ES2353102A1 - Dispositivo magnetron y procedimiento de erosion uniforme de un blanco empleando dicho dispositivo. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo magnetrón y procedimiento de erosión uniforme de un blanco. El dispositivo incorpora una disposición particular de unos imanes (4) que generan un campo magnético que permite una erosión prácticamente uniforme de un cátodo o blanco (2), de modo que se consigue un aprovechamiento casi completo del material del mismo. El dispositivo magnetrón comprende el blanco (2) fijado a una placa metálica (3) detrás de la cual se encuentran unos imanes (4) fijados a una placa magnética (5). Los imanes (4) están dispuestos según una red bidimensional periódica sobre una placa magnética (5) que se puede desplazar paralelamente al blanco (2) a lo largo de uno de los ejes de la red entre una primera posición y una segunda posición separadas la mitad del parámetro de la red, de modo que zonas de alta concentración de plasma generado en la primera posición corresponden a zonas de baja concentración de plasma en la segunda posición y viceversa.
Description
Dispositivo magnetrón y procedimiento de erosión
uniforme de un blanco empleando dicho dispositivo.
El objeto de la presente invención es un
dispositivo de pulverización catódica ("sputtering" en inglés)
del tipo conocido como magnetrón, que está caracterizado
principalmente por una disposición original de los imanes que
generan el campo magnético que permite una erosión prácticamente
uniforme del cátodo o blanco, de modo que se consigue un
aprovechamiento casi completo del material del mismo.
La pulverización catódica es un proceso que
sirve para depositar láminas delgadas de material sobre un sustrato.
Actualmente, es el proceso más utilizado para recubrimientos
industriales en vacío a gran escala. Su popularidad deriva su
sencillez y versatilidad, ya que se trata de una técnica de tipo
físico aplicable a una gran diversidad de materiales, en comparación
con otras técnicas de recubrimiento de tipo químico. Su uso está
ampliamente extendido en la industria de semiconductores, de medios
de grabación magnética, del automóvil, de las energías renovables,
etc....
El proceso de pulverización catódica consiste
fundamentalmente en bombardear con iones la superficie de un blanco
("target" en inglés) para arrancar átomos o especies
moleculares de su superficie y depositarlos formando una película o
capa delgada sobre un sustrato dispuesto frente al blanco. Los
iones, normalmente positivos, se extraen de un plasma, generalmente
de un gas noble (Ar, Kr, etc.), mediante un voltaje de polarización,
generalmente DC o RF aplicado al blanco. Un desarrollo particular de
este proceso consiste en aplicar campos magnéticos en las regiones
cercanas al blanco para aumentar la ionización y densidad del
plasma, consiguiéndose así acelerar la tasa de arranque de material
y de su depósito sobre el sustrato en las zonas donde el campo
magnético es paralelo a la superficie del blanco.
El dispositivo empleado para llevar a cabo este
último proceso es habitualmente conocido como magnetrón. En la mayor
parte de los magnetrones convencionales el campo magnético se crea
por medio de imanes permanentes situados detrás del blanco, siendo
la configuración típica más clásica un anillo de imanes permanentes
imanados en dirección perpendicular al blanco y en un imán o núcleo
central con polaridad inversa a la del anillo para permitir el
cierre del flujo magnético. El objetivo de esta y otras
configuraciones conocidas es crear un campo magnético intenso
paralelo a la superficie del blanco, y por tanto perpendicular al
campo eléctrico, en la zona comprendida entre el imán o núcleo
central y el anillo exterior. Con ello se consigue aumentar la
densidad de iones del plasma en esta zona y, consecuentemente la
velocidad de erosión del blanco en la misma.
Sin embargo, todas las configuraciones estáticas
de imanes tienen una limitación intrínseca determinada por la
necesidad física de que el flujo magnético sea cerrado. Ello implica
en general el empleo de imanes o de componentes magnéticos de
polaridades invertidas y el no poder conseguir campos magnéticos
uniformes y perpendiculares al campo eléctrico sobre la totalidad de
la superficie del blanco. Como resultado, la erosión del blanco
tampoco es uniforme, siendo esta mayor en las zonas donde el campo
magnético es paralelo al blanco y menor en las zonas donde es
perpendicular, de modo que el blanco acaba "gastándose" más en
aquellas zonas que en éstas. En última instancia, se producen
cavidades en las zonas del blanco donde el campo magnético es
paralelo al mismo, mientras que en las zonas en que éste es
perpendicular queda material sin arrancar.
