KR20180095530A

KR20180095530A - Plasma device driven by multi-phase ac or pulse current and plasma generation method

Info

Publication number: KR20180095530A
Application number: KR1020187017067A
Authority: KR
Inventors: 존 챔버스; 피터 마슈비츠
Original assignee: 에이지씨 플랫 글래스 노스 아메리카, 인코퍼레이티드; 에이쥐씨 글래스 유럽; 에이지씨 가부시키가이샤
Priority date: 2015-11-16
Filing date: 2016-11-09
Publication date: 2018-08-27
Also published as: BR112018009864A2; MX2018006095A; JP2018535532A; EA201891175A1; BR112018009864A8; WO2017087233A1; SG11201804129YA; EP3377673A1; CN108463575A; EP3377673A4; PH12018501049A1

Abstract

플라즈마원 및 플라즈마 생성 방법이 제공된다. 플라즈마원은, 각각 플라즈마 출구 영역을 갖는 제1 중공 캐소드, 제2 중공 캐소드, 및 제3 중공 캐소드를 포함하는 적어도 3개의 중공 캐소드를 포함한다. 플라즈마원은 제1 출력 파, 제2 출력 파, 및 제3 출력 파를 포함하는 복수의 출력 파를 생성할 수 있는 전력원을 포함하며, 제1 출력 파와 제2 출력 파는 위상이 다르고, 제2 출력 파와 제3 출력 파는 위상이 다르며, 또한 제1 출력 파와 제3 출력 파는 위상이 다르다. 제1 중공 캐소드가 제1 출력 파에 전기적으로 연결되고 제2 중공 캐소드가 제2 출력 파에 전기적으로 연결되며 그리고 제3 중공 캐소드가 제3 출력 파에 전기적으로 연결되도록 각 중공 캐소드가 전력원에 전기적으로 연결된다.A plasma source and a plasma generation method are provided. The plasma source includes at least three hollow cathodes comprising a first hollow cathode, a second hollow cathode, and a third hollow cathode, each having a plasma exit region. Wherein the plasma source includes a power source capable of generating a plurality of output waves including a first output wave, a second output wave, and a third output wave, the first output wave and the second output wave having different phases, The output wave and the third output wave have different phases, and the first output wave and the third output wave have different phases. The first hollow cathode is electrically connected to the first output wave, the second hollow cathode is electrically connected to the second output wave, and the third hollow cathode is electrically connected to the third output wave, And is electrically connected.

Description

Plasma device driven by multi-phase ac or pulse current and plasma generation method

본 발명은 다중 위상 교류 또는 펄스 전류에 의해 구동되는 플라즈마 장치 및 플라즈마 생성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma apparatus and a plasma generation method driven by a multi-phase AC or pulse current.

중공 캐소드 플라즈마원은 일반적으로 코팅 및 표면 처리 용도로 사용되고 있다. 이들 플라즈마원은 전력원에 전기적으로 연결되는 하나 이상의 중공 캐소드를 포함한다. 포인트 소스 또는 선형 중공 캐소드를 포함하여 여러 다른 종류의 중공 캐소드가 이들 플라즈마원에 사용될 수 있다.Hollow cathode plasma sources are commonly used for coating and surface treatment applications. These plasma sources include one or more hollow cathodes electrically connected to a power source. Several different types of hollow cathodes, including point sources or linear hollow cathodes, can be used in these plasma sources.

중공 캐소드 플라즈마원에 사용되는 전력원은 전형적으로 직류, 교류, 또는 펄스 전류(즉, 듀티 사이클이 100% 미만인 정사각 또는 직사각 파형을 갖는 전류) 중의 하나를 중공 캐소드에 공급하도록 구성된다. 2극(bipolar) 전력원(즉, 2-상(phase) 전력 공급부)이 교류 또는 펄스 전류를 중공 캐소드 플라즈마원에 제공하기 위해 현재 사용되고 있다.The power source used in the hollow cathode plasma source is typically configured to supply one of a direct current, ac, or pulse current (i. E., A current having a square or rectangular waveform with a duty cycle less than 100%) to the hollow cathode. A bipolar power source (i.e., a two-phase power supply) is currently being used to provide an alternating or pulsed current to a hollow cathode plasma source.

선형 중공 캐소드 플라즈마원의 작동 중에 직류를 사용하면, 플라즈마는 선형 중공 캐소드의 전체 길이에 걸쳐서가 아닌 주로 단일 영역에서 발생된다. 직류를 사용하는 어떤 종류의 플라즈마원은 자석을 효과적으로 이용하여 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있지만, 이는 선형 중공 캐소드로는 행해질 수 없다. 그러나, 플라즈마 화학 기상 증착을 사용하여 유리를 코팅하는 것과 같은 많은 용례에 대해서는 높은 균일도(선형 중공 캐소드 플라즈마원에서 직류의 사용으로는 얻어지지 못함)가 필요하디.If a direct current is used during the operation of a linear hollow cathode plasma source, the plasma is generated primarily in a single region rather than over the entire length of the linear hollow cathode. Any kind of plasma source using a direct current can effectively use the magnet to generate a uniform plasma, but this can not be done with a linear hollow cathode. However, for many applications, such as coating a glass using plasma enhanced chemical vapor deposition, a high uniformity (not obtained with the use of DC in a linear hollow cathode plasma source) is required.

본 발명자는, 중공 캐소드 플라즈마원에서, 2-상(2극) 교류 또는 펄스 전력을 사용하여 균일한 선형 플라즈마를 얻을 수 있다는 것을 이전부터 알았다. 그러나, 중공 캐소드 플라즈마원에서 2-상 전력을 사용하는 것은 몇몇 단점이 있다. 예컨대, 전력의 교대로 인해, 작동 시간의 일부분 동안에 플라즈마원에 의해 플라즈마가 활발히 발생되지 않는다(즉, 활성 전자 방출이 없음). 전형적인 용례의 경우, 플라즈마가 활발히 발생되지 않는 이 시간은 전력 공급 주기의 대략 25%이다. 다른 단점은, 2-상 전력원의 사용으로 인해 플라즈마원에 상당한 마모가 있게 된다는 것인데, 이러한 마모는 플라즈마원의 작동 수명을 감소시킨다.The inventors have previously found that a uniform linear plasma can be obtained using a two-phase alternating current or pulsed power in a hollow cathode plasma source. However, the use of two-phase power in a hollow cathode plasma source has several drawbacks. For example, due to the alternation of power, plasma is not actively generated by the plasma source during a portion of the operating time (i.e., there is no active electron emission). In a typical application, this time when no plasma is actively generated is about 25% of the power supply period. Another disadvantage is that there is considerable wear to the plasma source due to the use of a two-phase power source, which reduces the operating life of the plasma source.

따라서, 알려져 있는 플라즈마원의 이들 및 다른 단점을 극복하는 플라즈마원이 당업계에서 필요하다.Thus, there is a need in the art for a plasma source that overcomes these and other disadvantages of known plasma sources.

다음과 같은 공동 양도 출원에는 본 발명의 실시 형태에 사용될 수 있는 다양한 중공 캐소드 플라즈마원이 설명되어 있다: 미국 출원 12/535,447(현재 미국 특허 8,652,586); 미국 출원 14/148,612; 미국 출원 14/148,606; 미국 출원 14/486,726; 미국 출원 14/486,779; PCT/US14/068919; PCT/US14/68858. 이들 출원 각각은 전체적으로 본원에 참조로 관련되어 있다.The following co-transfer applications describe various hollow cathode plasma sources that may be used in embodiments of the present invention: US Application 12 / 535,447 (now U.S. Patent No. 8,652,586); United States Application 14 / 148,612; United States Application 14 / 148,606; United States Application 14 / 486,726; United States Application 14 / 486,779; PCT / US14 / 068919; PCT / US14 / 68858. Each of these applications is incorporated herein by reference in its entirety.

본 발명의 실시 형태의 이점은, 플라즈마원의 개선된 작동 수명, 개선된 증착율, 및 활성 플라즈마 발생 시간의 개선을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 추가적으로, 본 발명의 실시 형태에 의해, 사용되는 전구체(precursor) 가스(들)의 해리 에너지가 증가되며, 이에 따라, 플라즈마 화학 기상 증착을 사용할 때 더 밀한 코팅이 얻어지게 된다.Advantages of embodiments of the present invention include, but are not limited to, improved operating life of the plasma source, improved deposition rates, and improved active plasma generation times. In addition, embodiments of the present invention increase the dissociation energy of the precursor gas (s) used, and thus provide a more dense coating when using plasma chemical vapor deposition.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 플라즈마원이 제공된다. 이 플라즈마원은, 제1 중공 캐소드, 제2 중공 캐소드, 및 제3 중공 캐소드를 포함하는 적어도 3개의 중공 캐소드를 포함한다. 각 중공 캐소드는 플라즈마 출구 영역을 갖는다. 플라즈마원은, 제1 출력 파, 제2 출력 파, 및 제3 출력 파를 포함하는 복수의 출력 파를 생성할 수 있는 전력원을 또한 포함한다. 상기 제1 출력 파와 제2 출력 파는 위상이 다르고, 상기 제2 출력 파와 제3 출력 파는 위상이 다르며, 또한 상기 제1 출력 파와 제3 출력 파는 위상이 다르다. 상기 제1 중공 캐소드가 상기 제1 출력 파에 전기적으로 연결되고 상기 제2 중공 캐소드가 상기 제2 출력 파에 전기적으로 연결되며 그리고 상기 제3 중공 캐소드가 상기 제3 출력 파에 전기적으로 연결되도록 각 중공 캐소드가 상기 전력원에 전기적으로 연결된다. 전기적 위상이 다른 상기 적어도 3개의 중공 캐소드 사이에 전류가 흐른다. 플라즈마원은 상기 중공 캐소드 사이에 플라즈마를 발생시킬 수 있다.According to a first aspect of the present invention, a plasma source is provided. The plasma source includes at least three hollow cathodes comprising a first hollow cathode, a second hollow cathode, and a third hollow cathode. Each hollow cathode has a plasma exit region. The plasma source also includes a power source capable of generating a plurality of output waves comprising a first output wave, a second output wave, and a third output wave. The first output wave and the second output wave have different phases, the second output wave and the third output wave have different phases, and the first output wave and the third output wave have different phases. Wherein the first hollow cathode is electrically connected to the first output wave and the second hollow cathode is electrically connected to the second output wave and the third hollow cathode is electrically connected to the third output wave A hollow cathode is electrically connected to the power source. An electric current flows between the at least three hollow cathodes having different electric phases. The plasma source may generate plasma between the hollow cathode.

본 발명의 제2 양태에 따르면, 플라즈마 생성 방법이 제공된다. 이 방법은, 제1 중공 캐소드, 제2 중공 캐소드, 및 제3 중공 캐소드를 포함하는 적어도 3개의 중공 캐소드를 제공하는 단계를 포함한다. 각 중공 캐소드는 플라즈마 출구 영역을 갖는다. 본 방법은, 제1 출력 파, 제2 출력 파, 및 제3 출력 파를 포함하는 복수의 출력 파를 생성할 수 있는 전력원을 제공하는 단계를 또한 포함한다. 상기 제1 출력 파와 제2 출력 파는 위상이 다르고, 상기 제2 출력 파와 제3 출력 파는 위상이 다르며, 또한 상기 제1 출력 파와 제3 출력 파는 위상이 다르다. 상기 제1 중공 캐소드가 상기 제1 출력 파에 전기적으로 연결되고 상기 제2 중공 캐소드가 상기 제2 출력 파에 전기적으로 연결되며 그리고 상기 제3 중공 캐소드가 상기 제3 출력 파에 전기적으로 연결되도록 각 중공 캐소드가 상기 전력원에 전기적으로 연결된다. 전기적 위상이 다른 상기 적어도 3개의 중공 캐소드 사이에 전류가 흐른다. 중공 캐소드 사이에 플라즈마가 발생된다. 어떤 실시 형태에서, 본 방법은 기판을 제공하는 단계 및 플라즈마 화학 기상 증착을 사용하여 그 기판에 코팅을 형성하는 단계를 더 포함한다.According to a second aspect of the present invention, a plasma generation method is provided. The method includes providing at least three hollow cathodes comprising a first hollow cathode, a second hollow cathode, and a third hollow cathode. Each hollow cathode has a plasma exit region. The method also includes providing a power source capable of generating a plurality of output waves comprising a first output wave, a second output wave, and a third output wave. The first output wave and the second output wave have different phases, the second output wave and the third output wave have different phases, and the first output wave and the third output wave have different phases. Wherein the first hollow cathode is electrically connected to the first output wave and the second hollow cathode is electrically connected to the second output wave and the third hollow cathode is electrically connected to the third output wave A hollow cathode is electrically connected to the power source. An electric current flows between the at least three hollow cathodes having different electric phases. Plasma is generated between the hollow cathodes. In certain embodiments, the method further comprises providing a substrate and forming a coating on the substrate using plasma enhanced chemical vapor deposition.

어떤 실시 형태(본 발명의 임의의 양태에 따른)에서, 상기 플라즈마원에 의해 발생되는 플라즈마는 복수의 출력 파의 주기의 적어도 실질적으로 80%에 대해 활성 전자 방출을 포함하고, 어떤 실시 형태에서, 플라즈마는 복수의 출력 파의 주기의 적어도 실질적으로 90% 또는 적어도 실질적으로 100%에 대해 활성 전자 방출을 포함한다.In certain embodiments (according to any aspect of the invention), the plasma generated by the plasma source comprises active electron emission for at least substantially 80% of the period of the plurality of output waves, and in some embodiments, The plasma includes active electron emission for at least substantially 90% or at least substantially 100% of the period of the plurality of output waves.

어떤 실시 형태에서, 상기 적어도 3개의 중공 캐소드는 180°가 아닌 위상각 만큼 전기적 위상이 다르다. 어떤 실시 형태에서, 적어도 3개의 중공 캐소드는 120°의 위상각 만큼 전기적 위상이 다르다. 어떤 실시 형태에서, 상기 적어도 3개의 중공 캐소드 중 인접하는 쌍 각각은 적어도 3개의 중공 캐소드 중 다른 인접하는 쌍 각각과 동일한 위상각 만큼 전기적 위상이 다르다. 어떤 실시 형태에서, 상기 적어도 3개의 중공 캐소드는 선형 중공 캐소드이다. 어떤 실시 형태에서, 상기 적어도 3개의 중공 캐소드는 각각 기다란 공동부를 포함한다. 어떤 실시 형태에서, 적어도 3개의 중공 캐소드 각각에 대한 상기 플라즈마 출구 영역은 복수의 플라즈마 출구 오리피스를 포함한다. 어떤 실시 형태에서, 적어도 3개의 중공 캐소드 각각에 대한 상기 플라즈마 출구 영역은 플라즈마 출구 슬롯을 포함한다.In some embodiments, the at least three hollow cathodes differ in electrical phase by a phase angle other than 180 °. In some embodiments, at least three hollow cathodes have different electrical phases by a phase angle of 120 [deg.]. In certain embodiments, each of the adjacent pairs of the at least three hollow cathodes has an electrical phase different by the same phase angle as each of the other adjacent pairs of the at least three hollow cathodes. In some embodiments, the at least three hollow cathodes are linear hollow cathodes. In certain embodiments, the at least three hollow cathodes each include an elongate cavity. In certain embodiments, the plasma exit region for each of the at least three hollow cathodes comprises a plurality of plasma outlet orifices. In certain embodiments, the plasma exit region for each of the at least three hollow cathodes comprises a plasma exit slot.

