CZ2016603A3 - Způsob řízení rychlosti depozice tenkých vrstev ve vakuovém vícetryskovém plazmovém systému a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents
Způsob řízení rychlosti depozice tenkých vrstev ve vakuovém vícetryskovém plazmovém systému a zařízení k provádění tohoto způsobu Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2016603A3 CZ2016603A3 CZ2016-603A CZ2016603A CZ2016603A3 CZ 2016603 A3 CZ2016603 A3 CZ 2016603A3 CZ 2016603 A CZ2016603 A CZ 2016603A CZ 2016603 A3 CZ2016603 A3 CZ 2016603A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- plasma
- deposition
- substrate
- nozzles
- hollow cathode
- Prior art date
Links
- 230000008021 deposition Effects 0.000 title claims abstract description 59
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 18
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims 1
- 239000010408 film Substances 0.000 abstract description 4
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 abstract 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 53
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 12
- 238000005546 reactive sputtering Methods 0.000 description 7
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 5
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- -1 their oxides Chemical class 0.000 description 2
- 238000000427 thin-film deposition Methods 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical group [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001636 atomic emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CXOWYMLTGOFURZ-UHFFFAOYSA-N azanylidynechromium Chemical compound [Cr]#N CXOWYMLTGOFURZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000010410 dusting Methods 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000010849 ion bombardment Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 1
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 1
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N tungsten(VI) oxide Inorganic materials O=[W](=O)=O ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N zinc oxide Inorganic materials [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
- C23C14/542—Controlling the film thickness or evaporation rate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/08—Oxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/3492—Variation of parameters during sputtering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
- C23C14/542—Controlling the film thickness or evaporation rate
- C23C14/543—Controlling the film thickness or evaporation rate using measurement on the vapor source
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/56—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
- C23C14/562—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks for coating elongated substrates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
- C23C16/503—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using DC or AC discharges
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
- C23C16/513—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using plasma jets
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
- C23C16/515—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using pulsed discharges
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/32532—Electrodes
- H01J37/32568—Relative arrangement or disposition of electrodes; moving means
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/32532—Electrodes
- H01J37/32596—Hollow cathodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/32733—Means for moving the material to be treated
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/32733—Means for moving the material to be treated
- H01J37/32752—Means for moving the material to be treated for moving the material across the discharge
- H01J37/32761—Continuous moving
- H01J37/3277—Continuous moving of continuous material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32917—Plasma diagnostics
- H01J37/32935—Monitoring and controlling tubes by information coming from the object and/or discharge
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32917—Plasma diagnostics
- H01J37/3299—Feedback systems
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
- H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
- H01J2237/332—Coating
- H01J2237/3321—CVD [Chemical Vapor Deposition]
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
Způsob řízení rychlosti depozice tenkých vrstev ve vakuovém vícetryskovém plazmovém systému a zařízení k provádění tohoto způsobu
Oblast techniky
Vynález spadá do oblasti aplikace technologických postupů při vytváření tenkých vrstev, zejména čistých kovů, jejich oxidů, nitridů či dalších sloučenin, na povrchu substrátu a týká se způsobu řízení rychlosti depozice tenkých vrstev ve vakuovém vícetryskovém plazmovém systému a zařízení k provádění tohoto způsobu při využití plazmochemických reakcí v aktivní zóně generovaného výboje. Řešení je uzpůsobeno zejména ve spojení s uplatněním technologií plazmové trysky pracující na principu výboje v duté katodě hořící v režimu HCA (Hollow Cathode Arc).
Současný stav techniky
Výboj v duté katodě jako technologický nástroj pro depozici tenkých vrstev je znám již od osmdesátých let minulého století. V praxi jsou systémy využívající nízkotlakou dutou katodu zpravidla tvořeny reaktorem ve formě uzemněné kovové nádoby, v níž je pracovní tlak udržován v rozpětí 10'5 až 102 Pa pomocí turbomolekulámí vývěvy. Tryskou, která slouží zároveň jako elektroda, proudí do reaktoru pracovní plyn a v její spodní části je umístěna dutá katoda, která je vyrobena z materiálu odpovídajícímu vytvářené vrstvě. Aby nemohlo dojít k přehřátí trysky, je tato chlazena zpravidla vodou protékající měděným chladičem, který trysku pevně obepíná. Prostřednictvím trysky jsou do systému dodávány zpravidla inertní pracovní plyny, zatímco reaktivní plyny, jako například kyslík nebo dusík, jsou do reaktoru přiváděny odděleně. Proud pracovního plynu v trysce lze regulovat do té míry, že jeho výtokové rychlost může být v závislosti na pracovním tlaku jak nadzvuková, tak podzvuková. K vygenerování plazmatu a zapálení výboje dochází v
-2ústí duté katody. Výboj je pak unášen proudícím pracovním plynem dovnitř reaktoru, kde se vytváří intenzivní plazma-chemický kanál, který je možné využít k technologickým účelům, jako je třeba nanášení tenkých vrstev, opracování povrchů apod. Výboj v duté katodě odprašuje povrch trysky, tedy duté katody, a takto odprášený materiál je plazmatickým kanálem unášen směrem k substrátu, kde vytváří deponovanou vrstvu. Výhodou popsaného systému je skutečnost, že tok částic na substrát není na rozdíl od magnetronu způsoben pouze difúzí kladně nabitých částic, ale je důsledkem subsonického nebo supersonického proudu pracovního plynu. Tohoto faktu lze s úspěchem využít k deponování vrstev na substráty komplikovaných tvarů, např. do dutin a podobně, neboť je možné nasměrovat proudící kanál přímo na požadovanou plošku, což je popsáno například ve spise CZ 283407 o názvu „Způsob a zařízení pro vytváření povlaku na vnitřních stěnách dutých substrátů, zejména trubic“. Další výhodou používání těchto metod je možnost depozice magnetických vrstev, protože magnetické pole generované deponovanou vrstvou jen velmi málo ovlivňuje tok částic na substrát. Klíčovou výhodou výboje v duté katodě ve srovnání s magnetronovým naprašováním je však vysoká depoziční rychlost při reaktivním naprašování, tzv. sputteringu. Protože tryskou zpravidla proudí pouze inertní pracovní plyn, například Ar, He apod., nedochází v průběhu depozice k oxidaci trysky a pokrývání jejího vnitřního povrchu tenkou dielektrickou vrstvou. Tento jev označovaný v praxi jako „target poisoning“ negativně ovlivňuje depoziční rychlost právě u magnetronových systémů, kde v závislosti na poměru průtoku reaktivní a nereaktivní složky pracovního plynu, v závislosti na odprašovaném materiálu, módu buzení výboje a v závislosti na výkonu absorbovaném ve výboji může depoziční rychlost reaktivního sputteringu klesnout až na zlomek depoziční rychlosti při naprašování čistého kovu. V případě výboje v duté katodě dochází ke kontaktu odprášeného materiálu a reaktivní složky pracovního plynu až vně trysky a požadovaná chemická reakce tak probíhá mimo erozní zónu rozprašovaného terče. Depoziční rychlost reaktivního naprašování je proto v případě duté katody plně srovnatelná s depoziční rychlosti nereaktivního sputteringu.
• · * , · · * a · · · * ♦ ♦ • · · · · · » · * ··· β · · » a ·»
4 4 4 4 4 · · · ·· · · · ·· » a · · · · 4 4· 4 · · 4
-3Vhodnými modifikacemi původní konfigurace duté katody se v posledních letech podařilo její depoziční rychlost ještě zvýšit. Například využitím pulzního režimu místo kontinuálního bylo možné dosáhnout vyšších hodnot středního výbojového proudu, a tím pádem i většího množství rozprášených částic, při zachování stejné teplotní zátěže. Toto bylo experimentálně ověřeno např. ve stati Hubička Z., Čada M., Potůček Z., Ptáček P, Čichová H., Málková Z., Jastrabík L. and Trunda B., Low pressure deposition of LixZnyO thin films by means of RF plasma jet system, Thin Solid Films 447, 656 (2004). Další významnou úpravou s pozitivním vlivem na depoziční rychlost bylo využití tzv. „hollow cathode arc” (HCA) režimu, jehož teorie je detailně popsána např. v práci: C. M. Ferreiraa and J. L. Delcroix, Theory of the hollow cathode arc, Journal of Applied Physics 49, 2380 (1979). Tryska duté katody, nebo alespoň její spodní část, není v tomto případě chlazena vodou a po zapálení výboje dochází v důsledku iontového dopadu, tzv. bombardmentu, k jejímu cílenému ohřevu. Ve stavu tepelné rovnováhy je vnitřní strana trysky ohřívána dopadajícími ionty a vnější strana ochlazována tepelnou radiací. V závislosti na použitém materiálu se může tryska ohřát i na více jak 1500°C a k růstu vrstvy tak přispívá nejen odprašování povrchu trysky, ale i její evaporace. S rostoucí teplotou je podíl evaporace vyšší. Tato metoda byla využita např. při depozici CrN vrstev a popsána v publikaci Baránková H., Bárdoš, L., and Gustavsson L.-E., High-rate hot hollow cathode arc deposition of chromium and chromium nitride films, Surface & Coatings Technology 188-189, 703 (2004).
Při porovnání použití technologie duté katody s magnetronovým naprašováním je možno uvést i některé nevýhody, když velkým handicapem je např. vysoká nehomogenita deponované vrstvy. Na rozdíl od magnetronu, kde velikost rovnoměrně poprášené plochy do značné míry koresponduje s velikostí rozprašovaného terče, je tloušťkový profil vrstvy naprášené dutou katodou vždy výrazně nehomogenní a má přibližně tvar rotačně symetrické dvoudimenzionální Gaussovy křivky. Nehomogenita vrstvy naprášené dutou katodou je tím větší, čím menší je vzdálenost mezi tryskou a substrátem. S rostoucí naprašovací vzdáleností ale významně klesá depoziční rychlost v ose symetrie. Přitom právě dobrá
-4homogenita vrstev a vysoká depoziční rychlost jsou klíčovými požadavky pro úspěšnou průmyslovou aplikaci vyvíjených systémů. K dosažení obou těchto cílů se v posledních letech testuje několik modifikací původního uspořádání duté katody. Jedním z nich je např. využití dvou deskových terčů umístěných paralelně proti sobě tak, jak je popsáno např. v odborném článku Kubo Y, Iwabuchi Y, Yoshikawa M., Sáto Y. and Shigesato Y, High rate deposition of photocatalytic TÍO2 films with high activity by hollow cathode gas-flow sputtering method, Journal of Vacuum Science & Technology A 26, 893 (2008). Tato technika je známa pod názvem gas-flow sputtering (GFS) a vůbec poprvé byla popsána v roce 1989 v článku Ishii K. Highrate low kinetic energy gas-flow-sputtering system, Journal of Vacuum Science & Technology A 7, 256 (1989). Principiálně je tato technika podobná výboji v duté katodě, dosahované depoziční rychlosti při reaktivním sputteringu jsou výrazně vyšší než u klasického magnetronového naprašování a homogenita deponovaných vrstev ve směru umístění terčů je s magnetronem plně srovnatelná.
Jiným možným způsobem jak kompenzovat tloušťkovou nehomogenitu vrstev popravených pomocí duté katody je využití tzv. vícetryskového systému, tedy uspořádat několik trysek vedle sebe do jedné řady tak, aby jednotlivé plazmatické kanály tvořily buď ucelenou plazmovou stěnu, nebo vzájemně kompenzovaly poklesy depozičních rychlostí při okrajích plazmových kanálů. Nejčastěji používaným regulačním mechanismem rychlosti depozice tenkých vrstev je proudová nebo výkonová regulace jednotlivých trysek. Je prokázáno, že zatímco v případě magnetronového naprašování je tento mechanismus plně dostačující, v případě výboje v duté katodě je použitelný pouze pro oblast doutnavého výboje. Bylo zjištěno, že pro nízké hodnoty výkonu a proudu roste depoziční rychlost spolu s absorbovaným výkonem. S nimi však roste i teplota nechlazené části trysky a v důsledku toho i odpovídající termoemise. V blízkosti bodu, kdy výboj přejde z režimu doutnavého výboje do režimu HCA, dojde k výraznému poklesu napětí a tím pádem i absorbovaného výkonu. Teplota trysky i depoziční rychlost však stále rostou. Z uvedeného je zřejmé, že v případě výboje v duté katodě pracující v režimu HCA není • 4 4 ·
-5depoziční rychlost jednoznačnou funkcí absorbovaného výkonu a použití výkonové regulace při vysokých depozičních rychlostech je komplikované.
V nedávné minulosti byly testovány i jiné způsoby regulace depoziční rychlosti. Například ve spisu US 20120193219 A1 - „Method for determining process-specific data of a vacuum deposition proces“ je popsána regulační metoda využívající optickou emisní spektroskopii k řízení některých parametrů při deponování tenkých vrstev prostřednictvím magnetronu. V jiném spisu US 4166783 A - „Deposition rate regulation by computer control of sputtering systems“ je popsána metoda zpětnovazební regulace depoziční rychlosti prostřednictvím počítačem řízeného monitoringu výkonu. Existují i další patentově chráněné postupy na řízenou depozici tenkých vrstev (viz. např. US5234561A či WO9002216A, žádný z nich však není aplikovatelný na výboj v duté katodě hořící v HCA režimu.
Úkolem předloženého vynálezu je představit nový způsob řízení rychlosti depozice tenkých vrstev ve vícetryskovém plazmovém systému a zařízení k provádění tohoto způsobu při využití plazmochemických reakcí v aktivní zóně generovaného výboje, kde pomocí jednoduchého regulačního mechanismu je možno spolehlivě kontrolovat depoziční rychlost jednotlivých dutých katod tvořících vícetryskový plazmový systém.
Podstata vynálezu
Stanoveného cíle je dosaženo vynálezem, kterým je způsob řízení rychlosti depozice tenkých vrstev ve vakuovém vícetryskovém plazmovém systému využívajícím plazmochemické reakce v aktivní zóně generovaného výboje a tvořeném alespoň jednou řadou plazmatických trysek, jejichž pracovní trubice jsou zakončeny dutou katodou, jejíž ústí je ustaveno v blízkosti horní plochy nosné soupravy s uloženým substrátem, kde podstata řešení spočívá v tom, že při depozici tenké vrstvy na substrát je po samostatném zapálení výbojů v každé plazmové trysce a při řízení jejich parametrů prostřednictvím vnějších zdrojů napětí je teplota každé
-6duté katody bezkontaktně monitorována vlastním pyrometrem a na základě vyhodnocení naměřených hodnot teploty a nastavených parametrů výboje je pomocí řídící jednotky regulován efektivní proud v každé z plazmatických trysek tak, aby depoziční rychlosti všech dutých katod plazmatických trysek byly shodné.
Ve výhodném provedení vynálezu je v případě stejnosměrného výboje regulována střední hodnota proudu a v případě pulzně modulovaného výboje je regulována střída.
Další podstatou vynálezu je zařízení k provádění způsobu řízení rychlosti depozice tenkých vrstev ve vakuovém vícetryskovém plazmovém systému využívajícím plazmochemické reakce v aktivní zóně generovaného výboje a tvořeném alespoň jednou řadou plazmatických trysek, jejichž pracovní trubice jsou zakončeny dutou katodou, jejíž ústí je ustaveno v blízkosti horní plochy nosné soupravy s uloženým substrátem, kde podstata řešení spočívá v tom, že v plášti vakuové komory jsou vytvořeny otvory, které jsou umístěny na úrovni dutých katod plazmových trysek a které jsou opatřeny průhlednými průzory, za každým z nichž je vně vakuové komory instalován infračervený pyrometr, který je nasměrován na koncovou část duté katody za účelem sledování její povrchové teploty a je napojen na řídící jednotku, na níž jsou dále napojeny zdroje napětí jednotlivých plazmových trysek a pohonný mechanizmus nosné soupravy.
Ve výhodném provedení vynálezu při vybavení vakuové komory dvěma řadami nebo dvěma dvojicemi řad plazmových trysek jsou plazmové trysky v každé řadě uloženy ekvidistantně tak, že mezi každými dvěma sousedními plazmovými tryskami je stejná vzdálenost (d), přičemž v řadách vzájemně protilehlé plazmové trysky jsou vždy ve směru kolmém na posuv substrátu vzájemně posunuty o polovinu vzdálenosti (d), kde plazmové trysky v obou řadách jsou vzhledem k umístění substrátu ustaveny v šikmém směru proti sobě tak, že průsečnice rovin procházejících jejich podélnými osami leží v rovině pokrývaného substrátu.
Předkládaným vynálezem se dosahuje nového a vyššího účinku v tom, že umožňuje vysokorychlostní depozici homogenních vrstev nanášených
-7prostřednictvím reaktivního naprašování s využitím výboje v duté katodě hořícím v režimu HCA. Dosahovaná depoziční rychlost je oproti standardním metodám reaktivního magnetronového naprašování v DC módu až o řád vyšší a přibližně 2x až 3x vyšší oproti klasickému výboji v duté katodě či GFS metodě hořící v režimu doutnavého výboje a přitom zachovává homogenitu naprášených vrstev na předem požadované úrovni. Velkou výhodou popsané metody je zejména fakt, že je zcela modulární a tudíž rozšířitelná na libovolně velkou pokrývanou plochu.
Objasnění výkresů
Konkrétní příklady provedení zařízení podle vynálezu jsou znázorněny na připojených výkresech, kde obr. 1 je celkové schéma základního provedení zařízení, obr. 2 je zjednodušený půdorysný pohled na zařízení z obr. 1 se znázorněním vzájemného rozmístění dvou sousedních řad plazmových trysek, obr. 3 je algoritmus činnosti řídící jednotky pro každou konkrétní trysku, obr. 4 je grafické znázornění tloušťkového profilu vytvářených tenkých vrstev naprašovaných vícetryskovým systémem podle vynálezu z různých vzdáleností, obr. 5 je grafické znázornění depoziční rychlosti jako funkce absorbovaného výkonu, obr. 6 je grafické znázornění depoziční rychlosti jako funkce teploty duté katody, obr. 7 je půdorysný pohled na alternativní provedení zařízení vybavené jednou řadou plazmových trysek, obr. 8 je půdorysný pohled na alternativní provedení zařízení vybavené dvěma dvojicemi řad plazmových trysek a
-8obr. 9 je celkové schéma alternativního provedení zařízení vybaveného dvěma dvojicemi řad plazmových trysek.
Výkresy, které znázorňují představovaný vynález a prokazují jeho účinky, a následně popsané příklady konkrétních provedení v žádném případě neomezují rozsah ochrany uvedený v definici, ale jen objasňují podstatu řešení.
Příklady provedení vynálezu
Zařízení umožňující provádění způsobu řízení rychlosti depozice tenkých vrstev ve vakuovém vícetryskovém plazmovém systému podle vynálezu je v základním provedení znázorněném na obr. 1 a obr. 2 tvořeno vakuovou komorou 1, v jejímž vnitřním prostoru 101 je instalována nosná souprava 2 pro uložení substrátu 3, na který je deponována požadovaná tenká vrstva. Nosná souprava 2 je tvořena soustavou sestávající z chladícího válce 21, opatřeného neznázoměným pohonným mechanizmem, a z naváděcích válců 22, mezi nimiž je posouván substrát 3, tvořený například elastickou folií.
Vakuová komora 1 je přes spojovací hrdlo 102 a neznázorněný oddělovací regulační ventil standardně propojena s rovněž neznázorněnou čerpací jednotkou, například vývěvou. Do vnitřního prostoru 101 vakuové komory 1 jsou shora zaústěny jednak přívod 104 reaktivního plynu a jednak dvě řady plazmových trysek 4 nainstalovaných v neoznačených přírubách vytvořených v plášti vakuové komory 1 tak, že jejich ústí se nachází v blízkosti horní plochy nosné soupravy 2 s uloženým substrátem 3. Plazmové trysky 4 jsou v řadě uloženy ekvidistantně tak, že mezi každými dvěma sousedními plazmovými tryskami 4 je stejná vzdálenost d, přičemž v řadách vzájemně protilehlé plazmové trysky 4 jsou vždy ve směru kolmém na posuv substrátu 3 vzájemně posunuty o polovinu vzdálenosti d, jak je znázorněno na obr. 2. Plazmové trysky 4 v obou řadách jsou vzhledem k umístění substrátu 3 ustaveny v šikmém směru proti sobě tak, aby průsečnice rovin procházejících jejich podélnými osami ležela v rovině pokrývaného substrátu 3. Jednotlivé plazmové trysky 4 jsou
-9tvořeny chladičem 41. vyrobeným s výhodou z mědi, kterým protéká chladicí kapalina, například voda, a který je přes ochranný rezistor 5 vodivě spojen se zdrojem 6 napětí. Chladič 41 těsně obepíná dutou katodu 44, jejíž výtoková část přesahuje spodní okraj chladiče 41 přibližně o 15 až 20 mm a která navazuje na pracovní trubici 42, kterou proudí inertní pracovní plyn. Samotný chladič 41 je vně obklopen izolačním krytem 42, například keramickým nebo křemenným, zabraňujícím zapalování parazitních výbojů v průběhu depozice.
V plášti vakuové komory 1 jsou vytvořeny otvory 102, které jsou umístěny na úrovni dutých katod 44 plazmových trysek 4 a které jsou opatřeny průhlednými průzory Z, vyrobenými například z borosilikátového skla. Za každým z těchto průzorů 7 je vně vakuové komory 1 instalován infračervený pyrometr 8, který je nasměrován na koncovou část duté katody 44 za účelem sledování její povrchové teploty. Celé zařízení je pak vybaveno řídící jednotkou 2, na níž jsou napojeny jak infračervené pyrometry 8, tak zdroje 6 napětí jednotlivých plazmových trysek 4 a pohonný mechanizmus chladícího válce 21 nosné soupravy 2.
Při depozici tenké vrstvy na substrát 2 je v každé plazmové trysce 4 je samostatně zapálen výboj, jehož parametry jsou řízeny prostřednictvím vnějšího zdroje 6 napětí. Spodní okraj duté katody 44, který vyčnívá z měděného chladiče 41 a není tudíž chlazený, se v důsledku iontového bombardmentu v průběhu depozičního procesu ohřeje na vysokou teplotu přesahující už při nízkých proudech hodnotu 1000°C. Tato teplota jednotlivých dutých katod 44 je individuálně bezkontaktně sledována infračervenými pyrometry 8, které odesílají signál o aktuální povrchové teplotě duté katody 44 do řídící jednotky 9, která je vyhodnocuje a upravuje na základě obdrženého signálu výbojový proud, činnost řídící jednotky 9 se řídí algoritmem, který je zobrazen na obr. 3. V závislosti na výbojovém režimu každé plazmové trysky 4 reguluje řídící jednotka 9 efektivní hodnotu proudu, a to bud střední hodnotu proudu, v případě plazmové trysky 4 pracující v DC režimu, nebo střídu, v případě plazmové trysky 4 pracující v pulzním režimu, kdy je kontrolován poměr mezi aktivní a pasivní částí pulzu. Řídící jednotka 9 testuje odchylku aktuální a požadované teploty a je-li tato odchylka větší než povolená tolerance ΔΤ, sníží
-10proud nebo zkrátí střídu, je-li teplota trysky vyšší než požadovaná a naopak. Jedinou výjimkou je indikace zapálení obloukového výboje. Dojde-li v průběhu depozice k zapálení elektrického oblouku mezi výstupní částí duté katody 44 a libovolnou anodou uvnitř vakuové komory 1, je tento vznik oblouku vždy doprovázen prudkým poklesem teploty duté katody 44 pod kritickou teplotu Tk nebo pod hranici měřitelnosti příslušného pyrometru 8. V takovém případě řídící jednotka 9 přeruší depoziční proces, např. vysunutím neznázorněné clony mezi systém plazmových trysek 4 a substrát 3, a to až do doby, než dojde k obnovení stabilních depozičních podmínek. Základním úkolem řídící jednotky je udržovat teplotu všech dutých katod 44 v průběhu depozičního procesu na stejných hodnotách tak, aby depoziční rychlosti jednotlivých plazmových trysek 4 byly shodné. Aby tento jednoduchý regulační mechanismus fungoval, je nutné, aby všechny duté katody 44 byly vyrobeny ze stejného materiálu, měly stejné geometrické rozměry, tedy délku, vnitřní a vnější průměr, byly vyústěny ve stejné vzdálenosti od substrátu 3 a byly protékány stejným proudem pracovního plynu. Z provedených experimentů se ukázalo, že pn splnění těchto podmínek je depoziční rychlost jednoznačnou funkcí teploty, což je dokladováno grafickým znázorněním na obr. 6. Závislost depoziční rychlosti na výkonu je pak znázorněna na obr. 5 a na obr. 4 je uvedeno grafické znázornění porovnání tloušťkového profilu vytvářených tenkých vrstev naprašovaných vícetryskovým systémem podle vynálezu z různých vzdáleností. S pomocí zmíněného grafu lze prokázat, že např. pro titanové duté katody 44 o vnitřním průměru 6 mm, průtoku argonu cca 200 sccm, pracovním tlaku 15 Pa a pro vzdálenost plazmové trysky 4 od substrátu 3 o velikosti 5 cm, má naprášená vrstva Gaussovský profil s odpovídajícím rozptylem σ = 1,9 cm. V takovém případě postačuje k naprášení vrstvy o maximální nehomogenitě 10% umístit jednotlivé plazmové trysky 4 s rozestupy 4,4 cm od sebe. Toto však platí pouze za předpokladu, že depoziční rychlost jednotlivých plazmových trysek 4 je stejná.
Popsaná konstrukce zařízení není jediným možným provedením podle vynálezu, ale jak je patrné z obr. 3, může být do vnitřního prostoru 101 nainstalována pouze jedna řada plazmových trysek 4 nebo jak plyne z obr. 8 a obr. 9, může být zařízení vybaveno dvěma dvojicemi řad plazmových trysek 4. Nosná souprava 2 pro
-11- .
uložení substrátu 3 nemusí být tvořena chladícím válcem 21 a naváděcími válci 22, ale může být tvořena horizontálně posuvným plochým stolkem vybaveným prostředky pro upevnění substrátu 3, například desky nebo plátu, na který se tenká vrstva deponuje.
Průmyslová využitelnost
Způsob řízení rychlosti depozice tenkých vrstev ve vakuovém vícetryskovém plazmovém systému a zařízení k provádění tohoto způsobu konstruované podle vynálezu jsou vhodné pro využití ve všech průmyslových oborech zabývajících se vysokorychlostní plazmatickou depozicí tenkých vrstev. Lze je sice využít i pro depozice čistých kovů, hlavní uplatnění však najde zejména u reaktivního naprašování oxidových sloučenin, jako jsou vrstvy TÍO2, AI2O3, Fe2O3, ZrO2, WO3, ZnO a řada dalších.
Claims (4)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Způsob řízení rychlosti depozice tenkých vrstev ve vakuovém vícetryskovém plazmovém systému využívajícím plazmochemické reakce v aktivní zóně generovaného výboje a tvořeném alespoň jednou řadou plazmatických trysek (4), jejichž pracovní trubice (42) jsou zakončeny dutou katodou (44), jejíž ústí je ustaveno v blízkosti horní plochy nosné soupravy (2) s uloženým substrátem (3), vyznačující se tím, že při depozici tenké vrstvy na substrát (3) je po samostatném zapálení výbojů v každé plazmové trysce (4) a při řízení jejich parametrů prostřednictvím vnějších zdrojů (6) napětí je teplota každé duté katody (44) bezkontaktně monitorována vlastním pyrometrem (8) a na základě vyhodnocení naměřených hodnot teploty a nastavených parametrů výboje je pomocí řídící jednotky (9) regulován efektivní proud v každé z plazmatických trysek (4) tak, aby depoziční rychlosti všech dutých katod (44) plazmatických trysek (4) byly shodné.
- 2. Způsob řízení rychlosti depozice tenkých vrstev podle nároku 1, vyznačující se tím, že v případě stejnosměrného výboje je regulována střední hodnota proudu a v případě pulzně modulovaného výboje je regulována střída.
- 3. Zařízení k provádění způsobu řízení rychlosti depozice tenkých vrstev ve vakuovém vícetryskovém plazmovém systému využívajícím plazmochemické reakce v aktivní zóně generovaného výboje a tvořeném alespoň jednou řadou plazmatických trysek (4), jejichž pracovní trubice (42) jsou zakončeny dutou katodou (44), jejíž ústí je ustaveno v blízkosti horní plochy nosné soupravy (2) s uloženým substrátem (3), vyznačující se tím, že v plášti vakuové komory (1) jsou vytvořeny otvory (103), které jsou umístěny na úrovni dutých katod (44) plazmových trysek (4) a které jsou opatřeny průhlednými průzory (7), za každým z nichž je vně vakuové komory (1) instalován infračervený pyrometr (8), který je nasměrován na koncovou část duté katody (44) za účelem sledování její povrchové teploty a je napojen na řídící jednotku (9), na níž jsou dále napojeny-13zdroje (6) napětí jednotlivých plazmových trysek (4) a pohonný mechanizmus nosné soupravy (2).
- 4. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že při vybavení vakuové komory (1) dvěma řadami nebo dvěma dvojicemi řad plazmových trysek (4) jsou plazmové trysky (4) v každé řadě uloženy ekvidistantně tak, že mezi každými dvěma sousedními plazmovými tryskami (4) je stejná vzdálenost (d), přičemž v řadách vzájemně protilehlé plazmové trysky (4) jsou vždy ve směru kolmém na posuv substrátu (3) vzájemně posunuty o polovinu vzdálenosti (d), kde plazmové trysky (4) v obou řadách jsou vzhledem k umístění substrátu (3) ustaveny v šikmém směru proti sobě tak, že průsečnice rovin procházejících jejich podélnými osami leží v rovině pokrývaného substrátu (3).
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2016-603A CZ2016603A3 (cs) | 2016-09-27 | 2016-09-27 | Způsob řízení rychlosti depozice tenkých vrstev ve vakuovém vícetryskovém plazmovém systému a zařízení k provádění tohoto způsobu |
| PCT/CZ2017/050044 WO2018059609A1 (en) | 2016-09-27 | 2017-09-27 | A method for controlling the deposition rate of thin films in a vacuum multi-nozzle plasma system and a device for performing of the method |
| EP17855058.8A EP3520131B1 (en) | 2016-09-27 | 2017-09-27 | A method for controlling the deposition rate of thin films in a vacuum multi-nozzle plasma system and a device for performing of the method |
| US16/365,707 US20190276937A1 (en) | 2016-09-27 | 2019-03-27 | Method for controlling the deposition rate of thin films in a vacuum multi-nozzle plasma system and a device for performing of the method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2016-603A CZ2016603A3 (cs) | 2016-09-27 | 2016-09-27 | Způsob řízení rychlosti depozice tenkých vrstev ve vakuovém vícetryskovém plazmovém systému a zařízení k provádění tohoto způsobu |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ306980B6 CZ306980B6 (cs) | 2017-10-25 |
| CZ2016603A3 true CZ2016603A3 (cs) | 2017-10-25 |
Family
ID=60084154
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2016-603A CZ2016603A3 (cs) | 2016-09-27 | 2016-09-27 | Způsob řízení rychlosti depozice tenkých vrstev ve vakuovém vícetryskovém plazmovém systému a zařízení k provádění tohoto způsobu |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20190276937A1 (cs) |
| EP (1) | EP3520131B1 (cs) |
| CZ (1) | CZ2016603A3 (cs) |
| WO (1) | WO2018059609A1 (cs) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20180174800A1 (en) * | 2016-12-15 | 2018-06-21 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Plasma device |
| US11315767B2 (en) | 2017-09-25 | 2022-04-26 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Plasma processing apparatus |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022117130A1 (en) | 2020-12-03 | 2022-06-09 | Univerzita Palackého v Olomouci | Device for deposition of dielectric optical thin films by the help of sputtering plasma sources and sources of energy ions |
| DE102021111097B4 (de) | 2021-04-29 | 2023-04-06 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein | Hohlkathodensystem zum Erzeugen eines Plasmas und Verfahren zum Betreiben eines solchen Hohlkathodensystems |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5234561A (en) * | 1988-08-25 | 1993-08-10 | Hauzer Industries Bv | Physical vapor deposition dual coating process |
