Procedimiento para el suministro de impulsos secuenciales de potencia.

Procedimiento para el suministro de impulsos de potencia con intervalo escalable del impulso de potencia para el funcionamiento de un cátodo de atomización-PVD,

comprendiendo el cátodo de atomización-PVD un primer cátodo parcial y un segundo cátodo parcial, en el que para los cátodos parciales está predeterminada una impulsión de potencia media máxima y en el que la duración de los intervalos del impulso de potencia están predeterminados y el procedimiento comprende las siguientes etapas:

a) suministrar un generador con cesión de potencia predeterminada, con preferencia constante al menos después del arranque y después de la expiración de un intervalo de formación de la potencia,

b) conexión del generador,

c) conexión del primer cátodo parcial en el generador, de manera que el primer cátodo parcial es impulsado con potencia desde el generador,

d) separación del generador desde el primer cátodo parcial después de la expiración de un primer intervalo del impulso de potencia predeterminado que corresponde al primer cátodo parcial,

e) conexión del segundo cátodo racial en el generador, de manera que el segundo cátodo parcial es impulso con potencia desde el generador

f) separación del generador desde el segundo cátodo parcial después de la expiración de un segundo intervalo del impulso de potencia predeterminado que corresponde al segundo cátodo parcial en el que el primer intervalo del impulso de potencia comienza en el tiempo antes del segundo intervalo del impulso de potencia y el primer intervalo del impulso de potencia termina en el tiempo antes del segundo intervalo del impulso de potencia, caracterizado porque las etapas d) y e) se realizan de tal manera que el primer intervalo el impulso de potencia y el segundo intervalo del impulso de potencia se solapen en el tiempo y todos los intervalos del impulso de potencia forman conjuntamente un primer grupo, de manera que la cesión de potencia desde el generador se mantiene continuamente sin interrupción desde el comienzo del primer intervalo del impulso de potencia hasta el final del segundo intervalo del impulso de potencia y no tiene lugar un segundo intervalo de formación de la potencia.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2012/001484.

Solicitante: Oerlikon Surface Solutions AG, Trübbach.

Nacionalidad solicitante: Suiza.

Dirección: Hauptstrasse 53 9477 Trübbach SUIZA.

Inventor/es: LENDI,Daniel, KRASSNITZER,SIEGFRIED, LECHTHALER,MARKUS, RUHM,KURT.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C23C14/34 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C23 REVESTIMIENTO DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO DE MATERIALES CON MATERIALES METALICOS; TRATAMIENTO QUIMICO DE LA SUPERFICIE; TRATAMIENTO DE DIFUSION DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO POR EVAPORACION EN VACIO, POR PULVERIZACION CATODICA, POR IMPLANTACION DE IONES O POR DEPOSICION QUIMICA EN FASE VAPOR, EN GENERAL; MEDIOS PARA IMPEDIR LA CORROSION DE MATERIALES METALICOS, LAS INCRUSTACIONES, EN GENERAL.C23C REVESTIMIENTO DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO DE MATERIALES CON MATERIALES METALICOS; TRATAMIENTO DE MATERIALES METALICOS POR DIFUSION EN LA SUPERFICIE, POR CONVERSION QUIMICA O SUSTITUCION; REVESTIMIENTO POR EVAPORACION EN VACIO, POR PULVERIZACION CATODICA, POR IMPLANTACION DE IONES O POR DEPOSICION QUIMICA EN FASE VAPOR, EN GENERAL (aplicación de líquidos o de otros materiales fluidos sobre las superficies, en general B05; fabricación de productos revestidos de metal por extrusión B21C 23/22; revestimiento metálico por unión de objetos con capas preexistentes, ver las clases apropiadas, p. ej. B21D 39/00, B23K; mecanizado del metal por acción de una fuerte concentración de corriente eléctrica sobre un objeto por medio de un electrodo B23H; metalización del vidrio C03C; metalización de piedras artificiales, cerámicas o piedras naturales C04B 41/00; pinturas, barnices, lacas C09D; esmaltado o vidriado de metales C23D; medios para impedir la corrosión de materiales metálicos, las incrustaciones, en general C23F; tratamiento de superficies metálicas o revestimiento de metales mediante electrolisis o electroforesis C25D, C25F; crecimiento de monocristales C30B; mediante metalización de textiles D06M 11/83; decoración de textiles por metalización localizada D06Q 1/04; detalles de aparatos de sonda de barrido, en general G01Q; fabricación de dispositivos semiconductores H01L; fabricación de circuitos impresos H05K). › C23C 14/00 Revestimiento por evaporación en vacío, pulverización catódica o implantación de iones del material que constituye el revestimiento (tubos de descarga provistos de medios que permiten la introducción de objetos o de un material para ser expuestos a la descarga H01J 37/00). › Pulverización catódica.
  • H01J37/34 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01J TUBOS DE DESCARGA ELECTRICA O LAMPARAS DE DESCARGA ELECTRICA (espinterómetros H01T; lámparas de arco, con electrodos consumibles H05B; aceleradores de partículas H05H). › H01J 37/00 Tubos de descarga provistos de medios o de un material para ser expuestos a la descarga, p. ej. con el propósito de sufrir un examen o tratamiento (H01J 33/00, H01J 40/00, H01J 41/00, H01J 47/00, H01J 49/00 tienen prioridad). › que funcionan por pulverización catódica (H01J 37/36 tiene prioridad).

PDF original: ES-2543053_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Procedimiento para el suministro de impulsos secuenciales de potencia

La invención se refiere a un procedimiento para la generación de impulsos de potencia.

Tales impulsos de potencia se necesitan en el marco de la tecnología-HIPIMS. HIPIMS representa High Power Impulse Magnetron Sputterlng (pulverización catódica de magnetrones de impulsos de alta potencia). En este caso, se trata de un procedimiento de recubrimiento en vacío, en el que por medio de corrientes muy altas de descarga se atomiza material desde un cátodo, con lo que se garantiza que el material atomizado sea ionizado positivamente de alta calidad. Si se aplica al mismo tiempo en los sustratos a recubrir una tensión negativa, entonces esto tiene como consecuencia que los iones positivos que se obtienen a través de la atomización son acelerados en la dirección de los sustratos y de esta manera conducen a la formación de una capa hermética. En este caso, se pueden emplear potencias de, por ejemplo, 4 kW y más. No obstante, solamente en el marco de un impulso de potencia corto es posible atomizar material desde el cátodo, puesto que éste se puede dañar en el caso de actuación prolongada de la línea a través de calentamiento excesivo. Por lo tanto, debe limitarse la duración durante la que se puede atomizar desde un cátodo con alta potencia, lo que conduce a una duración máxima admisible del impulso.

Un principio para realizar esto consiste en dividir todo el cátodo en cátodos parciales y aplicar la potencia secuencialmente de forma sucesiva sobre los cátodos parciales. Con este concepto se entiende que están previstos varios cátodos aislados unos de los otros (llamados aquí cátodos parciales) en la instalación de recubrimiento, de manera que se puede conseguir, limitada localmente, una corriente de descarga alta. Una realización posible de este principio se describe en la solicitud de patente alemana DE 121118363.

Durante un impulso de potencia que actúa sobre un cátodo parcial se atomiza desde este cátodo con alta densidad de corriente de descarga. Al mismo tiempo, el o los otros cátodos parciales se enfrían antes de que actúe de nuevo un impulso de potencia sobre ellos.

En la publicación de patente DE 12617382 A1 se publican un procedimiento y un dispositivo para el recubrimiento de superficies por medio de HIPIMS, en los que varios cátodos son impulsados secuencialmente por una alimentación de potencia.

No obstante, los inventores han constatado que la duración del impulso propiamente dicha tiene una influencia alta sobre las propiedades de la capa constituida por medio de atomización de magnetrones. Por lo tanto, se necesitan generadores que estén en condiciones de emitir tantos impulsos de potencia altos muy cortos como también Impulsos de potencia altos relativamente duraderos.

Los generadores suministran, en general, de manera fiable una tensión constante en el caso de corriente constante. En Inglés se designa con "power supply", lo que significa traducido tanto como alimentación de potencia. Es exigente la situación en la que se trata, como se ha descrito anteriormente, de generar impulsos de potencia cortos de alta potencia. Durante la conexión de la alimentación de potencia, que debe emitir una potencia de, por ejemplo, 4 ló/V, transcurren del orden de magnitud de aproximadamente 7 ps hasta la cesión completa de la potencia con las fuentes de tensión habituales. Si se necesitan, como en el presente caso, impulsos de potencia con duración más corta del impulso, entonces el tiempo disponible ha expirado ya antes de la instalación completa de la potencia. El perfil de la potencia de tales impulsos es de manera correspondiente dinámico incontrolado y el procedimiento de atomización basado en él conduce a capas mal reproducibles y subóptimas en sus propiedades.

Por lo tanto, con el presente procedimiento de acuerdo con la invención debe indicarse una posibilidad para conseguir de manera sencilla impulsos de potencia con perfil definido, debido ser escalable la duración de los impulsos de potencia de manera sencilla sobre intervalos amplios.

De acuerdo con la invención, el cometido se soluciona porque los intervalos de potencia asociados a un primer cátodo parcial se solapan en una medida insignificante en el tiempo con los intervalos de los impulsos de potencia asociados a un segundo cátodo parcial, de tal manera que en el caso de desviación de la potencia desde un primer cátodo parcial sobre el segundo cátodo parcial, no debe desconectarse el generador que suministra la potencia, sino que la extracción de potencia desde el generador tiene lugar de manera ininterrumpida y de este modo no debe tener lugar una nueva formación de la potencia. Durante el tiempo del solape de los dos intervalos de los impulsos de potencia, el plasma arde solamente en el primer cátodo parcial, puesto que la impedancia respectiva es claramente más baja frente a la impedancia del segundo cátodo parcial no encendido todavía. Solamente cuando al final del primer intervalo del impulso de potencia se separa el primer cátodo parcial desde el generador, se enciende el plasma en el segundo cátodo parcial, pero esto se realiza tan rápidamente que tiene lugar una extracción de potencia esencialmente continua desde el generador. Si está presente un tercer cátodo parcial, entonces se procura que el intervalo del impulso de potencia asociado al tercer cátodo parcial se solape en una medida insignificante con el intervalo del impulso de potencia asociado al segundo cátodo parcial, de manera que de nuevo durante la desviación de la potencia desde el segundo cátodo parcial sobre el tercer cátodo parcial no tiene lugar ninguna interrupción de la extracción de la potencia. Expresado en términos generales, se procura que el intervalo del

impulso de potencia asociado al n cátodo parcial se solape en una medida Insignificante con el Intervalo del impulso de potencia asociado con el (n-1) cátodo racial, con lo que durante la desviación de la potencia desde el (n-1) cátodo parcial sobre el n cátodo parcial se evita una interrupción de la extracción de la potencia desde el generador. Solamente cuando la potencia ha sido desviada sobre el último cátodo parcial y se ha emitido el impulso de potencia asociado a este último cátodo parcial, es decir, cuando ha terminado un ciclo de impulsos de potencia - designado a continuación como grupo -, se interrumpe la extracción de potencia desde el generador. La pausa de potencia que sigue a continuación se utiliza para refrigerar los cátodos parciales, antes de que se impulse de nuevo el primer cátodo parcial con el impulso de potencia asociado al mismo en el Intervalo correspondiente.

Sin embargo, tal modo de proceder conduce a que al menos el Impulso de potencia emitido al primer cátodo parcial se encuentra en el intervalo de tiempo de la formación de la potencia del generador y el impulso de tiempo correspondiente presenta un perfil correspondiente no deseado. De acuerdo con una forma de realización preferida de la presente invención, por lo tanto, previamente a la Impulsión del primer cátodo parcial con potencia durante al menos aproximadamente el intervalo de formación de la potencia se Impulsa un llamado cátodo ficticio (Dummy) con potencia. Entonces se procura que el intervalo del Impulso de potencia asociado al primer cátodo parcial de solape en una medida insignificante con el intervalo de formación de la potencia, con lo que durante la desviación de desde el cátodo ficticio sobre el primer cátodo parcial se evita una Interrupción de la extracción de la potencia desde el generador y en el marco del primer intervalo del Impulso de potencia está disponible esencialmente ya la potencia total. El cátodo ficticio mencionado anteriormente se puede realizar, por ejemplo, con un circuito de corriente con resistencia óhmlca, en la que cae la tensión correspondiente y de esta manera la potencia se convierte en calor.

Como se ha mencionado anteriormente, el Intervalo de formación de la potencia puede estar, en general, en el orden de magnitud en torno a 7 ps. La potencia emitida durante este Intervalo desde el generador hasta el cátodo ficticio no se utiliza para el proceso de recubrimiento, por lo que se pierde y representa una pérdida. Esto no es problemático cuando el ciclo del impulso de potencia, es decir, el Intervalo de grupos, es grande frente al Intervalo de formación de la potencia y de esta manera la pérdida de potencia representa solamente un porcentaje pequeño. Sin embargo, esto es problemático cuando los intervalos del impulso de potencia llegan a ser tan pequeños que el Intervalo de formación de la potencia llega a ser relevante, en general, en comparación con el intervalo de grupos. En tal caso, se produce una pérdida de potencia... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1.- Procedimiento para el suministro de impulsos de potencia con intervalo escalable del Impulso de potencia para el funcionamiento de un cátodo de atomización-PVD, comprendiendo el cátodo de atomlzaclón-PVD un primer cátodo parcial y un segundo cátodo parcial, en el que para los cátodos parciales está predeterminada una Impulsión de potencia media máxima y en el que la duración de los intervalos del impulso de potencia están predeterminados y el procedimiento comprende las siguientes etapas:

a) suministrar un generador con cesión de potencia predeterminada, con preferencia constante al menos después del arranque y después de la expiración de un intervalo de formación de la potencia,

b) conexión del generador,

c) conexión del primer cátodo parcial en el generador, de manera que el primer cátodo parcial es impulsado con potencia desde el generador,

d) separación del generador desde el primer cátodo parcial después de la expiración de un primer intervalo del impulso de potencia predeterminado que corresponde al primer cátodo parcial,

e) conexión del segundo cátodo racial en el generador, de manera que el segundo cátodo parcial es impulso con potencia desde el generador

f) separación del generador desde el segundo cátodo parcial después de la expiración de un segundo intervalo del impulso de potencia predeterminado que corresponde al segundo cátodo parcial

en el que el primer intervalo del impulso de potencia comienza en el tiempo antes del segundo intervalo del impulso de potencia y el primer intervalo del impulso de potencia termina en el tiempo antes del segundo intervalo del impulso de potencia, caracterizado porque las etapas d) y e) se realizan de tal manera que el primer intervalo el impulso de potencia y el segundo intervalo del impulso de potencia se solapen en el tiempo y todos los intervalos del impulso de potencia forman conjuntamente un primer grupo, de manera que la cesión de potencia desde el generador se mantiene continuamente sin interrupción desde el comienzo del primer intervalo del impulso de potencia hasta el final del segundo intervalo del impulso de potencia y no tiene lugar un segundo intervalo de formación de la potencia.

2.- Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el solape temporal del primer intervalo del impulso de potencia y del segundo intervalo del impulso de potencia no es mayor que x% de los intervalos del impulso de potencia o bien en el caso de un primer intervalo del impulso de potencia no se diferencia del segundo intervalo del impulso de potencia en la duración más que x% del intervalo del impulso de potencia de duración más corta, siendo x inferior a 2, con preferencia siendo x inferior a 1.

3.- Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el cátodo de atomización-PVD comprende al menos otro cátodo parcial, con preferencia otros varios cátodos parciales, en el que los otros cátodos parciales se conectan de acuerdo con las etapas e) y f) en el generador y se separan de él, en el que el intervalo de impulso de potencia asociado, respectivamente, al otro cátodo parcial que viene en la serie se solapa temporalmente con el intervalo de impulso de potencia, que corresponde al cátodo parcial que viene inmediatamente anterior en la serie y el primero, segundo y el o los otros intervalos de impulso de potencia forman conjuntamente el primer grupo ininterrumpido en el tiempo, de manera que la cesión de potencia desde el generador se mantiene continua sin interrupción durante el intervalo de grupo formado a través del primer grupo y no tiene lugar un segundo intervalo de formación de potencia.

4 - Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en el primer grupo se cuelga un segundo grupo, dentro el cual de manera correspondiente al primer grupo, el primero, segundo y, dado el caso, los otros cátodos parciales son impulsados con impulsos de potencia dentro de los intervalos de impulso de potencia que se solapan, en el que el segundo grupo se cuelga en el primer grupo, de tal manera que el primer intervalo de potencia del segundo grupo se solapa con el último intervalo de impulso de potencia del primer grupo, de manera que la cesión de potencia desde el generadores mantiene continua sin interrupción desde el comienzo del primer intervalo de potencia el primer grupo hasta el final del último intervalo de potencia del segundo grupo y no tiene un segundo intervalo de formación de potencia.

5.- Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque de acuerdo con las condiciones formuladas en la reivindicación 4 parta los grupos 1 y 2, se cuelgan N grupos entre sí, siendo N un número entero > 1.

6.- Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque el número N de los grupos se selecciona con preferencia máximo, pero tan grande que para cada cátodo pardal n se aplique que la suma de los intervalos de impulso de potencia tpn asociado al mismo menos un solape tdn, respectivamente, sobre todos los grupos 1 a N no

exceda de 1ms.

7.- Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque durante un intervalo de pérdida, la potencia cedida por el generador se cede a una carga no utilizada para el recubrimiento, en el que el intervalo de pérdida comprende al menos el intervalo de formación de la potencia y el intervalo de pérdida se solapa

con el primer intervalo de impulso de potencia del primer grupo y el intervalo de pérdida forma junto con los grupos un tren ininterrumpido.

8.- Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se repite varias veces el procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones y porque, respectivamente, después del último intervalo de impulso de potencia del último grupo se desconecta el generador durante una pausa y la pausa se selecciona tan

larga que la potencia promediada en el tiempo cedida a los cátodos parciales, teniendo en cuenta las pausas, corresponde a un valor predeterminado.

9.- Procedimiento-HIIPIMS, que comprende el procedimiento de una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la potencia cedida del generador es al menos 2kW, con preferencia al menos 4kW y de manera especialmente preferida 6kW.

1.- Procedimiento-HIPIMS de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque los parámetros se seleccionan

de tal forma que la potencia promediada en el tiempo cedida a los cátodos parciales es inferior a 1kW y con preferencia es 5kW, siendo la densidad de la corriente de descarga predominante temporal y localmente en los cátodos parciales con preferencia mayor que ,2A/cm2.


 

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