ES2313443T3 - Fuente de iones con un diseño sustancialmente plano. - Google Patents
Fuente de iones con un diseño sustancialmente plano. Download PDFInfo
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Abstract
Una fuente de iones comprendiendo: un cátodo conductivo comprendiendo una parte de cátodo interior (5a) y una parte de cátodo exterior (5b) en un plano dado; un hueco de emisión de iones (22) formado al menos parcialmente entre la parte de cátodo interior y la parte de cátodo exterior, que incluye una periferia interior definida por la periferia de la parte de cátodo interior (5a), y una periferia exterior definida por la periferia interior de la parte de cátodo exterior (5b); un ánodo (25) situado entre la parte de cátodo interior (5a) y la parte de cátodo exterior (5b) visto perpendicularmente desde arriba y/o debajo del plano dado; caracterizado porque ninguna parte de la parte de cátodo interior (5a) sobresale por encima del ánodo (25), y ninguna parte de la parte de cátodo exterior (5b) sobresale por encima del ánodo (25) visto perpendicularmente desde arriba y/o abajo del plano dado.
Description
Fuente de iones con un diseño sustancialmente
plano.
Esta invención se refiere a una fuente de iones
que tiene un diseño mejorado que ayuda en la limpieza y/o el
funcionamiento. En determinados modos de realización ejemplares, la
fuente de iones comprende un diseño sustancialmente plano de manera
que no haya ningún área, o sustancialmente ningún área, donde el
cátodo sobresalga del ánodo.
Una fuente de iones es un dispositivo que ioniza
moléculas de gas y que luego acelera y emite las moléculas
ionizadas y/o átomos ionizados de gas hacia un sustrato. Tal fuente
de iones se puede usar para objetivos varios incluyendo, pero no
limitado a, limpiar un sustrato, activación de superficie, pulir,
grabar y/o deposición de recubrimientos/capa(s) de película
finos. Fuentes de iones ejemplares están descritas, por ejemplo, en
las Patentes US n° 6.359.388; 6.037.717; 6.002.208; y 5.656.819. La
Patente US 2004/0074444 describe una fuente de iones tal como se
define en el preámbulo de la reivindicación 1 de la presente.
Las Figuras 1-2 ilustran una
fuente de iones de capas de ánodo de efecto Hall convencional. En
particular, la Figura 1 representa una vista lateral en corte
transversal de una fuente de rayos de iones que tiene una rendija de
emisión de rayos de iones definida en el cátodo, y la Figura 2
representa una vista correspondiente en planta seccionada a lo
largo de la línea de sección II- -II de la Figura 1. La Figura
3 representa una vista en planta seccionada similar a la Figura 2
cuyo objetivo es mostrar que la fuente de rayos de iones de la
Figura 1 puede tener una rendija de emisión de rayos de iones de
forma oval y/o de circuito, en oposición a una rendija de emisión
de rayos de iones circular. También se puede usar cualquier otra
forma adecuada.
En referencia a las Figuras 1-3,
la fuente de iones incluye una caja hueca hecha de un material
altamente magneto conductor (o permeable) como hierro, que se usa
como cátodo 5. El cátodo 5 incluye la pared lateral cilíndrica u
oval 7, una pared inferior cerrada o parcialmente cerrada 9 y una
pared superior aproximadamente plana 11 en la cual se define una
rendija y/o apertura circular u oval de emisión de iones 15. Las
paredes inferior 9 y lateral(es) 7 del cátodo son
opcionales. La rendija/apertura de emisión de iones 15 incluye una
periferia interior así como una periferia exterior.
La apertura o el(los) agujero(s)
de deposición y/o suministro de gas de mantenimiento del plasma 21
está(n) formado(s) en la pared inferior 9. La pared superior
plana 11 funciona como un electrodo acelerador. Dentro de la caja,
entre la pared inferior 9 y la pared superior 11, se coloca un
sistema magnético incluyendo un imán permanente cilíndrico 23 con
polos N y S de polaridad opuesta. El objetivo del sistema magnético
con un circuito magnético cerrado formado por el imán 23 y el
cátodo 5 es inducir un campo magnético (MF) sustancialmente
transversal en un área cercana a la rendija de emisión de iones 15.
La fuente de iones puede estar completamente o parcialmente dentro
de la pared 50. En algunos casos, la pared 50 puede rodear
totalmente la fuente y el sustrato 45 mientras que, en otros casos,
la pared 50 puede rodear sólo parcialmente la fuente de iones y/o
el sustrato.
Un ánodo conductivo de forma circular u oval 25
conectado eléctricamente con el polo positivo de la fuente de
energía eléctrica 29 se coloca de tal manera que rodee, al menos
parcialmente, el imán 23 y que quede aproximadamente concéntrico a
éste. El ánodo 25 puede estar fijado dentro de la caja mediante el
anillo aislador 31 (por ejemplo de cerámica). El ánodo 25 define
una abertura central en la cual se encuentra el imán 23. El polo
negativo de la fuente de energía eléctrica 29 está conectado con el
cátodo 5, para que el cátodo sea negativo con respecto al ánodo
(por ejemplo, el cátodo puede estar puesto a tierra). La Figura 1
muestra que partes tanto de las partes del cátodo interior como
exterior 5 sobresalen por encima del ánodo 25, creando así áreas de
extensión OH (del inglés overhang).
Generalmente hablando, el ánodo 25 se polariza
generablemente positivo por unos cientos a pocos miles de voltios.
Mientras tanto, el cátodo (el término "cátodo" que se usa en
la presente incluye las partes interiores y/o exteriores del mismo)
se mantiene generalmente al potencial de masa o cerca del mismo.
Éste es el caso durante todos los aspectos de la operación de
fuente, incluso durante un modo en el que se limpia la fuente.
La fuente de rayos de iones convencional de las
Figuras 1-3 está destinada a la formación de un
rayo de iones tubular de dirección unilateral (por ejemplo, en el
caso de un modo colimado de rayo estándar) que fluye en la
dirección hacia el sustrato 45. El sustrato 45 se puede encontrar
polarizado o no en casos diferentes. El rayo de iones que se emite
desde el área de rendija/apertura 15 tiene la forma de un círculo
en el modo de realización de la Figura 2 y la forma de un oval (por
ejemplo, de circuito) en el modo de realización de la Figura 3.
La fuente de rayos de iones convencional de las
Figuras 1-3 opera en la forma siguiente en un modo
de deposición cuando se desea depositar una capa(s) en el
sustrato 45 por rayo de iones. Una cámara de vacío dentro de la
cual se encuentran el sustrato 45 y la rendija/apertura 15 se evacúa
hasta a una presión menor que la presión atmosférica, y se
introduce un gas de deposición (por ejemplo, un gas hidrocarburo
tal como acetileno o similares) al interior de la fuente por
la(s) apertura(s) de gas 21 o de cualquier otra manera
adecuada. En determinados casos, un gas de mantenimiento (por
ejemplo, argón) se puede introducir también en la fuente junto con
el gas de deposición. Se activa el suministro de energía 29 y se
genera un campo eléctrico entre el ánodo 25 y el cátodo 5, lo que
acelera los electrones a energías altas. El ánodo 25 se polariza
positivo por unos cientos a pocos miles de voltios y el cátodo 5 se
encuentra al potencial de masa o cerca del mismo como se muestra en
la Figura 1. Colisiones de electrones con el gas en, o cerca de, la
apertura/rendija 15 resultan en ionización y se genera un plasma.
"Plasma" en la presente significa una nube de gas que incluye
iones de un material destinados a acelerarse hacia el sustrato 45.
El plasma se expande y llena (o al menos llena parcialmente) una
región que incluye la rendija/apertura 15. Se produce un campo
eléctrico en la rendija 15 dirigido en la dirección sustancialmente
perpendicular al campo magnético transversal, lo que hace que los
iones se propaguen hacia el sustrato 45. Los electrones dentro del
espacio de aceleración de iones en y/o cerca de la rendija/apertura
15 se propulsan debido a la desviación conocida de E x B (corriente
de Hall) por un camino de bucle cerrado dentro de la región de
líneas cruzadas de campo eléctrico y magnético cercana a la
rendija/apertura 15. Estos electrones en circulación contribuyen a
la ionización del gas (el término "gas" tal como se usa en la
presente significa al menos un gas) de modo que la zona de
colisiones ionizantes se extiende más allá de la distancia
eléctrica entre el ánodo y el cátodo e incluye la región próxima a
la rendija/apertura 15 por una y/o ambas caras del cátodo 5.
A modo de ejemplo, consideremos la situación en
la que la fuente de iones de las Figuras 1-3 en un
modo de deposición usa un gas de deposición silano y/o acetileno
(C_{2}H_{2}). El gas de deposición silano y/o acetileno pasa a
través del hueco entre el ánodo 25 y el cátodo 5. Por desgracia,
algunos de los elementos en el gas silano y/o acetileno son
aisladores por naturaleza (por ejemplo, en determinadas
aplicaciones, el carburo puede ser un aislador).
Los depósitos aisladores (por ejemplo, depósitos
de carburo, depósitos de carbono y/o depósitos de óxido que pueden
ser aisladores o semi aisladores por naturaleza) que resultan del
gas de deposición se pueden formar rápidamente en las superficies
respectivas del ánodo 25 y/o del cátodo 5 próximas al hueco entre
ellos, y/o en otros lugares del electrodo. Por desgracia, el hecho
de que tanto la parte interior como la parte exterior del cátodo 5
sobresalgan por encima de partes del ánodo 25 como se muestra en la
Figura 1 hace que se formen aún más depósitos en las partes del
ánodo 25 y del cátodo 5 en las áreas de extensión OH. Esto puede
interferir con el flujo de gas que pasa a través del hueco y/o
apertura 15, y/o puede reducir la corriente neta afectando así
adversamente el potencial del campo eléctrico entre el ánodo y el
cátodo próximo a la rendija/apertura 15. Tales depósitos limitan
resistivamente la cantidad de corriente que puede fluir por la
fuente; esto interfiere adversamente con la operabilidad y/o la
efectividad de la fuente de iones especialmente por duraciones de
tiempo importantes. Por desgracia, esto puede hacer también que
micro partículas de los depósitos formen una película que se
deposite en el sustrato. En cualquier caso, se afecta adversamente
la operabilidad y/o la efectividad de la fuente de rayos de
iones.
En vista de lo anterior, será evidente para los
expertos en el ramo que existe la necesidad de un diseño de rayos
de iones que resulte en menos acumulación no deseada en el ánodo
y/o cátodo, y/o que permita más eficientemente el funcionamiento de
corriente alto de la fuente de iones a potencial bajo, produciendo
un flujo de iones alto hacia el sustrato. En algunas situaciones
ejemplares, también es deseable un diseño que permita la rápida
eliminación in situ de la acumulación.
En la presente reivindicación 1 se define una
fuente de iones según la presente invención. Como no se proporciona
ningún área de extensión entre el ánodo y la parte de cátodo
interior y exterior, hay menos acumulación no deseada en el ánodo
y/o cátodo durante el funcionamiento de la fuente de iones de forma
que la fuente puede operar más eficientemente. Además, en algunos
modos de realización ejemplares, se proporciona un aislador como una
cerámica o similar entre el ánodo y el cátodo.
En determinados modos de realización ejemplares
de la presente invención, este diseño sustancialmente plano, en el
que no hay áreas de extensión entre el ánodo/cátodo en la cara de
la fuente de iones orientada hacia el sustrato, es ventajoso
porque: (a) permite el funcionamiento de corriente alta a potencial
bajo produciendo así un flujo alto de iones de energía
potencialmente baja hacia el sustrato; (b) la falta o reducción de
áreas de extensión o de espacios interiores entre el ánodo/cátodo
reduciendo la cantidad de acumulaciones no deseadas en el ánodo y/o
el cátodo durante el funcionamiento de la fuente y reduciendo así
la frecuencia necesaria de limpieza y/o el ciclo de trabajo de la
fuente; y/o (c) se crea una fuente de iones que optimiza la
efectividad de un modo de magnetrón de limpieza.
Modos de realización particulares de la presente
invención se definen en las reivindicaciones dependientes.
La Figura 1 representa una vista esquemática en
corte transversal parcial de una fuente de iones de desviación
cerrada de cátodo frío convencional.
La Figura 2 representa una vista en corte a lo
largo de la línea de sección II de la Figura 1.
La Figura 3 representa una vista en corte
similar a la de la Figura 2, a lo largo de la línea de sección II
de la Figura 1, en otro modo de realización que ilustra que la
fuente de iones puede tener una forma oval en vez de circular en
algunos casos.
La Figura 4 representa una vista en corte
transversal parcial en perspectiva de una parte de una fuente de
iones según un modo de realización ejemplar de esta invención.
La Figura 5 representa una vista en corte
transversal de la fuente de iones de la Figura 4.
La Figura 6 representa una vista en corte
transversal de una fuente de iones según otro modo de realización
ejemplar de esta invención.
En referencia ahora más particularmente a los
dibujos que acompañan, en los que números de referencia similares
indican partes similares en las diferentes vistas. En cuanto a
esto, los números de referencia usados en las Figuras
4-5 se pueden usar para los mismos componentes
descritos anteriormente con respecto a las Figuras
1-3.
En la siguiente descripción, a título
explicativo y no limitativo, se exponen detalles específicos con el
fin de proporcionar una comprensión de determinados modos de
realización de la presente invención. Sin embargo, será evidente
para los expertos en el ramo que la presente invención se puede
llevar a cabo en otros modos de realización que se alejan de estos
detalles específicos. En otros casos, se omiten descripciones
detalladas de dispositivos, gases, cierres y otros
componentes/sistemas bien conocidos para no complicar con detalles
innecesarios la descripción de la presente invención.
Determinados modos de realización ejemplares de
esta invención se refieren a una fuente de iones que tiene un
diseño sustancialmente plano de modo que la parte de cátodo
interior y exterior no sobresalga sustancialmente del ánodo. Este
diseño está optimizado en determinados modos de realización
ejemplares para un funcionamiento a alta presión de manera similar a
la que se conoce como un modo de funcionamiento difundido en una
fuente de iones de desviación cerrada de efecto Hall. En cuanto a
esto, en determinados modos de realización ejemplares, la fuente de
iones es una fuente de iones de desviación cerrada de cátodo frío.
Las presiones operativas pueden estar por debajo de la presión
atmosférica y pueden ser similares a las de sistemas de
pulverización catódica planos y magnetrones. En vista al diseño
ejemplar que se describe en la presente, es posible un
funcionamiento de corriente alta a potencial bajo que produzca un
flujo alto de iones de energía baja hacia el sustrato. Otra ventaja
ejemplar es la falta de espacio libre interior no ocupado entre el
ánodo y el cátodo, lo cual resulta en menos acumulación no deseada
de material en el ánodo/cátodo durante el funcionamiento de la
fuente. Por consiguiente, la fuente de iones necesita una limpieza
menos frecuente, y se puede mejorar el ciclo de trabajo de la
fuente. Aún más, la fuente de iones se puede limpiar más fácilmente
gracias a diseños de determinados modos de realización ejemplares
de esta invención.
Además, en determinados modos de realización
ejemplares de esta invención, el diseño sustancialmente plano puede
optimizar la efectividad de la limpieza del modo magnetrón de la
fuente de iones donde tanto el ánodo como el cátodo de la fuente de
iones se encuentran polarizados negativamente con el fin de limpiar
el mismo. Como otra ventaja ejemplar, la limpieza manual durante un
ciclo de ventilación no exigirá necesariamente el desmontaje de la
fuente de iones.
La Figura 4 representa una vista en corte
transversal parcial y en perspectiva de una fuente de iones según
un modo de realización ejemplar de esta invención, y la Figura 5
representa una vista en corte transversal lateral de la fuente de
iones de la Figura 4. En referencia a las Figuras
4-5, la fuente de iones incluye una caja hueca 20
hecha de un material altamente magneto conductivo como acero bajo
en carbono, hierro o cualquier otro material apropiado. Esta caja
se puede usar o no para el cátodo en determinados modos de
realización ejemplares. En otras palabras, en determinados modos de
realización ejemplares, el cátodo puede incluir el cuerpo 20 y, en
otros modos de realización ejemplares, no.
En un plano próximo a la cara de la fuente de
iones más cercana al sustrato, la fuente de iones incluye el cátodo
conductivo 5 que incluye tanto la parte de cátodo interior 5a como
la parte de cátodo exterior 5b. La parte de cátodo exterior 5b
rodea o rodea sustancialmente la parte de cátodo interior 5a en
determinados modos de realización ejemplar de esta invención, y las
dos pueden ser coaxiales en determinados casos ejemplares. Los
cátodos interiores y exteriores pueden ser del mismo material
conductivo en determinados modos de realización aunque esta
invención no es tan limitativa a no ser que se reivindique
expresamente. Las partes de cátodo pueden ser de forma circular u
oval en diferentes modos de realización ejemplares de esta
invención (por ejemplo, ver Figuras 2-3). Entre las
partes de cátodo interior y exterior 5a y 5b se proporciona un
hueco de emisión de iones 22 que incluye una periferia interior
definida por la periferia de la parte de cátodo interior 5a, y una
periferia exterior definida por la periferia interior de la parte de
cátodo exterior 5b.
La fuente de iones de las Figuras
4-5 incluye además un ánodo conductivo 25 de un
material como el acero inoxidable o cualquier otro material
conductivo apropiado. En determinados modos de realización
ejemplares, el ánodo 25 tiene una forma circular u oval visto desde
arriba o abajo, y puede ser coaxial y/o concéntrico con las partes
de cátodo 5 interior y/o exterior. Visto desde arriba y/o desde
abajo, el ánodo 25 se encuentra entre las partes interior y
exterior (5a y 5b) del cátodo 5 inmediatamente adyacente al hueco de
emisión de iones 22, de forma que se define una cara inferior del
hueco de emisión de iones 22 por la superficie superior 25' del
ánodo 25.
En la fuente de iones se puede introducir un gas
como argón y/o un gas hidrocarburo como acetileno a través de la
cámara de vacío/deposición que se encuentra entre la fuente y el
sustrato como descrito, por ejemplo y de forma no limitativa, en la
Patente US n° Re 38.358 y/o en la Solicitud de Patente US n°
2004/0074444. Se pueden usar una o varias entradas de gas (no
mostradas) para introducir uno o varios gases desde una o varias
fuentes de gas 30. Se puede introducir un gas inerte como argón o
similar en la fuente de tal manera cuando se deba usar la fuente de
iones para limpiar o moler un sustrato, mientras que se puede
introducir al menos un gas de recubrimiento (por ejemplo, un gas
hidrocarburo como acetileno) en la fuente de tal manera cuando se
deba usar la fuente para depositar un recubrimiento como carbono
adiamantado (DLC) en el sustrato directa o indirectamente.
Dentro de la caja, por debajo de la parte de
cátodo interior 5a y en la apertura definida por el ánodo 25 visto
desde arriba y/o desde abajo, se coloca un sistema magnético que
incluye uno o varios imanes 23 cilíndricos o de otra forma con
polos N y S de polaridad opuesta. En determinados modos de
realización ejemplares, el polo N está orientado hacia la parte de
cátodo 5a mientras que el polo S está orientado hacia una pared
inferior del cuerpo 20. El objetivo del sistema magnético con un
circuito magnético cerrado formado por el(los)
imán(es) 23 y el cátodo 5 es inducir un campo magnético (MF)
sustancialmente transversal en un área próxima al hueco de la
rendija de emisión de iones 25'. Generalmente hablando, el ánodo 25
está polarizado generalmente positivo por varios cientos hasta unos
pocos miles de voltios. Mientras tanto, el cátodo (el término
"cátodo" que se usa en la presente incluye las partes interior
y/o exterior del mismo) se mantiene generalmente en, o cerca de, el
potencial de masa, aunque puede tener cualquier potencial que sea
negativo con relación al ánodo.
Las Figuras 4-5 muestran que, en
determinados modos de realización de esta invención, las
ubicaciones del ánodo 25 y del cátodo 5 son sustancialmente planas
de forma que el cátodo no sobresale por encima del ánodo de ningún
modo. En otras palabras, las áreas de extensión OH ilustradas en la
Figura 1 de la técnica anterior no se encuentran en el diseño de la
fuente de iones de las Figuras 4-5. Como se muestra
en las Figuras 4-5, en determinados modos de
realización ejemplares de esta invención, la periferia interior de
la parte de cátodo exterior 5b no se extiende por encima, ni
sobresale, del ánodo 25 de ningún modo visto desde arriba o abajo,
y/o la periferia exterior de la parte de cátodo interior 5a no se
extiende por encima, ni sobresale, del ánodo 25 de ningún modo
visto desde arriba o abajo. Viéndose la fuente lateralmente como en
las Figuras 4-5, esta estructura también permite
que al menos una parte del ánodo 25 esté colocada a una altura
superior a la parte más baja de las partes del cátodo interior y/o
exterior (5a y/o 5b) proporcionando así un hueco de emisión de
iones más eficaz. En determinados modos de realización ejemplares,
la superficie superior 25' del ánodo 25 está colocada a una altura
al menos tan alta como un área próxima a una parte central de la
parte de cátodo interior 5a como se ilustra en las Figuras
4-5. En determinados modos de realización
ejemplares, la superficie superior 25' del ánodo 25 define un plano
que se extiende a través de un área central de la parte de cátodo
interior 5a.
