(57)【要約】【課題】  予め得られた膜厚分布情報を有効に利用して、均一膜等の所望の膜厚分布を的確に得ることができるレーザアブレーション装置およびレーザアブレーション法による成膜方法を提供すること。【解決手段】  レーザアブレーション装置１は、複数の試験位置の各々において、予工程にて試験用基板上にそれぞれ堆積された膜厚から得られた単位時間当たりの膜厚分布情報を制御手段７０の記憶部に記憶する。そして、本工程では、ターゲット移動機構５２とレーザ光移動機構６８とを駆動してターゲット２０及びレーザ光出射部６０を、膜厚分布情報に基づいて選択された本工程位置と対応する位置に向け、第１の方向Ｅに沿って移動させる。その後、膜厚分布情報に基づいて設定された設定時間だけ、ターゲット２０にレーザ光を照射して、基板２０上に成膜する。【選択図】      図１
2006225749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被成膜面を有する基板を支持して回転される基板ホルダと、
レーザ光に対して、該レーザ光が照射される受光面を傾斜させて配置される少なくとも一つのターゲットと、
前記受光面に対してレーザ光を出射するレーザ光出射部と、
前記レーザ光の出射方向と交差する第１の方向に前記レーザ光を移動するレーザ光移動機構と、
前記少なくとも一つのターゲットを、前記受光面における前記レーザ光の入射角を維持したまま、少なくとも前記第１の方向に移動させるターゲット移動機構と、
予工程で得られた膜厚分布情報を記憶する記憶部と、
前記予工程後に前記基板に成膜する本工程にて、前記記憶部に記憶された前記膜厚分布情報に基づいて、前記レーザ光移動機構及び前記ターゲット移動機構を移動制御し、かつ、前記レーザ出射部から出射されるレーザの出射時間を制御する制御部と、
を有し、
前記少なくとも一つのターゲット上のレーザスポットから延びるターゲット法線が、前記基板の前記被成膜面と同一平面上にて交差する位置を基準位置とし、前記予工程では、前記基準位置を、前記基板に代えて用いられる試験用基板の回転中心からの距離が異なる複数の試験位置に設定し、前記本工程では、前記基準位置を、前記複数の試験位置の少なくとも一つと一致する本工程位置に設定し、
前記膜厚分布情報は、前記複数の試験位置毎に前記試験基板上でそれぞれ堆積された膜厚から得られた単位時間当たりの膜厚分布情報であり、
前記制御部は、前記基準位置を前記本工程位置に設定するために、前記ターゲット移動機構と前記レーザ光移動機構とを駆動制御して、前記少なくとも一つのターゲット及び前記レーザ光出射部を前記第１の方向に沿って移動させた後、前記膜厚分布情報に基づいて決められた設定時間に亘って前記レーザ光を照射して前記基板上に成膜するレーザアブレーション装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記ターゲット移動機構は、
前記少なくとも一つのターゲットを前記第１の方向に移動させる第１の移動機構と、
前記受光面における前記レーザ光の入射角を維持したまま、前記少なくとも一つのターゲットを前記第１の方向とは交差する第２の方向に移動させる第２の移動機構と、
を有し、
前記基準位置を前記本工程位置に設定してレーザ光を照射する間に、前記レーザスポットが前記受光面内にある範囲で、前記第１の移動機構及び前記第２の移動機構によって前記ターゲットを移動させるレーザアブレーション装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記レーザ光移動機構は、前記本工程中に、前記レーザ光出射部を、前記本工程位置と対応する位置を基準として所定の移動範囲で往復移動させるレーザアブレーション装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記記憶部から前記膜厚分布情報を読み出し、所望の膜厚分布を得るための複数の本工程位置を選択し、前記複数の本工程位置毎に前記設定時間を作成する演算部をさらに有し、
前記制御部は、前記基準位置を前記複数の本工程位置に設定するために、前記ターゲット移動機構と前記レーザ光移動機構とを駆動制御して、前記少なくとも一つのターゲット及び前記レーザ光出射部を前記第１の方向に沿って移動させた後、前記演算部にて前記複数の本工程位置毎にそれぞれ決められた前記設定時間に亘って前記レーザ光を照射して前記基板上に成膜するレーザアブレーション装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記少なくとも一つのターゲットは、同種材料の複数のターゲットを含み、同種材料の複数のターゲット毎に前記複数の本工程位置の一つが選択されるレーザアブレーション装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記少なくとも一つのターゲットは、異種材料の複数のターゲットを含み、異種材料の複数のターゲット間で前記本工程位置が共通に選択されるレーザアブレーション装置。
【請求項７】
請求項５または６において、
前記複数のターゲットをそれぞれ保持する複数のホルダを有し、
前記ターゲット移動機構は、前記複数のホルダを前記第１の方向に沿って独立して移動させるレーザアブレーション装置。
【請求項８】
請求項５または６において、
前記複数のターゲットを一体で保持するホルダを有し、
前記ターゲット移動機構は、前記ホルダを前記第１の方向に沿って移動させるレーザアブレーション装置。
【請求項９】
請求項７または８において、
前記ターゲット移動機構は、
前記ホルダに固定されたナットと、
前記ナットと噛合して前記ターゲットを前記第１の方向に移動可能なネジ軸と、
前記ネジ軸を回転させるモータと、
を有するレーザアブレーション装置。
【請求項１０】
回転される試験用基板上に成膜して膜厚分布情報を得る予工程と、
前記膜厚分布情報に基づいて、回転される基板上に成膜する本工程と、
を有し、
前記予工程及び本工程では、レーザ光に対して受光面を傾斜して配置された少なくとも一つのターゲットに向けて、レーザ光出射部よりレーザ光を照射し、
前記少なくとも一つのターゲット上のレーザスポットから延びるターゲット法線が、前記基板の前記被成膜面と同一平面上にて交差する位置を基準位置としたとき、前記予工程では、前記基準位置を、前記試験用基板の回転中心からの距離が異なる複数の試験位置に設定し、前記本工程では、前記基準位置を、前記複数の試験位置の少なくとも一つと一致する本工程位置に設定し、
前記予工程では、前記受光面における前記レーザ光の入射角を維持したまま、前記少なくとも一つのターゲットと前記レーザ光出射部とを、レーザ光の出射方向と交差する第１の方向に移動させ、前記複数の試験位置毎に前記試験用基板上にそれぞれ堆積された膜厚から単位時間当たりの膜厚分布情報を収集し、
前記本工程では、前記基準位置を前記複数の本工程位置に設定するために、前記受光面における前記レーザ光の入射角を維持したまま、前記少なくとも一つのターゲット及び前記レーザ光出射部を前記第１の方向に沿って移動させた後、前記膜厚分布情報に基づいて決められた設定時間に亘って前記レーザ光を照射して前記基板上に成膜するレーザアブレーション法による成膜方法。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記予工程は、前記膜厚分布情報に基づいて、所望の膜厚分布を得るための複数の本工程位置を選択し、前記複数の本工程位置毎に前記設定時間を作成する演算する工程をさらに有し、
前記本工程では、前記基準位置を前記複数の本工程位置に設定するために、前記少なくとも一つのターゲット及び前記レーザ光出射部を前記第１の方向に沿って移動させた後、前記複数の本工程位置毎にそれぞれ決められた前記設定時間に亘って前記レーザ光を照射して前記基板上に成膜するするレーザアブレーション法による成膜方法。
【請求項１２】
請求項１０または１１において、
前記本工程中に、前記レーザ光出射部を、前記本工程位置と対応する位置を基準として所定の移動範囲で往復移動させるレーザアブレーション法による成膜方法。
【請求項１３】
請求項１０または１１において、
前記少なくとも一つのターゲットは、同種材料の複数のターゲットを含み、同種材料の複数のターゲット毎に前記複数の本工程位置の一つが選択されるレーザアブレーション法による成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザアブレーション装置及びレーザアブレーション法による成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ランタン・バリウム・銅酸化物質系超伝導体が発見され、高温超伝導酸化物質の薄膜を形成する技術開発が進んでいる。特に、金属材料・無機材料及び有機材料等の高機能物質やデバイスの開発が盛んである。
【０００３】
このような物質やデバイスの開発には、分子層ごとにエピタキシャル成長が可能なレーザアブレーション装置が有効である。
【０００４】
このレーザアブレーション装置では、真空装置内の固体原料（ターゲット）に対して、レンズにて絞られてターゲット面上に焦点合わせされたレーザ光が出射される。そのレーザ光の出射により、ターゲット面上にて分子或いは原子状にアブレーション（解離蒸発）を起こさせ、ターゲットより放出される粒子を基板上に堆積させて薄膜を形成するものである。このレーザアブレーションによる薄膜形成法は、レーザ光を固体原料の分解気化エネルギー源とする物理的気相蒸着法の一つである。
【０００５】
レーザ光の走査とターゲットの移動によってターゲット面全体の消耗を均一化させたレーザアブレーション装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、基板とターゲット上のレーザ光入射点とを相対的に移動させるレーザアブレーション法による成膜方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−１０５５３０号公報
【特許文献２】ＷＯ２００４／０４２１１０Ａ１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、予め得られた膜厚分布情報を有効に利用して、均一膜等の所望の膜厚分布を的確に得ることができるレーザアブレーション装置およびレーザアブレーション法による成膜方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様にかかるレーザアブレーション装置は、
被成膜面を有する基板を支持して回転される基板ホルダと、
レーザ光に対して、該レーザ光が照射される受光面を傾斜させて配置される少なくとも一つのターゲットと、
前記受光面に対してレーザ光を出射するレーザ光出射部と、
前記レーザ光の出射方向と交差する第１の方向に前記レーザ光を移動するレーザ光移動機構と、
前記少なくとも一つのターゲットを、前記受光面における前記レーザ光の入射角を維持したまま、少なくとも前記第１の方向に移動させるターゲット移動機構と、
予工程で得られた膜厚分布情報を記憶する記憶部と、
前記予工程後に前記基板に成膜する本工程にて、前記記憶部に記憶された前記膜厚分布情報に基づいて、前記レーザ光移動機構及び前記ターゲット移動機構を移動制御し、かつ、前記レーザ出射部から出射されるレーザの出射時間を制御する制御部と、
を有し、
前記少なくとも一つのターゲット上のレーザスポットから延びるターゲット法線が、前記基板の前記被成膜面と同一平面上にて交差する位置を基準位置とし、前記予工程では、前記基準位置を、前記基板に代えて用いられる試験用基板の回転中心からの距離が異なる複数の試験位置に設定し、前記本工程では、前記基準位置を、前記複数の試験位置の少なくとも一つと一致する本工程位置に設定し、
前記膜厚分布情報は、前記複数の試験位置毎に前記試験基板上でそれぞれ堆積された膜厚から得られた単位時間当たりの膜厚分布情報であり、
前記制御部は、前記基準位置を前記本工程位置に設定するために、前記ターゲット移動機構と前記レーザ光移動機構とを駆動制御して、前記少なくとも一つのターゲット及び前記レーザ光出射部を前記第１の方向に沿って移動させた後、前記膜厚分布情報に基づいて決められた設定時間に亘って前記レーザ光を照射して前記基板上に成膜することを特徴とする。
【０００９】
本発明の他の態様にかかるレーザアブレーション法による成膜方法は、
回転される試験用基板上に成膜して膜厚分布情報を得る予工程と、
前記膜厚分布情報に基づいて、回転される基板上に成膜する本工程と、
を有し、
前記予工程及び本工程では、レーザ光に対して受光面を傾斜して配置された少なくとも一つのターゲットに向けて、レーザ光出射部よりレーザ光を照射し、
前記少なくとも一つのターゲット上のレーザスポットから延びるターゲット法線が、前記基板の前記被成膜面と同一平面上にて交差する位置を基準位置としたとき、前記予工程では、前記基準位置を、前記試験用基板の回転中心からの距離が異なる複数の試験位置に設定し、前記本工程では、前記基準位置を、前記複数の試験位置の少なくとも一つと一致する本工程位置に設定し、
前記予工程では、前記少なくとも一つのターゲットと前記レーザ光出射部とを、前記受光面における前記レーザ光の入射角を維持したまま、レーザ光の出射方向と交差する第１の方向に移動させ、前記複数の試験位置毎に前記試験用基板上にそれぞれ堆積された膜厚から単位時間当たりの膜厚分布情報を収集し、
前記本工程では、前記基準位置を前記複数の本工程位置に設定するために、前記受光面における前記レーザ光の入射角を維持したまま、前記少なくとも一つのターゲット及び前記レーザ光出射部を前記第１の方向に沿って移動させた後、前記膜厚分布情報に基づいて決められた設定時間に亘って前記レーザ光を照射して前記基板上に成膜することを特徴とする。
【００１０】
本発明装置及び本発明方法によれば、少なくとも一つのターゲットとレーザ光出射部とを本工程位置に対応する位置へ移動させた後、設定時間に亘ってレーザ光を照射して、回転される基板上に成膜している。よって、本工程では、ターゲット法線が本工程位置に設定され、しかもターゲットの受光面に対するレーザ光の入射角を維持したまま、成膜を行うことができる。また、本工程位置を設定したまま、膜厚分布情報に基づいて決められた設定時間に亘ってレーザ光を照射して基板上に成膜するので、レーザ光の入射角度や強度は一定であり、レーザ照射時間のみによって膜厚を制御できる。
【００１１】
なお、少なくとも一つのターゲットをレーザ光出射部と共に移動させるため、ターゲットの大きさは基板の大きさに制限されることがない。したがって、例えばターゲットの第１の方向の長さが基板半径よりも小さくてもよく、ターゲットを小型化することが可能となり、経済的な効果が得られる。
【００１２】
本発明の一態様にかかるレーザアブレーション装置において、
前記ターゲット移動機構は、
前記少なくとも一つのターゲットを前記第１の方向に移動させる第１の移動機構と、
前記受光面における前記レーザ光の入射角を維持したまま、前記少なくとも一つのターゲットを前記第１の方向とは交差する第２の方向に移動させる第２の移動機構と、
を有し、
前記基準位置を前記本工程位置に設定してレーザ光を照射する間に、前記レーザスポットが前記受光面内にある範囲で、前記第１の移動機構及び前記第２の移動機構によって前記ターゲットを移動させることができる。
【００１３】
このような構成とすることで、レーザ光出射部からのレーザ光に対し、ターゲットを第１の方向と第２の方向に移動させるので、ターゲットの受光面を全体に均一に消耗させることができる。特に、本工程位置までのターゲットの移動と受光面を均一に消耗させるための移動とを共通の第１の移動機構によって行なえるので、簡単な構造でありながら２つの機能を兼用することができる。
【００１４】
本発明の一態様及び他の態様において、前記基準位置を前記複数の本工程位置に設定するために、前記受光面における前記レーザ光の入射角を維持したまま、前記少なくとも一つのターゲット及び前記レーザ光出射部を前記第１の方向に沿って移動させた後は、前記レーザ光出射部を停止させることが原則である。これにより、本工程では、ターゲット法線が本工程位置に設定された状態が維持されるからである。ただし、この本工程中に、前記レーザ光出射部を、前記本工程位置と対応する位置を基準として所定の移動範囲で往復移動させてもよい。厳密にはターゲット法線が本工程位置を基準として、レーザ出射部の移動範囲でずれることになるが、膜厚分布の確保上、そのずれが許容されるからである。このレーザ光の移動走査は、ターゲットの均一消耗のための移動にも寄与できる。
【００１５】
本発明の一態様にかかるレーザアブレーション装置では、前記記憶部から前記膜厚分布情報を読み出し、所望の膜厚分布を得るための複数の本工程位置を選択し、前記複数の本工程位置毎に前記設定時間を作成する演算部をさらに有し、
前記制御部は、前記基準位置を前記複数の本工程位置に設定するために、前記ターゲット移動機構と前記レーザ光移動機構とを駆動制御して、前記少なくとも一つのターゲット及び前記レーザ光出射部を前記第１の方向に沿って移動させた後、前記演算部にて前記複数の本工程位置毎にそれぞれ決められた前記設定時間に亘って前記レーザ光を照射して前記基板上に成膜することができる。
【００１６】
このような構成とすることで、本工程位置毎に異なる膜厚分布を組み合わせ、かつ、本工程位置毎に設定時間を調整することで、基板面内での均一膜等、所望の膜厚分布を確実に得ることができる。
【００１７】
本発明の一態様にかかるレーザアブレーション装置は、一つのターゲットを複数の本工程位置に移動させても良いし、複数のターゲットをそれぞれ異なる本工程位置に移動させても良い。後者の場合、前記少なくとも一つのターゲットは、同種材料の複数のターゲットを含み、同種材料の複数のターゲット毎に複数の本工程位置の一つを選択することになる。この場合、ターゲットの消耗を各ターゲットに分散することで、ターゲットの交換サイクルを長くすることができる。
【００１８】
さらには、前記少なくとも一つのターゲットは、異種材料の複数のターゲットを含み、異種材料の複数のターゲット間で前記本工程位置を共通に設定することができる。この場合、基板上に異種膜をそれぞれ所望の膜厚にて多層成膜することができる。
【００１９】
これら複数のターゲットをそれぞれ保持する複数のホルダを有することができる。この場合、ターゲット移動機構は、複数のホルダを第１の方向に沿って独立して移動させることになる。
【００２０】
あるいは、これらの複数のターゲットを、一つのホルダにて一体で保持することができる。この場合、ターゲット移動機構は、一つのホルダを第１の方向に沿って移動させることになる。このような構成とすることで、複数種類の材料のターゲットを同一の位置に移動する場合であっても、複数のターゲットは一つのホルダにて一体化されているので移動距離を短くすることができる。
【００２１】
本発明の一態様にかかるレーザアブレーション装置では、
前記ターゲット移動機構は、
前記ホルダに固定されたナットと、
前記ナットと噛合して前記ターゲットを前記第１の方向に移動可能なネジ軸と、
前記ネジ軸を回転させるモータと、
を有することができる。
【００２２】
このような構成とすることで、簡易な構造によりターゲットを所望の位置へ容易かつ確実に移動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は、本発明の一実施の形態にかかるレーザアブレーション装置の概略側面図である。図２は、本発明の一実施の形態にかかるレーザアブレーション装置の概略平面図である。図３は、本発明の一実施の形態にかかるレーザアブレーション装置の制御手段を示すブロック図の一例である。図４は、本工程位置を説明する概略説明図である。
【００２５】
（レーザアブレーション装置の概略説明）
図１及び図２に示すように、本発明の一実施の形態に係るレーザアブレーション装置１は、真空容器１０と、被成膜面２２を有する例えば円形状の基板２０を支持する基板ホルダ３０と、レーザ光に対して、レーザ光が照射される受光面４２を傾斜させてターゲット４０を支持するターゲットホルダ５０と、受光面４２に対してレーザ光を出射するレーザ光出射部６０と、レーザ光の出射方向Ａと交差する第１の方向Ｅ（図２参照）にレーザ光を移動するレーザ光移動機構６８と、ターゲットホルダ５０を、受光面４２におけるレーザ光の入射角θを維持したまま、第１の方向Ｅに移動させるターゲット移動機構５２と、各移動機構の動作等を制御する制御手段７０と、を有している。
【００２６】
基板２０及び基板ホルダ３０は真空容器１０内の上方に配置され、被成膜面２２は下向きに配置されている。ターゲット４０は真空容器１０内の下方に配置され、上向きの受光面４２を基板２０の被成膜面２２に対して傾斜させ向かい合っている。
【００２７】
真空容器１０は、ターゲット４０と対向する側壁にレーザ光導入窓１２を有する。レーザ光は、真空容器１０の外部に設けられたレーザ光出射部６０から、窓１２を介して真空容器１０内に入射可能となっている。このレーザ光出射部６０は、ミラー６４及びレンズ６６等から構成される。レーザ光源６２より出射されるレーザ光は、ミラー６４、レンズ６６及びレーザ光導入窓１２を介して真空容器１０内に入射され、基板２０の被成膜面２２と平行な方向（図１では出射方向Ａ）に沿ってターゲット４０に到達する。
【００２８】
レーザ光移動機構６８は、レーザ光出射部６０の一部もしくは全部を移動させ、レーザ光の出射方向Ａと交差する第１の方向Ｅにレーザ光を移動する。本実施の形態においては、レーザ光移動機構６８は、図２に示すように、ミラー６４及びレンズ６６を、レーザ光の出射方向Ａと直交しかつ被成膜面２２と平行な第１の方向Ｅに移動させる。このレーザ光移動機構６８の駆動によってミラー６４及びレンズ６６を第１の方向Ｅに移動させても、レーザ光の入射角θ及び距離Ｌは維持したままである。
【００２９】
基板ホルダ３０は、基板２０を成長温度、例えば６００〜９００℃、好ましくは７００〜８００℃に加熱する、ランプなどの加熱部（図示せず）を有している。また、この基板ホルダ３０は、真空容器１０の外部に配置した基板自転機構３２により、矢印Ｃ方向に自
転可能となっている。
【００３０】
ターゲット移動機構５２は、図２に矢印で示した第１の方向Ｅにターゲット４０を移動させる第１の移動機構５３と、受光面４２におけるレーザ光の入射角θを維持したまま、ターゲット４０を第１の方向Ｅとは交差する第２の方向Ｄに移動させる第２の移動機構５５と、を含む。
【００３１】
第１の移動機構５３は、第１の方向Ｅにターゲットホルダ５０及びターゲット４０を移動させるものである。この第１の移動機構５３は、ターゲットホルダ５０に固定された図示せぬナットと、前記ナットと噛合してターゲット４０及びターゲットホルダ５０をレーザ光の移動方向に移動可能なネジ軸５６と、ネジ軸５６を回転させるモータ５４と、を有するいわゆるボールネジ機構である。ネジ軸５６は、ガイドロッド５７と共に、台座５８上に第１の方向Ｅに延びて配置され、モータ５４によって回転駆動され、ナットに固定されたターゲットホルダ５０とターゲット４０と一体で第１の方向Ｅに沿って移動させる。
【００３２】
第２の移動機構５５は、詳細について図示しないが、第１の移動機構５３の台座５８を図１に矢印で示した第２の方向Ｄに往復直線移動する。したがって、台座５８上に配置されたターゲット４０及びターゲットホルダ５０は、第２の移動機構５５により、第２の方向Ｄに移動可能である。第２の移動機構５５は、第１の移動機構５３と同様に、台座５８に固定されたナットと、ナットと噛合する第２の方向Ｄに延びるネジ軸と、ネジ軸を回転させるモータと、によって構成してもよい。
【００３３】
ターゲットホルダ５０に支持されるターゲット４０は、基板２０に対して傾斜され、第１の方向Ａ（本実施の形態においては水平方向）のレーザ光がターゲット４０の受光面４２に入射する入射角θが、３０〜４５°となるように設定されている。また、ターゲット４０上のレーザスポットＸから基板２０までの距離Ｌは、３０〜６０ｍｍに設定されている。第１の移動機構５３によって移動するターゲット４０は、この入射角θと距離Ｌを維持したまま移動する。
【００３４】
例えば、ＺｎＯ等の酸化膜を形成する場合、１０Ｐａ程度の酸素圧力の下で成膜するため、原子等の粒子の平均自由工程が短くなる。このとき、基板−ターゲット間の距離Ｌが長いと、ターゲット４０から放出された粒子が基板２０に到達するまでの間に、酸素分子と衝突を繰り返すため、緻密で均一な膜質の良質な膜を形成できなくなる。また、ターゲット４０に対するレーザ光の入射角θがターゲット４０の移動もしくはレーザ光の移動に伴って変化してしまうと、基板２０に形成される膜の組成が変化し、均質な成膜を実行できなくなる。
【００３５】
本実施の形態のように、基板サイズに依存せずに、レーザ光の入射角θ及び距離Ｌを一定に維持することで、膜厚が均一でかつ組成が均質な成膜が可能となるので好ましい。また、レーザ光の入射角θ及び距離Ｌを一定に維持することで、後述する予工程における試験位置の設定を容易とし、望ましい成膜条件とするための装置の制御を簡単にすることができる。
【００３６】
図３に示す制御手段７０は、レーザアブレーション装置１を制御する制御部７２及び演算部７６を有するコンピュータであり、オペレータが諸条件を入力する入力部７８と、記憶部７４と、を含む。
【００３７】
本発明の一実施の形態にかかるレーザアブレーション装置１は、ターゲット移動機構５２を除いて特開２００３−１０５５３０の図５とほぼ同様の構成となっており、ここではレーザアブレーション装置１の詳細な全体説明は省略する。
【００３８】
（レーザアブレーション法による成膜方法の説明）
このレーザアブレーション装置１を用いて、本発明の一実施の形態に係るレーザアブレーション法による成膜方法について、以下詳細に説明する。本発明のレーザアブレーション法による成膜方法は、試験用基板を用いて膜厚分布情報を得る予工程と、この予工程で得られた膜厚分布情報に基づいて基板に成膜を行なう本（生産）工程と、を有する。
【００３９】
（予工程）
予工程は、本工程に先立って、ターゲット４０とレーザ光出射部６０とを第１の方向Ｅに移動させ、複数の試験位置（基準位置とも言う）の各々において、前記試験用基板上にそれぞれ堆積された膜厚から単位時間当たりの膜厚分布情報を得る工程と、前記膜厚分布情報を記憶部７４に記憶させる記憶工程と、を有する。
【００４０】
図示せぬ試験用基板は、本工程で用いられる基板２０と同じ形状もしくは、レーザアブレーション装置１の基板ホルダ３０に保持可能な最大径を有する形状である。
【００４１】
複数の試験位置は、任意に設定することができるが、ターゲット４０のレーザスポットＸから延びるターゲット法線が試験用基板の試験用表面と同一平面上にて交差する点であって、試験用基板の回転中心Ｏからの距離が異なる位置例えば半径方向に１０ｍｍ間隔の単位距離で複数設定することができる。複数の試験位置に対応する位置へのターゲット４０の移動は、ターゲット移動機構５２によって移動される。なお、試験位置は必ずしも試験用基板表面上になくても良く、試験用基板の表面から外れた位置でも良い。
【００４２】
試験用基板は、基板ホルダ３０と共に、基板自転機構３２によって矢印Ｃ方向に自転される。そして、複数の試験位置にそれぞれ対応する位置にレーザ光出射部６０及びターゲット４０を移動させ、複数の試験位置にそれぞれ対応する位置に設定したターゲット４０に対してレーザ光を出射し、レーザ光によって受光面４２からアブレーションにより放出される粒子は、試験用基板面に堆積し、成膜する。このとき、ターゲット４０から蒸発したプルームの中心線、つまりターゲット４０上のレーザスポットＸから試験用基板に向かって延びるターゲット法線が試験用基板表面と同一平面上にて交差する点が、試験用基板における試験位置となる。
【００４３】
さらに、レーザ光及びターゲット４０を第1の方向Ｅに移動させて複数の試験位置に対応する位置でそれぞれ所定時間に亘って成膜を行う。各試験位置における成膜の状態を分光エリプソメトリ法で測定し、各試験位置における試験用基板上に堆積された膜厚から単位時間当たりの膜厚分布情報を得る。
【００４４】
なお、レーザ光とターゲット４０とを各試験位置に設定した後の各成膜工程では、ターゲット４０を、第１，第２の移動機構５３，５５によって二次元面上で移動させて、ターゲット４０の全面が消耗するようにすることが好ましい。したがって、受光面４２におけるレーザ光の照射される点いわゆるレーザスポットが、受光面４２全体を移動し、ターゲット４０を均一に消耗させることができる。この際、レーザ光は走査しないことが原則である。試験用基板に対する試験位置が変化してしまうからである。ただし、本工程位置と対応する位置を基準として所定の移動範囲（例えば±５ｍｍ）でレーザ光をレーザ光移動機構６８によって往復移動させてもよい。厳密にはターゲット法線が本工程位置を基準として、レーザ出射部の移動範囲でずれることになるが、膜厚分布の確保上、そのずれが許容されるからである。このレーザ光の移動走査は、ターゲットの均一消耗のための移動にも寄与できる。
【００４５】
このようにして得られた複数の試験位置毎の単位時間当たりの膜厚分布情報を記憶部７４に記憶する。
【００４６】
オペレータは、本（生産）工程で使用する基板のサイズと、所望の膜厚分布例えば円形状の基板２０の全面に均一に成膜するなどの条件を入力部７８のキーボードやタッチパネルから入力する。
【００４７】
これら入力された条件の製品を得るために、制御部７２は記憶部７４の膜厚分布情報に基づいてターゲット４０及びレーザ光出射部６０の本工程位置を選択する。このようにして選択された本工程位置は、記憶部の膜厚分布情報に基づいて複数の試験位置の少なくとも一つと一致する位置に設定される。
【００４８】
例えば、比較的小さな基板２０の全面に均一に成膜したい場合、１つの試験位置における膜厚分布情報によって所望の膜厚分布が得られるのであれば、制御部７２はその１つの試験位置を本工程位置として選択し、演算部７６によって成膜に必要な設定時間を演算する。
【００４９】
また、例えば比較的大きな２０ｃｍ径のシリコン基板２０の全面に均一に成膜したい場合、１つの試験位置における膜厚分布情報では所望の膜厚分布情報が得られない。そのような場合、制御部７２は、記憶部７４から複数の試験位置における膜厚分布情報を読み出し、演算部７６に所望の膜厚分布を得るための本工程位置と設定時間の演算を指令する。演算部７６は、図４に示すように、複数の本工程位置を例えば基板２０の回転中心Ｏから第１の方向Ｅに沿って延びる直線上で４．５ｃｍ（第４の本工程位置Ｐ）、６．５ｃｍ（第３の本工程位置Ｑ）、８．５ｃｍ（第２の本工程位置Ｒ）、１１．５ｃｍ（第１の本工程位置Ｓ）の４箇所選択し、選択された本工程位置毎に設定時間を例えば１７分３７秒、１７分３７秒、１０分４２秒、１２３分４５秒とそれぞれ作成する。
【００５０】
こうして得られた本工程位置と設定時間は、記憶部７４にレーザアブレーション装置１の成膜データとして記憶される。
【００５１】
（本工程）
本工程は、制御部７２が記憶部７４から本工程位置と設定時間を読み出し、制御部７２の指示によって、ターゲット４０及びレーザ光出射部６０を記憶部７４の膜厚分布情報に基づいて選択された本工程位置に対応する位置に向けて、第１の方向Ｅに沿って移動させる移動工程と、ターゲット４０の受光面４２に対し、本工程位置に対応する位置でレーザ光を設定時間に渡って照射して基板２０上に成膜する成膜工程と、を実行する。
【００５２】
より具体的には、まずレーザアブレーション装置１の真空容器１０内を図示せぬ排気装置１２０によって真空排気する。図示せぬロードロックチャンバから図示せぬ基板搬入出アームによって基板２０が真空容器１０内に搬入される。なお、試験用基板は、上述の搬入動作とは逆の工程で予工程終了時に搬出されている。
【００５３】
基板ホルダ３０は、基板２０を図示せぬ基板搬入出アームから受け取ると、基板自転機構３２によって自転駆動される。
【００５４】
この基板２０の受渡し動作の間もしくは受渡し動作後に、移動工程が行なわれる。移動工程は、第１の移動機構５３とレーザ光移動機構６８とを駆動して、ターゲット４０の受光面４２におけるレーザ光の入射角θを維持したままターゲット４０とレーザ光出射部６０とを本工程位置へ移動させる。
【００５５】
成膜工程は、本工程位置に対応する位置に配置されたターゲット４０に対し、レーザ光を設定時間の間照射して基板２０上に成膜する。このようにして成膜された薄膜は、オペレータの要求した所望の膜厚分布を有している。
【００５６】
また、予工程において説明したように、本工程位置が第１の方向Ｅにて複数箇所（例えば基板２０の回転中心Ｏから４．５ｃｍ、６．５ｃｍ、８．５ｃｍ、１１．５ｃｍ）に設定されるような場合、第１の移動機構５３を駆動させ、ターゲット２０のイニシャルポイント（例えばターゲット中心位置）を、まず基板中心から１１．５ｃｍに対応する第１の本工程位置Ｓに対応する位置に移動させる。この第１の移動機構５３と共に、レーザ光移動機構６８を駆動させ、レーザ光出射部６０を第１の本工程位置Ｓに対応する位置へ移動させる。好ましくは、レーザ光とターゲット４０とを連動させて本工程位置と対応する位置に設定することができる。第１の本工程位置Ｓと対応する位置に移動したターゲット２０に対し、レーザ光出射部６０からのレーザ光が第１の本工程位置Ｓに対応した第１の設定時間に亘って照射されて第１回目の成膜が行なわれる。
【００５７】
第１の設定時間の照射が終了すると、第１の移動機構５３と共に、レーザ光移動機構６８を駆動させ、ターゲット２０及びレーザ光出射部６０を基板中心Ｏから８．５ｃｍに対応する第２の本工程位置Ｒに対応する位置へ移動させる。そして、第２の本工程位置Ｒと対応する位置に移動したターゲット２０に対し、レーザ光出射部６０からレーザ光が第２の本工程位置に対応した第２の設定時間の間照射されて第２回目の成膜が行なわれる。このようにして、４箇所の本工程位置がある場合には、第３、第４の本工程位置Ｑ、Ｐとそれぞれ対応する位置にターゲット２０及びレーザ光出射部６０を配置し、本工程位置毎に設定された設定時間の間レーザ光を照射し、第３、第４回目の成膜が行われる。このようにして成膜された薄膜は、オペレータの要求した所望の膜厚分布を有している。
【００５８】
また、レーザ光移動機構６８がレーザ光出射部６０を各本工程位置に対応する位置に設定した後、レーザ光を受光面４２内で受光可能な範囲つまりレーザスポットＸが受光面４２にある範囲で、第１の移動機構５３及び第２の移動機構５５によってターゲット２０を移動させることで、ターゲット４０の受光面４２全体でレーザ光を受け、受光面４２を全体的に消耗させることができる。この際、ターゲット４０のイニシャルポイント（例えばターゲット中心）を本工程位置と対応する位置に設定しておくと、ターゲット４０をイニシャルポイントを基点として第１，第２の方向に往復移動させることができる。よって、ターゲット４０の全面消耗のための制御は、本工程位置が変化しても毎回同一となる。このため、ターゲット４０の全面消耗のための移動制御が簡易化される。
【００５９】
この本工程においても、レーザ光とターゲット４０とを各本工程位置に設定した後の各成膜工程でも、レーザ光を走査してはならないのが原則であるが、ターゲット４０の均一消耗のために、併せて、本工程中にレーザ光を所定の移動範囲で移動させても良いことは上述の通りである。
【００６０】
（他の実施の形態）
本発明に係るレーザアブレーション装置の他の実施の形態について、以下説明する。
【００６１】
図５は、本発明の他の実施の形態に係るターゲット移動機構５２の概略正面図である。図６は、ターゲット移動機構５２を説明するための概略斜視図である。
【００６２】
図５の上方には、基板２０及び基板ホルダ３０が配置され、図５の下方には複数のターゲット４０ａ〜４０ｃを第１の方向Ｅに沿って間隔を空けて配置している。図５では、模式的にターゲット４０ａ〜４０ｃが正面を向いて垂直に配置されているかのように見えるが、図１と同様に基板２０に対して傾斜して配置されている。その他、図１〜図３のレーザアブレーション装置１と同様の構成を有している箇所については、説明を省略する。
【００６３】
ターゲット移動機構５２の第１の移動機構５３は、第１の方向Ｅに沿ってターゲット４０ａ〜４０ｃを複数例えば３個配置し、ターゲット４０ａ〜４０ｃのそれぞれを独立して第１の方向Ｅに沿って移動可能である。
【００６４】
第１の移動機構５３は、第１の方向Ｅにターゲットホルダ５０ａ〜５０ｃ及びターゲット４０ａ〜４０ｃを移動させるもので、ターゲットホルダ５０ａ〜５０ｃにそれぞれ固定された図示せぬナットと、前記ナットと噛合してターゲット４０ａ〜４０ｃ及びターゲットホルダ５０ａ〜５０ｃをレーザ光の移動方向に移動可能なネジ軸５６ａ〜５６ｃと、ネジ軸５６ａ〜５６ｃを回転させるモータ５４ａ〜５４ｃと、を有する。ネジ軸５６ａ〜５６ｃは、ガイドロッド５７と共に、台座５８上に第１の方向Ｅに延びて配置され、モータ５４ａ〜５４ｃによって回転駆動してナットに固定されたターゲットホルダ５０ａ〜５０ｃをそれぞれ独立して第１の方向Ｅに沿って移動させることができる。例えば、モータ５４ａを回転駆動すると、ネジ軸５６ａが回転し、ネジ軸５６ａと噛合した図示せぬナットがネジ軸５６ａ及びガイドロッド５７に沿って移動し、該ナットに固定されたターゲットホルダ５０ａがターゲット４０ａと共に第１の方向Ｅに移動する。同様にモータ５４ｂ、５４ｃを回転駆動させると、ターゲット４０ｂ、４０ｃが第１の方向に移動する。なお、図５においては、ネジ軸５６ａ〜５６ｃの配置関係をわかり易くするために、モータ５４ａ〜５４ｃを省略した。
【００６５】
したがって、移動工程は、第１の方向Ｅに沿って複数配置されたターゲット４０ａ〜４０ｃを移動させるターゲット移動機構５２の第１の移動機構５３を駆動させ、複数のターゲット４０ａ〜４０ｃの受光面４２ａ〜４２ｃにおけるレーザ光の入射角θを維持したまま複数のターゲット４０ａ〜４０ｃをそれぞれ独立して第１の方向に沿って移動させる。
【００６６】
そして、成膜工程は、例えば第１，第２及び第３の本工程位置に対応した位置にそれぞれ配置された複数のターゲット４０ａ〜４０ｃに、同様に第１，第２及び第３の本工程位置荷対応した位置に移動されたレーザ光を照射して基板上に成膜する。このとき、レーザ光源６２をターゲット４０ａ〜４０ｃと同数用意できれば、ターゲット４０ａ〜４０ｃの移動に対して好ましくは連動させてレーザ光出射部６０をそれぞれの本工程位置に対応する位置に移動させ、レーザ光を同時もしくは連続的に出射して、成膜することができる。このようにすると、１枚の基板２０に成膜するサイクルタイムを短縮することができる。
【００６７】
また、高価で大きなレーザ光源６２を複数用意しなくても、予工程で得られた膜厚分布に基づいて演算された複数の異なる本工程位置に複数のターゲット４０ａ〜４０ｃを移動させ、ターゲット４０ａ〜４０ｃの移動と共に、レーザ光出射部６０を第１の本工程位置に対応する位置から第２、第３の本工程位置に対応する位置へと順に移動させてもよい。その場合、各本工程位置に対応した設定時間の間レーザ光をターゲットに照射する。従来であれば、少なくとも複数の本工程位置に対応する位置を含む大きさの高価なターゲットを用意しなければならなかったが、本発明の別の実施の態様によれば、個々のターゲット自体を小型化することができ、経済的な効果を得ることができる。
【００６８】
特に、複数のターゲットが全て同種材料で形成された場合、各ターゲット毎に異なる本工程位置を選択すれば、ターゲットの消耗を各ターゲットに分散することでターゲットの交換サイクルを長くすることができる。
【００６９】
また、複数のターゲット４０ａ〜４０ｃがそれぞれ異なる種類の材料で形成された場合、レーザ光出射部６０を所定の本工程位置に配置した状態で、ターゲット移動機構５２の第１の移動機構５３によってそれぞれのターゲット４０ａ〜４０ｃを同じ本工程位置に移動させることもできる。このようにして得られた多層薄膜は、例えば全体に均一な所望の膜厚分布を多層構造で有することになる。
【００７０】
図７は、さらに他の実施の形態にかかるターゲット４０を説明するための概略斜視図である。図７に示すように、ターゲット４０が複数種類の材料（例えばＡ，Ｂ，Ｃの３種類）を第1の方向Ｅに例えば３組並べて一体化して形成された場合、レーザ光出射部６０を本工程位置に配置した状態で、ターゲット移動機構５２によってターゲット４０を各種類の材料毎に同じ本工程位置に移動させることができる。複数種類の材料を隣接して並べたので、ターゲットを各材料の幅分だけ移動させれば他の材料をアブレーションできることになり、生産効率がよい。
【００７１】
なお、図７に示す一つのターゲットホルダ５０に一体保持される複数のターゲットは、図７の通り複数の同種材料及び複数の異種材料のものに限らず、複数の同種材料のターゲット、あるいは複数の異種材料のターゲットとしても良い。
【００７２】
図８は、さらに他の実施の形態にかかるターゲット４０の配置を説明するための概略斜視図である。図８に示すように、台座５８が回転軸５７を有し、ターゲットホルダ５０ａ〜５０ｄ及びターゲット４０ａ〜４０ｄを回転軸５７の周囲の四面に配置してもよい。回転軸５７を９０度だけ回転させると、４枚のターゲット４０ａ〜４０ｄが公転されて、そのうちの１枚の例えばターゲット４０ａが基板２０と対面（ただし、ターゲット４０ａは基板２０に対して傾斜している）する。そして、基板２０に対する成膜プロセスが実施可能となる。また、４枚のターゲットの少なくとも一枚、あるいは全てを、異なるターゲット材にて形成することができる。こうすると、真空容器１０内にて、基板２０に対して異なる材質の膜を連続して形成することができる。
【００７３】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
【００７４】
本発明では、レーザ光は基板と平行に入射するものに限らない。例えば、基板２０に平行な線に対して＋２０度〜−１０度の範囲で入射させても良い。なお、基板２０に平行な線に対してプラスの入射角にてレーザ光を入射させた方が、マイナスの入射角の場合よりも成膜条件は良好となる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の一実施の形態にかかるレーザアブレーション装置の概略側面図である。
【図２】本発明の一実施の形態にかかるレーザアブレーション装置の概略平面図である。
【図３】本発明の一実施の形態にかかるレーザアブレーション装置の制御手段を示すブロック図の一例である。
【図４】本工程位置を説明する概略説明図である。
【図５】本発明の他の実施の形態に係るターゲット移動機構の概略正面図である。
【図６】ターゲット移動機構を説明するための概略斜視図である。
【図７】本発明のさらに他の実施の形態にかかるターゲットを説明するための概略斜視図である。
【図８】本発明のさらに他の実施の形態にかかるターゲットの配置を説明するための概略斜視図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０  真空容器
２０  基板
３０  基板ホルダ
３２  基板自転機構
４０  ターゲット
４２  受光面
５０  ターゲットホルダ
５２  ターゲット移動機構
６０  レーザ光出射部
６２  レーザ光源
６４  ミラー
６６  レンズ
６８  レーザ光移動機構
７０  制御手段
Ａ  レーザ光出射方向
Ｃ  基板回転方向
Ｄ  第２の方向
Ｅ  第１の方向
Ｘ  レーザスポット
【図１】
2006225749.tif 000003
【図２】
2006225749.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006225749.tif 000008
【図７】
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【図８】
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