回転ターゲット式電子線補助照射レーザアブレーション成膜装置及び回転ターゲット式電子線照射成膜装置
【課題】 良好な膜質の薄膜を形成することができる成膜装置の提供。
【解決手段】
ターゲット１１を保持するターゲットホルダ１０と、ターゲットホルダ１０を回転可能な回転機構８０と、成膜用基板２１を保持する基板ホルダ２０と、電子線を発生する電子線発生装置３０と、電子線収束装置４０と、レーザ光照射装置５０とを備えた回転ターゲット式成膜装置である。電子線収束装置４０は、回転機構８０により回転するターゲット１１に対して、電子レンズを形成することにより電子線発生装置３０から発生された電子線を収束させ、もってターゲット１１の少なくとも一部を液体化する。レーザ光照射装置５０は、液体化されたターゲット１１の少なくとも一部にレーザ光を照射してアブレーションを行う。
【解決手段】
ターゲット１１を保持するターゲットホルダ１０と、ターゲットホルダ１０を回転可能な回転機構８０と、成膜用基板２１を保持する基板ホルダ２０と、電子線を発生する電子線発生装置３０と、電子線収束装置４０と、レーザ光照射装置５０とを備えた回転ターゲット式成膜装置である。電子線収束装置４０は、回転機構８０により回転するターゲット１１に対して、電子レンズを形成することにより電子線発生装置３０から発生された電子線を収束させ、もってターゲット１１の少なくとも一部を液体化する。レーザ光照射装置５０は、液体化されたターゲット１１の少なくとも一部にレーザ光を照射してアブレーションを行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザアブレーション成膜装置及び電子線照射成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、基板に薄膜を形成する方法として、電子線照射成膜法やレーザアブレーション成膜法等が知られている。電子線照射成膜法は、電子線をターゲットに照射して蒸発させ、成膜用基板に薄膜を形成する方法である。一方、レーザアブレーション成膜法は、レーザ光をターゲットに照射してアブレーションを行うことにより薄膜を形成する方法である。
【０００３】
レーザアブレーション成膜法を用いる成膜方法として、ターゲットを抵抗加熱等の方法により加熱して液体化した状態でレーザ光を照射してアブレーションを行う方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。同様に、加熱溶融したターゲットに対してレーザ光を照射してレーザアブレーションを行う装置も知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−３１１５６１号公報
【特許文献２】特開２００２−２４１９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
固体ターゲットによるレーザアブレーション成膜法では、微粒子が発生してその微粒子が薄膜内部に取り込まれるという問題がある。特許文献１及び特許文献２に記載されているように、液体化した状態でレーザ光を照射すれば微粒子が発生しないため、微粒子が薄膜内部に取り込まれることがほとんどない。この方法は、ガリウムなど低融点でしかも蒸気圧の低い材料については有効である。
【０００６】
しかしながら、比較的高い融点を有し溶融した状態での蒸気圧が高いシリコン（Ｓｉ）などの材料の場合には、液体状態にあるターゲットから蒸発する蒸気の量が多くなる。そして、この蒸気が基板に付着する量は、レーザアブレーションによる付着量に比べて無視できない程度に達する。かかる蒸気の付着によって形成された薄膜の膜質は、レーザアブレーションにより形成された薄膜の膜質と比べて劣るため、結果として形成された薄膜の膜質が悪くなってしまう。
【０００７】
そこで本発明は、任意の固体材料に関して、液体化した材料の蒸発による成分を抑え、かつ、固体ターゲットアブレーションにおける微粒子の発生がなく、従って良好な膜質の薄膜を形成することができるレーザアブレーション成膜装置を提供することを目的とする。
【０００８】
また本発明は、ターゲットに対して安定的に電子を供給することができ、かつ、成膜用基板に対して均一で良好な膜質の薄膜を形成することができる電子線照射成膜装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、固体材料からなるターゲットを保持するターゲットホルダと、該ターゲットホルダを回転可能な回転機構と、該ターゲットホルダに対して所定の位置に設けられ、成膜用基板を保持する基板ホルダと、電子線を発生する電子線発生装置と、該回転機構により回転する該ターゲットに対して、電子レンズを形成することにより該電子線発生装置から発生された電子線を収束させ、もって該ターゲットの少なくとも一部を液体化する電子線収束装置と、液体化された該ターゲットの少なくとも一部にレーザ光を照射するレーザ光照射装置と、を備える回転ターゲット式電子線補助照射レーザアブレーション成膜装置を提供している。
【００１０】
ここで、真空室を有する装置本体を更に備え、該電子線発生装置は、電子線放出源と、該電子線放出源に電圧を印加して電子線を放出させる駆動電源とを備え、該ターゲットホルダ、該基板ホルダ、及び該電子線放出源は、該真空室内に設けられており、該ターゲットホルダは、該回転機構を介して該装置本体に接続されており、該ターゲットホルダ、該回転機構、及び該装置本体は導電性を有するのが好ましい。
【００１１】
更に、該回転機構は、該真空室の外部に設けられ回転力を発生するモータと、該装置本体に支持されると共に該モータに接続され、もって該モータの回転力を該真空室内に導入する回転導入端子と、該装置本体に支持されると共に該真空室内に設けられた回転軸受と、一端と他端とを有し、該一端は該回転導入端子に接続され該他端は該ターゲットホルダに接続されると共に、該一端と該他端との間において該回転軸受に回転可能に支持され、もって該モータの回転力を該ターゲットホルダに伝達する回転伝達棒と、を備え、該回転軸受は、導電性の内輪及び外輪と、該内輪と該外輪との間に設けられる導電性の回転玉とを備え、該回転玉の表面には、導電性の固体潤滑剤がコーティングされているのが好ましい。
【００１２】
また、該ターゲットホルダを冷却するための冷却手段を更に備えるのが好ましい。更には、該冷却手段は水冷容器を備え、該水冷容器と該ターゲットホルダとの距離が０．１μｍ以上かつ２ｍｍ以下であるのが好ましい。
【００１３】
また本発明は、装置本体と、ターゲットを保持するターゲットホルダと、該ターゲットホルダに対して所定の位置に設けられ、成膜用基板を保持する基板ホルダと、該ターゲットに対して電子線を照射する電子線照射装置と、該装置本体に支持される回転軸受と、該ターゲットホルダに接続される一端と回転手段に接続される他端とを有し、該回転軸受に回転可能に支持される回転軸と、導電性を有し該回転軸に接触して設けられるとともにアースに接続されるアース接続部とを備える回転ターゲット式電子線照射成膜装置を提供している。
【００１４】
ここで、該アース接続部と該回転軸との接触部の電気抵抗が該回転軸受の電気抵抗よりも小さいのが好ましい。また、該アース接続部は弾性を有する材料からなり、もって該回転軸に対して弾性的に接触するのが好ましい。さらに該アース接続部は、金属製薄板、金属製コイルばね、及び針金状金属の何れかにより構成されるのが好ましい。例えば、該アース接続部は、基部と該基部から櫛歯状に延びる櫛歯部とを有する金属製薄板により構成され、該櫛歯部が該回転軸に接触するのが好ましい。
【００１５】
また該回転軸は、該アース接続部と接触する接触部を備え、該アース接続部と該接触部とは同じ材質により形成されているのが好ましい。また該回転軸は、該ターゲットホルダに接続されるターゲットホルダ接続部と、該アース接続部と接触する接触部と、該回転軸受に支持される軸受支持部とを備え、該接触部は、該ターゲットホルダ接続部と該軸受支持部との間に位置するのが好ましい。あるいは該回転軸は、絶縁性材料からなる絶縁部を更に備え、該絶縁部は、該接触部と該回転軸受との間に位置するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１記載の回転ターゲット式電子線補助照射レーザアブレーション成膜装置によれば、電子線収束装置がターゲットの少なくとも一部を液体化し、レーザ光照射装置が該ターゲットの少なくとも一部にレーザ光を照射するため、固体ターゲットを用いたレーザアブレーション成膜法のように微粒子が発生するという問題が生じない。しかも、ターゲットの一部の領域のみを液体化することができるため、ターゲットが液体状態での蒸気圧が高いシリコン（Ｓｉ）などの材料である場合でも、液体化された部分から蒸発する蒸気の量は非常に少ない。すなわち、かかる蒸気が基板に付着する量は、レーザアブレーションによる付着量に比べて無視できる程度である。したがって、本装置により形成された薄膜は、一様性が良く、付着強度が高い等、レーザアブレーション法に特徴的な多くのメリットを有している。また、本装置によれば、ターゲットがアルミニウム（Ａｌ）など低融点の低蒸気圧材料あるいは高融点の昇華性材料である場合であっても、同様に良好な膜質の薄膜を形成することができる。すなわち、任意の固体材料に関して、レーザアブレーション法による良好な膜質の薄膜を形成することができる。
【００１７】
また、ターゲットホルダを回転可能な回転機構を備えているため、ターゲットを回転しながらレーザアブレーションを行うことができる。このため、ターゲットを固定した状態でレーザアブレーションを行う場合（固定ターゲット式電子線補助照射レーザアブレーション成膜装置）と比べて、液滴の発生なしにアブレーション可能な溶融領域を広くすることができ、ターゲットの利用効率を向上させることが可能である。
【００１８】
また、固定ターゲット式電子線補助照射レーザアブレーション成膜装置では、ターゲットの一部（一箇所）のみにレーザ光線が照射されてアブレーション効果によって成膜材料が除去される結果、時間が経つにつれてその部分のくぼみが深くなるために、レーザ光線の照射密度が低下して成膜スピードが落ちる場合がある。しかし、請求項１記載の回転ターゲット式電子線補助照射レーザアブレーション成膜装置によれば、ターゲットを回転しながらレーザアブレーションを行うことができるため、ターゲットのより広い領域にレーザ光線が照射され、上述したような現象は生じない。
【００１９】
更に、固定ターゲット式電子線補助照射レーザアブレーション成膜装置と比べて、ターゲットのより広い領域を成膜に用いることができるため、実効的なターゲット寿命が長くなる。このため、真空を破ってターゲットを交換する頻度が少なくなる。
【００２０】
請求項２記載の回転ターゲット式電子線補助照射レーザアブレーション成膜装置によれば、ターゲットホルダは、回転機構を介して装置本体に接続されており、ターゲットホルダ、回転機構、及び装置本体は導電性を有するから、ターゲットに照射された電子は、ターゲットホルダ、回転機構、装置本体を通ってアースへと流れることができる。したがって、ターゲット表面に電子が溜まってしまい、クーロン反発力のために電子線を持続的に照射できなくなるという問題を回避することができる。
【００２１】
請求項３記載の回転ターゲット式電子線補助照射レーザアブレーション成膜装置によれば、回転機構は、モータ、回転導入端子、回転軸受、及び回転伝達棒を備えているから、真空室内に設けられたターゲットホルダにモータの回転力を効率的に伝達することができる。また、該回転軸受は、導電性の内輪及び外輪と、該内輪と該外輪との間に設けられる導電性の回転玉とを備え、該回転玉の表面には導電性の固体潤滑剤がコーティングされているから、例えば内輪と外輪との間の導電性が確保されていないセラミック製軸受と異なり、ターゲット上に照射された電子は速やかに装置本体側へと流れ、かつ回転玉と内輪及び外輪との間での発塵が生じない。
【００２２】
請求項４記載の回転ターゲット式電子線補助照射レーザアブレーション成膜装置によれば、ターゲットホルダを冷却するための冷却手段を更に備えるので、ターゲットホルダの周囲が昇温して真空度が低下したり、電子レンズの一部を形成する磁石がターゲットホルダの近傍に置かれている場合には該磁石が加熱されて磁場を発生できなくなるという問題を防止することができる。
【００２３】
請求項５記載の回転ターゲット式電子線補助照射レーザアブレーション成膜装置によれば、冷却手段は水冷容器を備え、該水冷容器とターゲットホルダとの距離が０．１μｍ以上かつ２ｍｍ以下であるから、ターゲットホルダをスムーズに回転させつつ、ターゲットホルダを効果的に放射冷却することが可能である。
【００２４】
請求項６記載の回転ターゲット式電子線照射成膜装置によれば、電子線照射装置からターゲットに向かって照射された電子は、ターゲットホルダ、回転軸及びアース接続部を通ってアースへと流れる。もしこのとき電子の大部分が回転軸受を通ってアースへと流れると、回転軸受に焼付けや変形などが生じて回転が不安定となる可能性がある。しかし本発明では回転軸受以外に電子の通路であるアース接続部が設けられるため、回転軸受を流れる電流が減少するか若しくはゼロとなる。このため、回転軸受の不具合がなくなり寿命が伸びるとともに、回転するターゲットに対して安定して電子を供給することが可能となる（エミッション電流の安定）。さらに、安定した回転が持続するためプロセスのムラが無くなり、成膜用基板に対して均一かつ良好な膜質の薄膜を形成することができる。
【００２５】
請求項７記載の回転ターゲット式電子線照射成膜装置によれば、アース接続部と回転軸との接触部の電気抵抗が回転軸受の電気抵抗よりも小さいため、回転軸受に流れる電流よりもアース接続部へ流れる電流の方が大きくなる。したがって、上述した回転の安定及びエミッション電流の安定を確実に達成することができる。
【００２６】
請求項８記載の回転ターゲット式電子線照射成膜装置によれば、アース接続部は弾性を有する材料からなり、もって回転軸に対して弾性的に接触する。よってアース接続部は回転軸に対して確実に接触して、電子を安定的にアースへ流すことができる。
【００２７】
請求項９記載の回転ターゲット式電子線照射成膜装置によれば、アース接続部は、金属製薄板、金属製コイルばね、及び針金状金属の何れかにより構成されるため、簡単な構成によりアース接続部を構成することができる。
【００２８】
請求項１０記載の回転ターゲット式電子線照射成膜装置によれば、アース接続部は、基部と基部から櫛歯状に延びる櫛歯部とを有する金属製薄板により構成され、櫛歯部が回転軸に接触する。かかる構成によれば、アース接続部と回転軸との接触面接を小さくすることができ、したがって摩擦力を小さくすることができる。よって、安定した回転に寄与する。
【００２９】
請求項１１記載の回転ターゲット式電子線照射成膜装置によれば、回転軸は、アース接続部と接触する接触部を備え、アース接続部と接触部とは同じ材質により形成されている。もしアース接続部と接触部とが異種材質により形成されていると、固さの違いにより磨耗が生じ、それが粉塵などの原因になったり、長期的にみると接触不良を起こしたりする可能性がある。しかし、請求項１１の回転ターゲット式電子線照射成膜装置によれば、このような問題が生じない。
【００３０】
請求項１２記載の回転ターゲット式電子線照射成膜装置によれば、回転軸は、ターゲットホルダに接続されるターゲットホルダ接続部と、アース接続部と接触する接触部と、回転軸受に支持される軸受支持部とを備え、接触部は、ターゲットホルダ接続部と軸受支持部との間に位置する。かかる構成によれば、ターゲットホルダとアース接続部との距離の方が、ターゲットホルダと回転軸受との距離よりも短くなるため、より多くの電子（電流）をアース接続部へ流すことができる。
【００３１】
請求項１３記載の回転ターゲット式電子線照射成膜装置によれば、回転軸は絶縁性材料からなる絶縁部を更に備え、絶縁部は接触部と回転軸受との間に位置するため、回転軸受には全く電流が流れず、全電流がアース接続部を流れる。よって、回転軸受に電流が流れることによる不具合が発生しないため、回転の安定及びエミッション電流の安定を確実に達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施の形態による回転ターゲット式成膜装置の全体構成を示す説明図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図。
【図３】第１の実施の形態による回転ターゲット式成膜装置に用いられる回転機構を示す斜視図。
【図４Ａ】図３の回転機構に用いられる第一のカップリングを示す斜視図。
【図４Ｂ】図３の回転機構に用いられる第二のカップリングを示す斜視図。
【図５】第１の実施の形態による回転ターゲット式成膜装置により成膜を行っている様子を示す説明図。
【図６】第１の実施の形態による回転ターゲット式成膜装置を用いた第１の成膜方法における各ステップを示すフローチャート。
【図７】第１の実施の形態による回転ターゲット式成膜装置を用いた第２の成膜方法における各ステップを示すフローチャート。
