ES2928355T3

ES2928355T3 - Un sistema de recubrimiento

Info

Publication number: ES2928355T3
Application number: ES19182248T
Authority: ES
Inventors: Bryce Anton; Vladimir Gorokhovsky
Original assignee: Vapor Technologies Inc
Current assignee: Vapor Technologies Inc
Priority date: 2018-10-24
Filing date: 2019-06-25
Publication date: 2022-11-17
Anticipated expiration: 2039-06-25
Also published as: RU2019133311A; JP7576391B2; CA3047917C; EP4080544A1; PL3644342T3; US20200131620A1; EP3644342B1; CA3047917A1; EP3644342A1; US10900116B2; JP2020066801A; CN111088480A; BR102019022150A2

Abstract

Un sistema de revestimiento por arco incluye una cámara de revestimiento que tiene una pared de cámara periférica, una pared superior y una pared inferior. La pared de la cámara periférica, la pared superior y la pared inferior definen una cavidad de recubrimiento y un centro de la cámara. Una fuente de plasma está situada en el centro de la cámara, en la que la fuente de plasma comprende una varilla de cátodo central y una pluralidad de varillas de cátodo que rodean la varilla de cátodo central. El sistema de recubrimiento también incluye un portamuestras que contiene una pluralidad de sustratos a recubrir. Característicamente, el portamuestras gira alrededor del centro de la cámara a una primera distancia del centro de la cámara. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Un sistema de recubrimiento

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere a un sistema de recubrimiento

En al menos un aspecto, la presente invención está dirigida a sistemas de deposición de arco y procedimientos relacionados. En una realización, la invención se refiere a un sistema PVD con procedimiento asistido por plasma de descarga de arco remoto.

ANTECEDENTES

La deposición física de vapor (PVD, por sus siglas en inglés) y las fuentes de deposición química de vapor de baja presión (CVD, por sus siglas en inglés) se utilizan para la deposición de recubrimientos y el tratamiento de superficies. En los últimos 25 años, la deposición de arco catódico (es decir, un tipo de deposición física) se ha establecido como una fuente confiable de plasma altamente ionizado para la deposición de recubrimientos reaccionados y no reaccionados de materiales diana conductores tales como circonio, titanio, cromo, aluminio, cobre y aleaciones de estos. El plasma altamente ionizado y el haz de electrones asociado generado en el procedimiento de evaporación de arco también se utiliza en técnicas de procesamiento de superficie tales como procedimientos de pulverización, grabado, implantación y difusión de iones. En un procedimiento de recubrimiento de arco catódico típico, un arco eléctrico vaporiza el material de una diana de cátodo. El material vaporizado a continuación se condensa sobre un sustrato para formar un recubrimiento.

Aunque los sistemas de arco catódico funcionan bien, dichos sistemas se limitan típicamente a solo una o unas pocas aplicaciones. Debido a los gastos de capital relativamente altos para los sistemas de recubrimiento, y las deposiciones de arco en particular, existe el deseo de que cualquier sistema dado sea capaz de operar en una serie de aplicaciones diferentes. Dichas aplicaciones incluyen solo pulverización catódica, solo deposición de arco catódico, pulverización más arco catódico simultáneamente y similares.

El documento EP3091560 describe un sistema de recubrimiento que incluye una cámara de vacío y un montaje de recubrimiento. El montaje de recubrimiento tiene un montaje de recubrimiento que incluye una fuente de vapor, un soporte de sustrato para sostener los sustratos a recubrir de manera que los sustratos se coloquen frente a la fuente de vapor, un montaje de arco de vacío catódico primario, un ánodo remoto acoplado eléctricamente a la diana de cátodo, una fuente de energía primaria conectada entre la diana de cátodo y el ánodo primario, y una fuente de alimentación secundaria conectada entre la diana de cátodo y el ánodo remoto. El montaje de arco de vacío catódico primario incluye un montaje de cámara de cátodo, una diana de cátodo, un ánodo primario opcional y un blindaje que aísla la diana de cátodo de la cámara de vacío. El blindaje define aberturas para transmitir corriente de emisión de electrones o plasma de vapor de metal desde la diana de cátodo a la cámara de vacío. La fuente de vapor se coloca entre el montaje de cámara de cátodo y el ánodo remoto.

El documento AT392291 describe una disposición de cátodo de pulverización catódica con magnetrón en forma de varilla que tiene un sistema de imán permanente enfriado interno y un tubo de soporte para la diana. La disposición proporciona al menos una capa de contacto térmico que se ubica entre el tubo de soporte y la diana que comprende uno o más anillos empujados, particularmente de una manera reemplazable, sobre el tubo de soporte. Durante la pulverización catódica, el cátodo y la superficie sobre la cual se va a producir la pulverización catódica pueden someterse a un movimiento relativo en la dirección longitudinal del cátodo, para lo cual se proporciona un dispositivo de ajuste. Los imanes están dispuestos dentro del tubo de soporte con sus campos magnéticos alternativamente en direcciones opuestas a lo largo de la dirección longitudinal del tubo de soporte. Tienen superficies externas cilíndricas o poligonales y caras extremas que son paralelas o inclinadas en un ángulo alfa a la dirección longitudinal del electrodo o el eje.

