JPH08296035A - Formation of thin film using laser-beam abrasion - Google Patents

Formation of thin film using laser-beam abrasion

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JPH08296035A
JPH08296035A JP10554795A JP10554795A JPH08296035A JP H08296035 A JPH08296035 A JP H08296035A JP 10554795 A JP10554795 A JP 10554795A JP 10554795 A JP10554795 A JP 10554795A JP H08296035 A JPH08296035 A JP H08296035A
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JP
Japan
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target
substrate
thin film
laser
product
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JP10554795A
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Japanese (ja)
Inventor
Yukio Nishikawa
幸男 西川
Shinichi Mizuguchi
信一 水口
Yuji Komata
雄二 小俣
Hirosuke Mikami
寛祐 三上
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To provide a method for easily forming a soft magnetic thin film at low temp. on a large area by laser beam abrasion. CONSTITUTION: A product jetted from a target 8 by the irradiation with a pulsed first laser beam 2 is allowed to fly in an oxidizing gas at 10-500mTorr or deposited on a substrate 11, these are respectively irradiated with a high- speed second laser beam 20 or the gas is blown against the substrate, and a flying magnetic substance particle is captured by a magnetic field. Besides, the target 8 is irradiated with the first laser beam 2 with the scanning width changed, the deposition position on the substrate 11 is changed and hence the irradiation position of the second laser beam 20 is moved, or the product is deposited on the substrate moving in the magnetic field to form a soft magnetic thin film good in crystallinity is formed on a large area.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は磁性体薄膜の製造に使用
されるレーザ・アブレーションを用いた薄膜形成法に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film forming method using laser ablation used for manufacturing a magnetic thin film.

【0002】[0002]

【従来の技術】以下に従来の磁性体薄膜の製造方法につ
いて説明する。磁性体薄膜の形成は高周波マグネトロン
・スパッタリングが一般的で、アモルファス磁性薄膜や
パーマロイ薄膜、センダスト薄膜等の製造に広く用いら
れている。また、フェライト磁性薄膜の製造において
も、高周波スパッタリング法が試みられている。例え
ば、陳、辻本、白江等が電気学会マグネティクス研究会
資料MAG−88−120,49頁(1988年)で発
表したものがある。このスパッタリング装置の概要を図
5を参照しながら説明する。真空槽51内において、基
板台52や真空槽51から絶縁物53により電気的に絶
縁されたターゲット台54を取り付け、ガス導入口55
からArを導入し、真空槽51内を排気ボード56によ
り1〜10mTorrに維持し、ターゲット台54に電
源57により高周波電力を印加すると、基板台52とタ
ーゲット台54との間にプラズマ58が生成する。この
ような状態において、ターゲット台54の上に磁性体薄
膜の原料であるターゲット59を置くと、プラズマ58
中のイオンがターゲット59の表面をたたき、スパッタ
リング現象が起こり、基板台52上に薄膜60が形成さ
れる。
2. Description of the Related Art A conventional method for manufacturing a magnetic thin film will be described below. High-frequency magnetron sputtering is generally used to form a magnetic thin film, and it is widely used for manufacturing amorphous magnetic thin films, permalloy thin films, sendust thin films, and the like. Also, in the production of ferrite magnetic thin films, a high frequency sputtering method has been tried. For example, Chen, Tsujimoto, Shirae, etc. have published in the Institute of Electrical Engineers of Japan, Magnetics Research Group material MAG-88-120, p. 49 (1988). The outline of this sputtering apparatus will be described with reference to FIG. In the vacuum chamber 51, a substrate platform 52 and a target platform 54 electrically insulated from the vacuum chamber 51 by an insulator 53 are attached, and a gas introduction port 55 is installed.
When Ar is introduced into the vacuum chamber 51 and the inside of the vacuum chamber 51 is maintained at 1 to 10 mTorr by the exhaust board 56 and high frequency power is applied to the target table 54 by the power source 57, plasma 58 is generated between the substrate table 52 and the target table 54. To do. In this state, when the target 59, which is a raw material of the magnetic thin film, is placed on the target table 54, the plasma 58
The ions inside hit the surface of the target 59, a sputtering phenomenon occurs, and a thin film 60 is formed on the substrate table 52.

【0003】[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(例えば、Ni−Zn−フェ
ライト)から飛来する原子や分子の運動エネルギーが小
さく、また導入できる反応性ガスの圧力も小さいため、
基板台52の表面温度が例えば450℃以下の低温では
薄膜60はアモルファスかまたは配向性の低い多結晶薄
膜になり、薄膜がフェライト特有のスピネル型の結晶構
造をとらず、形成された薄膜の磁気特性が実用レベルに
達しないという問題があった。これに対しては500℃
以上の基板加熱や1000℃以上の焼鈍等を行い、軟磁
気特性を改善する試みがなされている。さらに、スパッ
タリング法は3元以上の組成比を正確に制御するのが困
難である。このため、スパッタリング法で形成した薄膜
はデバイスへ応用するには軟磁気特性が悪く、耐熱温度
の低い基板には適用できず、実用化にはまだ困難な状態
である。また、粒状や薄片状の粒子が薄膜中に混入する
という問題点のあることも判明した。
However, in the above conventional structure, the kinetic energy of atoms and molecules flying from the target (for example, Ni-Zn-ferrite) is small, and the pressure of the reactive gas that can be introduced is also small. ,
When the surface temperature of the substrate table 52 is low, for example, 450 ° C. or lower, the thin film 60 becomes an amorphous or a polycrystalline thin film with low orientation, and the thin film does not have a spinel-type crystal structure peculiar to ferrite. There was a problem that the characteristics did not reach the practical level. For this, 500 ° C
Attempts have been made to improve the soft magnetic characteristics by performing the above substrate heating, annealing at 1000 ° C. or higher, and the like. Furthermore, it is difficult for the sputtering method to accurately control the composition ratio of three or more elements. Therefore, the thin film formed by the sputtering method has poor soft magnetic properties for application to a device, cannot be applied to a substrate having a low heat resistance temperature, and is still in a difficult state for practical use. It was also found that there is a problem that granular or flaky particles are mixed in the thin film.

