JP5193368B2 - 材料を蒸着する方法 - Google Patents

Description

本発明は、サンプルの表面にターゲットの材料を蒸着する方法に関するものであり、本方法は、以下のステップを有している。
・ターゲットの表面にレーザービーム又は電子ビームを照射して、ターゲット材料粒子のプルームを生成させる。
・ターゲット材料粒子がサンプルの表面に蒸着されるように、プルーム近傍にサンプルを位置させる。

サンプルの表面へのターゲットの材料の蒸着は、いわゆる、パルスレーザー蒸着（ＰＬＤ）によって行われることができる。このＰＬＤ技術は、とても高い品質を選択する材料で、且つ、とても薄い層で、対象物を覆うことを可能としている。このパルスレーザー蒸着技術は、しばしば、研究環境において使用される。

しかし、産業界において、ＦＬＤ技術の利点を有することができることは望ましい。しかし問題は、ＦＬＯ技術は小規模の適用にのみ適している。現在の技術では、通常、約１０ｍｍ×１０ｍｍの表面が、均一層で覆われる。この面積は、ＦＬＤ技術で生成されるプラズマプルームによって制限される。このプルームは、通常、１０ｍｍ×１０ｍｍの小さい領域でのみ均一である。

上述の問題を解決することが、本発明の目的である。

この目的は、本発明の方法によって達成される。本発明の方法は、以下の特徴を有している。
・粒子が蒸着されるサンプルの表面に対して垂直な回転軸回りに、サンプルを回転させる。
・プルームが前記回転軸に対して半径方向に移動するように、ターゲットの表面に沿ってレーザービームを移動させる。
・可変周波数で、レーザービームのパルスを発する。

回転軸回りにサンプルを回転させることによって、サンプルの環状領域にプルーム蒸着材料を有することができる。半径方向のターゲットの表面に沿ってレーザービームを移動させることによって、ディスク形状のサンプル表面の全表面を覆うことができる。したがって、ＰＬＤの有効プルームが通常１０ｍｍ×１０ｍｍであるとしても、より大きなサンプル表面を覆うことができる。

しかし、サンプル上に対するターゲット材料の均一な蒸着を維持し、均一な薄膜特性のために全基板領域への均一なパルスレートを維持するために、更に、可変周波数でレーザービームのパルスを発する必要がある。例えば、サンプルの一定の角速度が維持されると、回転軸近傍の環状表面では、回転軸から離れた環状表面に比べ、必要なターゲット材料の量が少ない。パルスレーザービームの周波数を変化させることによって、サンプルの全表面に対するターゲット材料粒子の均一な分配を行うことが容易となる。

本発明の方法の実施形態において、サンプル表面はディスク形状であり、好ましくは、ターゲットの表面は、サンプルの表面に対してほぼ平行である。

本発明の方法の好ましい実施形態において、ターゲット材料はロッドであり、その長手方向軸に沿って回転可能である。ターゲット材料がレーザービームによって照射されると、材料のごく一部が除去され、それらの粒子がプルームを形成する。レーザービームが材料のごく一部分だけを照射するのであれば、材料の除去される量は相当な量となり、ＰＬＤプロセスを阻害することになる。特に、本発明に係るＰＬＤ技術で広い表面が覆われる場合、材料の相当量が除去され、このことはターゲット材料及びプロセスに影響を与える。ここで、ロッド形状のターゲット材料を備えることによって、その長手軸に沿って回転されることができ、材料が除去されるターゲット材料の領域を切り替えることが可能となる。移動レーザービームとロッドの回転との組み合わせによって、ターゲット材料からの材料の均等な除去を有することが可能である。

本発明に係る方法の別の好ましい実施形態において、サンプルの角速度は、回転軸とターゲットの表面のレーザービームの接触領域との間の距離に依存している。

サンプルの角速度を変化させることによって、サンプル上の材料の均一な蒸着を有する、さらなる制御パラメータを備える。

本発明に係る方法のまた別の好ましい実施形態において、レーザービームのパルス周波数は、回転軸とターゲットの表面のレーザービームの接触領域との間の距離に依存している。すでに記載したように、一定の角速度では、サンプルの外縁に蒸着している場合に比べて、サンプルの中央近傍を蒸着している場合のほうが、パルス周波数は低くなる。しかし、角速度が変化される場合、最適条件は簡単に計算されることができる。

