Джерело плазми

Реферат: Джерело (1) плазми призначене для нанесення покриття на підкладку (9) і виконане з можливістю з'єднання з джерелом (Р) енергії, що містить електрод (2), магнітний вузол (4), який знаходиться на периферії згаданого електрода і містить сукупність магнітів, з'єднаних між собою магнітною опорою (46), що включає в себе щонайменше перший і другий центральні магніти (43, 44) і щонайменше один головний магніт (45), електрично ізолюючу оболонку (5), розташовану таким чином, щоб оточувати електрод і магніти. UA 112145 C2 (12) UA 112145 C2 UA 112145 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Даний винахід стосується джерела плазми, призначеного для нанесення покриття на підкладку. Зокрема, даний винахід стосується джерела плазми, призначеного для нанесення покриття на підкладку і виконаного з можливістю з'єднання з джерелом енергії. Основною областю застосування винаходу є хімічне осадження з парової фази, активованої плазмою (PECVD від Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), яке застосовують для нанесення тонкого шару покриття на підкладку з вихідної речовини в газовій фазі. Принцип цього осадження є простим, оскільки полягає в генеруванні плазми, в якій речовини, що одержуються при розкладанні вихідного газу, осаджуються на підкладці і утворюють покриття. У рамках цього застосування можна передбачити широкий асортимент підкладок і покриттів. Підкладки, які найчастіше обробляються методом PECVD, є діелектричними матеріалами, такими як деякі полімери і скло, провідними матеріалами і напівпровідниками. На підкладки можна наносити самі різні покриття, такі як алмазоподібний вуглець, що позначається загальним терміном Diamond-like Carbon (DLC), діоксид кремнію (SiO2), діоксид олова (SnO2), діоксид цирконію (ZrO2) або діоксид титану (ТіО2). Ці покриття призначені, наприклад, для захисту підкладки за допомогою нанесення на її поверхню стійкої до стирання плівки; для надання антивідзеркалювальних властивостей або для створення шару, що не залишає відбитків пальців; або для надання підкладці фотокаталітичних властивостей, що застосовуються в рамках виготовлення поверхонь, які самі очищаються. Крім того, ступінь іонізації в рамках методу PECVD є відносно низьким порівняно з іншими способами вакуумного осадження, що приводить лише до незначного підвищення температури підкладки. Отже, цей спосіб представляє особливий інтерес для обробки поверхонь, чутливих до температури, таких як оцинкована сталь або забарвлена сталь. З документа WO2004/027825 відоме джерело плазми, призначене для нанесення покриття на підкладку. Це джерело плазми містить електрод, що обмежує розрядну камеру і дозволяє позиціонувати підкладку, що покривається, навпроти отвору. Поперечний переріз електрода містить дві бічні стінки, розташовані з одного й іншого боку від дна. Магнітний вузол знаходиться на периферії електрода і містить два бічні магніти, розташовані позаду бічних стінок і орієнтовані таким чином, щоб їх полюси, розташовані один проти одного, мали однакову полярність, а також магнітну опору, що розташована на периферії електрода і з'єднує обидва магніти. Два бічні магніти генерують вихідні лінії поля, тобто лінії поля, направлені від бічних магнітів назовні розрядної камери, проходячи через отвір, і внутрішні лінії поля, тобто лінії поля, направлені від бічних магнітів всередину розрядної камери. Під час роботи джерела електрони відриваються від поверхні електрода і виявляються захопленими в лініях магнітного поля. Залежно від місця, в якому відривається електрон, він виявляється захопленим або у внутрішніх лініях поля, або у вихідних лініях поля. Електрони, захоплені у вихідних лініях поля, вийдуть з джерела плазми через отвір і генерують зовні джерела плазму г в якій розкладається вихідний газ. Однак це джерело плазми має отвір шириною, меншою ширини розрядної камери, що заважає виходу електронів і обмежує з цієї причини густину плазми. Це приводить до погіршення якості покриття і до зменшення швидкості осадження покриття на підкладці. Винахід закликано усунути недоліки відомих технічних рішень і запропонувати джерело плазми, що дозволяє при однаковій потужності одержувати більш густу і однорідну плазму і, отже, що дозволяє одержувати покриття кращої якості і з вищою швидкістю. Для вирішення цієї задачі джерело плазми, характеризоване у вступній частині, містить a) електрод, що обмежує розрядну камеру, що виходить в отвір, навпроти якого можна розташувати згадану підкладку, при цьому „ поперечний переріз згаданого електрода має першу і другу бічну стінку, розташовані з одного й іншого боку