Fuente de iones con hueco en el electrodo.

Una fuente de iones capaz de emitir un haz de iones, comprendiendo:

un ánodo (25) y un cátodo (5), teniendo uno del ánodo (25) y cátodo (5) una brecha dedescarga (15) definida en el mismo y teniendo el otro del ánodo (25) y cátodo (5) un hueco(40) definido en el mismo en una ubicación cercana a la brecha de descarga (15), teniendo elhueco (40) una pared de base (25a) y primera y segunda pared lateral (25b);al menos un imán (23) capaz de generar un campo magnético cerca de la brecha dedescarga (15); y

un suministro de energía (29) en comunicación eléctrica con el ánodo (25) y/o el cátodo (5),caracterizado porque el hueco (40) tiene una profundidad de 2,5 a 10 mm y una anchura de2,5 a 10 mm y donde la profundidad y la anchura del hueco (40) no difieren el uno del otro enmás de 1 mm.

CAMPO DE LA INVENCIÓN

Los presentes modos de realización de ejemplo hacen referencia a una fuente de iones para generar un haz de iones (difuso, focalizado o colimado) . En determinados modos de realización de ejemplo de esta invención, se crea una zona de aceleración extendida mediante la formación de un hueco en un electrodo (p.ej., ánodo y/o cátodo) de la fuente de iones.

ANTECEDENTES Y RESUMEN DE MODOS DE REALIZACIÓN DE EJEMPLO DE LA INVENCIÓN

Una fuente de iones es un dispositivo que provoca que las moléculas de gas sean ionizadas y

después acelera y emite las moléculas y/o átomos de gas ionizados en un haz hacia un sustrato. Dicho haz de iones puede usarse para varios fines que incluyen, sin carácter limitativo, la limpieza de un sustrato, activación, pulido, grabado, y/o deposición de capa (s) /recubrimiento (s) de película fina. Se revelan fuentes de iones de ejemplo, por ejemplo, en las patentes estadounidenses nº 7.030.390; 6.988.463; 6.987.364; 6.815.690; 6.812.648; y 6.359.388. Se revelan otras fuentes de iones en US

2005/0247885, RU 2 030 807 y US 5 945 781. [0003] Las FIGS. 1-2 ilustran una fuente de iones de tipo deriva cerrada (closed-drift) de cátodo frío convencional. En concreto, la FIG. 1 es una vista transversal lateral de una fuente de haces de iones con una ranura emisora de haces de iones en el cátodo, y la FIG. 2 es una vista en planta en sección correspondiente a lo largo de la línea de sección II-II de la FIG. 1. La FIG. 3 es una vista en planta en sección similar a la FIG. 2, para los fines de ilustrar que la fuente de haces de iones de la FIG.1 puede tener una ranura emisora de haces de iones de forma ovalada y/o de pista en oposición a una ranura emisora de haces de iones circular. Puede usarse también cualquier otra forma adecuada.

En relación con las FIGS. 1-3, la fuente de iones incluye una estructura hueca fabricada de un material magnetoconductor como el acero, que se usa como cátodo 5. El cátodo 5 incluye pared 30 lateral cilíndrica u ovalada 7, una pared inferior cerrada o parcialmente cerrada 9 y una pared superior aproximadamente plana 11en la que se define una ranura y/o abertura emisora de iones circular u ovalada (denominada también a veces "brecha de descarga") 15. La pared inferior 9 y la pared lateral 7 del cátodo 5 son opcionales. La ranura/abertura emisora de iones 15 incluye una periferia interior así como una periferia exterior. La parte de la pared superior de cátodo 5, 11 dentro de la ranura 15 35 se considera el cátodo interior, mientras que la parte de la pared superior del cátodo 5, 11 fuera de la ranura 15 se considera el cátodo exterior. La abertura u orificio (s) del suministro de gas de mantenimiento y/o depósito 21 está (n) formado (s) en la pared inferior 9. La pared superior plana 11 del cátodo funciona como un electrodo de aceleración. Un sistema magnético que incluye un imán cilíndrico 23 con polos N y S de polaridad opuesta se sitúa dentro de la estructura entre la pared 40 inferior 9 y la pared superior 11. El polo N se orienta hacia la pared superior plana 11, mientras que el

polo S se orienta hacia la pared inferior 9. El fin del sistema magnético con un circuito magnético cerrado formado por el imán 23 y el cátodo 5 es inducir un campo magnético sustancialmente transversal (MF, en inglés) en un área próxima a la ranura emisora de iones 15. [0005] La fuente de iones puede encontrarse por completo o parcialmente dentro de la pared conductora 50 y/o la pared 50 puede definir, al menos parcialmente, la cámara de deposición. En algunos casos, la pared 50 puede rodear por completo la fuente y sustrato 45, mientras que en otros casos la pared 50 puede rodear el sustrato y/o fuente de iones solo parcialmente. [0006] Se configura un ánodo conductor con forma circular u ovalada 25, conectado eléctricamente al polo positivo de la fuente de energía eléctrica 29, de forma que rodee al menos parcialmente el imán 23 y se encuentre aproximadamente de forma concéntrica con el mismo. El ánodo 25 puede fijarse dentro de la estructura por medio de un anillo aislante 31 (p.ej., de cerámica) . El ánodo 25 define una abertura central en el mismo en el que se sitúa el imán 23. El polo negativo de la fuente de energía eléctrica 29 está conectado a tierra y conectado al cátodo 5, de forma que el cátodo es negativo con respecto al ánodo. A rasgos generales, el ánodo 25 generalmente es polarizado positivo por varios miles de voltios. En cambio, el cátodo (el término "cátodo" según su uso aquí incluye las partes internas y/o externas del mismo) se mantiene generalmente al potencial de tierra. Un ejemplo de fuente de iones convencional incluye un ánodo que tiene una superficie superior plana a aproximadamente 2 mm de la parte inferior de los cátodos interiores y exteriores. [0007] La fuente de haces de iones convencional de las FIGS. 1-3 se dirige a la formación de un haz de iones tubular dirigido de forma unilateral, que fluye en dirección hacia el sustrato 45. El sustrato 45 puede polarizarse o no en diferentes ejemplos. El haz de iones emitido desde el área de la ranura/abertura 15 tiene forma de círculo en el modo de realización de la FIG. 2 y forma de óvalo (p.ej., de pista de carreras) en el modo de realización de la FIG. 3. La fuente de haces de iones convencional de las FIGS. 1-3 opera de la siguiente manera en un modo de depósito cuando se desea que el haz de iones deposite al menos una capa sobre el sustrato 45. Una cámara de vacío en la que el sustrato 45 y la ranura/abertura 15 están situadas es evacuada y se carga un gas de deposición (p.ej., un gas hidrocarburo como acetileno o similares) en el interior de la fuente a través de la (s) abertura (s) 21 o de cualquier otra manera adecuada. También puede alimentarse un gas de mantenimiento (p.ej., argón) en la fuente en determinados casos, junto con o en lugar del gas de deposición. El suministro de energía 29 se activa y se genera un campo eléctrico entre el ánodo 25 y cátodo 5, que acelera electrones a alta energía. El ánodo 25 es polarizado de forma positiva mediante varios miles de voltios y el cátodo 5 se encuentra a potencial de tierra como se muestra en la FIG. 1. Las colisiones de electrones con el gas en y/o cerca de la abertura/ranura 15 lleva a la ionización y se genera un plasma. "Plasma" aquí significa una nube de gas que incluye iones de un material que se acelerará hacia el sustrato 45. El plasma se expande y llena (o al menos llena parcialmente) una región que incluye la ranura/abertura 15. Se produce un campo eléctrico en la ranura 15, orientado en la dirección sustancialmente perpendicular al campo magnético transversal, que causa que los iones se propaguen hacia el sustrato 45. Los electrones en el espacio de aceleración de iones en y/o cerca de la ranura/abertura 15 son impulsados por la deriva E x B conocida en una trayectoria en bucle cerrado dentro de la región de las líneas de campo magnético y eléctrico cruzados cerca de la ranura/abertura 15. Estos electrones en circulación contribuyen a la ionización del gas (el término "gas" según su uso aquí significa al menos un gas) , de forma que la zona de colisiones de ionización se extiende más allá del hueco eléctrico entre el ánodo y el cátodo e incluye la región cercana a la ranura/abertura 15 en uno y/o ambos lados del cátodo 5. Para fines ilustrativos, considérese la situación en la que un gas de deposición silano y/o acetileno (C2H2) es/son utilizado (s) por la fuente de iones de las FIGS. 1-3 en un modo de deposición. El gas de deposición acetileno y/o silano pasa a través del espacio entre el ánodo 25 y el cátodo 5. [0008] Desafortunadamente, la fuente de iones de las FIGS. 1-3 presenta diversos inconvenientes. Por ejemplo, las fuentes de iones convencionales presentan pequeñas zonas en las que los iones puedan acelerarse, limitando así la eficiencia energética global de la fuente de iones. Unas eficiencias energéticas menores pueden disminuir las energías iónicas asociadas, lo que no es recomendable en determinados casos. Los iones pueden tender a desviarse, lo que resulta potencialmente en un haz de iones menos focalizado o menos eficiente. Además, la profundidad a la que los iones pueden penetrar en el sustrato diana, si se desea, puede limitarse mediante una energía iónica más baja. [0009] De este modo, se apreciará que existe una necesidad en la técnica de encontrar una fuente de iones que supere uno o más de los problemas antes mencionados. [0010] En determinados modos de realización de ejemplo, se proporciona una fuente de iones capaz de emitir un haz de iones. Dicha fuente de iones puede comprender un ánodo y un cátodo, con el ánodo y/o cátodo presentando una brecha de descarga (p.ej., ranura o similar) formada en los mismos.... [Seguir leyendo]

1. Una fuente de iones capaz de emitir un haz de iones, comprendiendo: un ánodo (25) y un cátodo (5) , teniendo uno del ánodo (25) y cátodo (5) una brecha de descarga (15) definida en el mismo y teniendo el otro del ánodo (25) y cátodo (5) un hueco (40) definido en el mismo en una ubicación cercana a la brecha de descarga (15) , teniendo el hueco (40) una pared de base (25a) y primera y segunda pared lateral (25b) ; al menos un imán (23) capaz de generar un campo magnético cerca de la brecha de descarga (15) ; y un suministro de energía (29) en comunicación eléctrica con el ánodo (25) y/o el cátodo (5) , caracterizado porque el hueco (40) tiene una profundidad de 2, 5 a 10 mm y una anchura de 2, 5 a 10 mm y donde la profundidad y la anchura del hueco (40) no difieren el uno del otro en más de 1 mm.

2. La fuente de iones de la reivindicación 1, donde un haz de iones se emite desde un área en y/o cerca de la brecha de descarga (15) , y donde el hueco (40) sirve para extender una zona de aceleración, aumentando así la energía iónica del haz de iones.

3. La fuente de iones de la reivindicación 1, donde el hueco (40) se encuentra en comunicación con al menos un canal de flujo de gas (51) que se extiende al menos parcialmente a través del otro del ánodo (25) y cátodo (5) .

4. La fuente de iones de la reivindicación 1, que comprende además una capa aislante (53) formada en el otro del ánodo (25) y cátodo (5) a lo largo de al menos parte de al menos una pared lateral (25b) del hueco (40) .

5. La fuente de iones de la reivindicación 1, donde al menos una pared lateral (25b) del hueco (40) forma un ángulo de aproximadament.

4. 140 grados con la pared de base (25a) del hueco (40) .

6. La fuente de iones de la reivindicación 1, donde dicho cátodo (5) incluye la brecha de descarga

(15) y donde dicho ánodo (25) está situado al menos parcialmente debajo de la brecha de descarga (15) ; y donde el hueco (40) está definido en una superficie superior del ánodo (25) , estando el hueco (40) ubicado al menos parcialmente debajo de la brecha de descarga (15) .

7. La fuente de iones de la reivindicación 6, donde un haz de iones se emite desde un área en y/o cerca de la brecha de descarga (15) , y donde el hueco (40) sirve para extender una zona de aceleración, aumentando así la energía iónica del haz de iones.

8. La fuente de iones de la reivindicación 6, donde el hueco (40) se encuentra en comunicación con al menos un canal de flujo de gas (51) que se extiende al menos parcialmente a través del ánodo (25) .

9. La fuente de iones de la reivindicación 6, que comprende además una capa aislante y/o una capa que comprende acero inoxidable formada en el ánodo (25) a lo largo de al menos parte de al menos una pared lateral (25b) del hueco (40) .

10. La fuente de iones de la reivindicación 6, donde al menos una de las paredes laterales (25b) del

hueco (40) forma un ángulo de aproximadament.

4. 140 grados, preferiblemente de aproximadament.

6. 90 grados con la pared de base (25a) del hueco (40) .

11. La fuente de iones de la reivindicación 6, donde la fuente de iones es una fuente de iones de tipo de deriva cerrada de cátodo frío.

12. Un método de puesta en práctica de una fuente de iones capaz de emitir un haz de iones, comprendiendo el método: proporcionar la fuente de iones de la reivindicación 1, usar al menos un imán (23) para generar un campo magnético cerca de la brecha de descarga (15) ; y acelerar los iones a incluir en el haz de iones en y/o cerca del hueco (40) formado en el ánodo (25) y/o el cátodo (5) .

PARED

SUSTRATO

Haz de

iones

CÁTODO CÁTODO (INTERIOR)

Ánodo Ánodo

Imán (es)

CÁTODO

(TÉCNICA PRECEDENTE)

(TÉCNICA PRECEDENTE)

(TÉCNICA PRECEDENTE)

PARED

SUSTRATO

Haz de

iones

CÁTODO CÁTODO (INTERIOR)

Ánodo Ánodo

Imán (es)

CÁTODO