(57)【要約】【課題】  本願課題は、プルーム２２８を再現性良く形成することで、基板２１６に均質な成膜処理を行うことが可能なレーザ蒸着装置２００を提供することである。【解決手段】  本発明によれば、ターゲット材料２１０にレーザビーム２０１を照射して基板２１６に成膜処理を行うレーザ蒸着装置２００が提供される。本装置は、前記ターゲット材料を第１方向（Ｘ軸方向）に動かす第１手段２３４と、前記ターゲット材料を前記第１方向とは異なる第２方向（Ｙ軸方向）に動かす第２手段２３６とを備える。本発明によれば、レーザビームの光学的経路を不変に維持しつつ、ターゲット材料を所定のパターンで動かすことで、一定の性質を有するプルーム２２８を再現性良く安定的に発生させ、均質な成膜を行うことが可能になる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲット材料にレーザビームを照射して基板に成膜処理を行うレーザ蒸着装置であって、
前記ターゲット材料を第１方向に動かす第１手段と、
前記ターゲット材料を前記第１方向とは異なる第２方向に動かす第２手段と
を備えることを特徴とするレーザ蒸着装置。
【請求項２】
前記第１及び第２手段が、成膜処理前に設定されたパターンで前記ターゲット材料を動かすことを特徴とする請求項１記載のレーザ蒸着装置。
【請求項３】
前記ターゲット材料を、前記第１方向に沿う軸の回りに傾ける第１傾斜手段と、
前記ターゲット材料を、前記第２方向に沿う軸の回りに傾ける第２傾斜手段と
を更に備えることを特徴とする請求項１記載のレーザ蒸着装置。
【請求項４】
プルームの光強度を複数の方向から測定する監視手段と、
前記プルームの光強度の測定結果に応じて、前記第１傾斜手段又は前記第２傾斜手段の動作を制御する制御手段と  
を更に備えることを特徴とする請求項３記載のレーザ蒸着装置。
【請求項５】
前記ターゲット材料を、前記第１方向及び前記第２方向と異なる第３方向に動かす第３手段
を更に備えることを特徴とする請求項１記載のレーザ蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空蒸着を行う技術分野に属し、特にターゲット材料にレーザビームを照射することで基板に成膜を行うレーザ蒸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ蒸着は、ターゲット材料に高いエネルギ密度のレーザを照射してイオンを放出させ、プルームと呼ばれるプラズマを発生させ、対向する基板に所望の膜を形成する。このような成膜技術を利用することで、ターゲットと膜の組成ずれ（例えば、結晶性の相違）の少ない成膜を行うことが可能になる。この技術は様々な成膜工程に利用可能であるが、例えば、超伝導体や強誘電体を基板に成膜する工程に使用することが可能である。従来のレーザ蒸着については、例えば、特許文献１乃至６及び非特許文献１乃至６に開示されている。
【０００３】
上記のプルームは、ターゲット材料表面に対する垂直軸方向の開放面側に生じる性質を有し、プルーム内の場所によって温度や密度等が異なり、更には雰囲気の温度、真空度その他のプロセス条件によってもプルームの性質は変動する。従って、レーザビームが照射される場所でターゲット材料が溶融し、放出されることで、材料表面に凹凸、起伏、土手、窪みのような形状が形成されると、発生するプルームの向き等も変化する。また、雰囲気に導入されるガスの分圧の高低に依存して、プルームの先端がターゲット材料から遠くまで伸びる形状になったり（分圧が低い場合）、逆に扁平状の形状になったりする（分圧が高い場合）。このため、ターゲット材料にレーザビームを照射し続けると、プルームと相互作用して基板に成膜される膜の性質は、プルームの状態（形状、向き、温度、密度等）に依存して変化し、均質な成膜を継続的に行うことを妨げる虞がある。
【０００４】
この問題に対処するため、レーザビームの光学的経路の途中に、レーザビームに対する角度を変化させ得る鏡（ミラー）を設け、その経路を変化させる技術がある（これについては、例えば、非特許文献１，２，５参照。）。
【０００５】
