特開 2024-131444 成膜方法及び成膜装置

(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】P2024131444

(43)【公開日】2024-09-30

(54)【発明の名称】成膜方法及び成膜装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/28 20060101AFI20240920BHJP

   C23C 14/06 20060101ALI20240920BHJP

   H01L 21/203 20060101ALI20240920BHJP

【ＦＩ】

C23C14/28

C23C14/06 A

H01L21/203 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023041708

(22)【出願日】2023-03-16

(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

5F103

【Ｆターム（参考）】

4K029AA07

4K029AA24

4K029BA58

4K029CA02

4K029DB03

4K029DB04

4K029DB20

4K029EA03

4K029EA04

4K029EA08

4K029EA09

5F103AA10

5F103BB23

5F103BB42

5F103DD30

5F103HH04

5F103NN01

5F103NN04

5F103NN05

5F103RR10

(57)【要約】

【課題】成膜速度を特に落とすことなく、ドロップレットの発生を抑制することができる成膜方法及び成膜装置を提供すること。
【解決手段】チャンバ１０内に配置されたターゲット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。ターゲット２におけるレーザ光３の照射位置を高速にずらしながら、基板４への成膜を行う。
【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、
上記ターゲットにおける上記レーザ光の照射位置を高速にずらしながら、上記基板への成膜を行う、成膜方法。

【請求項2】

上記ターゲットに入射する上記レーザ光の光軸を高速に動かす、請求項１に記載の成膜方法。

【請求項3】

上記チャンバ内において上記ターゲットを動かしつつ、上記ターゲットに入射する上記レーザ光の光軸を高速に動かす、請求項２に記載の成膜方法。

【請求項4】

上記レーザ光を屈折又は反射する機能を有する光学素子を、上記レーザ光の光路に配置しておき、上記光学素子を高速振動又は高速回転させることにより、上記ターゲットに入射する上記レーザ光の光軸を高速に動かす、請求項２又は３に記載の成膜方法。

【請求項5】

上記ターゲットにおける上記レーザ光の照射位置が通過することにより生じる上記ターゲットのエッチング深さが、上記レーザ光の波長の半分以下となるようにする、請求項１又は２に記載の成膜方法。

【請求項6】

上記ターゲットにおける上記レーザ光のスポット径をφ、上記レーザ光のパルス間隔をΔｔ、上記ターゲットにおける上記レーザ光の照射位置の移動速度をｖとしたとき、ｖ≧φ／（Δｔ×１０）が成り立つ、請求項１又は２に記載の成膜方法。

【請求項7】

上記ターゲットに連続発振レーザ光を照射しながら、上記パルス状のレーザ光を上記ターゲットに照射する、請求項１又は２に記載の成膜方法。

【請求項8】

チャンバ内に配置された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、成膜装置であって、
上記レーザ光を屈折又は反射する機能を有する光学素子と、該光学素子を高速振動又は高速回転させる駆動装置と、を有し、
上記駆動装置によって上記光学素子を高速振動又は高速回転させることにより、上記ターゲットに入射する上記レーザ光の光軸を高速に動かしながら、上記基板への成膜を行うことができるよう構成されている、成膜装置。

【請求項9】

上記ターゲットにおける上記レーザ光のスポット径をφ、上記レーザ光のパルス間隔をΔｔ、上記ターゲットにおける上記レーザ光の照射位置の移動速度をｖとしたとき、ｖ≧φ／（Δｔ×１０）が成り立つように、上記レーザ光の光軸を高速に動かしながら、上記基板への成膜を行うことができるよう構成されている、請求項８に記載の成膜装置。

【請求項10】

上記ターゲットに連続発振レーザ光を照射しながら、上記パルス状のレーザ光を上記ターゲットに照射することができるよう構成されており、上記連続発振レーザ光は、上記光学素子の動きによって、上記ターゲットに入射する光軸が高速に移動するよう構成されている、請求項８又は９に記載の成膜装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、成膜方法及び成膜装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、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提案されている。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。

【0003】

ＰＬＤ法による成膜を行う場合、成膜表面に、成膜材料の大きい粒子であるドロップレットが付着することがある。形成する膜によっては、ドロップレットが膜の特性等に影響を与えることにもなりかねない。それゆえ、ドロップレットの付着を防ぐべく、特許文献１においては、照射レーザ光のフルエンスを調整することが記載されている。非特許文献１においては、エクリプス法と呼称する手法を用いて、ドロップレットの基板への付着を防ぐことが提案されている。エクリプス法は、遮蔽板によってドロップレットを捕捉して、基板へのドロップレットの到達を防ぐ方法である。なお、ターゲット表面の平坦性が高いと、ドロップレットが発生し難いことも知られている（非特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０００－１７８７１３号公報