好ましくは、レーザービームのパルス周波数は、１Ｈｚから５００Ｈｚの範囲である。

本発明のこれらの特徴及びその他の特徴は、添付の図面の結合で明らかにされる。

本発明に係る方法を示す図である。 位置を図的に示す、サンプルの上面図である。 本発明の第２実施形態を示す図である。

図１において、回転可能なサンプルホルダー１が示されている。このサンプルホルダー１の上にサンプル２が配置される。このサンプル２は通常、適当な材料の薄いディスクであり、被覆されることが必要なものである。

サンプルホルダー１及びサンプル２の下方には、ターゲット材料３が配置される。このターゲット材料は、ロッドの形状を有しており、ターゲット材料３が長手軸６に沿って回転可能とする２つのジャーナル４、５を有している。

レーザー装置（図示せず）からのレーザービーム７は、鏡８に向かっている。この鏡８は、傾斜角度が調整可能となっている。

レーザービーム７は鏡８に反射され、ターゲット材料３に投じられてプルーム９を生成する。このプルーム９は、除去されたターゲット材料３からできている。

鏡８を傾けることによって、固定されたレーザービーム７は、ターゲット材料の３の表面を、長手軸６の方向に、移動できるようになっている。その結果、プルーム９は、サンプルディスク２の半径方向に移動可能である。

図２において、サンプルディスク２が示されており、多数の蒸着物１０が存在している。この蒸着物１０は、プルーム９の結果物である。鏡８を傾斜させることによって、プルーム９はディスク２の半径方向に移動され、図２に示されるような結果となる。

ここで、サンプルディスクを回転させることによって、これらの蒸着物は、ディスク２の全表面に広げられることが可能である。図２から明らかなように、角速度ｗが一定であり、蒸着速度が一定である場合、レーザーの周波数率を一定とすることによって、サンプルディスクの端部近傍に比べ中心１１近傍のほうが、材料の蒸着がより多くなる結果となる。したがって、本発明の結果より、レーザービームの周波数を変化させることによって、蒸着率は変更され、中心１１近傍の蒸着量がより少なくなり、サンプルディスクの端部近傍の蒸着量がより多くなる。少なくともパルス周波数を変化させ、好ましくは角速度をも変化させることによって、均一に覆われる蒸着領域１０の、従来の寸法よりはるかに大きな寸法の、サンプル表面を有することが可能となる。

図３は、本発明の第２実施形態を示す概略図である。回転可能なサンプルホルダー２０が示されており、その上にサンプル２１が配置されている。この回転可能なサンプルホルダーの上方には、回転可能なターゲット材料ホルダー２２が配置されている。このターゲットホルダー２２にはターゲット２３が置かれており、この実施形態において、ディスク状の形状を有している

さらに、図３はレーザービーム又は電子ビーム２４を示しており、それは、レーザービームを平行移動可能な平面鏡２６に向かわせる、焦点鏡２５に向かっている。この平面鏡２６はレーザービームをターゲット材料２３上に向かわせ、ターゲット材料の粒子のプルーム２７を生成させる。そして、サンプル材料２１上に蒸着される。

平面鏡２６は、ガイド２８に沿ってガイドされ、平行移動可能となっている。鏡２６を平行移動させることによって、レーザービーム２４は、ターゲット材料２３の表面を移動可能となっており、その結果、プルーム２７は、サンプル材料２１の表面を移動可能となっている。

Claims (7)

1. サンプルの表面にターゲットの材料を蒸着する方法であって、
   前記方法は、
   ターゲットの表面にレーザービーム又は電子ビームを照射して、ターゲット材料粒子のプルームを生成させるステップと、
   ターゲット材料粒子がサンプルの表面に蒸着されるように、プルーム近傍にサンプルを位置させるステップと、を有し、
   さらに、粒子が蒸着されるサンプルの表面に対して垂直な回転軸回りに、サンプルを回転させるステップと、
   プルームが前記回転軸に対して半径方向に移動するように、ターゲットの表面に沿ってレーザービームを移動させるステップと、
   可変周波数で、レーザービームのパルスを発するステップと、を有することを特徴とする方法。
2. 前記サンプル表面は、ディスク形状である、請求項１記載の方法。
3. 前記ターゲットの表面は、前記サンプルの表面に対してほぼ平行である、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記ターゲット材料はロッドであり、その長手方向軸に沿って回転可能である、請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。
5. 前記サンプルの角速度は、前記回転軸と前記ターゲットの表面のレーザービームの接触領域との間の距離に依存している、請求項１〜４のいずれか１つに記載の方法。
6. 前記レーザービームのパルス周波数は、前記回転軸と前記ターゲットの表面のレーザービームの接触領域との間の距離に依存している、請求項１〜５のいずれか１つに記載の方法。
7. 前記パルス周波数は、１Ｈｚから５００Ｈｚの範囲である、請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法。

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