| FR2741084A1 (fr) * | 1995-10-19 | 1997-05-16 | Gen Electric Plastics Abs Euro | Nouvel agent antistatique pour composition polymere, utilisation de cet agent dans des compositions polymeres et compositions obtenues |
| WO2002043466A2 (en) * | 2000-11-30 | 2002-06-06 | North Carolina State University | Non-thermionic sputter material transport device, methods of use, and materials produced thereby |
| JP3745320B2 (ja) * | 2002-08-09 | 2006-02-15 | 欽也 玉木 | 教育指導支援方法および支援プログラム |
| JP4613050B2 (ja) * | 2004-11-04 | 2011-01-12 | 大日本印刷株式会社 | 圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置 |
| KR101147484B1 (ko) * | 2007-01-26 | 2012-05-22 | 가부시끼가이샤 오오사까 신꾸우기끼 세이사꾸쇼 | 스퍼터링 방법 및 스퍼터링 장치 |
| EP2401232B1 (en) * | 2009-02-24 | 2016-01-06 | University Of Virginia Patent Foundation | Directed vapor deposition assisted by a coaxial hollow cathode plasma, and related method thereof |
| US20120138452A1 (en) * | 2009-04-17 | 2012-06-07 | The Regents Of The University Of California | Method and Apparatus for Super-High Rate Deposition |
| JP2013072100A (ja) * | 2011-09-27 | 2013-04-22 | Toppan Printing Co Ltd | 真空成膜装置ならびにガスバリア性積層体およびその製造方法 |
| GB2528141B (en) * | 2014-09-18 | 2016-10-05 | Plasma App Ltd | Virtual cathode deposition (VCD) for thin film manufacturing |
-
2016
- 2016-09-27 CZ CZ2016-603A patent/CZ2016603A3/cs not_active IP Right Cessation
-
2017
- 2017-09-27 WO PCT/CZ2017/050044 patent/WO2018059609A1/en not_active Ceased
- 2017-09-27 EP EP17855058.8A patent/EP3520131B1/en not_active Not-in-force
-
2019
- 2019-03-27 US US16/365,707 patent/US20190276937A1/en not_active Abandoned
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20180174800A1 (en) * | 2016-12-15 | 2018-06-21 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Plasma device |
| US11251019B2 (en) * | 2016-12-15 | 2022-02-15 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Plasma device |
| US11315767B2 (en) | 2017-09-25 | 2022-04-26 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Plasma processing apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2018059609A8 (en) | 2018-05-11 |
| EP3520131B1 (en) | 2021-03-17 |
| EP3520131A1 (en) | 2019-08-07 |
| CZ306980B6 (cs) | 2017-10-25 |
| EP3520131A4 (en) | 2020-06-03 |
| WO2018059609A1 (en) | 2018-04-05 |
| US20190276937A1 (en) | 2019-09-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11875976B2 (en) | Plasma source utilizing a macro-particle reduction coating and method of using a plasma source utilizing a macro-particle reduction coating for deposition of thin film coatings and modification of surfaces | |
| KR102268823B1 (ko) | 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 장치용 부재 | |
| US8053058B2 (en) | Spray-coated member having an excellent resistance to plasma erosion and method of producing the same | |
| CZ2016603A3 (cs) | Způsob řízení rychlosti depozice tenkých vrstev ve vakuovém vícetryskovém plazmovém systému a zařízení k provádění tohoto způsobu | |
| US8298336B2 (en) | High strip rate downstream chamber | |
| EP2473651B1 (en) | Process and apparatus for controlling coating deposition | |
| EP1628323B1 (en) | Anode for sputter coating | |
| TWI856988B (zh) | 基板載置台、基板處理裝置及基板載置台的製造方法 | |
| US11332821B2 (en) | Deposition processing systems having active temperature control and associated methods | |
| KR102633715B1 (ko) | 기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 처리된 작업편의 제조방법 | |
| TWI555868B (zh) | 濺鍍裝置 | |
| US20140314968A1 (en) | Ionisation device | |
| CZ30018U1 (cs) | Zařízení k řízení depozice tenkých vrstev ve vakuovém vícetryskovém plazmovém systému | |
| CN102421930A (zh) | 用于通过高压蒸发进行高速率涂覆的方法和设备 | |
| EP3050073B1 (en) | Method for controlling a gas supply to a process chamber, controller for controlling a gas supply to a process chamber, and apparatus thereof | |
| US20230193455A1 (en) | Vacuum chamber, vacuum system and method for vacuum processing | |
| Dombrovskii et al. | Efficiency of particle acceleration, heating, and melting in high-enthalpy plasma jets | |
| US20150156856A1 (en) | Heat treatment apparatus | |
| JP5202250B2 (ja) | 成膜装置、成膜方法 | |
| KR20070029682A (ko) | 제품을 플라즈마 처리하기 위한 장치 및 방법 | |
| JP2010126755A (ja) | 成膜装置、成膜方法 | |
| KR20140110163A (ko) | 태양전지용 성막 장치 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20230927 |