JPH07331422A - Laser abrasion device - Google Patents

Laser abrasion device

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JPH07331422A
JPH07331422A JP6127494A JP12749494A JPH07331422A JP H07331422 A JPH07331422 A JP H07331422A JP 6127494 A JP6127494 A JP 6127494A JP 12749494 A JP12749494 A JP 12749494A JP H07331422 A JPH07331422 A JP H07331422A
Authority
JP
Japan
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laser
substrate
targets
target
irradiation chamber
Prior art date
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Pending
Application number
JP6127494A
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Japanese (ja)
Inventor
Mina Sakano
美菜 坂野
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP6127494A priority Critical patent/JPH07331422A/en
Publication of JPH07331422A publication Critical patent/JPH07331422A/en
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Abstract

PURPOSE:To form a high-quality thin film having two-dimensionally uniform various characteristics over the whole area of the thin film surface at a high rate with high efficiency, to simultaneously deposit the thin films of >=2 kinds of compositions on a substrate and to optionally control the compositional ratio in the thickness direction of the thin film. CONSTITUTION:Two target holders 11 and 12 and a substrate holder 3 are arranged in an irradiation chamber 1. Targets 13 and 14 are held on the holders 11 and 12 and a substrate 5 on the holder 3. A laser beam 8 from a laser oscillator 7 is split into two laser beams 8a and 8b by a beam splitter 15. The two laser beams 8a and 8b are passed through different laser beam incident windows 10a and 10b and introduced into the chamber 1 from different directions to irradiate the targets 13 and 14, respectively.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、酸化物超伝導体や強誘
電体、半導体などの薄膜形成を行うためのレーザ・アブ
レーション装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser ablation device for forming thin films of oxide superconductors, ferroelectrics, semiconductors and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、基材の上に薄膜を形成する薄膜形
成方法としては、CVD(化学気相成長)法、スパッタ
法、あるいはレーザ・アブレーション法などがある。中
でも、レーザ・アブレーション法は、マイクロエレクト
ロニクスデバイス作製を目的とした酸化物高温超伝導薄
膜の成膜手法として、近年、急激に注目され積極的に開
発が進められている方法である。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a thin film forming method for forming a thin film on a substrate, there are a CVD (chemical vapor deposition) method, a sputtering method, a laser ablation method and the like. Among them, the laser ablation method is a method that has been rapidly attracting attention and is being actively developed in recent years as a method for forming an oxide high temperature superconducting thin film for the purpose of manufacturing a microelectronic device.

【0003】レーザ・アブレーション法は、高いエネル
ギー密度のパルスレーザ光を固体材料(ターゲット)に
照射し、このときに固体表面で起こる表面積の爆発的な
剥離(アプレーション)により発生したプラズマ状態の
プルームを利用して、基板上にターゲットと同じ構成元
素を薄膜として堆積させる方法である。この方法のメリ
ットとしては、高品位の薄膜を再現性よく成膜できるこ
と、プロセス温度が低いこと、薄膜形成装置の構成が比
較的簡単であることなどが挙げられる。また、固体表面
に〜数100MW/cm3 という非常に高いエネルギー
を瞬間的に注入するため、窒化ホウ素(BN)を初めと
するセラミクスなどの高融点材料を対象とした薄膜形成
に適した方法である。
The laser ablation method irradiates a solid material (target) with a pulsed laser beam having a high energy density, and a plume in a plasma state generated by explosive separation (application) of the surface area on the solid surface at this time. Is used to deposit the same constituent elements as the target on the substrate as a thin film. The merit of this method is that a high quality thin film can be formed with good reproducibility, the process temperature is low, and the structure of the thin film forming apparatus is relatively simple. In addition, since a very high energy of up to several 100 MW / cm 3 is instantaneously injected into the solid surface, a method suitable for forming a thin film for high melting point materials such as boron nitride (BN) and other ceramics is used. is there.

【0004】このような特徴を有するレーザ・アブレー
ション装置は、従来、図4に示すような構造を有する。
まず、この図4に示すように、照射チャンバ1内には、
ターゲットホルダ2と基板ホルダ3とが配置されてお
り、ターゲットホルダ2にはターゲット4が保持され、
基板ホルダ3には基板5が保持されている。この場合、
ターゲットホルダ2と基板ホルダ3とは、それぞれ、タ
ーゲット4と基板5をその表面に保持するホルダ部2
a,3aと、このホルダ部2a,3aを照射チャンバ1
に対して支持する支柱部2b,3bとを備えており、各
支柱部2b,3bは、各ホルダ部2a,3aの背面から
それぞれ直交方向に伸びる形で設けられている。そし
て、このターゲットホルダ2と基板ホルダ3とは、それ
ぞれのホルダ部2a,3a同士が対向し、かつ、それぞ
れの支柱部2b,3bがほぼ直線状に並ぶようにして配
置されている。
A laser ablation device having such characteristics has conventionally been constructed as shown in FIG.
First, as shown in FIG. 4, in the irradiation chamber 1,
A target holder 2 and a substrate holder 3 are arranged, a target 4 is held in the target holder 2,
The substrate 5 is held on the substrate holder 3. in this case,
The target holder 2 and the substrate holder 3 are holder portions 2 for holding the target 4 and the substrate 5, respectively, on their surfaces.
a, 3a and the holder portions 2a, 3a are attached to the irradiation chamber 1
Support columns 2b and 3b for supporting the support columns 2b and 3b. The support columns 2b and 3b are provided so as to extend in the orthogonal direction from the back surfaces of the holder portions 2a and 3a, respectively. The target holder 2 and the substrate holder 3 are arranged such that the holder portions 2a and 3a are opposed to each other and the support columns 2b and 3b are arranged substantially linearly.

【0005】また、照射チャンバ1は、真空排気装置6
により所定の圧力に到達し、あるいは所定の圧力に維持
されている。そして、この照射チャンバ1内に、パルス
レーザ発振器7からのレーザ光8が導入されるようにな
っている。すなわち、パルスレーザ発振器7からのレー
ザ光8は、パルスレーザ発振器7と照射チャンバ1との
間に配置されたレンズ9と、照射チャンバ1に設けられ
たレーザ入射窓10を通して、照射チャンバ1内に導入
され、ターゲットホルダ2上のターゲット4上に集光・
照射されるようになっている。この場合、レーザ入射窓
10は、レーザ光8を透過する材質で形成されている。
Further, the irradiation chamber 1 is provided with a vacuum exhaust device 6
Has reached or is maintained at a predetermined pressure. Then, the laser beam 8 from the pulse laser oscillator 7 is introduced into the irradiation chamber 1. That is, the laser light 8 from the pulse laser oscillator 7 enters the irradiation chamber 1 through the lens 9 arranged between the pulse laser oscillator 7 and the irradiation chamber 1 and the laser entrance window 10 provided in the irradiation chamber 1. It is introduced and focused on the target 4 on the target holder 2.
It is supposed to be irradiated. In this case, the laser incident window 10 is made of a material that transmits the laser light 8.

