JPH06188191A - 半導体素子の機能的構造の製造プロセスおよび製造装置 - Google Patents

半導体素子の機能的構造の製造プロセスおよび製造装置

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、ベース基板上に複数の半導体素子
の全体的機能を定義する層を配置した半導体素子の機能
的構造を製造するためのプロセスおよび装置に関し、半
導体素子の機能的構造をできるだけ簡単に、また、でき
るだけ半導体素子の品質に影響を与えないように半導体
素子を製造することを目的とする。 【構成】 半導体素子の全体の機能を定義する複数の層
をベース基板上に備えた半導体素子の機能的構造を製造
するための改良プロセスおよび改良装置において、半導
体素子の機能的構造を可能な限り簡単で、かつ、半導体
素子の品質が極力影響されないような方法で製造するた
めに、リソグラフィック技術を用いることなく、完全に
物理的層処理プロセスを用いてすべての層をベース基板
１２ｂにひとつずつ形成するようにする。好ましくは、
各層を、前のプロセスで得られたプロセス基板１２ｂ上
に最上層として形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ベース基板上に複数の
半導体素子の全体的機能を定義する層を配置した半導体
素子の機能的構造を製造するためのプロセスおよび装置
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術によれば、半導体素子を製造
するには複数のプロセスステップが実行される。これら
のステップのうちあるものは真空状態で、またあるもの
は通常大気圧下で、化学物質や異物を用いて実行され
る。
【０００３】例えば、以下のようなプロセス、つまり、
基板の化学的洗浄、構造化とフォトレジスト層を用いた
フォトリソグラフィック処理による層のドーピングとを
くり返し行うプロセス、露光、現像、基板のエッチング
などが実行される。さらに、金属層の化学的堆積による
メタリゼーションも必要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】基板の複数の異物との
接触を要するために、こうした周知の技術は、製造する
半導体素子の品質に非常に大きな影響を与える。即ち、
基板が汚染され得る機会が数多くあり、この結果、最終
的に半導体素子の品質が損なわれてしまうおそれがあ
る。
【０００５】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、一般的プロセスを改良することによって、半導
体素子の機能的構造をできるだけ簡単に、また、できる
だけ半導体素子の品質に影響を与えないように半導体素
子を製造するためのプロセスおよび装置を提供すること
を目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および作用】かかる目的を
達成するために、本発明では、前述したような種類のプ
ロセスにおいて、すべての層がリソグラフィック処理を
行わずに物理的層処理プロセスによって順次個別にベー
ス基板に形成される。このようにすれば、形成される基
板と層が異物に接触することがなくなるので、歩留り上
の問題の発生が抑えられるという利点が得られる。さら
に、環境に負担をかけるような化学物質を使用する必要
も無い。
【０００７】また、本発明に係るプロセスによれば、現
在の技術水準から周知の製造サイクルよりもより合理的
でより簡単な製造サイクルが得られる。
【０００８】本発明に係るプロセスによれば、例えば、
周知の半導体素子製造プロセスにおいて従来より行われ
ているように、製造プロセスを特定の特性を持った基板
の形成から始めて、基板から部分的に材料を除去した後
に層を形成することができる。
【０００９】本発明に係るプロセスは、層を積層構造に
形成する場合に特に効率良く実効可能である。
【００１０】したがって、各層を、前のプロセスで得ら
れたプロセス基板上に最上層として形成するようにすれ
ば、特に好ましい結果が得られる。
【００１１】ただし、プロセス基板とは、本発明に係る
プロセスにおいて層を形成すべき基礎部材となる基板の
ことである。したがって、プロセス基板は、層が何ら形
成されていないベース基板でもよく、または１つの層も
しくは複数の層が既に形成されたベース基板でもよく、
さらに層が追加固定される基板である。
【００１２】上述した作用は、層の組み立てと成分を、
層がプロセス基板の最上部の層の場合には簡単に制御
し、変えることが可能であるという利点を有する。
【００１３】物理的層処理プロセスでは、原則として、
エネルギー源は何であってもよく、例えば、電子ビーム
ですら使用可能である。しかしながら、特に有効なの
は、層の形成にあたって、レーザーを層材料に照射する
ことである。というのは、レーザーは焦点合わせが特に
容易で、ビーム方向の制御が簡単であるからである。
【００１４】このようにして、層材料をターゲット内に
あるいは形成済みの層として残すことができる。
【００１５】また、パルスレーザーを用いることは特に
好適である。この場合、パルスの高いエネルギーをコー
ティングプロセスにおいて集中的に利用することがで
き、また特に、選択的プロセスをその後に実行・制御す
ることが可能である。
【００１６】本発明に係るプロセスの好ましい実施例に
おいては、例えば、少なくとも１つの層が特にパルスレ
ーザーの照射によって形成され、好ましくは、コーティ
ングステーションに続いて、コーティングステーション
のうちの１つが構造化ステーションとして設けられて層
の構造化が行われる。
【００１７】本発明によれば、特に、ターゲットにおい
てプラズマを発生させ、ターゲットからプロセス基板へ
層材料粒子を注入してプロセス基板の表面上に堆積させ
て層が形成される。
【００１８】この種の層製造は、例えばドイツ特許第４
０２２８１７号より周知である。
【００１９】機能的構造の層を形成する場合には、構造
を持たない層と構造を持つ層とを区別しなければならな
い。ここで、構造を持たない層とは、基板の全面にわた
って所望の厚みで伸長しているのみで、基板上での伸長
方向の面において何らかの構造、即ち、開口や不規則性
などを持たない層である。一方、構造を持つ層とは、伸
長方向の面において連続的に伸長してはいないものの、
例えば、特定の表面領域を覆っていたりウェブ（web ）
を備えていたりするような層である。
【００２０】本発明に係るプロセスによれば、光照射に
よって、構造を持たない層は、ターゲットの表面のうち
プロセス基板に面している表面上にプラズマを発生させ
つつ有効に形成される。この場合、層材料からの粒子
が、ターゲットの表面上のプラズマから、プロセス基板
への方向に、好ましくは表面に直角に広がる円錐形状に
注入されて、プロセス基板上で、プロセス基板の表面と
円錐形との交点の領域において堆積されるので、層の形
成が容易に行われる。
【００２１】したがって、ターゲットでプラズマが発生
することにより、層が集中することなくプロセス基板に
形成されるので、例えば、従来より周知の結晶層やアモ
ルファス半導体層などのように、原子構造に関して層の
品質が同じとなるという利点が得られる。
【００２２】本発明によれば、構造を持つ層は、プロセ
ス基板上にレーザービームを結像して、それぞれの構造
に応じて所定の順序でビームを移動させることにより好
適に形成される。
【００２３】好ましい実施例によれば、構造を持つ層
は、既にプロセス基板に形成された層からレーザービー
ムによって材料を除去することによって形成される。つ
まり、例えば構造を持たない層について上述したよう
に、形成済みの層の一部にレーザービームを再度所定の
順序で移動させることによって、形成済みの層に構造が
形成される。
【００２４】あるいは、別の実施例においては、構造を
持つ層は、薄膜ターゲットのプロセス基板から離れた側
を照射することによって形成される。即ち、プロセス基
板から離れた側が照射された薄膜ターゲットから材料を
プロセス基板の表面に形成させることによって形成され
る。これは、レーザービームの影響で層材料が基板の方
向にも広がるためで、層材料は好ましくはレーザービー
ムの焦点の領域に位置する層材料である。
【００２５】したがって、薄膜ターゲットのうち、プロ
セス基板から離れた側にレーザービームを所定の順序で
移動させて、層材料を所定の方法で基板表面に形成さ
せ、その後に材料を除去して構造を持つ層を形成するこ
とは特に好ましい。
【００２６】しかしながら、構造を持つ層として既に形
成されたその様な層であっても、レーザービームによる
層除去や追加構造の形成によってさらに構造化されるこ
ともある。
【００２７】薄膜ターゲットを用いた層の構造化は、薄
膜ターゲットがプロセス基板の表面からわずかな距離を
隔てて配置されており、そのために層材料のプロセス基
板への形成が焦点の反対側の領域においてのみ行われる
ような場合には、特に非常に有利である。
【００２８】薄膜ターゲットは、望ましくは、プロセス
基板の表面から焦点の直径の１０倍よりも小さい距離で
隔離配置され、隔離距離が１０μｍより小さいことがよ
り望ましい。しかしながら、例えば、薄膜ターゲットを
プロセス基板の表面上に直接配置することも可能であ
る。
【００２９】本発明に係る薄膜ターゲットは、他の様々
