BR102019022232A2

BR102019022232A2 - corredor de plasma para processamento de grandes volumes de pe-cvd

Info

Publication number: BR102019022232A2
Application number: BR102019022232-8A
Authority: BR
Inventors: Vladimir Gorokhovsky; Ganesh Kamath; Bryce Anton; Rudi Koetter
Original assignee: Vapor Technologies, Inc.
Priority date: 2018-10-24
Filing date: 2019-10-23
Publication date: 2020-11-17
Also published as: EP3644343B1; CA3047905A1; CN111088472B; US20200131621A1; PL3644343T3; JP2020066800A; ES2887213T3; CN111088472A; US10900117B2; EP3644343A1; CA3047905C; RU2019133304A; JP7357474B2

Abstract

Um 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 define um centro de câmara. Uma fonte de plasma é posicionada no centro da câmara. O sistema de revestimento também inclui um suporte de amostra que suporta uma pluralidade de substratos a serem revestidos que podem girar em torno do centro da câmara a uma primeira distância do centro da câmara. Um primeiro escudo de isolamento é posicionado em torno do centro da câmara a uma segunda distância do centro da câmara, sendo o primeiro escudo de isolamento carregado negativamente.

Description

CORREDOR DE PLASMA PARA PROCESSAMENTO DE GRANDES VOLUMES DE PE-CVD

CAMPO TÉCNICO

[0001] Pelo menos no aspecto, a presente invenção é dirigida aos sistemas de deposição por arco e métodos relacionados.

ANTECEDENTES

[0002] As fontes de deposição física de vapor (PVD) e de deposição química de vapor (CVD) de baixa pressão são utilizadas para a deposição de revestimentos e tratamento de superfícies. Nos últimos 25 anos, a deposição por arco catódico (ou seja, um tipo de deposição física) se estabeleceu como uma fonte confiável de plasma altamente ionizado para deposição de revestimentos reagidos e não reagidos de materiais-alvo condutores como 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, gravação, 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 sobre 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 às despesas de capital relativamente altas para os sistemas de revestimento e, em particular, para deposição por arco, há o desejo de que qualquer sistema seja capaz de operar em diversas aplicações diferentes. Tais aplicações incluem apenas pulverização, apenas deposição por arco catódico, pulverização mais arco catódico simultaneamente e semelhantes.

[0004] Por conseguinte, existe 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 um ou mais escudo de isolamento. 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 define um centro de câmara. Uma fonte de plasma é posicionada no centro da câmara. O sistema de revestimento também inclui um suporte de amostra que suporta uma pluralidade de substratos a serem revestidos que podem girar em torno do centro da câmara a uma primeira distância do centro da câmara. Um primeiro escudo de isolamento é posicionado em torno do centro da câmara a uma segunda distância do centro da câmara, sendo o primeiro escudo de isolamento carregado negativamente.

[0006] Em uma outra modalidade, é proporcionado um sistema de revestimento com bobinas magnéticas externas. 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 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 é rotativo em torno do centro da câmara a uma primeira distância do centro da câmara. Um primeiro escudo de isolamento carregado negativamente é posicionado em torno do centro da câmara a uma segunda 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 utilizados para várias aplicações diferentes. Em um exemplo, o sistema de revestimento pode ser adaptado para pulverização de magnétron aperfeiçoada com plasma, acompanhado 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 reforçada 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 magnétron reforçado 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 gerado 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 aperfeiçoada por plasma (PEMS).

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0008] A figura 1 é uma seção transversal esquemática e vista de cima de um sistema de revestimento incluindo pelo menos um escudo de isolamento;

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

[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 3 é uma seção transversal esquemática e vista de cima de um sistema de revestimento incluindo pelo menos um escudo de isolamento e uma pluralidade de hastes de cátodo;

[0012] A figura 4A 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;

[0013] A figura 4B 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;

[0014] A figura 4C é uma ilustração esquemática do funcionamento da pluralidade de hastes de cátodo durante a pulverização;

[0015] A figura 5 é um corte transversal esquemático e vista de topo de um sistema de revestimento com bobinas magnéticas externas;

[0016] A figura 6A é uma vista lateral de um escudo de isolamento formada a partir de hastes paralelas; e

[0017] A figura 6B é uma vista lateral de um escudo de isolamento formada a partir de hastes paralelas.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0018] Será feita referência agora, em detalhes, às composições, modalidades e métodos presentemente preferidos da presente invenção, que constituem os melhores modos de praticar a invenção presentemente conhecida pelos inventores. As figuras não estão necessariamente em escala. No entanto, deve ser entendido que as modalidades reveladas são meramente exemplificativas da invenção e que 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 o ensino a um versado na arte de como empregar variavelmente a presente invenção.

[0019] Também deve ser entendido que esta invenção não está limitada às modalidades e métodos específicos descritos abaixo, uma vez que componentes e/ou condições específicas podem, evidentemente, variar. Além disso, a terminologia usada no presente documento é empregada apenas com a finalidade de descrever modalidades particulares da presente invenção e não se destina a ser limitativa de qualquer forma.

[0020] Também deve ser notado que, tal como utilizado no relatório descritivo e nas reivindicações anexas, a forma singular "um, uma", e "o, a" compreende referências aos plurais, a menos que o contexto indique claramente o contrário. Por exemplo, a referência a um componente no singular destina-se a compreender uma pluralidade de componentes.

[0021] 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.

[0022] A frase "consistindo em" exclui qualquer elemento, etapa ou ingrediente não especificado na reivindicação. Quando esta frase aparece em uma cláusula do corpo de uma reivindicação, em vez de seguir imediatamente o preâmbulo, limita apenas o elemento estabelecido nessa cláusula; outros elementos não estão excluídos da reivindicação como um todo.

[0023] A frase "consistindo essencialmente em" limita o escopo de uma reivindicação aos materiais ou etapas especificados, mais aqueles que não afetam materialmente a(s) característica(s) básica(s) e nova(s) da matéria reivindicada.

[0024] 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.

[0025] Ao longo deste pedido, onde as publicações são referenciadas, as revelações destas publicações na sua totalidade são incorporadas ao presente documento como referência neste pedido para descrever mais detalhadamente o estado da técnica ao qual esta invenção pertence.

[0026] Com referência às Figuras 1-5, são fornecidas ilustrações esquemáticas de sistemas de revestimento tendo uma pluralidade de hastes de cátodo distribuídas em torno 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 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 é 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 2 0 é adjacente à borda inferior 26. Em uma 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 é posicionada no centro da câmara. O porta-amostras 32 contém uma pluralidade de substratos 34 a serem revestidos. O porta-amostras 32 pode girar ao longo da direção f1 em torno do centro da câmara a uma primeira distância d1 do centro da câmara.

[0027] O primeiro escudo de isolamento 40 é posicionado sobre o centro da câmara, a uma segunda distância d2 do centro da câmara. Tipicamente, a segunda distância d2 é maior do 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 apresenta terminal positivo 44 e terminal negativo 46 que está ligada ao primeiro escudo de isolamento 40 ou por conexão à fonte de alimentação RF 47, caso em que o potencial negativo de polarização automática irá criar o efeito catódico oco FR 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. Um vácuo típico durante o funcionamento do sistema de revestimento é de cerca de 0,5 mTorr (0,0666 Pa) a cerca de 100 mTorr (13,3 Pa) . 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 de cátodo oco encerrando ambos fontes e substratos de plasma de vapor de metal 34 localizados centralmente. Isso permite aumentar a densidade e a temperatura do elétron, bem como a concentração de elétrons de alta energia dentro da área do primeiro escudo de isolamento 40, de carga negativa durante todos os estágios do processo de deposição do revestimento, em comparação com um sistema que não apresenta o escudo de isolamento: (i) limpeza de íons e estágio de condição da superfície de íons no plasma gasoso de cátodo oco gerado dentro do recipiente de cátodo oco; (ii) modo de pulverização de magnétron aperfeiçoada com plasma (PEMS) quando a pulverização catódica por magnétron proporciona a obtenção da nuvem de plasma de cátodo oco gerada pelo recipiente de cátodo oco; iii) a pulverização do magnétron aperfeiçoada com plasma, acompanhada da ionização do plasma metal-gasoso pela descarga remota do arco estabelecida entre o cátodo cilíndrico da fonte do arco catódico e os ânodos remotos localizados nas paredes da câmara, que é reforçada pelo plasma de cátodo oco gerado no interior do recipiente metálico carregado 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 de magnétron aperfeiçoada pelo plasma de cátodo oco densificado que gera o recipiente de cátodo oco negativamente carregado.

[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 revestir estão 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 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 pulsado negativamente DC, estabelecido entre o primeiro escudo de isolamento (por exemplo, uma tela de malha externa) separando os substratos 34 da parede periférica 16 e segunda 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 proporcionar uma separação completa da área interna das paredes da câmara aterrada. Por exemplo, a parte superior e a 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 ser realizadas parcialmente a partir da folha de metal sem aberturas. Por exemplo, as paredes superior e inferior do contentor de malha metálica podem ser fabricadas de folha de metal sem aberturas ou podem ser abertas para as paredes da câmara.

[0032] Em uma outra forma de aperfeiçoamento, tal como representado nas Figuras 6A e 6B, um ou ambos do primeiro escudo de isolamento 40 e segundo escudo de isolamento 50 incluem uma pluralidade de hastes paralelas tipicamente com uma distância dr entre hastes vizinhas 54 de 1 mm a 50 mm. As barras transversais 56 podem ser utilizadas para reter as hastes 54 em torno do centro da câmara 22.

[0033] Como exposto acima, o sistema de revestimento 10 pode incluir ainda 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, tal como o ânodo remoto. A presença de um ânodo remoto permite que o sistema de revestimento seja operado em uma pulverização de magnétron auxiliada por arco remoto, (RAAMS), como estabelecido na Patente US número 9.412.569; toda a revelação da mesma sendo incorporada ao presente documento como referência.

[0034] 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 montada coaxialmente em torno da haste de cátodo 60. A haste de cátodo 60 é alimentada pela fonte de alimentação 64 enquanto a bobina central 62 é alimentada pela fonte de alimentação 66. O sistema de controle 68 pode ser usado para controlar a haste do cátodo 60 de vazão de corrente e a bobina central 62. Normalmente, a corrente fluindo é de 50 a 2.000 A com uma voltagem CA de cerca de 10 a 120 V.

[0035] Com referência às Figuras 3, 4A, 4B, e 4C, são fornecidas ilustrações esquemáticas de um sistema de revestimento que inclui uma pluralidade de hastes auxiliares de cátodo de pulverização catódica. Estas hastes podem ser vantajosamente utilizadas como magnétrons para pulverização catódica por magnétron. Nesta variação, o sistema de revestimento 10 inclui uma pluralidade de hastes de cátodo 72, 74, 76 e 78 envolvendo a haste do cátodo central e a bobina central. Em uma 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 podem girar em torno do eixo longitudinal a2. As hastes adjacentes podem ser giradas no mesmo sentido ou sentido oposto (ou seja, no sentido horário ou anti-horário). Em uma forma de aperfeiçoamento, uma pluralidade de escudos de bloqueio 82, 84 é tal que, um escudo de bloqueio é posicionado entre pares alternados de hastes de cátodo na pluralidade de hastes de cátodo.

[0036] Como mostrado na Figura 4C, a corrente elétrica pode ser conduzida ao longo do eixo das fontes de magnétrons cilíndricas com as correntes ao longo de cada par vizinho de hastes catódicas direcionadas nas direções opostas I1 e I2. Neste caso, um campo magnético de focagem será gerado pelas correntes lineares conduzidas ao longo dos eixos dos magnétrons, as linhas do campo magnético deste campo magnético situam-se no plano perpendicular aos eixos das fontes de plasma focalizando o plasma de arco de vapor de metal através de bloqueio dos escudos 82, 84 da configuração da fonte de plasma em direção aos substratos a serem revestidos na câmara de revestimento. Nesta deposição de revestimento, as blindagens de bloqueio 82, 84 são de preferência posicionadas ao longo das linhas de força magnéticas geradas pelas correntes lineares conduzidas ao longo das fontes de pulverização de magnétron, 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.

[0037] Com referência à Figura 5, é proporcionada uma ilustração esquemática de um sistema de revestimento tendo 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 próximas da parede periférica 16. Por exemplo, a Figura 5 mostra a primeira bobina magnética coaxial 90 posicionada na proximidade da primeira parede externa à câmara de revestimento e a segunda bobina magnética coaxial 92 posicionada nas proximidades da segunda parede externa à câmara de revestimento.

[0038] 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

[0039] O sistema de revestimento mostrado na Figura 1, equipado com 4 magnétrons cilíndricos e uma fonte de arco catódico cilíndrico localizada centralmente é usado para este processo de deposição de revestimento. Tanto os magnétrons quanto a fonte de arco catódico estão equipados com alvos de titânio. 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 (0,133 a 1,33 Pa). A descarga do arco primário é inflamada pelo disparo mecânico entre a superfície do alvo do arco catódico e as proteções aterradas posicionadas 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 30V. A corrente do arco remoto é ajustada em 4 00A enquanto sua voltagem está oscilando dentro da faixa de cerca de 60V a cerca de 80V. A corrente do arco remoto se propaga a partir do alvo catódico através da blindagem chevron, que não é transparente para os componentes pesados do plasma de 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 giratória, 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 giratória com substratos a serem revestidos. O estágio de limpeza de íons continua por 30 min. seguido pelo estágio de deposição de pulverização de magnétron (RAAMS) auxiliado por arco remoto. 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 (0,266 a 0,666 Pa) . Os magnétrons são ligados por fontes de alimentação de magnétron com densidade de energia de aproximadamente 5 W/cm2 do alvo de pulverização do magnétron. O desvio do substrato durante o estágio de deposição do revestimento de TiN é reduzido para 100V. A deposição de revestimento de TiN dura 3 horas para deposição de revestimento de TiN com 5 µm de espessura.

Exemplo 2. Deposição RAAMS de revestimentos de 2-segmento de TiN/DLC

[0040] O sistema de revestimento mostrado na Figura 1, equipado com 4 magnétrons cilíndricos e uma fonte de arco catódico cilíndrico localizada centralmente é usado para este processo de deposição de revestimento. Tanto os magnétrons quanto a fonte de arco catódico estão equipados com alvos de titânio. A gaiola de malha metálica é conectada eletricamente à mesa giratória com substratos a serem revestidos para manter o mesmo potencial da gaiola e dos substratos. A gaiola e a mesa giratória 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 giratória com substratos a serem revestidos em diferentes estágios do processo de deposição de revestimento. No início do estágio de limpeza do íon, o argônio, como gás criado no plasma é introduzido na câmara de vácuo, a uma pressão de gás variando de 1 a 10 mTorr (0,133 a 1,33 Pa). A descarga de arco primária é inflamada pelo disparo mecânico entre a superfície do alvo do arco catódico e as proteções aterradas posicionadas entre as fontes do magnétron. 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 4 00A enquanto sua voltagem está oscilando dentro da faixa de aproximadamente 6 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 no vácuo (íons metálicos, átomos e macropartículas) enquanto 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 giratória, 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 DC é conectada à gaiola para aplicar tensão de polarização CC de -300V à mesa giratória 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 magnétron pulverização (RAAMS) assistido por arco remoto. No início da fase de deposição, o nitrogênio é adicionado à câmara para produzir cerca de 30% de N2/restante mistura de equilíbrio argônio a pressões que variam de 2 a 5 mTorr (0,266 a 0,666 Pa). Os magnétrons são ligados por fontes de alimentação de magnétron com densidade de energia de aproximadamente 5 W/cm2 do alvo de pulverização de magnétron. O desvio do substrato durante o estágio de deposição do revestimento de TiN é reduzido para 100V DC. A deposição de revestimento de TiN dura 1 hora para deposição de segmento de revestimento de TiN de 1,5 µm 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 (1,99 Pa). A fonte de energia de polarização de corrente contínua é desconectada da gaiola e a fonte de alimentação de polarização de pulso de corrente contínua é conectada à gaiola e simultaneamente à mesa giratória com substratos a serem revestidos. A tensão de pulso de CC negativa com amplitude de -5kV e frequência de 30kHz é aplicada à gaiola e mesa giratória para estabelecer a nuvem de plasma densa aperfeiçoada de cátodo oco, durante a deposição do segmento de revestimento de DLC superior. A deposição do segmento DLC dura 4 horas, resultando na deposição de uma camada de segmento superior DLC com 5 pm de espessura.

Exemplo 3. Deposição híbrida RAAMS de arco catódico de revestimentos TiSiNC nanocompósitos

[0041] O sistema de revestimento mostrado na Figura 1, equipado com 4 magnetrons cilíndricos e uma 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 e 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 (0,133 a 1,33 Pa) . A descarga do arco primário é inflamada pelo disparo mecânico entre a superfície do alvo do arco catódico e as proteções aterradas posicionadas entre as fontes do magnétron. 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 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 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. Os substratos a serem revestidos são carregados na mesa giratória, 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 giratória com substratos a serem revestidos e, simultaneamente à gaiola de malha metálica conectada eletricamente à mesa giratória pela fonte de alimentação de polarização DC, que está ligada, enquanto a alimentação de energia do pulso CC de alta tensão está desligada. O estágio de limpeza de íons continua por 30 min. seguido pelo estágio de deposição de magnetron por pulverização (RAAMS) auxiliado por arco remoto. 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 fazer a mistura de gás reativo da composição 30% N2/10% 3MS/ restante mistura de equilíbrio argônio nas pressões que variam de 2 a 5 mTorr (0,266 a 0,666 Pa). Os magnétrons são ligados por fontes de alimentação de magnétron com densidade de energia de aproximadamente 5 W/cm2 do alvo de pulverização de magnétron. 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 magnétron cilíndrico, apresentando as suas direções comutadas para o lado oposto em cada magnétron vizinho, conforme mostrado nas Figuras 15j e 15k para fornecer campo magnético de focagem entre os magnétrons 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 as superfícies dos defletores geralmente tangenciais ao campo magnético de focagem, 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 de magnétron e o plasma de vapor de metal de arco catódico de focagem magnética são coincidentes para proporcionar um processo híbrido arco/magnétron catódico de deposição de revestimento TiNSiC nanocompósito, que dura 5 horas para deposição de revestimento TiNSiC nanocompósito de 20 µm de espessura.

[0042] Embora as 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 que podem ser feitas várias alterações sem se afastar do espírito e âmbito da invenção. Adicionalmente, as características de várias modalidades de implementação podem ser combinadas para obtenção de modalidades adicionais da invenção.