La configuración clásica en anillo y núcleo
central, a pesar de las enormes ventajas que ofrece para blancos
circulares y su sencillez de construcción y refrigeración, provoca
una erosión desigual de la superficie del blanco y un perfil de
ataque resultante también en forma de anillo, que permite aprovechar
sólo entre un 25% y un 30% del volumen total del blanco antes de
tener que sustituirlo. En el caso de materiales valiosos, la escasa
utilización del material del blanco y, en general, la penalización
que implica el tener que interrumpir el proceso para desmontar el
dispositivo y sustituir el blanco, conlleva un aumento muy
significativo de los costes de producción. Otro importante problema
asociado a la erosión no uniforme del blanco se debe a que su
superficie, inicialmente plana, va evolucionando a lo largo del
proceso hacia una superficie con cavidades y protuberancias que
modifica progresivamente la distribución del campo eléctrico y, con
ello, importantes parámetros del proceso tales como la tasa de
depósito.
En la actualidad, existen diseños de magnetrones
para blancos planos en los cuales se consigue aumentar el
aprovechamiento total del blanco hasta un 50%-60% como máximo,
gracias a complejos dispositivos de imanes móviles para conseguir un
barrido uniforme de la superficie del blanco. Por otro lado, existen
magnetrones para blancos cilíndricos o tubulares en los que la
uniformidad de la erosión se consigue mediante un movimiento
relativo de giro o espiral, con respecto al blanco, de los imanes
dispuestos en su interior.
Por otra parte, el proceso de arranque de
material del blanco provoca que éste se caliente, transmitiendo a su
vez calor a los imanes situados detrás del mismo. Puesto que los
imanes no deben superar su temperatura de Curie, ya que perderían
sus propiedades magnéticas, en un magnetrón es fundamental la
refrigeración del blanco y/o los imanes. En la mayoría de los
dispositivos magnetrón convencionales, los imanes están sumergidos
en un líquido refrigerante que circula por una cavidad situada tras
el blanco. Sin embargo, esta configuración puede provocar problemas
por corrosión electroquímica puesto que la placa soporte sobre la
que se dispone el blanco está polarizada a tensión alta DC o RF. Por
otra parte, el circuito y la cavidad de refrigeración tienen que
estar necesariamente a una presión superior a la atmosférica,
típicamente entre 3 y 5 atmósferas para el fluido de refrigeración,
lo que complica enormemente el diseño del dispositivo y de las
juntas de estanqueidad frente al vacío exterior en el que se crea el
plasma.
El documento US 4,444,643 de Garret propone por
primera vez un diseño de magnetrón plano donde los imanes son
móviles, con el objeto de conseguir una erosión más uniforme del
blanco. Este diseño es válido para blancos en forma de disco plano
circular o placa plana rectangular. Sin embargo, algunos
inconvenientes del magnetrón de Garret son la excesiva complejidad
del dispositivo hidráulico necesario para mover y refrigerar los
imanes y el hecho de que la película delgada depositada sobre el
sustrato no resulta uniforme.
En los documentos US 5,328,585 de Stevenson
et al., US 6,416,639 de De Bosscher et al., así como
en el artículo Journal of Vacuum Science and Technology A 17, 555
(1999) de J. Musil, se propone un diseño de magnetrón rectangular
plano que incluye una disposición móvil de imanes. En este
dispositivo magnetrón se consigue una alta uniformidad de erosión
del blanco, pero el solapamiento de los plasmas provoca un consumo
no homogéneo del mismo, y consecuentemente el espesor de la película
delgada depositada no es uniforme. Además, este dispositivo necesita
un complejo dispositivo mecánico o hidráulico para generar los
movimientos necesarios, giratorios, lineales o combinación de
ambos.
Como se ha descrito en el apartado anterior, la
necesidad física de que el flujo magnético se conserve a lo largo de
cualquier circuito de imanes implica el cierre de las líneas de
campo originadas en un imán a través de otros imanes de polaridad
invertida dispuestos a su alrededor, habiéndose empleado hasta ahora
una figura de ataque en forma de anillo o de circuito alargado que
se va desplazando tanto circular como linealmente con respecto al
blanco para conseguir una erosión lo más homogénea posible.
