BR112015018598B1

BR112015018598B1 - fonte de plasma

Info

Publication number: BR112015018598B1
Application number: BR112015018598-3A
Authority: BR
Inventors: Florin Daniel Duminica; Vincent Leclercq; Eric Silberberg; Alain Daniel
Original assignee: Arcelormittal Investigación Y Desarrollo Sl
Priority date: 2013-02-06
Filing date: 2013-02-06
Publication date: 2020-11-03
Also published as: ES2617962T3; UA112145C2; US9805918B2; CA2899229C; DK2954758T5; US20160005575A1; PT2954758T; RU2015134534A; EP2954758B1; EP2954758A1; MX347720B; DK2954758T3; BR112015018598A2; JP2016513336A; KR101797157B1; JP6134394B2; WO2014121831A1; MX2015010104A; MA38317A1; CN104996000B

Abstract

FONTE DE PLASMA. A invenção se refere a uma fonte de plasma (1) destinada ao depósito de um revestimento sobre um substrato (9) e com capacidade para ser ligada a uma fonte de energia (P) que compreende um eletrodo (2), um conjunto magnético (4) situado na periferia do dito eletrodo e que compreende um conjunto de ímãs ligados entre si por um suporte magnético (46) que compreende um primeiro e um segundo ímã central (43, 44) e pelo menos um ímã de cabeça (45) e uma câmara eletricamente isolante (5) organizada de maneira a circundar o eletrodo e os ímãs.

Description

[001] A presente invenção se refere a uma fonte de plasma destinada ao depósito de um revestimento sobre um substrato. A presente invenção se refere, portanto, a uma fonte de plasma destinada ao depósito de um revestimento sobre um substrato e com capacidade para ser ligada a uma fonte de energia.

[002] A principal aplicação da invenção é o depósito químico em fase de vapor assistido por plasma (PECVD para Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition - Deposição de Vapor Químico Acentuado por Plasma) que é utilizado para depositar uma camada delgada de um revestimento sobre um substrato a partir de um precursor em fase gasosa.

[003] O princípio desse depósito é simples, visto que consiste em gerar um plasma no qual os produtos emitidos da decomposição de um gás precursor vão se depositar no substrato e formar o depósito.

[004] No âmbito dessa aplicação, um grande painel de substratos e de revestimentos pode ser concebido. Os substratos mais comumente tratados por PECVD são os materiais dielétricos, como determinados polímeros e o vidro, os metais condutores e os semicondutores. Nesses substratos pode ser depositado uma grande variedade de revestimentos, como o carbono adamantino designado pelo termo genérico Carbono Similar a Diamante (Diamond-like Carbon - DLC), o dióxido de sílica (SÍO2), estanho (SnO2), zircônio (ZrO2) ou ainda titânio (TÍO2). Esses revestimentos são utilizados, por exemplo, para proteger 0 substrato ao depositar sobre sua superfície um filme resistente à abrasão; para induzir um efeito antirreflexo ou criar uma camada antimarcas de dedos; ou ainda para conferir ao substrato propriedades fotocatalíticas utilizadas no âmbito da fabricação de superfícies autolimpantes.

[005] Além disso, a taxa de ionização gerada pelo método PECVD é relativamente fraca em comparação a outros métodos de depósito a vácuo, 0 que conduz a um fraco aumento da temperatura do substrato. Esse método é, portanto, particularmente bem adaptado ao tratamento de superfícies sensíveis ao calor, como 0 aço galvanizado ou 0 aço pintado.

[006] É conhecido do documento n2 W02004/027825 uma fonte de plasma destinada ao depósito de um revestimento sobre um substrato. Essa fonte de plasma compreende um eletrodo que delimita uma cavidade de descarga e que permite o posicionamento do substrato a cobrir voltado para uma abertura. O corte transversal do eletrodo compreende duas paredes laterais situadas em cada lado de um fundo. Um conjunto magnético é situado na periferia do eletrodo e compreende dois ímãs laterais dispostos atrás das paredes laterais e orientados de tal modo que seus polos que fazem face sejam de mesma polaridade, assim como um suporte magnético situado na periferia do eletrodo e que liga os dois ímãs. Os dois ímãs laterais geram linhas de campo de saída, isto é, linhas de campo direcionadas de ímãs laterais para o exterior da cavidade de descarga ao passar pela abertura e linhas de campo internas, isto é, linhas de campo direcionadas de ímãs laterais para o interior da cavidade de descarga.

[007] No momento do funcionamento da fonte, elétrons são retirados da superfície do eletrodo e se encontram capturados nas linhas de campo magnético. Em função do local do qual o elétron é retirado, o mesmo se encontra capturado seja nas linhas de campo internas, seja nas linhas de campo de saída. Os elétrons capturados nas linhas de campo de saída saem da fonte pela abertura e geram, no exterior da fonte de plasma, um plasma no qual o gás precursor vai se decompor. Todavia, essa fonte de plasma apresenta uma abertura de largura inferior à largura da cavidade de descarga, o que perturba a ejeção de elétrons e limita, desse modo, a densidade do plasma. A qualidade do revestimento e a velocidade de depósito do revestimento sobre o substrato se encontram alteradas.

