特開 2024-117476 成膜方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024117476

(43)【公開日】2024-08-29

(54)【発明の名称】成膜方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/28 20060101AFI20240822BHJP

   C23C 14/06 20060101ALI20240822BHJP

【ＦＩ】

C23C14/28

C23C14/06 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023023600

(22)【出願日】2023-02-17

(71)【出願人】

【識別番号】519338902

【氏名又は名称】有限会社アルファシステム

(74)【代理人】

【識別番号】110000648

【氏名又は名称】弁理士法人あいち国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】児玉 和樹

(72)【発明者】

【氏名】上田 大助

【テーマコード（参考）】

4K029

【Ｆターム（参考）】

4K029AA07

4K029AA24

4K029BA58

4K029BD01

4K029CA02

4K029DA04

4K029DA08

4K029DB03

4K029DB20

4K029EA00

(57)【要約】

【課題】レーザアブレーション効率を向上させることができる成膜方法を提供すること。
【解決手段】チャンバ１０内に配置された金属のターゲット２にパルス状のレーザ光３を照射することにより、ターゲット２からターゲット材料を蒸発させて、蒸発したターゲット材料又はターゲット材料の化合物を、チャンバ１０内に配置した基板４の表面に堆積させることで、基板４の表面に成膜を行う、成膜方法。レーザ光３の偏光方向は、ターゲット２の表面へのレーザ光３の入射面に対して平行な成分を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

チャンバ内に配置された金属のターゲットにパルス状のレーザ光を照射することにより、上記ターゲットからターゲット材料を蒸発させて、蒸発した該ターゲット材料又は該ターゲット材料の化合物を、上記チャンバ内に配置した基板の表面に堆積させることで、該基板の表面に成膜を行う、成膜方法であって、
上記レーザ光の偏光方向は、上記ターゲットの表面への上記レーザ光の入射面に対して平行な成分を有する、成膜方法。

【請求項2】

上記レーザ光は直線偏光であって、上記入射面に対する上記偏光方向のなす角度は、４５°未満である、請求項１に記載の成膜方法。

【請求項3】

上記偏光方向は、上記入射面に対して平行である、請求項２に記載の成膜方法。

【請求項4】

上記ターゲットは液体金属である、請求項１又は３に記載の成膜方法。

【請求項5】

上記ターゲットにパルス状のレーザ光を照射することにより蒸発したターゲット材料を上記基板の表面に供給すると共に、ラジカルを上記基板の表面に照射して、該基板の表面に金属化合物を成膜するにあたり、上記レーザ光の偏光方向を時間的に変化させる、請求項１又は３に記載の成膜方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、成膜方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１には、パルスレーザ堆積法を用いて、III族金属等の膜を基板上に成膜する方法が開示されている。また、例えば、特許文献２には、III族窒化物半導体を表面に有する基板に対して、パルスレーザ堆積法を用いて、III族窒化物半導体の再成長層を成膜することが記載されている。パルスレーザ堆積法は、成膜材料からなるターゲットの表面に、パルス状のレーザ光を照射し、材料を蒸発させ、基板に成膜する方法である。以下において、パルスレーザ堆積法を、ＰＬＤ法ともいう。ＰＬＤは、Ｐｕｌｓｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎの略である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５－２２９４０号公報

【特許文献2】特開２０１８－１７０４３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＰＬＤ法による成膜につき、高い成膜速度が求められる場合がある。成膜速度を向上させる手段としては、ターゲットへのレーザ照射による材料の蒸発の効率（以下において、適宜、レーザアブレーション効率という。）を高めることが考えられる。本願発明者らは、成膜速度の向上にあたり、レーザアブレーション効率を向上させるための手法を、鋭意研究した。

