DE4022817C1

DE4022817C1 -

Info

Publication number: DE4022817C1
Application number: DE4022817A
Authority: DE
Inventors: Hans Dr. 8033 Krailling De Opower; Manfred Dr. 7000 Stuttgart De Klose
Original assignee: Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1990-07-18
Filing date: 1990-07-18
Publication date: 1991-11-07
Anticipated expiration: 2010-07-19
Also published as: JPH04232258A; US5209944A; JP2695308B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Schicht auf einem Substrat, bei welchem mittels eines gepulsten Laserstrahls ein Beschichtungsmaterial von einem Träger ablatiert, in Form eines Partikelstroms zum Substrat transportiert und auf diesem zur Bildung der Schicht abgeschieden wird.

Ein derartiges Verfahren ist ganz allgemein bei der Beschichtung eines Substrats mit Laserablation bekannt, wobei dieses Verfahren üblicherweise zum Auftrag makroskopischer Schichten auf das Substrat eingesetzt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses bekannte Verfahren dahingehend zu verbessern, daß dieses sich zur Herstellung dünner Präzisionsschichten, d. h. Schichten mit definierter Atomlagenzahl ohne Cluster, vorzugsweise mit Schichtstruktur, eignet, was beispielsweise bei der Halbleiterherstellung erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schicht als dünne Präzisionsschicht dadurch hergestellt wird, das Pulsdauer und Pulsintensität des Laserstrahls so gewählt werden, daß eine Ionisation und Aufheizung des Beschichtungsmaterials im wesentlichen lediglich in der Wechselwirkungszone des Laserlichts mit dem Beschichtungsmaterial erfolgt, so daß der Partikelstrom als clusterfreies, einzelne nicht zusammenhängende Ionen oder Atome umfassendes Plasma gebildet wird.

Der Kern der Erfindung ist somit darin zu sehen, die Entstehung des Partikelstroms so zu steuern, daß nicht über Wärmeleitungsprozesse ein wesentlich größerer Bereich als die Wechselwirkungszone des Laserlichts mit dem Beschichtungsmaterial verdampft oder ablatiert wird und dadurch die Gefahr besteht, daß der Partikelstrom Cluster, d. h. zusammenhängende Atome oder Ionen, umfaßt. Durch die erfindungsgemäße Wahl von Pulsdauer und Pulsintensität des Laserstrahls so, daß lediglich in der Wechselwirkungszone des Laserlichts mit dem beschichteten Material dieses ablatiert wird, läßt sich sicherstellen, daß der Partikelstrom im wesentlichen frei von Clustern und zusammenhängenden Atomen oder Ionen ist und somit alle Störungen einer dünnen Präzisionsschicht unterbleiben, welche durch Cluster oder zusammenhängende Ionen entstehen und - beispielsweise in der Halbleitertechnik - dazu führen würden, daß die Präzisionsschicht zumindest im Bereich der Störung unbrauchbar ist.

Besonders zweckmäßig ist es dabei, wenn die Dicke einer ablatierten Schicht des Beschichtungsmaterials maximal der primären Absorptionslänge des Laserstrahls im Festkörper des Beschichtungsmaterials entspricht, so daß lediglich diejenigen, direkt mit dem Laserstrahl wechselwirkenden Atome des Beschichtungsmaterials ablatiert werden.

Besonders günstig ist es dabei, wenn das Beschichtungsmaterial mit einer Dicke in der Größenordnung eines oder mehrerer hundert Atomlagen ionisiert und aufgeheizt wird.

Ein besonders günstiges Ausführungsbeispiel sieht dabei vor, daß die Pulsdauer und Pulslänge so gewählt werden, daß eine Schicht des Beschichtungsmaterials mit einer Dicke von ungefähr hundert bis tausend Angström ionisiert und aufgeheizt wird.

