ES2208530T3 - Metodo y aparato para el tratamiento secuencial por plasma. - Google Patents
Metodo y aparato para el tratamiento secuencial por plasma.Info
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Abstract
Método para el tratamiento por plasma de un sustrato hueco (1; 10), que comprende las etapas siguientes: a) situar una pluralidad de fuentes de ionización de energía (7 a 10; 107 a 112) todas ellas a lo largo de la parte del sustrato que se va a tratar, b) inyectar un gas de proceso en el interior del sustrato, conteniendo dicho gas un precursor para la creación de plasma, y c) mantener la presión en el interior del tubo dentro de un rango predeterminado, caracterizado porque comprende además la etapa de: d) energizar a partir de una única fuente de energía de frecuencia de radio (6; 106) las fuentes de ionización de energía, en secuencia, para crear de forma selectiva plasma en el interior del sustrato en una situación correspondiente a la fuente energizada respectiva, repitiéndose dicha etapa b) de inyectar el gas de proceso por lo menos antes de la energización de cada fuente de ionización de energía, suministrando dicha única fuente de energía de frecuencia de radio, energía a una frecuencia comprendida entre 10 kHz a 100 MHz aproximadamente.
Description
Método y aparato para el tratamiento secuencial
por plasma.
La presente invención se refiere a un método y a
un aparato para los tratamientos del sustrato utilizando plasma
como, por ejemplo, tratamiento de polímeros para dispositivos
biomédicos o para dispositivos de embalaje para la alimentación y
la industria farmacéutica. En particular, la presente invención se
refiere al tratamiento o la deposición del plasma en sustratos
huecos no conductores que presentan una relación de aspecto grande,
como por ejemplo tubos de pequeño diámetro, cajas planas, etc.
Los sustratos huecos con una relación de aspecto
grande se utilizan comúnmente en diversos campos tecnológicos, como
por ejemplo catéteres o endoscopios para materiales médicos y para
embalaje de aplicaciones médicas o alimentarias. La expresión
"relación de aspecto grande" significa que el sustrato hueco
presenta por lo menos una dimensión mucho mayor que la otra, y más
particularmente que la longitud del sustrato es mucho mayor que una
dimensión de la abertura del mismo. La Figura 4 muestra dos ejemplos
de sustratos huecos que presentan una relación de aspecto grande
L/a, en los que L es la longitud del sustrato y a es la
dimensión menor de la abertura del sustrato. Un tubo 1 comprende
una cavidad interior que presenta una longitud L grande con respecto
al diámetro a del tubo. Los sustratos de relación de aspecto
grande también pueden presentar una forma de caja plana 101 que
presente una altura de abertura pequeña a en comparación con
su longitud L.
Una dificultad general de la utilización del
tratamiento por plasma es la complejidad para tratar las paredes
interiores de dichos sustratos. Además, el tratamiento por plasma
de este tipo de sustrato resulta difícil de realizar, ya que la
creación de plasma en sustratos huecos de relación de aspecto grande
generalmente presenta una falta de uniformidad de plasma y, por lo
tanto, de tratamiento. Únicamente se asegura un tratamiento
uniforme si, en la totalidad de la longitud del sustrato, la
concentración del gas precursor, la densidad de plasma local y la
presión son rigurosamente constantes.
La creación del plasma en el interior del
sustrato se lleva a cabo mediante la aplicación de energía
eléctrica al gas de proceso. Los electrones se aceleran mediante un
campo magnético y se crean iones a partir de colisiones inelásticas
entre las moléculas de gas y los electrones acelerados. La energía
eléctrica para acelerar los electrones en el gas generalmente se
realiza por medio de un campo eléctrico variable, un campo
magnético variable, o ambos.
Surgen principalmente dos problemas cuando el
objetivo es tratar o depositar plasma a lo largo de un substrato
hueco. El primer problema está relacionado con la dificultad de
crear una densidad de plasma uniforme a lo largo de la longitud del
sustrato. Además, para conseguir esta condición, se debe aplicar al
sustrato una energía eléctrica constante, lo cual es menos factible
en un cierto tamaño.
El segundo problema es que únicamente se puede
asegurar la uniformidad del tratamiento a lo largo de la totalidad
de la longitud si una cantidad constante de precursor reacciona por
la totalidad de la longitud del sustrato. Incluso aunque se pueda
incorporar una disposición de fuente de energía especial para crear
una densidad de plasma uniforme a lo largo de la longitud del
sustrato, la concentración de precursor descenderá irremediablemente
tan pronto como el gas precursor haya fluido en el sustrato, debido
a que se dará un mayor consumo de precursor en la entrada de gas
del sustrato.
Para solucionar este problema se han desarrollado
varias soluciones. Una de ellas, descrita en la patente US nº
4.692.347 e ilustrada en la Figura 5, consiste en desplazar un tubo
502 que se va a tratar con respecto a una fuente de plasma fija 505
en una cámara de vacío 501. El tubo 502 que se va a recubrir está
inicialmente enrollado en una bobina 508 con un extremo en
comunicación con una fuente de monómero 503 a través de un
controlador de flujo 504. Se crea el plasma en el interior del tubo
502 pasando continuamente el tubo en una zona de descarga
incandescente formada por la fuente de acoplamiento de reactancia
fija 505 formada a partir de dos electrodos energizados por
frecuencia de radio. La parte del tubo cuya pared interior ha sido
recubierta se enrolla en una bobina receptora 509. Se mantiene una
presión absoluta baja en el interior del tubo mediante medios de
evacuación 506 y 507 conectados al otro extremo del tubo.
Sin embargo, dicha solución adolece de
desventajas. El enrollado y el desenrollado de los tubos finos de
una rigidez baja o alta pueden provocar el plegamiento o el
encogimiento local, es decir, deformaciones irreversibles del tubo.
Además, la estructura y la incorporación de los medios de evacuación
son complejas y resulta difícil garantizar un buen control de la
presión a lo largo del tubo. Estas dificultades no sólo afectan la
fiabilidad del tratamiento por plasma de un tubo, sino que también
afectan a los costes y a la rapidez del tratamiento.
Contrariamente, otra solución es acoplar la
fuente de plasma a un mecanismo de movimiento para desplazar la
fuente de plasma con respecto al tubo que se va a tratar. Sin
embargo, dicho mecanismo resulta complejo y no permite controlar
los parámetros para un tratamiento uniforme de plasma en el
sustrato. La velocidad y la precisión del movimiento de la fuente de
plasma que se requiere para el tratamiento uniforme de plasma
conduce al desarrollo de un sistema de control electrónico, lo cual
incrementa sensiblemente el coste del tratamiento. Además, dicho
dispositivo está limitado al tratamiento de un único tubo.
A la vista de dichos aspectos, un objetivo de la
presente invención es proporcionar un método y un aparato que
puedan solucionar los problemas mencionados anteriormente. Dicho de
otro modo, un objetivo consiste en proporcionar un método y un
aparato que permitan un tratamiento por plasma de sustratos huecos
de un modo uniforme en la totalidad de las partes interiores de los
sustratos.
Para ello, se proporciona un método para el
tratamiento por plasma de un sustrato hueco, tal y como se define en
la reivindicación 1.
Así, según la presente invención, se puede crear
una densidad de plasma uniforme a lo largo del sustrato, mientras se
mantiene una concentración de gas constante reaccionando a lo largo
del tubo.
Según un aspecto de la presente invención, la
pluralidad de fuentes de energía de ionización puede ser, bien de
fuentes de plasma acopladas de forma capacitativa o de fuentes de
plasma acopladas de forma inductiva.
Según otro aspecto de la invención, las fuentes
de ionización de energía están energizadas de forma pulsante.
La etapa de inyectar un gas de proceso en el
interior del sustrato también se puede llevar a cabo de forma
pulsante. A pesar de que el gas de proceso se puede pulsar sin
utilizar una fuente de energía de ionización por pulsos y,
contrariamente, según un aspecto de la presente invención, el flujo
de gas se puede pulsar de acuerdo con las secuencias de energización
de las fuentes de energía de ionización. Esto asegura que el gas de
proceso y, por lo tanto, el precursor, se renueve enfrente de las
fuentes de energía de ionización entre cada secuencia de
energización. El precursor consumido después de una secuencia de
energización se reemplaza, de modo que se mantenga una concentración
de precursor constante cada vez que se crea el plasma en el
sustrato.
Según otro aspecto de la invención, se provoca el
flujo del gas de proceso en el sustrato de forma permanente a un
caudal constante razón de precursor. Por lo tanto, en este caso, la
etapa de inyección del gas de proceso en el interior del sustrato se
lleva a cabo continuamente durante la totalidad del tratamiento por
plasma del sustrato.
Más exactamente, el sustrato es un sustrato hueco
con una relación de aspecto grande.
En una forma de realización, la pluralidad de
fuentes de energía de ionización (107-112) se sitúa
según una disposición de dos dimensiones.
La presente invención también proporciona un
aparato para el tratamiento por plasma de un sustrato hueco no
conductor, tal y como se define en la reivindicación 9.
Según un aspecto de la invención, los medios de
suministro de energía de frecuencia de radio son del tipo de
generador de pulsos para energizar las fuentes de energía de
ionización de forma pulsante. El aparato de la presente invención
también puede comprender un controlador de flujo de gas para
controlar la cinética del gas de proceso que fluye en el interior
del sustrato. El controlador de flujo de gas también puede servir
para inyectar el gas de proceso de forma pulsante. A pesar de que el
gas de proceso se puede pulsar sin utilizar una fuente de energía de
ionización por pulsos, según un aspecto de la presente invención, el
controlador de flujo de gas se puede conectar a medios de evacuación
de los medios de procesado, con el fin de dirigir el flujo de gas de
acuerdo con las secuencias de energización de las fuentes de energía
de ionización. Esto asegura que el gas de proceso y, por lo tanto el
precursor, se renueva enfrente de las fuentes de energía de
ionización entre cada una de las secuencias de energización. El
precursor consumido después de una secuencia de energización se
reemplaza, de modo que se mantenga una concentración de percusor
constante cada vez que se cree el plasma en el sustrato.
La pluralidad de fuentes de energía de ionización
puede ser, bien de fuentes de plasma acopladas de forma capacitativa
o de fuentes de plasma acopladas de forma inductiva.
Específicamente, cada fuente de energía de
ionización comprende medios electromagnéticos para la producción a
través del sustrato de un flujo magnético perpendicular en una
dirección de una longitud del sustrato.
Según una forma de realización de la invención,
el aparato comprende además una cámara de plasma provista de dos
ventanas de admisión encaradas de campo de forma opuesta y, como
medio electromagnético, disposiciones de primera y segunda bobina
opuestas situadas en una superficie exterior de la primera y la
segunda ventana respectivamente, estando las disposiciones de
primera y segunda bobina conectadas a la línea de suministro de
energía, de forma que una corriente en la misma dirección fluya
simultáneamente en las disposiciones de la primera y la segunda
bobina.
Cada una de las disposiciones de primera y
segunda bobina comprende un inductor que presenta forma de
serpentina.
Ventajosamente, las disposiciones de primera y
segunda bobina además comprenden un núcleo magnético asociado con
los inductores de dichas disposiciones de bobina, presentando dicho
núcleo magnético una estructura de cara de polo adaptada para su
aplicación contra o próxima a las ventanas de admisión de campo.
Los medios de suministro de energía de frecuencia
de radio suministran energía a una frecuencia de aproximadamente 10
kHz a 100 MHz, preferentemente a una frecuencia de 13,56 MHz.
Según otra forma de realización de la invención,
la pluralidad de fuentes de energía de ionización está dispuesta en
cada uno de los lados del sustrato, según una disposición de dos
dimensiones.
La invención y sus ventajas se comprenderán mejor
a partir de la descripción siguiente, que se da como ejemplo no
limitativo, de las formas de realización preferidas, haciendo
referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:
la Figura 1 es una vista esquemática en sección
transversal de un aparato para el tratamiento por plasma según una
primera forma de realización de la invención;
la Figura 2 es una vista esquemática en
perspectiva de una disposición de bobina según una forma de
realización de la invención;
la Figura 3 es una vista esquemática en
perspectiva de un aparato para el tratamiento por plasma según una
segunda forma de realización de la invención;
la Figura 4 es una vista en perspectiva de dos
ejemplos de sustratos; y
la Figura 5 es una vista esquemática de un
aparato convencional para el tratamiento de sustrato de plasma;
El método y el aparato para el tratamiento por
plasma de un sustrato hueco no conductor según la presente invención
se describirá en relación con una primera forma de realización que
se ilustra en la Figura 1. Se conecta un tubo 1 que presenta una
longitud L y un diámetro a, a un extremo de una fuentes de gas de
proceso 2 a través de un controlador de flujo de gas 3. El gas de
proceso suministrado por la fuente 2 contiene un precursor, como por
ejemplo un ácido acrílico, con el fin de crear plasma. La cantidad
de precursor suministrada a la cavidad interna del tubo se controla
por medio del controlador de flujo de gas 3 que establece la
cinética del gas inyectado en el tubo. El extremo opuesto de dicho
tubo 1 se encuentra en comunicación con un dispositivo 4 conectado a
una bomba de vacío 5.
Se disponen cuatro fuentes de energía de
ionización 7 a 10 adyacentes entre sí a lo largo de la longitud del
sustrato L. Las fuentes de energía de ionización, las cuales se
denominarán en adelante fuentes de plasma, comprenden cada una de
ellas un primer y un segundo electrodo 7a y 7b (respectivamente 8a,
8b; 9a, 9b; y 10a, 10b) encarados entre sí con el sustrato entre los
mismos. Dichos electrodos de cada una de las fuentes de plasma
presentan dimensiones adaptadas para producir un campo eléctrico
entre sí cubriendo por lo menos el diámetro o la anchura del
tubo.
A pesar de que la Figura 1 muestra una forma de
realización que comprende un conjunto de cuatro fuentes de plasma,
el número de fuentes de plasma no se limita a este valor. El aparato
de la presente invención puede comprender más o menos fuentes de
plasma dependiendo de las dimensiones del sustrato que se va a
tratar.
Además, según la presente invención, las fuentes
de plasma presentan un tamaño que asegura la generación de un campo
eléctrico uniforme al mismo tiempo que se encuentran dispuestas de
forma adecuada a lo largo del sustrato que se va a tratar. Las
fuentes se controlan por medios de procesado, de modo que el
movimiento tanto del tubo como de una única fuente, llevado a cabo
en la técnica anterior, se puede recrear a partir de un conjunto de
fuentes de plasma estáticas, evitando así las desventajas de las
soluciones de la técnica anterior.
Las fuentes de plasma 7 a 10 están conectadas a
una fuente de energía de frecuencia de radio (RF) 6 a través de las
correspondientes líneas de suministro 17 a 20. Dichas líneas de
suministro 17 a 20 comprenden cada una de ellas un interruptor SW.
Los interruptores SW1 a SW4 se controlan de forma independiente por
medio de un dispositivo de proceso 11, como por ejemplo un
microcontrolador, a través de las terminales de salida
correspondientes S1 a S4.
La fuente de plasma puede ser, bien una fuente de
plasma acoplada de forma capacitativa, o una fuente de plasma
acoplada de forma inductiva. En la Figura 1, por ejemplo, las
fuentes que se ilustran son del tipo de fuente de plasma acoplada de
forma capacitativa. Se crea un campo eléctrico 12 entre los
electrodos 8a y 8b de la fuente 8 por medio de un acoplamiento de
reactancia cuando se energizan los electrodos por medio de la fuente
de energía RF, con la referencia 6.
Las cuatro fuentes de plasma de ionización 7 a 10
que pueden ser una fuentes de plasma acoplada de forma capacitativa
o una fuente de plasma acoplada de forma inductiva, definen cuatro
zonas de creación de plasma P1 a P4 delimitadas por el campo
eléctrico específico producido por cada fuente. De acuerdo con esto,
se puede controlar la creación de plasma para cada zona de creación
de plasma P1 a P4 por medio de los medios de procesado 11, que
controlan el estado de abierto/cerrado de los interruptores SW1 a
SW4 dispuestos en las líneas de suministro 17 a 20 de las fuentes 7
a 10. Cada fuente de plasma está energizada por medio de una fuente
de energía RF común.
De este modo, se crea el plasma a lo largo del
tubo por medio del conjunto de fuentes 7 a 10 energizadas de forma
secuencial. Una ventaja principal de esta configuración es la
posibilidad de regular el "movimiento de la fuente de plasma"
con la velocidad, la frecuencia y la dirección requeridas.
Además, dado que la energización de la fuente se
puede iniciar independientemente por los medios de procesado, la
velocidad del movimiento de la fuente de plasma a lo largo del tubo
1 se regula por medio de la frecuencia a la cual se cierran los
interruptores de modo secuencial. La dirección del movimiento de la
fuente de plasma se determina por medio de la orden según la cual se
cierran los interruptores bajo el control de los medios de
procesado. Además, del mismo modo, la frecuencia del movimiento de
la fuente de plasma se determina por el número de veces que los
medios de procesado provocan la energización de las fuentes. A la
vista de esto, se pueden establecer la velocidad, la dirección y/o
la frecuencia del movimiento de la fuente de plasma en un valor fijo
o variable dependiendo de la secuencia programada en los medios de
procesado.
Según una aplicación del método de tratamiento
por plasma de la invención, el gas de proceso fluye permanentemente
en el sustrato a un caudal precursor constante mientras que las
fuentes de plasma se energizan de forma secuencial. En este caso,
podría resultar adecuada una secuencia programada fija de
energización de la fuente.
Sin embargo, la secuencia de la energización de
la fuente se puede programar de forma que la frecuencia, la
velocidad y/o la dirección del movimiento de la fuente de plasma se
puedan controlar según el flujo del gas de proceso inyectado en el
interior del sustrato. Se puede controlar el flujo del gas de
proceso a través de los medios de procesado 11 que reciben una señal
de valor del flujo de gas GFV del controlador de flujo de gas 3. De
acuerdo con esto, si el gas de proceso no fluye constantemente en el
sustrato, los medios de procesado pueden corregir esta irregularidad
modulando uno o más parámetros relacionados con el control del
movimiento de la fuente. Esto proporciona medios para asegurar que
el plasma presente una densidad local uniforme a lo largo del
sustrato.
De forma alternativa, la creación de plasma en el
interior del sustrato se puede obtener de forma pulsante. Para ello,
la fuente de energía RF, con la referencia 6, será del tipo de
generación de pulsos.
Además, el flujo de gas también se puede pulsar
por medio del controlador de flujo de gas 3. Cuando el gas de
proceso que contiene el precursor no se encuentre permanentemente
insuflado en el sustrato, éste se debe renovar por lo menos entre
cada secuencia de energización de las fuentes, con el fin de
mantener una concentración del precursor constante frente a las
fuentes cuando se cree el plasma. Por lo tanto, si el gas de proceso
se suministra en el sustrato de forma pulsante, el controlador de
flujo de gas 3 se puede someter en las secuencias de energización de
las fuentes de plasma, de modo que la inyección del gas de proceso
se sincronice con la energización de cada una de las fuentes de
plasma. Para ello, los medios de procesado 11 disponen de un
terminal de control de salida Spc a través del cual se emite una
señal de control al controlador de flujo de gas 3. El terminal de
salida Spc también puede utilizarse para dirigir el flujo del gas de
proceso de acuerdo con un programa específico almacenado en los
medios de procesado 11.
En vista de lo anterior, se puede incorporar una
fuente de energía por pulsos con o sin un flujo de gas por pulsos,
mientras que, del mismo modo, se puede aplicar un flujo de gas por
pulsos con o sin una fuente de energía por pulsos.
También se puede crear el plasma en el interior
del sustrato a partir de fuentes del tipo de plasma acoplado de
forma inductiva. En este caso, las fuentes de plasma están provistas
de dos disposiciones de bobina que se pueden disponer en la
proximidad del sustrato sustancialmente en la misma configuración
que el par de electrodos que se ilustran el al Figura 1.
En la Figura 2 se ilustra una forma de
realización de una o dos disposiciones de bobina, similares. La
disposición 7a' comprende un inductor 71 dispuesto según una forma
de serpentina de un modo que el inductor presenta una serie de
bucles unidos abiertos.
En otra forma de realización, la disposición
puede comprender una serie de bucles unidos sobrepuestos formados
por un inductor único, Tal disposición permite que se incremente la
energía inductora producida por el inductor.
Las disposiciones de bobina de la presente
invención no son limitadas a los dos ejemplos anteriores y una
persona experta en la materia puede imaginar obviamente varias
formas de realización para la disposición de bobina sin ninguna
dificultad.
El inductor puede estar asociado con un núcleo
magnético con el fin de incrementar y homogeneizar el campo
magnético producido por el inductor. Este aspecto técnico de dicha
asociación, así como sus varias formas de realización han sido
descritas ya en detalle en la solicitud de patente europea EP 0 908
923. Haciendo referencia a la Figura 2, un núcleo magnético 72
incluye una estructura encarada de polo 73 para asegurar que el
campo magnético minimiza el "área muerta" en los intervalos
entre los bucles formados por el inductor. De acuerdo con esto, la
combinación del núcleo magnético y el inductor forman una
disposición de bobina que permite un flujo magnético homogeneizado
por la totalidad del área del sustrato, cubierta por la fuente
constituida por dos disposiciones de bobina. el inductor 71 está
provisto en una parte inferior de los núcleos magnéticos 72
respectivamente, de modo que se encuentre próximo al sustrato que se
va a tratar. Sin embargo, según la naturaleza del material que
constituye el núcleo magnético o el flujo magnético esperado, el
inductor puede estar situado en distintas posiciones en el núcleo
magnético. Dicho núcleo magnético podría adaptarse fácilmente a la
forma y a las dimensiones deseadas.
Con una fuente de plasma que comprende dos
disposiciones de bobina tal y como se ha descrito anteriormente, se
produce un flujo magnético transversal, el cual es sustancialmente
perpendicular a una longitud L de la cavidad del sustrato. Ambas
disposiciones de bobina se suministran mediante una fuente de
energía de RF que genera una corriente eléctrica I que fluye en la
misma dirección en ambos inductores de las disposiciones de bobina
respectivamente.
De acuerdo con esto, el flujo magnético se
produce transversal y perpendicularmente al sustrato en un sentido
determinado por la dirección de la corrient4e que fluye en las
disposiciones de bobina. Como el sustrato es no conductor, el flujo
magnético genera un campo eléctrico que se produce en el sustrato
plano perpendicularmente a la dirección del flujo magnético.
Dado que el flujo magnético es perpendicular y
transversal a la longitud de la cavidad del sustrato, el campo
eléctrico circula en un bucle por la totalidad del plano del
sustrato. Por consiguiente, el paso para acelerar los electrones es
más largo y por lo tanto, se puede obtener la creación de un plasma
eficiente.
Como resultado, se crea el flujo eléctrico en la
totalidad del área cubierta por la fuente que ioniza el gas de
proceso en el volumen de sustrato correspondiente. Esta
configuración resulta particularmente adecuada para el tratamiento
por plasma de sustratos huecos finos, debido a que su buen criterio
de eficiencia es, para un flujo transversal, aproximadamente R
\approx 0,3, tal y como se explica en detalle en la solicitud de
patente europea EP 00 400 445.3.
Además, la propagación del campo magnético es
independiente de las partes del sustrato situadas en la cámara, ya
que éstas no son conductoras.
La Figura 3 ilustra una segunda forma de
realización de un aparato para el tratamiento por plasma según la
presente invención. En esta forma de realización, el conjunto de
fuentes de plasma está provisto de una disposición de seis fuentes
de plasma 107 a 112 dispuestas de acuerdo a dos direcciones. Además,
el sustrato que se va a tratar es una caja plana 101 como la que se
representa en la Figura 4. Tal y como se puede apreciar a partir de
la Figura 3, se disponen tres fuentes de plasma 107 a 109 adyacentes
entre sí según una primera fila mientras que las fuentes 110 a 112
están alineadas respectivamente con las fuentes 107 a 109 según una
segunda fila. La disposición de las fuentes de plasma 107 a 112
según una disposición de dos dimensiones se acopla con la forma de
la caja plana 101 la cual, al contrario que un tubo, presenta una
anchura W que se muestra en la Figura 4.
Tal y como se muestra para la fuente de plasma
107, cada una de las fuentes comprende dos partes 107a y 107b en las
que se intercala la caja plana 101 que se va a tratar. Las dos
partes de cada fuente pueden ser electrodos de reactancia o, tal y
como se representa en la Figura 3, dos disposiciones de bobina que
presenten la misma estructura descrita anteriormente.
Tal y como se ilustra únicamente para la fuente
de plasma 109 con el fin de simplificar la figura, ambas
disposiciones de bobina 109a y 109b se encuentran conectadas a una
fuente de energía de RF, con la referencia 106, a través de un
interruptor SW3 controlado abierto/cerrado por los medios de
procesado 211 a través de un terminal de salida S3. Por lo tanto,
ambas disposiciones de bobina de las fuentes de plasma 107 a 112
están energizadas de forma secuencial por la fuente 106 a través de
los interruptores respectivos SW1 a SW6 que se controlan
abierto/cerrado mediante los medios de procesado 211 a través de
terminales de salida S1 a S6 respectivamente.
Además, ambas disposiciones de bobina de una
fuente están suministradas por la misma fuente de suministro de RF,
la cual genera una corriente eléctrica I que fluye en la misma
dirección en ambos inductores 171 y 172 de las disposiciones de
bobina 109a, 109b respectivamente.