[008] A invenção tem como objetivo solucionar os inconvenientes do estado da técnica ao buscar uma fonte de plasma que permite produzir com igual potência um plasma mais denso e uniforme, e que permite, como consequência, obter revestimentos de melhor qualidade e produtos mais rapidamente.

[009] Para solucionar esse problema, a fonte de plasma tal como mencionada no início compreende a) um eletrodo que delimita uma cavidade de descarga que desemboca sobre uma abertura voltada para a qual o dito substrato pode ser posicionado, em que o corte transversal do dito eletrodo compreende uma primeira e uma segunda parede lateral situadas em cada lado de um fundo dotado de uma parte central que faz saliência na dita cavidade de descarga, em que a dita parte central compreende uma primeira e uma segunda parede central e um pico que liga as duas paredes centrais, b) um conjunto magnético situado na periferia do dito eletrodo e que compreende um conjunto de ímãs ligados entre si por um suporte magnético, em que cada um dos ditos ímãs compreende um polo exposto virado para a cavidade de descarga e um polo protegido orientado para o dito suporte magnético, em que o dito conjunto de ímãs compreende: i. pelo menos um primeiro e um segundo ímã lateral, sendo que o dito primeiro ímã lateral, respectivamente ao segundo ímã lateral, é disposto atrás da dita primeira parede lateral, respectivamente à segunda parede lateral, próximo da dita abertura, sendo que os ditos dois ímãs laterais são orientados de tal modo que seus polos expostos sejam de mesma polaridade, ii. pelo menos um primeiro e um segundo ímã central, sendo que o dito primeiro ímã central, respectivamente ao segundo ímã central, é disposto atrás da dita primeira parede central, respectivamente à segunda parede central, sendo que os ditos dois ímãs centrais são orientados de tal modo que seu polo exposto seja de polaridade inversa aquele de polos expostos de ímãs laterais, iii. pelo menos um ímã de cabeça, disposto atrás do dito pico e orientado de tal modo que seu polo exposto seja de mesma polaridade que aquela de polos expostos de ímãs laterais, c) uma câmara eletricamente isolante organizada de maneira a circundar o eletrodo e os ímãs sem vedar a dita abertura.

[010] Portanto, é previsto seguindo a invenção acrescentar aos ímãs laterais pelo menos dois ímãs centrais e pelo menos um ímã de cabeça, dispostos atrás das paredes de uma parte central do eletrodo. Esse conjunto de pelo menos três ímãs permite modificar a configuração de linhas de campo magnético e, em particular, aumentar a densidade de linhas de campo de saída. No momento do funcionamento da fonte de plasma, essa densificação tem como efeito capturar nas linhas de campo um número maior de elétrons e de íons no exterior da fonte de plasma e vizinha ao substrato a ser revestido. Assim, com potência igual, obtém-se um plasma mais denso e acelera-se o depósito do revestimento sobre o substrato.

[011] Além disso, esse conjunto de pelo menos três ímãs aumenta a densidade de linhas de campo internas. No momento do funcionamento da fonte de plasma, essa densificação tem como efeito concentrar os elétrons nessas linhas de campo. Esse reservatório de elétrons contribui para a estabilidade do plasma. Assim, é possível trabalhar com uma pressão qualificada de alta pressão, a saber, até alguns Pa (mbar), por exemplo, entre 0,1 Pa e 100 Pa (0,001 e 1 mbar), enquanto no estado da técnica, a pressão mantida deve ser inferior a 5 Pa (0,05 mbar). Isso é igualmente uma vantagem não negligenciável em que um vácuo menos importante desencadeia custos de funcionamento menores e um saldo energético mais favorável, visto que a tensão necessária para gerar o plasma é inferior a 400 V.

[012] A fonte de plasma de acordo com a invenção pode compreender igualmente as características opcionais indicadas nas reivindicações dependentes, sendo que essas características opcionais podem ser tomadas isoladamente ou em combinação.

[013] Vantajosamente, a abertura da fonte de plasma de acordo com a invenção é da mesma largura que a cavidade de descarga.

[014] E m uma modalidade preferencial, o suporte magnético apresenta a forma de um E cuja barra do meio comporta uma extremidade alargada de maneira que o polo protegido do ímã de cabeça esteja inteiramente em contato com o suporte magnético.

[015] De preferência, o suporte magnético é formado por uma única peça.

[016] Vantajosamente, a fonte de plasma compreende um meio de resfriamento de ímãs e do eletrodo.

[017] E m uma modalidade preferencial, o meio de resfriamento compreende um espaço disposto entre o eletrodo e o conjunto magnético e destinado à circulação de um fluido portador de calor.

[018] Vantajosamente, o meio de resfriamento compreende um circuito de tubulações.

[019] Mais particularmente, a fonte de plasma compreende ainda um meio de injeção destinado a injetar um gás ionizável na cavidade de descarga.

[020] Em uma modalidade preferencial da invenção, o meio de injeção é posicionado vizinho ao fundo.

[021] Outras modalidades da fonte de plasma de acordo com a invenção são mencionadas nas reivindicações anexas.

[022] A presente invenção se refere igualmente a um equipamento de depósito a vácuo que compreende uma fonte de plasma de acordo com a presente invenção.

[023] Vantajosamente, o equipamento de depósito compreende ainda uma segunda fonte de plasma de acordo com a invenção, sendo que as duas fontes de plasma são destinadas a um funcionamento dual.

[024] Em uma variação vantajosa, os eixos geométricos de simetria de duas fontes de plasma formam um ângulo α compreendido entre 20 e 110o.

[025] De preferência, no equipamento de acordo com a invenção, os polos que fazem face a ímãs laterais da primeira fonte de plasma são de polaridade inversa àquela de polos que fazem face a ímãs laterais da segunda fonte de plasma.

[026] Vantajosamente, o equipamento de acordo com a invenção compreende ainda um injetor de gás precursor.

[027] Outras modalidades do equipamento são mencionadas nas reivindicações anexas.

[028] Outras características, detalhes e vantagens da invenção surgirão da descrição fornecida abaixo, a título não limitativo e fazendo-se referência aos desenhos anexos:

[029] A Figura 1 é uma vista desvendada em perspectiva de uma fonte de plasma de acordo com a invenção.

[030] A Figura 2 é uma vista em corte esquemática de acordo com o eixo geométrico A-A da fonte de plasma da Figura 1

[031] A Figura 3 representa uma descrição esquemática da configuração de linhas de campo magnético da fonte de plasma ilustrada na Figura 2, geradas no interior e no exterior da fonte de plasma.

[032] A Figura 4 representa uma vista em corte esquemática de um equipamento de depósito a vácuo que compreende uma fonte de plasma de acordo com a invenção.

[033] A Figura 5 é uma vista em corte esquemática de um equipamento de depósito a vácuo que compreende duas fontes de plasma de acordo com a invenção e na qual a fonte de energia é uma fonte de corrente alternada.

[034] A Figura 6 mostra os resultados de análise por espectroscopia por transformada de Fourier de depósitos de sílica obtidos por meio de uma fonte de plasma, de acordo com o estado da técnica.

[035] A Figura 7 mostra os resultados de análise por espectroscopia por transformada de Fourier de depósitos de sílica obtidos por meio de uma fonte de plasma, de acordo com a invenção.

[036] Sobre as Figuras, os elementos idênticos ou análogos têm as mesmas referências.

[037] Descreve-se uma fonte de plasma de acordo com a invenção com o apoio das Figuras 1 a 3.

[038] Em referência à Figura 1, a fonte de plasma desse modo de realização é de forma de paralelepípedo alongado. Essa forma é pesquisada no caso atual em que a fonte de plasma é destinada ao depósito de um revestimento sobre uma tira metálica de grande largura em deslocamento. A fim de obter uma boa uniformidade de depósito, é preferível que a fonte de plasma seja mais comprida que a largura de tira metálica. Alternativamente, e para outras utilizações, a fonte de plasma poderá tomar outras formas, tais como, por exemplo, aquela de um toro.

[039] Em referência à Figura 2, a fonte de plasma 1 compreende um eletrodo 2 cujo corte transversal é aproximadamente em forma de E e que delimita uma cavidade de descarga 3, um conjunto magnético 4 situado na periferia do eletrodo e uma câmara eletricamente isolante 5 cujo corte transversal é aproximadamente em forma de U de maneira a circundar o eletrodo e o conjunto magnético enquanto dispõe de uma abertura 6 que desemboca sobre a cavidade de descarga 3.

[040] O eletrodo 2 compreende a princípio uma primeira parede lateral 21 e uma segunda parede lateral 22 que correspondem às barras inferiores e superiores do E. Essas duas paredes laterais constituem igualmente as paredes laterais da cavidade de descarga. A primeira parede lateral 21, respectivamente à segunda parede lateral 22, é ligada pelo intermédio de um fundo 23, respectivamente 24, a uma parte central 25 que corresponde à barra intermediária do E.

[041] A parte central 25 consiste em uma saliência na cavidade de descarga e é formada por duas paredes centrais 26, 27 e de um pico 28 que liga as duas paredes centrais.

[042] O conjunto do eletrodo é formado em um material condutor não magnético, tal como cobre, Al, Ti, inox 316, dos quais serão retirados os elétrons no momento do funcionamento da fonte de plasma. De preferência, o eletrodo é formado por uma única peça, visto que essa peça pode ser utilizada como parede de resfriamento. Todavia, será possível alternativamente recorrer a um conjunto de peças montadas entre si de maneira a formar o eletrodo. Além disso, para limitar a degradação do eletrodo submetido ao bombardeamento iônico, os eletrodos podem ser protegidos por placas 211, 221 e 251 constituídas por condutores metálicos não magnéticos, como o alumínio, o inox 316 e o Ti.

[043] O conjunto magnético 4 compreende um conjunto de ímãs ligados entre si por meio de um suporte magnético e dispostos de maneira a gerar linhas de campo magnético de saída particularmente densas vizinhas à abertura 6.

[044] De preferência, os ímãs são permanentes e escolhidos do grupo de ímãs de tipo NdFeB ou SmCo.

[045] O conjunto magnético 4 compreende, a princípio, um primeiro ímã lateral 41 disposto atrás da primeira parede lateral do eletrodo próximo da abertura 6. Simetricamente, um segundo ímã lateral 42 é disposto atrás da segunda parede lateral do eletrodo próximo da abertura 6.

[046] Os ímãs laterais 41 e 42 compreendem, cada um, um polo exposto orientado para a cavidade de descarga e um polo protegido orientado para a câmara isolante. Os dois ímãs laterais são orientados de tal modo que seus polos expostos, que fazem face, sejam de mesma polaridade.

[047] O conjunto magnético 4 compreende igualmente um primeiro ímã central 43 disposto atrás da primeira parede central 26 do eletrodo próximo do fundo 23. Simetricamente, um segundo ímã central 44 é disposto atrás da segunda parede central 27 do eletrodo próximo do fundo 24.

[048] Os ímãs centrais 43 e 44 compreendem, cada um, um polo exposto orientado para a cavidade de descarga e um polo protegido orientado para o interior da parte central. Os dois ímãs laterais são orientados de tal modo que seus polos expostos sejam de polaridade inversa àquela de dois polos expostos dos ímãs laterais 41 e 42.

[049] O conjunto magnético 4 compreende, enfim, um ímã de cabeça 45 situado atrás do pico 28 da parte central 25. Esse ímã compreende um polo exposto orientado para a cavidade de descarga e um polo protegido orientado para o interior da parte central. O mesmo é orientado de tal modo que seu polo exposto seja de mesma polaridade que aquele dos polos expostos dos ímãs laterais 41 e 42.

[050] Todos os ímãs do conjunto magnético são ligados entre si por meio de um suporte magnético 46 situado na periferia do eletrodo. No exemplo da Figura 2, seu corte transversal é aproximadamente em forma de E. Para que o eletrodo funcione, será suficiente que cada ímã esteja em contato pelo menos em um ponto com o suporte magnético. Todavia, de maneira a evitar as fugas magnéticas, será zelado de preferência que o polo protegido de cada ímã esteja integralmente em contato com o suporte magnético. Para esse fim, o suporte magnético fornecido no exemplo da Figura 2 apresenta a forma de um E cuja barra do meio apresenta uma extremidade alargada, de maneira que a face protegida do ímã 45 esteja inteiramente em contato com o suporte magnético.

[051] De preferência, e sempre com o cuidado de evitar as fugas magnéticas, o suporte magnético é formado por uma única peça. Todavia, para facilitar a montagem, será possível recorrer a um conjunto de peças montadas entre si, de maneira a formar um conjunto contínuo.

[052] O suporte magnético 46 é formado por qualquer material que apresenta uma permeabilidade magnética relativa elevada, de preferência superior a 2.000, tal como, por exemplo, o mumétal®, os aços permalloy® e os metais Ni, Fe e Co.

[053] As respectivas orientações de ímãs podem se resumir por meio das tabelas 1 e 2 a seguir, que ilustram duas variações:

[054] Conforme ilustrado na Figura 2, a disposição e a orientação dos ímãs, tais como descritos acima, têm os efeitos a seguir:

[055] - os ímãs laterais 41 e 42 geram linhas de campo de saída, isto é, linhas de campo direcionadas de ímãs laterais para o exterior da cavidade de descarga ao passar pela abertura 6 e linhas de campo internas, isto é, linhas de campo direcionadas de ímãs laterais para o interior da cavidade de descarga, e em particular para a parte central.

[056] - O ímã de cabeça 45 gera principalmente linhas de campo de saída que se adicionam àquelas produzidas pelos ímãs laterais, aumentando assim sensivelmente a densidade de linhas de campo de saída, e aprimorando, assim, a eficácia da fonte de plasma, conforme será ilustrado posteriormente.

[057] - Os ímãs centrais 43, 44 permitem a princípio que o ímã de cabeça seja colocado em contato com o suporte magnético. De fato, em sua ausência, a parte central do suporte magnético apresenta uma polaridade igual àquela da face protegida de ímãs laterais, ou seja, uma polaridade idêntica àquela da face protegida do ímã de cabeça, o que tem como efeito repelir o ímã de cabeça que se deseja posicionar. Ao contrário, em sua presença, a parte central do suporte magnético apresenta uma polaridade inversa daquela da face protegida dos ímãs laterais, visto que:

[058] o Em um primeiro momento, os ímãs centrais 43, 44 que apresentam uma polaridade da face protegida inversa daquela da face protegida de ímãs laterais têm podido ser fixados sobre o suporte magnético na base da parte central que apresenta então uma polaridade igual àquela da face protegida dos ímãs laterais.

[059] o Sua fixação inverte a polaridade da extremidade da parte central do suporte magnético, sendo que essa extremidade é mantida em contato com a face protegida dos ímãs centrais.

[060] - Os ímãs centrais 43, 44 permitem, além disso, intensificar as linhas de campo internas graças aos anéis magnéticos gerados entre esses ímãs e os ímãs laterais, por meio do suporte magnético.

[061] Ou seja, o conjunto de ímãs induziu: a) uma região 100 densa em linhas de campo externas, situada principalmente no exterior da fonte de plasma vizinha à abertura, b) duas regiões 101 em que o campo magnético resultante é nulo, situadas na cavidade de descarga entre a abertura e o pico da parte central, c) duas regiões 102 que apresentam uma forte densidade de linhas de campo internas, situadas em cada lado da parte central.

[062] A fim de aperfeiçoar a configuração de linhas de campo magnético, será ajustado de preferência o comprimento dos ímãs laterais e a distância entre o ímã de cabeça e o mediador de ímãs laterais, de maneira que os ímãs laterais interajam bem com os ímãs centrais e que o ímã de cabeça interaja de maneira equilibrada tanto com os ímãs centrais quanto com os ímãs laterais. De preferência, o ímã de cabeça será colocado de tal maneira que seu polo exposto seja sobre o mediador de ímãs laterais. De preferência, o ímã de cabeça é colocado no centro do eletrodo. A distância entre os polos expostos dos ímãs laterais é de preferência compreendida entre 8 a 12 centímetros.

[063] A descrição acima corresponde àquela do corte transversal da fonte de plasma. Todavia, visto que essa última é alongada, não será preciso explicitar que cada um dos ímãs descritos acima pode consistir em uma sucessão de ímãs justapostos e alinhados no sentido longitudinal da fonte de plasma e não simplesmente em um ímã exclusivo.

[064] Devido à sua disposição atrás das paredes laterais, as paredes centrais e o pico, os ímãs são isolados do ambiente reinante na cavidade de descarga no momento do funcionamento da fonte de plasma e não são, assim, danificados. Além disso, os mesmos podem ser assim facilmente arrefecidos a fim de que sua temperatura não ultrapasse a temperatura de Curie, temperatura na qual os mesmos perdem suas propriedades magnéticas. De fato, o risco de desmagnetização dos ímãs é elevado quando esses últimos são dispostos em temperaturas tais como aquelas encontradas na cavidade de descarga no momento de uma descarga de magnétron.

[065] Para tal, a fonte de plasma contém, de preferência, um meio de resfriamento 7 de ímãs e do eletrodo. Como ilustrado na Figura 2, o resfriamento pode ser garantido por uma circulação de fluido portador de calor em um espaço 7 disposto entre o eletrodo e o conjunto magnético. Esse tipo de resfriamento tem como vantagem permitir isolar eletricamente os ímãs do eletrodo quando se faz circular um fluido portador de calor isolante elétrico, tal como a água desmineralizada.

[066] Alternativamente, e como ilustrado na Figura 3, o meio de resfriamento 7 pode consistir em um circuito de tubulações soldadas que atravessam a espessura do eletrodo ou dispostas em contato com a periferia do mesmo. No momento do funcionamento da fonte de plasma, o resfriamento é garantido por uma circulação, nas tubulações, de água ou outros fluidos portadores de calor.

[067] A fonte de plasma 1 compreende, enfim, uma câmara isolante cujo corte transversal é aproximadamente em forma de U, de maneira a circundar o eletrodo e os ímãs enquanto dispõe de uma abertura 6. Como será visto posteriormente no momento da descrição do funcionamento do dispositivo, não é necessário que a abertura 6 seja de largura inferior à largura da cavidade de descarga, como é o caso para os dispositivos do estado da técnica. De preferência, a abertura 6 é, portanto, de mesma largura que a cavidade de descarga. O recurso a uma câmara isolante permite garantir que as descargas elétricas geradas no momento do funcionamento da fonte de plasma emanem apenas do eletrodo 2.

[068] A câmara isolante compreende um material eletricamente isolante, de preferência, um material dielétrico escolhido a partir do grupo constituído por micanite, teflon, resinas carregadas em cerâmicas....

[069] No momento do funcionamento do elétrodo, o bombardeamento eletrônico e iônico pode gerar um aquecimento de materiais dielétricos da câmara isolante 5, o que pode gerar restrições mecânicas locais; para atenuar esse inconveniente, placas arrefecidas com água 71 podem ser colocadas sobre o dielétrico 5 em cada lado da abertura 6, como ilustrado na Figura 2.

[070] De preferência, a fonte de plasma compreende igualmente meios de injeção 8 que permitem injetar um gás ionizável na cavidade de descarga. A forma e a posição desses meios de injeção podem ser variadas. De preferência, serão posicionados os meios de injeção vizinhos ao fundo 23 e/ou ao fundo 24 de maneira que, no momento do funcionamento da fonte de plasma, o gás ionizável circule dos fundos para a abertura 6. No exemplo da Figura 2, os meios de injeção consistem em tubulações de injeção colocadas na frente dos fundos 23 e 24 do eletrodo, na cavidade de descarga. Trata-se aqui de tubos em aço inoxidável que apresentam orifícios para uma distribuição uniforme do gás ao longo do comprimento do tubo. Alternativamente, os meios de injeção podem ser parcialmente integrados aos fundos. De preferência, um meio de injeção é disposto vizinho a cada um dos fundos 23 e 24, de maneira que o gás ionizável seja distribuído de maneira homogênea na cavidade de descarga. O funcionamento e as vantagens desse sistema de injeção serão descritos posteriormente.

[071] Descreve-se agora a fonte de plasma em funcionamento, de acordo com um primeiro modo, em um equipamento de depósito a vácuo, em referência à Figura 4.

[072] A princípio, a fonte de plasma é colocada em uma câmara de tratamento (não representada) mantida a vácuo e organizada para receber um substrato 9, de preferência na forma de uma tira em deslocamento. A fonte de plasma é disposta de maneira que a abertura 6 esteja de frente para o substrato 9 e, de preferência, a mesma é disposta de maneira sensivelmente transversal em relação ao sentido de deslocamento da tira de substrato 9

[073] O eletrodo 2 da fonte de plasma é ligado a uma fonte de energia P, tipicamente uma fonte de corrente contínua ou alternada, comumente situada fora da câmara de tratamento. No caso desse primeiro modo de funcionamento, o papel de contraeletrodo é desempenhado pelo substrato 9 em deslocamento e aterrado.

[074] A câmara de tratamento compreende igualmente pelo menos um injetor 10 de gás precursor. Esse injetor pode ser fixado sobre a fonte de plasma próxima da abertura 6. De preferência, o mesmo será, todavia independente da fonte de plasma e situado próximo às bordas laterais da fonte de plasma, de maneira a evitar a injeção de gás precursor na direção da cavidade de descarga, o que contribuirá para a sujidade do mesmo. No exemplo da Figura 4, os injetores são formados por uma rede de tubos em aço inoxidável poroso que apresenta uma forte perda de carga e circundados por tubos que apresentam orifícios distribuídos de maneira a garantir uma distribuição uniforme do gás sobre todo o comprimento da tubulação. Todavia, qualquer tipo de injetor de gás precursor a vácuo conhecido pode ser utilizado aqui.

[075] Quando a fonte de energia P é ativada, cria-se a princípio uma diferença de potencial elétrico entre o eletrodo 2 e o substrato. Sob o efeito dessa diferença de potencial, elétrons são retirados da superfície do eletrodo e se encontram capturados nas linhas de campo magnético. Em função do local do qual o elétron é retirado, o mesmo se encontra capturado, seja nas linhas de campo internas, seja nas linhas de campo de saída.

[076] Devido à forte densidade de linhas de campo de saída obtida graças à disposição particular de ímãs de acordo com a invenção, um grande número de elétrons se encontram capturados nas linhas de campo de saída vizinha à abertura 6 e próxima do substrato 9.

[077] O gás precursor, injetado na direção do espaço compreendido entre a fonte de plasma e o substrato, se ioniza no contato da forte densidade eletrônica e forma assim um plasma.

[078] Um gás ionizável é injetado desde o fundo da cavidade de descarga por meio dos meios de injeção 8. A força de injeção empurra o gás ionizável para as regiões 102 que apresentam uma forte densidade de linhas de campo internas, situadas em cada lado da parte central, onde se ioniza por colisão com os elétrons capturados nas linhas de campo internas.

[079] Uma parte desses íons entra em colisão com as paredes do eletrodo. Isso contribui para evitar a eventual sujidade da cavidade de descarga pelos produtos emitidos da decomposição do gás precursor e suscetíveis de penetrar na cavidade de descarga. A eficácia dessa limpeza pode permitir a passagem de uma abertura de largura inferior à largura da cavidade, o que contribui ainda para facilitar a saída de elétrons da fonte plasma e, portanto, contribui para o aprimoramento de desempenhos da mesma.

[080] Além disso, os íons ejetados fora da fonte de plasma bombardeiam o substrato, o que traz a energia a esse último e contribui, assim, para a densificação da camada depositada.

[081] Enfim, o gás ionizável empurra para o substrato o gás precursor, limitando-se, assim, a formação de um depósito no interior da fonte de plasma.

[082] Opcionalmente, o gás ionizante pode ser ao mesmo tempo um gás reativo que pode reagir com o gás precursor.

[083] Para resumir, a densificação de linhas de campo de saída tem como efeito vantajoso concentrar os elétrons e os íons no exterior da fonte de plasma e vizinhos ao substrato a ser revestido. Assim, com potência igual, obtém-se um plasma mais denso e acelera-se o depósito do revestimento sobre o substrato.

[084] Opcionalmente, e como se pode ver na Figura 4, a câmara de tratamento pode conter um ímã adicional 11 posicionado voltado para a abertura 6, vizinho ao substrato do lado oposto à fonte de plasma. O mesmo pode ser, por exemplo, incorporado em um cilindro de transporte de tira 12. Seu polo exposto orientado para a fonte de plasma 1 é de polaridade inversa àquela de polos expostos dos ímãs laterais. Esse ímã adicional permite densificar as linhas de campo externas vizinhas ao substrato e, assim, acelerar o depósito do revestimento.

[085] Todavia, essa densificação acionando um aumento da temperatura do substrato, evita-se recorrer a esse ímã adicional no momento do tratamento de substratos sensíveis a temperaturas da ordem de algumas centenas de graus.

[086] No caso em que o ímã 11 será constituído por uma sucessão de ímãs justapostos e alinhados no sentido longitudinal da fonte de plasma, os mesmos serão dispostos sobre um suporte magnético 13 de maneira a permitir sua justaposição.

