MÉTODO PARA PRETRATAR SUSTRATOS PARA MÉTODOS PVD.

La invención se refiere a un método para pretratar sustratos del tipo que se puede realizar de la manera usual antes de la deposición de capas sobre sustratos por medio de métodos PVD (Deposición Física por Vapor). La deposición por arco catódico es un método que se estableció hace muchos años, que se usa para la deposición de capas sobre herramientas y piezas, y se usa para depositar una amplia variedad de capas metálicas, así como nitruros metálicos, carburos metálicos y carbonitruros metálicos. En este método, las dianas son cátodos de un proceso de descarga de un arco que es operado a voltajes bajos y corrientes altas, y con el cual el material de la diana (cátodo) es vaporizado. Se usan fuentes de alimentación DC como las fuentes de alimentación más simples y más baratas para operar procesos de descarga de arcos. Por el documento DE 42 38 784 C1 se conoce un procedimiento para la reducción de la susceptibilidad a la corrosión y aumentar la resistencia al desgaste de objetos hechos de aceros de baja aleación, propensos a la corrosión. Para conseguir la reducción de la susceptibilidad a la corrosión y un aumento en la resistencia al desgaste en objetos hechos de acero de baja aleación y por tanto propensos a la corrosión en un único procedimiento, las superficies del objeto se limpian primero con un bombardeo de iones que tiene lugar en un vacío, después se difunden átomos de cromo en sus superficies limpias usando un bombardeo de iones de cromo en el vacío, y finalmente, dentro del vacío y sin interrupción en el procedimiento, se deposita un revestimiento sobre la capa de difusión que resulta de los depósitos apoyados por los iones, tomando la forma de un revestimiento duro. Se sabe que el material vaporizado por la descarga de arco catódico contiene un alto porcentaje de iones. Johnson, P. C., en Physics of Thin Films, vol. 14, Academic Press, 1989, pp. 129-199, describe valores de entre 30% y 100% para estos iones, dependiendo del material del cátodo y de la magnitud de la corriente de descarga. Este alto porcentaje de vapor ionizado es deseable en la síntesis de capas. El alto grado de ionización resulta ser particularmente ventajoso en la síntesis de capas cuando es acoplado con una polarización negativa sobre el sustrato, y por tanto nos permite aumentar y variar la aceleración y energía de los iones hacia el sustrato. Las capas sintetizadas de esta manera tienen una densidad más alta, y es posible influir en algunas propiedades de las capas, tales como la tensión de la capa y la morfología de la capa cambiando el voltaje de polarización. La vaporización por arco, sin embargo, también es conocida por el hecho de que, dependiendo del punto de fusión del material vaporizado, produce más o menos gotitas, que básicamente no son deseables. Este porcentaje de gotitas no se tiene en consideración usualmente cuando se indica el grado de ionización del material vaporizado, pero puede tener una influencia considerable sobre la calidad de la capa. Es deseable por tanto reducir el porcentaje de gotitas en el material vaporizado por medio de un campo magnético de una fuente especial o filtros adicionales (mecánicos y electromagnéticos, como se describe en Aksenov, I. I. et al., Sov. J. Plasma Phys. 4(4) (1978) 425), o reducir el porcentaje de las mismas por medio de otros parámetros de proceso, tales como una presión gaseosa relativa aumentada. También, se propone el uso de materiales con un punto de fusión más alto, a fin de reducir el número y tamaño de las gotitas. La porción ionizada del material vaporizado que se observa en la vaporización por arco también se puede usar para pretratar sustratos. Aumentando de manera sucesiva el voltaje de polarización del sustrato, su bombardeo con los iones del vapor del material vaporizado y del gas de trabajo puede ser manejado hasta un punto que permita que los sustratos sean pulverizados y/o calentados a altas temperaturas. Usualmente, esta etapa del procedimiento se denomina grabado con iones metálicos, un nombre algo impreciso, dado que no incluye conceptualmente los iones producidos por el uso habitual o necesario de un gas de trabajo o un gas reactivo. De manera general, sin embargo, es deseable reducir el porcentaje de iones del gas de trabajo (se usa frecuentemente un gas inerte tal como argón) o eliminar el gas de trabajo por completo. Una razón para esto es que los gases inertes no pueden ser incorporados en las capas de un modo estable, dado que no se enlazan, y además, dan como resultado tensiones. En general, sin embargo, no es fácilmente posible una operación continua de la fuente de arco sin un suministro de gas (gas de trabajo o gas reactivo). Si las fuentes de arco deben ser operadas sin un gas de trabajo, por ejemplo las fuentes iónicas para implantación de iones, entonces son operadas de un modo pulsado, es decir, la fuente debe ser reencendida continuamente dado que el arco sólo vive durante un tiempo corto si no se añade gas. Un ejemplo de tal método se describe en el documento JP 01042574. Ya ha sido descrito un pretratamiento de sustratos por medio de bombardeo de iones y el grabado asociado del sustrato por medio de iones, así como el calentamiento del sustrato, en la patente de EE.UU. 4734178. Es importante añadir aquí que el grabado por medio de iones metálicos puede conducir a resultados de tratamiento sobre la superficie del sustrato que difieren de los conseguidos con un calentamiento simple del sustrato o también con un calentamiento del sustrato por medio de bombardeo con electrones, como describe, por ejemplo, Sablev en la patente de EE.UU. 05503725. Incluso el mero uso de iones metálicos proporciona nuevas posibilidades de reacción en comparación con iones de gas inerte, por ejemplo la formación de carburos o cristales mixtos. 2 E09004581 30-12-2011   Se describen en la bibliografía combinaciones de procedimientos de implantación y difusión, que dan como resultado una integración de los iones metálicos en la superficie del sustrato y por tanto un acoplamiento favorable de la capa depositada por vapor posteriormente (Muenz, W. -D. et al., Surf. Coat. Technol. 49 (1991) 161, Schönjahn, C. et al., J. Vac. Sci. Technol. A19(4) (2001) 1415). El problema con esta etapa del procedimiento, sin embargo, es principalmente la existencia de gotitas metálicas cuya masa es un múltiplo de la masa atómica y que usualmente no pueden ser retiradas de nuevo por medio de una etapa de grabado si entran en contacto con la superficie del sustrato y se condensan ahí. Una manera de sortear esta situación es equipar las fuentes de arco con filtros que separen las gotitas de los iones. Un diseño de filtro conocido está basado en el trabajo de Aksenov, I. I. et al., Sov. J. Plasma Phys. 4(4) (1978) 425; la fuente de arco está conectada a la cámara de deposición por medio de un tubo que encierra un campo magnético y tiene un codo de 90º. El campo magnético guía a los electrones a lo largo de un camino curvo, y estos a su vez fuerzan a los iones, por medio de fuerzas eléctricas, a seguir un camino curvo similar. Las gotitas no cargadas, sin embargo, chocan con la pared interior del tubo y se impide por tanto que alcancen el sustrato. La reducción resultante en la velocidad juega un papel subordinado para fines del grabado con iones metálicos. Es muy desventajoso, sin embargo, que el diámetro utilizable del haz de iones que sale del tubo hacia la cámara de deposición tiene una dimensión de sólo unos centímetros a aproximadamente 10 cm. Para muchas aplicaciones, esto hace necesario mover el sustrato delante de la fuente a fin de asegurar la suficiente uniformidad del proceso de grabado. Esto excluye que se usen estos métodos para sistemas de deposición discontinuos normales del tipo usado convencionalmente para producción. Un método significativamente más simple es trabajar con una placa deflectora delante de la fuente de arco y con un ánodo en posición desplazada situado aproximadamente detrás del sustrato (por ejemplo, el uso de otra fuente como ánodo en el lado opuesto de la cámara) como ya se ha bosquejado básicamente en principio en la patente de EE.UU. 05503725 de Sablev, pero no descrito específicamente para el procedimiento MIE (siglas en inglés de Grabado con Iones Metálicos). El camino de los electrones pasa entonces a través de la cámara y es forzado a sobrepasar los sustratos. Los campos eléctricos también fuerzan a los iones a seguir los caminos cerca de los electrones y están por tanto disponibles para el procedimiento de grabado en las proximidades del sustrato. Las gotitas son predominantemente capturadas en la placa deflectora. Esta orientación del procedimiento sería muy ineficaz para un procedimiento de deposición, porque también se pierde material ionizado en la placa deflectora y en las regiones de los bordes. Sin embargo,... [Seguir leyendo]

1. Método para el tratamiento superficial de piezas de trabajo en un sistema de tratamiento a vacío que tiene un primer electrodo configurado como diana, que es parte de una fuente de vaporización de arco, en el que, por encima del primer electrodo, es operado un arco con una corriente de arco, por medio de la cual es vaporizado material desde la diana que es depositado al menos parcial e intermitentemente sobre las piezas de trabajo, y que tiene un segundo electrodo que está configurado como un sostenedor de la pieza de trabajo y, junto con las piezas de trabajo, constituye un electrodo de polarización, en el que, por medio de un suministro de voltaje, se aplica un voltaje de polarización al electrodo de polarización, siendo aplicado el voltaje de polarización de tal modo que es equiparado a la corriente de arco de tal modo que sustancialmente no se produce acumulación neta de material sobre la superficie, caracterizado porque el primer electrodo es operado con una corriente pulsada, es generada por la pulsación una corriente de sustrato a través de la superficie de la pieza de trabajo que es aumentada en comparación con una operación no pulsada, y por tanto, no se produce acumulación neta de material sobre la superficie a un voltaje de polarización que es más bajo comparado con una operación no pulsada del primer electrodo. 2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el método se lleva a cabo sin gas de trabajo y/o sin gas reactivo. 3. Método según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el voltaje de polarización del sustrato es operado de una manera pulsada. 4. Método según la reivindicación 3, caracterizado porque la frecuencia de pulso presente actualmente del voltaje de polarización del sustrato es un múltiplo integral de la frecuencia de pulso de la corriente de arco, incluyendo una multiplicación por uno. 5. Método según la reivindicación 4, caracterizado porque en relación al pulsado de la corriente de arco, el pulsado del voltaje de polarización es cambiado de fase por un intervalo de tiempo que sustancialmente corresponde al tiempo de vuelo medio de los iones desde la diana hasta el sustrato. 6. Método según una cualquiera de la reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se usa un metal duro como sustrato, en el que la superficie del sustrato es un borde cortante tal como un inserto indexable, siendo el método llevado a cabo para subsanar un agotamiento del cobalto en la superficie. 7. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el material de la diana, y/o opcionalmente el gas de reacción, reacciona(n) químicamente con componentes materiales del sustrato, produciendo de este modo preferiblemente componentes más estables. 8. Método según la reivindicación 7, caracterizado porque se usa una diana metálica como diana, el sustrato contiene carbono, y la reacción química da como resultado la formación de carburos. 9. Método según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el pulso de la corriente de arco se selecciona para que se produzcan valores de subida de corriente de al menos 1.000 A/ms y preferiblemente al menos 10.000 A/ms. 10. Uso del método según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes para la subsanación al menos parcial de la concentración de material sobre la superficie, que está agotado comparado con el interior del sustrato. 14 E09004581 30-12-2011   E09004581 30-12-2011   16 E09004581 30-12-2011   17 E09004581 30-12-2011   18 E09004581 30-12-2011   19 E09004581 30-12-2011   E09004581 30-12-2011   21 E09004581 30-12-2011   22 E09004581 30-12-2011