HU227333B1

HU227333B1 - Method and target-carrier arrangement for building uniform thickness homogeneous coating made of plasm that produced by pulse laser, as well as the coating

Info

Publication number: HU227333B1
Application number: HU0500911A
Authority: HU
Inventors: Geretovszky Zsolt Dr; Laszlo Egerhazi; Szoerenyi Tamas Dr
Original assignee: Univ Szegedi
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2011-03-28
Also published as: HUP0500911A2; WO2007036753A1; HU0500911D0

Abstract

The invention relates to a method for building a homogeneous coating of uniform layer thickness on a substrate (34) from a plasma produced by a pulsed laser from a target (32), comprising the steps of forming the target (32) with an ablation portion (33) making up at least a part of the surface area of the target (32) and forming the substrate (34) with a deposition surface (35) making up at least a part of the surface area of the substrate (34); arranging the target (32) and the substrate (34) in a controlled atmosphere; and exposing the target (32) on at least a part of its ablation portion (33) to laser beam pulses, whereby producing a plasma plume (24) from the target (32). The method according to the invention further comprises the steps of arranging the deposition surface (35) in a closed half space located on that side of a tangent plane laid through the ablated part of the ablation portion (33) of the target (32) which is opposite to the plasma plume (24) in such a position, wherein a normal to the deposition surface (35) has a vector com- ponent being parallel and unidirectional with the normal to the ablated part of the ablation portion (33) of the target (32); simultaneously with the ablation, continuously rotating the deposition surface (35) around a rotational axis parallel with the normal to the deposition surface (35), while utilizing those constituents of the plasma plume (24) for building the coating on the deposition surface (35) that also have velocity components pointing into the opposite direction relative to the normal to the ablated part of the ablation portion (33) of the target (32).

Description

A találmány tárgya hordozón céltárgyból impulzuslézerrel előállított plazmából egyenletes rétegvastagságú homogén bevonat építésére szolgáló eljárás, amelynek során a céltárgyat felszíne legalább egy részét képező ablációs tartománnyal és a hordozót felszíne legalább egy részét képező hordozófelülettel alakítjuk ki; a céltárgyat és a hordozót szabályozott atmoszférában rendezzük el; továbbá a céltárgyat ablációs tartományának legalább egy darabján lézerimpulzusokkal sugározzuk be, miáltal a céltárgyból plazmafelhőt állítunk elő, és a céltárgy ezen ablálásával egyidejűleg a hordozófelületet normálvektorával párhuzamos forgástengely körül folyamatos forgatásnak vetjük alá. A találmány tárgyát képezi emellett a homogén bevonat építésére szolgáló olyan céltárgyhordozó elrendezés is, amelyben a hordozónak felszíne legalább egy részére kiterjedő hordozófelülete, továbbá a céltárgynak felszíne legalább egy részére kiterjedő ablációs tartománya és ennek részét képező, lézerfény hatására céltárgyat elhagyó plazmaalkotók forrásául szolgáló ablált darabja van, továbbá a hordozófelület normálvektorával párhuzamos forgástengely körül forgathatón van elrendezve. Ugyancsak a találmány tárgyát képezi a hordozón céltárgyból impulzuslézerrel előállított plazmából készített egyenletes rétegvastagságú homogén bevonat is.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method of constructing a homogeneous coating of uniform thickness on a substrate from plasma produced by pulsed laser, wherein the target is formed with an ablation region which forms at least a portion of its surface and a substrate that forms at least a portion of its surface; subjecting the target and carrier to a controlled atmosphere; furthermore, at least a portion of the target's ablation region is irradiated with laser pulses to produce a plasma cloud from the target, while simultaneously rotating the support surface around an axis of rotation parallel to its normal vector. The present invention also relates to a target carrier arrangement for forming a homogeneous coating in which the substrate has at least a portion of its surface and an ablation region of at least a portion of the surface of the target, and includes a portion of the plasma lighters leaving the target. and is rotatably arranged about an axis of rotation parallel to the normal vector of the substrate. The present invention also relates to a homogeneous coating of uniform thickness on a substrate made of pulsed laser plasma.

Kívánt összetételű vékonyrétegek hordozófelületen való előállítására napjainkban elterjedten alkalmazott módszer az impulzuslézerrel keltett plazmából történő rétegépítés („pulsed laser deposition”, PLD). Ennek lényege, hogy az általában vákuumkamrában elhelyezett céltárgyat (target) kívánt energiájú lézerimpulzusokkal sugározzák be. A lézerimpulzusokkal az építeni szándékozott réteg összetevőit tartalmazó céltárgy besugárzott tartományának vékony felületi rétegét plazmaállapotba viszik (ablálják). A plazmaállapotba juttatott összetevők (atomok, ionok, illetve ezek klaszterei) a céltárgyat gyorsan táguló plazmafelhő formájában hagyják el, amelyben a távozó összetevők sebességvektorainak legnagyobb komponensei - a vizsgálatok és a jelenséget leíró elméleti modellek szerint - a céltárgy ablációnak alávetett tartománya felszínére merőlegesek, függetlenül az abláló lézerimpulzusok beesési szögétől. A vákuumkamrában létrehozott plazmafelhőt adott esetben a vákuumkamrába táplált egyéb (inért vagy reaktív) gáznemű anyaggal/anyagokkal elegyítik, mellyel/melyekkel a plazmafelhő alkotói fizikai vagy kémiai reakció útján kölcsönhatásba léphetnek. A táguló plazmafelhő útjában elhelyezett bevonatolni szándékozott felületen (hordozófelület) a kívánt réteget a plazmaállapotból visszakondenzálódó alkotórészek hozzák létre. Az alkalmazott lézerimpulzusok a céltárgy valamennyi összetevőjét képesek plazmaállapotba vinni és ezáltal a rétegépítésbe bevonni. A hordozófelületen kialakuló réteg kémiai összetétele finoman szabályozható és viszonylag pontosan beállítható: a leválasztásra kerülő réteg összetételét a céltárgy, valamint a vákuumkamrában adott esetben jelen lévő gáznemű anyag összetétele együttesen határozza meg.Pulsed laser deposition (PLD) is a widely used method of producing thin films of the desired composition on a substrate today. The point is that the target, usually located in a vacuum chamber, is irradiated with laser pulses of the desired energy. With laser pulses, the thin surface layer of the target area containing the components of the layer to be built is plasma-ablated. The components introduced into the plasma state (atoms, ions and their clusters) leave the target in the form of a rapidly expanding plasma cloud, in which the largest components of the velocity vectors of the departing components are perpendicular to the surface of the ablation region of the target. from the angle of incidence of ablating laser pulses. The plasma cloud generated in the vacuum chamber is optionally admixed with other gaseous material (s) (reactive or reactive) fed to the vacuum chamber with which the constituents of the plasma cloud may interact by physical or chemical reaction. On the intended surface (substrate) to be deposited in the path of the expanding plasma cloud, the desired layer is formed by the components which are recondensed from the plasma state. The laser pulses used are capable of bringing all the components of the target into the plasma state and thereby incorporating them into the layer construction. The chemical composition of the layer formed on the substrate is finely controlled and relatively precise: the composition of the layer to be deposited is determined jointly by the composition of the target and the gaseous material that may be present in the vacuum chamber.

A plazmafelhő lézerimpulzusokkal történő létrehozásának pillanatában a céltárgy plazmafelhőben jelen lévő összetevői sebességvektorainak legnagyobb komponense a céltárgy ablációs tartományára merőleges és attól elfelé mutat. A céltárgy normálvektorát azon egységvektorral definiálva, amely a céltárgy térfogatából az ablációs tartomány felé irányul és az ablációs tartományra merőleges, továbbá a plazmaalkotók sebességvektorainak a céltárgy normálvektorával megegyező irányba mutató komponenseire az „előrefelé”, míg a céltárgy normálvektorával ellentétes irányba mutató komponenseire a „visszafelé” irányuló megjelöléseket bevezetve, a létrehozott plazmafelhő alkotóinak sebességvektorai kezdetben döntően előrefelé irányuló komponenssel rendelkeznek. A plazmafelhő tágulásával egyidejűleg a plazmaalkotók sebességvektorainak irányeloszlása időben változik: a szóródás, valamint a plazmadinamikai effektusok, például a plazmafelhő belsejében fennálló nyomásviszonyok megváltozása következtében megjelennek azon sebességvektorok is, amelyek visszafelé mutató komponenssel is rendelkeznek. A sebességvektorok irányfüggése a rétegépítés szempontjából azt eredményezi, hogy a rétegépülés sebessége a plazmafelhő útjában elrendezett hordozófelületen nem egyenletes: a hordozófelületnek a plazmafelhő forrásával szemben elterülő tartományában a legnagyobb és ezen tartománytól bármely irányba távolodva csökken. Ez a hordozófelületen eltérő vastagságú, valamint fizikai és kémiai tulajdonságú réteg kialakulásához vezet, vagyis az előállított bevonat - a bevonattal ellátott tartomány egészét tekintve - nem lesz egyenletes vastagságú és homogén tulajdonságú, ami a PLD-módszerrel előállított vékonyrétegek egyik legnagyobb hátránya. A PLD ezen hátrányának kiküszöbölésére napjainkban számos megoldás létezik.When the plasma cloud is generated by laser pulses, the largest component of the velocity vectors of the component components of the target present in the plasma cloud is perpendicular to the ablation region of the target. By defining the normal vector of the target with the unit vector that is directed from the volume of the target to the ablation region and perpendicular to the ablation region, the components of the velocity creator velocity vectors are "forward" and opposite to the normal vector of the target. With the introduction of pointers, the velocity vectors of the creators of the created plasma cloud initially have a predominantly forward component. As the plasma cloud expands, the directional distribution of the velocity vectors of the plasma components changes with time: as a result of scattering and changes in plasma dynamics, such as the pressure conditions inside the plasma cloud, velocity vectors that have a backward component appear. The direction dependence of velocity vectors on layer construction results in a non-uniform velocity of layer formation on the substrate arranged in the plasma cloud path: it decreases in the largest region of the substrate facing the source of the plasma cloud and moves away from it in any direction. This leads to the formation of a layer with different thicknesses and physical and chemical properties on the substrate, which means that the coating produced will not have uniform thickness and homogeneity throughout the coated area, which is one of the major disadvantages of thin films produced by PLD. To overcome this disadvantage of PLD, there are many solutions available today.