El documento EP508612 describe un aparato y procedimiento para depositar un recubrimiento en un sustrato usando evaporación por arco al vacío de un cátodo sustancialmente cilíndrico. Un campo magnético axial se utiliza para forzar el movimiento del arco en una trayectoria helicoidal abierta en la superficie del cátodo. También se proporcionan medios para controlar la velocidad y dirección del arco a lo largo del cátodo al variar la división de la corriente de entrada entre los extremos del cátodo.

Por consiguiente, existe la necesidad de sistemas de recubrimiento con una versatilidad mejorada.

RESUMEN

La invención se define en las reivindicaciones.

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema de recubrimiento que comprende: una cámara de recubrimiento que tiene una pared de cámara periférica, una pared superior y una pared inferior, la pared de cámara periférica, la pared superior y la pared inferior que define una cavidad de recubrimiento y un centro de cámara; una fuente de plasma colocada en el centro de cámara donde la fuente de plasma comprende una varilla de cátodo central y una pluralidad de varillas de cátodo que rodean la varilla de cátodo central; un soporte para muestras que sostiene una pluralidad de sustratos a recubrir, el soporte para muestras se puede girar alrededor del centro de cámara a una primera distancia del centro de cámara; y al menos un ánodo remoto colocado a una segunda distancia del centro de cámara cerca de la pared de cámara periférica donde la segunda distancia es mayor que la primera distancia.

En una realización, el sistema de recubrimiento comprende además una bobina central que rodea la varilla de cátodo central.

En una realización, la pluralidad de varillas de cátodo incluyen de 1 a 10 cátodos en forma de varilla que tienen un eje longitudinal alineado paralelo a la pared de la cámara periférica.

En una realización, cada varilla de cátodo en la pluralidad de varillas de cátodo es giratoria alrededor del eje longitudinal.

En una realización, el sistema de recubrimiento comprende además una pluralidad de blindajes de bloqueo de modo que un protector de bloqueo se posicione entre pares alternos de varillas de cátodo en la pluralidad de varillas de cátodo.

En una realización, el sistema de recubrimiento comprende además un primer blindaje de aislamiento interpuesto entre el soporte para muestras y la pared de la cámara periférica y un segundo blindaje de aislamiento interpuesto entre la fuente de plasma y el soporte para muestras.

En una realización, el primer blindaje de aislamiento es un filtro de malla metálica exterior y el segundo blindaje de aislamiento es una rejilla de malla metálica interna.

En una realización, los sustratos están sesgados a un mismo potencial que el filtro de metal interno.

En una realización, el sistema de recubrimiento comprende además un suministro de energía de CC que tiene un terminal positivo y un terminal negativo, estando el terminal negativo conectado al primer blindaje de aislamiento.

En una realización, la pared superior es una brida superior posicionada en un borde superior de la pared de la cámara periférica y la pared inferior es una brida inferior posicionada en un borde inferior de la pared de la cámara periférica.

En una realización, cada varilla de cátodo en la pluralidad de varillas de cátodo es giratoria alrededor de un eje longitudinal.

La presente invención resuelve uno o más problemas de la técnica anterior al proporcionar en al menos un aspecto, un sistema de recubrimiento que incluye una pluralidad de magnetrones que rodean una varilla de cátodo central. El sistema de recubrimiento incluye una cámara de recubrimiento que tiene una pared de cámara periférica, una pared superior y una pared inferior. La pared de la cámara periférica, la pared superior y la pared inferior definen una cavidad de recubrimiento y un centro de cámara. Se coloca una fuente de plasma en el centro de la cámara, donde la fuente de plasma comprende una varilla de cátodo central y una pluralidad de varillas de cátodo que rodean la varilla de cátodo central. El sistema de recubrimiento también incluye un soporte para muestras que sostiene una pluralidad de sustratos para recubrir. Característicamente, el soporte para muestras puede girar alrededor del centro de la cámara a una primera distancia del centro de la cámara.

En otra realización, se proporciona un sistema de recubrimiento que tiene bobinas magnéticas externas. El sistema de recubrimiento incluye una cámara de recubrimiento que tiene una pared de cámara periférica, una pared superior y una pared inferior. La pared de la cámara periférica, la pared superior y la pared inferior definen una cavidad de recubrimiento y un centro de cámara. Se coloca una fuente de plasma en el centro de la cámara, donde la fuente de plasma comprende una varilla de cátodo central. El sistema de recubrimiento también incluye un soporte para muestras que sostiene una pluralidad de sustratos para recubrir. El soporte para muestras es giratorio alrededor del centro de la cámara a una primera distancia del centro de la cámara. Una primera bobina magnética coaxial se coloca externamente a la cámara de recubrimiento y una segunda bobina magnética coaxial se coloca externamente a la cámara de recubrimiento.