Claims

Sistema de revestimento, caracterizado pelo fato de que compreende:
uma câmara de revestimento apresentando uma parede de câmara periférica, uma parede superior e uma parede inferior, a parede de câmara periférica definindo um centro de câmara;
uma fonte de plasma posicionada no centro da câmara;
um suporte de amostra que suporta uma pluralidade de substratos a serem revestidos, o suporte de amostra rotativo em torno do centro da câmara a uma primeira distância do centro da câmara; e
um primeiro escudo de isolamento posicionado em torno do centro da câmara a uma segunda distância do centro da câmara, sendo o primeiro escudo de isolamento carregado negativamente.
Sistema de revestimento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende, ainda, pelo menos um ânodo remoto posicionado a uma terceira distância do centro da câmara, que é maior do que a primeira distância e a segunda distância.
Sistema de revestimento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro escudo de isolamento é uma tela de malha metálica.
Sistema de revestimento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a segunda distância é maior que a primeira distância.
Sistema de revestimento, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende, ainda, um segundo escudo de isolamento posicionado a uma quarta distância do centro da câmara que é menor que a primeira distância.
Sistema de revestimento, de acordo com a reivindicação 5, 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.
Sistema de revestimento, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que os substratos são propensos ao mesmo potencial que a tela de malha metálica interna.
Sistema de revestimento, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a tela de malha metálica externa e a tela de malha metálica interna apresentam aberturas que são, cada uma independentemente, de 1 mm a 50 mm.
Sistema de revestimento, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a tela de malha externa e a tela de malha interna possuem aberturas que são cada uma independentemente de 1 mm a 50 mm.
Sistema de revestimento, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de os substratos a serem revestidos estão 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 substratos de uma haste catódica central.
Sistema de revestimento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a segunda distância é menor que a primeira distância.
Sistema de revestimento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fonte de plasma compreende uma haste do cátodo central e uma bobina central envolvendo a haste do cátodo central.
Sistema de revestimento, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que uma pluralidade de hastes de cátodo envolve a haste do cátodo central e a bobina central.
Sistema de revestimento, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de hastes de cátodo inclui um número par de cátodos em forma de haste, tendo um eixo longitudinal alinhado paralelamente à parede da câmara periférica.
Sistema de revestimento, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que cada haste de cátodo da pluralidade de hastes de cátodo pode girar em torno de um eixo longitudinal.
Sistema de revestimento, de acordo com a reivindicação 15, 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.
Sistema de revestimento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que é adaptado para limpeza iônica e condicionamento da superfície iônica em um plasma gasoso de cátodo oco gerado dentro de um recipiente de malha metálica carregado negativamente.
Sistema de revestimento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que é adaptado para pulverização de magnétron aperfeiçoada com plasma (PEMS).
Sistema de revestimento, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que é adaptado para pulverização de magnétron aperfeiçoada com plasma acompanhado 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 aperfeiçoada adicionalmente por plasma de cátodo oco gerado dentro do primeiro escudo de isolamento.
Sistema de revestimento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que é adaptado para deposição de plasma por arco catódico sozinho ou em combinação com pulverização catódica de magnétron aperfeiçoada por um plasma de cátodo oco densificado, gerado dentro do primeiro escudo de isolamento.
Sistema de revestimento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro escudo de isolamento inclui uma pluralidade de hastes paralelas com uma distância entre as hastes vizinhas de 1 mm a 50 mm.
Sistema de revestimento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro escudo de isolamento aumenta a densidade e a temperatura do elétron, bem como a concentração de elétrons de alta energia dentro de uma área no interior do primeiro escudo de isolamento durante todos os estágios de um processo de deposição de revestimento em comparação a um sistema que não possui um primeiro escudo de isolamento.
Sistema de revestimento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma fonte de alimentação de corrente contínua com um terminal positivo e um terminal negativo, o terminal negativo estando conectado ao primeiro escudo de isolamento.
Sistema de revestimento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende, ainda, uma primeira bobina magnética coaxial posicionada externamente à câmara de revestimento e uma segunda bobina magnética coaxial externa à câmara de revestimento.
Sistema de revestimento, caracterizado pelo fato de que compreende:
uma câmara de revestimento apresentando uma parede de câmara periférica, uma parede superior e uma parede inferior, a parede da câmara periférica definindo 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 sustenta uma pluralidade de substratos que serão revestidos, o suporte de amostra girando em torno do centro da câmara a uma primeira distância do centro da câmara;
um primeiro escudo de isolamento posicionado em torno do centro da câmara a uma segunda distância do centro da câmara, sendo o primeiro escudo de isolamento carregado negativamente; e
uma primeira bobina magnética coaxial posicionada externamente à câmara de revestimento e uma segunda bobina magnética coaxial posicionada externamente à câmara de revestimento.
Sistema de revestimento, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que a primeira bobina magnética coaxial é posicionada nas proximidades da parede da câmara periférica e a segunda bobina magnética coaxial é posicionada próxima à parede da câmara periférica.
Sistema de revestimento, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que compreende, ainda, pelo menos um ânodo remoto posicionado a uma terceira distância do centro da câmara que é maior que a primeira distância e a segunda distância.
Sistema de revestimento, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que o primeiro escudo de isolamento é uma tela de malha metálica.
Sistema de revestimento, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que a segunda distância é maior que a primeira distância.
Sistema de revestimento, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um segundo escudo de isolamento posicionado a uma quarta distância do centro da câmara que é inferior à primeira distância.
Sistema de revestimento, de acordo com a reivindicação 30, 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.