JP2005163146A - Method of controlling film thickness distribution in thin film production method - Google Patents

Method of controlling film thickness distribution in thin film production method Download PDF

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JP2005163146A JP2003406545A JP2003406545A JP2005163146A JP 2005163146 A JP2005163146 A JP 2005163146A JP 2003406545 A JP2003406545 A JP 2003406545A JP 2003406545 A JP2003406545 A JP 2003406545A JP 2005163146 A JP2005163146 A JP 2005163146A
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剛 吉武
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method capable of depositing a thin film having a uniform film thickness distribution in a thin film production method by emitted particles from a target by a laser abrasion method, an ion beam sputtering method or the like. <P>SOLUTION: Regarding the method of controlling a film thickness distribution, in a thin film production method where a group of particles emitted from a target reaches a substrate so as to have a spacial distribution, film thickness distribution parameters in the X-axis direction and Y-axis direction of a film deposited on the substrate obtained in a state where the substrate is fixed are inputted to the control program of a substrate movement mechanism by which the movement of the substrate to the X-axis direction and Y-axis direction is made possible, and, under the deposition of the thin film, the movement rates of the substrate to the X-axis direction and Y-axis direction by the substrate movement mechanism are controlled based on the control program, thus the film thickness distribution of the produced thin film is made flat. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、レーザーアブレーション法やイオンビームスパッタ法などの、ターゲットからの放出粒子による薄膜作製法に関し、特に、均一な膜厚分布を有する薄膜を堆積可能とする方法に関する。   The present invention relates to a method for forming a thin film using emitted particles from a target, such as a laser ablation method or an ion beam sputtering method, and more particularly to a method that enables deposition of a thin film having a uniform film thickness distribution.

レーザーアブレーション法、イオンビームスパッタ法、レーザー蒸着法などのターゲットからの放出粒子には空間分布があり、固定基板では均一な膜厚分布を有する薄膜を堆積することが困難である。平坦膜を堆積する手段としては、ターゲット上に照射したレーザー・スポットを移動させる方法（特許文献１）、ターゲットに固定した回転軸棒を僅かに傾けて回転させ、ターゲットからの粒子の放出方向を変化させることによって、膜厚分布の偏りの低減を達成する方法（特許文献２）、ターゲット上におけるレーザービーム断面のアスペクト比が０．２以下のレーザービームを使用する方法（特許文献３）、反射ミラーを走査させることによってターゲット上に照射されるレーザー光を走査させる方法（特許文献４）、さらに、反射ミラーを走査させることによってレーザー光照射点をターゲット上で走査させるだけでなく、基板を往復運動させる方法（特許文献６）などが知られている。その他に、基板を回転させる方法（特許文献６〜９）、平行移動させる方法（特許文献１０、１１）、回転振動させるスイング運動を行う方法（特許文献１２）なども知られている。   Particles emitted from targets such as laser ablation, ion beam sputtering, and laser vapor deposition have a spatial distribution, and it is difficult to deposit a thin film having a uniform film thickness distribution on a fixed substrate. As a means for depositing a flat film, there is a method of moving a laser spot irradiated on a target (Patent Document 1), a rotating shaft rod fixed to the target is slightly tilted and rotated, and the emission direction of particles from the target is changed. A method of reducing the deviation of the film thickness distribution by changing (Patent Document 2), a method of using a laser beam having an aspect ratio of the laser beam cross section on the target of 0.2 or less (Patent Document 3), and reflection A method of scanning a laser beam irradiated on a target by scanning a mirror (Patent Document 4). Further, a laser beam irradiation point is scanned on the target by scanning a reflection mirror, and the substrate is reciprocated. A method of exercising (Patent Document 6) is known. In addition, there are known a method of rotating a substrate (Patent Documents 6 to 9), a method of moving in parallel (Patent Documents 10 and 11), a method of performing a swinging motion that rotates and vibrates (Patent Document 12), and the like.

特開平02-270962(特公平08-26451)号公報)(Japanese Patent Laid-Open No. 02-270962) 特開平05-255842号公報JP 05-255842 A 特開平07-224376号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 07-224376 特開平08-225929号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 08-225929 特開2003-105530号公報JP 2003-105530 A 特開平02-11757号公報Japanese Patent Laid-Open No. 02-11757 特開平10-60629号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-60629 特開平11-189873号公報JP 11-189873 A 特開2001-240965号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-240965 特開平04-45263(特許3080096)号公報JP 04-45263 (Patent 3080096) 特開2000-235168号公報JP 2000-235168 特開2000-294200号公報JP 2000-294200 A

特許文献１（特開平02-270962）や特許文献２（特開平05-255842）では、膜厚分布の均一化及び大面積化にある程度の効果は得られるが、詳細な制御及び精度の良い平坦膜の作製には向かない。特許文献３（特開平07-224376）では、ターゲット上におけるレーザー
ビーム断面のアスペクト比が０．２以下のレーザービームを使用することによって、比較的平坦な膜が得られることを提案しているが、この改善効果は極めて弱い。特許文献４（特開平08-225929）では、反射ミラーを走査させることによってターゲット上に照射され
るレーザー光を走査させ、対向した基板上に大面積で平坦な膜を堆積することを提案しているが、大きなターゲットを必要とすること、及びレーザー光の走査によりターゲット照射点での集光面積が変わるために薄膜作製条件が変動してしまうことが問題となっていた。 In Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 02-270962) and Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 05-255842), a certain degree of effect can be obtained in uniforming the film thickness and increasing the area, but detailed control and flatness with high accuracy are possible. Not suitable for film production. Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 07-224376) proposes that a relatively flat film can be obtained by using a laser beam having an aspect ratio of the laser beam cross section on the target of 0.2 or less. This improvement effect is extremely weak. Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 08-225929) proposes that a laser beam irradiated onto a target is scanned by scanning a reflecting mirror to deposit a flat film with a large area on an opposing substrate. However, there is a problem that a large target is required, and the thin film production conditions fluctuate because the condensing area at the target irradiation point changes due to scanning with laser light.

特許文献５（特開2003-105530）では、レーザー光の反射ミラーを走査させることと、
基板を往復運動させることを組み合わせることによって、平坦膜及び大面積化をある程度のレベルで可能にした。しかし、以下の2点の解決すべき課題があった。 In Patent Document 5 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-105530), scanning a reflection mirror of laser light,
By combining the reciprocating motion of the substrate, a flat film and a large area can be achieved at a certain level. However, there were the following two problems to be solved.

まず、（１）レーザー光の反射ミラーを煽り、ターゲット上でのレーザー照射点を走査させる方法は、ターゲットに大面積のものを用意しなければならず、高価なターゲット材料のものには適さない。次に、（２）ターゲットからの放出粒子の空間分布はレーザー照射点を中心とした点対称ではない。さらに、ターゲットからの放出粒子の空間分布は、ターゲット材料及びレーザー光の照射条件に強く依存する。したがって、基板の往復運動だけでは完璧な平坦膜を得ることは難しい。   First, (1) a method of turning a laser beam reflecting mirror and scanning a laser irradiation point on a target requires that the target has a large area and is not suitable for an expensive target material. . Next, (2) the spatial distribution of the emitted particles from the target is not point-symmetric about the laser irradiation point. Furthermore, the spatial distribution of the emitted particles from the target strongly depends on the target material and the laser light irradiation conditions. Therefore, it is difficult to obtain a perfect flat film only by the reciprocating motion of the substrate.

基板を単に回転運動させる方法は、基板が円又は正方形に近い場合は、基板に堆積せず失われる粒子は少なくて済むが、基板が長方形や楕円の場合にはその形状が細長くなればなるほど、薄膜堆積時に基板に堆積せずに失われる粒子の量は増大する。   The method of simply rotating the substrate is that when the substrate is close to a circle or square, fewer particles are lost without being deposited on the substrate, but when the substrate is a rectangle or ellipse, the longer the shape is, The amount of particles lost without depositing on the substrate during thin film deposition increases.

