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JP3255469B2 - レーザ薄膜形成装置 - Google Patents

レーザ薄膜形成装置

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JP3255469B2
JP3255469B2 JP34558492A JP34558492A JP3255469B2 JP 3255469 B2 JP3255469 B2 JP 3255469B2 JP 34558492 A JP34558492 A JP 34558492A JP 34558492 A JP34558492 A JP 34558492A JP 3255469 B2 JP3255469 B2 JP 3255469B2
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一良 児島
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智広 笹川
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彰彦 古川
安次 松井
昭正 結城
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秀毅 矢部
泰助 古川
幸司 吉瀬
登 三上
堀川　　剛
哲郎 蒔田
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Mitsubishi Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、レーザ薄膜形成装置
に関し、機能性薄膜形成や大面積薄膜形成に用いるレー
ザ薄膜形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１４８は、たとえば特開平４−４５２
６３号公報に記載された従来のレーザ薄膜形成装置であ
り、１はチャンバ、２は基板、３は基板ホルダ、４はヒ
ータ、５は原料ターゲット、６はノズル、７は入射窓、
９は集光レンズ、１０はレーザ装置、１１はターンテー
ブル、１２はＸＹステージ、１３は制御装置、１４はモ
ータ、１５はプルーム、１６はレーザ光、１７は真空排
気装置である。
【０００３】次に動作について説明する。レーザ装置１
０から出射されたレーザ光１６は、集光レンズ９で集光
され、チャンバ１のレーザ入射窓７を通過して、チャン
バ１内のターンテーブル１１に設置された原料ターゲッ
ト５に照射される。この際、ターンテーブル１１はモー
タ１４により回転させることが可能である。それは、原
料ターゲット５の同一部分のみがスパッタリングされて
局所的にクレータが生じることがないように、原料ター
ゲット５を回転させることによって、レーザ照射の均一
化を図るためである。
【０００４】ターゲット５上のレーザ照射部において
は、急峻にプラズマ状態が生成し、該プラズマ状態が数
十ｎｓで冷えていく過程の中で、孤立した励起原子やイ
オンが生成する。これらの一群の励起原子やイオンは数
μ秒以上の寿命をもっており、空間へ放出されて、蝋燭
の炎のようなプルーム１５を形成する。一方、原料ター
ゲット５と対向して、基板２が基板ホルダ３に固定され
て配設されており、プルーム１５中の励起原子やイオン
は該基板２上に到達した後、堆積しながら薄膜を形成し
ていく。
【０００５】ここで、基板ホルダ３内には基板を加熱す
るヒータ４が備えられており、低温で堆積された膜を結
晶化温度以上でアニールすることによって良質の薄膜を
形成するポストアニールや、堆積時に基板自身を結晶化
温度以上に保持してその場で結晶化した薄膜を形成して
いくアズデポジションが行なえるように構成されてい
る。また、アズデポジション法では、活性酸素雰囲気な
どを併用することも行なわれており、たとえば、図に示
したように、高温超伝導薄膜を成膜する際に、酸素を含
むガスを供給するノズル６が備えられていて、基板２の
雰囲気を酸素雰囲気とし、基板２上での酸化物生成を促
進する工夫がなされている。
【０００６】さらに、薄膜形成面積の拡大の観点から、
基板ホルダ３は、ＸＹステージ１２に搭載されており、
薄膜の形成位置を移動させることができるように構成さ
れている。まず、レーザ装置１０の発振パルスに対応し
た制御信号が制御装置１３を介してＸＹステージ１２に
送られる。該ＸＹステージ１２はこの制御信号に基づい
て駆動され、レーザパルス毎に基板２上の薄膜形成位置
を変位させていき、結果として、広い面積に均一な薄膜
を形成することができるように組まれている。本従来例
では、ＸＹステージ１２による駆動を行なわない場合に
は、薄膜の形成面積が１０ｍｍ×１０ｍｍ（膜厚分布±
１０％）に留まるのに対し、ＸＹステージの駆動により
該面積が３５ｍｍ×３５ｍｍにまで拡大されている。
【０００７】しかし、たとえば半導体産業におけるニー
ズとしては、６〜８インチウェハ上に均一な薄膜形成を
行なうことが嘱望されており、これまでのレーザ薄膜形
成装置では、これに答えることは不可能であった。
【０００８】図１４９は、たとえば特開平４−１１４９
０４号公報に示された他の従来例を示している。同図に
おいて、１８は酸素イオン源、１９は酸素ガス、２０は
酸素イオンビームを示す。本従来例における薄膜形成の
過程は上記の従来例と同様である。このようなレーザ薄
膜形成装置においては、１０〜数１０←ｎｓ←程度の極
めて短いパルス状のレーザ光がターゲットに照射され、
照射時のみ原子状，分子状，あるいはクラスター状にな
ったターゲット原料が基板上に供給され薄膜が形成され
ることになる。パルス幅が極めて短くエネルギの高いエ
キシマレーザでは、（ａ）多量のターゲット原料を生成
して基板上に堆積させることができ薄膜成長速度を非常
に早くすることができる，（ｂ）原料ターゲットとの組
成ずれの少ない薄膜が得られる、等の利点もあるが、結
晶化が十分に行われず膜質を低下することがある。そこ
で、基板２を基板ホルダー３内に備えられたヒータ４に
よって結晶化温度以上に保持することにより、基板２上
に堆積した原子状，分子状，あるいはクラスター状原料
の基板２上での結晶化を促進する工夫等がなされてい
る。
【０００９】しかし、このように薄膜形成に際して基板
を高温に保持すると、基板の劣化あるいは不必要な反応
等を誘起し、機能性薄膜の電子工学上あるいは機械工学
上の観点から不都合となる場合が多い。したがってこの
従来例では、基板加熱に伴う問題を低減するため、レー
ザ光１６が原料ターゲット５に照射される際に、イオン
源１８に酸素ガス１９を導入して発生した酸素イオンビ
ーム２０を基板２に照射し、薄膜への酸素の補給ととも
に酸素イオン衝撃による結晶成長の低温化を図ってい
る。その結果、本公知例では、基板温度６００℃におい
てＹ1 Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x 酸化物超電導薄膜を形成する
ことができた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のレーザ薄膜形成装置には、次のような問題点が
あった。
【００１１】まず、１つのプルームによって成膜できる
面積が限られているため、半導体産業において要求され
る６〜８インチウェハのような大きな面積にわたって均
一な薄膜を形成することは不可能であった。
【００１２】また、基板の成膜温度が高いことに起因す
る基板の劣化や、不要な副次的反応の誘発による薄膜品
質の低下が生じ、さらに、活性イオン種を併用して膜質
を高めようとすると、イオンビームによる基板の損傷が
生じるなど、膜の高品質化が図れないという問題があっ
た。
【００１３】さらに、ターゲット上に照射する集光ビー
ムの強度、レーザ発振条件、ターゲット位置或いは成膜
圧力などの成膜パラメータは、初期に設定した後は制御
されていなかった。そのため、ターゲット表面の組成や
基板に入射する粒子の持つエネルギの微妙な変化によ
る、膜の組成の変化や配向性など、膜質の微妙な制御を
することはできなかった。
【００１４】本発明は、上記従来の問題点を解決するた
め、基板を損傷することなく、高品質かつより大きな面
積の薄膜を、均一な膜質分布で形成することを可能にし
たレーザ薄膜形成装置を提供することを目的とする。
【００１５】また本発明は、レーザ薄膜の形成過程にお
いて種々の条件を制御することにより、微妙な膜質の制
御を行なうことが可能なレーザ薄膜形成装置を提供する
ことを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明のレーザ薄膜形成
装置は、基本構成として、排気手段を有するチャンバ
と、このチャンバ内に配されたターゲットと、そのター
ゲットにレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、レー
ザ光の照射によりターゲットから発生するプルームに含
まれる物質を堆積させる基板を保持する基板保持手段と
を備えている。
【００１７】本発明の第１の局面におけるレーザ薄膜形
成装置は、レーザ光照射手段がパルスレーザ光を照射
し、さらに、レーザ光照射手段から発せられるレーザ光
のターゲット上での照射位置を、所定周期で巡回するよ
うに移動させる手段と、ターゲットへのレーザ光照射位
置が複数のパルスにおいて同一の位置で重なることがな
いように、レーザ光のパルス周波数とターゲット上への
レーザ光照射位置の移動速度との関係を制御する手段と
を備える。
【００１８】本発明の第２の局面におけるレーザ薄膜形
成装置は、各々がレーザ光を通す穴を備えた複数のター
ゲットを含み、さらにそれらのターゲットの位置を変化
させる手段を有し、それらのターゲットの位置を変化さ
せることによって、レーザ光がターゲットの穴を通過し
て別のターゲットに照射することを可能としたものであ
る。
【００１９】
【作用】本発明の第１の局面におけるレーザ薄膜形成装
置によれば、ターゲット上のレーザ光照射位置が複数の
パルスにおいて同一の位置に重なることがないように制
御する手段を有することにより、プルームが特定の箇所
に集中して発生することがないため、大きな面積にわた
って均一な膜厚分布を有する薄膜を堆積させることがで
きる。
【００２０】本発明の第２の局面におけるレーザ薄膜形
成装置によれば、レーザ光を通す穴を備えた複数のター
ゲットを含み、その複数のターゲットの位置を変化させ
ることによってレーザ光がターゲットの穴を通過して別
のターゲットに照射することを可能としたことにより１
本のレーザビームをチャンバ内に通すだけで、複数箇所
のターゲットからプルームを発生することができる。そ
の結果、レーザビームの光路を変化させる手段を必要と
することなく、大きな面積の基板表面に薄膜を形成する
ことができる。
【００２１】
【実施例】以下、この発明に関連する第１の参考例およ
びその変形例について説明する。図１において１５はプ
ルーム、１６はレーザビーム、５はターゲットである。
【００２２】次に動作について説明する。レーザビーム
１６をターゲット５に照射するとターゲットを構成する
分子が蒸発して蝋燭の炎のようなプルーム１５が発生す
る。このプルームはターゲットのほぼ法線の方向に広が
りながら発生する。しかし、プルームの広がりは小さ
く、このプルームを利用して成膜するとプルームの強度
分布に比例して膜厚の分布ができる。
【００２３】図２はレーザビームの強度分布とプルーム
の強度分布の関係を示す概念図である。図において点線
で示したプルーム強度分布はアニュラ状ビームの一方か
ら発生したもので、２つの点線で示したプルームの重ね
合わせにより図中実線で示したような強度分布において
平坦部を持つプルームを得ることができる。プルームの
大きさはターゲットの材質、照射するレーザのエネルギ
により異なるので予め平坦部が広くなるようアニュラの
直径を調整するか、レーザ出力を調整しておく必要があ
る。
【００２４】図１ではビームの強度分布がアニュラ状で
ある場合であるが、強度分布が櫛目模様あるいは格子
状、あるいは点の集合であってもよい。いずれの場合も
レーザビームの直径を大きくしてプルームを広げる場合
に比べて単位面積当たりの光強度が強くなり、プルーム
の発生効率を向上させることができる。しかも、プルー
ムの強度分布が平坦な部分を広げることができるから、
広い面積に膜厚分布の少ない膜を付けることができる。
【００２５】図３は適当な分布を持つビームを得るため
の光学系の一例を示したものである。通常のレーザビー
ム１６の強度分布はガウス型あるいはトップハット状で
ある。そこでまずレーザビーム１６を光進行方向変換素
子４２００を通す。この例では図のようなプリズムであ
る。この光進行方向変換素子を通過すると、ビームは２
つに分割されると同時に向きを変える。集光レンズ９と
して球面レンズを用いて集光すると焦点位置では２つの
点になるというわけである。また、集光レンズ９として
シリンドリカルレンズを用いるとニの字型にすることが
できる。このように光進行方向変換素子と集光レンズを
利用することにより任意の強度分布を得ることができ
る。適当な分布を得るためにはマスクにアニュラ状ある
いは直線状の穴を開けてレーザビームの光の一部を遮っ
てもよい。しかし、光進行方向変換素子を用いると遮る
ことによる光のロスが少ないという利点がある。
【００２６】図４は光進行方向変換素子４２００として
円錐状のアキシコン４２０１を使ったものである。この
場合ビームの光の進行方向は軸対称に変換されるから集
光するとアニュラ状になる。図５はプリズム４２０２を
使った例である。また、図６はアキシコン４２０１ある
いはプリズム４２０２を多数並べたもので、直線あるい
はアニュラを沢山同時に作ることができる。また図７は
回折格子４２０４を使用した例でレーザビーム１６ａを
多数の特定方向に分離することができる。回折格子４２
０４は通常の平行な溝があるものでもよいし、同芯円状
のものでもよい。またここでは透過型の回折格子とした
が反射型の回折格子でもよい。
【００２７】図８から図１１は集光点の集合をスキャン
する様子を表したものである。より広い領域に均一な薄
膜を付ける場合にはレーザビーム１６あるいは基板２を
スキャンしてやる必要がある。アニュラ状あるいは（図
８）、直線状（図９）、点線状（図１０）、点の集合
（図１１）をスキャンすることにより広い面積に一様な
薄膜を生成することができる。
【００２８】レーザの強度分布は通常ガウス型かトップ
ハット状であるが、レーザ装置１０の中で予め好ましい
光強度分布を作ることもできる。図２は不安定型共振器
と呼ばれている例で、ゲイン部４２１０をはさんで凸面
形状を持った部分反射鏡４２１１と凹面形状を持った全
反射鏡４２１２により共振器が構成されている。この例
によるレーザ出力は図に示したようにアニュラ状にな
る。ただ、この場合は分布はアニュラであるが光の進行
方向は同じであるから集光すると一点に集まってしま
う。そこで集光レンズの代わりにレーザ装置を出たばか
りの光強度分布を結像するレンズ系を組む必要がある。
【００２９】また、図１３はレーザ装置の部分反射鏡と
して穴明き反射鏡４２１３を使った例である。レーザ装
置から出た光をマスクすると遮られた光はロスとなる
が、この場合は遮られた光はゲイン部４２１０に再び戻
り増幅される。
【００３０】次に、本発明の第２の参考例とその変形例
について、図１４ないし図１９に基づいて説明する。
【００３１】図１４に、本参考例を実施するレーザ薄膜
形成装置の一例の概略図を示す。図１４に示されたレー
ザ薄膜形成装置では、レーザ装置１０で発生されたレー
ザ光１６は、レーザビーム遮蔽板４８０４により、ビー
ム断面の周囲におけるビーム強度の弱い部分をカットさ
れ、中心部のみが集光レンズ９により集光され、チャン
バ１内に設置されたターゲット５を照射する。チャンバ
１内は高真空に排気可能である。基板２がターゲット５
に対向するように配置されている。レーザ光１６は、タ
ーゲット５を蒸発させ、プルーム１５を発生させる。プ
ルーム１５は、ターゲットと同組成の粒子のプラズマで
あり、プルーム１５と基板２の接触面に薄膜が堆積され
る。
【００３２】通常レーザ薄膜形成法に使用されるエキシ
マレーザビーム断面は、その中心部がフラットで周囲ほ
ど減衰するエネルギ密度分布を持つ。ビーム断面の裾に
当たるレーザエネルギ密度の小さい部分により蒸発され
た前記ターゲットは、直径１μｍ程度の液滴状になり、
プルーム中を浮遊し基板上に堆積するため、基板上に直
径１μｍ程度の凹凸が生じ、膜質を劣化させる。本発明
の方法では、レーザビーム断面強度分布を低減するた
め、レーザビームの中心部のみを通過させる遮蔽板にレ
ーザビームを通した後、ターゲットに照射することによ
り、ターゲットの液滴状の蒸発を防いでいる。
【００３３】図１５に、レーザビーム１６のターゲット
５への入射角度を制御することにより、ターゲット５上
でのビーム断面を正方形に変換する装置の一例の概略図
を示す。レーザ光１６のターゲット５に照射する角度θ
をａ／ｂ＝ｓｉｎθを満たすように選択する。ただし、
ａ，ｂはそれぞれ、前記レーザビームの進行方向に対す
る垂直断面内におけるビーム形状の短辺および長辺の長
さであり、前記長辺は前記ターゲット表面に平行に入射
するものとする。これにより、ターゲット表面でのレー
ザビーム光は、一辺がｂの長さの正方形に変換される。
【００３４】エキシマレーザの前記ビーム断面は、通常
長方形であり、レーザビームが照射された前記ターゲッ
ト表面に発生するプルームの断面形状も長方形になる。
この長方形の断面形状の初期発生プルームは、その短辺
方向と長辺方向でプラズマの密度勾配が異なるため、プ
ルームがチャンバ内を進行し基板に到達するまでに、プ
ルームを構成する活性粒子のプルーム断面内の分布が変
化して堆積した薄膜の膜質分布を劣化させる。本参考例
の方法では、レーザビームのターゲット入射角度を制御
することにより、またシリンドリカルレンズの使用によ
り、ターゲット上でのレーザビーム断面を正方形に整形
して、発生するプルーム断面における活性粒子密度分布
を均一化するものである。
【００３５】図１６にビーム形状変換素子４８０５によ
り、レーザ光１６のビーム断面形状を変換する装置の一
例の概略図を示す。レーザ装置１０から発生したレーザ
光１６は、ビーム形状変換素子４８０５により、長方形
のビーム断面４８０６から正方形のビーム断面４８０７
に変換された後、ターゲット５に照射されプルーム１５
を発生させる。
【００３６】図１７に、シリンドリカルレンズ４８０９
により、ターゲット５上でのビーム断面を正方形に変換
する装置の一例の概略図を示す。レーザビーム１６は、
シリンドリカルレンズ４８０９によりその長方形のビー
ム断面の長辺方向のみ選択的に集光されることにより、
ターゲット５に照射される際には正方形のビーム形状に
変換される。
【００３７】図１８に、可動集光レンズ４８１０によ
り、レーザ光１６がターゲット５に照射する位置を変位
させる装置の一例の概略図を示す。可動集光レンズ４８
１０は、レーザ光１６のパルス毎にその設置された傾き
と位置を変化することにより、レーザ光１６のターゲッ
ト５に照射する位置を変位させることができる。
【００３８】レーザビームがターゲットの一点にのみ照
射されると、ターゲットの一部分のみが局所的にスパッ
タリングされてクレータが生じ、発生するプルーム中の
粒子組成が変化し、堆積する薄膜の膜厚分布および膜質
分布が変化する。本発明による方法では、レーザビーム
を集光するレンズを可動にし、レーザパルス発生毎に集
光レンズを変位させることにより、またレーザ装置の光
共振器の部分反射ミラーをパルス毎に微小変位させ、レ
ーザビームのモードを変化させることにより、ターゲッ
ト上のレーザビーム発生位置を変位させる機能を有す
る。
【００３９】図１９に、レーザ装置１０の光共振器の部
分反射ミラー４８１３を可動にすることにより、レーザ
光１６がターゲット５に照射する位置を変位させる装置
の一例の概略図を示す。可動部分反射ミラー４８１３
は、レーザ光１６のパルス毎にその設置された傾きを変
化することにより、レーザ光１６のターゲット５に照射
する位置を変位させることができる。
【００４０】図１４の装置を使用して、本参考例の方法
により、Ｙ1 Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x 酸化物超電導薄膜を作
製した。基板２にはＳｒＴｉＯ3 単結晶基板を用い、基
板温度は７００℃とした。ターゲット５には直径２ｃｍ
のＹ1 Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x の焼結体を用いた。また基板
２とターゲット５の距離は５ｃｍとした。チャンバ１の
内部を１×１０-4Ｔｏｒｒに排気した後酸素ガスを封入
し２００ｍＴｏｒｒにした。レーザ装置１０と集光レン
ズ９の間に中央部に長方形の穴を有するレーザビーム遮
蔽板を設置している。
【００４１】レーザは、波長１９３ｎｍのエキシマレー
ザを使用した。レーザビーム断面は、約６×１２ｍｍ2
のものをビーム遮蔽板により４×１０ｍｍ2 になるよう
に、周辺部をカットしている。
【００４２】レーザ出力は３Ｊ／ｃｍ2 、レーザ光の照
射面積は、１×２. ５ｍｍ2 とし、パルス周波数を２Ｈ
ｚとした。またターゲットは１２０ｒｐｍで回転させ
た。
【００４３】上記の条件で、４０分間成膜を行ない、得
られた酸化物超電導薄膜の膜厚分布と超電導特性の測
定、および表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による観
察を行なった。その結果、本発明の方法で作製した酸化
物超電導薄膜の膜厚分布は、直径２５ｍｍの円内で±５
％であった。ＳＥＭによる観察では、基板表面に１０×
１０μｍ2 当り５個程度の直径約１μｍの球状の固まり
が観察された。一方他の条件を等しくして、同様のレー
ザエネルギ密度で、ビーム遮蔽版を用いないで成膜した
場合の膜厚分布は、直径２５ｍｍの円内で±１０％であ
り、ＳＥＭ観察による球状の固まりは、１０×１０μｍ
2 当り約１０個観察された。本発明の方法で作製した酸
化物超電導薄膜の臨界温度は８７Ｋ、膜厚平均は約３０
００Åであった。
【００４４】次に、本参考例の方法により、Ｙ1 Ｂａ2
Ｃｕ3 Ｏ7-x 酸化物超電導薄膜を形成した。基板２には
ＳｒＴｉＯ3 単結晶基板を用い、基板温度は７００℃と
した。ターゲット５には直径２ｃｍのＹ1 Ｂａ2 Ｃｕ3
Ｏ7-x の焼結体を用いた。また基板２とターゲット５の
距離は５ｃｍとした。チャンバ１の内部を１×１０-4Ｔ
ｏｒｒに排気した後酸素ガスを封入し２００ｍＴｏｒｒ
にした。
【００４５】レーザは、波長１９３ｎｍのエキシマレー
ザを使用した。レーザビーム断面は、約６×１２ｍｍ2
であり、レーザ光１６のターゲット５への入射角度は３
０度とした。レーザ出力は３Ｊ／ｃｍ2 、レーザ光の照
射面積は、２×２ｍｍ2 とし、パルス周波数を２Ｈｚと
した。またターゲットは１２０ｒｐｍで回転させた。
【００４６】上記の条件で、２５分間成膜を行ない、得
られた酸化物超電導薄膜の膜厚分布と超電導特性の測定
を行なった。その結果、本発明の方法で作製した酸化物
超電導薄膜の膜厚分布は、直径２５ｍｍの円内で±５％
であった。臨界温度は、９３Ｋであった。一方他の条件
を等しくして、レーザ光の入射角度を６０度にして成膜
した場合の膜厚分布は、直径２５ｍｍの円内で±１０％
であり、臨界温度は８７Ｋであった。本参考例の方法で
形成した酸化物超電導薄膜の膜厚平均は約３０００Åで
あった。
【００４７】次に、本参考例の方法により、Ｙ1 Ｂａ2
Ｃｕ3 Ｏ7-x 酸化物超電導薄膜を形成した。基板２には
ＳｒＴｉＯ3 単結晶基板を用い、基板温度は７００℃と
した。ターゲット５には直径２ｃｍのＹ1 Ｂａ2 Ｃｕ3
Ｏ7-x の焼結体を用いた。また基板２とターゲット５の
距離は５ｃｍとした。チャンバ１の内部を１×１０-4Ｔ
ｏｒｒに排気した後酸素ガスを封入し２００ｍＴｏｒｒ
にした。レーザ装置１０と集光レンズ９の間にシリンド
リカルレンズ４８０９を設置した。
【００４８】レーザは、波長１９３ｎｍのエキシマレー
ザを使用した。レーザビーム断面は、約６×１２ｍｍ2
であり、レーザ出力は３Ｊ／ｃｍ2 、レーザ光の照射面
積は２×２ｍｍ2 とし、パルス周波数を２Ｈｚとした。
またターゲットは１２０ｒｐｍで回転させた。
【００４９】上記の条件で、２５分間成膜を行ない、得
られた酸化物超電導薄膜の膜厚分布と超電導特性の測定
を行なった。その結果、本発明の方法で形成した酸化物
超電導薄膜の膜厚分布は、直径２５ｍｍの円内で±５％
であった。臨界温度は、９３Ｋであった。一方他の条件
を等しくして、シリンドリカルレンズ４８０９を用いな
いで成膜した場合の膜厚分布は、直径２５ｍｍの円内で
±１０％であり、臨界温度は８７Ｋであった。本発明の
方法で形成した酸化物超電導薄膜の膜厚平均は約３００
０Åであった。
【００５０】次に、図１８の装置を使用して、本参考例
の方法により、Ｙ1 Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x 酸化物超電導薄
膜を形成した。基板２にはＳｒＴｉＯ3 単結晶基板を用
い、基板温度は７００℃とした。ターゲット５には直径
２ｃｍのＹ1 Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x の焼結体を用いた。ま
た基板２とターゲット５の距離は５ｃｍとした。チャン
バ１の内部を１×１０-4Ｔｏｒｒに排気した後酸素ガス
を封入し２００ｍＴｏｒｒにした。可動集光レンズ４８
１０をレーザパルス毎に微小変動させて成膜を行なっ
た。
【００５１】レーザは、波長１９３ｎｍのエキシマレー
ザを使用した。レーザビーム断面は、約６×１２ｍｍ2
であり、レーザ出力は３Ｊ／ｃｍ2 、レーザ光の照射面
積は１×２ｍｍ2 とし、パルス周波数を２Ｈｚとした。
またターゲットは１２０ｒｐｍで回転させた。
【００５２】上記の条件で、５０分間成膜を行ない、得
られた酸化物超電導薄膜の膜厚分布と超電導特性の測定
を行なった。その結果、本発明の方法で形成した酸化物
超電導薄膜の膜厚分布は、直径２５ｍｍの円内で±１０
％であった。臨界温度は、９３Ｋであった。一方他の条
件を等しくして、可動集光レンズを固定して成膜した場
合の膜厚分布は、直径２５ｍｍの円内で±１０％であ
り、臨界温度は８７Ｋであった。本発明の方法で作製し
た酸化物超電導薄膜の膜厚平均は約３０００Åであっ
た。
【００５３】次に、図１９の装置を使用して、本参考例
の方法により、Ｙ1 Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x 酸化物超電導薄
膜を作製した。基板２にはＳｒＴｉＯ3 単結晶基板を用
い、基板温度は７００℃とした。ターゲット５には直径
２ｃｍのＹ1 Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x の焼結体を用いた。ま
た基板２とターゲット５の距離は５ｃｍとした。チャン
バ１の内部を１×１０-4Ｔｏｒｒに排気した後酸素ガス
を封入し２００ｍＴｏｒｒにした。可動部分反射ミラー
４８１３をレーザパルス毎に微小変動させて成膜を行な
った。
【００５４】レーザは、波長１９３ｎｍのエキシマレー
ザを使用した。レーザビーム断面は、約６×１２ｍｍ2
であり、レーザ出力は３Ｊ／ｃｍ2 、レーザ光の照射面
積は１×２ｍｍ2 とし、パルス周波数を２Ｈｚとした。
またターゲットは１２０ｒｐｍで回転させた。
【００５５】上記の条件で、５０分間成膜を行ない、得
られた酸化物超電導薄膜の膜厚分布と超電導特性の測定
を行なった。その結果、本発明の方法で作製した酸化物
超電導薄膜の膜厚分布は、直径２５ｍｍの円内で±１０
％であった。臨界温度は、９３Ｋであった。一方他の条
件を等しくして、可動部分反射ミラーを固定して成膜し
た場合の膜厚分布は、直径２５ｍｍの円内で±１０％で
あり、臨界温度は８７Ｋであった。本発明の方法で作製
した酸化物超電導薄膜の膜厚平均は約３０００Åであっ
た。
【００５６】次に、本発明の第３の参考例について説明
する。図２０は、本発明の第３の参 考例による成膜装置
の構成を示す構成図である。図２０において、１０はレ
ーザ発振器、８はレーザ走査用多角形ミラー、５はター
ゲット、２は基板である。
【００５７】図２０に示された装置の各部の働きは次の
とおりである。レーザ発振器からでた光は、集光レンズ
によってターゲット上に集光されて照射される。これに
よって、ターゲット上にプルームが発生し、プルームに
含まれる物質が、基板に堆積して、薄膜が成膜される。
ここで、一つのプルームによって成膜できる面積は限ら
れているので、広い面積に成膜するために、レーザ光の
光路中にレーザ光走査用の回転する多角形ミラーを挿入
して、レーザ光の向きを変化させることによって、プル
ームの発生する位置をターゲット上で走査して、広い面
積への成膜を可能にする。これによって、多角形ミラー
を回転させるだけの、単純な機構によって、広い面積に
わたって均一な薄膜を成膜することができる。
【００５８】次に、本発明の第４の参考例について説明
する。図２１は本発明の第４の参考例による成膜装置の
構成を示す構成図である。図２１において、１０はレー
ザ発振器、８はレーザ光をターゲットに導くミラー、１
８は音響光学素子、５はターゲット、２は基板である。
【００５９】図２１に示された装置の各部の働きは次の
とおりである。レーザ発振器からでた光は、集光レンズ
によってターゲット上に集光されて照射される。これに
よって、ターゲット上にプルームが発生し、プルームに
含まれる物質が、基板に堆積して、薄膜が成膜される。
ここで、一つのプルームによって成膜できる面積は限ら
れているので、広い面積に成膜するために、レーザ光の
光路中に音波による回折よって光の進む方向を制御する
音響光学素子を用いて、レーザ光の向きを変化させるこ
とによって、プルームの発生する位置をターゲット上で
走査して、広い面積への成膜を可能にする。これによっ
て、光学素子を動かす複雑な機構をもつことなく、広い
面積にわたって均一な薄膜を成膜することができる。
【００６０】次に、本発明の第５の参考例について説明
する。図２２は、本発明の第５の参 考例による成膜装置
の構成を示す構成図である。図２２において、１０はレ
ーザ発振器、１９はレーザ発振器の共振器を構成するミ
ラー、８はレーザ光をターゲットに導くミラー、５はタ
ーゲット、２は基板である。
【００６１】図２２に示された装置の各部の働きは、次
のとおりである。レーザ発振器からでた光は、ターゲッ
ト上に照射される。これによって、ターゲット上にプル
ームが発生し、プルームに含まれる物質が、基板に堆積
して、薄膜が成膜される。
【００６２】ここで、一つのプルームによって成膜でき
る面積は限られているので、広い面積に成膜するため
に、レーザ発振器の共振器ミラーを動かしレーザ発振器
からのレーザ光出射方向を変化させることによって、プ
ルームの発生する位置をターゲット上で走査して、広い
面積への成膜を可能にする。これによって、レーザ光を
走査するための特別な光学素子を光路に挿入することな
く、広い面積にわたって均一な薄膜を成膜することがで
きる。
【００６３】次に、本発明の第６の参考例について説明
する。図２３は、本発明の参考例による成膜装置の構成
を示す構成図である。図２３において、１０はレーザ発
振器、２０は分割アダプティブミラー、５はターゲッ
ト、２は基板である。
【００６４】図２３に示された装置の各部の働きには、
次のとおりである。レーザ発振器からでた光は、分割ア
ダプティブミラーによってターゲット上に集光されて照
射される。これによって、ターゲット上にプルームが発
生し、プルームに含まれる物質が、基板に堆積して、薄
膜が成膜される。ここで、一つのプルームによって成膜
できる面積は限られているので、広い面積に成膜するた
めに、図２４に示すような、それぞれが角度や位置を精
密に制御することができる多数の微小ミラーが集まって
一つのミラーとして働く分割アダプティブミラーを用
い、それぞれの微小ミラーを制御して全体としてミラー
の曲率や、角度を変化させることにより、レーザ光の集
光点をターゲット上で走査して、プルームの発生する位
置をターゲット上で変化させ、広い面積への成膜を可能
にする。これによって、ターゲット上のどの位置でも常
に同等の集光パターンをもつレーザ照射点を作り出せる
ので、ターゲット上のどの位置でも均一な性質のプルー
ムを発生させることができ、広い面積にわたって均一な
薄膜を成膜することができる。
【００６５】次に、本発明の第７の参考例について説明
する。図２５は、本発明の参考例による成膜装置の構成
を示す構成図である。図２５において、１０はレーザ発
振器、２１は光ファイバーにレーザ光を入射させるため
のレンズ、２２は光ファイバー、５はターゲット、２は
基板である。
【００６６】図２５に示された装置の各部の働きは、次
のとおりである。レーザ発振器からでた光は、光ファイ
バーを用いてターゲット近くまで導かれてターゲットに
照射される。これによって、ターゲット上にプルームが
発生し、プルームに含まれる物質が、基板に堆積して、
薄膜が成膜される。ここで、一つのプルームによって成
膜できる面積は限られているので、広い面積に成膜する
ために、図に示すように光ファイバーのレーザ光出射点
をターゲット近くで走査することにより、レーザ光の集
光点をターゲット上で走査して、プルームの発生する位
置をターゲット上で変化させ、広い面積への成膜を可能
にする。これによって、ターゲット上のどの位置でも常
に同等のパターンをもつレーザ照射点を作り出せるの
で、ターゲット上のどの位置でも均一な性質のプルーム
を発生させることができ、広い面積にわたって均一な薄
膜を成膜することができる。
【００６７】以下、この発明の第８の参考例を、図２６
に基づいて説明する。図２６において、レーザ装置１０
で発生した平行なレーザ光１６はレーザビームの偏向手
段５５１を通過する際にレーザビーム方向が変化する。
さらにレーザ光は集光レンズ９により集光され、チャン
バ１内のターンテーブル１１に設置された原料ターゲッ
ト５に照射される。
