Un sistema de recubrimiento por metalización por bombardeo atómico que comprende:

una cámara de vacío; unos medios para generar un vacío en la cámara de vacío; un sistema de alimentación de gas acoplado a la cámara de vacío; un sistema para confinar y guiar un plasma de gas en el interior de la cámara de vacío; un conjunto objetivo de metalización por bombardeo atómico ubicado en el interior de dicha cámara, teniendo el conjunto objetivo una sección transversal externa circular o no circular definida por una superficie exterior del conjunto objetivo; un sistema de formación de plasma de gas para formar el plasma de gas, estando el sistema de formación de plasma de gas acoplado a la cámara de vacío lejos del conjunto objetivo, teniendo el sistema de formación de plasma de gas una salida a la cámara de vacío y una zona de generación de plasma que es tubular en dicha salida a la cámara de vacío; y un sistema para aplicar un voltaje de polaridad negativa a la superficie del material que va a metalizarse por bombardeo atómico de tal modo que tiene lugar la metalización por bombardeo atómico,

caracterizado por que:

el material que va a metalizarse por bombardeo atómico forma al menos la superficie exterior del conjunto objetivo; y el conjunto objetivo se coloca de tal modo que la superficie exterior se rodea por el plasma en el interior de la cámara de vacío.

Sistema de recubrimiento por metalización por bombardeo atómico y procedimiento de revestimiento por metalización por bombardeo atómico La presente invención se refiere a aparatos que depositan por metalización por bombardeo atómico unos revestimientos de película fina sobre otras superficies y materiales.

Los procesos de metalización por bombardeo atómico se usan ampliamente para la deposición de películas finas de materiales sobre varios substratos. En general, el proceso tiene lugar en el interior de una cámara de vacío en la que está presente una pequeña cantidad de gas de proceso ionizable, por ejemplo argón. A unas presiones de gas de proceso adecuadas, un plasma puede producirse a través de la ionización del gas mediante unos medios bien conocidos, por ejemplo la aplicación de un alto voltaje entre dos electrodos en el interior de la cámara. Un material objetivo, que puede formar en sí mismo el electrodo negativo (cátodo) , se bombardea mediante iones de plasma positivos y si el bombardeo iónico es de suficiente energía, se expulsan átomos objetivo desde la superficie objetivo al vacío. Un substrato colocado en el interior del sistema de vacío, normalmente en línea de visión con y cerca de la superficie objetivo que se está bombardeando, puede revestirse entonces por el material objetivo liberado.

Un sistema de metalización por bombardeo atómico de plasma simple, que comprende por ejemplo dos placas de metal separadas por una distancia adecuada y con un voltaje de CC apropiado entre las mismas, sólo es eficiente o útil en un estrecho intervalo de condiciones de proceso y está por lo tanto limitado en su aplicación. La evolución de la tecnología de metalización por bombardeo atómico ha mejorado en gran medida en tales sistemas simples, con la intención de conseguir unas velocidades de deposición más altas, mejor uniformidad y propiedades de las películas depositadas, y unos intervalos más amplios de los materiales que pueden metalizarse por bombardeo atómico. Por lo tanto, se conoce bien que pueden usarse unos voltajes de CA, normalmente a radiofrecuencias (RF) y habitualmente a 13, 56 MHz, por ejemplo para permitir la metalización por bombardeo atómico de aislantes, y que pueden usarse campos magnéticos para confinar o dirigir los electrones de plasma, por ejemplo para aumentar de forma local la energía de plasma en el objetivo, para potenciar las velocidades de metalización por bombardeo atómico. Ha de observarse que, en general, la obtención de unas velocidades de deposición más altas es un objetivo comercial principal para los sistemas de metalización por bombardeo atómico.

A modo de ejemplo, un conjunto objetivo de metalización por bombardeo atómico de "magnetrón" circular tiene un campo magnético en forma de toroide que penetra en la superficie de material objetivo, para confinar electrones de plasma e inducir un nivel de ionización local (o "densidad de plasma") mucho más alto de lo que sería posible de otro modo. Esto permite que se consigan unas altas velocidades de metalización por bombardeo atómico a bajas presiones de gas, habitualmente de 0, 13 a 0, 93 pascales (de 1 x 10-3 a 7 x 10-3 torr) , lo que da como resultado unas altas velocidades de deposición de material sobre los substratos y una alta calidad de las películas finas depositadas. Como resultado, los aparatos de deposición por metalización por bombardeo atómico usando diseños basados en magnetrón se usan extensivamente, por ejemplo en los sectores industriales de semiconductores y optoelectrónica.

Una variante del proceso de metalización por bombardeo atómico es la metalización por bombardeo atómico reactiva, en el que un gas de proceso o un componente de una mezcla de gases de proceso reacciona con el material objetivo metalizado por bombardeo atómico o la película fina depositada para producir un material compuesto. A modo de ejemplo, un objetivo de aluminio puede metalizarse por bombardeo atómico en unas condiciones adecuadas en un golpe de plasma en una mezcla de gas de argón y oxígeno para depositar una película de óxido de aluminio.

Para aumentar adicionalmente las velocidades de deposición y la capacidad del sistema, y superar algunas de las limitaciones que imponen los sistemas de metalización por bombardeo atómico de magnetrón, se conoce que una densidad de plasma de 1011 cm-3 o más, a continuación en el presente documento un "plasma de alta densidad", puede producirse de forma remota e independiente del objetivo y dirigirse a continuación hacia sus proximidades por campos eléctricos y/o magnéticos.

El cambio principal que resulta de usar un plasma generado de forma remota es que el conjunto objetivo de metalización por bombardeo atómico no se requiere para producir, sostener o aportar energía al plasma de alta densidad. Esto permite la eliminación del campo magnético toroidal que se usa en los diseños de magnetrón con el resultado de que, con el plasma generado de forma remota que se guía hasta la superficie objetivo, la metalización por bombardeo atómico tiene lugar a lo largo de la totalidad de la superficie objetivo, no sólo el anillo de material en el interior del toroide.

Efectivamente, se mantienen las ventajas de proceso del diseño de magnetrón, mientras que se elimina una desventaja principal. Para un sistema diseñado y accionado de forma adecuada, la densidad de plasma que se suministra a la superficie objetivo es comparable con, o mayor que, la que se generaría en el toroide localizado del diseño de magnetrón. Debido a que todas las áreas del objetivo metalizan por bombardeo atómico, por lo tanto, el material a la misma alta velocidad que se consigue sólo de forma local en el diseño de magnetrón, la velocidad de deposición en conjunto que puede conseguirse del objetivo se aumenta en gran medida, habitualmente por un factor de 3 a 5 sobre el sistema basado en magnetrón, sustancialmente más en comparación con los sistemas de metalización por bombardeo atómico basados en "placa paralela" con alimentación de CA o CC simple.

Se conoce una variedad de técnicas que puede usarse para generar unos plasmas de alta densidad remotos, tal como se resume por Popov en "High Density Plasma Sources" (1995) . Por ejemplo, los fenómenos de resonancia ciclotrónica (ECR) pueden usarse para producir un plasma acoplando una fuente de microondas con un campo magnético fuerte en el vacío.

A modo de ejemplo adicional, las ondas de plasma de alta densidad pueden generarse por el uso de una antena externa alimentada con una señal de radiofrecuencia de 13, 56 MHz, tal como se muestra en documentos originalesde Boswell y posteriormente Chen. Éstos tienen la ventaja de usar unas intensidades de campo magnético inferiores en comparación con ECR, si bien requieren un cuidadoso diseño de antena y campo magnético para garantizar la producción y propagación eficientes de los electrones de "onda helicón" que se usan para generar las altas densidades de plasma.

Una fuente de ondas de plasma más eficiente adicional se usa en un sistema de deposición por metalización porbombardeo atómico inventado por Thwaites (patente del Reino Unido con nº 2 343 992) . Ésta utiliza una antena de cuadro arrollada de forma helicoidal en conjunción con unos campos magnéticos no lineales, tanto para producir un plasma de alta densidad como para dirigir éste a una superficie objetivo sin línea de visión con la fuente de plasma. La fuente de plasma tiene las ventajas de un diseño de antena y campo magnético más simple y más robusto que los sistemas de "helicón", y se encuentra que es más eficiente en la práctica.

Una limitación de la totalidad de los sistemas de metalización por bombardeo atómico que se han dado a conocer, es que el material objetivo se expulsa en un arco angular limitado, lo que limita por lo tanto el tamaño del área de revestimiento en la que pueden colocarse los substratos. La limitación de arco angular requiere que se ensamblen unos sistemas de vacío grandes y por lo tanto costosos, para revestir de forma eficiente grandes áreas y/o un gran número de substratos, a menudo con muchos conjuntos objetivo de metalización por bombardeo atómico.

Una limitación adicional de los sistemas de metalización por bombardeo atómico que se han dado a conocer son las dimensiones limitadas de la zona de metalización por bombardeo atómico de alta intensidad que restringen de ese modo la velocidad de deposición que puede conseguirse y/o limitan el número y el tamaño de los substratos que pueden revestirse. Por ejemplo, las fuentes de magnetrón circular metalizan por... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de recubrimiento por metalización por bombardeo atómico que comprende:

una cámara de vacío; unos medios para generar un vacío en la cámara de vacío; un sistema de alimentación de gas acoplado a la cámara de vacío; un sistema para confinar y guiar un plasma de gas en el interior de la cámara de vacío; un conjunto objetivo de metalización por bombardeo atómico ubicado en el interior de dicha cámara, teniendo el conjunto objetivo una sección transversal externa circular o no circular definida por una superficie exterior del conjunto objetivo; un sistema de formación de plasma de gas para formar el plasma de gas, estando el sistema de formación de plasma de gas acoplado a la cámara de vacío lejos del conjunto objetivo, teniendo el sistema de formación de plasma de gas una salida a la cámara de vacío y una zona de generación de plasma que es tubular en dicha salida a la cámara de vacío; y un sistema para aplicar un voltaje de polaridad negativa a la superficie del material que va a metalizarse por bombardeo atómico de tal modo que tiene lugar la metalización por bombardeo atómico,

caracterizado por que:

el material que va a metalizarse por bombardeo atómico forma al menos la superficie exterior del conjunto objetivo; y el conjunto objetivo se coloca de tal modo que la superficie exterior se rodea por el plasma en el interior de la cámara de vacío.

2. Un sistema de recubrimiento por metalización por bombardeo atómico de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el conjunto objetivo es cilíndrico.

3. Un sistema de recubrimiento por metalización por bombardeo atómico de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el conjunto objetivo tiene una sección transversal poligonal.

4. Un sistema de recubrimiento por metalización por bombardeo atómico de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el conjunto objetivo comprende un conjunto de montaje alargado (18) y material objetivo (19) dispuesto en torno a y a lo largo del conjunto de montaje.

5. Un sistema de recubrimiento por metalización por bombardeo atómico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la superficie del conjunto objetivo comprende más de un tipo de material que va a metalizarse por bombardeo atómico.

6. Un sistema de recubrimiento por metalización por bombardeo atómico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que dicho sistema para confinar y guiar el plasma comprende al menos dos electroimanes, pudiendo controlarse al menos uno de dichos electroimanes.

7. Un sistema de recubrimiento por metalización por bombardeo atómico de acuerdo con la reivindicación 6, en el que dichos electroimanes tienen una polaridad magnética idéntica.

8. Un sistema de recubrimiento por metalización por bombardeo atómico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 6 o 7, en el que dicho sistema comprende un primer electroimán en un primer extremo de dicha cámara de vacío y un segundo electroimán en un segundo extremo de dicha cámara de vacío.

9. Un sistema de recubrimiento por metalización por bombardeo atómico de acuerdo con la reivindicación 8, en el que dicho sistema comprende además un tercer electroimán entre dichos electroimanes controlables primero y segundo.

10. Un sistema de recubrimiento por metalización por bombardeo atómico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en el que al menos uno de dichos electroimanes es permanente.

11. Un sistema de recubrimiento por metalización por bombardeo atómico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que dicho voltaje de polaridad negativa se aplica de forma continua.

12. Un sistema de recubrimiento por metalización por bombardeo atómico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que dicho voltaje de polaridad negativa se aplica de forma intermitente.

13. Un sistema de recubrimiento por metalización por bombardeo atómico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que dicho voltaje aplicado a dicho material es una radiofrecuencia.

14. Un sistema de recubrimiento por metalización por bombardeo atómico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que el sistema de formación de plasma acelera electrones de plasma hasta energías de ionización y al interior de la cámara de vacío a través de la interacción de una antena de radiofrecuencia y un campo magnético.

15. Un sistema de recubrimiento por metalización por bombardeo atómico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que el sistema de formación de plasma incluye una fuente de antena de helicón.

16. Un sistema de recubrimiento por metalización por bombardeo atómico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, en el que el plasma se restringe y se guía a través de la cámara de vacío a lo largo de un eje en línea recta.

17. Un sistema de recubrimiento por metalización por bombardeo atómico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, en el que el plasma que produce la fuente de plasma tiene una densidad en exceso de 1010 cm-3 en uno o más puntos en el interior de la cámara de vacío.

18. Un sistema de recubrimiento por metalización por bombardeo atómico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, en el que el conjunto objetivo puede girarse.

19. Un sistema de recubrimiento por metalización por bombardeo atómico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, en el que el conjunto objetivo comprende un conjunto de montaje refrigerado por agua sobre el que se dispone el material objetivo, y el conjunto de montaje se conecta a una fuente de voltaje.

20. Un sistema de recubrimiento por metalización por bombardeo atómico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, en el que el conjunto objetivo incluye una pantalla de protección para proteger el conjunto de montaje.

21. Un sistema de recubrimiento por metalización por bombardeo atómico de acuerdo con la reivindicación 20, en el que la pantalla de protección cubre además el material objetivo, y la pantalla de protección define unas aberturas a través de las cuales se introduce el plasma y sale material metalizado por bombardeo atómico.

22. Un sistema de recubrimiento por metalización por bombardeo atómico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21, que además comprende una pluralidad de substratos colocados en torno al conjunto objetivo.

23. Un sistema de recubrimiento por metalización por bombardeo atómico de acuerdo con la reivindicación 22, en el que el sistema de alimentación de gas se configura para introducir un gas en el interior de dicha cámara de vacío de tal modo que tiene lugar una metalización por bombardeo atómico reactiva.

24. Un procedimiento de revestimiento por metalización por bombardeo atómico, que comprende las etapas de:

montar un conjunto objetivo en forma de prisma en el interior de una cámara de vacío, teniendo dicho conjunto objetivo una superficie exterior que comprende de material objetivo de tal modo que el conjunto objetivo tiene una sección transversal poligonal externa definida por dicho material objetivo; producir un vacío en el interior de una cámara; hacer que fluya un gas de proceso en el interior de dicha cámara; producir un campo magnético a través de dicha cámara; generar plasma en el interior de dicha cámara lejos del conjunto objetivo, de tal modo que dicho plasma tiene una forma tubular, y el campo magnético confina y guía el plasma de tal modo que éste rodea la superficie exterior del conjunto objetivo; y aplicar un voltaje de polaridad negativa al conjunto objetivo en forma de prisma, de tal modo que dicho material objetivo se metaliza por bombardeo atómico.