Un aparato para generar plasma y así formar una fuente de plasma;

comprendiendo dicha fuente un cátodo (101) que tiene una superficie evaporable (102) configurada para emitir un material que comprende plasma y macropartículas; aberturas de salida (13, 14, 113, 114) para dirigir el plasma fuera de la fuente; y un filtro que comprende al menos un electrodo de deflexión (106, 107) y configurado para transmitir al menos parte del plasma a las aberturas de salida (13, 14, 113, 114) a la vez que evitan la transmisión de al menos parte de las macropartículas, comprendiendo adicionalmente el aparato un primer elemento (119) para generar un primer componente de campo magnético que tiene una polaridad entre el cátodo (101) y al menos un electrodo de deflexión (106, 107), y un segundo elemento (141, 142) para generar un segundo componente de campo magnético que tiene una segunda polaridad en la superficie evaporable (102) del cátodo (101) caracterizado porque la segunda polaridad es opuesta a la primera polaridad de tal manera que se crea una región de campo bajo entre la superficie evaporable (102) y el al menos un electrodo de deflexión (106, 107).

Fuente de plasma de arco filtrada bidireccional Antecedentes La presente invención se relaciona en general con un aparato para deposición de vapor para depositar un recubrimiento sobre el sustrato. Más particularmente, se relaciona con un aparato para deposición de arco catódico.

La evaporación de arco catódico ha recibido durante las dos últimas décadas amplio uso comercial para la deposición de recubrimientos de metales, aleaciones y compuestos metálicos y carbono. Las descargas de arco catódico también pueden utilizarse como fuentes de plasma para operaciones de procesamiento de iones tales como implantación, gravado por aspersión, gravado reactivo y difusión. Un cátodo del material deseado (o su precursor) es vaporizado por una alta corriente, descarga de plasma de arco de voltaje bajo en una cámara de vacío que ha sido evacuada a una presión de típicamente menos de 0.001 mbar. Las corrientes de arco típicas varían entre 25 y 1000 amperios, con voltajes entre 15 y 50 voltios. Los compuestos tales como nitruros, carburos y óxidos de metales pueden formarse mediante la introducción de uno o más gases reactivos durante la deposición.

Un efecto colateral indeseable de la evaporación en arco catódico es la generación de gotitas fundidas de material del cátodo, que son eyectadas del cátodo por fuerza de reacción del chorro de arco. Estas gotitas se llaman comúnmente macropartículas y varían en diámetro desde sub micrones hasta decenas de micrones o más. Las macropartículas pueden embeberse en el recubrimiento cuando caen sobre el sustrato, o pueden adherirse o caer más adelante, produciendo defectos de superficie en cada caso.

Las estrategias para reducir el número de macropartículas que alcanzan el sustrato caen generalmente en dos categorías. La primera estrategia es utilizar un campo magnético en la superficie objetivo para acelerar el arco y por lo tanto reducir la generación de macropartículas. La segunda estrategia es interponer un filtro o estructura similar entre el cátodo y los sustratos. El filtro permite que al menos una parte del vapor ionizado sea transmitida a la vez que bloquea al menos a algunas de las gotitas fundidas. La primera estrategia (esto es, el empleo de un campo magnético) es en general más simple de implementar pero no elimina completamente la generación de macropartículas. La segunda estrategia (esto es, la filtración) es en general más efectiva para reducir la contaminación por macropartículas del recubrimiento pero requiere un aparato más complejo y en el pasado a tendido a reducir la producción de iones significativamente a las perdidas en transmisión.

La fuentes de arco filtrada han sido descritas en la literatura científica y de patentes. Por ejemplo, una publicación de Aksenov, et al. ("Transport of plasma streams in a curvilinear plasma-optics system", Soviet Journal of Plasma Physics, 4 (4) , 1978) estaba entre las primeras en describir el uso de un ducto de plasma cuarto-toroidal, con espirales electromagnéticas para crear un campo magnético solenoide a través del ducto.

Aunque las fuentes de plasma de arco filtradas circulares son las más comunes, las fuentes de arco filtradas rectangulares son particularmente deseables para el recubrimiento o procesamiento con iones de sustratos grandes, materiales en lamina en forma de rollo, y para cantidades de sustrato más pequeños sobre un transportador lineal o un carrusel circular.

La US 6.350.356 B1 divulga un cátodo de magnetrón lineal que puede ser utilizado como fuente de vapor o plasma para deposición por recubrimiento o procesamiento de iones.

La US 4.891.560 divulga un aparato de plasma de magnetrón capaz de incrementar una región de aspersión o erosión.

La US 5.997.705 divulga una fuente de plasma de arco filtrada rectangular tal como la descrita en la Figura 1 de la presente descripción detallada.

La US 4.892.633 divulga un aparato de cátodo de aspersión por magnetrón en el cual algunas de las líneas de flujo se hacen para cambiar su curvatura de convexas a ligeramente cóncavas dentro de un túnel magnético de circuito cerrado.

Sería deseable proveer una fuente de plasma de arco filtrada mejorada que tenga una corriente de salida de iones sustancialmente más alta que la de las fuentes de plasma conocidas. También sería deseable proveer un método para utilizar una fuente de plasma de arco filtrada que de cómo resultado una deposición mejorada en comparación con métodos conocidos. De acuerdo con lo anterior, sería ventajoso proveer un sistema y/o método que provea una o más de estas u otras características ventajosas como será evidente para quienes revisan la presente divulgación.

Resumen La invención se relaciona con un aparato para generar plasma y así formar una fuente de plasma, comprendiendo dicha fuente un cátodo que tiene una superficie evaporable configurada para emitir un material que comprende plasma y macropartículas; aberturas de salida para dirigir el plasma hacia fuera de la fuente; y un filtro que comprende al menos un electrodo de reflexión y configurado para transmitir al menos una parte del plasma a las aberturas de salida a la vez que evita la transmisión de al menos algunas de las macropartículas, caracterizado el aparato por: un primer elemento para generar un primer componente del campo magnético que tiene una primera polaridad entre el cátodo y el al menos un electrodo de flexión; y un segundo elemento para generar un segundo componente de campo magnético que tiene una segunda polaridad en la superficie evaporable del cátodo que es opuesta a la primera polaridad de tal forma que se crea una región de campo bajo entre la superficie evaporable y el al menos un electrodo de flexión.

Breve descripción de los dibujos La Figura 1 es un dibujo esquemático de una fuente de plasma de arco filtrada de la técnica anterior que ilustra un arco, un desviador por deflexión y conexiones para suministro de potencia magnética.

La Figura 2 es un dibujo transversal esquemático de una fuente de plasma de arco filtrada mostrada en la Figura 1 que ilustra las líneas de flujo magnético y las trayectorias de las macropartículas.

La Figura 3 es un dibujo transversal a través de una fuente de plasma de arco filtrada de acuerdo con una realización de ejemplo que ilustra las líneas de flujo magnético.

La Figura 4 es un dibujo esquemático de un cátodo lineal y de un medio magnético secundario de acuerdo con una realización de ejemplo.

Las Figuras 5a y 5b son gráficas de contorno de la producción de corriente de iones versus la corriente de una espiral electromagnética secundaria para cátodo de cromo y grafito, respectivamente.

La Figura 6 es un dibujo esquemático de una fuente de plasma filtrada direccional montada en el centro de un carrusel de sustrato rotatorio de acuerdo con una realización de ejemplo.

Descripción detallada De acuerdo con una realización de ejemplo, un sistema de plasma de arco filtrado bidireccional (esto es, que incluye fuentes que proveen salida de plasma en dos direcciones opuestas) esta provisto para formar un recubrimiento o para llevar a cabo un procesamiento de iones de un sustrato o artículo. Se entiende que el uso de tal sistema permitirá que el área sobre el cual se distribuye el plasma emitido se incremente y pueda también dar como resultado una capacidad de sustrato incrementada.