від дна, що має центральну частину, що виступає в згадану розрядну камеру, при цьому згадана центральна частина містить першу і другу центральну стінку і вершину, що з'єднує дві центральні стінки, b) магнітний вузол, що знаходиться на периферії згаданого електрода і містить сукупність магнітів, з'єднаних між собою магнітною опорою, при цьому кожний із згаданих магнітів містить відкритий полюс, повернутий до розрядної камери, і захищений полюс, орієнтований до згаданої магнітної опори, при цьому згадана сукупність магнітів включає в себе: і. щонайменше перший і другий бічний магніт, при цьому згаданий перший бічний магніт, відповідно другий бічний магніт, розташовані позаду згаданої першої бічної стінки, відповідно другої бічної стінки, поблизу згаданого отвору, при цьому згадані два бічні магніти орієнтовані таким чином, що їх відкриті полюси мають однакову полярність, іі. щонайменше перший і другий центральний магніт, при цьому згаданий перший центральний магніт, відповідно другий центральний магніт, розташовані позаду згаданої першої 1 UA 112145 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 центральної стінки, відповідно другої центральної стінки, при цьому згадані два центральні магніти орієнтовані таким чином, що їх відкритий полюс має полярність, протилежну полярності відкритих полюсів бічних магнітів, ііі. щонайменше один головний магніт, розташований позаду згаданої вершини і орієнтований таким чином, щоб його відкритий полюс мав таку ж полярність, що і відкриті полюси бічних магнітів, с) електрично ізолюючу оболонку, розташовану таким чином, щоб оточувати електрод і магніти, не перекриваючи при цьому отвору. Таким чином, винаходом передбачене додавання до бічних магнітів щонайменше двох центральних магнітів і щонайменше одного головного магніту, розташованих позаду стінок центральної частини електрода. Ця сукупність щонайменше з трьох магнітів дозволяє змінити конфігурацію ліній магнітного поля і, зокрема, підвищити густину вихідних ліній поля. Під час роботи джерела плазми це підвищення густини приводить до захоплення в лініях поля більшої кількості електронів й іонів зовні джерела плазми і поблизу оброблюваної підкладки. Таким чином, при однаковій потужності одержують густішу плазму і прискорюють осадження покриття на підкладці. Крім того, ця сукупність щонайменше з трьох магнітів підвищує густину внутрішніх ліній поля. Під час роботи джерела плазми це "підвищення густини приводить до концентрації електронів у цих лініях поля. Цей резервуар електронів сприяє стабільності плазми. Таким чином, можна працювати при тиску, який вважається високим, тобто до декількох мілібар, наприклад, від 0,001 до 1 мілібар, тоді як у відомих рішеннях тиск, що підтримується, повинен бути нижчим 0,05 мілібар. Це є також істотною перевагою, оскільки менший вакуум вимагає менших експлуатаційних витрат і сприяє кращому енергетичному балансу, оскільки для генерування плазми потрібна напруга нижче 400 В. Джерело плазми відповідно до винаходу може мати факультативні ознаки, вказані в залежних пунктах формули винаходу, причому ці факультативні ознаки можна розглядати окремо або в комбінації. Переважно отвір джерела плазми відповідно до винаходу має таку ж ширину, що і розрядна камера. У переважному варіанті виконання магнітна опора має Ε-подібну форму, і її середня гілка містить кінець, розширений таким чином, що захищений полюс головного магніту повністю знаходиться в контакті з магнітною опорою. Переважно магнітна опора виконана у вигляді єдиної деталі. Переважно джерело плазми містить засіб охолоджування магнітів і електрода. У переважному варіанті виконання засіб охолоджування містить простір між електродом і магнітним вузлом, призначений для циркуляції текучого середовища-теплоносія. Переважно засіб охолоджування містить систему трубок. Зокрема, джерело плазми додатково містить засіб нагнітання, призначений для нагнітання іонізованого газу в розрядну камеру. У переважному варіанті винаходу засіб нагнітання розташований поблизу дна. Інші варіанти виконання джерела плазми відповідно до винаходу розкриті в прикладеній формулі винаходу. Об'єктом даного винаходу є також пристрій вакуумного осадження, що містить джерело плазми відповідно до винаходу. Переважно пристрій осадження додатково містить друге джерело плазми відповідно до винаходу, причому обидва джерела плазми призначені для сполученої роботи. У переважному варіанті осі симетрії обох джерел плазми утворюють кут , що становить між 20 і 110°. Переважно в пристрої відповідно до винаходу розташовані один проти одного полюси бічних магнітів першого джерела плазми мають полярність, протилежну полярності розташованих один проти одного полюсів бічних магнітів другого джерела плазми. Переважно пристрій відповідно до винаходу додатково містить інжектор вихідного газу. Інші варіанти виконання пристрою розкриті в прикладеній формулі винаходу. Інші відмітні ознаки, деталі і переваги винаходу будуть очевидніші з нижченаведеного опису, представленого як необмежувальний приклад, з посиланнями на прикладені креслення, на яких: Фіг. 1 - вигляд в перспективі джерела плазми відповідно до винаходу. Фіг. 2 - схематичний вигляд в розрізі по осі А-А джерела плазми, показаного на фіг. 1. Фіг. З - схематичная ілюстрація конфігурації ліній магнітного поля джерела плазми, показаного на фіг. 2, що генеруються всередині і зовні джерела плазми. 2 UA 112145 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Фіг. 4 - схематичний вигляд в розрізі пристрою вакуумного осадження, що містить джерело плазми відповідно до винаходу. Фіг. 5 - схематичний вигляд в розрізі пристрою вакуумного осадження, що містить два джерела плазми відповідно до винаходу, в якому джерелом енергії є джерело змінного струму. Фіг. 6 - результати аналізу за допомогою Фур'є-спектроскопії кремнеземних покриттів, одержаних за допомогою відомого джерела плазми. Фіг. 7 - результати аналізу за допомогою Фур'є-спектроскопії кремнеземних покриттів, одержаних за допомогою заявленого джерела плазми. На фігурах ідентичні або аналогічні елементи мають однакові позначення. Опис джерела плазми відповідно до винаходу представлений з посиланнями на фіг. 1-3. Як показано на фіг. 1, джерело плазми в цьому варіанті виконання має форму подовженого паралелепіпеда. Ця форма найбільше підходить для застосування, коли джерело плазми призначене для нанесення покриття на рухому металеву смугу великої ширини. Для досягнення однорідності покриття переважно, щоб джерело плазми було довшим, ніж ширина металевої смуги. В альтернативному варіанті і для інших випадків використання джерело плазми може мати інші форми, наприклад, форму тора. Як показано на фіг. 2, джерело 1 плазми містить електрод 2, поперечний переріз якого має приблизну Ε-подібну форму і який обмежує розрядну камеру З, магнітний вузол 4, що знаходиться на периферії електрода, і електрично ізолюючу оболонку 5, поперечний переріз якої має приблизну U-подібну форму, яка охоплює електрод і магнітний вузол, утворюючи отвір 6, що виходить на розрядну камеру 3. Передусім електрод 2 містить першу бічну стінку 21 і другу бічну стінку 22, відповідні нижнім і верхнім гілкам Е. Ці дві бічні стінки утворюють також бічні стінки розрядної камери. Перша бічна стінка 21, відповідно друга бічна стінка 22 з'єднана через дно 23, відповідно 24 з центральною частиною, відповідною проміжній гілці Е. Центральна частина 25 виступає в розрядну камеру і утворена двома центральними стінками 26, 27 і вершиною 28, що з'єднує центральні стінки. Весь електрод виконаний з немагнітного провідного матеріалу, такого як мідь, Аl, Ті, іпох 316, від якого будуть відриватися електрони під час роботи джерела плазми. Переважно електрод виконаний у вигляді єдиної деталі, оскільки цю деталь можна використовувати як охолоджуючу стінку. Разом з тим, в альтернативному варіанті можна застосовувати сукупність з'єднаних між собою деталей, що утворюють разом електрод. Крім того, щоб обмежити деградацію електрода, що піддається іонному бомбардуванню, електроди можуть бути захищені пластинами 211, 221 і 251, виконаними з немагнітних металевих провідників, таких як алюміній, іпох 316 і Ті. Магнітний вузол 4 містить сукупність магнітів, з'єднаних між собою за допомогою магнітної опори і розташованих таким чином, щоб генерувати вихідні лінії магнітного поля, найбільш густі поблизу отвору 6. Переважно магніти є постійними, і їх вибирають з групи, в яку входять магніти типу NdFeB або SmCo. Передусім, магнітний вузол 4 містить перший бічний магніт 41, розташований позаду першої бічної стінки електрода поблизу отвору 6. Другий бічний магніт 42 розташований симетрично позаду другої бічної стінки електрода поблизу отвору 6. Бічні магніти 41 і 42 мають, кожний, відкритий полюс, орієнтований до розрядної камери, і захищений полюс, орієнтований до ізолюючої оболонки. Обидва бічньї магніти орієнтовані таким чином, щоб їх відкриті полюси, які знаходяться один навпроти одного, мали однакову полярність. Магнітний вузол 4 містить також перший центральний магніт 43, розташований позаду першої центральної стінки 26 електрода поблизу дна 23. Другий центральний магніт 44 розташований симетрично позаду другої центральної стінки 27 електрода поблизу