(57)【要約】【課題】ターゲットへの熱の伝播を抑止し、かつ、ターゲットホルダからターゲットへの材料の溶出を防止する。【解決手段】レーザアブレーションを行う際、レーザビームの標的試料となるターゲット１２を保持するターゲット保持部２と、該ターゲット保持部２に連結され、回転移動機構によって回転または直線移動するホルダ支持部３と、を備えたターゲット保持装置１であって、前記ターゲット保持部は２、前記ターゲット１２を収容する凹部２ａと、前記ホルダ支持部を収容する第１の空洞部とを備え、前記ホルダ支持部３は、その内部に形成された第２の空洞部３ａを備え、前記第２の空洞部３ａに冷却媒体４を循環させ、前記ターゲット１２を冷却するための冷却機構を備える。【選択図】      図２
2008001920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザアブレーション用の標的試料となるターゲットと、該ターゲットを固定する固定手段と、該固定手段に接続され、該ターゲットを該固定手段とともに回転せしめる回転手段と、該ターゲットを該固定手段とともに冷却する冷却手段と、
を備え、前記回転手段により該ターゲットを回転させるともに、前記冷却手段により該ターゲットを冷却することにより該ターゲット表面の高温化を抑止したことを特徴とするターゲット保持装置。
【請求項２】
前記固定手段の内部は該ターゲットの近傍まで空洞化され、前記冷却手段は、前記固定手段の空洞部に冷却用の液体を循環または還流させることによって前記固定手段および該ターゲットを冷却することを特徴とする請求項１に記載のターゲット保持装置。
【請求項３】
前記固定手段は、前記ターゲットの回転中心軸の位置で固定する留め具を有することを特徴とする請求項１に記載のターゲット保持装置。
【請求項４】
前記留め具の先端は、該ターゲットの表層に突出せずに該ターゲットの内部に留まっていることを特徴とする請求項３に記載のターゲット保持装置。
【請求項５】
不活性ガス雰囲気容器内でレーザアブレーションにより発生するターゲット材料蒸気が誘起する不活性ガス衝撃波が、容器壁で反射して該材料蒸気を特定領域に閉じ込めることにより、該材料蒸気を構成する材料原子あるいは分子が結合してクラスターを生成せしめるクラスター生成装置に装着されることを特徴とする請求項１に記載のターゲット保持装置。
【請求項６】
前記固定手段は密着して該ターゲットを支持するターゲット支持部を備え、該ターゲット支持部および該留め具が熱伝導率が８０Ｗ／ｍＫ以上の材料で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のターゲット保持装置。
【請求項７】
前記固定手段は密着して該ターゲットを支持するターゲット支持部を備え、該ターゲット支持部および該留め具は、その主成分以外の成分が１ppm以下である材料で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のターゲット保持装置。
【請求項８】
前記固定手段は密着して該ターゲットを支持するターゲット支持部を備え、該ターゲット支持部および該留め具は、使用可能な最高温度が、該ターゲットの材料の融点以上である材料より構成されていることを特徴とする請求項１に記載のターゲット保持装置。
【請求項９】
レーザアブレーション用の標的試料となるターゲットを固定する固定ステップと、
該ターゲットを回転する回転ステップと、
該ターゲットを冷却する冷却ステップと、
を含み、前記回転ステップにより該ターゲットを回転させるともに、前記冷却ステップにより該ターゲットを冷却することにより該ターゲット表面の高温化を抑止したことを特徴とするターゲット保持方法。
【請求項１０】
請求項１から８までのいずれか１項に記載されたターゲット保持装置を備えたレーザアブレーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザビームを標的試料としてのターゲットに照射してレーザアブレーションを行う際に、当該ターゲットを保持するターゲット保持装置およびターゲット保持方法に関し、特に、ターゲットに高エネルギーのレーザビームを照射する際のターゲットの高温度化を抑制できるターゲット保持装置およびターゲット保持方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
上述した従来のターゲット保持装置として、特許文献１に記載のレーザアブレーション成膜方法がある。この方法は、レーザアブレーション成膜において、その工程の中でターゲットに含まれる微粒子あるいは微粒子のハードウェア制限を取り除くことで、形成された膜中の微粒子の発生を抑えることを目的としたものである。その工程では、レーザ照射前にターゲットを加熱し、上述の微粒子あるいは微粒子の発生源を取り除き、続いて基板を所定の温度まで冷却した後レーザ照射をするものである。なお、ターゲットの加熱は、ターゲットに発熱ランプを接近させることで行っている。
【０００３】
また、特許文献２に記載の回転陽極型Ｘ線管装置およびその製造方法においては、絶縁材料での熱伝導と液冷との組み合わせで放熱を図っている。すなわち、ターゲットを回転させる機構を持ち、かつ冷却機構を備えているが、冷却の対象は回転機構部であり、冷却機構はターゲットを含む回転体を軸受けで支える固定体に形成されている。従って、ターゲットに対しては間接的な冷却となり、所望の冷却効果を得ることは困難である。