【0006】そして、このようなレーザ・アブレーショ
ン装置において、基板5上に薄膜を形成する際には、ま
ず、パルスレーザ発振器7からレーザ光8を出射し、こ
のレーザ光8をレンズ9およびレーザ入射窓10を介し
てターゲット4上に集光・照射する。このとき、レーザ
光8を照射されたターゲット4の表面から、このターゲ
ット4を構成する原子・分子・イオンなどのフラグメン
トが爆発的に放出される。そして、これらのフラグメン
トは、ターゲット4の前方へ向かって異方的に膨脹し、
基板ホルダ3上の基板5に到達し、堆積する。その結
果、ターゲット4の構成元素と同じ化学組成を有する薄
膜が、基板5上に形成される。
In forming a thin film on the substrate 5 in such a laser ablation apparatus, first, a laser beam 8 is emitted from the pulse laser oscillator 7, and the laser beam 8 is incident on the lens 9 and the laser. The light is focused and irradiated on the target 4 through the window 10. At this time, from the surface of the target 4 irradiated with the laser light 8, fragments of atoms, molecules, ions, etc. that compose the target 4 are explosively emitted. Then, these fragments expand anisotropically toward the front of the target 4,
The substrate 5 on the substrate holder 3 is reached and deposited. As a result, a thin film having the same chemical composition as the constituent elements of the target 4 is formed on the substrate 5.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような構成を有する従来のレーザ・アブレーション装置
には、以下に示すような問題点がある。
However, the conventional laser ablation apparatus having the above structure has the following problems.

【0008】まず、図4の装置においては、1種類の化
学的組成または組成比を持つ薄膜しか形成することがで
きず、形成する薄膜の種類を変えることができないとい
う欠点がある。この点を改善するために、1つのターゲ
ットホルダに2種類以上のターゲットを設置し、ターゲ
ットホルダを移動させてレーザ光を照射するターゲット
を切り換えることにより、形成する薄膜の種類を変える
方法が提案されている。
First, the apparatus of FIG. 4 has a drawback that only a thin film having one kind of chemical composition or composition ratio can be formed, and the kind of thin film to be formed cannot be changed. In order to improve this point, a method has been proposed in which two or more types of targets are installed in one target holder and the target holder is moved to switch the targets to be irradiated with laser light to change the type of thin film to be formed. ing.

【0009】しかしながら、この方法を使用したとして
も、例えば、ターゲットとしてA、Bという2種類の物
質を用い、A→Bの順でレーザ光を照射した場合には、
基板の上にはAという物質の薄膜の上に、Bという物質
の薄膜が単純に重ねて形成されるにすぎない。そのた
め、AからBへと連続的に化学組成を変化させる、もし
くはAとBの組成を任意の比率で混合させる、というよ
うな要求に対応することはできない。
However, even if this method is used, for example, when two kinds of substances A and B are used as targets and laser light is irradiated in the order of A → B,
A thin film of a substance B is simply formed on a substrate by a thin film of a substance A. Therefore, it is not possible to meet the demand for continuously changing the chemical composition from A to B, or mixing the compositions of A and B at an arbitrary ratio.

【0010】さらに、従来のレーザ・アブレーション装
置の一般的な問題点として、薄膜表面の全域にわたっ
て、厚さや粒子サイズ、密度、その他、膜として要求さ
れる特性が2次元的に均一であるような高品質の薄膜を
得ることが困難であるという点が挙げられる。そのた
め、従来、基板ホルダを回転させて膜質を均一化させる
手法が行われている。しかしながら、この方法では、ア
ブレーションプルーム中のフラグメントのごく一部しか
基板に到達しないため、アブレーションプルームのロス
が大きく、成膜効率が悪い、成膜速度が遅いなどの欠点
がある。
Further, as a general problem of the conventional laser ablation apparatus, the thickness, particle size, density and other properties required for the film are two-dimensionally uniform over the entire surface of the thin film. It is difficult to obtain a high quality thin film. Therefore, conventionally, a method of rotating the substrate holder to make the film quality uniform has been used. However, in this method, since only a small part of the fragments in the ablation plume reach the substrate, there are disadvantages such as large ablation plume loss, poor film formation efficiency, and slow film formation rate.

【0011】以上のように、従来のレーザ・アブレーシ
ョン装置では、ターゲットと同一組成の薄膜しか得るこ
とができず、薄膜を構成する元素の種類やその比率、厚
さ方向の組成分布を任意にコントロールすることは不可
能である。また、薄膜特性の2次元的均一性を高速かつ
高効率で得ることが困難であるという問題点もある。
As described above, in the conventional laser ablation apparatus, only a thin film having the same composition as the target can be obtained, and the kinds and ratios of the elements constituting the thin film and the composition distribution in the thickness direction can be arbitrarily controlled. It is impossible to do. In addition, it is difficult to obtain two-dimensional uniformity of thin film characteristics at high speed and with high efficiency.

【0012】本発明は、以上のような従来技術の問題点
を解決するために提案されたものであり、その目的は、
薄膜表面の全域にわたって各種の膜特性が2次元的に均
一であるような高品質の薄膜を、高速かつ高効率で形成
可能であり、しかも、同時に2種類以上の組成の薄膜を
基板上に堆積させたり、薄膜の厚さ方向の組成比を任意
にコントロールして、従来にない新しい素材の薄膜を容
易に形成することができるような、優れたレーザ・アブ
レーション装置を提供することにある。
The present invention has been proposed in order to solve the above problems of the prior art, and its purpose is to:
It is possible to form a high-quality thin film with various two-dimensionally uniform film properties over the entire surface of the thin film at high speed and with high efficiency, and at the same time, deposit thin films of two or more types of composition on the substrate. It is an object of the present invention to provide an excellent laser ablation device that can easily form a thin film of a new material that has never existed before by controlling the composition ratio of the thin film in the thickness direction.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明によるレーザ・ア
ブレーション装置は、レーザ光が照射されるターゲット
とこのターゲットから飛散した粒子を堆積させる基板と
が配置された照射チャンバと、1台のパルスレーザ発振
器とを備え、レーザ発振器からのレーザ光を照射チャン
バ内に導入するレーザ・アブレーション装置において、
次のような特徴を有するものである。
A laser ablation apparatus according to the present invention comprises an irradiation chamber in which a target irradiated with laser light and a substrate on which particles scattered from the target are deposited are arranged, and one pulse laser. In a laser ablation device including an oscillator and introducing laser light from the laser oscillator into the irradiation chamber,
It has the following features.

【0014】請求項1記載の発明は、照射チャンバ内に
複数のターゲットを配置するとともに、パルスレーザ発
振器から出射した一方向のレーザ光をターゲットと同数
の多方向のレーザ・ビームに分割する光学系を設けたこ
とを特徴としている。そして、この光学系は、分割した
各レーザ・ビームを各ターゲットに個別にかつ同時に照
射させるように構成される。
According to a first aspect of the present invention, a plurality of targets are arranged in the irradiation chamber, and the unidirectional laser light emitted from the pulse laser oscillator is divided into the same number of multidirectional laser beams as the targets. It is characterized by the provision of. Then, the optical system is configured to irradiate each target with each of the divided laser beams individually and simultaneously.