【0004】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、軟磁性薄膜を低温で大面積に容易に形成するレーザ
・アブレーションを用いた薄膜形成法を提供することを
目的とする。
The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and an object thereof is to provide a thin film forming method using laser ablation for easily forming a soft magnetic thin film in a large area at low temperature.

【0005】[0005]

【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のレーザ・アブレーションを用いた薄膜
形成法は、ターゲット及び基板を真空槽内の酸化性ガス
雰囲気中に設け、前記ターゲット上に第1のレーザ光を
照射して、前記ターゲットの構成元素を生成させ、飛行
中または前記基板に堆積した生成物に第2のレーザ光を
照射するものである。
To achieve this object, a thin film forming method using laser ablation according to the first aspect of the present invention is characterized in that a target and a substrate are provided in an oxidizing gas atmosphere in a vacuum chamber. The target is irradiated with the first laser light to generate the constituent elements of the target, and the product that is flying or is deposited on the substrate is irradiated with the second laser light.

【0006】上記構成において、第2のレーザ光の波長
は500nm以下であることが好ましい。また、前記酸
化性ガスはO2 、N2OまたはNO2であることが好まし
い。また、基板に照射する第2レーザ光の強度は0.0
01J/cm2以上、1.0J/cm2以下であることが
好ましい。
In the above structure, the wavelength of the second laser light is preferably 500 nm or less. Further, the oxidizing gas is preferably O 2 , N 2 O or NO 2 . Also, the intensity of the second laser light with which the substrate is irradiated is 0.0.
It is preferably 01 J / cm 2 or more and 1.0 J / cm 2 or less.

【0007】本発明の第2のレーザ・アブレーションを
用いた薄膜形成法は、真空槽内に設けたターゲットに第
1のレーザ光を照射して前記ターゲットの構成元素を生
成させ、飛行中または前記基板に堆積した生成物に対し
て、前記第1のレーザ光よりも照射繰り返し速度の速い
パルス・レーザ光または連続光を第2のレーザ光として
照射するものである。
In the thin film forming method using the second laser ablation of the present invention, the target provided in the vacuum chamber is irradiated with the first laser beam to generate the constituent elements of the target, and the target element is produced during flight or The product deposited on the substrate is irradiated with pulsed laser light or continuous light having a higher irradiation repetition rate than the first laser light as the second laser light.

【0008】本発明の第3のレーザ・アブレーションを
用いた薄膜形成法は、真空槽内に設けたターゲットに第
1のレーザ光を照射して前記ターゲットの構成元素を生
成させ、前記第1のレーザ光を走査することで生成物が
基板上に堆積する位置を移動させ、飛行中または基板に
堆積した前記生成物に照射する第2のレーザ光を前記第
1のレーザ光による生成物の堆積領域の移動に追随して
走査するものである。
In the thin film forming method using laser ablation according to the third aspect of the present invention, the target provided in the vacuum chamber is irradiated with the first laser light to generate the constituent elements of the target, and the first element is formed. The product is deposited by the first laser light by moving the position where the product is deposited on the substrate by scanning the laser light and irradiating the product that is flying or is deposited on the substrate with the second laser light. The scanning is performed following the movement of the area.

【0009】本発明の第4のレーザ・アブレーションを
用いた薄膜形成法は、真空槽内に設けたターゲットに走
査幅が可変であるレーザ光を照射し、前記ターゲットか
らの生成物を基板上に堆積させるものである。
According to the fourth method for forming a thin film using laser ablation of the present invention, a target provided in a vacuum chamber is irradiated with laser light having a variable scanning width, and a product from the target is deposited on a substrate. It is to be deposited.

【0010】上記構成において、少なくとも前記基板が
移動し、前記レーザ光は1軸方向に走査され、前記基板
の移動方向と前記走査方向とは一致しないことが好まし
い。また、前記基板と前記ターゲットは移動せず、前記
レーザ光を前記ターゲット表面上で走査することが好ま
しい。
In the above structure, it is preferable that at least the substrate is moved and the laser beam is scanned in a uniaxial direction, and the moving direction of the substrate does not coincide with the scanning direction. Further, it is preferable that the substrate and the target do not move and the surface of the target is scanned with the laser light.

【0011】本発明の第5のレーザ・アブレーションを
用いた薄膜形成法は、磁性体を構成する元素を含むター
ゲットを真空槽内に設け、前記ターゲットと基板との間
に磁力線が円弧状になるような磁界発生源を設け、前記
ターゲットから生成する構成成分が前記磁力線の特定の
位置を通過するように前記ターゲットにパルス・レーザ
光を照射し、前記磁力線中を一定方向に移動する前記基
板上に前記生成物を堆積させるものである。
In the thin film forming method using laser ablation according to the fifth aspect of the present invention, a target containing an element constituting a magnetic material is provided in a vacuum chamber, and lines of magnetic force are arced between the target and the substrate. On the substrate that is provided with such a magnetic field generation source, irradiates the target with pulsed laser light so that the constituent components generated from the target pass through a specific position of the magnetic force line, and moves in a certain direction in the magnetic force line. The product is deposited on.

