用于脉冲激光沉积的方法与流程

本发明涉及一种用于脉冲激光沉积方法，包括以下步骤：

-提供靶和面对靶的基板；

-利用脉冲激光束照射靶上的点，以便产生靶材料的等离子体羽流，并使得等离子体羽流沉积在基板上。

背景技术：

这种方法例如由EP2159300中已知。在该文献中介绍了一种方法，其中，靶材料能够沉积在大的基板表面上。为此，通过照射靶而产生的等离子体羽流在基板上面运动，以使得等离子体沉积在基板的整个表面上。

为了减少靶材料的磨损，激光束在靶材料上面运动，以使得靶材料的全部表面用于产生等离子体羽流，且靶的磨损均匀地分布在靶的表面上。

不过，当在靶上的点处产生等离子体羽流时，该特殊点的表面结构变粗糙，且当该点第二次用于产生等离子体羽流时，等离子体羽流的特征将与第一次不同。

在产生第一等离子体羽流之后，产生的热量将使得靶表面中出现裂缝。这些裂缝能够在通过由激光束照射而反复加热之后生长，并可能导致部分靶材料松脱，而不是转变成等离子体羽流。这些松脱的颗粒会使基板上的沉积变差。

而且，当产生等离子体羽流时，靶材料的表面将不会均匀地熔蚀。这种不均匀性将使得第二次产生的等离子体羽流扭曲，并可能导致等离子体羽流的方向偏离成指向基板。特别是，当要向较大的基板表面提供靶材料时，该方向偏离将引起沉积层的不均匀。

最后，在产生第一等离子体羽流之后，靶材料的液滴能够粘附在点的表面时，该液滴将在相同点上产生第二等离子体羽流时松脱。这些松脱的液滴将与第二等离子体羽流一起被获取，并将污染沉积的层。

US5660746公开了一种方法，其中，首先加热在靶材料上的点，以使得靶材料熔化，然后，在靶没有运动的情况下，相同点由脉冲激光照射，以便产生等离子体羽流。实际上，在脉冲激光沉积过程中，靶材料以液体形式来使用。使用液态靶材料的优点是不可能存在裂缝，且由于靶材料的液态，表面为基本平坦。

由于靶材料的熔融阶段非常短，因此用于熔化靶材料的激光束脉冲和用于照射靶材料以便产生等离子体羽流的激光束脉冲需要在几十纳秒内彼此跟随。这些后续激光束脉冲的定时已经非常困难，而熔化射束和照射射束的强度也要正确控制。

当靶运动或旋转时以及当激光束的脉冲频率将变化时，控制的复杂性将进一步增加。

当该方法应用于运动或旋转靶时，它将不起作用，因为用于熔化靶的脉冲激光和用于产生等离子体羽流的脉冲激光指向相同位置。因此，在运动或旋转靶的情况下，在用于产生等离子体羽流的激光发射之前，靶的熔化部分将离开。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是减小或甚至消除上述缺点。

根据本发明，该目的通过根据前序部分的方法来实现，其特征在于，在利用脉冲激光束照射靶上的点之前使得点的表面结构平滑。

通过本发明，通过平滑步骤来制备靶上的点的表面结构。当表面结构平滑时，能够通过利用激光束照射平滑点来产生等离子体羽流。

本发明的优点在于，激光束的各个脉冲能够引导至靶材料的、具有平滑表面结构的点上，该表面结构没有裂缝和液滴，以使得产生的等离子体羽流对于各脉冲都有类似质量，从而导致高质量的沉积层。

尽管优选是每个等离子体羽流产生步骤都有平滑步骤，但是每多个等离子体羽流产生步骤有一个平滑步骤也就足够。这可以例如取决于靶的材料类型和表面结构的劣化速率。

根据本发明方法的优选实施例还包括使得具有平滑点的靶运动至用于照射该平滑点的脉冲激光束下面的步骤。

通过使得平滑点运动至脉冲激光束下面，能够使得平滑步骤和照射步骤间隔开。

在根据本发明方法的优选实施例中，平滑步骤包括加热步骤，其中，至少点的表面结构的上部层通过能量束来熔化，能量束例如激光束，其中，该能量束的能量低于等离子体产生阈值。

