TW202342790A

TW202342790A - 使用熱雷射蒸鍍之方法及熱雷射蒸鍍系統

Info

Publication number: TW202342790A
Application number: TW111148052A
Authority: TW
Inventors: 沃夫岡布勞恩
Original assignee: 馬克斯普朗克科學促進學會
Priority date: 2022-01-20
Filing date: 2022-12-14
Publication date: 2023-11-01
Also published as: WO2023138768A1

Abstract

本發明係關於一種使用熱雷射蒸鍍(TLE)系統(100)之方法，該系統(100)包括可填充反應氣氛(14)之反應室(10)，佈置於該反應室(10)中之一個或多個源(30)，各源(30)包括源材料(32)，以及用於在該源(30)之表面(34)提供雷射輻射(52)並由此昇華該源材料(32)之雷射源(50)。另外，本發明係關於一種熱雷射蒸鍍系統(100)，其包括可填充反應氣氛(14)之反應室(10)，佈置於該反應室(10)中之一個或多個源(30)，各源(30)包括源材料(32)，以及由該反應室(10)提供之耦合件(12)，用於耦合雷射輻射(52)於該反應室(10)中，以照射於該源(30)之表面(34)上並由此昇華該源材料(32)。

Description

使用熱雷射蒸鍍之方法及熱雷射蒸鍍系統

本發明係關於一種使用熱雷射蒸鍍系統之方法，該系統包括可填充反應氣氛之反應室，佈置於該反應室中之一個或多個源，各源包括源材料，以及用於在該源之表面提供雷射輻射並由此昇華該源材料之雷射源。另外，本發明係關於一種熱雷射蒸鍍系統，該系統包括可填充反應氣氛之反應室，佈置於該反應室中之一個或多個源，各源包括源材料，以及由該反應室提供之耦合件，用於耦合雷射輻射於該反應室中，以照射於該源之表面上並由此昇華該源材料。

在熱雷射蒸鍍(thermal laser evaporation；TLE)中，藉由雷射加熱，在受控環境中(尤其在充滿反應氣氛之反應室中)蒸發及/或昇華材料，通常意圖用薄膜塗覆表面。熱雷射蒸鍍之效率依賴於源表面之局部加熱，因為生長速率隨雷射照射光斑內之功率密度呈指數增長。

在圖1的左半部分(用“A”表示)顯示這樣的單個加熱光斑70，其形成最簡單的雷射強度圖案60。當由雷射束54(通常由雷射輻射52)局部加熱時，源30之源材料32之固體塊自空間約束之昇華區38昇華。如圖1之右側圖像所示並用“B”表示，昇華區38可具有與由雷射束54照射於表面34上所形成之光斑區36相同的尺寸，尤其若所述光斑區36覆蓋整個表面34。

然而，在大多數實施例中，光斑區36整體小於源30之表面34。尤其地，如圖2之最上圖像(用“A”表示)中所示，若光斑區36小於源30之表面34，則昇華區38係藉由相應源材料32之導熱率所定義之充分受熱區所圍繞之光斑區34構建。換言之，當局部加熱時，在源材料32之固體塊之表面34上生成空間約束昇華區38。

最初，此昇華區38在表面34上形成凹坑，見圖2之中間影像“B”，但隨後跟隨雷射束54之入射角58，沿雷射束54之方向凹入並形成孔，見圖2之最下影像“C”。起因係昇華速率在輻射功率密度最高之處為最高，其通常在雷射束54之中心。儘管最初，略微凸起之曲率可能有利於有效沉積，但所述孔遮蔽昇華源材料32向基板42傳播之通量(圖中垂直向上，另見圖8)，因此是非常低效的。此外，源材料32昇華出所述孔之通量沿入射雷射束54之方向達到峰值，從而增加雷射束入射窗或鏡之塗佈。

鑒於上述，本發明之目的在於提供使用熱雷射蒸鍍系統之改進方法以及改進的熱雷射蒸鍍系統，其不具有現有技術之上述缺點。尤其，本發明之目的在於提供使用熱雷射蒸鍍系統之改進方法以及改進的熱雷射蒸鍍系統，以允許自大表面區域的穩定的、高通量的昇華。

此目的係藉由各獨立專利請求項來達成。尤其地，此目的係透過依據獨立請求項1之使用熱雷射蒸鍍系統之方法並透過依據獨立請求項23之熱雷射蒸鍍系統來達成。附屬請求項係描述本發明之較佳實施例。就技術意義而言，關於依據本發明之第一態樣之方法所述之細節及優點也涉及依據本發明之第二態樣之熱雷射蒸鍍系統，反之亦然。