本発明は、レーザー光の反射ミラーの煽り機構を必ずしも用いることなく、従来技術に比べて高い精度で、平坦で大面積な、膜厚分布の均一な薄膜を小さな表面積のターゲット材料を用いて堆積することを実現した。   The present invention does not necessarily use the laser beam reflection mirror turning mechanism, and deposits a flat, large-area, thin-film with a uniform film thickness distribution using a target material with a small surface area, with higher accuracy than conventional techniques. Realized to do.

すなわち、本発明は、（１）ターゲットから放出される粒子群が空間的に分布を有して基板に到達する薄膜作製法において、基板を固定した状態において求められた基板に堆積する膜のＸ軸方向及びＹ軸方向の膜厚分布パラメータを、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向への基板移動を可能にする基板移動機構の制御プログラムに入力し、薄膜の堆積中に、基板移動機構による基板のＸ軸方向、Ｙ軸方向の移動速度を該制御プログラムに基づいて制御することによって、生成した薄膜の膜厚分布を平坦化することを特徴とする薄膜作製法における膜厚分布の制御方法、である。   That is, according to the present invention, (1) in a thin film manufacturing method in which a group of particles emitted from a target has a spatial distribution and reaches the substrate, the X of the film deposited on the substrate obtained in a state where the substrate is fixed The film thickness distribution parameters in the axial direction and the Y-axis direction are input to a control program for the substrate movement mechanism that enables the movement of the substrate in the X-axis direction and the Y-axis direction. A film thickness distribution control method in a thin film manufacturing method, characterized by flattening a film thickness distribution of a generated thin film by controlling a moving speed in the X axis direction and the Y axis direction based on the control program. is there.

また、本発明は、（２）膜厚分布パラメータが下記の式で与えられることを特徴とする上記（１）の薄膜作製法における膜厚分布の制御方法、である。   The present invention is also (2) a method for controlling the film thickness distribution in the thin film manufacturing method according to the above (1), wherein the film thickness distribution parameter is given by the following equation.

Hmcosmθ1{cos(θ2+φ)cosφ}n
（但し、φは、膜厚分布中心のずれ角（＝ターゲット上のレーザー光照射点Ｏから膜厚最大点Ｍに線分ＯＭを引いた場合、それが、照射点Ｏから下ろした垂線と基板の表面との交点Ｐとの間の線分ＯＰに対して成す角）、ｍは、レーザー光の光軸に対して垂直方向の膜厚分布の険しさ、ｎは、レーザー光の光軸と同一方向の膜厚分布の険しさ、θ1は、膜厚
最大点Ｍを通るようにレーザー光の光軸に対して垂直方向にＸ軸をとり、Ｘ軸上のある点をＡとした場合のＯＡとＯＭの成す角、θ2は、Ｘ軸と直交するＹ軸上のある点をＢとし
た場合のＯＢとＯＭの成す角） H m cos m θ 1 {cos (θ 2 + φ) cosφ} n
(However, φ is the deviation angle of the film thickness distribution center (= when the line segment OM is drawn from the laser beam irradiation point O on the target to the film thickness maximum point M, it is the perpendicular line and the substrate drawn from the irradiation point O) The angle formed with respect to the line segment OP with respect to the intersection point P with the surface of the laser beam, m is the steepness of the film thickness distribution in the direction perpendicular to the optical axis of the laser beam, and n is the optical axis of the laser beam. The steepness of film thickness distribution in the same direction, θ 1, is taken when the X axis is perpendicular to the optical axis of the laser beam so that it passes through the maximum film thickness point M, and a point on the X axis is A The angle between OA and OM, θ 2 is the angle between OB and OM when B is a point on the Y axis perpendicular to the X axis)

また、本発明は、（３）基板移動機構によるＸ、Ｙ軸方向への基板移動と同時に基板を回転させることを特徴とする上記（１）又は（２）の薄膜作製法における膜厚分布の制御方法、である。   According to the present invention, (3) the film thickness distribution in the thin film manufacturing method according to (1) or (2) is characterized in that the substrate is rotated simultaneously with the substrate movement in the X and Y axis directions by the substrate moving mechanism. Control method.

また、本発明は、（４）基板移動機構によるＸ、Ｙ軸方向への基板移動と同時に基板を揺動運動させることを特徴とする上記（１）ないし（３）のいずれかの薄膜作製法における膜厚分布の制御方法、である。   According to the present invention, (4) the thin film manufacturing method according to any one of the above (1) to (3), wherein the substrate is swung simultaneously with the substrate moving in the X and Y axis directions by the substrate moving mechanism. Is a method for controlling the film thickness distribution.

また、本発明は、（５）ターゲット面と基板面を平行に配置した場合の基板のＸ、Ｙ軸方向と直角方向をＺ軸とした場合、ターゲットからのプルームの中心軸方向に対して、基板表面が垂直になるように基板をＺ軸に対してチルトさせて配置した状態で薄膜の堆積を
行うことを特徴とする上記（１）ないし（４）のいずれかの薄膜作製法における膜厚分布の制御方法、である。 Further, the present invention is (5) When the target surface and the substrate surface are arranged in parallel, the X and Y axis directions of the substrate are perpendicular to the Z axis, and the plume from the target is in the central axis direction. The film thickness in the thin film manufacturing method according to any one of (1) to (4), wherein the thin film is deposited in a state where the substrate is tilted with respect to the Z axis so that the substrate surface is vertical. A distribution control method.

また、本発明は、（６）ターゲットの表面積が８〜５０ｍｍ２であり、ターゲット面積対基板面積の比が、３〜１０００倍であることを特徴とする上記（１）ないし（５）のいずれかの薄膜作製法における膜厚分布の制御方法、である。 In the present invention, any one of the above (1) to (5), wherein (6) the surface area of the target is 8 to 50 mm 2 and the ratio of the target area to the substrate area is 3 to 1000 times. This is a method for controlling the film thickness distribution in such a thin film manufacturing method.

本発明は、薄膜堆積装置の真空容器の外部に設けた基板移動機構の制御装置に、固定基板について得られた膜厚分布の情報を入力することによって、ターゲットからの放出粒子の分布が均一になるように基板の平面運動を膜厚分布に応じて重みをつけて最適化して、精度良い所望の膜厚分布の平坦膜及び大面積膜の堆積を実現可能にしたことを特徴とする。   The present invention makes uniform the distribution of emitted particles from the target by inputting the information on the film thickness distribution obtained for the fixed substrate to the control device of the substrate moving mechanism provided outside the vacuum vessel of the thin film deposition apparatus. Thus, the planar motion of the substrate is optimized by weighting according to the film thickness distribution so that the deposition of the flat film and the large area film having the desired film thickness distribution with high accuracy can be realized.

また、ターゲットからのプルームの中心軸方向が基板面に対して傾く場合に基板に到達する粒子分布が非対称となるのを基板の回転運動を組み合わせることによって補償することを特徴とする。さらに、基板に表面凹凸がある場合は基板の揺動運動を組み合わせることを特徴とする。   Further, when the central axis direction of the plume from the target is tilted with respect to the substrate surface, the asymmetric distribution of particles reaching the substrate is compensated by combining the rotational motion of the substrate. Further, when the substrate has surface irregularities, the swinging motion of the substrate is combined.

また、本発明は、上記の方法において、基板に到達する粒子の堆積分布の情報をもとに、ターゲットから放出されるプルームの中心軸を求め、該中心軸方向に対して、基板表面が垂直になるように配置することによって、基板移動機構を制御するためのパラメータを簡略化できるようにしたことを特徴とする。   According to the present invention, in the above method, the central axis of the plume emitted from the target is obtained based on the information on the deposition distribution of particles reaching the substrate, and the substrate surface is perpendicular to the direction of the central axis. The parameters for controlling the substrate moving mechanism can be simplified by arranging so as to be.

レーザーアブレーション法などでは、一般的に、ターゲットと基板は平行に配置されるが、ターゲットからの放出粒子群、すなわちプルームの中心軸（薄膜堆積を行った場合、膜厚が最大となる点へターゲット照射点から引いた線）の方向はターゲット表面に対して垂直になるとは限らない。   In laser ablation, etc., the target and the substrate are generally arranged in parallel, but the target particles are emitted from the target, that is, the central axis of the plume (to the point where the film thickness becomes maximum when thin film deposition is performed). The direction of the line drawn from the irradiation point is not always perpendicular to the target surface.