【００６８】この際、偏向手段５５１により方向が変え
ることにより原料ターゲット５の異なる部分がスパッタ
リングされて、プルーム１５が発生する。一方、原料タ
ーゲット５と対向して、基板２が基板ホルダ３に固定さ
れて配設されており、プルーム１５中の励起原子やイオ
ンは該基板２上に到達した後、堆積しながら薄膜を形成
していく。
【００６９】次に動作について説明する。レーザビーム
の偏向手段５５１を用いることにより、ターゲット全域
からプルームを発生することが可能であり、ターゲット
形状をウェハと同等以上の面積とすると大面積で均一な
薄膜を形成することができる。
【００７０】偏向手段としては、レーザパルスに同期し
て振動または回転するミラーを用いればよい。他にたと
えばコロナ社刊「光波電子工学」に２７８頁から２８６
頁に示してある電気光学偏向器、音響光学偏向器を用い
ても同等の効果を得ることができ、さらにこれらの偏向
器は可動部をもたないため信頼性が高く、高速動作が可
能である。さらに偏向手段としてホログラムスキャナを
用いることも可能である。
【００７１】集光レンズの焦点距離は長くターゲット全
面での集光されたレーザビームの大きさはほとんど同じ
である。しかし焦点距離の短いレンズを用いる場合はレ
ーザビームの形状が変化することになり、レーザビーム
のエネルギ−密度が変化し均一な薄膜形成ができなくな
る。この場合には偏向手段と同期して焦点距離を変える
ことができる集光レンズを用いることで均一な薄膜の形
成が可能になる。
【００７２】焦点距離可変の集光レンズとしては、たと
えば液晶をレンズ状に形成し、電極を設けた素子を用い
ればよい。この素子は電極に電圧を印加することで液晶
の電気光学効果により屈折率が変化し、レンズの焦点距
離が変化する。偏向手段に同期した電圧を印加し焦点距
離を変化することにより、ターゲット全域にわたり同じ
エネルギ密度のレーザビームを照射することができる。
【００７３】さらに偏向手段５５１と集光レンズ９の両
機能有する偏向集光素子を用いてもよい。偏向集光素子
としては、異なる偏向方向および焦点距離を持つ多数の
ホログラムを円盤状に配置しこの円盤を回転する素子が
考えられる。また種々の空間光変調器を用いても同様の
効果が期待できる。
【００７４】以下、本発明の第９の参考例について説明
する。図２７は、本発明の参考例による成膜装置の構成
を示す構成図である。図２７において、１０はレーザ発
振器、９は集光レンズ、８はレーザ走査用ミラー、５は
ターゲット、２は基板、１３は制御装置である。
【００７５】図２７に示された装置の各部の働きは、次
のとおりである。レーザ発振器からでた光は、集光レン
ズによってターゲット上に集光されて照射される。これ
によって、ターゲット上にプルームが発生し、プルーム
に含まれる物質が、基板に堆積して、薄膜が形成され
る。ここで、一つのプルームによって成膜できる面積は
限られているので、広い面積に成膜するために、レーザ
光の光路中にレーザ光走査用のミラーを挿入して、プル
ームの発生する位置をターゲット上で走査して、広い面
積への成膜を可能にする。しかし、レーザ光を走査する
と、集光用レンズからターゲットまでの光路長が変化す
る。それによって、ターゲット上の光の集光パターンが
変化し、発生するプルームの性質が変わってしまうため
に、均一な成膜ができなくなる。そこで、レーザ光を走
査するのと連動して、制御装置によって集光用レンズか
らターゲットまでの光路長が常に一定となるように、集
光用レンズの位置を制御する。これによって、レーザ光
を走査しても発生するプルームの性質が一定になって、
広い面積にわたって均一な薄膜を形成することができ
る。
【００７６】次に、本発明の第１０の参考例について説
明する。図２８は、本発明の参考例による成膜装置の構
成を示す構成図である。図２８において、１０はレーザ
発振器、９は集光レンズ、８はレーザ走査用ミラー、５
はターゲット、２は基板である。ここで集光レンズの焦
点距離は６００ｍｍとした。
【００７７】図２８に示す装置の各部の働きは、次のと
おりである。レーザ発振器から出た光は、集光レンズに
よってターゲット上に集光されて照射される。これによ
って、ターゲット上にプルームが発生し、プルームに含
まれる物質が、基板に堆積して、薄膜が成膜される。こ
こで、一つのプルームによって成膜できる面積は限られ
ているので、広い面積に成膜するために、レーザ光の光
路中にレーザ光走査用のミラーを挿入して、プルームの
発生する位置をターゲット上で走査して、広い面積への
成膜を可能にする。しかし、レーザ光を走査すると、集
光用レンズからターゲットまでの光路長が変化するため
に、ターゲット上の光の集光パターンが変化し、発生す
るプルームの性質が変わってしまうために、均一な成膜
ができなくなる。レーザ光を走査することによって、図
２９に示すように光路長は少なくとも、器板の幅ｄ、集
光用レンズの焦点距離ｆとして
【００７８】
【数１】 だけ変化する。焦点距離６００ｍｍのレンズにビーム径
１０ｍｍのエキシマレーザ光を入射したときに焦点近く
でビーム径を測定すると、焦点位置では０．５８ｍｍな
のに対し、上記の光路長変化量だけずれた位置でのビー
ム径は０．６２ｍｍとなった。焦点距離６００ｍｍのレ
ンズならばビーム径の変化は１０％以内に治まってお
り、プルームの性質の変化は少ない。そこで、集光レン
ズの焦点距離６００ｍｍ以上として、これによって、レ
ーザ光を走査しても発生するプルームの性質が一定にな
って、広い面積にわたって均一な薄膜を成膜することが
できる。
【００７９】次に、本発明の第１１の参考例について説
明する。図３０は、本発明の参考例による成膜装置の構
成を示す構成図である。図３０において、１０はレーザ
発振器、９は集光レンズ、８はレーザ光をターゲットに
導くミラー、５はターゲット、２は基板である。
【００８０】図３０に示された装置の各部の働きは、次
のとおりである。レーザ発振器からでた光は、集光レン
ズによってターゲット上に集光されて照射される。これ
によって、ターゲット上にプルームが発生し、プルーム
に含まれる物質が、基板に堆積して、薄膜が成膜され
る。ここで、一つのプルームによって成膜できる面積は
限られているので、広い面積に成膜するために、レーザ
光の光路中にレーザ光走査用のミラーを挿入して、レー
ザ光の向きを変えて、プルームの発生する位置をターゲ
ット上で走査して、広い面積への成膜を可能にする方法
がある。しかし、レーザ光を走査すると、集光用レンズ
からターゲットまでの光路長が変化し、ターゲット上の
光の集光パターンが変化してしまう。それによって、発
生するプルームの性質が変わってしまうために、均一な
成膜ができなくなる。そこで、レーザ光を走査するの
に、図のようにレーザ光をターゲットに導くミラーと集
光レンズを同時に基板と平行に走査することによって集
光レンズからターゲットまでの距離を変えることなく、
ターゲット上のプルーム発生点を走査する。これによっ
て、プルーム発生点を走査しても発生するプルームの性
質が一定になって、広い面積にわたって均一な薄膜を成
膜することができる。
【００８１】以下、この発明の第１２の参考例を、図３
１に基づいて説明する。図３１（ａ）（ｂ）において、
１１２はレーザ光１６を原料ターゲット５に照射するた
めのミラー、１１３はミラー１１２とは反射角度の異な
るミラー、１１４はミラー１１２、１１３を回転させる
回転軸、１１５はミラー１８０によって反射されたレー
ザ光１６が原料ターゲット５に照射され、発生したプル
ーム、１１６はミラー１１３に反射されたレーザ光１６
が原料ターゲット５に照射され、発生したプルームであ
る。
【００８２】次に動作について説明する。薄膜形成の過
程は従来例と同様である。従来例ではレーザ光１６はタ
ーゲット５のうち１カ所に照射される。本発明ではレー
ザ光１６はミラー１１２、１１３によって交互にターゲ
ット５の異なる場所に照射される。レーザ光１６はまず
ミラー１１２によってターゲット５に当たり、プルーム
１１５を発生し、基板上に薄膜を形成する。次に回転軸
１１４によりミラーを回転し、レーザ光１６をミラー１
１３で反射させ、プルーム１１６をプルーム１１５とは
異なる場所で発生させる（図３１（ｂ））。基板２上に
形成される薄膜はプルームが基板に到達する場所に形成
される。従来例では１つのプルームによってのみ薄膜が
形成される。本発明では２つのプルームによって薄膜が
形成される。このため、従来例より本発明の方が大面積
の薄膜形成ができる。この参考例ではミラーを２つ使っ
た例を述べたがミラーは３つ以上でも良く、多いほうが
大面積の薄膜が形成できる。
【００８３】以下、本発明の第１の実施例について、図
３２および図３３に基づいて説明する。
【００８４】本実施例は、成膜室内の基板を変位させ、
基板上の薄膜が主に堆積する部位を変えながら成膜を行
なう際に、基板とプルームの中心軸との交点が一周期の
変位において過去の周期における接点と異なるように、
基板の変位速度を選択するところにその主要な特徴があ
る。ターゲットのレーザ光が照射された位置には、その
上側にプルームと呼ばれる活性な成膜粒子の集まりであ
るプラズマが発生し、その先端付近で最も効率よい反応
が起こる。通常レーザ薄膜形成法では、大面積の薄膜を
堆積するために基板を変位させて、基板のプルームに接
する部分を変えて薄膜の堆積を行なう。本発明の方法で
は、基板とプルームの中心軸との交点が、一周期の変位
において過去の周期における前記接点と異なるように、
基板の変位速度を選択する。
【００８５】基板を変位させながら薄膜堆積を行なうレ
ーザ薄膜形成法では、３０００Å程度の膜厚を実現する
ためには約３０分程度必要であり、この間レーザのパル
ス周期と基板の回転速度が同期していると、基板の一定
部分にのみ集中的に成膜が行われ、膜厚分布が不均一に
なる。本発明の方法では、一周期の基板変位においてプ
ルームの中心軸と基板との接点を過去の基板変位による
前記接点と異なるように、基板の変位速度をレーザパル
ス周波数に応じて選択することにより、大面積にわた
り、均一な膜厚分布を持つ薄膜を堆積することができ
る。以下、本実施例についてさらに詳しく説明する。
【００８６】図３２に、本実施例を実施するレーザ薄膜
形成装置の一例を示す。図３２のレーザ薄膜形成装置で
は、レーザ装置１０で発生され集光レンズ９を通ったレ
ーザ光１６は、チャンバ１のレーザ入射窓７に入射し、
チャンバ１内のターンテーブル１１に搭載されているタ
ーゲット５を照射する。ターンテーブル１１はモータ１
４により、任意の回転速度で回転することが可能であ
る。チャンバ１の内部は高真空に排気可能である。基板
２がターゲット５に対向するように配置されている。本
実施例の装置では、レーザ装置１０はパルスレーザ光を
発振する。薄膜堆積時には、基板２はモータ４８０１に
より任意の速度で回転することができる。この回転速度
は、レーザ光のパルス周波数に応じて制御装置１３によ
り、基板一回転におけるプルーム１５と基板２との接点
が、たとえば図３３（ａ）（ｂ）に示すように、過去の
周期における前記接点と異なるように設定される。
【００８７】図３３（ａ）（ｂ）は、いずれも、プルー
ム１５の中心軸と基板２の表面との接点の軌跡を示して
おり、各図における接点４８０２と接点４８０３は、そ
れぞれ異なる周期における接点の軌跡である。
【００８８】上記のレーザ薄膜形成装置を使用して、本
参考例では、Ｙ1 Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x 酸化物超電導薄膜
を作製した。基板２にはＳｒＴｉＯ3 単結晶基板を用
い、基板温度は７００℃とした。ターゲット５には直径
２ｃｍのＹ1 Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x の焼結体を用いた。ま
た基板２とターゲット５の距離は５ｃｍとした。チャン
バ１の内部を１×１０-4Ｔｏｒｒに排気した後酸素ガス
を封入し２００ｍＴｏｒｒにした。
【００８９】レーザは、波長１９３ｎｍのエキシマレー
ザを使用し、レーザ出力は３Ｊ／ｃｍ2 、レーザ光の照
射面積は、２×３. ５ｍｍ2 とし、パルス周波数を２Ｈ
ｚとした。またターゲットは１２０ｒｐｍで回転させ
た。
【００９０】上記の条件で、２５分間成膜を行ない、得
られた酸化物超電導薄膜の膜厚分布と超電導特性の測定
を行なった。その結果、本発明の方法で作製した酸化物
超電導薄膜の膜厚分布は、直径３０ｍｍの円内で±５％
であった。一方他の条件を等しくして、基板回転速度を
パルスレーザ光の周波数と同期させて成膜した場合の膜
厚分布は、直径３０ｍｍの円内で±１０％であった。本
発明の方法で作製した酸化物超電導薄膜の臨界温度は８
７Ｋ、膜厚平均は約３０００Åであった。
【００９１】図３２における基板２は、モータ４８０１
の代わりに設置されたＸＹステージにより走査すること
も可能である。この場合も、一周期におけるプルーム１
５と基板２の接点が過去の周期における前記接点と異な
るように、走査速度を選択している。
【００９２】ＸＹステージにより走査した場合におい
て、上記と同様の成膜条件で薄膜堆積を行なった酸化物
超電導薄膜の膜厚分布は、３０×３０ｍｍ2 の範囲で±
５％であった。一方他の条件を等しくして、基板走査転
速度をパルスレーザ光の周波数と同期させて成膜した場
合の膜厚分布は、３０×３０ｍｍ2 で±１０％であっ
た。本発明の方法で作製した酸化物超電導薄膜の臨界温
度は８７Ｋ、膜厚平均は約３０００Åであった。
【００９３】以下、本発明の第１３の参考例について説
明する。図３４は、本発明の参考例による成膜装置の構
成を示す構成図である。図３４において、１０はレーザ
発振器、９は集光レンズ、８はレーザ走査用ミラー、５
はターゲット、２は基板、１３は制御装置である。レー
ザパルスは１Ｈｚで繰返している。
【００９４】図３４に示された装置の各部の働きは、次
のとおりである。レーザ発振器からでた光は、集光レン
ズによってターゲット上に集光されて照射される。これ
によって、ターゲット上にプルームが発生し、プルーム
に含まれる物質が、基板に堆積して、薄膜が成膜され
る。ここで、一つのプルームによって成膜できる面積や
膜厚は限られているので、広い面積に十分な膜厚で成膜
するために、レーザ光をある程度の周期で繰返し照射し
て、次々に薄膜の成分を基板に堆積させていく。この際
パルス間の間隔が短いと、前のパルスによって堆積した
物質が結晶化する前に、次のパルスによって新たな物質
が堆積してしまい、均一な膜が成膜できなくなる。一般
に結晶が成長するまでには１ｓｅｃ程度の時間が必要で
あるため、レーザパルスが１Ｈｚで繰り返すことにより
前のパルスによって堆積した物質が十分結晶化し、均一
な薄膜を生成することができる。
【００９５】次に、本発明の第１４の参考例について説
明する。図３５は、本発明の参考例による成膜装置の構
成を示す構成図である。図３５において、１０はレーザ
発振器、９は集光レンズ、８はレーザ走査用ミラー、５
はターゲット、２は基板、１３は制御装置である。また
２３は照射点を走査する経路で、１秒で一周して元の地
点に戻る。
【００９６】図３５に示された装置の各部の働きは、次
のとおりである。レーザ発振器からでた光は、集光レン
ズによってターゲット上に集光されて照射される。これ
によって、ターゲット上にプルームが発生し、プルーム
に含まれる物質が、基板に堆積して、薄膜が成膜され
る。ここで、一つのプルームによって成膜できる面積や
膜厚は限られているので、広い面積に十分な膜厚で成膜
するために、プルームの発生する位置をターゲット上で
走査して、広い面積への成膜を可能にする。この際、走
査する周期が短いと、１周期の走査の後元の地点で再び
プルームを発生させたときに、前のパルスによって堆積
した物質が結晶化する前に、次のパルスによって新たな
物質が堆積してしまい、均一な膜が成膜できなくなる。
一般に結晶が成長するまでには１ｓｅｃ程度の時間が必
要であるため、１秒以上の周期で走査することにより前
のパルスによって堆積した物質が十分結晶化し、均一な
薄膜を生成することができる。
【００９７】次に、本発明の第１５の参考例について説
明する。図３６は、本発明の参考例による成膜装置の構
成を示す構成図である。図３６において、１０はレーザ
発振器、９は集光レンズ、８はレーザ走査用ミラー、５
はターゲット、２は基板、１３は制御装置である。また
１５ａは新たに発生したプルーム、１５ｂは１秒以内に
発生したプルームである。
【００９８】図３６に示された装置の各部の働きは、次
のとおりである。レーザ発振器からでた光は、集光レン
ズによってターゲット上に集光されて照射される。これ
によって、ターゲット上にプルームが発生し、プルーム
に含まれる物質が、基板に堆積して、薄膜が成膜され
る。ここで、一つのプルームによって成膜できる面積や
膜厚は限られているので、広い面積に十分な膜厚で成膜
するために、プルームの発生する位置をターゲット上で
走査して、広い面積への成膜を可能にする。この際、新
たに発生するプルームが直前に発生したプルームと重な
っていると、前のパルスによって堆積した物質が結晶化
する前に、次のパルスによって新たな物質が堆積してし
まい、均一な膜が成膜できなくなる。一般に結晶が成長
するまでには１ｓｅｃ程度の時間が必要であるため、タ
ーゲット上に発生させるプルームが１秒以内に発生した
プルームと重ならないような位置にプルーム発生点を移
動させることにより前のパルスによって堆積した物質が
十分結晶化し、均一な薄膜を生成することができる。
【００９９】以下、この発明の第１６の参考例を、図３
７に基づいて説明する。図３７において１はチャンバ、
２は基板、４はヒータ、１０８は円筒形状を持つ原料タ
ーゲット、７は入射窓、８はミラー、９は集光レンズ、
１０はレーザ装置、１５はプルーム、１６はレーザ光、
１７は真空排気装置である。
【０１００】次に動作について説明する。円筒形状を持
つ原料ターゲット１０８の開口部に基板２を配置する。
基板２はヒータ４で加熱される。レーザ装置１０から発
生したレーザ光１６は集光レンズ９により集光され、ミ
ラー８とレーザ光１６の相対角度を連続的に変えること
により、入射窓７を通して原料ターゲット１０８の内面
円周上を照射する。原料ターゲット１０８上のレーザ照
射部においては、急峻にプラズマ状態が発生しプルーム
１５を形成する。このときプルーム１５は原料ターゲッ
ト１０８内面円周上に連続的に発生する。そのため基板
２上の薄膜の面内分布が改善され大面積に薄膜を形成で
きる。また基板２は原料ターゲット１０８の開口部のど
ちら側に配置してもよく、両方に配置してもよい。
【０１０１】以下、この発明の第１７の参考例を、図３
８に基づいて説明する。図３８において、１はチャン
バ、２は基板、４はヒータ、１０９は原料ターゲット、
７は入射窓、８はミラー、９は集光レンズ、１０はレー
ザ装置、１５はプルーム、１６はレーザ光、１７は真空
排気装置である。
【０１０２】次に動作について説明する。円錐の一部を
切り取った形状を持つ原料ターゲット１０９は表面が基
板２の方を向くように配置する。基板２はヒータ４で加
熱される。レーザ装置１０から発生したレーザ光１６は
集光レンズ９により集光され、ミラー８とレーザ光１６
の相対角度を連続的に変えることにより、入射窓７を通
して原料ターゲット１０９の表面円周上を照射する。原
料ターゲット１０９上のレーザ照射部においては、急峻
にプラズマ状態が発生しプルーム１５を形成する。この
ときプルーム１５は原料ターゲット１０９の円周上に連
続的に発生する。そのため基板２の上には原料ターゲッ
ト１０９の全円周方向からレーザ光１６により空間に放
出させられた粒子が到達し堆積する。そのため基板２上
の薄膜の面内分布が改善され大面積に薄膜を形成でき
る。このとき基板２と原料ターゲット１０９の相対角
度、距離を変えることにより基板２の上に堆積される薄
膜の面内分布の様子を変えることも可能である。
【０１０３】以下、この発明の第１８の参考例を、図３
９に基づいて説明する。図３９において、１０はレーザ
装置、９はレーザ装置１０からのレーザ光をターゲット
表面に集光するためにレンズ、１は真空チェンバ、２は
基板、３は基板ホルダ、５は切り欠き円錐状のターゲッ
ト、７は円盤状もしくはドーナツ状の光透過窓、３６０
は回転平板ミラー、３６１は切り欠き円錐状のミラー、
３６２は回転駆動装置である。
【０１０４】次に動作について説明する。レーザ装置１
０から出射したレーザ光はレンズ９で集光されターゲッ
ト５上に必要に光密度が得られるように集光される。レ
ンズ９を通過したレーザ光はレーザ光に対して斜めの角
度を維持したまま回転駆動装置３６２により回転する回
転平板ミラー３６０により反射され対向して設置されて
いる切り欠き円錐状ミラー３６１により反射されてチェ
ンバ１上部の光透過窓７を通過してターゲットに入射す
る。ターゲットに高密度のレーザ光が入射することによ
り急峻にプラズマ状態が生成し、該プラズマ状態が急速
に冷却される過程で、孤立した励起原子やイオンが生成
する。これらの励起原子やイオンは数マイクロ秒の寿命
を持ち炎状のプルーム１５を形成する。一方、ターゲッ
ト５と対向して基板２が基板ホルダー３に固定されて配
設されており、プルーム１５中の励起原子やイオンは上
記基板２上に到達した後、堆積しながら薄膜形成してい
く。
【０１０５】基板２表面の堆積薄膜膜厚は、プルーム１
５軸を中心に分布を持ち、このままでは均一膜厚は得ら
れない。
【０１０６】ここで、回転平板ミラー３６０は回転駆動
しているので、レーザ光の経路も回転しながらターゲッ
ト５の同軸円周上を掃引し、プルーム１５形成場所がタ
ーゲット５上を回転移動するように工夫されている。し
たがって、プルーム１５中心軸と基板２の接点も基板２
上を回転移動することになる。このように、プルーム１
５と基板２の接点を移動させることにより堆積薄膜の膜
厚は平均化されて均一膜厚の薄膜が形成される。さら
に、大面積の基板に対応させるためには、回転平板ミラ
ー３６０の角度を自動的に変動できる機構を具備させる
ことによりレーザ光のターゲット５への照射部を面に拡
大させることが有効である。
【０１０７】この参考例に示したように、故障の多いレ
ーザ光を掃引するための駆動機構はすべて、真空チェン
バ１の外部に設置したあるために容易に対応が取れる。
【０１０８】次に、この発明の第１９の参考例を図４０
ないし図４２に基づいて説明する。図４０において、１
０はレーザ装置、９はレーザ装置１０からのレーザ光を
ターゲット表面に集光するためのレンズ、１は真空チェ
ンバ、２は基板、３は基板ホルダ、５はターゲット、７
は光透過窓、３６３は無声放電装置である。図４１およ
び図４２は無声放電装置の詳細図で、図中３６４は石英
もしくはセラミックス等の誘電体円筒管、３６５は誘電
体円筒管の外部に接触させた電極、３６６は高周波電
源、３６７は酸素ガスシリンダ、３６８はガス流量調整
弁、３６９はオリフィスである。
【０１０９】次に動作について説明する。レーザ装置１
０から出射したレーザ光はレンズ９で集光されターゲッ
ト５上に必要な光強度が得られるように集光される。レ
ンズ９を通過したレーザ光はチェンバ１の光透過窓７を
通過してターゲット５に入射する。ターゲットに高密度
のレーザ光が入射することにより急峻にプラズマ状態が
生成し、該プラズマ状態が急速に冷却される過程で、孤
立した励起原子やイオンが生成する。これらの励起原子
やイオンは数マイクロ秒の寿命を持ち炎状のプルーム１
５を形成する。一方、ターゲット５と対向して基板２が
基板ホルダー３に固定されて配設されており、プルーム
１５中の励起原子やイオンは上記基板２上に到達した
後、堆積しながら薄膜形成していく。
【０１１０】一方、酸素ガスシリンダ３６７から供給さ
れた酸素ガスはガス流量調整弁３６８により任意の流量
に設定され、一定量の酸素ガスが無声放電装置３６３内
に流入する。無声放電装置３６３のガス流入と反対側は
オリフィス３６９を介してチェンバ１に接続しており、
オリフィス３６９の作用により無声放電装置３６３内は
０．１〜５０Ｔｏｒｒの圧力に維持される。無声放電装
置３６３は誘電体円筒管３６４と一対の電極３６５で構
成されており、高周波電源３６６から６０〜１００ｋＨ
ｚの高圧高周波電位が印加され無声放電が発生し供給さ
れた酸素ガスを酸素イオンと酸素原子に励起する。しか
し、ガス圧力が０．１〜５０Ｔｏｒｒの範囲では酸素イ
オンの寿命が短く、生成した酸素イオンのほとんどは消
失し、酸素原子が励起種の主成分としてオリフィス３６
９を経てチェンバ３に流入する。こにようにして流入し
た酸素原子は、プルーム１５中の励起原子やイオンを酸
化すると同時に基板２上に堆積している薄膜構成元素を
酸化し酸化物薄膜を形成する。
【０１１１】この場合、酸化を行なう励起種は酸素原子
が主体で、表面への電荷の蓄積や高速イオンによる基板
表面への衝撃が避けられ、基板への損傷は生じない。
【０１１２】無声放電装置３６３の構造として、図４２
のように誘電体円筒管３６４の外部に一つの電極３６５
を設け高圧高周波電位を印加し、オリフィス３６９もし
くはチェンバ１を接地電極としても同等の効果が得られ
る。
【０１１３】次に、この発明の第２０の参考例を、図４
３に基づいて説明する。図４３において１０はレーザ装
置、９はレーザ装置１０からのレーザ光をターゲット表
面に集光するためにレンズ、１は真空チェンバ、２は基
板、３は基板ホルダ、５はターゲット、７は光透過窓、
３７０は前処理チェンバ、３７１は基板ホルダー、３７
２は紫外線照射装置、３７３は真空遮断バルブである。
真空チェンバ３と前処理チェンバ３７０は真空遮断バル
ブ３７３を介して接続されている。
【０１１４】次に動作について説明する。レーザ装置１
０から出射したレーザ光はレンズ９で集光されターゲッ
ト５上に必要な光強度が得られるように集光される。レ
ンズ９を通過したレーザ光はチェンバ１の光透過窓７を
通過してターゲット６に入射する。ターゲット５に高密
度のレーザ光が入射することにより急峻にプラズマ状態
が生成し、該プラズマ状態が急速に冷却される過程で、
孤立した励起原子やイオンが生成する。これらの励起原
子やイオンは数マイクロ秒の寿命を持ち炎状のプルーム
１５を形成する。一方、ターゲット５と対向して基板２
が基板ホルダー３に固定されて配設されており、プルー
ム１５中の励起原子やイオンは上記基板２上に到達した
後、堆積しながら薄膜形成していく。
【０１１５】一方、この薄膜形成に供される基板２は、
以下のように前処理が施される。弗酸水溶液で短時間の
エッチングされた基板４は水洗、乾燥後に前処理チェン
バ３７０内の基板ホルダー３７１に設置され、真空化で
紫外線照射装置３７２から照射を受ける。紫外線照射を
受けた基板は真空遮断バルブ３７３を通じて真空チェン
バ１に送り込まれる。
【０１１６】弗酸水溶液で前処理されたシリコン基板
は、表面に形成されていた自然酸化膜を除去されると同
時に基板表面のシリコン原子と処理液中の弗素が結合し
て安定な表面を形成し、大気に晒しても容易には酸化膜
を形成しない。しかし、表面に弗素が結合しているため
にこの上に薄膜を形成すると正常な薄膜特性が得られ弗
素の除去が必要である。真空化で紫外線を照射するとシ
リコンと結合していた弗素は脱離除去できるが、酸素に
触れると容易に酸化される。真空下から大気に晒さない
ように薄膜形成を行なうチェンバに搬送するように工夫
することで清浄な表面に薄膜形成が行なえる。
【０１１７】紫外線発生装置として、水銀ランプ、メタ
ルハライドランプあるいはレーザ装置のいずれを用いて
も、紫外線領域の波長成分の光が得られれば同等の効果
が得られることは言うまでもない。
【０１１８】以下、この発明の第２１の参考例を、図４
４に基づいて説明する。図４４において、４００１ａは
レーザ光１６を５０％透過させるハーフミラー、４００
１ｂはレーザ光１６を全反射させるミラー、９ａ、９ｂ
はそれぞれレーザ光１６ａ、レーザ光１６ｂを集光する
ためのレンズである。また、１５ａ、１５ｂは、レーザ
光１６ａ、レーザ光１６ｂに対応して発生するプルーム
を示す。
【０１１９】次に動作について説明する。レーザ装置１
０から出射されたレーザ光１６はハーフミラー４００１
ａによって一部は反射されレーザ光１６ａとなり、残り
はそのまま透過する。透過光はミラー４００１ｂによっ
て、反射されレーザ光１６ｂとなる。それぞれのレーザ
光は、対応するレンズ９ａおよび９ｂによってターゲッ
ト５上に集光される。これによりふたつのプルーム１５
ａおよび１５ｂが並列して発生する。この結果、基板２
上で、これらふたつのプルームに対応した面積の薄膜が
並列的に形成される。
【０１２０】このように、ビームを分割することの有効
性は、以下のことから証明される。まず、レーザ光１６
をレンズ９でターゲット５上に集光した際、集光面での
レーザ光の単位面積当りの強度には最適値があること
が、たとえば、「Ｇ．Ｍ．Ｄａｖｉｓ ａｎｄ Ｍ．
Ｃ．Ｇｏｗｅｒ， Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔ
ｔ．， ｖｏｌ. ５５，１１２( １９８９) 」に記述さ
れている。即ち、あるしきい値以上にならないとスパッ
タは起こらず薄膜形成も進まないが、逆に、あまり強く
なりすぎると、クラスター化したスパッタ物が生成し、
これが薄膜として堆積していくため薄膜の品質が著しく
損なわれる。この事実から、単位面積あたりのレーザ光
強度を大きくすることで、スパッタ速度を高めステップ
毎に薄膜形成面積を増していくことはできないことは明
らかである。
【０１２１】一方、レーザ光１６の強度を高め、そのビ
ーム断面を広げて、最適の単位面積当りのレーザ強度を
保ったまま、照射面積を拡大することで、薄膜の大面積
化を図る方法も、たとえば「Ｒ．Ｋ．Ｓｉｎｇｈ ｅｔ
ａｌ．，Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ． Ｂ，４１，１３，８
８４３−８８５９( １９９０) 」に記述されているよう
に不可能である。該例の記述によれば、生じたプルーム
の密度が高い程、プルーム自身がひろがり、いたずらに
照射面積を広くしても広い断面のプルームが生成するわ
けではないことが明らかである。
【０１２２】これらの、事実に基づき、本発明は、レー
ザ光１６のビーム断面を広げるのではなく、これを複数
個のビームに分割し複数個の照射スポットを作ること
で、最も効率良く、迅速に大断面の良質な薄膜が形成で
きるようにしたものである。
【０１２３】なお、本参考例の説明では二本のビームに
分割した例を示したが、これに限られるものではなく複
数本に分割してもよいことは言うまでもない。したがっ
て、使用するミラーの反射率（もしくは透過率）も該参
考例の値に限られるものではない。むしろ、薄膜の性質
や膜厚を基板上の部分部分で制御したい際には、それに
対応したプルームを生成させる意味で、複数個のビーム
に分割するための個々のミラーの反射率（もしくは透過
率）を、それぞれ積極的に変化させてもよい。
【０１２４】次に、本発明の第２２の参考例を、図４５
に基づいて説明する。図４５において、４００２は、レ
ーザ光１６のビーム拡大部、４００３は拡大されたレー
ザ光、４００４は、複数個のレンズからなる集光系、１
６ａ、１６ｂ、１６ｃはそれぞれ、分割されたレーザ光
である。
【０１２５】次に、動作について説明する。レーザ光１
６は、ビーム拡大部４００２において、集光系４００４
に対応した大きさに拡大され、拡大されたレーザ光４０
０３として、集光系４００４に入射する。集光系は複数
個の凹面鏡から構成されており、個々の凹面鏡に対応し
て、該個々の凹面鏡で集光されたレーザ光１６ａ、１６
ｂ、１６ｃが生成し、ターゲット上に照射される。
【０１２６】該参考例では、ビームの分割に凹面レンズ
を用いたが、凸面レンズを用いても、あるいは二種の組
み合せで用いてもさしつかえない。さらに、分割と集光
を単一の系で行なう例を示したが、レーザ光の分割と集
光を別個の系で行なってもよい。
【０１２７】図４６は、上記薄膜形成装置のチャンバを
上部から見た図である。同一の部品番号は、同一部分も
しくは相当部分を示す。本参考例は、上記第２２の参考
例と本質的には同じであるが、個々の分割ビームを別々
の窓からチャンバ内に入射するようにしたものである。
この工夫によりレーザ光入射窓７の負荷が軽減される。
【０１２８】なお、上記第２１および第２２の参考例で
は、一つのレーザ光を分割する例を示したが、複数個の
レーザ装置を用い複数個のレーザ光を照射するようにし
てもよい。ただし、本参考例に見られるように一本のレ
ーザ光を分割して用いる方法の利点は、レーザ光の特性
の変動に対してすべてのレーザビームが共通に変化する
ため、複数個のレーザ装置を用いる場合に比べると薄膜
形成装置としての信頼性が高いことである。あるいは、
見方を変えると、薄膜の形成段階でレーザ光の条件を制
御する際には、すべての分割ビームを同一条件下で制御
できるという利点を有することになる。
【０１２９】以下、本発明の第２３の参考例を、図４７
に基づいて説明する。本参考例においては、図４７を参
照して、粉末ターゲット収納箱４８２１に格納された粉
末ターゲット４８１７は、送風ポンプ４８２２によりノ
ズル４８２０を介してバッファガス流とともにチャンバ
１内の空間に散布される。一方レーザ装置１０で発生さ
れ、集光レンズ９を通ったレーザ光１６は、チャンバ１
の入射窓７に入射し、チャンバ１内の空間に浮遊してい
る粉末ターゲット４８１７を蒸発させ、多数のプルーム
１５を発生させる。チャンバ１の内部には基板２が設置
され、プルーム１５と基板２の接触面に薄膜が堆積す
る。粉末ターゲット４８１７雰囲気中を透過したレーザ
光１６は、光閉じこめミラー４８２３により粉末ターゲ
ット４８１７雰囲気中にもどされ、効率よく粉末ターゲ
ット４８１７を蒸発させることができる。光閉じこめミ
ラー４８２３の表面には、ノズル４８２４を介し送風ポ
ンプ４８２５によりバッファガス流が吹き付けられ、ミ
ラー表面に粉末ターゲット４８１７が付着しないように
している。レーザ光１６照射後、チャンバ１内に浮遊し
た粉末ターゲット１５はすみやかに吸い込み口４８１８
を介しポンプ４８１９によりチャンバ１外へ排気され
る。
【０１３０】上記のレーザ薄膜形成装置を使用して、本
発明の方法で、Ｙ1 Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x 酸化物超電導薄
膜を作製した。基板２にはＳｒＴｉＯ3 単結晶基板を用
い、基板温度は７００℃とした。粉末ターゲット４８１
７にはＹ1 Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x を用いた。チャンバ１の
内部を１×１０-4Ｔｏｒｒに排気した後、バッファガス
として酸素ガスを封入し２００ｍＴｏｒｒにした。レー
ザは、波長１９３ｎｍのエキシマレーザを使用し、レー
ザ出力は２Ｊ／ｃｍ2 、パルス周波数を２Ｈｚとした。
【０１３１】上記の条件で、３０分間成膜を行ない、得
られた酸化物超電導薄膜の膜厚分布と超電導特性の測定
を行なった。その結果、本発明の方法で作製した酸化物
超電導薄膜の膜厚分布は、４０×５０ｍｍ2 の範囲で±
１０％であった。一方他の条件を等しくして従来の方法
で成膜した場合の膜厚分布は、３５×３５ｍｍ2 の範囲
で±１０％であった。本発明の方法で作製した酸化物超
電導薄膜の臨界温度は８７Ｋ、膜厚平均は約２０００Å
であった。
【０１３２】次に、本発明の第２４の考例を、図４８に
基づいて説明する。本参考例においては、図４８を参照
して、皿体４８２６上に設置された粉末ターゲット４８
１７は、ノズル４８２０から噴出されたバッファガス流
４８２７により吹き飛ばされチャンバ１内の空間に散布
される。一方レーザ装置１０で発生され、集光レンズ９
を通ったレーザ光１６ は、チャンバ１の入射窓７に入
射し、チャンバ１内の空間に浮遊している粉末ターゲッ
ト４８１７を蒸発させ、多数のプルーム１５を発生させ
る。チャンバ１の内部には基板２が設置され、プルーム
１５と基板２の接触面に薄膜が堆積する。レーザ光照射
中粉末ターゲット４８１７雰囲気中を透過したレーザ光
１６は、光閉じこめミラー４８２３により粉末ターゲッ
ト４８１７雰囲気中にもどされ、効率よく粉末ターゲッ
ト４８１７を蒸発させることができる。光閉じこめミラ
ー４８２３の表面には、ノズル４８２４を介し送風ポン
プ４８２５によりバッファガス流が吹き付けられ、ミラ
ー表面に粉末ターゲット４８１７が付着しないようにし
ている。レーザ光１６照射後、チャンバ１内に浮遊した
粉末ターゲット１５はすみやかに吸い込み口４８１８を
介しポンプ４８１９によりチャンバ１外へ排気される。
【０１３３】上記のレーザ薄膜形成装置を使用して、本
発明の方法で、Ｙ1 Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x 酸化物超電導薄
膜を作製した。基板２にはＳｒＴｉＯ3 単結晶基板を用
い、基板温度は７００℃とした。粉末ターゲット４８１
７ にはＹ1 Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x を用いた。チャンバ１
の内部を１×１０-4Ｔｏｒｒに排気した後、バッファガ
スとして酸素ガスを封入し２００ｍＴｏｒｒにした。レ
ーザは、波長１９３ｎｍのエキシマレーザを使用し、レ
ーザ出力は２Ｊ／ｃｍ2 、パルス周波数を２Ｈｚとし
た。
【０１３４】上記の条件で、３０分間成膜を行ない、得
られた酸化物超電導薄膜の膜厚分布と超電導特性の測定
を行なった。その結果、本発明の方法で作製した酸化物
超電導薄膜の膜厚分布は、４０×５０ｍｍ2 の範囲で±
１０％であった。一方他の条件を等しくして従来の方法
で成膜した場合の膜厚分布は、３５×３５ｍｍ2 の範囲
で±１０％であった。本発明の方法で作製した酸化物超
電導薄膜の臨界温度は８７Ｋ、膜厚平均は約２０００Å
であった。
【０１３５】次に、本発明の第２５の考例を、図４９に
基づいて説明する。本参考例においては、図４９を参照
して、粉末ターゲット４８１７は、ノズル４８２０によ
りチャンバ１の内部に噴出された直後に、ノズル４８２
０の隣接対面に設置された吸い込み口４８１８によりす
みやかにチャンバ１外部に排気される。レーザ光１６
は、チャンバ１内に噴出された粉末ターゲット４８１７
に照射され、プルーム１５を発生させる。
【０１３６】上記のレーザ薄膜形成装置を使用して、Ｙ
1 Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x 酸化物超電導薄膜を作製した。基
板２にはＳｒＴｉＯ3 単結晶基板を用い、基板温度は７
００℃とした。粉末ターゲット４８１７にはＹ1 Ｂａ2
Ｃｕ3 Ｏ7-x を用いた。チャンバ１の内部を１×１０-4
Ｔｏｒｒに排気した後、バッファガスとして酸素ガスを
封入し２００ｍＴｏｒｒにした。レーザは、波長１９３
ｎｍのエキシマレーザを使用し、レーザ出力は２Ｊ／ｃ
ｍ2 、パルス周波数を２Ｈｚとした。
【０１３７】上記の条件で、３０分間成膜を行ない、得
られた酸化物超電導薄膜の膜厚分布と超電導特性の測定
を行なった。その結果、本参考例の方法で作製した酸化
物超電導薄膜の膜厚分布は、４０×４０ｍｍ2 の範囲で
±１０％であった。一方他の条件を等しくして従来の方
法で成膜した場合の膜厚分布は、３５×３５ｍｍ2 の範
囲で±１０％であった。本参考例の方法で作製した酸化
物超電導薄膜の臨界温度は８７Ｋ、膜厚平均は約２００
０Åであった。
【０１３８】次に、本発明の第２６の参考例について、
図５０に基づいて説明する。本参考例においては、図５
０を参照して、チャンバ１内の空間内に浮遊させた粉末
ターゲット４８１７雰囲気を取り囲むように、基板２を
設置する。
【０１３９】本参考例においても、上記のレーザ薄膜形
成装置を使用して、Ｙ1 Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x 酸化物超電
導薄膜を作製した。基板２にはＳｒＴｉＯ3 単結晶基板
を用い、１２個の基板を粉末ターゲット４８１７の周囲
を取り囲むように設置した。基板温度は７００℃とし
た。粉末ターゲット４８１７にはＹ1 Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ
7-x を用いた。チャンバ１の内部を１×１０-4Ｔｏｒｒ
に排気した後、バッファガスとして酸素ガスを封入し２
００ｍＴｏｒｒにした。レーザは、波長１９３ｎｍのエ
キシマレーザを使用し、レーザ出力は２Ｊ／ｃｍ2 、パ
ルス周波数を２Ｈｚとした。
【０１４０】上記の条件で、３０分間成膜を行ない、得
られた酸化物超電導薄膜の膜厚分布と超電導特性の測定
を行なった。その結果、本発明の方法で作製した酸化物
超電導薄膜は、膜厚分布が３５×３５ｍｍ2 の範囲で±
１０％であるものが同時に６個得られた。一方他の条件
を等しくして従来の方法で成膜した場合は、膜厚分布が
３５×３５ｍｍ2 の範囲で±１０％のものが１個得られ
るに過ぎない。本発明の方法で作製した酸化物超電導薄
膜の臨界温度は８７Ｋ、膜厚平均は約２０００Åであっ
た。
【０１４１】以下、本発明の第２７の参考例を、図５１
に基づいて説明する。本参考例においては、図５１を参
照して、レーザ装置１０で発生され、集光レンズ９を通
ったレーザ光１６はチャンバ１のレーザ入射窓７に入射
し、チャンバ１内の一対のターンテーブル１１のそれぞ
れに搭載されているターゲット５を照射する。ターンテ
ーブル１１はモータ１４により、任意の回転速度で回転
することが可能である。チャンバ１の内部は高真空に排
気可能である。基板２がターゲット５の表面法線に対し
斜めに配置されている。基板２に複数のプルームを照射
可能にするため、複数のターゲット５が基板に対して配
置されている。
【０１４２】本参考例においても、上記のレーザ薄膜形
成装置を使用して、Ｙ1 Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x 酸化物超電
導薄膜を作製した。基板２にはＳｒＴｉＯ3 単結晶基板
を用い、基板温度は７００℃とした。ターゲット５には
直径２ｃｍのＹ1 Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x の焼結体を用い
た。また基板２の中心とターゲット５のレーザ光照射点
との距離は５ｃｍとした。チャンバ１の内部を１×１０
-4Ｔｏｒｒに排気した後酸素ガスを封入し２００ｍＴｏ
ｒｒにした。
【０１４３】レーザは、波長１９３ｎｍのエキシマレー
ザを使用し、レーザ出力は３Ｊ／ｃｍ2 、レーザ光の照
射面積は、２×３. ５ｍｍ2 とし、パルス周波数を２Ｈ
ｚとした。またターゲットは１２０ｒｐｍで回転させ
た。
【０１４４】上記の条件で、２５分間成膜を行ない、得
られた酸化物超電導薄膜の膜厚分布と超電導特性の測定
を行なった。その結果、本発明の方法で作製した酸化物
超電導薄膜の膜厚分布は、直径３０ｍｍの円内で±１０
％であった。一方他の条件を等しくして、プルーム１５
の中心軸と基板２ が垂直になるように配置し、一つの
プルームを用いて成膜した場合の膜厚分布は、直径１０
ｍｍの円内で±１０％であった。本発明の方法で作製し
た酸化物超電導薄膜の臨界温度は８７Ｋ、膜厚平均は約
３０００Åであった。
【０１４５】以下、本発明の第２８の参考例について説
明する。本参考例では、前記プルーム表面の凹凸は、レ
ーザ光照射方向から順次凸点の高さを高くすることによ
り、効率よくターゲットを蒸発し、プルームを発生させ
ることができる。
【０１４６】図５２に、本発明を実施するレーザ薄膜形
成装置の一例の概略図を示す。図５２のレーザ薄膜形成
装置では、レーザ装置１０で発生され、集光レンズ９を
通ったレーザ光１６は、チャンバ１のレーザ入射窓７に
入射し、チャンバ１内の原料ターゲット５を照射する。
チャンバ１ 内は高真空に排気可能である。基板２がタ
ーゲット５に対向するように配置されている。ターゲッ
ト５の表面には、レーザ光照射方向から順次高さを増し
た凸部を有する。
【０１４７】本参考例においても、上記のレーザ薄膜形
成装置を使用して、Ｙ1 Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x 酸化物超電
導薄膜を作製した。基板２にはＳｒＴｉＯ3 単結晶基板
を用い、基板温度は７００℃とした。ターゲット５には
Ｙ1 Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x の焼結体を用いた。また基板２
の中心とターゲット５のレーザ光照射点との距離は５ｃ
ｍとした。チャンバ１の内部を１×１０-4Ｔｏｒｒに排
気した後酸素ガスを封入し２００ｍＴｏｒｒにした。
【０１４８】レーザは、波長１９３ｎｍのエキシマレー
ザを使用し、レーザ出力は３Ｊ／ｃｍ2 、レーザ光の照
射面積は、２×３. ５ｍｍ2 とし、パルス周波数を２Ｈ
ｚとした。
【０１４９】上記の条件で、２５分間成膜を行ない、得
られた酸化物超電導薄膜の膜厚分布と超電導特性の測定
を行なった。その結果、本発明の方法で作製した酸化物
超電導薄膜の膜厚分布は、４０×５０ｍｍ2 の円内で±
１０％であった。一方他の条件を等しくして、表面が平
坦なターゲットを用いて成膜した場合の膜厚分布は、直
径３０ｍｍの円内で±１０％であった。本発明の方法で
作製した酸化物超電導薄膜の臨界温度は８７Ｋ、膜厚平
均は約３０００Åであった。
【０１５０】以下、この発明の第２９の参考例を、図５
３および図５４に基づいて説明する。図５４における基
本的な構成は、図１４９に示した従来例と同様である。
【０１５１】次に動作について説明する。レーザ装置１
０で発生されたレーザ光１６は、集光レンズ９を介する
ことなくチャンバ１のレーザ入射窓７を通過して、チャ
ンバ１内のターンテーブル１１に設置された原料ターゲ
ット５にすれすれに、もしくは、広範囲にわたり照射さ
れる。このターゲットの表面形状は図５３（ａ）（ｂ）
（ｃ）に示したように半円柱、三角柱、三角錐、円錐、
半球を規則的に配置したものや、またこれらをランダム
に配置したもの、および、ターゲットに対するエキシマ
レーザの入射角がランダムになるようにしたものである
ため、それぞれの面に垂直に複数個のプルーム１５およ
びプルームに非常に近い幅の広いプラズマが形成され
る。なお、ターゲットは同一部分のみがスパッタリング
されることを防ぐため、回転機構を持つ。
【０１５２】原料ターゲット５と対向して、基板２が基
板ホルダ３に固定されて配設されており、プルーム１５
中の励起原子やイオンは該基板２上に到達した後、堆積
しながら薄膜を形成していく。上記に示したように複数
個のプルームが形成されるため、比較的容易に大面積薄
膜を形成することができる。
【０１５３】以下、この発明の第３０の参考例を、図５
５および図５６に基づいて説明する。図５５において、
３００はビームスプリッター、３０１はミラー、３０２
は直線移動ステージ、３０３は直線移動ステージ制御装
置を示す。
【０１５４】なお、図中、図１４８および図１４９と同
一符号を付した部分は同一または相当の要素を示す。
【０１５５】次に動作について説明する。レーザ装置１
０で発生されたレーザ光は、複数個のビームスプリッタ
ー３００によって複数本のレーザ光１６に分割され、複
数個のミラー３０１でそれらの方向を調整した後、複数
個の集光レンズ９で集光され、チャンバ１の複数個のレ
ーザ入射窓７を通過して、チャンバ１内のターンテーブ
ル１１に設置された原料ターゲット５の複数個所に照射
される。この際、ターンテーブル１１はモータ１４によ
り回転することが可能であり、原料ターゲット５の同一
部分のみがスパッタリングされて局所的にクレータが生
じることがないように工夫されている。
【０１５６】原料ターゲット５上の複数個のレーザ照射
部においては、レーザ照射時に急峻にターゲット原料の
プラズマ状態が生成され、該プラズマが数十ｎｓで冷え
ていく過程の中で、孤立した励起原子分子やイオン等が
生成する。これらの一群の励起原子分子やイオン等は数
μ秒以上の寿命をもっており、空間へ放出されて、蝋燭
の炎のような複数個のプルーム１５を形成する。
【０１５７】一方、原料ターゲット５と対向して、基板
２が基板ホルダ３に固定されて配設されており、複数個
のプルーム１５中の励起原子分子やイオン，更にそれら
が結合したクラスター状のターゲット原料は該基板２上
に到達した後、堆積・結晶化して薄膜が形成される。
【０１５８】ここで、直線移動ステージ制御装置３０３
によって直線移動ステージ３０２が制御され、原料ター
ゲット５が基板２の方向に直線的に変動すると、複数本
のレーザ光１６の原料ターゲット５上での照射位置が径
方向に変化し、原料ターゲット５上に生じる複数個のプ
ルーム１５の位置が径方向に変化する。したがって、原
料ターゲット５に対向して配置された基板２上の色々な
位置で複数個のプルーム１５が生じることとなり、プル
ーム１６中のターゲット原料は該基板２表面の色々な位
置に入射・堆積して、６〜８インチあるいはそれ以上の
口径を有する大断面積のウェハ上に均一で高品質の薄膜
が形成される。
【０１５９】なお、基板ホルダ３内には基板を加熱する
ヒータ４が備えられており、低温で堆積された膜を結晶
化温度以上でアニールすることによって良質の薄膜を形
成するポストアニールや、堆積時に基板自身を結晶化温
度以上に保持してその場で結晶化した薄膜を形成してい
くアズデポジションが行なえるように構成されている。
また、アズデポジション法では、活性酸素雰囲気などを
併用することも行なわれており、たとえば、図に示した
ように、酸化物薄膜を成膜する際に、酸素を含むガス１
９を供給するノズル６が備えられていて、基板２の雰囲
気を酸素雰囲気とし、基板２上での酸化物生成を促進す
る工夫がなされている、ところは従来例と同様である。
【０１６０】本参考例においては、ビームスプリッター
によりレーザ光を複数本に分割する場合について述べた
が、全反射ミラーを用いて図５６に示すようにレーザ光
を複数本に分割してもよく、ビームスプリッターの場合
と同様の効果が得られる。全反射ミラーの場合、ビーム
スプリッターと比べて、レーザ光強度の減衰を少なく複
数本のレーザ光に分割できる利点がある。
【０１６１】また、上記参考例では、一本のレーザ光を
ビームスプリッターや全反射ミラーによって複数本に分
割する場合について述べたが、複数台のレーザ装置を用
いて複数本のレーザ光を発生してもよく、同様の効果が
得られる。
【０１６２】以下、この発明の第３１の参考例を、図５
７に基づいて説明する。図５７において、３０４はビー
ムスプリッター、３０５はミラー、３０６は角度可変ス
テージ、３０７は角度可変ステージ制御装置を示す。
【０１６３】なお、図中、図１４８および図１４９と同
一符号を付した部分は同一または相当の要素を示す。
【０１６４】次に動作について説明する。レーザ装置１
０で発生されたレーザ光は、複数個のビームスプリッタ
ー３０４によって複数本のレーザ光１６に分割され、複
数個のミラー３０５でそれらの方向を調整した後、複数
個の集光レンズ９で集光され、チャンバ１の複数個のレ
ーザ入射窓７を通過して、チャンバ１内の複数個のター
ンテーブル１１に設置された複数個の原料ターゲット５
に照射される。
【０１６５】この際、複数個のターンテーブル１１は複
数個のモータ１４により回転することが可能であり、複
数個の原料ターゲット５の同一部分のみがスパッタリン
グされて局所的にクレータが生じることがないように工
夫されている。
【０１６６】複数個の原料ターゲット５上のレーザ照射
部においては、レーザ照射時に急峻にターゲット原料の
プラズマ状態が生成され、該プラズマが数十ｎｓで冷え
ていく過程の中で、孤立した励起原子分子やイオン等が
生成する。これらの一群の励起原子分子やイオン等は数
μ秒以上の寿命をもっており、空間へ放出されて、蝋燭
の炎のような複数個のプルーム１５を形成する。
【０１６７】一方、複数個の原料ターゲット５と対向し
て、基板２が基板ホルダ３に固定されて配設されてお
り、複数個のプルーム１５中の励起原子分子やイオン，
更にそれらが結合したクラスター状のターゲット原料は
該基板２上に到達した後、堆積・結晶化して薄膜が形成
される。
【０１６８】ここで、角度可変ステージ制御装置３０７
によって複数個の角度可変ステージ３０６が制御され、
複数個の原料ターゲット５の角度が基板２に対して変動
すると、複数本のレーザ光１６によって複数個の原料タ
ーゲット５上に生じる複数個のプルーム１５の方向が変
動する。したがって、複数個の原料ターゲット５に対向
して配置された基板２上の色々な位置に複数個のプルー
ム１５が接触することとなり、プルーム１５中のターゲ
ット原料は該基板２表面の色々な位置に入射・堆積し
て、６〜８インチあるいはそれ以上の口径を有する大断
面積のウェハ上に均一で高品質の薄膜が形成される。
【０１６９】なお、基板ホルダ３内には基板を加熱する
ヒータ４が備えられており、低温で堆積された膜を結晶
化温度以上でアニールすることによって良質の薄膜を形
成するポストアニールや、堆積時に基板自身を結晶化温
度以上に保持してその場で結晶化した薄膜を形成してい
くアズデポジションが行なえるように構成されている。
また、アズデポジション法では、活性酸素雰囲気などを
併用することも行なわれており、たとえば、図に示した
ように、酸化物薄膜を成膜する際に、酸素を含むガス１
９を供給するノズル６が備えられていて、基板２の雰囲
気を酸素雰囲気とし、基板２上での酸化物生成を促進す
る工夫がなされている。
【０１７０】本参考例においては、ビームスプリッター
によりレーザ光を複数本に分割する場合について述べた
が、全反射ミラーを用いて図５６に示すようにレーザ光
を複数本に分割してもよく、ビームスプリッターの場合
と同様の効果が得られる。全反射ミラーの場合、ビーム
スプリッターと比べて、レーザ光強度の減衰を少なく複
数本のレーザ光に分割できる利点がある。
【０１７１】また、上記参考例では、一本のレーザ光を
ビームスプリッターや全反射ミラーによって複数本に分
割する場合について述べたが、複数台のレーザ装置を用
いて複数本のレーザ光を発生してもよく、同様の効果が
得られる。以下、この発明の第３２の参考例を、図５８
に基づいて説明する。図５８において、２４１はＣＣＤ
カメラ、２４２は画像分布処理用コンピュータ、２４３
はレーザ用ＸＹステージ、２４４は支持台、２４５はミ
ラー制御用コンピュータである。
【０１７２】次に動作について説明する。回転している
支持台２４４上でターゲット５がさらに回転することに
より、ターゲットから放出された密度分布を持つプルー
ム１５は均一化され、高品質な大面積の薄膜を形成でき
る。このときミラー制御用コンピュータ２４５でモータ
ーの回転とミラーの動作を同期させることにより、常に
レーザがターゲットに照射される用にする。またこのと
きターゲットは複数個あるため、蒸着速度は速くなる。
またミラーを動かしてターゲットに照射していたレーザ
をウェハにあてスキャンし、反射光をＣＣＤカメラで計
測することにより、表面の膜の状態をリアルタイム観察
し、その結果をウェハあるいはターゲットを動かす，ビ
ーム形状を変える，ビーム位置を変えるなどにより成膜
条件にフィールドバックできるようにする。
【０１７３】以下、この発明の第３３の参考例を、図５
９ないし図６７に基づいて説明する。図５９において、
２は基板、５はターゲット、１５はプルーム、１６はレ
ーザビームである。
【０１７４】ターゲット５にレーザビーム１６を照射す
ると、ターゲット５の成分は蒸発して飛散する。全体と
してみると蝋燭の炎のようで、プルーム１５と呼ばれ
る。このプルームの先端が基板２に接するようにすれば
ターゲット５の成分が基板２に堆積して薄膜を形成す
る。
【０１７５】ターゲット５からプルーム１５が飛散する
方向はおおむねターゲットの法線の方向であることが知
られている。通常のターゲットは平板あるいは直径の大
きな円柱状であるためプルーム１５はほとんど１方向に
飛散する。その場合、プルーム１５は細い炎状となり基
板の広い面積に薄膜を形成することはできない。そこ
で、レーザビームが照射される範囲内にターゲットの法
線が多数含まれるようにする。図４２２０では円柱のタ
ーゲットを用いた場合であり、図中の矢印で示したよう
に法線が多数含まれる。プルーム１５はこれらの法線方
向に発生するため、全体として広いプルームが発生す
る。
【０１７６】図６０および図６１は、ターゲットの直径
Ｄとレーザビーム１６の直径ωの関係を説明するための
図である。図６０において、ターゲット５の法線のうち
基板に垂直におろした法線に対してレーザビーム１６が
θ0 の角度で入射しているとすると、プルームはθ0 を
中心にしてビーム径に相当する角度方向まで発生する。
ターゲットの直径Ｄに対してビームの直径ωが小さいと
図６１に実線４２２０で示したようなプルームが発生す
ることになる。
【０１７７】図６１において：プルームはおよそ±πω
／２Ｄの角度に広がっている。ω／Ｄが小さいとほとん
どθ0 の方向にしかプルームが発生しなくなる。少なく
とも次の関係が成り立たないと基板の方向にプルームは
発生しない。πω／２Ｄ＞θ0この条件を満たすために
はターゲットに較べてレーザビームの直径を大きくする
か、角度θ0 を小さくすればよい。また、図６１中の点
線はビーム径がターゲットの直径より大きく、ビーム強
度分布が一様であった場合のプルームの強度分布であ
る。この分布は図６０において、ターゲットが丸いため
にターゲットに垂直に入射するところと斜から入射する
ところが発生するためにおこったものである。斜から入
射するところはビームの強度が低くなり、それに伴って
プルームの強度も低くなる。これを軽減して平坦なプル
ームを得るには図６１において角度が０に近くなるほど
ビームの強度を大きくしてやればよい。
【０１７８】以上は円柱状のターゲットについて述べた
が、ターゲットが球であったり多角形であってもビーム
が照射された面内に多くの法線が含まれるようにすれば
同様の効果が期待できる。他にも平板状のターゲットの
表面をビームの径程度に凸凹をつけておいてもよい。
【０１７９】なお、円柱ターゲットにおいて、基板面お
よびターゲット面に共通する法線を定義することができ
る。この共通法線とターゲットとの交点を足と定義すれ
ば、レーザビームの一部がこの足を照らすようになって
いなければ基板方向へのプルームはほとんど発生しな
い。
【０１８０】ターゲットの断面形状を多角形にした場合
も同様である。図６２はこの様子を示したもので、多角
形の場合はまず共通法線を持つようにターゲットを設置
し、ついでレーザビームの一部がこの足を照らすように
設定することにより基板の方向へプルームを発生させる
ことができる。
【０１８１】図６３はビームの入射角度θ0 を０にした
例である。入射角度を小さくするとよいことは前に説明
したが、あまり小さくすると基板２とレーザビーム１６
が干渉する。そのためターゲット５と基板２を離すこと
も考えられるがターゲット材料によってはプルームが小
さくむやみに離すことが不可能な場合もある。
【０１８２】そこで、基板２の一部に穴を明け、レーザ
ビーム１６がその穴を通るようにした。また、図６４は
穴の径を小さくするため穴の付近でレーザビーム１６が
焦点を持つようにしたものである。基板の端に穴か切り
かきを設けてそこをビームが通るようにしてもよい。い
ずれの場合も基板の形状に制限があるが広い面積に一様
に薄膜を形成することができる。
【０１８３】図６５は円柱状のターゲットにビームを照
射したときの様子である。プルーム１５は円柱の法線に
沿って扇状に発生するため、図中点で示した領域に薄膜
が形成される。基板に一様に薄膜を形成するためには基
板あるいはターゲットを回転してやる必要がある。球状
のターゲットの場合でも回転することにより薄膜の均一
性を期待することができる。図６６は基板２ａ，２ｂを
穴の明いたホルダ４２２２に固定したものである。多数
の基板を並べることにより無駄無く薄膜を形成すること
が可能になる。
【０１８４】図６７はターゲットの消耗によるプルーム
の広がり角度の減少を防ぐためにターゲットを回転させ
ながら平行移動する例を示したものである。このような
操作によりレーザビーム１６が照射される面を常に新し
くすればプルームの広がり角度を一様に保つことが出き
る。平行移動の操作はターゲットが平板あるいはシート
状であっても同様に行なうことができる。
【０１８５】以下、この発明の第３４の参考例を、図６
８に基づいて説明する。図６８において１はチャンバ、
２は基板、４はヒータ、１１０は円筒形状を持つ原料タ
ーゲット、１１１は多角筒の形状を持つ基板ホルダ、７
は入射窓、８はミラー、９は集光レンズ、１０はレーザ
装置、１５はプルーム、１６はレーザ光、１７は真空排
気装置である。なお、図中、図１４８と同一符号を付し
た部分は同一または相当の要素を示す。
【０１８６】次に動作について説明する。円筒形状を持
つ原料ターゲット１１０の周囲に多角筒からなる基板ホ
ルダ１１１を配置する。この基板ホルダ１１１の内面即
ち原料ターゲット１１０に対面した側に基板２を少なく
とも２個以上設置する。レーザ装置１０から発生したレ
ーザ光１６は集光レンズ９により集光され、ミラー８で
反射させ、入射窓７を通して原料ターゲット１１０の上
を照射する。原料ターゲット１１０上のレーザ照射部に
おいては、急峻にプラズマ状態が発生しプルーム１５を
形成する。このとき原料ターゲット１１０は回転し、か
つ回転軸方向に平行移動するためレーザ光１６は原料タ
ーゲット１１０上をくまなく照射することができる。し
たがって、原料ターゲット１１０の不均一な消耗が防止
される。同時に基板ホルダ１１１を回転させ、かつ回転
軸方向に平行移動させる。これにより原料ターゲット１
１０上のレーザ光１６照射部から発生したプルーム１５
は基板２上をくまなく掃引する。そのため基板２上の薄
膜の面内分布が改善され大面積に薄膜を形成できる。ま
た基板２は基板ホルダ１１１上に少なくとも２個以上設
置されるため薄膜形成時のスループット向上を図ること
ができる。
【０１８７】以下、この発明の第３５の参考例を、図６
９に基づいて説明する。図６９は、本参考例のレーザ薄
膜形成装置の構成図であり、同図における１〜１７の各
番号は従来例を示す図１４８と同一または相当する要素
を示す。
【０１８８】次に動作について説明する。レーザ装置１
０で発生されたレーザ光１６は、チャンバ１のレーザ入
射窓７を通過し、チャンバ１内の基板ホルダ３の中央か
らチャンバ１内に導入され、チャンバ１内のターンテー
ブル１１に設置された原料ターゲット５に照射される。
【０１８９】これによりプルームが発生し基板２上に薄
膜が堆積される過程は上記従来例と同様のものである。
しかし、本参考例では、レーザ光１６を基板ホルダ３の
中央から導入することとしているので、レーザ光１６は
ターゲット５に垂直に入射する。ターゲット５から発生
するプルームの広がりは、ターゲットに入射するレーザ
光の入射角が小さいほど大きくなるので、この方法によ
れば、プルームの広がりを最大限にできる。したがっ
て、最も効率よく大断面積の薄膜が得られる。本参考例
では、基板のＸＹ駆動を行わなくても２０ｍｍ×２０ｍ
ｍ（膜厚分布±１０％）の薄膜形成面積が得られ、従来
より大きな断面積の薄膜形成が可能なことが立証され
た。
【０１９０】以下、この発明の第３６の参考例を、図７
０に基づいて説明する。図７０は、本参考例のレーザ薄
膜形成装置の構成図であり、同図における１〜１７の各
番号は、従来例を示した図１４８と同一または相当する
要素を示し、１３３はレーザ光の焦点である。
【０１９１】次に動作について説明する。レーザ装置１
０で発生されたレーザ光１６は、集光レンズ９で集光さ
れ、チャンバ１のレーザ入射窓７を通過して、チャンバ
１内のターンテーブル１１に設置された原料ターゲット
５に照射される。
【０１９２】これによりプルームが発生し基板２上に薄
膜が堆積される過程は上記従来例と同様のものである。
しかし、本参考例では、上記従来例と異なり、レーザ光
１６を集光する焦点１３３をターゲット５の面よりも手
前に合わせる。図７０に示されているように、この焦点
位置に基板２を配置すると、基板２と基板ホルダ３を通
してレーザ光をターゲット５に垂直に入射することがで
き、なおかつ基板２に開ける穴は最小限ですむ。したが
って、基板２の広い範囲に薄膜を堆積することが可能に
なり、大断面積の薄膜形成が実現される。本参考例で
は、基板のＸＹ駆動を行わなくても２０ｍｍ×２０ｍｍ
（膜厚分布±１０％）の薄膜形成面積が得られ、従来よ
り大きな断面積の薄膜形成が可能なことが立証された。
また、この焦点にはレーザ光のエネルギが集中している
ため、酸素などの導入ガスが活性化され、イオンビーム
等の高エネルギ粒子を用いずに活性物質の供給ができ
る。このため、イオンビームを用いないでも高品質の薄
膜が形成できた。
【０１９３】上記参考例ではレーザ光１６を基板ホルダ
３と基板２を通してターゲット５に照射することとした
が、レーザ光を他の方向から照射するか、あるいは焦点
１３３が基板の位置にない場合でも、導入ガスの活性化
による薄膜の高品質化の効果があることは言うまでもな
い。
【０１９４】以下、この発明の第３７の参考例を、図７
１に基づいて説明する。図７１は、本参考例のレーザ薄
膜形成装置の構成図であり、同図における１〜１７の各
番号は、従来例を示した図と同一または相当する要素を
示している。１３３はレーザ光の焦点である。
【０１９５】次に動作について説明する。レーザ装置１
０で発生されたレーザ光１６は、集光レンズ９で集光さ
れ、チャンバ１のレーザ入射窓７を通過して、チャンバ
１内のターンテーブル１１に設置された原料ターゲット
５に照射される。
【０１９６】これによりプルームが発生し基板２上に薄
膜が堆積される過程は上記従来例と同様のものである。
しかし、本参考例では、上記従来例と異なり、レーザ光
１６を集光する焦点１３３をターゲット５の面に合わせ
る。すると、プルーム１５はターゲット５の極めて小さ
な領域から発生し、ターゲット面上でのエネルギ密度勾
配が大きいため、プルームに含まれる粒子の飛散する方
向が大きく広がる。この結果、プルームは、レーザ光の
焦点をターゲット面上に合わせなかった場合に比べ、大
きな広がりを持ったものとなる。これにより、基板２の
広い範囲に薄膜を堆積することが可能になり、大断面積
の薄膜形成が実現される。本参考例では、基板のＸＹ駆
動を行わなくても２０ｍｍ×２０ｍｍ（膜厚分布±１０
％）の薄膜形成面積が得られ、従来より大きな断面積の
薄膜形成が可能なことが立証された。
【０１９７】以下、この発明の第３８の参考例を、図７
２に基づいて説明する。図７２において、１２９は差動
排気用真空排気装置である。
【０１９８】次に動作について説明する。真空排気装置
１７だけでなく、ターゲット５近傍に設置した差動排気
用真空装置１１６を動作させることにより、ターゲット
５近傍ではより広い領域において真空度が均一となる。
そのため、ターゲット５にレーザ光１６を入射するとプ
ルーム１５の生じる領域が拡大する。このプルーム１５
に接した基板２上において薄膜が形成されるので、プル
ーム１５の生じる領域が拡大するにしたがって、均一な
薄膜が形成できる面積が拡大する。
【０１９９】以下、この発明の第３９の参考例を、図７
３に基づいて説明する。図７３において、基本的な構成
は図１４９と同じである。１０３は水素イオン源および
水素ラジカル源、１０４は水素ガス、１０５は水素イオ
ンおよび水素ラジカルである。
【０２００】次に動作について説明する。レーザ装置１
０で発生されたレーザ光１６は、集光レンズ９で集光さ
れ、チャンバ１のレーザ入射窓７を通過して、チャンバ
１内のターンテーブル１１に設置された原料ターゲット
５に照射される。基板２は、原料ターゲット５と対向し
て、基板ホルダ３に固定されて配設されており、プルー
ム１５中の励起原子やイオンは該基板２上に到達する。
一方、水素イオン源および水素ラジカル源１０３から基
板上に供給されることにより、成長表面には水素原子が
吸着することとなる。また、水素の持つ運動エネルギが
成長表面の原子、分子に与えられる。これにより、これ
らの成長粒子の表面マイグレーションが促進され、比較
的低温度においても点欠陥、格子のずれ等の少ない結晶
性のよい薄膜を堆積しながら形成していく。
【０２０１】以下、この発明の第４０の参考例を、図７
４に基づいて説明する。図７４において、レーザ光１６
はガス供給ノズル１３０の配管の一部を透過後、窓１３
１を透過してターゲット５に入射する。他方、ガスはガ
ス供給ノズル１３０をとうして、基板２に吹き付けるよ
うに供給される。
【０２０２】次に動作について説明する。ガス供給ノズ
ル１３０内のガスはレーザ光１６により活性化された
後、基板２に吹き付けられる。したがって、電圧による
加速を行なうことなく活性化されたガスを基板２付近に
供給できるので、基板２に損傷を与えることなく、高品
質な薄膜の形成が可能となる。
【０２０３】次に、この発明の第４１の参考例を、図７
５に基づいて説明する。図７５において、ガス供給ノズ
ル１３０にハーフミラー１３２を設け、レーザ光１６の
大部分はハーフミラー１３２を透過後、窓１３１を透過
してターゲット５に入射される。またレーザ光１６の一
部はハーフミラー１３２を反射するようにガス供給ノズ
ル１３０を設ける。
【０２０４】次に動作について説明する。ハーフミラー
１３２を透過したレーザ光１６はターゲット５をスパッ
タし、一方ハーフミラー１３２を反射したレーザ光１６
はガス供給ノズル１３０内のガスを活性化する。レーザ
光１６により活性化されたガスはガス供給ノズル１３０
により基板２に吹き付けられるので、基板２に損傷を与
えることなく、高品質な薄膜の形成が可能となる。
【０２０５】以下、この発明の第４２の参考例を、図７
６に基づいて説明する。図７６において、２１は基板上
平行に設置できる回転式メッシュ電極であり、２２は、
基板および基板ホルダを接地するための接地線である。
【０２０６】次に動作について説明する。成膜を開始す
る前に、回転式メッシュ電極９２１を回転させて接地９
２２された基板上水平に設置し、ＲＦ電源より入力する
ことによりメッシュー基板間にプラズマを発生させる。
数分間プラズマを発生させることにより基板をクリーニ
ングした後、入力を止めメッシュ電極を回転させて下に
おろして基板上から取り除く。その後、ターゲットにレ
ーザを照射してクリーニングされた基板上に成膜を行な
う。
【０２０７】この参考例によれば、レーザをターゲット
に照射して対向した基板上に成膜を行なう装置におい
て、成膜を行なう前に基板上を放電によってクリーニン
グできるので、従来よりもすぐれた膜特性を有する薄膜
形成可能なレーザ薄膜形成装置を得ることができる。
【０２０８】以下、この発明の第４３の参考例について
説明する。この発明ではプロセスが始まるときや終わる
ときにチャイムやブザーの代わりに音楽を流す。この音
楽の長さは、短いフレーズでもよいし、また曲そのもの
を入れてもよい。またある時間で音楽が終わってもよい
し、鳴り続けてもよい。音量調整用のボリュームを付け
ておくと各環境にあった適切な音量を選ぶことができ
る。また、音楽だけでなく、音声合成された言葉を流す
ようにしてもよい。
【０２０９】プロセスごとに流す音楽を変えるようにし
たり、音声合成された言葉も、プロセスによって言葉の
質を変えてもよい。たとえば試料の出し入れや、薄膜形
成が終了した時点などで曲を変えてもよい。また、言葉
を用いる際は、重要なプロセスでは、はっきりとした大
きな言葉を用いたり、さほど重要でないプロセスでは、
他の邪魔にならないように小さな言葉を用いるなどとし
てもよい。
【０２１０】音楽は各自の好みが大きいため、一律に同
じ音楽を流さずに、各自の好みによって音楽を選択でき
るようにしたり、言葉も好みによって質を選択できる用
にしてもよい。たとえば男性や女性の声、高い声や低い
声、優しい言い方や厳しい言い方などの選択にするとよ
い。
【０２１１】次に、この発明の第４４の参考例につい
て、図７７に基づいて説明する。図７７において、２２
０はミラー移動装置、２２１はターゲット移動用ＸＹθ
ステージ、２２２は試料移動装置、２２３はＤＣスパッ
タ装置、２２４はＲＦスパッタ装置、２２５はＲＦ逆ス
パッタ装置、２２６はシャッター、２２７は移動制御装
置、２２８はイオンビームスパッタ装置である。
【０２１２】次に動作について説明する。ターゲット５
と基板２の間の距離をターゲット５の径以上離して成膜
することにより、プルーム１５が広がりやすくなり、大
面積均一化が可能になる。距離がターゲットの径より短
い場合は、プルームが生じる空間が図２２０においては
縦長になるためプルームが広がりにくいが、距離がター
ゲットの距離より長い場合は、プルームが生じる空間が
図２２０においては横長になるため、プルームが広がり
やすく大面積均一化が行ないやすくなる。
【０２１３】図７７では、レーザを複数用いることによ
り一度に生じるプルームの数を多くしている。これによ
り大面積均一化が行ないやすくなっている。また成膜速
度もレーザの数だけ速くなるため、スループットが向上
している。
【０２１４】図７７では、ミラーや、ターゲット、試料
を動かすことができる構造になっている。これらを動か
すことによって均一に成膜することが可能になる。これ
らの移動は移動制御装置２２７によって制御され、ラン
ダムに動かしたり、単純な回転運動や、自公転運動がで
きるようになっている。
【０２１５】図７７では、レーザのアシストや、基板お
よびターゲットの前処理としてＤＣやＲＦをかけること
ができる構造になっている。シャッター２２６をとじた
状態で、基板とシャッター間にＲＦをかけることによっ
て基板のクリーニングをしたり、ターゲットの表面をク
リーニングできる。これらを行なうことによって不純物
の少ない高純度の薄膜を形成することができる。また、
レーザのアシストとしてＤＣやＲＦをかけたり、イオン
ビームスパッタを併用することによって、より成膜速度
を向上させたり、大面積均一化を行なうことができる。
【０２１６】以下、この発明の第４５の参考例を、図７
８および図７９に基づいて説明する。図７８において、
２８１は冷却水の通路２８２を備えたターゲットホルダ
ー、２８３はホルダー温度をモニターするための熱電
対、２８４は冷却水の流量と温度をコントロールするチ
ラーである。
【０２１７】なお、図中、図１４８と同一符号は同一ま
たは相当部分を示す。次に動作について説明する。レー
ザビーム１６をターゲット５に照射して対向する基板２
上に成膜を行なう際、ターゲット５に照射されたレーザ
１６の光エネルギの一部は熱となり、連続成膜を続ける
と図７９に示すようにターゲット５の温度は次第に上昇
する。ただし、このときターゲットホルダー２８１はチ
ラー２８４により温度を制御された冷却水が冷却水通路
２８２を流れることにより一定温度に維持されている。
このため、ターゲット５はターゲットホルダー２８１に
より冷却され、図７９に示すようにある程度で温度の上
昇が止まり、速い時期に定常状態に達することになる。
【０２１８】以上のようにこの参考例によれば、ターゲ
ット温度の経時変化を抑えることができるので、最適な
ターゲット温度で形成された膜の連続成膜が可能なレー
ザ薄膜形成装置を得ることができる。
【０２１９】次に、本発明の第４６の参考例を、図８０
に基づいて説明する。図８０は、本参考例のレーザ薄膜
形成装置の斜視図である。図において２０は高周波誘導
電・磁界を発生させる高周波誘導コイルで原料ターゲッ
ト５周辺に設けられている。集光レンズ９の焦点は従来
の装置より浅い位置に設定されておりおり、そのターゲ
ット５上に結ばれるレーザビーム径１６は、従来の１０
倍になっている。
【０２２０】次にこのレーザ薄膜形成装置の作用につい
て説明する。今回の参考例に用いたターゲットは、純度
９９．９％の銅ターゲット５である。まず、基板ホルダ
ー３に基板２を支持した後、チャンバ１内を真空（１×
１０-4Ｔｏｒｒ）にし、その後高周波誘導コイル９２０
に１０ＭＨｚの高周波電流を０．５秒間通電した後、レ
ーザ光を照射した（なお、今回は１０ＭＨｚの周波数を
用いたが、用いる周波数としては１ＭＨｚ以上が加熱効
率が高いため望ましい）。このときレーザ光照射と同時
にターゲット５上にプルーム１５が発生する。そして、
レーザ光を３０秒間照射し続けた後、レーザ光および高
周波電流を止め基板２の冷却を待って、基板２をチャン
バ１内から取り出す。このときの基板２の表面を観察す
ると銅の薄膜が形成されている。
【０２２１】上記参考例において、高周波誘導コイル９
２０に通電せずにレザー光照射した場合、ターゲット５
上にプルーム１５は発生しない。このときの基板２の表
面を観察すると銅の薄膜は形成されていない。
【０２２２】また、上記参考例においてレーザ光を照射
せず、高周波誘導コイル９２０に３０．５秒間通電する
と、ターゲット５上にプルーム１５は発生しない。この
ときの基板２の表面を観察すると銅の薄膜は形成されて
いない。
【０２２３】さらに、従来のレーザ薄膜形成装置を用い
て、レーザ光を３０秒間照射し続けた後、レーザ光を止
め基板２の冷却を待って、基板２をチャンバ１内から取
り出す。このときの基板２の表面を観察すると銅の薄膜
が形成されている。しかし、形成された銅薄膜の直径
は、本参考例で形成された銅薄膜の１／１５である。
【０２２４】以上説明したとおり、本参考例によれば、
原料ターゲット５周辺に高周波誘導電・磁界を発生させ
る高周波誘導コイル９２０を設けることにより、原料タ
ーゲット５表面にある程度のエネルギを与えることがで
きるため、従来のレーザ薄膜形成装置に用いられるレー
ザ光の持つエネルギ密度よりも低いエネルギ密度におい
ても原料ターゲット５上に容易にプラズマを発生させる
ことができる。このため結果的に原料ターゲット５表面
に大面積のレーザ光を照射できるようになり、大面積の
薄膜形成が容易に達成できるという効果が得られる。
【０２２５】以下、この発明の第４７の参考例を、図８
１に基づいて説明する。図８１において、４４０１は基
板２の冷却機構としての冷却フィン、４４０２は基板
２、および冷却フィン４４０１を支持する基板支持部、
４４０３はターゲト５をのせるターゲット台、４４０４
はターゲット５およびターゲット台４４０３を支持する
ターゲット支え、４４０５は基板２を加熱する赤外線レ
ーザ光、または遠赤外線レーザ光、９ｂは赤外線レーザ
光、または遠赤外線レーザ光４４０５を集光するレン
ズ、４４０６は赤外線レーザ、または遠赤外線レーザで
ある。
【０２２６】次に動作について説明する。前述したよう
に、レーザ装置１０で発生されたレーザ光１６は、集光
レンズ９で集光され、チャンバ１のレーザ入射窓７を通
過して、チャンバ１内に設置された原料ターゲット５に
照射される。原料ターゲット５上のレーザ照射部におい
ては、急峻にプラズマ状態が生成し、該プラズマ状態が
数十ｎｓで冷えていく過程の中で、孤立した励起原子や
イオンが生成する。これらの一群の励起原子やイオンは
数μ秒以上の寿命をもっており、空間へ放出されて、蝋
燭の炎のようなプルーム１５を形成する。一方、原料タ
ーゲット５と対向して、基板２が基板ホルダ３に固定さ
れて配設されており、プルーム１５中の励起原子やイオ
ンは該基板２上に到達した後、堆積しながら薄膜を形成
していく。
【０２２７】ここで、良質の薄膜を形成するためには基
板２を加熱し、低温で堆積された膜を結晶化温度以上で
アニールしたり、堆積時に基板自身を結晶化温度以上に
保持してその場で結晶化した薄膜を形成したりする必要
がある。従来の成膜装置では基板を加熱するために、図
１４８に示すように基板に隣接してヒータを設けてい
た。このヒータにより基板２全体を加熱していた。従来
の装置はこのように構成されていたので、基板上にて不
必要な部分も加熱しており、この加熱に起因して基板の
劣化や薄膜機能の低下が生じる問題点があった。
【０２２８】本参考例では、図８１に示すように炭酸ガ
スレーザやＹＡＧレーザに代表される赤外線レーザまた
は遠赤外線レーザ４４０６を設けている。このレーザ４
４０６から出射された赤外線レーザ光、または遠赤外線
レーザ光４４０５をレンズ９ｂで集光して基板２に照射
する。これにより、基板２上を局所的に加熱することが
でき、この熱により膜のアニーリングや結晶化した薄膜
の形成を行なう。レーザ４４０６として赤外線レーザま
たは遠赤外線レーザを用いると基板内深さ方向の熱の浸
透がよい。また基板２の表面近傍のみを加熱したい場合
にはレーザ４４０６として紫外レーザを用いてもよい。
【０２２９】さらに本参考例では基板２に冷却機構を設
けている。図８１にて、４４０１は基板２に隣接して設
けた、基板２の冷却機構としての冷却フィンである。基
板２の加熱を、集光した赤外線レーザまたは遠赤外線レ
ーザを用いて行なう場合でも、レーザ光の照射時間等に
よって、発生した熱が基板上にて不必要な部分におよ
び、熱に起因して基板の劣化や薄膜機能の低下が生じる
ことがある。本参考例はこの問題点を解決するためのも
ので、基板２の必要部分をレーザ光４４０５で加熱する
とともに、基板２にて熱が不必要な部分をフィン４４０
１を冷却する。これにより発生した熱が基板上にて不必
要な部分におよび、熱に起因して基板の劣化や薄膜機能
の低下が生じるのを防ぐことができる。
【０２３０】基板２上の微細パターン部分のみをアニー
リングしたい場合には、冷却機構４４０１を前記微細パ
ターン以外の部分につけると熱の悪影響を防ぐ上でより
効果的である。また前記参考例では冷却機構４４０１と
してフィンを用いた例を示したが、ペルチェ素子等その
他のものを用いてもよく、同様の効果を奏する。
【０２３１】以下、この発明の第４８の参考例を、図８
２に基づいて説明する。図８２において、４４０７は基
板２を加熱する赤外線レーザ光、または遠赤外線レーザ
光４４０５の光路を変えるためのミラー、４４０８はミ
ラー４４０７の向きを制御するミラー制御部、４４１０
はターゲット５を照射するレーザ光１６の光路を変える
ためのミラー、４４１１はミラー４４１０の向きを制御
するミラー制御部、である。また図４４０４において、
４４０９ａ、４４０９ｂはそれぞれレンズ９ａ、レンズ
９ｂの位置を調整するレンズ位置調整部である。
【０２３２】次に動作について説明する。前述したよう
に、ミラー４４１０を用いると基板２上で高温にする必
要がある部分のみを加熱することができる。しかし加熱
する部分が基板上に複数ヶ所ある場合には、レーザ光４
４０５が一定の箇所を照射する構成では、必要な各箇所
を局所的に加熱するのは困難である。とくに基板２が６
〜８インチ径以上に大面積化した場合にはとくにこの点
が問題となる。
【０２３３】本参考例では、赤外線レーザ光または遠赤
外線レーザ光が基板を照射する位置を調整するための機
構を設けている。図８２は赤外線レーザ光または遠赤外
線レーザ光が基板２を照射する位置を、赤外線レーザ
光、または遠赤外線レーザ光４４０５の光路を変えるこ
とにより調整する例を示している。
【０２３４】直径６〜８インチ径以上の大面積ウェハに
成膜させる場合には、通常ターゲット５上の一箇所のみ
でプルーム１５を発生させるだけではウェハ全面に成膜
することができない。このためターゲット５上の複数箇
所でプルーム１５を発生させる工夫が必要である。たと
えば図８２では、ターゲット５を照射するレーザ光１６
の光路を変えるためのミラー４４１０と、ミラー４４１
０の向きを制御するミラー制御部４４１１を設けてい
る。そしてミラー４４１０の向きを変化させてレーザ光
１６がターゲット５に照射される位置を変えることによ
り、ターゲット５上の複数箇所でプルーム１５を発生さ
せている。図８２ではさらに赤外線レーザ光または遠赤
外線レーザ光が基板２を照射する位置を、赤外線レーザ
光、または遠赤外線レーザ光４４０５の光路を変えるこ
とにより調整できる構成にしてある。赤外線レーザ、ま
たは遠赤外線レーザから出射されたレーザ光４４０５は
ミラー４４０７で反射された後レンズ９ｂで集光され基
板２上を照射する。ここでミラー４４０７にはミラー４
４０７の向きを制御するミラー制御部４４０８が設けら
れている。このミラー制御部４４０８によりミラー４４
０７の向きを変えることができる。これによりレーザ光
１６がターゲット５に照射される位置の変化にあわせ
て、基板２を局所的に加熱する位置を変化させることが
できる。
【０２３５】以上のように本参考例では赤外線レーザ光
または遠赤外線レーザ光が基板を照射する位置を調整す
ることができ、さらに冷却フィン４４０１により基板を
冷却しているのでるので、基板上にて熱が不必要な部分
の温度上昇をより効果的に抑制することができる。また
赤外線レーザ光または遠赤外線レーザ光を基板上で任意
に走査することにより、基板２表面の微細パターン上を
アニール処理することが可能となる。
【０２３６】赤外線レーザ光または遠赤外線レーザ光が
基板を照射する位置の調整範囲がレンズ９ｂの焦点距離
に比べて無視できない大きさの場合には、レーザが照射
される位置を変化させた場合に基板上でレーザ光の焦点
ボケが生じることがある。これにより基板２表面にてレ
ーザ光４４０５が熱の不必要な部分も加熱してしまう恐
れがある。このような場合には、図８４に示すようにレ
ンズ位置調整部４４０９ｂをレンズ９ｂに設けるとよ
い。このレンズ位置調整部４４０９ｂは、赤外線レーザ
光または遠赤外線レーザ光４４０５が基板を照射する位
置の変化に伴いレンズの位置やレーザ光４４０５に対す
る角度を調整する。これにより基板２上で必要なレーザ
ビーム面積を得ることができる。このようなレンズ位置
調整部はターゲット５を照射するレーザ光１６の集光用
レンズ９ａに設けてもよい。この場合ターゲット５上で
のレーザ光の焦点ボケを防ぐことができる。これによ
り、単位面積あたりのレーザパワー密度変化によりプル
ーム１５の発生条件が不均一になることを防ぐことがで
きる。
【０２３７】上記参考例では、赤外線レーザ光または遠
赤外線レーザ光４４０５が基板２を照射する位置の調整
機構として、赤外線レーザ光、または遠赤外線レーザ光
４４０５の光路を変える例を示したが、図８３に示すよ
うに基板２の位置を変化させる機構を設けてもよい。図
８３にて４４１２は基板２の位置を変化させる基板駆動
部、４４１３は基板駆動部４４１２と冷却フィン４４０
１を接合する接合板、４４１４はターゲット台４４０３
とターゲット支え４４０４の間に設けたターゲット駆動
部である。
【０２３８】次に動作について説明する。図８３の例で
はターゲット５上の複数箇所でプルーム１５を発生させ
るためにレーザ光１６、４４０５の光路は変えずに、タ
ーゲット５、基板２の位置を変える。たとえばレーザ光
１６をレンズで集光してターゲット５に照射し、プルー
ム１５を発生させ、基板２上に成膜させる。次にターゲ
ット駆動部４４１４、基板駆動部４４１２を駆動してタ
ーゲット５、基板２の位置を変える。するとレーザ光４
４０５は基板２上にて先程とは別の位置を照射、加熱す
る。その後に再びレーザ光１６をレンズで集光してター
ゲット５に照射してプルーム１５を発生させることによ
り、基板２上にて新たな位置に成膜させることができ
る。このようにしてレーザ光１６がターゲット５に照射
される位置の変化にあわせて、基板２を局所的に加熱す
る位置を変化させることができる。
【０２３９】以上のように本参考例では基板２の位置を
変化させることにより、赤外線レーザ光または遠赤外線
レーザ光が基板を照射する位置を調整することができ
る。さらに冷却フィン４４０１により基板を冷却してい
るのでるので、基板上にて熱が不必要な部分の温度上昇
をより効果的に抑制することができる。また基板２およ
びターゲット５を任意に走査することにより、基板２表
面のパターン上をアニール処理することが可能となる。
【０２４０】以下、この発明の第４９の参考例を、図８
５に基づいて説明する。図８５において、４４２１はチ
ャンバ１の外部からプルーム１５を観測するためのプル
ーム観測ポート、４４２２はプルーム観測ポートに取り
付けられたプルーム観測窓、４４２３はプルーム１５を
観測するプルーム観測部、４４２５はプルーム観測部４
４２３で得たプルームの情報を入力し、基板５またはタ
ーゲット５の位置を制御する信号を出力する制御部、４
４２４ａはプルーム観測部４４２３の出力信号を制御部
４４２５に伝える信号線、４４２４ｂは制御部４４２５
の出力信号をターゲット位置駆動部に伝える信号線、４
４２６はターゲット５の位置を調整するターゲット位置
調整台、４４２７は制御部４４２５からの信号を受けて
ターゲット位置調整台を動かすターゲット位置駆動部で
ある。
【０２４１】次に動作について説明する。前述したよう
に、レーザ装置１０で発生されたレーザ光１６は、集光
レンズ９で集光され、チャンバ１のレーザ入射窓７を通
過して、チャンバ１内に設置された原料ターゲット５に
照射され、ターゲット５と垂直方向にプルーム１５を発
生する。一方、原料ターゲット５と対向して、基板２が
基板ホルダ３に固定されて配設されており、プルーム１
５中の励起原子やイオンは該基板２上に到達した後、堆
積しながら薄膜を形成していく。
【０２４２】ここで、ターゲット５には何度も繰返して
レーザ光が照射されるので、ターゲット５の表面は次第
に削られ、平面形状でなくなっていく。このためある程
度レーザ光照射を繰り返すと、プルーム１５の発生位置
が少しずれたり、プルーム１５が基板２の方向以外に向
かって発生することがある。またレーザ光照射とともに
窓７ａに付着物が生じて窓７ａの透過率が低下したり、
レーザ装置の特性などの原因によりターゲット５に照射
されるレーザ光パワーが次第に低下してくることがあ
る。この場合には発生するプルーム１５の大きさも小さ
くなる。これらのように従来の成膜装置では、レーザ光
の照射とともに発生するプルームの位置や大きさが変化
することがあり、膜厚の不均一性や成膜速度低下低下の
原因となっていた。
【０２４３】この参考例では以上の問題点を解決するた
めに、プルーム位置の変化に伴いターゲットまたは基板
の位置を変化させる機構を設けている。図８５にて４４
２３はプルームの位置を観測するプルーム観測部で、た
とえばイメージセンサが設置される。このプルーム観測
部４４２３により、ターゲット５から生じるプルームの
位置、大きさを観測してその情報を信号線４４２４ａを
通じて制御部４４２５に伝える。制御部４４２５ではプ
ルーム観測部４４２３からの情報からプルームが適切な
位置、大きさで発生しているか判断する。もしプルーム
の位置が適切でなければ基板２とプルーム発生位置が適
切な関係になるようにターゲット駆動部４４２７を動か
すように信号線４４２４ｂを通じてターゲット４４２７
に信号を送る。これを受けてターゲット位置駆動部４４
２７がターゲット位置調整台４４２６、ターゲット台４
４０３、ターゲット５を伴って動き、基板２とプルーム
発生位置が適切な関係になるようにする。またプルーム
の大きさが適切でない場合には上記動作と同様の手順に
よりターゲット５と基板２の距離を調整してプルームの
大きさが変化してプルームと基板の間の距離が変化した
分を補正する。
【０２４４】以上により、プルームとターゲットの位置
関係を一定に保つことができ、プルームの位置ずれやプ
ルームの大きさの変化に伴う膜質の不均一化を防ぐこと
ができる。
【０２４５】上記参考例ではプルームの位置や大きさの
変化に伴ってターゲット５の位置を制御する例について
述べたが、基板２の位置を制御してもよい。図８６にそ
の例を示す。図８６にて４４２８は基板ホルダ３に取り
付けた基板位置駆動部である。この例では制御部４４２
５からの制御信号は信号線４４２４ｂにより基板位置駆
動部４４２８に伝えられる。これを受けて基板位置駆動
部４４２８が基板ホルダ３、基板２を伴って動き、基板
２とプルーム発生位置が適切な関係になるようにする。
またプルームの大きさが適切でない場合には上記動作と
同様の手順によりターゲット５と基板２の距離を調整し
てプルームの大きさが変化してプルームと基板の間の距
離が変化した分を補正する。
【０２４６】以上により、プルームとターゲットの位置
関係を一定に保つことができ、プルームの位置ずれやプ
ルームの大きさの変化に伴う膜質の不均一化を防ぐこと
ができる。
【０２４７】上記参考例では、プルーム観測部４４２３
にイメージセンサを用いた例を述べたが、プルーム観測
部４４２３としてカメラ、ビデオカメラ、プローブ等そ
の他のものを用いてもよく同様の効果を奏する。
【０２４８】上記参考例では、プルームの位置の変化に
伴いターゲットまたは基板の位置を変化させる機構を設
けたが、プルーム位置の変化に伴いレーザ光路を変化さ
せる機構を設けてもよい。
【０２４９】以下、この発明の第５０の参考例を、図８
７および図８８に基づいて説明する。図８７において、
４４３１はレーザ１０から出射されたレーザ光１６の光
路中に設けたミラー、４４３０はミラー４４３１に取り
付けたミラー角度調整部である。
【０２５０】次に動作について説明する。前述したよう
に、成膜動作を続けていくとプルーム１５の発生位置が
少しずれたり、プルーム１５が基板２の方向以外に向か
って発生することがある。本参考例では、プルーム位置
の変化に伴いレーザ光路を変化させ、これによりプルー
ムの位置変化を補正している。図８８にて４４２３はプ
ルームの位置を観測するプルーム観測部で、たとえばイ
メージセンサが設置される。このプルーム観測部４４２
３により、ターゲット５から生じるプルームの位置を観
測してその情報を信号線４４２４ａを通じて制御部４４
２５に伝える。制御部４４２５ではプルーム観測部４４
２３からの情報からプルームが適切な位置で発生してい
るか判断する。もしプルームの位置が適切でなければ、
ターゲット５に照射されるレーザ光の位置が適切になる
ように信号線４４２４ｂを通じてミラー角度調整部４４
３０に信号を送る。これを受けてミラー角度調整部４４
３０がミラー４４３１の角度を調整してレーザ光１６が
ターゲット５上の適切な位置を照射するようにする。以
上により、つねに所定の位置にプルームを発生すること
ができ、プルームの大きさの変化に伴う膜質の不均一化
を防ぐことができる。
【０２５１】レーザ光１６がターゲット５を照射する位
置の調整範囲がレンズ９ｂの焦点距離に比べて無視でき
ない大きさの場合には、レーザが照射される位置を変化
させた場合にターゲット５上でレーザ光の焦点ボケが生
じることがある。これによりターゲット５表面にてレー
ザ光強度密度が減少し、発生するプルームの大きさが変
化する恐れがある。このような場合には、図８８に示す
ようにレンズ位置調整部４４３２をレンズ９ｂに設ける
とよい。このレンズ位置調整部４４３２は、ミラー角度
調整部４４３０とともに制御され、レーザ光１６がター
ゲット５を照射する位置の変化に伴いレンズの位置やレ
ーザ光４４０５に対するレンズの角度を調整する。これ
によりターゲット５上で必要なレーザビーム面積を得る
ことができ、プルーム１５の発生条件が不均一になるこ
とを防ぐことができる。
【０２５２】以下、この発明の第５１の参考例を、図８
９に基づいて説明する。図８９において、４４２９はレ
ーザ１０に取り付けたレーザパワー調整部である。
【０２５３】次に動作について説明する。前述したよう
に、成膜動作を続けていくと窓７ａに付着物が生じて窓
７ａの透過率が低下したり、レーザ装置の特性などの原
因によりターゲット５に照射されるレーザ光パワーが次
第に低下してくることがある。この場合には発生するプ
ルーム１５の大きさも小さくなる。これにより従来の成
膜装置では、プルームの大きさが変化することがあり、
膜厚の不均一性や成膜速度低下の原因となっていた。
【０２５４】この参考例では以上の問題点を解決するた
めに、プルーム位置の変化に伴いレーザ光パワーを変化
させる機構を設けている。図８９にて４４２３はプルー
ムの位置を観測するプルーム観測部で、たとえばイメー
ジセンサが設置される。このプルーム観測部４４２３に
より、ターゲット５から生じるプルームの大きさを観測
してその情報を信号線４４２４ａを通じて制御部４４２
５に伝える。制御部４４２５ではプルーム観測部４４２
３からの情報からプルームが適切な大きさで発生してい
るか判断する。もしターゲット５に照射されるレーザ光
強度が変化していて、プルームの大きさが適切でなけれ
ば、ターゲット５に照射されるレーザ光強度が適切にな
るように信号線４４２４ｂを通じてレーザパワー調整部
４４２９に信号を送る。これを受けてレーザパワー調整
部４４２９がレーザ１０を制御してレーザ１０が適切な
強度のレーザ光を出力するようにする。レーザパワー調
整部がレーザ１０の出力強度を変化させる手段として
は、たとえばレーザ励起用放電の電圧を変化させてもよ
いし、レーザビームの一部をアパーチャで遮ってもよ
い。またパルスレーザの繰返し数を変化させてもよい。
【０２５５】以上により、つねに所定の大きさのプルー
ムを発生することができ、プルームの大きさの変化に伴
う膜質の不均一化を防ぐことができる。
【０２５６】以下、この発明の第５２の参考例を、図９
０に基づいて説明する。図９０において、４４１５はタ
ーゲット５の高さを調整するためのターゲット高さ調整
台、４４１６はターゲット５の高さを調整するためにタ
ーゲット高さ調整台４４１５を上下方向に動かすターゲ
ット高さ調整駆動部、４４１７はチャンバ内に入射した
レーザ光を反射するミラー、４４１８はミラー４４１７
を取付けるミラー取付け板、４４１８はミラー取付け板
を支持するミラー台である。
【０２５７】次に動作について説明する。前述したよう
に、レーザ装置１０で発生されたレーザ光１６は、集光
レンズ９で集光され、チャンバ１のレーザ入射窓７を通
過して、チャンバ１内に設置された原料ターゲット５に
照射される。原料ターゲット５上のレーザ照射部におい
ては、急峻にプラズマ状態が生成し、該プラズマ状態が
数十ｎｓで冷えていく過程の中で、孤立した励起原子や
イオンが生成する。これらの一群の励起原子やイオンは
数μ秒以上の寿命をもっており、空間へ放出されて、蝋
燭の炎のようなプルーム１５を形成する。一方、原料タ
ーゲット５と対向して、基板２が基板ホルダ３に固定さ
れて配設されており、プルーム１５中の励起原子やイオ
ンは該基板２上に到達した後、堆積しながら薄膜を形成
していく。
【０２５８】ここで、ターゲット５から空間に放出され
た励起原子やイオンの全てが基板２上に到達するわけで
はなく、その一部はチャンバ１内の他の部分にも到達す
る。チャンバに設けた窓７ａ内面にも一部の励起原子や
イオン一部が到達し、堆積する。このようにして成膜装
置の使用とともに窓７ａ内面に付着物が生じ、窓７ａの
透過率が低下する問題点があった。
【０２５９】本参考例では、図９０に示すようにチャン
バ１内に入射したレーザ光１６を反射してチャンバ１内
の窓７ａに照射するためのミラー４４１７を設けてい
る。またターゲット５は、ターゲット高さ調整台４４１
５、ターゲット高さ調整駆動部４４１６により、位置を
変えられる構成にしてある。通常基板２に成膜を行なう
場合には、ターゲット５はレーザ光１６がターゲット５
に照射ｂできる位置に置かれる。窓７ａに付着物が生じ
た時には、ターゲット高さ調整駆動部４４１６によりタ
ーゲット高さ調整台４４１５を下げ、ミラー４４１７に
レーザ光１６が到達するようにする。このとき、ミラー
４４１７で反射されたレーザ光１６は窓７ａ内面を照射
し、窓７ａ内面の付着物を急峻にプラズマ化させ、窓７
ａ内面から除去する。これにより窓７ａの透過率をチャ
ンバを開けずに回復させることができる。ミラー４４１
７に凹面鏡などを用い、ミラー４４１７の反射光が窓７
ａ上で集光されるようにすると、付着物除去作用がより
効果的に行なわれる。
【０２６０】以下、この発明の第５３の参考例を、図９
１に基づいて説明する。図９１において、４４２０はミ
ラー４４１７の角度を調整するミラー角度調整部であ
る。
【０２６１】次に動作について説明する。上記第５２の
参考例では、ミラー４４１７はミラー取り付け板４４１
８に固定されていた。このためミラー４４１７で反射さ
れたレーザ光は、常に窓７ａ内面の同一箇所を照射す
る。窓７ａ内面を照射する反射光のビームサイズで窓７
ａへの入射レーザ光のサイズがカバーできる場合はこれ
でもよい。しかし窓７ａ内面を照射する反射光のビーム
サイズで窓７ａへの入射レーザ光のサイズがカバーでき
ない場合や、除去効果を上げるために反射光を窓７ａ内
面で小さく集光する場合には、上記第５２の参考例の構
成では窓７ａにて入射レーザ光１６が透過する部分全体
から付着物を除去することができないという問題点があ
る。
【０２６２】本参考例はこの問題点を解決するためのも
ので、チャンバ内に入射したレーザ光の反射光が前記窓
を照射する位置を変化させる機構を設けたものである。
図９１においてミラー４４１７はミラー角度調整部４４
２０に取り付けられている。このミラー角度調整部４４
２０によりミラー４４１７はレーザ光１６の入射角にた
いする角度を変化させることができる。これによりミラ
ー４４１７からの反射光が窓７ａ内面を照射する位置を
変化させることができ、窓７ａにて入射レーザ光１６が
透過する部分全体から付着物を除去することができる。
ミラー角度調整部４４２０に制御系を設け、チャンバ外
部からミラー角度の調整命令をミラー角度調整部４４２
０に送るようにしてもよい。
【０２６３】以下、この発明の第２の実施例を、図９２
および図９３に基づいて説明する。図９２において、４
４３３はレーザ光を通過させる穴を有する穴あきターゲ
ット、４４３４は穴あきターゲット４４３３を支持する
ターゲット支え、４４３５は複数のターゲット支え４４
３４を支持するターゲット台、４４３６は基板ホルダ３
と基板支持部４４０２の間に設けたスペーサである。
【０２６４】次に動作について説明する。前述したよう
に、レーザ装置１０で発生されたレーザ光１６は、集光
レンズ９で集光され、チャンバ１のレーザ入射窓７を通
過して、チャンバ１内に設置された原料ターゲット５に
照射される。原料ターゲット５上のレーザ照射部におい
ては、急峻にプラズマ状態が生成し、該プラズマ状態が
数十ｎｓで冷えていく過程の中で、孤立した励起原子や
イオンが生成する。これらの一群の励起原子やイオンは
数μ秒以上の寿命をもっており、空間へ放出されて、蝋
燭の炎のようなプルーム１５を形成する。一方、原料タ
ーゲット５と対向して、基板２が基板ホルダ３に固定さ
れて配設されており、プルーム１５中の励起原子やイオ
ンは該基板２上に到達した後、堆積しながら薄膜を形成
していく。
【０２６５】ここで本実施例では、ターゲットとして図
９３に示すようなレーザ光を通過させる穴を有する穴あ
きターゲット４４３３を用いている。この穴あきターゲ
ット４４３３複数個を図９２に示すようにターゲット支
え４４３４で支持する。このターゲット支え４４３４は
内部に駆動部を有するターゲット台４４３５に接続され