어떤 실시 형태에서, 중공 캐소드의 내면 및 플라즈마 출구 영역만 전자를 방출하고 수용하도록 상기 적어도 3개의 중공 캐소드는 각각 전기적으로 절연되어 있다. 어떤 실시 형태에서, 사실상 모든 발생된 플라즈마가 상기 적어도 3개의 중공 캐소드 각각의 상기 플라즈마 출구 영역을 통해 흐른다. 어떤 실시 형태에서, 전류 흐름은 이차 전자 방출로 얻어진 전자로 구성된다. 어떤 실시 형태에서, 전류 흐름은 열이온 방출 전자로 얻어진 전자로 구성된다.In some embodiments, the inner surface of the hollow cathode and the at least three hollow cathodes are each electrically isolated to receive and receive electrons only in the plasma exit region. In some embodiments, substantially all of the generated plasma flows through the plasma exit region of each of the at least three hollow cathodes. In certain embodiments, the current flow consists of electrons obtained by secondary electron emission. In certain embodiments, the current flow is comprised of electrons obtained with thermionic emission electrons.

어떤 실시 형태에서, 상기 적어도 3개의 중공 캐소드는 선형으로 배치되어 있다. 어떤 실시 형태에서, 적어도 3개의 중공 캐소드는 상기 플라즈마 출구 영역 각각이 공통 라인으로 향하게 하도록 구성되어 있다. 어떤 실시 형태에서, 적어도 3개의 중공 캐소드의 각 쌍 사이의 거리는 동일한 거리이다. 어떤 실시 형태에서, 전기적 위상이 다른 상기 적어도 3개의 중공 캐소드 사이에 흐르는 전류는 상기 적어도 3개의 중공 캐소드 사이에서 전위차(예컨대, 최고 대 최고 전위차)를 발생시킨다. 어떤 실시 형태에서, 적어도 3개의 중공 캐소드 중 임의의 두 중공 캐소드 사이에서 상기 전위차는 적어도 50V이다. 어떤 실시 형태에서, 적어도 3개의 중공 캐소드 중 임의의 두 중공 캐소드 사이에서 상기 전위차는 적어도 200V이다. 어떤 실시 형태에서, 복수의 출력 파는 구형파(square wave)를 포함하고, 그리하여 전위차(예컨대, 최고 대 최고 전위차)는 동일한 전체 전력 입력에 대해 정현파(sinusoidal wave)에 비해 감소된다. 어떤 실시 형태에서, 전력원은 AC 전기 에너지의 형태이다. 어떤 실시 형태에서, 상기 전력원은 펄스 전기 에너지의 형태이다.In some embodiments, the at least three hollow cathodes are arranged linearly. In certain embodiments, at least three hollow cathodes are configured to direct each of the plasma exit regions to a common line. In certain embodiments, the distance between each pair of at least three hollow cathodes is the same distance. In certain embodiments, a current flowing between the at least three hollow cathodes having different electrical phases generates a potential difference (e.g., a peak-to-peak potential difference) between the at least three hollow cathodes. In certain embodiments, the potential difference between any two hollow cathodes of at least three hollow cathodes is at least 50V. In certain embodiments, the potential difference between any two hollow cathodes of at least three hollow cathodes is at least 200V. In some embodiments, the plurality of output waves comprise a square wave, so that the potential difference (e.g., peak vs. peak potential difference) is reduced relative to the sinusoidal wave for the same total power input. In some embodiments, the power source is in the form of AC electrical energy. In certain embodiments, the power source is in the form of pulsed electrical energy.

어떤 실시 형태에서, 발생된 플라즈마는 자기장 구동 폐쇄 회로 전자 드리프트(drift)가 실질적으로 없는 상태에서 플라즈마 길이에 걸쳐 실질적으로 균일하다. 어떤 실시 형태에서, 상기 플라즈마는 약 0.1 m 내지 약 1 m의 플라즈마 길이에 걸쳐 실질적으로 균일하다. 어떤 실시 형태에서, 플라즈마는 약 1 m 내지 약 4 m의 길이에 걸쳐 실질적으로 균일하다. 어떤 실시 형태에서, 복수의 출력 파 각각의 주파수는 동일하고 약 1kHz 내지 약 500MHz의 범위에 있다. 어떤 실시 형태에서, 복수의 출력 파 각각의 주파수는 동일하고 약 1kHz 내지 약 1MHz의 범위에 있다. 어떤 실시 형태에서, 복수의 출력 파 각각의 주파수는 동일하고 약 10kHz 내지 약 200kHz의 범위에 있다. 어떤 실시 형태에서, 복수의 출력 파 각각의 주파수는 동일하고 약 20kHz 내지 약 100kHz의 범위에 있다. 어떤 실시 형태에서, 방출 표면에서 나온 전자는 중공 캐소드 효과에 의해 구속된다. 어떤 실시 형태에서, 적어도 3개의 중공 캐소드 각각의 방출 표면에서 나온 전자는 자기장에 의해 구속되지 않는다. 어떤 실시 형태에서, 전력원에 의해 생성된 상기 복수의 출력 파 중의 적어도 하나는 상기 적어도 3개인 복수의 중공 캐소드에 전력을 공급하도록 구성되어 있다. In some embodiments, the generated plasma is substantially uniform over the plasma length with substantially no magnetic field-driven closed-circuit electronic drift. In some embodiments, the plasma is substantially uniform over a plasma length of about 0.1 m to about 1 m. In some embodiments, the plasma is substantially uniform over a length of about 1 m to about 4 m. In some embodiments, the frequency of each of the plurality of output waves is the same and ranges from about 1 kHz to about 500 MHz. In some embodiments, the frequencies of each of the plurality of output waves are the same and range from about 1 kHz to about 1 MHz. In some embodiments, the frequency of each of the plurality of output waves is the same and ranges from about 10 kHz to about 200 kHz. In some embodiments, the frequency of each of the plurality of output waves is the same and ranges from about 20 kHz to about 100 kHz. In certain embodiments, the electrons from the emitting surface are constrained by the hollow cathode effect. In certain embodiments, electrons from the emitting surface of each of the at least three hollow cathodes are not constrained by a magnetic field. In some embodiments, at least one of the plurality of output waves generated by the power source is configured to supply power to the plurality of hollow cathodes of at least three.

여기에 포함되어 있고 본 명세서의 일부분을 형성하는 첨부 도면은 본 개시의 다양한 실시 형태를 도시하고, 상세한 설명과 함께, 본 개시의 원리를 설명하고 또한 통상의 기술자가 여기서 개시된 실시 형태를 만들어 사용할 수 있게 해주는 역할을 또한 한다. 도면에서, 유사한 참조 번호는 동일하거나 기능적으로 유사한 요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 3-상 정현 파형을 도시한다.
도 2는 2극 중공 캐소드 플라즈마원에 있는 한쌍의 중공 캐소드 사이의 전압과 전류 그래프를 도시한다.
도 3은 서로 다른 시점에 있는 종래의 2극 중공 캐소드 플라즈마원의 단면도를 도시한다.
도 4는 종래의 2극 중공 캐소드 플라즈마원에서 플라즈마 꺼짐 시간의 영역을 도시한다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 다상 중공 캐소드 플라즈마원에 있는 여러 쌍의 중공 캐소드 사이에서의 전압 및 전류 그래프를 도시한다.
도 6은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 서로 다른 시점에 있는 다상 중공 캐소드 플라즈마원의 단면도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 방법을 도시한다.
도 8은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 방법으로 형성된 코팅을 도시한다.
도 9는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 플라즈마 출구 영역을 갖는 중공 캐소드를 포함하는 다상 중공 캐소드 플라즈마원을 도시한다.
도 10은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 제한된 슬롯형 플라즈마 출구 영역을 갖는 중공 캐소드를 포함하는 다상 중공 캐소드 플라즈마원을 도시한다.
도 11은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 6개의 중공 캐소드 및 6개의 상을 포함하는 다상 중공 캐소드 플라즈마원을 도시한다.
도 12는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 6개의 중공 캐소드 및 3개의 상을 포함하는 다상 중공 캐소드 플라즈마원을 도시한다.
도 13은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 3개의 등간격 중공 캐소드를 포함하는 다상 중공 캐소드 플라즈마원을 도시한다.
도 14a는 2극 중공 캐소드 플라즈마원에서 중공 캐소드 안과 주위에서의 플라즈마 형성의 전자 밀도를 도시한다.
도 14b는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 다상 중공 캐소드 플라즈마원에서 중공 캐소드 안과 주위에서의 플라즈마 형성의 전자 밀도를 도시한다.
도 15a는 2극 중공 캐소드 플라즈마원에서 중공 캐소드 안과 주위에서의 플라즈마 형성의 이온 밀도를 도시한다.
도 15b는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 다상 중공 캐소드 플라즈마원에서 중공 캐소드 안과 주위에서의 플라즈마 형성의 이온 밀도를 도시한다.
도 16a는 2극 중공 캐소드 플라즈마원 및 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 다상 중공 캐소드 플라즈마원 모두에서 중공 캐소드 공동부의 벽을 따른 이온 흡수를 도시한다.
도 16b는 도 16a의 그래프에 나타나 있는 바와 같은 중공 캐소드 공동부의 벽을 따른 인덱스를 도시한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate various embodiments of the present disclosure and, together with the description, serve to explain the principles of the disclosure and to enable a person skilled in the art to make and use embodiments disclosed herein It also has a role to play. In the drawings, like reference numerals designate like or functionally similar elements.
Figure 1 shows a three-phase sinusoidal waveform according to an exemplary embodiment of the present invention.
Figure 2 shows voltage and current graphs between a pair of hollow cathodes in a bipolar hollow cathode plasma source.
Figure 3 shows a cross-sectional view of a conventional bipolar hollow cathode plasma source at different times.
Figure 4 shows the area of the plasma off time in a conventional bipolar hollow cathode plasma source.
Figure 5 illustrates voltage and current graphs between multiple pairs of hollow cathodes in a multiphase hollow cathode plasma source in accordance with an exemplary embodiment of the present invention.
6 illustrates a cross-sectional view of a polyphase hollow cathode plasma source at different times in accordance with an exemplary embodiment of the present invention.
Figure 7 illustrates a method according to an exemplary embodiment of the present invention.
Figure 8 illustrates a coating formed in a method according to an exemplary embodiment of the present invention.
Figure 9 illustrates a multi-phase hollow cathode plasma source including a hollow cathode having a plasma exit region in accordance with an exemplary embodiment of the present invention.
Figure 10 illustrates a multi-phase hollow cathode plasma source including a hollow cathode having a limited slotted plasma exit area in accordance with an exemplary embodiment of the present invention.
Figure 11 shows a multi-phase hollow cathode plasma source comprising six hollow cathodes and six phases in accordance with an exemplary embodiment of the present invention.
Figure 12 shows a multi-phase hollow cathode plasma source comprising six hollow cathodes and three phases in accordance with an exemplary embodiment of the present invention.
Figure 13 shows a multi-phase hollow cathode plasma source comprising three equally spaced hollow cathodes in accordance with an exemplary embodiment of the present invention.
14A shows the electron density of plasma formation in and around the hollow cathode in a bipolar hollow cathode plasma source.
Figure 14B shows the electron density of plasma formation in and around the hollow cathode in a multiphase hollow cathode plasma source in accordance with an exemplary embodiment of the present invention.
15A shows the ion density of plasma formation in and around the hollow cathode in a bipolar hollow cathode plasma source.
Figure 15B illustrates the ion density of plasma formation in and around the hollow cathode in a multiphase hollow cathode plasma source in accordance with an exemplary embodiment of the present invention.
16A illustrates ion absorption along the walls of the hollow cathode cavities in both the bipolar hollow cathode plasma source and the polyphase hollow cathode plasma source in accordance with an exemplary embodiment of the present invention.
Figure 16b shows the index along the wall of the hollow cathode cavity as shown in the graph of Figure 16a.

사인파

을 생각해 보며, 여기서 A는 진폭이고, f는 주파수이며,

는 위상각이다. 위상각

은 시간 t = 0에서의 진동 위치를 특정한다. 두 사인파

및

에 대해, 두 사인파 사이의 위상차는 위상각의 차(

)로서 정의된다. 이 정의에 의해 위상차는 어느 파가 제1 파로서 고려되는지 또한 어느 파가 제2 파로서 고려되는지에 달려 있다. 즉, 순서가 변하면, 위상차의 부호가 변하게 된다. 더 큰 위상각을 갖는 파를 선두 파(leading wave)라고 하며, 더 작은 위상각을 갖는 파를 지연 파(lagging wave)라고 한다. 선두 파가 제1 파로서 고려되고 위상차가

인 경우, 지연 파를 제1 파로서 고려한다면 위상차는

가 된다. 일반적으로, 본 명세서는 위상차의 부호를 큰 중요성으로 다루지 않을 것이고, 또한 파의 순서를 중요하게 생각하지 않을 것이다. 위의 식에서

가 라디안(radian)으로 표시되지만, 본 명세서는 일반적으로 위상각 또는 위상차를 (편의상) 도(degree)로 논의할 것이다. 사인파는 정확히 360°(또는 2π 라디안)의 사이클 또는 주기를 가지므로, 위상각

은 -180°(또는 -π 라디안)와 +180°(또는 +π 라디안) 사이의 값으로서 표시될 수 있다. 위상차는 진폭 A에 대해 독립적이고, 동일한 주파수 f를 갖는 두 파 사이에서만 적절히 정의된다.Sine wave

, Where A is the amplitude, f is the frequency,

Is the phase angle. Phase angle

Specifies the vibration position at time t = 0. Two sine waves

And

, The phase difference between the two sinusoidal waves is the difference of the phase angles

). By this definition, the phase difference depends on which wave is considered as the first wave and which wave is considered as the second wave. That is, when the order is changed, the sign of the phase difference is changed. A wave having a larger phase angle is called a leading wave, and a wave having a smaller phase angle is called a lagging wave. The first wave is considered as the first wave and the phase difference is

, If the delayed wave is considered as the first wave, then the phase difference is

. In general, the present specification will not treat the sign of the phase difference as being of great importance, nor will it consider the order of waves. In the above equation

Is expressed in terms of radians, the present specification will generally discuss the phase angle or phase difference as (degree) for convenience. Since a sine wave has exactly a cycle or period of 360 degrees (or 2 pi radians)

Can be expressed as a value between -180 degrees (or -pi radians) and + 180 degrees (or + pi radians). The phase difference is independent of amplitude A and is properly defined only between two waves having the same frequency f.

2개의 파가 동일한 위상각

을 공유하는 경우, 위상차는 없고 그들 파는 (서로에 대해) 위상이 같다고 한다. 2개의 파가 동일한 위상각

을 공유하지 않는 경우, 그들 파는 (서로에 대해) 위상이 다르다고 한다. 위상차가 180°인 경우, 두 파는 (서로에 대해) 역위상(antiphase) 관계에 있다고 한다. 위상차는 두 파 사이의 특성이다. 서로에 대해 위상차를 갖는 2개의 파를 또한 서로로부터 오프셋되어 있거나 위상 오프셋되어 있다고 말할 수 있다. 통상의 기술자는 또한 위상차는 구형파(square wave), 펄스 파 및 다른 파형에 대해서도 정의될 수 있음을 알 것이다.If two waves have the same phase angle

, There is no phase difference, and the waves are said to have the same phase (with respect to each other). If two waves have the same phase angle

If they do not share, they are said to have different phases (relative to each other). When the phase difference is 180 °, the two waves are said to be in antiphase relation (to each other). The phase difference is a characteristic between two waves. It can be said that the two waves having a phase difference with respect to each other are also offset from each other or phase offset. It will be appreciated by those of ordinary skill in the art that phase differences can also be defined for square waves, pulses, and other waveforms.

2개의 중공 캐소드가 위상이 다른 2개의 파에 의해 전력 공급을 받고 있는 경우, 본 명세서에서는 그들 중공 캐소드를 주어진 위상각(중공 캐소드에 전력을 공급하는 두 파의 위상차로서 정의됨) 만큼 (서로에 대해) 위상 오프셋되어 있다고 할 것이다. 따라서, 파 또는 중공 캐소드는 서로로부터 위상 오프셋되어 있다고 말할 수 있다(상호 교환가능하게). 대안적으로, 2개의 파가 위상이 같으면, 2개의 중공 캐소드는 위상이 같다고 할 것이다(상호 교한가능하게).When two hollow cathodes are powered by two waves of different phases, they are referred to herein by their hollow cathode as a given phase angle (defined as the phase difference of the two waves supplying the hollow cathode) ) Phase offset. Thus, it can be said that the wave or hollow cathode is phase offset from each other (interchangeably). Alternatively, if the two waves are in phase, the two hollow cathodes will have the same phase (interchangeably).

"열이온(thermionic)"은 방출이 높아진 표면 온도에 의해 크게 가속되는 표면으로부터의 전자 방출을 의미한다. 열이온 온도는 일반적으로 약 600℃ 이상이다."Thermionic" means electron emission from a surface that is accelerated largely by the surface temperature at which the emission has increased. The thermal ion temperature is generally about 600 ° C or more.

"이차 전자(secondary electron)" 또는 "이차 전자 흐름(secondary electron current)"은, 고체 표면과 입자의 충돌 및 결과적으로 생기는 전류의 결과로 인한 그 고체 표면으로부터의 전자 방출을 의미한다. 본 발명이 실시 형태에 따른 전자 방출 표면은 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 그 표면에는 전자 또는 이온이 더 충돌된다. 전자 방출 표면에 전자 또는 이온이 충돌하면, 전자 방출 표면으로부터 이차 전자가 방출된다. 이차 전자 방출이 중요한데, 이차 전자 흐름이 밀한 플라즈마를 생성하는데에 도움을 주기 때문이다. "Secondary electron" or "secondary electron current" means electron emission from the solid surface as a result of collision of the particle with the solid surface and resulting current. The electron emitting surface according to the embodiment of the present invention can generate plasma, and the surface of the electron emitting surface is further collided with electrons or ions. When electrons or ions collide with the electron emitting surface, secondary electrons are emitted from the electron emitting surface. Secondary electron emission is important because the secondary electron flow helps to produce a dense plasma.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 3-상 정현 파형을 도시한다. 파형 그래프(100)에 있는 3개의 다른 정현파(A, B, C) 각각은 서로에 대해 ±120°만큼 위상이 다르다. 구체적으로, 쌍(A, B) 및 쌍(B, C) 각각은 ＋120°만큼 위상이 다르고, 쌍(A, C)은-120°만큼 위상이 다르다.1 shows a three-phase sinusoidal waveform according to an embodiment of the present invention. Each of the three different sinusoids (A, B, C) in the waveform graph 100 is out of phase by +/- 120 degrees with respect to each other. Specifically, each pair (A, B) and pair (B, C) is out of phase by + 120 °, and pair (A, C) is out of phase by -120 °.

도 2는 2극 중공 캐소드 플라즈마원에 있는 한쌍의 중공 캐소드 사이의 전압과 전류 그래프를 도시한다. 시점(t₁, t₂, t₃, t₄, t₅, t₆)이 전압 그래프(202) 및 전류 그래프(204)에 표시되어 있고 다양한 관심 대상 시점을 나타낸다.Figure 2 shows voltage and current graphs between a pair of hollow cathodes in a bipolar hollow cathode plasma source. The time points t ₁ , t ₂ , t ₃ , t ₄ , t ₅ , t ₆ are displayed in the voltage graph 202 and the current graph 204 and represent various points of interest.

도 3은 서로 다른 시점에 있는 종래의 2극 중공 캐소드 플라즈마원의 단면도를 도시한다. 2극 중공 캐소드 장치(300)는 중공 캐소드(302, 304) 및 2극 전력원(310)을 포함한다. 전력이 전력원(310)에 의해 공급되면, 플라즈마(320)가 중공 캐소드(302, 304) 사이에 발생된다. 전압 그래프(202)와 전류 그래프(204)는 중공 캐소드(302, 304) 사이의 전압과 전류를 각각 나타낸다. 전력원(310)은 교류를 제공하고, 중공 캐소드(302, 304)는 교대로 캐소드 및 애노드로서 역할하게 된다. 이 장치에서, 중공 캐소드(302, 304)는 역위상(antiphase) 관계(즉, 180°만큼 위상이 다름)에 있다. 시점(t₁, t₂, t₃, t₄, t₅, t₆)은 전압 그래프(202) 및 전류 그래프(204)에 나타나 있고 다양한 관심 대상 시점을 나타내며, 이는 도 3에 나타나 있는 중공 캐소드 장치(300)의 다른 도에 대응한다.Figure 3 shows a cross-sectional view of a conventional bipolar hollow cathode plasma source at different times. The dipole hollow cathode device 300 includes hollow cathodes 302 and 304 and a bipolar power source 310. When power is supplied by the power source 310, a plasma 320 is generated between the hollow cathodes 302 and 304. The voltage graph 202 and the current graph 204 show voltage and current between the hollow cathodes 302 and 304, respectively. The power source 310 provides an alternating current and the hollow cathode 302, 304 alternately serves as the cathode and the anode. In this arrangement, the hollow cathodes 302 and 304 are in an antiphase relationship (i.e., they are out of phase by 180 degrees). The time points t ₁ , t ₂ , t ₃ , t ₄ , t ₅ , t ₆ are represented in the voltage graph 202 and the current graph 204 and represent various points of interest, Corresponds to another view of the device 300. FIG.

t₁에 대응하는 도는, 교류 전압 입력 및 결과적인 전류 모두가 영(zero)의 값에 도달하는 시점을 나타낸다. 이 시점에서, 플라즈마는 활발하게 발생되지 않고 있다. t₂에 대응하는 도는, 중공 캐소드(302, 304) 사이의 전위차가 최대에 이르고 플라즈마(320)가 점화되는 시점을 나타낸다. t₃에 대응하는 도는 최대 전류 시점을 나타내는데, 이 시점에서, 플라즈마(320)가 두 중공 캐소드(302, 304) 사이에서 완전히 발생된다. t₄에 대응하는 도는, 전류가 t₂에서의 전류와 같은 시점에 있는 2극 중공 캐소드 장치(300)를 나타내고, 여기서는 감소된(예컨대, t₃에 대응하는 도와 비교하여) 강도의 플라즈마(320)가 존재한다. t₅에 대응하는 도는 다음 제로 크로싱(zero crossing)을 나타내는데, 여기서 플라즈마 발생은 다시 한번 중단된 상태이다. t₆에 대응하는 도는 플라즈마(320)가 다시 발생된 연속된 사이클을 나타내며, 여기서 중공 캐소드(302) 및 중공 캐소드(304)는 t₂와 비교할 때 역할(캐소드 또는 애노드)을 전환하였다.The figure corresponding to t ₁ indicates the point at which both the ac voltage input and the resulting current reach a zero value. At this point, the plasma is not actively generated. The diagram corresponding to t ₂ shows the point in time when the potential difference between the hollow cathodes 302 and 304 reaches the maximum and the plasma 320 is ignited. The figure corresponding to t ₃ represents the maximum current time point, at which point the plasma 320 is completely generated between the two hollow cathodes 302, 304. The figure corresponding to t ₄ represents a bipolar hollow cathode device 300 in which the current is at the same time as the current at t ₂ where a plasma 320 of reduced intensity (e.g., compared to the tilt corresponding to t ₃ ) ). The figure corresponding to t ₅ shows the next zero crossing, where plasma generation is once again stopped. The figure corresponding to t ₆ represents the successive cycles in which the plasma 320 was generated again where the hollow cathode 302 and the hollow cathode 304 switched roles (cathodes or anodes) when compared to t ₂ .

캐소드와 애노드 사이의 역할 전환을 간략히 설명한다. 2극 전력 공급부는 처음에 제1 전자 방출 표면을 음의 전압으로 구동시켜, 플라즈마 형성을 가능하게 하고, 반면, 제2 전자 방출 표면은 전압 인가 회로를 위한 애노드로서 역할하기 위해 양의 전압으로 구동된다. 그리고 이는 제1 전방 방출 표면을 양의 전압으로 구동시키고 캐소드와 애노드의 역할을 반대로 한다. 전자 방출 표면 중의 하나가 음으로 구동됨에 따라, 대응하는 공동부 내에서 방전이 일어난다. 그러면 다른 캐소드는 애노드를 형성하여, 전자가 음극의 중공 캐소드로부터 양극의 중공 캐소드로 흐르게 된다.The role switching between the cathode and the anode is briefly described. The bipolar power supply initially drives the first electron emitting surface with a negative voltage to enable plasma formation, while the second electron emitting surface is driven with a positive voltage to serve as the anode for the voltage applying circuit do. Which drives the first forward emitting surface to a positive voltage and reverses the role of the cathode and anode. As one of the electron emitting surfaces is driven negatively, a discharge occurs in the corresponding cavity. The other cathode then forms an anode, so that electrons flow from the hollow cathode of the anode to the hollow cathode of the anode.

도 4는 종래의 2극 중공 캐소드 플라즈마원에서 플라즈마 꺼짐 시간의 영역을 도시한다. 구체적으로, 도 4에는 활성 플라즈마 형성을 위한 중공 캐소드 사이에 불충분한 전위차가 존재하는, 전압 그래프(202) 및 전류 그래프(204)를 따른 시간 영역이 나타나 있다. 플라즈마 비발생 영역(402, 404, 406)에서. 2극 중공 캐소드 장치(300)는 각 파 주기의 대략 25%에 대해 플라즈마 발생을 중단한다. 이와는 달리, 본 발명의 실시 형태의 이점은, 플라즈마 발생을 위해 중공 캐소드 사이에 충분한 전위차를 유지시킴으로써 본 발명의 실시 형태는 플라즈마가 형성되지 않는 시간을 줄이거나 없앨 수 있다는 것이다.Figure 4 shows the area of the plasma off time in a conventional bipolar hollow cathode plasma source. Specifically, Figure 4 shows the time domain along the voltage graph 202 and the current graph 204 where there is insufficient potential difference between the hollow cathodes for active plasma formation. In the plasma non-occurrence regions 402, 404, and 406, The dipole hollow cathode device 300 stops generating plasma for about 25% of each wave period. In contrast, an advantage of embodiments of the present invention is that by maintaining a sufficient potential difference between the hollow cathodes for plasma generation, embodiments of the present invention can reduce or eliminate the time when no plasma is formed.

도 5는 본 발명의 실시 형태에 따른 다상 중공 캐소드 플라즈마원에서 여러 쌍의 중공 캐소드 사이에서의 전압 및 전류를 도시한다. 시점(t₁₀, t₁₁, t₁₂, t₁₃, t₁₄, t₁₅)이 전압 그래프(502, 506, 510) 및 전류 그래프(504, 508, 512)에 나타나 있고 다양한 관심 대상 시점을 나타낸다.Figure 5 shows voltage and current between pairs of hollow cathodes in a multiphase hollow cathode plasma source in accordance with an embodiment of the present invention. The time points t ₁₀ , t ₁₁ , t ₁₂ , t ₁₃ , t ₁₄ and t ₁₅ are represented in the voltage graphs 502, 506 and 510 and the current graphs 504, 508 and 512 and represent various points of interest.

도 6은 본 발명의 실시 형태에 따른 서로 다른 시점에 있는 다상 중공 캐소드 플라즈마원의 단면도를 도시한다. 다상 중공 캐소드 장치(600)는 중공 캐소드(602, 604, 606) 및 다상 전력원(610)을 포함한다. 전력이 전력원(610)에 의해 공급되면, 플라즈마(620)가 중공 캐소드(602, 604, 606) 사이에 발생된다. 구체적으로, 각 쌍의 중공 캐소드(602, 604; 604, 606; 602, 606) 사이에 플라즈마(620)가 발생된다. 전압 그래프(502, 506, 510)와 전류 그래프(504, 508, 512)(도 5에 나타나 있음)는 중공 캐소드 쌍(602, 604)(도 5에서 "A-B"로 표시되어 있음), 중공 캐소드 쌍(604, 606)(도 5에서 "B-C"로 표시되어 있음), 및 중공 캐소드 쌍(602, 606)(도 5에서 "A-C"로 표시되어 있음)(도 6에 나타나 있는 것과 같은 중공 캐소드 쌍) 사이의 전압과 전류를 각각 나타낸다. 전력원(610)은 교류를 제공하고, 중공 캐소드(602, 604, 606)는 교대로 캐소드와 애노드로서 역할하게 된다. 이 장치에서, 중공 캐소드 쌍(602, 604; 604, 606)은 ＋120°만큼 위상이 다르고, 중공 캐소드 쌍(602, 606)은 -120°만큼 위상이 다르다. 시점(t₁₀, t₁₁, t₁₂, t₁₃, t₁₄, t₁₅)이 전압 그래프(502, 506, 510) 및 전류 그래프(504, 508, 512)에 나타나 있고 다양한 관심 대상 시점을 나타내며, 이 관심 대상 시점은 도 6에 나타나 있는 중공 캐소드 장치(600)의 다른 도에 대응한다.6 illustrates a cross-sectional view of a polyphase hollow cathode plasma source at different times according to an embodiment of the present invention. The multiphase hollow cathode device 600 includes hollow cathodes 602, 604, 606 and a polyphase power source 610. When power is supplied by the power source 610, a plasma 620 is generated between the hollow cathodes 602, 604, and 606. Specifically, a plasma 620 is generated between each pair of hollow cathodes 602, 604; 604, 606; 602, 606. The voltage graphs 502, 506, 510 and the current graphs 504, 508, 512 (shown in FIG. 5) include a hollow cathode pair 602, 604 (labeled "AB" 5) and a pair of hollow cathodes 602 and 606 (labeled "AC" in Figure 5) (shown in Figure 5 as hollow cathode Pair), respectively. The power source 610 provides an alternating current and the hollow cathode 602, 604, 606 alternately serves as a cathode and an anode. In this arrangement, the hollow cathode pairs (602, 604; 604, 606) are out of phase by + 120 ° and the hollow cathode pairs (602, 606) are out of phase by -120 °. The time points t ₁₀ , t ₁₁ , t ₁₂ , t ₁₃ , t ₁₄ and t _{15 are} shown in the voltage graphs 502, 506 and 510 and the current graphs 504, 508 and 512, This point of interest corresponds to another view of the hollow cathode device 600 shown in Fig.

임의의 쌍의 중공 캐소드 사이에 발생된 플라즈마는 부분적으로 그 쌍의 중공 캐소드 사이의 거리에 영향을 받을 것이다. 어떤 실시 형태에서, 인접하는 쌍의 중공 캐소드(예컨대, 중공 캐소드 쌍(602, 604; 604, 606)) 사이의 거리는 동일하거나 실질적으로 동일하고, 인접하지 않는 중공 캐소드(예컨대, 중공 캐소드(602, 606)) 사이의 거리는 인접하는 쌍 사이의 거리 보다 크다. 한쌍의 중공 캐소드 사이의 거리가 너무 크면, 플라즈마는 그 중공 캐소드 사이에 형성되지 않을 수 있다. 통상의 기술자라면 아는 바와 같이, 중공 캐소드 사이의 거리는 공정 의존적이다. 거리가 증가함에 따라, 플라즈마 형성에 필요한 전압은 증가하게 된다. 어떤 실시 형태에서, 중공 캐소드 사이의 거리는 500 mm 미만, 또는 400 mm 미만, 또는 200 mm 미만이다. 어떤 실시 형태에서, 중공 캐소드 사이의 거리는 약 100 mm 이다. 플라즈마 형성은 더 큰 거리에 대해 일어날 수 있지만, 전형적인 공정 및 전력 공급의 경우에, 최대 거리는 500 mm일 수 있다. 자기장이 또한 유효 간격 범위에 영향을 줄 수 있다.The plasma generated between any pair of hollow cathodes will be partly influenced by the distance between the pair of hollow cathodes. In some embodiments, the distances between adjacent pairs of hollow cathodes (e. G., Hollow cathode pairs 602,604; 604,606) are the same or substantially the same, 606) is greater than the distance between adjacent pairs. If the distance between the pair of hollow cathodes is too large, a plasma may not be formed between the hollow cathodes. As known to those of ordinary skill in the art, the distance between hollow cathodes is process dependent. As the distance increases, the voltage required for plasma formation increases. In certain embodiments, the distance between the hollow cathodes is less than 500 mm, or less than 400 mm, or less than 200 mm. In some embodiments, the distance between the hollow cathodes is about 100 mm. Plasma formation can occur for larger distances, but in the case of typical processes and power supplies, the maximum distance may be 500 mm. Magnetic fields can also affect the effective interval range.

발생된 플라즈마는 부분적으로 또한 한쌍의 중공 캐소드 사이의 전압과 전류에 영향을 받을 것이다. 예컨대, 플라즈마는 복수 쌍의 중공 캐소드 사이에 형성될 수 있지만, 플라즈마 밀도는 부분적으로 다른 쌍의 중공 캐소드 사이의 전압과 전류의 차이로 인해 균일하지 않을 수 있다. 예컨대 플라즈마 화학 기상 증착을 사용하여 기판을 코팅할 때 사용되는 경우, 이 비균일성은 실질적이지 않을 것인데, 왜냐하면, 비균일성은 짧은 시간 동안만 일어나고 또한 기판이 현저하게 움직이기 전에 높은 플라즈마 밀도의 영역과 낮은 플라즈마 밀도의 영역이 많은 횟수로 전환되기 때문이다. 또한, 인라인 코팅 공정의 경우, 기판은 플라즈마원 아래에서 움직이고 각 중공 캐소드 아래를 지나가기 때문에, 기판은 동등하게 처리될 것이다.The generated plasma will be partially and also influenced by the voltage and current between the pair of hollow cathodes. For example, a plasma may be formed between a plurality of pairs of hollow cathodes, but the plasma density may not be uniform due in part to voltage and current differences between the other pair of hollow cathodes. For example, when used in coating a substrate using plasma enhanced chemical vapor deposition, this non-uniformity may not be substantial because non-uniformity occurs only for a short time and also in regions of high plasma density prior to significant movement of the substrate This is because the region of low plasma density is converted into a large number of times. Also, in the case of an in-line coating process, the substrate will be treated equally since it moves under the plasma source and passes under each hollow cathode.

다상 전력원(610)은 단일 전력원 또는 복수의 전력원을 포함할 수 있다. 구체적으로, 다상 전력원(610)은 복수의 출력 파(예컨대, 파형 그래프(100)의 파(A, B, C))를 발생시킬 수 있고, 복수의 출력 파(및 그래서 그들 파에 의해 전력 공급을 받는 중공 캐소드) 각각은 시간에 대해 서로로부터 위상 변이된다. 어떤 실시 형태에서, 인접하는 중공 캐소드, 예컨대 캐소드 쌍(602, 604; 604, 606) 각각은 서로로부터 동일한 위상 만큼 위상 변이된다(예컨대, 3-상 전력원의 경우 120°, 4-상 전력원의 경우 90°, 5-상 전력원의 경우 72°, 6-상 전력원의 경우 60°, n-상 전력원의 경우에는 360°/n). 3-상 3-중공 캐소드 선형 실시 형태의 경우(즉, 중공 캐소드는 한 라인 상에 배치됨), 인접하는 중공 캐소드 쌍(602, 604; 604, 606) 각각이 120°만큼 위상이 다르면, 인접하지 않는 중공 캐소드 쌍(602, 606)은 -120°만큼 위상이 다를 것이다. 4-상 4-중공 캐소드 선형 실시 형태의 경우, 인접하는 쌍 각각이 60°만큼 위상이 다르면, 라인 상의 제1 및 제3 중공 캐소드로 이루어지는 인접하지 않는 쌍은 120°만큼 위상이 다를 것이고, 그 라인 상의 제1 및 제4 중공 캐소드로 이루어지는 인접하지 않는 쌍은 180°만큼 위상이 다를 것이다.The polyphase power source 610 may comprise a single power source or a plurality of power sources. More specifically, the polyphase power source 610 can generate a plurality of output waves (for example, waves A, B, and C of the waveform graph 100) and generate a plurality of output waves Lt; / RTI > cathode) are phase shifted from each other with respect to time. In some embodiments, each adjacent hollow cathode, e.g., cathode pair 602, 604; 604, 606, is phase shifted from each other by the same phase (e.g., 120 ° for a three- 90 ° for a 5-phase power source, 72 ° for a 6-phase power source, and 360 ° / n for an n-phase power source). In the case of a three-phase 3-hollow cathode linear embodiment (i.e., the hollow cathode is disposed on one line), if each adjacent pair of hollow cathodes 602, 604; 604, 606 is out of phase by 120 °, The hollow cathode pairs 602 and 606 will be out of phase by -120 degrees. In the case of a four-phase, four-hollow cathode linear embodiment, if each of the adjacent pairs is out of phase by 60 °, the non-adjacent pairs of first and third hollow cathodes on the line will be out of phase by 120 °, The non-adjacent pairs of first and fourth hollow cathodes on the line will be out of phase by 180 degrees.

t₁₀에 대응하는 도는, 중공 캐소드(602, 604) 사이의 전류 흐름이 최대이고 반면 중공 캐소드(604, 606) 사이의 전류 흐름은 그 최대 값의 대략 절반인 시점을 나타낸다. t₁₁에 대응하는 도에서, 중공 캐소드(602, 604) 사이의 전류 흐름은 영이 되고, 반면 중공 캐소드(602, 606) 사이에는 전류가 흐르기 시작한다. 이 동일한 시점(t₁₁)에서, 중공 캐소드(604, 606) 사이의 전류 흐름은 최대 값에 이른다. 중공 캐소드(602, 606) 사이의 전류 흐름이 최대 값에 이르고 또한 중공 캐소드(602, 604) 사이에 전류가 다시 흐르기 시작하면(t₁₀에 대응하는 도에 나타나 있는 것과는 반대 방향으로), t₁₂에 대응하는 도에서 사이클이 계속된다. t₁₃에 대응하는 도는 t₁₀에 대응하는 도로부터 사이클의 반대 끝을 나타내는데, 여기서 중공 캐소드(602, 604) 사이에 최대 전류가 흐르고, 반면 중공 캐소드(604, 606) 사이에는 최대 전류의 대략 절반이 흐른다. t₁₃에 대응하는 도의 전류 흐름은 t₁₀에 대응하는 도에서의 전류 흐름과 반대 방향이고, 이전에 캐소드로서 역할한 중공 캐소드는 이젠 애노드로서 역할한다. t₁₄에 대응하는 도는 t₁₁에 대응하는 도에서 설명된 것과는 반대되는 전류 흐름 상황을 나타내고, t₁₅에 대응하는 도는 t₁₂에 대응하는 도에서 설명된 것과는 반대되는 전류 흐름 상황을 나타낸다.The figure corresponding to t ₁₀ shows the time at which the current flow between the hollow cathodes 602 and 604 is maximum while the current flow between the hollow cathodes 604 and 606 is approximately half of its maximum value. In the figure corresponding to t ₁₁ , the current flow between the hollow cathodes 602 and 604 is zero, while the current begins to flow between the hollow cathodes 602 and 606. At this same point in time t ₁₁ , the current flow between the hollow cathodes 604 and 606 reaches a maximum value. When the current flow between the hollow cathode (602, 606) reaches the maximum value also begins to flow again, the current between the hollow cathode (602, 604) (in the opposite direction from that shown in Fig corresponding to t _10), t ₁₂ The cycle continues in the corresponding figure. The figure corresponding to t ₁₃ represents the opposite end of the cycle from the road corresponding to t ₁₀ where a maximum current flows between the hollow cathodes 602 and 604 while a half of the maximum current flows between the hollow cathodes 604 and 606 Flows. The current flow in the figure corresponding to t ₁₃ is opposite to the current flow in the figure corresponding to t ₁₀ , and the hollow cathode, which previously served as the cathode, now serves as the anode. The figure corresponding to t ₁₄ shows the current flow situation opposite to that described in the figure corresponding to t ₁₁ and the figure corresponding to t ₁₅ shows the current flow situation opposite to that described in the figure corresponding to t ₁₂ .

도 6(및 본 발명의 다른 실시 형태)에 나타나 있는 다상 중공 캐소드 장치(600)의 일 특징은, 임의의 두 중공 캐소드 사이의 전류 흐름이 영에 접근하는 각 시점에서 다른 중공 캐소드 쌍 사이의 전압차 및 전류 흐름은 영이 아니다는 것이다. 이렇게 해서, 2극 전력에 의해 구동되는 종래의 플라즈마원의 앞에서 언급된 플라즈마 꺼짐 시간을 갖지 않는 플라즈마 장치를 만들 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 형태는, 위에서 논의한 바와 같이, 종래 기술의 2극 중공 캐소드 장치(300)에서 고유한 플라즈마 비발생 영역(402, 404, 406)을 효과적으로 피한다. 본 발명의 실시 형태에 따라, 적어도 3개의 중공 캐소드 및 다상 전력원을 포함함으로써, 작동 시간 전체에 걸쳐 전류 흐름 및 결과적인 플라즈마 발생을 유지하여 연속적인 플라즈마 발생을 일으키는 장치를 포함하여, 개선된 플라즈마 특성을 얻을 수 있다. 적어도 3개의 위상-오프셋 파 및 적어도 3개의 중공 캐소드를 사용함으로써, 파가 교류 전력원에 의해 발생되는 플라즈마 꺼짐 시간이 실질적으로 없을 것이다. 펄스 전력의 경우, 플라즈마 꺼짐 시간은 설계 파라미터에 따라 실질적으로 0% 내지 대략 20%일 수 있다. 예컨대, 적어도 3개의 위상-오프셋 파 및 적어도 3개의 중공 캐소드와 함께 펄스 전력을 사용하면, 플라즈마 꺼짐 시간은 실질적으로 20%일 수 있고(또는 대안적으로, 파의 한 주기의 80%에 대해 활성 플라즈마 발생이 있음), 플라즈마 꺼짐 시간은 실질적으로 10%일 수 있고(또는 대안적으로, 파의 한 주기의 90%에 대해 활성 플라즈마 발생이 있음), 플라즈마 꺼짐 시간은 또한 실질적으로 0%일 수 있다(또는 대안적으로, 파의 한 주기의 100%에 대해 활성 플라즈마 발생이 있음). 플라즈마와 관련된 붕괴 시간이 있기 때문에(즉, 한쌍의 중공 캐소드 사이의 전압이 영으로 떨어진 후에도, 짧은 시간 동안 여전히 플라즈마가 존재할 수 있음(비록 활발하게 발생되지는 않더라도)), 본 출원에서는 활성 플라즈마 발생을 활성 전자 방출이 있는 시간이라고 한다.One feature of the polyphase hollow cathode device 600 shown in FIG. 6 (and another embodiment of the present invention) is that at each instant when the current flow between any two hollow cathodes approaches zero, the voltage across the other pair of hollow cathodes The car and current flow are not zero. In this way, a conventional plasma source driven by bipolar power can be produced without the aforementioned plasma turn-off time. That is, the embodiment of the present invention effectively avoids the plasma non-occurrence areas 402, 404, and 406 inherent in the prior art bipolar hollow cathode device 300, as discussed above. In accordance with an embodiment of the present invention there is provided an apparatus comprising at least three hollow cathodes and a polyphase power source to maintain a current flow and resulting plasma generation throughout the operating time to produce a continuous plasma generation, Characteristics can be obtained. By using at least three phase-offset waves and at least three hollow cathodes, there will be substantially no plasma turn-off time generated by the AC power source. In the case of pulsed power, the plasma off time may be substantially 0% to approximately 20%, depending on the design parameters. For example, if pulse power is used with at least three phase-offset waves and at least three hollow cathodes, the plasma turn-off time can be substantially 20% (or alternatively, active for 80% (Or alternatively, there is active plasma generation for 90% of one period of a wave), the plasma off time may also be substantially 0% (Or alternatively, there is active plasma generation for 100% of one period of the wave). Because there is a decay time associated with the plasma (i.e., even after the voltage between the pair of hollow cathodes has dropped to zero, the plasma may still be present for a short period of time (although not actively generated)), Is referred to as the time of active electron emission.

어떤 실시 형태에서, 중공 캐소드(602, 604, 606)(또는 본 명세서에 설명되거나 그에 의해 가능하게 되는 다른 중공 캐소드 장치)는 기다란 공동부를 포함할 수 있다. 중공 캐소드는 플라즈마 출구 영역을 포함할 수 있고, 이 플라즈마 출구 영역은 단일의 플라즈마 출구 오리피스, 또는 복수의 플라즈마 출구 오리피스 또는 플라즈마 출구 슬롯 또는 이들 플라즈마 출구 영역의 어떤 조합을 포함할 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 중공 캐소드의 내면 및 플라즈마 출구 영역만이 전자를 방출하고 수용하도록 중공 캐소드 각각은 전기적으로 절연된다. 어떤 실시 형태에서, 사실상 모든 연속적으로 발생되는 플라즈마는 각 중공 캐소드의 플라즈마 출구 영역을 통해 흐른다. 어떤 실시 형태에서, 전류 흐름은 이차 전자 방출 또는 열이온 방출 전자 또는 이들 전류 흐름의 어떤 조합으로 구성된다. 어떤 실시 형태에서, 전위차에 의해 중공 캐소드 사이에 전류가 흐른다. 어떤 실시 형태에서, 임의의 두 중공 캐소드 사이에서 이 전위차는 적어도 50V 또는 적어도 200V 이다. 어떤 실시 형태에서, 복수의 출력 파를 발생시키는 다상 전력원은 구형파(square wave)로 구성된 복수의 출력 파를 발생시키고, 그래서 전위차는 정현파에 비해 감소된다. 다상 전력원은 AC 전기 에너지원의 형태 또는 펄스 전기 에너지의 형태 또는 이들 전기 에너지 형태의 어떤 조합이다. 어떤 실시 형태에서, 발생되는 플라즈마는, 자기장에 의해 구동되는 폐쇄 회로 전자 드리프트(drift)가 실질적으로 없는 상태에서, 플라즈마의 길이에 걸쳐 실질적으로 균일하다. 어떤 실시 형태에서, 플라즈마는 약 0.1 m 내지 약 1 m 또는 약 1 m 내지 약 4 m의 길이에 걸쳐 실질적으로 균일하다. 어떤 실시 형태에서, 복수의 출력 파 각각의 주파수는 동일하고 약 1kHz 내지 약 1MHz 또는 약 10kHz 내지 약 200kHz 또는 약 20kHz 내지 약 100kHz의 범위에 있다. 어떤 실시 형태에서, 방출 표면에서 방출된 전자는 중공 캐소드 효과에 의해 구속된다. 어떤 실시 형태에서, 방출 표면에서 방출된 전자는 자기장에 의해 구속되지 않는다.In some embodiments, the hollow cathode 602, 604, 606 (or other hollow cathode device described herein or made possible by it) may include an elongated cavity. The hollow cathode may comprise a plasma exit area, which may comprise a single plasma exit orifice, or a plurality of plasma exit orifices or plasma exit slots or any combination of these plasma exit areas. In some embodiments, each of the hollow cathodes is electrically insulated such that only the inner surface of the hollow cathode and the plasma exit region emit and receive electrons. In some embodiments, substantially all subsequently generated plasma flows through the plasma exit region of each hollow cathode. In certain embodiments, the current flow consists of any combination of secondary electron emission or thermionic emission electrons or these current flows. In some embodiments, a current flows between the hollow cathode by a potential difference. In certain embodiments, the potential difference between any two hollow cathodes is at least 50V or at least 200V. In some embodiments, a polyphase power source that generates a plurality of output waves generates a plurality of output waves comprised of square waves, so that the potential difference is reduced relative to the sinusoidal wave. The polyphase power source is either a form of an AC electrical energy source or a form of pulsed electrical energy or some combination of these electrical energy forms. In some embodiments, the generated plasma is substantially uniform over the length of the plasma, with substantially no closed-circuit electronic drift driven by the magnetic field. In certain embodiments, the plasma is substantially uniform over a length of from about 0.1 m to about 1 m or from about 1 m to about 4 m. In certain embodiments, the frequency of each of the plurality of output waves is the same and ranges from about 1 kHz to about 1 MHz, or from about 10 kHz to about 200 kHz, or from about 20 kHz to about 100 kHz. In certain embodiments, the electrons emitted from the emitting surface are confined by the hollow cathode effect. In some embodiments, electrons emitted from the emitting surface are not constrained by a magnetic field.

전자 흐름에 영향을 주는 한 요인은 중공 캐소드 공동부 벽의 온도이다. 공동부 벽 온도가 1000℃ 아래인 중공 캐소드 구성에서, 전자 방출은 이차 전자 방출에 의해 지배된다. 공동부 벽에 이온이 충돌함에 따라, 충격을 주는 이온의 운동 에너지 및 음의 전압 포텐셜에 의해 전자가 벽 표면으로부터 방출된다. 전형적으로, 이들 "저온(cold)" 중공 캐소드는 50℃ 내지 500℃의 공동부 벽 온도로 가동된다. 일반적으로, 중공 캐소드 구조체를 이들 온도로 유지하기 위해, 냉각법이 이용된다. 종종, 수냉 채널이 중공 캐소드 구조체에 만들어진다. 저온 중공 캐소드에 대한 작동 전압은 전형적으로 300 V 내지 1000 V이다.One factor that affects the electron flow is the temperature of the hollow cathode cavity walls. In a hollow cathode configuration in which the cavity wall temperature is below 1000 캜, electron emission is dominated by secondary electron emission. As ions collide with the cavity wall, electrons are emitted from the wall surface by the kinetic energy of the impacting ions and the negative voltage potential. Typically, these "cold" hollow cathodes operate at a cavity wall temperature of 50 ° C to 500 ° C. Generally, a cooling method is used to maintain the hollow cathode structure at these temperatures. Often, a water-cooled channel is made in the hollow cathode structure. The operating voltage for the cold hollow cathode is typically 300V to 1000V.

대안적으로, 중공 캐소드는 열이온 모드로 가동될 수 있다. 열이온 전자 방출이 일어나도록, 중공 캐소드 공동부 벽의 온도는 일반적으로 1000℃ 내지 2000℃ 이다. 열이온 중공 캐소드는 온도 상승을 도와 주기 위해 공동부 벽 주위에 가열기를 포함할 수 있고, 또는 더 간단하게는, 공동부 벽을 가열하기 위해 플라즈마 에너지 전달에 의존할 수 있다. 일반적으로, 고온 공동부는 열적으로 절연되어 전도 또는 복사 열 손실을 줄여준다. 열이온 중공 캐소드 방전을 위한 작동 전압은 전형적으로 10 V 내지 300 V 또는 더 일반적으로는 10 V 내지 100 V 이다.Alternatively, the hollow cathode may be operated in the thermal ion mode. The temperature of the hollow cathode cavity walls is typically 1000 ° C to 2000 ° C so that thermionic electron emission occurs. The hot ionic hollow cathode may include a heater around the cavity wall to help raise the temperature, or, more simply, may rely on plasma energy transfer to heat the cavity wall. Generally, the hot cavity is thermally insulated to reduce conduction or radiant heat losses. The operating voltage for the hot ionic hollow cathode discharge is typically between 10 V and 300 V, or more typically between 10 V and 100 V.

충분히 높은 증착율을 갖는 상업적으로 유용한 PECVD 공정은 어떤 밀화법을 거친 플라즈마에 의존한다. 중공 캐소드 효과는, 에워싸인 또는 부분적으로 에워싸는 전기장을 이용하는 특정한 전자 밀화 및 구속 방법이다. 기상(gas phase)의 자유로운 전자는 에워싸는 음의 장(field)에 의해 잡히고 주변의 또는 서로 대향하는 음으로 바이어스된 벽 사이에서 진동 운동을 한다. 전자의 진동 결과, 긴 전자 경로 길이가 나타나고, 그 결과 기상 충돌의 가능성이 높게 된다. 이들 충돌에 의해 가스 분자가 이온화되어 추가적인 전자 및 양 이온이 생성된다. 양 이온과 벽의 충돌 결과, 이차 전자 방출을 통해 추가의 전자 발생이 있게 된다. 문헌에 의하면, 중공 캐소드 플라즈마는, 폐쇄 드리프트 전자 구속 공정(예컨대, 마그네트론 스퍼터링)에서 사용되는 것과 같은 자기적 구속으로 유도된 플라즈마 보다 일반적으로 더 밀한 플라즈마이다.A commercially useful PECVD process with a sufficiently high deposition rate depends on the plasma through some milling process. The hollow cathode effect is a particular electron milling and confinement method that utilizes an enclosed or partially enclosed electric field. The free electrons in the gas phase are picked up by the surrounding negative field and oscillate between the surrounding or oppositely biased walls. As a result of the oscillation of the electrons, a long electron path length appears, resulting in a high possibility of meteoric collision. These collisions ionize the gas molecules to generate additional electrons and positive ions. As a result of the collision between the positive ion and the wall, there is an additional electron generation through the secondary electron emission. According to the literature, a hollow cathode plasma is a plasma that is generally more dense than a plasma induced by magnetic constraints such as those used in a closed-drift electron confinement process (e.g., magnetron sputtering).

도 6의 실시 형태 및 본 발명의 다른 실시 형태의 다른 이점은, 추가적인 중공 캐소드를 포함함으로써 더 넓은 플라즈마가 발생되고 그 결과 PECVD 증착율이 개선된다는 것이다.Another advantage of the embodiment of FIG. 6 and other embodiments of the present invention is that a wider plasma is generated by including an additional hollow cathode, resulting in improved PECVD deposition rates.

도 7은 본 발명의 실시 형태에 따른 방법을 도시한다. 다상 중공 캐소드 장치(600)(및 본 개시에 의해 설명되고 가능하게 되는 다른 중공 캐소드 장치)를 사용하여, 연속적인 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 플라즈마를 발생시키는 방법(700)은 적어도 3개의 중공 캐소드를 제공하는(단계 702) 것을 포함한다. 각 중공 캐소드는 플라즈마 출구 영역을 갖는다. 본 방법은 또한 복수의 출력 파를 발생시킬 수 있는 전력원을 제공하는(단계 704) 것을 포함한다. 각 중공 캐소드는 전력원에 전기적으로 연결된다. 전력원에 의해 발생되는 복수의 출력 파는 각각 시간에 대해 서로로부터 위상 변이되어, 각 중공 캐소드는 다른 중공 캐소드와 전기적 위상이 다르다. 전기적 위상이 다른 적어도 3개의 중공 캐소드 사이에 전류가 흐른다. 플라즈마가 중공 캐소드 사이에 연속적으로 발생된다. 어떤 실시 형태에서, 본 방법은 기판을 제공하고(단계 706) 또한 플라즈마 화학 기상 증착을 사용하여 기판에 코팅을 형성하는(단계 708) 것을 더 포함한다. 도 7에서 단계 706 및 단계 708에 대해 점선으로 표시되어 있는 박스는 이들 단계가 선택적인 것을 나타낸다. 플라즈마 화학 기상 증착(plasma-enhanced chemical vapor deposition; PECVD)을 사용하여 기판에 코팅을 형성하는 것은, 중공 캐소드 공동부 안으로 또는 중공 캐소드에 인접하는 매니폴드를 통해 전구체 가스, 공정 가스, 반응성 가스 또는 이것들의 조합물을 제공하는 것을 포함할 수 있다. 통상의 기술자는 PECVD에 적용될 수 있는 다른 단계도 포함될 수 있음을 알 것이다.Figure 7 illustrates a method according to an embodiment of the present invention. The multiphase hollow cathode device 600 (and other hollow cathode devices described and enabled by this disclosure) can be used to generate a continuous plasma. The method 700 for generating plasma includes providing at least three hollow cathodes (step 702). Each hollow cathode has a plasma exit region. The method also includes providing a power source capable of generating a plurality of output waves (step 704). Each hollow cathode is electrically connected to a power source. The plurality of output waves generated by the power source are each phase-shifted from each other with respect to time, and each hollow cathode is different in electrical phase from the other hollow cathode. Electric current flows between at least three hollow cathodes having different electrical phases. Plasma is generated continuously between the hollow cathodes. In certain embodiments, the method further comprises providing a substrate (step 706) and forming a coating on the substrate using plasma enhanced chemical vapor deposition (step 708). The boxes shown in phantom for steps 706 and 708 in FIG. 7 indicate that these steps are optional. The formation of a coating on a substrate using plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) may be accomplished by depositing a precursor gas, a process gas, a reactive gas, or a mixture thereof into the hollow cathode cavity or through a manifold adjacent the hollow cathode. &Lt; / RTI > It will be appreciated by those of ordinary skill in the art that other steps that may be applied to PECVD may also be included.

도 8은 본 발명의 실시 형태에 따른 방법으로 형성된 코팅을 도시한다. 코팅(802)이 기판(804) 위에 형성되어, 코팅-기판 조합물(800)을 생성한다. 어떤 실시 형태에서, 기판(804)은 유리이다. 다른 실시 형태에서, 기판(804)은 플라스틱, 금속, 반도체 재료, 또는 PECVD 공정에 사용되는 다른 적절한 재료를 포함할 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 코팅(802)은 단일 층 또는 막일 수 있거나 복수의 층 또는 막을 포함할 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 코팅(802)은 저방사율 코팅일 수 있고 기판(804)은 유리 창일 수 있으며, 그래서 코팅-기판 조합물(800)은 건축용으로 적합하다. 어떤 실시 형태에서, 코팅(802)은 특정 용도를 위한 다른 코팅, 예컨대, 냉장고 문에 사용되는 김서림 방지(anti-fog) 코팅 또는 광전지에 사용되는 투명한 전도성 산화물 코팅일 수 있다.Figure 8 illustrates a coating formed by a method according to an embodiment of the present invention. A coating 802 is formed over the substrate 804 to produce a coating-substrate combination 800. In some embodiments, the substrate 804 is glass. In another embodiment, the substrate 804 may comprise a plastic, metal, semiconductor material, or other suitable material used in a PECVD process. In certain embodiments, the coating 802 can be a single layer or a film or can comprise a plurality of layers or films. In some embodiments, the coating 802 may be a low emissivity coating and the substrate 804 may be a glass window, so that the coating-substrate combination 800 is suitable for construction. In some embodiments, the coating 802 may be another coating for a particular application, such as an anti-fog coating used in refrigerator doors or a transparent conductive oxide coating used in photovoltaic cells.

도 9는 본 발명의 실시 형태에 따른 플라즈마 출구 영역을 갖는 중공 캐소드를 포함하는 다상 중공 캐소드 플라즈마원을 도시한다. 선형 다상 중공 캐소드 장치(600)(도 9에 나타나 있음)는 중공 캐소드(602, 604, 606) 및 다상 전력원(610)을 포함한다. 각 중공 캐소드(602, 604, 606)는 다상 전력원(610)으로부터 교류 또는 펄스 전력을 받고, 그래서 각 중공 캐소드는 서로로부터 위상 오프셋되어 있다. 각 중공 캐소드(602, 604, 606)는 중공 캐소드 공동부(904) 및 플라즈마 출구(902)를 포함한다. 도 9에 나타나 있는 실시 형태에서, 중공 캐소드(602, 604, 606)는, 서로 이격되어 있는 2개의 측면 영역과 상부 영역(이들 영역은 공동부(904)를 형성함), 및 플라즈마 출구(902)를 형성하는 개방된 바닥 영역을 포함한다. 반응성 가스(또는 공정 가스 또는 전구체 가스 또는 이들 가스의 조합물)가 각 중공 캐소드(602, 604, 606)의 중공 캐소드 공동부(904)에 존재할 수 있다. 반응성 가스(또는 공정 가스 또는 전구체 가스 또는 이들 가스의 조합물)는 반응 영역(910)에 존재할 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 반응 영역(910)은 기판(804)과 같은 기판을 포함할 수 있고, 어떤 실시 형태에서는, 코팅이 반응 영역(910)에서 기판에 형성될 수 있다. 전력이 다상 전력원(610)에 의해 공급되면, 각 중공 캐소드(602, 604, 606) 사이에 전자가 교대로 흘러 플라즈마를 발생시키고, 이 플라즈마는 플라즈마 출구(902) 밖으로 나가 반응 영역(910) 안으로 유입하게 된다.Figure 9 illustrates a multi-phase hollow cathode plasma source comprising a hollow cathode having a plasma exit region according to an embodiment of the present invention. The linear polyphase hollow cathode device 600 (shown in FIG. 9) includes hollow cathodes 602, 604, 606 and a polyphase power source 610. Each hollow cathode 602, 604, 606 receives alternating or pulsed power from a polyphase power source 610 so that each hollow cathode is phase offset from each other. Each hollow cathode 602, 604, 606 includes a hollow cathode cavity 904 and a plasma outlet 902. 9, hollow cathodes 602, 604 and 606 have two side regions and an upper region (these regions form a cavity 904) that are spaced apart from each other, and a plasma outlet 902 &Lt; / RTI > Reactive gases (or process gas or precursor gases or combinations of these gases) may be present in the hollow cathode cavities 904 of each hollow cathode 602, 604, 606. Reactive gases (or process or precursor gases or combinations of these gases) may be present in reaction zone 910. In certain embodiments, the reaction zone 910 may include a substrate, such as substrate 804, and in some embodiments, a coating may be formed on the substrate in reaction zone 910. When electric power is supplied by the polyphase power source 610, electrons flow alternately between the respective hollow cathodes 602, 604, and 606 to generate plasma, which goes out of the plasma outlet 902 and reaches the reaction region 910, .

도 10은 본 발명의 실시 형태에 따른 제한된 슬롯형 플라즈마 출구 영역을 갖는 중공 캐소드를 포함하는 다상 중공 캐소드 플라즈마원을 도시한다. 도 10의 실시 형태는 도 9의 실시 형태의 변형예인데, 여기서 플라즈마 출구(902)는 슬롯형 플라즈마 출구(1002)로 대체되어 있다. 각 중공 캐소드(602, 604, 606)는 중공 캐소드 공동부(904) 및 플라즈마 출구(1002)를 포함한다. 도 10에 나타나 있는 실시 형태에서, 중공 캐소드(602, 604, 606)는, 서로 이격되어 있는 2개의 측면 영역 및 바닥 영역으로부터 이격되어 있는 상부 영역을 포함하고, 그래서 플라즈마 출구(1002)는 바닥 영역에 있는 슬롯으로 형성된다. 플라즈마 출구(1002)에 의해, 공정 가스가 중공 캐소드 공동부(904) 내에 있을 때 중공 캐소드(602, 604, 606) 내부에 더 높은 가스 압력이 생길 수 있다.10 illustrates a multi-phase hollow cathode plasma source including a hollow cathode having a limited slotted plasma exit region according to an embodiment of the present invention. The embodiment of FIG. 10 is a variation of the embodiment of FIG. 9, wherein the plasma outlet 902 is replaced by a slotted plasma outlet 1002. Each hollow cathode 602, 604, 606 includes a hollow cathode cavity 904 and a plasma outlet 1002. 10, the hollow cathode 602, 604, 606 includes two side regions spaced apart from each other and an upper region spaced apart from the bottom region, so that the plasma outlet 1002 has a bottom region As shown in FIG. The plasma outlet 1002 may cause a higher gas pressure to build up inside the hollow cathode 602, 604, 606 when the process gas is in the hollow cathode cavity 904.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 따른 다상 플라즈마원은 서로로부터 위상 변이되어 있는 3개의 중공 캐소드, 즉 3-상, 3-중공 캐소드 실시 형태를 포함할 수 있다. 통상의 기술자는, 다른 실시 형태, 예컨대 4-상, 5-상 또는 6-상 실시 형태도 가능하고 또한 일반적으로 n-상 실시 형태(여기서 n은 2 보다 큼)를 위한 다상 중공 캐소드 장치가 제공될 수 있음을 알 것이다. 추가적인 중공 캐소드 및 위상 변이 파를 사용하여, 주어진 공정 또는 용도를 위한 원하는 특성을 갖는 플라즈마를 생성할 수 있다. 도 9 및 10의 실시 형태에서 나타나 있는 바와 같이(또한 아래에서 설명하는 바와 같이), 본 발명의 실시 형태에 따른 n-상 중공 캐소드 장치는 m 개의 중공 캐소드를 포함할 수 있고, 여기서 n은 m 이하이다. m 개의 중공 캐소드를 갖는 시스템에 대해,

쌍의 중공 캐소드(순서에 무관함)가 있을 것이다. 따라서, 예컨대, 3-중공 캐소드 실시 형태에 대해 도 5에 나타나 있는 것과 유사한 대표적인 전압 및 전류 그래프를 나타내기 위해서는,

의 경우, 15개의 전압 그래프 및 15개의 전류 그래프가 필요할 것이다. 중공 캐소드가 선형으로 배치되어 있으면, m-1 개의 인접하는 중공 캐소드 쌍이 있을 것이다. 통상의 기술자라면 본 개시로부터 이해하는 바와 같이, 복수의 중공 캐소드를 구동시키는 상이 더 적으면, 다상 전력원에 대한 요건이 단순화될 수 있고, 또한 시간에 따라 발생된 플라즈마의 특성이 변할 수 있다.As described above, the polyphase plasma source in accordance with an embodiment of the present invention may include three hollow cathodes, i.e., three-phase, three-hollow cathode embodiments that are phase shifted from each other. Conventional descriptors may provide other embodiments, such as a four-phase, five-phase, or six-phase embodiment, and also generally a polyphase hollow cathode device for an n- phase embodiment (where n is greater than 2) It can be said that Additional hollow cathode and phase shifter waves can be used to generate a plasma having the desired characteristics for a given process or application. As shown in the embodiment of Figures 9 and 10 (and as described below), the n-phase hollow cathode device according to an embodiment of the present invention may include m hollow cathodes, where n is m Or less. For a system with m hollow cathodes,

There will be a pair of hollow cathodes (not in any order). Thus, for example, to represent a representative voltage and current graph similar to that shown in Figure 5 for a three-hollow cathode embodiment,

, 15 voltage graphs and 15 current graphs will be needed. If the hollow cathode is arranged linearly, there will be m-1 adjacent hollow cathode pairs. As one of ordinary skill in the art will appreciate from this disclosure, if the number of phases driving a plurality of hollow cathodes is less, the requirements for a polyphase power source can be simplified and the characteristics of the plasma generated over time can vary.

도 11은 본 발명의 실시 형태에 따른 6개의 중공 캐소드 및 6개의 상을 포함하는 다상 중공 캐소드 플라즈마원을 도시한다. 즉, 이 실시 형태에서, m=6 및 n=6 이다. 다상 중공 캐소드 장치(1100)는 다상 전력원(1110)에 연결되어 있는 중공 캐소드(1102, 1104, 1106, 1108, 1110, 1112)를 포함하고, 그 다상 전력원은 각 중공 캐소드에 개별적인 위상 오프셋 파(1120, 1122, 1124, 1126, 1128, 1130)로 전력을 공급하도록 구성되어 있다. 일 실시 형태에서, 인접하는 중공 캐소드 쌍은 각각 동일한 위상각(예컨대, 60°) 만큼 서로로부터 위상 변이된다. 도 11에 나타나 있는 바와 같은 인접하는 중공 캐소드 쌍은 중공 캐소드 쌍(1102, 1104; 1104, 1106; 1106, 1108; 1108, 1110; 및 1110, 1112)을 포함한다. 도 11에 나타나 있는 실시 형태에서(인접하는 쌍은 60°만큼 위상이 다름), 인접하지 않는 쌍(1102, 1108; 1104, 1110; 1106, 1112)은 각각 서로 대해 역위상 관계에 있다. 도 11의 실시 형태에서는 10개의 인접하지 않는 쌍이 있다

. 도 11(인접하는 쌍은 60°만큼 위상 변이되어 있음)에 있는 각 쌍의 중공 캐소드 사이의 위상차가 아래의 표에 나타나 있다.Figure 11 shows a multi-phase hollow cathode plasma source comprising six hollow cathodes and six phases according to an embodiment of the present invention. That is, in this embodiment, m = 6 and n = 6. The multi-phase hollow cathode device 1100 includes

hollow cathodes

1102, 1104, 1106, 1108, 1110, 1112 connected to a polyphase power source 1110, (1120, 1122, 1124, 1126, 1128, 1130). In one embodiment, the adjacent hollow cathode pairs are each phase shifted from each other by the same phase angle (e.g., 60 [deg.]). The adjacent hollow cathode pairs as shown in Figure 11 include hollow cathode pairs 1102, 1104, 1104, 1106, 1106, 1108, 1108, 1110, and 1110, 1112. In the embodiment shown in FIG. 11 (adjacent pairs are out of phase by 60 degrees),

non-adjacent pairs

1102, 1108, 1104, 1110, 1106, 1112 are in an inverse phase relationship with respect to each other. In the embodiment of Fig. 11, there are ten non-adjacent pairs

. The phase difference between each pair of hollow cathodes in Figure 11 (adjacent pairs being phase shifted by 60 degrees) is shown in the following table.

쌍pair 오프셋offset 1102, 11041102, 1104 60°60 ° 1102, 11061102, 1106 120°120 ° 1102, 11081102, 1108 180°180 ° 1102, 11101102, 1110 -120°-120 1102, 11121102, 1112 -60°-60 ° 1104, 11061104, 1106 60°60 ° 1104, 11081104, 1108 120°120 ° 1104, 11101104, 1110 180°180 ° 1104, 11121104, 1112 -120°-120 1106, 11081106, 1108 60°60 ° 1106, 11101106, 1110 120°120 ° 1106, 11121106, 1112 180°180 ° 1108, 11101108, 1110 60°60 ° 1108, 11121108, 1112 120°120 ° 1110, 11121110, 1112 60°60 °

도 12는 본 발명의 실시 형태에 따른 6개의 중공 캐소드 및 3개의 상을 포함하는 다상 중공 캐소드 플라즈마원을 도시한다. 즉, 이 실시 형태에서, m=3 및 n=6 이다. 중공 캐소드 장치(1200)는 다상 전력원(1210)에 연결되어 있는 중공 캐소드(1102, 1104, 1106, 1108, 1110, 1112)를 포함한다. 다상 전력원(1210)은 3개의 위상 오프셋 파(1220, 1222, 1224)를 생성한다. 이 실시 형태에서, 파(1220)는 중공 캐소드(1102, 1108)에 전력을 공급하고, 파(1222)는 중공 캐소드(1104, 1110)에 전력을 공급하며, 그리고 파(1224)는 중공 캐소드(1106, 1112)에 전력을 공급한다. 어떤 실시 형태에서, 각 파(1220, 1222, 1224)는 동일한 위상각(예컨대, 120°) 만큼 오프셋되어 있다. 도 12에 나타나 있는 실시 형태에서는, 인접하지 않는 쌍(1102, 1108; 1104, 1110; 1106, 1112)은 각각 서로에 대해 위상이 같은데, 단일 파(1220, 1222, 1224)가 각 쌍에 전력을 공급하기 때문이다. 도 12(인접하는 쌍은 120°만큼 위상 변이되어 있음)에 있는 각 쌍의 중공 캐소드 사이의 위상차가 아래의 표에 나타나 있다.Figure 12 shows a multi-phase hollow cathode plasma source comprising six hollow cathodes and three phases according to an embodiment of the present invention. That is, in this embodiment, m = 3 and n = 6. The hollow cathode device 1200 includes hollow cathodes 1102, 1104, 1106, 1108, 1110, 1112 connected to a polyphase power source 1210. The polyphase power source 1210 generates three phase offset waves 1220, 1222, and 1224. In this embodiment, wave 1220 provides power to hollow cathode 1102, 1108, wave 1222 supplies power to hollow cathode 1104, 1110, and wave 1224 provides power to hollow cathode 1106, and 1112, respectively. In some embodiments, each wave 1220,1222, 1224 is offset by the same phase angle (e.g., 120 [deg.]). In the embodiment shown in Figure 12, the non-adjacent pairs 1102, 1108, 1104, 1110, 1106, 1112 are each in phase with respect to each other and the single waves 1220, 1222, As well. The phase difference between each pair of hollow cathodes in Figure 12 (where adjacent pairs are phase shifted by 120 degrees) is shown in the table below.

쌍pair 오프셋offset 1102, 11041102, 1104 120°120 ° 1102, 11061102, 1106 -120°-120 1102, 11081102, 1108 0°0 ° 1102, 11101102, 1110 120°120 ° 1102, 11121102, 1112 -120°-120 1104, 11061104, 1106 120°120 ° 1104, 11081104, 1108 -120°-120 1104, 11101104, 1110 0°0 ° 1104, 11121104, 1112 120°120 ° 1106, 11081106, 1108 120°120 ° 1106, 11101106, 1110 -120°-120 1106, 11121106, 1112 0°0 ° 1108, 11101108, 1110 120°120 ° 1108, 11121108, 1112 -120°-120 1110, 11121110, 1112 120°120 °

도 13은 3개의 등간격 중공 캐소드를 포함하는 다상 중공 캐소드 플라즈마원을 도시한다. 장치(1300)는 각각 공통 라인을 향하는 플라즈마 출구(1002)를 갖는 3개의 중공 캐소드(602, 604, 606)를 포함한다(도 13은 단면도이기 때문에 각 출구는 공통 점을 향하고 있음을 유의해야 함). 명백한 바와 같이, 도 13에 나타나 있는 실시 형태는 다양한 기하학적 구성으로 있는 추가적인 중공 캐소드를 또한 포함할 수 있고, 그래서 각 중공 캐소드(또는 어떤 부분 세트의 중공 캐소드)의 플라즈마 출구는 공통 라인(또는 일 세트의 공통 라인)을 향한다. 어떤 실시 형태에서, 각 중공 캐소드(인접하는 중공 캐소드 및 인접하지 않는 중공 캐소드) 사이의 거리는 같다. 예컨대, 도 13은 중공 캐소드 쌍(602, 604) 사이의 거리는 각 중공 캐소드 쌍(602, 606)과 중공 캐소드 쌍(604, 606) 사이의 거리와 실질적으로 같음을 보여준다. 어떤 실시 형태에서, 중공 캐소드 쌍 사이의 거리는 중공 캐소드의 중심, 또는 중공 캐소드의 플라즈마 출구, 또는 중공 캐소드 안에, 상에 또는 그 근처에 있는 어떤 다른 점으로부터 측정될 수 있다. 도 13의 실시 형태 또는 유사한 실시 형태는 예컨대 와이어 또는 광섬유 코팅과 같은 2차원 기판을 코팅하기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 2차원 기판은 이들 기다란 기판을 공통 방향의 라인을 통해 전달함으로써 균일하게 코팅될 수 있다.Figure 13 shows a multiphase hollow cathode plasma source comprising three equally spaced hollow cathodes. Apparatus 1300 includes three hollow cathodes 602, 604, 606 each having a plasma outlet 1002 facing a common line (note that each outlet is pointed to a common point, since Figure 13 is a cross-sectional view) ). As is evident, the embodiment shown in FIG. 13 may also include an additional hollow cathode in various geometries, so that the plasma outlet of each hollow cathode (or any subset of hollow cathode) The common line of FIG. In some embodiments, the distance between each hollow cathode (adjacent hollow cathode and non-adjacent hollow cathode) is the same. For example, FIG. 13 shows that the distance between the hollow cathode pairs 602 and 604 is substantially equal to the distance between each hollow cathode pair 602 and 606 and the hollow cathode pair 604 and 606. In certain embodiments, the distance between the pairs of hollow cathodes can be measured from the center of the hollow cathode, or from the plasma outlet of the hollow cathode, or from any other point on or near the top of the hollow cathode. 13 or similar embodiments may be used to coat a two-dimensional substrate, for example, a wire or an optical fiber coating. For example, a two-dimensional substrate can be uniformly coated by transferring these elongated substrates through a line in a common direction.

도 14a 및 14b는, 2극 중공 캐소드 플라즈마원 및 본 발명의 실시 형태에 따른 다상 중공 캐소드 플라즈마원 모두에서 중공 캐소드 안과 주위에서의 플라즈마 형성의 전자 밀도를 도시한다. 이들 도에 도시되어 있는 바와 같이, 반응 영역에서 중공 캐소드 공동부 외부에서의 전자 밀도 레벨이 비슷한 경우(2극 플라즈마원(도 14a)과 다상 플라즈마원(도 14b) 사이에서 처럼), 중공 캐소드 공동부 내의 전자 밀도는 2극 플라즈마원의 경우가 다상 플라즈마원에 비해 상당히 더 크다.14A and 14B show the electron density of plasma formation in and around the hollow cathode, both in a bipolar hollow cathode plasma source and in a multiphase hollow cathode plasma source in accordance with an embodiment of the present invention. As shown in these figures, when the electron density levels outside the hollow cathode cavities in the reaction zone are similar (as between the bipolar plasma source (Figure 14a) and the polyphase plasma source (Figure 14b)), The electron density in the portion is considerably larger than that of the polyphase plasma source in the case of a bipolar plasma source.

도 15a 및 15b는, 2극 중공 캐소드 플라즈마원 및 본 발명의 실시 형태에 따른 다상 중공 캐소드 플라즈마원 모두에서 중공 캐소드 안과 주위에서의 플라즈마 형성의 이온 밀도를 도시한다. 이들 도에 도시되어 있는 바와 같이, 반응 영역에서 중공 캐소드 공동부 외부에서의 이온 밀도 레벨이 비슷한 경우(2극 플라즈마원(도 15a)과 다상 플라즈마원(도 15b) 사이에서 처럼), 중공 캐소드 공동부 내의 이온 밀도는 2극 플라즈마원의 경우가 다상 플라즈마원에 비해 상당히 더 크다.15A and 15B illustrate ion densities of plasma formation in and around a hollow cathode both in a bipolar hollow cathode plasma source and in a multiphase hollow cathode plasma source in accordance with an embodiment of the present invention. As shown in these figures, when the ion density levels outside the hollow cathode cavities in the reaction zone are similar (as between the bipolar plasma source (Figure 15a) and the polyphase plasma source (Figure 15b)), The ion density in the region is considerably larger in the case of the bipolar plasma source than in the case of the polyphase plasma source.

도 16a는, 2극 중공 캐소드 플라즈마원 및 본 발명의 실시 형태에 따른 다상 중공 캐소드 플라즈마원 모두에서 중공 캐소드 공동부의 벽을 따른 이온 흡수를 도시한다. 이 도에 도시되어 있는 바와 같이, 중공 캐소드 공동부의 벽을 따른 이온 흡수는 2극 플라즈마원의 경우가 다상 플라즈마원에 비해 상당히 더 크다. 상기 도는 이온 흡수는 중공 캐소드 공동부의 코너에서 최소임을 나타낸다(인덱스 값 8,63,89,144). 이 도에 따르면, 흡수율은 다상 장치의 경우가 2극 장치와 비교하여 대략 88% 더 작다(이 값은 예컨대 플라즈마원의 작동 중에 사용되는 전력 레벨에 따라 달라짐).16A shows ion absorption along a wall of a hollow cathode cavity in both a bipolar hollow cathode plasma source and a multiphase hollow cathode plasma source in accordance with an embodiment of the present invention. As shown in this figure, ion absorption along the walls of the hollow cathode cavities is significantly greater in the case of a bipolar plasma source than in a polyphase plasma source. The above ion absorption is minimal at the corners of the hollow cathode cavity (index values 8, 63, 89, 144). According to this figure, the absorption rate is approximately 88% smaller in a polyphase device compared to a bipolar device (this value depends on the power level used, for example, during operation of the plasma source).

도 16b는 도 16a의 그래프에 나타나 있는 바와 같은 중공 캐소드 공동부의 벽을 따른 인덱스를 도시한다. 구체적으로, 도 16b의 중공 캐소드 공동부(600)의 벽을 따라 나타나 있는 값은 도 16a의 x 축 상의 값에 대응한다("공동부 벽을 따른 인덱스(Index along cavity wall)"). Figure 16b shows the index along the wall of the hollow cathode cavity as shown in the graph of Figure 16a. Specifically, the value along the wall of the hollow cathode cavity 600 of Figure 16B corresponds to the value on the x-axis in Figure 16A ("Index along the cavity wall").

도 14-16b는 2극 중공 캐소드 장치(장치(300)와 유사함) 및 다상 중공 캐소드 장치(장치(600)와 유사함) 모두에 대한 시뮬레이션의 결과로서 생성된 것이다. 예컨대, 도 14a 및 15a를 참조하면, 2극 장치는 진공 챔버(1430)에 위치되는 2개의 선형 중공 캐소드(1402a, 1404a)(역위상 관계에 있음)를 포함한다. 전구체 가스가 전구체 매니폴드(1410)를 통해 흐른다. 반응 영역(1420)에서 플라즈마가 형성된다. 이제 도 14b 및 15b를 참조하면, 다상 장치는 진공 챔버(1430)에 위치되는 3개의 선형 중공 캐소드(1402b, 1404b, 1406b)(각각 서로로부터 120°만큼 위상 오프셋되어 있음)를 포함한다. 전구체 가스가 전구체 매니폴드(1410)를 통해 흐른다. 반응 영역(1420)에서 플라즈마가 형성된다. 시뮬레이션 구성은 아래에서 더 설명한다. 아르곤 가스가 중공 캐소드 공동부에서 공정 가스로서 사용되었다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 산소, 질소, 아르곤, 헬륨, 크립톤, 네온, 크세논, 수소, 불소, 염소 및 이것들의 혼합물을 비한정적으로 포함하는 다른 공정 가스도 사용될 수 있다. 반응성 가스는 H2, H20, H202, N2, N02, N20, NH3, CH4, CO, CO2, SH2, 다른 황계 가스, 할로겐, 브롬, 인계 가스, 또는 이것들의 혼합물을 포함한다.14-16b are generated as a result of simulations for both bipolar hollow cathode devices (similar to device 300) and polyphase hollow cathode devices (similar to device 600). For example, referring to FIGS. 14A and 15A, the bipolar device includes two linear hollow cathodes 1402a, 1404a (in reverse phase relationship) located in a vacuum chamber 1430. FIG. Precursor gas flows through the precursor manifold 1410. A plasma is formed in reaction zone 1420. Referring now to Figures 14b and 15b, the polyphase apparatus includes three linear hollow cathodes 1402b, 1404b, 1406b (each phase offset by 120 ° from each other) located in a vacuum chamber 1430. Precursor gas flows through the precursor manifold 1410. A plasma is formed in reaction zone 1420. The simulation configuration is further described below. Argon gas was used as the process gas in the hollow cathode cavity. According to an embodiment of the present invention, other process gases including, but not limited to, oxygen, nitrogen, argon, helium, krypton, neon, xenon, hydrogen, fluorine, chlorine and mixtures thereof may also be used. The reactive gas includes H2, H2O, H2O2, N2, NO2, N2O, NH3, CH4, CO, CO2, SH2, other sulfur-based gases, halogen, bromine, phosphorus gas or mixtures thereof.

구체적으로, 도 14-16b로부터 명백한 바와 같이, 2-상 장치와 3-상 장치 사이에서 중공 캐소드의 외부의 플라즈마 발생 영역에서 플라즈마 밀도의 레벨이 동일한 경우에, 중공 캐소드 공동부 내에서의 마모 레벨(플라즈마와 이온 밀도 및 이온 흡수로 표시됨)은 본 발명의 실시 형태에 따른 3-상 장치의 경우가 상당히 더 작다. 본 발명의 실시 형태에서, 그리하여, 중공 캐소드의 작동 수명이 2극 플라즈마원에 비해 길어질 수 있다. 작동 수명은, 다른 요인들 중에서도, 플라즈마원이 어떤 공정을 위해 사용되고 있는지에 달려 있을 것이다. 유리 코팅과 관련하여 전형적인 PECVD가 이용되는 경우, 3-상 3-중공 캐소드 장치에 대한 예상 작동 수명 개선은 종래의 2극 장치와 비교할 때 대략 60% 더 크다. 어떤 실시 형태에서, 이는 300 시간을 기준으로 할 때 대략 200 시간의 추가 수명이 얻어져, 예컨대 500 시간의 작동 수명이 얻어지는 것과 같다. 이러한 이점은 다상 전력 장치로 인한 것이고, 단순히 추가의 중공 캐소드를 추가한 결과는 아니다.Specifically, as is apparent from Figs. 14-16b, when the level of the plasma density in the plasma generation region outside the hollow cathode between the two-phase apparatus and the three-phase apparatus is the same, the wear level (Represented by plasma and ion density and ion absorption) is significantly smaller in the case of a three-phase apparatus according to an embodiment of the present invention. In the embodiment of the present invention, therefore, the operating life of the hollow cathode can be made longer than that of the bipolar plasma source. The operating life will depend, among other factors, on what process the plasma source is being used for. When typical PECVD is used in connection with glass coatings, the expected operating life improvement for a three-phase 3-hollow cathode device is approximately 60% greater compared to conventional bipolar devices. In some embodiments, this is equivalent to obtaining an additional lifetime of about 200 hours on a 300 hour basis, for example an operating life of 500 hours. This advantage is due to the polyphase power device, not simply the addition of additional hollow cathodes.

본 발명자는, 중공 캐소드 공동부 표면을 스퍼터링하는 양은 수치적 시뮬레이션으로 결정되는 중공 캐소드 공동부 표면에서의 반응성 이온의 흡수에 관계됨을 알았다.The inventor has found that the amount of sputtering the surface of the hollow cathode cavity is related to the absorption of reactive ions at the surface of the hollow cathode cavity determined by a numerical simulation.

가스 유동과 가스 배출을 시뮬레이션하기 위해 사용된 시뮬레이션 소프트웨어는, 독일의 브라운슈바이크에 있는 표면 공학 및 박막 프라운호퍼 연구소(Fraunhofer-Institute for Surface Engineering and Thin Films IST)에 의해 개발된 PIC-MC라고 하는 프로그램이다. 이 소프트웨어는 가스 유동, 자기장 및 플라즈마의 시뮬레이션을 조합한다. 가스 유동 시뮬레이션을 위해, 그 소프트웨어는 직접 시뮬레이션 몬테 카를로(DSMC)를 사용하고, 자기장 시뮬레이션을 위해 경계 요소법(BEM)을 사용하며 그리고 플라즈마 시뮬레이션을 위해서는 셀내 입자-몬테 카를로법(PIC-MC)을 사용한다.The simulation software used to simulate gas flow and gas emissions is a program called PIC-MC, developed by Surface Engineering and Fraunhofer-Institute for Surface Engineering and Thin Films IST in Braunschweig, Germany to be. The software combines simulation of gas flow, magnetic field and plasma. For gas flow simulation, the software uses direct simulation Monte Carlo (DSMC), uses boundary element method (BEM) for magnetic field simulation, and uses intra-cell particle-Monte Carlo method (PIC-MC) for plasma simulation do.

시뮬레이션은 중공 캐소드 플라즈마원의 횡방향 1.016 mm 두께 슬라이스인 유사(pseudo) 2D 모델로 수행되었다. 유사 2D는, 슬라이스가 작은 두께를 가지며 횡방향으로 주기적 조건이 각 평면에 적용됨을 의미한다.The simulation was performed with a pseudo 2D model, which is a 1.016 mm thick slice in the lateral direction of a hollow cathode plasma source. A similar 2D means that the slice has a small thickness and the cyclic condition in the lateral direction is applied to each plane.

시뮬레이션을 위해, 많은 다른 플라즈마 형성 가스가 사용될 수 있는데, 앞의 예에서는 아르곤이 사용되었다. 계산 시간을 제한하기 위해, Si₂H₆이 코팅 전구체로서 선정되었고, 그의 가능한 반응 중에서 다음과 같은 두 반응이 선정되었다:For the simulation, many different plasma forming gases can be used, in the previous example, argon was used. To limit the calculation time, Si ₂ H ₆ was selected as the coating precursor and two possible reactions were selected among its possible reactions:

Si₂H₆ + e^- → Si₂H₄ ⁺ + 2 H + 2 e^- (1)Si ₂ H ₆ + e ^- → Si ₂ H ₄ ⁺ + 2 H + 2 e ^- (1)

Si₂H₆ + e^- → SiH₃ + SiH₂ + H + e^- (2)Si ₂ H ₆ + e ^- SiH ₃ + SiH ₂ + H + e ^- (2)

수소 종(species)은 시뮬레이션에 포함되지 않았다.Hydrogen species were not included in the simulation.

주어진 각 세트의 입력 파라미터에 대해, 시뮬레이션에 의해, 서로 다른 기상 종(원자, 이온, 분자 및 전자)이 차지하는 공간 전체에 걸쳐 그들 서로 다른 기상 종의 개수와 속도에 대한 데이터가 얻어진다. 이 데이터로부터, 밀도와 유량과 같은 특정한 값이 계산될 수 있으며, 여기서 유량은 단위 면적을 가로지르는 기상 종의 이동 속도이다(단위: mol·m^-2·s^-1).For each given set of input parameters, data on the number and velocity of the different vapor species across the space occupied by the different vapor species (atoms, ions, molecules, and electrons) is obtained by simulation. From this data, specific values such as density and flow can be calculated, where the flow rate is the moving speed of the meteorological species across the unit area (unit: mol.m ^-2 s ^-1 ).

다른 유용한 계산은 특정 표면에 흡수되는 유량이다. 캐소드 중공부 재료의 특정한 점착 계수가 주어지면, 그의 표면에서의 이온 흡수가 그 표면으로 향하는 이온 유량으로부터 계산될 수 있다. 본 발명자는, 2극 중공 캐소드의 작동으로부터 얻어진 결과를 시뮬레이션 데이터와 상호 관련시켜, 실제 플라즈마원에서 관찰된 부스러기 형성 및 공동부 표면 스퍼터링은 시뮬레이션 모델에 따라 중공 캐소드의 공동부 표면에 의해 흡수되는 이온화 플라즈마 종의 레벨에 관계되는 것을 알았다.Another useful calculation is the flow rate absorbed on a specific surface. Given a specific cohesion coefficient of the cathode hollow material, the ion absorption at its surface can be calculated from the ion flow rate directed to that surface. We correlate the results obtained from the operation of the bipolar hollow cathode with the simulation data so that the debris formation and the cavity surface sputtering observed in the actual plasma source are determined by the ionization It was found that the level of the plasma species was related.

아르곤 흡수는 사용된 플라즈마 시뮬레이션으로부터 쉽게 구해지는 특성이다. 또한, 아르곤 흡수는 이온 에너지 및 전극 표면에 입사는 입자 유량의 유효한 평가 기준이다. 통상의 기술자라면 이해하는 바와 같이, 이온 에너지 및 입자 유량은 스퍼터링 또는 전극 침식의 물리적 과정의 원인이 되는 주된 구동 요인이다. 부스러기 발생은, 스퍼터 속도와 근처 표면에서 나온 스퍼터링된 재료의 증착의 균형이 정미(net) 증착 쪽으로 편향되어 있을 때 일어난다. 이 효과는 도 16a 및 16b로부터 관찰될 수 있는데, 이는 직사각형 전극의 코너에서 감소된 스퍼터링 및 정미 증착을 나타내며, 그 코너에서 이온 흡수가 가장 낮은 것으로 나타났다(시뮬레이션을 통해).Argon absorption is a property readily obtained from the plasma simulations used. In addition, argon absorption is a valid evaluation criterion of ion energy and the particle flow rate incident on the electrode surface. As will be appreciated by one of ordinary skill in the art, ion energy and particle flow rate are the main driving factors responsible for the physical processes of sputtering or electrode erosion. The debris generation occurs when the balance between the sputter rate and the deposition of the sputtered material from the nearby surface is biased toward net deposition. This effect can be observed from FIGS. 16A and 16B, which shows reduced sputtering and tin deposition at the corners of the rectangular electrode, with the lowest ion absorption at that corner (through simulation).

따라서, 실제 스퍼터링 값은 시뮬레이션으로 측정되지 않더라도, 본 발명자는 여기서 설명되는 다상 실시 형태로부터의 스퍼터링 또는 전극 침식의 지시 인자(indicator)로서 아르곤 흡수 값을 사용했다.Thus, although the actual sputtering value is not measured by simulation, the inventor has used the argon absorption value as an indicator of sputtering or electrode erosion from the polyphase embodiments described herein.

중공 캐소드의 공동부 표면에 의해 흡수되는 이온화 플라즈마 종의 낮은 레벨은, 공동부 스퍼터링의 레벨이 낮고 또한 부스러기가 형성이 낮음을 의미한다. 도 16a 및 16b에 나타나 있는 바와 같이, 2극 플라즈마원으로 인해, 전극 표면의 대부분에 대한 스퍼터링 및 마모가 증가했고, 2극 플라즈마원 및 다상 플라즈마원 모두는 처리 챔버 안에서 동등한 플라즈마 에너지를 가졌다. 2극 플라즈마원으로부터의 추가적인 스퍼터링된 재료는, 전극 공동부의 코너 및 플라즈마원 외부의 표면(부유(floating) 또는 대지(ground) 전위로 있고 스퍼터링을 받지 않음)과 같은, 강한 스퍼터링을 받지 않는 표면에 증착될 때, 부스러기를 또한 증가시킬 수 있다. 이 부스러기의 특성과 양은 전극 표면 재료와 플라즈마 가스의 조합에 크게 의존할 것이다.The low level of ionized plasma species absorbed by the cavity surface of the hollow cathode means that the level of cavity sputtering is low and the formation of debris is low. As shown in FIGS. 16A and 16B, due to the bipolar plasma source, sputtering and wear on most of the electrode surfaces increased, and both bipolar plasma sources and polyphase plasma sources had equivalent plasma energies within the process chamber. The additional sputtered material from the bipolar plasma source is deposited on a surface that is not strongly sputtered, such as at the corners of the electrode cavity and on the surface (floating or ground potential) of the outside of the plasma source and is not sputtered When deposited, the debris can also be increased. The nature and amount of this debris will depend largely on the combination of the electrode surface material and the plasma gas.

다른 중요한 양은 발생되는 전자 밀도이다. 전자 밀도는 표면 처리 또는 코팅 효율에 큰 영향을 주는데, 전자 밀도가 높으면 높은 표면 처리 또는 코팅 효율이 얻어진다. 현재의 시뮬레이션에서, 전자 밀도는 플라즈마원을 지지하는 챔버 구조물로부터 2.54 mm의 거리로 떨어져 설정된 라인 상에서 진공 챔버 내에서 결정되어 평균되었다.Another important amount is the electron density generated. The electron density greatly affects the surface treatment or the coating efficiency, and a high electron density provides a high surface treatment or coating efficiency. In the present simulation, the electron density was determined and averaged in a vacuum chamber on a set line separated by a distance of 2.54 mm from the chamber structure supporting the plasma source.

놀랍게도 본 발명자는, 각각 120도의 위상 변이를 갖는 3개의 중공 캐소드가 사용되면, 캐소드 공동부 표면에 의해 흡수되는 이온화 플라즈마 종의 레벨이 180도의 위상 변이를 갖는 2개의 중공 캐소드를 갖는 구성과 비교하여 감소했음을 알았다.Surprisingly, the present inventors have found that, when three hollow cathodes each having a phase shift of 120 degrees are used, compared to a configuration in which the level of the ionized plasma species absorbed by the surface of the cathode cavity has two hollow cathodes with a phase shift of 180 degrees .

본 발명의 이 실시 형태에 따르면, 놀랍게도 본 발명자는 중공 캐소드 외부의 반응 영역에서의 전자 밀도의 강도는 3-상, 3-중공 캐소드 장치 및 2-상, 2-중공 캐소드 장치 모두의 경우에 유사했음을 알았다. 이는, 예컨대 3-상, 3-중공 캐소드 장치에서는 2-상, 2-중공 캐소드 장치에서 보다 넓은 영역에 플라즈마가 집중되었고 또한 중공 캐소드 내부에서 마모가 덜 일어나기 때문에 놀라운 것이다.According to this embodiment of the present invention, the inventors have surprisingly found that the strength of the electron density in the reaction zone outside the hollow cathode is similar in the case of both three-phase, three-hollow cathode devices and two- I knew. This is surprising because in a three-phase, three-hollow cathode device, for example, the plasma is concentrated in a larger area in a two-phase, two-hollow cathode device and less wear occurs in the hollow cathode.

통상의 기술자라면 본 개시로부터 아는 바와 같이, 중공 캐소드와 다상 전력 입력의 많은 다른 조합이 가능하며, 특정 장치는 특정한 용례에 적합하게 설계된다.As will be appreciated by those of ordinary skill in the art, many different combinations of hollow cathode and polyphase power inputs are possible, and the particular device is designed for a particular application.

다양한 실시 형태를 위에서 설명했지만, 그 실시 형태는 단지 예시적으로, 비한정적으로 주어진 것임을 이해해야 한다. 따라서, 본 개시의 폭과 범위는 전술한 예시적인 실시 형태 중 어떤 것에 의해서도 한정되지 않는다. 더욱이, 여기서 다른 언급이 없거나 내용상 명확히 상충되지 않으면, 전술한 요소를 이의 모든 가능한 변화로 조합하는 것도 본 개시의 범위에 포함된다.While various embodiments are described above, it should be understood that the embodiments are given by way of example only, and not limitation. Accordingly, the breadth and scope of the present disclosure is not limited by any of the above-described exemplary embodiments. Furthermore, it is also within the scope of this disclosure to combine the foregoing elements with all possible variations thereof, unless the context otherwise requires otherwise.

추가로, 위에서 설명되었고 도면에 도시되어 있는 공정은 일련의 단계로 나타나 있지만, 이는 단지 예시를 위해 그렇게 한 것이다. 따라서, 어떤 단계가 추가될 수 있고, 어떤 단계는 생략될 수 있으며, 단계의 순서는 재조정될 수 있으며, 어떤 단계는 병렬적으로 수행될 수 있음을 생각할 수 있다.Additionally, although the process described above and shown in the drawings is shown as a series of steps, this is done for illustration purposes only. Thus, it is conceivable that some steps can be added, some steps can be omitted, the order of the steps can be readjusted, and some steps can be performed in parallel.

Claims

As a plasma source,
At least three hollow cathodes comprising a first hollow cathode, a second hollow cathode, and a third hollow cathode, each having a plasma exit region; And
A power source capable of generating a plurality of output waves including a first output wave, a second output wave, and a third output wave,
Wherein the first output wave and the second output wave have different phases, the second output wave and the third output wave have different phases, and the first output wave and the third output wave have different phases,
The first hollow cathode being electrically connected to the first output wave, the second hollow cathode being electrically connected to the second output wave, and the third hollow cathode being electrically connected to the third output wave, Each hollow cathode being electrically connected to the power source,
A current flows between the at least three hollow cathodes having different electrical phases,
Wherein the plasma source is capable of generating a plasma between the hollow cathode.

The method according to claim 1,
Wherein the plasma generated by the plasma source comprises active electron emission for at least substantially 80% of a period of the plurality of output waves.

The method according to claim 1,
Wherein the plasma generated by the plasma source comprises active electron emission for at least substantially 90% of the period of the plurality of output waves.

The method according to claim 1,
Wherein the plasma generated by the plasma source comprises active electron emission for at least substantially 100% of a period of the plurality of output waves.

The method according to claim 1,
Wherein the at least three hollow cathodes have different electrical phases by 180 ° and different phase angles.

The method according to claim 1,
Wherein the at least three hollow cathodes have different electrical phases by a phase angle of 120 [deg.].

The method according to claim 1,
Wherein each of the adjacent pairs of the at least three hollow cathodes has an electrical phase different by the same phase angle as each of the other adjacent pairs of the at least three hollow cathodes.

The method according to claim 1,
Wherein the at least three hollow cathodes are linear hollow cathodes.

The method according to claim 1,
Said at least three hollow cathodes each comprising an elongated cavity.

The method according to claim 1,
Wherein the plasma exit region for each of the at least three hollow cathodes comprises a plurality of plasma exit orifices.

The method according to claim 1,
Wherein the plasma exit region for each of the at least three hollow cathodes comprises a plasma exit slot.

The method according to claim 1,
Wherein the at least three hollow cathodes are each electrically isolated to receive and receive electrons only the inner surface of the hollow cathode and the plasma exit region.

The method according to claim 1,
Wherein substantially all of the generated plasma flows through the plasma exit region of each of the at least three hollow cathodes.

The method according to claim 1,
The current flow is a plasma source composed of electrons obtained by secondary electron emission.

The method according to claim 1,
The current flow is composed of electrons obtained by thermionic emission electrons.

The method according to claim 1,
Wherein the at least three hollow cathodes are linearly arranged.

The method according to claim 1,
Wherein the at least three hollow cathodes are configured to direct each of the plasma exit regions to a common line.

The method according to claim 1,
Wherein the distance between each pair of said at least three hollow cathodes is the same distance.

The method according to claim 1,
Wherein a current flowing between said at least three hollow cathodes having different electrical phases is a result of a potential difference between said at least three hollow cathodes.

The method of claim 19,
Wherein the potential difference between any two hollow cathodes of the at least three hollow cathodes is at least 50V.

The method of claim 19,
Wherein the potential difference between any two of the at least three hollow cathodes is at least 200V.

The method according to claim 1,
Wherein the plurality of output waves comprise a square wave such that the potential difference is reduced relative to a sinusoidal wave for the same total power input.

The method according to claim 1,
Wherein the power source is in the form of AC electrical energy.

The method according to claim 1,
Wherein the power source is in the form of pulse electrical energy.

The method according to claim 1,
The generated plasma is substantially uniform across the plasma length with substantially no magnetic field-driven closed-circuit electronic drift.

The method according to claim 1,
Wherein the plasma is substantially uniform over a plasma length of about 0.1 m to about 1 m.

The method according to claim 1,
Wherein the plasma is substantially uniform over a plasma length of about 1 m to about 4 m.

The method according to claim 1,
Wherein the frequency of each of the plurality of output waves is the same and ranges from about 1 kHz to about 500 MHz.

The method according to claim 1,
Wherein the frequency of each of the plurality of output waves is the same and ranges from about 1 kHz to about 1 MHz.

The method according to claim 1,
Wherein the frequency of each of the plurality of output waves is the same and ranges from about 10 kHz to about 200 kHz.

The method according to claim 1,
Wherein the frequency of each of the plurality of output waves is the same and ranges from about 20 kHz to about 100 kHz.

The method according to claim 1,
The electrons from the emitting surface are confined by the hollow cathode effect.

The method according to claim 1,
Wherein the electrons from the emitting surface of each of the at least three hollow cathodes are not constrained by a magnetic field.

The method according to claim 1,
Wherein at least one of the plurality of output waves generated by the power source is configured to supply power to a plurality of hollow cathodes of the at least three.

As a plasma generation method,
Providing at least three hollow cathodes comprising a first hollow cathode, a second hollow cathode, and a third hollow cathode, each having a plasma exit region; And
Providing a power source capable of generating a plurality of output waves comprising a first output wave, a second output wave, and a third output wave,
Wherein the first output wave and the second output wave have different phases, the second output wave and the third output wave have different phases, and the first output wave and the third output wave have different phases,
The first hollow cathode being electrically connected to the first output wave, the second hollow cathode being electrically connected to the second output wave, and the third hollow cathode being electrically connected to the third output wave, Each hollow cathode being electrically connected to the power source,
A current flows between the at least three hollow cathodes having different electric phases,
And a plasma is generated between the hollow cathode.

36. The method of claim 35,
Wherein the plasma comprises active electron emission for at least substantially 80% of a period of the plurality of output waves.

36. The method of claim 35,
Wherein the plasma comprises active electron emission for at least substantially 90% of a period of the plurality of output waves.

36. The method of claim 35,
Wherein the plasma comprises active electron emission for at least substantially 100% of a period of the plurality of output waves.

36. The method of claim 35,
Wherein the at least three hollow cathodes have different electrical phases by 180 ° and different phase angles.

36. The method of claim 35,
Wherein the at least three hollow cathodes have different electrical phases by a phase angle of 120 [deg.].

36. The method of claim 35,
Wherein each of the adjacent pairs of the at least three hollow cathodes has an electrical phase different by the same phase angle as each of the other adjacent pairs of the at least three hollow cathodes.

36. The method of claim 35,
Wherein the at least three hollow cathodes are linear hollow cathodes.

36. The method of claim 35,
Said at least three hollow cathodes each comprising an elongated cavity.

36. The method of claim 35,
Wherein the plasma exit region for each of the at least three hollow cathodes comprises a plurality of plasma exit orifices.

36. The method of claim 35,
Wherein the plasma exit region for each of the at least three hollow cathodes comprises a plasma exit slot.

36. The method of claim 35,
Wherein the at least three hollow cathodes are each electrically isolated to emit and receive electrons only the inner surface of the hollow cathode and the plasma exit region.

36. The method of claim 35,
Wherein substantially all of the generated plasma flows through the plasma exit region of each of the at least three hollow cathodes.

36. The method of claim 35,
Wherein the current flow consists of electrons obtained by secondary electron emission.

36. The method of claim 35,
Wherein the current flow is composed of electrons obtained by thermionic emission electrons.

36. The method of claim 35,
Wherein the at least three hollow cathodes are linearly arranged.

36. The method of claim 35,
Wherein the at least three hollow cathodes are configured to direct each of the plasma exit regions to a common line.

36. The method of claim 35,
Wherein the distance between each pair of the at least three hollow cathodes is the same distance.

36. The method of claim 35,
Wherein a current flowing between the at least three hollow cathodes having different electrical phases is a result of a potential difference between the at least three hollow cathodes.

54. The method of claim 53,
Wherein the potential difference between any two of the at least three hollow cathodes is at least 50V.

54. The method of claim 53,
Wherein the potential difference between any two of the at least three hollow cathodes is at least 200V.

36. The method of claim 35,
Wherein the plurality of output waves comprise a square wave so that the potential difference is reduced relative to a sinusoidal wave for the same total power input.

36. The method of claim 35,
Wherein the power source is in the form of AC electrical energy.

36. The method of claim 35,
Wherein the power source is in the form of pulse electrical energy.

36. The method of claim 35,
Wherein the generated plasma is substantially uniform across the plasma length with substantially no magnetic field-driven closed-circuit electronic drift.

36. The method of claim 35,
Wherein the plasma is substantially uniform over a plasma length of about 0.1 m to about 1 m.

36. The method of claim 35,
Wherein the plasma is substantially uniform over a plasma length of from about 1 m to about 4 m.

36. The method of claim 35,
Wherein the frequency of each of the plurality of output waves is the same and ranges from about 1 kHz to about 500 MHz.

36. The method of claim 35,
Wherein the frequency of each of the plurality of output waves is the same and ranges from about 1 kHz to about 1 MHz.

36. The method of claim 35,
Wherein the frequency of each of the plurality of output waves is the same and is in a range of about 10 kHz to about 200 kHz.

36. The method of claim 35,
Wherein the frequency of each of the plurality of output waves is the same and ranges from about 20 kHz to about 100 kHz.

36. The method of claim 35,
Wherein the electrons from the emitting surface are confined by the hollow cathode effect.

36. The method of claim 35,
Wherein the electrons from the emitting surface of each of the at least three hollow cathodes are not constrained by a magnetic field.

36. The method of claim 35,
Wherein at least one of said plurality of output waves generated by said power source is configured to supply power to said plurality of hollow cathodes of said at least three.

36. The method of claim 35,
Providing a substrate; And
&Lt; / RTI > further comprising forming a coating on the substrate using plasma chemical vapor deposition.