【図８】本発明の第２の実施の形態による回転ターゲット式成膜装置の全体構成を示す説明図。
【図９】第２の実施の形態による回転ターゲット式成膜装置に用いられる回転機構及びアース接続部を示す説明図。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線に沿った断面図。
【図１１】第２の実施の形態による回転ターゲット式成膜装置により成膜を行っている際の電子の流れを示す説明図。
【図１２】第１の変形例による回転ターゲット式成膜装置における回転機構及びアース接続部の構成に加え、成膜時の電子の流れを示す説明図。
【図１３Ａ】第２の変形例による回転ターゲット式成膜装置における回転機構及びアース接続部の構成に加え、成膜時の電子の流れを示す説明図。
【図１３Ｂ】図１３Ａの回転ターゲット式成膜装置におけるアース接続部を上方から見た図。
【図１４】第３の変形例による回転ターゲット式成膜装置における回転機構及びアース接続部の構成に加え、成膜時の電子の流れを示す説明図。
【図１５】第４の変形例による回転ターゲット式成膜装置における回転機構及びアース接続部の構成に加え、成膜時の電子の流れを示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明の第１の実施の形態による回転ターゲット式成膜装置について図１乃至図７に基づき説明する。
【００３４】
最初に、第１の実施の形態による回転ターゲット式成膜装置１の構成について図１および図２を参照して説明する。図１に示されるように、回転ターゲット式成膜装置１は、真空容器６と、回転坩堝ホルダ（ターゲットホルダ）１０と、基板ホルダ２０と、電子線発生装置３０と、電子線収束装置４０と、レーザ光照射装置５０と、回転機構８０とを備えている。
【００３５】
真空容器６の内部には真空室６１が画成されている。真空容器６には真空装置（真空ポンプ）６５が設けられており、真空室６１を排気して真空状態にすることが可能である。真空室６１内には、回転坩堝ホルダ１０、基板ホルダ２０、電子線発生装置３０のうち後述するフィラメント３１、および電子線収束装置４０などが設けられている。
【００３６】
回転坩堝ホルダ１０は、固体材料からなるターゲット１１を保持するためのものである。図１および図２に示されるように、回転坩堝ホルダ１０の下方には水冷装置１８が設けられており、坩堝１７およびターゲット１１を冷却保持することが可能である。図２に示されるように、水冷装置１８は、水冷容器１８１と水冷パイプ１８２とを備えている。
【００３７】
水冷容器１８１は、後述の第二の回転伝達棒８７の周囲を囲むように、略ドーナツ状に構成されている。水冷容器１８１の内部には、冷却水を満たすための冷却水空間１８１Ｓが形成されている。また水冷容器１８１の一部（図２における左下端部）は後述の永久磁石４１と接触しているため、永久磁石４１を効果的に冷却して、昇温による消磁を防止することができる。一方、回転坩堝ホルダ１０をスムーズに回転させるため、水冷容器１８１と回転坩堝ホルダ１０とは接触していない（つまり、隙間が形成されている。）。しかし、水冷容器１８１と回転坩堝ホルダ１０との距離は０．１μｍ以上かつ２ｍｍ以下となるように構成されているので、回転坩堝ホルダ１０をスムーズに回転させつつ、回転坩堝ホルダ１０を効果的に放射冷却することが可能である。
【００３８】
水冷パイプ１８２は、その一端が冷却水空間１８１Ｓと連通するように水冷容器１８１に接続され、他端が供給装置（図示せず）に接続されている。よって水冷パイプ１８２は、供給装置（図示せず）から供給される冷却水を水冷容器１８１に供給することができる。
【００３９】
図１に示されるように回転坩堝ホルダ１０はアースに接続されているため、回転坩堝ホルダ１０、坩堝１７、およびターゲット１１は全てアース電位となっている。また、真空容器６もアース電位である。
【００４０】
基板ホルダ２０は、薄膜を形成するための成膜用基板２１を保持するためのものである。本実施の形態においては、基板ホルダ２０は、ターゲット１１に対して約１０ｃｍ離れた上方（＋Ｚ方向）に設けられている。基板ホルダ２０は開口部２０ａを有していて、成膜用基板２１の成膜面２１Ａがターゲット１１に向かって露出している。よって、ターゲット１１から蒸発した物質が、開口部２０ａを通って成膜面２１Ａに蒸着されるようになっている。なお図１において、基板ホルダ２０および成膜用基板２１については、成膜面２１Ａに垂直な方向に沿った断面が示されている。
【００４１】
基板ホルダ２０と回転坩堝ホルダ１０との間には、シャッタ７１が設置されている。シャッタ７１は開閉可能に構成され、開状態においてはターゲット１１から蒸発した物質が成膜用基板２１に到達するのを許容し、閉状態においてはターゲット１１から蒸発した物質が成膜用基板２１に到達するのを阻止する。
【００４２】
電子線発生装置３０は、フィラメント３１と電子線発生用駆動電源３２とから構成される。フィラメント３１は、例えばタングステンフィラメントから構成され、電流が流れると自由電子を放出する。電子線発生用駆動電源３２は、フィラメント３１にマイナスの電位を与え、かつ、フィラメント３１を加熱する電流を流すためのものである。電子線発生用駆動電源３２は、交流電源３３、直流電源３４、コイルＬ１〜Ｌ３、コンデンサＣ１、Ｃ２、および遠隔操作装置３５を備えている。
【００４３】
交流電源３３の電圧Ｖは、後述するように遠隔操作装置３５により可変である。交流電源３３はコイルＬ１に接続されている。コイルＬ１〜Ｌ３は、全体として一つの絶縁トランスを構成している。図１のコイルＬ１〜Ｌ３にそれぞれ付された点で示されるように、コイルＬ２およびＬ３の極性は互いに等しく、コイルＬ２、Ｌ３とコイルＬ１の極性は互いに逆向きである。またコイルＬ２およびＬ３のインダクタンスは互いに等しい。また、コンデンサＣ１およびＣ２は互いに等しい容量を有する。
【００４４】
直流電源３４は、その一方がアースに接続され、もう一方がコンデンサＣ１とＣ２との間およびコイルＬ２とＬ３との間に接続されている。直流電源３４の電圧Ｅは、遠隔操作装置３５により、０〜−８ｋＶ（キロボルト）の範囲で可変である。なお、電子線発生装置３０には、フィラメント３１に流れる電流を測定するための電流計（図示せず）が接続されている。
【００４５】
遠隔操作装置３５は、パワースイッチ３５Ｐ、制御つまみ３５Ａ、および制御つまみ３５Ｂを備えている。パワースイッチ３５Ｐは、電子線発生装置３０の電源をオン・オフするためのスイッチである。制御つまみ３５Ａは、直流電源３４の電圧Ｅを調整するためのつまみである。制御つまみ３５Ｂは、交流電源３３の電圧Ｖを調整するためのつまみである。なお、電子線発生装置３０のうちフィラメント３１は真空室６１内に設けられているが、電子線発生用駆動電源３２は真空容器６の外部に設けられている。
【００４６】
電子線収束装置４０は、永久磁石４１と、ヨーク４２および４３と、アノード４４とを備えている。ヨーク４２、４３は鋼鉄製で、永久磁石４１の両側にそれぞれ設けられている。永久磁石４１とヨーク４２および４３とは全体として略「コ」の字状をなしており、したがって馬蹄形磁石と同様の磁界Ｈ（図５）を形成する。
【００４７】
アノード４４は略平板状をなし、その中ほどには上下方向（Ｚ軸方向）に貫通する貫通孔４４ａが形成されている。図２に示されるように、アノード４４は、貫通孔４４ａがフィラメント３１の上方（＋Ｚ方向）に位置するように設けられている。また図１に示されるようにアノード４４は、アースに接続されている。
【００４８】
レーザ光照射装置５０は、レーザ装置５１、レンズ５２、および移動装置５３を備えている。レーザ装置５１は、所望の波長、強度、周波数を有するパルスレーザ光を発生させることが可能な市販のパルスレーザ装置である。レンズ５２は、レーザ装置５１から発せられたレーザ光を集光してターゲット１１に照射するためのレンズであり、本実施の形態においては焦点距離５００ｍｍの石英レンズが用いられる。移動装置５３は、レンズ５２に接続され、ＸＹＺ各軸方向に関してレンズ５２を平行移動させることが可能である。かかる移動を行うことにより、ターゲット１１の表面におけるレーザ光の照射位置を移動させることができる。なお、これらレーザ装置５１、レンズ５２、および移動装置５３は、真空容器６の外部に設けられている。
【００４９】
真空容器６の壁にはレーザ窓６３が設けられており、レーザ装置５１から発せられレンズ５２により集光されたレーザ光を透過可能である。真空室６１内であって、レーザ窓６３とターゲット１１との間には、開閉可能に構成されたシャッタ７２が設けられている。シャッタ７２はレーザ光照射時以外には閉じられ、加熱されたターゲット１１から蒸発する気体成分がレーザ窓６３に付着するのを抑制する。
【００５０】
また、真空容器６の壁にはターゲット観察用窓６２が設けられており、ターゲット１１の様子を外部から観察することができる。真空室６１内であって、ターゲット観察用窓６２とターゲット１１との間には、開閉可能に構成されたシャッタ７３が設けられている。シャッタ７３はターゲット観察時以外には閉じておかれるため、加熱されたターゲット１１から蒸発する気体成分がターゲット観察用窓６２に付着するのを抑制することができる。
【００５１】
次に、図１及び図２に基づき回転機構８０について説明する。回転機構８０は、モータ８１、回転導入端子８２、第一のカップリング８３、第一の回転伝達棒８４、回転軸受８５、第二のカップリング８６、及び第二の回転伝達棒８７を備えており、モータ８１の回転力を回転坩堝ホルダ１０に伝達可能である。
【００５２】
モータ８１は、真空容器６の外部に設けられている。モータ８１は出力軸（図示せず）を備えており、出力軸を回転するための回転力を発生する。
【００５３】
回転導入端子８２は、真空容器６の外部（大気側）から真空室６１内に回転運動を導入するための端子である。回転導入端子８２は、真空容器６（装置本体）に支持されている。回転導入端子８２は回転軸（図示せず）を備えており、該回転軸の大気側の端部はモータ８１の出力軸に接続され、真空室側の端部は第一のカップリング８３に接続されている。回転導入端子８２の回転軸（図示せず）は、ベローズにより気密にシールされている。かかる構成により、真空室６１の真空を維持した状態で、モータ８１の回転力を第一のカップリング８３に伝達することができる。
【００５４】
第一のカップリング８３は、回転導入端子８２と第一の回転伝達棒８４とを結合するためのカップリングである。図４Ａに示されるように、第一のカップリング８３はベローズ又はバネ状の構造を有していて、回転導入端子８２と第一の回転伝達棒８４それぞれの軸中心のわずかなずれや回転に伴う振動を吸収して、回転をスムーズに伝達することが可能である。
【００５５】
第一の回転伝達棒８４は、その一端が第一のカップリング８３を介して回転導入端子８２と接続され、他端が第二のカップリング８６を介して第二の回転伝達棒８７と接続されている。第一の回転伝達棒８４は、その途中部分において、回転軸受８５により回転可能に支持されている。
【００５６】
回転軸受８５は、金属性の内輪８５１及び外輪８５２を備えており、内輪８５１と外輪８５２との間には自由回転する剛球（図示せず）が複数設けられている。外輪８５２は、回転軸受支持金具（図示せず）によって、真空容器６（装置本体）に固定されている。また、第一の回転伝達棒８４は内輪８５１に固定されており、内輪８５１と共に回転可能である。なお、回転坩堝ホルダ１０が偏心回転しないようにするため、回転軸受８５及び回転軸受支持金具（図示せず）には剛性が必要とされる。回転軸受８５の剛球表面には、接触面での摩擦が少なくしかも電気を通すように銀の膜が被覆されている。この銀の膜は、導電性の固体潤滑剤として機能する。なお、回転軸受８５はその全体が耐高温金属で製作されているため、ターゲットの昇温による第一の回転伝達棒８４の５００℃までの昇温にも耐えることが可能である。このような回転軸受８５として、例えば東京光洋ベアリング社のＳＥ６２６ＺＺＳＴＭＧ３を用いることができる。
【００５７】
第二の回転伝達棒８７は、その一端が第二のカップリング８６を介して第一の回転伝達棒８４と結合されており、他端が回転坩堝ホルダ１０と同軸となるように固定されている。また、図４Ｂに示されるように、第二のカップリング８６は、単に第一の回転伝達棒８４と第二の回転伝達棒８７とを接続するためのカップリングであり、第一のカップリング８３と異なりベローズ等は形成されていない。
【００５８】
なお、本実施の形態においては、ターゲット１１を回転坩堝ホルダ１０にセットする際の坩堝１７として、ＢＮコンポジット坩堝１０１及びグラファイト坩堝１０２を用いる。すなわち、図２に示されるように、ターゲット１１はＢＮコンポジット坩堝１０１の中に入れられ、ＢＮコンポジット坩堝１０１はグラファイト坩堝１０２の中に入れられている。ＢＮコンポジット坩堝１０１は、正確には「ＢＮコンポジットＥＣ製坩堝」と呼ばれ、ＢＮ（窒化硼素）、ＴｉＢ２（硼化チタン）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）の３種類の物質を混合し焼結した導電性セラミック製の坩堝である。ＢＮコンポジット坩堝１０１の大きさは、例えば内径２０ｍｍ、外径２３ｍｍ、深さ５ｍｍである。また、グラファイト坩堝１０２はグラファイト製の坩堝であり、例えば内径２３ｍｍ、外径２６ｍｍ、深さ５ｍｍの大きさを有している。
【００５９】
図２に示されるように、回転坩堝ホルダ１０の側壁部１０Ａは、底部１０Ｂから略垂直に立設されている。これに対して、ＢＮコンポジット坩堝１０１の側壁部１０１Ａ及びグラファイト坩堝１０２の側壁部１０２Ａは、それぞれの底部１０１Ｂ、１０２Ｂから半径方向外側へ広がって形成されている。また、ＢＮコンポジット坩堝１０１とグラファイト坩堝１０２とは、底部１０１Ｂ、１０２Ｂにおいても側壁部１０１Ａ、１０２Ａにおいても、ほぼ隙間無く重なるような形状に形成されている。一方、グラファイト坩堝１０２と回転坩堝ホルダ１０との間には隙間が形成されている。
【００６０】
かかる構成により、グラファイト坩堝１０２と回転坩堝ホルダ１０とを密着させる場合と比べて、グラファイト坩堝１０２と回転坩堝ホルダ１０との接触面積が少なくなる。これにより、ＢＮコンポジット坩堝１０１及びグラファイト坩堝１０２から回転坩堝ホルダ１０を通って外部に逃げる熱量が少なくなる。しかも、ターゲット１１は、ＢＮコンポジット坩堝１０１、グラファイト坩堝１０２、回転坩堝ホルダ１０、回転機構８０を介して、真空容器６と電気的に結合している（図１）。また、グラファイト坩堝１０２の中にＢＮコンポジット坩堝１０１を入れることにより、温度変化に伴うＢＮコンポジット坩堝１０１の割れを防止することができる。また、ＢＮコンポジット坩堝１０１は特にアルミニウムの濡れがよいので、ターゲット１１にアルミニウムを用いる場合にはターゲット１１を効率良く加熱することが可能であり、しかも不純物の混入を防止できる。
【００６１】
次に、上述した回転ターゲット式成膜装置１を用いた成膜方法について、図５乃至図７を参照しながら具体的に説明する。図５は回転ターゲット式成膜装置１により成膜を行っている様子を示している。図６は第１の成膜方法おける各ステップ（以下、ステップを「Ｓ」と称する。）Ｓ１０〜Ｓ４０を示すフローチャートである。図７は第２の成膜方法おける各ステップＳ１１０〜Ｓ１４０を示すフローチャートである。
【００６２】
第１の成膜方法の例として、回転ターゲット式成膜装置１を用いてアルミニウム薄膜を石英ガラス基板上へ形成する方法について、図５及び図６を参照しながら説明する。
【００６３】
Ｓ１０では、ターゲットの準備を行う。直径２ｍｍ、長さ５ｍｍ、純度９９・９９％の円筒状アルミニウム粒をＢＮコンポジット坩堝１０１（図２）の中に一杯まで入れる。ＢＮコンポジット坩堝１０１を、回転坩堝ホルダ１０に載置されたグラファイト坩堝１０２の中に入れる。その後、真空容器６を真空装置６５により排気して、約３×１０−６ｔｏｒｒより良い真空度にする。
【００６４】
このときシャッタ７１及び７２は共に閉じた状態にしておく。モータ８１に電流を流して回転坩堝ホルダ１０を６ＲＰＭの速度で回転させる。水冷装置１８に冷却水を流して水冷した後、電子線発生用駆動電源３２のパワースイッチ３５Ｐをオンにし、制御つまみ３５Ａ及び３５Ｂを調整してフィラメント３１に約５ｋＶの直流高電圧と約０．５ｋＶの交流電圧を印加する。次にフィラメント加熱用電流を徐々に増やして、ターゲット１１側への放射電子線束を約２０ｍＡ、つまり投入電力を約１００Ｗに維持する。このとき、フィラメント３１より放出された電子線Ｄは、マイナス５ｋＶのフィラメント３１とアノード４４との間で加速されると共に、アノード４４の貫通孔４４ａが形成する電子レンズと永久磁石４１及びヨーク４２、４３によって形成されている磁場のために、ＢＮコンポジット坩堝１０１の中心から約７．５ｍｍのターゲット上、動径方向に細長い０．３ｍｍ×１ｍｍの領域に集束照射される。
【００６５】
なお、フィラメント３１に流れる電流が増加するほど放出される電子の量も増加するため、交流電源３３の電圧Ｖを調整することによりフィラメント３１に流れる電流値を調整して、フィラメント３１から放出される電子線Ｄの強度を調整することが可能である。また、後述するように直流電源３４の電圧Ｅを調整することによって電子線Ｄの収束位置を調整することが可能である。
