JP2006265627A - Method and device for producing cluster film - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板上にクラスターを堆積させて、膜状のクラスター集合体を形成するため
に用いられ、レーザアブレーションによってクラスター膜を製造するクラスター膜製造方
法および製造装置に関する。
The present invention relates to a cluster film manufacturing method and a manufacturing apparatus which are used for depositing clusters on a substrate to form a film-like cluster aggregate and manufacturing a cluster film by laser ablation.
近年、１０ｎｍ以下の微細クラスターの開発研究が多くなされている。すなわち、微細
化により材料の性質が変わり、ナノエレクトロニクス、光エレクトロニクス、バイオテク
ノロジ等の多くの分野への応用が期待されるからである。そうした中で固体材料からのク
ラスター生成装置としては、パルスレーザをターゲット材料に照射し、発生した蒸発原子
を不活性ガス中でクラスターに成長させ、不活性ガス源と真空との圧力差による流れによ
って、クラスタービームを作り出す手法が採られているものがある。しかしながら、この
手法では、クラスター寸法を均一に出来ない欠点があった。
In recent years, many researches on the development of fine clusters of 10 nm or less have been made. In other words, the properties of materials change due to miniaturization, and application to many fields such as nanoelectronics, optoelectronics, and biotechnology is expected. Under such circumstances, as a cluster generation device from solid materials, the target material is irradiated with a pulse laser, the generated evaporated atoms are grown into clusters in an inert gas, and the flow due to the pressure difference between the inert gas source and the vacuum is used. There are methods that produce cluster beams. However, this method has a drawback that the cluster size cannot be made uniform.
これを改良する手段として、特許文献１に記載のクラスター生成法および装置が提案さ
れている。この改良装置の動作原理を図７に示す。まず、Ａ点に設置されたターゲット材
料１にレーザビーム２を照射し、材料原子の蒸気３を発生せしめる。この材料蒸気の蒸気
圧が、その前面に存在する不活性ガス、例えばＨｅガスに衝撃を与えて、衝撃波４を作り
、この衝撃波はクラスター生成容器５に反射して、Ｂ領域に焦点を結ぶように集まってく
る。その時点で材料原子の蒸気３は丁度Ｂ領域に到達し、反射して集まってきた不活性ガ
スに閉じ込められ、材料原子が結合しクラスター６を形成する。この方法で数ｎｍの微細
で寸法の揃ったクラスターが作成されることの可能性は、非特許文献１で実験的に確認さ
れている。
クラスター膜の製品への活用において最も重視されるのは膜の製作コストである。従っ
て、単位時間に製作される膜の延べ面積が出来るだけ大きいことが望まれる。また、ＬＳ
Ｉ製造の例で見られるとおり、膜を適用する製品のコスト低減のために基板を大型化して
量産効率を上げるなど、広い面積への膜の適用が要求される場合が多い。
図７に示した従来の改良型装置の膜生成は、図８に示す通りクラスター生成容器５の容
器窓７から流出したクラスター群をスキマー８を通過させて基板９に垂直に衝突させてク
ラスター膜１０を形成する。従って膜生成の速度は、容器窓の面積とそこから流出するク
ラスターの密度とで決まる。しかし、現状では膜生成速度は、非常に遅く、この膜を適用
する多くの製品の必要とする条件を満たしていないのが現状である。そこで、上記改良型
装置の特徴である生成クラスター寸法の均一性と欠陥の少ない高品質を保ちつつ、且つ、
装置のクラスター生成量を増加させる必要がある。
The most important factor in the use of cluster membranes in products is the membrane production cost. Therefore, it is desired that the total area of the film manufactured per unit time is as large as possible. LS
As seen in the example of I production, it is often required to apply a film over a large area, for example, to increase the mass production efficiency by increasing the size of the substrate in order to reduce the cost of the product to which the film is applied.
The film generation of the conventional improved apparatus shown in FIG. 7 is performed by causing the cluster group flowing out from the container window 7 of the cluster generation container 5 to pass through the skimmer 8 and collide with the substrate 9 vertically as shown in FIG. 10 is formed. Therefore, the rate of film formation is determined by the area of the container window and the density of clusters flowing out from it. However, at present, the film formation rate is very slow, and at present, the conditions required by many products to which this film is applied are not satisfied. Therefore, while maintaining the uniformity of the generated cluster dimensions and the high quality with few defects, which are the features of the improved apparatus, and
It is necessary to increase the cluster generation amount of the device.
このクラスター生成量の最大の課題に対して、レーザビームの照射強度を高めて材料原
子の蒸発量を増やす手段が考えられる。その際、材料蒸気により発生する不活性ガスの強
い衝撃波が材料蒸気を囲い込み、大量のクラスターを生成させなければならない。従って
、レーザビームの照射面からの材料原子の蒸発、および不活性ガス衝撃波の発生の効率を
上げることが必要である。
In order to deal with the biggest problem of the cluster generation amount, a means for increasing the evaporation intensity of the material atoms by increasing the irradiation intensity of the laser beam can be considered. At that time, a strong shock wave of the inert gas generated by the material vapor must surround the material vapor to generate a large number of clusters. Therefore, it is necessary to increase the efficiency of evaporation of material atoms from the irradiation surface of the laser beam and generation of an inert gas shock wave.
また、レーザビームの照射強度を高めることに伴って、材料固体ターゲットから材料蒸
気の他に材料の塊が飛び出す現象が増大するので、これを取り除く必要がある。
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであって、生成クラスター寸法の均一性
と欠陥の少ない高品質を保ちつつ、且つ、装置のクラスター生成量を増加させることがで
きるクラスター膜製造方法および製造装置を提供することを目的としている。
Further, as the irradiation intensity of the laser beam is increased, the phenomenon that a lump of material jumps out of the material solid target in addition to the material vapor increases, and it is necessary to remove this.
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and is a cluster film manufacturing method capable of increasing the cluster generation amount of an apparatus while maintaining uniformity of generated cluster dimensions and high quality with few defects. And it aims at providing a manufacturing apparatus.
本発明はまた、レーザビームの照射面からの材料原子の蒸発、および不活性ガス衝撃波
の発生の効率を上げることができるクラスター膜製造方法および製造装置を提供すること
を目的としている。
本発明はまた、レーザビームの照射強度を高めることに伴って、材料固体ターゲッット
から材料蒸気の他に材料の塊が飛び出す現象を回避することができるクラスター膜製造方
法および製造装置を提供することを目的としている。
Another object of the present invention is to provide a cluster film manufacturing method and manufacturing apparatus capable of increasing the efficiency of evaporation of material atoms from the irradiation surface of a laser beam and generation of an inert gas shock wave.
The present invention also provides a cluster film manufacturing method and a manufacturing apparatus capable of avoiding a phenomenon that a mass of material jumps out of a material solid target in addition to a material vapor as the irradiation intensity of a laser beam is increased. It is aimed.
