(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
点対称分子構造を持ち、かつ重水素化エタンよりも高い基準振動数を持つラマンシフト用の物質として使用できる分子性ガスに紫外線パルスレーザ光を照射して該レーザ光の短波長化を行い、真空紫外線を含み蒸着に充分な出力エネルギーと安定度とを持つラマンシフト化したパルスレーザ光を発生させ、該ラマンシフト真空紫外線を含むパルスレーザ蒸着により、ターゲット物質を蒸発させて基板上に該物質の薄膜を作製する方法。
【請求項２】
以下の行程；
（１）光を透過し得る光学窓を両端に有する高圧ガス封入管の中に基準分子振動数νf を持つ水素、重水素、エタン、又は重水素化エタンのガスをあらかじめ４気圧から２０気圧までの所定のガス圧で封入しておいた高圧ガス封入管に対して、一方の窓から振動数ν0 を持つ紫外線パルスレーザ光をその封入ガス中に集光し照射してν0±n νf ( ｎは整数) の振動数を持ち真空紫外線も含むラマンシフト光を他方の窓に向かって発生させる第１行程、
（２）基板をセットできかつその温度を制御できるヒータ付きの基板ホルダーと薄膜を作製しようとする無機材料ないし有機材料のターゲット（標的物質）をセットできるターゲットホルダーとを具備しかつ低圧や真空まで排気できる真空チャンバーの中にあらかじめセットしておいたターゲットに対して、ラマンシフトしたパルスレーザ光又はそれを分光した光をそのターゲット上に集光し照射して、ターゲット物質をパルス的に分解し蒸発させて基板上に衝突させる第２行程、
を作製しようとする膜厚になるまで所定のパルスの回数だけ行い、その物質の結晶性や非晶性の薄膜を作製するようにしたことを特徴とするレーザ蒸着による薄膜の作製方法。
【請求項３】
複数個のターゲットをセットできるターゲットホルダーと、基板ホルダーとを具備する真空チャンバーの中にあらかじめ複数個のターゲットをセットしておき、
第１行程と、第２行程とを所定のパルスの回数だけ行う過程を各ターゲットについて順次に行い、基板上にそれらの物質の薄膜を順次に積層するようにしたことを特徴とする請求項２記載の薄膜の作製方法。
【請求項４】
請求項２記載の薄膜を作製する方法に使用する装置であって、パルスレーザ光を照射して短波長の真空紫外線を含むラマンシフトパルスレーザ光を発生させ得るラマンシフト用高圧ガス封入管と、
ラマンシフトしたパルスレーザ光又はそれを分光した光を集光の程度を変えてターゲットに照射するラマンシフト光の集光可変照射手段と、基板をセット可能でかつ高温までその温度制御が可能なヒータ付きの基板ホルダーとターゲットをセットできかつ均一にターゲットを蒸発させるためのターゲット回転機構によるターゲット均一蒸発手段とを具備する真空チャンバーと、
を有してなることを特徴とする蒸着による薄膜作製装置。
【請求項５】
請求項３記載の薄膜を作製する方法に使用する装置であって、パルスレーザ光を照射して短波長の真空紫外線を含むラマンシフトパルスレーザ光を発生させ得るラマンシフト用高圧ガス封入管と、
ラマンシフトしたパルスレーザ光又はそれを分光した光を集光の程度を変えてターゲットに照射するラマンシフトパルス光の集光可変照射手段と、
ヒータ付きの基板ホルダーと、ターゲットを均一に蒸発させるためのターゲット回転機構によるターゲット均一蒸発手段及び複数個のターゲットをセットできかつ各ターゲットをレーザ光の集光照射位置へ順次に移動できるターゲット位置移動機構を有するターゲットホルダーと、を具備する真空チャンバーと、
