ES2704121T3 - Proceso de pulverización catódica reactiva - Google Patents

Proceso de pulverización catódica reactiva Download PDF

Info

Publication number
ES2704121T3
ES2704121T3 ES12810067T ES12810067T ES2704121T3 ES 2704121 T3 ES2704121 T3 ES 2704121T3 ES 12810067 T ES12810067 T ES 12810067T ES 12810067 T ES12810067 T ES 12810067T ES 2704121 T3 ES2704121 T3 ES 2704121T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
pulse
target
power
voltage
reactive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES12810067T
Other languages
English (en)
Inventor
Siegfried Krassnitzer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oerlikon Surface Solutions AG Pfaeffikon
Original Assignee
Oerlikon Surface Solutions AG Pfaeffikon
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oerlikon Surface Solutions AG Pfaeffikon filed Critical Oerlikon Surface Solutions AG Pfaeffikon
Application granted granted Critical
Publication of ES2704121T3 publication Critical patent/ES2704121T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • C23C14/3485Sputtering using pulsed power to the target
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/0021Reactive sputtering or evaporation
    • C23C14/0036Reactive sputtering
    • C23C14/0094Reactive sputtering in transition mode
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • C23C14/3492Variation of parameters during sputtering
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3464Operating strategies
    • H01J37/3467Pulsed operation, e.g. HIPIMS
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3476Testing and control
    • H01J37/3485Means for avoiding target poisoning
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)

Abstract

Procedimiento para la pulverización catódica reactiva en el que mediante bombardeo de iones se expulsa golpeando material de la superficie de un primer blanco y este pasa a la fase gaseosa, y en el blanco se aplica una tensión negativa por impulsos, de tal forma que en la superficie del blanco se produce una corriente eléctrica con una densidad de corriente superior a 0,5 A/cm2, de modo que el material que pasa a la fase gaseosa queda al menos parcialmente ionizado y en el que se establece un flujo de gas reactivo y el gas reactivo reacciona con el material de la superficie del blanco, y en el que durante un impulso de tensión, la superficie del blanco en la que o en los puntos en los que fluye la corriente queda cubierta la mayor parte del tiempo al menos parcialmente con un compuesto de gas reactivo y material del blanco y, por tanto, la superficie del blanco que ha de ser sometida a la pulverización catódica está en un primer estado intermedio, caracterizado porque el impulso de potencia generado por la tensión y la corriente se mantiene en una amplitud de potencia sustancialmente constante al menos durante la mayor parte del tiempo del impulso, preferentemente durante sustancialmente la duración total del impulso, y la densidad de corriente o la densidad de potencia de pulverización catódica obtenida de esta manera y la duración del impulso se eligen de tal forma que, al final del impulso de potencia, la superficie del blanco sometida al pulverización catódica se encuentra en un segundo estado intermedio en el que el recubrimiento del compuesto de gas reactivo y material del blanco es menor al final del impulso de potencia que al principio del impulso de potencia, lo que se puede ver en el curso de la tensión.

