JP2003105530A

JP2003105530A - レーザアブレーション装置

Info

Publication number: JP2003105530A
Application number: JP2001296720A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Ishida; 哲夫石田; Toshihiro Sato; 利弘佐藤; Kenichi Motohashi; 研一本橋
Original assignee: Vacuum Products Corp
Current assignee: Vacuum Products Corp
Priority date: 2001-09-27
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2003-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】基板サイズに拘らず、レーザ入射角、基板−
ターゲット間距離等を最良な成膜条件に設定して、均一
な膜厚及び膜質にて基板に成膜するレーザアブレーショ
ン装置を提供すること。【解決手段】レーザアブレーション装置は、基板２０
を支持する基板ホルダ３０と、基板２０に対して傾斜さ
せてターゲット４０を支持するターゲットホルダ５０
と、基板２０と平行な方向Ａに沿ってターゲット４０に
入射角θにて入射するレーザ光を出射するレーザ光出射
部６０とを有する。基板２０はＣ方向に自転され、ター
ゲット４０はＤ方向に往復スライド移動される。レーザ
光は、レーザ出射方向Ａと直交し、基板２０の回転半径
方向Ｅと一致する方向Ｂに走査される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザアブレーシ
ョン装置に関する。

【０００２】

【背景技術】近年、ランタン・バリウム・銅酸化物質系
超伝導体が発見され、高温超伝導酸化物質の薄膜を形成
する技術開発が進んでいる。特に、金属材料・無機材料
及び有機材料等の高機能物質やデバイスの開発が盛んで
ある。

【０００３】このような物質やデバイスの開発には、分
子層ごとにエピタキシャル成長が可能なレーザアブレー
ション装置が有効である。

【０００４】このレーザアブレーション装置では、真空
装置内の固体原料（ターゲット）に対して、レンズにて
絞られてターゲット面上に焦点合わせされたレーザ光が
出射される。そのレーザ光の出射により、ターゲット面
上にて分子或いは原子状にアブレーション（解離蒸発）
を起こさせ、ターゲットより放出される粒子を基板上に
堆積させて薄膜を形成するものである。このレーザアブ
レーションによる薄膜形成法は、レーザ光を固体原料の
分解気化エネルギー源とする物理的気相蒸着法の一つで
ある。

【０００５】ここで、実験室レベルでは、直径６０ｍｍ
以下の基板に薄膜を形成するレーザアブレーション装置
として、良好な形成条件が確立されつつある。この条件
とは、基板−ターゲット間距離が３０〜７０ｍｍ、ター
ゲットへのレーザ光の入射角が３０〜５０°、基板温度
が６００〜９００℃などである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のレーザアブレー
ション装置は、基板の下方にて、その基板と平行に、上
述の基板−ターゲット間距離だけ隔ててターゲットを配
置していた。レーザ光は、ターゲットの斜め上方より上
述の入射角の範囲でターゲットに入射されていた。

【０００７】従って、基板サイズが大きくなると、その
基板に遮られずに斜め上方よりレーザ光をターゲットに
導くためには、ターゲットに対するレーザ光の入射角を
小さくするか、あるいは基板−ターゲット間距離を大き
くするしかなかった。

【０００８】このように、従来のレーザアブレーション
装置は、成膜条件を基板サイズに依存させて変更せざる
を得ない構造であった。このため、大型基板に対しては
成膜条件を変更せざるを得なかった。

【０００９】そこで、本発明の目的は、基板サイズに拘
らず、最良な成膜条件の下で基板に成膜することができ
るレーザアブレーション装置を提供することにある。

【００１０】本発明の他の目的は、大型基板に対して
も、均一な膜厚及び膜質にて成膜することができるレー
ザアブレーション装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の装置の一態様に
係るレーザアブレーション装置は、被成膜面を有する基
板を支持する基板ホルダと、前記基板の前記被成膜面に
対して傾斜させてターゲットを支持するターゲットホル
ダと、前記ターゲットに対して所定の入射角にて入射す
るレーザ光を出射するレーザ光出射部とを有する。

