JPH03104861A - レーザアブレーションに使用するための装置 - Google Patents
レーザアブレーションに使用するための装置Info
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- JPH03104861A JPH03104861A JP2133677A JP13367790A JPH03104861A JP H03104861 A JPH03104861 A JP H03104861A JP 2133677 A JP2133677 A JP 2133677A JP 13367790 A JP13367790 A JP 13367790A JP H03104861 A JPH03104861 A JP H03104861A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/24—Vacuum evaporation
- C23C14/28—Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、薄膜形成のレーザアブレーション工程に関
するものであり、特定的には、パルスレーザアプレーシ
ョンの飛散効果（ｓｐｌａｓｈｉｎｇ ａ［Ｉｃｃｔ）
を低減する方法および装置に関するものである。
するものであり、特定的には、パルスレーザアプレーシ
ョンの飛散効果（ｓｐｌａｓｈｉｎｇ ａ［Ｉｃｃｔ）
を低減する方法および装置に関するものである。
発明の背景
レーザアプレーションの工程は基板上に材料の薄膜を形
成する技術において知られており、かつたとえば「レー
ザ補助成膜およびアニーリング」（“Ｌａｓｅｒ Ａ…
ｓｊｅｄ ＤｅｐｏｓＨｉｏｎ ａｎｄ Ａｎｎｅｘｌ
ｉｎｇつと称される米国特許番号第４．７０１．５９２
号において説明される。′５９２特許はまた“飛散（ｓ
ｐｌａｓｈｉｎｇ ）”と呼ばれるパルスレーザアブレ
ーションの望ましくない副作用を説明し、そこでレーザ
ターゲットの表面から放出された固体粒子および溶解し
た小滴は形或された膜の乏しい形態および低い結晶品質
の原因となる。
成する技術において知られており、かつたとえば「レー
ザ補助成膜およびアニーリング」（“Ｌａｓｅｒ Ａ…
ｓｊｅｄ ＤｅｐｏｓＨｉｏｎ ａｎｄ Ａｎｎｅｘｌ
ｉｎｇつと称される米国特許番号第４．７０１．５９２
号において説明される。′５９２特許はまた“飛散（ｓ
ｐｌａｓｈｉｎｇ ）”と呼ばれるパルスレーザアブレ
ーションの望ましくない副作用を説明し、そこでレーザ
ターゲットの表面から放出された固体粒子および溶解し
た小滴は形或された膜の乏しい形態および低い結晶品質
の原因となる。
飛散は２個の主な原因、表面下の沸騰およびデフォリエ
ーション（ｄｅｌｏｌｉａｔｉｏｎ ）に帰するもので
あるとされてきた。デフォリエーションはレーザターゲ
ットの荒い表面からの弱く結合された凹凸の放出を説明
するために使用される用語である。
ーション（ｄｅｌｏｌｉａｔｉｏｎ ）に帰するもので
あるとされてきた。デフォリエーションはレーザターゲ
ットの荒い表面からの弱く結合された凹凸の放出を説明
するために使用される用語である。
表面下の沸騰はほとんどの工程で回避されることができ
る、なぜならばそれは包括的に非常に高い電力密度にお
いてのみ起こるからである。しかしながら、デフォリエ
ーションはより深刻な問題である、なぜならば深い亀裂
および針晶の形成のような不均一の表面特徴は、平面タ
ーゲット表面が集光レーザビームによってラスターパタ
ーンで走査されるとき必然的に発生されるからである。
る、なぜならばそれは包括的に非常に高い電力密度にお
いてのみ起こるからである。しかしながら、デフォリエ
ーションはより深刻な問題である、なぜならば深い亀裂
および針晶の形成のような不均一の表面特徴は、平面タ
ーゲット表面が集光レーザビームによってラスターパタ
ーンで走査されるとき必然的に発生されるからである。
実験を通して、新しく磨かれたターゲットが最初に使用
されるとき、飛散は最小化され、かつこのように滑らか
な膜が形成されるということがわかった。しかしながら
、ターゲットがラスターパターンで集光レーザビームに
より繰返し走査されるとき、ターゲットの表面には亀裂
ができ、かつ基板上に形成される膜の形態は悪くなる。
されるとき、飛散は最小化され、かつこのように滑らか
な膜が形成されるということがわかった。しかしながら
、ターゲットがラスターパターンで集光レーザビームに
