ES2270432T3 - Dispositivo para recubrir un sustrato con ayuda de la deposicion quimica en fase vapor. - Google Patents
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Abstract
EN UN DISPOSITIVO PARA RECUBRIMIENTO DE UN SUBSTRATO (2) CON LA AYUDA DE PLASMA CVD (FIG.1), SE DISPONE DE UNA FUENTE (3) DE CORRIENTE ALTERNA, QUE SE UNE CON DOS CATODOS (4,5) MAGNETRON, DONDE UNO DE LOS POLOS (8) DE LA FUENTE (3) DE CORRIENTE ALTERNA ESTA CONECTADO EN UN CATODO (4) Y EN EL OTRO POLO (9) SE CONECTA EL OTRO CATODO (5) A TRAVES DE UNA CONDUCCION (10,11) DE ABASTECIMIENTO. DISPONIENDOSE CADA UNO DE AMBOS CATODOS (4,5) EN UN COMPARTIMENTO (12,13) PROPIO, DONDE CADA COMPARTIMENTO INCLUYE ENTRE ELLOS UN TERCER COMPARTIMENTO (14) CONECTADO A UNA FUENTE (21) DE VACIO. AMBOS COMPARTIMENTOS (12,13) DISPUESTOS EXTERIORMENTE SE UNEN A TRAVES DE ABERTURAS (15,16) O ESPACIOS EN LAS PAREDES (17,18) UNO CON OTRO, DONDE EL SUBSTRATO (2) DISPUESTO EN EL TERCER COMPARTIMENTO (14) ESTA EQUIPADO CON UNA FUENTE CVD, QUE SE CONFIGURA ESENCIALMENTE A PARTIR DE UNA ENTRADA (19) DE GAS REACTIVO Y UN COLIMADOR (20).
Description
Dispositivo para recubrir un sustrato con ayuda
de la deposición química en fase vapor.
La invención se refiere a un dispositivo para
recubrir un sustrato con ayuda de deposición de vapor químico
intensificado por plasma, compuesto de una fuente de corriente
alterna, por ejemplo, un generador de frecuencia media que está
unido con dos cátodos que incluyen imanes, y que actúan
eléctricamente en combinación con blancos que se pulverizan, estando
conectado uno de los polos de la fuente de corriente alterna a uno
de los cátodos, y el otro polo, al otro cátodo, en cada caso
mediante una línea de alimentación.
Se conoce ya un dispositivo de pulverización
para la producción de capas delgadas (documento DD 252 205),
compuesto de un sistema de imanes y de al menos dos electrodos
dispuestos encima de él, del material a pulverizar, estando formados
eléctricamente estos electrodos de manera que sean alternativamente
cátodo y ánodo de una descarga de gases. Con este fin los electrodos
están conectados a una tensión alterna de forma sinusoidal,
preferentemente de 50 Hz.
Este conocido dispositivo de pulverización debe
de ser especialmente apropiado para la precipitación de capas
dieléctricas mediante pulverización reactiva. Gracias al
funcionamiento del dispositivo con unos 50 Hz, debe de impedirse que
se llegue a la formación de laminillas en el ánodo y en el caso de
recubrimiento metálico a cortocircuitos (los llamados arcos)
eléctricos.
En otro dispositivo ya conocido para el
empolvado de una película fina, en el que puede regularse la
velocidad de profundización de capas de materiales diferentes
(documento DE 39 12 572), para llegar a paquetes de capas
extremadamente delgadas, están dispuestos al menos dos tipos
diferentes de electrodos antagonistas previstos en el lado del
cátodo.
Además, se conoce una disposición para la
precipitación de una aleación metálica con ayuda de pulverización
por cátodos de alta frecuencia (documento DE 35 41 621), en la que
se mandan alternativamente dos blancos, conteniendo los blancos los
componentes metálicos de la aleación metálica a precipitar, aunque
con proporciones diferentes. A tal fin, los sustratos están
dispuestos sobre un soporte del sustrato que se pone en rotación por
una unidad de accionamiento, durante el proceso de
pulverización.
Por un documento publicado (DE 38 02 852) se
conoce, además, en un dispositivo para el recubrimiento de un
sustrato con dos electrodos y al menos con un material a pulverizar,
disponer el sustrato a recubrir entre los dos electrodos, a una
distancia en el espacio, y seleccionar las semiondas de corriente
alterna como semiondas de baja frecuencia con amplitudes
esencialmente iguales.
Además, están descritos un procedimiento y un
dispositivo (documento DOS 41 06 770) para el recubrimiento reactivo
de un sustrato con un material aislante de la electricidad, por
ejemplo, con dióxido de silicio (SiO_{2}), compuesto de una fuente
de corriente alterna que está unida con cátodos que incluyen imanes,
dispuestos en una cámara de recubrimiento y que actúan en
combinación con blancos, estando unida cada una de las dos salidas
aisladas de tierra de la fuente de corriente alterna, con un cátodo
que lleva un blanco, estando previstos los dos cátodos en la cámara
de recubrimiento, situados uno junto a otro en un espacio de plasma,
y presentando cada uno, respecto al sustrato situado opuesto,
aproximadamente la misma distancia en el espacio. El valor eficaz de
la tensión de descarga se mide aquí por un registro del valor eficaz
de la tensión, conectado mediante una línea al cátodo, y se alimenta
como tensión continua a un regulador mediante una línea, el cual
mediante una válvula reguladora manda el flujo de gas reactivo desde
el depósito a la línea de distribución, de manera que la tensión
medida coincida con una tensión teórica.
Finalmente se conoce un dispositivo para el
recubrimiento de un sustrato, en especial con capas no conductoras,
desde blancos conductores de la electricidad, en atmósfera reactiva
(documentos DE 4 237 517 y DE 42 04 999), compuesto de una fuente de
corriente que está unida con cátodos que incluyen imanes, dispuestos
en una cámara de recubrimiento en la que puede hacerse el vacío,
cuyos cátodos actúan eléctricamente en combinación con los blancos,
estando dispuestos dos ánodos separados eléctricamente uno de otro,
y de la cámara de chisporroteo, y que están previstos en un plano
entre los cátodos y el sustrato, estando conectada cada una de las
dos salidas del arrollamiento secundario de un transformador unido
con un generador de frecuencia media, a un cátodo mediante líneas de
alimentación, estando unidas la primera y la segunda línea de
alimentación una con otra, mediante un ramal en el que está
conectado un circuito oscilante, de preferencia una bobina y un
condensador, y estando unida cada una de las dos líneas de
alimentación en cada caso tanto con la cámara de recubrimiento
mediante un primer componente eléctrico que regula el potencial de
la tensión continua respecto a tierra, como también con el
correspondiente ánodo mediante un segundo componente eléctrico
correspondiente, y con la cámara de recubrimiento mediante cada uno
de los ramales con condensador insertado, y estando insertada una
bobina de reactancia en el sector de la primera línea de
alimentación, unido en el circuito oscilante con la segunda conexión
del secundario.
Mientras que los dispositivos conocidos se
dedican a impedir el "arcing", es decir, la formación de arcos
voltaicos no deseados, y a proteger la superficie de los blancos de
la formación de capas aislantes, el objeto de la presente invención
debe de ser apropiado para producir un plasma denso, uniforme y de
gran superficie, en instalaciones de deposición de vapor químico
intensificado por plasma.
Según la presente invención se resuelve esta
misión haciendo que cada cátodo esté dispuesto en una cámara o
compartimiento propio, y los dos compartimientos incluyen entre sí
un tercer compartimiento conectado a una fuente de vacío, y cada uno
esté unido con el otro mediante aberturas o rendijas en las paredes
que separan los compartimientos uno de otro, estando dirigido el
sustrato contenido en el tercer compartimiento, hacia una fuente de
deposición de vapor químico, que está formada por una admisión de
gas reactivo y de un colimador.
Otras particularidades y notas características
están explicadas en detalle y caracterizadas en las
reivindicaciones.
La invención permite las más diversas
posibilidades de realización; dos de ellas están representadas
esquemáticamente en detalle en los dibujos adjuntos, por medio de
dos instalaciones de recubrimiento para sustratos planos.
El dispositivo según la figura 1 se compone de
una gran cámara de vacío que está subdividida en tres
compartimientos 12, 13, 14, estando unidos los tres compartimientos
mediante las rendijas 15, 16 en las paredes, 18 que separan estos
compartimientos unos de otros. El mayor 14 de los tres
compartimientos presenta una admisión 19 de gas reactivo, de forma
de rejilla, que está provista con numerosas toberas 22, 22', ... de
salida, por las cuales puede fluir el gas de proceso hacia el
sustrato 2 de forma de plancha, extendiéndose el plano del sustrato,
paralelo al plano de la admisión 19 de gas reactivo. Por encima de
la admisión 19 de gas reactivo, está dispuesto un colimador 20 con
objeto de homogeneizar los flujos de gas sobre el sustrato 2. Por el
colimador 20 se hace el vacío en el espacio 27 de reacción. El
propio colimador está formado por una multitud de tubos aislados que
están dispuestos todos paralelos unos a otros, y juntos forman una
especia de rejilla. En 21 está conectada la bomba de vacío mediante
la cual se hace el vacío en los tres compartimientos 12, 13,14. En
cada uno de los dos compartimientos 12, 13 dispuestos laterales,
está previsto un cátodo 4, 5 cuyos blancos 6, 7 están vueltos hacia
las paredes 23, 24 laterales. Cada uno de los dos cátodos 4, 5, está
unido con el generador 3 de frecuencia media, mediante una línea 10
u 11. Durante el funcionamiento del chisporroteo, se extiende una
nube de plasma que llena los compartimientos 12, 13 y en especial
también, el recinto 27 de reacción, de manera que se lleva a cabo un
desprendimiento de capas protectoras contra el desgaste y/o la
corrosión, por precipitación química, de la fase gaseosa sobre el
sustrato 2, cuando el gas de proceso salga de las toberas 22, 22',
... en la dirección de las flechas.