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】小林猛，秋吉秀樹，佐藤一成，「３．アブレーションプラズマ生成・制御１（レーザー）」，プラズマ・核融合学会誌第７６巻第１１号，p.1145－1150，２０００年１１月

【非特許文献2】S.Faehler，M.Stoermer,H.U.Krebs，“Origin and avoidanceof droplets during laser ablation of metals”，Applied Surface Science Volumes 109－110,（蘭），1 February 1997，Pages 433－436

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、照射レーザ光のフルエンスを調整することは、成膜速度を制限することにもなる。それゆえ、生産性の向上を図ることが困難である。また、エクリプス法を用いる場合も、成膜速度の低下は避けられない。そこで、成膜速度を低減させることなく、ドロップレットの発生を抑制する技術が求められている。

【0007】

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、成膜速度を特に落とすことなく、ドロップレットの発生を抑制することができる成膜方法及び成膜装置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】

【0008】

本発明の一態様は、チャンバ内に配置された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、
上記ターゲットにおける上記レーザ光の照射位置を高速にずらしながら、上記基板への成膜を行う、成膜方法にある。

【0009】

本発明の他の態様は、チャンバ内に配置された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、成膜装置であって、
上記レーザ光を屈折又は反射する機能を有する光学素子と、該光学素子を高速振動又は高速回転させる駆動装置と、を有し、
上記駆動装置によって上記光学素子を高速振動又は高速回転させることにより、上記ターゲットに入射する上記レーザ光の光軸を高速に動かしながら、上記基板への成膜を行うことができるよう構成されている、成膜装置にある。

【発明の効果】

【0010】

上記成膜方法においては、上記ターゲットにおける上記レーザ光の照射位置を高速にずらして、上記基板への成膜を行う。これにより、成膜速度を特に落とすことなく、基板上にターゲット材料のドロップレットが付着することを抑制することができる。

【0011】

上記成膜装置においては、上記ターゲットに入射する上記レーザ光の光軸を高速に動かしながら、上記基板への成膜を行うことができるよう構成されている。これにより、ターゲットにおけるレーザ光の照射位置を高速にずらして、基板への成膜を行うことができる。それゆえ、成膜速度を特に落とすことなく、基板上にターゲット材料のドロップレットが付着することを抑制することができる。

【0012】

以上のごとく、上記態様によれば、成膜速度を特に落とすことなく、ドロップレットの発生を抑制することができる成膜方法及び成膜装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【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斜視説明図。

【図3】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断面説明図。

【図4】実施形態１における、ターゲットの表面のレーザ光の照射位置の軌跡を示す説明図。

【図5】実施形態１における、ターゲットへのレーザ光の照射スポットの説明図。

【図6】実施形態１における、レーザ光のパルス波形の説明図。

【図7】実施形態１における、時系列的に前後して照射される２つの照射スポットの説明図。

【図8】実施形態１における、ターゲットの一つのポイントに重複して照射される複数の照射スポットの説明図。

【図9】ターゲットの表面荒れにより、プルームが傾斜する様子を示す模式説明図。

【図10】ターゲットの表面荒れにより、ドロップレットが発生する様子を示す模式説明図。

【図11】実施形態２における、成膜装置の説明図。

【図12】実施形態２における、ターゲットへのレーザ光の入射を示す斜視説明図。

【図13】実施形態２における、ターゲットの表面のレーザ光の照射位置の軌跡を示す説明図。

【図14】実験例における、方法１によるターゲット表面の写真撮影画像。

【図15】実験例における、方法２によるターゲット表面の写真撮影画像。

【図16】実験例における、方法３によるターゲット表面の写真撮影画像。

【図17】実験例における、方法２による成膜表面の顕微鏡写真撮影画像。

【図18】実験例における、方法３による成膜表面の顕微鏡写真撮影画像。

【図19】実施形態３における、ターゲットへのパルスレーザ光及びＣＷレーザ光の入射を示す斜視説明図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

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。

【0015】

上記成膜方法において、上記ターゲットに入射する上記レーザ光の光軸を高速に動かすものとすることができる。この場合には、容易に、ターゲットにおけるレーザ光の照射位置を高速にずらすことができる。

【0016】

また、上記チャンバ内において上記ターゲットを動かしつつ、上記ターゲットに入射する上記レーザ光の光軸を高速に動かすものとすることができる。この場合には、ターゲットにおける、より広い範囲に、レーザ光の照射位置を分散させることができる。そのため、一層、ドロップレットの発生を抑制することができる。

【0017】

また、上記レーザ光を屈折又は反射する機能を有する光学素子を、上記レーザ光の光路に配置しておき、上記光学素子を高速振動又は高速回転させることにより、上記ターゲットに入射する上記レーザ光の光軸を高速に動かすものとすることができる。この場合には、容易かつ確実に、ターゲットにおけるレーザ光の照射位置を高速にずらすことができる。

【0018】

また、上記ターゲットにおける上記レーザ光の照射位置が通過することにより生じる上記ターゲットのエッチング深さが、上記レーザ光の波長の半分以下となるようにすることができる。この場合には、ドロップレットの発生をより効果的に抑制することができる。

【0019】

また、上記ターゲットにおける上記レーザ光のスポット径をφ、上記レーザ光のパルス間隔をΔｔ、上記ターゲットにおける上記レーザ光の照射位置の移動速度をｖとしたとき、ｖ≧φ／（Δｔ×１０）が成り立つものとすることができる。この場合には、より確実に、ドロップレットの発生を抑制することができる。更に好ましくは、ｖ≧φ／Δｔが成り立つようにすることができる。

【0020】

また、上記ターゲットに連続発振レーザ光（ＣＷレーザ光）を照射しながら、上記パルス状のレーザ光を上記ターゲットに照射することもできる。この場合には、ＣＷレーザ光によってターゲットの一部を加熱しながら、当該加熱された箇所にパルス状のレーザ光を照射することができる。これにより、ターゲット表面の平坦性を上げた状態で、パルス状のレーザ光を照射することができ、ドロップレットの発生をより一層抑制しやすくなる。

【0021】

また、上記成膜装置は、次のように構成されたものとすることもできる。すなわち、上記成膜装置は、上記ターゲットに連続発振レーザ光を照射しながら、上記パルス状のレーザ光を上記ターゲットに照射することができるよう構成されており、上記連続発振レーザ光は、上記光学素子の動きによって、上記ターゲットに入射する光軸が高速に移動するよう構成されているものとすることができる。この場合には、ターゲット表面の平坦性を上げた状態で、パルス状のレーザ光を照射することができ、ドロップレットの発生をより一層抑制しやすくなる。

【0022】

（実施形態１）
成膜方法及び成膜装置に係る実施形態について、図１～図８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。

【0023】

そして、図２、図３に示すごとく、ターゲット２におけるレーザ光３の照射位置（照射スポット）を高速にずらしながら、基板４への成膜を行う。
照射位置を高速にずらすための手段として、ターゲット２に入射するレーザ光３の光軸を高速に動かす。特に、本形態においては、チャンバ１０内においてターゲット２を動かしつつ、ターゲット２に入射するレーザ光３の光軸を高速に動かす。

【0024】

レーザ光３の光軸を高速に動かす手段として、レーザ光３を屈折又は反射する機能を有する光学素子１５を用いる。すなわち、光学素子１５を、レーザ光３の光路に配置しておき、光学素子１５を高速振動又は高速回転させることにより、ターゲット２に入射するレーザ光３の光軸を高速に動かす。本形態において、光学素子１５として、レーザ光３を屈折させるプリズム（以下において、「プリズム１５」とも表す。）を用いる。

【0025】

図１は、ＰＬＤ法によって成膜を行う本形態の成膜装置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。

【0026】

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、レンズ１６と、プリズム１５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。

【0027】

本形態においては、プリズム１５を、レーザ光３の光路における、レンズ１６と光透過窓１０１との間に配置した。ただし、この配置は特に限定されるものではなく、例えば、プリズム１５を、レーザ光３の光路における、レーザ照射装置１３とレンズ１６との間に配置することもできる。また、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。

【0028】

本形態の成膜装置１は、上記プリズム１５と、該プリズム１５を高速回転させる駆動装置１５０と、を有する。そして、成膜装置１は、駆動装置１５０によってプリズム１５を高速回転させることにより、ターゲット２に入射するレーザ光３の光軸を高速に動かすことができるよう構成されている。駆動装置１５０は、プリズム１５を保持すると共に、モータ等の駆動源によってプリズム１５を回転駆動する。プリズム１５の回転軸は、プリズム１５に入射するレーザ光３の光軸と一致もしくは平行である。

【0029】

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。

【0030】

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、アルミニウム（Ａｌ）を用いる。ターゲット２の表面は、略平面状となっている。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。

【0031】

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。

【0032】

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、レンズ１６、プリズム１５、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。なお、ターゲット２に入射するレーザ光３の光軸は、上述のように高速で動くこととなるため、入射角θもこれに伴い変動する。この変動する入射角θが最大となるときのθが、９０°未満となるようにする。

【0033】

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（より好ましくは、５０ｋＨｚ程度）、照射出力２～５Ｗ程度、フルエンス０．２～３．８Ｊ／ｃｍ²程度（より好ましくは、０．２～２．１Ｊ／ｃｍ²程度）、照射エネルギ５０～１００μＪ程度とすることができる。

【0034】

これにより、ターゲット２から、アルミニウムが蒸発する。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の材料であるアルミニウムは、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、アルミニウムのイオン、原子、分子等が、基板４の表面に堆積する。

【0035】

基板４上において、アルミニウムは、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、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が生成される。これにより、ＡｌＮの薄膜が基板４上に形成される。

【0036】

上述のように、本形態の成膜方法においては、プリズム１５を高速に回転させながら、パルス状のレーザ光３をターゲット２に照射する。プリズム１５の回転数は、例えば、１０００～１００００ｒｐｍとすることができる。これにより、ターゲット２の表面におけるレーザ光３の照射位置は、図２、図３のように、細かく高速に移動する。図２に示すレーザ光３の照射位置の軌跡Ｔは、ターゲット２が静止している場合の軌跡である。ただし、ターゲット２の自転速度に比べて、レーザ光３の光軸の動く速度を充分に速くすることで、照射位置の軌跡Ｔは、概ね、図２に示すような円形の軌跡を描く。そして、照射位置の軌跡Ｔの円形の直径は、例えば、１～１０ｍｍ程度とすることができる。

【0037】

また、パルス状のレーザ光３をターゲット２に照射する間、ターゲット２も自転させる。ターゲット２の自転の回転数は、例えば、１～１０ｒｐｍとすることができる。そして、上記のように高速にて光軸が動くレーザ光３を、ターゲット２の回転中心からずれた位置に照射する。これにより、ターゲット２の表面におけるレーザ光３の照射位置の軌跡Ｔは、図４のような細かい円運動と、大きい円運動とが合成されたような軌跡となる。なお、図４に示す照射位置の軌跡Ｔは、一例であると共に、概ねの模式図である。照射位置の軌跡Ｔは、プリズム１５の回転数、ターゲット２の回転数、プリズム１５におけるレーザ光３の屈折角度、プリズム１５からターゲット２までの距離など、種々の条件によって変動する。

【0038】

ここで着目すべきは、まず、ターゲット２におけるレーザ光３の照射位置の移動速度である。この移動速度をｖとする。そして、この移動速度ｖと、ターゲット２におけるレーザ光３のスポット径φ（図５参照）、及び、レーザ光３のパルス間隔Δｔ（図６参照）との関係において、充分に早いと、基板４におけるドロップレットの発生を抑制する効果が得やすい。

【0039】

具体的には、移動速度ｖと、レーザ光３のスポット径φと、レーザ光３のパルス間隔Δｔとが、以下の関係式（１）を満たすことにより、ドロップレットの発生を抑制する効果が特に得やすい。この点については、後述する実験例に示すように、実際に確認された。
ｖ≧φ／（Δｔ×１０） ・・・（１）

【0040】

ここで、レーザ光３のスポット径φは、例えば、５０～１００μｍ程度とすることができる。スポット径φは、図５に示すように、ターゲット２の表面に照射されたレーザ光３の瞬間的な照射スポットＳの直径である。なお、実際には、照射スポットＳは、必ずしも図５に示すような円形となるとは限らないが、ターゲット表面が完全な平面であったと仮定して算出される設計値としては、略円形もしくは楕円形となると考えることができる。本明細書においては、この円形の直径もしくは楕円形の円相当直径（同面積の円の直径）を、スポット径φとするものとする。

【0041】

また、レーザ光３のパルス間隔Δｔは、上述したパルス幅およびパルスの繰り返し周波数とから決まる。レーザ光３のパルス間隔Δｔは、例えば、１０～１００μｓとすることができる。

【0042】

図６に、パルス状のレーザ光３のオンオフの時間変化を示す。同図に示すように、パルス状のレーザ光３のオン時間ｔonと、オフ時間ｔoffとから、パルス間隔Δｔは、Δｔ＝ｔon＋ｔoff と表すことができる。なお、ｔonは、ピコ秒オーダーもしくはフェムト秒オーダーであり、ｔoffと比べて充分に小さい。

【0043】

このパルス間隔Δｔの間に、ターゲット２の表面におけるレーザ光３の照射位置（照射スポット）が移動する距離は、ｖ×Δｔ にて、表される。そうすると、図７に示すごとく、ある照射スポットＳ０と、その直後の照射スポットＳ１とのずれ量は、ｖ×Δｔである。

【0044】

このｖ×Δｔとφとの関係から、図８に示すごとく、ある照射スポットＳ０と、その後に照射されて当該照射スポットＳ０と部分的に重なる照射スポットＳ１～Ｓｎとの合計数は、｛φ／（ｖ×Δｔ）｝個となる。換言すると、ターゲット２における一点Ｐに重複して照射されるレーザ光３の照射スポットＳ０～Ｓｎの数（以下において、「重複照射数」という。）が、｛φ／（ｖ×Δｔ）｝個となる。この重複照射数を少なくすることにより、ドロップレットの発生を抑制することができる。なお、｛φ／（ｖ×Δｔ）｝にて得られる数値の小数点以下は切り捨てとする。また、重複照射数が１の場合、照射スポットは重複していないが、この場合も、便宜的に「重複照射数」というものとする。

【0045】

そして、後述の実験例に示すように、重複照射数が１０個以下である場合、つまり、｛φ／（ｖ×Δｔ）｝≦１０である場合、ドロップレットの発生を充分に抑制することができる。この関係式を変形すると、上述の関係式（１）となる。それゆえ、好ましくは、関係式（１）を満たすように、ターゲット２の表面におけるレーザ光３の照射位置を高速スキャンさせる。

【0046】

また、下記の関係式（２）を満たす場合には、重複照射数を０個とすることができる。
ｖ≧φ／（Δｔ） ・・・（２）
それゆえ、より好ましくは、この関係式（２）を満たすように、ターゲット２の表面におけるレーザ光３の照射位置を高速スキャンさせる。

【0047】

このように、上記成膜方法においては、ターゲット２におけるレーザ光３の照射位置を高速にずらして、基板４への成膜を行う。これにより、基板４上にターゲット材料のドロップレットが付着することを抑制することができる。

【0048】

上記成膜装置１は、駆動装置１５０によってプリズム１５を高速回転させることにより、ターゲット２に入射するレーザ光３の光軸を高速に動かすことができる。これにより、成膜装置１は、ターゲット２におけるレーザ光３の照射位置を高速にずらしながら、基板４への成膜を行うことができるよう構成されている。それゆえ、基板４上にターゲット材料のドロップレットが付着することを抑制することができる。

【0049】

また、上述のように、ターゲット２における同じ個所に照射されるレーザ光３の照射スポットの個数を低減することができる。つまり、重複照射数を低減することができる。それゆえ、レーザ光３によるターゲット２の局部的なエッチングを抑制することができる。その結果、ターゲット２の表面荒れを抑制することができる。そして、このターゲット２の表面荒れの抑制は、アブレーションによるターゲット材料の基板４への供給効率を維持する効果につながる。また、ターゲット２の表面荒れの抑制は、ドロップレットの抑制効果にもつながる。

【0050】

すなわち、図９に示すごとく、ターゲット２の表面が荒れると、レーザ光３の照射面が、任意の向きに傾斜してしまう。アブレーションにより生じるプルーム２０は、照射面の法線方向に向かうように形成されるため、ターゲット２の表面が荒れると、図９に示すごとく、照射位置によっては、プルーム２０の形成方向が斜めとなってしまい、基板４へ向かう方向（図９の上方）とは異なってしまう。その結果、成膜効率が低下してしまうこととなる。

【0051】

また、ターゲット２の表面が荒れると、図１０に示すごとく、荒れた表面に生じた突起の先端部等が、レーザ光３によるアブレーションの際に、比較的大きな粒子２１となって飛散しやすくなる。その結果、よりドロップレットが発生しやすくなると考えられる。

【0052】

また、ターゲット２の表面の粗さとレーザ光３の波長との関係も、ドロップレットの発生に影響すると考えられる。すなわち、ターゲット２の表面における段差が、レーザ光３の半波長以下であると、回折現象がほとんど起こらない。そのため、当該段差は光学的に平坦面と同視できる。そこで、ターゲット２におけるレーザ光３の照射位置が通過することにより生じるターゲット２のエッチング深さが、レーザ光３の波長の半分以下となるようにすることが望ましい。これにより、ドロップレットの発生を効果的に抑制することができる。

