(57)【要約】【課題】レーザーアブレーション法やイオンビームスパッタ法などのターゲットからの放出粒子による薄膜作製法において、均一な膜厚分布を有する薄膜を堆積可能とする方法の提供。【解決手段】ターゲットから放出される粒子群が空間的に分布を有して基板に到達する薄膜作製法において、基板を固定した状態において求められた基板に堆積する膜のＸ軸方向及びＹ軸方向の膜厚分布パラメータを、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向への基板移動を可能にする基板移動機構の制御プログラムに入力し、薄膜の堆積中に、基板移動機構による基板のＸ軸方向、Ｙ軸方向の移動速度を該制御プログラムに基づいて制御することによって、生成した薄膜の膜厚分布を平坦化することを特徴とする薄膜作製法における膜厚分布の制御方法。【選択図】図６
2005163146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲットから放出される粒子群が空間的に分布を有して基板に到達する薄膜作製法において、基板を固定した状態において求められた基板に堆積する膜のＸ軸方向及びＹ軸方向の膜厚分布パラメータを、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向への基板移動を可能にする基板移動機構の制御プログラムに入力し、薄膜の堆積中に、基板移動機構による基板のＸ軸方向、Ｙ軸方向の移動速度を該制御プログラムに基づいて制御することによって、生成した薄膜の膜厚分布を平坦化することを特徴とする薄膜作製法における膜厚分布の制御方法。
【請求項２】
膜厚分布パラメータが下記の式で与えられることを特徴とする請求項１記載の薄膜作製法における膜厚分布の制御方法。
Hmcosmθ1{cos(θ2+φ)cosφ}n
（但し、φは、膜厚分布中心のずれ角（＝ターゲット上のレーザー光照射点Ｏから膜厚最大点Ｍに線分ＯＭを引いた場合、それが、照射点Ｏから下ろした垂線と基板の表面との交点Ｐとの間の線分ＯＰに対して成す角）、ｍは、レーザー光の光軸に対して垂直方向の膜厚分布の険しさ、ｎは、レーザー光の光軸と同一方向の膜厚分布の険しさ、θ1は、膜厚
最大点Ｍを通るようにレーザー光の光軸に対して垂直方向にＸ軸をとり、Ｘ軸上のある点をＡとした場合のＯＡとＯＭの成す角、θ2は、Ｘ軸と直交するＹ軸上のある点をＢとし
た場合のＯＢとＯＭの成す角）
【請求項３】
基板移動機構によるＸ、Ｙ軸方向への基板移動と同時に基板を回転させることを特徴とする請求項１又は２記載の薄膜作製法における膜厚分布の制御方法。
【請求項４】
基板移動機構によるＸ、Ｙ軸方向への基板移動と同時に基板を揺動運動させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の薄膜作製法における膜厚分布の制御方法。
【請求項５】
ターゲット面と基板面を平行に配置した場合の基板のＸ、Ｙ軸方向と直角方向をＺ軸とした場合、ターゲットからのプルームの中心軸方向に対して、基板表面が垂直になるように基板をＺ軸に対してチルトさせて配置した状態で薄膜の堆積を行うことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の薄膜作製法における膜厚分布の制御方法。
【請求項６】
ターゲットの表面積が８〜５０ｍｍ２であり、ターゲット面積対基板面積の比が、３〜１０００倍であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の薄膜作製法における膜厚分布の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザーアブレーション法やイオンビームスパッタ法などの、ターゲットからの放出粒子による薄膜作製法に関し、特に、均一な膜厚分布を有する薄膜を堆積可能とする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザーアブレーション法、イオンビームスパッタ法、レーザー蒸着法などのターゲットからの放出粒子には空間分布があり、固定基板では均一な膜厚分布を有する薄膜を堆積することが困難である。