【００６６】
５分後にターゲット観察用窓６２からターゲット１１を見ると、アルミニウム粒が完全に溶け合って１個の一様な半球状の魂になっている。電子線Ｄの照射を停止し、回転坩堝ホルダ１０の回転を止め、ターゲット１１及び坩堝１０１、１０２を室温に戻した後、真空容器６内部に窒素ガスを充填する。更に上述したのと同様のアルミニウム粒をＢＮコンポジット坩堝１０１に一杯になるまで入れ、真空排気した後、上記と同様の操作によりアルミニウムを加熱することにより、直径約１８ｍｍの球状液体となる。続いて、放射電子線束を約４０ｍＡにすることにより、ターゲット１１（アルミニウム）はＢＮコンポジット坩堝１０１の内壁全体に接触して広がる凸面状の魂になる（図２に示す状態）。その後、電子線Ｄの照射を停止し、再び室温に戻す。
【００６７】
ここで、電子線発生用駆動電源３２がフィラメント３１にマイナスの電位を与え、かつ、フィラメント３１を加熱する電流を流すしくみについて説明する。交流電源３３による電流がコイルＬ１に流れると、コイルＬ２およびＬ３に誘導起電力が生じる。上述したようにコイルＬ２、Ｌ３の極性およびインダクタンスは等しいので、向きおよび大きさの等しい誘導起電力がコイルＬ２およびＬ３にそれぞれ生じ、フィラメント３１の両端にはこれらの起電力を足し合わせた交流電圧が印加される。またフィラメント３１には、直流電源３４の電圧Ｅの分だけアースに対して低い電位が与えられる。以上より、フィラメント３１には、電位−Ｅ（マイナスＥ）を中心とし、かつ、交流電源３３の電圧に応じた振幅を有する交流電圧が印加されることになる。なお、コンデンサＣ１およびＣ２はフィラメント３１に印加される交流電圧を平滑化する機能を有するので、フィラメント３１の電位をより安定にすることができる。
【００６８】
次に、直流電源３４の電圧Ｅを変えることにより電子線Ｄの収束位置を調整できるしくみについて説明する。上述したように、フィラメント３１には約−Ｅの電位が与えられており、アノード４４にはアース電位が与えられている。よって、フィラメント３１とアノード４４との間には、電位−Ｅとアース電位との差による電界がかかっている。また、アノード４４の電位は、回転坩堝ホルダ１０および真空容器６と同じくアース電位である。以上より、フィラメント３１から放出された電子は、この電界によって上方（＋Ｚ方向）へ向かって加速される。フィラメント３１の上方には、アノード４４の貫通孔４４ａが位置しているため（図２）、大部分の電子は貫通孔４４ａを通過してアノード４４の上方に達する。ここでアノード４４の上方に達した時点での電子の速度をｖとすると、速度ｖは電圧Ｅの値が大きいほど大きい。
【００６９】
一方、永久磁石４１およびヨーク４２、４３により、磁界Ｈが生じている。速度ｖの電子は、磁束密度Ｂの磁界中において、Ｆ＝−ｅ・ｖ×Ｂで表される力Ｆを受ける。ここで、ｅは電子の電荷量、ｖとＢは共にベクトルであり、・はスカラー積、×はベクトル積を表す。すなわち電子は、速度ｖの方向および磁束密度Ｂの磁界の方向の両方に垂直な方向に向かう力Ｆを受ける。よって、電子は力Ｆの大きさに応じた距離だけ曲げられる。上記のように速度ｖは直流電源３４の電圧Ｅの値が大きいほど大きくなるため、電圧Ｅを調整することにより電子線Ｄの収束位置を調整することができる。以上説明したように、電子線収束装置４０は、フィラメント３１から放出された電子を、電界および磁界の電子レンズ効果によってターゲット１１上の所望の領域に収束照射することができる。
【００７０】
Ｓ２０では、成膜の準備を行う。洗浄済の厚さ０．５ｍｍ、一辺が１ｃｍの正方形石英ガラス板を基板ホルダ２０に固定した後、真空装置６５によって排気して、約３×１０−６ｔｏｒｒより良い真空度にする。シャッタ７１及び７２は共に閉じた状態にしておく。モータ８１に電流を流して回転坩堝ホルダ１０を６ＲＰＭの速度で回転させる。水冷装置１８に水を流して水冷した後、電子線発生用駆動電源３２のパワースイッチ３５Ｐを入れ、制御つまみ３５Ａ及び３５Ｂを調整して、フィラメント３１に約５ｋＶの直流高電圧と約０．５ｋＶの交流電圧を印加する。次に、フィラメント加熱用電流を徐々に増加させて、ターゲット１１への放射電子線束を約２０ｍＡにして維持すると、５分後にターゲット１１（アルミニウム）の全体が凸レンズ形状の液体になる。
【００７１】
Ｓ３０では、レーザ光照射を行う。レーザ装置５１を駆動し、波長２４８ｎｍ、強度１５０ｍＪ／パルス、パルス周波数５０Ｈｚのレーザ光Ｒを発生させる。シャッタ７２を開け、レンズ５２によって集光されたレーザ光Ｒを、レーザ窓６３を通して液体状にされたターゲット１１の上面に入射結像させる。このとき、レーザ光Ｒは、ターゲット１１の上面に垂直な方向に対して６０度の角度でターゲット１１に入射する。また、レーザ光Ｒがターゲット１１に入射する位置では、約２ｍｍ×０．４ｍｍに集光されている。
【００７２】
移動装置５３によってターゲット１１の上面の中心を含む±５ｍｍの領域を３ｍｍ／秒の速度で照射掃引する。約２００ｍＪ／パルス以上の強度にすると、ターゲット１１から液滴が発生して薄膜内に微粒子付着するので、レーザ光Ｒの強度をそれ以下にするのが望ましい。ただし、約２００ｍＪ／パルス以上の強度であっても、レンズ５２とターゲット１１との距離を短くして集光強度を落とすことにより、液滴の発生を抑えることが可能である。
【００７３】
Ｓ４０では、成膜を行う。レーザ光照射を行ってから数分後に、シャッタ７１を開けて成膜用基板（ガラス基板）２１上への成膜を開始し、３０分後にシャッタ７１を閉めて成膜を終了する。
【００７４】
実際に上記の方法により成膜実験を行ったところ、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）による観測可能なサイズである１０ｎｍ以上の大きさの微粒子がなく、かつ、厚さ約２００ｎｍの良質なアルミニウム膜を得ることができた。また、このアルミニウム膜にセロハンテープを粘着させた後にセロハンテープを剥がすという実験を行ったが、室温基板上に通常の抵抗加熱蒸着法により形成した膜と異なり、シリコン膜が剥がれることはなかった。更に比較のため、レーザ光照射を行わずに電子線照射のみでどの程度の膜厚の膜が形成されるかの実験を行ってみたところ、実験の誤差範囲内で膜の付着が確認されなかった。更に、ＢＮコンポジット坩堝１０１の主要構成元素であるＢ（硼素）、Ｎ（窒素）、Ｔｉ（チタン）及びＯ（酸素）について膜への含有量を調べた結果、アルミニウム原料に含まれる不純物量と同程度以下であった。
【００７５】
次に第２の成膜方法の例として、回転ターゲット式成膜装置１を用いてアモルファスシリコン（Ｓｉ）薄膜を石英ガラス基板上へ形成する方法について、図７を参照しながら説明する。
【００７６】
シリコン（Ｓｉ）は、融点における蒸気圧がアルミニウム（Ａｌ）より１０の５乗程度高いので、溶融させたときの蒸気圧が問題になる。一方、シリコンはアルミニウムと比べて熱伝導度が約１／１０と小さいために、電子線による局所的な加熱が可能である。本例では、直径２０ｍｍ、厚さ５ｍｍのシリコンターゲットを内径２０ｍｍ、外径２３ｍｍ、探さ４ｍｍ、底の厚さ１０ｍｍの金属銅放熱容器（図示せず）の中に入れてアブレーション成膜を行う。
【００７７】
Ｓ１１０では、ターゲット及び成膜用基板の準備を行う。本例では、図１、図２の坩堝１７の代わりに、上記の金属銅放熱容器を用いる。シリコンが入れられた金属銅放熱容器を回転坩堝ホルダ１０の中に載置する。回転坩堝ホルダ１０すなわちターゲット１１を６ＲＰＭで回転させる。また成膜用基板（ガラス基板）２１を基板ホルダ２０に設置する。
【００７８】
Ｓ１２０では、電子線照射を行う。電子線発生用駆動電源３２のパワースイッチ３５Ｐをオンにし、制御つまみ３５Ａ及び３５Ｂを調整して、フィラメント３１に約５ｋＶの直流高電圧と０Ｖの交流電圧を印加する。フィラメント加熱用電流を徐々に増やして、ターゲット１１への放射電子線束を約２５ｍＡとする。これにより、シリコンターゲット上の内径約１３ｍｍ、幅約２ｍｍのリング状領域が溶融する。
【００７９】
Ｓ１３０では、レーザ光照射を行う。波長２４８ｎｍ、強度１３０ｍＪ／パルス、パルス周波数１００Ｈｚのレーザ光Ｒを、約２ｍｍ×０．４ｍｍの範囲に集光して上記リング状の溶融領域に照射する。これにより、ターゲット１１の温度が上昇し、該リング状の溶融領域は幅約２．５ｍｍの領域に拡大されると共に、アブレーション効果によってシリコンが蒸発する。このようなレーザ光照射を約５分間行う。
【００８０】
Ｓ１４０では、成膜を行う。レーザ光照射を終了して約５分経過すると温度及び蒸発の状況が安定するので、シャッタ７１を開いて室温状態の成膜用基板（ガラス基板）２１へ成膜を行う。
【００８１】
かかる方法によってアモルファスシリコン薄膜の成膜実験を行ったところ、液滴やその他の不純物の混入は確認されなかった。また、成膜用基板２１が室温の状態で成膜を行ったにもかかわらず、付着力が強かった。
【００８２】
以上説明したように、本実施の形態による回転ターゲット式成膜装置１によれば、アルミニウムのような低融点材料やシリコンのように融点における蒸気圧が高い材料に関して、微粒子や坩堝等からの不純物が少なく、かつ基板への付着力の強い膜を室温状態の基板へ成膜可能である。つまり、レーザアブレーション法に特長的な性質を持つ膜形成が可能となる。
【００８３】
また、本実施の形態による回転ターゲット式成膜装置１によれば、電子線収束装置４０がターゲット１１の一部を液体化し、レーザ光照射装置５０が該ターゲット１１の液体化された一部にレーザ光Ｒを照射するため、固体ターゲットを用いたレーザアブレーション成膜法のように微粒子が発生するという問題が生じない。しかも、ターゲット１１の一部の領域を液体化することができるため、ターゲット１１が液体状態での蒸気圧が高いシリコン（Ｓｉ）などの材料である場合でも、液体化された部分から蒸発する蒸気の量は非常に少ない。すなわち、かかる蒸気が基板に付着する量は、レーザアブレーションによる付着量に比べて無視できる程度である。したがって、本装置により形成された薄膜は、一様性が良く、付着強度が高い等、レーザアブレーション法に特徴的な多くのメリットを有している。また、本装置によれば、ターゲット１１がアルミニウム（Ａｌ）など低融点の低蒸気圧材料あるいは高融点の昇華性材料である場合であっても、同様に良好な膜質の薄膜を形成することができる。すなわち、任意の固体材料に関して、レーザアブレーション法による良好な膜質の薄膜を形成することができる。
【００８４】
また、本実施の形態による回転ターゲット式成膜装置１はターゲットホルダ１０を回転可能な回転機構８０を備えているため、ターゲット１１を回転しながらレーザアブレーションを行うことができる。このため、ターゲットを固定した状態でレーザアブレーションを行う場合（固定ターゲット式電子線補助照射レーザアブレーション成膜装置）と比べて、液滴の発生なしにアブレーション可能な溶融領域を広くすることができ、ターゲットの利用効率を向上させることが可能である。
【００８５】
また、固定ターゲット式レーザアブレーション成膜装置では、ターゲットの一部（一箇所）のみにレーザ光線が照射されてアブレーション効果によって成膜材料が除去される結果、時間が経つにつれてその部分のくぼみが深くなるために、レーザ光線の照射密度が低下して成膜スピードが落ちる場合がある。しかし、本実施の形態による回転ターゲット式成膜装置１によれば、ターゲット１１を回転しながらレーザアブレーションを行うことができるため、ターゲット１１のより広い領域にレーザ光線が照射され、上述したような現象は生じない。
【００８６】
更に、固定ターゲット式レーザアブレーション成膜装置と比べて、ターゲット１１のより広い領域を成膜に用いることができるため、実効的なターゲット寿命が長くなる。したがって、複数枚の成膜用基板２１に成膜するなどの方法により長時間にわたって成膜を行うことができるため、真空を破ってターゲット１１を交換する頻度が少なくなる。よって、ターゲット１１及び成膜用基板２１の出し入れに伴う酸素の混入も抑制することができる。
【００８７】
また、本実施の形態による回転ターゲット式成膜装置１によれば、ターゲットホルダ１０は、回転機構８０を介して装置本体６に接続されており、ターゲットホルダ１０、回転機構８０、及び装置本体６は導電性を有するから、ターゲット１１に照射された電子は、ターゲットホルダ１０、回転機構８０、装置本体６を通ってアースへと流れることができる。したがって、ターゲット表面に電子が溜まってしまい、クーロン反発力のために電子線を持続的に照射できなくなるという問題を回避することができる。
【００８８】
更に、本実施の形態による回転ターゲット式成膜装置１によれば、回転機構８０は、モータ８１、回転導入端子８２、回転軸受８５、及び回転伝達棒８４、８７を備えているから、真空室６１内に設けられたターゲットホルダ１０にモータ８１の回転力を効率的に伝達することができる。また、回転軸受８５は、導電性の内輪８５１及び外輪８５２と、内輪８５１と外輪８５２との間に設けられる導電性の回転玉とを備え、該回転玉の表面には導電性の固体潤滑剤がコーティングされているから、例えば内輪と外輪との間の導電性が確保されていないセラミック製軸受と異なり、ターゲット１１上に照射された電子は装置本体６側へと流れ、かつ回転玉と内輪８５１及び外輪８５２との間での発塵が生じない。
【００８９】
また、本実施の形態による回転ターゲット式成膜装置１によれば、ターゲットホルダ１０を冷却するための水冷装置１８を備えるので、ターゲットホルダ１０の周囲が昇温して真空度が低下したり、電子レンズの一部を形成する永久磁石４１がターゲットホルダ１０の近傍に置かれている場合に永久磁石４１が加熱されて磁場を発生できなくなるという問題を防止することができる。
【００９０】
更には、水冷装置１８は水冷容器１８１を備え、水冷容器１８１とターゲットホルダ１０との距離が０．１μｍ以上かつ２ｍｍ以下であるから、ターゲットホルダ１０をスムーズに回転させつつ、ターゲットホルダ１０を効果的に放射冷却することが可能である。
【００９１】
本発明の第２の実施の形態による回転ターゲット式成膜装置１００及びその変形例について図８乃至図１５に基づき説明する。第２の実施の形態による回転ターゲット式成膜装置１００の構成は、回転機構に対するアースの構成を除き、第１の実施の形態による回転ターゲット式成膜装置１と同様である。よって、ここでは回転機構に対するアースの構成についてのみ説明し、他の構成についてはその説明を省略する。
【００９２】
図８に示されるように、第２の実施の形態による回転ターゲット式成膜装置１００では、回転機構８０のうち第二のカップリング８６がアースに接続されている。
【００９３】
より具体的には図９に示されるように、真空容器６（装置本体）には、軸受支持部材８５Ａが固定されている。ここで、第二の回転伝達棒８７、第二のカップリング８６、第一の回転伝達棒８４、第一のカップリング８３、及び、回転導入端子８２の回転軸８２Ａをまとめて回転軸と呼ぶことにすると、回転軸は、回転軸受８５及び回転導入端子８２の両軸受に回転可能に支持されている。以下、回転軸受８５及び回転導入端子８２の両者を併せて回転軸受８８と呼ぶことにする。
【００９４】
より具体的には、軸受支持部材８５Ａには回転軸受８５の外輪８５２が固定されており、回転軸受８５の内輪８５１には第一の回転伝達棒８４が固定されている。同様に、回転軸８２Ａは回転導入端子８２の内輪に固定されている。また、回転軸の上端（第二の回転伝達棒８７の上端）が回転坩堝ホルダ１０に接続固定されており、回転軸の下端（回転軸８２Ａの下端）はモータ８１（回転手段）の出力軸に接続されている。なお上述した第１の実施の形態では回転軸受８５の剛球表面に銀の膜が被覆されていたが、本実施の形態では通常の潤滑剤（潤滑油など）が用いられている。
【００９５】
また真空容器６には、導電性を有する柱状のアース支持部材９３が固定されており、アース支持部材９３にアース接続部９１が支持されている。アース接続部９１は、基部９１１と基部９１１から櫛歯状に延びる櫛歯部９１２とを有する導電性の薄板（例えばステンレス等の金属製薄板）により構成されている。本実施の形態では櫛歯部９１２は３本の櫛歯を有するが、櫛歯は何本でもよい。またアース接続部９１と接触する第二のカップリング８６は、アース接続部９１と同じ材質、つまりステンレスにより形成されている。
【００９６】
図１０に示されるように、アース接続部９１は、第二のカップリング８６を挟んで互いに対向するように２枚設けられている。２枚のアース接続部９１の各櫛歯部９１２は、第二のカップリング８６を挟み込むようにして接触している。アース接続部９１は弾性を有するため、回転軸（第二のカップリング８６）に対して弾性的に接触する。なお、各アース接続部９１は、例えばボルト９２Ａにより固定部材９２に固定され、固定部材９２はアース支持部材９３に固定されている。
【００９７】
本実施の形態では、アース接続部９１と接触する第二のカップリング８６（接触部）は、ターゲットホルダ１０に接続される第二の回転伝達棒８７（ターゲットホルダ接続部）と、回転軸受８５に支持される第一の回転伝達棒８４（軸受支持部）との間に位置している。