【0012】本発明の第6のレーザ・アブレーションを
用いた薄膜形成法は、磁性体を構成する元素を含むター
ゲットを真空槽内に設け、磁界発生源から生じる磁力線
中に磁界が一定となるように基板を設け、前記ターゲッ
トにレーザ光を照射して前記ターゲットの構成成分を生
成させ、前記レーザ光の照射位置に対して前記基板を相
対的に移動または回転させながら生成物を基板上に堆積
させるものである。
According to the sixth method for forming a thin film using laser ablation of the present invention, a target containing an element constituting a magnetic material is provided in a vacuum chamber so that a magnetic field is constant in a magnetic force line generated from a magnetic field source. A substrate is provided on the substrate, the target is irradiated with laser light to generate constituent components of the target, and the product is deposited on the substrate while moving or rotating the substrate relative to the irradiation position of the laser light. It is what makes me.

【0013】本発明の第7のレーザ・アブレーションを
用いた薄膜形成法は、磁性体を構成する元素を含むター
ゲットを真空槽内に設け、前記ターゲットにパルス・レ
ーザ光を照射して前記ターゲットの構成成分を生成さ
せ、前記生成物を包囲するように前記ターゲットと基板
の間に磁界発生源を設け、前記磁界発生源を通過した前
記生成物を前記基板に堆積させるものである。
According to a seventh method of forming a thin film using laser ablation of the present invention, a target containing an element constituting a magnetic material is provided in a vacuum chamber, and the target is irradiated with pulsed laser light to produce a target of the target. A component is generated, a magnetic field generation source is provided between the target and the substrate so as to surround the product, and the product passed through the magnetic field generation source is deposited on the substrate.

【0014】本発明の第8のレーザ・アブレーションを
用いた薄膜形成法は、真空槽内のターゲットにパルス・
レーザ光を照射して前記ターゲットの構成成分を生成さ
せ、生成物を基板に堆積させ、同時に目的以外の反応物
を生成しないガスを前記基板に堆積した前記生成物にパ
ルス状に噴射するものである。
In the eighth thin film forming method using laser ablation of the present invention, a pulse is applied to a target in a vacuum chamber.
By irradiating a laser beam to generate the constituent components of the target, depositing the product on the substrate, and at the same time, injecting a gas that does not generate a reactant other than the target in a pulsed manner on the product deposited on the substrate. is there.

【0015】本発明の第9のレーザ・アブレーションを
用いた薄膜形成法は、真空槽内のターゲットに第1のレ
ーザ光を照射して前記ターゲットの構成元素を生成さ
せ、飛行中の生成物に第2のレーザ光を照射し、基板に
堆積した前記生成物に第3のレーザ光を照射するもので
ある。
According to a ninth method for forming a thin film using laser ablation of the present invention, a target in a vacuum chamber is irradiated with a first laser beam to generate constituent elements of the target, and a product in flight is produced. The second laser light is irradiated, and the product deposited on the substrate is irradiated with the third laser light.

【0016】本発明の第10のレーザ・アブレーション
を用いた薄膜形成法は、真空槽内のターゲットに第1の
レーザ光を照射して前記ターゲットの構成元素を生成さ
せ、飛行中と基板に堆積した生成物の少なくとも一方に
紫外光を照射し、前記基板に堆積した前記生成物に第2
のレーザ光を照射するものである。
According to a tenth method of forming a thin film using laser ablation of the present invention, a target in a vacuum chamber is irradiated with a first laser beam to generate constituent elements of the target, which are deposited in flight and on a substrate. At least one of the products thus formed is irradiated with ultraviolet light, and the product deposited on the substrate is
The laser light is emitted.

【0017】上記構成において、前記ターゲットは磁性
体を構成する元素を含み、前記基板上に薄膜を形成後、
250℃以上で30分間以上焼鈍することが好ましい。
In the above structure, the target contains an element constituting a magnetic material, and after forming a thin film on the substrate,
It is preferable to anneal at 250 ° C. or higher for 30 minutes or longer.

【0018】[0018]

【作用】この構成によって、第1のレーザ光の照射によ
ってターゲットから噴出した生成物を酸化性のガス中を
飛行または基板に堆積させるとともに、これらに第2の
レーザ光を照射することで、酸化反応やマイグレーショ
ンを促進し、低基板温度で結晶性の良い薄膜を形成でき
る。第2のレーザ光の照射の頻度は速いほど薄膜の結晶
性は良くなる。また、基板にガスを吹き付けたり、飛行
中の磁性体粒子を磁界で捕捉することにより、薄膜中に
粒子が混入するのを防ぎ、良質な薄膜を形成できる。
With this structure, the product ejected from the target by the irradiation of the first laser light is made to fly in the oxidizing gas or is deposited on the substrate, and at the same time, the product is irradiated with the second laser light to oxidize the product. A thin film having good crystallinity can be formed at a low substrate temperature by promoting reaction and migration. The higher the frequency of irradiation with the second laser light, the better the crystallinity of the thin film. Further, by blowing gas onto the substrate or capturing magnetic particles in flight with a magnetic field, it is possible to prevent particles from being mixed into the thin film and form a high-quality thin film.