平坦膜を堆積する手段としては、ターゲット上に照射したレーザー・スポットを移動させる方法（特許文献１）、ターゲットに固定した回転軸棒を僅かに傾けて回転させ、ターゲットからの粒子の放出方向を変化させることによって、膜厚分布の偏りの低減を達成する方法（特許文献２）、ターゲット上におけるレーザービーム断面のアスペクト比が０．２以下のレーザービームを使用する方法（特許文献３）、反射ミラーを走査させることによってターゲット上に照射されるレーザー光を走査させる方法（特許文献４）、さらに、反射ミラーを走査させることによってレーザー光照射点をターゲット上で走査させるだけでなく、基板を往復運動させる方法（特許文献６）などが知られている。その他に、基板を回転させる方法（特許文献６〜９）、平行移動させる方法（特許文献１０、１１）、回転振動させるスイング運動を行う方法（特許文献１２）なども知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開平02-270962(特公平08-26451)号公報)
【特許文献２】特開平05-255842号公報
【特許文献３】特開平07-224376号公報
【特許文献４】特開平08-225929号公報
【特許文献５】特開2003-105530号公報
【特許文献６】特開平02-11757号公報
【特許文献７】特開平10-60629号公報
【特許文献８】特開平11-189873号公報
【特許文献９】特開2001-240965号公報
【特許文献１０】特開平04-45263(特許3080096)号公報
【特許文献１１】特開2000-235168号公報
【特許文献１２】特開2000-294200号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１（特開平02-270962）や特許文献２（特開平05-255842）では、膜厚分布の均一化及び大面積化にある程度の効果は得られるが、詳細な制御及び精度の良い平坦膜の作製には向かない。特許文献３（特開平07-224376）では、ターゲット上におけるレーザー
ビーム断面のアスペクト比が０．２以下のレーザービームを使用することによって、比較的平坦な膜が得られることを提案しているが、この改善効果は極めて弱い。特許文献４（特開平08-225929）では、反射ミラーを走査させることによってターゲット上に照射され
るレーザー光を走査させ、対向した基板上に大面積で平坦な膜を堆積することを提案しているが、大きなターゲットを必要とすること、及びレーザー光の走査によりターゲット照射点での集光面積が変わるために薄膜作製条件が変動してしまうことが問題となっていた。
【０００５】
特許文献５（特開2003-105530）では、レーザー光の反射ミラーを走査させることと、
基板を往復運動させることを組み合わせることによって、平坦膜及び大面積化をある程度のレベルで可能にした。しかし、以下の2点の解決すべき課題があった。
【０００６】
まず、（１）レーザー光の反射ミラーを煽り、ターゲット上でのレーザー照射点を走査させる方法は、ターゲットに大面積のものを用意しなければならず、高価なターゲット材料のものには適さない。次に、（２）ターゲットからの放出粒子の空間分布はレーザー照射点を中心とした点対称ではない。さらに、ターゲットからの放出粒子の空間分布は、ターゲット材料及びレーザー光の照射条件に強く依存する。したがって、基板の往復運動だけでは完璧な平坦膜を得ることは難しい。
【０００７】
基板を単に回転運動させる方法は、基板が円又は正方形に近い場合は、基板に堆積せず失われる粒子は少なくて済むが、基板が長方形や楕円の場合にはその形状が細長くなればなるほど、薄膜堆積時に基板に堆積せずに失われる粒子の量は増大する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、レーザー光の反射ミラーの煽り機構を必ずしも用いることなく、従来技術に比べて高い精度で、平坦で大面積な、膜厚分布の均一な薄膜を小さな表面積のターゲット材料を用いて堆積することを実現した。
【０００９】
