BR102019022150A2

BR102019022150A2 - sistema de pvd com processo assistido de descarga de plasma em arco remoto

Info

Publication number: BR102019022150A2
Application number: BR102019022150A
Authority: BR
Inventors: Bryce Anton; Vladimir Gorokhovsky
Original assignee: Vapor Technologies, Inc.
Priority date: 2018-10-24
Filing date: 2019-10-22
Publication date: 2020-05-05
Also published as: EP3644342A1; ES2928355T3; EP4080544A1; US20200131620A1; US10900116B2; CN111088480A; CA3047917A1; JP7576391B2; CA3047917C; EP3644342B1; PL3644342T3; JP2020066801A; RU2019133311A

Abstract

um sistema de revestimento por arco inclui uma câmara de revestimento tendo uma parede de câmara periférica, uma parede superior e uma parede inferior. a parede da câmara periférica, a parede superior e a parede inferior definem uma cavidade de revestimento e um centro de câmara. uma fonte de plasma é posicionada no centro da câmara, em que a fonte de plasma compreende uma haste do cátodo central e uma pluralidade de hastes de cátodo que circundam a haste do cátodo central. o sistema de revestimento também inclui um suporte de amostra que contém uma pluralidade de substratos a serem revestidos. caracteristicamente, o suporte da amostra pode girar em torno do centro da câmara a uma primeira distância do centro da câmara.

Description

SISTEMA DE PVD COM PROCESSO ASSISTIDO DE DESCARGA DE PLASMA EM ARCO REMOTO

CAMPO TÉCNICO [0001] Pelo menos no aspecto, a presente invenção é dirigida a sistemas de deposições de arco e métodos relacionados.

ANTECEDENTES [0002] As fontes de deposição física de vapor (PVD) e de deposição química de vapor de baixa pressão (CVD) são utilizadas para deposição de revestimentos e tratamento de superfície. Ao longo dos últimos 25 anos, a deposição por arco catódico (isto é, um tipo de deposição física) estabeleceu-se como uma fonte segura de plasma altamente ionizado para deposição de revestimentos reagidos, bem como não reagidos a partir de materiais alvo condutores, tais como o zircônio, titânio, cromo, alumínio, cobre e suas ligas. O plasma altamente ionizado e o feixe de elétrons associado gerado no processo de evaporação de arco também são usados em tais técnicas de processamento de superfície como processos de pulverização, corrosão, implantação e difusão de íons. Em um processo de revestimento por arco catódico típico, um arco elétrico vaporiza o material de um alvo catódico. O material vaporizado então se condensa em um substrato para formar um revestimento.

[0003] Embora os sistemas de arco catódico funcionem bem, esses sistemas são tipicamente limitados a apenas uma ou algumas aplicações. Devido à despesa de capital relativamente alta para os sistemas de revestimento e, em particular, para as deposições de arco, há o desejo de que qualquer sistema seja capaz de operar em diversas

Petição 870190107072, de 22/10/2019, pág. 51/83

2/21 aplicações diferentes. Tais aplicações incluem apenas pulverização catódica, apenas deposição de arco catódico, pulverização catódica mais arco catódico simultaneamente e semelhantes.

[0004] Assim, há uma necessidade de sistemas de revestimento com maior versatilidade.

SUMÁRIO [0005] A presente invenção resolve um ou mais problemas da técnica anterior, fornecendo em pelo menos um aspecto, um sistema de revestimento que inclui uma pluralidade de magnetrons circundando uma haste central do cátodo. O sistema de revestimento inclui uma câmara de revestimento tendo uma parede de câmara periférica, uma parede superior e uma parede inferior. A parede da câmara periférica, a parede superior e a parede inferior definem uma cavidade de revestimento e um centro de câmara. Uma fonte de plasma é posicionada no centro da câmara, em que a fonte de plasma compreende uma haste do cátodo central e uma pluralidade de hastes de cátodo que circundam a haste do cátodo central. O sistema de revestimento também inclui um suporte de amostra que contém uma pluralidade de substratos a serem revestidos. Caracteristicamente, o suporte da amostra pode girar em torno do centro da câmara a uma primeira distância do centro da câmara.

[0006] Em outra modalidade, é fornecido um sistema de revestimento com bobinas magnéticas externas. O sistema de revestimento inclui uma câmara de revestimento apresentando uma parede de câmara periférica, uma parede superior e uma parede inferior. A parede da câmara periférica, a parede superior e a parede inferior definem uma cavidade de

Petição 870190107072, de 22/10/2019, pág. 52/83

3/21 revestimento e um centro de câmara. Uma fonte de plasma é posicionada no centro da câmara, em que a fonte de plasma compreende uma haste catódica central. O sistema de revestimento também inclui um suporte de amostra que contém uma pluralidade de substratos a serem revestidos. O suporte da amostra gira em torno do centro da câmara a uma primeira distância do centro da câmara. Uma primeira bobina magnética coaxial é posicionada externamente à câmara de revestimento e uma segunda bobina magnética coaxial é posicionada externamente à câmara de revestimento.

[0007] Vantajosamente, os sistemas de revestimento apresentados acima podem ser usados para diversas aplicações diferentes. Em um exemplo, o sistema de revestimento pode ser adaptado para pulverização catódica de magnetrons melhorada com plasma, acompanhada por ionização de plasma metal-gasoso por uma descarga de arco remota estabelecida entre o cátodo central e o ânodo remoto localizado pela parede da câmara periférica que é melhorada por um plasma de cátodo oco gerado dentro do escudo de isolamento. Em outra aplicação, o sistema de revestimento pode ser adaptado para deposição de plasma por arco catódico sozinho ou em combinação com pulverização com magnetron melhorado por um plasma de cátodo oco densificado gerando dentro do escudo de isolamento. Em outra aplicação, o sistema de revestimento pode ser adaptado para limpeza iônica e condicionamento da superfie iônica em um plasma gasoso catódico oco gerando dentro de um recipiente com carga negativa de malha metálica. Ainda em outra aplicação, o sistema de revestimento pode ser adaptado para pulverização de magnetron melhorada por plasma (PEMS).

Petição 870190107072, de 22/10/2019, pág. 53/83

4/21

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0008] A figura 1 é uma seção transversal esquemática e vista superior de um sistema de revestimento incluindo pelo menos um escudo de isolamento e uma pluralidade de hastes de cátodo;

[0009] A figura 2A é um corte transversal esquemático e vista lateral de um sistema de revestimento incluindo pelo menos um escudo de isolamento e uma pluralidade de hastes de cátodo;

[0010] A figura 2B é um corte transversal esquemático e vista lateral de um sistema de revestimento incluindo pelo menos um escudo de isolamento perpendicular à vista da figura 2A;

[0011] A figura 2C é uma ilustração esquemática do funcionamento da pluralidade de hastes de cátodo durante a pulverização catódica;

[0012] A figura 3 é um corte transversal esquemático e vista superior de um sistema de revestimento com bobinas magnéticas externas;

[0013] A figura 4A é uma vista lateral de um escudo de isolamento formada de hastes paralelas; e [0014] A figura 4B é uma vista lateral de um escudo de isolamento formada a partir de hastes paralelas.

DESCRIÇÃO DETALHADA [0015] Será feita agora referência em detalhes às composições, modalidades e métodos presentemente preferidos da presente invenção, os quais constituem os melhores modos de praticar a invenção presentemente conhecidos pelos inventores. As figuras não estão necessariamente em escala. No entanto, deve ser entendido que as modalidades reveladas

Petição 870190107072, de 22/10/2019, pág. 54/83

5/21 são meramente exemplificativas da invenção, as quais podem ser incorporadas em várias formas e alternativas. Portanto, os detalhes específicos revelados no presente documento não devem ser interpretados como limitantes, mas meramente como uma base representativa para qualquer aspecto da invenção e/ou como uma base representativa para ensinamento a um técnico no assunto de como empregar variavelmente a presente invenção.

[0016] Também, deve ser entendido que esta invenção não está limitada às modalidades e métodos específicos descritos a seguir, uma vez que componentes e/ou condições específicas podem, evidentemente, variar. Além disso, a terminologia usada no presente documento é usada apenas com a finalidade de descrever modalidades particulares da presente invenção e não se destina a ser limitativa de qualquer forma.

[0017]	Também deve	ser	observado que,	como usado	no
relatório	descritivo e	nas	reivindicações anexas, a forma
singular	um, uma e	o,	a compreendem	referências	ao
plural, a	menos que	o	contexto indique	claramente	o
contrário.	Por exemplo,	a	referência a um	componente	no

singular se destina a compreender uma pluralidade de componentes.

[0018] O termo compreendendo é sinônimo de incluindo, tendo, contendo ou caracterizado pelo fato de que. Esses termos são inclusivos e abertos e não excluem elementos adicionais ou não solicitados ou etapas do método.

[0019] A frase consistindo em” exclui qualquer elemento, etapa ou ingrediente não especificado na

Petição 870190107072, de 22/10/2019, pág. 55/83

6/21 reivindicação. Quando esta frase aparece em uma cláusula do corpo de uma reivindicação, em vez de seguir imediatamente o preâmbulo, a mesma limita apenas o elemento estabelecido nessa cláusula; outros elementos não estão excluídos da reivindicação como um todo.

[0020] A expressão que consiste essencialmente em” limita o escopo de uma reivindicação aos materiais ou etapas especificadas, além daqueles que não afetam materialmente as características básicas e novas da matéria reivindicada.

[0021] Com respeito aos termos compreendendo”, consistindo em” e consistindo essencialmente em”, onde um destes três termos é usado no presente documento, o assunto presentemente revelado e reivindicado pode incluir o uso de qualquer um dos outros dois termos.

[0022] Ao longo deste pedido, onde as publicações são referenciadas, a revelação destas publicações sendo incorporada ao presente documento na sua totalidade é como referência para descrever mais detalhadamente o estado da técnica ao qual esta invenção pertence.