【0015】請求項2および3記載の発明は、請求項1
の発明の構成に加えて、光学系がさらに次のような特徴
を有する。すなわち、請求項2および3記載の発明にお
いては、光学系として、レーザ光の透過率と反射率を連
続的に変化させることが可能な可変式のビーム・スプリ
ッタが使用される。そして、請求項3記載の発明におい
て、ビーム・スプリッタは、その透過率と反射率の変化
が、パルスレーザ発振器のレーザ発振動作と同期し、か
つ、レーザショット数の関数で制御されるように構成さ
れる。
The inventions according to claims 2 and 3 are defined by claim 1.
In addition to the configuration of the invention of 1, the optical system further has the following features. That is, according to the second and third aspects of the invention, a variable beam splitter capable of continuously changing the transmittance and the reflectance of the laser light is used as the optical system. Further, in the invention according to claim 3, the beam splitter is configured such that changes in its transmittance and reflectance are synchronized with the laser oscillation operation of the pulse laser oscillator and controlled by a function of the number of laser shots. To be done.

【0016】請求項4、5、および6記載の発明は、請
求項1の発明の構成に加えて、複数のターゲットがさら
に次のような特徴を有する。まず、請求項4記載の発明
において、複数のターゲットは、全て同一の化学組成を
有する物質から構成される。また、請求項5記載の発明
においては、複数のターゲットのうち、少なくとも1つ
のターゲットは、他のターゲットと異なる化学組成を有
する物質から構成される。そしてまた、請求項6記載の
発明においては、複数のターゲットのうち、少なくとも
1つは、基板の材料を構成する元素のうち少なくとも1
種類の元素を含む物質から構成される。
In addition to the configuration of the invention of claim 1, the plurality of targets further have the following features. First, in the invention of claim 4, all of the plurality of targets are made of substances having the same chemical composition. In the invention according to claim 5, at least one of the plurality of targets is made of a substance having a chemical composition different from that of the other targets. Further, in the invention according to claim 6, at least one of the plurality of targets is at least one of the elements constituting the material of the substrate.
Composed of substances containing different types of elements.

【0017】請求項7および8記載の発明は、請求項1
の発明の構成に加えて、パルスレーザ発振器が、次のよ
うな特徴を有する。まず、請求項7記載の発明において
は、パルスレーザ発振器として、エキシマレーザ発振器
が使用される。また、請求項8記載の発明において、パ
ルスレーザ発振器は、1パルスあたりのレーザ出力が
0.5J以上のエネルギーを有するレーザ光を出射する
ように構成される。
The invention described in claims 7 and 8 is defined by claim 1.
In addition to the configuration of the invention of 1, the pulse laser oscillator has the following features. First, in the invention according to claim 7, an excimer laser oscillator is used as the pulse laser oscillator. Further, in the invention according to claim 8, the pulse laser oscillator is configured to emit laser light having a laser output per pulse of energy of 0.5 J or more.

【0018】請求項9記載の発明は、請求項1の発明の
構成に加えて、照射チャンバが、次のような特徴を有す
る。すなわち、照射チャンバは、真空排気装置を備えて
おり、この真空排気装置によって10-6Torr以上の
真空度に保たれる。
According to a ninth aspect of the invention, in addition to the configuration of the first aspect of the invention, the irradiation chamber has the following features. That is, the irradiation chamber is equipped with an evacuation device, and the evacuation device maintains a vacuum degree of 10 -6 Torr or more.

【0019】[0019]

【作用】以上のような構成を有する本発明のレーザ・ア
ブレーション装置によれば、次のような作用が得られ
る。
According to the laser ablation device of the present invention having the above construction, the following actions can be obtained.

【0020】請求項1の発明においては、光学系によっ
て分割した多方向の各レーザ・ビームを複数のターゲッ
トの各々に個別にかつ同時に照射することにより、複数
のターゲットからアブレーション粒子が同時に飛散す
る。そして、この同時に飛散したアブレーション粒子
を、同一の基板に同時に堆積させることができる。この
場合、1つの基板上に異なる複数方向からアブレーショ
ン粒子が同時に飛来することになるため、基板上にアブ
レーション粒子を均一に堆積させることができる。
According to the first aspect of the present invention, the ablated particles are simultaneously scattered from the plurality of targets by irradiating each of the plurality of targets with the laser beams in multiple directions divided by the optical system individually and simultaneously. Then, the simultaneously scattered ablation particles can be simultaneously deposited on the same substrate. In this case, since the ablation particles fly simultaneously on one substrate from different directions, the ablation particles can be uniformly deposited on the substrate.

【0021】請求項2の発明においては、ビーム・スプ
リッタの透過率と反射率を連続的に変化させることによ
り、各ターゲットから飛散するアブレーション粒子の割
合を容易に変化させることができる。また、請求項3の
発明においては、ビーム・スプリッタをパルス発振器と
連動させることにより、ビーム・スプリッタの透過率と
反射率の変化を、最適に調整することができる。
In the second aspect of the invention, the ratio of the ablated particles scattered from each target can be easily changed by continuously changing the transmittance and the reflectance of the beam splitter. According to the third aspect of the invention, the change of the transmittance and the reflectance of the beam splitter can be optimally adjusted by interlocking the beam splitter with the pulse oscillator.

【0022】請求項4の発明においては、1つの基板上
に異なる複数方向から同一のアブレーション粒子が同時
に飛来することになるため、基板上に同一のアブレーシ
ョン粒子を均一に堆積させることができる。
According to the fourth aspect of the present invention, the same ablation particles fly simultaneously from a plurality of different directions on one substrate, so that the same ablation particles can be uniformly deposited on the substrate.

【0023】請求項5の発明においては、1つの基板上
に異なる複数方向から複数種類のアブレーション粒子が
同時に飛来することになるため、基板上に複数種類のア
ブレーション粒子を同時かつ均一に堆積させることがで
きる。特に、この請求項5の発明を請求項2の発明と組
み合わせた場合には、基板上における堆積層の物質混合
比を任意に変化させることができる。
In the invention of claim 5, a plurality of types of ablation particles are simultaneously jetted onto one substrate from a plurality of different directions. Therefore, a plurality of types of ablation particles are simultaneously and uniformly deposited on the substrate. You can In particular, when the invention of claim 5 is combined with the invention of claim 2, the material mixture ratio of the deposited layer on the substrate can be arbitrarily changed.

【0024】請求項6の発明においては、基板の材料を
構成する元素を含む物質を堆積させることができるた
め、基板の組成と同一あるいは関連のある組成を有する
薄膜を形成することが可能となる。特に、この請求項6
の発明を、請求項2および5の発明と組み合わせた場合
には、その組成比が厚さ方向に向かって徐々に変化し、
基板の表面では基板と同一組成になるような傾斜組成の
薄膜を形成することができる。
In the invention of claim 6, since the substance containing the element constituting the material of the substrate can be deposited, it is possible to form a thin film having a composition which is the same as or related to the composition of the substrate. . In particular, this claim 6
When the invention of 1 is combined with the inventions of claims 2 and 5, the composition ratio thereof gradually changes in the thickness direction,
On the surface of the substrate, it is possible to form a thin film having a gradient composition so as to have the same composition as the substrate.