上記課題を解決するために、請求項１記載のクラスター膜製造方法は、不活性ガスを満
たしたクラスター生成空間において、レーザビームを材料の固体ターゲットに照射し、蒸
発し膨張する材料蒸気が不活性ガスの衝撃波を発生させ、該衝撃波が該クラスター生成空
間を形成するクラスター生成容器の壁で反射し、膨張し進行してきた材料蒸気を囲い込む
ことで材料分子もしくは原子同士の結合が起こりクラスター群を生成させ、生成したクラ
スター群を該クラスター生成容器の容器窓から流出せしめ、所定の基板上に散布してクラ
スター膜を生成するクラスター膜製造方法において、照射ビームエネルギー強度増大に対
応して、該材料蒸気の発生量の獲得と、該衝撃波の強度の獲得との両立を条件として、該
ターゲット面での該パルスレーザビームの各照射面内の照射量分布を設定すべく、該レー
ザビームの集束点からずらした位置に配置したターゲット・システムの設定と、レーザビ
ーム系システムの設定をおこなったことを特徴とする。
ここで、ターゲット・システムとは、ターゲットの構造体とこれを移動させる仕組みと
を併せたものを表すものであり、レーザビーム系システムとは、レーザ光源と該レーザ光
源から該材料ターゲットでの照射面に至るレーザビームの光学系システムを併せたものを
表すものである。
In order to solve the above problems, the cluster film manufacturing method according to claim 1 is directed to irradiating a solid target of a material with a laser beam in a cluster generation space filled with an inert gas, and vaporizing and expanding the material vapor is inert. A shock wave of gas is generated, and the shock wave is reflected by the wall of the cluster generation container forming the cluster generation space and encloses the material vapor that has expanded and progressed, thereby causing the bonding of material molecules or atoms to form a cluster group. In a cluster film manufacturing method for generating a cluster film by causing the generated cluster group to flow out from a container window of the cluster generation container and spraying the cluster group on a predetermined substrate, the material corresponding to the increase in irradiation beam energy intensity On the condition that the acquisition of the amount of generated steam and the acquisition of the intensity of the shock wave are compatible, the pulse rate on the target surface is set. Order to set the dose distribution within the irradiation surface of the beam, characterized the setting of the target system disposed in a position shifted from the focal point of the laser beam, that was carried out setting of the laser beam systems.
Here, the target system represents a combination of a target structure and a mechanism for moving the target structure, and a laser beam system is a laser light source and irradiation of the material target from the laser light source. It represents the combined optical system of the laser beam reaching the surface.
この構成によれば、一度集束したビームを集束点からずれた地点で材料ターゲットに受
け、照射面積を拡大することで、照射面積当りの該レーザビームのエネルギーを調整する
ことにより、該レーザビーム照射時の該ターゲット表面層の温度が必要以上に高温になる
ことを回避し、効率的に多くの材料原子を蒸発させるものであり、また照射面に於ける照
射エネルギー分布を調整することにより発生した材料蒸気が不活性ガスの大きな衝撃波を
発生させるものであり、これにより、より多くのクラスター群を生成させることができる
。従って、レーザビームのビーム強度を単純に強めた場合に発生する問題、すなわち、材
料ターゲットに集中的に供給される高いエネルギーのために、材料が瞬間に部分的に融け
、例えば突沸などによりターゲット材料が蒸気にならずに液状のままで飛散して飛沫が発
生することでターゲット材料の過剰な損耗により蒸気生成効率が低下し、制御されたクラ
スターの生成効率が著しく低下する困難な状態が発生することも避けることができる。
According to this configuration, the beam once focused is received by the material target at a point deviated from the focusing point, and the irradiation area is expanded to adjust the energy of the laser beam per irradiation area, thereby irradiating the laser beam. The target surface layer at that time avoids the temperature from becoming higher than necessary, efficiently evaporates many material atoms, and is generated by adjusting the irradiation energy distribution on the irradiated surface The material vapor generates a large shock wave of an inert gas, and more cluster groups can be generated. Therefore, due to the problem that occurs when the beam intensity of the laser beam is simply increased, that is, due to the high energy that is intensively supplied to the material target, the material partially melts instantaneously, for example by target bumping, etc. As a result, the steam generation efficiency is reduced due to excessive wear of the target material resulting in a difficult state where the generation efficiency of the controlled cluster is significantly reduced. Can also be avoided.
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載のクラスター膜製造方法に係り、前記レー
ザビームの前記ターゲットへの照射面におけるビーム断面強度分布が、中央部分強度が周
辺部分強度より強い凸型の分布になるように調整したことを特徴とする。
この構成によれば、凸型のビーム断面強度分布を示すようなレーザビーム・システムを
用いることにより、強い衝撃波を発生させることができる。すなわち、レーザビーム断面
強度分布が材料原子蒸発の様態に影響し、不活性ガスの衝撃波の発生に強く作用する。レ
ーザビームが集束点を経た後ビームが広がった地点での断面のビーム断面強度分布は単な
るシングルモード型レーザの場合、ニアフィールドからニアフィールドとファーフィール
ドとの中間距離の位置においては、この距離が最も利用頻度が多いにも拘らず、本来のガ
ウシャン分布を示さず、逆に照射面の中央部が弱く、周辺部が強い凹型のビーム強度分布
を示すことになる。これでは発生した材料原子の蒸気が周囲にある不活性ガスに強い衝撃
波を起こさせることが出来ないことが実験的に分かっている。このため、レーザビーム照
射面でのビーム断面強度分布の条件を与えることにより、この問題を解決した。
Further, the invention according to claim 2 relates to the cluster film manufacturing method according to claim 1, wherein the beam cross-sectional intensity distribution on the irradiation surface of the laser beam to the target has a convex shape in which the central portion intensity is stronger than the peripheral portion intensity. The distribution is adjusted so that
According to this configuration, a strong shock wave can be generated by using a laser beam system that exhibits a convex beam cross-sectional intensity distribution. That is, the laser beam cross-sectional intensity distribution affects the state of material atom evaporation, and strongly acts on the generation of a shock wave of an inert gas. In the case of a single mode laser, the beam cross-sectional intensity distribution at the point where the beam spreads after the laser beam has passed through the focal point is the distance at the intermediate distance between the near field and near field and far field. Despite being most frequently used, it does not show the original Gaussian distribution, and conversely shows a concave beam intensity distribution in which the central part of the irradiated surface is weak and the peripheral part is strong. It has been experimentally found that the generated vapor of material atoms cannot cause a strong shock wave to the surrounding inert gas. For this reason, this problem was solved by giving the condition of the beam cross-sectional intensity distribution on the laser beam irradiation surface.
