JP4370408B2 - Laser ablation deposition system - Google Patents
Laser ablation deposition system Download PDFInfo
- Publication number
- JP4370408B2 JP4370408B2 JP2006098046A JP2006098046A JP4370408B2 JP 4370408 B2 JP4370408 B2 JP 4370408B2 JP 2006098046 A JP2006098046 A JP 2006098046A JP 2006098046 A JP2006098046 A JP 2006098046A JP 4370408 B2 JP4370408 B2 JP 4370408B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser ablation
- chamber
- substrate
- target
- laser
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
本発明は、レーザーアブレーション成膜装置に関するものである。 The present invention relates to a laser ablation film forming apparatus.
レーザーアブレーション成膜法は、薄膜の母体材料であるターゲットにパルスレーザーを照射してターゲット表面をアブレーションし、放出された粒子群を基板上に堆積させる成膜法である。
チャンバー内のガス種やその圧力を幅広く調整でき、金属酸化物・窒化物をはじめとする無機材料や有機材料の成膜に適している。ターゲットの組成がそのまま薄膜の組成に反映しやすく、結晶制御などが簡単であることから、これまで主に研究用の成膜技術として注目を集めてきた。ターゲットおよび基板ヒーターを設置するので、成膜に用いるチャンバーは比較的容量が大きい。特に、積層膜作製においては、複数個のターゲットを並べて設置している。また、観測用のポートが数多く付属しているものが多く、比較的高価である。
一般的なレーザーアブレーション成膜装置はマルチ処理タイプで図4に一例を示す。図4例のレーザーアブレーション成膜装置は、直径1m前後の比較的大きく高額なチャンバー10に排気装置16と反応ガス導入装置14を接続した大型のもので、チャンバー10内に、一つのターゲットと呼ばれる母体材料13を載置台上に載置し、また、その対向位置に基板11をセットしたヒーター12を配置し、その後に排気装置16によりチャンバー10を所定の真空度にし、場合によっては反応ガス導入装置14から必要なガスを必要濃度にして、レーザー照射装置15からパルスレーザーをターゲット13に照射して基板11表面に成膜を行うものである。
これによりチャンバー内圧力にも依存するが成膜面積は通常直径10cm未満でありこの実際の成膜領域に対してチャンバーのサイズが大きすぎる。またこの成膜作業は、ターゲットや基板の取り出し交換や排気や圧力調整に多大の時間と労力と費用を必要とする。
また、一つの基板に複数膜を生成する積層薄膜の成膜の場合は、上記一つの大型チャンバー内に複数個のターゲットを並べて置き、順にアブレーションさせるので、薄膜に他のターゲット成分が不純物として混入する可能性がある。
大型なチャンバー10には成膜の様子を観測するためのポートが設置されているなど、チャンバー形状が複雑であり内部クリーニングは手間がかかり甚だ煩雑で厄介である。
The laser ablation film forming method is a film forming method in which a target, which is a thin film base material, is irradiated with a pulsed laser to ablate the surface of the target, and a group of emitted particles is deposited on a substrate.
The gas type in the chamber and its pressure can be adjusted widely, and it is suitable for film formation of inorganic and organic materials including metal oxides and nitrides. Since the composition of the target is easily reflected in the composition of the thin film as it is and crystal control is simple, it has been attracting attention mainly as a film forming technique for research. Since the target and the substrate heater are installed, the chamber used for film formation has a relatively large capacity. In particular, in the production of a laminated film, a plurality of targets are arranged side by side. In addition, many of them are equipped with many observation ports and are relatively expensive.
A general laser ablation film forming apparatus is a multi-processing type, and an example is shown in FIG . The laser ablation film forming apparatus of FIG. 4 is a large-sized apparatus in which an
Thus, although it depends on the pressure in the chamber, the film formation area is usually less than 10 cm in diameter, and the size of the chamber is too large for this actual film formation region. Further, this film forming operation requires a great amount of time, labor, and cost for taking out and replacing the target and the substrate, exhausting, and adjusting the pressure.
In addition, in the case of the formation of a laminated thin film that generates multiple films on one substrate, a plurality of targets are placed side by side in the single large chamber and ablated in order, so that other target components are mixed as impurities into the thin film. there's a possibility that.
The
以上のことから、レーザーアブレーション成膜装置は、チャンバー10内の環境をコントロールしながらターゲットや基板の任意の交換による成膜作業の自動化又は半自動化及び小型化による利便化が強く要望されていた。
In view of the above, there has been a strong demand for laser ablation film forming apparatuses to be automated by semi-automating and miniaturizing film forming operations by arbitrarily replacing targets and substrates while controlling the environment in the
本発明は上記問題を解決するものでありその特徴とするところは、真空円筒体の一方に排気装置を装着し、他方に反応ガス導入装置を装着し、中間部にレーザーアブレーションチャンバーを着脱可能に突設装着しその対向部に該小型チャンバー内に成膜原料のターゲットを挿出入するエレベーター装置を着脱可能に突設装着し、前記レーザーアブレーションチャンバーにレーザー導入窓体を密着設置すると共に上部に成膜される基板を挿出入する基板保持交換装置を装着せしめたレーザーアブレーション成膜装置である。
The present invention solves the above-mentioned problems, and is characterized in that an exhaust device is attached to one of the vacuum cylinders, a reactive gas introduction device is attached to the other, and a laser ablation chamber is detachable in the middle part. An elevator apparatus is installed in a projecting manner so that it can be detachably attached to the small chamber, and a laser introduction window is closely attached to the laser ablation chamber and formed on the upper part. This is a laser ablation film forming apparatus equipped with a substrate holding and exchanging device for inserting and removing a substrate to be filmed.
本発明の上記構成のレーザーアブレーション成膜装置は、真空円筒体の一方に排気装置を装着し、他方に反応ガス導入装置を装着し、中間部にレーザーアブレーションチャンバーを着脱可能に突設装着したので、真空円筒体とレーザーアブレーションチャンバーの機能分化ができ各々の小容量化を有利に可能とした。これにより排気やガス圧力の調整は瞬時に行うことができるものである。
また真空円筒体の中間部にレーザーアブレーションチャンバーとその小型チャンバー内にターゲットを挿出入するエレベーター装置を着脱可能に対向配置したため基板とターゲットの交換をタイミング良く同時に又は連続的や半連続的に行うことができるものである。
レーザーアブレーションチャンバーは、真空円筒体の中間部に脱着可能にしたので、ターゲット材からのアブレーション粒子の飛散状況に応じ、その形状(球、円筒、角筒)や容積を最適化したものを予め用意し、その交換が容易にできる。
また一度のレーザーアブレーションで一種類の薄膜に特化しており、他のターゲット成分などの不純物の混入が抑えられるため、基板上に純度の高い薄膜を形成することができる。
また基板保持室はターゲットからの放出された粒子群を通す開口部を形成するもので、その開口部を任意の形状や大きさにして、微小領域への成膜から大面積領域への成膜まで、目的に応じた面積の成膜が可能である。
In the laser ablation film-forming apparatus having the above-described configuration according to the present invention, the exhaust device is attached to one of the vacuum cylinders, the reaction gas introduction device is attached to the other, and the laser ablation chamber is detachably protruded from the middle part. Since the vacuum cylinder and the laser ablation chamber can be functionally differentiated, it is possible to advantageously reduce the volume of each. As a result, exhaust gas and gas pressure can be adjusted instantaneously.
In addition, since the laser ablation chamber and the elevator device that inserts / inserts the target into / from the small chamber are detachably opposed to each other in the middle of the vacuum cylinder, the substrate and target can be exchanged at the same time or continuously or semi-continuously. Is something that can be done.
Since the laser ablation chamber can be attached to and detached from the middle part of the vacuum cylinder, an optimized shape (sphere, cylinder, square tube) and volume are prepared in advance according to the scattering state of the ablation particles from the target material. The replacement is easy.
Further, since it is specialized for one kind of thin film by one laser ablation and mixing of impurities such as other target components can be suppressed, a thin film with high purity can be formed on the substrate.
In addition, the substrate holding chamber forms an opening through which particles emitted from the target pass, and the opening is made to have an arbitrary shape and size to form a film from a micro area to a large area. Up to this, film formation with an area according to the purpose is possible.
