(57)【要約】【課題】集束イオンビーム装置を用いて比較的容易にＶＴＢ形及びトンネル形のジョセフソン素子を製造する。【解決手段】基板表面に超電導膜２１０を形成する。超電導膜２１０の幅方向に集束イオンビームによる凹形加工（凹形スパッタエッチング）を行う。この凹形加工部２１１の薄い部分に一方側及び他方側から超電導膜２１０の部材の中心方向に向かって切り欠いたＵ字形状部２１２ａ，２１２ｂを集束イオンビームのスパッタエッチングで形成して、Ｕ字形状部２１２ａ，２１２ｂの対向する先端部を弱結合部ｔｍとして生成する。【選択図】　　　図２
2004063576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集束イオンビーム装置を用いてＶＴＢ形のジョセフソン素子を製造する方法であって、
一つの超電導膜を基板表面に形成する工程と、
前記一つの超電導膜に、集束イオンビームのスパッタエッチングによって前記超電導膜を二つに区分けし、かつ、弱く結合させるための切り込み部を形成する加工を行う工程と、
を有することを特徴とする集束イオンビーム装置を用いたジョセフソン素子製造方法。
【請求項２】
前記切り込み部が、
集束イオンビームのスパッタエッチングで、前記超電導膜の両側から対向した二つの切り欠きによって形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の集束イオンビーム装置を用いたジョセフソン素子製造方法。
【請求項３】
集束イオンビーム装置を用いてトンネル形のジョセフソン素子を製造する方法であって、
集束イオンビーム装置によって基板表面に第１の超電導膜を形成する工程と、
前記第１の超電導膜の前記基板表面と反対面上に積層される絶縁膜又は抵抗膜を形成する工程と、
前記絶縁膜における前記第１の超電導膜と反対面上に積層される第２の超電導膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする集束イオンビーム装置を用いたジョセフソン素子製造方法。
【請求項４】
前記超電導膜は、対象物表面に集束イオンビームを照射すると共に該照射位置に、タングステン（Ｗ）を含むガス原料を昇華してできたガスと、カーボン（Ｃ）を含むガス原料を昇華してできたガスを吹き付けて形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の集束イオンビーム装置を用いたジョセフソン素子製造方法。
【請求項５】
前記対象物表面に、集束イオンビームを照射すると共に、
タングステン（Ｗ）を含むガス及びカーボン（Ｃ）を含むガスを同時に吹き付けながら超電導膜を形成することを特徴とする請求項４に記載の集束イオンビーム装置を用いたジョセフソン素子製造方法。
【請求項６】
前記タングステン（Ｗ）を含むガス原料が、タングステンヘキサカルボニルＷ（ＣＯ）６であり、
前記カーボン（Ｃ）を含むガス原料が、フェナントレンまたはナフタレンであることを特徴とする請求項４記載の集束イオンビーム装置を用いたジョセフソン素子製造方法。
【請求項７】
前記基板が、
シリコン（Ｓｉ）系絶縁部材であることを特徴とする請求項１又は３に記載の集束イオンビーム装置を用いたジョセフソン素子製造方法。
【請求項８】
前記絶縁膜が、
シリコン化合物ガスを対象物表面に吹き付けるとともに、該吹きつけ位置に集束イオンビームを照射することによって形成したものであることを特徴とする請求項３記載の集束イオンビーム装置を用いたジョセフソン素子製造方法。
【請求項９】
前記抵抗膜が、
カーボンを含むガスを基板表面に吹き付けるとともに、集束イオンビームを照射することによって形成したものであることを特徴とする請求項３記載の集束イオンビーム装置を用いたジョセフソン素子製造方法。
【請求項１０】
前記絶縁膜又は抵抗膜が、
厚さ２ｎｍを含む前後の値であることを特徴とする請求項３記載の集束イオンビーム装置を用いたジョセフソン素子製造方法。
【請求項１１】
タングステン（Ｗ）を含むガスを供給する第一のガス供給と、カーボン（Ｃ）を含むガスを供給する第二のガス供給機構を有し、集束イオンビーム照射位置に、前記第一のガス供給機構かつ第二のガス供給機構からガスを吹き付けることにより超電導膜を形成したあと、前記超電導膜の一部を集束イオンビームによるエッチングにより薄くして溝部を形成し、該溝部に集束イオンビームにて切り込み部を入れることによりＶＴＢ形のジョセフソン素子を形成することを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項１２】
超電導膜間にトンネルバリアを形成して構成されるジョセフソン素子を製造する集束イオンビーム装置であって、前記超電導膜を形成するために、集束イオンビーム照射位置にタングステンを含むガス及びカーボンを含むガスを供給するための、タングステン（Ｗ）を含むガスを供給する第一のガス供給機構と、カーボン（Ｃ）を含むガスを供給する第二のガス供給機構を有すると共に、前記トンネルバリアを形成するために、集束イオンビーム照射位置に、シリコン化合物を供給する第三のガス供給機構
を備えることを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項１３】
前記第三のガス供給機構は、前記第一のガス供給機構又は前記第二のガス供給機構と兼用するものであることを特徴とする請求項１２記載の集束イオンビーム装置。
【請求項１４】
超電導膜間にトンネルバリアを形成して構成されるジョセフソン素子を製造する集束イオンビーム装置であって、
前記超電導膜を形成するために、集束イオンビーム照射位置にタングステンを含むガス及びカーボンを含むガスを供給するための、タングステン（Ｗ）を含むガスを供給する第一のガス供給機構と、カーボン（Ｃ）を含むガスを供給する第二のガス供給機構を有すると共に、
前記トンネルバリアを形成するために、集束イオンビーム照射位置に、前記第二のガス供給機構のみを動作させカーボン（Ｃ）を含むガスを供給すること
を特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項１５】
前記ガス供給機構に、
当該ガス供給機構に備えるガス銃の先端から基板表面へのガス供給量を、ガス銃先端から基板表面までの距離、又はガス原料の加熱状態によって調整するための調整手段を備えることを特徴とする請求項１１から１４のいずれか一つに記載の集束イオンビーム装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集束イオンビーム装置を用いて、ＶＴＢ形及びトンネル形のジョセフソン素子を作製する集束イオンビーム装置を用いたジョセフソン素子製造方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ジョセフソン素子は、二つの超電導膜を弱く結合させる必要がある。
このジョセフソン素子は、弱結合素子（ＶＴＢ：Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　Ｂｒｉｄｇｅ）形と、トンネル形の例が知られている（参考文献　難波進編著　極微構造エレクトロニクス７頁　オーム社　１９８６年発行）。
【０００３】
図７は従来のＶＴＢ形のジョセフソン素子構造例を示す斜視図である。
【０００４】
図７を参照すると、この構造のＶＴＢ形のジョセフソン素子は、長さＬ、かつ、幅Ｗ１の超電導薄膜１の一部（図における部材の幅Ｗ１方向に直交）に、幅Ｗ２で超電導薄膜１における、厚さｔを残した凹部（弱結合部分）２を形成している。
また、図７と同様の構造にあって弱結合部分を通常伝導体や半導体としたジョセフソン素子も知られている。これらのジョセフソン素子は、弱結合部分の幅Ｗ２は、長くても１００ｎｍ以下でないと良好な動作特性が得られないことが知られている。
【０００５】
図８は従来のトンネル形のジョセフソン素子構造例を示す断面図である。
【０００６】
図８を参照すると、この構造のジョセフソン素子は、トンネルバリア５を介して図における上下両側の超電導膜６，７を結合している。この構造では、トンネルバリア５は絶縁体であるため、その厚さが数ｎｍでないと結合しない。この数ｎｍの厚さのトンネルバリア５は、汎用的なウエットエッチング工程などでは、その作製が困難である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来例のＶＴＢのジョセフソン素子は、スパッタリングやウエットエッチングなどの複雑な工程処理が必要になる。
【０００８】
また、トンネル形のジョセフソン素子において、数ｎｍの厚さのトンネルバリアを汎用的なウエットエッチング工程で作製するのは困難である。
【０００９】
本発明は、この様な点に鑑みなされたものであり、集束イオンビーム装置を用いて、比較的容易にＶＴＢ形及びトンネル形のジョセフソン素子が製造可能になる、集束イオンビーム装置を用いたジョセフソン素子製造方法及びその装置の提供を目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的を達成する集束イオンビーム装置を用いたジョセフソン素子製造方法は、集束イオンビーム装置を用いてＶＴＢ形のジョセフソン素子を製造するものであり、一つの超電導膜を基板表面に形成する工程と、一つの超電導膜に、集束イオンビームのスパッタエッチングによって超電導膜を二つに区分けし、かつ、弱く結合させるための切り込み部を形成する加工を行う工程とを有している。
【００１１】
本発明の方法は、切り込み部が、集束イオンビームのスパッタエッチングで、超電導膜の両側から対向した二つの切り欠きによって形成されたものである。
【００１２】
本発明の方法では、集束イオンビーム装置を用いて、比較的容易にＶＴＢ形のジョセフソン素子が製造可能になる。
【００１３】
本発明の目的を達成する集束イオンビーム装置を用いたジョセフソン素子製造方法は、集束イオンビーム装置を用いてトンネル形のジョセフソン素子を製造するものであり、集束イオンビーム装置によって基板表面に第１の超電導膜を形成する工程と、第１の超電導膜を基板面と反対面上に積層される絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜における第１の超電導膜と反対面上に積層される第２の超電導膜を形成する工程とを有している。
【００１４】
本発明の方法では、集束イオンビーム装置を用いて、比較的容易にトンネル形のジョセフソン素子が製造可能になる。
【００１５】
本発明の方法は、好ましい形態として、超電導膜は、集束イオンビーム照射位置に、タングステンを含むガス原料を昇華して基板に吹き付け、さらに、カーボンを含むガス原料を昇華して基板表面に吹き付けて形成している。また、基板表面に、タングステンを含むガス及びカーボンを含むガスを同時に吹き付けながらこれらガスに集束イオンビームを照射して超電導膜を形成している。さらに、タングステンを含むガス原料が、タングステンヘキサカルボニルＷ（ＣＯ）６であり、カーボンを含むガス原料が、フェナントレンである。さらに、基板が、シリコン（Ｓｉ）系絶縁部材である。また、絶縁膜が、シリコン化合物ガスを基板表面に吹き付けながら集束イオンビームを照射して形成したものである。さらに、絶縁膜は、その厚さが２ｎｍを含む前後の値である。
【００１６】
本発明の方法では、集束イオンビーム装置を用いることによって、比較的容易にＶＴＢ形及びトンネル形のジョセフソン素子が製造可能になる。
【００１７】
本発明の目的を達成する集束イオンビーム装置は、集束イオンビーム照射位置に及びカーボン（Ｃ）を含むガスを基板表面に供給して超電導膜を形成するために、タングステン（Ｗ）を含むガスを供給する第一のガス供給機構と、カーボン（Ｃ）を含むガスを供給する第二のガス供給機構とを少なくとも備えている。さらにトンネル形のジョセフソン素子を製造する場合においては、トンネルバリアである絶縁膜を形成するために、さらにシリコン化合物ガスを基板表面に供給する第三のガス供給機構を有している。すなわち、超電導膜間にトンネルバリアを形成して構成されるジョセフソン素子を製造する集束イオンビーム装置においては、超電導膜を形成するために、集束イオンビーム照射位置にタングステンを含むガス及びカーボンを含むガスを供給するための、タングステン（Ｗ）を含むガスを供給する第一のガス供給機構と、カーボン（Ｃ）を含むガスを供給する第二のガス供給機構を有すると共に、トンネルバリアを形成するために、集束イオンビーム照射位置に、シリコン化合物を供給する第三のガス供給機構を備えることを特徴とする。
【００１８】
なお、カーボン（Ｃ）は常温では抵抗体であるが、極低温において絶縁体となることから、トンネルバリアを形成するために、シリコン化合物ガスのかわりに、カーボン（Ｃ）を含むガスを供給してカーボン膜を形成してもよい。この場合は第三のガス供給機構は必要とされない。
【００１９】
本発明の装置では、好ましい形態として、ガス供給機構に、ガス銃の先端から基板表面へのガス供給量を距離、又はガス原料の加熱状態によって調整するための調整手段を備えている。
【００２０】
本発明の集束イオンビーム装置を用いれば、比較的容易にＶＴＢ形及びトンネル形のジョセフソン素子が製造可能になる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の集束イオンビーム装置を用いたジョセフソン素子製造方法及びその装置の実施形態について説明する。
【００２２】
なお、以下の説明に用いる各図はこれら発明を理解できる程度に各要素を概略的に示してあるにすぎない。また、各図において同様な要素については同一の参照符号を付すとともに、その重複する説明を省略することもある。
【００２３】
（第１実施形態における集束イオンビーム装置の構成及び各部の動作）
図１は、本発明における集束イオンビーム装置を用いたＶＴＢジョセフソン素子製造方法及びその装置に好適な集束イオンビーム装置１００を説明するための拡散分解図である。
【００２４】
図１を参照すると、この図は集束イオンビーム装置１００の概略構成を示しており、液体金属イオン源１１０と、イオン光学系１２０と、二次電子検出器１３０とを備えている（これは本発明の集束イオンビーム照射手段に対応する）。さらに、集束イオンビーム装置１００は、ガス供給機構１４０，１４１と、基板１６０と、基板台１７０とを有している。トンネル形のジョセフソン素子を形成する場合においては、更に図示しない第三のガス供給機構を有する。しかし、この第三のガス供給機構は、第一又は第二のガス供給機構を兼用することもできる。すなわち、バルブ等で切り替えることにより、第一又は第二のガス供給機構に、絶縁物成膜用のガスを導入することで第三のガス供給機構として利用できる。
【００２５】
イオン光学系１２０は、コンデンサレンズ１２１、ビームブランカ１２２、アライナ１２３、可動絞り１２４、スティグメータ１２５、対物レンズ１２６、デフレクタ１２７からなる。
【００２６】
なお、この集束イオンビーム装置１００には、制御系２００が設けられている。この制御系２００は、以下に説明する各部に電源供給回路（電圧・電流源）や駆動回路、駆動モータなどが接続されるとともに、これらをシーケンス制御するための制御装置が設けられた既知の構成である。
【００２７】
図１において、液体金属イオン源１１０は、液体金属である図示しない溶融状態のイオン材料）を保持し、この液体金属が流れ出して、液体金属膜が形成され、集中電界の発生によって、金属イオンが引き出される。このイオン材料としては、例えば、ガリウム（Ｇａ）を使用する。この金属イオンが加速されてイオンビーム１５０が形成される。
【００２８】
図１中のイオン光学系１２０では、電界を発生させてイオンビーム１５０を屈折させることにより、平行ビームを形成する。コンデンサレンズ１２１は、その屈折率を印加電圧で制御して可動絞り１２４に流入するイオンビーム１５０を調整し、その基板電流が調整される。
【００２９】
ビームブランカ１２２は、イオンビーム１５０を基板１６０に対して照射しない場合に、印加電圧の制御で電界を発生させてイオンビーム１５０を屈折させる。アライナ１２３は、印加電圧の制御で電界を発生させてイオンビーム１５０の軸の位置を所定の、例えば、中心位置に調整する。
【００３０】
可動絞り１２４は、直径が異なる複数の貫通穴を有しており、これらの貫通穴のいずれかを用いてイオンビーム１５０の直径を変更する。使用する貫通穴は、可動絞り１２４の位置を図示しない駆動機構で移動させることによって、選択している。貫通穴を通過せずに可動絞り１２４内に流入したイオンの電流は、図示しない、例えば、電流計によって計測される。
【００３１】
スティグメータ１２５は、印加電圧によって電界を発生させて、イオンビーム１５０の照射断面が円形になるようにビーム形状を整形する。
【００３２】
対物レンズ１２６は、印加電圧による電界の強さによって焦点距離を調整し、イオンビーム１５０を基板１６０表面に集束して照射させる。
【００３３】
デフレクタ１２７は、印加電圧による電界によって、イオンビーム１５０の照射位置を走査変更する。このときのイオンビーム１５０のビームスポットの直径が、１００ｎｍ以下であり、このような微小のスポット径でのスパッタエッチングが可能である。
【００３４】
また、二次電子検出器１３０は、基板１６０表面にイオンビーム１５０を照射したときに発生する二次電子を検出して、二次電子量に対応した信号を、図示しないモニタ装置に送出する。
【００３５】
ガス供給機構１４０，１４１は、タングステン（Ｗ）を含むガスとカーボン（Ｃ）を含むガス（以降で詳細に説明する）を基板１６０表面に吹き付ける。
【００３６】
ガス供給機構１４０，１４１は、ガス銃１４０Ａ，１４１Ａと、リザーバー１４０Ｂ，１４１Ｂと、ヒータ１４０Ｃ，１４１Ｃとから構成されている。
【００３７】
ガス銃１４０Ａ，１４１Ａは、それぞれ基板１６０表面に対向し、集束イオンビーム照射位置にタングステン（Ｗ）を含むガスとカーボン（Ｃ）を含むガスを基板１６０表面に吹き付けて、基板１６０表面に超電導膜を堆積形成する。
【００３８】
リザーバー１４０Ｂ，１４１Ｂは、充填されたタングステン（Ｗ）を含むガス原料とカーボン（Ｃ）を含むガス原料を昇華してガス銃１４０Ａ，１４１Ａに流出させる。このリザーバー１４０Ｂ，１４１Ｂには、ガス銃１４０Ａ，１４１Ａそれぞれと基板１６０表面との間の距離を、例えば、１／１００ｍｍ単位で変化させる駆動機構（例えば、マイクロメータ及びスライド機構）が設けられている。なお、この駆動機構は、手動可変装置や制御系２００からの制御信号によって変位を行う自動可変装置で構成される。
【００３９】
ヒータ１４０Ｃ，１４１Ｃは、それぞれ制御系２００の図示しない電源供給
回路（電圧・電流源）からの制御信号に基づいた電源供給が行われて、その制御信号に基づいた温度に設定される（本発明の調整手段に対応する）。
【００４０】
（集束イオンビーム装置１００の概略全体動作）
次に、この集束イオンビーム装置１００の概略全体動作では、まず、制御系２００による制御で、可動絞り１２４などの各部を所定位置に変位設定する。さらに、制御系２００の制御で図示しない各電流源及び電圧源を制御して、供給電流及び印加電圧を初期値に設定する。これにより、液体金属イオン源１１０によるイオンビーム１５０の放射が開始される。
【００４１】
その後、この例のシリコン（Ｓｉ）系絶縁部材である基板１６０に対する、以降で詳細に説明する薄膜堆積（ここでは超電導膜、絶縁物）等が行われる。この堆積は、ガス供給機構１４０，１４１のガス銃１４０Ａ，１４１Ａから、制御系２００の制御による基板１６０へのガス供給及び集束イオンビームの走査照射で行なわれる。すなわち、基板１６０表面への超電導膜の堆積が行われる。この堆積と、スパッタエッチングによって、ＶＴＢ形のジョセフソン素子が作製可能になる。
【００４２】
なお、この実施形態において、ＶＴＢ形のジョセフソン素子は、超電導膜に弱く結合させるための加工（適宜、スパッタエッチングと表記する）を集束イオンビームで行うが、この場合の超電導膜は、図１に示す集束イオンビーム装置１００で作製せずに、他の装置で作製したものを、以下に説明するように集束イオンビーム装置１００における集束イオンビームでスパッタエッチングすることも出来る（本発明の方法に対応する）。
【００４３】
また、このＶＴＢ形のジョセフソン素子は、集束イオンビーム装置１００で超電導膜を作製する際に、以下の説明において集束イオンビームを走査照射している。
【００４４】
このＶＴＢ形のジョセフソン素子と同様にトンネル形のジョセフソン素子を作製する場合は集束イオンビーム装置１００に、さらに図示されていないシリコン化合物ガス供給装置を備え、基板表面にシリコン化合物ガスを吹き付けると同時に集束イオンビームを照射して絶縁膜を形成する。
【００４５】
（集束イオンビーム装置１００による超電導膜成膜）
この超電導膜の成膜工程では、集束イオンビーム装置１００によって、以降で詳細に説明するようにタングステン（Ｗ）を含むガス原料及びカーボン（Ｃ）を含むガス原料を昇華させ、このＷ及びＣを含むガスを基板１６０表面に供給（吹き付け）する。そして、液体金属イオン源１１０によるイオンビーム１５０をこれらガスに走査照射して以降で説明する超電導膜を成膜（トンネル形のジョセフソン素子においては、シリコン化合物ガスを基板１６０表面に供給してイオンビーム１５０を走査照射することにより絶縁膜を成膜かつ超電導膜と積層）する。基板１６０表面に形成する超電導膜は、「タングステン（Ｗ）とカーボン（Ｃ）の比率（Ｃ：Ｗ）／臨界温度ＴＣ（Ｋ）」として、例えば、従来より知られている次表の例を適用できる。
【００４６】
【表１】
2004063576.tif 000003
（第１実施形態でのジョセフソン素子の製造工程）
図２は第１実施形態でのＶＴＢ形のジョセフソン素子の加工状態例を示す斜視図であり、図３は図２に示すＶＴＢのジョセフソン素子の加工工程を説明するための図である。
【００４７】
図２及び図３において、このＶＴＢ形のジョセフソン素子は次の加工工程（１）（２）（３）（４）によって作製した。
【００４８】
（１）前記した「超電導膜の形成」の工程によって、基板１６０（図２中に図示せず。図１参照）上に超電導膜２１０が形成される（加工工程Ｓ１）。この超電導膜２１０は、この例では、幅（Ｗａ）５００ｎｍ，厚さ（ｔａ）２００ｎｍ，長さ（Ｌａ）１０μｍに形成した。
【００４９】
（２）図２（ａ）に示すように、図における上下方向に集束イオンビームによる凹形加工部２１１を形成した（加工工程Ｓ２）。この例では、凹形の溝部の幅（Ｗｂ）１００ｎｍ以下、残り厚さ（ｔｂ）１０〜２０ｎｍに加工した。
【００５０】
（３）図２（ｂ）に示すように、凹形加工部２１１の薄い部分に一方側から超電導膜２１０の部材の中心方向に向かって集束イオンビームによるＵ字形状に切り欠く加工（Ｕ字スパッタエッチング）を行った。この加工（スパッタエッチング）でＵ字形状部２１２ａを形成した（加工工程Ｓ３）。
【００５１】
（４）図２（ｂ）に示すように、凹形加工部２１１の薄い部分に他方側から中心方向に向かって集束イオンビームによるＵ字形状に切り欠く加工（Ｕ字スパッタエッチング）を行った。この加工でＵ字形状部２１２ｂを形成した（加工工程Ｓ４）。
【００５２】
この二つのＵ字形状部２１２ａ，２１２ｂにおける対向する超電導膜２１０の残留部分（弱結合部ｔｍ）は約２ｎｍとした。
【００５３】
このようにして、二つの超電導膜が弱く結合（弱結合部ｔｍ）したジョセフソン素子が集束イオンビーム装置１００を用いて比較的容易に製造出来る。
【００５４】
図４は第１実施形態におけるＶＴＢ形の他のジョセフソン素子の加工状態例を示す斜視図である。
【００５５】
なお、このＶＴＢ形のジョセフソン素子では、二つの超電導膜を弱く結合した切り込み部分をＶ字形状部２１３ａ，２１３ｂとしている。その他は図２の例と同じである。また、集束イオンビームに加工工程も図３の例と同様である。重複した説明は省略する。
【００５６】
このように、ＶＴＢ形のジョセフソン素子の弱結合部分は、集束イオンビームによるスパッタエッチングが可能、かつ、弱結合の構造であれば良く、その切り込み部分は、前記したＵ字形状部２１２ａ，２１２ｂや、Ｖ字形状部２１３ａ，２１３ｂに関わらず、多様な形状とすることが出来る。
【００５７】
図５は第２実施形態でのトンネル形のジョセフソン素子の構造例を示す断面図であり、図６は図５に示すトンネル形のジョセフソン素子の加工工程を説明するための図である。
【００５８】
図５を参照すると、この構造のトンネル形のジョセフソン素子は、トンネルバリア２１５を介して図における上下両側の超電導膜２１６，２１８を結合している。
【００５９】
図５及び図６を参照すると、この構造のジョセフソン素子は、次の加工工程（１）（２）及び（３）で作製した。
【００６０】
（１）前記した「超電導膜の形成」の工程によって、基板１６０（図５中に図示せず。図１参照）上に超電導膜２１６（本発明の第１の超電導膜に対応する）を形成した（加工工程Ｓ１０）。この超電導膜２１６は、この例では、幅（Ｗｆ）５００ｎｍ、厚さ（ｔｆ）２００ｎｍ、長さ（Ｌｆ）５μｍに形成した。
【００６１】
（２）超電導膜２１６の図５における右端部の一部上面を覆うように絶縁膜２１７を形成した（本発明の第１の超電導膜の端部の基板面と反対面上に積層に対応する）。絶縁膜２１７の材料は、シリコン化合物ガスを図示していないガス供給機構のガス銃から吹き付け、集束イオンビームを走査照射して形成した。
【００６２】
この絶縁膜２１７は、この例では、幅（Ｗｇ）５００ｎｍ、厚さ（ｔｇ）２００ｎｍ、長さ（Ｌｇ）５μｍに形成した（加工工程Ｓ１１）。
【００６３】
（３）絶縁膜２１７の図における上部を覆い、かつ、基板１６０表面に延在する形状に前記した「超電導膜の形成」の工程によって、超電導膜２１８（本発明の第２の超電導膜に対応する）を形成した（加工工程Ｓ１２）。この超電導膜２１８は、この例では、超電導膜２１６と同様に幅（Ｗｈ）５００ｎｍ、厚さ（ｔｈ）２００ｎｍ、長さ（Ｌｈ）５μｍに形成した。
【００６４】
このようにして、トンネル形のジョセフソン素子が集束イオンビーム装置１００を用いて比較的容易に製造可能になる。
【００６５】
なお、抵抗体は、極低温において絶縁体となることから、上記実施例においてトンネルバリアを形成するために、シリコン化合物ガスのかわりに、カーボン（Ｃ）等の抵抗体を形成するガスを供給してカーボン膜等の抵抗膜を形成してもよい。
【００６６】
なお、この実施形態では。超電導膜２１０，２１６〜２１８をもって説明しているが、特に膜に限定されない。特に厚さを大きく形成した超電導体でも前記の説明と同様に機能し、この超電導体による構成及び加工工程も本発明に含まれる。
【００６７】
【発明の効果】
上記した説明から明らかなように、本発明の集束イオンビーム装置を用いたジョセフソン素子製造方法及びその装置によれば、集束イオンビーム装置を用いて比較的容易に、ＶＴＢ形及びトンネル形のジョセフソン素子が製造可能になるという効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるＶＴＢ形ジョセフソン素子製作に用いる集束イオンビーム装置の構成を示す拡散分解図である。
【図２】第１実施形態でのＶＴＢ形のジョセフソン素子の加工状態例を示す斜視図である。
【図３】図２に示すＶＴＢ形ジョセフソン素子の加工工程を説明するための図である。
【図４】第１実施形態における他のＶＴＢ形ジョセフソン素子の加工状態例を示す斜視図である。
【図５】第２実施形態でのトンネル形のジョセフソン素子構造例を示す断面図である。
【図６】図５に示すトンネル形のジョセフソン素子の加工工程を説明するための図である。
【図７】従来のＶＴＢ形のジョセフソン素子構造例を示す斜視図である。
【図８】従来のトンネル形ジョセフソン素子構造例を示す断面図である。
【符号の説明】
１００　集束イオンビーム装置
１１０　液体金属イオン源
１２０　イオン光学系
１３０　二次電子検出器
１４０，１４１　ガス供給機構
１５０　イオンビーム
１６０　基板
２００　制御系
２１０，２１６〜２１８　超電導膜
２１１　凹形加工部
２１２ａ，２１２ｂ　Ｕ字形状部
２１３ａ，２１３ｂ　Ｖ字形状部
２１５　トンネルバリア
２１７　絶縁膜
ｔｍ　弱結合部
【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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