JPH1036959A - 薄膜形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザアブレーション法による薄膜形成装置
において従来問題であった薄膜形成時に製品不良の原因
となる付着物やターゲットの損傷をきわめて簡単な方法
により解消する。 【解決手段】 真空槽１内に設けたターゲット保持台６
上に、薄膜の源をなるターゲット５を保持させる。ま
た、このターゲットを構成する原子、分子あるいはこれ
らのイオンを放出するためにターゲット表面にレーザを
照射するレーザ装置７を設ける。さらに、真空槽１内で
ターゲットに対面する位置に、薄膜を形成する基板３
を、基板支持台４に支持させることにより配置する。そ
して、前記ターゲット保持台に、ターゲットを所望の温
度に加熱するためのターゲット加熱装置１０を付設す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、良質な薄膜、特に
超伝導薄膜や強誘電体薄膜等の化合物薄膜を歩留りがよ
い状態で形成することができる、いわゆるレーザアブレ
ーション法による薄膜形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の高性能な電子デバイスや光学デバ
イスにおいて、これらに用いられる種々の薄膜は、それ
ぞれのデバイスの性能を確保するうえで必要不可欠な構
成要素の一つである。このような薄膜の形成法には多数
の方法があり、デバイスの性質に応じてそれぞれの特徴
を生かして採用されている。

【０００３】その一例をあげると、たとえばシリコン電
子デバイスの製造には、気相成長法、真空蒸着法、スパ
ッタリング法等が広く用いられている。しかし、最近
は、新たなデバイスや薄膜材料への要求から、超伝導体
や強誘電体などの各種の機能を示す酸化物、硫化物等の
薄膜の形成法として、レーザアブレーション法が広く採
りあげられている。このレーザアブレーション法は、レ
ーザの高密度な光子を利用して蒸発材料の表面の化学結
合を切って蒸発させ、薄膜を形成するものであって、組
成制御が容易であること、高融点の物質でも薄膜化が可
能であること等の特徴を有する。

【０００４】図３は従来から知られているレーザアブレ
ーション法を実施するための薄膜形成装置の概略構成を
示す。すなわち、この装置は、真空槽１と、この真空槽
１に設けた排気装置２と、前記真空槽１内に設けた被加
工物である基板３を支持する基板支持台４と、前記基板
３に対向する位置に配置され薄膜の源となるターゲット
５と、これを保持するターゲット保持台６と、このター
ゲット５に対しレーザを照射するレーザ装置７とを備え
ている。ここで、レーザとして通常は、ＡｒＦ等のエキ
シマレーザが広く用いられている。

【０００５】このようなレーザアブレーション法による
薄膜形成の原理は、以下の通りである。始めに、真空槽
１において、薄膜の源となるターゲット５をターゲット
保持台６に、また薄膜を堆積する基板３を基板支持台４
にそれぞれ設置する。その後、真空槽１内を排気装置２
により真空もしくは減圧状態にし、ＡｒＦ等のレーザ装
置７によりターゲット５に対しレーザを図中一点鎖線で
示す矢印方向に照射する。すると、ターゲット５を構成
する原子、分子あるいはこれらのイオンが図中破線で示
す矢印方向に向って放出され、ターゲット５に向かい合
って配置されている基板３上に、これらの原子、分子あ
るいはイオンが堆積し、ターゲット５の組成による薄膜
が形成されることになる。

【０００６】この際、基板３の温度を高めたり、真空槽
１内の真空度を極端に高めたり、あるいはこれとは逆
に、酸素ガス等の所望の種類のガスを所定の圧力で導入
すると、薄膜の特性をさらに向上することができる。こ
のようにレーザアブレーション法による薄膜の形成で
は、装置の構成がきわめて簡単であるにもかかわらず良
質の薄膜が得られる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】レーザアブレーション
法による薄膜形成の原理は以上の通りであるが、次のよ
うな問題点がある。すなわち、ターゲット５の表面から
原子、分子あるいはイオンを放出させる機構はきわめて
複雑で、完全に解明されているわけではないが、ここで
明らかなことは、ターゲット５の表面がレーザの照射に
よって非常に高温になっていることである。このため、
ターゲット５の表面と内部とで非常に大きな温度差が生
じ、この結果ターゲット５の表面と内部とでの熱膨張の
差が著しく大きくなる。このことは、ターゲット材が酸
化物等のように熱伝導率の大きなものでは、より一層顕
著となる。

【０００８】このような状態のもとでは、ターゲット５
の表面から原子、分子あるいはイオンが放出されるばか
りでなく、ターゲット５の表面の一部が、ターゲット５
から剥がれて飛び出して基板３上に付着する。また、従
来から知られているレーザアブレーション法では、上述
した温度差の他に、ターゲット５の表面の温度分布が不
均一となり易く、ターゲット材の融点よりも異常に高い
温度領域が局部的に発生し、この高温度領域でターゲッ
ト材が突沸し、これが基板３上に到達して付着するとい
うことも頻発する。

【０００９】そして、これらの原因による付着物は、薄
膜の特性を劣化させ、デバイスの製造にあたっての歩留
りを著しく低下させることなる。したがって、このよう
な付着物の発生を抑えることが、レーザアブレーション
法による薄膜形成にあたって重要な課題である。さら
に、上述したような従来から知られているレーザアブレ
ーションによる薄膜形成では、ターゲット５の表面やこ
の表面と内部との間での著しい温度差から、ターゲット
５の表面にひび割れが生じたり、極端な場合にはターゲ
ット５が割れてしまうことも問題点の一つである。

【００１０】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、従来から知られているレーザアブレーショ
ン法による薄膜形成にあたって、薄膜上に付着し薄膜形
成時の製品不良の原因となる付着物やターゲットの損傷
という問題点を、ターゲットの表面やこの表面と内部と
の間での温度差を解消するというきわめて簡単な方法に
より一掃することができる薄膜形成装置を得ることを目
的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明に係る薄膜形成装置は、薄膜の源となる
ターゲットを保持するターゲット保持台と、ターゲット
の表面にレーザを照射してターゲットを構成する原子、
分子あるいはこれらのイオンを放出するためのレーザ装
置と、薄膜を形成する基板を支持する基板支持台を備
え、ターゲット保持台に、ターゲットを所望の温度に加
熱するためのターゲット加熱装置を設けたものである。

【００１２】また、本発明に係る薄膜形成装置は、薄膜
の源となるターゲットを保持するターゲット保持台と、
ターゲットの表面にレーザを照射してターゲットを構成
する原子、分子あるいはこれらのイオンを放出するため
のレーザ装置と、薄膜を形成する基板を支持する基板支
持台を備え、これらのターゲット保持台、レーザ装置、
基板支持台に加えて、ターゲットを所望の温度に加熱す
るためのターゲット加熱装置を設けたものである。

【００１３】本発明によれば、ターゲット加熱装置によ
ってターゲットを所定の温度に高めておくことにより、
ターゲットの表面と内部との間での温度差を低く抑えた
り、あるいはターゲットの表面上での温度分布を均一に
することができる。したがって、レーザ装置からのレー
ザの照射によってターゲットの表面やこの表面と内部と
の間での温度差をなくし、従来のようなターゲットの剥
がれ、突沸による付着物の発生やターゲットの損傷を防
止することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る薄膜形成装置
の一つの実施の形態を示し、この図において、前述した
図３と同一または相当する部分には同一番号を付して詳
細な説明は省略する。この実施の形態における薄膜形成
装置は、真空槽１、排気装置２、基板３、基板支持台
４、ターゲット５、ターゲット保持台６、レーザ装置７
を具備していることは従来の装置と同じである。

【００１５】本発明によれば、上述した構成による薄膜
形成装置において、ターゲット保持台６に、従来とは異
なりターゲット５を所定の温度に高めるためのターゲッ
ト加熱装置１０を直接取付け、この加熱装置１０により
ターゲット５を裏面から加熱できるように構成してい
る。

【００１６】この実施の形態において、ターゲット５に
レーザを照射すると、ターゲット５を構成する原子、分
子あるいはイオンが放出され、基板３上にこれらの原
子、分子あるいはイオンが堆積し、ターゲット５の組成
による薄膜が形成されることは、従来の装置と同じであ
る。

【００１７】ここで、この実施の形態のように、ターゲ
ット保持台６に取付けたターゲット加熱装置１０により
ターゲット５を所定の温度に高めておくと、ターゲット
５の表面と内部との温度差を小さく抑え、あるいはター
ゲット５の表面の全面にわたっての温度分布が均一とす
ることが可能となる。したがって、従来のような温度差
が生じないことから、ターゲット５の表面の一部が、タ
ーゲット５から剥がれて飛び出したり、ターゲット５の
表面でのターゲット材の突沸を阻止することができる。
この結果、基板３上に形成される薄膜の特性を向上させ
ることができ、デバイスの製造時の歩留りを著しく高め
ることができる。