【００１２】本発明の一態様によれば、基板の前記被成
膜面に対して傾斜させて配置されたターゲットに対し
て、所定の入射角にて入射される。従って、従来のよう
に基板と平行なターゲットにレーザ光が入射されるタイ
プと比較すると、基板サイズが大型化しても、その基板
によってレーザ光の入射経路は妨げられない。しかも、
基板と平行に出射されるレーザ光は、基板に対して傾斜
して支持されたターゲットに入射するので、ターゲット
の傾斜角度の設定により、成膜条件に合致するレーザ入
射角を確保できる。また、基板サイズは、基板−ターゲ
ット間距離に影響を及ぼさないので、基板−ターゲット
間距離も、最適な成膜条件に合致するように設定でき
る。

【００１３】このとき、レーザ光出射部は、前記基板に
平行な線に対して、＋２０°〜−１０°の範囲で出射す
ることが好ましい。ここで、平行線に対するプラスの角
度は、レーザ光が平行線よりも基板側から入射すること
を意味し、マイナスの角度はレーザ光が平行線よりも基
板と離れた側から入射することを意味する。こうすると
もレーザ光は基板に対してほぼ平行な範囲で入射される
ことになり、レーザ光の入射経路を妨げない基板サイズ
をより拡大できる。

【００１４】本発明の一態様では、基板ホルダを駆動し
て基板を自転させる自転駆動部をさらに有することがで
きる。この場合、レーザ光出射部は、レーザ光の出射方
向と交差する方向であって、かつ基板の回転半径方向に
沿って、レーザ光を走査する走査部を有することができ
る。基板の回転移動とレーザ光の走査移動とにより、基
板全面に対する成膜が可能となる。

【００１５】この場合、走査部は、基板の回転半径方向
内側ではレーザ光の走査速度を速くし、基板の回転半径
方向外側ではレーザ光の走査速度を遅くすることが好ま
しい。こうすると、基板の回転半径方向内外の各位置で
の基板速度に応じてレーザ走査速度を変化させることが
できる。こうして、基板の回転半径方向の内外の各位置
にて、ターゲットからの粒子が付着する頻度を均等にす
ることで、その粒子の堆積による膜厚を均一できる。

【００１６】レーザ光の走査速度の設定については種々
可能であるが、例えば、レーザ光の走査速度をＶとし、
基板の回転中心からレーザ光の走査位置までの距離をＸ
としたとき、Ｖ＝−ａＸ＋ｂ（ａ，ｂは共に正の定数）
とすることができる。

【００１７】均一な膜厚を実現するためには、レーザ光
の走査速度を変化させるものに限らない。例えば、レー
ザ光出射部は、基板の回転半径方向内側ではレーザ光の
出射強度を低くし、基板の回転半径方向外側では前記レ
ーザ光の出射強度を高くすることができる。このようし
ても、基板の回転半径方向の内外の各位置にて、ターゲ
ットからの粒子が付着する頻度を均等にすることができ
る。

【００１８】本発明の一態様では、基板ホルダの自転駆
動部に代えて、基板を往復直線駆動させる基板往復直線
駆動部を有することができる。特に、矩形基板の場合に
は、回転駆動するよりも往復直線駆動することが好まし
い。

【００１９】この場合、レーザ光出射部は、レーザ光の
出射方向と交差する方向であって、基板の往復直線駆動
方向と交差する方向に前記レーザ光を走査させる走査部
を有することになる。ただし、往復直線駆動される基板
上の各位置の速度は等速であるので、レーザ光の走査速
度や出射強度を基板の移動と同期させて変化させる必要
はない。

【００２０】本発明の一態様では、ターゲットホルダを
駆動して、このターゲットを、レーザ光の走査方向とは
交差する方向に往復直線駆動するターゲット往復直線駆
動部をさらに有することができる。ターゲット全面にレ
ーザ光を出射させて、ターゲットの消耗を均一化させる
ためである。

【００２１】本発明の一態様では、ターゲットホルダは
回転軸を含み、この回転軸の周囲の複数の側面の各々に
ターゲットが支持することができる。

【００２２】この場合、ターゲットホルダの複数の側面
の少なくとも一つに設けられたターゲットを、他の側面
に設けられたターゲットとは異なる材質とすることがで
きる。こうすると、一枚の基板に異なる材質の膜を連続
して形成することが可能となる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。