La presente invención describe un dispositivo
magnetrón caracterizado principalmente por una disposición original
de los imanes que generan el campo magnético, de modo que su
desplazamiento lineal cíclico, entre una primera posición y una
segunda posición, provoca una erosión prácticamente uniforme del
blanco, y en consecuencia un aprovechamiento casi completo del
material del mismo.
Un primer aspecto de la invención está dirigido
a un dispositivo magnetrón que comprende un blanco fijado a una
placa metálica conductora de la electricidad y el calor detrás de la
cual hay unos imanes fijados a una placa magnética, caracterizado
porque los imanes están dispuestos según una red bidimensional
periódica de polaridad alternada, siendo la placa magnética
desplazable dentro de un plano paralelo al blanco a lo largo de uno
de los ejes de la red entre una primera posición y una segunda
posición separadas la mitad del parámetro de la red, de modo que
zonas de alta concentración de plasma en la primera posición
corresponden a zonas de baja concentración de plasma en la segunda
posición y viceversa.
Un desplazamiento lineal y cíclico del plasma
entre la primera y la segunda posición hace que la tasa de arranque
de material en zonas de alta concentración de plasma en una primera
posición se compense con una baja concentración de plasma en la
segunda y viceversa, resultando en promedio en una erosión uniforme
del blanco.
La realización particular objeto de la presente
invención se basa en una disposición de los imanes en forma de red
bidimensional periódica cuadrada formada por imanes con polaridad
alternada y simetría equivalente a la de la superficie de un cristal
iónico cúbico centrado en las caras (red cúbica centrada en las
caras, o fcc en inglés). Esta red puede definirse, al igual que
sucede en la superficie de los cristales iónicos, mediante dos
subredes cuadradas de imanes de polaridades inversas imbricadas.
Mediante un sistema de coordenadas ortogonales de referencia en dos
dimensiones, la posición de los imanes puede definirse así por sus
coordenadas (m, n) con un parámetro de red, a, igual a la
distancia mínima entre imanes de igual polaridad, mientras que la
distancia entre vecinos próximos con polaridad invertida es
a/\surd2.
Una característica fundamental de esta
realización particular se basa, precisamente, en las propiedades de
simetría de esta red cuadrada bidimensional de imanes con polaridad
alternada para generar una distribución de campo magnético sobre la
superficie del blanco que genera una distribución de densidad de
plasma con valores máximos sobre las zonas en que el vector
magnético es paralelo a la superficie del blanco y mínima en las
zonas en que el campo es perpendicular a la misma. Las propiedades
de simetría de una red con simetría cuadrada implican que las zonas
del campo magnético con componente máxima en el plano forman
asimismo una red cuadrada, en contraste con realizaciones
particulares de otras invenciones donde estas zonas tienen la forma
de bandas paralelas o circulares.
En una realización particular objeto de esta
invención, puesto que la densidad del plasma generado depende
fundamentalmente del valor de la intensidad de la componente
paralela a la superficie del blanco, pero no de su dirección, al
encenderse la descarga, el plasma adopta la forma de una red o malla
cuadrada de período a/\surd2, girada 45º con respecto a los
ejes de la red de imanes y de intensidad luminosa aproximadamente
homogénea. Por el contrario, en los puntos sobre la superficie del
blanco en que la componente perpendicular del campo magnético es
máxima, es decir sobre los imanes, sea cualquiera su polaridad, se
genera una red de zonas oscuras o de densidad mínima del plasma que
reproduce fielmente las posiciones de los imanes situados detrás del
blanco. Consecuentemente, la erosión producida sobre el blanco por
el bombardeo de iones es máxima y prácticamente uniforme a lo largo
de los ejes de dicha malla de plasma y mínima en los puntos oscuros
situados sobre los imanes.