El ejemplo de realización según la figura 2, se
diferencia de aquel según la figura 1, tan sólo en que los cátodos
4, 5 con sus blancos 6, 7 están dirigidos hacia las partes 25 del
fondo de los compartimientos 12, 13. En las dos formas de
realización los cátodos 4, 5 están accionados con una tensión
alterna flotante respecto a las paredes 23, 24 ó 25, 26 de los
compartimientos, desarrollándose un plasma entre los dos blancos 6,
7 y conduciendo toda la corriente de descarga del magnetrón.
Los dispositivos descritos presentan las
siguientes ventajas:
- 1.
- El espacio de producción de plasma está separado del espacio 27 de reacción de deposición de vapor químico, de manera que se reducen esencialmente las deposiciones sobre los electrodos (aquí los blancos de los magnetrones).
- 2.
- Gracias a la separación de la producción de plasma, del espacio 27 de reacción, es posible mantener alejados los electrones y iones de alta energía, del espacio de reacción de deposición de vapor químico. Los electrones y iones de alta energía son especialmente indeseables en el recubrimiento de plásticos, puesto que las cadenas de polímeros situadas en la superficie, se destruyen por el bombardeo de portadores de carga.
- 3.
- El efecto de chisporroteo de los magnetrones 4, 5, no deseado en este caso, no es desventajoso puesto que las partículas desprendidas en el chisporroteo se recogen en los espacios o compartimientos 12, 13 separados de producción de plasma, por lo que las capas no pueden ensuciarse en los sustratos.
- 4.
- Gracias a la utilización de magnetrones 4, 5, la densidad del plasma es 10 veces mayor respecto a las disposiciones sin magnetrones.
- 5.
- La banda de plasma conduce, como se ha mencionado arriba, toda la corriente de descarga. Con ello, al contrario que en todas las otras disposiciones, se hace pasar el plasma de alta intensidad de corriente, directamente por delante de los sustratos 2. Es posible disponer los sustratos 2 directamente en la corriente.
- 2
- Sustrato
- 3
- Fuente de corriente alterna, generador de frecuencia media
- 4
- Cátodo
- 5
- Cátodo
- 6
- Blanco
- 7
- Blanco
- 8
- Polo
- 9
- Polo
- 10
- Línea de alimentación
- 11
- Línea de alimentación
- 12
- Cámara, compartimiento
- 13
- Cámara, compartimiento
- 14
- Cámara, compartimiento
- 15
- Abertura, rendija
- 16
- Abertura, rendija
- 17
- Tabique
- 18
- Tabique
- 19
- Admisión de gas reactivo
- 20
- Colimador
- 21
- Fuente de vacío, bomba
- 22,22'
- Tobera
- 23
- Pared lateral del compartimiento
- 24
- Pared lateral del compartimiento
- 25
- Parte del fondo
- 26
- Parte de la cubierta
- 27
- Espacio de reacción
Claims (2)
1. Dispositivo para recubrir un sustrato (2) con
ayuda de deposición de vapor químico intensificado por plasma,
compuesto de una fuente (3) de corriente alterna, por ejemplo, un
generador de frecuencia media, estando unida la fuente de corriente
alterna con dos cátodos (4, 5) que incluyen imanes, y que actúan
eléctricamente en combinación con blancos (6, 7), estando conectado
uno (8) de los polos de la fuente (3) de corriente alterna a uno (4)
de los cátodos, y el otro polo (9), al otro cátodo (6), en cada caso
mediante una línea (10, 11) de alimentación, caracterizado
porque cada uno de los dos cátodos (4, 5), está dispuesto en una
cámara o compartimiento (12, 13) propio, y los dos compartimientos
incluyen entre sí un tercer compartimiento (14) conectado a una
fuente (21) de vacío, y cada uno está unido con el otro mediante
aberturas (15, 15) o rendijas en las paredes (17, 18) que separan
los compartimientos (12, 14 ó 13, 14) uno de otro, estando dirigido
el sustrato (2) dispuesto en el tercer compartimiento (14), hacia
una fuente de deposición de vapor químico, que está formada en lo
esencial por una admisión (19) de gas reactivo y de un colimador
(20).
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque la admisión (19) de gas reactivo de la
fuente de deposición de vapor químico, está formada por una rejilla
formada con tubos, con toberas (22, 22', ...) dirigidas hacia el
sustrato (2), y la rejilla está sujeta en un plano paralelo al plano
del sustrato (2), desembocando las rendijas (15, 16) en los tabiques
(17, 18), en el espacio (27) intermedio formado por la rejilla y el
sustrato (2), y estando dirigidos los blancos (6, 7) de los cátodos
en los compartimientos (12, 13) dispuestos a los dos lados del
compartimiento (14), hacia las paredes (23, 24) laterales opuestas a
los tabiques (17, 18), o hacia la parte (25 ó 26) del fondo o de la
cubierta.
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