【0005】

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、レーザアブレーション効率を向上させることができる成膜方法を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様は、チャンバ内に配置された金属のターゲットにパルス状のレーザ光を照射することにより、上記ターゲットからターゲット材料を蒸発させて、蒸発した該ターゲット材料又は該ターゲット材料の化合物を、上記チャンバ内に配置した基板の表面に堆積させることで、該基板の表面に成膜を行う、成膜方法であって、
上記レーザ光の偏光方向は、上記ターゲットの表面への上記レーザ光の入射面に対して平行な成分を有する、成膜方法にある。

【発明の効果】

【0007】

上記成膜方法において、上記レーザ光の偏光方向は、上記ターゲットの表面への上記レーザ光の入射面に対して平行な成分を有する。これにより、レーザアブレーション効率を向上させることができる。

【0008】

以上のごとく、上記態様によれば、レーザアブレーション効率を向上させることができる成膜方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態１における、成膜装置の説明図。

【図2】実施形態１における、ターゲットへのレーザ光の入射を示す説明図。

【図3】実施形態１における、ＴＭ偏光の説明図。

【図4】実施形態１における、レーザ光の光軸方向から見たＴＭ偏光の説明図。

【図5】実施形態１における、入射面に対して偏光面が傾斜したレーザ光を光軸方向から見た説明図。

【図6】レーザ光の偏光方向を変化させる前の状態を説明する、光学系の斜視説明図。

【図7】レーザ光の偏光方向を変化させてＴＭ偏光とした状態を説明する、光学系の斜視説明図。

【図8】実験例における、ターゲットに照射するレーザ光の光学系の説明図。

【図9】ＴＥ偏光の説明図。

【図10】レーザ光の光軸方向から見たＴＥ偏光の説明図。

【図11】実験例における、プルームの観察結果を纏めた一覧図。

【図12】実験例における、各成膜条件によって得られたＧａＮ膜の膜厚分布の測定

【図13】ＴＭ偏光によるアブレーション効率向上の推測メカニズムの説明図。結果を示す線図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

上記成膜方法は、上記ターゲット材料と実質的に同様の材料からなる膜を基板の表面に成膜するものとすることもできるし、ターゲット材料と他の物質との化合物を基板上に成膜するものとすることもできる。なお、ターゲット材料は、金属であり、合金も含む。レーザ光の偏光方向は、レーザ光の電界の振動方向である。

【0011】

上記レーザ光は直線偏光であって、上記入射面に対する上記偏光方向のなす角度は、４５°未満であるものとすることができる。この場合には、より、レーザアブレーション効率を向上させることができる。その結果、成膜速度を一層向上させることができる。

【0012】

上記偏光方向は、上記入射面に対して平行であるものとすることができる。この場合には、レーザアブレーション効率をさらに向上させ、成膜速度をさらに向上させることができる。なお、ここで、入射面に対して平行とは、実質的に入射面に対して平行であることを意味し、例えば、入射面に対する偏光方向の角度（図５の角度α参照）が、５°以下程度であることを意味する。

【0013】

また、上記ターゲットは液体金属であるものとすることができる。この場合には、レーザアブレーション効率を一層向上させることができる。液体金属のターゲットは、アブレーションによる表面荒れが少なく、ターゲットの表面（照射面）に対するレーザ光の入射角（図２のθ参照）を一定に維持しやすい。それゆえ、レーザアブレーション効率を一層向上させることができる。

【0014】

また、上記ターゲットにパルス状のレーザ光を照射することにより蒸発したターゲット材料を上記基板の表面に供給すると共に、ラジカルを上記基板の表面に照射して、該基板の表面に金属化合物を成膜するにあたり、上記レーザ光の偏光方向を時間的に変化させるものとすることができる。この場合には、基板に供給されるターゲット材料とラジカルとの供給比を時間的に変動させることができる。これにより、基板上への結晶性に優れた金属化合物の均一な成膜を容易に実現することができる。

【0015】

（実施形態１）
成膜方法に係る実施形態について、図１～図７を参照して説明する。
本形態の成膜方法は、以下のようにして基板４の表面に成膜を行う方法である。すなわち、図１、図２に示すごとく、チャンバ１０内に配置された金属のターゲット２にパルス状のレーザ光３を照射する。これにより、ターゲット２からターゲット材料を蒸発させ、蒸発したターゲット材料又はターゲット材料の化合物を、チャンバ１０内に配置した基板４の表面に堆積させる。これにより、基板４の表面に成膜を行う。本形態の成膜方法は、いわゆるパルスレーザ堆積法（ＰＬＤ法）である。

【0016】

そして、図３、図４、図５に示すごとく、レーザ光３の偏光方向は、ターゲット２の表面へのレーザ光３の入射面ＩＰに対して平行な成分を有する。本形態においては、図４に示すごとく、レーザ光３は直線偏光であって、偏光方向Ｅが入射面ＩＰに対して平行である。すなわち、レーザ光３は、ＴＭ偏光である。ここで、ＴＭは、Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄの略である。ＴＭ偏光は、レーザ光３の電界の振動方向Ｅが入射面ＩＰに対して平行であり、レーザ光３の磁界の振動方向Ｈが入射面ＩＰに対して垂直な、直線偏光である。なお、レーザ光３の電界の振動方向Ｅが、レーザ光３の偏光方向である。以下において、偏光方向Ｅとも表す。

【0017】

図５に示すごとく、ターゲット２の表面に入射するレーザ光３の偏光方向が、入射面ＩＰに対して非平行であってもよい。ただし、この場合においても、入射面ＩＰに対する偏光方向Ｅのなす角度αは、４５°未満であることが好ましい。そして、より好ましくは、角度αは３０°以下、更に好ましくは、角度αを実質的に０°、つまり、上述のように、ＴＭ偏光とする。

【0018】

図１は、ＰＬＤ法によって成膜を行う成膜装置１の概略図である。同図に示すように、成膜装置１は、チャンバ１０と、ターゲット保持部１２と、レーザ照射装置１３と、基板保持部１４とを有する。ターゲット保持部１２は、チャンバ１０内に配置され、ターゲット２を保持する。基板保持部１４も、チャンバ１０内に配置され、基板４を保持する。ターゲット２と基板４における被成膜表面とが互いに対向するように、それぞれターゲット保持部１２と基板保持部１４とに保持される。また、基板保持部１４は、基板４を加熱するヒータを有する。

【0019】

レーザ照射装置１３は、チャンバ１０の外部に配置されている。チャンバ１０には、レーザ光３を透過する光透過窓１０１が設けてある。レーザ照射装置１３と光透過窓１０１との間には、１／２波長板１５と、レンズ１６とが介在している。レーザ照射装置１３から放射されるレーザ光３は、レンズ１６によって、ターゲット２の表面に集光される。なお、レーザ照射装置１３と光透過窓１０１との間には、適宜、他のレンズ等の光学素子を設置してもよい。

【0020】

１／２波長板１５は、図６、図７に示すごとく、結晶の光軸Ｃの向きを調整できるよう、配置されている。１／２波長板１５の結晶の光軸Ｃは、１／２波長板１５の厚み方向に対して垂直な方向である。つまり、１／２波長板１５の結晶の光軸Ｃは、レーザ光３の光軸に対して垂直となるように配置される。レーザ光３は、１／２波長板１５を通過することにより、１／２波長板１５の結晶の光軸Ｃの向きに応じて、偏光方向Ｅが所定の方向に変えられる。１／２波長板１５は、厚み方向（すなわちレーザ光３の光軸方向）に平行な回転軸を中心に回転させることができるよう、例えば回転式マウント（図示略）に保持された状態で配置されている。

【0021】

それゆえ、１／２波長板１５を回転させて調整することで、ターゲット２に入射するレーザ光３の偏光方向Ｅを、入射面ＩＰに対して平行にすることができる。すなわち、１／２波長板１５の姿勢を適切に調整することで、ターゲット２に入射するレーザ光３を、ＴＭ偏光とすることができる。

【0022】

例えば、レーザ照射装置１３から出射して１／２波長板１５を透過する前のレーザ光３０がＴＥ偏光である場合を例にとって、図６、図７を用いて説明する。ここで、レーザ光３の進行方向をｘ、ターゲット２へのレーザ光３の入射面ＩＰに対して垂直な方向をｙ、入射面ＩＰをｚとする。すなわち、入射面ＩＰはｘ－ｚ平面とする。また、１／２波長板１５を透過する前のレーザ光３０（ＴＥ偏光）の偏光面がｘ－ｙ平面となる。

【0023】

仮に、図６に示すごとく、１／２波長板１５の結晶の光軸Ｃをｙ方向すなわちレーザ光３０の偏光方向と平行としているときは、１／２波長板１５を透過したレーザ光３の偏光方向は変化せずに、ｙ方向のままである。つまり、１／２波長板１５を透過したレーザ光３は、ＴＥ偏光のままとなる。

【0024】

そこで、図７に示すごとく、１／２波長板１５を４５°回転させて、結晶の光軸Ｃをｙ方向に対して４５°傾斜させる。この場合、１／２波長板１５を透過したレーザ光３の偏光方向は９０°変化し、ｚ方向となる。つまり、１／２波長板１５を透過したレーザ光３は、ＴＭ偏光となる。

【0025】

このようにして、１／２波長板１５を適宜回転させることにより、ターゲット２へ入射するレーザ光３の偏光方向を調整することができる。なお、図６、図７を用いた上記説明は、一例であり、１／２波長板１５を透過する前のレーザ光３０の偏光方向に応じて、１／２波長板１５の回転度合いを調整することとなる。また、図６、図７における１／２波長板１５の形状は、便宜的に直方体形状としているが、特に限定されるものではない。

【0026】

また、図１に示すごとく、チャンバ１０には、排気口１０２が設けてある。排気口１０２は、真空ポンプ（図示略）に接続されている。これにより、チャンバ１０内のガスを排気口１０２から排気して、チャンバ１０内を実質的な真空状態とすることができるよう構成されている。また、本形態において、成膜装置１は、ラジカル照射装置５を有する。ラジカル照射装置５は、チャンバ１０内に配置された基板４へ向かってラジカル５０を照射する。

【0027】

以下において、上記成膜装置１を用いた本形態の成膜方法の一例につき、説明する。
ここでは、ターゲット２として、ガリウム（Ｇａ）を用いる。ターゲット保持部１２としては、例えば、酸化アルミニウムからなるるつぼを用いる。ターゲット保持部１２としてのるつぼ内に、ガリウムが液体の状態にて保持されている。液体のガリウムからなるターゲット２の表面は、その表面張力によって、曲面状となっている。ただし、ターゲット２の表面の中央部付近は、法線方向が略鉛直上向きとなっており、基板４の方向を向いている。なお、本形態においては、ターゲット２の表面を鉛直上向き、基板４の被成膜面を鉛直下向きとした場合について説明するが、ターゲット２及び基板４の配置の向きと、鉛直方向との関係は、特に限定されるものではない。

【0028】

まず、チャンバ１０内からガスを吸引して、チャンバ１０内を実質的に真空の状態とする。また、基板保持部１４のヒータにより、基板４を所定の温度（例えば４００～８００℃程度）に加熱する。また、ターゲット２の温度は、室温～１００℃程度に保つ。なお、ターゲット２は、例えば、基板保持部１４のヒータの加熱による輻射熱により加熱される構成としてもよい。この状態において、ラジカル照射装置５から、窒素ラジカル５０を基板４へ向かって照射する。それと共に、レーザ照射装置１３から、１／２波長板１５、レンズ１６、光透過窓１０１を介して、レーザ光３を、ターゲット２へ照射する。レーザ光３は、ターゲット２の表面に対して、斜めに入射する。すなわち、図２に示すごとく、ターゲット２の表面に対するレーザ光３の入射角θが、９０°未満となるようにする。

【0029】

このとき、ターゲット２の表面に入射するレーザ光３は、ＴＭ偏光である。つまり、このレーザ光３は、図３、図４に示すように、入射面ＩＰ（図２、図３の紙面に相当）に対して平行な偏光方向Ｅを有する直線偏光である。また、パルス状のレーザ光３は、例えば、パルス幅１０～５０ｐｓ、パルスの繰り返し周波数１～１００ｋＨｚ、照射エネルギ５０～１００μＪ程度とすることができる。

【0030】

これにより、ターゲット２から、ガリウムが蒸発する。すなわち、ターゲット２の表面の一部がアブレーションされる。アブレーションされたターゲット２の材料であるガリウムは、イオン、原子、分子等となり、図１に示すごとく、プルーム２０を形成する。プルーム２０は、ターゲット２におけるレーザ光３の照射面の法線方向に向かうように形成される。これにより、ガリウムのイオン、原子、分子等が、基板４の表面に堆積する。

【0031】

基板４上において、ガリウムは、ラジカル照射装置５から基板４に供給される窒素ラジカル５０と化学反応して、窒化ガリウム（ＧａＮ）が生成される。これにより、ＧａＮの薄膜が基板４上に形成される。

【0032】

次に、本形態の作用効果につき説明する。
上記成膜方法において、レーザ光３の偏光方向Ｅは、ターゲット２の表面へのレーザ光３の入射面ＩＰに対して平行な成分を有する。これにより、レーザアブレーション効率を向上させることができる。その結果、基板４の表面における成膜速度を向上させることができる。

【0033】

特に本形態においては、レーザ光３の偏光方向Ｅが、入射面ＩＰに対して平行である。つまり、ターゲット２に入射するレーザ光３が、ＴＭ偏光である。それゆえ、レーザアブレーション効率をさらに向上させ、成膜速度をさらに向上させることができる。なお、ターゲット２に入射するレーザ光３をＴＭ偏光とすることによる、レーザアブレーション効率の向上及び成膜速度の向上については、後述する実験例に示すように確認された。

【0034】

また、本形態においては、ターゲット２が液体であるため、ＴＭ偏光によるレーザアブレーション効率を一層向上させることができる。液体のターゲット２は、アブレーションによる表面荒れが少なく、ターゲット２の表面（照射面）に対するレーザ光３の入射角θを一定に維持しやすい。それゆえ、ＴＭ偏光によるレーザアブレーション効率を一層向上させることができる。

【0035】

以上のごとく、本形態によれば、レーザアブレーション効率を向上させることができる成膜方法を提供することができる。

【0036】

（実験例）
本例は、実施形態１の成膜方法による、レーザアブレーション効率の向上効果、及び成膜速度の向上効果を確認した例である。すなわち、本例においては、ターゲット２の表面への入射面ＩＰに対するレーザ光３の偏光方向Ｅと、レーザアブレーション効率および成膜速度との関係を調べた。なお、本例以降において用いる符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

【0037】

本例において用いた、ターゲット２に照射するレーザ光３の光学系の模式図を、図８に示す。
レーザ照射装置１３としては、Panasonic Boston Lab.社製のピコ秒レーザを用いた。レーザ照射装置１３は、パルスレーザ発生部であるモード同期発振器１３１及び再生増幅器１３２と、発生させたパルスレーザ光の出力を制御する出力制御部１３３を有する。出力制御部１３３は、１／２波長板１３３ａ及び偏光ビームスプリッタ１３３ｂを有する。

【0038】

モード同期発振器１３１は、所定のエネルギ及び周波数を有するパルスレーザ光を生成する。生成されたパルスレーザ光は、再生増幅器１３２において増幅される。増幅されたパルスレーザ光は、出力制御部１３３において出力が制御される。すなわち、出力制御部１３３における１／２波長板１３３ａを回転調整して、偏光ビームスプリッタ１３３ｂに対するパルスレーザ光の偏光方向を調整する。これにより、偏光ビームスプリッタにおける、透過光と反射光の割合を変えることで、出力制御部１３３を通過するパルスレーザ光の出力を調整する。

【0039】

本実験例において、レーザ照射装置１３からは、波長が１０６４ｎｍ、パルス幅が１５ｐｓ、繰り返し周波数が５０ｋＨｚのパルス状のレーザ光３を放射させた。レーザ照射装置１３から放射されたレーザ光３は、偏光面調整（すなわち偏光方向Ｅの調整）のための１／２波長板１５を透過する。これにより、偏光面（偏光方向Ｅ）が調整された状態で、ターゲット２に照射される。ターゲット２の表面に対するレーザ光３の入射角θ（図２参照）は、３０°とした。

【0040】

回転式マウントに取り付けた１／２波長板１５を回転させて調整することで、ターゲット２に照射されるパルス状のレーザ光３の偏光面（偏光方向Ｅ）を、調整した。すなわち、ターゲット２の表面に照射されるレーザ光３の入射面ＩＰに対して、偏光面が平行又は垂直になるようにした。換言すると、１／２波長板１５を調整することで、ターゲット２に照射するレーザ光３を、ＴＭ偏光とした場合と、ＴＥ偏光とした場合とで、それぞれ試験を行った。

【0041】

ＴＭ偏光については、上述した図３、図４に示したとおりである。一方、ＴＥ偏光の説明図を、図９、図１０に示す。これらの図に示すように、ＴＥ偏光は、レーザ光３の電界の振動方向Ｅが入射面ＩＰ（図９の紙面に相当）に対して垂直であり、レーザ光３の磁界の振動方向Ｈが入射面ＩＰに対して平行な、直線偏光である。すなわち、ＴＥ偏光は、入射面ＩＰに対して垂直な偏光方向Ｅを有する直線偏光である。

【0042】

また、ターゲット２に照射されるレーザ光３の照射出力は、０．２～０．９Ｗの間で変化させた。照射出力は、上述の出力制御部１３３によって調整した。具体的には、照射出力は、０．２Ｗ、０．５Ｗ、０．９Ｗの３つの条件に振って試験を行った。

【0043】

また、ラジカル照射装置５としては、ＩＣＰ（誘導結合型プラズマ）とＣＣＰ（容量結合型プラズマ）とを組み合わせた高密度ラジカル源を用いた。ラジカル照射装置５においては、窒素ラジカルを生成し、図１に示すごとく、窒素ラジカル５０を基板４に向かって照射した。すなわち、基板４に窒素ラジカル５０を照射しながら、ターゲット２にレーザ光３を照射して、ＧａＮの成膜を行った。

【0044】

他の成膜条件として、基板４の温度は６５０℃、ターゲット２の温度は２７℃、チャンバ１０内の圧力は５×１０^-2Ｐａ、窒素の流量は２０ｓｃｃｍ、ラジカル出力は６００Ｗとした。また、レーザ光３の照射の仕方として、本願発明者らが既に提案しているレーザブランキング法（児玉和樹他、第６６回春季応用物理学会１１ｐ－Ｗ５４１－１１（２０１９）参照）を利用し、照射オン／オフ時間を、それぞれ１秒／１秒とした。また、基板４としては、Ｃ面サファイヤ基板を用いた。

【0045】

上記のような条件にて、レーザアブレーション効率及び成膜速度の評価を行った。
レーザアブレーション効率の評価については、ターゲット２から生じるプルーム（図１の符号２０）を目視による観察およびデジタルカメラ（キヤノン社製 EOS Kiss X7）による撮影画像の観察により行った。すなわち、ターゲット２に照射するレーザ光３をＴＥ偏光とした場合と、ＴＭ偏光とした場合とにおいて、それぞれレーザ照射出力を０．２Ｗ、０．５Ｗ、０．９Ｗと変化させつつ、プルームの状態を観察した。プルームの観察は、チャンバ１０に設けた観察窓から行った。