La consecuencia fundamental de estos hechos,
comprobados experimentalmente por los autores, es que un pequeño
desplazamiento lineal de la red de imanes, de amplitud a/2 a
lo largo de las direcciones (0,1) o (1,0), donde a es el
parámetro de red de la misma, provoca un desplazamiento de los
máximos de erosión hacia las zonas ocupadas anteriormente por
mínimos, con lo que, si se repite cíclicamente este desplazamiento
durante todo el proceso de pulverización del blanco, se obtiene una
erosión perfectamente uniforme del mismo. Salvo por efectos de borde
en el perímetro del blanco en los que la red de imanes deja de ser
periódica y el campo eléctrico deja de ser uniforme, la utilización
del blanco puede ser, en principio, casi total. Conviene señalar que
al ser la amplitud del desplazamiento lineal una fracción del
parámetro de red y en una única dirección, la complejidad mecánica
del dispositivo es mínima. A ello se suma el hecho de que el citado
desplazamiento de los imanes es compatible mecánicamente con un
circuito de refrigeración del blanco formado por tubos lineales
según se describirá más adelante, lo que permite separar
eléctricamente y térmicamente el blanco de la placa de imanes que
puede mantenerse al potencial de masa y refrigerarse
independientemente del blanco. Ello favorece enormemente la
escalabilidad de este magnetrón a cualquier diseño y tamaño.
La configuración de imanes según una red
periódica bidimensional cuadrada descrita en el caso particular de
un blanco plano es extensible a otras geometrías de blanco como, por
ejemplo, un blanco cilíndrico, en cuyo caso la red de imanes con
simetría cuadrada estaría dispuesta sobre la superficie de un
cilindro de material magnético coaxial con el blanco cuyo
desplazamiento cíclico puede hacerse linealmente a lo largo del eje
del cilindro o tangencialmente mediante una rotación relativa entre
el blanco y la red de imanes. De forma análoga, la configuración de
imanes descrita y el procedimiento de desplazar cíclicamente los
imanes entre dos posiciones separadas a/2 a lo largo de sus ejes de
simetría puede aplicarse, con suficiente aproximación práctica, en
el caso de que la superficie del blanco tenga forma de casquete
esférico, parabólico u otra curva cualquiera, siempre que este radio
de curvatura sea mucho mayor que el parámetro de red a de la red
periódica de imanes dispuesta en este caso sobre una placa magnética
con un radio de curvatura similar al de la superficie del
blanco.
De acuerdo con una realización particular de la
invención, con el objeto de situar los imanes lo más cerca posible
del blanco, la placa metálica de soporte del blanco comprende unas
cavidades alargadas, es decir, unas zonas en las que la placa
metálica es más delgada, que alojan los imanes y permiten su
movimiento lineal entre la primera y la segunda posición.
Además, preferentemente la placa magnética es
móvil también en una dirección perpendicular al blanco, de modo que
los imanes se puedan alejar progresivamente del blanco para ir
compensando a lo largo del proceso el espesor de blanco perdido a
causa de la erosión. El efecto de este retranqueo de la placa
magnética de soporte de los imanes es el de poder mantener constante
la intensidad del campo magnético sobre la superficie del blanco a
medida que el espesor de éste va disminuyendo y, por tanto, mantener
constante los parámetros de la descarga y, con ella, la tasa de
erosión a lo largo de toda la vida útil del blanco.
Las configuraciones descritas anteriormente
utilizan imanes permanentes de iguales características y polaridad
alternada, de modo que la componente resultante del campo magnético
perpendicular a la superficie del blanco está compensada. Sin
embargo, es posible también la utilización de dos subredes de imanes
permanentes con diferente tamaño o imanación para generar una
distribución de campo magnético cuya componente resultante
perpendicular a la superficie del blanco esté parcialmente
descompensada. Ello puede tener ventajas específicas en el caso de
determinados blancos, en especial aquellos constituidos por material
magnético.
Otra realización particular de la invención
incluye un serpentín tubular de refrigeración integrado en la parte
trasera de la placa metálica que soporta el blanco en forma de tubos
lineales dispuestos paralelamente entre y a lo largo de las
cavidades alargadas. Esta disposición del serpentín permite el
movimiento lineal de los imanes, y además es adecuada para aislar
eléctricamente y térmicamente la placa metálica de soporte con
relación a la placa magnética mediante una distancia en vacío.