【０００４】
また、特許文献３に記載の水雰囲気レーザアブレーション法及びその装置においては、液体を含む冷却手段によりターゲットを直接冷却している。ただし、その冷却の目的は揮発性のある有機物をターゲットとすることであり、液体窒素を用いてターゲットを固化することを行っている。
【特許文献１】特開２００２−０２０８５９号公報
【特許文献２】特開２０００−３５３４８５号公報
【特許文献３】特開２００５−２７２８９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１に記載の装置における冷却手段は、ターゲット支持台の間接的熱伝導によるものであり、かつ、その熱放出は、過熱効率を上げるために強力に行っておらず、むしろ熱抵抗を高くしているものであり、ターゲットおよびその周辺部の高温化を抑止するものではなく、また、特許文献２においても、冷却の対象はターゲットではなく回転機構部であるので、ターゲットへの冷却効果は間接的であり、十分に高温化を抑止することはできなかった。また、特許文献３においては冷却手段に効率的に熱を流出せしめる液冷を用いて、ターゲットを直接冷却することを行っているが、高エネルギーレーザ照射によるターゲットでの発熱への対処、すなわち、ターゲットおよび保持装置の高温化への対処、および、ターゲットの回転機構の導入が考慮されておらず、ここで対象とする用途への適用は困難である。
【０００６】
従って、上記従来技術においては、ビーム照射に対応してターゲットを回転させてビーム照射位置を移動させる形式のターゲット保持装置においては、ビーム照射により発生した熱を主として固体中の熱伝導により放散せしめるだけで冷却能力が不足であり、また、液冷により効率よく熱を放散せしめる例ではターゲットを回転せしめて照射エネルギーのターゲット上での分散を図ることは出来ていない。従って、高エネルギーのレーザビーム
に対してターゲットおよびターゲットホルダに熱が蓄積し、熱によってターゲットホルダの劣化が促進すると共に過熱により表層に析出したターゲットホルダの不純物が表面拡散によってターゲットの方へ移行し、ターゲットと同時に蒸気化され、蒸気の純度を著しく低下させるという問題があった。また、ターゲットを回転出来ない場合は液冷により効率的に熱の放出ができても、照射ビームエネルギーの局部的集中によりターゲットの局部的溶融領域が過熱し溶融液の飛沫が発生する問題があった。
【０００７】
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであって、高エネルギーレーザビームによるレーザアブレーションを可能とするため、ターゲットを高速回転させつつ、コンパクトな形状の中でターゲットの高温化を抑止することにより、ターゲット及びターゲット保持装置を長時間に亙り安定に作動せしめることができ、また、ターゲットホルダからターゲットへの不純物材料の溶出を防止することにより、レーザアブレーションで発生させる材料蒸気の純度を高めることができるターゲット保持装置およびターゲット保持方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための、本発明の形態１に記載のターゲット保持装置は、
レーザアブレーション用の標的試料となるターゲットと、該ターゲットを固定する固定手段と、該固定手段に接続され、該ターゲットを該固定手段とともに回転せしめる回転手段と、該ターゲットを該固定手段とともに冷却する冷却手段と、
を備え、前記回転手段により該ターゲットを回転させるともに、前記冷却手段により該ターゲットを冷却することにより該ターゲット表面の高温化を抑止したことを特徴とする。
【０００９】
該ターゲットを回転させることで、レーザビーム照射によりターゲット表面に照射するエネルギーをターゲット表面の広い面積に分散せしめ、局部的過熱状態を防ぐと同時に、広い面積からターゲットを通りすぎて該固定手段へ向う固体中の熱放散経路が形成されるので、熱抵抗は低減される。この効果はターゲット表面照射レーザビーム径を大きくすることで、さらに高まる。更に、回転する該固定手段に到達する熱量を直接冷却する熱放出手段を有することで、効率的に大量の熱を排除することが可能となる。従って、高エネルギーのレーザ照射が可能となり、レーザ照射による多量の蒸気発生を可能とする。
【００１０】
また、形態２に記載のターゲット保持装置は、形態１に記載のターゲット保持装置に係り、前記固定手段の内部は該ターゲットの近傍まで空洞化され、前記冷却手段は、前記固定手段の空洞部に冷却用の液体を循環または還流させることによって前記固定手段および該ターゲットを冷却することを特徴とする。
この構成では、回転している該固定手段内部の該ターゲット近傍で該ターゲットから伝導してきた熱を熱容量の大きい液体に伝達せしめ、液体の流れによりこの熱を搬出せしめるものであり、ターゲットで発生する熱量を直接的に最も効率的よく放出できるものである。
【００１１】
