ES2883198T3 - Disposición de pulverización catódica y procedimiento para la distribución optimizada del flujo de energía - Google Patents

Abstract

Disposición de pulverización catódica, comprendiendo la disposición de pulverización catódica un número N de cátodos de pulverización o cátodos parciales Ti con i = 1 a N, y con un número n de generadores de potencia de pulverización catódica Gj con j = 1 a n, donde N es un número entero y N > 2 y n también es un número entero y n >= 2, comprendiendo la disposición de pulverización catódica conmutadores de puente Sbj para la conmutación de la emisión de potencia Pj del respectivo generador de potencia de pulverización catódica Gj, y conmutadores de pulsos Spi para la distribución de las respectivas emisiones de potencia Pj entre los respectivos cátodos de pulverización Ti, estando ensamblada la disposición de pulverización catódica de tal manera que puede funcionar con al menos dos opciones de interconexión diferentes, donde: · en la primera variante de interconexión, las respectivas emisiones de potencia Pj de los n generadores de potencia de pulverización catódica Gj pueden ser interconectadas de manera adecuada por los conmutadores de puente de tal manera que se pone a disposición una potencia de pulverización catódica P total que corresponde a la suma de las emisiones de potencia Pj, es decir**(Ver fórmula)** siendo generada durante el funcionamiento, a través de una generación de secuencia de pulsos por los respectivos conmutadores de pulsos, una secuencia de pulsos de potencia con una potencia de pulso P y un período de secuencia T, siendo distribuidos durante el funcionamiento los pulsos de potencia individuales en el tiempo entre los respectivos cátodos Ti, y siendo alimentados durante el funcionamiento los cátodos de pulverización catódica respectivamente durante un tiempo de pulso ti, y correspondiendo un período T a la suma de los tiempos de pulso, es decir,**(Ver fórmula)** y caracterizada por que · en la segunda variante de interconexión, los cátodos de pulverización están interconectados en al menos dos sub-disposiciones de pulverización catódica A y B separadas, y para el funcionamiento de las sub-disposiciones de pulverización catódica, respectivamente las emisiones de potencia de un número nA de generadores de pulverización catódica y de un número nB de generadores de pulverización catódica están interconectadas de manera adecuada por los conmutadores de puente, de tal forma que se ponen a disposición una primera potencia de pulso**(Ver fórmula)** y una segunda potencia de pulso**(Ver fórmula)** , con nA + nB = n, y durante el funcionamiento, respetivamente a través de generaciones de secuencias de pulsos por los respectivos conmutadores de pulsos se generan respectivamente una primera secuencia de pulsos de potencia con una potencia de pulso PA y un período de secuencia TA y una segunda secuencia de pulsos de potencia con una potencia de pulso PB y un período de secuencia TB, y durante el funcionamiento, los pulsos de potencia individuales son distribuidos en el tiempo entre los cátodos de pulverización de las respectivas sub-disposiciones de pulverización catódica, correspondiendo NA al número de cátodos de pulverización catódica de la primera sub- disposición de pulverización catódica A y correspondiendo NB al número de cátodos de pulverización de la segunda 35 sub-disposición de pulverización catódica B, y siendo NA + NB = N, y correspondiendo el período de secuencia TA a la suma de los tiempos de pulso para los cátodos de pulverización de la primera sub-disposición de pulverización catódica A y correspondiendo el período de secuencia TB a la suma de los tiempos de pulso para los cátodos de pulverización de la segunda sub-disposición de pulverización catódica B, es decir,**(Ver fórmula)** y**(Ver fórmula)**

Description

DESCRIPCIÓN

Disposición de pulverización catódica y procedimiento para la distribución optimizada del flujo de energía

La presente invención se refiere a una disposición y un procedimiento para la deposición de sistemas de capas de PVD por medio de atomización catódica, habitualmente también denominada pulverización catódica. La invención comprende la aplicación de pulsos de alta densidad de potencia en una descarga de magnetrón y la distribución óptima del flujo de energía entre varios componentes de magnetrón de una instalación de recubrimiento.

Estado de la técnica

En los procesos de recubrimiento por medio de pulverización catódica, generalmente, al menos un blanco que está conectado como cátodo se bombardea con iones de un plasma, lo que conduce a la remoción de material de blanco. Habitualmente, los iones se aceleran en dirección hacia la superficie del blanco con la ayuda de un campo eléctrico. Además, generalmente, detrás del blanco conectado como cátodo se dispone un campo magnético adicional, para que los electrones en el plasma queden forzados en una trayectoria en espiral circulando encima de la superficie del blanco de pulverización catódica. Durante ello, aumenta considerablemente el número de colisiones por electrón, de manera que se consigue una mayor ionización a través de la superficie del blanco en al menos una zona determinada, lo que conduce a una mayor remoción por pulverización catódica en el blanco (en lo sucesivo también denominado blanco de pulverización catódica o cátodo de pulverización) directamente debajo esta zona. De esta manera, se producen los surcos de erosión típicos en la pulverización catódica de magnetrones, y la zona por la que circulan los electrones, es decir, encima de los surcos de erosión originados, se denomina pista (“racetrack”).

