MXPA96005104A - Fuente rectangular de plasma de arco al vacio - Google Patents

Abstract

Una fuente de plasma rectangular de arco al vacío y el aparato asociado, para generar y dirigir unacorriente de plasma, que contiene un vapor de un material de cátodo (30), hacia un substrato (44) por la evaporación de arco al vacío de un cátodo plano rectangular (32), montado en un tubo (34) de plasma rectangular. Este tubo rectangular (34) conduce el plasma desde el cátodo a la región de substrato (44), mientras intercepta las gotitas fundidas del material del cátodo (30), también generadas por el arco. Imanes (46, 48, 40) controlan el movimiento del arco en la superficie del cátodo (33), mientras generan simultáneamente el campo magnético, el cual guía el plasma a través del tubo (34). Los beneficios de un arco catódico filtrado (corriente de vapor completamente ionizada, la eliminación de las gotitas salpicadas) se combinan con los beneficios de una fuente rectangular (evaporación uniforme desde la fuente y depósito uniforme sobre el substrato, usando el movimiento lineal). La fuente rectangular puede ser extendida indefinidamente en longitud, permitiendo asíel recubrimiento o la implantación de iones sobre substratos grandes o largos.

Description

FUENTE RECTANGULAR DE PLASMA DE ARCO AL VACÍO CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a la evaporación de arco al vacío y, más particularmente, a la evaporación filtrada de arco catódico de un cátodo plano rectangular, montado en un tubo de plasma rectangular. La fuente rectangular puede extenderse indefinidamente en longitud, así la invención tiene utilidad particular para el recubrimiento o implántacidn de iones sobre un substrato largo o grande. Esta invención realiza los beneficios de un arco catódico filtrado (corriente de vapor completamente ionizada, eliminación de gotitas salpicadas) en- combinación con los beneficios de una fuente rectangular (evaporación uniforme de la fuente y depósito uniforme sobre el substrato, usando un movimiento lineal) con el fin de obtener un recubrimiento uniforme o la implantación sobre un substrato grande con contaminación mínima del substrato por las gotitas del material fundido de la fuente. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Aproximadamente en la última década, la evaporación de arco al vacío ha llegado a ser de amplio uso comercial para el depósito de metales, de aleaciones y recubrimientos de compuestos de metales sobre un substrato que se va a recubrir. Las descargas de arco al vacío también se han usado como fuentes de iones para tales aplicaciones, tal como la implantación de iones, aceleradores de haces y propulsión de cohetes. El proceso de evaporación de arco al vacío para recubrimientos o implantación de un substrato, incluyen un cátodo objetivo compuesto del material que se va a depositar y un substrato el cual se va a recubrir. El objetivo se vaporiza por una descarga de plasma de arco de bajo voltaje, corriente elevada, dentro de una cámara de vacío, la cual se ha evacuado a una presión típicamente menor de 0.001 mbar. Los substratos que se van a recubrir o implantar se colocan usualmente dentro de la cámara de vacío que se enfrenta a la superficie evaporable del objetivo, a *una distancia de típicamente 10 a 100 c. Las corrientes típicas de arco varían entre 25 y 100 amperios, con voltajes entre 15 y 50 voltios.

La descarga del plasma de arco conduce corriente eléctrica entre un cátodo y un ánodo, a través del plasma creado por la vaporización e ionización del material objetivo por el arco. El cátodo (electrodo negativo) es una estructura de la fuente aislada eléctricamente, la cual se consume, al menos parcialmente, durante el proceso. La porción consumible del cátodo se llama el "objetivo" y es a menudo fabricado como un elemento reemplazable sujeto a un elemento frío, no consumible, nombrado el cuerpo del cátodo. El ánodo (electrodo positivo) puede ser una estructura aislada eléctricamente dentro de la cámara de vacío o puede ser la propia cámara de vacío, y no se consume en el proceso.

Un arco es encendido sobre la superficie evaporable del objetivo del cátodo, comúnmente por medio del contacto mecánico, chispas de alto voltaje o irradiación láser. La siguiente descarga del plasma del arco es localizada altamente en una o más zonas móviles de arco sobre la superficie objetivo del cátodo, pero se distribuye sobre un área grande en el ánodo. La densidad de corriente, extremadamente alta, en la zona de arco en el cátodo, estimada que es de 106 hasta 108 amperios/cm2 , resulta en el calentamiento, evaporación e ionización locales del material de la fuente del cátodo.

Cada zona de arco emite un chorro de plasma en una dirección aproximadamente perpendicular a la superficie objetivo del cátodo, formando una pluma luminosa, que se extiende en leí región entre el cátodo y el ánodo. El substrato que se va a recubrir o implantar se coloca entre o adyacente al cátodo y el ánodo. El vapor del material del cátodo es típicamente acelerado más hacia la superficie del substrato por un voltaje aplicado, y se condensa sobre o llega a ser incrustado dentro de la superficie del substrato. Los gases reactivos se pueden introducir dentro de la cámara al vacío durante el proceso de evaporación, lo que resulta en la formación de compuestos de materiales que involucran el material objetivo, gas reactivo y/o el material del substrato.

Debajo de unos 70 a 100 amperios de corriente de arco, dependiendo del material objetivo, sólo una zona sencilla de arco existe sobre la superficie del material de fuente del cátodo. A corrientes de arco mayores, pueden existir múltiples zonas de arco simultáneamente sobre la superficie objetivo, cada una llevando una' fracción igual de la corriente total del arco. Una zona de arco, en la ausencia de campos magnéticos aplicados, tiende a moverse aleatoriamente alrededor de la superficie objetivo, dejando una huella de características microscópicas de tipo cráter sobre la superficie objetivo.

Un campo magnético, aplicado externamente, ejerce una fuerza sobre el chorro de arco, en una dirección perpendicular a tanto las líneas del campo como al chorro, y puede tener una influencia dominante sobre el momento promedio a grande escala de la zona del arco, aunque el movimiento a escala pequeña del arco permanece en forma* se i-aleatoria. La dirección del movimiento de la zona del arco en un campo magnético es opuesta o "retrógrada" a la dirección JxB de vector esperada, con base en la ley de Ampére, que considera la corriente de electrones emitida desde el cátodo. Este fenómeno se debe a los efectos complejos dinámicos dentro del chorro de arco, y se ha informado y discutido ampliamente. Un efecto secundario inconveniente de la vaporización del material objetivo en la zona del arco es la generación de gotitas del material objetivo fundido, que son expulsadas desde el objetivo por las fuerzas de reacción debidas a la expansión del chorro de vapor. Estas gotitas son nombradas comúnmente macropartículas, y varían en diámetro desde un tamaño sub-micrométrico a decenas de mieras. Las macropartí-culas pueden llegar a incrustarse dentro del recubrimiento, cuando ellas van a parar al substrato que se va a recubrir, formando irregularidades objetables, o las macropartículas pueden pegarse al substrato y después caer, causando hoyuelos en el recubrimiento. Se han ideado varias estrategias para reducir el número de macropartículas incorporadas dentro del recubrimiento sobre el substrato. Estas estrategias son generalmente de dos categorías: (a) la primera categoría que usa alguna forma del campo magnético para controlar y acelerar el arco, reduciendo así la generación de macropartículas y (2) la segunda categoría, que usa un aparato de filtración entre la fuente del cátodo y el substrato, para así transmitir la fracción ionizada de la salida del cátodo al substrato, pero bloquean las gotitas fundidas. Los métodos magnéticos de la primera categoría son generalmente más sencillos que los métodos de filtración, pero no eliminan completamente la generación de las macropartículas. Los métodos de filtración de la' segunda categoría generalmente son más eficaces en remover la macropartículas que los métodos magnéticos, pero requieren un aparato complejo y reducen significantemente la producción de la fuente. Los métodos de filtración trabajan colocando el substrato fuera de la línea de visión de la superficie objetivo del cátodo, así que las macropartículas emitidas del cátodo no chocan directamente sobre el substrato. Un tubo de filtración en ángulo se interpone entre el cátodo y el substrato, para transportar el plasma al substrato.

Con el fin de llegar al substrato, el plasma cargado, emitido de la fuente del cátodo, se desvía electromagnéticamente dentro del tubo de filtración, a través de un ángulo de 45 a 1802, para así pasar a través del doblez y chocar sobre el substrato. Las partículas sin cargar no son desviadas por el campo electromagnético y continúan en un curso el cual golpea las paredes del tubo de filtración, así que idealmente las macropartículas no llegan al substrato. Sin embargo, en la práctica, el rebote de las macropartículas fuera de las paredes del filtro y/o el arrastre de las partículas pequeñas dentro del plasma pueden resultar en la transmisión de algunas macropartículas a través del filtro, para llegar al substrato. Los arcos catódicos filtrados anteriores se han basado en la geometría del cátodo y el filtro circular o cilindrica, que limita generalmente las aplicaciones potenciales a pequeños substratos o a configuraciones especiales. Ejemplos de trabajos anteriores hechos en el campo de la evaporación de arco, se describen en varias patentes de los Estados Unidos de América, que incluyen la patente de E. U. A., No. 484,582 de Edison, la cual describe el uso de la evaporación de arco al vacío para depositar un recubrimiento sobre un substrato; la patente de E. U. A. , No. 2,972,695, de Wroe, que describe un aparato, estabilizado magnéticamente, de evaporación de arco al vacío; las patentes de E. U. A., Nos. 3,625,848 y 3,836,451, de Snaper, que describen un aparato de evaporación de arco, con configuraciones particulares de electrodo, y el empleo de un campo magnético para aumentar el régimen de evaporación y para dirigir iones al substrato; y las patentes de E. U. A., Nos. 3,783,231 y 3,793,179 de Sablev y colaboradores, que describen configuraciones particulares de electrodos y protectores, y también describen el uso de un campo magnético activado, cuando la zona del arco se mueve desplazándose de la superficie de evaporación deseada del material de fuente del cátodo.

Ejemplos de arcos catódicos confinados dentro de una trayectoria circular o pista en el cátodo, se ilustran por las patentes de E. U. A., Nos. 4,724,058 de Morrison; 4,673,477 de Ramalinga y colaboradores y 4,849,088 de Veltrop y colaboradores. Cada una de las referencias anteriores describe un aparato de evaporación de arco que usa un campo magnético arqueado, en la configuración de un túnel de circuito cerrado, el cual confina la zona del arco a una trayectoria de pista de circuito cerrado, en una ubicación fija o móvil en la superficie del cátodo. El confinamiento y aceleración del arco por el campo magnético, se dice reduce la generación de as macropartículas por la descarga del arco. Los elementos requeridos para generar tal campo magnético son ampliamente conocidos en la técnica del depósito electrónico del magnetrón plano. También se conoce, por ejemplo, mover los elementos que generan el campo magnético del arco, o mecánicamente, como enseña Ramalingam y colaboradores, y por Veltrop y colaboradores, o por el uso de electroimanes múltiples, como enseña Morrison.

Ejemplos de cátodos cilindricos alargados se incluyen en las patentes de los Estados Unidos de América, Nos. 4,609,564 y 4,859,489, de Pinkhasov; 5,037,522 de Vergason; y 5,269,898 de Welty, todas las cuales describen el uso de un cátodo alargado, en la forma de un cilindro o barra, y hacen uso del campo auto-magnético de la corriente de arco, para forzar su movimiento por la longitud del cátodo. Welty enseña que la generación de macropartículas puede ser reducida por la aplicación de un componente axial adicional del campo magnético, para acelerar y controlar el movimiento del arco. La patente de los Estados Unidos de América No. 4,492,845 de Kljuchko y colaboradores, describen un aparato de evaporación de arco que usa un cátodo anular, y en la cual la superficie del cátodo evaporable está en su pared externa que se enfrenta a un ánodo cilindrico de diámetro más grande y de longitud mayor que el cátodo. Los substratos que se van a recubrir se disponen dentro del cátodo anular, que no se enfrenta a la superficie evaporable, y se recubren por el material ionizado que se refleja de nuevo por el campo electromagnético en el ánodo. Un campo magnético coaxial se describe para aumentar la reflexión desde el ánodo. Las macropartículas expulsadas de la superficie del cátodo no se reflejan eléctricamente por el ánodo (aunque ellas pueden rebotar desplazándose mecánicamente) . Como resultado, se reduce la incorporación de macropartículas en el recubrimiento.

Ejemplos de los esfuerzos para reducir el número de macropartículas incorporadas en el recubrimiento sobre el substrato, usando alguna forma de un aparato de filtración, entre la fuente del cátodo y el substrato para transmitir la fracción ionizada cargada de la salida del cátodo y bloquear las macropartículas sin cargar, se muestran en el trabajo hecho por Aksenov/Axenov, Falabella y Sanders.

Una publicación de Aksenov y colaboradores (Transport of plasma streams in a curvilínear plasma-optics system (Transporte de corrientes de plasma en un sistema curvilínea óptico de plasma) , Soviet Journal of Plasma Physics, 4(4), 1978), describe el uso d un tubo cilindrico de plasma que contiene un doblez de 902, con bobinas electromagnéticas para crear un campo magnético de solenoide a través del tubo, y con un cátodo circular de evaporación de arco en un extremo del tubo y un substrato en el otro extremo. El plasma emitido por el cátodo se refleja desde las paredes del tubo por los campos magnéticos y eléctricos presentes, y es transportado a lo largo del campo magnético a través del tubo al substrato, mientras las macropartículas* sin cargar no son desviadas por los campos magnético o electrostático y son interceptadas por las paredes del tubo.

La patente de E. U. A., No. 5,279,723 de Falbella y colaboradores, describen un aparato esencialmente similar al filtro original de Aksenov, que usa un tubo cilindrico con un doblez de 45 grados, un cátodo y ánodo circulares o cónicos e incluye mejoras a varios componentes, que incluyen la configuración del cátodo y los desviadores internos que reducen la transmisión de macropartículas. La patente de E. U. A., No. 4,452,686 de Axenov y colaboradores describen un tubo cilindrico, recto, de filtración, sin algún doblez, un cátodo circular colocado en un extremo del tubo, bobinas de electroimanes, para generar un campo magnético de solenoide a través del tubo, y con un electrodo adicional, colocado en el centro del tubo, que bloquea la línea directa de visión del depósito desde el cátodo al substrato. El plasma emitido por el cátodo es desviado por los campos magnético y eléctrico en la pared del tubo y el electrodo central, y transportado a lo largo del campo magnético a través del tubo y alrededor del electrodo central. Las macropartículas sin cargar no son desviadas por campos magnético o eléctrico y se interceptan por el electrodo central.

La patente de E. U. A., No. 5,282,944 de Sanders y colaboradores, describe un dispositivo algo similar a aquél de la 4,452,686 de Axenov, que usa un tubo cilindrico, recto, de filtración y un protector central, que impide que las macropartículas emitidas en ángulos bajos" desde el cátodo, lleguen al substrato directamente. Las bobinas de electroimanes generan un campo magnético, dentro del tubo, el cual es substancialmente de solenoide, cerca de la pared del tubo. La superficie evaporable del cátodo, en este caso, es la super-ficie externa de un cilindro corto, orientado coaxialmente, con el tubo del filtro, de manera que el plasma emitido desde el cátodo se dirija radialmente en la pared externa del tubo del filtro y se desvíe a través de aproximadamente 90 grados por el campo magnético y el campo eléctrico, en las paredes del ducto, y sea transportado a lo largo del campo magnético . i al extremo del tubo, en el cual el substrato se ubica. Se revelan electrodos internos para aumentar la deflexión del plasma en el extremo del conducto circular de filtración, opuesto al extremo en el cual se ubica el substrato.

Ninguna de las referencias de la técnica anterior revelan un cátodo que tenga una superficie evaporable de configuración rectangular y que use la polaridad de campo magnético inversa, para controlar el movimiento del arco sobre la superficie del cátodo, ni revela un tubo de filtra-ción que tenga una sección transversal rectangular. Por lo tanto, a pesar del trabajo antes ilustrado, existe aún la necesidad de un arco catódico filtrado, mejorado. Preferiblemente, el arco catódico filtrado incluirá una fuente rectangular de depósito.

Las fuentes rectangulares de depósito son convenientes para el recubrimiento de substratos grandes, el recubrimiento de material de hoja en forma de rodillo, y el recubrimiento de corrientes continuas de substratos menores en un transportador lineal o carrusel circular. El desarrollo de cátodos planos de magnetrón de depósito electrónico en 1970 ha llevado a la comercialización amplia del depósito electrónico para el recubrimiento de substratos en tales configuraciones (véase, por ejemplo, los cátodos de magnetrón depositados electrónicamente, de Welty, patentes de E. U. A. , Nos. 4,865,708 y 4,892,633). Las fuentes filtradas de arcos catódicos tienen la ventaja que la corriente de vapor el material del cátodo, emitida desde la fuente, se ioniza completamente, a diferencia de los métodos de depósito no basados en arcos, tal como la evaporación y el depósito electrónico. La corriente de vapor, completamente ionizada, de una fuente rectangular, permitirá mayor control sobre la energía de los átomos que llegan al substrato, para el recubrimiento o implantación, y aumentarán la reactividad del vapor en formar compuestos con gases reactivos en el sistema o con el substrato directamente. La presente invención realiza los beneficios de un arco catódico filtrado (corriente de vapor completamente ionizada, eliminación de gotitas salpicadas) y los beneficios de una fuente rectangu-lar (evaporación uniforme desde la fuente y depósito uniforme sobre el substrato, que usa el movimiento lineal) con el fin de recubrir o implantar un substrato largo o grande. Es una meta de la presente invención, por lo tanto, suministrar un arco catódico filtrado sobre un cátodo rectangular de arco al vacío, para llevar a cabo tareas que no se pueden lograr por la técnica anterior. COMPENDIO DE LA INVENCIÓN La presente invención suministra un recurso para generar y dirigir un haz de plasma sobre un área rectangular, con el fin de formar un recubrimiento o llevar a cabo una implantación de iones sobre un substrato. Un cátodo rectangular se monta en un tubo en ángulo de sección transversal rectangular, el cual confina el plasma y lo desvía hacia la región del substrato, mientras intercepta las gotitas fundi-das del material del cátodo, también generado por el arco. La región del tubo de plasma en la cual el cátodo se monta, se nombra aquí como el brazo de entrada del tubo, mientras el substrato se monta adyacente al brazo de salida del tubo. Se crea un campo magnético dentro del tubo, el cual dirige el plasma a través de este tubo, mientras causa simultáneamente que el arco se mueva en una dirección hacia abajo de la longitud del cátodo rectangular. Cuando el arco llega al extremo del cátodo, un sensor suministra una señal por la cual la polaridad de al menos una porción del campo magnético se invierte, causando que el arco invierta la dirección y se mueva hacia el extremo opuesto del cátodo. La polaridad del campo magnético es interrumpida cuando el arco llega a cualquier extremo del cátodo, barriendo así el arco hacia atrás y adelante por la longitud del cátodo rectangular. Aunque la polaridad (dirección) del campo magnético s invierte repetidamente, la configuración de este campo magnético y su orientación con respecto al tubo, permanece preferiblemente igual en forma substancial, y el plasma es transmitido a través del tubo en cualquier polaridad. En una modalidad preferida de la invención, una región de las líneas convergentes del campo magnético, adyacente al cátodo, forma un espejo magnético, que refleja el plasma hacia la salida del tubo.

El movimiento del arco por la longitud del objetivo del cátodo se debe al componente del campo magnético adyacente a la superficie objetivo, que es paralela al plano de la superficie objetivo y perpendicular al eje largo del objetivo rectangular. Para componentes del flujo magnético en esta orientación, son posibles dos polaridades (direcciones) . Cuando el campo tiene una polaridad, el arco se mueve por la longitud del cátodo en la dirección dada, por el vector JxB retrógrado, como se describió antes. Cuando el campo tiene la polaridad opuesta, el arco se mueve por la longitud del cátodo en la dirección opuesta. Invirtiendo la polaridad del campo magnético, con base en las señales procedentes de los sensores ubicados en los extremos del cátodo, mientras se mantiene la orientación de las líneas de flujo con respecto a la superficie objetivo, la dirección de movimiento del arco por la longitud del cátodo se puede invertir periódicamente, causando que el arco barra hacia atrás y adelante por la longitud del cátodo rectangular a lo largo de una línea relativamente recta. El campo magnético reversible, adyacente a la superficie evaporable del objetivo, que causa que el arco se mueva por la longitud del objetivo, puede ser generado usando bobinas electromagnéticas colocadas al exterior del tubo o dentro del cuerpo del cátodo. Se sabe de la técnica anterior generar un campo reversible con el uso del campo auto-magnético de la corriente de arco, que fluye a través del cátodo rectangular. Por ejemplo, que conecta la corriente del arco simultáneamente a ambos extremos del cátodo rectangular y que varía la fracción de la corriente total que fluye a cada extremo del cátodo, con base en las señales desde los sensores colocados en los extremos de los cátodos, generará un componente del campo magnético en la orientación requerida, para causar que el arco se mueva por la longitud del cátodo, como se describe en la patente de E. U. A:, No. 5,269,898 de Welty. Conforme la dirección en la cual fluyen la mayoría de las corrientes de arco dentro del cátodo rectangular se invierte, con base en las señales de los sensores, la polari-dad (dirección) del componente del campo magnético, paralela a la superficie objetivo, también se invierte, invirtiendo así la dirección del viaje del arco por la longitud del objetivo. Similarmente, como también se describe en la patente de E, U. A., No. 5,269,898, el componente del campo magnético que causa que la barrida del arco, puede también ser generado pasando una corriente de control por la longitud del cátodo e invirtiendo su dirección con base en las señales del sensor, o cambiando la entrada de la corriente del arco desde un extremo del cátodo al otro, como se describe en la patente de E. U. A., No. 5,037,522, de Vergason. No existe sugerencia en la técnica anterior de la generación del campo magnético reversible que use recursos magnéticos independientes de las ccrrientes que fluyen a través del propio cátodo.

El transporte del plasma a través del tubo se debe primariamente al componente del campo magnético adyacente a las paredes del tubo, que es paralelo al plano de estas paredes y paralelo al eje del tubo. La difusión de los electrones del plasma través del campo magnético hacia las paredes del tubo, crea un componente del campo eléctrico perpendicular a la pared del tubo, el cual refleja los iones cargados positivamente, permitiendo así que ellos continúen viajando a lo largo del tubo y alrededor del doblez en el tubo. Las macropartículas sin cargar no se reflejan y, por lo tanto, son interceptadas por las paredes del tubo o por los desviadores, que pueden ser montados perpendiculares a la pared del tubo y extendiéndose por una corta distancia dentro del tubo, para reducir el rebote de las macropartículas fuera de las paredes del tubo. La polaridad de los componentes del campo magnético dentro del tubo y adyacentes a las paredes del tubo, es preferiblemente cambiada en forma simultánea con la polaridad del componente del campo adyacente a la superficie objetivo, que causa el barrido del arco, de modo que la configuración del campo magnético a través del tubo per a-nezca la misma a pesar de las inversiones en la polaridad. También se encuentra dentro del alcance de la presente invención, sin embargo, invertir la polaridad del campo solamente en la región de la superficie objetivo, mientras mantiene un campo magnético estático (sin inversión ( en el resto del tubo, usando electroimanes o imanes permanentes. Las variaciones en la configuración neta del campo magnético en este último caso puede causar variaciones periódicas en la transmisión del plasma a través del tubo, como una función de la inversión del campo cerca de la superficie objetivo.

Puesto que el chorro de plasma es emitido desde el cátodo primariamente en la dirección perpendicular a la superficie evaporable, tiende a chocar sobre la pared del tubo más fuertemente en la región del radio externo del doblez en el tubo. Con el fin de aumentar la transmisión del plasma a través del tubo, es conveniente intensificar la fuerza del campo magnético en esta región. Un factor adicional es que los materiales objetivos del cátodo de diferente peso atómico y punto de fusión, son emitidos desde el objetivo con diferentes velocidades y energías cinéticas. Por lo tanto, es conveniente variar la fuerza del campo magnético, particularmente en la región del doblez en el tubo, para optimar la transmisión de varios materiales. Por lo tanto, en una modalidad preferida de la presente invención, se suminis-tra una bobina electromagnética separada en la vecindad del radio externo del doblez en el tubo, opuesta a la superficie evaporable del objetivo, en que la corriente es preferiblemente variada, en forma independiente de la corriente en las otras bobinas que generan porciones del campo magnético en el tubo. Se debe notar que, en la técnica anterior de los tubos cilindricos de plasma (o en la forma directa que la técnica anterior pueda haberse extendido a un tubo rectangular) , en que una o más bobinas electromagnéticas se disponen circundando el tubo, con el fin de crear un campo magnético de solenoide a través del tubo, los alambres que comprenden una o más bobinas deben necesariamente estar espaciados en forma más estrecha en el radio interno del doblez en el tubo que en el radio externo. Esto resulta en un campo magnético dentro del tubo, que tiene mayor fuerza hacia el radio interno del tubo, donde los alambres están espaciados más estrechamente, y una fuerza menor hacia el radio externo del tubo, donde choca el chorro de plasma del arco. Por lo tanto, la técnica anterior enseña apartándose de este aspecto de la presente invención, en que la fuerza del campo magnético dentro del tubo al radio externo del doblez, puede ser aumentada hasta igual o mayor que la fuerza del campo en el radio interno, con el fin de aumentar la transmisión del plasma a través del tubo. El campo eléctrico, perpendicular a la pared del tubo, que refleja los iones cargados positivamente desde la pared del tubo en la técnica anterior y en los aspectos de la presente invención descritos anteriormente, se crea por difusión de los electrones del plasma transversalmente a través de un campo magnético, substancialmente paralelo a las paredes del conducto del filtro. Es también posible reflejar los iones en alejamiento de la pared del tubo por un segundo método, es decir, creando cerca a la pared una región en la cual las líneas del flujo magnético convergen conforme ellas se acercan a la pared en una dirección aproximadamente perpendicular, creando una región conocida como un espejo magnético. Los electrones del plasma que se acercan a la pared son reflejados o retardados conforme ellos entran en la región de las líneas de flujo convergentes, creando un gradiente de densidad de electrones, que resulta en un campo eléctrico que refleja los iones del plasma también. Los espejos magnéticos son usados comúnmente para el confinamiento del plasma en aparatos de laboratorio y otros dispositivos del plasma. La utilidad del campo de espejo magnético se revela en la presente invención por primera vez en la técnica de las fuentes filtradas de plasma de arco al vacío. La necesidad para la función provista por el campo del espejo se ilustra, por ejemplo, en la técnica anterior mostrada por la patente de E. U. A., No. 5,282,944, de Sanders y colaboradores, en que un número de anillos aislados, rotulados con 21 en sus Figuras 2 y 3, se señalan como necesarios para impedir la pérdida del plasma en las paredes del tubo en las áreas donde pasa el campo a través de la pared del tubo. La inclusión de una región de campo de espejo magnético en el brazo de entrada de una modalidad preferida de la presente invención crea una dirección preferida para el flujo del plasma hacia el brazo de salida del tubo, mientras suministra simultáneamente el componente del campo magnético (paralelo a la superficie del objetivo y perpendicular a su eje largo) que causa que el arco se mueva hacia abajo por la longitud del objetivo. La inversión de la polaridad del campo de espejo magnético y así el componente del campo paralelo a la super-ficie objetivo, causa que la dirección del viaje del arco en la superficie objetivo se invierta sin cambiar la configuración o función del campo de espejo.

La combinación y superposición de fuentes de campo magnético variables independientemente, proporciona una región de campo magnético de solenoide en el brazo de salida del tubo de plasma, una región "amortiguadora" de campo, cerca del radio externo del doblez en el tubo, y una región de campo de espejo magnético, en el brazo de entrada del tubo, adyacente al cátodo proporciona suficiente capacidad de ajuste para permitir la forma óptima del transporte del plasma a través del tubo, para una amplia variedad de materiales objetivo. Se comprenderá, sin embargo, que no todos estos elementes necesitan estar presentes en una modalidad de la presente invención y que los elementos presentes no necesitan ser variables independientemente, en particular en el caso de una fuente que se optimiza para un solo material objetivo. Por ejemplo, dependiendo del método usado para invertir la polaridad de la región del campo magnético cerca de la superficie objetivo, un solo electroimán de solenoide el cual rodea todo el tubo, puede ser suficiente. La presente invención difiere de la técnica anterior en que la configuración rectangular del cátodo y tubo de plasma, en el método de control del movimiento del arco sobre el cátodo y en la configuración y control del campo magnético en el tubo de plasma. En particular, la configuración revelada del campo magnético y los métodos de control hacen posible construir una fuente de plasma eficiente, compacta, con una abertura de salida rectangular que se puede hacer tan larga como sea deseado, suministrando así los beneficios de un arco catódico filtrado en combinación con los beneficios de una fuente rectangular de depósito. La técnica inversa del campo para el control del arco en la superficie del cátodo, permite que el ancho del cátodo se pueda hacer mucho menor de lo que es posible con el uso de un campo magnético de estilo de pista de carreras, de la técnica anterior. El tubo de plasma, por lo tanto puede hacerse mucho más estrecho y más corto, lo que resulta en un diseño compacto que es más fácil de integrar en un sistema de vacío que los filtros voluminosos de la técnica anterior, particularmente en sistemas que contienen múltiples fuentes de plasma. Los cátodos estrechos y el barrido del arco también permiten una erosión más uniforme del objetivo a lo largo de su longitud y una mayor utilización del material del objetivo de lo que es posible con los cátodos planos de tipo pista de carreras.

Las ventajas de la presente invención permiten que la fuente sea extendida en forma indefinida en longitud, suministrando así los beneficios de depósitos de arco filtrados o la realización en aplicaciones que requieren fuentes de vapor rectangulares o extendidas.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una ilustración esquemática de un arco al vacío filtrado de la técnica anterior, que usa un cátodo circular y un tubo cilindrico de plasma.

La Figura 2 es una vista esquemática de la fuente de plasma de arco filtrado, según la presente invención.

La Figura 3 es una vista en perspectiva del conjunto de tubo e imanes de la presente invención.

La Figura 4 es una sección transversal en elevación de extremo del conjunto de tubo de la presente invención.

La Figura 5 es una sección transversal en elevación lateral del conjunto de tubo de la presente invención.

La Figura 6 es una vista de extremo con secciones separadas, que muestra las líneas del campo magnético y el espejo del campo magnético de la presente invención, en relación con el conjunto del tubo y sus juegos de imanes.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS La presente invención suministra una forma de generar y dirigir un haz de plasma sobre un área rectangular para el fin de formar un recubrimiento o llevar a cabo la implantación de iones sobre un substrato.

La Figura 1 muestra un cátodo 20 de la técnica anterior, acoplado a un filtro 22, capaz de la separación de macropartículas desde un flujo de iones, producido por la descarga de arco catódico. El cátodo 20 es de configuración tronocónica, que tiene una cara circular y costados ahusados. El filtro 22 incluye dos solenoides, extremo contra extremo, pero colocados en un ángulo de 45a entre sí, para impedir que la línea de visión desde una zona de arco sobre el cátodo a un substrato 24 sea recubierta, mientras suministra una trayectoria para los iones y electrones para su flujo, e incluye una serie de desviadores para atrapar las macropartículas.

Con referencia a la vista esquemática de la Figura 2, una modalidad preferida de esta invención se puede comprender incluye un objetivo 30 del cátodo, en el cuerpo 31 de este cátodo. El objetivo 30 tiene una superficie 33 evaporable de configuración substancialmente rectangular. En una modalidad preferida, el cátodo 30 es de carbón, pero puede estar compuesto de cualquier material evaporable adecuado. El cuerpo 31 del cátodo se monta sobre un soporte 32 y se coloca en el brazo 36 de entrada del tubo 34 de plasma. El cátodo 30 se conecta a la salida negativa del suministro de potencia 28 del arco, y el tubo 34 de plasma (que también sirve como un ánodo) se conecta a la salida positiva del suministro de energía del arco. Un percutor 35 de arco es provisto para encender una descarga de arco entre el cátodo 30 y el ánodo 34. El cátodo 30 y la superficie evaporable 33 pueden también estar rodeados por aisladores 86 (se hace referencia a la Figura 4). Con referencia continuada a la Figura 4, se puede ver que un electrodo interno 82 se monta dentro del tubo 34 de plasma, como el sensor 84. El tubo 34 de plasma tiene una configuración rectangular en sección transversal, de dimensiones similares al cátodo 30. El tubo de plasma incluye un doblez en el eje, a lo largo de la línea central del tubo de plasma. En la modalidad aquí mostrada, un punto de doblez 37 equivalente de radio interno se muestra en una de las paredes del tubo y es de aproximadamente 902, pero un ángulo de radio interno en el intervalo de aproximadamente 15 a 1202 es adecuado en la práctica de esta invención. Un doblez de radio externo equivalente se indica generalmente con el número de referencia 39. El tubo 34 de plasma tiene un brazo 36 de entrada y un brazo 38 de salida en cualquier costado del punto de doblez 37 del radio interno. El cátodo 30 se monta sobre un soporte aislado 32 o cerca del extremo del brazo de entrada así que la superficie evaporable 33 del cátodo mire dentro del tubo de plasma. Uno o más substratos 44 que se van a recubrir se colocan dentro de un área en o cerca del extremo del brazo 38 de salida. Un juego e electroimanes se dispone alrededor del tubo 34 de plasma. El imán 46 se conecta al suministro de energía 52 de la bobina y se coloca cerca del brazo de entrada 36 del tubo de plasma. El imán 48 se conecta al suministro de energía 51 de la bobina y se coloca cerca del radio externo 39 del doblez en el tubo de plasma 34- El imán 50 es un solenoide conectado al suministro de energía 52 de la bobina y se enrolla alrededor de una porción del brazo 38 de salida del tubo de plasma. La vista en perspectiva de la Figura 1 muestra los imanes 46, 48 y 50 en relación con el tubo 34 de plasma, con el imán 46 cerca del brazo de entrada 38, el imán 48 cerca del radio de salida 39 del doblez, y el imán 50 enrollado alrededor del brazo de salida 38.

Con referencia a la Figura 4, se puede entender que el imán 46 incluye una bobina 70 enrollada alrededor de un polo central 72 de material permeable magnéticamente, con las placas de extremo 74 unidas a cada extremo del polo central. Similarmente, el imán 48 incluye una bobina 76 enrollada alrededor de un polo central 78 de material permeable magnéticamente, con las placas 80 de extremo adjuntas a cada extremo del polo central. En la modalidad mostrada, las placas de extremo 80 del imán 48 se hacen de material permea-ble magnéticamente, mientras las palas de extremo 74 del imán 46 se hacen de material no permeable, con el fin de configurar el campo magnético de la manera deseada.

De nuevo con referencia a la Figura 2 , se puede ver que el conducto 54 alimenta agua al cátodo* 30. El tubo 34 de plasma y el electrodo interno 82 pueden también ser enfriados con agua preferiblemente, pero las provisiones para tal enfriamiento no se muestran. Un voltaje de orientación se puede aplicar, al substrato 44 y este substrato puede girar y/o trasladarse convencionalmente durante el depósito. En una modalidad preferida, el tubo 14 de plasma y el substrato 44 se encierran dentro de una cámara (no mostrada) y se impulsa un vacío. En otra modalidad preferida de la invención, el tubo 34 de plasma y el soporte 32 del cátodo del tubo se encuentran en un vacío, mientras la parte externa del tubo está a la presión atmosférica.

Procediendo a las vistas en sección transversal de las Figuras 4 y 5, que se numeran con los mismos números de referencia usados previamente, ciertos detalles adicionales del sistema de esta invención se pueden ahora entender. Se puede ver que el doblez en el tubo 34 de plasma sirve para impedir una línea de visión entre el cátodo 30 y el substrato 44 (no mostrado en las Figuras 4 ó 5, pero se entiende están colocados en o cerca del extremo del brazo 38 de salida del tubo) . Las paredes internas del brazo 38 de salida, el brazo 36 de entrada y el doblez del tubo 34 de plasma, se encuentran preferiblemente forrados con un número de desviadores espaciados 52 que son substancialmente perpendiculares a las paredes internas y substancialmente paralelos entre sí.

Con referencia a la Figura 4, un electrodo interno 82, aislado eléctricamente, puede verse montado dentro del tubo 34 de plasma. Puede estar flotando eléctricamente con respecto al ánodo, o puede estar orientado positivamente con respecto a este ánodo. Con referencia a la Figura 5, una pareja de sensores 54 se colocan adyacentes a cada extremo de la superficie evaporable del cátodo 30, con 54A adyacente al extremo izquierdo y 54B adyacente al extremo derecho. Los imanes 46, 48 y 50 generan un campo magnético, representado por las líneas del flujo magnético, que puede entenderse mejor con referencia a la Figura 6. Las líneas 60 de flujo magnético se orientan en una dirección substancialmente paralela al eje del tubo 34 de plasma dentro del brazo 38 de salida. Las líneas 62 de flujo magnético se orientan en una dirección substancialmente paralela- a la superficie evaporable 33 (no mostrada en la Figura 6, pero se entenderá con referencia, a las Figuras 2, 4 y 5) del cátodo 30 dentro de la región del brazo 36 de entrada cerca del cátodo. Las líneas del flujo magnético que cubren la región 64 dentro del brazo 36 de entrada, forman un espejo magnético adyacente a la superficie evaporable 33 (no mostrada en la Figura 6, pero se entenderá con referencia a las Figuras 2, 4 y 5) del cátodo 30. La representación de las líneas de flujo magnético 60, mostrada en la Figura 6, se generan por un programa de análisis magnético de elemento finito, disponible comercialmente. En el caso particular mostrado, los imanes 50 y 46 tienen 600 amperio-vueltas, mientras el imán 48 tiene 200 amperio-vueltas» En este caso, la fuerza del campo en el centro del brazo 38 de salida del tubo es de aproximadamente 50 gauss. Se puede ver en este caso que la* densidad del flujo (fuerza del campo) en el radio externo 39 del doblez en el tubo, es aproximadamente igual a la densidad de flujo en el radio interno 37 del doblez. Ajustando el número de vueltas en la bobina 76 del imán 48, o el flujo de la corriente a través de ella (es decir, ajustando las amperio-vueltas) , la densidad de flujo en el radio externo 39 del doblez se puede ajustar independientemente de la densidad del flujo en cualquier parte en el tubo.

Los sensores 54A y 54B (se hace referencia a la Figura 5) son capaces de detectar una zona de arco y producir una señal cuando la zona del arco se acera al extremo izquierdo o derecho, respectivamente, del cátodo 30. Los sensores 54 pueden, por ejemplo, consistir de alambres aislados eléctricamente, que se extienden dentro del tubo 34 de plasma, con los alambres conectados al ánodo a través de una resistencia (no mostrada) de, por ejemplo, 1000 oh s, suministrando así un voltaje eléctrico cuando el arco se acerca al alambre. Alternativamente, los sensores 54 pueden comprender un diodo sensible a la luz, el cual detecta la emisión ópticei del chorro de arco, o el detector del campo magnético que detecta el campo magnético del arco. El suministro de energía 52 de la bobina (se hace referencia a la Figura 2) tiene un interruptor 53 capaz de invertir la dirección del flujo de la corriente a través de los imanes, y se conecta por elementos convencionales de control (no mostrados) a los sensores 54, para así impulsar un campo magnético inverso. La inversión del campo magnético puede ocurrir simultáneamente en todos los imanes e invertirá la dirección de las líneas de flujo magnético sin cambiar substancialmente la configuración de las líneas de flujo o su orientación con respecto al tubo de plasma. Alternativamente, sólo uno o ambos imanes 46 y el imán 48 pueden ser inverti-dos.

En vina configuración conveniente del sistema de esta invención (no mostrada separadamente) , los imanes son suministrados separadamente con energía por más de un suministro de energía 52 de bobina. El uso de más de un suminis-tro de energía de bobina permite que la corriente de los imanes sea variada independientemente entre sí, ajustando la fuerza del campo magnético independientemente en diferentes partes del tubo 34 de plasma. Al mismo tiempo, los suministros separados de energía de la bobina son provistos cada uno con sistemas de control, de modo que todos ellos inviertan la dirección de la corriente simultáneamente al accionar por una señal procedente de los sensores 54.

De la descripción anterior, se comprenderá fácilmente que el sistema de invención opera como sigue.

El iniciador 35 del arco enciendo una descarga de arco entre el cátodo 30 y el tubo 34 de plasma, que sirve como el ánodo. La descarga del arco origina una zona de arco en la superficie evaporable del cátodo y genera un plasma que contiene un vapor ionizado del material del cátodo.

El tubo 34 de plasma dirige el plasma generado por la descarga del arco desde el cátodo a un substrato 44 que se va a recubrir y/o implantar y que se coloca en o cerca del brazo de salida 38 del tubo. El tubo 34 de plasma tiene una configuración rectangular en sección transversal de dimensio-nes similares a las del cátodo 30 y tiene un doblez de aproximadamente 15 a 180 grados en el eje a lo largo de su línea central (en la modalidad ilustrada, el radio interno 37 del doblez es de 90 grados) , con el brazo 36 de entrada y el brazo 38 de salda separados de la línea de visión entre sí por el doblez. El cátodo 30 se coloca en o cerca del extremo del brazo 35 de entrada, con su superficie evaporable frente al tubo de plasma y el substrato 44 se coloca en un área en o cerca del extremo del brazo 38 de salida. Los imanes 46, 48 y 50, generan, dentro del tubo de plasma 34 y sobre la superficie evaporable del cátodo 30, un campo magnético, el cual es representado por las líneas de flujo magnético. Estas líneas de flujo magnético se orientan en una dirección substancialmente paralela al eje del tubo 34 dentro del brazo 38 de salida. Las líneas de flujo magnético son orientadas substancialmente paralelas a la superficie evaporable del cátodo 30 dentro de la región del brazo 36 de entrada en o cerca del cátodo. Las líneas de flujo magnético también convergen en una región dentro del brazo 36 de entrada del tubo 34 de plasma, que forman un espejo magnético adyacente y paralelo a los cátodos rectangulares 30. Las líneas de flujo magnético dirigen el vapor ionizado a través del doblez en el tubo de plasma y empujan la zona del arco en un movimiento generalmente lineal a lo largo de la longitud de la superficie evaporable 33 del cátodo 30. 1 espejo magnético se orienta en una dirección la cual refleja el plasma hacia el brazo 38 de salida del tubo 34 de plasma. Los sensores 54 detectan la zona del arco y produ-cen una señal cuando esta zona del arco se acerca a cualquier extremo de la superficie evaporable. La señal desde los sensores actúan un sistema de control, el cual invierte la corriente en el suministro de energía 52 de la bobina, invirtiendo así la dirección de las líneas de flujo magnético sin cambiar substancialmente la configuración de las mismas o su orientación con respeto al tubo 34 de plasma. Así, es empujada la zona del arco, no solamente para el barrido en una dirección lineal sobre la superficie del cátodo rectangular 30, sino para barrer atrás y adelante generalmente en una trayectoria de extremo a extremo.

Las paredes internas del tubo 34 de plasma están forradas con los desviadores 52. Las macropartículas son filtradas por el doblez en el tubo y los desviadores sirven para atrapar las macropartículas.

El sistema de esta invención incluye una fuente rectangular larga y estrecha y un tubo relativamente compacto, que tiene una sección transversal rectangular de dimensiones similares a la fuente. Un tubo compacto es así creado. Por ejemplo, se han obtenido buenos resultados usando un objetivo de cátodo de aproximadamente 30 centímetros de largo por 2.4 centímetros de ancho o una relación entre el largo y el ancho de alrededor de doce a uno. Debido a que el cátodo rectangular de esta invención puede ser extendido indefinida-mente, se espera que relaciones aún mayores se puedan obtener.

Por lo tanto, se comprenderá que esta invención proporciona una manera de generar y dirigir un haz de plasma sobre un área rectangular, con el fin de formar un recubri-miento o llevar a cabo una implantación sobre un substrato. Como se ha explicado, ¡los beneficios de la presente invención se realizan por: (a) la configuración rectangular del material de la fuente del cátodo, (b) la configuración rectangular en secpión transversal del tubo de plasma, (c) el control del movimiento del arco sobre el cátodo, invirtiendo la polaridad del campo magnético, para causar que el arco barra generalmente en una dirección lineal atrás y adelante por la longitud de la fuente rectangular y (d) la configuración y control del campo magnético en el tubo de plasma.

En particular, la configuración del campo magnético y el control del arco en la fuente rectangular de la presente invención hacen posible construir una fuente de plasma compacta y eficiente, con una abertura de salida rectangular que puede hacerse tan larga como sea deseado, suministrando así los beneficios de un arco catódico filtrado en combinación con los beneficios de una fuente rectangular de depósito. La técnica de inversión del campo para el control del arco permite que el ancho de la fuente del cátodo sea haga mucho menor de lo que s posible usando el campo magnético de estilo de pista de carreras de la técnica anterior.

Por lo tanto, el tubo de filtración de plasma puede hacerse mucho más estrecho y más corto, lo cual resulta en un diseño compacto que es más fácil de integrar en un sistema de vacío n comparación con los filtros voluminosos de la técnica anterior. El cátodo estrecho y el arco de barrido linealmente estrecho también permiten una erosión más uniforme del objetivo por su longitud y resulta en la mayor utilización del material de fuente de lo que es posible con los cátodos planos de estilo de pista de carreras.

Las ventajas de la presente invención permiten que la fuente sea extendida indefinidamente en longitud, proporcionando así el beneficio del depósito de arco filtrado o la implantación a aplicaciones que requieran fuentes de vapor rectangulares o extendidas.

Claims (30)

1. REIVINDICACIONES 1. Un aparato para la descarga de un arco al vacío, este aparato comprende: (a) un cátodo, compuesto, al menos en parte, de un material que se va a evaporar, este cátodo tiene una superficie evaporable con una configuración substancialmente rectangular; (b) un elemento sensor, conectado operativamente en, o cerca de, cada una de las parejas de extremos opuestos, por la longitud de la superficie evaporable, para detectar cuando una zona del arco se acerca a cualquiera de los extremos opuestos, este elemento sensor es capaz de generar una señal cuando esta zona del arco se acerca a cualquiera de los extremos opuestos; (c) un elemento que establece un campo magnético, para establecer sobre la superficie evaporable dicho campo magnético, este campo magnético está representado por las líneas del flujo magnético, este elemento que establece el campo magnético es independiente de una corriente eléctrica que fluye a través del cátodo, y las líneas de flujo, que tienen un componente predominante, son substancialmente paralelas a la superficie evaporable y substancialmente perpendiculares a su longitud; y (d) un elemento de inversión del campo magnético, para invertir la dirección de las líneas del flujo magnético, en respuesta a la señal desde el elemento sensor, sin cambiar substancialmente la configuración de su componente predo i-nante o su orientación con respecto a la superficie evaporable.
2. 2. El aparato, según la reivindicación 1, en que la longitud de 3a superficie evaporable, de configuración substancialmente rectangular, es esencialmente paralela al primer borde de dicha superficie y esta superficie evaporable tiene un ancho substancialmente paralelo al segundo borde de la superficie en un ángulo aproximadamente recto al primer borde, donde la longitud es al menos el doble tan larga como el ancho.
3. 3. El aparato, según la reivindicación 2, en que la longitud es al menos cinco veces tan larga como el ancho.
4. 4. El aparato, según la reivindicación 3, en que la longitud es al menos diez veces tan larga como el ancho.
5. 5. Un tubo de plasma para la descarga de un arco al vacío, este tubo de plasma comprende: (a) un brazo de entrada, de sección transversal rectangular, que tiene un ancho y una longitud substancialmente con las mismas proporciones como, y al menos tan grande como, aquéllos de un cátodo substancialmente rectangular, adoptado para ser montado en o cerca del brazo de entrada; (b) un brazo de salida de sección transversal rectangµlar, el tubo de plasma tiene un eje a lo largo de la línea central, que pasa desde el brazo de entrada a través del brazo de salida; (c) un doblez, entre el brazo de entrada y el brazo de salida, este doblez tiene un radio interno y un radio externo; y (d) un elemento que genera un campo magnético, dispuesto en relación al tubo de plasma, para generar dentro del tubo un campo magnético, que tiene una densidad del flujo magnético (fuerza del campo) , en la vecindad del radio externo, la cual es mayor que, o igual á, la densidad del flujo magnético en la vecindad del radio interno, este campo magnético está representado por las líneas de flujo magnético, una porción de las líneas del flujo magnético se orientan en una dirección substancialmente paralela al eje del tubo de plasma, dentro del brazo de salida.
6. 6. El tubo de plasma, según la reivindicación 5, en que el elemento que genera el campo magnético además comprende un elemento para generar, dentro del tubo, un campo magnético, este campo magnético está representado por líneas de flujo magnético, e incluye una región en la cual las líneas de flujo convergen formando un espejo magnético, este espejo magnético se orienta en una dirección perpendicular a la pared del tubo en la región del tubo en la cual se genera el espejo magnético.
7. 7. El aparato, según la reivindicación 5, en que el doblez se encuentra dentro del intervalo de 10 a 120 grados.
8. 8. El aparato, según la reivindicación 7, en que el doblez se encuentra dentro del intervalo de 10 a 90 grados.
9. 9. El tubo de plasma, según la reivindicación 5, que además comprende un juego de deflectores, dispuestos en el interior del tubo.
10. 10. El tubo de plasma, según la reivindicación 5, en que la sección transversal rectangular del brazo de entrada tiene una longitud y un ancho, donde esta longitud es al menos el doble de largo que el ancho.
11. 11. El tubo de plasma, según la reivindicación 10, en que la longitud es al menos cinco veces tan larga como el ancho.
12. 12. El tubo de plasma, según la reivindicación 11, en que la longitud es al menos diez veces tan larga como el ancho.
13. 13. Un método para controlar una descarga de arco entre un cátodo, compuesto, al menos en parte, de un material que se va a evaporar, y un ánodo, esta descarga de arco se origina en una zona de arco sobre una superficie evaporable del cátodo, que tiene una longitud y un ancho, este método comprende : (a) establecer sobre la superficie evaporable un campo magnético, este campo magnético está representado por las líneas de flujo magnético, el elemento que establece el campo magnético es independiente de una corriente eléctrica que fluye a través del cátodo, y las líneas de flujo tienen un componente predominante, el cual es substancialmente paralelo a la superficie evaporable y substancialmente perpendicular a su longitud; (b) detectar cuando la zona del arco se acerca a cualquier extremo de la longitud de la superficie evaporable del cátodo; y (c) cuando la zona del arco se acerca a cualquier extremo de la superficie evaporable del cátodo, invertir la dirección de las líneas del flujo magnético, sin cambiar substancialmente la configuración de su componente predomi-nante o su orientación con respecto a la superficie evaporable.
14. 14. Un aparato para generar un haz de plasma, que contiene un vapor ionizada de un material del cátodo, en el cual se usa una descarga de arco al vacío para vaporizar el material del cátodo, este aparato comprende: (a) un cátodo, que tiene una superficie evaporable de configuración substancialmente rectangular; (b) un ánodo; (c) un suministro de energía del arco, conectado operativamente al cátodo y al ánodo; (d) un tubo de plasma, para transportar a un área del substrato, en el cual un objeto, que se va a recubrir o implantar, puede estar ubicado, al menos parte del plasma contiene un vapor ionizado del cátodo, este plasma es generado por una descarga de arco desde el cátodo, y el tubo de plasma tiene una configuración rectangular en sección transversal y un ancho y una longitud en substancialmente las mismas proporciones como, y al menos tan grandes como, aquéllos del cátodo, el tubo de plasma contiene un doblez en el eje, a lo largo de su línea central, que forma en el tubo de plasma un brazo de entrada y un brazo de salida, el cátodo se coloca en o cerca del extremo del brazo de entrada, con la superficie evaporable frente al tubo de plasma, y el área del substrato se ubica en o cerca del extremo del brazo de salida; (e) un elemento que genera un campo magnético, en comunicación electromagnética con el tubo de plasma, para generar dentro del tubo de plasma y sobre la superficie evaporable del cátodo un campo magnético, este campo magnético está representado por líneas de flujo magnético, al menos una primera porción de las líneas de flujo magnético se orientan en una dirección substancialmente paralela al eje del tubo dentro del brazo de salida, y al menos una segunda porción de las líneas de flujo tienen un componente predominante, orientado substancialmente paralelo a la superficie evaporable del cátodo, dentro de la región del brazo de entrada, en o cerca del cátodo; (f) un elemento sensor, para detectar una zona del arco, este elemento sensor se coloca adyacente a cada extremo de la superficie evaporable rectangular del cátodo, el elemento sensor es capaz de producir una señal cuando la zona del arco se acerca a cualquier extremo de la superficie evaporable; y (g) un elemento que invierte el campo magnético, responsable a la señal desde el elemento sensor, para invertir la dirección de al menos la segunda porción de las líneas de flujo magnético, sin cambiar substancialmente la configu-ración de la segunda porción de las líneas de flujo o su orientación con respecto al tubo de plasma.
15. 15. El aparato, según la reivindicación 14, en que el doblez tiene un radio interno y un radio externo, y donde el elemento que genera el flujo magnético además comprende un elemento para generar, dentro del tubo, un campo magnético, que tiene una densidad del flujo magnético (fuerza del campo) , en la vecindad del radio externo, la cual es mayor de, o igual a, la densidad del flujo en la vecindad del radio interno .
16. 16. El aparato, según la reivindicación 15, en que el doblez se encuentra dentro del intervalo de 10 a 120 grados .
17. 17. El aparato, según la reivindicación 16, en que el doblez se encuentra dentro del intervalo de 45 a 90 grados .
18. 18. El aparato, según la reivindicación 14, que además comprende un elemento que invierte el flujo magnético, para invertir la dirección de la primera porción de las líneas de flujo magnético, sin cambiar substancialmente la configuración de las líneas de flujo o su orientación con respecto al tubo de plasma.
19. 19. El aparato, según la reivindicación 14, en que: (a) el elemento que genera el campo magnético comprende al menos una bobina de electroimán; y (b) el elemento que invierte el campo magnético, comprende al menos un suministro de energía del electroimán, capaz de pasar la corriente a través de la bobina del electroimán en cualquier dirección, y el suministro de energía del electroimán es capaz de invertir la dirección del flujo de la corriente a través de la bobina del electroimán, con base en la señal desde el elemento sensor.
20. 20. El aparato, según la reivindicación 19, en que (a) el elemento que genera el campo magnético comprende al menos dos bobinas de electroimán; (b) el elemento que invierte el campo magnético además comprende al menos dos suministros de energía del electroimán, capaces de pasar corriente a través de al menos dos bobinas de electroimán en cualquier dirección, estos al menos dos suministros de energía del electroimán son capaces de invertir la dirección del flujo de la corriente a través de las bobinas del electroimán, basado simultáneamente en la señal del elemento sensor; (c) estas al menos dos suministros de energía del electroimán tienen elementos que varían la corriente, para variar independientemente la corriente en las bobinas del electroimán, con el fin de ajustar la fuerza del campo magnético independientemente en diferentes partes del tubo de plasma.
21. 21. El aparato, según la reivindicación 14, en que el campo magnético generado por el elemento que genera éste, incluye una región dentro del brazo de entrada del tubo de plasma, en la cual convergen las líneas del flujo magnético, que forma un espejo magnético adyacente y paralelo al cátodo rectangular, este espejo magnético se orienta en una dirección, la cual refleja el plasma hacia el brazo de salida del tubo de plasma.
22. 22. El aparato, según la reivindicación 14, en que los elementos del ánodo incluyen un tubo de plasma.
23. 23. El aparato, según la reivindicación 14, en que los elementos del ánodo se conectan eléctricamente al tubo de plasma.
24. 24. El aparato, según la reivindicación 14, que además comprende al menos un electrodo, aislado eléctricamente, montado al interior del tubo de plasma, este electrodo flota eléctricamente con respecto al ánodo.
25. 25. El aparato, según la reivindicación 14, que además comprende al menos un electrodo, aislado eléctricamente, montado al interior del tubo de plasma,- este electrodo se orienta positivamente con respecto al ánodo.
26. 26. El aparato, según la reivindicación 14, en que el ánodo incluye un electrodo aislado eléctricamente.
27. 27. El aparato, según la reivindicación 14, en que al menos una parte de una pared interna del tubo de plasma está forrada con deflectores.
28. 28. El aparato, según la reivindicación 27, en que los deflectores incluyen una pluralidad de paredes, monadas substancialmente paralelas entre sí y substancialmente perpendiculares a la pared interna del tubo de plasma, y que se extienden por parte del camino dentro del tubo.
29. 29. El aparato, según la reivindicación 14, en que el tubo de plasma es flotante eléctricamente con respecto al ánodo.
30. 30. El aparato, según la reivindicación 14, en que el tubo de plasma está orientado eléctricamente en forma positiva con respecto al ánodo.