IT9020659A1 - Metodo di modifica della superficie di un substrato di vetro - Google Patents
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Description
Descrizione del brevetto per invenzione industria le avente per titolo:
"Metodo di modifica della superficie di un substra to di vetro"
GENERALITÀ' SULL'INVENZIONE
Campo dell'invenzione
La presente invenzione si riferisce ad un metodo di modifica della superficie di un substrato di vetro utilizzando una impiantagione ionica e, in particolare, la stessa si riferisce ad un metodo per migliorare la superficie, allo scopo di formare uno strato superficiale modificato, di buona qualita.
Descrizione della tecnologia anteriore
Deve essere rilevato che è già noto un metodo per modificare la superficie di un substra to di vetro per mezzo dell'impiego di un metodo di impiantagione di ioni.
Ad esempio, è noto un metodo di impiantagione di ioni fosforo in corrispondenza di una energia pari, approssimativamente, a 250 KeV, in una lastrina di vetro contenente ioni sodio, con successiva ricottura della lastrina di verro ad una temperatura di 650°C allo scopo di legare le specie ioniche impiantate e gli elementi costitu tivi del vetro, allo scopo di formare uno strato di vetro al fosfosilicato in corrispondenza dell'interno della lastrina di vetro mentre è pure noto un metodo per impiantare ulteriormente ioni azoto al di sopra della stessa, adottando una ener già pari, approssimativamente, a 50 KeV, con successiva ricottura ad una temperatura di 650°C, al lo scopo di legare gli ioni azoto impiantati e gli elementi costitutivi del vetro, per formare uno strato di nitruro di silicio (a questo proposito può essere fatto riferimento, ad esempio, al brevetto giapponese reso di pubblico dominio Sho 63-222046) .
Tuttavia, deve essere rilevato che nel metodo tradizionale di modifica della superficie, del tipo precedentemente descritto, poiché è necessarlo adottare uno stadio di ricottura dopo lo stadio di impiantagione ionica, ad una temperatura corrispondente al punto di rammollimento, o di valore inferiore del substrato di vetro e poiché la reazione fra le specie ioniche impiantate ed gli elementi costitutivi del vetro non risulta suf ficiente, non è possibile ottenere uno strato modificato superficialmente che presenti caratteristiche soddisfacenti in accordo con quanto previsto.
Questo comporta l'insorgere di un problema riguardante la modifica superficiale di sub strati, economici di vetro per impiego industriale, come pure per substrati di qualità superiore.
SCOPI E SOMMARIO DELL'INVENZIONE
La presente invenzione è stata sviluppa ta per risolvere i problemi precedentemente citati, mentre lo scopo precipuo dell'invenzione è quello di fornire un metodo di modifica della superficie di un substrato di vetro capace di forma re uno strato modificato superficialmente, caratterizzato da una buona qualità.
Pertanto, nel metodo di modifica della superficie di un substrato di vetro per mezzo dell'adozione di un processo di impiantagione ionica, in conformità con i principi della presente inven zione , le porzioni ottenute per impiantagione ionica del substrato di vetro, vengono riscaldate per mezzo dell'impiego di fasci laser durante, o dopo il processo di impiantagione ionica.
Qualsiasi condizione di irradiazione con fasci laser può venire adattata a condizione che la temperatura dello strato superficiale di vetro, ottenuto per impiantagione ionica, possa presenta re un livello superiore.
Ad esempio, in uno strato ottenuto mediante impiantagione ionica, contenente una notevole quantità di Si, la parte interna del substra to di vetro può venire riscaldata direttamente per mezzo dell'impiego di un laser ad eccimeri, di un laser a Ar, e cosi via presentante un forte assor bimento nei confronti di Si.
Inoltre, oltre all'impiego di fasci laser ad elevato assorbimento, nello strato ottenuto per impiantagione ionica, è pure possibile riscaldare lo strato ottenuto per impiantagione io nica, in modo indiretto, dallo strato di vetro, mediante irradiazione con laser a CO2 evidenziante un elevato assorbimento nel vetro.
Inoltre, il riscaldamento può venire con dotto attraverso una sottile pellicola realizzata con l'impiego di un materiale ad assorbimento della luce laser, tale pellicola essendo disposta su di un substrato di vetro.
E' possibile l'impiego di qualsiasi com binazione del tipo precedentemente indicato, di pellicole sottili e di fasci laser a condizione che la pellicola sottile comporti la superficie del vetro contenente lo strato ottenuto per impian tagione ionica capace di venire riscaldato sino al raggiungimento di una temperatura di valore elevato .
Ad esempio, nel caso in cui Si viene de positato sulla superficie di vetro, sotto forma di una sottile pellicola di materiale ad assorbì mento della luce laser, è possibile utilizzare un laser ad eccimeri, un laser a Ar, e così via, pre sentante un buon assorbimento nella pellicola di Si.
Inoltre, nel caso in cui una pellicola di venga formata sulla superficie di vetro, è possibile utilizzare un laser a al quale pos sa associarsi un elevato assorbimento nella pellicola di
Una pellicola di materiale semicondutto re rappresentata, ad esempio, da una pellicola di Si viene impiegata, desiderabilmente, come una sottile pellicola di un materiale ad assorbimento della luce laser, poiché la ricottura del substrato e la cristallizzazione della pellicola di. materiale semiconduttore possono venire ottenute nello stesso tempo.
Come metodi per il riscaldamento di una sottile pellicola di materiale ad assorbimento della luce laser, disposta su di un substrato di. vetro è possibile adottare uno dei seguenti:
(1), un metodo per irradiare, con fasci laser un oggetto, dopo la formazione di una sottile pelli, cola su di un substrato di vetro e impiantagione di ioni,
(2) un metodo per l'irradiazione con fasci, laser formando, nel contempo, una sottile pellicola sul substrato di vetro nel quale è stata effettuata una impiantagione ionica, e
(3) un metodo di irradiazione con fasci, laser dopo la formazione della sottile pellicola sul substrato di vetro, con ioni impiantati, e cosi, via .
I fasci laser possono venire irradiati, secondo una direzione facoltativa e, ad esempio, i fasci possono venire diretti verso una superficie o verso la faccia posteriore del substrato di vetro.
I fasci laser possono venire irradiati, secondo qualsiasi data intensità e per un intervallo di tempo qualsiasi, a condizione che una porzione voluta del substrato di vetro con impiantagione di ioni possa venire riscaldato in misura sufficiente e a condizione che non venga provocata una deformazione del substrato di vetro e cosi, via. Ad esempio, quando i fasci laser vengono rac colti ed irradiati, verso il substrato, in modo tale da ottenere una macchia, vale a dire uno "spot”, il riscaldamento della porzione voluta del substrato di vetro viene completato entro un breve periodo di tempo.
Come substrato di vetro utilizzabile in conformità con i principi della presente invenzio ne, è possibile citare qualsiasi substrato di vetro costituito, ad esempio, da un substrato di vetro contenente alcali, un substrato di vetro a bas so contenuto di alcali ed un substrato di vetro privo di alcali. Fra i vari tipi, un substrato di vetro contenente alcali ed un substrato di vetro a basso contenuto di alcali rappresentano i substrati preferiti poiché gli stessi possono compor tare un notevole effetto di modifica delle proprie tà superficiali , in accordo con lo scopo principa le della presente invenzione.
In conformità con la presente invenzione, poiché lo strato ottenuto per impiantagione ionica può venire riscaldato in modo istantaneo ed istantaneamente ricotto per effetto dell'azione esercitata dai fasci laser, la porzione voluta può venire riscaldata ad una temperatura superiore al punto di rammollimento del substrato di vetro e, conseguentemente, le specie ioniche impian tate e gli elementi costitutivi del vetro provocano una unione, consentendo in tal modo la formazio ne di uno strato superficiale modificato caratterizzato da una buona qualità.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DI UNA VERSIONE PREFERITA
Esempio 1
Ioni, azoto sono stati impiantati adottando una energia di 30 KeV in ragione di
ioni nella superficie di un substrato di vetro, in modo tale da formare uno strato ottenuto per impiantagione ionica, presentante una concentrazione di picco in corrispondenza di una profon dità di 0,06 μm dalla superficie del substrato di vetro. Successivamente, è stato impiegato un dispositivo laser a (operante con una lunghezza d'onda di 10,6 μm) in grado di irradiare la superficie del substrato di vetro. Le condizioni, di irradiazione per il dispositivo laser a era no rappresentate da un diametro del fascio di.
200 μm, da una potenza del fascio di 45 W e da una velocità di scansione di 1,5 m/min.
Successivamente, quando il campione è stato analizzato mediante spettroscopia fotoelettronica a raggi X, è stata misurata una concentra zione di nitruro di silicio, nel campione irradia to dal fascio laser a nei confronti di quanto riscontrato in un campione non irradiato con il laser a
Inoltre, è stata misurata una concentra zione di nitruro di silicio pari a 5 - 10 volte nei confronti di quanto si riscontra con il campione trattato termicamente ad una temperatura di 400°C dopo il processo di impiantagione ionica.
E' stato stabilito che la concentrazione del nitruro di silicio presenta una correlazio ne positiva con la caratteristica consistente nel l'impedire la diffusione di metalli alcalini contenuti nel substrato di vetro, mentre è possibile rilevare che l'operazione di riscaldamento condot. ta nei confronti del substrato, con l'ausilio dei. fasci laser, in conformità con i principi della presente invenzione comporta, come effetto, quello di migliorare le proprietà superficiali del substrato di vetro impedendo, ad esempio, la diffusione di metalli alcalini.
Esempio 2
Ioni fosforo sono stati impiantati , con una energia di 100 KeV, in ragione di io ni/cm2 , nella superficie di un substrato, formando in tal modo un primo strato ottenuto per impian tagione ionica al quale si associa una concentrazione di picco ad una profondità di 0,1 μm dalla superficie del substrato di vetro. Successivamente, sono stati impiantati ioni azoto adottando un'energia di 30 KeV, in ragione di ioni/ cm2 riferita alla superficie del substrato di.vetro, formando in tal modo un secondo strato otte nuto per impiantagione ionica, presentante un pic co di concentrazione in corrispondenza di una prò fondità di 0,06 μm dalla superficie del substrato di vetro.
Successivamente, è stato condotto uno stadio di irradiazione impiegando un laser a
Ccon una lunghezza d'onda dì 10,6 μ m, adottando le stesse condizioni dell'Esempio 1.
Successivamente, quando il campione è stato misurato mediante spettroscopia fotoelettro nica ai raggi X è stata misurata una concentrazio ne di fosfosilicat i, nel primo strato ottenuto per impiantagione ionica pari a 2 - 3 volte quella riscontrata nel campione non irradiato con laser a
ed una concentrazione di nitruro di silicio pa¬
ri a 5 - 10 volte quella riscontrata nel campione non irradiato con laser a nel secondo strato ottenuto per impiantagione ionica, per il campione irradiato con laser a ·
Inoltre, sono state misurate concentrazioni di nitruro di silicio di 5 - 10 volte e concentrazioni di fosfosilicati di 2- 3 volte nei confronti di quanto riscontrato in un campione trattato termicamente a 400°C, dopo il processo di impiantagione di ioni.
Esempio 3
Ioni silicio sono stati impiantati, a 60 KeV, in ragione di ioni/cm2, nella superficie di un substrato di vetro, in modo tale da formare uno strato ottenuto per impiantagione ionica, presentante un picco di concentrazione ad una profondità di 0,06 um dalla superficie del substrato di vetro e, successivamente, gli ioni, azoto sono stati impiantati a 30 KeV, in ragione di ioni/cm<2 >in modo tale da formare un altro strato ottenuto per impiantagione ionica che si sovrappone allo strato ottenuto per impian tagione ionica in accordo con quanto precedentemen te citato.
Successivamente, è stato utilizzato un laser ad eccimeri di XeCl (con una lunghezza d'on da di 308 nm), in grado di fornire un impulso con una intensità del fascio di 100 mJ/cm<2>, sulla superficie o sulla faccia posteriore del substrato di vetro. Quando il campione è stato misurato mediante spettroscopia fotoelettronica ai raggi X, è stata misurata, nel campione irradiato con il laser ad eccimeri, una concentrazione di ioni di 5 - 10 volte quella riscontrata nel campione che non è stato irradiato con il laser ad eccimeri.
Inoltre, è stata misurata una concentrazione di nitruro di silicio di 5 - 10 volte nei confronti di quella riscontrata in un campione trattato termicamente, operando ad una temperatura di 400°C , dopo la fase di impiantagione di ioni Come precedentemente descritto, risulta del tutto evidente che l'invenzione in oggetto è applicabile non solo al singolo strato ottenuto per impiantagione ionica e modificato, con una spe cie di ioni ma anche allo strato modificato ottenuto per impiantagione di ioni con una pluralità di specie ioniche.
Esemplo 4
Ioni azoto sono stati impiantati a 30 KeV, in ragione di ioni/cm2 , nella super fic e di un substrato di vetro, in modo tale da formare uno strato, ottenuto per impiantagione ionica, presentante una concentrazione di picco in corrispondenza di una profondità di 0,06 μm dalla superficie del substrato di vetro. Successivamente, una pellicola di Si amorfo, presentante uno spessore di 10 nm, è stata formata sulla superficie del substrato di vetro ed è stato impie gato quindi un laser ad eccimeri, di XeCl Coperan te in corrispondenza di una lunghezza d'onda di 308 nm) in grado di fornire impulsi con una densità del fascio di 100 mJ/cm2, tale fascio venen do indirizzato verso la superficie del substrato di vetro.
Successivamente, quando il campione è stato misurato mediante spettroscopia fotoelettro nica ai raggi X è stata misurata, nel campione sul quale è stata depositata una pellicola di Si amorfo ed irradiato con laser ad eccimeri, una concentrazione di nitruro di silicio di 5 - 10 volte quella riscontrata in un campione dopo impiantagione ionica.
Inoltre, è stata misurata una concentra zione di nitruro di silicio di 5 - 10 volte nei. confronti, di quanto ottenuto in un campione sotto posto ad un processo di trattamento termico ad una temperatura di 400°C dopo il processo di impiantagione ionica.
Esempio 5
Sono stati impiantati ioni fosforo a 100 KeV, in ragione di ioni/cm2 nella su perficie di un substrato di vetro, in modo tale formare un primo strato ottenuto per impiantagio ne ionica, presentante un picco di concentrazione ad una profondità di 0,1 μm dalla superficie del substrato di vetro. Successivamente, sono sta ti impiantati ioni azoto operando a 30 KeV, in ragione di ioni /cm2, formando un secondo strato ottenuto per impiantagione di ioni, presen tante un picco di concentrazione ad una profondità di 0,06 μm dalla superficie del substrato di vetro. Successivamente, una pellicola dì Si amor fo, presentante uno spessore di 10 nm è stata for mata alla superficie del substrato di vetro mentre è stato impiegato un laser ad eccimeri a XeCl per irradiare la superficie del substrato di vetro, adottando le stesse condizioni precendentemente indicate nell'Esempio 1.
Successivamente, quando il campione è stato misurato mediante spettroscopia elettronica ai raggi X, è stata riscontrata una concentrazione di fosfosilicati nel primo strato ottenuto per impiantagione ionica pari a 2 - 3 volte quella di un campione dopo impiantagione ionica e pari a
5 - 10 volte la concentrazione di nitruro di sili ciò nel secondo strato ottenuto per impiantagione ionica nel campione formato con la pellicola di Si amorfo ed irradiato con il laser ad eccimeri, sempre nei confronti del campione sul quale è sta ta effettuata la misura dopo l'impiantagione ionica.
Inoltre, sono state misurate concentrazioni di fosfosilicati di 2 - 3 volte e concentra zioni di nitruro di silicio di 5 - 10 volte nei confronti di quanto riscontrato in un campione trattato termicamente, ad una temperatura di 400°C, misurato dopo impiantagione ionica.
Esempio 6
Ioni silicio sono stati, impiantati., a 60 KeV, in ragione di ioni/cm<2 >, in corri, spondenza della superficie del substrato di vetro, allo scopo di formare uno strato ad impiantagione ionica presentante un picco di concentrazione ad una profondità di 0,06 μm dalla superficie del substrato di vetro. Successivamente, sono stati impiantati ioni azoto a 30 KeV, in ragione di ioni/cm<2 >, in modo tale da formare un altro strato ottenuto per impiantagione ionica che si sovrappone allo strato ottenuto per impiantagione ionica, secondo quanto precedentemente citato. Successivamente, alla superficie del substra to di vetro è stata formata una pellicola di Si amorfo presentante uno spessore di 10 nm ed è sta to impiegato un laser ad eccimeri XeCl per irradiare la superficie del substrato di verro, nelle stesse condizioni descritte nell'Esempio 4.
Quando il campione è stato misurato me diante spettroscopia fotoelettronica ai raggi X, nel campione formato con una pellicola di Si amor fo ed irradiato con un laser ad eccimeri, è stata riscontrata una concentrazione di nitruro di silicio pari a 5 - 10 volte quella riscontrata in un campione dopo impiantagione ionica.
Inoltre, è stata misurata una concentra zione di nitruro di silicio pari a 5 - 10 volte quella riscontrata in un campione trattato termicamente a 400°C, dopo impiantagione ionica.
Esempio 7
Ioni azoto sono stati impiantati, a 30 KeV in ragione di ioni/cm2 , nella superficie del substrato di vetro, in modo tale da for mare uno strato ottenuto per impiantagione ionica, presentante una concentrazione di picco in corrispondenza di una profondità di 0,06 μm dalla super ficie del substrato di vetro. Successivamente, sulla superficie del substrato di vetro è stata formata una pellicola di presentante uno spes sore di 1 μm ed è stata successivamente irradiata con laser a (presentante una lunghezza d'onda di 10,6 μm). Con riferimento alle condizioni di irradiazione condotte con il laser a
deve essere rilevato che il diametro del fascio era di 200 ym, la potenza del fascio era di 45 W mentre è stata adottata una velocità di scansione di 1,5 m/min.
Successivamente, quando il campione è stato misurato mediante spettroscopia fotoelettro nica ai raggi X, nel campione formato con la pellicola di ed irradiato con laser a è sta ta riscontrata una concentrazione di nitruro di silicio pari a 5 - 10 volte quella riscontrata nel campione dopo impiantagione ionica.
Inoltre, è stata pure misurata una con centrazione di nitruro di silicio pari a 5 - 10 volte quella di un campione trattato termicamente, ad una temperatura di 400°C, dopo impiantagio ne ionica.
Quantunque il fascio laser sia stato diretto verso la superficie del substrato di vetro, nei vari, esempi precedentemente citati, deve esse re rilevato che l'irradiazione con fascio laser può pure venire ottenuta in accordo con qualsiasi direzione nel senso che il fascio potrebbe venire indirizzato verso la faccia posteriore e non limitatamente alla superficie del substrato di vetro. Inoltre, la configurazione dello strato ottenuto per impiantagione ionica può essere facoltativa e non limitata a quella del substrato di vetro.
In conformità con i principi della pre sente invenzione, poiché lo strato ottenuto per impiantagione ionica nel substrato di.vetro può venire riscaldato istantaneamente ad una elevata temperatura, senza rammollire l'intero substrato di vetro, l'unione reciproca degli ioni impiantati e/o l'unione fra gli ioni impiantati e gli ioni in corrispondenza della parte interna del vetro, può venire promossa allo scopo di ottenere uno strato superficiale modificato caratterizzato da una buo na qualità.
Claims (4)
- RIVENDICAZIONI 1. Metodo di modifica della superficie di un substrato di vetro per mezzo di una impiantagione ionica, in cui una porzione del substrato di vetro nella quale sono stati, impiantati gli ioni, viene riscaldata per mezzo dell'impiego di fasci laser durante, o dopo l'impiantagione ionica.
- 2. Metodo di modifica della superficie di un substrato di vetro, come definito nella rivendicazione 1, in cui il riscaldamento viene ottenuto attraverso una sottile pellico la di materiale ad assorbimento della luce laser, disposta sul substrato di vetro.
- 3. Metodo di modifica della superficie di. un substrato di vetro, come definito nella rivendicazione 1, o 2, in cui la temperatura di riscaldamento è uguale o superiore al punto di rammollimento del substrato di vetro.
- 4. Metodo di modifica della superficie di un substra to di vetro, come definito in una qualsiasi delle rivendicazioni 1 - 3, in cui il substrato di vetro è un substrato di vetro contenente alcali o un substrato di vetro a basso contenuto alcalino.
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