JPH11246965A - レーザ蒸着法による薄膜の形成方法、およびその方法に使用するレーザ蒸着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大面積かつ膜特性が均一な高品質の薄膜をレ
ーザ蒸着法を用いて成膜する。 【解決手段】 気密チャンバ４内において、ターゲット
ホルダ６をターゲット２がレーザ光３の光軸上に位置す
るように配置するとともに、光軸方向に沿って移動可能
に設ける。また、基板ホルダ５は、基板１がレーザ光３
の光軸に対して平行な平面上に位置するように配置す
る。レーザ光３をターゲット２に集光するための集光レ
ンズ８、ターゲット２上でのレーザ光の口径がターゲッ
ト２の位置にかかわらず一定となるようにターゲット２
と連動するように構成する。基板ホルダ５は、成膜中、
成膜面内で回転可能または成膜面内の任意の方向に平行
移動可能となるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ蒸着法によ
り広い面積かつ均一な膜質の薄膜を成膜する方法および
その方法に使用するレーザ蒸着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、レーザ蒸着法は、大きなエネル
ギー密度を持ったレーザ光を減圧下でターゲットに照射
し、ターゲットから蒸着物を発生させて、基板物質上に
ターゲット組成に近い組成を有する薄膜を形成する。

【０００３】図５はこのようなレーザ蒸着法を行うため
の従来の装置の概略図である。

【０００４】このレーザ蒸着装置では、内部を高真空に
排気可能で任意に雰囲気ガスを導入できる気密チャンバ
４内に、基板１およびターゲット２を平行に配置し、気
密チャンバ４の外部に配置したレーザ発振装置７から発
生されるレーザ光３をミラー１５、集光レンズ８などの
光学手段を介して気密チャンバ４内に誘導し、ターゲッ
ト２に斜め上方からレーザ光を照射するようになってい
る。

【０００５】なお、図５中、５は基板ホルダ、６はター
ゲットホルダ、９は真空排気ポンプ、１０は雰囲気ガス
導入管、１１はレーザ光導入窓である。

【０００６】ところで、レーザ蒸着法においては、成膜
時の圧力、基板温度、雰囲気、レーザ光のエネルギー密
度など多くのパラメータを独立に選択することが可能で
あり、また、薄膜の組成の制御が容易であること、成膜
速度が高いことなどの多くの利点があげられる。さらに
は、一切の電磁場を必要としないので、蒸着物中に荷電
粒子が含まれていてもそれによる影響を受けることがな
い。従って、高品質の薄膜を作製するのに適した方法で
ある。

【０００７】実際、このような利点を有するレーザ蒸着
法を使用して特性の優れた酸化物超伝導薄膜や光電デバ
イスに応用可能な半導体薄膜を作製することが研究され
ている。

【０００８】例えば、社団法人電気学会による光・量子
デバイス研究会資料(資料番号ＯＱＤ−９２−５３)pp.
６９〜７７(１９９２年１０月２８日)には、エキシマレ
ーザを使用したレーザ蒸着法により、臨界温度が９０.
５Ｋであり、ゼロ磁場下、７７.３Ｋにおける臨界電流
密度が８,０００,０００Ａ／cm²である高品質のＹ−Ｂa
−Ｃu−Ｏ系酸化物超伝導薄膜を成膜する方法が開示さ
れている。

【０００９】また、Ｔhin Ｓolid Ｆilms Ｖol.２９
９，pp.９４(１９９７年)には、エキシマレーザを使用
したレーザ蒸着法により、バンドギャップが６.２eＶで
あり、Ｘ線ロッキングカーブの全半値幅が０.０６゜と
極めて配向性の高い高品質のＡlＮ薄膜を成膜する方法
が開示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、レーザ蒸着
法では、レーザ光がターゲットに照射されて発生するプ
ルームと呼ばれる発光の先端付近の狭い範囲でしか成膜
が行われないため、図５に示したような構成の装置で
は、レーザ光の照射位置やターゲットが固定されたまま
なので、大面積の薄膜を成膜することが困難である。

【００１１】そこで、この問題を解決するために、従
来、たとえば特開平８−８５８６５号公報(以下、前
者)や、特開平７−２１６５３９号公報(以下、後者)
にそれぞれ開示されている技術が提案されている。

【００１２】前者(上記)の技術は、基板を回転させ、
かつレーザ光をターゲット上で走査しながら成膜を行う
ようにしている。また、後者(上記)の技術では、ター
ゲットを基板に対して平行かつ直線的に移動させながら
成膜を行うようにしている。

【００１３】しかしながら、上記の，の従来技術に
おいては、それぞれ次のような問題が残されている。

【００１４】すなわち、前者(上記)の場合には、水平
に設置されるレーザ発振装置から発振されるレーザ光を
走査するために揺動可能に設けられたミラーを配置する
必要があるが、現在一般に用いられている紫外線用のミ
ラーは、例えばエネルギー束が１００mＪ，パルス幅１
０ns以下の強度の大きな紫外線パルス光を照射すると破
壊されてしまう。したがって、導入するレーザ光の強度
には自ずと制限があり、高品質な薄膜を形成するのに限
界がある。

【００１５】また、走査位置によって焦点位置が変わる
など、レーザ光を精密に走査することも非常に困難であ
り、さらに、ターゲット全面をレーザ光が走査できるよ
うにするためには、基板をターゲットに対して垂直に配
置する必要があり、ターゲット上で発生する火炎状をし
た蒸着物(いわゆるプルーム)の大きさ以上の大面積化は
不可能である。

【００１６】一方、後者(上記)の場合には、ターゲッ
トが基板に対して平行に配置されているため、基板上に
ターゲットの大きさ以上の大面積の薄膜を成膜すること
が困難である。

【００１７】その理由を、図６を参照しながら、さらに
詳しく説明する。

【００１８】図６において、ターゲット２は基板１に対
して平行かつ直線的に移動可能に構成されている。

【００１９】ここで、いま、レーザ光３とターゲット２
の表面とのなす角をθ、基板１とターゲット２との間の
距離をd，成膜可能なターゲット２の可動範囲、すなわ
ち成膜可能な基板１の最大長さをlとした時、lとdの間
には、 l＝d／tanθ (１) という関係式が成立する。

【００２０】例えば、Ａpplied Ｐhysics Ｌetters Ｖo
l.７１，pp.１０２(１９９７年)において、高品質なＧa
Ｎ薄膜を得たと開示されている距離d＝７cm、最も一般
的な照射角度と考えられるθ＝４５°という値を上記の
(１)に適用すると、l＝７cmとなる。実際、後者()に
おいて、基板の大きさは６×６cm角と開示されている。

【００２１】基板１上に大面積の薄膜を成膜する、つま
り、lを大きくするには、(１)式の関係から、基板１と
ターゲット２との間の距離dを大きくするか、レーザ光
とターゲット２表面とのなす角θを小さくするか、ある
いは、両者d，θを変化させる必要があった。

【００２２】しかし、dを大きくすると、プルームと基
板１との距離が大きく離れてしまい、プルームと雰囲気
ガスとの相互作用の増大や蒸発粒子の基板１への付着力
の低下など、堆積される薄膜の膜質が悪化してしまう。
さらには、dがプルームの全長よりも大きくなってしま
うと、最早、基板１上への堆積が行われなくなってしま
う。

【００２３】また、θを小さくすると、ターゲット２上
でのレーザ光の口径が大きくなるため、十分なエネルギ
ー密度を得ることが困難になる。

【００２４】このように、従来技術では、大面積かつ均
一な膜質の薄膜を基板上に形成することが大変困難であ
った。

【００２５】本発明は、従来の上述した問題点を解決
し、基板上にできるだけ大面積の薄膜が形成できるよう
にすることを第１の課題とし、さらに、大面積であるに
もかかわらず、膜特性が均一な高品質の薄膜が成膜でき
るようにすることを第２の課題とする。

【００２６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために、次の構成を採用している。

【００２７】すなわち、請求項１ないし請求項５に記載
のレーザ蒸着法による薄膜の形成方法では、次の点に特
徴がある。

【００２８】請求項１記載の発明では、ターゲットにレ
ーザ光を照射して、基板上に薄膜を堆積させる方法にお
いて、ターゲットをレーザ光の光軸上に配置するととも
に、光軸に沿って移動させることで基板上に成膜を行う
ようにしている。

【００２９】また、請求項２記載の発明では、請求項１
記載の方法において、前記レーザ光をターゲットに集光
するための集光レンズをターゲットと連動させることに
よって、ターゲット上でのレーザ光の口径がターゲット
の位置にかかわらず一定となるように制御するようにし
ている。

【００３０】請求項３記載の発明では、請求項１または
請求項２記載の方法において、前記レーザ光の光軸と平
行な平面上に基板を配置し、この基板上に成膜を行うよ
うにしている。

【００３１】請求項４記載の発明では、請求項１ないし
請求項３のいずれかに記載の方法において、前記基板を
成膜面内て回転させるようにしている。

【００３２】請求項５記載の発明では、請求項１ないし
請求項４のいずれかに記載の方法において、前記基板を
成膜面内の任意の方向に平行移動させるようにしてい
る。

【００３３】また、請求項６ないし請求項１０に記載の
レーザ蒸着法による薄膜の形成方法を使用するレーザ蒸
着装置では、次の点に特徴がある。

【００３４】請求項６記載の発明では、ターゲットを保
持するターゲットホルダと、基板を保持する基板ホルダ
と、レーザ光を発生するレーザ発振装置と、レーザ発振
装置が発振するレーザ光をターゲットに照射されるよう
に誘導する光学手段とを具備するレーザ蒸着装置におい
て、前記ターゲットホルダは、ターゲットがレーザ光の
光軸上に位置するように配置されるとともに、光軸方向
に沿って移動可能に設けられている。

【００３５】請求項７記載の発明では、請求項６記載の
構成において、前記光学手段は、レーザ光をターゲット
に集光するための集光レンズを有し、この集光レンズ
は、ターゲット上でのレーザ光の口径がターゲットの位
置にかかわらず一定となるようにターゲットと連動する
ように構成されている。

【００３６】請求項８記載の発明では、請求項６または
請求項７記載の構成において、前記基板ホルダは、これ
に保持される基板がレーザ光の光軸に対して平行な平面
上に配置されるように構成されている。

【００３７】請求項９記載の発明では、請求項６ないし
請求項８のいずれかに記載の構成において、前記基板ホ
ルダは、これに保持される基板が成膜面内で回転可能に
設けられている。

【００３８】請求項１０記載の発明では、請求項６ない
し請求項９のいずれかに記載の構成において、前記基板
ホルダは、これに保持される基板が成膜面内の任意の方
向に平行移動可能に設けられている。

【００３９】上記の請求項１または請求項６記載の発明
によれば、ターゲットをレーザ光の光軸上を光軸に沿っ
て移動させるので、従来のターゲット移動型レーザ蒸着
法における課題であったターゲットの可動範囲の限界が
なくなり、基板上への大面積の薄膜形成が可能になる。

【００４０】請求項２または請求項７記載の発明によれ
ば、レーザ光をターゲットに集光するための集光レンズ
がターゲットと連動するため、ターゲット上でのレーザ
光の口径がターゲットの位置にかかわらず一定となり、
ターゲット上でのレーザ光の入射エネルギー密度をター
ゲットの位置によらず一定に保つことができる。これに
より安定したエネルギー密度のレーザ光入射が可能とな
り、大面積かつ均一な膜質の薄膜形成が可能となる。

【００４１】請求項３または請求項８記載の発明によれ
ば、レーザ光の光軸と平行な平面上に配置された基板上
に成膜が行われるので、ターゲットと基板の間の距離を
ターゲットの位置によらず常に一定に保つことができ、
大面積化の際にも均一な膜質の薄膜形成が可能となる。

【００４２】請求項４または請求項９記載の発明によれ
ば、基板が成膜面内で回転し、また、請求項５または請
求項１０記載の発明によれば、基板が成膜面内の任意の
方向に平行移動するので、ターゲットのみを移動させる
場合よりも、一層広い面積の薄膜を均一に基板上に形成
することが可能になる。

【００４３】

【発明の実施の形態】実施形態１ 図１は、本発明の実施形態１に係るレーザ蒸着装置の構
成図である。

【００４４】この実施形態１のレーザ蒸着装置は、レー
ザ発振装置７を備える。この装置７から発生されるレー
ザ光３としては、エキシマレーザ、Ｎd：ＹＡＧレーザ
の高調波等を使用することが望ましく、本例では、Ｎ
d：ＹＡＧレーザの第４高調波(波長２６６nm)を使用し
ている。

【００４５】気密チャンバ４には、レーザ光導入窓１１
が設けられ、このレーザ光導入窓１１に近接してレーザ
発振装置７から発振したレーザ光３を集光してチャンバ
４内に誘導する集光レンズ８が配置されている。

【００４６】気密チャンバ４内には、基板１を保持する
基板ホルダ５、ターゲット２を保持するターゲットホル
ダ６、および真空排気ポンプ９が設けられるとともに、
チャンバ４内に雰囲気ガスを導入するための雰囲気ガス
導入管１０の一端が開口しており、内部の圧力および雰
囲気を任意に変更することが可能である。

【００４７】上記の基板ホルダ５は、基板１がレーザ光
３の光軸に対して平行な平面上に位置するように配置さ
れている。そして、この基板ホルダ５は、その内蔵した
モータ(図示せず)によって搭載した基板１をその表面の
成膜面内で回転可能、かつ、基板１の位置を回転軸方向
に対し垂直な方向に移動可能に設けられて、ターゲット
２と基板１との間の距離dを調節できるようになってい
る。たとえば、最短で約１５mmまで近づけることができ
る。さらに、基板ホルダ５の内部には基板１を所定の温
度に加熱するためのヒータ(図示せず)が内蔵されてい
る。

【００４８】また、上記のターゲットホルダ６は、内蔵
したモータ(図示せず)によって搭載したターゲット２を
ターゲット表面内で回転可能に設けられていて、レーザ
光導入窓１１から入射したレーザ光３がターゲット２に
当たるように、入射するレーザ光３の光軸上の位置に配
置されている。

【００４９】よって、レーザ発振装置７から発振したレ
ーザ光３は、ミラーを介することなく直接に集光レンズ
８に誘導され、レーザ光導入窓１１を通して気密チャン
バ４内に入射してターゲット２上に集光されるようにな
っている。

【００５０】さらに、気密チャンバ４には、ターゲット
ホルダ６をターゲット２とともにレーザ光の光軸に沿っ
て移動可能にするためのターゲット駆動装置１２が取り
付けられている。

【００５１】この場合、ターゲット２がレーザ光３の光
軸上を移動すると、ターゲット２上に集光されたレーザ
光３の口径が変化してしまうので、これを防ぐために、
集光レンズ８に集光レンズ駆動装置１３が連設されてお
り、このレンズ駆動装置１３によって集光レンズ８がレ
ーザ光３の光軸方向および光軸に垂直な方向にそれぞれ
駆動されるようになっている。

【００５２】１４は上記のターゲット駆動装置１３およ
び集光レンズ駆動装置１２を連動させるための制御装置
である。

【００５３】この制御装置１４は、単にターゲット２と
集光レンズ８との間を等距離に保って連動するだけの簡
単な装置であってもよいし、これよりも一層正確な制御
を必要とする場合は、コンピュータなどを用いた制御装
置であってもよい。

【００５４】次に、上記構成のレーザ蒸着装置を用いた
レーザ蒸着方法について説明する。

【００５５】レーザ蒸着による成膜に際しては、予め基
板ホルダ５を上下動させてターゲット２と基板１との間
の距離dを適切な値になるように設定しておく。

【００５６】レーザ発振装置７からレーザ光３が発生さ
れ、このレーザ光３が集光レンズ８を介して気密チャン
バ４内に誘導されてターゲット２上に集光される。そし
て、ターゲット２にレーザ光３を照射することにより発
生される蒸着物は、基板１上に蒸着されて薄膜が形成さ
れる。

【００５７】その際、均一な膜質の薄膜を得るために、
図２に示すように、基板１およびターゲット２はそれぞ
れ回転軸１９を軸を中心として回転される。

【００５８】また、ターゲットホルダ６は、ターゲット
駆動装置１２によってレーザ光３の光軸に沿って水平移
動されることで、従来のようなターゲット２の可動範囲
の限界がなくなり、ターゲット２が基板１の広い範囲に
わたって走査される。

【００５９】このとき、集光レンズ８も集光レンズ駆動
装置１３によってターゲット２に連動されるため、ター
ゲット２上でのレーザ光３の口径がターゲット２の移動
位置にかかわらず一定に保たれて、ターゲット２上での
レーザ光３の入射エネルギー密度が常に一定になり、タ
ーゲット２から発生するプルームが安定する。

【００６０】また、ターゲット２と基板１との間の距離
dは、ターゲット２が水平移動しても変化せずに一定で
あるから、ターゲット２を基板１に十分に近づけた状態
のまま成膜を行え、プルームと基板１との距離も安定す
る。

【００６１】これにより、基板１には、大面積かつ均一
な膜質の薄膜が形成されることになる。

【００６２】また、この実施形態１では、レーザ光３を
気密チャンバ４内に入射する際には、ミラーを使わず直
接レーザ発振装置７から集光レンズ８を介して気密チャ
ンバ内４へ入射しているので、従来のように反射ミラー
が反射できるエネルギー束やパルス幅の制限を受けない
ため、従来の課題であったレーザ光強度の制限の問題も
解決されている。

【００６３】なお、この実施形態１では、基板ホルダ５
は、基板１をその表面の成膜面内で回転可能、かつ、基
板１の位置を回転軸方向に対し垂直な方向に移動可能に
設けられているが、さらに、基板ホルダ５をレーザ光３
の光軸を含む平面に沿って縦横に平行移動できるように
しておけば、基板１が成膜面内の任意の方向に平行移動
するため、ターゲット２のみを水平移動させる場合より
も、一層広い面積の薄膜を均一に基板上に形成すること
が可能になるため都合がよい。

【００６４】実施形態２ 図３は、本発明の実施形態２に係るレーザ蒸着装置の構
成図であり、図１に示した実施形態１に対応する部分に
は同一の符号を付す。

【００６５】この実施形態２の特徴は、ターゲット２を
支持するターゲットホルダ６が四角柱形状のもので、そ
の四角柱の側面にそれぞれターゲット２が配置されてい
る。そして、ターゲット２は、四角柱の中心軸を回転軸
として回転可能に設けられている。しかも、このターゲ
ット２は、回転が停止されたとき、ターゲット２の表面
がレーザ光３の光軸と平行になって基板１の表面と対向
してしまわないように、光軸と所定の角度θとなるよう
に切り換えられる。

【００６６】その他の構成は、図１に示した実施形態１
の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略す
る。

【００６７】この実施形態２によれば、ターゲットホル
ダ６がレーザ光３の光軸方向に沿って移動することに加
え、ターゲットホルダ６の全ての側面に設置された４つ
のターゲット２を高真空度を保ったまま回転させて次々
と新しいターゲット２を提供することができるため、基
板１上に極めて大面積かつ膜質の均一な高品質の薄膜を
形成することが可能となる。

【００６８】たとえば、同一の物質を長時間にわたって
成膜するときは、ターゲットホルダ６の各側面に同一種
のターゲット２を取り付け、１面の表面を使用し終わっ
た後、ターゲットホルダ６を回転させ、次のターゲット
２を使うといった操作を繰り返すと良い。

【００６９】また、異種物質を積層した多層膜などを作
製するときには、ターゲットホルダ６の各側面に所望の
異種のターゲット２をそれぞれ設置し、ターゲット２を
交互に切り換えて使用することができる。

【００７０】多層膜を作製する際には、例えば水晶振動
子による膜厚計などを用いて、所望の膜厚になったら次
のターゲット２に切り替えるという操作を行うと良い。

【００７１】さらに、正確な膜厚制御を行うためには、
例えばコンピュータなどを用いたターゲットの駆動装置
を用いることが好ましい。

【００７２】なお、この実施形態２では、四角柱状のタ
ーゲットホルダ６を使用したが、これに限定されるもの
ではなく、多角柱形状てあればどのようなものを用いて
もかまわない。

【００７３】実施形態３ 図４は、本発明の実施形態３に係るレーザ蒸着装置の構
成図であり、図１に示した実施形態１に対応する部分に
は同一の符号を付す。

【００７４】従来から、レーザ蒸着法の特徴の一つとし
て、２つのレーザビームを用い、一方はレーザ蒸着用と
してターゲットに照射し、他方は基板励起光用として基
板に照射して、基板上で生成した薄膜の結晶化を促進さ
せるという技術が公知となっている(例えば、応用物理
第６２巻第１２号、pp.１２４４(１９９３年)など参
照)。

【００７５】そこで、この実施形態３においては、前記
の実施形態１の構成に加えて、基板励起用のレーザ光１
６を発生するための手段としてレーザ発振装置１７およ
び反射ミラー１５を新たに設置し、気密チャンバ４にそ
のレーザ光１６の導入窓１８を設けている。

【００７６】その場合のレーザ発振装置１７から発生さ
れるレーザ光１６は、ターゲット２に照射されるレーザ
光３と異なっていて、強度が弱いので、反射ミラー１５
が損傷するおそれはない。また、このレーザ光１６は、
パルス光でなく連続光であってもよく、波長域も紫外光
でなくてもよい。

【００７７】その他の構成は、図１に示した実施形態１
の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略す
る。

【００７８】この構成では、レーザ発振装置１７から発
生された基板励起用のレーザ光１６は、反射ミラー１５
により反射され、レーザ光導入窓１８を通してチャンバ
４内に入射して基板１上に集光される。その際、反射ミ
ラー１５は回転駆動されることにより、この反射ミラー
１５で反射された基板励起用のレーザ光１６が基板１上
に照射される。この場合、基板励起用のレーザ光１６
は、ターゲット励起用のレーザ光３と同期して走査され
るのが好ましいが、非同期で任意の場所に照射されるも
のであってもよい。

【００７９】このように、この実施形態３によれば、タ
ーゲットホルダ６がレーザ光３の光軸上を光軸方向へ移
動することに加え、基板励起用のレーザ光１６が基板１
に照射されることにより、結晶化率の高い極めて高品質
な大面積薄膜を形成することが可能になる。

【００８０】なお、この実施形態３では、実施形態１の
構成に基板励起用のレーザ光１６を発生する手段１７，
１５を付加したが、実施形態２の構成に基板励起用のレ
ーザ光１６を発生する手段を付加することも勿論可能で
ある。

【００８１】

【実施例】以下、本発明の装置および方法を用いた実施
例について、具体的に説明する。

【００８２】実施例１ 実施形態１で示したレーザ蒸着装置を使用して、本発明
の方法で微結晶Ｓi薄膜の成膜を行った。ターゲット２
には、直径４０mm、厚さ約１０mmの円板状のＳi単結晶
を使用し、基板１には、２５cm×５cm角、厚さ０.７mm
の石英基板を使用した。また、レーザ光３とターゲット
２表面の法線とのなす角θは４５゜に設定した。

【００８３】この条件の下での成膜工程を以下に説明す
る。

【００８４】最初に、石英基板１をアルカリ洗剤(エキ
ストラン)にて２０分間、純水にて３０分間(３回)、ア
セトンにて５分間の順に超音波洗浄を行った。

【００８５】その後、ターゲット２をターゲットホルダ
６に、基板１を基板ホルダ５にセットした。気密チャン
バ４の内部を真空排気ポンプ９で１×１０^-7Ｔorrに排
気してから、雰囲気ガス導入管１０より純度９９.９９
９５％のＨeガスを導入し、圧力を０.５Ｔorrに調整し
た。

【００８６】基板１の表面温度を７００℃，基板１とレ
ーザ光３の光軸との間の距離を２０mm、レーザ光３のエ
ネルギーを１８０mＪ／パルス、レーザパルスレートを
１０Ｈz、ターゲット２の回転速度を２０rpm、ターゲッ
ト２および集光レンズ８の光軸方向への移動速度を４０
mm／分、基板の位置は固定して、５分間成膜を行った。

【００８７】その結果、得られた薄膜の２０cm×１cmに
わたる平均膜厚は１１００nmであり、膜厚分布は±９％
程度であった。

【００８８】また、波長４５７.９nm、入射パワー密度
３０Ｗ／cm²のＡr⁺レーザを薄膜上の２cmおき計１０点
に照射し、各点におけるフォトルミネッセンスを測定し
たところ、全ての点において発光のピークエネルギーは
１.６０±０.０５eＶであり、発光強度スベクトルの全
半値幅は約０.４eＶであった。

【００８９】このように、本実施例において均一性の高
い高品質な大面積微結晶Ｓi薄膜が得られた。

【００９０】実施例２ 次に、本発明のレーザ蒸着を用いた薄膜形成法の第２の
実施例を説明する。

【００９１】この実施例２で用いたレーザ蒸着装置は実
施形態１で使用した装置と同一の装置である。

【００９２】この実施例２において、実施例１の成膜条
件と異なる点は、(１)成膜中に基板１を回転させる、
(２)ターゲット２および集光レンズ８を光軸方向へ移動
させる際、基板１の中心付近では速く、基板１の端付近
では遅くなるように滑らかに移動させる、(３)成膜時間
を２０分間にする、の３点である。それ以外は、実施例
１と全く同じ条件の下で、微結晶Ｓi薄膜の成膜を行っ
た。

【００９３】この実施例２では、２０cm×２０cm角、厚
さ０.７mmの石英基板を３０rpmの速さで回転させながら
成膜を行った。ターゲットの基板中心からの距離をrcm
としたとき、ターゲット２および集光レンズ８を光軸方
向へ移動する速度υ(r)cm／minについては、全体の膜厚
が一定となるように、r＜０.２５cmではυ(r)＝５.６３
cm／min、r≧０.２５cmではυ(r)＝１.４l／r cm／min
で決定される値に、ターゲットおよび集光レンズ連動駆
動制御装置１４を用いて制御を行った。

【００９４】その結果、直径ｌ５cmの円周内の領域全休
にわたって平滑な平均膜厚が５００nmて膜厚分布が±６
％程度の極めて均一な大面積薄膜が得られた。また、実
施例１と同様に、薄膜上１０点におけるフォトルミネッ
センスを測定したところ、全ての点において発光のピー
クエネルギーは１.６０±０.０５eＶであり、発光強度
スペクトルの全半値幅は約０.４eＶであった。

【００９５】このように、この実施例２においても極め
て均一性の高い高品質な大面積微結晶Ｓi薄膜が得られ
た。

【００９６】

【発明の効果】本発明によれば、次の効果を奏する。

【００９７】(１) 請求項１または請求項６記載の発明
によれば、ターゲットをレーザ光の光軸上を光軸に沿っ
て移動させるので、従来のようなターゲットの可動範囲
の限界がなくなり、基板上への大面積の薄膜形成が可能
になる。

【００９８】(２) 請求項２または請求項７記載の発明
によれば、レーザ光をターゲットに集先するための集光
レンズをターゲットと連動させるので、ターゲット上で
のレーザ光の口径がターゲットの位置にかかわらず一定
となり、ターゲット上でのレーザ光の入射エネルギー密
度をターゲットの位置によらず一定に保つことができ
る。これにより安定したエネルギー密度のレーザ光入射
が可能となり、大面積かつ均一な膜質の薄膜形成が可能
となる。

【００９９】また、レーザ光をミラーを用いることなく
直接チャンバ内へ導入するため、従来の反射ミラーを用
いた場合よりもエネルギー束やパルス幅の制限を受けな
くなる。すなわち、高エネルギー密度のレーザ光をター
ゲットに照射することが可能となり、高品質の薄膜の形
成が可能になる。

【０１００】(３) 請求項３または請求項８記載の発明
によれば、レーザ光の光軸と平行な平面上に配置された
基板上に成膜を行うので、ターゲットと基板の間の距離
をターゲットの位置によらず常に一定に保つことができ
る。これにより、大面積化の際にも均一な膜質の薄膜形
成が可能となる。

【０１０１】(４) 請求項４または請求項９記載発明で
は、成膜中基板を成膜面内で回転させ、また、請求項５
または請求項１０記載の発明では、成膜中に基板を成膜
面内の任意の方向に平行移動させるので、ターゲットの
みを単独移動させるよりもより広い面積の薄膜を均一に
基板上に形成することができるため、一層大面積かつ膜
特性が均一な高品質の薄膜形成が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係るレーザ蒸着装置の構
成図である。

【図２】同装置の基板、ターゲット、およびレーザ光の
位置関係を示した概略図である。

【図３】本発明の実施形態２に係るレーザ蒸着装置の構
成図である。

【図４】本発明の実施形態３に係るレーザ蒸着装置の構
成図である。

【図５】従来のレーザ蒸着装置の構成図である。

【図６】従来のレーザ蒸着装置の基板およびターゲット
部分を拡大した構成図である。

【符号の説明】

１…基板、２…ターゲット、３…レーザ光、４…気密チ
ャンバ、５…基板ホルダ、６…ターゲットホルダ、７，
１７…レーザ発振装置、８…集光レンズ、９…真空排気
ポンプ、１０…雰囲気ガス導入管、１１，１８…レーザ
光導入窓、１２…ターゲット駆動装置、１３…集光レン
ズ駆動装置、１４…制御装置、１５…反射ミラー、１６
…基板励起用のレーザ光、１９…回転軸。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ターゲットにレーザ光を照射して、基板
   上に薄膜を堆積させる方法であって、 ターゲットをレーザ光の光軸上に配置するとともに、光
   軸に沿って移動させることで基板上に成膜を行うことを
   特徴とする薄膜の形成方法。
2. 【請求項２】 前記レーザ光をターゲットに集光するた
   めの集光レンズをターゲットと連動させることによっ
   て、ターゲット上でのレーザ光の口径がターゲットの位
   置にかかわらず一定となるように制御することを特徴と
   する請求項１記載の薄膜の形成方法。
3. 【請求項３】 前記レーザ光の光軸と平行な平面上に基
   板を配置し、この基板上に成膜を行うことを特徴とする
   請求項１または請求項２記載の薄膜の形成方法。
4. 【請求項４】 前記基板を成膜面内て回転させることを
   特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の
   薄膜の形成方法。
5. 【請求項５】 前記基板を成膜面内の任意の方向に平行
   移動させることを特徴とする請求項１ないし請求項４の
   いずれかに記載の薄膜の形成方法。
6. 【請求項６】 ターゲットを保持するターゲットホルダ
   と、基板を保持する基板ホルダと、レーザ光を発生する
   レーザ発振装置と、レーザ発振装置が発振するレーザ光
   をターゲットに照射されるように誘導する光学手段とを
   具備するレーザ蒸着装置において、 前記ターゲットホルダは、ターゲットがレーザ光の光軸
   上に位置するように配置されるとともに、光軸方向に沿
   って移動可能に設けられていることを特徴とするレーザ
   蒸着装置。
7. 【請求項７】 前記光学手段は、レーザ光をターゲット
   に集光するための集光レンズを有し、この集光レンズ
   は、ターゲット上でのレーザ光の口径がターゲットの位
   置にかかわらず一定となるようにターゲットと連動する
   ように構成されていることを特徴とする請求項６記載の
   レーザ蒸着装置。
8. 【請求項８】 前記基板ホルダは、これに保持される基
   板がレーザ光の光軸に対して平行な平面上に配置される
   ように構成されていることを特徴とする請求項６または
   請求項７記載のレーザ蒸着装置。
9. 【請求項９】 前記基板ホルダは、これに保持される基
   板が成膜面内で回転可能に設けられていることを特徴と
   する請求項６ないし請求項８のいずれかに記載のレーザ
   蒸着装置。
10. 【請求項１０】 前記基板ホルダは、これに保持される
    基板が成膜面内の任意の方向に平行移動可能に設けられ
    ていることを特徴とする請求項６ないし請求項９のいず
    れかに記載のレーザ蒸着装置。