(57)【要約】【課題】レーザ・アブレーション用薄膜作製装置に関し、レーザ・アブレーション法を実施して薄膜を成膜する装置に極めて簡単な構成を付加することで、膜厚が均一で且つ大面積の薄膜が得られるようにする。【解決手段】成膜時に於けるレーザ・ビーム４の光路を一定とし且つ基板１の位置を固定した状態で作製した薄膜の膜厚分布を基礎として定められた膜厚が均一になる軌道５に倣って基板１の位置を連続的に移動させる駆動装置１３を備える。【選択図】　　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜時に於けるレーザ光の光路を一定とし且つ基板位置を固定した状態で作製した薄膜の膜厚分布を基礎として定められた膜厚が均一になる軌道に倣って基板位置を連続的に移動させる機構
を備えてなることを特徴とするレーザ・アブレーション用薄膜作製装置。
【請求項２】
成膜時に於けるレーザ光の光路を一定とし且つ基板位置を固定した状態で作製した薄膜の中心膜厚の半分になる位置を割り出し、その位置の二倍の位置を軌道として基板を連続的に移動させる機構
を備えてなることを特徴とするレーザ・アブレーション用薄膜作製装置。
【請求項３】
膜厚分布をフィードバックして軌道を修正する機構
を備えてなることを特徴とする請求項１或いは２記載のレーザ・アブレーション用薄膜作製装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ・アブレーション法を実施して膜厚が均一な薄膜を成膜するのに好適な薄膜作製装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、例えば酸化物超伝導体薄膜を成膜するにはレーザ・アブレーション法が多用されているのであるが、大きな面積に亙って膜厚分布が少ない薄膜を得る為にターゲットと基板との距離を離したり、レーザ光でターゲット上を走査する方法などの方法が行われている。
【０００３】
然しながら、ターゲットと基板との距離を離した場合には、薄膜の堆積レートが著しく低下し、また、レーザ光でターゲット上に走査する場合には、レーザ・スポットのエネルギ密度が変化し、プルームの大きさが変わり、膜厚や組成が一定となる定量的且つ効果的な走査方法を確立することが困難であり、従って、充分に均一な薄膜を得ることはできない。
【０００４】
図６は従来の薄膜作製装置の一例を表す要部斜面説明図であり、図に於いて、１は薄膜作製対象である基板、２はターゲット、３Ａ及び３Ｂはプルーム、４はレーザ・ビームをそれぞれ示している。
【０００５】
ここでは、レーザ・ビーム４でターゲット２を走査する例を挙げてあり、この場合、レーザ・ビーム４の走査に依ってスポット位置が変わるとターゲット２の面上に於ける集光（エネルギ密度）に差を生じ、プルームは３Ａ及び３Ｂで表してあるように大きさが変わってしまい、従って、組成にずれを生じてしまう。
【０００６】
図７は通常のレーザ・アブレーション法を実施した場合の膜厚分布について説明する為の線図であり、（Ａ）は薄膜が形成された基板を俯瞰した場合の膜厚分布を等高線で表し、また、（Ｂ）並びに（Ｃ）は膜厚分布をプロットして表してあり、何れの場合も中央近傍に於いて膜厚が最も厚くなっている。尚、（Ａ）にはレーザ・スポットの形状が付記してある。また、（Ｃ）に示した分布は（Ｂ）に示した分布と比較してブロードになっているが、これはレーザ・ビームの集光幅に依存し、（Ａ）のレーザ・スポットのように長方形に集光している場合、長い方向に対してはゆるやかな分布になる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、レーザ・アブレーション法を実施して薄膜を成膜する装置に極めて簡単な構成を付加することに依り、膜厚が均一で且つ大面積の薄膜が得られるようにする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に依るレーザ・アブレーション用薄膜作製装置に於いては、成膜時に於けるレーザ光の光路を一定とし且つ基板位置を固定した状態で作製した薄膜の膜厚分布を基礎として定められた膜厚が均一になる軌道に倣って基板位置を連続的に移動させる機構を備えて基板を移動しつつ薄膜の堆積を行う。
【０００９】
その際、堆積される薄膜の膜厚Ｓは、基板を固定した場合の中心からの距離Ｘに対して、
Ｓ＝（中心膜厚）×（ｃｏｓ（ａＸ）＋１）
ａ：π／Ｌ
Ｌ：膜厚分布曲線に於ける幅の半分（図７（Ｂ）ではＬ＝２０〔ｍｍ〕）
となる。
【００１０】
その結果、基板を移動した軌道の内側に於いて、周期分位相をずらせたｃｏｓカーブの重ね合わせとなって一定膜厚となるものであり、基板とターゲットとの距離を充分な堆積レートが得られるように設定しても、均一な膜厚で大面積の薄膜を実現することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に於ける基本的な実施の形態である薄膜作製装置を説明する為の要部説明図であり、（Ａ）は薄膜作製装置の概略を、又、（Ｂ）は基板の走査軌道をそれぞれ示し、図６に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【００１２】
本発明に依る薄膜作製装置に於いては、図１（Ａ）に見られるように、所定の軌道５に倣って基板１を連続的に移動（走査）しながら薄膜を堆積する機構を備えることが基本になっている。
【００１３】
図１（Ｂ）には軌道５の一例が示されていて、短軸Ｘが２０〔ｍｍ〕、長軸Ｙが２５〔ｍｍ〕の楕円をなしている。
【００１４】
さきに図７について説明したように、基板１を固定してレーザ・アブレーションを実施した場合、レーザ・スポットを反映した分布を生ずるのであるが、この分布は、ｃｏｓカーブの分布になる傾向があり、従って、薄膜の堆積を周期分ずらせて重ね合わせると軌道内では均一な膜厚の薄膜を成膜することができるのである。
【００１５】
図２は薄膜の堆積を周期分ずらせて重ね合わせることで膜厚を均一化できることを表す線図であり、（Ａ）は周期が２０〔ｍｍ〕である場合、また、（Ｂ）は周期が２５〔ｍｍ〕である場合をそれぞれ示し、分布曲線のピーク・ピークを結ぶ膜厚が実現された均一な膜厚となっている。
【００１６】
図３は本発明に於ける実施の形態１である薄膜作製装置を例示する要部説明図であり、図１に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【００１７】
図に於いて、６は基板１を取り着けたヒータ・ブロック、１１はパーソナル・コンピュータ、１２はプログラム・コントローラ、１３は駆動装置、１４はＹ方向移動用モータ、１５はＸ方向移動用モータをそれぞれ示している。
【００１８】
この装置では、パーソナル・コンピュータ１１に於いて、基板１を固定して薄膜を成膜した場合の膜厚分布から基板走査の軌道を計算し且つプログラムを作製し、そのプログラムをプログラム・コントローラ１２にダウン・ロードし、プログラム・コントローラ１２からは制御信号が駆動装置１３に送られて、駆動装置１３ではＹ方向移動用モータ１４及びＸ方向移動用モータ１５を適宜回転してヒータ・ブロック６、従って、基板１を軌道に倣って移動させながらレーザ・アブレーションに依る成膜を行うものである。
【００１９】
図３について説明した装置を用いてＹＢａ２　Ｃｕ３　Ｏ７−ｘ　の酸化物超伝導体薄膜を成膜したところ、標準偏差で１３〔％〕であった膜厚分布が２〔％〕まで減少した。
【００２０】
図４は本発明に於ける実施の形態２である薄膜作製装置を例示する要部説明図であり、図３に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【００２１】
実施の形態２の薄膜作製装置は、膜厚分布のフィードバックに依り、基板走査軌道を自動修正する機能をもっている。
【００２２】
さきに説明したように、だ円の基板走査軌道に倣って基板を移動しつつ成膜を行って膜厚分布を小さくしても、更に軌道修正が必要となる場合があり、その場合には、実施の形態２の薄膜作製装置を使用することが好ましい。
【００２３】
即ち、図４に見られる薄膜作製装置に於いては、成膜室内に水晶振動子マトリクス１６が配設されていて、その中心と端との堆積速度の比較を行って、中心付近が高い場合には軌道を外側に、中心付近が低い場合には軌道を内側にそれぞれ修正するようにプログラムを変更するものである。
【００２４】
図５は軌道修正に関連するデータを表す線図であり、（Ａ）は軌道が外側或いは内側にずれた場合の膜厚分布を示し、（Ｂ）は検出データに依る軌道修正を示している。
【００２５】
図５（Ａ）に見られる膜厚分布から、軌道が内側にずれていたものを外側に軌道修正した場合が図５（Ｂ）であり、基板を固定（走査しない）して得られた膜厚分布から計算して得られた基板走査軌道（一次軌道）が黒四角ドットであり、この一次軌道に倣って基板走査を行って得られた図５（Ａ）に見られる膜厚分布から修正計算して得られた基板走査軌道（二次軌道）が黒丸ドットであり、このような修正を行うことで、均一な膜厚を実現できる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明に依るレーザ・アブレーション用薄膜作製装置に於いては、成膜時に於けるレーザ光の光路を一定とし且つ基板位置を固定した状態で作製した薄膜の膜厚分布を基礎として定められた膜厚が均一になる軌道に倣って基板位置を連続的に移動させる機構を備える。
【００２７】
前記構成を採ることに依り、膜厚分布が発生し易いレーザ・アブレーション法に依る成膜でありながら、その膜厚分布を低減、或いは、膜厚を均一化することが可能になり、酸化物超伝導体薄膜の成膜に好適であって、特性良好な薄膜を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に於ける基本的な実施の形態である薄膜作製装置を説明する為の要部説明図である。
【図２】薄膜の堆積を周期分ずらせて重ね合わせることで膜厚を均一化できることを表す線図である。
【図３】本発明に於ける実施の形態１の薄膜作製装置を例示する要部説明図である。
【図４】本発明に於ける実施の形態２の薄膜作製装置を例示する要部説明図である。
【図５】軌道修正に関連するデータを表す線図である。
【図６】従来の薄膜作製装置の一例を表す要部斜面説明図である。
【図７】通常のレーザ・アブレーション法を実施した場合の膜厚分布について説明する為の線図である。
【符号の説明】
１　薄膜作製対象である基板
２　ターゲット
３Ａ及び３Ｂ　プルーム
４　レーザ・ビーム
５　軌道
６　ヒータ・ブロック
１１　パーソナル・コンピュータ
１２　プログラム・コントローラ
１３　駆動装置
１４　Ｙ方向移動用モータ
１５　Ｘ方向移動用モータ
【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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【図７】
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