【0046】

その観察結果を、図１１に示す。同図から分かるように、レーザ照射出力が０．２Ｗのとき、ＴＥ偏光によっては、プルームが生じていないのに対し、ＴＭ偏光によると、プルームが発生している。レーザ照射出力を０．５Ｗとしても、ＴＥ偏光によっては、プルームが生じていない。ＴＭ偏光による場合は、レーザ照射出力を０．５Ｗと増加させることにより、プルームがより鮮明に発生している。さらに、レーザ照射出力を０．９Ｗに増加させると、ようやく、ＴＥ偏光による場合においても、プルームが僅かに観察された。一方、レーザ照射出力を０．９Ｗとした状態で、ＴＭ偏光を照射すると、更に強く大きいプルームが観察された。

【0047】

また、図１２に示すごとく、ターゲット２に照射するレーザ光３をＴＥ偏光とした場合と、ＴＭ偏光とした場合とにおける、成膜速度の差を確認した。それぞれレーザ照射出力を０．５Ｗとしたものと、０．９Ｗとしたものとにつき、成膜速度を評価した。図１２に示す各曲線は、各条件にて基板４にＧａＮ膜の成膜を行ったときの、基板４内位置による膜厚分布を示したものである。成膜時間は３０分間、ターゲット２と基板４との間の距離は、６０ｍｍ、ターゲット２におけるレーザ光３の照射位置と、基板４の中心とは、基板４の主面に平行な方向（ターゲット２における照射面に平行な方向でもある）に１０ｍｍオフセットさせた。

【0048】

図１２に示す各プロットは、成膜されたＧａＮ膜の断面をＳＥＭ（電子顕微鏡）にて観察測定した実測値であり、それらを繋ぐ曲線が、各条件ごとのフィッティング曲線である。なお、同図において、例えば「０．９Ｗ（ＴＭ）」と付記した曲線及びプロット群は、照射出力０．９ＷのＴＭ偏光のレーザ光３を用いた場合の結果を示す。他の曲線及びプロット群も、この例に従う。

【0049】

図１２から分かるように、ＴＥ偏光による場合に比べて、ＴＭ偏光による場合の方が、膜厚が大きく増加していることが分かる。つまり、ＴＥ偏光よりもＴＭ偏光を用いることで、成膜速度を向上できたことが分かる。これは、上述のプルームの観察結果とも整合する。

【0050】

なお、上記のように、ＴＥ偏光よりもＴＭ偏光を用いた場合の方が、レーザアブレーション効率が高くなり、成膜速度が向上させることができる理由としては、例えば、以下のようなメカニズムが推測される。すなわち、図１３に示すように、ＴＭ偏光の場合、レーザ光３の偏光方向Ｅ（電界の方向）が、ターゲット２の照射面に対して垂直な成分を持つこととなる。そのため、ターゲット表面（金属表面）における電子が振動しやすくなり、表面プラズモンが生じやすくなるためと考えられる。また、光学的観点からは、金属に対するレーザ光の反射率は、一般にＴＭ偏光よりもＴＥ偏光の方が高い。つまり、ＴＭ偏光の方が、ターゲットに吸収されるエネルギが高くなるため、アブレーションが生じやすくなると考えることができる。

【0051】

そして、このように推測されるメカニズム及び上記試験結果（図１１、図１２等）に基づくと、ＴＭ偏光に限らず、ターゲットに照射されるレーザ光の偏光方向が、入射面に対して平行な成分を有していれば、ＴＭ偏光ほどではないにしても、ＴＥ偏光に比べて、レーザアブレーション効率を高めることができると考えられる。そして、偏光方向Ｅと入射面ＩＰとの角度α（図５参照）が小さいほど、レーザアブレーション効率を高めることができると考えられる。また、直線偏光に限らず、レーザ光を円偏光や楕円偏光としても、入射面に対して平行な偏光成分が存在するので、ＴＭ偏光ほどではないにしても、ＴＥ偏光に比べて、レーザアブレーション効率を高めることができると考えられる。