【0053】

なお、「ターゲット２におけるレーザ光３の照射位置が通過することにより生じるターゲット２のエッチング深さ」（以下において、これを「エッチング深さＤ」という。）は、照射位置を高速に移動させた際に、ターゲット２の表面における特定の一点Ｐを、照射位置が一度通過した際に生じる点Ｐにおけるエッチング深さに相当する。このエッチング深さＤがレーザ光３の波長λの半分以下となることを実現するためには、１回のパルスによるエッチング深さをｄとして、重複照射数をλ／２ｄ以下とすることとなる。

【0054】

また、本形態の成膜方法においては、ターゲット２に入射するレーザ光３の光軸を高速に動かすため、容易に、ターゲット２におけるレーザ光３の照射位置を高速にずらすことができる。

【0055】

また、本形態の成膜方法においては、チャンバ１０内においてターゲット２を動かしつつ、ターゲット２に入射するレーザ光３の光軸を高速に動かす。これにより、ターゲット２における、より広い範囲に、レーザ光３の照射位置を分散させることができる。そのため、一層、ドロップレットの発生を抑制することができる。

【0056】

また、本形態においては、プリズム１５を高速回転させることにより、ターゲット２に入射するレーザ光３の光軸を高速に動かす。これにより、容易かつ確実に、ターゲット２におけるレーザ光３の照射位置を高速にずらすことができる。

【0057】

以上のごとく、本形態によれば、成膜速度を特に落とすことなく、ドロップレットの発生を抑制することができる成膜方法及び成膜装置を提供することができる。

【0058】

（実施形態２）
本形態は、図１１、図１２に示すごとく、レーザ光３の光路に配置する光学素子として、ガルバノミラー１５１を用いた形態である。

【0059】

ガルバノミラー１５１は、レーザ光３を反射する機能を有する光学素子であり、高速振動することができるよう構成されている。このガルバノミラー１５１を高速振動させることにより、ターゲット２に入射するレーザ光３の光軸を高速に動かす。ガルバノミラー１５１の高速振動を実現するための駆動装置１５０としては、例えば、モータ、ピエゾ素子等を用いたものとすることができる。なお、本形態において、ガルバノミラー１５１の高速振動は、入射するレーザ光３に対するガルバノミラー１５１の傾斜角度が高速に変動することを意味する。つまり、ガルバノミラー１５１の反射面の向きが、所定の振幅角度の範囲内にて、高速に変動する。

【0060】

これにより、ターゲット２に入射するレーザ光３の光軸の角度を高速に変動させ、その結果、ターゲット２の表面におけるレーザ光３の照射位置を、高速に振動させる。この照射位置の振動方向は、例えば、ターゲット２の径方向とすることができる。照射位置の振動周波数は、例えば、１～４００ｋＨｚ、振幅は、例えば、１～１０ｍｍとすることができる。また、ガルバノミラー１５１の角度変動の回動軸は、図１１、図１２に示すごとく、ガルバノミラー１５１に対するレーザ光３の入射面に対して、直交するものとすることができる。

【0061】

本形態の成膜方法においては、ガルバノミラー１５１を高速に振動させながら、パルス状のレーザ光３をターゲット２に照射する。また、パルス状のレーザ光３をターゲット２に照射する間、ターゲット２も自転させる。ターゲット２の自転の回転数は、例えば、１～１０ｒｐｍとすることができる。

【0062】

これにより、ターゲット２の表面におけるレーザ光３の照射位置は、図１２のように、細かく高速に移動する。そして、ターゲット２の表面におけるレーザ光３の照射位置の軌跡Ｔは、例えば、図１３のような細かい往復運動と、大きい円運動とが合成されたような軌跡となる。なお、図１３に示す照射位置の軌跡Ｔは、一例であると共に、概ねの模式図である。照射位置の軌跡は、ガルバノミラー１５１の振動数、ターゲット２の回転数、ガルバノミラー１５１の振幅、ガルバノミラー１５１からターゲット２までの距離など、種々の条件によって変動する。

【0063】

本形態においては、図１１に示すごとく、ガルバノミラー１５１を、レーザ光３の光路における、レーザ照射装置１３とレンズ１６との間に配置している。ただし、この配置は特に限定されるものではなく、例えば、ガルバノミラー１５１を、レーザ光３の光路における、レンズ１６と光透過窓１０１との間に配置することもできる。

【0064】

その他は、実施形態１と同様であり、同様の作用効果を有する。なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、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。

【0065】

（実験例）
本例は、実施形態１の成膜方法による、ターゲット２の表面荒れ抑制効果と、基板４におけるドロップレットの発生抑制効果につき、確認した例である。

【0066】

試験にあたっては、下記の３つの方法（方法１～３）にて、それぞれＰＬＤ法にて、基板４への成膜を行った。いずれも、実施形態１に示す成膜装置１と実質的に同様な成膜装置にて、成膜を行った。

【0067】

方法１としては、プリズム１５を回転させずに、レーザ光３をターゲット２に照射した。方法２としては、プリズム１５を比較的低速（１８０ｒｐｍ）にて回転させながら、レーザ光３をターゲット２に照射した。方法３としては、プリズム１５を高速（１８００ｒｐｍ）にて回転させながら、レーザ光３をターゲット２に照射した。

【0068】

各方法において、ターゲット２は、それぞれ下記の表１に示す回転数にて自転させた。なお、方法１に関しては、チャンバ１０内において、ターゲット２を公転させて、レーザ光３の照射位置を径方向にも大きくずらしている。公転は、ターゲット中心から４０ｍｍ離れた回転中心を中心に回動させるが、その回動は、２０°程度の中心角の範囲を往復させた。公転速度も１ｒｐｍ程度の低速である。また、ターゲット２におけるレーザ光３のスポット径φを１００μｍ、レーザ光３のパルス幅（オン時間ｔon）を１５ｐｓとした。また、レーザ光３のパルス周期Δｔは、いずれも、２０μ秒とした。

【0069】

それぞれの方法にてターゲット２へレーザ光３を照射する場合、上述の重複照射数は、計算上、以下のようになる。すなわち、方法１の場合は、重複照射数が９５５回、方法２の場合は、重複照射数が１０５回、方法３の場合は、重複照射数が１１回、となる。これらの各条件を、表１に示す。その他、各方法における、照射位置の移動速度ｖ、Δｔの間の照射位置の移動距離、ターゲット２のエッチング深さＤも、表１に示す。

【0070】

【表1】

【0071】

なお、本例において、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。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。
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０．７４Ｗ、フルエンスは０
．２Ｊ／ｃｍ²とした。

【0072】

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、ＡｌＮの成膜を行った。

【0073】

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。

【0074】

成膜時間（ターゲット２へのレーザ光３照射時間）は３０分間、ターゲット２と基板４との間の距離は、６０ｍｍとした。方法２及び方法３においては、ターゲット２におけるレーザ光３の照射位置は、ターゲット２の中心に対して径方向に４～７．６ｍｍオフセットさせた。方法１においては、オフセット量を、５ｍｍとした。方法１においては、ターゲット２を公転させることで、照射位置のオフセット量を２～１５ｍｍまで変動させた。

【0075】

方法１～３のそれぞれを実施した後に、ターゲット２の表面を観察した。それらのターゲット２の表面の撮影画像を、図１４～図１６に示す。図１４が方法１によるもの、図１５が方法２によるもの、図１６が方法３によるもの、をそれぞれ示す。

【0076】

図１４に示すように、方法１（プリズム回転なし）による場合のターゲット表面は、レーザ光３の照射痕が、同心円状に深い溝として形成されており、ターゲット表面は大きく荒れている。図１５に示すように、方法２（プリズム低速回転）による場合のターゲット表面も、レーザ光３の照射痕が、略円環状の領域に深く形成されている。一方、図１６に示すように、方法３（プリズム高速回転）による場合のターゲット表面は、レーザ光３の照射痕がほとんど観察されず、平坦面に近い表面状態を保っている。

【0077】

上記の結果から、ターゲット２へのレーザ光３の照射位置を高速にずらすことで、ターゲット２の表面荒れを抑制することができることが分かる。特に、照射スポットの重複照射数を１０回以下程度に抑えることで、ターゲット２の表面荒れを充分に抑制することができることが分かる。すなわち、ｖ≧φ／（Δｔ×１０）が成り立つように、レーザ光３を照射することで、ターゲット２の表面荒れを充分に抑制することができるといえる。

【0078】

また、方法２と方法３とについて、基板４への成膜状態を観察した。その結果を、図１７、図１８に示す。これらは、光学顕微鏡（Leica DM8000-M）を用いて撮影した画像であり、光学倍率は１０００倍である。図１７に示すように、方法２（プリズム低速回転）による場合には、成膜表面にドロップレットが発生していることが確認された。一方、図１８に示すように、方法３（プリズム高速回転）による場合には、成膜表面にドロップレットは確認されなかった。

【0079】

上記の結果から、ターゲット２へのレーザ光３の照射位置を高速にずらすことで、ドロップレットの発生を抑制することができることが分かる。特に、照射スポットの重複照射数を１０回以下程度に抑えることで、ドロップレットの発生を回避することができることが分かる。すなわち、ｖ≧φ／（Δｔ×１０）が成り立つように、レーザ光３を照射することで、ドロップレットの発生を回避することができるといえる。