本発明のレーザーアブレーション成膜装置において、前記レーザーアブレーションチャンバーの形状は、球状、円筒状、角筒状などであり、材質は、ステンレスなどの金属製、もしくは、窓を兼ねた石英製でも良い。容積は、ターゲット物質とレーザーの相互作用やアブレーション粒子と雰囲気ガスとの衝突などを考慮した上で適切に設計できる。また材質を金属製にした場合は、レーザーを導入するための石英製などのレーザー導入窓体を設ける。
上記基板保持室は、一個の基板保持に特化した専用保持部にしてよく、或いは保持部上に基板を外部から挿入セットし外部に挿出する基板交換装置を設置することが容易に可能である。
基板保持室はターゲットからの放出された粒子群を通す開口部を形成するもので、その開口部は成膜に必要な任意の形状や大きさにして、微小領域への膜から大面積領域への成膜まで、目的に応じた面積と形状の成膜が可能である。
また加熱が必要な場合は保持部に基板加熱用ヒーターを付設する。
ヒーターはボルトオンタイプで簡単に交換可能で基底真空に耐え得るカートリッジにし、また材質は容量の小さなレーザーアブレーションチャンバーへの輻射熱を極力抑える目的でポーラスセラミックスなどの熱絶縁物質で覆うことが好ましい。
上記エレベーター装置は、一種類のターゲット材に特化した専用装置にしてよく、或いはエレベーター装置の昇降ステージの下降限位置で昇降ステージ上にターゲット材を外部から挿入載置し外部に挿出するターゲット材交換装置を設置することが容易にできる。
In the laser ablation film forming apparatus of the present invention, the shape of the laser ablation chamber may be a spherical shape, a cylindrical shape, a rectangular tube shape, or the like, and the material may be a metal such as stainless steel or a quartz that also serves as a window. The volume can be appropriately designed in consideration of the interaction between the target material and the laser and the collision between the ablation particles and the atmospheric gas. Further, when the material is made of metal, a laser introduction window body made of quartz or the like for introducing a laser is provided.
The substrate holding chamber may be a dedicated holding unit specialized for holding a single substrate, or it is possible to easily install a substrate exchange device for inserting and setting a substrate from the outside and inserting it to the outside on the holding unit. is there.
The substrate holding chamber forms an opening through which a group of particles emitted from the target passes, and the opening has an arbitrary shape and size necessary for film formation, from a film to a small area to a large area area. Until this film formation, film formation with an area and shape according to the purpose is possible.
If heating is required, a heater for heating the substrate is attached to the holding portion.
The heater is preferably a bolt-on type cartridge that can be easily replaced and can withstand the base vacuum, and the material is preferably covered with a heat insulating material such as porous ceramics for the purpose of minimizing radiant heat to the laser ablation chamber with a small capacity.
The elevator device may be a dedicated device specialized for one type of target material, or a target that inserts and mounts the target material from the outside on the lifting stage at the lower limit position of the lifting stage of the elevator device and inserts it outside. It is easy to install a material exchange device.
図1〜図2に示す本実施例のレーザーアブレーション成膜装置は、小型の横型の真空円筒体100と、小型のレーザーアブレーションチャンバー200と、エレベーター装置300を主構成とする。
真空円筒体100は、本体を円筒状のステンレススチール製とし一方にリークバルブ101と真空ポンプ102の吸引管103とをフランジ装着し、他方にガス導入バルブ104をフランジ装着し酸素など任意の反応ガス導入装置105に接続し、中間部にレーザーアブレーションチャンバー200を着脱可能にフランジ装着しその対向部に該小型チャンバー200内にターゲットTを挿出入するエレベーター装置300を着脱可能にフランジ装着してある。
レーザーアブレーションチャンバー200は、本体を円筒状のステンレススチール製とし、側壁に石英製のレーザー導入窓体201を密着設置し、上部に基板Mを保持する基板保持室400を装着してある。