Description

DESCRIPCIÓN
Proceso de pulverización catódica reactiva
La presente invención se refiere a un procedimiento para la pulverización catódica reactiva. En la pulverización catódica que también se conoce por “sputtering”, de la superficie de un cuerpo sólido (blanco) que forma el cátodo se expulsa golpeando material por bombardeo de iones y este pasa a la fase gaseosa. En el cátodo se aplica un potencial negativo para acelerar hacia el mismo los iones proporcionados. La pulverización catódica se usa frecuentemente para el recubrimiento de sustratos. Los sustratos se colocan cerca del blanco o se hacen pasar delante de este. El material gaseiforme expulsado golpeando (= pulverizado) se deposita entonces sobre los sustratos. Se trata por tanto de una disociación de la fase gaseosa y forma parte de los procedimientos de recubrimiento conocidos bajo el nombre de PVD (= “physical vapor deposition”). Para que el material pulverizado llegue a los sustratos sin obstáculos, es decir, sin choques con otras partículas, debe existir solo una reducida presión de gas ambiente. La longitud del recorrido libre medio debería ser al menos tan grande como la distancia del cátodo con respecto a los sustratos. Por ello, el recubrimiento por pulverización catódica se realiza en una cámara de proceso evacuable. Las presiones de proceso típicas ascienden a 5*10-3 mbar o menos.
Para generar los iones necesarios para el bombardeo del cátodo, en la cámara de proceso se introduce un gas de trabajo inerte. Muy frecuentemente se usa argón como gas de trabajo. Mediante ionización por choque se ionizan los átomos del gas de trabajo. Durante la ionización por choque, sustancialmente, electrones libres chocan con los átomos y los ionizan. De esta manera se produce un plasma del que los iones son atraídos por el cátodo. Por lo tanto, para el proceso resulta favorable una alta densidad de electrones. En la llamada pulverización catódica por magnetrón, detrás del cátodo se dispone un sistema magnético, cuyo campo magnético sobresale a la zona situada encima de la superficie del blanco. Esta parte saliente del campo magnético que frecuentemente está realizada como túnel y que en cátodos rectangulares recuerda la forma de una pista de carreras (“racetrack”) fuerza los electrones a una trayectoria helicoidal. Por la prolongación forzada del recorrido, lograda de esta manera, aumenta el número de choques por electrón y la ionización de los átomos de gas de trabajo se vuelve más eficiente.
A causa de la tensión negativa aplicada en el cátodo, los iones de gas de trabajo se aceleran hacia este. Durante la pulverización catódica se produce por tanto un flujo de corriente que debe mantenerse mediante un generador potente. En el procedimiento clásico de pulverización catódica es muy bajo el grado de ionización del material expulsado del blanco golpeando. Sin embargo, si se trabaja con densidades de corriente superiores a 0,5 A/cm2, aumenta drásticamente el grado de ionización. Dicha ionización del material pulverizado puede aprovecharse de manera ventajosa para la formación de capa. Pero por la alta densidad de corriente, en el blanco se produce una considerable introducción de energía en el blanco que conduce al calentamiento de este. Por esta razón, en el caso de estas densidades de corriente se trabaja solo con impulsos, para dar tiempo al blanco a enfriarse. Un procedimiento de este tipo se denomina pulverización catódica por magnetrón con impulsos de alta potencia (“highpower impulse magnetrón sputtering, HiPIMS).
A causa de la corriente eléctrica que en el procedimiento fluye necesariamente por la superficie del blanco, el procedimiento de pulverización catódica está limitado a materiales electroconductores. Sin embargo, durante la pulverización catódica puede introducirse un gas reactivo en la cámara de proceso, que entonces entra en unión con el material pulverizado. Sin embargo, a partir de un flujo de gas reactivo determinado se produce una drástica caída de tasa. Este es un indicio de que, como resultado de la reacción del gas reactivo con el material del blanco, la superficie del blanco está recubierta con una capa que no conduce o que conduce mal. En este caso, se habla de un blanco envenenado. Entonces, el llamado estado metálico puede restablecerse ya solo mediante una reducción drástica del suministro de gas reactivo.
La figura 1 muestra una histéresis típica al ejemplo de las señales ópticas para Al y cromo para una corta duración de impulso (70 js ) de una descarga HiPIMS. La potencia de impulso era de 500 W/cm2 y la potencia promediada en el tiempo era de 2,5 kW. Las líneas continuas representan las señales ópticas para cromo (520 nm), las líneas de puntos representan las señales ópticas para aluminio (396 nm). Las líneas superiores están relacionadas con un flujo de oxígeno creciente, las líneas inferiores están relacionadas con un flujo de oxígeno decreciente. Se puede ver claramente la caída de tasa a partir de un flujo crítico de oxígeno. La tasa en el modo envenenado cae a valores muy bajos, es decir que se vuelve aproximadamente en el factor 100 más baja que la tasa en el modo metálico. En el modo envenenado, la superficie del blanco está oxidada. Entonces, únicamente mediante una reducción drástica del flujo de oxígeno, la superficie del blanco puede retornarse al estado metálico.
Hay diversos intentos de evitar una histéresis de este tipo. En el documento WO03/006703, Nyberg y col. proponen un procedimiento para la pulverización catódica reactiva, que mediante una limitación espacial de la “racetrack” de plasma producen una alta densidad de corriente sobre el blanco de pulverización catódica. De esta manera, el plasma se limita a una pequeña zona de la superficie del blanco. Nyberg y col. describen que es importante mover esta zona, en concreto, por una parte con la lentitud suficiente para garantizar que se pulveriza principalmente en el modo metálico, y sin embargo, con la rapidez suficiente para evitar que se funda la superficie del blanco.