Ventajosamente, los sistemas de recubrimiento establecidos anteriormente se pueden utilizar para una cantidad de aplicaciones diferentes. En un ejemplo, el sistema de recubrimiento puede adaptarse para la pulverización con magnetrón potenciada por plasma acompañada tanto por la ionización del plasma metálico gaseoso por una descarga de arco remoto establecida entre la varilla de cátodo central y el ánodo remoto ubicado por la pared de la cámara periférica que se potencia adicionalmente por un plasma catódico hueco que se genera dentro del blindaje de aislamiento. En otra aplicación, el sistema de recubrimiento puede adaptarse para la deposición de plasma de arco catódico sola o en combinación con la pulverización con magnetrón potenciada por un plasma catódico hueco densificado que se genera dentro del blindaje de aislamiento. En otra aplicación, el sistema de recubrimiento se puede adaptar para la limpieza iónica y el acondicionamiento de la superficie iónica en el plasma gaseoso de cátodo hueco que se genera dentro de un recipiente con carga negativa de malla metálica. En otra aplicación, el sistema de recubrimiento se puede adaptar para la pulverización con magnetrón potenciada por plasma (PEMS, por sus siglas en inglés).

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Las realizaciones de la presente invención se describirán ahora en detalle con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:

La Figura 1 es una sección transversal esquemática y una vista superior de un sistema de recubrimiento que incluye al menos un blindaje de aislamiento y una pluralidad de varillas de cátodo;

La Figura 2A es una sección transversal esquemática y una vista lateral de un sistema de recubrimiento que incluye al menos un blindaje de aislamiento y una pluralidad de varillas de cátodo;

La Figura 2B es una sección transversal esquemática y una vista lateral de un sistema de recubrimiento que incluye al menos un blindaje de aislamiento perpendicular a la vista de la figura 2A;

La Figura 2C es una ilustración esquemática del funcionamiento de la pluralidad de varillas de cátodo durante la pulverización catódica;

La Figura 3 es una sección transversal esquemática y una vista superior de un sistema de recubrimiento con bobinas magnéticas externas;

La Figura 4A es una vista lateral de un blindaje de aislamiento formado a partir de varillas paralelas; y

La Figura 4B es una vista lateral de un blindaje de aislamiento formado a partir de varillas paralelas.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

A continuación se hará referencia en detalle a composiciones, realizaciones y procedimientos preferidos en la presente de la presente invención, que constituyen los mejores modos de poner en práctica la invención actualmente conocidos por los inventores. Las figuras no están necesariamente a escala. Sin embargo, debe entenderse que las realizaciones descritas son meramente ejemplares de la invención que pueden incorporarse en diversas formas alternativas. Por lo tanto, los detalles específicos descritos en esta invención no deben interpretarse como limitantes, sino meramente como una base representativa de cualquier aspecto de la invención y/o como una base representativa para enseñar a un experto en la materia a emplear de forma variada la presente invención.

También debe entenderse que esta invención no se limita a las realizaciones y procedimientos específicos descritos a continuación, ya que los componentes y/o condiciones específicos pueden, por supuesto, variar. Además, la terminología utilizada en esta invención se utiliza solo con el fin de describir realizaciones particulares de la presente invención y no pretende ser limitativa de ninguna manera.

También se debe tener en cuenta que, tal como se emplea en la memoria descriptiva y en las reivindicaciones adjuntas, la forma en singular «un», «una» y «el/la» comprenden referencias en plural a menos que el contexto indique claramente lo contrario. Por ejemplo, se pretende que la referencia a un componente en singular comprenda una pluralidad de componentes. El término «que comprende» es sinónimo de «que incluye», «que tiene», «que contiene», o «caracterizado por». Estos términos son inclusivos y abiertos y no excluyen ningún elemento adicional no citado ni etapas de procedimientos.

La frase «que consiste en» excluye cualquier elemento, etapa o ingrediente no especificado en la reivindicación. Cuando esta frase aparece en una cláusula del cuerpo de una reivindicación, en lugar de inmediatamente después del preámbulo, limita solo el elemento establecido en esa cláusula; otros elementos no están excluidos de la reivindicación en su conjunto.

La frase «que consiste esencialmente en» limita el alcance de una reivindicación a los materiales o etapas especificados, más aquellos que no afectan materialmente a las características básicas y novedosas de la materia reivindicada.

Con respecto a los términos «que comprende», «que consiste en» y «que consiste esencialmente en», donde uno de estos tres términos se utiliza en esta invención, la materia descrita y reivindicada en la presente puede incluir el uso de cualquiera de los otros dos términos.

Con referencia a las Figuras 1, 2A, 2B y 2C, se proporcionan ilustraciones esquemáticas de sistemas de recubrimiento que tienen una pluralidad de varillas de cátodo distribuidas alrededor de un cátodo central. El sistema de recubrimiento 10 incluye una cámara de recubrimiento 12 que define una cavidad de recubrimiento central 14. En un refinamiento, la cámara de recubrimiento 12 incluye una pared de cámara periférica 16, una pared superior 18 y una pared inferior 20. En este contexto, «superior» e «inferior» se refieren a las posiciones relativas cuando la cámara de recubrimiento se coloca en su posición de diseño, es decir, la orientación que se utilizará para recubrir un sustrato. El centro de la cámara 22 es una posición aproximadamente en el centro de la cámara con respecto a la pared periférica 16. En un refinamiento adicional, la pared de cámara periférica 16 es cilíndrica con una sección transversal circular. La pared periférica 16 incluye un borde superior 24 y un borde inferior 26. La pared superior 18 es adyacente al borde superior 24, mientras que la pared inferior 20 es adyacente al borde inferior 26. En un refinamiento, la pared superior 18 es una brida superior posicionada en el borde superior 24 de la pared de la cámara periférica y la pared inferior 20 es una brida inferior posicionada en el borde inferior 26 de la pared de la cámara periférica. La fuente de plasma 30 se coloca en el centro de la cámara. El soporte para muestras 32 sostiene una pluralidad de sustratos 34 a recubrir. El soporte para muestras 32 se puede girar a lo largo de la dirección fi alrededor del centro de la cámara a una primera distancia d¹del centro de la cámara.

