JPH1060629A - Laser vapor deposition film forming device - Google Patents

Laser vapor deposition film forming device

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Publication number
JPH1060629A
JPH1060629A JP21953096A JP21953096A JPH1060629A JP H1060629 A JPH1060629 A JP H1060629A JP 21953096 A JP21953096 A JP 21953096A JP 21953096 A JP21953096 A JP 21953096A JP H1060629 A JPH1060629 A JP H1060629A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
target
substrate
laser
thin film
vapor deposition
Prior art date
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Pending
Application number
JP21953096A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masashi Mukoda
昌志 向田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication of JPH1060629A publication Critical patent/JPH1060629A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form thin film having a uniform compsn. and film thickness on a substrate, at the time of irradiating a target with converged laser light and depositing target substance thin film on a substrate, by deflecting the direction of the normal in the plane of the target from the rotating direction of the target. SOLUTION: A target fixing stand 6 rotating in the direction of the arrow A is mounted with a target 1, and a substrate 2 is provided opposite to the target 1 and is rotated in the direction of the arrow B. At this time, the direction of the normal of the surface to be irradiated with laser light 5 of the target 1 is deflected from the direction of the rotary shaft of the target 1 so that the rotary shaft of the target 1 and the rotary shaft of the substrate 2 are parallel to each other and deviated from each other. In this way, at the time of irradiating the substrate 2 with a plasma plume 3, thin film of a large area uniform in film thickness can be formed on the substrate 2.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はレーザー蒸着法によ
り膜厚が均一な薄膜を形成するレーザー蒸着成膜装置に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser deposition apparatus for forming a thin film having a uniform thickness by a laser deposition method.

【0002】[0002]

【従来の技術】1965年にルビーレーザーによる数種
類の薄膜の成膜が報告されて以来、Nd:YAGレーザ
ー、CO2レーザー等いろいろなレーザーを用いて薄膜
が成膜されてきた。その後、レーザー発振器のパワーの
向上、短波長化が実現され、薄膜化できる材料が広が
り、薄膜の品質も改善された。特に1987年に発見さ
れたTc90Kを持つLnBa2Cu3x酸化物超伝導
体(Ln:Yおよびランタニド元素)薄膜の成膜方法と
して、高酸素圧力下で蒸着ができるレーザー蒸着法が注
目され、レーザー蒸着法を用いたレーザー蒸着成膜装置
においては、高Tc実現が容易であることから、酸化物
薄膜の成膜の最適装置であるとの評価を得てきた。ま
た、近年では強誘電体薄膜の成膜にもその簡便さからレ
ーザー蒸着成膜装置の活用が図られている。
2. Description of the Related Art Since the formation of several types of thin films by a ruby laser was reported in 1965, thin films have been formed using various lasers such as an Nd: YAG laser and a CO 2 laser. Since then, the power of laser oscillators has been improved and the wavelength has been shortened, the materials that can be thinned have been widened, and the quality of the thin films has also been improved. In particular, as a method for forming an LnBa 2 Cu 3 O x oxide superconductor (Ln: Y and lanthanide element) thin film having Tc90K discovered in 1987, a laser vapor deposition method capable of vapor deposition under a high oxygen pressure attracts attention. A laser vapor deposition apparatus using a laser vapor deposition method has been evaluated as an optimal apparatus for forming an oxide thin film because it is easy to realize a high Tc. Further, in recent years, a laser vapor deposition apparatus has been used for forming a ferroelectric thin film because of its simplicity.

【0003】図4は従来のレーザー蒸着成膜装置の一部
を示す概略斜視図である。図に示すように、矢印A方向
に回転するターゲット固定台4にターゲット1が取り付
けられ、ターゲット1に対向して基板2が設けられ、基
板2はターゲット固定台4の回転軸と一致した軸を回転
軸として矢印B方向に回転し、基板2は基板ヒーター
(図示せず)によって熱せられている。
FIG. 4 is a schematic perspective view showing a part of a conventional laser deposition apparatus. As shown in the figure, a target 1 is attached to a target fixing base 4 that rotates in the direction of arrow A, and a substrate 2 is provided so as to face the target 1. The substrate 2 has an axis coinciding with the rotation axis of the target fixing base 4. The substrate 2 is rotated in the direction of arrow B as a rotation axis, and the substrate 2 is heated by a substrate heater (not shown).

