JPH07166333A

JPH07166333A - レーザ・アブレーション装置

Info

Publication number: JPH07166333A
Application number: JP31619393A
Authority: JP
Inventors: Yukio Nishikawa; 幸男西川; Zenichi Yoshida; 善一吉田; Shinichi Mizuguchi; 信一水口
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-12-16
Filing date: 1993-12-16
Publication date: 1995-06-27

Abstract

(57)【要約】【目的】光透過窓の汚染を防止して長時間の安定成膜
を効率的に行うことのできるレーザ・アブレーション装
置を提供する。【構成】レーザ・アブレーション装置を、光透過窓５
を有する真空槽６と、真空槽６の内部に配置されたター
ゲット８と、光透過窓５を介してターゲット８の表面に
レーザ光２を照射するレーザ発振器１及び集光レンズ４
と、真空槽６の内部にターゲット８と対向して配置され
た基板１０とにより構成する。そして、集光レンズ４の
焦点位置とターゲット８の表面とが一致しないようにす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜形成に用いられる
レーザ・アブレーション装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、薄膜形成分野において、レーザ光
による成膜装置が用いられるようになり、レーザ・アブ
レーション法も盛んに用いられるようになってきた。し
かし、レーザ光を用いた成膜装置では、ターゲットから
生成する蒸発物質によってレーザ光を導入するための光
透過窓が汚染され、時間と共に成膜状態が変化してしま
うという問題点があった。これを解決するため、特開昭
４８−１５７８０号公報においては、圧力の高い補助室
を設ける構成が提案されている。

【０００３】以下、従来のレーザを用いた蒸着装置を図
８を参照しながら説明する。図８において、３１はレー
ザ発振器、３２はレーザ光、３３は集光レンズ、３４は
反射鏡、３５は光透過窓、３６は真空槽、３７は補助
室、３８はガス供給源、３９は隔壁、４０は排気装置、
４１はターゲット、４２は基板である。レーザ発振器３
１から出射したレーザ光３２は、集光レンズ３３によっ
て集光され、反射鏡３４によって光透過窓３５と隔壁３
９との間を通過して真空槽３６内のターゲット４１に照
射され、生成する蒸発物質によって基板４２上に成膜さ
れる。同時にガス供給源３８からガスを供給して補助室
３７内の圧力を真空槽３６内よりも高くすることによ
り、蒸発物質の飛来を妨げ、光透過窓３５の汚染を防止
するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来の構成では、補助室３７から真空槽３６へガスが流
れ込んで真空度を低下させるため、形成膜中へ不純物が
混入するだけでなく、ガス粒子との衝突によって蒸発物
質の放出角度が広くなり、膜の形成効率が悪化するとい
う問題点がある。

【０００５】本発明は、前記従来技術の課題を解決する
ため、光透過窓の汚染を防止して長時間の安定成膜を効
率的に行うことのできるレーザ・アブレーション装置を
提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係るレーザ・アブレーション装置の第１の
構成は、光透過窓を有する真空槽と、前記真空槽の内部
に配置されたターゲットと、前記光透過窓を介して前記
ターゲットの表面にレーザ光を照射するレーザ発振器及
び集光光学装置と、前記真空槽の内部に前記ターゲット
と対向して配置された基板とからなるレーザ・アブレー
ション装置であって、前記集光光学装置の焦点位置が前
記ターゲットの表面とは一致しないことを特徴とする。

【０００７】また、前記第１の構成においては、集光光
学装置が、球面レンズと円筒面レンズとからなるのが好
ましい。この場合にはさらに、球面レンズと円筒面レン
ズの位置及び間隔が可変であるのが好ましい。

【０００８】また、本発明に係るレーザ・アブレーショ
ン装置の第２の構成は、光透過窓を有する真空槽と、前
記真空槽の内部に配置されたターゲットと、前記光透過
窓を介して前記ターゲットの表面にレーザ光を照射する
レーザ発振器及び光学装置と、前記真空槽の内部に前記
ターゲットと対向して配置された基板とからなるレーザ
・アブレーション装置であって、前記光学装置が、導波
路入射用レンズと、導波路と、結像用レンズとからなる
ことを特徴とする。