すなわち、本発明は、（１）ターゲットから放出される粒子群が空間的に分布を有して基板に到達する薄膜作製法において、基板を固定した状態において求められた基板に堆積する膜のＸ軸方向及びＹ軸方向の膜厚分布パラメータを、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向への基板移動を可能にする基板移動機構の制御プログラムに入力し、薄膜の堆積中に、基板移動機構による基板のＸ軸方向、Ｙ軸方向の移動速度を該制御プログラムに基づいて制御することによって、生成した薄膜の膜厚分布を平坦化することを特徴とする薄膜作製法における膜厚分布の制御方法、である。
【００１０】
また、本発明は、（２）膜厚分布パラメータが下記の式で与えられることを特徴とする上記（１）の薄膜作製法における膜厚分布の制御方法、である。
【００１１】
Hmcosmθ1{cos(θ2+φ)cosφ}n
（但し、φは、膜厚分布中心のずれ角（＝ターゲット上のレーザー光照射点Ｏから膜厚最大点Ｍに線分ＯＭを引いた場合、それが、照射点Ｏから下ろした垂線と基板の表面との交点Ｐとの間の線分ＯＰに対して成す角）、ｍは、レーザー光の光軸に対して垂直方向の膜厚分布の険しさ、ｎは、レーザー光の光軸と同一方向の膜厚分布の険しさ、θ1は、膜厚
最大点Ｍを通るようにレーザー光の光軸に対して垂直方向にＸ軸をとり、Ｘ軸上のある点をＡとした場合のＯＡとＯＭの成す角、θ2は、Ｘ軸と直交するＹ軸上のある点をＢとし
た場合のＯＢとＯＭの成す角）
【００１２】
また、本発明は、（３）基板移動機構によるＸ、Ｙ軸方向への基板移動と同時に基板を回転させることを特徴とする上記（１）又は（２）の薄膜作製法における膜厚分布の制御方法、である。
【００１３】
また、本発明は、（４）基板移動機構によるＸ、Ｙ軸方向への基板移動と同時に基板を揺動運動させることを特徴とする上記（１）ないし（３）のいずれかの薄膜作製法における膜厚分布の制御方法、である。
【００１４】
また、本発明は、（５）ターゲット面と基板面を平行に配置した場合の基板のＸ、Ｙ軸方向と直角方向をＺ軸とした場合、ターゲットからのプルームの中心軸方向に対して、基板表面が垂直になるように基板をＺ軸に対してチルトさせて配置した状態で薄膜の堆積を
行うことを特徴とする上記（１）ないし（４）のいずれかの薄膜作製法における膜厚分布の制御方法、である。
【００１５】
また、本発明は、（６）ターゲットの表面積が８〜５０ｍｍ２であり、ターゲット面積対基板面積の比が、３〜１０００倍であることを特徴とする上記（１）ないし（５）のいずれかの薄膜作製法における膜厚分布の制御方法、である。
【００１６】
本発明は、薄膜堆積装置の真空容器の外部に設けた基板移動機構の制御装置に、固定基板について得られた膜厚分布の情報を入力することによって、ターゲットからの放出粒子の分布が均一になるように基板の平面運動を膜厚分布に応じて重みをつけて最適化して、精度良い所望の膜厚分布の平坦膜及び大面積膜の堆積を実現可能にしたことを特徴とする。
【００１７】
また、ターゲットからのプルームの中心軸方向が基板面に対して傾く場合に基板に到達する粒子分布が非対称となるのを基板の回転運動を組み合わせることによって補償することを特徴とする。さらに、基板に表面凹凸がある場合は基板の揺動運動を組み合わせることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、上記の方法において、基板に到達する粒子の堆積分布の情報をもとに、ターゲットから放出されるプルームの中心軸を求め、該中心軸方向に対して、基板表面が垂直になるように配置することによって、基板移動機構を制御するためのパラメータを簡略化できるようにしたことを特徴とする。
【００１９】
レーザーアブレーション法などでは、一般的に、ターゲットと基板は平行に配置されるが、ターゲットからの放出粒子群、すなわちプルームの中心軸（薄膜堆積を行った場合、膜厚が最大となる点へターゲット照射点から引いた線）の方向はターゲット表面に対して垂直になるとは限らない。
【００２０】
例えば、レーザーアブレーション法では、プルームの中心軸は、ターゲット表面に対してレーザー光入射方向に数度傾くのが一般的である。すなわち、基板の膜厚最大点はターゲット照射点から下ろした垂線と基板表面との交点より、若干レーザー光入射方向側にシフトする。その傾き角はターゲット材料の表面状態（レーザー照射点のえぐれ具合）と用いるレーザー光の照射条件（レーザー波長やレーザーパルスのエネルギー密度）によって決まる。基板をプルームの中心軸に対して垂直に設置すれば、基板への粒子の堆積分布が膜厚最大点を中心とした点対称となり、Ｘ、Ｙ軸方向の膜厚分布の補正が容易になる。
【００２１】
以上のことを前提として、図１を用いて、膜厚分布制御の近似パラメータを以下に説明する。
（１） 膜厚分布中心のずれ角φ：ターゲット上のレーザー光照射点Ｏから膜厚最大点Ｍ
に線分ＯＭを引いた場合、それが、照射点Ｏから下ろした垂線と基板２の表面との交点Ｐとの間の線分ＯＰに対して成す角。
【００２２】
（２）レーザー光Ｌの光軸に対して垂直方向の膜厚分布の険しさｍ（cosmθのｍ）：膜厚最大点Ｍを通るようにレーザー光Ｌの光軸に対して垂直方向にＸ軸をとる。Ｘ軸上のある点をＡとし、ＯＡとＯＭの成す角をθ1とすると、Ｘ軸方向の膜厚分布はHmaxcosmθ1で近似できる。ただし、ＨｍａｘはＭ点での膜厚最大値。なお、堆積時間をＴとすると膜厚最大点の堆積速度（DR）は、DRmax=Hmax/Tとなる。
【００２３】
（３）レーザー光Ｌの光軸の険しさｎ（Hmax{cos(θ2+φ)/cosφ}nのｎ）：膜厚最大点Ｍを通るようにレーザー光Ｌの光軸と同一方向（＝Ｘ軸と直交方向）にＹ軸をとる。Ｙ軸上
のある点をＢとし、ＯＢとＯＭの成す角をθ2とすると、Ｙ軸方向の膜厚分布はHmax{cos(θ2+φ)/cosφ}nで近似できる。
【００２４】
φ、ｍ、ｎが求まれば、基板２上の任意の点の生成膜の膜厚分布は、Hmcosmθ1{cos(θ2+φ)cosφ}nと近似して算出できる。基板をＸＹ平面上で移動させるに当たって、膜厚が厚くなるところは移動速度を速くし、膜厚が薄くなるところは移動速度を遅くすることによって、膜厚分布を補償することが出来る。すなわち、膜厚の大小に反比例した速度で基板を移動すれば、平坦膜を作製可能である。
【００２５】
基板２をターゲットに平行ではなく、プルームの中心軸に垂直に設置することによって、以下に示すように、膜厚分布のパラメータを簡略化でき、膜厚分布の補正が容易になる。さらに、基板到達粒子が、以前に堆積した粒子をスパッタしてしまう、すなわち再スパッタは、基板２への入射角が垂直の時が最小であるから、基板２上での再スパッタを最小限に抑えることが出来る。
【００２６】
図２に示すように、プルームの中心軸の傾きはφで与えられ、基板２は角度φだけ傾けて配置される。膜厚分布は、点Ｍに対してほぼ点対称となり、ターゲット１上のレーザー光照射点Ｏから膜厚最大点Ｍに引いた線分ＯＭとＹ軸上のある点をＡとし、点Ａに引いた線分ＯＡとの角度θのみで膜厚分布をHmaxcosnθと表すことが出来る。
【００２７】
ターゲット１からの放出粒子の空間分布は、ターゲット材料及びレーザー光の照射条件でほぼ決まる。固定基板に堆積する膜厚分布は、様々な材料に対してよく知られている（“Pulsed Laser Deposition of Thin Films”、Edited by Douglas B. Chrisey and Graham K. Hubler、1994 New York）。上記等の文献にデータが無ければ、予備実験として固
定基板に薄膜作製を実際に行い、表面粗さ計を用いて膜厚分布調べる。
【発明の効果】
【００２８】
以上述べたように、本発明の方法を用いれば、レーザー光を走査してターゲットに照射することなく、小さな表面積のターゲット材料を用いて生成した薄膜の膜厚分布のばらつきが１％以下の極平坦な膜を大面積で作製できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図３は、本発明の基板移動機構を装着したレーザーアブレーション薄膜製造装置の一例を示す概念図である。なお、図３においては、回転機構、揺動機構、チルト機構は省略している。光源から出射したレーザー光８を集光レンズ７を用いて集光し、レーザー光Ｌをコンフラッドフランジ１０Ａを介してターゲット１に照射する。回転導入機６で、レーザー光Ｌの照射中はターゲット１を回転させる。真空容器9はコンフラッドフランジ１０Ｂ
を介して設置されたゲートバルブ１１を開にして、ターボ分子ポンプ１２とフレキシブルチューブ１３でつないだロータリーポンプ１４を用いて排気する。
【００３０】
背面にセラミックヒーターを装着した基板ホルダー１５上に基板２を緻密に接触させてセットする。基板２はターゲット１に対して好ましくは平行にセットする。コンフラッドフランジ１０Ｃを介して、基板移動機構３、その上に制御回路4を配置する。
【００３１】
図４に、基板移動機構３と、回転機構、揺動機構、チルト機構の相互の関係を概念的に示す。図４では図示していない基板２は揺動機構の上部に設置される。揺動機構２１は回転機構２２の上にあり揺動しながら回転可能である。回転機構２２は基板移動機構３の先端に取り付けられており、基板２は回転および揺動運動をしながらＸＹ平面を移動できる。さらに、基板移動機構３は、ターゲット面と基板面を平行に配置した場合の基板のＸ、Ｙ軸方向と直角方向をＺ軸とした場合、Ｚ軸に対して±１０°のチルト角の範囲で傾ける
ことが可能なチルト機構２３上に取り付けられている。揺動運動させることによって凹凸のある基板に対して、隅の部分まで薄膜堆積が可能となる。
【００３２】
上記の各機構によって、基板２は、図３中に示すＸ、Ｙ軸方向の移動とＺ軸に対して傾けることが可能である。 Ｘ、Ｙ軸方向の移動とＺ軸に対してのチルトが可能な真空用高
度マニュピレーターが市販されているが、基本的にはそれと同じチルトの原理である。基板２の平面移動、回転、揺動運動を行うためのモーターを含む動作装置は、真空装置中に設置すると成膜中の不純物ガスの原因となるので、真空容器９の外部に設置することが望ましい。
【００３３】
基板移動機構３のＸ、Ｙ軸方向の移動量と移動速度は専用の電子回路又はコンピューター５に設定した制御プログラムに基づいて、制御回路４を介して制御する。制御プログラムには予めターゲット１上のレーザー光照射点からの放出粒子の空間分布、すなわち基板２を固定して薄膜作製した場合の膜厚分布の情報が基礎データとして入力されている。
【００３４】
その基礎データをもとに、制御プログラムに基づいて生成膜が所望する膜厚分布となるように基板移動機構３によって基板ホルダー１５を運動させる。レーザーアブレーション法などでは一般的にはターゲット１と基板２は平行に配置させるので、基板２の平面及び回転運動はターゲットとの平行を保ったまま行われる。平行を保つことは必須ではないが、膜質がターゲットと基板間の距離に依存するので極端な配置では不均一な膜質の薄膜が生成してしまう。
【００３５】
以下に膜厚分布を制御する方法をケース毎に説明する。
ケース１：図５に示すように、平面運動は、放出粒子の堆積分布中心Ｍが、基板２の中心Ｏを横切るように一定速度でターゲット１の表面に平行にＹ軸方向に往復運動させる。ここで、前述したように、レーザーアブレーションにおいて、ターゲット１の表面に対して所定の角度で照射されたレーザー光Ｌのターゲット１上の照射点Ｏから放出される粒子群は、その空間分布の中心線がターゲット１の表面に対して少し傾くことが知られている。その傾き角は時間とともに変化する。基板２がプルームの中心軸に対して常に垂直になるようにチルト機構と揺動機構によって位置調整を行って傾き角を変化させる。すなわち、まず、チルト機構によってプルーム中心軸上に基板中心がくるようにした後、プルーム中心軸に対して基板が垂直になるように揺動機構を使って調整する。この位置を揺動機構の初期値とすると、基板１に到達する粒子分布が、その中心線に関して点対称となり、精度良く均一な膜厚分布の薄膜が得られる。  
【００３６】
傾き角を補正した方が精度は高くなるが、補正しない場合、基板２に到達する粒子分布は非対称となるので、それを基板２の回転運動によって補償すると、均一な薄膜は得られる。回転（自転）運動は、一般に行われている程度と同様に1〜1000rpm程度の速度で行えばよい。以上の方法は、回転運動を用いているために円形又は正方形のように対称性の良い形状の基板を用いる場合に適する。
【００３７】
