ES2237676T3 - Fuente de pulverizacion de magnetron. - Google Patents
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Abstract
Fuente de pulverización de magnetrón con un cuerpo de blanco redondo (1) cuya cara frontal presenta una superficie de pulverización (20, 21), con un sistema magnético (2, 3, 4, 5, 10, 11) que contiene un polo interior (4) y un polo exterior (3) que lo rodea a modo de anillo, de manera que se configura un campo magnético (B) a lo largo de la superficie de pulverización (20, 21) en forma de un bucle cerrado a modo de túnel alrededor del eje central de la fuente (6) alojándose al menos una parte del sistema magnético (2, 3, 4, 5, 10, 11) de forma rotatoria alrededor del eje de la fuente (6) que está unida en su accionamiento a este medio de accionamiento (30), caracterizada porque el polo exterior anular (3) no se encuentra al mismo nivel que el polo interior (4) y se eleva en la zona marginal del cuerpo redondo del blanco (1) y porque la parte rotatoria del sistema magnético recoge el polo interior (4) dispuesto excéntricamente con respecto al eje (6), así como una segunda parte del polo exterior (11) que se encuentra entre el polo exterior (3) y el polo interior (4), de modo que en la rotación el bucle de túnel del campo magnético (B) pasa rozando excéntricamente por encima de la superficie de pulverización (20, 21).
Description
Fuente de pulverización de magnetrón.
La invención se refiere a una fuente de
pulverización de magnetrón según el preámbulo de la reivindicación
de patente 1 y a su utilización de acuerdo con la reivindicación de
patente 17.
Las fuentes de pulverización de magnetrón de este
tipo ya se conocen desde hace muchos años y sirven para el
recubrimiento de substratos en vacío. Tales fuentes de pulverización
de magnetrón se caracterizan porque con ayuda de un campo magnético
se genera un plasma denso delante de la superficie del blanco a
pulverizar que permite pulverizar el blanco mediante bombardeo
iónico con un índice elevado y obtener una capa en el substrato con
un alto índice de crecimiento epitaxial. En las fuentes de
pulverización de magnetrón de este tipo, el campo magnético sirve
como una trampa de electrones que determina fundamentalmente las
condiciones de descarga de la descarga gaseosa y el confinamiento
del plasma. El campo magnético de una trampa de electrones de
magnetrón está configurado de manera que en la zona de la cara
trasera de un blanco a pulverizar están dispuestos bucles de polo
magnético cerrados que no se cruzan y en un caso especial forman una
disposición a modo de anillo circular y que también se pueden
disponer concéntricamente, estando dispuestos estos bucles de polo
magnético en polos opuestos y separados de manera que se cierran
líneas de flujo entre los polos y, en este proceso, penetran al
menos parcialmente en el blanco donde determinan el efecto de la
trampa de electrones en la zona de la superficie de pulverización.
Mediante los bucles de polo dispuestos unos dentro de otros o bien
de forma concéntrica, se crea en la zona de la superficie del
blanco, un campo magnético configurado a modo de túnel que forma un
bucle cerrado en el que se recogen y conducen los electrones.
Gracias a esta configuración característica de la trampa de
electrones de magnetrón también se produce una descarga de plasma
anular con una distribución de la densidad del plasma heterogénea
que provoca que el blanco se erosione también de forma irregular a
causa del bombardeo iónico irregular. En este tipo de descarga de
magnetrón normalmente se crea una cárcava de erosión anular durante
el servicio, por lo que también surgen problemas en la distribución
del espesor de la capa en el substrato que se han de solucionar.
Otro inconveniente consiste en que el aprovechamiento del material
blanco queda limitado por los modelos de erosión con forma de
cárcava del blanco que se crean.
Estos problemas ya se reconocieron según el
documento DE OS 27 07 144 de acuerdo con el documento US 5.284.564.
Como solución se propone generar entre la descarga de plasma en
forma de bucle y el blanco, un movimiento relativo, de modo que el
plasma pasa rozando por encima de la superficie del blanco. De esta
forma, el perfil de erosión se debe extender o bien nivelar en el
blanco y, al mismo tiempo, mejorar la distribución de capa en el
substrato dispuesto por delante. En caso de disposiciones de
pulverización de magnetrón rectangulares, por ejemplo según la
figura 1, el sistema magnético que genera la trampa de electrones
realiza un movimiento de vaivén por detrás del blanco liso. En caso
de fuentes de pulverización redondas, el sistema magnético según las
figuras 22 a 25, por ejemplo, gira por detrás del blanco alrededor
del eje del blanco. De esta forma se consigue que el bucle de plasma
pase girando por encima de la placa redonda del blanco. Por otra
parte, en las figuras 22 y 25 está representado que el bucle de
trampas de electrones se puede conformar de distintas maneras, con
lo que se puede influir en el perfil de erosión resultante.
En caso de disposiciones en las que los
substratos están dispuestos de forma estacionaria frente al blanco
de magnetrón o que giran ellas mismas en un plano delante del
blanco, o bien en las que ya en el plano de substrato sobre una zona
lo mayor posible es necesario cumplir altas exigencias en el
recubrimiento, se plantean especialmente problemas porque la
problemática de distribución y de aprovechamiento de material se
deben solucionar principalmente por el lado de la fuente y no se
pueden solucionar mediante un movimiento de paso del substrato. Los
equipos de recubrimiento de este tipo en los que los substratos en
forma de bucle se introducen cíclicamente y se posicionan delante de
una fuente de pulverización de magnetrón donde son recubiertos, han
adquirido una gran relevancia en los últimos años. En la actualidad
se tratan o bien recubren de esta forma preferiblemente plaquitas
semiconductoras para la fabricación de elementos constructivos
electrónicos, así como discos de almacenamiento para la fabricación
de placas de almacenamiento magnéticas y para la fabricación de
placas de almacenamiento ópticas y optomagnéticas.
Para el recubrimiento de substratos en forma de
bucles dispuestos estacionariamente ya se utilizaron antes de 1980
las primeras fuentes de pulverización con forma de anillo circular.
Como ya se ha mencionado, a través del bucle de plasma se crea en el
blanco una cárcava de erosión anular fuertemente marcada, lo que en
caso de necesitar una alta exactitud provoca problemas con la
distribución de la capa en el substrato. Por este motivo, en caso de
tales disposiciones de fuente era preciso elegir una distancia entre
el blanco y el substrato a recubrir relativamente grande,
normalmente dentro de un campo entre 60 y 100 mm. Por otra parte, a
fin de obtener unos buenos valores de distribución, el diámetro del
blanco se debía elegir algo mayor que el diámetro del substrato.
Tanto la distancia relativamente grande entre el blanco y el
substrato, como también el saliente relativamente grande del
diámetro del blanco conducía prácticamente a un mal aprovechamiento
en general del material eliminado. A causa de la reducida
rentabilidad resultante y de los cada vez mayores requisitos de
distribución en el recubrimiento, se han desarrollado disposiciones
de fuentes de magnetrón redondas con sistemas magnéticos giratorios
que permiten otras mejoras a este respecto. Para aumentar el
aprovechamiento del material y los índices de recubrimiento se
reconoció que era necesario reducir la distancia entre el blanco y
el substrato, así como el diámetro del blanco. Esto sólo es posible
si, por una parte, el confinamiento del plasma se lleva a cabo de
modo que la extensión del plasma no perjudique al substrato a
recubrir y, por otra parte, que la merma del blanco se homogeneice
por la superficie y en especial que se elimine el polvo también en
la zona del centro del blanco.
Se pudo conseguir un primer paso de mejora de
acuerdo con una disposición como la que está representada en la
figura 1a. El sistema magnético 2 se compone de un polo magnético
exterior circular anular 3 y de un polo contrario interior 4
desplazado excéntricamente. El sistema magnético 2 está apoyado de
forma giratoria alrededor de un eje de rotación central 6 y gira en
dirección de rotación 7 por medio de un accionamiento, como con un
motor eléctrico, frente al blanco fijo. Por medio de la disposición
excéntrica del polo interior 4, al aplicar una tensión de descarga
al blanco 1 se crea un bucle de plasma que gira excéntricamente y
que pasa rozando por encima de una mayor parte del blanco. En la
figura 1b está representada esta disposición en sección transversal,
estando apoyado el sistema magnético 2 de forma que puede girar
alrededor del eje central de la fuente 6 en dirección de giro 7,
estando dispuesto el substrato s de forma separada de la placa de
blanco redonda 1 a una distancia d (normalmente dentro de un campo
entre 40 y 60 mm), y estando el blanco 1 refrigerado, por ejemplo,
por agua por medio de un dispositivo de refrigeración 8. El sistema
magnético 2 está construido con imanes permanentes 3, 4, estando
éstos dispuestos de manera que el polo exterior 3 y el polo interior
4 están dispuestos de forma separada y antipolar de modo que las
líneas de flujo generadas B pasan a través del blanco 1 y forman por
la superficie del blanco el bucle de campo magnético cerrado en
forma de túnel que configura una trampa de electrones. El reflujo
magnético de los imanes permanentes se realiza por medio de una
placa de yugo 5 de un material altamente permeable, como hierro, que
está dispuesto en la cara del polo magnético permanente que está más
separado del blanco 1. A fin de generar una excentricidad del bucle
de plasma, el polo interior 4 se desplazó frente al eje de rotación
6. Mediante la elección de esta excentricidad se puede optimizar la
característica de erosión y de distribución en una zona
determinada.
Otra mejora fundamental de la disposición del
sistema magnético es posible gracias a la configuración
completamente excéntrica del circuito magnético según las figuras 1c
y 1d. La anchura fundamentalmente uniforme representada en la figura
1c del túnel magnético a lo largo de todo el bucle cerrado permite
un efecto de trampa de electrones más constante y eficaz y, sobre
todo, una definición más clara de la excentricidad del bucle de
plasma, lo que conduce a mejores resultados. En la figura 1d se
muestra otra forma de realización en la que el bucle de plasma se
pliega de nuevo en sí mismo, por ejemplo, en forma de una especie de
cardioide. Según el tamaño de las dimensiones del blanco y del
substrato resulta un gran número de formas de bucle posibles, como
por ejemplo también bucles de plasma plegados, que sirven para la
optimación de las relaciones de eliminación de polvo y distribución
en el substrato. La ventaja de estas disposiciones giratorias
consiste por lo tanto en que sólo mediante la configuración
geométrica se pueden calcular los resultados con anterioridad. Para
la optimación del diseño son posibles otros cálculos de
simulación.
La empresa Balzers Sociedad Anónima en
Liechtenstein comercializa fuentes de pulverización de magnetrón
con un blanco redondo plano y con sistemas magnéticos giratorios
desde hace muchos años, por ejemplo, con la denominación de tipo AR
125, como también se describe en las instrucciones de servicio (BB
800 463 BD) relativas a la fuente de la primera edición del mes de
mayo de 1985.
Otra posibilidad de influir en el perfil de
erosión consiste en desplazar el polo magnético exterior en
dirección a la superficie de pulverización del blanco, paralelamente
al eje de fuente 6, lo que se representa en la figura 2. De esta
forma se varía el desarrollo de las líneas de flujo B, especialmente
se aplana, de manera que se puede ampliar el perfil de erosión. En
caso de disposiciones como ésta con polos magnéticos elevados cabe
también la posibilidad de elevar el polo interior 4 en el centro, si
fuera necesario igualmente hasta por encima de la superficie de
pulverización del blanco 1 cuando el blanco en el centro presenta un
orificio previsto para ello y la característica prevista de
pulverización lo permita. En caso de una disposición de
recubrimiento estacionaria del substrato s, esta configuración de
fuentes tiene el inconveniente de que, por una parte, son necesarias
distancias entre el blanco y el substrato relativamente grandes, el
aprovechamiento del material pulverizado que llega en el substrato s
es relativamente reducido porque las zonas situadas en el exterior
que no se pueden utilizar son proporcionalmente grandes y el
aprovechamiento del blanco es menor que en sistemas giratorios.
Otra configuración fundamentalmente mejorada de
una disposición de fuentes de pulverización de magnetrón para el
recubrimiento de substratos s en forma de disco está representada en
la figura 3 y descrita en el documento EP 0 676 791 B1 de acuerdo
con el documento US 5.688.381. Esta disposición de fuentes posee
igualmente polos exteriores elevados 3, estando configurada la zona
polar preferiblemente como imán permanente y llevándose a cabo el
reflujo magnético frente al polo interior 4 situado en el centro por
medio de un yugo de hierro 5. En esta fuente, el cuerpo de blanco 1
está abombado hacia dentro, es decir, está configurado de forma
cóncava, y la trampa de electrones está determinada de modo que el
hueco formado por la convexidad interior del blanco 1 forma
fundamentalmente el espacio de descarga de plasma. Por consiguiente,
es posible aproximarse con el substrato s muy cerca del blanco 1,
por ejemplo, 35 mm con un diámetro de substrato de 120 mm, no siendo
el diámetro del blanco considerablemente mayor el diámetro del
substrato. De esta forma, se cierra el espacio de descarga entre el
blanco 1 configurado de forma cóncava y el substrato
fundamentalmente mediante el substrato y la superficie de
pulverización. Esto tiene como consecuencia que el material
pulverizado se transfiere en una gran parte al substrato y las
pérdidas marginales son reducidas. Por esta razón, con esta
disposición de fuentes son posibles altos índices de recubrimiento
con una muy buena rentabilidad. No obstante, se producen ciertas
limitaciones ya que el control del perfil de erosión y de la
distribución y la obtención de situaciones reproducibles resultan
complicados, especialmente a lo largo de la vida útil del blanco.
Por este motivo se intentó influir en la descarga del plasma con
disposiciones adicionales de polos exteriores 3a que se colocan
entre el polo interior 4 y el polo exterior 3, de modo que en caso
de un perfil de erosión profundizado se produce un desplazamiento
del anillo de plasma, a fin de obtener un efecto de compensación
determinado. Sin embargo, este método tiene ciertas limitaciones en
caso de exigencias de distribución y grados de aprovechamiento de
material muy elevados.
La presente invención tiene el objetivo de
suprimir los inconvenientes del estado de la técnica. En especial,
la presente invención se plantea el objetivo de realizar una fuente
de pulverización de magnetrón con una disposición del imán del polo
exterior elevada que una las ventajas de altos índices de
pulverización en caso de grados elevados de aprovechamiento de
material con unos muy buenos valores de distribución que se pueden
obtener en el substrato durante toda la vida útil del blanco, con
unas situaciones estables y reproducibles. Por otra parte, la fuente
de pulverización de magnetrón debe presentar una alta rentabilidad
general.
Este objetivo se cumple partiendo de una fuente
de pulverización de magnetrón del tipo citado al principio mediante
su configuración según la parte característica de la reivindicación
1.
Gracias a que, de acuerdo con la invención, el
polo exterior no está situado en el mismo plano que el polo interior
y a que está elevado en la zona marginal del cuerpo redondo de
blanco frente al polo interior y a que la parte giratoria del
sistema magnético aloja un polo interior dispuesto excéntricamente
con respecto al eje de fuente y a que aloja una segunda parte del
polo exterior situada entre el polo interior y el polo exterior fijo
de manera que en caso de giro el bucle de túnel del campo magnético
pasa rozando excéntricamente por la superficie de pulverización,
resulta una distribución buena y estable durante toda la vida útil
del blanco con unos altos índices y un elevado aprovechamiento del
material, lo que conlleva un aumento considerable de la
rentabilidad. Según la reivindicación 17 resultan aplicaciones
preferibles. En las reivindicaciones 2 a 16 se definen otras formas
de realización preferibles de la fuente de pulverización de
magnetrón de acuerdo con la invención.
Las figuras 1 a 3 reproducen esquemáticamente el
estado de la técnica y las figuras 4 a 8 la disposición de acuerdo
con la invención a modo de ejemplo y esquemáticamente. Las distintas
figuras muestran:
Fig. 1a vista desde arriba, una disposición del
sistema magnético redonda giratoria con polo exterior y con polo
interior dispuesto excéntricamente con respecto al eje central según
el estado de la técnica.
Fig. 1b en sección transversal y
esquemáticamente, la disposición del sistema magnético según la
figura 1a con blanco y disposición de substrato según el estado de
la técnica.
Fig. 1c vista desde arriba, otra disposición del
sistema magnético giratoria con un sistema magnético dispuesto
excéntricamente con respecto al eje de rotación según el estado de
la técnica.
Fig. 1d otra realización de un sistema magnético
giratorio dispuesto excéntricamente con una disposición de imán
similar a un cardioide.
Fig. 2 en sección transversal y
esquemáticamente, una disposición de magnetrón con polo exterior
elevado frente al polo interior para planos de substrato dispuestos
estacionariamente según el estado de la técnica.
Fig. 3 en sección transversal y
esquemáticamente, otra disposición con polo exterior elevado frente
al polo interior y con blanco configurado de forma cóncava según el
estado de la técnica.
Fig. 4 una disposición del sistema magnético de
acuerdo con la invención esquemáticamente y visto desde arriba con
polo exterior estacionario y polo interior y parte de polo exterior
giratorios dispuestos excéntricamente, estando elevado el polo
exterior estacionario 3 frente al polo interior en el borde del
blanco.
Fig. 5 una sección transversal de una disposición
de acuerdo con la invención según la figura 4.
Fig. 6 otro ejemplo de acuerdo con la invención
representado en detalle y esquemáticamente en la sección.
Fig. 7 un ejemplo de una curva medida para la
distribución media en un substrato durante la vida útil del
blanco.
Fig. 8 el perfil de sección transversal de una
de las mitades de un blanco como ejemplo para la erosión que se
puede alcanzar de acuerdo con la invención durante la vida útil del
blanco.
En la figura 5 está representada una fuente de
pulverización de magnetrón de acuerdo con la invención en sección
transversal y esquemáticamente. El blanco de pulverización 1 está
configurado como cuerpo de blanco anular que presenta
fundamentalmente una superficie de pulverización 20 configurada de
forma cóncava. La superficie de pulverización 20 también se puede
configurar de forma plana, no obstante, la configuración cóncava
resulta especialmente más ventajosa, dado que en caso de una
distancia de substrato d reducida, el espacio de descarga se compone
fundamentalmente de la superficie de pulverización 20 y de la
superficie de substrato s y, por consiguiente, la zona de pérdida en
el borde es mínima. El blanco redondo 1 está configurado
ventajosamente con forma anular para el recubrimiento de placas de
almacenamiento s, siendo posible atravesar en el centro un electrodo
16 a lo largo del eje central de fuente que, al mismo tiempo, sirve
como máscara central para el substrato s en forma de disco. El
substrato s está dispuesto a una distancia d reducida del blanco 1 y
el diámetro del blanco 1 es sólo un poco mayor que el diámetro del
substrato s. El espacio de descarga formado se limita a través de un
electrodo 15 que encierra dicho espacio. Gracias a esta
configuración se minimizan las superficies restantes 15 y 16 que
también se recubren en relación con la superficie activa del
substrato s y, por consiguiente, se aumenta el, así llamado, factor
de transmisión de material. Normalmente, en caso de servicio de
corriente continua, los electrodos 15 y 16 se conectan de forma
anódica y el blanco 1de forma catódica. Sin embargo, los electrodos
de este tipo también se pueden accionar mediante un procedimiento
conocido de forma flotante o en un "Bias". El sistema magnético
se compone de un polo exterior 3 elevado que encierra el blanco 1
por el borde y de un polo interior 4 dispuesto excéntricamente con
respecto al eje de fuente 6 por detrás del blanco 1, estando
dispuesta entre el polo interior 4 y el polo exterior 3, una segunda
parte de polo exterior 11 que asume una función parcial del polo
exterior 3. La segunda parte de polo exterior 11 está configurada,
por ejemplo, como pieza a modo de segmento que representa una
especie de recorte del polo exterior anular 3 pero que está
dispuesto de forma desplazada y giratoria. Los polos orientados
hacia el blanco 1 están definidos, de manera que el polo interior 4
representa un polo contrario con respecto al polo exterior 3 y a la
parte de polo exterior 11, de modo que los ya mencionados campos
magnéticos B en forma de túnel se forman por encima la superficie de
pulverización 20, formando un bucle cerrado anular para el
confinamiento de plasma. Los polos 3, 4 y 11 se configuran de forma
ventajosa directamente de un material magnético permanente,
utilizándose preferiblemente un material magnético permanente de los
tipos de tierras raras como samario y cobalto y, en especial, del
tipo del neodimio. Para el reflujo magnético se emplean de forma
conocida yugos de hierro 5, 10 en la zona de las caras traseras de
los imanes permanentes. El polo exterior 3 está dispuesto, de
acuerdo con la invención, de forma estacionaria a lo largo de la
periferia del blanco, rodeando ésta, y elevado paralelamente al eje
central 6 frente al polo interior 4 y a la segunda parte de polo
exterior 11 en el borde del blanco. A través de la medida de la
elevación del polo exterior 3 frente al polo interior 4 se puede
influir dentro de ciertos límites en el perfil de erosión 21 que se
crea a través del proceso de pulverización en el blanco 1, y
optimizarlo. No obstante, de una forma ventajosa el polo exterior 3
no se debería desplazar en dirección del eje 6 más allá del borde
del blanco. El polo interior 4 dispuesto excéntricamente y la parte
de polo exterior 11 también dispuesta excéntricamente están montados
y apoyados en un segundo yugo de reflujo 10 de forma giratoria
alrededor del eje 6, de manera que entre el primer yugo de reflujo 5
que encierra el segundo yugo de reflujo 10, se configura un
entrehierro reducido, de modo que los imanes de polo interior 4 y
los imanes 11 de la parte de polo exterior 11 pueden girar con el
segundo yugo 10 libremente alrededor del eje 6. El segundo yugo 10
está configurado ventajosamente como placa redonda que puede alojar
los imanes 4, 11 en una carcasa de imán 12. Mediante la rotación de
la parte del sistema magnético 4, 10, 11 se consigue, a pesar de la
parte de sistema magnético estacionaria 3, 5, que el bucle de campo
magnético B en forma de túnel y, por consiguiente, la descarga sin
electrodos de plasma generada se pueda mover excéntricamente frente
al eje 6 y, por lo tanto, la superficie de pulverización 20 pasa
rozando por encima del plasma de la forma deseada. Por consiguiente,
es posible predeterminar el perfil de erosión 21 que se crea e
influir de la forma deseada.