【００１８】この図１における実施の形態において、タ
ーゲット５を加熱する方法としては、ターゲット保持台
６にたとえば抵抗加熱方式によるヒータをターゲット加
熱装置１０として取付ける方法が最も効率のよい加熱方
法である。

【００１９】この場合において、ターゲット保持台６
に、このヒータとともに熱電対等による温度センサ（図
示せず）も同時に取付けておき、レーザ照射時のターゲ
ット５の表面温度を所望の値に制御すると、本発明によ
る作用効果をより一層発揮させることが可能となる。

【００２０】このような温度センサとしては、ターゲッ
ト５の形状によっても異なるが、その表面や裏面を全域
にわたって温度検出することができるように複数個を配
列して設けるとよい。また、これらの温度センサによっ
て得られる検出結果に基づき、前記ターゲット加熱装置
１０の加熱条件を適宜の制御手段で制御することによ
り、ターゲット５の表面や内部において局部的に温度差
が生じないようにすることが必要である。

【００２１】図２は本発明に係る薄膜形成装置の別の実
施の形態を示し、この図においても、前述した図１、図
３と同一または相当する部分には同一番号を付して説明
は省略する。この実施の形態での薄膜形成装置は、前述
した図３に示す従来の装置と略同等の構成であるが、図
１における実施の形態との相違点としては、ターゲット
加熱装置１２，１２を、ターゲット保持台６に直接取付
けるのではなく、ターゲット５を表面側から加熱できる
ように、真空槽１内の別の位置に備え付けている。

【００２２】このような加熱装置１２，１２としては、
たとえばランプのような輻射熱による加熱源や、高周波
加熱による加熱源等があるが、いずれを用いても、ター
ゲット５を全面にわたって所定の温度に高めることによ
り表面やこの表面と内部との間での温度差をなくすこと
ができる。そして、このような加熱装置１２，１２を設
けてターゲット５の表面を加熱することによって、前述
した図１での実施の形態と同等の作用効果が得られるこ
とは勿論である。

【００２３】この図２における実施の形態において、タ
ーゲット５を効率よく加熱する方法としては、たとえば
加熱装置１２，１２となる加熱用ランプを、ターゲット
５より前面にターゲット５側に向けて配置し、ターゲッ
ト５を加熱する方法があげられる。なお、図２では加熱
装置１２，１２として二個が図示されているが、ターゲ
ット５の形状や大きさによって、適宜の個数の加熱装置
１２を配列して設けておくとよい。

【００２４】この場合も、前述した図１での実施の形態
と同様に、ターゲット５とターゲット保持台６との間、
あるいはレーザが照射されないターゲット５の表面の領
域等に熱電対等による適宜の個数の温度センサ（図示せ
ず）を所要の配列状態で設けておき、ターゲット５の表
面や裏面の温度検出を行い、これに応じた温度制御を行
うことにより、本発明による作用効果をより一層発揮さ
せることができる。

【００２５】また、図２に示す実施の形態において、タ
ーゲット５を効率よく加熱する他の方法としては、高周
波加熱法があげられる。この方法を用いるときには、タ
ーゲット５の近傍に高周波電熱用コイルを加熱装置１２
として配置し、このコイルに高周波を印加することによ
る電磁誘導によって、ターゲット５の表面を全域にわた
って加熱するとよい。特に、この高周波加熱による加熱
方法によれば、ターゲット保持台６とターゲット５との
間に電気伝導性のよい金属板を介在させておくことが、
本発明による効率的な加熱効果を得るうえで重要であ
る。

【００２６】このような構成による加熱方法は、ターゲ
ット材に酸化物等の電気伝導性の低いものを用いる場合
にきわめて有益である。また、この高周波誘導加熱法に
おいても、ターゲット５の表面温度を所定の値に保持で
きるような、前述した温度センサとその検出結果に基づ
く温度制御を行うという工夫は必要である。

【００２７】なお、本発明は上述した実施の形態で説明
した構造には限定されず、各部の形状、構造等を適宜変
形、変更し得ることはいうまでもない。たとえばターゲ
ット加熱装置１０，１２としての加熱源としては、前述
した抵抗加熱方式によるヒータ、あるいはランプ、高周
波加熱方式によるヒータに限らない。