ている。たとえば図９２では、ターゲット支え４４３４
および穴あきターゲット４４３３はターゲット台４４３
５内の駆動部により回転するようになっている。そして
これらの穴あきターゲット４４３３は各ターゲットを回
転させることによりレーザ光１６がターゲットの穴を通
じて別のターゲットに照射するように各ターゲットを配
置している。
【０２６６】たとえばレーザ光１６が一枚目の穴あきタ
ーゲット４４３３の穴以外の部分に照射されると、一枚
目の穴あきターゲット４４３３からプルーム１５が発生
し、基板２上にてこのプルームに近い部分に成膜する。
またレーザ光１６が一枚目の穴あきターゲット４４３３
の穴の部分を通過して二枚目の穴あきターゲット４４３
３の穴以外の部分に照射されると、二枚目の穴あきター
ゲット４４３３からプルーム１５が発生し、基板２上に
てこのプルームに近い部分に成膜する。以下同様にして
レーザ光１６が一枚目からｎ枚目までのの穴あきターゲ
ット４４３３の穴の部分を通過してｎ＋１枚目の穴あき
ターゲット４４３３の穴以外の部分に照射されると、ｎ
＋１枚目の穴あきターゲット４４３３からプルーム１５
が発生し、基板２上にてこのプルームに近い部分に成膜
する。このようにして一本のレーザビーム１６をチャン
バ１内に導入するだけで複数のターゲットからプルーム
１５を発生させることができ、基板２上に大面積にわた
って成膜させることができる。
【０２６７】上記実施例ではターゲットの位置を変化さ
せるために回転機構を用いたが、水平運動、垂直運動等
別の機構を用いてもよく、同様の効果を奏する。
【０２６８】基板２上に成膜する面積が非常に大きく、
穴あきターゲット４４３３を数多く用いる際には、各タ
ーゲットと基板との距離がターゲットごとに異なり、こ
れが原因となって基板２上の膜厚、膜質が不均一になる
ことがある。これを防ぐために、図９２に示すように各
穴あきターゲット４４３３と基板２の距離が等しくなる
ようにスペーサ４４３６を設けるとよい。
【０２６９】上記実施例では、レーザスパッタ用ターゲ
ットとしてレーザ光を通す穴を備えた複数のターゲット
を用い、ターゲットの位置を変化させることによりレー
ザ光がターゲットの穴を通じて別のターゲットに照射す
るように各ターゲットを配置した。ここでたとえば図９
２にてレーザ光入射窓７から最も近い穴あきターゲット
と最も遠い穴あきターゲットの距離がレンズ９の焦点距
離に比べて長い場合には各ターゲット上でのレーザビー
ムの集光面積がターゲット毎に無視できない程度の差を
もつ。このときレーザビームの集光面積の差により各タ
ーゲット毎に照射される単位面積当たりのレーザ光強度
が異なるため、各箇所で発生するプルームの大きさに差
を生じていた。このことは基板２上に成膜される薄膜の
膜厚や成分の不均一性の原因となっていた。そのため各
ターゲット毎に照射される単位面積当たりのレーザ光強
度の差が５％以内になるように工夫する必要があった。
【０２７０】この問題を解決するために本実施例ではレ
ーザ光集光用レンズとして長焦点レンズを用いている。
たとえば図９８に示すように集光レンズ９として、ター
ゲット４４３３ａ、４４３３ｂ間の距離に比べて焦点距
離の短いレンズを用いると、ターゲット４４３３ａ上で
の集光ビーム径ａとターゲット４４３３ｂ上での集光ビ
ーム径ｂに大きな差が生じる。そこで集光レンズ９とし
てターゲット上の各集光点の集光面積の差が、最も集光
面積が小さい集光点での集光面積の５％以下となるよう
な焦点距離のレンズを用いた。こうすると図９５に示す
ように、ターゲット４４３３ａ〜４４３３ｄ上での集光
ビーム径ａ〜ｄの差の２乗を５％以下に抑えることがで
き、各集光点におけるレーザ光強度密度の差を５％以内
におさえることができる。これにより各集光点で発生す
るプルームの大きさをそろえることができる。
【０２７１】以下、この発明の第５４の参考例を図につ
いて説明する。図９４において、４４３７、４４３８は
それぞれターゲット支え４４３４上に設けられた多角形
ターゲット、棒形状ターゲットである。
【０２７２】次に動作について説明する。本参考例で
は、ターゲットとして図９３に示すようなレーザ光を通
過させる穴を有する三角形ターゲット４４３７を用い
た。本参考例は穴あきターゲット以外の形状の複数のタ
ーゲットを用いて、一本のレーザビームにより複数箇所
からプルームを発生させる。たとえば図９４はターゲッ
トとして、多角形ターゲットとしての三角形ターゲット
を用いた例を示している。この三角形ターゲット４４３
７は図９３に示した例と同様にターゲット支え４４３４
で支持されている。このターゲット支え４４３４は内部
に駆動部を有するターゲット台４４３５に接続されてい
る。たとえば図９４では、ターゲット支え４４３４およ
び三角形ターゲット４４３７はターゲット台４４３５内
の駆動部により回転するようになっている。そしてこれ
らの多角形ターゲット４４３７は各ターゲットを回転さ
せることによりレーザ光１６がターゲットのわきを通っ
て別のターゲットに照射するように各ターゲットを配置
している。たとえば図９４にて三角形ターゲット４４３
７は三角形の重心の位置でターゲット支え４４３４に支
えられ、三角形の重心を中心にして回転する。ここで三
角形にて重心から辺までの距離よりも重心から頂点まで
の距離の方が長い。このため三角形の頂点付近にレーザ
光を照射するようにして三角形ターゲットを回すと、レ
ーザ光の位置に三角形の頂点付近が来た時にはレーザ光
はそのターゲットに照射され、レーザ光の位置に三角形
の辺付近が来た時にはレーザ光はそのターゲットにはあ
たらず別のターゲットに照射される。図９４（ｂ）はそ
の一例を示す正面図、図９４（ａ）はその平面図であ
る。図９４（ｂ）にてレーザ光１６は左上方より入射し
ている。三角形ターゲット４４３７ａ〜４４３７ｃはタ
ーゲット支え４４３４上で回転しているが、図９４
（ｂ）に示す瞬間では、各三角形ターゲット４４３７ａ
〜４４３７ｃにてレーザ光１６に最も近い部分は、三角
形ターゲット４４３７ａでは辺、三角形ターゲット４４
３７ｂでは辺、三角形ターゲット４４３７ｃでは頂点と
なっている。このためレーザ光１６は三角形ターゲット
４４３７ａ、４４３７ｂの辺の外側を通過して４４３７
ｃの頂点付近を照射している。このようにして、三角形
ターゲット４４３７ｃからプルーム１５が発生してい
る。また図９４（ｃ）に示す瞬間では各三角形ターゲッ
ト４４３７ａ〜４４３７ｃにてレーザ光１６に最も近い
部分は、三角形ターゲット４４３７ａでは辺、三角形タ
ーゲット４４３７ｂでは頂点、三角形ターゲット４４３
７ｃでは辺となっている。このためレーザ光１６は三角
形ターゲット４４３７ａの辺の外側を通過して４４３７
ｂの頂点付近を照射している。これにより、三角形ター
ゲット４４３７ｂからプルーム１５が発生している。こ
のようにして各ターゲットの回転を制御することによ
り、一本の入射ビーム１６で複数箇所からプルームを発
生させることができ、基板２上に大面積にわたって成膜
させることができる。
【０２７３】図９４の例ではターゲットに多角形形状の
ものを用いたが、棒形状のものを用いてもよい。図９６
はその例を示している。図９６において、４４３８は棒
形状ターゲットである。この棒形状ターゲット４４３８
は図９４に示した例と同様にターゲット支え４４３４で
支持されている。このターゲット支え４４３４は内部に
駆動部を有するターゲット台４４３５に接続されてい
る。たとえば図９６では、ターゲット支え４４３４およ
び棒形状ターゲット４４３８はターゲット台４４３５内
の駆動部により回転するようになっている。そしてこれ
らの棒形状ターゲット４４３８は各ターゲットを回転さ
せて、棒形状ターゲットの長手方向とレーザ光１６の光
路方向が一致するとレーザ光１６がターゲット４４３８
に照射され、棒形状ターゲットの長手方向とレーザ光１
６の光路方向がずれるとレーザ光１６がターゲットのわ
きを通って別のターゲットに照射するように各ターゲッ
トを配置している。図９６（ｂ）はその一例を示す正面
図、図９６（ａ）はその平面図である。図９６（ｂ）に
てレーザ光１６は左上方より入射している。
【０２７４】棒形状ターゲット４４３８ａ〜４４３８ｃ
はターゲット支え４４３４上で回転しているが、図９６
（ａ）（ｂ）に示す瞬間では、各棒形状ターゲット４４
３８ａ〜４４３８ｃにて棒形状ターゲットの長手方向と
レーザ光１６の光路方向は、棒形状ターゲット４４３８
ａではずれており、棒形状ターゲット４４３８ｂでもず
れており、棒形状ターゲット４４３８ｃでは一致してい
る。このためレーザ光１６は棒形状ターゲット４４３８
ａ、４４３８ｂにはあたらず、４４３８ｃを照射する。
このようにして、棒形状ターゲット４４３８ｃからプル
ーム１５が発生している。このようにして各ターゲット
の回転を制御することにより、一本の入射ビーム１６で
複数箇所からプルームを発生させることができ、基板２
上に大面積にわたって成膜させることができる。
【０２７５】上記参考例ではターゲットの位置を変化さ
せるために回転機構を用いたが、水平運動、垂直運動等
別の機構を用いてもよく、同様の効果を奏する。図９７
は垂直運動機構を用いた例を示している。図９７では棒
形状ターゲット４４３８が棒形状のターゲット支え４４
３４に取付けられている。このターゲット支え４４３４
は内部に駆動部を有するターゲット台４４３５に接続さ
れている。たとえば図９７では、ターゲット支え４４３
４および棒形状ターゲット４４３８はターゲット台４４
３５内の駆動部により、矢印４４３９に示す垂直方向に
動くようになっている。たとえばレーザ入射窓７に最も
近いターゲットをレーザ光路１６上におくとこのターゲ
ットにレーザ光１６が照射され、このターゲットからプ
ルームが発生する。またレーザ入射窓７に最も近いター
ゲットをレーザ光路１６上から下げ、レーザ入射窓７か
ら２番目に近いターゲットをレーザ光路１６上におくと
このターゲットにレーザ光１６が照射され、このターゲ
ットからプルームが発生する。以下同様にレーザ入射窓
７から最も近いターゲットからｎ番目に近いターゲット
までの全てのターゲットををレーザ光路１６上から下
げ、レーザ入射窓７からｎ＋１番目に近いターゲットを
レーザ光路１６上におくとレーザ入射窓７からｎ＋１番
目に近いターゲットにレーザ光１６が照射され、このタ
ーゲットからプルームが発生する。このようにして各タ
ーゲットの位置を制御することにより、一本の入射ビー
ム１６で複数箇所からプルームを発生させることがで
き、基板２上に大面積にわたって成膜させることができ
る。
【０２７６】以下、この発明の第５５の参考例を、図９
９に基づいて説明する。図９９は、この参考例の動作を
説明するための図である。図９９において、レーザ光１
６はターゲット５に対して入射角θで入射している。は
じめターゲット５上の一点ａにレーザ光１６を照射す
る。このとき点ａからプルーム１５ａが発生し、このプ
ルーム１５ａにより基板２上の点ａ’付近が成膜され
る。ここでレーザ光１６をターゲット５に照射し続ける
とターゲット５の表面は時間とともに削られていく。こ
こでターゲット５の深さ方向ｙの削れ速度をｄｙ／ｄｔ
＝ｂ（ｔ）とする。
【０２７７】ここで長さｘの範囲を時間ｔ≦ｔ０で成膜
する場合について考える。時刻ｔ＝０で点ａをレーザ光
１６で照射し始め、時刻ｔ＝ｔ０まで照射する。このと
き時刻ｔ＝０からｔ＝ｔ０の間にターゲット５が深さ方
向に削られる深さｙはターゲット５の深さ方向ｙの削れ
速度ｄｙ／ｄｔ＝ｂ（ｔ）をｔ＝０からｔ＝ｔ０まで時
間積分した値となる。ターゲット５が削られて行く時、
レーザ光１６のターゲット５への入射角が０の場合以外
は、ターゲットは水平方向にも削られていき、レーザ光
１６がターゲット５上を照射する位置は次第に移動して
行く。時刻ｔ＝０からｔ＝ｔ０の間にターゲット５が水
平方向に削られる距離ｘ０はターゲット５の深さ方向ｙ
の削れをｙ０とすると、ｘ０＝ｙ０／ｔａｎ（９０°ー
θ）となる。
【０２７８】このようにしてレーザ光１６をターゲット
５に照射し続けると、ｔ＝０ではターゲット５上の点ａ
を照射し、時間とともに照射位置が変化して時刻ｔ＝ｔ
０には点ａから距離ｘ０だけ離れた点ｂを照射する。こ
れとともにターゲット５上で発生するプルームの位置も
点ａから点ｂまで移動し、この間に基板２上のａ’から
ｂ’の間を成膜することができる。このため長さｘの範
囲を時間ｔ≦ｔ０で成膜する場合にはｘ≦ｙ０／ｔａｎ
（９０°−θ）が成り立つような入射角θでレーザ光１
６をターゲット５に入射させれば、ターゲット５の削れ
を利用したプルームの位置移動により所定の範囲に成膜
させることができる。このようにして一本のレーザビー
ム１６をチャンバ１内に導入するだけでプルーム１５の
位置を変えることができ、基板２上に大面積にわたって
成膜させることができる。 基板２上に成膜する面積が
に大きく、各プルーム発生位置と基板との距離がプルー
ムごとに無視できない程度異なり、これが原因となって
基板２上の膜厚、膜質が不均一になることがある。これ
を防ぐために、図９２に示したようなターゲット５と基
板２の距離が等しくなるようにスペーサ４４３６を設け
るとよい。
【０２７９】以下、この発明の第５６の参考例を、図１
００に基づいて説明する。図１００において、３０８は
放射光を示す。なお、図中、１４８および図１４９と同
一符号は同一または相当部分を示す。
【０２８０】次に動作について説明する。レーザ装置１
０で発生されたレーザ光１６は、集光レンズ９で集光さ
れ、チャンバ１のレーザ入射窓７を通過して、チャンバ
１内のターンテーブル１１に設置された原料ターゲット
５に照射される。原料ターゲット５上のレーザ照射部に
おいては、レーザ照射時に急峻にターゲット原料のプラ
ズマ状態が生成され、該プラズマが数十ｎｓで冷えてい
く過程の中で、孤立した励起原子分子やイオン等が生成
する。これらの一群の励起原子分子やイオン等は数μ秒
以上の寿命をもっており、空間へ放出されて、蝋燭の炎
のようなプルーム１５を形成する。
【０２８１】一方、原料ターゲット５と対向して、基板
２が基板ホルダ３に固定されて配設されており、プルー
ム１５中の励起原子分子やイオン，更にそれらが結合し
たクラスター状のターゲット原料は該基板２上に到達し
た後、堆積・結晶化して薄膜が形成される、ところは従
来例と同様である。
【０２８２】一方、放射光３０８は、レーザ光１６の原
料ターゲット５への照射中、照射中および照射後、ある
いは照射前，照射中，および照射後において、基板２の
表面上に照射される。
【０２８３】放射光３０８をレーザ光１６のターゲット
５への照射中、あるいは照射中および照射後に基板２の
表面に照射すると、軟Ｘ線〜真空紫外の波長領域におい
て光強度のピークを有する高エネルギ連続スペクトル光
である放射光３０８によって、基板表面原子の電子状態
が共鳴的に非平衡励起されるとともに、レーザ光１６を
ターゲット５に照射して発生され基板２の表面に到達し
たターゲット原料の原子分子やクラスターも共鳴的に非
平衡電子状態励起され、原子状，分子状，あるいはクラ
スター状のターゲット原料の基板表面での結晶化が非熱
平衡的に促進されることとなり、低い成膜温度で高品質
の薄膜が成長する。
【０２８４】また、放射光３０８をレーザ光１６のター
ゲット５への照射以前に基板２の表面に照射すると、表
面に付着した不純物粒子あるいは表面に形成された不純
物薄膜を構成する原子分子の電子状態を共鳴的に非平衡
励起し、表面の不純物粒子や不純物薄膜の基板２からの
離脱・除去を促進し、ターゲット原料の基板表面への成
膜に先立って清浄な基板表面が露出する。したがって、
引き続き、基板表面において不純物の無い純粋な状態で
ターゲット原料薄膜の初期核発生が生じ、引き続くター
ゲット原料薄膜が規則正しく結晶成長し、基板上におい
て界面不純物の問題の少ない純粋な状態での高品質の薄
膜が形成される。
【０２８５】なお、基板ホルダ３内には基板を加熱する
ヒータ４が備えられており、低温で堆積された膜を結晶
化温度以上でアニールすることによって良質の薄膜を形
成するポストアニールや、堆積時に基板自身を結晶化温
度以上に保持してその場で結晶化した薄膜を形成してい
くアズデポジションが行なえるように構成されている。
また、アズデポジション法では、活性酸素雰囲気などを
併用することも行なわれており、たとえば、図に示した
ように、酸化物薄膜を成膜する際には、酸素を含むガス
１９を供給するノズル６が備えられていて、基板２の雰
囲気を酸素雰囲気とし、基板２上での酸化物生成を促進
する工夫がなされている、ところは従来例と同様であ
る。
【０２８６】上記第５６の参考例においては、放射光を
用いた場合について述べたが、放射光の代わりに、フッ
素（Ｆ２) レーザやアルゴンーフッ素（ＡｒＦ) レーザ
等の真空紫外レーザ光、キセノン（Ｘｅ) ランプや重水
素（Ｄ2 ) ランプ等の真空紫外ランプ光、あるいはＸ線
レーザ光等を用いても良く、放射光の場合と同様の効果
が得られる。
【０２８７】以下、この発明の第５７の参考例を、図１
０１に基づいて説明する。図１０１において、２６２は
可動式の凹面鏡である。
【０２８８】次に動作について説明する。レーザをター
ゲットに照射して対向する基板上に成膜を行なう前に、
可動式凹面鏡２６２を回転させて基板上にレーザ光を照
射し、基板表面を加熱することにより、基板表面のクリ
ーン化を行なう。その後再び可動式凹面鏡２６２を回転
させてターゲット上にレーザ光を照射し、成膜を行な
う。成膜前のクリーン化により、基板表面に付着してい
た不純物・異物等が取り除かれるため、不純物が少なく
特性の良好な成膜を行なうことができる。レーザ光反射
用のミラーに平面鏡を用いた場合、ミラーの角度を少し
振ることで、大面積の照射が可能になり、大面積のクリ
ーン化・成膜が実現できる。レーザ光反射用のミラーに
凹面鏡を用いた場合、ターゲット・基板ともに大面積の
照射が可能になる。このとき、可動式凹面鏡を、ターゲ
ット面と基板面の中間位置にミラーの位置を合わせてお
くことで、照射先を変更したときのビーム半径の調節が
不用になる。
【０２８９】以下、この発明の第５８の参考例を、図１
０２に基づいて説明する。図１０２において、２６３は
可動式ミラーである。
【０２９０】次に動作について説明する。レーザをター
ゲットに照射して対向する基板上に成膜を行なう前に、
可動式ミラー２６３をレーザ光路中に挿入して基板上に
レーザ光を照射し、基板表面を加熱することにより、基
板表面のクリーン化を行なう。その後再び可動式ミラー
２６３を移動させてレーザ光路からはずし、ターゲット
上にレーザ光を照射して成膜を行なう。成膜前のクリー
ン化により、基板表面に付着していた不純物・異物等が
取り除かれるため、不純物が少なく特性の良好な成膜を
行なうことができる。第一のレーザ光反射用凹面鏡は請
求項２６１で記したように回転可動式であり、ターゲッ
ト・基板ともに大面積の照射が可能である。
【０２９１】以下、本発明の第５９の参考例を、図１０
３に基づいて説明する。図１０３において、５００は第
一の原料ターゲット、５０１は第二の原料ターゲット、
５０３は第一の原料ターゲットおよび第二の原料ターゲ
ットを搭載したターンテーブルである。本参考例では、
基板２として、ＳｒＴｉＯ3 単結晶基板を、第一の原料
ターゲット５００として、ＢａＴｉＯ3 を、第二の原料
ターゲット５０１として、Ｂａ0.5 Ｓｒ0.5 ＴｉＯ3 を
用いた。なお、図中、図１４８および図１４９と同一符
号は、同一または相当部分を示す。
【０２９２】次に動作について説明する。まず、ターン
テーブル５０３を回転させることで第二の原料ターゲッ
ト５０１であるＢａ0.5 Ｓｒ0.5 ＴｉＯ3 ターゲットを
ＳｒＴｉＯ3 単結晶基板２と対向する位置に動かし、パ
ルスレーザ光を一回だけ照射することで、基板２上に、
ターゲット組成に極めて近い組成の（Ｂａ，Ｓｒ）Ｔｉ
Ｏ3 膜を約１０ｎｍ程度堆積する。続いて、再び、ター
ンテーブル５０３を回転させ、第一の原料ターゲット５
００であるＢａＴｉＯ3 を選択し、パルスレーザ光照射
を繰返し所望の膜厚のＢａＴｉＯ3 膜を（Ｂａ，Ｓｒ）
ＴｉＯ3 膜の上部に堆積する。以上の工程を、減圧下、
酸素雰囲気中で行なったところ、基板温度を５００℃程
度の低温に下げた場合でも、欠陥の少ないＢａＴｉＯ3
エピタキシャル膜を得ることができた。
【０２９３】以上述べたように、本参考例における複数
の原料ターゲットは、円板上や同軸上に配置されてお
り、円板や軸の回転や移動により、任意の原料ターゲッ
トにパルスレーザ光を照射することができる。また、原
料ターゲットの移動は、パルスレーザ光と同期している
ので、一回の照射毎に原料ターゲットを変更できる。こ
のように、成膜途中に原料ターゲットの変更を任意に行
なえるようにしたので、たとえば、下地層とは格子定数
の異なる膜を成膜する際、中間的な格子定数を有するバ
ッファ層を異なる原料ターゲットを用いて形成し、その
後連続的に所望の膜を形成できる。また、レーザ薄膜形
成装置により堆積される薄膜はターゲット組成からのず
れが極めて少ないことが期待できるため、これらの格子
定数の微細な制御は容易である。したがって、以上の工
程を経ることにより、低い基板温度でも良好な結晶性の
膜を得ることが可能で、基板の成膜温度が高いことに起
因する基板の劣化や不要な副次的反応の誘発による薄膜
機能の低下を防ぐことができる。
【０２９４】本参考例によって実現されるバッファ層と
本来目的とする薄膜を連続的に形成することで、低い基
板温度で良好な結晶性の膜を得るといったことは、たと
えば、高誘電体の薄膜キャパシタの誘電体膜として用い
られるＢａＴｉＯ3 などのチタン酸塩を主成分とするペ
ロブスカイト型単結晶薄膜の作製に特に有用である。た
とえば、従来、ＢａＴｉＯ3 薄膜キャパシタ等は、Ｓｒ
ＴｉＯ3 やＰｔを下部電極として形成されることが多か
ったが、この場合、ＢａＴｉＯ3 と下部電極の間に、２
から３％の格子不整合があるため、そのまま、堆積した
場合には、基板温度を９００℃程度にしないと結晶性の
よいエピタキシャル膜は得られなかった。
【０２９５】以下、この発明の第６０の参考例を、図１
０４に基づいて説明する。図１０４において、５００は
第一の原料ターゲット、５０１は第二の原料ターゲッ
ト、５０２は第三の原料ターゲット、５０４は原料ター
ゲットを搭載した軸芯、５０５は軸芯の回転と並進を制
御する軸芯制御装置である。本参考例では、基板２とし
て、Ｓｉウェハを、第一の原料ターゲット５００とし
て、ＢａＴｉＯ3 を、第二の原料ターゲット５０１とし
て、Ｂａ0.5 Ｓｒ0.5 ＴｉＯ3 を、第三の原料ターゲッ
ト５０２として、Ｐｔを用いた。なお、図中、図１４８
および図１４９と同一符号は、同一または相当部分を示
す。
【０２９６】次に動作について説明する。まず、軸芯５
０４を軸方向に動かし、第三の原料ターゲット５０２で
あるＰｔを基板２と対向する位置に動かし、パルスレー
ザ光照射を繰返し、Ｐｔ膜をＳｉウェハの上部に堆積す
る。その後、再び、軸芯５０４を軸方向に動かし、第二
の原料ターゲット５０１であるＢａ0.5 Ｓｒ0.5 ＴｉＯ
3 ターゲットをパルスレーザ光を一回だけ照射すること
で、基板２上に、ターゲット組成に極めて近い組成の
（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 膜を約１０ｎｍ程度堆積する。
続いて、もう一度、軸芯５０４を軸方向に動かし、、第
一の原料ターゲット５００であるＢａＴｉＯ3 を選択
し、パルスレーザ光照射によって所望の膜厚のＢａＴｉ
Ｏ3 膜を（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 膜の上部に堆積する。
以上の工程を、減圧下、酸素雰囲気中で行なったとこ
ろ、基板温度を５００℃程度の低温に下げた場合でも、
上記参考例と同様に、欠陥の少ないＢａＴｉＯ3 エピタ
キシャル膜を得ることができた。
【０２９７】なお、上記の参考例では、ＢａＴｉＯ3 膜
のエピタキシャル成長を可能にするためのバッファ層と
して、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 膜を一層だけ用いたが、
格子定数がわずかずつ異なる複数の層を用いることでＢ
ａＴｉＯ3 膜の結晶性をより向上させることができる。
これを実現するためには、レーザ薄膜形成装置内に、所
望の数の原料ターゲットを配置し、レーザに同期してこ
れらを動作させ、任意の原料ターゲットが選択できるよ
うにしておけばよい。また、ここまで、結晶性のよいＢ
ａＴｉＯ3 膜を得る手段について述べたが、これらの手
段は、他の結晶性膜の低温形成にも有用であることは言
うまでもない。
【０２９８】以下、本発明の第６１の参考例を、図１０
５に基づいて説明する。図１０５において、５０６は酸
素ガス供給源、５０７はＥＣＲプラズマ室である。本参
考例では、基板２として、白金を被着したシリコン基板
を、原料ターゲット５として、ＢａＴｉＯ3 を用いた。
なお、図中、図１４８および図１４９と同一符号は、同
一または相当部分を示す。
【０２９９】次に動作について説明する。酸素ガス供給
源より供給される酸素ガスは、まず、ＥＣＲプラズマ室
に入る。ＥＣＲプラズマ室には、静磁界が存在し、ま
た、マイクロ波電力が投入されており、これらの作用
で、酸素ガスのサイクロトロン運動に基づく所謂ＥＣＲ
プラズマが発生し、活性な酸素イオンが発生する。この
ようにして活性化された酸素ガスが成膜室に導かれる。
このような成膜雰囲気下でレーザで原料ターゲットのＢ
ａＴｉＯ3 を照射し、薄膜形成を行なった。このように
して、ＢａＴｉＯ3 薄膜の形成を行なったところ、基板
温度を５００℃程度の低温に下げた場合でも、欠陥の少
ないＢａＴｉＯ3 薄膜を得ることができた。
【０３００】なお、上記の参考例では、酸素ガスのイオ
ン化のためにＥＣＲプラズマを用いたが、ＲＦプラズマ
によっても同様の効果が期待できる。また、ＵＶ光照射
による酸素ガスの励起によっても類似の効果が期待でき
る。本参考例では、酸化ガスとして酸素を用いたが、ア
ルコールなどの酸素を含む有機物でもよく、また、広義
の酸化という意味で、窒素ガスなどを用いてもよい。更
に、このような効果は、ＢａＴｉＯ3 膜を形成する場合
だけでなく、他の酸化薄膜を形成する際にも有用である
ことは言うまでもない。
【０３０１】以上述べたように、本参考例における酸化
ガスは、酸化ガス供給源より供給され、ＥＣＲプラズマ
室等の酸化ガスを活性化する目的で配置された前室でイ
オン化された後、薄膜成長室に導入される。この活性な
酸化ガスを雰囲気としてレーザを用いた酸化膜の堆積を
行なう。このように、成膜室中に活性な酸化ガスが供給
されるようにしたので、膜堆積途中に生じる酸素欠陥
は、直ちに活性な酸化雰囲気から供給される酸素イオン
により修復されるため、低い基板温度でも、酸素欠陥の
少ない良好な結晶性の酸化膜を得ることが可能で、基板
の成膜温度が高いことに起因する基板の劣化や不要な副
次的反応の誘発による薄膜機能の低下を防ぐことができ
る。また、成膜室に導入されるイオン化された酸化ガス
は、イオンビームのような高い運動エネルギを持たない
ので基板へのダメージは無視できる程度に小さい。
【０３０２】本参考例によって実現される酸化ガスを活
性化した後に成膜室に導くことで、低い基板温度で良好
な特性の酸化膜を得るといったことは、たとえば、高誘
電体の薄膜キャパシタの誘電体膜として用いられるＢａ
ＴｉＯ3 などのチタン酸塩を主成分とするペロブスカイ
ト型薄膜の作製に特に有用である。従来、絶縁性のよい
ＢａＴｉＯ3 薄膜を低温で形成することは、困難であっ
た。これは、低温で膜堆積を行なった場合、膜堆積途中
に生じる酸素欠陥が修復されにくいことによる。また、
高温で成膜した場合には、下部電極として主に用いられ
る白金膜との界面で成分元素の相互拡散とそれによる絶
縁性の劣化が生じるという問題があった。
【０３０３】以下、本発明の第６２の参考例を、図１０
６に基づいて説明する。図１０６において、５０６は酸
素ガス供給源、５０８は基板にＤＣ電圧を印加するため
のＤＣ電源である。本参考例では、基板２として、白金
を被着したシリコン基板を、原料ターゲット５として、
ＢａＴｉＯ3 を用いた。なお、図中、図１４８および図
１４９と同一符号は、同一または相当部分を示す。
【０３０４】次に動作について説明する。まず、基板に
一定の正バイアスを印加した状態で、原料ターゲットに
レーザ光を照射し、プルームを発生させ、プルーム近傍
に基板を配置することで膜堆積を行なう。このとき、プ
ルームとの反応で生成した酸素イオンは、基板の正電位
にひかれて基板付近に集まり、膜形成時の酸素欠陥の修
復に寄与する。以上のようにすることで、基板温度を５
００℃程度の低温に下げた場合でも、欠陥の少ないＢａ
ＴｉＯ3 薄膜を得ることができた。
【０３０５】なお、上記の参考例では、基板には、ＤＣ
電位を印加したが、ＲＦなどの交流電位を印加してもよ
い。また、ＵＶ光照射による酸素ガスの励起によっても
類似の効果が期待できる。参考例では、酸化ガスとして
酸素を用いたが、アルコールなどの酸素を含む有機物で
もよく、また、広義の酸化という意味で、窒素ガスなど
を用いてもよい。さらに、このような効果は、ＢａＴｉ
Ｏ3 膜を形成する場合だけでなく、他の酸化薄膜を形成
する際にも有用であることは言うまでもない。
【０３０６】以上述べたように、本参考例におけるレー
ザ薄膜形成装置は、酸化膜堆積時に、成膜室内に酸化ガ
スが導かれ、原料ターゲットへのレーザ照射が行われ原
料ターゲットと基板間にプルームが発生しているとき、
基板とアース電位間、または、基板と原料ターゲット間
に、ＤＣまたはＲＦ電位が印加されるように構成されて
いる。このように、たとえば、基板に、ＤＣ正電位等が
印加されると、プルーム付近でプルーム中のラジカル種
などとの反応でイオン化された酸化ガスは、基板面に適
当なエネルギをもって入射する。このようなイオン種
は、膜堆積途中に生じる酸素欠陥を修復するため、低い
基板温度でも、酸素欠陥の少ない良好な結晶性の酸化膜
を得ることが可能で、基板の成膜温度が高いことに起因
する基板の劣化や不要な副次的反応の誘発による薄膜機
能の低下を防ぐことができる。また、基板付近に導かれ
るイオン化された酸化ガスは、適当に基板電位を調整す
ることでその運動エネルギを基板へダメージを与えない
程度に小さくできる。
【０３０７】本参考例によって実現される基板にＤＣま
たはＲＦ電位を印加し、プルームとの反応で生成したイ
オン種を基板面に導くことで、低い基板温度で良好な特
性の酸化膜を得るといったことは、たとえば、高誘電体
の薄膜キャパシタの誘電体膜として用いられるＢａＴｉ
Ｏ3 などのチタン酸塩を主成分とするペロブスカイト型
薄膜の作製に特に有用である。従来、絶縁性のよいＢａ
ＴｉＯ3 薄膜を低温で形成することは、困難であった。
これは、低温で膜堆積を行なった場合、膜堆積途中に生
じる酸素欠陥が修復されにくいことによる。また、高温
で成膜した場合には、下部電極として主に用いられる白
金膜との界面で成分元素の相互拡散とそれによる絶縁性
の劣化が生じるという問題があった。
【０３０８】以下、本発明の第６３の参考例を、図１０
７に基づいて説明する。図１０７において、５０９はエ
キシマレーザ用ミラー、５１０はエッチング性ガス供給
源である。本参考例では、基板２として、シリコンウェ
ハを、原料ターゲット５として、リンドープトシリコン
を、レーザ光１６としては、エキシマレーザを、エッチ
ング性ガスとしてフッ酸蒸気を用いた。なお、図中、図
１４８および図１４９と同一符号は、同一または相当部
分を示す。
【０３０９】次に動作について説明する。成膜前にシリ
コンウェハ表面の清浄化を図るために、エッチング性ガ
スを成膜室に導き、レーザ光路へのミラー挿入でその光
路を変更し、基板面へのレーザ照射を行なう。レーザ光
による加熱により、有機汚染の燃焼除去が行われる。ま
た、同時に、フッ酸による自然酸化膜の除去が行われ清
浄表面が得られる。この後、成膜室を高真空に排気し、
ミラーを取り去ることで光路をターゲット側に変更し、
原料ターゲットの照射によって多結晶シリコン薄膜を堆
積する。膜堆積後、その結晶性の改善による抵抗値の低
減を図るために、再び、レーザ光路を変更し、膜面に対
してレーザ照射を行なう。このようにして、多結晶シリ
コン膜を形成することで、コンタクト抵抗および配線抵
抗の低減を図ることができた。
【０３１０】なお、上記の参考例では、エッチング性ガ
スを導入したが、真空中でのレーザ照射でも類似の基板
表面の清浄化効果が得られる。また、レーザ光路の変更
のためにミラーを用いたが、レーザや成膜室の移動やレ
ンズの回転などによってもよい。
【０３１１】以上述べたように、本参考例におけるレー
ザ薄膜形成装置は、エネルギ密度の高いエキシマレーザ
光を用い、レーザ光学系の切り替えなどにより、基板表
面にレーザ光の照射を行なえるように構成されている。
このため、膜堆積前に基板表面にレーザ光を照射するこ
とで、基板温度を高くすることなしに、基板清浄表面を
得ることができ、その後、所望の膜を形成することで界
面不純物の少ない膜界面を得ることができる。また、低
温で膜を形成した後に、膜面にレーザ光を照射すること
で、基板の劣化なしに、堆積膜の結晶性の改善などを行
なうことができる。
【０３１２】本発明によって実現される基板表面へのレ
ーザ光の照射による堆積前の基板表面の清浄化や堆積膜
の結晶性の改善は、たとえば、半導体メモリデバイスに
おける多結晶シリコン薄膜の作製に特に有用である。従
来より、シリコン基板とのコンタクト部に形成される多
結晶シリコン配線形成において、界面不純物の低減によ
るコンタクト抵抗の低減のために、フッ酸含有溶液によ
る表面のライトエッチングや成膜装置内での所謂インシ
チュクリーニングが行われているが、ライトエッチング
プロセスは、有機的な汚れと自然酸化膜の複合したよう
な汚染については、除去能が低く、また、成膜装置にセ
ットするまでに新たに自然酸化膜が成長してしまう、ま
た、インシチュクリーニングは、１０００℃程度の高温
を要するなどの問題があった。また、配線用多結晶シリ
コン膜については、膜形成後、ドーパントを注入し、そ
の後、９００℃程度の高温で膜抵抗の低減を図っている
が、より低温で、膜抵抗の低い多結晶シリコン膜を得る
ことが強く求められている。