La fuente según la invención conforme a la figura
5 está representada para aclarar la disposición de imán a modo de
ejemplo vista desde arriba en la figura 4. En el yugo de reflujo 10
que, por regla general, es de hierro, están montados excéntricamente
imanes 4 que representan el polo interior , estando dispuesto el
polo interior 4 excéntricamente de manera que éste casi llega
ventajosamente hasta las proximidades del eje central 6. La segunda
parte de polo exterior 11 que está configurada en forma de segmento,
también se compone de imanes permanentes está dispuesta a distancia
en el yugo redondo en forma de placa frente al polo interior 4, de
modo que las líneas de flujo magnéticas se cierran por encima de los
polos 11 y 4 y en la zona en la que no hay adyacente ninguna segunda
parte de polo exterior 11 frente al polo interior 4, las líneas de
flujo se cierran por encima del polo interior 4 y del polo exterior
3. La parte de sistema magnético montada en la placa de yugo
giratoria 10 gira en dirección de rotación 7 alrededor del eje de
fuente central, permaneciendo el polo exterior 3 estacionario. La
trampa de electrones de magnetrón dispuesta excéntricamente que se
configura gira, por consiguiente, alrededor del eje 6 y, por lo
tanto, también el bucle de plasma.
La distancia entre blanco y substrato hasta el
punto más bajo del blanco cóncavo 1 se elige ventajosamente menor de
60 mm, proporcionando valores de menos de 40 mm muy buenas
condiciones en relación con el aprovechamiento de material y la
distribución, y valores de menos de 35 mm conllevan factores de
transmisión aún mejores con diámetros de discos de substrato
normales de 120 mm. A fin de poder garantizar una descarga de plasma
estable, ya no son recomendables distancias por debajo de 20 mm. En
este caso, el diámetro del blanco debería ser hasta un 30% más
grande que el diámetro del substrato, sin embargo, preferiblemente
no mayor de un 25%. La fuente es apropiada ventajosamente para
substratos en forma de disco, en especial con un diámetro de 50 a
150 mm, estando indicada especialmente para éstos la disposición en
el campo de 70 a 150 mm y donde se encuentran las medidas normales
para placas de almacenamiento.
Un ejemplo de realización práctico y preferible
de la fuente según la invención está representado de forma detallada
y esquemática en la sección transversal en la figura 6. El blanco de
pulverización 1 está configurado preferiblemente como cuerpo anular
con un orificio en el centro. El cuerpo anular está configurado
ventajosamente de forma cóncava y acanalada en la zona de la
superficie de pulverización 20 y de un modo especialmente ventajoso
fundamentalmente en forma de V. El borde exterior del blanco 1 está
situado un poco más alto que el borde interior. El punto más bajo de
las acanaladuras, o bien la superficie de pulverización 20 en forma
de V, se encuentra frente al eje de pulverización 6 aproximadamente
con medio radio de blanco Rt. El blanco se refrigera por detrás
mediante un procedimiento normal con agentes refrigeradores, por
ejemplo una placa de refrigeración 27 por la que fluye agua de
refrigeración. En la periferia del blanco 1 del lado de la
superficie de pulverización está dispuesto un diafragma anular 15
que está conectado como electrodo contrario con respecto al blanco
1. En el presente ejemplo, el ánodo 15 está conectado eléctricamente
al potencial del equipo o bien al potencial de masa. El ánodo 15
presenta un orificio de recepción 28 en el que se coloca el
substrato s en forma de disco. La disposición está configurada de
modo que frente al punto más bajo de la superficie de pulverización
20 y el substrato se crea una distancia d de 20 a 60 mm,
preferiblemente en el campo de 20 a 40 mm. Esta disposición
configura conjuntamente la cámara de plasma, prestando atención a
que la superficie del electrodo 15 no aprovechable para el
recubrimiento permanezca reducida. En este caso, el orificio 28
tiene, por ejemplo, un diámetro de 120 mm aproximadamente, a fin de
poder alojar los substratos correspondientes. Para obtener valores
de distribución aún mejores, los substratos s también pueden girar
todavía en la zona del orificio 28 alrededor de su eje 6 o incluso
disponerse de forma giratoria frente al eje 6 ligeramente
desplazados de forma excéntrica. También es posible el
posicionamiento de más de un substrato en el plano 28. Además,
mediante la inclinación del plano de substrato frente al plano
vertical a través del eje de fuente 6 se puede introducir otro
parámetro de regulación si unos requisitos de distribución
especialmente complicados lo hacen necesario. Para placas de
almacenamiento ópticas que presentan en el centro un orificio, se
necesita una máscara central 16 que actúa al mismo tiempo como
dispositivo fijador y como ánodo adicional. La máscara central 16 se
hace pasar a través de un orificio del blanco 1 practicado en el
centro y se refrigera ventajosamente por medio de una alimentación
de refrigerante 26. Por otra parte, a través de esta máscara central
16 se puede aportar el gas de descarga 25. La máscara central está
atravesada en su prolongación por la placa de refrigeración 27 y la
parte giratoria del sistema magnético 4, 10, 11, 12 a lo largo del
eje 6. La máscara central 16 también se puede accionar de forma
eléctricamente flotante, estando conectado anódicamente sólo el
electrodo 15 que rodea el substrato S.