Az US-5,468,930 sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalom olyan PLD-berendezést ismertet, amelynél a céltárgy ablációs tartománya és a hordozófelület egymásra nézőn, de nem egytengelyűn van elrendezve, továbbá a céltárgy normálvektora és a hordozófelület forgástengelye egymással meghatározott nagyságú szöget zár be. A folyamatosan forgatott hordozófelületre a rétegleválasztás a lézerrel keltett plazmafelhő azon alkotóelemeiből történik, amelyek a hordozófelület felé mutató, azaz a céltárgy normálvektorával párhuzamos és azzal egyirányú sebességvektorral rendelkeznek. A nagy felületen kialakuló réteg egyenletességét a céltárgy ablációs tartományát befoglaló síknak a hordozófelület síkjához viszonyított döntésével kívánják elérni.U.S. Patent No. 5,468,930. U.S. Pat. No. 5,102,195 discloses a PLD apparatus in which the target ablation region and the substrate surface are disposed on one another but not in a single axis, and the normal vector of the target and the axis of rotation of the substrate are at a defined angle. Layer separation on a continuously rotated substrate is made from those components of a laser-generated plasma cloud that have a velocity vector pointing toward the substrate, i.e., parallel to and normal to the target vector. The uniformity of the large surface layer is achieved by tilting the plane surrounding the target ablation region relative to the plane of the substrate surface.

Az US—5,672,211 sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalom olyan PLD-berendezést mutat be, amelynél a hordozófelületen a rétegleválasztás a céltárgyból lézerrel keltett előrefelé irányuló plazmafelhőből történik. A hordozófelületen az egyenletes rétegépülést a céltárgy folyamatos mozgatásával, a hordozófelület megfelelő elfordításával, továbbá az abláló lézerfolt viszonylag bonyolult (kiegészítő) optikai összeállítással végrehajtott vezetése útján valósítják meg. A hordozófelületet adott esetben olyan forgatásnak vetik alá, hogy a hordozófelület a rétegépítésre szolgáló plazmafelhőre minden helyzetében merőleges maradjon.U.S. Patent No. 5,672,211. U.S. Pat. No. 4,123,125 discloses a PLD apparatus wherein the substrate is deposited on a substrate from a laser-induced forward plasma cloud. Smooth layering on the substrate is accomplished by continuously moving the target, properly rotating the substrate, and guiding the ablating laser spot with a relatively sophisticated (complementary) optical assembly. Optionally, the substrate is rotated so that the substrate remains perpendicular to the plasma cloud for deposition.

HU 227 333 Β1HU 227 333 Β1

A US 2003/0180462A1 sz. amerikai egyesült államokbeli közzétételi irat olyan bevonatolóberendezést és -eljárást ismertet, amelynél a bevonatolni szándékozott hordozófelületek a céltárgytól adott egyenlő távolságokra vannak két, egymástól független forgástengely körüli elfordulásra képesen elrendezve oly módon, hogy a céltárgyból (elektronnyaláb hatására) kilépő bevonóanyag a hordozófelületek mindegyikét éppen merőlegesen éri el. A speciális, két tengely körül egyidejűleg végzett forgatás következtében a hordozófelületek mindegyikén egyenletes bevonat épül. A bevonatok létrehozása az előrefelé, vagyis a céltárgy felszínétől távolodó anyagáramból történik.US 2003 / 0180462A1. U.S. Pat. a. The special rotation around two axes at the same time results in a uniform coating on each substrate. Coatings are created by the upstream flow of material away from the target surface.

Az EP-0,702,416 B1 sz. európai szabadalom szupravezető réteg hordozófelületre történő leválasztására szolgáló olyan PLD-eljárást és -berendezést tárgyal, amelynél a céltárgy és a hordozófelület egymásra lényegében merőleges síkokban helyezkedik el, továbbá ezen síkokra merőleges forgástengelyek körül adott szögsebességű forgást végez. Az eljárás keretében a céltárgyból lézeres ablálással egy, a hordozófelülettel lényegében párhuzamos tengelyű plazmafelhőt hoznak létre és használnak rétegépítésre. A hordozófelület a bemutatott elrendezésben mindig a céltárgy ablációs tartományának síkja fölött helyezkedik el, vagyis a hordozófelületen történő rétegépítéshez a plazmafelhő előrefelé irányuló alkotóit használják fel.EP-0,702,416 B1. European Patent No. 4,101,125 discloses a PLD method and apparatus for separating a superconducting layer on a support surface in which the target and the support surface are in substantially perpendicular planes and rotate at a given angular velocity about rotational axes perpendicular thereto. In the process, laser ablation from a target creates a plasma cloud with an axis substantially parallel to the substrate and is used for layer building. The substrate in the arrangement shown is always above the plane of the ablation region of the target, i.e., the forward components of the plasma cloud are used to layer the substrate.

A PLD számos műszaki alkalmazásánál lenne szükség arra, hogy a rétegépítés viszonylag nagy (jellemzően legalább néhányszor tíz Pa) nyomáson, reaktív vagy inért gáz(ok) alkotta háttérgáz szabályozott atmoszférája jelenlétében történjék. Köztudott azonban, hogy a nyomás növelése a plazmaalkotók szabad úthosszának csökkenéséhez vezet, azaz a plazmafelhő gyakorlatilag egyre kisebb térfogatúra nyomódik össze. Ez a rétegépítés szempontjából azt eredményezi, hogy a plazmaalkotók előrefelé egyre kisebb távolságokra jutnak el. Ugyanakkor a nyomás növelésével a háttérgáz molekuláin egyre több plazmaalkotó szóródik, így a PLD-módszerrel rétegépítésre felhasználható, előrefelé haladó plazmaalkotók koncentrációja egyre csökken. Mivel a hordozófelületen történő tényleges rétegépüléshez a céltárgy ablált felszínét elhagyó, előrefelé irányuló plazmaalkotóknak a hordozófelületet el kell érniük, a háttérgáz nyomásának növelése a PLD ipari célú alkalmazását megnehezíti. A PLD gazdaságossága szempontjából ez csak úgy ellensúlyozható, hogy a hordozót a plazmaforráshoz közelebb rendezik el. Az 1 Pa alatti háttérgáznyomások mellett jellemző céltárgyhordozó távolság néhány cm, amely távolság a technikai korlátok miatt csupán adott határon belül csökkenthető, vagyis az alkalmazott háttérgáz nyomása a PLD-módszernél csak egy bizonyos felső határig növelhető.Many technical applications of PLD would require layer building at relatively high pressures (typically at least a few times tens of Pa) in the presence of a controlled atmosphere of background gas formed by reactive or inert gas (s). However, it is known that increasing the pressure leads to a reduction in the free path of the plasma components, meaning that the plasma cloud is compressed to a smaller volume. This causes the plasma builders to move forwards at ever smaller distances for layer building. However, with increasing pressure, more and more plasma constituents are scattered on the molecules of the background gas, thus decreasing the concentration of advanced plasma constituents that can be used in the PLD method. Because forward facing plasma components that leave the ablated surface of the target have to reach the substrate to effectively coat the substrate, increasing the background gas pressure makes it difficult to use PLD for industrial applications. From the point of view of PLD economy, this can only be offset by arranging the carrier closer to the plasma source. For target gas pressures below 1 Pa, the target carrier distance is a few cm, which, due to technical limitations, can only be reduced within a given range, i.e. the pressure of the applied background gas can only be increased to a certain upper limit in the PLD method.

A PLD nagy bevonatolni szándékozott hordozófelület esetén jelentkező hátrányait (egyenetlen rétegvastagság, laterális inhomogenitás, felületi egyenetlenség) a korábbi megoldások egyrészt a hordozófelület megfelelő szögsebességű forgatásával, másrészt pedig olyan céltárgyhordozó geometria alkalmazásával próbálták kiküszöbölni, amelynél a hordozófelület a rétegépítés minden pillanatában a céltárgy felületéhez az ablált tartományon átfektetett érintősíkkal határolt azon féltérben helyezkedett el, amely féltérben a lézerimpulzusokkal a plazmafelhőt létrehozták. Az alkalmazott PLD-eljárások másik közös jellemzője emellett, hogy a rétegépítés döntően a plazmafelhő előrefelé irányuló sebességkomponenssel rendelkező alkotóiból történt. A PLD ipari méretekben történő gazdaságos alkalmazása szempontjából megfelelő (azaz mintegy 0,1-0,5 pm/perc) nagyságú rétegnövekedési sebességek eléréséhez viszonylag bonyolult műszaki megoldásokra van szükség. Ráadásul a megnövelt háttérnyomás rétegépülésre káros hatását a napjainkban alkalmazott PLD-eljárásoknál nem sikerült kiküszöbölni, így ezen eljárások a háttérgáz legfeljebb néhány Pa nagyságú nyomása mellett használhatók bevonatok/rétegek ipari méretekben is gazdaságos előállítására.The disadvantages of PLD with a large substrate to be coated (uneven film thickness, lateral inhomogeneity, surface unevenness) have been addressed by rotating the substrate at an appropriate angular velocity and by applying a target substrate geometry to the substrate that was located in a semicircle delimited by a plane tangent to which the plasma cloud was created by laser pulses. Another common feature of the PLD methods used is that the layer building is mainly made up of the components of the plasma cloud with a forward velocity component. Relatively sophisticated technical solutions are required to achieve an appropriate layer growth rate of PLD in an industrial scale (i.e., about 0.1-0.5 pm / min). In addition, the adverse effects of increased background pressure on layer formation have not been overcome by the presently used PLD processes, which can be used economically to produce coatings / layers at industrial pressures of up to a few Pa.

A jelen találmánnyal célunk olyan, egyenletes rétegvastagságú és homogén bevonat kialakítására szolgáló rétegépítési eljárás kidolgozása, amellyel a PLD előzőekben részletezett hátrányai kiküszöbölhetők vagy legalábbis jelentős mértékben csökkenthetők. A találmánnyal emellett további célunk még olyan céltárgyhordozó geometria megvalósítása, amelynek alkalmazásával a bevonatolni szándékozott hordozófelületen egyenletes rétegvastagságú és homogén bevonatok állíthatók elő, adott esetben a PLD-eljárásoknál általában használt legnagyobb nyomásokhoz képest viszonylag nagy (jellemzően legalább néhányszor tíz Pa nagyságú) háttérnyomások mellett is.It is an object of the present invention to provide a method of forming a layer having a uniform film thickness and a homogeneous coating which eliminates or at least significantly reduces the above-mentioned disadvantages of PLD. It is a further object of the present invention to provide a target carrier geometry that provides a uniform film thickness and homogeneous coatings on the substrate to be coated, optionally with a relatively high background pressure (typically at least a few times ten Pa) relative to the highest pressures commonly used in PLD processes.