ケース２：ケース1で基板２に表面凹凸があり、むら無く薄膜堆積を行いたい場合は、回
転運動している基板２を揺動運動させて、ケース1と同様に平面運動させる。すなわち、
Ｚ軸に対してのチルトによって基板中心をプルーム中心軸上に配置して、プルーム中心軸と基板表面が垂直になるように先ず初期配置する。その配置を基準として、基板ホルダーの揺動機構によって揺動運動を行う。
【００３８】
ケース３：図６に示すように、縦横比の大きな長方形や楕円の基板２を用いる場合には、回転させると基板２に堆積せずに失われる粒子が多く、薄膜製造のロスが大きい。この場合は、基板２の回転はさせずに、Ｘ、Ｙ軸方向の２次元の平面運動によって均一な薄膜堆
積を実現する。基板に到達する粒子群のＸ及びＹ軸方向の堆積分布をf(X)、g(Y)とすると、Ｘ、Ｙ軸方向にはその分布を補償するためにA/f(X)、A/g(Y)（但し、Aは定数）の重し
をおいた走査を行う。なお、ここで、走査とはプルームの先端が基板表面を移動していくことをいう。具体的には、基板１の中心を座標表示する基準Ｏ、基板に到達する粒子群の分布中心をＭとすると、図６に示すような、Ｘ軸方向の片道走査を、走査速度A/{f(X)・g(Y)}（但し、Aは定数）でＹ軸方向に微小移動毎に繰り返すことによって平坦膜を作製可
能である。
【００３９】
ケース４：ケース３で基板２に表面凹凸があり、むら無く薄膜堆積を行いたい場合は、基板ホルダー部分を揺動機構により揺動させることによって、Ｘ軸、Ｙ軸方向の２次元運動している基板を揺動運動させる。
【００４０】
なお、図７に示すように、基板の運動はレーザー光Ｌの光路によって制約されるので、生成可能な薄膜の面積の最大値は、円形の場合でπ(DTS/tanθ)2、となる。ただし、θはターゲットへのレーザーの入射角、DTSはターゲットと基板間距離である。本発明の方法
では、ターゲットの表面積は円形の場合でレーザー光の照射点のスポットの直径の２〜５倍程度の直径（面積比で４〜２５倍）で十分であるが、レーザー光反射ミラー煽り機構を用いる方法では作製したい薄膜の面積に近いサイズのターゲットが必要となる。通常、レーザー照射点のスポットの面積は２ｍｍ２程度であるから、本発明の方法では、ターゲットの面積は８〜５０ｍｍ２程度、ターゲットの使用効率を考慮すれば８〜３０ｍｍ２程度のより小面積が好ましい。
【００４１】
本発明の方法では、ターゲット面積対基板面積の比は、約３〜１０００倍、より好ましくは１００〜５００倍程度にすることができる。例えば、ターゲット照射点のスポットの面積を２ｍｍ２とし、ターゲット面積を２５ｍｍ２とすれば、ターゲットと基板間距離を１００ｍｍ、レーザー入射角を３０°とすると、円形で１０４５４ｍｍ２の大面積化が可能である。その比は、約４２０倍となる。更なる薄膜の大面積化は、基板の動作範囲を大きくすることによって容易に実現可能である。また、レーザー入射角度の小角化及びターゲットと基板間距離の増加で、更なる改善が可能である。一方、レーザー光反射ミラー煽り機構を用いる方法では、設置した基板によりレーザー光の光路が制約されるので、この倍率は高々１〜２倍である。
【実施例１】
【００４２】
以下、本発明の具体的実施例を図に基づいて説明する。図３に示す装置を用いて、まず、１００×１００ｍｍの基板２を固定して動作させずに薄膜作製を行い、基板２に飛来する粒子の本来の堆積分布を調べた。ＡｒＦエキシマレーザー光（波長193nm、パルス幅30ns）を集光して入射角４５°で表面積50mm2のＦｅターゲット１の表面に照射点のスポット面積約２ｍｍ2で照射し、対向するガラス基板２（100mm×100mm）に薄膜作製を行った。
レーザー光照射中はターゲット１を１０ｒｐｍ程度で回転させた。真空容器９は１０−５Ｐａ以下に排気した。基板２はターゲット１に対して平行にセットし、その距離Ｄｔｓは５０ｍｍとした。基板２の温度は室温とし、繰り返し周波数は５０Ｈｚ、フルーエンスは１０Ｊ/ｃｍ２、レーザーエネルギーの大きさは２００ｍＪとした。膜厚の最大値は１０
０ｎｍとなるように薄膜堆積を行った。
【００４３】
