JP2003049262A - Device and method for forming laser ablation film - Google Patents

Device and method for forming laser ablation film

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JP2003049262A
JP2003049262A JP2001387341A JP2001387341A JP2003049262A JP 2003049262 A JP2003049262 A JP 2003049262A JP 2001387341 A JP2001387341 A JP 2001387341A JP 2001387341 A JP2001387341 A JP 2001387341A JP 2003049262 A JP2003049262 A JP 2003049262A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To develop a means for completely preventing deposit of droplets onto a deposition film in film-formation by a laser ablation method. SOLUTION: In the laser ablation film-formation in which a target is irradiated with energy beams and scattered particles generated from the target are stuck to a substrate, a rapid rotary body constituted of at least a rotary shaft and a large number of flat adsorption plates radiately attached to the rotary shaft is disposed near the substrate between the target and the substrate. Thereby the droplets are completely separated from the scattered particles to be stuck to the substrate by being uniformly caught and adsorbed with whole surfaces of the flat adsorption plates due to rapid rotation of the rotary body. Thus a film of excellent quality is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、良質な生成膜を得
るためのレーザーアブレーション成膜装置および成膜方
法、特に、金属ターゲットを用いて融点の低い半導体や
β−ＦｅＳｉ2あるいはアモルファスＦｅＳｉ2などの成
膜に有用なレーザーアブレーション成膜装置および成膜
方法に関する。The present invention relates to a laser ablation film forming apparatus and a film forming method for obtaining a high-quality product film, particularly, the melting point using a metal target lower semiconductor or beta-FeSi 2 or amorphous FeSi 2, etc. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a laser ablation film forming apparatus and a film forming method useful for forming a film.

【０００２】[0002]

【従来の技術】近年、レーザーアブレーション法は様々
な材料に適用され、いくつかの極めてユニークな特徴を
有することが報告されている。なかでも、従来の膜作
製法に比べて基板到達エネルギーが大きいために、低い
基板温度での成長が可能である、通常の膜作製法では
生成しにくい相が生成しやすい、レーザー光によって
ターゲットからの粒子放出を引きおこすため、チャンバ
ー内を極めてクリーンに保つことができる、ターゲッ
トと薄膜間の組成ずれが少ない、などの特徴がある。2. Description of the Related Art Recently, laser ablation method has been reported to be applied to various materials and to have some extremely unique characteristics. Among them, the energy reached to the substrate is larger than that of the conventional film forming method, so that growth at a low substrate temperature is possible. It is easy to generate a phase that is difficult to generate by the ordinary film forming method. Since it causes the emission of particles, it has the features that the inside of the chamber can be kept extremely clean and that the compositional deviation between the target and the thin film is small.

【０００３】しかし、レーザーアブレーション法を用い
て薄膜作製を行う際に、生成膜には通常、直径０．１〜
１０μｍの粒（ドロップレットと称する）が多数付着す
る。これらのドロップレットは、ターゲット表面で溶融
した粒が直接飛来したものと考えられており、生成膜と
全く性質が異なり、かつ膜表面を凸凹にしてしまい、膜
の質を大幅に損なう。However, when a thin film is formed by the laser ablation method, the produced film usually has a diameter of 0.1 to 10.
A large number of 10 μm particles (referred to as droplets) adhere. These droplets are considered to be particles directly melted on the surface of the target, and have completely different properties from the produced film, and the surface of the film becomes uneven, which significantly impairs the quality of the film.

【０００４】従来、ドロップレットの放出を抑制する方
法としては、ターゲットをゆっくり回転させる方法、レ
ーザー照射位置を移動させてターゲット表面の荒れを防
ぐ方法、ターゲットと基板との間に遮蔽板を設けて遮蔽
板の蔭で膜を堆積させる方法(例えば、特開平８−１７
６８０５号公報）、ドロップレットをガスで吹き飛ばす
方法などが用いられている。Conventionally, as a method for suppressing the discharge of droplets, a method of slowly rotating the target, a method of moving the laser irradiation position to prevent the surface of the target from being roughened, and a shield plate provided between the target and the substrate are provided. A method of depositing a film by using a shield plate (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 8-17
6805), a method of blowing off the droplets with a gas, and the like are used.

【０００５】上記の従来の方法の改良方法として、特開
２００１−１０７２２５号公報には、ターゲットを高速
回転させることにより該ターゲットの回転接線方向にド
ロップレットを放出させる方法が開示されている。しか
し、この方法では、ドロップレットの堆積を完全に防ぐ
ことはできない。As a method for improving the above-mentioned conventional method, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-107225 discloses a method in which a target is rotated at a high speed so that droplets are discharged in a rotational tangential direction of the target. However, this method cannot completely prevent the deposition of droplets.

【０００６】また、特開平１０−３０１６９号公報に
は、連続的に飛散する低速な粒子と高速な粒子双方を除
去して膜質を向上させる手段として、複数の羽根部を被
着体と飛散粒子発生手段との間隔内に臨ませ、飛散粒子
群から高エネルギー側と低エネルギー側の飛散粒子を共
に除去する機械式チョッパーを用いることによりドロッ
プレットの発生を抑えられることが開示されている。Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 10-30169, a plurality of blade portions are used as adherends and scattered particles as a means for removing both low-speed particles and high-speed particles that are continuously scattered to improve the film quality. It is disclosed that the generation of droplets can be suppressed by using a mechanical chopper that faces the space between the generating means and removes both the high-energy-side and low-energy-side scattered particles from the scattered particle group.

【０００７】この特開平１０−３０１６９号公報に開示
された方法は、ドロップレットの発生を抑制できる方法
ではあるが、羽根部は、飛散粒子発生手段から被着体方
向に見た投影面内で所定幅だけ互いに重なりながら、そ
れぞれ所定角度で斜めに配設してあり、羽に角度がある
ために、羽がドロップレットを捕捉せずに反射してしま
うため、低速成分であるドロップレットを完全に捕捉で
きない。また、低速成分を捕捉するための羽の設計が極
めてシビアで多数の羽の設置が困難なために、フィルタ
ーの飛散粒子進行方向の厚みを大きくする必要があり、
その結果、ターゲットと基板との間の距離を大きくせざ
るを得ず、良質な膜を得にくいなどの問題がある。The method disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-30169 is a method capable of suppressing the generation of droplets, but the blade portion is in the projection plane viewed from the scattered particle generating means in the adherend direction. While overlapping with each other by a specified width, they are diagonally arranged at a specified angle, and because the wings have angles, the wings reflect without collecting the droplets, so the droplets, which are low-speed components, are completely removed. Can not be captured. Also, the design of the wings for capturing the low-speed component is extremely severe and it is difficult to install a large number of wings, so it is necessary to increase the thickness of the filter in the direction of the scattered particles,
As a result, there is a problem that the distance between the target and the substrate must be increased, and it is difficult to obtain a good quality film.

【０００８】上記の特開平１０−３０１６９号公報の中
には、先行例として特開昭６１−２１０１７４号公報が
引用されているが、この公報に開示されている方法は、
薄膜を形成する真空蒸着方法において、蒸着源から蒸発
する速度が異なる成膜粒子を選択的に制御する仕切り板
機構を蒸着源と基板間に設けて基板上に薄膜を形成する
方法である。In the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 10-30169, Japanese Patent Laid-Open No. 61-210174 is cited as a precedent, but the method disclosed in this Japanese Patent
In a vacuum vapor deposition method for forming a thin film, a partition plate mechanism for selectively controlling film-forming particles having different evaporation rates from the vapor deposition source is provided between the vapor deposition source and the substrate to form the thin film on the substrate.