な層として形成してもよい。１実施例においては、例え
ば、薄膜ターゲットは、プロセス基板の上方にプロセス
基板からわずかに隔離配置されたフォイルとして形成さ
れる。
【００３０】あるいは、薄膜ターゲットをレーザービー
ムで照射可能なホルダ部材上に配置した層として形成し
てもよい。
【００３１】その様な層は、好ましくは、厚みが１００
ｎｍ（ナノメートル）より小さくなるように形成され
る。厚みを約５ｎｍから３０ｎｍの範囲にすることが望
ましい。
【００３２】本発明に係るプロセスにおいてどの様に層
を構築するかについての詳細はまだ述べていない。例え
ば、１つのステップにおいて、複数の層をそれぞれ必要
な厚みに形成することも可能である。
【００３３】しかしながら、層をそれぞれ順次部分層と
して重ね合わせるように形成することが特に望ましい。
とりわけ、レーザーパルスを有するレーザービームを用
いる場合には、形成すべき層の部分領域において、レー
ザーパルス毎に１つもしくは数個の原子層が形成される
ので、この様にすることが好ましい。部分層が重なり合
って連続的に形成されるので、特に、非常に均質な層を
形成することができる。
【００３４】各層の形成においては、層が機能的に十分
な層材料成分を有していることが特に好ましい。何故な
らば、その様にすれば、形成後に層を何ら変化させなく
てもよく、例えば、形成済みの層を後でドーピングする
必要がなくなるからである。
【００３５】プロセスの一実施例においては、例えば、
ターゲットは、機能的に十分な層材料成分を有し、レー
ザービームの照射を受けて変化するような幾つかの個別
のターゲットから成っている。例えば、レーザービーム
は連続したレーザーパルスで個別のターゲットを照射す
る。例えば、ある個別ターゲットを特定回数のレーザー
パルスで照射した後に次の個別ターゲットを前回よりも
多い所定のレーザーパルス回数で照射し、最後に、例え
ば、別の不純物を材料として備えることのできる個別タ
ーゲットを照射するようにしてもよい。
【００３６】ターゲットから層材料を均一に除去するた
めには、レーザービームの焦点がターゲットに対して相
対的に移動することが望ましい。
【００３７】また、プロセス基板の表面上に均一なコー
ティングを得るために、ターゲットはプロセス基板に対
して相対的に移動する。
【００３８】機能的構造の層をどの様に形成するのかと
いう実施例の詳細についてはまだ述べていない。例え
ば、層を幾つかのバッチで形成してもよい。しかしなが
ら、本発明に係るプロセスにおいては、機能的構造の層
を複数の連続したステーションにおいて形成することが
特に望ましい。何故ならば、その様にすれば、現在の技
術水準から公知のプロセスに比べて、格段に効率が向上
するからである。
【００３９】この点を考慮すると、プロセス基板が連続
したプロセスの内の１つのステップにおいてそれぞれの
ステーションを通過し、プロセスサイクルの最後の段階
で全体の機能的構造が完成するように、機能的構造を連
続したプロセスサイクルで形成することが特に好まし
い。
【００４０】プロセス全体と、特にプロセス中の層の形
成に関する作用については、詳細はまだ述べていない。
例えば、それぞれの層の形成用のコーティングステーシ
ョンを設ければ有利である。
【００４１】本発明に係るプロセスを経済的に実行する
ために、プロセス基板はコーティングステーションから
コーティングステーションへと搬送される。
【００４２】さらに、特に、半導体素子を所望の品質に
形成するためには、各コーティングステーションが高真
空状態で動作すること、つまり、コーティングが高真空
または超真空状態で実行されることが望ましい。
【００４３】層の構造化が材料の除去によって行われる
いずれの場合においても、層を構造化するために、コー
ティングステーションのうちの１つが構造化ステーショ
ンとして用いられ、望ましくは、この構造化ステーショ
ンをコーティングステーションに続いて動作させる。
【００４４】この点を考慮すると、材料が構造化ステー
ションにおいてレーザービームで除去されることによ
り、層の構造化が行われることが望ましい。
【００４５】コーティングステーション相互の配置関係
については、詳細はまだ述べられていない。例えば、個
々のコーティングステーションを互いに隔離配置するこ
とが特に好ましい。
【００４６】構造化ステーションについても同様であ
る。つまり、好ましくは、構造化ステーションは相互
に、かつ、コーティングステーションから隔離して配置
される。
【００４７】構造化ステーションにおける処理の種類に
ついては詳細はまだ述べていない。１実施例において
は、例えば、構造化ステーションは高真空気圧下で動作
する。
【００４８】この場合には、レーザービームのための光
学焦点合わせ手段が汚染されるのを防止するために、キ
ャッチング装置を設けて層から除去された粒子が堆積し
ないようにすることが望ましい。
【００４９】キャッチング装置は、好ましくは、除去さ
れた粒子が電界あるいは磁界手段によってキャッチング
装置へと導かれるように配置される。
【００５０】あるいは、構造化ステーションを保護ガス
中で動作させるようにしてもよい。その場合には、除去
された層材料粒子が保護ガスによって構造化ステーショ
ンから離れる方向へへ運ばれるようにする。
【００５１】層の構築・形成に関して記載する内容は、
半導体層、絶縁部材などの製造にも関連している。
【００５２】これらの記載内容は、特に、金属層を機能
的構造に最上層として形成して、レーザービームのター
ゲットへの照射によってメタリゼーションが行われるこ
とにも関連する。
【００５３】さらに、機能的構造のための構造を持つ層
及び持たない層の形成について補足すると、本発明に係
るプロセスによれば、ベース基板は層の形成の前にレー
ザービームを用いて光分解的に洗浄される。
【００５４】光分解的洗浄のためのレーザービームは好
ましくはパルスレーザービームである。
【００５５】ベース基板を光分解的に洗浄するために
は、ベース基板とレーザービームを相互に相対的に移動
させてレーザービームがベース基板の全表面を走査する
ようにすることも必要である。これは、ベース基板を静
止レーザービームに対して移動させることで達成可能で
ある。しかしながら、ベース基板に対してレーザービー
ムを移動させるほうが好ましい。何故ならば、ベース基
板に対するレーザービームの移動は特に容易に迅速に実
行可能であり、その結果、ベース基板の光分解的洗浄が
効果的に迅速に行われるからである。
【００５６】レーザービームの種類についてはまだ述べ
ていない。
【００５７】層の形成のためのレーザービームのエネル
ギーは、層材料の１個か数個の原子層がレーザーパルス
毎にプロセス基板に形成されるようなエネルギーである
ことが特に望ましい。このための条件は、例えば、ドイ
ツ特許第４０２２８１７号に開示されており、このドイ
ツ特許の全内容を参照されたい。
【００５８】この点を考慮すると、レーザーパルスの期
間は約１００ピコ秒（psecと表記することもある）より
も短いことが特に好ましく、約１０ピコ秒ないし２０ピ
コ秒の範囲のパルス期間が望ましい。
【００５９】また、所望の効率と層材料のプロセス基板
への所望の形成を達成するためには、プラズマを生成す
るレーザーパルスのくり返し率の範囲を約１０ＫＨｚと
することが望ましい。
【００６０】照射レーザーの波長についてはまだ述べて
いない。特に層材料の形成のために望ましい条件を達成
するためには、照射レーザーの波長は０．６μｍより短
いことが特に望ましい。
【００６１】好ましくは、照射レーザーのエネルギー強
度は、０．１ws/cm2ないし１０ws/cm2である。
【００６２】これまでに述べた実施例では、レーザーパ
ルスとしては、所定のパルス期間と波長を持つシングル
レーザーパルスであって、上記のくり返し率で生成され
るレーザーパルスを使用している。
【００６３】しかしながら、波長が０．６μｍより短く
パルス期間がピコ秒範囲のレーザーパルス部分を用いて
プラズマを生成し、その後ピコ秒範囲の追加のレーザー
パルス部分を用いてプラズマを加熱することが特に望ま
しい。レーザーパルス部分がターゲットに到達する時点
では既にプラズマは存在しているので、他の吸収条件が
発生することから、このレーザーパルス部分の波長とし
てはより長いものを用いてもよい。
【００６４】この点を考慮すると、追加のレーザーパル
ス部分の遅延時間は数ナノ秒（nsecと表記することもあ
る）程度、好ましくは約０．５ナノ秒から５ナノ秒程度
とし、ターゲットを、シングルレーザーパルスではなく
２つのレーザーパルス部分からなる連続パルスで照射す
るようにすることが望ましい。
【００６５】プラズマをさらに複数の追加レーザーパル
ス部分で加熱するようにすればより一層望ましい。
【００６６】これらの追加レーザーパルス部分の波長
は、好ましくは、プラズマを生成するためのレーザーパ
ルス部分の波長の積分倍数と同じである。
【００６７】長めの波長を有する追加のレーザーパルス
部分はプラズマを生成するためのレーザーパルス部分に
遅れて生成され、その波長はナノ秒範囲のインターバル
で０．６μｍより短い。
【００６８】上記のような本発明に係るプロセスによら
ずとも、先に述べた目的は本発明により達成可能であ
る。即ち、本発明に係る装置は、半導体素子の全体の機
能を定義する複数の層をベース基板上に備えた半導体素
子の機能的構造を製造する装置であって、完全に物理的
な処理を行う非リソグラフィー式層形成ステーションを
複数備えたコーティングユニットが設けられており、機
能的構造全体がこれらのステーションにおいてベース基
板に形成されることを特徴とする。
【００６９】したがって、各コーティングステーション
に関して、少なくとも１本のレーザーで層の形成を行う
ようにすることが特に望ましい。
【００７０】本発明に係る装置では、コーティングユニ
ットが機能的構造を製造するための連続ステーションを
備えるようにすることによって、機能的構造の製造を特
に簡単に効果的にすることができる。
【００７１】各ステーションは、機能的構造を連続的な
プロセスサイクルで製造可能なように配置されることが
特に好ましい。
【００７２】そのため、搬送手段は、コーティングユニ
ットを通って伸長するようにこれを配置し、プロセス基
板をステーションからステーションへと搬送可能なよう
にする。
【００７３】さらに、コーティングユニットに複数のコ
ーティングステーションを順次設けて、搬送手段によっ
てプロセス基板が複数のコーティングステーション間を
連続的に搬送されるようにすることが好ましい。
【００７４】また、層の構造化は、特に、レーザービー
ムで層材料を除去することによって構造化を行う場合、
コーティングステーションのうちのひとつに続いて構造
化ステーションで行われるようにすることが望ましい。
【００７５】本発明に係る装置の他の特徴は、本発明に
係るプロセスに関する前述の特徴から得られる。
【００７６】また、本発明に係る装置においは、コーテ
ィングユニットの前段にベース基板の洗浄と活性化を行
うための光分解式の洗浄ユニットを設けるようにするこ
とが望ましい。
【００７７】本発明の他の特徴や利点は、以下に述べる
説明の主題であると共に、本発明に係る解決策に関する
幾つかの実施例を図示した図面の主題でもある。
【００７８】
【実施例】図１に概略を示すこの発明の一実施例に係る
半導体素子の機能的構造製造装置は、従来より前洗浄さ
れている例えばエッチング基板１２を受け取って洗浄す
るための光分解式の洗浄ユニット１０を備えている。
【００７９】したがって、１オングストローム（Å）以
上の厚みの層が機能的構造を形成すべき基板１２の表面
１６からレーザービーム１４によって除去され、好まし
くは、同時に基板の表面が活性化される。その結果、ベ
ース基板１２′が得られる。
【００８０】洗浄ユニット１０に続いてコーティングユ
ニット１８が動作し、表面を洗浄された基板１２′が、
例えば、ロック手段を備えた閉チャネル２０を介して搬
送される。
【００８１】コーティングユニット１８では、連続配置
されたコーティングステーション２２と構造化ステーシ
ョン２４によってベース基板１２ａ上に機能的構造が構
築される。図１の略図では、２つのコーティングステー
ション２２と２つの構造化ステーション２４とが設けら
れており、１度の動作につき、コーティングステーショ
ン２２のうちのひとつが動作した後に構造化ステーショ
ン２４のうちのひとつが動作するようになっている。各
コーティングユニット１８に設けるコーティングステー
ション２２と構造化ステーション２４の数と配置順序、
相互の配置関係は、ベース基板１２ａに形成すべき各機
能的構造２６、特に、構造を持つ層及び持たない層の数
に応じて決定される。
【００８２】各コーティングステーション２２内では、
レーザービーム２８によって１つまたは複数のターゲッ
ト３０でプラズマを発生させることによってプロセス基
板１２ｂに最上層３２が形成される。
【００８３】レーザービーム３４を用いて構造を持つ層
を生成するために、少なくとも最上層のみか、あるいは
最上層と最下層３２とが各構造化ステーション２４で構
造化される。即ち、選択的に材料を除去して層３２が所
定の構造に分割される。
【００８４】その結果得られる機能的構造２６は、定め
られたように形成・構造化された複数の層３２を備えて
おり、少なくとも最上層は、通常、金属層４２である。
【００８５】機能的構造２６を備えた基板１２ａは、メ
タリゼーションステーション（コーティングステーショ
ン）４０のロック手段３８を介して最終コーティングプ
ロセスへと送られ、レーザービーム４４でメタリゼーシ
ョン４２が、前のプロセスステップで機能的構造２６の
最上層として処理されたプロセス基板１２ｂに形成され
る。構造化コーティングを行う場合、レーザービーム４
４を使った金属膜の蒸着と、レーザービーム４４による
プラズマの局所的生成によって機能的構造２６に金属フ
ォイルを形成することによってメタリゼーション４２が
形成される。
【００８６】なお、メタリゼーション４２は連続した金
属層として形成してもよい。図１には図示しないが、こ
の場合、前述のコーティングステーションと同様の方法
で、連続した金属層がレーザービーム４４を使って形成
される。
【００８７】以下に、半導体素子の機能的構造２６を製
造するためのこの発明に係る装置のユニット１０および
１８のそれぞれの構造と機能について詳細に述べる。
【００８８】一実施例に係る洗浄ユニット１０は、図２
に示すように、結像素子１５によって基板上に結像され
るレーザービーム１４を生成するためのレーザー５０を
備えている。レーザービームは、好ましくは、波長が４
００ｎｍより短く、パワー強度が約１０7w/cm2以上であ
る。
【００８９】レーザー５０からのレーザービーム１４は
好ましくは偏向駆動装置５４によって駆動される偏向ミ
ラー５２によって基板１２上へ反射され、基板上にパワ
ー強度が約１０7w/cm2の焦点５６が形成される。
【００９０】本発明によれば、焦点５６は基板１２の全
表面１６上を移動する。例えば、焦点５６は相互に平行
なパス５８上を移動する。装置５４を制御装置６０で適
切に制御することによって偏向ミラー５２を駆動して、
焦点５６の相互に平行なパス５８上での移動が達成され
る。
【００９１】基板１２の位置合わせは、好ましくは方向
ＸとＹに移動可能な基板キャリア６４を備えた位置合わ
せテーブル６２によって行われる。この基板キャリアは
ガイド６６上に支持されており、ディスプレースメント
駆動器６８によって駆動可能である。
【００９２】方向ＸおよびＹで定義される基板キャリア
６４のディスプレースメント面は、好ましくは基板１２
の表面１６に平行である。
【００９３】レーザービーム１４を動かす代わりに、位
置合わせテーブル６２を使って基板１２をレーザービー
ム１４に対して移動させるだけでパス５８上で焦点５６
を相互に平行にずらせるようにすれば、偏向ミラー６２
による偏向は不要となる。
【００９４】位置合わせテーブル６２は、好ましくは半
導体技術において従来より使われている移動可能なテー
ブルとして構成され、制御装置６０を介して能動化され
て、基板の位置合わせと全表面１６上での焦点５６の移
動とが制御装置６０によって制御可能となる。
【００９５】既に先に述べたように、レーザービーム１
４を移動させることによって約１オングストロームから
１ｎｍ厚さの層が除去され、これと同時に下部構造、即
ち洗浄基板１２′がレーザービーム１４によって能動化
される。
【００９６】また、光分解式の洗浄ユニット１０は、吸
入口７２と排出口７４とを備えた閉ハウジング７０を備
えている。好ましくは、ロック手段７６は吸入口７２に
配置され、ロック手段７８は排出口に配置されて、基板
１２の取り入れと取り出しとがハウジング７０の状態を
大きく変化させることなく行われる。
【００９７】ハウジング７０は好ましくは高真空ポンプ
８２を使って高真空状態にされ、光分解によって洗浄基
板１２′を得ることができるような清潔な状態が確保さ
れる。
【００９８】機能的構造のための製造ユニット１８は、
好ましくは、図３に示すように、コーティングステーシ
ョン２２と構造化ステーション２４とメタリゼーション
ステーション４０とを備える共通ハウジング１００を備
える。
【００９９】洗浄ユニット１０から搬送されて表面を光
分解洗浄された基板１２ａは位置合わせテーブル１０２
上に保持され、位置合わせテーブル１０２の基板ホルダ
１０４は例えば垂直方向の面であるところのＸＺ面で移
動可能である。また、テーブル１０２上には、基板ホル
ダ１０４をＺＸ面においてガイドする一方でＸＺ面にお
いて基板ホルダ１０４の位置合わせを行うための駆動を
行うベースユニット１０６が設けられている。
【０１００】ベースユニット１０６もまたハウジング１
００内のガイドウェイ１０８上で移動可能である。各ベ
ースユニット１０６はコーティングステーション２２か
ら次の構造化ステーション２４、そして再びコーティン
グステーション２２へと移動可能で、各ステーションに
おいて所定の方法で配置される。そのために、図示しな
い位置合わせユニットを備えた駆動装置が設けられてい
る。
【０１０１】ハウジングロック手段１１４および１１６
にはそれぞれ先端１１０と後端１１２が設けられてい
る。これらは、コーティングステーション２２と構造化
ステーション２４内で、洗浄ユニットで洗浄された基板
１２ａをハウジング１００に導き、機能的構造２６を備
えた基板１２′をハウジング１００内部の状態を変化さ
せることなくハウジング１００から搬出する働きをす
る。
【０１０２】コーティングステーション２２と構造化ス
テーションはスクリーニングで互いに平面上隔離されて
いることが望ましい。しかし、ロック手段で隔てるよう
にすればなお望ましい。