生成膜の膜厚分布は、図１で示したように、Ｘ軸、Ｙ軸を考えると、それぞれ、図８（Ｘ軸）、図９（Ｙ軸）に示すようになった。Ｘ軸方向の膜厚分布パラメータは、cosnθ、ｎ＝４でうまく近似できた。膜厚最大点Ｍはターゲット照射点Ｏから延ばした基板表面への垂線と基板表面との交点Ｐに対して、レーザー光の照射方向に４ｍｍずれていた。φはatan(4/50)と算出できた。θ2 = atan(θ+Y)とすると、Ｙ軸方向の膜厚分布パラメータは100{cos(θ+φ)cosφ}m、ｍ＝４でうまく近似できた。Hmaxは１００ｎｍで、この点Ｍで
の堆積速度は５ｎｍ/ｍｉｎであった。上記から、Ｘ軸及びＹ軸方向の基板堆積粒子の分
布はf(x)、g(y)で与えられることが分かった。したがって、(X,Y)の膜厚はf(X)・g(Y)で
近似できる。
【００４４】
以上の近似パラメータφ、Ｈｍａｘ、ｎ、ｍを基板移動機構の制御プログラムに入力し、該プログラムに基づいて基板をＸＹ軸方向平面上の平面運動に膜厚分布に応じた重みを付けて動作させ、回転運動させながら、薄膜作製を行った。レーザー光のターゲット照射点Ｏから放出されて基板上に堆積される粒子群の分布は、Ｘ軸及びＹ軸方向それぞれについて、f(X)=Hmaxcos4(atan(X/DTS))、g(Y)=Hmaxcos4(atan(Y/DTS)+atan(4/50))となる。
ただし、Ｄｒｓはφ調整後のレーザー光のターゲット照射点Ｏと基板上の膜厚最大点Ｈｍａｘの点Ｍとの距離で、５０ｍｍとした。
【００４５】
次に、基板は回転させず、Ｘ軸とＹ軸方向の平面運動で薄膜作製を行った。前述したように、基板中心を原点Ｏとし、基板に到達した粒子群の分布中心Ｍの地点を（X,Y）表示
する。基板をＸＹ軸方向平面内で移動していくのであるが、そのときの各点での移動速度をA・Hmax2/{f(X)・g(Y)}とした。但し、Ａは定数であり、設定した移動速度により決ま
る。本実施例では、Ａ＝０．１ｍｍ/ｓとした。
【００４６】
基板移動機構の移動プログラムは次のように定めた。まず、(X,Y)=(-50mm,-50 mm)からＹ軸方向を固定したままＸ軸の正方向に(50 mm, -50mm)まで移動させる。その後 Ｙ軸の
正方向に０．１ｍｍシフトさせて(50 mm,-49 mm)にした後、Ｙ軸方向を固定して、今度は、Ｘ軸の負方向に、(-50mm, -49 mm)まで移動させる。これを繰り返して、(50 mm, 50 mm)まで到達したら、今までと同様なやり方で逆戻りさせる。この操作を繰り返す。
【００４７】
図１０、図１１に、生成した薄膜のＸ軸及びＹ軸方向の膜厚分布を示す。膜厚のばらつきは１％以下であり極めて平坦性の高い薄膜が得られた。Ｘ,Ｙ軸方向以外のどの方向に
対しても同様の結果が得られた。本実施例では、１００ｍｍ×１００ｍｍの極平坦膜が得られた。
【実施例２】
【００４８】
基板を固定した場合の膜厚分布の結果から、ターゲットからのプルームの中心軸の傾きφはatan(4/50)であることが分かった。そこで、基板をプルームの中心軸に対して垂直になるようにatan(4/50)だけＺ軸に対してチルトさせて傾けて設置し、基板は固定して、動作させずに薄膜作製を行った。レーザー光のターゲット上の照射点からの基板までの距離は５０ｍｍとした。生成した薄膜の膜厚分布は、膜厚最大点に関して点対称であった。膜厚最大点を原点とし、どの方向に関しても図１２に示すような膜厚分布が得られ、100cos4θで近似出来た。    
【００４９】
この配置で、基板の傾きatan(4/50)を保ったまま、基板をＸとＹ軸方向の平面運動及び回転運動させて薄膜作製を行った。元々の堆積分布がＨｍａｘ、ｎのみで表されるために、膜厚分布に応じた重みを付ける設定が容易であった。傾き角φに対応する角度分、Ｚ軸に対してチルトさせて予め基板ホルダーを傾けて設置した。これにより、基板がプルームの中心軸に対してほぼ垂直になり、基板に到達する粒子群の堆積分布がその中心に関して点対称となった。レーザー光のターゲット上の照射点から基板上に堆積される粒子群の分布は、Ｘ軸及びＹ軸方向それぞれについて、f(X)=Hmaxcos4(atan(X/DTS))、g(X)=Hmaxcos4(atan(Y/DTS))となる。ただし、Ｄｒｓはφ調整後のレーザー光のターゲット上の照射点と基板上の膜厚最大点Ｈｍａｘの点との距離で、５０ｍｍとした。基板は回転させず、ＸとＹ軸方向の平面運動で薄膜作製を行った。