En cambio, Wallin y col. describen en el documento WO2009/010330 un procedimiento HiPIMS según el que se trabaja con impulsos que tienen una duración de impulso entre 2 |js y 200 |js. Se trabaja con tensiones comprendidas entre 200 V y 2.000 V. Se trabaja con densidades de potencia superiores a 200 Wcm-2. Los impulsos de potencia correspondientes son proporcionados por un generador que comprende una unidad de impulsos. De esta manera, durante cada impulso se dispara una descarga luminosa de pulverizador catódico por magnetrón, con una corriente que sube hasta un máximo en el que se alcanza el máximo del impulso de potencia. Entre dos impulsos sucesivos no se produce una alimentación de potencia eléctrica al sistema de recubrimiento. Se emplean flujos de oxígeno comprendidos entre 200 sccm y 2.000 sccm. Como describen Wallin y col., de esta manera, en el sustrato que ha de ser recubierto se consiguen condiciones reactivas, y al mismo tiempo, el blanco está sustancialmente en el estado metálico, es decir, la superficie del blanco no se somete significativamente a gas reactivo. Además, en los documentos WO2009/071667A1 y WO2007/147582A1 se describen procedimientos de pulverización catódica reactiva por magnetrón con impulsos de alta potencia, en los que el procedimiento de pulverización catódica se realiza en el rango de transición entre el modo envenenado y el modo metálico. Aquí, la regulación de la tensión, del flujo de gas reactivo, la duración del impulso eléctrico y la frecuencia de los impulsos eléctricos está elegida de tal forma que el blanco se encuentra en un estado entre el estado metálico y el estado envenenado, ya que en este rango son óptimas la tasa de metalización por evaporación y las características de capa. Es decir que los parámetros están elegidos de tal forma que la pulverización catódica se realiza en el rango de transición y no se convierte de un primer estado a un segundo estado durante la pulverización catódica.
Tanto Nyberg y col. como Wallin y col. eligen por tanto los parámetros de proceso de tal forma que la pulverización catódica se realiza en el modo metálico del blanco. La presente invención va por otro camino. Describe un procedimiento para la operación de una descarga de pulverización catódica en combinación con altas densidades de corriente (HiPIMS) que son superiores a 0,5 A/cm2. Partiendo de un blanco que al principio del impulso de potencia está en un primer estado intermedio entre el estado envenenado y el estado metálico, en el proceso según la invención, la densidad de corriente o la densidad de potencia de pulverización catódica en combinación con la longitud de impulso se elige de tal forma que, al final del impulso de potencia, el proceso de pulverización catódica se encuentra en un segundo estado intermedio entre el estado envenenado y el estado metálico, presentando el segundo estado intermedio un carácter claramente más metálico que el primer estado intermedio. El primer estado intermedio también puede ser el estado absolutamente envenenado y el segundo estado intermedio también puede ser el estado metálico. Pero preferentemente, el primer estado intermedio claramente no corresponde al estado absolutamente envenenado y/o el segundo estado intermedio claramente no corresponde al estado metálico. Lo esencial es que, a diferencia del estado de la técnica, la pulverización catódica no se realiza normalmente de un blanco en el estado metálico, sino que, según la invención, mediante la aplicación de un impulso de energía definido, durante la señal se pasa del estado de un blanco más o menos envenenado al estado de un blanco más metálico. Esto se ve fomentado por una parte por la alta densidad de corriente en el blanco, que existe durante el proceso HiPIM y, por otra parte, un impulso debe durar el tiempo suficiente para desintoxicar el blanco de forma efectiva al menos parcialmente. La duración de impulso se elige entonces de forma tan larga o corta que el envenenamiento del blanco corresponda al primer estado intermedio. Con el impulso siguiente, el blanco se desintoxica entonces a su vez hasta el segundo estado intermedio. Una duración de impulso según la invención se sitúa entre 50 js y 100 ms. Pero el efecto en sí que estabiliza el proceso se produce por encima de aproximadamente 500 js. La duración de impulso preferible según la invención se sitúa por tanto entre 500 js y 100 ms, situándose una duración de impulso de forma especialmente preferible entre 1 ms y 10 ms, siendo aún más preferible una duración de impulso entre 1 ms y 5 ms.
Como se ha descrito anteriormente, según la invención se aplica un impulso de energía definido. Esto se puede conseguir por ejemplo de tal forma que, al contrario del estado de la técnica mencionado anteriormente, entre dos impulsos sucesivos, en un blanco no se interrumpe la alimentación de potencia al sistema de recubrimiento, sino que varios blancos se cargan con potencia sucesivamente, de modo que la emisión de potencia al sistema de recubrimiento se realiza sustancialmente de forma ininterrumpida y constante durante varias secuencias de impulsos. Dado que durante estas secuencias de impulsos no se produce ninguna interrupción de la emisión de potencia, tampoco se precisan intervalos de establecimiento de potencia adicionales. Se puede emplear un simple generador de CC que durante varios impulsos emita de forma constante su potencia al sistema de recubrimiento. Como resultado, en los blancos individuales pueden realizarse impulsos de potencia muy bien definidos y reproducibles. Un procedimiento de este tipo para la puesta a disposición de impulsos de potencia secuenciales se describe por ejemplo en el documento WO2012/143091 del mismo solicitante.
