JP3856879B2

JP3856879B2 - Thin film manufacturing method

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Publication number: JP3856879B2
Application number: JP27260796A
Authority: JP
Inventors: 康裕飯島; 真理子保坂; 伸行定方; 隆斉藤
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1996-10-15
Filing date: 1996-10-15
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2016-10-15
Also published as: JPH10121239A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はフィラメント型イオンソースを用いてスパッタリング法や真空蒸着法などの物理的蒸着法（ＰＶＤ法）により基材上に薄膜を形成する方法に係わり、特に、フィラメント型イオンソース内のフィラメントが消耗されにくくし、薄膜の製造効率を向上できるようにした薄膜の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、酸化物系超電導体を製造する方法として、真空蒸着法、スパッタリング法、レーザ蒸着法、ＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）、ＣＶＤ法（化学気相成長法）、ＩＶＤ法（イオン気相成長法）などの成膜法が知られているが、これらの各種の成膜法において、均質で超電導特性の良好な酸化物超電導薄膜を製造できる方法として、真空成膜プロセスを用い、ターゲットから発生させた粒子を対向基材上に堆積させるスパッタリング法、レーザ蒸着法などの物理蒸着法が主流となっている。
【０００３】
ところで、酸化物超電導薄膜を形成する基材が金属製である場合、該基材上に酸化物超電導薄膜を直接形成すると、基材自体が多結晶体でその結晶構造も酸化物超電導体と大きく異なるために、結晶配向性の良好な酸化物超電導薄膜が形成できないという問題があった。
そこで本発明者らは、ハステロイテープなどの金属テープからなる基材の上にイットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ）などの多結晶薄膜を物理的蒸着法により形成し、この多結晶薄膜上に、酸化物超電導体の中でも臨界温度が約９０Ｋであり、液体窒素（７７Ｋ）中で用いることができる安定性に優れたＹ1Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏx系の超電導層を形成することで超電導特性の優れた超電導導体を製造する試みを種々行なっている。
このような試みの中から本発明者らは先に、結晶配向性に優れた多結晶薄膜を形成するために、あるいは、超電導特性の優れた超電導テープを得るために、特願平３ー１２６８３６号、特願平３ー１２６８３７号、特願平３ー２０５５５１号、特願平４ー１３４４３号、特願平４ー２９３４６４号などにおいて特許出願を行なっている。
【０００４】
これらの特許出願に記載された技術によれば、真空排気可能な成膜処理容器内に設けた第一のフィラメント型イオンソースから発生させたイオンビームを薄膜原料からなるターゲットに照射し、該ターゲットの構成粒子を叩き出してハステロイテープなどのテープ状の基材上に堆積させる際に、第二のフィラメント型イオンソースから発生させたイオンビームを基材の成膜面に対して斜め方向から照射しつつ堆積させ、基材上に薄膜を製造する方法（イオンビームアシストスパッタリング法）により、結晶配向性に優れた多結晶薄膜を形成することができるものである。この方法によれば、多結晶薄膜を形成する多数の結晶粒のそれぞれの結晶格子のａ軸あるいはｂ軸で形成する粒界傾角を３０度以下に揃えることができ、結晶配向性に優れた多結晶薄膜を形成することができる。そして更に、この配向性に優れた多結晶薄膜上にＹＢａＣｕＯ系の超電導層をレーザー蒸着法等により成膜するならば、酸化物超電導層の結晶配向性も優れたものになり、これにより臨界電流密度が高い酸化物超電導体を製造することができる。
【０００５】
ところで、従来の薄膜の製造方法で使用されている第一及び第二のフィラメント型イオンソースは、イオン化室内部に設けられたカソードであるタングステン製のフィラメントとアノード間に高真空中でイオン化電圧をかけて前記フィラメントから発生させた熱電子を加速し、該熱電子を蒸発源から発生したＡｒなどの蒸発粒子と衝突させてこれら蒸発粒子の一部をイオン化し、このイオン化した粒子をグリッドで発生させた電界で制御することによりイオンビームを発生するようになっているものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前述のようなフィラメント型イオンソースを使用して多結晶薄膜を形成する従来の薄膜の製造方法においては、イオン化室内に設けられたフィラメントが以下の▲１▼〜▲３▼の理由で徐々に細くなって消耗し最後には切れてしまうため、例えば、イオン化室内に酸素ガスがある場合にフィラメント型イオンソースを最大出力で運転すると、数時間ごとにフィラメントを交換しなければならならず、このためフィラメント型イオンソースを長時間連続運転することができず、多結晶薄膜の製造効率が悪いという問題があった。
▲１▼前記フィラメントは熱電子を発生させるために通電加熱されて高温になるため少しずつ熱蒸発する。
▲２▼フィラメントはイオン化室内でカソードになるため、発生したＡｒ⁺などのイオンによって叩出されて徐々にスパッタリング蒸発する。
▲３▼イオン化室内にフィラメントをなす材料と反応する酸素ガスなどの反応ガスがある場合、フィラメントが酸化して少しずつ蒸発する。
【０００７】
本発明は前記課題を解決するためになされたもので、フィラメント型イオンソース内のフィラメントが消耗されにくくし、薄膜の製造効率を向上させることができる薄膜の製造方法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】
請求項１記載の発明は、真空排気可能な成膜処理容器内に設けたフィラメント型イオンソースから発生させたイオンビームを薄膜原料に照射して該薄膜原料を蒸発させるか又は薄膜原料の構成粒子を叩き出して基材上に堆積させ、基材上に薄膜を形成する方法において、前記フィラメント型イオンソース内のカソードであるフィラメントとアノード間に印加するイオン化電圧値（Ｖ_Ａ）を、発生させるイオンのスパッタリングしきい値（Ｖ_Ｃ）以下にすると共に、３０〜６０Ｖの範囲に設定することを特徴とする薄膜の製造方法を前記課題の解決手段とした。
【０００９】
また、請求項２記載の発明は、薄膜原料の構成粒子を叩き出す手段がスパッタリングであることを特徴とする請求項１記載の薄膜の製造方法を前記課題の解決手段とした。
【００１０】
また、請求項３記載の発明は、真空排気可能な成膜処理容器内に設けた第一のフィラメント型イオンソースから発生させたイオンビームを薄膜原料に照射し、該薄膜原料の構成粒子を叩き出して基材上に堆積させる際に、第二のフィラメント型イオンソースから発生させたイオンビームを基材の成膜面に対して斜め方向から照射しつつ堆積させ、基材上に多結晶薄膜を形成する方法において、前記第一及び第二のフィラメント型イオンソース内のカソードであるフィラメントとアノード間に印加するイオン化電圧値（Ｖ_Ａ）を、発生させるイオンのスパッタリングしきい値（Ｖ_Ｃ）以下にすると共に、３０〜６０Ｖの範囲に設定することを特徴とする多結晶薄膜の製造方法を前記課題の解決手段とした。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の薄膜の製造方法を酸化物超電導導体の製造方法においてテープ状の基材上に配向制御多結晶薄膜を形成する方法に適用した一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態の配向制御多結晶薄膜の製造方法を実施する際に用いる配向制御多結晶薄膜の製造装置の一例を示す概略構成図である。
この配向制御多結晶薄膜の製造装置は、テープ状の基材２２を支持するとともに所望温度に加熱することができる基材ホルダ２３と、基材ホルダ２３上にテープ状の基材２２を送り出すための基材送出ボビン２４と、配向制御多結晶薄膜が形成されたテープ状の基材２２を巻き取るための基材巻取ボビン２５と、