【０００９】また、前記第２の構成においては、導波路
入射用レンズの焦点位置が導波路の入射端面とは一致し
ないのが好ましい。また、前記第２の構成においては、
レーザ光が紫外光であり、導波路の材料が合成石英であ
るのが好ましい。

【００１０】また、前記第２の構成においては、導波路
がガラス板又は金属板で構成された中空構造であるのが
好ましい。また、前記第２の構成においては、導波路入
射用レンズと結像用レンズとを円筒面レンズで構成し、
導波路とターゲットとの間に別の円筒面レンズを、その
曲率が結像方向と直交するように配置するのが好まし
い。この場合にはさらに、ターゲットが円筒型であり、
結像方向が前記ターゲットの回転軸と平行になるように
レーザ光を照射するのが好ましい。

【００１１】また、前記第１又は第２の構成において
は、ターゲットと光透過窓との間に、レーザ照射部の法
線方向から少なくとも２０°以上を遮蔽する手段を設け
るのが好ましい。

【００１２】また、前記第１又は第２の構成において
は、光透過窓とターゲットとの間にガス噴射装置を設け
るのが好ましい。この場合にはさらに、ガス噴射装置の
出口のガス圧力が５Ｐａ以上であるのが好ましい。

【００１３】

【作用】前記本発明の第１の構成によれば、ターゲット
上のレーザ照射面積が大きくなるので、放出方向の揃っ
た粒子を多数生成させることができる。その結果、粒子
の並進性が保たれ、斜め又は横方向に設けた光透過窓の
汚染を減少させることができると共に、膜の形成効率を
高めることもできる。

【００１４】また、前記第１の構成において、集光光学
装置が、球面レンズと円筒面レンズとからなるという好
ましい構成によれば、ターゲットに楕円ビームを照射す
ることができるので、広幅成膜が可能となる。また、こ
の場合、球面レンズと円筒面レンズの位置及び間隔が可
変であるという好ましい構成によれば、ターゲットに異
なる形状の楕円ビームを照射することができるので、種
々の基板形状に対応させることができる。

【００１５】また、前記本発明の第２の構成によれば、
強度分布の均一なレーザ光をターゲットに照射すること
ができるので、粒子を均一に生成させることができ、そ
の結果、基板上の膜厚分布を均一化することができる。

【００１６】また、前記第２の構成において、導波路入
射用レンズの焦点位置が導波路の入射端面とは一致しな
いという好ましい構成によれば、導波路が中実構造の場
合に端面に損傷を与えることがない。

【００１７】また、前記第２の構成において、レーザ光
が紫外光であり、導波路の材料が合成石英であるという
好ましい構成によれば、透過率を高くすることができ
る。また、前記第２の構成において、導波路入射用レン
ズと結像用レンズとを円筒面レンズで構成し、かつ、導
波路と円筒型ターゲットとの間に別の円筒面レンズを、
その曲率が結像方向と直交するように配置し、結像方向
が前記ターゲットの回転軸と平行になるようにレーザ光
を照射するという好ましい構成によれば、基板を走行ロ
ール等によって移動させることにより、基板の幅方向の
膜厚が均一な薄膜を連続的に成膜することができる。

【００１８】また、前記第１又は第２の構成において、
ターゲットと光透過窓との間に、レーザ照射部の法線方
向から少なくとも２０°以上を遮蔽する手段を設けると
いう好ましい構成によれば、プルームを構成する生成物
質による光透過窓の汚染を防止することができる。

【００１９】また、前記第１又は第２の構成において、
光透過窓とターゲットとの間にガス噴射装置を設けると
いう好ましい構成によれば、少量のガスで離脱物質を効
率的に遮蔽することができ、その結果、光透過窓の汚染
防止の効果を一層高めることができる。