図１は、そのような従来技術によるレーザ蒸着装置１００の概略図を示す。不図示のレーザ発振源から放出されたレーザビーム１０２は、光学要素部（光学系）１０４に導入され、レンズ１０６により絞り込まれ、ミラー１０８により反射されて真空容器１１０に導入される。真空容器１１０の光学窓１１２を通じて導入されたレーザビーム１０２は、ターゲット材料１１４に照射される。ターゲット材料１１４は、ターゲットホルダ１１６で保持される。ターゲットホルダ１１６に対向して、成膜の行われる基板１１８が設けられ、この基板１１８は、基板ホルダ１２０により保持される。レーザビームの照射された部分では、ターゲット材料のアブレーションにより、プルーム１２２が形成され、このプルーム１２２と基板１１８が相互作用することで、基板１１８に所望の膜が成膜される。この場合において、ミラー１０８のレーザビーム１０２に対する角度（入射角及び反射角）を変化させることで、ターゲット材料１１４上の１点だけでなく、ある範囲内でレーザビーム１０２を照射することが可能になる。これにより、ターゲット材料表面の１点に深い窪み等が形成されることを軽減することが可能になる（このような技術については、例えば、非特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平６−１７２９８１号公報
【特許文献２】特開平７−６８１６１号公報
【特許文献３】特開平７−８８３５９号公報
【特許文献４】特開平８−１９５３４７号公報
【特許文献５】特開平８−３１１６３９号公報
【特許文献６】特開平９−９７９３１号公報
【非特許文献１】Ｊ．Ａ．Ｇｒｅｅｒ  ａｎｄ  Ｍ．Ｄ．Ｔａｂａｔ，“Ｌａｒｇｅ−ａｒｅａ  ｐｌｕｓｅｄ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ａｎｄ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ１３（３），Ｍａｙ／Ｊｕｎ，ｐ１１７５−１１８１（１９５５）
【非特許文献２】Ｔ．Ｎａｇａｉｓｈｉ  ａｎｄ  Ｉｔｏｚａｋｉ，“ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ  ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍ  ３  ｉｎ．  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  ｕｓｉｎｇ  ｏｆｆ−ａｘｉｓ  ｅｘｃｉｍｅｒ  ｌａｓｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ”，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ１４（４），Ｊｕｎ／Ａｕｇ，ｐｐ１９９５−１９９８（１９９６）
【非特許文献３】Ｚ．Ｔｒａｊａｎｏｖｉｃ，Ｌ．Ｓｅｎａｐａｔｉ，Ｒ．Ｐ．Ｓｈａｒｍａ，ａｎｄ  Ｔ．Ｖｅｎｋａｔｅｓａｎ，“Ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｙ  ａｎｄ  Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  ｖａｒｉａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＹＢ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ  ｉｎ  ｏｆｆ−ａｘｉｓ  ｐｕｌｓｅｄ  ｌａｓｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ”，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６６（１８），１Ｍａｙ，ｐ２４１８−２４２０（１９９５）
【非特許文献４】Ｗ．Ｄ．Ｓｏｎｇ，Ｃ．Ｗ．Ａｎ，Ｄ．Ｓ．Ｌｕ，Ｙ．Ｃ．Ｆａｎ，ａｎｄ  Ｚ．Ｇ．Ｌｉ，“Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｏｆ  ｌａｒｇｅｒ  ａｒｅａ  ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７  ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ｆｉｌｍ  ｂｙ  ｌａｓｅｒ  ｓｃａｎｎｉｎｇ  ａｂｌａｔｉｏｎ”，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ  Ｌｅｔｔ６３（２４），１３Ｄｅｃ．，ｐ３３７０−３３７２（１９９３）
【非特許文献５】福富勝夫、小森和範、川岸京子、戸叶一正、「大面積ＹＢＣＯ成膜のためのレーザスキャニング法」、第６１回応用物理学学術講演会  講演予稿集（第１分冊）、４ａ−ＺＫ−２２，ｐ１９２（２０００年９月）
【非特許文献６】Ｈｕｇｇｅｒ，Ｇ．Ｋ．，ｅｔ  ａｌ．，；ＭＲＳ  Ｂｕｌｌｅｔｉｎ，ＸＶＩＩ−２，２６−５８（１９９２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ミラー１０８でレーザビーム１０２の経路を変化させると、例えば図中の実線と波線で示されるように、レンズ１０６からターゲット材料１１４までの光学的距離も変化する。このため、ターゲット材料表面におけるレーザビームの絞り込み具合（エネルギ密度）にばらつきが生じてしまう。ターゲット材料１１４上で例えば２Ｊ／ｍ２になるべきエネルギ密度が、それより小さ過ぎる場合は、充分にプラズマを発生させることができなくなる一方、それが大き過ぎる場合は、過剰なプラズマが発生してプルームの大きさや密度が不必要に大きくなる。このように、レーザビームの光学的経路の長短に起因して、基板１１８と相互作用するプルーム１２２（特にその先端部分）の状態も変化する。即ち、この手法によれば、プルーム１２２の再現性が良好でなく、均質な成膜を妨げてしまうことが懸念される。高エネルギ化に有利な気体レーザのように、広がり角の比較的大きなレーザビームが使用される場合には、そのような問題が特に懸念される。
【０００７】
尚、ターゲットホルダ１１６を回転軸１２４の回りに回転させながらレーザビームを照射する技術も存在するが、レーザビームの照射される部分とされない部分が形成され、プルームの状態が所望のものから変化し、不均質な成膜が行われてしまうことに変りはない。
【０００８】
本発明は、上記問題点の少なくとも１つを解決するためになされたものであり、本発明の一般的課題は、基板に均質な成膜処理を行うことが可能なレーザ蒸着装置を提供することである。
【０００９】
更に本発明の具体的課題は、プルームを再現性良く形成することで、基板に均質な成膜処理を行うことが可能なレーザ蒸着装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、ターゲット材料にレーザビームを照射して基板に成膜処理を行うレーザ蒸着装置であって、
前記ターゲット材料を第１方向に動かす第１手段と、
前記ターゲット材料を前記第１方向とは異なる第２方向に動かす第２手段と
を備えることを特徴とするレーザ蒸着装置
が、得られる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によるレーザ蒸着装置によれば、プルームを再現性良く形成することで、基板に均質な成膜処理を行うことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図２は、本願実施例によるレーザ蒸着装置２００の概略図を示す。図３は、図２のレーザ蒸着装置２００内で成膜処理の行われる基板の側から眺めた概略図（平面図）を示す。両図を通じて、同一の要素には同一の参照番号が付されている。レーザ蒸着装置２００は、概して、レーザ光又はレーザビーム２０１を発するレーザ発振部２０２と、レーザ光の焦準を合わせる光学要素部２０４と、成膜処理が行われる真空容器２０６を有する。
【００１３】