この基材ホルダ２３の斜め上方に所定間隔をもって対向配置された板状のターゲット３６と、このターゲット３６の斜め上方においてターゲット３６の下面に向けて配置された第一のフィラメント型イオンソース（スパッタ手段）３８と、前記基材ホルダ２３の側方に所定間隔をもって対向され、かつ、前記ターゲット３６と離間して配置された第二のフィラメント型イオンソース（アシスト手段）３９とが真空排気可能な成膜処理容器４０内に収納された概略構成となっている。
【００１２】
前記基材ホルダ２３は、内部に加熱ヒータを備え、基材ホルダ２３の上に送り出されたテープ状の基材２２を必要に応じて所望の温度に加熱できるようになっている。この基材ホルダ２３はピン等により支持体２３ａに回動自在に取り付けられており、傾斜角度を調整できるようになっている。このような基材ホルダ２３は、成膜処理容器４０内の第二のフィラメント型イオンソース３９から照射されるイオンビームの最適照射領域（最適蒸着領域）に配設されている。
テープ状の基材２２の構成材料としては、ステンレス鋼、銅、または、ハステロイなどのニッケル合金などの合金各種金属材料から適宜選択される長尺の金属テープを用いることができる。
【００１３】
この例の製造装置においては、前記基材送出ボビン２４から基材ホルダ２３上にテープ状の基材２２を連続的に送り出し、前記最適照射領域で配向制御多結晶薄膜が形成された基材２を基材巻取ボビン２５で巻き取ることで基材２２上に連続成膜することができるようになっている。
【００１４】
前記ターゲット３６は、目的とする配向制御多結晶薄膜を形成するためのものであり、目的の組成の配向制御多結晶薄膜と同一組成あるいは近似組成のものなどを用いる。ターゲット３６として具体的には、ＭｇＯあるいはＹ₂Ｏ₃で安定化したジルコニア（ＹＳＺ）、ＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ₃などを用いるがこれに限るものではなく、形成しようとする配向制御多結晶薄膜に見合うターゲットを適宜用いれば良い。このようなターゲット３６は、ピン等によりターゲット支持体３６ａに回動自在に取り付けられており、傾斜角度を調整できるようになっている。
【００１５】
前記第一のフィラメント型イオンソース（スパッタ手段）３８は、図２に示すようにカソードであるフィラメント４１と、アノード４２と、これらフィラメント４１とアノード４２の近傍に配設されるグリッド４３とが筒状のイオン化室４５内に備えられ、さらに蒸発源（図示略）から発生させたＡｒガスなどの蒸発粒子を供給するための導入管４８が前記イオン化室４５に接続されることにより概略構成されてなるものである。また、フィラメント４１を通電加熱して熱電子を発生させるため交流電源４９が前記フィラメント４１に接続されており、さらに、前記フィラメント４１と前記アノード４２との間にイオン化電圧を印加するための直流電源５０が前記フィラメント４１と前記アノード４２に接続されている。この直流電源５０は、前記フィラメント４１と前記アノード４２との間に印加するイオン化電圧値（Ｖ_A）を前記発生させるイオンのスパッタリングしきい値（Ｖ_C）に応じて変更できる可変電源を用いることが好ましい。前記フィラメント４１をなす材料としては、タングステン線、アルミナ分散タングステン線などが挙げられる。
【００１６】
また、前記フィラメント４１と交流電源４９との間には、カソード電流を測定するための電流計Ａ₁が介在されている。また、前記フィラメント４１と前記アノード４２との間には、イオン化電圧値（Ｖ_A）を測定するための電圧計Ｖ₁と、イオン化電流を測定するための電流計Ａ₂が介在されている。
【００１７】
このような構成の第一のフィラメント型イオンソース３８は、イオン化室４５内部に設けられたフィラメント４１とアノード４２間に高真空中でイオン化電圧をかけて前記フィラメント４１から発生させた熱電子を加速し、該熱電子を蒸発源から供給されたＡｒなどの蒸発粒子と衝突させてこれら蒸発粒子の一部をイオン化し、このイオン化した粒子をグリッド４３で発生させた電界で制御することによりイオン化室４５の先端からイオンをビーム状に平行に照射できるようになっており、イオン化室４５の先端から発生させたイオンビームをターゲット３６に照射することによりターゲット３６の構成粒子を基材２２に向けて叩き出すことができるものである。
【００１８】
前記第二のフィラメント型イオンソース（アシスト手段）３９は、図２に示したフィラメント型イオンソース（スパッタ手段）３８と略同様の構成のものであり、図１に示すようにその中心軸線Ｓを基材２２の成膜面に対して入射角度θ（基材２２の垂線（法線）と中心線Ｓとのなす角度）でもって傾斜させて対向されている。この入射角度θは５０〜６０度の範囲が好ましい。従って第二のフィラメント型イオンソース３９はイオン化室４５の先端から発生させたイオンビームを基材２２の成膜面に対して入射角度θでもって照射できるように配置されている。
なお、前記第二のフィラメント型イオンソース３９によって基材２２に照射するイオンビームは、Ｈｅ⁺、Ｎｅ⁺、Ａｒ⁺、Ｘｅ⁺、Ｋｒ⁺などの希ガスのイオンビーム、あるいは、それらと酸素イオンの混合イオンビームなどで良い。
【００１９】
また、前記成膜処理容器４０には、この容器４０内を真空などの低圧状態にするためのロータリーポンプ５１およびクライオポンプ５２と、ガスボンベなどの雰囲気ガス供給源がそれぞれ接続されていて、成膜処理容器４０の内部を真空などの低圧状態で、かつ、アルゴンガスあるいはその他の不活性ガス雰囲気または酸素を含む不活性ガス雰囲気にすることができるようになっている。
また、前記成膜処理容器４０は、第一のフィラメント型イオンソース３８とターゲットと間と、第二のフィラメント型イオンソース３９と基材２２間にそれぞれ電圧をかけるための電源（図示略）が備えられている。
また、前記成膜処理容器４０には、第一及び第二のフィラメント型イオンソース３８，３９から発生するイオンビームの電流密度をそれぞれ測定するための電流計測装置（図示略）が備えられており、また、第一のフィラメント型イオンソース３８とターゲット３６間の電圧と、第二のフィラメント型イオンソース３９と基材２２間の電圧をそれぞれ測定するための電圧計測装置（図示略）が備えられている。
【００２０】
さらに、前記成膜処理容器４０には、前記容器４０内の圧力を測定するための圧力計５５が備えられている。
なお、この例の製造装置では基材ホルダ２３をピン等により支持体２３ａに回動自在に取り付けることにより傾斜角度を調整できるようしたが、第二のフィラメント型イオンソース３９の支持部分に角度調整機構を取り付けて第二のフィラメント型イオンソース３９の傾斜角度を調整し、イオンビームの入射角度を調整するようにしても良く、また、角度調整機構はこの例に限るものではなく、種々の構成のものを採用することができるのは勿論である。
【００２１】
次に前記構成の製造装置を用いてテープ状の基材２２上にＹＳＺの配向制御多結晶薄膜を形成する場合について説明する。
テープ状の基材２２上に配向制御多結晶薄膜を形成するには、ＹＳＺからなるターゲット３６を用いるとともに、基材ホルダ２３を最適照射領域に配置するとともに傾斜角度を調節して第二のフィラメント型イオンソース３９から照射されるイオンビームを基材ホルダ２３上に移動してきた基材２２の成膜面に５０〜６０度の範囲の角度で照射できるようにする。また、テープ状の基材２２が巻かれた基材送出ボビン２４を成膜処理容器４０内に配置し、基材送出ボビン２４からテープ状の基材２２を基材ホルダ２３上に連続的に送り出し、薄膜形成後のテープ状の基材２２を基材巻取ボビン２５で巻き取れるようにセットする。ついで、成膜処理容器４０の内部を真空引きして減圧雰囲気とする。また、基材２２を負に帯電させておく。
【００２２】
そして、第一のフィラメント型イオンソース３８と第二のフィラメント型イオンソース３９を作動させる。このとき、これら第一及び第二のフィラメント型イオンソース３８，３９にそれぞれ備えられたフィラメント４１とアノード４２間に印加するイオン化電圧値（Ｖ_A）を、発生させる希ガスのイオンのスパッタリングしきい値（Ｖ_C）以下にする。ここでイオン化電圧値（Ｖ_A）を、発生させる希ガスのイオンのスパッタリングしきい値（Ｖ_C）以下にする理由は、フィラメント４１とアノード４２間に印加するイオン化電圧値（Ｖ_A）が、発生させるＡｒイオンなどの希ガスのイオンのスパッタリングしきい値（Ｖ_C）より大きいと、フィラメント４１が発生したＡｒイオンなどの希ガスのイオンによって叩出されてスパッタリング蒸発し易く、フィラメント４１の寿命を長くすることができないからである。