【００２０】

【実施例】以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的
に説明する。（実施例１）図１は本発明に係るレーザ・アブレーショ
ン装置の第１の実施例を示す構成図である。図１におい
て、１はレーザ発振器、２はレーザ光、３は反射鏡、４
は集光レンズ、５は光透過窓、６は真空槽、７は排気装
置、８はターゲット、９はプルーム、１０は基板であ
る。レーザ発振器１から出射したレーザ光２は反射鏡３
によって誘導され、集光レンズ４、光透過窓５を通過し
て真空槽６内で焦点を結んだ後、ターゲット８に照射さ
れる。これにより、指向性を有する蒸発物質で構成され
るプルーム９が生成され、基板１０の上に薄膜が形成さ
れる。この場合、レーザ光２の焦点位置とターゲット８
の表面とは一致しないようにされており、これによりレ
ーザ光２の照射面積が大きくなるので、放出方向の揃っ
た粒子を多数生成させることができる。その結果、粒子
の並進性が保たれ、斜め又は横方向に設けた光透過窓５
の汚染を減少させることができると共に、膜の形成効率
を高めることもできる。

【００２１】尚、この場合、レーザ強度は小さくなるた
め、ターゲット８の材料としては融点の低い材料か昇華
性の材料を用いるのが好ましい。（実施例２）図２は本発明に係るレーザ・アブレーショ
ン装置の第２の実施例を示す構成図である。図２におい
て、実施例１の構成と異なる点は、集光光学装置を球面
レンズ４と円筒面レンズ１１とにより構成した点であ
る。このように構成することにより、ターゲット８に対
し、紙面に垂直な方向が長軸となる楕円ビームを照射す
ることができる。楕円ビームによって広幅成膜が可能と
なるが、プルーム９の生成は短軸方向よりも長軸方向の
方が指向性が高いため、長軸の長さを基板の幅よりも少
し大きくするだけで効率的に成膜することが可能とな
る。また、球面レンズ４と円筒面レンズ１１の位置及び
間隔を変えることにより、ターゲット８に異なる形状の
楕円ビームを照射することができるので、種々の基板形
状に対応させることができる。

【００２２】（実施例３）図３は本発明に係るレーザ・
アブレーション装置の第３の実施例を示す構成図であ
る。図３において、実施例１、２の構成と異なる点は、
集光光学装置を球面レンズ４と複数の円筒面レンズを直
交させたインテグレーター１２とにより構成した点であ
る。このように構成することにより、照射スポット内で
ビームの強度分布を均一化することができるので、照射
スポットでは均一に粒子を生成させることができ、その
結果、基板上の膜厚分布を均一化することができる。

【００２３】（実施例４）図４は本発明に係るレーザ・
アブレーション装置の第４の実施例を示す構成図であ
る。図４において、実施例１、２、３の構成と異なる点
は、導波路入射用レンズ１３と中実構造の導波路１４と
結像用レンズ１５とにより構成した光学装置を用いてい
る点である。このように構成することにより、強度分布
の均一なレーザ光をターゲット８に照射することができ
るので、粒子を均一に生成させることができ、その結
果、基板１０上の膜厚分布を均一化することができる。
また、導波路１４の形状と、結像用レンズ１５の焦点距
離及び位置とを変えることにより、照射ビームの形状を
変えることができる。

【００２４】導波路１４にはガラス等のレーザ光を透過
し易い材料を用いるのが好ましい。レーザ光として紫外
光を用いる場合、導波路１４の材料としては、透過率を
高くすることができることから、合成石英を用いるのが
好ましい。導波路１４が中実構造の場合には、その端面
に損傷を与えないために、導波路入射用レンズ１３の焦
点位置は導波路１４の入射端面に一致させない方が好ま
しい。

【００２５】尚、図５に示すように、導波路１６をガラ
ス板又は金属板で光路の周囲を平行に囲んだ中空構造と
しても、同様の効果を得ることができ、かつ、端面が損
傷することもない。

【００２６】（実施例５）図６は本発明に係るレーザ・
アブレーション装置の第５の実施例における光学装置を
示す構成図である。図６において、実施例１、２、３、
４の構成と異なる点は、導波路入射用レンズ１７と結像
用レンズ１８が円筒面レンズであり、中空構造の導波路
１６と円筒型ターゲット２０との間に集光用円筒面レン
ズ１９を、その曲率が結像方向と直交するように配置
し、円筒型ターゲット２０の回転軸２１に平行にレーザ
光２を照射するようにした点である。このように構成す
ることにより、基板２２を走行ロール２８で移動させれ
ば、基板２２の幅方向の膜厚が均一な薄膜を連続的に成
膜することができる。

