PT2159300E

PT2159300E - Método para depositar um material

Info

Publication number: PT2159300E
Application number: PT08014970T
Authority: PT
Inventors: Jan Amaud Janssens; Gerard Van De Eijkel; Jan Matthijn Dekkers; Joska Johannes Broekmaat; Paul Te Riele
Original assignee: Solmates Bv
Priority date: 2008-08-25
Filing date: 2008-08-25
Publication date: 2012-03-08
Also published as: CN102131952A; ES2378906T3; DK2159300T3; SI2159300T1; JP2012500901A; CN102131952B; JP5193368B2; KR20130054465A; EP2159300A1; PL2159300T3; WO2010023174A1; HRP20120120T1; ATE537277T1; EP2159300B1; KR101307592B1; US9074282B2; US20110236601A1; KR20110047249A

Description

ΕΡ2159300 - 1 -

DESCRIÇÃO "MÉTODO PARA DEPOSITAR UM MATERIAL" A invenção refere-se a um método para deposição de um material de um alvo sobre a superfície de uma amostra cujo método compreende as etapas seguintes: - irradiação da superfície com um alvo com um raio laser ou um feixe de electrões para gerar uma pluma de partículas de um material do alvo, - posicionamento da amostra próximo da pluma, de modo a que o material em partículas do alvo seja depositado sobre a superfície da amostra. A deposição de um material de um alvo sobre a superfície de uma amostra pode ser feita com a chamada deposição por laser pulsado PLD. Esta técnica PLD permita revestir objetos com um material à escolha, de uma muito elevada qualidade, e com uma camada muito fina. Esta técnica de deposição por laser pulsado é frequentemente usada em centros de investigação.

Contudo, é desejável a possibilidade de termos as vantagens da técnica PLD na indústria. A dificuldade é, contudo, que a técnica PLD é apenas apropriada para aplicações de pequena escala. Com a tecnologia corrente, -2- ΕΡ2159300 tipicamente uma superfície de cerca de 10 mm por 10 mm é coberta com uma camada homogénea. Esta área é limitada pela pluma de plasma criada durante a técnica de PLD. Esta pluma é apenas uniforme numa pequena área de tipicamente 10 mm por 10 mm. O autor S. Boughaba e outros em "Filmes sólidos finos" 371 (2000) páginas 119 - 125 divulgam um método de revestimento por reposição de laser pulsado, no qual um substrato 75 mm de diâmetro é rodado em torno de um eixo que é perpendicular à superfície a ser revestida, e o raio laser é varrido através da superfície do alvo que faz face ao substrato. 0 documento EP 1 516 854 A divulga um método deposição por laser no qual a frequência dos pulsos é variada. É um objetivo da invenção resolver o problema acima mencionado.

Este objetivo é conseguido com um método tal como é reivindicado na reivindicação 1 de acordo com a invenção, o qual é caracterizado por: - rodar a amostra em torno de um eixo de rotação que é perpendicular à superfície da amostra sobre a qual as partículas são depositadas; - mover o raio laser ao longo da superfície do alvo de maneira que a pluma se move numa direção radial em relação ao eixo de rotação; -3- ΕΡ2159300 - pulsar o raio laser com uma frequência variável.

Ao se rodar a amostra em torno dum eixo de rotação é possível que o material depositado da pluma fique numa área anular da amostra. Ao mover-se o raio laser ao longo da superfície do alvo numa direção radial é possível cobrir toda a superfície da amostra em forma de disco. Assim, apesar da área efetiva da pluma do PLD ser de apenas tipicamente de 10 mm por 10 mm, é ainda assim possível cobrir uma superfície de amostra muito maior. É contudo necessário além disso, produzir um raio laser com uma frequência de pulsos variável, em ordem a manter uma deposição homogénea do material do alvo sobre a amostra, e a manter uma taxa de pulsos homogénea sobre toda a área do substrato para obter propriedades de uma camada de filme homogéneo. Se por exemplo, for mantida uma velocidade angular constante da amostra, será necessário menos material do alvo para a superfície anular próxima do centro de rotação, ao contrário da superfície anular que está a uma certa distância do eixo de rotação. Ao variar a frequência do raio laser pulsado é fácil proporcionar uma distribuição homogénea das partículas do material do alvo sobre toda a superfície da amostra.

Numa forma de realização do método de acordo com a invenção a superfície da amostra é conformada em disco e de preferência a superfície do alvo substancialmente paralela à superfície do alvo. -4- ΕΡ2159300

Numa forma de realização preferida do método de acordo com a invenção, o material do alvo é um varão, o qual é rodado em torno do seu eixo longitudinal. Quando o material do alvo é irradiado pelo raio laser, uma pequena porção do material do varão irá ser arrancado, e estas partículas irão formar a pluma de plasma. Se o raio laser irradia apenas uma pequena porção do alvo, a quantidade arrancada de material irá ser substancial, e irá perturbar o processo PLD. Em particular, quando grandes superfícies são revestidas com esta técnica PLD, de acordo com a invenção serão arrancadas quantidades substanciais de material, e isto irá ter o seu efeito sobre o material do alvo e em termos do processo. Deste modo, ao proporcionar-se um material de alvo conformado como um varão, que pode ser rodado em torno do seu eixo longitudinal, é possível variar a área na qual se fará a ablação do material do alvo. Em combinação, o raio laser em movimento e a rotação do varão permitem ter uma ablação de material regular a partir do material do alvo.

Noutra forma de realização preferida do método de acordo com a invenção a velocidade angular da amostra é dependente da distância entre o eixo de rotação e área de contacto do raio laser sobre a superfície do alvo. Ao se variar a velocidade angular da amostra tal proporciona um parâmetro de controlo adicional para ter-se uma deposição homogénea do material sobre a amostra. -5- ΕΡ2159300

Em ainda uma outra forma de realização do método de acordo com a invenção, a frequência pulsada do raio laser é dependente da distância entre o eixo de rotação e a área de contacto do raio laser sobre a superfície do alvo. Como já foi descrito, com uma velocidade angular constante a frequência pulsada seria inferior quando a deposição ocorresse próximo do centro da amostra do que quando a deposição ocorresse numa orla exterior da amostra. Contudo, se a velocidade angular for também variada pode facilmente calcular-se um processo otimizado.

De preferência a frequência dos pulsos do raio laser está na gama de 1 Hz a 500 Hz.

Estas e outras características da invenção serão elucidadas em conjunto com os desenhos acompanhantes nos quais: A figura 1 mostra de maneira esquemática o método de acordo com a invenção; A figura 2 mostra uma vista de topo de uma amostra com uma ilustração esquemática das deposições; A figura 3 mostra uma segunda forma de realização da invenção.

Na figura 1 é mostrado um suporte 1 rotativo de uma amostra. Sobre este suporte 1 rotativo está disposta -6- ΕΡ2159300 uma amostra 2 . Esta amostra 2 é tipicamente um disco fino de um material apropriado, que necessita de ser revestido.

Por baixo do suporte 1 da amostra e da amostra 2 está disposto o material 3 do alvo. Este material do alvo tem a forma de um varão e possui dois moentes 4 e 5 através dos quais o material do alvo 3 pode ser rodado ao longo do eixo longitudinal 6.

Um raio laser 7 proveniente duma fonte de laser (não ilustrada) é dirigido sobre o espelho 8. Este espelho 8 é suscetível de oscilar. 0 raio laser 7 é refletido pelo espelho 8 e é projetado sobre o material da amostra 3, em ordem a criar uma pluma 9. Esta pluma 9 consiste de material do alvo 3 que foi arrancado.

Ao oscilar o espelho 8 o raio laser 7 fixo pode ser movido sobre a superfície do material do alvo 3, na direção longitudinal do eixo 6. Em resultado disso, a pluma 9 é suscetível de se mover numa direção radial em relação ao disco 2 da amostra.

Na figura 2 o disco 2 da amostra é mostrado com um certo número de deposições 10. Estas deposições 10 são feitas em resultado da pluma 9. Ao oscilar o espelho 8 a pluma 9 é movida numa direção radial do disco 2 tendo o resultado mostrado na figura 2. -7- ΕΡ2159300

Desta forma, ao rodar o disco da amostra estas deposições 10 podem ser espalhadas sobre toda a superfície do disco 2. Como será evidente a partir da figura 2 isto irá resultar numa deposição mais concentrada do material próximo do centro 11 do que próximo da orla do disco da amostra, quando a velocidade angular W é mantida constante e a taxa de deposição é também mantida constante, ao manter constante a taxa de frequência do laser. Portanto, como resultado da invenção a taxa de deposição é modificada ao variar a frequência do raio laser, de maneira que menos material é depositado próximo do centro 11 e mais material é depositado próximo da orla do disco da amostra. Ao variar pelo menos a frequência dos pulsos do laser, e de preferência também a velocidade angular, é possível ter uma superfície da amostra com umas dimensões muito maiores do que as dimensões convencionais na área de depósito 10, com um revestimento homogéneo. A figura 3 ilustra uma segunda forma de realização, numa vista esquemática da invenção. E mostrado um suporte 20 rotativo da amostra onde está disposta uma amostra 21. Por cima deste suporte de amostra rotativo está disposto um suporte 22 rotativo do material do alvo. Neste suporte 22 está colocado um alvo 23, o qual tem nesta forma de realização uma forma semelhante a um disco.

Além disso, a figura 3 mostra um raio laser ou um feixe de eletrões 24 os quais são dirigidos para um espelho 25 focado, o qual dirige o raio laser para um espelho plano - 8- ΕΡ2159300 26 suscetível de ser movido em translação. Este espelho plano 26 dirige o raio laser sobre o material 23 do alvo originando uma pluma 27 de partículas do material do alvo, as quais irão ser depositadas sobre o material da amostra 21. 0 espelho plano 26 é guiado ao longo de uma guia 28 de modo que o espelho 26 pode ser movido em translação. Ao fazer-se a translação do espelho 26 o raio laser 24 pode ser movido sobre a superfície do material de alvo 23 e assim, a pluma 27 pode ser movida sobre a superfície do material da amostra 21.

Lisboa, 23 de Fevereiro de 2012

Claims

ΕΡ2159300 - 1 - REIVINDICAÇÕES 1. Método de deposição de um material de um alvo sobre a superfície de uma amostra, cujo método compreende as seguintes etapas: - irradiar a superfície de um alvo com um raio laser ou um feixe de eletrões para gerar uma pluma de partículas do material do alvo; - posicionar a amostra próximo da pluma, de maneira que o material em partículas do alvo seja depositado sobre a superfície da amostra; - rotação da amostra em torno de um eixo de rotação que é perpendicular à superfície da amostra sobre a qual as partículas são depositadas; - mover o raio laser ou o feixe de eletrões ao longo da superfície do alvo, de maneira que a pluma se move numa direção radial em relação ao eixo de rotação; caracterizado por o raio laser ou o feixe de eletrões serem pulsados com uma frequência variável.
2. Método de acordo com a reivindicação 1 em que a superfície da amostra tem a forma de um disco. - 2- ΕΡ2159300
3. Método de acordo com as reivindicações 1 ou 2 em que a superficie do alvo é substancialmente paralela à superfície da amostra.
4. Método de acordo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes em que o material do alvo é um varão, que é rodado em torno do seu eixo longitudinal.
5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes em que a velocidade angular da amostra é dependente da distância entre o eixo da rotação e a de área de contacto do raio laser ou do feixe de eletrões sobre a superficie do alvo.
6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes em que a frequência dos pulsos do raio laser ou do feixe de eletrões é dependente da distancia entre o eixo de rotação e a área de contacto do raio laser ou do feixe de eletrões sobre a superficie do alvo.
7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes em que a frequência dos pulsos está na gama de 1 Hz a 500 Hz. Lisboa, 23 de Fevereiro de 2012