【0052】

（実施形態２）
本形態は、レーザ光３の偏光方向Ｅを時間的に変化させながら、ターゲット２をアブレーションして、基板４への成膜を行う形態である。すなわち、実施形態１と同様に、窒素ラジカル５０を基板４へ照射しつつ、ターゲット材料（Ｇａ）を基板４へ供給するにあたり、ターゲット２に照射されるレーザ光３の偏光方向を時間的に変化させる。

【0053】

具体的には、図１に示す状態において、１／２波長板１５を時間的に回転させながら、レーザ光３をターゲット２へ照射する。これにより、ターゲット２に照射されるレーザ光３の偏光方向Ｅは、時間的に変化する。例えば、ターゲット２に照射されるレーザ光３は、偏光方向Ｅが、入射面ＩＰに対して、０～９０°の間で、時間的に変化する。つまり、ターゲット２に照射されるレーザ光３は、図６に示すようにＴＥ偏光となったり、図７に示すようにＴＭ偏光となったり、その間の偏光方向となったりを、時間的に変化して繰り返す。このときの、偏光方向Ｅの変動（１／２波長板１５の回動）の周期は、例えば、０．０１～１０秒程度とすることができる。
その他は、実施形態１と同様である。

【0054】

本形態においては、基板４に供給されるターゲット材料（Ｇａ）の量を時間的に変化させることができる。つまり、ターゲット２へ照射するレーザ光３がＴＥ偏光であるときは、アブレーション効率が低いが、ターゲット２へ照射するレーザ光３がＴＭ偏光であるときは、アブレーション効率が高い。それゆえ、上述のように、レーザ光３の偏光方向Ｅを時間的に変化させることで、基板４へ向かうプルーム２０の強さが、時間的に変化し、基板４に供給されるターゲット材料（Ｇａ）の量が時間的に変化する。その一方で、基板４への窒素ラジカル５０の供給量は一定としておく。その結果、基板４に供給されるターゲット材料（Ｇａ）と窒素ラジカルとの供給比を時間的に変動させることができる。

【0055】

Ｇａの供給比率が高い時間帯においては、基板４上にＧａが液相の状態で多く付着する。その直後の時間帯において、Ｇａの供給比率が低く、窒素ラジカルの供給比率が高い状態となり、既に基板４に付着しているＧａ膜の窒化が進む。これらの現象が繰り返されることにより、結晶性に優れたＧａＮ膜が、均一に形成される。このように、基板４上への窒化ガリウムの均一な成膜を容易に実現することができる。なお、この効果は、上述のレーザブランキング法により得られる効果に準ずるものである。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

【0056】

上記実施形態においては、ターゲットを液体Ｇａとした形態を示したが、ターゲットの材料及び状態は、特に限定されるものではない。例えば、ターゲット材料として、Ａｌ、Ｔｉ等、他の金属、或いは合金等とすることもできる。また、ターゲットは液体に限らず、固体とすることもできる。

【0057】

また、上記実施形態においては、レーザアブレーションと共に窒素ラジカルの供給を行う形態を示したが、これに限らず、例えば、基板へ供給するラジカルを、酸素ラジカル等、他のラジカルとすることもできる。また、ラジカルではない反応性ガス（窒素ガス、酸素ガス等）を供給して、蒸発したターゲット材料と化学反応させることもできる。或いは、ターゲット材料を特に化学反応させずに、ターゲット材料そのものを基板に堆積させることもできる。

【0058】

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。

【符号の説明】

【0059】

１ 成膜装置
１０ チャンバ
２ ターゲット
３ レーザ光
４ 基板
Ｅ 偏光方向
ＩＰ 入射面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】