JPH06192821A - レーザpvd装置 - Google Patents
レーザpvd装置Info
- Publication number
- JPH06192821A JPH06192821A JP8444391A JP8444391A JPH06192821A JP H06192821 A JPH06192821 A JP H06192821A JP 8444391 A JP8444391 A JP 8444391A JP 8444391 A JP8444391 A JP 8444391A JP H06192821 A JPH06192821 A JP H06192821A
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- laser
- base material
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 基板上に薄膜を堆積させることを効率よく安
定して行うことができるレーザPVD装置を実現するこ
と。 【構成】 レーザ光を母材に照射したときに発生する蒸
発粒子を基板上に堆積させるレーザPVD装置におい
て、前記基板が前記蒸発粒子の飛散する方向に配置され
ている。
定して行うことができるレーザPVD装置を実現するこ
と。 【構成】 レーザ光を母材に照射したときに発生する蒸
発粒子を基板上に堆積させるレーザPVD装置におい
て、前記基板が前記蒸発粒子の飛散する方向に配置され
ている。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はセラミック試料を蒸発源
とし、レーザ光を蒸発熱源とするレーザPVD装置に関
する。
とし、レーザ光を蒸発熱源とするレーザPVD装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来より、各種耐蝕性、対摩耗性、耐熱
性などの機能を備えた超硬質の薄膜を形成するための技
術として、セラミック試料を蒸発源とし、CO2レーザ
光を蒸発熱源として基板上にセラミック薄膜を堆積させ
るレーザPVD装置が提案されている。
性などの機能を備えた超硬質の薄膜を形成するための技
術として、セラミック試料を蒸発源とし、CO2レーザ
光を蒸発熱源として基板上にセラミック薄膜を堆積させ
るレーザPVD装置が提案されている。
【0003】図4は峰田等によって精密工学学会誌vo
l53,No1.85(1987)に発表されたレーザ
PVD装置の構成を示す図である。
l53,No1.85(1987)に発表されたレーザ
PVD装置の構成を示す図である。
【0004】蒸発熱源であるCO2レーザ光401は、
Cuミラー4011、4012によって折り返され、KC
Lでできた窓403を通ってチャンバ404内に導入さ
れる。薄膜の形成時にはほぼ真空状態とされるチャンバ
404内には、CO2レーザ光401を集光するための
Cu凹面鏡405、蒸発源であり時計方向に回転可能な
セラミックスリング406、セラミック薄膜が堆積され
る基板407および該基板407に対してイオンを照射
するためのイオンガン408が設けられている。 Cu
凹面鏡405で集光されたCO2レーザ光401は回転
するセラミックスリング406に対してその接線方向に
照射される。CO2レーザ光401の照射によって発生
した蒸発粒子はセラミックスリングの上部に設けられた
基板407に堆積し、超硬質なセラミック薄膜が形成さ
れる。ここで、イオンガン408によるイオンの照射は
上記の堆積動作中行われる。これは、レーザPVD法の
みによって作製される膜は母材(本従来例ではセラミッ
クスリング)と組成が異なる場合が多く、組成を改善す
るためにイオンの補給が必要なためである。このような
構成とすることによりh−BNを母材としてc−BNの
ような熱力学的に非平衡な物質を形成出来ることが報告
されている。
Cuミラー4011、4012によって折り返され、KC
Lでできた窓403を通ってチャンバ404内に導入さ
れる。薄膜の形成時にはほぼ真空状態とされるチャンバ
404内には、CO2レーザ光401を集光するための
Cu凹面鏡405、蒸発源であり時計方向に回転可能な
セラミックスリング406、セラミック薄膜が堆積され
る基板407および該基板407に対してイオンを照射
するためのイオンガン408が設けられている。 Cu
凹面鏡405で集光されたCO2レーザ光401は回転
するセラミックスリング406に対してその接線方向に
照射される。CO2レーザ光401の照射によって発生
した蒸発粒子はセラミックスリングの上部に設けられた
基板407に堆積し、超硬質なセラミック薄膜が形成さ
れる。ここで、イオンガン408によるイオンの照射は
上記の堆積動作中行われる。これは、レーザPVD法の
みによって作製される膜は母材(本従来例ではセラミッ
クスリング)と組成が異なる場合が多く、組成を改善す
るためにイオンの補給が必要なためである。このような
構成とすることによりh−BNを母材としてc−BNの
ような熱力学的に非平衡な物質を形成出来ることが報告
されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】母材にレーザ光が照射
されることによって発生する蒸発粒子はあらゆる方向に
飛散する。上述した従来のレーザPVD装置は、レーザ
光を集光するためのCu凹面鏡がチャンバ内に設けられ
ているため、薄膜を形成させるための蒸発粒子によって
汚染されてしまい、レーザ光の強度が低下して基板上の
薄膜堆積速度も低下してしまうという問題点がある。ま
た、ほぼ真空とされるチャンバ内でセラミックスリング
を回転させるため、防塵対策および放熱対策に手間がか
かる。さらに、セラミックスリングにレーザ光が照射さ
れる領域も限られたものとなるため、薄膜形成を長時間
にわたって行う場合には、セラミックスリングが溶解し
て蒸発粒子の飛散方向が変化し、薄膜の堆積条件が一定
にならないという問題点がある。
されることによって発生する蒸発粒子はあらゆる方向に
飛散する。上述した従来のレーザPVD装置は、レーザ
光を集光するためのCu凹面鏡がチャンバ内に設けられ
ているため、薄膜を形成させるための蒸発粒子によって
汚染されてしまい、レーザ光の強度が低下して基板上の
薄膜堆積速度も低下してしまうという問題点がある。ま
た、ほぼ真空とされるチャンバ内でセラミックスリング
を回転させるため、防塵対策および放熱対策に手間がか
かる。さらに、セラミックスリングにレーザ光が照射さ
れる領域も限られたものとなるため、薄膜形成を長時間
にわたって行う場合には、セラミックスリングが溶解し
て蒸発粒子の飛散方向が変化し、薄膜の堆積条件が一定
にならないという問題点がある。
【0006】本発明は上記従来技術が有する問題点に鑑
みてなされたものであって、基板上に薄膜を堆積させる
ことを効率よく安定して行うことができるレーザPVD
装置を実現することを目的とする。
みてなされたものであって、基板上に薄膜を堆積させる
ことを効率よく安定して行うことができるレーザPVD
装置を実現することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明のレーザPVD装
置は、レーザ光を母材に照射したときに発生する蒸発粒
子を基板上に堆積させるレーザPVD装置において、前
記基板が前記蒸発粒子の飛散する方向に配置されてい
る。
置は、レーザ光を母材に照射したときに発生する蒸発粒
子を基板上に堆積させるレーザPVD装置において、前
記基板が前記蒸発粒子の飛散する方向に配置されてい
る。
【0008】この場合、基板を保持する基板ホルダが上
下方向に移動可能であり、また母材を保持するターゲッ
トホルダが3軸方向にそれぞれ移動可能であり、さらに
前記ターゲットホルダは前記レーザ光の照射方向に垂直
な軸を中心に回動可能に構成されてもよい。
下方向に移動可能であり、また母材を保持するターゲッ
トホルダが3軸方向にそれぞれ移動可能であり、さらに
前記ターゲットホルダは前記レーザ光の照射方向に垂直
な軸を中心に回動可能に構成されてもよい。
【0009】
【作用】基板が前記蒸発粒子の飛散する方向に配置され
ているので、基板上での蒸発粒子の堆積が効率よく行わ
れるとともに、チャンバ内に蒸発粒子が付着することも
少なくなる。
ているので、基板上での蒸発粒子の堆積が効率よく行わ
れるとともに、チャンバ内に蒸発粒子が付着することも
少なくなる。
【0010】基板ホルダおよびターゲットホルダを上記
のように移動可能に構成したときには、母材および基板
の設置位置をこれらの種類に応じて最適なものとするこ
とができ、また、ターゲットホルダを移動させながら堆
積処理を行わせることにより、レーザ光を常に母材の新
生面に照射することができ、長時間にわたって安定した
堆積処理を行うことができる。
のように移動可能に構成したときには、母材および基板
の設置位置をこれらの種類に応じて最適なものとするこ
とができ、また、ターゲットホルダを移動させながら堆
積処理を行わせることにより、レーザ光を常に母材の新
生面に照射することができ、長時間にわたって安定した
堆積処理を行うことができる。
【0011】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【0012】図1は、本発明の一実施例の構成を示す図
である。
である。
【0013】CO2レーザ光101は、Cuミラー10
2によって折り返された後にZnSe製のレンズ103
および窓104を通ってチャンバ105内に導入され
る。図4に示した従来のものと同様に薄膜形成時にはほ
ぼ真空状態とされるチャンバ105内には、母材107
を保持するためのターゲットホルダ106、基板109
を保持するための基板ホルダ108およびイオンガン1
11が設けられている。基板ホルダ109は、連結され
るマニュピレータ110によってチャンバ105の外部
から上下方向(図中のZ方向)に移動可能とされてい
る。ターゲットホルダ106はチャンバ105の外部に
設けられた駆動機構とベローズ(ともに不図示)を介し
て連結されており、該駆動機構によってX,Y,Z方向
に移動可能とされ、また、CO2レーザ光101の入射
方向と垂直な軸であるY軸を中心として回動可能とされ
ている。さらにターゲットホルダ106および基板ホル
ダ108のいずれも、それぞれ保持する母材107およ
び基板109を加熱するためのヒータを内蔵している。
2によって折り返された後にZnSe製のレンズ103
および窓104を通ってチャンバ105内に導入され
る。図4に示した従来のものと同様に薄膜形成時にはほ
ぼ真空状態とされるチャンバ105内には、母材107
を保持するためのターゲットホルダ106、基板109
を保持するための基板ホルダ108およびイオンガン1
11が設けられている。基板ホルダ109は、連結され
るマニュピレータ110によってチャンバ105の外部
から上下方向(図中のZ方向)に移動可能とされてい
る。ターゲットホルダ106はチャンバ105の外部に
設けられた駆動機構とベローズ(ともに不図示)を介し
て連結されており、該駆動機構によってX,Y,Z方向
に移動可能とされ、また、CO2レーザ光101の入射
方向と垂直な軸であるY軸を中心として回動可能とされ
ている。さらにターゲットホルダ106および基板ホル
ダ108のいずれも、それぞれ保持する母材107およ
び基板109を加熱するためのヒータを内蔵している。
【0014】基板ホルダ108は、基板ホルダ108に
保持される基板109上にCO2レーザ光101が母材
107に照射されることにより発生する蒸発粒子が堆積
する位置に設けられ、イオンガン111は、照射するイ
オンが基板109上に堆積する蒸発粒子に照射される位
置に設けられている。
保持される基板109上にCO2レーザ光101が母材
107に照射されることにより発生する蒸発粒子が堆積
する位置に設けられ、イオンガン111は、照射するイ
オンが基板109上に堆積する蒸発粒子に照射される位
置に設けられている。
【0015】図2に示されるように、母材107に対し
てCO2レーザ光101が入射角度θにて入射されたと
きに、該CO2レーザ光101の入射により発生する蒸
発粒子の飛散角度θ’は光学反射と違って入射角度θと
異なる値となる。
てCO2レーザ光101が入射角度θにて入射されたと
きに、該CO2レーザ光101の入射により発生する蒸
発粒子の飛散角度θ’は光学反射と違って入射角度θと
異なる値となる。
【0016】図3は、母材107としてh−BNを用い
たときのCO2レーザ光の入射角度θとこれにより発生
する蒸発粒子の飛散角度θ’の関係を示す図である。な
お、飛散角度θ’の検出方法は、h−BN基板を傾斜さ
せたうえで、水平に置いたアルミナ基板を設け、CO2
レーザ光を入射角度θにて入射したときに発生した蒸発
粒子のアルミナ基板への付着状態を調べることにより行
った。
たときのCO2レーザ光の入射角度θとこれにより発生
する蒸発粒子の飛散角度θ’の関係を示す図である。な
お、飛散角度θ’の検出方法は、h−BN基板を傾斜さ
せたうえで、水平に置いたアルミナ基板を設け、CO2
レーザ光を入射角度θにて入射したときに発生した蒸発
粒子のアルミナ基板への付着状態を調べることにより行
った。
【0017】本実施例のものにおいては、ターゲットホ
ルダ106をY軸を中心に回動可能としたことにより、
基板109への蒸発粒子の入射角度を任意に設定できる
ものとし、さらに基板ホルダ108およびターゲットホ
ルダ106のそれぞれを上下移動可能としたことで、レ
ーザ照射角度およびイオン照射角度を変えることなく基
板109へのレーザ照射位置およびイオン照射位置をか
えることができ、母材107および基板109を構成す
る各物質に応じて最適な位置関係とすることができる。
ルダ106をY軸を中心に回動可能としたことにより、
基板109への蒸発粒子の入射角度を任意に設定できる
ものとし、さらに基板ホルダ108およびターゲットホ
ルダ106のそれぞれを上下移動可能としたことで、レ
ーザ照射角度およびイオン照射角度を変えることなく基
板109へのレーザ照射位置およびイオン照射位置をか
えることができ、母材107および基板109を構成す
る各物質に応じて最適な位置関係とすることができる。
【0018】さらに、ターゲットホルダ106をX,Y
方向にそれぞれ移動可能とし、かつ回動可能としたこと
により、CO2レーザ光101を母材107の常に新し
い面に対して照射することができ、長時間安定した堆積
動作を行わせることができる。 また、チャンバ105
外に設けられたレンズ103には蒸発粒子が付着するこ
とがなく、さらに、蒸発粒子の飛散方向に基板109が
設けられたために、窓104への蒸発粒子の付着も少な
く、CO2レーザ光の減衰量も少ないものとなる。
方向にそれぞれ移動可能とし、かつ回動可能としたこと
により、CO2レーザ光101を母材107の常に新し
い面に対して照射することができ、長時間安定した堆積
動作を行わせることができる。 また、チャンバ105
外に設けられたレンズ103には蒸発粒子が付着するこ
とがなく、さらに、蒸発粒子の飛散方向に基板109が
設けられたために、窓104への蒸発粒子の付着も少な
く、CO2レーザ光の減衰量も少ないものとなる。
【0019】c−BNのように熱力学的に非平衡な物質
をh−BNによるレーザPVD法によって形成させるた
めには、従来例の項で述べたように、レーザ光の入射に
より発生する蒸発粒子とともに、基板上に堆積される物
質中に不足しがちなイオンを照射することが必要とされ
る。これらの蒸発粒子およびイオンのいずれも基板面に
対して垂直に照射されることが理想的であるが、両者を
ともに垂直入射とすることは物理的に不可能である。
をh−BNによるレーザPVD法によって形成させるた
めには、従来例の項で述べたように、レーザ光の入射に
より発生する蒸発粒子とともに、基板上に堆積される物
質中に不足しがちなイオンを照射することが必要とされ
る。これらの蒸発粒子およびイオンのいずれも基板面に
対して垂直に照射されることが理想的であるが、両者を
ともに垂直入射とすることは物理的に不可能である。
【0020】チャンバ105に設けられた窓104、チ
ャンバ105内の基板ホルダ108およびイオンガン1
11は上記のことを踏まえて配置されたもので、イオン
が45度の角度で基板109に入射されるように設けら
れている。また、ターゲットホルダ106は、蒸発粒子
が80度の角度で基板108に入射されるように基板面
に対して25度傾くように回転され、窓104は、通過
するCO2レーザ光101が上記ターゲットホルダに保
持される母材107の上面に30度の角度を以て入射す
る位置に設けられている。
ャンバ105内の基板ホルダ108およびイオンガン1
11は上記のことを踏まえて配置されたもので、イオン
が45度の角度で基板109に入射されるように設けら
れている。また、ターゲットホルダ106は、蒸発粒子
が80度の角度で基板108に入射されるように基板面
に対して25度傾くように回転され、窓104は、通過
するCO2レーザ光101が上記ターゲットホルダに保
持される母材107の上面に30度の角度を以て入射す
る位置に設けられている。
【0021】ターゲットホルダ106を上記のような設
定とし、蒸発粒子が基板109略中心部に照射されるよ
うに基板ホルダ109を調整したうえで、母材107と
してh−BNを用い、堆積膜中に不足しがちなN-をイ
オンガン111によって供給させ、さらにターゲットホ
ルダ106をX,Y方向に送らせながら堆積動作を行わ
せたところ、効率のよい堆積を長時間にわたって行うこ
とができ、95%のc−BN膜を形成させることができ
た。
定とし、蒸発粒子が基板109略中心部に照射されるよ
うに基板ホルダ109を調整したうえで、母材107と
してh−BNを用い、堆積膜中に不足しがちなN-をイ
オンガン111によって供給させ、さらにターゲットホ
ルダ106をX,Y方向に送らせながら堆積動作を行わ
せたところ、効率のよい堆積を長時間にわたって行うこ
とができ、95%のc−BN膜を形成させることができ
た。
【0022】なお、本実施例においては、蒸発粒子が8
0度の角度で基板に入射されるものとして説明したが、
該入射角度は90度に近づけて設定したもので、75度
〜85度の範囲であれば本実施例とほぼ同様の堆積処理
を行うことができる。また、レーザ光とイオンの照射方
向は同一平面内となることが望ましいが、レーザ光照射
により発生する蒸発粒子は角度をもって拡散されるた
め、このことに関する許容値は大きなものとなる。
0度の角度で基板に入射されるものとして説明したが、
該入射角度は90度に近づけて設定したもので、75度
〜85度の範囲であれば本実施例とほぼ同様の堆積処理
を行うことができる。また、レーザ光とイオンの照射方
向は同一平面内となることが望ましいが、レーザ光照射
により発生する蒸発粒子は角度をもって拡散されるた
め、このことに関する許容値は大きなものとなる。
【0023】
【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、以下に記載するような効果を奏する。
いるので、以下に記載するような効果を奏する。
【0024】請求項1に記載のものにおいては、基板を
蒸発粒子の飛散する方向に配置することにより、チャン
バ内に蒸発粒子が付着することを少なくしてレ−ザ光の
減衰量を減らし、基板上での蒸発粒子の堆積を効率よく
行わせることができる効果がある。
蒸発粒子の飛散する方向に配置することにより、チャン
バ内に蒸発粒子が付着することを少なくしてレ−ザ光の
減衰量を減らし、基板上での蒸発粒子の堆積を効率よく
行わせることができる効果がある。
【0025】請求項2に記載のものにおいては、母材お
よび基板の設置位置をこれらの種類に応じて最適なもの
とし、また、ターゲットホルダを移動させながら堆積処
理を行わせることにより、レーザ光を常に母材の新生面
に照射することができ、安定した堆積処理を長時間にわ
たって行うことができるため良質な薄膜を形成すること
ができる効果がある。
よび基板の設置位置をこれらの種類に応じて最適なもの
とし、また、ターゲットホルダを移動させながら堆積処
理を行わせることにより、レーザ光を常に母材の新生面
に照射することができ、安定した堆積処理を長時間にわ
たって行うことができるため良質な薄膜を形成すること
ができる効果がある。
【図1】本発明の一実施例の構成を示す図である。
【図2】母材にレーザ光が入射したときの蒸発粒子が発
生する状態を示す図である。
生する状態を示す図である。
【図3】レーザ光の入射角度θとこれにより発生する蒸
発粒子の飛散角度θ’の関係を示す図である。
発粒子の飛散角度θ’の関係を示す図である。
【図4】従来例の構成を示す図である。
101 CO2レーザ光 102 Cuミラー 103 レンズ 104 窓 105 チャンバ 106 ターゲットホルダ 107 母材 108 基板ホルダ 109 基板 110 マニュピレータ 111 イオンガン 201 蒸発粒子
Claims (2)
- 【請求項1】 レーザ光を母材に照射したときに発生す
る蒸発粒子を基板上に堆積させるレーザPVD装置にお
いて、 前記基板が前記蒸発粒子の飛散する方向に配置されるこ
とを特徴とするレーザPVD装置。 - 【請求項2】 請求項1記載のレーザPVD装置におい
て、 基板を保持する基板ホルダが上下方向に移動可能であ
り、また母材を保持するターゲットホルダが3軸方向に
それぞれ移動可能であり、さらに前記ターゲットホルダ
は前記レーザ光の照射方向に垂直な軸を中心に回動可能
に構成されていることを特徴とするレーザPVD装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8444391A JPH06192821A (ja) | 1991-03-26 | 1991-03-26 | レーザpvd装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8444391A JPH06192821A (ja) | 1991-03-26 | 1991-03-26 | レーザpvd装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06192821A true JPH06192821A (ja) | 1994-07-12 |
Family
ID=13830743
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8444391A Pending JPH06192821A (ja) | 1991-03-26 | 1991-03-26 | レーザpvd装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06192821A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108566719A (zh) * | 2018-05-18 | 2018-09-21 | 河南太粒科技有限公司 | 大强度离子的离子源产生装置及产生方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58177463A (ja) * | 1982-04-12 | 1983-10-18 | Hitachi Ltd | 積層薄膜成膜装置 |
| JPS59116373A (ja) * | 1982-12-22 | 1984-07-05 | Agency Of Ind Science & Technol | レ−ザ蒸着装置 |
| JPH03291371A (ja) * | 1989-12-27 | 1991-12-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 薄膜製造方法 |
-
1991
- 1991-03-26 JP JP8444391A patent/JPH06192821A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58177463A (ja) * | 1982-04-12 | 1983-10-18 | Hitachi Ltd | 積層薄膜成膜装置 |
| JPS59116373A (ja) * | 1982-12-22 | 1984-07-05 | Agency Of Ind Science & Technol | レ−ザ蒸着装置 |
| JPH03291371A (ja) * | 1989-12-27 | 1991-12-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 薄膜製造方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN108566719A (zh) * | 2018-05-18 | 2018-09-21 | 河南太粒科技有限公司 | 大强度离子的离子源产生装置及产生方法 |
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