JPH08225929A - レーザ・アブレーションを用いた薄膜形成法およびレーザ・アブレーション装置 - Google Patents

レーザ・アブレーションを用いた薄膜形成法およびレーザ・アブレーション装置

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JPH08225929A
JPH08225929A JP3487695A JP3487695A JPH08225929A JP H08225929 A JPH08225929 A JP H08225929A JP 3487695 A JP3487695 A JP 3487695A JP 3487695 A JP3487695 A JP 3487695A JP H08225929 A JPH08225929 A JP H08225929A
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JP
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laser
thin film
laser light
moving mechanism
target
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JP3487695A
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Yukio Nishikawa
幸男 西川
Zenichi Yoshida
善一 吉田
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 広い面積において膜厚と組成が均一な薄膜を
形成できるレーザ・アブレーションを用いた薄膜形成法
を提供する。 【構成】 レーザ発振器1から出射したレーザ光をガル
バノ・ミラー3,5によって反射させ、さらに平面内で
直交する2方向に移動可能な移動機構上に設けた集光レ
ンズ7に誘導し、真空槽11内で移動機構9,10の動
作範囲と平行になるように設置した円板状ターゲット1
2に照射することで、基板上に大面積に膜厚が均一で組
成ずれの小さい薄膜を形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はレーザ光を用いて薄膜を
形成するレーザー・アブレーションを用いた薄膜形成法
およびレーザ・アブレーション装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】近年、薄膜形成分野においてレーザ光を
用いたレーザ・アブレーション法が盛んに研究されてい
る。以下に従来のレーザ・アブレーションを用いて薄膜
形成を行うレーザ・アブレーション装置について説明す
る。図8は特開昭64−47857号公報に示されてい
る従来のレーザ・アブレーション装置の構成を示すもの
である。図8において、51は真空槽、52は複数元素
から構成された円柱ターゲット、53は基板、54は導
入窓、55はレーザ光、56は反射鏡である。複数のタ
ーゲットを棒状に組み合わせて形成した円柱ターゲット
52にレーザ光55を反射鏡56を振動させながら導入
窓54を通過させて照射することにより、所望の組成と
厚さを有する薄膜を基板53上に形成する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、ターゲットの中央と端部でレーザ・スポ
ットの形が異なるため薄膜の形成速度などのアブレーシ
ョン条件が変化する。
【0004】また、一般に用いるレーザ光は断面形状が
矩形のエキシマ・レーザであることが多い。しかし、矩
形のレーザ光を球面レンズで集光したときには、球面収
差によりスポット形状も同様の楕円形になる。そのた
め、円柱ターゲットを用いる場合には、図9に示すよう
に回転軸の直角方向に長いスポット形状になり、基板に
形成された薄膜など不必要な所にレーザ光が照射され、
形成した薄膜に損傷を与え易くなることが判明した。さ
らに、複数のターゲットが棒状に配列してあるため、各
成分の発生位置が異なることになり、薄膜の位置によっ
て組成ずれが起こり易いという問題点もある。
【0005】また、化合物薄膜の形成では、反応性ガス
を導入したり、基板加熱を行ったりするが、このとき元
素間の質量や蒸発温度の違いにより組成ずれが生じる。
そのため、PLZTやLiNbO3、LiTaO3薄膜の形成
ではターゲット中のPbやLiの比率を高めているが、成
膜条件によって組成ずれの状態が変化するので、ターゲ
ット組成によって組成を精度良く調整するのは困難であ
る。
【0006】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、広い面積において膜厚と組成が均一な薄膜を形成で
きるレーザ・アブレーションを用いた薄膜形成法および
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。
【0007】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の第1の構成は、レーザ発振器から出射したレ
ーザ光を反射鏡によって平面内で直交する2方向に移動
可能な機構上に設けた集光レンズに誘導し、さらに真空
槽内で移動機構の動作範囲に平行になるように設置した
平板状ターゲットに照射し、対向した基板上に薄膜を形
成するものである。
【0008】上記構成において、光学装置は、出射した
レーザ光の光路上に設けたガルバノ・ミラーと、移動機
構上のガルバノ・ミラーおよび集光レンズとから成り、
集光レンズ内の同一場所にレーザ光が誘導されるように
2つのガルバノ・ミラーは移動機構の動作に同期して回
動することが好ましい。
【0009】また、光学装置は、発振器から出射したレ
ーザ光の光路上で前記光路に平行に移動可能な反射鏡
と、レーザ発振器の光路と平行に移動する移動機構の上
に設置した、光路と垂直方向に移動する移動機構と、垂
直方向に移動する移動機構上に設けた反射鏡と集光レン
ズから構成されることが好ましい。
【0010】本発明の第2の構成は、出射するレーザ光
の断面形状が矩形であるレーザ発振器と、出射したレー
ザ光の光路上の一の反射鏡と、真空槽内に設けた円柱タ
ーゲットの回転軸と平行に移動可能な移動機構上に設け
られた他の反射鏡と集光レンズから構成され、前記円柱
ターゲットの回転軸と照射スポットの長軸とが平行にな
るようにレーザ光を集光し、基板上に薄膜を形成するも
のである。
【0011】本発明の第3の構成は、出射するレーザ光
の断面形状が矩形であるレーザ発振器と、真空槽内に設
けた円柱ターゲットと、前記円柱ターゲットの回転軸と
平行に移動可能な移動機構上に設けられた反射鏡と球面
収差補正レンズを備え、前記レーザ光を反射鏡によって
前記円柱ターゲットに集光し、基板上に薄膜を形成する
ものである。
【0012】本発明の第4の構成は、表面からの法線が
基板表面でほぼ一致するように真空槽内に複数のターゲ
ットを設け、各ターゲットにレーザ光を照射して基板上
に多成分系の薄膜を形成するものである。
【0013】上記構成において、薄膜の構成成分を2つ
以上含むターゲットと構成成分の1つから成るターゲッ
ト1つ以上とを備えたことが好ましい。また、レーザ光
をビーム・スプリッターで分割し、前記複数のターゲッ
ト上に集光することが好ましく、また、前記ビーム・ス
プリッターは回転機構によって透過率の異なる複数のビ
ーム・スプリッターに交換できることが好ましい。
【0014】また、分割後のレーザ光の少なくとも1本
は遮蔽板によって遮蔽できることが好ましく、また、前
記遮蔽板はレーザ光の通過穴を有し、回転することが好
ましく、また、前記遮蔽板の回転はパルス・レーザ光の
出射と同期することが好ましい。また、前記遮蔽板は前
記構成成分を1つ含むターゲットに照射されるレーザ光
の光路上に設けられたことが好ましい。また、レーザ光
は前記した複数のターゲットに同時照射することが好ま
しい。
【0015】
【作用】この構成によって、平板状もしくは円柱状ター
ゲット上でのスポット形状が広い範囲において一定であ
るため、大面積に一定膜厚で成膜できる。また、円柱タ
ーゲットを用いた場合でも基板等の不必要な所にレーザ
光が照射され、損傷を与えることもない。また、プルー
ムはターゲット表面の法線方向に発生するため、複数の
ターゲットからの発生方向を一致させることで欠落し易
い元素を補うことができ、組成ずれを小さくすることが
できる。
【0016】
【実施例】
(実施例1)本発明のレーザ・アブレーションを用いた
薄膜形成法を実現するレーザ・アブレーション装置の第
1の実施例を図1を参照しながら説明する。
【0017】図1において、1はパルス・レーザ発振
器、2はパルス・レーザ発振器1から出射したレーザ
光、3と5はレーザ光2を反射するガルバノ・ミラー、
4と6はガルバノ・メータ、7は集光レンズ、8はレン
ズ保持具、9と10は平面内で直交する2方向に移動可
能な移動機構、11は真空槽、12は平板状の円板状タ
ーゲット、13は真空槽内で移動機構の動作範囲に平行
になるように円板状ターゲット12を設置するターゲッ
ト保持具、14は円板状ターゲット12に対向するよう
に基板を保持する基板保持具、15はプルーム、16は
排気装置である。
【0018】以上のように構成された本実施例につい
て、以下その動作を説明する。まず、パルス・レーザ発
振器1から出射したレーザ光2は、ガルバノ・メータ4
によって回動するガルバノ・ミラー3により移動機構9