【0019】また、アブレーション用レーザ光を走査幅
を変えてターゲットに照射し、基板上への堆積位置を移
動させ、それに追随してアニール用レーザ光の照射位置
を移動させることで、効率良く大面積に結晶性の良い薄
膜を形成できる。この方法は軟磁性薄膜の形成に効果の
ある磁場中成膜にも適用できる。
Further, by irradiating the target with the laser beam for ablation while changing the scanning width, moving the deposition position on the substrate, and following it, the irradiation position of the annealing laser beam is moved efficiently and greatly. A thin film with good crystallinity can be formed in the area. This method can also be applied to film formation in a magnetic field, which is effective in forming a soft magnetic thin film.

【0020】[0020]

【実施例】【Example】

(実施例1)本発明のレーザ・アブレーションを用いた
薄膜形成法の第一の実施例を図1を参照しながら説明す
る。図1(a)は正面図、図1(b)はその側面図であ
る。
(Embodiment 1) A first embodiment of a thin film forming method using laser ablation according to the present invention will be described with reference to FIG. 1A is a front view and FIG. 1B is a side view thereof.

【0021】図1において、1はアブレーション用のパ
ルス・レーザ光を発振するアブレーション用のパルス・
レーザ発振器、2はアブレーション用のパルス・レーザ
光である第1のレーザ光、3は真空槽、4は真空ポン
プ、5はアブレーション用パルス・レーザ発振器1の移
動機構、6は反射鏡、7は集光レンズ、8はNi、Zn
とMnの少なくとも1つを含むフェライトの固体ターゲ
ット(以下、ターゲットという)、9はターゲット保持
具、10はプルーム、11は基板、12は基板保持具、
13は永久磁石、14は磁界発生源、15はガス噴出
管、16は直線導入機、17はアニール用のレーザ発振
器、18はアニール用レーザ発振器17の移動機構、1
9はレンズ、20は第2のレーザ光、24は導入窓であ
る。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an ablation pulse for oscillating a pulsed ablation laser beam.
A laser oscillator, 2 is a first laser beam which is a pulse laser beam for ablation, 3 is a vacuum chamber, 4 is a vacuum pump, 5 is a moving mechanism of the pulse laser oscillator for ablation 1, 6 is a reflecting mirror, and 7 is Condensing lens, 8 is Ni, Zn
And a ferrite solid target containing at least one of Mn (hereinafter referred to as a target), 9 is a target holder, 10 is a plume, 11 is a substrate, 12 is a substrate holder,
Reference numeral 13 is a permanent magnet, 14 is a magnetic field generation source, 15 is a gas ejection tube, 16 is a linear introduction machine, 17 is a laser oscillator for annealing, 18 is a moving mechanism of the laser oscillator for annealing 17, 1
Reference numeral 9 is a lens, 20 is a second laser beam, and 24 is an introduction window.

【0022】パルス・レーザ発振器1から出射した第1
のレーザ光2を真空槽3内のターゲット8に照射する
と、生成物が明るく発光するプルーム10となって噴出
し、基板11上に生成物が堆積して薄膜を形成する。飛
行中または基板に堆積した生成物にアニール用の第2の
レーザ光20を照射することで、酸化反応や基板11上
での堆積物のマイグレーションが促進され結晶性の良い
薄膜が形成される。十分な酸化反応を起こし、また生成
物の運動エネルギーを低下させないために、ガス圧は比
較的圧力の高い10〜500mTorrが適切である。
第2のレーザ光の波長を特に500nm以下にすると、
レーザ光の光エネルギーが大きいために酸化反応やマイ
グレーションが促進される。酸化性ガスとしてO2 、N
2O、NO2を用いると、それぞれ180nm、200n
m、400nm以下の波長の光に対して解離が大きくな
るため、酸化反応が活発に行われることになる。結晶性
を改善し、かつ堆積物に損傷を起こさないレーザ強度
は、0.001〜1.0J/cm2である。
First laser emitted from the pulse laser oscillator 1
When the target 8 in the vacuum chamber 3 is irradiated with the laser light 2 of 1., the product becomes a plume 10 that emits bright light and is ejected, and the product is deposited on the substrate 11 to form a thin film. By irradiating the product that is flying or deposited on the substrate with the second laser light 20 for annealing, the oxidation reaction and the migration of the deposit on the substrate 11 are promoted, and a thin film with good crystallinity is formed. A gas pressure of 10 to 500 mTorr, which has a relatively high pressure, is suitable in order to cause a sufficient oxidation reaction and not reduce the kinetic energy of the product.
If the wavelength of the second laser light is set to 500 nm or less,
Owing to the large light energy of the laser light, the oxidation reaction and migration are promoted. O 2 , N as oxidizing gas
If 2 O and NO 2 are used, 180 nm and 200 n, respectively
Since the dissociation becomes large with respect to light having a wavelength of m or 400 nm or less, the oxidation reaction is actively carried out. The laser intensity that improves the crystallinity and does not damage the deposit is 0.001 to 1.0 J / cm 2 .

【0023】また、図1においてアニール用の第2のレ
ーザ光20は、パルス照射速度が速い方が結晶性の向上
に効果がある。すなわち、アブレーション用の第1のレ
ーザ光2よりも速く照射したり、連続光であっても良
い。
Further, in FIG. 1, the second laser light 20 for annealing is more effective in improving the crystallinity when the pulse irradiation speed is higher. That is, irradiation may be performed faster than the first laser light 2 for ablation, or continuous light may be used.

【0024】また図1において、大面積に成膜するため
にパルス・レーザ発振器の移動機構5を紙面に垂直な方
向に移動することで生成物の堆積位置を移動させ、堆積
物の移動に追随するようにアニール用レーザ発振器の移
動機構18を図中の矢印方向に移動させることで広幅の
アニールが可能となる。
Further, in FIG. 1, in order to form a film on a large area, the moving mechanism 5 of the pulse laser oscillator is moved in a direction perpendicular to the paper surface to move the deposition position of the product and follow the movement of the deposition. As described above, by moving the moving mechanism 18 of the annealing laser oscillator in the direction of the arrow in the figure, wide width annealing can be performed.

【0025】また、図1において、ターゲット8上での
アブレーション用のレーザ光2の走査幅を可変にし、図
2に示す円板状ターゲット21の場合のようにジグザグ
状もしくは略矩形パルス状に連続走査すると、レーザ光
2の利用効率が高くなる。基板が円板状の場合でも同様
の効果がある。図1ではターゲット8と基板11は直線
導入機16によって矢印方向に移動するため、これらの
移動方向と一致しない方向にアブレーション用のレーザ
光を走査することで大面積に効率よく薄膜を形成でき
る。あるいは、ターゲット8と基板11が固定されてい
る場合には、アブレーション用の第1のレーザ光2をタ
ーゲット平面内で走査しても良い。特に磁性体薄膜を磁
界中で形成する場合には、永久磁石13を平行に設け、
円弧状の磁力線の中を基板11を通過させながら、ター
ゲット8からの生成物を磁力線中の基板11上に堆積さ
せることで大面積に薄膜を形成できる。
Further, in FIG. 1, the scanning width of the laser beam 2 for ablation on the target 8 is made variable so as to be continuous in a zigzag shape or a substantially rectangular pulse shape as in the case of the disk-shaped target 21 shown in FIG. Scanning increases the efficiency of use of the laser light 2. The same effect is obtained even when the substrate has a disk shape. In FIG. 1, the target 8 and the substrate 11 are moved in the direction of the arrow by the straight line introducing device 16, so that a thin film can be efficiently formed in a large area by scanning the laser beam for ablation in a direction that does not match these moving directions. Alternatively, when the target 8 and the substrate 11 are fixed, the first laser beam 2 for ablation may be scanned within the target plane. Particularly when the magnetic thin film is formed in a magnetic field, the permanent magnets 13 are provided in parallel,
A thin film can be formed in a large area by depositing the product from the target 8 on the substrate 11 in the magnetic force lines while passing the substrate 11 through the arc-shaped magnetic force lines.

【0026】薄膜中には粒状や薄片状の粒子が混入する
が、これらはガス噴出管15より目的以外の反応物を生
成しないガスをパルス状で基板に堆積した生成物に吹き
付けることで、薄膜の形成速度を低下させずに粒子を除
去できる。また、ターゲット8が磁性体を構成する元素
を含む場合には、生成物の飛行途中に磁界発生源14を
設け、これを用いて飛行中の粒子状の磁性体を捕捉し、
それらが薄膜中に混入するのを防ぐことができる。
Granular or flaky particles are mixed in the thin film. These are generated by spraying a gas, which does not generate a reaction product other than the intended one, from the gas ejection pipe 15 onto the product deposited on the substrate in a pulsed manner. The particles can be removed without slowing the formation rate of. When the target 8 contains an element that constitutes a magnetic material, a magnetic field generation source 14 is provided during the flight of the product, and this is used to capture the particulate magnetic material in flight,
It is possible to prevent them from being mixed in the thin film.

【0027】さらに、形成した薄膜を250℃以上で3
0分間以上焼鈍することで、保磁力は小さくなり、飽和
磁束密度は大きくなって、軟磁気特性は改善される。特
に400℃以上で60分以上焼鈍すると、保磁力は10
エルステッド以下で、飽和磁束密度は1500gaus
s以上となり、その効果は顕著である。
Further, the formed thin film is kept at 250 ° C. or higher for 3 hours.
By annealing for 0 minutes or more, the coercive force decreases, the saturation magnetic flux density increases, and the soft magnetic characteristics are improved. Especially when annealed at 400 ° C or higher for 60 minutes or longer, the coercive force is 10
Saturation magnetic flux density is 1500 gauss below Oersted
s or more, the effect is remarkable.

【0028】(実施例2)本発明のレーザ・アブレーシ
ョンを用いた薄膜形成法の第二の実施例を図3を参照し
ながら説明する。図3において、第1の実施例と異なる
第1の点は、第2のレーザ光20の光路途中にビーム・
スプリッタ22を設けて、ターゲットからの生成物が飛
行中と基板に堆積した後の両方にレーザ光を照射するこ
とである。両者にレーザ光を照射することで、酸化反応
とマイグレーションの促進がより強められ、形成した薄
膜の結晶性をより強めることができる。
(Embodiment 2) A second embodiment of the thin film forming method using laser ablation of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 3, the first point different from the first embodiment is that the beam is emitted in the middle of the optical path of the second laser light 20.
The splitter 22 is provided to irradiate the laser light both during the flight of the product from the target and after the deposition on the substrate. By irradiating both with laser light, the promotion of oxidation reaction and migration can be further enhanced, and the crystallinity of the formed thin film can be further enhanced.

【0029】図3において、第1の実施例と異なる第2
の点は、基板11と永久磁石13を支持台12に固定
し、支持台を回転機構23によって回転させながら薄膜
を形成することである。これにより基板11に働く磁力
を一定に保ったまま大面積に薄膜を形成することができ
る。また、基板はレーザ照射位置と相対的に移動しても
良い。この固定方式以外に、基板11と永久磁石13の
相対位置を一定に保てる方法であれば、同期して回転す
るなどの他の方法であってもよい。
In FIG. 3, a second embodiment different from the first embodiment is used.
The point is that the substrate 11 and the permanent magnet 13 are fixed to the support 12 and the support is rotated by the rotating mechanism 23 to form a thin film. As a result, a thin film can be formed in a large area while keeping the magnetic force acting on the substrate 11 constant. Further, the substrate may move relative to the laser irradiation position. Other than this fixing method, another method such as rotating in synchronization may be used as long as the relative position between the substrate 11 and the permanent magnet 13 can be kept constant.

【0030】(実施例3)本発明のレーザ・アブレーシ
ョンを用いた薄膜形成法の第三の実施例を図4を参照し
ながら説明する。図4において、第1または第2の実施
例と異なる点は、飛行中と基板に堆積した生成物の少な
くとも一方に紫外ランプ25から紫外光26を照射し、
基板11上の堆積物にレーザ光20を照射するようにし
た点である。紫外光26によって酸化反応を促進し、レ
ーザ光20を堆積物の加熱に用いることでランニング・
コストの高価なレーザ光を有効に用いることができる。
紫外光26の発生源はエキシマ・ランプなどの他の手段
であっても良い。
(Embodiment 3) A third embodiment of the thin film forming method using laser ablation of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 4, the difference from the first or second embodiment is that at least one of the products in flight and the product deposited on the substrate is irradiated with ultraviolet light 26 from an ultraviolet lamp 25,
The point is that the laser beam 20 is irradiated onto the deposit on the substrate 11. The ultraviolet light 26 accelerates the oxidation reaction, and the laser light 20 is used for heating the deposit, thereby
A costly laser beam can be effectively used.
The source of the ultraviolet light 26 may be another means such as an excimer lamp.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上のように本発明は、アブレーション
用の第1のレーザ光の照射によってターゲットから噴出
した生成物を酸化性のガス中を飛行または基板に堆積さ
せるとともに、これらにアニール用の第2のレーザ光を
照射することで、酸化反応やマイグレーションを促進
し、低基板温度で結晶性の良い軟磁性薄膜を大面積に容
易に形成できる。また、第2のレーザ光の照射の頻度は
速いほど薄膜の結晶性を良くすることができる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, according to the present invention, the product ejected from the target by the irradiation of the first laser light for ablation is caused to fly in the oxidizing gas or is deposited on the substrate, and the product is annealed. By irradiating with the second laser light, an oxidation reaction and migration are promoted, and a soft magnetic thin film having good crystallinity can be easily formed in a large area at a low substrate temperature. In addition, the crystallinity of the thin film can be improved as the frequency of irradiation of the second laser light is higher.

【0032】また、基板にガスを吹き付けたり、飛行中
の磁性体粒子を磁界で捕捉することにより、薄膜中に粒
子が混入するのを防ぎ、良質な薄膜を形成できる。
Further, by blowing gas onto the substrate or trapping magnetic particles of magnetic particles in flight with a magnetic field, it is possible to prevent the particles from being mixed into the thin film and form a high quality thin film.

【0033】また、第1のレーザ光を走査幅を変えてタ
ーゲットに照射し、基板上への堆積位置を移動させ、そ
れに追随して第2のレーザ光の照射位置を移動させるこ
とによって、効率良く大面積に結晶性の良い薄膜を形成
できる。この方法は軟磁性薄膜の形成に効果のある磁場
中成膜にも適用できる。
Further, by irradiating the target with the first laser light while changing the scanning width, moving the deposition position on the substrate, and following the movement of the irradiation position of the second laser light, the efficiency can be improved. A thin film with good crystallinity can be formed in a large area. This method can also be applied to film formation in a magnetic field, which is effective in forming a soft magnetic thin film.

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

【図1】(a)は本発明のレーザ・アブレーションを用い
た薄膜形成法の第1の実施例を示す構成図 (b)は本発明のレーザ・アブレーションを用いた薄膜形
成法の第1の実施例を示す構成図
FIG. 1A is a configuration diagram showing a first embodiment of a thin film forming method using laser ablation of the present invention, and FIG. 1B is a first embodiment of a thin film forming method using laser ablation of the present invention. Configuration diagram showing an embodiment

【図2】第1の実施例における円柱状ターゲット上のレ
ーザ光の走査軌跡を示す図
FIG. 2 is a diagram showing a scanning trajectory of laser light on a cylindrical target in the first embodiment.

【図3】本発明のレーザ・アブレーションを用いた薄膜
形成法の第2の実施例を示す構成図
FIG. 3 is a configuration diagram showing a second embodiment of a thin film forming method using laser ablation of the present invention.

【図4】本発明のレーザ・アブレーションを用いた薄膜
形成法の第3の実施例を示す構成図
FIG. 4 is a configuration diagram showing a third embodiment of a thin film forming method using laser ablation of the present invention.

【図5】従来の磁性薄膜の製造方法におけるスパッタリ
ング装置の構成図
FIG. 5 is a configuration diagram of a sputtering apparatus in a conventional method of manufacturing a magnetic thin film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 パルス・レーザ発振器 2 第1のレーザ光 3 真空槽 4 真空ポンプ 5 移動機構 6 反射鏡 7 集光レンズ 8 ターゲット 9 ターゲット保持具 10 プルーム 11 基板 12 基板保持具 13 永久磁石 14 磁界発生源 15 ガス噴出管 16 直線導入機 17 レーザ発振器 18 移動機構 19 第2のレンズ 20 レーザ光 21 円柱状ターゲット 22 ビーム・スプリッタ 23 回転機構 24 導入窓 25 紫外ランプ 26 紫外光 1 pulse laser oscillator 2 first laser beam 3 vacuum chamber 4 vacuum pump 5 moving mechanism 6 reflecting mirror 7 condenser lens 8 target 9 target holder 10 plume 11 substrate 12 substrate holder 13 permanent magnet 14 magnetic field source 15 gas Ejection tube 16 Straight line introducer 17 Laser oscillator 18 Moving mechanism 19 Second lens 20 Laser light 21 Cylindrical target 22 Beam splitter 23 Rotating mechanism 24 Introduction window 25 Ultraviolet lamp 26 Ultraviolet light

