はＰｔ膜というバックメタルからの赤外放射により測定できるので、基板温度を正確に測定することができる。
【００１６】
また、透光性基板とＡｕ膜又はＰｔ膜との間に誘電体膜が設けられているので、酸化物薄膜を成長させる際や熱処理の際に、高温に加熱されても、Ａｕ膜又はＰｔ膜中のＡｕ又はＰｔの拡散が、この誘電体膜に阻止され、赤外線を反射する機能が低下することがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１は本発明の多層基板の断面構造を示す。
【００１８】
多層基板は、酸素を構成元素に含む薄膜の一種である酸化物薄膜を結晶成長させるための透光性基板１を有しており、透光性基板１における酸化物薄膜積層方向（図の矢印方向）の主面Ａとは反対の主面に多層膜１０が形成された構成となっている。多層膜１０は透光性基板１側から誘電体膜２、Ａｕ（金）膜３、酸化膜４の順に積層されている。透光性基板１には、例えばＺｎＯやサファイア、ＳｉＯＮ等の赤外領域で透明な基板が用いられるが、これらの基板上に酸化物薄膜が積層されたものであっても良い。
【００１９】
このように、多層基板がＡｕを含む多層膜１０を備えることで、次のような効果が生じる。図２は、図１の構成の多層基板を基板ホルダー５に取り付け、ヒータ等の熱源６により熱を加えて所定の成長温度し、このときの基板温度を赤外線温度計７により測定する構成を示す。
【００２０】
多層基板には、Ａｕを含む多層膜１０が酸化物薄膜積層方向とは反対の方向に設けられているので、Ａｕを含む多層膜１０が熱源６や基板ホルダー５と相対する構成となる。酸化物や透光性基板１は、可視光領域から波長８μｍ程度にわたってほぼ透明であるが、多層膜１０中のＡｕ膜３が熱源６や基板ホルダー５から放射される赤外線（図１３、１４のＲ２やＲ３）を反射もしくは吸収して、多層基板への透過を阻止するので、赤外線温度計７にはバックメタル（Ａｕ膜３）が放射する赤外線しか入射せず、正確な温度測定を行うことができる。
【００２１】
図３は、図１の透光性基板１にサファイア基板１１を、誘電体膜２に酸化ニッケル（ＮｉＯ）膜２１を用い、酸化膜４は形成しない状態で、サファイア基板１１を透過していく光がどのような割合で反射されるのかを測定するための構成図である。
【００２２】
この構成を用いて、光の各波長に対する反射率を測定したグラフを図４に示す。光の波長範囲２００ｎｍ〜２０００ｎｍに対して測定を行い、反射率の最も高い数値を１として正規化を行って縦軸に規格反射率として表示した。Ｘ１が図３の構成の場合を示し、Ｘ２が酸化ニッケル膜２１を除いてＡｕ膜３のみがサファイア基板１１に形成されている場合を、Ｘ３が酸化ニッケル膜２１の代わりにニッケル（Ｎｉ）膜を形成した場合を示す。なお、Ｘ１とＸ２は、同じ曲線となったので、重ねて描かれている。
【００２３】
図４からわかるように、サファイア基板１１のバックメタルとしてＡｕを用いたＸ１及びＸ２の場合には、赤外線の領域で規格化反射率は１を維持しており、非常に安定した反射率が続くが、バックメタルとしてＮｉを用いたＸ３の場合には、反射率が赤外線領域の波長によって変化するということが生じており、赤外線の波長によって透過量が変化してしまうので、図２の構成で赤外線温度計により温度を測定しても正確な温度が検出できないことになる。
【００２４】
以上のように、赤外線反射用のバックメタルとしてはＡｕが優れていると言える。また、ＺｎＯやサファイア、ＳｉＯＮ等の透光性基板１に酸化物薄膜を形成する場合は、酸化雰囲気で製膜されるため、赤外線を反射するバックメタルとしてＴｉ、Ｎｉ、Ｗ、Ｔａといった酸化されやすい材料は使えず、酸素に強く、７５０℃を超える温度で耐えられる金属となるとＰｔやＡｕが適切である。