【００２７】（実施例６）図７は本発明に係るレーザ・
アブレーション装置の第６の実施例を示す構成図であ
る。図７において、実施例１、２、３、４、５と異なる
点は、ターゲット８と光透過窓５との間に遮蔽板２３を
設け、レーザ照射部の法線方向から少なくとも２０°以
上を遮蔽するようにした点である。レーザ・アブレーシ
ョンではプルーム９を構成する生成物質２４は３０°以
内の角度に９０％以上が放出されるため、遮蔽板２３を
設置することにより、生成物質２４による光透過窓５の
汚染を防止することができる。

【００２８】また、生成物質２４は、基板１０に到達し
た後、一部は離脱物質２５となって遮蔽板２３を回り込
み、光透過窓５を上方から汚染することとなる。このた
め、本実施例６においては、さらに光透過窓５とターゲ
ット８との間にガス噴射装置２６を設け、上方からガス
を噴射することにより、少量のガスで離脱物質２５を効
率的に遮蔽するようにされている。レーザ・アブレーシ
ョンではガス圧力５Ｐａ以上で生成物質２４及び離脱物
質２５の速度が大幅に小さくなるため、ガス噴射装置２
６のガス圧力を５Ｐａ以上にすれば、遮蔽効果が顕著に
なる。尚、ガス噴射装置２６の下方にはガス吸引装置２
７が設けられており、これにより上方から噴射したガス
を回収して、真空度の低下を防止するようにされてい
る。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るレー
ザ・アブレーションの第１の構成によれば、ターゲット
上のレーザ照射面積が大きくなるので、放出方向の揃っ
た粒子を多数生成させることができる。その結果、粒子
の並進性が保たれ、斜め又は横方向に設けた光透過窓の
汚染を減少させることができると共に、膜の形成効率を
高めることもできる。

【００３０】また、前記第１の構成において、集光光学
装置が、球面レンズと円筒面レンズとからなるという好
ましい構成によれば、ターゲットに楕円ビームを照射す
ることができるので、広幅成膜が可能となる。また、こ
の場合、球面レンズと円筒面レンズの位置及び間隔が可
変であるという好ましい構成によれば、ターゲットに異
なる形状の楕円ビームを照射することができるので、種
々の基板形状に対応させることができる。

【００３１】また、本発明に係るレーザ・アブレーショ
ンの第２の構成によれば、強度分布の均一なレーザ光を
ターゲットに照射することができるので、粒子を均一に
生成させることができ、その結果、基板上の膜厚分布を
均一化することができる。

【００３２】また、前記第２の構成において、導波路入
射用レンズの焦点位置が導波路の入射端面とは一致しな
いという好ましい構成によれば、導波路が中実構造の場
合に端面に損傷を与えることがない。

【００３３】また、前記第２の構成において、レーザ光
が紫外光であり、導波路の材料が合成石英であるという
好ましい構成によれば、透過率を高くすることができ
る。また、前記第２の構成において、導波路入射用レン
ズと結像用レンズとを円筒面レンズで構成し、かつ、導
波路と円筒型ターゲットとの間に別の円筒面レンズを、
その曲率が結像方向と直交するように配置し、結像方向
が前記ターゲットの回転軸と平行になるようにレーザ光
を照射するという好ましい構成によれば、基板を走行ロ
ール等によって移動させることにより、基板の幅方向の
膜厚が均一な薄膜を連続的に成膜することができる。

【００３４】また、前記第１又は第２の構成において、
ターゲットと光透過窓との間に、レーザ照射部の法線方
向から少なくとも２０°以上を遮蔽する手段を設けると
いう好ましい構成によれば、プルームを構成する生成物
質による光透過窓の汚染を防止することができる。

【００３５】また、前記第１又は第２の構成において、
光透過窓とターゲットとの間にガス噴射装置を設けると
いう好ましい構成によれば、少量のガスで離脱物質を効
率的に遮蔽することができ、その結果、光透過窓の汚染
防止の効果を一層高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレーザ・アブレーション装置の第
１の実施例を示す構成図である。