【０３１３】以下、この発明の第６４の参考例を図１０
８に基づいて説明する。図１０８において図１４８の従
来例と同一の構成には同一の符号を付してこれらの説明
を省略する。図１０８において７５０はレーザ光の出射
窓、７５１はレーザ散乱光の検出器、７５２は散乱レー
ザ光である。
【０３１４】次に動作について説明する。レーザ装置１
０から発射されターゲット５をスパッタするレーザ光１
６はターゲット表面で反射して散乱レーザ光７５２とな
り、出射窓７５０通って検出器７５１で検出される。そ
の際、ターゲット表面の凹凸が大きくなってくるとレー
ザ散乱光の検出強度が落ちる。そのためにｉｎ−ｓｉｔ
ｕに、すなわちレーザ薄膜の形成過程においてその場
で、ターゲット表面のエロージョン状態を知ることがで
き、ターゲット表面の荒れによる非均質な膜形成を防ぐ
ことができる。
【０３１５】以下、この発明の第６５の参考例を、図１
０９に基づいて説明する。図１０９において、図１４８
の従来例と同一の構成には同一の符号を付してこれらの
説明を省略する。図１０９において７５３はｘ線あるい
は電子線の入射窓、７５４は特性ｘ線の出射窓、７５５
はｘ線あるいは電子線の発生装置、７５６は特性ｘ線の
分光装置、７５７はｘ線あるいは電子線、７５８は特性
ｘ線である。
【０３１６】次に動作について説明する。レーザ装置か
ら発射され、ターゲット５をスパッタするレーザ光１６
に同調して、ｘ線あるいは電子線発生装置７５４から照
射されたｘ線あるいは電子線７５７により、ターゲット
を構成する原子に固有な特性ｘ線７５８が発生する。そ
の特性ｘ線７５８は出射窓７５４を通ってｘ線分光装置
７５６により分光、検出され、ターゲットの組成の定
量、定性分析が行われる。そのために、レーザ薄膜の形
成過程において、ターゲットのスパッタ領域の組成をそ
の場でに知ることができ、ターゲットの組成ずれによる
非均質な膜形成を防ぐことができる。
【０３１７】以下、この発明の第６６の参考例を、図１
１０に基づいて説明する。図６８において図１４８の従
来例と同一の構成には同一の符号を付して、これらの説
明を省略する。図１１０において、７００はレーザ光を
振り分けるためのハーフミラー、７０１は振り分けられ
たレーザ光を偏光にするための偏光子、７０２はこのレ
ーザ薄膜形成装置により形成される膜、７０３はエリプ
ソメータ用検出器である。
【０３１８】次に動作について説明する。レーザ装置１
０から発射されターゲット５をスパッタするレーザ光１
６は一部がハーフミラー７００により振り分けられ、偏
光子７０１を通って偏光性を帯びた後、基板２の上に形
成された膜７０２に照射される。この膜の表面で反射さ
れたレーザ光はエリプソメータ用検出器７０３で検出さ
れる。このように検出されたレーザ光を偏光解析するこ
とにより、レーザ薄膜形成過程においてその場で、形成
中の膜の膜厚をモニターすることができ、また、その結
果をスパッタ条件にフィードバックし、膜厚をコントロ
ールすることができる。
【０３１９】以下、この発明の第６７の参考例を、図１
１１に基づいて説明する。図１１１において図１４８の
従来例と同一の構成には同一の符号を付して、これらの
説明を省略する。図１１１において、７０４はレーザ光
を振り分けるための回転するハーフミラー、７０５はハ
ーフミラーの回転に同期して移動し、振り分けられたレ
ーザ光を偏光にするための偏光子、７０２はこのレーザ
薄膜形成装置により形成される膜、７０６はハーフミラ
ーの回転に同期して移動するエリプソメータ用検出器で
ある。
【０３２０】次に動作について説明する。レーザ装置１
０から発射されターゲット５をスパッタするレーザ光１
６は、回転するハーフミラー７０４により一部が振り分
けられ、ハーフミラーの回転と同期して移動する偏光子
７０５を通って偏光性を帯びた後、ハーフミラーの回転
により、基板２の上に形成された膜７０２を走査しなが
ら照射される。この膜の表面で反射されたレーザ光は、
やはりハーフミラーの回転と同期して移動するエリプソ
メータ用検出器７０６で検出される。このように検出さ
れたレーザ光を偏光解析することにより、レーザ薄膜形
成過程においてその場で、形成中の膜の膜厚分布をモニ
ターすることができる。また、その結果をスパッタ条件
にフィードバックし、膜厚および膜厚分布をコントロー
ルすることができる。
【０３２１】以下、この発明の第６８の参考例を、図１
１２に基づいて説明する。図１１２において１、２、
３、５、１５、１６は上記従来装置と全く同一のもので
ある。２１はプルームの発光を観測する窓、２２はプル
ームより生じた発光を分光、計測する分光器、２３はプ
ルームより生じた発光を分光器２２に導く光ファイバ
ー、２４は光ファイバー２３の一端が窓２１を向くよう
に支持する光ファイバー支持部、２５は光ファイバー支
持部２４を移動させる位置調整機構、２６は分光器２２
から得られた情報を解析する解析装置、２７は解析装置
２６から得た解析結果を基に成膜パラメータを制御する
制御装置である。
【０３２２】次に動作について説明する。上記のように
構成されたレーザ薄膜形成装置においては、位置調節機
構２５を調整することにより光ファイバー支持部２４に
支持された光ファイバー２３を移動させ、窓２１を通し
てチャンバ１からプルーム１５各部の発光を取り出し、
光ファイバー２３を通して分光器２２に導く。分光器２
２より得られたプルーム１５の発光スペクトルを解析装
置２６で解析することにより、プルーム１５内部におけ
る励起状態の高いイオン種、活性中性種など薄膜形成に
重要な役割を果たす粒子の種類、割合を把握することが
できる。また、解析装置２６より得られた解析結果に基
づき、制御装置２７を用いて成膜パラメータを制御する
ことにより、プルーム１５の状態を安定に保つことがで
き、これにより均一な組成や不純物の少ない、或は適切
な配向性を有する良質な膜を形成することができる。
【０３２３】次に、この発明の第６９の参考例を、図１
１３に基づいて説明する。図１１３において１、２、
３、５、１５、１６、は上記従来装置と全く同一のもの
である。また、２６は赤外吸収スペクトルを解析する解
析装置であり、２７は図１１２に示した装置と全く同一
のものである。２８は赤外光源、２９は赤外線（入射
光）、３０は赤外線をレーザ成膜装置内部に導く入射
窓、３１は赤外線の方向を変える固定鏡、３２は赤外線
（入射光）２９がプルーム１５の各部を通るような光路
を作る可動鏡、３３は可動鏡３２の位置を変化させる移
動装置、３４はプルームを透過した赤外線（透過光）、
３５はプルーム１５を透過した赤外線（透過光）３４を
分光計測する時間分解フーリエ変換赤外分光計、３６は
赤外線（透過光）３４を時間分解フーリエ変換赤外分光
計３５に導くための出射窓である。
【０３２４】次に、動作について説明する。上記のよう
に構成されたレーザ薄膜形成装置においては、赤外光源
２８より放出された赤外線（入射光）２９が入射窓３０
を通り、固定鏡３１と、移動装置３３により可動となっ
た可動鏡３２によって形成した赤外線（入射光）２９の
光路を通ってプルーム１５に照射する。プルーム１５を
透過した赤外線（透過光）３４は、固定鏡３１と可動鏡
３２により出射窓３６を通過し時間分解フーリエ変換赤
外分光計３５に入る。時間分解フーリエ変換赤外分光計
３５より得た情報を解析装置２６で解析することによ
り、プルーム１５各部における、赤外領域に吸収帯を持
ち、薄膜形成に重要な役割を果たす分子種の種類と比率
を把握することができる。また、解析装置２６より得た
解析結果に基づき、制御装置２７を用いて成膜パラメー
タを制御することにより、プルーム１５の状態を安定に
保つことができ、これにより均一な組成や不純物の少な
い、或は適切な配向性を有する良質な膜を形成すること
ができる。
【０３２５】次に、この発明の第７０の参考例を、図１
１４に基づいて説明する。図１１４において１、２、
３、５、１５、１６は上記従来装置と全く同一のもので
ある。また、２６は質量スペクトルを解析する解析装
置、２７は図１１２に示した装置と全く同一のものであ
る。３７は基板２の近傍部より生じたイオンを計測する
ために設置された質量分析計である。
【０３２６】次に、動作について説明する。上記のよう
に構成されたレーザ薄膜形成装置においては、基板２近
傍部より放出されるプルーム１５中のイオンを質量分析
計３７により計測する。計測した情報を解析装置２６で
解析することにより、金属イオン、酸化物イオン、クラ
スターイオンなど薄膜形成に重要な役割を果たすイオン
の種類、エネルギ、割合を把握することができる。解析
装置２６より得られた解析結果に基づき、制御装置２７
を用いて成膜パラメータを制御することにより、プルー
ム１５の状態を安定に保つことができ、これにより均一
な組成や不純物の少ない、あるいは適切な配向性を有す
る良質な膜を形成することができる。
【０３２７】以下、この発明の第７１の参考例を、図１
１５に基づいて説明する。図１１５において、基本的な
構成は、制御装置１３が省略される点を除いて図１４８
とほぼ同じである。
【０３２８】次に動作について説明する。基本的な成膜
機構は、従来例と同じである。レーザ装置１０で発生さ
れたレーザ光１６は、集光レンズ９で集光され、チャン
バ１のレーザ入射窓７を通過して、チャンバ１内のター
ンテーブル１１に設置された原料ターゲット５に照射さ
れる。基板ホルダー３は、発生したプルーム１５の中心
軸とある角度をもった斜めに設置されている。また、そ
の中心軸が基板２の中心より手前を通る。そこで、プル
ーム１５の側面の幅の広い断面積中に含まれる励起原子
やイオンは該基板２上に到達した後、堆積しながら薄膜
を形成していく。また、膜厚均一性を得るため基板ホル
ダー３を回転させながら薄膜を形成していく。
【０３２９】以上のようにこの発明によれば、面内平行
移動が成長中に不必要と成るため、制御装置１３等が削
除され、比較的簡単に大面積、膜厚均一性の薄膜を得る
ことができる。
【０３３０】以下、この発明の第７２の参考例を、図１
１６に基づいて説明する。図１１６において、３は基板
ホルダー、７は側面に酸素導入口を持ったレーザ入射
窓、１１はターゲットホルダー、２６０は回転機構であ
る。
【０３３１】次に動作について説明する。レーザをター
ゲットに照射すると、ターゲット表面からプルームが立
つ。ターゲットも基板も地面に対して垂直に立っている
ため、発生した異物はすべて下方へ落ちる。このため基
板表面には異物は付着しない。基板ホルダー３は、回転
機構２６０によって回転させることができ、一様な膜厚
で成膜することができる。ターゲットを左右に分割し、
１１のターゲットホルダーを回転させることにより、マ
ルチターゲットを実現することができる。また、７のレ
ーザビーム入射窓の側面には酸素導入口があり、ここか
ら酸素ガスを流すことにより、入射窓の曇りを防止する
ことができる。２６１のシャッターを閉じることで基板
表面に到達する原子を制御し、成膜の開始・終了を制御
することができる。
【０３３２】以上のようにこの参考例によれば、基板表
面は異物によって汚染されることがなく、膜厚・膜質と
もに均一な成膜が可能であり、従来よりもすぐれた膜特
性を有する薄膜形成可能なレーザ薄膜形成装置を得るこ
とができる。以下、この発明の第７３の参考例を、図１
１７に基づいて説明する。図１１７は本参考例のレーザ
薄膜形成装置の構成図であり、同図において、１〜１７
の各番号は図１４８に示した従来例と同一または相当す
る部分を示し、１３３はレーザ光の焦点である。
【０３３３】次に動作について説明する。レーザ装置１
０で発生されたレーザ光１６は、集光レンズ９で集光さ
れ、チャンバ１のレーザ入射窓７を通過して、チャンバ
１内のターンテーブル１１に設置された原料ターゲット
５に照射される。
【０３３４】これによりプルームが発生し基板２上に薄
膜が堆積される過程は上記従来例と同様のものである。
しかし、本参考例では、上記従来例と異なり、レーザ光
１６を集光する焦点１３３をターゲット５の面よりも奥
に合わせる。このように構成することにより、レーザ光
はチャンバ１内で焦点を結ぶことがなく、焦点位置での
酸素などの導入ガスのブレークダウンは起こらない。し
たがって、不必要なイオン等によって薄膜が損傷を受け
ることはない。このため、従来よりも高品質の薄膜が形
成可能になった。
【０３３５】以下、この発明の第７４の参考例を、図１
１８に基づいて説明する。図１１８において、１２６は
レーザ装置１０よりも波長の長いレーザを発生するレー
ザ装置、１２７は集光レンズ、１２８はレーザ装置１２
６で発生し集光レンズ１２７で集光されたレーザ光であ
る。
【０３３６】次に動作について説明する。薄膜形成の過
程は従来例と同様である。ただし薄膜形成時にレーザ装
置１２６よりレンズ１２７を用いてターゲット５の表面
にレーザ光１２８を照射する。レーザ光１２８の波長は
ターゲットの表面から材料の蒸発が生じない程度に長
く、またその強度もターゲットの表面から材料の蒸発が
生じない程度に弱い。しかしターゲットの表面は溶融状
態あるいは融点直下の状態になるように調整されてい
る。ターゲットの表面がこのような状態にあるためにレ
ーザ光１６によりターゲット５の表面がアブレーション
されるときに表面の荒れが生じない。このため基板２の
表面に異物が生じない。レーザ光１２８は連続して照射
してもよいし、パルス状でもよい。またレーザ光１６と
同期していてもよいし、していなくてもよい。ターゲッ
ト表面の荒れはレーザ光１６の不均質な照射を引き起こ
し、ターゲットからの液滴の飛散の原因となる。この液
滴は基板２の表面に異物を生じさせる。
【０３３７】以下、この発明の第７５の参考例を、図１
１９に基づいて説明する。図１１９において、２６３は
主成膜室、２６４はロードロック室、２６５は予備成膜
室、２６６は白金（Ｐｔ）ターゲット、２６７はチタン
（Ｔｉ）ターゲット、２６８は酸化鉛（ＰｂＯ）とＰｂ
ＴｉＯ3 を二分割に並べたターゲット、２６９は搬送系
である。
【０３３８】次に動作について説明する。予備成膜室に
おいてまず下地金属（Ｐｔ等）をレーザスパッタで成膜
する。次に、予備成膜室でＴｉを成膜する。この後、基
板を搬送系２６９を用いて、真空中を主成膜室まで移動
する。さらに、主成膜室で酸素（Ｏ2 ）雰囲気でＰｂＯ
をスパッタして成膜する。このとき、５００−６００℃
程度のＴｉとＰｂＯが反応して下地にＰｂＴｉＯ3 ペロ
ブスカイト層が低温形成される。また最下層には酸化チ
タン（ＴｉＯ2 ）が形成されるため、下地との密着性も
良好となる。下地のペロブスカイト層が形成された後、
ＰｂＴｉＯ3 のターゲット部分をスパッタすれば、低温
で結晶性のよい膜が形成できる。最初からＰｂＴｉＯ3
をスパッタする場合には、低温では種々の結晶層が形成
されるため、基板温度を７００℃程度以上に上げる必要
があった。最後に、スパッタ室内で、Ｏ2 またはＮ2 Ｏ
またはＯ3 雰囲気でアニールを行なう。ここまでの操作
において、基板はいっさい大気に触れずに移動すること
ができる。よって、不純物混入が少ない成膜が行なえる
上、低温でペロブスカイト層を安定に形成することが可
能になる。
【０３３９】上記参考例では酸素雰囲気でＰｂＯをスパ
ッタ成膜したがこれに限るものではなく、Ｔｉを形成後
酸素雰囲気で５００ー８００℃のアニールを行なうこと
により、一旦ＴｉＯ2 膜を形成した後ＰｂＯをスパッタ
してＰｂＴｉＯ3 の結晶を得てもよい。
【０３４０】上記参考例ではＰｂＴｉＯ3 の下地結晶の
上にＰｂＴｉＯ3 をスパッタターゲットとして成膜した
が、これに限るものではなくＰｂＯとＴｉＯ2 の２個の
ターゲットをスパッタし、基板上に混合物を供給してＰ
ｂＴｉＯ3 の薄膜を形成してもよい。
【０３４１】さらに予備成膜室でＴｉをスパッタする場
合に窒素（Ｎ2 ）雰囲気とすれば、Ｐｔ上に窒化チタン
が形成され、成膜やアニール、さらには後工程で基板加
熱された場合に、ＰｔがＰｂＴｉＯ3 中に拡散するのを
防止するバリヤ層となるため、リーク電流の低減等に有
効である。
【０３４２】以上のように、この参考例によれば、下地
金属を成膜した後、酸素雰囲気で第１の酸化物を成膜す
るようにしたので、低温で良質な下地結晶が形成でき従
来よりも優れた膜特性を有する薄膜形成可能なレーザ薄
膜形成装置を得ることができる。
【０３４３】次に、本発明の第７６の参考例を、図１２
０に基づいて説明する。本参考例は、上記従来例の問題
点の内、薄膜機能の低下という問題点を解消するための
もので、複数の薄膜形成用チャンバを接続し、高品質の
薄膜を形成するレーザ薄膜形成装置を得ることを目的と
している。
【０３４４】ここで、本参考例の特徴をより明確にする
ために、従来のレーザ薄膜形成装置の問題点についても
う少し詳しく述べる。従来のレーザ薄膜形成装置では多
層の薄膜を形成する時も１つチャンバ内で行なってい
る。混じり合うとお互いに薄膜の特性を劣化させるよう
な組合せをもつ薄膜を１つのチャンバ内で形成すると特
性の悪い薄膜しかできない。たとえば基板上にシリコン
を形成し、次にガリウムヒ素を形成する場合を考える。
シリコンを形成するのに用いられたシリコンの蒸発物は
ある蒸気圧でチャンバ内に存在する。このため、ガリウ
ムヒ素を形成している間、シリコンの蒸気はガリウムヒ
素の薄膜中に取り込まれる。シリコンはガリウムヒ素に
対してドーパントとなるため、たとえ少量であってもガ
リウムヒ素の特性に大きく影響する。このため、シリコ
ンとガリウムヒ素のような組み合わせの多層薄膜を１つ
のチャンバで形成することは困難である。そこで、本参
考例においては複数のチャンバを接続したものである。
【０３４５】本参考例のレーザ薄膜形成装置は、図１２
０を参照して１１９はゲート弁、１２０は薄膜を形成す
るための機能を備えたチャンバ、１２１はレーザ光を各
チャンバに照射するために設けられた部分反射鏡、１９
３はチャンバ１２０とは異なる薄膜を形成するための機
能を備えたチャンバ、１２３はチャンバ１２０で形成さ
れた薄膜、１２４はチャンバ１９３で形成された薄膜で
ある。
【０３４６】次に動作について説明する。薄膜形成の過
程は従来例と同様である。まず、チャンバ１２０に基板
をおき、薄膜１２３を形成する。次に基板をチャンバ１
９３に移動する。このとき、チャンバ１９３とチャンバ
１２０はゲート弁１１９で結ばれているため、基板移動
で大気に晒されることは無い。そしてチャンバ１９３に
移動した基板上に薄膜１２３とは相性の悪い薄膜１２４
を形成する。チャンバ１２０と１９３はゲート弁１１９
で区切られているため、チャンバ１２０の中に存在する
蒸気がチャンバ１９３に侵入することが無いため薄膜１
２４は高品質の薄膜が形成される。またチャンバ１２０
とチャンバ１９３の基板移動は大気に晒されることが無
いため、薄膜１２３と薄膜１２４の界面に酸素が混入し
て膜質を低下させることも無い。
【０３４７】なお、本参考例におけるゲート弁１１９
を、Ｏリングで代用してもよい。Ｏリングは超高真空で
は使用できない、熱に弱いなどの欠点があるものの安価
で使い勝手がよいという長所をもつ。
【０３４８】次に、本発明の第７７の参考例を、図１２
１に基づいて説明する。本参考例のレーザ薄膜形成装置
は、複数個の成膜チャンバを複数個のゲートバルブを介
して接続し、試料搬送機構を用いて多層薄膜の形成およ
び処理をする。
【０３４９】従来の装置においては、酸素を多量に必要
とする超電導系と酸素を必要としない半導体等の系の相
反するものを同一基板上に蒸着する際には、一度大気中
に取り出し別のチャンバに移動し成膜する必要があっ
た。この発明においては、ゲートバルブを介してチャン
バを接続したので、大気にさらすことなく良好な薄膜を
形成でき、加えて高効率化がはかられる。また、同一チ
ャンバ内の多数個のターゲットによる多層薄膜の形成に
は異物質の混入があるため、特に異物質の混入を嫌うも
のだけ上記構造のように分けたので良好な薄膜を形成で
きる。
【０３５０】本参考例のレーザ薄膜形成装置は、基本的
な構成は、図１４８に示した従来例とほぼ同じである。
１００は反射鏡、１０１はゲートバルブ、１０２は試料
搬送機構である。
【０３５１】次に動作について説明する。基本的な成膜
機構は、従来例と同じである。レーザ装置１０で発生さ
れたレーザ光１６は、集光レンズ９で集光され、チャン
バ１のレーザ入射窓７を通過して、チャンバ１内のター
ンテーブル１１に設置された原料ターゲット５に照射さ
れる。プルーム１５に含まれる励起原子やイオンは該基
板２上に到達した後、堆積しながら薄膜を形成してい
く。また、膜厚均一性を得るため基板ホルダー３を回転
させながら薄膜を形成していく。次に、１薄膜の形成の
終了に伴い、試料搬送機構１０２を用いて成膜試料を次
の成膜チャンバ１に移動させ、同様にレーザ成膜を行な
う。また、効率化のために、金属膜および絶縁膜の形成
もレーザ成膜装置以外の蒸着装置等を用いて形成する。
【０３５２】以上のように、この参考例によれば、成膜
試料内への異物質の混入を避けることができ、大気にさ
らすことなく積層膜等の形成が可能となり、また、薄膜
形成の高効率化が可能となる。
【０３５３】次に、本発明の第７８の参考例とその変形
例を、図１２２および図１２３に基づいて説明する。本
参考例は、上記従来例の問題点の内、薄膜機能の低下と
いう問題点を解消するためになされたもので、ターゲッ
トから反射したレーザ光を再びターゲットに照射し、薄
膜の特性劣化を防ぐレーザ薄膜形成装置を得ることを目
的としている。
【０３５４】ここで、本参考例の特徴をより明確にする
ために、従来のレーザ薄膜形成装置の問題点についても
う少し詳しく述べる。従来のレーザ薄膜形成装置ではレ
ーザ光は１度しかターゲットに照射されない。ターゲッ
トはレーザ光に対して、ある反射率をもっているため、
ターゲットに当たったレーザ光の一部は反射し、ターゲ
ットから外にでる。ターゲットで反射されたレーザ光は
チャンバ、基板などに当たる。この反射光はチャンバに
付着している不純物を蒸発させたり、基板に形成されて
いた薄膜の特性を変化させたりし、薄膜の機能を低下さ
せる。
【０３５５】本参考例のレーザ薄膜形成装置は、基本様
式は図１４８に示した従来例と同様であるが、図１２２
に示したようにるつぼの形をしたターゲット１７を使用
する点で従来例と異なる。
【０３５６】次に動作について説明する。薄膜形成の過
程は従来例と同様である。従来例ではレーザ光１６はタ
ーゲット５に当たり、反射された後、チャンバ、基板な
どに当たる。本発明ではターゲットはるつぼの形をして
いる。レーザ光１６はるつぼの形をしたターゲット１１
７の内部に照射される。このため、ターゲット１１７の
壁に当たり反射されたレーザ光は再びターゲットに１１
７に当たり、ターゲットの物質を蒸発させる。この蒸発
物はプルームを構成し、基板に薄膜を形成する。レーザ
光１６は次々と反射を繰返し、るつぼの底を経て、るつ
ぼの上部に戻り、るつぼの形をしたターゲット１１７の
外部に出る。この外部に出たレーザ光はチャンバや基板
に当たり、薄膜の機能低下をもたらすと考えられるが、
外部に出るレーザ光は既にるつぼの内部で反射を繰返し
ているため強度が非常に弱くその効果はほとんど無視で
きると考えてよい。たとえば、レーザ光のターゲットに
対する反射率を５０％とする。従来例ではターゲットで
反射、チャンバ、基板に当たるレーザ光は元の強度の半
分となる。本発明のるつぼの形のターゲットでは何度も
ターゲットに当たりレーザ光がターゲットから出てく
る。レーザ光がターゲットに当たる回数を１０回とする
とターゲットから出てくるレーザ光の強度は０．５の１
０乗の０．１％となる。これは従来例の５００分の１の
値で十分無視できるものと言える。
【０３５７】次に、本参考例の変形例を説明する。図１
２３において、１１８は板状のターゲットを２枚向かい
合わせに配置したものである。
【０３５８】次に動作について説明する。薄膜形成の過
程は従来例と同様である。本参考例の機能は参考例１１
０と同じである。レーザ光を向かい合ったターゲットの
間に照射することにより、レーザ光は上下のターゲット
に交互に当たることになる。このため、ターゲットから
出てくるレーザ光の強度は非常に弱まり形成された薄膜
の機能を低下させることがない。また、何度もターゲッ
トにレーザ光が当たるため、プルームの量が増え、形成
速度の速い薄膜形成が行なえる。
【０３５９】以上のようにこの参考例によれば、ターゲ
ットで反射したレーザ光を再びターゲットに当てるた
め、レーザ光がチャンバや基板に当たることがなくな
り、薄膜機能の低下がない薄膜を形成できる。
【０３６０】以下、この発明の第７９の参考例を、図１
２４に基づいて説明する。図１２４は本発明の１参考例
によるレーザ薄膜形成装置を示す概略構成図であり、同
図において、図１４８および図１４９の従来例と同一ま
たは相当の要素には同一の符号を付して、これらの説明
を省略する。
【０３６１】図１２４において、３１１はターゲット５
と基板２との間に設置されたイオン化室であり、この内
部には熱電子を放出する熱陰極３１２と陽極３１３があ
る間隔で隔てられている。３１４はと基板ホルダ３と真
空容器１とを電気的に絶縁させている絶縁体、３１５は
該基板ホルダに接続されている直流電源である。
【０３６２】次に動作について説明する。ターゲット表
面５にレーザ光１６が入射すると、その照射部で局所的
に高密度なプラズマが生成され、基板２に向かって蝋燭
の炎のようなプルーム１５を形成する。このプルーム中
には、ターゲットを構成する原子状、分子状あるいはク
ラスター状から成る励起された中性粒子や電子・イオン
が存在している。これらの粒子が上記ターゲットと基板
との間に設置されたイオン化室３１１の内部を通過する
際に、熱陰極３１２から飛び出して陽極３１３の方に向
かって直進する加速された電子ビームにより、プルーム
中の中性粒子がイオン化される。こうして、イオン化室
を通過後、ターゲット原料から成るイオンビームが形成
されて基板に入射する。該基板ホルダは絶縁体３１４に
より真空容器と電気的に絶縁されており、かつ直流電源
３１５と接続されているので、この基板ホルダ、つまり
基板表面に自由に電位を与えることができる。たとえ
ば、基板に負電位を与えると、イオン化室で生成された
ターゲット原料からなるイオンビームを基板に向かって
加速し、基板に入射する際の運動エネルギを高めること
ができる。
【０３６３】従来の装置では、基板上において薄膜形成
を行わせる際には基板温度を高めることにより薄膜の結
晶化を促進させていたが、本発明の方法では、薄膜の原
料粒子に運動エネルギを与えることができ、この運動エ
ネルギの値を適当に選ぶことにより、基板に損傷を与え
ることなく薄膜を結晶化させるために必要となる基板温
度を低下させることが可能となる。
【０３６４】本参考例では、プルーム中の中性粒子を電
子ビームによりイオン化させる方式を採用しているが、
ターゲットと基板との間で第２のレーザ光、真空紫外ラ
ンプ光あるいはＳＲ光をプルームに照射し、光の作用に
よりこれらの粒子をイオン化してもよく、同様の効果を
奏する。
【０３６５】以下、この発明の第８０の参考例を、図１
２５に基づいて説明する。図１２５において基本的な構
成は図１４９と同様である。１０３は水素ラジカル源お
よび水素イオン源、１０４は水素ガス、１０５は水素ラ
ジカルおよび水素イオン、１０６は電子銃、１０７は電
子線である。
【０３６６】次に動作について説明する。レーザ装置１
０で発生されたレーザ光１６は、集光レンズ９で集光さ
れ、チャンバ１のレーザ入射窓７を通過して、チャンバ
１内のターンテーブル１１に設置された原料ターゲット
５に照射される。この照射により形成されたプルーム１
５に水素ラジカル源および水素イオン源１０３から、水
素ラジカルおよび水素イオン１０５を照射する。また、
電子銃１０６から、電子線１０７を照射する。これによ
り、原子塊等の除去、分解が発生し、非常に薄い積層膜
の急峻な界面構造を形成することができる。また、プル
ーム中に含まれるイオンは、中性の原子および粒子へと
変化する。一方、原料ターゲット５と対向して、基板２
が基板ホルダ３に固定されて配設されており、プルーム
１５中の励起原子や中性原子は該基板２上に到達した
後、堆積しながら薄膜を形成していく。
【０３６７】以下、この発明の第８１の参考例を、図１
２６に基づいて説明する。図１２６において、３０９は
一対の電磁コイル、３１０は磁力線、３１１は電磁コイ
ルに電力を供給する電源を示す。なお、図中、図１４８
および図１４９と同一符号は同一または相当部分を示
す。
【０３６８】次に動作について説明する。レーザ装置１
０で発生されたレーザ光１６は、集光レンズ９で集光さ
れ、チャンバ１のレーザ入射窓７を通過して、チャンバ
１内のターンテーブル１１に設置された原料ターゲット
５に照射される。
【０３６９】原料ターゲット５上のレーザ照射部におい
ては、レーザ照射時に急峻にターゲット原料のプラズマ
状態が生成され、該プラズマが数十ｎｓで冷えていく過
程の中で、孤立した励起原子分子やイオン等が生成す
る。これらの一群の励起原子分子やイオン等は数μ秒以
上の寿命をもっており、空間へ放出されて、蝋燭の炎の
ようなプルーム１５を形成する。
【０３７０】一方、原料ターゲット５と対向して、基板
２が基板ホルダ３に固定されて配設されており、プルー
ム１５中の励起原子分子やイオン，更にそれらが結合し
たクラスター状のターゲット原料は該基板２上に到達し
た後、堆積・結晶化して薄膜が形成される、ところは従
来例と同様である。
【０３７１】ここで、電磁コイル用電源３１１により電
磁コイル３０９に電力が供給され、磁力線３１０を有し
強度〜１ｋＧ程度以上の磁界が原料ターゲット５とその
近傍に印加されていると、プルーム１５中のイオンや電
子等の荷電粒子の運動はこの磁界の影響を受け、これら
の荷電粒子は磁力線３１０の方向にドリフトする。した
がって、磁力線３１０がターゲット５の表面に平行に、
基板２の表面を通過しないように磁界が構成されると、
プルーム１５中のイオンは基板２上に到達せず、基板２
の表面におけるイオンの入射・堆積が抑制される。一
方、プルーム１５中の中性原子分子やクラスター等の非
荷電粒子は磁界の影響を受けずに従来通り基板２の表面
に入射して堆積し、イオンの入射・堆積に起因する基板
の劣化や不要な副次的反応の誘発による薄膜機能の低下
等の問題点が解消された高品質の薄膜が形成される。
【０３７２】ところで、レーザ光１６の原料ターゲット
５への照射の初期段階、即ち基板２の表面へのターゲッ
ト原料の堆積・薄膜形成の初期段階においては、プルー
ム１５中のイオンが基板２の表面に入射した方が、最終
的な膜の品質に関してよい効果を奏する場合が多い。こ
れは、基板２の表面に付着した不純物粒子あるいは表面
に形成された不純物薄膜を構成する原子分子の電子状態
をイオンにより非平衡的に励起し、表面の不純物粒子や
不純物薄膜の基板２からの離脱・除去を促進し、ターゲ
ット原料の基板２表面での成膜初期段階において清浄な
基板表面が露出され、基板２表面において不純物の無い
純粋な状態でターゲット原料薄膜の初期核発生が生じ、
引き続くターゲット原料薄膜が規則正しく結晶成長し、
基板２上において界面不純物の問題の少ない純粋な状態
での高品質の薄膜が形成されることによるものと考えら
れる。したがって、このような場合には、レーザ光１６
の原料ターゲット５への照射の初期段階、すなわち基板
２の表面へのターゲット原料の堆積・薄膜形成の初期段
階においては、電磁コイル３０９に電力を供給する電源
３１１のスイッチを切り、磁界が無い状態にしておき、
成膜の途中の段階から電源３１１のスイッチを入れて電
磁コイル３０９に電力を供給して、磁力線３１０を有す
る強度〜１ｋＧ程度以上の磁界をターゲット５とその近
傍に形成して、プルーム１５中のイオンの基板２への入
射を抑制するというシーケンスを取る。
【０３７３】また、プルーム１５中のイオンが基板２上
に到達するのを阻止して、基板２の表面におけるイオン
の入射・堆積を抑制するために、従来、基板２の近傍に
基板２表面に平行に金属メッシュを配置して、この金属
メッシュに負の電位を印加することにより、イオンをメ
ッシュにトラップすることがよく行なわれる。しかし、
この場合には、メッシュとプルーム１５中のイオン等と
の相互作用によって金属不純物が放出されるとともに、
メッシュによってプルーム１５中の中性原子分子やクラ
スター等の非荷電粒子の通過も抑制され、薄膜の金属汚
染の問題や薄膜の堆積速度の低下等の問題が生じる。こ
れに対して、磁界を用いる本参考例の場合には、このよ
うな金属汚染の問題や薄膜堆積速度の低下等の問題は生
じない。
【０３７４】なお、基板ホルダ３内には基板を加熱する
ヒータ４が備えられており、低温で堆積された膜を結晶
化温度以上でアニールすることによって良質の薄膜を形
成するポストアニールや、堆積時に基板自身を結晶化温
度以上に保持してその場で結晶化した薄膜を形成してい
くアズデポジションが行なえるように構成されている。
また、アズデポジション法では、活性酸素雰囲気などを
併用することも行なわれており、たとえば、図に示した
ように、酸化物薄膜を成膜する際に、酸素を含むガス１
９を供給するノズル６が備えられていて、基板２の雰囲
気を酸素雰囲気とし、基板２上での酸化物生成を促進す
る工夫がなされている、ところは従来例と同様である。
【０３７５】以下、この発明の第８２の参考例を、図１
２７に基づいて説明する。図中、図１２６と同一符号は
同一または相当部分を示す。
【０３７６】この参考例の場合、電磁コイル３０９によ
る磁力線３１０を有し強度〜１ｋＧ程度以上の磁界が原
料ターゲット５の表面に垂直に、しかも基板２の表面に
向かって拡大するように構成されている。プルーム１５
中のイオンや電子等の荷電粒子の運動はこのターゲット
５および基板２とそれらの近傍に形成されたこの磁界の
影響を受け、これらの荷電粒子は磁力線３１０の方向に
ドリフトする。したがって、磁力線３１０がターゲット
５の表面に垂直に、しかも基板２の表面に向かって拡大
的に構成されていると、プルーム１５中のイオンフラッ
クスは基板２上に向かって減少し、基板２の表面におけ
るイオンの入射・堆積が抑制される。一方、プルーム１
５中の中性原子分子やクラスター等の非荷電粒子は磁界
の影響を受けずに従来通り基板２の表面に入射して堆積
し、イオンの入射・堆積に起因する基板の劣化や不要な
副次的反応の誘発による薄膜機能の低下等の問題点が解