【００５０】
基板中心を座標表示する基準として、基板に到達する粒子の堆積分布中心Ｍを原点とし
た。基板をＸ軸とＹ軸方向平面内で移動していくのであるが、そのときの各点での移動速度をA・Hmax2/{f(X)・g(Y)}とした。但し、Ａは定数であり、設定した移動速度により決
まる。本実施例では、Ａ＝０．１ｍｍ/ｓとした。基板移動機構の移動プログラムは次の
ように定めた。
【００５１】
まず、(X,Y)=(-50mm,-50 mm)からＹ軸方向を固定したままＸ軸の正方向に(50 mm, -50 mm)まで移動させる。その後、Ｙ軸の正方向に０．１ｍｍシフトさせて(50mm,-49 mm)にした後、Ｙ軸方向を固定して、今度は、Ｘ軸の負方向に、(-50 mm, -49 mm)まで移動させる。これを繰り返して、(50 mm,50 mm)まで到達したら、今までと同様なやり方で逆戻りさ
せる。この操作を繰り返す。
【００５２】
図１３、図１４に、生成した薄膜のＸ軸及びＹ軸方向の膜厚分布を示す。１００×１００ｍｍの基板面積で膜厚のばらつきは１％以下であり極めて平坦性の高い膜が得られた。他のどの方向に対しても同様の結果が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
ターゲット上の点源又は小さい領域からの粒子放出に対して、基板上に生成した薄膜の膜厚分布が均一な平坦膜を作製したい場合に本発明の方法は適用可能である。特に、Ｘ軸方向とＹ軸方向が異なる膜厚分布となるような異方性放出粒子が発生するような方法の場合には極めて効果的である。具体的には、レーザーアブレーション法やイオンビームスパッタ法や点源を用いる蒸着法に対して適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】基板上に成膜した薄膜の膜厚最大点Ｍが線分ＯＰのＰ点よりレーザー光入射方向側へずれている場合の膜厚分布を表示するためのパラメータを説明した模式図である。
【図２】基板上に成膜した薄膜の膜厚最大点Ｍが線分ＯＰのＰ点と一致するように基板を傾けた場合の膜厚分布を表示するためのパラメータを説明した模式図である。
【図３】基板移動機構付きレーザーアブレーション薄膜製造装置の一実施形態を示す概念図である。
【図４】基板移動機構と、回転機構、揺動機構、チルト機構の相互の関係を概念的に示す斜視図である。
【図５】本発明の方法において、基板の運動の一実施形態を説明する概念斜視図である。
【図６】本発明の方法において、基板の運動の別の一実施形態を説明する概念斜視図である。
【図７】本発明の方法において、生成可能な薄膜面積の最大値を説明する模式図である。
【図８】実施例１において固定基板に生成した薄膜のＸ軸方向の膜厚分布を示すグラフである。
【図９】実施例１において固定基板に生成した薄膜のＹ軸方向の膜厚分布を示すグラフである。
【図１０】実施例１において基板移動機構を動作させて作製した薄膜のＸ軸方向の膜厚分布を示すグラフである。
【図１１】実施例１において基板移動機構を動作させて作製した薄膜のＹ軸方向の膜厚分布を示すグラフである。
【図１２】実施例２において固定基板に生成した薄膜の膜厚分布を示すグラフである。
【図１３】実施例２において基板移動機構を動作させて作製した薄膜のＸ軸方向の膜厚分布を示すグラフである。
【図１４】実施例２において基板移動機構を動作させて作製した薄膜のＹ軸方向の膜厚分布を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５５】
１  ターゲット
２  基板  
３  基板移動機構
４  制御回路
６  回転導入機
１５基板ホルダー
Ａ  Ｘ軸上のある点
Ｂ  Ｙ軸上のある点
Ｌ  レーザー光
Ｍ  放出粒子の堆積分布中心
Ｏ  レーザー光照射点
Ｐ  照射点Ｏから下ろした垂線と基板の表面との交点Ｐ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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