【図２】本発明に係るレーザ・アブレーション装置の第
２の実施例を示す構成図である。

【図３】本発明に係るレーザ・アブレーション装置の第
３の実施例における光学装置を示す構成図である。

【図４】本発明に係るレーザ・アブレーション装置の第
４の実施例を示す構成図である。

【図５】本発明に係るレーザ・アブレーション装置の第
４の実施例における中空構造導波路を示す構成図であ
る。

【図６】本発明に係るレーザ・アブレーション装置の第
５の実施例における光学装置を示す構成図である。

【図７】本発明に係るレーザ・アブレーション装置の第
６の実施例を示す構成図である。

【図８】従来のレーザを用いた蒸着装置を示す構成図で
ある。

【符号の説明】

１レーザ発振器２レーザ光３反射鏡４集光レンズ５光透過窓６真空槽７排気装置８ターゲット９プルーム１０、２２基板１１円筒面レンズ１２インテグレーター１３導波路入射用レンズ１４中実構造導波路１５結像用レンズ１６中空構造導波路１７導波路入射用円筒面レンズ１８結像用円筒面レンズ１９集光用円筒面レンズ２０円筒型ターゲット２１回転軸２３遮蔽板２４生成物質２５離脱物質２６ガス噴射装置２７ガス吸引装置２８走行ロール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光透過窓を有する真空槽と、前記真空槽
の内部に配置されたターゲットと、前記光透過窓を介し
て前記ターゲットの表面にレーザ光を照射するレーザ発
振器及び集光光学装置と、前記真空槽の内部に前記ター
ゲットと対向して配置された基板とからなるレーザ・ア
ブレーション装置であって、前記集光光学装置の焦点位
置が前記ターゲットの表面とは一致しないことを特徴と
するレーザ・アブレーション装置。
【請求項２】集光光学装置が、球面レンズと円筒面レ
ンズとからなる請求項１に記載のレーザ・アブレーショ
ン装置。
【請求項３】球面レンズと円筒面レンズの位置及び間
隔が可変である請求項２に記載のレーザ・アブレーショ
ン装置。
【請求項４】光透過窓を有する真空槽と、前記真空槽
の内部に配置されたターゲットと、前記光透過窓を介し
て前記ターゲットの表面にレーザ光を照射するレーザ発
振器及び光学装置と、前記真空槽の内部に前記ターゲッ
トと対向して配置された基板とからなるレーザ・アブレ
ーション装置であって、前記光学装置が、導波路入射用
レンズと、導波路と、結像用レンズとからなることを特
徴とするレーザ・アブレーション装置。
【請求項５】導波路入射用レンズの焦点位置が導波路
の入射端面とは一致しない請求項４に記載のレーザ・ア
ブレーション装置。
【請求項６】レーザ光が紫外光であり、導波路の材料
が合成石英である請求項４に記載のレーザ・アブレーシ
ョン装置。
【請求項７】導波路がガラス板又は金属板で構成され
た中空構造である請求項４に記載のレーザ・アブレーシ
ョン装置。
【請求項８】導波路入射用レンズと結像用レンズとを
円筒面レンズで構成し、導波路とターゲットとの間に別
の円筒面レンズを、その曲率が結像方向と直交するよう
に配置した請求項４に記載のレーザ・アブレーション装
置。
【請求項９】ターゲットが円筒型であり、結像方向が
前記ターゲットの回転軸と平行になるようにレーザ光を
照射する請求項８に記載のレーザ・アブレーション装
置。
【請求項１０】ターゲットと光透過窓との間に、レー
ザ照射部の法線方向から少なくとも２０°以上を遮蔽す
る手段を設けた請求項１又は４に記載のレーザ・アブレ
ーション装置。
【請求項１１】光透過窓とターゲットとの間にガス噴
射装置を設けた請求項１又は４に記載のレーザ・アブレ
ーション装置。
【請求項１２】ガス噴射装置の出口のガス圧力が５Ｐ
ａ以上である請求項１１に記載のレーザ・アブレーショ
ン装置。