【００２３】
具体例を挙げると、第一及び第二のフィラメント型イオンソース３８，３９からアルゴンイオンビームを発生させる場合、アルゴンイオンのスパッタリングしきい値（Ｖ_C）は、５０〜６０Ｖ程度であるため、イオン化電圧値（Ｖ_A）は６０Ｖ以下、好ましくは４０〜５０Ｖ程度とすることが好ましい。また、イオン化電圧値（Ｖ_A）が３０Ｖ未満ではイオン化効率が悪くなり、Ｉ_Aが大きくなって逆にフィラメント寿命が短くなってしまう。
【００２４】
第一のフィラメント型イオンソース３８からターゲット３６にイオンビームを照射すると、ターゲット３６の構成粒子が叩き出されて基材２２上に飛来する。そして、最適照射領域内にある基材ホルダ２３上に送り出された基材２２上にターゲット３６から叩き出した構成粒子を堆積させると同時に第二のフィラメント型イオンソース３９からＡｒイオンなどの希ガスのイオンと酸素イオンの混合イオンビームを照射して所望の厚みの配向制御多結晶薄膜を形成し、続いて薄膜形成後のテープ状の基材２２を基材巻取ボビン２５に巻き取る。
ここでイオン照射する際の入射角度θは、５０〜６０度の範囲が好ましく、５５〜６０度の範囲が最も好ましい。前記のような好ましい範囲の角度でイオンビーム照射するならば多結晶薄膜の結晶の（１００）面が立つようになる。このような入射角度でイオンビーム照射を行ないながらスパッタ粒子の堆積を行なうことで、基材２２上に形成されるＹＳＺの配向制御多結晶薄膜の結晶軸のａ軸とｂ軸とを配向させることができるが、これは、堆積されている途中のスパッタ粒子に対して適切な角度でイオンビーム照射されたことによるものと思われる。
【００２５】
前述の実施形態の配向制御多結晶薄膜の製造方法あっては、真空排気可能な成膜処理容器４０内に設けた第一のフィラメント型イオンソース３８から発生させたイオンビームをターゲット３６に照射し、該ターゲット３６の構成粒子を叩き出して基材２２上に堆積させる際に、第二のフィラメント型イオンソース３９から発生させたイオンビームを基２２材の成膜面に対して斜め方向から照射しつつ堆積させ、基材２２上に薄膜を形成する方法において、前記第一及び第二のフィラメント型イオンソース３８，３９にそれぞれ備えられたフィラメント４１とアノード４２間に印加するイオン化電圧値（Ｖ_A）を、発生させる気ガスのイオンのスパッタリングしきい値（Ｖ_C）以下にすることにより、発生したＡｒイオンなどの希ガスのイオンによってフィラメント４１が叩出されてスパッタリング蒸発することに起因するフィラメント４１の消耗を防止できるので、従来の配向制御多結晶薄膜の製造方法と比べてフィラメント４１が消耗しにくくなり、フィラメント４１の寿命が長くなる。従って、イオン化室４５内に酸素ガスがある場合にフィラメント型イオンソース３８，３９を最大出力で運転しても従来と比べてフィラメント４１の寿命が長いので、フィラメント型イオンソース３８，３９を長時間連続運転することができ、これによって配向制御多結晶薄膜を長時間連続的に形成することができるので、配向制御多結晶薄膜の製造効率を大幅に向上させることができる。
【００２６】
前述の実施形態の製造方法では、スパッタ手段およびアシスト手段の両方にフィラメント型イオンソースを用いる場合に二台のフィラメント型イオンソースのそれぞれのフィラメントとアノード間に印加するイオン化電圧値（Ｖ_A）を、発生させるイオンのスパッタリングしきい値（Ｖ_C）以下にした例について説明したが、スパッタ手段とアシスト手段のいずれか一方にフィラメント型イオンソースを用い、他方に直流放電型などの他の型のイオンソースを用いる場合には、一台のフィラメント型のイオンソースのフィラメントとアノード間に印加するイオン化電圧値（Ｖ_A）を、発生させるイオンのスパッタリングしきい値（Ｖ_C）以下にすればよい。
また、前述の実施形態の製造方法では、本発明の薄膜の製造方法を酸化物超電導導体の製造方法においてテープ状の基材上に配向制御多結晶薄膜を形成する方法（イオンビームアシストスパッタリング法）に適用した場合について説明したが、必ずしもこれに限られず、フィラメント型イオンソースを用いてスパッタリング法や真空蒸着法などの物理的蒸着法（ＰＶＤ法）により薄膜を形成する方法にも適用することができる。
【００２７】
【実施例】
（実施例１）
第一及び第二のフィラメント型イオンソースとして図２に示したような構成のフィラメント型イオンソースを備えた配向制御多結晶薄膜の製造装置を使用し、テープ状の基材が巻かれた基材送出ボビンを成膜処理容器内に配置し、基材送出ボビンからテープ状の基材を基材ホルダ上に連続的に送り出し、薄膜形成後のテープ状の基材２２を基材巻取ボビンで巻き取れるようにセットした。
テープ状の基材としては、幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ、長さ１０ｃｍのハステロイＣ２７６テープを使用した。また、ターゲットとしてはＹＳＺ（安定化ジルコニア）製のものを用いた。
そして、この配向制御多結晶薄膜の製造装置の成膜処理容器内部をクライオポンプおよびロータリーポンプで真空引きして３.０×１０^-4トールに減圧し、また、基材を負に帯電させた。
【００２８】
さらに、スパッタ電圧１２００Ｖ、スパッタ電流２４０ｍＡのアルゴンイオンと酸素イオンの混合イオンビームを第一のフィラメント型イオンソースから発生させる際、フィラメントとアノード間に印加するイオン化電圧値（Ｖ_A）を５０Ｖとし、一方、アシスト電圧２００Ｖ、アシスト電流１００ｍＡのアルゴンイオンと酸素イオンの混合イオンビームを第二のフィラメント型イオンソースから発生させる際、フィラメントとアノード間に印加するイオン化電圧値（Ｖ_A）を５０Ｖとし、基材の成膜面上にＹＳＺの粒子を堆積させると同時にイオンビームを照射して成膜処理することで厚さ０．７μｍのＹＳＺ配向制御多結晶薄膜を形成し、続いて薄膜形成後のテープ状の基材をスリットからカバー内に導入し、基材巻取ボビンに巻き取るようにして配向制御結晶薄膜を連続的に製造したときのフィラメントを交換するまでの時間を調べた。その結果を下記表１に示す。
ここでの第二のフィラメント型イオンソースから発生させる混合イオンビームの入射角度は５５度に設定した。
なお、前記スパッタ電圧は第一のフィラメント型イオンソースとターゲット間の電圧であり、前記スパッタ電流は第一のフィラメント型イオンソースから発生したイオン量であり、前記アシスト電圧は第二のフィラメント型イオンソースと基材間の電圧であり、前記アシスト電流は第二のフィラメント型イオンソースから発生したイオン量である。前記イオン化電圧値（Ｖ_A）は、第一及び第二のフィラメント型イオンソースのフィラメントとアノード間にそれぞれ設けられた電圧計で測定した値である。
【００２９】
（実施例２）
第一及び第二のフィラメント型イオンソースのフィラメントとアノード間に印加するイオン化電圧値（Ｖ_A）をそれぞれ６０Ｖとした以外は実施例１と同様にして配向制御結晶薄膜を連続的に製造したときのフィラメントを交換するまでの時間を調べた。その結果を下記表１に示す。
【００３０】
（比較例１）
第一及び第二のフィラメント型イオンソースのフィラメントとアノード間に印加するイオン化電圧値（Ｖ_A）をそれぞれ７０Ｖとした以外は実施例１と同様にして配向制御結晶薄膜を連続的に製造したときのフィラメントを交換するまでの時間を調べた。その結果を下記表１に示す。
（比較例２）
第一及び第二のフィラメント型イオンソースのフィラメントとアノード間に印加するイオン化電圧値（Ｖ_A）をそれぞれ８０Ｖとした以外は実施例１と同様にして配向制御結晶薄膜を連続的に製造したときのフィラメントを交換するまでの時間を調べた。その結果を下記表１に示す。
【００３１】
（比較例３）
第一及び第二のフィラメント型イオンソースのフィラメントとアノード間に印加するイオン化電圧値（Ｖ_A）をそれぞれ９０Ｖとした以外は実施例１と同様にして配向制御結晶薄膜を連続的に製造したときのフィラメントを交換するまでの時間を調べた。その結果を下記表１に示す。
（比較例４）
第一及び第二のフィラメント型イオンソースのフィラメントとアノード間に印加するイオン化電圧値（Ｖ_A）をそれぞれ１００Ｖとした以外は実施例１と同様にして配向制御結晶薄膜を連続的に製造したときのフィラメントを交換するまでの時間を調べた。その結果を下記表１に示す。
【００３２】
【表１】

