METODO Y DISPOSITIVO PARA LA PULVERIZACION CATODICA DE MAGNETRON.

Instalación de recubrimiento de magnetrón, que consiste en

• un primer magnetrón (5)

• un sustrato auxiliar (2),

dispuesto entre esta primera fuente de recubrimiento y el área, que se proporciona para el alojamiento del sustrato (1) a recubrir

• un magnetrón (3), en el que el sustrato auxiliar (2) forma un cátodo para este magnetrón

• medios para la determinación de la densidad superficial (6) del sustrato auxiliar (2),

caracterizada por que el sustrato auxiliar está previsto para depositar mediante el primer magnetrón (5) sobre el mismo una capa de metal, que presenta un número de masa mayor que el número promedio de masa del material del sustrato auxiliar

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2004/013532.

Solicitante: FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT ZUR FORDERUNG DER ANGEWANDTEN FORSCHUNG E.V..

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: HANSASTRASSE 27C,80686 MUNCHEN.

Inventor/es: SZYSZKA,BERND, PFLUG,ANDREAS.

Fecha de Publicación: .

Fecha Concesión Europea: 10 de Febrero de 2010.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C03C17/00B2
  • C03C17/245C
  • C23C14/08H
  • C23C14/35 QUIMICA; METALURGIA.C23 REVESTIMIENTO DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO DE MATERIALES CON MATERIALES METALICOS; TRATAMIENTO QUIMICO DE LA SUPERFICIE; TRATAMIENTO DE DIFUSION DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO POR EVAPORACION EN VACIO, POR PULVERIZACION CATODICA, POR IMPLANTACION DE IONES O POR DEPOSICION QUIMICA EN FASE VAPOR, EN GENERAL; MEDIOS PARA IMPEDIR LA CORROSION DE MATERIALES METALICOS, LAS INCRUSTACIONES, EN GENERAL.C23C REVESTIMIENTO DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO DE MATERIALES CON MATERIALES METALICOS; TRATAMIENTO DE MATERIALES METALICOS POR DIFUSION EN LA SUPERFICIE, POR CONVERSION QUIMICA O SUSTITUCION; REVESTIMIENTO POR EVAPORACION EN VACIO, POR PULVERIZACION CATODICA, POR IMPLANTACION DE IONES O POR DEPOSICION QUIMICA EN FASE VAPOR, EN GENERAL (fabricación de productos revestidos de metal por extrusión B21C 23/22; revestimiento metálico por unión de objetos con capas preexistentes, ver las clases apropiadas, p. ej. B21D 39/00, B23K; metalización del vidrio C03C; metalización de piedras artificiales, cerámicas o piedras naturales C04B 41/00; esmaltado o vidriado de metales C23D; tratamiento de superficies metálicas o revestimiento de metales mediante electrolisis o electroforesis C25D; crecimiento de monocristales C30B; mediante metalización de textiles D06M 11/83; decoración de textiles por metalización localizada D06Q 1/04). › C23C 14/00 Revestimiento por evaporación en vacío, pulverización catódica o implantación de iones del material que constituye el revestimiento. › por aplicación de un campo magnético, p. ej. pulverización por medio de un magnetrón.
  • C23C14/35D
  • C23C14/54D
  • C23C14/56B
  • H01J37/34M2

Clasificación PCT:

  • C23C14/08 C23C 14/00 […] › Oxidos (C23C 14/10 tiene prioridad).
  • C23C14/34 C23C 14/00 […] › Pulverización catódica.
  • C23C14/35 C23C 14/00 […] › por aplicación de un campo magnético, p. ej. pulverización por medio de un magnetrón.
  • C23C14/56 C23C 14/00 […] › Aparatos especialmente adaptados al revestimiento en continuo; Dispositivos para mantener el vacío, p. ej. cierre estanco.

Clasificación antigua:

  • C23C14/08 C23C 14/00 […] › Oxidos (C23C 14/10 tiene prioridad).
  • C23C14/34 C23C 14/00 […] › Pulverización catódica.
  • C23C14/35 C23C 14/00 […] › por aplicación de un campo magnético, p. ej. pulverización por medio de un magnetrón.
  • C23C14/56 C23C 14/00 […] › Aparatos especialmente adaptados al revestimiento en continuo; Dispositivos para mantener el vacío, p. ej. cierre estanco.
METODO Y DISPOSITIVO PARA LA PULVERIZACION CATODICA DE MAGNETRON.

Fragmento de la descripción:

Método y dispositivo para la pulverización catódica de magnetrón.

La invención se refiere a un método y un dispositivo para la pulverización catódica de magnetrón. Estas técnicas se usan para el depósito de capas de función y perfeccionamiento. Las técnicas de pulverización catódica de magnetrón ya se utilizan a gran escala, a modo de ejemplo, para el recubrimiento de vidrio arquitectónico, en la fabricación industrial.

Tienen una importancia particular con respecto a la técnica los procesos de recubrimiento en los que el recubrimiento se compone de varios elementos químicos. Como ejemplo se debe mencionar el dióxido de titanio. En tales procesos de recubrimiento se pone a disposición muchas veces el componente metálico por la pulverización de una diana metálica. El componente adicional de la capa se introduce en forma de gas en la cámara de proceso. En estos denominados procesos reactivos de recubrimiento se pueden conseguir altas tasas de recubrimiento y una calidad óptima de la capa solamente cuando el proceso se acciona en el intervalo de puntos de funcionamiento inestables. Este denominado modo de transición se distingue por que el suministro de gas reactivo, por un lado, es suficientemente grande para poner a disposición una cantidad suficiente de gas reactivo para el depósito de una capa. Por otro lado, la cantidad suministrada de gas reactivo, sin embargo, es tan reducida, que se evita una contaminación de la diana de pulverización catódica con gas reactivo. Una calidad uniforme y una reproducibilidad del recubrimiento implican, particularmente con estos puntos de trabajo inestables, el funcionamiento de la instalación de pulverización catódica de magnetrón con ayuda de bucles complejos de regulación.

Las fuentes de pulverización catódica de magnetrón se pueden influir de acuerdo con el estado de la técnica por la potencia eléctrica suministrada o el flujo de gas reactivo. La señal de regulación necesaria se puede obtener mediante medición de diferentes parámetros. De esta manera, a modo de ejemplo, se propone en el documento EP 1 232 293 B1 que se use el contenido de ondas armónicas de los parámetros eléctricos de la descarga como magnitud de regulación.

A partir del documento EP 0 795 623 A1 se conoce cómo determinar la presión parcial de gases reactivos con sondas adecuadas. De esta manera, a modo de ejemplo, se puede usar como magnitud de regulación la presión parcial de oxígeno, medida con una sonda Lambda. A partir de J. Affinito et al., J. Vac. Sci. Technol. A2 (1984), páginas 1275-1284 se conoce cómo regular una fuente de pulverización catódica de magnetrón por medición de la impedancia de plasma. La tesis doctoral de J. Strümpfel, "Prozessstabilisierung beim reaktiven Horchratenzerstäuben mittels optischer Emissionsspektroskopie zur industriellen Herstellung von Indium-Zinn-Oxidschichen und Titandioxidschichten", Chemnitz 1991, describe como posibilidad adicional la medición de la intensidad de líneas espectrales seleccionadas del plasma de las fuentes de pulverización catódica de magnetrón.

Además, la tasa de depósito de una fuente de pulverización catódica de magnetrón, que se describe en el intervalo de transformación inestable, no se conoce de forma absoluta. Por tanto, se tienen que determinar los grosores de capa de las capas producidas sobre el sustrato después del depósito. En primer lugar, se usan para esto mediciones ópticas como fotometría o elipsometría.

Para garantizar una calidad de capa continua, una estructura de capa continua y un grosor de capa continuo, es necesaria la complejidad descrita con respecto a los aparatos para cada fuente de pulverización catódica individual de una instalación de recubrimiento. Por esto se producen, por un lado, altos gastos en la adquisición y el funcionamiento de la instalación de recubrimiento y una alta propensión a fallos. Esto es válido particularmente para grandes sistemas en línea.

En tales sistemas en línea se ejecuta el recubrimiento de sustratos de fleje de acero o vidrio arquitectónico en el método de paso continuo a escala industrial. Tales instalaciones de recubrimiento disponen de una gran cantidad de fuentes de pulverización catódica de magnetrón. En este caso, son típicas de veinte a aproximadamente treinta fuentes, sin embargo, también se utilizan instalaciones con hasta sesenta fuentes de pulverización catódica de magnetrón. En este caso, es decisiva para la fabricación industrial la interacción de todas estas fuentes de pulverización catódica individuales, donde a menudo varias fuentes depositan el mismo material. En este caso, solamente por una complejidad muy alta es posible que todas las fuentes produzcan resultados idénticos con respecto a propiedades de capa, tasa de recubrimiento y homogeneidad.

Una medición óptica de las propiedades de capa después de cada fuente de pulverización catódica se demuestra que es extraordinariamente difícil. Además de altos gastos, particularmente la alta propensión a fallos de todo este sistema, que presenta una pluralidad de sistemas ópticos de medición, hace que tales métodos no se puedan aplicar en la práctica.

El estado de la técnica de acuerdo con el documento EP 0 291 044 A2 describe un método para la producción de una capa delgada a partir de un superconductor cerámico de alta temperatura. Para esto, se pulveriza de forma catódica una diana sinterizada de óxido de bario-itrio-cobre en un magnetrón. Ya que la tasa de pulverización catódica para los diferentes elementos de la diana es diferente, se puede aumentar la vida útil de la diana, cuando a la propia diana a su vez se aplica por vaporización cobre y bario. Para esto, la diana se gira continuamente entre una posición de pulverización catódica y una posición de vaporización.

A partir del documento DE 44 18 906 A1 se conoce cómo proporcionar a una instalación de recubrimiento una cubierta, que está dividida en una cámara de pulverización catódica para el recubrimiento de un sustrato y una cámara de recubrimiento del soporte de diana para el recubrimiento continuo de un soporte de diana periférico que se introduce en ambas cámaras. De este modo, se puede recubrir constantemente de nuevo la diana de pulverización catódica y se aumenta su vida útil. De esta manera, se pueden alargar claramente los ciclos de proceso, sin que se tenga que ventilar la cámara de pulverización catódica.

Por tanto, la invención se basa en el objetivo de indicar una fuente de pulverización catódica, que posibilite sin ningún control de la capa depositada y sin ningún bucle complejo de regulación el depósito de capas con propiedades definidas y con tasas de recubrimiento definidas. Además, el objetivo consiste en indicar una fuente de pulverización catódica, que presente, para materiales con alta refracción como dióxido de titanio, una tasa de recubrimiento elevada en comparación con el estado de la técnica.

El objetivo se resuelve por una instalación de recubrimiento de magnetrón de acuerdo con la reivindicación independiente uno y un método para el depósito de capas delgadas de acuerdo con la reivindicación independiente 6. Se encuentran configuraciones preferidas en las respectivas reivindicaciones dependientes.

La instalación de recubrimiento de magnetrón de acuerdo con la invención consiste en una primera fuente de recubrimiento, un sustrato auxiliar que se dispone entre esta primera fuente de recubrimiento y el área que se dispone para el alojamiento del sustrato a recubrir, así como un magnetrón. En este caso, se proporcionan medios para la determinación de la densidad superficial de este sustrato auxiliar y el sustrato auxiliar forma un cátodo para el magnetrón mencionado.

Por lo tanto, para el depósito de una capa sobre un sustrato se deposita en primer lugar mediante la primera fuente de recubrimiento una capa con una tasa de depósito conocida sobre un sustrato auxiliar. Este sustrato auxiliar sirve ahora como cátodo de pulverización catódica para el recubrimiento del sustrato mediante el magnetrón. En este caso, por supuesto, no sólo se puede retirar la capa depositada sobre el sustrato auxiliar, sino también el material del propio sustrato auxiliar. En este caso, ambos materiales forman, en un caso dado, junto con un componente añadido gaseoso, la capa final sobre el sustrato.

Después de la determinación de la densidad superficial del sustrato auxiliar se puede determinar la densidad superficial del sustrato a partir del balance de masa del sustrato auxiliar. Como primera fuente de recubrimiento es adecuado, por...

 


Reivindicaciones:

1. Instalación de recubrimiento de magnetrón, que consiste en

• un primer magnetrón (5)
• un sustrato auxiliar (2), dispuesto entre esta primera fuente de recubrimiento y el área, que se proporciona para el alojamiento del sustrato (1) a recubrir
• un magnetrón (3), en el que el sustrato auxiliar (2) forma un cátodo para este magnetrón
• medios para la determinación de la densidad superficial (6) del sustrato auxiliar (2),

caracterizada por que el sustrato auxiliar está previsto para depositar mediante el primer magnetrón (5) sobre el mismo una capa de metal, que presenta un número de masa mayor que el número promedio de masa del material del sustrato auxiliar.

2. Instalación de recubrimiento de magnetrón de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que el sustrato auxiliar está configurado con forma cilíndrica y el magnetrón es un magnetrón de cátodo de barra.

3. Instalación de recubrimiento de magnetrón de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizada por que el primer magnetrón presenta un apantallamiento (4).

4. Instalación de recubrimiento de magnetrón de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por que los medios para la determinación de la densidad superficial (6) contienen un equipo para la determinación de la fluorescencia de rayos X.

5. Instalación de recubrimiento de magnetrón de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada por que el magnetrón (2, 3) presenta varios cátodos, que contienen respectivamente un sustrato auxiliar (2).

6. Método para el depósito de capas delgadas, en el que se deposita mediante una primera fuente de recubrimiento una capa de metal sobre un sustrato auxiliar y este sustrato auxiliar se usa como cátodo para el recubrimiento de un sustrato mediante un magnetrón y se determina la densidad superficial del sustrato auxiliar, caracterizado por que la capa de metal consiste principalmente en un elemento que presenta un número de masa mayor que el número promedio de masa del material del sustrato auxiliar.

7. Método de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado por que el grosor depositado de capa sobre el sustrato auxiliar asciende a menos de 100 nm.

8. Método de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado por que el grosor de capa depositado sobre el sustrato auxiliar asciende a menos de 10 nm.

9. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado por que la primera fuente de recubrimiento es un magnetrón y por que el funcionamiento del primer magnetrón se realiza con gas inerte y el funcionamiento del segundo magnetrón, con gas inerte y/o reactivo.

10. Método de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado por que el gas inerte contiene argón y/o el gas reactivo contiene nitrógeno y/u oxígeno y/o metano.

11. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 10, caracterizado por que la densidad superficial sobre la diana auxiliar se determina después de que se haya usado la misma como cátodo para el recubrimiento de un sustrato mediante el segundo magnetrón.

12. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 11, caracterizado por que la densidad superficial de la diana auxiliar se determina mediante fluorescencia de rayos X.

13. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 12, caracterizado por que el segundo magnetrón (2, 3) se acciona con tensión continua o tensión continua pulsada.

14. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 13, caracterizado por que el magnetrón (2, 3) se acciona como magnetrón que presenta varios cátodos, con una frecuencia de aproximadamente 10 kHz hasta aproximadamente 100 kHz.

15. Uso del método de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 14 para el depósito de una capa, que contiene dióxido de titanio, sobre el sustrato.


 

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