フロントページの続き (72)発明者 三上 寛祐 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内Front Page Continuation (72) Inventor Kansuke Mikami 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ターゲット及び基板を真空槽内の酸化性ガ
ス雰囲気中に設け、前記ターゲット上に第1のレーザ光
を照射し、前記ターゲットの構成元素を生成させ、飛行
中または前記基板に堆積した生成物に第2のレーザ光を
照射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。
1. A target and a substrate are provided in an oxidizing gas atmosphere in a vacuum chamber, and the target is irradiated with a first laser beam to generate constituent elements of the target, which are deposited in flight or on the substrate. A method for forming a thin film using laser ablation, which comprises irradiating a second laser beam to the produced product.
【請求項2】第2のレーザ光の波長は500nm以下で
あることを特徴とする請求項1記載のレーザ・アブレー
ションを用いた薄膜形成法。
2. The thin film forming method using laser ablation according to claim 1, wherein the wavelength of the second laser light is 500 nm or less.
【請求項3】酸化性ガスはO2、N2OまたはNO2であ
ることを特徴とする請求項2記載のレーザ・アブレーシ
ョンを用いた薄膜形成法。
3. The method of forming a thin film using laser ablation according to claim 2 , wherein the oxidizing gas is O 2 , N 2 O or NO 2 .
【請求項4】第2のレーザ光の強度は0.001J/c
2以上、1.0J/cm2以下であることを特徴とする
請求項1または2記載のレーザ・アブレーションを用い
た薄膜形成法。
4. The intensity of the second laser light is 0.001 J / c.
The method for forming a thin film using laser ablation according to claim 1 or 2, wherein m 2 or more and 1.0 J / cm 2 or less.
【請求項5】真空槽内に設けたターゲットにパルス・レ
ーザ光を第1のレーザ光として照射して前記ターゲット
の構成元素を生成させ、飛行中または基板に堆積した生
成物に対して、前記第1のレーザ光よりも照射繰り返し
速度の速いパルス・レーザ光または連続光を第2のレー
ザ光として照射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。
5. A target provided in a vacuum chamber is irradiated with pulsed laser light as a first laser light to generate constituent elements of the target, and the constituents of the target in flight are deposited with respect to the product. A thin film forming method using laser ablation, wherein pulsed laser light or continuous light having an irradiation repetition rate faster than that of the first laser light is irradiated as the second laser light.
【請求項6】真空槽内に設けたターゲットに第1のレー
ザ光を照射して前記ターゲットの構成元素を生成させ、
前記第1のレーザ光を走査することで生成物が基板上に
堆積する位置を移動させ、飛行中または前記基板に堆積
した前記生成物に照射する第2のレーザ光を前記第1の
レーザ光による生成物の堆積領域の移動に追随して走査
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。
6. A target provided in a vacuum chamber is irradiated with a first laser beam to generate constituent elements of the target,
By scanning the first laser light, the position where the product is deposited on the substrate is moved, and the second laser light that irradiates the product that is flying or is deposited on the substrate is irradiated with the first laser light. A thin film forming method using laser ablation, which is characterized in that scanning is performed following the movement of a deposition area of a product by.
【請求項7】真空槽内に設けたターゲットに走査幅が可
変であるレーザ光を照射し、前記ターゲットからの生成
物を基板上に堆積させ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. A thin film formation using laser ablation, characterized in that a target provided in a vacuum chamber is irradiated with laser light having a variable scanning width to deposit a product from the target on a substrate. Law.
【請求項8】少なくとも基板が移動し、レーザ光は1軸
方向に走査され、前記基板の移動方向と前記走査方向と
は一致しないことを特徴とする請求項7記載のレーザ・
アブレーションを用いた薄膜形成法。
8. The laser according to claim 7, wherein at least the substrate is moved, the laser light is scanned in one axis direction, and the moving direction of the substrate and the scanning direction do not coincide with each other.
Thin film formation method using ablation.
【請求項9】基板とターゲットは移動せず、レーザ光を
前記ターゲット表面上で走査することを特徴とする請求
項7記載のレーザ・アブレーションを用いた薄膜形成
法。
9. The method for forming a thin film using laser ablation according to claim 7, wherein the substrate and the target do not move and the surface of the target is scanned with laser light.
【請求項10】基板と磁性体を構成する元素を含むター
ゲットとを真空槽内に設け、前記ターゲットと前記基板
との間に磁力線が円弧状になるような磁界発生源を設
け、前記ターゲットから生成する構成成分が前記磁力線
の特定の位置を通過するように前記ターゲットにパルス
・レーザ光を照射し、前記磁力線中を一定方向に移動す
る前記基板上に生成物を堆積させ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。
10. A substrate and a target containing an element constituting a magnetic substance are provided in a vacuum chamber, and a magnetic field generation source is provided between the target and the substrate so that magnetic lines of force are arcuate. The target is irradiated with a pulsed laser beam so that constituent components to be generated pass through a specific position of the magnetic force line, and the product is deposited on the substrate moving in a constant direction in the magnetic force line. Thin film formation method using laser ablation.
【請求項11】磁性体を構成する元素を含むターゲット
を真空槽内に設け、磁界発生源から生じる磁力線中に磁
界が一定となるように基板を設け、前記ターゲットにパ
ルス・レーザ光を照射して前記ターゲットの構成成分を
生成させ、前記レーザ光の照射位置に対して前記基板を
相対的に移動または回転させながら生成物を前記基板上
に堆積させ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。
11. A target containing an element constituting a magnetic body is provided in a vacuum chamber, a substrate is provided so that a magnetic field is constant in magnetic lines of force generated from a magnetic field source, and the target is irradiated with pulsed laser light. Using the laser ablation, wherein the constituent components of the target are generated and the product is deposited on the substrate while moving or rotating the substrate relative to the irradiation position of the laser light. Thin film formation method.
【請求項12】磁性体を構成する元素を含むターゲット
を真空槽内に設け、前記ターゲットにパルス・レーザ光
を照射して前記ターゲットの構成成分を生成させ、この
生成物を包囲するように前記ターゲットと前記基板の間
に磁界発生源を設け、前記磁界発生源を通過した前記生
成物を前記基板に堆積させ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。
12. A target containing an element constituting a magnetic material is provided in a vacuum chamber, the target is irradiated with pulsed laser light to generate constituent components of the target, and the product is surrounded so as to surround the target. A laser, characterized in that a magnetic field generation source is provided between the target and the substrate, and the product that has passed through the magnetic field generation source is deposited on the substrate.
Thin film formation method using ablation.
【請求項13】真空槽内のターゲットにパルス・レーザ
光を照射して前記ターゲットの構成成分を生成させ、こ
の生成物を基板に堆積させ、同時に目的以外の反応物を
生成しないガスを前記基板に堆積した前記生成物にパル
ス状に噴射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。
13. A target in a vacuum chamber is irradiated with pulsed laser light to generate constituent components of the target, and these products are deposited on a substrate, and at the same time, a gas that does not generate a reactant other than the intended one is generated on the substrate. A method for forming a thin film using laser ablation, characterized in that the product deposited on the substrate is sprayed in a pulse shape.
【請求項14】真空槽内に設けたターゲットに第1のレ
ーザ光を照射して前記ターゲットの構成元素を生成さ
せ、飛行中の生成物に第2のレーザ光を照射し、基板に
堆積した前記生成物に第3のレーザ光を照射することを
特徴とするレーザ・アブレーションを用いた薄膜形成
法。
14. A target provided in a vacuum chamber is irradiated with a first laser beam to generate constituent elements of the target, and a product in flight is irradiated with a second laser beam to be deposited on a substrate. A thin film forming method using laser ablation, wherein the product is irradiated with a third laser beam.
【請求項15】真空槽内に設けたターゲットにパルス・
レーザ光を照射して前記ターゲットの構成元素を生成さ
せ、飛行中と前記基板に堆積した生成物の少なくとも一
方に紫外光を照射し、前記基板に堆積した前記生成物に
第2のレーザ光を照射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。
15. A pulse is applied to a target provided in the vacuum chamber.
Irradiating a laser beam to generate the constituent elements of the target, irradiating at least one of the product in flight and the product deposited on the substrate with ultraviolet light, and applying a second laser beam to the product deposited on the substrate. A thin film forming method using laser ablation characterized by irradiation.
【請求項16】ターゲットは磁性体を構成する元素を含
み、基板上に薄膜を形成後、250℃以上で30分間以
上焼鈍することを特徴とする請求項1、5〜15のいず
れかに記載のレーザ・アブレーションを用いた薄膜形成
法。
16. The target according to claim 1, wherein the target contains an element constituting a magnetic substance, and after forming a thin film on a substrate, annealing is performed at 250 ° C. or higher for 30 minutes or more. Thin film formation method using laser ablation of.
JP10554795A 1995-04-28 1995-04-28 Formation of thin film using laser-beam abrasion Pending JPH08296035A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010106367A (en) * 2009-12-22 2010-05-13 Ulvac Japan Ltd Sputtering apparatus
JP2017140825A (en) * 2015-12-01 2017-08-17 ザ・グッドイヤー・タイヤ・アンド・ラバー・カンパニー Manufacturing method of self-sealing tire and tire
CN107884918A (en) * 2017-11-13 2018-04-06 中国科学院合肥物质科学研究院 High energy ultraviolet laser gatherer under a kind of high-intensity magnetic field

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