Bei den bislang beschriebenen Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde keine generelle Limitierung für die Intensität, insbesondere bezogen auf die einzelnen anderen Parameter des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben. Eine besonders vorteilhafte Funktion des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dann gegeben, wenn der Laserstrahl bei einer seiner Wellenlänge entsprechenden Kreisfrequenz ω_L beim Auftreffen auf die Oberfläche des Beschichtungswerkstoffs eine Intensität I_L aufweist, die größer ist als ungefähr

ist, wobei die Intensität I₀ ungefähr gleich

mit N_F als Teilchendichte im Festkörper, E_i als mittlere Energie pro Ion oder Atom im Partikelstrom, M als Masse der Ionen oder Atome und ω₀ als Plasmafrequenz eines Plasmas mit der Dichte in der Größenordnung der Dichte des Festkörpers des Beschichtungsmaterials.

Ferner ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren weiterhin von Vorteil, wenn der Laserstrahl bei einer seiner Wellenlänge entsprechenden Kreisfrequenz ω_L beim Auftreffen auf die Oberfläche des Beschichtungswerkstoffs eine Intensität I_L aufweist, die kleiner ist als ungefähr

Eine vorteilhafte Parameterwahl für das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, daß der Laserstrahl beim Auftreffen auf die Oberfläche des Beschichtungswerkstoffs eine Intensität I_L aufweist, die im Bereich zwischen ungefähr

und ungefähr

liegt. Mit Intensitäten innerhalb des angegebenen Bereichs ist sichergestellt, daß der Partikelstrom im wesentlichen frei von Clustern und zusammenhängenden Atomen und Ionen ist.

Ein besonders vorteilhafter Bereich ist dann gegeben, wenn der Laserstrahl eine Intensität von I_L aufweist, die im Bereich zwischen ungefähr

und ungefähr

liegt. Mit diesem Parametersatz werden optimale Ergebnisse erreicht.

Bei allen bislang beschriebenen Ausführungsbeispielen wurden keine speziellen Angaben über die Pulsdauer im Zusammenhang mit der Wellenlänge des Laserstrahls gemacht. Besonders vorteilhaft ist eine Verfahrensführung, bei welcher der Laserstrahl eine seiner Wellenlänge entsprechende Kreisfrequenz ω_L aufweist, die während eines erheblichen Teils der Pulsdauer τ größer oder gleich der Plasmafrequenz ω_P ist, wobei sich die zeitliche Entwicklung der Plasmafrequenz ω_P aus der angenäherten Expansionsbeziehung

ergibt und dabei d die Dicke der vom Laserstrahl anfänglich erfaßten Schicht des Beschichtungsmaterials, t die Zeit ab Beginn des Pulses von v_i die Expansionsgeschwindigkeit des Plasmas ist.

Mit dieser Bedingung wird vorteilhafterweise erreicht, daß zumindest während eines erheblichen Teils der Pulsdauer ein Eindringen des Laserstrahls in das Plasma erfolgt und somit eine optimale Aufheizung sämtlicher Ionen oder Atome des Plasmas vorliegt.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der Laserstrahl eine Kreisfrequenz ω_L aufweist, die während mindestens ungefähr einem Drittel der Pulsdauer τ größer oder gleich der Plasmafrequenz ω_P ist.

Noch vorteilhafter ist es, wenn der Laserstrahl eine Kreisfrequenz ω_L aufweist, die während mindestens ungefähr der Hälfte der Pulsdauer τ größer oder gleich der Plasmafrequenz ω_P ist.

Im Rahmen der Erläuterung der bisherigen Ausführungsbeispiele und Bedingungen für die Intensität und die Wellenlänge wurde noch kein vorteilhafter Zusammenhang zwischen der Pulsdauer und der Wellenlänge angegeben. Im Rahmen eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Lösung hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Laserstrahl bei einer seiner Wellenlänge entsprechenden Kreisfrequenz ω_L eine Pulsdauer τ aufweist, die größer ist, als ungefähr

wobei ungefähr

τ₀ = d × E_i ^-1/2 × M^1/2

ist, mit d als Dicke der ablatierten Schicht des Beschichtungswerkstoffs, E_i als mittlere Energie pro Ion oder Atom im Partikelstrom und M als Masse pro Ion oder Atom im Partikelstrom.

Eine weitere vorteilhafte Randbedingung ergibt sich dadurch, daß der Laserstrahl bei einer seiner Wellenlänge entsprechenden Kreisfrequenz ω_L eine Pulsdauer τ aufweist, die kleiner ist als ungefähr

wobei τ₀ sich wie vorstehend angegeben ermitteln läßt.

Ein besonders bevorzugter Bereich für die Pulsdauer τ ist dann gegeben, wenn diese im Bereich zwischen ungefähr

und ungefähr

liegt.

Besonders bevorzugt ist eine Verfahrensführung, bei welcher die Pulsdauer τ im Bereich zwischen ungefähr

und ungefähr

liegt.

Ferner ist es erfindungsgemäß besonders vorteilhaft, wenn die Pulsdauer τ so kurz gewählt wird, daß die Wirkung der Expansion des Plasmas im wesentlichen noch vernachlässigbar ist. Damit können eine Vielzahl von Problemen vermieden werden, die dadurch auftreten, daß sich mit zunehmender Expansion des Plasmas auch die Plasmafrequenz und somit die Bedingungen für ein Eindringen der Lichtwelle und die Bedingungen für eine möglichst gute Aufheizung des Plasmas durch den Laserstrahl ändern.

Eine besonders bevorzugte quantitative Relation für die Pulsintensität I_L und die Pulsdauer τ ergibt sich aus der Relation

I_L × τ ≈ H

wobei H zwischen ungefähr 1 und ungefähr 50 Wattsec./cm² liegt.

Weitere quantitative bevorzugte Werte für die Pulsdauer sind dann gegeben, wenn diese bei einer Wellenlänge von 0,2 µm im Bereich zwischen ungefähr 1 und ungefähr 10 psec gewählt wird.

Auch hinsichtlich der Wellenlänge des Laserstrahls lassen sich quantitative Werte angeben, wobei bevorzugt mit Wellenlängen des Laserstrahls <0,3 µm gearbeitet wird.

Bevorzugte Werte für die mittlere kinetische Energie der Ionen und Atome im Partikelstrom liegen in der Größenordnung von ungefähr 10 eV bis ungefähr 100 eV.

Bei allen bislang beschriebenen Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden keine näheren Angaben zum verwendeten Laser gemacht. Besonders zweckmäßig hat sich die Verwendung eines Neodym-Festkörperlasers erwiesen, wobei dieser als Nd-YAG ausgebildet ist. Derartige Laser haben Wellenlängen von ungefähr 1 µm.

Alternativ dazu ist es aber auch vorteilhaft, einen Ti-Saphier-Laser zu verwenden. Dieser Laser hat Wellenlängen von ungefähr 0,8 µm.

Schließlich ist es auch im Rahmen einer vorteilhaften Lösung des erfindungsgemäßen Verfahrens denkbar, einen Excimer-Laser zu verwenden.

Um die erfindungsgemäßen kurzen Pulsdauern zu erreichen, wird vorzugsweise so vorgegangen, daß die Laserstrahlung zur Erzeugung der erfindungsgemäßen Pulsdauer modengekoppelt wird.

Zusätzlich ist die erfindungsgemäße Wellenlänge des Laserstrahls vorteilhafterweise dadurch erreichbar, daß eine Frequenzvervielfachung einer Grundwellenlänge durchgeführt wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 Eine Epitaxieanlage, betrieben nach einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2 einen Schnitt längs Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung eines Bereichs A in Fig. 1.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird an Hand einer Epitaxieanlage mit einem modengekoppelten und frequenzvervielfachten Titan-Saphir-Laser, dargestellt in Fig. 1, beschrieben.

Zur Durchführung des Verfahrens ist hierzu eine Ultrahochvakuumkammer 10 vorgesehen, in welcher ein Substrat 12, beispielsweise Silizium, gegenüberliegend einem Ablationsbereich 14 angeordnet ist.

In diesem Ablationsbereich 14 sind jeweils von einem Halter 16 bzw. 18 getragene Stifte 20 bzw. 22 angeordnet, welche an einem vorderen Ende 24 bzw. 26, vorzugsweise an einer Stirnfläche, von einem Laserstrahl 28 bzw. 30 beaufschlagbar sind. Die Stifte 20 bzw. 22 sind als Träger für das Beschichtungsmaterial vorzugsweise selbst aus dem Beschichtungsmaterial hergestellt.

Die Laserstrahlen 28, 30 sind dabei auf einen raumfesten Punkt in der Ultrahochvakuumkammer 10 fokussiert, so daß bei der Ablation von einem der Stifte 20, 22 der jeweilige Stift in Richtung des Fokusses des jeweiligen Laserstrahls 28, 30 nachgeführt werden muß. Dies erfolgt vorzugsweise über den Halter 16, 18, wobei jeder der Halter in einer Nachführvorrichtung 32 bzw. 34, die außerhalb der Ultrahochvakuumkammer 10 angeordnet sind, gehalten und mittels einer Durchführung 36 bzw. 38 in die Ultrahochvakuumkammer 10 hineingeführt ist und parallel zu einer Längsachse 40 bzw. 42 der Stifte 20 in der Ultrahochvakuumkammer 10 verschiebbar ist. Mit dieser Nachführvorrichtung 32 bzw. 34 erfolgt somit ein ständiger Nachschub der Stifte 20 bzw. 22, so daß jeweils das Ende 24 bzw. 26 des jeweiligen Stiftes 20 bzw. 22 vom Fokus des jeweiligen Laserstrahls 28 bzw. 30 beaufschlagt ist.

Vorzugsweise ist an jedem der Halter 16 bzw. 18 nicht nur ein Stift 20 bzw. 22 gehalten, sondern, wie in Fig. 2 dargestellt, in einer Revolveranordnung eine Vielzahl von Stiften 20a bis h sowie 22a bis h, wobei jedoch jeweils einer der Stifte 20 bzw. 22 in dem Ablationsbereich 14 positionierbar ist. Um nacheinander die Stifte 20a bis h und 22a bis h im Ablationsbereich 14 zu positionieren, ist jeder Halter 16 bzw. 18 noch zusätzlich um eine zur Längsachse 40 bzw. 42 der Stifte 20 bzw. 22 parallele Längsachse 44 bzw. 46 drehbar, wobei das Drehen der Halter 16 bzw. 18 ebenfalls über die jeweilige Nachführvorrichtung 32 bzw. 34 erfolgt.

Während der Ablation geht von jedem der im Ablationsbereich 14 stehenden Stifte 20 bzw. 22 ein Partikelstrom 48 bzw. 50 aus, wobei die beiden Partikelströme 48 bzw. 50 einen derartigen Öffnungswinkel aufweisen, daß sie das Substrat 12 auf der gesamten gewünschten Fläche beschichten.

Die Richtung der Laserstrahlen 28 bzw. 30 ist dabei vorzugsweise so gewählt, daß die Partikelströme 48 bzw. 50 sich in einer Ausbreitungsrichtung 52 ausbreiten, welche vorzugsweise senkrecht auf einer Oberfläche 54 des Substrats 12 steht. In den Fällen, in denen der Öffnungswinkel der Partikelströme 48 bzw. 50 kleiner ist als die zu beschichtende Fläche des Substrats 12 kann zusätzlich eine Verschiebevorrichtung 56 vorgesehen sein, mit welcher das Substrat 12 vorzugsweise senkrecht zur Ausbreitungsrichtung 52 verschiebbar ist. Sofern zusätzlich noch die von dem jeweiligen Partikelstrom 48 bzw. 50 beaufschlagte Fläche, das heißt die Querschnittsfläche des jeweiligen Partikelstroms 48 bzw. 50, variiert werden soll, kann die Verschiebevorrichtung 56 aber auch dazu dienen, das Substrat 12 in der Ausbreitungsrichtung 52 zu verschieben.

Die beiden Laserstrahlen 28 bzw. 30 werden von einem als Ganzes mit 60 bezeichneten Titan-Saphir-Laser erzeugt, welcher einen Resonator, umfassend zwei Endspiegel und 62 und 64 aufweist, in dessen Strahlengang 66 ein Titan-Saphir- Kristall 68 angeordnet ist. Ferner ist in dem Strahlengang 66 noch ein Modelocker 70 sowie eine Pockelszelle 72 vorgesehen, wobei die Pockelszelle 72 zur Polarisationsdrehung im Strahlengang 66 dient. Zur Wellenselektion im Strahlengang 66 dient ein Selektionsprisma 74 und eine Auskopplung erfolgt über einen Brewsterreflektor, welcher einen Auskoppelstrahl 78 quer zum Strahlengang 66 austreten läßt. Dieser Auskoppelstrahl 78 trifft auf einen Umlenkspiegel 80, welcher den Auskoppelstrahl zunächst durch einen Titan-Saphir- Verstärker 82 schickt, um die Leistung des Auskoppelstrahls 78 noch zu verstärken.

Aus dem Titan-Saphir-Verstärker tritt ein verstärkter Laserstrahl 84 mit einer Wellenlänge von 800 n auf, welcher in einem Frequenzverdoppler 86 verdoppelt wird und sich als Verdopplerlaserstrahl 88 fortsetzt, in einem weiteren Frequenzverdoppler 90 erneut verdoppelt wird, so daß schließlich ein Ausgangslaserstrahl 92 mit einer Wellenlänge von 200 n zur Verfügung steht.

Dieser Ausgangslaserstrahl 92 trifft auf einen Drehspiegel 94, welcher in zwei Stellungen feststellbar ist. In einer ersten Stellung, in Fig. 1 durchgezogen dargestellt, wird der Ausgangslaserstrahl 92 auf einen weiteren Umlenkspiegel 96 reflektiert und tritt von diesem ausgehend als Laserstrahl 28 durch eine Fokussieroptik 98 in die Ultrahochvakuumkammer 10 ein.

Alternativ zur ersten Stellung kann der Drehspiegel 94 in eine zweite Stellung gebracht werden, in Fig. 1 gestrichelt dargestellt, so daß der Ausgangslaserstrahl 92 direkt von dem Drehspiegel 94 über eine Fokussieroptik 100 in die Ultrahochvakuumkammer als Laserstrahl 30 reflektiert wird. Die Fokussieroptiken 98 bzw. 100 sind so dosiert, daß die Laserstrahlen 28 bzw. 30 in dem vorgesehenen Ablationsbereich 14 beispielsweise so fokussiert sind, daß sie die gesamte Stirnfläche des jeweils dort in Ablationsstellung stehenden Stiftes 20 bzw. 22 im wesentlichen vollflächig beaufschlagen und somit zu einer vollflächigen Ablation führen.

Die erfindungsgemäße Epitaxieanlage gemäß Fig. 1 arbeitet nun so, daß entweder mit dem Laserstrahl 28 von dem Stift 20 oder mit dem Laserstrahl 30 von dem Stift 22 Beschichtungsmaterial ablatiert wird. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, beispielsweise unterschiedliche Beschichtungsmaterialien nacheinander in unterschiedlichen Schichten auf dem Substrat 12 aufzudampfen und dadurch die gewünschte Schichtstruktur zu erhalten. Darüber hinaus bietet die Anordnung mehrere Stifte 20a bis h bzw. 22a bis h die Möglichkeit, auch mehr als zwei Beschichtungsmaterialien dadurch aufzutragen, daß unterschiedliche Stifte 20a bis h bzw. 22a bis h aus unterschiedlichen Beschichtungsmaterialien hergestellt sind. Somit ist beispielsweise auch ein Wechsel von dem Stift 20a zum Stift 20c und zurück möglich.

Die Verhältnisse bei der Ablation sind in uneinheitlich vergrößertem Maßstab in Fig. 3 exemplarisch bei einer Ablation von dem Stift 20 mittels des Laserstrahls 28 dargestellt. Der Laserstrahl 28 ist dabei so auf eine Stirnfläche 102 des Stiftes 20a fokussiert, daß eine Fokusfläche 104 die gesamte Stirnfläche 102 überdeckt und in einer Scheibe der Dicke d ein Plasma erzeugt, welches erfindungsgemäß ein clusterfreies, einzelne nicht zusammenhängende Atome oder Ionen umfassendes Plasma darstellt.

Die Bedingungen für die erfindungsgemäß erforderliche Intensität I ergibt sich ausgehend von der Annahme, daß die Pulsdauer τ₀ so kurz sein soll, daß keine Expansion des in der Schicht der Dicke d erzeugten Plasmas während der Pulsdauer τ₀ erfolgt. In diesem Fall gilt für die Intensität I₀ ungefähr

I₀ × τ₀ = d × N_F × E_i

mit N_F als Teilchendichte im Festkörper und E_i als kinetische Energie der Ionen oder Atome im Plasma, wobei die Ionisierungsenergie vernachlässigt ist.

Setzt man ferner

mit V_i als Geschwindigkeit der Ionen oder Atome im expandierenden Plasma, so erhält man als Näherungsformel

mit M als Masse der Ionen oder Atome im Plasma.

Ausgehend von einer näherungsweisen eindimensionalen Expansion des Plasmas kann man für längere Pulsdauern die Relation für die Intensität I_L ansetzen

mit V_i×τ als Dicke der Schicht des expandierenden Plasmas und N_P als Teilchendichte im expandierenden Plasma.

Ferner führt die bekannte Beziehung für die Plasmafrequenz

mit m als Elektronenmasse zu der Beziehung

Wenn man ferner annimmt, daß die der Wellenlänge des Laserstrahls entsprechende Kreisfrequenz ω_L gleich der Plasmafrequenz ω_P des Plasmas sein soll.

Diese Annahme resultiert daher, daß ein Eindringen des Laserstrahls und somit eine intensive Wechselwirkung mit dem Plasma nur dann möglich ist, wenn ω_L<ω_P ist, während dann, wenn ω_L<ω_P ist das Plasma den Laserstrahl reflektiert und damit auch die Bedingungen für eine Aufheizung und Ionisation ungünstig sind.

Mit denselben Überlegungen läßt sich auch eine Beziehung für die Pulsdauer τ angeben, die wie folgt lautet

mit

τ₀ = d × E_i ^-1/2 × M^1/2

Dies wird exemplarisch dadurch erreicht, daß die Fokusfläche einen Durchmesser von 0,2 mm aufweist und mit 10¹² W/cm² bestrahlt wird. Die Laserleistung beträgt dabei ungefähr 3.10⁸ W, die Pulsdauer beträgt etwa 10 psec. die Pulsenergie 3 mWsec., die Wellenlänge 200 nm und die Folgefrequenz der einzelnen Pulse ungefähr 100 Hz.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Schicht auf einem Substrat, bei welchem mittels eines gepulsten Laserstrahls ein Beschichtungsmaterial von einem Träger verdampft, in Form eines Partikelstroms zum Substrat transportiert und auf diesem zur Bildung der Schicht abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht als dünne Präzisionsschicht dadurch hergestellt wird, daß Pulsdauer und Pulsintensität des Laserstrahls so gewählt werden, daß eine Ionisation und Aufheizung des Beschichtungsmaterials im wesentlichen lediglich in der Wechselwirkungszone des Laserlichts mit dem Beschichtungsmaterial erfolgt, so daß der Partikelstrom als clusterfreies, einzelne nicht zusammenhängende Ionen oder Atome umfassendes Plasma gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dicke einer verdampften Schicht des Beschichtungsmaterials so gewählt wird, daß sie maximal der primären Absorptionslänge des Laserstrahls im Festkörper des Beschichtungsmaterials entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht des Beschichtungsmaterials mit einer Dicke in der Größenordnung von hundert oder mehreren hundert Atomlagen ionisiert und aufgeheizt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsdauer und die Pulslänge so gewählt werden, daß eine Schicht des Beschichtungsmaterials mit einer Dicke von ungefähr 10 bis 100 Nanometer ionisiert und aufgeheizt wird.

5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl so gewählt wird, daß er bei einer seiner Wellenlänge entsprechenden Kreisfrequenz ω_L beim Auftreffen auf die Oberfläche des Beschichtungswerkstoffs eine Intensität I_L aufweist, die größer ist als ist, wobei I₀ gleich mit N_F als Teilchendichte im Festkörper, E_i als mittlere kinetische Energie pro Ion oder Atom im Partikelstrom, wobei bei Ionen die Ionisationsenergie vernachlässigt wurde, M als mittlere Masse pro Ion oder Atom im Partikelstrom und ω₀ als Plasmafrequenz eines Plasmas mit einer Dichte in der Größenordnung der Festkörperdichte N_F.

6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl so gewählt wird, daß er bei einer seiner Wellenlänge entsprechenden Kreisfrequenz ω_L beim Auftreffen auf die Oberfläche des Beschichtungsmaterials eine Intensität I_L aufweist, die kleiner ist als wobei I₀ gleich mit N_F als Teilchendichte im Festkörper, E_i als mittlere kinetische Energie pro Ion oder Atom im Partikelstrom, wobei bei den Ionen die Ionisationsenergie vernachlässigt wurde, N als mittlere Masse pro Ion oder Atom im Partikelstrom und ω₀ als Plasmafrequenz eines Plasmas mit einer Dichte in der Größenordnung der Festkörperdichte N_F.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl so gewählt wird, daß er beim Auftreffen auf die Oberfläche des Beschichtungswerkstoffs eine Intensität I_L aufweist, die im Bereich zwischen und liegt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl so gewählt wird, daß er beim Auftreffen auf die Oberfläche des Beschichtungswerkstoffs eine Intensität I_L aufweist, die im Bereich zwischen und liegt.

9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl so gewählt wird, daß er eine seiner Wellenlänge entsprechende Kreisfrequenz ω_L aufweist, die während eines erheblichen Teils der Pulsdauer τ größer oder gleich der Plasmafrequenz ω_P ist, wobei sich die Plasmafrequenz ω_P zu jedem Zeitpunkt aus der Beziehung ergibt und d die Dicke der vom Laserpuls anfänglich erfaßten Schicht des Beschichtungsmaterials, t die Zeit ab Beginn des Pulses und v_i die Expansionsgeschwindigkeit des Plasmas ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl so gewählt wird, daß er eine Kreisfrequenz ω_L aufweist, die während mindestens ungefähr einem Drittel der Pulsdauer τ größer oder gleich der Plasmafrequenz ω_P ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl so gewählt wird, daß er eine Kreisfrequenz ω_L aufweist, die während mindestens ungefähr der Hälfte der Pulsdauer τ größer oder gleich der Plasmafrequenz ω_P ist.

12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl so gewählt wird, daß er bei einer seiner Wellenlänge entsprechenden Kreisfrequenz ω_L eine Pulsdauer τ aufweist, die größer ist als wobei der Größenordnung nachτ₀ = d × E_i ^-1/2 × M^1/2ist, mit d als Dicke der vom Laserpuls anfänglich erfaßten Schicht des Beschichtungsmaterials, E_i als mittlere kinetische Energie pro Ion oder Atom im Partikelstrom, wobei bei den Ionen die Ionisationsenergie vernachlässigt wurde, und M als mittlere Masse pro Ion oder Atom im Partikelstrom.

13. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl so gewählt wird, daß er bei einer seiner Wellenlänge entsprechenden Kreisfrequenz ω_L eine Pulsdauer τ aufweist, die kleiner ist als wobeiτ₀ = d × E_i ^-1/2 × M^1/2ist, mit d als Dicke der anfänglich vom Laserpuls erfaßten Schicht des Beschichtungsmaterials, E_i als mittlere kinetische Energie pro Ion oder Atom im Partikelstrom, wobei bei den Ionen die Ionisationsenergie vernachlässigt wurde, und M als mittlere Masse pro Ion oder Atom im Partikelstrom.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl so gewählt wird, daß er eine Pulsdauer τ aufweist, die im Bereich zwischen und liegt.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl so gewählt wird, daß er eine Pulsdauer τ aufweist, die im Bereich zwischen und liegt.

16. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsintensität I_L und die Pulsdauer τ gemäß Gleichung I_L × τ ≈ Hgewählt werden, wobei H zwischen ungefähr 1 und 50 Wattsekunden/cm² liegt.

17. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsdauer bei einer Wellenlänge von 0,2 µm im Bereich zwischen ungefähr 1 und ungefähr 10 psec. gewählt wird.

18. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit Wellenlängen des Laserstrahls kleiner als 0,3 µm gearbeitet wird.

19. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Partikelstrom mit Ionen oder Atomen einer mittleren kinetischen Energie E_i in der Größenordnung von ungefähr 10 eV bis ungefähr 100 eV erzeugt wird.

20. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Nd-Festkörper-Laser verwendet wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ti-Saphir-Laser verwendet wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein Excimer-Laser verwendet wird.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlung zur Erzeugung der erfindungsgemäßen Pulsdauer modengekoppelt wird.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge des Laserstrahls durch frequenzvervielfachung einer Grundwellenlänge erzeugt wird.