Tal como se ilustra en las figuras 2A y 2B, la fuente de plasma 30 puede incluir la varilla de cátodo central 60 y la bobina central 62 que rodea la varilla de cátodo central 60. La bobina central 62 está montada coaxialmente alrededor de la varilla de cátodo 60. La varilla de cátodo 60 está alimentada por la fuente de energía 64 mientras que la bobina central 62 está alimentada por la fuente de energía 66. El sistema de control 68 se puede usar para controlar la varilla catódica de flujo de corriente 60 y la bobina central 62. Típicamente, la corriente que fluye sin embargo es de 50 a 2000 A.

Todavía con referencia a las Figuras 1, 2A, 2B y 2C, se proporcionan ilustraciones esquemáticas de un sistema de recubrimiento que incluye una pluralidad de varillas catódicas distribuidas alrededor de un cátodo central. Estas varillas se pueden utilizar ventajosamente como magnetrones para la pulverización con magnetrón. En esta variación, el sistema de recubrimiento 10 incluye una pluralidad de varillas de cátodo 72, 74, 76 y 78 que rodean las fuentes de plasma 30 (por ejemplo, varilla de cátodo central 60 y bobina central 62). En una variación, la pluralidad de varillas de cátodo incluyen de 1 a 10 (por ejemplo, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 o 10) cátodos en forma de varilla que tienen un eje longitudinal a¹alineado paralelo a la pared de la cámara periférica. En otro refinamiento, la pluralidad de varillas de cátodo incluyen un número par (por ejemplo, 2, 4, 6, 8, etc.) de cátodos en forma de varilla que tienen un eje longitudinal a¹alineado paralelo a la pared de la cámara periférica. La Figura 3 representa una situación donde hay 4 barras de cátodo auxiliares. Típicamente, cada varilla de cátodo de la pluralidad de varillas de cátodo puede girar alrededor del eje longitudinal a². Las varillas adyacentes se pueden girar en el mismo sentido o sentido opuesto (es decir, en sentido horario o antihorario). En un refinamiento, una pluralidad de blindajes de bloqueo 82, 84 de modo que un protector de bloqueo se coloca entre pares alternos de varillas de cátodo en la pluralidad de varillas de cátodo.

Como se muestra en la figura 2C, la corriente eléctrica se puede conducir a lo largo del eje de las fuentes de magnetrón cilíndrico con las corrientes a lo largo de cada par vecino de varillas de cátodo dirigidas en direcciones opuestas I¹y I². En este caso, las corrientes lineales conducidas a lo largo de los ejes de los magnetrones generarán un campo magnético de enfoque, las líneas de campo magnético de este campo magnético se encuentran en el plano perpendicular a los ejes de las fuentes de plasma que enfocan el arco de vapor metálico de plasma a través de los blindajes de bloqueo 82, 84 lejos de la configuración de la fuente de plasma hacia los sustratos que se recubrirán en la cámara de recubrimiento. En esta deposición de recubrimiento, los blindajes de bloqueo 82, 84 se colocan preferentemente a lo largo de las líneas de fuerza magnética generadas por las corrientes lineales conducidas a lo largo de las fuentes de pulverización con magnetrón, que repelen los iones cargados positivamente lejos del área entre los deflectores y la fuente de arco catódico hacia los sustratos a recubrir en el área de deposición de la cámara de recubrimiento.

En un refinamiento, el sistema de recubrimiento 10 incluye uno o más blindajes de aislamiento. El primer blindaje de aislamiento 40 se coloca alrededor del centro de la cámara a una segunda distancia d²del centro de la cámara. Típicamente, la segunda distancia d²es mayor que la primera distancia. Alternativamente, la segunda distancia es menor que la primera distancia. El primer blindaje de aislamiento 40 se carga típicamente de forma negativa. Para este propósito, el sistema 10 incluye una fuente de energía de CC 42 que tiene un terminal positivo 44 y un terminal negativo 46 que está conectado al primer blindaje de aislamiento 40 o mediante una conexión a la fuente de energía de RF 47, en cuyo caso el potencial de polarización automática negativa creará el efecto de cátodo hueco de RF dentro del contenedor de cátodo hueco. El sistema de vacío 48 está en comunicación fluida con la cámara de recubrimiento 12 y se utiliza para mantener un vacío durante la deposición del recubrimiento. En una variación descrita más adelante con más detalle, los ánodos remotos 58 se colocan a una tercera distancia d3 del centro de la cámara alejados del recipiente establecido por el primer blindaje de aislamiento 40.