また、請求項３記載の発明は、請求項１記載のクラスター膜製造方法に係り、前記レー
ザビームの光源としてマルチモード型レーザの出力ビームを適用したことを特徴とする。
この構成によれば、シングルモード型レーザの代わりにマルチモード型レーザの出力を
用いることにより、上述した凸型のビーム断面強度分布、あるいは平坦的なビーム断面強
度分布を示すようなレーザビーム強度分布が得られ、強い衝撃波を発生させることができ
る。
According to a third aspect of the present invention, there is provided the cluster film manufacturing method according to the first aspect, wherein an output beam of a multimode type laser is applied as a light source of the laser beam.
According to this configuration, by using the output of the multi-mode laser instead of the single-mode laser, the above-described convex beam cross-sectional intensity distribution or laser beam intensity distribution showing a flat beam cross-sectional intensity distribution is obtained. And a strong shock wave can be generated.
また、請求項４記載の発明は、請求項１記載のクラスター膜製造方法に係り、前記レー
ザビームの集束点を形成する方法として、レーザビーム径を一旦拡大したのち、緩やかな
角度でレーザビームを集束して集束点を形成することを特徴とする。
この構成によれば、請求項３記載にあるマルチモード型レーザの出力により得られる凸
型のビーム断面強度分布、あるいは平坦的なビーム断面強度分布を、ニアフィールドとフ
ァーフィールドとの中間距離に位置するターゲット上に再現することが可能になる。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the cluster film manufacturing method according to the first aspect, wherein as a method of forming the focal point of the laser beam, the laser beam diameter is once expanded and then the laser beam is emitted at a gentle angle. Focusing is performed to form a focusing point.
According to this configuration, the convex beam cross-sectional intensity distribution obtained by the output of the multimode laser according to claim 3 or the flat beam cross-sectional intensity distribution is positioned at an intermediate distance between the near field and the far field. Can be reproduced on the target.
レーザビームの集束点を形成する方法としては一般に凸型球面レンズを用いるが、凸型
球面レンズが持つ焦点距離にレーザビームの集束点が形成されるとは限らない。レーザで
発生した光ビームは完全な平行ビームではなく、一定の広がり角度をもち、凸型球面レン
ズが持つ焦点距離よりも一般には遠方に集束点を形成する。レーザビームは、時として水
平方向と垂直方向とではその広がり角度が異なる場合があり、凸型球面レンズが形成する
集束点は水平方向と垂直方向とでその位置が異なり、レーザビームの集束点のぼやけが生
じる。集束点を通過後のビーム断面強度分布は水平成分と垂直成分のバランスが崩れた形
状や、ビーム断面の中心から偏った位置にビーム断面強度分布のピークを示すなどビーム
断面強度分布の均一性が損なわれる。
Although a convex spherical lens is generally used as a method for forming a laser beam focusing point, the laser beam focusing point is not always formed at the focal length of the convex spherical lens. The light beam generated by the laser is not a perfect parallel beam, but has a constant divergence angle and forms a focal point generally farther than the focal length of the convex spherical lens. The spread angle of the laser beam sometimes differs in the horizontal and vertical directions, and the focal point formed by the convex spherical lens is different in the horizontal and vertical directions. Blurring occurs. The beam cross-sectional intensity distribution after passing through the converging point has a uniform beam cross-sectional intensity distribution, such as a shape in which the balance between the horizontal component and the vertical component is lost, or a peak in the beam cross-sectional intensity distribution that is deviated from the center of the beam cross-section. Damaged.
レーザビーム径を一旦拡大したのち、緩やかな角度でレーザビームを集束して集束点を
形成する場合、拡がったレーザビームではビーム断面の中心付近と外側付近とでは凸型球
面レンズを透過する部位の厚さが大幅に異なるため収差を生じ、レーザビームの集束点の
ぼやけが生じ、集束点を通過後のビーム断面強度分布の均一性が損なわれる。
従って、ターゲット材料蒸気の効率の良い発生には、レーザビームの広がり角度は水平
方向と垂直方向とで同じ大きさをもち、且つ成るべく小さくなるようにレーザを調整する
必要があり、また、集束レンズは光が透過する部位の厚さによる収差が生じない形状が望
ましい。
When the laser beam diameter is once enlarged and then the laser beam is focused at a gentle angle to form a focal point, the expanded laser beam has a portion that passes through the convex spherical lens near the center and outside of the beam cross section. Since the thickness is significantly different, aberration is generated, the focal point of the laser beam is blurred, and the uniformity of the beam cross-sectional intensity distribution after passing through the focal point is impaired.
Therefore, for efficient generation of the target material vapor, it is necessary to adjust the laser so that the divergence angle of the laser beam has the same magnitude in the horizontal direction and the vertical direction and becomes as small as possible. It is desirable that the lens has a shape that does not cause aberration due to the thickness of the portion through which light passes.
また、請求項５記載の発明は、請求項１記載のクラスター膜製造方法に係り、前記ター
ゲット上のレーザビーム照射面を高速移動させることにより、該ターゲット上の同一領域
へのレーザビームの連続照射回数を制限したことを特徴とする。
この構成によれば、ターゲットのレーザビーム照射領域を高速に移動させ、同一領域へ
のパルスビームの連続照射の回数を制限し、レーザビーム照射時のターゲット表面の溶融
状態に制限を加えることにより、ターゲットの表面の液状化による液飛沫が発生せず、ク
ラスター群への異物の混入を防ぎ、高品質なクラスター群を生成することができる。レー
ザビームの照射強度を高めることに伴って液状飛沫が増加する現象は、高速パルスレーザ
ビームの照射に伴い、レーザビーム照射領域のターゲット表面層が短時間に溶融され、不
安定な過熱状態になると後続ビーム照射時の刺激により爆発的な気化が起こり、溶融状態
の材料を飛散させる現象と考えられる。従ってレーザビームの照射面積を拡大して照射面
積当りの該レーザビームのエネルギーを調整することと同時に、レーザビーム照射領域へ
のパルスレーザビームの連続照射回数を制限し、ターゲット表面層の溶融の継続を抑える
ことで、液状飛沫の発生を抑えることができる。
Further, the invention according to claim 5 relates to the cluster film manufacturing method according to claim 1, wherein the laser beam irradiation surface on the target is moved at a high speed so that the same region on the target is continuously irradiated with the laser beam. The number of times is limited.
According to this configuration, the laser beam irradiation region of the target is moved at a high speed, the number of continuous irradiations of the pulse beam to the same region is limited, and the melting state of the target surface at the time of laser beam irradiation is limited, Liquid droplets due to liquefaction on the surface of the target are not generated, foreign matter is prevented from being mixed into the cluster group, and a high-quality cluster group can be generated. The phenomenon that liquid droplets increase as the irradiation intensity of the laser beam increases is that the target surface layer in the laser beam irradiation area is melted in a short time with the irradiation of the high-speed pulsed laser beam, resulting in an unstable overheating state. It is thought that explosive vaporization occurs due to stimulation during subsequent beam irradiation, causing the molten material to scatter. Therefore, the irradiation area of the laser beam is enlarged to adjust the energy of the laser beam per irradiation area, and at the same time, the number of continuous irradiations of the pulse laser beam to the laser beam irradiation area is limited, and the target surface layer continues to melt. By suppressing, generation of liquid splashes can be suppressed.
