MXPA99011903A - Metodo para recubrir bordes con carbon tipo diamante - Google Patents

Abstract

Un método para crear una película de carbón tipo diamante sobre un sustrato, que incluye los pasos de exponer el sustrato a un ambiente de hidrocarburo gaseoso y generar plasma en el ambiente de una densidad de electrones mayor de aproximadamente 5 x 10 a la 10 por cm3 y un espesor de revestimiento menor de aproximadamente 2 mm, bajo condiciones de flujo iónico alto y bombardeo iónico controlado de baja energía. También un artículo de manufactura que incluye un sustrato que tiene una superficie y una película de carbón tipo diamante en la superficie, en donde la película tiene una dureza mayor de aproximadamente 20 Gpa y sin granos de 300 A o de diámetro mayor discernibles cuando se ve en una magnificación de 50,000X en un microscopio electrónico de barrido de emisión de campo.

Description

MÉTODO PARA RECUBRIR BORDES CON CARBÓN TIPO DIAMANTE Descripción de la Invención. Esta invención se refiere al campo de la deposición química en fase vapor y mas particularmente a la deposición química en fase vapor de alta calidad aumentada por plasma, a películas de carbón tipo diamante en superficies parcialmente cerradas o altamente anguladas. Películas duras y delgadas de carbón hidrogenado, amorfo (a-C:H), también denominadas películas de carbón tipo diamante (DLC, siglas en inglés), pueden crearse sobre superficies metálicas mediante deposición química en fase vapor de alta calidad aumentada por plasma (PECVD, siglas en inglés) . Los procesos PECVD conocidos que se usan para crear tales películas producen iones en baja densidad (~1010cm3 ) . El proceso conocido genera plasma con espesores de revestimiento que son anchos (0.5-1.0 cm) y no conforman variaciones superficiales pequeñas del sustrato (-0.1 mm) . Por lo tanto, los iones que se aceleran a través del revestimiento en el proceso conocido lo hacen perperdicularmente a la superficie macroscópica del sustrato. Bajo estas condiciones, las superficies del sustrato anguladas, REF.: 32074 tal como los bordes de las hojas de rasurar (que tienen típicamente un espaciamiento de 100 µm entre las puntas de las hojas en una pila), se someten a flujos oblicuos de iones reactivos. Estas condiciones se cree que causan auto-oscurecimiento de algunas de las especies que se depositan, conduciendo a crecimiento columnar de películas de a-C:H. También se cree que la densidad baja del plasma produce una relación ión-a-átomo relativamente baja en la superficie del sustrato. La deposición bajo condiciones en las que la movilidad superficial del adátomo es pobre, por ejemplo a temperaturas bajas del sustrato (t/Tfusi6n < 0.1) y flujo iónico bajo, también se cree que exagera el crecimiento columnar de películas de a-C:H en sustratos altamente angulados. Tal crecimiento columnar resulta en películas que contienen vacíos y límites de grano, y exhiben, resistencia mecánica pobre. El crecimiento columnar se observa en PECVD de películas de a-C:H en reactores acoplados capacitivamente a FR de baja densidad, en sustratos altamente angulados tal como hojas rasurar. Los métodos conocidos también sufren de tasas bajas de deposición. La densidad electrónica baja de los métodos conocidos no disocia efectivamente el gas de hidrocarburo alimentado. Por lo tanto, el número de fragmentos moleculares del precursor en el plasma de baja densidad es bajo. Por ejemplo, las tasas de deposición PECVD de plasma acoplado capacitivamente de a-C:H están en el orden de 20 nm/minuto. Estas tasas de deposición bajas obstruyen el rendimiento del proceso y resultan en rentabilidad baja para el proceso. a presente invención es una mejora en la deposición química en fase vapor de películas de a-C:H sobre superficies de sustrato, tal como superficies de sustrato metálico. En general, la invención incluye la deposición química de vapor de películas de a-C:H bajo condiciones que proporcionan revestimientos conformes, flujo iónico alto y bombardeo iónico controlado de baja energía. La invención incluye exponer un sustrato a un ambiente .de hidrocarburo gaseoso y generar plasma en el ambiente de una densidad de electrones mayor de aproximadamente 5 x 1010 por cm3 y un espesor de revestimiento menor de aproximadamente 2 mm, bajo condiciones de flujo iónico alto y bombardeo iónico controlado de baja energía. Las condiciones de la invención que proporcionan revestimientos conformes, flujo iónico alto y bombardeo iónico controlado de baja energía, incluyen una densidad de corriente iónica (J±) mayor de aproximadamente 2 mA/cm2 y un voltaje de polarización (-"^polarización) dentro del intervalo de aproximadamente 100 a aproximadamente 1000 volts. Tales condiciones permiten la formación de películas de carbón tipo diamante (a-C:H) duras y densas sobre puntas de agujas, bordes de hojas de afeitar, hojas y bordes de corte, y otras superficies puntiagudas, anguladas o aguzadas, u otras,, superficies parcialmente cerradas o de mucho ángulo, tal como las encontradas en ciertos instrumentos de escritura (puntas de pluma, asientos de bola de pluma, etc.), sin el crecimiento columnar de las películas asociadas con los otros procesos conocidos . En particular, en un aspecto de la invención, un reactor de deposición química en fase vapor de plasma acoplado inductivamente en el que la potencia del plasma se controla independientemente de la polarización del sustrato, se usa para disociar un gas de hidrocarburo alimentado tal como C4H10. El sustrato de piezas de trabajo, tal como hojas de rasurar apiladas colateralmente, se colocan dentro de la cámara de plasma a vacío del reactor en un portaherramienta .

El portaherramienta se acopla a una fuente de potencia (e.g., 13.56 MHz) de frecuencia de radio (FR) mediante una red de igualación de impedancia. El plasma se genera bajo condiciones flujo iónico maximizado (i.e., potencia de FR alta para el plasma acoplado inductivamente) y polarización moderada del sustrato (e.g., Ji >~3 mA/cm2 y -200 V < -Vpolarlzaci6n < -500 V en la modalidad preferida) . El suministro de potencia al portaherramienta ajusta la energía de iones extraídos del plasma hacia el sustrato, y la descarga del plasma se crea independientemente de la polarización del sustrato. Por consiguiente, se obtiene un flujo iónico alto simultáneamente con energía moderada a baja del bombardeo iónico. También pueden usarse otros' procesos que son capaces de producir plasma de alta densidad. Estos incluyen microondas, resonancia ciclotrónica de electrones, y otros procesos avanzados de generación de plasma de FR, tal como fuentes de ondas helicoidales y resonadores helicoidales. De acuerdo con otro aspecto de la invención, una capa interna puede usarse entre el sustrato y la película de carbón tipo diamante. Esta capa interna puede seleccionarse del grupo que consiste de silicio, carburo de silicio, vanadio, tantalio, níquel, niobio, molibdeno y aleaciones de tales materiales. La experiencia ha demostrado que el silicio trabaja particularmente bien como un material para tal capa interna . La alta eficiencia del plasma acoplado inductivamente puede producir un flujo iónico que puede ser aproximadamente diez veces mayor que en un plasma convencional acoplado capacitivamente a FR. Estas condiciones producen ventajas de grosor de revestimiento reducido, relación ión-a-átomo incrementada, y una tasa de deposición muy alta. El grosor de revestimiento reducido permite el cubrimiento conforme de estructuras pequeñas y variaciones en la superficie del sustrato. El revestimiento conforme causa que los iones golpeen la superficie perpendicularmente o en ángulos bajos, conduciendo a la película densa. La relación ión-a-átomo incrementada resulta en movilidad superficial aumentada de los adátomos y deposición de películas de densidad mas alta. Las tasas de deposición mas altas, que se presentan debido a que el plasma se disocia mas completamente, resulta en producción mas rápida y ahorro en los costos. Debido a estas ventajas, las películas de carbón tipo diamante pueden generarse para que tengan una estructura de película densa (i.e., granos columnares o vacíos significativamente reducidos o no, que disminuyen la resistencia mecánica [e.g., granos no discernibles de 300 Á o de diámetro más grande cuando se ven en una magnificación de 50,000X en un microscopio electrónico de barrido de emisión de campo] ) y dureza alta (dureza de la película de mas de aproximadamente 20 GPa) en una tasa de deposición alta, que resulta en costo reducido por parte. El proceso puede tener ventajas adicionales que pueden incluir auto-oscurecimiento (oscurecimiento de metalizado por bombardeo iónico) de bordes de corte debido a la alta tasa del bombardeo intenso de flujo iónico de la cámara de limpieza usando un plasma de oxígeno, y producción rápida durante cualquier paso de prelimpiado del plasma que podría emplearse antes de la deposición. La presente invención se entenderá mas completamente a partir de cualquier descripción detallada siguiente considerada en conjunción con los dibujos que la acompañan, en los cuales: La Fig. 1 es un diagrama de sección transversal de un reactor de deposición química en fase vapor de plasma acoplado inductivamente útil para practicar la presente invención; La Fig. 2 es una gráfica que ilustra la presente invención en términos de corriente iónica/potencia de inducción de FR, voltaje de polarización promedio del sustrato y espesor del revestimiento; La Fig 3 es una gráfica que ilustra la dureza de películas generadas de acuerdo con la presente invención como una función de la potencia de inducción de FR y el voltaje de polarización promedio del sustrato; La Fig. 4 es una gráfica que ilustra la dureza de películas producidas de acuerdo con la presente invención como una función de la polarización promedio del sustrato; La Fig. 5 es una fotomicrografía (tomada a 50,000X) de una sección transversal de un película tipo diamante depositada sobre una hoja de rasurar mediante una deposición química en fase gas de plasma mejorado convencional acoplado capacitivamente; La Fig. 6 es una fotomicrografía (tomada a 50,000X) de una sección transversal de una película tipo diamante depositada sobre una hoja de rasurar en una corrida de demostración de la presente invención; La Fig. 7 es una fotomicrografía (tomada a 50,000X) de una sección transversal de una película tipo diamante depositada sobre una hoja de rasurar en una corrida de demostración adicional de la presente invención; La Fig. 8 es una fotomicrografía (tomada a 50,000X) de una sección transversal de una película tipo diamante depositada sobre una hoja de rasurar en una corrida de demostración adicional de la presente invención; La Fig. 9 es una fotomicrografía (tomada a 50,000X) de una sección transversal de una película tipo diamante depositada sobre una hoja de rasurar en una corrida de demostración adicional de la presente invención; La Fig. 10 es una fotomicrografía (tomada a 50,000X) de una vista elevada en perspectiva de una película tipo diamante depositada sobre un borde de hoja de rasurar mediante deposición química en fase vapor de plasma convencional acoplado capacitivamente; La Fig. 11 es una fotomicrografía (tomada a 50,000X) de una sección transversal de una película tipo diamante depositada sobre un borde de hoja de rasurar mediante deposición química en fase vapor de plasma convencional acoplado capacitivamente; La Fig. 12 es una fotomicrografía (tomada a 50,000X) de una vista elevada en perspectiva de una película tipo diamante depositada sobre una hoja de rasurar de acuerdo con la presente invención; La Fig. 13 es una fotomicrografía (tomada a 50,000X) de una sección transversal de una película tipo diamante depositada sobre un borde de hoja de acuerdo con la presente invención; La Fig. 14 es una gráfica que ilustra la tasa de deposición de la presente invención como una función de la potencia de inducción de FR; La Fig. 15A es un diagrama esquemático que ilustra una modalidad adicional de la presente invención; La Fig. 15B es una gráfica que ilustra un ejemplo de la polarización pulsada de FR de la modalidad de la Fig. 15A; La Fig. 16 es una gráfica que ilustra la dureza contra el esfuerzo interno de la película en películas de polarización pulsada de la presente invención comparadas a películas de polarización de onda continua; y La Fig. 17 es un diagrama de flujo que ilustra un ejemplo de un flujo de proceso para la práctica de la presente invención. La presente invención proporciona un mejoramiento en la formación de películas de carbón tipo diamante sobre sustratos mediante deposición química en fase vapor mejorada por plasma. De acuerdo con la presente invención, la disociación de un gas de hidrocarburo por medio de deposición química en fase vapor mejorada por plasma bajo condiciones de flujo iónico alto y bombardeo iónico controlado de baja energía formará una película de a-C:H dura y densa sobre un sustrato, sin el tipo de crecimiento columnar asociado con otros procesos conocidos, aun si el sustrato adquiere forma desigual o incluye ángulos oblicuos. La invención incluye exponer un sustrato a un ambiente de gas hidrocarburo y generar plasma en el ambiente de una densidad electrónica mayor de aproximadamente 5xl010 por cm3 y un espesor de revestimiento menor de aproximadamente 2 mm, bajo las condiciones de flujo iónico alto y bombardeo iónico controlado de baja energía. Tales condiciones pueden conseguirse mediante control independiente de la densidad del flujo iónico y la polarización del sustrato para maximizar el flujo iónico mientras se mantiene moderada la polarización del sustrato. Estas condiciones incluyen una corriente iónica (J±) mayor de aproximadamente 2 mA/cmz y un voltaje de polarización ( -Vpolar?zación) dentro de un intervalo de aproximadamente 100 a aproximadamente 1000 volts . En una modalidad de la presente invención, un reactor de deposición química en fase vapor de plasma acoplado inductivamente se usa para producir sobre un sustrato angulado la película de a-C:H densa y dura de la presente invención. Mientras que la presente invención se ilustra en términos de deposición química en fase vapor de plasma acoplado inductivamente, también pueden usarse otros procesos de generación de plasma que son capaces de producir plasma de alta densidad. El reactor acoplado inductivamente que puede usarse en la práctica de la presente invención se muestra en la Fig. 1. El reactor de la Fig. 1 incluye un generador de plasma de inducción 10 acoplado a una cámara de plasma a vacío 12, en la que un portaherramienta de sustrato 14 se localiza en el campo de plasma debajo de una ventana de cuarzo 11. Típicamente, el portaherramienta 14 se enfriaría con agua. Aunque se prefiere el enfriamiento con agua, es aceptable algo de calentamiento. Así, también podría usarse un sumidero térmico grande. El generador de plasma 10 incluye una fuente de frecuencia de radio (FR) 16 conectada a bobinas de inducción 18 a través de capacitores 20. Dentro de la cámara de plasma 12, el sustrato o piezas de trabajo 22 (representado como hojas de rasurar apiladas de forma colateral), se colocan en un portaherramienta 14. El portaherramienta 14 se acopla a un suministro de potencia de frecuencia de radio (FR) 24 (típicamente 13.56 MHz) mediante una red de igualación de impedancia 26. El suministro de potencia de FR 24 del portaherramienta 14 permite el ajuste de la energía de los iones extraídos del plasma hacia las piezas de trabajo 22. Un gas de hidrocarburo alimentado que se va a disociar, por medio del plasma, se proporciona a la cámara de plasma 12 a través de una entrada de gas 28. Típicamente, la alimentación de gas será C4H10, pero también pueden usarse otros gases de hidrocarburo, tal como CH4, C2H2, C6H6, C2H6 y/o C3H8. Preferentemente, las piezas de trabajo 22 se colocan 5 a 15 cm corriente abajo (debajo de la ventana de cuarzo 11) y se mantienen a temperatura ambiente por medio del portaherramienta 14 enfriado con agua. Usando el aparato descrito antes, las corridas se hicieron a varios niveles de potencia de plasma de inducción y de voltaje de polarización del sustrato. Dos ejemplos de deposición sobre bordes de hojas que se ilustran en la presente invención se resumen a continuación : EJEMPLO I Potencia de plasma de 400 W a 13.56 MHz, que inducción: produce 3 mA/cm2 de corriente iónica Voltaje de polarización -300 V (cd) del sustrato: Tipo de gas Butano, C4H10 Flujo de gas 50 centímetros cúbicos estándar por minuto (sccm, siglas en inglés) Presión : 5 mTorr (plasma de salida) , 12 mTorr (plasma de entrada) Grosor calculado del 1240 µm revestimiento : Tasa de deposición sobre 100 nm/mi bordes de hoja: Comentarios : Crecimiento columnar ligero Rango de densidad = 3.5 EJEMPLO II Potencia de plasma de 800 W a 13.56 MHz, que inducció : produce 6 mA/cra2 de corriente iónica Voltaje de polarización -200 V (cd) del sustrato: Tipo de gas: Butano, C4H10 Flujo de gas: 50 centímetros cúbicos estándar por minuto (sccm, siglas en inglés) Presión: 5 mTorr (plasma de salida), 12 mTorr (plasma de entrada) Grosor calculado del 650 µm revestimiento : Tasa de deposición sobre 100 nm/min. bordes de hoja: Comentarios: Sin crecimiento columnar Rango de densidad = 4.0 En los ejemplos, se hace referencia a "rango de densidad" para las películas. Este rango corresponde a un sistema semi-cuant itativo para categorizar los recubrimientos del borde de la hoja, en los que la microestructura del recubrimiento se evalúa usando microscopía electrónica de barrido de emisión de campo a una magnificación de 50,000X. Basándose en la apariencia de granos y estructuras vacías, un rango se asigna de acuerdo con la siguiente tabla: Microestructura de Ranso de Densidad Recubrimiento Altamente columnar, 1.0 estructura de grano evidente, altamente porosa Columnaridad claramente 2.0 evidente, algo de granos pequeños Algo de columnaridad y 3.0 estructura de grano visible Completamente densa 4.0 Los resultados de los ejemplos anteriores y otras corridas se muestran en las gráficas de las Figs. 2 a 4. La Fig. 2 ilustra gráficamente aspectos pertinentes de la presente invención en términos de corriente iónica/potencia de inducción de FR, voltaje de polarización promedio del sustrato y espesor del revestimiento. La figura también muestra la región de la modalidad preferida de la presente invención. Como puede verse en la figura, la magnitud de la corriente iónica afecta el crecimiento columnar de las películas. Valores más bajos de corriente iónica resultan en crecimiento incrementado de películas columnares. Valores más altos de corriente iónica resultan en microestructura menos columnar. Aunque no es completamente evidente en la figura, los revestimientos de plasma gruesos también podrían resultar en microestruturas columnares incrementadas. En la Fig. 2, también puede verse que la polarización promedio del sustrato afecta la dureza de las películas. A valores promedio de polarización de sustrato más bajos, las películas son relativamente suaves. Conforme los valores promedio de polarización aumentan, la dureza de las películas aumenta. Sin embargo, la polarización de sustrato excesivamente alta resulta en películas dañadas y una disminución en la dureza de la película debido a la grafitización. La Fig. 2 también demuestra que el espesor del revestimiento varía como una función de la densidad de la corriente iónica. Como puede verse en la Fig. 2, el espesor del revestimiento de plasma aumenta conforme aumenta la polarización del sustrato. Así, conforme la polarización del sustrato aumenta, disminuye la conformalidad del plasma al sustrato. Las condiciones en que se presentan las ventajas de la presente invención incluyen una corriente iónica ( Jx ) mayor de aproximadamente 2 mA/cm2 y una polarización promedio del sustrato ( -Vpolarl2aci6n) dentro de un intervalo de aproximadamente -100 a aproximadamente -1000 volts. Las condiciones que producen actualmente la modalidad preferida (y que se muestran en la porción grande, superior y resaltada de la Fig. 2 etiquetada "PREFERIDA") incluye una corriente iónica (Jj.) mayor de o igual a aproximadamente 3 mA/cm2, una polarización promedio de sustrato (Vpolari2ación) dentro de un intervalo de aproximadamente -200 a aproximadamente -500 volts, y espesor de revestimiento menor de o igual a aproximadamente 1.7 mm (para bordes de hojas en una configuración apilada). En comparación, la porción derecha mas baja resaltada de la Fig. 2 (etiquetada " DLC Convencional") delinea las condiciones y características asociadas con la deposición química en fase vapor de baja densidad acoplada capacitivamente. Un ejemplo de tales condiciones convencionales del proceso (potencia de FR a electrodo del sustrato) son como sigue: Potencia de plasma de 0 inducció : Voltaje de polarización -300 V (cd) que produce del sustrato: 0.34 mA/cm2 Tipo de gas Butano, C4H10 Flujo" de gas 50 centímetros cúbicos estándar por minuto (sccm, siglas en inglés) Presión 5 mTorr (plasma de salida), 7 mTorr (plasma de entrada) Grosor calculado del 3630 µm revestimiento : Tasa de deposición 10 nm/min.

En deposición química en fase vapor acoplada capacitivamente la corriente iónica es baja (aproximadamente 0.3 mA/cm2) y el revestimiento es grueso. Las películas columnares se observan en los bordes de hojas. La Fig. 3 demuestra que la nanodureza de las películas generadas varía como una función tanto de la potencia de inducción de FR como del voltaje promedio de polarización del sustrato (i.e., la energía promedio de iones en la pieza de trabajo) . Como puede verse en la Fig. 3, la polarización del sustrato y la potencia de inducción de FR aumentadas incrementan la dureza de la película. De nuevo, la polarización del sustrato excesivamente alta causa una disminución en la dureza de la,película debido a la grafitización . La Fig. 4, que muestra la dureza de la película producida como una función de la polarización promedio del sustrato a 200-800 de potencia de inducción de FR, demuestra que la polarización promedio moderada del sustrato (e.g., aproximadamente -200 a aproximadamente -500V) produce las películas con la dureza mas alta. La Fig. 4 también demuestra que la polarización del sustrato excesivamente alta disminuirá la dureza de la película. La línea sólida en la Fig. 4 representa un mejor ajuste para los resultados. Las líneas punteadas corresponden al 95% de límite de confianza del ajuste.

Los siguientes ejemplos adicionales de PECVD en bordes de hojas demuestran que el efecto de cambios en potencia de inducción/corriente iónica sobre el grosor del revestimiento y crecimiento columnar. Todas las condiciones se fijaron, excepto la potencia de inducción/corriente iónica: Corrida Potencia de Polarización Flujo Iónico Grosor del Inducción (V) (mA cm2 ) Revestimiento (W) (mm) (Cale. ) 0 -200 < 1 120 -200 1 . 45 250 - 200 2 . 65 1.5 500 -200 4 . 58 800 -200 5 . 66 0.8 Todas las corridas a 5 mTorr , C4H10 , Los resultados de estas corridas se muestran en las fotomicrografías de las Figs. 5-9 respectivamente, las cuales se tomaron cada una a una magnificación de 50,000X en un microscopio electrónico de barrido de emisión de campo (SEM) . La microestructura columnar es fácilmente evidente en los recubrimientos de las Figs. 5 y 6, que corresponden a las Corridas 1 y 2, respectivamente. La película mostrada en la Fig. 7, qué corresponde a la Corrida 3, parece que es límite, pero aún es evidente la columnaridad. Ninguna estructura columnar .(tal como los granos de 300 Á bien definidos o de diámetro mayor, tanto en las imágenes de la superficie como de sección transversal, cuando se ven a 50,000X en el microscopio electrónico de barrido de emisión de campo (SEM)) es discernible en las películas de las Figs. 8 y 9, que corresponden a las Corridas 4 y 5, respectivamente. Así, como se muestra en la Fig. 2, un límite de corriente iónica mas bajo de aproximadamente 3 mA/cm2, que corresponde a una potencia de inducción de aproximadamente 400 , se ha elegido para la modalidad preferida. Las fotomicrografías de las Figs. 10 a 13 demuestran pictóricamente además la calidad superior de películas de a-C:H, depositadas de acuerdo con la presente invención. Estas fotomicrografías también se tomaron a una magnificación de 50,000X en un microscopio electrónico de barrido de emisión de campo (SEM) . Las Figs. 10 y 11 muestran cada una la película de a-C:H depositada sobre un borde de hoja de rasurar por técnicas convencionales de deposición química en fase vapor de plasma acoplado capacitivamente. Las Figs. 10 y 11 muestran granos bien definidos y crecimiento columnar de la película de a-C:H sobre el borde de la hoja. En contraste, cada una de las Figs. 12 y 13 muestra una película de a-C:H depositada sobre el borde de una hoja de rasurar de acuerdo con la presente invención. Las Figs. 12 y 13 muestran claramente buena deposición de la película sobre el borde de la hoja sin crecimiento columnar observable o granos observables, cuando se ve a 50,000X en el microscopio electrónico de barrido de emisión de campo (SEM) . No pueden verse microestructura columnar o vacíos en la película depositada de acuerdo con la presente invención. Para ilustrar más la presente invención, y demostrar los aumentos en las tasas de deposición asociadas con la presente invención, la Fig. 14 es una gráfica que representa la tasa de deposición como una función de la potencia de inducción de FR. Conforme el plasma acoplado inductivamente se cambia gradualmente, la tasa de deposición aumenta considerablemente. En el origen de la gráfica, solo se aplica polarización FR al sustrato, resultando en una tasa de deposición de 10 nm/minuto y una auto polarización de -300 V. Esto corresponde a deposición en fase vapor de plasma acoplado capacitivamente. Conforme se incremente la potencia de inducción, la potencia de polarización se ajusta para mantener -300 V. A 800 W de potencia de inducción, la tasa de deposición es de aproximadamente 170 nm/minuto, que es aproximadamente 17 veces mas alta que la deposición en fase vapor de plasma convencional acoplado capacitivamente. En los ejemplos de la invención descritos antes, la potencia de FR de 13.56 MHz se aplicó continuamente al sustrato o piezas de trabajo para proporcionar la polarización del sustrato. En un aspecto adicional de la invención, puede pulsarse la potencia de polarización aplicada al sustrato o piezas de trabajo. Refiriéndose a las Figs. 15A y 15B, la onda seno del suministro de potencia FR 24 se modula por una onda cuadrada a partir del generador de onda cuadrada 30, mediante el modulador 32 para producir un pulso de voltaje de polarización FR 34. En la modalidad de las Figs. 15A y 15B, el ciclo de trabajo es la polarización en el tiempo como una fracción del período total de la onda cuadrada. Variar el ciclo de trabajo puede tener dos ventajas: 1) el voltaje de polarización promedio (energía iónica) puede disminuirse pero el voltaje pico puede mantenerse en el intervalo óptimo, y 2) el revestimiento puede relajarse hasta el espesor de polarización cero (por ejemplo, aproximadamente 30 µm) durante el período de "apagado", que puede proporcionar buen cubrimiento conforme de la pieza de trabajo durante este período. La Fig. 16 muestra el efecto del esfuerzo interno de la película en películas de polarización pulsada comparadas a películas de polarización de onda continua (CW, siglas en inglés) . La técnica de pulsación permite la reducción del esfuerzo de la película independientemente de la dureza, una característica única adicional de la presente invención. De acuerdo con un aspecto adicional de la invención, una capa interna puede usarse entre el sustrato y la película de carbón tipo diamante. Esta capa interna puede seleccionarse del grupo que consiste de silicio, carburo de silicio, vanadio, tantalio, níquel, niobio, molibdeno y aleaciones de tales materiales. La experiencia ha demostrado que el silicio trabaja particularmente bien como un material para tal capa interna. La Fig. 17 muestra un ejemplo de flujo de proceso de elaboración para la presente invención. Las piezas de trabajo se beneficiarían típicamente con una etapa de prelimpiado 36 para aumentar la adhesión de la capa DLC. Esto puede realizarse en una sola cámara de inducción de FR (a altas tasas) o en una cámara de descarga de incandescencia DC (a tasas más bajas y tiempos de proceso más largos). La .cámara de prelimpieza puede alimentar las piezas de trabajo a dos-o más cámaras de deposición DLC 38 y 40, que usan fuentes de plasma acoplado inductivamente. Una de estas cámaras 38 puede depositar en la pila de hojas mientras que la otra cámara 40 se está limpiando. La limpieza es deseable debido a que la película construye sobre las paredes de la cámara y eventualmente puede deslaminarse, resultando en contaminación particulada.

Un ejemplo de flujo de proceso adicional se esboza en la tabla de abajo: Paso de Cámara A Cámara B Cámara C Tiempo (36) (38) (40) 1 Prelimpiar Limpiar Desocupada Pila Cámara 2 Cargar Cargar Pila Desocupada Nueva Pila de A 3 Prelimpiar Depositar Limpiar Pila DLC Cámara 4 Cargar Descargar Cargar Pila Nueva Pila de A 5 Prelimpiar Limpiar Depositar Pila Cámara DLC 6 Cargar Cargar Pila Descargar Nueva Pila de A 7 Prelimpiar Depositar Limpiar Pila DLC Cámara 8 Cargar Descargar Cargar Pila Nueva Pila de A Ir al Paso Ir al Paso Ir al Paso de Tiempo 5 de Tiempo 5 de Tiempo 5 Ejemplo de condiciones de proceso para los flujos proceso descritos antes incluyen lo siguiente: ) Prelimpiar Pila: Potencia de inducción de FR: 300 W Voltaje de Polarización FR: -300 V Tiempo: 30-60 seg. Gas : Argón Presió : 5xl0"3 Torr Fluj o : 50 cc estándar/min (sccm) ) Depósito DLC: Realizado de acuerdo con la presente invención. ) Limpiar Cámara: Potencia de inducción FR: 1000 W Voltaje de Polarización FR: -200 V Tiempo: Aprox. 2 x tiempo de deposición DLC Gas: Oxígeno Presión: 5xl0~3 Torr Flujo: 100 sccm Como se mencionó antes, mientras que la presente invención se ilustra en el contexto de deposición química en fase vapor aumentada por plasma acoplado inductivamente, también pueden usarse otros procesos que son capaces de generar plasma de alta densidad.

Estos otros procesos incluyen generación de plasma de microondas, generación de plasma de resonancia de ciclotrón de electrones, y otros procesos de generación de plasma de alta densidad de FR, tal como generación de plasma por fuente de onda helicoidal y por resonador helicoidal . La descripción anterior no se proyecta para limitar la presente invención. Son posibles modalidades alternativas. Por lo tanto, el alcance de la invención debería determinarse mediante las reivindicaciones anexadas y sus equivalentes legales, no por las modalidades descritas y mostradas antes.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (26)

REI INDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :

1- Un método para crear una película de carbón tipo diamante sobre un sustrato, caracterizado porque comprende los pasos de: exponer el sustrato a un ambiente de hidrocarburo gaseoso; y generar plasma en el ambiente de una densidad de electrones mayor de aproximadamente 5 x 1010 por cm3 y un espesor de revestimiento menor de aproximadamente 2 mm, bajo condiciones de flujo iónico alto y bombardeo iónico controlado de baja energía.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el ambiente comprende un gas seleccionado del grupo que consiste de C4H10, CH4, C2H2,

3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el sustrato es una superficie metálica .

4. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el sustrato es una sustancia metálica que tiene una capa superficial que comprende un material seleccionado del grupo que consiste de silicio, carburo de silicio, vanadio, tantalio, níquel, niobio, molibdeno y aleaciones de los mismos.

5. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el plasma se genera por acoplamiento inductivo.

6. El método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el acoplamiento inductivo comprende una corriente iónica mayor de aproximadamente 2 mA/cm2 y un voltaje de polarización dentro de un intervalo de aproximadamente -100 a aproximadamente -1000 volts.

7. El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el acoplamiento inductivo comprende una corriente iónica mayor de aproximadamente 3 mA/cm2 y un voltaje de polarización dentro de un intervalo de aproximadamente -200 a aproximadamente -500 volts.

8. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el espesor del revestimiento es menor de aproximadamente 1.7 mm.

9. El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque se pulsa el voltaje de polarización .

10. Deposición química en fase vapor aumentada con plasma de una película de carbón tipo diamante sobre un sustrato, caracterizada porque comprende los pasos de: exponer el sustrato a un ambiente de hidrocarburo; y generar un plasma en el ambiente mediante acoplamiento inductivo, que comprende una corriente iónica mayor de aproximadamente 2 mA/cm2 y un voltaje de polarización dentro de un intervalo de aproximadamente -100 a aproximadamente -1000 volts.

11. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el ambiente comprende un gas seleccionado del grupo que consiste de C4H10, CH4, C2H2, C6H6, C2H6 y C3H8.

12. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el sustrato es una superficie metálica .

13. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el sustrato es una sustancia metálica que tiene una capa superficial que comprende un ma-terial seleccionado del grupo que consiste de silicio, carburo de silicio, vanadio, tantalio, níquel, niobio, molibdeno y aleaciones de los mismos.

14. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el acoplamiento inductivo comprende una corriente iónica mayor de aproximadamente 3 mA/cm2 y un voltaje de polarización dentro de un intervalo de aproximadamente -200 a aproximadamente -500 volts.

15. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el plasma tiene un espesor de revestimiento menor de aproximadamente 1.7 mm.

16. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque se pulsa el voltaje de polarización.

17. Un artículo de manufactura, caracterizado porque comprende: un sustrato que tiene una superficie; y una película de carbón tipo diamante en la superficie, en donde la película tiene una dureza mayor de aproximadamente 20 GPa y sin granos de 300 Á o de diámetro mayor discernibles cuando se ve en una magnificación de 50,000X en un microscopio electrónico de barrido de emisión de campo.

18. El artículo de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque la película de carbón tipo diamante es una película de a-C:H.

19. El artículo de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque el sustrato es una sustancia metálica que tiene una capa superficial que comprende un material seleccionado del grupo que consiste de silicio, carburo de silicio, vanadio, tantalio, níquel, niobio, molibdeno y aleaciones de los mismos .

20. El artículo de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque la superficie es angulada.

21. El artículo de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque el artículo es una hoja de rasurar.

22. El artículo de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque la superficie es un .borde de una hoja de rasurar.

23. El artículo de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque el artículo es un instrumento de escritura.

24. El artículo de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque el artículo es una punta de pluma.

25. El artículo de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque el artículo es un asiento de bola de pluma.

26. El artículo de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque el artículo es una punta de aguja. 27 El artículo de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque el artículo es un borde de corte . 28. El artículo de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque el artículo es una hoja de corte.