[0023] Com referência às figuras 1, 2A, 2B e 2C, são fornecidas ilustrações esquemáticas de sistemas de revestimento tendo uma pluralidade de hastes de cátodo distribuídas ao redor de um cátodo central. O sistema de revestimento 10 inclui uma câmara de revestimento 12 que define uma cavidade central de revestimento 14. Em uma forma de aperfeiçoamento, a câmara de revestimento 12 inclui a parede da câmara periférica 16, parede superior 18 e uma parede inferior 20. Neste contexto, superior e inferior se referem às posições relativas quando a câmara

Petição 870190107072, de 22/10/2019, pág. 56/83

7/21 de revestimento está posicionada na sua posição de concepção, isto é, a orientação a ser usada para revestir um substrato. O centro de câmara 22 se encontra em uma posição aproximadamente no centro da câmara, em relação à parede periférica 16. Em uma outra forma de aperfeiçoamento, a parede da câmara periférica 16 é cilíndrica com uma seção transversal circular. A parede periférica 16 inclui a borda superior 24 e uma borda inferior 26. A parede superior 18 é adjacente à borda superior 24, enquanto a parede inferior 20 é adjacente à borda inferior 26. Em uma outra forma de aperfeiçoamento, a parede superior 18 é um flange superior posicionado na borda superior 24 da parede da câmara periférica e a parede inferior 20 é um flange inferior posicionado na borda inferior 26 da parede da câmara periférica. A fonte de plasma 30 está posicionada no centro da câmara. O prendedor de amostra 32 contém uma pluralidade de substratos 34 a

serem	revestidos.	O	suporte de amostra	32	pode girar ao
longo	da	direção	f1	em	torno do	centro	da	câmara a uma
primeira	distância	d1	do	centro da	câmara.

[0024] Como representado nas Figuras 2A e 2B, a fonte de plasma 30 pode incluir haste de cátodo central 60 e bobina central 62 envolvendo a haste de cátodo central 60. A bobina central 62 é coaxialmente montada em torno da haste de cátodo 60. A haste de cátodo 60 é alimentada por fonte de alimentação 64, enquanto a bobina central 62 é alimentada pela fonte de alimentação 66. O sistema de controle 68 pode ser utilizado para controlar a corrente fluindo através da haste do cátodo 60 e a bobina central 62. Tipicamente, a corrente que flui é de 50 a 2000 A.

Petição 870190107072, de 22/10/2019, pág. 57/83

8/21 [0025] Ainda com referência às Figuras 1, 2A, 2B e 2C, são fornecidas ilustrações esquemáticas de um sistema de revestimento que inclui uma pluralidade de hastes de pulverização catódica distribuídas em torno de um cátodo central. Estas hastes podem ser vantajosamente utilizadas como magnetrons para pulverização catódica por magnetron. Nesta variação, o sistema de revestimento 10 inclui uma pluralidade de hastes de cátodo 72, 74, 76 e 78 circundadas por fontes de plasma 30 (por exemplo, haste de cátodo central 60 e bobina central 62). Em uma variação, a pluralidade de hastes de cátodo inclui 1 a 10 (por exemplo, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10) cátodos em forma de bastonete tendo um eixo longitudinal a1 alinhado paralelamente à parede da câmara periférica. Em outra forma de aperfeiçoamento, a pluralidade de hastes de cátodo inclui um número par (por exemplo, 2, 4, 6, 8, etc.) de cátodos em forma de bastonete tendo um eixo longitudinal a1 alinhado paralelamente à parede da câmara periférica. A figura 3 mostra uma situação em que existem 4 hastes catódicas auxiliares. Tipicamente, cada haste de cátodo da pluralidade de hastes de cátodo pode girar em torno do eixo longitudinal a2. As barras adjacentes podem ser giradas no mesmo sentido ou sentido oposto (isto é, no sentido horário ou anti-horário). Em uma forma de aperfeiçoamento, uma pluralidade de escudos de bloqueio 82, 84, tal como um escudo de bloqueio é posicionada entre pares alternados de hastes de cátodo na pluralidade de hastes de cátodo.

[0026] Como mostrado na figura 2C, a corrente elétrica pode ser conduzida ao longo do eixo das fontes de magnetron cilíndricas com as correntes ao longo de cada par vizinho

Petição 870190107072, de 22/10/2019, pág. 58/83

9/21 de hastes catódicas em direções opostas Ii e I2. Neste caso, um campo magnético de foco será gerado pelas correntes lineares conduzidas ao longo dos eixos dos magnetrons, as linhas do campo magnético deste campo magnético situam-se no plano perpendicular aos eixos das fontes de plasma focalizando o plasma do arco de vapor de metal através dos escudos de bloqueio 82, 84 fora da configuração da fonte de plasma, em direção aos substratos a serem revestidos na câmara de revestimento. Nesta deposição de revestimento, os escudos de bloqueio 82, 84 são de preferência posicionados ao longo das linhas de força magnética geradas pelas correntes lineares conduzidas ao longo das fontes de pulverização de magnetron, o que afasta os íons carregados positivamente da área entre os defletores e a fonte de arco catódico em direção aos substratos a serem revestidos na área de deposição da câmara de revestimento.

[0027] Em uma forma de aperfeiçoamento, o sistema de revestimento 10 inclui uma ou mais escudos de isolamento. O primeiro escudo de isolamento 40 é posicionado em torno do centro da câmara a uma segunda distância d2 do centro da câmara. Normalmente, a segunda distância d2 é maior que a primeira distância. Alternativamente, a segunda distância é menor que a primeira distância. O primeiro escudo de isolamento 40 é tipicamente carregado negativamente. Para este fim, o sistema 10 inclui a fonte de alimentação DC 42 que tem terminal positivo 44 e terminal negativo 46 que está ligado ao primeiro escudo de isolamento 40 ou por conexão ao fornecimento de energia RF 47, caso em que o potencial negativo de autopolarização criará o efeito de

Petição 870190107072, de 22/10/2019, pág. 59/83

10/21 cátodo oco RF dentro do recipiente catódico oco. O sistema de vácuo 48 está em comunicação fluida com a câmara de revestimento 12 e é utilizado para manter um vácuo durante a deposição do revestimento. Em uma variação descrita abaixo em mais detalhes, os ânodos remotos 58 estão posicionados a uma terceira distância d3 do centro da câmara, afastados do recipiente estabelecido pelo primeiro escudo de isolamento 40.

[0028] O primeiro escudo de isolamento 40 pode estabelecer um recipiente catódico oco que envolve ambas fontes de plasma de vapor de metal localizadas centralmente e substratos 34. Isso permite aumentar a densidade e a temperatura eletrônica, bem como a concentração de elétrons de alta energia dentro da área interna do primeiro escudo de isolamento carregado negativamente 40, durante todas as fases do processo de deposição de revestimento em comparação com um sistema que não possui o escudo de isolamento: (i) limpeza do íon e estágio de condição da superfície iônica na geração de plasma gasoso de cátodo oco dentro do recipiente de cátodo oco; (ii) modo de pulverização catódica por magnetron melhorada por plasma (PEMS) quando a pulverização catódica por magnetron proporciona ganho da nuvem de plasma de cátodo oco gerada pelo recipiente de cátodo oco; iii) a pulverização do magnetron melhorada por plasma, acompanhada da ionização do plasma metal-gasoso pela descarga remota do arco estabelecida entre o cátodo cilíndrico da fonte de arco catódico e os ânodos remotos localizados nas paredes da câmara, que é melhorada pela geração de plasma de cátodo oco no interior do recipiente metálico carregado

Petição 870190107072, de 22/10/2019, pág. 60/83

11/21 negativamente envolvendo tanto fontes de plasma localizadas centralmente como substratos 34 na área de deposição de revestimento; (iv) o modo de deposição de plasma de arco catódico ao longo ou em combinação com a pulverização catódica de magnetron melhorada pela geração de plasma de cátodo oco densificado com o recipiente de cátodo oco carregado negativamente.

[0029] Em uma variação, o sistema de revestimento 10 inclui ainda um segundo escudo de isolamento 50. O segundo escudo de isolamento 50 é posicionado a uma quarta distância d4 do centro da câmara que é menor que a primeira distância d1. Em uma outra forma de aperfeiçoamento, os substratos são polarizados com o mesmo potencial que o segundo escudo de isolamento 50. A alimentação de tensão CC 52 pode ser usada para este propósito. Em uma forma de aperfeiçoamento, o primeiro escudo de isolamento 40 e o segundo escudo de isolamento 50 são, cada um, independentemente, um crivo de malha metálica. Tipicamente, o primeiro escudo de isolamento 40 é a tela de malha metálica externa e o segundo escudo de isolamento 50 é uma tela de malha metálica interna. Tipicamente, a tela de malha externa e a tela de malha interna têm aberturas que são cada uma independentemente de 1 mm a 50 mm. Em uma forma de aperfeiçoamento, a tela de malha externa e a tela de malha interna têm aberturas que são, cada uma, independentemente de 5 mm a 20 mm, em que os substratos a serem revestidos são encerrados em um recipiente estabelecido pelo primeiro escudo de isolamento que separa os substratos da parede da câmara periférica e o segundo escudo de isolamento que separa os substratos de uma haste

Petição 870190107072, de 22/10/2019, pág. 61/83

12/21 do cátodo central. As aberturas menores que 1 mm podem bloquear o fluxo de plasma através da parede de malha metálica, enquanto a abertura maior que 50 mm pode mitigar a produção de plasma denso pelo efeito de cátodo oco.

[0030] Quando o segundo escudo de isolamento 50 está presente, os substratos 34 são contidos no recipiente de malha metálica energizado, pulsado CC negativamente estabelecido entre o primeiro escudo de isolamento (por exemplo, uma tela de malha externa) separando os substratos 34 da parede periférica 16 e o segundo escudo de isolamento 50 (por exemplo, tela de malha metálica interna) separando os substratos 34 das fontes de plasma posicionadas centralmente. Os substratos podem ser polarizados com o mesmo potencial que o primeiro escudo de isolamento 40 e/ou segundo escudo de isolamento 50 simplesmente conectando-os eletricamente à tela de malha metálica ou, alternativamente, o potencial de polarização dos substratos 34 pode ser diferente do potencial do recipiente de tela de malha metálica, que pode ser fornecido pela fonte de alimentação de polarização de substrato independente (não mostrada).

[0031] Em uma variação, o primeiro escudo de isolamento 40 não precisa fornecer separação completa da área interna das paredes da câmara aterrada. Por exemplo, a parte superior e a parte inferior do recipiente podem ser total ou parcialmente abertas para a câmara com o escudo de isolamento removido. Alternativamente, o primeiro escudo de isolamento 40 e/ou o segundo escudo de isolamento 50 podem parcialmente ser feitos da folha de metal sem aberturas. Por exemplo, as paredes superior e inferior do recipiente

Petição 870190107072, de 22/10/2019, pág. 62/83

13/21 de malha metálica podem ser feitas de folha de metal sem aberturas ou podem ser abertas para as paredes da câmara.

[0032] Em uma outra forma de aperfeiçoamento como mostrado nas figuras 3A e 3B, um ou ambos o primeiro escudo de isolamento 40 e segundo escudo de isolamento 50 incluem uma pluralidade de hastes paralelas tipicamente com uma distância dr entre as hastes vizinhas 54 de 1 mm a 50 mm. As barras transversais 56 podem ser usadas para segurar as hastes 54 sobre o centro da câmara 22.

[0033] Como exposto acima, o sistema de revestimento 10 pode ainda incluir o ânodo remoto 58 que pode ser posicionado a uma quarta distância d4 do centro da câmara que é maior que a primeira distância d1 e a segunda distância d2. Em uma forma de aperfeiçoamento, o sistema 10 inclui ainda um ou mais ânodos remotos adicionais 54 distribuídos ao longo da parede periférica 16. A parede periférica 16 pode incluir, opcionalmente, reentrâncias 60 para posições como o ânodo remoto. A presença de um anodo remoto permite que o sistema de revestimento seja operado em um modo de pulverização catódica por magnetron assistida por arco remoto (RAAMS) como estabelecido na Patente US número 9.412.56 9; toda a revelação da qual sendo incorporada ao presente documento como referência.

[0034] Com referência à Figura 4, é apresentada uma ilustração esquemática de um sistema de revestimento com bobinas magnéticas coaxiais externas. Nesta variação, a bobina central 62 que é colocada na cavidade da câmara de revestimento 12 representada nas Figuras 2A e 2B está ausente. Em vez disso, são colocadas bobinas magnéticas coaxiais externas à câmara de revestimento 12, porém

Petição 870190107072, de 22/10/2019, pág. 63/83

14/21 próximas da parede periférica 16. Por exemplo, a Figura 5 mostra a primeira bobina magnética coaxial 90 posicionada nas proximidades da primeira parede externa à câmara de revestimento e a segunda bobina magnética coaxial 92 posicionada próxima à segunda parede externa à câmara de revestimento.

[0035] Os exemplos que se seguem ilustram as várias modalidades da presente invenção. Os técnicos no assunto reconhecerão muitas variações que estão dentro do espírito da presente invenção e âmbito das reivindicações.

Exemplo 1. Deposição RAAMS de revestimentos de TiN [0036] O sistema de revestimento mostrado na Figura 1, equipado com 4 magnetrons cilíndricos e a fonte de arco catódico cilíndrico localizada centralmente é usado para este processo de deposição de revestimento. Tanto os magnetrons quanto a fonte de arco catódico estão equipados com alvos de titânio. No estágio inicial de limpeza do íon, o argônio como o gás criado no plasma é introduzido na câmara de vácuo a uma pressão de gás variando de 1 a 10 mTorr (133,3 a 1333,2 kPa). A descarga do arco primário é inflamada pelo disparo mecânico entre a superfície do alvo do arco catódico e os escudos aterrados posicionados entre as fontes de magnetron. A descarga de arco remoto é então inflamada entre o alvo de cátodo cilíndrico e os ânodos remotos localizados pelas paredes da câmara de deposição de revestimento a vácuo. A corrente do arco primário é ajustada em 140A, enquanto sua tensão está oscilando dentro da faixa de aproximadamente 25V a aproximadamente 30V. A corrente do arco remoto é ajustada em 400A enquanto sua voltagem está oscilando dentro da faixa de aproximadamente

Petição 870190107072, de 22/10/2019, pág. 64/83

15/21

0V a aproximadamente 80V. A corrente do arco remoto se propaga a partir do alvo catódico através do escudo chevron, que não é transparente para os componentes pesados do plasma a arco a vácuo (íons metálicos, átomos e macropartículas) enquanto permite que a corrente de elétrons da descarga do arco remoto seja conduzida do alvo de catodo cilíndrico em direção aos ânodos remotos localizados pelas paredes da câmara de revestimento. Os substratos a serem revestidos são carregados na mesa rotativa, o que permite que eles girem em torno do centro da câmara de revestimento e, ao mesmo tempo, em torno de seus próprios eixos. A tensão de polarização de -300V é aplicada à mesa rotativa com substratos a serem revestidos. O estágio de limpeza de íons continua por 30 min. seguido por estágio de deposição de pulverização catódica por magnetron assistida por arco remoto (RAAMS). No início do estágio de deposição, o nitrogênio é adicionado à câmara para produzir cerca de 30% de N2/mistura de argônio equilibrada em pressões que variam de 2 a 5 mTorr (266,6 a 666,6 kPa). Os magnetrons são ligados por fontes de alimentação de magnetron com densidade de energia de aproximadamente 5 W/cm² do alvo de pulverização catódica de magnetron. A polarização do substrato durante o estágio de deposição do revestimento de TiN é reduzida para 100V. A deposição de revestimento de TiN dura 3 horas para uma deposição de revestimento de TiN com 5 pm de espessura.

Exemplo 2. Deposição RAAMS de revestimentos de 2 segmentos de TiN/DLC [0037] O sistema de revestimento mostrado na Figura 1, equipado com 4 magnetrons cilíndricos e a fonte de arco

Petição 870190107072, de 22/10/2019, pág. 65/83

16/21 catódico cilíndrico localizada centralmente é usado para este processo de deposição de revestimento. Tanto os magnetrons quanto a fonte de arco catódico estão equipados com alvos de titânio. A gaiola de malha metálica é conectada eletricamente à mesa rotativa com substratos a serem revestidos para manter o mesmo potencial da gaiola e dos substratos. A gaiola e a mesa rotativa são conectadas à fonte de alimentação CC e à alimentação CC de alta tensão via comutadores para que qualquer uma dessas duas fontes de alimentação possa ser conectada à gaiola de metal e mesa rotativa com substratos a serem revestidos em diferentes estágios do processo de deposição do revestimento. No estágio inicial da limpeza do íon, o argônio, como o gás criado no plasma é introduzido na câmara de vácuo, a uma pressão de gás de 1 a 10 mTorr (133,3 a 1333,2 kPa) . A descarga do arco primário é inflamada pelo disparo mecânico entre a superfície do alvo do arco catódico e os escudos aterrados posicionados entre as fontes do magnetron. A descarga de arco remoto é então inflamada entre o alvo de cátodo cilíndrico e os ânodos remotos localizados pelas paredes da câmara de deposição de revestimento a vácuo. A corrente do arco primário é ajustada em 140A enquanto sua tensão está oscilando dentro da faixa de aproximadamente 25V a aproximadamente 3 0V. A corrente do arco remoto é ajustada em 400A enquanto sua voltagem está oscilando dentro da faixa de aproximadamente 60V a aproximadamente 80V. A corrente do arco remoto está se propagando a partir do alvo catódico através do escudo chevron, que não é transparente para os componentes pesados do plasma a arco a vácuo (íons metálicos, átomos e macropartículas) enquanto

Petição 870190107072, de 22/10/2019, pág. 66/83

17/21 permite que a corrente de elétrons da descarga do arco remoto seja conduzida a partir do alvo catódico cilíndrico, em direção aos ânodos remotos localizados pelas paredes da câmara de revestimento. Os substratos a serem revestidos são carregados na mesa rotativa, o que permite que eles girem em torno do centro da câmara de revestimento e, ao mesmo tempo, em torno de seus próprios eixos. A fonte de alimentação de pulso CC é desconectada da gaiola e a fonte de alimentação de polarização CC é conectada à gaiola para aplicar tensão de polarização CC de -300V à mesa rotativa com substratos a serem revestidos durante o estágio de limpeza de íons. O estágio de limpeza de íons continua por 30 min. seguido pelo estágio de deposição de pulverização catódica por magnetron assistida por arco remoto (RAAMS). No início da fase de deposição, o nitrogênio é adicionado à câmara para produzir cerca de 30% de N2/mistura de equilíbrio de argônio a pressões que variam de 2 a 5 mTorr (266,6 a 666,6 kPa). Os magnetrons são ligados por fontes de alimentação de magnetron com densidade de energia de aproximadamente 5 W/cm² do alvo de pulverização catódica de magnetron. O desvio do substrato durante o estágio de deposição do revestimento de TiN é reduzido para 100V CC. A deposição de revestimento de TiN dura 1 hora para deposição de segmento de revestimento de TiN de 1,5 pm de espessura. Depois de completar o estágio de deposição do segmento de revestimento de TiN, os magnetrons são desligados e a mistura de argônio/nitrogênio como atmosfera de gás reativo é substituída por acetileno à pressão total de 15 mTorr (1999,8 kPa). A fonte de energia de polarização de corrente contínua é desconectada da gaiola e a fonte de alimentação

Petição 870190107072, de 22/10/2019, pág. 67/83

18/21 de polarização de pulso de corrente contínua é conectada à gaiola e simultaneamente à mesa rotativa com substratos a serem revestidos. A tensão de impulso de CC negativa com amplitude de -5kV e frequência de 30kHz é aplicada à gaiola e mesa rotativa para estabelecer a nuvem de plasma densa melhorada de cátodo oco durante a deposição do segmento de revestimento de DLC superior. A deposição do segmento de DLC dura 4 horas resultando na deposição de uma camada de segmento superior de DLC com 5 pm de espessura.

Exemplo 3. Deposição híbrida de arco catódico-RAAMS de revestimentos nanocompósitos TiSiNC [0038] O sistema de revestimento mostrado na figura 1, equipado com 4 magnetrons cilíndricos e a fonte de arco catódico cilíndrico localizada centralmente é usado para este processo de deposição de revestimento. Tanto os magnetrons como a fonte de arco catódico são equipados com alvos de titânio iguais aos do Exemplo 1. Os defletores venezianos ajustáveis são usados entre dois magnetrons de dois pares opostos de magnetrons, enquanto entre magnetrons de pares adjacentes de magnetrons o escudo de metal sólido é instalado como mostrado na figura 1. No estágio inicial da limpeza do íon, o argônio, como o gás criado pelo plasma é introduzido na câmara de vácuo, a uma pressão de gás variando de 1 a 10 mTorr (133,3 a 1333,2 kPa) . A descarga do arco primária é inflamada pelo disparo mecânico entre a superfície do alvo do arco catódico e os escudos aterrados posicionados entre as fontes do magnetron. No estágio de limpeza iônica, os defletores venezianos são levemente abertos, impedindo que os componentes pesados do arco catódico se propaguem na área de deposição do revestimento

Petição 870190107072, de 22/10/2019, pág. 68/83

19/21 entre as fontes de plasma localizadas centralmente e as paredes da câmara, enquanto permitem que a corrente de elétrons se propague livremente através da matriz de defletores venezianos ao longo da descarga de arco remoto estabelecida entre o alvo de cátodo cilíndrico e os ânodos remotos posicionados pelas paredes da câmara. A descarga de arco remoto é então inflamada entre o alvo de cátodo cilíndrico e os ânodos remotos localizados pelas paredes da câmara de deposição de revestimento a vácuo. A corrente do arco primário é ajustada em 140A, enquanto sua tensão está oscilando dentro da faixa de cerca de 25V a cerca de 30V. A corrente do arco remoto é ajustada em 400A, enquanto sua tensão está oscilando dentro da faixa de aproximadamente 60V a aproximadamente 80V. Os substratos a serem revestidos são carregados na mesa rotativa, o que permite que eles girem em torno do centro da câmara de revestimento e, ao mesmo tempo, em torno de seus próprios eixos. A tensão de polarização de -300V é aplicada à mesa rotativa com substratos a serem revestidos e, simultaneamente à gaiola de malha metálica conectada eletricamente, à mesa rotativa, pela fonte de alimentação de polarização CC, que é ligada, enquanto a alimentação de energia pulsante de CC de alta tensão é desligada. O estágio de limpeza de íons continua por 30 min. seguido pelo estágio de deposição por pulverização catódica de magnetron assistida por arco remoto (RAAMS). No início do estágio de deposição do revestimento de nanocompósito TiNSiC, o nitrogênio e o trimetilssilano (3MS) são adicionados ao argônio na câmara de processamento, para obter a mistura de gás reativo da composição de argônio 30% N2/10% 3MS/ mistura de argônio

Petição 870190107072, de 22/10/2019, pág. 69/83

20/21 equilibrada em pressões pressões que variam de 2 a 5 mTorr (266,6 a 666,6 kPa). Os magnetrons são ligados por fontes de alimentação de magnetron com densidade de energia de aproximadamente 5 W/cm² do alvo de pulverização catódica de magnetron. A fonte de alimentação de polarização CC é desligada enquanto a fonte de alimentação de pulso CC de alta tensão é ligada e configurada para aplicar pulsos negativos de 5 kV com frequência de repetição de 30 kHz. A corrente elétrica de cerca de 300A é conduzida ao longo do magnetron cilíndrico, tendo as suas direções comutadas para o lado oposto em cada magnetron vizinho, como mostrado nas figuras 15j e 15k para fornecer campo magnético de foco entre os magnetrons vizinhos, como ilustrado por linhas de força magnética com setas nas figuras 15i e 15k. A posição das tiras dos defletores venezianos é ajustada para tornar a superfície dos defletores geralmente tangencial ao campo magnético de foco, como mostrado na figura 15k, criando os corredores de transporte de plasma entre as tiras vizinhas da matriz de defletores venezianos. As direções do fluxo de átomos de metal de pulverização catódica de magnetron e o plasma de vapor de metal de arco catódico de foco magnético são coincidentes para proporcionar um processo híbrido de arco/magnetron catódico de deposição de revestimento nanocompósito TiNSiC, que dura 5 horas para deposição de revestimento de nanocompósito TiNSiC de 20 pm de espessura.

[0039] Embora modalidades exemplificativas sejam descritas acima, não se pretende que estas modalidades descrevam todas as formas possíveis da invenção. Pelo contrário, as palavras utilizadas no relatório descritivo são palavras de descrição em vez de limitação, e entende-se

Petição 870190107072, de 22/10/2019, pág. 70/83

21/21 que possam ser feitas várias alterações sem se afastar do espírito e âmbito da invenção. Adicionalmente, as características de implementação de várias modalidades podem ser combinadas para obtenção de modalidades adicionais da invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de revestimento, caracterizado pelo fato de que compreende:

uma câmara de revestimento tendo uma parede de câmara periférica, uma parede superior e uma parede inferior, a parede de câmara periférica, a parede superior e a parede inferior definindo uma cavidade de revestimento e um centro de câmara;

uma fonte de plasma posicionada no centro da câmara em que a fonte de plasma compreende uma haste do cátodo central e uma pluralidade de hastes do cátodo que circundam a haste do cátodo central; e um suporte de amostra que contém uma pluralidade de substratos a serem revestidos, o suporte de amostra podendo girar em torno do centro da câmara a uma primeira distância do centro da câmara.
2. Sistema de revestimento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma bobina central envolvendo a haste central do cátodo.
3. Sistema de revestimento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda pelo menos um ânodo remoto posicionado a uma segunda distância do centro da câmara nas proximidades da parede da câmara periférica.
4. Sistema de revestimento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de hastes de cátodo inclui 1 a 10 cátodos conformados em haste, tendo um eixo longitudinal alinhado em paralelo com a parede da câmara periférica.

Petição 870190107072, de 22/10/2019, pág. 72/83

2/5
5. Sistema de revestimento de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que cada haste de cátodo na pluralidade de hastes de cátodo pode girar em torno do eixo longitudinal.
6. Sistema de revestimento de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende, ainda, uma pluralidade de escudos de bloqueio, de tal modo que um escudo de bloqueio é posicionado entre pares alternados de hastes de cátodo na pluralidade de hastes de cátodo.
7. Sistema de revestimento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende, ainda, um primeiro escudo de isolamento interposto entre o

suporte de amostra e a parede da câmara periférica e um segundo escudo de isolamento interposto entre a fonte de plasma e o suporte de amostra. 8 . Sistema de revestimento, de acordo com a

reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o primeiro escudo de isolamento é uma tela de malha metálica externa e

o segundo escudo de isolamento é uma tela de malha metálica interna. 9 . Sistema de revestimento de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que os

substratos são direcionados para um mesmo potencial que a tela metálica interna.
10. Sistema de revestimento de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende, ainda, uma fonte de energia de corrente contínua com um terminal positivo e um terminal negativo, estando o terminal negativo ligado ao primeiro escudo de isolamento.

Petição 870190107072, de 22/10/2019, pág. 73/83

3/5
11. Sistema de revestimento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que é adaptado para limpeza de íons e condicionamento da superfície iônica em um plasma gasoso de cátodo oco gerado dentro de um recipiente de carga negativa de malha metálica.
12. Sistema de revestimento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que é adaptado para pulverização catódica por magnetron melhorada por plasma (PEMS).
13. Sistema de revestimento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a parede superior é um flange superior posicionado na borda superior da parede da câmara periférica e a parede inferior é um flange inferior posicionado em uma borda inferior da parede da câmara periférica.
14. Sistema de revestimento, caracterizado pelo fato de que compreende:

uma câmara de revestimento tendo uma parede de câmara periférica, uma parede superior e uma parede inferior, a parede de câmara periférica, a parede superior e a parede inferior definindo uma cavidade de revestimento e um centro de câmara;

uma fonte de plasma posicionada no centro da câmara, em que a fonte de plasma compreende uma haste de cátodo central;

um suporte de amostra que contém uma pluralidade de substratos a serem revestidos, o suporte de amostra podendo girar em torno do centro da câmara a uma primeira distância do centro da câmara; e uma primeira bobina magnética coaxial posicionada

Petição 870190107072, de 22/10/2019, pág. 74/83

4/5 externamente à câmara de revestimento e uma segunda bobina magnética coaxial posicionada externamente à câmara de revestimento.
15. Sistema de revestimento de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a primeira bobina magnética coaxial está posicionada nas proximidades da parede da câmara periférica e a segunda bobina magnética coaxial está posicionada nas proximidades da parede da câmara periférica.

16. Sistema de revestimento de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende, ainda, uma bobina central envolvendo a haste do cátodo central. 17. Sistema de revestimento de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que

compreende, ainda, pelo menos um ânodo remoto situado a uma segunda distância do centro da câmara próximo da parede da câmara periférica.

18. Sistema de revestimento de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende, ainda, uma pluralidade de hastes de cátodo envolvendo a haste do cátodo central. 19. Sistema de revestimento de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de cada haste de cátodo na pluralidade de hastes de cátodo pode girar em

torno de um eixo longitudinal.

20. Sistema de revestimento de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que

compreende, ainda, uma pluralidade de escudos de bloqueio, de tal modo que um escudo de bloqueio é posicionado entre

Petição 870190107072, de 22/10/2019, pág. 75/83

5/5 pares alternados de hastes de cátodo na pluralidade de hastes de cátodo.

21. Sistema de revestimento de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende, ainda, um primeiro escudo de isolamento interposto entre o suporte de amostra e a parede da câmara periférica e um segundo escudo de isolamento interposto entre a fonte de plasma e o suporte de amostra.

22. Sistema de revestimento de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o primeiro escudo de isolamento é uma tela de malha metálica externa e o segundo escudo de isolamento é uma tela de malha metálica interna.