El primer blindaje de aislamiento 40 puede establecer un recipiente de cátodo hueco que encierra tanto fuentes de plasma de vapor metálico ubicadas en el centro como sustratos 34. Permite aumentar la densidad y la temperatura de los electrones, así como la concentración de electrones de alta energía dentro del área dentro del primer blindaje de aislamiento 40 cargado negativamente durante todas las etapas del procedimiento de deposición del recubrimiento en comparación con un sistema que no tiene el blindaje de aislamiento: (i) etapa de limpieza iónica y condición de la superficie iónica en el plasma gaseoso de cátodo hueco que se genera dentro del recipiente de cátodo hueco; (ii) modo de pulverización con magnetrón mejorado con plasma (PEMS, por sus siglas en inglés) cuando la pulverización con magnetrón proporciona la nube de plasma de cátodo hueco generada por el recipiente de cátodo hueco; (iii) el modo de pulverización con magnetrón mejorado con plasma acompañado tanto por la ionización del plasma metálico gaseoso mediante la descarga de arco remoto establecida entre el cátodo cilíndrico de la fuente de arco catódico y los ánodos remotos ubicados por las paredes de la cámara que se potencia adicionalmente mediante la generación de plasma de cátodo hueco dentro del recipiente metálico cargado negativamente que encierra tanto fuentes de plasma ubicadas centralmente como sustratos 34 en el área de depósito de recubrimiento; (iv) el modo de deposición de plasma de arco catódico junto con o en combinación con la pulverización con magnetrón potenciada por el plasma hueco densificado generando con el recipiente de cátodo hueco cargado negativamente.

En una variación, el sistema de recubrimiento 10 incluye además un segundo blindaje de aislamiento 50. El segundo blindaje de aislamiento 50 se coloca a una cuarta distancia d4 del centro de la cámara que es menor que la primera distancia d¹. En un refinamiento adicional, los sustratos están sesgados al mismo potencial que el segundo blindaje de aislamiento 50. El suministro de voltaje de CC 52 se puede utilizar para este propósito. En un refinamiento, el primer blindaje de aislamiento 40 y el segundo blindaje de aislamiento 50 son cada uno independientemente un filtro de malla metálica. Típicamente, el primer blindaje de aislamiento 40 es un filtro de malla metálica exterior y el segundo protector de aislamiento 50 es un filtro de malla metálica interior. Típicamente, el filtro exterior y el filtro interior tienen aberturas que tienen cada una independientemente de 1 mm a 50 mm. En un refinamiento, el filtro de malla externa y el filtro de malla interna tienen aberturas que son cada una independientemente de 5 mm a 20 mm, donde los sustratos a recubrir están encerrados en un recipiente establecido por el primer blindaje de aislamiento que separa los sustratos de la pared de la cámara periférica y el segundo blindaje de aislamiento que separa los sustratos de una varilla de cátodo central. Las aberturas menores de 1 mm pueden bloquear el flujo de plasma a través de la pared de malla metálica, mientras que la abertura mayor de 50 mm puede mitigar la producción de plasma denso por el efecto de cátodo hueco.

Cuando está presente el segundo blindaje de aislamiento 50, los sustratos 34 están encerrados en el recipiente de malla metálica accionado por impulsos de CC establecido entre el primer blindaje de aislamiento (p. ej., un filtro de malla exterior) que separa los sustratos 34 de la pared periférica 16 y el segundo blindaje de aislamiento 50 (p. ej., filtro de malla metálica interior) que separa los sustratos 34 de las fuentes de plasma ubicadas en el centro. Los sustratos pueden estar sesgados al mismo potencial que el primer blindaje de aislamiento 40 y/o el segundo blindaje de aislamiento 50 simplemente conectándolos eléctricamente al filtro de malla metálica, o, alternativamente, el potencial de sesgo de los sustratos 34 puede ser diferente del potencial del recipiente de filtro de malla metálica, que puede ser proporcionado por el suministro de energía de sesgo de sustrato independiente (no mostrado).

En una variación, el primer blindaje de aislamiento 40 no tiene que proporcionar una separación completa del área interior de las paredes de la cámara con conexión a tierra. Por ejemplo, la parte superior e inferior del recipiente se pueden abrir total o parcialmente a la cámara con el blindaje de aislamiento retirado. Alternativamente, el primer blindaje de aislamiento 40 y/o el segundo blindaje de aislamiento 50 pueden estar hechos parcialmente de la lámina metálica sin aberturas. Por ejemplo, las paredes superior e inferior del contenedor de malla metálica pueden estar hechas de lámina de metal sin aberturas o pueden estar abiertas a las paredes de la cámara.

En otro refinamiento como se ilustra en las Figuras 4A y 4B, uno o ambos del primer blindaje de aislamiento 40 y el segundo blindaje de aislamiento 50 incluyen una pluralidad de varillas paralelas típicamente con una distancia dr entre varillas vecinas 54 de 1 mm a 50 mm. Se pueden usar barras transversales 56 para sostener barras 54 alrededor del centro de la cámara 22.

Tal como se estableció anteriormente, el sistema de recubrimiento 10 puede incluir además el ánodo remoto 58 que puede colocarse a una tercera distancia d3 del centro de la cámara que es mayor que la primera distancia d¹y la segunda distancia d². En un perfeccionamiento, el sistema 10 incluye además uno o más ánodos remotos adicionales 54 distribuidos a lo largo de la pared periférica 16. La pared periférica 16 puede incluir opcionalmente rebajes 60 para las posiciones de dicho ánodo remoto. La presencia de un ánodo remoto permite que el sistema de recubrimiento funcione en un modo de pulverización con magnetrón asistida por arco remoto (RAAMS, por sus siglas en inglés) como se establece en la patente estadounidense n.° 9.412.569.