通过熔化该点的表面结构的上部层，任何不规则部和任何裂缝都将被平滑，并获得最佳的表面结构，以便通过脉冲激光束照射和产生等离子体羽流。

熔化该点上部层的能量束的能量必须低于产生等离子体所需的能量，否则将过早地产生等离子体羽流，表面结构将不会被平滑。

这明确放弃了根据US5660746的方法，在根据US5660746的方法中，首先加热靶材料上的点，以使得靶材料熔化，然后，在没有靶运动的情况下，相同的点由脉冲激光照射，以便产生等离子体羽流。

在根据本发明方法的还一实施例中，至少上部层能够在该点由脉冲激光束照射之前固化。

平滑点朝向照射该点的位置的运动提供了用于使得液体靶材料再次固化的时间，并取决于要结晶的材料。靶材料上的固化点已经获得平滑的表面结构，这能够产生最佳的等离子体羽流和使得材料在基板上沉积。

在根据本发明方法的另一优选实施例中，平滑步骤包括对靶上的点的表面结构进行粒子轰击处理，以便除去粘附的颗粒。

粒子轰击能够提供有例如离子束、电子束或光子束。粒子轰击将从靶材料上撞击粘附的颗粒。由于平滑步骤的位置与产生等离子体羽流的步骤并不一致，因此当利用粒子轰击进行平滑时能够屏蔽基板，且除去的颗粒能够由例如屏蔽件来捕获，以使得它们不会影响基板。

优选是，粒子轰击处理步骤和热处理一个接一个地执行，或者可以组合在单个步骤中。这能够除去粘附的颗粒以及除去任何其它的表面不规则部和裂缝，从而获得在靶上的点的最佳平滑表面结构，然后能够利用脉冲激光束来照射该点。

在根据本发明方法的还一实施例中，在平滑步骤之后，靶进行运动，以便将靶的、具有平滑表面结构的点定位在入射脉冲激光束下面。

这使得平滑步骤能够在与激光束照射于靶上的位置不同的另一位置处施加于靶上。它的优点在于，来源于平滑步骤的任何碎屑或损失颗粒都能够被捕获或过滤，从而不影响真正的沉积处理。

在根据本发明方法的又一优选实施例中，靶进行运动，例如旋转或平移，且控制靶的位移速度、靶上的点的平滑以及点的照射，以使得靶的平滑点在脉冲激光照射靶时到达。

这使得协调和间隔开的位置能够用于执行平滑步骤和照射步骤。

优选是，在用于靶上的相同点的一个或多个照射步骤之后重复平滑步骤。

附图说明

下面结合附图将阐明本发明的这些和其它特征。

图1表示了根据本发明方法的实施例的示意图。

图2A-2D表示了在根据本发明方法的不同阶段中靶的表面结构的放大剖视图。

具体实施方式

图1表示了靶材料1的盘，该盘以所需的旋转速度旋转。当沿旋转轴的方向看时，基板2布置在上面和局部重叠，该基板2也旋转，以使得基板的整个表面能够提供有一层靶材料。

图1表示了在不同时间间隔后在靶1上的相同点3，相同点3的不同时间间隔用字母A-D表示。

点3A由激光束4的先前照射而熔蚀，具有如图2A中所示的表面结构。点3A的表面结构有多个锥体5、裂缝6和粘附的颗粒7。

由于靶1的旋转，点3位于粒子轰击装置8(例如离子束、电子束或光子束)的下面，该粒子轰击装置8将大量粒子发射至点3的表面上，以便除去颗粒7。

如图2B中所示，点3已经清除粘附的颗粒7，但仍然有锥体5和裂缝6。

通过靶1的进一步旋转，点3位于用于加热点3的靶材料的第二脉冲激光束9或其它装置的下面，以使得至少点3的表面结构的上部层熔化。在固化后，点3具有平滑的表面结构，而没有锥体5或裂缝6，如图2C中所示。

最后，点3通过靶1的旋转而进一步运动至脉冲激光器4的下面，从而通过脉冲激光4在区域3处在靶1上的照射而产生等离子体羽流10。如在图2D中可见，等离子体羽流10的产生使得表面结构再次不规则，直到如图2A中所示的结构。通过重复该平滑步骤，区域3的表面结构能够再次平滑。