【００２４】（装置要部の概略説明）図１は、本実施形
態に係るレーザアブレーション装置の要部を示す概略説
明図である。図１において、真空容器１０内には、基板
２０を支持する基板ホルダ３０と、ターゲット４０を支
持するターゲットホルダ５０とが設けられている。本実
施形態では、基板２０はその被成膜面２２が下向きとさ
れるように基板ホルダ３０に支持されている。この基板
２０の下方にターゲットホルダ５０が配置されている。

【００２５】真空容器１０は、ターゲット４０と対向す
る側壁にレーザ光導入窓１２を有し、この窓１２を介し
てレーザ光が入射可能となっている。

【００２６】真空容器１０の外部にレーザ光出射部６０
が設けられている。このレーザ光出射部６０は、レーザ
光源６２、ミラー６４及びレンズ６６等から構成されて
いる。このレーザ光出射部６０より出射されるレーザ光
は、レーザ光導入窓１２を介して真空容器１０内に入射
され、基板２０の被成膜面２２と平行な方向（図１では
水平方向Ａ）に沿ってターゲット４０に到達する。

【００２７】また、ミラー６４及びレンズ６６を、図１
の紙面に直交するＢ方向に移動させてレーザ光を走査す
るレーザ光走査機構６８が設けられている。

【００２８】基板ホルダ３０は、基板２０を成長温度、
例えば６００〜９００℃、好ましくは７００〜８００℃
に加熱する、ランプなどの加熱部（図示せず）を有して
いる。また、この基板ホルダ３０は、真空容器１０の外
部に配置した基板自転機構３２により、矢印Ｃ方向に自
転可能となっている。

【００２９】ターゲットホルダ５０は、図示しないター
ゲットスライド機構により、図１の矢印方向Ｄに往復直
線移動可能となっている。

【００３０】ターゲットホルダ５０に支持されるターゲ
ット４０は、基板２０に対して傾斜され、水平方向Ａの
レーザ光がターゲット４０に入射する入射角θが、３０
〜４５°となるように設定されている。また、ターゲッ
ト４０上のレーザスポットから基板２０までの距離Ｌ
は、３０〜６０ｍｍに設定されている。

【００３１】このように、レーザ光は基板２０の被成膜
面２２と平行に出射されるので、基板１０のサイズが大
きくなっても、レーザ光の出射経路Ａを遮ることがな
い。加えて、基板１０のサイズが大きくなっても、ター
ゲット面から被成膜面２２に粒子が飛翔する距離Ｌを変
更する必要はない。

【００３２】従って、基板２０のサイズに拘らず、入射
角θ及び距離Ｌを最適に設定できるので、基板２０の被
成膜面２２に成膜される膜の膜厚及び膜質（膜の組成）
を、基板２０の面内で均一にすることができる。

【００３３】以上の作用・効果は、下記に示す比較例と
対比するとより理解できる。

【００３４】（比較例との対比）図７は、第１比較例で
あるレーザアブレーション装置を示す概略説明図であ
る。図７において、真空容器２００内には、自転駆動さ
れる基板２１０と、その下方に配置される複数のターゲ
ット２２０が設けられる。これら複数のターゲット２２
０は自公転駆動される。また、基板２１０とターゲット
２２０とは平行に配置される。

【００３５】レーザ光源２３２、ミラー２３４及びレン
ズ２３６から成るレーザ光出射部２３０から出射された
レーザ光は、真空容器２００の窓２０２を介して、ター
ゲット２２０の斜め上方よりターゲット２１０に向けて
入射される。ターゲット２２０に対するレーザ光の入射
角θは、上述の通り３０〜５０°の範囲に設定される。
また、基板−ターゲット間距離Ｌも、上述した３０〜７
０ｍｍの範囲に設定される。

【００３６】図７に示す装置は、基板２１０のサイズが
比較的小さいものしか使用できない。例えば、基板−タ
ーゲット間距離Ｌを３０ｍｍに設定した場合、入射角θ
を上限側の４５°とすると直径６０ｍｍの基板２１０を
使用でき、下限の入射角θ＝３０°にて最大サイズの直
径１００ｍｍの基板２１０を使用できるのが限界であ
る。実験室レベルでは基板２１０のサイズが小さく、図
７に示す装置で充分であった。

