ES2203748T3 - Procedimiento para el decapado de la superficie de un substrato e instalacion para la realizacion de este procedimiento. - Google Patents

Procedimiento para el decapado de la superficie de un substrato e instalacion para la realizacion de este procedimiento.

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ES2203748T3 ES97203136T ES97203136T ES2203748T3 ES 2203748 T3 ES2203748 T3 ES 2203748T3 ES 97203136 T ES97203136 T ES 97203136T ES 97203136 T ES97203136 T ES 97203136T ES 2203748 T3 ES2203748 T3 ES 2203748T3
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Abstract

PROCEDIMIENTO PARA EL DECAPADO CONTINUO DE LA SUPERFICIE DE UN SUSTRATO (15) QUE SE DESPLAZA EN UN SENTIDO DETERMINADO A TRAVES DE UNA CAMARA AL VACIO (1) ENFRENTE DE AL MENOS UN CONTRAELECTRODO, SEGUN EL CUAL SE CREA, EN ESTE ULTIMO Y ESTA SUPERFICIE, UN PLASMA EN UN GAS PARA GENERAR ASI RADICALES Y/O IONES QUE PUEDEN ACTUAR SOBRE DICHA SUPERFICIE QUE HAY QUE DECAPAR, CARACTERIZADO PORQUE SE HACE USO EN DICHA CAMARA DE AL MENOS UN PAR DE CONTRAELECTRODOS SUCESIVOS (9), (10), (11), 12), ENFRENTE DE LA CUAL SE DESPLAZA DICHO SUSTRATO, Y PORQUE SE APLICA A UNOS CONTRAELECTRODOS UN POTENCIAL ALTERNO PARA IMPONER ASI UN POTENCIAL A ESTOS ULTIMOS ATERNATIVAMENTE POSITIVO Y NEGATIVO RESPECTO AL SUSTRATO.

Description

Procedimiento para el decapado de la superficie de un substrato e instalación para la realización de este procedimiento.
La presente invención se refiere a un procedimiento para el decapado en continuo de la superficie de un substrato que se desplaza en un sentido determinado a través de una cámara bajo vacío frente a por lo menos un contra-electrodo según el cual se crea, entre este último y esta superficie, un plasma en un gas que sea tal que pueda generar radicales y/o iones que actúan sobre la indicada superficie a decapar.
Uno de los fines esenciales de la presente invención es proponer un procedimiento muy eficaz para el decapado de una o de las dos superficies de un substrato contaminado por una capa fina aislante, tal como una película de aceite o una capa fina de óxido, cuyo espesor es preferentemente inferior a 1 micrón haciendo uso de la técnica conocida de pulverización catódica ("sputtering") sobre la superficie a limpiar.
El problema que se plantea en general cuando se aplica esta técnica para decapar substratos a limpiar es la formación de arcos y el corte de la alimentación de corriente eléctrica como consecuencia de la presencia de dicha capa aislante.
Así, se ha mostrado que esta técnica no es adecuada, hasta ahora, para el decapado de una chapa aceitada sin tener que introducir en la cámara bajo vacío una cantidad nada despreciable de oxígeno.
Según la invención este problema ha sido resuelto de un modo no previsible haciendo uso, en la cámara a vacío en la cual ha tenido lugar la pulverización catódica, de al menos un par de contra-electrodos sucesivos frente a los cuales se desplaza el substrato anteriormente mencionado y aplicando a estos contra-electrodos un potencial alternativo con el fin de cargar estos últimos alternativamente positiva y negativamente con relación al substrato, estando este último de preferencia conectado a masa, comprendiendo el indicado al menos un par de contra-electrodos un primer contra-electrodo y un segundo contra-electrodo, estando el primer contra-electrodo polarizado positivamente con relación al substrato cuando el segundo contra-electrodo lo está negativamente, y a la inversa, mientras que, sobre la superficie del substrato frente a el o los contra-electrodos polarizados positivamente con relación al mismo, tiene lugar un bombardeo de iones positivos procedentes del plasma creado entre el substrato y este o estos contra-electrodos.
Ventajosamente, se prevé, por el contra-electrodo anteriormente citado, un circuito magnético situado detrás del substrato a decapar.
Según una forma de realización particular de la invención, cuando el substrato está por ejemplo formado por una banda metálica, se aplica a los contra-electrodos anteriormente citados un potencial alternativo de 50 Hz a 300 KHz y de preferencia 10 KHz a 300 KHz, por ejemplo del orden de 200 KHz.
La invención se refiere igualmente a un dispositivo o instalación para la realización del procedimiento de decapado según la invención.
Esta instalación comprende una cámara bajo vacío en la cual se encuentra montado un contra-electrodo, medios de transporte para desplazar un substrato a decapar frente a este y medios para crear un plasma entre el contra-electrodo y el substrato. Esta instalación se caracteriza por el hecho de que comprende al menos un par de contra-electrodos sucesivos, medios para aplicar a estos contra-electrodos un potencial o corriente alterna, con el fin de cargar estos últimos alternativamente positiva y negativamente con relación a dicho substrato, permitiendo los medios para crear un plasma crear éste alternativamente entre uno de estos contra-electrodos y el substrato enfrentándose a éste, comprendiendo el indicado al menos un par de contra-electrodos un primer contra-electrodo y un segundo contra-electrodo, estando previstos los medios para aplicar un potencial o corriente alterna a estos contra-electrodos para cargar el primer contra-electrodo positivamente y el segundo contra-electrodo negativamente con relación al substrato, y a la inversa.
Otros detalles y particularidades de la invención se desprenderán de la descripción dada a continuación, a título no limitativo de algunas formas de realización particulares de la invención, con referencia a los dibujos adjuntos.
La figura 1 es una vista esquemática en alzado de una primera forma de realización de una instalación según la invención para el decapado en continuo de una chapa de acero.
La figura 2 es una vista análoga a la de la figura 1 de una segunda forma de realización de una instalación de este tipo.
La figura 3 es una vista análoga a la de las figuras 1 y 2 de una tercera forma de realización de dicha instalación.
En estas figuras las mismas cifras de referencia se refieren a elementos análogos o idénticos.
La presente invención se refiere a un procedimiento mejorado de decapado por pulverización catódica que es adecuado en particular para el decapado de substratos conductores de electricidad contaminados por una capa fina eléctricamente aislante, tal como una película de aceite o de óxido cuyo espesor es preferentemente inferior a un micrón, o también para la limpieza de substratos de polímeros.
De un modo general, el procedimiento según la invención se caracteriza por el hecho de que se hace uso, en una cámara bajo vacío de al menos un par de contra-electrodos sucesivos frente a cada uno de los cuales se desplaza el substrato anteriormente indicado y a los cuales se aplica un potencial alternativamente positivo y negativo.
Así, cuando uno de los dos contra-electrodos se polariza positivamente con relación al otro, el substrato enfrentado a este contra-electrodo se polariza así mismo de forma negativa con relación a este primer contra-electrodo teniendo como consecuencia un bombardeo de iones positivos.
Al mismo tiempo en el otro contra-electrodo se observa la situación inversa. Este último que se polariza negativamente, empuja los electrones del plasma que tienden a descargar la carga superficial positiva que se crea en un ciclo precedente.
Cuando el substrato es conductor de la electricidad, la instalación permite la erosión del substrato y no la erosión de los contra-electrodos, esto mientras se trabaje por debajo de una frecuencia crítica comprendida entre uno y varios cientos de kHz en función de las condiciones de trabajo (por ejemplo presión en la cámara). En efecto, por debajo de esta frecuencia máxima de ejecución, la descarga se comporta como una descarga en corriente continua en cada medio ciclo. Así, un plasma estable solo puede formarse en la proximidad del electrodo polarizado negativamente cuando el mismo está provisto de un circuito magnético dispuesto en el lado opuesto al del electrodo enfrentado, con el fin de constituir un dispositivo de tipo magnetrón que puede confinar los electrones. Los circuitos magnéticos se encuentran dispuestos en la proximidad del substrato y por el lado opuesto al de los contra-electrodos, una descarga se forma en la proximidad del substrato cuando se polariza negativamente con relación a uno de los contra-electrodos mientras que ninguna descarga se puede formar de forma estable en la proximidad de un contra-electrodo polarizado negativamente con relación al substrato ya que este último no dispone de un circuito magnético que permita constituir un dispositivo de tipo magnetrón, es decir que permita confinar los electrones en su proximidad.
La figura 1 muestra esquemáticamente una primera forma de realización de una instalación que permite la realización del procedimiento según la invención.
Esta instalación comprende una cámara bajo vacío 1 en la cual se encuentra montado un tambor 2 que presenta una superficie cilíndrica 3 y que puede girar alrededor de un eje 4.
En el interior de este tambor 2 se encuentran montados cuatro magnetrones fijos 5 a 8 que se extienden cerca de la superficie interior de la pared cilíndrica del tambor y que permiten generar un circuito magnético. Dos pares de contra-electrodos sucesivos 9, 10 y 11, 12 están dispuestos en el exterior del tambor 2, a una distancia constante de la superficie cilíndrica 3 de este último. Estos contra-electrodos se extienden según una superficie cilíndrica coaxial al tambor 2. Cada par de contra-electrodos 9, 10 y 11, 12 se alimenta por un generador de corriente alterna respectivamente 13 y 14.
Un substrato formado, en este caso particular, por una chapa o una cinta de acero continuo 15 entre la cámara bajo vacío 1 por una abertura de entrada 16 prevista en una de las paredes laterales de esta cámara y se desplaza a través de esta última 1 en el sentido de la flecha 17 desviándose alrededor de un primer cilindro de reenvío 18 de rotación libre alrededor de un eje paralelo al del eje del tambor para aplicarse contra la superficie exterior cilíndrica 3 de este último y ser desviada alrededor de un segundo cilindro de reenvío 19 hacia una salida 20 prevista en la pared opuesta a aquella en la cual está prevista la abertura de entrada 16.
En esta forma de realización particular, la chapa 15 se conecta a masa, como se ha indicado esquemáticamente en 21.
La cámara contiene generalmente una mezcla gaseosa de argón y un gas reactivo, por ejemplo hidrógeno u oxígeno, cuya relación puede variar entre límites muy amplios.
Ventajosamente, no existe separación entre dos electrodos sucesivos con el fin de permitir un libre paso de las partículas cargadas que se encuentran frente a una zona de contra-electrodo hacia la otra zona.
Así, en el momento en que el contra-electrodo 9 u 11, por ejemplo, se polariza positivamente, la parte de la chapa 15 que pasa frente a este electrodo se polariza negativamente y un plasma 22 se forma allí y se confina por la presencia de los circuitos magnéticos 5 y 7 resultantes en un bombardeo de la chapa 15 por iones positivos.
Al mismo tiempo, los contra-electrodos 10 y 12, que se polarizan negativamente, empujan los electrones hacia el substrato asegurando así el retorno de corriente.
Dado por consiguiente que en una fase siguiente los contra-electrodos 9 y 11 se cargan negativamente y los contra-electrodos 10 y 12 se polarizan positivamente, el fenómeno descrito anteriormente se invierte.
Ventajosamente, se imponen a los contra-electrodos 9 a 12 alternativamente un potencial positivo y negativo que presentan sensiblemente el mismo valor absoluto con relación al potencial del substrato, tal como un potencial que varía sinusoidalmente con relación al del substrato que se mantiene preferentemente conectado a masa, como ya se ha mencionado anteriormente.
Generalmente, se aplica a estos contra-electrodos 9 a 12, por mediación de generadores de corriente 13 y 14, un potencial alternativo con una frecuencia de 1 KHz a 1000 KHz.
Cuando la superficie del substrato a decapar es eléctricamente conductora y está, por ejemplo, formada por una chapa, se obtienen buenos resultados cuando se aplica a los contra-electrodos 9 a 11 un potencial alternativo de 50 Hz a 300 kHz y de preferencia de 10 kHz a 300 kHz, por ejemplo del orden de 200 kHz.
Por el contrario, si el substrato no es conductor y está formado por ejemplo por una película polímera, la frecuencia del potencial alternativo aplicado a los contra-electrodos puede, en algunos casos, llegar a 1000 KHz.
La distancia entre el substrato 15 y los contra-electrodos 9 a 12 varía generalmente entre 1 y 20 cm.
La figura 2 se refiere a una segunda forma de realización de una instalación que se distingue con relación a la de la figura 1 por el hecho de que la cámara bajo vacío 1 comprende dos tambores 2a y 2b de dimensiones idénticas y que giran alrededor de ejes paralelos 4a y 4b. Además, solamente un par de contra-electrodos 9 y 10 está previsto presentando cada uno una forma plana.
Uno de estos contra-electrodos 9 se extiende frente al tambor 2a, mientras que el contra-electrodo 10 se extiende frente al tambor 2b.
Como en la forma de realización según la figura 1, el substrato 15 está formado por una cinta continua desviada sucesivamente alrededor de cada uno de los dos tambores 2a y 2b por mediación de cilindros de reenvío 18a, 19a y 18b, 19b. Por lo demás su funcionamiento es completamente idéntico al de la instalación de la figura 1.
La figura 3 se refiere a una instalación según una tercera forma de realización que se diferencia esencialmente de las precedentes por el hecho de que se aplica una corriente alterna al par de electrodos 9 y 10 por medio de un generador 13 por mediación de un transformador 23 que comprende un bobinado secundario 24 formado por dos partes en serie 24a y 24b del cual uno de los extremos se mantiene a un potencial conocido fijo, por ejemplo a masa, como se ha indicado en 25 en la figura 3, y cuyo otro extremo de estas partes 24a y 24b está conectado por mediación de condensadores 26, respectivamente 27, a los contra-electrodos respectivamente 9 y 10.
El generador de energía, particularmente de corriente alterna, 13 está conectado al bobinado primario 28 del transformador 23.
Con el fin de obtener un reparto equilibrado entre la alimentación hacia los dos contra-electrodos 9 y 10, las dos partes anteriormente citadas 24a y 24b del bobinado secundario 24 son idénticas y presentan el mismo número de espiras. Estas partes están conectadas a los contra-electrodos respectivos 9 y 10 por mediación de condensadores 26, respectivamente 27, que son igualmente idénticos desde es punto de vista de sus propiedades capacitivas.
El extremo de las dos partes 24a y 24b del bobinado secundario 24, que no está conectado al condensador respectivo, se mantiene ventajosamente en el mismo potencial que el substrato 15. En el presente caso, como ya se ha indicado anteriormente, tanto el substrato como este extremo están conectados a masa.
Sí se hace uso de un tambor cuya superficie cilíndrica es conductora de la electricidad, la conexión a masa puede realizarse por mediación de este tambor, como se ha representado en la figura 3.
En una forma de realización particular según la invención, para el tratamiento de una cinta metálica tal como acero dulce, aluminio o acero inoxidable, se utiliza ventajosamente una mezcla gaseosa de argón y de un gas eventualmente reactivo tal como hidrógeno u oxígeno, cuyo contenido puede variar entre 5 y 50% en volumen.
La presión que reina en el interior de la cámara bajo vacío es por ejemplo mantenida en 5x10^{-3} Torr.
El magnetrón utilizado es un magnetrón clásico que permite el confinamiento de los electrones en la superficie de la cinta metálica que se desplaza por las zonas enfrentadas de los contra-electrodos.
La fuente de potencia alternativa está constituida por un generador de corriente alterna cuya frecuencia puede variar de 10 KHz a 100 KHz.
En algunos casos se puede hacer uso de argón puro o de hidrógeno puro.
El objeto de la invención se ilustra más mediante los ejemplos concretos de realización dados a continuación.
Ejemplo 1
Descontaminación por decapado con magnetrón de mediana de frecuencia de una chapa de acero dulce que presenta una fuerte contaminación en forma de una película de aceite antes del revestimiento bajo vacío por una película de estaño.
Descripción de las condiciones de trabajo para el tratamiento de una superficie
La velocidad de línea es de 500 m/min;
Tres unidades del tipo de la presentada en la figura 1 son necesarias; cada par de contra-electrodos está conectado con un generador HF de 40 KHz que permite disipar una potencia de trabajo de 200 kW.;
Las dos primeras unidades se alimentan mediante una mezcla de un 80% de Ar y un 20% de O_{2} y el caudal gaseoso se fija de forma tal que la presión de trabajo sea de 5.10^{-3} Torr permitiendo así la oxidación de la capa de aceite.
La tercera unidad se alimenta por una mezcla de 80% Ar y un 20% de H_{2} y la presión de trabajo es de 5.10^{-3} Torr de manera que se obtenga la reducción de la capa de FeO, presente en la superficie de la chapa, con un espesor del orden de 5 nm.
Después de este tratamiento, la chapa no presenta ya contaminación carbonada y está desprovista de su capa de oxidación.
Ejemplo 2
Tratamiento de activación de la superficie de una película de polietileno de 20 \mum de espesor en una mezcla de oxígeno y de argón antes del depósito de una película de SiO_{2}.
Descripción de las condiciones de trabajo
Una sola unidad del tipo de la figura 1 es necesaria;
La velocidad de línea es de 400 m/min.
Cada uno de los dos generadores proporciona una potencia útil de 50 kW a una frecuencia de 300 kHz.
La descarga se realiza en una mezcla de un 70% de Ar y un 30% de O_{2} a una presión de 5.10^{-2} Torr.
Este tratamiento permite mejorar la adhesión de la película de SiO_{2}.
Queda bien entendido que la invención no se limita a las formas de realización descritas anteriormente y que otras variantes pueden ser consideradas tanto en lo que respecta a la construcción de la instalación como de las condiciones operativas del procedimiento aplicado.

Claims (12)

1. Procedimiento para el decapado en continuo de la superficie de un substrato que se desplaza en un sentido determinado a través de una cámara bajo vacío frente al menos un contra-electrodo, según el cual se crea, entre este último y esta superficie, un plasma en un gas con el fin de generar radicales y/o iones que pueden actuar sobre la indicada superficie a decapar, caracterizado porque se utiliza en la cámara anteriormente mencionada al menos un par de contra-electrodos sucesivos frente a la cual se desplaza el substrato anteriormente mencionado, porque se aplica a estos contra-electrodos un potencial alternativo con el fin de imponer un potencial a estos últimos alternativamente positivo y negativo con relación al substrato, comprendiendo el indicado al menos un par de contra-electrodos un primer contra-electrodo y un segundo contra-electrodo, estando el primer contra-electrodo polarizado positivamente con relación al substrato cuando el segundo contra-electrodo lo está negativamente y a la inversa, y porque, sobre la superficie del substrato enfrentado del o de los contra-electrodos polarizados positivamente con relación al mismo, tiene lugar un bombardeo de iones positivos procedentes del plasma creado entre el substrato y este o estos contra-electrodos.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se impone a los contra-electrodos alternativamente un potencial positivo y negativo que presenta sensiblemente un mismo valor absoluto con relación al potencial del substrato, tal como un potencial que varía sinusoidalmente con relación al del substrato.
3. Procedimiento según una u otra de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque se aplica una corriente alterna al par de electrodos anteriormente mencionados por mediación de un transformador que comprende un bobinado secundario formado por dos partes en serie de las cuales uno de los extremos se mantiene a un potencial conocido fijo, estando el otro extremo de una de las indicadas partes conectado, eventualmente por mediación de un condensador, a uno de los contra-electrodos, estando el otro extremo de la otra parte conectado, eventualmente por mediación de un condensador con el otro contra-electrodo.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque se utiliza un transformador del cual las dos partes anteriormente citadas del bobinado secundario son sensiblemente idénticas que están conectadas con el contra-electrodo respectivo por mediación de condensadores igualmente sensiblemente idénticos desde el punto de vista de las propiedades capacitivas.
5. Procedimiento según una u otra de las reivindicaciones 3 y 4 caracterizado porque se mantiene uno de los extremos de las dos partes del bobinado secundario sensiblemente en el mismo potencial que el substrato.
6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque se mantiene el substrato conectado a masa.
7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque se prevé, por contra-electrodo un circuito magnético que sirve para el confinamiento de los electrones del plasma y dispuesto detrás de la superficie a decapar del substrato y frente a cada uno de estos contra-electrodos.
8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque se aplica a los contra-electrodos un potencial alternativo que tiene una frecuencia de 1 Hz a 1000 kHz.
9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque, cuando la superficie a decapar es eléctricamente conductora y está, por ejemplo, realizada en metal, se aplica a los contra-electrodos un potencial alternativo de 50 Hz a 300 kHz y de preferencia de 10 kHz a 100 kHz.
10. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el substrato está formado por una cinta continua de acero, preferentemente de acero dulce, aluminio o acero inoxidable.
11. Instalación para la realización del procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 que comprende una cámara bajo vacío en la cual se encuentra montado un contra-electrodo, medios de transporte para desplazar un substrato a decapar frente a este y medios para crear un plasma entre el contra-electrodo y el substrato, en un gas que permite generar radicales y/o iones que pueden actuar sobre la superficie del substrato a decapar orientada hacia el indicado contra-electrodo, caracterizada porque comprende al menos un par de contra-electrodos sucesivos, medios para aplicar a estos contra-electrodos un potencial o corriente alternativa, con el fin de cambiar estos últimos alternativamente positiva y negativamente con relación al indicado substrato, permitiendo los medios para crear un plasma crear este alternativamente entre uno de estos contra-electrodos y el substrato que está enfrentado al mismo, comprendiendo el indicado al menos un par de contra-electrodos un primer contra-electrodo y un segundo contra-electrodo y los medios para aplicar un potencial o corriente alterna a estos contra-electrodos están previstos para cargar el primer contra-electrodo positivamente y el segundo contra-electrodo negativamente, con relación al substrato, y a la inversa.
12. Instalación para la realización del procedimiento según la reivindicación 11, caracterizada porque comprende además al menos un circuito magnético que sirve para el confinamiento de los electrones del plasma y dispuesto detrás de la superficie a decapar del substrato y frente al menos uno de los contra-electrodos.
ES97203136T 1997-10-08 1997-10-08 Procedimiento para el decapado de la superficie de un substrato e instalacion para la realizacion de este procedimiento. Expired - Lifetime ES2203748T3 (es)

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