Por último, un segundo aspecto de la invención
describe un procedimiento de funcionamiento de un dispositivo
magnetrón del tipo descrito, que comprende las siguientes
operaciones:
- desplazar cíclicamente en dirección paralela
al blanco unos imanes dispuestos según una red cuadrada periódica
con polaridad alternada entre una primera posición y una segunda
posición separadas la mitad de parámetro de la red, tanto en el caso
de un desplazamiento lineal para un blanco plano como en el caso de
un desplazamiento tangencial o de rotación en el caso de un blanco
cilíndrico; y
- erosionar el blanco uniformemente por efecto
del desplazamiento cíclico de la malla de plasma generada entre la
primera y la segunda posición, de modo que zonas de alta
concentración de plasma y fuerte erosión en la primera posición
correspondan a zonas de baja concentración de plasma en la segunda
posición y viceversa; y
- retranquear progresivamente la placa magnética
con respecto al blanco para ir compensando el espesor del blanco
perdido a causa de la erosión y, con ello, mantener constante la
intensidad del campo magnético sobre la superficie del blanco, los
parámetros de la descarga y la tasa de erosión a lo largo de toda la
vida útil del blanco. Obviamente, esta operación no es posible en el
caso de un blanco cilíndrico con imanes dispuestos sobre un cilindro
magnético coaxial. Sí es posible, en cambio, en el caso apuntado
previamente, en el que los radios de curvatura del blanco y de la
placa magnética, sea cualquiera su forma, sean mucho mayores que el
parámetro de red a de la distribución periódica de imanes
descrita.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características de la invención, de acuerdo con un ejemplo
preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como
parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde
con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo
siguiente:
La Figura 1 muestra un corte transversal
esquemático de un dispositivo magnetrón convencional.
La Figura 2 muestra una vista en planta de un
dispositivo magnetrón convencional.
La Figura 3 muestra el aspecto de un blanco
después de la pulverización con un dispositivo magnetrón
convencional.
La Figura 4 muestra una sección esquemática de
una realización particular del dispositivo magnetrón de la presente
invención donde la placa magnética se encuentra situada en su
posición inicial con respecto del blanco.
La Figura 5 muestra otra sección esquemática de
la realización particular del dispositivo magnetrón de la figura 4,
donde la placa magnética está situada en su posición final tras un
desplazamiento lineal de amplitud a/2 con respecto del
blanco.
La Figura 6 muestra un esquema de la malla de
plasma generado sobre la superficie de blanco en el dispositivo
magnetrón de la figura 5, donde la placa magnética está situada en
su posición inicial con respecto del blanco.
La Figura 7 muestra un esquema de la malla de
plasma generado sobre la superficie de blanco en el dispositivo
magnetrón de las figuras 5 y 6, donde la placa magnética está
situada en su posición final tras un desplazamiento lineal de
amplitud a/2 con respecto del blanco.
Las Figuras 8a y 8b muestra un esquema de un
ejemplo de realización práctica de un serpentín de refrigeración
compatible con el desplazamiento de la placa magnética.
Se describe a continuación un ejemplo de
dispositivo magnetrón (1) de acuerdo con la presente invención
haciendo referencia a las figuras adjuntas.
En particular, la figura 1 muestra un
dispositivo magnetrón convencional (100) donde se aprecian las
diferentes partes que lo componen. En particular, se ha representado
el blanco (102) plano dispuesto sobre una placa metálica (103) de
soporte, detrás de la cual se encuentran los imanes (104). Los
imanes (104) están apoyados sobre una placa magnética (105) para
facilitar el cierre de las líneas de campo magnético. A su vez,
dicha placa magnética (105) está apoyada en una placa eléctricamente
aislante (106). Nótese que el blanco (102) se somete a un campo
eléctrico elevado para provocar la atracción de los iones que forman
el plasma. Por último, una pantalla (107) aloja a todo el
conjunto.
En este dispositivo magnetrón convencional (100)
los imanes (104) son estáticos, creándose un campo magnético (108)
del tipo del representado en la figura. Según se ha descrito
anteriormente en el presente documento, la mayor concentración de
plasma, y en consecuencia la velocidad de arranque de material del
blanco (102), estará situada en las zonas centrales de los arcos que
constituyen el campo magnético (108). La figura 2 muestra una planta
del dispositivo magnetrón convencional (100) donde se aprecia la
zona de mayor concentración de plasma (en gris). Como consecuencia,
el desgaste del blanco (102) se concentra en esas zonas, debiendo
sustituirse el blanco cuando las depresiones creadas llegan a
atravesarlo. La figura 3 muestra un perfil típico de la erosión del
blanco (102) en este tipo de dispositivos magnetrón.