Találmányunk alapját azok a kísérleti eredményeink képezik, amelyek szerint a rétegépítésre a lézerimpulzusokkal keltett plazmafelhő azon alkotói is sikeresen felhasználhatók, amelyek rendelkeznek visszafelé mutató (vagyis a céltárgy lézerimpulzusokkal ablált tartományának normálvektorával ellentétes irányú) sebességkomponenssel. Továbbmenve, egy ilyen típusú rétegépítésnél tapasztalataink szerint minden olyan hatás (például a plazmafelhő alkotóinak egymáson való szóródása, háttérnyomást keltő reaktív atmoszféra alkalmazása) elősegíti a rétegépülést, illetve javítja annak homogenitását, amelynek eredményeként a lézerimpulzusokkal keltett plazmafelhőben nő a visszafelé mutató sebességkomponenssel rendelkező alkotók koncentrációja, illetve szélesedik annak irányeloszlása.The present invention is based on our experimental results, which show that the components of the plasma cloud generated by laser pulses that have a velocity component in the reverse direction (i.e., opposite to the normal vector of the target pulsed laser pulse) can be successfully used for layer building. Further, in this type of layer construction, we have found that all effects (such as scattering of plasma cloud components on one another, use of a back-pressure reactive atmosphere) promote and improve the homogeneity of the layer, resulting in an increase in the and its policy distribution is widening.

Ezzel összhangban, kitűzött céljainkat egyrészt olyan, homogén bevonat építésére szolgáló eljárás kidolgozásával valósítottuk meg, amelynél - a hordozófelületet a céltárgynak az ablációs tartomány ablált darabján átfektetett érintősíkja plazmafelhővel átellenes oldalán lévő zárt féltérben rendezzük el olyan helyzetben, amelyben a hordozófelület normálvektorának van a céltárgy ablációs tartománya ablált darabja normálvektorával párhuzamos és egyirányú vektorkomponense; ésAccordingly, our objects have been achieved by providing a method for constructing a homogeneous coating in which: - the substrate is arranged in a closed semicircle on the opposite side to the plasma cloud of the tangent plane of the target across the ablated region of the ablation region; a vector component parallel to and normal to the normal vector of its ablated piece; and

- a bevonat hordozófelületen történő építésére a plazmafelhőnek a céltárgy ablációs tartománya ablált darabjának normálvektorával ellentétes irányú sebesség-összetevővel is rendelkező alkotóit használjuk fel.- using a component of the plasma cloud having a velocity component opposite to the normal vector of the ablated region of the target ablation region to build the coating on the substrate.

HU 227 333 Β1HU 227 333 Β1

A találmány szerinti eljárás lehetséges további változatait a 2-11. igénypontok tárják fel.Further embodiments of the process of the invention are illustrated in FIGS. claims.

Kitűzött céljainkat másrészt olyan céltárgyhordozó elrendezéssel értük el, amelynél a hordozófelület a céltárgy ablált darabján átfektetett érintősík céltárgy felőli oldalán lévő zárt féltérben, továbbá a plazmaalkotóknak az ablált darab normálvektorával ellentétes irányú sebesség-összetevővel is rendelkező része útjában van elrendezve.On the other hand, our objects have been achieved by a target carrier arrangement in which the carrier surface has a path component in the closed semicircle on the target side of the tangent plane overlaid on the abutment portion of the target and having a velocity component opposite to the normal vector of the ablated piece.

A találmány szerinti céltárgyhordozó elrendezés lehetséges további előnyös példakénti kiviteli alakjait a 13-19. igénypontok mutatják be.Further preferred embodiments of the target carrier arrangement of the present invention are illustrated in FIGS. claims.

Kitűzött céljainkat továbbá olyan bevonat létrehozásával értük el, amely a találmány szerinti eljárások valamelyikével, a találmány szerinti céltárgyhordozó elrendezések egyikének használatával van előállítva.It is a further object of the present invention to provide a coating which is produced by one of the methods of the invention using one of the target carrier arrangements of the invention.

A találmányt a továbbiakban a csatolt rajzra hivatkozással ismertetjük részletesen, ahol azThe invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which:

IA. ábra egy, a találmány szerinti eljárás foganatosítására szolgáló lehetséges összeállítást ábrázol vázlatosan, keresztmetszetben; azIA. Fig. 4A is a schematic cross-sectional view of a possible assembly for carrying out the process of the present invention; the

IB. ábra az 1A. ábrán szemléltetett összeállítást mutatja vázlatosan, keresztmetszetben a reakciótérben elrendezett modulálóelemmel;IB. 1A. FIG. 4A is a schematic cross-sectional view of a modulation element arranged in the reaction space; FIG.

2. ábra az 1A. és 1B. ábrán vázolt összeállításban alkalmazható, találmány szerinti céltárgyhordozó geometria egyik lehetséges kiviteli alakját szemlélteti perspektivikus nézetben; aFIG. 1B and 1B. FIG. 4A is a perspective view of one embodiment of the target carrier geometry of the invention for use in the assembly illustrated in FIG. the

3A. és 3B. ábra az 1A. és 1B. ábrán szemléltetett összeállításban használható, találmány szerinti céltárgyhordozó geometria egy lehetséges másik kiviteli alakját ábrázolják perspektivikus, illetve keresztmetszeti nézetekben; a3A. 3B and 3B. 1A. 1B and 1B. FIG. 2B is a perspective and cross-sectional view of another embodiment of the target carrier geometry of the present invention for use in the assembly illustrated in FIG. the

4A. és 4B. ábra az 1A. és 1B. ábrán szemléltetett összeállításban alkalmazható, találmány szerinti céltárgyhordozó geometria egy lehetséges további példakénti kiviteli alakjának megvalósítására szolgáló mintatartót mutatnak keresztmetszeti, illetve felülnézetben, a céltárgy és a hordozó eltávolított helyzetében; az4A. 4B and 4B. 1A. 1B and 1B. FIG. 4A is a cross-sectional and plan view of a sample carrier for implementing a further embodiment of the target carrier geometry of the present invention in a removed position of the target and carrier; the

5A. és 5B. ábra a találmány szerinti céltárgyhordozó geometria néhány lehetséges további példakénti kiviteli alakját szemléltetik vázlatosan; a5A. 5B and 5B. FIG. 3B is a schematic illustration of some further possible embodiments of the target carrier geometry of the present invention; the

6. ábra speciálisan hengeres rúd formájában kiképzett céltárggyal megvalósított céltárgyhordozó geometriát vázol; aFigure 6 illustrates target carrier geometry implemented with a specially shaped target rod; the

7A. és 7B. ábra szilíciumhordozón grafit céltárgyból, nitrogén háttérgáz jelenlétében rendre a hagyományos PLD-eljárással, illetve a találmány szerinti rétegépítésre szolgáló eljárással növesztett szén-nitrid rétegek atomierő-mikroszkóppal készített felvételei; és a7A. 7B and 7B. Fig. 4A is a photomicrograph of carbon nitride layers grown on a silicon supported graphite target in the presence of a nitrogen backbone by the conventional PLD method and the inventive layer construction method, respectively; and the

8. ábra a 7A. és 7B. ábrán bemutatott szén-nitrid rétegek normált növekedési sebességének változását mutatja a nitrogén háttérgáz nyomásának függvényében, a hordozófelületek egy-egy meghatározott pontjában.FIG. 7B and 7B. 5A shows the change in the normal growth rate of the carbon nitride layers shown in FIGS.

Az 1A. ábra a találmány szerinti eljárás foganatosítására szolgáló lézeres 10 bevonóberendezés. A 10 bevonóberendezésnek 20 lézerfényforrása, valamint 12 reakciókamrája van. A12 reakciókamra 8 reakcióteret vesz körül. A 12 reakciókamrának a 20 lézerfényforrás által kibocsátott 22 lézernyalábot áteresztő 14 optikai ablaka, valamint szabályozott atmoszféra fenntartását biztosító elemekkel, célszerűen szelepekkel ellátott 16 kiömlése és 18 beömlése van. A 16 kiömlés és a 18 beömlés a 12 reakciókamra 8 reakcióterében fennálló nyomás (vákuum vagy attól eltérő háttérnyomás, beleértve a reaktív atmoszférát is) létrehozására szolgál. Ennek megfelelően például a 16 kiömlés egy, a rajzon külön nem ábrázolt szivattyúhoz, míg a 18 beömlés egy, a rajzon szintén fel nem tüntetett háttérgáztartályhoz lehet csatlakoztatva.1A. FIG. 4A is a laser coating apparatus 10 for carrying out the process of the present invention. The coating apparatus 10 has a laser light source 20 and a reaction chamber 12. Reaction chamber A12 encloses 8 reaction spaces. The reaction chamber 12 has an optical window 14 passing through the laser beam 22 emitted by the laser light source 20, as well as an inlet 16 and an inlet 18 provided with elements for maintaining a controlled atmosphere, preferably with valves. The outlet 16 and the inlet 18 serve to create a pressure (vacuum or non-vacuum, including reactive atmosphere) in the reaction space 8 of the reaction chamber 12. Accordingly, for example, outlet 16 may be connected to a pump not shown in the drawing, while outlet 18 may be connected to a background gas container not shown in the drawing.