【００２５】
したがって、多層基板上の赤外線を反射するバックメタルとしてＡｕ、Ｐｔが望ましいのであるが、さらに以下のような改良を行った。バックメタルとして最適なＡｕやＰｔは、化学的に安定なために、基材から剥離しやすい。また、特にＡｕは、どんな材料とであっても概ね、比較的低い温度（５００℃以下）で非常に速く拡散してしまうという性質をもっている。
【００２６】
そこで、ＡｕやＰｔを直接透光性基板１に形成した後、図１の透光性基板１の主面Ａ側に直接酸化物薄膜を例えば７５０℃以上の高温で結晶成長させた場合、拡散によりＡｕ膜やＰｔ膜に孔が開いてしまったり、破れてしまったりする。この拡散を酸化膜や窒化膜等の誘電体膜２により防げることを発明者らは見出した。
【００２７】
したがって、図１に示すように、透光性基板１の裏面に誘電体膜２を形成し、さらに誘電体膜２上にＡｕ膜やＰｔ膜を形成すれば良い。誘電体膜２については、ＮｉＯ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｃｒ２Ｏ３等の酸化物又はＡｌＮ、ＳｉＮ等の窒化物が知られている。窒化物は絶縁性が高いものの、本発明のように、結晶成長の雰囲気中に配置される場合には、高温状態に曝されるので時間経過とともに酸化が進行してしまう可能性があり、拡散バリア性の劣化が起こり得る。高温状態でも酸化が進行せず、安定している酸化物が望ましい。なお、透光性基板１とＡｕ膜やＰｔ膜との間に挿入される誘電体膜は１層ではなく、多層としても良い。また、これらの金属は、通常、その化学的安定性のため、誘電体膜２等から剥離しやすい。しかし、Ａｕ膜については、後述するアニール方法（反転アニール）を用いて、Ａｕ膜３と酸化膜４の構成とすることで密着性よく付着することを発明者らは見出した。また、Ｐｔの場合は、Ｎｉ，Ｔｉ，Ｃｒ等の化学活性の高い膜を接着剤としてアニール酸化させると良い。
【００２８】
上記のように、密着性良く誘電体膜２上に付着させることで、酸化物薄膜の結晶成長のために多層基板が加熱されると、Ａｕ膜３は透光性基板１と同じ温度で温まる上、多層基板の背後にあるものからの赤外線をカットした上で、自分自身は赤外放射するため、赤外線温度計（パイロメーター）で温度を正確に検知することができる。したがって、結晶成長時に限らず、電極の形成後に行うアニール処理やドーピングされた不純物を活性化するためのアニール処理のように加熱処理を行う場合に、本発明の構成を用いれば、正確な温度を測定することができる。
【００２９】
実験では、Ａｕ膜３の赤外放射率ｅを０．５として測定すると一番実温度に近い基板温度の値が得られた。具体的には、図１の多層基板を、例えば、透光性基板１をＺｎＯ、誘電体膜２はＮｉＯ、酸化膜４をＮｉＯと構成した。この構成の多層基板は以下のように形成される。
【００３０】
まず、透光性基板１としてのＺｎＯ基板の裏面に、Ｎｉを厚み２０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度で蒸着する。次に、酸素を５％以上含む雰囲気中にＮｉ付きＺｎＯ基板を配置し、６００〜９００℃程度、１０〜３０分ほど加熱する。この工程を経るとＮｉが酸化され、やや緑色っぽい色を持つＮｉＯ膜（誘電体膜２）が形成される。
【００３１】
その後、ＮｉＯ膜（誘電体膜２）が形成された裏面にＮｉを５ｎｍ〜１０ｎｍ、このＮｉの上にＡｕを１００ｎｍ〜１０００ｎｍ、蒸着により積層する。次に、酸素を１％以上含む雰囲気中で、前記工程により、ＺｎＯ基板／熱酸化ＮｉＯ／Ｎｉ／Ａｕとなったウエハを、５００〜８００℃程度、１５〜６０分程加熱する。この工程を経ることでＮｉとＡｕが入れ替わり、最上層に出たＮｉは雰囲気中の酸素で酸化する（以下、反転アニールという）。