【００３３】
前記表１に示した結果から明らかなようにイオン化電圧値（Ｖ_A）が７０Ｖ以上になるとフィラメントの寿命は２〜８時間程度と短いが、イオン化電圧値（Ｖ_A）が６０Ｖ以下ではフィラメントの寿命は２０〜３０時間であり、寿命が大幅に長いことが分った。それは、アルゴンイオンのスパッタリングしきい値（Ｖ_c）は５０〜６０Ｖ程度であるので、このスパッタリングしきい値よりイオン化電圧値が低いときは、発生したアルゴンイオンによるフィラメントのスパッタ蒸発が防止され、フィラメントの消耗が大幅に軽減され、その結果、寿命が長くなったためであると考えられる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の請求項１〜３記載の薄膜の製造方法によれば、前述の構成としたことにより、フィラメント型イオンソースから発生したイオンによってフィラメントが叩出されてスパッタリング蒸発することに起因するフィラメントの消耗を防止できるので、従来の薄膜の製造方法と比べてフィラメントが消耗しにくくなり、フィラメントの寿命が長くなる。従って、フィラメント型イオンソースのイオン化室内に酸素ガスがある場合にフィラメント型イオンソースを最大出力で運転しても従来と比べてフィラメントの寿命が長いので、フィラメント型イオンソースを長時間連続運転することができ、これによって薄膜を長時間連続的に形成することができるので、薄膜の製造効率を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の薄膜の製造方法の一実施形態の配向制御多結晶の製造方法の実施に用いられる配向制御多結晶薄膜の製造装置を示す概略構成図である。
【図２】図１の配向制御多結晶薄膜の製造装置に備えられるフィラメント型イオンソースを示す概略構成図である。
【符号の説明】
２２・・・テープ状の基材、３８・・・第一のフィラメント型イオンソース（スパッタ手段）、３９・・・第二のフィラメント型イオンソース、４０・・・成膜処理容器、４１・・・フィラメント（カソード）、４２・・・アノード、４３・・・グリッド、４５・・・イオン化室。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of forming a thin film on a substrate by a physical vapor deposition method (PVD method) such as a sputtering method or a vacuum vapor deposition method using a filament type ion source. In particular, the filament in the filament type ion source is consumed. The present invention relates to a method of manufacturing a thin film, which is less likely to occur and can improve the manufacturing efficiency of the thin film.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, methods for producing oxide superconductors include vacuum deposition, sputtering, laser deposition, MBE (molecular beam epitaxy), CVD (chemical vapor deposition), and IVD (ion vapor deposition). In these various film formation methods, a vacuum film formation process is used as a method for producing a uniform oxide superconducting thin film with good superconducting properties. A physical vapor deposition method such as a sputtering method or a laser vapor deposition method in which the deposited particles are deposited on a counter substrate has become the mainstream.
[0003]
By the way, when the base material on which the oxide superconducting thin film is formed is made of metal, if the oxide superconducting thin film is directly formed on the base material, the base material itself is a polycrystal and the crystal structure is larger than that of the oxide superconductor. Due to the difference, there was a problem that an oxide superconducting thin film having good crystal orientation could not be formed.
Therefore, the present inventors formed a polycrystalline thin film such as yttrium-stabilized zirconia (YSZ) on a base material made of a metal tape such as Hastelloy tape, and formed an oxide on the polycrystalline thin film. Among superconductors, the critical temperature is about 90K, and Y1Ba has excellent stability that can be used in liquid nitrogen (77K). ₂ Cu _Three Various attempts have been made to produce superconducting conductors having excellent superconducting characteristics by forming an Ox-based superconducting layer.
In order to form a polycrystalline thin film having excellent crystal orientation or to obtain a superconducting tape having excellent superconducting properties, the present inventors have previously made Japanese Patent Application No. 3-126,836. No. 1, Japanese Patent Application No. 3-126837, Japanese Patent Application No. 3-205551, Japanese Patent Application No. 4-13443, Japanese Patent Application No. 4-293464, etc.
[0004]
According to the techniques described in these patent applications, a target made of a thin film material is irradiated with an ion beam generated from a first filament type ion source provided in a film-deposition processing container capable of being evacuated, and the target When the particles are deposited and deposited on a tape-like substrate such as Hastelloy tape, the ion beam generated from the second filament type ion source is irradiated obliquely with respect to the film-forming surface of the substrate. However, a polycrystalline thin film having excellent crystal orientation can be formed by a method of depositing and producing a thin film on a substrate (ion beam assisted sputtering method). According to this method, the grain boundary inclination angle formed by the a-axis or the b-axis of each crystal lattice of a large number of crystal grains forming the polycrystalline thin film can be made equal to or less than 30 degrees, and the crystal orientation is excellent. A crystalline thin film can be formed. Furthermore, if a YBaCuO-based superconducting layer is formed on the polycrystalline thin film having excellent orientation by a laser vapor deposition method or the like, the crystal orientation of the oxide superconducting layer will be excellent, which makes the critical current A high-density oxide superconductor can be manufactured.
[0005]
By the way, the first and second filament type ion sources used in the conventional thin film manufacturing method apply an ionization voltage in a high vacuum between a tungsten filament and a cathode provided in the ionization chamber. The thermoelectrons generated from the filament are accelerated, and the thermoelectrons collide with evaporated particles such as Ar generated from the evaporation source to ionize some of the evaporated particles, and the ionized particles are generated in the grid. The ion beam is generated by controlling with the applied electric field.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional thin film manufacturing method for forming a polycrystalline thin film using the filament type ion source as described above, the filament provided in the ionization chamber is gradually increased for the following reasons (1) to (3). For example, when the filament type ion source is operated at the maximum output when oxygen gas is present in the ionization chamber, the filament must be replaced every few hours. Therefore, there has been a problem that the filament type ion source cannot be operated continuously for a long time and the production efficiency of the polycrystalline thin film is poor.
{Circle around (1)} The filament is heated by energization to generate thermoelectrons and is heated to a high temperature.
(2) Since the filament becomes a cathode in the ionization chamber, the generated Ar ⁺ It is knocked out by ions such as and gradually evaporates by sputtering.
(3) When there is a reaction gas such as oxygen gas that reacts with the filament forming material in the ionization chamber, the filament oxidizes and gradually evaporates.
[0007]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a thin film that can make the filament in the filament ion source difficult to wear and improve the manufacturing efficiency of the thin film. .
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, the thin film material is evaporated by irradiating the thin film material with an ion beam generated from a filament type ion source provided in a film-depositing vessel capable of being evacuated, or the constituent particles of the thin film material Is deposited on the substrate, and a thin film is formed on the substrate. In the method of forming a thin film on the substrate, an ionization voltage value (V _A ) For the sputtering threshold (V _C ) Below And set it in the range of 30-60V The thin film manufacturing method characterized in that is used as means for solving the above-mentioned problems.
[0009]