[087] Como a Figura 5 mostra, a fonte de plasma pode funcionar em um equipamento de depósito a vácuo de acordo com um segundo modo. Nesse caso, a câmara de tratamento compreende uma segunda fonte de plasma que desempenha o papel de contraeletrodo.

[088] A fonte de energia P é então uma fonte de corrente alternada. Para aumentar a potência elétrica dos eletrodos de grande dimensão, diversas fontes de energia podem ser sincronizadas.

[089] A fonte de energia P é ligada ao eletrodo 2 da primeira fonte de plasma 1 e ao contraeletrodo 2', que é o eletrodo da segunda fonte de plasma 1', em que esses dois eletrodos funcionam alternativamente como:

[090] - fonte de elétrons, quando o eletrodo desempenha o papel de cátodo,

[091] - e fonte de íons, quando o eletrodo desempenha o papel de anodo, sendo que o gás ionizado pelos elétrons provenientes do cátodo é expulso na direção do cátodo e do substrato.

[092] Diz-se nesse caso de um funcionamento dual.

[093] De preferência, e como ilustrado na Figura 5, as duas fontes de plasma são suportadas de maneira pivotante por um braço horizontal 14 de tal maneira que as duas aberturas 6 sejam inclinadas uma em direção à outra em um ângulo α formado pelos eixos geométricos de simetria de fontes de plasma. O ângulo α é compreendido entre 20 e 110°, de preferência entre 40 e 90°e de maneira mais preferencial é de cerca de 60°.

[094] Tal disposição do eletrodo e do contraeletrodo tem a vantagem de concentrar os feixes de elétrons e o gás precursor em um espaço mais confinado. Esse confinamento permite atingir mais facilmente a energia de ativação do precursor, o que facilita o depósito.

[095] Os polos que fazem face aos ímãs laterais do eletrodo podem ser de mesma polaridade que os polos que fazem face aos ímãs laterais do contraeletrodo ou, alternativamente, de polaridade inversa. Nesse último caso, a continuidade das linhas de campo entre os dois eletrodos facilita o depósito.

[096] Nesse segundo modo de funcionamento, o substrato 9, seja o mesmo condutor de corrente ou isolante elétrico, é eletricamente isolado da fonte de plasma. No caso em que um substrato condutor de corrente é tratado, o isolamento elétrico é garantido por um aterramento do substrato 9. Uma vantagem desse modo de funcionamento é a de permitir o depósito sobre o substrato de um revestimento dielétrico, o que é difícil de realizar com uma fonte de corrente contínua. Para tal revestimento, uma simples descarga em corrente contínua não pode ser suficiente, visto que essa última se esgotará rapidamente. De fato, no curso do depósito, a superfície do substrato se carrega sob o impacto de íons. Se a superfície for isolante, a carga excedente que é induzida pelos impactos de íons não pode se escoar. Consequentemente, o plasma se esgota e o depósito não pode continuar. Isso explica porque a pulverização em corrente contínua seja geralmente utilizada apenas para os depósitos de camadas condutoras ou semicondutoras.

[097] Os testes realizados com fontes de plasma de acordo com a invenção têm permitido mostrar que os ímãs centrais e o ímã de cabeça contribuíram significativamente para a densificação de linhas de campo e, consequentemente, aprimoraram a velocidade e a qualidade de depósito.

[098] A Figura 6 mostra os resultados de análise por espectroscopia por transformada por Fourier de depósitos de sílica obtidos por meio de uma fonte de plasma de acordo com o estado da técnica, em que se fará variar a potência elétrica (em kW) relacionada ao débito de gás precursor (hexametiladissiloxano ou HMDSO), sendo que o débito é expresso em cm3 padrão por segundo (sccm). Os depósitos foram realizados nas condições a seguir: gás ionizável O2, relação O2/HMDSO igual a 5, pressão de 20 Pa (0,2 mbar), distância de substrato-fonte de plasma igual a 50 mm. Pode-se constatar que, para uma proporção O2/HMDSO fraca, as sílicas obtidas têm um caráter orgânico (presença de ligações Se-(CH3) x - pico a 1.270 cm-1) e seja qual for a potência aplicada. Esse caráter orgânico é indesejável, visto que o mesmo altera a qualidade do revestimento.

[099] A Figura 7 mostra os resultados de análise por espectroscopia por transformada por Fourier de depósitos de sílica obtidos por meio de uma fonte de plasma de acordo com a invenção. Os depósitos foram realizados nas mesmas condições que aquelas da Figura 6. Pode-se constatar que, para potências superiores a 0,2 kW/sccm, os depósitos de sílica obtidos são inorgânicos (desaparecimento do pico em 1.270 cm-1) e, portanto, de muito melhor qualidade.

[100] Esses resultados ilustram igualmente que a fonte de plasma de acordo com a invenção permite obter sílicas inorgânicas para débitos de oxigênio menores e pressões superiores àquelas do estado da técnica. Isso tem como vantagem minimizar o débito de bombeamento na câmara de tratamento e, portanto, minimizar o número de bombas necessárias.