【００９８】
また本実施の形態では、アース接続部９１と回転軸（第二のカップリング８６）との接触部の電気抵抗が回転軸受８８の電気抵抗よりも小さくなるように構成されている。アース接続部９１に大部分の電子（電流）を流すためである。このためには、アース接続部９１が回転軸（第二のカップリング８６）に対して接触する弾性力を適切に設定することが必要である。もし、過度に強い力で電気的接触を確保しようとすると、アース接続部９１と回転軸との摩擦力が大きくなって回転に支障が生じるおそれがある。このため、回転に支障を生じない程度の力かつ電気的接触を十分に確保可能な力で接触させるのが好ましい。
【００９９】
次に回転ターゲット式成膜装置１００により成膜を行う際の電子の流れについて、図１１を参照して説明する。ここで、図１１における実線の矢印Ａ１は主要な電子の流れを示している。一方、点線の矢印Ａ２は、矢印Ａ１で示される電子の流れよりも少量の電子の流れを示している。図１２、１３Ａ、１４、１５においても同様である。
【０１００】
上述したようにアース接続部９１は弾性を有するため、回転軸の回転時においても常に第二のカップリング８６に対して安定的に接触する。このため矢印Ａ１で示されるように、電子線Ｄとしてターゲット１１に照射された電子は、回転坩堝ホルダ１０、第二の回転伝達棒８７、第二のカップリング８６、アース接続部９１、固定部材９２（図１０）、アース支持部材９３、真空容器６という経路を通ってアースへと流れる。
【０１０１】
一方、矢印Ａ２で示されるように、少量の電子が回転軸受８８を通ってアースへ流れるが、この電子の量（電流の大きさ）はアース接続部９１を通る電子の量（電流の大きさ）と比べると小さい。すなわち、ターゲット１１に照射された電子のうち大部分は、アース接続部９１を通ってアースへ流れる。
【０１０２】
以上説明したように、本実施の形態による回転ターゲット式成膜装置１００によれば、電子線照射装置（電子線発生装置３０及び電子線収束装置４０）からターゲット１１に向かって照射された電子は、ターゲットホルダ１０、回転軸（第二の回転伝達棒８７及び第二のカップリング８６）及びアース接続部９１を通ってアースへと流れる。もし、このとき許容限度以上の電子が回転軸受８８を通ってアースへと流れると、回転軸受８８に焼付けや変形などの不具合が生じて回転が不安定となる可能性がある。しかし本実施の形態では回転軸受８８以外に電子の通路であるアース接続部９１が設けられるため、回転軸受８８を流れる電流が減少する。このため、回転軸受８５の不具合がなくなり寿命が伸びるとともに、回転しているターゲット１１に対して安定的に電子を供給することが可能となる（エミッション電流の安定）。さらに、安定した回転が持続するためプロセスのムラが無くなり、成膜用基板２１に対して均一かつ良好な膜質の薄膜を形成することができる。
【０１０３】
特に本実施の形態においては、アース接続部９１と回転軸との接触部の電気抵抗が回転軸受８８の電気抵抗よりも小さいため、回転軸受８８に流れる電流よりもアース接続部９１へ流れる電流の方が大きくなる。したがって、上述した回転の安定及びエミッション電流の安定を確実に達成することができる。
【０１０４】
またアース接続部９１は弾性を有する材料からなるため、回転軸に対して確実に接触して、電子を安定的にアースへ流すことができる。さらにアース接続部９１は、基部９１１と基部９１１から櫛歯状に延びる櫛歯部９１２とを有する金属製薄板により構成され、櫛歯部９１２が回転軸に接触する。かかる構成によれば、アース接続部９１と回転軸との接触面接を小さくすることができ、したがって摩擦力を小さくすることができる。よって、安定した回転に寄与する。
【０１０５】
また本実施の形態では、２枚のアース接続部９１により第二のカップリング８６を挟み込むようにして接触させている。このため、両側から同じ程度の力で挟むことによって、回転軸を傾けようとする力がかからないようにすることができる。また、一方のアース接続部９１の電気的接触が悪くなったとしても、もう一方で補償することができる。
【０１０６】
また本実施の形態による回転ターゲット式成膜装置１００では、アース接続部９１と、回転軸のうちアース接続部９１と接触する接触部（第二のカップリング８６）とは同じ材質により形成されている。もしアース接続部９１と当該接触部とが異種材質により形成されていると、固さの違いにより磨耗が生じて粉塵等の原因になったり、長期的にみると接触不良を起こしたりする可能性がある。しかし、回転ターゲット式成膜装置１００ではこのような問題が生じない。
【０１０７】
また上述のとおりアース接続部９１と接触する接触部（第二のカップリング８６）は、ターゲットホルダ１０に接続されるターゲットホルダ接続部（第二の回転伝達棒８７）と回転軸受８５に支持される軸受支持部（第一の回転伝達棒８４）との間に位置している。このため、ターゲットホルダ１０とアース接続部９１との距離の方が、ターゲットホルダ１０と回転軸受８５との距離よりも短くなり、電気抵抗も多少小さくなる。よって、より多くの電子（電流）をアース接続部９１へ流すことができる。
【０１０８】
なお、実際に上述した回転ターゲット式成膜装置１００を用いて、電子線を照射して成膜実験を行ったところ、５０時間以上回転の不具合は生じなかった。
【０１０９】
次に、第１の変形例による回転ターゲット式成膜装置における回転機構及びアース接続部について、図１２を参照して説明する。第１の変形例によるアース接続部は、コイルスプリング９６により構成される。コイルスプリング９６は、一端９６Ａと他端９６Ｂとを有し、圧縮された状態でアース支持部材９３と第二のカップリング８６との間に設けられている。一端９６Ａはアース支持部材９３に固定されており、他端９６Ｂは第二のカップリング８６に対して弾性的に接触する。かかる構成により、回転時においても、コイルスプリング９６は第二のカップリング８６に対して安定的に接触して、電子をアースへ流すことが可能である。
【０１１０】
第２の変形例による回転ターゲット式成膜装置における回転機構及びアース接続部について、図１３Ａ及び１３Ｂを参照して説明する。第２の変形例によるアース接続部は、一部をコイル状に巻いた針金状金属９７により構成される。針金状金属９７は、固定端部９７Ａとコイル部９７Ｂと自由端部９７Ｃとを有する。固定端部９７Ａは、ネジ９３Ａによりアース支持部材９３にしっかりと固定されている。確実に電気的接触をとるためである。一方、自由端部９７Ｃは、第二のカップリング８６に対してほぼ点接触する。このときコイル部９７Ｂは、自由端部９７Ｃに対して矢印Ａ３の方向に弾性力を与えるため、自由端部９７Ｃは第二のカップリング８６に対して弾性的に接触する。
【０１１１】
本変形例では、針金状金属９７は直径１ｍｍのタングステン製針金により構成されている。また第二のカップリング８６にはステンレスを用いているが、この場合ステンレスにタングステンという異金属の導電性材料を接触させることになる。しかし、針金状金属９７は第二のカップリング８６に対して点接触となるため、回転する第二のカップリング８６に対して比較的滑りがよく、しかも電気的接触も十分とることができる。
【０１１２】
第３の変形例による回転ターゲット式成膜装置における回転機構及びアース接続部について、図１４を参照して説明する。第３の変形例によるアース接続部９８は、第２の実施の形態におけるアース接続部９１と同様の櫛型形状を有する。ただし、第２の実施の形態と異なり、アース接続部９８は第一のカップリング８３に接触するように設けられており、電気的には回転軸受８５の後方に位置している。つまりアース接続部９８は、電子の流れる経路において回転軸受８５よりも下流側に位置している。本変形例においても、回転軸受８８の電気抵抗よりも、アース接続部９８と第一のカップリング８３との接触部分の電気抵抗が小さくなるように構成するのが望ましい。これにより、回転軸受８８に流れる電流よりもアース接続部９８へ流れる電流が大きくなる。したがって、ベアリング寿命を伸ばし、回転の安定及びエミッション電流の安定を達成することができる。
【０１１３】
第４の変形例による回転ターゲット式成膜装置における回転機構及びアース接続部について、図１５を参照して説明する。本変形例では、第一の回転伝達棒８４に代えて、セラミック等の絶縁材料で形成された絶縁回転伝達棒１８４が用いられている。絶縁回転伝達棒１８４は、アース接続部９１及び第二のカップリング８６の接触部と、回転軸受８５との間に位置している。この場合、実線の矢印Ａ１で示されるように、全ての電子がアース接続部９１を通り、回転軸受８８には全く電子が通らない。よって、回転軸受８８に電流が流れることによる不具合が発生しないため、ベアリング寿命を伸ばし、回転の安定及びエミッション電流の安定を確実に達成することができる。
【０１１４】
以下、その他の変形例について説明する。例えば、上述した第２の実施の形態では、２枚のアース接続部９１により第二のカップリング８６を挟み込むようにして接触させているが、アース接続部９１は１枚でもよい。ただし、この場合にはアース接続部９１と回転軸との電気的接触を確保できる範囲で、回転軸を押さえる力をできるだけ小さくすることが望ましい。
【０１１５】
また第２の実施の形態では、アース接続部９１の材料としてステンレスを用いたが、導電性の材料であれば他の材料でもよい。望ましくは、弾性（バネ性）を有する材料がよい。また、絶縁性材料からなる板を用い、表面に導電性材料をコーティングしてもよい。
【０１１６】
また第２の実施の形態及び第１乃至第４の変形例では、第二のカップリング８６又は第一のカップリング８３にアース接続部を接触させるようにしたが、回転軸の他の部分（第一の回転伝達棒８４、第二の回転伝達棒８７等）に接触させてもよい。
【０１１７】
また、第２の変形例（図１３Ａ及び１３Ｂ）では、針金状金属９７はコイル部９７Ｂを備えていたが、コイル部９７Ｂを有さない直線的な針金状金属としてもよい。
【０１１８】
また、第１及び第２の実施の形態による回転ターゲット式成膜装置１及び１００は、電子線発生装置３０及び電子線収束装置４０によりターゲット１１に電子線を補助的に照射しつつ、レーザ光照射装置５０によりレーザアブレーションを行う装置である。しかし、レーザ光照射装置５０は必ずしも設けられていなくてもよい。すなわち、一般的な電子線照射による成膜装置に対して、上述した回転機構及びアース接続部を適用してもよい。
【０１１９】
また、第１及び第２の実施の形態では、回転坩堝ホルダ１０は、回転導入端子８２に接続されたモータ８１（回転手段）により回転駆動されるが、モータを用いずに手動で回転させてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
以上のように、本発明にかかる回転ターゲット式電子線補助照射レーザアブレーション成膜装置及び回転ターゲット式電子線照射成膜装置は、良好な膜質の薄膜を形成することが可能な成膜装置として有用である。
【符号の説明】
【０１２１】
１、１００・・・回転ターゲット式成膜装置、 ６・・・真空容器（装置本体）、 １０・・・回転坩堝ホルダ（ターゲットホルダ）、 １１・・・ターゲット、 １７・・・坩堝、 １８・・・水冷装置、 ２０・・・基板ホルダ、 ２１・・・成膜用基板、 ３０・・・電子線発生装置、 ３１・・・フィラメント、 ３２・・・電子線発生用駆動電源、 ３３・・・交流電源、 ３４・・・直流電源、 ３５・・・遠隔操作装置、 ４０・・・電子線収束装置、 ４１・・・永久磁石、 ４２・・・ヨーク、 ４４・・・アノード、 ５０・・・レーザ光照射装置、 ５１・・・レーザ装置、 ５２・・・レンズ、 ５３・・・移動装置、 ６１・・・真空室、 ６２・・・ターゲット観察用窓、 ６３・・・レーザ窓、 ６５・・・真空装置、 ７１〜７３・・・シャッタ、 ８０・・・回転機構、 ８１・・・モータ、 ８２・・・回転導入端子、 ８３・・・第一のカップリング、 ８４・・・第一の回転伝達棒、 ８５・・・回転軸受、 ８５１・・・内輪、 ８５２・・・外輪、 ８５Ａ・・・軸受支持部材、 ８６・・・第二のカップリング、 ８７・・・第二の回転伝達棒、 ８８・・・回転軸受、 ９１、９８・・・アース接続部、 ９１１・・・基部、 ９１２・・・櫛歯部、 ９２・・・固定部材、 ９３・・・アース支持部材、 ９６・・・コイルスプリング、 ９７・・・針金状金属、 １０１・・・コンポジット坩堝、 １０２・・・グラファイト坩堝、 １８１・・・水冷容器、 １８２・・・水冷パイプ、 １８４・・・絶縁回転伝達棒。
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザアブレーション成膜装置及び電子線照射成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、基板に薄膜を形成する方法として、電子線照射成膜法やレーザアブレーション成膜法等が知られている。電子線照射成膜法は、電子線をターゲットに照射して蒸発させ、成膜用基板に薄膜を形成する方法である。一方、レーザアブレーション成膜法は、レーザ光をターゲットに照射してアブレーションを行うことにより薄膜を形成する方法である。
【０００３】
レーザアブレーション成膜法を用いる成膜方法として、ターゲットを抵抗加熱等の方法により加熱して液体化した状態でレーザ光を照射してアブレーションを行う方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。同様に、加熱溶融したターゲットに対してレーザ光を照射してレーザアブレーションを行う装置も知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−３１１５６１号公報
【特許文献２】特開２００２−２４１９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
固体ターゲットによるレーザアブレーション成膜法では、微粒子が発生してその微粒子が薄膜内部に取り込まれるという問題がある。特許文献１及び特許文献２に記載されているように、液体化した状態でレーザ光を照射すれば微粒子が発生しないため、微粒子が薄膜内部に取り込まれることがほとんどない。この方法は、ガリウムなど低融点でしかも蒸気圧の低い材料については有効である。
【０００６】
しかしながら、比較的高い融点を有し溶融した状態での蒸気圧が高いシリコン（Ｓｉ）などの材料の場合には、液体状態にあるターゲットから蒸発する蒸気の量が多くなる。そして、この蒸気が基板に付着する量は、レーザアブレーションによる付着量に比べて無視できない程度に達する。かかる蒸気の付着によって形成された薄膜の膜質は、レーザアブレーションにより形成された薄膜の膜質と比べて劣るため、結果として形成された薄膜の膜質が悪くなってしまう。
【０００７】
そこで本発明は、任意の固体材料に関して、液体化した材料の蒸発による成分を抑え、かつ、固体ターゲットアブレーションにおける微粒子の発生がなく、従って良好な膜質の薄膜を形成することができるレーザアブレーション成膜装置を提供することを目的とする。
【０００８】
また本発明は、ターゲットに対して安定的に電子を供給することができ、かつ、成膜用基板に対して均一で良好な膜質の薄膜を形成することができる電子線照射成膜装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、固体材料からなるターゲットを保持するターゲットホルダと、該ターゲットホルダを回転可能な回転機構と、該ターゲットホルダに対して所定の位置に設けられ、成膜用基板を保持する基板ホルダと、電子線を発生する電子線発生装置と、該回転機構により回転する該ターゲットに対して、電子レンズを形成することにより該電子線発生装置から発生された電子線を収束させ、もって該ターゲットの少なくとも一部を液体化する電子線収束装置と、液体化された該ターゲットの少なくとも一部にレーザ光を照射するレーザ光照射装置と、を備える回転ターゲット式電子線補助照射レーザアブレーション成膜装置を提供している。
【００１０】
ここで、真空室を有する装置本体を更に備え、該電子線発生装置は、電子線放出源と、該電子線放出源に電圧を印加して電子線を放出させる駆動電源とを備え、該ターゲットホルダ、該基板ホルダ、及び該電子線放出源は、該真空室内に設けられており、該ターゲットホルダは、該回転機構を介して該装置本体に接続されており、該ターゲットホルダ、該回転機構、及び該装置本体は導電性を有するのが好ましい。
【００１１】
更に、該回転機構は、該真空室の外部に設けられ回転力を発生するモータと、該装置本体に支持されると共に該モータに接続され、もって該モータの回転力を該真空室内に導入する回転導入端子と、該装置本体に支持されると共に該真空室内に設けられた回転軸受と、一端と他端とを有し、該一端は該回転導入端子に接続され該他端は該ターゲットホルダに接続されると共に、該一端と該他端との間において該回転軸受に回転可能に支持され、もって該モータの回転力を該ターゲットホルダに伝達する回転伝達棒と、を備え、該回転軸受は、導電性の内輪及び外輪と、該内輪と該外輪との間に設けられる導電性の回転玉とを備え、該回転玉の表面には、導電性の固体潤滑剤がコーティングされているのが好ましい。
【００１２】
また、該ターゲットホルダを冷却するための冷却手段を更に備えるのが好ましい。更には、該冷却手段は水冷容器を備え、該水冷容器と該ターゲットホルダとの距離が０．１μｍ以上かつ２ｍｍ以下であるのが好ましい。
【００１３】
また本発明は、装置本体と、ターゲットを保持するターゲットホルダと、該ターゲットホルダに対して所定の位置に設けられ、成膜用基板を保持する基板ホルダと、該ターゲットに対して電子線を照射する電子線照射装置と、該装置本体に支持される回転軸受と、該ターゲットホルダに接続される一端と回転手段に接続される他端とを有し、該回転軸受に回転可能に支持される回転軸と、導電性を有し該回転軸に接触して設けられるとともにアースに接続されるアース接続部とを備える回転ターゲット式電子線照射成膜装置を提供している。
【００１４】
ここで、該アース接続部と該回転軸との接触部の電気抵抗が該回転軸受の電気抵抗よりも小さいのが好ましい。また、該アース接続部は弾性を有する材料からなり、もって該回転軸に対して弾性的に接触するのが好ましい。さらに該アース接続部は、金属製薄板、金属製コイルばね、及び針金状金属の何れかにより構成されるのが好ましい。例えば、該アース接続部は、基部と該基部から櫛歯状に延びる櫛歯部とを有する金属製薄板により構成され、該櫛歯部が該回転軸に接触するのが好ましい。
【００１５】
また該回転軸は、該アース接続部と接触する接触部を備え、該アース接続部と該接触部とは同じ材質により形成されているのが好ましい。また該回転軸は、該ターゲットホルダに接続されるターゲットホルダ接続部と、該アース接続部と接触する接触部と、該回転軸受に支持される軸受支持部とを備え、該接触部は、該ターゲットホルダ接続部と該軸受支持部との間に位置するのが好ましい。あるいは該回転軸は、絶縁性材料からなる絶縁部を更に備え、該絶縁部は、該接触部と該回転軸受との間に位置するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１記載の回転ターゲット式電子線補助照射レーザアブレーション成膜装置によれば、電子線収束装置がターゲットの少なくとも一部を液体化し、レーザ光照射装置が該ターゲットの少なくとも一部にレーザ光を照射するため、固体ターゲットを用いたレーザアブレーション成膜法のように微粒子が発生するという問題が生じない。しかも、ターゲットの一部の領域のみを液体化することができるため、ターゲットが液体状態での蒸気圧が高いシリコン（Ｓｉ）などの材料である場合でも、液体化された部分から蒸発する蒸気の量は非常に少ない。すなわち、かかる蒸気が基板に付着する量は、レーザアブレーションによる付着量に比べて無視できる程度である。したがって、本装置により形成された薄膜は、一様性が良く、付着強度が高い等、レーザアブレーション法に特徴的な多くのメリットを有している。また、本装置によれば、ターゲットがアルミニウム（Ａｌ）など低融点の低蒸気圧材料あるいは高融点の昇華性材料である場合であっても、同様に良好な膜質の薄膜を形成することができる。すなわち、任意の固体材料に関して、レーザアブレーション法による良好な膜質の薄膜を形成することができる。
【００１７】
また、ターゲットホルダを回転可能な回転機構を備えているため、ターゲットを回転しながらレーザアブレーションを行うことができる。このため、ターゲットを固定した状態でレーザアブレーションを行う場合（固定ターゲット式電子線補助照射レーザアブレーション成膜装置）と比べて、液滴の発生なしにアブレーション可能な溶融領域を広くすることができ、ターゲットの利用効率を向上させることが可能である。
【００１８】
また、固定ターゲット式電子線補助照射レーザアブレーション成膜装置では、ターゲットの一部（一箇所）のみにレーザ光線が照射されてアブレーション効果によって成膜材料が除去される結果、時間が経つにつれてその部分のくぼみが深くなるために、レーザ光線の照射密度が低下して成膜スピードが落ちる場合がある。しかし、請求項１記載の回転ターゲット式電子線補助照射レーザアブレーション成膜装置によれば、ターゲットを回転しながらレーザアブレーションを行うことができるため、ターゲットのより広い領域にレーザ光線が照射され、上述したような現象は生じない。
【００１９】
更に、固定ターゲット式電子線補助照射レーザアブレーション成膜装置と比べて、ターゲットのより広い領域を成膜に用いることができるため、実効的なターゲット寿命が長くなる。このため、真空を破ってターゲットを交換する頻度が少なくなる。
【００２０】
請求項２記載の回転ターゲット式電子線補助照射レーザアブレーション成膜装置によれば、ターゲットホルダは、回転機構を介して装置本体に接続されており、ターゲットホルダ、回転機構、及び装置本体は導電性を有するから、ターゲットに照射された電子は、ターゲットホルダ、回転機構、装置本体を通ってアースへと流れることができる。したがって、ターゲット表面に電子が溜まってしまい、クーロン反発力のために電子線を持続的に照射できなくなるという問題を回避することができる。
【００２１】
請求項３記載の回転ターゲット式電子線補助照射レーザアブレーション成膜装置によれば、回転機構は、モータ、回転導入端子、回転軸受、及び回転伝達棒を備えているから、真空室内に設けられたターゲットホルダにモータの回転力を効率的に伝達することができる。また、該回転軸受は、導電性の内輪及び外輪と、該内輪と該外輪との間に設けられる導電性の回転玉とを備え、該回転玉の表面には導電性の固体潤滑剤がコーティングされているから、例えば内輪と外輪との間の導電性が確保されていないセラミック製軸受と異なり、ターゲット上に照射された電子は速やかに装置本体側へと流れ、かつ回転玉と内輪及び外輪との間での発塵が生じない。
【００２２】
請求項４記載の回転ターゲット式電子線補助照射レーザアブレーション成膜装置によれば、ターゲットホルダを冷却するための冷却手段を更に備えるので、ターゲットホルダの周囲が昇温して真空度が低下したり、電子レンズの一部を形成する磁石がターゲットホルダの近傍に置かれている場合には該磁石が加熱されて磁場を発生できなくなるという問題を防止することができる。
【００２３】
請求項５記載の回転ターゲット式電子線補助照射レーザアブレーション成膜装置によれば、冷却手段は水冷容器を備え、該水冷容器とターゲットホルダとの距離が０．１μｍ以上かつ２ｍｍ以下であるから、ターゲットホルダをスムーズに回転させつつ、ターゲットホルダを効果的に放射冷却することが可能である。
【００２４】
請求項６記載の回転ターゲット式電子線照射成膜装置によれば、電子線照射装置からターゲットに向かって照射された電子は、ターゲットホルダ、回転軸及びアース接続部を通ってアースへと流れる。もしこのとき電子の大部分が回転軸受を通ってアースへと流れると、回転軸受に焼付けや変形などが生じて回転が不安定となる可能性がある。しかし本発明では回転軸受以外に電子の通路であるアース接続部が設けられるため、回転軸受を流れる電流が減少するか若しくはゼロとなる。このため、回転軸受の不具合がなくなり寿命が伸びるとともに、回転するターゲットに対して安定して電子を供給することが可能となる（エミッション電流の安定）。さらに、安定した回転が持続するためプロセスのムラが無くなり、成膜用基板に対して均一かつ良好な膜質の薄膜を形成することができる。
【００２５】
請求項７記載の回転ターゲット式電子線照射成膜装置によれば、アース接続部と回転軸との接触部の電気抵抗が回転軸受の電気抵抗よりも小さいため、回転軸受に流れる電流よりもアース接続部へ流れる電流の方が大きくなる。したがって、上述した回転の安定及びエミッション電流の安定を確実に達成することができる。
【００２６】
請求項８記載の回転ターゲット式電子線照射成膜装置によれば、アース接続部は弾性を有する材料からなり、もって回転軸に対して弾性的に接触する。よってアース接続部は回転軸に対して確実に接触して、電子を安定的にアースへ流すことができる。
【００２７】
請求項９記載の回転ターゲット式電子線照射成膜装置によれば、アース接続部は、金属製薄板、金属製コイルばね、及び針金状金属の何れかにより構成されるため、簡単な構成によりアース接続部を構成することができる。
【００２８】
請求項１０記載の回転ターゲット式電子線照射成膜装置によれば、アース接続部は、基部と基部から櫛歯状に延びる櫛歯部とを有する金属製薄板により構成され、櫛歯部が回転軸に接触する。かかる構成によれば、アース接続部と回転軸との接触面接を小さくすることができ、したがって摩擦力を小さくすることができる。よって、安定した回転に寄与する。
【００２９】
請求項１１記載の回転ターゲット式電子線照射成膜装置によれば、回転軸は、アース接続部と接触する接触部を備え、アース接続部と接触部とは同じ材質により形成されている。もしアース接続部と接触部とが異種材質により形成されていると、固さの違いにより磨耗が生じ、それが粉塵などの原因になったり、長期的にみると接触不良を起こしたりする可能性がある。しかし、請求項１１の回転ターゲット式電子線照射成膜装置によれば、このような問題が生じない。
【００３０】
請求項１２記載の回転ターゲット式電子線照射成膜装置によれば、回転軸は、ターゲットホルダに接続されるターゲットホルダ接続部と、アース接続部と接触する接触部と、回転軸受に支持される軸受支持部とを備え、接触部は、ターゲットホルダ接続部と軸受支持部との間に位置する。かかる構成によれば、ターゲットホルダとアース接続部との距離の方が、ターゲットホルダと回転軸受との距離よりも短くなるため、より多くの電子（電流）をアース接続部へ流すことができる。
【００３１】
請求項１３記載の回転ターゲット式電子線照射成膜装置によれば、回転軸は絶縁性材料からなる絶縁部を更に備え、絶縁部は接触部と回転軸受との間に位置するため、回転軸受には全く電流が流れず、全電流がアース接続部を流れる。よって、回転軸受に電流が流れることによる不具合が発生しないため、回転の安定及びエミッション電流の安定を確実に達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施の形態による回転ターゲット式成膜装置の全体構成を示す説明図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図。
【図３】第１の実施の形態による回転ターゲット式成膜装置に用いられる回転機構を示す斜視図。
【図４Ａ】図３の回転機構に用いられる第一のカップリングを示す斜視図。
【図４Ｂ】図３の回転機構に用いられる第二のカップリングを示す斜視図。
【図５】第１の実施の形態による回転ターゲット式成膜装置により成膜を行っている様子を示す説明図。
【図６】第１の実施の形態による回転ターゲット式成膜装置を用いた第１の成膜方法における各ステップを示すフローチャート。
【図７】第１の実施の形態による回転ターゲット式成膜装置を用いた第２の成膜方法における各ステップを示すフローチャート。
【図８】本発明の第２の実施の形態による回転ターゲット式成膜装置の全体構成を示す説明図。
【図９】第２の実施の形態による回転ターゲット式成膜装置に用いられる回転機構及びアース接続部を示す説明図。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線に沿った断面図。
【図１１】第２の実施の形態による回転ターゲット式成膜装置により成膜を行っている際の電子の流れを示す説明図。
【図１２】第１の変形例による回転ターゲット式成膜装置における回転機構及びアース接続部の構成に加え、成膜時の電子の流れを示す説明図。
【図１３Ａ】第２の変形例による回転ターゲット式成膜装置における回転機構及びアース接続部の構成に加え、成膜時の電子の流れを示す説明図。
【図１３Ｂ】図１３Ａの回転ターゲット式成膜装置におけるアース接続部を上方から見た図。
【図１４】第３の変形例による回転ターゲット式成膜装置における回転機構及びアース接続部の構成に加え、成膜時の電子の流れを示す説明図。
【図１５】第４の変形例による回転ターゲット式成膜装置における回転機構及びアース接続部の構成に加え、成膜時の電子の流れを示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明の第１の実施の形態による回転ターゲット式成膜装置について図１乃至図７に基づき説明する。
【００３４】
最初に、第１の実施の形態による回転ターゲット式成膜装置１の構成について図１および図２を参照して説明する。図１に示されるように、回転ターゲット式成膜装置１は、真空容器６と、回転坩堝ホルダ（ターゲットホルダ）１０と、基板ホルダ２０と、電子線発生装置３０と、電子線収束装置４０と、レーザ光照射装置５０と、回転機構８０とを備えている。
【００３５】
真空容器６の内部には真空室６１が画成されている。真空容器６には真空装置（真空ポンプ）６５が設けられており、真空室６１を排気して真空状態にすることが可能である。真空室６１内には、回転坩堝ホルダ１０、基板ホルダ２０、電子線発生装置３０のうち後述するフィラメント３１、および電子線収束装置４０などが設けられている。
【００３６】
回転坩堝ホルダ１０は、固体材料からなるターゲット１１を保持するためのものである。図１および図２に示されるように、回転坩堝ホルダ１０の下方には水冷装置１８が設けられており、坩堝１７およびターゲット１１を冷却保持することが可能である。図２に示されるように、水冷装置１８は、水冷容器１８１と水冷パイプ１８２とを備えている。
【００３７】
水冷容器１８１は、後述の第二の回転伝達棒８７の周囲を囲むように、略ドーナツ状に構成されている。水冷容器１８１の内部には、冷却水を満たすための冷却水空間１８１Ｓが形成されている。また水冷容器１８１の一部（図２における左下端部）は後述の永久磁石４１と接触しているため、永久磁石４１を効果的に冷却して、昇温による消磁を防止することができる。一方、回転坩堝ホルダ１０をスムーズに回転させるため、水冷容器１８１と回転坩堝ホルダ１０とは接触していない（つまり、隙間が形成されている。）。しかし、水冷容器１８１と回転坩堝ホルダ１０との距離は０．１μｍ以上かつ２ｍｍ以下となるように構成されているので、回転坩堝ホルダ１０をスムーズに回転させつつ、回転坩堝ホルダ１０を効果的に放射冷却することが可能である。
【００３８】
水冷パイプ１８２は、その一端が冷却水空間１８１Ｓと連通するように水冷容器１８１に接続され、他端が供給装置（図示せず）に接続されている。よって水冷パイプ１８２は、供給装置（図示せず）から供給される冷却水を水冷容器１８１に供給することができる。
【００３９】
図１に示されるように回転坩堝ホルダ１０はアースに接続されているため、回転坩堝ホルダ１０、坩堝１７、およびターゲット１１は全てアース電位となっている。また、真空容器６もアース電位である。
【００４０】
基板ホルダ２０は、薄膜を形成するための成膜用基板２１を保持するためのものである。本実施の形態においては、基板ホルダ２０は、ターゲット１１に対して約１０ｃｍ離れた上方（＋Ｚ方向）に設けられている。基板ホルダ２０は開口部２０ａを有していて、成膜用基板２１の成膜面２１Ａがターゲット１１に向かって露出している。よって、ターゲット１１から蒸発した物質が、開口部２０ａを通って成膜面２１Ａに蒸着されるようになっている。なお図１において、基板ホルダ２０および成膜用基板２１については、成膜面２１Ａに垂直な方向に沿った断面が示されている。
【００４１】
基板ホルダ２０と回転坩堝ホルダ１０との間には、シャッタ７１が設置されている。シャッタ７１は開閉可能に構成され、開状態においてはターゲット１１から蒸発した物質が成膜用基板２１に到達するのを許容し、閉状態においてはターゲット１１から蒸発した物質が成膜用基板２１に到達するのを阻止する。
【００４２】
電子線発生装置３０は、フィラメント３１と電子線発生用駆動電源３２とから構成される。フィラメント３１は、例えばタングステンフィラメントから構成され、電流が流れると自由電子を放出する。電子線発生用駆動電源３２は、フィラメント３１にマイナスの電位を与え、かつ、フィラメント３１を加熱する電流を流すためのものである。電子線発生用駆動電源３２は、交流電源３３、直流電源３４、コイルＬ１〜Ｌ３、コンデンサＣ１、Ｃ２、および遠隔操作装置３５を備えている。
【００４３】
交流電源３３の電圧Ｖは、後述するように遠隔操作装置３５により可変である。交流電源３３はコイルＬ１に接続されている。コイルＬ１〜Ｌ３は、全体として一つの絶縁トランスを構成している。図１のコイルＬ１〜Ｌ３にそれぞれ付された点で示されるように、コイルＬ２およびＬ３の極性は互いに等しく、コイルＬ２、Ｌ３とコイルＬ１の極性は互いに逆向きである。またコイルＬ２およびＬ３のインダクタンスは互いに等しい。また、コンデンサＣ１およびＣ２は互いに等しい容量を有する。
【００４４】
直流電源３４は、その一方がアースに接続され、もう一方がコンデンサＣ１とＣ２との間およびコイルＬ２とＬ３との間に接続されている。直流電源３４の電圧Ｅは、遠隔操作装置３５により、０〜−８ｋＶ（キロボルト）の範囲で可変である。なお、電子線発生装置３０には、フィラメント３１に流れる電流を測定するための電流計（図示せず）が接続されている。
【００４５】
遠隔操作装置３５は、パワースイッチ３５Ｐ、制御つまみ３５Ａ、および制御つまみ３５Ｂを備えている。パワースイッチ３５Ｐは、電子線発生装置３０の電源をオン・オフするためのスイッチである。制御つまみ３５Ａは、直流電源３４の電圧Ｅを調整するためのつまみである。制御つまみ３５Ｂは、交流電源３３の電圧Ｖを調整するためのつまみである。なお、電子線発生装置３０のうちフィラメント３１は真空室６１内に設けられているが、電子線発生用駆動電源３２は真空容器６の外部に設けられている。
【００４６】
電子線収束装置４０は、永久磁石４１と、ヨーク４２および４３と、アノード４４とを備えている。ヨーク４２、４３は鋼鉄製で、永久磁石４１の両側にそれぞれ設けられている。永久磁石４１とヨーク４２および４３とは全体として略「コ」の字状をなしており、したがって馬蹄形磁石と同様の磁界Ｈ（図５）を形成する。
【００４７】
アノード４４は略平板状をなし、その中ほどには上下方向（Ｚ軸方向）に貫通する貫通孔４４ａが形成されている。図２に示されるように、アノード４４は、貫通孔４４ａがフィラメント３１の上方（＋Ｚ方向）に位置するように設けられている。また図１に示されるようにアノード４４は、アースに接続されている。
【００４８】
レーザ光照射装置５０は、レーザ装置５１、レンズ５２、および移動装置５３を備えている。レーザ装置５１は、所望の波長、強度、周波数を有するパルスレーザ光を発生させることが可能な市販のパルスレーザ装置である。レンズ５２は、レーザ装置５１から発せられたレーザ光を集光してターゲット１１に照射するためのレンズであり、本実施の形態においては焦点距離５００ｍｍの石英レンズが用いられる。移動装置５３は、レンズ５２に接続され、ＸＹＺ各軸方向に関してレンズ５２を平行移動させることが可能である。かかる移動を行うことにより、ターゲット１１の表面におけるレーザ光の照射位置を移動させることができる。なお、これらレーザ装置５１、レンズ５２、および移動装置５３は、真空容器６の外部に設けられている。
【００４９】
真空容器６の壁にはレーザ窓６３が設けられており、レーザ装置５１から発せられレンズ５２により集光されたレーザ光を透過可能である。真空室６１内であって、レーザ窓６３とターゲット１１との間には、開閉可能に構成されたシャッタ７２が設けられている。シャッタ７２はレーザ光照射時以外には閉じられ、加熱されたターゲット１１から蒸発する気体成分がレーザ窓６３に付着するのを抑制する。
【００５０】
また、真空容器６の壁にはターゲット観察用窓６２が設けられており、ターゲット１１の様子を外部から観察することができる。真空室６１内であって、ターゲット観察用窓６２とターゲット１１との間には、開閉可能に構成されたシャッタ７３が設けられている。シャッタ７３はターゲット観察時以外には閉じておかれるため、加熱されたターゲット１１から蒸発する気体成分がターゲット観察用窓６２に付着するのを抑制することができる。
【００５１】
次に、図１及び図２に基づき回転機構８０について説明する。回転機構８０は、モータ８１、回転導入端子８２、第一のカップリング８３、第一の回転伝達棒８４、回転軸受８５、第二のカップリング８６、及び第二の回転伝達棒８７を備えており、モータ８１の回転力を回転坩堝ホルダ１０に伝達可能である。
【００５２】
モータ８１は、真空容器６の外部に設けられている。モータ８１は出力軸（図示せず）を備えており、出力軸を回転するための回転力を発生する。
【００５３】
回転導入端子８２は、真空容器６の外部（大気側）から真空室６１内に回転運動を導入するための端子である。回転導入端子８２は、真空容器６（装置本体）に支持されている。回転導入端子８２は回転軸（図示せず）を備えており、該回転軸の大気側の端部はモータ８１の出力軸に接続され、真空室側の端部は第一のカップリング８３に接続されている。回転導入端子８２の回転軸（図示せず）は、ベローズにより気密にシールされている。かかる構成により、真空室６１の真空を維持した状態で、モータ８１の回転力を第一のカップリング８３に伝達することができる。
【００５４】
第一のカップリング８３は、回転導入端子８２と第一の回転伝達棒８４とを結合するためのカップリングである。図４Ａに示されるように、第一のカップリング８３はベローズ又はバネ状の構造を有していて、回転導入端子８２と第一の回転伝達棒８４それぞれの軸中心のわずかなずれや回転に伴う振動を吸収して、回転をスムーズに伝達することが可能である。
【００５５】
第一の回転伝達棒８４は、その一端が第一のカップリング８３を介して回転導入端子８２と接続され、他端が第二のカップリング８６を介して第二の回転伝達棒８７と接続されている。第一の回転伝達棒８４は、その途中部分において、回転軸受８５により回転可能に支持されている。
【００５６】
回転軸受８５は、金属性の内輪８５１及び外輪８５２を備えており、内輪８５１と外輪８５２との間には自由回転する剛球（図示せず）が複数設けられている。外輪８５２は、回転軸受支持金具（図示せず）によって、真空容器６（装置本体）に固定されている。また、第一の回転伝達棒８４は内輪８５１に固定されており、内輪８５１と共に回転可能である。なお、回転坩堝ホルダ１０が偏心回転しないようにするため、回転軸受８５及び回転軸受支持金具（図示せず）には剛性が必要とされる。回転軸受８５の剛球表面には、接触面での摩擦が少なくしかも電気を通すように銀の膜が被覆されている。この銀の膜は、導電性の固体潤滑剤として機能する。なお、回転軸受８５はその全体が耐高温金属で製作されているため、ターゲットの昇温による第一の回転伝達棒８４の５００℃までの昇温にも耐えることが可能である。このような回転軸受８５として、例えば東京光洋ベアリング社のＳＥ６２６ＺＺＳＴＭＧ３を用いることができる。
【００５７】
第二の回転伝達棒８７は、その一端が第二のカップリング８６を介して第一の回転伝達棒８４と結合されており、他端が回転坩堝ホルダ１０と同軸となるように固定されている。また、図４Ｂに示されるように、第二のカップリング８６は、単に第一の回転伝達棒８４と第二の回転伝達棒８７とを接続するためのカップリングであり、第一のカップリング８３と異なりベローズ等は形成されていない。
【００５８】
なお、本実施の形態においては、ターゲット１１を回転坩堝ホルダ１０にセットする際の坩堝１７として、ＢＮコンポジット坩堝１０１及びグラファイト坩堝１０２を用いる。すなわち、図２に示されるように、ターゲット１１はＢＮコンポジット坩堝１０１の中に入れられ、ＢＮコンポジット坩堝１０１はグラファイト坩堝１０２の中に入れられている。ＢＮコンポジット坩堝１０１は、正確には「ＢＮコンポジットＥＣ製坩堝」と呼ばれ、ＢＮ（窒化硼素）、ＴｉＢ２（硼化チタン）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）の３種類の物質を混合し焼結した導電性セラミック製の坩堝である。ＢＮコンポジット坩堝１０１の大きさは、例えば内径２０ｍｍ、外径２３ｍｍ、深さ５ｍｍである。また、グラファイト坩堝１０２はグラファイト製の坩堝であり、例えば内径２３ｍｍ、外径２６ｍｍ、深さ５ｍｍの大きさを有している。
【００５９】
図２に示されるように、回転坩堝ホルダ１０の側壁部１０Ａは、底部１０Ｂから略垂直に立設されている。これに対して、ＢＮコンポジット坩堝１０１の側壁部１０１Ａ及びグラファイト坩堝１０２の側壁部１０２Ａは、それぞれの底部１０１Ｂ、１０２Ｂから半径方向外側へ広がって形成されている。また、ＢＮコンポジット坩堝１０１とグラファイト坩堝１０２とは、底部１０１Ｂ、１０２Ｂにおいても側壁部１０１Ａ、１０２Ａにおいても、ほぼ隙間無く重なるような形状に形成されている。一方、グラファイト坩堝１０２と回転坩堝ホルダ１０との間には隙間が形成されている。
【００６０】
かかる構成により、グラファイト坩堝１０２と回転坩堝ホルダ１０とを密着させる場合と比べて、グラファイト坩堝１０２と回転坩堝ホルダ１０との接触面積が少なくなる。これにより、ＢＮコンポジット坩堝１０１及びグラファイト坩堝１０２から回転坩堝ホルダ１０を通って外部に逃げる熱量が少なくなる。しかも、ターゲット１１は、ＢＮコンポジット坩堝１０１、グラファイト坩堝１０２、回転坩堝ホルダ１０、回転機構８０を介して、真空容器６と電気的に結合している（図１）。また、グラファイト坩堝１０２の中にＢＮコンポジット坩堝１０１を入れることにより、温度変化に伴うＢＮコンポジット坩堝１０１の割れを防止することができる。また、ＢＮコンポジット坩堝１０１は特にアルミニウムの濡れがよいので、ターゲット１１にアルミニウムを用いる場合にはターゲット１１を効率良く加熱することが可能であり、しかも不純物の混入を防止できる。
【００６１】
次に、上述した回転ターゲット式成膜装置１を用いた成膜方法について、図５乃至図７を参照しながら具体的に説明する。図５は回転ターゲット式成膜装置１により成膜を行っている様子を示している。図６は第１の成膜方法おける各ステップ（以下、ステップを「Ｓ」と称する。）Ｓ１０〜Ｓ４０を示すフローチャートである。図７は第２の成膜方法おける各ステップＳ１１０〜Ｓ１４０を示すフローチャートである。
【００６２】
第１の成膜方法の例として、回転ターゲット式成膜装置１を用いてアルミニウム薄膜を石英ガラス基板上へ形成する方法について、図５及び図６を参照しながら説明する。
【００６３】
Ｓ１０では、ターゲットの準備を行う。直径２ｍｍ、長さ５ｍｍ、純度９９・９９％の円筒状アルミニウム粒をＢＮコンポジット坩堝１０１（図２）の中に一杯まで入れる。ＢＮコンポジット坩堝１０１を、回転坩堝ホルダ１０に載置されたグラファイト坩堝１０２の中に入れる。その後、真空容器６を真空装置６５により排気して、約３×１０−６ｔｏｒｒより良い真空度にする。
【００６４】
このときシャッタ７１及び７２は共に閉じた状態にしておく。モータ８１に電流を流して回転坩堝ホルダ１０を６ＲＰＭの速度で回転させる。水冷装置１８に冷却水を流して水冷した後、電子線発生用駆動電源３２のパワースイッチ３５Ｐをオンにし、制御つまみ３５Ａ及び３５Ｂを調整してフィラメント３１に約５ｋＶの直流高電圧と約０．５ｋＶの交流電圧を印加する。次にフィラメント加熱用電流を徐々に増やして、ターゲット１１側への放射電子線束を約２０ｍＡ、つまり投入電力を約１００Ｗに維持する。このとき、フィラメント３１より放出された電子線Ｄは、マイナス５ｋＶのフィラメント３１とアノード４４との間で加速されると共に、アノード４４の貫通孔４４ａが形成する電子レンズと永久磁石４１及びヨーク４２、４３によって形成されている磁場のために、ＢＮコンポジット坩堝１０１の中心から約７．５ｍｍのターゲット上、動径方向に細長い０．３ｍｍ×１ｍｍの領域に集束照射される。
【００６５】
なお、フィラメント３１に流れる電流が増加するほど放出される電子の量も増加するため、交流電源３３の電圧Ｖを調整することによりフィラメント３１に流れる電流値を調整して、フィラメント３１から放出される電子線Ｄの強度を調整することが可能である。また、後述するように直流電源３４の電圧Ｅを調整することによって電子線Ｄの収束位置を調整することが可能である。
【００６６】
５分後にターゲット観察用窓６２からターゲット１１を見ると、アルミニウム粒が完全に溶け合って１個の一様な半球状の魂になっている。電子線Ｄの照射を停止し、回転坩堝ホルダ１０の回転を止め、ターゲット１１及び坩堝１０１、１０２を室温に戻した後、真空容器６内部に窒素ガスを充填する。更に上述したのと同様のアルミニウム粒をＢＮコンポジット坩堝１０１に一杯になるまで入れ、真空排気した後、上記と同様の操作によりアルミニウムを加熱することにより、直径約１８ｍｍの球状液体となる。続いて、放射電子線束を約４０ｍＡにすることにより、ターゲット１１（アルミニウム）はＢＮコンポジット坩堝１０１の内壁全体に接触して広がる凸面状の魂になる（図２に示す状態）。その後、電子線Ｄの照射を停止し、再び室温に戻す。
【００６７】
ここで、電子線発生用駆動電源３２がフィラメント３１にマイナスの電位を与え、かつ、フィラメント３１を加熱する電流を流すしくみについて説明する。交流電源３３による電流がコイルＬ１に流れると、コイルＬ２およびＬ３に誘導起電力が生じる。上述したようにコイルＬ２、Ｌ３の極性およびインダクタンスは等しいので、向きおよび大きさの等しい誘導起電力がコイルＬ２およびＬ３にそれぞれ生じ、フィラメント３１の両端にはこれらの起電力を足し合わせた交流電圧が印加される。またフィラメント３１には、直流電源３４の電圧Ｅの分だけアースに対して低い電位が与えられる。以上より、フィラメント３１には、電位−Ｅ（マイナスＥ）を中心とし、かつ、交流電源３３の電圧に応じた振幅を有する交流電圧が印加されることになる。なお、コンデンサＣ１およびＣ２はフィラメント３１に印加される交流電圧を平滑化する機能を有するので、フィラメント３１の電位をより安定にすることができる。
【００６８】
次に、直流電源３４の電圧Ｅを変えることにより電子線Ｄの収束位置を調整できるしくみについて説明する。上述したように、フィラメント３１には約−Ｅの電位が与えられており、アノード４４にはアース電位が与えられている。よって、フィラメント３１とアノード４４との間には、電位−Ｅとアース電位との差による電界がかかっている。また、アノード４４の電位は、回転坩堝ホルダ１０および真空容器６と同じくアース電位である。以上より、フィラメント３１から放出された電子は、この電界によって上方（＋Ｚ方向）へ向かって加速される。フィラメント３１の上方には、アノード４４の貫通孔４４ａが位置しているため（図２）、大部分の電子は貫通孔４４ａを通過してアノード４４の上方に達する。ここでアノード４４の上方に達した時点での電子の速度をｖとすると、速度ｖは電圧Ｅの値が大きいほど大きい。
【００６９】
一方、永久磁石４１およびヨーク４２、４３により、磁界Ｈが生じている。速度ｖの電子は、磁束密度Ｂの磁界中において、Ｆ＝−ｅ・ｖ×Ｂで表される力Ｆを受ける。ここで、ｅは電子の電荷量、ｖとＢは共にベクトルであり、・はスカラー積、×はベクトル積を表す。すなわち電子は、速度ｖの方向および磁束密度Ｂの磁界の方向の両方に垂直な方向に向かう力Ｆを受ける。よって、電子は力Ｆの大きさに応じた距離だけ曲げられる。上記のように速度ｖは直流電源３４の電圧Ｅの値が大きいほど大きくなるため、電圧Ｅを調整することにより電子線Ｄの収束位置を調整することができる。以上説明したように、電子線収束装置４０は、フィラメント３１から放出された電子を、電界および磁界の電子レンズ効果によってターゲット１１上の所望の領域に収束照射することができる。
【００７０】
Ｓ２０では、成膜の準備を行う。洗浄済の厚さ０．５ｍｍ、一辺が１ｃｍの正方形石英ガラス板を基板ホルダ２０に固定した後、真空装置６５によって排気して、約３×１０−６ｔｏｒｒより良い真空度にする。シャッタ７１及び７２は共に閉じた状態にしておく。モータ８１に電流を流して回転坩堝ホルダ１０を６ＲＰＭの速度で回転させる。水冷装置１８に水を流して水冷した後、電子線発生用駆動電源３２のパワースイッチ３５Ｐを入れ、制御つまみ３５Ａ及び３５Ｂを調整して、フィラメント３１に約５ｋＶの直流高電圧と約０．５ｋＶの交流電圧を印加する。次に、フィラメント加熱用電流を徐々に増加させて、ターゲット１１への放射電子線束を約２０ｍＡにして維持すると、５分後にターゲット１１（アルミニウム）の全体が凸レンズ形状の液体になる。
【００７１】
Ｓ３０では、レーザ光照射を行う。レーザ装置５１を駆動し、波長２４８ｎｍ、強度１５０ｍＪ／パルス、パルス周波数５０Ｈｚのレーザ光Ｒを発生させる。シャッタ７２を開け、レンズ５２によって集光されたレーザ光Ｒを、レーザ窓６３を通して液体状にされたターゲット１１の上面に入射結像させる。このとき、レーザ光Ｒは、ターゲット１１の上面に垂直な方向に対して６０度の角度でターゲット１１に入射する。また、レーザ光Ｒがターゲット１１に入射する位置では、約２ｍｍ×０．４ｍｍに集光されている。
【００７２】
移動装置５３によってターゲット１１の上面の中心を含む±５ｍｍの領域を３ｍｍ／秒の速度で照射掃引する。約２００ｍＪ／パルス以上の強度にすると、ターゲット１１から液滴が発生して薄膜内に微粒子付着するので、レーザ光Ｒの強度をそれ以下にするのが望ましい。ただし、約２００ｍＪ／パルス以上の強度であっても、レンズ５２とターゲット１１との距離を短くして集光強度を落とすことにより、液滴の発生を抑えることが可能である。
【００７３】
Ｓ４０では、成膜を行う。レーザ光照射を行ってから数分後に、シャッタ７１を開けて成膜用基板（ガラス基板）２１上への成膜を開始し、３０分後にシャッタ７１を閉めて成膜を終了する。
【００７４】
実際に上記の方法により成膜実験を行ったところ、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）による観測可能なサイズである１０ｎｍ以上の大きさの微粒子がなく、かつ、厚さ約２００ｎｍの良質なアルミニウム膜を得ることができた。また、このアルミニウム膜にセロハンテープを粘着させた後にセロハンテープを剥がすという実験を行ったが、室温基板上に通常の抵抗加熱蒸着法により形成した膜と異なり、シリコン膜が剥がれることはなかった。更に比較のため、レーザ光照射を行わずに電子線照射のみでどの程度の膜厚の膜が形成されるかの実験を行ってみたところ、実験の誤差範囲内で膜の付着が確認されなかった。更に、ＢＮコンポジット坩堝１０１の主要構成元素であるＢ（硼素）、Ｎ（窒素）、Ｔｉ（チタン）及びＯ（酸素）について膜への含有量を調べた結果、アルミニウム原料に含まれる不純物量と同程度以下であった。