例えば、レーザーアブレーション法では、プルームの中心軸は、ターゲット表面に対してレーザー光入射方向に数度傾くのが一般的である。すなわち、基板の膜厚最大点はターゲット照射点から下ろした垂線と基板表面との交点より、若干レーザー光入射方向側にシフトする。その傾き角はターゲット材料の表面状態（レーザー照射点のえぐれ具合）と用いるレーザー光の照射条件（レーザー波長やレーザーパルスのエネルギー密度）によって決まる。基板をプルームの中心軸に対して垂直に設置すれば、基板への粒子の堆積分布が膜厚最大点を中心とした点対称となり、Ｘ、Ｙ軸方向の膜厚分布の補正が容易になる。   For example, in the laser ablation method, the central axis of the plume is generally inclined several degrees in the laser light incident direction with respect to the target surface. That is, the maximum film thickness point of the substrate is slightly shifted to the laser light incident direction side from the intersection of the perpendicular drawn from the target irradiation point and the substrate surface. The inclination angle is determined by the surface condition of the target material (the degree of laser irradiation spot) and the irradiation conditions (laser wavelength and laser pulse energy density) of the laser beam used. If the substrate is installed perpendicularly to the central axis of the plume, the particle deposition distribution on the substrate becomes point-symmetric about the maximum film thickness point, making it easy to correct the film thickness distribution in the X and Y axis directions. .

以上のことを前提として、図１を用いて、膜厚分布制御の近似パラメータを以下に説明する。
（１） 膜厚分布中心のずれ角φ：ターゲット上のレーザー光照射点Ｏから膜厚最大点Ｍ
に線分ＯＭを引いた場合、それが、照射点Ｏから下ろした垂線と基板２の表面との交点Ｐとの間の線分ＯＰに対して成す角。 Based on the above assumptions, approximate parameters for film thickness distribution control will be described below with reference to FIG.
(1) Deflection angle φ of film thickness distribution center: Maximum film thickness point M from laser light irradiation point O on the target
When the line segment OM is drawn, the angle formed with respect to the line segment OP between the perpendicular line drawn from the irradiation point O and the intersection P of the surface of the substrate 2.

（２）レーザー光Ｌの光軸に対して垂直方向の膜厚分布の険しさｍ（cosmθのｍ）：膜厚最大点Ｍを通るようにレーザー光Ｌの光軸に対して垂直方向にＸ軸をとる。Ｘ軸上のある点をＡとし、ＯＡとＯＭの成す角をθ1とすると、Ｘ軸方向の膜厚分布はHmaxcosmθ1で近似できる。ただし、ＨｍａｘはＭ点での膜厚最大値。なお、堆積時間をＴとすると膜厚最大点の堆積速度（DR）は、DRmax=Hmax/Tとなる。 (2) Steepness m of the film thickness distribution in the direction perpendicular to the optical axis of the laser beam L ( m of cos m θ): the direction perpendicular to the optical axis of the laser beam L so as to pass through the maximum thickness point M Take the X axis. Assuming that a certain point on the X axis is A and the angle between OA and OM is θ 1 , the film thickness distribution in the X axis direction can be approximated by H max cos m θ 1 . However, H max is the maximum film thickness at point M. When the deposition time is T, the deposition rate (DR) at the maximum film thickness point is DRmax = Hmax / T.

（３）レーザー光Ｌの光軸の険しさｎ（Hmax{cos(θ2+φ)/cosφ}nのｎ）：膜厚最大点Ｍを通るようにレーザー光Ｌの光軸と同一方向（＝Ｘ軸と直交方向）にＹ軸をとる。Ｙ軸上
のある点をＢとし、ＯＢとＯＭの成す角をθ2とすると、Ｙ軸方向の膜厚分布はHmax{cos(θ2+φ)/cosφ}nで近似できる。 (3) (n of H max {cos (θ 2 + φ) / cosφ} n) laser light steepness of the optical axis of the L n: the same direction as the optical axis of the laser beam L so as to pass through the thickness maximum point M The Y axis is taken (= direction orthogonal to the X axis). If a certain point on the Y axis is B and the angle formed by OB and OM is θ 2 , the film thickness distribution in the Y axis direction can be approximated by H max {cos (θ 2 + φ) / cosφ} n .

φ、ｍ、ｎが求まれば、基板２上の任意の点の生成膜の膜厚分布は、Hmcosmθ1{cos(θ2+φ)cosφ}nと近似して算出できる。基板をＸＹ平面上で移動させるに当たって、膜厚が厚くなるところは移動速度を速くし、膜厚が薄くなるところは移動速度を遅くすることによって、膜厚分布を補償することが出来る。すなわち、膜厚の大小に反比例した速度で基板を移動すれば、平坦膜を作製可能である。 If φ, m, and n are obtained, the film thickness distribution of the generated film at an arbitrary point on the substrate 2 can be calculated by approximating H m cos m θ 1 {cos (θ 2 + φ) cos φ} n . When moving the substrate on the XY plane, the film thickness distribution can be compensated by increasing the moving speed when the film thickness is thick and decreasing the moving speed when the film thickness is thin. That is, a flat film can be produced by moving the substrate at a speed inversely proportional to the thickness of the film.

基板２をターゲットに平行ではなく、プルームの中心軸に垂直に設置することによって、以下に示すように、膜厚分布のパラメータを簡略化でき、膜厚分布の補正が容易になる。さらに、基板到達粒子が、以前に堆積した粒子をスパッタしてしまう、すなわち再スパッタは、基板２への入射角が垂直の時が最小であるから、基板２上での再スパッタを最小限に抑えることが出来る。   By setting the substrate 2 not perpendicular to the target but perpendicular to the central axis of the plume, the parameters of the film thickness distribution can be simplified as shown below, and the correction of the film thickness distribution is facilitated. Further, the particles reaching the substrate sputter the previously deposited particles, i.e., resputtering is minimal when the angle of incidence on the substrate 2 is vertical, thus minimizing resputtering on the substrate 2. It can be suppressed.

図２に示すように、プルームの中心軸の傾きはφで与えられ、基板２は角度φだけ傾けて配置される。膜厚分布は、点Ｍに対してほぼ点対称となり、ターゲット１上のレーザー光照射点Ｏから膜厚最大点Ｍに引いた線分ＯＭとＹ軸上のある点をＡとし、点Ａに引いた線分ＯＡとの角度θのみで膜厚分布をHmaxcosnθと表すことが出来る。 As shown in FIG. 2, the inclination of the central axis of the plume is given by φ, and the substrate 2 is arranged to be inclined by an angle φ. The film thickness distribution is substantially point-symmetric with respect to the point M. A line segment OM drawn from the laser beam irradiation point O on the target 1 to the maximum film thickness point M and a point on the Y axis are set to A, and the point A The film thickness distribution can be expressed as H max cos n θ only by the angle θ with respect to the drawn line segment OA.

ターゲット１からの放出粒子の空間分布は、ターゲット材料及びレーザー光の照射条件でほぼ決まる。固定基板に堆積する膜厚分布は、様々な材料に対してよく知られている（“Pulsed Laser Deposition of Thin Films”、Edited by Douglas B. Chrisey and Graham K. Hubler、1994 New York）。上記等の文献にデータが無ければ、予備実験として固
定基板に薄膜作製を実際に行い、表面粗さ計を用いて膜厚分布調べる。 The spatial distribution of the emitted particles from the target 1 is almost determined by the target material and the irradiation condition of the laser beam. The film thickness distribution deposited on a fixed substrate is well known for various materials ("Pulsed Laser Deposition of Thin Films", Edited by Douglas B. Chrisey and Graham K. Hubler, 1994 New York). If there is no data in the above documents, a thin film is actually fabricated on a fixed substrate as a preliminary experiment, and the film thickness distribution is examined using a surface roughness meter.