を有してなることを特徴とする薄膜の作製装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラマンシフトパルスレーザ蒸着により表面粒子の発生を抑制し、ナノメータ次元の平滑度を有する高品質の結晶薄膜及び積層薄膜を作製する方法及びその装置に関するものであり、さらに詳しくは、半導体、誘電体、超伝導体、磁性体、伝導体、絶縁体などの金属酸化物系、金属系や、無機及び有機化合物系などの諸材料の薄膜、例えば、電子・磁気材料のエピタキシャル( 単結晶）薄膜、結晶性薄膜、非晶性薄膜とそれらの積層薄膜や人工格子及び電子・磁気素子用薄膜を作製する方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
諸材料の薄膜作製法として、パルスレーザ蒸着法、スパッター法、Ｋセルや電子ビームを使った加熱蒸着法、プラズマＣＶＤ法などがある。そのうち、パルスレーザ蒸着法は、無機、有機の両材料に適用できること、酸素圧下でもその成膜が可能であること、膜中の構成元素の組成比を精密に制御し易いこと、などの特長を有する。
そのために、パルスレーザ蒸着法は、複雑な元素構成比からなる銅酸化物系の高温超伝導体やマンガン系酸化物の巨大磁気抵抗物質のような金属酸化物や化合物などの素子作製のための成膜方法として適している。
しかし、レーザ蒸着法には表面粒子が生成し易いという欠点があり、このことが解決すべき最大の課題となっている。
【０００３】
また、超伝導体の３端子素子やジョセフソン結合素子、巨大磁気抵抗物質の磁気ヘッドやトンネルトランジスターのような次世代の電子・磁気薄膜素子の開発を行うにはナノメータ次元の平滑度と厚さを持つ高品質の結晶薄膜の作製と薄膜の積層化とを達成する必要がある。しかし、従来のいずれの方法でも表面粒子の析出などによりそのような高品質の結晶薄膜と積層薄膜はできていないので、これまでの方法はいずれも産業での利用にまで至っていない。
【０００４】
パルスレーザ蒸着法では、短波長のレーザ光を使うほど良質の膜が作製できると期待されることから、波長１９３ｎｍのフッ化アルゴン（ＡｒＦ）や２４９ｎｍのフッ化クリプトン（ＫｒＦ）などの紫外線エキシマーガスレーザが主に用いられ研究されているが、いまだ表面粒子を完全には抑制するに至っていない。Ｎｄ：ＹＡＧなどの固体レーザは基本波（１０６４ｎｍ）、第２高調波（５３２ｎｍ）、第３高調波（３５５ｎｍ）、第４高調波（２６６ｎｍ）と倍波発生結晶を使って波長を変えることができる。従来の第３高調波までを使った場合は、表面粒子が多くて良質の結晶薄膜は作製されていなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような状況の中で、本発明者らは、Ｎｄ：ＹＡＧ第４高調波を使ったレーザ蒸着法によりＢａ2 Ｃｕ3 Ｏy （ＹＢＣＯ）高温超伝導体の薄膜作製の研究を行い、表面粒子生成を大幅に抑制することに成功した。これは、レーザ光を第３から第４高調波へと短波長光に変えたことと、ＹＡＧ固体レーザはエキシマーガスレーザよりパルス幅が狭い（１／３−１／５）ことなどが有利に働き表面粒子の低減化ができたものであり、このことから、より短波長化を図れば表面粒子の発生をさらに落とすことができるものと本発明者らは認定するに至った。
【０００６】
電子・磁気素子の開発に向けて表面粒子の発生を抑制しナノメータ次元の平滑度を有する高品質の結晶薄膜と積層薄膜の作製を可能するには、できる限り短波長の真空紫外線域のレーザ光が必要となる。
また、無機材料をパルスレーザ法で蒸発させて薄膜を作るには数十ｍＪ／パルスの出力エネルギーとパルスレーザ光の連続的かつ安定な発振が要求される。しかし、ＡｒＦエキシマーレーザの発振周波数１９３ｎｍよりも短い波長を持ち、高出力でかつ安定発振する光源はないので、十分な出力と安定度とを持つ真空紫外線域のパルスレーザ光源とそれを用いたレーザ蒸着による薄膜や積層薄膜の作製方法と装置を開発することが必要となる。