【0025】請求項7の発明においては、エキシマレー
ザを使用することにより、紫外線領域の高エネルギーに
より、ターゲットのアブレーションを効率良く行うこと
ができる。また、請求項8の発明においては、0.5J
以上のエネルギーのレーザ光を出射することにより、こ
のレーザ光を複数のレーザ・ビームに分割しても、各レ
ーザ・ビームの出力を十分に高くすることができる。
According to the invention of claim 7, by using the excimer laser, the ablation of the target can be efficiently performed by the high energy in the ultraviolet region. Further, in the invention of claim 8, 0.5J
By emitting a laser beam having the above energy, even if this laser beam is divided into a plurality of laser beams, the output of each laser beam can be made sufficiently high.

【0026】請求項9の発明においては、真空排気装置
によって照射チャンバの真空度を10-6Torr以上の
真空度に保つことにより、照射するレーザ・ビームのエ
ネルギーを低下させることなく効率良く利用できる上、
異物の混入する可能性がなくなるため、高品質の薄膜を
効率良く形成することができる。
In the ninth aspect of the present invention, the vacuum degree of the irradiation chamber is maintained at a vacuum degree of 10 -6 Torr or more by the vacuum exhaust device, so that the laser beam for irradiation can be efficiently used without lowering the energy. Up,
Since there is no possibility of foreign matter being mixed in, a high quality thin film can be efficiently formed.

【0027】[0027]

【実施例】以下には、本発明によるレーザ・アブレーシ
ョン装置の一実施例を図1〜図3に基づいて具体的に説
明する。なお、図4に示す従来例と同一の部材には同一
の符号を付している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the laser ablation device according to the present invention will be specifically described below with reference to FIGS. The same members as those in the conventional example shown in FIG. 4 are designated by the same reference numerals.

【0028】[1]実施例の構成 まず、図1は、本実施例の装置の概略を示す図である。
この図1に示すように、照射チャンバ1内には、第1、
第2のターゲットホルダ11,12と基板ホルダ3とが
配置されており、第1、第2のターゲットホルダ11,
12には第1、第2のターゲット13,14がそれぞれ
保持され、基板ホルダ3には基板5が保持されている。
この場合、2つのターゲットホルダ11,12と基板ホ
ルダ3とは、それぞれ、ホルダ部11a,12a,3a
と、このホルダ部11a,12a,3aを照射チャンバ
1に対して支持する支柱部11b,12b,3bとを備
えており、各支柱部11b,12b,3bは、各ホルダ
部11a,12a,3aの背面からそれぞれ直交方向に
伸びる形で設けられている。そして、2つのターゲット
ホルダ11,12は、それぞれのホルダ部11a,12
aが互いに鈍角をなす形で近接し、それぞれの支柱部1
1b,12bが互いに鋭角をなすようにして配置されて
いる。さらに、基板ホルダ3は、そのホルダ部3aがタ
ーゲットホルダ11,12のホルダ部11a,12aの
両方から等距離の位置でこれらと対向し、かつ、その支
柱部3bが2つのターゲットホルダ11,12の支柱部
11b,12bの間を通る直線上に位置するようにして
配置されている。
[1] Configuration of Embodiment First, FIG. 1 is a diagram showing an outline of an apparatus of this embodiment.
As shown in FIG. 1, in the irradiation chamber 1, the first,
The second target holders 11 and 12 and the substrate holder 3 are arranged, and the first and second target holders 11 and 12 are arranged.
The first and second targets 13 and 14 are respectively held on the substrate 12, and the substrate 5 is held on the substrate holder 3.
In this case, the two target holders 11 and 12 and the substrate holder 3 have holder portions 11a, 12a and 3a, respectively.
And column parts 11b, 12b, 3b for supporting the holder parts 11a, 12a, 3a with respect to the irradiation chamber 1, and each column part 11b, 12b, 3b is provided with each holder part 11a, 12a, 3a. Are provided so as to extend in the orthogonal direction from the back surface of each. Then, the two target holders 11 and 12 have respective holder portions 11a and 12
a are close to each other at an obtuse angle,
1b and 12b are arranged so as to form an acute angle with each other. Further, the substrate holder 3 has its holder portion 3a facing them at a position equidistant from both the holder portions 11a and 12a of the target holders 11 and 12, and the column portion 3b thereof has two target holders 11 and 12. Are arranged so as to be located on a straight line passing between the column portions 11b and 12b.

【0029】また、照射チャンバ1は、真空排気装置6
により10-6Torr以上の真空度に保たれている。そ
して、この照射チャンバ1内に、パルスレーザ発振器7
からのレーザ光8が導入されるようになっている。この
場合、図4の従来例では、レーザ発振器7からのレーザ
光8を照射チャンバ1内にそのまま導入していたが、本
実施例においては、レーザ発振器7からのレーザ光8は
ビーム・スプリッタ15で2つのレーザ・ビーム8a,
8bに分割され、この2つのレーザビーム8a,8bが
異なるレーザ入射窓10a,10bを通して照射チャン
バ1内に異なる方向から導入されるようになっている。
Further, the irradiation chamber 1 is provided with a vacuum exhaust device 6
Therefore, the degree of vacuum is maintained at 10 -6 Torr or more. Then, in the irradiation chamber 1, a pulse laser oscillator 7
The laser light 8 from is introduced. In this case, in the conventional example of FIG. 4, the laser beam 8 from the laser oscillator 7 was directly introduced into the irradiation chamber 1, but in the present example, the laser beam 8 from the laser oscillator 7 is converted into the beam splitter 15. With two laser beams 8a,
8b, and these two laser beams 8a and 8b are introduced into the irradiation chamber 1 from different directions through different laser entrance windows 10a and 10b.

【0030】すなわち、ビーム・スプリッタ15は、レ
ーザ発振器7からのレーザ光8の光軸上に、45度の角
度で配置されており、レーザ発振器7からのレーザ光8
を同方向のレーザ・ビーム(透過光)8aと90度方向
変換されたレーザ・ビーム(反射光)8bとに2分割す
るように構成されている。そして、このビーム・スプリ
ッタ15と照射チャンバ1内の第1のターゲットホルダ
11のホルダ部11aとの間には、レンズ9aとレーザ
入射窓10aとが、光軸が一致するようにして直線的に
配置されている。そして、ビーム・スプリッタ15から
透過したレーザ・ビーム8aは、レンズ9aとレーザ入
射窓10aを介して、第1のターゲットホルダ11上の
第1のターゲット13上に集光・照射するようになって
いる。
That is, the beam splitter 15 is arranged at an angle of 45 degrees on the optical axis of the laser beam 8 from the laser oscillator 7, and the laser beam 8 from the laser oscillator 7 is arranged.
Is divided into a laser beam (transmitted light) 8a in the same direction and a laser beam (reflected light) 8b whose direction is changed by 90 degrees. A lens 9a and a laser entrance window 10a are linearly arranged between the beam splitter 15 and the holder portion 11a of the first target holder 11 in the irradiation chamber 1 so that the optical axes thereof coincide with each other. It is arranged. Then, the laser beam 8a transmitted from the beam splitter 15 is focused and irradiated onto the first target 13 on the first target holder 11 via the lens 9a and the laser entrance window 10a. There is.

【0031】また、ビーム・スプリッタ15と照射チャ
ンバ1内の他方のターゲットホルダ12のホルダ部12
aとの間には、第1、第2のミラー16,17、レンズ
9b、およびレーザ入射窓10bが、順次配置されてい
る。この場合、第1のミラー16は、ビーム・スプリッ
タ15からのレーザ・ビーム8bの光軸上に45度の角
度で配置されており、ビーム・スプリッタ15からのレ
ーザ・ビーム8bを90度方向変換して、レーザ発振器
7からのレーザ光8の出射方向と同方向に反射するよう
に構成されている。そして、第2のミラー17は、第1
のミラー16から反射するレーザ・ビーム8bの光軸上
に45度の角度で配置されており、第1のミラー16か
らのレーザ・ビーム8bを90度方向変換して、ビーム
・スプリッタ15からのレーザ・ビーム8bの反射方向
と逆方向に反射するように構成されている。さらに、こ
の第2のミラー17と照射チャンバ1内の他方のターゲ
ットホルダ12のホルダ部12aとの間には、レンズ9
bとレーザ入射窓10bとが、光軸が一致するようにし
て直線的に配置されている。すなわち、第2のミラー1
7から反射したレーザ・ビーム8bは、レンズ9bとレ
ーザ入射窓10bを介して、第2のターゲットホルダ1
2上の第2のターゲット14上に集光・照射するように
なっている。そして、このように第2のターゲット14
上に照射されるレーザ・ビーム8bは、第1のターゲッ
ト13上に照射するレーザ・ビーム8aの方向と直交し
ている。
The beam splitter 15 and the holder portion 12 of the other target holder 12 in the irradiation chamber 1 are also included.
The first and second mirrors 16 and 17, the lens 9b, and the laser entrance window 10b are sequentially arranged between a and a. In this case, the first mirror 16 is arranged at an angle of 45 degrees on the optical axis of the laser beam 8b from the beam splitter 15, and changes the direction of the laser beam 8b from the beam splitter 15 by 90 degrees. The laser beam 8 is reflected in the same direction as the laser beam 8 is emitted from the laser oscillator 7. Then, the second mirror 17 is
Is arranged at an angle of 45 degrees on the optical axis of the laser beam 8b reflected from the mirror 16 of the first mirror 16, and the laser beam 8b from the first mirror 16 is redirected by 90 degrees to output from the beam splitter 15. It is configured to reflect the laser beam 8b in the opposite direction to the reflection direction. Further, a lens 9 is provided between the second mirror 17 and the holder portion 12a of the other target holder 12 in the irradiation chamber 1.
b and the laser incident window 10b are linearly arranged so that their optical axes coincide with each other. That is, the second mirror 1
The laser beam 8b reflected from the second target holder 1 passes through the lens 9b and the laser incident window 10b.
The second target 14 above 2 is focused and irradiated. Then, in this way, the second target 14
The laser beam 8b irradiated on the upper side is orthogonal to the direction of the laser beam 8a irradiated on the first target 13.

【0032】なお、本実施例において、パルスレーザ発
振器7としては、紫外領域の高エネルギー源であるエキ
シマレーザが使用されている。そして、このパルスレー
ザ発振器7は、1パルスあたりのレーザ出力が0.5J
以上のエネルギーを有するレーザ光を出射するように構
成されている。また、ビーム・スプリッタ15は、透過
率と反射率を連続的に変化させることができるように構
成されている。さらに、このビーム・スプリッタ15
は、パルスレーザ発振器7と電気的に接続されることが
できるように構成されている。そして、このようにパル
スレーザ発振器7と電気的に接続された場合には、ビー
ム・スプリッタ15の透過率と反射率の変化が、パルス
レーザ発振器7のレーザ発振動作(パルス動作)と同期
し、かつ、レーザショット数の関数で制御されるように
なっている。また、各レーザ入射窓10a,10bは、
レーザ・ビーム8a,8bを透過する材質で形成されて
いる。
In the present embodiment, as the pulse laser oscillator 7, an excimer laser which is a high energy source in the ultraviolet region is used. The pulse laser oscillator 7 has a laser output of 0.5 J per pulse.
It is configured to emit laser light having the above energy. Further, the beam splitter 15 is configured so that the transmittance and the reflectance can be continuously changed. Furthermore, this beam splitter 15
Are configured so that they can be electrically connected to the pulse laser oscillator 7. When electrically connected to the pulse laser oscillator 7 in this way, changes in the transmittance and reflectance of the beam splitter 15 are synchronized with the laser oscillation operation (pulse operation) of the pulse laser oscillator 7, In addition, it is controlled by a function of the number of laser shots. In addition, the laser incident windows 10a and 10b are
It is made of a material that transmits the laser beams 8a and 8b.

【0033】[2]実施例の作用および効果 以上のような構成を有する本実施例のレーザ・アブレー
ション装置によって、実際に薄膜を形成する場合のプロ
セスとその作用および効果について以下に説明する。
[2] Operation and Effect of the Embodiment The process and the operation and effect when a thin film is actually formed by the laser ablation apparatus of the present embodiment having the above-mentioned structure will be described below.

【0034】[2−1]一定の化学組成を有する薄膜の
形成プロセス 以下には、基板上に一定の化学組成を有する薄膜を形成
する一例として、SiC基板上にSi3 4 の化学組成
を有する薄膜を形成する場合のプロセスについて、図2
の(A)、(B)を用いて説明する。
[2-1] Process of Forming Thin Film Having Constant Chemical Composition In the following, as an example of forming a thin film having a constant chemical composition on a substrate, a chemical composition of Si 3 N 4 is formed on a SiC substrate. FIG. 2 shows a process for forming a thin film
This will be described with reference to (A) and (B).

【0035】まず、照射チャンバ1内の第1、第2のタ
ーゲットホルダ11,12に第1、第2のターゲット1
3,14をそれぞれセットする。この場合、第1、第2
のターゲット13,14としては、同一の化学組成を有
する同一のSi3 4 焼結体ペレットからなるSi3
4 ターゲットを使用する。また、基板ホルダ3には、S
iC基板5を配置する。しかる後に、真空排気装置6に
よって照射チャンバ1内部の圧力を低下させる。この場
合、真空到達度を10-6Torr以上とする。
First, the first and second targets 1 and 2 are attached to the first and second target holders 11 and 12 in the irradiation chamber 1.
Set 3 and 14, respectively. In this case, the first and second
The targets 13 and 14, of the same the Si 3 N 4 sintered pellet having identical chemical composition Si 3 N
4 Use target. In addition, the substrate holder 3 has an S
The iC substrate 5 is arranged. After that, the pressure inside the irradiation chamber 1 is reduced by the vacuum exhaust device 6. In this case, the degree of vacuum achievement is set to 10 −6 Torr or more.

【0036】そして、照射チャンバ1が所定の真空度に
到達すると、パルスレーザ発振器7からレーザ光8が出
射し、ビーム・スプリッタ15で2つのレーザ・ビーム
8a,8bに分割される。このうち、一方のレーザ・ビ
ーム8aは、レンズ9aとレーザ入射窓10aを介し
て、第1のターゲットホルダ11上の第1のSi3 4
ターゲット13上に集光・照射する。また、他方のレー
ザ・ビーム8bは、第1、第2のミラー16,17によ
って順次方向変換された後、レンズ9bとレーザ入射窓
10bを介して、第2のターゲットホルダ12上の第2
のSi3 4 ターゲット14上に集光・照射する。
When the irradiation chamber 1 reaches a predetermined vacuum degree, a laser beam 8 is emitted from the pulse laser oscillator 7 and split into two laser beams 8a and 8b by a beam splitter 15. Of these, one of the laser beams 8a passes through the lens 9a and the laser entrance window 10a, and the first Si 3 N 4 on the first target holder 11 is passed.
Focus and irradiate on the target 13. The other laser beam 8b is sequentially redirected by the first and second mirrors 16 and 17, and then passes through the lens 9b and the laser entrance window 10b to the second laser beam 8b on the second target holder 12.
The Si 3 N 4 target 14 is focused and irradiated.

【0037】この場合、ビームスプリッタ15の透過率
と反射率は、ターゲット13,14上での単位面積あた
りのレーザエネルギー、すなわち、フルエンスが等しく
なるように、2つのレーザ・ビーム8a,8bの光路に
おけるエネルギーロスを考慮して選択し固定する。した
がって、ターゲット13,14には、等しいフルエンス
のレーザ・ビーム8a,8bが照射されることになる。
In this case, the transmittance and the reflectance of the beam splitter 15 are such that the laser energy per unit area on the targets 13 and 14, that is, the fluences of the two laser beams 8a and 8b are equalized. Select and fix considering the energy loss in. Therefore, the targets 13 and 14 are irradiated with the laser beams 8a and 8b having the same fluence.

【0038】このようにして、等しいフルエンスのレー
ザ・ビーム8a,8bを照射されたターゲット13,1
4の表面からは、図2の(A)に示すように、このSi
3 4 を構成する原子・分子・イオン・クラスターなど
がプラズマプルーム21となって爆発的に放出される。
これらのフラグメントは、ターゲット13,14の前方
へ向かって異方的に膨脹し、基板ホルダ3上のSiC基
板5に到達し、このSiC基板5上にSi3 4 の薄膜
を形成する。
In this way, the targets 13, 1 irradiated with the laser beams 8a, 8b of equal fluence.
From the surface of No. 4, as shown in FIG.
Atoms, molecules, ions, clusters, and the like that form 3 N 4 are explosively emitted as a plasma plume 21.
These fragments anisotropically expand toward the front of the targets 13 and 14, reach the SiC substrate 5 on the substrate holder 3, and form a thin film of Si 3 N 4 on the SiC substrate 5.

【0039】この時、2つのターゲット13,14から
は、同時に、同一成分、同一粒子密度のプラズマプルー
ム21が発生して、図2の(A)に示すように、基板5
の2方向から同時に到達する。したがって、この基板5
の表面上の全域にわたり、図2の(B)に示すような均
一な膜厚分布を有するSi3 4 膜22が得られる。こ
の場合、膜厚だけでなく、要求される種々の物理的・電
磁気的・機械的・化学的特性についても近質な性質が得
られることは言うまでもない。
At this time, the plasma plume 21 having the same component and the same particle density is simultaneously generated from the two targets 13 and 14, and the substrate 5 as shown in FIG.
It arrives from two directions at the same time. Therefore, this substrate 5
A Si 3 N 4 film 22 having a uniform film thickness distribution as shown in FIG. In this case, needless to say, not only the film thickness but also various physical, electromagnetic, mechanical, and chemical properties required can be obtained.

【0040】また、図4に示すような従来例の装置を使
用して薄膜を形成する場合には、プラズマプルームのロ
スが大きいため、成膜効率が悪い、成膜速度が遅いなど
の問題点があったが、本実施例においては、プラズマプ
ルーム内のフラグメントを有効に利用できるため、成膜
効率、成膜速度が低下することはなく、以上のような高
品質の薄膜を、高速かつ高効率で形成することができ
る。
Further, when a thin film is formed by using the conventional apparatus as shown in FIG. 4, there is a problem that the film forming efficiency is poor and the film forming speed is slow because the loss of the plasma plume is large. However, in the present embodiment, since the fragments in the plasma plume can be effectively used, the film formation efficiency and the film formation speed do not decrease. It can be formed with efficiency.

【0041】さらに、本実施例においては、1台のパル
スレーザ発振器のみを用いて複数のターゲットにレーザ
・ビームを同時に照射することができるため、システム
が簡略であり、かつ、ランニングコストが抑えられると
いうメリットがある。
Further, in the present embodiment, since a plurality of targets can be simultaneously irradiated with the laser beam using only one pulse laser oscillator, the system is simple and the running cost is suppressed. There is an advantage.

【0042】[2−2]傾斜的な化学組成を有する薄膜
の形成プロセス 以下には、基板上に傾斜的な化学組成を有する薄膜を形
成する一例として、SiC基板上にSi3 4 の傾斜組
成を有する薄膜を形成する場合のプロセスについて、図
3を用いて説明する。
[2-2] Process of Forming Thin Film Having Gradient Chemical Composition Hereinafter, as an example of forming a thin film having a gradient chemical composition on a substrate, an inclination of Si 3 N 4 is formed on a SiC substrate. A process for forming a thin film having a composition will be described with reference to FIG.

【0043】まず、照射チャンバ1内の第1のターゲッ
トホルダ11に、第1のターゲット13としてSiC焼
結体ペレットからなるSiCターゲットをセットすると
ともに、第2のターゲットホルダ12に、第2のターゲ
ット14としてSi3 4 焼結体ペレットからなるSi
3 4 ターゲットをセットする。また、基板ホルダ3に
は、SiC基板5を配置する。しかる後に、真空排気装
置6によって照射チャンバ1内部の圧力を低下させ、真
空到達度を10-6Torr以上とする。
First, the first target 13 in the irradiation chamber 1 is set with a SiC target made of SiC sintered pellets as the first target 13, and the second target holder 12 is set with the second target. 14 is Si composed of Si 3 N 4 sintered pellets
3 N 4 Set target. Further, the SiC substrate 5 is arranged on the substrate holder 3. After that, the pressure inside the irradiation chamber 1 is lowered by the vacuum exhaust device 6 so that the degree of vacuum achievement is 10 −6 Torr or more.

【0044】そして、照射チャンバ1が所定の真空度に
到達すると、パルスレーザ発振器7からレーザ光8が出
射し、ビーム・スプリッタ15で2つのレーザ・ビーム
8a,8bに分割される。この2つのレーザ・ビーム8
a,8bは、前記のプロセス例と同様に、個別の光路を
通って、照射チャンバ1内の第1、第2のターゲット1
3,14上に集光・照射する。
When the irradiation chamber 1 reaches a predetermined vacuum degree, a laser beam 8 is emitted from the pulse laser oscillator 7 and is split by a beam splitter 15 into two laser beams 8a and 8b. These two laser beams 8
a and 8b are similar to those in the above-described process example, and pass through the individual optical paths to pass the first and second targets 1 in the irradiation chamber 1.
Focus and irradiate on 3 and 14.

【0045】この場合、ビームスプリッタ15の透過率
と反射率は、アブレーション開始直後、すなわち、パル
スレーザ発振器7がレーザ発振動作を開始した直後は、
透過率が100%、反射率が0%になるように設定す
る。したがって、この時点では、パルスレーザ発振器7
からのレーザ光8は、Si3 4 ターゲット14上には
全く照射することなく、全てSiCターゲット13上に
集光・照射し、SiCを構成する原子・分子・イオン・
クラスターなどがプラズマプルームとなって爆発的に放
出される。これらのフラグメントは、ターゲット13の
前方へ向かって異方的に膨脹し、基板ホルダ3上のSi
C基板5に到達し、このSiC基板5上にこの基板と同
一成分のSiCの薄膜を形成する。
In this case, the transmittance and reflectance of the beam splitter 15 are measured immediately after the start of ablation, that is, immediately after the pulse laser oscillator 7 starts the laser oscillation operation.
The transmittance is set to 100% and the reflectance is set to 0%. Therefore, at this point, the pulse laser oscillator 7
The laser light 8 from the above is focused and irradiated on the SiC target 13 without irradiating the Si 3 N 4 target 14 at all, and the atoms, molecules, ions
Clusters etc. become plasma plumes and are explosively released. These fragments are anisotropically expanded toward the front of the target 13 and the Si on the substrate holder 3 is expanded.
Reaching the C substrate 5, a thin film of SiC having the same composition as this substrate is formed on the SiC substrate 5.

【0046】そして、このプロセスにおいては、パルス
レーザ発振器7とビーム・スプリッタ15とを電気的に
接続して、パルスレーザ発振器7のパルス動作と連動し
てビーム・スプリッタ15の透過率と反射率が連続的に
変化するように制御する。この場合、具体的には、パル
スレーザ発振器7から照射するレーザショット数が増加
するに従って、ビーム・スプリッタ15の透過率が減少
し反射率が増加するように制御する。この制御によっ
て、SiCターゲット13へのレーザフルエンスは徐々
に減少し、同時に、Si3 4 ターゲット14へのレー
ザ照射が開始され、そのレーザフルエンスは次第に増加
していく。それに伴い、SiC基板5上におけるSi3
4 の堆積量が減少するとともに、Si3 4 の堆積が
開始する。
In this process, the pulse laser oscillator 7 and the beam splitter 15 are electrically connected, and the transmittance and reflectance of the beam splitter 15 are linked with the pulse operation of the pulse laser oscillator 7. Control so that it changes continuously. In this case, specifically, control is performed so that the transmittance of the beam splitter 15 decreases and the reflectance increases as the number of laser shots emitted from the pulse laser oscillator 7 increases. By this control, the laser fluence to the SiC target 13 is gradually decreased, and at the same time, the laser irradiation to the Si 3 N 4 target 14 is started, and the laser fluence is gradually increased. Accordingly, Si 3 on the SiC substrate 5
As the amount of N 4 deposited decreases, the deposition of Si 3 N 4 begins.

【0047】以上のようにビーム・スプリッタ15を制
御する結果、基板5上に堆積するSiCは徐々に減少
し、それに対してSi3 4 の割合は増加し、最終的に
は、ビーム・スプリッタ15の反射率が100%とな
り、Si3 4 のみが基板5に到達するようになる。こ
のようにして形成したSiC基板上の堆積層の化学組成
変化を調べたところ、図3のような分布が得られた。こ
の図3において、横軸は厚さ方向における堆積層表面か
らの距離、縦軸は、XPS(X線光電子分光)で測定し
たSi−N結合とSi−C結合の存在比を示している。
この図3から、SiC基板上の堆積層の最表層にはSi
−N結合のみが現れ、内部に向かってその割合が徐々に
減少し、一方、Si−C結合が増加して最終的には基板
と同一成分になる、いわゆる傾斜組成が形成されている
様子がわかる。
As a result of controlling the beam splitter 15 as described above, the amount of SiC deposited on the substrate 5 gradually decreases, while the proportion of Si 3 N 4 increases, and finally the beam splitter 15 The reflectance of 15 becomes 100%, and only Si 3 N 4 reaches the substrate 5. When the change in the chemical composition of the deposited layer thus formed on the SiC substrate was examined, the distribution as shown in FIG. 3 was obtained. In FIG. 3, the horizontal axis represents the distance from the surface of the deposited layer in the thickness direction, and the vertical axis represents the abundance ratio of Si—N bond and Si—C bond measured by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy).
From this FIG. 3, it can be seen that the outermost layer of the deposited layer on the SiC substrate has Si
Only the -N bond appears, and the proportion thereof gradually decreases toward the inside, while the Si-C bond increases and finally becomes the same component as the substrate, that is, a so-called graded composition is formed. Recognize.

【0048】[3]他の実施例 なお、本発明は、前記実施例だけでなく、他にも多種多
様の変形例を実施可能である。例えば、ターゲットおよ
び基板を構成する材料を全て異なる種類の材質にした
り、さらに、基板を構成する元素のうち1種類の元素を
ターゲットと共通にすることもできる。また、ビーム・
スプリッタの透過率と反射率を一定の値に保ち、異なる
材質からなるターゲットの各々の混合比を、常に一定の
比率に固定することも可能である。
[3] Other Embodiments The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various other modified examples can be implemented. For example, the materials forming the target and the substrate may all be different types of materials, or one of the elements forming the substrate may be common to the target. Also, the beam
It is also possible to keep the transmittance and the reflectance of the splitter at constant values, and to always fix the mixing ratio of each target made of different materials to a constant ratio.

【0049】そして、本発明では、このように、ターゲ
ットの種類、ビーム・スプリッタの透過率と反射率を任
意に選択することにより、従来の方法では得ることので
きなかった新しい素材を容易に作製することが可能とな
る。
In the present invention, a new material which cannot be obtained by the conventional method can be easily produced by arbitrarily selecting the kind of the target and the transmittance and reflectance of the beam splitter as described above. It becomes possible to do.

【0050】一方、前記実施例では、2つのターゲット
を使用したが、さらに、3つ以上のターゲットを使用す
る構成も同様に可能であり、その場合には、レーザ発振
器からのレーザ光を3つ以上のレーザ・ビームに分割す
る。また、レーザ光を分割する光学系や、分割したレー
ザ・ビームの光路の具体的な構成は自由に設計可能であ
る。さらに、使用するレーザ発振器やその使用条件も自
由に選択可能である。
On the other hand, although two targets are used in the above embodiment, a configuration using three or more targets is also possible. In that case, three laser beams from the laser oscillator are used. Divide into the above laser beams. The optical system for splitting the laser light and the specific configuration of the optical path of the split laser beam can be freely designed. Further, the laser oscillator to be used and the use conditions thereof can be freely selected.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上述べたように、本発明のレーザ・ア
ブレーション装置によれば、照射チャンバ内に複数のタ
ーゲットを配置するとともに、レーザ発振器から出射し
た一方向のレーザ光をターゲットと同数の多方向のレー
ザ・ビームに分割して、各レーザ・ビームを各ターゲッ
トに個別にかつ同時に照射するように構成したことによ
り、薄膜表面の全域にわたって各種の膜特性が2次元的
に均一であるような高品質の薄膜を、高速かつ高効率で
形成可能であり、しかも、同時に2種類以上の組成の薄
膜を基板上に堆積させたり、薄膜の厚さ方向の組成比を
任意にコントロールして、従来にない新しい素材の薄膜
を容易に形成することができる。
As described above, according to the laser ablation apparatus of the present invention, a plurality of targets are arranged in the irradiation chamber, and one direction of laser light emitted from the laser oscillator is equal in number to the targets. By arranging the laser beams in different directions and irradiating each laser beam to each target individually and simultaneously, various film characteristics are two-dimensionally uniform over the entire thin film surface. High-quality thin films can be formed at high speed and high efficiency. In addition, thin films of two or more types of composition can be deposited on the substrate at the same time, and the composition ratio in the thickness direction of the thin film can be arbitrarily controlled. It is possible to easily form a thin film of a new material that does not exist.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明におけるレーザ・アブレーション装置の
一実施例を示す概略構成図。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a laser ablation device according to the present invention.

【図2】図1の装置によって薄膜を形成するプロセスを
示す図であり、(A)は基板上に到達するプラズマプル
ームの状態を示す模式図、(B)は基板上の膜厚分布を
示す分布図。
2A and 2B are diagrams showing a process for forming a thin film by the apparatus of FIG. 1, in which FIG. 2A is a schematic diagram showing a state of a plasma plume reaching the substrate, and FIG. 2B is a film thickness distribution on the substrate. Distribution map.

【図3】図1の装置によって傾斜組成の薄膜を形成した
場合の、化学結合存在比の厚さ方向分布を示すグラフ。
3 is a graph showing the distribution of chemical bond abundance ratio in the thickness direction when a thin film having a graded composition is formed by the apparatus of FIG.

【図4】従来のレーザ・アブレーション装置の一例を示
す概略構成図。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing an example of a conventional laser ablation device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…照射チャンバ 2,11,12…ターゲットホルダ 3…基板ホルダ 4,13,14…ターゲット 5…基板 6…真空排気装置 7…パルスレーザ発振器 8…レーザ光 9,9a,9b…レンズ 10,10a,10b…レーザ入射窓 15…ビームスプリッタ 16,17…ミラー 21…プラズマプルーム 22…Si3 4 1 ... Irradiation chamber 2, 11, 12 ... Target holder 3 ... Substrate holder 4, 13, 14 ... Target 5 ... Substrate 6 ... Vacuum exhaust device 7 ... Pulse laser oscillator 8 ... Laser light 9, 9a, 9b ... Lens 10, 10a , 10b ... Laser incident window 15 ... Beam splitter 16, 17 ... Mirror 21 ... Plasma plume 22 ... Si 3 N 4 film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B23K 26/00 N 26/06 C Z 26/12 H01S 3/225 // H01L 21/203 M 9545−4M ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI Technical display location B23K 26/00 N 26/06 C Z 26/12 H01S 3/225 // H01L 21/203 M 9545 -4M

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザ光が照射されるターゲットとこの
ターゲットから飛散した粒子を堆積させる基板とが配置
された照射チャンバと、1台のパルスレーザ発振器とを
備え、前記レーザ発振器からのレーザ光を前記照射チャ
ンバ内に導入するレーザ・アブレーション装置におい
て、 前記照射チャンバ内に複数のターゲットを配置するとと
もに、前記パルスレーザ発振器から出射した一方向のレ
ーザ光を前記ターゲットと同数の多方向のレーザ・ビー
ムに分割する光学系を設け、この光学系は、分割した各
レーザ・ビームを各ターゲットに個別にかつ同時に照射
させるように構成されたことを特徴とするレーザ・アブ
レーション装置。
1. An irradiation chamber in which a target irradiated with laser light and a substrate for depositing particles scattered from the target are arranged, and one pulse laser oscillator, the laser light from the laser oscillator is provided. In the laser ablation device to be introduced into the irradiation chamber, a plurality of targets are arranged in the irradiation chamber, and laser light in one direction emitted from the pulsed laser oscillator is emitted in the same number of laser beams as the targets. A laser ablation device characterized in that an optical system for splitting is provided, and the optical system is configured to irradiate each of the split laser beams to each target individually and simultaneously.
【請求項2】 前記光学系は、レーザ光の透過率と反射
率を連続的に変化させることが可能な可変式のビーム・
スプリッタであることを特徴とする請求項1記載のレー
ザ・アブレーション装置。
2. The variable optical beam system capable of continuously changing the transmittance and reflectance of laser light.
The laser ablation device according to claim 1, which is a splitter.
【請求項3】 前記ビーム・スプリッタは、その透過率
と反射率の変化が、前記パルスレーザ発振器のレーザ発
振動作と同期し、かつ、レーザショット数の関数で制御
されるように構成されたことを特徴とする請求項2記載
のレーザ・アブレーション装置。
3. The beam splitter is configured such that changes in its transmittance and reflectance are synchronized with the laser oscillation operation of the pulse laser oscillator and controlled by a function of the number of laser shots. The laser ablation device according to claim 2, wherein
【請求項4】 前記照射チャンバ内の前記複数のターゲ
ットは、全て同一の化学組成を有する物質から構成され
たことを特徴とする請求項1記載のレーザ・アブレーシ
ョン装置。
4. The laser ablation apparatus according to claim 1, wherein the plurality of targets in the irradiation chamber are made of materials having the same chemical composition.
【請求項5】 前記照射チャンバ内の前記複数のターゲ
ットのうち、少なくとも1つのターゲットは、他のター
ゲットと異なる化学組成を有する物質から構成されたこ
とを特徴とする請求項1記載のレーザ・アブレーション
装置。
5. The laser ablation according to claim 1, wherein at least one of the plurality of targets in the irradiation chamber is made of a substance having a chemical composition different from that of the other targets. apparatus.
【請求項6】 前記照射チャンバ内の前記複数のターゲ
ットのうち、少なくとも1つは、前記基板の材料を構成
する元素のうち少なくとも1種類の元素を含む物質から
構成されたことを特徴とする請求項1記載のレーザ・ア
ブレーション装置。
6. The at least one of the plurality of targets in the irradiation chamber is made of a substance containing at least one kind of an element constituting a material of the substrate. Item 2. A laser ablation device according to item 1.
【請求項7】 前記パルスレーザ発振器は、エキシマレ
ーザ発振器であることを特徴とする請求項1記載のレー
ザ・アブレーション装置。
7. The laser ablation apparatus according to claim 1, wherein the pulse laser oscillator is an excimer laser oscillator.
【請求項8】 前記パルスレーザ発振器は、1パルスあ
たりのレーザ出力が0.5J以上のエネルギーを有する
レーザ光を出射するように構成されたことを特徴とする
請求項1記載のレーザ・アブレーション装置。
8. The laser ablation device according to claim 1, wherein the pulsed laser oscillator is configured to emit a laser beam having a laser output of 0.5 J or more per pulse. .
【請求項9】 前記照射チャンバは、真空排気装置を備
えており、この真空排気装置によって10-6Torr以
上の真空度に保たれることを特徴とする請求項1記載の
レーザ・アブレーション装置。
9. The laser ablation apparatus according to claim 1, wherein the irradiation chamber is provided with a vacuum exhaust device, and is maintained at a vacuum degree of 10 −6 Torr or higher by the vacuum exhaust device.
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