【0080】

また、上記実験例の結果は、エッチング深さＤがレーザ光３の波長λの半分以下となるようにすることにより、ドロップレットの発生を抑制できるという上述の推論とも整合する。すなわち、この考え方に基づくと、本実験例においてはレーザ光３の波長が１０６４ｎｍであるので、エッチング深さＤを５３２ｎｍ以下とすることで、ドロップレットの発生を抑制できることとなる。本実験例では、方法２によるエッチング深さＤは９４０ｎｍ、方法３によるエッチング深さＤは９１ｎｍであり、前者は上記条件（半波長以下）を満たさず、後者は上記条件（半波長以下）を満たす。そして、方法２による場合は充分にドロップレットの発生を抑制できず、方法３による場合は充分にドロップレットの発生を抑制できた。この結果は、エッチング深さＤが、レーザ光３の波長λの半分以下となるようにすることにより、ドロップレットの発生を抑制できることと整合する。

【0081】

（実施形態３）
本形態は、図１９に示すごとく、ターゲット２に連続発振レーザ光（ＣＷレーザ光３０）を照射しながら、パルス状のレーザ光３をターゲット２に照射する成膜方法の形態である。

【0082】

この成膜方法を実現するための成膜装置１は、パルス状のレーザ光３を発振するレーザ照射装置１３と共に、ＣＷレーザ光３０を発振するＣＷレーザ照射装置１３０を有する。また、成膜装置１は、パルスレーザ光３を反射して、プリズム１５に入射させるためのミラー１３１と、ＣＷレーザ光３０を反射して、プリズム１５に入射させるためのミラー１３２とを有する。

【0083】

ＣＷレーザ光３０も、プリズム１５の動きによって、ターゲット２に入射する光軸が高速に移動するよう構成されている。つまり、本形態においては、ＣＷレーザ光３０をパルスレーザ光３と共に、高速回転するプリズム１５に透過させる。これにより、ＣＷレーザ光３０は、パルスレーザ光３と共に、光軸が高速に移動する。このようにして、ターゲット２に対して、ＣＷレーザ光３０をパルスレーザ光３に重畳させて、照射する。しかも、ターゲット２におけるＣＷレーザ光３０及びパルスレーザ光３の照射位置を高速に移動させる。また、この場合、ターゲット２における特定箇所に、ＣＷレーザ光３０とパルスレーザ光３とが同時に照射されることとなる。

【0084】

また、ターゲット２におけるＣＷレーザ光３０のスポット径は、パルスレーザ光３のスポット径よりも大きくなるようにする。そして、ＣＷレーザ光３０の照射スポットの中に、パルスレーザ光３の照射スポットが収まるようにする。

【0085】

ターゲット２におけるＣＷレーザ光３０の照射スポットの軌跡Ｔｃは、略円環形状の軌跡を描く。そして、この円環形状の軌跡Ｔｃの中（内周円と外周円との間）に、パルスレーザ光３の軌跡Ｔが収まる形となる。なお、ＣＷレーザ光３０の波長は、例えば、パルスレーザ光３の波長と同程度とすることができ、例えば１０６４ｎｍとすることができる。
その他は、実施形態１と同様である。

【0086】

本形態においては、ＣＷレーザ光３０によってターゲット２の一部を加熱しながら、当該加熱された箇所にパルス状のレーザ光３を照射することができる。これにより、ターゲット表面の平坦性を上げた状態で、パルス状のレーザ光３を照射することができ、ドロップレットの発生をより一層抑制しやすくなる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

【0087】

上記実施形態においては、ターゲットにおけるレーザ光の照射位置を高速にずらす手段として、プリズム１５を高速回転する方法、及び、ガルバノミラー１５１の角度を高速変動させる方法を示したが、他の手段を用いることもできる。例えば、レーザ光を反射するミラーを、角度を変えずに高速に往復運動させることで、レーザ光の光軸を変動させることもできる。或いは、複数のガルバノミラー１５１をそれぞれ異なる向きの回動軸を中心に高速に回動（角度変化）させて、レーザ光の光軸を変動させることもできる。

【0088】

上記実施形態においては、ターゲット材料をＡｌとした形態を示したが、ターゲット材料は、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、Ｇａ、Ｔｉ等、他の金属、或いは合金等とすることもできる。

【0089】

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。

【0090】

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】

【0091】

１ 成膜装置
１０ チャンバ
１５ プリズム（光学素子）
１５１ ガルバノミラー（光学素子）
２ ターゲット
３ レーザ光
４ 基板

【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】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】