また、請求項６記載のクラスター膜製造装置は、不活性ガスを満たしたクラスター生成
空間において、レーザビームを材料の固体ターゲットに照射し、蒸発し膨張する材料蒸気
が不活性ガスの衝撃波を発生させ、該衝撃波が該クラスター生成空間を形成するクラスタ
ー生成容器の壁で反射し、膨張し進行してきた材料蒸気を囲い込むことで材料分子もしく
は原子同士の結合が起こり、クラスター群を生成させ、生成したクラスター群を該クラス
ター生成容器の容器窓から流出せしめ、所定の基板上に散布してクラスター膜を生成する
クラスター膜製造装置において、照射ビームエネルギー強度増大に対応して、該材料蒸気
の発生量の獲得と、該衝撃波の強度の獲得との両立を条件として、該ターゲット面での該
パルスレーザビームの各照射面内の照射量分布を設定せしめる、該レーザビームの集束点
からずらした位置に配置したターゲット・システムとレーザビーム系システムとを備えた
ことを特徴とする。
The cluster film manufacturing apparatus according to claim 6 irradiates a solid target of a material with a laser beam in a cluster generation space filled with an inert gas, and the vapor of the material that evaporates and expands generates a shock wave of the inert gas. The shock wave is reflected by the wall of the cluster generation container that forms the cluster generation space, and encloses the material vapor that has expanded and progressed, causing the bonding of the material molecules or atoms to generate the cluster group. In a cluster film manufacturing apparatus for generating a cluster film by discharging a cluster group from a container window of the cluster generation container and spraying it on a predetermined substrate, the generation amount of the material vapor is increased in response to an increase in irradiation beam energy intensity. Each irradiation surface of the pulse laser beam on the target surface on the condition that the acquisition and the acquisition of the intensity of the shock wave are compatible The allowed to set the dose distribution, is characterized in that a target system and a laser beam systems arranged in a position shifted from the focal point of the laser beam.
この構成によれば、一度集束したビームを集束点からずれた地点で材料ターゲットに受
け、照射面積を拡大することで、照射面積当りの該レーザビームのエネルギーを調整する
ことにより、該レーザビーム照射時の該ターゲット表面層の温度が必要以上に高温になる
ことを回避し、効率的に多くの材料原子を蒸発させるものであり、また照射面に於ける照
射エネルギー分布を調整することにより発生した材料蒸気が不活性ガスの大きな衝撃波を
発生させることにより、より多くのクラスター群を生成させることができる。従って、レ
ーザビームのビーム強度を単純に強めた場合に発生する問題、すなわち、材料ターゲット
に集中的に供給される高いエネルギーのために、材料が瞬間に部分的に融け、例えば突沸
などによりターゲット材料が蒸気にならずに液状のままで飛散して飛沫が発生することで
ターゲット材料の過剰な損耗により蒸気生成効率が低下し、制御されたクラスターの生成
効率が著しく低下する困難な状態が発生することを避けることができる。
According to this configuration, the beam once focused is received by the material target at a point deviated from the focusing point, and the irradiation area is expanded to adjust the energy of the laser beam per irradiation area, thereby irradiating the laser beam. The target surface layer at that time avoids the temperature from becoming higher than necessary, efficiently evaporates many material atoms, and is generated by adjusting the irradiation energy distribution on the irradiated surface The material vapor generates a large shock wave of an inert gas, so that more cluster groups can be generated. Therefore, due to the problem that occurs when the beam intensity of the laser beam is simply increased, that is, due to the high energy that is intensively supplied to the material target, the material partially melts instantaneously, for example by target bumping, etc. As a result, the steam generation efficiency is reduced due to excessive wear of the target material resulting in a difficult state where the generation efficiency of the controlled cluster is significantly reduced. You can avoid that.
本発明の構成によれば、強力なレーザビーム発生源を用い、材料ターゲット照射面積を
大きくし、且つ、効率よく大量の材料蒸発原子を発生させることができ、これにより不活
性ガスの強い衝撃波を発生することができ、且つ、凸型または平坦なレーザビーム強度分
布を得ることにより、大量に発生した材料蒸発原子を閉じ込めて、大量のクラスター群を
生成すると同時に、強力なレーザビームのターゲット照射により発生する材料の液状飛沫
発生を抑え、生成されたクラスター群を容器窓から基板に向けて流出せしめることで、ク
ラスター生成の高速化を実現できるという効果がある。
According to the configuration of the present invention, a powerful laser beam generation source can be used, the material target irradiation area can be increased, and a large amount of material evaporation atoms can be efficiently generated, thereby generating a strong shock wave of an inert gas. By generating a convex or flat laser beam intensity distribution, a large amount of material evaporation atoms can be confined to generate a large number of clusters, and at the same time, by target irradiation with a powerful laser beam By suppressing the generation of liquid droplets of the generated material and causing the generated cluster group to flow out from the container window toward the substrate, there is an effect that the cluster generation can be speeded up.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るクラスター膜製造方法について説明す
る。
［第１実施形態］
まず、図１および図２を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るクラスター膜製造方法におけるレーザビームの照
射位置を示す斜視図である。
本実施形態では、不活性ガスを満たしたクラスター生成空間において、レーザビーム２
の集束点をターゲット１からずらした位置に設定するか、またはターゲット１をレーザビ
ーム２の集束点からずらした位置に配置して、ターゲット１へのレーザビーム２の照射面
積を拡大するように、レーザビーム２を材料の固体ターゲット１に照射し、蒸発し膨張す
る材料蒸気が不活性ガスの衝撃波を発生させ、該衝撃波が該クラスター生成空間を形成す
るクラスター生成容器の壁で反射し、膨張し進行してきた材料蒸気を囲い込むことで材料
分子もしくは原子同士の結合が起こりクラスター群を生成させ、生成したクラスター群を
該クラスター生成容器の容器窓から流出せしめ、所定の基板上に散布してクラスター膜を
生成する。
Hereinafter, a cluster film manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 and FIG.
FIG. 1 is a perspective view showing an irradiation position of a laser beam in the cluster film manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.
In the present embodiment, the laser beam 2 is generated in a cluster generation space filled with an inert gas.
The focal point of the laser beam 2 is set at a position shifted from the target 1 or the target 1 is arranged at a position shifted from the focal point of the laser beam 2 so that the irradiation area of the laser beam 2 on the target 1 is expanded. The solid target 1 of the material is irradiated with the laser beam 2, and the vapor of the material that evaporates and expands generates a shock wave of an inert gas, and the shock wave is reflected and expanded by the wall of the cluster generation vessel forming the cluster generation space. By enclosing the material vapor that has traveled, material molecules or atoms are bonded to each other to generate a cluster group, and the generated cluster group is discharged from the container window of the cluster generation container and dispersed on a predetermined substrate to form a cluster. Create a film.
