FUENTE DE CHORROS DE PLASMA DE ALTA FRECUENCIA Y PROCEDIMIENTO PARA IRRADIAR UNA SUPERFICIE.

Fuente de chorros de plasma de alta frecuencia con un espacio de plasma (3) para un plasma,

con medios eléctricos (8, 9) para disparar y mantener el plasma, con una rejilla de extracción (4) para extraer del espacio de plasma (3) un chorro de plasma (I) neutral así como con una abertura de salida, preferentemente hacia una cámara de vacío (7), en que la rejilla de extracción (4) está dispuesta en la zona de la abertura de salida, caracterizada porque para conseguir un chorro de plasma (I) conformado de forma divergente la rejilla de extracción (4) está conformada de forma cóncava o convexa, visto desde el espacio de plasma (3)

Fuente de chorros de plasma de alta frecuencia y procedimiento para irradiar una superficie.

La invención se refiere a una fuente de chorros de plasma de alta frecuencia así como a un procedimiento para irradiar una superficie con un chorro de plasma conforme a los preámbulos de las reivindicaciones independientes.

En procedimientos de recubrimiento en vacío de sustratos se emplean habitualmente las denominadas fuentes de chorros de plasma de alta frecuencia. Un plasma contiene junto a átomos y/o moléculas neutrales electrones e iones positivos como partículas cargadas. Las partículas cargadas son aceleradas de forma dirigida mediante campos eléctricos y/o magnéticos y son empleadas por ejemplo para erosionar una superficie o para incluir componentes reactivos tales como por ejemplo oxígeno en un recubrimiento que está siendo formado y para otras aplicaciones similares. Son conocidos también procedimientos apoyados por iones, en los que un material se vaporiza desde una fuente de material, típicamente una fuente de vaporizador, y se deposita sobre un sustrato. El material que se acumula sobre el sustrato es expuesto a un componente reactivo procedente de un plasma, por ejemplo oxígeno, y forma así por ejemplo una capa de óxido. Tales procedimientos son habituales por ejemplo en la fabricación de capas transparentes para aplicaciones ópticas. Aquí es también de importancia considerable la uniformidad con la que incide el chorro de plasma sobre la capa, ya que las propiedades ópticas de tales capas varían por regla general fuertemente con el contenido de oxígeno.

En la fabricación de capas delgadas en la microelectrónica o para aplicaciones ópticas se busca por regla general la puesta a disposición de grosores de capa y propiedades de capa, tales como por ejemplo el índice de refracción de las capas depositadas, lo más uniformes que sea posible. En la aplicación industrial son recubiertas entonces grandes superficies y/o muchos sustratos simultáneamente, lo que aumenta la problemática de la homogeneidad del grosor de capa. Particularmente para capas ópticas se consideran tolerables variaciones de grosor de capa sobre una superficie o los sustratos de un lote de recubrimientos de en todo caso varias unidades de porcentaje.

A partir de la patente europea EP 349 556 B1 se conoce una fuente de chorros de plasma de alta frecuencia para garantizar una exposición homogénea lo más extensa posible de superficies a chorros de átomos o moléculas de un elevado paralelismo. La abertura de la fuente de chorros de plasma de alta frecuencia está dotada aquí de una rejilla de extracción, que tiene una luz de malla pequeña, para no perturbar el plasma. La rejilla de extracción está realizada como electrodo de guía de alta frecuencia en forma de una red de alambre configurada adecuadamente o en forma de alambres que discurren paralelamente. Entre el plasma y la rejilla de extracción se genera una diferencia de potencial aceleradora de iones, que hace posible un chorro de plasma neutral, que es completamente homogéneo transversalmente a la dirección del chorro y que no tiene ninguna estructura de modulación. Para mantener constantemente una buena forma plana de la superficie de la rejilla de extracción y evitar que el chorro de plasma sea afectado negativamente por una deformación de la rejilla de extracción, la fijación de rejilla de la rejilla de extracción de la fuente de chorros de plasma de alta frecuencia conocida está dotada de un dispositivo de reajuste de la tensión. Es habitual aumentar el diámetro de la fuente de chorros de plasma de alta frecuencia, para hacer posible una irradiación de mayor superficie. Esto sin embargo aumenta los costes y topa además rápidamente con límites constructivos.

En procesos de deposición en fase de vapor, un gran número de sustratos son recubiertos uniformemente mediante el recurso de que los sustratos están dispuestos sobre un casquete. Con ello es recubierta uniformemente una superficie particularmente grande.

Cuando la fuente de chorros de plasma de alta frecuencia conocida se emplea para la deposición en gran superficie de capas sobre sustratos, que están dispuestos sobre un casquete así o sobre otras superficies curvas, se observa además que también para un aumento del diámetro de la fuente de chorros de plasma de alta frecuencia deben asumirse pérdidas en la homogeneidad del grosor de capa y de las propiedades de capa depositada. Esto tiene como consecuencia que una irradiación en gran superficie no puede producirse con el deseado requisito de calidad.

A partir del documento US 6250070 B1 es conocida una fuente de chorros de iones de alta frecuencia con dos rejillas para extraer y acelerar iones. Las rejillas están conformadas de forma cóncava, visto desde el espacio de plasma, para poder mantener exactamente entre ellas una distancia con alta precisión independientemente de variaciones de temperatura.

Constituye la tarea de la presente invención la creación de una fuente de chorros de plasma de alta frecuencia, de una cámara de vacío con una fuente de chorros de plasma de alta frecuencia de este tipo así como de un procedimiento para irradiar una superficie con un chorro de plasma, que hagan posible irradiar superficies extensamente y con alta calidad.

Esta tarea es resuelta conforme a la invención con las características de las reivindicaciones independientes.

Conforme a un aspecto preferido de la invención, se genera en contra de la enseñanza del estado de la técnica un chorro de plasma neutral divergente.

Una ventaja de la invención es que mediante la conformación conforme a la invención de la fuente de chorros de plasma de alta frecuencia se consigue depositar capas en gran superficie de forma homogénea o limpiar grandes superficies también para sustratos que están dispuestos sobre un casquete.

A continuación se describe más detalladamente la invención con ayuda de dibujos, de los que se deducen también independientemente del resumen en las reivindicaciones características, detalles y ventajas adicionales de la invención.

Muestran en representación esquemática:

la figura 1 una cámara de recubrimiento con una fuente de chorros de plasma de alta frecuencia preferida,

la figura 2 curvas de distribución de una característica de chorro de tipo cosn,

la figura 3 las condiciones geométricas en la cámara de recubrimiento de la figura 1, en que están dispuestos sustratos sobre un casquete,

la figura 4 distribuciones de un índice de refracción de capas de TiO₂ sobre un casquete,

la figura 5 la influencia del tamaño de la abertura de salida de una fuente de chorros de plasma de alta frecuencia y de la divergencia de chorro sobre la distribución de la densidad de chorro de plasma sobre un casquete,

la figura 6 una fuente de chorros de plasma de alta frecuencia según el estado de la técnica,

la figura 7 el grosor de la zona de carga espacial en función de la tensión eléctrica de extracción aplicada,

la figura 8 el grosor de la zona de carga espacial en función de la densidad de corriente para una tensión eléctrica de extracción fija,

la figura 9 una conformación preferida de la rejilla de extracción y

la figura 10 otra estructuración preferida de la rejilla de extracción.

La figura 1 muestra esquemáticamente una fuente de chorros de plasma de alta frecuencia 1, en lo sigue denominada fuente de chorros de plasma AF, con un chorro de plasma I neutral divergente. La fuente de chorros de plasma AF 1 está conformada en forma de cuenco y está dispuesta en una zona de una cámara de vacío conformada como cámara de recubrimiento 7, la cual está rodeada por un alojamiento 2. No están representados detalles de la cámara de recubrimiento 7 así como por ejemplo habituales bombas de vacío, suministro de gas, fijaciones de sustratos, sistema analítico, etc.. La fuente de chorros de plasma AF 1 tiene un espacio de plasma 3, en el que se dispara un plasma, por ejemplo mediante una irradiación de alta frecuencia. Para disparar y mantener el plasma están previstos medios eléctricos 8, 9, por ejemplo un emisor de alta frecuencia 8 y conexiones eléctricas 9. Además puede estar previsto al menos un imán 5, que se emplea de modo habitual para encerrar el plasma en el espacio de plasma 3. Para un suministro de gas de la fuente de chorros de plasma AF 1 está previsto un conducto de alimentación 6. Para extraer del plasma en el espacio de plasma 3 un chorro de plasma neutral...

1. Fuente de chorros de plasma de alta frecuencia con un espacio de plasma (3) para un plasma, con medios eléctricos (8, 9) para disparar y mantener el plasma, con una rejilla de extracción (4) para extraer del espacio de plasma (3) un chorro de plasma (I) neutral así como con una abertura de salida, preferentemente hacia una cámara de vacío (7), en que la rejilla de extracción (4) está dispuesta en la zona de la abertura de salida, caracterizada porque para conseguir un chorro de plasma (I) conformado de forma divergente la rejilla de extracción (4) está conformada de forma cóncava o convexa, visto desde el espacio de plasma (3).

2. Fuente de chorros de plasma de alta frecuencia según la reivindicación 1, caracterizada porque el chorro de plasma tiene una medida de divergencia de como máximo n=16, preferentemente n=4, en que n es un exponente de una función cosⁿ de distribución de coseno.

3. Fuente de chorros de plasma de alta frecuencia según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque una superficie a irradiar curva, en particular esférica, está prevista en una cámara de recubrimiento (7) esencialmente en posición opuesta a la abertura de salida, y para conseguir una elevada homogeneidad de la densidad de chorro de plasma sobre al menos una zona parcial de la superficie a irradiar, el chorro de plasma (I) puede adaptarse a la forma de al menos una zona parcial de la superficie.

4. Fuente de chorros de plasma de alta frecuencia según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la al menos una zona parcial de la superficie de la rejilla de extracción es una sección de la superficie envolvente de un cuerpo de tipo cilíndrico.

5. Fuente de chorros de plasma de alta frecuencia según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la rejilla de extracción (4) está conformada inhomogéneamente sobre al menos una zona parcial de su superficie.

6. Fuente de chorros de plasma de alta frecuencia según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque está previsto al menos un obturador dispuesto fuera del espacio de plasma (3).

7. Fuente de chorros de plasma de alta frecuencia según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la abertura de salida está cubierta con obturadores en zonas parciales.

8. Fuente de chorros de plasma de alta frecuencia según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque para la modulación del chorro de plasma (I) al menos un obturador puede ser sometido a un potencial eléctrico.

9. Fuente de chorros de plasma de alta frecuencia según la reivindicación 3, caracterizado porque la superficie es un casquete (11), preferentemente con sustratos (10.1, 10.2, 10.3, 10.4, 10.5, 10.6).

10. Fuente de chorros de plasma de alta frecuencia según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque además de la fuente de chorros de plasma de alta frecuencia (1) está prevista una fuente de vaporización.

11. Fuente de chorros de plasma de alta frecuencia según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la rejilla de extracción (4) está formada por una red de wolframio con un grosor de alambre de aproximadamente 0,02 - 3 mm, preferentemente de 0,1 - 1 mm.

12. Fuente de chorros de plasma de alta frecuencia según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque está previsto al menos un imán (5) para encerrar el plasma en la zona del espacio de plasma (3).

13. Cámara de vacío con un alojamiento (2), con una fuente de chorros de plasma de alta frecuencia y con una superficie a irradiar, caracterizada porque la fuente de chorros de plasma de alta frecuencia (1) está conformada según al menos una de las reivindicaciones precedentes.

14. Aplicación de una fuente de chorros de plasma de alta frecuencia con un espacio de plasma (3) para un plasma, con medios eléctricos (8, 9) para disparar y mantener el plasma, con una rejilla de extracción (4) para extraer del espacio de plasma (3) un chorro de plasma (I) neutral así como con una abertura de salida, preferentemente hacia una cámara de vacío (7), en que la rejilla de extracción (4) está dispuesta en la zona de la abertura de salida, caracterizada porque para conseguir un chorro de plasma (I) conformado de forma divergente la rejilla de extracción (4) del espacio de plasma (3) está conformada de forma cóncava o convexa, visto desde el espacio de plasma (3), y/o la rejilla de extracción (4) tiene una luz de malla que es mayor que el grosor (d) de una zona de carga espacial entre la rejilla de extracción (4) y el plasma en el espacio de plasma (3).

15. Procedimiento para irradiar una superficie con un chorro de plasma de una fuente de chorros de plasma de alta frecuencia con un espacio de plasma (3) para un plasma, con medios eléctricos (8, 9) para disparar y mantener el plasma, con una rejilla de extracción (4) para extraer del espacio de plasma (3) un chorro de plasma (I) neutral así como con una abertura de salida, preferentemente hacia una cámara de vacío (7), en que la rejilla de extracción (4) está dispuesta en la zona de la abertura de salida, caracterizado porque para conseguir un chorro de plasma (I) conformado de forma divergente se aplica para la extracción del chorro de plasma (I) una rejilla de extracción (4) conformada de forma cóncava o convexa, visto desde el espacio de plasma (3), y/o una rejilla de extracción (4) con una luz de malla que es mayor que el grosor (d) de una zona de carga espacial entre la rejilla de extracción (4) y el plasma.

16. Procedimiento según la reivindicación 15, caracterizado porque se aplica un chorro de plasma (I) con una medida de divergencia de como máximo n=16, preferentemente n=4, en que n es un exponente de una función cosⁿ de distribución de coseno.

17. Procedimiento según una de las reivindicaciones 15 hasta 16, caracterizado porque una superficie a irradiar curva, en particular esférica está dispuesta en una cámara de recubrimiento (7) esencialmente en posición opuesta a la abertura de salida, y para conseguir una elevada homogeneidad de la densidad de chorro de plasma sobre al menos una zona parcial de la superficie a irradiar el chorro de plasma (I) es adaptado a la forma de al menos una zona parcial de la superficie.

18. Procedimiento según la reivindicación 17, caracterizado porque se escoge una rejilla de extracción (4) que está conformada de forma cóncava o convexa, visto desde el espacio de plasma (3), en que preferentemente al menos una zona parcial de la superficie de la rejilla de extracción es una sección de la superficie envolvente de un cuerpo de tipo cilíndrico.

19. Procedimiento según una de las reivindicaciones 17 hasta 18, caracterizado porque mediante la irradiación de la superficie se produce un recubrimiento de la superficie.

20. Procedimiento según una de las reivindicaciones 17 hasta 19, caracterizado porque mediante la irradiación de la superficie se produce una modificación y/o limpieza de la superficie.