La pulverización catódica por pulsos de alta potencia, HiPIMS (“High Power Impuls Sputerring”) constituye un tipo especial de pulverización catódica o de pulverización catódica por magnetrón. Aquí se utiliza una densidad de potencia de pulverización catódica de alta a muy alta (en lo sucesivo también denominada densidad de potencia). La aplicación de una alta densidad de potencia de pulverización catódica va acompañada de una alta densidad de corriente, que conduce a la ionización del material sometido a pulverización catódica. De procesos HiPIMS se habla a partir de una densidad de potencia de pulverización catódica superior a 300 W/cm2 o a partir de una densidad de corriente superior a 0,5 A / cm2 En la pulverización catódica por magnetrón convencional, la densidad de potencia asciende a valores inferiores a 100 W/cm2. La superficie está definida por la pista de magnetrón conocida por el especialista.

En este contexto, unas densidades de potencia (densidades de potencia de pulverización catódica) de 100 W / cm2 o más, especialmente de 300 W/cm2 o más, se entienden entonces como altas densidades de potencia.

Para evitar el sobrecalentamiento del material de blanco pulverizado, habitualmente también denominado blanco de pulverización catódica, en procesos de pulverización catódica en los que se emplean densidades de potencia tan altas, especialmente en el caso de HiPIMS, la densidad de potencia de pulverización catódica debe aplicarse de forma pulsada. En el documento EP2272080B1 se describe la aplicación pulsada de una densidad de potencia de pulverización catódica. Para este fin, un condensador se carga a una tensión alta y se suministra al magnetrón a través de un conmutador. Por la alta tensión y en presencia de gas de pulverización catódica se detona una descarga de magnetrón y la corriente de pulverización catódica aumenta mientras el condensador pueda mantener la tensión. Con este método descrito en el documento EP2272080B1 es posible generar pulsos de pulverización catódica con una duración de 10 ps a aprox. 200 ps. En los documentos DE102011018363Al y US2014/248100A1 se describen disposiciones y procedimientos de pulverización catódica, en los que una potencia combinada de varios generadores se aplica de manera secuencial y pulsada en cátodos.

En el documento WO/2012/143091 se describe un procedimiento para proporcionar densidades de potencia de pulverización catódica aplicadas secuencialmente en varios blancos de pulverización catódica, Ti. Se propone dividir un cátodo en cátodos parciales aislados unos de otros o utilizar en lugar de un cátodo varios cátodos y aplicar en los cátodos parciales o cátodos secuencialmente de manera sucesiva una potencia de pulverización catódica definida, de tal forma que puedan ser alimentados de pulsos de potencia. En este contexto, la potencia de pulverización catódica es la potencia proporcionada por el dispositivo de suministro de energía empleado. En este caso, un generador de potencia de pulverización catódica, G, se aplica en una multiplicidad de cátodos o cátodos parciales Ti (en este caso Ti, T2, T3, T4, T5 y Te), siendo aplicados pulsos de densidad de potencia secuencialmente en estos cátodos parciales Ti sin interrumpir la toma de potencia del generador de potencia de pulverización catódica, G, siendo aplicado respectivamente un pulso de densidad de potencia en un cátodo parcial Ti durante un tiempo de pulso ti correspondiente, tal como está ilustrado, por ejemplo, en la figura 1 para una emisión de potencia continua del generador de potencia G durante 2 períodos (2 T). La densidad de potencia de pulverización catódica (o, como ya se ha mencionado anteriormente, también denominado simplemente densidad de potencia) se determina en tal caso a partir de la potencia de generador P dividida por la superficie de pista en el cátodo de pulverización Ti correspondiente. La potencia media absorbida, es decir, la potencia media de pulverización catódica de un cátodo de pulverización, Pavi, (por ejemplo, en kW) resulta de la densidad de potencia de pulverización catódica (por ejemplo, en kW/cm2) x superficie de pista en el cátodo de pulverización correspondiente (por ejemplo, en cm2) x duración de conexión (por ejemplo, en s) x frecuencia de conmutación (por ejemplo, en s-1).

En este contexto, duración de conexión significa la duración del efecto de un pulso de potencia en el cátodo de pulverización, es decir, el tiempo de pulso ti en el cátodo de pulverización Ti correspondiente y la frecuencia de conmutación se define como 1/T.

Si se utiliza una multiplicidad N> 2 de cátodos de pulverización Ti y cada cátodo de pulverización Ti se hace funcionar en una secuencia recurrente con una duración de secuencia igual a un período T con la misma potencia de pulverización catódica P, preferiblemente constante, del generador de potencia G (en este sentido también denominado potencia de pulso P), aplicándose la potencia de pulso en a cada cátodo de pulverización Ti sucesivamente a ser posible sin retardo de tiempo, siendo idéntico cada tiempo de pulso ti durante el que se aplica la potencia de pulso en el cátodo de la pulverización catódica correspondientes, resulta la potencia de pulverización catódica absorbida por un cátodo de pulverización Ti, es decir, la potencia media de pulverización catódica por cátodo de pulverización Pavi de:

Pavi = Pav = P / N Ec. 1

con

Pavi = potencia media de pulverización catódica por cátodo de pulverización

P = potencia desde el generador

N = número de cátodos de pulverización

En el caso de tiempos de pulso desiguales por cátodo de pulverización (ti 1 12...), pero por lo demás con el mismo modo de funcionamiento (es decir, por lo demás, con alimentación de los cátodos de pulverización Ti en una secuencia recurrente con una duración de la frecuencia igual a un período T, sin interrupción de la potencia de pulverización catódica preferiblemente constante desde el generador y sin retardo de tiempo entre la aplicación de la potencia de pulso en los respectivos cátodos de pulverización durante un periodo T), es válido:

ti * ^Í2... _{Ec. 2} Pav¡P * t¡ / T _{Ec. 3}

Ec. 4

F = 1/T _{Ec. 5} con

Pavi = potencia media de pulverización catódica del respectivo cátodo de pulverización

ti = tiempo de conexión (tiempo de pulso) del respectivo cátodo de pulverización

T = duración del período de la respectiva secuencia recurrente

F = frecuencia con la que se repite la secuencia recurrente

i se refiere a cada cátodo de pulverización individual de la disposición de pulverización catódica, es decir, si la disposición de pulverización catódica comprende un número de N cátodos, i es respectivamente 1, 2, 3, ... a N. El procedimiento HiPIMS se usa preferiblemente para la generación de vapor de material ionizado a partir del material a pulverizar y para la formación de finas capas bajo la aplicación de una tensión previa negativa del sustrato (tensión de bias). El grado de ionización del vapor de material ionizado depende de la densidad de corriente o, en este caso, de la densidad de potencia de pulverización catódica de la descarga de magnetrón. También se sabe que con una alta ionización de las partículas pulverizadas se produce un flujo de retorno de iones al blanco de pulverización catódica (es decir, al cátodo de pulverización) y, por tanto, una disminución de la tasa de recubrimiento.

En la figura 2 está representada la evolución de la tasa de recubrimiento específica en pm/KWh en función de la densidad de potencia de pulverización catódica introducida. La tasa de recubrimiento específica puede considerarse como la tasa de recubrimiento por potencia media de pulverización catódica, porque está definida por el espesor de capa por unidad de tiempo (por ejemplo, el tiempo de recubrimiento) por potencia media de pulverización catódica, estando definida la potencia media de pulverización catódica a su vez por la densidad de potencia de pulverización catódica x la superficie de pista por cátodo de pulverización, como se puede ver en la figura 6:

Respecif._i = R / Pavi Ec. 6 con

Respecifj = tasa de recubrimiento específica en pm/kWh

R = tasa de recubrimiento en pm / h

Pavi = potencia media de pulverización catódica del respectivo cátodo de pulverización

Los datos de la Figura 2 se midieron en una descarga de titanio (es decir, una descarga de pulverización catódica con titanio como material del cátodo de pulverización). En este ejemplo, la tasa de recubrimiento específica se reduce a aproximadamente la mitad por el aumento de la densidad de potencia de pulverización catódica de 500 W/cm2 a 1800 W/cm2 (de aprox. 6,5 pm/kW h a aprox. 3,5 p/kWh). Esto significa que los procesos de recubrimiento con mayores densidades de potencia de pulverización catódica resultan menos productivos.

Como se describe en el documento WO/2012/143091 y se puede ver en Ec.1, con la aplicación de pulsos de potencia que se aplican secuencialmente y homogéneamente en el tiempo sobre varios cátodos de pulverización catódica sucesivamente uno tras otro, se determinan la potencia media de pulverización catódica por cátodo de pulverización mediante la potencia de pulverización catódica (también denominada potencia de pulso) ajustada en el generador de pulverización catódica o en el dispositivo de suministro de potencia y el número de cátodos de pulverización catódica implicados. Esto, a su vez, significa que la potencia P ajustada en el generador de potencia G puede reducirse para conseguir de manera intencionada una reducción de la densidad de potencia de pulverización catódica, para que aumente la tasa de recubrimiento específica, reduciendo para ello obligatoriamente la potencia media de pulverización catódica por cátodo de pulverización Pavi, si por lo demás todos los demás parámetros ajustados de la disposición siguen iguales (sin cambios). Sin embargo, esto conduce a la situación contradictoria de que, aunque la tasa de recubrimiento por potencia media de pulverización catódica debe aumentar matemáticamente a causa del uso de una menor densidad de potencia de pulverización catódica, la potencia media de pulverización catódica por cátodo de pulverización en sí disminuye y, por tanto, no se puede conseguir ninguna ganancia de productividad. Esto se explica con más detalle con la ayuda de la figura 3.

La figura 3 muestra el curso de la tasa de recubrimiento en función de la densidad de potencia de pulverización catódica según una disposición con 6 cátodos parciales, tal como está representada en la figura 1, teniendo en consideración la tasa de recubrimiento específica de titanio en función de la densidad de potencia de pulverización catódica, si se varía tan solo la potencia de pulso P ajustada en el generador de potencia, para variar de esta manera la densidad de pulverización catódica (por pulverización catódica). De esta manera, se puede constatar claramente que en caso de una disminución de la densidad de la potencia de pulverización catódica por la reducción de la potencia de pulso P en una disposición HiPIMS de este tipo, la potencia media de pulverización catódica cae tanto que disminuye también la tasa de recubrimiento específica, porque la tasa de recubrimiento misma cae más que la potencia media de pulverización catódica.

También resulta problemático que a causa de la reducida flexibilidad para el ajuste de la densidad de potencia (y también del grado de ionización) de una disposición HiPIMS de este tipo, también existe una reducida flexibilidad para la deposición de capas con diferentes propiedades de capa, porque muchas propiedades de capa son influenciadas por la densidad de potencia de pulverización catódica y el grado de ionización que adicionalmente depende también del material de blanco. Además, resulta muy difícil optimizar con una disposición de este tipo la tasa de recubrimiento referida a la potencia de pulverización catódica ajustada en el generador de potencia, para ganar productividad.

Objetivo de la invención

La presente invención tiene el objetivo de proporcionar una disposición de pulverización catódica y un procedimiento para la realización de procesos de recubrimiento mediante pulverización catódica pulsada, especialmente mediante pulverización catódica con pulsos de alta densidad de potencia o HiPIMS, que permita variar la densidad de potencia de pulverización catódica sin que conduzca a una pérdida de productividad.

Consecución del objetivo según la presente invención

El objetivo se consigue porque según la invención se proporciona una disposición de pulverización catódica con una puesta en red de generadores de potencia de pulverización catódica Gj que proporcionan respectivamente una potencia de pulsos Pj.

La presente invención se refiere a una disposición de pulverización catódica, una instalación de recubrimiento al vacío y un método para la realización de procedimientos de recubrimiento HiPIMS, presentando la disposición de pulverización catódica al menos dos opciones de interconexión diferentes, consiguiéndose una ganancia de productividad mediante la conmutación a la segunda opción de interconexión, en la que se hacen funcionar dos sub­ disposiciones de pulverización catódica al mismo tiempo con altos pulsos de potencia.

La invención se explica en detalle con la ayuda de los siguientes ejemplos:

Un número N de cátodos de pulverización Ti se debe vincular a un número n de generadores de pulverización catódica (en lo sucesivo también denominados generadores de potencia de pulverización catódica) Gj para conseguir que el resultado Pavi = P x t¡/T para todos los valores de potencia P que determinan la densidad de potencia de pulverización catódica constituya un valor óptimo o máximo, definiéndose la potencia P en este ejemplo

como la suma de las potencias Pj emitidas por los respectivos generadores de potencia:

En la figura 4a se muestra a modo de ejemplo una disposición de pulverización catódica según la invención, que comprende una puesta en red de generadores de pulverización catódica G^j . La distribución temporal correspondiente de los pulsos de potencia de pulverización catódica t ⁱ está representada para esta disposición de pulverización catódica en la figura 4b, donde:

P^j = la potencia de pulverización generada por el respectivo generador de potencia G^j , en la figura 4, n es, por ejemplo, igual a 6, es decir, el coeficiente j varía de 1 a 6 en este ejemplo.

Sbj = conmutador de puente para la conmutación de la emisión de potencia Pj del respectivo generador de potencia Gj

Spⁱ = conmutador de pulsos para la alimentación secuencial del respectivo cátodo de pulverización Tⁱ (para la aplicación secuencial de potencia de pulverización catódica en los respectivos cátodos de pulverización T ⁱ), en la figura 4, N es, por ejemplo, igual a 6, es decir, en este ejemplo varía de 1 a 6, siendo alimentado cada cátodo de pulverización T ⁱ de una potencia de pulverización catódica P que en este caso corresponde a la suma de las emisiones de potencia de los generadores de potencia, es decir:

En la disposición de pulverización catódica representada en la figura 4a, la emisión de potencia de los 6 generadores de pulverización catódica es interconectada de manera adecuada por los conmutadores de puente de tal forma que se pone a disposición una potencia de pulverización catódica P total que es la suma de las emisiones

de potencia Pj de los respectivos generadores de potencia Gj ( es decir, P = S f . ipi con n = 6, entonces P = P1 P2+ P3+ P4+ P5+ P6). A través de una generación de secuencia de pulsos, por ejemplo, por conmutadores IGBT Sp1 a Sp6 controlados, se puede generar una secuencia de pulsos de potencia tal como está representada en la figura 4b. Los pulsos de potencia individuales presentan una potencia de pulso (amplitud) P. La multiplicidad de generadores de potencia se hace funcionar sin interrupción.

Con el mismo tiempo de pulso, es decir, ti = t¡+i (en este ejemplo, entonces ti=t2=t3=t4=t5=ta) y con la misma emisión de potencia de los distintos generadores de potencia, es decir, Pi=P2=P3=P4=P5=P6, es válido:

Pav¡ = 6xPj / 6 = Pj

P = 6 * Pgj

En las figuras 5a, b se muestra la misma disposición de pulverización catódica según la invención que en la figura 4, pero con una interconexión adicional, según la invención, de los conmutadores de puente, en la que los cátodos de pulverización se hacen funcionar en dos sub-disposiciones de pulverización catódica separadas.

Como se puede ver en la figura 5a, por la apertura del conmutador de puente Sb3, los generadores de potencia se interconectan de manera adecuada en dos grupos, es decir, en este ejemplo, tres de los generadores de potencia (Gⁱ , G² y G³) son interconectados de manera adecuada en una primer sub- disposición A para proporcionar una primera potencia de pulso P^a = P¹+P²+P³ y los otros tres generadores de potencia (G⁴ , G⁵, G⁶) en una segunda sub­ disposición B para proporcionar una segunda potencia de pulso P^b = P⁴+P⁵+P⁶. De manera similar, respectivamente tres de los cátodos de pulverización se hacen accesibles a la primera sub-disposición y los otros tres cátodos de pulverización se hacen accesibles a la segunda sub-disposición, de tal forma que, por ejemplo, los cátodos de pulverización T¹, T² y T³ son alimentados secuencialmente de la primera potencia de pulso P^a , y los otros tres cátodos de pulverización T⁴, T⁵ y T⁶, de la segunda potencia de pulso P^b .

De esta manera, la conexión de los conmutadores IGBT Sp1 a Sp3 y Sp4 a Sp6 se puede realizar ahora en secuencias de pulsos completamente separadas o secuencias de pulsos sincrónicas con tiempos de pulso t ⁱ iguales o distintos así como con períodos T^a y T^b iguales o distintos. Hay que tener en cuenta que las potencias de pulso P^a =P¹+P²+P³ y P^b =P⁴+P⁵+P⁶ son inferiores a la potencia de pulso total P = P¹+P²+P³+P⁴+P⁵+P⁶. Por lo tanto, en el caso de la interconexión en dos sub-disposiciones, tal como se muestra en la Figura 5, en los cátodos de pulverización Tⁱ se aplica una menor densidad de potencia de pulverización catódica por cátodo de pulverización en comparación con la interconexión de la disposición de pulverización catódica, tal como se muestra en la figura 4. Sin embargo, la potencia media de pulverización catódica Pavⁱ por cátodo de pulverización en la sub-disposición de la figura 5 permanece igual que en la disposición de pulverización catódica en la figura 4.

Entonces, según la invención, según el conocimiento de la figura 2, la tasa de recubrimiento total con la interconexión de estas dos sub-disposiciones es mayor que con la interconexión de una sola disposición de pulverización catódica, como en la figura 4.

Con el mismo tiempo de pulso ti de los pulsos de potencia Pj individuales en los cátodos de pulverización Ti individuales (es decir, con t1=t2=t3=t4=t5=ta) y con la misma potencia emitida de los generadores de potencia Gi individuales (Pi=P2=P3=P4=P5=Pa) es válido:

Potencia de pulso en las sub-disposiciones A y B = P^a =P^b = 3 * Pj

Las figuras 6a, b muestran una tercera interconexión adecuada de la disposición de pulverización catódica según la invención, que según la invención también se puede interconectar como en la figura 4 y en la figura 5. Con este ajuste se abren todos los conmutadores de puente. Cada cátodo de pulverización Ti se asigna a un generador de potencia individual. La potencia de pulverización catódica Pc para cada cátodo de pulverización Ti corresponde entonces a Pj. De esta manera, se sigue reduciendo la densidad de potencia de pulverización catódica. La potencia media de pulverización catódica es, sin embargo, igual que en las interconexiones representadas ya anteriormente, por ejemplo, en la figura 4 y la figura 5. Según el conocimiento representado en la figura 2, con esta tercera interconexión, la tasa de recubrimiento es mayor en comparación con las de los ajustes en la figura 4 y la figura 5.

Con la misma potencia Pj de los generadores (Gj) individuales, es válido:

Pav=Pj

Potencia de pulso = Pc=Pi

De las descripciones anteriores sobre la base de una disposición de pulverización catódica según la invención de 6 generadores de pulverización catódica y 6 blancos (cátodos de pulverización), el experto puede deducir fácilmente una ampliación a un número n de generadores así como a un número N de cátodos de pulverización, en los que n^6 y/o N*6.

Ejemplos de tasas de recubrimiento:

La figura 7 muestra la ganancia en la tasa de recubrimiento en caso de la conmutación de la disposición de pulverización catódica según la invención de la interconexión en la figura 4 a la interconexión en la figura 5. Se conectaron diferentes materiales de pulverización catódica en cátodos de pulverización, de acuerdo con los ajustes en los ejemplos en la figura 4 y la figura 5 y se depositaron las capas correspondientes.

La densidad de potencia de pulverización catódica era de 1800W/cm2 en el caso de la interconexión según la figura 4, y de 900W/cm2 en el caso de la interconexión según la figura 5. La potencia media de pulverización catódica era igual en ambos casos. Para todos los materiales de pulverización catódica se pudo detectar un incremento de la tasa de recubrimiento, como se muestra en la Figura 7. Si la densidad de potencia en la disposición de pulverización catódica con la interconexión según la figura 4 se hubiera reducido mediante la reducción de la potencia de pulso P, se habría reducido prácticamente a la mitad también la tasa de recubrimiento y no habría habido ninguna ganancia en la tasa de recubrimiento y, por lo tanto, tampoco ninguna ganancia en productividad.

Leyenda de las figuras:

• La figura 1 muestra una distribución temporal de pulsos de potencia (también denominados pulsos de pulverización catódica) con una potencia de pulso P en una disposición de pulverización catódica con seis cátodos parciales (también denominados cátodos de pulverización) Ti a Ta. Los pulsos de potencia se aplican secuencialmente uno tras otro en los seis cátodos parciales sin interrumpir la toma de potencia del generador de pulverización catódica G, siendo ti el tiempo de pulso del pulso de potencia aplicado en el primer cátodo parcial Ti durante un período T , y de manera similar, t2 es el tiempo de pulso del pulso de potencia aplicado en el segundo cátodo parcial T2 durante el mismo período T, y así sucesivamente, habiéndose elegido el tiempo de pulso ti en este ejemplo con i = 1 a 6, de manera que ti = t2 = t3 = t4 = t5 = ta. La secuencia de tiempo de la transferencia de la potencia de pulverización catódica de un blanco (cátodo de pulverización en este contexto) a otro se realiza, como ya se ha mencionado anteriormente, sin interrupción de la potencia P suministrada por parte del generador. La secuencia ti a t6 se repite con la duración de periodo T y se realiza asimismo sin ininterrupción por parte del generador. En el ejemplo de la figura i, los tiempos de pulso ti a t6 están representados con la misma longitud. Sin embargo, cada tiempo de pulso ti de un cátodo parcial Ti puede ajustarse individualmente.

• La figura 2 muestra la evolución de la tasa de recubrimiento específica del titanio en función de la densidad de potencia de pulverización catódica.

• La figura 3 muestra la evolución de la tasa de recubrimiento en función de la densidad de potencia de pulverización catódica de acuerdo con la disposición de pulverización catódica con 6 cátodos parciales, tal como está representada en la figura 1, teniendo en consideración la tasa de recubrimiento específica del titanio en función de la densidad de potencia de pulverización catódica.

• La figura 4 (comprende las figuras 4a y 4b) muestra una forma de realización de una disposición de pulverización catódica según la presente invención con una puesta en red según la invención de los generadores de pulverización catódica (figura 4a) que están interconectados de manera adecuada para hacer posible una distribución temporal correspondiente de los pulsos de potencia de pulverización catódica, siendo la potencia de pulso respectivamente P = P1+P2+P3+P4+P5+P6 y aplicándose los pulsos de pulverización catódica en los respectivos cátodos parciales Ti durante un tiempo de pulso ti correspondiente, es decir, en el cátodo parcial T1 durante un tiempo de pulso ti, en el cátodo parcial T2 durante un tiempo de pulso t2 etc. (figura 4b).

• La figura 5 (comprende las figuras 5a y 5b) muestra la misma forma de realización de una disposición de pulverización catódica según la presente invención como en la figura 4, pero en una interconexión adicional según la invención (figura 5a) que hace posible hacer funcionar la disposición de pulverización catódica al mismo tiempo en dos disposiciones de pulverización catódica A y B diferentes. La figura 5b muestra la distribución correspondiente en el tiempo de los pulsos de potencia en las sub-disposiciones de pulverización catódica, siendo la potencia en la sub­ disposición A Pa = P1+P2+P3 y siendo la potencia en la sub-disposición B Pb = P4+P5+P6.

• La figura 6 (comprende las figuras 6a y 6b) muestra la misma forma de realización de una disposición de pulverización catódica según la presente invención que en las figuras 4 y 5, pero en una interconexión adicional según la invención (figura 6a), en la que ya no se generan pulsos de potencia, sino que los respectivos cátodos de pulverización son alimentados por separado continuamente de la potencia de los respectivos generadores de potencia de pulverización catódica Gi a G6, como se muestra en la figura 6b.

• La figura 7 muestra la ganancia en la tasa de recubrimiento durante la conmutación de la disposición de pulverización catódica según la invención de la interconexión en la figura 4 a la interconexión en la figura 5.

En concreto, la presente invención da a conocer:

- Una disposición de pulverización catódica con un número N de cátodos de pulverización o cátodos parciales Ti con i = 1 a N, y con un número n de generadores de potencia de pulverización catódica Gj con j = 1 a n, donde N es un número entero y N > 2 y n también es un número entero y n > 2, comprendiendo la disposición de pulverización catódica conmutadores de puente Sbj para la conmutación de la emisión de potencia Pj del respectivo generador de potencia de pulverización catódica Gj, y conmutadores de pulsos Sp¡ para la distribución de las respectivas emisiones de potencia Pj entre los respectivos cátodos de pulverización Ti, estando ensamblada la disposición de pulverización catódica de tal manera que puede funcionar con al menos dos opciones de interconexión diferentes, donde:

• en la primera variante de interconexión, las respectivas emisiones de potencia Pj de los n generadores de potencia de pulverización catódica Gj pueden ser interconectadas de manera adecuada por los conmutadores de puente de tal manera que se pone a disposición una potencia de pulverización catódica P total que corresponde a la P = Ef=i Pj

suma de las emisiones de potencia Pj, es decir ’ siendo generada durante el funcionamiento, a través de una generación de secuencia de pulsos por los respectivos conmutadores de pulsos, una secuencia de pulsos de potencia con una potencia de pulso P y un período de secuencia T, siendo distribuidos durante el funcionamiento los pulsos de potencia individuales en el tiempo entre los respectivos cátodos Ti, y siendo alimentados durante el funcionamiento los cátodos de pulverización catódica respectivamente durante un tiempo de pulso t¡, y

correspondiendo T a la suma de los tiempos de pulso, es decir, y

• en la segunda variante de interconexión, los cátodos de pulverización están interconectados en al menos dos sub-disposiciones de pulverización catódica A y B separadas, y para el funcionamiento de las sub-disposiciones de pulverización catódica, respectivamente las emisiones de potencia de un número nA de generadores de pulverización catódica y de un número nB de generadores de pulverización catódica están interconectadas de manera adecuada por los conmutadores de puente, de tal forma que se ponen a disposición una primera potencia

de pulso ^P A ^{a = — Z & P r j J .} y ^. u ^...n^...a^...... s^..e^...g^..u^..n^..d^...a^...... p^...o^...t^.e^...n^...c^.i ^.a d ^...e^...... p^...u^..l^.s^...o^{. P b r : - Sj — nA Pj} , con nA nB = n, y durante el funcionamiento, respetivamente a través de generaciones de secuencias de pulsos por los respectivos conmutadores de pulsos se generan respectivamente una primera secuencia de pulsos de potencia con una potencia de pulso Pa y un período de secuencia con una potencia de pulso Pb y un período de secuencia Tb, y durante el funcionamiento, los pulsos de potencia individuales son distribuidos en el tiempo entre los cátodos de pulverización de las respectivas sub-disposiciones de pulverización catódica, correspondiendo NA al número de cátodos de pulverización catódica de la primera sub-disposición de pulverización catódica A y correspondiendo NB al número de cátodos de pulverización de la segunda sub-disposición de pulverización catódica B, y siendo NA NB = N, y correspondiendo el período de secuencia Ta a la suma de los tiempos de pulso para los cátodos de pulverización de la primera sub-disposición de pulverización catódica A y correspondiendo el período de secuencia T^b a la suma de los tiempos de pulso para los cátodos de pulverización de la segunda sub-disposición de - y t i = y N tí

pulverización catódica B, es decir, Ta_ ¿' 1_1 y T^b -¿*^í- ^{n a} u .

- Una instalación de recubrimiento al vacío con una disposición de pulverización catódica según la invención, tal como se ha descrito anteriormente, estando ensamblada la disposición de pulverización catódica de tal manera que durante la realización de un procedimiento de pulverización catódica se pueden emplear pulsos de alta potencia que hacen posible la aplicación der altas densidades de potencia de pulverización catódica de 100 W/cm2 o más, especialmente de 300 W/cm2 o más.

- Una instalación de recubrimiento al vacío tal como se ha descrito anteriormente, en la que preferiblemente N = n.

- Una instalación de recubrimiento al vacío tal como se ha descrito anteriormente, en la que preferiblemente Pa = Pb.

- Una instalación de recubrimiento al vacío tal como se ha descrito anteriormente, en la que preferiblemente P = P^a + P^b.

- Una instalación de recubrimiento al vacío tal como se ha descrito anteriormente, en la que preferiblemente NA = NB y/o nA = nB.

- Un método para el recubrimiento de sustratos por medio de HiPIMS, realizándose el procedimiento HiPIMS en una instalación de recubrimiento al vacío como en una de las instalaciones de recubrimiento al vacío según la invención, descritas anteriormente.

- Un método tal como se ha descrito anteriormente, en el que al menos para la deposición de una capa por medio de un procedimiento HiPIMS, la disposición de pulverización catódica se conmuta a una

variante de interconexión con al menos dos sub-disposiciones de pulverización catódica, consiguiéndose una ganancia en la tasa de recubrimiento en comparación con un procedimiento HiPIMS que se realizaría con la disposición de pulverización catódica en una primera variante de interconexión.

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Disposición de pulverización catódica, comprendiendo la disposición de pulverización catódica un número N de cátodos de pulverización o cátodos parciales Ti con i = 1 a N, y con un número n de generadores de potencia de pulverización catódica Gj con j = 1 a n, donde N es un número entero y N > 2 y n también es un número entero y n > 2, comprendiendo la disposición de pulverización catódica conmutadores de puente Sbj para la conmutación de la emisión de potencia Pj del respectivo generador de potencia de pulverización catódica Gj, y conmutadores de pulsos Spi para la distribución de las respectivas emisiones de potencia Pj entre los respectivos cátodos de pulverización Ti, estando ensamblada la disposición de pulverización catódica de tal manera que puede funcionar con al menos dos opciones de interconexión diferentes, donde:

• en la primera variante de interconexión, las respectivas emisiones de potencia Pj de los n generadores de potencia de pulverización catódica Gj pueden ser interconectadas de manera adecuada por los conmutadores de puente de tal manera que se pone a disposición una potencia de pulverización catódica P total que corresponde a la P = Ef=i Pj

suma de las emisiones de potencia Pj, es decir ’ siendo generada durante el funcionamiento, a través de una generación de secuencia de pulsos por los respectivos conmutadores de pulsos, una secuencia de pulsos de potencia con una potencia de pulso P y un período de secuencia T, siendo distribuidos durante el funcionamiento los pulsos de potencia individuales en el tiempo entre los respectivos cátodos Ti, y siendo alimentados durante el funcionamiento los cátodos de pulverización catódica respectivamente durante un tiempo de pulso t¡ y T - XM,t, ’ correspondiendo un período T a la suma de los tiempos de pulso, es decir, ’ y caracterizada por que • en la segunda variante de interconexión, los cátodos de pulverización están interconectados en al menos dos sub-disposiciones de pulverización catódica A y B separadas, y para el funcionamiento de las sub-disposiciones de pulverización catódica, respectivamente las emisiones de potencia de un número nA de generadores de pulverización catódica y de un número nB de generadores de pulverización catódica están interconectadas de manera adecuada por los conmutadores de puente, de tal forma que se ponen a disposición una primera potencia £f=AiP j

de pulso P^a _ ~ ' y una segunda potencia de pulso ’ _P SjlnAPj

B _b_ _: J , con nA nB = n, y durante el funcionamiento, respetivamente a través de generaciones de secuencias de pulsos por los respectivos conmutadores de pulsos se generan respectivamente una primera secuencia de pulsos de potencia con una potencia de pulso Pa y un período de secuencia Ta y una segunda secuencia de pulsos de potencia con una potencia de pulso Pb y un período de secuencia Tb, y durante el funcionamiento, los pulsos de potencia individuales son distribuidos en el tiempo entre los cátodos de pulverización de las respectivas sub-disposiciones de pulverización catódica, correspondiendo NA al número de cátodos de pulverización catódica de la primera sub­ disposición de pulverización catódica A y correspondiendo NB al número de cátodos de pulverización de la segunda sub-disposición de pulverización catódica B, y siendo NA NB = N, y correspondiendo el período de secuencia Ta a la suma de los tiempos de pulso para los cátodos de pulverización de la primera sub-disposición de pulverización catódica A y correspondiendo el período de secuencia T^b a la suma de los tiempos de pulso para los cátodos de _ ^ ’ n NaA H

pulverización de la segunda sub-disposición de pulverización catódica B, es decir, ^{T a =} _{=1 ° y Tb} 2 ^í_NA^ 2. Instalación de recubrimiento al vacío con una disposición de pulverización catódica según la reivindicación 1, caracterizada por que la disposición de pulverización catódica está ensamblada de tal manera que durante la realización de un procedimiento de pulverización catódica se pueden emplear pulsos de alta potencia que hacen posible la aplicación der altas densidades de potencia de pulverización catódica de 10o W/cm2 o más, especialmente de 300 W/cm2 o más.

3. Instalación de recubrimiento al vacío según la reivindicación 1 o 2, caracterizada por que N = n.

4. Instalación de recubrimiento al vacío según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por que P^a = P^b .

5. Instalación de recubrimiento al vacío según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada por que P = P^a + P^b .

6. Instalación de recubrimiento al vacío según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por que NA = NB y/o nA = nB.

7. Método para el recubrimiento de sustratos por medio de HiPIMS, realizándose el procedimiento HiPIMS en una instalación de recubrimiento al vacío con una disposición de pulverización catódica,

comprendiendo la disposición de pulverización catódica un número N de cátodos de pulverización o de cátodos parciales Ti con i = 1 a N, y con un número n de generadores de potencia de pulverización catódica Gj con j = 1 a n, caracterizado por que N es un número entero y N > 2 y n también es un número entero y n > 2, comprendiendo la disposición de pulverización catódica conmutadores de puente Sbj para la conmutación de la emisión de potencia Pj del respectivo generador de potencia de pulverización catódica Gj, y conmutadores de pulsos Spi para la distribución de las respectivas emisiones de potencia Pj entre los respectivos cátodos de pulverización Ti, estando ensamblada la disposición de pulverización catódica de tal manera que se puede hacer funcionar con al menos dos opciones de interconexión diferentes, donde:

• en la primera variante de interconexión, las respectivas emisiones de potencia Pj de los n generadores de potencia de pulverización catódica Gj pueden ser interconectadas de manera adecuada por los conmutadores de puente de tal manera que se pone a disposición una potencia de pulverización catódica P total que corresponde a la p = Z" Pj

suma de las emisiones de potencia Pj, es decir ' siendo generada a través de una generación de secuencia de pulsos por los respectivos conmutadores de pulsos, una secuencia de pulsos de potencia con una potencia de pulso P y un período de secuencia T, siendo distribuidos los pulsos de potencia individuales en el tiempo entre los respectivos cátodos Ti, y siendo alimentados los cátodos de pulverización catódica respectivamente durante un tiempo de pulso t¡, y correspondiendo un período T a la suma de los tiempos de pulso, es decir, y caracterizado por que

• en la segunda variante de interconexión, los cátodos de pulverización están interconectados en al menos dos sub-disposiciones de pulverización catódica A y B separados, y para el funcionamiento de las sub-disposiciones de pulverización catódica, respectivamente las emisiones de potencia de un número nA de generadores de pulverización catódica y de un número nB de generadores de pulverización catódica están interconectadas de manera adecuada por los conmutadores de puente, de tal forma que se ponen a disposición una primera potencia Pj

de pulso P^a _ ~ Z P i 'P y j una segunda potencia de pulso ’ _P B _b ZtnA

_ _: J con nA nB = n, y respectivamente a través de generaciones de secuencias de pulsos por los respectivos conmutadores de pulsos se generan respectivamente una primera secuencia de pulsos de potencia con una potencia de pulso P^a y un período de secuencia de T^a y una segunda secuencia de pulsos de potencia con una potencia de pulso P^b y un período de secuencia T^b , y los pulsos de potencia individuales son distribuidos en el tiempo entre los cátodos de pulverización de las respectivas sub-disposiciones de pulverización catódica, correspondiendo NA al número de cátodos de pulverización catódica de la primera sub-disposición de pulverización catódica A y correspondiendo NB al número de cátodos de pulverización de la segunda sub-disposición de pulverización catódica B, y siendo NA NB = N, y correspondiendo el período de secuencia T^a a la suma de los tiempos de pulso para los cátodos de pulverización de la primera sub-disposición de pulverización catódica A y correspondiendo el período de secuencia T^b a la suma de los tiempos de pulso para los cátodos de pulverización de la segunda sub-disposición de pulverización catódica B, ’ NNA H

es decir, ^{T a} _{, =} - ^: _¿ Y _{j i =} =A ₁ 1 t °i _„ y _T T _db _— - _Z V _jN _{í - N A} n _u

8. Método según la reivindicación 7, caracterizado por que al menos para la deposición de una capa por medio de un procedimiento HiPIMS, la disposición de pulverización catódica se conmuta a una variante de interconexión con al menos dos sub-disposiciones de pulverización catódica, en el que se consigue una ganancia de velocidad de recubrimiento en comparación con un procedimiento HiPIMS que se realiza con la disposición de pulverización catódica en una primera variante de interconexión.

9. Método según la reivindicación 7 u 8, caracterizado por que la disposición de pulverización catódica está ensamblada de tal manera que durante la realización de un procedimiento de pulverización catódica se pueden emplear pulsos de alta potencia que hacen posible la aplicación der altas densidades de potencia de pulverización catódica de 100 W/cm2 o más, especialmente de 300 W/cm2 o más.

10. Método según una de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado por que N = n.

11. Método según una de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado por que P^a = P^b .

12. Método según una de las reivindicaciones 7 a 11, caracterizado por que P = P^a + P^b .

13. Método según una de las reivindicaciones 7 a 12, caracterizado por que NA = NB y/o nA = nB.