Sin embargo, en determinados modos de
realización ejemplares de esta invención, la superficie superior
del ánodo 25 no se extiende por encima hasta una altura tan alta
como la superficie superior del cátodo 5. Como resultado, en la
superficie superior de la fuente de iones, se crea una ligera
depresión o zona en receso entre 5a, 5b y 25. Esta zona en receso
crea al menos una parte del hueco de emisión de iones 22 que se
describe en la presente.
El ánodo 25 está eléctricamente aislado del
cátodo 5 a través del aislador 35 que puede ser de cualquier
material aislador apropiado, como una cerámica. En el modo de
realización ejemplar ilustrado, el aislador 35 tiene una forma
circular u oval visto desde arriba y/o abajo, y tiene una forma
sustancialmente de U visto en corte transversal. Desde una
perspectiva en corte transversal, el ánodo 25 se encuentra en el
hueco de la U del aislador en forma de U 35 como se muestra en las
Figuras 4-5. El material aislador 35 puede ser de
cualquier material apropiado, como óxido de silicio, óxido de
aluminio o similar. Se hace notar que, en modos de realización
alternativos de esta invención, un separador cerámico no es
necesario y se puede usar un hueco de espacio oscuro entre el ánodo
y los cátodos/superficies de tierra. Debajo del aislador 35, se
proporciona un disipador térmico 37 de un material como cobre, y el
aislador 35 aisla eléctricamente el ánodo 25 del disipador térmico
37. En determinados modos de realización ejemplares de esta
invención, el aislador 35 rodea sustancialmente al menos tres de las
cuatro caras del ánodo 25 visto en corte transversal (por ejemplo,
ver las Figuras 4-5). Además, en determinados modos
de realización ejemplares, el disipador térmico 37 rodea
sustancialmente al menos tres caras del aislador 35 visto en corte
transversal (por ejemplo, ver las Figuras 4-5). De
la misma manera, en determinados modos de realización ejemplares, el
disipador térmico 37 rodea sustancialmente al menos tres caras del
ánodo 25 visto en corte transversal (por ejemplo, ver las Figuras
4-5).
Como se muestra en las Figuras
4-5, en determinados modos de realización
ejemplares de esta invención, la superficie aisladora 35' que se
extiende entre, y contacta con, tanto el ánodo 25 como la parte
exterior del cátodo 5b, es sustancialmente plana y define un plano
aproximadamente coplanar con una superficie superior 25' del ánodo
25. Además, en determinados modos de realización ejemplares de esta
invención, la superficie aisladora 35'' que se extiende entre, y
contacta con, tanto el ánodo 25 como la parte interior del cátodo
5a, es sustancialmente plana y define un plano aproximadamente
coplanar con una superficie superior 25' del ánodo 25. Una cara del
hueco de emisión de iones 22 se define parcialmente por las
superficies aisladoras 35' y 35''.
De manera ventajosa, es posible un
funcionamiento de corriente alta a potencial bajo produciendo un
flujo alto de iones de energía baja hacia el sustrato; esto es a
veces deseable para aplicaciones de deposición asistidas por iones
o similares. Otra ventaja ejemplar es la falta de espacio libre
interior no ocupado entre el ánodo y el cátodo, lo cual resulta en
menos acumulación de material no deseado en el ánodo/cátodo durante
el funcionamiento de la fuente y, por ello, un funcionamiento de la
fuente de iones más eficaz, y una necesidad de limpieza menos
frecuente.
A título de ejemplo y de manera no limitativa,
la fuente de iones de las Figuras 4-5 puede
funcionar de la siguiente forma en un modo de deposición cuando se
desea depositar una o varias capas en el sustrato 45 por rayos de
iones. Se evacúa, a una presión inferior a la presión atmosférica,
una cámara de vacío en la que se encuentran el sustrato 45 y el
hueco 22, y se introduce en la cámara un gas de deposición (por
ejemplo, un gas hidrocarburo como acetileno o similares). También
se puede introducir en la cámara un gas de mantenimiento (por
ejemplo, argón) junto con el gas de deposición. Se activa el
suministro de energía 29 y se genera un campo eléctrico entre el
ánodo 25 y el cátodo 5 que acelera electrones a energía alta. El
ánodo 25 se encuentra polarizado positivamente por varios miles de
voltios, y el cátodo 5 se puede encontrar a potencial de masa o
próximo a éste. Colisiones de electrones con el gas en o cerca del
hueco de emisión de iones 22 resultan en ionización, y se genera un
plasma. El plasma se expande y llena (o, al menos, llena
parcialmente) una región que incluye el hueco o zona en receso 22.
En el hueco 22, se produce un campo eléctrico orientado hacia la
dirección sustancialmente perpendicular del campo magnético
transversal, lo que hace que los iones se propaguen hacia el
sustrato 45. Los electrones dentro del espacio de aceleración de
iones en y/o cerca del hueco 22, se propulsan debido a la
desviación de E x B por un camino de bucle cerrado dentro de la
región de líneas cruzadas del campo eléctrico y magnético cercana al
hueco 22. Estos electrones en circulación contribuyen a la
ionización del gas de modo que la zona de colisiones por ionización
se extiende más allá del hueco eléctrico entre el ánodo y el
cátodo, e incluye la región próxima al hueco 22 por una y/o ambas
caras del cátodo 5. Los iones orientados hacia el sustrato son
entonces capaces de formar, o de ayudar a formar, un recubrimiento
en el sustrato 45 en determinados modos de realización ejemplares
de esta invención.
El rayo de iones que se emite de la fuente de
iones puede ser un rayo difuso en determinados modos de realización
ejemplares de esta invención. Sin embargo, en otros modos de
realización ejemplares, el rayo de iones de la fuente de iones
puede ser enfocado o formado/orientado de otra manera.
La Figura 6 representa una vista en corte
transversal de una fuente de iones según otro modo de realización
ejemplar de esta invención. El modo de realización de la Figura 6
es similar al modo de realización de las Figuras 4-5
en que las partes del cátodo 5a y 513 no solapan/sobresalen del
ánodo como se ve desde arriba y/o abajo. En el modo de realización
de la Figura 6, la superficie superior del ánodo 25 está alineada,
o sustancialmente alineada, con la superficie superior del cátodo
5. En el modo de realización de la Figura 6, como en el modo de
realización de las Figuras 4-5, el hueco de emisión
de iones 22 se forma al menos parcialmente entre la parte de cátodo
interior 5a y la parte de cátodo exterior 5b como se ve desde
arriba o abajo (por ejemplo, visto desde el sustrato).
En los modos de realización mencionados
anteriormente, hay que notar que el conjunto magnético 23 está
ilustrado en el centro de la fuente. Sin embargo, éste no tiene
porque ser el caso en modos de realización alternativos ya que el
lugar central se usa sólo por comodidad y no es un requisito en
todos los casos. Hay que notar además que la polaridad absoluta del
campo magnético (Norte contra Sur) no tiene particular importancia
para la función de la fuente. Además, como se ha mencionado
anteriormente en relación con las Figuras 4-5, el
aislador cerámico 35 de la Figura 6 se puede sustituir por un hueco
de espacio oscuro en determinados modos de realización alternativos
de esta invención.
Mientras que la invención se ha descrito en
relación con lo que se considera actualmente el modo de realización
más práctico y preferido, hay que entender que la invención no debe
limitarse al modo de realización descrito sino que, por el
contrario, se intentan cubrir varias modificaciones dentro del
alcance de las reivindicaciones adjuntas.
Claims (21)
1. Una fuente de iones comprendiendo:
- un cátodo conductivo comprendiendo una parte de cátodo interior (5a) y una parte de cátodo exterior (5b) en un plano dado;
- un hueco de emisión de iones (22) formado al menos parcialmente entre la parte de cátodo interior y la parte de cátodo exterior, que incluye una periferia interior definida por la periferia de la parte de cátodo interior (5a), y una periferia exterior definida por la periferia interior de la parte de cátodo exterior (5b); un ánodo (25) situado entre la parte de cátodo interior (5a) y la parte de cátodo exterior (5b) visto perpendicularmente desde arriba y/o debajo del plano dado;
caracterizado porque ninguna parte de la
parte de cátodo interior (5a) sobresale por encima del ánodo (25),
y ninguna parte de la parte de cátodo exterior (5b) sobresale por
encima del ánodo (25) visto perpendicularmente desde arriba y/o
abajo del plano dado.
2. La fuente de iones de la reivindicación 1 en
la que una superficie superior del ánodo (25) define un plano que
se extiende a través de una parte central de, al menos, la parte de
cátodo interior (5a).
3. La fuente de iones de la reivindicación 1 en
la que se provee a un área entre el ánodo (25) y el cátodo (5) de
un aislador cerámico (35).
4. La fuente de iones de la reivindicación 1 en
la que una superficie aisladora que se extiende entre, y contacta
con, el ánodo y la parte de cátodo interior es coplanar con una
superficie superior del ánodo.
5. La fuente de iones de la reivindicación 1 en
la que una superficie aisladora que se extiende entre, y contacta
con, el ánodo y la parte de cátodo exterior es coplanar con una
superficie superior del ánodo.
6. La fuente de iones de la reivindicación 1
comprendiendo además al menos un imán (23) al menos parcialmente
colocado de forma adyacente a la parte de cátodo interior (5a) y
colocado en una apertura definida en el ánodo (25) visto desde
arriba y/o abajo.
7. La fuente de iones de la reivindicación 1 en
la que se define una zona en receso en una cara de la fuente de
iones más próximo a un sustrato hacia el cual iones de la fuente
serán dirigidos, y en la que la zona en receso se define, al menos
parcialmente, por el ánodo (25) y por el cátodo (5).
8. La fuente de iones de la reivindicación 7 en
la que el hueco de emisión de iones (22) de la fuente de iones se
define al menos parcialmente por la zona en receso.
