JP5417455B2 - 像を面上に投影するための装置および上記像を動かすための装置 - Google Patents

Description

本発明は、像を面上に投影するための装置であって、
光線を生成するための光源と、
上記光線の進路に配置されたマスクと、
上記マスクの像の焦点を面上に合わせるために、上記マスクの後に配置されたレンズとを備え、上記面は上記レンズに平行ではない装置に関する。

特に、パルスレーザー堆積（ＰＬＤ）の分野においては、面上への像の投影を制御することが重要である。ＰＬＤによれば、レーザー光線が、アブレーション可能材料の面上に角度をもって投影される。投影された像は、レーザー光線のエネルギーが集中するスポットである。このエネルギーは、上記面の材料を蒸発させてプラズマプルームとし、このプラズマプルームを、基板の面をコーティングするために用いることができる。

ＰＬＤでは、マスクの像であるスポットは、レーザーエネルギーが均等に分配されるように均一であることが重要である。これは、スポットを投影する面の固形材料と組織が一致するプラズマプルームを有するために必要である。もし、スポットが均一でなければ、面材料の一部の成分がプラズマ相になり、一部の成分がメルトドロップおよびフォームドロップのみになり、そして、一部の成分が固体のままであるということが起こり得る。

ＰＬＤでは、光線は、一般に、面上に角度をもって投影されるので、スポットは、常にいくらか不均一である。この不均一性は、光線と面との間の角度が小さくなる程、より目立つようになる。「角度をもった、あるいは、傾いた（under an angle）」という文言により、光線が、面に垂直でも平行でもないことが分かる。

ＰＬＤの分野では、ますます広い基板面をコーティングする傾向がある。光線が投影される面の近くに基板を配置する必要があるので、光線を面上に案内できるスペースが減少し、それに応じて、光線と面との間の角度が減少して、結果として、一層のエネルギー分配の不均一をもたらす。

上述の不都合を減少させる、あるいは、防ぐことが本発明の目的である。

この目的は、前文（プレアンブル）の構成を備える装置であって、上記マスクのエッジに沿ったほぼ全ての位置の各々における上記レンズへの距離ｖ、および、上記マスクの上記像のエッジにおける対応する位置の上記レンズへの距離ｂが、式１／ｖ＋１／ｂ＝１／ｆ（ｆは上記レンズの焦点の長さ）に略対応していることを特徴とする装置により達成される。

マスクのエッジに沿った各々のポイントが上述の式に適合するように、マスクをレンズに対して整置させることによって、シャープな像が面上に投影される。本発明がＰＬＤで用いられるとき、シャープなスポットが投影され、その結果、このスポットにおける均一なエネルギー分配が達成される。

本発明による装置の好ましい実施形態において、上記面は、フラットであり、かつ、上記レンズに対して角度をもって配置され、上記マスクは、光線が通過する開口を有するフラットプレートであり、上記フラットプレートは、上記レンズに対して角度をもって配置されている。

この実施形態は、本発明のためのシンプルな解決手段を提供する。面がフラットであり、かつ、マスクがフラットプレートなので、マスクのエッジに沿ったあるポイントが上記式に適合して、面にシャープな像を投影することを確実にするのに十分である。

本発明による装置の別の実施形態において、上記面は、湾曲していて、上記マスクは、上記式１／ｖ＋１／ｂ＝１／ｆに適合するように湾曲している。

本発明によれば、湾曲した面上にシャープなスポットを投影することもできる。このためには、マスクのエッジに沿った各々のポイント、および、像の対応するポイントが、式１／ｖ＋１／ｂ＝１／ｆに適合するように、マスクもまた形作られている必要がある。

本発明によるさらに別の実施形態において、上記マスクは、複数のマスク部分から構成されている。このマスク部分は、小さいマスクであり、組み合わせて、本発明による装置に適している大きいマスクを提供する。この小さいマスクによれば、特定の湾曲した投影面に対して必要な湾曲したマスクを提供することがより簡単にできる。各々のマスク部分は、開口を有するフラット要素であるのが好ましい。このようなマスク部分は、簡単に製造することができる。

小さいマスク部分は、個別のステップを有する主なマスクを提供するが、偏向ずれは小さいため、先行技術と比較してまだ多数の利点が達成される。

この小さいマスク部分を用いれば、マスク部分を手動でも制御によっても調節可能にすることで、マスクを投影面の形状によって決まるように適合させることさえも可能になる。この後者の実現性において、像を投影して、光線に対して面を動かしている間に、または、光線の角度を変更している間に、マスクを適合させることができるであろう。

本発明による装置の他の好ましい実施形態において、上記面は、アブレーション可能材料の面であり、上記光線は、上記アブレーション可能材料のプラズマプルームを生成するためのレーザービームである。

これらの特徴は、パルスレーザー堆積の装置にとって代表的なものである。好ましくは、基板が上記アブレーション可能材料の面と平行に配置されていて、上記基板の面は、上記アブレーション可能材料でコーティングされる。