【００３７】基板２１０のサイズが直径１００ｍｍを超
える量産レベルになると、図７に示す装置は、図８に示
す第２の比較例装置のように改造する必要がある。しか
し、図８に示す装置では、基板２１２のサイズが１００
ｍｍを超えると、その基板２１２によってレーザ光が遮
られないためには、基板−ターゲット間距離Ｌを７０ｍ
ｍ以上に設定する必要がある。これは、上述した範囲の
成膜条件外となってしまう。

【００３８】例えば、ＺｎＯ等の酸化膜を形成する場
合、１０Ｐａ程度の酸素圧力の下で成膜するため、原子
等の粒子の平均自由工程が短くなる。このとき、基板−
ターゲット間距離Ｌが長いと、ターゲット２２０から放
出された粒子が基板２１２に到達するまでの間に、酸素
分子と衝突を繰り返すため、緻密で均一な膜質の良質な
膜を形成できなくなる。

【００３９】図９は、第３の比較例装置を示している。
図９ではターゲット２４０を大型とし、ミラー２３４及
びレンズ２３４を、矢印Ｆ方向に首振りすることで、大
型ターゲット２４０の全面にレーザ光を出射するように
している。

【００４０】しかし、図９の装置では、ターゲット２４
０に対するレーザ光の入射角がθ１，θ２，θ３と、レ
ーザ光の首振り走査に伴って変化してしまう。このこと
に起因して、基板２１２に形成される膜の組成が変化
し、均質な成膜を実行できなくなる。

【００４１】本実施の形態では、基板サイズ、レーザ光
の走査位置に依存せずに、レーザ光の入射角θ及び基板
−ターゲット間距離Ｌを一定にかつ最適条件に設定でき
る。よって、膜厚が均一でかつ組成が均質な成膜が可能
となる。

【００４２】（レーザ光走査機構の説明）図２は、例え
ば円形状の基板２０の全面に均一に成膜するための動作
原理を示しており、図１に示す基板２０を下から見た概
略図である。

【００４３】図１にて説明した通り、ミラー６４及びレ
ンズ６６は、レーザ光走査機構６８により、一体となっ
て矢印Ｂ方向に往復移動される。一方、基板２０は、基
板ホルダ３０と共に、基板自転機構３２（図１参照）に
よって矢印Ｃ方向に自転される。

【００４４】ここで、レーザ光は、その出射方向Ａと直
交する走査方向Ｂに走査されるが、その走査方向Ｂと
は、基板２０の回転半径方向Ｅとも一致している。

【００４５】従って、出射方向Ａに沿って出射されるレ
ーザ光を走査方向Ｂ（基板２０の回転半径方向Ｅ）に沿
って走査させると、レーザ光によってターゲット４０面
上にてアブレーションにより放出される粒子は、レーザ
光の走査に伴って基板２０の回転半径Ｅ方向の各位置に
到達することになる。

【００４６】この動作を、基板２０の自転と共に行うこ
とで、ターゲット４０より放出される粒子は、基板２０
の全面に到達して、面内全体での成膜に寄与することに
なる。

【００４７】ここで、基板２０の回転半径方向Ｅの各位
置の移動速度について着目すると、回転半径方向Ｅの内
側（回転中心側）では移動速度が遅く、回転半径方向Ｅ
の外側（基板２０の周縁部側）では移動速度は速い。

【００４８】このため、レーザ光の走査速度を、回転半
径方向Ｅの各位置に応じて変化させている。すなわち、
基板速度の遅い回転半径方向Ｅの内側ほど、レーザ光の
走査速度を速くしている。逆に、基板速度の速い回転半
径方向Ｅの外側ほど、レーザ光の走査速度を遅くしてい
る。こうして、基板２０の半径方向Ｅの内外の各位置に
て、ターゲット４０からの粒子が付着する頻度を均等に
することで、その粒子の堆積による膜厚を均一にするよ
うにしている。