Como resultado del procedimiento según la invención se obtienen un proceso muy estable sin histéresis de la descarga de pulverización catódica con respecto a la presión de gas reactivo y una alta tasa de recubrimiento. Esto es válido especialmente en procesos de pulverización catódica de óxido como por ejemplo la fabricación de óxido de aluminio. Otra ventaja del procedimiento consiste en la alta densidad de corriente de la descarga de pulverización catódica según la invención que aumenta la ionización de las partículas pulverizadas.
A continuación, la invención se describe en detalle a modo de ejemplo con la ayuda de las figuras.
La figura 1 muestra una histéresis típica según el estado de la técnica.
La figura 2 muestra una captura de pantalla de un impulso de potencia según la invención en un cátodo de pulverización catódica.
La figura 3 muestra la caída de tasa en un proceso reactivo con oxígeno como gas reactivo usando impulsos HiPIMS largos.
La figura 4 muestra para un proceso de recubrimiento de 5 horas el curso de la señal óptica.
Las figuras 5a a d muestran el curso de los impulsos de tensión y de corriente en diferentes puntos de trabajo.
La figura 6 es una representación de la posibilidad de regular con la ayuda de valores de tensión el proceso de pulverización catódica reactiva.
En la figura 2 está representado un impulso de potencia según la invención en un cátodo de pulverización. En este ejemplo, como material del blanco se empleó un blanco de AlCr (70:30) y se mantuvo un flujo de oxígeno de 40 sccm. La figura muestra que la tensión de descarga reacciona de forma muy sensitiva al envenenamiento de la superficie del blanco en la “racetrack” de pulverización catódica:
- Al principio del impulso de potencia, el nivel de tensión es U1 = 400 V. Esto corresponde a un blanco envenenado (en el ejemplo, oxidado).
- Al final del impulso de potencia que es de constantemente 500 W/cm2, el nivel de tensión es de U2 = 680 V corresponde a un estado parcialmente oxidado de la superficie del blanco.
De ello se puede concluir que la parte de la superficie del blanco que corresponde a la “racetrack” de plasma pasa durante la duración del impulso de un estado inicialmente oxidado a un estado intermedio parcialmente oxidado o metálico.
Si se usan impulsos HiPIMS largos, como por ejemplo 5 ms a su vez con una fuerza de impulsos de 500 W, con un creciente flujo de gas reactivo (por ejemplo, oxígeno) resulta una caída continua de la tasa (véase la figura 3). Sorprendentemente, la caída de tasa es monótona y no se produce ningún comportamiento de histéresis. Esto abre la posibilidad de ajustar el punto de trabajo con el procedimiento según la invención de manera discrecional en un estado del blanco.
El procedimiento según la invención resulta extraordinariamente estable. Para demostrar esto, el proceso de recubrimiento con los parámetros mencionados anteriormente se mantuvo durante 5 horas, y durante este tiempo se eligieron diferentes flujos de oxígeno y, por tanto, puntos de trabajo. Se empezó con una capa metálica, seguida de diferentes secciones con diferentes flujos de oxígeno. La figura 4 muestra el curso de la señal óptica de la emisión de plasma HiPIMS con la ayuda de las líneas de emisión de aluminio y cromo en función del tiempo. Se puede ver claramente que el proceso de recubrimiento transcurre de forma muy estable durante el tiempo completo.
Para completar, la figura 5 muestra el curso de los impulsos de tensión y de corriente en los diferentes puntos de trabajo del diagrama representado en la figura 4. En la figura 5a están representados los cursos cuando no se introduce gas reactivo en la cámara. Está realizado el modo puramente metálico. La tensión se mantiene relativamente constante. Lo mismo es válido para la corriente. En la figura 5b existe un flujo de gas reactivo de 50 sccm. La tensión de descarga comienza con 380 V y finaliza con 560 V. Por lo tanto, ni se alcanza el estado metálico de la superficie del blanco. En la figura 5c existe un flujo de gas reactivo de inicialmente 45 sccm y, después, de 40 sccm. La tensión de descarga al final del impulso ha subido ahora a 580 V, pero aún no se ha alcanzado el valor que se da por una superficie metálica. En la figura 5d, finalmente, existe un flujo de gas reactivo de 30 sccm. Con este flujo de gas reactivo, la tensión de descarga es inicialmente de 400 V y al final del impulso asciende a 700 V, es decir, al finalizar el impulso probablemente se alcanza sustancialmente el estado metálico de la superficie del blanco. Queda claro que conforme aumenta la oxidación de la superficie del blanco baja el valor inicial de la tensión de descarga del impulso de potencia. Por la duración del impulso de alta potencia queda garantizado que al final del impulso de potencia, el blanco o bien vuelve a adoptar un estado en el rango de transición entre oxidado y metálico, o bien, es metálico, porque en caso de la oxidación total de la superficie del blanco, la tensión se encontraría de manera constante en el bajo valor inicial. Pero, al contrario del estado de la técnica, precisamente no se procede de tal forma que durante el impulso se pulveriza la mayor parte de una superficie metálica de un blanco. El procedimiento según la invención abre además la posibilidad de una regulación novedosa, igualmente según la invención, del proceso reactivo.