[101] A configuração da fonte de plasma descrita permite igualmente, em relação ao estado da técnica, aumentar a taxa de depósito para atingir rendimentos de depósitos superiores. O rendimento de depósito pode atingir 80%, claramente superior ao estado da técnica, para a qual o rendimento é da ordem de 40 a 50%. O rendimento de depósito é definido, no caso de um depósito de sílica, como sendo a proporção de átomos de Sílicio do HMDSO que se encontra na camada de sílica formada.

[102] Não é preciso explicitar que a presente invenção não é de modo algum limitada às modalidades descritas acima, e que modificações podem ser concebidas sem se afastar do escopo das reivindicações anexas.

Claims

1. Fonte de plasma (1) destinada ao depósito de um revestimento sobre um substrato (9) e com capacidade para ser ligada a uma fonte de energia (P) caracterizada porcompreender: a) um eletrodo (2), que delimita uma cavidade de descarga (3) que desemboca em uma abertura (6) voltada para aquele dito substrato, pode ser posicionado, em que o corte transversal do dito eletrodo compreende uma primeira e uma segunda parede lateral (21, 22) situadas em cada lado de um fundo (23, 24) dotado de uma parte central (25) que faz saliência na dita cavidade de descarga, em que a dita parte central compreende uma primeira e uma segunda parede central (26, 27) e um pico (28) que liga as duas paredes centrais, b) um conjunto magnético (4) situado na periferia do dito eletrodo e que compreende um conjunto de ímãs ligados entre si por um suporte magnético (46), em que cada um dos ditos ímãs compreende um polo exposto virado para a cavidade de descarga e um polo protegido orientado para o dito suporte magnético, em que o dito conjunto de ímãs compreende: i. pelo menos um primeiro e um segundo ímã lateral (41, 42), sendo que o dito primeiro ímã lateral, respectivamente ao segundo ímã lateral, é disposto atrás da dita primeira parede lateral (21), respectivamente à segunda parede lateral (22), próximo da dita abertura (6), sendo que os ditos dois ímãs laterais são orientados de tal modo que seus polos expostos sejam de mesma polaridade, ii. pelo menos um primeiro e um segundo ímã central (43, 44), sendo que o dito primeiro ímã central, respectivamente ao segundo ímã central, é disposto atrás da dita primeira parede central (26), respectivamente à segunda parede central (27), sendo que os ditos dois ímãs centrais são orientados de tal modo que seu polo exposto seja de polaridade inversa àquela dos polos expostos dos ímãs laterais, iii. pelo menos um ímã de cabeça (45), disposto atrás do dito pico (28) e orientado de tal modo que seu polo exposto seja de mesma polaridade que aquele de polos expostos dos ímãs laterais, c) uma câmara eletricamente isolante (5) organizada de maneira a circundar o eletrodo e os ímãs sem vedar a dita abertura.

2. Fonte de plasma, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pora abertura 6 ser da mesma largura que a cavidade de descarga.

3. Fonte de plasma, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, caracterizada poro suporte magnético apresentar a forma de um E cuja barra do meio comporta uma extremidade alargada de maneira que o polo protegido do ímã de cabeça (45) esteja inteiramente em contato com o suporte magnético.

4. Fonte de plasma, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada poro suporte magnético ser formado por uma única peça.

5. Fonte de plasma, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada porcompreender ainda um meio de resfriamento (7) dos ímãs e do eletrodo.

6. Fonte de plasma, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada poro meio de resfriamento compreender um espaço (7) disposto entre o eletrodo e o conjunto magnético e destinado à circulação de um fluido portador de calor.

7. Fonte de plasma, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada poro meio de resfriamento (7) compreender um circuito de tubulações.

8. Fonte de plasma, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada porcompreender ainda um meio de injeção (8) destinado a injetar um gás ionizável na cavidade de descarga (3).

9. Fonte de plasma, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada poro meio de injeção (8) ser posicionado vizinho ao fundo (23, 24).

10. Equipamento de depósito a vácuo caracterizado por compreender uma fonte de plasma, tal como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9.

11. Equipamento de depósito a vácuo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado porcompreender ainda uma segunda fonte de plasma (1), tal como definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, sendo que as duas fontes de plasma são destinadas a um funcionamento dual.

12. Equipamento de depósito a vácuo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado poros eixos geométricos de simetria de duas fontes de plasma formarem um ângulo α compreendido entre 20 e 110°.

13. Equipamento de depósito a vácuo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 ou 12, caracterizado poros polos que fazem face com ímãs laterais da primeira fonte de plasma serem de polaridade inversa àquela dos polos que fazem face com ímãs laterais da segunda fonte de plasma.

14. Equipamento de depósito a vácuo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 13, caracterizado porcompreender ainda um injetor (10) de gás precursor.

15. Equipamento de depósito a vácuo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 14, caracterizado porcompreender ainda um ímã adicional (11) posicionado voltado para a abertura (6) e destinado a se encontrar vizinho ao substrato (9) no lado oposto à fonte de plasma (1) e de polo orientado para a fonte de plasma 1 de polaridade inversa àquela dos polos que fazem face a ímãs laterais.