The invention described in claim 2 is the thin film manufacturing method according to claim 1, wherein the means for knocking out the constituent particles of the thin film raw material is sputtering.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, a thin film material is irradiated with an ion beam generated from a first filament type ion source provided in a film forming treatment vessel capable of being evacuated, and the constituent particles of the thin film material are struck. When depositing and depositing on the substrate, the ion beam generated from the second filament type ion source is deposited while irradiating the film-forming surface of the substrate in an oblique direction, and the polycrystalline thin film is formed on the substrate. In the first and second filament type ion sources, an ionization voltage value (V _A ) For the sputtering threshold (V _C ) Below And set it in the range of 30-60V A method for producing a polycrystalline thin film characterized by the above-mentioned problems was used as a means for solving the above-mentioned problems.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment in which the method for producing a thin film of the present invention is applied to a method for forming an orientation-controlled polycrystalline thin film on a tape-like substrate in the method for producing an oxide superconducting conductor will be described.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of an apparatus for manufacturing an orientation-controlled polycrystalline thin film used when carrying out a method for manufacturing an orientation-controlled polycrystalline thin film according to an embodiment of the present invention.
This orientation-controlled polycrystalline thin film manufacturing apparatus supports a tape-like base material 22 and can heat the tape-like base material 22 onto the base material holder 23 and a base material holder 23 that can be heated to a desired temperature. A base material delivery bobbin 24, a base material take-up bobbin 25 for winding the tape-shaped base material 22 on which the orientation control polycrystalline thin film is formed,
A plate-like target 36 disposed diagonally above the substrate holder 23 with a predetermined interval, and a first filament ion source (sputtering means) disposed toward the lower surface of the target 36 diagonally above the target 36. ) 38 and a second filament type ion source (assist means) 39 facing the side of the base material holder 23 with a predetermined interval and spaced apart from the target 36 can be evacuated. It has a schematic configuration housed in the membrane processing container 40.
[0012]
The substrate holder 23 includes a heater inside, and can heat the tape-shaped substrate 22 fed onto the substrate holder 23 to a desired temperature as needed. The base material holder 23 is rotatably attached to the support 23a by pins or the like so that the inclination angle can be adjusted. Such a substrate holder 23 is disposed in the optimum irradiation region (optimum vapor deposition region) of the ion beam irradiated from the second filament type ion source 39 in the film forming treatment container 40.
As a constituent material of the tape-like base material 22, a long metal tape appropriately selected from various metal materials of alloys such as stainless steel, copper or nickel alloys such as Hastelloy can be used.
[0013]
In the manufacturing apparatus of this example, the base material 2 in which the tape-like base material 22 is continuously sent out from the base material delivery bobbin 24 onto the base material holder 23 and the orientation-controlled polycrystalline thin film is formed in the optimum irradiation region. Can be continuously formed on the substrate 22 by winding the substrate with the substrate winding bobbin 25.
[0014]
The target 36 is used to form a target orientation controlled polycrystalline thin film, and has the same composition as that of the orientation controlled polycrystalline thin film having the target composition or an approximate composition. Specifically, the target 36 is MgO or Y ₂ O _Three Stabilized zirconia (YSZ), MgO, SrTiO _Three However, the present invention is not limited to this, and a target suitable for the orientation-controlled polycrystalline thin film to be formed may be used as appropriate. Such a target 36 is rotatably attached to the target support 36a by a pin or the like so that the inclination angle can be adjusted.
[0015]
As shown in FIG. 2, the first filament ion source (sputtering means) 38 includes a filament 41 serving as a cathode, an anode 42, and a grid 43 disposed in the vicinity of the filament 41 and the anode 42. And an introduction pipe 48 for supplying evaporation particles such as Ar gas generated from an evaporation source (not shown) is connected to the ionization chamber 45 and is schematically configured. It will be. An AC power source 49 is connected to the filament 41 to generate heat electrons by energizing and heating the filament 41, and a DC power source for applying an ionization voltage between the filament 41 and the anode 42. 50 is connected to the filament 41 and the anode 42. This DC power supply 50 is provided with an ionization voltage value (V) applied between the filament 41 and the anode 42. _A ) Is a sputtering threshold (V _C It is preferable to use a variable power supply that can be changed according to Examples of the material forming the filament 41 include tungsten wires and alumina-dispersed tungsten wires.
[0016]
Further, an ammeter A for measuring the cathode current is provided between the filament 41 and the AC power source 49. ₁ Is intervened. Further, between the filament 41 and the anode 42, an ionization voltage value (V _A ) Voltmeter for measuring ₁ And an ammeter A for measuring the ionization current ₂ Is intervened.
[0017]
The first filament ion source 38 having such a configuration accelerates the thermoelectrons generated from the filament 41 by applying an ionization voltage between the filament 41 provided in the ionization chamber 45 and the anode 42 in a high vacuum. Then, the thermoelectrons collide with evaporated particles such as Ar supplied from an evaporation source to ionize some of the evaporated particles, and the ionized particles are controlled by an electric field generated by the grid 43 to thereby control the ionization chamber. It is possible to irradiate ions in parallel in a beam shape from the tip of 45, and irradiate the target 36 with an ion beam generated from the tip of the ionization chamber 45, so that the constituent particles of the target 36 are directed toward the substrate 22. It can be knocked out.
[0018]
The second filament type ion source (assist means) 39 has substantially the same configuration as the filament type ion source (sputtering means) 38 shown in FIG. 2, and its central axis S as shown in FIG. The substrate 22 is opposed to the film forming surface of the substrate 22 with an incident angle θ (an angle formed between the normal line (normal line) of the substrate 22 and the center line S). The incident angle θ is preferably in the range of 50 to 60 degrees. Therefore, the second filament type ion source 39 is arranged so that an ion beam generated from the tip of the ionization chamber 45 can be irradiated to the film forming surface of the substrate 22 at an incident angle θ.
The ion beam applied to the substrate 22 by the second filament type ion source 39 is He. ⁺ , Ne ⁺ , Ar ⁺ , Xe ⁺ , Kr ⁺ An ion beam of a rare gas such as, or a mixed ion beam of them and oxygen ions may be used.
[0019]
Further, the film forming treatment vessel 40 is connected to a rotary pump 51 and a cryopump 52 for bringing the inside of the vessel 40 into a low pressure state such as a vacuum, and an atmospheric gas supply source such as a gas cylinder. The inside of the processing vessel 40 can be in a low pressure state such as a vacuum, and an argon gas or other inert gas atmosphere or an inert gas atmosphere containing oxygen.
In addition, the film formation processing vessel 40 has a power supply (not shown) for applying a voltage between the first filament ion source 38 and the target and between the second filament ion source 39 and the substrate 22. Is provided.
Further, the film formation processing vessel 40 is provided with a current measuring device (not shown) for measuring the current densities of the ion beams generated from the first and second filament