Las disposiciones de bobina se pueden accionar a
una frecuencia de entre 10 kHz a 100 MHz aproximadamente. Por
ejemplo, la típica frecuencia de funcionamiento de 13,56 MHz,
suministrada por los dispositivos de suministro de energía/potencia
que se utilizan comúnmente, resulta suficiente para tratar numerosos
tipos de sustratos huecos finos con una eficiencia óptima.
Cuando se energiza una fuente de plasma, se
produce un flujo magnético transversal 130, el cual es
sustancialmente perpendicular a una longitud del sustrato L, por las
dos disposiciones de bobina de la fuente. Por consiguiente, el flujo
magnético 130 se produce transversal y perpendicularmente al
sustrato 101 en un sentido determinado por la dirección de la
corriente que fluye en las disposiciones de bobina. Como el sustrato
101 es no conductor, el flujo magnético 130 genera un campo
eléctrico 131 que se produce en el plano del sustrato
perpendicularmente a la dirección del flujo magnético 130.
El aparato comprende una cámara de plasma clásica
102 en la cual se puede aplicar el proceso de plasma. Dicha cámara
102 incluye un área estanca que se puede evacuar y controlar en
presión mediante medios de evacuación como los que se muestran en la
Figura 1. La cámara se llena con un gas de proceso a través de una
fuente de gas de proceso y de un controlador de flujo de gas (que no
se muestran). Como el sustrato se aloja en el área estanca de la
cámara 102, se puede ionizar el gas de proceso en el interior y/o en
el exterior del sustrato, permitiendo la creación de plasma en el
interior y/o en el exterior del sustrato.
La cámara de plasma comprende además ventanas de
entrada de un primer y de un segundo campo 102a y 102b realizadas en
cuarzo u otro material dieléctrico, de modo que permita que entre un
campo de energía en el interior de la cámara por acoplamiento
inductivo y, por lo tanto, que se creen o se mantengan las
condiciones requeridas de procesado por plasma. El espacio definido
entre las dos ventanas corresponde sustancialmente a la dimensión
del grosor del volumen de la cámara de plasma ocupado por la caja
plana 101. La forma y las dimensiones de la cámara de plasma, así
como las ventanas de entrada del campo dependen de la forma y el
tamaño del sustrato que se va a tratar. Por ejemplo, las ventanas de
entrada de campo tienen que cubrir por lo menos la totalidad de la
cara más ancha de un sustrato hueco paralelepípedo o la parte
cilíndrica de un sustrato tubular.
Al igual que en la primera forma de realización
del aparato descrita haciendo referencia a la Figura 1, los medios
de procesado 211 están programados específicamente de manera que
controlen de forma secuencial el estado abierto/cerrado de los
interruptores SW1 a SW6, determinando de este modo la dirección, la
velocidad y/o la frecuencia de la fuente de plasma por la totalidad
del sustrato. La diferencia con la primera forma de realización es
que se puede controlar el movimiento de la fuente de plasma con
respecto a las dos dimensiones. El flujo de gas del interior del
sustrato también se podría someter a los medios de procesado 211 a
través del terminal de salida Spc.
Claims (18)
1. Método para el tratamiento por plasma de un
sustrato hueco (1; 10), que comprende las etapas siguientes:
- a)
- situar una pluralidad de fuentes de ionización de energía (7 a 10; 107 a 112) todas ellas a lo largo de la parte del sustrato que se va a tratar,
- b)
- inyectar un gas de proceso en el interior del sustrato, conteniendo dicho gas un precursor para la creación de plasma, y
- c)
- mantener la presión en el interior del tubo dentro de un rango predeterminado, caracterizado porque comprende además la etapa de:
- d)
- energizar a partir de una única fuente de energía de frecuencia de radio (6; 106) las fuentes de ionización de energía, en secuencia, para crear de forma selectiva plasma en el interior del sustrato en una situación correspondiente a la fuente energizada respectiva, repitiéndose dicha etapa b) de inyectar el gas de proceso por lo menos antes de la energización de cada fuente de ionización de energía, suministrando dicha única fuente de energía de frecuencia de radio, energía a una frecuencia comprendida entre 10 kHz a 100 MHz aproximadamente.
2. Método para el tratamiento por plasma según la
reivindicación 1, caracterizado porque dicha etapa b) se
lleva a cabo según las secuencias de energización de las fuentes de
ionización de energía.