【０００７】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、ラマン効果を使ってレーザ光の短波長化を行い真空紫外線を含み蒸着に充分な出力エネルギーと安定度とを持つラマンシフトしたパルスレーザ光を発生させ、それを使ったパルスレーザ蒸着による表面粒子の発生を抑制した良質な結晶薄膜及び積層薄膜の作製方法と、該方法を具現化し得る装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、表面粒子の発生を抑制しナノメータ次元の平滑度を有する高品質の結晶薄膜と積層薄膜の作製を可能とするラマンシフトパルスレーザ蒸着による薄膜の作製方法及びその装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、高い基準分子振動数を持つ物質に紫外線パルスレーザ光を照射して該レーザ光の短波長化を行い、真空紫外線を含み蒸着に充分な出力エネルギーと安定度とを持つラマンシフト化したパルスレーザ光を発生させ、該ラマンシフト真空紫外線を含むパルスレーザ蒸着により、ターゲット物質を蒸発させて基板上に該物質の薄膜を作製する方法である。
また、本発明は、以下の行程；
（１）光を透過し得る光学窓を両端に有する高圧ガス封入管の中に水素や重水素分子などの高い基準分子振動数νf を持つガスをあらかじめ数気圧から数十気圧の所定の圧まで封入しておき、一方の窓から振動数ν0 を持つ紫外線パルスレーザ光をレンズなどを用いて封入ガス中に集光し照射してν0 ±n νf ( ｎは整数) の振動数を持ち真空紫外線も含むラマンシフト光を他方の窓に向かって効率よく発生させる第１行程、
（２）無機単結晶基板やガラス基板などの基板をセットしその温度を制御できるヒータ付きの基板ホルダーと薄膜を作製しようとする無機や有機材料のタ−ゲットをセットできるターゲットホルダーとを具備しかつ低圧や真空まで排気できる真空チャンバーの中にあらかじめターゲットをセットしておき、ラマンシフトしたパルスレーザ光又はそれを分光した光をレンズを使いターゲット上に集光し照射して、ターゲット物質をパルス的に分解し蒸発させて基板上に衝突させる第２行程、
を所定のパルスの回数だけ行い、その物質の結晶性や非晶性の薄膜を作製する方法である。
【０００９】
また、本発明は、複数個のタ−ゲットをセットできるターゲットホルダーと、基板ホルダーとを具備する真空チャンバーの中にあらかじめ複数個のターゲットをセットしておき、
上記の第１行程と、第２行程と、を所定のパルスの回数だけ行う過程を各ターゲットについて順次に行い、基板上にそれらの物質の薄膜を順次に積層して薄膜（積層薄膜）を作製する方法である。
【００１０】
また、本発明は、上記薄膜を作製する装置であって、
高圧ガスを封入しパルスレーザ光を照射してより短波長の真空紫外線を含むラマンシフトパルスレーザ光を発生させ得るラマンシフトレーザ光発生手段と、
ラマンシフトレーザ光又はそれを分光した光を真空紫外線をも透過可能なレンズなどにより集光の程度を変えてタ−ゲットに照射するラマンシフト光の集光可変照射手段と、基板をセットし高温までその温度制御が可能なヒータ付きの基板ホルダーとタ−ゲットをセットできかつ均一にターゲットを蒸発させるためのターゲット回転機構などのターゲット均一蒸発機構とを具備する真空チャンバーを用いた蒸着手段と、を有してなる装置である。
【００１１】
さらに、本発明は、上記積層薄膜を作製する装置であって、
上記ラマンシフトパルスレーザ光を発生させる手段と、
ラマンシフトパルスレーザ光の集光可変照射手段と、
上記基板ホルダー及びターゲット均一蒸発機構と、種々の物質や材料の複数個のタ−ゲットをセットできかつ各ターゲットをレーザ光の集光照射位置へ順次に移動できるターゲット位置移動機構と、を具備する真空チャンバーを用いた蒸着手段と、
