JPH0339464A - レーザ蒸着方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 被照射物にレーザを照射してここにレーザ誘起プラズマ
を発生させ、被照射物から放出された放出物を基板に蒸
着するレーザ蒸着方法及び装置に関する。

［従来の技術〕 従来より、カメラレンズなどの光学部品の反射防止膜や
装飾品の表面被覆などにおいて、各種の膜、特に薄膜が
利用されている。そして、近年のエレクトロニクス分野
における各種装置の小型化、高機能化に伴ない、半導体
デバイス、ＩＣ％ＬＳＩなどの配線や磁気記録材料など
において、薄膜が広く利用されるようになってきている
。

また、薄膜についての研究が進むに連れて、薄膜化によ
ってトンネル効果など種々の特異な効果が得られ、さら
に材料を薄膜化することによって、材料の構造自体が変
化し、これに応じて各種の新しい機能の達成が可能であ
ることなどが分ってきた。このため、膜の重要性が各種
の分野において高まってきている。

ここで、膜の製造技術としては、高真空中において膜材
料粒子を蒸発させ、この蒸発粒子を基板上に沈着させる
真空蒸着法、イオンをターゲット（被照射物）に照射し
て、ターゲット表面の原子、分子を蒸発させ基板上に沈
着させるスパッタ法などがあり、作成する膜の種類に応
じ、適宜方法が採用されている。

そして、従来の膜生成において、プラズマ及びイオンの
効果を利用して、蒸着を行うものが知られている。これ
は、プラズマ及びイオンを利用することにより、 （イ）膜が生成される基板表面の洗浄作用が行え、密着
性の向上が図れ、 （ロ）生成される膜の結晶性などの物性制御が行える などの効果が得られるからである。

そして、このようなプラズマ及びイオンの効果を積極的
に活用する方法として、 （Ａ）蒸発粒子をプラズマ中でイオン化し、電界により
加速してから基板上に付着させるイオンブレーティング
法 （Ｂ）熱蒸発によって１０００個程度０分子からなるク
ラスターを形成し、このクラスターをイオン化してから
加速蒸着するクラスターイオンビーム法 （Ｃ）イオン室で形成した照射イオンをターゲットに照
射するイオンビーム法 （Ｄ）イオンビームにより蒸発させるとともに、蒸発物
をイオン化して基板に付着させるイオンビームエンハン
スドデポジション法などの方法がある。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記（Ａ）イオンブレーティング法、（
Ｃ）イオンビーム法においては、アルゴンなどの不活性
ガスのガスプラズマや放電により蒸着すべき粒子の蒸発
、イオン化が行われる。このため、高真空中では使用で
きず、膜中に含まれる不純物を十分少なくすることがで
きないという問題点があった。すなわち、不活性ガス中
に不純物が含まれていて、これが混入したり、不活性ガ
ス自体が膜中に不純物として混入する場合があるからで
ある。

、また、上記（Ａ）イオンブレーティング法、ＣＢ）ク
ラスターイオンビーム法、（Ｄ）イオンビームエンハン
スドデポジション法においては、蒸着物質を蒸発させる
ための蒸発源とイオン化部が別個に形成されており、装
置全体が大掛りなものになってしまうという問題点があ
った。

さらに、上記（Ａ）〜（Ｄ）のいずれの方法においても
、蒸着される膜構成物質のイオン価数はそのほとんどが
１価であり、多価イオンを選択的に利用した特異な性状
の膜を製造することはできなかった。また、蒸着する物
質にかなりの制限があり、所望の材質の膜を形成できな
かった。

また、複数の膜を積層する多層膜や、複数の材料を混合
した状態で膜を形成する混合膜などの場合においては、
蒸発させる材料毎にそれぞれ個別の蒸発源が必要であり
、装置が非常に大掛りなものとなってしまうという問題
点があった。

なお、真空中に配設した被照射物に対し、レーザ光を集
光照射して被照射物を蒸発させ、この蒸発粒子を基板上
に堆積させるレーザ蒸着方法についても例えば特開昭５
９−１１６３７３号公報などに示されている。しかし、
このようなレーザ蒸着法においても蒸発する粒子のイオ
ン価数などを選択する手段がなく、所望の構成の膜を作
成することができなかった。

本発明は上述のような問題点を解決することを課題とし
てなされたものであり、膜の構成を所望のものに制御で
きるレーザ蒸着方法及び装置を提供することを目的とす
る。

［課題を解決するための手段］ 請求項（１）の発明は、本発明の第１発明であり、被照
射物を気密に形成された減圧容器内に配置し、この被照
射物にレーザ光を集光して照射し、ここに物理的状態及
び化学的状態に空間的、時間的分布を有する被照射物の
１価及び多価イオン、電子、中性原子を含むレーザ誘起
プラズマを発生し、放出物を放出させ、この放出物の物
理的状態及び化学的状態に応じて基板に蒸着する放出物
を選択して基板に蒸着することを特徴とする請求項（２
）の発明は、本発明の第２発明であり、気密に形成され
、内部を減圧状態に保持可能な減圧容器と、この減圧容
器の内部に設けられ、レーザ光の照射によって放出物を
放出する被照射物を保持する被照射物ホルダと、レーザ
発振器から発せられたレーザ光を集光し被照射物に照射
して、被照射物から放出される放出物の物理的状態及び
化学的状態に空間的、時間的分布を有するレーザ誘起プ
ラズマを発生する光学系と、被照射物から放出された放
出物が蒸着される基板を保持する基板ホルダと、前記被
照射物から放出された放出物の中における基板に蒸着さ
れる放出物を物理的及び化学的状態に応じて制御する蒸
着制御手段と、を有することを特徴とする物ホルダと基
板ホルダの中間の放出物流通路に設けられ、被照射物か
ら放出された放出物の中から所定の方向に放出されたも
のをのみを選択的に通過させる選択透過手段であること
を特徴とする。

［作用］ 本発明の第１発明及び第２発明は、上述のような構成を
有しており、蒸着を行う場合には、まず被照射物ホルダ
に蒸着物質を放出する被照射物を取り付け、基板ホルダ
にその表面に膜が形成される基板を取り付ける。次に、
例えば真空ポンプなどにより気密容器内の気体を吸引排
除し、気密容器内を所定の減圧状態に保持する。

そして、レーザ発振器よりレーザ光を被照射物に照射す
る。ここで、このレーザ発振器には、エキシマレーザな
どのパルス状のレーザ光を放射するもの、またはチョッ
パリング付きの連続発振レーザが好ましい。このレーザ
光は光学レンズなどの光学系によって、被照射物の表面
に対し集光され、所定の高エネルギーのレーザ照射が行
われる。

レーザ照射によって、被照射物からイオン（多価を含む
）や電子及び中性原子が放出され、雰囲気にレーザ誘起
プラズマが発生する。なお、レーザ誘起プラズマの密度
などは、光学系の集光の度合いなどによって容易に調整
することができる。

そして、被照射物から放出された放出物は、周囲に飛散
するがその一部は、基板に向けて飛んで行き、基板の表
面に付着する。

ここで、本発明においては、この基板に付着、蒸着され
る放出物をこの放出物の速度、質量等の物理的状態及び
放出物の種類等（１価及び多価イオン、電子、中性原子
等）の化学的状態に応じて基板に蒸着する放出物を制御
する蒸着制御手段によって制御することができる。従っ
て、所望の成分、構造の膜を基板上に蒸着することがで
きる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明に係るレーザ蒸着方法及び
装置によれば、レーザ光によるプラズマとイオンの効果
を活用することによって蒸着膜の結晶構造等を制御でき
る。

また従来得られなかった多価イオンを選択的に利用した
新規な構造の膜なども得ることができる。

［その他の発明の説明］ 請求項（３）の発明は、本発明の第３発明であリ、蒸着
制御手段が被照射物ホルダと基板ホルダの中間の放出物
流通路に設けられ、被照射物から放出された放出物の中
から所定の方向に放出されたもののみを選択的に通過さ
せる選択透過手段であることを特徴とする。

本第３発明の選択透過手段としては、例えば開口部を有
する遮蔽板あるいは開口部を有する遮蔽板及び前記放出
物流通路において所定の時間間隔で開閉遮蔽を繰り返し
、所定の時間にここを通過する放出物のみを選択するフ
ィルタ等が考えられる。

本第３発明における蒸着の制御は、次のようにして行う
ことができる。

すなわち、被照射物から基板に向かう放出物流通経路に
空間的な選択手段、例えば、開口を有する遮蔽板を配設
する。すると、被照射物から放出された放射物のなかで
、基板の表面に到達するのは、開口を通過したものに限
定される。

被照射物から放出される放出物は、その種類（多価イオ
ン、１価イオン、中性粒子、クラスタ、微細粒子、電子
）などの化学的状態によって、速度、質量等の物理的状
態及び放射方向などが相違し、これに基づいて放射物の
空間的な成分分布が生じている。そこで、遮蔽板などに
よって空間的な選択を行い、蒸着膜の構成を制御するこ
とができる。例えば、この空間的な選択によりタングス
テン蒸着膜のα相、β相などの結晶相の割合い等を制御
することができる。

また、所定の角度の開口部を有する円板を回転する速度
フィルタを被照射物から基板に至る経路に配置し、所定
の時間に速度フィルタに至る放出物のみを選択すること
ができる。すなわち、レーザを被照射物に照射すると、
速度の速い照射物から順番に速度フィルタに到達するこ
ととなる。従って、速度フィルタをレーザの照射に同期
して開閉させ、レーザ照射後の所定の時間のみに開口さ
せれば、この時間に対応する速度を有する放出物のみを
選択することができる。例えば、被照射物としてモリブ
デンを用い、微細粒子を除去したり、１価のイオンのみ
を選択したりすることができる。

請求項（４）の発明は、本発明の第４発明であり、蒸着
制御手段が前記放出物の化学的状態に応じて速度及び量
を制御する制御手段であることを特徴とする。

本第４発明の蒸着制御手段は、例えば被照射物と前記基
板との間に所定の電圧を印加する印加電圧制御手段等が
考えられる。

本第４発明によれば、被照射物から放出された放出物の
化学的状態に応じて速度及び量を制御することによって
、蒸着膜の結晶性等を制御することもできる。例えば、
被照射物の電位を基板に対し正または負の値となるよう
に電圧を印加すれば、放出物の移動経路に電場が形成さ
れ、イオンムど電荷を有するものは、この電場によって
加速または減速される。従って、基板へ付着する放出物
の化学的状態に応じて速度及び量が変更され、これによ
って基板表面に形成される膜の結晶構造が変化する。そ
こで、被照射物、基板間の印加電圧を変更することによ
って、蒸着膜の結晶構造などの物性を制御することがで
きる。

例えば、被照射物として、タングステンを用い、被照射
物の電位を一１ｋＶ以下あるいは１ｋＶ以上にすれば、
非晶質の膜を基板上に形成することができ、３００Ｖ程
度にすれば、非常に結晶性のよいタングステン膜を得る
ことができる。

［その他の発明の効果〕 以上説明したように、本発明に係るレーザ蒸着方法及び
装置によれば、レーザ光によるプラズマとイオンの効果
を活用するとともに、空間的な選択手段、時間的な選択
手段、速度制御手段などを用いて、蒸着膜の結晶構造な
どを制御できる。このため、簡単な構成で所望の結晶構
造の膜が得られ、また従来得られなかった多価イオンを
選択的に利用した新規な構造の膜なども得ることができ
る。従って、本発明に係る膜を利用して各種分野におい
て、広範な利用が期待され、新規な機能を発揮すること
ができ、各種装置の高機能化などに貢献することができ
る。

〔実施例〕

以下、本発明に係るレーザ蒸着方法及び装置の実施例に
ついて、図面に基いて説明する。

第１実施例。

本発明の第１実施例に係るレーザ蒸着装置について第１
図〜第４図に基づいて説明する。

第１図は、第１実施例の構成図であり、気密容器１０は
密閉された耐圧容器からなり、その内部が外部空間から
遮断されている。そして、この気密容器１０には、真空
ポンプ１２が圧力調整器１４を介し接続されており、真
空ポンプ１２を駆動することにより、気密容器１０の内
部を減圧状態とすることができる。また、通常の場合圧
力検出器（図示せず）を設け、気密容器１０内部の圧力
を検出しておき、圧力調整器１４を制御して気密容器ｌ
Ｏ内部を所定の圧力に保持する。このため、気密容器１
０の内部は真空ポンプ１２及び圧カニＡｇｌ器１４によ
り所定の減圧状態にできる。

さらに、気密容器１０にはバルブ１６、流量調整器１８
を介し、ガス源２０が接続されている。

従って、気密容器１０内部にガス源２０からの所望のガ
スを所定流量ずつ導入することができる。

そこで、気密容器１０内部を所定のガス雰囲気状態に維
持することもできる。

レーザ発振器３０は所定のレーザ光３２を射出するもの
であり、例えばパルスレーザを発振するエキシマレーザ
などが用いられる。そして、レーザ光３２は集光レンズ
３４（光学系）を通過した後、気密容器１０に設けられ
た透過窓３６を介し、気密容器１０内に導かれる。

一方、気密容器１０内には、回転テーブル４０が設けら
れており、この回転テーブル４０に被照射物４２が保持
される。すなわち、回転テーブル４０には、２次モータ
４４が固定されており、この２次モータ４４の主軸に被
照射物ホルダ４６が固定されている。そして、この被照
射物ホルダ４６に被照射物４２が固定される。

従って、集光レンズ３４によって、レーザ光３２を被照
射物４２に照射する場合、集光レンズ３４における焦点
距離のｇ整によって、被照射物４２に照射されるレーザ
光の照射パワー密度（エネルギー密度）を調整すること
ができる。これによって、被照射物４２から放出される
放出物の量及びその組成、例えば多価イオンを含む放出
物のイオン量や多価イオンの割合を制御することができ
る。なお、本発明においては、レーザ光を被照射物４２
に照射することにより、この雰囲気にプラズマを発生さ
せるが、このプラズマ密度もレーザ光照射パワー密度の
調整によって行うことができる。

また、被照射物４２のレーザ照射による集中損傷を防ぐ
ために、モータ４４を駆動し、被照射物ホルダ４６を回
転させる。すなわち、被照射物ホルダ４６を回転するこ
とにより、被照射物４２が回転し、集光レンズ３４によ
って集光されたレーザ光は被照射物４２の各部に順次照
射され、集中損傷を防止することができる。

また、回転テーブル４０をその回転軸を中心に回転する
ことにより、集光レンズ３４からのレーザ光と被照射物
４２の角度を変更することができる。従って、被照射物
４２から放出される放出物の飛散方向を制御することが
できる。

そして、気密容器１０内の被照射物４２に対向する位置
には、基板ホルダ５０が配置されており、この基板ホル
ダ５０に膜が蒸着形成される基板５２が装着される。

ここで、この実施例においては、基板５２の前面側に蒸
着制御手段としての選択透過手段である遮蔽板６０が設
けられている。この遮蔽板６０には開口６２が設けられ
ており、被照射物４２から放出された放出物をこの開口
６２を通過するもののみに限定することができる。つま
り、放出物の流通される通路を空間的に限定し、所定の
方向に放出された放出物を選択することができる。従っ
て、基板５２の表面に蒸着される物質は、被照射物４２
から開口６２の方向に放出されたものだけに限定される
こととなる。被照射物４２から放出される放出物の成分
は空間的に所定の分布があり、遮蔽板６０の開口６２の
位置によって、所望の成分の放出物を選択することがで
き、これを基板５２上に堆積することができる。

なお、被照射物ホルダ４６及び基板ホルダ５０には温度
制御装置７０．７２がそれぞれ付設されており、被照射
物４２及び基板５２の温度を所望のものに制御すること
ができる。

このように、実施例のレーザ蒸着装置において、レーザ
光３２を被照射物４２上に集光して照射すれば、ここに
レーザ誘起プラズマが発生するとともに、被照射物４２
から放出物が放出される。この放出物は、被照射物の中
性粒子、クラスタ、液滴粒子、微粒子、これらの多価イ
オンを含むイオン、電子などからなっている。そして、
これらの放出物はその成分に応じて所定の方向に射出さ
れる。従って、被照射物４２から放出された放出物は、
その成分に応じた空間的な分布をもっている。

従って、回転テーブル４０の操作及び開口６２の位置に
より、所望の成分を選択することができる。

実験例１ 次に、第１実施例の装置を利用して実際に蒸着処理を行
った実験結果の一例について説明する。

この例において、被照射物４２をタングステン（Ｗ）、
基板５２をガラス、レーザ発振器３０をＫｒＦエキシマ
レーザ（波長２４９ｎｍ、パルス幅１６ｎｓｅｃ、パル
スエネルギー２５０ｍＪ）、レーザの繰返し周期２５Ｈ
ｚ、被照射物４２に対する照射パルス総数３００００パ
ルス、被照射物４２に対するレーザ照射面積を６Ｘ１０
−３ｃｍ２モータ４４の回転速度を２Ｏｒｐｍ、レーザ
光３２の被照射物４２に対する入射角度を４５゜被照射
物４２と基板５２の温度を室温、気密容器１０内の気圧
をｌＸ１０’Ｔｏｒｒ以下に設定した。

また、被照射物４２と基板５２との間隔を３０ｍｍ、遮
蔽板６０を基板５２のに密着するよう配設した。

レーザ光３２を被照射物４２上に集光照射し、ここにレ
ーザ誘起プラズマが発生する。すると、被照射物４２か
らは被照射物４２の中性粒子、クラスタ、多価イオンを
含むイオン、電子がその周囲に向けて放出される。そし
て、この放出物は基板５２にも向って飛んでゆき、基板
５２上に蒸着される。

ここで、基板５２の手前には、開口６２を有する遮蔽板
６０が配置されている。プラズマ中のイオンの空間分布
（放出方向）が価数により異なるため、開口６２の位置
によって特定の方向を選択することで、基板に到達する
各価数（例えば１価、２価、３価等）のイオンの比率を
制御することが可能となる。

第２図に、このようにして基板５２上に堆積したタング
ステン蒸着膜のＸ線回折結果を示す。図において、横軸
がＸ線の入射角２θ、縦軸が回折Ｘ線強度である。

このように、開口６２の大きさが３０ｍｍの場合、タン
グステン蒸着膜は０層とβ層に対応する入射角にピーク
を有し、０層とβ層の結晶とが混在している。一方、開
口６２の大きさを５ｍｍとした場合には、放出物の中で
も特にイオン（多価イオンを含む）量及びプラズマ密度
が高い成分のみが堆積される。従って、タングステン蒸
着膜はα層単層となる。このように、開口６２の大きさ
により、放出物の成分による空間的な分布を利用し、特
定の成分のみを選択することができる。従って、この実
施例により、膜の物性を制御できることが理解される。

なお、このＸ線源にはＣｏＫαを用いた。

このようにして得られたタングステン膜は、例えばＩＣ
などの配線材として利用されたり、高融点であるという
特徴を利用し、耐熱部品用の表面コート膜などとして利
用することができる。そして、タングステン膜の利用に
際して、その結晶性や結晶構造は、導電率、耐熱性、耐
蝕性を支配する要因であり、これをコントロールできる
本実施例の装置はタングステン膜の利用において非常に
重要な役割を果すことができる。

実験例２ 次に、本実施例の装置を用い、別の条件下で行った実験
の結果について説明する。この例においては、第３図に
示すように、被照射物４２を銅（Ｃｕ）と鉄（Ｆ　ｅ）
からなる分割型とした。そして、基板５２をガラス、レ
ーザ発振器３２をＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３　
ｎｍ、パルス幅１５ｎｓｅｃ、パルスエネルギー２００
ｍＪ）、繰返し周期を２５　Ｈｚ　ｓ照射パルス総数を
３００００、レーザ照射面積６Ｘ１０−３ｃｍ２、レー
ザ光３２と被照射物４２の照射角度を４５度、被照射物
４２と基板５２の温度を室温、気密室１０内の気圧をｌ
Ｘ１０’Ｔｏｒｒ以下とした。

このような条件下においてレーザ光３２を被照射物４２
上に照射し、レーザ誘起プラズマを発生させる。すると
、被照射物４２からは鉄と銅の放出物とそのイオン（多
価イオンを含む）及び電子などからなる放出物が交互に
発生する。これは、被照射物４２が第３図に示すように
鉄と銅の両方からなっており、モータ４４の回転により
鉄と銅が交互に照射されるからである。そして、この被
照射物４２の回転速度を制御することにより、種々の構
成の多層膜を形成することができる。すなわち、膜厚は
照射時間によって決定されるが、被照射物４２の回転速
度が速くなれば、鉄と銅が交互に照射される回数が増加
して膜の層数が増加し、各層の厚みが小さくなる。

第４図に、開口６２の大きさを５ｍｍ、被照射物４２と
基板５２の距離を３０　ｍ　ｍ　ｓ遮蔽板６゜を基板５
２に密着させ、被照射物４２を種々の速度で回転し、基
板上に鉄と銅の多層蒸着膜を形成した場合のＸ線回折結
果を示す。

図から明らかなように、回転速度を変更し、鉄と銅の１
８４０層、４６０層、９２層、２０層とした場合には鉄
、銅条層膜の構成にかなりの変化がある。すなわち、被
照射物４２の回転速度に応じ、多層膜の結晶構造が変化
している。さらに、鉄に関していえば、高温高圧状態で
しか得られないε相が安定に多層膜中に存在しており、
特異な構成の膜が形成されていることが理解される。な
お、蒸着膜の全膜厚は１３８０大として同一である。

更に、被照射物４２を２種以上の分割型とすれば、材質
に応じた複数の混合膜を形成することができ、また、被
照射物４２の分割比（面積比）を適当に選択することに
より、多層膜の混合比を制御することも可能である。

以上のように第１実施例によれば、被照射物４２からの
放出物のうち、蒸着されるものを選択することができ、
所望の蒸着膜を形成することができる。

また、気密容器１０内にガス源２０より反応性ガスを導
入し、反応ガス中で蒸着を実施した場合には、放出物の
多価を含むイオンとガスとの反応性が大きくでき、反応
物を基板に堆積させる反応性蒸着を行うこともできる。

なお、被照射物４２としては、種々の金属、合金、セラ
ミックス、アルミナ、有機材料、液体あるいは気体を他
の固体表面に吸着させたものなどを採用することができ
、これによって種々の放出物を得て、所望の膜を形成す
ることができる。

また、本実施例においては、温度制御装置７０を有して
いるため、被照射物の温度を所定の温度に維持すること
ができる。従って、被照射物の急激な温度上昇による割
れなどを防止することができ、また気体や液体を吸着し
た固体材料から目的とする気体、液体の蒸散などを防止
することができる。さらに、基板の温度制御により、膜
の結晶構造などの制御も行える。

一般的に、多層膜は積層の方法、積層する材料、混合比
等の選択及び制御により、自然界に存在している物質に
無い多様な物性を得ることができる。

そして、新規な物性を有する多層膜を得ることができれ
ば、全く新規な機能を発揮することも期待されている。

更に特殊な磁気物性を有する多層膜はこれを利用して垂
直異方性を強くすることによって、光磁気記録材料など
として利用することもできる。

第２実施例 次に、第２実施例について、第５図〜第７図に基づいて
説明する。

第５図は第２実施例の構成図であり、第１実施例と同一
の部材には同一の符号を付し説明を省略する。

第２実施例において特徴的なことは、蒸着手段である選
択透過手段として被照射物４２と基板５２の間に所定の
時間間隔で開閉遮蔽を繰り返し、所定の時間にここを通
過する放出物のみを選択するフィルタである速度フィル
タ８０を設けたことである。この速度フィルタ８０はモ
ータ８２と回転円板８４からなり、回転円板８４には所
定の開口角を有する開口部８６が形成されている。

すなわち、この例においては、第５図及び第６図に示す
ように、回転円板８４に角度θの扇形の開口部８６が形
成されている。そして、速度フィルタ８０は回転円板８
４が、遮蔽板６０の基板５２側近傍に位置するように設
けられている。

また、この例においては、回転テーブル４０には、被照
射物４２、基板５２など全体が載せられている。しかし
、この回転テーブル４０の回転によって、レーザ光３２
の被照射物４２に対する角度が調整でき、基板５２に向
う被照射物の空間的な選択を行えることに変わりはない
。

このような装置において、エキシマレーザなどのパルス
レーザ発振器３０によりパルスレーザ光を被照射物４２
に集光照射する。すると、第１実施例と同様に被照射物
４２から放出物が放出されるとともに、ここにレーザ誘
起プラズマが発生される。そして、放出物のうち基板５
２の方向に飛散したものが、遮蔽板６０の所定の開口６
２を通過する。

ここで、本実施例においては、遮蔽板６０の後方に速度
フィルタ８０が配置されており、この速度フィルタ８０
の回転円板８４は、レーザ発振器３０のパルス発生周期
に同期して回転される。従って、この速度フィルタ８０
によって放出物の時間的な分布に対する選択が行え、所
望の成分を選択することができる。

すなわち、速度フィルタ８０の回転円板８４の開口部８
６の幅（開口角度θ）、回転数、直径及びパルスレーザ
の繰返し周期、被照射物４２から速度フィルタ８０まで
の距離等を選択することによって、被照射物４２から放
出された放出物のうち特定の速度のもののみを選択する
ことができ、放出物の中での時間的な成分分布を利用し
た成分の選択を達成することができる。

ここで、被照射物４２から放出された放出物（粒子）の
速度をｖ　（ｃｍ／ｓ　ｅ　ｃ）　、被照射物４２から
速度フィルタ８０までの距離をｄ　（ｃｍ）とすると、
被照射物４２から放出された放出物が速度フィルタ８０
に到達するまでの時間ｔａは次のように表せる。

ｔＨ雪ｄ　／　ｖ 一方、速度フィルタ８０における回転円板８２の回転速
度をω（ｒ　ｐ　ｍ）　、開口部８６の角度をθ（ｄ　
ｅ　ｇ）とすれば、１パルスのレーザ光３２の照射によ
り被照射物４２から放出される放出物が速度フィルタ８
０を通過できる時間ｔｐは次のように表せる。

ｔｐ−（６０／ω）・θ／３６０ そして、レーザ光の３２の繰返し周期Ｔ（パルス／５ｅ
ｃ）と速度フィルタ８０の回転周期ω（ｒｐｍ）を同一
にすれば、時間ｔｐは次のようになる。

ｔｐ−θ／３６０Ｔ 従って、放出物が速度フィルタ８０に到達するまでの時
間ｔＢと放出物が速度フィルタ８０を通過できる時間ｔ
ｐが等しくなるように設定すれば、速度７以上の放出物
群のみを選択し、基板５２上に堆積することができる。

このためには、被照射物４２から速度フィルタ８０まで
の距離ｄを次式のように設定すればよい。

ｄ■（１／３６０）　・Ｖ・θ／Ｔ なお、遮蔽板６０の開口部６２による空間的な成分分布
を利用した選択については第１実施例と同様である。

以上の説明は照射レーザがパルス状の場合であったが、
連続的であってもよい。この場合第６図の構成は第７図
の如く変更される。すなわち、レーザが連続発振の場合
は、速度フィルタ８０の構成において回転円板８４が複
数個用いられることを特徴とし、第５図中の速度フィル
タ８０として第７図のものが載置される。

すなわち、この例においては、第７図に示すように回転
円板８４に角度θの扇形の開口部８６が形成されている
。そして、速度フィルタ８０は回転円板８４が、遮蔽板
６０の基板５２側近傍に位置するように設けられている
。

また、この例においては、回転テーブル４０には、被照
射物４２、基板５２など全体が載せられている。しかし
、この回転テーブル４０の回転によって、レーザ光３２
の被照射物４２に対する角度が調整でき、基板５２に向
う被照射物の空間的な選択を行えることに変わりはない
。

このような装置において、大出力Ｃ０２レーザなどのＣ
Ｗレーザ発振器３０によりＣＷレーザ光を被照射物４２
に集光照射する。すると、第１実施例と同様に被照射物
４２から放出物が放出されるとともに、ここにレーザ誘
起プラズマが発生される。そして、放出物のうち基板５
２の方向に飛散したものが、遮蔽板６０の所定の開口６
２を通過する。

ここで、本実施例においては、遮蔽板６０の後方に複数
個の回転円板より構成される速度フィルタ８０が配置さ
れている。

すなわち、速度フィルタ８０の第１回転円板８４の開口
部８６の幅（開口角度θ）、回転数、直径、照射物４２
から速度フィルタ８０までの距離等を選択することによ
って、被照射物４２から放出された種々の速度を持った
連続的な放出物の中から粒子束１００が第１回転円板８
４により切り出される。粒子束１００中には種々の速度
を持った放出物が存在し第２回転円板１０６に到達する
までの飛行時間内の速度の大きいものは先に、小さいも
のは後になり、結果的に粒子束１０２は、図示の如く空
間的に延びると共に空間的に速度成分に応じた粒子分布
を持つ。この粒子束１０２を第２回転円板１０６の開口
部１０８（ＩＪ口角度θ′）、回転数とその遅延時間、
直径、第１回転円板８４と第２回転円板１０６との距離
等を選択することで粒子束１０２の特定の速度のものの
みを選択することができ、粒子束１０４のような成分選
択された粒子束が得られる。なお、第２回転円板の回転
数は第１円板と同じか、あるいはその逓倍が効率が良い
。

このように複数個の回転円板を用いることでレーザが連
続発振の場合でもパルス発振と同様に放出物中の特定の
速度成分の選択が可能である。

以上のように本実施例のレーザ光としてはパルス状であ
っても、連続的であってもよく、本実施例は被照射物に
レーザ光を集光して照射し、放出物の流通される通路を
空間的及び時間的に限定し、所定の時間に所定の方向に
放出された放出物を選択することを特徴とするものであ
る。

実験例 第２実施例の装置を用いて行った実験結果について説明
する。

この例においては、被照射物４２をモリブデン（Ｍｏ　
）　、基板５２をガラス、レーザ発振器３０をＫｒＦエ
キシマレーザ（波長２４９ｎｍ、パルス幅１６　ｎ５ｅ
ｃ、パルスエネルギー２５０ｍＪ）、気密容器１０内を
ｌＸｌ０−５Ｔｏｒｒ以下、レーザパルスの繰返し周期
２０パルス／　ｓ　ｅ　ｃ　、被照射物５２に対するレ
ーザ光５２の照射角度４５゜照射パルス総数３００００
パルス、レーザ光３２の被照射物４２への照射面積を６
　Ｘ　１０−３ｃｍｚ被照射物４２の回転速度を２０　
ｒ　ｐ　ｍｓ被照射物４２の温度を室温とした。

このような条件で、蒸着を行った場合、放出物を構成す
る粒子の速度分布は第７図に示すようなものとなってい
る。そこで、速度フィルタ８Ｇにおけるレーザパルスを
被照射物に照射してから所定時間経過後にのみ、放射物
を通過させれば、速度フィルタ８０を通過する放射物を
選択することができる。すなわち、速度フィルタ８０を
被照射物４２に対するレーザ光３２の照射時より非常に
短い時間とすれば、多価イオンのみを選択でき、その後
の所定時間のみ開くようにすれば、１価イオンのみを選
択することができる。

ここで、遮蔽板６０の開口６２の直径を２０ｍｍ、速度
フィルタ８０の回転円板８４の直径を３０　ｍ　ｍ　ｓ
回転円板の開口部８６の開口角度θを５″、回転数を１
２００　ｒ　ｐｍｓ被照射物４２から速度フィルタ８０
までの距１１１ｄを３４　、　７　ｍ　ｍ　ｓ被照射物
４２と基板５２の距離を４０ｍｍとし、遮蔽板６０を速
度フィルタの前方２ｍｍの位置に設置して実験を行った
。

そして、レーザ光３２のパルスと速度フィルタ８０の回
転を同期させれば、被照射物４２に照射され始めた時か
ら所定の時間（０，７ｍｓ　ｅｃ）のみ放出物が速度フ
ィルタ８０を通過することができることとなる。従って
、通過できる時間に対応して、速度５Ｘ１０３ｃｍ／ｓ
ｅｃ以上の放出物のみが速度フィルタ８０を通過する。

第７図より明らかなように、微粒子はその速度が小さい
ため、上述のような速度フィルタ８０を設ければ、蒸着
膜中の微粒子を大幅に減少できるはずである。そこで、
速度フィルタ８０を設けた場合と、設けなかった場合に
ついて蒸着の実験をし、微粒子の密度について測定した
。

速度フィルタ８０を設けた場合の微粒子の密度は、６５
個／ｍｍ２であった。

また、速度フィルタ８０がない場合の微粒子の密度は、
２．４Ｘ１０３個／　ｍ　ｍ　２であった。

これよりこの実験例の速度フィルタ８０によって、微粒
子を効果的に排除することができることが理解される。

なお、この微粒子の数は実験によって得られた蒸着膜の
ＳＥＭ（走査型電子顕微Ｍ）写真を用いて測定した。

第３実施例 次に第３実施例について、第８図、第９図に基いて説明
する。

第８図は第３実施例の構成図であり、第１実施例、第２
実施例と同一の部材には同一の符号を付し、説明を省略
する。

第３実施例において特徴的なことは、蒸着制御手段とし
て放出物の化学的状態に応じて速度、種類及び量を制御
する制御手段である印加電圧制御手段を設け、被照射物
４２と基板５２の間に所定の電圧を印加したことである
。すなわち、印加電圧制御手段は、例えばスイッチ９Ｇ
と、正の可変電圧電源９２または負の可変電圧電源９４
から構成されていて、印加電圧制御手段によって被照射
物４２に電圧が印加され、基板５２はアースに接続され
ている。従って、被照射物４２を基板５２に対し所定の
正または負の電位とすることができる。更に、電源９２
．９４はその出力電圧値が可変であるため、被照射物４
２を所望の電位に設定することができる。

そして、電源９２．９４により、被照射物４２を所定の
電位とすることによってレーザ光３２によって発生され
るレーザ誘起プラズマを制御することができる。すなわ
ち、被照射物４２の電位を正側とすれば被照射物４２か
ら放射されるイオンは、被照射物４２、基板５２間に生
起されている電場によって加速され、逆に負側とすれば
放射されるイオンは減速される。そして、このような電
場を形成すれば、イオンの価数に応じて、加速度が相違
することになり、また、イオンの量も制御される。そこ
で、イオンであるか否か、イオンの価数に応じて基板に
５２に衝突するときの速度及びその量が異なり、この被
照射物４２の電位制御によって、基板５２上に蒸着され
る蒸着膜の結晶性などの物性を制御することができる。

つまり、本実施例は被照射物と基板との間に所定の電圧
を印加し、被照射物から放射される放出物の化学的状態
に応じて速度、種類及び量を選択するものである。

実験例 次に、第３実施例の装置を用いて行った実験結果につい
て説明する。この例においては、被照射物４２をタング
ステン（Ｗ）、基板５２をガラス、レーザ発振器３０を
、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４９ｎｍ、パルス幅１
６ｎｓｅｃ、パルスエネルギー２５０ｍＪ）、気密容器
１０内の真空度をｌＸ１０’Ｔｏｒｒ以下、パルスレー
ザの繰返し周期を２５パルス／　ｓ　ｅ　ｃ、被照射物
４２に対するレーザ光の照射角度を４５°、照射パルス
総数を３００００パルス、被照射物４２に対するレーザ
照射面積を６Ｘ１０’ｃｍ２、被照射物４２の回転速度
を２０ｒｐｍ、被照射物４２の温度を室温、基板５２の
温度を室温、被照射物４２、基板５２間距離を３０ｍｍ
とした。

そして、このような条件下において、被照射物４２の電
位を一１ｋＶ〜１ｋＶとすることにより、レーザ誘起プ
ラズマを制御した。

この実験により得られたタングステン蒸着膜のＸ線回折
結果を第９図に示す。これより、被照射物４２に電圧を
印加しない場合には、タングステン膜は結晶性の強いも
のとなる。しかしながら、被照射物４２の電位をマイナ
スにとり、その電圧を大きくして行くと、タングステン
蒸着膜の結晶性が徐々に低下し、−１ｋＶに至っては、
非晶質となった。また、被照射物４２の電位を正側にと
り、その電位を上げて行くと、３００ｖ付近までは結晶
性が向上して行くが、３００ｖを越えると結晶性が低下
して行く。そして、電位が１ｋＶに至った場合には、タ
ングステン膜は非晶質となった。

なお、上述の実験結果は基板５２を室温とした場合であ
るが、この基板５２の温度を５００℃に保持した場合に
は、被照射物４２の電位を一３ｋＶ〜３ｋＶの範囲にお
いて、基板５２上に蒸着された蒸着膜はいずれも結晶質
となった。

以上のように、被照射物４２と基板５２の間に電圧をか
け、レーザ誘起プラズマを制御することによって、基板
５２上に形成される蒸着膜の結晶構造を制御することが
できる。そして、タングステン膜の物性は上述したよう
にその結晶構造に大きく依存するため、本実施例のよう
に膜の結晶構造を制御できることにより、種々の物性を
有する膜を得ることができる。なお、この第３実施例に
おいて、第１実施例において採用したアパーチャ６０を
組み合わせることができる。

また、この第３実施例において、第２実施例において採
用した速度フィルタ８０を組み合わせることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るレーザ蒸着装置の第１実施例の
要部構成を示す構成図、 第２図は、同実施例におけるタングステン膜のＸ線回折
の特性図、 第３図は、同実施例における被照射物４２−例を示す構
成図、 第４図は、同実施例におけるＦｅ−Ｃｕ膜のＸ線回折の
特性図、 第５図は、本発明に係るレーザ蒸着装置の第２実施例の
要部構成を示す構成図、 第６図は、同実施例の構成を説明するための説明図、 第７図は、同実施例の他の構成を示す説明図、第８図は
、放出物の速度分布を示す説明図、第９図は、本発明に
係るレーザ蒸着装置の第３実施例の要部構成を示す構成
図、 第１０図は、同実施例におけるタングステン膜のＸ線回
折の特性図である。 １０　・・・　気密容器 ３０　・・・　レーザ発振器 ３２　・・・　レーザ光 ３４　・・・　集光レンズ（光学系） ４２　・・・　被照射物 ４６　・・・　被照射物ホルダ ５０　・・・　基板ホルダ ５２　・・・　基板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）被照射物を気密に形成された減圧容器内に配置し
   、 この被照射物にレーザ光を集光して照射し、ここに物理
   的状態及び化学的状態に空間的、時間的分布を有する被
   照射物の１価及び多価イオン、電子、中性原子を含むレ
   ーザ誘起プラズマを発生し、放出物を放出させ、 この放出物の物理的状態及び化学的状態に応じて基板に
   蒸着する放出物を選択して基板に蒸着することを特徴と
   するレーザ蒸着方法。
2. （２）気密に形成され、内部を減圧状態に保持可能な減
   圧容器と、 この減圧容器の内部に設けられ、レーザ光の照射によっ
   て放出物を放出する被照射物を保持する被照射物ホルダ
   と、 レーザ発振器から発せられたレーザ光を集光し被照射物
   に照射して、被照射物から放出される放出物の物理的状
   態及び化学的状態に空間的、時間的分布を有するレーザ
   誘起プラズマを発生する光学系と、 被照射物から放出された放出物が蒸着される基板を保持
   する基板ホルダと、 前記被照射物から放出された放出物の中における基板に
   蒸着される放出物を物理的及び化学的状態に応じて制御
   する蒸着制御手段と、 を有することを特徴とするレーザ蒸着装置。
3. （３）請求項（２）記載の装置において、 前記蒸着制御手段が被照射物ホルダと基板ホルダの中間
   の放出物流通路に設けられ、被照射物から放出された放
   出物の中から所定の方向に放出されたもののみを選択的
   に通過させる選択透過手段であることを特徴とするレー
   ザ蒸着装置。 するレーザ蒸着装置。
4. （４）請求項（２）記載の装置において、 前記蒸着制御手段が前記放出物の化学的状態に応じて速
   度及び量を制御する制御手段であることを特徴とするレ
   ーザ蒸着装置。