El polo interior 4 dispuesto excéntricamente con
respecto al eje de giro 6 y la segunda parte de polo exterior se
componen de imanes de tierras raras y están montados en el segundo
yugo de hierro 10 que está configurado como placa de apoyo redonda,
estando cerrado toda la parte de sistema magnético con una tapa de
carcasa 12. Esta parte de sistema magnético giratoria es accionada
por medio de un dispositivo de accionamiento 30, por ejemplo, un
motor eléctrico con transmisión. El yugo 5 exterior y dispuesto de
forma estacionaria que está acoplado magnéticamente con el yugo
giratorio 10, se eleva a lo largo de la periferia del blanco 1 y
porta en la zona final imanes de polo exterior 3 que forman los
polos, de modo que por la superficie de pulverización 20 se crea un
campo magnético B en forma de túnel con un bucle cerrado. Mediante
la rotación de la parte de sistema magnético 4, 10, 11, el bucle de
campo magnético se mueve por la superficie de pulverización 20 de
forma excéntrica alrededor del eje central 6, generándose la
característica de erosión deseada. Ventajosamente, el polo exterior
3 no rebasa la periferia del blanco 1 en dirección del plano de
substrato s. Son posibles medidas adicionales para la protección de
los imanes 3 y para evitar descargas parásitas en zonas no deseadas
cerca del polo, gracias a que están previstas cubiertas a modo de
laberinto y de pantalla en sala oscura entre la periferia del blanco
y el polo exterior 3. Como se muestra en el ejemplo representado,
esto se puede combinar con la correspondiente configuración del
ánodo exterior 15. Toda la fuente se puede montar mediante un
procedimiento normal en una carcasa estanca al vacío 17 que se
sujeta por bridas por medio de una obturación al vacío 18 en una
instalación de vacío 31. Una fuente de pulverización de magnetrón
realizada y representada a modo de ejemplo presenta las siguientes
dimensiones:
- -
- Diámetro del blanco: 150 mm
- -
- Grosor del blanco: 30 mm
- -
- Forma del blanco: fundamentalmente en forma de V según la figura 8, identificando Th el grosor del blanco y Rt el radio del blanco en mm y la letra a define la superficie de pulverización 20.
- -
- Material del blanco: plata, o bien aleación de plata
- -
- Aprovechamiento del blanco: > 45%
- -
- Factor de transferencia del material del blanco: > 45%
- -
- Distribución de grosores de capa: 5% aproximadamente
- -
- Distancia entre el blanco y el substrato: d = 30 mm
- -
- Gas de pulverización y presión: Ar, aproximadamente 10^{-3} milibar
- -
- Número de recubrimientos CDR: > 110'000 / blanco
- -
- Diámetro del substrato: 120 mm (CDR)
- -
- Grosor de capa en el substrato: aprox. 700 \ring{A}
Se ha podido comprobar que con la presente
invención se ha podido mantener, sobre todo a lo largo de toda la
vida útil del blanco en más de 110.000 placas de almacenamiento
recubiertas, una precisión de grosor de capa a través del área de
utilización de la placa de almacenamiento de aproximadamente un 5%.
Este resultado se representa en la figura 7. La distribución U
indicada en porcentaje a lo largo de la vida útil del blanco,
referida al número T1 de substratos recubiertos s indicado en
unidades de millar, presenta un curso muy uniforme y constante
alrededor de aproximadamente un 3,5 a 5% de precisión de
distribución. Otra ventaja de la disposición consiste en que el
material del blanco se aprovecha mejor con lo que por una parte es
posible un mayor número de recubrimientos T1 antes de tener que
cambiar el blanco 1, mientras que por otra parte se puede ahorrar
material, lo que en conjunto conduce a una mayor rentabilidad. Un
punto muy importante consiste además en que a lo largo de la vida
útil T1 del blanco 1 no sólo se mantienen muy constantes las
condiciones de distribución U, sino también las condiciones de
descarga. Esto se consigue sobre todo gracias a la característica de
erosión uniforme y específica de la fuente a lo largo de la vida
útil del blanco, tal como se representa en la figura 8 por medio de
un ejemplo.
En la figura 8 se representa una sección
transversal de la mitad de un blanco anular con una superficie nueva
de pulverización en forma de V 20 con la curva de perfil a y con dos
curvas de perfil de erosión b y c después de distintos períodos de
funcionamiento. En perfil b muestra una configuración después de
aproximadamente 2/3 partes de la vida útil del blanco y el perfil c
aproximadamente la curva al final de la vida útil del blanco. Se
puede ver enseguida que los perfiles son muy regulares, que en la
forma apenas se diferencian el uno del otro y que se desarrollan
fundamentalmente de forma simétrica. Esto conlleva que las
condiciones del plasma se mantienen constantes y reproducibles
incluso a lo largo de caminos de erosión Th relativamente fuertes
del blanco 1.
Para las aplicaciones de placas de almacenamiento
del tipo mencionado con diámetros que oscilan entre los 50 y los 150
mm resulta especialmente apropiado un blanco anular de forma
cóncava, es decir, un blanco colocado a modo de anillo alrededor del
eje 6 con un perfil que presente preferiblemente la forma de una V.
La inclinación de la superficie interior frente a una superficie
plana se elige ventajosamente en una gama de entre 5 y 30 grados,
preferiblemente en una gama de entre 10 y 20 grados, debiéndose
elegir la inclinación de la superficie exterior en una gama de entre
12 y 30 grados, preferiblemente en una gama de entre 15 y 25 grados
para conseguir resultados buenos. El punto más bajo del blanco
cóncavo se encuentra aproximadamente en la zona central del radio
del blanco 1, preferiblemente en la zona de 0,4 a 0,7 veces el radio
del blanco.
La fuente de pulverización según la invención
resulta apropiada para la pulverización de todos los materiales
conocidos. La fuente se emplea preferiblemente para la pulverización
de metales o aleaciones de metales. También son posibles los
procesos reactivos en los que, además de argón, se emplea un gas
reactivo adicional como, por ejemplo, oxígeno o nitrógeno. Además de
un procedimiento de pulverización DC puro, también son posibles
frecuencias altas, frecuencias medias o procesos mixtos DC y AC, en
especial también el funcionamiento con una alimentación pulsada o
bien modulada. La fuente está especialmente indicada para la
pulverización de metales y/o de sus aleaciones en el funcionamiento
DC o de impulsos DC. Gracias al elevado aprovechamiento del blanco y
al excelente grado de aprovechamiento del material, se puede
conseguir una duración muy larga del blanco con lo que la fuente se
puede utilizar perfectamente para instalaciones en las que se trata
de alcanzar elevados índices de ciclos y, por consiguiente, elevados
caudales con una gran rentabilidad.
El aluminio y las aleaciones de aluminio son las
que se utilizan con especial frecuencia y preferencia para memorias
ópticas como, por ejemplo, CDs y DVDs (L1-Layer
DVD9). Las ventajas antes mencionadas conllevan que los metales
nobles se puedan precipitar de una forma especialmente rentable. En
este caso, la plata y sus aleaciones desempeñan un papel especial,
ya que la plata en caso de fuentes normales proporciona grados de
aprovechamiento más bien bajos. Especialmente en caso de
aplicaciones ópticas de placas de almacenamiento como
CD-R y DVD, la plata y las aleaciones de plata
desempeñan un papel fundamental y la fuente de acuerdo con la
invención representa una solución especialmente rentable. La fuente
de acuerdo con la invención se adecúa especialmente a placas de
almacenamiento en forma de disco, así como para placas de
almacenamiento magnéticas y en especial también para memorias
ópticas como, por ejemplo, para CDs, CDRs, CD-RWs y
preferiblemente para DVDs.
La fuente de pulverización de acuerdo con la
invención permite combinar una muy buena distribución de grosores de
capa con, al mismo tiempo, altos índices de transmisión, un buen
grado de aprovechamiento del blanco, una duración prolongada del
blanco y unos altos índices de precipitación específicos. Gracias a
que el blanco presenta un grosor grande en aquellos puntos en los
que se encuentran las zonas fundamentales de pulverización, es
posible un alto aprovechamiento del blanco por encima de un 40%,
incluso por encima de un 45%, siendo posible mediante la
conformación especial de la disposición frente al substrato, un
factor de transmisión de preferiblemente 45% e incluso de un 50%. En
caso de disposiciones del blanco redondas, existe sobre todo en la
zona exterior del blanco, un gran porcentaje de material que también
garantiza un alto aprovechamiento del material a través de la zona
de pulverización situada en la zona exterior. La combinación de una
configuración del blanco cóncava en caso de una distancia reducida
entre el blanco y el substrato y diámetros de blanco reducidos, con
la posibilidad de poder erosionar uniformemente grosores de blanco
grandes y, a pesar de ello, poder obtener una distribución buena y
estable durante toda la vida útil, permite la fabricación
especialmente de placas de almacenamiento de una forma especialmente
rentable. Otra ventaja de la disposición de fuente de acuerdo con la
invención consiste en que sólo hay que girar una parte del sistema
magnético, lo que conduce a una construcción más sencilla y
significa, gracias al perímetro exterior menor de la parte giratoria
del sistema magnético, una ventaja fundamental para la construcción
sencilla del cátodo.
Claims (17)
1. Fuente de pulverización de magnetrón con un
cuerpo de blanco redondo (1) cuya cara frontal presenta una
superficie de pulverización (20, 21), con un sistema magnético (2,
3, 4, 5, 10, 11) que contiene un polo interior (4) y un polo
exterior (3) que lo rodea a modo de anillo, de manera que se
configura un campo magnético (B) a lo largo de la superficie de
pulverización (20, 21) en forma de un bucle cerrado a modo de túnel
alrededor del eje central de la fuente (6) alojándose al menos una
parte del sistema magnético (2, 3, 4, 5, 10, 11) de forma rotatoria
alrededor del eje de la fuente (6) que está unida en su
accionamiento a este medio de accionamiento (30),
caracterizada porque el polo exterior anular (3) no se
encuentra al mismo nivel que el polo interior (4) y se eleva en la
zona marginal del cuerpo redondo del blanco (1) y porque la parte
rotatoria del sistema magnético recoge el polo interior (4)
dispuesto excéntricamente con respecto al eje (6), así como una
segunda parte del polo exterior (11) que se encuentra entre el polo
exterior (3) y el polo interior (4), de modo que en la rotación el
bucle de túnel del campo magnético (B) pasa rozando excéntricamente
por encima de la superficie de pulverización (20, 21).
2. Fuente según la reivindicación 1
caracterizada porque el sistema magnético (2, 3, 4, 5, 10,
11) comprende imanes permanentes, en especial del tipo de imanes de
tierras raras que contienen samario de cobalto y/o neodimio.
3. Fuente según la reivindicación 2
caracterizada porque el sistema magnético (2, 3, 4, 5, 10,
11) contiene un yugo magnético (5, 10) de material altamente
permeable para el reflujo del circuito magnético dentro de la
disposición de la fuente.
4. Fuente según la reivindicación 3
caracterizada porque el yugo (5, 10) se configura en dos
piezas concéntricas y presenta una primera parte exterior fija (5) y
una segunda parte interior rotatoria (10).
5. Fuente según la reivindicación 4
caracterizada porque la parte interior del yugo (10) aloja al
polo interior (4) y a la parte exterior del polo (11).
6. Fuente según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores 1 a 5, caracterizada porque al
menos uno de los polos (3, 4, 11) es de material magnético
permanente, preferiblemente lo son los tres polos (3, 4, 11).
7. Fuente según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores 1 a 6, caracterizada porque el
circuito magnético del sistema magnético se ha configurado de manera
que la característica de orientación con respecto a las partículas
eliminadas de la superficie de pulverización (20, 21) se mantiene
fundamentalmente de manera permanente en un substrato (s) dispuesto
delante durante el funcionamiento de pulverización a lo largo de la
vida útil del cuerpo del blanco (1).
8. Fuente según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores 1 a 7, caracterizada porque la
superficie de pulverización (20) se configura de manera cóncava, al
menos en zonas parciales.
9. Fuente según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores 1 a 8, caracterizada porque en el
centro de la fuente, a lo largo del eje de la fuente (6), se prevé
una máscara central (16) que atraviesa el cuerpo del blanco en
dirección al plano del substrato (s), no estando conectado
eléctricamente al blanco y porque se dispone preferiblemente un
electrodo contrario al blanco (1) en especial un ánodo que también
se puede disponer de forma flotante.
10. Fuente según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores 1 a 9 caracterizada porque el
cuerpo del blanco (1) rodea a modo de anillo el eje central (6), en
especial la máscara central (16) configurándose la superficie de
pulverización (20) preferiblemente de forma cóncava o bien anular y
presentando en la sección transversal una superficie nueva de
pulverización (20) que tiene fundamentalmente la forma de una V.
11. Fuente según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores 1 a 10, caracterizada porque el
imán del polo exterior (3) se dispone en la zona de la periferia del
cuerpo del blanco (1) y de la superficie de pulverización (20).
12. Fuente según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores 1 a 11, caracterizada porque un
electrodo contrario (15) encierra al blanco (1) en la zona de la
periferia de la superficie de pulverización (20) con lo que ésta
forma un orificio para la recepción (28) de un substrato (s).
13. Fuente según la reivindicación 12
caracterizada porque la mayor distancia (d) entre la
superficie nueva del blanco (20) y los planos del orificio de
recepción (28) oscila entre los 20 y los 60 mm, preferiblemente
entre los 20 y 40 mm.
14. Fuente según la reivindicación 13
caracterizada porque el orificio de recepción (28) puede
recibir substra-
tos(s) con un diámetro de 50 a 150 mm, preferiblemente de 70 a 150 mm.
tos(s) con un diámetro de 50 a 150 mm, preferiblemente de 70 a 150 mm.
15. Fuente según cualquiera de las
reivindicaciones 13 a 14, caracterizada porque el diámetro de
la superficie de pulverización (20) es mayor que el diámetro del
orificio de recepción (28), preferiblemente en hasta un 30%, en
especial en hasta un 25%.
16. Fuente según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 15, caracterizada porque el blanco (1)
es de metal o de una aleación de metal, preferiblemente de uno de
los metales plata, oro o aluminio.
17. Utilización de la fuente de pulverización
según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16 para el
recubrimiento por pulverización de placas de almacenamiento, en
especial para memorias ópticas tales como CDs, CDRs,
CD-RWs y preferiblemente para DVDs.
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