より詳細に説明すると、図１に示すように、ターゲット１にレーザビーム２を照射する
ときのレーザビーム２の焦点を１１、ターゲット１上の照射領域（照射面）を１２、衝撃
波の進行方向を４とする。レーザビーム２を、その焦点１１をターゲット１からずらした
地点でターゲット１に照射することにより、照射領域１２の面積を拡大することができる
。なお、ターゲット１の位置は、同図に示すように、焦点１１の後方（レーザビームから
遠い位置）にずらす場合と、焦点１１の前方（レーザビームに近い位置）にずらす場合が
ありうるが、同図に示すような、焦点１１の後方に配置する場合は、前方に配置する場合
に比較して、レーザビーム２をクラスター生成容器に導入する通路を細くすることができ
、また、焦点１１と照射領域１２との間の距離を離せば照射領域１２の面積を大きくする
ことが可能となる。一例を挙げれば、ビーム集束点である焦点１１と照射領域１２との間
の距離が７２ｍｍの場合、照射領域１２の直径は３．５ｍｍとなる。一方、照射面を焦点
１１の前方に配置する場合、レーザビーム２をクラスター生成容器に導入する通路を太く
する必要があるが、通路でクラスター生成容器５の内外を仕切る容器窓を通過するレーザ
ビーム２のエネルギー密度はその分低下しており、容器窓での発熱は分散されるという利
点もある。
More specifically, as shown in FIG. 1, the focus of the laser beam 2 when irradiating the target 1 with the laser beam 2 is 11, the irradiation area (irradiation surface) on the target 1 is 12, and the traveling direction of the shock wave is 4. By irradiating the target 1 with the laser beam 2 at a point where the focal point 11 is shifted from the target 1, the area of the irradiation region 12 can be enlarged. Note that the position of the target 1 can be shifted to the rear of the focal point 11 (position far from the laser beam) or the front of the focal point 11 (position close to the laser beam) as shown in FIG. When arranged behind the focal point 11 as shown in the figure, the passage for introducing the laser beam 2 into the cluster generation container can be made narrower than when arranged at the front. If the distance from the irradiation region 12 is increased, the area of the irradiation region 12 can be increased. For example, when the distance between the focal point 11 that is a beam focusing point and the irradiation region 12 is 72 mm, the diameter of the irradiation region 12 is 3.5 mm. On the other hand, when the irradiation surface is arranged in front of the focal point 11, it is necessary to thicken the passage for introducing the laser beam 2 into the cluster generation container, but the laser beam that passes through the container window that partitions the inside and outside of the cluster generation container 5 by the passage. The energy density of 2 is lowered accordingly, and there is an advantage that the heat generation at the container window is dispersed.
図２は、本発明の第１実施形態に係るクラスター膜製造方法におけるレーザビームの断
面強度分布による衝撃波の発生の様子を示す模式図である。図２（ａ）は凹型のビーム断
面強度分布、図２（ｂ）は凸型のビーム断面強度分布を示す。
この図は、ビーム断面強度分布による蒸発原子ガスの膨張の形態と、それにより発生す
る不活性ガスの衝撃波の発生の様子を模式的に示している。図２（ａ），（ｂ）は夫々、
レーザビーム照射面１２から蒸発した材料蒸気３ａ，３ｂが不活性ガスを圧縮してその衝
撃波１３ａ，１３ｂを発生させ、衝撃波１３ａ，１３ｂが矢印４ａ，４ｂの方向に進行す
ることになる。これにより、レーザビーム照射面１２におけるビーム強度分布についての
条件を設定することができる。すなわち、レーザビーム２のターゲット１への照射面にお
けるビーム強度分布が、中央部分強度が周辺部分強度に等しい平型、または中央部分強度
が周辺部分強度より強い凸型の分布になるように調整する。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a state of generation of shock waves by the cross-sectional intensity distribution of the laser beam in the cluster film manufacturing method according to the first embodiment of the present invention. 2A shows a concave beam cross-sectional intensity distribution, and FIG. 2B shows a convex beam cross-sectional intensity distribution.
This figure schematically shows the form of expansion of the evaporated atomic gas by the beam cross-sectional intensity distribution and the state of generation of the shock wave of the inert gas generated thereby. 2 (a) and 2 (b) respectively.
The material vapors 3a and 3b evaporated from the laser beam irradiation surface 12 compress the inert gas to generate the shock waves 13a and 13b, and the shock waves 13a and 13b travel in the directions of the arrows 4a and 4b. Thereby, the conditions regarding the beam intensity distribution on the laser beam irradiation surface 12 can be set. That is, the beam intensity distribution on the irradiation surface of the laser beam 2 on the target 1 is adjusted to be a flat distribution in which the central portion intensity is equal to the peripheral portion intensity, or a convex distribution in which the central portion intensity is stronger than the peripheral portion intensity. .
図２（ａ）は、凹型のビーム断面強度分布の場合で、蒸気３ａの発生は中心部分で弱く
、周囲部分で強くなっている。このため、不活性ガスに与える圧力は分散し、衝撃波１３
ａも矢印４ａに示す方向に周辺部分に分散して発生し、まとまった衝撃波１３ａは発生し
難いことが分かる。一方、図２（ｂ）の場合は、凸型のビーム断面強度分布の場合であり
、照射面１２の中心付近からまとまった形で蒸気３ｂの膨張が起こり、強い衝撃波１３ｂ
が矢印４ｂに示す方向に発生する。また、このようなまとまった形での蒸気３ｂの膨張に
よる強い衝撃波１３ｂは、平坦なビーム断面強度分布の場合も同様に発生する。
FIG. 2A shows a case of a concave beam cross-sectional intensity distribution, and the generation of the vapor 3a is weak at the central portion and strong at the peripheral portion. Therefore, the pressure applied to the inert gas is dispersed and the shock wave 13
It can also be seen that a is also generated in a distributed manner in the direction indicated by the arrow 4a, and the shock wave 13a is not easily generated. On the other hand, the case of FIG. 2B is a case of a convex beam cross-sectional intensity distribution, and the expansion of the vapor 3b occurs in a form gathered from the vicinity of the center of the irradiation surface 12, and a strong shock wave 13b.
Occurs in the direction indicated by the arrow 4b. Further, the strong shock wave 13b due to the expansion of the vapor 3b in such a collective form is similarly generated in the case of a flat beam cross-sectional intensity distribution.
