JPH1112723A - レーザアブレーション成膜装置、および成膜方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ光導入窓の交換のインターバルを長期
化し、ランニングコストの大幅な低減を図り、よって大
気開放による成膜装置への悪影響を最小限に抑制する。 【解決手段】 レーザ光導入窓を有する真空チャンバ
と、前記真空チャンバの外部に設けられた、レーザ光を
発振するレーザ発振器と、前記真空チャンバの内部に設
けられ、前記レーザ光導入窓を通して前記レーザ光が照
射されるターゲットと、同じく前記真空チャンバの内部
に設けられ、前記ターゲットから飛び出した粒子の飛来
する位置に配置される基板を取り付ける基板取付手段と
を備えたレーザアブレーション成膜装置であって、前記
レーザ光導入窓が複数個からなり、かつ、当該レーザ光
導入窓の少なくとも１個を除いた残りのレーザ光導入窓
を通して、前記レーザ光が前記ターゲットに照射され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜形成に用いら
れるレーザアブレーション成膜装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、薄膜形成分野において、レーザ光
による成膜装置が用いられるようになり、レーザアブレ
ーション法による薄膜形成も盛んに行われるようになっ
てきている。以下、従来より用いられているレーザアブ
レーション成膜装置５０の構造の一例を、図５を参照し
ながら説明する。

【０００３】まず、従来例のレーザアブレーション成膜
装置５０は、大別して真空チャンバ５６と、真空チャン
バ５６の外部に設けられたレーザ発振器５１とから構成
される。そして、真空チャンバ５６の内部には、ターゲ
ットホルダ５８と基板ホルダ６０とが配置されている。
そして、ターゲットホルダ５８上にはターゲット５７
が、基板ホルダ６０上には基板５９が、それぞれ配置さ
れている。ターゲット５７と基板５９とは、それぞれの
主平面が互いに対向するように配置されている。なお、
真空チャンバ５６内部は、真空状態または超高真空状態
となっている。

【０００４】また、真空チャンバ５６の外部には、レー
ザ発振器５１が配置されており、レーザ発振器５１から
出射されるレーザ光５２が、レーザ発振器５１と真空チ
ャンバ５６との間に配置された反射ミラー５４、集光レ
ンズ５３、およびレーザ導入ポート６２に設けられたレ
ーザ光導入窓５５を通って、真空チャンバ５６の内部に
導入され、ターゲット５７上に集光・照射される構造と
なっている。レーザ導入ポート６２は、図６に示すよう
に、レーザ光導入窓５５と、レーザ光導入窓を固定して
いるステンレス製の固定部６１とからなる。レーザ光導
入窓５５は、レーザ光を透過しやすいサファイア等の素
材から成る。

【０００５】以上のように構成されたレーザアブレーシ
ョン成膜装置５０は、以下のように機能する。まず、レ
ーザ発振器５１から出射されたレーザ光５２は、反射ミ
ラー５４・集光レンズ５３によって誘導・集光され、レ
ーザ光導入窓５５を通過して、ターゲット５７上で焦点
を結ぶ。この時、レーザ光５２の照射されたターゲット
５７の表面から、このターゲット５７を構成する原子・
分子・イオンなどの粒子が爆発的に放出され、プルーム
を形成する。そしてプルームは、ターゲット５７の前方
に向かって膨張し、基板５９に付着・堆積する。このよ
うにして、ターゲット５７の構成元素と同じ化学組成を
有する薄膜が、基板５９上に形成されることとなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例のレーザアブレーション成膜装置５０は、以下のよ
うな問題点を有していた。

【０００７】すなわち、レーザ光５２を用いてアブレー
ション成膜を行うと、ターゲット５７から発生する粒子
の一部が飛来し、レーザ光導入窓５５に付着することに
なる。このように、レーザ光導入窓５５に付着物が堆積
すると、レーザ光５２の透過量や焦点距離が変化するこ
とになるため、時間とともに基板５９への成膜状態が変
化すると言う問題が生じていた。また、真空チャンバ５
６の外部においても、大気中の有機物がレーザ光５２と
反応して、レーザ光導入窓５５上に焼き付けを起こす。
これも同様にレーザエネルギー密度の低下を招き、成膜
状態の変化を引き起こす原因となっていた。

【０００８】上記説明から明らかなように、レーザ光導
入窓５５への付着物の堆積が進むと所望の薄膜形成を行
えなくなるために、その都度、レーザ光導入窓５５を新
しいものと交換しなければならず、ランニングコストの
上昇を招いていた。

【０００９】さらに、レーザ光導入窓５５の交換に際し
ては、真空チャンバ５６をいったん大気開放する必要が
ある。その際に、大気中の水分や有機物等の不純物が真
空チャンバ５６内部に付着することになり、装置５０の
老朽化を速め、また成膜状態の再現性を悪化させてい
た。

【００１０】したがって、本発明は上述の技術的問題点
を解決するためになされたものであって、レーザ光導入
窓の交換のインターバルを長期化し、ランニングコスト
の大幅な低減を図り、よって大気開放による成膜装置へ
の悪影響を最小限に抑制することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１記載のレーザアブレーション成膜
装置は、レーザ光導入窓を有する真空チャンバと、前記
真空チャンバの外部に設けられたレーザ光を発振するレ
ーザ発振器と、前記真空チャンバの内部に設けられ、前
記レーザ光導入窓を通して前記レーザ光が照射されるタ
ーゲットと、同じく前記真空チャンバの内部に設けら
れ、前記ターゲットから飛び出した粒子の飛来する位置
に配置された基板取付手段とを備えたレーザアブレーシ
ョン成膜装置であって、前記レーザ光導入窓が複数個か
らなり、かつ、当該レーザ光導入窓の少なくとも１個を
除いた残りのレーザ光導入窓を通して、前記レーザ光が
前記ターゲットに照射される。

【００１２】本発明の請求項２記載のレーザアブレーシ
ョン成膜装置は、レーザ光導入窓を有する真空チャンバ
と、前記真空チャンバの外部に設けられた、レーザ光を
発振するレーザ発振器と、前記真空チャンバの内部に設
けられ、前記レーザ光導入窓を通して前記レーザ光が照
射されるターゲットと、同じく前記真空チャンバの内部
に設けられ、前記ターゲットから飛び出した粒子の飛来
する位置に配置された基板取付手段とを備えたレーザア
ブレーション成膜装置であって、前記レーザ光導入窓は
複数個からなり、そのうちの少なくとも１個は予備のレ
ーザ光導入窓であり、他のレーザ光導入窓を用いて所望
の成膜を行えなくなった際に交代して使用されるレーザ
光導入窓である。

【００１３】これにより、たとえあるレーザ光導入窓を
使用して所望の成膜を行えなくなった場合においても、
その都度大気開放する必要がなく、残りのレーザ光導入
窓を用いてアブレーション成膜を行うことができる。

【００１４】本発明の請求項３記載のレーザアブレーシ
ョン成膜装置は、請求項１または請求項２記載のレーザ
アブレーション成膜装置のレーザ発振器に、パルスレー
ザ発振器を用いた。

【００１５】本発明の請求項４記載のレーザアブレーシ
ョン成膜装置は、請求項３記載のレーザ発振器に、エキ
シマレーザ発振器を用いた。

【００１６】以上のようなレーザ発振器を用いて、紫外
領域の高エネルギーレーザを間欠的に照射することによ
り、ターゲットのアブレーションを効率的に行うことが
できる。

【００１７】本発明の請求項５記載のレーザアブレーシ
ョン成膜装置は、請求項１ないし請求項４記載のレーザ
アブレーション成膜装置のレーザ発振器とレーザ光導入
窓との間に、移動可能な反射ミラーおよび集光レンズを
介在させた。

【００１８】これにより、用いるレーザ光導入窓を交代
した場合においても、前記集光レンズおよび反射ミラー
を移動させることによって、ターゲット上へのレーザ光
照射部位を同一位置に保つことができる。

【００１９】本発明の請求項６記載のレーザアブレーシ
ョン成膜装置は、ターゲットから飛来する粒子の付着を
防止するために、少なくとも１個のレーザ光導入窓全面
を覆うように設けられた防着板を前記真空チャンバ内部
に有している。

【００２０】これにより、あるレーザ光導入窓を用いて
レーザ光の照射を行う際に、残りの使用されていないレ
ーザ光導入窓に、ターゲットから飛び出す粒子が付着す
ることを防止することができる。

【００２１】本発明の請求項７記載の成膜方法は、真空
チャンバ外部に設けられたレーザ発振器からレーザ光
を、前記真空チャンバに形成されたレーザ光導入窓を通
して前記真空チャンバ内部に配置されたターゲットに照
射し、前記ターゲットより飛び出した粒子を同じく前記
真空チャンバ内部に配置された基板に付着させて成膜す
る成膜方法において、前記レーザ光導入窓が複数個から
なり、当該レーザ光導入窓の少なくとも１個は予備のレ
ーザ光導入窓として未使用状態とし、残りのレーザ光導
入窓を通して前記レーザ光を前記ターゲットに照射す
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
を参照して説明する。

【００２３】［第１実施例、図１〜図２］以下、本発明
の第１実施例のレーザアブレーション成膜装置２１の構
造例を、図１を参照しながら説明する。

【００２４】まず、レーザアブレーション成膜装置２１
は、大別して真空チャンバ６と、真空チャンバ６の外部
に設けられたレーザ発振器１とから構成される。そし
て、真空チャンバ６の内部には、ターゲットホルダ８と
基板ホルダ１０とが配置されている。そして、ターゲッ
トホルダ８上にはターゲット７が、基板ホルダ１０上に
は基板９が、それぞれ配置されている。ターゲット７と
基板９とは、それぞれの主平面が互いに対向するように
配置されている。なお、真空チャンバ６内部は、真空状
態または超高真空状態となっている。

【００２５】また、真空チャンバ６の外部には、レーザ
発振器１が配置されており、レーザ発振器１から出射さ
れるレーザ光２が、レーザ発振器１と真空チャンバ６と
の間に配置された反射ミラー４、集光レンズ３、および
レーザ導入ポート２５に設けられたレーザ光導入窓５を
通って、真空チャンバ６の内部に導入され、ターゲット
７上に集光・照射される構造となっている。レーザ導入
ポート２５は、図２に示すように、４個のレーザ光導入
窓５と各レーザ光導入窓５を固定しているステンレス製
の固定部１１とから成る。レーザ光導入窓５は、レーザ
光を透過しやすいサファイア・合成石英・ホタル石等の
素材から成る。

【００２６】以上のように構成されたレーザアブレーシ
ョン成膜装置２１は、以下のように機能する。まず、レ
ーザ発振器１から出射されたレーザ光２は、反射ミラー
４・集光レンズ３によって誘導・集光され、レーザ導入
ポート２５に設けられているレーザ光導入窓５の内の一
つを通過して、ターゲット７上で焦点を結ぶ。この時、
レーザ光２を照射されたターゲット７の表面から、この
ターゲット７を構成する原子・分子・イオンなどの粒子
がが爆発的に放出され、プルームを形成する。そして、
これらのプルームは、ターゲット７の前方に向かって膨
張し、基板９に付着・堆積する。このようにして、ター
ゲット５７の構成元素と同じ化学組成を有する薄膜が、
基板９上に形成されることとなる。

【００２７】ところで、あるレーザ光導入窓を一定期間
使用し続けると、大気中の有機物の焼き付きやアブレー
ションの粒子の付着によって、該レーザ光導入窓のレー
ザ光の透過率が低下し、成膜に支障をきたすようにな
る。その際には、レーザ導入ポート２５に設けられてい
る残りのレーザ光導入窓と交代して、レーザ光照射を行
うようにする。

【００２８】なお、本発明のレーザアブレーション成膜
装置は本実施例に限定されるものではなく、その趣旨の
範囲内で種々に変形することが可能である。例えば、本
実施例においては、レーザ光導入窓５の個数は４個であ
ったが、予備のレーザ光導入窓が少なくとも１個用意さ
れていれば、レーザ光導入窓５の個数は任意の個数とす
ればよい。

【００２９】［第２実施例、図３］本発明の第２実施例
のレーザアブレーション成膜装置３１は、図３に示すよ
うに、レーザ発振器１とレーザ光導入窓５との間に介在
している反射ミラー４と集光レンズ３とが移動可能な構
造を有している。これにより、両者を移動させることに
よってレーザ光２の光軸を調整することができる。従っ
て、用いるレーザ光導入窓を交代する場合においても、
ターゲット上へのレーザ光照射部位を同一位置に保つこ
とができる。

【００３０】なお、図３においては、反射ミラー４のみ
を移動させた図を示しているが、これは図の煩雑化を避
けるための配慮であり、集光レンズ３も反射ミラー４の
移動と連動して移動させればよい。

【００３１】その他の点においては、第１実施例で説明
したレーザアブレーション成膜装置と異なる点はないの
でその説明を省略する。

【００３２】［第３実施例、図４］本発明の第３実施例
のレーザアブレーション成膜装置４１は、レーザ光照射
によってターゲットから飛来する粒子がレーザ光導入窓
に付着することを防止するために、少なくとも１個のレ
ーザ光導入窓全面を覆う防着板を真空チャンバの内部に
設けた。

【００３３】防着板は、例えば図４の符号４２に示すよ
うな構造をからなる。すなわち、防着板４２はステンレ
ス製の薄板からなり、レーザ光導入窓５の平面形状と対
応した穴が設けられている。防着板４２は、レーザ導入
ポート２５を貫通するねじ４３によってレーザ光導入窓
５と近接して配置されており、ねじ４３を回転させるこ
とによって防着板４２も同様に回転する。そして、使用
するレーザ光導入窓の位置と防着板４２の穴の位置とが
対応するように、ねじ４２を回転し調整する。

【００３４】以上のような構造の防着板４２を真空チャ
ンバの内部に設けることにより、使用されていないレー
ザ光導入窓５は防着板４２によって覆われるので、成膜
過程で発生する粒子がレーザ光導入窓に付着することを
防止することができる。なお本実施例では、防着板に形
成された穴の個数が１個の場合で説明を加えたが、防着
板４２が使用されていないレーザ光導入窓の少なくとも
１個を覆うものであれば、穴の個数は複数個でも構わな
い。

【００３５】その他の点においては、第１実施例で説明
したレーザアブレーション成膜装置と異なる点はないの
でその説明を省略する。

【００３６】

【発明の効果】以上から明らかなように、本発明のレー
ザアブレーション成膜装置によれば、以下のような優れ
た効果を得られる。

【００３７】まず、スペアのレーザ光導入窓を用意した
ことにより、レーザ光導入窓の交換インターバルを長期
化することが可能になり、成膜装置のランニングコスト
を大幅に低減することができる。さらに、メンテナンス
の省力化のみならず、真空チャンバを大気開放する回数
を減らすことができるので、大気開放がレーザアブレー
ション成膜装置に与える悪影響を最小限に抑制すること
ができ、その結果、成膜状態を安定したものにできると
言う効果も得られる。

【００３８】また、移動可能な反射ミラーおよび集光レ
ンズを用いて光学系を構成することにより、使用するレ
ーザ導入窓を交代しても、ターゲット上へのレーザ照射
部位を一定位置に保つことができる。これによって、プ
ルームの発生位置、基板とターゲットとの距離を一定に
保つことができ、均質な薄膜を安定して成膜することが
可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例のレーザアブレーション
成膜装置の構成を示す断面図である。

【図２】 第１実施例のレーザアブレーション成膜装置
の、レーザ導入ポートおよびレーザ光導入窓を示す拡大
平面図である。

【図３】 第２実施例のレーザアブレーション成膜装置
の構成を示す断面図である。

【図４】 第３実施例のレーザアブレーション成膜装置
の防着板の、レーザ導入ポートへの取り付け方法を示す
模式図である。

【図５】 従来例のレーザアブレーション成膜装置の構
成を示す断面図である。

【図６】 従来例のレーザアブレーション成膜装置の、
レーザ導入ポートおよびレーザ光導入窓を示す拡大平面
図である。

【符号の説明】

１、５１ ・・・ レーザ発振器 ２、５２ ・・・ レーザ光 ３、５３ ・・・ 集光レンズ ４、５４ ・・・ 反射ミラー ５、５５ ・・・ レーザ光導入窓 ６、５６ ・・・ 真空チャンバ ７、５７ ・・・ ターゲット ８、５８ ・・・ ターゲットホルダ ９、５９ ・・・ 基板 １０、６０ ・・・ 基板ホルダ １１、６１ ・・・ 固定部 ２１、３１、４１、５０ ・・・ レーザアブレーショ
ン成膜装置 ２５、６２ ・・・ レーザ導入ポート ４２ ・・・ 防着板 ４３ ・・・ ねじ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光導入窓を有する真空チャンバ
   と、 前記真空チャンバの外部に設けられた、レーザ光を発振
   するレーザ発振器と、 前記真空チャンバの内部に設けられ、前記レーザ光導入
   窓を通して前記レーザ光が照射されるターゲットと、 同じく前記真空チャンバの内部に設けられ、前記ターゲ
   ットから飛び出した粒子の飛来する位置に配置された基
   板取付手段と、を備えたレーザアブレーション成膜装置
   であって、 前記レーザ光導入窓が複数個からなり、 かつ、当該レーザ光導入窓の少なくとも１個を除いた残
   りのレーザ光導入窓を通して、前記レーザ光が前記ター
   ゲットに照射されることを特徴とするレーザアブレーシ
   ョン成膜装置。
2. 【請求項２】 レーザ光導入窓を有する真空チャンバ
   と、 前記真空チャンバの外部に設けられた、レーザ光を発振
   するレーザ発振器と、 前記真空チャンバの内部に設けられ、前記レーザ光導入
   窓を通して前記レーザ光が照射されるターゲットと、 同じく前記真空チャンバの内部に設けられ、前記ターゲ
   ットから飛び出した粒子の飛来する位置に配置された基
   板取付手段と、を備えたレーザアブレーション成膜装置
   であって、 前記レーザ光導入窓は複数個からなり、そのうちの少な
   くとも１個は予備のレーザ光導入窓であり、他のレーザ
   光導入窓を用いて所望の成膜を行えなくなった際に交代
   して使用されるレーザ光導入窓であることを特徴とする
   レーザアブレーション成膜装置。
3. 【請求項３】 前記レーザ発振器は、パルスレーザ発振
   器であることを特徴とする請求項１または請求項２記載
   のレーザアブレーション成膜装置。
4. 【請求項４】 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３記載のレー
   ザアブレーション成膜装置。
5. 【請求項５】 レーザ光とレーザ光導入窓との間に移動
   可能な集光レンズおよび反射ミラーを介在させたことを
   特徴とする請求項１ないし請求項４記載のレーザアブレ
   ーション成膜装置。
6. 【請求項６】 ターゲットから飛来する粒子の付着を防
   止するために、少なくとも１個のレーザ光導入窓全面を
   覆うように設けられた防着板を前記真空チャンバ内部に
   有していることを特徴とする請求項１ないし請求項５記
   載のレーザアブレーション成膜装置。
7. 【請求項７】 真空チャンバ外部に設けられたレーザ発
   振器からレーザ光を、前記真空チャンバに形成されたレ
   ーザ光導入窓を通して前記真空チャンバ内部に配置され
   たターゲットに照射し、前記ターゲットより飛び出した
   粒子を同じく前記真空チャンバ内部に配置された基板に
   付着させて成膜する成膜方法において、 前記レーザ光導入窓が複数個からなり、当該レーザ光導
   入窓の少なくとも１個は予備のレーザ光導入窓として未
   使用状態とし、残りのレーザ光導入窓を通して前記レー
   ザ光を前記ターゲットに照射することを特徴とする成膜
   方法。