Con referencia a la Figura 3, se proporciona una ilustración esquemática de un sistema de recubrimiento que tiene bobinas magnéticas externas. En esta variación, la bobina central 62 que se coloca en la cavidad de la cámara de recubrimiento 12 representada en las figuras 2A y 2B está ausente. En cambio, las bobinas magnéticas se colocan externas a la cámara de recubrimiento 12 pero cercanas a la pared periférica 16. Por ejemplo, la Figura 5 muestra la primera bobina magnética 90 posicionada cerca de la primera pared externa a la cámara de recubrimiento y la segunda bobina magnética 92 posicionada cerca de la segunda pared externa a la cámara de recubrimiento.

Los siguientes ejemplos ilustran las diversas realizaciones de la presente invención. Los expertos en la materia reconocerán muchas variaciones que están dentro del espíritu de la presente invención y el alcance de las reivindicaciones. Ejemplo 1. Deposición RAAMS de recubrimientos de TiN.

El sistema de recubrimiento que se muestra en la figura 1, equipado con 4 magnetrones cilíndricos y una fuente de arco catódico cilíndrica ubicada en el centro, se utiliza para este procedimiento de deposición del recubrimiento. Tanto los magnetrones como la fuente de arco catódico están equipados con dianas de titanio. En la etapa inicial de la limpieza iónica, el argón como gas creado por plasma se introduce en la cámara de vacío a una presión de gas que varía entre 1 y 10 mTorr. La descarga del arco primario se enciende mediante un disparador mecánico entre la superficie de la diana de arco catódico y los blindajes puestos a tierra colocados entre las fuentes de magnetrón. La descarga de arco remoto a continuación se enciende entre la diana de cátodo cilíndrico y los ánodos remotos ubicados por las paredes de la cámara de deposición de recubrimiento de vacío. La corriente del arco primario se establece en 140 A mientras que su voltaje oscila dentro del intervalo de aproximadamente 25 V a aproximadamente 30 V. La corriente del arco remoto se establece en 400 A mientras que su voltaje oscila dentro del rango de aproximadamente 60 V a aproximadamente 80 V. La corriente del arco remoto se propaga desde la diana de cátodo a través del blindaje de chevrón, que no es transparente para los componentes pesados del plasma del arco de vacío (iones metálicos, átomos y macropartículas) mientras que permite que la corriente de electrones de la descarga del arco remoto se conduzca desde la diana de cátodo cilíndrico hacia los ánodos remotos ubicados por las paredes de la cámara de recubrimiento. Los sustratos a recubrir se cargan sobre la mesa giratoria, lo que les permite girar alrededor del centro de la cámara de recubrimiento y, al mismo tiempo, alrededor de sus propios ejes. La tensión de polarización de -300 V se aplica a la mesa giratoria con sustratos a recubrir. La etapa de limpieza iónica continua durante 30 min seguida de la etapa de deposición de pulverización con magnetrón asistida por arco remoto (RAAMS). Al comienzo de la etapa de deposición, el nitrógeno se añade a la cámara para producir aproximadamente 30 % de mezcla de N2/argón de equilibrio a presiones que varían de 2 a 5 mTorr. Los magnetrones se encienden mediante fuentes de alimentación de magnetrones con una densidad de energía de aproximadamente 5 W/cm2 de la diana de pulverización con magnetrón. El sesgo del sustrato durante la etapa de deposición del recubrimiento de TiN se reduce a 100 V. La deposición del recubrimiento de TiN dura 3 horas para la deposición del recubrimiento de TiN de 5 mm de espesor.

Ejemplo 2. Deposición RAAMS de recubrimientos de segmentos de TiN/DLC 2

El sistema de recubrimiento que se muestra en la figura 1, equipado con 4 magnetrones cilíndricos y una fuente de arco catódico cilíndrica ubicada en el centro, se utiliza para este procedimiento de deposición del recubrimiento. Tanto los magnetrones como la fuente de arco catódico están equipados con dianas de titanio. La jaula de malla metálica está conectada eléctricamente a la mesa giratoria con sustratos a recubrir para mantener el mismo potencial de la jaula y los sustratos. La jaula y la mesa giratoria están conectadas a la fuente de energía de polarización de CC y la fuente de energía de pulso de CC de alto voltaje mediante interruptores, por lo que cualquiera de estas dos fuentes de energía puede conectarse a la jaula metálica y la mesa giratoria con sustratos que se recubrirán en diferentes etapas del procedimiento de deposición del recubrimiento. En la etapa inicial de la limpieza iónica, el argón como gas creado por plasma se introduce en la cámara de vacío a una presión de gas que varía entre 1 y 10 mTorr. La descarga del arco primario se enciende mediante un disparador mecánico entre la superficie de la diana de arco catódico y los blindajes puestos a tierra colocados entre las fuentes de magnetrón. La descarga de arco remoto a continuación se enciende entre la diana de cátodo cilíndrico y los ánodos remotos ubicados por las paredes de la cámara de deposición de recubrimiento de vacío. La corriente del arco primario se establece en 140 A mientras que su voltaje oscila dentro del intervalo de aproximadamente 25 V a aproximadamente 30 V. La corriente del arco remoto se establece en 400 A mientras que su voltaje oscila dentro del rango de aproximadamente 60 V a aproximadamente 80 V. La corriente del arco remoto se propaga desde la diana de cátodo a través del blindaje de chevrón, que no es transparente para los componentes pesados del plasma del arco de vacío (iones metálicos, átomos y macropartículas) mientras que permite que la corriente de electrones de la descarga del arco remoto se conduzca desde la diana de cátodo cilíndrico hacia los ánodos remotos ubicados por las paredes de la cámara de recubrimiento. Los sustratos a recubrir se cargan sobre la mesa giratoria, lo que les permite girar alrededor del centro de la cámara de recubrimiento y, al mismo tiempo, alrededor de sus propios ejes. La fuente de energía de impulsos de CC está desconectada de la jaula y la fuente de energía de polarización de CC está conectada a la jaula para aplicar un voltaje de polarización de CC de -300 V a la mesa giratoria con sustratos a recubrir durante la etapa de limpieza de iones. La etapa de limpieza iónica continua durante 30 min seguida de la etapa de deposición de pulverización con magnetrón asistida por arco remoto (RAAMS). Al comienzo de la etapa de deposición, el nitrógeno se añade a la cámara para producir aproximadamente 30 % de mezcla de N2/argón de equilibrio a presiones que varían de 2 a 5 mTorr. Los magnetrones se encienden mediante fuentes de alimentación de magnetrones con una densidad de energía de aproximadamente 5 W/cm2 de la diana de pulverización con magnetrón. El sesgo del sustrato durante la etapa de deposición del recubrimiento de TiN se reduce a 100 V CC. La deposición del recubrimiento de TiN dura 1 hora para la deposición de un segmento de recubrimiento de TiN de 1,5 mm de espesor. Después de completar la etapa de deposición del segmento de recubrimiento de TiN, los magnetrones se apagan y la mezcla de argón/nitrógeno como atmósfera de gas reactivo se reemplaza con acetileno a una presión total de 15 mTorr. La fuente de energía de polarización de CC está desconectada de la jaula y la fuente de energía de polarización de impulsos de CC está conectada a la jaula y simultáneamente a la mesa giratoria con los sustratos a recubrir. El voltaje de pulso de CC negativo con amplitud de -5 kV y frecuencia de 30 kHz se aplica a la jaula y la mesa giratoria para establecer la nube de plasma densa mejorada con cátodo hueco durante la deposición del segmento de recubrimiento DLC superior. La deposición del segmento de DLC dura 4 horas, lo que resulta en la deposición de la capa del segmento superior de DLC de 5 m de espesor.

Ejemplo 3. Deposición híbrida de arco catódico RAAMS de recubrimientos de nanocompuestos TiSiNC.

El sistema de recubrimiento que se muestra en la figura 1, equipado con 4 magnetrones cilíndricos y una fuente de arco catódico cilíndrica ubicada en el centro, se utiliza para este procedimiento de deposición del recubrimiento. Tanto los magnetrones como la fuente de arco catódico están equipados con dianas de titanio iguales a las del Ejemplo 1. Los deflectores venecianos ajustables se utilizan entre dos magnetrones de dos pares opuestos de magnetrones, mientras que entre magnetrones de pares adyacentes de magnetrones se instala el blindaje de metal sólido como se muestra en la Figura 1. En la etapa inicial de la limpieza iónica, el argón como gas creado por plasma se introduce en la cámara de vacío a una presión de gas que varía entre 1 y 10 mTorr. La descarga del arco primario se enciende mediante un disparador mecánico entre la superficie de la diana de arco catódico y los blindajes puestos a tierra colocados entre las fuentes de magnetrón. En la etapa de limpieza iónica, los deflectores venecianos están ligeramente abiertos, lo que impide que los componentes pesados del arco catódico se propaguen al área de depósito de recubrimiento entre las fuentes de plasma ubicadas en el centro y las paredes de la cámara, mientras que permiten que la corriente de electrones se propague libremente a través del conjunto de los deflectores venecianos a lo largo de la descarga de arco remoto establecida entre la diana de cátodo cilíndrico y los ánodos remotos colocados por las paredes de la cámara. La descarga de arco remoto a continuación se enciende entre la diana de cátodo cilíndrico y los ánodos remotos ubicados por las paredes de la cámara de deposición de recubrimiento de vacío. La corriente del arco primario se establece en 140 A mientras que su voltaje oscila dentro del intervalo de aproximadamente 25 V a aproximadamente 30 V.