レーザ発振部２０２は、ＫｒＦレーザのような所定の波長（２４８ｎｍ）を有するレーザビームを、１Ｈｚや１００Ｈｚのような所定のパルス間隔で発振するパルスレーザ発振器より成る。ＫｒＦレーザの代りに、ＡｒＦレーザ（１９３ｎｍ）を利用することも可能である。また、これらの気体レーザの代りに、低コスト化等の観点からＹＡＧレーザのような固体レーザの高調波（例えば、３〜４倍高調波）を利用することも可能である。更に、用途によっては連続発振レーザを利用することも可能である。但し、高エネルギのレーザビームを効率的に発振させる観点からは、気体を利用したパルス発振レーザを利用することが望ましい。
【００１４】
光学要素部２０４は、レーザビーム２０１の焦準を合わせる又は集中度を調整するためのレンズ２０８を有する。レンズ２０８は、例えば反射防止膜がコーティングされている凸レンズより成る。簡単のため、１つの凸レンズのみが描かれているが、必要に応じて複数のレンズ（凸レンズ及び／又は凹レンズ）を組み合わせることも可能である。光学要素部２０４は、レーザビーム２０１のターゲット材料２１０に至る経路を一定に維持する役割を有する。この点、その経路をミラー１０８で変化させることを意図する従来の光学要素部１０４と大きく異なる。
【００１５】
真空容器２０６には、ターゲット材料２１０を保持するターゲットホルダ２１２が設けられている。簡単のため、ターゲット材料２１０は、四角形の板状の形状を有するように描かれているが（図３）、円形その他の形状を有するターゲット材料を使用することも可能である。ターゲットホルダ２１２は、ターゲットステージ２１４上で、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸に沿って動かすことが可能である。更に、ターゲットホルダ２１２は、Ｘ軸の回りに傾斜させること、Ｙ軸の回りに傾斜させること、及びＺ軸の回りに傾斜させることが可能である。但し、これら総ての動作を実行させることは本発明に必須ではなく、用途に応じて、その１つ又は複数の動作を禁止することが可能である。
【００１６】
ターゲットホルダ２１２に対向し、そこから所定の距離を隔てた場所には、成膜処理の行われる基板２１６と、その基板２１６を保持する基板ホルダ２１８が設けられている。選択的に、基板ホルダ２１８は、基板ホルダ支持部２２０を回転軸として回転させることが可能である。このような動作は、プルーム２２８と基板２１６との相互作用が、基板２１６の表面上で平均化されることを促すので、膜質の均一化を図る観点から好ましい。
【００１７】
真空容器２０６には、ガス導入部２２２が設けられ、成膜処理に必要なガスが導入される。例えば、酸化膜を形成するために酸素が導入される、窒化膜を形成するために窒素が導入される、又は真空度を調整するために不活性ガス（アルゴン（Ａｒ）やヘリウム（Ｈｅ）等）が導入され得る。真空容器２０６には、排気部２２４が形成され、不図示のバルブや真空ポンプ等を通じて真空容器２０６内が適切な真空度に維持される。
【００１８】
また、真空容器２０６には、レーザビーム２０１を受け入れるための光学窓２２６が形成されている。更に、真空容器２０６には光学窓２３０も形成されており、その光学窓２３０を通じてプルーム２２８の様子が監視部２３２により監視又は観察される。光学窓２２６，２３０は、例えば石英ガラスより成る。監視部２３２は、分光器、ＣＣＤカメラ、フォトダイオードその他の光検出器より成る。単に光強度を監視する観点からは、ＣＣＤカメラやフォトダイオードのような汎用性のある比較的安価な装置で充分であるが、Ｃｕ２＋やＹ３＋のような特定の組成の波長（スペクトル）の光強度を監視する観点からは、様々な波長の光を区別し得る分光器であることが望ましい。本願実施例では監視部２３２はＣＣＤカメラにより構成されている。
【００１９】
図３に示されるように、真空容器２０６内には、第１調整部２３４及び第２調整部２３６が設けられ（図示の簡明化のため、図２には描かれていない）、これらは、制御信号に従って、Ｘ軸及びＹ軸に沿ってターゲットホルダ２１２を移動させる、又はそれらの軸の回りにターゲットホルダ２１２を傾けることで、レーザビーム２０１とターゲット材料２１０の位置関係を調整する。更に、図３には、複数の監視部２３２からの信号に基づいて、第１，第２調整部２３４，２３６に制御信号を与える制御部２３８が描かれている。図中、制御信号は、Ｘ軸及びＹ軸に関する２本の線で簡略化して表現されているが、Ｚ軸に関する動きを制御することも可能である。当然ながら、信号線の本数、信号形式、伝送方式（有線方式又は無線方式）等は、装置の用途に合わせて適宜選択され得る。
【００２０】
図４は、動作を説明するための説明図を示す。以下、図３，図４を参照しながら、本願実施例によるレーザ蒸着装置の動作例を説明する。概して、ターゲットホルダ２１２に保持されたターゲット材料２１０は、レーザビーム２０１を受けながら、第１，第２調整部２３４，２３６（図３）によって、ターゲットステージ２１４（図２）上の２次元平面内で動かされる。先ず、図４（Ａ）に示されるように、ターゲット材料２１０上の基準点Ｐに、レーザビーム２０１が照射される。基準点Ｐは、その場所がレーザビーム照射の開始点であることを示す。光学要素部２０２により、このＰ点にレーザビーム２０１が集光されるように、レンズ２０４による調整が行われる。例えば、レーザ発振部２０２（図２）からのレーザビームが２ｃｍ×５ｃｍ程度の範囲にわたって出力されている場合に、Ｐ点で０．１ｃｍ×０．３ｃｍ程度の範囲に集光され、例えば２Ｊ／ｍ２のような高いエネルギ密度が達成される。レーザビーム２０１の状態はこのまま維持される、即ちレーザビーム２０１のターゲット材料２１０に至るまでの光学的経路は不変に維持される。言い換えれば、光学要素部２０４は、レーザビーム２０１の光学的経路を不変に維持する手段である。
【００２１】
次に、第２調整部２３６（図３）を駆動して、図４（Ａ）の矢印で示されるように、ターゲットホルダ２１２（ターゲット材料２１０）をＹ軸の負の方向に一定の速度で動かす。この工程は、レーザビーム２０１をターゲット材料２１０に照射させながら、レーザビーム２０１がターゲット材料２１０の別の基準点Ｑに至るまで行われる。基準点Ｑは、その場所がターゲット材料２１０の端又は縁であることを示す。
【００２２】
Ｑ点に達すると、ターゲット材料２１０をＹ軸に沿って移動させるのを停止し、図４（Ｂ）の矢印で示されるように、ターゲット材料２１０をＸ軸の負の方向に所定の距離だけ動かす。レーザビーム２０１をターゲット材料２１０全面に均等に照射する観点からは、その所定の距離は、レーザビーム２０１がターゲット材料表面上で集光される範囲と同程度に小さいことが望ましい。以後、レーザビーム２０１が更に別の基準点Ｒに至るまで、Ｙ軸負方向への移動、Ｘ軸負方向への移動、Ｙ軸正方向への移動及びＸ軸負方向への移動が反復して行われる。基準点Ｒは、その場所がターゲット材料２１０の端又は縁であることを示すのに加えて、レーザビーム２０１がターゲット材料２１０全面を照射する１つのサイクルが終了したことを示す。
【００２３】
１つのサイクルが終了すると、光学窓２２６（図２，図３）を遮ることでレーザビーム２０１を遮断し、ターゲット材料２１０の位置を当初の場所に戻すように、第１調整部２３４及び第２調整部２３６を駆動する。そして、光学窓２２６を再び開き、Ｐ点にレーザビーム２０１を照射させ、上記の動作が繰り返される。又は、光学窓２２６を開く前に、別の基板が真空容器２０６内に導入される。このようにして、図４（Ｃ）の矢印で示されるような幾何学パターンで、ターゲット材料２１０全面にレーザビーム２０１を同じ条件で照射することが可能になる。このため、プルーム２２８（図２，３）が、同じ状態（温度、密度、大きさ等）で発生し、基板２１６（図２）への成膜も均質に行われる。
【００２４】
尚、レーザビーム２０１がＲ点に達した場合に、レーザビーム２０１の照射を遮断せずに、ターゲット材料２１０をそれまでの動作とは逆向きに動かすことで、レーザビーム照射の第２のサイクルを行うことも可能である。即ち、レーザビーム２０１が基準点Ｒに達した後に、図４（Ｃ）に示される矢印を逆向きにした経路を辿ってＰ点に戻るように、第１及び第２調整部２３４，２３６を制御することが可能である。このようにすると、レーザビーム２０１の照射を遮ることなく、連続的にレーザビーム２０１をターゲット材料２１０に照射しながら、成膜を継続することが可能になる。
【００２５】
以上に説明したような第１及び第２調整部２３４，２３６の動作については、レーザビーム２０１の照射を行う前に（事前に）制御部２３８にプログラムしておくことが可能である。又は、ターゲット材料２１０上のレーザビーム２０１が照射されている部分の位置情報を取得及び監視することで、第１及び第２調整部２３４，２３６の動作を適応的に制御することも可能である。
【００２６】
本実施例では、簡単のため、レーザビーム２０１の先端が、ターゲット材料２１０上で図４（Ｃ）に示されるような幾何学パターンを描くように、第１及び第２調整部２３４，２３６の動作が制御される場合を説明したが、ターゲット材料２１０の形状、レーザ蒸着装置の機構的制約等に依存して、任意の幾何学パターンを採用することが可能である。例えば、図示されているような蛇行するパターンでなく、渦巻き状のパターンを採用することも可能であるし、そのような規則的なパターンでなく不規則なパターンを採用することも可能である。どのようなパターンを採用するにせよ、ターゲット材料２１０の表面を満遍なくレーザビーム２０１が照射されることを要する。但し、上述したような簡易且つ効率的に第１及び第２調整部２３４，２３６を動かす観点からは、図示したような蛇行するパターンを採用することが望ましい。
【００２７】
ところで、レーザビーム２０１がターゲット材料２１０の全面に照射された後の表面には、レーザアブレーションに起因して、いくらか起伏が形成されることが予想される。この起伏は、従来のレーザ蒸着装置で懸念されていたような極端な段差よりも非常に緩やかであり、用途によっては無視し得る。しかしながら、たとえ緩やかであったとしてもそのような起伏に起因して、プルームの発生する向きが変化する虞がある（プルームは、ターゲット材料の表面に垂直に生じる性質を有するが、その表面に起伏があることで、プルームの発生する向きに揺らぎが生じ得る。）。プルームの向きの揺らぎ又は変化に起因して、基板に成膜される膜の膜質も不均一になる虞がある。従って、より精密なプルームの状態制御が求められるような場合には、そのような僅かな段差（起伏）にも配慮することが必要になる。
【００２８】
このため、本願実施例では、以下に説明されるようなフィードバック制御が行われる。この制御では、光学窓２３０を通じて、例えばＣＣＤカメラ２３２である監視部２３２で、プルーム２２８の光強度が監視される。監視の対象となる点は、真空容器２０６内の所定の点であり、これは例えば図２のＧ点のような、プルームの光強度が最高になるような場所である。尚、強度が最高になる点を監視の対象にすることは、本発明に必須ではなく、逆にプルームの光強度が弱くなっている点を監視することも可能である。言い換えれば、フィードバック制御の目標値として設定する光強度は、最高値や最低値に限らず任意の値にすることが可能である。但し、光強度変化を検出しやすくする観点からは、本願実施例のように、最高値を目標値に設定することが望ましい。また、光強度の測定を正確に行う観点からは、光強度の監視は、レーザビーム２０１のパルス周期に同期して行うことが望ましい。レーザビーム２０１の（先端の）強度は、レーザ発振部２０２におけるレーザパルス出力と共に変化し、発生するプルームの状態もそのパルス周期で変化するためである。
【００２９】
Ｇ点の光強度は、複数の監視部２３２（図３）によって監視及び測定され、測定結果が制御部２３８に与えられる。２以上の監視部２３２を設けることで、プルーム２２８の位置変化を正確に把握することが可能になる。制御部２３８は測定結果を分析し、分析結果に応じた制御信号を作成する。例えば、第１調整部２３４側の監視部２３２からの光強度が弱くなったとすると、制御部２３８は、ターゲット材料２１０をＹ軸の回りに傾斜させるような制御信号を第１調整部２３４に与える。同様に、第２調整部２３６側の監視部２３２からの光強度が弱くなったとすると、制御部２３８は、ターゲット材料２１０をＸ軸の回りに傾斜させるような制御信号を第２調整部２３６に与える。Ｘ軸又はＹ軸の回りにターゲット材料２１０を傾斜させることで、プルーム２２８の傾きを補償し、基板２１６での成膜が均質に行われるようにすることが可能になる。ターゲット材料２１０の表面にどのような起伏が生じるかは、事前に知ることが困難であるため、Ｘ軸又はＹ軸の回りにターゲット材料２１０を傾斜させる制御は、フィードバック制御で適応的に行われることが望ましい。上述したように、単に光強度を監視する観点からは、監視部２３２はＣＣＤカメラやフォトダイオードで充分であるが、Ｃｕ２＋やＣｕＯのような特定の組成の波長の光強度を監視するには、様々な波長の光を区別し得る分光器であることが望ましい。
【００３０】
本実施例では、第１調整部２３４にＹ軸回りにターゲットホルダ２１２を傾斜させる機構を設け、第２調整部２３６にＸ軸回りに傾斜させる機構を設けているが、逆に、第１調整部２３４にＸ軸回りに傾斜させる機構を設け、第２調整部２３６にＹ軸回りに傾斜させる機構を設けることも可能である。
【００３１】
上記の説明では、ターゲットホルダ２１２をＸ軸方向に移動させる動作、Ｙ軸方向に移動させる動作、及びそれらの軸の回りに傾斜させる動作を説明したが、更に、ターゲットホルダ２１２をＺ軸方向に動かすこと及びＺ軸の回りに傾斜させることも有利である。例えば、ターゲット材料２１０の厚み（Ｚ軸方向）は、レーザアブレーションによって薄くなるので、薄化される前後でレーザビーム２０１の光学的距離（光学系２０２の出力からターゲット材料２１０までの距離）も厳密には異なる。ターゲット材料２１０の薄化に起因して、レーザビーム２０１先端のビーム集中度又はエネルギ密度も厳密には変化し、それはプルームの状態を変化させる虞がある。このような光学的距離の変化は、通常は無視し得る。しかし、比較的厚いターゲット材料２１０を薄くなるまでレーザビーム２０１を照射する場合や、より精密なプルーム２２８の状態制御が求められる等の場合には、そのような光学的距離の変化に配慮する必要がある。そのような場合には、ターゲット材料２１０の薄化に合わせて、ターゲット材料２１０をＺ軸の正の方向に移動させることが望ましい。
【００３２】
ところで、ターゲットホルダ２１２又はターゲット材料２１０を動かす機構は、Ｘ軸やＹ軸に沿う直進運動に限定されず、例えばＺ軸回りの回転とＸ軸又はＹ軸方向の直進とを組み合わせることも可能である。但し、Ｚ軸回りの回転を行わせる場合は、その回転軸自体が、Ｘ軸（若しくはＹ軸又はその他の１つの軸）に沿って可動であることを要する。即ち、回転の中心点と、レーザビームの経路に沿う直線までの最短距離が可変であることを要する。いずれにせよ、ターゲット材料２１０の全面にレーザビーム２０１を照射するように、ターゲットホルダ２１２を２次元平面内で動かすことができればよい。但し、ターゲット材料２１０を一定の速度で動かす観点からは、Ｘ軸及びＹ軸に沿う動作のような、直進動作を組み合わせた動作を行わせることが望ましい。回転動作を行わせる場合は、レーザビームの照射される場所と回転の中心点との距離（半径）が、短い場合は低速で回転させ、その距離が長い場合は高速で回転させ、ターゲット材料の全面にわたって単位時間当たりのレーザ照射量が等しくなるようにする必要がある。一方、ターゲット材料を動かす機構を簡易にする観点からは、モータの回転をそのまま利用し得る回転動作を利用することが好ましい。
【００３３】
以上説明したように、本願実施例によれば、光学系２０２の出力からターゲット材料２１０までの光学的経路又は距離を不変に維持しつつ、ターゲット材料２１０を所定のパターンで動かすことで、一定の性質を有するプルーム２２８を再現性良く安定的に発生させ、均質な成膜を行うことが可能になる。
【００３４】
本願実施例によれば、ターゲットホルダ２１２（ターゲット材料２１０）を２次元的に動かす機構（第１，第２調整部２３４，２３６）が設けられているので、ターゲット材料２１０に満遍なくレーザビームを照射させることができる。従来のようなレーザビームの照射される部分とされない部分の境界に起因する、ターゲット材料表面における段差の発生を効果的に抑制することが可能になる。
【００３５】
本願実施例によれば、ターゲット材料２１０を直進させるだけでなく、傾斜させる機構（第１，第２調整部２３４，２３６）も設けられているので、膜質に特に大きな影響を及ぼすプルーム２２８の向きを一層精密に制御することが可能になる。
【００３６】
本願実施例によれば、監視部２３２及び制御部２３８が設けられているので、プルーム２２８の様子を観察しながら、ターゲット材料２１０の傾きを調整することで、プルーム２２８の向きを適切に維持するようにフィードバック制御することが可能になる。
【００３７】
