RU2505949C1 - Low pressure transformer-type plasmatron for ion-plasma treatment of surface of materials - Google Patents
Low pressure transformer-type plasmatron for ion-plasma treatment of surface of materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2505949C1 RU2505949C1 RU2012133374/02A RU2012133374A RU2505949C1 RU 2505949 C1 RU2505949 C1 RU 2505949C1 RU 2012133374/02 A RU2012133374/02 A RU 2012133374/02A RU 2012133374 A RU2012133374 A RU 2012133374A RU 2505949 C1 RU2505949 C1 RU 2505949C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chamber
- plasma
- working chamber
- shaped
- transformer
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к плазменной технике, а именно, к трансформаторным плазмотронам низкого давления, и может быть использовано в микроэлектронике для обработки полупроводниковых материалов (плазменное травление, оксидирование, очистка поверхности и т.д.), осаждения тонких пленок, в металлообработке для плазмохимического модифицирования поверхности металлов (ионно-плазменное азотирование, плазменное оксидирование и т.д.), для плазменной обработки полимерных материалов (уменьшение пористости, изменение гидрофобных свойств и т.д.).The invention relates to plasma technology, namely, low pressure transformer plasmatrons, and can be used in microelectronics for processing semiconductor materials (plasma etching, oxidation, surface cleaning, etc.), deposition of thin films, in metal processing for plasma-chemical surface modification metals (ion-plasma nitriding, plasma oxidation, etc.), for plasma processing of polymeric materials (decrease in porosity, change in hydrophobic properties, etc.).
Одной из основных проблем плазмохимических технологий является несовершенство применяемых генераторов низкотемпературной плазмы. Электродуговые плазматроны просты в эксплуатации, но имеют малый ресурс работы (~100 часов) и могут загрязнять синтезируемые вещества обрабатываемые поверхности материалов продуктами эрозии электродов. Малый ресурс работы электродов существенно ограничивает области применения дуговых плазмотронов в промышленности, поскольку непрерывность технологического процесса является одним из важнейших требований промышленного производства.One of the main problems of plasma-chemical technologies is the imperfection of the used low-temperature plasma generators. Electric arc plasmatrons are easy to operate, but have a short service life (~ 100 hours) and can contaminate the synthesized materials and the processed surfaces of the materials with electrode erosion products. The small life of the electrodes significantly limits the application of arc plasmatrons in industry, since the continuity of the process is one of the most important requirements of industrial production.
Безэлектродные индукционные плазмотроны лишены данных недостатков. К качественным характеристикам ВЧИ плазмотронов можно отнести большой ресурс работы плазмотронов, высокую чистоту получаемой плазмы, возможность получения плазмы агрессивных химических соединений.Electrodeless induction plasmatrons are devoid of these disadvantages. The qualitative characteristics of the HF plasmatrons can include a large service life of the plasmatrons, high purity of the resulting plasma, the possibility of obtaining plasma of aggressive chemical compounds.
Известно устройство - ВЧ индукционный плазмотрон [US 5938883, 17.08.1999, H05H 1/00], включающее газоразрядную металлическую камеру, внутри которой на подложке располагают обрабатываемый материал. На внешней поверхности камеры напротив подложки установлен плоский спиралевидный индуктор, который является первичной обмоткой, а безэлектродная ВЧ индукционная плазма - вторичным витком.A known device is an RF induction plasmatron [US 5938883, 08/17/1999, H05H 1/00], including a gas-discharge metal chamber, inside which the processed material is placed on a substrate. A flat spiral-shaped inductor is installed on the outer surface of the chamber opposite the substrate, which is the primary winding, and the electrodeless RF induction plasma is a secondary coil.
Известно устройство - ВЧ индукционный плазмотрон [US 20050045275, 03.03.2005, C23F 1/00], включающее две связанные диффузором камеры: газоразрядную камеру, в которой формируется плазма, и камеру больших размеров, в которой происходит обработка материалов.A device is known - an RF induction plasmatron [US 20050045275, 03.03.2005, C23F 1/00], which includes two chambers connected by a diffuser: a gas discharge chamber in which plasma is formed, and a large chamber in which materials are processed.
Однако, стандартные ВЧ индукционные плазматроны работают в мегагерцовом диапазоне частот тока и, соответственно, требуют сложных дорогостоящих источников питания.However, standard RF induction plasmatrons operate in the megahertz frequency range of the current and, accordingly, require complex and expensive power sources.
Решением проблем ВЧИ плазмотронов стало создание трансформаторного плазмотрона. Использование таких преимуществ трансформаторного плазмотрона, как большой ресурс работы (не ограничен процессами разрушения электродов), возможность получения больших плотностей тока разряда и, соответственно, больших концентраций ионов (до 1014 см3), работа в низкочастотном радиодиапазоне (~30-300 кГц) позволяет обеспечить высокую чистоту плазмы, высокую скорость протекания плазмохимических процессов, дает возможность получения плазмы агрессивных химических соединений. Снижение частоты генерации безэлектродного разряда более чем на два порядка дает ряд существенных преимуществ: упрощается конструкция источника питания, уменьшается мощность излучаемых радиопомех, улучшается согласование между нагрузкой и источником питания.The solution to the problems of HF plasmatrons was the creation of a transformer plasmatron. The use of such advantages of a transformer plasma torch as a long service life (not limited to electrode destruction processes), the possibility of obtaining high discharge current densities and, accordingly, large ion concentrations (up to 10 14 cm 3 ), work in the low-frequency radio range (~ 30-300 kHz) It allows to ensure high purity of plasma, high rate of plasma-chemical processes, makes it possible to obtain plasma of aggressive chemical compounds. Reducing the frequency of generation of an electrodeless discharge by more than two orders of magnitude provides a number of significant advantages: the design of the power source is simplified, the power of the emitted radio noise is reduced, and the coordination between the load and the power source is improved.
Из уровня техники известно использование трансформаторных плазмотронов в плазмохимии и металлургии для проведения различных плазмохимических процессов, например, синтеза окислов азота [RU 2022917 27.09.1989 C01B 21/24], конверсии природного газа, получения нанопорошков металлов (вольфрама, молибдена, ванадия, кремния, алюминия, серебра и др.), других веществ и их соединений (оксидов, нитридов, боридов и карбидов) [US 6994837, 2003.02.25, C01G 23/047; B01J 23/00; C01G 25/02; C01G 27/02; US 6150628, 2000, B23K 10/10; RU 2406592, 24.02.2009, B22F 9/14, B82В 3/00; RU 2414993, 20.01.2009, B22F 9/14, В82B 3/00], в процессе производства микросхем, а также в лазерной технике.The use of transformer plasmatrons in plasmochemistry and metallurgy for carrying out various plasma-chemical processes, for example, the synthesis of nitrogen oxides [RU 2022917 09/27/1989 C01B 21/24], the conversion of natural gas, the production of metal nanopowders (tungsten, molybdenum, vanadium, silicon, aluminum, silver, etc.), other substances and their compounds (oxides, nitrides, borides and carbides) [US 6994837, 2003.02.25, C01G 23/047; B01J 23/00; C01G 25/02; C01G 27/02; US 6,150,628,2000; B23K 10/10; RU 2406592, 24.02.2009, B22F 9/14, B82B 3/00; RU 2414993, 01.20.2009, B22F 9/14, B82B 3/00], in the process of manufacturing microcircuits, as well as in laser technology.
В качестве прототипа заявляемого изобретения выбрано устройство (трансформаторный плазмотрон) для обработки газов, содержащих металлы [US 8124906, 28.02.2012, B23K 10/10], включающее входной канал и выполненную из электропроводного материала и диэлектрика плазменную камеру, в которой установлен держатель для фиксирования обрабатываемого материала, трансформатор с одной или двумя окружающими часть плазменной камеры магнитными сердечниками с первичными обмотками, источник питания, выход которого электрически связан с первичной обмоткой, устройство поджига плазмы и устройство обратной связи для контроля и регулирования параметров процесса. Ток в первичной обмотке создает потенциал внутри камеры, образуя виток тороидальной плазмы, который выступает в роли вторичной обмотки трансформатора, и реагирует с газом, содержащим металл. Взаимодействие между тороидальной плазмой и газом, содержащим металл, дает один из металлических материалов, а именно, оксид металла или нитрид металла.As a prototype of the claimed invention, a device (transformer plasmatron) for processing gases containing metals [US 8124906, 02.28.2012, B23K 10/10], including an input channel and a plasma chamber made of an electrically conductive material and a dielectric, in which a holder for fixing the material being processed, a transformer with one or two magnetic cores surrounding the part of the plasma chamber with primary windings, a power source whose output is electrically connected to the primary winding, device plasma ignition and feedback device for monitoring and controlling process parameters. The current in the primary winding creates a potential inside the chamber, forming a coil of toroidal plasma, which acts as the secondary winding of the transformer, and reacts with a gas containing metal. The interaction between the toroidal plasma and the gas containing the metal gives one of the metal materials, namely, metal oxide or metal nitride.
В указанном устройстве скорость процесса и качество обработки материалов имеют ограничения, так как при данной конструкции газоразрядной камеры невозможно добиться однородности плазмы. В указанном устройстве размер обрабатываемых материалов (деталей, заготовок) ограничен размером газоразрядной камеры, а увеличение размера газоразрядной камеры приведет к ухудшению режимных параметров процесса, к увеличению энергопотребления, к росту габаритов и веса устройства.In the specified device, the speed of the process and the quality of the processing of materials have limitations, since with this design of the gas discharge chamber it is impossible to achieve plasma uniformity. In the specified device, the size of the processed materials (parts, blanks) is limited by the size of the gas discharge chamber, and an increase in the size of the gas discharge chamber will lead to a deterioration of the process parameters, to an increase in energy consumption, to an increase in the dimensions and weight of the device.
Задачей заявляемого изобретения является создание недорогого, компактного и энергоэффективного устройства для ионно-плазменной обработки поверхности материалов, позволяющего существенно увеличить скорость и качество процесса ионно-плазменной обработки поверхности материалов, уменьшить затраты энергии.The objective of the invention is the creation of an inexpensive, compact and energy-efficient device for ion-plasma surface treatment of materials, which can significantly increase the speed and quality of the process of ion-plasma surface treatment of materials, reduce energy costs.
Поставленную задачу решают путем использования для ионно-плазменной обработки поверхности различных материалов плазмотрона трансформаторного типа низкого давления с замкнутой газоразрядной камерой особой конструкции.The problem is solved by using for ion-plasma surface treatment of various materials of a plasma torch of a low pressure transformer type with a closed gas discharge chamber of a special design.
При ионно-плазменной обработке поверхности различных материалов, принципиально важное значение имеет однородность плазмы. Например, при плазменном травлении полупроводниковых материалов очень важно, чтобы скорость травления во всех точках обрабатываемой заготовки была одинакова. При плазмохимическом осаждении пленок толщина и состав пленки также определяется параметрами плазмы. При ионно-плазменном азотировании твердость поверхности детали будет одинаковой только в том случае, если плазма однородна. Таким образом, в большинстве плазмохимических процессов обработки заготовок, деталей, поверхностей однородность плазмы играет принципиально важное значение. Кроме однородности плазмы, также принципиально важное значение имеет объем, занимаемый плазмой. Чем больше объем - тем большего размера детали и заготовки могут быть обработаны.During ion-plasma surface treatment of various materials, plasma uniformity is of fundamental importance. For example, in plasma etching of semiconductor materials it is very important that the etching rate is the same at all points of the workpiece. In plasma-chemical deposition of films, the thickness and composition of the film are also determined by the plasma parameters. With ion-plasma nitriding, the hardness of the surface of the part will be the same only if the plasma is homogeneous. Thus, in most plasma-chemical processes for processing workpieces, parts, surfaces, plasma uniformity is of fundamental importance. In addition to the uniformity of the plasma, the volume occupied by the plasma is also of fundamental importance. The larger the volume, the larger the size of the part and workpiece can be processed.
За счет выбранной конструкции разрядной камеры достигается существенное увеличение однородности и объема плазмы, что позволяет проводить процесс качественно и с большой скоростью, затрачивая при этом меньше энергии. Кроме того, при обработке изделий с одинаковым размером в заявляемом устройстве и в прототипе затраты энергии меньше в заявляемом устройстве, что достигается за счет конструктивных особенностей газоразрядной камеры заявляемого устройства.Due to the chosen design of the discharge chamber, a significant increase in the uniformity and volume of the plasma is achieved, which allows the process to be carried out efficiently and at high speed, while consuming less energy. In addition, when processing products with the same size in the inventive device and in the prototype, the energy costs are less in the inventive device, which is achieved due to the design features of the gas discharge chamber of the inventive device.
В трансформаторном плазматроне низкого давления для ионно-плазменной обработки поверхности материалов, включающем замкнутую газоразрядную камеру с охватывающими ее часть магнитопроводами с первичными обмотками (вторичной обмоткой является плазменный виток), держатель для фиксирования обрабатываемого материала, источник питания, согласно изобретению газоразрядная камера содержит рабочую часть (рабочую камеру) для размещения обрабатываемого материала с одним или более герметично закрываемых отверстий для ввода обрабатываемого материала, и одну или более одинаковых частей (П-образных камер), каждая из которых выполнена в виде трубы П-образной формы с внутренним диаметром меньшим внутреннего диаметра рабочей камеры и длиной меньшей либо равной длине рабочей камеры, имеет систему разборных магнитопроводов с первичными обмотками, и установлена так, что вместе рабочая камера и П-образная камера образуют замкнутый путь для тока газового разряда, причем П-образные камеры расположены симметрично относительно оси рабочей камеры.In a low-pressure transformer plasmatron for ion-plasma surface treatment of materials, including a closed gas discharge chamber with magnetic circuits with primary windings covering it (the secondary winding is a plasma coil), a holder for fixing the processed material, a power source, according to the invention, the gas discharge chamber contains a working part ( working chamber) for placement of the processed material with one or more hermetically sealed openings for the input of the processed mat The series, and one or more identical parts (U-shaped chambers), each of which is made in the form of a U-shaped pipe with an inner diameter less than the inner diameter of the working chamber and a length less than or equal to the length of the working chamber, has a collapsible magnetic circuit system with primary windings , and is installed so that together the working chamber and the U-shaped chamber form a closed path for the gas discharge current, the U-shaped chambers being located symmetrically with respect to the axis of the working chamber.
В трансформаторном плазматроне низкого давления для ионно-плазменной обработки поверхности материалов согласно изобретению рабочая камера может быть выполнена из электроизолированных одна от другой металлических секций или полностью из диэлектрического материала с пластиной из электропроводного материала, установленной внутри рабочей камеры.In a low-pressure transformer plasmatron for ion-plasma surface treatment of materials according to the invention, the working chamber can be made of electrically insulated metal sections from one another or completely of dielectric material with a plate of electrically conductive material installed inside the working chamber.
П-образные камеры трансформаторного плазматрона для ионно-плазменной обработки поверхности материалов могут быть выполнены из электроизолированных одна от другой металлических секций или из диэлектрического материала.U-shaped chambers of a transformer plasmatron for ion-plasma surface treatment of materials can be made of metal sections insulated from one another or of dielectric material.
Заявляемое устройство можно использовать для ионно-плазменного азотирования, травления, выращивания пленок, оксидирования, очистки поверхности, обработки полимеров. Для выполнения перечисленных операций используют соответствующий рабочий газ или смесь газов. Для ионно-плазменного азотирования может использоваться как чистый азот, так и смесь азота с водородом или аммиаком. Например, для выращивания тонких пленок могут использоваться различные смеси газов: SiH4+H2 - для выращивания пленок кремния; SiH4+O2 - пленок диоксида кремния; SiH4+NH3+H2 - пленок нитрида кремния. Для травления различных материалов могут использоваться различные газы и смеси газов, так для травления Si можно использовать: SF6+CHF3; CF4+CHF3; CF4+O2, для травления SiO2-CF4; CCl2F2; SF6+CHF3, для травления Поли Si-Cl2 или BCl3+CHF3, или CCl4, для травления Al-Cl2; BCl3, для Si3N4-CCl2F2; CHF3, для травления W-SF6+Cl2+CCl4, для травления Ti-SF6+Cl2+O2, для травления GaAs-CCl2F2. В заявленном устройстве можно получать плазму агрессивных химических соединений, таких как кислород, хлор и фтор содержащие среды.The inventive device can be used for ion-plasma nitriding, etching, film growth, oxidation, surface cleaning, polymer processing. To perform these operations use the appropriate working gas or a mixture of gases. For ion-plasma nitriding, either pure nitrogen or a mixture of nitrogen with hydrogen or ammonia can be used. For example, for growing thin films various gas mixtures can be used: SiH 4 + H 2 - for growing silicon films; SiH 4 + O 2 - films of silicon dioxide; SiH 4 + NH 3 + H 2 - films of silicon nitride. For etching different materials different gases and gas mixtures can be used, so for Si etching you can use: SF 6 + CHF 3 ; CF 4 + CHF 3 ; CF 4 + O 2 , for etching SiO 2 - CF 4 ; CCl 2 F 2 ; SF 6 + CHF 3 , for etching Poly Si-Cl 2 or BCl 3 + CHF 3 , or CCl 4 , for etching Al-Cl 2 ; BCl 3 , for Si 3 N 4 —CCl 2 F 2 ; CHF 3 , for etching W-SF 6 + Cl 2 + CCl 4 , for etching Ti-SF 6 + Cl 2 + O 2 , for etching GaAs-CCl 2 F 2 . In the claimed device, it is possible to obtain plasma of aggressive chemical compounds, such as oxygen, chlorine and fluorine-containing media.
На фиг.1 представлена схема трансформаторного плазматрона для ионно-плазменной обработки поверхности материалов. Где: 1 - газоразрядная камера; 2 - рабочая часть газоразрядной камеры (рабочая камера); 3 - П-образная часть газоразрядной камеры (П-образная камера); 4 - магнитопроводы; 5 - первичная обмотка; 6 - низкочастотный источник питания; 7 - газовая линия; 8 - вакуумная линия; 9 - форвакуумный насос; 10 - обрабатываемый материал; 11 -держатель обрабатываемого материала; 12 - высоковольтный источник питания.Figure 1 presents a diagram of a transformer plasmatron for ion-plasma surface treatment of materials. Where: 1 - gas discharge chamber; 2 - the working part of the gas discharge chamber (working chamber); 3 - U-shaped part of the gas discharge chamber (U-shaped chamber); 4 - magnetic cores; 5 - primary winding; 6 - low-frequency power supply; 7 - gas line; 8 - vacuum line; 9 - fore-vacuum pump; 10 - processed material; 11 - holder of the processed material; 12 - high voltage power source.
Газоразрядная камера 1 состоит из двух основных частей: рабочей камеры для размещения обрабатываемого материала (деталей, заготовок, пластин) 2 и П-образной камеры 3.The gas discharge chamber 1 consists of two main parts: a working chamber for accommodating the material to be processed (parts, blanks, plates) 2 and a U-shaped chamber 3.
Рабочая камера 2 может иметь форму цилиндра либо другую требуемую форму. В рабочей камере предусмотрены одно или более герметично закрываемых отверстий для ввода обрабатываемого материала. П-образная камера 3 выполнена в виде трубы П-образной формы с внутренним диаметром меньшим внутреннего диаметра рабочей камеры. Длина П-образной камеры меньше либо равна длине рабочей камеры.The working chamber 2 may be in the form of a cylinder or other desired shape. The working chamber has one or more hermetically sealed openings for introducing the material to be processed. U-shaped chamber 3 is made in the form of a U-shaped pipe with an inner diameter less than the inner diameter of the working chamber. The length of the U-shaped chamber is less than or equal to the length of the working chamber.
Комбинация рабочей камеры большого диаметра и одной или нескольких П-образных камер меньшего диамелра позволяет уменьшить энергопотребление трансформаторного плазматрона при увеличении полезного объема рабочей камеры, улучшить однородность плазмы в рабочей камере, уменьшить потери энергии в стенки камеры, уменьшить напряжение горения разряда и, соответственно, теплопотери в магнитопроводах, по сравнению с прототипом.The combination of a large-diameter working chamber and one or several U-shaped chambers of a smaller diameter allows to reduce the energy consumption of the transformer plasmatron with an increase in the useful volume of the working chamber, to improve the plasma uniformity in the working chamber, to reduce the energy loss in the chamber walls, to reduce the discharge burning voltage and, accordingly, heat loss in magnetic cores, in comparison with the prototype.
На П-образной камере смонтирована система разборных магнитопроводов 4 с первичными обмотками 5. Количество магнитопроводов может быть два и более. Обмотки могут быть включены параллельно, последовательно, либо в комбинации, и подключены к источнику питания 6. Вместе, рабочая камера 2 и П-образная камера 3 образуют замкнутый путь для тока газового разряда. Количество П-образных камер, каждая из которых имеет систему разборных магнитопроводов 4 с первичными обмотками 5, может быть более одной, что позволяет создавать однородную плазму. П-образные камеры расположены симметрично относительно оси рабочей камеры.A system of collapsible magnetic cores 4 with primary windings 5 is mounted on the U-shaped chamber. The number of magnetic cores can be two or more. The windings can be connected in parallel, sequentially, or in combination, and connected to a power source 6. Together, the working chamber 2 and the U-shaped chamber 3 form a closed path for the gas discharge current. The number of U-shaped chambers, each of which has a system of collapsible magnetic circuits 4 with primary windings 5, can be more than one, which allows you to create a homogeneous plasma. U-shaped chambers are located symmetrically with respect to the axis of the working chamber.
Рабочая камера 2 и П-образные камеры могут быть изготовлены из отдельных охлаждаемых водой, воздухом, или иным теплоносителем, секций из металла, например, нержавеющей стали, электрически изолированных друг от друга посредством прокладок, например, из силиконовой резины. Эти прокладки также служат для вакуумного уплотнения газоразрядной камеры.The working chamber 2 and the U-shaped chambers can be made of separate sections cooled by water, air, or other heat transfer medium, from metal, for example, stainless steel, electrically isolated from each other by means of gaskets, for example, from silicone rubber. These gaskets also serve to vacuum seal the discharge chamber.
Рабочая камера 2 и П-образные камеры могут быть изготовлены из диэлектрического материала, например кварца, что позволяет исключить электрические пробои, и, следовательно, появляется возможность использовать газы, требующие для поддержания разряда высокой напряженности электрического поля, например, газы, содержащие водород.The working chamber 2 and the U-shaped chambers can be made of a dielectric material, for example quartz, which eliminates electrical breakdowns, and, therefore, it becomes possible to use gases that require a high electric field strength to maintain a discharge, for example, gases containing hydrogen.
В случае использования рабочей камеры, изготовленной из диэлектрика, внутрь рабочей камеры устанавливают металлическую пластину, которая может быть расположена, например, напротив обрабатываемой поверхности у стенок рабочей камеры. На пластину подают положительный или отрицательный относительно обрабатываемой поверхности потенциал. Возможны и другие варианты расположения металлической пластины относительно обрабатываемой поверхности.In the case of using a working chamber made of a dielectric, a metal plate is installed inside the working chamber, which can be located, for example, opposite the surface to be treated at the walls of the working chamber. On the plate serves a positive or negative potential relative to the machined surface. There are other options for the location of the metal plate relative to the work surface.
С помощью держателя 11 в рабочей камере фиксируют обрабатываемый материал. Держатель может быть выполнен из диэлектрического материала, например из керамики, или из электропроводного материала. Если держатель и стенки газоразрядной камеры сделаны из электропроводного материала, должна быть предусмотрена электрическая изоляция между держателем и стенками газоразрядной камеры. Конструкция держателя может предусматривать возможность подачи электрического потенциала на обрабатываемую поверхность, например, с помощью высоковольтного провода, расположенного внутри держателя. Возможны и другие варианты подачи электрического потенциала, например, если держатель сделан из электропроводного материала.Using the holder 11 in the working chamber fix the processed material. The holder may be made of a dielectric material, such as ceramic, or of an electrically conductive material. If the holder and the walls of the gas discharge chamber are made of an electrically conductive material, electrical insulation shall be provided between the holder and the walls of the gas discharge chamber. The design of the holder may include the possibility of supplying electric potential to the workpiece, for example, using a high-voltage wire located inside the holder. There are other options for supplying electric potential, for example, if the holder is made of electrically conductive material.
Трансформаторный плазматрон работает следующим образом.Transformer plasmatron works as follows.
Обрабатываемый материал 10 крепят к держателю 11. Держатель 11 вводят в газоразрядную камеру через отверстие (на фигуре не обозначено), позволяющее позиционировать материал в нужную точку газоразрядной камеры. Газоразрядную камеру 1 откачивают через вакуумную линию 8 с помощью форвакуумного насоса 9. Разряд зажигают в газоразрядной камере при пониженном давлении, от долей паскаля до нескольких мм. рт. ст. Разряд инициируют, используя низкие частоты порядка 10 - 400 кГц. Одновременно в разрядной камере устанавливают рабочее давление, соответствующее проводимому процессу. Рабочий газ подают в газоразрядную камеру через газовую линию 7. При необходимости, на обрабатываемый материал с помощью источника питания 12 подают отрицательный или положительный по отношению к стенкам газоразрядной камеры (или установленной внутрь газоразрядной камеры металлической пластины) потенциал. Процесс можно осуществлять при давлении порядка 1-1000 Па, температура нейтральных частиц в плазме может достигать нескольких тысяч кельвин, температура электронов может варьироваться от долей до десятков электрон-вольт.The processed material 10 is attached to the holder 11. The holder 11 is introduced into the gas discharge chamber through an opening (not indicated in the figure), which allows you to position the material at the desired point in the gas discharge chamber. The gas discharge chamber 1 is pumped out through the vacuum line 8 using a fore-vacuum pump 9. The discharge is ignited in the gas discharge chamber under reduced pressure, from fractions of pascal to several mm. Hg. Art. The discharge is initiated using low frequencies of the order of 10 - 400 kHz. At the same time, a working pressure corresponding to the process being carried out is set in the discharge chamber. The working gas is supplied to the discharge chamber through the gas line 7. If necessary, the potential negative or positive with respect to the walls of the discharge chamber (or a metal plate installed inside the discharge chamber of the metal plate) is supplied to the material being processed using a power source 12. The process can be carried out at a pressure of the order of 1-1000 Pa, the temperature of neutral particles in the plasma can reach several thousand kelvin, the electron temperature can vary from fractions to tens of electron-volts.
Таким образом, при использовании заявляемого изобретения выполнена следующая совокупность условий:Thus, when using the claimed invention, the following combination of conditions:
- средство, воплощающее заявляемое изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно, в микроэлектронике (обработка полупроводниковых материалов, осаждение тонких пленок), в металлообработке для плазмохимического модифицирования поверхности металлов (ионно-плазменное азотирование, оксидирование, очистка поверхности), при обработке полимерных материалов, а также в других технологических процессах, требующих применения низкотемпературной плазмы низкого давления.- a tool embodying the claimed invention in its implementation is intended for use in industry, namely, in microelectronics (processing of semiconductor materials, deposition of thin films), in metalworking for plasma-chemical modification of the surface of metals (ion-plasma nitriding, oxidation, oxidation, surface cleaning), in the processing of polymeric materials, as well as in other technological processes requiring the use of low-temperature low-pressure plasma.
- средство, воплощающее заявляемое изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.- a tool embodying the claimed invention in its implementation, is able to ensure the achievement of the perceived by the applicant technical result.
Основным преимуществом предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом является возможность получения больших объемов плазмы при высокой степени однородности плазмы. Это позволит существенно увеличить размер обрабатываемых деталей и заготовок, а также использовать установку в областях, особо критичных к однородности плазмы (обработка полупроводниковых материалов для микроэлектроники, осаждение тонких пленок).The main advantage of the invention in comparison with the prototype is the ability to obtain large volumes of plasma with a high degree of plasma uniformity. This will significantly increase the size of the workpieces and workpieces, as well as use the installation in areas particularly critical to plasma uniformity (processing of semiconductor materials for microelectronics, deposition of thin films).
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012133374/02A RU2505949C1 (en) | 2012-08-03 | 2012-08-03 | Low pressure transformer-type plasmatron for ion-plasma treatment of surface of materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012133374/02A RU2505949C1 (en) | 2012-08-03 | 2012-08-03 | Low pressure transformer-type plasmatron for ion-plasma treatment of surface of materials |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2505949C1 true RU2505949C1 (en) | 2014-01-27 |
Family
ID=49957807
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012133374/02A RU2505949C1 (en) | 2012-08-03 | 2012-08-03 | Low pressure transformer-type plasmatron for ion-plasma treatment of surface of materials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2505949C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2022917C1 (en) * | 1989-09-27 | 1994-11-15 | Уланов Игорь Максимович | Process of preparing nitrogen oxide |
| US6150628A (en) * | 1997-06-26 | 2000-11-21 | Applied Science And Technology, Inc. | Toroidal low-field reactive gas source |
| US6994837B2 (en) * | 2001-04-24 | 2006-02-07 | Tekna Plasma Systems, Inc. | Plasma synthesis of metal oxide nanopowder and apparatus therefor |
| RU2406592C2 (en) * | 2009-02-24 | 2010-12-20 | Учреждение Российской академии наук Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения РАН | Method and device to produce nanopowders using transformer plasmatron |
| RU2414993C2 (en) * | 2009-01-20 | 2011-03-27 | Учреждение Российской академии наук Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения РАН | Method of producing nanopowder using low-pressure transformer-type induction charge and device to this end |
| US8124906B2 (en) * | 1997-06-26 | 2012-02-28 | Mks Instruments, Inc. | Method and apparatus for processing metal bearing gases |
-
2012
- 2012-08-03 RU RU2012133374/02A patent/RU2505949C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2022917C1 (en) * | 1989-09-27 | 1994-11-15 | Уланов Игорь Максимович | Process of preparing nitrogen oxide |
| US6150628A (en) * | 1997-06-26 | 2000-11-21 | Applied Science And Technology, Inc. | Toroidal low-field reactive gas source |
| US8124906B2 (en) * | 1997-06-26 | 2012-02-28 | Mks Instruments, Inc. | Method and apparatus for processing metal bearing gases |
| US6994837B2 (en) * | 2001-04-24 | 2006-02-07 | Tekna Plasma Systems, Inc. | Plasma synthesis of metal oxide nanopowder and apparatus therefor |
| RU2414993C2 (en) * | 2009-01-20 | 2011-03-27 | Учреждение Российской академии наук Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения РАН | Method of producing nanopowder using low-pressure transformer-type induction charge and device to this end |
| RU2406592C2 (en) * | 2009-02-24 | 2010-12-20 | Учреждение Российской академии наук Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения РАН | Method and device to produce nanopowders using transformer plasmatron |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7187500B2 (en) | Plasma ignition device and method with self-resonant device | |
| US10090160B2 (en) | Dry etching apparatus and method | |
| TWI425883B (en) | Plasma processing device | |
| JP5891341B2 (en) | Plasma generating apparatus and method | |
| CN105379428B (en) | Plasma processing apparatus and method of plasma processing | |
| JP5025614B2 (en) | Atmospheric pressure plasma treatment method | |
| JP2009021220A (en) | Plasma processing device, antenna, and usage method for plasma processing device | |
| KR20070053213A (en) | Thin-film forming apparatus | |
| JP2013084653A (en) | Plasma etching apparatus | |
| RU2505949C1 (en) | Low pressure transformer-type plasmatron for ion-plasma treatment of surface of materials | |
| JP2011138712A (en) | Plasma generation source, plasma generator, film deposition device, etching device, ashing device, and surface treatment device | |
| US20130175927A1 (en) | Plasma treatment apparatus using leakage current transformer | |
| KR100743842B1 (en) | Plasma reactor having plasma chamber coupled with magnetic flux channel | |
| US20160233055A1 (en) | Apparatus and Method for Metastable Enhanced Plasma Ignition | |
| WO2002078749A2 (en) | Atmospheric pressure rf plasma source using ambient air and complex molecular gases | |
| US11705339B2 (en) | Etching method and plasma processing apparatus | |
| WO2024024779A1 (en) | Generation device | |
| CN111370281A (en) | Plasma etching device | |
| TWI422288B (en) | High dissociation rate plasma generation method and application device thereof | |
| CN114619296A (en) | Silicon carbide atmospheric plasma polishing equipment and polishing method thereof | |
| CN112738968A (en) | Plasma generating device and semiconductor processing equipment | |
| KR20190047412A (en) | Radical generator capable of impedance matching using inductance | |
| WO2007067086A1 (en) | Plasma processing device | |
| KR20100056321A (en) | Microwave plasma processing chamber having mutli separated electrode |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QA4A | Patent open for licensing |
Effective date: 20171019 |