【0004】このレーザー蒸着成膜装置においては、エ
キシマレーザー光等のレーザー光5をターゲット1に照
射すると、レーザー光5が照射されたターゲット1の一
部はレーザー光5により励起されて、ターゲット物質が
酸素ガス中でプラズマ化し、ターゲット物質が基板2上
に堆積され、これにより基板2に薄膜が成膜される。
In this laser deposition apparatus, when a target 1 is irradiated with a laser beam 5 such as an excimer laser beam, a part of the target 1 irradiated with the laser beam 5 is excited by the laser beam 5 and a target material is irradiated. Is turned into plasma in oxygen gas, and the target material is deposited on the substrate 2, whereby a thin film is formed on the substrate 2.

【0005】このようなレーザー蒸着成膜装置において
は、高酸素圧力中で蒸着が可能であり、かつある一定エ
ネルギー以上のレーザー光5を照射するならば、薄膜の
組成がターゲット1の組成からずれないという利点を有
する。
In such a laser deposition film forming apparatus, deposition can be performed under a high oxygen pressure, and if a laser beam 5 having a certain energy or more is irradiated, the composition of the thin film deviates from the composition of the target 1. It has the advantage of not being.

【0006】しかしながら、図4に示したレーザー蒸着
成膜装置により高酸素圧力中で薄膜の成膜を行なうと、
プラズマプルーム3が到達した基板2直上では成膜速度
が大きく、プラズマプルーム3の中心軸から離れるに従
い、急激に蒸着速度が減小する。このため、プラズマプ
ルーム3が基板2の回転中心に照射された場合には、基
板2の中心部の成膜速度が大きく、基板2の周辺部では
成膜速度が小さくなるから、結果として図5に示すよう
に、基板2の中心部に膜厚の厚い薄膜が成膜される。一
方、プラズマプルーム3が基板2の回転中心から少し離
れた位置に照射された場合には、図6に示すように、基
板2の中心部がへこみ、プラズマプルーム3が照射され
る距離のところが高くなったドーナツ状の膜厚プロファ
イルの薄膜が成膜される。なお、図5、図6において縦
軸は薄膜の膜厚、横軸は基板2の回転中心からの距離で
ある。このように、プラズマプルーム3の照射位置によ
り、成膜後の薄膜には大きな膜厚の差が生じる。
However, when a thin film is formed under a high oxygen pressure by the laser deposition apparatus shown in FIG.
The deposition rate is high immediately above the substrate 2 where the plasma plume 3 has reached, and the deposition rate rapidly decreases as the distance from the central axis of the plasma plume 3 increases. For this reason, when the plasma plume 3 is irradiated to the center of rotation of the substrate 2, the film forming rate at the central portion of the substrate 2 is high, and the film forming speed at the peripheral portion of the substrate 2 is low. As shown in the figure, a thick thin film is formed at the center of the substrate 2. On the other hand, when the plasma plume 3 is irradiated at a position slightly away from the rotation center of the substrate 2, as shown in FIG. 6, the center of the substrate 2 is dented, and the distance at which the plasma plume 3 is irradiated is high. A thin film having a donut-shaped film thickness profile is formed. 5 and 6, the vertical axis represents the thickness of the thin film, and the horizontal axis represents the distance from the rotation center of the substrate 2. As described above, depending on the irradiation position of the plasma plume 3, a large difference in film thickness occurs between the formed thin films.

【0007】この問題を解決するために、レーザー光5
を集光するための集光レンズとターゲット1との間に反
射板を設け、この反射板の角度を微妙に変えることによ
り、ターゲット1上でレーザー光5を走査し、基板2上
に到達するプラズマプルーム3の位置を変化させる手法
がとられ、この場合には膜厚が均一で大面積の薄膜を成
膜することができる。
To solve this problem, a laser beam 5
A reflector is provided between a condenser lens for condensing light and the target 1, and by slightly changing the angle of the reflector, the laser beam 5 scans on the target 1 and reaches the substrate 2. A method of changing the position of the plasma plume 3 is adopted. In this case, a thin film having a uniform thickness and a large area can be formed.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、反射板
によりレーザー光5を走査したときには、以下の点の問
題点が新たに生じる。すなわち、第1に、集光レンズか
らターゲット1上のレーザー光5が照射される場所まで
の距離がレーザー光5の走査により変化するから、焦点
のずれたレーザー光5がターゲット1に照射されるの
で、組成、プラズマプルーム3の大きさ等のばらつきが
生じる。また、第2に、レーザー光5の反射回数が増え
るから、基板2に成膜される薄膜の組成を維持するため
には、レーザー光5の反射による減衰の分を保障するだ
けの高いエネルギーを有するレーザー光5を照射する必
要がある。
However, when the laser beam 5 is scanned by the reflection plate, the following problems newly arise. That is, first, since the distance from the condenser lens to the position on the target 1 where the laser light 5 is irradiated is changed by the scanning of the laser light 5, the target 1 is irradiated with the defocused laser light 5. Therefore, variations in the composition, the size of the plasma plume 3 and the like occur. Second, since the number of reflections of the laser light 5 increases, in order to maintain the composition of the thin film formed on the substrate 2, high energy enough to guarantee the attenuation due to the reflection of the laser light 5 is required. It is necessary to irradiate the laser beam 5 which has.

【0009】本発明は上述の課題を解決するためになさ
れたもので、レーザー光のエネルギーを高くすることな
く、均一の組成、膜厚を有する薄膜を成膜することがで
きるレーザー蒸着成膜装置を提供することを目的とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and a laser vapor deposition apparatus capable of forming a thin film having a uniform composition and thickness without increasing the energy of laser light. The purpose is to provide.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明においては、収束したレーザー光をターゲッ
トに照射してターゲット物質をプラズマ化し、上記ター
ゲット物質の薄膜を基板上に堆積させるレーザー蒸着成
膜装置において、上記ターゲットの平面の法線方向を上
記ターゲットの回転軸方向から偏向する。
In order to achieve this object, in the present invention, a laser beam is deposited by irradiating a converged laser beam to a target to convert the target material into plasma and depositing a thin film of the target material on a substrate. In the film forming apparatus, the direction of the normal to the plane of the target is deflected from the direction of the rotation axis of the target.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】図1は本発明に係るレーザー蒸着
成膜装置の一部を示す概略斜視図である。図に示すよう
に、ターゲット固定台6にターゲット1が取り付けら
れ、ターゲット固定台6のターゲット1取付面、ターゲ
ット1の平面すなわちレーザー光5が照射される表面の
法線方向がターゲット固定台6、ターゲット1の回転軸
方向から偏向しており、ターゲット1の回転軸と基板2
の回転軸とは平行であり、ターゲット1の回転軸と基板
2の回転軸とはずれている。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a part of a laser vapor deposition apparatus according to the present invention. As shown in the figure, the target 1 is mounted on the target fixing base 6, and the target 1 mounting surface of the target fixing base 6, and the normal direction of the plane of the target 1, that is, the normal direction of the surface on which the laser beam 5 is irradiated, It is deflected from the direction of the rotation axis of the target 1, and the rotation axis of the target 1 and the substrate 2
Are parallel to each other, and the rotation axis of the target 1 and the rotation axis of the substrate 2 are displaced from each other.

【0012】このレーザー蒸着成膜装置においては、プ
ラズマプルーム3の照射方向はターゲット1の平面に対
して直角の方向であるから、ターゲット1の平面の法線
方向すなわち回転するターゲット1の回転軸方向とある
角度をもった方向にプラズマプルーム3が照射される。
このため、図1に示す状態では、レーザー光5をターゲ
ット1の回転中心付近に照射したときに、プラズマプル
ーム3が基板2の図1紙面下部に照射されるが、図1の
状態からターゲット固定台6、ターゲット1が180度
回転した図2に示す状態では、レーザー光5をターゲッ
ト1の回転中心付近に照射したときに、プラズマプルー
ム3が基板2の図1紙面上部に照射される。このよう
に、ターゲット1が一回転する間に、プラズマプルーム
3の走査個所はターゲット1の回転軸の延長線が基板2
と交わる点を中心とした円を描く。したがって、ターゲ
ット1、基板2を回転しながら、プラズマプルーム3を
基板2に照射すれば、基板2上に膜厚が均一で大面積の
薄膜を成膜することができる。この場合、基板2の回転
軸を上述した円の中心から遠ければ、プラズマプルーム
3をより広い範囲に照射することができる。
In this laser vapor deposition apparatus, the irradiation direction of the plasma plume 3 is perpendicular to the plane of the target 1, so that the direction of the normal to the plane of the target 1, that is, the direction of the rotation axis of the rotating target 1 The plasma plume 3 is irradiated in a direction having a certain angle.
For this reason, in the state shown in FIG. 1, when the laser beam 5 is applied to the vicinity of the rotation center of the target 1, the plasma plume 3 is applied to the lower part of the substrate 2 in FIG. In the state shown in FIG. 2 in which the table 6 and the target 1 are rotated by 180 degrees, when the laser beam 5 is applied to the vicinity of the rotation center of the target 1, the plasma plume 3 is applied to the upper part of the substrate 2 in FIG. As described above, while the target 1 makes one rotation, the scanning position of the plasma plume 3 is such that the extension of the rotation axis of the target 1 is
Draw a circle centered on the point of intersection. Therefore, by irradiating the substrate 2 with the plasma plume 3 while rotating the target 1 and the substrate 2, a thin film having a uniform thickness and a large area can be formed on the substrate 2. In this case, if the rotation axis of the substrate 2 is far from the center of the circle, the plasma plume 3 can be irradiated to a wider range.

【0013】このようなレーザー蒸着成膜装置において
は、レーザー光5をターゲット1の回転中心付近に照射
したときには、集光レンズとレーザー光5の照射場所と
の距離はほとんど変わらないから、焦点のずれたレーザ
ー光5がターゲット1に照射されることがないので、組
成、プラズマプルーム3の大きさ等のばらつきが生ずる
ことがない。また、反射板を用いなくとも、組成、膜厚
が均一で大面積の薄膜を成膜することができるから、高
いエネルギーを有するレーザー光5を照射する必要がな
く、エネルギーロスがないことは明らかである。
In such a laser vapor deposition apparatus, when the laser beam 5 is irradiated near the center of rotation of the target 1, the distance between the condenser lens and the irradiation position of the laser beam 5 hardly changes. Since the shifted laser beam 5 is not irradiated on the target 1, there is no variation in the composition, the size of the plasma plume 3 and the like. Further, since a thin film having a uniform composition and thickness and a large area can be formed without using a reflector, it is not necessary to irradiate the laser beam 5 having high energy, and it is clear that there is no energy loss. It is.

【0014】図3は本発明に係るレーザー蒸着成膜装置
の一部を示す概略斜視図である。図に示すように、基板
2の回転軸がターゲット1の回転軸に対して傾斜してい
る。
FIG. 3 is a schematic perspective view showing a part of a laser deposition apparatus according to the present invention. As shown in the figure, the rotation axis of the substrate 2 is inclined with respect to the rotation axis of the target 1.

【0015】このレーザー蒸着成膜装置においては、基
板2上の成膜速度の大きいところをターゲット1から遠
ざけることにより、基板2上に膜厚の均一性がさらに向
上した膜を成膜することができる。
In this laser vapor deposition apparatus, a film having a further improved uniformity of the film thickness can be formed on the substrate 2 by keeping a portion of the substrate 2 where the deposition rate is high away from the target 1. it can.

【0016】なお、上述実施の形態においては、基板2
の回転方向とターゲット1の回転方向とを反対方向にし
たが、基板2の回転方向とターゲット1の回転方向とを
同一方向にしても、ターゲット1の回転数と基板2の回
転数が同じにならず、しかもターゲット1の回転数と基
板2の回転数との比が小さな自然数比とならない限り、
基板2上に成膜される膜厚の均一性が向上する。
In the above embodiment, the substrate 2
The direction of rotation of the target 1 and the direction of rotation of the target 1 are opposite. However, even if the direction of rotation of the substrate 2 and the direction of rotation of the target 1 are the same, the number of rotations of the target 1 and the number of rotations of the substrate 2 are the same. Unless the ratio between the rotation speed of the target 1 and the rotation speed of the substrate 2 becomes a small natural number ratio,
The uniformity of the film thickness formed on the substrate 2 is improved.

【0017】[0017]

【発明の効果】本発明に係るレーザー蒸着成膜装置にお
いては、反射板を用いる必要がないから、レーザー光の
エネルギーを高くする必要がなく、また焦点のずれたレ
ーザー光がターゲットに照射されることがないから、組
成が均一な薄膜を成膜することができる。
In the laser deposition apparatus according to the present invention, it is not necessary to use a reflection plate, so that it is not necessary to increase the energy of the laser light, and the target is irradiated with the defocused laser light. Therefore, a thin film having a uniform composition can be formed.

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

【図1】本発明に係るレーザー蒸着成膜装置の一部を示
す概略斜視図である。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a part of a laser deposition apparatus according to the present invention.

【図2】図1に示したレーザー蒸着成膜装置の動作説明
図である。
FIG. 2 is an explanatory view of the operation of the laser vapor deposition apparatus shown in FIG.

【図3】本発明に係る他のレーザー蒸着成膜装置の一部
を示す概略斜視図である。
FIG. 3 is a schematic perspective view showing a part of another laser vapor deposition apparatus according to the present invention.

【図4】従来のレーザー蒸着成膜装置の一部を示す概略
斜視図である。
FIG. 4 is a schematic perspective view showing a part of a conventional laser deposition apparatus.

【図5】図4に示したレーザー蒸着成膜装置によって成
膜された薄膜の膜厚を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the thickness of a thin film formed by the laser deposition apparatus shown in FIG.

【図6】図4に示したレーザー蒸着成膜装置によって成
膜された薄膜の膜厚を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing the thickness of a thin film formed by the laser vapor deposition apparatus shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ターゲット 2…基板 3…プラズマプルーム 1. Target 2. Substrate 3. Plasma plume

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】収束したレーザー光をターゲットに照射し
てターゲット物質をプラズマ化し、上記ターゲット物質
の薄膜を基板上に堆積させるレーザー蒸着成膜装置にお
いて、上記ターゲットの平面の法線方向が上記ターゲッ
トの回転軸方向から偏向していることを特徴とするレー
ザー蒸着成膜装置。
1. A laser deposition apparatus for irradiating a target with a converged laser beam to convert the target material into plasma and depositing a thin film of the target material on a substrate, wherein the normal direction of a plane of the target is the target. A laser deposition apparatus which is deflected from the direction of the rotation axis.
JP21953096A 1996-08-21 1996-08-21 Laser vapor deposition film forming device Pending JPH1060629A (en)

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JP21953096A JPH1060629A (en) 1996-08-21 1996-08-21 Laser vapor deposition film forming device

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JP21953096A JPH1060629A (en) 1996-08-21 1996-08-21 Laser vapor deposition film forming device

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