(12) Oversettelse av europeisk patentskrift (11) NO/EP 2190 B1 (19) NO NORGE (1) Int Cl. C23C 14/28 (06.01) C23C 14/0 (06.01) Patentstyret (21) Oversettelse publisert 12.04. (80) Dato for Den Europeiske Patentmyndighets publisering av det meddelte patentet: 11.12.14 (86) Europeisk søknadsnr: 08014970.1 (86) Europeisk innleveringsdag 08.08.2 (87) Den europeiske søknadens Publiseringsdato.03.03 (84) Utpekte stater AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL NO PL PT RO SE SI SK TR (73) Innehaver Solmates B.V., Drienerlolaan geb. HO, 722 NB Enschede, Nederland (72) Oppfinner Janssens, Jan Amaud, Everhard van Bronkhorststraat 2, 7412 DL Deventer, Nederland Van de Eijkel, Gerard, De Esch 8, 782 BN Losser, Nederland Dekkers, Jan Matthijn, Berkenlaan 8, 7611 AN Aadorp, Nederland Broekmaat, Joska Johannes, Oldenzaalsestraat 60, 711 DS Enschede, Nederland Te Riele, Paul, Roelof van Schrevenstraat 93, 721 SG Enschede, Nederland (74) Fullmektig Zacco Norway AS, Postboks 03 Vika, 012 OSLO, Norge (4) Benevnelse Fremgangsmåte for å avsette et materiale (6) Anførte publikasjoner EP-A- 1 16 84 B1, BOUGHABA S ET AL: "Ultrathin Ta2O films produced by large-area pulsed laser deposition" THIN SOLID FILMS, ELSEVIER-SEQUOIA S.A. LAUSANNE, CH, vol. 371, no. 1-2, 1 August 00 (00-08-01), pages 119-12, XP00422229 ISSN: 0040-6090, JP- A- 1 319 673 B1
1 Tittel: FREMGANGSMÅTE FOR Å AVSETTE ET MATERIALE Beskrivelse Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for å avsette et materiale av et mål på en overflate på en prøve, der fremgangsmåten omfatter trinnene: - å bestråle en overflate på målet med en laser- eller elektronstråle for å generere en sky av målmaterialepartikler; - å posisjonere prøven nær skyen, slik at målmaterialepartiklene avsettes på prøvens overflate. 1 Avsetting av et materiale av et mål på en overflate på en prøve kan gjøres med såkalt pulslaseravsetning (pulsed laser deposition (PLD)). Denne PLD-teknikken gjør det mulig å belegge gjenstander med et valgt materiale av meget høy kvalitet og i et meget tynt lag. Denne pulslaseravsetnings-teknikken anvendes ofte i forskningsmiljøer. Det er imidlertid ønskelig å kunne ha fordelene av PLD-teknikken i industrien. Problemet er imidlertid at PLD-teknikken kun er egnet for anvendelser i liten skala. Med nåværende teknologi dekkes typisk en overflate på omlag mm ganger mm med et homogent lag. Dette området begrenses av plasmaskyen som dannes under PLD-teknikken. Denne skyen er kun ensartet på et lite område på typisk mm ganger mm. 2 S. Boughaba et al. i Thin Solid Films 371(00) s. 119 12 beskriver en beleggingsfremgangsmåte med pulslaseravsetning der et substrat på 7 mm i diameter roteres rundt en akse som står vinkelrett på overflaten som skal belegges, og laserstrålen sveipes over overflaten på et mål som vender mot substratet. EP 1 16 84 A viser en fremgangsmåte for pulslaseravsetning der pulsfrekvensen er variabel. Det er nå et formål med oppfinnelsen å løse ovennevnte problem. 3 Dette formålet oppnås med en fremgangsmåte som fremsatt i krav 1 i følge oppfinnelsen, som er karakterisert ved:
2 - å rotere prøven rundt en rotasjonsakse som står vinkelrett på overflaten på prøven som partiklene avsettes på; - å bevege laserstrålen langs overflaten på målet, slik at skyen beveger seg i radial retning i forhold til rotasjonsaksen; - å pulsere laserstrålen med variabel frekvens. Ved å rotere prøven rundt en rotasjonsakse, er det mulig å få skyen til å avsette materiale på et ringformet område på prøven. Ved å bevege laserstrålen langs overflaten på prøven i radial retning, er det mulig å dekke hele overflaten på en skiveformet prøveoverflate. Så selv om den effektive PLD-skyen typisk kun er mm ganger mm, er det likevel mulig å dekke en mye større prøveoverflate. 1 Det er imidlertid dessuten nødvendig å pulsere laserstrålen med variabel frekvens for å opprettholde en homogen avsetning av målmateriale på prøven og å opprettholde en homogen pulshastighet over det samlede substratområdet for homogene tynnfilmsegenskaper. Hvis det for eksempel opprettholdes en konstant vinkelhastighet for prøven, vil mindre målmateriale være nødvendig for den ringformede overflaten nær rotasjonssenteret enn en ringformet overflate i avstand fra denne rotasjonsaksen. Ved å variere pulslaserstrålens frekvens, er det enkelt å sørge for en homogen fordeling av målmaterialepartikler på hele prøveoverflaten. 2 I en utførelsesform av fremgangsmåten i følge oppfinnelsen er prøveoverflaten skiveformet, og målets overflate er fortrinnsvis hovedsakelig parallell med prø- vens overflate. 3 I en foretrukket utførelsesform av fremgangsmåten i følge oppfinnelsen er målmaterialet en stang, som er roterbar langs sin lengdeakse. Når målmaterialet bestråles av laserstrålen, vil en liten del av materialet smelte bort og disse partiklene vil danne skyen. Hvis laserstrålen bestråler kun én liten del av målet, vil den bortsmeltede mengden materiale bli betydelig og forstyrre PLD-prosessen. Spesielt når store overflater belegges med denne PLD-teknikken i følge oppfinnelsen, vil betydelige mengder materiale smelte bort, og dette vil ha innvirkning på målmaterialet og på prosessen. Nå, ved å tilveiebringe et stangformet målmateriale som kan roteres langs sin lengdeakse, er det mulig å bytte området på
3 målmaterialet fra hvilket materialet smeltes bort. I kombinasjon med laserstrålen i bevegelse og rotasjonen av stangen, er det mulig å få en jevn bortsmelting av materiale fra målmaterialet. I en annen foretrukket utførelsesform av fremgangsmåten i følge oppfinnelsen, avhenger prøvens vinkelhastighet av avstanden mellom rotasjonsaksen og laserstrålens kontaktflate på målets overflate. Ved å variere prøvens vinkelhastighet, tilveiebringes en ytterligere kontrollparameter for å få en homogen avsetning av materiale på prøven. 1 I nok en annen utførelsesform av fremgangsmåten i følge oppfinnelsen, avhenger laserstrålens pulsfrekvens av avstanden mellom rotasjonsaksen og laserstrålens kontaktflate på målets overflate. Som allerede beskrevet, med konstant vinkelhastighet, vil pulsfrekvensen være lavere ved avsetning nær midten av prøven enn ved avsetning på prøvens ytterkant. Hvis vinkelhastigheten også varieres, kan imidlertid et optimum enkelt beregnes. Fortrinnsvis er laserstrålens pulsfrekvens i området 1 Hz og 00 Hz. Disse og andre trekk ved oppfinnelsen vil bli belyst i forbindelse med de ledsagende tegningene. 2 Figur 1 viser skjematisk fremgangsmåten i følge oppfinnelsen. Figur 2 viser et grunnriss av en prøve med posisjonene vist skjematisk. Figur 3 viser en andre utførelsesform av oppfinnelsen. I figur 1 vises en roterbar prøveholder 1. På denne roterbare prøveholderen 1 er en prøve 2 anordnet. Denne prøven 2 er typisk en tynn skive av et egnet materiale, som trenger å bli belagt. 3 Under prøveholderen 1 og prøven 2 er et målmateriale 3 anordnet. Dette målmaterialet har form av en stang og har to akseltapper 4, med hvilke målmaterialet 3 kan roteres langs lengdeaksen 6.
4 En laserstråle 7 fra en laserinnretning (ikke vist) rettes mot et speil 8. Dette speilet 8 kan tippes. Låserstrålen 7 reflekteres av speilet 8 og projiseres på målmaterialet 3 for å skape en sky 9. Denne skyen 9 består av bortsmeltet målmateriale 3. Ved å tippe speilet 8 kan den fikserte laserstrålen 7 beveges over målmaterialets 3 overflate i retning av lengdeaksen 6. Som et resultat er skyen 9 bevegelig i radial retning av prøveskiven 2. I figur 2 vises prøveskiven 2 og et antall avsetninger. Disse avsetningene er resultatet av skyen 9. Ved å tippe speilet 8 beveges skyen 9 i radial retning av skiven 2 med det resultatet som vises i figur 2. 1 2 Nå, ved å rotere prøveskiven, kan disse avsetningene spres over hele overflaten på skiven 2. Som det vil ses ut ifra figur 2, vil dette resultere i en høyere avsetning av materiale nær midten 11 enn nær kanten av prøveskiven når vinkelhastigheten ω holdes konstant, og avsetningshastigheten også holdes konstant ved å holde laserfrekvenshastigheten konstant. Derfor, som et resultat av oppfinnelsen, modifiseres avsetningshastigheten ved å variere laserstrålens frekvens, slik at mindre materiale avsettes nær midten 11 og mer materiale avsettes nær kanten av prøveskiven. Ved å variere i det minste pulsfrekvensen og fortrinnsvis også vinkelhastigheten, er det mulig å få en prøveoverflate med dimensjoner som er mye større enn de tradisjonelle dimensjonene til et avsetningsområde belagt homogent. Figur 3 viser en andre utførelsesform av oppfinnelsen i et skjematisk riss. En roterbar prøveholder vises, på hvilken en prøve 21 er anordnet. Over denne roterbare prøveholderen er det anordnet en roterbar målmaterialeholder 22. På denne målholderen 22 er det plassert et mål 23, som i denne utførelsesformen har en skivelignende form. 3 Dessuten viser figur 3 en laserstråle eller elektronstråle 24 som er rettet mot et fokusspeil 2, som retter laserstrålen mot et flyttbart, flatt speil 26. Dette flate speilet 26 retter laserstrålen mot målmaterialet 23 og forårsaker en sky 27 av partikler fra målmaterialet, som vil avsettes på prøvematerialet 21.
Det flate speilet 26 føres langs en føring 28 slik at speilet 26 kan flyttes. Ved å flytte speilet 26 kan laserstrålen 24 beveges over målmaterialets 23 overflate, og derved kan skyen 27 beveges over prøvematerialets 21 overflate.
6 P a t e n t k r a v 1. Fremgangsmåte for å avsette et materiale av et mål på en overflate på en prøve, der fremgangsmåten omfatter trinnene: - å bestråle en overflate på målet med en laser- eller elektronstråle for å generere en sky av målmaterialepartikler; - å posisjonere prøven nær skyen, slik at målmaterialepartiklene avsettes på prøvens overflate; - å rotere prøven rundt en rotasjonsakse som står vinkelrett på overflaten på prøven som partiklene avsettes på; - å bevege laser- eller elektronstrålen langs overflaten på målet, slik at skyen beveger seg i radial retning i forhold til rotasjonsaksen; 1 karakterisert ved - å pulsere laser- eller elektronstrålen med variabel frekvens. 2. Fremgangsmåte i følge krav 1, hvori prøveoverflaten er skiveformet. 3. Fremgangsmåte i følge krav 1 eller 2, hvori målets overflate er hovedsakelig parallell med prøvens overflate. 2 4. Fremgangsmåte i følge et hvilket som helst av de foregående kravene, hvori målmaterialet er en stang, som er roterbar langs sin lengdeakse.. Fremgangsmåte i følge et hvilket som helst av de foregående kravene, hvori prøvens vinkelhastighet er avhengig av avstanden mellom rotasjonsaksen og laser- eller elektronstrålens kontaktflate på målets overflate. 6. Fremgangsmåte i følge et hvilket som helst av de foregående kravene, hvori laser- eller elektronstrålens pulsfrekvens er avhengig av avstanden mellom rotasjonsaksen og laser- eller elektronstrålens kontaktflate på målets overflate. 3 7. Fremgangsmåte i følge et hvilket som helst av de foregående kravene, hvori pulsfrekvensen er i området 1 Hz og 00 Hz.
7