ES2320501T3 - Distribucion uniforme de gas en un dispositivo de tratamiento con plasma de zona grande. - Google Patents

Abstract

Aparato para generar un campo magnético variable en el tiempo en una cámara de procesamiento con plasma (20) para crear o mantener un plasma dentro de la cámara mediante acoplamiento inductivo, que comprende: - un núcleo magnético (38; 138) que presenta una estructura de cara polar (38a; 39a) - un arrollamiento de inductor (40) asociado con el núcleo magnético, para generar un campo magnético variable en el tiempo a lo largo de toda la estructura de cara polar, - unos medios (42, 43, 44, 45, 48, 49, 51, 91, 93, 95, 142, 144) para inyectar gas en dicha cámara (20) y a través de dicho núcleo magnético.

Description

Distribución uniforme de gas en un dispositivo de tratamiento con plasma de zona grande.

La presente invención se refiere generalmente a un aparato y a su utilización para tratamientos de superficie utilizando procesamiento asistido por plasma y más particularmente, pero no exclusivamente, para el tratamiento de sustratos planos grandes.

Dichos tratamientos pueden incluir ataque con ácido, deposición, limpieza, pasivación e implantación iónica.

Los nuevos requisitos para el procesamiento con plasma de sustratos grandes se han vuelto cada vez más críticos para las fuentes de plasma disponibles en el mercado. El éxito del procesamiento asistido por plasma depende de la escalabilidad de estas fuentes de plasma.

Para cumplir estos requisitos, las nuevas fuentes de plasma deben prever procesar sustratos grandes con características de plasma como la generación de altas densidades de especies reactivas con energía baja y controlable a lo largo de un amplio intervalo de presión y con una homogeneidad excelente a lo largo de todo el sustrato.

El procesamiento con plasma generalmente utiliza una cámara de vacío conectada a una entrada de gas y un dispositivo de bombeo para controlar los flujos de gas y la presión. Se aplica energía eléctrica a la cámara de vacío para acelerar los electrones libres en los gases hasta la energía de ionización de las moléculas de gas, que de esta manera crea el plasma. Los fenómenos de ionización liberan algunos electrones que también pueden acelerarse hasta la energía de ionización.

La energía añadida de los electrones libres en el gas generalmente se lleva a cabo mediante un campo eléctrico, un campo magnético variable o ambos.

Un procedimiento tradicional utilizado en el procesamiento con plasma para generar plasma es mediante una técnica conocida como plasma acoplado capacitivamente. El plasma resulta de la aplicación de una tensión AC entre dos electrodos creando un campo eléctrico que acelera los electrones libres. Generalmente, uno de los dos electrodos es el soporte de sustrato. La energía aplicada generada por la tensión AC aplicada entre los dos electrodos controla al mismo tiempo el flujo y la energía cinética de los iones. Dado que los dos parámetros están acoplados, este procedimiento es difícil de optimizar.

Otra fuente de plasma utilizada en el procesamiento con plasma se basa en la resonancia de ciclotrón de electrones (ECR). En este procedimiento, se aplica energía de microondas al gas junto con un campo magnético constante que transforma las trayectorias del electrón en una trayectoria circular. La intensidad del campo magnético es tal que la frecuencia de giro del electrón es igual a la frecuencia del campo eléctrico, lo que conduce a un efecto de resonancia que aumenta la eficacia de la aceleración de los electrones. Este tipo de modo de excitación puede proporcionar un plasma con flujo iónico alto y energía iónica baja. La energía iónica puede controlarse aplicando una polarización independiente al sustrato. Sin embargo, un aparato de este tipo es complejo y caro. Además, todavía está demasiado limitado en lo que se refiere a las características esperadas del procesamiento esperado con plasma, en particular, para la ampliación a escala y la homogeneidad de la fuente de plasma.

Durante los últimos años se ha desarrollado una nueva generación de fuentes de plasma que son muy prometedoras. Estas se conocen como plasmas acoplados inductivamente (ICP), tal como se describe por ejemplo, en la patente US nº 4 948 458 y en la patente US nº 5 277 751. El plasma se crea mediante un campo magnético variable generado mediante una bobina plana espiral. Los electrones se aceleran en una trayectoria circular paralela al plano de la bobina y la ventana de aislamiento de la cámara de plasma. Esta configuración proporciona un plasma de alta densidad con energía cinética baja, pero presenta un problema inherente de homogeneidad en el centro y en el límite de la bobina cuando se aumenta el tamaño del aparato. Este problema limita la escalabilidad del procedimiento.

La patente US nº 5 435 881 presenta un aparato para generar un plasma plano de presión baja de manera adecuada. Este aparato comprende una matriz de dos por dos o mayor de polos magnéticos alternantes (multipolos). Las ventajas citadas en esta patente son la posibilidad de generar un plasma grande añadiendo más polos magnéticos variables, presentando por tanto una zona muy pequeña en un plasma no uniforme.

Sin embargo, un diseño de este tipo crea una dependencia entre la separación de los polos magnéticos de dos por dos y la frecuencia de excitación, así como la presión de funcionamiento en utilización. Esta separación depende de la trayectoria libre media de los electrones que disminuye cuando aumenta la presión. En consecuencia, cuando es necesaria una presión de funcionamiento alta por los requisitos del procedimiento, debe reducirse drásticamente la separación entre los polos de dos por dos. Esto llega a ser crítico desde un punto de vista técnico. El procedimiento también requiere distribuciones de multipolos diferentes para diferentes presiones de procedimiento, lo que reduce su flexibilidad y su aplicabilidad a aplicaciones industriales.

En todos estos aparatos de la técnica anterior, existe un problema de uniformidad en la distribución de gas en el centro de la cámara. La distribución de gas normalmente se realiza utilizando un anillo ubicado en la pared lateral de la cámara de plasma, lo que da como resultado una falta de uniformidad en la distribución de gas en el centro de la cámara. Esta no uniformidad es incluso más acusada cuando aumenta la dimensión de la cámara de plasma. Además, los medios de distribución de gas normalmente están fabricados de material metálico, que altera el campo magnético dentro de la cámara y, por tanto, la densidad del plasma.

El documento EP-776 645 da a conocer aparentemente un reactor de plasma o cámara de plasma en el que se logra una distribución uniforme de gas a través de una superficie de oblea mediante la inyección de gas a través de un techo semiconductor o de silicio de alimentación de gas central.

Este dispositivo se ilustra esquemáticamente en la figura 1 y comprende una cámara de plasma 2, cubierta por un techo 6 semiconductor a través de la cual se perforan tubos de inyección de gas 12, 14. El tubo 14, a su vez, está conectado a una tubería de alimentación de gas central 16.

Una antena 4 de cuadro inductiva elevada se sujeta en un soporte 8 de antena aislante conectado a un generador de energía por fuente de plasma a través de un circuito 10 de adaptación de impedancia.

En este dispositivo, normalmente se aplica una tensión de aproximadamente 2000 a 3000 voltios a la antena de cuadro. De esta manera puede inducirse un campo eléctrico muy alto correspondientemente en la ventana dieléctrica constituida por el techo 6 semiconductor. Un acoplamiento capacitivo de este tipo es muy perjudicial.

Este documento sugiere asimismo la elección de o bien un material dieléctrico o bien semiconductor, como material para el techo superior. Sin embargo, el material dieléctrico o semiconductor da como resultado la creación de plasma en tubos 12, 14, debido a este acoplamiento capacitivo, que consume gas y puede dañar el techo semiconductor.

La patente europea EP 908 923 B1 da a conocer un aparato para generar un campo magnético variable en el tiempo mediante el acoplamiento inductivo en una cámara de procesamiento con plasma para crear o mantener un plasma dentro de la cámara. Este aparato comprende un núcleo magnético asociado con un arrollamiento de inductor para generar un campo magnético variable en el tiempo a lo largo de toda la cara polar del núcleo magnético. Este aparato comprende asimismo unos medios para inyectar gas en la cámara, que incluyen accesos de entrada de gas dispuestos de manera conocida a través de la pared lateral de la cámara.

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Sumario de la invención

La invención se refiere a un aparato para generar un campo magnético variable en el tiempo en una cámara de procesamiento con plasma para crear o mantener un plasma dentro de la cámara mediante acoplamiento inductivo, comprendiendo el aparato:

-

un núcleo magnético que presenta una estructura de cara polar

-

un arrollamiento de inductor asociado con el núcleo magnético, para generar un campo magnético variable en el tiempo distribuido de manera sustancialmente uniforme a lo largo de toda la estructura de cara polar,

-

unos medios para inyectar gas en dicha cámara y a través de dicho núcleo magnético.

Dado que los medios para inyectar gas en la cámara de plasma están ubicados o insertados a través de dicho núcleo magnético, se logra una distribución de gas uniforme y controlada en una cámara de procesamiento con plasma que presenta un aparato de este tipo para generar un campo magnético variable en el tiempo, sin ninguna perturbación del campo magnético.

Además, el núcleo magnético aísla electrostáticamente los medios para la inyección de gas del arrollamiento de inductor. En otras palabras, el núcleo magnético desempeña el papel de una pantalla electrostática entre los medios para la inyección de gas y el arrollamiento de inductor, eliminando así el riesgo de acoplamiento capacitivo. Se reduce el riesgo de inducción de plasma en los propios medios de inyección de gas.

Según una forma de realización de la invención, dichos medios para inyectar gas en dicha cámara forman una inyección de gas de tipo cabezal rociador.

Por ejemplo, comprenden ventajosamente una pluralidad de tuberías de inyección distribuidas a través del núcleo magnético. Estas tuberías de inyección están fabricadas de material de acero inoxidable o de un material aislante.

Una ventaja de esta forma de realización es que puede adaptarse el número de tuberías de inyección sin alterar el campo magnético. En otras palabras, el número de tuberías no influye en el campo magnético dentro de la cámara de plasma.

También puede variarse el diámetro de las tuberías en un mismo núcleo magnético. Se inyecta más gas a través de las tuberías más grandes, que a través de las tuberías comparativamente más pequeñas. De este modo, es posible lograr una inyección de gas controlada en la cámara de plasma.

Las tuberías de inyección están conectadas a medios de distribución de gas para distribuir gas a las tuberías de inyección.

Estos medios de distribución de gas están dispuestos preferentemente en el lado del núcleo magnético opuesto a un espacio interior de dicha cámara de procesamiento con plasma.

En una forma de realización, comprenden una tubería de inyección de gas común, a través de la cual se distribuye gas a las tuberías de inyección. Esta tubería de inyección de gas común está fabricada preferentemente de acero inoxidable, en particular en el caso de gases corrosivos.

En otra forma de realización, los medios de distribución de gas comprenden una cubierta, ubicada en el lado del núcleo magnético opuesto al espacio interior de la cámara de procesamiento con plasma con un hueco entre dicha cubierta y dicho núcleo magnético, emergiendo dichas tuberías de inyección en dicho hueco.

Se mezcla(n) un gas, o gases, en el hueco entre la cubierta y el núcleo magnético, aumentando así la homogeneidad del gas distribuido o inyectado en el espacio interior de la cámara de plasma. El hueco forma así una zona de distribución de gas por encima del núcleo magnético.

Asimismo, esta disposición evita la conexión de cualquier tubería de distribución de gas (la tubería de inyección de gas común de acero inoxidable mencionada anteriormente) al polo magnético.

Preferentemente, la estructura de cara polar es unipolar y está constituida por una única cara polar de construcción unitaria. De esta forma, la cámara de procesamiento con plasma está enfrentada a una superficie sustancialmente continua, que además contribuye a potenciar la uniformidad.

No obstante, resulta concebible dividir la estructura de cara polar unipolar en dos o más caras polares unipolares que se enfrentan a las partes respectivas de la cámara de procesamiento con plasma. Esta solución alternativa puede considerarse si la zona que ha de cubrirse por el núcleo magnético es particularmente grande. Las caras polares pueden estar asociadas entonces a alimentaciones eléctricas e inductores respectivos mientras que se mantienen en fase para garantizar que todas las caras polares presentan la misma polaridad en cualquier momento. De manera alternativa, las caras polares unipolares pueden depender físicamente de un núcleo magnético y de un inductor comunes.

En una construcción preferida, la estructura de cara polar constituye una cara extrema del núcleo magnético.

Ventajosamente, el núcleo magnético comprende por lo menos una discontinuidad eléctrica en una trayectoria a lo largo de un plano paralelo a la cara polar para evitar la circulación de corrientes de Foucault alrededor del núcleo. De hecho, las líneas de flujo magnético que pasan a través del núcleo magnético tienden a crear corrientes de Foucault que circulan en el plano de la cara polar, por la ley de Lenz. Si estas corrientes fueran libres de circular alrededor del núcleo, crearían líneas de flujo magnético que se oponen a las generadas por la bobina, con el efecto de disminuir la energía de campo magnético neta emitida desde la cara polar, y de crear el calentamiento no deseado del núcleo.

La discontinuidad puede estar en la forma de una o más laminaciones. La(s) laminación/laminaciones se extien-
de(n) de manera preferible radialmente desde un punto proximal a o en el centro del núcleo hasta la periferia del mismo. Las laminaciones pueden ocupar toda la profundidad del núcleo magnético, tal como se mide en la dirección perpendicular a la estructura de cara polar.

El problema anterior de corrientes de Foucault es más pronunciado en algunos diseños de núcleo que en otros dependiendo, por ejemplo, del material de núcleo utilizado y de la frecuencia de funcionamiento, y puede que no siempre sea necesario proporcionar una discontinuidad de este tipo.

El arrollamiento de inductor comprende normalmente un conductor dispuesto para formar una o más vueltas alrededor de por lo menos una parte del núcleo magnético. Puede enrollarse alrededor de la periferia del núcleo magnético. El arrollamiento de inductor también puede comprender un arrollamiento plano rebajado dentro de un modelo de ranura formado en el núcleo magnético, por ejemplo, en la superficie de la cara polar.

El arrollamiento de inductor está accionado por una alimentación eléctrica que suministra preferentemente corriente a una frecuencia de aproximadamente 10 kHz a 100 MHz, siendo una frecuencia de funcionamiento típica
13,56 MHz. Pueden proporcionarse un circuito para la adaptación de la impedancia y una corrección del factor de fase entre la alimentación eléctrica y el inductor, si se requiere.

La invención se refiere asimismo a un aparato de procesamiento con plasma que comprende:

-

una cámara de procesamiento con plasma que presenta por lo menos una ventana o abertura de admisión de campo

-

por lo menos un aparato de generación de campo magnético tal como se definió anteriormente, dispuesto para crear un campo magnético variable en el tiempo en la cámara,

-

medios de fuente de alimentación para accionar el aparato de generación de campo magnético.

Puede formarse una barrera entre una superficie de emisión de campo y el entorno de plasma con el fin de evitar que la superficie contamine la cámara.

Una barrera de este tipo comprende una lámina de material dieléctrico mantenida entre dicha estructura de cara polar unipolar y un espacio interior de dicha cámara de procesamiento con plasma.

Alternativamente, la barrera comprende por lo menos una ventana de admisión de campo entre un espacio interior de dicha cámara de plasma y dicho aparato de generación de campo magnético. En este caso, los medios para inyectar gas en la cámara y a través de dicho núcleo magnético atraviesan la ventana.

En este caso, dicho núcleo magnético presenta una cara unipolar adaptada para aplicarse contra o en proximidad a la ventana.

El núcleo magnético puede adaptarse fácilmente a la forma y las dimensiones de una abertura o de una ventana de la cámara de plasma; puede presentar por ejemplo, una cara polar unipolar circular, rectangular o poligonal, según se requiera.

No es necesario que una ventana de la cámara de procesamiento sea necesariamente plana, sino que puede ser curvada, por ejemplo, para seguir el contorno de una parte de pared de la que depende(n). El núcleo magnético puede presentar asimismo una estructura de cara polar unipolar no plana configurada para seguir la curvatura de la(s)
ventana(s) para proporcionar condiciones uniformes dentro de la cámara.

En el caso de las tuberías de inyección, cada una de dichas tuberías de inyección atraviesa dicha ventana a través de un orificio correspondiente en dicha ventana, y un extremo de cada una de dichas tuberías de inyección está soldado a la periferia de dicho orificio correspondiente.

La cámara de procesamiento con plasma puede comprender varias ventanas de admisión de campo. Por ejemplo, puede estar dotada de dos ventanas orientadas de manera opuesta. Si la cámara presenta una configuración poco profunda (sección transversal circular o cuadrada), las ventanas pueden proporcionarse en cada extremo de las paredes poco profundas, por ejemplo. Si la cámara presenta una configuración alargada (sección transversal circular o cuadrada) las ventanas pueden formarse en las paredes alargadas, por ejemplo, pueden disponerse en uno o varios pares de las ventanas orientadas de manera opuesta.