なお、該固定手段を該レーザアブレーションを行う空間雰囲気と異なる外部から回転駆動する場合は該レーザアブレーションを行う空間を形成する固定された容器と回転駆動部分あるいは駆動されて回転する該固定手段との間の接する部分で気密にシールする必要があり、磁気シール等の手段で実現することができる。また、該液体の循環または還流の流路において、該固定手段内に含まれる回転する部分と外部の液体供給あるいは排出手段に含まれる回転しない部分との間の接触部分はベアリングシール等の手段が適用可能である。
【００１２】
また、形態３に記載のターゲット保持装置は、形態１に記載のターゲット保持装置に係
り、前記固定手段は、前記ターゲットの回転中心軸の位置で固定する留め具を有することを特徴とする。
該ターゲットを留め具で固定手段に固定することは、該ターゲットの固定面が水平でなく自由な傾斜を持たせてもターゲットが固定位置から外れることがなく、例えば、ターゲットの照射面を垂直に立て、横からレーザビームを照射し、水平方向にターゲット材料蒸気を飛ばすことも可能となる。留め具をターゲットの回転中心軸の位置で留めることは、レーザ照射位置がターゲットの回転軸からずれたところにあることで可能となる。
【００１３】
また、形態４に記載のターゲット保持装置は、形態３に記載のターゲット保持装置に係り、前記留め具の先端は、該ターゲットの表層に突出せずに該ターゲットの内部に留まっていることを特徴とする。
該留め具の先端が、該ターゲットの表面から沈んでいるということは、それだけレーザビームの照射位置から離れることであり、留め具の先端がレーザビーム照射による熱の影響を受け難く、また、仮に留め具が高温で不純物を析出しても該ビーム照射位置まで表面を伝わって到達する可能性が少なくなるものである。
【００１４】
また、形態５に記載のターゲット保持装置は、形態１に記載のターゲット保持装置に係り、不活性ガス雰囲気容器内でレーザアブレーションにより発生するターゲット材料蒸気が誘起する不活性ガス衝撃波が、容器壁で反射して該材料蒸気を特定領域に閉じ込めることにより、該材料蒸気を構成する材料原子あるいは分子が結合してクラスターを生成せしめるクラスター生成装置に装着されることを特徴とする。
【００１５】
該クラスター生成装置が生産に適用可能なクラスター膜を形成するためには、クラスターの時間当たりの生成量が十分大きいことが要求され、その為には高エネルギーのレーザビームによるアブレーションが必要である。且つまた、該レーザアブレーションを行う容器の寸法に合わせた小型のターゲット固定手段が必要となる。形態１のターゲット保持装置を装着することで、強力な熱放出が可能で、上述の条件を満たすことができる。
【００１６】
また、形態６に記載のターゲット保持装置は、形態１に記載のターゲット保持装置に係り、前記ターゲット固定手段は密着して該ターゲットを支持するターゲット支持部を備え、該ターゲット支持部および該留め具が、熱伝導率が８０Ｗ／ｍＫ以上の材料で構成されていることを特徴とする。
これは、該ターゲットの発熱部と該冷却手段との間の熱抵抗を下げるための条件であり、300mJ以上の高エネルギーレーザビームの照射に対応できる条件である。
【００１７】
また、形態７に記載のターゲット保持装置は、形態１に記載のターゲット保持装置に係り、前記ターゲット固定手段は密着して該ターゲットを支持するターゲット支持部を備え、該ターゲット支持部および該留め具が、その主成分以外の成分が1ppm以下である材料で構成されていることを特徴とする。
レーザアブレーションにより生成される膜が半導体デバイスに適用される場合は特に生成膜への不純物混入は避ける必要がある。該ターゲット支持部および該留め具は高温になるので、含まれる不純物が析出し、その不純物がレーザアブレーションにより生成される該ターゲット材料蒸気に混入することを避けることが形態７の主張である。
【００１８】
また、形態８に記載のターゲット保持装置は、形態１に記載のターゲット保持装置に係り、前記ターゲット固定手段は密着して該ターゲットを支持するターゲット支持部を備え、該ターゲット支持部および該留め具が、使用可能な最高温度が、該ターゲットの材料の融点以上である材料より構成されていることを特徴とする。
また、形態９に記載のターゲット保持方法は、
レーザアブレーション用の標的試料となるターゲットを固定する固定ステップと、
該ターゲットを回転する回転ステップと、
該ターゲットを冷却する冷却ステップと、
を含み、前記回転ステップにより該ターゲットを回転させるともに、前記冷却ステップにより該ターゲットを冷却することにより該ターゲット表面の高温化を抑止したことを特徴とする。
【００１９】
また、形態１０に記載のレーザアブレーション装置は、形態１から８までのターゲット保持装置を具備したレーザアブレーションクラスタービーム装置、レーザアブレーションＣＶＤ装置等のレーザアブレーション活用装置である。上記ターゲット保持装置を従来のターゲット保持装置に置き替えることにより、高い熱伝導率および熱排除効果によるレーザアブレーションにおけるエネルギー許容値を著しく増大せしめ、高速回転によるターゲットのレーザ照射による磨耗の均一化を可能とし、レーザアブレーションの際の不純物の混入を抑え、ターゲットの着脱も容易で、且つ、コンパクトな空間でのレーザアブレーションを可能とする装置構成を実現するものである。
【００２０】
また、形態１１に記載のターゲット保持方法は、形態９に記載のターゲット保持方法に係り、前記冷却ステップは、該ターゲットの近傍で冷却用の液体を循環または還流させることによって該ターゲットを冷却することを特徴とする。