3. Método para el tratamiento por plasma según la
reivindicación 1, caracterizado porque en dicha etapa b) de
inyectar un gas de proceso en el interior del sustrato, dicho gas de
proceso se inyecta continuamente en el interior del sustrato a un
caudal de precursor constante.
4. Método para el tratamiento por plasma según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado
porque la pluralidad de fuentes de ionización de energía está
acoplada de forma capacitativa a las fuentes de plasma (7 a 10).
5. Método para el tratamiento por plasma según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado
porque la pluralidad de fuentes de ionización de energía está
acoplada de forma inductiva a las fuentes de plasma (107 a 112).
6. Método para el tratamiento por plasma según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado
porque las fuentes de ionización de energía están energizadas por
pulsos.
7. Método para el tratamiento por plasma según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado
porque el sustrato (1; 101) es un sustrato hueco con una relación de
aspecto grande (L/a).
8. Método para el tratamiento por plasma según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado
porque en dicha etapa a), la pluralidad de fuentes de ionización de
energía (107; 112) se encuentra situada según una disposición de dos
dimensiones.
9. Aparato para el tratamiento por plasma de un
sustrato hueco no conductor (1; 101), que comprende medios de
generación para generar un plasma en el sustrato, comprendiendo
dichos medios de generación una pluralidad de fuentes de ionización
de energía (7 a 10; 107 a 112) dispuestas adyacentes entre sí a lo
largo de la totalidad de la longitud de la parte del sustrato que se
va a tratar, caracterizado porque dicho aparato comprende
además medios de procesado (11; 211) para energizar de forma
secuencial la pluralidad de fuentes de energía de ionización de un
único medio de suministro de energía de frecuencia de radio (6;
106), suministrando dicha fuente única de energía de frecuencia de
radio, energía a una frecuencia comprendida entre 10kHz a 100 MHz
aproximadamente.
10. Aparato según la reivindicación 9,
caracterizado porque los medios de suministro de energía de
frecuencia de radio son del tipo de generador de pulsos para
energizar las fuentes de ionización de energía por pulsos.
11. Aparato según las reivindicaciones 9 ó 10,
caracterizado porque los medios de procesado comprenden
medios de salida (Spc) para dirigir un controlador de flujo de gas
(3) según las secuencias de energización de las fuentes de
ionización de energía.
12. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque la pluralidad
de fuentes de ionización de energía son fuentes de plasma acopladas
de forma capacitativa (7 a 10).
13. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque la pluralidad
de fuentes de ionización de energía son fuentes de plasma acopladas
de forma inductiva (107 a 112).
14. Aparato según la reivindicación 13,
caracterizado porque cada una de las fuentes de ionización de
energía (109) comprende medios electromagnéticos (109a; 109b) para
la producción a través del sustrato (101) de un flujo magnético
(130) perpendicular a la dirección de una longitud del sustrato
(L).
15. Aparato según la reivindicación 14,
caracterizado porque comprende además una cámara de plasma
(102) provista de dos ventanas de entrada de campo enfrentadas entre
sí (102a, 102b) y, como medios electromagnéticos (109a; 109b),
primeras y segundas disposiciones de bobina opuestas situadas en una
superficie exterior de la primera y de la segunda ventana
respectivamente, estando la primera y la segunda disposición de
bobina conectadas a la línea de suministro de energía (119), de modo
que la corriente (I) de una misma dirección fluya simultáneamente en
la primera y en la segunda disposición de bobinas.
16. Aparato según la reivindicación 15,
caracterizado porque dicha primera y segunda disposición de
bobina comprende cada una de ellas un inductor (71) que presenta
forma de serpentín.
17. Aparato según la reivindicación 16,
caracterizado porque dichas primeras y segundas disposiciones
de bobina comprenden además un núcleo magnético (72) asociado con
los inductores de dichas disposiciones de bobina, presentando dicho
núcleo magnético una estructura encarada de polo adaptada para su
aplicación contra o próxima a la ventana de entrada de campo.
18. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones 9 a 17, caracterizado porque dicha
pluralidad de fuentes de ionización de energía está dispuesta en
cada uno de los lados del sustrato (101) según una disposición de
dos dimensiones.
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- 2003-10-23 NO NO20034750A patent/NO20034750L/no not_active Application Discontinuation
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