本願実施例によれば、監視部２３８は、レーザビーム２０１のパルス周期に合わせて、プルーム２２８の光強度を測定するので、正確な測定を行うことが可能である。
【００３８】
本願実施例によれば、ターゲット材料２１０は、Ｘ軸及びＹ軸による２次元的な動作だけでなく、Ｚ軸方向に動作させることもできる。これにより、ターゲット材料２１０の薄化に起因する光学的距離の変化をも補償することが可能になる。
【００３９】
以下、本願課題を解決する手段を例示的に列挙する。
【００４０】
（付記１）
ターゲット材料にレーザビームを照射して基板に成膜処理を行うレーザ蒸着装置であって、
前記ターゲット材料を第１方向に動かす第１手段と、
前記ターゲット材料を前記第１方向とは異なる第２方向に動かす第２手段と
を備えることを特徴とするレーザ蒸着装置。
【００４１】
（付記２）
前記第１及び第２手段が、前記ターゲット材料を前記基板に平行な面内で動かすことを特徴とする付記１記載のレーザ蒸着装置。
【００４２】
（付記３）
前記第１及び第２手段が、成膜処理前に設定されたパターンで前記ターゲット材料を動かすことを特徴とする付記１記載のレーザ蒸着装置。
【００４３】
（付記４）
前記ターゲット材料を、前記第１方向に沿う軸の回りに傾ける第１傾斜手段と、
前記ターゲット材料を、前記第２方向に沿う軸の回りに傾ける第２傾斜手段と
を更に備えることを特徴とする付記１記載のレーザ蒸着装置。
【００４４】
（付記５）
プルームの光強度を複数の方向から測定する監視手段と、
前記プルームの光強度の測定結果に応じて、前記第１傾斜手段又は前記第２傾斜手段の動作を制御する制御手段と  
を更に備えることを特徴とする付記４記載のレーザ蒸着装置。
【００４５】
（付記６）
前記レーザビームがパルスレーザであり、
前記監視手段が、前記レーザビームのパルス出力に同期して測定を行うことを特徴とする付記５記載のレーザ蒸着装置。
【００４６】
（付記７）
前記ターゲット材料を、前記第１方向及び前記第２方向と異なる第３方向に動かす第３手段
を更に備えることを特徴とする付記１記載のレーザ蒸着装置。
【００４７】
（付記８）
前記ターゲット材料を、前記第３方向に沿う軸の回りに傾ける第３傾斜手段を更に備えることを特徴とする付記１記載のレーザ蒸着装置。
【００４８】
（付記９）
前記レーザビームが、気体レーザであることを特徴とする付記１記載のレーザ蒸着装置。
【００４９】
（付記１０）
前記基板に、超伝導材料が成膜されることを特徴とする付記１記載のレーザ蒸着装置。
【００５０】
（付記１１）
前記基板に、強誘電体材料が成膜されることを特徴とする付記１記載のレーザ蒸着装置。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】従来法によるレーザ蒸着装置の部分概略図を示す。
【図２】本願実施例によるレーザ蒸着装置の概略図を示す。
【図３】図２のレーザ蒸着装置の概略的な平面図を示す。
【図４】本願実施例によるレーザ蒸着装置の動作例を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０２  レーザビーム
１０４  光学要素部
１０６  レンズ
１０８  ミラー
１１０  真空容器
１１２  光学窓
１１４  ターゲット材料
１１６  ターゲットホルダ
１１８  基板
１２０  基板ホルダ
１２２  プルーム
１２４  回転軸
２００  レーザ蒸着装置
２０１  レーザビーム
２０２  レーザ発振部
２０４  光学要素部
２０６  真空容器
２０８  レンズ
２１０  ターゲット材料
２１２  ターゲットホルダ
２１４  ターゲットステージ
２１６  基板
２１８  基板ホルダ
２２０  基板ホルダ支持部
２２２  ガス導入部
２２４  排気部
２２６  光学窓
２２８  プルーム
２３０  光学窓
２３２  監視部
２３４  第１調整部
２３６  第２調整部
２３８  制御部
【図１】
2005105384.tif 000003
【図２】
2005105384.tif 000004
【図３】
2005105384.tif 000005
【図４】
2005105384.tif 000006