［第２実施形態］
次に、図３および図４を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。
図３は、本発明の第２実施形態に係るレーザビームの照射面のビーム強度分布の観測結
果の一例である。図３（ａ）はシングルモード型レーザの場合の照射面、図３（ｂ）はマ
ルチモード型レーザの場合の照射面、図３（ｃ）は、マルチモード型レーザの場合の縦横
の断面でのビーム強度分布を示す。
この例では、上述した凸形のレーザビーム断面強度分布を実現する手段の一つとして、
レーザ光源に一般的なシングルモード型レーザを用いる代わりにマルチモード型レーザを
用いる。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 is an example of the observation result of the beam intensity distribution on the irradiation surface of the laser beam according to the second embodiment of the present invention. 3A is an irradiation surface in the case of a single mode laser, FIG. 3B is an irradiation surface in the case of a multimode laser, and FIG. 3C is a vertical and horizontal cross section in the case of a multimode laser. The beam intensity distribution is shown.
In this example, as one of means for realizing the above-described convex laser beam cross-sectional intensity distribution,
A multimode laser is used instead of a general single mode laser as a laser light source.
ＮｄＹＡＧ固体レーザで発振した波長１０６４ｎｍのマルチモードレーザ光を２台の増
幅器を通してパルス当り１５００ｍＪのエネルギーを持つビームを生成し、ＬＢＯ結晶の
倍波高調生成器を透過して波長５３２ｎｍ、エネルギー８００ｍＪ、パルス幅１２ｎｓか
ら１３ｎｓ、ビーム径６ｍｍのビームを生成する。焦点距離−７０ｍｍの球面凹レンズと
焦点距離４００ｍｍの球面凸レンズとを組み合わせたテレスコープレンズ群により、ビー
ム径を一旦５０ｍｍにまで広げる。２台の４５°反射ミラーで９０度に反射してクラスタ
ー生成システムに設けた光入射窓の光軸にレーザビーム入射軸を合わせた後、焦点距離１
５００ｍｍの球面凸レンズにてクラスター生成容器の壁に設けた微細孔に集束し、ターゲ
ット材料表面に照射する。ビーム断面の強度分は、ビームが焦点距離１５００ｍｍの球面
凸レンズを透過した後、部分透過ミラーで必要な光量のビームを９０度に反射して取り出
し、ビーム集束位置およびターゲット設置相当距離に強度分測定器を設置してビーム断面
の強度分布を測定する。図３はその得られたビーム断面の強度分布である。
A multimode laser beam with a wavelength of 1064 nm oscillated by an NdYAG solid-state laser is passed through two amplifiers to generate a beam having an energy of 1500 mJ per pulse, transmitted through a harmonic harmonic generator of an LBO crystal, a wavelength of 532 nm, an energy of 800 mJ, and a pulse A beam having a width of 12 ns to 13 ns and a beam diameter of 6 mm is generated. The beam diameter is once expanded to 50 mm by a telescope lens group in which a spherical concave lens having a focal length of −70 mm and a spherical convex lens having a focal length of 400 mm are combined. After the laser beam incident axis is aligned with the optical axis of the light incident window provided in the cluster generation system after being reflected at 90 degrees by two 45 ° reflecting mirrors, the focal length is 1.
The surface of the target material is irradiated with a 500 mm spherical convex lens focused on the fine holes provided in the wall of the cluster generation container. The intensity of the beam cross-section is measured by measuring the intensity at the beam focusing position and the target installation equivalent distance after the beam passes through a spherical convex lens with a focal length of 1500 mm and the partial transmission mirror reflects the required amount of light at 90 degrees. Install the instrument and measure the intensity distribution of the beam cross section. FIG. 3 shows the intensity distribution of the obtained beam cross section.
図３を参照して、シングルモード型レーザに比較してマルチモード型レーザを用いる場
合の利点について説明する。図３（ａ）に示すように、シングルモード型レーザの場合は
、中央部の強度は弱く、周辺部に強度が大きい部分がある。これに対して、図３（ｂ）に
示すように、マルチモード型レーザを用いた場合は、中央部の強度が周辺部に比べて強く
なっていることが分かる。また、図３（ｃ）に示すように、図３（ｂ）のマルチモード型
レーザを用いた場合の縦、横の断面でのビーム強度分布は、共に中央部にビームが集中す
る凸型のビーム強度分布となっている。なお、図の横軸は、中央を０とした距離を示し、
縦軸はビーム強度を示している。また、図の実線は縦軸での断面、図の点線は横軸での断
面におけるビーム強度分布を示している。
なお、マルチモード型レーザを用いずに、シングルモード型レーザの出力ビームを、光
学素子による光の回折と位相変化を使ってビーム整形することにより、照射面でのビーム
強度分布を均一あるいは凸型に近づけることも可能である。
With reference to FIG. 3, the advantage of using a multi-mode laser as compared to a single-mode laser will be described. As shown in FIG. 3A, in the case of a single mode laser, the intensity at the center is weak and there is a portion with high intensity at the periphery. On the other hand, as shown in FIG. 3B, it can be seen that when a multimode laser is used, the intensity at the center is higher than that at the periphery. Further, as shown in FIG. 3C, the beam intensity distributions in the vertical and horizontal cross sections when the multimode laser of FIG. 3B is used are both convex types in which the beam is concentrated in the center. The beam intensity distribution. In addition, the horizontal axis of a figure shows the distance which set the center to 0,
The vertical axis represents the beam intensity. Further, the solid line in the figure indicates the beam intensity distribution in the cross section along the vertical axis, and the dotted line in the figure indicates the cross section along the horizontal axis.
In addition, the beam intensity distribution on the irradiation surface is uniform or convex by shaping the output beam of the single mode laser using the diffraction and phase change of the light by the optical element without using the multimode laser. It is also possible to approach.
図４は、本発明の第２実施形態に係るレーザビームの照射面の蒸気波面の経時変化につ
いて横長の窓を通して観察した結果を示す図である。図４（ａ）は凹型のビーム断面強度
分布の場合であり、図４（ｂ）は凸型のビーム断面強度分布の場合を示す。
この例では、不活性ガスとしてＨｅガスを用い、その圧力ＰHe＝３８５０Ｐａとして、
所定の時間ｎｓにおける蒸気波面の様子と、ターゲット材料１からの距離をｍｍ単位で示
したものである。図４（ａ）に示すように、凹型ビーム断面強度分布の場合は、蒸気波面
の波形が***して乱れ、直進性が見られず、種々の方向に分散していることが分かる。特
に、ターゲット材料１からの距離が伸びず、Ｈｅガスに対して強い圧力を加えつつ前進す
る様子が見えず、ターゲット材料１の近傍にとどまっていることが分かる。これに対して
、図４（ｂ）に示すように、凸型ビーム断面強度分布の場合は、蒸気波面がまとまった状
態で、直進し、ターゲット材料１からの距離も大きくなり、ターゲットから遠い位置で衝
撃波を集束することができる。
FIG. 4 is a diagram showing a result of observing through time a change in the vapor wavefront of the laser beam irradiation surface according to the second embodiment of the present invention through a horizontally long window. FIG. 4A shows a case of a concave beam cross-sectional intensity distribution, and FIG. 4B shows a case of a convex beam cross-sectional intensity distribution.