【００４９】図２には、レーザ光の走査速度Ｖと、回転
中心Ｘからの距離Ｘとの関係の一例が示されている。こ
の例では、Ｖ＝−ａＸ＋ｂ（ａ，ｂは共に正の定数）に
設定している。

【００５０】レーザ光の走査速度は、無段階にて速度変
化させるものに限らず、基板２０の半径方向にて複数区
間に分割し、各区間毎に段階的に変化させても良い。

【００５１】（ターゲットの往復直線駆動機構の説明）
図３（Ａ）に示すように、ターゲット４０は、そのほぼ
全面を消耗させるため、ターゲット往復直線駆動機構に
より、図１及び図３（Ａ）の矢印Ｄ方向に沿って往復直
線移動される。このターゲット４０の移動と同期して、
上述したようにレーザ光が図１、図２及び図３（Ａ）に
示す矢印Ｂ（＝Ｅ）方向に走査される。よって、ターゲ
ット４０面上のビームスポットＳの位置は、ターゲット
４０に対して相対的に図３（Ａ）に示すように往復直線
移動することになる。

【００５２】この結果、ターゲット４０の面上では、図
３（Ｂ）に示すハッチング領域４２が消耗されることに
なる。ただし、上述したようにレーザ光の走査速度が回
転半径方向Ｅの内外で異なる。このため、図３（Ｃ）に
示すように、回転半径方向Ｅの内側ではレーザ光の走査
速度が速くて消耗は少なくなる。逆に、回転半径方向Ｅ
の外側ではレーザ光の走査速度が遅くて消耗は多くなく
なる。従って、ターゲット４０を均一に消耗させるため
に、図３（Ｃ）に示すようにターゲット４０が消耗され
た後に、そのターゲット４０の左右を逆にして取り付け
直しても良い。

【００５３】基板２０の半径方向Ｅの内外の各位置に
て、ターゲット４０からの粒子が付着する頻度を均等に
して、その粒子の堆積による膜厚を均一にするために
は、レーザ光の走査速度を変化させるものに限らない。
例えば、レーザ光源６２のレーザ発振強度を変更しても
良い。すなわち、レーザ光出射部６０のレーザ光源６２
は、レーザ光走査部６８でのレーザ光走査と同期して、
レーザ光の発振強度を変化させる。こうして、基板２０
の回転半径方向内側ではレーザ光の出射強度を低くし、
基板２０の回転半径方向外側ではレーザ光の出射強度を
高くすることができる。この結果、回転速度が遅い回転
半径方向内側にて基板２０上に成膜するときには、レー
ザ光の出射強度を高くできる。逆に、回転速度が速い回
転半径方向外側にて基板２０上に成膜するときには、レ
ーザ光の出射強度を低くできる。

【００５４】（基板を直線往復移動させる場合）図４
は、矩形の基板２０を図示矢印方向Ｇに沿って直線往復
移動させる例を示している。この場合にも、レーザ光走
査機構６８はレーザ光を矢印Ｂ方向に走査することにな
る。また、基板２０の往復直線移動方向Ｇとレーザ光走
査方向Ｂとは相直交している。図４の例ではレーザ光の
走査移動速度は図２の場合とは異なり等速でよい。なぜ
なら、レーザ走査方向Ｂに沿った基板２０上の各位置
(レーザスポット位置)の移動速度は、図２とは異なり等
速だからである。

【００５５】（レーザアブレーション装置の全体説明）
図５は、図１及び図２に示す方式を採用したレーザアブ
レーション装置の全体を示している。図６は、図５に示
す装置中のターゲット４０と、レーザ光出射部６０との
関係を示す概略斜視図である。

【００５６】図５に示すように、このレーザアブレーシ
ョン装置は、真空容器１０と、ゲートバルブ１１０を介
して真空容器１０に接続されたロードロックチャンバ１
００と、真空容器１０内を真空排気する排気装置１２０
とを有する。

【００５７】ロードロックチャンバ１００は、真空容器
１０に基板２０が搬入出される前に、基板２０の周囲雰
囲気を大気−真空置換するものである。なお、ロードロ
ックチャンバ１００内を大気圧に設定するには不活性ガ
スが導入され、真空容器１０内と同程度に高真空にする
には真空引きされる。

