(57)【要約】【課題】ドロップレットを捕捉する回転羽根式フィルターを用いるレーザーアブレーション成膜装置のより一層の耐久性向上。【解決手段】回転羽根の回転軸がほぼ鉛直であり、回転軸のベアリング機構が回転羽根の上方に位置するごとく回転羽根を回転軸に設置する。回転軸が真空容器の上面に設けたベアリング機構により支持され、かつ上端側に回転駆動機構を設け、回転軸の下端部に回転羽根式フィルターが設置されるようにするとよい。また、回転軸が真空容器の上面に設けたベアリング機構及び下面に設けたベアリング機構により支持され、回転軸の中間部に回転羽根が設置されているようにしてもよい。さらに、飛散微粒子が回転軸とベアリング機構との間隙に侵入することを防止する遮蔽部品を備えるようにするとよい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドロップレット除去用回転羽根式フィルターを真空容器内に備えた、レーザーアブレーション成膜装置において、回転羽根の回転軸がほぼ鉛直であり、回転軸のベアリング機構が回転羽根の上方に位置するごとく回転羽根が回転軸に設置されていることを特徴とするレーザーアブレーション成膜装置。
【請求項２】
回転軸が真空容器の上面に設けたベアリング機構により支持され、かつ上端側に回転駆動機構を設け、回転軸の下端部に回転羽根式フィルターが設置されていることを特徴とする請求項１記載のレーザーアブレーション成膜装置。
【請求項３】
回転軸が真空容器の上面に設けたベアリング機構及び下面に設けたベアリング機構により支持され、回転軸の中間部に回転羽根が設置されていることを特徴とする請求項１記載のレーザーアブレーション成膜装置。
【請求項４】
飛散微粒子が回転軸とベアリング機構との間隙に侵入することを防止する遮蔽部品を備えた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レーザーアブレーション成膜装置。
【請求項５】
少なくとも２カ所以上の位置で回転軸を保持するベアリング機構を有する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レーザーアブレーション成膜装置。
【請求項６】
回転軸部分に水冷機構を有す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レーザーアブレーション成膜装置。
【請求項７】
回転羽根式フィルターの回転羽根の材質がチタン、アルミニウム合金、クロームモリブデン鋼、繊維強化プラスチック、繊維強化金属から選ばれた１種または２種以上の材料よりなることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のレーザーアブレーション成膜装置。
【請求項８】
回転羽根式フィルターの回転羽根の表面に羽根の表面から剥離容易な離型性コーティングがなされていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のレーザーアブレーション成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザー光をターゲットに照射して基板の上に金属、半導体、セラミックなどの薄膜を作製するレーザーアブレーション成膜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザー光をターゲットに照射して基板の上に金属、半導体、セラミックなどの薄膜を作製するレーザーアブレーション成膜技術はターゲットとの組成のずれが起こりにくい成膜技術として半導体薄膜、超伝導材料の薄膜作製技術などとして注目されている。しかしながら、成膜時にドロップレットと呼ばれる粒子が基板表面に付着しこれが膜の表面性を損なうことが欠点であった。
【０００３】
これに対して、本発明者は、高速回転するフィルターを用いてドロップレットを除去する成膜装置及び成膜方法を発明し特許出願した（特許文献１）。図５は、この特許文献１に記載されている回転フィルーを備えたレーザーアブレーション成膜装置の概略図である。図５において、レンズ５２により集光したレーザー光５３を回転するターゲットホルダー５４に設置したターゲット５５に照射して、ターゲット５５から発生する飛散粒子５６を基板ホルダー５７に設置した基板５８に付着させる。ドロップレットを捕捉する回転羽根５１がターゲット５５と基板５８の中間に設置されて回転軸５９に支持されて高速に回転する。
【特許文献１】
特開２００３−４９２６２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
レーザーアブレーション装置では基板のより一層の大型化、基板の自転及び公転機構や走査機構を採用する要請から、ドロップレットを捕捉する回転フィルターの直径の増大が実用上好ましい。そのような大型の回転フィルターでは回転羽根や回転軸に加わる力も大きくなり、また真空容器内に飛散する粒子や回転羽根表面に捕捉される粒子の影響が大きくなり、そのような条件下でより安定な成膜を実施するには回転フィルターおよび装置のより一層の耐久性向上が望まれている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記のような、ドロップレット除去を目的とした回転フィルターを備えたレーザーアブレーション装置の耐久性を阻害する要因について詳細に検討し、上記の課題の解決を図ることに成功した。
【０００６】
すなわち、本発明は、（１）ドロップレット除去用回転羽根式フィルターを真空容器内に備えた、レーザーアブレーション成膜装置において、回転羽根の回転軸がほぼ鉛直であり、回転軸のベアリング機構が回転羽根の上方に位置するごとく回転羽根が回転軸に設置されていることを特徴とするレーザーアブレーション成膜装置、である。
【０００７】
また、本発明は、（２）回転軸が真空容器の上面に設けたベアリング機構により支持され、かつ上端側に回転駆動機構を設け、回転軸の下端部に回転羽根式フィルターが設置されていることを特徴とする上記（１）のレーザーアブレーション成膜装置、である。
【０００８】
また、本発明は、（３）回転軸が真空容器の上面に設けたベアリング機構及び下面に設けたベアリング機構により支持され、回転軸の中間部に回転羽根が設置されていることを特徴とする上記（１）のレーザーアブレーション成膜装置、である。
【０００９】
また、本発明は、（４）飛散粒子が回転軸とベアリング機構との間隙に侵入することを防止する遮蔽部品を備えたことを特徴とする上記（１）ないし（３）のいずれかのレーザーアブレーション成膜装置、である。
【００１０】
レーザーアブレーションによって生じた飛散微粒子が回転軸を支持するベアリング機構部分に侵入し、これが円滑な回転を妨げることがレーザーアブレーション装置の耐久性を阻害する主要な原因であることが判った。これにより軸と回転羽根の摩擦も大きくなり軸の温度上昇が起こり一層故障の増加を引き起こしていた。このようにして侵入する粒子はわずかであるが、大型の回転フィルターでは回転羽根や回転軸に加わる力も大きく、特に長時間の運転では破損、故障の原因となる。回転羽根の軸構造を上記のようにするとともに、さらに、飛散微粒子の侵入を防ぐ遮蔽部品を備えることによってこれら侵入する微粒子を極力排除することができる。
【００１１】
また、本発明は、（５）少なくとも２カ所以上の位置で回転軸を保持するベアリング機構を有することを特徴とする上記（１）ないし（４）のいずれかに記載のレーザーアブレーション成膜装置、である。これによって、一つのベアリングにかかる負荷を低減させ耐久性を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明は、（６）回転軸部分に水冷機構を有することを特徴とする上記（１）ないし（５）のいずれかのレーザーアブレーション成膜装置、である。これによって、基板ヒーターの輻射熱およびベアリングの摩擦熱による温度上昇を低減することができる。
【００１３】
また、本発明は、（７）回転羽根式フィルターの回転羽根の材質がチタン、アルミニウム合金、クロームモリブデン鋼、繊維強化プラスチック、繊維強化金属から選ばれた１種または２種以上の材料よりなることを特徴とする上記（１）ないし（６）のいずれかのレーザーアブレーション成膜装置、である。これによって、軽量にしてベアリング機構の負荷を軽くする。
【００１４】
また、本発明は、（８）回転羽根式フィルターの回転羽根の表面に羽根の表面から剥離容易な離型性コーティングがなされていることを特徴とする上記（１）ないし（７）のいずれかのレーザーアブレーション成膜装置、である。これによって、オーバーホール等のメンテナンスが容易に行うことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のレーザーアブレーション成膜装置の一形態を説明する概略構成図である。レンズ３２により集光したレーザー光３３を回転するターゲットホルダー３４に設置したターゲット３５に照射して、ターゲット３５から発生する飛散微粒子５６を基板ホルダー３７に設置した基板に付着させる。最初はターゲットから不純物を含んだ粒子が出てくるので、シャッター３８を基板とターゲットとの間に入れて、基板に付着するのを防ぎ、ある程度時間が経過したらシャッター３８を真空を維持して回転を可能にするシャッタ用回転導入機２３によって開けて成膜を開始する。ドロップレットは回転羽根式フイルターの回転羽根２１で捕捉する。レーザーアブレーション成膜装置の真空容器３０１内はゲートバルブ３０２を介して真空ポンプ３０３で減圧され、成膜装置の全体は架台３０４で支えられている。
【００１６】
回転羽根２１の回転軸１１はその軸を回転軸１１がほぼ鉛直であり、その上端側を真空容器３０１の上面に設けた回転駆動機構であるモーター２２により回転されるようにし、回転軸１１のベアリング機構１３は回転羽根２１の上方に位置する。この配置により、ベアリング機構１３には横方向の力が加わることなく、高速回転下でその負荷が軽くなる。また、ベアリング機構１３が回転羽根２１の上方に位置することにより回転羽根２１に付着した微粒子が脱落してもベアリング機構１３に落下することがない。
【００１７】
本発明のレーザーアブレーション成膜装置において、ターゲットを回転、揺動するか、ターゲットと基板間の距離を維維持したまま、すなわちターゲットと基板の平行を保ったままターゲットを縦横にスキャンすることによりターゲット材を有効に活用することも好ましく用いられる。
【００１８】
図２は、本発明のレーザーアブレーション装置の他の一形態を説明する概略構成図である。回転羽根２１の回転軸１１は真空容器３０１の上下を貫くごとく延長されており、真空容器３０１の上面４１だけでなく下面４２においてもベアリング機構と磁気シールユニットを有する回転軸用回転導入機２４によって真空容器３０１に固定されている。これにより回転軸１１はその両端で固定されるため回転羽根２１の高速回転においても安定に回転し、また軸構造の耐久性も向上する。
【００１９】
図３は、回転羽根の軸とベアリング機構との間隙に飛散微粒子が侵入することを防止する遮蔽部品を備えたベアリング機構の保護構造を示した回転軸方向断面図である。下端部に回転羽根（図中省略）を取り付けた回転軸１１は、回転軸を支持する外筒１２内部に、ベアリング機構１３で支持し、ベアリング機構１３の外側の外筒１２と回転軸１１との間の間隙に遮蔽キャップ１４を挿入する。
【００２０】
遮蔽キャップ１４の材料としては、ステンレス鋼、モリブデン、チタンが望ましい。遮蔽キャップ１４の外側に遮蔽効果をより高めるための遮蔽板１５を設ける。この遮蔽板１５はアルミニウムやステンレス鋼等の成型が容易な箔から成り、回転軸１１に２カ所以上で円状に弾性的に線接触させる。また、遮蔽キャップ１４側を遮蔽キャップ１４の表面に弾性的に接触させる。
【００２１】
高速回転で生じる摩擦熱による温度上昇はベアリング機構の焼き付き、あるいは回転羽根の表面に塗布したコーティングの劣化を引き起こし成膜装置の耐久性を低下させる。これを避ける目的で回転軸部分に水冷機構を設けることが効果的である。またこのような水冷機構は基板ヒーターの輻射熱による温度上昇を抑制するのにも極めて有効である。
【００２２】
図４は、冷却機構を示す概略図である。図４において、回転軸１１の一端に取り付けた回転羽根２１は、回転軸１１を支持する外筒１２内部にベアリング機構１３Ａで支持され、回転羽根の他端側の回転軸１１に取り付けた回転モータ２２で回転する。外筒１２と回転軸１１との間の回転羽根２１側の間隙内部には遮蔽キャップ１４を挿入し、さらにその外側に図３と同様に、遮断板１５を設ける。他方のベアリング機構１３Ｂ側には磁気シールユニット１８を取り付けてチャンバー内の真空を保持する。
【００２３】
回転軸１１を支持する外筒１２の内部に却管１９を設ける。冷却管９は内径２ｍｍ程度の銅、アルミニウム、又はステンレス鋼製パイプ等が好ましい。回転軸と分割した外筒を組み合わせる前に冷却管のパスを外筒に確保しておいて、冷却管を導入後、最後は抱き合わせで組み立てる。この際、冷却管が発熱部にうまく接着しているかを確認してから最終組み立てを行う
【００２４】
冷却管１９の冷媒の入口１６から冷媒が導入され、冷媒の出口１７より排出される。ベアリング１３Ａ、１３Ｂと磁気シールユニット１８とを効率的に冷やすためにそれらの周りに冷却管１９を巡らせている。回転軸１１を支持する外筒１２はフランジなどの適当な手段により真空容器３０１に取り付けられる。
【００２５】
回転羽根は軽量にしてベアリング機構の負荷を軽くすることが重要である。この目的のために選ばれる材料としてはチタン、アルミニウム合金、クロームモリブデン鋼、繊維強化プラスチック、繊維強化金属などがある。回転羽根の構造は特許文献１に示されているとおりの公知の構造でよい。
【００２６】
回転羽根にはドロップレット微粒子が付着しておりこれを適宜除去することは成膜装置内に浮遊する微粒子の数を減らし、回転軸に付着する微粒子の数も減少するので望ましい。このためには回転羽根を洗浄することが効果的であるが、ドロップレット粒子の除去を容易にするために羽根にその表面から容易に剥離できる離型性のコーティングを施すことが有効である。そのようなコーティングとしてポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂コーティングあるいはシリコン樹脂コーティングが好ましく用いられる。羽根表面の付着物は、酸やアルカリ溶剤を用いてコーティング膜ごと洗い流すことが出来、再度コーティングして用いることにより回転羽根の繰り返しの再利用が可能である。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、アブレーションで発生した微粒子がベアリング機構を損なうことがなく、大直径の回転羽根を長時間安定に高速で回転することができ、レーザーアブレーション成膜装置の耐久性、寿命が大幅に改善する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のレーザーアブレーション成膜装置の一実施形態を示す概念図である。
【図２】図２は、本発明のレーション成膜装置の他の実施形態を示す概念図である。
【図３】図３は、ベアリング機構への飛散微粒子の侵入を遮断するための遮蔽キャップと遮蔽板の構造を示す回転軸方向断面図である。
【図４】図４は、本発明のレーザーアブレーション成膜装置の冷却機構を示す概略図である。
【図５】図５は、従来例の一般的なレーザーアブレーション成膜装置の概略図である。
【符号の説明】
１１  回転軸
１２  外筒
１３  ベアリング機構
１４  遮蔽キャップ
１５  遮蔽板
１６  冷媒の入り口
１７  冷媒の出口
１８  磁気シールユニット
１９  冷却管
２１  回転羽根
２２  モータ
２３  シャッター用回転導入機
２４  回転軸用回転導入機
３５  ターゲット
３７  基板ホルダ
３８  シャッター
３０１  真空容器
３０２  ゲートバルブ
３０３  真空ポンプ
３０４  架台
【図１】
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【図２】
2005068449.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005068449.tif 000006
【図５】
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