type ion sources

38 and 39, respectively. In addition, a voltage measuring device (not shown) for measuring the voltage between the first filament ion source 38 and the target 36 and the voltage between the second filament ion source 39 and the substrate 22 is provided. ing.
[0020]
Further, the film formation processing container 40 is provided with a pressure gauge 55 for measuring the pressure in the container 40.
In addition, in the manufacturing apparatus of this example, the tilt angle can be adjusted by attaching the base material holder 23 to the support body 23a with a pin or the like. However, the angle adjustment is performed on the support portion of the second filament type ion source 39. A mechanism may be attached to adjust the tilt angle of the second filament type ion source 39 to adjust the incident angle of the ion beam. The angle adjusting mechanism is not limited to this example, and various configurations are possible. Of course, it can be adopted.
[0021]
Next, the case where the YSZ orientation-controlled polycrystalline thin film is formed on the tape-shaped substrate 22 using the manufacturing apparatus having the above-described configuration will be described.
In order to form an orientation-controlled polycrystalline thin film on the tape-shaped substrate 22, the target 36 made of YSZ is used, the substrate holder 23 is placed in the optimum irradiation region, and the inclination angle is adjusted to adjust the second filament. The ion beam irradiated from the ion source 39 can be irradiated onto the film forming surface of the base material 22 that has moved onto the base material holder 23 at an angle in the range of 50 to 60 degrees. Further, the base material delivery bobbin 24 around which the tape-like base material 22 is wound is disposed in the film forming processing container 40, and the tape-like base material 22 is continuously placed on the base material holder 23 from the base material delivery bobbin 24. The tape-like base material 22 after being fed out and formed into a thin film is set so that it can be taken up by the base material take-up bobbin 25. Next, the inside of the film formation processing container 40 is evacuated to form a reduced pressure atmosphere. Further, the base material 22 is negatively charged.
[0022]
Then, the first filament type ion source 38 and the second filament type ion source 39 are operated. At this time, an ionization voltage value (V) applied between the filament 41 and the anode 42 provided in the first and second filament

type ion sources

38 and 39, respectively. _A ) For the sputtering threshold (V _C ) Make it below. Here, the ionization voltage value (V _A ) For the sputtering threshold (V _C ) The reason for the following is the ionization voltage value (V) applied between the filament 41 and the anode 42. _A ) Is a sputtering threshold (V) of rare gas ions such as Ar ions to be generated _C If it is larger than the above, it is easily sputtered and evaporated by ions of rare gas such as Ar ions generated by the filament 41, and the life of the filament 41 cannot be extended.
[0023]
As a specific example, when an argon ion beam is generated from the first and second filament

type ion sources

38 and 39, a sputtering threshold (V _C ) Is about 50 to 60 V, so the ionization voltage value (V _A ) Is 60 V or less, preferably about 40 to 50 V. Also, the ionization voltage value (V _A ) Is less than 30 V, the ionization efficiency becomes poor, and I _A On the contrary, the filament life is shortened.
[0024]
When the target 36 is irradiated with an ion beam from the first filament ion source 38, the constituent particles of the target 36 are knocked out and fly onto the substrate 22. Then, the constituent particles knocked out from the target 36 are deposited on the base material 22 sent out on the base material holder 23 in the optimum irradiation region, and at the same time, a rare gas such as Ar ions from the second filament type ion source 39. Then, an orientation-controlled polycrystalline thin film having a desired thickness is formed by irradiation with a mixed ion beam of ions and oxygen ions, and then the tape-like base material 22 after the thin film formation is wound on a base material take-up bobbin 25.
Here, the incident angle θ at the time of ion irradiation is preferably in the range of 50 to 60 degrees, and most preferably in the range of 55 to 60 degrees. If the ion beam irradiation is carried out at an angle in the preferred range as described above, the (100) plane of the polycrystalline thin film crystal will stand. By depositing sputtered particles while irradiating with an ion beam at such an incident angle, the a-axis and b-axis of the YSZ orientation-controlled polycrystalline thin film formed on the substrate 22 are aligned. This may be due to the ion beam being irradiated at an appropriate angle with respect to the sputtered particles being deposited.
[0025]
In the method of manufacturing an orientation-controlled polycrystalline thin film according to the above-described embodiment, the target 36 is irradiated with an ion beam generated from the first filament ion source 38 provided in the film-forming treatment container 40 that can be evacuated. When the constituent particles of the target 36 are knocked out and deposited on the base material 22, the ion beam generated from the second filament type ion source 39 is irradiated in an oblique direction with respect to the film forming surface of the base 22 material. In the method of forming a thin film on the substrate 22 while depositing, an ionization voltage value (V) applied between the filament 41 and the anode 42 provided in the first and second filament

type ion sources

38 and 39, respectively. _A ) Is a sputtering threshold (V _C ) By making the following, it is possible to prevent the filament 41 from being consumed due to the sputtering of the filament 41 by the rare gas ions such as Ar ions, and the conventional production of the orientation controlled polycrystalline thin film. Compared with the method, the filament 41 is less likely to be consumed, and the life of the filament 41 becomes longer. Therefore, when there is oxygen gas in the ionization chamber 45, even if the filament

type ion sources

38, 39 are operated at the maximum output, the life of the filament 41 is longer than in the conventional case. Since the operation can be continuously performed, and the orientation-controlled polycrystalline thin film can be continuously formed for a long time, the production efficiency of the orientation-controlled polycrystalline thin film can be greatly improved.
[0026]
In the manufacturing method of the above-described embodiment, when a filament type ion source is used for both the sputtering unit and the assist unit, the ionization voltage value (V) applied between the filaments of the two filament type ion sources and the anode. _A ) For the sputtering threshold (V _C ) Although the following example has been described, when a filament type ion source is used for one of the sputtering means and the assist means and another type of ion source such as a DC discharge type is used for the other, one filament is used. Ionization voltage value (V) applied between the filament and anode of the ion source _A ) For the sputtering threshold (V _C ) The following should be done.
Moreover, in the manufacturing method of the above-mentioned embodiment, the manufacturing method of the thin film of this invention WHEREIN: The method of forming an orientation control polycrystalline thin film on a tape-shaped base material in the manufacturing method of an oxide superconductor (ion beam assist sputtering method) However, the present invention is not necessarily limited thereto, and may be applied to a method of forming a thin film by a physical vapor deposition method (PVD method) such as a sputtering method or a vacuum vapor deposition method using a filament type ion source. it can.
[0027]
【Example】
Example 1
A base material on which a tape-like base material is wound using an orientation-controlled polycrystalline thin film manufacturing apparatus having the filament type ion source having the configuration shown in FIG. 2 as the first and second filament type ion sources The delivery bobbin is disposed in the film forming container, the tape-like substrate is continuously fed from the substrate delivery bobbin onto the substrate holder, and the tape-like substrate 22 after the thin film is formed is taken up by the substrate take-up bobbin. I set it so that it could be rolled up.
As the tape-shaped substrate, Hastelloy C276 tape having a width of 10 mm, a thickness of 0.1 mm, and a length of 10 cm was used. A target made of YSZ (stabilized zirconia) was used.
And the inside of the film-forming processing container of this orientation control polycrystalline thin film manufacturing apparatus is evacuated by a cryopump and a rotary pump to 3.0 × 10 ^-Four The pressure was reduced to Toll and the substrate was negatively charged.
[0028]
Further, when a mixed ion beam of argon ions and oxygen ions having a sputtering voltage of 1200 V and a sputtering current of 240 mA is generated from the first filament ion source, an ionization voltage value (V) applied between the filament and the anode. _A ) Is 50 V, and on the other hand, when generating a mixed ion beam of argon ions and oxygen ions with an assist voltage of 200 V and an assist current of 100 mA from the second filament type ion source, an ionization voltage value (V _A ) Is set to 50 V, and YSZ particles are deposited on the film-forming surface of the base material, and at the same time, an ion beam is irradiated to form a YSZ-oriented polycrystalline thin film having a thickness of 0.7 μm. After the thin film is formed, the tape-shaped base material is introduced into the cover through the slit, and wound up on the base material take-up bobbin, so that it takes time to replace the filament when continuously manufacturing the orientation controlled crystal thin film. Examined. The results are shown in Table 1 below.
Here, the incident angle of the mixed ion beam generated from the second filament type ion source was set to 55 degrees.
The sputtering voltage is a voltage between the first filament type ion source and the target, the sputtering current is an amount of ions generated from the first filament type ion source, and the assist voltage is the second filament type ion. The voltage between the source and the substrate, and the assist current is the amount of ions generated from the second filament type ion source. The ionization voltage value (V _A ) Is a value measured by a voltmeter provided between the filament and the anode of the first and second filament type ion sources.
[0029]
(Example 2)
The ionization voltage value (V) applied between the filament and the anode of the first and second filament type ion sources. _A ) Was changed to 60V, and the time until the filament was replaced when the orientation controlled crystal thin film was continuously produced was examined in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1 below.
[0030]
(Comparative Example 1)
The ionization voltage value (V) applied between the filament and the anode of the first and second filament type ion sources. _A ) Was set to 70 V, respectively, and the time until the filament was replaced when the orientation controlled crystal thin film was continuously produced was examined in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1 below.
(Comparative Example 2)
The ionization voltage value (V) applied between the filament and the anode of the first and second filament type ion sources. _A ) Was set to 80 V, respectively, and the time until the filament was replaced when the orientation controlled crystal thin film was continuously produced was examined in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1 below.
[0031]
(Comparative Example 3)
The ionization voltage value (V) applied between the filament and the anode of the first and second filament type ion sources. _A ) Was set to 90 V, respectively, and the time until the filament was replaced when the orientation controlled crystal thin film was continuously produced was examined in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1 below.
(Comparative Example 4)
The ionization voltage value (V) applied between the filament and the anode of the first and second filament type ion sources. _A ) Was set to 100 V, and the time until the filament was replaced when the orientation controlled crystal thin film was continuously produced was examined in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1 below.
[0032]
[Table 1]