A 8 reakciótérben, a 14 optikai ablakon belépő 22 lézernyaláb útjában 36 tengellyel szilárdan csatlakoztatott és a 36 tengellyel együtt elforduló 30 mintatartó van elrendezve. A 30 mintatartónak a 8 reakciótérre néző 31 tartófelülete van. A 30 mintatartó alakja tetszőleges lehet. A 30 mintatartó 31 tartófelülete szolgál a plazmaállapotba juttatni kívánt anyag forrását képező 32 céltárgy, valamint a bevonatolni szándékozott 34 hordozó 12 reakciókamrában való elhelyezésére és rögzítésére. A 31 tartófelületet előnyösen sík felület képezi. A 30 mintatartó egy másik lehetséges kiviteli alakjánál a 31 tartófelület a 32 céltárgy és a 34 hordozó legalább egy részét befogadó mélyedéssel/mélyedésekkel látható el. A 36 tengely a 30 mintatartó 1A. ábrán bemutatott kiviteli alakjánál a 32 céltárgy és a 34 hordozó forgathatóságának biztosítása céljából (egy, a rajzon fel nem tüntetett) meghajtószervhez, előnyösen motorhoz van csatlakoztatva, amely a 8 reakciótéren kívül vagy azon belül egyaránt elrendezhető. A 32 céltárgy és a 34 hordozó egyidejű forgatását legegyszerűbben az 1A. ábrán vázolt elrendezés valósítja meg, azonban ettől eltérő kialakítások ugyancsak elképzelhetők. A 32 céltárgy tengely körüli forgatása amely a 32 céltárgy élettartamát növeli - előnyös, de nem szükségszerű. Ennek megfelelően a 10 bevonóberendezésben a 30 mintatartónak olyan kiviteli alakja is előnyösen alkalmazható, amely kizárólag a 34 hordozó, tengely körüli forgatását biztosítja.In the reaction space 8, a sample holder 30 which is rigidly connected to the axis 36 and rotates with the axis 36 is arranged in the path of the laser beam 22 entering the optical window 14. The sample holder 30 has a support surface 31 facing the reaction space 8. The sample holder 30 may have any shape. The support surface 31 of the sample holder 30 serves to accommodate and secure the target source 32 of the material to be introduced into the plasma state and the substrate 34 to be coated in the reaction chamber 12. The support surface 31 is preferably a flat surface. In another embodiment of the sample holder 30, the support surface 31 may be provided with a recess (s) for receiving at least a portion of the target 32 and the carrier 34. The axis 36 is the sample carrier 30A. In the embodiment illustrated in FIG. 1B, the target 32 and the carrier 34 are connected to a drive (not shown), preferably a motor, which can be arranged outside or inside the reaction space 8 to provide rotation. The simultaneous rotation of the target 32 and the carrier 34 is most easily illustrated in FIG. however, other configurations are also conceivable. Rotating the target 32 around the axis, which increases the life of the target 32, is advantageous but not necessary. Accordingly, in the coating apparatus 10, an embodiment of the sample holder 30 which provides only rotation of the substrate 34 about the axis can also be advantageously used.

A 20 lézerfényforrás impulzusüzemű, előnyösen excimer- vagy YAG lézer. Általánosságban tekintve a 20 lézerfényforrásként tetszőleges olyan lézerfényforrást használhatunk, amely időben 10^-15 s és 10^-6 s közé eső hosszúságú olyan lézerimpulzusokat bocsát ki, amelyek energiasűrűsége elegendő ahhoz, hogy a 32 céltárgy felszínére jutva annak anyagát ablálni tudják. A 20 lézerfényforrás és a 14 optikai ablak között a 22 lézernyaláb útjában, a 22 lézernyaláb kívánt mértékű fókuszálását végrehajtó, illetve adott esetben a 22 lézernyalábnak a 32 céltárgy ablált felületéhez viszonyított mozgatását megvalósító (rajzon külön nem ábrázolt) optikai egységet is elrendezhetünk. Mivel egy ilyen optikai egység felépítése a területen járatos szakember előtt ismeretes, annak részleteire itt nem térünk ki.The laser light source 20 is a pulsed mode, preferably an excimer or YAG laser. In general, the laser light source 20 may be any laser light source that emits laser pulses of a length of 10 to ¹⁵ s and 10 to ⁶ s in time that have sufficient energy density to ablate the target material 32 upon its surface. An optical unit (not shown) may be provided between the laser light source 20 and the optical window 14 in the path of the laser beam 22 to perform the desired focusing of the laser beam 22 and optionally to move the laser beam relative to the target surface 32. Since the structure of such an optical unit is known to one of ordinary skill in the art, the details thereof will not be discussed here.

HU 227 333 Β1HU 227 333 Β1

Rétegépítésnél a 32 céltárgy és a 34 hordozó 30 mintatartón való elrendezését, majd a 30 mintatartó 8 reakciótérben történő elhelyezését és a 12 reakciókamra gáztömör lezárását követően a 8 reakcióteret a 16 kiömléshez csatlakoztatott vákuumszivattyú segítségével a 18 beömlés zárt állapotában vákuum alá helyezzük. A kívánt mértékű vákuum elérését követően a 16 kiömlést elzárjuk, vagy egy lehetséges másik, úgynevezett átfolyó üzemű megoldás esetén a 18 beömlést megnyitva és a 16 kiömlésen át megvalósított elszívással a 18 beömlésen keresztül az elszívással egyidejűleg végzett folyamatos gázbeáramoltatás mellett a 8 reakciótérben állandó nyomást tartunk fenn. Amennyiben a rétegépítést szabályozott atmoszférában kívánjuk végrehajtani, a 8 reakciótérbe a 18 beömléshez csatlakoztatott háttérgáztartályból a 18 beömlés nyitott állapotában kívánt mennyiségű reaktív vagy inért háttérgázt táplálunk be. A céltárgy és a hordozó bevonóberendezésben való elrendezésére az 1A. és 1B. ábrákon vázolt, illetve az alábbiakban a 2-6. ábrákhoz kapcsolódóan részletesen ismertetésre kerülő további céltárgyhordozó geometriák bármelyikét használhatjuk. A kívánt atmoszféra 8 reakciótérbeli kialakítását követően a 36 tengely körül forgásba hozzuk a 34 hordozót (és például az 1A. ábra szerinti céltárgyhordozó geometria alkalmazása esetén ezzel együtt a 32 céltárgyat is). Ezzel egyidejűleg működésbe hozzuk a 20 lézerfényforrást, és a 12 reakciókamra 14 optikai ablakán keresztül a lézerimpulzusokkal ablálni kezdjük a 32 céltárgy felületét. Ennek hatására a 32 céltárgy vékony felületi rétegének anyaga plazmaállapotba kerül és 24 plazmafelhő formájában távozik a 32 céltárgyból. A kitáguló plazma maximális sebessége a 32 céltárgy ablált tartományára lényegében merőleges és különféle alkotóinak kezdeti sebességvektorai döntően előrefelé, vagyis a 32 céltárgy ablált tartományának n normálvektorával (lásd a 3B. ábrát) megegyező irányba mutatnak vagy legalábbis rendelkeznek azzal megegyező irányú komponenssel. A 24 plazmafelhő felépülése során a plazmában lejátszódó plazmadinamikai folyamatok és a plazmaalkotók egymással való ütközésének (egymáson való szórásának) eredményeként a 24 plazmafelhőben olyan plazmaalkotók is megjelennek, amelyek kezdeti sebességei visszafelé mutató, vagyis a 32 céltárgy ablált felszínének n normálvektorával ellentétes irányú komponenssel is rendelkeznek. A találmány szerinti eljárás keretében a 34 hordozó folyamatos forgatása mellett éppen ezen, a 32 céltárgy felé közeledő és a hagyományos PLD-eljárásokban rétegépítésre nem használt plazmaalkotókat használjuk fel a bevonat létrehozására. A 34 hordozó folyamatos, de időben nem feltétlenül egyenletes forgatásával biztosítjuk a kialakuló bevonat/réteg egyenletes vastagságát és homogenitását, míg a 34 hordozó plazmaforrástól való távolságának laterális irányú változtatásával eltérő tulajdonságú rétegek növesztésére van lehetőségünk.After layering the target 32 and the carrier 34 on the sample holder 30, then placing the sample holder 30 in the reaction space 8 and sealing the reaction chamber 12, the reaction space 8 is vacuumed at the inlet 18 using a vacuum pump attached to the outlet 16. Once the desired vacuum is reached, the outlet 16 is blocked or, in the case of another so-called flow-through solution, the inlet 18 is opened and suction through outlet 16 is maintained by continuous gas flow through the inlet 18 simultaneously with the suction. . If the formation of the layer is to be carried out in a controlled atmosphere, a desired amount of reactive or inert background gas is fed into the reaction space 8 from the background gas tank connected to the inlet 18 when the inlet 18 is open. The arrangement of the target and the carrier in the coating apparatus is illustrated in FIG. 1B and 1B. 2 to 6 below. Any of the additional target carrier geometries described in detail with reference to FIGS. After the desired atmosphere in the reaction space 8 is formed, the carrier 34 is rotated about the axis 36 (and, with the target carrier geometry of FIG. 1A, the target 32 is rotated thereafter). Simultaneously, the laser light source 20 is actuated and laser target pulses are used to ablate the target surface 32 through the optical window 14 of the reaction chamber 12. As a result, the material of the thin surface layer of the target 32 enters the plasma state and leaves the target 32 in the form of a plasma cloud 24. The maximum velocity of the expanding plasma is substantially perpendicular to the abdominal region of the target 32 and the initial velocity vectors of its various components are substantially forward, i.e., have at least the same component as the normal vector of the abovementioned region of the target 32 (see Figure 3B). As a result of the plasma cloud formation, plasma dynamics and collision (dispersion) of plasma components in the plasma also result in plasma components having an initial velocity backward, ie, n normal vectors of the ablated surface of the target 32. In the process of the present invention, with the continuous rotation of the substrate 34, it is these plasma constituents that are approaching the target 32 and not used in the conventional PLD processes for the coating to be used. Continuous but not necessarily uniform rotation of substrate 34 ensures uniform thickness and homogeneity of the resulting coating / layer, while lateral variation of substrate 34 from the plasma source permits growth of layers with different properties.

Az inért vagy reaktív háttérgáz jelenlétében végzett rétegépítésnél a háttérgáz összetevői a 34 hordozón kialakuló rétegbe szintén beépülnek, így a 32 céltárgy tulajdonságától eltérő tulajdonságú, annak összetételénél lényegesen változatosabb összetételű bevonatok létrehozására van lehetőség. A 8 reakciótérbe táplált háttérgáz további funkciója, hogy az szóróközegként szolgál a 24 plazmafelhő alkotói számára. Minél nagyobb a 8 reakciótérben a háttérgáz nyomása, annál jelentősebb a háttérgáz által kifejtett szóróhatás.In the case of layer construction in the presence of inert or reactive background gas, the components of the background gas are also incorporated into the substrate 34 so that coatings with a different composition than the target 32 can be formed. A further function of the background gas fed to the reaction space 8 is that it serves as a scattering medium for the constituents of the plasma cloud 24. The higher the background gas pressure in the reaction space 8, the greater the scattering effect of the background gas.

Amint azt az 1B. ábra szemlélteti, a rétegépülés növekedésisebesség-eloszlását modulálhatjuk azáltal, hogy a 34 hordozóval szemben, attól a 8 reakciótér kiterjedése által limitált tetszőleges adott távolságra egy (a 22 lézernyalábot adott esetben áteresztő) mechanikai akadályt, például egy felület képezte 38 modulálóelemet helyezünk el. A 38 modulálóelem felfogja a 24 plazmafelhőben előrefelé irányuló nagy energiájú alkotókat, így azok az atmoszféráról nem tudnak visszaverődni. Az oldalirányú visszaszóródás ugyanakkor akadálytalan marad, miáltal a 24 plazmafelhő kiszélesedik és a 34 hordozófelületén épülő réteg vastagságeloszlása lényegesen homogénebbé válik. A 38 modulálóelemet a 34 hordozóval szemben tetszőleges, arra alkalmas módon rögzíthetjük a 8 reakciótérben; az 1B. ábrán bemutatott kiviteli alaknál a 38 modulálóelem például állítható hosszúságú 37 távtartók segítségével a 30 mintatartóhoz van hozzáerősítve.As shown in Figure 1B. As illustrated in FIG. 3A, the growth rate distribution of the layer construction can be modulated by placing a mechanical barrier (e.g., a permeable laser beam 22) 38 over a given distance from the substrate 34 at any given distance limited by the extent of the reaction space. The modulating element 38 holds the high energy components forward in the plasma cloud 24 so that they cannot be reflected from the atmosphere. However, lateral backscattering remains unobstructed, thereby widening the plasma cloud 24 and providing a substantially more homogeneous thickness distribution on the substrate 34. The modulating member 38 may be anchored to the support 34 in the reaction space 8 by any suitable means; 1B. In the embodiment illustrated in FIG. 1B, the modulating member 38 is attached to the sample holder 30, for example, by means of adjustable length spacers 37.

A 2. ábra egy olyan, a 30 mintatartón megvalósított találmány szerinti céltárgyhordozó geometriát szemléltet felnagyított nézetben, ahol a hordozót maga a 32 céltárgy képezi. Az ábrázolt elrendezésben a rétegépítés magára a 32 céltárgyra történik: a 30 mintatartón elhelyezett 32 céltárgy 33 ablációs tartományát a 32 céltárgyat elérő 22 lézernyaláb a 23 lézerfolton ablálja. Az építeni szándékozott réteg a 30 mintatartó 36 tengely körüli forgatásának eredményeként a 23 lézerfolt által a forgatás során végigsöpört gyűrű alakú zónán belül (a 32 céltárgy 2. ábrán pontozott vonal határolta tartományában) és azon kívül is kialakul. Ezen utóbbi rétegleválás a 22 lézernyaláb radiális irányú kifelé történő elmozdításával kívánt esetben újraablálás útján a 32 céltárgyról eltávolítható. A 3A. és 3B. ábra a 10 bevonóberendezésben használható mintatartó egy lehetséges másik példaként! kiviteli alakját szemléltetik. Amint azt a 3B. ábra mutatja, a találmány szerinti megoldás értelmében a 32 céltárgy, valamint a 34 hordozó a 31 tartófelületen oly módon vannak elrendezve és rögzítve, hogy a 32 céltárgy 33 ablációs tartománya és a 34 hordozó 35 hordozófelülete egyetlen síkot határoz meg. A 3A. és 3B. ábrán olyan hengerszimmetrikus céltárgyhordozó geometria látható, amely a 36 tengelyre merőleges, kör alakú 35 hordozófelülettel kialakított korong alakú 34 hordozóból és ezt gyűrű alakban körülvevő 33 ablációs tartománnyal rendelkező 32 céltárgyból áll. Természetesen a találmány szerinti megoldás ettől eltérő alakú 32 céltárgyat és 34 hordozót magában foglaló céltárgyhordozó geometriákkal is megvalósítható, melyek közül néhányat a későbbiekben részletesen is ismertetünk majd. Megjegyezzük továbbá, hogy rétegépítés céljából a 32 céltárgyat kívülről ugyancsak körülvehetjük a hordozóval.Figure 2 is an enlarged view of a target carrier geometry according to the invention implemented on the sample carrier 30, wherein the carrier itself is the target 32. In the arrangement shown, the layer building is done on the target 32 itself: the ablation region 33 of the target 32 on the sample holder 30 is ablated on the laser spot 23 by the laser beam 22 which reaches the target 32. As a result of the rotation of the sample holder 30 about the axis 36, the layer to be built is formed inside and outside the annular zone (delimited by the dotted line in Figure 2) of the target 23 during rotation. This latter layer separation can be removed from the target 32 by moving the laser beam 22 outwardly, if desired, by re-blasting. 3A. 3B and 3B. FIG. 4A is a further example of a sample holder for use in the coating apparatus 10. is illustrated. As shown in FIG. 3B. In the embodiment of the present invention, the target 32 and the carrier 34 are arranged and fixed on the support surface 31 such that the ablation region 33 of the target 32 and the carrier surface 35 of the carrier 34 define a single plane. 3A. 3B and 3B. Fig. 4a shows a cylindrical symmetrical target carrier geometry consisting of a disk 34 formed with a circular support surface 35 perpendicular to the axis 36 and a target 32 having an annular ablation region 33 surrounding it. Of course, the subject geometry of the present invention may also be implemented with target geometries of different shapes 32 and carrier 34, some of which will be described in more detail below. It is further noted that the target 32 may also be externally surrounded by the substrate for the purpose of layer building.

HU 227 333 Β1HU 227 333 Β1

A 4A. és 4B. ábra a 10 bevonóberendezésben használható mintatartó egy lehetséges további, a rajta elhelyezett céltárgy ablációs tartománya és a hordozó hordozófelülete egymáshoz viszonyított helyzetének állíthatóságát biztosító 130 mintatartót szemléltetnek keresztmetszetben (4A. ábra) és felülnézetben (4B. ábra). A 130 mintatartó két darabból áll: felső 143 hordozótartó lappal és 144 alaplappal rendelkező 140 hordozótartóból, valamint 131 tartófelülettel és 121 alaplappal rendelkező 120 céltárgytartóból. A felső4A. 4B and 4B. Fig. 4A is a cross-sectional view (Fig. 4A) and a top view (Fig. 4B) of a further possible specimen carrier 130 for adjusting the relative position of the ablation region of the target thereon and the substrate of the substrate. The sample holder 130 consists of two pieces: a carrier holder 140 with an upper carrier plate 143 and a base plate 144, and a target holder 120 with a carrier surface 131 and a motherboard 121. The top

143 hordozótartó lap a 131 tartófelülettel, míg a143 carrier plate with support surface 131, while

144 alaplap a 121 alaplappal néz azonos irányba. A 140 hordozótartó 144 alaplapjához 142 tengely van merőlegesen csatlakoztatva. A 120 céltárgytartóhoz annak 131 tartófelülettel átellenes (vagyis a 121 alaplap felőli) oldalán egy, a 121 alaplapra merőleges üreges 136 csőtengely csatlakozik. A csatlakoztatást 137 merevítők biztosítják, melyek egyik végükkel a 121 alaplaphoz, másik végükkel pedig a 136 csőtengelyhez vannak hozzáerősítve. A 136 csőtengely a 121 alaplaphoz közelebbi végén 139 peremmel van ellátva. A 139 perem a 121 alaplap síkja alatt helyezkedik el.The 144 motherboards look in the same direction as the 121 motherboards. An axis 142 is connected perpendicular to the base plate 144 of the carrier carrier 140. The target holder 120 is connected on its side opposite to its support surface 131 (i.e., from the base plate 121) by a hollow tubular shaft 136 perpendicular to the base plate 121. The connection is provided by stiffeners 137 which are fastened at one end to the base plate 121 and at the other end to the shaft 136. The tubular shaft 136 has a flange 139 at its end closer to the base plate 121. The flange 139 is located below the plane of the motherboard 121.

A 120 céltárgytartó egy, a 131 tartófelülettől a 121 alaplapig, arra merőlegesen, a 120 céltárgytartó teljes vastagságában terjedő átmenő 141 nyílással van ellátva. A 141 nyílás 121 alaplappal párhuzamos metszete követi a 140 hordozótartó alakját. A 130 mintatartó összeállított állapotában egyrészt a 140 hordozótartó célszerűen hézagmentesen illeszkedik a 120 céltárgytartó 141 nyílásába és abban a 142 tengellyel párhuzamos irányban elmozdulhat, másrészt a 140 hordozótartó 142 tengelye a 120 céltárgytartó 136 csőtengelyével koncentrikus és annak belsejében húzódik. A 140 hordozótartó a 141 nyílásban két szélső helyzet között tud elmozdulni. A 140 hordozótartó a szóban forgó szélső helyzetek egyikét azon helyzetében éri el, amikor 144 alaplapja érintkezésbe kerül a 136 csőtengely 139 peremével. A 140 hordozótartó másik szélső helyzetét azon helyzet jelenti, amelynél a 120 céltárgytartón elrendezett céltárgy lézerimpulzusokkal ablált tartománya, valamint a 143 hordozótartó lapon elhelyezett hordozó hordozófelülete ugyanazon síkba esnek. A 140 hordozótartó ezen két szélső helyzete között arra alkalmas eszközzel, például mechanikai úton, tetszőleges helyzetben rögzíthető, illetve mozgatható. A 120 céltárgytartóban kialakított 141 nyílásnak és az abba illeszkedő 140 hordozótartónak előnyösen hengerszimmetrikus alakjuk van, azonban azokat tetszőleges egyéb, egymáshoz előnyösen komplementer módon illeszkedő alakkal ugyancsak kiképezhetjük.The target holder 120 is provided with a through opening 141 extending perpendicularly from the support surface 131 to the base board 121, extending across the entire width of the target holder 120. A section parallel to the base 121 of the opening 141 follows the shape of the carrier 140. In the assembled state of sample carrier 130, carrier carrier 140 preferably fits seamlessly into aperture 141 of target carrier 120 and is movable in a direction parallel to axis 142, and carrier axis 140 is concentric with and extends inwardly of target carrier tube axis 136. The carrier carrier 140 in the opening 141 can move between two extreme positions. The carrier bracket 140 reaches one of said extreme positions when its base plate 144 contacts the flange 139 of the tubular shaft 136. The other extreme position of the carrier holder 140 is the position in which the laser pulsed area of the target disposed on the target carrier 120 and the carrier surface of the carrier disposed on the carrier carrier plate 143 are in the same plane. Between these two extreme positions of the carrier support 140, it can be fixed or moved in any position by suitable means, such as mechanical means. The aperture 141 in the target holder 120 and the supporting carrier 140 therein preferably have a cylindrical symmetrical shape, but they can also be formed with any other shape that is preferably complementary to one another.

A 136 csőtengely a 120 céltárgytartó, és ezáltal a 131 tartófelületen elrendezésre kerülő céltárgy szükség szerinti forgatása céljából (egy, a rajzon fel nem tüntetett) meghajtószervhez, motorhoz van csatlakoztatva. A 142 tengely 144 alaplaphoz csatlakoztatott végével átellenes vége a 140 hordozótartó kívánt forgatása céljából (egy, a rajzon szintén fel nem tüntetett) meghajtószervhez, célszerűen motorhoz van csatlakoztatva.The tubular shaft 136 is connected to a drive motor (not shown) to rotate the target holder 120, and thus the target positioned on the support surface 131, as required. The opposite end of the shaft 142 connected to the base plate 144 is connected to a drive (preferably not shown in the drawing), preferably a motor, for the desired rotation of the carrier carrier 140.

A most bemutatott 130 mintatartó a céltárgy és a hordozó azonos tengely körüli, egymástól független (azaz például különböző szögsebességgel vagy eltérő irányba történő) forgatását, eltérő vastagságú céltárgy és hordozó alkalmazhatóságát, valamint eltérő magasságokban elterülő ablációs tartomány és hordozófelület használatát teszi lehetővé.The specimen carrier 130 shown herein allows for independent rotation of the target and carrier around the same axis (e.g., at different angular velocities or in different directions), the applicability of the target and carrier of different thicknesses, and the use of an ablation region and carrier surface at different heights.

Az 5A. és 5B. ábra két további céltárgyhordozó geometriát szemléltetnek vázlatosan, a nekik megfelelő mintatartók feltüntetése nélkül. Az ábrákon a céltárgy(ak)at egyszerűen korong alakú elem(ek) formájában, míg a hordozó(ka)t téglatest alakú elem(ek)ként tüntettük fel, jóllehet a területen járatos szakember számára nyilvánvaló, hogy az ábrákon szemléltetett elrendezésekben a hordozóknak és a céltárgyaknak tetszőleges alakjuk lehet. Az ábrákon a találmány szerinti megoldás egyik lényegi jellemzőjét jelentő, az egyenletes és homogén rétegépítés szempontjából elengedhetetlen, illetve a céltárgy(ak) élettartamának meghosszabbításához szükséges forgatást az egyes elemek esetében szaggatott vonallal feltüntetett forgástengelyek körüli, az óramutató járásával megegyező vagy azzal ellentétes irányú nyilakkal jelöltük. Hangsúlyozni szeretnénk, hogy egyenletes és homogén rétegek növesztéséhez csupán a hordozó(k) forgatása elengedhetetlen. Itt kívánjuk megjegyezni, hogy az ábrákon feltüntetett elemek forgásirányait, illetve a forgatási sebességeket egymástól függetlenül tetszőlegesen választhatjuk. Továbbmenve, az 5A. és 5B. ábrán szemléltetett céltárgyhordozó geometriákban az egyes elemek forgástengelyei egymással szöget zárhatnak be. Az 1-4. ábrákhoz kapcsolódóan részletesen tárgyalt mintatartók alapján a szakember számára emellett a konkrét céltárgyhordozó geometriák megvalósítására alkalmas mintatartó-kialakítások is nyilvánvalóak. Megjegyezzük továbbá, hogy az 5A. és 5B. ábrán bemutatott céltárgyhordozó geometriák, alkalmasan kialakított/megválasztott mintatartókat használva, egymással tetszőlegesen kombinálhatók.5A. 5B and 5B. Figure 2A is a schematic illustration of two additional target carrier geometries without indicating the corresponding sample holders. In the drawings, the target (s) are simply represented as disk-like element (s), while the carrier (s) is shown as a rectangular element (s), although it will be apparent to one skilled in the art that the targets may have any shape. In the drawings, rotations about the axes of rotation about each of the elements, which are indispensable for a uniform and homogeneous layer construction, and necessary to extend the life of the target (s), are shown in the figures, clockwise or anticlockwise. We would like to emphasize that for the growth of even and homogeneous layers, only rotation of the substrate (s) is essential. It is to be noted that the direction of rotation of the elements shown in the figures and the rotation speeds can be selected independently of one another. Further, FIG. 5B and 5B. The axes of rotation of each element in the target carrier geometry illustrated in FIG. 1-4. In addition, based on the sample holders discussed in detail with reference to Figures 1 to 4, one skilled in the art will appreciate specimen designs suitable for implementing specific target carrier geometries. It is further noted that FIG. 5B and 5B. The target carrier geometries shown in FIG. 1A can be combined arbitrarily with one another using suitably designed / selected sample holders.

Az 5A. ábra egy többhordozós, egyetlen céltárggyal megvalósított példaként! elrendezést ábrázol, amely 222 lézernyalábbal 223 lézerfolton ablált 233 ablációs tartománnyal rendelkező 232 céltárgy mellett több (jelen esetben kettő), saját 235a, 235b hordozófelülettel bíró 234a, 234b hordozót tartalmaz oly módon elrendezve, hogy a 235a, 235b hordozófelületek a 232 céltárgy ablált darabján átfektetett érintősíkban (amely jelen esetben speciálisan megegyezik a 233 ablációs tartomány síkjával) vagy az alatt terülnek el. A 234a, 234b hordozók szimmetrikus elrendezése esetén ezen elrendezés különösen előnyös egyidejűleg több különálló hordozón azonos (vagyis megegyező összetételű, rétegvastagságú, illetve rétegvastagság-változású) rétegek előállítására, és ezáltal a sorozatgyártásra.5A. FIG. 3B is an example of a multicarrier with a single target. illustrates an arrangement comprising a plurality of substrates 234a, 234b having their own substrates 235a, 235b arranged in a plurality of substrates 235a, 235b in addition to targets 232 having an ablation region 233 on a laser spot 223 with a laser beam 222 in the plane of tangency (which in this case is specifically the plane of the ablation region 233) or below. In the case of a symmetrical arrangement of the substrates 234a, 234b, this arrangement is particularly advantageous for the simultaneous production of identical layers (i.e., layer thickness or layer thickness variations) on several separate substrates and thus for batch production.

Az 5B. ábra egy egyhordozós, több céltárggyal megvalósított példaként! elrendezést szemléltet, amely 335 hordozófelülettel rendelkező 334 hordozót, valamint több (jelen esetben kettő), 322a, 322b lézernyalábokkal rendre 323a, 323b lézerfoltokon ablált 333a, 333b ablációs tartományokkal bíró 332a, 332b céltár65B. Figure 1B is an example of a single carrier multi-target embodiment. illustrates an arrangement 334a, 332b having a substrate 335 having a substrate 335 and a plurality (two in this case) of targets 332a, 332b having ablation regions 333a, 333b ablated with laser beams 322a, 322b respectively.

HU 227 333 Β1 gyakat tartalmaz oly módon elrendezve, hogy a 335 hordozófelület a 332a, 332b céltárgyak ablált darabjain külön-külön átfektetett érintősíkok (melyek jelen esetben speciálisan egyetlen, a 333a, 333b ablációs tartományok mindegyikét tartalmazó síkot képeznek) egyikében vagy az alatt terül el. Továbbmenve, a 334 hordozó célszerűen a 323a, 323b lézerfoltok között van elrendezve, azoktól meghatározott távolságokban. Az abláló 322a, 322b lézernyalábok ugyanabból vagy különböző lézerfényforrásokból származnak. Különböző lézerfényforrások használata esetén a 322a, 322b lézernyalábok eltérő tulajdonságokkal (pl. impulzushossz, hullámhossz, energiasűrűség stb.) rendelkezhetnek. Eltérő összetételű 332a, 332b céltárgyakat egymás után eltérő hosszúságú időtartamokig ablálva az elrendezés különösen előnyös adott hordozón különböző vastagságú rétegekből álló rétegrendszer növesztésére. A 332a, 332b céltárgyakat egyidejűleg ablálva lehetőség van a 334 hordozón épülő réteg összetételének hangolására is (például a 334 hordozó 323a, 323b lézerfoltoktól mért távolságának változtatásával).The substrate 335 is disposed in such a manner that the substrate 335 is located in or below one of the tangent planes (which in this case is specifically formed as a single plane containing each of the ablation regions 333a, 333b) individually spaced on the abutments of the targets 332a, 332b. . Further, carrier 334 is preferably disposed between laser spots 323a, 323b at defined distances thereto. The ablating laser beams 322a, 322b are from the same or different sources of laser light. When using different laser light sources, laser beams 322a, 322b may have different properties (e.g., pulse length, wavelength, energy density, etc.). By ablating targets 332a, 332b of different compositions for successive lengths of time, the arrangement is particularly advantageous for growing a layer system of layers of different thicknesses on a given substrate. While ablating the targets 332a, 332b, it is also possible to tune the composition of the layer 334 (e.g., by varying the distance of the carrier 334 from the laser spots 323a, 323b).

A 6. ábra speciálisan rúd alakú 432 céltárgyból és 435 hordozófelülettel rendelkező tetszőleges alakú (az egyszerűség kedvéért téglatestként ábrázolt) 434 hordozóból álló céltárgyhordozó geometriát szemléltet. A 432 céltárgy élettartamának meghosszabbítása céljából a 432 céltárgyat és az azt 423 lézerfolton abláló 422 lézernyalábot egymáshoz képest mozgatjuk. A relatív mozgatást például a 432 céltárgynak a (szaggatott vonallal feltüntetett) hossztengelye körüli rotációjával, a 432 céltárgynak a hossztengelye menti transzlációjával, a 422 lézernyalábnak a 432 céltárgy egyik alkotója mentén arra alkalmas (rajzon külön nem ábrázolt) optikai összeállítás segítségével történő végigpásztázásával vagy az említett megoldások tetszőleges kombinációjával érhetjük el. A választott relatív mozgatás eredményeként különböző alakú 433 ablációs tartományokat kapunk. A 434 hordozót és a 432 céltárgyat mindazonáltal egymáshoz képest úgy rendezzük el, hogy a 435 hordozófelület (illetve nem síkbeli hordozófelület esetén a 435 hordozófelület legmagasabb pontja) a 432 céltárgynak a 423 lézerfolton átfektetett érintősíkjában vagy az alatt terül el. Továbbmenve, a 434 hordozó (szaggatott vonallal feltüntetett) tengelyirányát úgy állítjuk be, hogy az a 423 lézerfolton ablált területet elhagyó, táguló plazma legnagyobb sebességvektorával párhuzamos vagy azzal szöget bezáró legyen.Figure 6 illustrates a target geometry of a specially shaped target carrier 434 having a bar-shaped target 432 and a carrier 434 having a substrate 435 (shown as a rectangle for simplicity). To extend the life of the target 432, the target 432 and the laser beam 422 that ablates it on the laser spot 423 are moved relative to one another. Relative motion, for example, by rotating the target 432 about its longitudinal axis (indicated by dashed lines), translating the target 432 along its longitudinal axis, aligning the laser beam 422 along one of its components by optical assembly (not shown in the drawing) or can be achieved by any combination of solutions. As a result of the relative movement selected, ablation regions 433 of various shapes are obtained. However, the carrier 434 and the target 432 are arranged relative to one another such that the carrier 435 (or, in the case of a non-planar carrier, the highest point of the carrier 435) lies within or below the tangent plane of the target 432. Further, the axis 434 of the substrate 434 (indicated by a dashed line) is adjusted to be parallel to or at an angle to the maximum velocity vector of the expanding plasma leaving the laser spot 423.

Megjegyezzük, hogy az 5. és 6. ábrán szemléltetett céltárgyhordozó geometriák bemutatásánál használt „érintősíkban vagy az alatt” megjelölés alatt olyan elrendezést értünk, ahol a hordozófelület(ek) a céltárgyjak) és a hordozó(k) megfelelő mintatartó(k)ban történő elhelyezését követően a rétegépítés folyamán minden pillanatban az ablált darab(ok)on átfektetett érintősík(ok) által határolt, a rétegépítés céljából létrehozott plazmafelhő(ke)t nem tartalmazó zárt féltérben helyezkedik/helyezkednek el, ahol a zárt féltér definíció szerint a határoló érintősíko(ka)t is magában foglalja.Note that the term "tangent to or below" used to illustrate the target carrier geometries illustrated in Figures 5 and 6 refers to an arrangement in which the target surface (s) is (are) positioned in an appropriate specimen holder (s). they are located in a closed semicircle enclosed by the tangent plane (s) overlaid on the ablated piece (s) at all times during the course of the layer construction, where the enclosed semicircle is defined by the bounding tangent plane (s) ).

PéldaExample

A továbbiakban ugyanazon plazmafelhőből, vagyis teljesen azonos rétegépítési feltételek mellett hagyományos PLD-eljárással (azaz a plazmafelhő előrefelé irányuló alkotóiból, az ablációs tartománnyal szemben elrendezett hordozófelületen; továbbiakban PLD-konfiguráció) és a találmány szerinti rétegépítési eljárással (azaz a plazmafelhő visszafelé irányuló alkotóiból, az ablációs tartomány síkjába eső hordozófelületen; továbbiakban találmány szerinti konfiguráció) növesztett rétegek tulajdonságait kívánjuk szemléltetni egy példán keresztül.Hereinafter, the same plasma cloud, i.e., under exactly the same layering conditions, by the conventional PLD method (i.e., the forward facing components of the plasma cloud, the substrate facing the ablation domain; hereinafter PLD configuration) and the inventive layer building method (i.e., the It is intended to illustrate the properties of the overgrown layers on a substrate in the plane of the ablation region (hereinafter configuration according to the invention) by way of example.

A vizsgálat tárgyát képező rétegek előállításához grafit céltárgyat és két szilíciumhordozót használtunk az 1A. ábrán szemléltetett bevonóberendezésben, azzal a különbséggel, hogy a hordozók egyikét a céltárggyal szemben, attól 53 mm távolságban helyeztük el (PLD-konfiguráció). A rétegépítést nitrogén háttérgázban végeztük 5 Pa nagyságú háttérgáznyomás mellett. A céltárgy ablálását Lambda Physics EMG150TMSC típusú, 248 nm-es hullámhosszon üzemelő KrF excimerlézerrel előállított 7 J/cm² energiasűrűségű és 20 ns hosszúságú lézerimpulzusokkal hajtottuk végre. A rétegépítés eredményeként a hordozókon egy-egy szén-nitrid réteg alakul ki. A hordozók felülete 10 μίτιχΙΟ pm nagyságú egy-egy szeletének atomierő-mikroszkóppal készített felvételeit a 7A. ábra (PLD-konfiguráció) és a 7B. ábra (találmány szerinti konfiguráció) szemlélteti. Az ábrákat összehasonlítva jól látható, hogy míg a PLD-konfigurációban nyert réteg viszonylag sok olvadékcseppet tartalmaz és meglehetősen egyenetlen, addig a találmány szerinti elrendezésben előállított réteg felszíne lényegesen egyenletesebb. Továbbmenve, a találmány szerinti konfigurációban növesztett szén-nitrid réteg vastagságának laterális ingadozásait makroszkopikus méretű (kb. 5 cm átmérőjű) mintán megmérve mindössze néhány %-os relatív eltérést kaptunk, ami rendkívül egyenletes réteget jelent.Graphite targets and two silicon carriers were used to prepare the layers to be tested in Figure 1A. 2B, except that one of the substrates is positioned 53 mm away from the target (PLD configuration). The layering was carried out in a nitrogen background gas at a background gas pressure of 5 Pa. Target ablation was performed with a 7 J / cm ² laser pulse produced by a KrF excimer laser of 248 nm wavelength using a Lambda Physics EMG150TMSC type laser. Layer construction results in the formation of a single layer of carbon nitride on the substrates. The atomic force microscope images of 10 μίτιχΙΟ pm sections of the substrate surface are shown in Figure 7A. Figure 7B (PLD configuration) and Figure 7B. 3A (configuration according to the invention). Comparing the figures, it can be seen that while the layer obtained in the PLD configuration contains a relatively large number of melt droplets and is rather uneven, the layer produced in the arrangement according to the invention has a substantially smoother surface. Further, the lateral fluctuations in the thickness of the carbon nitride layer grown in the configuration of the invention, measured on a macroscopic sample (about 5 cm in diameter), yielded only a relative deviation of a few percent, which represents an extremely uniform layer.

Az előzőekben ismertetett elrendezésben a hordozók egy-egy kiválasztott pontjában vizsgáltuk a hordozókon épülő rétegek növekedési sebességének nyomásfüggését. Kiválasztott pontokként a találmány szerinti konfigurációban a hordozónak az elliptikus lézerfolttól (annak nagytengelye mentén) 5-7 mm távolságra lévő pontjait, míg a PLD-konfigurációban a hordozónak a lézerfolttal szemben elhelyezkedő pontját tekintettük. A nitrogénháttérgáz nyomását a 0,1-100 Pa tartományban változtattuk, és a kiválasztott pontokban mértük a réteg nm egységekben kifejezett vastagságát. Az egy impulzusra normált rétegvastagságok és (a porozitás változásának kompenzálása céljából) a leválasztott rétegek sűrűségeinek szorzataként definiált normált növekedésisebesség-értékeket a 8. ábra szemlélteti, amelyen a * szimbólum a PLD-konfigurációnak megfelelően elhelyezett hordozón mért értékeket, míg a □ szimbólum a találmány szerinti konfigurációnak megfelelően elrendezett hordozón mért értékeket jelöli. A 8. ábráról nyilvánvaló a háttérnyomás rétegépülésre kifejtett hatása: a találmány szerinti konfi7In the above-described arrangement, the pressure dependence of the growth rate of the layers based on the substrates was investigated at selected points of the substrates. Selected points in the configuration of the invention are the points on the substrate 5-7 mm from the elliptical laser spot (along its major axis), while in the PLD configuration the points on the substrate opposite the laser spot are considered. The back pressure of the nitrogen was varied in the range of 0.1 to 100 Pa and the thickness of the layer expressed in nm was measured at selected points. The normal growth rate values defined as the product of the pulse normalized layer thicknesses (to compensate for the change in porosity) and the densities of the deposited layers are shown in Figure 8, where the * symbol is the value measured on a substrate according to the PLD configuration. denotes values measured on a medium arranged in a configuration. From Fig. 8, the effect of background pressure on stratification is obvious: the configuration of the present invention

HU 227 333 Β1 gurációt használva a háttérnyomás növekedése egyre gyorsabb rétegépülést eredményez, továbbá kb. 10 Pa nyomás felett a találmány szerinti konfigurációban végrehajtott rétegépítés sokkal előnyösebbé válik és egyértelműen gyorsabb, míg a PLD-konfiguráció rétegépítésre gazdaságos módon már nem használható.EN 227 333 Β1 guration, the background pressure increases resulting in more rapid stratification; At a pressure above 10 Pa, the layer construction in the configuration of the present invention becomes much more advantageous and clearly faster, while the PLD configuration can no longer be used in an economical way for layer construction.

A jelen példa egyértelműen mutatja, hogy a találmány szerinti eljárással a hagyományos PLD-elvű rétegépítés hátrányai (egyenetlen rétegvastagság, laterális inhomogenitás, felületi egyenetlenség) jelentős mértékben csökkenthetők, ráadásul a találmány szerinti céltárgyhordozó geometriák még viszonylag magas nyomás mellett is alkalmasak lézerimpulzusokkal keltett plazmából történő rétegépítésre.The present example clearly demonstrates that the disadvantages (uneven layer thickness, lateral inhomogeneity, surface unevenness) of conventional PLD-based layer construction can be significantly reduced by the process of the present invention, and the target carrier geometries of the invention are suitable even at relatively high pressures from plasma pulsed laser pulses. .

Claims

1. Eljárás hordozón céltárgyból impulzuslézerrel előállított plazmából egyenletes rétegvastagságú homogén bevonat építésére, ahol (a) a céltárgyat felszíne legalább egy részét képező ablációs tartománnyal és a hordozót felszíne legalább egy részét képező hordozófelülettel alakítjuk ki;A method of constructing a homogeneous coating of uniform thickness on a substrate from a plasma produced by pulsed laser, wherein (a) the target is formed with an ablation region that forms at least a portion of its surface and a substrate that forms at least a portion of its surface;

(b) a céltárgyat és a hordozót szabályozott atmoszférában rendezzük el;(b) arranging the target and carrier in a controlled atmosphere;

(c) a céltárgyat ablációs tartományának legalább egy darabján lézernyaláb impulzusokkal sugározzuk be, miáltal a céltárgyból plazmafelhőt állítunk elő, és a céltárgy ezen ablálásával egyidejűleg a hordozófelületet normálvektorával párhuzamos forgástengely körül folyamatos forgatásnak vetjük alá, azzal jellemezve, hogy (d) a hordozófelületet (35; 235a, 235b; 335; 435) a céltárgynak (32; 232; 332a, 332b; 432) az ablációs tartomány (33; 233; 333a, 333b; 433) ablált darabján átfektetett érintősíkja plazmafelhővel (24) átellenes oldalán lévő zárt féltérben rendezzük el olyan helyzetben, amelyben a hordozófelület (35; 235a, 235b; 335; 435) normálvektorának van a céltárgy (32; 232; 332a, 332b; 432) ablációs tartománya (33; 233; 333a, 333b; 433) ablált darabja normálvektorával párhuzamos és egyirányú vektorkomponense; és (e) a bevonat hordozófelületen (35; 235a, 235b; 335; 435) történő építésére a plazmafelhőnek (24) a céltárgy (32; 232; 332a, 332b; 432) ablációs tartománya (33; 233; 333a, 333b; 433) ablált darabjának normálvektorával ellentétes irányú sebességösszetevővel is rendelkező alkotóit használjuk fel.(c) irradiating at least a portion of the target's ablation region with laser beam pulses to produce a plasma cloud from the target and simultaneously rotating the carrier surface around a rotation axis parallel to the normal vector (d), 235a, 235b; 335; 435) is arranged in a closed hemispherical side of the target (32; 232; 332a, 332b; 432) overlaid on the ablated portion of the ablation region (33; 233; 333a, 333b; 433) with a plasma cloud (24). in a position in which the normal vector of the support surface (35; 235a, 235b; 335; 435) has an ablation region (33; 233; 333a, 333b; 433) of the target (32; 232; 332a, 332b; 432) parallel to the normal vector. and a unidirectional vector component; and (e) an ablation region (33; 233; 333a, 333b; 433) of the target (32; 232; 332a, 332b; 432) for building the coating on a support surface (35; 235a, 235b; 335; 435); ) of the ablated part, which also has a velocity component opposite to the normal vector.

2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szabályozott atmoszférát vákuum képezi.2. The process of claim 1, wherein the controlled atmosphere is a vacuum.

3. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szabályozott atmoszférát inért vagy reaktív háttérgáz képezi.3. The method of claim 1, wherein the controlled atmosphere is an inert or reactive background gas.

4. A 3. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a háttérgáz nyomását legalább néhányszor tíz Pa értékűre állítjuk be.The method of claim 3, wherein the background gas pressure is adjusted to at least ten times Pa.

5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a plazmafelhőben (24) a bevonat építésére használt alkotók arányát és eloszlását szabályozzuk.5. A method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the proportion and distribution of the constituents used to build the coating in the plasma cloud (24) is controlled.

6. Az 5. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a bevonat építésére használt alkotók arányának és eloszlásának szabályozását a háttérgáz nyomásának módosításával vagy egy, a táguló plazmafelhő (24) alkotóinak a hordozófelület (35) felé irányuló visszaszórását módosító modulálóelem (38) hordozófelülettel (35) szemben történő elhelyezésével vagy ezek kombinálásával hajtjuk végre.A method according to claim 5, characterized by controlling the ratio and distribution of the coating components by modifying the background gas pressure or by modulating the modulating element (38) to modulate the diffusion of components of the expanding plasma cloud (24) towards the substrate (35). (35), or a combination thereof.

7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a céltárgyat (32) és a hordozót egyetlen elemként állítjuk elő, és a hordozófelületet az ablációs tartomány (33) részeként képezzük ki.7. A method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the target (32) and the support are formed as a single element and the support surface is formed as part of the ablation region (33).

8. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a hordozófelületet (235a, 235b) legalább két diszjunkt tartományként alakítjuk ki.8. A method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the support surface (235a, 235b) is formed as at least two disjunctive regions.

9. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az ablációs tartományt (333a, 333b) legalább két diszjunkt tartományként alakítjuk ki, és a diszjunkt tartományokat külön-külön lézernyalábokkal (322a, 322b) abláljuk.9. A method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the ablation region (333a, 333b) is formed as at least two disjunctive regions and the disjunctive regions are individually ablated by laser beams (322a, 322b).

10. A 9. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a diszjunkt tartományokat eltérő anyag-összetételű céltárgyak (332a, 332b) felületeinek részeiként képezzük ki.Method according to claim 9, characterized in that the disjunctive regions are formed as parts of the surfaces of targets of different material composition (332a, 332b).

11. Az 1-10. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a céltárgynak (32; 232; 332a, 332b; 432) a lézernyaláb (22; 222; 322a, 322b; 422) impulzusokkal ablált darabját a céltárgyat (32; 232; 332a, 332b; 432) legalább szakaszos rotációnak és/vagy transzlációnak alávetve változtatjuk.11. A method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the pulse-ablated portion of the laser beam (22; 222; 322a, 322b; 422) of the target (32; 232; 332a, 332b; 432) is pulsed by the target (32; 232; 332a, 332b; 432). ) is subject to at least intermittent rotation and / or translation.

12. Céltárgyhordozó elrendezés hordozón céltárgyból impulzuslézerrel előállított plazmából egyenletes rétegvastagságú homogén bevonat építésére, ahol a hordozónak felszíne legalább egy részére kiterjedő hordozófelülete, továbbá a céltárgynak felszíne legalább egy részére kiterjedő ablációs tartománya és ennek részét képező, lézerfény hatására céltárgyat elhagyó plazmaalkotók forrásául szolgáló ablált darabja van, továbbá a hordozófelület normálvektorával párhuzamos forgástengely körül forgathatón van elrendezve, azzal jellemezve, hogy a hordozófelület (35; 235a, 235b; 335; 435) a céltárgy (32; 232; 332a, 332b; 432) ablált darabján átfektetett érintősík céltárgy (32; 232; 332a, 332b; 432) felőli oldalán lévő zárt féltérben, továbbá a plazmaalkotóknak az ablált darab normálvektorával ellentétes irányú sebességösszetevővel is rendelkező része útjában van elrendezve.12. A target carrier arrangement on a substrate for constructing a homogeneous coating having a uniform layer thickness from a plasma produced by a pulsed laser, wherein the substrate has a substrate having at least a portion of its surface, and rotatable about an axis of rotation parallel to the normal vector of the substrate, characterized in that the substrate (35; 235a, 235b; 335; 435) is a target plane (32; 232; 332a, 332b; 432) overlaid on an ablated portion of the target (32; 232; 332a, 332b; 432), and in the path of a portion of the plasma components having a velocity component opposite to the normal vector of the ablated piece.

13. A 12. igénypont szerinti céltárgyhordozó elrendezés, azzal jellemezve, hogy a céltárgy (32) és a hordozó egyetlen elemet alkot, továbbá a hordozófelület (35) az ablációs tartomány (33) részét képezi.The target carrier arrangement according to claim 12, characterized in that the target (32) and the carrier form a single element and the carrier surface (35) forms part of the ablation region (33).

14. A 12. igénypont szerinti céltárgyhordozó elrendezés, azzal jellemezve, hogy a céltárgy (32) ablációs tartományának (33) az ablált darabon átfektetett érintősíkban tekintett síkvetülete gyűrű alakú, és a hordozófelület (35) ugyanezen érintősíkban tekintett síkvetülete ezen gyűrűn belül és/vagy azon kívül terül el.The target carrier arrangement according to claim 12, characterized in that the ablation region (33) of the target (32) is annular in planar plane and the plane of the carrier surface (35) in the same tangent plane and / or outside it.

HU 227 333 Β1HU 227 333 Β1

15. A 12. igénypont szerinti céltárgyhordozó elrendezés, azzal jellemezve, hogy a hordozófelület (235a, 235b) legalább két, egymástól távközzel elválasztott hordozón (234a, 234b) oszlik meg.A target carrier arrangement according to claim 12, characterized in that the carrier surface (235a, 235b) is distributed over at least two spaced apart carriers (234a, 234b).

16. A 12. igénypont szerinti céltárgyhordozó elrendezés, azzal jellemezve, hogy az ablációs tartomány (333a, 333b) legalább két, egymástól távközzel elválasztott céltárgyon (332a, 332b) oszlik meg, továbbá az ablációs tartományok (333a, 333b) mindegyike rendelkezik lézerfénnyel ablált darabbal. 10The target carrier arrangement of claim 12, wherein the ablation region (333a, 333b) is distributed over at least two spaced apart targets (332a, 332b), and each of the ablation regions (333a, 333b) has laser-ablated regions. piece. 10

17. A 16. igénypont szerinti céltárgyhordozó elrendezés, azzal jellemezve, hogy legalább két céltárgy (332a, 332b) eltérő anyagösszetétellel rendelkezik.A target carrier arrangement according to claim 16, characterized in that at least two targets (332a, 332b) have different material compositions.

18. A 12. igénypont szerinti céltárgyhordozó elrendezés, azzal jellemezve, hogy a céltárgynak (432) 15 hengeres rúd alakja van és az ablációs tartomány (433) a hengeres rúd palástja legalább egy részére terjed ki.A target carrier arrangement according to claim 12, characterized in that the target (432) has the shape of a 15 cylindrical bar and the ablation region (433) extends over at least a portion of the peripheral of the cylindrical bar.

19. A 12-18. igénypontok bármelyike szerinti cél5 tárgyhordozó elrendezés, azzal jellemezve, hogy a céltárgy (32; 232; 332a, 332b; 432) lézerfénnyel ablált darabja a céltárgy (32; 232; 332a, 332b; 432) legalább szakaszos rotációnak és/vagy transzlációnak való alávetésével változtatva van.19. 12-18. A target carrier arrangement according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the laser-ablated part of the target (32; 232; 332a, 332b; 432) is altered by subjecting the target (32; 232; 332a, 332b; 432) to at least intermittent rotation and / or translation. it is.

20. Hordozón céltárgyból impulzuslézerrel előállított plazmából készített egyenletes rétegvastagságú homogén bevonat, azzal jellemezve, hogy az 1-11. igénypontok bármelyike szerinti eljárással, a 12-19. igénypontok bármelyike szerinti céltárgyhordozó elrendezés alkalmazásával van felhordva.20. A homogeneous coating having a uniform film thickness from a target pulsed laser on a substrate. The process of any one of claims 12-19. A target carrier arrangement according to any one of claims 1 to 6.