【００５８】ロードロックチャンバ１００の例えば上部
に基板搬入出口１０２が設けられ、それと対向する下方
位置に、昇降機構１０４により昇降される載置台１０６
が設けられている。また、載置台１０６との間で基板２
０を受け渡し可能な基板搬入出アーム１０８が配置され
ている。

【００５９】載置台１０６が上昇して基板搬入出口１０
２より搬入された基板２０を受け取ると、載置台１０６
が下降して基板搬入出口１０２が閉鎖され、ロードロッ
クチャンバ１００内が真空引きされ、基板２０の雰囲気
が大気圧から真空に置換される。その後、載置台１０６
より基板搬入出アーム１０８に基板２０が受け渡され
る。その後、ゲートバルブ１１０が開放されて、基板搬
入出アーム１０８の前進移動により、基板２０が真空容
器１０内に搬入される。基板２０の搬出は、上述の搬入
動作とは逆の工程を辿ることで実施される。

【００６０】排気装置１２０は、真空容器１０に接続さ
れたＬ型バルブ１２２にポンプ例えばターボ分子ポンプ
１２４を連結することで構成される。また、補助ポンプ
としてロータリポンプを使用している。

【００６１】真空容器１０には、前述したレーザ光導入
窓１２と、ゲートバルブ１１０との連結口（基板２０の
搬入出ポート）以外に、図５及び図６に示すように、基
板ホルダ用取り付けポート１３０、ターゲットホルダ用
取り付けポート１４０、ＲＨＥＥＤ（反射高速電子銃回
折）用電子銃取り付けポート１５０及びＲＨＥＥＤ用ス
クリーン取り付けポート１６０が設けられている。な
お、ポート１５０，１６０は、ＲＨＥＥＤ強度振動を観
測するための電子銃及びスクリーンを真空容器１０に取
り付けるためのものである。このＲＨＥＥＤ強度振動を
リアルタイムで観測することで、原子、分子層オーダで
の膜厚制御が可能であり、スクリーン側に解析装置を直
結することで膜特性分析も可能となる。

【００６２】基板ホルダ用取り付けポート１３０には、
図５に示すように、第１のベース板１３２が固定され
る。この第１のベース板１３２には、真空容器１０内に
配置される位置に基板ホルダ３０が支持され、真空容器
１０外に配置される基板自転・昇降機構１３４が支持さ
れる。基板自転・昇降機構１３４は、基板ホルダ３０に
支持された基板２０を、自転駆動と昇降駆動させるもの
である。基板２０の昇降駆動は、基板２０を基板ホルダ
３０と基板搬入出アーム１０８との間で受け渡しする際
に実施される。基板２０の自転駆動は、基板２０に対す
る成膜プロセス中に実施される。

【００６３】ターゲットホルダ用取り付けポート１４０
には、図５に示すように、第２のベース板１４２が固定
される。この第２のベース板１４２に支持されて真空容
器１０内に配置されるターゲットホルダ５０は、図６に
示す構造を有する。すなわち、ターゲットホルダ５０
は、図示矢印Ｈ方向に回転する回転軸５２を有し、ター
ゲット４０は回転軸４２の周囲の四面にてそれぞれ図示
矢印Ｄ方向に往復スライド移動可能となっている。この
ために、図５に示すように、第２のベース板１４２に支
持されて真空室１０外に配置されるターゲット回転・ス
ライド機構１４４が設けられている。

【００６４】回転軸５２を９０°だけＨ方向に回転させ
ると、４枚のターゲット４０が公転されて、そのうちの
１枚のターゲット４０がシャッタ（図示せず）を介して
基板２０と対面（ただし、ターゲット４０は基板２０に
対して傾斜している）する。そして、シャッタを開放す
ることで、基板２０に対する成膜プロセスが実施可能と
なる。また、４枚のターゲットの少なくとも一枚、ある
いは全てを、異なるターゲット材にて形成することがで
きる。こうすると、真空室１０内にて、基板２０に対し
て異なる材質の膜を連続して形成することができる。

