ES2617962T3

ES2617962T3 - Fuente de plasma

Info

Publication number: ES2617962T3
Application number: ES13704058.0T
Authority: ES
Inventors: Florin Daniel DUMINICA; Vincent Leclercq; Eric Silberberg; Alain DANIEL
Original assignee: ArcelorMittal Investigacion y Desarrollo SL
Current assignee: ArcelorMittal Investigacion y Desarrollo SL
Priority date: 2013-02-06
Filing date: 2013-02-06
Publication date: 2017-06-20
Anticipated expiration: 2033-02-06
Also published as: CN104996000A; KR20150127038A; DK2954758T5; KR101797157B1; JP2016513336A; WO2014121831A1; CN104996000B; CA2899229C; UA112145C2; US9805918B2; MA38317A1; BR112015018598A2; CA2899229A1; US20160005575A1; DK2954758T3; EP2954758A1; MX2015010104A; PL2954758T3; JP6134394B2; EP2954758B1

Abstract

Fuente de plasma (1) destinada al depósito de un revestimiento sobre un sustrato (9) y apta para estar unida a una fuente de energía (P) que comprende: a) Un electrodo (2) que delimita una cavidad de descarga (3) que desemboca en una apertura (6) enfrente de la cual puede estar posicionado dicho sustrato, comprendiendo la sección transversal de dicho electrodo una primera y una segunda pared lateral (21, 22) situadas a ambos lados de un fondo (23, 24) provisto de una parte central (25) que sobresale en dicha cavidad de descarga, comprendiendo dicha parte central una primera y una segunda pared central (26, 27) y una punta (28) que une las dos paredes centrales, b) un conjunto magnético (4) situado en la periferia de dicho electrodo y que comprende un conjunto de imanes unidos entre sí por un soporte magnético (46), comprendiendo cada uno de dichos imanes un polo expuesto girado hacia la cavidad de descarga y un polo protegido orientado hacia dicho soporte magnético, comprendiendo dicho conjunto de imanes: i al menos un primer y un segundo imán lateral (41, 42), estando dicho primer imán lateral (41), respectivamente segundo imán lateral (42), dispuesto detrás de dicha primera pared lateral (21), respectivamente segunda pared lateral (22), cerca de dicha apertura (6), estando dichos dos imanes laterales orientados de tal forma que sus polos expuestos sean de la misma polaridad, ii al menos un primer y un segundo imán central (43, 44), estando dicho primer imán central (43), respectivamente segundo imán central (44), dispuesto detrás de dicha primera pared central (26), respectivamente segunda pared central (27), estando dichos dos imanes centrales orientados de tal forma que su polo expuesto sea de polaridad inversa a la de los polos expuestos de los imanes laterales (41, 42), iii al menos un imán frontal (45), dispuesto detrás de dicha punta (28) y orientado de tal forma que su polo expuesto sea de la misma polaridad que la de los polos expuestos de los imanes laterales (41, 42), c) un recinto eléctricamente aislante (5) dispuesto de modo que rodee el electrodo y los imanes sin tapar dicha apertura.

Description

DESCRIPCION

Fuente de plasma.

5 [0001] La presente invention se refiere a una fuente de plasma destinada al deposito de un revestimiento

sobre un sustrato. La presente invencion se refiere por tanto a una fuente de plasma destinada al deposito de un revestimiento sobre un sustrato y apta para estar vinculada a una fuente de energla.

[0002] La principal aplicacion de la invencion es el deposito qulmico en fase de vapor mediante plasma 10 (PECVD para Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition) que se utiliza para depositar una capa fina de un

revestimiento sobre un sustrato a partir de un precursor en fase gaseosa.

[0003] El principio de este deposito es simple puesto que consiste en generar un plasma en el cual los productos procedentes de la descomposicion de un gas precursor se van a depositar sobre el sustrato y formar el

15 deposito.

[0004] En el marco de esta aplicacion, se puede considerar un gran panel de sustratos y revestimientos. Los sustratos tratados con mas frecuencia por PECAD son los materiales dielectricos como ciertos pollmeros y el vidrio, los metales conductores y los semiconductores. Sobre estos sustratos se puede depositar una gran variedad de

20 revestimientos como el carbono diamante designado por el termino generico Diamond-like Carbon (DLC), el dioxido de silicio (SiO2), de estano (SnO2), de circonio (ZrO2) o incluso de titanio (TiO2). Estos revestimientos se utilizan por ejemplo para proteger el sustrato depositando sobre su superficie una pellcula resistente a la abrasion; para generar un efecto antirreflectante o crear una capa anti-huellas de dedos; o incluso para conferir al sustrato unas propiedades fotocatallticas utilizadas en el marco de la fabrication de superficies autolimpiables.

25

[0005] Por otro lado, la tasa de ionization generada por el procedimiento PECAD es relativamente reducida comparada con otros procedimientos de deposito al vaclo lo que conduce a un aumento reducido de la temperatura del sustrato. Este procedimiento esta por tanto particularmente bien adaptado al tratamiento de las superficies sensibles al calor como el acero galvanizado o el acero pintado.

30

[0006] Por el documento WO2004/027825 se conoce una fuente de plasma destinada al deposito de un revestimiento sobre un sustrato. Esta fuente de plasma comprende un electrodo que delimita una cavidad de descarga y que permite el posicionamiento del sustrato que se va a recubrir enfrente de una apertura. La section transversal del electrodo comprende dos paredes laterales situadas a ambos lados de un fondo. Un conjunto

35 magnetico esta situado en la periferia del electrodo y comprende dos imanes laterales dispuestos detras de las paredes laterales y orientados de tal forma que sus polos que estan situados uno frente al otro sean de la misma polaridad as! como un soporte magnetico situado en la periferia del electrodo y que une los dos imanes. Los dos imanes laterales generan unas llneas de campo salientes, es decir unas llneas de campo dirigidas de los imanes laterales hacia el exterior de la cavidad de descarga pasando por la apertura y unas llneas de campos internos, es 40 decir unas llneas de campo dirigidas de los imanes laterales hacia el interior de la cavidad de descarga.

[0007] Durante el funcionamiento de la fuente, unos electrones se retiran de la superficie del electrodo y se encuentran atrapados en las llneas de campo magnetico. En funcion del lugar del cual se retire el electron, se encuentra atrapado ya sea en las llneas de campo internas o en las llneas de campo salientes. Los electrones

45 atrapados en las llneas de campo salientes sales de la fuente por la apertura y generan, en el exterior de la fuente de plasma, un plasma en el cual se va a descomponer el gas precursor. No obstante, esta fuente de plasma presenta una apertura de ancho inferior al ancho de la cavidad de descarga, lo que altera la expulsion de los electrones y limita por lo tanto la densidad del plasma. La calidad del revestimiento y la velocidad de deposito del revestimiento sobre el sustrato se alteran.

50

[0008] Se conoce tambien el documento US2005/0194910 A1 que divulga una fuente de plasma capacitiva para iPVD que utiliza unos campos magneticos.

[0009] La invencion tiene como objeto paliar los inconvenientes del estado de la tecnica proporcionando una 55 fuente de plasma que permita producir con igual potencia un plasma mas denso y uniforme y que permita en

consecuencia obtener unos revestimientos de mejor calidad y productos mas rapidamente.

[0010] Para resolver este problema, la fuente de plasma tal como se ha mencionado al principio comprende

a) Un electrodo que delimita una cavidad de descarga que desemboca en una apertura enfrente de la cual puede estar posicionado dicho sustrato, comprendiendo la seccion transversal de dicho electrodo una primera y una segunda pared lateral situadas a ambos lados de un fondo provisto de una parte central que sobresale en dicha cavidad de descarga, comprendiendo dicha parte central una primera y una segunda pared central y una punta que

5 une las dos paredes centrales,

b) un conjunto magnetico situado en la periferia de dicho electrodo y que comprende un conjunto de imanes unidos entre si por un soporte magnetico, comprendiendo cada uno de dichos imanes un polo expuesto girado hacia la cavidad de descarga y un polo protegido orientado hacia dicho soporte magnetico, comprendiendo dicho conjunto de imanes:

10 i al menos un primer y un segundo iman lateral, estando dicho primer iman lateral, respectivamente segundo

iman lateral, dispuesto detras de dicha primera pared lateral, respectivamente segunda pared lateral, cerca de dicha apertura, estando dichos dos imanes laterales orientados de tal forma que sus polos expuestos sean de la misma polaridad,

ii al menos un primer y un segundo iman central, estando dicho primer iman central, respectivamente

15 segundo iman central, dispuesto detras de dicha primera pared central, respectivamente segunda pared

central estando dichos dos imanes centrales orientados de tal forma que su polo expuesto sea de polaridad inversa a la de los polos expuestos de los imanes laterales,

iii al menos un iman frontal, dispuesto detras de dicha punta y orientado de tal forma que su polo expuesto sea de la misma polaridad que la de los polos expuestos de los imanes laterales,

20 c) un recinto electricamente aislante dispuesto de modo que rodee el electrodo y los imanes sin tapar dicha apertura.

[0011] Se preve por tanto segun la invencion, anadir a los imanes laterales al menos dos imanes centrales y

al menos un iman frontal, dispuestos detras de las paredes de una parte central del electrodo. Este conjunto de al menos tres imanes permite modificar la configuracion de las llneas de campo magnetico y, en particular, aumentar la 25 densidad de las llneas de campo salientes. Durante el funcionamiento de la fuente de plasma, esta densificacion tiene como efecto atrapar en las llneas de campo un mayor numero de electrones y de iones en el exterior de la fuente de plasma y cerca del sustrato que se va a revestir. Asl, con la misma potencia, se obtiene un plasma mas denso y se acelera el deposito del revestimiento sobre el sustrato.

30 [0012] Ademas, este conjunto de al menos tres imanes aumenta la densidad de llneas de campo internas.

Durante el funcionamiento de la fuente de plasma, esta densificacion tiene como efecto concentrar los electrones en estas llneas de campo. Este deposito de electrones contribuye a la estabilidad del plasma. Asl, es posible trabajar a una presion cualificada de alta presion, a saber hasta unos mbar, por ejemplo entre 0,001 y 1 mbar mientras que en el estado de la tecnica, la presion mantenida debe ser inferior a 0,05 mbar. Esto es igualmente una ventaja no 35 despreciable porque un vaclo menos importante genera unos costes de funcionamiento menores y un balance energetico mas favorable puesto que el voltaje necesario para generar el plasma es inferior a 400 V.

[0013] La fuente de plasma segun la invencion puede comprender igualmente las caracterlsticas opcionales indicadas en las reivindicaciones dependientes, pudiendo ser tomadas estas caracterlsticas opcionales de forma

40 aislada o en combinacion.

[0014] De manera ventajosa, la apertura de la fuente de plasma segun la invencion tiene el mismo ancho que la cavidad de descarga.

45 [0015] En un modo de realizacion preferencial, el soporte magnetico presenta forma de E cuya barra del

medio consta de un extremo alargado de modo que el polo protegido del iman frontal este completamente en contacto con el soporte magnetico.

[0016] De preferencia, el soporte magnetico esta formado por una sola pieza.

50

[0017] De manera ventajosa, la fuente de plasma comprende un medio de refrigeracion de los imanes y del electrodo.

[0018] En una forma de realizacion preferencial, el medio de refrigeracion comprende un espacio 55 proporcionado entre el electrodo y el conjunto magnetico y destinado a la circulacion de un fluido portador de calor.

[0019] De manera ventajosa, el medio de refrigeracion comprende un circuito de tubuladuras.

[0020] Mas particularmente, la fuente de plasma comprende ademas un medio de inyeccion destinado a

inyectar un gas ionizable en la cavidad de descarga.

[0021] En una forma preferida de la invencion, el medio de inyeccion esta posicionado cerca del fondo.

5 [0022] Otras formas de realizaciones de la fuente de plasma segun la invencion se mencionan en las

reivindicaciones anexas.

[0023] La presente invencion se refiere igualmente a un Equipo de deposito al vaclo que comprende una fuente de plasma segun la presente invencion.

10

[0024] De manera ventajosa, el equipo de deposito comprende ademas una segunda fuente de plasma segun la invencion, estando destinadas las dos fuentes de plasma a un funcionamiento dual.

[0025] En una variante ventajosa, los ejes de simetrla de dos fuentes de plasma forman un angulo a 15 comprendido entre 20 y 110°.

[0026] De preferencia, en el equipo segun la invencion, los polos que estan frente a los imanes laterales de la primera fuente de plasma son de polaridad inversa a la de los polos que estan frente a unos imanes laterales de la segunda fuente de plasma.

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[0027] De manera ventajosa, el equipo segun la invencion comprende ademas un inyector de gas precursor.

[0028] Otras formas de realizacion del equipo se mencionan en las reivindicaciones anexas.

25 [0029] Otras caracterlsticas, detalles y ventajas de la invencion se desprenderan de la descripcion dada a

continuacion, a tltulo no limitativo y en referencia a los dibujos anexos:

La figura 1 es una vista en seccion en perspectiva de una fuente de plasma segun la invencion La figura 2 es una vista en seccion esquematica segun el eje A-A de la fuente de plasma de la figura 1 30 La figura 3 representa una descripcion esquematica de la configuracion de las llneas de campo magnetico de la fuente de plasma ilustrada en la figura 2, generadas en el interior y en el exterior de la fuente de plasma.

La figura 4 representa una vista en seccion esquematica de un equipo de deposito al vaclo que comprende una fuente de plasma segun la invencion.

La figura 5 es una vista en seccion esquematica de un equipo de deposito al vaclo que comprende dos fuentes de 35 plasma segun la invencion y en el cual la fuente de energla es una fuente de corriente alterna.

La figura 6 muestra los resultados de analisis por espectroscopia por transformada de Fourier de depositos de sllice obtenidos por medio de una fuente de plasma segun el estado de la tecnica.

La figura 7 muestra los resultados de analisis por espectroscopia por transformada de Fourier de depositos de sllice obtenidos por medio de una fuente de plasma segun la invencion.

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[0030] En las figuras, los elementos identicos o analogos llevan las mismas referencias.

[0031] Se describe una fuente de plasma segun la invencion en apoyo de las figuras de 1 a 3.

45 [0032] En referencia a la figura 1, la fuente de plasma de este modo de realizacion es de forma

paralelepipedica alargada. Esta forma se busca en el caso presente en que la fuente de plasma esta destinada al deposito de un revestimiento sobre una banda metalica de gran ancho en desplazamiento. A fin de obtener una buena uniformidad de deposito, es preferible que la fuente de plasma sea mas larga que el ancho de banda metalica. Alternativamente, y para otros usos, la fuente de plasma podra tomar otras formas, tales como, por ejemplo 50 la de toro.

[0033] En referencia a la figura 2, la fuente de plasma 1 comprende un electrodo 2 cuya seccion transversal tiene aproximadamente forma de E y que delimita una cavidad de descarga 3, un conjunto magnetico 4 situado en la periferia del electrodo y un recinto electricamente aislante 5 cuya seccion transversal tiene aproximadamente forma

55 de U de modo que rodee el electrodo y el conjunto magnetico a la vez que se proporciona una apertura 6 que desemboca en la cavidad de descarga 3.

[0034] El electrodo 2 comprende en primer lugar una primera pared lateral 21 y una segunda pared lateral 22 correspondiente a las barras inferiores y superiores de la E. Estas dos paredes laterales constituyen igualmente las

paredes laterales de la cavidad de descarga. La primera pared lateral 21, respectivamente segunda pared lateral 22, esta unida por medio de un fondo 23, respectivamente 24, a una parte central 25 correspondiente a la barra intermedia de la E.

5 [0035] La parte central 25 consiste en un saliente en la cavidad de descarga y esta formada por dos paredes

centrales 26, 27 y una punta 28 que une las dos paredes centrales.

[0036] El conjunto del electrodo esta formado por un material conductor no magnetico, tal como el cobre, Al, Ti, acero inoxidable 316, del cual se retiraran los electrones durante el funcionamiento de la fuente de plasma. De

10 preferencia el electrodo esta formado por una sola pieza ya que esta pieza se puede utilizar como pared de refrigeracion. No obstante, se podra recurrir alternativamente a un conjunto de piezas ensambladas entre ellas de modo que se forme el electrodo. Ademas, para limitar el deterioro del electrodo sometido al bombardeo ionico, los electrodos pueden estar protegidos por unas placas 211, 221 y 251 constituidas por conductores metalicos no magneticos como el aluminio, el acero inoxidable 316 y el Ti.

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[0037] El conjunto magnetico 4 comprende un conjunto de imanes unidos entre ellos por medio de un soporte magnetico y dispuestos de modo que generen unas llneas de campo magnetico salientes particularmente densas cerca de la apertura 6.

20 [0038] De preferencia, los imanes son permanentes y seleccionados en el grupo de los imanes de tipo

NdFeB o SmCo.

[0039] El conjunto magnetico 4 comprende, en primer lugar, un primer iman lateral 41 dispuesto detras de la primera pared lateral del electrodo cerca de la apertura 6. Simetricamente, un segundo iman lateral 42 esta

25 dispuesto detras de la segunda pared lateral del electrodo cerca de la apertura 6.

[0040] Los imanes laterales 41 y 42 comprenden cada uno un polo expuesto orientado hacia la cavidad de descarga y un polo protegido orientado hacia el recinto aislante. Los dos imanes laterales estan orientados de tal forma que sus polos expuestos, que estan uno frente al otro, sean de la misma polaridad.

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[0041] El conjunto magnetico 4 comprende igualmente un primer iman central 43 dispuesto detras de la primera pared central 26 del electrodo cerca del fondo 23. Simetricamente, un segundo iman central 44 esta dispuesto detras de la segunda pared central 27 del electrodo cerca del fondo 24.

35 [0042] Los imanes centrales 43 y 44 comprenden cada uno un polo expuesto orientado hacia la cavidad de

descarga y un polo protegido orientado hacia el interior de la parte central. Los dos imanes laterales estan orientados de tal forma que sus polos expuestos sean de polaridad inversa a la de los dos polos expuestos de los imanes laterales 41 y 42.

40 [0043] El conjunto magnetico 4 comprende por ultimo un iman frontal 45 situado detras de la punta 28 de la

parte central 25. Este iman comprende un polo expuesto orientado hacia la cavidad de descarga y un polo protegido orientado hacia el interior de la parte central. Esta orientado de tal forma que su polo expuesto sea de la misma polaridad que la de los polos expuestos de los imanes laterales 41 y 42.

45 [0044] Todos los imanes del conjunto magnetico estan unidos entre si por medio de un soporte magnetico 46

situado en la periferia del electrodo. En el ejemplo de la figura 2, su seccion transversal tiene aproximadamente forma de E. Para que el electrodo funcione, es suficiente con que cada iman este en contacto al menos en un punto con el soporte magnetico. No obstante, de forma que se eviten las fugas magneticas, se garantizara de preferencia que el polo protegido de cada iman este Integramente en contacto con el soporte magnetico. A tal efecto, el soporte 50 magnetico dado en ejemplo en la figura 2 presenta la forma de una E cuya barra del medio presenta un extremo alargado de modo que la cara protegida del iman 45 este completamente en contacto con el soporte magnetico.

[0045] De preferencia, y siempre en un intento de evitar las fugas magneticas, el soporte magnetico esta formado por una sola pieza. No obstante, para facilitar el montaje, se podra recurrir a un conjunto de piezas

55 ensambladas entre si de modo que formen un conjunto continuo.

[0046] El soporte magnetico 46 esta formado por cualquier material que presente una permeabilidad magnetica relativa elevada, de preferencia superior a 2000, tal como por ejemplo el mumetal®, los aceros permalloy® y los metales Ni, Fe y Co.

[0047] Las orientaciones respectivas de los imanes pueden resumirse por medio de las tablas 1 y 2

siguientes que ilustran dos variantes:

5 Tabla 1.-

Iman: Polaridad

: Polo expuesto Polo protegido

Iman lateral 41: N S

Iman lateral 42: N S

Iman central 43: S N

Iman central 44: S N

Iman frontal 45: N S

Tabla 2.-

Iman: Polaridad

: Polo expuesto Polo protegido

Iman lateral 41: S N

Iman lateral 42: S N

Iman central 43: N S

Iman central 44: N S

Iman frontal 45: S N

[0048] Como se ilustra en la figura 2, la disposicion y la orientacion de los imanes, tales como se han descrito 10 mas arriba, tiene los siguientes efectos:

- los imanes laterales 41 y 42 generan unas llneas de campo salientes, es decir unas llneas de campo dirigidas de los imanes laterales hacia el exterior de la cavidad de descarga pasando por la apertura 6 y unas llneas de campo internas, es decir unas llneas de campo dirigidas de los imanes laterales hacia el interior de la cavidad de descarga

15 y, en particular, hacia la parte central.

- El iman frontal 45 genera principalmente unas llneas de campo salientes que se suman a las producidas por los imanes laterales, aumentan as! casi la densidad de llneas de campo salientes, que mejoran as! la eficacia de la fuente de plasma como se ilustrara posteriormente.

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- Los imanes centrales 43, 44 permiten en primer lugar que el iman frontal este puesto en contacto del soporte magnetico. En efecto, en su ausencia, la parte central del soporte magnetico presenta una polaridad igual a la de la cara protegida de los imanes laterales, dicho de otro modo una polaridad identica a la de la cara protegida del iman frontal, lo que tiene como efecto empujar el iman frontal que se desea establecer. Al contrario, en su presencia, la

25 parte central del soporte magnetico presenta una polaridad inversa de la de la cara protegida de los imanes laterales ya que:

• En un primer caso, los imanes centrales 43, 44 que presentan una polaridad de la cara protegida inversa de la de la cara protegida de los imanes laterales se han podido fijar sobre el soporte magnetico en la base de la parte

30 central que presentaba entonces una polaridad igual a la de la cara protegida de los imanes laterales.

• Su fijacion ha invertido la polaridad del extremo de la parte central del soporte magnetico, estando este extremo ahora en contacto de la cara protegida de los imanes centrales.

- Los imanes centrales 43, 44 permiten, ademas, intensificar las llneas de campo internas gracias a los bucles 35 magneticos generados entre estos imanes y los imanes laterales, a traves del soporte magnetico.

[0049] Dicho de otro modo, el conjunto de los imanes genera:

a) una region 100 densa en llneas de campo externas, situada principalmente en el exterior de la fuente de plasma 40 cerca de la apertura,

b) dos regiones 101 donde el campo magnetico que resulta es nulo, situadas en la cavidad de descarga entre la apertura y la punta de la parte central,

c) dos regiones 102 que presentan una fuerte densidad de llneas de campo internas, situadas a ambos lados de la parte central.

[0050] A fin de optimizar la configuracion de las llneas de campo magnetico, se ajustara de preferencia la

longitud de los imanes laterales y la distancia entre el iman frontal y la mediatriz de los imanes laterales, de modo que los imanes laterales interaction bien con los imanes centrales y que el iman frontal interactua de forma 5 equilibrada tanto con los imanes centrales como con los imanes laterales. De preferencia, el iman frontal estara colocado de tal manera que su polo expuesto este sobre la mediatriz de los imanes laterales. De preferencia, el iman frontal esta colocado en el centro del electrodo. La distancia entre los polos expuestos de los imanes laterales esta comprendida, de preferencia, entre 8 a 12 centlmetros.

10 [0051] La descripcion anterior correspondla a la de la seccion transversal de la fuente de plasma. Siendo esta

ultima no obstante alargada, es evidente que cada uno de los imanes descritos mas arriba puede consistir en una sucesion de imanes yuxtapuestos y alineados en el sentido longitudinal de la fuente de plasma y no simplemente en un iman unico.

15 [0052] Gracias a su disposicion trasera, las paredes laterales, las paredes centrales y la punta, los imanes

estan aislados del entorno que imperan en la cavidad de descarga durante el funcionamiento de la fuente de plasma y no estan danados de este modo. Ademas, se pueden refrigerar facilmente as! a fin de que su temperatura no supere la temperatura de Curie, temperatura a la cual pierden sus propiedades magneticas. En efecto, el riesgo de desmagnetizacion de los imanes es elevado cuando estos ultimos son llevados a unas temperaturas tales como las 20 encontradas en la cavidad de descarga durante una descarga magnetron.

[0053] Para ello, la fuente de plasma contiene de preferencia un medio de refrigeracion 7 de los imanes y del electrodo. Como se ilustra en la figura 2, la refrigeracion se puede garantizar por una circulacion de fluido portador de calor en un espacio proporcionado entre el electrodo y el conjunto magnetico. Este tipo de refrigeracion tiene

25 como ventaja permitir aislar electricamente los imanes del electrodo cuando se hace circular un fluido portador de calor aislante electrico tal como el agua desmineralizada.

[0054] Alternativamente, y como se ilustra en la figura 3, el medio de refrigeracion 7 puede consistir en un circuito de tubuladuras soldadas que atraviesan el espesor del electrodo o dispuestas en contacto con la periferia de

30 esta. Durante el funcionamiento de la fuente de plasma, la refrigeracion se garantiza por una circulacion, en las tubuladuras, de agua o de otros fluidos portadores de calor.

[0055] La fuente de plasma 1 comprende por ultimo un recinto aislante cuya seccion transversal tiene aproximadamente forma de U de modo que rodee el electrodo y los imanes a la vez que proporciona una apertura 6.

35 Como se vera posteriormente, durante la descripcion del funcionamiento del dispositivo, no es necesario que la apertura 6 sea de ancho inferior al ancho de la cavidad de descarga como es el caso para los dispositivos del estado de la tecnica. De preferencia, la apertura 6 tiene por tanto el mismo ancho que la cavidad de descarga. El recurso a un recinto aislante permite garantizar que las descargas electricas generadas durante el funcionamiento de la fuente de plasma solo provengan del electrodo 2.

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[0056] El recinto aislante comprende un material electricamente aislante, de preferencia, un material dielectrico seleccionado en el grupo constituido por macanitas, teflon, resinas cargadas en ceramicas...

[0057] Durante el funcionamiento del electrodo, el bombardeo electronico e ionico puede generar un 45 calentamiento de las materias dielectricas del recinto aislante 5, lo que puede generar unas limitaciones mecanicas

locales. Para paliar este inconveniente, se pueden colocar unas placas refrigeradas con agua 71 sobre el dielectrico 5 a ambos lados de la apertura 6, como se ilustra en la figura 2.

[0058] De preferencia, la fuente de plasma comprende igualmente unos medios de inyeccion 8 que permiten 50 inyectar un gas ionizable en la cavidad de descarga. La forma y la posicion de estos medios de inyeccion pueden ser

variadas. De preferencia, se posicionaran los medios de inyeccion cerca del fondo 23 y/o del fondo 24 de modo que, durante el funcionamiento de la fuente de plasma, el gas ionizable circule de los fondos hacia la apertura 6. En el ejemplo de la figura 2, los medios de inyeccion consisten en unas tubuladuras de inyeccion colocadas delante de los fondos 23 y 24 del electrodo, en la cavidad de descarga. Se trata aqul de tubos de acero inoxidable que presentan 55 unos orificios para una distribucion uniforme del gas en la longitud del tubo. Alternativamente, los medios de inyeccion pueden estar parcialmente integrados en los fondos. De preferencia, un medio de inyeccion esta dispuesto cerca de cada uno de los fondos 23 y 24, de modo que el gas ionizable este distribuido de forma homogenea en la cavidad de descarga. El funcionamiento y las ventajas de este sistema de inyeccion se describiran posteriormente.

[0059] Se describe ahora la fuente de plasma en funcionamiento, segun un primer modo, en un equipo de deposito al vacio, en referencia a la figura 4.

[0060] En primer lugar, la fuente de plasma esta colocada en una camara de tratamiento (no representada) 5 mantenida al vacio y dispuesta para alojar un sustrato 9, de preferencia en forma de una banda en desplazamiento.

La fuente de plasma esta dispuesta de modo que la apertura 6 este enfrente del sustrato 9 y, de preferencia, esta

dispuesta de manera casi transversal con respecto al sentido de desplazamiento de la banda de sustrato 9.

[0061] El electrodo 2 de la fuente de plasma esta unido a una fuente de energia P, caractensticamente una 10 fuente de corriente continua o alterna, habitualmente situada fuera de la camara de tratamiento. En el caso de este

primer modo de funcionamiento, la funcion de contraelectrodo es desempenada por el sustrato 9 en desplazamiento y puesta a tierra.

[0062] La camara de tratamiento comprende igualmente al menos un inyector 10 de gas precursor. Este 15 inyector puede estar fijado sobre la fuente de plasma cerca de la apertura 6. De preferencia, sera no obstante

independiente de la fuente de plasma y situado cerca de los bordes laterales de la fuente de plasma de modo que se evite la inyeccion de gas precursor en direccion de la cavidad de descarga, lo que contribuiria a la obstruccion de esta. En el ejemplo de la figura 4, los inyectores estan formados por una red de tubos de acero inoxidable porosos que presentan una fuerte perdida de carga y rodeadas por unos tubos que presentan unos orificios distribuidos de 20 manera que se garantice una distribucion uniforme del gas en toda la longitud de la tubuladura. No obstante, se puede utilizar aqui cualquier tipo de inyector de gas precursor al vacio conocido.

[0063] Cuando la fuente de energia P esta activada, se crea en primer lugar una diferencia de potencial

electrico entre el electrodo 2 y el sustrato. Bajo el efecto de esta diferencia de potencial, unos electrones se retiran

25 de la superficie del electrodo y se encuentran atrapados en las lineas de campo magnetico. En funcion del lugar del cual se retira el electron, se encuentra atrapado ya sea en las lineas de campo internas o en las lineas de campo salientes.

[0064] Gracias a la fuerte densidad de lineas de campo salientes obtenida gracias a la disposition particular 30 de los imanes segun la invention, un gran numero de electrones se encuentran atrapados en las lineas de campo

salientes cerca de la apertura 6 y cerca del sustrato 9.

[0065] El gas precursor, inyectado en direccion del espacio comprendido entre la fuente de plasma y el sustrato, se ioniza en contacto con la fuerte densidad electronica y forma asi un plasma.

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[0066] Un gas ionizable se inyecta desde el fondo de la cavidad de descarga a traves de los medios de inyeccion 8. La fuerza de inyeccion impulsa el gas ionizable hacia las regiones 102 que presentan una fuerte densidad de lineas de campo internas, situadas a ambos lados de la parte central, donde se ioniza por colision con los electrones atrapados en las lineas de campo internas.

40

[0067] Una parte de estos iones entra en colision con las paredes del electrodo. Esto contribuye a evitar la eventual obstruccion de la cavidad de descarga por los productos procedentes de la descomposicion del gas precursor y susceptibles de penetrar en la cavidad de descarga. La eficacia de esta limpieza puede permitir pasar de una apertura de ancho inferior al ancho de la cavidad, lo que contribuye aun a facilitar la salida de los electrones de

45 la fuente plasma y contribuye por tanto a la mejora de los rendimientos de esta.

[0068] Ademas, los iones expulsados fuera de la fuente de plasma bombardean el sustrato, lo que proporciona energia a este ultimo y contribuye asi a la densificacion de la capa depositada.

50 [0069] Por ultimo, el gas ionizable impulsa hacia el sustrato el gas precursor limitando asi la formation de un

deposito en el interior de la fuente de plasma.

[0070] Opcionalmente, el gas ionizador puede ser a la vez un gas reactivo que puede reaccionar con el gas precursor.

55

[0071] Para resumir, la densificacion de las lineas de campo salientes tiene como efecto concentrar mas los electrones y los iones en el exterior de la fuente de plasma y cerca del sustrato que se va a revestir. Asi a potencia igual, se obtiene un plasma mas denso y se acelera el deposito del revestimiento sobre el sustrato.

[0072] Opcionalmente y como se puede ver en la figura 4, la camara de tratamiento puede contener un iman adicional 11 posicionado enfrente de la apertura 6, cerca del sustrato del lado opuesto a la fuente de plasma. Puede estar incorporado por ejemplo en un rodillo de transporte de cinta 12. Su polo expuesto orientado hacia la fuente de plasma 1 es de polaridad inversa de la de los polos expuestos de los imanes laterales. Este iman adicional permite

5 densificar las llneas de campo externas cerca del sustrato y acelerar as! el deposito del revestimiento. No obstante, esta densificacion que conlleva un aumento de la temperatura del sustrato, se evitara recurrir a este iman adicional durante el tratamiento de sustratos sensibles a unas temperaturas del orden de unos cientos de grados.

[0073] En el caso en que el iman 11 este constituido por una sucesion de imanes yuxtapuestos y alineados 10 en el sentido longitudinal de la fuente de plasma, estos estaran dispuestos sobre un soporte magnetico 13 de forma

que se permita su yuxtaposicion.

[0074] Como muestra la figura 5, la fuente de plasma puede funcionar en un equipo de deposito al vaclo segun un segundo modo. En este caso, la camara de tratamiento comprende una segunda fuente de plasma que

15 desempena la funcion de contraelectrodo.

[0075] La fuente de energla P es entonces una fuente de corriente alterna. Para aumentar la potencia electrica de los electrodos de gran dimension, se pueden sincronizar varias fuentes de energla.

20 [0076] La fuente de energla P esta unida al electrodo 2 de la primera fuente de plasma 1 y al contraelectrodo

2' que es el electrodo de la segunda fuente de plasma 1', funcionando estos dos electrodos alternativamente como:

- fuente de electrones, cuando el electrodo desempena la funcion de catodo,

- y fuente de iones, cuando el electrodo desempena la funcion de anodo, siendo el gas ionizado por los electrones 25 procedente del catodo expulsado en direccion del catodo y del sustrato.

[0077] Se habla en este caso de un funcionamiento dual.

[0078] De preferencia, y como se ilustra en la figura 5, las dos fuentes de plasma estan soportadas de 30 manera pivotante por un brazo horizontal 14 de tal manera que las dos aperturas 6 esten inclinadas una hacia la otra

de un angulo a formado por los ejes de simetrla de las fuentes de plasma. El angulo a esta comprendido entre 20 y 110°, de preferencia entre 40 y 90° y de manera mas preferente es de aproximadamente 60 °.

[0079] Tal disposicion del electrodo y del contraelectrodo tiene la ventaja de concentrar los haces de 35 electrones y el gas precursor en un espacio mas confinado. Este confinamiento permite alcanzar mas facilmente la

energla de activacion del precursor, lo que facilita el deposito.

[0080] Los polos que estan situados frente a los imanes laterales del electrodo pueden ser de la misma polaridad que los polos que estan situados frente a los imanes laterales del contraelectrodo o alternativamente de

40 polaridad inversa. En este ultimo caso, la continuidad de las llneas de campo entre los dos electrodos facilita el deposito.

[0081] En este segundo modo de funcionamiento, el sustrato 9, ya sea conductor de corriente o aislante electrico, esta electricamente aislado de la fuente de plasma. En el caso en que se trata un sustrato conductor de

45 corriente, el aislamiento electrico se garantiza por una puesta a tierra del sustrato 9. Una ventaja de este modo de funcionamiento es permitir el deposito sobre el sustrato de un revestimiento dielectrico, lo que es diflcil de realizar con una fuente de corriente continua. Para tal revestimiento, una simple descarga en corriente continua no puede ser suficiente ya que esta ultima se apagara rapidamente. En efecto, en el transcurso del deposito la superficie del sustrato se carga bajo el impacto de los iones. Si la superficie es aislante, la carga excedentaria que se genera por 50 los impactos de los iones no puede fluir. Por consiguiente, el plasma se apaga y el deposito no se puede continuar. Esto explica que la pulverizacion en corriente continua solo se utiliza generalmente para los depositos de capas conductoras o semiconductoras.

[0082] Los ensayos realizados con unas fuentes de plasma segun la invencion han permitido mostrar que los 55 imanes centrales y el iman frontal contribuyen significativamente a la densificacion de las llneas de campo y, por

consiguiente, mejoran la velocidad y la calidad de deposito.

[0083] La figura 6 muestra los resultados de analisis por espectroscopia por transformada de Fourier de depositos de sllice obtenidos por medio de una fuente de plasma segun el estado de la tecnica donde se hace variar

la potencia electrica (en kW) anadida al flujo de gas precursor (hexametilodisiloxano o HMDSO), estando expresado el flujo en cm3 estandar por segundo (sccm). Los depositos se han realizado en las condiciones siguientes: gas ionizable O2, relacion O2/HMDSO igual a 5, presion de 0,2 mbar, distancia sustrato-fuente de plasma igual a 50 mm. Se puede constatar que, para una proporcion O2/HMDSO reducida, los sllices obtenidos tiene un caracter organico 5 (presencia de enlaces Si-(CH3) x - pico a 1.270 cm-1) y esto independientemente de la potencia aplicada. Este caracter organico no es deseado ya que altera la calidad del revestimiento.

[0084] La figura 7 muestra los resultados de analisis por espectroscopia por transformada de Fourier de depositos de sllice obtenidos por medio de una fuente de plasma segun la invencion. Los depositos se han realizado

10 en las mismas condiciones que los de la figura 6. Se puede constatar que, para unas potencias superiores a 0,2 kW/sccm, los depositos de sllice obtenidos son inorganicos (desaparicion del pico a 1.270 cm-1) y, por tanto, de mucho mejor calidad.

[0085] Estos resultados ilustran igualmente que la fuente de plasma segun la invencion permite obtener unos 15 sllices inorganicos para unos flujos de oxlgeno menores y unas presiones superiores a las del estado de la tecnica.

Esto tiene como ventaja minimizar el flujo de bombeo en la camara de tratamiento y, por tanto, minimizar el numero de bombas necesarias.

[0086] La configuracion de la fuente de plasma descrita permite igualmente, con respecto al estado de la 20 tecnica, aumentar la tasa de deposito para alcanzar unos rendimientos de depositos superiores. El rendimiento de

deposito puede alcanzar el 80%, netamente superior al estado de la tecnica para el cual el rendimiento es del orden del 40-50%. El rendimiento de deposito se define, en el caso de un deposito de sllice, como la proporcion de atomos de silicio del HMDSO que se encuentra en la capa de sllice formada.

25 [0087] Se entiende que la presente invencion no esta limitada en ninguna forma a las formas de realizaciones

descritas mas arriba. La invencion se define por el alcance de las reivindicaciones anexas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Fuente de plasma (1) destinada al deposito de un revestimiento sobre un sustrato (9) y apta para estar unida a una fuente de energia (P) que comprende:

5

a) Un electrodo (2) que delimita una cavidad de descarga (3) que desemboca en una apertura (6) enfrente de la cual puede estar posicionado dicho sustrato, comprendiendo la seccion transversal de dicho electrodo una primera y una segunda pared lateral (21, 22) situadas a ambos lados de un fondo (23, 24) provisto de una parte central (25) que sobresale en dicha cavidad de descarga, comprendiendo dicha parte central una primera y una segunda pared

10 central (26, 27) y una punta (28) que une las dos paredes centrales,

b) un conjunto magnetico (4) situado en la periferia de dicho electrodo y que comprende un conjunto de imanes unidos entre si por un soporte magnetico (46), comprendiendo cada uno de dichos imanes un polo expuesto girado hacia la cavidad de descarga y un polo protegido orientado hacia dicho soporte magnetico, comprendiendo dicho conjunto de imanes:

15 i al menos un primer y un segundo iman lateral (41, 42), estando dicho primer iman lateral (41),

respectivamente segundo iman lateral (42), dispuesto detras de dicha primera pared lateral (21),

respectivamente segunda pared lateral (22), cerca de dicha apertura (6), estando dichos dos imanes laterales orientados de tal forma que sus polos expuestos sean de la misma polaridad,

ii al menos un primer y un segundo iman central (43, 44), estando dicho primer iman central (43),

20 respectivamente segundo iman central (44), dispuesto detras de dicha primera pared central (26),

respectivamente segunda pared central (27), estando dichos dos imanes centrales orientados de tal forma que su polo expuesto sea de polaridad inversa a la de los polos expuestos de los imanes laterales (41, 42),

iii al menos un iman frontal (45), dispuesto detras de dicha punta (28) y orientado de tal forma que su polo expuesto sea de la misma polaridad que la de los polos expuestos de los imanes laterales (41,42),

25 c) un recinto electricamente aislante (5) dispuesto de modo que rodee el electrodo y los imanes sin tapar dicha apertura.
2. Fuente de plasma de acuerdo con la reivindicacion 1, para la cual la apertura (6) tiene el mismo ancho que la cavidad de descarga (3).

30
3. Fuente de plasma de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, para la cual el soporte magnetico (46) presenta la forma de una E cuya barra del medio consta de un extremo alargado de modo que el polo protegido del iman frontal (45) este completamente en contacto con el soporte magnetico.

35 4. Fuente de plasma de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, para la cual el soporte

magnetico (46) esta formado por una sola pieza.
5. Fuente de plasma de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende ademas un medio de refrigeracion (7) de los imanes y del electrodo.

40
6. Fuente de plasma de acuerdo con la reivindicacion 5, para la cual el medio de refrigeracion (7) comprende un espacio proporcionado entre el electrodo y el conjunto magnetico y destinado a la circulacion de un fluido portador de calor.

45 7. Fuente de plasma de acuerdo con la reivindicacion 5, para la cual el medio de refrigeracion (7)

comprende un circuito de tubuladuras.
8. Fuente de plasma de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende ademas un medio de inyeccion (8) destinado a inyectar un gas ionizable en la cavidad de descarga (3).

50
9. Fuente de plasma de acuerdo con la reivindicacion 8, para la cual el medio de inyeccion (8) esta posicionado cerca del fondo (23, 24).
10. Equipo de deposito al vacio que comprende una fuente de plasma de acuerdo con cualquiera de las 55 reivindicaciones de 1 a 9.
11. Equipo de deposito al vacio de acuerdo con la reivindicacion 10 que comprende ademas una segunda fuente de plasma (1) segun cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 9, estando destinadas las dos fuentes de plasma a un funcionamiento dual.
12. Equipo de deposito al vaclo de acuerdo con la reivindicacion 11, para el cual los ejes de simetrla de

las dos fuentes de plasma forman un angulo a comprendido entre 20 y 110°.

5 13. Equipo de deposito al vaclo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11 o 12, para el cual los

polos que estan frente a unos imanes laterales (41, 42) de la primera fuente de plasma son de polaridad inversa a la de los polos que estan frente a unos imanes laterales (41, 42) de la segunda fuente de plasma.
14. Equipo de deposito al vaclo de acuerdo con una de las reivindicaciones de 10 a 13 que comprende 10 ademas un inyector (10) de gas precursor.
15. Equipo de deposito al vaclo de acuerdo con una de las reivindicaciones de 10 a 14, que comprende ademas un iman adicional (11) posicionado enfrente de la apertura (6) y destinado a encontrarse cerca del sustrato (9) del lado opuesto a la fuente de plasma (1) y de polo orientado hacia la fuente de plasma (1) de polaridad inversa

15 a la de los polos que estan frente a unos imanes laterales (41, 42).