と10の動作に同期してガルバノ・ミラー5に誘導さ
れ、さらにガルバノ・ミラー5の回動によって集光レン
ズ7の一定位置にレーザ光2が誘導される。ガルバノ・
ミラー5と集光レンズ7は移動機構9と10によって平
面内で移動するため、真空槽11内で移動機構9と10
の動作範囲に平行になるように設置した円板状ターゲッ
ト12上で、レーザ・スポットの形状を変化させること
なく移動させることができる。そして、プルーム15の
発生状態が一定な状態で位置を変化させるため、基板保
持具14に取り付けた基板上に膜厚の均一な薄膜を形成
することができる。
【0019】(実施例2)次に本発明の第2の実施例を
図2を参照しながら説明する。図2において、出射直後
のレーザ光の光路に平行に移動する移動機構9の上に、
それと直交して移動する移動機構10が設けられてい
る。反射鏡17は移動機構10の非可動部に、反射鏡1
9と集光レンズ7は可動部にそれぞれ保持具18と保持
具8によって固定されている。
【0020】この第2の実施例が図1に示した第1の実
施例の構成と異なる点は、レーザ発振器1の光路上で反
射鏡17が移動し、その反射光の光路上に反射鏡19を
設けたことである。これにより、反射鏡17と反射鏡1
9を同期して回動させる必要もなく、集光レンズ7の一
定位置にレーザ光2を誘導できる。以下は第1の実施例
と同様の手順で膜厚の均一な薄膜を形成できる。
【0021】(実施例3)次に本発明の第3の実施例を
図3を参照しながら説明する。図3において、第1の実
施例または第2の実施例の構成と異なる点は、レーザ発
振器20から出射した断面形状が矩形のレーザ光21の
長軸が円柱ターゲット23の回転軸と平行になるよう
に、集光レンズ8へ誘導するとともに、移動機構22に
よって円柱ターゲット23の回転軸方向に移動させるよ
うにした点である。なお、24は円柱ターゲット23を
回転可能に保持する保持機構である。
【0022】本実施例ではその結果、レーザ光21の長
軸がターゲット23の回転軸と平行に照射され、ターゲ
ット表面のスポット形状も回転軸と平行になり、下部の
基板25など不必要な部分にレーザ光が照射されない。
そして、基板保持具26を走行ロール27によって移動
させることで、基板25上に大面積に膜厚の均一な薄膜
を形成することができる。
【0023】(実施例4)次に本発明の第4の実施例を
図4を参照しながら説明する。図4において、28は円
柱ターゲット23の回転軸と平行に移動可能な移動機構
22上に設けた球面収差補正レンズである。第3の実施
例の構成と異なる点は、集光レンズにこの球面収差補正
レンズ28を用いたことである。
【0024】これにより、本実施例では、断面形状が矩
形のレーザ光21であっても、集光点でのスポット形状
は円形となるため、第3の実施例のようにレーザ光の誘
導方向を考慮する必要がない。
【0025】(実施例5)次に、本発明の第5の実施例
を図5を参照しながら説明する。図5において、29は
レーザ発振器、30はレーザ光、31は集光レンズ、3
2は導入窓、33はPLZTターゲット、34はPbタ
ーゲット、35はターゲット保持具、36はプルーム、
37は基板、38はヒータである。
【0026】本実施例では、表面からの法線が基板表面
でほぼ一致するように真空槽11内にPLZTターゲッ
ト33、Pbターゲット34を設け、各ターゲットにレ
ーザ光30をそれぞれ照射して基板37上に多成分系の
薄膜を形成する構成となっている。
【0027】結晶性の高いPLZT薄膜を形成するには
基板37をヒータ38によって873K付近に加熱する
必要があるが、この温度ではPbが再蒸発しやすいた
め、本実施例ではPb成分をPbターゲット34にレー
ザ照射して補う。
【0028】以上のように本実施例によれば、プルーム
はターゲット表面の法線方向に発生するため、複数のタ
ーゲットからの発生方向を一致させることで欠落し易い
元素を補うことができ、組成ずれを小さくすることがで
きる。
【0029】(実施例6)次に本発明の第6の実施例を
図6を参照しながら説明する。図6において、第5の実
施例の構成と異なる点は、レーザ光30をビーム・スプ
リッター39で分割し、また、通過したレーザ光を全反
射鏡40で2つの集光レンズ31に誘導してPLZTタ
ーゲット33とPbターゲット34に同時照射すること
である。
【0030】以上のように本実施例によれば、Pb成分
を他の成分と同時に供給することで成分の偏在を防ぐこ
とができる。
【0031】(実施例7)次に本発明の第7の実施例を
図7を参照しながら説明する。図7は第7の実施例のレ
ーザ・アブレーション装置を示す構成図である。
【0032】図7において、41は移動機構、42は移
動機構の保持具、43は回転機構、44は回転機構43
により回転可能なように保持された遮蔽板であり、レー
