(57)【要約】【課題】従来に比べて良好なターゲット材の堆積を可能にするパルスレーザー堆積方法を提供する。【解決手段】本発明は、パルスレーザー堆積方法に関し、該堆積方法は、ターゲット及び該ターゲットに面する基板を設けること、ターゲット材のプラズマプルームを生成するためにパルスレーザー光線をターゲットのスポットに照射しプラズマプルームを基板に堆積すること、及び、パルスレーザー光線をスポットに照射する前にターゲットにおけるスポットの表面構造を滑らかにすること、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスレーザー堆積方法であって、
−  ターゲット及び該ターゲットに面する基板を設けるステップと、
−  ターゲット材のプラズマプルームを生成するためにパルスレーザー光線をターゲットのスポットに照射し基板にプラズマプルームを堆積するステップと、
−  スポットにパルスレーザー光線を照射する前にターゲットにおけるスポットの表面構造を平滑化するステップと、
を備えたことを特徴とするパルスレーザー堆積方法。
【請求項２】
−  照射され平滑化されるスポット用のパルスレーザー光線下に、平滑化されるスポットを有するターゲットを移動するステップをさらに備えた、請求項１に記載のパルスレーザー堆積方法。
【請求項３】
平滑化ステップは、加熱ステップを備え、ここでスポットの表面構造の少なくとも上部層は、レーザー光線のようなエネルギービームで溶融され、ここでエネルギービームのエネルギーは、プラズマ生成しきい値未満である、請求項１又は２に記載のパルスレーザー堆積方法。
【請求項４】
スポットがパルスレーザー光線で照射される前に、少なくとも上部層は、凝固することができる、請求項３に記載のパルスレーザー堆積方法。
【請求項５】
平滑化ステップは、付着粒子を除去するために、ターゲットのスポットにおける表面構造の粒子衝突処理を備える、請求項１から４のいずれかに記載のパルスレーザー堆積方法。
【請求項６】
粒子衝突処理ステップ及び熱処理は、交互に実行される、請求項３、４、５のいずれかに記載のパルスレーザー堆積方法。
【請求項７】
平滑化ステップ後、パルスレーザー光線の照射下に、平滑化された表面構造を有するターゲットのスポットを位置決めするために、ターゲットは移動される、請求項１から６のいずれかに記載のパルスレーザー堆積方法。
【請求項８】
ターゲットは、例えば回転あるいは移転されて移動され、ターゲットの移動速度、ターゲットにおけるスポットの平滑化、及びスポットの照射は、パルスレーザーがターゲットを照射するそのときに、ターゲットの平滑化されたスポットが到達するようにコントロールされる、請求項１から７のいずれかに記載のパルスレーザー堆積方法。
【請求項９】
平滑化ステップは、ターゲットにおける同じスポットに関する１以上の照射ステップ後に繰り返される、請求項１から８のいずれかに記載のパルスレーザー堆積方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、以下のステップを備えたパルスレーザー堆積方法に関する：
−  ターゲット及び該ターゲットに面する基板を設けること、
−  ターゲット材のプラズマプルームを生成するためにパルスレーザー光線をターゲットのスポットに照射して基板にプラズマプルームを堆積すること。
【背景技術】
【０００２】
そのような方法は、例えばＥＰ２１５９３００号から知られている。この刊行物では、ターゲット材が大きな基板表面に堆積可能であることを記述している。この目的のため、ターゲットを照射することによって生成されたプラズマプルームは、基板にわたり移動され、その結果、プラズマは、基板の全表面に渡り堆積される。
【０００３】
ターゲット材の摩耗を減らすために、レーザー光線は、ターゲット材にわたり移動され、その結果、プラズマプルームを生成するためにターゲット材の全面が使用され、ターゲットの摩耗は、ターゲットの表面にわたり均等に割り振られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＥＰ２１５９３００号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、プラズマプルームがターゲットのスポットに生成されるとき、この特定のスポットにおける表面構造は粗くなり、また、このスポットがプラズマプルームを生成するために２回目に使用されるときには、プラズマプルームの特性は、１回目とは異なるであろう。
【０００６】
最初のプラズマプルームが生成された後、生じた熱は、ターゲットの表面にクラックを引き起こすだろう。これらのクラックは、レーザー光線の照射による熱が繰り返された後に成長する場合があり、プラズマプルームに転換される代わりに、ターゲット材の部分が抜け出る（breaking loose）原因になるかもしれない。これらの引き離された（loose）粒子は、基板における堆積を劣化させるであろう。
【０００７】
また、プラズマプルームが生成されるとき、ターゲット材の表面は、均等には除去されないだろう。この不均一さは、２番目の生成プラズマプルームをゆがませ、基板に向けられているプラズマプルームの方向がそれることにつながるかもしれない。特に、大きな基板表面にターゲット材が提供される場合、方向がそれることは、堆積層における不均一さを引き起こすであろう。
【０００８】
最後に、最初のプラズマプルームが生成された後、ターゲット材の飛沫（droplets）がスポットの表面に付着する可能性があり、この飛沫は、同じスポットにて生成されている２番目のプラズマプルームにおいて引き離されるであろう。これらの引き離された飛沫は、２番目のプラズマプルームと共に取り込まれ、堆積層を汚染するであろう。
【０００９】
ＵＳ  ５６６０７４６号は、ターゲット材が溶けるようにターゲット材のスポットが最初に加熱され、その後に、ターゲットの移動なしで、同じスポットがパルスレーザーによって照射されプラズマプルームを生成する、という方法を開示している。実際に、ターゲット材は、パルスレーザー堆積の間、液体の形で使用される。液体状態におけるターゲット材を使用する利点は、クラックが存在できず、また、ターゲット材の液体状態により表面が実質的に平坦であるということである。
【００１０】
ターゲット材の溶融段階は非常に短いので、プラズマプルームを生成するために、ターゲット材を溶かすためのレーザー光線パルスと、ターゲット材を照射するためのレーザー光線パルスとは、数十ナノ秒内に互いに続く必要がある。これらの後続のレーザー光線パルスのタイミングは、かねてから非常に難しく、一方で、溶融光線及び照射光線の強度もまた、正確にコントロールされねばならない。
【００１１】
さらに、ターゲットが移動あるいは回転する場合、及びレーザー光線のパルス周波数が変更される場合には、コントロールの複雑さは、さらに増すであろう。
【００１２】
この方法が移動するあるいは回転するターゲットに適用される場合には、ターゲットを溶かすためのパルスレーザー、及びプラズマプルームを生成するためのパルスレーザーは、同じ場所に向けられることから、当該方法は機能しないだろう。よって、移動する又は回転するターゲットでは、プラズマプルームを生成するためのレーザーが発射される前に、ターゲットの溶融部分は、移動しているだろう。
【００１３】
したがって本発明は、上述の不利益を減じる、又はさらに除去することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この目的は、次の序論による方法を有する発明によって達成される。それは、パルスレーザー光線をスポットに照射する前に、ターゲットにおけるスポットの表面構造を平滑にすることによって特徴付けられる。
【００１５】
発明によって、ターゲットにおけるスポットの表面構造は、平滑化ステップによって整えられる。表面構造が平滑化されたとき、プラズマプルームは、平滑化されたスポットにレーザー光線を照射することによって生成可能である。
【００１６】
発明の利点は、クラック及び飛沫がない、平滑な表面構造を有するターゲット材のスポットにレーザー光線の各パルスを向けることができ、その結果、生成されたプラズマプルームは、同様の品質の各パルスに対するものであり高品質の堆積層に帰着する、ということである。
【００１７】
プラズマプルームの生成ステップ毎に平滑化ステップを有するのが好ましいが、複数のプラズマプルーム生成ステップ毎に平滑化ステップを有することも十分可能である。これは、例えば、ターゲットの材料種類及び表面構造の劣化率に依存可能であろう。
【００１８】
発明による方法の好ましい実施形態は、照射され平滑化されるスポット用のパルスレーザー光線下に、平滑化されるスポットを有するターゲットを移動するステップをさらに備える。
【００１９】
パルスレーザー光線下に、平滑化されたスポットを移動することによって、平滑化ステップと照射ステップとの間隔をあけることが可能である。
【００２０】
発明による方法の好ましい実施形態において、平滑化ステップは、加熱ステップを備え、ここでスポットの表面構造における少なくとも上部層は、レーザー光線等のエネルギービームによって溶融され、ここでエネルギービームのエネルギーは、プラズマ生成しきい値未満である。
【００２１】
スポットの表面構造の上部層を溶かすことによって、何れの不規則なもの及び何れのクラックも滑らかにされ、並びに、パルスレーザー光線によって照射され、プラズマプルームを生成するために最適な表面構造が得られる。
【００２２】
そうでなければ未熟な（premature）プラズマプルームが生成され、表面構造が平滑化されないであろうから、スポットの上部層を溶かすエネルギービームのエネルギーは、プラズマを生成するのに必要なエネルギーよりも低くなければならない。
【００２３】
ここで、ターゲット材が溶融するようにターゲット材におけるスポットが最初に加熱され、その後に、ターゲットの移動なしで、同じスポットがパルスレーザーによって照射されプラズマプルームを生成するという、ＵＳ  ５６６０７４６号による方法は、明確に否定される。
【００２４】
発明による方法のさらなる実施形態では、スポットがパルスレーザー光線で照射される前に、少なくとも上部層を凝固させる。
【００２５】
スポットが照射される位置の方への平滑化されたスポットの移動は、液状のターゲット材が再び凝固する時間、及び材料に依存して結晶化する時間を提供する。ターゲット材の凝固されたスポットは、滑らかな表面構造を得て、これは、最適なプラズマプルームの生成、及び基板における材料の堆積を可能にする。
【００２６】
発明による方法の別の好ましい実施形態では、平滑化ステップは、付着する粒子を除去するために、ターゲットにおけるスポットの表面構造の粒子衝突処理を備える。
【００２７】
粒子衝突は、例えば、イオンビーム、電子ビーム、又は光子ビームを設けることができる。粒子衝突は、ターゲット材からの付着粒子をたたくだろう。平滑化ステップの順位は、プラズマプルームが生成されるステップと一致しないので、粒子衝突により平滑化が実行されるとき、基板は遮蔽される（shielded off）ことができ、除去された粒子は、例えばシールドによって捕獲可能であり、その結果、除去された粒子は、基板に影響を与えない。
【００２８】
好ましくは、粒子衝突処理ステップと熱処理とは、交互に実行されるか、あるいは単一ステップに組み合わせることができるかもしれない。これは、付着粒子の除去、及び表面のさらなる何れの不規則なもの及びクラックの除去を可能にし、その結果、ターゲットのスポットにおける最適に平滑化された表面構造が得られ、これは、その後パルスレーザー光線で照射されることができる。
【００２９】
発明による方法の別の実施形態では、平滑化ステップの後、ターゲットは、パルスレーザー光線照射下に、平滑化された表面構造を有するターゲットのスポットを位置決めするために移動される。
【００３０】
これは、レーザー光線がターゲットに照射されるところ以外の別の位置で、平滑化ステップがターゲットに適用されることを可能にする。これの利点は、平滑化ステップに由来する任意のデブリあるいは除去（lose）粒子が捕獲あるいは濾過可能であり、その結果、真の堆積工程は影響を受けないということである。
【００３１】
発明による方法のさらに好ましい実施形態では、ターゲットは、移動され、例えば回転されあるいは移転（平行移動：translated）され、ターゲットの移動速度、ターゲットにおけるスポットの平滑化、及びスポットの照射は、パルスレーザーがターゲットを照射するそのときに、ターゲットの平滑化されたスポットが到達するように、コントロールされる。
【００３２】
このことは、平滑化ステップ及び照射ステップを実行するための位置から離れ調整された位置を可能にする。
【００３３】
好ましくは、平滑化ステップは、ターゲットにおける同じスポット用の１ステップ以上の照射ステップ後に繰り返される。
【００３４】
発明のこれらの及び他の特徴は、添付の図面と併せて解明されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、発明による方法の実施形態についての概略図を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、発明による方法の異なる段階におけるターゲットの表面構造の拡大断面図を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、発明による方法の異なる段階におけるターゲットの表面構造の拡大断面図を示す。
【図２Ｃ】図２Ｃは、発明による方法の異なる段階におけるターゲットの表面構造の拡大断面図を示す。
【図２Ｄ】図２Ｄは、発明による方法の異なる段階におけるターゲットの表面構造の拡大断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図１は、ターゲット材１のディスクを示し、それは所望の回転速度で回転する。回転軸方向において見たとき、上方で部分的に重なるものは、これもまた回転される基板２であり、基板の全面にターゲット材の層を設けることができるように、配列される。
【００３７】
図１は、異なる時間間隔後の、ターゲット１における同じスポット３を示す。同じスポット３の異なる時間間隔は、文字Ａ−Ｄと共に示されている。
【００３８】
スポット３Ａは、レーザー光線４による以前の照射によって剥離（ablated）されており、図２Ａに描かれるような表面構造を有する。スポット３Ａは、多くのコーン５、クラック６、及び付着粒子７を有する表面構造を有する。
【００３９】
ターゲット１の回転により、スポット３は、イオンビーム、電子ビーム、あるいは光子ビームのような粒子衝突装置８の真下に位置決めされ、粒子衝突装置は、粒子７を除去するためにスポット３の表面へ複数の粒子を発射する。
【００４０】
図２Ｂに描かれるように、スポット３は、付着粒子７から清潔にされたが、まだコーン５及びクラック６を有する。
【００４１】
ターゲット１のさらなる回転によって、スポット３は、別のパルスレーザー光線９あるいはスポット３のターゲット材を加熱する他の手段の真下に位置決めされ、それによりスポット３の少なくとも表面構造の上部層が溶融される。凝固後、図２Ｃに描かれるように、スポット３は、コーン５あるいはクラック６のない、滑らかな表面構造を有する。
【００４２】
そして最後に、スポット３は、パルスレーザー４の真下にターゲット１の回転によってさらに移動され、その結果、ターゲット１におけるゾーン３でのパルスレーザー４の照射によってプラズマプルーム１０が生成される。図２Ｄで見ることができるように、プラズマプルーム１０の生成は、図２Ａに描かれるような構造まで表面構造を再び不均一にする。平滑化ステップを繰り返すことによって、ゾーン３の表面構造は、再び滑らかになることができる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【外国語明細書】
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