La figura 1 muestra también esquemáticamente la
cavidad de refrigeración (109), que tiene una entrada (109a) y una
salida (109b) para la circulación del agua de refrigeración. Un
primer inconveniente de este esquema de refrigeración es la posible
aparición de corrosión en los imanes (104). Otros inconvenientes se
derivan del hecho de que la cavidad de refrigeración (109) contiene
agua a presiones en torno a 3 y 5 bar, a la vez que está rodeada por
el vacío necesario para el funcionamiento del plasma. Como
consecuencia, resulta difícil mantener la estanqueidad del circuito
de refrigeración y, por otra parte, la placa metálica (103) de
soporte y el blanco (102) tienden a combarse hacia fuera por la
diferencia de presión.
Las figuras 4 en adelante representan una
realización particular de un dispositivo magnetrón (1) de acuerdo la
presente invención que resuelve estos problemas gracias a la
especial disposición de los imanes (4), cuyo movimiento cíclico
uniformiza la concentración de plasma en las regiones cercanas al
blanco (2), consiguiéndose una erosión uniforme en toda su
superficie. Las figuras 4 y 5 muestran sendas vistas en sección de
una realización particular del dispositivo magnetrón (1) de la
invención en dos posiciones diferentes dentro de su movimiento
cíclico, mientras que las figuras 6 y 7 muestran vistas en planta
del mismo dispositivo magnetrón (1) en las mismas dos
posiciones.
Así, se aprecia en las figuras 4 y 5 cómo el
blanco (2), que puede ser un material aislante, metálico o
semiconductor, está soldado o adherido sobre la placa metálica (3)
de soporte, preferiblemente de cobre, de forma que se consiga un
buen contacto térmico y eléctrico entre ellos. Aunque no se muestra
específicamente en las figuras, se aplica a la placa metálica (3) de
soporte un voltaje DC, AC o RF de polarización mediante un conductor
y un pasaje de
corriente.
corriente.
Los imanes (4) están fijados a una placa
magnética (5) de soporte, quedando sus extremos superiores lo más
cerca posible de la placa metálica (3) que soporta el blanco (2).
Evidentemente, cuanto más cerca se encuentren los imanes (4) del
blanco (2), más intenso será el campo magnético (8) creado en las
regiones de formación de plasma. La placa magnética (5) se fabrica
preferiblemente de hierro, ferrita, o en general cualquier material
con una permeabilidad magnética elevada, de modo que constituya un
circuito de cierre del flujo magnético por la parte posterior del
dispositivo magnetrón (1). Esta placa magnética (5), y por lo tanto
también los imanes (4) fijados a ella, se puede desplazar
linealmente en paralelo al blanco (2) gracias a unas guías o
cojinetes lineales adecuados, y normalmente se encuentra al
potencial de
tierra.
tierra.
Todos estos elementos se encuentran alojados en
el interior de una pantalla (7) o caja metálica de material no
magnético normalmente conectada eléctricamente también a potencial
de tierra o a un potencial apropiado para delimitar la zona de
erosión del blanco (2). Unos elementos de aislamiento eléctrico (6)
(por ejemplo, de Teflón) separan eléctricamente la placa metálica
(3) de soporte del blanco (2) de la pantalla (7) y de las guías
sobre las que se desliza la placa magnética (5) y los imanes (4)
fijados a ella que generan el campo magnético(8). Por último,
un actuador lineal (no mostrado en los dibujos) sirve para mover la
placa magnética (5).
Nótese la diferencia de posición de la placa
magnética (5) y los imanes (4) fijados a ella, lo que a su vez
provoca el cambio de la posición de los campos magnéticos (8): donde
el campo magnético (8) de la figura 4 era aproximadamente paralelo
al blanco (2), en la figura 5 es aproximadamente perpendicular y
viceversa. Esto es así porque la amplitud del desplazamiento
horizontal es la mitad de la distancia entre imanes (4). Esto se
aprecia mejor en las figuras 6 y 7, que representan sendas vistas en
planta del dispositivo magnetrón (1) de la invención, donde se
observa la red cuadrada bidimensional de imanes (4), donde la
polaridad de cada elemento es inversa con respecto a la de sus
primeros vecinos/elementos. Según se ha explicado previamente en el
presente documento, este desplazamiento horizontal lineal de
amplitud a/2 provoca una erosión uniforme del blanco (2). Las
figuras 6 y 7 muestran, en tono gris, la malla de plasma generada en
cada una de las dos posiciones
mostradas.
mostradas.
Por último, la figura 8a muestra una vista en
planta de un serpentín (9) de refrigeración integrado en la placa
metálica de soporte (3) a la que está fijado el blanco (2). El
serpentín (9) recorre la placa metálica de soporte (3) en dirección
longitudinal, de modo que no constituye un obstáculo para el
movimiento de los imanes (4) que se encuentran alojados en unas
cavidades alargadas (10) practicadas en la placa de soporte y
refrigeración del blanco (2) para permitir que los imanes estén muy
próximos al blanco (2) pero, separados por una mínima distancia en
vacío, no estén en contacto térmico ni eléctrico con la placa
metálica de soporte (3) en ninguna de sus posiciones.
Este método de refrigeración permite un
mecanizado de la placa de soporte para crear unas cavidades
alargadas (10), en las zonas no ocupadas por el serpentín de
refrigeración (9) y a lo largo de los ejes de la red periódica de
imanes, hasta un espesor mínimo aún manteniendo una adecuada rigidez
mecánica del conjunto.
Claims (8)
1. Dispositivo magnetrón (1) que comprende un
blanco (2) fijado a una placa metálica (3) detrás de la cual hay
unos imanes (4) fijados a una placa magnética (5),
caracterizado porque los imanes (4) están dispuestos según
una red bidimensional periódica sobre una la placa magnética (5) que
se puede desplazar paralelamente al blanco (2) a lo largo de uno de
los ejes de la red entre una primera posición y una segunda posición
separadas la mitad del parámetro de la red, de modo que zonas de
alta concentración de plasma generado en la primera posición
corresponden a zonas de baja concentración de plasma en la segunda
posición y viceversa.
2. Dispositivo magnetrón (1) de acuerdo con la
reivindicación 1, donde la red está formada por dos subredes
cuadradas de imanes (4) de polaridades inversas, con una simetría
equivalente a la de la superficie de un cristal iónico cúbico
centrado en las
caras.
caras.
3. Dispositivo magnetrón de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la placa
metálica (3) tiene unas cavidades alargadas (10) que alojan los
imanes (4) y permiten su movimiento lineal entre la primera y la
segunda posición.
4. Dispositivo magnetrón de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la placa
magnética (5) es móvil también en una dirección perpendicular al
blanco (2), de modo que los imanes se puedan ir alejando
progresivamente del blanco para compensar el espesor del blanco (4)
perdido a causa de la erosión.
5. Dispositivo magnetrón (1) de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende
un serpentín (9) tubular de refrigeración integrado en la placa
metálica (3) en forma de tubos lineales dispuestos a lo largo de los
ejes de la red periódica de imanes y ocupando el espacio libre
dejado entre los imanes alojados en las cavidades alargadas
(10).
6. Dispositivo magnetrón (1) de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la placa
metálica (3) está aislada eléctricamente y térmicamente con relación
a la placa magnética (5) por una distancia en vacío.
7. Procedimiento de erosión uniforme de un
blanco (2) empleando el dispositivo magnetrón (1) descrito en una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque comprende las siguientes operaciones:
- desplazar cíclicamente en dirección paralela
al blanco (2) unos imanes (4) dispuestos según una red cuadrada
periódica con polaridad alternada entre una primera posición y una
segunda posición separadas la mitad del parámetro de la red, tanto
en el caso de un desplazamiento lineal para un blanco plano como en
el caso de un desplazamiento tangencial o de rotación en el caso de
un blanco cilíndrico; y
- erosionar el blanco (2) uniformemente por
efecto del desplazamiento cíclico y lineal de la red de imanes (4) y
con ellos, de la malla de plasma generada, entre la primera y la
segunda posición, de modo que zonas de alta concentración de plasma
y fuerte erosión en la primera posición correspondan a zonas de baja
concentración de plasma en la segunda posición y viceversa.
8. Procedimiento de erosión uniforme de un
blanco (2) de acuerdo con la reivindicación 7 caracterizado
porque asimismo comprende la siguiente operación:
- retranquear progresivamente la placa magnética
(5) con respecto al blanco (2) para ir compensando el espesor del
blanco perdido a causa de la erosión y, con ello, mantener constante
la intensidad del campo magnético sobre la superficie del blanco
(2), los parámetros de la descarga y la tasa de erosión a lo largo
de toda la vida útil del blanco (2).
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