消された高品質の薄膜が形成される。
【０３７７】上記第８１および第８２の参考例において
は、電磁コイルを用いて磁界を印加した場合について述
べたが、電磁コイルの代わりに永久磁石を用いてもよ
く、電磁コイルの場合と同様の効果が得られる。永久磁
石を用いた場合には、電磁コイルの場合のような電力供
給用の電源が不要となり、装置がコンパクトになるとい
う利点もあるが、一方、磁界をオンオフしてプルーム中
のイオンや電子等の荷電粒子の運動を制御することによ
る効果は期待できない欠点もある。
【０３７８】以下、この発明の第８３の参考例を、図１
２８および図１２９に基づいて説明する。図１２８は本
参考例のレーザ薄膜形成装置を示す概略構成図であり、
図１２９はそのターゲットの表面近傍におけるプルーム
中の荷電粒子の運動を表す概念図である。これらの図に
おいて、図１４８および図１４９の従来例と同一の構成
には同一の符号を付して、これらの説明を省略する。
【０３７９】図において、３１０はターゲット５の周囲
に設置されたリング状の永久磁石であり、ターゲットの
表面近傍にターゲット表面に平行な磁界を発生させてい
る。
【０３８０】次に動作について説明する。ターゲット表
面にレーザ光１６が入射すると、その照射部で局所的に
高密度なプラズマが生成され、基板２に向かって蝋燭の
炎のようなプルーム１５を形成する。このプルーム中に
は、ターゲットを構成する原子状、分子状あるいはクラ
スター状から成る励起された中性粒子や電子・イオンが
存在している。ターゲットの表面近傍には、ターゲット
表面に平行な磁界が存在しているので、ターゲットから
飛び出したプルーム中の電子やイオンは、３１１図に示
しているように磁力線に沿って螺旋運動を行なう。この
ときの電子やイオンの回転半径は、印加されている磁界
の強度とターゲットから飛び出す際の粒子の速度により
決まる。こうして、磁界の強度を適当な大きさに選ぶこ
とにより、ターゲットから飛び出した電子やイオンの軌
道を大きく曲げることができ、基板表面にまでこれらの
荷電粒子が到達しないようにすることができる。一方、
プルーム中の中性粒子は、磁界の影響を受けることなく
基板にまで輸送され、基板表面上に付着・堆積しながら
薄膜を形成していく。こうして、電子やイオンが基板に
入射することによる基板の損傷を防ぐことができる。
【０３８１】従来の装置では、プルーム中の荷電粒子が
基板にまで到達しないようにするために、基板の前面を
グリッド電極で覆い、電界をプルーム中にしみこませて
電子やイオンをターゲットの方に跳ね返して基板にまで
達しないようにする方法が採られていた。しかしなが
ら、この方法では、電極がプルームに直接触れて電極表
面がイオン入射によりスパッタされるので、基板を電極
物質により汚染してしまうといった問題点があった。本
発明では、プルームに電極等の金属を触れさせることな
く磁界により荷電粒子の運動を制御しているので、この
ような汚染といった問題が起こらないという利点もあ
る。
【０３８２】本参考例では、ターゲットの周囲にリング
状の永久磁石を設置したが、要はターゲットの表面と平
行な磁界を発生すればよく、永久磁石については色々な
形状や設置方法が考えられる。また、磁気コイルを用い
てもその効果は同じであることは言うまでもない。
【０３８３】以上のようにこの参考例によれば、ターゲ
ットの表面に平行な磁界を発生させているので、ターゲ
ット表面にレーザ光が照射されて形成されたプルーム中
の荷電粒子の軌道を曲げて基板にまで到達しないように
することができる。こうして、プルーム中の励起された
中性粒子だけを用いて基板表面に薄膜形成を行なうこと
ができ、損傷のない高品質な薄膜形成を可能にする。
【０３８４】以下、この発明の第８４の参考例を、図１
３０に基づいて説明する。図１３０は本参考例のレーザ
薄膜形成装置を示す概略構成図であり、同図において、
図１４８および図１４９の従来例と同一または相当の要
素には同一の符号を付して、これらの説明を省略する。
【０３８５】図１２９において、３１６と３１７は真空
容器１の周囲に設置された１組の磁気コイルであり、そ
れぞれ独立したコイル電源３１８と３１９により接続さ
れて電流が供給される。
【０３８６】次に動作について説明する。ターゲット５
表面にレーザ光１６が入射すると、その照射部で局所的
に高密度なプラズマが生成され、基板２に向かって蝋燭
の炎のようなプルーム１５を形成する。このプルーム中
には、ターゲットを構成する原子状、分子状あるいはク
ラスター状から成る励起された中性粒子や電子・イオン
が存在しており、これらの粒子が該基板表面に到達した
後、付着・堆積しながら薄膜を形成していく。ターゲッ
ト表面から放出される粒子の飛散方向は、ターゲット表
面に対して、ほぼ垂直となる性質があるので、基板表面
に到達するプルームの広がり面積は、半導体産業で使用
される６〜８インチの基板面積に比べると非常に小さい
ものとなる。そこで、本発明においては、ある適当な間
隔で並べられた１組の磁気コイルに、接続された２台の
コイル電源により、向きがそれぞれ反対になる電流を流
す。そうすると、これらの磁気コイルによりターゲット
と基板との間の空間に図１３０に示しているような磁力
線分布をもつカスプ磁界が発生される。ターゲットから
飛び出したプルーム中の電子やイオンは、磁力線に沿っ
て螺旋運動を行ない、磁力線に沿って広がろうとする。
こうして、上記プルームを半径方向にカスプ磁界の作用
により広げることができ、単一のプルームにより大口径
の基板にも半径方向に均一な薄膜形成が可能となる。
【０３８７】本参考例では、真空容器の周囲に１組の磁
気コイルを設置してカスプ磁界を発生させたが、要はタ
ーゲットと基板との間の空間にカスプ磁界を発生すれば
よく、真空容器の内部に磁気コイルや永久磁石を設置し
ても同様のカスプ磁界を発生させることができ、同様の
効果を奏する。
【０３８８】以下、本発明の第８５の参考例を、図１３
１および図１３２に基づいて説明する。本参考例におい
ては、ターゲットにレーザ光を照射して、ターゲットに
対向して配置した基板上に薄膜を堆積させて作製する際
に、基板を変位させ、基板の主に薄膜が堆積する部位を
変えながら成膜を行なうレーザ薄膜形成装置において、
ターゲットと基板の間に、プルームを一部遮る遮蔽板を
有することを特徴とする高品質薄膜の形成装置が提供さ
れる。
【０３８９】本参考例は、成膜室内の基板を変位させ、
基板上の薄膜が主に堆積する部位を変えながら成膜を行
なう際に、前記ターゲットと前記基板の間に、前記プル
ームを一部遮る遮蔽板を有するところにその主要な特徴
がある。ターゲットのレーザ光が照射された位置には、
その上側にプルームと呼ばれる活性な成膜粒子の集まり
であるプラズマが発生する。該プルームは、主に前記タ
ーゲットと同じ組成の励起原子、イオン、クラスターで
構成される。この構成粒子は、プルーム発生直後のター
ゲット近傍では、ターゲットと同じ組成比の空間分布を
持つが、チャンバ内を拡散し基板に達する際には、各粒
子の拡散係数の相違により構成粒子の空間分布が異なっ
てくる。すなわちプルームの中心部では重い粒子の密度
分布が高くなり、周辺部では軽い粒子の密度分布が高く
なる。このため、基板に堆積する薄膜の膜質分布が顕著
になり、大面積の均一膜質の薄膜形成が困難となる。本
発明の方法では、前記ターゲットと基板の間に中心部に
開孔部を有するプルーム遮蔽板を設置し、前記プルーム
の中心部分のみを基板に照射する。これにより基板に接
するプルームの構成粒子密度の空間分布を低減すること
ができる。
【０３９０】一方前記プルーム中のイオンは、基板に堆
積する薄膜の膜質を劣化させることが知られており、前
記開孔部を有するプルーム遮蔽板にターゲットに対して
正または負の電位を与え、イオンを基板に到達しないよ
うにすることにより堆積する薄膜の膜質を向上させるこ
とができる。
【０３９１】図１３１に、本参考例レーザ薄膜形成装置
の一例の概略図を示す。図１３１のレーザ薄膜形成装置
では、レーザ装置１０で発生され、集光レンズ９を通っ
たレーザ光１６は、チャンバ１のレーザ入射窓７に入射
し、チャンバ１内のターンテーブル１１に搭載されてい
る原料ターゲット５を照射する。ターンテーブル１１は
モータ１４により、任意の回転速度で回転させることが
可能である。チャンバ１内は高真空に排気可能である。
基板２がターゲット５に対向するように配置され、その
間にプルーム遮蔽板４８１４が設置されている。プルー
ム遮蔽板４８１４は、その中心部に直径１０ｍｍの開孔
部を有する。なお基板２およびプルーム遮蔽板４８１４
はレーザ光のパルス周波数に同期して変位することが可
能である。
【０３９２】上記のレーザ薄膜形成装置を使用して、本
発明の方法で、Ｙ1 Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x 酸化物超電導薄
膜を作製した。基板２にはＳｒＴｉＯ3 単結晶基板を用
い、基板温度は７００℃とした。ターゲット５には直径
２ｃｍのＹ1 Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x の焼結体を用いた。ま
た基板２の中心とターゲット５のレーザ光照射点との距
離は５ｃｍとした。チャンバ１の内部を１×１０-4Ｔｏ
ｒｒに排気した後酸素ガスを封入し２００ｍＴｏｒｒに
した。
【０３９３】レーザは、波長１９３ｎｍのエキシマレー
ザを使用し、レーザ出力は３Ｊ／ｃｍ2 、レーザ光の照
射面積は、２×３. ５ｍｍ2 とし、パルス周波数を２Ｈ
ｚとした。またターゲットは１２０ｒｐｍで回転させ
た。
【０３９４】上記の条件で、３５分間成膜を行ない、得
られた酸化物超電導薄膜の膜厚分布と超電導特性の測定
を行なった。その結果、本発明の方法で作製した酸化物
超電導薄膜の膜厚分布は、直径２０ｍｍの円内で±１０
％であり、臨界温度は９３Ｋであった。一方他の条件を
等しくして、プルーム遮蔽板を除去して成膜した場合の
膜厚分布は、直径２０ｍｍの円内で±１０％であり、臨
界温度は８８Ｋであった。本発明の方法で作製した酸化
物超電導薄膜の膜厚平均は約３０００Åであった。
【０３９５】図１３２に、本参考例のレーザ薄膜形成装
置の一変形例の概略図を示す。図１３２のレーザ薄膜形
成装置では、レーザ装置１０で発生され、集光レンズ９
を通ったレーザ光１６は、チャンバ１のレーザ入射窓７
に入射し、チャンバ１内のターンテーブル１１に搭載さ
れている原料ターゲット５を照射する。ターンテーブル
１１はモータ１４により、任意の回転速度で回転させる
ことが可能である。チャンバ１内は高真空に排気可能で
ある。基板２がターゲット５に対向するように配置さ
れ、その間にプルーム遮蔽板４８１４ｂが設置されてい
る。プルーム遮蔽板４８１４ｂは、その中心部に直径１
０ｍｍの開孔部を有し、ターゲットに対し＋１００Ｖの
電位が与えられている。なお基板２はレーザ光のパルス
周波数に同期して変位することが可能である。
【０３９６】上記のレーザ薄膜形成装置を使用して、本
発明の方法で、Ｙ1 Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x 酸化物超電導薄
膜を作製した。基板２にはＳｒＴｉＯ3 単結晶基板を用
い、基板温度は７００℃とした。ターゲット５には直径
２ｃｍのＹ1 Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x の焼結体を用いた。ま
た基板２の中心とターゲット５のレーザ光照射点との距
離は５ｃｍとした。チャンバ１の内部を１×１０-4Ｔｏ
ｒｒに排気した後酸素ガスを封入し２００ｍＴｏｒｒに
した。
【０３９７】レーザは、波長１９３ｎｍのエキシマレー
ザを使用し、レーザ出力は３Ｊ／ｃｍ2 、レーザ光の照
射面積は、２×３. ５ｍｍ2 とし、パルス周波数を２Ｈ
ｚとした。またターゲットは１２０ｒｐｍで回転させ
た。
【０３９８】上記の条件で、３５分間成膜を行ない、得
られた酸化物超電導薄膜の膜厚分布と超電導特性の測定
を行なった。その結果、本発明の方法で作製した酸化物
超電導薄膜の膜厚分布は、直径２０ｍｍの円内で±１０
％であり、臨界温度は９３Ｋであった。一方他の条件を
等しくして、プルーム遮蔽板を除去して成膜した場合の
膜厚分布は、直径２０ｍｍの円内で±１０％であり、臨
界温度は８８Ｋであった。本発明の方法で作製した酸化
物超電導薄膜の膜厚平均は約３０００Åであった。
【０３９９】以下、この発明の第８６の参考例、図１３
３に基づいて説明する。図１３３において、２８５はレ
ーザビーム１６の通過孔２８６と、加熱ヒータ２８７を
設けた原子トラッパ、２８８はトラッパ内面に形成され
た堆積膜である。なお、図中、図１４８と同一符号は同
一または相当部分を示す。
【０４００】次に動作について説明する。レーザビーム
１６をターゲット５に照射して対向する基板２上に成膜
を行なう際、プルーム１５が生じるが、本来ウェハ２に
到達しない角度で飛び出した原子は、トラッパの表面に
付着し堆積する。このとき、トラッパ２８５はプルーム
１５の発生点の近傍に設置されているので、原子の自由
飛行時間が短く、プルーム１５内の原子が気相中で重合
して粒子となる確率は低い。さらに、トラッパ２８５は
ヒータにより加熱されており、堆積した原子は安定した
滑らかな膜２８８になる。なお、このときトラッパ２８
５の材質は、堆積膜の剥離を防ぐためにターゲット５の
材質と線膨張率が等しいものを選ぶ必要がある。
【０４０１】連続成膜処理を行ない、トラッパ２８５に
ある程度以上の膜が堆積した場合は、取り出して洗浄
し、再使用が可能である。
【０４０２】以上のようにこの参考例によれば、反応室
内での発塵が抑制されるので、パーティクルによる欠陥
の少ない膜の連続成膜が可能なレーザ薄膜形成装置を得
ることができる。
【０４０３】次に、本発明の第８７の参考例を、図１３
４ないし図１４０に基づいて説明する。本参考例は、上
記参考例の次のような問題点を解消するものである。
【０４０４】一般に成膜装置は外気が混入すると膜の品
質劣化をまねくため、装置内を清浄に保つための工夫が
なされている。ところが、レーザビームを用いた成膜装
置においてはビームを導入するためにチャンバ１に設け
られた窓７がターゲット５からの飛散物によりくもるた
め、ターゲット５に達するレーザビームの強度が下がる
という問題が生ずる。そのため、窓を定期的に取り替え
る作業が必要となる。
【０４０５】このような従来の問題点を解消する本参考
例の装置は、典型的には図１３４（ａ）に示すような、
チャンバ１の側壁と窓７との間に、図１３４（ｂ）に示
す形状のアパーチャ４２３０ａを複数個設けたものであ
る。
【０４０６】次に動作について説明する。レーザビーム
１６をチャンバ１中に設けられたターゲット５に照射す
るとターゲットを構成する分子が蒸発して蝋燭の炎のよ
うなプルーム１５が発生する。その際、ターゲット５か
ら飛散した物質の一部はダストとなる。このダストはチ
ャンバ１中にレーザビーム１６を導入するために設けら
れた窓７を汚す。そこで、窓とターゲット５の間に複数
のアパーチャ４２３０を置き、ターゲット５から見た窓
の立体角を小さくする。その際アパーチャの開口部をＳ
とし、窓とターゲットの間の距離をＬとすると立体角Ω
＝Ｓ／Ｌを小さくするほど効果は高い。
【０４０７】また、チャンバ１において窓７とターゲッ
ト５の間にあたる部分にパイプ６を接続し、清浄なガス
たとえば酸素を導入するか、あるいは逆にパイプを通じ
て排気することによりチャンバ中を浮遊するダストを取
り除くことにより窓７を清浄に保つ効果を高めることが
できる。
【０４０８】なお、アパーチャ４２３０ａの代わりに、
図１３４（ｃ）に示す網目状のグリッド４２３０ｂや、
図１３４（ｄ）に示す細長い格子状のグリッドを用いて
も、ほぼ同様に作用する。
【０４０９】図１３５は窓７とターゲット５の間に第２
の窓４２３１を設けた、本参考例の一変形例である。第
２の窓４２３１はレーザビームを透過するとともにター
ゲットから飛散するダストを遮り、窓７の汚れを防ぐ。
この窓４２３１はチャンバ１中を気密に保つ必要はない
ので薄いものでもよい。窓の材料としては石英、ＣａＦ
2 ，ＭｇＦ2 あるいはテフロンシートなどを用いること
ができる。さらに、この第２の窓４２３１とターゲット
の間にアパーチャ４２３０を設けて第２の窓の汚染され
る領域を制限するとともに第２の窓を移動させることが
できれば、レーザビームは常に第２の窓の清浄な領域を
通ることができる。この例では第２の窓を想定したが反
射鏡であってもよい。この場合反射鏡を用いてレーザビ
ーム１６の進行方向を変えることによりターゲット５か
ら出たダストが直接窓７に達しないようにすればよい。
この場合でも反射鏡は次第にダストにより汚染されるか
ら反射鏡のレーザビームにさらされる面を変えることが
できるようにしておくほうがよい。
【０４１０】図１３６は、アパーチャの代わりにノズル
４２３２を用いた変形例である。通常、ターゲット上で
の光強度を強くするためレーザビームを集光する。そこ
で、ノズル４２３２をこの集光ビームに沿って設ける
と、窓に向かうダストの立体角を制限するだけでなく、
浮遊するダストは窓７に達することができなくなる。そ
のため窓７の汚れを少なくすることができる。また、パ
イプ６をノズルに接続して清浄な材料ガスたとえば酸素
を供給すれば、窓７の周辺を清浄に保てるばかりでなく
ターゲット５の周辺に直接材料ガスを供給することがで
きる。
【０４１１】図１３７は、窓７とターゲット５の間に回
転式のチョッパー４２３３を設けた変形例である。チョ
ッパーは一部が欠けており、矢印にそって回転してい
る。薄膜生成に用いるレーザビームをパルスにし、レー
ザが発生している間だけ回転するチョッパの隙間からタ
ーゲットにレーザビームが達するようにレーザの発生周
期とチョッパの回転数が調整されている。ターゲットか
ら飛散するダストはレーザ照射後遅れて発生するから窓
に達する前にチョッパによって遮られてしまう。この例
では回転式のチョッパを示したが、一般にレーザビーム
が通過する間だけ開くシャッタの機能を備えておれば同
様の効果が期待できる。
【０４１２】図１３８は、ゲート４２３４を設けた変形
例である。さまざまな工夫により窓７の汚れを軽減でき
るが、いずれは交換する必要がある。その際、外気が漏
れ込むとチャンバ１の内面が汚染され、生成された膜の
性能が低下する。そこで、この例ではゲート４２３４を
設けるとともに窓７とゲート４２３４の間を排気あるい
は給気するためのパイプ６を設けたものである。ゲート
を閉じた後、窓を交換する。次いで、パイプ６により排
気、給気を繰返すことにより窓の周辺を十分清浄にした
後、ゲートを再び開ける。これら一連の操作によりチャ
ンバ１の大部分を大気にさらすことなく窓の交換が可能
になる。
【０４１３】図１３９は窓をレーザビーム１６の大きさ
に対して大きな窓４２３５とし、窓のレーザビームが通
過する領域を変えるための機構を設けた参考例である。
窓４２３５の一部が汚れた場合、窓を回転あるいは平行
移動して窓の清浄な面をレーザビームが通過するように
する。その結果、窓全体が汚れてしまうまでチャンバを
大気に開放することなく連続的に使用することができ
る。この例では、大きな窓を用いたが複数の窓が１つの
窓ホルダに装着されており、一つの窓が汚れる毎に他の
窓と交換できるようにしておいてもよい。
【０４１４】図１４０は他の例とは少し異なって、窓７
の大気側を清浄に保つための工夫を加えた変形例であ
る。窓の外側も大気中に浮遊するちりや有機溶剤などの
影響により次第に汚染する。そこで、窓７とレーザ装置
１０の間を光伝送路で覆った。この伝送路はレーザビー
ムの波長によっても異なるが、たとえば乾燥窒素、乾燥
空気あるいは希ガスなどレーザビームを吸収しないガス
で充満するようにしてある。また、伝送路の内壁はレー
ザの散乱光があたってもガスを発しないような金属、た
とえばアルミでできている。レーザビームをこのような
光伝送路中を通すと途中で減衰しないだけではなく、伝
送路中が清浄に保たれるため窓７の汚染が少なくなる。
集光レンズ９やレーザビームの進行方向を変えるための
鏡などもこの光伝送路中に配置すればよい。この例では
光伝送路中をガスで満たしたが、真空に近い状態に保つ
ことによっても同様の効果を期待することができる。
【０４１５】以上のように窓７に関する色々な参考例を
示したが、これらを組み合わせて用いることによりさら
に効果をあげることができることは言うまでもない。
【０４１６】以下、この発明の第８８の参考例を、図１
４１に基づいて説明する。図１４１において、θはレー
ザ光１６とターゲット５表面の法線とのなす角度を表し
ている。
【０４１７】次に動作について説明する。ターゲット５
にレーザ光１６を照射することによりプルーム１５が発
生する際の、ターゲットからの蒸発物発生方向は、余弦
則またはそれに類似した空間分布を有する。そのため、
ターゲット５表面の法線方向に最も多くの蒸発物が放出
され、入射角θが増加するに従い、レーザ光の入射方向
への蒸発物の飛散は小さくなる。入射角θを種々に変え
た実験の結果、θを３０°言うに設定すれば、レーザ光
導入窓７への蒸発物の付着が大幅に低減され、その結
果、レーザ光導入窓７の汚れが大幅に抑制される。
【０４１８】以下、この発明の第８９の参考例を図１４
２に基づいて説明する。図１４２において、２１はモニ
ター用レーザ、２２は検知器、２３は検知器からくる信
号によって開閉が制御されている制御バルブ、２４はパ
ージガスによって場が乱されるのを防ぐための防護壁で
ある。
【０４１９】次に動作について説明する。レーザをター
ゲットに照射して対向する基板上に成膜を行なう際、モ
ニター用レーザ２１を入射窓７を通過させその光量を検
知器２２によってモニターし、窓の曇りによって光量が
減るのを検知したら制御装置によりバルブを開けられパ
ージガスが入射窓に吹き付けられる。よって窓の曇りを
除去され、レーザ光強度は窓の曇りによって減衰するこ
とはなく成膜が行なわれる。またパージガスは防護壁２
４があるため、成膜が行なわれる場を乱すことはない。
【０４２０】以上のようにこの参考例によれば、レーザ
光強度は窓の曇りによって減衰することはなく膜厚方向
に均一な膜質を有する、従来よりもすぐれた膜特性を有
する薄膜形成可能なレーザ薄膜形成装置を得ることがで
きる。
【０４２１】以下、この発明の第９０の参考例を、図１
４３および図１４４に基づいて説明する。図１４３にお
いて、１はレーザ装置、２はレーザ装置１からのレーザ
光をターゲット表面に集光するためにレンズ、３は真空
チェンバ、４は基板、５は基板ホルダ、６はターゲッ
ト、１０は排気口、１２は光透過窓、３７４はミラー、
３７５は駆動装置である。
【０４２２】次に動作について説明する。レーザ装置１
から出射したレーザ光はレンズ２で集光されターゲット
６上に必要に光密度が得られるように集光される。レン
ズ２を通過したレーザ光はミラー３７４を経てチェンバ
３の光透過窓１２を通過してターゲット６に入射する。
ターゲットに高密度のレーザ光が入射することにより急
峻にプラズマ状態が生成し、該プラズマ状態が急速に冷
却される過程で、孤立した励起原子やイオンが生成す
る。これらの励起原子やイオンは数マイクロ秒の寿命を
持ち炎状のプルーム１５を形成する。一方、ターゲット
６と対向して基板４が基板ホルダー５に固定されて配設
されており、プルーム１５中の励起原子やイオンは上記
基板４上に到達した後、堆積しながら薄膜形成してい
く。
【０４２３】この場合、薄膜組成とターゲット組成はぼ
ぼ一致するとされている。本参考例では、ターゲット５
は図１４４のように同心円の２つの部分に分割され図示
される２つのターゲット成分にまたがってレーザ光が照
射されるため２つの成分に対するレーザ光の照射面積に
対応した組成の薄膜が基板上に形成されることになる。
基板へ形成される薄膜の組成を変更もしくは調整する場
合は、ミラー駆動装置３７５を駆動しレーザ光の光路を
微調整して２つのターゲット成分に照射するレーザ光の
照射面積を変更することにより容易に行なえる。
【０４２４】以下、この発明の第９１の参考例を、図１
４５および図１４６に基づいて説明する。図１４５にお
いて、１はレーザ装置、２はレーザ装置１からのレーザ
光をターゲット表面に集光するためにレンズ、３は真空
チェンバ、４は基板、５は基板ホルダ、６はターゲッ
ト、１０は排気口、１２は光透過窓、３７４はミラー、
３７５はミラー駆動装置、３７６はレンズ駆動装置であ
る。
【０４２５】次に動作について説明する。レーザ装置１
０から出射したレーザ光はレンズ９で集光されターゲッ
ト５上に必要に光密度が得られるように集光される。レ
ンズ２を通過したレーザ光はミラー３７４を経てチェン
バ１の光透過窓７を通過してターゲット５に入射する。
ターゲット５に高密度のレーザ光が入射することにより
急峻にプラズマ状態が生成し、該プラズマ状態が急速に
冷却される過程で、孤立した励起原子やイオンが生成す
る。これらの励起原子やイオンは数マイクロ秒の寿命を
持ち炎状のプルーム１５を形成する。一方、ターゲット
５と対向して基板２が基板ホルダー３に固定されて配設
されており、プルーム１５中の励起原子やイオンは上記
基板２上に到達した後、堆積しながら薄膜形成してい
く。
【０４２６】この場合、薄膜組成とターゲット組成はぼ
ぼ一致するとされている。本参考例では、ターゲット５
は図１４６のように同心円の３つの部分に分割され、図
示される３つのターゲット成分にまたがってレーザ光が
照射されるため３つの成分に対するレーザ光の照射面積
に対応した組成の薄膜が基板上に形成されることにな
る。基板へ形成される薄膜の組成を変更もしくは調整す
る場合は、ミラー駆動装置３７５を駆動しレーザ光の光
路を微調整、かつレンズ駆動装置３７６を駆動しターゲ
ットへ照射するレーザ光の照射面積を微調整して３つの
ターゲット成分に照射するレーザ光の照射面積を変更す
ることにより容易に行なえる。
【０４２７】次に、本発明の第９２の参考例について説
明する。本参考例は、レーザ装置としてパルスレーザを
用いるとともに、原料ターゲットを複数個設置し、か
つ、これらの原料ターゲットがレーザパルスに同期して
移動するように構成したものである。
【０４２８】この参考例における複数の原料ターゲット
は、円板上や同軸上に配置されており、円板や軸の回転
や移動により、任意の原料ターゲットにパルスレーザ光
を照射することができる。また、原料ターゲットの移動
は、パルスレーザ光と同期しているので、一回の照射毎
に原料ターゲットを変更できる。このように、成膜途中
に原料ターゲットの変更を任意に行なえるようにしたの
で、たとえば、下地層とは格子定数の異なる膜を成膜す
る際、中間的な格子定数を有するバッファ層を異なる原
料ターゲットを用いて形成し、その後連続的に所望の膜
を形成できる。また、レーザ薄膜形成装置により堆積さ
れる薄膜はターゲット組成からのずれが極めて少ないこ
とが期待できるため、これらの格子定数の微細な制御は
容易である。したがって、以上の工程を経ることによ
り、低い基板温度でも良好な結晶性の膜を得ることが可
能で、基板の成膜温度が高いことに起因する基板の劣化
や不要な副次的反応の誘発による薄膜機能の低下を防ぐ
ことができる。
【０４２９】本参考例によって実現されるバッファ層と
本来目的とする薄膜を連続的に形成することで、低い基
板温度で良好な結晶性の膜を得るといったことは、たと
えば、高誘電体の薄膜キャパシタの誘電体膜として用い
られるＢａＴｉＯ3 などのチタン酸塩を主成分とするペ
ロブスカイト型単結晶薄膜の作製に特に有用である。た
とえば、従来、ＢａＴｉＯ3 薄膜キャパシタ等は、Ｓｒ
ＴｉＯ3 やＰｔを下部電極として形成されることが多か
ったが、この場合、ＢａＴｉＯ3 と下部電極の間に、
２．５％の格子不整合があるため、そのまま、堆積した
場合には、基板温度を９００℃程度にしないと結晶性の
よい膜は得られなかった。また、スパッタリング法やＣ
ＶＤ法で膜を堆積することが多かったが、組成ずれをお
こしやすいという問題があった。
【０４３０】本参考例の構造は、具体的には図１０３に
示される。図１０３において、５００は第一の原料ター
ゲット、５０１は第二の原料ターゲット、５０３は第一
の原料ターゲットおよび第二の原料ターゲットを搭載し
たターンテーブルである。本参考例では、基板２とし
て、ＳｒＴｉＯ3 単結晶基板を、第一の原料ターゲット
５００として、ＢａＴｉＯ3 を、第二の原料ターゲット
５０１として、Ｂａ0.5Ｓｒ0.5 ＴｉＯ3 を用いた。な
お、図中、図１４８および図１４９と同一符号は、同一
または相当部分を示す。
【０４３１】次に動作について説明する。まず、ターン
テーブル５０３を回転させることで第二の原料ターゲッ
ト５０１であるＢａ0.5 Ｓｒ0.5 ＴｉＯ3 ターゲットを
ＳｒＴｉＯ3 単結晶基板２と対向する位置に動かし、パ
ルスレーザ光を一回だけ照射することで、基板２上に、
ターゲット組成に極めて近い組成の（Ｂａ，Ｓｒ）Ｔｉ
Ｏ3 膜を約１０ｎｍ程度堆積する。続いて、再び、ター
ンテーブル５０３を回転させ、第一の原料ターゲット５
００であるＢａＴｉＯ3 を選択し、パルスレーザ光照射
を繰返し所望の膜厚のＢａＴｉＯ3 膜を（Ｂａ，Ｓｒ）
ＴｉＯ3 膜の上部に堆積する。以上の工程を、減圧下、
酸素雰囲気中で行なったところ、基板温度を５００℃程
度の低温に下げた場合でも、欠陥の少ないＢａＴｉＯ3
単結晶膜を得ることができた。
【０４３２】次に、本参考例の変形例を、図１０４に基
づいて説明する。図１０４において、５００は第一の原
料ターゲット、５０１は第二の原料ターゲット、５０２
は第三の原料ターゲット、５０４は原料ターゲットを搭
載した軸芯、５０５は軸芯の回転と並進を制御する軸芯
制御装置である。本参考例では、基板２として、Ｓｉウ
ェハを、第一の原料ターゲット５００として、ＢａＴｉ
Ｏ3 を、第二の原料ターゲット５０１として、Ｂａ0.5
Ｓｒ0.5 ＴｉＯ3 を、第三の原料ターゲット５０２とし
て、Ｐｔを用いた。なお、図中、図１４８および図１４
９と同一符号は、同一または相当部分を示す。
【０４３３】次に動作について説明する。まず、軸芯５
０４を軸方向に動かし、第三の原料ターゲット５０２で
あるＰｔを基板２と対向する位置に動かし、パルスレー
ザ光照射を繰返し、Ｐｔ膜をＳｒＴｉＯ3 膜の上部に堆
積する。その後、再び、軸芯５０４を軸方向に動かし、
第二の原料ターゲット５０１であるＢａ0.5 Ｓｒ0.5Ｔ
ｉＯ3 ターゲットをパルスレーザ光を一回だけ照射する
ことで、基板２上に、ターゲット組成に極めて近い組成
の（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 膜を約１０ｎｍ程度堆積す
る。続いて、もう一度、軸芯５０４を軸方向に動か
し、、第一の原料ターゲット５００であるＢａＴｉＯ3
を選択し、パルスレーザ光照射によって所望の膜厚のＢ
ａＴｉＯ3 膜を（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 膜の上部に堆積
する。以上の工程を、減圧下、酸素雰囲気中で行なった
ところ、基板温度を５００℃程度の低温に下げた場合で
も、第一の参考例と同様に、欠陥の少ないＢａＴｉＯ3
単結晶膜を得ることができた。
【０４３４】以上のようにこの参考例によれば、複数の
原料ターゲットを、円板上や同軸上に配置し、円板や軸
の回転や移動により、任意の原料ターゲットにパルスレ
ーザ光を照射することができるようにし、また、原料タ
ーゲットの移動を、パルスレーザ光と同期させたので、
下地層とは格子定数の異なる膜を成膜する際、中間的な
格子定数を有するバッファ層を異なる原料ターゲットを
用いて形成し、その後連続的に所望の膜を形成できる。
この結果、低い基板温度でも良好な結晶性の膜を得るこ
とが可能で、基板の成膜温度が高いことに起因する基板
の劣化や不要な副次的反応の誘発による薄膜機能の低下
を防ぐことができる。
【０４３５】以下、この発明の第９３の参考例を、図１
４７に基づいて説明する。図１４７は本参考例によるレ
ーザ薄膜形成装置に用いる原料ターゲットの断面図であ
り、同図において５８０は酸化バリウム、酸化ストロン
チウム、酸化チタン等から成る酸化物セラミック微粉末
を混合し、ホットプレス法により成型・圧縮後約１００
０℃で燒結したもの、５８１は原料ターゲット５８０の
表面に設けた凹部、５８２は原料ターゲット５８０を支
持するバッキングプレート、５８３はレーザ光である。
原料ターゲット５８０のホットプレスの際には、所望の
凹部形状に対応した凸部を有する金型を使用することに
より原料ターゲットに所望の凹部形状を与える。
【０４３６】次に動作について説明する。原料ターゲッ
ト５８０にレーザ光５８３を照射した場合原料ターゲッ
ト５８０の表面は急激に温度上昇し、原料ターゲット５
８０を支持するバッキングプレートとの間の熱膨張係数
の差による内部応力を発生する。ここで原料ターゲット
５８０の表面に設けた凹部５８１はこの内部応力の集中
を防ぎクラックの発生を防止する。またパルスレーザを
照射する際の衝撃を分散することによりクラックの生成
と進展を抑制する。また原料ターゲット５８０の表面積
が増大しレーザエネルギの吸収効率が上がる。
【０４３７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ薄
膜形成装置によれば、基板に損傷を与えることなく、よ
り広い面積にわたって均一かつ良好な品質の薄膜を、効
率よく形成することができる。
【０４３８】また、薄膜形成工程におけるレーザ入射窓
の汚れが防止され、常に定常な状態で、レーザ光のター
ゲットへの照射とプルームの発生を行なわせることがで
きる。
【０４３９】さらに、レーザ薄膜形成工程においてリア
ルタイムで成膜条件の最適化制御が可能となり、形成さ
れる薄膜の組成などの制御が確実かつ容易に行なわれ
る。
【０４４０】これらの効果により本発明によれば、基板
表面への薄膜の形成工程の生産性を大幅に向上させるこ
とが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の参考例における、ターゲット
へのレーザビームの照射とプルームの発生の様子を示す
斜視図である。
【図２】 図１に示した参考例におけるレーザビームの
強度分布とプルームの強度分布との関係を示す概念図で