【００６５】レーザ光走査機構６８は、図５に示すよう
に、ミラー６４及びレンズ６６を搭載した可動板１７０
を有し、この可動板１７０が矢印Ｂ方向に往復スライド
移動される。この往復スライド移動方向Ｂは、上述した
通り、基板２０の回転半径方向Ｅと一致すると共に、タ
ーゲット４０の往復スライド方向Ｄと交差している。

【００６６】

【実施例】例えばＭｇＯ製の８インチ基板２０の被成膜
面２２に例えばＺｎＯを成膜する場合について説明す
る。上述したようにロードロックチャンバ１００を介し
て基板２０を真空容器１０内に搬入して、基板ホルダ３
０に装着する。ゲートバルブ１１０を閉鎖して、ターボ
分子ポンプ１２４により高真空引きされた真空容器１０
内に、図示しないガス導入部から処理ガス例えば酸素
を、例えば１０Ｐａ導入する。酸素濃度を一定に維持し
つつ、基板２０を矢印Ｃ方向に自転駆動し、かつ、基板
２０の温度を成長温度例えば７５０℃±１℃に制御す
る。

【００６７】Ｚｎ製のターゲット４０をシャッタと対面
する位置まで公転させた後、基板２０の自転と同期させ
て矢印Ｄ方向に往復スライド移動させる。さらに、レー
ザ光源６２より例えばエキシマレーザ光を例えばパルス
状（例えば５Ｈｚ、１５０ｍＪ）を発振させ、かつ、レ
ーザ光走査機構６８により矢印Ｂ方向（＝基板２０の回
転半径方向Ｅ）に走査させながら、レーザ光導入窓１２
を介して真空容器１０内に出射する。このとき、レーザ
光の走査速度か、レーザ光の発振強度かの一方を、レー
ザ光の走査移動に同期して変化させる。

【００６８】基板２０とターゲット４０との間のシャッ
タを開放して、エキシマレーザ光をターゲット４０に出
射すると、ターゲット４０表面で急激な発熱と光化学反
応の両方が生ずる。この結果、ターゲット４０の原材料
が爆発的に気化し、気化された粒子が基板２０に飛翔し
て、基板２０上にＺｎＯ膜が形成される。

【００６９】形成されたＺｎＯ膜は、上述した通りの最
適な成膜条件（レーザ入射角θ、ターゲット−基板間距
離Ｌ及び基板温度）が一定に維持されるため、８インチ
基板２０の全面にて均一な膜厚でかつ均一な組成にて形
成される。

【００７０】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形
実施が可能である。

【００７１】上述した通り、本発明では、レーザ光は基
板と平行に入射するものに限らない。図１０に示すよう
に、基板２０に平行な線１８０に対して＋２０°〜−１
０°の範囲で入射させても良い。なお、平行線１８０に
対してプラスの入射角にてレーザ光を入射させた方が、
マイナスの入射角の場合よりも成膜条件は良好となるこ
とが確認された。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るレーザアブレーショ
ン装置の要部を示す概略説明図である。

【図２】円形基板の自転駆動と、レーザ光の走査につい
て説明するための概略説明図である。

【図３】（Ａ）はターゲットのスライド移動距離とレー
ザ光の走査移動距離とを説明するための概略説明図、
（Ｂ）はターゲットの消耗領域（蒸発領域）を説明する
ための平面図、（Ｃ）はターゲットの消耗領域を説明す
るための断面図である。