дна 24. Центральні магніти 43 і 44 мають, кожний, відкритий полюс, орієнтований до розрядної камери, і захищений полюс, орієнтований всередину центральної частини. Обидва центральні магніти орієнтовані таким чином, щоб їх відкриті полюси мали полярність, протилежну полярності двох відкритих полюсів бічних магнітів 41 і 42. Нарешті, магнітний вузол 4 містить головний магніт 45, розташований позаду вершини 28 центральної частини 25. Цей магніт має відкритий полюс, орієнтований до розрядної камери, і захищений полюс, орієнтований всередину центральної частини. Він орієнтований таким чином, щоб його відкритий полюс мав таку ж полярність, що і відкриті полюси бічних магнітів 41 і 42. Всі магніти магнітного вузла з'єднані між собою за допомогою магнітної опори 46, що знаходиться на периферії електрода. У прикладі, показаному на фіг. 2, її поперечний переріз 3 UA 112145 C2 5 10 має приблизну Ε-подібну форму. Щоб електрод працював, достатньо, щоб кожний магніт входив у контакт щонайменше в одній точці з магнітною опорою. Однак, щоб уникати магнітних витоків, переважно захищений полюс кожного магніту повністю входить в контакт з магнітною опорою. Для цього магнітна опора, показана в прикладі на фіг. 2, має форму Е, середня гілка якої має розширений кінець, щоб захищена сторона магніту 45 повністю входила в контакт з магнітною опорою. Переважно, щоб уникати магнітних витоків, магнітна опора виконана у вигляді єдиної деталі. Однак, щоб полегшити монтаж, можна використовувати сукупність з'єднаних між собою деталей, що утворює єдиний вузол. Магнітна опора 46 може бути виконана з будь-якого матеріалу, що має відносно високу магнітну проникністю, що переважно перевищує 2000, наприклад, такого як mumetal®, сталі permalloy® і метали Ni, Fe і Co. Відповідні орієнтації магнітів можна звести в нижченаведені таблиці 1 і 2, в яких представлені два варіанти: 15 Таблиця 1 Магніт Бічний магніт 41 Бічний магніт 42 Центральний магніт 43 Центральний магніт 44 Головний магніт 45 Полярність Відкритий полюс N N S S N Захищений полюс S S N N S Таблиця 2 Магніт Бічний магніт 41 Бічний магніт 42 Центральний магніт 43 Центральний магніт 44 Головний магніт 45 20 25 30 35 40 Полярність Відкритий полюс S S N N S Захищений полюс N N S S N Як показано на фіг. 2, описані вище розташування і орієнтація магнітів приводять до наступних результатів: - Бічні магніти 41 і 42 генерують вихідні поля, тобто лінії поля, які спрямовані від бічних магнітів назовні розрядної камери і проходять через отвір 6, і внутрішні лінії поля , тобто лінії поля, спрямовані від бічних магнітів назовні розрядної камери, зокрема, у бік центральної частини. - Головний магніт 45 в основному генерує вихідні лінії поля, які додаються до лінії поля, що утворюється бічними магнітами, що приводить до істотного підвищення густини вихідних ліній поля і, отже, до підвищення ефективності джерела плазми, що буде показано нижче. - Передусім центральні магніти 43, 44 дозволяють головному магніту входити в контакт з магнітною опорою. Дійсно, при їх відсутності центральна частина магнітної опори має полярність, яка дорівнює полярності захищеної сторони бічних магнітів, інакше кажучи, полярність, ідентичну полярності захищеної сторони головного магніту, внаслідок чого при встановленні на місце головний магніт буде відштовхуватися. При їх наявності, навпаки, центральна частина магнітної опори має полярність, зворотну полярності захищеної сторони бічних магнітів, оскільки: • На першому етапі центральні магніти 43, 44, полярність захищеної сторони яких протилежна полярності захищеної сторони бічних магнітів, були закріплені на магнітній опорі в основі центральної частини, яка мала полярність, однакову з полярністю захищеної сторони бічних магнітів. • їх кріплення змінило на протилежну полярність кінця центральної частини магнітної опори, і тепер цей кінець входить в контакт із захищеною стороною центральних магнітів. - Крім того, центральні магніти 43, 44 дозволяють підвищити інтенсивність внутрішніх ліній поля, завдяки магнітним контурам, що генеруються між цими магнітами і бічними магнітами через магнітну опору. 4 UA 112145 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Інакше кажучи, сукупність магнітів індукує: a) густу область 100 зовнішніх ліній поля, що знаходиться в основному зовні джерела плазми поблизу отвору, b) дві області 101, в яких результуюче магнітне поле є нульовим і які знаходяться в розрядній камері між отвором і вершиною центральної частини, c) дві області 102, що характеризуються високою густиною внутрішніх ліній і знаходяться з двох сторін від центральної частини. Щоб оптимізувати конфігурацію ліній магнітного поля, переважно довжину бічних магнітів і відстань між головним магнітом і медіатрисою бічних магнітів регулюють таким чином, щоб бічні магніти добре взаємодіяли з центральними магнітами і щоб головний магніт збалансовано взаємодіяв як з центральними магнітами, так і з бічними магнітами. Переважно головний магніт розташовують таким чином, щоб його відкритий полюс знаходився на медіатрисі бічних магнітів. Переважно головний магніт розташований в центрі електрода. Відстань між відкритими полюсами бічних магнітів переважно становить від 8 до 12 сантиметрів. Представлений вище опис відповідає опису поперечного перерізу джерела плазми. Однак, оскільки це джерело плазми має подовжену форму, то, зрозуміло, кожний з описаних вище магнітів може являти собою не просто один магніт, а послідовність магнітів, розташованих поруч один з одним і в лінію в подовжньому напрямку джерела плазми. Завдяки своєму розташуванню позаду бічних стінок, центральних стінок і вершини, магніти ізольовані від навколишнього середовища в розрядній камері під час роботи джерела плазми і, отже, не можуть бути пошкоджені. Крім того, за рахунок цього їх можна легко охолоджувати, щоб їх температура не перевищувала температуру Кюрі, при якій вони можуть втратити свої магнітні властивості. Дійсно, ризик розмагнічування магнітів підвищується, якщо вони нагріваються до температур, які можуть виникати в розрядній камері під час магнетронного розряду. Для цього переважно джерело плазми містить засіб 7 охолоджування магнітів і електрода. Як показано на фіг. 2, охолоджування може забезпечуватися за допомогою циркуляції текучого середовища-теплоносія в просторі 7, утвореному між електродом і магнітним вузлом. Перевагою цього типу охолоджування є можливість електричної ізоляції магнітів від електрода, коли циркулює електроізолююче текуче середовище-теплоносій, таке як демінералізована вода. В альтернативному варіанті, як показано на фіг. З, засіб 7 охолоджування може являти собою систему припаяних трубок, що проходять через товщу електрода або розташовані в контакті з його периферією. Під час роботи джерела плазми охолоджування забезпечується циркуляцією в трубках води або інших теплоносіїв. Нарешті, джерело 1 плазми містить ізолюючу оболонку, поперечний переріз якої має приблизну U-подібну форму, що охоплює електрод і магніти, утворюючи при цьому отвір 6. Як буде показано нижче при описі роботи пристрою, отвір 6 не обов'язково повинен мати ширину, меншу ширини розрядної камери, як у відомих пристроях. Переважно отвір 6 має таку ж ширину, що і розрядна камера. Використання ізолюючої оболонки гарантує, що електричні розряди, що проводяться під час роботи джерела плазми, будуть виходити тільки від електрода 2. Ізолююча оболонка містить електрично ізолюючий матеріал, переважно діелектричний матеріал, вибираний з групи, в яку входять міканіти, тефлон, смоли з керамічними наповнювачами і т. д. Під час роботи електрода електронне і іонне бомбардування може приводити до нагрівання діелектричних матеріалів ізолюючої оболонки 5, що може утворювати локальні механічні напруження. Щоб усунути цей недолік, на діелектрику 5 з двох сторін від отвору, як показано на фіг. 2, можна розташовувати охолоджувані водою 71 пластини. Переважно джерело плазми може також містити засіб 8 нагнітання, що дозволяє нагнітати іонізований газ в розрядну камеру. Форма і положення цих засобів нагнітання можуть змінюватися. Переважно засоби нагнітання розташовують поблизу дна 23 і/або дна 24 таким чином, щоб під час роботи джерела плазми іонізований газ циркулював від днищ до отвору 6. В прикладі, поданому на фіг. 2, засоби нагнітання виконані у вигляді трубок нагнітання, розташованих перед днищами 23 і 24 електрода в розрядній камері. У цьому випадку мова йде про трубки з нержавіючої сталі, що містять отвори для рівномірного розподілу газу по довжині трубки. В альтернативному варіанті засоби нагнітання можуть бути частково вбудовані в днища. Переважно засіб нагнітання розташовують поблизу кожного з днищ 23 і 24, щоб іонізований газ рівномірно розподілявся в розрядній камері. Робота і переваги цієї системи нагнітання будуть описані нижче. 5 UA 112145 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Далі з посиланнями на фіг. 4 слідує опис джерела плазми під час роботи, згідно з першим варіантом, в пристрої вакуумного осадження. Передусім джерело плазми вміщують в камеру (не показана) для обробки, в якій підтримують вакуум і яка виконана з можливістю розміщення підкладки 9, переважно у вигляді рухомої смуги. Джерело плазми розташоване таким чином, щоб отвір 6 знаходився навпроти підкладки 9, і переважно його розташовують по суті поперечно відносно напрямку руху смуги підкладки 9. Електрод 2 джерела плазми з'єднують з джерелом Ρ енергії, як правило, з джерелом постійного або змінного струму, що звичайно знаходиться за межами камери обробки. У цьому першому варіанті роботи роль контрелектрода виконує рухома і заземлена підкладка 9. Камера обробки містить також щонайменше один інжектор 10 вихідного газу. Цей інжектор можна закріпити на джерелі плазми поблизу отвору 6. Однак переважно він є незалежним від джерела плазми і знаходиться поблизу бічних країв джерела плазми, щоб уникати нагнітання вихідного газу в напрямку розрядної камери, оскільки це може привести до її забруднення. У прикладі, поданому на фіг. 4, інжектори виконані у вигляді мережі трубок з пористої нержавіючої сталі, що характеризуються сильною втратою напору і оточених трубками, що мають отвори, розташовані таким чином, щоб забезпечувати рівномірний розподіл газу по всій довжині трубки. Разом з тим, в цьому випадку можна використовувати будь-який відомий тип інжектора вихідного газу у вакуумі. При активації джерела Ρ енергії спочатку виникає різниця електричних потенціалів між електродом 2 і підкладкою. Під дією цієї різниці потенціалів електрони відриваються від поверхні електрода і виявляються захопленими в лініях магнітного поля. Залежно від місця, в якому відбувається відрив електрона, він виявляється захопленим або у внутрішніх лініях поля, або у вихідних лініях поля. Завдяки сильній густині вихідних ліній поля, що досягається за рахунок особливого розташування магнітів відповідно до винаходу, велика кількість електронів виявляються захопленими у вихідних лініях поля поблизу отвору 6 і поблизу підкладки 9. Вихідний газ, що нагнітається в напрямку простору, вміщеного між джерелом плазми і підкладкою, іонізується при контакті з електронами високої густини і утворює таким чином плазму. Іонізований газ нагнітають від дна розрядної камери в напрямку засобів 8 нагнітання. Сила нагнітання примушує іонізований газ переміщуватися в області 102, що мають високу густину внутрішніх ліній поля і знаходяться з двох сторін від центральної частини, де він іонізується при зіткненні з електронами, захопленими у внутрішні лінії поля. Частина цих іонів входить у зіткнення зі стінками електрода. Це дозволяє уникнути можливого забруднення розрядної камери продуктами розкладання вихідного газу, які можуть потрапити в розрядну камеру. Ефективність цього очищення дозволяє обійтися без отвору шириною, меншою ширини розрядної камери, що полегшує вихід електронів з джерела плазми і сприяє підвищенню його продуктивності. Крім того, іони, що вилітають з джерела плазми, бомбардують підкладку, внаслідок чого їй надається енергія, яка сприяє ущільненню шару, що осаджується. Нарешті, іонізований газ виштовхує вихідний газ у бік підкладки, що дозволяє обмежити утворення осадження всередині джерела плазми. У факультативному варіанті іонізований газ може бути одночасно реактивним газом, який може реагувати з вихідним газом. Таким чином, ущільнення вихідних ліній поля сприяє концентрації електронів і іонів зовні джерела плазми і поблизу оброблюваної підкладки. Отже, при однаковій потужності одержують густішу плазму і прискорюють осадження покриття на підкладці. У факультативному варіанті, як показано на фіг. 4, камера обробки може містити додатковий магніт 11, розташований навпроти отвору 6 поблизу підкладки з боку, протилежного джерелу плазми. Його можна, наприклад, вбудувати в ролик 12, що переміщує смугу. Його відкритий полюс, орієнтований до джерела 1 плазми, має полярність, протилежну полярності відкритих полюсів бічних магнітів. Цей додатковий магніт дозволяє підвищити густину зовнішніх ліній поля поблизу підкладки і прискорити, таким чином, осадження покриття. Однак, оскільки це ущільнення спричиняє підвищення температури підкладки, потрібно уникати застосування цього додаткового магніту при обробці підкладок, чутливих до температури близько декількох сотень градусів. У випадку, коду магніт 11 утворений послідовністю магнітів, які розташовані поряд і в лінію в подовжньому напрямку джерела плазми, їх розташовують на магнітній опорі 13 таким чином, щоб вони знаходилися поруч один з одним. 6 UA 112145 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Як показано на фіг. 5, джерело плазми може працювати в пристрої вакуумного осадження згідно з другим варіантом. У цьому випадку камера обробки містить друге джерело плазми, яке виконує роль контрелектрода. Джерело Р енергії є джерелом змінного струму. Для підвищення електричної потужності електродів великого розміру можна синхронізувати декілька джерел енергії. Джерело Ρ енергії з'єднане з електродом 2 першого джерела 1 плазми і з контрелектродом 2', який є електродом другого джерела Γ плазми, причому ці два електроди працюють навперемінно як: - джерело електронів, коли електрод грає роль катода, - і як джерело іонів, коли електрод грає роль анода, при цьому газ, іонізований електронами, що виходять з катода, виштовхується в напрямку катода і підкладки. У цьому випадку кажуть про взаємодоповнювальну роботу. Переважно, як показано на фіг. 5, обидва джерела плазми закріплені з можливістю повороту на горизонтальній штанзі 14 таким чином, щоб обидва отвори 6 мали нахил один до одного під кутом а, утвореним осями симетрії джерел плазми. Кут α становить від 20 до 110°, переважно від 40 до 90° і ще переважніше приблизно дорівнює 60°. Таке розташування електрода і контрелектрода дозволяє концентрувати пучок електронів і вихідний газ в більш ізольованому просторі. Це ізолювання дозволяє легше досягати енергії активації вихідного газу, що полегшує осадження. Розташовані один проти одного полюси бічних магнітів електрода можуть мати таку ж полярність, що і розташовані один проти одного полюси бічних магнітів контрелектрода, або в альтернативному варіанті можуть мати зворотну полярність. У цьому останньому випадку безперервність ліній поля між двома електродами полегшує осадження. У другому варіанті роботи підкладка 9, незалежно від того, чи йде мова про провідник струму або про електричний ізолятор, електрично ізольована від джерела плазми. У випадку обробки струмопровідної підкладки електричну ізоляцію забезпечують за рахунок заземлення підкладки 9. Перевагою цього варіанта роботи є можливість нанесення на підкладку діелектричного покриття, що важко реалізувати з джерелом постійного струму. При такому покритті простого розряду при постійному струмі може бути недостатньо, оскільки він буде швидко гаснути. Дійсно, під час осадження поверхня підкладки заряджається під дією іонів. Якщо поверхня є ізолюючою, не може видалятися надмірний заряд, що індукується при зіткненнях з іонами. Отже, плазма гасне, і осадження не може продовжуватися. Це пояснює той факт, що напилення при постійному струмі звичайно застосовують тільки для осадження провідних або напівпровідних шарів. Випробування, проведені з джерелами плазми відповідно до винаходу, показали, що центральні магніти і головний магніт значно сприяють підвищенню густини ліній поля і, отже, підвищенню швидкості і якості осадження. На фіг. 6 представлені результати аналізу за допомогою Фур'є-спектроскопії кремнеземних покриттів, одержаних за допомогою відомого джерела плазми, в якому змінювали відношення електричної потужності (в кВт) до витрати вихідного газу (гексаметилдисилоксан або HMDSO), при цьому витрата виражена в стандартних см на секунду (seem). Осадження покриттів здійснювали в наступних умовах: іонізованим газом є О 2, співвідношення O2/HMDSO дорівнює 5, тиск дорівнює 0,5 мілібар, відстань між підкладкою і джерелом плазми дорівнює 50 мм. Можна зазначити, що при низькому співвідношенні O2/HMDSO одержаний кремнезем має -1 органічний характер (присутність зв'язків Si-(CH3)x - пік при 1270 см ), причому при будь-якій застосовуваній потужності. Цей органічний характер є небажаним, оскільки він погіршує якість покриття. На фіг. 7 представлені результати аналізу за допомогою Фур'є-спектроскопії кремнеземних покриттів, одержаних за допомогою заявленого джерела плазми. Осадження покриттів здійснювали в тих же умовах, що і на фіг. 6. Можна зазначити, що при значеннях потужності понад 0,2 кВт/seem, одержані кремнеземні покриття є неорганічними (зникнення піка при 1270 -1 см ) і, отже, мають набагато вищу якість. Ці результати показують також, що джерело плазми відповідно до винаходу дозволяє одержувати неорганічний кремнезем при менших значеннях витрати кисню і при тиску, що перевищує тиск, який застосовується у відомих рішеннях. Це дозволяє мінімізувати витрату закачування в камеру обробки і, отже, кількість необхідних насосів. Порівняно з відомими рішеннями конфігурація описаного джерела плазми дозволяє підвищити ступінь осадження для досягнення кращого виходу осадження. Вихід осадження може досягати 80 %, що набагато вище, ніж у відомому рішенні, в 7 UA 112145 C2 5 якому вихід становить 40-50 %. У випадку кремнеземного покриття вихід осадження визначають як кількість атомів кремнію в HMDSO, який виявляється в шарі кремнезему, що утворюється. Зрозуміло, даний винахід ні в якому випадку не обмежується описаними варіантами виконання, і в нього можна вносити зміни, не виходячи за рамки об'єму прикладеної формули винаходу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 1. Джерело (1) плазми, призначене для нанесення покриття на підкладку (9) і виконане з можливістю з'єднання з джерелом (Р) енергії, що містить: a) електрод (2), що обмежує розрядну камеру (3), яка виходить в отвір (6), навпроти якого можна розташувати згадану підкладку, при цьому поперечний переріз згаданого електрода має першу і другу бічні стінки (21, 22), розташовані з одного й іншого боку від дна (23, 24), що має центральну частину (25), яка виступає в згадану розрядну камеру, при цьому згадана центральна частина містить першу і другу центральні стінки (26, 27) і вершину (28), що з'єднує дві центральні стінки, b) магнітний вузол (4), що знаходиться на периферії згаданого електрода і містить сукупність магнітів, з'єднаних між собою магнітною опорою (46), при цьому кожний із згаданих магнітів містить відкритий полюс, повернутий до розрядної камери, і захищений полюс, орієнтований до згаданої магнітної опори, при цьому згадана сукупність магнітів включає в себе: і) щонайменше перший і другий бічні магніти (41, 42), при цьому згаданий перший бічний магніт, відповідно другий бічний магніт, розташовані позаду згаданої першої бічної стінки (21), відповідно другої бічної стінки (22), поблизу згаданого отвору (6), при цьому згадані два бічні магніти орієнтовані таким чином, що їх відкриті полюси мають однакову полярність, іі) щонайменше перший і другий центральні магніти (43, 44), при цьому згаданий перший центральний магніт, відповідно другий центральний магніт, розташовані позаду згаданої першої центральної стінки (26), відповідно другої центральної стінки (27), при цьому згадані два центральні магніти орієнтовані таким чином, що їх відкритий полюс має полярність, протилежну полярності відкритих полюсів бічних магнітів, ііі) щонайменше один головний магніт (45), розташований позаду згаданої вершини (28) і орієнтований таким чином, що його відкритий полюс має таку ж полярність, що і відкриті полюси бічних магнітів, c) електрично ізолюючу оболонку (5), розташовану таким чином, щоб оточувати електрод і магніти, не перекриваючи при цьому отвору. 2. Джерело плазми за п. 1, в якому отвір (6) має таку ж ширину, що і розрядна камера. 3. Джерело плазми за будь-яким з попередніх пунктів, в якому магнітна опора має Е-подібну форму і її середня гілка містить кінець, розширений таким чином, що захищений полюс головного магніту (45) повністю знаходиться в контакті з магнітною опорою. 4. Джерело плазми за будь-яким з попередніх пунктів, в якому магнітна опора виконана у вигляді єдиної деталі. 5. Джерело плазми за будь-яким з попередніх пунктів, яке додатково містить засіб (7) охолоджування магнітів і електрода. 6. Джерело плазми за п. 5, в якому засіб (7) охолоджування містить простір між електродом і магнітним вузлом, призначений для циркуляції текучого середовища-теплоносія. 7. Джерело плазми за п. 5, в якому засіб (7) охолоджування містить систему трубок. 8. Джерело плазми за будь-яким з попередніх пунктів, яке додатково містить засіб (8) нагнітання, призначений для нагнітання іонізованого газу в розрядну камеру (3). 9. Джерело плазми за п. 8, в якому засіб (8) нагнітання розташований поблизу дна (23, 24). 10. Пристрій вакуумного осадження, що містить джерело плазми за будь-яким з пп. 1-9. 11. Пристрій вакуумного осадження за п. 10, який додатково містить друге джерело плазми за будь-яким з пп. 1-9, причому обидва джерела плазми призначені для сполученої роботи. 12. Пристрій вакуумного осадження за п. 10, в якому осі симетрії обох джерел плазми утворюють кут α, що становить між 20° і 110°. 13. Пристрій вакуумного осадження за будь-яким з п. 11 або 12, в якому розташовані один проти одного полюси бічних магнітів першого джерела плазми мають полярність, протилежну полярності розташованих один проти одного полюсів бічних магнітів другого джерела плазми. 14. Пристрій вакуумного осадження за одним з пп. 10-13, який додатково містить інжектор (10) вихідного газу. 8 UA 112145 C2 5 15. Пристрій вакуумного осадження за одним з пп. 10-14, який додатково містить додатковий магніт (11), розташований навпроти отвору (6) і призначений для розміщення поблизу підкладки (9) з боку, протилежного джерелу (1) плазми, і з полюсом, що орієнтований до джерела (1) плазми і має полярність, зворотну полярності розташованих один навпроти одного полюсів бічних магнітів. 9 UA 112145 C2 10 UA 112145 C2 11 UA 112145 C2 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 12