【０００９】この特開昭６１−２１０１７４号公報に
は、例えば、ＺｎＳの蒸着において、速度の遅い塊状物
（数〜数十原子のクラスター）を仕切り板に捕捉させて
原子状態のＺｎやＳ粒子のみが仕切り板を通過するよう
にする手段として仕切り板の移動速度、間隔、長さをパ
ラメーターとすることが示されており、具体例として
は、間隔を１ｍｍあけて並べた長さ（１）＝１０ｃｍの
仕切り板を速度を稼ぐために回転体の外周部のｒ＝１５
ｃｍの位置に設けて回転数３０ｒｐｍで回転させる例が
示されている。In Japanese Patent Laid-Open No. 61-210174, for example, in the vapor deposition of ZnS, a slow-moving lump (cluster of several to several tens of atoms) is trapped on a partition plate to form atomic Zn or S particles. It has been shown that the moving speed, the interval, and the length of the partition plate are used as parameters as a means for allowing only the partition to pass through the partition plate. = 10 cm partition plate r = 15 on the outer periphery of the rotor to gain speed
An example in which it is provided at a position of cm and rotated at a rotation speed of 30 rpm is shown.

【００１０】しかし、この方法はターゲット基板との間
の距離が大きくても構わない蒸着法に用いられる方法で
あって、レーザーアブレーション法の場合は、基板とタ
ーゲットとの間隔が蒸着法より短いという特有の制約が
あり、上記のような回転体の設置は困難であり、仮に長
さを短くして回転速度を上げたとしてもドロップレット
の大きさが蒸着粒子の塊状物と比べて直径で２〜３桁も
大きい直径１〜１０μｍ程度であるから、狭い間隔をあ
けて平行に設けた仕切り板であると回転軸寄りと外周側
寄りとでは粒子の捕捉速度に違いが生じ、特に回転体の
半径が大きい場合はその違いが顕著になり、希望する捕
捉速度で精度よくドロップレットを捕捉することができ
ない。However, this method is used in the vapor deposition method in which the distance between the target substrate and the target substrate may be large. In the laser ablation method, the distance between the substrate and the target is shorter than that in the vapor deposition method. Due to its unique restrictions, it is difficult to install the rotating body as described above, and even if the length is shortened and the rotation speed is increased, the size of the droplet is 2 in diameter compared to the lump of vapor deposition particles. Since the diameter is about 1 to 10 μm, which is as large as 3 to 3 digits, if the partition plates are provided in parallel with each other at a narrow interval, a difference in particle trapping speed occurs between the rotation axis side and the outer peripheral side, and especially the rotation body When the radius is large, the difference becomes remarkable, and it is not possible to accurately capture the droplet at the desired capture speed.

【００１１】[0011]

【発明が解決しようとする課題】次世代の半導体は資源
寿命の心配がなく、低環境負荷型の元素のみから構成さ
れていることが理想である。その候補元素として、資源
寿命を考える必要のない大気構成元素（Ｎ、Ｏ）や、資
源寿命の極めて長い元素（Ｓｉ、Ｃａ、Ｇａ）や、リサ
イクル率の高い元素（Ｆｅ、Ｃｕ）が考えられる。Ideally, next-generation semiconductors will be free of resource life and are composed only of low environmental load elements. As the candidate elements, atmospheric constituent elements (N, O) that do not need to consider resource life, elements with extremely long resource life (Si, Ca, Ga), and elements with high recycling rate (Fe, Cu) are considered. .

【００１２】以上の考えに沿えば、環境考慮型の半導体
としては、ＧａＮ、Ｃｕ2Ｏ、β−ＦｅＳｉ2等の多様な
ものが考えられる。その中でも、β−ＦｅＳｉ2は、Ｓ
ｉ基板上にエピタキシャル成長可能である、吸収係数が
大きい（可視波長で〜１０-5ｃｍ-1）、０．８５ｅＶの
バントギャップを持つ直接遷移型の半導体であることか
ら、次世代の半導体材料として大変注目を集めている。In accordance with the above idea, various environmentally friendly semiconductors such as GaN, Cu 2 O, β-FeSi 2 and the like can be considered. Among them, β-FeSi 2 is S
Since it is a direct transition type semiconductor that can be epitaxially grown on an i-substrate, has a large absorption coefficient (-10 -5 cm -1 at visible wavelength), and has a band gap of 0.85 eV, it can be used as a next-generation semiconductor material. It's getting a lot of attention.

【００１３】具体的な応用としては、光デバイス材料や
高効率太陽電池材料が挙げられる。β−ＦｅＳｉ2は高
融点のＦｅとＳｉからなり、Ｓｉの反応性が高温で非常
に高いために、蒸発源としてルツボは使用できず、高品
質薄膜の作製が極めて困難である。Specific applications include optical device materials and high efficiency solar cell materials. β-FeSi 2 is composed of high melting point Fe and Si, and since the reactivity of Si is very high at high temperature, the crucible cannot be used as an evaporation source, and it is extremely difficult to produce a high quality thin film.

【００１４】現在、イオン注入法（ＩＢＳ）、固相溶融
エピタキシー（ＳＰＥ）、高周波堆積エピタキシー（Ｒ
ＤＥ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）などの様々な方
法で作製が試みられているが、どの作製法においてもβ
−ＦｅＳｉ2の成長には少なくとも４５０℃の基板温度
と、６００℃以上の高温アニールが必要である。しか
し、工業的応用、特に、集積回路への採用を考えた場
合、現在の基板温度とアニール温度では採用不可能であ
り、低温成長が切望されている。ＰＬＤ法は前述のよう
な特徴を有するため、不純物の少ないβ−ＦｅＳｉ2相
を低温基板上へ成長させるのに極めて有効であると予想
される。At present, ion implantation (IBS), solid phase fusion epitaxy (SPE), high frequency deposition epitaxy (R)
Various methods such as DE) and molecular beam epitaxy (MBE) have been attempted to produce β.
The growth of —FeSi 2 requires a substrate temperature of at least 450 ° C. and high temperature annealing of 600 ° C. or higher. However, in consideration of industrial application, especially when it is adopted for an integrated circuit, it cannot be adopted at the present substrate temperature and annealing temperature, and low temperature growth is desired. Since the PLD method has the above-mentioned characteristics, it is expected to be extremely effective in growing the β-FeSi 2 phase containing few impurities on the low temperature substrate.

【００１５】そこで、本発明者は、先に、溶融法または
焼結法により製造したＦｅＳｉ2合金をターゲット材料
とし、基板温度を５００℃以下として、紫外光領域の波
長のレーザーを用いてパルスレーザーアブレーション法
により基板上に堆積したままでβ相のＦｅＳｉ2薄膜を
堆積する方法を開発した（特開２０００−１７８７１３
号公報）。Therefore, the present inventor previously made a pulse laser using an FeSi 2 alloy produced by a melting method or a sintering method as a target material, a substrate temperature of 500 ° C. or less, and a laser having a wavelength in the ultraviolet region. A method of depositing a β-phase FeSi 2 thin film as deposited on the substrate by the ablation method has been developed (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-178713).
Issue).

【００１６】しかし、この方法は、従来試みられてきた
融点の低い半導体や金属ターゲットを用いた場合と同様
に、大量のドロップレットが発生するため、良質な電気
特性を有するβ−ＦｅＳｉ2薄膜の作製には、ドロップ
レットの堆積をなくす手段の開発が必要不可欠である。However, this method produces a large amount of droplets as in the case of using a semiconductor or metal target having a low melting point, which has been attempted in the past, so that a β-FeSi 2 thin film having good electrical characteristics can be obtained. For the fabrication, it is indispensable to develop means for eliminating the deposition of droplets.

【００１７】よって、本発明は、レーザーアブレーショ
ン法によるβ−ＦｅＳｉ2あるいはアモルファスＦｅＳ
ｉ2の成膜に限らず、すべての材料の成膜において生成
膜へのドロップレットの堆積を完全に防ぐ手段の開発を
目的とする。Therefore, according to the present invention, β-FeSi 2 or amorphous FeS formed by the laser ablation method is used.
The purpose of the present invention is not only the film formation of i 2 but also the development of means for completely preventing deposition of droplets on the generated film in the film formation of all materials.

【００１８】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明者は、レーザーア
ブレーション法で重要な膜作製制御パラメーターである
ターゲットと基板との間の短い間隔を維持したままで、
ターゲットから発生するドロップレットを１つ残らず完
璧に捕捉して生成膜に到達しないようにすることにより
良質な膜を形成するという、従来の手段では極めて解決
困難であった課題を解決できる手段を見出した。The inventors of the present invention have made it possible to maintain a short distance between a target and a substrate, which is an important film formation control parameter in the laser ablation method.
A method of forming a high-quality film by completely trapping all the droplets generated from the target so as not to reach the production film, which is extremely difficult to solve by the conventional means, I found it.

【００１９】すなわち、本発明は、エネルギービームを
ターゲットに照射して、ターゲットから発生する飛散粒
子を基板に付着させるレーザーアブレーション成膜装置
であって、ターゲットと基板との間の距離（Ｘ）は１０
〜１００ｍｍであり、少なくとも回転軸と該回転軸に放
射状に取り付けられた多数の平面吸着板とからなる高速
回転体をターゲットと基板との間に設け、該回転体は、
その回転軸の方向および該平面吸着板の面が飛散粒子の
飛翔方向に平行であり、該平面吸着板の回転方向の前側
の面は飛散粒子のうちドロップレットのみを捕捉吸着す
る面をなし、該平面吸着板の粒子の飛翔方向の長さ
（ｈ：単位＝ｍｍ）および隣接する平面吸着板間の内部
角（θ：単位＝度）は、Ｖmax＜ｈω／θ（ただし、Ｖm
axは、捕捉すべきドロップレットの最高速度：単位＝ｍ
ｍ／秒、ωは、回転体の角速度：単位＝度／秒）を満た
すように定められており、該回転体の高速回転によりド
ロップレットを該平面吸着板に選択捕捉吸着させること
により基板に付着する飛散粒子から完全に分離すること
を特徴とするレーザーアブレーション装置である。That is, the present invention is a laser ablation film forming apparatus for irradiating a target with an energy beam to attach scattered particles generated from the target to a substrate, wherein the distance (X) between the target and the substrate is 10
˜100 mm, a high-speed rotating body including at least a rotating shaft and a large number of flat suction plates radially attached to the rotating shaft is provided between the target and the substrate, and the rotating body is
The direction of the rotation axis and the surface of the flat adsorption plate are parallel to the flight direction of the flying particles, and the front surface in the rotation direction of the flat adsorption plate forms a surface that traps and adsorbs only droplets of the flying particles, The length (h: unit = mm) in the flight direction of particles of the flat suction plate and the internal angle (θ: unit = degree) between adjacent flat suction plates are Vmax <hω / θ (however, Vm
ax is the maximum velocity of the droplet to be captured: unit = m
m / sec and ω are determined so as to satisfy the angular velocity of the rotating body: unit = degree / second), and the droplets are selectively captured and adsorbed on the flat adsorption plate by the high-speed rotation of the rotating body to be adhered to the substrate. It is a laser ablation device characterized by being completely separated from adhering scattered particles.

【００２０】上記の装置において、回転体はエネルギー
ビームを遮らないように、ビームの入射角と基板サイズ
に応じて基板寄りにセットされる。上記の回転体は、平
面の吸着板の粒子に飛翔方向の長さ（ｈ）は１〜５０ｍ
ｍであることが好ましく、また、隣接する平面吸着板間
の内部角（θ）は０．５〜１０度であることが好まし
い。平面吸着板はステンレス鋼またはセラミックスによ
り製作されているものが好ましい。In the above apparatus, the rotating body is set near the substrate according to the beam incident angle and the substrate size so as not to block the energy beam. In the above rotating body, the length (h) in the flight direction is 1 to 50 m with respect to the particles of the flat adsorption plate.
m is preferable, and the internal angle (θ) between the adjacent flat suction plates is preferably 0.5 to 10 degrees. The flat adsorption plate is preferably made of stainless steel or ceramics.

【００２１】また、本発明は、上記のレーザーアブレー
ション装置を用いて成膜する方法において、平面吸着板
の回転により基板を覆う投影面積の大きさが成膜面を覆
うに十分な大きさとなるように平面吸着板の放射状方向
の幅（１）を定め、Ｖmax＜ｈω／θの式を満たす角速
度で回転体を高速回転させることにより基板に付着する
ドロップレットをゼロとすることを特徴とするレーザー
アブレーション法による成膜方法である。Further, according to the present invention, in the method of forming a film by using the above-mentioned laser ablation device, the size of the projected area for covering the substrate by the rotation of the flat suction plate is sufficiently large to cover the film forming surface. A laser which is characterized in that the radial width (1) of the flat adsorption plate is determined and the rotating body is rotated at a high speed at an angular velocity satisfying the expression Vmax <hω / θ to zero the droplets attached to the substrate. This is a film forming method by an ablation method.

【００２２】本発明の上記の成膜法は、ＦｅＳｉ2合金
をターゲットとし、ドロップレットをゼロとしたβ−Ｆ
ｅＳｉ2あるいはアモルファスＦｅＳｉ2を成膜する方法
に好適に用いられる。ＦｅＳｉ2合金は、溶融法または
焼結法により製造したものを使用できる。In the above film forming method of the present invention, β-F with FeSi 2 alloy as a target and zero droplets is used.
It is preferably used for a method of forming eSi 2 or amorphous FeSi 2 . As the FeSi 2 alloy, one produced by a melting method or a sintering method can be used.

【００２３】本発明の上記の成膜法は、ＦｅＳｉ2合金
をターゲットとし、ターゲットと基板との間の距離
（Ｘ）とレーザーフルーエンスあるいはレーザーイラデ
ィエンスによって決まるβ−ＦｅＳｉ2とアモルファス
ＦｅＳｉ2が生成する境界の基板温度を切り替えること
によりドロップレットをゼロとしたβ−ＦｅＳｉ2また
はアモルファスＦｅＳｉ2を成膜することができる。本
発明の上記の成膜法で得られたアモルファスＦｅＳｉ2
はバンドギャップ０．９〜１．０ｅＶのβ−ＦｅＳｉ2
の特性に近い半導体特性を示す。In the above film forming method of the present invention, a FeSi 2 alloy is used as a target, and β-FeSi 2 and amorphous FeSi 2 which are determined by the distance (X) between the target and the substrate and the laser fluence or laser irradiance are produced. By switching the substrate temperature at the boundary, it is possible to form β-FeSi 2 or amorphous FeSi 2 with zero droplets. Amorphous FeSi 2 obtained by the above film forming method of the present invention
Is a β-FeSi 2 having a band gap of 0.9 to 1.0 eV.
Shows semiconductor characteristics close to those of.

【００２４】レーザーアブレーション法では、高出力な
パルスレーザーがターゲットに照射されることにより、
原子状に解離された粒子が高いエネルギーを持ってター
ゲットから放出され基板に到達する。超高真空中で膜作
製は行われるために、放出粒子は飛行中に雰囲気ガスに
衝突することはなく、高い運動エネルギーは維持され
る。レーザープラズマはほとんど基板温度を上昇させる
ことはない。さらに、アモルファス鉄シリサイドは、室
温で成長する為に、基板加熱機構が不要である。したが
って、室温の基板に膜堆積を行うことにより、極めて良
質なアモルファスＦｅＳｉ2膜を作製可能である。ま
た、得られる膜は、粒状でない平坦な膜、すなわち極め
て滑らかな連続膜であり、積層化などの様々な応用が期
待できる。In the laser ablation method, by irradiating the target with a high-power pulse laser,
The atomically dissociated particles are released from the target with high energy and reach the substrate. Since the film is formed in an ultrahigh vacuum, the emitted particles do not collide with the atmospheric gas during flight, and high kinetic energy is maintained. Laser plasma hardly raises the substrate temperature. Further, since amorphous iron silicide grows at room temperature, a substrate heating mechanism is unnecessary. Therefore, by depositing a film on a substrate at room temperature, an extremely good quality amorphous FeSi 2 film can be produced. Further, the obtained film is a flat film that is not granular, that is, an extremely smooth continuous film, and various applications such as lamination can be expected.

【００２５】[0025]

【発明の実施の形態】図１は、本発明のレーザーアブレ
ーション装置に用いる高速回転体１の一実施形態を示す
概略斜視図である。また、図２は、前記の高速回転体１
をレーザーアブレーション装置に取り付けた状態を示す
概略説明図である。FIG. 1 is a schematic perspective view showing an embodiment of a high-speed rotating body 1 used in a laser ablation device of the present invention. Further, FIG. 2 shows the high-speed rotating body 1 described above.
It is a schematic explanatory drawing which shows the state which attached to the laser ablation device.

【００２６】図２に示すように、本発明のレーザーアブ
レーション装置において、上記回転体１以外は、通常使
用される装置、すなわち、レンズ２により集光したレー
ザー光３を回転するターゲットホルダー４に設置したタ
ーゲット５に照射して、ターゲット５から発生する飛散
粒子６を基板ホルダー７に設置した基板８に付着させる
レーザーアブレーション装置を使用できる。As shown in FIG. 2, in the laser ablation apparatus of the present invention, other than the rotating body 1, it is installed in a commonly used apparatus, that is, a target holder 4 that rotates a laser beam 3 focused by a lens 2. It is possible to use a laser ablation device that irradiates the target 5 and causes the scattered particles 6 generated from the target 5 to adhere to the substrate 8 placed on the substrate holder 7.

【００２７】レーザーアブレーション法では、ターゲッ
トからの放出粒子がプラズマを形成して放出されるため
に、ターゲットから遠ざかると放出粒子の内部エネルギ
ーが光として放出されてしまいエネルギーが下がってし
まい、その結果良い膜ができない。したがって、ターゲ
ット基板との間の距離（Ｘ）は短くする必要がある。ま
た、レーザーアブレーション法では、レーザー光をター
ゲットに照射しなければならないので、ターゲットと基
板との間の距離（Ｘ）はレーザー光の入射角と基板サイ
ズに依存することになる。In the laser ablation method, the particles emitted from the target are emitted in the form of plasma. Therefore, when the distance from the target is increased, the internal energy of the emitted particles is emitted as light and the energy is lowered. I can't make a film. Therefore, the distance (X) to the target substrate needs to be shortened. Further, in the laser ablation method, since the laser light has to be applied to the target, the distance (X) between the target and the substrate depends on the incident angle of the laser light and the substrate size.

【００２８】通常、ターゲットと基板との間の距離
（Ｘ）は１０〜１００ｍｍ、β−ＦｅＳｉ2膜を生成さ
せるには、より好ましくは３０〜５０ｍｍに設定される
が、高速回転体１はレーザー光を遮らないように基板寄
りにセットする必要がある。基板サイズが大きく（大き
い膜を作る）、入射角が大きいほど回転体をターゲット
から離し、基板に近づける。また、所望する相（β−Ｆ
ｅＳｉ2あるいはアモルファスＦｅＳｉ2）に応じて変化
させる。Normally, the distance (X) between the target and the substrate is 10 to 100 mm, and more preferably 30 to 50 mm for forming a β-FeSi 2 film, but the high speed rotating body 1 is a laser. It is necessary to set it close to the substrate so that it does not block the light. The larger the substrate size (making a larger film) and the larger the incident angle, the farther the rotating body is from the target, the closer it is to the substrate. In addition, the desired phase (β-F
eSi 2 or amorphous FeSi 2 ).

【００２９】ターゲットと基板との間の距離（Ｘ）を３
０ｍｍと小さくし、レーザープラズマ（プルーム）が基
板にほぼ接していると、室温からβ−ＦｅＳｉ2膜が成
長した。それに対して、ターゲットと基板との間の距離
（Ｘ）を５０ｍｍ以上に広げると、基板に堆積した粒子
がプラズマ接触による影響を受けずに急冷されるため、
アモルファス膜が生成する。プルームはレーザーエネル
ギーの増加とともに大きくなるので、アモルファス膜が
生成するために必要なターゲットと基板との間の距離
（Ｘ）は、レーザーエネルギーの増加とともに大きくす
る必要がある。境界基板温度（それ以下ではアモルファ
スＦｅＳｉ2、それ以上ではβ−ＦｅＳｉ2）は、レーザ
ーフルーエンスあるいはレーザーイラディエンスが高
く、ターゲットと基板との間の距離（Ｘ）が小さいほど
低くなる。The distance (X) between the target and the substrate is set to 3
When the thickness was reduced to 0 mm and the laser plasma (plume) was almost in contact with the substrate, the β-FeSi 2 film grew from room temperature. On the other hand, when the distance (X) between the target and the substrate is increased to 50 mm or more, the particles deposited on the substrate are rapidly cooled without being affected by the plasma contact.
An amorphous film is formed. Since the plume increases as the laser energy increases, the distance (X) between the target and the substrate required to form the amorphous film needs to increase as the laser energy increases. The boundary substrate temperature (amorphous FeSi 2 below that, β-FeSi 2 above ) has a high laser fluence or laser irradiance, and decreases as the distance (X) between the target and the substrate decreases.

【００３０】図１に示すように、本発明のレーザーアブ
レーション装置に用いる高速回転体１は、ターゲットと
基板との狭い間隔の間に配置されて、十分な機能を発揮
するように工夫したものであり、少なくとも回転軸１１
と該回転軸１１に放射状に取り付けられた多数の平面吸
着板１２とからなる。平面吸着板１２の外縁は強度を保
持するために円筒状の薄い側壁１３に取り付けられてい
ることが望ましい。As shown in FIG. 1, the high-speed rotating body 1 used in the laser ablation apparatus of the present invention is arranged between the target and the substrate in a narrow space and devised so as to exert a sufficient function. Yes, at least the rotating shaft 11
And a large number of flat suction plates 12 radially attached to the rotary shaft 11. The outer edge of the flat suction plate 12 is preferably attached to a thin cylindrical side wall 13 in order to maintain strength.

【００３１】回転体１の回転軸１１は、図２に示すよう
に、基板ホルダー７の軸７１と平行に、基板８の縁に近
接した位置になるように取り付ける。該平面吸着板１２
は、隣接する平面吸着板１２、１２が所定の内部角
（θ）の間隔を有するように、回転体１の中心である回
転軸１１に直接取り付けられている。回転体１は円盤状
の金属板を高精度ＣＡＤ技法を用いて刳り抜いて製作す
ることができる。また、多数の平面吸着板を回転軸に溶
接または強力接着剤など適宜の接合手段を用いて組み立
ててもよい。As shown in FIG. 2, the rotary shaft 11 of the rotary body 1 is mounted parallel to the shaft 71 of the substrate holder 7 so as to be positioned close to the edge of the substrate 8. The flat suction plate 12
Are directly attached to the rotating shaft 11, which is the center of the rotating body 1, so that the adjacent flat suction plates 12 and 12 have a predetermined internal angle (θ) interval. The rotating body 1 can be manufactured by cutting out a disc-shaped metal plate using a high precision CAD technique. Also, a large number of flat suction plates may be assembled on the rotary shaft by welding or by using an appropriate joining means such as a strong adhesive.

【００３２】該回転体１を、その回転軸１１の方向およ
び該平面吸着板１２の面がターゲット５から基板８へ飛
散粒子が飛翔する方向に平行となるようにレーザーアブ
レーション装置に設置する。該平面吸着１２の回転方向
の前側の面は飛散粒子のうちドロップレットのみを捕捉
吸着する面となる。飛散粒子の進行方向にその面を平行
に設けた平面吸着板は、柔らかい餅を横からひっぱたく
ようにドロップレットを捕捉吸着し反射されることがな
いので、最も効率よく捕捉することができ、かつ膜生成
粒子は効率よく通過することになる。The rotating body 1 is installed in the laser ablation device so that the direction of the rotating shaft 11 and the surface of the flat suction plate 12 are parallel to the direction in which the scattered particles fly from the target 5 to the substrate 8. The front surface in the rotational direction of the flat adsorption 12 is a surface for capturing and adsorbing only the droplets among the scattered particles. The flat adsorption plate, whose surface is provided parallel to the traveling direction of the scattered particles, traps and adsorbs the droplets so that the soft rice cake is pulled from the side and is not reflected, so that it can be trapped most efficiently, and The film-forming particles will pass efficiently.

【００３３】該平面吸着板１２の粒子の飛翔方向の長さ
（ｈ：単位＝ｍｍ）および隣接する平面吸着板１２、１
２間の内部角（θ：単位＝度）は、Ｖmax＜ｈω／θ
（ただし、Ｖmaxは、捕捉すべきドロップレットの最高
速度：単位＝ｍｍ／秒、ωは、回転体の角速度：単位＝
度／秒）を満たすように定める。The particle flight direction length (h: unit = mm) of the flat suction plate 12 and the adjacent flat suction plates 12, 1
The internal angle between two (θ: unit = degree) is Vmax <hω / θ
(However, Vmax is the maximum velocity of the droplet to be captured: unit = mm / sec, ω is the angular velocity of the rotating body: unit =
(Degrees / second).

【００３４】本発明のレーザーアブレーション装置およ
び方法において、捕捉する飛散粒子の最高速度は回転体
の角速度（ω）で決まり、平面吸着板のどの部分におい
ても捕捉できる飛散粒子速度に変わりはない。In the laser ablation device and method of the present invention, the maximum velocity of the scattered particles to be captured is determined by the angular velocity (ω) of the rotating body, and the scattered particle velocity that can be captured at any part of the flat adsorption plate remains unchanged.

【００３５】捕捉すべきドロップレットの最高速度であ
るＶmaxは、成膜材料や成膜条件に依存する値である
が、本発明の装置を用いて目的とする成膜材料に対応す
るターゲットを使用して回転体１の回転速度を変えてレ
ーザーアブレーションを行い、生成膜中にドロップレッ
トが全く観察されない場合の回転体１の回転速度によっ
て求めることができる。The maximum velocity of the droplets to be captured, Vmax, is a value that depends on the film forming material and film forming conditions, but a target corresponding to the target film forming material is used by using the apparatus of the present invention. Then, the rotational speed of the rotator 1 is changed to perform laser ablation, and it can be determined by the rotational speed of the rotator 1 when no droplets are observed in the produced film.

【００３６】回転体１はターゲット５と基板８との間の
距離（Ｘ）＝１０〜１００ｍｍの範囲内において、ター
ゲット５に斜め方向から照射するレーザー光３を遮蔽し
ないように設置しなければならないので、平面吸着板１
２の粒子の飛翔方向の長ｈは、１〜５０ｍｍ程度、より
好ましくは５〜２０ｍｍ程度とする。The rotator 1 must be installed within the range of the distance (X) = 10 to 100 mm between the target 5 and the substrate 8 so as not to block the laser light 3 radiating the target 5 from an oblique direction. So, the flat suction plate 1
The length h of the particles 2 in the flight direction is about 1 to 50 mm, more preferably about 5 to 20 mm.

【００３７】また、隣接する平面吸着板１２、１２間の
内部角（θ）は小さいほど多数の平面吸着板１２を設け
ることができるが、好ましくは０．５〜１０度とする。
０．５度より小さい角度とすることは先進的な加工技術
を用いてもかなり困難である。また、角度を大きくする
につれ回転速度を大きくしなければならず、上限は１０
度程度とする。より好ましくは、１〜５°とする。Further, the smaller the internal angle (θ) between the adjacent flat suction plates 12 is, the more flat suction plates 12 can be provided, but it is preferably 0.5 to 10 degrees.
It is quite difficult to make the angle smaller than 0.5 degree even by using the advanced processing technology. In addition, the rotation speed must be increased as the angle is increased, and the upper limit is 10
It is about a degree. More preferably, it is 1 to 5 °.

【００３８】例えば、回転体の回転数を６０００ｒｐｍ
とすれば、６０００ｒｐｍ＝（６０００ｒｐｍ×３６０
°）／６０ｓ＝２１６００°／ｓとなり、ｈ＝１ｍｍで
もθ＝０．５°でＶmax＝４３２００ｍｍ（４３２ｍ）
／ｓとなり、ドロップレットの最高速度が例えば、４０
０ｍ／ｓであれば、上記条件でドロップレットを完全に
選択捕捉吸着できる。したがって、ターゲットと基板と
の間の距離が１０ｍｍでも本発明は実施可能である。For example, the rotation speed of the rotating body is 6000 rpm.
If so, 6000 rpm = (6000 rpm × 360
°) / 60s = 21600 ° / s, and even if h = 1 mm, Vmax = 43200 mm (432 m) at θ = 0.5 °
/ S, the maximum speed of the droplet is, for example, 40
If it is 0 m / s, the droplets can be completely selectively captured and adsorbed under the above conditions. Therefore, the present invention can be implemented even when the distance between the target and the substrate is 10 mm.

【００３９】平面吸着板１２の材料は、強度が保たれる
ものであれば何でもよいが、好ましくはステンレス鋼ま
たはアルミナなどの高強度で軽量なセラミックスを用い
る。ステンレス鋼は真空中でのガス放出が少なく、高純
度の平面板を製作できる。また、強度があるため薄い板
が製作可能である。その結果、多数の平面吸着板を容易
に設置できる。平面吸着板１２はターゲット付近に生じ
るプラズマと接するが、ステンレス鋼だとアブレーショ
ン粒子によるスパッタリングを最小限に抑えることがで
きる。さらに、回転体１を基板寄りにセットする際に、
基板が加熱されていると回転体は熱影響を受けるが、ス
テンレス鋼やセラミックスは耐熱性の面でも好適であ
る。真鍮は加工しやすいが真空中でガスを放出するため
に高純度膜の作製の際には適さない。また、脆いため
に、多数の平面吸着板の設置に適さない。The flat suction plate 12 may be made of any material as long as the strength is maintained, but high strength and lightweight ceramics such as stainless steel or alumina are preferably used. Stainless steel emits less gas in a vacuum, making it possible to manufacture high-purity flat plates. Also, because of its strength, thin plates can be manufactured. As a result, a large number of flat suction plates can be easily installed. The flat adsorption plate 12 is in contact with plasma generated near the target, but if it is made of stainless steel, the sputtering due to ablation particles can be minimized. Furthermore, when setting the rotating body 1 toward the substrate,
When the substrate is heated, the rotating body is affected by heat, but stainless steel and ceramics are preferable in terms of heat resistance. Although brass is easy to process, it is not suitable for producing a high-purity film because it releases gas in a vacuum. Moreover, since it is brittle, it is not suitable for installing a large number of flat suction plates.

【００４０】上記のレーザーアブレーション装置を用い
て成膜する際は、回転体１の回転により基板８の生成膜
面を覆うに十分な大きさとなるように平面吸着板の放射
状方向の幅（１）を定め、Ｖmax＜ｈω／θの式を満た
す角速度で回転体を高速回転させる。これにより回転体
１は、高速回転により機械的フィルターとしての役割を
果たし、飛翔速度の遅いドロップレットを羽根に相当す
る平面吸着板により選択捕捉吸着することになり、基板
に付着する飛散粒子から完全に分離され、生成膜面のド
ロップレットをゼロにすることができる。When forming a film using the above laser ablation device, the width (1) in the radial direction of the flat adsorption plate is set so as to be large enough to cover the film formation surface of the substrate 8 by the rotation of the rotating body 1. Is determined, and the rotating body is rotated at a high speed at an angular velocity that satisfies the expression of Vmax <hω / θ. As a result, the rotating body 1 plays a role as a mechanical filter by rotating at a high speed, and selectively picks up and adsorbs the droplets having a low flight speed by the flat adsorption plate corresponding to the blades, and completely removes the scattered particles adhering to the substrate. And the droplets on the surface of the produced film can be made zero.

【００４１】本発明のレーザーアブレーション装置によ
れば、平面吸着板の間隔を隣接する平面吸着板の内部角
（θ）で決めて設置しており、粒子を捕捉する速度に場
所によるばらつきがなく、捕捉する飛散粒子に空間的分
布がなければその平面吸着板の全面で均一にドロップレ
ットを捕捉でき、かつ回転軸付近でも使用できるので、
長さ（ｈ）の短い回転体を用いて、小型化が可能であ
る。According to the laser ablation device of the present invention, the distance between the flat suction plates is determined by the internal angle (θ) of the adjacent flat suction plates, and the speed of trapping particles does not vary depending on the location. If the scattered particles to be captured have no spatial distribution, the droplets can be uniformly captured on the entire surface of the flat adsorption plate, and can be used near the rotation axis.
It is possible to reduce the size by using a rotating body having a short length (h).

【００４２】[0042]

【実施例】実施例１ 図２にその概略構造を示すターボ分子ポンプにより排気
された５×１０-7Ｔｏｒｒ以下の真空チャンバー内にお
いて、ＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ、ＦＷ
ＨＭ＝２０ｎｓ）を集光して入射角４５°でターゲット
を照射した。ターゲットとしてアーク溶融法により作製
した組成比１：２のＦｅＳｉ2アモルファス合金（９
９．９％）を用いて、ターゲットから５０ｍｍの間隔
（Ｘ）で対向して設置したサイズ２０ｍｍ×２０ｍｍの
ｎ−ｓｉ（１００）基板上に鉄シリサイド（ＦｅＳ
ｉ2）膜を付着させた。EXAMPLES Example 1 An ArF excimer laser (wavelength: 193 nm, FW) was placed in a vacuum chamber of 5 × 10 −7 Torr or less exhausted by a turbo molecular pump whose schematic structure is shown in FIG.
(HM = 20 ns) was condensed and the target was irradiated at an incident angle of 45 °. FeSi 2 amorphous alloy with a composition ratio of 1: 2 (9
Iron silicide (FeS) on an n-si (100) substrate having a size of 20 mm × 20 mm, which is placed facing each other at a distance (X) of 50 mm from the target.
i 2 ) The film was deposited.

【００４３】回転体の隣接する平面吸着板間の内部角
（θ）は３．６度とし、その枚数は１００枚とした。平
面吸着板の粒子の飛翔方向の長さ（ｈ）は１０ｍｍとし
た。平面吸着板の放射状方向の幅（１）は４５ｍｍとし
た。平面吸着板の材料は厚さ０．５ｍｍのステンレス鋼
を用いた。レーザーパルスのフルーエンスＦは７．５Ｊ
／ｃｍ2、Ｉ＝２．２５×１０8Ｗ／ｃｍ2、くり返し周
波数は１０Ｈｚ、基板温度は室温とした。The internal angle (θ) between the adjacent flat suction plates of the rotating body was 3.6 degrees, and the number of sheets was 100. The length (h) of the particles on the flat adsorption plate in the flight direction was set to 10 mm. The radial width (1) of the flat adsorption plate was set to 45 mm. The material of the flat adsorption plate was stainless steel having a thickness of 0.5 mm. The fluence F of the laser pulse is 7.5J
/ Cm 2 , I = 2.25 × 10 8 W / cm 2 , the repetition frequency was 10 Hz, and the substrate temperature was room temperature.

【００４４】回転体の回転速度を変えて捕捉可能な飛散
粒子の最大速度を求めた。その結果を図３に示す。作製
したＦｅＳｉ2薄膜は、表面形状を走査型電子顕微鏡
（ＳＥＭ）、結晶構造を広角Ｘ線回折法（ＸＲＤ）およ
びラマン分光、組成比をＸ線光電子分光（ＸＰＳ）によ
り測定した。吸収スペクトルを分光光度計およびＦＴＩ
Ｒを用いて測定した。The maximum speed of the scattered particles that can be captured was determined by changing the rotation speed of the rotating body. The result is shown in FIG. The surface shape of the produced FeSi 2 thin film was measured by a scanning electron microscope (SEM), the crystal structure was measured by wide-angle X-ray diffraction (XRD) and Raman spectroscopy, and the composition ratio was measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Absorption spectrum with spectrophotometer and FTI
It measured using R.

【００４５】回転体を用いない場合、および回転体の回
転数が０、１０００、２０００、３０００、４０００ｒ
ｐｍで作製した膜のＳＥＭ写真を図４それぞれに示す。
回転体を用いない場合では、直径１０μｍまでの多数の
ドロップレットが観測された。回転数が０の場合は、回
転体の断面部分に膜が堆積するために、その分だけ膜堆
積速度が減少した。１０００ｒｐｍでは１〜１０μｍの
大きなドロップレットがみられなくなる。２０００ｒｐ
ｍになるとドロップレットの数は更に減少し、かつそれ
らの大きさは小さくなる。３０００ｒｐｍではほとん
ど、４０００ｒｐｍでは全くドロップレットは観測され
ない。When the rotating body is not used and the rotating speed of the rotating body is 0, 1000, 2000, 3000, 4000r.
The SEM photograph of the film produced by pm is shown in each of FIG.
In the case where the rotating body was not used, a large number of droplets having a diameter of 10 μm were observed. When the number of rotations was 0, the film was deposited on the cross-section of the rotor, and the film deposition rate was reduced accordingly. At 1000 rpm, large droplets of 1 to 10 μm cannot be seen. 2000 rp
At m, the number of droplets further decreases and their size decreases. Almost no droplets are observed at 4000 rpm at 3000 rpm.

【００４６】また、撮影した膜表面の写真を用いて、回
転体の回転数に対するドロップレットの数密度の変化
を、粒径ごとに調べた。その結果を図５に示す。回転体
の回転数が大きくなるとともに数密度は減少しており、
回転体によりドロップレットが捕捉されていることがわ
かる。Using the photograph of the film surface taken, the change of the number density of the droplets with respect to the rotation speed of the rotating body was examined for each particle size. The result is shown in FIG. As the number of rotations of the rotating body increases, the number density decreases,
It can be seen that the droplets are captured by the rotating body.

【００４７】ドロップレットの数密度は粒径が大きいほ
ど小さい。また、粒径１．５μｍ以上の大きなドロップ
レットは２０００ｒｐｍ、１〜１．５μｍは２５００ｒ
ｐｍ、０．５〜１μｍは３０００ｒｐｍ、０．２〜０．
５μｍは４０００ｒｐｍでそれぞれ数密度がゼロであ
る。すなわち、回転体によって完全に捕捉されており、
粒径が小さいほどドロップレットの速度は大きいことが
わかった。The larger the particle size, the smaller the number density of the droplets. In addition, a large droplet having a particle size of 1.5 μm or more is 2000 rpm, and 1 to 1.5 μm is 2500 r.
pm, 0.5-1 μm is 3000 rpm, 0.2-0.
5 μm has a number density of zero at 4000 rpm. That is, it is completely captured by the rotating body,
It was found that the smaller the particle size, the faster the droplet velocity.

【００４８】粒径ごとのドロップレットの速度分布を、
回転体の回転数に対する数密度の変化から求めた。その
結果を図６に示す。なお、図６に示す速度分布には２つ
のピークが存在しており、ドロップレットの放出が２つ
のメカニズムからなることを示唆している。例えば、レ
ーザー照射中の放出と、照射後のターゲット表面余熱に
よる溶融を原因とする放出などが考えられる。The velocity distribution of the droplets for each particle size is
It was calculated from the change in number density with respect to the rotation speed of the rotating body. The result is shown in FIG. Note that the velocity distribution shown in FIG. 6 has two peaks, which suggests that the droplet emission has two mechanisms. For example, emission during laser irradiation and emission due to melting due to residual heat on the target surface after irradiation can be considered.

【００４９】図６に示すように、粒径が１．５μｍ以上
の大きなドロップレットで高々４２ｍ／ｓ、粒径が最小
の０．２〜０．５μｍのもので高々６７ｍ／ｓである。
したがって、６７＜ｈω／θを満たす条件でｈ、ω、θ
を決めることにより、生成膜のドロップレットを完全に
ゼロとすることができることがわかる。As shown in FIG. 6, a large droplet having a particle size of 1.5 μm or more has a maximum of 42 m / s, and a particle having a minimum particle size of 0.2 to 0.5 μm has a maximum of 67 m / s.
Therefore, h, ω, θ under the condition of 67 <hω / θ
It can be seen that the droplet of the produced film can be made completely zero by determining

【００５０】実施例２ 図２にその概略構造を示すターボ分子ポンプにより排気
された５×１０-7Ｔｏｒｒ以下の真空チャンバー内にお
いて、ＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ、ＦＷ
ＨＭ＝２０ｎｓ）を集光して入射角４５°でターゲット
を照射した。ターゲットとしてアーク溶融法により作製
した組成比１：２のＦｅＳｉ2アモルファス合金（９
９．９％）を用いて、ターゲットから５０ｍｍの間隔
（Ｘ）で対向して設置したサイズ２０ｍｍ×２０ｍｍの
ｎ−Ｓｉ（１００）基板上に鉄シリサイド（ＦｅＳ
ｉ2）膜を付着させた。Example 2 An ArF excimer laser (wavelength 193 nm, FW) was placed in a vacuum chamber of 5 × 10 −7 Torr or less exhausted by a turbo molecular pump whose schematic structure is shown in FIG.
(HM = 20 ns) was condensed and the target was irradiated at an incident angle of 45 °. FeSi 2 amorphous alloy with a composition ratio of 1: 2 (9
Iron silicide (FeS) on an n-Si (100) substrate having a size of 20 mm × 20 mm, which is installed to face the target at a distance (X) of 50 mm from the target.
i 2 ) The film was deposited.

【００５１】回転体の隣接する平面吸着板間の内部角
（θ）は３．６度とし、その枚数は１００枚とした。平
面吸着板の粒子の飛翔方向の長さ（ｈ）は１０ｍｍとし
た。平面吸着板の放射状方向の幅（１）は４５ｍｍとし
た。平面吸着板の材料は厚さ０．５ｍｍのステンレス鋼
を用いた。レーザーパルスのフルーエンスＦは、１０Ｊ
／ｃｍ2、Ｉ＝３*１０8Ｗ／ｃｍ2、くり返し周波数は１
０Ｈｚ、基板温度は４００℃、回転体の回転速度を４０
００ｒｐｍとして成膜したところ、アモルファスＦｅＳ
ｉ2が成長した。The internal angle (θ) between the adjacent flat suction plates of the rotating body was 3.6 degrees, and the number of sheets was 100. The length (h) of the particles on the flat adsorption plate in the flight direction was set to 10 mm. The radial width (1) of the flat adsorption plate was set to 45 mm. The material of the flat adsorption plate was stainless steel having a thickness of 0.5 mm. Fluence F of laser pulse is 10J
/ Cm 2 , I = 3 * 10 8 W / cm 2 , the repetition frequency is 1
0 Hz, substrate temperature 400 ° C., rotation speed of rotating body 40
When a film was formed at 00 rpm, amorphous FeS
i 2 has grown.

【００５２】実施例３ 実施例２と同様の条件でｎ−Ｓｉ（１００）基板上に膜
堆積を行った。ただし、レーザーパルスのフルーエンス
Ｆは４Ｊ／ｃｍ2、基板温度は室温とした。測定した鉄
シリサイド薄膜はＸ線回折測定では全く回折ピークを示
さず、β−ＦｅＳｉ2の０．８５ｅＶよりも大きな０．
９２ｅＶのバンドギャップを有するβ−ＦｅＳｉ2に近
い特性の半導体特性を示すアモルファスＦｅＳｉ2膜で
あった。Example 3 A film was deposited on an n-Si (100) substrate under the same conditions as in Example 2. However, the fluence F of the laser pulse was 4 J / cm 2 , and the substrate temperature was room temperature. The measured iron silicide thin film did not show any diffraction peak in X-ray diffraction measurement, and had a .0 value larger than 0.85 eV of β-FeSi 2 .
It was an amorphous FeSi 2 film having semiconductor characteristics similar to β-FeSi 2 having a band gap of 92 eV.

【００５３】以下に本発明の方法で得られた鉄シリサイ
ド薄膜の膜表面形状および諸特性の基板温度依存性を示
す。図７は、膜表面形状の基板温度に対する変化を示す
ＳＥＭ像を示す。図８は、Ｘ線回析パターンの変化の基
板温度依存性を示す。基板温度が４００℃以下でアモル
ファスＦｅＳｉ2が得られ、４００℃を超えると（１０
０）配向β−ＦｅＳｉ2が得られることが分かる。図９
は、光吸収スペクトルと吸収係数αの基板温度依存性を
示す。アモルファスＦｅＳｉ2膜はα＝３×１０４〜９
×１０４ｃｍ−１、多結晶β−ＦｅＳｉ2膜はα＞１０
５ｃｍ−１である。図１０は、光吸収スペクトルと光学
バンドギャップＥｇの基板温度依存性を示す。アモルフ
ァスＦｅＳｉ2膜は０．９〜１．０ｅＶ、多結晶β−Ｆ
ｅＳｉ2膜は０．８５ｅＶであり、他の報告による値に
ほぼ同じである。図１１は、抵抗率ρの基板温度依存性
を示す。アモルファスＦｅＳｉ2膜の抵抗率ρは、１０
−３〜１０−２Ωｃｍであり、多結晶β−ＦｅＳｉ2膜
の抵抗率ρは、＞５×１０− ２Ωｃｍである。The substrate temperature dependence of the film surface shape and various characteristics of the iron silicide thin film obtained by the method of the present invention will be shown below. FIG. 7 shows SEM images showing changes in film surface shape with respect to the substrate temperature. FIG. 8 shows the substrate temperature dependence of the change in the X-ray diffraction pattern. Amorphous FeSi 2 is obtained when the substrate temperature is 400 ° C. or lower, and when it exceeds 400 ° C. (10
It can be seen that 0) oriented β-FeSi 2 is obtained. Figure 9
Shows the substrate temperature dependence of the light absorption spectrum and the absorption coefficient α. The amorphous FeSi 2 film has α = 3 × 10 4 to 9
× 10 4 cm −1 , α> 10 for the polycrystalline β-FeSi 2 film
It is 5 cm -1 . FIG. 10 shows the substrate temperature dependence of the optical absorption spectrum and the optical band gap Eg. Amorphous FeSi 2 film is 0.9-1.0 eV, polycrystalline β-F
The value of the eSi 2 film is 0.85 eV, which is almost the same as the other reported values. FIG. 11 shows the substrate temperature dependence of the resistivity ρ. The resistivity ρ of the amorphous FeSi 2 film is 10
-3 a to 10 -2 [Omega] cm, the resistivity ρ of polycrystalline beta-FeSi 2 film,> 5 × 10 - a 2 [Omega] cm.

【００５４】[0054]

【発明の効果】以上に詳述したとおり、本発明によれ
ば、低環境負荷型の半導体β−ＦｅＳｉ 2薄膜その他の
低融点半導体や金属などのレーザーアブレーション法に
よる薄膜の作製の大きな障害になっていた生成膜面への
ドロップレットの堆積を完全に防ぐことができる。さら
に、本発明では、レーザーフルーエンスを自由に設定し
てドロップレットフリーなアモルファスＦｅＳｉ2ある
いはβ−ＦｅＳｉ2が成膜可能である。As described above in detail, according to the present invention.
For example, low environmental load semiconductor β-FeSi 2Thin film other
For laser ablation of low melting point semiconductors and metals
To the surface of the produced film, which was a major obstacle to the production of the thin film
Droplet deposition can be completely prevented. Furthermore
In the present invention, the laser fluence can be set freely.
Droplet-free amorphous FeSi2is there
I-β-FeSi2Can be formed into a film.

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

【図１】本発明のレーザーアブレーション成膜装置にお
いて用いる回転体の一実施形態を示す概略斜視図であ
る。FIG. 1 is a schematic perspective view showing an embodiment of a rotating body used in a laser ablation film forming apparatus of the present invention.

【図２】本発明のレーザーアブレーション成膜装置の概
略説明図である。FIG. 2 is a schematic explanatory view of a laser ablation film forming apparatus of the present invention.

【図３】実施例１における回転体の回転速度と捕捉可能
なドロップレット最大速度を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the rotation speed of the rotating body and the maximum droplet speed that can be captured in the first embodiment.

【図４】実施例１における回転体の回転数に対する生成
膜の表面状態の変化を示す図面代用ＳＥＭ写真である。FIG. 4 is a drawing-substitute SEM photograph showing changes in the surface state of a produced film with respect to the rotation speed of a rotating body in Example 1.

【図５】実施例１における回転体の回転数と生成膜上の
ドロップレット密度を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the number of rotations of the rotating body and the droplet density on the generated film in Example 1.

【図６】実施例１におけるドロップレットの速度分布を
示すグラフである。6 is a graph showing velocity distribution of droplets in Example 1. FIG.

【図７】本発明の方法により作製された鉄シリサイドの
膜表面形状の基板温度に対する変化を示すＳＥＭ像を示
す図面代用写真である。FIG. 7 is a drawing-substituting photograph showing a SEM image showing a change in film surface shape of iron silicide produced by the method of the present invention with respect to a substrate temperature.

【図８】本発明の方法により作製された鉄シリサイドの
Ｘ線回析パターンの変化の基板温度依存性を示すグラフ
である。FIG. 8 is a graph showing the substrate temperature dependence of changes in the X-ray diffraction pattern of iron silicide produced by the method of the present invention.

【図９】本発明の方法により作製された鉄シリサイドの
光吸収スペクトルと吸収係数αの基板温度依存性を示す
グラフである。FIG. 9 is a graph showing the optical absorption spectrum of iron silicide produced by the method of the present invention and the substrate temperature dependence of the absorption coefficient α.

【図１０】本発明の方法により作製された鉄シリサイド
の光吸収スペクトルと光学バンドギャップＥｇの基板温
度依存性を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing the substrate temperature dependence of the optical absorption spectrum and the optical bandgap Eg of iron silicide produced by the method of the present invention.

【図１１】本発明の方法により作製された鉄シリサイド
の抵抗率ρの基板温度依存性を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing the substrate temperature dependence of the resistivity ρ of iron silicide produced by the method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 回転体 １１ 回転体 １２ 平面吸着板 １３ 側壁 ３ レーザー光 ５ ターゲット ８ 基板 1 rotating body 11 rotating body 12 Flat suction plate 13 Side wall 3 laser light 5 targets 8 substrates

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 エネルギービームをターゲットに照射し
て、ターゲットから発生する飛散粒子を基板に付着させ
るレーザーアブレーション成膜装置であって、ターゲッ
トと基板との間の距離（Ｘ）は１０〜１００ｍｍであ
り、少なくとも回転軸と該回転軸に放射状に取り付けら
れた多数の平面吸着板とからなる高速回転体をターゲッ
トと基板との間に設け、該回転体は、その回転軸の方向
および該平面吸着板の面が飛散粒子の飛翔方向に平行で
あり、該平面吸着板の回転方向の前側の面は飛散粒子の
うちドロップレットのみを捕捉吸着する面をなし、該平
面吸着板の粒子の飛翔方向の長さ（ｈ：単位＝ｍｍ）お
よび隣接する平面吸着板間の内部角（θ：単位＝度）は
Ｖmax＜ｈω／θ（ただし、Ｖmaxは、捕捉すべきドロッ
プレットの最高速度：単位＝ｍｍ／秒、ωは、回転体の
角速度：単位＝度／秒）を満たすように定められてお
り、該回転体の高速回転によりドロップレットを該平面
吸着板に選択捕捉吸着させることにより基板に付着する
飛散粒子から完全分離することを特徴とするレーザーア
ブレーション装置。1. A laser ablation film forming apparatus for irradiating a target with an energy beam to attach scattered particles generated from the target to a substrate, wherein a distance (X) between the target and the substrate is 10 to 100 mm. A high-speed rotating body including at least a rotating shaft and a large number of flat suction plates radially attached to the rotating shaft is provided between the target and the substrate, and the rotating body has a direction of the rotating shaft and the flat suction plate. The plane of the plate is parallel to the flight direction of the flying particles, and the front surface in the rotation direction of the flat adsorption plate forms a surface that captures and adsorbs only the droplets among the flying particles, and the flight direction of the particles of the flat adsorption plate. (H: unit = mm) and the internal angle (θ: unit = degree) between adjacent flat suction plates are Vmax <hω / θ (where Vmax is the maximum velocity of the droplet to be captured: unit) = Mm / sec, ω is determined so as to satisfy the angular velocity of the rotating body: unit = degree / second), and the substrate is obtained by selectively trapping and adsorbing the droplets onto the flat adsorption plate by the high speed rotation of the rotating body. A laser ablation device that is completely separated from scattered particles attached to the surface. 【請求項２】 回転体はエネルギービームを遮らないよ
うに、ビームの入射角と基板サイズに応じて基板寄りに
セットされていることを特徴とする請求項１記載のレー
ザーアブレーション装置。2. The laser ablation apparatus according to claim 1, wherein the rotating body is set near the substrate according to the incident angle of the beam and the substrate size so as not to block the energy beam. 【請求項３】 平面吸着板の粒子の飛翔方向の長さ
（ｈ）が１〜５０ｍｍであることを特徴とする請求項１
または２記載のレーザーアブレーション装置。3. The length (h) in the flight direction of particles of the flat adsorption plate is 1 to 50 mm.
Alternatively, the laser ablation device described in 2. 【請求項４】 隣接する平面吸着板間の内部角（θ）が
０．５〜１０度であることを特徴とする請求項１乃至３
のいずれかに記載のレーザーアブレーション装置。4. The internal angle (θ) between adjacent flat suction plates is 0.5 to 10 degrees.
The laser ablation device according to any one of 1. 【請求項５】 平面吸着板はステンレス鋼またはセラミ
ックで製作されていることを特徴とする請求項１乃至４
のいずれかに記載のレーザーアブレーション装置。5. The flat adsorption plate is made of stainless steel or ceramics.
The laser ablation device according to any one of 1. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれかに記載のレー
ザーアブレーション装置を用いて成膜する方法におい
て、平面吸着板を回転させたときの投影が基板全体を覆
うように平面吸着板の放射状方向の幅（１）を定め、Ｖ
max＜ｈω／θの式を満たす角速度（ω）で回転体を高
速回転させることにより基板に付着するドロップレット
をゼロとすることを特徴とするレーザーアブレーション
法による成膜方法。6. The method for forming a film by using the laser ablation device according to claim 1, wherein the projection when the flat adsorption plate is rotated is a radial shape of the flat adsorption plate so as to cover the entire substrate. Direction width (1), V
A method for forming a film by a laser ablation method, wherein a rotating body is rotated at a high speed at an angular velocity (ω) satisfying the expression of max <hω / θ so that droplets attached to a substrate become zero. 【請求項７】 ＦｅＳｉ2合金をターゲットとし、ドロ
ップレットをゼロとしたβ−ＦｅＳｉ2またはアモルフ
ァスＦｅＳｉ2を成膜することを特徴とする請求項６記
載のレーザーアブレーション法による成膜方法。7. The method of forming a film by the laser ablation method according to claim 6, wherein a film of β-FeSi 2 or amorphous FeSi 2 having a droplet of zero is formed by using an FeSi 2 alloy as a target. 【請求項８】 ＦｅＳｉ2合金をターゲットとし、ター
ゲットと基板との間の距離（Ｘ）とレーザーフルーエン
スあるいはレーザーイラディエンスによって決まるβ−
ＦｅＳｉ2とアモルファスＦｅＳｉ2が生成する境界の基
板温度を切り替えることによりドロップレットをゼロと
したβ−ＦｅＳｉ2またはアモルファスＦｅＳｉ2を成膜
することを特徴とする請求項６記載のレーザーアブレー
ション法による成膜方法。8. A FeSi 2 alloy as a target, β-determined by the distance (X) between the target and the substrate and the laser fluence or laser irradiance.
7. The laser ablation method according to claim 6, wherein β-FeSi 2 or amorphous FeSi 2 having zero droplets is formed by switching the substrate temperature at the boundary between FeSi 2 and amorphous FeSi 2. Membrane method. 【請求項９】 アモルファスＦｅＳｉ2がバンドギャッ
プ０．９〜１．０ｅＶの半導体特性を示す膜であること
を特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載のレー
ザーアブレーション法による成膜方法。9. The film forming method by the laser ablation method according to claim 6, wherein the amorphous FeSi 2 is a film having semiconductor characteristics with a band gap of 0.9 to 1.0 eV.
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