【図４】矩形基板の往復スライド駆動とレーザ光の走査
について説明するための概略説明図である。

【図５】本発明の一実施形態に係るレーザアブレーショ
ン装置の全体図である。

【図６】図５に示す装置の要部を説明するための概略斜
視図である。

【図７】本発明と比較される第１の比較例装置の概略説
明図である。

【図８】本発明と比較される第２の比較例装置の概略説
明図である。

【図９】本発明と比較される第３の比較例装置の概略説
明図である。

【図１０】本発明の一実施形態におけるレーザ光の入射
範囲を説明するための概略説明図である。

【符号の説明】

１０真空容器２０基板３０基板ホルダ３２基板自転機構４０ターゲット４２消耗領域５０ターゲットホルダ５２回転軸６０レーザ光出射部６２レーザ光源６４ミラー６６レンズ６８レーザ光走査機構１００ロードロックチャンバ１０２基板搬入出口１０４昇降機構１０６載置台１０８搬入出アーム１１０ゲートバルブ１２０排気装置１２２バルブ１２４ターボ分子ポンプ１３０基板ホルダ用取り付けポート１３２第１のベース板１３４基板自転・昇降機構１４０ターゲットホルダ用取り付けポート１４２第２のベース板１４４ターゲット回転・スライド機構１５０ＲＨＥＥＤ用電子銃取り付けポート１６０ＲＨＥＥＤ用スクリーン取り付けポート１７０可動板１８０平行線２００真空容器２１０，２１２基板２２０，２４０ターゲット２３０レーザ光出射部２３２レーザ光源２３４ミラー２３６レンズＡレーザ光出射方向Ｂレーザ光走査方向Ｃ基板回転方向Ｄターゲット移動方向Ｅ基板の回転半径方向（＝Ｂ）Ｆ首振り方向Ｇ基板直線移動方向Ｈターゲットの公転方向

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者本橋研一東京都小平市御幸町16番１号バキュームプロダクツ株式会社内Ｆターム(参考） 4K029 DB14 DB20 EA00 JA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被成膜面を有する基板を支持する基板ホ
ルダと、前記基板の前記被成膜面に対して傾斜させてターゲット
を支持するターゲットホルダと、前記ターゲットに対して所定の入射角にて入射するレー
ザ光を出射するレーザ光出射部と、を有することを特徴とするレーザアブレーション装置。
【請求項２】請求項１において、前記レーザ光出射部は、前記基板に平行な線に対して、
＋２０°〜−１０°の範囲で出射されることを特徴とす
るレーザアブレーション装置。
【請求項３】請求項１または２において、前記基板ホルダを駆動して前記基板を自転させる自転駆
動部をさらに有し、前記レーザ光出射部は、前記レーザ光の出射方向と交差
する方向であって、かつ前記基板の回転半径方向に沿っ
て、前記レーザ光を走査する走査部を有することを特徴
とするレーザアブレーション装置。
【請求項４】請求項３において、前記走査部は、前記基板の回転半径方向内側では前記レ
ーザ光の走査速度を速くし、前記基板の回転半径方向外
側では前記レーザ光の走査速度を遅くすることを特徴と
するレーザアブレーション装置。
【請求項５】請求項４において、前記レーザ光の走査速度をＶとし、前記基板の回転中心
から前記レーザ光の走査位置までの距離をＸとしたと
き、Ｖ＝−ａＸ＋ｂ（ａ，ｂは共に正の定数）としたことを
特徴とするレーザアブレーション装置。
【請求項６】請求項３において、前記レーザ光出射部は、前記基板の回転半径方向内側で
は前記レーザ光の出射強度を低くし、前記基板の回転半
径方向外側では前記レーザ光の出射強度を高くすること
を特徴とするレーザアブレーション装置。
【請求項７】請求項１または２において、前記基板ホルダを駆動して、前記基板を往復直線駆動さ
せる基板往復直線駆動部をさらに有し、前記レーザ光出射部は、前記レーザ光の出射方向と交差
する方向であって、前記基板の往復直線駆動方向と交差
する方向に前記レーザ光を走査させる走査部を有するこ
とを特徴とするレーザアブレーション装置。
【請求項８】請求項３乃至７のいずれかにおいて、前記ターゲットホルダを駆動して、前記ターゲットを、
前記レーザ光の走査方向とは交差する方向に往復直線駆
動するターゲット往復直線駆動部をさらに有することを
特徴とするレーザアブレーション装置。
【請求項９】請求項１乃至８のいずれかにおいて、前記ターゲットホルダは回転軸を含み、前記回転軸の周
囲の複数の側面の各々に前記ターゲットが支持されるこ
とを特徴とするレーザアブレーション装置。
【請求項１０】請求項９において、前記ターゲットホルダの前記複数の側面の少なくとも一
つに設けられた前記ターゲットが、他の側面に設けられ
た前記ターゲットとは異なる材質であることを特徴とす
るレーザアブレーション装置。