【００３２】
以上の実施例では、多層基板は、最終的にＺｎＯ基板（透光性基板１）／熱酸化ＮｉＯ（誘電体膜２）／Ａｕ（Ａｕ膜３）／極薄ＮｉＯ（酸化膜４）という構成になる。ＺｎＯは可視光領域から波長９μｍ程度にわたってほぼ透明であり、一般的に基板温度をモニターするパイロメーター（被測定物の赤外線を測定している）では、ＺｎＯ基板の後ろにあるもの（ヒータ自身や基板ホルダーなど）の温度を見てしまうが、このようにすることで、ヒータ自身や基板ホルダーの赤外線を反射し、ほぼＡｕ膜３からの赤外放射線のみを検出することになるので、正確な多層基板の基板温度を測定することができる。
【００３３】
以上説明した事項について、実験により検証してみたのが、図５〜図１２に示すグラフである。図５、７、９、１１は、横軸を多層基板の加熱時間（単位は分）、縦軸を温度で表したものである。また、図６、８、１０、１２は、横軸を多層基板の実温度（基板温度）、縦軸を赤外線温度計（パイロメーター）で測定した計測温度で表したものである。
【００３４】
多層基板の実温度は、多層基板上にＡｕ／Ｓｉ、Ａｌ／Ｓｉ、ＡｌをＩｎで貼り付けて測定した。Ａｕ／Ｓｉは３６３℃、Ａｌ／Ｓｉは５７７℃で混じり合う（共晶という）し、Ａｌは６６０℃で溶ける。これらの値は熱力学的に決まっている温度で起こる現象なので、実験環境によって変わらない値で、実温度を算出することができる。
【００３５】
図５は、透光性基板としてサファイア基板を用い、上記反転アニールにより、多層基板をサファイア基板／Ａｕ／ＮｉＯという構成にし、加熱時間とともに多層基板の温度を変化させた場合の、多層基板の実温度と赤外線温度計での計測値を示す。図５の菱形（◇）は、基板ホルダー５の後ろ側に設けられた熱電対温度Ｔｃ（多層基板の実温度に相当）を示し、黒四角はＡｕ膜の赤外線放射率（熱放射率）ｅを０．４、白四角（□）はｅを０．５、黒逆三角（▼）はｅを０．６として赤外線温度計で計測した値（計測温度）を示す。
【００３６】
菱形（◇）で示されるＴｃ温度は、加熱時間とともに上昇していき、これとともに黒四角、白四角（□）、黒逆三角（▼）で表される計測温度も上昇していく。Ｔｃ温度と計測温度との関係は、Ｔｃ温度が５００℃〜８００℃の範囲であれば、Ｔｃ温度が一定の場合、計測温度も一定となるが、Ｔｃ温度が１０８０℃の高温になると（図の◇のグラフで最も温度が高い領域）、Ｔｃ温度が１０８０℃を維持していても、計測温度の方は、時間とともに上昇し、時間経過が長くなると急激に計測温度が上昇していることがわかる。すなわち、サファイア基板／Ａｕ／ＮｉＯという構成では、Ａｕ膜をサファイア基板（酸化物層）上に直接形成した構造となるため、拡散によりＡｕ膜に孔が開く等の不具合が生じ、正確なモニターが行えなかったことがわかる。
【００３７】
図６は、図５のデータを縦軸が赤外線温度計の計測温度、横軸がＴｃ温度の座標の表示に変換したものである。ここで、白丸（○）はＡｕ膜の赤外線放射率（熱放射率）ｅが０．４、白四角（□）はｅが０．５、黒逆三角（▼）はｅが０．６の場合を示す。Ｔｃ温度と計測温度との関係は、３００℃〜９００℃程度までの範囲では直線性（比例関係）を保っているが、９００℃を越えるあたりから直線性がなくなり、１０８０℃では、時間の経過とともに、多数のデータが幅広く存在するようになり、計測温度が上昇していることがわかる。
【００３８】
図７は、透光性基板としてＺｎＯ基板を用い、上記反転アニールにより、多層基板をＺｎＯ基板／Ａｕ／ＮｉＯという構成で同様な測定を行った。加熱時間とともに多層基板の温度を変化させた場合の、多層基板の実温度（基板温度）と赤外線温度計での計測値とを示す。菱形（◇）は、Ｔｃ温度を示し、黒四角はＡｕ膜の赤外線放射率（熱放射率）ｅを０．４、白四角（□）はｅを０．５、黒逆三角（▼）はｅを０．６として赤外線温度計で計測した値を示す。
【００３９】
Ｔｃ温度と計測温度との関係は、Ｔｃ温度が５００℃〜８００℃の範囲であれば、Ｔｃ温度が一定の場合、計測温度も一定となるが、Ｔｃ温度が１０８０℃の高温になると（図の◇のグラフで最も温度が高い領域）、Ｔｃ温度が１０８０℃を維持していても、計測温度の方は、時間とともに上昇し、Ｔｃ温度が１０８０℃となった最初の時点からは５０℃程上昇している。これは、図５の場合と同様、ＺｎＯ基板／Ａｕ／ＮｉＯという構成では、Ａｕ膜をＺｎＯ基板（酸化物層）上に直接形成した構造となるため、拡散によりＡｕ膜に孔が開く等の不具合が生じ、正確なモニターが行えなかったためである。
【００４０】
図８は、図７で用いたＺｎＯ基板／Ａｕ／ＮｉＯの多層基板を使用し、赤外線放射率ｅの設定を変えるとともに、縦軸を赤外線温度計の計測温度、横軸をＴｃ温度として表示した。ここで、白丸（○）はＡｕ膜の赤外線放射率（熱放射率）ｅを０．２、白四角（□）はｅを０．３、黒逆三角（▼）はｅを０．４として赤外線温度計で計測した値を示す。Ｔｃ温度と計測温度との関係は、３００℃〜９００℃程度までの範囲では直線性（比例関係）を保っているが、９００℃を越えるあたりから直線性がなくなり、１０８０℃では、時間の経過とともに、多数のデータが幅広く存在するようになり、計測温度が上昇していることがわかる。
【００４１】
図９は、透光性基板としてＺｎＯ基板を用い、このＺｎＯ基板に誘電体膜としてＳｉＯ２膜を形成した後、ＳｉＯ２膜上に上記反転アニールにより、多層基板をＺｎＯ基板／ＳｉＯ２／Ａｕ／ＮｉＯという構成にして、同様な測定を行った。図９の菱形（◇）は、Ｔｃ温度を示し、黒四角はＡｕ膜の赤外線放射率（熱放射率）ｅを０．２、白四角（□）はｅを０．３、黒逆三角（▼）はｅを０．４として赤外線温度計で計測した値を示す。
【００４２】
ここでは、Ｔｃ温度が５００℃〜８００℃の範囲であれば、Ｔｃ温度が一定の場合、計測温度も一定となり、Ｔｃ温度が１０８０℃の高温になって、１０８０℃を維持していている場合、黒四角、白四角（□）、黒逆三角（▼）で表される計測温度の方は、Ｔｃ温度が１０８０℃となった最初の時点からは７５２℃から７６５℃とわずか１３℃上昇している程度で、時間が経過してもほとんど変化がない。
【００４３】
図１０は、透光性基板としてサファイア基板を用い、このサファイア基板に誘電体膜としてＳｉＯ２膜を形成した後、ＳｉＯ２膜上に上記反転アニールにより、多層基板をサファイア基板／ＳｉＯ２／Ａｕ／ＮｉＯという構成にして、同様な測定を行った。ここでは、縦軸を赤外線温度計の計測温度とし、横軸をＴｃ温度として、この両者の関係を示している。図１０において、白丸（○）はＡｕ膜の赤外線放射率（熱放射率）ｅを０．２、白四角（□）はｅを０．３、黒逆三角（▼）はｅを０．４として赤外線温度計で計測した値を示す。
【００４４】
Ｔｃ温度と計測温度との関係は、３００℃〜９００℃程度までの範囲で直線性（比例関係）を保っており、さらに、９００℃を越えてもその直線性は比較的良く維持されており、Ｔｃ温度１０８０℃におけるデータの変動も大きくはない。したがって、サファイア基板を用いた場合でも、ＳｉＯ２膜（誘電体膜）によりＡｕの拡散が防止できている。
【００４５】
このように、ＺｎＯ基板やサファイア基板（Ａｌ２Ｏ３）等の透光性基板１とＡｕ膜３との間にＳｉＯ２膜等の誘電体膜２を挿入することで、Ａｕの拡散を防止することができ、正確な温度計測が行えることがわかる。
【００４６】
図１１は、透光性基板としてＺｎＯ基板を用い、このＺｎＯ基板に誘電体膜としてＳｉＯ２膜の代わりにＮｉＯ膜を形成した後、ＮｉＯ膜上に上記反転アニールにより、多層基板をＺｎＯ基板／ＮｉＯ／Ａｕ／ＮｉＯという構成にして、同様な測定を行った。図９の菱形（◇）は、多層基板の実温度であるＴｃ温度を示し、黒四角はＡｕ膜の赤外線放射率（熱放射率）ｅを０．４、白四角（□）はｅを０．５、黒逆三角（▼）はｅを０．６として赤外線温度計で計測した値を示す。
【００４７】
ここでは、Ｔｃ温度が５００℃〜８００℃の範囲に限らず、Ｔｃ温度が１０８０℃の高温になって、１０８０℃を維持している場合、黒四角、白四角（□）、黒逆三角（▼）で表される計測温度は、時間が経過してもほとんど変化がない。なお、Ｔｃ温度が１０８０℃となった最初の時点からの計測温度変化は７６１℃から７６２℃であり、図９のように誘電体膜をＳｉＯ２とした場合よりも、非常に良好である。
【００４８】
図１２は、透光性基板としてサファイア基板を用い、このサファイア基板に誘電体膜としてＮｉＯ膜を形成した後、ＮｉＯ膜上に上記反転アニールにより、多層基板をサファイア基板／ＮｉＯ／Ａｕ／ＮｉＯという構成にして、加熱実験を行った。図１２において、白丸（○）はＡｕ膜の赤外線放射率（熱放射率）ｅを０．５、白四角（□）はｅを０．６、黒逆三角（▼）はｅを０．７として赤外線温度計で計測した値を示す。
【００４９】
図１１の場合と同様、Ｔｃ温度が５００℃〜８００℃の範囲に限らず、Ｔｃ温度が１０８０℃の高温になって、１０８０℃を維持している場合、黒四角、白四角（□）、黒逆三角（▼）で表される計測温度は、時間が経過してもほとんど変化がない。図１０のように誘電体膜をＳｉＯ２とした場合よりも、良好である。
【００５０】
以上の実験結果を総合すると、透光性基板１とＡｕ膜３又はＰｔ膜との間に設けられる誘電体膜２としてはＮｉＯが最も望ましいものとなり、さらにバックメタルとしてＡｕを用いれば、上記反転アニールによって、誘電体膜２等の下地層とＡｕ膜３との密着性が非常に良くなる。したがって、酸化物層／ＮｉＯ／Ａｕ／ＮｉＯ  という構成にすることが好ましい。
【００５１】
また、上記構成でＡｕの代わりにＰｔを用いる場合は、透光性基板１上に最初にＴｉ膜を５ｎｍ〜１００ｎｍ、続けてＰｔ膜を１００ｎｍ〜１０００ｎｍ蒸着し、７００℃以上でアニール処理すると、透光性基板１からＯ（酸素）が拡散して、Ｔｉ膜がＴｉＯ２（酸化チタン）膜となり、透光性基板１／ＴｉＯ２（誘電体膜２）／Ｐｔ膜という構成にすることができ、上記Ａｕの場合と同様の効果を発揮できる。なお、成長用基板として酸化物層を用いない場合には、Ａｕと同様、上述した反転アニール処理を行えば良い。
【００５２】
以下に、図１に示すような多層基板上に酸化物薄膜を形成する形成方法を説明する。透光性基板１及び酸化物薄膜としてＺｎＯ系半導体を用いる。ここで、ＺｎＯ系とは、ＺｎＯをベースとした混晶材料であり、Ｚｎの一部をIIＡ族もしくはIIＢ族で置き換えたもの、Ｏの一部をVIＢ族で置き換えたもの、またはその両方の組み合わせを含むものである。そして、例えば、多層基板をＺｎＯ／ＮｉＯ／Ａｕ／ＮｉＯという構成に形成しておく。
【００５３】
Ｍ軸方向に０．５度ＯＦＦしているＺｎＯ基板を使用して、多層基板の主面がＭ軸方向に０．５度ＯＦＦするようにしておく。この多層基板をロードロック室に入れ、水分除去のために１×１０−５〜１×１０−６Ｔｏｒｒ程度の真空環境で２００℃、３０分程度加熱する。１×１０−９Ｔｏｒｒ程度の真空を持つ搬送チャンバーを経由して、液体窒素で冷やされた壁面を持つ成長室に基板を導入し、ＭＢＥ法を用いてＺｎＯ系薄膜を図１の主面Ａ側に成長させる。
【００５４】
Ｚｎは７Ｎの高純度ＺｎをｐＢＮ製の坩堝に入れたクヌーセンセルを用い、２６０〜２８０℃程度に加熱して昇華させることにより、Ｚｎ分子線として供給する。IIＡ族元素の一例としてＭｇがあるが、Ｍｇも６Ｎの高純度Ｍｇを用い、同様の構造のセルから３００℃〜４００℃に加熱して昇華させ、Ｍｇ分子線として供給する。酸素は６ＮのＯ２ガスを用い、電解研磨内面を持つＳＵＳ管を通じて円筒の一部に小さいオリフィスを開けた放電管を備えたＲＦラジカルセルに０．１ｓｃｃｍ〜５ｓｃｃｍ程度で供給、１００〜３００Ｗ程度のＲＦ高周波を印加してプラズマを発生させ、反応活性を上げたＯラジカルの状態にして酸素源として供給する。プラズマは重要で、Ｏ２生ガスを入れてもＺｎＯ系薄膜は形成されない。
【００５５】
基板は一般的な抵抗加熱であればＳｉＣコートしたカーボンヒータを使う。Ｗなどでできた金属系のヒータは酸化してしまい使えない。他にもランプ加熱、レーザー加熱などで温める方法もあるが、酸化に強ければどの方法でもかまわない。
【００５６】
７５０℃以上に加熱し、約３０分、１×１０−９Ｔｏｒｒ程度の真空中で加熱した後、ラジカルセルとＺｎセルのシャッターを開けてＺｎＯ薄膜成長を開始する。この時、どういった種類の膜を形成するかに関わらず、平坦膜を得るためには基板温度７５０℃以上が必要である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の多層基板の構造を示す図である。
【図２】本発明の多層基板上に酸化物薄膜を形成する際の成長温度を計測する構成を示す図である。
【図３】光の反射率を測定するための構成を示す図である。
【図４】図３の構成で、バックメタルの構成の違いによる光の波長と反射率との関係を示す図である。
【図５】サファイア／Ａｕ／ＮｉＯと構成された多層基板の加熱時間と計測温度との関係を示す図である。
【図６】サファイア／Ａｕ／ＮｉＯと構成された多層基板のＴｃ温度と計測温度との関係を示す図である。
【図７】ＺｎＯ／Ａｕ／ＮｉＯと構成された多層基板の加熱時間と計測温度との関係を示す図である。
【図８】ＺｎＯ／Ａｕ／ＮｉＯと構成された多層基板のＴｃ温度と計測温度との関係を示す図である。
【図９】ＺｎＯ／ＳｉＯ２／Ａｕ／ＮｉＯと構成された多層基板の加熱時間と計測温度との関係を示す図である。
【図１０】サファイア／ＳｉＯ２／Ａｕ／ＮｉＯと構成された多層基板のＴｃ温度と計測温度との関係を示す図である。
【図１１】ＺｎＯ／ＮｉＯ／Ａｕ／ＮｉＯと構成された多層基板の加熱時間と計測温度との関係を示す図である
【図１２】サファイア／ＮｉＯ／Ａｕ／ＮｉＯと構成された多層基板のＴｃ温度と計測温度との関係を示す図である。
【図１３】透光性基板上に酸化物薄膜を形成する際の成長温度を計測する従来の構成を示す図である。
【図１４】透光性基板上に酸化物薄膜を形成する際の成長温度を計測する従来の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１    透光性基板
２    誘電体膜
３    Ａｕ膜
４    酸化膜
５    基板ホルダー
６    熱源
７    赤外線温度計
１０  多層膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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