[0033]
As is apparent from the results shown in Table 1, the ionization voltage value (V _A ) Is 70 V or more, the filament life is as short as 2 to 8 hours, but the ionization voltage value (V _A ) Is 60 V or less, the filament has a life of 20 to 30 hours. It is the argon ion sputtering threshold (V _c ) Is about 50 to 60 V, so when the ionization voltage value is lower than this sputtering threshold, the sputter evaporation of the filament by the generated argon ions is prevented, and the consumption of the filament is greatly reduced. This is thought to be due to the longer period of time.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the method for manufacturing a thin film according to claims 1 to 3 of the present invention, the filament is knocked out by the ions generated from the filament type ion source and sputtered and evaporated by using the above-described configuration. As a result, it is possible to prevent the filament from being consumed, and the filament is less likely to be consumed as compared with the conventional thin film manufacturing method. Therefore, when there is oxygen gas in the ionization chamber of the filament type ion source, even if the filament type ion source is operated at the maximum output, the filament life is longer than before, so the filament type ion source should be operated continuously for a long time. As a result, the thin film can be formed continuously for a long time, so that the production efficiency of the thin film can be greatly improved.
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an orientation control polycrystalline thin film manufacturing apparatus used for carrying out an orientation control polycrystalline manufacturing method according to an embodiment of a thin film manufacturing method of the present invention.
2 is a schematic configuration diagram showing a filament type ion source provided in the apparatus for manufacturing an orientation-controlled polycrystalline thin film in FIG. 1. FIG.
[Explanation of symbols]
22 ... Tape-like base material, 38 ... First filament type ion source (sputtering means), 39 ... Second filament type ion source, 40 ... Deposition processing vessel, 41 ... Filament (cathode), 42 ... anode, 43 ... grid, 45 ... ionization chamber.

Claims

真空排気可能な成膜処理容器内に設けたフィラメント型イオンソースから発生させたイオンビームを薄膜原料に照射して該薄膜原料を蒸発させるか又は薄膜原料の構成粒子を叩き出して基材上に堆積させ、基材上に薄膜を形成する方法において、前記フィラメント型イオンソース内のカソードであるフィラメントとアノード間に印加するイオン化電圧値（Ｖ_Ａ）を、発生させるイオンのスパッタリングしきい値（Ｖ_Ｃ）以下にすると共に、３０〜６０Ｖの範囲に設定することを特徴とする薄膜の製造方法。The thin film material is irradiated with an ion beam generated from a filament type ion source provided in a film processing vessel capable of being evacuated to evaporate the thin film material, or the constituent particles of the thin film material are knocked out onto the substrate. In the method of depositing and forming a thin film on a substrate, an ionization voltage value (V _A ) applied between a filament, which is a cathode in the filament-type ion source, and an anode is set to a sputtering threshold (V _C ) A method for producing a thin film, characterized in that it is set below and is set in a range of 30 to 60V .

薄膜原料の構成粒子を叩き出す手段がスパッタリングであることを特徴とする請求項１記載の薄膜の製造方法。 2. The method for producing a thin film according to claim 1, wherein the means for knocking out the constituent particles of the thin film raw material is sputtering.

真空排気可能な成膜処理容器内に設けた第一のフィラメント型イオンソースから発生させたイオンビームを薄膜原料に照射し、該薄膜原料の構成粒子を叩き出して基材上に堆積させる際に、第二のフィラメント型イオンソースから発生させたイオンビームを基材の成膜面に対して斜め方向から照射しつつ堆積させ、基材上に薄膜を形成する方法において、前記第一及び第二のフィラメント型イオンソース内のカソードであるフィラメントとアノード間に印加するイオン化電圧値（Ｖ_Ａ）を、発生させるイオンのスパッタリングしきい値（Ｖ_Ｃ）以下にすると共に、３０〜６０Ｖの範囲に設定することを特徴とする薄膜の製造方法。When a thin film material is irradiated with an ion beam generated from a first filament type ion source provided in a film processing vessel capable of being evacuated, and the constituent particles of the thin film material are ejected and deposited on a substrate. In the method of forming a thin film on a substrate by depositing an ion beam generated from a second filament type ion source while irradiating the film forming surface of the substrate from an oblique direction, the first and second The ionization voltage value (V _A ) applied between the filament, which is the cathode in the filament type ion source, and the anode is set to be equal to or lower than the sputtering threshold (V _C ) of the generated ions, and is set in the range of 30 to 60 V. A method for producing a thin film, comprising: