JPH06302897A - レーザ装置、その運転方法およびその応用 - Google Patents
レーザ装置、その運転方法およびその応用Info
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- JPH06302897A JPH06302897A JP5115427A JP11542793A JPH06302897A JP H06302897 A JPH06302897 A JP H06302897A JP 5115427 A JP5115427 A JP 5115427A JP 11542793 A JP11542793 A JP 11542793A JP H06302897 A JPH06302897 A JP H06302897A
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- Japan
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- laser
- laser light
- attenuator
- intensity
- thin film
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-
- 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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
- B23K26/702—Auxiliary equipment
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 エキシマレーザ１、エキシマレーザ１の光路
上に配置されたアッテネータ２、アッテネータ２を通過
したレーザ光の一部が透過し、残部が反射するハーフミ
ラー７、ハーフミラー７を透過したレーザ光の強度を測
定するセンサ３、およびセンサ３の測定したレーザ光の
強度を基にアッテネータ２を制御するマイクロコンピュ
ータ４とを具備する。エキシマレーザ１で発生されたレ
ーザ光は、アッテネータ２で減衰されてハーフミラー７
で反射されるとともに一部が透過してセンサ３に入射す
る。ハーフミラー７で反射されたレーザ光は、被照射物
に照射される。センサ３は、ハーフミラー７を透過した
レーザ光の強度を検出する。センサ３の検出したレーザ
光の強度が変化すると、マイクロコンピュータ４は、そ
の変化を打ち消す方向にアッテネータの減衰率を制御す
る制御信号を出力する。 【効果】 長時間連続運転してもレーザ光の強度、ビー
ム形状が変化しない。
上に配置されたアッテネータ２、アッテネータ２を通過
したレーザ光の一部が透過し、残部が反射するハーフミ
ラー７、ハーフミラー７を透過したレーザ光の強度を測
定するセンサ３、およびセンサ３の測定したレーザ光の
強度を基にアッテネータ２を制御するマイクロコンピュ
ータ４とを具備する。エキシマレーザ１で発生されたレ
ーザ光は、アッテネータ２で減衰されてハーフミラー７
で反射されるとともに一部が透過してセンサ３に入射す
る。ハーフミラー７で反射されたレーザ光は、被照射物
に照射される。センサ３は、ハーフミラー７を透過した
レーザ光の強度を検出する。センサ３の検出したレーザ
光の強度が変化すると、マイクロコンピュータ４は、そ
の変化を打ち消す方向にアッテネータの減衰率を制御す
る制御信号を出力する。 【効果】 長時間連続運転してもレーザ光の強度、ビー
ム形状が変化しない。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ装置、その運転
方法およびその応用に関する。より詳細には、本発明
は、長時間連続的または断続的発振させた場合にもレー
ザ光出力およびレーザのビーム形状を一定に保持可能な
レーザ装置、その運転方法およびこのレーザ装置を使用
した薄膜の成膜方法に関する。
方法およびその応用に関する。より詳細には、本発明
は、長時間連続的または断続的発振させた場合にもレー
ザ光出力およびレーザのビーム形状を一定に保持可能な
レーザ装置、その運転方法およびこのレーザ装置を使用
した薄膜の成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】薄膜の作製には、各種の方法が使用され
るが、レーザアブレーション法は、組成の制御がやり易
く、成膜速度が高い等の利点がある。また、一切の電磁
場を必要としないので、高品質の薄膜を作製するのに適
した方法と考えられている。一方、酸化物超電導体は多
元系の複合酸化物であり、組成比が僅かでも適正値から
外れると超電導特性が大幅に低下する。レーザアブレー
ション法では、成膜する薄膜の組成の制御が容易である
ので、レーザアブレーション法を使用して特性の優れた
酸化物超電導薄膜を作製することが研究されている。
るが、レーザアブレーション法は、組成の制御がやり易
く、成膜速度が高い等の利点がある。また、一切の電磁
場を必要としないので、高品質の薄膜を作製するのに適
した方法と考えられている。一方、酸化物超電導体は多
元系の複合酸化物であり、組成比が僅かでも適正値から
外れると超電導特性が大幅に低下する。レーザアブレー
ション法では、成膜する薄膜の組成の制御が容易である
ので、レーザアブレーション法を使用して特性の優れた
酸化物超電導薄膜を作製することが研究されている。
【０００３】レーザアブレーション法で薄膜を作製する
場合は、内部を高真空に排気可能で、任意の雰囲気ガス
を導入できるチャンバ内に基板およびターゲットを配置
し、チャンバ外部に配置したレーザ装置の発するレーザ
光を光学手段により誘導し、必要に応じて集光してター
ゲットに照射していた。レーザ光がターゲットに照射さ
れると、プルームと呼ばれる火炎状のプラズマが発生
し、その先端部分近傍に配置された基板上に薄膜が成長
する。レーザ装置としては、一般にエキシマレーザ等の
高出力、高エネルギのものが使用されることが多い。
場合は、内部を高真空に排気可能で、任意の雰囲気ガス
を導入できるチャンバ内に基板およびターゲットを配置
し、チャンバ外部に配置したレーザ装置の発するレーザ
光を光学手段により誘導し、必要に応じて集光してター
ゲットに照射していた。レーザ光がターゲットに照射さ
れると、プルームと呼ばれる火炎状のプラズマが発生
し、その先端部分近傍に配置された基板上に薄膜が成長
する。レーザ装置としては、一般にエキシマレーザ等の
高出力、高エネルギのものが使用されることが多い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のレーザアブレー
ション法に使用するレーザ光は、各ロット間において強
度のばらつきがなく、さらに成膜の最初から最後まで一
定の強度を有することが好ましい。レーザ光強度が成膜
中に変化すると、均一な薄膜が作製できないおそれがあ
る。また、同様な理由から、レーザビームに対する空間
強度分布も成膜中は変化しないことが好ましい。できれ
ば、レーザビームに対する空間強度分布は均一であるこ
とが好ましい。
ション法に使用するレーザ光は、各ロット間において強
度のばらつきがなく、さらに成膜の最初から最後まで一
定の強度を有することが好ましい。レーザ光強度が成膜
中に変化すると、均一な薄膜が作製できないおそれがあ
る。また、同様な理由から、レーザビームに対する空間
強度分布も成膜中は変化しないことが好ましい。できれ
ば、レーザビームに対する空間強度分布は均一であるこ
とが好ましい。
【０００５】しかしながら、エキシマレーザ等のガスレ
ーザは、発振を開始すると徐々にレーザ光強度が低下す
る。この原因としては、レーザガスの状態が変化するこ
と、レーザ管内のミラーがレーザを発振させることによ
り汚れること、あるいは、ミラーのアライメントが微妙
にずれること等が考えられる。この場合、レーザ管に印
加する電圧を高めることによりレーザ光強度を向上させ
ることが可能であるが、レーザ管に印加する電圧を変化
させるとレーザビームの形状、即ちレーザビームに対す
る空間強度分布も同時に変化する。従って、従来のレー
ザ装置を使用したレーザアブレーション法では、各ロッ
ト間において均一な条件で薄膜を成膜することが困難で
あり、また、それぞれの薄膜の成膜においても最初から
最後まで一定の強度のレーザ光で成膜することが難しか
った。
ーザは、発振を開始すると徐々にレーザ光強度が低下す
る。この原因としては、レーザガスの状態が変化するこ
と、レーザ管内のミラーがレーザを発振させることによ
り汚れること、あるいは、ミラーのアライメントが微妙
にずれること等が考えられる。この場合、レーザ管に印
加する電圧を高めることによりレーザ光強度を向上させ
ることが可能であるが、レーザ管に印加する電圧を変化
させるとレーザビームの形状、即ちレーザビームに対す
る空間強度分布も同時に変化する。従って、従来のレー
ザ装置を使用したレーザアブレーション法では、各ロッ
ト間において均一な条件で薄膜を成膜することが困難で
あり、また、それぞれの薄膜の成膜においても最初から
最後まで一定の強度のレーザ光で成膜することが難しか
った。
【０００６】そこで、本発明の目的は、上記従来技術の
問題点を解決した長時間連続的または断続的発振させた
場合にもレーザ光出力およびレーザのビーム形状が一定
に保持可能なレーザ装置を提供することにある。
問題点を解決した長時間連続的または断続的発振させた
場合にもレーザ光出力およびレーザのビーム形状が一定
に保持可能なレーザ装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に従うと、レーザ
光発振装置と、該レーザ光発振装置で発振されたレーザ
光の光路上に配置され、レーザ光の強度を任意に減衰可
能なアッテネータとを具備し、前記アッテネータから出
力されるレーザ光の強度が所定の値になるよう構成され
ていることを特徴とするレーザ装置が提供される。
光発振装置と、該レーザ光発振装置で発振されたレーザ
光の光路上に配置され、レーザ光の強度を任意に減衰可
能なアッテネータとを具備し、前記アッテネータから出
力されるレーザ光の強度が所定の値になるよう構成され
ていることを特徴とするレーザ装置が提供される。
【０００８】本発明のレーザ装置おいては、レーザ光発
振装置と、該レーザ光発振装置で発振されたレーザ光の
光路上に配置され、レーザ光の強度を任意に減衰可能な
アッテネータと、レーザ光の強度を測定するセンサと、
該センサの測定したレーザ光の強度を基に前記アッテネ
ータから出力されるレーザ光の強度が所定の値になるよ
う前記アッテネータを制御する制御手段とを具備するこ
とが好ましい。
振装置と、該レーザ光発振装置で発振されたレーザ光の
光路上に配置され、レーザ光の強度を任意に減衰可能な
アッテネータと、レーザ光の強度を測定するセンサと、
該センサの測定したレーザ光の強度を基に前記アッテネ
ータから出力されるレーザ光の強度が所定の値になるよ
う前記アッテネータを制御する制御手段とを具備するこ
とが好ましい。
【０００９】上記本発明のレーザ装置のレーザ光発振装
置は、エキシマレーザまたはＣＯ2レーザであることが
好ましい。
置は、エキシマレーザまたはＣＯ2レーザであることが
好ましい。
【００１０】また、本発明においては、上記レーザ装置
の運転方法も提供される。本発明のレーザ装置の運転方
法は、アッテネータの減衰率を０でない適当な初期値に
設定し、運転中にレーザ発振装置が出力するレーザ光の
強度が低下したらそれに対応してアッテネータの減衰率
を小さくし、アッテネータから出力されるレーザ光の強
度を運転中一定に保持することを特徴とする。
の運転方法も提供される。本発明のレーザ装置の運転方
法は、アッテネータの減衰率を０でない適当な初期値に
設定し、運転中にレーザ発振装置が出力するレーザ光の
強度が低下したらそれに対応してアッテネータの減衰率
を小さくし、アッテネータから出力されるレーザ光の強
度を運転中一定に保持することを特徴とする。
【００１１】さらに本発明では、上記本発明のレーザ装
置を本発明の方法で運転するレーザアブレーション法に
より薄膜を成膜する成膜方法が提供される。本発明の成
膜方法は、特に酸化物超電導薄膜の成膜に有利に適用で
きる。
置を本発明の方法で運転するレーザアブレーション法に
より薄膜を成膜する成膜方法が提供される。本発明の成
膜方法は、特に酸化物超電導薄膜の成膜に有利に適用で
きる。
【００１２】
【作用】本発明のレーザ装置は、レーザ光発振装置で発
振されたレーザ光の光路上に配置され、レーザ光の強度
を任意に減衰可能なアッテネータを備え、このアッテネ
ータから出力されるレーザ光の強度が所定の値になるよ
う構成されているところにその主要な特徴がある。より
具体的には、本発明のレーザ装置は、レーザ光の光路上
に配置され、レーザ光の強度を任意に減衰可能なアッテ
ネータと、レーザ光の強度を測定するセンサと、該セン
サの測定したレーザ光の強度を基に前記アッテネータか
ら出力されるレーザ光の強度が所定の値になるよう前記
アッテネータを制御する制御手段とを備えることが好ま
しい。本発明のレーザ装置は、レーザ光の強度によりア
ッテネータをフィードバック制御して、アッテネータか
ら出力されるレーザ光強度を一定に保つ。
振されたレーザ光の光路上に配置され、レーザ光の強度
を任意に減衰可能なアッテネータを備え、このアッテネ
ータから出力されるレーザ光の強度が所定の値になるよ
う構成されているところにその主要な特徴がある。より
具体的には、本発明のレーザ装置は、レーザ光の光路上
に配置され、レーザ光の強度を任意に減衰可能なアッテ
ネータと、レーザ光の強度を測定するセンサと、該セン
サの測定したレーザ光の強度を基に前記アッテネータか
ら出力されるレーザ光の強度が所定の値になるよう前記
アッテネータを制御する制御手段とを備えることが好ま
しい。本発明のレーザ装置は、レーザ光の強度によりア
ッテネータをフィードバック制御して、アッテネータか
ら出力されるレーザ光強度を一定に保つ。
【００１３】本発明のレーザ装置は、以下のように動作
する。最初にアッテネータを所定の減衰率にセットす
る。この減衰率は、レーザ装置の運転開始時にレーザ発
振装置から発振されるレーザ光強度と、レーザ装置の運
転終了時にレーザ発振装置から発振されると予想される
レーザ光強度と、の比に近い値にすることが好ましい。
アッテネータの減衰率をセットしたら、レーザを発振さ
せる。レーザ発振装置から出力されるレーザ光強度が低
下すると、センサでそれを検知し、制御手段によりアッ
テネータの減衰率をレーザ光強度の低下に見合う分だけ
小さくしてアッテネータから出力されるレーザ光強度を
回復させる。レーザ発振装置から出力されるレーザ光強
度が低下するたびに上記の動作を繰り返し、レーザ装置
の運転終了までアッテネータから出力されるレーザ光強
度を一定に保つ。この間、レーザは連続的または断続的
に発振される。
する。最初にアッテネータを所定の減衰率にセットす
る。この減衰率は、レーザ装置の運転開始時にレーザ発
振装置から発振されるレーザ光強度と、レーザ装置の運
転終了時にレーザ発振装置から発振されると予想される
レーザ光強度と、の比に近い値にすることが好ましい。
アッテネータの減衰率をセットしたら、レーザを発振さ
せる。レーザ発振装置から出力されるレーザ光強度が低
下すると、センサでそれを検知し、制御手段によりアッ
テネータの減衰率をレーザ光強度の低下に見合う分だけ
小さくしてアッテネータから出力されるレーザ光強度を
回復させる。レーザ発振装置から出力されるレーザ光強
度が低下するたびに上記の動作を繰り返し、レーザ装置
の運転終了までアッテネータから出力されるレーザ光強
度を一定に保つ。この間、レーザは連続的または断続的
に発振される。
【００１４】本発明のレーザ装置では、レーザ発振装置
の出力可能な最高出力のレーザ光を使用することはでき
ないが、長時間連続的または断続的運転した場合でもレ
ーザ光強度は一定に保持される。また、レーザ管に印加
する電圧は、運転中一定であるのでレーザビームの形状
が変化することがない。即ち、本発明のレーザ装置で
は、長時間連続的または断続的運転した場合にも、均一
の強度および形状のレーザ光を出力する。
の出力可能な最高出力のレーザ光を使用することはでき
ないが、長時間連続的または断続的運転した場合でもレ
ーザ光強度は一定に保持される。また、レーザ管に印加
する電圧は、運転中一定であるのでレーザビームの形状
が変化することがない。即ち、本発明のレーザ装置で
は、長時間連続的または断続的運転した場合にも、均一
の強度および形状のレーザ光を出力する。
【００１５】本発明のレーザ装置は、任意のレーザに適
用することができるが、特に、上述のレーザアブレーシ
ョン法による薄膜の作製に使用するエキシマレーザある
いはＣＯ2 レーザ等に使用することが効果的である。レ
ーザアブレーション法では、レーザの照射によりターゲ
ットからプラズマを発生させ、基板上に薄膜を堆積させ
るが、レーザ光のエネルギ、ビーム形状が成膜中に変化
すると一様な薄膜が作製できないからである。
用することができるが、特に、上述のレーザアブレーシ
ョン法による薄膜の作製に使用するエキシマレーザある
いはＣＯ2 レーザ等に使用することが効果的である。レ
ーザアブレーション法では、レーザの照射によりターゲ
ットからプラズマを発生させ、基板上に薄膜を堆積させ
るが、レーザ光のエネルギ、ビーム形状が成膜中に変化
すると一様な薄膜が作製できないからである。
【００１６】上記本発明のレーザ装置のアッテネータと
して使用可能なものには、例えば、互いに対向し、水平
面からの傾斜角が常に互いに補角をなすよう（垂線に対
する傾斜角がθおよび−θとなるよう）配置された２枚
の合成石英、MgＦ2またはCaＦ2の両面鏡面研磨板で主に
構成されたものがある。この２枚の両面鏡面研磨板の一
方は両面に無反射コートが施されており、他方はもう一
方の両面鏡面研磨板に対向する面のみに無反射コートが
施されている。レーザ光はこの２枚の両面鏡面研磨板の
両面に無反射コートされているものに水平に入射し、透
過してもう一方の片面のみに無反射コートされている両
面鏡面研磨板に入射する。この両面鏡面研磨板に入射し
たレーザ光の一部は、両面鏡面研磨板の無反射コートさ
れていない面で反射され、一部のみが透過する。透過す
るレーザ光の割合は、両面鏡面研磨板の傾斜により変更
することが可能である。
して使用可能なものには、例えば、互いに対向し、水平
面からの傾斜角が常に互いに補角をなすよう（垂線に対
する傾斜角がθおよび−θとなるよう）配置された２枚
の合成石英、MgＦ2またはCaＦ2の両面鏡面研磨板で主に
構成されたものがある。この２枚の両面鏡面研磨板の一
方は両面に無反射コートが施されており、他方はもう一
方の両面鏡面研磨板に対向する面のみに無反射コートが
施されている。レーザ光はこの２枚の両面鏡面研磨板の
両面に無反射コートされているものに水平に入射し、透
過してもう一方の片面のみに無反射コートされている両
面鏡面研磨板に入射する。この両面鏡面研磨板に入射し
たレーザ光の一部は、両面鏡面研磨板の無反射コートさ
れていない面で反射され、一部のみが透過する。透過す
るレーザ光の割合は、両面鏡面研磨板の傾斜により変更
することが可能である。
【００１７】また、本発明のレーザ装置において、レー
ザ光の強度を測定するセンサは、アッテネータの前後ど
ちらに配置してもよく、また、アッテネータの前後両方
に配置することも好ましい。本発明のレーザ装置に使用
可能なセンサとしては、例えば、レーザ光を熱に変換し
てレーザ光の強度を測定するエネルギメータ、バイプラ
ナー型光電管またはフォトダイオードを利用したものが
好ましい。
ザ光の強度を測定するセンサは、アッテネータの前後ど
ちらに配置してもよく、また、アッテネータの前後両方
に配置することも好ましい。本発明のレーザ装置に使用
可能なセンサとしては、例えば、レーザ光を熱に変換し
てレーザ光の強度を測定するエネルギメータ、バイプラ
ナー型光電管またはフォトダイオードを利用したものが
好ましい。
【００１８】一方、本発明のレーザ装置の制御手段は、
上述の運転動作におけるアッテネータの制御が可能なも
のであれば、手動または任意の自動制御機構が使用でき
るが、マイクロコンピュータを使用することが好まし
い。制御手段にマイクロコンピュータを使用すると、ソ
フトウェアを改変するだけで、アッテネータの制御を変
更することができるからで、レーザ発振装置の仕様の変
更、レーザ光の照射対象、照射時間等の変更にも容易に
対応可能であるからである。
上述の運転動作におけるアッテネータの制御が可能なも
のであれば、手動または任意の自動制御機構が使用でき
るが、マイクロコンピュータを使用することが好まし
い。制御手段にマイクロコンピュータを使用すると、ソ
フトウェアを改変するだけで、アッテネータの制御を変
更することができるからで、レーザ発振装置の仕様の変
更、レーザ光の照射対象、照射時間等の変更にも容易に
対応可能であるからである。
【００１９】以下、本発明を実施例によりさらに詳しく
説明するが、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲をなんら制限するものではな
い。
説明するが、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲をなんら制限するものではな
い。
【００２０】
【実施例】図１に、本発明のレーザ装置の一例を使用し
たレーザアブレーション法による成膜装置の概略図を示
す。図１に示した装置の内、本発明のレーザ装置は、Ar
Ｆエキシマレーザ１、エキシマレーザ１の光路上に配置
されたアッテネータ２、アッテネータ２を通過したレー
ザ光の一部が透過し、残部が反射するハーフミラー７、
ハーフミラー７を透過したレーザ光をセンサ３に集光す
るレンズ８、レンズ８で集光されたレーザ光の強度を測
定するセンサ３、およびセンサ３の測定したレーザ光の
強度を基にアッテネータ２を制御するマイクロコンピュ
ータ４とを具備する。ハーフミラー７は、入射したレー
ザ光の10％が透過するよう構成されている。
たレーザアブレーション法による成膜装置の概略図を示
す。図１に示した装置の内、本発明のレーザ装置は、Ar
Ｆエキシマレーザ１、エキシマレーザ１の光路上に配置
されたアッテネータ２、アッテネータ２を通過したレー
ザ光の一部が透過し、残部が反射するハーフミラー７、
ハーフミラー７を透過したレーザ光をセンサ３に集光す
るレンズ８、レンズ８で集光されたレーザ光の強度を測
定するセンサ３、およびセンサ３の測定したレーザ光の
強度を基にアッテネータ２を制御するマイクロコンピュ
ータ４とを具備する。ハーフミラー７は、入射したレー
ザ光の10％が透過するよう構成されている。
【００２１】図１の装置は、さらにハーフミラー７で反
射されたレーザ光を集光するレンズ９、レンズ９で集光
されたレーザ光が入射する入射窓12を備えたチャンバ10
を備える。チャンバ10は、排気口11およびガス導入口13
を備え、内部の圧力および雰囲気を任意に変更すること
ができる。また、チャンバ10内には、基板ホルダ15およ
びターゲットホルダ17が備えられ、それぞれ基板14およ
びターゲット16を互いに対向させて保持する。基板ホル
ダ15は、図示されていないが、内部にヒータを備えてお
り、基板14を加熱することが可能である。一方、ターゲ
ットホルダ17は、モータ18により、ターゲット16を回転
可能に構成されている。ターゲット16を回転させること
により、レーザ光がターゲット16の一部のみに照射され
ることが避けられる。
射されたレーザ光を集光するレンズ９、レンズ９で集光
されたレーザ光が入射する入射窓12を備えたチャンバ10
を備える。チャンバ10は、排気口11およびガス導入口13
を備え、内部の圧力および雰囲気を任意に変更すること
ができる。また、チャンバ10内には、基板ホルダ15およ
びターゲットホルダ17が備えられ、それぞれ基板14およ
びターゲット16を互いに対向させて保持する。基板ホル
ダ15は、図示されていないが、内部にヒータを備えてお
り、基板14を加熱することが可能である。一方、ターゲ
ットホルダ17は、モータ18により、ターゲット16を回転
可能に構成されている。ターゲット16を回転させること
により、レーザ光がターゲット16の一部のみに照射され
ることが避けられる。
【００２２】上記の装置において、エキシマレーザ１で
発生されたレーザ光は、アッテネータ２で減衰されてハ
ーフミラー７で反射されるとともに一部が透過してセン
サ３に入射する。ハーフミラー７で反射されたレーザ光
は、集光レンズ９で集光され、チャンバ10内のターゲッ
ト16に照射される。ターゲット16に集光されたレーザ光
が照射されると基板14に向かってプラズマが発生し、ヒ
ータにより加熱された基板14上に薄膜が成膜される。セ
ンサ３は、ハーフミラー７を透過したレーザ光の強度を
検出する。センサ３の検出したレーザ光の強度が変化す
ると、マイクロコンピュータ４は、その変化を打ち消す
方向にアッテネータの減衰率を制御する制御信号を出力
する。
発生されたレーザ光は、アッテネータ２で減衰されてハ
ーフミラー７で反射されるとともに一部が透過してセン
サ３に入射する。ハーフミラー７で反射されたレーザ光
は、集光レンズ９で集光され、チャンバ10内のターゲッ
ト16に照射される。ターゲット16に集光されたレーザ光
が照射されると基板14に向かってプラズマが発生し、ヒ
ータにより加熱された基板14上に薄膜が成膜される。セ
ンサ３は、ハーフミラー７を透過したレーザ光の強度を
検出する。センサ３の検出したレーザ光の強度が変化す
ると、マイクロコンピュータ４は、その変化を打ち消す
方向にアッテネータの減衰率を制御する制御信号を出力
する。
【００２３】図２に、上記本実施例のレーザ装置で使用
したアッテネータ２の構成を示す。図２に示したアッテ
ネータ２は、垂線に対してそれぞれθおよび−θ傾斜し
て対向している合成石英の両面鏡面研磨板21および22で
主に構成されている。両面鏡面研磨板21には両面に無反
射コートが施されており、両面鏡面研磨板22は、両面鏡
面研磨板21に対向している面のみに無反射コートが施さ
れている。図示されていないが、マイクロコンピュータ
４の制御信号により、両面鏡面研磨板21および22は、常
に垂線に対する傾斜角がθおよび−θである状態を保持
しながら、傾斜角が変更されるよう構成されている。レ
ーザ光は、図面の左側から両面鏡面研磨板21に入射し、
透過して両面鏡面研磨板22に入射する。両面研磨板22に
入射したレーザ光の一部は、両面鏡面研磨板22の無反射
コートが施されていない面で反射され、残りが透過す
る。透過するレーザ光の割合は、両面鏡面研磨板22の傾
斜角により変更することができる。両面鏡面研磨板21
は、レーザ光の光路が変化しないよう補正する機能を有
する。
したアッテネータ２の構成を示す。図２に示したアッテ
ネータ２は、垂線に対してそれぞれθおよび−θ傾斜し
て対向している合成石英の両面鏡面研磨板21および22で
主に構成されている。両面鏡面研磨板21には両面に無反
射コートが施されており、両面鏡面研磨板22は、両面鏡
面研磨板21に対向している面のみに無反射コートが施さ
れている。図示されていないが、マイクロコンピュータ
４の制御信号により、両面鏡面研磨板21および22は、常
に垂線に対する傾斜角がθおよび−θである状態を保持
しながら、傾斜角が変更されるよう構成されている。レ
ーザ光は、図面の左側から両面鏡面研磨板21に入射し、
透過して両面鏡面研磨板22に入射する。両面研磨板22に
入射したレーザ光の一部は、両面鏡面研磨板22の無反射
コートが施されていない面で反射され、残りが透過す
る。透過するレーザ光の割合は、両面鏡面研磨板22の傾
斜角により変更することができる。両面鏡面研磨板21
は、レーザ光の光路が変化しないよう補正する機能を有
する。
【００２４】一方、本実施例においては、センサ３に紫
外域用のフォトダイオードを使用した。ハーフミラー７
でレーザ光の10％を透過させて、レンズ８でセンサ３に
集光して入射させ、レーザ光の強度を計測した。
外域用のフォトダイオードを使用した。ハーフミラー７
でレーザ光の10％を透過させて、レンズ８でセンサ３に
集光して入射させ、レーザ光の強度を計測した。
【００２５】通常、エキシマレーザは、運転開始直後の
レーザ光出力が最大で、運転中に徐々にレーザ光出力が
低下する。従って、本実施例のレーザ装置では、始めに
アッテネータの減衰率を適当な初期値に設定し、エキシ
マレーザのレーザ光出力が低下するに従いアッテネータ
の減衰率を小さくするような運転制御が行われる。アッ
テネータの減衰率の初期値としては、エキシマレーザが
運転開始直後に発振すると予想されるレーザ光出力と、
運転終了直前に発振すると予想されるレーザ光出力との
比が好ましい。換言すれば、運転終了直前には、アッテ
ネータによる減衰が全く行われなくなるようにアッテネ
ータの減衰率の初期値を選択することが好ましい。
レーザ光出力が最大で、運転中に徐々にレーザ光出力が
低下する。従って、本実施例のレーザ装置では、始めに
アッテネータの減衰率を適当な初期値に設定し、エキシ
マレーザのレーザ光出力が低下するに従いアッテネータ
の減衰率を小さくするような運転制御が行われる。アッ
テネータの減衰率の初期値としては、エキシマレーザが
運転開始直後に発振すると予想されるレーザ光出力と、
運転終了直前に発振すると予想されるレーザ光出力との
比が好ましい。換言すれば、運転終了直前には、アッテ
ネータによる減衰が全く行われなくなるようにアッテネ
ータの減衰率の初期値を選択することが好ましい。
【００２６】上記本発明のレーザ装置の運転を行った。
運転時間は、１時間であり、運転開始直後のエキシマレ
ーザの出力を１パルス当たり0.6 Ｊとし、パルス周波数
を100Hzとした。アッテネータの減衰率の初期値（アッ
テネータ自体による減衰は含まない）は0.67にしたが、
これは、本実施例の装置に使用したエキシマレーザ装置
を１時間連続して発振させると、出力が１パルス当たり
約0.4Ｊに低下することから決定した。
運転時間は、１時間であり、運転開始直後のエキシマレ
ーザの出力を１パルス当たり0.6 Ｊとし、パルス周波数
を100Hzとした。アッテネータの減衰率の初期値（アッ
テネータ自体による減衰は含まない）は0.67にしたが、
これは、本実施例の装置に使用したエキシマレーザ装置
を１時間連続して発振させると、出力が１パルス当たり
約0.4Ｊに低下することから決定した。
【００２７】エキシマレーザを発振させると、１パルス
当たりのエネルギは徐々に低下し、１時間後には１パル
ス当たり0.4Ｊとなったが、アッテネータから出力され
るレーザ光のエネルギは、１パルス当たり0.36±0.01Ｊ
（アッテネータ自体による減衰10％を含む）であり、ほ
ぼ均一であった。また、エキシマレーザの高電圧の値は
一定であったのでビーム形状は、運転中ほぼ一定に保た
れた。
当たりのエネルギは徐々に低下し、１時間後には１パル
ス当たり0.4Ｊとなったが、アッテネータから出力され
るレーザ光のエネルギは、１パルス当たり0.36±0.01Ｊ
（アッテネータ自体による減衰10％を含む）であり、ほ
ぼ均一であった。また、エキシマレーザの高電圧の値は
一定であったのでビーム形状は、運転中ほぼ一定に保た
れた。
【００２８】次に、上記本発明のレーザ装置を使用した
成膜装置を使用して、10個のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電
導薄膜の成膜を行った。運転開始直後のエキシマレーザ
の出力を１パルス当たり0.6Ｊとし、パルス周波数を10H
zとした。また、アッテネータの減衰率の初期値は0.6に
した。これは、上記の成膜装置でＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物
超電導薄膜を成膜する場合、１パルス当たりのエネルギ
が0.3〜0.4Ｊのエキシマレーザをパルス周波数を10Hzで
10分間照射すること、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜
を連続して作製する場合に、チャンバ内の雰囲気の調整
に１時間を要すること、および本実施例の装置に使用し
たエキシマレーザ装置を１時間おきに10分間発振させる
と、１時間ごとの出力が１パルス当たり５％低下するこ
とから決定した。即ち、0.9510≒0.6 から決定した。
成膜装置を使用して、10個のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電
導薄膜の成膜を行った。運転開始直後のエキシマレーザ
の出力を１パルス当たり0.6Ｊとし、パルス周波数を10H
zとした。また、アッテネータの減衰率の初期値は0.6に
した。これは、上記の成膜装置でＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物
超電導薄膜を成膜する場合、１パルス当たりのエネルギ
が0.3〜0.4Ｊのエキシマレーザをパルス周波数を10Hzで
10分間照射すること、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜
を連続して作製する場合に、チャンバ内の雰囲気の調整
に１時間を要すること、および本実施例の装置に使用し
たエキシマレーザ装置を１時間おきに10分間発振させる
と、１時間ごとの出力が１パルス当たり５％低下するこ
とから決定した。即ち、0.9510≒0.6 から決定した。
【００２９】アッテネータの調整により、アッテネータ
から出力されるレーザ光のエネルギは、１パルス当たり
0.36±0.03Ｊ（アッテネータ自体による減衰10％を含
む）であり、ほぼ均一であった。また、エキシマレーザ
の高電圧の値は一定であったのでビーム形状は、運転中
ほぼ一定に保たれた。他の成膜条件を以下に示す。
から出力されるレーザ光のエネルギは、１パルス当たり
0.36±0.03Ｊ（アッテネータ自体による減衰10％を含
む）であり、ほぼ均一であった。また、エキシマレーザ
の高電圧の値は一定であったのでビーム形状は、運転中
ほぼ一定に保たれた。他の成膜条件を以下に示す。
【表１】 ターゲット Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X焼結体 基 板 LaAlＯ3単結晶基板 基板温度 700℃ 圧 力 400ｍTorr （Ｏ2 雰囲気）
【００３０】上記により作製された10個のＹ1Ba2Cu3Ｏ
7-X酸化物超電導薄膜は、膜厚のばらつきが５％以下で
あり、臨界温度も全て90Ｋ以上であった。一方、本発明
のレーザ装置を使用せず、従来の装置を使用してエキシ
マレーザ発振装置のレーザ管に印加する高電圧でレーザ
光強度を制御して、等しい成膜条件により同じく10個の
Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜の成膜を行った場合に
は、膜厚のばらつきが±10％となり、臨界温度も87〜90
Ｋとばらつきを生じた。
7-X酸化物超電導薄膜は、膜厚のばらつきが５％以下で
あり、臨界温度も全て90Ｋ以上であった。一方、本発明
のレーザ装置を使用せず、従来の装置を使用してエキシ
マレーザ発振装置のレーザ管に印加する高電圧でレーザ
光強度を制御して、等しい成膜条件により同じく10個の
Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜の成膜を行った場合に
は、膜厚のばらつきが±10％となり、臨界温度も87〜90
Ｋとばらつきを生じた。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に従えば、
長時間連続的または断続的に運転を行ってもレーザ光の
強度およびビーム形状が変化しないレーザ装置およびそ
の運転方法が提供される。本発明のレーザ装置およびそ
の運転方法は、レーザアブレーション法による薄膜の製
造に応用すると、従来よりも均一な薄膜を製造すること
ができる。また、レーザを使用した精密加工、表面処
理、リソグラフィ等に応用した場合には、従来よりも高
品質な処理が可能である。
長時間連続的または断続的に運転を行ってもレーザ光の
強度およびビーム形状が変化しないレーザ装置およびそ
の運転方法が提供される。本発明のレーザ装置およびそ
の運転方法は、レーザアブレーション法による薄膜の製
造に応用すると、従来よりも均一な薄膜を製造すること
ができる。また、レーザを使用した精密加工、表面処
理、リソグラフィ等に応用した場合には、従来よりも高
品質な処理が可能である。
【図１】本発明のレーザ装置を用いたレーザアブレーシ
ョン法で成膜を行う装置の概略図である。
ョン法で成膜を行う装置の概略図である。
【図２】図１に示した本発明のレーザ装置に使用されて
いるアッテネータの動作原理を説明する図である。
いるアッテネータの動作原理を説明する図である。
１ エキシマレーザ ２ アッテネータ ３ センサ ４ マイクロコンピュータ ７ ハーフミラー ８、９ レンズ 10 チャンバ 11 排気口 12 入射窓 13 ガス導入口 14 基板 15 基板ホルダ 16 ターゲット 17 ターゲットホルダ 18 モータ
Claims (6)
- 【請求項１】 レーザ光発振装置と、該レーザ光発振装
置で発振されたレーザ光の光路上に配置され、レーザ光
の強度を任意に減衰可能なアッテネータと、を具備し、
前記アッテネータから出力されるレーザ光の強度が所定
の値になるよう構成されていることを特徴とするレーザ
装置。 - 【請求項２】 レーザ光発振装置と、該レーザ光発振装
置で発振されたレーザ光の光路上に配置され、レーザ光
の強度を任意に減衰可能なアッテネータと、レーザ光の
強度を測定するセンサと、該センサの測定したレーザ光
の強度を基に前記アッテネータから出力されるレーザ光
の強度が所定の値になるよう前記アッテネータを制御す
る制御手段とを具備することを特徴とするレーザ装置。 - 【請求項３】 前記レーザ光発振装置が、エキシマレー
ザまたはＣＯ2 レーザであることを特徴とする請求項１
または２に記載のレーザ装置。 - 【請求項４】 レーザ光発振装置と、該レーザ光発振装
置で発振されたレーザ光の光路上に配置され、レーザ光
の強度を任意に減衰可能なアッテネータと、レーザ光の
強度を測定するセンサと、前記アッテネータを制御する
制御手段とを具備するレーザ装置を運転する方法におい
て、アッテネータの減衰率を０でない適当な初期値に設
定し、運転中にレーザ発振装置が出力するレーザ光の強
度が低下したらそれに対応してアッテネータの減衰率を
小さくし、アッテネータから出力されるレーザ光の強度
を運転中一定に保持することを特徴とするレーザ装置の
運転方法。 - 【請求項５】 内部の圧力および雰囲気を任意の状態に
制御可能なチャンバ内に、原料ターゲットおよび基板を
互いに対向させて配置し、前記チャンバ内の圧力および
雰囲気を所定の状態に調整し、前記原料ターゲットにレ
ーザ光を照射して前記基板上に薄膜を成膜するレーザア
ブレーション法による薄膜の成膜方法において、請求項
１〜３のいずれか１項に記載されたレーザ装置を請求項
４に記載された運転方法で運転することを特徴とする薄
膜の成膜方法。 - 【請求項６】 前記薄膜が、酸化物超電導薄膜であるこ
とを特徴とする請求項５に記載の薄膜の成膜方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5115427A JPH06302897A (ja) | 1993-04-19 | 1993-04-19 | レーザ装置、その運転方法およびその応用 |
| US08/229,716 US5544182A (en) | 1993-04-19 | 1994-04-19 | Laser system for laser ablation process and laser ablation process for preparing thin film of oxide superconductor material thereby |
| DE69414028T DE69414028T2 (de) | 1993-04-19 | 1994-04-19 | Lasersystem und Verwendung des Lasersystems |
| EP94400854A EP0625401B1 (en) | 1993-04-19 | 1994-04-19 | Laser system and use of the laser system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5115427A JPH06302897A (ja) | 1993-04-19 | 1993-04-19 | レーザ装置、その運転方法およびその応用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06302897A true JPH06302897A (ja) | 1994-10-28 |
Family
ID=14662306
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5115427A Pending JPH06302897A (ja) | 1993-04-19 | 1993-04-19 | レーザ装置、その運転方法およびその応用 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5544182A (ja) |
| EP (1) | EP0625401B1 (ja) |
| JP (1) | JPH06302897A (ja) |
| DE (1) | DE69414028T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6210996B1 (en) | 1995-01-13 | 2001-04-03 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser illumination system |
| JP2004158472A (ja) * | 2002-09-13 | 2004-06-03 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | レーザ装置、レーザ照射方法、半導体装置または半導体装置の生産方法 |
| JP2006501636A (ja) * | 2002-04-18 | 2006-01-12 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 走査による熱束処理 |
| JP2007049195A (ja) * | 2006-10-24 | 2007-02-22 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | レーザー照射装置 |
| CN100364037C (zh) * | 2002-09-25 | 2008-01-23 | 株式会社液晶先端技术开发中心 | 半导体装置、退火方法、退火装置和显示装置 |
| JP2008109132A (ja) * | 2006-10-17 | 2008-05-08 | Asml Netherlands Bv | 高速可変減衰器としての干渉計の使用 |
| CN102248293A (zh) * | 2011-07-08 | 2011-11-23 | 厦门大学 | 旋转可调水波导激光加工装置 |
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| DK2305173T3 (en) * | 2003-03-28 | 2016-08-22 | Inguran Llc | Apparatus and method for providing sorted particles |
| EP1763323B1 (en) * | 2004-03-15 | 2011-05-11 | AMO Manufacturing USA, LLC | Stabilizing delivered laser energy |
| US7244907B2 (en) * | 2004-06-30 | 2007-07-17 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method of optimizing optical power use in a parallel processing laser system |
| US20100181706A1 (en) * | 2005-07-13 | 2010-07-22 | Jari Ruuttu | Radiation Arrangement |
| US20070117287A1 (en) * | 2005-11-23 | 2007-05-24 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser irradiation apparatus |
| DK2304020T3 (en) | 2008-06-30 | 2019-02-04 | Microbix Biosystems Inc | Method and apparatus for sorting cells |
| US8665439B2 (en) * | 2009-06-30 | 2014-03-04 | Microbix Biosystems, Inc. | Method and apparatus for limiting effects of refraction in cytometry |
| US8295316B2 (en) * | 2010-03-24 | 2012-10-23 | Cymer, Inc. | Method and system for managing light source operation |
| CN103477203B (zh) | 2011-02-15 | 2019-11-22 | 麦克罗毕克斯生物系统公司 | 用来进行流动式细胞量测术的方法、系统及仪器 |
| WO2024110044A1 (en) * | 2022-11-24 | 2024-05-30 | MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. | Beam line for a laser beam, laser system, and tle system |
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| JPS63227766A (ja) * | 1986-10-27 | 1988-09-22 | Hitachi Ltd | 超微粒子膜の形成方法 |
| JP2550541B2 (ja) * | 1986-11-05 | 1996-11-06 | 株式会社ニコン | レ−ザ加工装置 |
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| US4928284A (en) * | 1988-09-28 | 1990-05-22 | Lasa Industries, Inc. | Laser power control system |
| AU8205891A (en) * | 1990-06-21 | 1992-01-07 | Phoenix Laser Systems, Inc. | Dynamic control of laser energy output |
| LU87880A1 (fr) * | 1991-01-24 | 1992-10-15 | Europ Communities | Methode permettant de deposer une couche mince par photo-ablation |
-
1993
- 1993-04-19 JP JP5115427A patent/JPH06302897A/ja active Pending
-
1994
- 1994-04-19 US US08/229,716 patent/US5544182A/en not_active Expired - Fee Related
- 1994-04-19 EP EP94400854A patent/EP0625401B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-04-19 DE DE69414028T patent/DE69414028T2/de not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
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| EP0625401A3 (en) | 1995-03-15 |
| DE69414028D1 (de) | 1998-11-26 |
| EP0625401A2 (en) | 1994-11-23 |
| EP0625401B1 (en) | 1998-10-21 |
| DE69414028T2 (de) | 1999-06-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19980721 |