また、形態１２に記載のターゲット保持方法は、形態９に記載のターゲット保持方法に係り、前記固定ステップは、前記ターゲットの回転中心軸の位置で留め具を用いて固定することを特徴とする。
【００２１】
また、形態１３に記載のターゲット保持方法は、形態１１に記載のターゲット保持方法に係り、前記留め具の先端は、該ターゲットの表層に突出せずに該ターゲットの内部に留まっていることを特徴とする。
また、形態１４に記載のターゲット保持方法は、形態９に記載のターゲット保持方法に係り、不活性ガス雰囲気容器内でレーザアブレーションにより発生するターゲット材料蒸気が誘起する不活性ガス衝撃波が、容器壁で反射して該材料蒸気を特定領域に閉じ込めることにより、該材料蒸気を構成する材料原子あるいは分子が結合してクラスターを生成せしめるクラスター生成装置内で行われることを特徴とする。
【００２２】
また、形態１５に記載のターゲット保持方法は、形態９に記載のターゲット保持方法に係り、前記固定ステップは、熱伝導率が８０Ｗ／ｍＫ以上の材料で該ターゲットを固定することを特徴とする。
また、形態１６に記載のターゲット保持方法は、形態９に記載のターゲット保持方法に係り、前記固定ステップは、その主成分以外の成分が１ppm以下である材料で該ターゲットを固定することを特徴とする。
また、形態１７に記載のターゲット保持方法は、形態９に記載のターゲット保持方法に係り、前記固定ステップは、使用可能な最高温度が、該ターゲットの材料の融点以上である材料で該ターゲットを固定することを特徴とする。
【００２３】
以上、本発明の構成を概略すると、本発明は、レーザアブレーション装置において、ターゲットを高速に回転させ、高エネルギーレーザビームの照射位置を高速に移動せしめる機能を持つターゲット保持装置内に、液体循環式冷却により直接冷却する機構を持たせ、かつ保持装置をコンパクトに実現する技術を提供するものである。その際、ターゲット保持部（ターゲットホルダ）の材料として融点がターゲットの材料より高く、かつ、熱伝導率が８０W/mK以上、不純物が１ppm以下であることを条件とし、実施例として炭化珪素を用いている。また、構造に関しては、ターゲット表面のレーザ照射位置からターゲットホルダまでのターゲット表面沿いの距離を十分離し、ターゲットの固定は回転軸の位置でターゲット内部から支持台に向けて留め具で行うことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明のターゲット保持装置によれば、レーザビームにより発生する熱量を、高熱容量の液体媒体と高熱伝導材料の組み合わせで効果的に除去するので、小さい空間内で強いレーザビームによる大量の材料蒸気を発生せしめることが可能となる。それと同時に、ターゲット保持部（ターゲットホルダ）に含まれる不純物がレーザビーム照射面に表面拡散して材料蒸気に混入することを防ぎ、更に、ターゲットが留め具で固定されるので、ターゲットの設置面を垂直に立てることも可能となる。
【００２５】
また、本発明の応用例として、クラスター生成容器に装着すれば、高純度のクラスター膜の高速形成が可能となり、例えばクラスター膜のナノ領域に突入しつつある最先端シリコンＬＳＩへの適用も可能と考えられる。即ち、本技術によればシリコン・デバイスに適用する場合に必要となる材料純度を落とす要因のターゲット支持装置での発生を排除し、大面積基板にクラスター膜を形成するための膜形成速度の実現に必要な材料蒸気発生量の増大が可能となる。
特に、本発明は、高エネルギーレーザビームを用いるレーザアブレーションを狭い空間内で効率よく実現し、クラスター成膜装置に用いて、そのナノエレクトロニクス適用等の生産現場での使用を可能ならしめるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るターゲット保持装置について説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るターゲット保持装置が適用されるクラスター生成容器全体の構成を示す概略図である。
このクラスター生成容器１５は、クラスターの原料となるターゲット１２を配置して、不活性ガスを導入しながら当該ターゲット１２にレーザビームＬを照射して、クラスター群１６を生成するものである。クラスター生成容器は、ターゲット１２を保持するためのターゲット保持装置１と、レーザビームＬを導入するために開口されている入射窓１３と、クラスター群１６を流出するための流出窓１７とを有する。
【００２７】
上記構成において、レーザビームＬに照射されたターゲット１２の材料蒸気が不活性ガスの衝撃波１４を発生せしめ、衝撃波１４がクラスター生成容器１５の内壁で反射して材料蒸気を特定領域Ｂに閉じ込め、材料蒸気の原子あるいは分子同士の衝突により該材料のクラスター群１６を生成し、ターゲット１２と特定領域Ｂとを結ぶ直線の延長線上のクラスター生成容器１５の壁に設けられた流出窓１７からクラスター群１６を流出せしめ、クラスター生成容器１５の外部に配置されたスキマー１８を介して基板１９上にクラスター群１６を散布してクラスター膜２０を生成する。
【００２８】
同図に示すように、本発明のターゲット保持装置が適用される一例としてのターゲット生成容器１５において、ターゲット１２に高エネルギーのレーザビーム１３を照射すると、エネルギー付与されたターゲット１２の照射領域Ａの表面は、数千度に加熱されて照射部位の材料原子は瞬時に蒸気となって噴出すると共に、一部の熱は、照射領域の他の領域にも拡散し、ターゲット１２のみならず、ターゲット１２を保持するターゲット保持装置１をも過熱する。ターゲット保持装置１は、ターゲット保持部（ターゲットホルダ）２と、ホルダ支持部３とから構成され、ターゲット保持部２およびホルダ支持部３も過熱されることになる。このような熱拡散によってターゲット１２の照射領域Ａの他の領域にも熱が拡散する。この熱は、原理的にはターゲット１２を融点以上に加熱することはなく、ターゲット１２の蒸気発生には寄与しない。しかしながら、代わってこの熱拡散によって、ターゲットホルダ２に伝わる熱は、ターゲットホルダ２の材質の劣化を促進するほか、タ
ーゲットホルダ２の表層に析出したターゲットホルダ２の不純物が表面拡散によってターゲット１２の方へ移動し、ターゲット１２が蒸気化されると同時に蒸気化されてターゲット１２の蒸気の純度を著しく低下させることが問題となっており、この問題を解決するためには、ターゲット１２の蒸気発生には寄与しない余剰熱は、水冷などの冷却機構により排熱することが望ましい。
【００２９】
図２は、本発明の第１実施形態に係るターゲット保持装置の構成を示す断面図である。
本実施形態に係るターゲット保持装置１は、ターゲットホルダ２と、ホルダ支持部３と、冷却媒体４とを備える。すなわち、本実施形態は、上記冷却機構をターゲットホルダ２の内側、すなわち、ホルダ支持部３の内部に設けた例である。なお、ターゲットホルダ２とホルダ支持部３とは、固定手段として一体化されたものを用いることができる。
【００３０】
ターゲットホルダ２は、円盤状のターゲット１２を固定するために、熱伝導率が高く耐熱損傷性の高い材質で形成され、ターゲット１２を収容するための凹部２ａと、ホルダ支持部３を収容するための第１の空洞部２ｂとを備える。また、凹部２ａ内にターゲット１２を収容した際、ターゲット１２の側面の所定の箇所でねじ２ｃなどを用いて固定する。
【００３１】
ホルダ支持部３は、筒状に形成され、ターゲットホルダ２を保持するとともに、ターゲット１２にレーザビームＬを照射したときの照射面積を広げるため、ターゲット１２を回転させたり直線移動させたりするための駆動機構を有する。また、その一部は、ターゲットホルダ２に設けられた第１の空洞部２ｂ内に収容固定され、ホルダ支持部３の内部には第２の空洞部３ａが設けられ、空洞になっている。
冷却媒体４は、ホルダ支持部３の内部に形成された第２の空洞部３ａ内に充填され、本実施形態では、冷却水を使用した。また、図示しないが、この冷却水を循環させるための冷却装置が設けられている。
【００３２】
上記構成により、ホルダ支持部３の第２の空洞部３ａに約２０℃程度の温度の水が循環して流れ、ホルダ支持部３、ターゲットホルダ２を通してターゲット１２を冷却するようになっている。
ターゲット１２の材質が、例えばシリコンの場合、ターゲットホルダ２の材質としては、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）などの高融点遷移金属が考えられる。
【００３３】
また、回転するターゲット１２の利用効率を考慮して、ターゲットホルダ２の形状は、円盤ディスク状が望ましく、クラスタービーム装置の場合には、レーザビーム照射面が鉛直方向となるように配置される。その場合、高融点遷移金属をターゲットホルダ２に用いればターゲット１２は、先に示したようにねじ２ｃで固定することも可能である。いずれにしても回転駆動または直線駆動するホルダ支持部３の動作に追従するようにターゲットのセッティングが行われる。このように、ターゲットホルダ２の材質に高融点金属を使用することにより、ターゲット１２の固定ねじ加工や熱伝導性を考慮した一体加工など、種々の固定方法が可能になる。また、ターゲットホルダ２の設置位置は、図２（ｂ）に示すように、ターゲット２の回転中心Ｘからｄほどずらした位置Ｘ´にレーザビーム照射領域Ａ´が来るように、セッティングされると好ましい。すなわち、回転中心における照射領域Ａの中心と、好ましい照射領域の中心とは、距離ｄほど離れている。
【００３４】
以上説明したように、ターゲットホルダ２の材質としては、熱伝導性と耐熱損傷性を考慮してモリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）などの高融点遷移金属を使用することが好ましいが、その際の問題点として、純度の高い材料が入手困難であることなどが挙げられる。
また、レーザ照射によってターゲット１２に発生した余剰熱を除去するために必要な熱
伝導性を確保した設計にするため、ターゲットホルダがターゲット１２と接する部位の形状は、熱放出流路の断面積が広く、熱放出流路の長さの短い形状が望ましいが、本実施形態では、ターゲット１２の側面を包むターゲットホルダ２の先端部は、ターゲット１２を側面で固定するためのもので厚さの比較的薄い筒状形状をもち、この形状がターゲット１２に発生した余剰熱の側面からの熱伝導を妨げ、ターゲットホルダ２の筒状先端部位は局所的にターゲットホルダ２の他の部分部より高温となり、モリブデン材料の不純物が表層に析出すると考えられる。この析出不純物はターゲット１２に拡散し、レーザ照射面まで達するとターゲット材料蒸気に混入して、生成されるクラスターに混入することになるので、ターゲットホルダ２の筒状先端部位の温度管理に注意する必要がある。