9. La fuente de iones de la reivindicación 7 en
la que una cara inferior de la zona en receso no tiene un hueco de
aire y está formada por una superficie continua que incluye
superficies del ánodo, del cátodo y un aislador.
10. La fuente de iones de la reivindicación 1
comprendiendo además un aislador (35) que rodea tres caras del
ánodo visto en corte transversal.
11. La fuente de iones de la reivindicación 1
comprendiendo además un disipador térmico (37) que rodea tres caras
del ánodo (25) visto en corte transversal.
12. La fuente de iones de la reivindicación 1 en
la que la fuente de iones es una fuente de iones de desviación
cerrada de cátodo frío.
13. La fuente de iones de la reivindicación 1 en
la que la parte de cátodo interior (5a) y la parte de cátodo
exterior (5b) están hechas del mismo material conductivo.
14. La fuente de iones de la reivindicación 1 en
la que se introduce gas en la fuente de iones por una cara de la
misma más próxima a un sustrato hacia el cual iones de la fuente
serán dirigidos.
15. La fuente de iones de la Reivindicación 1 en
la que una superficie superior del ánodo es sustancialmente
coplanar con una superficie superior del cátodo.
16. Una fuente de iones según la reivindicación
1 en la que al menos una parte de ánodo (25) se encuentra a una
altura superior a una parte la más baja de la parte de cátodo
interior (5a) y/o de la parte de cátodo exterior (5b) de forma que
al menos una parte de ánodo (25) se encuentra directamente entre la
parte de cátodo interior (5a) y la parte de cátodo exterior
(5b).
\newpage
17. La fuente de iones de la reivindicación 16
en la que una superficie superior del ánodo define un plano que se
extiende a través de una parte central de, al menos, la parte de
cátodo interior.
18. La fuente de iones de la reivindicación 16
en la que una superficie superior del ánodo es sustancialmente
coplanar con una superficie superior del cátodo.
19. La fuente de iones de la reivindicación 16
en la que se provee a un área entre el ánodo y el cátodo de un
aislador cerámico.
20. La fuente de iones de la reivindicación 16
en la que una superficie aisladora que se extiende entre, y
contacta con, el ánodo y la parte de cátodo interior es coplanar
con una superficie superior del ánodo y/o una superficie superior
del cátodo.
21. La fuente de iones de la reivindicación 16
en la que una superficie aisladora que se extiende entre, y
contacta con, el ánodo y la parte de cátodo exterior es coplanar
con una superficie superior del ánodo.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012035181A1 (es) * | 2010-09-17 | 2012-03-22 | Asociación De La Industria Navarra (Ain) | Dispositivo de ionización |
Families Citing this family (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI259491B (en) * | 2004-12-24 | 2006-08-01 | Ind Tech Res Inst | Improved anode layer particle beam device |
| US7405411B2 (en) * | 2005-05-06 | 2008-07-29 | Guardian Industries Corp. | Ion source with multi-piece outer cathode |
| US7872422B2 (en) * | 2006-07-18 | 2011-01-18 | Guardian Industries Corp. | Ion source with recess in electrode |
| US7550927B2 (en) * | 2006-11-09 | 2009-06-23 | Applied Materials, Inc. | System and method for generating ions and radicals |
| US20120015196A1 (en) | 2007-01-29 | 2012-01-19 | Guardian Industries Corp. | Method of making heat treated coated article using diamond-like carbon (dlc) coating and protective film on acid-etched surface |
| US20120015195A1 (en) | 2007-01-29 | 2012-01-19 | Guardian Industries Corp. and C.R.V.C. | Method of making heat treated and ion-beam etched/milled coated article using diamond-like carbon (dlc) coating and protective film |
| US20120040160A1 (en) | 2007-01-29 | 2012-02-16 | Guardian Industries Corp. | Method of making heat treated and ion-beam etched/milled coated article using diamond-like carbon (dlc) protective film |
| KR100838045B1 (ko) * | 2007-11-28 | 2008-06-12 | 심문식 | 스퍼터링과 이온 빔 증착을 이용한 산화박막 증착장치 |
| EP2368257A4 (en) * | 2008-12-08 | 2016-03-09 | Gen Plasma Inc | MAGNETIC FIELD ION SOURCE DEVICE WITH CLOSED DRIFT AND SELF-CLEANING ANODE AND METHOD OF SUBSTRATE MODIFICATION THEREWITH |
| US10586689B2 (en) | 2009-07-31 | 2020-03-10 | Guardian Europe S.A.R.L. | Sputtering apparatus including cathode with rotatable targets, and related methods |
| US20120187843A1 (en) * | 2009-08-03 | 2012-07-26 | Madocks John E | Closed drift ion source with symmetric magnetic field |
| US20110186120A1 (en) * | 2009-11-05 | 2011-08-04 | Guardian Industries Corp. | Textured coating with various feature sizes made by using multiple-agent etchant for thin-film solar cells and/or methods of making the same |
| US20110168252A1 (en) | 2009-11-05 | 2011-07-14 | Guardian Industries Corp. | Textured coating with etching-blocking layer for thin-film solar cells and/or methods of making the same |
| US8502066B2 (en) | 2009-11-05 | 2013-08-06 | Guardian Industries Corp. | High haze transparent contact including insertion layer for solar cells, and/or method of making the same |
| US20110100446A1 (en) | 2009-11-05 | 2011-05-05 | Guardian Industries Corp. | High haze transparent contact including ion-beam treated layer for solar cells, and/or method of making the same |
| US8541792B2 (en) | 2010-10-15 | 2013-09-24 | Guardian Industries Corp. | Method of treating the surface of a soda lime silica glass substrate, surface-treated glass substrate, and device incorporating the same |
| US20120167971A1 (en) | 2010-12-30 | 2012-07-05 | Alexey Krasnov | Textured coating for thin-film solar cells and/or methods of making the same |
| EP2739764A4 (en) * | 2011-08-03 | 2014-07-16 | Inst Geolog Nuclear Sciences | ION SOURCE |
| KR101480114B1 (ko) * | 2013-06-13 | 2015-01-07 | (주)화인솔루션 | 밀폐 고정 절연부를 갖는 이온 소스 |
| JP6453852B2 (ja) * | 2013-04-26 | 2019-01-16 | 株式会社ファインソリューション | イオンビームソース |
| US20210147974A1 (en) * | 2017-06-08 | 2021-05-20 | Board Of Trustees Of Michigan State University | Magnetic-field-assisted plasma coating system |
| CN108914091B (zh) * | 2018-08-10 | 2020-09-01 | 成都极星等离子科技有限公司 | 一种改进型阳极层离子源 |
| CN110846624B (zh) * | 2019-11-07 | 2022-10-04 | 北京大学深圳研究生院 | 一种阳极层离子源 |
Family Cites Families (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US38358A (en) * | 1863-04-28 | Improvement in em b roidering-m ach ines | ||
| US5656819A (en) * | 1994-11-16 | 1997-08-12 | Sandia Corporation | Pulsed ion beam source |
| US6147354A (en) * | 1998-07-02 | 2000-11-14 | Maishev; Yuri | Universal cold-cathode type ion source with closed-loop electron drifting and adjustable ionization gap |
| US6002208A (en) * | 1998-07-02 | 1999-12-14 | Advanced Ion Technology, Inc. | Universal cold-cathode type ion source with closed-loop electron drifting and adjustable ion-emitting slit |
| US6153067A (en) * | 1998-12-30 | 2000-11-28 | Advanced Ion Technology, Inc. | Method for combined treatment of an object with an ion beam and a magnetron plasma with a combined magnetron-plasma and ion-beam source |
| US6037717A (en) * | 1999-01-04 | 2000-03-14 | Advanced Ion Technology, Inc. | Cold-cathode ion source with a controlled position of ion beam |
| US6242749B1 (en) * | 1999-01-30 | 2001-06-05 | Yuri Maishev | Ion-beam source with uniform distribution of ion-current density on the surface of an object being treated |
| US6246059B1 (en) * | 1999-03-06 | 2001-06-12 | Advanced Ion Technology, Inc. | Ion-beam source with virtual anode |
| WO2000063459A1 (en) * | 1999-04-17 | 2000-10-26 | Advanced Energy Industries, Inc. | Method and apparatus for deposition of diamond like carbon |
| US6740211B2 (en) * | 2001-12-18 | 2004-05-25 | Guardian Industries Corp. | Method of manufacturing windshield using ion beam milling of glass substrate(s) |
| US6368664B1 (en) * | 1999-05-03 | 2002-04-09 | Guardian Industries Corp. | Method of ion beam milling substrate prior to depositing diamond like carbon layer thereon |
| JP2003506826A (ja) * | 1999-08-02 | 2003-02-18 | アドバンスド エナジー インダストリーズ， インコーポレイテッド | イオン源を用いる薄膜堆積システム用のエンハンスされた電子放出表面 |
| US6359388B1 (en) * | 2000-08-28 | 2002-03-19 | Guardian Industries Corp. | Cold cathode ion beam deposition apparatus with segregated gas flow |
| US6919672B2 (en) * | 2002-04-10 | 2005-07-19 | Applied Process Technologies, Inc. | Closed drift ion source |
| US6815690B2 (en) * | 2002-07-23 | 2004-11-09 | Guardian Industries Corp. | Ion beam source with coated electrode(s) |
| US6988463B2 (en) * | 2002-10-18 | 2006-01-24 | Guardian Industries Corp. | Ion beam source with gas introduced directly into deposition/vacuum chamber |
| US6812648B2 (en) * | 2002-10-21 | 2004-11-02 | Guardian Industries Corp. | Method of cleaning ion source, and corresponding apparatus/system |
| US6806651B1 (en) * | 2003-04-22 | 2004-10-19 | Zond, Inc. | High-density plasma source |
| US7718983B2 (en) * | 2003-08-20 | 2010-05-18 | Veeco Instruments, Inc. | Sputtered contamination shielding for an ion source |
| WO2005024880A2 (en) * | 2003-09-03 | 2005-03-17 | Guardian Industries Corp. | Floating mode ion source |
| US7030390B2 (en) * | 2003-09-09 | 2006-04-18 | Guardian Industries Corp. | Ion source with electrode kept at potential(s) other than ground by zener diode(s), thyristor(s) and/or the like |
-
2004
- 2004-11-12 US US10/986,456 patent/US7183559B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2005
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012035181A1 (es) * | 2010-09-17 | 2012-03-22 | Asociación De La Industria Navarra (Ain) | Dispositivo de ionización |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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