NO309920B1 - Lineær bueutladning ved plasmaprosessering - Google Patents
Lineær bueutladning ved plasmaprosessering Download PDFInfo
- Publication number
- NO309920B1 NO309920B1 NO972280A NO972280A NO309920B1 NO 309920 B1 NO309920 B1 NO 309920B1 NO 972280 A NO972280 A NO 972280A NO 972280 A NO972280 A NO 972280A NO 309920 B1 NO309920 B1 NO 309920B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- electrode
- electrode plates
- electrode plate
- linear
- arc discharge
- Prior art date
Links
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 7
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 description 35
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 31
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 4
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000003491 array Methods 0.000 description 2
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 241000276498 Pollachius virens Species 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 238000010420 art technique Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000004941 influx Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000004157 plasmatron Methods 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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
- C23C16/50—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
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/48—Generating plasma using an arc
- H05H1/50—Generating plasma using an arc and using applied magnetic fields, e.g. for focusing or rotating the arc
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
- Treatments Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Description
Oppfinnelsens område
Denne oppfinnelsen relaterer seg til et apparat for generering av en lineær bueutladning for plasmaprosessering, spesielt for overflateprosessering av faste substrater.
Bakgrunn for oppfinnelsen
På grunn av høy ionetetthet ved produserte plasmaer, representerer bueutladninger et meget kraftig verktøy i plas-maprosesseringsteknologien. Buekilder blir brukt for generering av reaktive plasmaer i en virkende gass, de kan produsere plasma som inneholder partikler fra påsprutede og/eller fordampede elektroder, eller kjemiske forbindelser av disse partiklene med den virkende gassen. Egenskapene til bueutladninger er avhengig av energien til og tettheten av de genererte ionene og elektronene, hvilke er påvirket av trykket til den virkende gassen. En rekke forskjellige gassplasmatroner bruker bueutladninger ved atmosfærisk trykk, på grunn av enkel oppstilling uten vakuumpumper. Generering av en bue basert på en ikke-isotermisk plasma med kontrollerbare ioneenergier forutsetter imidlertid lave gasstrykk. Forskjellige typer bueutladninger brukes til dette formål. De fleste av dem genereres av likestrøms (DC), høyenergigeneratorer. En typisk lavtrykkskilde ved plasmaprosessering er en kaskadebue (Europeisk patent nr. 0297637), som produserer en strøm av en aktiv plasma i en virkende gass. Metallioner i plasmaen genereres vanligvis fra en elektrode som blir påsprutet og/eller fordampet av en bueutladning, se D.M. Sanders et al., IEE Trans. Plasma Sei. 18, 883-984 (1990). Den eroderte elektroden er vanligvis en plan katode i likestrømbuens kretsløp med en elektrisk jordet anode. Katoden er vannkjølt og innholdet av uønskede mikrodråper - "makropartikler" tilstede i det fordampede katodematerialet reduseres ved styring av kato-depunktsbevegelsen på katodeoverflaten. I nyere katodiske buekilder filtreres makropartikler av et magnetisk hjelpe-filter (US-Patent nr. 5.279.723). Innholdet av makropartik ler er som regel lavere når den forbrukbare elektroden blir oppvarmet til smeltetemperatur. Det er også mulig å utnytte bueoppstillinger med en forbrukbar anode i stedet for katoder, se for eksempel M. Mausbach et al., Vacuum 41, 1393-1395 (1990). Kaldtvirkende forbrukbare katoder er av begrenset størrelse og forutsetter den magnetiske filtre-ringen som begrenser muligheten til å øke størrelsen på disse kildene. Forbrukbare elektroder som inneholder fly-tende metallsmeltedigler, kan bare installeres i bestemte posisjoner. De fleste buekildene forutsetter en tilleggs-bryter for å starte utladningen.
Genereringen av en bueutladning er meget effektiv i hule katoder. Prinsippet til den hule katodegassutladningen generert av en likestrøm ble først rapportert av F. Pas-chen, Ann. Physik 50, 901-940 (1916) . Etter den tid er mange undersøkelser om denne utladningen rapportert, se for eksempel redegjørelsene av J-L. Delcroix and A.R. Trindade, Advances in Electronics and Electron Phys. 35, 87-190
(1974), M.E. Pillow, Spectrochimica Acta 36B, nr. 8, 821-843 (1981), og R. Mavrodineanu, J. Res. Nat. Bureau of
Standards 89, nr. 2, 143-185 (1984). I hule likestrømskato-der kan en bueutladning genereres ved høy likestrømseffekt. Veggen til den hule katoden må varmes opp til høye temperaturer som i stor grad forbedrer den termioniske utstråling-en av elektroner. En betydelig del av ionene blir dessuten produsert ved en erosjon av den hule katodeoverflaten. Ved disse forholdene bygger likestrømmen i buekretsløpet seg hurtig opp, mens spenningen ved katoden faller til verdier i størrelsesorden av det minste ioniserings- eller minste eksiterbare, potensial til gassen eller det vaporiserte metallet. Buen er en selvopprettholdende utladning som er i stand til å bære store strømmer ved å fremskaffe dens egne mekanisme for elektronemisjon fra den negative elektroden (se "Handbook of Plasma Processing Technology" red. av S. Rossnagel et al., Noyes Publ. 1990, kapittel 18 av D. Sanders). Før denne betingelsen er oppnådd, kan utladningen i den hule katoden ikke regnes som en bue. Den er mer som en normal eller unormal glødeutladning selv om deler av katodeveggen er varm, spesielt i katoder fabrikkert av en tynn metallplate.
På grunn av høy elektronproduksjon selv i glødeområdene, har hule katoder blitt brukt siden 1971 som både en elek-tronkilde og en ioniserende kilde for den virkende gassen i plasmaprosesseringsanretninger ved plasma medvirket anode-fordampning (se for eksempel US-patent nr. 3.562.141). Siden 1983 har hule katodeglødeutladninger generert av vekselstrøm- (AC) generatorer blitt utviklet. Typiske frekvenser for vekselstrømgeneratorer for dette formål er mellom 100 kHz og 100 MHz. Spesielt radiofrekvensgenerato-rer (RF - 13,56 MHz og dens oversvingninger) brukes ofte ved plasmaprosessering (se for eksempel CM. Horwitz, Appl. Phys. Lett., vol. 43, 1983, s. 977, og US-patent nr. 4.521.286). En rekke hule katodeanordninger ble utviklet der dette prinsippet ble benyttet. Det som skiller hule katodesystemer, er hovedsakelig anordningen av elektroder, tilstrømning av virkende gasser, osv. Det hule katodeprin-sipp kan benyttes til forbedring av den plasmakjemiske fordampningsprosessering i en planparallelloppstilling av prosesserte plane substrater som er ved katodepotensialet (Europeisk patent 0.478.984 Al). En hul sylindrisk RF-katode ble brukt i den plasmakjemiske fordampningen (Tsjekkisk patent 246,982/PV 4407-85), og for påsprutning av katoden, og avsetning av filmer på innsiden av hule substrater og rør (tsjekkisk patentsøknad PV3925-90). I RF-genererte hule katoder utgjør RF-plasmaet i seg selv anoden (en virtuell anode) som er i kontakt med en virkelig motelektrode i forbindelse med RF-generatoren (Bardo et al., J. Non Cryst. Solids 97/98, 281, 1987). Den mangfoldige, hule, sylindriske RF-katoden (19 rør til sammen) med lukkede bunndeler i et multi-spisst magnetfelt har vært brukt som en effektiv, 175 mm diameter ionestrålekilde, se C. Lejeune et al., Vacuum 36, 837 (1985) og i Fransk patentsøknad nr. 85 06 492 (1985). Den mangfoldige hule RF-katoden (5 hull) i en lineær distribusjon ble rapportert av A.M. Barklund et al., J. Vac. Sei. Technol. A9, 1055 (1991), (se også tsjekkisk patent nr. 246.982). Den lineære oppstillingen av 64 likestrøms- eller vekselstrømsdrevne hule sylindriske katoder i et aksielt magnetisk felt som leverer en omtrent 40 cm lang distribuert utladning, er nylig rapportert av A. Belkind et al., ICMCTF'94, poster session, San Diego 1994 (vil komme i Proceedings in Surface Coat. Techn. (1994)). I dette arbeidet ble et aksielt magnetfelt på 0,025 Tesla brukt til å trekke plasmaet til utsiden av den hule katoden. Virkninger av magnetiske felt med forskjellige induk-sjoner har ofte vært rapportert i hule katoder, se for eksempel gjennomgåelsen til K.H. Schoenbach, bestilt rap-port ved ICPIG 21, Bochum 1993, Proe. III, sidene 287-296. På grunn av en magnetisk begrensende effekt blir de magnetiske feltene ofte brukt til lavtrykksutladningsområder i hule katoder. De fleste systemene nevnt ovenfor bruker glødeutladninger i en hul sylindrisk katode. Ved tilstrek-kelig høy energi i et bue-område, er produksjonen av metallioner fra den hule katodeveggen nok til en selvopprettholdende utladning uten noen annen virkende gass (L. Bardo et al., Svensk patentsøknad nr. 9303426-2, Internasjonal patentsøknad PCT/SE94/00959). Et hult buekatodeområde i gass som inneholder en reaktiv komponent, kan brukes til meget rask, reaktiv avsetning av filmer basert på en forbedret produksjon av katodemetallpartikler. Denne avsetnin-gen kan til og med være raskere enn korresponderende ikke-reaktive avsetninger av en ren metallfilm (se H. Barankova et al., Proe. 10th Symp. on Plasma Processing, Electrochem.Soc. Spring Meet., San Francisco 1994, Proe. vol. 94-20,G.S. Mathad og D.W. Hess, utg. sidene 580-591). De fleste hule katodeanordninger utnytter sylindriske katoder eller små planparallelle katodeskiver med en sylindrisk anode rundt dem. Generelt er de hule katodesystemene av meget begrensede dimensjoner. Dette kan være en fordel for inn-vendig rørplasmaprosessering (H. Kawasaki et al., Mat. Sei. Engineer, A140, 682 (1991)). I likhet med filtrerte bueutladninger er det med adskilte buer produsert av små hule katoder begrensede muligheter for å øke målestokken. Lineæ re rekker av mangfoldige katoder kan ikke produsere unifor-me lineære utladninger og de er avhengig av funksjonen av hver enkelt utladning.
Sammenfatning av oppfinnelsen
Et formål med denne oppfinnelsen er derfor å imøtegå de ovenfor nevnte tidligere kjente teknikkers begrensninger og ulemper, og å tilveiebringe et apparat for generering av en lineær bueutladning for plasmaprosessering.
Ved et første aspekt ifølge den foreliggende oppfinnelsen, går denne ut på: Et apparat for generering av en lineær bueutladning for plasmaprosessering, spesielt for overflateprosessering av faste substrater, omfattende en lineær hul katode og installert i en reaktor ved gasstrykk lavere enn 5 x IO<4>Pa og drevet av en generator med vekselstrøm og/eller pulserende strøm (10), omfattende minst et par av en første elektrodeplate (1) og en andre elektrodeplate (2), plassert motsatt av hverandre med mellomrom større enn
0,4 mm, og koblet til den samme polen på generatoren som har en motpol koblet til en motelektrode (3); et magnetisk felt frembrakt av magneter (4) for utvikling av en lineær varmesone (5) på nevnte første elektrodeplate (1) og en lineær varmesone (6) på nevnte andre elektrodeplate (2), med en komponent av minst IO"<3>Tesla over spalten mellom de nevnte elektrodeplater (1, 2); et ionisert miljø (7) som inneholder en virkende gass (8) involvert mellom nevnte elektrodeplater og nevnte ioniserte miljø, som har en elektrisk kontakt med nevnte elektrodeplater der en bueutladning (9) blir generert, og med nevnte motelektrode.
Ved et andre aspekt ifølge den foreliggende oppfinnelsen, går denne ut på at elektrodeplaten er fiksert på en hovede-lektrodedel, som er sammenføyd med et justeringssystem, som muliggjør justering av både mellomrommet mellom elektrodeplatene ved tverrgående justeringselementer, og skråstilling av elektrodeplatene ved vinkeljusteringselementer. Ved et tredje aspekt ifølge den foreliggende oppfinnelsen, går denne ut på en ytre kassett som beskytter mot en lekkasje av den virkende gassen fra sidedelene av hovedelektrodekroppen og justeringssystemet, hvorved den virkende gassen blir ført gjennom en gassfordeler for optimal fordeling av den virkende gassen i spalten mellom elektrodeplatene.
Ved et fjerde aspekt ifølge den foreliggende oppfinnelsen, går denne ut på en motelektrode som er representert av en del av reaktorveggene og/eller en substratholder med substrater som skal prosesseres av bueutladningen.
Ved et femte aspekt ifølge den foreliggende oppfinnelsen, går denne ut på at posisjonene av magnetene er justert i forhold til elektrodeplatene ved hjelp av en justerer, og distribusjonen av det magnetiske feltet langs og på tvers av den elektriske platen er justert ved hjelp av magnetene og/eller ved hjelp av flere magneter.
Ved et sjette aspekt ifølge den foreliggende oppfinnelsen, går denne ut på at den første elektrodeplaten og/eller den andre elektrodeplaten er utstyrt med ytterligere et sidestykke .
Ved et syvende aspekt ifølge den foreliggende oppfinnelsen, går denne ut på at den første elektrodeplaten og den andre elektrodeplaten er fabrikkert av forskjellige materialer.
Kortfattet forklaring av tegningsfigurene
Formålene, egenskapene og fordelene ved den foreliggende oppfinnelsen vil bli tydeliggjort ved beskrivelsen av oppfinnelsen gitt sammen med de følgende figurene, der: Figur 1 er et skjematisk riss av en første utførelsesform følge den foreliggende oppfinnelsen, som viser et prinsipi-elt eksempel av et apparat for generering av en lineær bueutladning for plasmaprosessering, spesielt for overfla-te-prosessering av faste substrater; Figur 2 er et skjematisk riss av en andre utførelsesform ifølge den foreliggende oppfinnelsen, som viser et eksempel av et apparat for generering av en lineær bueutladning for plasmaprosessering, lik den vist i figur 1; Figur 3 er et skjematisk snittsbilde av en tredje utførel-sesform ifølge den foreliggende oppfinnelsen, som viser tre forskjellige oppsetts eksempler for apparatet vist i figur 1, omfattende flere par med elektrodeplater forbundet sammen til et mangfoldig system for generering av mangfoldige, lineære bueutladninger.
Detaljert beskrivelse
Med henvisning til figur 1 vil en første utførelsesform av apparatet for generering av en lineær bueutladning for plasmaprosessering ifølge den foreliggende oppfinnelsen bli beskrevet. En første elektrodeplate (1) og en andre elektrodeplate (2) er plassert mot hverandre med en avstand større enn 0,4 mm. Dette er viktig for å unngå uønsket mekanisk kontakt av de varme overflatene til elektrodeplatene i løpet av apparatets funksjon. Begge elektrodeplatene er koblet til den samme polen på generatoren (10) som leverer en vekselstrøm og/eller pulserende strøm og har en motpol koblet til en motelektrode (3). For generering av en ikke-isotermisk plasma, er elektroden installert i en reaktor ved gasstrykk under 5 x IO<4>Pa. Et magnetisk felt som har en komponent av minst 10"3 Tesla over spalten mellom elektrodeplatene, produseres av magneter (4) og blir brukt for utvikling av en lineær varmesone (5) på den første elektrodeplaten og en lineær varmesone (6) på den andre elektrodeplaten. Disse varmesonene utvikles via et bombardement i en hul katodeutladning som oppstår mellom elektrodeplatene i et ionisert miljø (7), omfattende en virkende gass (8), og med elektrisk kontakt med elektrode platene, spesielt med deres motstående overflater og med motelektroden. Dette ioniserte miljøet representerer en nødvendig initiell glødeutladning for starten av en bueutladning (9) i apparatet ifølge oppfinnelsen. Varmesonene på begge elektrodeplatene genereres ved effektnivået som er avhengig av størrelsen på elektrodeplatene, av gasstrykket, av materialet på elektrodeplatene, osv. Varmesonene genereres i utvalgte områder der en vesentlig del av ionestrømmen fokuseres ved hjelp av det magnetiske feltet. Tap av elektroner som pendler mellom de avvisende potensialer ved de motsatte platene kan også reduseres ved den magnetiske inneslutningen, som kan forårsake en forbedret lokal, ioni-sering. Varmesonene forbedrer også en termionisk elek-tronutstråling fra elektrodeplatene og muliggjør starten av den lineære bueutladningen. Bueutladningen starter ved en viss terskelenergi fra en initiell hul katodeglød uten noe ytre påtenningsverktøy. Den lineære jevnheten til bueutladningen er avhengig av en jevn temperatur langs varmesonen ved elektrodeplatene, som er avhengig av varmekonduktivite-ten til platematerialet, og den kan utbalanseres med det magnetiske feltet.
Eksempler
Med henvisning til figur 2 foreligger et skjematisk bilde av et eksempel av en foretrukket utførelsesform av apparatet som vist i figur 1, for generering av en lineær bueutladning for plasmaprosessering ifølge den foreliggende oppfinnelsen. Elektrodeplatene er fiksert på hovedelektro-dens kropp (11) som er sammenføyet med et justeringssystem (12), som muliggjør justering av både mellomrommet mellom elektrodeplatene ved tverrgående justeringselementer (13), og skråstilling av elektrodeplatene ved vinkeljusteringselementer (14). Justering av mellomrommet mellom platene muliggjør optimalisering av den lineære bueutladningen (9) ved forskjellige parametre, for eksempel gasstrykk, effekt, materialet til elektrodeplatene, magnetisk induksjon, geometri av substratet, osv. Justering av vinkelposisjonen til elektrodeplatene kan kompensere for eventuelle termiske deformasjoner av elektrodeplatene pga. varmesonene. For eksempel overstiger den typiske temperaturen til Ti-elektrodeplater 1350°C. For å oppnå høye temperaturer i varmesonene, er ikke elektrodeplatene utstyrt med noen tilsiktet kjølning. Elektrodeplateavkjølningen ved varme-ledning gjennom en mekanisk kontakt med hovedelektrodekroppen er avhengig av platematerialet og dens lineære dimensjoner. Et dimensjoneringseksempel relatert til en lengde L av elektrodeplaten er: L/15 ^ vidde (høyde) ^ lengden L og L/200 ^ tykkelse er « lengden L. En ytre kassett 15 blir brukt til å hindre lekkasje av den virkende gassen fra sidedelene til både hovedelektrodekroppen og justeringssy-sternet. Avhengig av konstruksjonen og det anvendte materialet kan et eksternt kjølesystem benyttes på den ytre kas-setten, eller til hovedelektrodekroppen eller til juste-rings-systemet, eller til alle disse delene. Dersom perma-nente magneter benyttes, er det nødvendig å kjøle disse for å unngå avmagnetisering. Den virkende gassen slippes gjennom en gassfordeler (16), som gir optimal fordeling av gassen i spalten mellom elektrodeplatene. Motelektroden (3) i eksemplet vist i figur 2, er et substrat som skal prosesseres av bueutladningen. Både posisjoner og magnetisk induksjon hos magnetene påvirker varmesonenes posisjon og temperatur på elektrodeplatene, hvilket dermed påvirker vilkårene for den lineære bueutladningen. Posisjonene til magnetene er justert i forhold til elektrodeplatene av en justerer (17), og en fordeling av det magnetiske feltet er justert gjennom rett valg av induksjonsverdiene for magnetene (4) og av tilleggsmagnetene (18). Tilleggsmagneter kan "åpne" det magnetiske feltet, som dermed forbedrer ekstrak-sjonen av plasma fra spalten mellom elektrodeplatene til substratet. For å undertrykke ikke-homogenitet av parametrene til den lineære utladningen ved begge ender av elektrodeplatene, blir den første og/eller andre elektrodeplaten i tillegg utstyrt med en sidedel (19). Denne uhomogeni-teten kan også reduseres ved riktig utforming av det magnetiske feltet ved begge ender av elektrodeplatene.
Med henvisning til figur 3 vil en utførelsesform ifølge den foreliggende oppfinnelsen av oppfinnelsen vist i figur 1 for generering av en lineær bueutladning for plasmaprosessering, bli forklart i tre forskjellige eksempler av opp-stillinger for flere par av elektrodeplater, satt sammen til et mangfoldig system for generering av en mangfoldig lineær bueutladning.
Figur 3(a) beskriver et skjematisk snitt gjennom tre par av elektrodeplater 1 og 2, oppstilt ved siden av hverandre i uavhengige magnetiske felt, produsert av magnetene (4) og av tilleggsmagnetene (18). Det ioniserte miljøet (5), for eksempel et RF-plasma, er delt av hvert par av elektrodeplater. Motelektroden (3), for eksempel det prosesserte substratet, er også felles for alle tre systemer, noe som tillater en økning av prosesseringshastigheten. Den virkende gassen (8) kan være identisk for alle tre systemer, likevel kan forskjellige gasser brukes i hvert spesielle system. Da kan de lineære varmesoner 5 og 6 korresponderende til henholdsvis elektrodeplatene 1 og 2, oppvise både forskjellig utforming og temperatur i de forskjellige
delene av det samme systemet. Dette forårsaker forskjellige egenskaper ved bueutladningen (9) generert i de forskjellige systemene, hvilket kan være ønskelig for utvalgte appli-kasjoner. Dessuten kan individuelle par av elektrodeplater bli drevet i forhold til hverandre ved å variere den elektriske polariseringen. I dette tilfellet vil både geometri-en og plasmaparametrene til de forskjellige lineære bueutladninger (9) bli påvirket.
Figur 3(b) beskriver et skjematisk snitt gjennom tre par av elektrodeplater (1 og 2), oppstilt ved siden av hverandre som vist i figur 3(a), dog med den andre elektrodeplaten av et foregående par av elektrodeplater identisk med den første elektrodeplaten i det påfølgende par med plater. I denne oppstillingen er det magnetiske feltet produsert av magnetene (4) felles for alle systemene. Parametrene til varmesonene (5 og 6) på individuelle elektrodeplater som er felles for sammengrensende systemer, er forskjellig fra de som er på de ytre sidene av oppsettet. En forhøyet temperatur for lineære varmesoner i indre plater, kan fordelaktig utnyttes i forbindelse med materialer med høy smeltetemperatur i et system med forskjellige materialer i elektrodeplatene.
Figur 3(c) beskriver et skjematisk bilde av to par elektrodeplater oppstilt i en hovedelektrodekropp (11). I denne oppstillingen er spalten mellom den første elektrodeplaten (I) og den andre elektrodeplaten (2) stengt ved undersiden, og den virkende gassen (8) er introdusert gjennom spalten fra det ioniserte miljøet (7). I dette tilfellet kan elektrodeplatene bli formet til hule bueutladnings-mål, for eksempel en sylindrisk eller "veddeløpsbane"-form, og den kan installeres med en geometri lik den for plane magnetro-ner. Den virkende gassen kan også introduseres fra undersiden gjennom kanaler installert i hovedelektrodekroppen
(II) .
Apparatet ifølge den foreliggende oppfinnelsen muliggjør en kontinuerlig matning av materialet forbrukt fra elektrodeplatene for plasmaprosessering gjennom endringer i relativ posisjon av elektrodeplatene relativt til posisjonen til lineære varmesoner og de motelektrodene.
En lineær bueutladning ifølge den foreliggende oppfinnelsen kan også genereres av likestrøm i stedet for vekselstrøm. Likestrømgenerering kan dog være av begrenset nytte dersom dielektriske filmer deponeres. Ved likestrømsgenerering må den korresponderende anoden oppstilles nær katoden. Ved høyfrekvent vekselstrømgenerering vil høyfrekvensplasmaet selv virke som anode.
En lineær bueutladning ifølge den foreliggende oppfinnelsen kan også genereres ved gasstrykk større enn 5 x IO<4>Pa. Ved høye trykk er dog plasmaprosesseringen begrenset av svært korte midlere frie baner til ioner og elektroner, og opp rettholdelsen av en uniform lineær bueutladning er mer komplisert.
I et apparat ifølge den foreliggende oppfinnelsen, kan en høy overflatetemperatur av lineære varmesoner ved elektrodeplatene brukt for opprettholdelsen av den lineære bueutladningen, tillate bueområder med en redusert formasjon av mikrodråper fra katodematerialet i deponerte filmer.
I et apparat ifølge den foreliggende oppfinnelsen, kan elektrodeplatene seksjoneres, eller utformes til ulike ikke-plane profiler. Individuelle plater kan også bestå av ulike materialer.
Apparatet ifølge den foreliggende oppfinnelsen kan også brukes for plasmaprosessering i et vanlig, hult katodeområ-de uten den lineære bueutladningen.
Claims (7)
1. Apparat for generering av en lineær bueutladning for plasmaprosessering, spesielt for overflateprosessering av faste substrater, omfattende en lineær hul katode og installert i en reaktor ved gasstrykk lavere enn 5 x IO<4>Pa og drevet av en generator med vekselstrøm og/eller pulserende strøm (10),
karakterisert ved• minst et par av en første elektrodeplate (1) og en andre elektrodeplate (2), plassert motsatt av hverandre med mellomrom større enn 0,4 mm, og koblet til den samme polen på generatoren som har en motpol koblet til en motelektrode (3) ; • et magnetisk felt frembrakt av magneter (4) for utvikling av en lineær varmesone (5) på nevnte første elektrodeplate (1) og en lineær varmesone (6) på nevnte andre elektrodeplate (2), med en komponent av minst 10~<3>Tesla over spalten mellom de nevnte elektrodeplater (1, 2) ; • et ionisert miljø (7) som inneholder en virkende gass (8) involvert mellom nevnte elektrodeplater og nevnte ioniserte miljø, som har en elektrisk kontakt med nevnte elektrodeplater der en bueutladning (9) blir generert, og med nevnte motelektrode.
2. Apparat ifølge krav 1,
karakterisert vedat nevnte elektrodeplater er fiksert på en hovedelektrodekropp (11), sammenføyd med et justeringssystem (12) som muliggjør både justering av mellomrommet mellom nevnte elektrodeplater ved tverrgående justeringselementer (13), og skråstilling av nevnte elektrodeplater ved vinkeljusteringselementer (14).
3. Apparat ifølge ethvert av de foregående krav,karakterisert veden ytre kassett (15) som beskytter mot en lekkasje av nevnte virkende gass fra sidedelene av nevnte hovedelektrodekropp og nevnte justeringssystem, hvorved den nevnte virkende gassen blir ført gjennom en gass-strømfordeler (16) for optimal fordeling av nevnte virkende gass i spalten mellom de nevnte elektrodeplatene .
4. Apparat ifølge ethvert av de foregående krav,karakterisert vedat den nevnte motelektrode er representert av en del av en reaktorkammervegg og/eller av en substratholder med substrater som skal prosesseres av nevnte bueutladninger.
5. Apparat ifølge ethvert av de foregående krav,karakterisert vedat posisjonene av nevnte magneter blir justert i forhold til nevnte elektrodeplater av en justerer (17), og distribusjonen av et magnetisk felt langs og på tvers av nevnte elektrodeplater blir justert av nevnte magneter og/eller ved hjelp av flere magneter (18).
6. Apparat ifølge ethvert av de foregående krav,karakterisert vedat nevnte første elektrodeplate og/eller nevnte andre elektrodeplate er utstyrt med et ytterligere sidestykke (19).
7. Apparat ifølge ethvert av de foregående krav,karakterisert vedat nevnte elektrodeplate og nevnte andre elektrodeplate er fabrikkert av forskjellige materialer.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE9403988A SE9403988L (sv) | 1994-11-18 | 1994-11-18 | Apparat för alstring av linjär ljusbågsurladdning för plasmabearbetning |
| PCT/SE1995/001248 WO1996016531A1 (en) | 1994-11-18 | 1995-10-20 | An apparatus for generation of a linear arc discharge for plasma processing |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO972280D0 NO972280D0 (no) | 1997-05-20 |
| NO972280L NO972280L (no) | 1997-07-10 |
| NO309920B1 true NO309920B1 (no) | 2001-04-17 |
Family
ID=20396028
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO972280A NO309920B1 (no) | 1994-11-18 | 1997-05-20 | Lineær bueutladning ved plasmaprosessering |
Country Status (13)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5908602A (no) |
| EP (1) | EP0792572B1 (no) |
| JP (1) | JP3652702B2 (no) |
| KR (1) | KR100333800B1 (no) |
| AT (1) | ATE182738T1 (no) |
| AU (1) | AU688996B2 (no) |
| CA (1) | CA2205576C (no) |
| DE (1) | DE69511103T2 (no) |
| DK (1) | DK0792572T3 (no) |
| ES (1) | ES2138755T3 (no) |
| NO (1) | NO309920B1 (no) |
| SE (1) | SE9403988L (no) |
| WO (1) | WO1996016531A1 (no) |
Families Citing this family (34)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19722624C2 (de) * | 1997-05-30 | 2001-08-09 | Je Plasmaconsult Gmbh | Vorrichtung zur Erzeugung einer Vielzahl von Niedertemperatur-Plasmajets |
| SE511139C2 (sv) * | 1997-11-20 | 1999-08-09 | Hana Barankova | Plasmabearbetningsapparat med vridbara magneter |
| SE516336C2 (sv) * | 1999-04-28 | 2001-12-17 | Hana Barankova | Apparat för plasmabehandling av ytor |
| US7091605B2 (en) * | 2001-09-21 | 2006-08-15 | Eastman Kodak Company | Highly moisture-sensitive electronic device element and method for fabrication |
| US6444945B1 (en) | 2001-03-28 | 2002-09-03 | Cp Films, Inc. | Bipolar plasma source, plasma sheet source, and effusion cell utilizing a bipolar plasma source |
| US6764658B2 (en) * | 2002-01-08 | 2004-07-20 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Plasma generator |
| US20030168009A1 (en) * | 2002-03-08 | 2003-09-11 | Denes Ferencz S. | Plasma processing within low-dimension cavities |
| CN1754409B (zh) * | 2002-08-30 | 2010-07-28 | 积水化学工业株式会社 | 等离子处理装置 |
| US7411352B2 (en) * | 2002-09-19 | 2008-08-12 | Applied Process Technologies, Inc. | Dual plasma beam sources and method |
| EP1554412B1 (en) * | 2002-09-19 | 2013-08-14 | General Plasma, Inc. | Plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus |
| JP3933035B2 (ja) * | 2002-11-06 | 2007-06-20 | 富士ゼロックス株式会社 | カーボンナノチューブの製造装置および製造方法 |
| US7038389B2 (en) * | 2003-05-02 | 2006-05-02 | Applied Process Technologies, Inc. | Magnetron plasma source |
| US7867366B1 (en) | 2004-04-28 | 2011-01-11 | Alameda Applied Sciences Corp. | Coaxial plasma arc vapor deposition apparatus and method |
| US8038858B1 (en) | 2004-04-28 | 2011-10-18 | Alameda Applied Sciences Corp | Coaxial plasma arc vapor deposition apparatus and method |
| DE102004043967B4 (de) * | 2004-09-11 | 2010-01-07 | Roth & Rau Ag | Anordnung und Verfahren zur Plasmabehandlung eines Substrates |
| FR2912864B1 (fr) * | 2007-02-15 | 2009-07-31 | H E F Soc Par Actions Simplifi | Dispositif pour generer un plasma froid dans une enceinte sous vide et utilisation du dispositif pour des traitements thermochimiques |
| KR101468077B1 (ko) * | 2007-07-19 | 2014-12-05 | 엘아이지에이디피 주식회사 | 상압 플라즈마 처리장치 |
| CA2765337C (en) | 2008-06-13 | 2016-05-17 | Fablab Inc. | A system and method for fabricating macroscopic objects, and nano-assembled objects obtained therewith |
| EA030379B1 (ru) * | 2008-08-04 | 2018-07-31 | Эй-Джи-Си Флет Гласс Норт Эмерике, Инк. | Способ нанесения тонкопленочных покрытий с использованием плазменно-химического осаждения из газовой фазы (варианты) |
| WO2011156876A1 (en) * | 2010-06-18 | 2011-12-22 | Mahle Metal Leve S/A | Plasma processing device |
| WO2011156877A1 (en) * | 2010-06-18 | 2011-12-22 | Mahle Metal Leve S/A | Plasma processing device |
| US8697198B2 (en) * | 2011-03-31 | 2014-04-15 | Veeco Ald Inc. | Magnetic field assisted deposition |
| US9508532B2 (en) | 2013-03-13 | 2016-11-29 | Bb Plasma Design Ab | Magnetron plasma apparatus |
| EP3228160B1 (en) | 2014-12-05 | 2021-07-21 | AGC Glass Europe SA | Hollow cathode plasma source |
| JP6508746B2 (ja) | 2014-12-05 | 2019-05-08 | エージーシー フラット グラス ノース アメリカ，インコーポレイテッドＡｇｃ Ｆｌａｔ Ｇｌａｓｓ Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ． | マクロ粒子低減コーティングを利用したプラズマ源ならびにマクロ粒子低減コーティングを用いたプラズマ源を薄膜コーティングおよび表面改質に使用する方法 |
| US9721764B2 (en) | 2015-11-16 | 2017-08-01 | Agc Flat Glass North America, Inc. | Method of producing plasma by multiple-phase alternating or pulsed electrical current |
| US9721765B2 (en) | 2015-11-16 | 2017-08-01 | Agc Flat Glass North America, Inc. | Plasma device driven by multiple-phase alternating or pulsed electrical current |
| US10242846B2 (en) | 2015-12-18 | 2019-03-26 | Agc Flat Glass North America, Inc. | Hollow cathode ion source |
| US10573499B2 (en) | 2015-12-18 | 2020-02-25 | Agc Flat Glass North America, Inc. | Method of extracting and accelerating ions |
| RU168090U1 (ru) * | 2016-06-06 | 2017-01-18 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроения" АО "НИИ ОЭП" | Плазменный источник светового излучения |
| RU168022U1 (ru) * | 2016-06-15 | 2017-01-17 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроения" АО "НИИ ОЭП" | Плазменный источник светового излучения |
| KR102332691B1 (ko) * | 2017-08-07 | 2021-12-01 | 가스가 덴끼 가부시끼가이샤 | 표면개질장치 |
| KR102216854B1 (ko) * | 2019-09-30 | 2021-02-17 | 포항공과대학교 산학협력단 | 마이크로파 플라즈마를 이용한 아크 방전장치 및 아크 방전방법 |
| FR3115180B1 (fr) * | 2020-10-14 | 2022-11-04 | Peter Choi | Appareil de génération de plasma |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3562141A (en) * | 1968-02-23 | 1971-02-09 | John R Morley | Vacuum vapor deposition utilizing low voltage electron beam |
| US4521286A (en) * | 1983-03-09 | 1985-06-04 | Unisearch Limited | Hollow cathode sputter etcher |
| FR2581244B1 (fr) * | 1985-04-29 | 1987-07-10 | Centre Nat Rech Scient | Source d'ions du type triode a une seule chambre d'ionisation a excitation haute frequence et a confinement magnetique du type multipolaire |
| CS246982B1 (en) * | 1985-06-17 | 1986-11-13 | Ladislav Bardos | Method and apparatus for producing chemically active environment for plasma chemical reactions namely for deposition of thin layers |
| DE3606959A1 (de) * | 1986-03-04 | 1987-09-10 | Leybold Heraeus Gmbh & Co Kg | Vorrichtung zur plasmabehandlung von substraten in einer durch hochfrequenz angeregten plasmaentladung |
| DE3774098D1 (de) * | 1986-12-29 | 1991-11-28 | Sumitomo Metal Ind | Plasmageraet. |
| NL8701530A (nl) * | 1987-06-30 | 1989-01-16 | Stichting Fund Ond Material | Werkwijze voor het behandelen van oppervlakken van substraten met behulp van een plasma en reactor voor het uitvoeren van die werkwijze. |
| DE69032691T2 (de) * | 1989-12-07 | 1999-06-10 | Japan Science & Tech Corp | Verfahren und Gerät zur Plasmabehandlung unter atmosphärischem Druck |
| US5133986A (en) * | 1990-10-05 | 1992-07-28 | International Business Machines Corporation | Plasma enhanced chemical vapor processing system using hollow cathode effect |
| US5279723A (en) * | 1992-07-30 | 1994-01-18 | As Represented By The United States Department Of Energy | Filtered cathodic arc source |
| DE4235953C2 (de) * | 1992-10-23 | 1998-07-02 | Fraunhofer Ges Forschung | Sputterquelle mit einer linearen Hohlkathode zum reaktiven Beschichten von Substraten |
| SE501888C2 (sv) * | 1993-10-18 | 1995-06-12 | Ladislav Bardos | En metod och en apparat för generering av en urladdning i egna ångor från en radiofrekvenselektrod för kontinuerlig självförstoftning av elektroden |
-
1994
- 1994-11-18 SE SE9403988A patent/SE9403988L/ not_active IP Right Cessation
-
1995
- 1995-10-20 AU AU39420/95A patent/AU688996B2/en not_active Ceased
- 1995-10-20 DE DE69511103T patent/DE69511103T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1995-10-20 DK DK95937260T patent/DK0792572T3/da active
- 1995-10-20 EP EP95937260A patent/EP0792572B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1995-10-20 AT AT95937260T patent/ATE182738T1/de not_active IP Right Cessation
- 1995-10-20 US US08/836,708 patent/US5908602A/en not_active Expired - Lifetime
- 1995-10-20 ES ES95937260T patent/ES2138755T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1995-10-20 JP JP51676196A patent/JP3652702B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1995-10-20 WO PCT/SE1995/001248 patent/WO1996016531A1/en active IP Right Grant
- 1995-10-20 CA CA002205576A patent/CA2205576C/en not_active Expired - Fee Related
- 1995-10-20 KR KR1019970703347A patent/KR100333800B1/ko not_active IP Right Cessation
-
1997
- 1997-05-20 NO NO972280A patent/NO309920B1/no not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0792572B1 (en) | 1999-07-28 |
| ATE182738T1 (de) | 1999-08-15 |
| CA2205576A1 (en) | 1996-05-30 |
| AU3942095A (en) | 1996-06-17 |
| ES2138755T3 (es) | 2000-01-16 |
| JP3652702B2 (ja) | 2005-05-25 |
| KR100333800B1 (ko) | 2002-11-27 |
| DK0792572T3 (da) | 2000-03-13 |
| DE69511103T2 (de) | 2000-04-13 |
| US5908602A (en) | 1999-06-01 |
| NO972280L (no) | 1997-07-10 |
| SE503141C2 (sv) | 1996-04-01 |
| JPH10509833A (ja) | 1998-09-22 |
| SE9403988L (sv) | 1996-04-01 |
| AU688996B2 (en) | 1998-03-19 |
| NO972280D0 (no) | 1997-05-20 |
| CA2205576C (en) | 2005-09-20 |
| DE69511103D1 (de) | 1999-09-02 |
| WO1996016531A1 (en) | 1996-05-30 |
| EP0792572A1 (en) | 1997-09-03 |
| SE9403988D0 (sv) | 1994-11-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NO309920B1 (no) | Lineær bueutladning ved plasmaprosessering | |
| Boxman et al. | Vacuum arc deposition devices | |
| US5656141A (en) | Apparatus for coating substrates | |
| RU2472869C2 (ru) | Установка вакуумной обработки и способ вакуумной обработки | |
| US6570172B2 (en) | Magnetron negative ion sputter source | |
| US4992153A (en) | Sputter-CVD process for at least partially coating a workpiece | |
| US3562141A (en) | Vacuum vapor deposition utilizing low voltage electron beam | |
| JP3846970B2 (ja) | イオン化スパッタリング装置 | |
| US9941102B2 (en) | Apparatus for processing work piece by pulsed electric discharges in solid-gas plasma | |
| EP3711078B1 (en) | Linearized energetic radio-frequency plasma ion source | |
| US9812299B2 (en) | Apparatus and method for pretreating and coating bodies | |
| NO313918B1 (no) | FremgangsmÕte og apparat for generering av en utladning i damp i en radiofrekvenselektrode | |
| KR101267459B1 (ko) | 플라즈마 이온주입 장치 및 방법 | |
| Vetter et al. | Advances in cathodic arc technology using electrons extracted from the vacuum arc | |
| JP2010065240A (ja) | スパッタ装置 | |
| US5662741A (en) | Process for the ionization of thermally generated material vapors and a device for conducting the process | |
| RU2311492C1 (ru) | Устройство для высокоскоростного магнетронного распыления | |
| JPH04235276A (ja) | 基板をコーティングするための装置 | |
| US6302056B1 (en) | Device for coating substrates with a material vapor in negative pressure or vacuum | |
| Kusano et al. | Ion energy distribution in ionized dc sputtering measured by an energy-resolved mass spectrometer | |
| JP2013060649A (ja) | イオンプレーティング装置および方法 | |
| Chayahara et al. | Metal plasma source for PBII using arc-like discharge with hot cathode | |
| CN102833936A (zh) | 一种大气压直流弧放电等离子体发生装置 | |
| JPS63282257A (ja) | イオンプレ−ティング装置 | |
| GB2108533A (en) | Ion plating |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Lapsed by not paying the annual fees |