以上述べたように、本発明の方法を用いれば、レーザー光を走査してターゲットに照射することなく、小さな表面積のターゲット材料を用いて生成した薄膜の膜厚分布のばらつきが１％以下の極平坦な膜を大面積で作製できる。   As described above, when the method of the present invention is used, the variation in the film thickness distribution of a thin film formed using a target material having a small surface area without scanning the laser beam and irradiating the target is 1% or less. A flat film can be formed with a large area.

図３は、本発明の基板移動機構を装着したレーザーアブレーション薄膜製造装置の一例を示す概念図である。なお、図３においては、回転機構、揺動機構、チルト機構は省略している。光源から出射したレーザー光８を集光レンズ７を用いて集光し、レーザー光Ｌをコンフラッドフランジ１０Ａを介してターゲット１に照射する。回転導入機６で、レーザー光Ｌの照射中はターゲット１を回転させる。真空容器9はコンフラッドフランジ１０Ｂ
を介して設置されたゲートバルブ１１を開にして、ターボ分子ポンプ１２とフレキシブルチューブ１３でつないだロータリーポンプ１４を用いて排気する。 FIG. 3 is a conceptual diagram showing an example of a laser ablation thin film manufacturing apparatus equipped with the substrate moving mechanism of the present invention. In FIG. 3, the rotation mechanism, the swing mechanism, and the tilt mechanism are omitted. The laser light 8 emitted from the light source is condensed using the condensing lens 7, and the target 1 is irradiated with the laser light L through the conflat flange 10A. The target 1 is rotated during the irradiation with the laser beam L by the rotation introducing device 6. Vacuum vessel 9 is conflood flange 10B
The gate valve 11 installed via the valve is opened and exhausted using a rotary pump 14 connected by a turbo molecular pump 12 and a flexible tube 13.

背面にセラミックヒーターを装着した基板ホルダー１５上に基板２を緻密に接触させてセットする。基板２はターゲット１に対して好ましくは平行にセットする。コンフラッドフランジ１０Ｃを介して、基板移動機構３、その上に制御回路4を配置する。   The substrate 2 is set in close contact with the substrate holder 15 equipped with a ceramic heater on the back. The substrate 2 is preferably set parallel to the target 1. The substrate moving mechanism 3 and the control circuit 4 are arranged on the substrate moving mechanism 3 through the conflude flange 10C.

図４に、基板移動機構３と、回転機構、揺動機構、チルト機構の相互の関係を概念的に示す。図４では図示していない基板２は揺動機構の上部に設置される。揺動機構２１は回転機構２２の上にあり揺動しながら回転可能である。回転機構２２は基板移動機構３の先端に取り付けられており、基板２は回転および揺動運動をしながらＸＹ平面を移動できる。さらに、基板移動機構３は、ターゲット面と基板面を平行に配置した場合の基板のＸ、Ｙ軸方向と直角方向をＺ軸とした場合、Ｚ軸に対して±１０°のチルト角の範囲で傾ける
ことが可能なチルト機構２３上に取り付けられている。揺動運動させることによって凹凸のある基板に対して、隅の部分まで薄膜堆積が可能となる。 FIG. 4 conceptually shows the mutual relationship between the substrate moving mechanism 3 and the rotation mechanism, swing mechanism, and tilt mechanism. The substrate 2 not shown in FIG. 4 is installed on the upper part of the swing mechanism. The swing mechanism 21 is on the rotation mechanism 22 and can rotate while swinging. The rotation mechanism 22 is attached to the tip of the substrate moving mechanism 3, and the substrate 2 can move on the XY plane while rotating and swinging. Further, the substrate moving mechanism 3 has a tilt angle range of ± 10 ° with respect to the Z axis when the direction perpendicular to the X and Y axis directions of the substrate when the target surface and the substrate surface are arranged in parallel is the Z axis. It is mounted on a tilt mechanism 23 that can be tilted with the. By swinging the film, it is possible to deposit a thin film up to the corners of the substrate with unevenness.

上記の各機構によって、基板２は、図３中に示すＸ、Ｙ軸方向の移動とＺ軸に対して傾けることが可能である。 Ｘ、Ｙ軸方向の移動とＺ軸に対してのチルトが可能な真空用高
度マニュピレーターが市販されているが、基本的にはそれと同じチルトの原理である。基板２の平面移動、回転、揺動運動を行うためのモーターを含む動作装置は、真空装置中に設置すると成膜中の不純物ガスの原因となるので、真空容器９の外部に設置することが望ましい。 By each of the above mechanisms, the substrate 2 can be moved in the X and Y axis directions shown in FIG. 3 and tilted with respect to the Z axis. An advanced manipulator for vacuum capable of moving in the X and Y axis directions and tilting with respect to the Z axis is commercially available, but basically the same tilt principle is used. An operation device including a motor for performing planar movement, rotation, and swinging motion of the substrate 2 causes impurity gas during film formation when installed in a vacuum device, and therefore may be installed outside the vacuum vessel 9. desirable.

基板移動機構３のＸ、Ｙ軸方向の移動量と移動速度は専用の電子回路又はコンピューター５に設定した制御プログラムに基づいて、制御回路４を介して制御する。制御プログラムには予めターゲット１上のレーザー光照射点からの放出粒子の空間分布、すなわち基板２を固定して薄膜作製した場合の膜厚分布の情報が基礎データとして入力されている。   The movement amount and movement speed in the X and Y axis directions of the substrate moving mechanism 3 are controlled via the control circuit 4 based on a dedicated electronic circuit or a control program set in the computer 5. In the control program, information on the spatial distribution of the emitted particles from the laser light irradiation point on the target 1, that is, information on the film thickness distribution when the substrate 2 is fixed to form a thin film is input as basic data.

その基礎データをもとに、制御プログラムに基づいて生成膜が所望する膜厚分布となるように基板移動機構３によって基板ホルダー１５を運動させる。レーザーアブレーション法などでは一般的にはターゲット１と基板２は平行に配置させるので、基板２の平面及び回転運動はターゲットとの平行を保ったまま行われる。平行を保つことは必須ではないが、膜質がターゲットと基板間の距離に依存するので極端な配置では不均一な膜質の薄膜が生成してしまう。   Based on the basic data, the substrate holder 15 is moved by the substrate moving mechanism 3 so that the generated film has a desired film thickness distribution based on the control program. In the laser ablation method or the like, since the target 1 and the substrate 2 are generally arranged in parallel, the plane and the rotational motion of the substrate 2 are performed while keeping the parallel with the target. It is not essential to maintain parallelism, but since the film quality depends on the distance between the target and the substrate, a thin film with non-uniform film quality is generated in an extreme arrangement.

以下に膜厚分布を制御する方法をケース毎に説明する。
ケース１：図５に示すように、平面運動は、放出粒子の堆積分布中心Ｍが、基板２の中心Ｏを横切るように一定速度でターゲット１の表面に平行にＹ軸方向に往復運動させる。ここで、前述したように、レーザーアブレーションにおいて、ターゲット１の表面に対して所定の角度で照射されたレーザー光Ｌのターゲット１上の照射点Ｏから放出される粒子群は、その空間分布の中心線がターゲット１の表面に対して少し傾くことが知られている。その傾き角は時間とともに変化する。基板２がプルームの中心軸に対して常に垂直になるようにチルト機構と揺動機構によって位置調整を行って傾き角を変化させる。すなわち、まず、チルト機構によってプルーム中心軸上に基板中心がくるようにした後、プルーム中心軸に対して基板が垂直になるように揺動機構を使って調整する。この位置を揺動機構の初期値とすると、基板１に到達する粒子分布が、その中心線に関して点対称となり、精度良く均一な膜厚分布の薄膜が得られる。 Hereinafter, a method for controlling the film thickness distribution will be described for each case.
Case 1: As shown in FIG. 5, the planar motion is reciprocated in the Y-axis direction parallel to the surface of the target 1 at a constant speed so that the deposition distribution center M of the emitted particles crosses the center O of the substrate 2. Here, as described above, in laser ablation, the particle group emitted from the irradiation point O on the target 1 of the laser light L irradiated at a predetermined angle with respect to the surface of the target 1 is the center of its spatial distribution. It is known that the line is slightly inclined with respect to the surface of the target 1. The inclination angle changes with time. The tilt angle is changed by adjusting the position by the tilt mechanism and the swing mechanism so that the substrate 2 is always perpendicular to the central axis of the plume. That is, first, the substrate center is positioned on the plume central axis by the tilt mechanism, and then adjusted using the swing mechanism so that the substrate is perpendicular to the plume central axis. If this position is the initial value of the swing mechanism, the particle distribution reaching the substrate 1 is point-symmetric with respect to the center line, and a thin film with a uniform film thickness distribution can be obtained with high accuracy.

傾き角を補正した方が精度は高くなるが、補正しない場合、基板２に到達する粒子分布は非対称となるので、それを基板２の回転運動によって補償すると、均一な薄膜は得られる。回転（自転）運動は、一般に行われている程度と同様に1〜1000rpm程度の速度で行えばよい。以上の方法は、回転運動を用いているために円形又は正方形のように対称性の良い形状の基板を用いる場合に適する。   If the tilt angle is corrected, the accuracy becomes higher. However, if the tilt angle is not corrected, the particle distribution reaching the substrate 2 becomes asymmetrical. Therefore, if it is compensated by the rotational motion of the substrate 2, a uniform thin film can be obtained. The rotation (spinning) motion may be performed at a speed of about 1 to 1000 rpm, as is generally the case. The above method is suitable for the case where a substrate having a good symmetry such as a circle or a square is used because of the rotational motion.

ケース２：ケース1で基板２に表面凹凸があり、むら無く薄膜堆積を行いたい場合は、回
転運動している基板２を揺動運動させて、ケース1と同様に平面運動させる。すなわち、
Ｚ軸に対してのチルトによって基板中心をプルーム中心軸上に配置して、プルーム中心軸と基板表面が垂直になるように先ず初期配置する。その配置を基準として、基板ホルダーの揺動機構によって揺動運動を行う。 Case 2: If the substrate 2 has surface irregularities in Case 1 and it is desired to deposit a thin film without unevenness, the substrate 2 that is rotating is oscillated and moved in the same plane as in Case 1. That is,
First, the substrate center is arranged on the plume central axis by tilting with respect to the Z axis, and the initial arrangement is performed so that the plume central axis and the substrate surface are perpendicular. Based on the arrangement, the substrate holder is swung by the swing mechanism of the substrate holder.

ケース３：図６に示すように、縦横比の大きな長方形や楕円の基板２を用いる場合には、回転させると基板２に堆積せずに失われる粒子が多く、薄膜製造のロスが大きい。この場合は、基板２の回転はさせずに、Ｘ、Ｙ軸方向の２次元の平面運動によって均一な薄膜堆
積を実現する。基板に到達する粒子群のＸ及びＹ軸方向の堆積分布をf(X)、g(Y)とすると、Ｘ、Ｙ軸方向にはその分布を補償するためにA/f(X)、A/g(Y)（但し、Aは定数）の重し
をおいた走査を行う。なお、ここで、走査とはプルームの先端が基板表面を移動していくことをいう。具体的には、基板１の中心を座標表示する基準Ｏ、基板に到達する粒子群の分布中心をＭとすると、図６に示すような、Ｘ軸方向の片道走査を、走査速度A/{f(X)・g(Y)}（但し、Aは定数）でＹ軸方向に微小移動毎に繰り返すことによって平坦膜を作製可
能である。 Case 3: As shown in FIG. 6, when a rectangular or elliptical substrate 2 having a large aspect ratio is used, many particles are lost without being deposited on the substrate 2 when rotated, resulting in a large loss in thin film production. In this case, uniform thin film deposition is realized by two-dimensional plane movement in the X and Y axis directions without rotating the substrate 2. Assuming that the deposition distribution in the X and Y axis directions of the particle group reaching the substrate is f (X) and g (Y), A / f (X) and A in order to compensate the distribution in the X and Y axis directions. Scan with a weight of / g (Y) (A is a constant). Here, scanning means that the tip of the plume moves on the substrate surface. Specifically, assuming that the reference O for displaying the center of the substrate 1 as coordinates and the distribution center of the particle group reaching the substrate as M, one-way scanning in the X-axis direction as shown in FIG. By repeating f (X) · g (Y)} (where A is a constant) for each minute movement in the Y-axis direction, a flat film can be produced.

ケース４：ケース３で基板２に表面凹凸があり、むら無く薄膜堆積を行いたい場合は、基板ホルダー部分を揺動機構により揺動させることによって、Ｘ軸、Ｙ軸方向の２次元運動している基板を揺動運動させる。 Case 4: If the substrate 2 has surface irregularities in Case 3 and it is desired to deposit a thin film without unevenness, the substrate holder part is swung by a rocking mechanism to move two-dimensionally in the X-axis and Y-axis directions. Oscillates the substrate.

なお、図７に示すように、基板の運動はレーザー光Ｌの光路によって制約されるので、生成可能な薄膜の面積の最大値は、円形の場合でπ(DTS/tanθ)2、となる。ただし、θはターゲットへのレーザーの入射角、DTSはターゲットと基板間距離である。本発明の方法
では、ターゲットの表面積は円形の場合でレーザー光の照射点のスポットの直径の２〜５倍程度の直径（面積比で４〜２５倍）で十分であるが、レーザー光反射ミラー煽り機構を用いる方法では作製したい薄膜の面積に近いサイズのターゲットが必要となる。通常、レーザー照射点のスポットの面積は２ｍｍ２程度であるから、本発明の方法では、ターゲットの面積は８〜５０ｍｍ２程度、ターゲットの使用効率を考慮すれば８〜３０ｍｍ２程度のより小面積が好ましい。 As shown in FIG. 7, since the movement of the substrate is restricted by the optical path of the laser light L, the maximum value of the area of the thin film that can be generated is π (D TS / tanθ) 2 in the case of a circle. . Where θ is the angle of incidence of the laser on the target, and DTS is the distance between the target and the substrate. In the method of the present invention, the surface area of the target is circular, and a diameter of about 2 to 5 times the diameter of the spot of the laser beam irradiation point (4 to 25 times the area ratio) is sufficient. In the method using the turning mechanism, a target having a size close to the area of the thin film to be manufactured is required. Usually, since the area of the spot of the laser irradiation point is about 2 2 mm, in the method of the present invention, the area of the target 8～50Mm 2 mm, smaller area of 8~30mm about 2 in consideration of the use efficiency of the target Is preferred.

本発明の方法では、ターゲット面積対基板面積の比は、約３〜１０００倍、より好ましくは１００〜５００倍程度にすることができる。例えば、ターゲット照射点のスポットの面積を２ｍｍ２とし、ターゲット面積を２５ｍｍ２とすれば、ターゲットと基板間距離を１００ｍｍ、レーザー入射角を３０°とすると、円形で１０４５４ｍｍ２の大面積化が可能である。その比は、約４２０倍となる。更なる薄膜の大面積化は、基板の動作範囲を大きくすることによって容易に実現可能である。また、レーザー入射角度の小角化及びターゲットと基板間距離の増加で、更なる改善が可能である。一方、レーザー光反射ミラー煽り機構を用いる方法では、設置した基板によりレーザー光の光路が制約されるので、この倍率は高々１〜２倍である。 In the method of the present invention, the ratio of the target area to the substrate area can be about 3 to 1000 times, more preferably about 100 to 500 times. For example, the area of the target irradiation point spot and 2 mm 2, if the target area and 25 mm 2, 100 mm the target and substrate distance, the laser incidence angle is 30 °, can have a large area of 10454mm 2 in a circular It is. The ratio is about 420 times. A further increase in the area of the thin film can be easily realized by increasing the operating range of the substrate. Further improvement can be achieved by reducing the laser incident angle and increasing the distance between the target and the substrate. On the other hand, in the method using the laser beam reflecting mirror turning mechanism, the optical path of the laser beam is restricted by the installed substrate, so this magnification is at most 1 to 2 times.

以下、本発明の具体的実施例を図に基づいて説明する。図３に示す装置を用いて、まず、１００×１００ｍｍの基板２を固定して動作させずに薄膜作製を行い、基板２に飛来する粒子の本来の堆積分布を調べた。ＡｒＦエキシマレーザー光（波長193nm、パルス幅30ns）を集光して入射角４５°で表面積50mm2のＦｅターゲット１の表面に照射点のスポット面積約２ｍｍ2で照射し、対向するガラス基板２（100mm×100mm）に薄膜作製を行った。
レーザー光照射中はターゲット１を１０ｒｐｍ程度で回転させた。真空容器９は１０−５Ｐａ以下に排気した。基板２はターゲット１に対して平行にセットし、その距離Ｄｔｓは５０ｍｍとした。基板２の温度は室温とし、繰り返し周波数は５０Ｈｚ、フルーエンスは１０Ｊ/ｃｍ２、レーザーエネルギーの大きさは２００ｍＪとした。膜厚の最大値は１０
０ｎｍとなるように薄膜堆積を行った。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Using the apparatus shown in FIG. 3, first, a thin film was produced without fixing and operating the 100 × 100 mm substrate 2, and the original deposition distribution of particles flying on the substrate 2 was examined. ArF excimer laser light (wavelength: 193 nm, pulse width: 30 ns) is focused and irradiated onto the surface of the Fe target 1 having an incident angle of 45 ° and a surface area of 50 mm 2 with a spot area of about 2 mm 2 at the irradiation point. A thin film was prepared to 100 mm × 100 mm).
During the laser beam irradiation, the target 1 was rotated at about 10 rpm. The vacuum vessel 9 was evacuated to 10 −5 Pa or less. The substrate 2 was set parallel to the target 1 and the distance Dts was 50 mm. The temperature of the substrate 2 was room temperature, the repetition frequency was 50 Hz, the fluence was 10 J / cm 2 , and the laser energy was 200 mJ. Maximum film thickness is 10
Thin film deposition was performed so that it might be set to 0 nm.

生成膜の膜厚分布は、図１で示したように、Ｘ軸、Ｙ軸を考えると、それぞれ、図８（Ｘ軸）、図９（Ｙ軸）に示すようになった。Ｘ軸方向の膜厚分布パラメータは、cosnθ、ｎ＝４でうまく近似できた。膜厚最大点Ｍはターゲット照射点Ｏから延ばした基板表面への垂線と基板表面との交点Ｐに対して、レーザー光の照射方向に４ｍｍずれていた。φはatan(4/50)と算出できた。θ2 = atan(θ+Y)とすると、Ｙ軸方向の膜厚分布パラメータは100{cos(θ+φ)cosφ}m、ｍ＝４でうまく近似できた。Hmaxは１００ｎｍで、この点Ｍで
の堆積速度は５ｎｍ/ｍｉｎであった。上記から、Ｘ軸及びＹ軸方向の基板堆積粒子の分
布はf(x)、g(y)で与えられることが分かった。したがって、(X,Y)の膜厚はf(X)・g(Y)で
近似できる。 As shown in FIG. 1, the film thickness distribution of the generated film is as shown in FIG. 8 (X axis) and FIG. 9 (Y axis), considering the X axis and Y axis, respectively. The film thickness distribution parameter in the X-axis direction can be approximated well by cos n θ, n = 4. The film thickness maximum point M was shifted by 4 mm in the laser light irradiation direction with respect to the intersection point P between the perpendicular to the substrate surface extending from the target irradiation point O and the substrate surface. φ was calculated as atan (4/50). When θ 2 = atan (θ + Y), the film thickness distribution parameter in the Y-axis direction can be approximated well at 100 {cos (θ + φ) cosφ} m , m = 4. H max was 100 nm, and the deposition rate at this point M was 5 nm / min. From the above, it was found that the distribution of substrate deposition particles in the X-axis and Y-axis directions is given by f (x) and g (y). Therefore, the film thickness of (X, Y) can be approximated by f (X) · g (Y).

以上の近似パラメータφ、Ｈｍａｘ、ｎ、ｍを基板移動機構の制御プログラムに入力し、該プログラムに基づいて基板をＸＹ軸方向平面上の平面運動に膜厚分布に応じた重みを付けて動作させ、回転運動させながら、薄膜作製を行った。レーザー光のターゲット照射点Ｏから放出されて基板上に堆積される粒子群の分布は、Ｘ軸及びＹ軸方向それぞれについて、f(X)=Hmaxcos4(atan(X/DTS))、g(Y)=Hmaxcos4(atan(Y/DTS)+atan(4/50))となる。
ただし、Ｄｒｓはφ調整後のレーザー光のターゲット照射点Ｏと基板上の膜厚最大点Ｈｍａｘの点Ｍとの距離で、５０ｍｍとした。 The above approximate parameters φ, H max , n, m are input to the control program of the substrate moving mechanism, and the substrate is operated by applying a weight corresponding to the film thickness distribution to the plane motion on the plane in the XY axis direction based on the program. The thin film was prepared while rotating. The distribution of particles emitted from the target irradiation point O of the laser beam and deposited on the substrate is f (X) = H max cos 4 (atan (X / D TS )) for each of the X-axis and Y-axis directions. G (Y) = H max cos 4 (atan (Y / D TS ) + atan (4/50)).
However, D rs is a distance between the target irradiation point O of the laser beam after φ adjustment and the point M of the film thickness maximum point H max on the substrate, and is set to 50 mm.

次に、基板は回転させず、Ｘ軸とＹ軸方向の平面運動で薄膜作製を行った。前述したように、基板中心を原点Ｏとし、基板に到達した粒子群の分布中心Ｍの地点を（X,Y）表示
する。基板をＸＹ軸方向平面内で移動していくのであるが、そのときの各点での移動速度をA・Hmax 2/{f(X)・g(Y)}とした。但し、Ａは定数であり、設定した移動速度により決ま
る。本実施例では、Ａ＝０．１ｍｍ/ｓとした。 Next, the substrate was not rotated, and a thin film was produced by plane movement in the X-axis and Y-axis directions. As described above, the origin of the substrate is the origin O, and the point of the distribution center M of the particle group that has reached the substrate is displayed (X, Y). The substrate is moved in the plane in the XY axis direction, and the moving speed at each point at that time is A · H max 2 / {f (X) · g (Y)}. However, A is a constant and is determined by the set moving speed. In this embodiment, A = 0.1 mm / s.

基板移動機構の移動プログラムは次のように定めた。まず、(X,Y)=(-50mm,-50 mm)からＹ軸方向を固定したままＸ軸の正方向に(50 mm, -50mm)まで移動させる。その後 Ｙ軸の
正方向に０．１ｍｍシフトさせて(50 mm,-49 mm)にした後、Ｙ軸方向を固定して、今度は、Ｘ軸の負方向に、(-50mm, -49 mm)まで移動させる。これを繰り返して、(50 mm, 50 mm)まで到達したら、今までと同様なやり方で逆戻りさせる。この操作を繰り返す。 The moving program of the substrate moving mechanism was determined as follows. First, from (X, Y) = (− 50 mm, −50 mm), the Y axis direction is fixed and moved to the positive direction of the X axis to (50 mm, −50 mm). Then, after shifting 0.1 mm in the positive direction of the Y axis to (50 mm, -49 mm), fixing the Y axis direction, this time in the negative direction of the X axis (-50 mm, -49 mm) ). Repeat this until you reach (50 mm, 50 mm), then go back in the same way as before. Repeat this operation.

図１０、図１１に、生成した薄膜のＸ軸及びＹ軸方向の膜厚分布を示す。膜厚のばらつきは１％以下であり極めて平坦性の高い薄膜が得られた。Ｘ,Ｙ軸方向以外のどの方向に
対しても同様の結果が得られた。本実施例では、１００ｍｍ×１００ｍｍの極平坦膜が得られた。 10 and 11 show the film thickness distribution of the generated thin film in the X-axis and Y-axis directions. The variation in film thickness was 1% or less, and a thin film with extremely high flatness was obtained. Similar results were obtained in any direction other than the X and Y axis directions. In this example, an extremely flat film of 100 mm × 100 mm was obtained.

基板を固定した場合の膜厚分布の結果から、ターゲットからのプルームの中心軸の傾きφはatan(4/50)であることが分かった。そこで、基板をプルームの中心軸に対して垂直になるようにatan(4/50)だけＺ軸に対してチルトさせて傾けて設置し、基板は固定して、動作させずに薄膜作製を行った。レーザー光のターゲット上の照射点からの基板までの距離は５０ｍｍとした。生成した薄膜の膜厚分布は、膜厚最大点に関して点対称であった。膜厚最大点を原点とし、どの方向に関しても図１２に示すような膜厚分布が得られ、100cos4θで近似出来た。 From the result of the film thickness distribution when the substrate was fixed, it was found that the inclination φ of the central axis of the plume from the target was atan (4/50). Therefore, the substrate is tilted and tilted with respect to the Z axis by atan (4/50) so that it is perpendicular to the central axis of the plume, and the substrate is fixed and the thin film is produced without operation. It was. The distance from the irradiation point on the laser beam target to the substrate was 50 mm. The film thickness distribution of the generated thin film was point-symmetric with respect to the maximum film thickness point. The film thickness distribution as shown in FIG. 12 was obtained in any direction with the maximum film thickness point as the origin, and could be approximated by 100 cos 4 θ.

この配置で、基板の傾きatan(4/50)を保ったまま、基板をＸとＹ軸方向の平面運動及び回転運動させて薄膜作製を行った。元々の堆積分布がＨｍａｘ、ｎのみで表されるために、膜厚分布に応じた重みを付ける設定が容易であった。傾き角φに対応する角度分、Ｚ軸に対してチルトさせて予め基板ホルダーを傾けて設置した。これにより、基板がプルームの中心軸に対してほぼ垂直になり、基板に到達する粒子群の堆積分布がその中心に関して点対称となった。レーザー光のターゲット上の照射点から基板上に堆積される粒子群の分布は、Ｘ軸及びＹ軸方向それぞれについて、f(X)=Hmaxcos4(atan(X/DTS))、g(X)=Hmaxcos4(atan(Y/DTS))となる。ただし、Ｄｒｓはφ調整後のレーザー光のターゲット上の照射点と基板上の膜厚最大点Ｈｍａｘの点との距離で、５０ｍｍとした。基板は回転させず、ＸとＹ軸方向の平面運動で薄膜作製を行った。 With this arrangement, the substrate was moved in plane and rotational directions in the X- and Y-axis directions while maintaining the inclination atan (4/50) of the substrate to produce a thin film. Since the original deposition distribution is represented only by H max and n, it is easy to set the weight according to the film thickness distribution. The substrate holder was previously tilted by tilting with respect to the Z axis by an angle corresponding to the tilt angle φ. As a result, the substrate became substantially perpendicular to the central axis of the plume, and the deposition distribution of the particle groups reaching the substrate was point-symmetric with respect to the center. The distribution of the particle group deposited on the substrate from the irradiation point on the laser beam target is f (X) = H max cos 4 (atan (X / D TS )), g in each of the X-axis and Y-axis directions. (X) = H max cos 4 (atan (Y / D TS )). However, D rs is the distance between the irradiation point of the laser beam after φ adjustment on the target and the point of the film thickness maximum point H max on the substrate, and is set to 50 mm. The substrate was not rotated, and the thin film was produced by plane movement in the X and Y axis directions.

基板中心を座標表示する基準として、基板に到達する粒子の堆積分布中心Ｍを原点とし
た。基板をＸ軸とＹ軸方向平面内で移動していくのであるが、そのときの各点での移動速度をA・Hmax 2/{f(X)・g(Y)}とした。但し、Ａは定数であり、設定した移動速度により決
まる。本実施例では、Ａ＝０．１ｍｍ/ｓとした。基板移動機構の移動プログラムは次の
ように定めた。 As a reference for displaying the center of the substrate as coordinates, the deposition distribution center M of particles reaching the substrate was used as the origin. The substrate is moved in the X-axis and Y-axis direction planes, and the moving speed at each point at that time is A · H max 2 / {f (X) · g (Y)}. However, A is a constant and is determined by the set moving speed. In this embodiment, A = 0.1 mm / s. The moving program of the substrate moving mechanism was determined as follows.

まず、(X,Y)=(-50mm,-50 mm)からＹ軸方向を固定したままＸ軸の正方向に(50 mm, -50 mm)まで移動させる。その後、Ｙ軸の正方向に０．１ｍｍシフトさせて(50mm,-49 mm)にした後、Ｙ軸方向を固定して、今度は、Ｘ軸の負方向に、(-50 mm, -49 mm)まで移動させる。これを繰り返して、(50 mm,50 mm)まで到達したら、今までと同様なやり方で逆戻りさ
せる。この操作を繰り返す。 First, from (X, Y) = (− 50 mm, −50 mm), the Y axis direction is fixed and moved in the positive direction of the X axis to (50 mm, −50 mm). Then, after shifting 0.1 mm in the positive direction of the Y axis to (50 mm, -49 mm), fixing the Y axis direction, this time in the negative direction of the X axis (-50 mm, -49 mm). Repeat this until you reach (50 mm, 50 mm), then reverse it in the same way as before. Repeat this operation.

図１３、図１４に、生成した薄膜のＸ軸及びＹ軸方向の膜厚分布を示す。１００×１００ｍｍの基板面積で膜厚のばらつきは１％以下であり極めて平坦性の高い膜が得られた。他のどの方向に対しても同様の結果が得られた。   13 and 14 show the film thickness distribution in the X-axis and Y-axis directions of the generated thin film. With a substrate area of 100 × 100 mm, the film thickness variation was 1% or less, and a film with extremely high flatness was obtained. Similar results were obtained for any other direction.

ターゲット上の点源又は小さい領域からの粒子放出に対して、基板上に生成した薄膜の膜厚分布が均一な平坦膜を作製したい場合に本発明の方法は適用可能である。特に、Ｘ軸方向とＹ軸方向が異なる膜厚分布となるような異方性放出粒子が発生するような方法の場合には極めて効果的である。具体的には、レーザーアブレーション法やイオンビームスパッタ法や点源を用いる蒸着法に対して適用可能である。   The method of the present invention is applicable when it is desired to produce a flat film having a uniform film thickness distribution on a substrate with respect to particle emission from a point source or a small area on the target. In particular, it is extremely effective in the case of a method that generates anisotropically emitted particles that have different film thickness distributions in the X-axis direction and the Y-axis direction. Specifically, it can be applied to a laser ablation method, an ion beam sputtering method, or an evaporation method using a point source.

基板上に成膜した薄膜の膜厚最大点Ｍが線分ＯＰのＰ点よりレーザー光入射方向側へずれている場合の膜厚分布を表示するためのパラメータを説明した模式図である。It is the schematic diagram explaining the parameter for displaying the film thickness distribution in case the film thickness maximum point M of the thin film formed on the board | substrate has shifted | deviated from the P point of line segment OP to the laser beam incident direction side. 基板上に成膜した薄膜の膜厚最大点Ｍが線分ＯＰのＰ点と一致するように基板を傾けた場合の膜厚分布を表示するためのパラメータを説明した模式図である。It is the schematic diagram explaining the parameter for displaying the film thickness distribution when the substrate is tilted so that the film thickness maximum point M of the thin film formed on the substrate coincides with the P point of the line segment OP. 基板移動機構付きレーザーアブレーション薄膜製造装置の一実施形態を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows one Embodiment of the laser ablation thin film manufacturing apparatus with a board | substrate movement mechanism. 基板移動機構と、回転機構、揺動機構、チルト機構の相互の関係を概念的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows notionally the mutual relationship of a board | substrate movement mechanism, a rotation mechanism, a rocking | fluctuation mechanism, and a tilt mechanism. 本発明の方法において、基板の運動の一実施形態を説明する概念斜視図である。In the method of this invention, it is a conceptual perspective view explaining one Embodiment of the motion of a board | substrate. 本発明の方法において、基板の運動の別の一実施形態を説明する概念斜視図である。It is a conceptual perspective view explaining another embodiment of the motion of a board | substrate in the method of this invention. 本発明の方法において、生成可能な薄膜面積の最大値を説明する模式図である。In the method of this invention, it is a schematic diagram explaining the maximum value of the thin film area which can be produced | generated. 実施例１において固定基板に生成した薄膜のＸ軸方向の膜厚分布を示すグラフである。3 is a graph showing a film thickness distribution in the X-axis direction of a thin film formed on a fixed substrate in Example 1. 実施例１において固定基板に生成した薄膜のＹ軸方向の膜厚分布を示すグラフである。3 is a graph showing a film thickness distribution in the Y-axis direction of a thin film formed on a fixed substrate in Example 1. 実施例１において基板移動機構を動作させて作製した薄膜のＸ軸方向の膜厚分布を示すグラフである。6 is a graph showing a film thickness distribution in the X-axis direction of a thin film manufactured by operating a substrate moving mechanism in Example 1. 実施例１において基板移動機構を動作させて作製した薄膜のＹ軸方向の膜厚分布を示すグラフである。4 is a graph showing the film thickness distribution in the Y-axis direction of a thin film manufactured by operating a substrate moving mechanism in Example 1. 実施例２において固定基板に生成した薄膜の膜厚分布を示すグラフである。6 is a graph showing a film thickness distribution of a thin film formed on a fixed substrate in Example 2. 実施例２において基板移動機構を動作させて作製した薄膜のＸ軸方向の膜厚分布を示すグラフである。It is a graph which shows the film thickness distribution of the X-axis direction of the thin film produced by operating a board | substrate movement mechanism in Example 2. FIG. 実施例２において基板移動機構を動作させて作製した薄膜のＹ軸方向の膜厚分布を示すグラフである。It is a graph which shows the film thickness distribution of the Y-axis direction of the thin film produced by operating a board | substrate movement mechanism in Example 2. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１ ターゲット
２ 基板
３ 基板移動機構
４ 制御回路
６ 回転導入機
１５基板ホルダー
Ａ Ｘ軸上のある点
Ｂ Ｙ軸上のある点
Ｌ レーザー光
Ｍ 放出粒子の堆積分布中心
Ｏ レーザー光照射点
Ｐ 照射点Ｏから下ろした垂線と基板の表面との交点Ｐ

1 target 2 substrate
3 Substrate moving mechanism 4 Control circuit 6 Rotating introducer 15 Substrate holder A A certain point on the X axis B A certain point on the Y axis L Laser light M Deposition distribution center of emitted particles O Laser light irradiation point P Lowered from the irradiation point O Intersection P between perpendicular and substrate surface

Claims (6)

ターゲットから放出される粒子群が空間的に分布を有して基板に到達する薄膜作製法において、基板を固定した状態において求められた基板に堆積する膜のＸ軸方向及びＹ軸方向の膜厚分布パラメータを、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向への基板移動を可能にする基板移動機構の制御プログラムに入力し、薄膜の堆積中に、基板移動機構による基板のＸ軸方向、Ｙ軸方向の移動速度を該制御プログラムに基づいて制御することによって、生成した薄膜の膜厚分布を平坦化することを特徴とする薄膜作製法における膜厚分布の制御方法。 Film thickness in the X-axis direction and Y-axis direction of the film deposited on the substrate obtained in a thin film manufacturing method in which the particles emitted from the target reach the substrate with spatial distribution The distribution parameters are input to a control program for the substrate movement mechanism that enables the substrate movement in the X-axis direction and the Y-axis direction. During the deposition of the thin film, the substrate movement mechanism moves the substrate in the X-axis direction and the Y-axis direction. A method for controlling a film thickness distribution in a thin film manufacturing method, characterized by flattening a film thickness distribution of a generated thin film by controlling a speed based on the control program. 膜厚分布パラメータが下記の式で与えられることを特徴とする請求項１記載の薄膜作製法における膜厚分布の制御方法。
Hmcosmθ1{cos(θ2+φ)cosφ}n
（但し、φは、膜厚分布中心のずれ角（＝ターゲット上のレーザー光照射点Ｏから膜厚最大点Ｍに線分ＯＭを引いた場合、それが、照射点Ｏから下ろした垂線と基板の表面との交点Ｐとの間の線分ＯＰに対して成す角）、ｍは、レーザー光の光軸に対して垂直方向の膜厚分布の険しさ、ｎは、レーザー光の光軸と同一方向の膜厚分布の険しさ、θ1は、膜厚
最大点Ｍを通るようにレーザー光の光軸に対して垂直方向にＸ軸をとり、Ｘ軸上のある点をＡとした場合のＯＡとＯＭの成す角、θ2は、Ｘ軸と直交するＹ軸上のある点をＢとし
た場合のＯＢとＯＭの成す角） 2. The method of controlling the film thickness distribution in the thin film manufacturing method according to claim 1, wherein the film thickness distribution parameter is given by the following equation.
H m cos m θ 1 {cos (θ 2 + φ) cosφ} n
(However, φ is the deviation angle of the film thickness distribution center (= when the line segment OM is drawn from the laser beam irradiation point O on the target to the film thickness maximum point M, it is the perpendicular line and the substrate drawn from the irradiation point O) The angle formed with respect to the line segment OP with respect to the intersection point P with the surface of the laser beam, m is the steepness of the film thickness distribution in the direction perpendicular to the optical axis of the laser beam, and n is the optical axis of the laser beam. The steepness of film thickness distribution in the same direction, θ 1, is taken when the X axis is perpendicular to the optical axis of the laser beam so that it passes through the maximum film thickness point M, and a point on the X axis is A The angle between OA and OM, θ 2 is the angle between OB and OM when B is a point on the Y axis perpendicular to the X axis) 基板移動機構によるＸ、Ｙ軸方向への基板移動と同時に基板を回転させることを特徴とする請求項１又は２記載の薄膜作製法における膜厚分布の制御方法。 3. The method of controlling a film thickness distribution in a thin film manufacturing method according to claim 1, wherein the substrate is rotated simultaneously with the movement of the substrate in the X and Y axis directions by the substrate moving mechanism. 基板移動機構によるＸ、Ｙ軸方向への基板移動と同時に基板を揺動運動させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の薄膜作製法における膜厚分布の制御方法。 4. A method for controlling a film thickness distribution in a thin film manufacturing method according to claim 1, wherein the substrate is swung simultaneously with the movement of the substrate in the X- and Y-axis directions by the substrate moving mechanism. ターゲット面と基板面を平行に配置した場合の基板のＸ、Ｙ軸方向と直角方向をＺ軸とした場合、ターゲットからのプルームの中心軸方向に対して、基板表面が垂直になるように基板をＺ軸に対してチルトさせて配置した状態で薄膜の堆積を行うことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の薄膜作製法における膜厚分布の制御方法。 The substrate surface is perpendicular to the central axis direction of the plume from the target when the Z axis is the direction perpendicular to the X and Y axis directions of the substrate when the target surface and the substrate surface are arranged in parallel. 5. The method for controlling the film thickness distribution in the thin film manufacturing method according to claim 1, wherein the thin film is deposited in a state in which the film is tilted with respect to the Z axis. ターゲットの表面積が８〜５０ｍｍ２であり、ターゲット面積対基板面積の比が、３〜１０００倍であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の薄膜作製法における膜厚分布の制御方法。 The surface area of the target is 8 to 50 mm 2 , and the ratio of the target area to the substrate area is 3 to 1000 times, wherein the film thickness distribution in the thin film production method according to claim 1 is Control method.
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JP2012519077A (en) * 2009-03-09 2012-08-23 イムラ アメリカ インコーポレイテッド Pulsed laser microdeposition pattern formation
CN112959814A (en) * 2021-02-20 2021-06-15 江西远大保险设备实业集团有限公司 Manufacturing device of transverse moving target

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