を有してなる装置である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明についてさらに詳細に説明する。
本発明は、上記のように、高い基準分子振動数を持つ物質に紫外線パルスレーザ光を照射して該レーザ光の短波長化を行い、真空紫外線を含み蒸着に充分な出力エネルギーと安定度とを持つラマンシフト化したパルスレーザ光を発生させ、該ラマンシフト真空紫外線を含むパルスレーザ蒸着により、ターゲット物質を蒸発させて基板上に該物質の薄膜を作製する点に特徴を有する。
なお、ラマン効果とは、振動数νf の基準分子振動数を持つ物質に、ν0 の振動数を持ち高出力のパルスレーザ光などの光を照射すると、ν0 ＋n νf ( ｎは整数) の振動数を持つ光（アンチストークス線）とν0 −n νf の振動数を持つ光（ストークス線）とが発生する現象である。
短波長のパルス真空紫外線を効率よく発生させるには、入射光としてＮｄ：ＹＡＧレーザの第４高調波やＡｒＦエキシマーガスレーザのようなできる限り高振動数で高出力の紫外線パルスレーザ光を使い、また、ラマンシフト用の物質としては、ラマン効果が起こる必要条件である点対称分子構造を持ち、かつ、できる限り高い基準振動数を持つ水素や重水素のような分子性ガスを用いる必要がある。本発明では、入射光として、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第４高調波、Ｔｉ：サファイアレーザの第３及び第４高調波やＡｒＦエキシマ−ガスレーザが、また、ラマンシフト用の物質として、水素、重水素、メタン、重水素化メタン、エタン、重水素化エタンなどが好適に使用されるが、これらは制限されない。
【００１３】
なお、該ラマンシフトによるパルスレーザ蒸着方法による成膜は、作製しようとする薄膜の材料や物質の種類に依存しないが、本発明を説明するにあたって、該ラマンシフト真空紫外線を含むパルスレーザ蒸着により、ＹＢＣＯ超伝導体とＬａＰｂＭｎＯ系磁性体の薄膜、及び、ＹＢＣＯとＣｅＯ2 （酸化セリウム）との積層薄膜の作製の研究中に本発明者らが知り得た事実、及び、本発明の方法は、従来法よりも高品質な結晶薄膜及び積層薄膜が作製可能であることを実証したことを例として以下に詳述する。
【００１４】
真空紫外線への変換効率を高めて良質の結晶薄膜を作製するには、高圧ガス封入管中の水素ガスなどのガス圧は４−２０気圧程の範囲で最適の圧を設定する必要がある。従来のＹＡＧレーザの第４高調波を用いてレーザ蒸着により結晶薄膜を作製する際には２５−４０ｍＪ／パルス程のレーザエネルギーを要する。これに対し、該ラマンシフトによるパルスレーザ蒸着方法による成膜の場合には、封入管中のガスによる光吸収と散乱及びレンズなどによる吸収に伴うエネルギー損失があるので、高圧ガス封入管への入射用の第４高調波は約２倍の５０−７０ｍＪ／パルス程のエネルギーを要した。したがって、入射用のレーザは高出力かつ可変である必要があり、また、真空紫外線への変換効率を高めるにはガス封入管中へ集光して照射するための集光可変機能を必要とする。
【００１５】
成膜時には、パルスレーザ光の照射によりターゲット物質の化学結合が切断されて構成元素の原子、イオンや様々なクラスターなどの粒子が瞬間的に発生してアブレーションプルーム（蒸発炎）と呼ばれるプラズマ状態の炎が発生し、それが基板に衝突して薄膜が形成される。この蒸発炎中では、粒子が酸素と衝突し酸化反応が起きている。薄膜の良否と電磁気学的特性は成膜時のこの蒸発炎中の粒子の持つエネルギーと酸化の程度、したがって、蒸発炎の形、大きさ、色に大きく依存する。また、該ラマンシフトパルスレーザ蒸着方法では種々の波長の光が混在しており、それらの光は全て焦点距離が異なるので、レンズでどの波長の光を主体に、また、どの程度までターゲット上に集光し照射してターゲットを分解・蒸発させるかで蒸発炎は大きく変化する。そのために、短波長の真空紫外線をも透過するレンズを用い真空下などでその位置を変えて集光を可変にする必要がある。また、例えば、ＹＢＣＯとＣｅＯ2 などの複数の材料の結晶積層薄膜を作製するには、両方のターゲットを最初から真空チャンバー中に入れておき、真空を破ることなく順次にターゲットを変えて蒸着する必要がある。
【００１６】
これらの事実に基づき、該ラマンシフトパルスレーザ蒸着方法は、従来の方法に比べてラマン効果に付随する分だけ多くの作製手段の構築と条件の最適化を行う必要があるが、一旦構築及び最適化すれば、該ラマンシフトパルスレーザ蒸着により、再現良く表面粒子が低減化された薄膜や積層薄膜を作製することが可能であることが実証され、産業に利用可能な技術になり得ることが明らかとなった。
【００１７】
【実施例】
次に、本発明に係わる薄膜と積層薄膜の作製方法及び薄膜と積層薄膜の作製装置の一実施例を添付図面に基づいて説明するが、該実施例は、本発明の好適な一実施例を示すものであって、本発明は該実施例によって何ら限定されるものではない。
【００１８】
図１は、本発明に係わる薄膜と積層薄膜の作製方法を具現化した薄膜と積層薄膜の作製装置１の構成の一例を示す概略図である。該実施例においては、該薄膜と積層薄膜の作製装置１は、短波長の紫外線パルスレーザ発生部２と、
水素などのガスを高圧に封入できかつラマンシフト効果により真空紫外線を発生できる高圧ガス封入管３と、
高圧ガス封入管３中に紫外線パルスレーザ発生部２からの光を集光し照射するための集光可変用レンズ４と、ラマン効果により発生した真空紫外線を含むパルスレーザ光をレンズ位置を変えるなどして真空チャンバー内のターゲットへ集光の程度を変えて照射する集光可変照射手段５と、結晶やガラス基板などの基板をセットし高温まで基板の温度を制御可能なヒータ付きの基板ホルダー６とタ−ゲットをセットできるターゲットホルダー７とを具備しかつ真空ポンプ８により低圧や真空まで排気できる真空チャンバー９と、からなるものとした。
【００１９】
なお、紫外線パルスレーザ発生部２はできる限り出力が高くレーザ光が安定に発振をすることが必要なので、できる限り高振動数で高出力の紫外線パルスレーザ光、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧの第４高調波パルスレーザ又はＡｒＦやＫｒＦなどのエキシマーガスレーザなどが用いられる。また、高圧ガス封入管３は、好適には、封入ガスの圧力を数気圧から数十気圧まで変えてラマンシフト真空紫外線の発生効率とレーザ蒸着への効果を最適化できるように圧力調整機能付きの水素ガスボンベ３ａと圧力計３ｂなどとを具備するものが使用される。該高圧ガス封入管３は、レーザ入射用光学窓３ｃとラマンシフト光の出力用の光学窓とを有するが、入射用光学窓はレーザ発生部２からの紫外線パルスレーザ光を照射するためにその光を透過し得る溶融石英製の窓材などとし、出力用の光学窓はラマン効果で発生した真空紫外線をも透過するようにフッ化マグネシウム、フッ化カルシウムやフッ化リチウム製の光学窓とするか、ターゲットへの集光も兼ねてそれらの集光照射用レンズ５ａとすることができる。
【００２０】
基板ホルダー６は成膜条件の最適化の際に、条件の１つとしてターゲットと基板間の距離の最適化を行うので、該距離を変えるための直線導入機構（端子）１０を具備するものとした。
また、ターゲットホルダー７は１つの薄膜の作製のみでなく、複数個（例えば、Ａ、Ｂ、Ｃ３つなど）のターゲットをセットしそれらの薄膜を順次に積層化できるように、ラマンシフト真空紫外線を含むパルスレーザ光が集光照射される位置へ順次にターゲットを移動するためのステップモータ駆動などによるターゲット位置移動機構１１と、レーザ光が一点に集中してターゲットの損傷を起こすことを避けるためのモータ駆動によるターゲット自転機構１２などのターゲット均一蒸発機構とを具備するものとした。また、真空ポンプ８は、レーザ蒸着による金属酸化物系の電子・磁気材料の薄膜作製の場合には、低圧ながら酸素圧を変えて条件の最適化を行う必要があることから、電磁弁などによる圧力制御系８ａを具備するものとした。上記各機構は、同様の機能を有するものであればその構成は制限されない。
【００２１】
次に、上記のように構成したレーザ蒸着薄膜作製装置を用いてＹＢＣＯ超伝導体の結晶薄膜を作製した例に基づいて本発明の方法を具体的に説明する。
【００２２】
１）方法
ＹＢＣＯ超伝導体などの円盤状に成形したターゲットを、真空チャンバー９中のターゲットホルダー７にセットする。レーザ光が一点に集中してターゲットの損傷が起こるのを避けるためのターゲット自転機構１２により、ターゲットを回転させておく。洗浄したＳｒＴｉＯ3 （ＳＴＯ）単結晶基板をヒータ付きの基板ホルダー６にセットして、真空チャンバーを一旦高真空まで排気する。基板温度を所定の温度（６５０−８００℃程) まで上げて基板表面を清浄化した後、超高純度酸素を真空チャンバー中に少量導入し、真空ポンプ８につながっている圧力制御系８ａを調整して所定の酸素圧（０．１−１．０Ｔｏｒｒ程) に設定する。ラマンシフト用の高圧ガス封入管３の中に水素を所定の圧（４−２０気圧程）まで導入する。
【００２３】
あらかじめ以上の操作をした後、ＹＡＧパルスレーザの第４高調波を集光可変用レンズ４を使って高圧ガス封入管３の中へ集光し照射して、ラマン効果により真空紫外線パルスレーザ光を発生させる。この真空紫外線を含むパルスレーザ光を集光可変照射手段５によりターゲットへ集光して照射し、ターゲット物質をパルス的に基板に向けてアブレーションさせて基板上にＹＢＣＯの結晶薄膜を作製する。成膜時には、通常のレーザ蒸着法における条件、即ち、基板温度、酸素圧、レーザ周波数などの諸条件の他、該ラマンシフトレーザ蒸着方法に付随する条件、即ち、高圧ガス封入管中の水素ガス圧、ＹＡＧレーザの第４高調波の出力と高圧ガス封入管中での集光距離、真空紫外線を含むラマンシフトパルスレーザ光のターゲット上での集光密度などを以下のように最適化した。基板温度：７４０℃、酸素圧：５０Ｐａ、レーザ周波数：１ヘルツ、水素ガス圧：５気圧、ＹＡＧレーザの第４高調波の出力：７０ｍＪ／パルス、高圧ガス封入管中の集光距離：４５ｃｍ、ラマンシフトパルスレーザ光の集光密度：約２Ｊ／ｃｍ2 ／パルス。
上記行程により、ＹＢＣＯ超伝導体の結晶薄膜を作製した。
【００２４】
２）結果
ａ）上記のラマンシフトパルスレーザ蒸着方法の実験により作製したＹＢＣＯ超伝導体の結晶薄膜の特性と、ｂ）従来のＹＡＧ第４高調波を用いたレーザ蒸着方法で作製した薄膜の特性との比較を図２、図３、図４と図５に示す。図２は電気抵抗の温度依存性である。両方の薄膜の超伝導転移温度は共に約８９Ｋであり互いに遜色はない。しかし、同転移温度以上での温度域での電気抵抗をみると、ａ）の該ラマンシフトパルスレーザ蒸着方法で作製した試料は、ｂ）の試料の３分の１以下の値を示しており、より良質な薄膜であることが分かる。
【００２５】
図３の薄膜のＸ線回折スペクトルに示すように、ａ），ｂ）の両レーザ蒸着方法で作製した膜は共に、基板に使ったＳＴＯ結晶の（ｈ００）；ｈ＝１−３のＸ線回折線以外には、ＹＢＣＯ超伝導結晶の（００ｌ）；ｌ＝１−１１の回折スペクトルのみからなっているが、回折線の強度はａ）の薄膜の方が全体的に強い。このことは、共にｃ軸配向した単結晶薄膜が作製されているが、ａ）の方がより良質の結晶膜であることを示している。
【００２６】
さらに、図４、図５の薄膜の走査型電子顕微鏡( ＳＥＭ) 写真（内尺は上図：１μｍ，下図：１０μｍ）が示すように、図４のａ）の該ラマンシフトパルスレーザ蒸着法で作製した膜では、図５のｂ）の従来のＹＡＧ第４高調波を用いて作製した薄膜よりも不純物表面粒子の数が大幅に減少すると共にその大きさも極めて小さくなっている。以上のことから、ａ）の該ラマンシフトパルスレーザ蒸着方法で作製した膜は表面粒子の発生が抑制され膜質が向上していることが分かる。
【００２７】
図６は該ラマンシフトパルスレーザ蒸着方法でＹＢＣＯとＣｅＯ2 を順番に成膜した２層積層試料のＸ線回折スペクトルである。
基板に使ったＳＴＯ結晶の（ｈ００）；ｈ＝１−３のＸ線回折線以外には、ＹＢＣＯ超伝導結晶の（００ｌ）；ｌ＝１−１１とＣｅＯ2 結晶の（ｈ００）；ｈ＝２，４の回折スペクトルのみからなっていることから、ＹＢＣＯ／ＣｅＯ2 の良質な結晶積層薄膜が作製されていることを示している。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係わる薄膜と積層薄膜の作製方法と装置は、ラマン効果による真空紫外線を含むラマンシフトパルスレーザ光の発生系と、ターゲット上でのその集光の程度を変えて照射する集光可変照射系と、真空チャンバー系とを有機的に結合して、従来のＹＡＧ第４高調波などでは作製不可能であった、不純物表面粒子の発生の抑制を可能にして、高品質のＹＢＣＯなどの材料の結晶薄膜の作製を可能とする。
【００２９】
しかも、本発明のレーザ蒸着方法は、作製しようとする薄膜の材料や物質の種類に依存しない。即ち、ターゲットさえ作製できれば、無機材料か有機材料かに依存せずに、また、半導体、誘電体、超伝導体、磁性体、伝導体、絶縁体などの金属酸化物系、金属系や化合物系のいずれをも対象にしてその結晶薄膜を作製でき、また、ターゲット位置を順次に変えさえすれば高品質の多層積層薄膜を作製することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ラマンシフトパルスレーザ蒸着方法による薄膜と積層薄膜の作製装置１の概略図である。
【図２】ａ）とｂ）はそれぞれ、ラマンシフトパルスレーザ蒸着方法と、Ｎｄ：ＹＡＧパルスレーザの第４高調波を用いたパルスレーザ蒸着方法により作製したＹＢＣＯ超伝導結晶薄膜の電気抵抗の温度依存性を示す特性曲線図である。
【図３】ａ）とｂ）はそれぞれ、ラマンシフトパルスレーザ蒸着方法と、Ｎｄ：ＹＡＧパルスレーザの第４高調波を用いたパルスレーザ蒸着方法により作製したＹＢＣＯ超伝導結晶薄膜のＸ線回折スペクトルである。
【図４】ラマンシフトパルスレーザ蒸着方法により作製したＹＢＣＯ超伝導結晶薄膜の表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ) 写真である。
【図５】Ｎｄ：ＹＡＧパルスレーザの第４高調波を用いたパルスレーザ蒸着方法により作製したＹＢＣＯ超伝導結晶薄膜の表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ) 写真である。
【図６】該ラマンシフトパルスレーザ蒸着方法で作製したＹＢＣＯ／ＣｅＯ2 の２層積層薄膜のＸ線回折スペクトルである。
【符号の説明】
１  薄膜と積層薄膜の作製装置
２  紫外線パルスレーザ発生部
３  ラマンシフトパルスレーザ光発生用の高圧ガス封入管
４  集光可変用レンズ
５  集光可変照射手段
６  ヒータ付きの基板ホルダー
７  ターゲットホルダー
８  真空ポンプ
９  真空チャンバー
１０  直線導入機構（端子）
１１  ターゲット位置移動機構
１２  ターゲットの自転機構などの均一蒸発機構
【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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