MXPA05003537A

MXPA05003537A - Dispositivo para llevar a cabo proceso intensificado con plasma.

Info

Publication number: MXPA05003537A
Application number: MXPA05003537A
Authority: MX
Inventors: Jaccoud Bertrand
Original assignee: Tetra Laval Holdings & Finance
Priority date: 2002-10-03
Filing date: 2003-09-09
Publication date: 2005-06-03
Also published as: KR100977891B1; BR0314537B1; JP4693414B2; US20100116644A1; CN1688745A; BR0314537A; US20060008593A1; EP1546434A1; US20080060933A1; KR20050065574A; AU2003258439A1; US8101246B2; CN100402697C; JP2006501367A; WO2004031441A1; CH707466B1; EP1546434B1

Abstract

La invencion se relaciona con un dispositivo para llevar a cabo un proceso intensificado con plasma, en particular un deposito quimico intensificado con plasma de la fase gaseosa. Este dispositivo comprende al menos un electrodo de magnetron desequilibrado que esta dispuesto en el interior de una camara de vacio, esta provisto con un frente (20) de magnetron plano con polos magneticos perifericos y centrales con polaridad opuesta y esta conectado con una fuente (34) de corriente alterna. Este dispositivo comprende tambien un medio para colocar una superficie de un sustrato (25) que debe tratarse de manera que opone el frente de magnetron y un medio de alimentacion con gas para suministrar un gas de proceso o una mezcla de gas de proceso al espacio intermedio entre el frente (20) de magnetron y la superficie que debe tratarse. Con el fin de optimizar la eficiencia del proceso (por ejemplo la tasa de deposito), se ajusta la distancia entre el frente (20) de magnetron y la superficie que debe tratarse al campo magnetico generado por el electrodo (32) de magnetron de manera tal que una granja de plasma clara se extiende entre tuneles mas oscuros que se forman debido a las lineas de campo que se extienden de los polos perifericos al central del frente de magnetron y la superficie que debe tratarse. La franja de plasma mencionada tiene un ancho minimo pero tiene una claridad homogenea hacia la superficie que debe tratarse. Preferentemente, la distancia entre la superficie que debe tratarse y el frente de magnetron es 2 a 20 por ciento mayor que la altura del tunel. El dispositivo inventivo puede usarse, por ejemplo, para recubrir una pelicula de materia sintetica con oxido de silicio con la finalidad de mejorar las propiedades de barrera de la pelicula.

Description

DISPOSITIVO PARA LLEVAR A CABO PROCESO INTENSIFICADO CON PLASMA DESCRIPCION La invención se relaciona con un dispositivo según el concepto principal de la primera reivindicación independiente. El dispositivo sirve para llevar a cabo un proceso intensificado con plasma, particularmente un depósito químico intensificado con plasma de la fase gaseosa (plasma enhanced chemical vapour deposition) . Es decir., el dispositivo sirve, por ejemplo, para recubrir un lado de una tira de un material de película, particularmente para el recubrimiento de una película de materia sintética con óxido de silicio para mejorar las propiedades de barrera de la película de materia sintética. Se conoce, por ejemplo, de la publicación EP 299754 (BOC) depositar una capa delgada de óxido de silicio sobre un sustrato empleando un depósito químico de la fase gaseosa intensificado con plasma. Según esta publicación se coloca el sustrato eléctricamente aislado de manera tal en una cámara de vacío que es orientado hacia la cara frontal de un magnetrón alimentado con una corriente alterna. Un gas de proceso que consiste de un compuesto organisiliceo, oxígeno y un gas inerte (por ejemplo argón o helio) es introducido en el espacio entre el frente del magnetrón y del sustrato y el plasma que es deducido de este gas de proceso se mantiene con una presión de, por ejemplo 5 Pa . El magnetrón que se describe en la publicación ?? -0299154 es un magnetrón plano del tipo equilibrado (balanced) o desequilibrado (unbalanced) . El grado de desequilibrio de un magnetrón plano depende de la potencia del polo magnético o de los polos magnéticos que están dispuestos en ca.da uno de ambos lados de la pista periférica que se extiende en el frente del magnetrón, es decir, de la proporción entre el número de lineas de aveto magnético que se extienden por la pista del polo norte al polo sur y el número de líneas de campo que no lo hacen. El magnetrón desequilibrado, conocidamente, no puede mantener atrapados todos los electrones e iones del plasma, de manera que un número limitado de electrones y iones inciden en el sustrato lo que aparentemente mejora la calidad del depósito. El frente del magnetrón desequilibrado, según EP-02699754 tiene un polo norte periférico y un núcleo central de hierro dulce de manera que se extiende sólo una pequeña parte de las líneas de campo del polo norte hacia el núcleo (magnetrón fuertemente desequilibrado) . La publicación EP-0605534 (BOC) describe un depósito parecido intensificado con plasma, siendo que el sustrato tiene forma de cinta. El material en forma de cinta es portado por un tambor en rotación que no es alimentado con energía eléctrica y que tiene una pretensión negativa. Una placa conectada a tierra y eventual mente enfriada es orientada hacia el material en forma de cinta portado por el tambor y porta en su reverso al menos un par de polos magnéticos opuestos, preferentemente una multiplicidad de polos magnéticos alternantes. Con la ayuda del campo magnético, el plasma se queda atrapado entre el tambor y la placa. La ventaja del arreglo, según se indica, es el desacoplamiento de los campos eléctrico y magnético lo que aparentemente causa una expansión del plasma por todo el volumen entre el tambor y la placa. La distancia entre el tambor y la placa se indica con entre 1 a 30 cni. El objetivo de la invención es mejorar los dispositivos precedentemente mencionados que sirven para llevar a cabo los procesos intensificados con plasma, particularmente para llevar a cabo depósitos químicos intensificados con plasma de la fase gaseosa, pero también para llevar a cabo, por ejemplo, procesos de ataque con plasma o procesos para modificar la humeetabi 1 idad o adhesión, y que se basan en un magnetrón. La mejora debe referirse básicamente a la eficiencia del proceso. Para procesos de depósito debe mejorarse, por lo tanto, la velocidad de depósito obtenible con un consumo de energía previamente establecido, pero también la calidad del depósito .

Este objetivo se logra con el dispositivo tal como se de ine en las reivindicaciones. El dispositivo inventivo tiene una cámara de vacío y dispuesto en la cámara de vacío dispuesto al menos un electrodo de magnetrón con un arreglo desequilibrado de polos magnéticos así como un medio de posicionamiento que funciona como placa y que está equipada para posicionar un sustrato cuya superficie que debe tratarse está orientada hacia el electrodo de magnetrón. Ventajosamente, el electrodo de magnetrón es conectado a una corriente alterna y el sustrato o el medio de posicionamiento tiene contacto a tierra sin potencial de referencia definida (floating) o conectada a una pretensión negativa. La distancia entre el frente del magnetrón y la superficie por tratar es ajustada a las propiedades del campo magnético generado per ios polos magnéticos permanentes del magnetrón que su ve depende principalmente de la potencia de los polos, del grado de desequilibrio del arreglo de polos y del ancho de la pista entre los pelos magnéticos. Ensayos en un depósito intensificado con plasma de la fase gaseosa en un sistema sin otras modificaciones (mismo campo magnético y mismo campo eléctrico) muestran que la velocidad de depósito depende de la distancia entre el frente del magnetrón y el sustrato de manera tal que se encuentra un óptimo para la velocidad de depósito cuando la superficie per recubrir está dispuesta justamente afuera del túnel formada por las líneas de campo que se extienden por la pisca en el frente de magnetrón. Es decir en otras palabras: La velocidad de depósito es mayor cuando la distancia entre los frentes del magnetrón y la superficie por recubrir es sólo poco mayor que la altura del túnel sobre el frente del magnetrón. Venta osamente, la distancia entre la superficie por recubrir y el frente del magnetrón es aproximadamente 2 a 20% mayor que la altura del túnel. En esta región, en la que se posiciona la superficie por recubrir, la densidad de electrones es mayor que en los túneles, pero las líneas de campo todavía están formadas por los túneles, es decir, tienen un componente paralelo con el frente del magnetrón. En una, observación de un plasma que está dispuesto entre un magnetrón desequilibrado con un frente plano rectangular (ángulo de vista paralelo al lado más largo del frente) y una superficie dispuesta para el tratamiento esencialmente paralelamente al frente del magnetrón, los túneles mencionados parecen como regiones más oscuras claramente distinguibles dentro del plasma, que es más claro afuera de los túneles. El ajuste, precedentemente descrito, de la distancia entre el frente de magnetrón y la superficie por tratar que debe depender de las propiedades del campo magnético, puede determinarse simplemente en base a una observación de esta naturaleza. La superficie por tratar se posiciona afuera de ios túneles, de manera que una franja de plasma clara se extiende entre los túneles y la superficie por tratar, siendo que la franja de plasma cieñe un ancho mínimo pero cerca de la superficie por tratar una claridad homogénea, es decir, la misma claridad en posiciones por encima de los túneles y en las posiciones por encima del intersticio entre los túneles. El principio del dispositivo inventivo y una modalidad preferida de este se describen a detalle en relación con las siguientes figuras. Estas muestran: figura 1 el principio del dispositivo inventivo; figuras 2 y 3 un electrodo de magnetrón a guisa de ejemplo que puede usarse en el dispositivo inventivo (figura 2: vista desde arriba sobre el frente del magnetrón; figura 3: sección vertical respecto al frente, línea de sección III-III en figura 2) ; figura 4 una modalidad preferida del dispositivo inventivo que sirve para el recubrimiento de un material flexible en forma de cinta, por ejemplo el recubrimiento de una película de material sintético con óxido de silicio para mejorar las propiedades de barrera del material de película . Figura 1 muestra el campo magnético de un magnetrón plano desequilibrado en una sección vertical respecto al frente de magnetrón. Tres imanes 1 permanentes están dispuestos en forma alternante, siendo que sus polos están conectados en un lado con un elemento 2 de conexión de un material magnetizable (por ejemplo hierro dulce) . Los polos magnéticos frente al elemento 2 de conexión forman el frente plano del magnetrón (plano A), que tiene, por ejemplo, un polo norte central que tiene la misma potencia que cada une de los dos polos sur periféricos. El magnetrón comprende medios, no mostrados a detalle, para la generación de un campo eléctrico alternante cuyas líneas de campo se extienden esencialmente en dirección vertical respecto al frene de magnetrón. Este medio es, por ejemplo, un elemento de electrodo que se extiende por el frente del magnetrón y que .está conectado a una fuente de corriente alterna (véase también la figura 3) . La disposición de los polos magnéticos del frente del magnetrón desequilibrado genera una primera parte de líneas 10 de campo magnético que se extienden del polo norte a uno de los polos sur y forman túneles 11 en cuya base unos electrones y iones quedan atrapados, y una segunda parte de líneas 10' de campo magnético que originan en otra parte y que terminan en los polos sur. La altura de los túneles 11 por encima del frente de magnetrón (plano B) depende de la potencia magnética de les polos, de la distancia, entre los polos (e. ancho de la pista) y de la proporción de las potencias del polo central y polos periféricos (grado de desequilibrio del raagnetrón) . La superficie por tratar se posiciona de manera tal (plano C) que esté dispuesta claramente afuera de los túneles 11, pero tan cerca como sea posible al frente A del magnetrón. La distancia entre los planos A y C es ventajosamente al menos 2% mayor que la distancia entre los planos A y 3, aún más venta osamente entre 2 y 20% mayor que la distancia entre los planos A y B. Las figuras 2 y 3 muestran una modalidad a guisa de ejemplo de un electrodo de magnetrón para el dispositivo inventivo. El electrodo de magnetrón tiene un frente rectangular plano y nuevamente es del tipo desequilibrado. La figura 2 muestra el frente del magnetrón. La figura 3 muestra una sección vertical respecto ai frente (línea de sección III-III en la figura 2) y un sustrato que está dispuesto de manera que es orientado, por ejemplo, para un recubrimiento hacia el frente del magnetrón. El electrodo de magnetrón tiene imanes 1 permanentes dispuestos de manera alternante. Un arreglo periférico de polos norte y una línea central de polos sur (o cinco imanes de barra con polo en caras longitudinales opuestas entre si; forman el frente 20 del magnetrón que está cubierto con un elemento 21 de electrodo. El elemento 21 de electrodo consiste de ur.a materia no magnetizable (por ejemplo aluminio, acero inoxidable o cobre) y escá conectado a una fuente 22 de corriente alterna de alta frecuencia. El mismo material no magnetizable se usa preferentemente también para llenar los intersticios 23 entre los imanes 1 permanentes. Los polos magnéticos que están orientados en dirección opuesta al frente de magnetrón son conectados mediante un elemento 2 de conexión de un material magnetizable, por ejemplo hierro dulce. Una pared 24 que envuelve lateralmente los imanes 1 permanentes consiste ventajosamente también de un material magnetizable . El sustrato por tratar es, a guisa de ejemplo, un material 25 en forma de cinta que es apoyado por un soporte 26 con tierra eléctrica y que se mueve de manera continua sobre el soporte 26 (flecha 28) . El soporte puede estar también sin un potencial de referencia definido o estar conectado a una pretensión negativa. El plasma está atrapado entre el frente de magnetrón y el sustrato, siendo que se logra un depósito óptimo (u otro tratamiento; con una distancia A-C que cumple las condiciones precedentemente mencionadas. La mezcla de gas de proceso pasa por la región de plasma tal como se muestra, por ejemplo, mediante las flechas 27. La figura 4 muestra una modalidad a guisa de ejemplo del disposi ivo inventivo que sirve para el recubrimiento o de otro tratamiento intensificado con plasma de un material de sustrato flexible en forma de cinta. El material de sustrato es transportado mediante un tambor 30 en rotación, siendo que el tambor representa el soporte 26 para el sustrato 25. El material de sustrato es desenrollado de un primer rollo 31 de almacenamiento y enrollado nuevamente en un segundo rollo 31 de almacenamiento. Sobre una parte de la periferia del tambor 30 y a la distancia precedentemente descrita de este se han dispuesto una multiplicidad de electrodos 32 de magnetrón según las figuras 2 y 3. Los frentes de magnetrón están orientados hacia el tambor 30 y su longitud es orientada paralelamente al eje de tambor. Tuberías 33 de alimentación de gas (por ejemplo, tubos con una serie de aberturas de al ime:ntación) para el suministro de la mezcla de gas de proceso están dispuestas en es intersticios entre los electrodos 32 de magnetrón. La disposición de tambor 30, rollos 31 de almacenamiento, electrodos 32 de magnetrón y tuberías 33 de alimentación de gas está alojada en una cámara de vacío no mostrada, siendo que la cámara de vacío está equipada con medios para retirar el gas de la cámara y para mantener constante la presión en la cámara. Cada electrodo 32 de magnetión es ventajosamente alimentado eléctricamente mediante una fuente propia de energía eléctrica. El cas de proceso fluye principalmente de las tuberías 33 de alimentación de gas contra las caras frontales del tambor de donde es retirado mediante bombeo. Ensayos muestran que al usar un arreglo con una multiplicidad de electrodos 32 de magnetrón alimentados individualmente no sólo la operación se vuelve más confiable (la operación puede continuar aún con la falla de un electrodo con una velocidad reducida correspondientemente del sustrato) , sino también la eficiencia del proceso. Mientras que en un arreglo, tal como se muestra en la figura 4, se genera un plasma homogéneo visible a lo largo de la superficie de sustrato por tratar y una alta estabilidad operativa, un arreglo (como se describe, por ejemplo, en la publicación ??-0605534) con una sola placa semejante a un magnetrón que comprende un idéntico sector de tambor, representa un gradiente en la intensidad de plasma a lo largo del intersticio entre el tambor y la placa tal que la intensidad de plasma aumenta de la entrada en este intersticio hacia la salida y una intensidad de plasma muy alta en la región de salida como fuente de instabilidades. Ej emplo JL Un dispositivo según la figura 4 es empleado para el recubrimiento de una película de materia sintética con óxido de silicio usando un plasma que se mantiene en una mezcla de gas de proceso conteniendo un compuesto organosiliceo y oxígeno. El dispositivo tiene cuatro electrodos de magnetrón según las figuras 2 y 3, siendo que cada uno tiene un frente de 600 x 150 mm y un imán permanente central con una potencia de aproximadamente 100 Gauss (10"2 Tesla) y, dispuestos alrededor del imán permanente central imanes periféricos con un total de esencialmente 200 Gauss y siendo que la distancia entre los polos (ancho de la pista) es aproximadamente de 50 mm. Los frentes de magnetrón tienen una distancia de la superficie periférica del tambor que es de 60 mm aproximadamente (visible de manera tal que se extiende una franja de plasma ciara estrecha por encima del túnel a lo largo del sustrato, siendo que la franja de plasma tiene una intensidad regular contra el sustrato que depende de las posiciones del túnel) . Los electrodos de magnetrón son alimentados con un total de 1¾ kW por rrr de frente de magnetrón y una frecuencia de 40 KHz. La velocidad de depósito que se logra con esto es de 3 nm por secundo, la calidad de barrera del recubrimiento es alta y la operación estable. Cambios en la distancia entre ios frentes de magnetrón y la superficie periférica del tambor resultan en ambas direcciones en una reducción relevante de la velocidad de depósito. Al usar una instalación igual y los mismos parámetros operativos con excepción de la potencia magnética, que se selecciona cuatro veces más alta, se logra una velocidad de depósito con una discancia entre los frentes de magnetrón y la superficie periférica de tambor que es superior a 60 mm, a saber entre aproximadamente 80 y 100 mm, y la velocidad de depósito es mayor en forma relevante que con el uso de imanes más débiles.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo para llevar a cabo un proceso intensificado con plasma, particularmente un depósito químico intensificado con plasma de la fase gaseosa, siendo que el dispositivo comprende en una cámara de vacío un electrodo de magnetrón, un medio de pos:- cionamiento y un medio de alimentación de gas, siendo que el electrodo de magnetrón tiene un frente de magnetrón plano con polos magnéticos periféricos y centrales de polaridad opuesta y un medio para la generación de un campo alternante eléctrico de alta frecuencia, siendo que el medio de posicionamiento est equipado para posicionar un sustrato con una superficie que debe tratarse orientada hacia el frente de magnetrón y siendo que el medio de aj imentación de gas está equipado para la alimentación de un gas de proceso o una mezcla de gas de proceso al intersticio entre el frente de magnetrón y el sustrato que debe tratarse, caracterizado porque el electrodo de magnetrón es del tipo desequilibrado y porque la distancia entre el frente de magnetrón y el medio de posicionamiento es ajustada al campo magnético generado por el electrodo de magnetrón de manera tal que una franja de plasma visible se extiende entre túneles más oscuros formados por líneas de campo magnético que se extienden entre polos periféricos y centrales del frente de magnetrón y la superficie que debe tratarse, siendo que ia franja de plasma tiene un ancho mínimo pero hacia la superficie que debe tratarse tiene una claridad homogénea.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizador porque la distancia entre la superficie que debe tratarse y el frente de magnetrón es al menos en 2% más alto que la altura visible de los túneles.

3. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque la distancia entre la superficie por tratarse y el frente de magnetrón es como máximo 20% mayor que la altura visible de los túneles.

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la potencia magnética del polo magnético central del frente de magnetrón es aproximadamente de la mitad de potencia de la potencia magnética de los polos periféricos.

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el electrodo de nagnetrón comprende un elemento de electrodo que está conectado a una fuente de corriente alterna.

6. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado porque el medio de posicionamiento y/o el sustrato están conectados eléctricamente a tierra, sin potencial de referencia definida o con pretensión negativa.

7. Dispositivo según una de las reivindicaciones I a 6, caracterizado porque el medio de posicionamiento es un tambor en rotación y que una multiplicidad de electrodos de magnetrón con frentes rectangulares están dispuestos alrededor de una parte de la periferia del tambor, siendo que las longitudes de frente están orientadas paralelamente al eje de tambor.

8. Dispositivo según la reivindicación 7, caracteri zador porque el medio de alimentación de gas comprende tuberías de alimentación de gas que se extienden entre ios frentes de magnetrón paralelamente con el eje de tambor.

9. Dispositivo según una de las reivindicaciones 7 u 8, caracterizado porque cada electrodo de magnetrón de la multiplicidad de electrodos de magnetrón está conectado con una fuente de tensión propia.

10. Uso de un dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 9 para llevar a cabo un depósito químico intensificado con plasma de la fase gaseosa.

11. Uso del dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 9 para el depósito de óxido de silicio con el uso de un gas de proceso que contiene un compuesto organosi 1 iceo y oxígeno.

12. Uso según la reivindicación 11, caracterizado porque el sustrato es una película de materia sintética en forma de cinta que es recubierte. para mejorar las propiedades de barrera. La franja de plasma mencionada tiene un ancho mínimo pero tiene una claridad homogénea hacia la superficie que debe tratarse. Preferentemente, la distancia entre la superficie que debe tratarse y el frente de magnetrón es 2 a 20 por ciento mayor que la altura del túnel . El dispositivo inventivo puede usarse, por ejemplo, para recubrir una película de materia sintética con óxido de silicio con la finalidad de mejorar las propiedades de barrera de la película .