PROCEDIMIENTO DE PRODUCCION DE UN PLASMA MEDIANTE DESCARGAS DISTRIBUIDAS DE TIPO CAPACITIVO, Y DISPOSITIVO PARA LA REALIZACION DE DICHO PROCEDIMIENTO.

Procedimiento de producción de un plasma mediante descargas de tipo capacitivo,

producidas entre un electrodo activo (4) y un electrodo pasivo (3), estando el electrodo pasivo (3) puesto a un potencial eléctrico determinado, mientras que el electrodo activo (4) es alimentado por una tensión de mantenimiento de descarga, caracterizado porque consiste:

- en realizar el electrodo activo (4) por una serie de electrodos activos elementales (4i) que delimitan cada uno frente al electrodo pasivo, por una parte, una superficie activa (5) y, por otra parte, una superficie pasiva (8),

- en repartir los electrodos activos elementales (4i) de forma geométricamente uniforme frente al electrodo pasivo (3), con vistas a obtener un plasma uniforme, y

- en alimentar cada electrodo activo elemental (4i) por una tensión de mantenimiento de descarga que presenta un valor idéntico o diferente, con vistas a obtener un plasma uniforme

Procedimiento de producción de un plasma mediante descargas distribuidas de tipo capacitivo, y dispositivo para la realización de dicho procedimiento.

El objeto de la presente invención se refiere al campo técnico de la producción mediante descargas de tipo capacitivo, de plasmas a media y baja presiones (del orden de aproximadamente 10^-2 a 10 Pascal), que presenta un carácter uniforme apropiado para ser controlado, por una parte, sobre grandes superficies planas o no y, por otra parte, en un amplio campo desde las altas densidades iónicas (hasta 10¹² cm^-3) hasta muy bajas densidades (10⁸ cm^-3).

El objeto de la invención encuentra unas aplicaciones particularmente ventajosas en todos los campos que necesitan la producción, sobre grandes superficies, de plasmas uniformes a media o baja tensión, el tratamiento de superficies (limpieza, grabado, depósito) y, en particular, el depósito de polímeros plasma, o un control independiente de la energía de bombardeo iónico de una superficie o sustrato.

De manera clásica, un dispositivo de producción de un plasma mediante descargas de tipo capacitivo, comprende un electrodo pasivo dispuesto a distancia de un electrodo activo. Los electrodos están montados en el interior de un recinto que contiene una presión de gas sustancialmente constante. El electrodo pasivo es puesto a un potencial eléctrico, por ejemplo de referencia, tal como la masa, mientras que el electrodo activo es alimentado por una tensión de mantenimiento de descarga. La tensión eléctrica aplicada al electrodo activo es o bien una tensión continua negativa con respecto al electrodo pasivo, o bien una tensión alterna de baja frecuencia o muy a menudo, radiofrecuencia (13,56 MHz o un múltiplo o submúltiplo de 13,56 MHz) aplicada través de una capacidad de baja impedancia. Por encima de un valor de tensión aplicada (que depende de la naturaleza del gas, de su presión, de la distancia entre los electrodos, de la frecuencia de la señal aplicada y de la naturaleza de los electrodos y de sus dimensiones relativas), se produce una descarga entre los dos electrodos.

Cualquiera que sea la frecuencia de la tensión aplicada, uno de los electrodos está siempre polarizado negativamente con respecto al otro. Como el potencial del plasma se ajusta generalmente a un valor ligeramente positivo con respecto al electrodo más positivo, el electrodo más negativo sufre por tanto un bombardeo intenso por los iones positivos del plasma acelerados desde el plasma, hacia el electrodo más negativo, a través de la vaina iónica que separa el plasma del electrodo. Durante este tiempo, el electrodo más positivo sólo sufre un bombardeo iónico de muy baja energía, en la medida en que su potencial es entonces muy próximo al del potencial plasma.

Cuando los iones llegan a chocar contra el electrodo más negativo con respecto al potencial plasma, emiten generalmente unos electrones secundarios que son acelerados en sentido inverso hacia el plasma. Atravesando el espacio entre los electrodos, estos electrodos secundarios, denominados rápidos, producen el plasma, es decir producen unos electrones lentos o térmicos y unos iones. Si el recorrido libre medio de los electrones rápidos es mayor que la distancia entre los electrodos (caso de las baja y media presiones), la mayor parte de los electrodos rápidos emitidos por el electrodo negativo sólo sufren pocas colisiones inelásticas, no se ralentizan y son por tanto recogidos por el electrodo positivo. Por el contrario, si el recorrido libre medio de los electrones rápidos es más corto que la distancia entre los electrodos (caso de las presiones más elevadas), los electrones rápidos se ralentizan por los procesos de colisión inelásticos y pueden convertirse, a su vez, en unos electrones lentos. En régimen permanente, los iones y los electrones lentos producidos en el seno del plasma, se pierden sobre las paredes en cantidad igual, condición del mantenimiento de la neutralidad macroscópica del plasma.

Aparte de los electrones rápidos emitidos por el bombardeo del electrodo negativo de la descarga, algunos electrones pueden ser también acelerados muy eficazmente por el campo eléctrico periódico en el seno de la vaina iónica. En efecto, cuando la tensión del electrodo resulta más negativa con respecto al potencial del plasma, la vaina iónica se ensancha y los electrones presentes son entonces empujados y acelerados hacia el plasma por el campo eléctrico que se desarrolla en el seno de la vaina. Naturalmente, los iones presentes en la vaina son acelerados en sentido inverso por el electrodo. De hecho, esta dinámica de vaina puede contribuir de forma significativa, a la producción de electrones rápidos y por tanto a la producción de plasma.

Un inconveniente de una descarga capacitiva es que, para una configuración geométrica de la descargada determinada, las condiciones de encendido o de salto de chispa y sobre todo de mantenimiento de la descarga, necesitan la aplicación de una tensión de umbral entre los electrodos, es decir de una potencia de umbral de mantenimiento para la descarga. Se desprende de ello una limitación de las posibilidades de producción de plasma hacia las bajas densidades. En otros términos, mientras que el aumento de la densidad del plasma se puede obtener por el simple aumento de la potencia inyectada en la descarga, la disminución de la densidad hacia los valores más bajos no es posible. Es el caso del dispositivo de producción de plasma por descargas, de tipo capacitivo, descrito en la patente WO 98/32154. Este dispositivo, particularmente adaptado al tratamiento de piezas de grandes dimensiones, comprende un electrodo pasivo dispuesto a distancia de un electrodo activo constituido por una pluralidad de electrodos activos elementales repartidos por grupos, siendo cada grupo alimentado por una señal eléctrica distinta que presenta una fase y una amplitud ajustable.

Otro inconveniente inherente a las descargas capacitivas es la existencia de una gran no uniformidad de la densidad del plasma debida, en particular, a los efectos de borde que pueden resultar muy importantes. El único medio conocido utilizado para evitar este defecto es ajustar o repartir la inyección de los gases, de manera que se corrija la no uniformidad del procedimiento utilizado.

El objeto de la invención prevé evitar los inconvenientes enunciados más arriba proponiendo un procedimiento de producción de un plasma mediante descargas de tipo capacitivo, adaptado para obtener un salto de chispa de las descargas capacitivas a unos niveles muy bajos o muy elevados de potencia por unidad de superficie, obteniendo al mismo tiempo un plasma uniforme sobre grandes superficies.

Para alcanzar dicho objetivo, el procedimiento según la invención consiste:

Como se ha explicado más arriba, el funcionamiento de una descarga capacitiva está determinado por:

Los parámetros anteriores definen totalmente las condiciones de la descarga, es decir su punto de funcionamiento. Estos parámetros gobiernan al mismo tiempo, los parámetros de interacción plasma-superficie que son totalmente dependientes del punto de funcionamiento de la descarga capacitiva. No puede existir por tanto independencia entre la producción del plasma y la interacción...

1. Procedimiento de producción de un plasma mediante descargas de tipo capacitivo, producidas entre un electrodo activo (4) y un electrodo pasivo (3), estando el electrodo pasivo (3) puesto a un potencial eléctrico determinado, mientras que el electrodo activo (4) es alimentado por una tensión de mantenimiento de descarga, caracterizado porque consiste:

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque consiste en determinar la relación entre las superficies activas (5) y las superficies pasivas (8) de los electrodos activos elementales (4_i), de manera que se controla el nivel de la densidad de potencia del mantenimiento del plasma.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque consiste en determinar la distancia (d) entre dos electrodos activos elementales (4_i) próximos, de manera que sea inferior o igual a la distancia (D) entre el electrodo pasivo y el electrodo activo.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque consiste en alimentar cada uno de los electrodos activos elementales (4_i) por una tensión de mantenimiento de descarga que presenta un valor determinado idéntico o diferente, con vistas a obtener un plasma uniforme.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque consiste en colocar el electrodo pasivo (3) a un potencial eléctrico correspondiente a un potencial de referencia o potencial flotante del plasma, cuando los electrodos activos elementales están aislados eléctricamente.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque consiste en poner entre los electrodos, una barrera magnética multipolar (11) cuyas líneas de campo magnético se extienden a ambos lados de un plano de separación (P) paralelo a los electrodos, de manera que se asegure la oscilación, entre los polos, de los electrones rápidos procedentes del electrodo activo, con vistas a crear unas zonas de producción y de difusión de plasma situadas a ambos lados de la barrera magnética (11) en relación a cada electrodo (3, 4).

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque consiste en poner el electrodo pasivo (3) a un potencial eléctrico correspondiente a un potencial de polarización, de manera que permita asegurar la polarización del electrodo pasivo de forma independiente con respecto a la producción de plasma.

8. Dispositivo de producción de un plasma mediante descargas de tipo capacitivo, para la realización del procedimiento según la reivindicación 1, del tipo que comprende un electrodo pasivo (3) dispuesto a distancia de un electrodo activo (4) alimentado por una tensión de mantenimiento de descarga, caracterizado porque comprende un electrodo activo constituido por una serie de electrodos activos elementales (4_i) repartidos de forma geométricamente uniforme frente al electrodo pasivo, delimitando cada electrodo activo elemental (4_i), frente al electrodo pasivo (3), por una parte, una superficie pasiva (8) y, por otra parte, una superficie activa (5) alimentada cada una por una tensión de mantenimiento de descarga que presenta un valor idéntico o diferente, con vistas a obtener un plasma uniforme.

9. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque comprende para cada electrodo activo elemental (4_i), una fuente de tensión regulable.

10. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque comprende un electrodo activo (4) que presenta un perfil curvo, plano o cerrado.

11. Dispositivo según una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque comprende, entre los electrodos activo (4) y pasivo (3), una barrera magnética multipolar (11) cuyas líneas de campo magnético se extienden a ambos lados de un plano de separación (P) paralelo a los electrodos, de manera que se asegure la oscilación, entre los polos, de los electrones rápidos procedentes del electrodo activo, con vistas a crear unas zonas de producción y de difusión de plasma situadas a ambos lados de la barrera magnética en relación a cada electrodo.

12. Dispositivo según la reivindicación 11, caracterizado porque comprende una fuente de polarización del electrodo pasivo, de manera que asegure su polarización de forma independiente con respecto a la producción de plasma.