【００２８】また、このようなターゲット加熱装置１
０，１２のターゲット保持台６や真空槽１内でターゲッ
ト５の前面側への配設構造としては、必要に応じて適宜
設定するとよい。たとえばこのターゲット保持台６は、
ターゲット５の表面をレーザの照射位置を順次移動させ
ることができるように、水平方向でのＸ、Ｙテーブルと
して、あるいは回転テーブルとして可動自在な機構部構
造となっているため、この移動を加味して加熱装置１
０，１２の配設位置等を設定する必要がある。また、温
度センサとしても熱電対に限らず、たとえばパイロメー
タ等を始めとして適宜の変形例が考えられる。

【００２９】

【実施例】レーザアブレーション法による薄膜形成装置
において、レーザ装置には、ＡｒＦ等のエキシマレーザ
を用いる。また、ターゲット保持台に設けるターゲット
加熱装置には抵抗加熱方式によるヒータを用いる。さら
に、ターゲットの表面温度を制御するための熱電対等の
温度センサも取付ける。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る薄膜形
成装置によれば、薄膜の源をなすターゲットを保持する
ターゲット保持台と、ターゲットの表面にレーザを照射
してターゲットを構成する原子、分子あるいはこれらの
イオンを放出するためのレーザ装置と、薄膜を形成する
基板を支持する基板支持台とを備え、ターゲットを所望
の温度に加熱するためのターゲット加熱装置をターゲッ
ト保持台に付設したので、きわめて簡単な構成であるに
もかかわらず、以下に述べる優れた効果を奏する。

【００３１】本発明によれば、従来のレーザアブレーシ
ョン法による薄膜形成装置における問題点が解決でき、
薄膜の特性の向上が図れ、デバイスの製造時の歩留りを
著しく向上させることができ、半導体デバイスや光デバ
イスの製作に有効なことは勿論、他のデバイスへの応用
にもきわめて重要な役割り果たす。すなわち、本発明に
よれば、従来の装置において、ターゲットの表面やこの
表面と内部との間で生じていた温度差が大きいことから
生じる問題、特に薄膜上に付着しこの薄膜形成にあたっ
ての製品不良となる付着物の除去やターゲットの損傷の
防止を、ターゲット加熱装置を設けるという、きわめて
簡単な構成により達成することができる。

【００３２】また、本発明に係る薄膜形成装置は、薄膜
の源となるターゲットを保持するターゲット保持台と、
ターゲットの表面にレーザを照射してターゲットを構成
する原子、分子あるいはこれらのイオンを放出するため
のレーザ装置と、薄膜を形成する基板を支持する基板支
持台を備え、ターゲット保持台、レーザ装置、基板支持
台に加えて、ターゲットの表面を所望の温度に加熱する
ためのターゲット加熱装置を設けることによっても、前
述したと同様の作用効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る薄膜形成装置の一つの実施の形
態を示し、真空槽の概略構成を説明するための側断面図
である。

【図２】 本発明に係る薄膜形成装置の別の実施の形態
を示し、真空槽の概略構成を説明するための側断面図で
ある。

【図３】 従来の薄膜形成装置の一例を示し、真空槽の
概略構成を説明するための側断面図である。

【符号の説明】

１…真空槽、２…排気装置、３…基板、４…基板支持
台、５…ターゲット、６…ターゲット保持台、７…レー
ザ装置、１０…ターゲット加熱装置、１２…ターゲット
加熱装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 薄膜の源となるターゲットを保持するタ
   ーゲット保持台と、前記ターゲットの表面にレーザを照
   射することにより前記ターゲットを構成する原子、分子
   あるいはこれらのイオンを放出するためのレーザ装置
   と、薄膜を形成する基板を支持する基板支持台とを有す
   る薄膜形成装置において、 前記ターゲット保持台に、前記ターゲットを所望の温度
   に加熱するためのターゲット加熱装置を設けたことを特
   徴とする薄膜形成装置。
2. 【請求項２】 薄膜の源となるターゲットを保持するタ
   ーゲット保持台と、前記ターゲットの表面にレーザを照
   射することにより前記ターゲットを構成する原子、分子
   あるいはこれらのイオンを放出するためのレーザ装置
   と、薄膜を形成する基板を支持する基板支持台とを有す
   る薄膜形成装置において、 前記ターゲット保持台、レーザ装置、基板支持台に加え
   て、前記ターゲットを所望の温度に加熱するためのター
   ゲット加熱装置を設けたことを特徴とする薄膜形成装
   置。