Debe notarse que los términos "sustrato" y "artículo" tal como se utilizan aquí pretender referirse a cualquier ítem, estructura y producto sobre el cual seria deseable proveer un recubrimiento o llevar a cabo un procesamiento de iones. Ejemplos de tales productos incluyen, pero no están necesariamente limitados a, componentes de plomería (por ejemplo, grifos, manijas, boquillas, drenajes, pestañas para drenaje, válvulas para detención, tuberías, drenajes, drenajes de tuberías etc.) , artículos de hogar (por ejemplo, pomos para cerraduras, persianas, fijadores para cajones, gabinetes, etc.) , artículos para baño (barras para toallas, barras de seguridad para "agarre", etc.) , ventanas y puertas (por ejemplo, puertas para duchas, etc.) productos para automóviles (por ejemplo, partes decorativas para automóviles, emblemas, cubiertas para ruedas, etc.) , cuchillos, instrumentos quirúrgicos, objetos de mesa, productos recreacionales, bienes para deporte (por ejemplo palos de golf, patines para hielo, etc.) productos d eliminación externos (por ejemplo, lámparas, fijaciones, etc.) , señales de información... [Seguir leyendo]

1. Un aparato para generar plasma y así formar una fuente de plasma; comprendiendo dicha fuente un cátodo (101) que tiene una superficie evaporable (102) configurada para emitir un material que comprende plasma y macropartículas; aberturas de salida (13, 14, 113, 114) para dirigir el plasma fuera de la fuente; y un filtro que comprende al menos un electrodo de deflexión (106, 107) y configurado para transmitir al menos parte del plasma a las aberturas de salida (13, 14, 113, 114) a la vez que evitan la transmisión de al menos parte de las macropartículas, comprendiendo adicionalmente el aparato un primer elemento (119) para generar un primer componente de campo magnético que tiene una polaridad entre el cátodo (101) y al menos un electrodo de deflexión (106, 107) , y un segundo elemento (141, 142) para generar un segundo componente de campo magnético que tiene una segunda polaridad en la superficie evaporable (102) del cátodo (101) caracterizado porque la segunda polaridad es opuesta a la primera polaridad de tal manera que se crea una región de campo bajo entre la superficie evaporable (102) y el al menos un electrodo de deflexión (106, 107) .

2. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, donde el al menos un electrodo de deflexión (106, 107) está dispuesto de forma general paralelo y frente a al menos una porción de la superficie evaporable (102) .

3. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, donde el primer componente de campo magnético incluye líneas de flujo que son sustancialmente paralelas a la superficie evaporable (102) .

4. El aparato de acuerdo con la reivindicación 3, donde las líneas de flujo también son sustancialmente paralelas a una superficie de el al menos un electrodo de deflexión (106, 107) .

5. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, donde el al menos un electrodo de deflexión (106, 107) comprende al menos dos superficies deflectoras.

6. El aparato de acuerdo con la reivindicación 5, donde cada una de las al menos dos superficies deflectoras están montadas en paralelo y una frente a los lados largos de la superficie evaporable (102) .

7. El aparato de acuerdo con la reivindicación 6, donde el al menos un electrodo de deflexión (106, 107) está configurado para deflectar el plasma en dos direcciones paralelas a las al menos dos superficies deflectoras a la vez que evita que al menos parte de las macropartículas alcancen las aberturas de salida.

8. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, donde las aberturas de salida (13, 14, 113, 114) están dirigidas de forma opuesta para dirigir el plasma.

9. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, donde el filtro comprende adicionalmente un escudo lateral de cátodo (104) que comprende al menos dos superficies mostradas sobre lados opuestos de la superficie evaporable

(102) y se proyecta hacia fuera desde la superficie evaporable (102) mediante una distancia seleccionada.

10. El aparato de acuerdo con la reivindicación 9, donde el escudo lateral (104) está configurado para evitar que al menos algunas de las macropartículas emitidas desde la superficie evaporable (102) alcancen las aberturas de salida (13, 14, 113, 114) .

11. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, donde el cátodo (101) tiene la forma de una barra rectangular que tiene cuatro lados largos y dos extremos y donde la superficie evaporable (102) comprende dos lados largos opuestos en ambos extremos de la barra.

12. El aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el primer elemento (119) para generar un primer campo magnético comprende una espiral solenoide.

13. El aparato de acuerdo con la reivindicación 12, donde el segundo elemento (141, 142) para generar un segundo campo magnético comprende al menos una espiral electromagnética.

14. El aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 11, donde al menos uno del primer elemento (119) y el segundo elemento (141, 142) comprende un magneto permanente.

15. El aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 11, donde al menos uno del primer elemento (119) y el segundo elemento (141, 142) comprende un electromagneto.

FIGURA 1

FIGURA 2

FIGURA 3

FIGURA 4

FIGURA 6