より繰返し走査されるとき、ターゲットの表面には亀裂
ができ、かつ基板上に形成される膜の形態は悪くなる。
それゆえ、デフォリエーションによる望ましくない飛散
はレーザアブレーションの間滑らかなターゲット表面を
維持することにより最小化され得るということは明らか
である。
はレーザアブレーションの間滑らかなターゲット表面を
維持することにより最小化され得るということは明らか
である。
発明の概要
この発明は基板上に薄膜を形戊するパルスレーザアプレ
ーション工程の間起こる飛散効果を低減するための方法
および装置を含む。この発明は、滑らかなターゲット表
面を維持することにより、飛散効果を低減するレーザ集
光レンズおよびターゲットの円柱形状を含む。滑らかな
ターゲット表面は集光レーザビームによるデフオリエー
ションにさらされたより少ない数の荒い表面の凹凸のた
めに、飛散効果を最小化する。
ーション工程の間起こる飛散効果を低減するための方法
および装置を含む。この発明は、滑らかなターゲット表
面を維持することにより、飛散効果を低減するレーザ集
光レンズおよびターゲットの円柱形状を含む。滑らかな
ターゲット表面は集光レーザビームによるデフオリエー
ションにさらされたより少ない数の荒い表面の凹凸のた
めに、飛散効果を最小化する。
この発明において、ターゲット材料は長手方向軸を有す
る円柱固体の形で形或される。ターゲットは容器の上の
真空チャンバに装着され、その結果ターゲットはそれが
その軸に沿って同時に並進させられる間その軸の回りで
回転させられることができる。レーザビームは、円柱レ
ンズによって、ターゲットの長手方向軸に包括的に平行
なラインでターゲットの円柱表面に集光される。集光レ
ーザビームの入射角は、より一見性のあるジオメトリを
提供するため円柱表面に直角以外でもよい。
る円柱固体の形で形或される。ターゲットは容器の上の
真空チャンバに装着され、その結果ターゲットはそれが
その軸に沿って同時に並進させられる間その軸の回りで
回転させられることができる。レーザビームは、円柱レ
ンズによって、ターゲットの長手方向軸に包括的に平行
なラインでターゲットの円柱表面に集光される。集光レ
ーザビームの入射角は、より一見性のあるジオメトリを
提供するため円柱表面に直角以外でもよい。
この発明の円柱ターゲットおよびレーザビーム集光レン
ズの実験はパルスレーザアブレーションの飛散効果の大
きな減少を示した。ターゲットの表面は滑らかなままで
、かつ実際にアブレーションとともにより滑らかになる
かもしれない。さらに、この形状はターゲット材料の容
器なしの保持を許容し、このように不純物の混入を減少
し、かつターゲット材料の使用の効率を増加させる。
ズの実験はパルスレーザアブレーションの飛散効果の大
きな減少を示した。ターゲットの表面は滑らかなままで
、かつ実際にアブレーションとともにより滑らかになる
かもしれない。さらに、この形状はターゲット材料の容
器なしの保持を許容し、このように不純物の混入を減少
し、かつターゲット材料の使用の効率を増加させる。
好ましい実施例の説明
この発明はレーザアブレーションの装置および工程にお
ける改良を含む。この発明は、特に、ターゲット材料の
レーザアプレーションの間起こる望ましくない飛散効果
を低減することにより基板上に均一の薄膜を形成する際
に有用である。
ける改良を含む。この発明は、特に、ターゲット材料の
レーザアプレーションの間起こる望ましくない飛散効果
を低減することにより基板上に均一の薄膜を形成する際
に有用である。
図面を参照すると、この発明は簡略化された概略形式で
図示される。この発明の構成要素は、一般に利用可能な
装着および位置決め手段（図示せず）を使用して典型的
な真空チャンバに位置決めされてもよい。レーザアブレ
ーションにさらされたターゲット材料１０は円柱表面１
２を有するように形成される。一般に、ターゲット１０
は長手方向軸１４を有する円柱固体として形成されても
よい。Ｎｄ ： ＹＡＧレーザのようなレーザ１６はレ
ーザビーム１８を発生する。レーザビーム１８は、軸１
４に包括的に平行なライン２４に沿って表面１２にビー
ム２２を集光する円柱レンズ２０を通して向けられる。
図示される。この発明の構成要素は、一般に利用可能な
装着および位置決め手段（図示せず）を使用して典型的
な真空チャンバに位置決めされてもよい。レーザアブレ
ーションにさらされたターゲット材料１０は円柱表面１
２を有するように形成される。一般に、ターゲット１０
は長手方向軸１４を有する円柱固体として形成されても
よい。Ｎｄ ： ＹＡＧレーザのようなレーザ１６はレ
ーザビーム１８を発生する。レーザビーム１８は、軸１
４に包括的に平行なライン２４に沿って表面１２にビー
ム２２を集光する円柱レンズ２０を通して向けられる。
集光ビーム２２の入射角は、表面１２に集光ビーム２２
の入射の幾分一見できる入射角を与えるため表面１２に
関し直角以外であってもよい。ターゲット１０は矢印２
６により示されるように軸１４の回りを一方または両方
の方向に回転できるように装着される。さらに、夕一ゲ
ット１０は矢印２８により示されるように軸１４に沿っ
てどちらかの方向に並進できるように装着される。代替
的にライン２４の位置は、当該技術においてよく知られ
るようにレーザビーム集光および方向付けシステムによ
って、回転する表面１２を介して並進されてもよい。
の入射の幾分一見できる入射角を与えるため表面１２に
関し直角以外であってもよい。ターゲット１０は矢印２
６により示されるように軸１４の回りを一方または両方
の方向に回転できるように装着される。さらに、夕一ゲ
ット１０は矢印２８により示されるように軸１４に沿っ
てどちらかの方向に並進できるように装着される。代替
的にライン２４の位置は、当該技術においてよく知られ
るようにレーザビーム集光および方向付けシステムによ
って、回転する表面１２を介して並進されてもよい。
真空チャンバの制御された環境におけるパルスレーザア
ブレーションの工程において（図示せず）、ビーム２２
はターゲット１０の表面１２の上にライン２４で集光さ
れる。表面１２のアブレーションの間、ターゲット１０
は軸１４の回りを回転させられる。ターゲット１０の回
転は表面１２が滑らかなままであるようにし、それによ
って不均一なターゲット表面のデフォリエーションによ
り起こされる飛散効果を低減する。回転と同時に、ター
ゲット１０はまた軸１４に沿って並進させられてもよい
。並進はこの発明の必要条件ではないが、ターゲット１
０の並進またはレーザビーム方向付けシステムによるラ
イン２４の代替的な並進は全表面１２の均一なアブレー
ションを提供し、かつそれがビーム２２を再集光する必
要がある前にターゲットの使用のより長い持続時間を許
容する。表面１２を介してビーム２２を並進させるより
もむしろ固定レーザビーム２２に関し夕一ゲット１０を
並進させることの１つの有利な点は、固定ビームおよび
並進するターゲットは、基板３０に関し安定し、かつ空
間に実質的に固定されたままである蒸発プルームを生じ
るということである。この発明の好ましい実施例におい
て、アブレーションされたターゲット材料のレーザ誘起
されたプルームは非常に安定で、それによって基板３０
上に改良された薄膜形成を生じる。
ブレーションの工程において（図示せず）、ビーム２２
はターゲット１０の表面１２の上にライン２４で集光さ
れる。表面１２のアブレーションの間、ターゲット１０
は軸１４の回りを回転させられる。ターゲット１０の回
転は表面１２が滑らかなままであるようにし、それによ
って不均一なターゲット表面のデフォリエーションによ
り起こされる飛散効果を低減する。回転と同時に、ター
ゲット１０はまた軸１４に沿って並進させられてもよい
。並進はこの発明の必要条件ではないが、ターゲット１
０の並進またはレーザビーム方向付けシステムによるラ
イン２４の代替的な並進は全表面１２の均一なアブレー
ションを提供し、かつそれがビーム２２を再集光する必
要がある前にターゲットの使用のより長い持続時間を許
容する。表面１２を介してビーム２２を並進させるより
もむしろ固定レーザビーム２２に関し夕一ゲット１０を
並進させることの１つの有利な点は、固定ビームおよび
並進するターゲットは、基板３０に関し安定し、かつ空
間に実質的に固定されたままである蒸発プルームを生じ
るということである。この発明の好ましい実施例におい
て、アブレーションされたターゲット材料のレーザ誘起
されたプルームは非常に安定で、それによって基板３０
上に改良された薄膜形成を生じる。
この発明の形態は、約２０度のビーム２２の入射角で、
かつ約１０−１５ｒｐｍのターゲット１０の回転でパル
スレーザアブレーションにおいて使用されてきた。超伝
導材料ＹＢａＣｕＯを形成する実験において、１ミクロ
ンの厚さの薄膜の層の上の１−１０ミクロンの粒子寸法
のための粒子密度は、従来のレーザビームおよびターゲ
ット形状を使用して１ｃｄ当たり１０’−１０８粒子の
範囲にあった。対照的に、同じ形成速度でこの発明の形
状を使用することは、１ａｌ当たり１０５粒子またはそ
れより少ない粒子まで減少された密度でずっと小さい粒
子を発生した。この改良は、表面の凹凸がほとんどなく
滑らかなままである表面１２からの粒子の飛散が低減さ
れたことに帰することができる。事実、実験は表面１２
がレーザアブレーションの数回の行程の後、より滑らか
になることを示した。円柱ターゲット形状の結果として
起こる低減された飛散、低減された不純物の混入および
改良された効率に加えて、この発明により発生された安
定したレーザ誘起されたプルームは反応性デポジション
のために酸素またはほかのガス注入の効率を改良する。
かつ約１０−１５ｒｐｍのターゲット１０の回転でパル
スレーザアブレーションにおいて使用されてきた。超伝
導材料ＹＢａＣｕＯを形成する実験において、１ミクロ
ンの厚さの薄膜の層の上の１−１０ミクロンの粒子寸法
のための粒子密度は、従来のレーザビームおよびターゲ
ット形状を使用して１ｃｄ当たり１０’−１０８粒子の
範囲にあった。対照的に、同じ形成速度でこの発明の形
状を使用することは、１ａｌ当たり１０５粒子またはそ
れより少ない粒子まで減少された密度でずっと小さい粒
子を発生した。この改良は、表面の凹凸がほとんどなく
滑らかなままである表面１２からの粒子の飛散が低減さ
れたことに帰することができる。事実、実験は表面１２
がレーザアブレーションの数回の行程の後、より滑らか
になることを示した。円柱ターゲット形状の結果として
起こる低減された飛散、低減された不純物の混入および
改良された効率に加えて、この発明により発生された安
定したレーザ誘起されたプルームは反応性デポジション
のために酸素またはほかのガス注入の効率を改良する。
この発明はその特定の実施例に関し説明されてきたが、
様々な変化および変更は当業者に示唆されてもよい。し
たがって、この発明は前掲の特許請求の範囲の中に収ま
るような変化および変更を含むということが意図される
。
様々な変化および変更は当業者に示唆されてもよい。し
たがって、この発明は前掲の特許請求の範囲の中に収ま
るような変化および変更を含むということが意図される
。
図面はこの発明のレーザビームおよびターゲット形態の
概略図を示す。 図において、ｌＯはターゲット、１２は表面、１４は軸
、１６はレーザ、１８はレーザビーム、２２は集光ビー
ムを示す。 図面の浄書（内容に変更なし）
概略図を示す。 図において、ｌＯはターゲット、１２は表面、１４は軸
、１６はレーザ、１８はレーザビーム、２２は集光ビー
ムを示す。 図面の浄書（内容に変更なし）
Claims (12)
- （１）円柱表面および長手方向軸を有する材料のターゲ
ットを含み、前記円柱表面は前記材料のレーザアブレー
ションの間前記長手方向軸の回りで回転可能であり、 前記長手方向軸に実質的に平行なラインで前記円柱表面
にレーザビームを集光するための手段をさらに含む、レ
ーザアブレーションに使用するための装置。 - （２）前記ターゲットが円柱固体を含む、請求項１記載
の装置。 - （３）前記集光手段が円柱レンズを含む、請求項１記載
の装置。 - （４）前記円柱表面が前記材料のレーザアブレーション
の間前記長手方向軸に沿って並進できる、請求項１記載
の装置。 - （５）前記集光手段が前記円柱表面に直角以外の入射角
で前記円柱表面に前記レーザビームを集光する、請求項
１記載の装置。 - （６）基板上に薄膜を形成するレーザアブレーション工
程に使用するための装置であって、円柱表面および長手
方向軸を有する材料のターゲットと、 前記長手方向軸に実質的に平行なラインで前記円柱表面
にレーザビームを集光し、それによって前記ターゲット
材料のレーザアブレーションを起こすためのレンズとを
含み、 前記ターゲットは、前記ターゲット材料のレーザアブレ
ーションの間前記長手方向軸の回りで回転可能である、
装置。 - （７）前記レンズが前記円柱表面に直角以外の入射角で
前記円柱表面に前記レーザビームを集光する、請求項６
記載の装置。 - （８）前記レンズが円柱レンズを含む、請求項７記載の
装置。 - （９）前記ターゲットが前記ターゲット材料のレーザア
ブレーションの間前記長手方向軸に沿って並進すること
ができる、請求項８記載の装置。 - （１０）円柱表面および長手方向軸を有するターゲット
材料を提供し、 前記長手方向軸に実質的に平行なラインで前記円柱表面
にレーザビームを集光し、それによって前記ターゲット
材料のレーザアブレーションを起こし、 前記ターゲット材料のレーザアブレーションの間前記長
手方向軸の回りで前記ターゲット材料を回転させる段階
を含む、レーザアブレーションの方法。 - （１１）集光の段階が前記円柱表面に直角以外の入射角
で前記円柱表面に前記レーザビームを集光することを含
む、請求項１０記載の方法。 - （１２）前記ターゲット材料のレーザアブレーションの
間前記長手方向軸に沿って前記ターゲット材料を並進さ
せる段階をさらに含む、請求項１１記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US35900589A | 1989-05-26 | 1989-05-26 | |
| US359,005 | 1989-05-26 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03104861A true JPH03104861A (ja) | 1991-05-01 |
Family
ID=23411934
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2133677A Pending JPH03104861A (ja) | 1989-05-26 | 1990-05-23 | レーザアブレーションに使用するための装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5049405A (ja) |
| JP (1) | JPH03104861A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005028696A1 (ja) * | 2003-09-16 | 2005-03-31 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | 薄膜の製造方法ならびに薄膜線材の製造方法およびパルスレーザ蒸着装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| DE4022817C1 (ja) * | 1990-07-18 | 1991-11-07 | Deutsche Forschungsanstalt Fuer Luft- Und Raumfahrt Ev, 5300 Bonn, De | |
| US5145713A (en) * | 1990-12-21 | 1992-09-08 | Bell Communications Research, Inc. | Stoichiometric growth of compounds with volatile components |
| US5203925A (en) * | 1991-06-20 | 1993-04-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Apparatus for producing a thin film of tantalum oxide |
| US5227204A (en) * | 1991-08-27 | 1993-07-13 | Northeastern University | Fabrication of ferrite films using laser deposition |
| JP3255469B2 (ja) * | 1992-11-30 | 2002-02-12 | 三菱電機株式会社 | レーザ薄膜形成装置 |
| US5405659A (en) * | 1993-03-05 | 1995-04-11 | University Of Puerto Rico | Method and apparatus for removing material from a target by use of a ring-shaped elliptical laser beam and depositing the material onto a substrate |
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| DE4405598C1 (de) * | 1994-02-22 | 1995-09-21 | Deutsche Forsch Luft Raumfahrt | Verfahren zum Beschichten und Beschichtungsvorrichtung |
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