【００３５】
［第２実施形態］
図３は、本発明の第２実施形態に係るターゲット保持装置の構成を示す断面図（ａ）および正面図（ｂ）である。
本実施形態は、前述した第１実施形態とターゲットホルダの形状が異なり、したがって、ターゲット１２を保持する方法が異なる。すなわち、本実施形態に係るターゲット保持装置１０は、前述した第１実施形態と同様に、ホルダ支持部３と、冷却媒体４とを有しているが、ターゲットホルダ５は、ターゲット１２を支持するためのターゲット支持部位５ｄと、ターゲット支持部位５ｄに設けられたターゲット固定ピン５ｃと、ホルダ支持部３との継手となる空洞のホルダ継手５ｅとを有する。ターゲット支持部位５ｄは、前述した第１実施形態における凹部２ａよりも浅い凹部５ａを有し、ターゲット固定ピン５ｃは、ターゲット１２の円盤状の回転中心に挿入されることによりターゲット１２を固定することができる。前述した第１実施形態では、ターゲット１２の側面でターゲット１２をねじなどで固定する方法であったが、本実施形態では、円盤状のターゲット１２の前面の回転中心で試料を固定する方法に変わっている。この構成により、ターゲット１２の固定箇所がレーザビーム照射位置により近づくこととなる。したがって、ターゲット１２を固定する固定ピン５ｃの熱損傷の危険性は増大するが、この課題を克服する方法として、ターゲット１２の表面から固定ピン５ｃの直径相当分の深さまでターゲット１２を固定するターゲット固定ピン５ｃをターゲット１２の表面から出さずに内部に埋め込んだ形状でターゲット１２を固定する。これにより、レーザビームの照射位置から固定ピン５ｃまでの距離はより一層離れることになり、固定ピン５ｃの温度の熱損傷は起こりにくくなる。
【００３６】
本実施形態では、熱伝導性、最高使用温度、および純度を考慮して、ターゲット固定ピン５ｃにも高純度炭化珪素を使用した。ターゲット固定ピン５ｃは、シリコンターゲットの融点以内に温度が保たれ、最高使用温度１７００℃以下の熱損傷を受けない状態での使用とした。
また、炭化珪素（ＳｉＣ）素材の加工性に劣る点を考慮して、ターゲットホルダ５の形状は、単純構造に設計する必要があるが、ここでは、回転直線駆動機構ヘッドとの十分大きな接触面積を持つ無酸素銅性のホルダ継手５ｅを介してターゲットホルダ５から冷却装置への十分な熱伝導を確保した。
【００３７】
以上、本実施形態においては、ターゲットホルダ５の形状は、ターゲット１２の側面と接するターゲットホルダ５の先端部位の凹部５ａをターゲットディスクの厚さの１／５まで短くし、熱伝導性が低下しないように、ターゲット１２の支持方法を改良したものである。このように、ターゲット１２の支持部位５ｄが短くなることで、ターゲットホルダ５とターゲット１２との接触部位がレーザビーム照射位置から遠くなり、熱伝導性維持と共にターゲットホルダ５の熱劣化を防止する働きを持つ。
【００３８】
［第３実施形態］
図４は、本発明の第３実施形態に係るターゲット保持装置の構成を示す外観図である。
このターゲット保持装置は、前述した第１実施形態に係るターゲットホルダ２としてモ
リブデンよりなるモリブデン製ターゲットホルダ１００を使用した例である。
このモリブデン製ターゲットホルダ１００を用いた実験において、ターゲット１２としては、直径２０ｍｍ、厚さ５ｍｍのディスク状ポリシリコン（不純物成分０．０１ｐｐｍ以下）を用い、このターゲット１２の側面を、モリブデン製ターゲットホルダ１００の先端の内部側面を介して外側からねじ２ｃで固定して支持し、波長５３２ｎｍのＹＡＧパルスレーザビームを８００ｍＪのエネルギーで照射した。このモリブデン製ターゲットホルダ１００の先端は、ターゲット１２を収容するために、ターゲット１２の側面がターゲット１２と接する長さの約半分の長さの凹部２ａと、ホルダ支持部３を収容するための第１の空洞部（図２の２ｂを参照）とを備えている。以上の構成において、レーザビーム１３を照射すると、モリブデン材料に含有される不純物がモリブデン製ターゲットホルダ１００の表層に拡散し、ターゲット１２の蒸発加点でターゲットの材質であるシリコンと共に蒸発することから、生成されるターゲット１２の蒸気の純度が低下するという点で問題を有する。
【００３９】
そこで、このターゲット１２の蒸気の純度低下に関する技術課題を克服する方法として、ターゲットホルダの材質を熱伝導性と耐熱損傷性、および純度をも考慮して選定した結果、その有力候補として高純度セラミックに注目した。
図５は、本発明の第３実施形態に係るターゲットホルダの使用材料の物理的特性を示す表である。この表は、一般に、入手可能な高純度セラミックの特性、純度を高融点遷移金属と比較した表である。
【００４０】
同図に示すように、本発明の第３実施形態に用いられるターゲットホルダの材質として、高融点遷移金属およびセラミックが考えられる。各材質について、以下に記述する。
まず、高融点遷移金属としては、モリブデン（Ｍｏ），タンタル（Ｔａ），白金（Ｐｔ）が挙げられる。また、セラミックとしては、ＳｉＣ（Pure Beta-S）、ＳｉＣ＋ｍ−Ｓｉ（Pure Beta-R）、ＡｌＮ（Shapal=M）、Ａｌ2Ｏ3（アルミナ）が挙げられる。高融点金属としては、最高使用温度［℃］、熱伝導度［W/mK］、純度、加工性を比較し、セラミックは、最高使用温度、ビッカース硬度、熱伝導性、誘電率（一部）、純度、加工性を比較した。
【００４１】
その結果、最高使用温度については、Ｔａ＝２９９０，Ｍｏ＝２６１０，ＡｌＮ＝１９００，Ｐｔ＝１７７０，ＳｉＣ＝１７００，Ａｌ2Ｏ3＝１６００，ＳｉＣ＋ｍ−Ｓｉ＝１４００であり、温度の高い順に、Ｔａ＞Ｍｏ＞ＡｌＮ(Shapal-M)＞Ｐｔ＞ＳｉＣ（Pure Beta-S）＞Ａｌ2Ｏ3＞ＳｉＣ＋ｍ−Ｓｉ（Pure Beta-S）となった。
【００４２】
また、セラミックのビッカース硬度Ｈｖは、ＳｉＣ（Pure Beta-S）＝２２００，ＳｉＣ＋ｍ−Ｓｉ（Pure Beta-S）＝１５００，ＡｌＮ(Shapal-M)＝３９０，Ａｌ2Ｏ3＝１５３０であり、ＳｉＣ（Pure Beta-S）＞２２００＞ＳｉＣ＞ｍ−Ｓｉ（Pure Beta-S）＞１５＝１５００，ＡｌＮ(Shapal-M)＝となった。また、熱伝導度［Ｗ／ｍＫ］は、Ｍｏ＝１３８，Ｔａ＝５７．５，Ｐｔ＝７１．６，ＳｉＣ＝２３０，ＳｉＣ＋ｍ−Ｓｉ＝１８０，ＡｌＮ＝９０，Ａｌ2Ｏ3＝３８、誘電率は、ＡｌＮ＝７．１，Ａｌ2Ｏ3＝１０、純度（ｐｐｍ）は、Ｐｔにおいては、Ａｕ１００，Ｐｂ１０，Ｍｇ２，Ｆｅ５，Ｎｉ３，Ｉｒ１０，Ｐｄ６，Ｃｕ５，Ａｇ５，Ｒｈ１０であり、ＳｉＣにおいては、Ｂ０．０２，Ｎａ＜０．０１，Ａｌ０．０８，Ｋ＜０．０１，Ｔｉ０、０２，Ｃｒ０．０２，Ｍｇ０．０２，Ｆｅ０．０５Ｃｏ＜０．０１，Ｎｉ＜０．０１，Ｃｕ０．０４，Ｚｎ０．０１，Ｗ＜０．０１であり、ＳｉＣ＋ｍ−Ｓｉ（Pure Beta-S）においては、Ｂ０．０２，Ｎａ＜０．００５，Ａｌ０．０５，Ｋ＜０．０１，Ｔｉ０．０１，Ｃｒ０．０２，Ｍｇ０．０１，Ｆｅ０．００５Ｃｏ＜０．００５，Ｎｉ＜０．００５，Ｃｕ＜０．００５，Ｚｎ＜０．０１，Ｗ＜０．００５であり、ＡｌＮにおいては、Ｃａ４５０、Ｃｒ６０、Ｍｇ１５、Ｎｉ＜５、Ｆｅ２０、Ｓｉ１５となった。また、加工性については、加工性については、Ｍｏ，Ｔａ
，Ｐｔ，ＡｌＮは、マシナブル（機械加工）、ＳｉＣ，ＳｉＣ＋ｍ−Ｓｉ，Ａｌ2Ｏ3＝３８については成型という結果になった。
【００４３】
以上の結果、最高使用温度に関しては、高純度セラミック中では窒化アルミが優れてるものの、炭化珪素（ＳｉＣ）の熱伝導率は、高融点金属の熱電動特性をはるかに超えて、金属全般と比較しても、銀（４０７Ｗ／ｍＫ）、銅（３８１Ｗ／ｍＫ）に次ぐ高い熱伝導性を示していることが分かった。また、純度の点でも、高純度材料の炭化珪素（ＳｉＣ）を入手することが比較的容易であり、ターゲットホルダに使用する材料としては、炭化珪素が最も優れていると結論づけた。
この炭化珪素（ＳｉＣ）を使用した炭化珪素製ターゲットホルダでは、炭化珪素（ＳｉＣ）の優れた熱伝導特性を損なわない設計が特に重要である。高純度炭化珪素（ＳｉＣ pure Beta-S）を使用したターゲットホルダの例も考えられる。
【００４４】
〔第４実施形態〕
図６は、本発明の第４実施形態に係るターゲット保持装置のターゲット及びターゲット固定手段を回転せしめる回転手段としての回転駆動システム、および、該ターゲット及び該ターゲット固定手段を冷却する冷却手段としての冷却媒体循環システムの構成例を模式的に示す。
ターゲット支持部位５ｄ、ホルダ継手５ｅ、ホルダ支持部３、で構成される回転機構ヘッドの回転は、モータ２１の軸に繋がるプーリーから回転機構ヘッドのプーリーへベルト２２を介して伝達され、さらに筒状シャフト２３を経てホルダ支持部３に伝えられる。
【００４５】
回転機構ヘッドの先端のターゲット支持部位５ｄに固定されたターゲット１２はレーザアブレーションが行われるクラスター生成容器１５の内部にあり、該容器１５はさらに真空容器３３に囲まれている。該容器１５内部は不活性ガスが供給されて不活性ガス雰囲気となっており、該回転駆動ヘッドの周囲の狭い隙間から少量の不活性ガスは真空容器３３内部に流出するが、該真空容器３３の窓３４からの強力な排気により、回転機構ヘッドを囲む空間２６は真空に保たれる。
【００４６】
従って回転機構ヘッドと磁気シールボックス２４との間の回転構造体の外囲を巡って磁気シール２５を配置し、外部空気と内部真空空間２６のとの間を遮断し、気密を保っている。
冷却媒体（ここでは水として説明する）４の循環は、ホルダ支持部３の内部に設けた冷却水流入パイプ２７からホルダ支持部内空洞に冷却水を流入せしめることにより行う。
【００４７】
冷却水流入パイプ２７は、フレキシブル・パイプ２８に接続され、恒温槽３０で冷却された水が供給される。ホルダ支持部３の内部の熱を吸収した冷却水は、フレキシブル・パイプ２９を介して恒温槽３０に放出される。ここで、冷却水は回転機構ヘッドと非回転の恒温槽３０を含む外部構造との間を循環するわけであり、両者の接続点では、機械的には相対的に可動であり、且つ、冷却水を漏らさないためにベアリングシール３１が用いられる。
【００４８】
なお、本ターゲット支持装置は、ターゲットを回転せしめると同時に、レーザアブレーションによりターゲット表面が減耗する分、ターゲットを回転軸方向に移動させて、ターゲット表面位置を一定に保つことを可能とするものである。その為の構造として、レーザアブレーション容器（クラスター生成容器）１５および真空容器３３に対して、回転機構ヘッドと共にこれを囲む磁気シールボックス、モータ２１を含む回転駆動系、冷却水巡回路のフレキシブル・パイプの手前までが一体となって、相対位置を変化できるベローズ式直線駆動機構３２が両者の間に挿入されている。
【００４９】
ベローズ式直線駆動機構３２は伸縮可能なベローズ３２ａと駆動ねじ棒３２ｂ を含み、駆動ねじ棒３２ｂを回転させることで、回転駆動ヘッドを直線的に駆動するものである。
なお、冷却水流入パイプとホルダ支持部で形成される冷却水循環路はフレキシブル・パイプ２８および２９で固定されている恒温槽との相対位置を可動としている。
【００５０】
図６は、本発明のターゲット保持装置の特徴とする機能、即ち、ターゲットを回転せしめる機能、ターゲッと位置を直線的に変化せしめる機能、および、冷却水をターゲット近傍に循環させてターゲットで発生する熱を直接外部に放出せしめる機能を実現するに当たっての、ターゲット保持装置の回転及び直線移動の駆動の仕方、および冷却水の循環の仕方とを一例として説明すると共に、本発明の目的であるレーザアブレーションの為のターゲット周囲の雰囲気と装置外部の１気圧の空気との間の気圧制御に関する機構とを説明する図である。従って、付随的に必要とする通常技術は図６には省略されている。例えばホルダ支持部３を機械的に支えるベアリング、更に、磁気シールボックス２４、モータを含む回転駆動系、及び、冷却水流入パイプ２７とこれに接続されている循環水入出力部を機械的に連結する構造体などである。
【００５１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、この実施形態に限定されることはなく、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、前述した第１の実施形態においては、凹部２ａにターゲット１２を収容した際、ねじ２ｃを用いて固定するとしたが、これに限定されず、固定ねじを用いて固定することもできるし、種々の固定方法が考えられる。
【００５２】
また、例えば、前述した第１実施形態を示す図２（ｂ）の正面図を参照すると、円形の形状をなしているが、これに限定されず、矩形あるいは多角形にすることもできる。
また、例えば、前述した第１実施形態においては、冷却媒体として冷却水を用いたが、これに限定されず、種々の液体を用いることができる。
また、例えば、前述した第２実施形態ではターゲット固定ピン５ｃをターゲット回転軸上に１つ設けているが、これに限定されず、回転軸に近い部分に複数の固定ピンを用いてターゲット１２を固定することもできる。
【００５３】
また、例えば、前述した実施形態においては、ターゲット保持部２と、ホルダ支持部３とを個別に設けたが、これに限定されず、ターゲット保持部２とホルダ支持部３とを一体的に形成することもできる。
また、例えば、前述した実施形態においては、炭化珪素が最適であるとしたが、これに限定されず、場合に応じて種々の物質をターゲット保持部２またはホルダ支持部３に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るターゲット保持装置が適用されるクラスター生成容器の全体構成を示す概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るターゲット保持装置の構成を示す縦断面図（ａ）および平面図（ｂ）である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るターゲット保持装置の構成を示す縦断面図（ａ）および平面図（ｂ）である。
【図４】本発明の第３実施形態に係るモリブデン製ターゲットホルダの構成を示す斜視図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係るターゲットホルダの使用材料の物理的特性を示す表である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る回転駆動システムおよび冷却媒体循環システムの構成例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５５】
１，１０…ターゲット保持装置、２，５…ターゲットホルダ、２ａ…凹部、２ｂ…第１の空洞部、２ｃ…ねじ、３…ホルダ支持部、３ａ…第２の空洞部、４…冷却媒体、５ａ…凹部、５ｂ…第１の空洞部、５ｃ…ターゲット固定ピン、５ｄ…ターゲット支持部位、５ｅ…ホルダ継手、１２…ターゲット、１３…入射窓、１４…衝撃波、１５…クラスター生成容器、１６…クラスター群、１７…流出窓、１８…スキマー、１９…基板、２０…クラスター膜、２１…モータ、２２…ベルト、２４…磁気シールボックス、２５…磁気シール、２６…内部真空空間、２７…冷却水流入パイプ、２８，２９…フレキシブルパイプ、３１…ベアリングシール、３２…ベローズ式直線駆動機構、３２ａ…ベローズ、３２ｂ…駆動ねじ棒、３３…真空容器、１００…モリブデン製ターゲットホルダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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