基板保持室400には、ヒーター404を昇降可能に配置し、ターゲット材Tからの放出された粒子群を通す開口部401を形成し、ポーラスセラミックス製の断熱カートリッジ402内張りし、室内に基板Mを外部から挿入セットし外部に挿出する開閉密閉蓋403を装着してある。基板を外部から挿入載置し外部に挿出する基板交換装置を設置した例は図3の実施例2にて紹介する。
ターゲット材Tを挿出入するエレベーター装置300は、載置したターゲット材Tをレーザーアブレーションチャンバー200内の所定位置に供給するものであり、本例は一個のターゲット材に特化した専用装置にしたもので、ターゲット材Tを載置する昇降ステージ301(ターゲットホルダー)とこれの昇降・回転駆動及びそれらの調整を行う昇降・回転装置302と、昇降ステージの下降限位置に、昇降ステージ上にターゲット材Tを外部から挿入載置し外部に挿出するための開閉密閉蓋303を装着してある。ターゲット材を外部から挿入載置し外部に挿出するターゲット材交換装置を設置した例は図3の実施例2にて紹介する。
The laser ablation film forming apparatus of this embodiment shown in FIGS. 1 to 2 mainly includes a small
The
The
In the
The
本実施例は、前述したように、基板を外部から挿入載置し外部に挿出する基板交換装置とターゲット材を外部から挿入載置し外部に挿出するターゲット材交換装置を設置した例を図3により紹介するものであり実施例1と同一部分は同一符号を付しその説明を省略する。また基板交換装置とターゲット材交換装置は本例は同じ機構としたものであり同一部分は同一符号を付して基板交換装置とターゲット材交換装置を単に交換装置と総称し、基板とターゲット材を被交換体Kと総称して一元的に説明する。
交換装置は、被交換体Kの前後端面及び両側端面と裏面の両側縁のみを当接支持するパレット501を移動方向に連結配列したドウナツ盤状又はベルト状の搬送体500と、これを一パレット単位で基板保持室400に又はエレベーター装置300の昇降ステージ301下降限位置に歩進移動させる移送駆動装置(図示せず)とからなる。搬送体500はレーザーアブレーションチャンバー200の基板保持室400の前後壁400a,400bに又はエレベーター装置300の昇降ステージ下降限位置の前後壁300a,300bに設けた貫通口406、306を貫通移動する。
パレット501には昇降ステージの挿通用や開口部401に合わせた切欠部800を底部に形成してある。
被交換体Kの交換移動中の真空状態保持機構としては、前記各貫通口406.306にはパレット501が歩進移動停止時にパレット501の前後端面各々の上下左右端縁が一致するようにするので、ここに先端を上下左右端縁のシール溝700に密着挿入してシールするシャッター601、602を設けてある。また前記基板保持室400の下側と昇降ステージ下降限位置の上側の各々には被交換体の交換移動中のみ閉塞作動する開閉弁603、604を設けてある。
In the present embodiment, as described above, an example is provided in which a substrate exchange device that inserts and places a substrate from the outside and inserts the substrate outside and a target material exchange device that inserts and places a target material from the outside and inserts it to the outside are installed. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. In addition, the substrate exchange device and the target material exchange device have the same mechanism in this example, the same parts are denoted by the same reference numerals, and the substrate exchange device and the target material exchange device are simply referred to as an exchange device, and the substrate and the target material are The exchanged body K will be collectively referred to as a collective term.
The exchange device includes a donut board-like or belt-
The
As the vacuum state holding mechanism during the exchange movement of the exchanged object K, the vertical and horizontal left and right edges of the front and rear end surfaces of the
本発明のレーザーアブレーション成膜装置は、高品質な機能性薄膜・積層薄膜をピンポイントもしくは比較的狭い領域に大量成膜することが有利に可能となり、よって、各種カード、携帯電話ディスプレイ、携帯表示ペーパ、小型ボードタイプ等などへの成膜・印字が迅速的確に精度良く実施することができ、この種産業上の利用可能性は多大なものである。 The laser ablation film forming apparatus of the present invention can advantageously form a large amount of high-quality functional thin film / laminated thin film in a pinpoint or relatively narrow region, and thus various cards, mobile phone displays, portable displays. Film formation / printing on paper, small board type, etc. can be carried out quickly and accurately, and this type of industrial applicability is enormous.
100 真空円筒体
102 真空ポンプ
101 リークバルブ
104 ガス導入バルブ
105 反応ガス導入装置
200 レーザーアブレーションチャンバー
201 レーザー導入窓体
300 エレベーター装置
303 開閉密閉蓋
400 基板保持室
403 開閉密閉蓋
601、602 シャッター
603、604 開閉弁
K 被交換体
100 vacuum cylinder
102 vacuum pump
101 Leak valve
104 Gas introduction valve
105 Reaction gas introduction device
200 Laser ablation chamber
201 Laser introduction window
300 elevator equipment
303 Opening and closing lid
400 Substrate holding chamber
403 Open / close sealing lid
601 and 602 shutters
603, 604 On-off valve
K exchanged object
Claims (1)
前記真空円筒体(100)の中間部に連通して下部を着脱可能に接続し上部内に基板保持室(400)を有しその下方の壁にレーザー導入窓体(201)を密着設置した円筒状のレーザーアブレーションチャンバー(200)と、
前記レーザーアブレーションチャンバー(200)の下方の対向部において前記真空円筒体(100)の中間部に上部を連通して着脱可能に接続し前記レーザーアブレーションチャンバー(200)内の基板保持室(400)の下方に成膜原料のターゲット材(T)を挿出入するエレベーター装置(300)と、
前記レーザーアブレーションチャンバー(200)内の上部の基板保持室(400)内に成膜される基板を外部から挿出入する基板交換装置と、
を設けたことを特徴とするレーザーアブレーション成膜装置。 A horizontal vacuum cylinder (100) with an exhaust device on one side and a reactive gas introduction device on the other;
A cylinder that communicates with the middle part of the vacuum cylinder (100) and that is detachably connected to the lower part, has a substrate holding chamber (400) in the upper part, and has a laser introduction window (201) closely attached to the lower wall thereof Shaped laser ablation chamber (200),
An upper part communicates with an intermediate part of the vacuum cylindrical body (100) in a facing part below the laser ablation chamber (200) and is detachably connected to a substrate holding chamber (400) in the laser ablation chamber (200). An elevator apparatus (300) for inserting and inserting the target material (T) of the film forming material below,
A substrate exchanging device for inserting / removing a substrate to be formed in the upper substrate holding chamber (400) in the laser ablation chamber (200) from the outside;
A laser ablation film forming apparatus characterized by comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006098046A JP4370408B2 (en) | 2006-03-31 | 2006-03-31 | Laser ablation deposition system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006098046A JP4370408B2 (en) | 2006-03-31 | 2006-03-31 | Laser ablation deposition system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007270284A JP2007270284A (en) | 2007-10-18 |
JP4370408B2 true JP4370408B2 (en) | 2009-11-25 |
Family
ID=38673381
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006098046A Active JP4370408B2 (en) | 2006-03-31 | 2006-03-31 | Laser ablation deposition system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4370408B2 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5653128B2 (en) * | 2010-08-20 | 2015-01-14 | 浜松ホトニクス株式会社 | Laser ablation equipment |
JP5647535B2 (en) * | 2011-02-15 | 2014-12-24 | 株式会社豊田中央研究所 | Vapor deposition equipment |
JP5684171B2 (en) * | 2012-02-29 | 2015-03-11 | 株式会社東芝 | Laser ion source |
-
2006
- 2006-03-31 JP JP2006098046A patent/JP4370408B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2007270284A (en) | 2007-10-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI402373B (en) | A CVD reactor that can replace the reaction chamber roof | |
JP4781893B2 (en) | Magnetic mask holder | |
JP4370408B2 (en) | Laser ablation deposition system | |
EP2401417A2 (en) | Ald systems and methods | |
TWI416986B (en) | Manufacturing apparatus for organic el devices | |
CN102651923A (en) | Microwave irradiation apparatus | |
KR101760316B1 (en) | Substrate Processing Apparatus | |
KR20110009059A (en) | Film forming device and film forming method | |
TWI749184B (en) | Plasma chamber with tandem processing regions | |
EP2423348A1 (en) | Vacuum deposition system and vacuum deposition method | |
CN113621920B (en) | Vacuum coating method of vacuum coating machine | |
CN101556911B (en) | Substrate processer | |
JP2008153409A (en) | Vapor deposition system | |
US10580671B2 (en) | Chamber for degassing substrates | |
US20070074970A1 (en) | Device and method of manufacturing sputtering targets | |
JP6050492B2 (en) | Apparatus and method for printing gap control | |
JP2005320622A (en) | Convertible maintenance valve | |
KR101410819B1 (en) | Substrate processing apparatus comprising tunable baffle and exhaustion method using the same | |
JP2008121104A (en) | Vacuum vapor-deposition apparatus | |
KR20180014084A (en) | Measurement assembly for measuring deposition rate and method therefor | |
US20070062803A1 (en) | Device and method of manufacturing sputtering targets | |
JP2009132966A (en) | Film deposition system | |
JP2010273574A (en) | Pipette and carrying device | |
JP5693378B2 (en) | Mobile device | |
US20070062804A1 (en) | Device and method of manufacturing sputtering targets |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090507 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090519 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090708 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090804 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |