CN102112657B - 基板上沉积膜的工艺和装置 - Google Patents

基板上沉积膜的工艺和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN102112657B
CN102112657B CN200980126370.7A CN200980126370A CN102112657B CN 102112657 B CN102112657 B CN 102112657B CN 200980126370 A CN200980126370 A CN 200980126370A CN 102112657 B CN102112657 B CN 102112657B
Authority
CN
China
Prior art keywords
substrate
voltage
electrodes
technique
cavity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN200980126370.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102112657A (zh
Inventor
E·蒂克霍
J·勒克莱尔
E·米歇尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AGC Glass Europe SA
Original Assignee
AGC Glass Europe SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AGC Glass Europe SA filed Critical AGC Glass Europe SA
Publication of CN102112657A publication Critical patent/CN102112657A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102112657B publication Critical patent/CN102112657B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/001—General methods for coating; Devices therefor
    • C03C17/002—General methods for coating; Devices therefor for flat glass, e.g. float glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/505—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges
    • C23C16/509—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges using internal electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/54—Apparatus specially adapted for continuous coating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32348—Dielectric barrier discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32403—Treating multiple sides of workpieces, e.g. 3D workpieces
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32798—Further details of plasma apparatus not provided for in groups H01J37/3244 - H01J37/32788; special provisions for cleaning or maintenance of the apparatus
    • H01J37/32889—Connection or combination with other apparatus
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/001—General methods for coating; Devices therefor

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Chemically Coating (AREA)

Abstract

一种在基板(2)上沉积薄膜的工艺，具体包括引入基板(2)到至少设置有两个电极(10，110，210)的反应腔(6，106，206)中。产生高频电压，所述的电压在两电极(10，110，210)之间生成丝状的等离子体(12，112，212)。应用与产生电压的装置中的电感器并联设置的可调电感器(L)，以减少电压和产生的电流之间的相移和增加电流流经等离子体(12，112，212)所持续的时间。

Description

基板上沉积膜的工艺和装置
技术领域
本发明涉及一种沉积膜到无机基板上以修饰所述基板性能的工艺。特别地，本发明的目的是在玻璃板上同时沉积膜。
本发明还涉及一种特别是连续用于实施所述工艺的装置。
背景技术
各种工艺用于沉积薄膜涂层到各种基板上。特别地，它们的区别在于用来制备期望化合物和/或用来结合它们至基板的能量的产生方式不同。
薄膜涂层的沉积用于多种用途中，例如电子、耐腐蚀和耐磨损涂层，例如耐热膜(钛或铝的氮化物、碳化物和氧化物)，具有光学特性(防反射、太阳防护、滤光等)的涂层，提供其它特殊表面性能(抗菌、自清洁、亲水、疏水等)的涂层，和用于各种用途(光致电压、发光二极管、有机发光二极管、有机光致电压等)的导电氧化锡膜。
所述基板可以是各种类型：玻璃、钢铁、陶瓷、有机聚合物、热塑性塑料等。
特别地，应用于玻璃领域的四种薄膜沉积工艺可主要区分为：溶胶凝胶；磁控溅射；热解喷射；和CVD(化学气相沉积)。
CVD包括传送预先蒸发的化学反应物或前驱物至热基板上，与热基板接触的反应物或前驱体因高温分解而分解。
该工艺广泛应用于浮法玻璃的在线生产中。
如此，获得薄膜(数十或数百nm级的厚度)，尤其是氧化物。获得的膜致密而且纯度高。一般而言，它们的化学和机械性能稳定。沉积速度高。
然而，由于难于寻找在玻璃制造者可用的温度范围(500-750℃)内可以挥发和将高温分解的前驱体，导致可被沉积的材料的种类是有限的。
避开基板温度和为了扩大可应用于CVD中的前驱体的种类，进而扩大可沉积材料的种类的一种可能的途径是结合传统的CVD(可选地在较低的温度下)与等离子设备。
可使用任何等离子体来应用PECVD(等离子体增强化学气相沉积)：冷等离子体(非平衡态)或热等离子体(平衡态)。
一般优选冷等离子体。该等离子体的活性物质(电子、离子、亚稳离子等)典型的具有几个ev的能量，并且进而可使得化学前驱体离解或活化。
为了维持非平衡态等离子体，通常需要在低压下工作。因此，许多已知的PECVD工艺使用低压等离子体。
然而，为了将该工艺应用于产业目的，需要降低成本。因而部分产业制造商对将低压等离子体技术转变为在接近大气压的压力范围内操作的等离子体技术有越来越浓的兴趣。
等离体技术中已知的各种等离子体类型有：
《辉光放电等离子体》或者均匀等离子体允许沉积非常均匀的薄膜涂层和需要相对低的能量水平。然而，它过于漫长且必须限制在有限的频率域内以维持稳定。它还要求更加有限的薄膜物种的种类。
增加等离子体的能量水平可能造成电弧的发生。在电极之间设置介电板能够获得介于辉光放电和电弧之间的中间态，称为“丝状”态。丝状体本质上是非稳定的，但带来高的能量水平，能够减少工艺的时间进而加快基板的速度。另一方面，由于它们的随机产生，在给定区域的一个循环期间获得反常均匀的材料沉积速度，产生非常高数量的(典型地为每平方厘米每秒106个)微小放电。
已经致力于将传统的CVD处理工艺的优势与大气压等离子体工艺的优势联合起来。我们的选择是使用绝缘挡板放电(DBD)。它所具有的超越其它等离子体工艺的优点在于，在低压和大气压下都可以操作并且允许在大区域上连续处理，这意味着产生高达1兆瓦数量级的活性电能。
该工艺已经被记载用于小得多的功率范围，例如在WO2005/113856中用于涂覆塑料。WO2004/013376记载了一种具体用于光催化TiO2层沉积的等离子CVD工艺。该工艺需要沉积涂层的辉光放电等离子体后处理。
在引用的两个案例中，工艺的主要缺点是具有中庸的能效：生成的功率中的大部分以纯损耗而浪费。原因主要在于放电电路的容抗，电极之间的距离(并且因此电极和位于其间的基板间的距离)越大其也越高。
JP2006316299记载了一种用于双面涂覆多种成分的膜的装置。
WO2007/089146记载了一种用于在辉光放电模式下处理热敏表面(三乙酰基纤维素)的设备。涉及的能量水平相对较低(300-800W)。该设备使用一种特殊的电源类型(脉冲发生器)。阻抗仅为并联和串联的感应线圈的使用，不是稳定负载而是增大在等离子体放电中产生的前驱体的碎裂程度。
JP2007273915记载了一种在次级中提供RLC电路的低功率(500W)真空等离体处理工艺。作者指出当补充接近于电路的谐振时有较高的处理效率。
EP511044记载了一种仅在玻璃体一侧面上沉积的装置。
发明内容
本发明的第一目的是提高一种使用DBD工艺沉积膜到无机基板上的高能装置的能效。
另一目的是提高沉积效率而不过度的降低能效。
本发明的另一目的是在无论各种类型的制造所施加的条件下保证这种改进维持其效率，并且尤其针对各种厚度的基板，不同的膜类型等。
本发明的一个主题是沉积膜到无机基板上的工艺，其特征在于包括以下操作：
-基板引入或通过反应腔，腔中设置有至少两个电极，至少一个电介质挡板设置在该至少两个电极之间；
-应用振幅和频率稳定的电源，它包括HF变压器，其次级电路的端子连接该至少两个电极；
-在该变压器的次级电路中产生稳定的高频电压，所述的电压能在该至少两个电极之间生成丝状等离子体；
-应用与包括该至少两个电极的电路的固有电感并联设置的可调电感器(L)，以减少变压器次级电路产生的电压和电流之间的相移；
-将混合物引入到反应腔，所述混合物的组成使得当与等离子体接触时其分解并产生能够作为膜沉积到基板的对应面上的物质；
-在开始所述工艺或工艺过程中调节稳定的电源输出的电压和/或频率和/或与包括所述至少两个电极的电路并联设置的可调电感器(L)的电感，以增加有功功率/无功功率比；
-调节发生器电路提供的电压和/或频率和/或电感器(L)的电感，以促进谐波的产生以延长电压保持在高于维持放电的电压的时间，并且由此延长了电极之间电流流动的持续时间；和
-使基板在腔体内保持足以在所述基板的至少一侧上得到所需厚度的膜的一段时间。
需要注意的是本发明的工艺是相对于“操作”不是“步骤”限定的，也就是说没有必要按照上述显示的顺序相继实施这些操作。
本发明工艺的第一优点是丝状等离子体提供的能量可被精确的调节，从而使得其能够用于沉积多样性组分的膜。
该实施例的优点是，尽管故意生成谐波，但引入电感器到电路中提高了装置的功率因数，因此显著提高了其效率。该实施例的另一个优点是它还能够使得该工艺产生获得高沉积速度的充足的有功能量，同时仍然提高沉积的膜的特性。
依据优选实施例，实质上促进了三次和五次谐波。
该实施例的一个优点是，在相同的消耗功率下，极大的提高了工艺的效率。
依据一有益的实施例，该工艺进一步包括以下操作：改变电极的位置和/或配置以获得最佳的反应特性。具体地，这些标准被用来改变电路的特性，并因此它们对电流的配置产生影响。
依据一有益的实施例，该工艺进一步包括以下操作：腔体的氛围被设定为预定的压力。
依据一优选的实施例，腔体是开放的并且包括基板的进入区和退出区，因而能够使得本发明的工艺集成到连续的表面处理操作中。
有益地，基板是绝缘的并且自身形成至少两个电极之间设置的电介质挡板另外，如果基板替换为导电的，其自身可构成其中的一个电极。
混合物优选以喷雾液体、气体或反应粉末的形式引入反应腔。
装置的功率优选至少为100KW，或者较好的至少为200KW。优选地，装置的功率至少为500KW。实践中，设备的功率可高达超过1MW。
本发明的另一主题是沉积膜到无机基板上的装置，其包括：腔体；引入基板到腔体的传输工具和支撑工具；稳定的高频高压电源，包括HF变压器，其次级电路的端子连接至少两个电极，所述的电极设置在基板的每一侧上；设置在所述至少两个电极之间的至少一个电介质挡板；设置在HF变压器上游的电源调整/控制工具，其能够增加有功功率/无功功率比；引入反应物质到腔体的工具；和抽吸剩余物质的工具，其特征在于可调电感器设置在变压器次级电路上与包括所述至少两个电极的电路并联，该可调电感器的特征为它能够调节电极之间产生的电压和高电压源提供的总电流之间的相移，设置在变压器初级端的电源调整工具，和/或控制电感器的工具能够产生延长电流流经电极之间所持续的时间的谐波。
依据一有益的实施例，腔体在两端都是开放的，因而能够使沉积工艺并入连续生产设备。在这种情况下，有利地，腔体可并入浮法玻璃生产线，基板支撑工具包括熔融的锡浴。
依据一有利的实施例，熔融的锡浴构成其中的电极之一。
依据一有利的实施例，该装置并入包括退火炉的生产线，腔体设置在该退火炉中，并且基板支撑工具包括至少一个辊。
有利地，可在位于基板每一侧上一侧一个的两个分开的区域中生成等离子体，如此，膜同时地在基板的每一侧上被沉积。
依据一有利的实施例，该装置包括电感器。该电感器包括：含一束相互绝缘的导电元件的线圈，其围绕心轴缠绕；设置在该心轴内部并且和该心轴隔离的磁插棒式芯，通过插入分隔成几个部分；连接到插棒式芯的定位设备；连接插棒式芯至定位设备的绝缘连接件；和能够作用于定位设备的控制系统以调节磁插棒式芯相对心轴的位置。
附图说明
下述本发明的具体实施例的详细描述将体现本发明的其它优点和特点，将参考图示：
-图1为沉积膜到玻璃基板的装置的侧面示意图；
-图2为图1的装置在等离子体形成前的等数电路图；
-图3为图1的装置在等离子体产生后的等效电路图；
-图4为本发明的装置的等效电路图；
-图5为传统的电压/电流波形图；
-图6为针对该装置的电压/电流波形图；
-图7为本发明装置的电源系统的更加具体的等效电路图；
-图8为本发明两端有开口，用于沉积膜到玻璃基板的装置的一个实施例的侧面示意图；
-图9为在沉积腔中主流条件下，绝缘基板自身能够作为电介质挡体因而可不使用额外电介质挡板的情况下，装置实施例的侧面示意图；
-图10为用于本发明装置的感应线圈的侧面示意图；和
-图11为用于图10示出的感应线圈的一股绕组导线的截面图。
图示没有必要按照比例绘制。
大体上，在图示中类似的元件通过类似的标记表示。
具体实施方式
图1为本发明装置的示意图，其在此通过“浮法玻璃”工艺用于玻璃的连续生产。特别地，处理腔设置在熔融的锡浴上。意图在其上沉积表面层的基板在此是连续地在液体锡浴4上移动的铸造玻璃板2。运动方向相当于附图中的板的平面。在其连续运动的时候，玻璃板2进入两端开放(进口和出口)的“腔体”6。使用众所周知的CVD技术，反应混合物8引入腔体6中。需要注意的是引入反应物(图1中逆流地)的方式是例举。不排除任何其它的引入方式(与基板垂直等)。
因为固化的玻璃板2仍处于相对高的温度，它提供给混合物8附加的热能促进了所需组分的膜的沉积。依赖于装置的位置，玻璃板的温度将在600℃和750℃之间。为了进一步提高反应可获得的能量，腔体6中设置两个电极。电极之一正是液体锡浴4(其接地)，另一电极10沿着垂直于玻璃板2运动方向的轴线延伸。图1描绘的电极的形状以实施例的方式给定。不排除任何其它几何形状。
由于在电极4、10之间施加高频的高电压，生成等离子体12(由平行线示意性的示出)，由此引入到腔体的反应物8吸取了增加的能量，能够使大量种类的化合物沉积到玻璃板上。峰峰电压优选为1kV到200kV之间，更优选峰峰电压为5kV到100kV之间，并且最优选峰峰电压为10kV到40kV之间。频率优选为10kHz到1000kHz之间，更优选在20kHz到400kHz之间，并且最优选在50kHz到200kHz之间。
为了减少直接在两电极间形成电弧的潜在风险，可在腔体中两个电极4和10的位置之间设置电介质挡板14。由于腔体6为开放类型，也需要去除沉积工艺产生的高温分解残余物和灰尘的强力抽吸工具。不言自明的，对熔融锡浴中的以上描述实施必要的改进适用于在退火炉中，熔融锡浴替换为设置在例如辊子和地面之间的金属电极。这种情况下，基板的温度可在20℃和600℃之间变化。
当其需要从实验阶段转为工业生产时，在该类型的工艺中一般出现的问题是相对于生成等离子体消耗的能量来说造成的低效率。因此，必须提高效率从而使得该工艺不仅在能量上有利，同时还允许该工艺在提高沉积的膜特性的同时产生足够的有功能量以获得高的沉积速度。因此进行所有涉及能量的因素的深入研究，进而可以非常示意性地将所涉及的装置简化成两个等效电路图，如图2和图3所示。
图2是将高电压施加在电极4，10之间的点火之前，装置的极其简化的等效电路图。在腔体6中施加放电实质上相当于添加并联和串联的电容，即Cp(与寄生电阻Rp并联的寄生电容)，Cd(电介质电容)，Cv(玻璃电容)和Cg(气体电容)。
图3是当等离子体产生时的相同电路图。此时，Cg被代表等离子体电阻的电阻Rg分流。
当不存在放电时(也就是只要电极之间施加的电压低于点火电压)，Rg的值非常的高，并且电源提供的总电流实际上为纯电容性的，电抗部分实质上依赖于上电极和/或下电极的绝缘体的介电损耗和依赖于基板。放电时，流过等离子的“有用”电流Ig与其电容分量相比总是保持很低。因而使用电压源受到限制，提供的功率耗散于生成非常高的电抗性电流，然而只有向放电提供“有功”(watted)(即，同相位)功率(Pw＝RgIg 2)的有效分量才是有用的。
首先为了补偿有功功率的减少，考虑设置与装置并联的感应线圈L作为“能量池”，使得其能够生成相对于电容性负载吸收的能量反相的电流。这允许几乎全部回收涉及的能量。因而获得图4所示的等效电路图。
然而，需要指出的是该类型的补偿与例如用于涂覆聚合物板时通过设置与电流分布线并联的感应线圈，和生成相对低功率的等离子体的装置(辉光放电等离子体)获得的补偿都不相似。这是因为此处涉及的不是如配电网中那样的电容性分量，而是负载依据频率(此处，千赫兹频率)，基板的厚度和引入腔体的反应物(其诱使气体和等离子体的导电和电介质性质变化，等)显著的改变。结果，需要应用非常特殊类型的感应线圈，其不仅能忍受在高功率装置(几百个kW数量级)、高电压，当然还有高频下产生的负载条件，并且还具有依据每一类型的制造中施加的条件相对精细的调节能力。这是因为合成负载尤其依据不同的工艺参数而变化，例如，举例来说反应物的性质、玻璃的厚度、气隙等。气隙优选为0.5mm至100mm之间，更优选为1mm至20mm之间和最优选为3mm至6mm之间。
显示以具体实施方式应用本发明的工艺可能性的各种试验发现了该工艺带来有利的和预料不到的结果。
图5示出了部分造成DBD等离子体膜沉积装置效率平庸的另一种现象：当对每个半周期施加HF高压时，放电仅能在施加的电压高于点火电压V1的时间周期t1持续。该时间间隔与上面描述的参数紧密联系。当然，该现象在每个半周期重复。因而工艺的效率受到t1与半周期长度的比率的限制。
依据傅立叶定律，如果源提供非线性的偶极子，合成的电流将不是线性的并且具有可分解成几个曲线叠加的复数形式，即它们具有“基”频和谐波之和。
在当前情形下，已经发现在电路中插入感应线圈导致与流经等离子体的电流相应的曲线变形，如图6所示。使用傅立叶级数原理该曲线可分解成基波和系列谐波，依据它们的振幅，其中最有意义的是3次和5次奇数谐波。由图6可知，与电流相应的曲线具有一种持续时间间隔t2的“平稳状态”，其远远长于由图5示出的曲线观测的间隔t1。该间隔的长度可通过改变电路的特性，并且尤其是设置在VHV变压器的次级中的电感器L的频率和电感来优化。结果，在本发明的装置中通过插入适宜特性的可变感应线圈，在其它条件相同的情况下，它不仅能够增加有功功率，还能够延长放电时间，结果获得高得多的能效。
图7是比图4示意的更加完整的等效电路图，并且如果与现有技术相比较，它能更好的证明本发明自身的特点。参考该电路图可以发现使得其能够具有稳定和优化的补偿的电压/电流曲线的所有调整(过滤，补偿等)实质上是对供电变压器602的初级601进行的。结果，需要在该变压器602的次级电路604实现图6所示的相移的唯一的调整手段是可变的感应线圈606，尤其设计成在很高电压下工作和与等离子发生器并联设置。
为此，电源以下述方式控制：使用包括逆变器608(将DC源电流转换为AC电流)、并联振荡电路和调节操作频率和提供正确的有功功率的可变感应线圈LV1的非周期发生器。设置在超高功率变压器初级电路上的是功率控制器610和与其相关的安全电路(P/S)612。
由于图7示出的电路图，其后非常容易通过调节感应线圈LV2的方式使得由LV2、Cr和Cp形成的负载保持非线性，从而促进三次和五次谐波，其能够在每个半周期使稳定的等离子体持续可观的比较长的时间(见图5和6)。
各自对变压器的初级电路601和次级电路604进行操作，表观上是自相矛盾的工作：目的首先(在初级电路上)是提高装置的(进而提高其表观效率)，此外，在次级中，该优化值被降级使得产生谐波，这不合常理地增加了等离子沉积的效率。
如果说插入次级电路的特高功率感应线圈被升高到特高电压，这样设计的装置包括许多对本领域的技术人员而言是不合常理的特点。
有功功率优选被增加至少10％，更优选增加至少25％，并且最优选增加至少50％。放电时间优选被增加至少15％，更优选增加至少30％，并且最优选增加至少60％。需要注意的是为了确定感应线圈的“最佳”电感，需要考虑电源电路(其包括变压器)的固有电感，所述的固有电感未必是可以忽略的。因为电源电路具有其自身的谐振频率，L的电感在特定条件下可能大大减小。
还可以在初级电路中使用电容电压三倍器(C1，C2，C3)，从而通过减小变压器602的匝数获得VHV，变压器总的尺寸进而可观的减小，这对本领域的技术人员而言是不言而喻的。
在所述工艺的优点中，可提到下述方面：
-由于提高了沉积效率，能够减少使用的化学反应物数量。结果，除降低了生产成本和环境危害外，还观察到装置的污垢也更少，因而产生了额外的成本节约；
-提高了沉积速率，从而必然减少了处理时间。结果，能够连续的处理更高速度运动的基板。相反的，可减少处理腔的宽度，因而节约不小的空间。最后，单遍处理能够获得更厚的膜，尤其是从这些膜的性能角度来看其证明是有利的；
-在反应发生于等离子体中时观察到前驱体更好的分解。结果在膜上避免了有机残余物的存在。而且沉积的膜将会更致密和更好的结晶，因此同时提高了沉积的膜的光学和机械性能；和
-能够增加以膜形式沉积到基板上的物质的多样性，此外对环境的影响更小。
最后，如图8所示，通过对特性的明智选择，还能够同时在玻璃2的两面工作，根据具体情况，甚至在其上沉积不同的物种；因为能够使用各种技巧(恰当设置的物理分离或抽吸设备)，在两个等离体区域(112，212)引入不同的反应物质108，208到玻璃2的任一表面。此外，待涂覆的基板2和覆有电介质(14，114)的两个电极(110，210)之间的距离也可依据所需的沉积标准来调节。不用说，该装置的等效电路图更加复杂并且它能够仅由于根据本发明的装置的可变电感器的存在而控制其特性。另外，作为串联电容的两个间隙的存在预先减少了放电电流，因而对本发明有益。
不用说，对前面述及的用于连续玻璃铸造装置作必要的修正可用于与非连续基板相关的开放式装置，例如预切割体积的玻璃块体(该装置例如可并入回火处理线)。图8的腔体可被设计成用于在分开的玻璃体积上沉积非连续膜的工艺的封闭腔体替代。在这种情况下，一个或两个封闭设备使得能够在大气压下工作或者在远离大气压的压力下工作(典型的在10-1至110kPa之间)(在图1示出的装置的情况下，需要使用强力的抽吸设备来远离环境压力)。在减压操作的工艺的情况下，还可以使用具有低蒸汽压和/或具有更高毒性的反应物(108，208)，而不会以任何方式危及操作者的健康。该装置例如可并入在低压工作的磁控溅射类型的膜沉积线。
与在基板两面生成丝状等离子体相关的优点有许多。实际上，对基板的两面处理的技术应用的数量一直在增加。
图9是图7示出的装置的变体。如果基板是绝缘的，可以不需要额外的电介质(14，114)。
图10是用于本发明装置的补偿感应线圈20的一个实施例的简化示意图。该感应线圈20实质上由环绕心轴24的绕组22组成。因为通过其端子间的电压可达60kV，选择用于支撑绕组的心轴的材料是非常重要的。有利的是使用acculon。插棒式芯26设置在该心轴24的内部，芯26被仔细地绝缘且机械连接至由控制系统控制的定位设备28。鉴于该感应线圈必须面对的特殊的操作条件，在其实际的结构中采用了一系列的创新。于是，绕组22由一束铜线30制造(见图11)，铜线相互绝缘以增加HF电流的流动截面(考虑趋肤效应)并且还减少发热。于是通过制造包括50股相互绝缘的导线组成的导体束，能够将总的HF电流分成50份。绕组节距是固定的，因而匝间电弧的风险将尽可能的低。因而绕组优选由单层(single ply)制成，尽管结果设备整体很大。磁芯26的位置以及从而感应线圈20的电感通过远程控制来调节，使得该操作对操作者能够无危险的进行。
本发明不受上文阐述和记载的示例性具体实施例的限制，这对本领域的技术人员而言是显而易见的。本发明包括每个新颖的特征，和它们的组合。参考数目的存在不能认为是限制性的。使用的术语“包括”或者术语“包含”决不排除存在除已提及元件外的其它元件。使用不定冠词“a”或“an”引入元件不排除存在多个该元件。本发明记载涉及的具体实施例纯粹是说明性的，绝对不能认为是限制性的。

Claims (18)

1.一种将膜沉积到无机基板上的工艺，其特征在于所述工艺包括以下操作：
-将基板引入到或使它移动通过反应腔，反应腔中设置有至少两个电极(10，110，210)，至少一个电介质挡板(14，114)设置在该至少两个电极(10，110，210)之间；
-采用至少200kW的振幅和频率稳定的电源，所述电源包括HF变压器，其次级的端子连接所述至少两个电极；
-在该变压器的次级电路中产生稳定的高频电压，所述电压在所述至少两个电极(10，110，210)之间生成丝状等离子体(12，112，212)；
-采用与包括所述至少两个电极的电路的固有电感器并联设置的可调电感器(L)，以减少所述变压器的次级中产生的电压和电流之间的相移，所述可调电感器包括电感线圈(20)、插棒式芯(26)和由控制系统控制的定位设备(28)；
-将混合物(8，108，208)引入到反应腔，所述混合物的成分使得当与等离子体接触时其分解并产生能够作为膜沉积到所述基板上的物质；
-在开始所述工艺或所述工艺过程中调节所述稳定的电源提供的电压和/或频率和/或与包括所述至少两个电极的电路并联设置的可调电感器(L)的电感，以增加有功功率/无功功率比；
-调节发生器电路提供的电压和/或频率和/或电感器(L)的电感，以促进延长电压保持在高于维持放电的电压的时间的谐波的产生，实质上促进了三次谐波和五次谐波，并且由此延长了电流在电极之间流动的时间；和
-使所述基板(2)在所述反应腔内保持足以在所述基板的两侧中的至少一侧上得到所需厚度的膜的一段时间。
2.根据权利要求1所述的工艺，特征在于进一步包括以下操作：改变至少一个电极(10，110，210)的位置和/或配置以获得最佳的反应特性。
3.根据权利要求1所述的工艺，特征在于进一步包括以下操作：将所述反应腔中的氛围设定为预定压力。
4.权利要求1所述的工艺，特征在于所述反应腔是开放的并且包括所述基板的进入区和退出区。
5.根据权利要求1所述的工艺，特征在于所述反应腔的两端是封闭的。
6.根据权利要求1所述的工艺，特征在于所述基板(2)是绝缘的并且自身构成电介质挡板。
7.根据权利要求1所述的工艺，特征在于所述基板(2)是导电的并且自身形成电极。
8.一种用于沉积膜到无机基板(2)上的装置，所述装置包括：腔体；用于将基板引入到腔体的传输工具(4)和支撑工具；至少200kW的稳定的高电压高频电源，所述电源包括HF变压器，其次级端子连接至少两个电极(10，110，210)，所述电极设置在所述基板(2)的每一侧上；设置在所述至少两电极(10，110，210)之间的至少一个电介质挡板(14，114)；设置在所述HF变压器上游的电源调整/控制工具，其能够增加有功功率/无功功率比；将反应物质引入到所述腔体的工具(8，108，208)；以及抽吸残余物质的工具，其特征在于可调电感器(L)与包括所述至少两个电极的电路并联地设置在所述变压器的次级电路中，该可调电感器(L)包括电感线圈(20)、插棒式芯(26)和由控制系统控制的定位设备(28)，设置在变压器初级端的电源调整工具，和/或控制电感器(L)的工具，其能够产生延长电流在所述电极之间流动所持续的时间的谐波，实质上促进了三次谐波和五次谐波。
9.根据权利要求8所述的装置，特征在于所述腔体在其两端是开放的。
10.根据权利要求8所述的装置，特征在于所述腔体在其两端是封闭的。
11.根据权利要求8所述的装置，特征在于所述腔体被并入浮法玻璃生产线中，所述基板支撑工具包括熔融的锡浴(4)。
12.根据权利要求11所述的装置，特征在于所述熔融的锡浴(4)构成其中的一个电极(10)。
13.根据权利要求8所述的装置，特征在于所述装置被并入包括退火炉的生产线中，所述腔体设置在所述退火炉中，所述基板支撑工具包括至少一个辊。
14.根据权利要求8所述的装置，特征在于所述装置被并入回火线中。
15.根据权利要求8所述的装置，特征在于所述装置被并入在低压下工作的沉积线中。
16.根据权利要求8所述的装置，特征在于在位于所述基板的每一侧上的两个分开的区域中生成等离子体，使得膜同时在该基板的每一侧上被沉积。
17.根据权利要求8-16中任一项所述的装置，特征在于所述电感器包括：
-包含相互绝缘的一束导电元件(30)的线圈(22)，其缠绕在心轴(24)上；
-所述插棒式芯(26)，设置在该心轴(24)内部并且和该心轴(24)隔离；
-所述定位设备(28)，连接于所述插棒式芯(26)；
-将所述插棒式芯(26)连接到所述定位设备的绝缘连接件；和
-所述控制系统，能够作用于所述定位设备以调节所述插棒式芯(26)相对于所述心轴(24)的位置。
18.根据权利要求8-16中任一项所述的装置，特征在于所述装置的功率至少为500KW。
CN200980126370.7A 2008-07-16 2009-07-16 基板上沉积膜的工艺和装置 Expired - Fee Related CN102112657B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP08160507A EP2145978A1 (fr) 2008-07-16 2008-07-16 Procédé et installation pour le dépôt de couches sur un substrat
EP08160507.3 2008-07-16
PCT/EP2009/059155 WO2010007133A1 (en) 2008-07-16 2009-07-16 Process and installation for depositing films onto a substrate

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102112657A CN102112657A (zh) 2011-06-29
CN102112657B true CN102112657B (zh) 2014-09-03

Family

ID=40260735

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200980126370.7A Expired - Fee Related CN102112657B (zh) 2008-07-16 2009-07-16 基板上沉积膜的工艺和装置

Country Status (10)

Country Link
US (2) US8753723B2 (zh)
EP (2) EP2145978A1 (zh)
JP (1) JP5372149B2 (zh)
CN (1) CN102112657B (zh)
AT (1) ATE546565T1 (zh)
BR (1) BRPI0915768A2 (zh)
EA (1) EA019460B1 (zh)
PL (1) PL2310554T3 (zh)
SI (1) SI2310554T1 (zh)
WO (1) WO2010007133A1 (zh)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2145701A1 (fr) * 2008-07-16 2010-01-20 AGC Flat Glass Europe SA Procédé et installation pour la préparation de surface par décharge à barrière diélectrique
EP2326151A1 (fr) * 2009-11-24 2011-05-25 AGC Glass Europe Procédé et dispositif de polarisation d'une électrode DBD
EP2756740B1 (en) 2011-09-15 2018-04-11 Cold Plasma Medical Technologies, Inc. Cold plasma treatment devices and associated methods
WO2013079798A1 (en) * 2011-12-01 2013-06-06 Beneq Oy Surface treatment apparatus and method
CH705973B1 (fr) * 2012-01-09 2016-09-15 L'université De Genève Procédé de traitement de surface d'un objet.
CN102969886A (zh) * 2012-11-25 2013-03-13 沈阳一特电工有限公司 等离子体制粉弧源
HUE032619T2 (en) 2012-12-21 2017-10-30 Asahi Glass Co Ltd Method and tool for igniting DBD electrode pairs
JP2016509330A (ja) * 2012-12-21 2016-03-24 旭硝子株式会社 Ｄｂｄプラズマ法のための電極対
WO2014106277A1 (en) * 2012-12-31 2014-07-03 Cold Plasma Medical Technologies, Inc. Dielectric barrier discharge wand cold plasma device
EP3184666B1 (en) * 2015-12-23 2018-06-13 Singulus Technologies AG System and method for gas phase deposition
KR101889826B1 (ko) * 2016-11-07 2018-08-21 이동주 입체 처리물에 균일한 미세 필라멘트 방전을 발생시키는 장치
WO2019108855A1 (en) * 2017-11-30 2019-06-06 Corning Incorporated Atmospheric pressure linear rf plasma source for surface modification and treatment
RU191710U1 (ru) * 2018-12-21 2019-08-19 АНО ВО "Белгородский университет кооперации, экономики и права" Устройство для иризации изделий из стекла
RU2721756C1 (ru) * 2019-06-11 2020-05-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" Способ получения охватывающего барьерного разряда и устройство для осуществления способа получения охватывающего барьерного разряда

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2458622Y (zh) * 2000-11-15 2001-11-07 中国科学院金属研究所 一种脉冲微波强化高压低温等离子体化学反应装置

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3780255A (en) * 1971-09-30 1973-12-18 Celanese Corp Apparatus for heat treatment of substrates
JP2811820B2 (ja) * 1989-10-30 1998-10-15 株式会社ブリヂストン シート状物の連続表面処理方法及び装置
FR2675139B1 (fr) * 1991-04-09 1993-11-26 Saint Gobain Vitrage Internal Depot de couches pyrolysees a performances ameliorees et vitrage revetu d'une telle couche.
US5392018A (en) * 1991-06-27 1995-02-21 Applied Materials, Inc. Electronically tuned matching networks using adjustable inductance elements and resonant tank circuits
US5776553A (en) * 1996-02-23 1998-07-07 Saint Gobain/Norton Industrial Ceramics Corp. Method for depositing diamond films by dielectric barrier discharge
CA2295729A1 (en) * 1997-07-14 1999-01-28 John Lynch Plasma treater systems and treatment methods
US5910886A (en) * 1997-11-07 1999-06-08 Sierra Applied Sciences, Inc. Phase-shift power supply
US6395128B2 (en) * 1998-02-19 2002-05-28 Micron Technology, Inc. RF powered plasma enhanced chemical vapor deposition reactor and methods of effecting plasma enhanced chemical vapor deposition
EP2397576A1 (en) * 2000-12-12 2011-12-21 Konica Corporation Layer forming method, product comprising the layer, optical film, dielectric-coated electrode and plasma discharge apparatus
JP2003073836A (ja) * 2001-08-28 2003-03-12 Canon Inc 真空処理方法及び真空処理装置
EP1471541B1 (en) * 2002-01-28 2016-10-19 Nippon Sheet Glass Company, Limited Glass substrate coated with a transparent conductive film and photoelectric conversion device including said glass substrate
JP4710216B2 (ja) * 2002-06-11 2011-06-29 コニカミノルタホールディングス株式会社 薄膜形成方法
US6774569B2 (en) * 2002-07-11 2004-08-10 Fuji Photo Film B.V. Apparatus for producing and sustaining a glow discharge plasma under atmospheric conditions
GB0217553D0 (en) 2002-07-30 2002-09-11 Sheel David W Titania coatings by CVD at atmospheric pressure
DE10252146B4 (de) * 2002-11-09 2012-03-29 Hüttinger Elektronik Gmbh + Co. Kg Verfahren zum Erzeugen einer hochfrequenten Wechselspannung sowie Hochfrequenz-Leistungsverstärker dafür
JP4558365B2 (ja) * 2004-03-26 2010-10-06 株式会社神戸製鋼所 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP4108108B2 (ja) * 2004-03-29 2008-06-25 三菱電機株式会社 プラズマ発生用電源装置
GB0410749D0 (en) * 2004-05-14 2004-06-16 Dow Corning Ireland Ltd Coating apparatus
JP2007538159A (ja) 2004-05-20 2007-12-27 ダウ グローバル テクノロジーズ インコーポレイティド 金属酸化物のプラズマ強化化学蒸着
JP2006032303A (ja) * 2004-07-22 2006-02-02 Sharp Corp 高周波プラズマ処理装置および処理方法
JP4747665B2 (ja) * 2005-05-11 2011-08-17 大日本印刷株式会社 成膜装置及び成膜方法
WO2007089146A1 (en) * 2006-02-02 2007-08-09 Fujifilm Manufacturing Europe B.V. Method for surface treatment by plasma and surface treatment apparatus
US7655110B2 (en) * 2006-03-29 2010-02-02 Tokyo Electron Limited Plasma processing apparatus
JP5254533B2 (ja) * 2006-03-31 2013-08-07 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置と方法
EP2145701A1 (fr) 2008-07-16 2010-01-20 AGC Flat Glass Europe SA Procédé et installation pour la préparation de surface par décharge à barrière diélectrique
EP2145979A1 (fr) 2008-07-16 2010-01-20 AGC Flat Glass Europe SA Procédé et installation pour le dépôt de couches sur les deux faces d'un substrat de façon simultanée

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2458622Y (zh) * 2000-11-15 2001-11-07 中国科学院金属研究所 一种脉冲微波强化高压低温等离子体化学反应装置

Also Published As

Publication number Publication date
EA201100221A1 (ru) 2011-08-30
BRPI0915768A2 (pt) 2015-11-03
PL2310554T3 (pl) 2012-07-31
US10023961B2 (en) 2018-07-17
US20110183083A1 (en) 2011-07-28
SI2310554T1 (sl) 2012-06-29
EP2310554B8 (en) 2012-04-11
EP2310554B1 (en) 2012-02-22
WO2010007133A1 (en) 2010-01-21
JP2011528066A (ja) 2011-11-10
EA019460B1 (ru) 2014-03-31
JP5372149B2 (ja) 2013-12-18
US20140230731A1 (en) 2014-08-21
ATE546565T1 (de) 2012-03-15
US8753723B2 (en) 2014-06-17
CN102112657A (zh) 2011-06-29
EP2145978A1 (fr) 2010-01-20
EP2310554A1 (en) 2011-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102112657B (zh) 基板上沉积膜的工艺和装置
JPH04232243A (ja) 粒状もしくは粉末状材料を基板表面にデポジットする装置
US9401265B2 (en) Method and device for polarizing a DBD electrode
CN102084030B (zh) 在基片两侧同时沉积膜的方法和设备
CN102083554B (zh) 利用介质阻挡放电的表面制备的方法和设备
US20110259362A1 (en) Apparatus and methods for using high frequency chokes in a substrate deposition apparatus
US20230160067A1 (en) Atmospheric cold plasma jet coating and surface treatment
JP2011214062A (ja) 透明導電膜の製造方法
CN210458364U (zh) 等离子体增强化学气相沉积系统
CN105714274A (zh) 一种等离子体增强化学气相沉积设备及制膜方法
CN206635413U (zh) 一种等离子体化学气相沉积装置
JP4416498B2 (ja) プラズマ処理装置
NL2030360B1 (en) Plasma-enhanced Chemical Vapour Deposition Apparatus
TW201246368A (en) Method for plasma-treating a substrate in a plasma device
JP2012190957A (ja) 薄膜形成装置
JP5690299B2 (ja) プラズマ形成装置
JP5847381B2 (ja) 体積の大きな構成部品にプラズマ支援によるコーティングおよび表面処理を施す装置および方法
JP2016507853A (ja) Ｄｂｄ電極対の点火方法と装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20140903

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee