成膜方法及び成膜装置
【課題】成膜速度を損なうことなく、平滑性に優れた薄膜を形成する成膜方法及び成膜装置を提供する。
【解決手段】固体物質を有するターゲット２に、第１のレーザ光源４からレーザ光６を照射して、ターゲット２の固体物質を飛散させる工程と、飛散された固体物質に第２のレーザ光源５からレーザ光７を照射する工程とを有し、飛散された飛散物質を基板３に付着させて成膜する。
【解決手段】固体物質を有するターゲット２に、第１のレーザ光源４からレーザ光６を照射して、ターゲット２の固体物質を飛散させる工程と、飛散された固体物質に第２のレーザ光源５からレーザ光７を照射する工程とを有し、飛散された飛散物質を基板３に付着させて成膜する。
【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法を用いた成膜方法及び成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、薄膜を形成する方法として、ＰＶＤ法（物理気相成長法）の一種であるレーザアブレーション法（Pulsed Laser Deposition法）が用いられている。レーザアブレーション法では、レーザ光を金属や化合物等の所望の材料からなるターゲットに照射し、ターゲットの物質をプラズマ化させることにより、プラズマ状のプルームを発生させる。そして、この発生したプルーム内の物質が基板方向に飛散し、その飛散物質が基板上に堆積されることにより薄膜が形成される。
このようなレーザアブレーション法は、ターゲットの組成と基板上に作製される薄膜の組成のずれが少ない等の特徴を有している。
【０００３】
ところで、レーザアブレーション法において、プラズマ状のプルーム内の物質には、分子、原子、イオン、電子、等が混在している。レーザアブレーション法では、このプルーム内を飛散する解離された荷電粒子や中性原子、中性小分子などの小さな粒子により、基板上に平坦な膜が作製される。しかしながら、プルーム内には、粒径が１μｍ〜１０μｍ程度のドロップレットの原因となる粗大粒子も混在している。ここで、粗大粒子とは、例えば、微粒子やクラスタを示す。ドロップレットとは、解離されていない粗大粒子が基板上に被着したものである。従来、このドロップレットの原因となる粗大粒子が基板に堆積されると、膜表面に凹凸ができてしまい膜質が悪化するという問題があった。
【０００４】
そこで、レーザアブレーション法を用いた成膜において、ドロップレットの原因となる粗大粒子が基板に堆積されてしまうことを防ぐ為に、様々な提案がなされている（特許文献１、特許文献２）。
特許文献１には、ターゲット上のレーザ照射位置と、基板とを結ぶ直線上のターゲット近傍に遮蔽物を設ける構成が記載されている。この遮蔽物を設けることにより、ターゲットから出た微粒子等の重い粒子は遮蔽物に遮られる。一方で、軽い粒子は粒子同士衝突し合いながら飛散していくため、基板上には質量の軽い粒子のみが散乱して到達する。このため、基板上にドロップレットの原因となる重い粒子は到達しないので、ドロップレットを含まない平坦な薄膜を作製することができる。
【０００５】
また、特許文献２には高速回転体をターゲットと基板との間の基板寄りに設ける構成が記載されている。この高速回転体は、回転軸と回転軸に放射状に取り付けられた多数の平面吸着板から構成されており、この回転体の高速回転によりドロップレットの原因となる粗大粒子を平面吸着板全面で均一に捕捉吸着させる。このようにして、成膜に寄与させたくない粗大粒子を捕捉して、基板に付着する飛散物質から完全に分離することができるため、平坦で良質な膜が得られる構成となっている。
【０００６】
以上のように、従来のレーザアブレーション法では、ドロップレットの原因となる粗大粒子を取り除く構成を設けることにより、作製する薄膜の平滑性の向上が図られていた。
【０００７】
【特許文献１】特開平７−３４２３１号公報
【特許文献２】特開２００３−４９２６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、アブレーション法において、特許文献１のドロップレットを低減させる方法では、遮蔽物によりドロップレットの原因となる粗大粒子を遮蔽するために、成膜速度が極端に低減するという問題がある。また、特許文献２のように、高速回転体によりドロップレットの原因となる粗大粒子を捕捉する場合、ターゲットと基板間に高速回転体を構成しなければならないため、ターゲットと基板間の距離が制限されてしまう問題がある。さらに、従来のように、ドロップレットの原因となる粗大粒子を、遮蔽物や高速回転体で捕捉する方法では、遮蔽物や高速回転体を取り出して洗浄しなければならないため、装置の管理に手間が掛かる問題もある。
【０００９】
本発明は、上述の点に鑑み、成膜速度を損なうことなく、平滑性に優れた薄膜を形成する成膜方法及び成膜装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の成膜方法は、固体物質を有するターゲットに、第１レーザ光源からレーザ光を照射して、ターゲットの固体物質を飛散させる工程と、飛散された飛散物質に第２のレーザ光源からレーザ光を照射する工程とを有し、飛散された飛散物質を基板に付着させて成膜することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の成膜装置は、固体物質を有するターッゲトと、ターゲットにレーザ光を照射する第１レーザ光源と、ターゲットから飛散した飛散物質に対してレーザ光を照射する、少なくとも１以上のレーザ光源からなる第２レーザ光源と、飛散物質が付着して成膜される基板とを有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の成膜方法及び成膜装置では、第２のレーザ光源により、飛散物質にレーザ光が照射されるので、飛散物質中のドロップレットの原因となる粗大粒子が分解される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の成膜方法によれば、ドロップレットの原因となる粗大粒子を分解して成膜に寄与させるので、成膜速度を損なうことなく平滑性に優れた膜を基板上に成膜することができる。
【００１４】
本発明の成膜装置によれば、第２レーザ光を飛散物質に照射することにより、飛散物質が分解されるので、基板上に成膜されるドロップレットを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
図１に本発明の一実施形態に係る成膜装置１の概略構成を示す。本発明の成膜装置１は、所望の固体物質材料で構成されたターゲット２と、ターゲット２上に第１レーザ光６を照射する第１のレーザ光源４と、ターゲット２から飛散した飛散物質に対して第２レーザ光７を照射する第２のレーザ光源５と、ターゲット２から飛散された飛散物質が堆積される基板３とから構成される。本実施形態例では、基板３上に磁性膜であるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ膜を形成する例を示す。
【００１７】
表１に、本実施形態例の成膜条件を示す。
【００１８】
【表１】
【００１９】
表１に示すように、本実施形態例における成膜は、２×１０−６Ｔｏｒｒ〜８×１０−６Ｔｏｒｒの真空雰囲気中でなされる。ターゲット２及び基板３は、図示しない真空容器内に構成されている。
【００２０】
本実施形態例において、ターゲット２は、Ｎｄ２．６Ｆｅ１４Ｂから構成される。また、基板３はタンタル（Ｔａ）から構成され、ターゲット２上の第１レーザ光６の照射位置に対向した位置に所要の距離を保って配置される。ターゲット２は所要の回転速度で回転するように配置される。本実施形態例において、基板３の成膜される基板面３ａと、ターゲット２のレーザ照射されるターゲット面２ａとの間の距離は１０ｍｍに設定されている。また、本実施形態例におけるターゲット２の回転速度は、７．０ｒｐｍである。
【００２１】
第１のレーザ光源４としては、例えばＹＡＧレーザを用いる。第１のレーザ光源４は、ターゲット２上に第１レーザ光６を照射できる位置に配置される。第１のレーザ光源４から発振される第１レーザ光６のビームエネルギーは５〜６Ｗに設定する。そして、第１のレーザ光源４から発振される第１レーザ光６は、ターゲット２から電離された物質を飛散させるだけのエネルギー密度を有していればよい。
【００２２】
第２のレーザ光源５としては、第１のレーザ光源４と同様に例えばＹＡＧレーザを用いる。第２のレーザ光源５は、第２レーザ光７を、ターゲット２上の第１レーザ光６が照射されるターゲット面２ａと、基板３の成膜される側の基板面３ａとを結ぶ直線上に照射できるような位置に配置される。本実施形態例では、第２レーザ光７がターゲット２と基板３間にあって、ターゲット面２ａ及び基板面３ａに平行に照射されるように、第２のレーザ光源５が配置される。第２のレーザ光源５から発振される第２レーザ光７のビームエネルギーは５〜６Ｗに設定する。また、第２のレーザ光源５からの第２レーザ光７は、第１のレーザ光源４の発振に対して所望の遅延をかけて発振されるように構成されている。
【００２３】
このような構成の成膜装置１において、レーザアブレーション法により、真空雰囲気中において基板３上に成膜が成される。本実施形態例では、Ｎｄ２．６Ｆｅ１４Ｂから構成されるターゲット２を構成することにより、Ｔａからなる基板３上にはＮｄ−Ｆｅ−Ｂ膜が形成される。
以下に、本実施形態例の成膜装置１を用いた成膜方法を示す。
【００２４】
まず、第１のレーザ光源４から第１レーザ光６を発振して、ターゲット２上に照射する。そうすると、図１に示すように、ターゲット２が瞬間的に昇華（アブレーション）され、電離された荷電粒子、中性原子、中性小分子等からなる微細粒子９が混在したプラズマ状のプルーム１０が発生する。そうすると、プルーム１０内の各々の粒子は基板面３ａに向って飛散する。このとき、プルーム１０内には、成膜に寄与させたい荷電粒子や中性原子、中性小分子等の微細粒子９の他に、ドロップレットの原因となるクラスタや微粒子からなる粗大粒子８が混在している状態である。
【００２５】
次に、第２のレーザ光源５から第２レーザ光７を発振し、第１レーザ光６により発生したプルーム１０内の飛散物質に照射する。この第２レーザ光７の発振は、第１レーザ光６の発振に対して、所望の遅延を持たせている。第１レーザ光６に対して遅延をかけられた第２レーザ光７を照射することにより、ターゲット２から飛散してプルーム１０内に混在している粗大粒子８がプラズマ化される。すなわち、第２レーザ光７の照射により、ドロップレットの原因となる粗大粒子８が分解され荷電粒子、中性粒子、中性小分子等の電離された微細粒子９になって飛散する。
【００２６】
図２に、ターゲット２から飛散した粗大粒子８が第２レーザ光７に照射される前の様子（図２Ａ）と、照射された後の様子（図２Ｂ）の模式的に示す。図２に示すように、粗大粒子８に第２レーザ光７が照射されることにより、粗大粒子８が、荷電粒子や中性子、中性小分子等の粒径が微小の微細粒子９に電離される。
【００２７】
従って、第２レーザ光７によりドロップレットの原因となる粗大粒子８が分解されるので、基板３上に粗大粒子８が被着してドロップレットができるのを防ぐことができる。すなわち、基板３上に到達する粒子のほとんどが、良質な膜質を構成する粒径の小さな荷電粒子、中性分子、中性小分子等の微細粒子９とされるので、膜の凹凸の原因となるドロップレットが低減される。
【００２８】
さらに、本実施形態例では、第１レーザ光６をターゲット２に照射した際に発生する荷電粒子等の微細粒子８に加え、第２レーザ光７をターゲット２から発生した粗大粒子８に照射することにより発生した荷電粒子等の微細粒子９も成膜に寄与するので、成膜速度が向上する。
【００２９】
ここで、本実施形態例において、第１のレーザ光源４からの第1レーザ光６の発振に対して第２のレーザ光源５から発振される第２レーザ光７に遅延をかける理由を、図３を用いて説明する。
【００３０】
図３に、一般的なレーザアブレーション法において、レーザ光をターゲット上に照射して物質をアブレーションさせた後の、プルーム内の粒子移動を示す。横軸がアブレーション後の経過時間で、縦軸が各物質のターゲットからの飛散距離を示す。レーザアブレーション法では、前述したように、ターゲットをレーザ照射した際にプラズマ状のプルームが発生する。このプルーム内には、荷電粒子や中性原子、中性小分子等のプラズマに加えて、クラスタや微粒子等のドロップレットの原因となる粗大粒子が含まれる。図３からわかるように、荷電粒子や中性原子、中性小分子等の粒径の小さい粒子は軽いため、アブレーション後のターゲットからの飛散距離は、少しの経過時間で大きな飛散距離となる分布を有する。それに対して、アブレーションによりターゲットから放出されるクラスタや微粒子等の粒径の大きな粒子は重いため、荷電粒子や中性原子、中性小分子に比べて経過時間に対する飛散距離は小さい分布となっている。すなわち、図２に示す各粒子のアブレーション後の経過時間に対する飛散距離の分布により、ドロップレットとなるクラスタや微粒子は、荷電粒子や中性原子、中性小分子等のプラズマよりも飛散速度が小さいことがわかる。
【００３１】
本実施形態例では、第２のレーザ光源５から発振される第２レーザ光７を、ドロップレットの原因となる粗大粒子８に照射して、プラズマ化する構成とする。すなわち、図３に示した各粒子の経過時間と飛散距離の時間の関係を用いて、第２レーザ光７の照射タイミングを調整することで、粗大粒子８に有効にレーザを照射することができる。このように、本実施形態例では、第１のレーザ光源４の発振に対して、第２のレーザ光源５に適切な遅延をかけることにより、クラスタや微粒子が分解され、基板表面に到達するドロップレットが低減される。
【００３２】
本実施形態例において、第１のレーザ光源４からの第１レーザ光６発振に対する第２のレーザ光源５の第２レーザ光７発振の最適な遅延時間は、成膜条件によって変わってくる。また、どの程度まで膜の平滑性を求めるかにより、問題とする粗大粒子８の粒径は変わってくる。
【００３３】
図４、図５に、表１に示した成膜条件において、第１レーザ光６のレーザエネルギーを６．０Ｗ、第２レーザ光７のレーザエネルギーを５．０Ｗに設定し、成膜時間を１時間として、第1レーザ光６に対して第２レーザ光７にかける遅延時間の最適化を行ったときの測定結果を示す。また、本実施形態例において、問題とする粗大粒子８は、図３で示したクラスタや微粒子とする。
【００３４】
図４は、基板３上に堆積されるドロップレットの粒径の高さ（μｍ）毎に、ドロップレットの数（個）を計測して示したものであり、第２レーザ光７を照射せずに成膜した通常成膜のときのドロップレットの数、第２レーザ光７に０．２μｓの遅延をかけたときのドロップレットの数、第２レーザ光７に５０μｓの遅延をかけたときのドロップレットの数、第２レーザ光７に１００μｓの遅延をかけたときのドロップレットの数をそれぞれ計測している。例えば、基板３に堆積されるドロップレットの粒径高さが１〜５μｍであるとき、通常成膜の時のドロップレットの数は６９個、０．２μｓの遅延をかけたときのドロップレットの数は５７個、５０μｓの遅延をかけたときのドロップレットの数は３９個、１００μｓの遅延をかけたときのドロップレットの数は４２個である。図４の結果を平均すると、５０μｓの遅延を第２レーザ光７にかけたときが、ドロップレットの発生を最も有利に抑制することがわかる。
【００３５】
図５には、第２レーザ光７にかける遅延時間に対する基板３上に成膜されるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ膜の膜厚を示す。破線ｂは、第２レーザ光７を照射しない場合の平均膜厚を示すものである。図５の実線ａで示すように、膜厚の平均値は遅延時間がおよそ５０μｓのときに最も低い値となる。膜厚の平均値の減少は、第２レーザ光７でプラズマ化された物質は基板２方向以外にも飛散するためであり、遅延時間が５０μｓのときに第２レーザが有効に粗大粒子をプラズマ化しているといえる。
【００３６】
図４及び図５の結果により、本実施形態例の成膜条件においては、第２レーザ光７に対して第１レーザ光５から５０μｓの遅延時間をかけたときに、ドロップレットの数が低減された平滑性のよい薄膜が基板３上に成膜されることがわかる。
【００３７】
図６に、通常成膜した場合、すなわち第２レーザ光７を照射しない場合の薄膜の表面状態（図６Ａ）と、エネルギー密度が０．２５Ｊ／ｃｍ３である第２レーザ光７に、第１レーザ光５に対して５０μｓの遅延時間をかけて照射した場合の薄膜の表面状態（図６Ｂ）を映したＳＥＭ（Scanning Electro Microscope）写真を示す。図６Ａでは、粒径の大きなドロップレット１１が表面に確認することができる。それに対し、図６Ｂでは、図６Ａで見られるような粒径の大きな粒が見られない。すなわち、第２レーザ光７に５０μｓの遅延時間をかけて照射した場合には、ドロップレットが低減されているのがわかる。さらに、図６Ａに見る膜厚は９．１２μｍであり、図６Ｂに見る膜厚は７μｍである。これは、第２レーザ光７でプラズマ化された物質は基板２方向以外にも飛散するためであり、第２レーザ光７を照射しない場合（図６Ａ）よりも、照射した場合（図６Ｂ）の方が、膜厚が薄くなっている
【００３８】
以上より、本実施形態例の成膜条件においては、第２レーザ光７に５０μｓの遅延時間をかけて第２レーザ光７を照射した場合のほうが、薄い膜を平滑性良く成膜することができることがわかる。
【００３９】
次に図７に、表１に示した成膜条件において、第１レーザ光５のレーザエネルギーを６．０Ｗ、第２レーザ光７のレーザエネルギーを５．０Ｗ、第２レーザ光７にかける遅延時間を５０μｓ、ターゲット２と基板３間の距離Ｌ（図１参照）を１０ｍｍとし、第２レーザ光６のビーム径の最適化を行ったときの測定結果を示す。
【００４０】
図７は、基板３上に堆積されるドロップレットの粒径の高さ（μｍ）毎に、ドロップレットの数（個）を計測して示したものであり、第２レーザ光７を照射せずに成膜した通常成膜のときのドロップレットの数、第２レーザ光７のビーム径ｄ（図１参照）を８．０ｍｍに設定したときのドロップレットの数、第２レーザ光７のビーム径を３．７ｍｍに設定したときのドロップレットの数、第２レーザ光７のビーム径を２．６ｍｍに設定したときのドロップレットの数、第２レーザ光７のビーム径を１．７ｍｍに設定したときのドロップレットの数をそれぞれ計測している。例えば、基板３に堆積されるドロップレットの粒径高さが１〜５μｍであるとき、通常成膜の時のドロップレットの数は６２個、ビーム径が８．０ｍｍのときのドロップレットの数は３５個、ビーム径が３．７ｍｍのときのドロップレットの数は４１個、ビーム径が２．６ｍｍのときのドロップレットの数は５５個、ビーム径が１．７ｍｍのときのドロップレットの数は４７である。図７に示す結果を平均すると、第２レーザ光７のビーム径が８．０ｍｍであるときに、ドロップレットの発生が最も有利に抑制されることがわかる。
【００４１】
ここで、レーザ光のエネルギー密度はビーム径に依存する。第２レーザ光７のビーム径８．０ｍｍ、３．７ｍｍ、２．６ｍｍ、１．７ｍｍは、それぞれ、エネルギー密度０．３３Ｊ／ｃｍ３、１．６Ｊ／ｃｍ３、３．１Ｊ／ｃｍ３、７．３Ｊ／ｃｍ３に対応する。
【００４２】
図８に、通常成膜した場合、すなわち第２レーザ光７を照射しない場合の薄膜の表面状態（図８Ａ）と、ビーム径が８．０ｍｍである第２レーザ光７を照射した場合の薄膜の表面状態（図８Ｂ）を映したＳＥＭ写真を示す。図８Ａでは、粒径の大きなドロップレット１２が表面に確認することができる。それに対し、図８Ｂでは、図８Ａに比べて、粒径の大きな粒が低減されている。すなわち、ビーム径を８．０ｍｍに設定した第２レーザ光７を照射した場合には、ドロップレットが低減されているのがわかる。このように、本実施形態例の成膜条件においては、第２レーザ光７のビーム径を８．０ｍｍに設定したときが最もドロップレットを抑制することができ、薄い膜を平滑性良く成膜することができることがわかる。
【００４３】
ところで、図７，図８を用いて説明したビーム径の最適化では、ターゲット２と基板３との間の距離を１０ｍｍと設定していた。そして、このとき最適なビーム径は８．０ｍｍであり、これは、ターゲット２と基板３との間の距離１０ｍｍに最も近い値である。すなわち、ターゲット２と基板３との間に存在している粒子全体にレーザ光が照射されることにより、飛散する粗大粒子８に高い確率で照射される。そして、粗大粒子８が高い確率で分解されるので、基板３上にできる薄膜上のドロップレットが低減され、膜の平滑性が向上する。このように、第２レーザ光７は、粗大粒子８を分解するだけの十分なエネルギーであればよく、ビーム径は、ターゲット２と基板３との間の距離と同程度であることが好ましい。
【００４４】
このように、第２レーザ光７のレーザエネルギーが十分高い場合には、ビーム径はターゲット２と基板３との間の空間（距離Ｌで示す）をすべて覆うように設定するのが好ましい。従って、原理的には、例えばターゲット２と基板３間の距離Ｌが５ｍｍのときに、ビーム径が５ｍｍである第２レーザ光７を照射することがよいが、実際には、基板３やターゲット２に第２レーザ光７があたってしまうのを防ぐために、多少の余裕をとる。すなわち、上述したように、ビーム径は、ターゲット２と基板３との間の距離と同程度であることが好ましい。この場合の「同程度」とは、ビームがターゲット２や基板３にあたらない程度に、ビーム径が距離Ｌと近い値であることと定義する。
【００４５】
また、ターゲット２と基板３間の距離Ｌを広げていったときに、ビーム径を大きくしていくと、レーザエネルギー密度がちいさくなり、第２レーザ光７で粗大粒子をプラズマ化できなくなるという問題もある。このため、ビーム径には、エネルギー密度に制約される限界値もあり、第２レーザ光７のレーザエネルギーが十分で無い場合には、このビーム径よりも小さくする必要がある。
【００４６】
本実施形態例では、第２のレーザ光源５から発振される第２レーザ光７を円形のビーム形状とし、ビーム径ｄがターゲット２と基板３間の距離Ｌ全体を照射できるビーム径であればよいとしたが、第２レーザ光７はライン状のビームでもよく、その形状は問わない。この場合、本実施形態例で示したビーム径ｄは、ビーム幅に対応させるものとし、レーザエネルギーが十分大きければ、ビーム幅が、ターゲット２と基板３との距離Ｌ全体を照射できるものであることが好ましい。
【００４７】
本実施形態例によれば、第２レーザ光７の第１レーザ光５に対する遅延時間と、第２レーザ光７のビーム径を最適に設定することにより、プルーム１０内に混在する粗大粒子８を効果的にプラズマ化することができる。このため、基板３に到達する粗大粒子８を抑制することができ、ドロップレットを低減することができる。
【００４８】
本実施形態例においては、第２のレーザ光源５を１つのレーザ光源から構成されるものとしたが、複数のレーザ光源で第２レーザ光源５を構成してもよい。第２のレーザ光源５を複数設けて、ターゲット２と基板３との間に配置することにより、複数段階に分けて粗大粒子８が分解されるように構成する。これにより、はじめの第２レーザ光でプラズマ化されなかった粗大粒子８が、次の第２レーザ光でプラズマ化される。例えばこの場合、第２レーザの遅延時間を変えて複数のレーザを順次照射する。この方法では，飛来してくる粒子を順次プラズマ化させることになる。
【００４９】
また、第２のレーザ光源５を複数のレーザ光源で構成する他の例としては、複数のレーザを同じ位置に同時に照射する方法がある。この方法では，エネルギー密度の不足を補うために，複数のレーザを用いる。
【００５０】
以上のように、第２のレーザ光源５を複数のレーザ光源で構成する例とすれば、ドロップレットの原因となる粗大粒子がプラズマ化される確率が大きくなるため、より平滑性のよい膜を成膜することができる。
【００５１】
また、本実施形態例では、基板３上に磁性膜を形成する例としたが、これに限定されるものではなく、超伝導薄膜や半導体薄膜等の複合材料系薄膜の作製等にも用いることができる。
【００５２】
また、本実施形態例では、基板は、ターゲット上のレーザ光が照射される位置に対向する位置に配置されている。基板とターゲットを対向させて配置することにより、成膜速度が速くなる効果を奏する。また、基板を、ターゲットの面に対して垂直に配置する構成としてもよい。その場合には、第２レーザ光を照射しきれなかった粗大粒子が基板上に成膜することをも防ぐことができ、より膜表面の平滑性が良好になる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施形態例に係る成膜装置の概略構成図である。
【図２】粗大粒子にレーザ光を照射する前と照射した後を示した模式図である。
【図３】アブレーション後のプルーム内の粒子移動を示した概略分布図である。
【図４】第２レーザ光にそれぞれの遅延時間をかけたときの、ドロップレットの粒径高さ毎に計測したドロップレットの数を示す図である。
【図５】第２レーザ光にかける遅延時間に対する膜厚を求めた図である。
【図６】Ａ，Ｂ 第２レーザ光を照射しないときの膜表面のＳＥＭ写真と、第２レーザ光に５０μｓの遅延時間をかけたときの膜表面のＳＥＭ写真である。
【図７】第２レーザ光のビーム径をそれぞれ設定したときの、ドロップレットの粒径高さ毎に計測したドロップレットの数を示す図である。
【図８】Ａ，Ｂ 第２レーザ光を照射しないときの膜表面のＳＥＭ写真と、第２レーザ光のビーム径を８．０ｍｍにしたときの膜表面のＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００５４】
１・・成膜装置、２・・ターゲット、３・・基板、４・・第１のレーザ光源、５・・第２のレーザ光源、６・・第１レーザ光、７・・第２レーザ光、８・・粗大粒子、９・・微細粒子、１０・・プルーム、１１・・ドロップレット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザアブレーション法を用いた成膜方法及び成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、薄膜を形成する方法として、ＰＶＤ法（物理気相成長法）の一種であるレーザアブレーション法（Pulsed Laser Deposition法）が用いられている。レーザアブレーション法では、レーザ光を金属や化合物等の所望の材料からなるターゲットに照射し、ターゲットの物質をプラズマ化させることにより、プラズマ状のプルームを発生させる。そして、この発生したプルーム内の物質が基板方向に飛散し、その飛散物質が基板上に堆積されることにより薄膜が形成される。
このようなレーザアブレーション法は、ターゲットの組成と基板上に作製される薄膜の組成のずれが少ない等の特徴を有している。
【０００３】
ところで、レーザアブレーション法において、プラズマ状のプルーム内の物質には、分子、原子、イオン、電子、等が混在している。レーザアブレーション法では、このプルーム内を飛散する解離された荷電粒子や中性原子、中性小分子などの小さな粒子により、基板上に平坦な膜が作製される。しかしながら、プルーム内には、粒径が１μｍ〜１０μｍ程度のドロップレットの原因となる粗大粒子も混在している。ここで、粗大粒子とは、例えば、微粒子やクラスタを示す。ドロップレットとは、解離されていない粗大粒子が基板上に被着したものである。従来、このドロップレットの原因となる粗大粒子が基板に堆積されると、膜表面に凹凸ができてしまい膜質が悪化するという問題があった。
【０００４】
そこで、レーザアブレーション法を用いた成膜において、ドロップレットの原因となる粗大粒子が基板に堆積されてしまうことを防ぐ為に、様々な提案がなされている（特許文献１、特許文献２）。
特許文献１には、ターゲット上のレーザ照射位置と、基板とを結ぶ直線上のターゲット近傍に遮蔽物を設ける構成が記載されている。この遮蔽物を設けることにより、ターゲットから出た微粒子等の重い粒子は遮蔽物に遮られる。一方で、軽い粒子は粒子同士衝突し合いながら飛散していくため、基板上には質量の軽い粒子のみが散乱して到達する。このため、基板上にドロップレットの原因となる重い粒子は到達しないので、ドロップレットを含まない平坦な薄膜を作製することができる。
【０００５】
また、特許文献２には高速回転体をターゲットと基板との間の基板寄りに設ける構成が記載されている。この高速回転体は、回転軸と回転軸に放射状に取り付けられた多数の平面吸着板から構成されており、この回転体の高速回転によりドロップレットの原因となる粗大粒子を平面吸着板全面で均一に捕捉吸着させる。このようにして、成膜に寄与させたくない粗大粒子を捕捉して、基板に付着する飛散物質から完全に分離することができるため、平坦で良質な膜が得られる構成となっている。
【０００６】
以上のように、従来のレーザアブレーション法では、ドロップレットの原因となる粗大粒子を取り除く構成を設けることにより、作製する薄膜の平滑性の向上が図られていた。
【０００７】
【特許文献１】特開平７−３４２３１号公報
【特許文献２】特開２００３−４９２６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、アブレーション法において、特許文献１のドロップレットを低減させる方法では、遮蔽物によりドロップレットの原因となる粗大粒子を遮蔽するために、成膜速度が極端に低減するという問題がある。また、特許文献２のように、高速回転体によりドロップレットの原因となる粗大粒子を捕捉する場合、ターゲットと基板間に高速回転体を構成しなければならないため、ターゲットと基板間の距離が制限されてしまう問題がある。さらに、従来のように、ドロップレットの原因となる粗大粒子を、遮蔽物や高速回転体で捕捉する方法では、遮蔽物や高速回転体を取り出して洗浄しなければならないため、装置の管理に手間が掛かる問題もある。
【０００９】
本発明は、上述の点に鑑み、成膜速度を損なうことなく、平滑性に優れた薄膜を形成する成膜方法及び成膜装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の成膜方法は、固体物質を有するターゲットに、第１レーザ光源からレーザ光を照射して、ターゲットの固体物質を飛散させる工程と、飛散された飛散物質に第２のレーザ光源からレーザ光を照射する工程とを有し、飛散された飛散物質を基板に付着させて成膜することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の成膜装置は、固体物質を有するターッゲトと、ターゲットにレーザ光を照射する第１レーザ光源と、ターゲットから飛散した飛散物質に対してレーザ光を照射する、少なくとも１以上のレーザ光源からなる第２レーザ光源と、飛散物質が付着して成膜される基板とを有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の成膜方法及び成膜装置では、第２のレーザ光源により、飛散物質にレーザ光が照射されるので、飛散物質中のドロップレットの原因となる粗大粒子が分解される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の成膜方法によれば、ドロップレットの原因となる粗大粒子を分解して成膜に寄与させるので、成膜速度を損なうことなく平滑性に優れた膜を基板上に成膜することができる。
【００１４】
本発明の成膜装置によれば、第２レーザ光を飛散物質に照射することにより、飛散物質が分解されるので、基板上に成膜されるドロップレットを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
図１に本発明の一実施形態に係る成膜装置１の概略構成を示す。本発明の成膜装置１は、所望の固体物質材料で構成されたターゲット２と、ターゲット２上に第１レーザ光６を照射する第１のレーザ光源４と、ターゲット２から飛散した飛散物質に対して第２レーザ光７を照射する第２のレーザ光源５と、ターゲット２から飛散された飛散物質が堆積される基板３とから構成される。本実施形態例では、基板３上に磁性膜であるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ膜を形成する例を示す。
【００１７】
表１に、本実施形態例の成膜条件を示す。
【００１８】
【表１】
【００１９】
表１に示すように、本実施形態例における成膜は、２×１０−６Ｔｏｒｒ〜８×１０−６Ｔｏｒｒの真空雰囲気中でなされる。ターゲット２及び基板３は、図示しない真空容器内に構成されている。
【００２０】
本実施形態例において、ターゲット２は、Ｎｄ２．６Ｆｅ１４Ｂから構成される。また、基板３はタンタル（Ｔａ）から構成され、ターゲット２上の第１レーザ光６の照射位置に対向した位置に所要の距離を保って配置される。ターゲット２は所要の回転速度で回転するように配置される。本実施形態例において、基板３の成膜される基板面３ａと、ターゲット２のレーザ照射されるターゲット面２ａとの間の距離は１０ｍｍに設定されている。また、本実施形態例におけるターゲット２の回転速度は、７．０ｒｐｍである。
【００２１】
第１のレーザ光源４としては、例えばＹＡＧレーザを用いる。第１のレーザ光源４は、ターゲット２上に第１レーザ光６を照射できる位置に配置される。第１のレーザ光源４から発振される第１レーザ光６のビームエネルギーは５〜６Ｗに設定する。そして、第１のレーザ光源４から発振される第１レーザ光６は、ターゲット２から電離された物質を飛散させるだけのエネルギー密度を有していればよい。
【００２２】
第２のレーザ光源５としては、第１のレーザ光源４と同様に例えばＹＡＧレーザを用いる。第２のレーザ光源５は、第２レーザ光７を、ターゲット２上の第１レーザ光６が照射されるターゲット面２ａと、基板３の成膜される側の基板面３ａとを結ぶ直線上に照射できるような位置に配置される。本実施形態例では、第２レーザ光７がターゲット２と基板３間にあって、ターゲット面２ａ及び基板面３ａに平行に照射されるように、第２のレーザ光源５が配置される。第２のレーザ光源５から発振される第２レーザ光７のビームエネルギーは５〜６Ｗに設定する。また、第２のレーザ光源５からの第２レーザ光７は、第１のレーザ光源４の発振に対して所望の遅延をかけて発振されるように構成されている。
【００２３】
このような構成の成膜装置１において、レーザアブレーション法により、真空雰囲気中において基板３上に成膜が成される。本実施形態例では、Ｎｄ２．６Ｆｅ１４Ｂから構成されるターゲット２を構成することにより、Ｔａからなる基板３上にはＮｄ−Ｆｅ−Ｂ膜が形成される。
以下に、本実施形態例の成膜装置１を用いた成膜方法を示す。
【００２４】
まず、第１のレーザ光源４から第１レーザ光６を発振して、ターゲット２上に照射する。そうすると、図１に示すように、ターゲット２が瞬間的に昇華（アブレーション）され、電離された荷電粒子、中性原子、中性小分子等からなる微細粒子９が混在したプラズマ状のプルーム１０が発生する。そうすると、プルーム１０内の各々の粒子は基板面３ａに向って飛散する。このとき、プルーム１０内には、成膜に寄与させたい荷電粒子や中性原子、中性小分子等の微細粒子９の他に、ドロップレットの原因となるクラスタや微粒子からなる粗大粒子８が混在している状態である。
【００２５】
次に、第２のレーザ光源５から第２レーザ光７を発振し、第１レーザ光６により発生したプルーム１０内の飛散物質に照射する。この第２レーザ光７の発振は、第１レーザ光６の発振に対して、所望の遅延を持たせている。第１レーザ光６に対して遅延をかけられた第２レーザ光７を照射することにより、ターゲット２から飛散してプルーム１０内に混在している粗大粒子８がプラズマ化される。すなわち、第２レーザ光７の照射により、ドロップレットの原因となる粗大粒子８が分解され荷電粒子、中性粒子、中性小分子等の電離された微細粒子９になって飛散する。
【００２６】
図２に、ターゲット２から飛散した粗大粒子８が第２レーザ光７に照射される前の様子（図２Ａ）と、照射された後の様子（図２Ｂ）の模式的に示す。図２に示すように、粗大粒子８に第２レーザ光７が照射されることにより、粗大粒子８が、荷電粒子や中性子、中性小分子等の粒径が微小の微細粒子９に電離される。
【００２７】
従って、第２レーザ光７によりドロップレットの原因となる粗大粒子８が分解されるので、基板３上に粗大粒子８が被着してドロップレットができるのを防ぐことができる。すなわち、基板３上に到達する粒子のほとんどが、良質な膜質を構成する粒径の小さな荷電粒子、中性分子、中性小分子等の微細粒子９とされるので、膜の凹凸の原因となるドロップレットが低減される。
【００２８】
さらに、本実施形態例では、第１レーザ光６をターゲット２に照射した際に発生する荷電粒子等の微細粒子８に加え、第２レーザ光７をターゲット２から発生した粗大粒子８に照射することにより発生した荷電粒子等の微細粒子９も成膜に寄与するので、成膜速度が向上する。
【００２９】
ここで、本実施形態例において、第１のレーザ光源４からの第1レーザ光６の発振に対して第２のレーザ光源５から発振される第２レーザ光７に遅延をかける理由を、図３を用いて説明する。
【００３０】
図３に、一般的なレーザアブレーション法において、レーザ光をターゲット上に照射して物質をアブレーションさせた後の、プルーム内の粒子移動を示す。横軸がアブレーション後の経過時間で、縦軸が各物質のターゲットからの飛散距離を示す。レーザアブレーション法では、前述したように、ターゲットをレーザ照射した際にプラズマ状のプルームが発生する。このプルーム内には、荷電粒子や中性原子、中性小分子等のプラズマに加えて、クラスタや微粒子等のドロップレットの原因となる粗大粒子が含まれる。図３からわかるように、荷電粒子や中性原子、中性小分子等の粒径の小さい粒子は軽いため、アブレーション後のターゲットからの飛散距離は、少しの経過時間で大きな飛散距離となる分布を有する。それに対して、アブレーションによりターゲットから放出されるクラスタや微粒子等の粒径の大きな粒子は重いため、荷電粒子や中性原子、中性小分子に比べて経過時間に対する飛散距離は小さい分布となっている。すなわち、図２に示す各粒子のアブレーション後の経過時間に対する飛散距離の分布により、ドロップレットとなるクラスタや微粒子は、荷電粒子や中性原子、中性小分子等のプラズマよりも飛散速度が小さいことがわかる。
【００３１】
本実施形態例では、第２のレーザ光源５から発振される第２レーザ光７を、ドロップレットの原因となる粗大粒子８に照射して、プラズマ化する構成とする。すなわち、図３に示した各粒子の経過時間と飛散距離の時間の関係を用いて、第２レーザ光７の照射タイミングを調整することで、粗大粒子８に有効にレーザを照射することができる。このように、本実施形態例では、第１のレーザ光源４の発振に対して、第２のレーザ光源５に適切な遅延をかけることにより、クラスタや微粒子が分解され、基板表面に到達するドロップレットが低減される。
【００３２】
本実施形態例において、第１のレーザ光源４からの第１レーザ光６発振に対する第２のレーザ光源５の第２レーザ光７発振の最適な遅延時間は、成膜条件によって変わってくる。また、どの程度まで膜の平滑性を求めるかにより、問題とする粗大粒子８の粒径は変わってくる。
【００３３】
図４、図５に、表１に示した成膜条件において、第１レーザ光６のレーザエネルギーを６．０Ｗ、第２レーザ光７のレーザエネルギーを５．０Ｗに設定し、成膜時間を１時間として、第1レーザ光６に対して第２レーザ光７にかける遅延時間の最適化を行ったときの測定結果を示す。また、本実施形態例において、問題とする粗大粒子８は、図３で示したクラスタや微粒子とする。
【００３４】
図４は、基板３上に堆積されるドロップレットの粒径の高さ（μｍ）毎に、ドロップレットの数（個）を計測して示したものであり、第２レーザ光７を照射せずに成膜した通常成膜のときのドロップレットの数、第２レーザ光７に０．２μｓの遅延をかけたときのドロップレットの数、第２レーザ光７に５０μｓの遅延をかけたときのドロップレットの数、第２レーザ光７に１００μｓの遅延をかけたときのドロップレットの数をそれぞれ計測している。例えば、基板３に堆積されるドロップレットの粒径高さが１〜５μｍであるとき、通常成膜の時のドロップレットの数は６９個、０．２μｓの遅延をかけたときのドロップレットの数は５７個、５０μｓの遅延をかけたときのドロップレットの数は３９個、１００μｓの遅延をかけたときのドロップレットの数は４２個である。図４の結果を平均すると、５０μｓの遅延を第２レーザ光７にかけたときが、ドロップレットの発生を最も有利に抑制することがわかる。
【００３５】
図５には、第２レーザ光７にかける遅延時間に対する基板３上に成膜されるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ膜の膜厚を示す。破線ｂは、第２レーザ光７を照射しない場合の平均膜厚を示すものである。図５の実線ａで示すように、膜厚の平均値は遅延時間がおよそ５０μｓのときに最も低い値となる。膜厚の平均値の減少は、第２レーザ光７でプラズマ化された物質は基板２方向以外にも飛散するためであり、遅延時間が５０μｓのときに第２レーザが有効に粗大粒子をプラズマ化しているといえる。
【００３６】
図４及び図５の結果により、本実施形態例の成膜条件においては、第２レーザ光７に対して第１レーザ光５から５０μｓの遅延時間をかけたときに、ドロップレットの数が低減された平滑性のよい薄膜が基板３上に成膜されることがわかる。
【００３７】
図６に、通常成膜した場合、すなわち第２レーザ光７を照射しない場合の薄膜の表面状態（図６Ａ）と、エネルギー密度が０．２５Ｊ／ｃｍ３である第２レーザ光７に、第１レーザ光５に対して５０μｓの遅延時間をかけて照射した場合の薄膜の表面状態（図６Ｂ）を映したＳＥＭ（Scanning Electro Microscope）写真を示す。図６Ａでは、粒径の大きなドロップレット１１が表面に確認することができる。それに対し、図６Ｂでは、図６Ａで見られるような粒径の大きな粒が見られない。すなわち、第２レーザ光７に５０μｓの遅延時間をかけて照射した場合には、ドロップレットが低減されているのがわかる。さらに、図６Ａに見る膜厚は９．１２μｍであり、図６Ｂに見る膜厚は７μｍである。これは、第２レーザ光７でプラズマ化された物質は基板２方向以外にも飛散するためであり、第２レーザ光７を照射しない場合（図６Ａ）よりも、照射した場合（図６Ｂ）の方が、膜厚が薄くなっている
【００３８】
以上より、本実施形態例の成膜条件においては、第２レーザ光７に５０μｓの遅延時間をかけて第２レーザ光７を照射した場合のほうが、薄い膜を平滑性良く成膜することができることがわかる。
【００３９】
次に図７に、表１に示した成膜条件において、第１レーザ光５のレーザエネルギーを６．０Ｗ、第２レーザ光７のレーザエネルギーを５．０Ｗ、第２レーザ光７にかける遅延時間を５０μｓ、ターゲット２と基板３間の距離Ｌ（図１参照）を１０ｍｍとし、第２レーザ光６のビーム径の最適化を行ったときの測定結果を示す。
【００４０】
図７は、基板３上に堆積されるドロップレットの粒径の高さ（μｍ）毎に、ドロップレットの数（個）を計測して示したものであり、第２レーザ光７を照射せずに成膜した通常成膜のときのドロップレットの数、第２レーザ光７のビーム径ｄ（図１参照）を８．０ｍｍに設定したときのドロップレットの数、第２レーザ光７のビーム径を３．７ｍｍに設定したときのドロップレットの数、第２レーザ光７のビーム径を２．６ｍｍに設定したときのドロップレットの数、第２レーザ光７のビーム径を１．７ｍｍに設定したときのドロップレットの数をそれぞれ計測している。例えば、基板３に堆積されるドロップレットの粒径高さが１〜５μｍであるとき、通常成膜の時のドロップレットの数は６２個、ビーム径が８．０ｍｍのときのドロップレットの数は３５個、ビーム径が３．７ｍｍのときのドロップレットの数は４１個、ビーム径が２．６ｍｍのときのドロップレットの数は５５個、ビーム径が１．７ｍｍのときのドロップレットの数は４７である。図７に示す結果を平均すると、第２レーザ光７のビーム径が８．０ｍｍであるときに、ドロップレットの発生が最も有利に抑制されることがわかる。
【００４１】
ここで、レーザ光のエネルギー密度はビーム径に依存する。第２レーザ光７のビーム径８．０ｍｍ、３．７ｍｍ、２．６ｍｍ、１．７ｍｍは、それぞれ、エネルギー密度０．３３Ｊ／ｃｍ３、１．６Ｊ／ｃｍ３、３．１Ｊ／ｃｍ３、７．３Ｊ／ｃｍ３に対応する。
【００４２】
図８に、通常成膜した場合、すなわち第２レーザ光７を照射しない場合の薄膜の表面状態（図８Ａ）と、ビーム径が８．０ｍｍである第２レーザ光７を照射した場合の薄膜の表面状態（図８Ｂ）を映したＳＥＭ写真を示す。図８Ａでは、粒径の大きなドロップレット１２が表面に確認することができる。それに対し、図８Ｂでは、図８Ａに比べて、粒径の大きな粒が低減されている。すなわち、ビーム径を８．０ｍｍに設定した第２レーザ光７を照射した場合には、ドロップレットが低減されているのがわかる。このように、本実施形態例の成膜条件においては、第２レーザ光７のビーム径を８．０ｍｍに設定したときが最もドロップレットを抑制することができ、薄い膜を平滑性良く成膜することができることがわかる。
【００４３】
ところで、図７，図８を用いて説明したビーム径の最適化では、ターゲット２と基板３との間の距離を１０ｍｍと設定していた。そして、このとき最適なビーム径は８．０ｍｍであり、これは、ターゲット２と基板３との間の距離１０ｍｍに最も近い値である。すなわち、ターゲット２と基板３との間に存在している粒子全体にレーザ光が照射されることにより、飛散する粗大粒子８に高い確率で照射される。そして、粗大粒子８が高い確率で分解されるので、基板３上にできる薄膜上のドロップレットが低減され、膜の平滑性が向上する。このように、第２レーザ光７は、粗大粒子８を分解するだけの十分なエネルギーであればよく、ビーム径は、ターゲット２と基板３との間の距離と同程度であることが好ましい。
【００４４】
このように、第２レーザ光７のレーザエネルギーが十分高い場合には、ビーム径はターゲット２と基板３との間の空間（距離Ｌで示す）をすべて覆うように設定するのが好ましい。従って、原理的には、例えばターゲット２と基板３間の距離Ｌが５ｍｍのときに、ビーム径が５ｍｍである第２レーザ光７を照射することがよいが、実際には、基板３やターゲット２に第２レーザ光７があたってしまうのを防ぐために、多少の余裕をとる。すなわち、上述したように、ビーム径は、ターゲット２と基板３との間の距離と同程度であることが好ましい。この場合の「同程度」とは、ビームがターゲット２や基板３にあたらない程度に、ビーム径が距離Ｌと近い値であることと定義する。
【００４５】
また、ターゲット２と基板３間の距離Ｌを広げていったときに、ビーム径を大きくしていくと、レーザエネルギー密度がちいさくなり、第２レーザ光７で粗大粒子をプラズマ化できなくなるという問題もある。このため、ビーム径には、エネルギー密度に制約される限界値もあり、第２レーザ光７のレーザエネルギーが十分で無い場合には、このビーム径よりも小さくする必要がある。
【００４６】
本実施形態例では、第２のレーザ光源５から発振される第２レーザ光７を円形のビーム形状とし、ビーム径ｄがターゲット２と基板３間の距離Ｌ全体を照射できるビーム径であればよいとしたが、第２レーザ光７はライン状のビームでもよく、その形状は問わない。この場合、本実施形態例で示したビーム径ｄは、ビーム幅に対応させるものとし、レーザエネルギーが十分大きければ、ビーム幅が、ターゲット２と基板３との距離Ｌ全体を照射できるものであることが好ましい。
【００４７】
本実施形態例によれば、第２レーザ光７の第１レーザ光５に対する遅延時間と、第２レーザ光７のビーム径を最適に設定することにより、プルーム１０内に混在する粗大粒子８を効果的にプラズマ化することができる。このため、基板３に到達する粗大粒子８を抑制することができ、ドロップレットを低減することができる。
【００４８】
本実施形態例においては、第２のレーザ光源５を１つのレーザ光源から構成されるものとしたが、複数のレーザ光源で第２レーザ光源５を構成してもよい。第２のレーザ光源５を複数設けて、ターゲット２と基板３との間に配置することにより、複数段階に分けて粗大粒子８が分解されるように構成する。これにより、はじめの第２レーザ光でプラズマ化されなかった粗大粒子８が、次の第２レーザ光でプラズマ化される。例えばこの場合、第２レーザの遅延時間を変えて複数のレーザを順次照射する。この方法では，飛来してくる粒子を順次プラズマ化させることになる。
【００４９】
また、第２のレーザ光源５を複数のレーザ光源で構成する他の例としては、複数のレーザを同じ位置に同時に照射する方法がある。この方法では，エネルギー密度の不足を補うために，複数のレーザを用いる。
【００５０】
以上のように、第２のレーザ光源５を複数のレーザ光源で構成する例とすれば、ドロップレットの原因となる粗大粒子がプラズマ化される確率が大きくなるため、より平滑性のよい膜を成膜することができる。
【００５１】
また、本実施形態例では、基板３上に磁性膜を形成する例としたが、これに限定されるものではなく、超伝導薄膜や半導体薄膜等の複合材料系薄膜の作製等にも用いることができる。
【００５２】
また、本実施形態例では、基板は、ターゲット上のレーザ光が照射される位置に対向する位置に配置されている。基板とターゲットを対向させて配置することにより、成膜速度が速くなる効果を奏する。また、基板を、ターゲットの面に対して垂直に配置する構成としてもよい。その場合には、第２レーザ光を照射しきれなかった粗大粒子が基板上に成膜することをも防ぐことができ、より膜表面の平滑性が良好になる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施形態例に係る成膜装置の概略構成図である。
【図２】粗大粒子にレーザ光を照射する前と照射した後を示した模式図である。
【図３】アブレーション後のプルーム内の粒子移動を示した概略分布図である。
【図４】第２レーザ光にそれぞれの遅延時間をかけたときの、ドロップレットの粒径高さ毎に計測したドロップレットの数を示す図である。
【図５】第２レーザ光にかける遅延時間に対する膜厚を求めた図である。
【図６】Ａ，Ｂ 第２レーザ光を照射しないときの膜表面のＳＥＭ写真と、第２レーザ光に５０μｓの遅延時間をかけたときの膜表面のＳＥＭ写真である。
【図７】第２レーザ光のビーム径をそれぞれ設定したときの、ドロップレットの粒径高さ毎に計測したドロップレットの数を示す図である。
【図８】Ａ，Ｂ 第２レーザ光を照射しないときの膜表面のＳＥＭ写真と、第２レーザ光のビーム径を８．０ｍｍにしたときの膜表面のＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００５４】
１・・成膜装置、２・・ターゲット、３・・基板、４・・第１のレーザ光源、５・・第２のレーザ光源、６・・第１レーザ光、７・・第２レーザ光、８・・粗大粒子、９・・微細粒子、１０・・プルーム、１１・・ドロップレット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体物質を有するターゲットに、第１のレーザ光源からレーザ光を照射して、前記ターゲットの固体物質を飛散させる工程と、
前記飛散された飛散物質に第２のレーザ光源からレーザ光を照射する工程とを有し、
前記飛散された飛散物質を基板に付着させて成膜する
ことを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
前記第２のレーザ光源からのレーザ光の照射は、第１のレーザ光源からのレーザ光の照射後、所望の遅延時間後になされる
ことを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
【請求項３】
前記飛散物質が付着して成膜される基板は、ターゲットに対向した位置に設ける
ことを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
【請求項４】
固体物質材料から構成されるターッゲトと、
前記ターゲットにレーザ光を照射する第１のレーザ光源と
前記ターゲットから飛散した飛散物質に対してレーザ光を照射する、少なくとも１以上のレーザ光源からなる第２のレーザ光源と、
前記飛散物質が付着して成膜される基板とを有する
ことを特徴とする成膜装置。
【請求項５】
前記第２のレーザ光源からのレーザ光の照射は、第１のレーザ光源からのレーザ光の照射後、所望の遅延時間後になされる
ことを特徴とする請求項４記載の成膜装置。
【請求項６】
前記飛散物質が付着して成膜される基板は、ターゲットに対向した位置に設けられる
ことを特徴とする請求項４記載の成膜装置。
【請求項１】
固体物質を有するターゲットに、第１のレーザ光源からレーザ光を照射して、前記ターゲットの固体物質を飛散させる工程と、
前記飛散された飛散物質に第２のレーザ光源からレーザ光を照射する工程とを有し、
前記飛散された飛散物質を基板に付着させて成膜する
ことを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
前記第２のレーザ光源からのレーザ光の照射は、第１のレーザ光源からのレーザ光の照射後、所望の遅延時間後になされる
ことを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
【請求項３】
前記飛散物質が付着して成膜される基板は、ターゲットに対向した位置に設ける
ことを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
【請求項４】
固体物質材料から構成されるターッゲトと、
前記ターゲットにレーザ光を照射する第１のレーザ光源と
前記ターゲットから飛散した飛散物質に対してレーザ光を照射する、少なくとも１以上のレーザ光源からなる第２のレーザ光源と、
前記飛散物質が付着して成膜される基板とを有する
ことを特徴とする成膜装置。
【請求項５】
前記第２のレーザ光源からのレーザ光の照射は、第１のレーザ光源からのレーザ光の照射後、所望の遅延時間後になされる
ことを特徴とする請求項４記載の成膜装置。
【請求項６】
前記飛散物質が付着して成膜される基板は、ターゲットに対向した位置に設けられる
ことを特徴とする請求項４記載の成膜装置。
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図７】
【図３】
【図６】
【図８】
【図２】
【図４】
【図５】
【図７】
【図３】
【図６】
【図８】
【公開番号】特開２００９−９１６１３（Ｐ２００９−９１６１３Ａ）
【公開日】平成２１年４月３０日（２００９．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２６２５９６（Ｐ２００７−２６２５９６）
【出願日】平成１９年１０月５日（２００７．１０．５）
【出願人】（５０４２０５５２１）国立大学法人 長崎大学 (226)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月３０日（２００９．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月５日（２００７．１０．５）
【出願人】（５０４２０５５２１）国立大学法人 長崎大学 (226)
【Ｆターム（参考）】
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