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Breve descripción de los dibujos

La invención y sus ventajas se comprenderán mejor a partir de la siguiente descripción, proporcionada a título de ejemplo no limitativos, de las formas de realización preferidas haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

- la figura 1 es una vista esquemática de una cámara de plasma según la técnica anterior,

- las figuras 2A, 2B y 2C son vistas detalladas de un núcleo magnético según una primera forma de realización de la invención,

- las figuras 3A a 3C son vistas esquemáticas de otros generadores de campo magnético variable en el tiempo que pueden utilizarse en una cámara de generación de plasma de la invención,

- la figura 4 es una vista detallada del aparato de procesamiento con plasma mostrado en la figura 2A,

- la figura 5 es una vista en sección transversal esquemática de un aparato de procesamiento con plasma según otra forma de realización de la invención,

- la figura 6 es una vista en sección transversal esquemática de un aparato de procesamiento con plasma según una forma de realización adicional de la invención,

- la figura 7 es una vista en sección transversal esquemática de un aparato de procesamiento con plasma según una forma de realización adicional de la invención, con una cubierta y un hueco para la distribución de gas,

- las figuras 8 y 9 son unas vistas en sección transversal de otra forma de realización de la invención, con ventanas que sellan la cámara de plasma,

- las figuras 10A y 10B son una vista general esquemática y una vista detallada de un aparato de procesamiento con plasma según otra forma de realización de la invención,

- la figura 11 es una vista detallada de una variante de la última forma de realización de la invención.

Descripción detallada de las formas de realización preferidas

En la figura 2A se ilustra una primera forma de realización de la invención, en la que la cámara de procesamiento 20 está en la forma de un recipiente cilíndrico poco profundo en el que va a generarse o mantenerse un plasma. En común con las cámaras de procesamiento clásicas, comprende un soporte 24 para una pieza de trabajo 26 y por lo menos un acceso 30 de salida de gas para la conexión a un dispositivo de bombeo (no mostrado) para regular la presión del gas dentro de la cámara.

La cámara de procesamiento 20 también comprende unos medios para calentar la pieza de trabajo 26 mediante el soporte de la pieza de trabajo 24. Para este fin, este último está equipado con una resistencia de calentamiento adaptada para estar en contacto térmico con la pieza de trabajo 26 e impulsada por una fuente de corriente de calentamiento controlable 32. La fuente de corriente de calentamiento 32 funciona conjuntamente con un sensor de temperatura (no mostrado) que responde a la temperatura de la pieza de trabajo para producir una temperatura fija constante o una variación de temperatura dependiente del tiempo predeterminada según las necesidades. Pueden utilizarse medios de enfriamiento, no mostrados en la figura 2A, para enfriar el sustrato de trabajo 24. Por ejemplo, un fluido de enfriamiento circula a través de un conducto de circulación de fluidos incrustado en el sustrato 24 y conectado a una bomba y a un enfriador.

La cámara de procesamiento 20 también comprende unos medios para polarizar la pieza de trabajo 26, por ejemplo uno o varios contactos eléctricos (no mostrados) al nivel del soporte de la pieza de trabajo 26 que conecta con la pieza de trabajo o bien a través de conexiones de cable o bien mediante contacto físico directo. Los contactos se suministran mediante una fuente de polarización 34 fuera de la cámara 20 que puede fijarse para proporcionar una polarización CA (incluyendo radiofrecuencias), una polarización CC o una polarización de masa.

El aparato comprende además una fuente de campo de energía de campo inductiva 38 como un generador de campo magnético variable en el tiempo. El campo magnético se crea mediante un núcleo magnético 38 en asociación con un arrollamiento de inductor 40.

El núcleo magnético presenta una cara polar 38a que está orientada hacia el espacio 50 interior de la cámara de plasma. El arrollamiento de inductor 40 puede construirse según variantes diferentes, una de las cuales se ilustra en las figuras 2A a 2C; otras se explicarán en relación a las figuras 3A a 3C.

El núcleo 38 puede estar polarizado para producir un potencial predeterminado al nivel de la cara polar 38a por medio de una fuente de polarización separada 61 conectada al mismo. La fuente de polarización puede fijarse para proporcionar una polarización CA (incluyendo radiofrecuencias), una polarización CC o para conectar a masa el núcleo 38.

La combinación de un núcleo magnético con el inductor sirve para aumentar y homogeneizar el campo magnético producido por el inductor, estando las líneas de flujo magnético distribuidas uniformemente a lo largo de la estructura de cara polar. Este efecto es particularmente pronunciado dado que un material de núcleo típico que puede utilizarse (como hierro blando, o una aleación de hierro o un material ferromagnético) posee una permeabilidad (\mu) muy alta, por ejemplo, en la región de 1000 o más.

La combinación del núcleo magnético y la estructura de cara polar reduce la "zona muerta" del campo magnético en el centro del inductor, en comparación con las fuentes de energía de campo magnético basándose en sólo un inductor que presenta una trayectoria espiral formada paralela al plano de la abertura de la cámara 21.

Como resultado, es posible emplear cámaras de procesamiento con plasma que presentan grandes zonas de abertura y procesar de esta manera piezas de trabajo correspondientemente grandes en condiciones de plasma homogéneo a lo largo de toda la zona activa. Por ejemplo, este tipo de aparato puede utilizarse para procesar sustratos de pantallas planas tales como LCD que presentan dimensiones de aproximadamente 0,5 m cuadrados o más.

Los tubos o tuberías de inyección 42, 44 atraviesan el núcleo magnético a través de los orificios 39, 41 taladrados o perforados a través de dicho núcleo magnético tal como se ilustra en las figuras 2B y 2C. Tal como se ilustra en la figura 2B, los tubos son preferentemente perpendiculares a la cara polar 38a o a un plano definido por el propio núcleo magnético.

Los tubos de inyección pasan entre las muescas 46 en las que se inserta la bobina o el arrollamiento 40. Medios de distribución de gas 48 para distribuir gas a las tuberías de inyección están ubicados en el lado del núcleo magnético opuesto a un espacio 50 interior de la cámara de procesamiento con plasma. En la forma de realización ilustrada, dichos medios de distribución de gas comprenden tuberías de inyección de gas comunes 48, 51 a través de las cuales se distribuye el gas a las diversas tuberías de inyección 42, 44. La tubería 51, a su vez, está conectada a medios de alimentación de gas 45, incluyendo depósitos de gas, medios de bombeo y sus medios de conexión a la tubería 51.

Las tuberías de inyección 42, 44 están fabricadas de acero inoxidable o de un material aislante (por ejemplo: alúmina cerámica). Las tuberías 48, 51 están fabricadas de acero inoxidable.

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Cuando se inyecta gas a través de las tuberías 51, 48, 44 y 42, se pulveriza en chorros de gas 52, 54 hacia el espacio 50 interior, formando así una inyección de gas de tipo cabezal rociador. Esto da como resultado una atmósfera de gas homogénea dentro de este espacio interior y en particular a lo largo de la pieza de trabajo 26.

En las figuras 2A y 2B, las tuberías 42, 44 están representadas esquemáticamente presentando el mismo diámetro. Sin embargo, también pueden presentar diámetros diferentes a través de un mismo núcleo magnético, facilitando el control de flujo del gas a través de este núcleo. Se inyecta más gas en las regiones en las que las tuberías presentan un diámetro mayor que en las regiones en las que presentan un diámetro comparativamente más pequeño.

El núcleo magnético 38 puede estar fabricado a partir de cualquier material ferromagnético que puede diseñarse para la especificación estructural requerida o de un material cerámico magnético tal como ferrita.

Cuando se prevé una frecuencia de campo relativamente alta (por ejemplo, de 30 kHz a 5 MHz y más), el núcleo puede estar fabricado de un material compuesto de un polvo magnético y un aglutinante dieléctrico tal como el vendido con el nombre "Fluxtrol F" (RTM), de Fluxtrol Manufacturing, Inc. o Troy, Michigan, EE.UU. o de cualquier otro material similar. Un material de este tipo presenta la ventaja de proporcionar una uniformidad de campo excelente en combinación con pérdidas de corriente de Foucault mínimas sin recurrir a utilizar una estructura laminada.

En la forma de realización de la figura 2A, el núcleo magnético 38 (y por tanto, su cara polar 38a) se enfrían activamente mediante un sistema de refrigeración de circuito cerrado. Este último comprende un conducto de circulación de fluidos (no mostrado en las figuras 2A y 2B) incrustado en el núcleo 38 y conectado a través de una salida 65 y una entrada 63 a una bomba 62 y un enfriador 64.

En la construcción mostrada en la figura 2B, un modelo de ranura 46 está formado en el núcleo magnético 38 para recibir el arrollamiento de inductor 40. En el ejemplo, las ranuras 46 están expuestas en la cara polar 38a que se enfrenta al espacio interior de la cámara de procesamiento 20 y están presentes sustancialmente a lo largo de toda esa cara. El modelo puede formar una trayectoria cerrada concéntrica o espiral que sigue un contorno del núcleo magnético. El arrollamiento de inductor 40 está dispuesto para que esté completamente rebajado en las ranuras 46, siendo éstas suficientemente profundas como para albergar una o más capas de arrollamiento apiladas. El inductor 40 presenta, por ejemplo, una sección transversal circular o cuadrada.

Las protuberancias 39 situadas entre las muescas adyacentes o vecinas 46-1 y 46-2 son mayores que el diámetro de un tubo de inyección 42 que pasa a su través. Por tanto, estas protuberancias forman una pantalla electrostática entre el tubo 42 y el arrollamiento 40, eliminando cualquier acoplamiento entre el tubo y el arrollamiento.

La figura 2C es una vista inferior del núcleo magnético 38, formando las ranuras 46 una trayectoria espiral y con los orificios 39, 41 taladrados o perforados todos en o a través del núcleo magnético 38.

Según una variante mostrada en la figura 3A, el inductor 40 comprende un tubo de metal enrollado como una bobina que presenta una o varias vueltas (normalmente de tres a diez) de radios iguales, concéntricas con el núcleo 38 y cerca de la periferia de este último. El tubo puede estar fabricado, por ejemplo, de cobre o cobre plateado y presenta normalmente una sección transversal de aproximadamente 5 a 25 mm, posiblemente más. En el ejemplo, el arrollamiento de inductor está rebajado dentro de una ranura 47 en el material del núcleo magnético 38.

Esta variante ofrece la siguiente ventaja adicional. Si el núcleo está fabricado de un material propenso a pérdidas de corriente de Foucault, estas últimas pueden eliminarse cuando se utilizan frecuencias relativamente bajas empleando la estructura de núcleo laminada de la figura 3A. Las laminaciones 37 del material aislante dividen el núcleo 38 en segmentos eléctricamente aislantes que irradian desde una parte central para evitar la circulación de corrientes de Foucault. Alternativamente, los segmentos 38c pueden estar separados por un entrehierro.

En la variante de las figuras 3A y 3B, el conducto de circulación de fluidos 65 del sistema de refrigeración puede comprender algunas vueltas de tubería alrededor del núcleo magnético. Para una disipación de calor mejorada, las tuberías pueden estar asociadas con aletas o estructuras equivalentes incrustadas en el núcleo.

La figura 3B es una vista en sección transversal de la estructura de la figura 3A. Muestra claramente las tuberías de inyección de gas 42, 44, 48, 51, atravesando las tuberías 42 y 44 el núcleo magnético 38. Este último también desempeña el papel de pantalla electrostática entre las tuberías 42, 44 y el arrollamiento de inductor 40, eliminando cualquier acoplamiento entre dichas tuberías y dicho arrollamiento.

La figura 3C es una vista en sección transversal de otra variante de estructura de núcleo magnético que puede utilizarse según la invención. El arrollamiento de conductor 40 está formado alrededor de la periferia del núcleo magnético 38. En este ejemplo, el conductor presenta una sección cuadrada y forma dos capas de arrollamiento. Esta figura también muestra claramente las tuberías de inyección de gas 42, 44, 48, atravesando las tuberías 42 y 44 el núcleo magnético 38, la pantalla electrostática entre las tuberías 42, 44 y el arrollamiento de inductor 40. Esta pantalla elimina, como en las otras formas de realización y variantes explicadas anteriormente, cualquier acoplamiento electrostático entre dichas tuberías y dicho arrollamiento.

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En cualquiera de las formas de realización y variantes anteriores, el número de vueltas que forma el inductor se determina, entre otros, mediante la adaptación de la impedancia con la fuente de alimentación 61.

La fuente de alimentación 61 es de un diseño clásico, que comprende un generador de radiofrecuencia (RF) cuya salida de energía está conectada a la bobina 40 mediante un circuito sintonizado (no mostrado) que presenta un elemento capacitivo para adaptar la impedancia y el factor de fase a la carga. Normalmente, el generador 61 funciona a una frecuencia de 13,56 MHz, pero este valor puede ser de por ejemplo, desde algunas decenas de kHz hasta varias decenas de MHz, dependiendo de lo específico del diseño.

La corriente de la fuente de alimentación de alta frecuencia 61 circula alrededor de la bobina 40 y genera un campo magnético cuyas líneas de flujo son sustancialmente perpendiculares al plano de la bobina, en la región dentro de la bobina y, por tanto, perpendiculares a la superficie 38a. Las líneas de flujo alternan en cada ciclo de corriente de alta frecuencia que fluye en la bobina y crean una magnetización del núcleo 38 con una polaridad que asimismo alterna en cada ciclo. Por tanto, la cara polar unipolar 38a del núcleo magnético en la figura 3C se magnetiza en alternancia entre las polaridades norte y sur pero, en cualquier momento, posee la misma polaridad a lo largo de toda su zona, y a este respecto se considera como una cara polar unipolar. La alta permeabilidad del material del núcleo garantiza que las líneas del campo magnético desde la cara polar unipolar 38a son de densidad uniforme. El espacio 50 dentro de la cámara de procesamiento con plasma 20 (y, por tanto, la pieza de trabajo 26) experimenta un entorno de plasma correspondientemente uniforme.

En las variantes de las figuras 2B y 3C, el núcleo magnético 38 puede presentar una interrupción en la trayectoria eléctrica para eliminar las corrientes de Foucault, o ninguna de tales interrupciones.

Además, el sistema de enfriamiento del núcleo en estas variantes comprende una placa 53 de enfriamiento colocada en contacto térmico con la superficie superior del núcleo 38 y el arrollamiento de inductor 40 (es decir, la superficie opuesta a la cara polar unipolar 38a en la figura 3C). La placa 53 de enfriamiento comprende un conducto conectado a un sistema de enfriamiento tal como se describe en la figura 2A y puede estar atravesada por tuberías de inyección 42, 44.

Esta placa de enfriamiento puede comprender alternativa o adicionalmente una estructura de disipación térmica adaptada para irradiar calor. La estructura de disipación térmica puede estar asociada en este caso con un flujo de aire forzado.

Además, en cualquiera de las formas de realización anteriores y sus variantes, el inductor 40 puede presentar una sección transversal distinta a cuadrada, por ejemplo, circular. Además, la geometría de la cámara de procesamiento con plasma 20 (y, por tanto del núcleo magnético) es cilíndrica. Sin embargo, los mismos conceptos pueden trasladarse fácilmente a otras geometrías (cuadrada, alargada, ovalada o poligonal) mediante adaptación sencilla.

La fuente de energía de campo también forma una cubierta sellada con respecto al espacio 50 interior de la cámara de plasma. Se disponen medios de sellado entre la periferia de la cámara de plasma y el núcleo magnético.

En las formas de realización ilustradas anteriores y sus variantes, la periferia del núcleo magnético 38 define una parte de saliente 70 que descansa sobre una parte de reborde 72 correspondiente alrededor de la abertura de la cámara de procesamiento mediante una junta de estanqueidad 74.

Las respectivas pestañas 76a, 76b sobresalen hacia el exterior desde el saliente 70 y la parte de reborde 72 para sujetar y apretar el núcleo magnético 38 contra la cámara de procesamiento 20 mediante sujeciones 78 de tornillo y tuerca para garantizar un sellado apropiado mediante la junta 74. El núcleo magnético 38 está aislado eléctricamente de la estructura mecánica que forma la cámara 20, de modo que puede polarizarse mediante la fuente de polarización 61 independientemente de la cámara. En el ejemplo, el aislamiento eléctrico se realiza mediante la junta de estanqueidad 74. Más generalmente, los medios de sellado mencionados anteriormente también se utilizan como medios para aislar eléctricamente el núcleo magnético de la cámara de plasma.

Puede proporcionarse una lámina de material dieléctrico 80 por ejemplo, de cuarzo, de vidrio tal como Pyrex (RTM), de un material cerámico o de un polímero entre la cara polar 38a y el espacio dentro de la cámara 20 para evitar la posible contaminación del gas de plasma por el material de la cara polar. En el ejemplo de la figura 2A, la lámina 80 se aplica contra la cara polar 38a y se sujeta mediante esta última, por ejemplo, mediante abrazaderas de montaje adaptadas.

Alternativamente, la lámina de material dieléctrico 80 puede mantenerse sin entrar en contacto con la cara polar 38a, por ejemplo, por medio de un rebaje 82 de montaje periférico formado en la parte de saliente 70 del núcleo magnético 38, tal como se muestra en la figura 4.

En este caso, pueden proporcionarse unos medios para equiparar las presiones respectivamente en el espacio entre la cara exterior de la lámina 80 y la cara polar 38a y en el espacio entre la superficie interior de la lámina y las paredes interiores de la cámara 20. Tales medios pueden estar en la forma de una simple abertura o grupo de aberturas, o una disposición de válvula, por ejemplo, en un borde de la lámina.

Si se utiliza una válvula, pueden proporcionarse unos medios para controlar esta última de manera que puede tener lugar una equiparación de la presión mientras que está preparándose la cámara, por ejemplo, durante el escape de gas y están estableciéndose las condiciones del gas de procedimiento, pero puede cerrarse cuando está llevándose a cabo un procedimiento con plasma, para evitar que cualquier contaminante de la fuente de campo de energía alcance el gas de procedimiento.

La lámina dieléctrica 80 experimenta la misma presión en ambos lados y, por tanto, no es necesario que sea rígida hasta el grado requerido para una ventana que tiene que soportar la presión atmosférica. En este caso, la fuerza de la presión atmosférica se soporta por el núcleo magnético 38, que normalmente es suficientemente rígido para ese fin. Si es necesario, puede reforzarse el núcleo para garantizar que no se deforma significativamente cuando se somete a un diferencial de presión de una atmósfera.

Dependiendo de las condiciones de funcionamiento, puede ser necesario adoptar medidas apropiadas para evitar que se forme un plasma en el espacio entre la lámina dieléctrica 80 y la cara polar 38a. Una solución es garantizar que el hueco entre la lámina dieléctrica y la cara polar se mantenga lo más pequeño posible, por ejemplo, inferior a 1 mm, posiblemente inferior a 0,5 mm.

Se realizan orificios en la lámina 80 para dejar que los tubos o las tuberías 42, 44 atraviesen o pasen a su través, de modo que pueden inyectar gas en el espacio 50 interior. El extremo de los tubos 42, 44 está soldado a la lámina
80.

La figura 5 ilustra una forma de realización adicional en la que la pieza de trabajo 26 se sujeta suspendida mediante una estructura de soporte 84. La pieza de trabajo 16 se calienta mediante un dispositivo 86 de calentamiento por infrarrojos por debajo de la pieza de trabajo y conectado a una fuente de alimentación de calentamiento por infrarrojos 98.

El sustrato se polariza con una fuente de polarización de sustratos 92.

Otros números de referencia designan las mismas características que en la figura 2A.

En las formas de realización descritas anteriormente, la cámara de plasma presenta una abertura de admisión de campo de energía.

La figura 6 es una vista en planta parcial de otra forma de realización que es análoga a las formas de realización anteriores, pero en la que la cámara de procesamiento presenta más de una (dos en el ejemplo ilustrado) abertura de admisión de campo de energía.

Cada abertura está dispuesta para permitir la exposición de diferentes partes de una pieza de trabajo 26 al plasma generando o mejorando el efecto del campo de energía.

En el ejemplo de la figura 6, la cámara de procesamiento con plasma 20 presenta la configuración básica mostrada en la figura 2A.

Se proporcionan dos aberturas 94a y 94b, una en cada cara extrema respectivo de la cámara 20, estando asociada cada abertura 94a, 94b con una fuente de energía inductiva para crear una condición de plasma dentro de la cámara. En el ejemplo, la fuente de energía inductiva es un generador de campo magnético variable en el tiempo como en las formas de realización anteriores. Cada fuente de energía inductiva está atravesada por el tubo o la tubería 42, 44, 43, 45 correspondientes para la inyección de gas. Los medios de distribución de gas 48, 49 para distribuir gas a las tuberías de inyección están ubicados en el lado de cada núcleo magnético opuesto a un espacio 50 interior de la cámara de procesamiento con plasma. En la forma de realización ilustrada, dichos medios de distribución de gas comprenden una tubería de inyección de gas común 48, 49 a través de la cual se distribuye gas a las diversas tuberías de inyección 42, 44, 43, 45.

Las aberturas 94a, 94b, los generadores de campo magnético variable en el tiempo 38, 39 y la disposición mutua entre la abertura y el generador, los medios de polarización del núcleo 60a, 60b y los medios de enfriamiento del núcleo 62a, 62b, 64a, 64b, son idénticos en todo sentido a los que se han descrito con respecto a la primera forma de realización y sus variantes y, por tanto, no se repetirán por motivos de concisión. Puede observarse que mientras que el ejemplo ilustrado proporciona medios de polarización del núcleo separados 60a, 60b para cada generador de campo magnético variable en el tiempo y sistemas de enfriamiento separados 62a, b, 64a, b, pueden preverse otras disposiciones.

Además, las variantes del núcleo magnético ilustradas en las figuras 3A, 3B y 3C son aplicables a esta forma de realización.

La pieza de trabajo 26 presenta unas caras superiores e inferiores que ocupan prácticamente toda la zona proyectada de las respectivas aberturas 94a, 94b. Se sujeta suspendida mediante una estructura de soporte 84, a medio camino entre las dos ventanas, tal como para permitir que cada una de las superficies superior e inferior se exponga directamente a su respectiva abertura. De esta forma, es posible tratar ambas caras de la pieza de trabajo 26 simultáneamente y en las mismas condiciones óptimas con respecto al campo que genera energía de plasma inducido desde la abertura. También es posible procesar una cara de las dos piezas de trabajo colocada dorso contra dorso.

La estructura de soporte 84 está diseñada para no producir efecto de pantalla de la energía de campo desde cualquiera de las dos aberturas 94a, 94b. En el ejemplo, la estructura de soporte 84 depende de las partes de pared interior de la cámara 20, a medio camino entre las dos caras extremas. La parte más interior de la estructura de soporte 84 está equipada con un agarre de borde o apoyo de borde 85 para la pieza de trabajo 26.

Con el fin de garantizar unas condiciones de flujo de gas homogéneas mejoradas en cada cara expuesta de la pieza de trabajo, pueden proporcionarse salidas de gas separadas respectivamente en las partes superior e inferior de la cámara de procesamiento 20.

Las partes superior e inferior pueden estar abiertas para comunicarse entre sí para permitir un mezclado uniforme de los gases.

Alternativamente, pueden estar separadas por una partición sellada adaptada para rodear la pieza de trabajo 26 de una manera estanca a los gases de modo que puedan estabilizarse condiciones de gases separadas en las caras respectivas de la pieza de trabajo 26. Para este fin, la estructura de soporte de la pieza de trabajo 84 puede formar una parte de la partición conjuntamente con la pieza de trabajo 26. Pueden fabricarse en este caso agarres de borde o apoyos de borde 85 para rodear toda la periferia de la pieza de trabajo 26 y dotarse de un sellado estanco a los gases en la superficie de contacto con el borde de la pieza de trabajo. La estructura de soporte 84 está sellada asimismo alrededor de toda la periferia de las paredes internas de la cámara 20.

Como en la primera forma de realización, se proporcionan unos medios para calentar y polarizar la pieza de trabajo al nivel de la estructura de soporte 84. En este caso, sin embargo, el calentamiento de la pieza de trabajo 26 se realiza por medio de lámparas de calentamiento 101, 101a dispuestas en las esquinas de la cámara 20 para no obstruir el campo de visión desde las aberturas 94a, 94b ni producir de otra forma el efecto de pantalla del campo de energía. Las lámparas 101, 101a presentan un reflector o una óptica de transmisión para producir una distribución uniforme de calor sobre la pieza de trabajo 26. Ambas caras de la pieza de trabajo 26 pueden calentarse simultáneamente. Las conexiones eléctricas con las lámparas 101 no se muestran en la figura.

Los medios de polarización de la pieza de trabajo comprenden uno o un conjunto de contactos eléctricos proporcionados en la estructura de soporte 84 para establecer una superficie de contacto con la pieza de trabajo, por ejemplo, al nivel de los agarres de borde 85. El/los contacto(s) está(n) conectado(s) a una fuente de polarización 102 que puede producir o bien una polarización CA (incluyendo radiofrecuencias), una polarización CC o bien una polarización de masa.

La disposición descrita anteriormente de los medios de polarización y calentamiento de la pieza de trabajo no interfiere con el paso del campo de energía a las caras de la pieza de trabajo desde las respectivas aberturas opuestas 94a, 94b.

Los respectivos inductores de los generadores de campo magnético variable en el tiempo 38, 39 pueden estar conectados en paralelo a una fuente de alimentación común 61 (tal como se muestra en la figura 6) o en serie, con un circuito de adaptación de la impedancia y el factor de fase adaptado según se requiera. Alternativamente, pueden estar conectados cada uno a una fuente de alimentación separada.

En cada lado de la cámara 20 puede proporcionarse una lámina de material dieléctrico 80a, 80b entre la cara polar 38a, 39a correspondiente y el espacio interior de la cámara. Una lámina de este tipo es de la misma composición y tiene el mismo fin que los ya descritos anteriormente.

La figura 7 es otra forma de realización de la invención. El núcleo magnético y la cámara de plasma son idénticos a los de las primeras formas de realización y sus variantes. Además, comprende una cubierta 91 situada por encima del núcleo magnético 38. La superficie de abajo de la cubierta está situada a una cierta distancia desde la superficie superior o de arriba del núcleo magnético, definiendo así un hueco 93 entre ellas. Los orificios 95 están taladrados o perforados a través de la cubierta 91, que puede estar fabricada de acero inoxidable o aluminio o de cualquier material aislante. Puede estar fabricada del mismo material que las tuberías 42, 44 o que las tuberías 48, 51 (figura 2B), lo que facilita la soldadura de dichas tuberías con la cubierta 91.

Las tuberías de inyección 42, 44 se proporcionan a través del núcleo magnético 38 tal como ya se ha descrito anteriormente. Cada una de estas tuberías de inyección presenta una abertura de extremo hacia el espacio 50 interior y su otra abertura de extremo hacia el hueco 93. Al igual que en la primera forma de realización, los medios de distribución de gas para distribuir gas a las tuberías de inyección 42, 44 están ubicados en el lado del núcleo magnético 38 opuesto al espacio 50 interior de la cámara de procesamiento con plasma. Sin embargo, en la forma de realización de la figura 7, los medios de distribución de gas están formados de, o comprenden el hueco 93 y los orificios 95. En primer lugar se inyecta el gas en el hueco 93 a través de los orificios 95. El gas inyectado se mezcla en el hueco o la cámara de mezclado 93 y luego se inyecta hacia el espacio 50 interior de la cámara de plasma 20 a través de las tuberías 42, 44.

En esta forma de realización, la inyección de gas se lleva a cabo en líneas generales en dos etapas. En una primera etapa, se inyecta el gas en el hueco 93 y se mezcla en el mismo. También se distribuye por igual a lo largo de los diversos extremos abiertos de las tuberías 42, 44. En una segunda etapa, se inyecta el gas mezclado hacia el espacio 50 interior a través de las tuberías 42, 44. En realidad se inyecta parte del gas en las tuberías 42, 44 mientras que el resto del gas todavía está en el hueco 93.

La estructura de la cámara de gas de plasma de la figura 7, y en particular la inyección de gas en dos etapas, mejora el mezclado de los gases, lo que es particularmente ventajoso cuando se utilizan mezclas de gases. También mejora la homogeneidad de los gases puesto que se produce una primera homogenización en el hueco 93.

La forma de realización de la figura 7 es compatible con la estructura de la figura 6, dos cubiertas con un hueco entre cada una de ellas y el núcleo magnético correspondiente que reemplazan a las tuberías de distribución 48, 51, con las mismas ventajas que se explicaron anteriormente en relación a la figura 6.

La figura 8 ilustra otra forma de realización de la invención. Los números de referencia idénticos a los de la figura 2A designan elementos o características que son iguales o correspondientes a los de la figura 2A. Además, una cara superior de la cámara está dotada de una ventana 122 que está fabricada de cuarzo u otro material dieléctrico tal como para permitir que entre un campo de energía dentro de la cámara mediante acoplamiento inductivo y cree o mantenga de esta manera las condiciones requeridas del procesamiento con plasma. La ventana 122 se mantiene sobre una parte de reborde 124 de la cámara 20 a través de un sellado estanco a los gases. La rigidez de la ventana 122 y la calidad del sellado deben ser de manera que soporten la fuerza de aplastamiento de la presión atmosférica cuando existen condiciones de gas de baja presión o vacío parcial dentro de la cámara

La ventana 122 forma una barrera entre el espacio 50 interior y la superficie 38a, evitando que esta última contamine la cámara.

El tamaño de la ventana 122 determina la zona a lo largo de la cual se generan o se mantienen las condiciones del plasma dentro de la cámara 20 y, en consecuencia, la zona de la pieza de trabajo 26 que puede procesarse en las condiciones óptimas. En el ejemplo, la ventana 122 ocupa casi toda la sección transversal de la cámara, permitiendo que la pieza de trabajo 26 ocupe una zona correspondientemente grande.

El generador de energía de campo 38 induce un campo magnético variable en el tiempo dentro de la cámara 20 a través de la ventana 122. Se proporciona fuera de la cámara 20 y contra la ventana, separado ligeramente de esta última.

El campo magnético se crea mediante un núcleo magnético 38 en asociación con un arrollamiento de inductor 40, que presenta una estructura tal como se ilustra por ejemplo en las figuras 2B, 2C, 3A, 3B o 3C. El arrollamiento 40 hace circular una corriente desde la fuente de alimentación eléctrica de alta frecuencia 61.

El núcleo magnético 38 presenta una cara unipolar 38a que presenta sustancialmente el mismo tamaño y forma que la ventana 122 y que está colocada en alineación con esta última. Para garantizar una pérdida de energía mínima, se mantiene pequeña la distancia entre la cara polar unipolar 38a y la ventana 122 (algunos mm) o incluso a cero.

La fuente de energía inductiva está atravesada por los tubos o las tuberías 42, 44 para la inyección de gas. Los medios de distribución de gas 48 para distribuir gas a las tuberías de inyección están ubicados en el lado de cada núcleo magnético opuesto a un espacio 50 interior de la cámara de procesamiento con plasma. Como en las formas de realización anteriores, el núcleo magnético de la fuente de energía inductiva forma una pantalla electrostática entre las tuberías 42, 44 y el arrollamiento de inductor 40. Esta pantalla elimina, como en las otras formas de realización y variantes explicadas anteriormente, cualquier acoplamiento entre dichas tuberías y dicho arrollamiento.

La figura 9 es una vista en planta parcial de otra forma de realización, en la que la cámara de procesamiento presenta más de una ventana, por ejemplo dos ventanas, para la admisión de la energía de campo, de conformidad con otro aspecto de la presente invención.

Cada ventana está dispuesta para permitir la exposición de partes diferentes de una pieza de trabajo 26 al plasma generando o mejorando el efecto del campo de energía.

En el ejemplo de la figura 9, la cámara de procesamiento con plasma 20 presenta la configuración básica mostrada en la figura 8, excepto por las dos ventanas 122a, 122b proporcionadas, una en cada cara extrema respectiva de la cámara 20.

Cada ventana 122a, 122b está asociada con una fuente de energía inductiva para crear una condición de plasma dentro de la cámara. La fuente de energía inductiva es un generador de campo magnético variable en el tiempo como en las formas de realización anteriores, por ejemplo tal como se ilustra en cualquiera de las figuras 2B, 2C, 3A, 3B o 3C. Cada fuente de energía inductiva está atravesada por los tubos o las tuberías 42, 44, 43, 45 correspondientes para la inyección de gas. Los medios de distribución de gas 48a, 48b para distribuir gas a las tuberías de inyección están ubicados en el lado de cada núcleo magnético opuesto a un espacio 50 interior de la cámara de procesamiento con plasma.

En ambas variantes de las figuras 8 y 9, las tuberías de inyección atraviesan los orificios dispuestos en la ventana 122, 122a, 122b y en la periferia de un extremo de cada tubería está soldada a la periferia del orificio correspondiente en la ventana 122, 122a o 122b.

Ambas formas de realización de las figuras 8 y 9 están representadas con medios de inyección de gas medios formados de tuberías de inyección de gas 48a, 48b. Sin embargo, los medios de distribución de gas pueden comprender en cambio medios de cubierta situados en cada lado exterior del núcleo magnético 38 y 38a, formando un hueco con dicho núcleo, tal como se explicó anteriormente en relación con la figura 7. Tales medios de distribución de gas presentan las ventajas ya dadas a conocer anteriormente, concretamente el mezclado y la homogeneidad mejorados del gas inyectado.

Para el resto, esta forma de realización es idéntica a la que se describió anteriormente en relación con las figuras 6 y 8.

La figura 10A muestra una tercera forma de realización de la invención adaptada a una cámara de procesamiento con plasma 20 que presenta una forma cilíndrica en la que la energía de campo se suministra a través de la pared lateral 20a de la cámara. En el ejemplo, están formadas dos ventanas de admisión de campo 122a, 122b en aberturas correspondientes en la pared lateral 20a en posiciones diametralmente opuestas. Las ventanas 122a, 122b están fabricadas a partir de material dieléctrico tal como cuarzo y proporcionan un sellado estanco a la presión para las aberturas. Cada ventana da acceso directo a una parte de superficie diferente de una pieza de trabajo que, en el ejemplo, se sujeta dentro de la cámara por medio de una platina 142 dispuesta para no producir efecto de pantalla para el campo de energía desde cada una de las dos ventanas.

La energía de campo se proporciona mediante un aparato de generación de campo magnético variable en el tiempo 138a, 138b según la primera forma de realización de la figura 2B o 2C o sus variantes ilustradas en las figuras 3A a 3C, estando asociado cada aparato a una ventana 122a, 122b correspondiente. Sin embargo, las piezas de polo magnético son en este caso segmentos cilíndricos rectangulares enfrentándose la cara polar unipolar 138a a la ventana curvada concéntricamente con el eje principal de la pared cilíndrica de la cámara de plasma. Las piezas de polo 138 pueden estar alineadas contra su ventana respectiva o a una pequeña distancia de esta última (figura 10B). El peso de las piezas de polo 138 está soportado por una estructura de montaje 141 separada de la cámara de procesamiento con plasma 20.

Tal como se muestra en la figura 10A, cada núcleo 138 se enfría mediante medios de enfriamiento independientes 162, 164 basados en la forma de realización de la figura 2A. Asimismo, cada núcleo 138 está polarizado independientemente.

La pieza de trabajo 26 está polarizada mediante uno o un conjunto de contactos (no representados) en la platina 142 conectada a una fuente de polarización de la pieza de trabajo 172 proporcionando las mismas funciones que en las formas de realización descritas anteriormente.

El calentamiento de la pieza de trabajo 26 se realiza mediante una batería de lámparas infrarrojas 101 montadas en la platina 142 y conectadas a una fuente de alimentación de calentamiento 198 para formar un calentador por infrarrojos clásico. Pueden proporcionarse lámparas de calentamiento por infrarrojos adicionales dentro de la cámara 20 en ubicaciones en las que no obstruyen el campo de energía que alcanza la pieza de trabajo 26 desde las diferentes ventanas 122a, 122b.

Aunque la figura muestra que la cámara presenta dos ventanas de admisión de campo de energía 122a, 122b, resulta evidente que pueden proporcionarse más ventanas de la misma manera si se requiere. Por ejemplo, la cámara 20 puede estar provista de cuatro ventanas separadas por igual, por ejemplo, para procesar cuatro caras en ángulos rectos de una pieza de trabajo o una cara de cuatro piezas de trabajo.

Según la invención, las tuberías de inyección de gas atraviesan los núcleos magnéticos 138a, 138b. Estas tuberías 142, 144 no se representan en la figura 10A pero se muestran en la figura 10B. Tienen el mismo fin que en las otras formas de realización y están separadas del arrollamiento, que se utiliza en combinación con el núcleo 138 para crear el campo magnético dentro de la cámara de plasma 20, mediante la pantalla electrostática formada por el propio núcleo.

La figura 11 es una vista en planta parcial de otra forma de realización en la que el aparato de procesamiento con plasma de la figura 10A está modificado presentando las aberturas cerradas y selladas mediante la fuente de energía de campo, como en las formas de realización de las figuras 2A o 5 ó 7.

En la figura, el núcleo magnético 138 presenta una parte de saliente periférica 150 que presenta una cara de contacto adaptada para ajustarse contra la parte de la pared de la cámara 20a alrededor de la abertura mediante una junta 154 para ofrecer un sellado estanco a los gases. El núcleo magnético 138 y la junta 154 están fijos a la pared de la cámara mediante una montura periférica 164. El peso del núcleo magnético 138 está soportado adicionalmente por las estructuras de soporte independientes 141 mostradas en la figura 10A.

En el ejemplo, una lámina dieléctrica 180 se ajusta a la curvatura de la cara polar 138 y está soportada por esta última. Alternativamente puede mantenerse separada de la cara polar por ejemplo, mediante un rebaje periférico similar al mostrado en la figura 4. Esta lámina dieléctrica tiene el mismo fin que la lámina 80 en las figuras 2A y 4, 5 ó 6.

Las formas de realización de las figuras 10A, B u 11 también pueden utilizar un sistema de distribución de gas tal como se dio a conocer anteriormente en relación con la figura 7. En este caso, una cubierta está situada en el lado exterior de cada núcleo magnético 138a, 138b, formando dicha cubierta un hueco con el núcleo 138a, b para el mezclado de gases y la homogenización antes de la inyección en la cámara de plasma.

Naturalmente, las formas de realización de las figuras 10A a 11 son aplicables a otras geometrías y a cámaras que presentan sólo una, dos o más aberturas de admisión de energía de campo.

En todas las formas de realización anteriores, el núcleo magnético y el arrollamiento se extienden a lo largo de una superficie que es aproximadamente tan grande como la propia cámara de plasma en su totalidad, con la ventaja de permitir el tratamiento y el procesamiento de superficies grandes.

La invención se aplica asimismo a unas cámaras de plasma en las que el núcleo magnético y el arrollamiento no son tan grandes como la propia cámara de plasma. La cámara de plasma presenta entonces las mismas características que las ilustradas en cualquiera de las figuras 2A a 11, pero sin extenderse el arrollamiento sobre toda la superficie del núcleo magnético.

La invención se refiere asimismo a una cámara de procesamiento con plasma tal como se describió anteriormente, presentando el núcleo magnético o su estructura de cara polar unipolar una zona de emisión de campo activo cuyo tamaño y forma es más pequeña que una zona de la abertura de admisión de campo o la ventana de admisión de campo de la cámara.

En ambos casos, las tuberías de inyección de gas todavía atraviesan el núcleo magnético 38. En la parte central del núcleo, el núcleo forma una pantalla electrostática entre las tuberías y el arrollamiento, tal como ya se explicó anteriormente.

En todas las formas de realización descritas anteriormente, las tuberías 42, 43, 44, 45, 142 y 144 están representadas esquemáticamente presentando el mismo diámetro. También pueden presentar diámetros diferentes para facilitar el control de flujo del gas. Se inyecta más gas en las regiones en las que las tuberías presentan un mayor diámetro que en las regiones en las que presentan un diámetro comparativamente más pequeño.

La presente invención, en cualquiera de sus aspectos, puede ponerse en práctica en una amplia variedad de aplicaciones tales como:

ataque con ácido;

deposición química en fase de vapor activada por plasma o asistida por plasma (respectivamente PECVD o PACVD);

limpieza y preparación de la superficie de piezas de trabajo;

pasivación; e

implantación iónica por plasma.

Claims (45)

1. Aparato para generar un campo magnético variable en el tiempo en una cámara de procesamiento con plasma (20) para crear o mantener un plasma dentro de la cámara mediante acoplamiento inductivo, que comprende:

- un núcleo magnético (38; 138) que presenta una estructura de cara polar (38a; 39a)

- un arrollamiento de inductor (40) asociado con el núcleo magnético, para generar un campo magnético variable en el tiempo a lo largo de toda la estructura de cara polar,

- unos medios (42, 43, 44, 45, 48, 49, 51, 91, 93, 95, 142, 144) para inyectar gas en dicha cámara (20) y a través de dicho núcleo magnético.

2. Aparato según la reivindicación 1, en el que dichos medios para inyectar gas en dicha cámara forman una inyección de gas de tipo cabezal rociador (52, 54).

3. Aparato según la reivindicación 1 ó 2, comprendiendo dichos medios para inyectar gas en dicha cámara una pluralidad de tuberías de inyección (42, 43, 44, 45, 142, 144) distribuidas o dispuestas a través del núcleo magnético.

4. Aparato según la reivindicación 3, en el que dichas tuberías están conectadas a unos medios de distribución de gas (48, 48a, 48b, 49, 51, 91, 93, 95) para distribuir gas a las tuberías de inyección.

5. Aparato según la reivindicación 4, estando dispuestos dichos medios de distribución de gas en el lado del núcleo magnético opuesto a un espacio (50) interior de dicha cámara de procesamiento con plasma (20).

6. Aparato según la reivindicación 4 ó 5, comprendiendo dichos medios de distribución de gas una tubería de distribución de gas común (48, 48a, 48b, 49), a través de la cual se distribuye gas a las tuberías de inyección.

7. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, estando fabricadas dichas tuberías de inyección en acero inoxidable o en un material aislante.

8. Aparato según la reivindicación 4 ó 5, comprendiendo dichos medios de distribución de gas una cubierta (91), dispuesta en el lado del núcleo magnético opuesto a un espacio (50) interior de dicha cámara de procesamiento con plasma (20), con un hueco (93) entre dicha cubierta y dicho núcleo magnético, estando abiertas dichas tuberías de inyección (42, 44) en dicho hueco.

9. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 8, presentando dichas tuberías de inyección diámetros diferentes entre sí.

10. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, estando curvada dicha estructura de cara polar (138a).

11. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que la estructura de cara polar (38) está constituida por una única cara polar unipolar (38a) de construcción unitaria.

12. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que la estructura de cara polar (38) está divida en dos o más caras polares unipolares que se enfrentan a las respectivas partes de la cámara de procesamiento con plasma.

13. Aparato según la reivindicación 12, en el que las caras polares divididas están asociadas a alimentaciones eléctricas e inductores respectivos mientras que se mantienen en fase para garantizar que todas las caras polares presentan la misma polaridad en cualquier momento.

14. Aparato según la reivindicación 12, en el que las caras polares divididas dependen físicamente de un núcleo magnético y de un inductor comunes.

15. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que la estructura de cara polar (38a) constituye una cara extrema del núcleo magnético (38).

16. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, en el que el núcleo magnético comprende por lo menos una discontinuidad (37) para evitar la circulación de corrientes de Foucault alrededor del núcleo.

17. Aparato según la reivindicación 16, en el que la discontinuidad está en la forma de una o más laminaciones (37).

18. Aparato según la reivindicación 17, en el que la(s) laminación(es) (37) se extiende(n) radialmente desde un punto proximal al centro del núcleo (38) o en el mismo hasta la periferia del núcleo.

19. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, en el que dicho núcleo (38) presenta una estructura unitaria.

20. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, en el que el arrollamiento de inductor (40) comprende un conductor dispuesto para formar una o más vueltas alrededor de por lo menos una parte del núcleo magnético (38).

21. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20, en el que el arrollamiento de inductor (40) está enrollado alrededor de la periferia del núcleo magnético (38).

22. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20, en el que el arrollamiento de inductor (40) comprende un arrollamiento plano rebajado dentro de una ranura (47) o modelo de ranura (46) formado en el núcleo magnético, por ejemplo, en la estructura de cara polar unipolar (38a; 39a).

23. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 22, en el que el arrollamiento de inductor (40) está accionado por una alimentación eléctrica (61) que suministra energía a una frecuencia comprendida entre aproximadamente 10 kHz y 100 MHz, preferentemente a una frecuencia de 13,56 MHz.

24. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 23, que comprende asimismo unos medios (60) para polarizar el núcleo con por lo menos uno de entre: una polarización CA (incluyendo radiofrecuencias), una polarización CC y una polarización de masa.

25. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 24, que comprende asimismo unos medios (53, 62, 64; 62a, 62b, 64a, 64b) para enfriar el núcleo (26).

26. Aparato de procesamiento con plasma que comprende:

- una cámara de procesamiento con plasma (20) que presenta por lo menos una abertura de admisión de campo (94a, 94b),

- por lo menos un aparato de generación de campo magnético según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 25, dispuesto para crear un campo magnético variable en el tiempo en la cámara,

- unos medios de fuente de alimentación (61) para accionar el aparato de generación de campo magnético.

27. Aparato según la reivindicación 26, que comprende asimismo una barrera (80, 80a; 80b) formada entre una superficie de emisión de campo y el entorno de plasma con el fin de evitar que la superficie contamine la cámara (20).

28. Aparato según la reivindicación 27, comprendiendo dicha barrera una lámina de material dieléctrico (80, 80a, 80b) mantenida entre dicha estructura de cara polar y un espacio interior de dicha cámara de procesamiento con plasma (20).

29. Aparato según la reivindicación 27 ó 28, en el que la barrera (80) está montada sin entrar en contacto con una cara de emisión de campo del aparato de generación de campo magnético, estando sujeta la barrera en la periferia de la cara de emisión de campo o mediante la cámara de procesamiento (20).

30. Aparato según la reivindicación 29, en el que se proporcionan unos medios de ajuste de presión para equilibrar las condiciones de presión entre las caras interior y exterior de la barrera (80).

31. Aparato según la reivindicación 30, en el que los medios de ajuste de presión comprenden una disposición de válvula que funciona para permitir que la presión en la cara exterior de la barrera (80) siga a la de la cámara de procesamiento (20) cuando esta última está sometida a condiciones de presión cambiantes (por ejemplo, durante el bombeo al vacío o la admisión de gas, o el ajuste a la presión atmosférica para cargar y descargar una pieza de trabajo), y para sellar el espacio por encima de la superficie exterior de la superficie de la barrera cuando la cámara está operativa para el procesamiento con plasma para garantizar que ningún contaminante del generador de campo de energía pueda alcanzar el entorno de plasma de la cámara de procesamiento.

32. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 28 a 31, siendo una distancia entre dicha lámina de material dieléctrico y dicha estructura de cara polar inferior a 1 mm.

33. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 26 ó 27, que comprende asimismo por lo menos una ventana de admisión de campo (122) entre un espacio (50) interior de dicha cámara de plasma y dicho aparato de generación de campo magnético.

34. Aparato de procesamiento con plasma que comprende:

- una cámara de procesamiento con plasma (20) que presenta por lo menos una ventana de admisión de campo (122),

- por lo menos un aparato de generación de campo magnético según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 25, dispuesto para crear un campo magnético variable en el tiempo en la cámara mediante el acoplamiento inductivo a través de una ventana de admisión de campo correspondiente, atravesando dichos medios para inyectar gas en dicha cámara y a través de dicho núcleo magnético dicha ventana,

- unos medios de fuente de alimentación (61) para accionar el aparato de generación de campo magnético.

35. Aparato de procesamiento con plasma que comprende:

- una cámara de procesamiento con plasma (20) que presenta por lo menos una ventana de admisión de campo (122, 122a, 122b)

- por lo menos un aparato de generación de campo magnético según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 9, o 10 a 25 cuando se toman en combinación con cualquiera de las reivindicaciones 3 a 9, dispuesto para crear un campo magnético variable en el tiempo en la cámara mediante el acoplamiento inductivo a través de una ventana de admisión de campo correspondiente, atravesando cada una de dichas tuberías de inyección dicha ventana a través de un orificio correspondiente en dicha ventana, y estando soldado un extremo de cada una de dichas tuberías de inyección a la periferia de dicho orificio correspondiente,

- unos medios de fuente de alimentación (60) para accionar el aparato de generación de campo magnético.

36. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 33 a 35, presentando dicho núcleo magnético una cara unipolar que está adaptada para aplicarse contra la ventana (122) o en la proximidad de la misma.

37. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 33 a 36, presentando dicha cámara de procesamiento con plasma (20) de tipo inductivo dos o más ventanas (122a, 122b) para recibir energía de campo inducida, permitiendo cada ventana que la energía de campo inducida entre en la cámara desde una dirección respectiva.

38. Aparato según la reivindicación 37, provisto de por lo menos un par de ventanas orientadas de manera opuesta (122a, 122b).

39. Aparato según la reivindicación 35 ó 37, que comprende asimismo unos medios de soporte de pieza de trabajo (38, 40; 142) adaptados para sujetar por lo menos una pieza de trabajo (26) en unas partes fuera de las superficies de la(s) pieza(s) de trabajo para exponerse a un campo de energía desde dichas dos o más ventanas de admisión de campo (122a, 122b).

40. Aparato según la reivindicación 39, en el que los medios de soporte de pieza de trabajo (38, 40; 142) están adaptados para sujetar por lo menos una pieza de trabajo (26) en partes de borde de los mismos.

41. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 33 a 40, que comprende asimismo una o más particiones para aislar espacios en el mismo asociados con una o un grupo de ventanas (122a, 122b).

42. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 33 a 41, en el que las ventanas (122a, 122b) no son planas para seguir un contorno de una parte de pared de la cual dependen.

43. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 26 a 42, presentando dicho núcleo magnético o dicha estructura de cara polar unipolar una zona de emisión de campo activo cuyo tamaño y forma se adaptan o se adaptan sustancialmente a la abertura de admisión de campo o a la ventana de admisión de campo.

44. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 26 a 42, presentando dicho núcleo magnético o dicha estructura de cara polar unipolar una zona de emisión de campo activo cuyo tamaño y forma son más pequeños que una zona de la abertura de admisión de campo o la ventana de admisión de campo.

45. Utilización de una cámara de procesamiento con plasma según cualquiera de las reivindicaciones 26 a 44, para procesar una pieza de trabajo (16).