【００７５】
次に第２の成膜方法の例として、回転ターゲット式成膜装置１を用いてアモルファスシリコン（Ｓｉ）薄膜を石英ガラス基板上へ形成する方法について、図７を参照しながら説明する。
【００７６】
シリコン（Ｓｉ）は、融点における蒸気圧がアルミニウム（Ａｌ）より１０の５乗程度高いので、溶融させたときの蒸気圧が問題になる。一方、シリコンはアルミニウムと比べて熱伝導度が約１／１０と小さいために、電子線による局所的な加熱が可能である。本例では、直径２０ｍｍ、厚さ５ｍｍのシリコンターゲットを内径２０ｍｍ、外径２３ｍｍ、探さ４ｍｍ、底の厚さ１０ｍｍの金属銅放熱容器（図示せず）の中に入れてアブレーション成膜を行う。
【００７７】
Ｓ１１０では、ターゲット及び成膜用基板の準備を行う。本例では、図１、図２の坩堝１７の代わりに、上記の金属銅放熱容器を用いる。シリコンが入れられた金属銅放熱容器を回転坩堝ホルダ１０の中に載置する。回転坩堝ホルダ１０すなわちターゲット１１を６ＲＰＭで回転させる。また成膜用基板（ガラス基板）２１を基板ホルダ２０に設置する。
【００７８】
Ｓ１２０では、電子線照射を行う。電子線発生用駆動電源３２のパワースイッチ３５Ｐをオンにし、制御つまみ３５Ａ及び３５Ｂを調整して、フィラメント３１に約５ｋＶの直流高電圧と０Ｖの交流電圧を印加する。フィラメント加熱用電流を徐々に増やして、ターゲット１１への放射電子線束を約２５ｍＡとする。これにより、シリコンターゲット上の内径約１３ｍｍ、幅約２ｍｍのリング状領域が溶融する。
【００７９】
Ｓ１３０では、レーザ光照射を行う。波長２４８ｎｍ、強度１３０ｍＪ／パルス、パルス周波数１００Ｈｚのレーザ光Ｒを、約２ｍｍ×０．４ｍｍの範囲に集光して上記リング状の溶融領域に照射する。これにより、ターゲット１１の温度が上昇し、該リング状の溶融領域は幅約２．５ｍｍの領域に拡大されると共に、アブレーション効果によってシリコンが蒸発する。このようなレーザ光照射を約５分間行う。
【００８０】
Ｓ１４０では、成膜を行う。レーザ光照射を終了して約５分経過すると温度及び蒸発の状況が安定するので、シャッタ７１を開いて室温状態の成膜用基板（ガラス基板）２１へ成膜を行う。
【００８１】
かかる方法によってアモルファスシリコン薄膜の成膜実験を行ったところ、液滴やその他の不純物の混入は確認されなかった。また、成膜用基板２１が室温の状態で成膜を行ったにもかかわらず、付着力が強かった。
【００８２】
以上説明したように、本実施の形態による回転ターゲット式成膜装置１によれば、アルミニウムのような低融点材料やシリコンのように融点における蒸気圧が高い材料に関して、微粒子や坩堝等からの不純物が少なく、かつ基板への付着力の強い膜を室温状態の基板へ成膜可能である。つまり、レーザアブレーション法に特長的な性質を持つ膜形成が可能となる。
【００８３】
また、本実施の形態による回転ターゲット式成膜装置１によれば、電子線収束装置４０がターゲット１１の一部を液体化し、レーザ光照射装置５０が該ターゲット１１の液体化された一部にレーザ光Ｒを照射するため、固体ターゲットを用いたレーザアブレーション成膜法のように微粒子が発生するという問題が生じない。しかも、ターゲット１１の一部の領域を液体化することができるため、ターゲット１１が液体状態での蒸気圧が高いシリコン（Ｓｉ）などの材料である場合でも、液体化された部分から蒸発する蒸気の量は非常に少ない。すなわち、かかる蒸気が基板に付着する量は、レーザアブレーションによる付着量に比べて無視できる程度である。したがって、本装置により形成された薄膜は、一様性が良く、付着強度が高い等、レーザアブレーション法に特徴的な多くのメリットを有している。また、本装置によれば、ターゲット１１がアルミニウム（Ａｌ）など低融点の低蒸気圧材料あるいは高融点の昇華性材料である場合であっても、同様に良好な膜質の薄膜を形成することができる。すなわち、任意の固体材料に関して、レーザアブレーション法による良好な膜質の薄膜を形成することができる。
【００８４】
また、本実施の形態による回転ターゲット式成膜装置１はターゲットホルダ１０を回転可能な回転機構８０を備えているため、ターゲット１１を回転しながらレーザアブレーションを行うことができる。このため、ターゲットを固定した状態でレーザアブレーションを行う場合（固定ターゲット式電子線補助照射レーザアブレーション成膜装置）と比べて、液滴の発生なしにアブレーション可能な溶融領域を広くすることができ、ターゲットの利用効率を向上させることが可能である。
【００８５】
また、固定ターゲット式レーザアブレーション成膜装置では、ターゲットの一部（一箇所）のみにレーザ光線が照射されてアブレーション効果によって成膜材料が除去される結果、時間が経つにつれてその部分のくぼみが深くなるために、レーザ光線の照射密度が低下して成膜スピードが落ちる場合がある。しかし、本実施の形態による回転ターゲット式成膜装置１によれば、ターゲット１１を回転しながらレーザアブレーションを行うことができるため、ターゲット１１のより広い領域にレーザ光線が照射され、上述したような現象は生じない。
【００８６】
更に、固定ターゲット式レーザアブレーション成膜装置と比べて、ターゲット１１のより広い領域を成膜に用いることができるため、実効的なターゲット寿命が長くなる。したがって、複数枚の成膜用基板２１に成膜するなどの方法により長時間にわたって成膜を行うことができるため、真空を破ってターゲット１１を交換する頻度が少なくなる。よって、ターゲット１１及び成膜用基板２１の出し入れに伴う酸素の混入も抑制することができる。
【００８７】
また、本実施の形態による回転ターゲット式成膜装置１によれば、ターゲットホルダ１０は、回転機構８０を介して装置本体６に接続されており、ターゲットホルダ１０、回転機構８０、及び装置本体６は導電性を有するから、ターゲット１１に照射された電子は、ターゲットホルダ１０、回転機構８０、装置本体６を通ってアースへと流れることができる。したがって、ターゲット表面に電子が溜まってしまい、クーロン反発力のために電子線を持続的に照射できなくなるという問題を回避することができる。
【００８８】
更に、本実施の形態による回転ターゲット式成膜装置１によれば、回転機構８０は、モータ８１、回転導入端子８２、回転軸受８５、及び回転伝達棒８４、８７を備えているから、真空室６１内に設けられたターゲットホルダ１０にモータ８１の回転力を効率的に伝達することができる。また、回転軸受８５は、導電性の内輪８５１及び外輪８５２と、内輪８５１と外輪８５２との間に設けられる導電性の回転玉とを備え、該回転玉の表面には導電性の固体潤滑剤がコーティングされているから、例えば内輪と外輪との間の導電性が確保されていないセラミック製軸受と異なり、ターゲット１１上に照射された電子は装置本体６側へと流れ、かつ回転玉と内輪８５１及び外輪８５２との間での発塵が生じない。
【００８９】
また、本実施の形態による回転ターゲット式成膜装置１によれば、ターゲットホルダ１０を冷却するための水冷装置１８を備えるので、ターゲットホルダ１０の周囲が昇温して真空度が低下したり、電子レンズの一部を形成する永久磁石４１がターゲットホルダ１０の近傍に置かれている場合に永久磁石４１が加熱されて磁場を発生できなくなるという問題を防止することができる。
【００９０】
更には、水冷装置１８は水冷容器１８１を備え、水冷容器１８１とターゲットホルダ１０との距離が０．１μｍ以上かつ２ｍｍ以下であるから、ターゲットホルダ１０をスムーズに回転させつつ、ターゲットホルダ１０を効果的に放射冷却することが可能である。
【００９１】
本発明の第２の実施の形態による回転ターゲット式成膜装置１００及びその変形例について図８乃至図１５に基づき説明する。第２の実施の形態による回転ターゲット式成膜装置１００の構成は、回転機構に対するアースの構成を除き、第１の実施の形態による回転ターゲット式成膜装置１と同様である。よって、ここでは回転機構に対するアースの構成についてのみ説明し、他の構成についてはその説明を省略する。
【００９２】
図８に示されるように、第２の実施の形態による回転ターゲット式成膜装置１００では、回転機構８０のうち第二のカップリング８６がアースに接続されている。
【００９３】
より具体的には図９に示されるように、真空容器６（装置本体）には、軸受支持部材８５Ａが固定されている。ここで、第二の回転伝達棒８７、第二のカップリング８６、第一の回転伝達棒８４、第一のカップリング８３、及び、回転導入端子８２の回転軸８２Ａをまとめて回転軸と呼ぶことにすると、回転軸は、回転軸受８５及び回転導入端子８２の両軸受に回転可能に支持されている。以下、回転軸受８５及び回転導入端子８２の両者を併せて回転軸受８８と呼ぶことにする。
【００９４】
より具体的には、軸受支持部材８５Ａには回転軸受８５の外輪８５２が固定されており、回転軸受８５の内輪８５１には第一の回転伝達棒８４が固定されている。同様に、回転軸８２Ａは回転導入端子８２の内輪に固定されている。また、回転軸の上端（第二の回転伝達棒８７の上端）が回転坩堝ホルダ１０に接続固定されており、回転軸の下端（回転軸８２Ａの下端）はモータ８１（回転手段）の出力軸に接続されている。なお上述した第１の実施の形態では回転軸受８５の剛球表面に銀の膜が被覆されていたが、本実施の形態では通常の潤滑剤（潤滑油など）が用いられている。
【００９５】
また真空容器６には、導電性を有する柱状のアース支持部材９３が固定されており、アース支持部材９３にアース接続部９１が支持されている。アース接続部９１は、基部９１１と基部９１１から櫛歯状に延びる櫛歯部９１２とを有する導電性の薄板（例えばステンレス等の金属製薄板）により構成されている。本実施の形態では櫛歯部９１２は３本の櫛歯を有するが、櫛歯は何本でもよい。またアース接続部９１と接触する第二のカップリング８６は、アース接続部９１と同じ材質、つまりステンレスにより形成されている。
【００９６】
図１０に示されるように、アース接続部９１は、第二のカップリング８６を挟んで互いに対向するように２枚設けられている。２枚のアース接続部９１の各櫛歯部９１２は、第二のカップリング８６を挟み込むようにして接触している。アース接続部９１は弾性を有するため、回転軸（第二のカップリング８６）に対して弾性的に接触する。なお、各アース接続部９１は、例えばボルト９２Ａにより固定部材９２に固定され、固定部材９２はアース支持部材９３に固定されている。
【００９７】
本実施の形態では、アース接続部９１と接触する第二のカップリング８６（接触部）は、ターゲットホルダ１０に接続される第二の回転伝達棒８７（ターゲットホルダ接続部）と、回転軸受８５に支持される第一の回転伝達棒８４（軸受支持部）との間に位置している。
【００９８】
また本実施の形態では、アース接続部９１と回転軸（第二のカップリング８６）との接触部の電気抵抗が回転軸受８８の電気抵抗よりも小さくなるように構成されている。アース接続部９１に大部分の電子（電流）を流すためである。このためには、アース接続部９１が回転軸（第二のカップリング８６）に対して接触する弾性力を適切に設定することが必要である。もし、過度に強い力で電気的接触を確保しようとすると、アース接続部９１と回転軸との摩擦力が大きくなって回転に支障が生じるおそれがある。このため、回転に支障を生じない程度の力かつ電気的接触を十分に確保可能な力で接触させるのが好ましい。
【００９９】
次に回転ターゲット式成膜装置１００により成膜を行う際の電子の流れについて、図１１を参照して説明する。ここで、図１１における実線の矢印Ａ１は主要な電子の流れを示している。一方、点線の矢印Ａ２は、矢印Ａ１で示される電子の流れよりも少量の電子の流れを示している。図１２、１３Ａ、１４、１５においても同様である。
【０１００】
上述したようにアース接続部９１は弾性を有するため、回転軸の回転時においても常に第二のカップリング８６に対して安定的に接触する。このため矢印Ａ１で示されるように、電子線Ｄとしてターゲット１１に照射された電子は、回転坩堝ホルダ１０、第二の回転伝達棒８７、第二のカップリング８６、アース接続部９１、固定部材９２（図１０）、アース支持部材９３、真空容器６という経路を通ってアースへと流れる。
【０１０１】
一方、矢印Ａ２で示されるように、少量の電子が回転軸受８８を通ってアースへ流れるが、この電子の量（電流の大きさ）はアース接続部９１を通る電子の量（電流の大きさ）と比べると小さい。すなわち、ターゲット１１に照射された電子のうち大部分は、アース接続部９１を通ってアースへ流れる。
【０１０２】
以上説明したように、本実施の形態による回転ターゲット式成膜装置１００によれば、電子線照射装置（電子線発生装置３０及び電子線収束装置４０）からターゲット１１に向かって照射された電子は、ターゲットホルダ１０、回転軸（第二の回転伝達棒８７及び第二のカップリング８６）及びアース接続部９１を通ってアースへと流れる。もし、このとき許容限度以上の電子が回転軸受８８を通ってアースへと流れると、回転軸受８８に焼付けや変形などの不具合が生じて回転が不安定となる可能性がある。しかし本実施の形態では回転軸受８８以外に電子の通路であるアース接続部９１が設けられるため、回転軸受８８を流れる電流が減少する。このため、回転軸受８５の不具合がなくなり寿命が伸びるとともに、回転しているターゲット１１に対して安定的に電子を供給することが可能となる（エミッション電流の安定）。さらに、安定した回転が持続するためプロセスのムラが無くなり、成膜用基板２１に対して均一かつ良好な膜質の薄膜を形成することができる。
【０１０３】
特に本実施の形態においては、アース接続部９１と回転軸との接触部の電気抵抗が回転軸受８８の電気抵抗よりも小さいため、回転軸受８８に流れる電流よりもアース接続部９１へ流れる電流の方が大きくなる。したがって、上述した回転の安定及びエミッション電流の安定を確実に達成することができる。
【０１０４】
またアース接続部９１は弾性を有する材料からなるため、回転軸に対して確実に接触して、電子を安定的にアースへ流すことができる。さらにアース接続部９１は、基部９１１と基部９１１から櫛歯状に延びる櫛歯部９１２とを有する金属製薄板により構成され、櫛歯部９１２が回転軸に接触する。かかる構成によれば、アース接続部９１と回転軸との接触面接を小さくすることができ、したがって摩擦力を小さくすることができる。よって、安定した回転に寄与する。
【０１０５】
また本実施の形態では、２枚のアース接続部９１により第二のカップリング８６を挟み込むようにして接触させている。このため、両側から同じ程度の力で挟むことによって、回転軸を傾けようとする力がかからないようにすることができる。また、一方のアース接続部９１の電気的接触が悪くなったとしても、もう一方で補償することができる。
【０１０６】
また本実施の形態による回転ターゲット式成膜装置１００では、アース接続部９１と、回転軸のうちアース接続部９１と接触する接触部（第二のカップリング８６）とは同じ材質により形成されている。もしアース接続部９１と当該接触部とが異種材質により形成されていると、固さの違いにより磨耗が生じて粉塵等の原因になったり、長期的にみると接触不良を起こしたりする可能性がある。しかし、回転ターゲット式成膜装置１００ではこのような問題が生じない。
【０１０７】
また上述のとおりアース接続部９１と接触する接触部（第二のカップリング８６）は、ターゲットホルダ１０に接続されるターゲットホルダ接続部（第二の回転伝達棒８７）と回転軸受８５に支持される軸受支持部（第一の回転伝達棒８４）との間に位置している。このため、ターゲットホルダ１０とアース接続部９１との距離の方が、ターゲットホルダ１０と回転軸受８５との距離よりも短くなり、電気抵抗も多少小さくなる。よって、より多くの電子（電流）をアース接続部９１へ流すことができる。
【０１０８】
なお、実際に上述した回転ターゲット式成膜装置１００を用いて、電子線を照射して成膜実験を行ったところ、５０時間以上回転の不具合は生じなかった。
【０１０９】
次に、第１の変形例による回転ターゲット式成膜装置における回転機構及びアース接続部について、図１２を参照して説明する。第１の変形例によるアース接続部は、コイルスプリング９６により構成される。コイルスプリング９６は、一端９６Ａと他端９６Ｂとを有し、圧縮された状態でアース支持部材９３と第二のカップリング８６との間に設けられている。一端９６Ａはアース支持部材９３に固定されており、他端９６Ｂは第二のカップリング８６に対して弾性的に接触する。かかる構成により、回転時においても、コイルスプリング９６は第二のカップリング８６に対して安定的に接触して、電子をアースへ流すことが可能である。
【０１１０】
第２の変形例による回転ターゲット式成膜装置における回転機構及びアース接続部について、図１３Ａ及び１３Ｂを参照して説明する。第２の変形例によるアース接続部は、一部をコイル状に巻いた針金状金属９７により構成される。針金状金属９７は、固定端部９７Ａとコイル部９７Ｂと自由端部９７Ｃとを有する。固定端部９７Ａは、ネジ９３Ａによりアース支持部材９３にしっかりと固定されている。確実に電気的接触をとるためである。一方、自由端部９７Ｃは、第二のカップリング８６に対してほぼ点接触する。このときコイル部９７Ｂは、自由端部９７Ｃに対して矢印Ａ３の方向に弾性力を与えるため、自由端部９７Ｃは第二のカップリング８６に対して弾性的に接触する。
【０１１１】
本変形例では、針金状金属９７は直径１ｍｍのタングステン製針金により構成されている。また第二のカップリング８６にはステンレスを用いているが、この場合ステンレスにタングステンという異金属の導電性材料を接触させることになる。しかし、針金状金属９７は第二のカップリング８６に対して点接触となるため、回転する第二のカップリング８６に対して比較的滑りがよく、しかも電気的接触も十分とることができる。
【０１１２】
第３の変形例による回転ターゲット式成膜装置における回転機構及びアース接続部について、図１４を参照して説明する。第３の変形例によるアース接続部９８は、第２の実施の形態におけるアース接続部９１と同様の櫛型形状を有する。ただし、第２の実施の形態と異なり、アース接続部９８は第一のカップリング８３に接触するように設けられており、電気的には回転軸受８５の後方に位置している。つまりアース接続部９８は、電子の流れる経路において回転軸受８５よりも下流側に位置している。本変形例においても、回転軸受８８の電気抵抗よりも、アース接続部９８と第一のカップリング８３との接触部分の電気抵抗が小さくなるように構成するのが望ましい。これにより、回転軸受８８に流れる電流よりもアース接続部９８へ流れる電流が大きくなる。したがって、ベアリング寿命を伸ばし、回転の安定及びエミッション電流の安定を達成することができる。
【０１１３】
第４の変形例による回転ターゲット式成膜装置における回転機構及びアース接続部について、図１５を参照して説明する。本変形例では、第一の回転伝達棒８４に代えて、セラミック等の絶縁材料で形成された絶縁回転伝達棒１８４が用いられている。絶縁回転伝達棒１８４は、アース接続部９１及び第二のカップリング８６の接触部と、回転軸受８５との間に位置している。この場合、実線の矢印Ａ１で示されるように、全ての電子がアース接続部９１を通り、回転軸受８８には全く電子が通らない。よって、回転軸受８８に電流が流れることによる不具合が発生しないため、ベアリング寿命を伸ばし、回転の安定及びエミッション電流の安定を確実に達成することができる。
【０１１４】
以下、その他の変形例について説明する。例えば、上述した第２の実施の形態では、２枚のアース接続部９１により第二のカップリング８６を挟み込むようにして接触させているが、アース接続部９１は１枚でもよい。ただし、この場合にはアース接続部９１と回転軸との電気的接触を確保できる範囲で、回転軸を押さえる力をできるだけ小さくすることが望ましい。
【０１１５】
また第２の実施の形態では、アース接続部９１の材料としてステンレスを用いたが、導電性の材料であれば他の材料でもよい。望ましくは、弾性（バネ性）を有する材料がよい。また、絶縁性材料からなる板を用い、表面に導電性材料をコーティングしてもよい。
【０１１６】
また第２の実施の形態及び第１乃至第４の変形例では、第二のカップリング８６又は第一のカップリング８３にアース接続部を接触させるようにしたが、回転軸の他の部分（第一の回転伝達棒８４、第二の回転伝達棒８７等）に接触させてもよい。
【０１１７】
また、第２の変形例（図１３Ａ及び１３Ｂ）では、針金状金属９７はコイル部９７Ｂを備えていたが、コイル部９７Ｂを有さない直線的な針金状金属としてもよい。
【０１１８】
また、第１及び第２の実施の形態による回転ターゲット式成膜装置１及び１００は、電子線発生装置３０及び電子線収束装置４０によりターゲット１１に電子線を補助的に照射しつつ、レーザ光照射装置５０によりレーザアブレーションを行う装置である。しかし、レーザ光照射装置５０は必ずしも設けられていなくてもよい。すなわち、一般的な電子線照射による成膜装置に対して、上述した回転機構及びアース接続部を適用してもよい。
【０１１９】
また、第１及び第２の実施の形態では、回転坩堝ホルダ１０は、回転導入端子８２に接続されたモータ８１（回転手段）により回転駆動されるが、モータを用いずに手動で回転させてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
以上のように、本発明にかかる回転ターゲット式電子線補助照射レーザアブレーション成膜装置及び回転ターゲット式電子線照射成膜装置は、良好な膜質の薄膜を形成することが可能な成膜装置として有用である。
【符号の説明】
【０１２１】
１、１００・・・回転ターゲット式成膜装置、 ６・・・真空容器（装置本体）、 １０・・・回転坩堝ホルダ（ターゲットホルダ）、 １１・・・ターゲット、 １７・・・坩堝、 １８・・・水冷装置、 ２０・・・基板ホルダ、 ２１・・・成膜用基板、 ３０・・・電子線発生装置、 ３１・・・フィラメント、 ３２・・・電子線発生用駆動電源、 ３３・・・交流電源、 ３４・・・直流電源、 ３５・・・遠隔操作装置、 ４０・・・電子線収束装置、 ４１・・・永久磁石、 ４２・・・ヨーク、 ４４・・・アノード、 ５０・・・レーザ光照射装置、 ５１・・・レーザ装置、 ５２・・・レンズ、 ５３・・・移動装置、 ６１・・・真空室、 ６２・・・ターゲット観察用窓、 ６３・・・レーザ窓、 ６５・・・真空装置、 ７１〜７３・・・シャッタ、 ８０・・・回転機構、 ８１・・・モータ、 ８２・・・回転導入端子、 ８３・・・第一のカップリング、 ８４・・・第一の回転伝達棒、 ８５・・・回転軸受、 ８５１・・・内輪、 ８５２・・・外輪、 ８５Ａ・・・軸受支持部材、 ８６・・・第二のカップリング、 ８７・・・第二の回転伝達棒、 ８８・・・回転軸受、 ９１、９８・・・アース接続部、 ９１１・・・基部、 ９１２・・・櫛歯部、 ９２・・・固定部材、 ９３・・・アース支持部材、 ９６・・・コイルスプリング、 ９７・・・針金状金属、 １０１・・・コンポジット坩堝、 １０２・・・グラファイト坩堝、 １８１・・・水冷容器、 １８２・・・水冷パイプ、 １８４・・・絶縁回転伝達棒。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体材料からなるターゲットを保持するターゲットホルダと、
該ターゲットホルダを回転可能な回転機構と、
該ターゲットホルダに対して所定の位置に設けられ、成膜用基板を保持する基板ホルダと、
電子線を発生する電子線発生装置と、
該回転機構により回転する該ターゲットに対して、電子レンズを形成することにより該電子線発生装置から発生された電子線を収束させ、もって該ターゲットの少なくとも一部を液体化する電子線収束装置と、
液体化された該ターゲットの少なくとも一部にレーザ光を照射するレーザ光照射装置と、を備えることを特徴とする回転ターゲット式電子線補助照射レーザアブレーション成膜装置。
【請求項２】
真空室を有する装置本体を更に備え、
該電子線発生装置は、電子線放出源と、該電子線放出源に電圧を印加して電子線を放出させる駆動電源とを備え、
該ターゲットホルダ、該基板ホルダ、及び該電子線放出源は、該真空室内に設けられており、
該ターゲットホルダは、該回転機構を介して該装置本体に接続されており、
該ターゲットホルダ、該回転機構、及び該装置本体は導電性を有することを特徴とする請求項１記載の回転ターゲット式電子線補助照射レーザアブレーション成膜装置。
【請求項３】
該回転機構は、該真空室の外部に設けられ回転力を発生するモータと、
該装置本体に支持されると共に該モータに接続され、もって該モータの回転力を該真空室内に導入する回転導入端子と、
該装置本体に支持されると共に該真空室内に設けられた回転軸受と、
一端と他端とを有し、該一端は該回転導入端子に接続され該他端は該ターゲットホルダに接続されると共に、該一端と該他端との間において該回転軸受に回転可能に支持され、もって該モータの回転力を該ターゲットホルダに伝達する回転伝達棒と、を備え、
該回転軸受は、導電性の内輪及び外輪と、該内輪と該外輪との間に設けられる導電性の回転玉とを備え、
該回転玉の表面には、導電性の固体潤滑剤がコーティングされていることを特徴とする請求項２記載の回転ターゲット式電子線補助照射レーザアブレーション成膜装置。
【請求項４】
該ターゲットホルダを冷却するための冷却手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一記載の回転ターゲット式電子線補助照射レーザアブレーション成膜装置。
【請求項５】
該冷却手段は水冷容器を備え、該水冷容器と該ターゲットホルダとの距離が０．１μｍ以上かつ２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４記載の回転ターゲット式電子線補助照射レーザアブレーション成膜装置。
【請求項６】
装置本体と、
ターゲットを保持するターゲットホルダと、
該ターゲットホルダに対して所定の位置に設けられ、成膜用基板を保持する基板ホルダと、
該ターゲットに対して電子線を照射する電子線照射装置と、
該装置本体に支持される回転軸受と、
該ターゲットホルダに接続される一端と回転手段に接続される他端とを有し、該回転軸受に回転可能に支持される回転軸と、
導電性を有し、該回転軸に接触して設けられるとともにアースに接続されるアース接続部とを備えることを特徴とする回転ターゲット式電子線照射成膜装置。
【請求項７】
該アース接続部と該回転軸との接触部の電気抵抗が該回転軸受の電気抵抗よりも小さいことを特徴とする請求項６記載の回転ターゲット式電子線照射成膜装置。
【請求項８】
該アース接続部は弾性を有する材料からなり、もって該回転軸に対して弾性的に接触することを特徴とする請求項６又は７記載の回転ターゲット式電子線照射成膜装置。
【請求項９】
該アース接続部は、金属製薄板、金属製コイルばね、及び針金状金属の何れかにより構成されることを特徴とする請求項８記載の回転ターゲット式電子線照射成膜装置。
【請求項１０】
該アース接続部は、基部と該基部から櫛歯状に延びる櫛歯部とを有する金属製薄板により構成され、該櫛歯部が該回転軸に接触することを特徴とする請求項８記載の回転ターゲット式電子線照射成膜装置。
【請求項１１】
該回転軸は、該アース接続部と接触する接触部を備え、
該アース接続部と該接触部とは同じ材質により形成されていることを特徴とする請求項６乃至１０の何れか一記載の回転ターゲット式電子線照射成膜装置。
【請求項１２】
該回転軸は、該ターゲットホルダに接続されるターゲットホルダ接続部と、該アース接続部と接触する接触部と、該回転軸受に支持される軸受支持部とを備え、
該接触部は、該ターゲットホルダ接続部と該軸受支持部との間に位置することを特徴とする請求項６乃至１１の何れか一記載の回転ターゲット式電子線照射成膜装置。
【請求項１３】
該回転軸は、絶縁性材料からなる絶縁部を更に備え、
該絶縁部は、該接触部と該回転軸受との間に位置することを特徴とする請求項１２記載の回転ターゲット式電子線照射成膜装置。
【請求項１】
固体材料からなるターゲットを保持するターゲットホルダと、
該ターゲットホルダを回転可能な回転機構と、
該ターゲットホルダに対して所定の位置に設けられ、成膜用基板を保持する基板ホルダと、
電子線を発生する電子線発生装置と、
該回転機構により回転する該ターゲットに対して、電子レンズを形成することにより該電子線発生装置から発生された電子線を収束させ、もって該ターゲットの少なくとも一部を液体化する電子線収束装置と、
液体化された該ターゲットの少なくとも一部にレーザ光を照射するレーザ光照射装置と、を備えることを特徴とする回転ターゲット式電子線補助照射レーザアブレーション成膜装置。
【請求項２】
真空室を有する装置本体を更に備え、
該電子線発生装置は、電子線放出源と、該電子線放出源に電圧を印加して電子線を放出させる駆動電源とを備え、
該ターゲットホルダ、該基板ホルダ、及び該電子線放出源は、該真空室内に設けられており、
該ターゲットホルダは、該回転機構を介して該装置本体に接続されており、
該ターゲットホルダ、該回転機構、及び該装置本体は導電性を有することを特徴とする請求項１記載の回転ターゲット式電子線補助照射レーザアブレーション成膜装置。
【請求項３】
該回転機構は、該真空室の外部に設けられ回転力を発生するモータと、
該装置本体に支持されると共に該モータに接続され、もって該モータの回転力を該真空室内に導入する回転導入端子と、
該装置本体に支持されると共に該真空室内に設けられた回転軸受と、
一端と他端とを有し、該一端は該回転導入端子に接続され該他端は該ターゲットホルダに接続されると共に、該一端と該他端との間において該回転軸受に回転可能に支持され、もって該モータの回転力を該ターゲットホルダに伝達する回転伝達棒と、を備え、
該回転軸受は、導電性の内輪及び外輪と、該内輪と該外輪との間に設けられる導電性の回転玉とを備え、
該回転玉の表面には、導電性の固体潤滑剤がコーティングされていることを特徴とする請求項２記載の回転ターゲット式電子線補助照射レーザアブレーション成膜装置。
【請求項４】
該ターゲットホルダを冷却するための冷却手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一記載の回転ターゲット式電子線補助照射レーザアブレーション成膜装置。
【請求項５】
該冷却手段は水冷容器を備え、該水冷容器と該ターゲットホルダとの距離が０．１μｍ以上かつ２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４記載の回転ターゲット式電子線補助照射レーザアブレーション成膜装置。
【請求項６】
装置本体と、
ターゲットを保持するターゲットホルダと、
該ターゲットホルダに対して所定の位置に設けられ、成膜用基板を保持する基板ホルダと、
該ターゲットに対して電子線を照射する電子線照射装置と、
該装置本体に支持される回転軸受と、
該ターゲットホルダに接続される一端と回転手段に接続される他端とを有し、該回転軸受に回転可能に支持される回転軸と、
導電性を有し、該回転軸に接触して設けられるとともにアースに接続されるアース接続部とを備えることを特徴とする回転ターゲット式電子線照射成膜装置。
【請求項７】
該アース接続部と該回転軸との接触部の電気抵抗が該回転軸受の電気抵抗よりも小さいことを特徴とする請求項６記載の回転ターゲット式電子線照射成膜装置。
【請求項８】
該アース接続部は弾性を有する材料からなり、もって該回転軸に対して弾性的に接触することを特徴とする請求項６又は７記載の回転ターゲット式電子線照射成膜装置。
【請求項９】
該アース接続部は、金属製薄板、金属製コイルばね、及び針金状金属の何れかにより構成されることを特徴とする請求項８記載の回転ターゲット式電子線照射成膜装置。
【請求項１０】
該アース接続部は、基部と該基部から櫛歯状に延びる櫛歯部とを有する金属製薄板により構成され、該櫛歯部が該回転軸に接触することを特徴とする請求項８記載の回転ターゲット式電子線照射成膜装置。
【請求項１１】
該回転軸は、該アース接続部と接触する接触部を備え、
該アース接続部と該接触部とは同じ材質により形成されていることを特徴とする請求項６乃至１０の何れか一記載の回転ターゲット式電子線照射成膜装置。
【請求項１２】
該回転軸は、該ターゲットホルダに接続されるターゲットホルダ接続部と、該アース接続部と接触する接触部と、該回転軸受に支持される軸受支持部とを備え、
該接触部は、該ターゲットホルダ接続部と該軸受支持部との間に位置することを特徴とする請求項６乃至１１の何れか一記載の回転ターゲット式電子線照射成膜装置。
【請求項１３】
該回転軸は、絶縁性材料からなる絶縁部を更に備え、
該絶縁部は、該接触部と該回転軸受との間に位置することを特徴とする請求項１２記載の回転ターゲット式電子線照射成膜装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−１４０７１１（Ｐ２０１２−１４０７１１Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１０２３５１（Ｐ２０１２−１０２３５１）
【出願日】平成２４年４月２７日（２０１２．４．２７）
【分割の表示】特願２００６−３５１４３７（Ｐ２００６−３５１４３７）の分割
【原出願日】平成１８年１２月２７日（２００６．１２．２７）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年４月２７日（２０１２．４．２７）
【分割の表示】特願２００６−３５１４３７（Ｐ２００６−３５１４３７）の分割
【原出願日】平成１８年１２月２７日（２００６．１２．２７）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
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