パルスレーザー堆積法によれば、アブレーション可能材料の面に沿って投影されたスポットを動かすこともまた一般的である。スポットを動かすことによって、生成されたプラズマプルームもまた動かされ、基板の面上にプラズマプルームが広がる原因となる。スポットのこの動きは、一般的に、角度が調整可能なミラーにより光線を反射することによって達成される。ミラーの角度を変更するとき、スポットをアブレーション可能材料の面に沿って動かすことができる。

一方、角度が調整可能なミラーと共にスポットを動かすことは、マスクの像のエッジにおける位置とレンズとの間の距離ｂを変化させる。これは、面上のマスクの像を不鮮明にしてしまう。マスクの位置と方向を変化させることによって、これを修正できる。

また一方、本発明によれば、焦点に影響を与えることのないスポットの動きを異なった方法で達成することができ、このスポットの動きは、スポットに焦点を当てることに関する上述の発明から切り離して用いることもできる。そのため、本発明によるスポットの動きを先行技術の装置と共に用いることもできる。

スポットの焦点に影響を与えることのないスポットの動きは、次の装置により達成される。角度をもった、つまり傾いた光線を面上に案内し、上記面に沿って上記傾いた光線を動かすための装置であって、上記装置は、上記面および上記光線の進入進路と平行な第１方向に移動可能な第１キャリッジと、上記傾いた光線を案内するために上記第１キャリッジに配置された第１ミラーと、上記光線を上記面に集めるために上記第１キャリッジ上かつ上記第１ミラーの後方に配置されたレンズとを備える。

ＰＬＤの分野において、マスクとレンズの距離ｖは、像とレンズの距離ｂよりもかなり大きい。そのため、マスクの像とレンズとの間の距離ｂが一定であるならば、距離ｖの小さな変化は、像の焦点に著しい影響を与えない。本発明によれば、ミラーとレンズを共に、そして、光線の進入経路と同じ方向に動かすことによって、距離ｂが一定に保たれる。

好ましい実施形態において、本発明の装置は、上記光線をさらに案内するために、上記第１ミラーと上記レンズとの間に配置された第２ミラーを備える。

距離ｂと距離ｖが、同じオーダーであるとき、マスクを第１キャリッジと共に動かすのが好ましく、第１キャリッジを動かし、それに応じて、面に沿ってスポットを動かすとき、距離ｂと距離ｖが一定に保たれて、常にスポットに焦点を当て続ける。

さらに他の好ましい本発明の実施形態は、上記第１キャリッジが第１方向に移動可能であり、上記第１方向に垂直、かつ、上記面に平行な第２方向に移動可能である第２キャリッジと、到着した光線を上記第２方向に偏向させるための固定ミラーと、上記固定ミラーからの上記光線を上記第１方向に偏向させるために、上記第２キャリッジ上に配置された第３ミラーとを備える。

この実施形態では、面上の２つの軸に沿ってスポットを動かすことができる。これは、面の形状が、先行技術と差がない円形にもはや限定されることはないという有利な点を有する。他の有利な点は、レーザーのパルス振動数が、面上のスポットの位置にもはや依存しないということである。先行技術において、円形面が回転し、スポットが面の中心に近づくとき、レーザーの振動数は、平行な基板の面全部を一様にコーティングするために低く維持する必要がある。本発明では、面に沿って所望のどんな速度でもスポットを動かすことができ、レーザーの最大パルス振動数の使用を可能にさせ、高い堆積速度をもたらす。

さらに他の有利な点は、面上の特定の座標にスポットを動かすことができるので、堆積を局所的に実行できることである。シャドウマスクを用いることで、局所的に堆積したコーティングを、基板上に正確に画定することができる。

さらに、スポットの動きと共に、ターゲットを移動させることもできる。これは、より小さいターゲットを必要とするが、それでも相対的に大きい基板の面上にコーティングを堆積させることができる。

本発明はさらに、面に像を投影するための本発明による装置と、角度をもった、つまり傾いた光線を面上に案内し、この面に沿って上記傾いた光線を動かすための本発明による装置との組み合わせを提供する。

本発明では、レンズの軸が、光線の軸と略一致するのが好ましいが、レンズの軸と光線の軸との間に角度を持つこともできる。

本発明のこれらや他の有利な点は、添付の図面と併せて説明される。
図１は、像を面に投影するための装置を示す略図である。 図２は、傾いた光線を面上に案内し、この面に沿って上記傾いた光線を動かすための装置を示す略図である。 図３は、光線を案内するための装置の第２実施形態を示す略図である。

図１に、本発明による装置の一実施形態の略図が示されている。特に、装置１は、パルスレーザー堆積（ＰＬＤ）に適している。

この装置１は、軸３を有するレーザー光線２を生成する。このレーザー光線２は、マスク４に投影される。このマスク４は、この実施形態において、開口５を有するプレートである。

マスク４の開口５を通過するレーザー光線の一部６は、レンズ７に入射し、このレンズ７が、光線を集中させて、面９上にスポット８を投影する。スポット８により面９上に加えられたエネルギーは、面９の蒸発した材料のプルーム（図示せず）を生成することができる。そして、このプルームは、基板１０上に堆積する。

面９上に集束スポット８を有するために、マスク開口５のエッジに沿ったほば全ての位置の各々からレンズ７までの距離ｖ_１，ｖ_２と、スポット８、すなわち、マスク４の像のエッジにおいて対応する位置からレンズ７までの距離ｂ_１，ｂ_２とが、式１／ｖ_１＋１／ｂ_１＝１／ｆおよび１／ｖ_２＋１／ｂ_２＝１／ｆ（ｆはレンズ７の焦点長さ）にそれぞれ対応していることが必要である。

図２において、面２２上に角度をもった光線２１を案内し、面２２に沿って上記傾いた光線２１を動かすための装置２０が示されている。

この装置は、面２８上を移動可能であるキャリッジ２３を有している。このキャリッジ２３上に、第１ミラー２４と、第２ミラー２５と、レンズ２６とが配置されている。

光線２１の進入経路２７は、面２８に平行であり、この光線２１は、面２８に沿って、キャリッジ２３の位置に依存しない一定の角度でミラー２４上に入射する。

そのとき、光線２１は、ミラー２４によって第２ミラー２５上に反射され、第２ミラー２５は、レンズ２６に向かって光線を反射する。そして、このレンズは、光線２１を集束させて、集束されたスポット３０を面２２上に投影する。

キャリッジ２３が面２８に沿って移動するとき、投影されたスポット３０は、それに応じて面２２上を移動する。面２２が面２８に平行なので、レンズ２６とスポット３０との間の距離ｂは、キャリッジ２３ひいてはスポット３０が移動するとき、変化しない。

そのため、本発明による装置２０によれば、面２２に沿ってスポット３０を移動させることができ、さらに、スポット３０の焦点を維持することができる。

図３に、光線を案内するための装置の第２実施形態の略図が示されている。

この装置４０は、第２方向４２に移動可能な第２キャリッジ４１を備える。この第２キャリッジ４１上に、第１キャリッジ２３（図２にも示すように）が配置される。この第１キャリッジ２３は、第１方向４３に移動可能である。第１方向４３と第２方向４２とは、直角を成す。

第２キャリッジ４１上に第３ミラー４７が配置され、第２キャリッジ４１に隣接して固定ミラー４５が配置される。

光線２７は、固定ミラー４５を介して装置４０に進入する。この進入経路２７は、第１方向４３に平行である。固定ミラー４５が光線を反射し、反射された光線４６は、第２方向４２に平行である。その後、反射された光線４６は第３ミラー４７に達し、この第３ミラー４７は、第１方向４３に平行な方向に光線を反射する。その結果、この反射された光４８は、図２と共に説明されているように、装置２０に進入する。

この装置４０によれば、面上のどんな位置でも光線２１を案内することができる一方、この面上のスポットの焦点を維持することができる。

Claims (6)

1. パルスレーザー堆積に用いる、像を面上に投影するための装置であって、
   光線を生成する光源と、
   上記光線の進路に配置されたマスクと、
   上記マスクの像の焦点を面上に合わせるために、上記マスクの後に配置されたレンズとを備え、上記面は上記レンズに平行ではなく、
   上記マスクのエッジに沿ったほぼ全ての位置の各々における上記レンズへの距離ｖ、および、上記マスクの上記像のエッジにおける対応する位置の上記レンズへの距離ｂが、式１／ｖ＋１／ｂ＝１／ｆ（ｆは上記レンズの焦点の長さ）に略対応している装置において、
   上記面が、アブレーション可能材料の面であり、上記光線が、上記アブレーション可能材料のプラズマプルームを生成するためのレーザー光線であり、上記アブレーション可能材料の面の向かいに基板が配置されていることを特徴とする装置。
2. 請求項１に記載の装置において、
   上記面は、フラットであり、かつ、上記レンズに対して角度をもって配置され、上記マスクは、光線が通過する開口を有するフラットプレートであり、上記フラットプレートは、上記レンズに対して角度をもって配置されていることを特徴とする装置。
3. 請求項１に記載の装置において、
   上記面は、湾曲していて、上記マスクは、上記式１／ｖ＋１／ｂ＝１／ｆに適合するように湾曲していることを特徴とする装置。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の装置において、
   上記マスクは、複数のマスク部分から構成されていることを特徴とする装置。
5. 請求項４に記載の装置において、
   各々のマスク部分は、開口を有するフラット要素であることを特徴とする装置。
6. 請求項１から５のいずれか１つに記載の装置において、
   上記基板が上記アブレーション可能材料の面と平行に配置されていて、上記基板の面は、上記アブレーション可能材料でコーティングされることを特徴とする装置。

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