La corriente del arco remoto se establece en 400 A mientras que su voltaje oscila dentro del rango de aproximadamente 60 V a aproximadamente 80 V. Los sustratos a recubrir se cargan sobre la mesa giratoria, lo que les permite girar alrededor del centro de la cámara de recubrimiento y, al mismo tiempo, alrededor de sus propios ejes. La tensión de polarización de -300 V se aplica a la mesa giratoria con sustratos a recubrir y, simultáneamente a la jaula de malla metálica conectada eléctricamente a la mesa giratoria por la fuente de energía de polarización de CC, que está encendida, mientras que la fuente de energía de pulso de CC de alta tensión está apagada. La etapa de limpieza iónica continua durante 30 min seguida de la etapa de deposición de pulverización con magnetrón asistida por arco remoto (RAAMS). Al principio de la etapa de deposición del recubrimiento de nanocompuesto de TiNSiC, el nitrógeno y el tri-metilsilano (3MS) se añaden al argón en la cámara de procesamiento para hacer la mezcla de gas reactivo de la composición 30 % N2 / 10 % 3 MS / argón de equilibrio a las presiones que van de 2 a 5 mTorr. Los magnetrones se encienden mediante fuentes de alimentación de magnetrones con una densidad de energía de aproximadamente 5 W/cm2 de la diana de pulverización con magnetrón. La fuente de energía de polarización de CC se apaga mientras que la fuente de energía de pulso de CC de alto voltaje se enciende y se ajusta para aplicar pulsos negativos de 5 kV con frecuencia de repetición de 30 kHz. La corriente eléctrica de aproximadamente 300 A se conduce a lo largo del magnetrón cilíndrico, con sus direcciones conmutadas al opuesto en cada magnetrón vecino como se muestra en las Fig. 15J y 15K para proporcionar campo magnético de enfoque entre los magnetrones vecinos como se ilustra mediante líneas de fuerza magnética con flechas en las Figs. 15i y 15k. La posición de las tiras de los deflectores venecianos se ajusta para hacer que la superficie de los deflectores sea generalmente tangente al campo magnético de enfoque como se muestra en la Figura 15k, creando los corredores de transporte de plasma entre las tiras vecinas del conjunto de deflectores venecianos. Las direcciones del flujo de átomos de metal de pulverización con magnetrón y el plasma de vapor de metal de arco catódico de enfoque magnético coinciden para proporcionar un procedimiento híbrido de deposición de arco catódico/magnetrón de recubrimiento de nanocompuesto TiNSiC, que dura 5 horas para la deposición de recubrimiento de nanocompuesto TiNSiC de 20 mm de espesor.

Las realizaciones de la presente invención se han descrito haciendo particular referencia a los ejemplos ilustrados. Sin embargo, se apreciará que se pueden realizar variaciones y modificaciones a los ejemplos descritos dentro del alcance de la presente invención. La invención se define por las reivindicaciones.

Las realizaciones de la presente invención se han descrito haciendo particular referencia a los ejemplos ilustrados. Sin embargo, se apreciará que se pueden realizar variaciones y modificaciones a los ejemplos descritos dentro del alcance de la presente invención.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de recubrimiento que comprende:

una cámara de recubrimiento que tiene una pared de cámara periférica (16), una pared superior (18), y una pared inferior (20), la pared de cámara periférica (16), la pared superior (18), y la pared inferior (20) que define una cavidad de recubrimiento (14) y un centro de cámara (22);

en donde una fuente de plasma (30) está posicionada en el centro de la cámara, y en donde la fuente de plasma comprende una varilla de cátodo central (60) y una pluralidad de varillas de cátodo (72; 74; 76; 78) que rodean la varilla de cátodo central;

un soporte para muestras (32) que sostiene una pluralidad de sustratos a recubrir, el soporte para muestras (32) se puede girar alrededor del centro de la cámara (22) a una primera distancia del centro de la cámara (22); y al menos un ánodo remoto (58) colocado a una segunda distancia del centro de la cámara cerca de la pared de la cámara periférica donde la segunda distancia es mayor que la primera distancia.

2. El sistema de recubrimiento de la reivindicación 1, que comprende además una bobina central (62) que rodea la varilla de cátodo central (60).

3. El sistema de recubrimiento de la reivindicación 1 o 2, donde la pluralidad de varillas de cátodo (72; 74; 76; 78) incluyen de 1 a 10 cátodos en forma de varilla que tienen un eje longitudinal (a¹) alineado paralelo a la pared de la cámara periférica (16).

4. El sistema de recubrimiento de la reivindicación 1, donde la pared superior es una brida superior ubicada en un borde superior (24) de la pared de la cámara periférica (16) y la pared inferior es una brida inferior ubicada en un borde inferior (26) de la pared de la cámara periférica (16).

5. El sistema de recubrimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde cada varilla de cátodo en la pluralidad de varillas de cátodo (72; 74; 76; 78) se puede girar alrededor del eje longitudinal.

6. El sistema de recubrimiento de la reivindicación 5, que comprende además una pluralidad de blindajes de bloqueo (82) de modo que un blindaje de bloqueo se posicione entre pares alternos de varillas de cátodo (72; 74; 76; 78) en la pluralidad de varillas de cátodo.

7. El sistema de recubrimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un primer blindaje de aislamiento (40) interpuesto entre el soporte para muestras y la pared de la cámara periférica y un segundo blindaje de aislamiento (50) interpuesto entre la fuente de plasma y el soporte para muestras.

8. El sistema de recubrimiento de la reivindicación 7, donde el primer blindaje de aislamiento (40) es un filtro de malla metálica exterior y el segundo protector de aislamiento (50) es un filtro de malla metálica interior.

9. El sistema de recubrimiento de la reivindicación 8, donde el filtro de metal interno tiene un primer potencial y los sustratos están sesgados a un segundo potencial que es el mismo que el primer potencial.

10. El sistema de recubrimiento de cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, que comprende además una fuente de energía de CC (42) que tiene un terminal positivo (44) y un terminal negativo (46), donde el terminal negativo está conectado al primer blindaje de aislamiento.