【０１０３】図４に示すように、レーザー１２０が各コ
ーティングステーション２４に対応して使用される。こ
のレーザーはレーザービーム２８を生成するが、レーザ
ービーム２８は駆動装置１２２によって駆動される偏向
ミラー１２４によってターゲット３０上に反射される。
【０１０４】さらに、図４に示すように、例えば、この
ターゲット３０は、ターゲットキャリア１２６上に設け
られた３つの個別のターゲット１３０ａ、１３０ｂおよ
び１３０ｃからなり、個別ターゲットのうちの１つが例
えばレーザービーム２８によっていつでも照射されるよ
うに構成される。
【０１０５】さらに、図４に示すように、ターゲット１
３０ｂが照射スポット１３２の範囲内で照射されれば、
ターゲット材料は、垂直ライン１３４の方向にターゲッ
ト表面１３６に向かって、垂直ライン１３４に対して線
対称な開口角度αが約６０°の円錐形状として広がる。
この円錐形は、プロセス基板１２ｂの表面１４０、また
はコーティングスポット１４２を備えた各最上層に交差
する。コーティングスポット１４２の範囲内で、ターゲ
ット材料が円錐１３８を介して表面１４０に形成され
る。
【０１０６】ターゲット材料を均一に除去するために
は、例えば、レーザービーム２８を照射した個別ターゲ
ット１３０ｂから照射スポット１３２をターゲット表面
１３６上で例えばライン１４４に沿った方向および好ま
しくはラインと直交する方向に移動させる。これは、ラ
イン１４４に沿った方向と必要ならばラインと直交する
方向に照射スポット１３２がターゲットキャリア１２６
に対して移動するように、偏向ミラー１２４によってレ
ーザービーム２８を偏向させることによって実現され
る。
【０１０７】したがって、円錐１３８とコーティングス
ポット１４２は表面１４０の延長上にまで若干移動する
が、通常、その距離は表面１４０の全表面を完全にコー
ティングするには不十分である。
【０１０８】このために、基板ホルダ１０４がＸＺ面で
ベースユニット１０６に対して移動可能に構成されて、
コーティングスポット１４２が表面１４０前面を移動す
るようにしているのである。
【０１０９】あるいは、基板１２′または表面１４０が
静止している時に、位置ずらし・位置合わせユニットを
用いることによって、円錐１３８とコーティングスポッ
ト１２４とが表面１４０の前面を移動するような形で、
ターゲットキャリア１２６を動かしてもよい。また、こ
のターゲットキャリア１２６の動きに応じて、偏向ミラ
ー１２４によりレーザービーム２８を誘導させるように
してもよい。したがって、この直後の誘導処理中、ター
ゲット表面１３６上の照射スポット１３２の個別ターゲ
ット１３０ｂに対する移動を考慮に入れなければならな
い。
【０１１０】レーザーとしては、波長が０．６μｍより
短く、パルス期間Ｔｐが１ピコ秒ないし１００ピコ秒台
のレーザーを用いるのが望ましい。
【０１１１】照射スポット１３２内のパワー強度は、好
ましくは、１０9w/cm2から１０12w/cm2 程度である。
【０１１２】シングルパルスＰのパルスシーケンスは、
約１０ＫＨｚの領域である。この発明によれば、各ター
ゲット材料の約１つまたは数個の原子層が、コーティン
グスポット１４２内で各シングルパルスＰごとに形成さ
れる。
【０１１３】図５の好ましい実施例では、波長が５００
ｎｍより短いパルスＰ0 に続いて時間のインターバルが
約０．５ナノ秒ないし５ナノ秒の連続パルスＰ1 とＰ2
が使用され、これらのパルスのパルス期間Ｔｐが、１ピ
コ秒から１００ピコ秒の範囲となる。
【０１１４】このパルスＰ1 とＰ2 は好ましくは異なっ
た波長を持っている。例えば、波長としてはパルスＰ0
の２倍のものと４倍のものを使う。
【０１１５】パルスＰ1 とＰ2 の波長がこれよりも長い
と、プラズマによってターゲット表面１３６上で既に形
成された粒子流が加速するが、後方部分の加熱が起こる
ことにより粒子エネルギーが均質化して、特に粒子流の
うちターゲットに面する遅い領域部分が加速される。つ
まり、基板１２′の表面１４０上でコーティングスポッ
ト１４２の方向において粒子流がより均一に効果的に広
がるのである。
【０１１６】好ましくは、ターゲット材料が最も変化の
大きい材料である。例えば、半導体層を表面１４０に形
成してこの半導体材料からなるターゲットがターゲット
３０として使われる。しかしながら、複合半導体を使用
する場合、個別ターゲット、例えば個別ターゲット１３
０ａ、１３０ｂ、１３０ｃは複合半導体の各エレメント
と、例えばドーピングした追加個別ターゲットから選択
される。
【０１１７】例えば、ＧａＡｌＡｓからなる層を表面１
４０に形成する場合、例えばＧａをターゲット１３０ａ
として、Ａｌをターゲット１３０ｂとして、Ａｓをター
ゲット１３０ｃとして使うことが可能である。化学量論
比を達成するためには、照射スポット１３２が１つのパ
ルスＰごと、あるいは、連続したパルスＰの後に個別タ
ーゲット１３０ａから個別ターゲット１３０ｂへ、そし
て再び個別ターゲット１３０ｃへと移っていくようにレ
ーザービーム２８を照射する。あるいは、個別ターゲッ
ト１３０ａをＧａＡｓで形成し、個別ターゲット１３０
ｂをＡｌＡｓで形成して、パルスＰ１つごとあるいは連
続したパルスＰの後に照射スポット１３２を個別ターゲ
ット１３０ａから個別ターゲット１３０ｂへと移動させ
て、化学量論比に応じて照射を行うようにする。次に、
適切なドーピング材を個別ターゲット１３０ｃとして用
い、半導体材料の形成のための照射回数よりも少ない回
数だけドーピング材をパルスＰが照射する。
【０１１８】コーティングスポット１４２にレーザーパ
ルスＰごとに形成される原子層（部分層１４６は最大１
つであるので、この原子層は、複合半導体材料からなる
層となる）の形成は、複合半導体の個別エレメントのい
ずれかを個別ターゲットとして用いて、または、化学量
論比に応じた複合半導体の成分を個別ターゲットとして
用いて行うことができる。つまり、部分層１４６を積層
させることによって光学化学量論比を達成し、構築され
た層内での化学量論比を対応する個別ターゲットを１３
０ａ、１３０ｂ、１３０ｃまたは追加個別ターゲット間
で切換えることによって、直接コーティングスポット１
４２内で調節することができる。
【０１１９】ただし、形成する半導体層は合計で厚さが
数百ｎｍ台である。その結果、１００ｎｍ厚さの層を静
止コーティングスポット１４２内で形成する際には、パ
ルスＰは１０００回台であり部分層１４６の数も同様で
なければならない。コーティングスポット１４２が半導
体層を形成すべき表面１４０の一部にすぎないことを考
慮すれば、１０００個回以上のパルスＰがこの層の形成
に必要であることがわかる。つまり、この半導体層にお
ける均質な化学量論比混合を容易に達成することができ
るのである。
【０１２０】また、したがって、円錐１３８と基板１
２′がパルスＰからパルスＰにかけて相対的に移動する
より、表面１４０に形成すべき層の厚さを容易に均質に
形成することができる。さらに、層の厚さはパルスＰの
回数とコーティング処理の長さによって決定することが
できることがわかる。
【０１２１】本発明の第１の実施例に係る構造化ステー
ション２４の全体の概観を図６に示す。半導体層１５０
を備えた基板１２０ｂは基板ホルダ１０４上に配置され
ており、基板ホルダ１０４はＸ方向およびＹ方向に移動
可能に位置合わせテーブル１０２のベースユニット１０
６上に保持されている。
【０１２２】層１５０の構造化を次に行うために、例え
ば層１５０の材料を帯１５２に沿って除去し、レーザー
１５４で生成したレーザービーム３４を光学結像手段１
５６を介して帯１５２上に結像させる。つまり、焦点１
５８を正確に帯１５２内に形成してこの帯内の層１５０
の材料を除去する。
【０１２３】レーザー１５４は、好ましくは、出射レー
ザービーム３４ａが方向Ｚに平行な長手方向１６０に広
がった後に、光学結像手段内で偏光ミラー１６２によっ
て方向Ｙに、即ち方向ＸおよびＹと直角方向に変更さ
れ、光学結像手段１５６のレンズ１６４を通ってレーザ
ービーム３４ｂとなり、焦点１５８を形成するように配
置される。層１５０の伸長方向はＸＺ方向に平行な面の
方向であることが望ましい。
【０１２４】焦点１５８を層１５０に対して移動させる
ためには、例えば、帯１５２内の層１５０の材料を除去
して、基板ホルダ１０４を周知の方法でＸＺ方向に配置
可能にベースユニット１０６に対して移動させる。
【０１２５】また、光学結像手段１５６をＺ方向に移動
させれば、即ち、好ましくは門形ガイドとして形成され
た縦ガイド１６６上のガイドエレメント１６８によって
光学結像手段１５６をガイドすれば、層１５０上で焦点
１５８が光学結像手段１５６のレーザー１５４に対する
位置に関係なく常に形成されるようにすることができ
る。
【０１２６】また、光学結像手段１５６は、追加ガイド
エレメント１７０によってＺ方向に直角に、即ちガイド
エレメント１６８に対してＸ方向に移動可能であり、そ
の場合ガイドエレメント１７０が光学結像手段１５６の
Ｘ方向の縦ガイドとなる。
【０１２７】したがって、光学結像手段１５６をＺ方向
に移動させることによって基板ホルダ１０４の位置をず
らすことなく焦点１５８を同じ方向に移動させることに
よって、レーザービーム３４と層１５０とを相対的に移
動させることができる。これは、あまり高精度を要求し
ないような広範囲での材料除去が必要な場合に特に効率
的である。しかしながら、微細構造が必要な場合には、
光学結像手段１５６を静止保持して、基板ホルダ１０４
を移動させてベースユニット１０６に対して光学結像手
段１５６を移動させるようにする。一般に、この場合の
移動速度は低速度とする。
【０１２８】構造化ステーション２４は高真空でも動作
可能である。層１５０から除去された材料がレンズ１６
４上に堆積してレンズが汚染されるのを防ぐため、粒子
遮断シールド１７２を光学結像手段付近に設けることが
好ましい。電界１７４はこのシールドから層１５０にか
けて形成されて、焦点１５８で生成されたプラズマが電
界によって粒子遮断シールド１７２の方向に偏向され、
その結果、レンズ１６４方向へのプラズマの広がりが防
止される。この場合、電荷粒子のプラズマが常に焦点１
５８内に生成されて構造化が行われる。
【０１２９】レーザーとしては、パルス期間が１から０
０ピコ秒範囲で波長が０．２〜０．５μｍのレーザーが
用いられる。
【０１３０】焦点１５８での光強度は１０8 〜１０10w/
cm2 であることが好ましい。
【０１３１】上述した図６の第１の実施例の代わりに、
図７の第２の実施例に図示するように、構造化を高真空
状態で行わず、保護ガス環境内で行うようにしてもよ
い。この場合、ガス流１７８をガス吸入口７６で生成し
てレーザービーム３４ｂに交差させ、粒子を焦点１５８
から保護ガス排出口１８０へと排出して保護ガス排出口
１８０で粒子を堆積させるようにする。したがって、保
護ガス流によって光学結像手段１５６が層１５０からの
除去材料によって汚染されるのを防止することができ
る。
【０１３２】メタリゼーション４２をメタリゼーション
ステーション４０内に連続層として形成する場合には、
図４のコーティングステーションとの関連で前述した装
置に対応するような装置を使って、コーティング材料、
即ち、対応の材料をターゲット３０の材料とするように
する。この点を除いて、このような装置は図４の装置と
同様である。
【０１３３】一方、構造化メタリゼーションを行ってメ
タリゼーションステーション４０において個別金属ウェ
ブを形成する場合には、コーティング装置２１０を以下
のような方法で構成して構造を持つ層を処理する。構造
を持つ層の形成を行う場合には、このタイプの装置をコ
ーティングステーション２２のうちの１つとして用い
て、次段の構造化ステーションを省略することができ
る。
【０１３４】図８に示すように、本発明の第１の実施例
に係る形成層を備えたプロセス基板１２ｂは、機能的構
造２６の表面２２０がＸＺ面に平行となるように、ベー
スユニット２１８上でＸおよびＺ方向に移動可能な基板
キャリア２１６に保持される。基板キャリア２１６とベ
ースユニット２１８は、好ましくはホルダ１０４とベー
スユニット１０６と同じ構造である。
【０１３５】上記のように基板を保持するために、ベー
スユニット２１８はプロセス基板１２ｂとその機能的構
造を正確にＸＺ面内に配置するための駆動装置２２２を
備えている。
【０１３６】材料膜を形成する金属フォイル２２４が表
面２２０上に配置され、このフォイルの材料が表面２２
０上に構造化パターン、即ち、帯形状や曲折形状にメタ
ライズされる。
【０１３７】この金属フォイル２２４の厚さは５マイク
ロメーターより薄くすることが好ましい。
【０１３８】また、このフォイル２２４は、例えばリテ
ーナ・リング２２８の外周端２２６に固定され、自由領
域２３０を支持することなく回りを取り囲んでいる外周
端２２６内で自由領域に張力がかけられる。この自由領
域は表面２２０上に配置することもできる。また、リテ
ーナ・リング２２８は調節手段２３２によって表面２２
０からの距離が調節可能に移動される。したがって、調
節手段２３２によってリテーナ・リング２２８を表面２
２０方向に表面２２０から例えば数μｍの距離に移動さ
せたり、リテーナ・リング２２８をその上側２３４が該
表面に直接接触するようにした場合、プロセス基板１２
ｂを配置した後でフォイル２２４全体を配置することが
できる。
【０１３９】図に示されるように、フォイル２２４が機
能的構造２６の表面２２０にその上側が２３４が対向す
るように配置されると、例えば、フォイル２２４の後部
２３８がレーザービーム４４によって照射されることに
よって図９の帯２３６が表面２２０にメタライズされ
る。したがって、レーザービーム４４はその断面４４ｂ
がフォイル２２４の後部２３８上に焦点２４０として形
成されるように照射される。そのようにするために、ダ
ブルキャリッジシステム２４４によってＸＺ面内で移動
可能な光学結像手段２４２が設けられる。この光学結像
手段２４２は、ＸＹ面に平行に入射するレーザービーム
４４の断面４４ａを偏向するための偏向ミラー２４６
と、レーザービーム４４の断面４４ｂを焦点２４０とし
て結像するためのミラーの次段に配置されたレンズ２４
８とを備えている。レーザービーム４４は、好ましくは
略図として図示したレーザー２５０によって生成され
る。
【０１４０】次に、プラズマが焦点２４０内に生成され
てフォイル２２４の材料によって表面２２０がメタライ
ズされる。プラズマの粒子は光学結像手段２４２に向か
って矢印２５２方向に移動する（図１０）。これらの粒
子は、フォイル２２４の後部２３８の材料から生成され
た粒子である。
【０１４１】したがって、フォイル２２４の後部２３８
上の材料または粒子は、プラズマ生成中に発生する圧力
によって矢印方向２５４に加速し、プロセス基板の表面
２２０に衝突して該表面に固着する。
【０１４２】焦点２４０がフォイル２２４に対して移動
されるので、光帯２３６または丸いメタライズ領域２５
６が表面２２０に形成される。したがって、より複雑な
構造、例えば、複雑な導電構造を表面２２０に形成する
ことができる。
【０１４３】図１１に示すこの発明の第２の実施例に係
る装置２１０においては、フォイル２２４の代りに透明
板２６０が設けられている。透明板の正面側、即ち、表
面２２０に対向する側に、金属膜２６４が材料膜として
例えば蒸着される。この金属膜２６４は、その厚さがそ
の吸収深度程度に形成される。特に、０．１２μｍより
薄く形成し、好ましくは、２０ｎｍ以下の厚さにする。
【０１４４】透明板２６０はリテーナ・リング２２８に
上記と同様に支持されて、調節手段２３２によってフォ
イル２２４が表面２２０に対して移動されるのと同様に
移動される。レーザービーム４４ａが金属膜２６４の裏
側２６６、即ち透明板２６０上の面に結像されて、金属
膜２６４の材料からプラズマが生成され金属膜２６４の
材料の一部、特に正面側２６８の材料の一部が矢印２７
０の方向に表面２２０に向かって加速され、該表面に衝
突して固着する。
【０１４５】この実施例の利点は、例えば、プラズマが
金属膜２６４の厚みを貫通して広がってプラズマ粒子が
表面２２０上に堆積することによって数ｎｍ程度の部分
層が複数積層されてより厚い層を形成することができる
程度に金属膜をフォイル２２４よりも薄く形成すること
ができる点である。
【０１４６】また、特に、より厚いメタリゼーションを
形成する場合には、いくつかのメタリゼーション層を積
層させて、即ち、例えば第１の部分層を形成した後に部
分層や必要であれば第３の部分層を形成可能なように金
属膜２６４を備えた透明板２６０を第２の配置する。
【０１４７】フォイル２２４の全表面または金属膜２６
４を利用してメタリゼーションを行うために、光学結像
手段２４２をリテーナ・リング２２８の内側領域全体に
かけて移動させることによってレーザービーム４４ｂを
移動するようにする。また、機能的構造２６を備えたプ
ロセス基板１２ｂも移動可能であり、よって、フォイル
２２４または金属膜２６４の連続増加領域を表面２２０
のメタリゼーションのために利用をすることができる。
これによって、フォイル２２４の自由領域２３０または
金属膜２６４を最大限効果的に利用することができる。
【０１４８】このために、制御装置２７２を配設してレ
ーザービーム４４ｂの動きと基板１２ｂの機能的構造２
６に対する動きとを制御し、特に、フォイル２２４また
は金属膜２６４のどの領域がすでにプラズマ生成によっ
て融解除去されてさらに構造化のためのメタリゼーショ
ンには使用できないのかを記憶するようにする。つま
り、フォイル２２４または金属膜２６４の材料を最大限
効果的に利用するようにする。
【０１４９】図１２に示すように、焦点の直径Ｄはメタ
ライズすべき構造、例えば帯２３６の幅Ｂよりも小さく
することが好ましく、焦点２４０の直径がＤとなるよう
にメタリゼーションをくり返し形成することによって構
造を形成するようにする。
【０１５０】上記第２の実施例の変形例が図１３に図示
されている。追加結像素子２７４が透明板２６０上に設
けられている。この追加結像素子は、第１の結像レンズ
２７６と第２の結像レンズ２７８とを備え、第２の結像
レンズは透明板２６０の後側２８２の平坦な下側面２８
０に金属膜２６４から隔離されて配置されており、侵入
液２８４が下側面２８０と後側２８２の間に塗布され
る。第１のレンズ２７６はレーザービーム束４４ｂを第
２のレンズ２７８に結像させる。第２のレンズからのレ
ーザービームは常に１以上の屈折率の材料内では広がる
ので、再度レーザービームを結像させてその波長よりも
小さい焦点２４０′を形成させる。このようにすること
によって、微細構造の形成が可能となる。
【０１５１】結像素子２７４は、ハウジング２８６に保
持されてレーザービーム４４ｂ、即ちキャリッジシステ
ム２４４と共に移動可能である。よって、レーザービー
ム４４ｂが透明板２６０に対して移動すると、第２のレ
ンズ２７８の侵入液２８４上でのいわゆるフローティン
グが起こる。
【０１５２】レーザーとしては、パルス期間が１から０
０ピコ秒範囲のレーザーが用いられ、その結果、第２の
実施例では焦点２４０内での０．２〜１．２μｍの波
長、１０8w/cm2より大きい、好ましくは１０9w/cm2から
最大１０10w/cm2 の光強度、第１の実施例では１０10w/
cm2 よりも大きい光強度が得られる。
【０１５３】すべての実施例において、メタリゼーショ
ンは好ましくは高真空状態で行って上記したような配置
がロック手段を介してアクセス可能なハウジング２７５
内で得られるようにする。
【０１５４】この場合、第１の実施例においては光学結
像手段２４２のフォイル２２４による汚染を防ぐことが
必要である。例えば、レーザービーム４４ｂ回りに伸長
する粒子遮断シールド２５８を備えた光学結像手段４２
を設けるようにする。電界２５９がこのシールドとフォ
イル２２４との間に形成されて、特にレンズ２４８の汚
染を防ぐためにこの電界に沿って粒子が移動するように
すればよい（第８図）。
【０１５５】あるいは、構造化ステーションについて前
述したのと同様の方法で保護ガスをレーザービーム４４
ｂに通すようにしてもよい。
【０１５６】光学結像手段２４２の保護は透明板によっ
て達成されているので、これらの方策は図１１の第２の
実施例では不要である。
【０１５７】図１４に、この発明の一実施例に係るレー
ザーシステム３１０が示されている。このシステムは２
つの全反射エンドミラー３１４および３１６によって両
端が閉じられたレーザー共振器３１２を備えている。共
振軸３１８によってエンドミラー３１４および３１６の
間に形成される共振放射フィールド３２０が決定され
る。
【０１５８】さらに、振動結晶３２２がレーザー活性化
媒体としてエンドミラー間に設けられている。この振動
結晶３２２はダイオード列３２４からの矢印３２６方
向、即ち共振軸３１８に直交する方向のパンピング光に
よって振動される。列３２４のダイオードは、例えばＧ
ａＡｌＡｓまたはＩｎＧａＡｌＡｓからなる半導体ダイ
オードである。
【０１５９】また、エンドミラー３１６の前段には共振
放射フィールドにおけるモードロックを行うための２つ
の変調器３２６と３２８が設けられており、透過光がレ
ーザー共振器３１２のラウンドトリップ時間の周期で変
調される。また、ポッケルスセル３３０が変調器３２
６，３２８と振動結晶３２２との間に設けられて、レー
ザー共振器におけるＱ切換えを行ってピコ秒範囲の半分
のパルス幅の共振放射フィールド３２０の形成が制御さ
れる。
【０１６０】この発明に係るレーザーシステム３１０の
うち上記した構成要素はモードロックによってピコ秒範
囲でレーザーパルスを生成するための従来型のレーザー
システムの構成要素と同様である。
【０１６１】振動結晶３２２とエンドミラー３１４の間
には別のポッケルスセル３３２が設けられており、偏光
依存式透過反射ミラー３３４がポッケルスセル３３２と
エンドミラー３１４との間に設けられている。このミラ
ー３３４は、一方の偏光方向がエンドミラー３１４を通
過し、もう一方の偏光方向がエンドミラーに直角に反射
するように配置される。
【０１６２】ポッケルスセル３３２が能動化されていな
い時には、透過反射ミラー３３４によって共振放射フィ
ールド３２０がエンドミラー３１４を通過する。ポッケ
ルスセル３３２が能動化されている時には、透過反射ミ
ラー３３４によってレーザー共振器３１２からのレーザ
ー光線が偏向ミラー３３６へと反射されてレーザーパル
スＰが切断されるように偏光面が回転する。このように
するために、制御装置３３８が設けられて、レーザーパ
ルスＰがエンドミラー３１４と３１６との間の反射によ
って共振器３１２で発生するようにポッケルスセル３３
０を制御する。所定時間の後、ポッケルスセル３３２が
能動化されて、レーザーパルスＰの偏光面が透過反射ミ
ラー３３４によってレーザー共振器３１２から偏向ミラ
ー３３６へと反射されるように回転される。
【０１６３】あるいは、例えば、検出器３４０をエンド
ミラー３１６の後段に配置して、エンドミラー３１６に
よる透過がわずかであるときにレーザー共振器３１２内
で生成されるレーザーパルスＰの強度を測定するように
してもよい。この検出器３４０を挿入することによっ
て、ポッケルスセル３３２を制御装置３３８を介して能
動化して、いったんレーザーパルスがしきい強度を越え
ればレーザーパルスＰが常に偏向ミラー３３６への反射
により遮断されるようにすることができる。
【０１６４】偏向ミラー３３６は、既存のレーザービー
ム３４２をも偏向する。つまり、振動結晶３２２と同様
に形成されてダイオード列３４６によって光学的に振動
される振幅結晶３４４を介して偏向を行う。振幅結晶３
４４でレーザーパルスＰがいったん振幅されると、周波
数が倍化結晶３４８で倍化されて、周波数ｗ1 が周波数
２×ｗ1 となり、さらに倍化結晶３５０で周波数が２×
ｗ1 から４×ｗ1 に倍化される。
【０１６５】このタイプの周波数の倍化は、従来から行
われているように、ネオジム結晶、例えばＮｄ−ＹＡＧ
やＮｄ−ＹＬＦが、振動結晶として使われる場合に必要
である。周波数の倍化によって、紫外線領域の波長が得
られる。
【０１６６】最も簡単な例では、この発明に係るレーザ
ーシステムを周波数が４×ｗ1 のレーザーパルスＰの部
分で動作させ、他の周波数部分は使用しないようにす
る。
【０１６７】なお、図１５に示すこの発明の第２の実施
例に係るレーザーシステムは特に効果的である。この実
施例では、第１の倍化結晶３４８以降は周波数がｗ1 の
レーザーパルスの部分ＴW1を波長選択反射素子３５２で
マスクする一方、周波数が２×ｗ1 のレーザーパルスの
部分Ｔ２W1が第２の倍化結晶３５０に入射して部分的に
周波数４×ｗ1 に倍化される。第２の倍化結晶３５０以
降は、２×ｗ1 の部分も同様に別の波長選択反射素子に
よって除かれて、レーザーパルスが異なる波長を持った
個別のレーザーパルスに分離される。周波数が４×ｗ1
のレーザーパルス部分Ｐ0 はレンズ３５６によって直接
焦点３５８に結像され、周波数が２×ｗ 1 のレーザーパ
ルス部分Ｐ1 は別の偏向素子３６０によって偏向され
て、光路長が長い分だけ遅れて同様にレンズ３５６によ
って焦点３５８に結像される。その結果、レーザーパル
ス部分Ｐ0 がまず焦点を結び、次にある遅延時間の後に
周波数が２×ｗ1 のレーザーパルス部分Ｐ1 が焦点を結
ぶ。
【０１６８】周波数がｗ1 のレーザーパルス部分Ｐ2 も
また偏向素子３６０によって偏向されてレンズ３５６に
よって焦点３５８に結像される。レーザーパルス部分Ｐ
1 よりも光路長が長い分だけレーザーパルス部分Ｐ2 は
レーザーパルス部分Ｐ１に遅れて焦点３５８として結像
する（図１６）。
【０１６９】これらの点を除いて、第２の実施例は第１
の実施例と同様の構成となっているので、同様の部分に
ついては第１の実施例の主題の説明をもって第２の実施
例の説明とする。
【０１７０】図１７に図示するこの発明の第３の実施例
に係るレーザーシステムにおいては、それぞれ周波数選
択反射素子３５２と３５４によって、第１の倍化結晶３
４８以降は周波数部分ｗ1 が遮断され、第２の倍化結晶
３５０以降は周波数部分２×ｗ1 が除かれる。
【０１７１】同時に、それぞれ光路長が長くなる分だけ
レーザーパルス部分Ｐ1 はレーザーパルス部分Ｐ0 に対
して遅延しており、レーザーパルス部分Ｐ2 はレーザー
パルス部分Ｐ1 に対して遅延している。
【０１７２】一方、プリズム３７０によってレーザーパ
ルス部分はすべて再度方向３７２に合成されて共通レン
ズ３７４によって結像され、その結果、パルスＰ0 、Ｐ
1 およびＰ2 は互いに共直線的に広がって焦点３５８に
結像する。
【０１７３】これらの点を除いて、第３の実施例は第１
の実施例と同様の構成となっているので、同様の部分に
ついては第１の実施例の主題の説明をもって第３の実施
例の説明とする。
【０１７４】このタイプのレーザーシステムは、この発
明に係るすべてのコーティングステーションと構造化ス
テーションにおいて使用できる。
【０１７５】以下に、この発明に係るプロセスの簡単な
実行方法を２つの実施例として説明する。
【０１７６】第１の実施例では、III −Ｖ材料から半導
体層を形成する。
【０１７７】図１８に示すように、半導体ダイオードレ
ーザーは基板４１０を備えており、基板４１０はまず機
械的に洗浄されてから光分解式の洗浄ユニット１０に基
板１２として搬送される。この光分解洗浄ユニットにお
いて、１オングストローム以上の厚みの層が除去され
て、例えばＧａＡｓからなるディスクである基板１２が
活性化される。
【０１７８】次に、洗浄された基板１２ａはチャネル２
０を経てコーティングユニット１８へと搬送される。
【０１７９】まず、ドーピングした半導体材料からなる
一連の層４１２が、２つの個別ターゲット１３０ａ、１
３０ｂが交互に処理されてコーティングステーション２
２において基板４１０に形成されて、例えばＧａＡｓ：
Ｓｉの個別ターゲット１３０ａと、ＧａＡｌＡｓ：Ｓｉ
の個別ターゲット１３０ｂが形成される。
【０１８０】しかし、個別ターゲット１３０ａはＧａＡ
ｓから、個別ターゲット１３０ｂはＧａＡｌＡｓから、
個別ターゲット１３０ｃはＳｉから形成することが好ま
しく、よって、個別ターゲット１３０ａまたは１３０ｂ
からＳｉの個別ターゲット１３０ｃへと変化させて各材
料をＳｉでドーピングすることが望ましい。
【０１８１】一連の層４１２の各個別層は、厚みが数１
０ｎｍ台となるように形成される。
【０１８２】一連の層４１２は、まずＧａＡｌＡｓ：Ｓ
ｉ、次にドーピングしないＧａＡｌＡｓで形成される再
合成ゾーン４１４へ搬送される。
【０１８３】これらの層もまたコーティングステーショ
ン２２へ搬送される。
【０１８４】次に、例えばＭｇでＰ型にドーピングした
ＧａＡｌＡｓからなる一連の層４１６を形成する。
【０１８５】隣接する複数の半導体レーザーを分離する
ために、図１８に示すように、層４１６、４１４および
４１２が構造化ステーション２４で相互に平行な帯４１
８形状に除去される。したがって、相互に隣接する複数
の半導体レーザー４１９の列４１７が各帯４１８の間に
くるようにする。
【０１８６】この後、次のコーティングステーション２
２において絶縁層４２０を一連の層４１４の最上層に形
成して、適切な絶縁材料を備えた１つの個別ターゲット
がターゲット材料として得られる。
【０１８７】別の構造化ステーション２４では、接触帯
４２２において絶縁材料が帯状に除去される。このタイ
プの接触帯は各層に属しており、複数の接触帯４２２が
帯４１８の間で互いに平行に間隔を開けて隣接する。
【０１８８】最後に、金属層４２４を帯４２２の隣に絶
縁材料４２０上に形成される最上層として形成して、金
属層４２４をこの領域においてＰ型にドーピングした一
連の層から絶縁する一方、接触帯４２２の領域内でＰ型
の一連の層４１６と直接接触して電流を受けることがで
きるようにする。
【０１８９】また、金属層４２４はメタリゼーションス
テーション４０において図４に示したのと同様のコーテ
ィング装置によって形成することが好ましい。接触帯４
２２においてＰ型の一連の層との直接的接触が設けられ
ているので、再結合した一連の層４１４において各接触
帯４２２の下方でレーザーが活性化される。
【０１９０】同様にして、金属層４２６もベース基板１
２ａの下側面に形成される。
【０１９１】この結果、半導体レーザーの機能的構造が
形成される。
【０１９２】一方、金属層４２４と４２６とは、ワイヤ
の半田付けや半導体レーザー列全体を銅ブロック上に金
属層４２６側の半田付けすることによって形成される。
【０１９３】半導体素子製造プロセスに関するこの発明
の第２の実施例においては、例えばフラットディスプレ
イ素子やフラットスクリーンのための図１９に示すよう
なエレクトロルミネッセンス素子、即ち、エレクトロル
ミネッセンス層が形成される。
【０１９４】この場合、ガラス基板として形成される基
板４３０を従来から行われているようにまず洗浄して、
厚さ１オングストロームまたは２オングストロームの層
をレーザービーム１４を使って光分解式の洗浄ユニット
１０において除去してガラスを活性化させる。
【０１９５】次に、基板１２ａをコーティングユニット
１８から第１のコーティングステーション２２へと搬送
する。第１のコーティングステーション２２では、透明
導電層４３２をプロセス基板１２ｂ上に厚さ１５０ｎｍ
に形成する。
【０１９６】第２のコーティングステーションでは、絶
縁層４３４をプロセス基板１２ｂ上に形成する。
【０１９７】次に、ドーピングしたルミネッセンス層４
３６を別のコーティングステーションで形成して、最後
にまた別のコーティングステーションにおいて絶縁層４
３８をこのルミネッセンス層４３６上に形成して、絶縁
層４３４を形成するためのコーティングステーションに
搬送作業を戻す。
【０１９８】最後に、個別の層領域４４０が最上層、即
ち構造を持つ層として図１９に例示するようにライン状
に形成される。これらの層領域４４０は金属層として設
計され、エレクトロルミネッセンス素子を能動化するた
めの接触素子として機能する。
【０１９９】なお、層領域４４０は、エレクトロルミネ
ッセンス素子を形成可能ならば他の形状、例えばエレク
トロルミネッセンス素子の能動か構造を決定するような
マトリクス型の接触帯などに形成してもよい。
【０２００】このように、エレクトロルミネッセンス素
子の機能的構造を形成することもまた可能であり、後は
外部接触のみを設ければよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るプロセスを実行するための装置
の概略図である。
【図２】光分解式の洗浄ユニットを詳細に示した図であ
る。
【図３】コーティングユニットの概略図である。
【図４】コーティングステーションを示した図である。
【図５】この発明に係る連続パルスを示した図である。
【図６】第１の実施例に係る層材料を除去するための構
造化ステーションを示した図である。
【図７】第２の実施例に係る層材料を除去するための構
造化ステーションを示した図である。
【図８】第１の実施例に係る構造を持つ層を形成するた
めのコーティングステーションを示した図である。
【図９】構造を持つ層を示す図である。
【図１０】図８の焦点領域内での関係を詳細に示した拡
大図である。
【図１１】第２の実施例における構造を持つ層の形成を
示した図である。
【図１２】図１１の第２の実施例において構造を持つ層
を形成するときの条件を示した概略図である。
【図１３】図１１の第２の実施例の変形例における焦点
領域内を詳細に示す拡大図である。
【図１４】この発明に係るレーザーシステムの第１の実
施例の概略図である。
【図１５】この発明に係るレーザーシステムの第２の実
施例の概略図である。
【図１６】連続パルスを示す概略図である。
【図１７】この発明の第３の実施例に係るレーザーシス
テムを詳細に示す図である。
【図１８】この発明に係るプロセスの第１の実施例にし
たがって製造された半導体素子の第１の実施例を示す概
略図である。
【図１９】この発明に係るプロセスの第２の実施例にし
たがって製造された半導体素子の第２の実施例を示す概
略図である。
【符号の説明】
１０…洗浄ユニット １２ａ…ベース基板 １２ｂ…プロセス基板 １８…コーティングユニット ２２…コーティングステーション ２４…構造化ステーション ２６…機能的構造

Claims (53)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体素子の全体の機能を定義する複数
    の層をベース基板上に備えた半導体素子の機能的構造を
    製造するためのプロセスであって、リソグラフィック技
    術を用いることなく、完全に物理的な層処理プロセスを
    用いてすべての層をベース基板にひとつずつ形成するよ
    うにすることを特徴とするプロセス。
  2. 【請求項２】 前記層を前記ベース基板に積層させるこ
    とを特徴とする請求項１記載のプロセス。
  3. 【請求項３】 前記層の形成にあたって層材料にレーザ
    ーを照射することを特徴とする請求項１または２記載の
    プロセス。
  4. 【請求項４】 前記レーザーとして、パルスレーザーを
    照射することを特徴とする請求項３記載のプロセス。
  5. 【請求項５】 前記層のうち少なくとも１つが、前記層
    材料を備えた少なくとも１つのターゲットを前記レーザ
    ーで照射することによって形成されることを特徴とする
    請求項３または４記載のプロセス。
  6. 【請求項６】 前記ターゲットでプラズマを生成して該
    ターゲットから層材料粒子をプロセス基板へ移動させて
    該プロセス基板の表面上に堆積させることによって前記
    層の形成を行うことを特徴とする請求項５記載のプロセ
    ス。
  7. 【請求項７】 構造を持たない層を前記プロセス基板に
    対向するターゲット表面を照射することによって形成す
    るようにしたことを特徴とする請求項１から６までのい
    ずれか１項に記載のプロセス。
  8. 【請求項８】 前記ターゲットとして、厚層ターゲット
    を使用することを特徴とする請求項７記載のプロセス。
  9. 【請求項９】 前記厚層ターゲットの表面を前記レーザ
    ーで照射してプラズマを生成するようにしたことを特徴
    とする請求項８記載のプロセス。
  10. 【請求項１０】 前記層材料からの粒子が、前記厚層タ
    ーゲットから前記プロセス基板へと円錐形状で移動する
    ようにしたことを特徴とする請求項９記載のプロセス。
  11. 【請求項１１】 形状に応じてパルスレーザービームが
    前記プロセス基板上を移動することによって構造を持つ
    層が形成されることを特徴とする請求項１から１０まで
    のいずれか１項に記載のプロセス。
  12. 【請求項１２】 前記プロセス基板上に既に形成された
    層から前記のレーザービームを用いて前記層材料を除去
    して構造を持つ層を形成することを特徴とする請求項１
    １記載のプロセス。
  13. 【請求項１３】 薄層ターゲットのプロセス基板から遠
    い側を照射することによって前記の構造を持つ層を形成
    することを特徴とする請求項１１記載のプロセス。
  14. 【請求項１４】 前記薄層ターゲットのプロセス基板か
    ら遠い側に、前記のレーザービームを予め定められたよ
    うに誘導することによって前記の構造を持つ層を形成す
    ることを特徴とする請求項１３記載のプロセス。
  15. 【請求項１５】 前記薄層ターゲットが、前記プロセス
    基板の表面からわずかに隔離されて配置されたことを特
    徴とする請求項１３または１４記載のプロセス。
  16. 【請求項１６】 前記薄層ターゲットが、前記プロセス
    基板の表面から焦点の直径の１０倍よりも小さい距離だ
    け隔離されて配置されたことを特徴とする請求項１５記
    載のプロセス。
  17. 【請求項１７】 前記プロセス基板の上方にわずかな距
    離を隔てることによって、フォイルが前記薄膜ターゲッ
    トとして設けられることを特徴とする請求項１３から１
    ６までのいずれか１項に記載のプロセス。
  18. 【請求項１８】 前記薄層ターゲットとして、前記のレ
    ーザービームで照射可能なキャリア部材上に膜が設けら
    れたことを特徴とする請求項１３から１６までのいずれ
    か１項に記載のプロセス。
  19. 【請求項１９】 互いにオーバーラップするように順次
    形成された部分層によって前記の各層が形成されること
    を特徴とする請求項１から１８までのいずれか１項に記
    載のプロセス。
  20. 【請求項２０】 前記の各層が、機能的に完成された層
    材料成分から形成されることを特徴とする請求項１から
    １９までのいずれか１項に記載のプロセス。
  21. 【請求項２１】 前記の機能的に完成された層材料成分
    が、前記層材料の個々の成分からなる層から得られるこ
    とを特徴とする請求項２０記載のプロセス。
  22. 【請求項２２】 前記の機能的に完成された層材料成分
    のコンポーネントを備えた複数の個別ターゲットを１つ
    のターゲットとして使用し、該個別ターゲットが前記の
    レーザービームによって処理されることを特徴とする請
    求項２１記載のプロセス。
  23. 【請求項２３】 前記のレーザービームの焦点を前記タ
    ーゲットに対して移動させることを特徴とする請求項５
    から２２までのいずれか１項に記載のプロセス。
  24. 【請求項２４】 前記ターゲットを前記プロセス基板に
    対して移動させることを特徴とする請求項５から２３ま
    でのいずれか１項に記載のプロセス。
  25. 【請求項２５】 前記の機能的構造を有する層が複数の
    連続したステーションにおいて形成されることを特徴と
    する請求項１から２４までのいずれか１項に記載のプロ
    セス。
  26. 【請求項２６】 前記の機能的構造が連続したプロセス
    サイクルにおいて形成されることを特徴とする請求項２
    ５記載のプロセス。
  27. 【請求項２７】 前記の各層の形成のために、コーティ
    ングステーションが各々設けられたことを特徴とする請
    求項２５または２６記載のプロセス。
  28. 【請求項２８】 前記プロセス基板を１つのコーティン
    グステーションから次のコーティングステーションへと
    搬送することを特徴とする請求項２７記載のプロセス。
  29. 【請求項２９】 前記の各コーティングステーションが
    高真空状態で動作することを特徴とする請求項２７また
    は２８記載のプロセス。
  30. 【請求項３０】 前記コーティングステーションのうち
    の１つが層の構造化のための構造化ステーションとして
    設けられたことを特徴とする請求項２５から２９までの
    いずれか１項に記載のプロセス。
  31. 【請求項３１】 前記層の構造化のために前記構造化ス
    テーションにおいて前記のレーザービームを用いて材料
    の除去を行うことを特徴とする請求項３０記載のプロセ
    ス。
  32. 【請求項３２】 個々の前記コーティングステーション
    が互いに隔離配置されていることを特徴とする請求項２
    ７から３１までのいずれか１項に記載のプロセス。
  33. 【請求項３３】 前記構造化ステーションが互いに、か
    つ、前記コーティングステーションから隔離配置されて
    いることを特徴とする請求項３０から３２までのいずれ
    か１項に記載のプロセス。
  34. 【請求項３４】 前記構造化ステーションが高真空状態
    で動作することを特徴とする請求項３０または３１記載
    のプロセス。
  35. 【請求項３５】 キャッチング装置を設けることによっ
    て、前記層から除去された材料が構造化されるのを防止
    するようにしたことを特徴とする請求項３４記載のプロ
    セス。
  36. 【請求項３６】 前記構造化ステーションが保護ガス中
    で動作することを特徴とする請求項３０または３１記載
    のプロセス。
  37. 【請求項３７】 前記の層形成に先立ち、前記のレーザ
    ービームを用いて前記ベース基板を光分解で洗浄するこ
    とを特徴とする請求項１から３６までのいずれか１項に
    記載のプロセス。
  38. 【請求項３８】 前記の光分解洗浄のためのレーザービ
    ームとしてパルスレーザービームを用いることを特徴と
    する請求項３７記載のプロセス。
  39. 【請求項３９】 前記ベース基板を前記のレーザービー
    ムに対して移動することを特徴とする請求項３７または
    ３８記載のプロセス。
  40. 【請求項４０】 前記層を形成するためのレーザービー
    ムのエネルギーを、前記層材料のうち最大１個の原子層
    が前記のレーザーパルスごとに前記プロセス基板上に形
    成されるような大きさにすることを特徴とする請求項１
    から３９までのいずれか１項に記載のプロセス。
  41. 【請求項４１】 前記のレーザーパルスの期間が約１０
    ０ピコ秒よりも短いことを特徴とする請求項４０記載の
    プロセス。
  42. 【請求項４２】 前記のレーザーパルスとして、波長が
    ０．６μｍよりも短いレーザービームが使用されること
    を特徴とする請求項４０または４１記載のプロセス。
  43. 【請求項４３】 波長が０．６μｍよりも短くパルス期
    間がピコ秒範囲のレーザーパルス部分を使ってプラズマ
    が生成され、その後、ピコ秒範囲の別のレーザーパルス
    部分を使ってプラズマを加熱するようにしたことを特徴
    とする請求項４０から４２までのいずれか１項に記載の
    プロセス。
  44. 【請求項４４】 前記の別のレーザーパルス部分が１ナ
    ノ秒程度遅延していることを特徴とする請求項４３記載
    のプロセス。
  45. 【請求項４５】 前記の別のレーザーパルス部分の波長
    が、プラズマを生成するためのレーザーパルス部分の波
    長の積分倍数と同じであることを特徴とする請求項４３
    または４４記載のプロセス。
  46. 【請求項４６】 半導体素子の全体の機能を定義する複
    数の層をベース基板上に備えた半導体素子の機能的構造
    を製造するための装置であって、コーティングユニット
    （１８）が設けられ、完全に物理的な層処理を行う非リ
    ソグラフィー式層形成用のコーティングステーション
    （２２，４０）が該コーティングユニット（１８）内に
    設けられてベース基板（１２ａ）上に全体的な機能的構
    造を形成するようにしたことを特徴とする装置。
  47. 【請求項４７】 前記層を形成するための少なくとも１
    つのレーザーが、前記の各コーティングステーション
    （２２，４０）に関係していることを特徴とする請求項
    ４６記載の装置。
  48. 【請求項４８】 前記コーティングユニット（１８）
    が、機能的構造（２６）を形成するための連続的なステ
    ーション（２２，２４，４０）を備えることを特徴とす
    る請求項４６または４７記載の装置。
  49. 【請求項４９】 前記機能的構造（２６）が、連続した
    プロセスサイクルで形成可能であることを特徴とする請
    求項４６から４８までのいずれか１項に記載の装置。
  50. 【請求項５０】 搬送手段が、プロセス基板（１２ｂ）
    を搬送するために前記コーティングユニット（１８）を
    通って伸長するように設けられたことを特徴とする請求
    項４６から４９までのいずれか１項に記載の装置。
  51. 【請求項５１】 前記の複数のコーティングステーショ
    ン（２２，４０）が、前記コーティングユニット（１
    ８）内に順次設けられていることを特徴とする請求項５
    ０記載の装置。
  52. 【請求項５２】 前記コーティングステーションの内の
    １つのコーティングステーション（２２）に続いて、構
    造化ステーション（２４）において前記層の構造化が行
    われることを特徴とする請求項４６から５１までのいず
    れか１項に記載の装置。
  53. 【請求項５３】 前記コーティングユニット（１８）に
    先立って、光分解式の洗浄ユニット（１０）が使用され
    ることを特徴とする請求項４６から５２までのいずれか
    １項に記載の装置。
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