WO2016156649A1 - Elemento fungible para bombardeo con partículas, conjunto de dispositivo de bombardeo con partículas y elemento fungible y procedimiento de determinación del patrón de grabado por bombardeo de partículas de un blanco - Google Patents

Elemento fungible para bombardeo con partículas, conjunto de dispositivo de bombardeo con partículas y elemento fungible y procedimiento de determinación del patrón de grabado por bombardeo de partículas de un blanco Download PDF

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deposition
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layer
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Enric BERTRÁN SERRA
Roger Amade Rovira
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Advanced Nanotechnologies, S.L.
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    • H01J37/3414—Targets
    • H01J37/3423—Shape

Definitions

  • Fungible element for bombardment with particles set of device for bombardment with particles and fungible element and procedure for determining the pattern of engraving by bombardment of particles of a target.
  • the present invention falls within the sector of thin layer coatings, especially by particle bombardment.
  • the techniques of physical deposition of thin layer in vapor phase on a substrate consist of bombarding with a target target, for example ions or photons, so that it emits the coating particles (formed by isolated atoms or by the association of a few atoms) that will stop the substrate to be coated.
  • a target target for example ions or photons
  • the procedure consists in arranging a substrate in front of the particle cannon, estimating a suitable bombing time to obtain a certain coating thickness and bombing for a certain time.
  • the resulting coating thickness is strongly dependent on the bombing time, so it is essential to have a very precise control of the bombing time to obtain the desired results.
  • the uniformity of the results will depend strongly on each installation and especially the operator who performs the control of the bombing facility.
  • the present invention proposes a fungible element provided with a target for particle bombardment intended to perform physical deposition of thin layer in vapor phase on a substrate, the fungible element comprising a base layer on which it is deposited the target, the target being sprayed by particle bombardment, characterized by the fact that the target is constituted by at least one layer (y) in which a plurality of zones (x ⁇ , yi) are defined with average thickness (e ⁇ (x ⁇ ,)) variable between the zones (x ⁇ , yi), the average thicknesses (e ⁇ (x ⁇ , y)) of each zone (x ⁇ , y) being sized so that, in At certain bombardment conditions, all zones (x, y) have a spraying time for identical particle bombardment (t).
  • the consumable element can be used in the multi-layer tank for interferential optics, for electronic devices, for metallization of single-layer or multi-layer electrical contacts, for ultra-thin single-layer or multi-layer structures -up to monoatomic thicknesses-, nano-island controlled deposit or Nanostructures on a substrate, prior to coalescence, among others.
  • the blank is constituted by a plurality of layers.
  • the different zones (x ⁇ , y ⁇ ) can be of the same material or of different materials.
  • the invention also relates to a set of particle bombardment device and fungible element provided with a target for bombardment (ionic, with neutral particles or with photons) by the particle bombardment device to perform physical deposition of thin layer in vapor phase on a substrate intended to receive the deposition material disposed on the target, the fungible element comprising a base layer on which the target is deposited, characterized by the fact that the target is constituted by at least one layer on which define a plurality of zones (x ⁇ , y ⁇ ) with average thickness (e ⁇ (x ⁇ , y)) variable between the zones (x ⁇ , y ⁇ ), the average thicknesses being (e ⁇ (x ⁇ ,)) of each zone (x ⁇ , y) sized so that, when bombarded with the particle bombardment device, all zones (x ⁇ , yi) have an identical ionic spraying time (f), so that it can be controlled the thickness of the layer d placed on the substrate from the previous dimensioning of the thicknesses (e ⁇ (x ⁇ , y))
  • the different zones (x, y) may be of the same material or of different materials.
  • the bombardment is an ionic bombardment, for example, with sputtering head or with ionic cannon or a bombardment with neutral particles with neutralized ion cannon or with plasma cannon or with similar techniques.
  • the bombardment is a photonic bombardment to produce ablation, for example, with laser (LAD) or photonic bombardment by pulsed laser (PLD) or with similar techniques.
  • LAD laser
  • PLD pulsed laser
  • the head or barrel comprises means for changing its orientation that allow it to be oriented towards the target or towards the substrate, so that it can be switched between an assisted deposition mode with ion or plasma cannon and a direct bombardment compaction mode.
  • the invention also relates to a method of determining the pattern of engraving by bombardment of particles of a target, for obtaining the engraving speed and thickness (e ⁇ (x ⁇ , y ⁇ )) as a function of the position (x , and) of a fungible element according to any of the aforementioned variants of the fungible element, comprising the steps of: a) Making a homogeneous deposition of deposition material on a base layer to obtain a blank of homogeneous thickness;
  • the mask is a grid.
  • the manufacture of multilayer targets can be done using inkjet printers or printers. These printers allow the distribution of the thickness e ⁇ (x ⁇ , y ⁇ ) determined by the method of the invention to be reproduced point by point. The resolution is approximately 20 nm, which is the approximate thickness of the ink drops once dried. This technique also allows mixing of various materials and the production of multilayers with the thickness distributions e ⁇ (x ⁇ , y) sought.
  • these targets already contain all the information necessary to reproduce the multilayer structures on a substrate, such as ophthalmic lenses and contact lenses, flat devices, interference filters, multilayer coatings, optical layers with a gradient, among others, and it is only necessary to project the material, previously deposited on the target, on the corresponding substrate by ionic bombardment, bombardment with ionic particles, bombardment with neutral particles or photonic bombardment or with laser beam.
  • this method of deposition allows very precise control of the deposition rate and, in particular, control the evolution of the nucleation and coalescence phases of the deposited layers. This allows depositing nanometric and / or thickness structures of a single atom or a few atoms or molecules on a surface.
  • this method allows the deposition of nanometric structures or clusters of few atoms dispersed on the substrate, according to the nucleation and growth models described by:
  • This deposition method can also be used in "layer-by-layer” deposition processes and / or as a new modality in epitaxial growth processes such as those used in MBE (molecular beam epitaxy).
  • MBE molecular beam epitaxy
  • Figure 1 is a white seen in plan, with a grid proposal.
  • Figures 2 to 7 are different layer structures in fungible element.
  • Figure 8 is an installation for particle bombardment.
  • Figures 9a to 9d illustrate the different stages for determining the thicknesses sought in each of the target areas.
  • Figure 10a illustrates a stratified blank for the application of an optical process to determine the structure of the blank.
  • Figure 10b illustrates a device for obtaining target thicknesses.
  • Figure 1 1 illustrates components for manufacturing the fungible element of the invention.
  • Figure 1 1 b illustrates in section an installation for manufacturing the fungible element of the invention.
  • the invention relates to a fungible element 1 provided with a target 2 for particle bombardment intended to perform physical deposition of thin layer in vapor phase on a substrate 3, the fungible element 1 comprising a layer of base 4 on which the target 2 is deposited, the target being sprayed by particle bombardment, characterized by the fact that the target is constituted by at least one layer 21 in which a plurality of zones are defined ( x ⁇ , y) with average thickness (e ⁇ (x ⁇ , y)) variable between the zones (x ⁇ , y), with the average thicknesses (e ⁇ (x ⁇ , y ⁇ )) of each zone (x ⁇ , and!) sized so that, under certain bombardment conditions, all zones (x ⁇ ,) have an identical time (t ⁇ ) for particle bombardment spraying.
  • FIG. 5 In a very simplified manner, this is illustrated in Figure 5.
  • two zones of different thicknesses can be seen in 7 and 2 , which will be subjected to different bombardment intensities.
  • the element has been drawn in a convex shape, although it does not necessarily have to be this way, since this will depend on the distribution of the cannon, and the distribution of the target's output.
  • the target is constituted by a plurality of layers 21, 22.
  • the layers may be homogeneous, as illustrated in Figures 2 and 3, or heterogeneous, as illustrated in Figures 4 and 5.
  • the invention also relates to a set of particle bombardment device 5 and fungible element 1 provided with a target 2 for bombardment (ionic, neutral particles or photons) by the bombardment device with particles 5 to perform physical deposition of a thin layer in the vapor phase on a substrate 3 intended to receive the deposition material provided on target 2, the fungible element 1 comprising a base layer 4 on which the blank 2 is deposited, characterized by the fact that the target 2 is constituted by at least one layer 21 in which a plurality of zones (x ⁇ , y ⁇ ) with average thickness (e ⁇ (x ⁇ , y ⁇ )) variable between the zones ( x ⁇ , y ⁇ ), being the average thicknesses (e ⁇ (x ⁇ , y ⁇ )) of each zone (x ⁇ , y ⁇ ) sized so that, when bombarded with the particle bombardment device 5, all zones (x ⁇ ,) have an identical ionic spray time (tj), so that the thickness of the layer deposited on the substrate 3 can be controlled from the previous dimensioning
  • the bombardment can be an ionic bombardment with a cathodic spray head or with a plasma ion gun or a neutral particle bombardment with a neutralized ion gun or with a plasma gun. It can also be a photonic bombardment to produce laser ablation (LAD) or photonic bombardment by pulsed laser (PLD).
  • LAD laser ablation
  • PLD pulsed laser
  • the head or barrel 5 comprises means for changing its orientation that allow it to be oriented towards the target or towards the substrate, so that it can be switched between an assisted deposition mode with an ion or plasma cannon and a mode of direct bombardment compaction.
  • the invention also relates to a method of determining the pattern of engraving by bombardment of particles of a target 2, for obtaining the engraving speed and thickness (e ⁇ (x ⁇ , y ⁇ )) as a function of the position ( x, y) of a fungible element 1 according to any of the variants illustrated in Figures 2 to 7, comprising the steps of: a) Performing a homogeneous deposition of deposition material on a base layer 4 to obtain a blank 2 of known homogeneous thickness e 0 , such as which is illustrated in figure 9a;
  • An optical process with similar results can also be carried out by the following steps: a) Perform a preferably homogeneous deposition of a semitransparent deposition material (very thin metal of the order of a few tens of nanometers, or a semitransparent material with optical transmittance spectrum non-zero, such as a semiconductor material, or a semi-transparent dielectric) characterized by an optical absorption, a (A) (being A wavelength), on a transparent base layer 43 to obtain a blank 23 of homogeneous thickness, characterized by an optical absorption, a (A), such as that illustrated in Figure 10a;
  • a semitransparent deposition material very thin metal of the order of a few tens of nanometers, or a semitransparent material with optical transmittance spectrum non-zero, such as a semiconductor material, or a semi-transparent dielectric
  • I (x, y) l 0 ⁇ exp [-a ⁇ e (x, y)]
  • I (x, y) is the intensity of the light transmitted by the system formed by transparent base 43 and white 23 of homogeneous thickness and optical absorption, a (A).
  • the variables (x, y) are the coordinates of target 23, and (x, y) the thickness at each position of target 23 after particle bombardment spraying.
  • d) Arrange the product obtained in a) for a certain time, in a certain position 1 and in front of a particle bombardment device 5 determined to perform a process of physical deposition of thin layer in vapor phase on a substrate 3, such as it is illustrated in figure 8, so that a blank such as that illustrated in figure 9c is obtained;
  • the thickness of the target 24 can be determined after being sprayed by particle bombardment, as shown in Figure 10c, as a function of the position (x, y) by the expression:
  • the invention also relates to a method of manufacturing the fungible element 1, as illustrated in Figure 8, after the determination of the etching speed v ⁇ ( x by), by means of physical vapor deposition techniques (PVD) or chemical vapor vapor tank (CVD), which will be applied to obtain mono or multilayer structures on a base layer 45, as illustrated in Figure 1 1 a, which comprises the steps of: a) Performing a PVD deposition or CVD through a mask 75 of rigid material, preferably metallic, with an opening the size of a domain D ⁇ , attached on a base layer 45, of adjustable position (x, y), to obtain a monolayer or multilayer target 25 with domains of thicknesses e ⁇ (x ⁇ ,), as illustrated in Figure 1 1 b;

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Abstract

Elemento fungible (1) provisto de un blanco (2) para bombardeo con partículas destinado a realizar deposición física de capa delgada en fase vapor sobre un sustrato (3), comprendiendo el elemento fungible (1) una capa de base (4) sobre la que está depositado el blanco (2), estando el blanco destinado a ser pulverizado por el bombardeo con partículas, en el que el blanco está constituido por al menos una capa (21 ) en la que se define una pluralidad de zonas (xi, yi) con espesor promedio (ej(xi, yi)) variable entre las zonas (xi, yi), estando los espesores promedio (ej(xi, yi)) de cada zona (xi, yi) dimensionados para que, en unas condiciones de bombardeo determinadas, todas las zonas (xi, yi) tengan un tiempo de pulverización iónica idéntico (tj). La invención también se refiere a un conjunto de dispositivo de bombardeo con partículas (5) y elemento fungible (1) y a un procedimiento para la obtención del fungible (1).

Description

DESCRIPCIÓN
Elemento fungible para bombardeo con partículas, conjunto de dispositivo de bombardeo con partículas y elemento fungible y procedimiento de determinación del patrón de grabado por bombardeo de partículas de un blanco.
Campo de la invención
La presente invención se encuadra en el sector de los recubrimientos de capa delgada, en especial mediante bombardeo de partículas.
Antecedentes de la invención
Son conocidas las técnicas de deposición física de capa delgada en fase vapor sobre un sustrato, que consisten en bombardear con partículas un blanco {target), por ejemplo iones o fotones, de modo que este emita las partículas de recubrimiento (formadas por átomos aislados o por la asociación de unos pocos átomos) que van a parar al sustrato a recubrir.
Cuando se desea realizar recubrimientos el procedimiento consiste en disponer un sustrato frente al cañón de partículas, estimar un tiempo de bombardeo adecuado para obtener un determinado espesor de recubrimiento y bombardear durante un cierto tiempo. El espesor de recubrimiento resultante es fuertemente dependiente del tiempo de bombardeo, por lo que es esencial disponer de un control muy preciso del tiempo de bombardeo para obtener los resultados deseados.
En otras ocasiones, se desean realizar recubrimientos más complejos, por ejemplo con diferentes materiales de recubrimiento, o bien multi-capa. En estos casos, se deben ir retirando y colocando sucesivamente los diferentes blancos, e igualmente, controlar con precisión los tiempos de bombardeo, para obtener los recubrimientos deseados.
Estas tareas son habituales en laboratorio y se pueden realizar con resultados satisfactorios. Ahora bien, si lo que se desea es realizar recubrimientos a escala industrial, con la finalidad de comercializar a gran escala los productos recubiertos, este proceder resulta en unos costes prohibitivos, especialmente si se desea una calidad elevada.
En particular, la uniformidad de los resultados dependerá fuertemente de cada instalación y muy especialmente del operario que realice el control de la instalación de bombardeo.
Por ello, los inventores han llegado a la conclusión de que faltan soluciones que permitan reducir los costes de recubrimiento y que a la vez permitan garantizar una calidad óptima del recubrimiento, y muy especialmente que permitan reducir la dependencia de un buen recubrimiento de la precisión en el tiempo de bombardeo.
Descripción de la invención Para ello, la presente invención propone un elemento fungible provisto de un blanco para bombardeo con partículas destinado a realizar deposición física de capa delgada en fase vapor sobre un sustrato, comprendiendo el elemento fungible una capa de base sobre la que está depositado el blanco, estando el blanco destinado a ser pulverizado por el bombardeo con partículas, caracterizado por el hecho de que el blanco está constituido por al menos una capa (y) en la que se define una pluralidad de zonas (x¡, y i) con espesor promedio (e¡(x¡, )) variable entre las zonas (x¡, yi), estando los espesores promedio (e¡(x¡, y)) de cada zona (x¡, y) dimensionados para que, en unas condiciones de bombardeo determinadas, todas las zonas (x¡, y) tengan un tiempo de pulverización por el bombardeo con partículas idéntico (t¡). De este modo se consiguen superar los inconvenientes del estado de la técnica. En efecto, con el fungible se consigue que el espesor del recubrimiento sea dependiente de un elemento previamente preparado, en lugar de hacerlo totalmente dependiente de parámetros que debe ajustar un operario. Ello permite industrializar la etapa de recubrimiento para cualquier tipo de recubrimiento, ya sea mono o multi-capa, en cualquier procedimiento que emplee un blanco para bombardeo con partículas.
Deja de ser necesario realizar el control tanto del tiempo de bombardeo como la potencia del cañón (considerando que la huella del cañón no varía significativamente con la potencia) para obtener en el sustrato estructuras multi-capa con interfaces netas, es decir superficies de separación entre diferentes capas de recubrimiento. El elemento fungible se puede utilizar en el depósito de multi-capas para óptica interferencial, para dispositivos electrónicos, para metalizaciones de contactos eléctricos monocapa o multicapa, para estructuras de monocapa o multicapa ultradelgadas -hasta espesores monoatómicos-, depósito controlado de nano-islas o nano-estructuras sobre un sustrato, previamente a la coalescencia, entre otros. Preferentemente, el blanco está constituido por una pluralidad de capas.
Ventajosamente, las diferentes zonas (x¡, y¡) pueden ser del mismo material o de materiales distintos.
La invención también se refiere a un conjunto de dispositivo de bombardeo con partículas y elemento fungible provisto de un blanco para bombardeo (iónico, con partículas neutras o con fotones) por el dispositivo de bombardeo con partículas para realizar deposición física de capa delgada en fase vapor sobre un sustrato destinado a recibir el material de deposición dispuesto en el blanco, comprendiendo el elemento fungible una capa de base sobre la que está depositado el blanco, caracterizado por el hecho de que el blanco está constituido por al menos una capa en la que se define una pluralidad de zonas (x¡, y¡) con espesor promedio (e¡(x¡, y)) variable entre las zonas (x¡, y¡), estando los espesores promedio (e¡(x¡, )) de cada zona (x¡, y) dimensionados para que, cuando se bombardee con el dispositivo de bombardeo con partículas, todas las zonas (x¡, y i) tengan un tiempo de pulverización iónica idéntico (f),de modo que se puede controlar el espesor de la capa depositada sobre el sustrato a partir del dimensionado previo de los espesores (e¡(x¡, y)) del material de deposición en el blanco. Preferentemente, en el conjunto el blanco está constituido por una pluralidad de capas.
Ventajosamente, en el conjunto las diferentes zonas (x¡, y) pueden ser del mismo material o de materiales distintos. Como variante, en el conjunto el bombardeo es un bombardeo iónico, por ejemplo, con cabezal de pulverización catódica o con cañón iónico o un bombardeo con partículas neutras con cañón de iones neutralizados o con cañón de plasma o con técnicas similares.
Como otra variante, en el conjunto, el que el bombardeo es un bombardeo fotónico para producir ablación, por ejemplo, con láser (LAD) o bombardeo fotónico mediante láser pulsado (PLD) o con técnicas similares.
Preferentemente, en el conjunto de la invención, el cabezal o cañón comprende medios de cambio de su orientación que permiten orientarlo hacia el blanco o hacia el sustrato, de modo que se pueda conmutar entre un modo de deposición asistida con cañón de iones o de plasma y un modo de compactación por bombardeo directo. La invención también se refiere a un procedimiento de determinación del patrón de grabado por bombardeo de partículas de un blanco, para la obtención de la velocidad de grabado y espesor (e¡(x¡, y¡)) en función de la posición (x, y) de un elemento fungible según cualquiera de las variantes del elemento fungible mencionadas, que comprende las etapas de: a) Realizar un depósito homogéneo de material de deposición sobre una capa de base para obtener un blanco de espesor homogéneo;
b) Disponer sobre el blanco una máscara de resina, de modo que queden zonas del blanco cubiertas por la resina y zonas no cubiertas por la resina;
c) Disponer el producto obtenido durante un tiempo determinado, en una posición determinada y frente a un dispositivo de bombardeo con partículas determinado para realizar un proceso de deposición física de capa delgada en fase vapor sobre un sustrato;
d) Retirar la máscara de resina;
e) Medir las diferencias locales de alturas entre puntos del blanco cubiertas por la resina y puntos no cubiertos por la resina;
f) Obtener una función de velocidad de grabado v¡(x¡, y¡) del blanco para dichas condiciones determinadas;
g) Emplear la función de velocidad de grabado v¡(x¡, ) para determinar el espesor (e¡(x¡, )) que debe tener el blanco en cada posición (x, y) para que la o las capas (y) del elemento fungible se vayan consumiendo una tras otra.
Preferentemente, en el procedimiento de la invención, la máscara es una rejilla.
La fabricación de los blancos multicapa se puede hacer mediante impresoras de inyección de tintas o de tipo príntjet. Estas impresoras permiten reproducir punto a punto la distribución del espesor e¡(x¡, y¡) determinado mediante el procedimiento de la invención. La resolución es aproximadamente de 20 nm, que es el espesor aproximado de las gotas de tinta una vez secas. Esta técnica también permite realizar mezclas de materiales diversos y la producción de multicapas con las distribuciones de espesor e¡(x¡, y) buscadas.
Una vez fabricados, estos blancos ya contienen toda la información necesaria para reproducir las estructuras multicapa sobre un sustrato, como por ejemplo lentes oftálmicas y lentes de contacto, dispositivos planos, filtros interferenciales, recubrimientos multicapa, capas ópticas con un gradiente, entre otros, y solamente es necesario proyectar el material, previamente depositado en el blanco, sobre el sustrato correspondiente mediante bombardeo iónico, bombardeo con partículas iónicas, bombardeo con partículas neutras o bombardeo fotónico o con haz láser. Ventajosamente, este método de deposición permite controlar de forma muy precisa la velocidad de depósito y, en concreto controlar la evolución de las fases de nucleacion y coalescencia de las capas depositadas. Esto permite depositar estructuras nanométricas y/o de espesores de un solo átomo o unos pocos átomos o moléculas sobre una superficie.
Dependiendo de la naturaleza del substrato utilizado y del valor de su energía superficial, este método permite la deposición de estructuras nanométricas o clusters de pocos átomos dispersos sobre el substrato, de acuerdo con los modelos de nucleacion y crecimiento descritos por:
1 . Frank van der Merwe (crecimiento capa a capa)
2. Wolmer-Weber (crecimiento en islas)
3. Stranski-Krastanov (crecimiento combinado de capas e islas)
Este método de deposición puede también ser utilizado en procesos de depósito "layer-by- layer" y/o como una nueva modalidad en procesos de crecimiento epitaxial como los utilizados en MBE (molecular beam epitaxy). Breve descripción de las figuras
Para complementar la descripción y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de la descripción, un juego de figuras en el que con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1 es un blanco visto en planta, con una propuesta de rejilla.
Las figuras 2 a 7 son diferentes estructuras de capas en elemento fungible.
La figura 8 es una instalación para bombardeo con partículas.
Las figuras 9a a 9d ilustran las diferentes etapas para la determinación de los espesores buscados en cada una de las zonas del blanco. La figura 10a ilustra un blanco estratificado para la aplicación de un proceso óptico para determinar la estructura del blanco. La figura 10b ilustra un dispositivo para la obtención de los espesores del blanco.
La figura 1 1 a ilustra componentes para la fabricación del elemento fungible de la invención.
La figura 1 1 b ilustra en sección una instalación para la fabricación del elemento fungible de la invención.
Descripción de un modo de realización de la invención
Tal como se aprecia en las figuras, la invención se refiere a un elemento fungible 1 provisto de un blanco 2 para bombardeo con partículas destinado a realizar deposición física de capa delgada en fase vapor sobre un sustrato 3, comprendiendo el elemento fungible 1 una capa de base 4 sobre la que está depositado el blanco 2, estando el blanco destinado a ser pulverizado por el bombardeo con partículas, caracterizado por el hecho de que el blanco está constituido por al menos una capa 21 en la que se define una pluralidad de zonas (x¡, y) con espesor promedio (e¡(x¡, y)) variable entre las zonas (x¡, y), estando los espesores promedio (e¡(x¡, y¡)) de cada zona (x¡, y¡) dimensionados para que, en unas condiciones de bombardeo determinadas, todas las zonas (x¡, ) tengan un tiempo idéntico (t¡) de pulverización por bombardeo de partículas. De forma muy simplificada, esto se ilustra en la figura 5. Aquí se aprecian dos zonas de diferente espesor e7 y e2, que estarán sometidas a diferentes intensidades de bombardeo. El elemento se ha dibujado con forma convexa, aunque no necesariamente deba ser así, pues ello dependerá de la distribución de salida del cañón, y de la distribución de salida del blanco.
Otra distribución resultante podría ser la que se muestra en la figura 7. En algunos casos, en especial cuando se presenten simetrías en los diferentes componentes de la instalación y en la disposición relativa entre estas, la distribución de espesores sobre el blanco se podrá aproximar mediante una curva o superficie simple.
Tal como puede apreciarse en las figuras 3, 4 y 6, el blanco está constituido por una pluralidad de capas 21 , 22. Las capas pueden ser homogéneas, como se ilustra en las figuras 2 y 3, o bien heterogéneas, tal como se ilustra en las figuras 4 y 5.
La invención, tal como se ilustra en la figura 8, también se refiere a un conjunto de dispositivo de bombardeo con partículas 5 y elemento fungible 1 provisto de un blanco 2 para bombardeo (iónico, partículas neutras o fotones) por el dispositivo de bombardeo con partículas 5 para realizar deposición física de capa delgada en fase vapor sobre un sustrato 3 destinado a recibir el material de deposición dispuesto en el blanco 2, comprendiendo el elemento fungible 1 una capa de base 4 sobre la que está depositado el blanco 2, caracterizado por el hecho de que el blanco 2 está constituido por al menos una capa 21 en la que se define una pluralidad de zonas (x¡, y¡) con espesor promedio (e¡(x¡, y¡)) variable entre las zonas (x¡, y¡), estando los espesores promedio (e¡(x¡, y¡)) de cada zona (x¡, y¡) dimensionados para que, cuando se bombardee con el dispositivo de bombardeo con partículas 5, todas las zonas (x¡, ) tengan un tiempo de pulverización iónica idéntico (tj), de modo que se puede controlar el espesor de la capa depositada sobre el sustrato 3 a partir del dimensionado previo de los espesores (e¡(x¡, )) del material de deposición en el blanco 2.
El bombardeo puede ser un bombardeo iónico con cabezal de pulverización catódica o con cañón iónico de plasma o un bombardeo con partículas neutras con cañón de iones neutralizados o con cañón de plasma. También puede ser un bombardeo fotónico para producir ablación con láser (LAD) o bombardeo fotónico mediante láser pulsado (PLD).
Como opción ventajosa, el cabezal o cañón 5 comprende medios de cambio de su orientación que permiten orientarlo hacia el blanco o hacia el sustrato, de modo que se pueda conmutar entre un modo de deposición asistida con cañón de iones o de plasma y un modo de compactación por bombardeo directo.
La invención también se refiere a un procedimiento de determinación del patrón de grabado por bombardeo de partículas de un blanco 2, para la obtención de la velocidad de grabado y espesor (e¡(x¡, y¡)) en función de la posición (x, y) de un elemento fungible 1 según cualquiera de las variantes ilustradas en las figuras 2 a 7, que comprende las etapas de: a) Realizar una deposición homogénea de material de deposición sobre una capa de base 4 para obtener un blanco 2 de espesor homogéneo conocido e0, tal como el que se ilustra en la figura 9a;
b) Disponer sobre el blanco 2 una máscara 6 de resina, como la que se ilustra a modo de rejilla en la figura 1 , de modo que queden zonas del blanco 2 cubiertas por la resina y zonas no cubiertas por la resina 7, tal como se muestra en la figura 9b;
c) Disponer el producto obtenido durante un tiempo determinado, en una posición determinada 1 y frente a un dispositivo de bombardeo con partículas 5 determinado para realizar un proceso de deposición física de capa delgada en fase vapor sobre un sustrato 3, tal como se ilustra en la figura 8, de modo que se obtiene un blanco como el que se ilustra en la figura 9c;
d) Retirar la máscara 6 de resina, por ejemplo mediante disolución, para obtener el producto ilustrado en la figura 9d;
e) Medir las diferencias locales de alturas entre puntos del blanco 2 cubiertas por la resina y puntos no cubiertos por la resina 7, lo cual es posible con el blanco obtenido de la figura 9d;
f) Obtener una función de velocidad de grabado v¡(x¡, ) del blanco 2 para dichas condiciones determinadas;
g) Emplear la función de velocidad de grabado v¡(x¡, y) para determinar el espesor (e¡(x¡, y)) que debe tener el blanco en cada posición (x, y) para que la o las capas del elemento fungible se vayan consumiendo una tras otra.
Un proceso óptico con resultados similares se puede también realizar mediante las siguientes etapas: a) Realizar una deposición preferentemente homogénea de un material de deposición semitransparente (metal muy delgado del orden de unas decenas de nanómetros, o bien un material semitransparente con espectro de transmitancia óptica no nulo, tal como un material semiconductor, o un dieléctrico semitransparente) caracterizado por una absorción óptica, a (A) (siendo A la longitud de onda), sobre una capa transparente de base 43 para obtener un blanco 23 de espesor homogéneo, caracterizado por una absorción óptica, a (A), tal como el que se ilustra en la figura 10a;
b) Disponer la capa transparente de base 43 con el blanco 23 de espesor homogéneo, caracterizado por una absorción óptica, a (A), en un dispositivo de iluminación de incidencia normal, con una lámpara 53, por ejemplo de luz blanca o de luz monocromática de intensidad l0, tal como el que se ilustra en la figura 10b.
c) Obtener una imagen fotográfica mediante el dispositivo fotográfico 63, de la parte posterior del sistema formado por la base transparente 43 y el blanco 23 de espesor homogéneo y absorción óptica, a (A), tal como el que se ilustra en la figura 10b, cuando es atravesado por el haz de luz incidente de intensidad l0, el cual es absorbido parcialmente de acuerdo a la ley de d'Alambert:
I(x, y) = l0 ■ exp[-a■ e(x, y)] donde, I(x, y), es la intensidad de la luz transmitida por el sistema formado por la base transparente 43 y el blanco 23 de espesor homogéneo y absorción óptica, a (A). Las variables (x, y) son las coordenadas del blanco 23, y e(x, y) el espesor en cada posición del blanco 23 después de la pulverización por bombardeo con partículas. d) Disponer el producto obtenido en a) durante un tiempo determinado, en una posición determinada 1 y frente a un dispositivo de bombardeo con partículas 5 determinado para realizar un proceso de deposición física de capa delgada en fase vapor sobre un sustrato 3, tal como se ilustra en la figura 8, de modo que se obtiene un blanco como el que se ilustra en la figura 9c;
e) Determinar la relación lF(x, y)/lF0(x, y) punto a punto de la intensidad obtenida en cada pixel de las imágenes fotográficas del blanco 23, antes, IF0(x, y), y después, lF(x, y), de la pulverización por bombardeo con partículas, mediante, por ejemplo las técnicas comunes de tratamiento de imágenes o las de cálculo de matrices con los píxeles como elementos de matriz.
f) Asumiendo la linealidad de las intensidades recogidas en las imágenes fotográficas respecto a la intensidad del haz de luz:
lF(x, y) = k - l(x, y)
donde k es una constante, se puede determinar el espesor del blanco 24 después de ser pulverizado por el bombardeo de partículas, tal como se muestra en la figura 10c, en función de la posición (x, y) mediante la expresión:
Figure imgf000011_0001
g) Obtener una función de velocidad de grabado v(x, y) del blanco 24 para dichas condiciones determinadas;
h) Emplear la función de velocidad de grabado v(x, y) para determinar el espesor e(x, y) que debe tener el blanco en cada posición (x, y) para que la o las capas del elemento fungible se vayan consumiendo una tras otra,
i) Utilizar software de tratamiento de imágenes para, mediante los filtros adecuados y la función del espesor e(x, y) obtenida, generar dominios D¡ de espesor constante, e¡(x¡, y) y dimensiones arbitrarias, que cubran la superficie del blanco 24.
Estos procesos se pueden realizar de manera sistemática, es decir que se pueden convertir fácilmente en un protocolo, o incluso automatizar.
La invención también se refiere a un procedimiento de fabricación del elemento fungible 1 , como el ilustrado en la figura 8, después de la determinación de la velocidad de grabado v¡(xb y), mediante técnicas de deposición física en fase vapor (PVD) o depósito químico en fase vapor (CVD), que se aplicarán para obtener estructuras mono o multicapa sobre una capa de base 45, tal como se ilustra en la figura 1 1 a, que comprende las etapas de: a) Realizar una deposición PVD o CVD a través de una máscara 75 de material rígido, preferiblemente metálica, con una abertura del tamaño de un dominio D¡, adosada sobre una capa de base 45, de posición (x, y) ajustable, para obtener un blanco 25 monocapa o multicapa con dominios de espesores e¡(x¡, ), tal como se ilustra en la figura 1 1 b;
b) Realizar el depósito del material para obtener el blanco 25 monocapa o multicapa mediante un único proceso o un proceso repetitivo PVD o CVD, a través de una máscara 75 adosada a la capa base 45, de forma secuencial desplazando la base 45 sobre cada dominio D¡, como se ilustra en la figura 1 1 b, y manteniendo el proceso de deposición sobre cada dominio D¡, durante un tiempo v,¡(x¡, ), determinado por la expresión:
Figure imgf000012_0001
donde ¿7, ¿7 L¿7 son constantes determinadas respectivamente por el tipo de material depositado en cada capa del sistema multicapa del blanco 25, por las condiciones del proceso de deposición PVD o CVD de cada capa del sistema multicapa del blanco 25 y por los espesores final de cada capa de material que se quiere obtener sobre los substratos situados encima de la calota de la figura 8 y el espesor inicial obtenido sobre los substratos situados encima de la calota de la figura 8 en el procedimiento de determinación del patrón de grabado por bombardeo de partículas. Los subíndices /' y y indican respectivamente el dominio y el número de la capa del sistema multicapa a obtener para la fabricación del blanco 25.
c) Para calcular las constantes ¿,, ¿, y L¿, se requiere realizar un proceso de calibración de las velocidades de deposición del proceso PVD o CVD para cada material a utilizar.
La invención no está limitada a las realizaciones concretas que se han descrito sino abarca también, por ejemplo, las variantes que pueden ser realizadas por el experto medio en la materia, dentro de lo que se desprende de las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES
1. - Elemento fungible (1 ) provisto de un blanco (2) para bombardeo con partículas destinado a realizar deposición física de capa delgada en fase vapor sobre un sustrato (3), comprendiendo el elemento fungible (1 ) una capa de base (4) sobre la que está depositado el blanco (2), estando el blanco destinado a ser pulverizado por el bombardeo con partículas, caracterizado por el hecho de que el blanco está constituido por al menos una capa (21 ) en la que se define una pluralidad de zonas (x¡, y) con espesor promedio (e¡(x¡, )) variable entre las zonas (x¡, y), estando los espesores promedio (e¡(x¡, y¡)) de cada zona (x¡, y) dimensionados para que, en unas condiciones de bombardeo determinadas, todas las zonas (x¡, y) tengan un tiempo de pulverización iónica idéntico (t¡).
2. - Elemento según la reivindicación 1 , en el que el blanco está constituido por una pluralidad de capas (21 , 22).
3. - Elemento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en las diferentes zonas (x¡, y) pueden ser del mismo material o de materiales distintos.
4.- Conjunto de dispositivo de bombardeo con partículas (5) y elemento fungible (1 ) provisto de un blanco (2) para bombardeo por el dispositivo de bombardeo con partículas (5) para realizar deposición física de capa delgada en fase vapor sobre un sustrato (3) destinado a recibir el material de deposición dispuesto en el blanco (2), comprendiendo el elemento fungible (1 ) una capa de base (4) sobre la que está depositado el blanco (2), caracterizado por el hecho de que el blanco (2) está constituido por al menos una capa (21 ) en la que se define una pluralidad de zonas (x¡, y¡) con espesor promedio (e¡(x¡, y)) variable entre las zonas (x¡, y¡), estando los espesores promedio (e¡(x¡, y¡)) de cada zona (x¡, y¡) dimensionados para que, cuando se bombardee con el dispositivo de bombardeo con partículas (5), todas las zonas (x¡, y¡) tengan un tiempo de pulverización iónica idéntico (f),de modo que se puede controlar el espesor de la capa depositada sobre el sustrato (3) a partir del dimensionado previo de los espesores (e¡(x¡, y¡)) del material de deposición en el blanco (2).
5. - Conjunto según la reivindicación 3, en el que el blanco está constituido por una pluralidad de capas (21 , 22).
6. - Conjunto según cualquiera de las reivindicaciones 4 ó 5, en las diferentes zonas (x¡, y) pueden ser del mismo material o de materiales distintos.
7. - Conjunto según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, en el que el bombardeo es un bombardeo iónico con cabezal de pulverización catódica o con cañón iónico de plasma o un bombardeo con partículas neutras con cañón de iones neutralizados o con cañón de plasma.
8. - Conjunto según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, en el que el bombardeo es un bombardeo fotonico para producir ablación con láser (LAD) o bombardeo fotonico mediante láser pulsado (PLD).
9. - Conjunto según la reivindicación 7, en el que el cabezal o cañón comprende medios de cambio de su orientación que permiten orientarlo hacia el blanco o hacia el sustrato, de modo que se pueda conmutar entre un modo de deposición asistida con cañón de iones o de plasma y un modo de compactación por bombardeo directo.
10. - Procedimiento de determinación del patrón de grabado por bombardeo de partículas de un blanco (2), para la obtención de la velocidad de grabado y espesor (e¡(x¡, y¡)) en función de la posición (x, y) de un elemento fungible (1 ) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende las etapas de: a) Realizar un depósito homogéneo de material de deposición sobre una capa de base (4) para obtener un blanco (2) de espesor homogéneo;
b) Disponer sobre el blanco (2) una máscara (6) de resina, de modo que queden zonas del blanco (2) cubiertas por la resina y zonas no cubiertas por la resina (7);
c) Disponer el producto obtenido durante un tiempo determinado, en una posición determinada y frente a un dispositivo de bombardeo con partículas (5) determinado para realizar un proceso de deposición física de capa delgada en fase vapor sobre un sustrato (3);
d) Retirar la máscara (6) de resina;
e) Medir las diferencias locales de alturas entre puntos del blanco (2) cubiertas por la resina y puntos no cubiertos por la resina (7);
f) Obtener una función de velocidad de grabado v¡(x¡, y¡) del blanco (2) para dichas condiciones determinadas;
g) Emplear la función de velocidad de grabado v¡(x¡, ) para determinar el espesor (e¡(x¡, )) que debe tener el blanco en cada posición (x, y) para que la o las capas del elemento fungible se vayan consumiendo una tras otra.
11. - Procedimiento según la reivindicación 10, en el que la máscara (7) es una rejilla.
12. - Procedimiento de determinación del patrón de grabado por bombardeo de partículas de un blanco (2), para la obtención de la velocidad de grabado y espesor (e¡(x¡, y¡)) en función de la posición (x, y) de un elemento fungible (1 ) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende las etapas de:
a) Realizar una deposición, caracterizado por una absorción óptica, a (A), siendo A la longitud de onda, sobre una capa transparente de base (43) para obtener un blanco (23) de espesor homogéneo, caracterizado por una absorción óptica, a (A);
b) Disponer la capa transparente de base (43) con el blanco (23) de espesor homogéneo, caracterizado por una absorción óptica, a (A), en un dispositivo de iluminación de incidencia normal de intensidad l0, con una lámpara (53);
c) Obtener una imagen fotográfica mediante un dispositivo fotográfico (63), de la parte posterior del sistema formado por la base transparente (43) y el blanco (23) de espesor homogéneo y absorción óptica, a (A), cuando es atravesado por el haz de luz incidente de intensidad \0, el cual es absorbido parcialmente de acuerdo a la ley de d'Alambert: l(x, y) = I0 ■ exp[-a■ e(x, y)] donde, l(x, y), es la intensidad de la luz transmitida por el sistema formado por la base transparente (43) y el blanco (23) de espesor homogéneo y absorción óptica, a (A), siendo las variables (x, y) las coordenadas del blanco (23), y e(x, y) el espesor en cada posición del blanco (23) después de la pulverización por bombardeo con partículas;
d) Disponer el producto obtenido en a) durante un tiempo determinado, en una posición determinada y frente a un dispositivo de bombardeo con partículas (5) determinado para realizar un proceso de deposición física de capa delgada en fase vapor sobre un sustrato (3);
e) Determinar la relación lF(x, y)/lF0(x, y) punto a punto de la intensidad obtenida en cada pixel de las imágenes fotográficas del blanco (2), antes, lF0(x, y), y después, IF(x, y) , de la pulverización por bombardeo con partículas.
f) Asumir la linealidad de las intensidades recogidas en las imágenes fotográficas respecto a la intensidad del haz de luz:
lF(x, y) = k - l(x, y)
donde k es una constante, para determinar el espesor del blanco (24) después de ser pulverizado por el bombardeo de partículas, en función de la posición (x, y) mediante la expresión:
Figure imgf000017_0001
g) Obtener una función de velocidad de grabado v(x, y) del blanco (24) para dichas condiciones determinadas;
h) Emplear la función de velocidad de grabado v(x, y) para determinar el espesor e(x, y) que debe tener el blanco en cada posición (x, y) para que la o las capas del elemento fungible se vayan consumiendo una tras otra.
i) Utilizar software de tratamiento de imágenes para, mediante los filtros adecuados y la función del espesor e(x, y) obtenida y generar dominios D¡ de espesor constante, e¡(x¡, y¡) y dimensiones arbitrarias, que cubran la superficie del blanco 24.
13. - Procedimiento según la reivindicación 12, en el que la deposición de la etapa a) es homogénea y de un material de deposición semitransparente.
14. - Procedimiento según la reivindicación 13, en el que la deposición es un metal muy delgado del orden de unas decenas de nanometros, o bien un material semitransparente con espectro de transmitancia óptica no nulo, tal como un material semiconductor, o un dieléctrico semitransparente.
15.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, en el que la etapa b) se realiza con luz blanca o luz monocromática de intensidad /0.
16. - Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, en el que la etapa e) se realiza mediante las técnicas comunes de tratamiento de imágenes o las de cálculo de matrices con los píxeles como elementos de matriz.
17. - Procedimiento de fabricación del elemento fungible (1 ), después de la determinación de la velocidad de grabado v¡(x¡, y¡), mediante técnicas de deposición física en fase vapor (PVD) o depósito químico en fase vapor (CVD), para obtener estructuras mono o multicapa sobre una capa de base (45), que comprende las etapas de: a) Realizar una deposición PVD o CVD a través de una máscara (75), con una abertura del tamaño de un dominio D¡, adosada sobre una capa de base (45), de posición (x, y) ajustable, para obtener un blanco (25) monocapa o multicapa con dominios de espesores e¡(x¡, y);
b) Realizar el depósito del material para obtener el blanco (25) monocapa o multicapa mediante un proceso PVD o CVD, a través de una máscara (75) adosada a la capa base (45), de forma secuencial desplazando la base (45) sobre cada dominio D¡, y manteniendo el proceso de deposición sobre cada dominio D¡, durante un tiempo
T,j(x¡, ), determinado por la expresión:
Figure imgf000018_0001
donde ¿7, ¿7 L¿7 son constantes determinadas respectivamente por el tipo de material depositado en cada capa del sistema multicapa del blanco (25), por las condiciones del proceso de deposición PVD o CVD de cada capa del sistema multicapa del blanco (25) y por los espesores finales de cada capa de material que se quiere obtener y el espesor inicial obtenido en el procedimiento de determinación del patrón de grabado por bombardeo de partículas, donde los subíndices /' y y indican respectivamente el dominio y el número de la capa del sistema multicapa a obtener para la fabricación del blanco (25).
18. - Procedimiento según la reivindicación 17, en el que la máscara (75) es de material rígido, preferiblemente metálica.
19. - Procedimiento según la reivindicación 17 o la 18, en el que en la etapa b) se realiza un único proceso o un proceso repetitivo.
20.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 17 a 19, en el que para calcular las constantes ¿7, ¿7 y L¿7 se realiza un proceso de calibración de las velocidades de deposición del proceso PVD o CVD para cada material a utilizar.
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