In this example, He gas is used as the inert gas, and its pressure P He = 3850 Pa,
The state of the vapor wave front at a predetermined time ns and the distance from the target material 1 are shown in mm. As shown in FIG. 4A, in the case of the concave beam cross-sectional intensity distribution, it can be seen that the waveform of the vapor wavefront is disrupted and disturbed, and no straight travel is seen, and it is dispersed in various directions. In particular, it can be seen that the distance from the target material 1 does not increase, the state of moving forward while applying a strong pressure to the He gas is not seen, and the target material 1 remains in the vicinity. On the other hand, as shown in FIG. 4 (b), in the case of the convex beam cross-sectional intensity distribution, the straight line travels in a state where the vapor wave front is gathered, and the distance from the target material 1 increases and is far from the target. Can focus the shock wave.
［第３実施形態］
次に、図５および図６を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。
この例では、レーザビーム照射により材料ターゲットに表面から飛び出すターゲット材
料の液状飛沫の発生を抑えることを目的としている。ターゲット材料の形状の例を挙げれ
ば、図１のターゲット１に示すように円板形状とし、円板をその中心軸の周りに回転させ
る仕組みとなっている。この回転は、レーザビーム２によるターゲット材料１の蒸発で照
射面が削れるので、円板を回転させて、照射面を移動し、広い範囲にわたって照射面１２
を常に同一の平面に保つためである。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In this example, an object is to suppress the generation of liquid droplets of the target material that jumps from the surface to the material target by laser beam irradiation. If the example of the shape of a target material is given, it will be a disk shape as shown to the target 1 of FIG. 1, and it is the mechanism which rotates a disk around the central axis. Since this rotation causes the irradiation surface to be shaved by evaporation of the target material 1 by the laser beam 2, the disk is rotated to move the irradiation surface, and the irradiation surface 12 over a wide range.
Is always kept on the same plane.
図５は、本発明の第３実施形態を、図１におけるターゲット材料１の表面のビーム照射
面１２を円板を基準にして表している。この例では、ターゲット材料１の円板の回転によ
り、時間と共に照射面は円板表面を図５の矢印１８のように変化する。一方、パルスビー
ムは毎秒２０回の割合で照射を繰り返している。従って、照射領域１２に着目すれば照射
面１２から照射面１４に移るまでの間多くの回数照射を続けられていることになる。その
際、同一表面の連続照射で表面材料の溶融が進行し材料の液状飛沫が発生すると考えられ
るので、円板の回転速度を高めるか、円板の半径を大きくして、照射面の移動速度を大き
くし、ターゲット材料１の表面の溶融が進まないようにする必要がある。一方、回転速度
を高め過ぎて照射繰り返し速度と一致させれば、円板が１回転してまた同じ照射面に次の
ビームが照射されることになり、やはり表面材料の溶融問題は解決されない。更にまた、
材料原子蒸発の効率の観点から、同一領域への多少の繰り返し照射はあってもよいと考え
られる。以上のことから、本実施形態においては、ターゲット円板の低速回転および高速
回転の溶融条件を考慮してビーム照射による溶液飛沫が発生しない範囲にターゲット円板
の回転速度を制御する。
FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention with the beam irradiation surface 12 of the surface of the target material 1 in FIG. In this example, due to the rotation of the disk of the target material 1, the irradiation surface changes over the disk surface with time as indicated by the arrow 18 in FIG. On the other hand, the pulse beam is repeatedly irradiated at a rate of 20 times per second. Therefore, if attention is paid to the irradiation region 12, irradiation is continued many times until the irradiation surface 12 moves to the irradiation surface. At that time, it is thought that melting of the surface material proceeds due to continuous irradiation of the same surface and liquid droplets of the material are generated, so the moving speed of the irradiated surface is increased by increasing the rotation speed of the disk or increasing the radius of the disk To increase the melting of the surface of the target material 1. On the other hand, if the rotational speed is increased too much to coincide with the irradiation repetition speed, the disk rotates once and the next beam is irradiated to the same irradiation surface, and the melting problem of the surface material is not solved. Furthermore,
From the viewpoint of the efficiency of material atom evaporation, it is considered that the same region may be irradiated somewhat repeatedly. From the above, in the present embodiment, the rotational speed of the target disk is controlled within a range in which solution splashing due to beam irradiation does not occur in consideration of the low-speed rotation and high-speed melting conditions of the target disk.
図６は、本発明の第３実施形態に係るクラスター膜製造方法における液状飛沫の様子を
示す平面図である。この図は、基板９に堆積されたクラスター膜１０の表面に、異物１５
として材料の液状飛沫の飛来があった場合の表面の様子を模式的に表現している。このよ
うな飛沫の飛来をモニターすることによりターゲットの回転速度の最適点を求めることが
可能である。
FIG. 6 is a plan view showing a state of liquid droplets in the cluster film manufacturing method according to the third embodiment of the present invention. This figure shows a foreign material 15 on the surface of the cluster film 10 deposited on the substrate 9.
Is a schematic representation of the appearance of the surface when the material is splashed with liquid droplets. It is possible to determine the optimum point of the target rotation speed by monitoring the splash of such a droplet.
以上説明したように、本発明によれば、強力なレーザビーム発生源を用い、材料ターゲ
ット照射領域１２の面積を大きくし、材料蒸気の発生効率を高め、不活性ガスの強い衝撃
波１４を発生することができ、これにより大量に発生した材料の蒸気を閉じ込めて、大量
のクラスター群６を生成すると同時に、強力なレーザビームのターゲット照射により発生
する材料の液状飛沫発生を抑え、生成されたクラスター群を容器窓７から基板に向けて放
出することで、クラスター膜生成の高速化を実現することが可能となる。
As described above, according to the present invention, a powerful laser beam generation source is used, the area of the material target irradiation region 12 is increased, the generation efficiency of the material vapor is increased, and a strong shock wave 14 of an inert gas is generated. In this way, a large amount of material vapor is confined to generate a large number of cluster groups 6, and at the same time, the generation of liquid droplets of the material generated by target irradiation with a powerful laser beam is suppressed, and the generated cluster groups Can be released from the container window 7 toward the substrate, so that the cluster film can be generated at high speed.
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は、この実施形態に限定され
ず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、上述した実施形態においては、ターゲットを回転させることにより、照射領域
の面積を大きくしたが、これに限定されず、ターゲットの半径方向への移動を行うことに
より、回転と移動とを同時に行うことにより、あるいはレーザビームの集束点の方を移動
させることにより、ターゲットの照射領域をより増大することもできる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this embodiment, A various change is possible in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
For example, in the above-described embodiment, the area of the irradiation region is increased by rotating the target. However, the present invention is not limited to this, and the rotation and movement are simultaneously performed by moving the target in the radial direction. In this way, or by moving the focal point of the laser beam, the irradiation area of the target can be further increased.