ザ光の通過穴(図示せず)を有している。45はPb円
柱ターゲット、46はPLZT円柱ターゲットで、表面
からの法線が基板表面でほぼ一致するように真空槽11
内にPb円柱ターゲット45とPLZT円柱ターゲット
46とが設けられており、本実施例は各ターゲットにレ
ーザ光30をそれぞれ照射して基板37上に多成分系の
薄膜を形成する構成となっている。47は透過率の異な
る複数のビーム・スプリッター39を回転可能なように
保持した回転機構であり、回転することによりビーム・
スプリッター39を他の透過率のビーム・スプリッター
に交換する。また、遮蔽板44は構成成分を1つ含むP
b円柱ターゲット45に照射されるレーザ光の光路上に
設けられている。
【0033】以上のように構成された本実施例の動作を
説明すると、まず、移動機構41によって全反射鏡40
と集光レンズ31をPb円柱ターゲット45とPLZT
円柱ターゲット46の回転軸と平行に移動しながらレー
ザ光30を照射することで、基板37上の広い領域に膜
厚や組成の均一な薄膜を形成することができる。このと
き、基板37を回転させると膜厚は一層均一になる。ま
た、透過率の異なるビーム・スプリッター39を回転機
構47で交換したり、遮蔽板44によりレーザ光30を
遮蔽することで、Pb円柱ターゲット45から発生する
プルーム36の量を制御し薄膜中のPb量を容易に調整
できる。また、遮蔽板44の回転をパルス・レーザ光3
0の出射と同期することでレーザ光30の断面を部分的
に遮蔽することなく照射スポットの形状を一定に保ちな
がら、プルームの発生回数を減らせるため、Pb成分を
精度良く調整できる。
【0034】
【発明の効果】以上のように本発明は、レーザ発振器か
ら出射したレーザ光を反射鏡によって平面内で直交する
2方向に移動可能な機構上に設けた集光レンズに誘導
し、レーザ光を真空槽内で移動機構の動作範囲に平行に
なるように設置した平板状ターゲットに照射するか、出
射するレーザ光の断面形状が矩形であるレーザ発振器
と、出射したレーザ光の光路上の反射鏡と、真空槽内に
設けた円柱ターゲットの回転軸と平行に移動可能な機構
上の反射鏡と集光レンズから構成され、前記円柱ターゲ
ットの回転軸と照射スポットの長軸とが平行になるよう
にレーザ光を集光するか、出射するレーザ光の断面形状
が矩形であるレーザ発振器と、真空槽内に設けた円柱タ
ーゲットと、前記ターゲットの回転軸と平行に移動可能
な機構上に反射鏡と球面収差補正レンズを設け、前記レ
ーザ光を反射鏡によって前記円柱ターゲットに集光し、
さらに、表面からの法線が基板表面でほぼ一致するよう
に真空槽内に複数のターゲットを設け、各ターゲットに
レーザ光を照射することで、基板上に大面積で膜厚が均
一で組成ずれの小さい薄膜を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のレーザ・アブレーション装置の第1の
実施例を示す構成図
【図2】本発明のレーザ・アブレーション装置の第2の
実施例を示す構成図
【図3】本発明のレーザ・アブレーション装置の第3の
実施例を示す構成図
【図4】本発明のレーザ・アブレーション装置の第4の
実施例を示す構成図
【図5】本発明のレーザ・アブレーション装置の第5の
実施例を示す構成図
【図6】本発明のレーザ・アブレーション装置の第6の
実施例を示す構成図
【図7】本発明のレーザ・アブレーション装置の第7の
実施例を示す構成図
【図8】従来のレーザ・アブレーションを用いた薄膜形
成装置の構成図
【図9】従来のレーザ・アブレーションを用いた薄膜形
成法における円柱ターゲットへのレーザ照射状態の拡大
【符号の説明】
1 パルス・レーザ発振器 2 レーザ光 3 ガルバノ・ミラー 4 ガルバノ・メータ 5 ガルバノ・ミラー 6 ガルバノ・メータ 7 集光レンズ 8 レンズ保持具 9 移動機構 10 移動機構 11 真空槽 12 円板状ターゲット 13 ターゲット保持具 14 基板保持具 15 プルーム 16 排気装置 17 反射鏡 18 保持具 19 反射鏡 20 レーザ発振器 21 レーザ光 22 移動機構 23 円柱ターゲット 24 保持機構 25 基板 26 基板保持具 27 走行ロール 28 球面収差補正レンズ 29 レーザ発振器 30 レーザ光 31 集光レンズ 32 導入窓 33 PLZTターゲット 34 Pbターゲット 35 ターゲット保持具 36 プルーム 37 基板 38 ヒータ 39 ビーム・スプリッター 40 全反射鏡 41 移動機構 42 移動機構の保持具 43 回転機構 44 遮蔽板 45 Pb円柱ターゲット 46 PLZT円柱ターゲット

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レーザ発振器から出射したレーザ光を反射
    鏡によって平面内で直交する2方向に移動可能な移動機
    構上に設けた集光レンズに誘導し、さらに真空槽内で前
    記移動機構の動作範囲に平行になるように設置した平板
    状ターゲットに照射し、前記平板状ターゲットに対して
    対向した基板上に薄膜を形成することを特徴とするレー
    ザ・アブレーションを用いた薄膜形成法。
  2. 【請求項2】光学装置は、出射したレーザ光の光路上に
    設けた一のガルバノ・ミラーと、移動機構上に設けた他
    のガルバノ・ミラーおよび集光レンズとから成り、前記
    集光レンズ内の同一場所にレーザ光が誘導されるように
    前記2つのガルバノ・ミラーは前記移動機構の動作に同
    期して回動することを特徴とする請求項1記載のレーザ
    ・アブレーションを用いた薄膜形成法。
  3. 【請求項3】光学装置は、レーザ発振器から出射したレ
    ーザ光の光路上で平行に移動可能な一の反射鏡と、前記
    レーザ発振器の光路と平行に移動する一の移動機構の上
    に設置された、前記光路と垂直方向に移動する他の移動
    機構と、前記他の移動機構上に設けた他の反射鏡と集光
    レンズ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・アブレーションを用いた薄膜形成法。
  4. 【請求項4】出射するレーザ光の断面形状が矩形である
    レーザ発振器と、出射したレーザ光の光路上に設けた一
    の反射鏡と、真空槽内に設けた円柱ターゲットの回転軸
    と平行に移動可能な移動機構上に設けた他の反射鏡と集
    光レンズとを備え、前記円柱ターゲットの回転軸と照射
    スポットの長軸とが平行になるようにレーザ光を集光
    し、基板上に薄膜を形成することを特徴とするレーザ・
    アブレーション装置。
  5. 【請求項5】出射するレーザ光の断面形状が矩形である
    レーザ発振器と、真空槽内に設けた円柱ターゲットと、
    前記円柱ターゲットの回転軸と平行に移動可能な移動機
    構上に設けた反射鏡と球面収差補正レンズを備え、前記
    レーザ光を前記反射鏡によって前記円柱ターゲットに集
    光し、基板上に薄膜を形成することを特徴とするレーザ
    ・アブレーション装置。
  6. 【請求項6】表面からの法線が基板表面でほぼ一致する
    ように真空槽内に複数のターゲットを設け、前記各ター
    ゲットにレーザ光を照射して前記基板上に多成分系の薄
    膜を形成することを特徴とするレーザ・アブレーション
    を用いた薄膜形成法。
  7. 【請求項7】薄膜の構成成分を2つ以上含むターゲット
    と構成成分の1つから成るターゲット1つ以上とを備え
    たことを特徴とする請求項6記載のレーザ・アブレーシ
    ョンを用いた薄膜形成法。
  8. 【請求項8】レーザ光をビーム・スプリッターで分割
    し、複数のターゲット上にそれぞれ集光することを特徴
    とする請求項6記載のレーザ・アブレーションを用いた
    薄膜形成法。
  9. 【請求項9】ビーム・スプリッターは、回転機構によっ
    て透過率の異なる複数のビーム・スプリッターに交換で
    きることを特徴とする請求項8記載のレーザ・アブレー
    ションを用いた薄膜形成法。
  10. 【請求項10】分割後のレーザ光の少なくとも1本は、
    遮蔽板によって遮蔽できることを特徴とする請求項6記
    載のレーザ・アブレーションを用いた薄膜形成法。
  11. 【請求項11】遮蔽板は、レーザ光の通過穴を有し、回
    転することを特徴とする請求項10記載のレーザ・アブ
    レーションを用いた薄膜形成法。
  12. 【請求項12】遮蔽板の回転は、パルス・レーザ光の出
    射と同期することを特徴とする請求項11記載のレーザ
    ・アブレーションを用いた薄膜形成法。
  13. 【請求項13】遮蔽板は構成成分を1つ含むターゲット
    に照射されるレーザ光の光路上に設けられたことを特徴
    とする請求項11記載のレーザ・アブレーションを用い
    た薄膜形成法。
  14. 【請求項14】レーザ光は複数のターゲットに同時照射
    することを特徴とする請求項6記載のレーザ・アブレー
    ションを用いた薄膜形成法。
JP3487695A 1995-02-23 1995-02-23 レーザ・アブレーションを用いた薄膜形成法およびレーザ・アブレーション装置 Pending JPH08225929A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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