Es que, según el estado de la técnica conocido hasta ahora se regula o bien por medio de la emisión óptica, o bien, por medio de una tensión de pulverización catódica que se mantiene constante. Con ambos procedimientos es posible trabajar de manera estable en el rango de transición de un proceso reactivo. Especialmente la regulación de tensión es generalmente un proceso sencillo, estable y muy sensitivo.
La tensión de descarga de una superficie de blanco oxidada, por ejemplo, de óxido de aluminio o AlCrOx , se encuentra en el intervalo de 300 a 400 V. La tensión en caso de una oxidación parcial es correspondientemente más alta y la tensión en la pulverización catódica de metal se sitúa entre aproximadamente 600 y 800 V. Según la invención, con un procedimiento con una emisión de potencia sustancialmente constante durante el impulso de potencia, esto se puede aprovechar de manera ventajosa para la regulación del proceso reactivo. Es que, según la invención, el proceso puede realizarse mediante el valor inicial de la tensión y el valor final de la tensión de un impulso de potencia. Es decir que el proceso de pulverización catódica reactiva se regula con la ayuda del valor de tensión al principio de un impulso de potencia HIPIMS y con la ayuda del valor de tensión correspondiente al final del impulso de potencia. Esto está representado esquemáticamente en la figura 5.
De esta manera, la potencia de impulso y la duración de impulso de un procedimiento de pulverización catódica HIPIMS reactiva pueden elegirse de tal forma que al principio del impulso se produzca un determinado estado más oxidado del blanco y que al final del impulso se produzca un determinado estado oxidado al menos de forma más débil del blanco, lo que se puede ver en el curso de la tensión.
Cabe señalar además que como gas reactivo para el procedimiento según la invención entran en consideración por ejemplo oxígeno, nitrógeno, C2H2, CH4 y sus mezclas. Por tanto, en la pulverización catódica según la invención con oxígeno se puede añadir como segundo gas reactivo por ejemplo nitrógeno. En la pulverización catódica según la invención con nitrógeno se puede añadir como segundo gas reactivo por ejemplo C2H2 o CH4.
Se ha descrito un procedimiento para la pulverización catódica reactiva en el que mediante bombardeo de iones se expulsa golpeando material de la superficie de un primer blanco y este pasa a la fase gaseosa, y en el blanco se aplica una tensión negativa por impulsos, de tal forma que en la superficie del blanco se produce una corriente eléctrica con una densidad de corriente superior a 0,5 A/cm2, de modo que el material que pasa a la fase gaseosa queda al menos parcialmente ionizado y en el que se establece un flujo de gas reactivo y el gas reactivo reacciona con el material de la superficie del blanco. La duración de un impulso de tensión se elige de tal forma que durante el impulso de tensión, la superficie del blanco en la que o en los puntos en los que fluye la corriente queda cubierta la mayor parte del tiempo al menos parcialmente con un compuesto de gas reactivo y material del blanco y, por tanto, la superficie del blanco está en un primer estado intermedio y este recubrimiento es menor al final del impulso de tensión que al principio del impulso de tensión y, por tanto, al final del impulso de tensión, la superficie del blanco está en un segundo estado intermedio.
El impulso de potencia generado por la tensión y la corriente se puede mantener en una amplitud de potencia sustancialmente constante al menos durante la mayor parte del tiempo del impulso, preferentemente durante sustancialmente la duración total del impulso.
La duración del impulso puede situarse entre 500 ps y 100 ms, preferentemente entre 1 ms y 10 ms y, de forma especialmente preferible, entre 1 ms y 5 ms.
El tiempo de interrupción o los tiempos de interrupción entre un primer impulso y un impulso posterior puede / pueden elegirse de tal forma que durante este tiempo el gas reactivo pueda seguir reaccionando con la superficie del blanco de tal forma que al principio del impulso siguiente, la superficie del blanco está en cuanto al recubrimiento sustancialmente en el mismo estado intermedio que al principio del primer impulso. El impulso posterior puede ser un impulso directamente siguiente al primer impulso, de manera que por tanto no hay ningún impulso adicional intermedio.
Se puede usar al menos un segundo blanco y, para la carga de tensión por impulsos, la aportación de potencia puede conmutarse secuencialmente del primer blanco al segundo blanco y, dado el caso, secuencialmente a los blancos adicionales, de manera que durante al menos una secuencia de este tipo no se interrumpe la emisión de potencia de un generador que proporciona la potencia y que preferentemente es un generador de CC.
El procedimiento de pulverización catódica reactiva puede regularse de tal forma que al alcanzar una tensión predeterminada, correlativa con un segundo estado intermedio de la superficie del blanco, finalice un impulso de tensión.
La regulación puede configurarse de tal forma que en caso de pasar por debajo de una tensión predeterminada al principio del impulso, el tiempo de interrupción se elige más corto que el tiempo de interrupción anterior, y que en caso de sobrepasar una tensión predeterminada al principio del impulso, el tiempo de interrupción se elige más largo que el tiempo de interrupción anterior.
El segundo estado intermedio puede ser sustancialmente el estado metálico o no el estado metálico de la superficie del blanco.
El procedimiento de pulverización catódica descrito anteriormente se emplea preferentemente para el recubrimiento de sustratos. Pero por la alta densidad de iones también puede emplearse en otros procedimientos como por ejemplo el mordentado por pulverización catódica, la limpieza de superficies o la implantación de iones.

Claims (9)

REVINDICACIONES
1. Procedimiento para la pulverización catódica reactiva en el que mediante bombardeo de iones se expulsa golpeando material de la superficie de un primer blanco y este pasa a la fase gaseosa, y en el blanco se aplica una tensión negativa por impulsos, de tal forma que en la superficie del blanco se produce una corriente eléctrica con una densidad de corriente superior a 0,5 A/cm2, de modo que el material que pasa a la fase gaseosa queda al menos parcialmente ionizado y en el que se establece un flujo de gas reactivo y el gas reactivo reacciona con el material de la superficie del blanco, y en el que durante un impulso de tensión, la superficie del blanco en la que o en los puntos en los que fluye la corriente queda cubierta la mayor parte del tiempo al menos parcialmente con un compuesto de gas reactivo y material del blanco y, por tanto, la superficie del blanco que ha de ser sometida a la pulverización catódica está en un primer estado intermedio, caracterizado porque el impulso de potencia generado por la tensión y la corriente se mantiene en una amplitud de potencia sustancialmente constante al menos durante la mayor parte del tiempo del impulso, preferentemente durante sustancialmente la duración total del impulso, y la densidad de corriente o la densidad de potencia de pulverización catódica obtenida de esta manera y la duración del impulso se eligen de tal forma que, al final del impulso de potencia, la superficie del blanco sometida al pulverización catódica se encuentra en un segundo estado intermedio en el que el recubrimiento del compuesto de gas reactivo y material del blanco es menor al final del impulso de potencia que al principio del impulso de potencia, lo que se puede ver en el curso de la tensión.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque al principio del impulso de potencia se mide un primer nivel de tensión U1 y al final del impulso de potencia se mide un segundo nivel de tensión U2, siendo U2 > U1.
3. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la duración del impulso se sitúa entre 500 ps y 100 ms, preferentemente entre 1 ms y 10 ms y, de forma especialmente preferible, entre 1 ms y 5 ms.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el tiempo de interrupción o los tiempos de interrupción entre un primer impulso y un impulso posterior se eligen de tal forma que durante este tiempo el gas reactivo puede seguir reaccionando con la superficie del blanco de tal forma que al principio del impulso siguiente, la superficie del blanco está en cuanto al recubrimiento sustancialmente en el mismo estado intermedio que al principio del primer impulso.
5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque el impulso posterior es un impulso directamente siguiente al primer impulso, y por tanto, no hay ningún impulso adicional intermedio.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se usa al menos un segundo blanco y, para la carga de tensión por impulsos, la aportación de potencia se conmuta secuencialmente del primer blanco al segundo blanco y, dado el caso, secuencialmente a los blancos adicionales, de manera que durante al menos una secuencia de este tipo no se interrumpe la emisión de potencia de un generador que proporciona la potencia y que preferentemente es un generador de CC.
7. Procedimiento para la regulación de una pulverización catódica reactiva según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al alcanzar una tensión predeterminada, correlativa con un segundo estado intermedio de la superficie del blanco, finaliza un impulso de tensión.
8. Procedimiento para la regulación de una pulverización catódica reactiva según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en caso de pasar por debajo de una tensión predeterminada al principio del impulso, el tiempo de interrupción se elige más corto que el tiempo de interrupción anterior, y en caso de sobrepasar una tensión predeterminada al principio del impulso, el tiempo de interrupción se elige más largo que el tiempo de interrupción anterior.
9. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el segundo estado intermedio es sustancialmente el estado metálico o no es el estado metálico de la superficie del blanco.
ES12810067T 2011-12-05 2012-11-23 Proceso de pulverización catódica reactiva Active ES2704121T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201161566836P 2011-12-05 2011-12-05
PCT/EP2012/004848 WO2013083238A1 (de) 2011-12-05 2012-11-23 Reaktiver sputterprozess

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2704121T3 true ES2704121T3 (es) 2019-03-14

Family

ID=47504785

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES12810067T Active ES2704121T3 (es) 2011-12-05 2012-11-23 Proceso de pulverización catódica reactiva

Country Status (18)

Country Link
US (1) US10458015B2 (es)
EP (1) EP2789006B1 (es)
JP (1) JP6113743B2 (es)
KR (1) KR101990658B1 (es)
CN (1) CN104272429B (es)
AR (1) AR089044A1 (es)
BR (1) BR112014013533B1 (es)
CA (1) CA2858251C (es)
ES (1) ES2704121T3 (es)
MX (1) MX368733B (es)
MY (1) MY181526A (es)
PH (1) PH12014501269A1 (es)
PL (1) PL2789006T3 (es)
RU (1) RU2632210C2 (es)
SG (1) SG11201402945YA (es)
SI (1) SI2789006T1 (es)
TW (1) TWI565816B (es)
WO (1) WO2013083238A1 (es)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5871103B2 (ja) * 2013-06-04 2016-03-01 株式会社村田製作所 薄膜形成方法
PL3017079T5 (pl) * 2013-07-03 2020-12-28 Oerlikon Surface Solutions Ag, Pfäffikon Sposób wytwarzania warstw tixsi1-xn
DE102016012460A1 (de) 2016-10-19 2018-04-19 Grenzebach Maschinenbau Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung definierter Eigenschaften von Gradientenschichten in einem System mehrlagiger Beschichtungen bei Sputter - Anlagen
EP3406761A1 (en) 2017-05-24 2018-11-28 Walter Ag A method for producing a coated cutting tool and a coated cutting tool
CN110184571A (zh) * 2019-05-07 2019-08-30 天津君盛天成科技发展有限公司 高功率脉冲涂装方法
WO2021160337A1 (en) * 2020-02-11 2021-08-19 Oerlikon Surface Solutions Ag, Pfäffikon Method of surface smoothening of additive manufactured metal components
CN111621756B (zh) * 2020-03-27 2021-12-24 中国科学院力学研究所 一种室温溅射制备晶态透明氧化铝薄膜的方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3700633C2 (de) * 1987-01-12 1997-02-20 Reinar Dr Gruen Verfahren und Vorrichtung zum schonenden Beschichten elektrisch leitender Gegenstände mittels Plasma
DE19610012B4 (de) * 1996-03-14 2005-02-10 Unaxis Deutschland Holding Gmbh Verfahren zur Stabilisierung eines Arbeitspunkts beim reaktiven Zerstäuben in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre
SE521095C2 (sv) 2001-06-08 2003-09-30 Cardinal Cg Co Förfarande för reaktiv sputtring
AU2003203127A1 (en) * 2002-03-15 2003-09-29 Unaxis Balzers Ag Vacuum plasma generator
JP3866615B2 (ja) 2002-05-29 2007-01-10 株式会社神戸製鋼所 反応性スパッタリング方法及び装置
US20050103620A1 (en) * 2003-11-19 2005-05-19 Zond, Inc. Plasma source with segmented magnetron cathode
US8500965B2 (en) * 2004-05-06 2013-08-06 Ppg Industries Ohio, Inc. MSVD coating process
DE102006017382A1 (de) 2005-11-14 2007-05-16 Itg Induktionsanlagen Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten und/oder zur Behandlung von Oberflächen
GB0608582D0 (en) * 2006-05-02 2006-06-07 Univ Sheffield Hallam High power impulse magnetron sputtering vapour deposition
DE102006061324B4 (de) * 2006-06-20 2008-07-24 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Regelung eines reaktiven Hochleistungs-Puls-Magnetronsputterprozesses und Vorrichtung hierzu
SE533395C2 (sv) 2007-06-08 2010-09-14 Sandvik Intellectual Property Sätt att göra PVD-beläggningar
US7685852B2 (en) 2007-06-28 2010-03-30 Rahamim Komemi Tool for pin tumbler locks
US9039871B2 (en) * 2007-11-16 2015-05-26 Advanced Energy Industries, Inc. Methods and apparatus for applying periodic voltage using direct current
WO2009071667A1 (en) 2007-12-07 2009-06-11 Oc Oerlikon Balzers Ag Reactive sputtering with hipims
JP2010065240A (ja) * 2008-09-08 2010-03-25 Kobe Steel Ltd スパッタ装置
DE202010001497U1 (de) 2010-01-29 2010-04-22 Hauzer Techno-Coating B.V. Beschichtungsvorrichtung mit einer HIPIMS-Leistungsquelle
EP2700083B1 (de) 2011-04-20 2015-04-22 Oerlikon Surface Solutions AG, Trübbach Verfahren zur bereistellung sequenzieller leistungspulse

Also Published As

Publication number Publication date
US10458015B2 (en) 2019-10-29
EP2789006A1 (de) 2014-10-15
CA2858251C (en) 2019-12-10
EP2789006B1 (de) 2018-10-31
MX2014006729A (es) 2015-02-24
RU2632210C2 (ru) 2017-10-03
US20140311892A1 (en) 2014-10-23
KR20140108672A (ko) 2014-09-12
JP2015504970A (ja) 2015-02-16
JP6113743B2 (ja) 2017-04-12
CA2858251A1 (en) 2013-06-13
TW201331401A (zh) 2013-08-01
BR112014013533A8 (pt) 2017-06-13
PH12014501269B1 (en) 2014-09-08
BR112014013533A2 (pt) 2017-06-13
TWI565816B (zh) 2017-01-11
SG11201402945YA (en) 2014-10-30
MX368733B (es) 2019-10-14
KR101990658B1 (ko) 2019-06-18
CN104272429B (zh) 2016-08-24
RU2014127520A (ru) 2016-01-27
CN104272429A (zh) 2015-01-07
SI2789006T1 (sl) 2019-02-28
AR089044A1 (es) 2014-07-23
PL2789006T3 (pl) 2019-04-30
WO2013083238A1 (de) 2013-06-13
MY181526A (en) 2020-12-25
PH12014501269A1 (en) 2014-09-08
BR112014013533B1 (pt) 2021-09-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2704121T3 (es) Proceso de pulverización catódica reactiva
US10692707B2 (en) RF substrate bias with high power impulse magnetron sputtering (HIPIMS)
JP4722486B2 (ja) 高蒸着速度スパッタリング
US8568572B2 (en) Very low pressure high power impulse triggered magnetron sputtering
US20090200158A1 (en) High power impulse magnetron sputtering vapour deposition
Vetushka et al. Plasma dynamic in chromium and titanium HIPIMS discharges
CA2803087C (en) Arc deposition source having a defined electric field
ES2705974T3 (es) Procedimiento para proporcionar impulsos de potencia secuenciales
US20040089535A1 (en) Process and apparatus for pulsed dc magnetron reactive sputtering of thin film coatings on large substrates using smaller sputter cathodes
TW202044328A (zh) 間接加熱式陰極離子源及操作其的方法
Welzel et al. Determination of energy modulations of negative oxygen ions during pulsed magnetron sputtering of magnesium oxide
ES2883198T3 (es) Disposición de pulverización catódica y procedimiento para la distribución optimizada del flujo de energía
RU2594022C2 (ru) Искровое испарение углерода
Vozniy et al. Double magnetron self-sputtering in HiPIMS discharges
US20150345021A1 (en) Pulsed plasma deposition device
US9198274B2 (en) Ion control for a plasma source
EP4442853A1 (en) Method of operating a plasma process system and a plasma process system
DE102004015230A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Intensivieren einer gepulsten Magnetronentladung
Anders et al. Sputtering in vacuum: A technology for ultraclean metallization and space propulsion
Bolouki Effect of Cathode Material in Obstructed Discharge Regime