(57) Реферат / Формула:
В основном, настоящее изобретение относится к плазменному источнику с применением уменьшающего образование макрочастиц покрытия и к способу использования плазменного источника с применением уменьшающего образование макрочастиц покрытия для осаждения тонкопленочных покрытий и модификации поверхностей. Прежде всего, настоящее изобретение относится к плазменному источнику, который содержит один или несколько создающих плазму электродов, причем уменьшающее образование макрочастиц покрытие осаждено по меньшей мере на части создающих плазму поверхностей одного или нескольких электродов для защиты создающих плазму поверхностей электродов от производимой плазмой эрозии и для предотвращения формирования твердых частиц с целью повышения тем самым производительности и продления срока службы плазменного источника.
(19)
Евразийское
патентное
ведомство
(21) 201791237 (13) A1
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки 2017.11.30
(22) Дата подачи заявки 2014.12.05
(51) Int. Cl. H05H1/24 (2006.01)
(54)
ПЛАЗМЕННЫЙ ИСТОЧНИК С ПРИМЕНЕНИЕМ УМЕНЬШАЮЩЕГО ОБРАЗОВАНИЕ МАКРОЧАСТИЦ ПОКРЫТИЯ И СПОСОБ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ПЛАЗМЕННОГО ИСТОЧНИКА С ПРИМЕНЕНИЕМ УМЕНЬШАЮЩЕГО
ОБРАЗОВАНИЕ МАКРОЧАСТИЦ ПОКРЫТИЯ ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ И МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТЕЙ
(86) PCT/US2014/068919
(87) WO 2016/089427 2016.06.09
(71) Заявитель:
ЭЙ-ДЖИ-СИ ФЛЕТ ГЛАСС НОРТ ЭМЕРИКЕ, ИНК. (US); ЭЙ-ДЖИ-СИ ГЛАСС ЮРУОП, С.А. (BE); АСАХИ ГЛАСС КО., ЛТД. (JP)
(72) Изобретатель:
Чамберс Джон, Машвитц Питер, Линь Юпин, Джонсон Герб (US)
(74) Представитель:
Веселицкая И.А., Веселицкий М.Б., Кузенкова Н.В., Каксис Р.А., Белоусов Ю.В., Куликов А.В., Кузнецова Е.В., Соколов Р.А., Кузнецова Т.В. (RU)
(57) В основном, настоящее изобретение относится к плазменному источнику с применением уменьшающего образование макрочастиц покрытия и к способу использования плазменного источника с применением уменьшающего образование макрочастиц покрытия для осаждения тонкопленочных покрытий и модификации поверхностей. Прежде всего, настоящее изобретение относится к плазменному источнику, который содержит один или несколько создающих плазму электродов, причем уменьшающее образование макрочастиц покрытие осаждено по меньшей мере на части создающих плазму поверхностей одного или нескольких электродов для защиты создающих плазму поверхностей электродов от производимой плазмой эрозии и для предотвращения формирования твердых частиц с целью повышения тем самым производительности и продления срока службы плазменного источника.
129279
ПЛАЗМЕННЫЙ ИСТОЧНИК С ПРИМЕНЕНИЕМ УМЕНЬШАЮЩЕГО
ОБРАЗОВАНИЕ МАКРОЧАСТИЦ ПОКРЫТИЯ И СПОСОБ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
5 ПЛАЗМЕННОГО ИСТОЧНИКА С ПРИМЕНЕНИЕМ УМЕНЬШАЮЩЕГО
ОБРАЗОВАНИЕ МАКРОЧАСТИЦ ПОКРЫТИЯ ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ И МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Перекрестная ссылка на родственную заявку
10 Настоящая заявка связана с международной заявкой соответственно
Договору о международной патентной кооперации с регистрационным номером (еще не присвоен) (номер в реестре патентного поверенного: 0124-393.РСТ) под названием "Плазменный источник с полым катодом", которая подана одновременно с данным документом и включена в данный документ путем 15 ссылки.
Уровень техники Область изобретения
В основном, настоящее изобретение относится к плазменному источнику с применением уменьшающего образование макрочастиц покрытием и к способу
20 использования плазменного источника с применением уменьшающего
образование макрочастиц покрытия для осаждения тонкопленочных покрытий и модификации поверхностей. Прежде всего, настоящее изобретение относится к плазменному источнику, который содержит один или несколько создающих плазму электродов, причем уменьшающее образование макрочастиц покрытие
25 осаждено, по меньшей мере, на части создающих плазму поверхностей одного или нескольких электродов для защиты создающих плазму поверхностей электродов от производимой плазмой эрозии и для предотвращения формирования твердых частиц с целью повышения тем самым производительности и продления срока службы плазменного источника.
30 Обсуждение уровня техники
Все упоминаемые в настоящем документе патенты и патентные заявки США настоящим включены посредством ссылки в данный документ во всей их полноте. В случае конфликта, настоящее техническое описание, включая сюда определения, обладает приоритетом.
Осаждение тонких пленок может быть достигнуто несколькими способами, наиболее распространенными из них являются химическое осаждение, физическое осаждение и их комбинации. Для химического осаждения широко известными способами являются металлизация, химическое осаждение из раствора (CSD) и химическое осаждение из паровой фазы (CVD). В то время как при химическом осаждении из паровой фазы в основном используют газообразные химические прекурсоры, при металлизации и химическом осаждении из раствора в основном используют жидкие химические прекурсоры. Эти способы могут быть осуществлены при атмосферном давлении или в вакуумных условиях. Для физического осаждения широко известными способами являются термическое напыление испарением, катодное напыление, импульсное лазерное напыление и катодное электродуговое напыление. Для этих физических способов осаждения с целью осаждения требуемых тонкопленочных материалов в основном используют вакуумные условия. Относительно химического осаждения, наиболее распространенной техникой является химическое осаждение из паровой фазы, тогда как для физического осаждения, наиболее распространенной техникой является распыление.
Химическое осаждение из паровой фазы в основном требует наличия источника энергии с целью создания таких условий, когда прекурсорный газ пристает или прилипает к поверхности подложки. В противном случае, адгезии к поверхности не происходит. Например, в пиролитическом процессе химического осаждения из паровой фазы, когда требуется нанесение тонкопленочного покрытия на плоскую стеклянную подложку, типичным решением является нагрев стеклянной подложки. Горячая стеклянная подложка может быть представлена свеже-образованным на линии термополированного листового стекла стеклом или предварительно образованным стеклом, которое нагрето специально для химического осаждения из паровой фазы. Горячая стеклянная подложка действует в качестве источника энергии для химического осаждения из паровой фазы, и когда прекурсорный газ контактирует с горячей стеклянной подложкой, прекурсорный газ пристает к горячей стеклянной поверхности. Горячая поверхность также предоставляет энергию, необходимую для принуждения прекурсорного газа к химической реакции для формирования окончательной тонкопленочной покрывной композиции.
Необходимая для процесса типа химического осаждения из паровой фазы энергия также может быть приложена посредством формирования плазмы, этот конкретный процесс является известным как плазмостимулируемое химическое осаждение из паровой фазы или PECVD. Плазма образована частично ионизированным газом и свободными электронами, каждый ее компонент имеет способность до некоторой степени независимого перемещения. Это независимое перемещение делает плазму электропроводной таким образом, что она может реагировать на электромагнитные поля. Процессы PECVD обладают несколькими преимуществами над другими известными химическими и физическими способами осаждения, включая сюда, более высокие показатели интенсивности осаждения, а также более высокую гибкость относительно условий и материалов осаждения. Ввиду этих преимуществ, процессы PECVD получили широкое признание в промышленности тонкопленочных покрытий.
В процессе PECVD материал осаждения, как правило, получают из прекурсорного газа. Прекурсорный газ является непристающим, то есть он не подвержен закреплению на поверхности до тех пор, пока, посредством источника энергии, он не оказывается возбужденным, частично разложенным на составные части или полностью разложенным на составные части. Как только прекурсорный газ оказывается возбужденным, частично разложенным на составные части или полностью разложенным на составные части, содержащие требуемые химические элементы для покрытия химические фрагменты прекурсорного газа становятся химическими соединениями, которые способны к конденсации, то есть, способны к химическому сцеплению с поверхностью или к конденсации на ней в твердом виде. Примеры таких прекурсорных газов известны специалистам в области техники. Например, когда должна быть осаждена основанная на кремнии тонкая пленка, обычным прекурсорным газом является кремневодород SiH4. Когда SiH4 подвергают воздействию источника плазмы, плазма может действовать для повышения энергетического уровня молекул кремневодорода до уровня, на котором его части конденсируются на поверхности и образуют твердый слой. Более конкретно, SiH4 становится ионизированным, а его электроны переходят на более высокий энергетический уровень. Это сопровождается последующим отрывом водородных атомов. Ионизированные молекулы имеют открытые реагирующие участки, и в присутствии реагирующего газа, такого как кислород, могут с готовностью
образовывать тонкую пленку SiC> 2. Когда ионизированные молекулы не находятся в присутствии реагирующего газа, может быть образована тонкая пленка кремния. Химия прекурсоров существует для множества элементов, и таким образом, наличествует большая доступность элементов и материалов, 5 которые могут быть осаждены посредством PECVD. Среди прочего, типы тонких пленок, которые могут быть осаждены посредством PECVD, представлены прозрачными проводящими окисными тонкопленочными покрытиями, контролирующим поступлением света и оптическими тонкопленочными покрытиями, а также тонкопленочными полупроводниковыми покрытиями.
10 Другие типы тонкопленочных покрытий, которые имеют возможность быть
осажденными посредством PECVD, могут быть распознаны и оценены средними специалистами в области техники.
Подобные плазменные источники могут быть использованы без присутствия прекурсорного газа для поверхностной модификации или обработки
15 подложек. Во время поверхностной модификации или обработки энергия плазмы передается на поверхность подложки для конкретных технологических потребностей, таких как удаление органических молекул посредством воздействия кислородной плазмы.
Таким образом, создание плазмы в окрестности поверхности является
20 общей промышленной практикой, прежде всего, в промышленности создания
покрытий. Были разработаны несколько устройств для создания и формирования разновидностей плазмы, которые имеют многочисленные практические применения в деле нанесения покрытий и поверхностной обработки. Например, точечные плазменные источники создают колонну плазмы, которая может быть
25 использована для нанесения покрытий или для поверхностной обработки
подложек небольшой площади. Линейные разновидности плазмы могут, однако, иметь потенциал для большего числа практических применений, чем точечные плазменные источники. Линейные разновидности плазмы могут быть произведены для работы по большим площадям поверхности подложки, что
30 является полезным для покрытия стекол большой площади, для нанесения
покрытия на ленту и для нанесения покрытия на многокомпонентную партию изделий. Многие известные устройства PECVD предназначены для мелкомасштабных (то есть, < 1 м2) осаждений, поскольку большинство
плазменных источников являются весьма короткими и могут покрывать только небольшие области.
Когда требуется покрытие больших подложек, используемые плазменные источники типично представлены линейными ионными источниками, подобными описанному Мэдоксом (Madocks) в патенте US 7 411 352. Этот плазменный источник основан на магнетронном разряде и производит линейный пучок ионов или, путем объединения нескольких источников, множественные параллельные пучки ионов, направленные к поверхности подложки. Мэдокс описывает, что в целях нанесения покрытия прекурсор покрытия может быть предоставлен из-за пределов плазменного источника. Прекурсорный газ активируют ионными и плазменными пучками. Подложку перемещают в окрестность источника, и осаждают из активированного газа на подложке тонкую пленку.
Примечательно, Мэдокс описывает, что во время работы предложенного источника содержащиеся в пределах источника электроды подвергаются распылению и, что распыленный материал повторно осаждается и остается в пределах источника. Распыление материала электрода в пределах плазменного источника является значительной проблемой, с которой имеют дело во время использования нескольких известных плазменных источников. Распыление электрода, прежде всего, является значительной проблемой в области покрытия стекол, которое требует непрерывной работы плазменных источников в течение 100-600 часов над подвергающейся процессу подложкой, которая является очень чувствительной к присутствию инородных частиц. Распыление электродов во время продолжительной работы плазменного источника приводит к сокращению срока службы электродов. Когда распылившийся материал реагирует с плазменным газом и повторно осаждается на электродах как таковых, на поверхности электрода могут быть образованы непроводящие наросты. Повторное осаждение распылившегося материала также может привести к блокировке сопел плазменного источника, что делает невозможными единообразные обработку подложки или нанесение покрытие. Кроме того, в зависимости от материала электрода и образующего плазму газа, распыление электрода может привести к формированию твердотельных фрагментов. Отложения также могут блокировать сопла источника, или выпадать на подложку, вызывая ее дефекты.
Таким образом, в уровне техники имеется потребность в улучшенном источнике PECVD, в котором устранены проблемы разработанных ранее источников PECVD. Конкретно, в уровне техники имеется потребность в плазменном источнике, в котором уменьшены эрозия компонентов плазменного источника посредством производимой плазмы и последующее формирование твердых частиц. Кроме того, в уровне техники имеется потребность в плазменном источнике, который предоставляет стабильное рабочее напряжение, требует сокращенного обслуживания и имеет продленный срок службы.
Сущность изобретения
В одном или нескольких аспектах изобретения предоставлено уменьшающее образование макрочастиц покрытие на создающей плазму поверхности электрода, которое имеет строение и состав, требуемые для электронной эмиссии, образования плазмы и стабильности, и является способным к достижению по меньшей мере одной или нескольких из следующих характеристик: низкая интенсивность химической реакции с плазмой, низкая интенсивность распыления, уменьшенное формирование твердотельных фрагментов и уменьшенное производство способных к загрязнению тонкопленочного осаждения продуктов реакции.
В одном или нескольких других аспектах изобретения предоставлен размещаемый в плазменном источнике электрод, причем уменьшающее образование макрочастиц покрытие осаждено, по меньшей мере, на части создающей плазму поверхности электрода.
В одном или нескольких других аспектах изобретения предоставлен плазменный источник, причем плазменный источник содержит по меньшей мере один покрытый уменьшающим образование макрочастиц покрытием электрод.
В одном или нескольких других аспектах изобретения предоставлен способ осаждения тонкопленочного покрытия или выполнения поверхностной обработки подложки с использованием плазменного источника, содержащего один или несколько покрытых уменьшающим образование макрочастиц покрытием электродов.
В одном или нескольких других аспектах изобретения предоставлен способ стабилизации выходного напряжения плазменного источника.
В одном или нескольких других аспектах изобретения предоставлен способ продления срока службы электрода и содержащего электрод плазменного источника.
В одном или нескольких других аспектах изобретения предоставлено 5 осажденное на подложке покрытие, причем покрытие осаждено с
использованием покрытого уменьшающим образование макрочастиц покрытием электрода.
Эти и другие аспекты достигнуты, согласно вариантам осуществления изобретения, путем предоставления электрода, размещенного в устройстве
10 плазменного источника, причем электрод содержит первую создающую плазму поверхность электрода, а также уменьшающее образование макрочастиц покрытие, осажденное, по меньшей мере, на части первой создающей плазму поверхности электрода. Часть первой создающей плазму поверхности, на которой осаждено уменьшающее образование макрочастиц покрытие, ограждена
15 от контакта с плазмой посредством уменьшающего образование макрочастиц
покрытия. Электрод электрически соединен с источником мощности для подачи чередующегося между положительным и отрицательным значениями напряжения и выполнен для создания плазмы вблизи первой создающей плазму поверхности электрода.
20 Во время работы плазменного источника покрытие на электроде
непосредственно контактирует с образующим плазму газом, и является по существу стойким по отношению к химической реакции с образующим плазму газом. Покрытие способно к сопротивлению химической реакции с образующим плазму газом в течение по меньшей мере 100 часов или по меньшей мере 300
25 часов непрерывной работы плазменного источника. В приводимых в качестве
примера варианта осуществления покрытие сопротивляется химической реакции с образующим плазму газом в течение продолжительной работы плазменного источника при высоких значениях удельной мощности, то есть когда входная мощность на метр длины плазмы превышает 20 кВт или превышает 40 кВт.
30 В дополнительном варианте осуществления изобретения предоставлен
плазменный источник. Плазменный источник содержит первый электрод и второй электрод, разделенные содержащим газ пространством. Первый и второй электроды электрически соединены с источником мощности, который выполнен для подачи напряжения, которое чередуется между положительным и
отрицательным значениями, что позволяет подаваемому первому электроду напряжению не совпадать по фазе с подаваемым второму электроду напряжением, и создавать протекающий между электродами ток. Ток создает между электродами плазму, которая является по существу однородной по ее 5 длине. В вариантах осуществления плазму создают при практическом
отсутствии дрейфа электронов в замкнутой цепи. В этом источнике, по меньшей мере, часть каждого первого электрода и второго электрода покрыта уменьшающим образование макрочастиц покрытием. Электроды тем самым ограждены посредством покрытия от контакта с плазмой. Покрытие является
10 стойким по отношению к образованию твердых частиц.
В некоторых вариантах осуществления изобретения плазменный источник может быть выполнен для осаждения покрытия с использованием плазмостимулируемого химического осаждения из паровой фазы (PECVD). Конфигурация для PECVD включает в себя выполненный для подачи
15 прекурсорного газа газовый вход и выполненный для подачи плазменного газа газовый вход. Прекурсорный газ активируют посредством плазмы. Подложку перемещают в окрестность источника, и осаждают из активированного газа на подложке тонкую пленку. Изобретатели описанного в настоящем документе предмета обнаружили, что посредством размещения в плазменном источнике
20 покрытых, по меньшей мере, частично уменьшающим образование макрочастиц описанным в настоящем документе покрытием электродов обеспечены улучшение функциональности и повышение срока службы плазменного источника, равно как и получение многочисленных дополнительных преимуществ. Эти преимущества включают в себя: 1) значительное уменьшение
25 распылительной эрозии электродов, 2) продление срока службы источника, 3) повышение производительности процесса, 4) стабилизацию выходного напряжения.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 показывает плазменный источник известного уровня техники, 30 который содержит непокрытые электроды.
Фиг. 2 показывает два электрода, размещенные в устройстве плазменного источника, причем электроды покрыты уменьшающим образованием макрочастиц покрытием согласно некоторым приводимым в качестве примера вариантам осуществления изобретения.
Фиг. 3 показывает плазменный источник, который содержит первый электрод и второй электрод, разделенные содержащим газ пространством, причем, по меньшей мере, на части каждого из числа первого электрода и второго электрода осаждено уменьшающее образование макрочастиц покрытие 5 согласно некоторым приводимым в качестве примера вариантам осуществления.
Фиг. 4 показывает плазменный источник, который содержит несколько пар электродов, причем электроды покрыты уменьшающим образованием макрочастиц покрытием согласно некоторым приводимым в качестве примера вариантам осуществления.
10 Фиг. 5 является графиком, который показывает формирование на подложке
отложений, когда подложка размещена либо под плазменным источником, содержащим непокрытые электроды, либо под плазменным источником, содержащим покрытые уменьшающим образование макрочастиц покрытием электроды согласно некоторым вариантам осуществления изобретения.
15 Фиг. 6 является графиком, на котором показано сравнение формирования
отложений во внутренней полости непокрытого полого катода и формирование отложений в полом катоде, покрытом уменьшающим образование макрочастиц покрытием во время продолжительной работы плазменного источника согласно некоторым вариантам осуществления изобретения.
20 Фиг. 7 А, 7Б, 7В и 7Г являются графиками, которые показывают выходное
напряжение в течение продолжительной работы плазменного источника, который содержит непокрытые электроды из нержавеющей стали, по сравнению с плазменным источником, который содержит покрытые уменьшающим образование макрочастиц покрытием электроды согласно некоторым вариантам
25 осуществления изобретения.
Подробное описание изобретения
Хотя настоящее изобретение может быть воплощено в нескольких различных формах, несколько типичных вариантов осуществления описаны в настоящем документе с той предпосылкой, что настоящее раскрытие следует 30 рассматривать в качестве предоставления примеров принципов изобретения, но такие примеры не предназначены для ограничения изобретения описанными и/или показанными в настоящем документе предпочтительными вариантами. Различные варианты осуществления описаны в подробностях, достаточных для обеспечения специалистам в данной области техники возможности
осуществления изобретения. Следует понимать, что могут быть реализованы другие варианты осуществления и, что структурные и логические изменения могут быть внесены без отступления от духа или объема настоящего изобретения.
Как упомянуто в настоящем документе, термин "плазма" обозначает электропроводную газообразную среду, которая содержит как свободные электроны, так и положительные ионы. Традиционно, в процессах нанесения тонкопленочных покрытий используют плазму высокой интенсивности инертного газа (например, аргона, гелия, криптона, неона, ксенона). Однако все повышающаяся сложность и разнообразие тонкопленочных покрытий создали потребность в плазме высокой интенсивности, содержащий один или несколько образующих плазму реагирующих газов, таких как кислород и азот. Альтернативно, разновидности плазмы могут быть образованы с использованием газообразных аммиака или водорода.
Термин "прекурсорный газ" обозначает газ в молекулярном виде, который содержит химический элемент или элементы, подлежащие конденсации в твердое покрытие. Подлежащие конденсации из прекурсорного газа элементы могут включать в себя металлы, переходные металлы, бор, углерод, кремний, германий и/или селен. Выбор прекурсорного газа в основном предопределен несколькими соображениями, включая сюда стабильность при комнатной температуре, способность к чистой реакции в реакционной зоне, а также достаточную летучесть при низкой температуре, которая обеспечивает легкую транспортировку в реакционную зону без конденсации в линиях. Молекулы прекурсора не подвержены конденсации при технологическом давлении и температуре. Фактически, молекула прекурсора не является реагирующей или не подвержена закреплению на поверхности до тех пор, пока она не возбуждена, частично разложена на составные части или полностью разложена на составные части посредством источника мощности, после чего химический фрагмент прекурсорного газа, содержащий требуемый для покрытия химический элемент, становится способным к образованию химической связи с поверхностью или к конденсации на ней в твердой форме. Конденсированная часть соединения прекурсора, прежде всего, может быть представлена чистым элементом, смесью элементов, полученным из составных элементов прекурсора соединением или смесью соединений.
Зачастую, является желательным осаждение на поверхности соединений, которые не могут быть химически доступными из одного только прекурсорного газа. Соответственно, для формирования окисей или нитридов к процессу химического осаждения из паровой фазы могут быть добавлены "реагирующие газы", такие как кислород и азот. Другие реагирующие газы включают в себя фтор, хлор, другие галогены, закись азота, аммиак и водород. Реагирующий газ может быть отграничен от прекурсорного газа тем обстоятельством, что также и в случае возбуждения или химического разложения на составные части, конденсируемые химические соединения не образуются.
Обычно, реагирующие газы или фрагменты реагирующего газа не являются способными сами по себе к образованию твердого осаждения, но они способны к реакции и к химическому встраиванию в состав твердого осаждения, получаемого из прекурсорных газов или других источников твердого осаждения. Во многих случаях, плазменный газ действует в качестве реагирующего газа, и химические фрагменты плазменных газовых молекул становятся химически встроенными в осажденную пленку. В других случаях, реагирующий газ может быть предоставлен отдельно от плазменного газа и в дополнение к нему.
Термин "химическое осаждение из паровой фазы" или "CVD" означает осаждение на подложке пленки в результате химической реакции в паровой фазе. При плазмостимулируемом химическом осаждении из паровой фазы или PECVD образующий плазму газ химически активирован путем подачи электрической мощности в образующий плазму газ, в большинстве случаев при пониженном давлении. Приложение в достаточной мере высокого напряжения вызывает распад образующего плазму газа и создание плазмы, которая состоит из электронов, ионов и электрически возбужденных компонентов. Энергичные электроны в плазме ионизируют образующий плазму газ, или они могут разделять молекулы газа на более малые компоненты, называемые радикалами. Радикалы являются компонентами, которые при столкновении с поверхностью реагируют для формирования тонкой пленки. Осажденные посредством CVD или PECVD компоненты могут быть представлены атомами или молекулами или их комбинацией.
Термин "темное пространство" означает узкую зону или область вокруг электрода, где плазменный ток является очень слабым. Обычно, отнесенные на расстояние темного пространства два противоположно заряженных плазменных
электрода или плазменный электрод и проводник с потенциалом заземления по существу не показывают какого-либо электрического тока между ними.
Термин "полый катод" означает электрод, который, как правило, содержит испускающие электроны поверхности, которые задают полость. Полости полых 5 катодов могут быть образованы в нескольких формах, включая сюда
прямоугольную, скругленную прямоугольную (то есть, прямоугольную с закругленными углами или краями), круглую, продолговатую, эллиптическую или овальную. Полые катоды, как правило, содержат вход для плазмы и/или реагирующего газа и выход для плазмы. Полые катоды могут быть соединены с
10 источником переменного тока таким образом, что полярность электрода чередуется между положительной (анод) и отрицательной (катод). Когда испускающие электрон поверхности полого катода имеют отрицательный потенциал, электроны колеблются между поверхностями, и таким образом, являются заключенными в полости.
15 Термин "плазменный источник с полым катодом" означает плазменный или
ионный источник, который содержит одни или несколько электродов, выполненных для получения разрядов полого катода. Один пример плазменного источника с полым катодом описан в находящемся на рассмотрении патенте US 8 652 586 от Машвица ("Maschwitz '586") того же заявителя, включённом в
20 настоящий документ путём ссылки в полном объёме. Фиг. 1 показывает
плазменный источник с полым катодом, подобный описанному в Maschwitz '586. Плазменный источник содержит по меньшей мере два электрода 13 с полым катодом, размещенных параллельно и соединенных посредством источника мощности переменного тока. Источник мощности переменного тока подает к
25 этим двум электродам изменяющееся или чередующееся биполярное
напряжение. Поставка мощности переменного тока первоначально приводит в действие первый электрод отрицательным напряжением, позволяя формирование плазмы, в то время как второй электрод приводится в действие положительным напряжением с целью наделения его ролью анода в цепи приложения
30 напряжения. Затем первый электрод приводят в действие положительным напряжением, и реверсируют роли катода и анода. Поскольку один из электродов 13 приводят в действие отрицательным напряжением, в пределах соответствующей полости формируется разряд 16. Другой электрод в этом случае образует анод, заставляя электроны покидать плазму и перемещаться в
сторону анода, тем самым замыкая электрическую цепь. Таким образом, в
области между первым и вторым электродами образована плазма 15. Этот
способ приведения в действие полых катодов мощностью переменного тока
способствует формированию однородной линейной плазмы.
5 Термин "подложка" означает объект небольшой площади или большой
площади, подлежащий покрытию или химической модификации своей поверхности посредством настоящего изобретения. Упоминаемая в настоящем документе подложка может состоять из стекла, пластика, металла, неорганических материалов, органических материалов или любого другого 10 материала, который имеет подлежащую покрытию или модификации поверхность.
Термин "дрейф электронов в замкнутой цепи" означает электронный ток, вызванный пересечением электрических и магнитных полей. Во многих обычных устройствах формирования плазмы дрейф электронов в замкнутой цепи 15 образует замкнутый маршрут обращения или "кольцевой трек" электронного потока.
Термин "мощность переменного тока" означает электрическую мощность переменного источника, причем напряжение изменяется при некоторой частоте способом, который характеризуется синусоидальной, прямоугольной волной,
20 импульсной или некоторой другой формой волны. Изменения напряжения зачастую происходят от отрицательного до положительного, то есть относительно земли. При биполярной форме подаваемая по двум проводам выдача мощности в большинстве случаев имеет разность по фазе примерно 180°. "Электроды" предоставляют свободные электроны во время образование
25 плазмы, например, в то время, когда они присоединены к предоставляющему напряжение источнику питания. Испускающие электроны поверхности полого катода рассматривают, в их комбинации, образующими один электрод. Электроды могут быть изготовлены из известных специалистам в области техники материалов, таких как сталь, нержавеющая сталь, медь или алюминий.
30 Однако эти материалы должны быть тщательно выбраны для каждого
плазмостимулируемого процесса, поскольку для первоначального образования и поддержания плазмы во время работы с различными газами могут потребоваться различные материалы электрода.
Термины "тонкая пленка" или "тонкопленочное покрытие" или "тонкопленочный пакет" относят к одному или нескольким осажденным на подложке микроскопически тонким слоям. С целью увеличения производительности и срока службы, тонкопленочные покрытия встраивают в 5 разнообразные современные устройства, такие как низкоэмисионные ("low Е") окна, полупроводниковые кристаллы, фотогальванические устройства, станки, а также автомобильные компоненты.
Термины "поверхностная модификация" или "поверхностная обработка" означают один или несколько выполняемых на подложке процессов, включая
10 сюда термообработку, нормализацию имеющего поверхностное покрытие слоя, очистку поверхности, химическую функционализацию поверхности, модификацию кристаллической структуры имеющих поверхностное покрытие слоев, ионную бомбардировку и ионную имплантацию.
В контексте настоящего документа "макрочастицы" или "твердотельные
15 фрагменты" содержат распыленный материал электрода, который был отделен от поверхностей электрода. Типично, макрочастицы являются достаточно большими для наблюдения невооруженным глазом, и имеют размеры в пределах от 0,1 мм до 5 мм. Во время покрытия стекол большой площади источники покрытия зачастую размещают над покрываемыми поверхностями подложки.
20 Таким образом, осыпание твердотельных фрагментов от компонентов устройства покрытия (например, от образующих плазму электродов) является существенной проблемой в области техники. Формирование твердотельных фрагментов и последующее их осыпание на поверхность подложки являются весьма нежелательными, поскольку приводят к образованию микроотверстий в
25 покрытии и к различным другим проблемам для покрытой подложки.
Уменьшающие образование макрочастиц покрытия согласно настоящему изобретению разработаны для получения многочисленных выгодных свойств, которые повышают технологическое единообразие, а также срок службы электродов и плазменных источников.
30 Во-первых, в приводимых в качестве примера варианта осуществления
настоящего изобретения уменьшающие образование макрочастиц покрытия имеют низкий коэффициент распыления. Конкретно, коэффициент распыления покрытий является значительно более низким, чем таковая для непокрытой нержавеющей стали. Когда инертный газ, такой как аргон, используют в
качестве образующего плазму газа, коэффициент распыления предпочтительно
составляет менее 1,0 атома на ион при энергии ионов 100 эВ, более
предпочтительно менее 0,5 атома на ион при энергии ионов 100 эВ, и еще более
предпочтительно менее 0,2 атома на ион при энергии ионов 100 эВ.
5 Когда образующий плазму газ, такой как кислород или азот, контактирует с
поверхностями испускания электронов непокрытых электродов, образующий плазму газ может химически реагировать с этими поверхностями и образовывать продукты реакции. Формирование таких продуктов реакции способно к воздействию на однородность плазмы и к оказанию негативного влияния на
10 осажденные пленки. Например, когда электроды из нержавеющей стали
используют для формирования кислородной плазмы, кислород реагирует с поверхностью электродов из нержавеющей стали, вызывая формирование тонкого окисного слоя на поверхности электродов. В конечном счете, продукты реакции способны к накоплению и к образованию непроводящих наростов.
15 Формирование продуктов реакции, таких как окисные слои и непроводящие наросты на поверхностях образующего плазму электрода препятствует формированию плазмы на поверхности электрода, на котором они образованы. Для поддержания постоянной мощности во время продолжительной работы плазменного источника подаваемое на электроды напряжение должно быть
20 повышено.
Соответственно, выгодным является обеспечение материала покрытия электрода, который является в достаточной мере химически стойким к выбранной разновидности плазмы, как с точки зрения газовых компонентов, так и с точки зрения уровня входной мощности. Несмотря на то, что материал 25 покрытия, такой как углерод, может быть в достаточной мере стойким к
катодному распылению, при его сочетании с несовместимым плазменным газом, таким как кислород, достаточная производительность не может быть достигнута. В этом примере химическая реакция между покрытием и плазмой быстро разрушает покрытие.
30 Кроме того, в некоторых случаях, химическая реакция между материалом
покрытия и плазмой производит продукты реакции, которые являются вредными для процесса покрытия. Кроме того, увеличение входной мощности на покрытом электроде создает повышенную энергию плазмы и нагревание поверхности электрода, что может облегчить реакции между материалами покрытия
электрода и плазменным газом (газами), которые в противном случае не являются возможными. Например, при использовании в качестве плазменного газа кислорода в типе плазменного источника с полым катодом при относительно высокой входной мощности (например, 20 или 40 кВт на линейный метр длины плазмы или более) углеродные покрытия быстро эродируют, покрытия из карбида хрома образуют твердотельные фрагменты, большая доля частиц которых имеет размеры менее 0,5 мм, в то время как покрытия из карбида вольфрама образуют существенно меньшее число более крупных частиц с различными размерами в диапазоне примерно до 4 мм. Используемые в качестве связующих или при металлизации металлы или металлические сплавы должны обладать такой же стойкостью, и также производить только приемлемые для процесса побочные продукты при требуемом уровне входной мощности.
В приводимых в качестве примера варианта осуществления настоящего изобретения уменьшающие образование макрочастиц покрытия являются проводящими, то есть они имеют удельное сопротивление менее 107 Ом *см, предпочтительно менее 105 Ом*см, и еще более предпочтительно менее 103 Ом*см.
Изобретатели неожиданным образом обнаружили, что используемые поодиночке и/или в различных комбинациях выбранные материалы являются способными к образованию покрытия, способного к уменьшенному по сравнению с использованием непокрытых электродов образованию макрочастиц. Описанные в настоящем документе материалы покрытий были выбраны в качестве материалов покрытий вследствие наличия у них одного или нескольких упомянутых выше выгодных свойств, включая сюда высокую твердость, высокую точку плавления, высокое сопротивление реакции/окислению и/или малый коэффициент распыления.
В первом варианте осуществления уменьшающие образование макрочастиц покрытия являются проводящими материалами, которые содержат выбранные металлы, характеризуемые ионной или ковалентной связью. Покрытия согласно этому варианту осуществления могут содержать элементы, выбранные из группы, состоящей из бора, углерода, азота, алюминия, кремния, переходных металлов или их комбинаций. Например, покрытия могут содержать карбид бора, карбид кремния или карбид алюминия. Покрытия согласно этому варианту осуществления могут, кроме того, содержать второй материал, выбранный из
группы, состоящей из вольфрама, хрома, титана, молибдена и циркония. Например, покрытия могут содержать карбид вольфрама (WC) или карбид хрома (СГ3С2). Уменьшающие образование макрочастиц покрытия по первому варианту осуществления могут содержать один или несколько материалов, выбранных из 5 группы, состоящей из проводящих окисей и керамики. Немногие керамические материалы демонстрируют необходимую для обеспечения образования плазмы проводимость при наложении их на поверхность электрода. Однако изобретатели неожиданным образом обнаружили, что выбранная проводящая керамика, включающая в себя карбид вольфрама, карбид бора, карбид кремния,
10 карбид алюминия и карбид хрома является в достаточной мере проводящей для обеспечения формирования плазмы при ее осаждении на поверхности образующего плазму электрода, и тем самым, выступает в качестве эффективного уменьшающего образование макрочастиц покрытия. В других вариантах осуществления покрытия могут быть наделены проводимостью путем
15 смешивания материала покрытия с легирующей добавкой. Например, окись
индия с добавкой олова может быть использована для образования проводящего покрытия, состоящего из твердого раствора 1п20з и S11O2.
В этом первом варианте осуществления энергия молекулярной связи в значительной степени задает уровень твердости, точку плавления,
20 сопротивление окислению и коэффициент распыления. Энергия связи может быть определена количественно в единицах измерения электронвольт (эВ) на молекулу. Изобретатели обнаружили, что с увеличением энергии связи покрытий образование макрочастиц уменьшается и, что имеющие энергию связи более 12 эВ на молекулу покрытия являются особо выгодными. Примеры таких
25 покрытий, имеющих высокую энергию связи (более 12 эВ на молекулу), включают в себя покрытия, содержащие металло-углеродные соединения (карбиды), такие как карбид титана, карбид циркония, карбид гафния, карбид хрома и карбид тантала.
Кроме того, в других вариантах осуществления, уменьшающие образование
30 макрочастиц покрытия могут содержать выбранные металлы или металлические сплавы. Покрытия согласно этому варианту осуществления предпочтительно содержат более 50 % по массе одного или нескольких материалов, выбранных из группы, состоящей из кобальта, молибдена, никеля, хрома и их сплавов. Факультативно, покрытия могут дополнительно содержать 49 % по массе или
менее алюминия или кремния. Покрытия согласно этому варианту осуществления могут иметь ионную или ковалентную связь.
Первоочередными характеристиками для выбора материала уменьшающего образование макрочастиц покрытия являются достаточное сопротивление 5 химической реакции с плазменным газом и в достаточной мере малый
коэффициент распыления под воздействием плазмы. Коэффициент распыления в большинстве случаев должен быть менее примерно 1 атома на ион под воздействием ионов аргона с энергией примерно 500 эВ. Более предпочтительно, коэффициент распыления должен быть менее примерно 0,5 атома на ион под
10 воздействием ионов аргона с энергией примерно 500 эВ. В тех случаях, когда коэффициент распыления находится в диапазоне от примерно 0,5 атома на ион до примерно 1 атома на ион под воздействием ионов аргона с энергией примерно 500 эВ, изобретатели неожиданным образом обнаружили, что комбинация покрытия электрода, геометрии электрода, плазменного газа и входной
15 мощности плазмы может быть выполнена таким образом, что большинство распыленных атомов повторно осаждается на противостоящих поверхностях электрода без образования твердотельных фрагментов, что эффективно способствует сохранности полного покрытия электрода. Этим обеспечена минимальная итоговая эрозия покрытия и минимальное формирование
20 фрагментов также и в тех случаях, когда покрытие подвергается существенному распылению. Обладающие таким неожиданным эффектом материалы покрытий включают в себя, например, кобальт и нихромовые сплавы.
В определенных альтернативных вариантах осуществления для формирования покрытия могут быть скомбинированы один или несколько из
25 упомянутых выше материалов.
Покрытия согласно настоящему изобретению могут быть осаждены на испускающих электроны поверхностях электродов с использованием известных из уровня техники способов, включая сюда покрытие напылением, электрохимическую металлизацию, осаждение из паровой фазы (CVD) и
30 физическое осаждение из паровой фазы (PVD). Пригодность конкретного способа покрытия для нанесения покрытия на испускающую электроны поверхность для использования в конкретном приложении зависит от нескольких соображений. Во-первых, способ должен быть в состоянии производить покрытие с требуемыми для конкретного приложения плотностью и
пористостью, но с минимальными примесями, такими как окисные или
нитридные примеси. Способ должен также быть в состоянии производить
покрытие соответствующей толщины, которая обладает сопротивляемостью к
существенному отслаиванию или трещинообразованию.
5 Покрытия согласно настоящему изобретению могут быть осаждены на
электродах посредством термического покрытия напылением соответственно стандартным, известным специалистам в области техники способам. Термическое покрытие напылением может быть использовано для получения покрытий с требуемым составом, структурой, строением и толщиной. Имеется
10 несколько различных способов термического покрытия напылением, включая сюда плазменное напыление, детонационное напыление, проводное электродуговое напыление, пламенное напыление, высокоскоростное кислородно-топливное напыление, горячее напыление и холодное напыление. Покрытия настоящего изобретения предпочтительно осаждают посредством
15 плазменного термического покрытия напылением. Однако выбор конкретного процесса зависит от конкретного подлежащего осаждению материала, от предпочтительного оборудования и от финансовых соображений. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения перед осаждением к покрывной композиции добавляют связующее с целью повышения
20 адгезии и стойкости покрытия на поверхности электрода. Связующее может содержать единственный материал, такой как кобальт, молибден, никель или хром. Альтернативно, связующее может содержать смесь материалов, такую как смесь никеля и хрома или смесь никеля и кобальта. В некоторых вариантах осуществления связующее составляет примерно 5-30% по массе от
25 заключительного покрытия. Более предпочтительно, связующее составляет 1015% по массе от заключительного покрытия.
Уменьшающие образование макрочастиц покрытия согласно настоящему изобретению являются достаточно толстыми для защиты испускающих электроны поверхностей, но не слишком толстыми для отслаивания или
30 трещинообразования в результате термических напряжений. Однако
уменьшающие образование макрочастиц покрытия могут иметь широкий спектр толщин и все еще достигать описанного в настоящем документе благоприятного воздействия. Предпочтительно, покрытия имеют толщину в диапазоне 100
500 мкм. Однако покрытия могут иметь толщину, которая расположена между 1 и 100 мкм.
Уменьшающие образование макрочастиц покрытия согласно настоящему изобретению могут быть наложены на часть электрода, то есть на ту часть 5 электрода, которая создает плазму и взаимодействует с ней таким образом, что электрод, по меньшей мере, частично, покрыт уменьшающим образование макрочастиц покрытием. Альтернативно, уменьшающие образование макрочастиц покрытия согласно настоящему изобретению могут быть наложены на весь электрод таким образом, что электрод полностью покрыт уменьшающим
10 образование макрочастиц покрытием. Уменьшающее образование макрочастиц покрытие может также быть наложено на выходное отверстие для плазмы электрода с полым катодом.
Фиг. 2 показывает два электрода, покрытые уменьшающим образование макрочастиц покрытием согласно различным вариантам осуществления
15 изобретения. Электроды 13 могут быть размещены в плазменном источнике и выполнены для получения плазмы. Каждый из числа первого и второго электродов по существу охватывает удлиненный содержащий газ объем, то есть полость полого катода. Электроды с полым катодом могут простираться по существу параллельно друг другу, и могут быть ориентированы
20 перпендикулярно направлению движения подлежащей обработке подложки 11. В некоторых менее обычных вариантах осуществления полые катоды могут быть ориентированы под углом к направлению движения подложки. Первый и второй электроды с полым катодом по существу охвачены изоляционным материалом (не показан). Как первый, так и второй электроды с полым катодом оснащены
25 газовым входом для газа формирования плазмы и плазменным выходом 32 для ионизированного плазменного газа.
Покрытие 21 наложено на всю поверхность полости 12 каждого из двух электродов 13 с полым катодом для защиты электродов 13 от вызываемого произведенной в пределах полости 12 плазмой 16 распыления. Покрытие 21
30 дополнительно наложено на выходное отверстие 32 для плазмы каждого из электродов 13 с полым катодом. Покрытие 21 по существу предотвращает формирование твердотельных фрагментов, которые могут упасть на подложку 11 во время осаждения тонкопленочного покрытия. Покрытие 21 также помогает
стабилизировать рабочее напряжение плазменного устройства во время продолжительной работы.
Покрытые электроды настоящего изобретения могут быть встроены в широкий спектр устройств, включая сюда плазменные источники и ионные 5 источники. Несколько типовых вариантов осуществления плазменных
источников, содержащих покрытые уменьшающим образование макрочастиц покрытием электроды согласно различным аспектам настоящего изобретения описаны ниже.
В одном варианте осуществления предоставлен плазменный источник,
10 причем плазменный источник содержит по меньшей мере два электрода,
соединенные друг с другом посредством источника мощности переменного тока. Источник мощности переменного тока подает к этим двум электродам изменяющееся или чередующееся биполярное напряжение. Каждый из этих двух электродов покрыт уменьшающим образование макрочастиц покрытием.
15 Биполярный источник питания первоначально приводит в действие первый электрод отрицательным напряжением, позволяя формирование плазмы, в то время как второй электрод приводится в действие положительным напряжением с целью наделения его ролью анода в цепи приложения напряжения. Затем первый электрод приводят в действие положительным напряжением, и
20 реверсируют роли катода и анода. Поскольку один из электродов приводят в действие отрицательным напряжением, в пределах соответствующей полости образуется разряд. Другой электрод в этом случае образует анод, заставляя электроны покидать плазму и перемещаться в сторону анода, тем самым замыкая электрическую цепь. Обычно при технологических условиях, которые являются
25 пригодными для нанесения покрытия или поверхностной обработки, электроды настоящего изобретения подвергают интенсивному водяному охлаждению. Плазменные источники согласно изобретению не требуют каких-либо дополнительных электродов, ускорительных сеток, магнитных полей, шунтов или нейтрализаторов. Поэтому, они являются менее сложными, и тем самым,
30 менее дорогостоящими, чем другие плазменные источники. Однако при
потребности, в силу конкретных причин, совместно с конструкцией полых катодов согласно настоящему изобретению могут быть использованы магниты и/или дополнительные электроды.
Фиг. 3 показывает двойной плазменный источник с полым катодом согласно различным аспектам настоящего изобретения. Один полый катод 13 расположен в непосредственной близости ко второму полому катоду 13 и выровнен по существу параллельно ему. Каждый из полых катодов 13 имеет 5 выходное отверстие 32 для плазмы, которое выполнено обращенным к подложке 11. Полые катоды выполнены таким образом, что расстояние между плазменными соплами расположено в диапазоне 50-400 мм.
Электроизоляционный материал 14 расположен вокруг полых катодов, и ограничивает формирование посторонней плазменной эмиссии на внешних
10 поверхностях электродов.
Каждый из полых катодов 13 состоит из испускающих электроны материалов, причем часть каждого полого катода, которая создает плазму и взаимодействует с ней, покрыта уменьшающим образование макрочастиц покрытием 21. При потребности, такое покрытие также может быть наложено на
15 выходные отверстия 32 для плазмы. Во время работы плазменного источника покрытия 21 непосредственно контактируют с образующим плазму газом, и являются по существу стойкими к химической реакции с образующим плазму газом. Когда плазменный источник непрерывно эксплуатируют в течение длительных периодов времени, покрытия 21 являются по существу стойкими к
20 химической реакции с образующим плазму газом в течение по меньшей мере
100 часов или по меньшей мере 300 часов продолжительной работы. Кроме того, в вариантах осуществления покрытие является стойким к химической реакции с образующим плазму газом, когда входная мощность на метр плазменной длины превышает 20 кВт или превышает 40 кВт. Покрытия 21 тем самым защищают
25 электроды, которые в противном случае реагируют с плазменным газом, и продлевают их срок службы.
Два полых катода отделены друг от друга содержащим газ пространством 20. Полые катоды электрически соединены друг с другом биполярным и несовпадающим по фазе способом посредством источника мощности
30 переменного тока (не показан), как описано выше. Области 16 происходящих в пределах полостей полых катодов электронных колебаний показаны на фиг. 3. Этот плазменный источник с полым катодом оснащен входной трубой прекурсорного газа и коллектором 19 для подачи подлежащих осаждению посредством PECVD прекурсорных газов. В варианте осуществления на фиг. 3
коллекторы 19 реагирующего газа изготовлены из неэлектропроводного материала. Однако эти газовые коллекторы могут быть изготовлены из электропроводного материала, когда, как понятно специалистам в области техники, между коллектором и электродами предоставлена надлежащая 5 изоляция. Трубы 18 также предоставлены для подачи реагирующих газов.
Когда разность потенциалов приложена к полым катодам 13, происходит создание плазмы. Подаваемое на плазменный источник напряжение может быть в диапазоне от примерно 100 В до примерно 2000 В. Типичный диапазон - от примерно 300 В до примерно 1200 В, или, более конкретно, от 400 В до 700 В.
10 Плазменные источники согласно настоящему изобретению могут быть
использованы при чрезвычайно высоких значениях удельной мощности. В вариантах осуществления удельная мощность превышает 20 кВт или превышает 40 кВт входной мощности на метр длины плазмы.
Для получения распределенной и однородной плазмы полярности этих двух
15 электродов в плазменном источнике с полым катодом переключают от
положительной к отрицательной с некоторой заранее заданной частотой. Пространство между плазменными соплами этих двух электродов является местом протекания электрического тока. Это пространство может быть выполнено изменяющимся в зависимости от расстояния в зависимости от
20 используемых параметров покрытия. Это расстояние может составлять от
примерно 1 мм до примерно 0,5 м, его задают, среди прочего, в зависимости от конструкции устройства формирования плазмы и от рабочего давления охватывающего электроды газа.
Для плазменного выхода и сопла 32 являются возможными различные
25 расположения и формы. Как правило, они представлены матрицами из
отверстий. Они могут также содержать паз или удлиненное отверстие. Имеется падение давления газа между полыми полостями катода и внешней частью, то есть вакуумной камерой. Для обеспечения стабильности плазмы достаточно высокий уровень давления поддерживают в полости 12 катода, чем достигают
30 оттока ионизированного газа из полости во внешнюю часть. Тем самым, сопла 32 дистанцируют электроды от атмосферы процесса покрытия в вакуумной камере и поэтому уменьшают вероятность загрязнения со стороны инжектируемого прекурсора покрытия.
Произведенная плазма является длинной (например, > 0,5 метра), стабильной и однородной линейной плазмой, выгодной для процессов PECVD, которая создана без помощи дрейфа электронов в замкнутой цепи (например, эффекта Холла).
5 Полости полых катодов противоположной полярности должны быть
электрически изолированы друг от друга. Соответственно, в устройстве PECVD на фиг. 3 вокруг каждого из полых катодов 12 предоставлена изоляция 14. Изоляция может быть представлена твердотельной диэлектрической изоляцией или темным пространством. Ширина темного пространства зависит от давления,
10 и может составлять от примерно 0,3 мм до примерно 3 мм в диапазоне давления от примерно 1 миллибар до примерно 10"3 миллибар.
Для покрытия или поверхностной обработки подложек большой площади полые катоды могут быть удлинены до протяженности по меньшей мере 23 метра. На фиг. 3 удлинение может быть произведено в восходящем
15 направлении при рассмотрении от плоскости чертежа.
На фиг. 4 показан вариант осуществления плазменного источника с полым катодом согласно различным аспектам настоящего изобретения. Фиг. 4 является подобной фиг. 3 в том плане, что оба варианта осуществления изображают расположенные друг рядом с другом полые катоды. На фиг. 4, однако,
20 количество полых катодов увеличено от 2 до 4 для формирования матрицы из расположенных друг рядом с другом полых катодов. Точное количество полых катодов особым образом не ограничено, и может быть отрегулировано по потребности, как она распознана специалистами в области техники ввиду раскрытия настоящего документа. Как правило, могут быть использованы 4, 6
25 или 8 полых катодов, однако при потребности, также могут быть использованы более 8 полых катодов.
Области полых катодов 13, 13', которые создают плазму и взаимодействуют с ней, покрыты уменьшающим образование макрочастиц покрытием 21. Кроме того, выходные отверстия 32 для плазмы каждого полого
30 катода могут быть покрыты уменьшающим образование макрочастиц покрытием 21. В устройстве на фиг. 4 полые катоды 13, 13' электрически соединены с чередующимися по фазе напряжениями. Полые катоды 13 не могут совпадать по фазе с полыми катодами 13', однако являются возможными альтернативные конфигурации полярности. Таким образом, каждый полый катод матрицы может
иметь с обеих своих сторон полый катод, с которым он находится вне фазы по напряжению. Каждый из полых катодов охвачен изоляцией 14. Изоляция может представлять собой твердотельный изолятор или темное пространство. Ширина темного пространства зависит от давления и может составлять от примерно 5 0,3 мм до примерно 5 мм в диапазоне давления от примерно 1 миллибар до
примерно 10"3 миллибар. Внешние поверхности полых катодов на каждом конце матрицы и на обратной части матрицы также закрыты изоляционным материалом для сокращения формирования плазмы на обратной части или боковых сторонах устройства PECVD на фиг. 4.
10 Реагирующий газ может быть поставлен непосредственно в область
электронных колебаний через трубы 18. В качестве неограничивающего примера, когда требуется получение слоя оксинитридного типа, коллектор реагирующего газа может быть запитан кислородом и азотом.
Коллекторы 19 прекурсорного газа, могут быть запитаны различными
15 прекурсорными газами таким образом, что на подложке 11 образуют
многослойное осаждение по мере того, как ее перемещают мимо плазменного источника на фиг. 4. Дополнительные варианты осуществления могут включать в себя обеспечение инертного плазменного газа, а также поставку реагирующего газа и прекурсорного газа либо через коллекторы прекурсора в виде газовой
20 смеси, либо через пары коллекторов. В качестве неограничивающего примера, когда требуется система покрытия стекол в составе: стекло/БЮг/ТЮг/ЗпОг, три последовательных коллектора прекурсорного газа могут быть запитаны соответствующими прекурсорными газами, которые содержат кремний, титан и олово, соответственно. В тех случаях, когда требуется очень высокая
25 интенсивность осаждения для единственного материала, тот же прекурсорный газ может быть инжектирован в более чем один коллектор 19 прекурсора. Достигаемая с помощью этой конфигурации интенсивность осаждения по меньшей мере примерно 0,2 мкм/сек может быть в этом случае умножена на число пар полых катодов, (например, одна пара полых катодов соответствует
30 интенсивности осаждения по меньшей мере примерно 0,2 мкм/сек, две пары полых катодов соответствуют интенсивности осаждения по меньшей мере примерно 0,4 мкм/сек, три пары полых катодов соответствуют интенсивности осаждения по меньшей мере примерно 0,6 мкм/сек).
В варианте осуществления на фиг. 4 коллектор 19 прекурсорного газа изготовлен из неэлектропроводного материала. Однако эти газовые коллекторы могут быть изготовлены из электропроводного материала, когда, как понятно специалистам в области техники, между коллектором и электродами 5 предоставлена надлежащая изоляция.
Для покрытия или поверхностной обработки подложек большой площади полые катоды могут быть удлинены до протяженности по меньшей мере 23 метра. На фиг. 4 удлинение может быть произведено в восходящем направлении при рассмотрении от плоскости чертежа.
10 Внутренний размер полости полого катода в плазменном источнике с
полым катодом изменяется в зависимости от давления. В контексте настоящего документа, внутренний размер полости полого катода является характерным расстоянием полого катода, мерой размера области электронных колебаний. Типичное давление в полости может составлять от примерно 1 миллибара до
15 примерно 10"2 миллибаров. При давлении в полости от примерно 0,5 миллибара до примерно 1 миллибара оптимальное расстояние может составлять от примерно 2 мм до примерно 50 мм. Предпочтительным является расстояние от примерно 10 мм до примерно 50 мм. При рабочем давлении газа примерно 10"2 миллибаров оптимальное расстояние может составлять от примерно 10 мм
20 до примерно 100 мм. Большие расстояния могут обеспечивать формирования плазмы в этих низких диапазонах давления, однако ограничение по размерам начинает создавать практические проблемы при изготовлении устройств. Предпочтительным в этом случае является расстояние от примерно 50 мм до примерно 100 мм. Длина плазмы согласно настоящему изобретению может быть
25 сделана по потребности сколь угодно протяженной или короткой путем
изменения длины поверхностей испускания электронов. Разновидности плазмы согласно настоящему изобретению могут быть сделаны весьма протяженными, то есть более 0,5 метра.
Вышеупомянутые преимущества плазменных источников согласно
30 настоящему изобретению оказывают непосредственное воздействие в области покрытий большой площади, таких как покрытия стекол большой площади. Стеклянные подложки покрывают тонкими пленками, которые включают в себя, но не ограничиваются: 1) диэлектрические тонкие пленки, 2) прозрачные проводящие тонкие пленки, 3) полупроводниковые тонкие пленки, и 4)
контролирующие поступление света тонкие пленки. Относительно вышеупомянутых групп покрытий, такие их свойства, как степень кристаллизации, растягивающее напряжение и пористость могут быть приспособлены путем регулирования конкретных параметров осаждения 5 плазменных источников согласно настоящему изобретению.
Различные материалы, которые могут быть осаждены посредством плазменных устройств и способов в соответствии с настоящим изобретением, не ограничены, прежде всего, диэлектрическими материалами, прозрачными проводящими материалами и/или полупроводниками. При потребности, с 10 помощью плазменных устройств и способов согласно настоящему изобретению могут быть осаждены органические материалы. Например, подвергаемый воздействию плазмы от описанных в настоящем документе плазменных устройств органический мономер может получить достаточно энергии для своей полимеризации.
15 Другие варианты осуществления настоящего изобретения не предназначены
для ограничения в каком-либо виде. Специалисты в области техники способны к распознанию и оценке возможностей приспособления описанных в настоящем документе устройств и способов без отступления от духа или объема настоящего изобретения.
20 Примеры Пример 1
Уменьшающие образование макрочастиц покрытия уменьшают накопление макрочастиц на подложке во время продолжительной работы плазменного источника
25 Устремление изобретателей состояло в выявлении способности
уменьшающих образование макрочастиц покрытий согласно настоящему изобретению к уменьшению формирования макрочастиц на подложке во время продолжительной работы плазменного источника. Первое испытание было выполнено с использованием плазменного источника с полым катодом, который
30 содержит два непокрытых электрода из нержавеющей стали ("2kw Plain SS" (непокрытые из нержавеющей стали на 2 кВт)). Эти электроды размещены по существу параллельно друг другу, а расстояние между центрами каждой полости полого катода составляет 116 мм. Длина плазмы составляет 100 мм при измерении вдоль каждого из электродов, то есть между центрами самых
удаленных плазменных сопел каждого электрода. Плазменный источник размещен над керамической подложкой, и используется для создания плазмы в течение времени эксплуатации примерно 160 часов. Это испытание было повторено с отдельным непокрытым электродом из нержавеющей стали при тех 5 же условиях ("2kW Plain SS #2").
Второе испытание было выполнено с использованием плазменного источника с полым катодом, в котором уменьшающее образование макрочастиц покрытие, содержащее карбид вольфрама (WC) и 12% кобальтового связующего, было напылено на поверхности создания плазмы двух электродов с полым
10 катодом из нержавеющей стали ("2kW WC coated" (с покрытием из карбида вольфрама на 2 кВт)). Покрытие было наложено с помощью процесса плазменного напыление с толщиной примерно 100 мкм. Эти электроды размещены по существу параллельно друг другу, а расстояние между центрами каждой полости электрода составляет 116 мм. Плазменный источник размещен
15 над керамической подложкой и используется для создания плазмы в течение времени эксплуатации примерно 140 часов.
Во время испытаний с использованием непокрытых электродов из нержавеющей стали (2kW Plain SS и 2kW Plain SS #2) накопленные на подложке макрочастицы располагались ниже электродов. Во время испытания с
20 использованием плазменного источника со встроенными в нем покрытыми уменьшающим образование макрочастиц покрытием электродами (2kW WC coated) на подложке было накоплено значительно уменьшенное количество макрочастиц. Эти данные показаны на фиг. 5.
Накопленные во время каждого из испытаний частицы имели
25 неправильную форму. Поэтому, замеры частиц были проведены по их самому протяженному измерению. В испытаниях с использованием непокрытых электродов из нержавеющей стали (2kW Plain SS и 2kW Plain SS #2) макрочастицы с длиной более 1 мм начали накапливаться после 20 часов времени эксплуатации плазмы. Макрочастицы продолжали свое накопление на
30 протяжении всей продолжительности эксплуатации. В испытаниях с
использованием покрытых электродов из нержавеющей стали (2kW WC coated) появление на подложке макрочастиц с длиной более 1 мм не было зарегистрировано примерно до 120 часов времени эксплуатации плазмы. Хотя макрочастицы продолжали появляться во время эксплуатации, совокупное
количество частиц в конце эксплуатации было значительно уменьшено при использовании покрытых электродов по сравнению с совокупным количеством частиц к тому же временному моменту в любом из испытаний с использованием непокрытых электродов из нержавеющей стали. Соответственно, 5 представленные на фиг. 5 данные демонстрируют, что обеспечение
уменьшающего образование макрочастиц покрытия на создающих плазму электродах является эффективным в деле уменьшения формирования твердых частиц и фрагментов на размещенной под электродами подложке во время продолжительной работы плазменного источника. Кроме того, покрытие как 10 таковое не было удалено плазмой во время этой испытательной эксплуатации. Таким образом, покрытия эффективно защитили электроды из нержавеющей стали покрытого источника, уменьшили формирование макрочастиц и продлили срок службы электродов. Пример 2
15 Уменьшающие образования макрочастиц покрытия уменьшают
формирование макрочастиц в полостях электродов с полым катодом во время
продолжительной работы плазменного источника.
Устремление изобретателей состояло в выявлении способности
уменьшающих образование макрочастиц покрытий согласно настоящему 20 изобретению к уменьшению формирования макрочастиц во внутренних полостях
электродов с полым катодом во время продолжительной работы плазменного
источника.
Фиг. 6 показывает результаты эксперимента, причем электроды с полым катодом были предоставлены и выполнены в плазменном источнике. Внутренние
25 полости полых катодов, где происходит формирование плазмы, либо непокрыты (Plain SS), либо покрыты покрытием из карбида вольфрама (WC Coated). Покрытие имеет примерную толщину 100 мкм, и содержит 12% кобальтового связующего. Плазменные источники были использованы для создания плазмы в течение заданного промежутка времени, превышающего 100 часов. Конкретно,
30 заданный промежуток времени составлял 100-200 часов.
По завершении этого времени эксплуатации полые катоды были удалены, а накопленные в их внутренних полостях свободные внутренние фрагменты взвешены. Средние интенсивности формирования внутренних фрагментов (грамм/час) были вычислены и показаны на фиг. 6. При подаче к электродам
мощности 2 кВт во внутренних полостях непокрытых электродов имело место образование фрагментов. Однако, при подаче к электродам мощности 2 кВт и при использовании для создания плазмы покрытых электродов, формирование фрагментов было почти необнаружимым. Когда подаваемая к электродам 5 мощность была повышена до 4 кВт интенсивность формирования фрагментов в непокрытых электродах значительно возросла. Интенсивность формирования фрагментов в покрытых электродах при 4 кВт мощности была значительно меньшей по сравнению с непокрытыми полыми катодами.
Соответственно, представленные на фиг. 6 данные демонстрируют то
10 обстоятельство, что обеспечение уменьшающего образование макрочастиц покрытия на создающих плазму электродах является эффективным в деле уменьшения образования твердых частиц и формирования фрагментов на поверхностях электродов как таковых, например, во внутренней полости полого катода во время продолжительной работы плазменного источника.
15 Пример 3
Уменьшающие образование макрочастиц покрытия стабилизируют выходное напряжение во время продолжительной работы плазменного источника
Устремление изобретателей состояло в выявлении способности 20 уменьшающих образование макрочастиц покрытий согласно настоящему
изобретению к уменьшению дрейфа напряжения плазменного источника во
время продолжительной работы.
Выходное напряжение было подвергнуто сравнению между плазменным
источником с полым катодом, содержащим непокрытые электроды из 25 нержавеющей стали, и подобным ему плазменным источником с полым катодом,
включающим в свой состав покрытые уменьшающим образование макрочастиц
покрытием электроды во время продолжительной работы плазменных
источников.
В первом испытании плазменный источник с полым катодом содержит два 30 непокрытых электрода из нержавеющей стали, используемых для создания плазмы в ходе испытательной эксплуатации, длящейся по меньшей мере 144 часа при удельной мощности 20 кВт/м. Как показано на фиг. 7 А, в течение испытательной эксплуатации рабочее напряжение повысилось примерно на 20 В.
Когда в подобном испытании мощность была повышена до 40 кВт/м, напряжение в течение испытательной эксплуатации повысилось примерно на 40 В, как показано на фиг. 7В. Показанные на графиках кратковременные падения напряжения происходят вследствие изменения давления во время 5 удаления и повторного введения подложек.
Во втором испытании плазменный источник с полым катодом, содержащий поверхности испускания электронов из нержавеющей стали, покрытые покрытием с толщиной примерно 100 мкм, был размещен над подложкой и использован для создания плазмы в ходе испытательной эксплуатации, длящейся
10 по меньшей мере 144 часа при удельной мощности 20 кВт/м. Покрытие содержит карбид вольфрама (WC) с 12% кобальтового связующего. Как показано на фиг. 7Б, рабочее напряжение остается более стабильным по сравнению с эксплуатацией с использованием непокрытых электродов. Во время этого испытания с использованием покрытых электродов напряжение за время
15 эксплуатации отдрейфовало вниз менее чем на 10 В. Когда в подобном испытании мощность была повышена до 40 кВт/м, напряжение в течение испытательной эксплуатации оставалось практически постоянным, как показано на фиг. 7Г. Как и в вышеописанном случае, показанные на графиках кратковременные падения напряжения происходят вследствие изменения
20 давления во время удаления и повторного введения подложек.
Как можно заметить путем сравнения выходного напряжения покрытых электродов на фиг. 7Б (или фиг. 7Г) и непокрытых электродов из нержавеющей стали фиг. 7А (или фиг. 7В), при продолжительной работе плазменного источника покрытые электроды производят более стабильное выходное
25 напряжение по сравнению с непокрытыми электродами. Более конкретно,
покрытия предотвращают дрейф напряжения во время продолжительной работы плазменных источников.
Хотя настоящее изобретение описано относительно конкретных вариантов осуществления, оно не является ограниченным в рамках сформулированных
30 специфических подробностей, но включает в себя доступные для специалистов в данной области техники различные изменения и модификации, все из которых находятся в пределах объема изобретения, как он задан следующей формулой изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Плазменный источник, содержащий:
первый электрод и второй электрод, разделенные содержащим газ 5 пространством, причем, по меньшей мере, на части каждого из числа первого электрода и второго электрода осаждено покрытие,
источник мощности, с которым электрически соединены первый и второй электроды и который выполнен для подачи напряжения, которое чередуется между положительным и отрицательным значениями для принуждения 10 подаваемого к первому электроду напряжения к несовпадению по фазе с
подаваемым ко второму электроду напряжением и для создания протекающего между электродами тока,
причем ток создает между электродами плазму, которая является по
существу однородной по ее длине,
15 причем первый и второй электроды ограждены от контакта с плазмой
посредством покрытия, и
причем покрытие является стойким к образованию твердых частиц.
2. Плазменный источник по п. 1, причем плазма является по существу
20 однородной по ее длине при отсутствии по существу дрейфа электронов в
замкнутой цепи.
3. Плазменный источник по одному из п. п. 1 или 2, причем плазменный источник выполнен для осаждения покрытия с использованием
25 плазмостимулируемого химического осаждения из паровой фазы (PECVD).
4. Плазменный источник по одному из п.п. 1-3, причем плазменному источнику предоставляют входную мощность более 20 кВт на линейный метр длины плазмы.
5. Плазменный источник по п. 4, причем плазменному источнику
предоставляют входную мощность более 40 кВт на линейный метр длины
плазмы.
6. Плазменный источник по одному из п.п. 1-5, причем первый электрод и второй электрод производят уменьшенный по сравнению с непокрытыми электродами объем твердых частиц.
5 7. Плазменный источник по одному из п.п. 1-6, причем покрытие
содержит материал, имеющий низкую интенсивность распыления.
8. Плазменный источник по одному из п.п. 1-7, причем покрытие является по существу стойким к химической реакции с плазмой.
9. Плазменный источник по одному из п.п. 1-8, причем материал покрытия имеет удельное сопротивление менее 105 Ом*см.
10. Плазменный источник по п. 9, причем материал покрытия имеет
15 удельное сопротивление менее 103 Ом*см.
11. Плазменный источник по одному из п. п. 1-10, причем плазма содержит газ аргон, а интенсивность распыления составляет менее 0,5 атома на ион при энергии ионов 500 эВ.
12. Плазменный источник по п. 11, причем интенсивность распыления составляет менее 0,2 атома на ион при энергии ионов 500 эВ.
13. Плазменный источник по одному из п.п. 1-12, причем покрытие
25 содержит материал, выбранный из группы, состоящей из бора, углерода, никеля, алюминия, кремния, переходных металлов и их комбинаций.
14. Плазменный источник по одному из п.п. 1-13, причем покрытие содержит карбид вольфрама.
15. Плазменный источник по одному из п.п. 1-14, причем покрытие
содержит карбид хрома.
16. Плазменный источник по одному из п.п. 1-15, причем покрытие содержит карбид бора.
17. Плазменный источник по одному из п.п. 1-16, причем покрытие содержит карбид кремния.
18. Плазменный источник по одному из п.п. 1-17, причем покрытие содержит карбид алюминия.
19. Плазменный источник по одному из п.п. 1-18, причем покрытие содержит окись индия с добавкой олова.
20. Плазменный источник по одному из п.п. 1-19, причем металл выбран из группы, состоящей из вольфрама, хрома, титана, молибдена и циркония.
21. Плазменный источник по одному из п. п. 1-20, причем покрытие содержит металлический сплав.
22. Плазменный источник по одному из п.п. 1-21, причем покрытие содержит более 50 % по массе одного или нескольких материалов, выбранных из группы, состоящей из кобальта, молибдена, никеля, хрома и их сплавов.
23. Плазменный источник по одному из п. п. 1-22, причем покрытие содержит металлический сплав, выбранный из группы, состоящей из алюминия, кремния, никеля, хрома и никель-хрома.
24. Плазменный источник по одному из п.п. 1-23, причем покрытие содержит проводящий керамический материал.
25. Плазменный источник по одному из п.п. 1-24, причем покрытие имеет коэффициент распыления менее 1 атома на ион при воздействии ионов аргона с энергией примерно 500 эВ.
16.
26. Плазменный источник по п. 25, причем покрытие имеет коэффициент распыления менее 0,5 атома на ион при воздействии ионов аргона с энергией примерно 500 эВ.
5 27. Плазменный источник по одному из п.п. 1-26, причем покрытие имеет
энергию связи более 12 эВ на молекулу.
28. Плазменный источник по одному из п.п. 1-27, причем покрытие содержит карбид, выбранный из группы, состоящей из карбида титана, карбида
10 циркония, карбида гафния, карбида хрома и карбида тантала.
29. Плазменный источник по одному из п.п. 1-28, причем первый электрод и второй электрод образуют первую пару электродов, и плазменный источник, кроме того, содержит, по меньшей мере, третий электрод и четвертый электрод,
15 образующие вторую пару электродов, причем первая пара и вторая пара электродов расположены в матрице друг рядом с другом.
30. Плазменный источник по п. 29, причем каждый из числа первого электрода и второго электрода выполнен для производства разряда полого
20 катода.
31. Плазменный источник по п. 29, причем каждый из числа первого, второго, третьего и четвертого электродов выполнен для производства разряда полого катода.
32. Способ формирования тонкопленочного покрытия на подложке с использованием плазменного источника по одному из п.п. 1-32, содержащий нанесение тонкопленочного покрытия на подложку с использованием плазмостимулируемого химического осаждения из паровой фазы.
33. Способ по п. 32, причем покрытие стабилизирует напряжение
плазменного источника путем предотвращения дрейфа напряжения для заранее
заданного периода времени во время работы плазменного источника.
34. Способ по п. 33, причем заданный период времени превышает
100 часов.
35. Электрод, размещенный в устройстве плазменного источника и
5 содержащий:
первую создающую плазму поверхность электрода, и
осажденное, по меньшей мере, на части первой создающей плазму поверхности электрода покрытие,
причем покрытие содержит материал, имеющий удельное сопротивление 10 менее 107 Ом*см,
причем электрод электрически соединен с источником мощности для
подачи чередующегося между положительным и отрицательным значениями
напряжения и выполнен для создания плазмы вблизи первой создающей плазму
поверхности электрода, и
15 причем часть первой создающей плазму поверхности, на которой осаждено
покрытие, ограждена от контакта с плазмой посредством покрытия.
36. Электрод по п. 35, причем покрытие, кроме того, содержит связующее.
20 37. Электрод по п. 36, причем связующее содержит по меньшей мере один
компонент из числа кобальта, никеля и хрома.
38. Электрод по одному из п.п. 36 и 37, причем связующее составляет примерно 5-30 % по массе от покрытия.
39. Электрод по одному из п.п. 35-38, причем толщина покрытия расположена между 100 и 500 мкм.
40. Электрод по п. 39, причем толщина покрытия расположена между 1 и
30 100 мкм.
41. Электрод по одному из п.п. 35-40, причем покрытие является стойким
к распылению посредством плазмы.
42. Электрод по одному из п.п. 35-41, причем покрытие осаждено, по меньшей мере, на части первой создающей плазму поверхности электрода посредством процесса термического покрытия напылением.
5 43. Электрод по п. 42 , причем используемый для нанесения покрытия
процесс покрытия напылением является одним из процессов плазменного термического покрытия напылением, плазменного холодного покрытия напылением, пламенного напыления, проводного электродугового напыления, детонационного напыления и высокоскоростного кислородно-топливного 10 (HVOF) термического покрытия напылением.
44. Электрод по одному из п.п. 35-43, причем электрод содержит материал, выбранный из группы, состоящей из стали, нержавеющей стали, алюминия и меди.
45. Электрод по одному из п.п. 35-44, причем напряжение составляет от 400 В до 700 В.
46. Электрод по одному из п.п. 35-45, причем покрытие на электроде
20 предотвращает дрейф напряжения во время продолжительной работы
плазменного источника.
47. Способ формирования тонкопленочного покрытия на подложке,
содержащий размещение электрода по одному из п.п. 35-46 в плазменном
25 источнике, выполненном для выполнения плазмостимулируемого химического осаждения из паровой фазы, и осаждение тонкопленочного покрытия на подложку.
48. Способ по п. 47, причем покрытие является достаточным для
30 стабилизации напряжения плазменного источника путем предотвращения
дрейфа напряжения в течение заранее заданного периода времени.
49. Способ по п. 48, причем заранее заданный период времени превышает
100 часов.
50. Покрытие, осажденное способом по одному из п.п. 47-49.
51. Покрытие, осажденное, по меньшей мере, на части создающей плазму поверхности электрода, причем покрытие контактирует с образующим плазму газом, и причем покрытие является по существу стойким к химической реакции с образующим плазму газом.
52. Покрытие по п. 51, причем электрод размещен в плазменном источнике, а покрытие является по существу стойким к химической реакции с образующим плазму газом в течение по меньшей мере 100 часов непрерывной работы плазменного источника.
53. Покрытие по одному из п.п. 51-52, причем электрод размещен в плазменном источнике, а покрытие является по существу стойким к химической реакции с образующим плазму газом в течение по меньшей мере 300 часов непрерывной работы плазменного источника.
54. Покрытие по одному из п.п. 51-53, причем покрытие имеет энергию связи более 12 эВ на молекулу.
55. Покрытие по одному из п.п. 51-54, причем покрытие выбрано из группы, состоящей из карбида титана, карбида циркония, карбид гафния, карбида хрома и карбида тантала.
56. Покрытие по одному из п.п. 51-55, причем покрытие является стойким к химической реакции с образующим плазму газом во время продолжительной работы плазменного источника при входной мощности на метр длины плазмы более 20 кВт.
57. Покрытие по одному из п.п. 51-56, причем покрытие является стойким к химической реакции с образующим плазму газом во время продолжительной работы плазменного источника при входной мощности на метр длины плазмы более 40 кВт.
50.
58. Плазменный источник по п. 22, причем покрытие дополнительно содержит 49 % по массе или менее алюминия или кремния.
5 59. Плазменный источник по п.п. 22 или п. 58, причем покрытие имеет
ионную или ковалентную связь.
Фиг. 1
Уровень техники
Фиг. 3
Фиг. 5
Формирование внутренних отложений электрода
_ о.озоо т
Фиг. 6
о го у
Фиг. 7А
Фиг. 7 Б
Рабочее напряжение с непокрытыми электродами из нержавеющей стали при 40 кВт/м
700 j 680 -660 -640 620
х 600 -¦ I 580 +
с 560
^ 540 520 500
0:00:
1 j , ! , ^
00 12:00:00 24:00:00 36:00:00 48:00:00 60:00:00 72:00:00 84:00:00 96:00:00 Продолжительность испытания (ч:м:сек)
Фиг. 7 В
Рабочее напряжение с электродами с покрытием из карбида вольфрама при 40 кВт/м 700
680 -
ббо ¦• -- --IZ". 640 ¦•¦
620 -
600 --
580 -•
560 •
540 --
520 -¦
500 -
0:00:00 12:00:00 24:00:00 36:00:00 48:00:00 60:00:00 72:00:00 84:00:00 96:00:00 Продолжительность испытания (ч:м:сек)
Фиг. 7 Г
- 4 -
- 7 -
- 7 -
- 10 -
- 13 -
- 13 -
- 15 -
-16 -
- 18 -
- 18 -
-31 -
-31 -
- 32 -
- 32 -
- 33 -
- 34 -
- 37 -
- 37 -
1/10
1/10
4/10
4/10
.18
.18
6/10
6/10
7/10
7/10
9/10
9/10
9/10
9/10
9/10
9/10