また、上述した実施形態においては、円板のターゲットを回転させる例を挙げたが、こ
れに限定されず、矩形等種々の形状のターゲットを種々の方向に移動させることもできる
。
また、上述した実施形態においては、レーザビームの照射を前提として説明したが、こ
れに限定されず、種々の光波を照射する場合にも適用できる。
また、上述した実施形態においては、基板上にクラスター膜を生成する方法について説
明したが、これに限定されず、基板以外の他の種々の電子機器上にクラスター膜を生成す
ることもできる。
Moreover, although the example which rotates the target of a disk was given in embodiment mentioned above, it is not limited to this, The target of various shapes, such as a rectangle, can also be moved to a various direction.
In the above-described embodiment, the description has been made on the assumption that the laser beam is irradiated. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to the case where various light waves are irradiated.
In the above-described embodiment, the method of generating the cluster film on the substrate has been described. However, the present invention is not limited to this, and the cluster film can be generated on various other electronic devices other than the substrate.
１…ターゲット、２…レーザビーム、３,３ａ,３ｂ…材料蒸気、４,４ａ,４ｂ…衝撃波の
方向、５…クラスター生成容器、６…クラスター群、７…容器窓、８…スキマー、９…基
板、１０…クラスター膜、１１…ビーム集束点、１２,１４…照射領域、１３,１３ａ,１
３ｂ…衝撃波、１５…異物、１６…回転軌道、１８…移動方向
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Target, 2 ... Laser beam, 3, 3a, 3b ... Material vapor | steam, 4, 4a, 4b ... Shock wave direction, 5 ... Cluster production | generation container, 6 ... Cluster group, 7 ... Container window, 8 ... Skimmer, 9 ... Substrate, 10 ... cluster film, 11 ... beam focusing point, 12, 14 ... irradiation region, 13, 13a, 1
3b ... shock wave, 15 ... foreign matter, 16 ... rotation orbit, 18 ... moving direction
Claims (6)
ターゲットに照射し、ターゲットから発生するターゲット材料蒸気が不活性ガスの衝撃波
を発生させ、該衝撃波が該クラスター生成空間を形成するクラスター生成容器の壁で反射
し、膨張し進行してきたターゲット材料蒸気を囲い込むことでターゲット材料分子もしく
は原子同士の結合が起こりクラスター群を生成させ、生成したクラスター群を該クラスタ
ー生成容器の容器窓から流出せしめ、所定の基板上に散布してクラスター膜を生成するク
ラスター膜製造方法において、
照射ビームエネルギー強度増大に対応して、該材料蒸気の発生量の獲得と、該衝撃波の
強度の獲得との両立を条件として、該ターゲット面での該パルスレーザビームの各照射面
内の照射量分布を設定すべく、該レーザビームの集束点からずらした位置に配置したター
ゲット・システムの設定と、レーザビーム系システムの設定をおこなったことを特徴とす
るクラスター膜製造方法。 In a cluster generation space filled with an inert gas, a solid laser target is irradiated with a pulse laser beam, and a target material vapor generated from the target generates a shock wave of the inert gas, and the shock wave forms the cluster generation space. By enclosing the target material vapor that has been reflected and expanded and progressed by the walls of the cluster generation container, the target material molecules or atoms are bonded together to generate a cluster group, and the generated cluster group is the container window of the cluster generation container. In a cluster film manufacturing method of generating a cluster film by flowing out from a predetermined substrate and spraying it on a predetermined substrate,
Corresponding to the increase in irradiation beam energy intensity, the amount of irradiation of each pulsed laser beam on each target surface on the target surface on the condition that the acquisition amount of the material vapor and the acquisition of the shock wave intensity are compatible. A cluster film manufacturing method comprising: setting a target system disposed at a position shifted from a focal point of the laser beam and setting a laser beam system in order to set a distribution.
、中央部分強度が周辺部分強度より強い凸型の分布になるように調整したことを特徴とす
る請求項１記載のクラスター膜製造方法。 2. The cluster film according to claim 1, wherein a beam cross-sectional intensity distribution at each irradiation surface of the pulse laser beam on the target is adjusted so as to have a convex distribution in which a central portion intensity is stronger than a peripheral portion intensity. Production method.
とを特徴とする請求項１記載のクラスター膜製造方法。 The cluster film manufacturing method according to claim 1, wherein an output beam of a multimode laser is applied as a light source of the pulse laser beam.
たのち、緩やかな角度でレーザビームを集束して集束点を形成することを特徴とする請求
項１記載のクラスター膜製造方法。 2. The cluster film manufacturing method according to claim 1, wherein, as a method of forming the focal point of the pulse laser beam, the focal point is formed by converging the laser beam at a gentle angle after once expanding the laser beam diameter. Method.
ット上の同一領域へのレーザビームの連続照射回数を制限したことを特徴とする請求項１
記載のクラスター膜製造方法。 The number of continuous irradiations of the laser beam to the same region on the target is limited by moving the irradiation surface of the pulse laser beam on the target at high speed.
The cluster film manufacturing method as described.
ターゲットに照射し、ターゲットから発生するターゲット材料蒸気が不活性ガスの衝撃波
を発生させ、該衝撃波が該クラスター生成空間を形成するクラスター生成容器の壁で反射
し、膨張し進行してきたターゲット材料蒸気を囲い込むことでターゲット材料分子もしく
は原子同士の結合が起こりクラスター群を生成させ、生成したクラスター群を該クラスタ
ー生成容器の容器窓から流出せしめ、所定の基板上に散布してクラスター膜を生成するク
ラスター膜製造装置において、
照射ビームエネルギー強度増大に対応して、該材料蒸気の発生量の獲得と、該衝撃波の
強度の獲得との両立を条件として、該ターゲット面での該パルスレーザビームの各照射面
内の照射量分布を設定せしめる、該レーザビームの集束点からずらした位置に配置した該
ターゲット・システムとレーザビーム系システムとを備えたことを特徴とするクラスター
膜製造装置。 In a cluster generation space filled with an inert gas, a solid laser target is irradiated with a pulse laser beam, and a target material vapor generated from the target generates a shock wave of the inert gas, and the shock wave forms the cluster generation space. By enclosing the target material vapor that has been reflected and expanded and progressed by the walls of the cluster generation container, the target material molecules or atoms are bonded together to generate a cluster group, and the generated cluster group is the container window of the cluster generation container. In a cluster film manufacturing apparatus that produces a cluster film by flowing out from a predetermined substrate and spraying it on a predetermined substrate,
Corresponding to the increase in irradiation beam energy intensity, the amount of irradiation of each pulsed laser beam on each target surface on the target surface on the condition that the acquisition amount of the material vapor and the acquisition of the shock wave intensity are compatible. A cluster film manufacturing apparatus comprising the target system and a laser beam system arranged at positions shifted from a focal point of the laser beam for setting a distribution.
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