ある。
【図３】 環状の光強度分布を有するレーザビームを得
るための光学系の一例を示す図である。
【図４】 光進行方向変換素子としての円錐状のアキシ
コンの斜視図である。
【図５】 所望の光強度分布を得るための光学系として
のプリズムの一例を示す斜視図である。
【図６】 アキシコン或いはプリズムを多数並べた状態
を示す図である。
【図７】 回折格子を用いてレーザビームを多数の特定
方向に分離する様子を示す図である。
【図８】 アニュラ状或いは環状の光強度分布を有する
レーザ光を走査する様子を表した図である。
【図９】 直線状の光強度分布を有するレーザ光を走査
する様子を表した図である。
【図１０】 点線状の光強度分布を有するレーザ光を走
査する様子を表した図である。
【図１１】 点が集合した光強度分布を有するレーザ光
を走査する様子を示した図である。
【図１２】 レーザ装置の中で予め光強度分布を形成す
るための不安定型共振器の一例を示す図である。
【図１３】 レーザ装置の部分反射鏡として穴開き反射
鏡を使った例を示す図である。
【図１４】 本発明の第２の参考例におけるレーザ薄膜
形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図１５】 レーザビームのターゲットへの入射角度を
制御することにより、ターゲット上でのビーム断面を正
方形に変換する様子を示す図である。
【図１６】 ビーム形状変換素子により、レーザ光のビ
ーム断面形状を変換する装置の概略図である。
【図１７】 シリンドリカルレンズにより、ターゲット
上でのビーム断面を正方形に変換する装置の概略図であ
る。
【図１８】 可動集光レンズにより、レーザ光がターゲ
ットに照射する位置を変位させる装置の概略図である。
【図１９】 レーザ装置の光共振器の部分反射ミラーを
可動にすることにより、レーザ光がターゲットに照射す
る位置を変位させる装置の概略図である。
【図２０】 本発明の第３の参考例におけるレーザ薄膜
形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図２１】 本発明の第４の参考例におけるレーザ薄膜
形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図２２】 本発明の第５の参考例におけるレーザ薄膜
形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図２３】 本発明の第６の参考例におけるレーザ薄膜
形成装置の、概略構成を示す斜視図である。
【図２４】 （ａ）および（ｂ）は、本発明の第６の参
考例において用いられる分割アダプティブミラーの２種
類の例を示す図である。
【図２５】 本発明の第７の参考例におけるレーザ薄膜
形成装置の、概略構成を示す斜視図である。
【図２６】 本発明の第８の参考例におけるレーザ薄膜
形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図２７】 本発明の第９の参考例におけるレーザ薄膜
形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図２８】 本発明の第１０の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図２９】 レーザ光の走査による光路長の変化を説明
するための図である。
【図３０】 本発明の第１１の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す一部破断斜視図である。
【図３１】 本発明の第１２の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図３２】 本発明の第１の実施例におけるレーザ薄膜
形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図３３】 本発明の第１の実施例おける、パルスレー
ザを一定の周期で走査させた場合のプルーム発生の軌跡
を示す図であり、（ａ）は円周上に走査させる場合、
（ｂ）は蛇行させて走査する場合を示している。
【図３４】 本発明の第１３の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図３５】 本発明の第１４の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す斜視図である。
【図３６】 本発明の第１５の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す斜視図である。
【図３７】 本発明の第１６の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図３８】 本発明の第１７の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図３９】 本発明の第１８の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図４０】 本発明の第１９の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図４１】 （ａ）は、本発明の第１９の参考例におい
て使用する無声放電装置の一例を示す断面図、（ｂ）は
（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図４２】 （ａ）は、本発明の第１９の参考例におい
て用いられる無声放電装置の他の例を示す断面図、
（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図４３】 本発明の第２０の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図４４】 本発明の第２１の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図４５】 本発明の第２２の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図４６】 本発明の第２２の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置のチャンバを上から見た断面図である。
【図４７】 本発明の第２３の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図４８】 本発明の第２４の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、主要部の概略構成を示す断面図である。
【図４９】 本発明の第２５の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、主要部の概略構成を示す断面図である。
【図５０】 本発明の第２６の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、主要部の概略構成を示す断面図である。
【図５１】 本発明の第２７の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図５２】 本発明の第２８の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図５３】 ターゲット表面の形状を表わす図であり、
（ａ）は半円柱が規則的に配置された場合、（ｂ）は三
角柱または三角錐が規則的に配置された場合、（ｃ）は
三角柱や三角錐がランダムに配置された場合の例を示し
ている。
【図５４】 本発明の第２９の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図５５】 本発明の第３０の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図５６】 本発明の第３０の参考例において使用可能
な、全反射ミラーを用いてレーザ光を複数本に分割する
様子を示す図である。
【図５７】 本発明の第３１の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図５８】 本発明の第３２の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図５９】 本発明の第３３の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、主要部の概略構成を示す断面図である。
【図６０】 本発明の第３３の参考例におけるターゲッ
トの直径Ｄとレーザビームの直径ωとの関係を説明する
ための図である。
【図６１】 本発明の第３３の参考例におけるターゲッ
トの直径Ｄおよびレーザビームの直径ωと、プルームの
広がり角度との関係を示す図である。
【図６２】 本発明の第３３の参考例において、断面形
状が多角形であるターゲットを用いた場合の、レーザ薄
膜形成装置の主要部の概略構成を示す断面図である。
【図６３】 本発明の第３３の参考例において、ターゲ
ット表面の法線方向にレーザビームを照射した場合の様
子を示す断面図である。
【図６４】 本発明の第３３の参考例において、レーザ
光の焦点が基板に開口した穴の近傍に位置するようにレ
ーザ光を照射した場合の様子を示す断面図である。
【図６５】 本発明の第３３の参考例において、円板状
のターゲットの中央に設けた開口を通してレーザ光を円
柱状のターゲットに照射した場合の様子を示す斜視図で
ある。
【図６６】 本発明の第３３の参考例において使用可能
な、中央に穴の開いた円板状の基板ホルダの下面に基板
を複数個固定した状態を示す斜視図である。
【図６７】 本発明の第３３の参考例において、ターゲ
ットの消耗によるプルームの広がり角度の減少を防止す
るために、ターゲットを回転させながら平行移動する例
を示す斜視図である。
【図６８】 本発明の第３４の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図６９】 本発明の第３５の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図７０】 本発明の第３６の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図７１】 本発明の第３７の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図７２】 本発明の第３８の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図７３】 本発明の第３９の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図７４】 本発明の第４０の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図７５】 本発明の第４１の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図７６】 本発明の第４２の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図７７】 本発明の第４４の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図７８】 本発明の第４５の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図７９】 本発明の第４５の参考例において、ターゲ
ットを冷却する手段を有する場合と有しない場合の、成
膜処理枚数とターゲット温度との関係を示す図である。
【図８０】 本発明の第４６の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図８１】 本発明の第４７の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図８２】 本発明の第４８の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図８３】 本発明の第４８の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、一変形例を示す断面図である。
【図８４】 本発明の第４８の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、他の変形例を示す断面図である。
【図８５】 本発明の第４９の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図８６】 本発明の第４９の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、一変形例を示す断面図である。
【図８７】 本発明の第５０の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図８８】 本発明の第５０の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、一変形例を示す断面図である。
【図８９】 本発明の第５１の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図９０】 本発明の第５２の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図９１】 本発明の第５３の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図９２】 本発明の第２の実施例におけるレーザ薄膜
形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図９３】 本発明の第２の実施例におけるレーザ薄膜
形成装置において用いるターゲットを拡大して示す図で
ある。
【図９４】 本発明の第５４の参考例におけるレーザ薄
膜形成装置の主要部を示す概略構成図であり、（ａ）は
１つの状態におけるターゲットの配置関係を示す平面
図、（ｂ）はその状態における装置主要部の正面図、
（ｃ）は他の状態におけるターゲットの配置関係を示す
平面図、（ｄ）はその状態における装置主要部の概略構
成を示す正面図である。
【図９５】 本発明の第２の実施例の一変形例を示す図
である。
【図９６】 本発明の第５４の参考例における一変形例
を示す図であり、（ａ）はターゲットの配置関係を示す
平面図、（ｂ）は装置主要部の概略構成を示す正面図で
ある。
【図９７】 本発明の第５４の参考例の他の変形例にお
けるレーザ薄膜形成装置の、概略構成を示す断面図であ
る。
【図９８】 本発明の第２の実施例において、集光レン
ズとして、２つのターゲット間の距離に比べて焦点距離
が長いものを用いた場合の様子を示す図である。
【図９９】 本発明の第５５の参考例における動作を説
明するための図である。
【図１００】 本発明の第５６の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図１０１】 本発明の第５７の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図１０２】 本発明の第５８の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、主要部の概略構成を示す断面図であ
る。
【図１０３】 本発明の第５９の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図１０４】 本発明の第６０の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図１０５】 本発明の第６１の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図１０６】 本発明の第６２の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図１０７】 本発明の第６３の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図１０８】 本発明の第６４の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図１０９】 本発明の第６５の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図１１０】 本発明の第６６の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図１１１】 本発明の第６７の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図１１２】 本発明の第６８の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図１１３】 本発明の第６９の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図１１４】 本発明の第７０の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図１１５】 本発明の第７１の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図１１６】 本発明の第７２の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図１１７】 本発明の第７３の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図１１８】 本発明の第７４の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図１１９】 本発明の第７５の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図１２０】 本発明の第７６の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図１２１】 本発明の第７７の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図１２２】 本発明の第７８の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図１２３】 本発明の第７８の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、一変形例の概略構成を示す断面図であ
る。
【図１２４】 本発明の第７９の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図１２５】 本発明の第８０の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図１２６】 本発明の第８１の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図１２７】 本発明の第８２の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図１２８】 本発明の第８３の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図１２９】 本発明の第８３の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、ターゲット表面近傍におけるプルーム
中の荷電粒子の運動の様子を説明するための概念図であ
る。
【図１３０】 本発明の第８４の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図１３１】 本発明の第８５の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図１３２】 本発明の第８５の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、一変形例の主要部の概略構成を示す断
面図である。
【図１３３】 本発明の第８６の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図１３４】 （ａ）は、本発明の第８７の参考例にお
けるレーザ薄膜形成装置の、主要部の概略構成を示す断
面図、（ｂ）は（ａ）の装置に用いられるアパーチャを
拡大して示す図、（ｃ）は（ａ）の装置に用いられる網
目状のグリッドを拡大して示す図、（ｄ）は（ａ）の装
置に用いられる格子状の細長いグリッドの形状を拡大し
て示す斜視図である。
【図１３５】 本発明の第８７の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置、一変形例の主要部の概略構成を示す断面
図である。
【図１３６】 本発明の第８７の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置、他の変形例の主要部の概略構成を示す断
面図である。
【図１３７】 本発明の第８７の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、さらに他の変形例の主要部の概略構成
を示す断面図である。
【図１３８】 本発明の第８７の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、さらに他の変形例における主要部の概
略構成を示す断面図である。
【図１３９】 本発明の第８７の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、さらに他の変形例の主要部の概略構成
を示す断面図である。
【図１４０】 本発明の第８７の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、さらに他の変形例の主要部の概略構成
を示す断面図である。
【図１４１】 本発明の第８８の参考例のレーザ薄膜形
成装置において用いられるターゲット近傍の形状を拡大
して示す断面図である。
【図１４２】 本発明の第８９の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図１４３】 本発明の第９０の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図１４４】 本発明の第９０の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置において、同心円上の２つの部分に分割さ
れたターゲットの２つの部分にまたがってレーザ光が照
射される様子を示す斜視図である。
【図１４５】 本発明の第９１の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図１４６】 本発明の第９１の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置において、同心円上の３つの部分に分割さ
れたターゲットの３つの部分にまたがってレーザ光が照
射される様子を示す斜視図である。
【図１４７】 本発明の第９３の参考例におけるレーザ
薄膜形成装置の、概略構成を示す断面図である。
【図１４８】 特開平４−４５２６３号公報に開示され
た、従来のレーザ薄膜形成装置の概略構成を示す断面図
である。
【図１４９】 特開平４−１１４９０４号公報に開示さ
れた、他の従来例のレーザ薄膜形成装置の概略構成を示
す断面図である。
【符号の説明】
１ チャンバ、２ 基板、３ 基板ホルダ、４ ヒー
タ、５ ターゲット、７入射窓、９ 集光レンズ、１０
レーザ装置、１１ ターンテーブル、１２ＸＹステー
ジ、１３ 制御装置、１４ モータ、１５ プルーム、
１６ レーザ光、１７ 真空排気装置、１８ 音響光学
素子、１９ 共振器ミラー、２０ 分割アダプティブミ
ラー、２１ レンズ、２２ 光ファイバ、３０ ミラ
ー、１０３ 水素イオンラジカル源、１０４ 水素ガ
ス、１０８，１０９，１１０ 原料ターゲット、１１１
基板ホルダ、１２９ 作動用真空排気装置（局部排気
手段）、１３０ ガス供給ノズル、２２０ ミラー移動
装置、２２１ ターゲット移動用ＸＹθステージ、２２
２ 試料移動装置、２２３ ＤＣスパッタ装置、２２４
ＲＦスパッタ装置、２２５ ＲＦ逆スパッタ装置、２
２７ 移動制御装置、２２８ イオンビームスパッタ装
置、２４１ ＣＣＤカメラ、２４２ 画像分布処理用コ
ンピュータ、２４４ レーザ用ＸＹステージ、２４５
ミラー制御用コンピュータ、２６３ 主成膜室、２６４
ロードロック室、２６５ 予備成膜室、２６９ 搬送
系、３００，３０４ ビームスプリッタ、３０１，３０
５ ミラー、３０２ 直線移動ステージ、３０３ 直線
移動ステージ用制御装置、３０６角度可変ステージ、３
０７ 角度可変ステージ制御装置、３６３ 無声放電装
置、３６４ 誘電体円筒管、３６５ 電極、３６６ 高
周波用電源、３７０ 前処理チャンバ、３７２ 紫外線
照射装置、３７３ 真空遮断バルブ、５５１ レーザビ
ームの偏向手段、７０５ 移動式偏光子、７０６ 移動
式エリプソメータ用検出器、７５５ Ｘ線電子線発生装
置、７５６ Ｘ線分光装置、９２１ 回転式メッシュ電
極、４８０１ モータ、４８０４ 遮蔽板、４８０５
ビーム形状変換素子、４８０９ シリンドリカルレン
ズ、４８１０ 可動集光レンズ、４８１２ 全反射ミラ
ー、４８１３ 可動部分反射ミラー、４８１７ 粉末タ
ーゲット、４８２８ 凹凸ターゲットなお、図中、同一
の符号を付した部分は、同一または相当の要素を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 津田 睦 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機株式会社 中央研究所内 (72)発明者 斉藤 善夫 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機株式会社 中央研究所内 (72)発明者 難波 敬典 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機株式会社 中央研究所内 (72)発明者 児島 一良 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機株式会社 中央研究所内 (72)発明者 高見 哲也 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機株式会社 中央研究所内 (72)発明者 鈴木 昭弘 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機株式会社 中央研究所内 (72)発明者 笹川 智広 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機株式会社 中央研究所内 (72)発明者 黒田 研一 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機株式会社 中央研究所内 (72)発明者 大石 敏之 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機株式会社 中央研究所内 (72)発明者 和田 幸彦 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機株式会社 中央研究所内 (72)発明者 古川 彰彦 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機株式会社 中央研究所内 (72)発明者 松井 安次 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機株式会社 中央研究所内 (72)発明者 結城 昭正 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機株式会社 中央研究所内 (72)発明者 川原 孝昭 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機株式会社 中央研究所内 (72)発明者 矢部 秀毅 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機株式会社 中央研究所内 (72)発明者 古川 泰助 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機株式会社 中央研究所内 (72)発明者 吉瀬 幸司 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機株式会社 中央研究所内 (72)発明者 三上 登 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機株式会社 材料デバイス研究所 内 (72)発明者 堀川 剛 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機株式会社 材料デバイス研究所 内 (72)発明者 蒔田 哲郎 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機株式会社 材料デバイス研究所 内 (72)発明者 倉本 一雄 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機株式会社 材料デバイス研究所 内 (72)発明者 藤野 直彦 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機株式会社 材料デバイス研究所 内 (72)発明者 黒木 洋志 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機株式会社 材料デバイス研究所 内 (72)発明者 小蒲 哲夫 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機株式会社 材料デバイス研究所 内 (72)発明者 谷村 純二 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機株式会社 材料デバイス研究所 内 (56)参考文献 特開 平１−177367（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−219155（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−221120（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−270962（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−310363（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−54104（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−56670（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−104861（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−287760（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−291373（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−342493（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−79765（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−174370（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−178933（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−47859（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 排気手段を有するチャンバと、 前記チャンバ内に配されたターゲットと、 前記ターゲットにパルスレーザ光を照射するレーザ光照
    射手段と、 レーザ光の照射により前記ターゲットから発生するプル
    ームに含まれる物質を堆積させる基板を保持する基板保
    持手段と、 前記レーザ光照射手段から発せられるレーザ光の前記タ
    ーゲット上での照射位置を、所定周期で巡回するように
    移動させる手段と、 前記ターゲットへのレーザ光照射位置が、複数レーザパ
    ルス光において同一の位置で重なることがないように、
    前記レーザ光のパルス周波数と前記ターゲット上へのレ
    ーザ光照射位置の移動速度との関係を制御する手段とを
    備えた、レーザ薄膜形成装置。
  2. 【請求項２】 排気手段を有するチャンバと、 前記チャンバ内に配されたターゲットと、 前記ターゲットにレーザ光を照射するレーザ光照射手段
    と、 レーザ光の照射により前記ターゲットから発生するプル
    ームに含まれる物質を堆積させる基板を保持する基板保
    持手段とを備え、 前記ターゲットは、各々レーザ光を通す孔を備えた複数
    のターゲットを含み、さらに、前記複数のターゲットの
    位置を変化させる手段を有し、 前記複数のターゲットの位置を変化させることにより、
    レーザ光が前記ターゲットの前記孔を通過して別の前記
    ターゲットに照射することを可能とした、 レーザ薄膜形成装置。
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