依據本發明之第一態樣，該目的係藉由使用熱雷射蒸鍍系統(thermal laser evaporation；TLE)系統之方法來達成，該系統包括可填充反應氣氛之反應室，佈置於該反應室中之一個或多個源，各源包括源材料，以及用於在該源之表面提供雷射輻射並由此昇華該源材料之雷射源，其中，該雷射輻射具有空間調製強度圖案，其中，該空間調製強度圖案包括具有至少局部最大強度之兩個或更多隔開的加熱光斑，各加熱光斑能夠昇華該表面上之光斑區中之該源材料，其中，在該表面上之兩相鄰加熱光斑之該相應光斑區係無縫合併或部分重疊。

依據本發明之第一態樣之方法旨在使用熱雷射蒸鍍系統或簡稱為TLE系統。尤其地，本發明之範圍係為TLE系統，且使用雷射昇華源材料。此類系統通常為已知的。由雷射源提供之雷射束用於昇華源材料，在大多數情况下用於沉積該昇華源材料於作為靶材設置之基板上。雷射能量在該源之表面上之沉積使該源材料直接自該源材料之固態相昇華成源材料之通量。在下文中，整體由該雷射輻射引起之昇華源材料之組合通量將被表示為“昇華圖案”。然而，在本發明之範圍內，昇華過程之表達也涵蓋從被該照射雷射輻射熔化之液體源材料池蒸發該源材料的過程。

該源係佈置於反應室內，該反應室可相對於環境氣氛密封並可填充反應氣氛。該反應氣氛可為真空，尤其低達10^-12hPa或甚至更低，或包括在適於沉積該材料之壓力下的反應氣體，例如提供氧以沉積昇華源材料之氧化物的反應氣體。到目前為止，以60mm之工作距離測試之最大值高達10^-2hPa。也可能為更高的值，因為有可能在10^-2hPa下沒有問題地沉積。

在大多數情况下，該雷射輻射係透過耦合件耦合於該反應室中。該耦合件可為例如在該反應室之室壁中的簡易窗口。然而，依據本發明之耦合件也可包括用於形成照射於該源材料之表面上之該雷射輻射的自適應光學。

在依據本發明之第一態樣之方法中，該雷射輻射具有空間調製強度圖案。尤其地，該空間調製強度圖案包括具有至少局部最大強度之兩個或更多隔開的加熱光斑。

在本發明之意義上，在該加熱光斑之其中一者之該雷射輻射之至少局部最大強度意味著該些加熱光斑被該強度圖案內之區域圍繞，在該區域，該雷射輻射之強度低於或最多等於在該加熱光斑之該雷射輻射之強度。換言之，在圍繞各加熱光斑之區域中，該雷射輻射之強度不會高於在該加熱光斑本身之該雷射輻射之強度。

尤其地，在該兩個或更多加熱光斑之至少其中一者之該雷射輻射之強度是在整個該空間調製強度圖案內所達到的最大強度。換言之，依據本發明，在該兩個或更多加熱光斑之至少其中一者之位置達到該雷射輻射強度之局部最大值。總之，藉由實施依據本發明之第一態樣之方法，係禁止以單個加熱光斑提供該雷射輻射。從該雷射輻射至該源材料中之能量沉積係分佈於該源材料之表面的較大區域上。

較佳地，依據本發明之加熱光斑係為圓形的，尤其地具有圓形對稱的高斯強度分佈，例如藉由聚焦該雷射輻射於該源材料之表面上來提供。光斑尺寸(較佳地被定義為該高斯分佈之全寬半高值)可具有小於10mm(較佳地小於1mm)至數厘米(尤其10cm或更大)之直徑。

各單獨加熱光斑能夠昇華位於藉由在該源之表面中之其相應加熱光斑形成之昇華區中以及另外圍繞該相應加熱光斑並由該源材料之導熱性定義之區域中的源材料。換言之，圍繞該光斑區係為一區域，其中，藉由來自相應加熱光斑之光斑區之熱能傳輸所提供之源材料的溫度足夠高，從而引起該源材料的昇華。

不過，針對各該加熱光斑，該局部約束之昇華導致跟隨該照射雷射輻射之入射角在該源材料之塊體中形成孔，如參照圖2所述。

因此，依據本發明，該空間調製強度圖案之該兩個或更多加熱光斑經佈置以使該表面上之兩相鄰加熱光斑之相應光斑區無縫合併或部分重疊。藉此，該兩個或更多加熱光斑不再導致分別在該源材料之塊體中形成單獨的凹坑及孔，而是還自動昇華由兩相鄰加熱光斑形成之相應凹坑之間的剩餘壁。

換言之，由該加熱光斑之其中一者形成之凹坑之後緣與由其前面之相鄰加熱光斑形成之凹坑之前緣相同及/或重疊。藉此，兩相鄰加熱光斑之昇華區合併。因此，可增加在昇華過程期間昇華之源材料之表面的區域。由於該區域作為整體參與該昇華過程，因此可增加昇華源材料之通量。

總之，藉由實施依據本發明之第一態樣之方法來使用TLE系統，有可能定義並穩定該源之表面之擴大區域的昇華。這導致以增加的均勻性自大表面區域的高通量昇華，並因此允許高而均勻的總沉積通量。

此外，依據本發明之方法可包括：位於單個源之表面上之該強度圖案之所有加熱光斑的光斑區在相應源之表面上形成連續昇華區。依據本發明之連續昇華區尤其係為無間隙之該源之表面上的區域，其中，源材料之昇華係由該照射雷射輻射引起。因此，昇華源材料源自該連續昇華區之各部分。藉此，可進一步提高所提供之昇華源材料通量的均勻性。

另外，依據本發明之第一態樣之方法，其特徵可在於，該雷射輻射強度在投射於單個源之表面上之該強度圖案之該兩個或更多加熱光斑係為至少基本相等或相等。因此，從該雷射輻射至該單個源之源材料中之能量沉積也在該些加熱光斑至少基本相等或相等，從而導致相應昇華區中之源材料之至少基本相等或相等的昇華。藉此，可進一步增加在該單個源之整個表面上之昇華源材料之通量的均勻性。

依據本發明之第一態樣之方法之替代實施例，該雷射輻射強度在投射於單個源之表面上之該強度圖案之兩個或更多加熱光斑係為不同的。因此，從該雷射輻射至該單個源之源材料中之能量沉積在所述加熱光斑亦不同。藉此，可提供在該單個源之表面上之昇華圖案的具體成形。

此外，依據本發明之第一態樣之方法，其特徵可在於，該熱雷射蒸鍍系統包括兩個或更多源，以及其中，該空間調製強度圖案對於該兩個或更多源之至少其中兩者係為至少基本相等或相等的。因此，即使不止一個源用於昇華，也可均衡針對各該源之能量沉積。尤其地，但非限制，對於提供相同源材料之源，可提供該TLE系統中所存在之所有源之源材料之特別均勻的昇華。

作為替代或附加，依據本發明之第一態樣之方法可包括：該熱雷射蒸鍍系統包括兩個或更多源，以及其中，該空間調製強度圖案對於該兩個或更多源之至少其中兩者係為不同的。因此，若不止一個源用於昇華，則可具體設定各該源之能量沉積。尤其地，各源可較佳地包括各自的源材料。換言之，由該不同源提供之該源材料係不同。作為非限制性示例，第一源可提供鈦作為源材料，第二源為鈮且第三源為鉭。藉由為該不同源提供不同的空間調製強度圖案，可考慮特定的邊界條件，例如相應源材料之昇華溫度。藉此，可提供不同源材料之均勻且尤其同時的昇華。

依據本發明之第一態樣之方法之另一實施例，該兩個或更多加熱光斑之其中兩個或更多係於該空間調製強度圖案內藉由至少局部最大強度之線形加熱線連接，其中，該加熱線之第一端係連接至該兩加熱光斑之其中一者，且該加熱線之第二端係連接至該兩加熱光斑之其中另一者。換言之，依據此實施例，在該加熱光斑之間延伸在該雷射輻射之至少局部最大強度之強度圖案內之加熱線。因此，在該源材料中之能量沉積也沿該加熱線增加，也導致相對於該加熱線形成昇華區。換言之，該兩加熱光斑之相應昇華區係藉由圍繞相應加熱線之加熱區所形成之昇華區無縫連接。總之，可增加在該源之表面上成形並控制該昇華圖案的可能性。

尤其，具有至少局部最大雷射輻射強度之各加熱線可被描述為在其相應端點連接兩加熱光斑。此外，在該強度圖案內可能具有閉合加熱線。沿此類閉合加熱線，可在任意位置定義兩加熱光斑，它們因此並自動地透過該閉合加熱線連接。

此外，依據本發明之第一態樣之方法可進一步藉由使沿該加熱線之該雷射輻射強度逐漸地，尤其單調地，從位於該加熱線之該第一端之該加熱光斑之強度變更為位於該加熱線之該第二端之該加熱光斑之強度來進一步增強。藉由提供沿該加熱線之逐漸的、尤其單調的強度變化，可禁止沿該加熱線之強度的不規則的或階梯狀的變化。藉此，可更容易地確保形成均勻的昇華圖案。依據本發明之漸變僅包括沿該加熱線之平滑的強度變化，其中，單調的變化額外要求沿該加熱線之該雷射輻射之強度沿該整條加熱線僅減小或僅增加或保持恒定。

另外，依據本發明之第一態樣之方法，其特徵可在於，該加熱線至少部分為平直的及/或彎曲的以及/或者以圓弧之形式成形。此清單包含該加熱線之較佳形狀，不過也可能為其他形狀及形狀之組合。尤其地，可相對於當前昇華過程之邊界條件及/或預期昇華圖案，尤其相對於所使用的源材料，選擇相應加熱線之形狀。

依據本發明之第一態樣之方法之另一實施例，該空間調製強度圖案係圍繞對稱點或對稱軸呈旋轉對稱。藉由提供旋轉對稱之空間調製強度圖案，所得的昇華圖案也將呈旋轉對稱的。藉此，可提高該昇華源材料之通量的均勻性。此外，源及/或所提供之源材料也常包括此類圍繞對稱點之旋轉對稱性。藉此，使該雷射輻射之強度圖案適應該源及/或所提供之源材料之形狀可被簡化。

依據本發明之第一態樣之方法可藉由使該空間調製強度圖案以30°及/或45°及/或60°及/或72°及/或90°及/或135°及/或180°之角度旋轉對稱來進一步增強。此清單包含旋轉對稱之較佳角度，不過也可能使用其他角度。

依據本發明之第一態樣之方法之另一實施例，該空間調製強度圖案係為週期性的。在週期性強度圖案中，包含一些元素(例如，相對彼此呈固定佈置之加熱光斑或加熱線)之小構建塊被重複兩次或更多次，以整體形成強度圖案。藉此，在相鄰構建塊之元素之間的距離及相對取向保持恒定。藉此，可更容易地確保形成均勻的昇華圖案。

依據本發明之第一態樣之方法之替代實施例，該空間調製強度圖案係為準週期性的。此外，在準週期性強度圖案中，包含一些元素例如加熱光斑或加熱線之小構造塊被重複兩次或更多次，以整體形成該強度圖案。然而，相鄰構建塊之間之距離及相對取向以及可選地該構建塊之元素之內部佈置被改變，在大多數情况下增加，取決於選定固定元素之距離。該固定元素可較佳為對稱點或對稱軸，用於提供總體旋轉對稱強度圖案，或鏡像平面。藉此，可更容易地提供具有空間依賴性，尤其地徑向依賴性或鏡像對稱性或反轉對稱性之昇華圖案之形成。

依據本發明之第一態樣之方法之又一替代實施例，該空間調製強度圖案係為非週期性的。藉此，可提供具有任意形狀之強度圖案。

作為特定示例，在本發明意義上之非週期性強度圖案尤其還涵蓋整體上為非週期性但在其組成部分中為週期性及/或準週期性的強度圖案。尤其，對於具有數個源(各源具有其各自的源材料)之TLE系統，專用於各該源之強度圖案之組成部分依據相應源材料之需求可為週期性的及/或準週期性的，其中，該強度圖案整體上係為非週期性的。

另外，依據本發明之第一態樣之方法，其特徵可在於，在該空間調製強度圖案內，該雷射輻射強度在該加熱光斑及/或加熱線之外至少基本為零或為零。換言之，該強度圖案在具有至少局部最大強度之區域與所有其他區域之間具有尖銳、陡峭的邊界。尤其地，可藉此提供在該源材料中之局部化能量沉積。在大多數情况下，這提供對該昇華圖案之高度控制。

作為替代，依據本發明之第一態樣之方法可包括：在該空間調製強度圖案內，該雷射輻射強度在該加熱光斑及/或加熱線之外逐漸降低，尤其逐漸降低至零。例如，該強度可依據至相應加熱光斑及/或加熱線之距離而減小，尤其與該距離成比例的、多項式的或任何合適的單調函數依賴性。換言之，該強度圖案包括平滑調製的強度變化。因此，可藉此禁止在該源材料中之能量沉積的突然變化。這可導致所形成之昇華圖案的較高穩定性。另外，相比於強度突然降至零，通常可更容易地提供所述雷射輻射強度的逐漸降低。

另外，依據本發明之第一態樣之方法可包括：相對於該源材料選擇該空間調製強度圖案。藉由相對於該源材料選擇相應強度圖案，可考慮該源材料之屬性以及因此所導致的針對該昇華過程的邊界條件。藉此，可更容易地提供均勻昇華圖案以及隨之的昇華源材料之高通量。

作為替代或附加地，相對於昇華源材料之預期通量分佈選擇該空間調製強度圖案。所述預期通量分佈包括例如昇華源材料之通量之大致方向及/或在該昇華圖案內之空間變化，尤其相對於昇華源材料之相應通量之局部密度。藉此，可提供適應於相應需要及邊界條件之特定昇華圖案。

依據本發明之方法可藉由相對於昇華源材料之預期通量分佈選擇該空間調製強度圖案包括選擇該雷射輻射撞擊該源之表面之入射角來進一步增強。如上所述，跟隨該照射雷射輻射之入射角，各加熱光斑導致在該源材料之表面中形成凹坑，且從長遠來看鑽孔。藉由主動選擇該入射角，還可調節所述凹坑及/或孔形成，並使其適應於當前需要及邊界條件。

此外，依據本發明之第一態樣之方法可藉由基於計算及/或模擬相對於該源材料選擇該空間調製強度圖案來增強。可針對各種源材料及/或該源之不同形狀提供計算及/或模擬。由於被用作源材料之超純元素的材料常數係為熟知的，因此可藉此以簡單且特別快速及低成本之方式找到並定義針對該雷射輻射之最合適的強度圖案。

作為替代或附加地，依據本發明之第一態樣之方法，其特徵可在於，相對於該源材料對該空間調製強度圖案的選擇係基於實驗結果。藉由使用實驗結果來選擇最合適的強度圖案，可在該選擇過程中實施已整合之知識。尤其地，該實驗結果可在相同環境中獲得，例如相對於要使用之反應氣氛及/或在要使用之實際反應室中。因此，可避免在該選擇過程中基於不適當假設之可能的錯誤源。

在依據本發明之第一態樣之方法之另一可能實施例中，該空間調製強度圖案額外包括該雷射輻射強度之時間相依調製。此類時間相依調製可為例如總體強度之簡單減小及/或增加，導致例如昇華源材料之脈衝通量。不過，也可能實施該強度圖案之空間形狀之時間相依，例如該強度圖案之總體旋轉或橫向偏移。此外，可實施該空間形狀之完全改變。藉此，可提供時間相依通量控制(包括昇華源材料之通量之空間形狀)。這可用以抵消在該源之初始加熱或最終冷卻期間、在該過程所需之通量調製期間，以及由於該源之消耗而可能發生的不穩定或偏移。

依據本發明之第二態樣，該目的係透過熱雷射蒸鍍系統來達成，該系統包括可填充反應氣氛之反應室，佈置於該反應室中之一個或多個源，各源包括源材料，以及由該反應室提供之耦合件，用於耦合雷射輻射於該反應室中，以照射於該源之表面上並由此昇華該源材料，其中，該雷射源為該雷射輻射提供空間調製強度圖案，其中，該空間調製強度圖案包括具有至少局部最大強度之兩個或更多隔開的加熱光斑，各加熱光斑能夠昇華該表面上之光斑區中的該源材料，其中，在該表面上之兩相鄰加熱光斑之該相應光斑區無縫合併或部分重疊。

在依據本發明之第二態樣之熱雷射蒸鍍系統中，由雷射源提供之雷射束用於昇華源材料，在大多數情况下用於沉積該昇華源材料於作為靶材設置之基板上。雷射能量在該源之表面上之沉積使該源材料直接自該源材料之固態相昇華成源材料之通量。同樣，整體由該雷射輻射引起之昇華源材料之組合通量將被表示為“昇華圖案”。不過，在本發明之範圍內，該昇華過程也涵蓋熔化並連續蒸發該源材料。該雷射輻射係藉由耦合件耦合於該反應室中。該耦合件可為例如在該反應室之室壁中的簡易窗口。

該源係佈置於該反應室內，該反應室可相對於環境氣氛密封並可填充反應氣氛。該反應氣氛可為真空，尤其低達10^-12hPa或甚至更低，或包括在適於沉積該材料之壓力下的反應氣體，例如提供氧以沉積昇華源材料之氧化物的反應氣體。

在依據本發明之第二態樣之系統中，該雷射輻射具有空間調製強度圖案。尤其地，該空間調製強度圖案包括具有至少局部最大強度之兩個或更多隔開的加熱光斑。該兩個或更多加熱光斑也可於該空間調製強度圖案內藉由加熱線連接，該加熱線也包括至少局部最大強度。

同樣，依據本發明之加熱光斑較佳為圓形，尤其具有圓形對稱的高斯強度分佈，例如藉由聚焦該雷射輻射於該源材料之表面上來提供。光斑尺寸(較佳地被定義為該高斯分佈之全寬半高值)可具有小於10mm(較佳地小於1mm)至數公分(尤其10cm或更大)之直徑。

在本發明之意義上，該雷射輻射之至少局部最大強度意味著所述加熱光斑被該強度圖案內之區域圍繞，在該區域，該雷射輻射之強度低於或最多等於在該加熱光斑之該雷射輻射之強度。換言之，在圍繞各加熱光斑之區域中，該雷射輻射之強度不會高於在該加熱光斑本身之該雷射輻射之強度。

尤其地，在該兩個或更多加熱光斑之至少其中一者之該雷射輻射之強度是在整個該空間調製強度圖案內所達到的最大強度。換言之，依據本發明，在該兩個或更多加熱光斑之至少其中一者之位置達到最高雷射輻射強度。

總之，依據本發明，未請求保護該雷射輻射具有單個加熱光斑之TLE系統。從該雷射輻射至該源材料中之能量沉積係分佈於兩個或更多加熱光斑上，並因此分佈於該源材料之表面之較大區域上。因此，可增加在昇華過程期間昇華之源材料之表面的區域。由於該區域作為整體參與該昇華過程，因此可增加昇華源材料之通量。

另外，由於各加熱光斑能夠昇華該表面上之光斑區中之源材料且由於在該表面上之兩相鄰加熱光斑之相應光斑區係無縫合併或部分重疊，因此，該兩個或更多加熱光斑不再導致分別在該源材料之塊體中形成單獨的凹坑及孔，而是還自動昇華由兩相鄰加熱光斑形成之相應凹坑之間的剩餘壁。藉此，兩相鄰加熱光斑之昇華區合併。因此，可增加在昇華過程期間昇華之源材料之表面的區域。由於該區域作為整體參與該昇華過程，因此可增加昇華源材料之通量。

總之，在依據本發明之第二態樣之系統中，有可能定義並穩定自該源之表面之擴大區域的昇華。這導致以增加的均勻性自大表面區域的高通量昇華，並因此允許高而均勻的總沉積通量。

較佳地，依據本發明之第二態樣之熱雷射蒸鍍系統，其特徵可在於，該熱雷射蒸鍍系統經構造以執行依據本發明之第一態樣之方法。藉此，依據本發明之第二態樣之熱雷射蒸鍍系統係提供上面關於依據本發明之第一態樣之方法所述的所有特徵及優點。

在依據本發明之第二態樣之熱雷射蒸鍍系統之另一實施例中，該雷射源及/或該耦合件包括用於提供具有該空間調製強度圖案之該雷射輻射之自適應光學。使用自適應光學係為用於提供該雷射輻射之該空間調製強度圖案之特別容易且有效的方式。尤其地，自適應光學可用以在該TLE系統之操作期間動態改變所提供的強度圖案。這也允許在該昇華圖案之不同部分上產生不同的昇華圖案，因為例如該昇華圖案之形狀及/或尺寸取決於照射於該源之表面上之該雷射輻射之強度的分佈。

此外，依據本發明之第二態樣之熱雷射蒸鍍系統可包括：該雷射源及/或該耦合件提供具有該空間調製強度圖案之該雷射輻射作為單個雷射束。換言之，提供完整強度圖案(包括其空間調製)作為單個雷射束。因此，可使用特別簡單的光學引導該雷射輻射於該反應室中及/或內並最終至該源之表面上。

作為替代，依據本發明之第二態樣之熱雷射蒸鍍系統，其特徵可在於，該雷射源及/或該耦合件提供具有該空間調製強度圖案之該雷射輻射作為兩個或更多獨立的雷射束。尤其地對於強度在該加熱光斑及/或該加熱線之外至少基本為零或為零之強度圖案，使用兩個或更多獨立的雷射束可具有優勢。尤其地，可藉此更容易地提供該空間調製強度圖案之零強度區域。

依據本發明之第二態樣之熱雷射蒸鍍系統之另一個實施例，該系統包括兩個或更多源，各源具有相同的源材料或具有不同種類的源材料。藉此可提供各種可能的昇華過程。藉由具有相同的源材料，分別昇華之源材料被組合成昇華源材料之總體且增強的通量。藉由具有不同的源材料，可提供該不同源材料之混合物的沉積。較佳地，對於各該兩個或更多源，提供包括專門適合之空間調製強度圖案的雷射輻射。

另外，該熱雷射蒸鍍系統，其特徵可在於：該系統包括一個或多個致動器，用於至少基本垂直於或垂直於該相應源之表面移動該一個或多個源。較佳地，對於各該一個或多個源，存在分配的致動器。藉由移動各源，可補償由該昇華過程引起之源材料的消耗，並因此可補償該源之高度的降低(導致該源之表面與待塗覆之基板之間的距離增加)。因此，可在長時間內提供所提供之昇華源材料之通量的均勻性。

10:反應室

12:耦合件

14:反應氣氛

20:自適應光學

30:源

32:源材料

34:表面

36:光斑區

38:昇華區

40:靶材

42:基板

50:雷射源

52:雷射輻射

54:雷射束

58:入射角

60:強度圖案

70:加熱光斑

80:加熱線

82:第一端

84:第二端

90:對稱點

100:熱雷射蒸鍍系統

110:致動器

下面藉由實施例並參照附圖詳細解釋本發明，在該些附圖中：

圖1顯示依據現有技術之昇華過程之強度圖案的示意視圖；

圖2顯示依據圖1中所示之現有技術之昇華過程的更詳細視圖；

圖3顯示依據本發明之空間調製強度圖案及昇華過程的示意視圖；

圖4顯示依據本發明之昇華過程所提供之昇華源材料之兩不同通量分佈的示意視圖；

圖5顯示依據本發明之空間調製強度圖案的兩示例；

圖6顯示依據本發明之空間調製強度圖案的另外兩示例；

圖7顯示依據本發明之空間調製強度圖案的另外兩示例；以及

圖8顯示依據本發明之熱雷射蒸鍍系統的示意視圖。

圖3在最上圖像(用“A”表示)中顯示在依據本發明之方法中實施並在依據本發明之系統100(見圖8)中提供的空間調製強度圖案60，以及在中間及最下圖像中顯示使用所述強度圖案60的昇華過程(分別用“B”及“C”表示)。

強度圖案60包括以60°之旋轉角度之旋轉對稱圖案佈置的七個加熱光斑70。中央加熱光斑70亦形成強度圖案60的對稱點90以及垂直於圖像平面之對稱軸與該圖像平面的交點。

在加熱光斑60之外部，雷射輻射52之強度(見圖3之“B”及“C”)係為零或至少接近零。在一替代且未顯示之實施例中，也可能逐漸降低加熱光斑70之外部的強度。

圖像“B”顯示穿過由源材料32組成之源30的側剖視圖。跟隨圖3之“A”中所示之強度圖案60，作為具有入射角58之數個雷射束54提供的雷射輻射52照射於源32的表面34上。各單獨加熱光斑70能夠昇華在其包圍相應光斑區36之相應昇華區38中的源材料32。在各昇華區38中，該源材料之昇華在表面34中形成凹坑。

不過，所述昇華區38無縫合併或部分重疊。因此，藉由加熱光斑70之其中一者所形成之凹坑之後緣與藉由在其前面之相鄰加熱光斑70所形成之凹坑之前緣相同及/或重疊。藉此，兩相鄰加熱光斑70之昇華區38合併。因此，增加並額外整平在該昇華過程期間所昇華之源材料32之表面34的區域。

自源30之表面34昇華源材料32導致該表面後退。由於在大多數情况下，待塗覆之基板42(見圖8)保持靜止，因此可提供源30垂直於其表面34之移動來補償所述消耗。此步驟可由致動器110(見圖8)提供，並在圖3之最下圖像“C”中由鄰近源30之向上箭頭標示。藉此，在源30之表面34與基板42之間的距離可保持恒定，導致均勻沉積之時間延長。

在圖4中，顯示昇華源材料32之兩不同通量分佈的示意圖。左圖(用“A”表示)顯示自完全平坦表面之昇華，這產生餘弦形通量分佈，如極座標中的圓形曲線圖所示。然而，此完全平坦表面34之理想情况很少達到。

在右圖(由“B”表示)中，顯示偏離完全平坦形狀之表面34的通量分佈。尤其地，先前透過照射雷射束54昇華源材料32可在表面34中形成可見的凹坑。然而，最終通量分佈可藉由假設曲面之各無窮小表面元素分別服從圖像“A”中所示之相同餘弦形狀分佈而自平坦表面34之分佈推導。接著將各貢獻相加或積分以產生曲面34之通量分佈。由於昇華表面34中較靠近凹坑之邊緣的表面元素朝向該凹坑之中心傾斜，因此它們各自的通量分佈也朝向該凹坑之法線對稱軸傾斜。這導致如圖4之圖像“B”中所示之前向峰值通量分佈。

請注意，在圖4之圖像“B”中所示之通量分佈僅為示例性的。此外，也可能為其他類型的分佈，例如分散分佈及/或沿任意方向達到峰值之分佈。總之，藉由相應選擇雷射輻射52之空間調製強度圖案60，可提供滿足本昇華過程之需要及邊界條件之昇華源材料32的通量分佈。

圖5至7顯示空間調製強度圖案70之數個可能實施例。在下文中，說明本發明所提供之強度圖案70的一般屬性，其中，所示示例係包括於該說明中。

一般而言，全部所示強度圖案60包括數個加熱光斑70及/或數條加熱線80。依據實際應用，所述加熱光斑70及/或加熱線80之強度可為相等的或不相等的。例如，在具有包括不同源材料32之數個不同源30的熱雷射蒸鍍系統100(見圖8)中，可使用適合各源材料32的強度圖案60，包括但不限於以下參數：雷射輻射52之最大強度，在各加熱光斑70以及沿各加熱線80之強度，以及它們在強度圖案60內的相應空間佈置。同時，可相應選擇照射雷射束54之入射角58。

附加地，對於已提到的加熱光斑70，參見例如圖5、6中用“A”表示的強度圖案70，另外，加熱線80可為空間調製強度圖案60之部分，參見圖5、6中的“B”以及圖7中所示之兩強度圖案。

各加熱線80中，第一端82係與一加熱光斑70連接且第二端84係與另一加熱光斑70連接。對於閉合加熱線80，如圖7中所示，加熱線80之各端82、84係可沿相應加熱線80任意選擇。

較佳地，雷射輻射52之強度沿加熱線80逐漸地、尤其單調地從位於第一端82之加熱光斑70之強度值變更為位於第二端84之加熱光斑70之強度值。然而，若所述加熱光斑70之強度值相同，則沿加熱線80之強度也可為恒定。

如圖5、6之“B”中所示，加熱線80可為直線的。或者，它們也可為彎曲的，甚至可以如圖7中所示之圓弧之形式成形。

為提供均勻的昇華圖案，已發現強度圖案60圍繞對稱點90或對稱軸之旋轉對稱形狀係為有利的。在圖5中，該強度圖案以180°之旋轉角度旋轉對稱，在圖6中以90°之旋轉角度旋轉對稱。然而，如圖7中所示，也可為具有完全旋轉對稱之強度圖案60。

圖5、6中所示之強度圖案係為週期性的。同時，圖7之“A”中所示之強度圖案60在閉合圓形加熱線80之間之恒定徑向距離的意義上係為週期性的。

反之，強度圖案60也可能具有準週期形狀，其中，例如，在閉合圓形加熱線80之間的徑向距離徑向增加，如圖7之“B”中所示。

作為另一未明確顯示之示例，也可能實施空間調製強度圖案60之非週期性實施例。尤其地，在具有數個不同源之熱雷射蒸鍍系統100(見圖8)中，各源包括各自的源材料32，針對各該源選擇不同的強度圖案60，因此有可能實施總體非週期性強度圖案60。

另外，也可能實施空間調製強度圖案60(尤其圖5至7中所示之強度圖案)之時間相依調製。

圖8顯示依據本發明之熱雷射蒸鍍系統100的示意簡化側剖視圖。在反應室10內，佈置源30及靶材40，尤其基板42。用反應氣氛14(例如真空或合適的反應氣體)填充反應室10。

透過耦合件12，作為一個或多個雷射束54提供之雷射輻射52被耦合於反應室10中，以照射於源30之表面34上。雷射輻射52係由雷射源50提供。較佳地，使用自適應光學20(可為雷射源50及/或耦合件12之部分)提供具有針對相應源材料32合適選擇之空間調製強度圖案60的雷射輻射52。

雷射輻射52照射於源30之表面34上，且由於雷射輻射52包括上述空間調製強度圖案60，因此可提供來自大表面區域之源材料32的高通量昇華。總之，可實現源材料32在基板42的高的總沉積通量(如圖7中的箭頭所示)。可使用致動器110至少基本垂直於源30之表面34移動源30。藉此，可提供對由該昇華過程引起之源材料32之消耗的補償。