СПОСОБЫ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ УДАЛЕННУЮ ПЛАЗМУ ДУГОВОГО РАЗРЯДА

1. Система для нанесения покрытий, содержащая:
вакуумную камеру и узел нанесения покрытий, включающий:
источник паров;
подложкодержатель для удерживания подложек, на которые наносятся покрытия, таким образом, чтобы эти подложки располагались перед источником паров;
узел катодной камеры, включающий катодную мишень, необязательный первичный анод и экран, изолирующий катодную мишень от вакуумной камеры, при этом указанный экран имеет отверстия для пропускания тока электронной эмиссии от катодной мишени в вакуумную камеру;
удаленный анод, электрически связанный с катодной мишенью;
первичный источник питания, присоединяемый между катодной мишенью и первичным анодом; и
вторичный источник питания, присоединяемый между катодной мишенью и удаленным анодом, причем источник паров располагается между узлом катодной камеры и удаленным анодом, линейные размеры удаленного анода, источника паров, катодной мишени и подложкодержателя параллельны друг другу, и линейные размеры удаленного анода равны или превышают линейные размеры катодной мишени, и источник паров имеет такие линейные размеры, чтобы удерживаемая плазма протекала от катодной мишени к удаленному аноду.
2. Система по п.1, в которой первичный анод является заземлением или экраном.
3. Система по п.1, дополнительно содержащая по меньшей мере один дополнительный источник паров, размещенный между узлом катодной камеры и удаленным анодом.
4. Система по п.3, в которой перпендикулярные расстояния между каждым из источников паров и подложками, на которые наносится покрытие, являются по существу одинаковыми, и расстояние между узлом катодной камеры и удаленным анодом меньше расстояния, на котором происходит пробой, когда приложенное напряжение вторичного источника питания превышает приложенное напряжение первичного источника питания в 1,2-10 раз.
5. Система по п.3, в которой катодные мишени соединены с удаленным анодом, и при этом линейные размеры каждой катодная мишень из множества катодных мишеней параллельны линейным размерам удаленного анода.
6. Система по п.1, в которой расстояние от верха узла катодной камеры до подложек составляет от около 2 до 20 дюймов.
7. Система по п.1, в которой к области между источником паров и подложками, на которые наносится покрытие, прикладывается внешнее магнитное поле.
8. Система по п.7, в которой внешнее магнитное поле прикладывается для магнитного изолирования катодной мишени узла катодной камеры.
9. Система по п.7, в которой внешнее магнитное поле прикладывается для магнитного изолирования анода удаленного анода.
10. Система по п.1, в которой источник паров содержит элемент, выбранный из группы, состоящей из магнетрона, теплового испарителя, электронно-лучевого испарителя и катодно-дугового испарителя.
11. Система по п.1, в которой катодная мишень содержит элемент, выбранный из группы, состоящей из холодного вакуумно-дугового катода, полого катода, термоэлектронного катода прямого накала, электронно-лучевого испарителя и их комбинаций.
12. Система по п.11, в которой катодная мишень изготовлена из металла, обладающего геттерной способностью, включая сплавы циркония и титана.
13. Система по п.1, в которой экран катодной камеры охлаждается водой и имеет отрицательное напряжение смещения относительно катодной мишени, причем электрический потенциал смещения экрана составляет от -50 до -1000 В.
14. Система по п.1, в которой между узлом катодной камеры и удаленным анодом установлены плазменные зонды для измерения плотности плазмы, причем данные плазменные зонды обеспечивают обратную связь для управления вторичным источником питания, в рамках которого ток удаленного анода регулируется таким образом, чтобы получить равномерное распределение плотности плазмы между узлом катодной камеры и удаленным анодом.
15. Система по п.1, в которой катодная мишень является частью набора катодов, включающего множество катодных мишеней, установленных в узле катодной камеры, причем линейные размеры каждой катодной мишени по существу равны линейным размерам удаленного анода.
16. Система по п.1, в которой катодная мишень является пластиной или стержнем.
17. Система по п.1, в которой некоторое количество вспомогательных удаленных анодов присоединено к удаленному аноду через переменные резисторы.
18. Система по п.17, в которой множество вспомогательных удаленных анодов соединено с удаленным анодом через конденсаторы.
19. Система по п.1, содержащая множество узлов для нанесения покрытий.
20. Система по п.17, в которой множество узлов для нанесения покрытий расположено по существу линейным образом.
21. Система по п.1, в которой источник паров, катодная мишень и удаленный анод расположены линейно вдоль подложкодержателя, перемещающегося вдоль этого линейного направления.
22. Система по п.1, в которой вакуумная камера имеет круговое поперечное сечение, катодная мишень и удаленный анод размещены вокруг центральной оси вакуумной камеры, а подложкодержатель перемещается в круговом направлении.
23. Способ нанесения покрытия на подложку в системе для нанесения покрытий, содержащей:
вакуумную камеру и узел осаждения, включающий:
источник паров;
подложкодержатель для удерживания подложек, на которые наносится покрытие, расположенный таким образом, чтобы подложки располагались перед источником паров;
узел катодной камеры, включающий катодную мишень, необязательный первичный анод и экран, изолирующий катодную мишень от вакуумной камеры, где экран имеет отверстия для пропускания тока электронной эмиссии от катодной мишени;
удаленный анод, соединенный с катодной мишенью;
первичный источник питания, присоединяемый между катодной мишенью и первичным анодом; и
вторичный источник питания, присоединяемый между катодной мишенью и удаленным анодом, причем источник паров располагается между узлом катодной камеры и удаленным анодом, где линейные размеры удаленного анода, источника паров, катодной мишени и подложкодержателя параллельны друг другу, и линейные размеры удаленного анода равны или превышают линейные размеры катодной мишени и линейные размеры источника паров,
где указанный способ включает:
генерирование первичной дуги в испускающем электроны катодном источнике между катодной мишенью и первичным анодом;
генерирование удаленной дуги, удерживаемой в зоне нанесения покрытия между узлом катодной камеры и удаленным анодом; и
генерирование потока паров металла из источника паров по направлению к по меньшей мере одной подложке, предназначенной для нанесения покрытия.
24. Способ по п.23, при котором неоднородность распределения электронной плотности по зоне нанесения покрытия составляет менее 50%.
-5
3
25. Способ по п.23, при котором ток электронной эмиссии пульсирует с частотой повторения от 1 до 1000 Гц и амплитудой, колеблющейся в диапазоне от 1×10 до 1×10 относительно среднего тока электронной эмиссии.
26. Способ по п.23, в котором по меньшей мере в одной камере для нанесения покрытий устанавливается множество катодов, при этом катоды распределены равномерно по высоте зоны нанесения покрытия.
27. Способ по п.23, в котором в зоне нанесения покрытия устанавливается множество удаленных анодов, при этом удаленные аноды равномерно распределены вдоль линейного размера зоны нанесения покрытия.
28. Способ по п.23, в котором в зоне нанесения покрытия устанавливается множество источников паров, при этом источники паров равномерно распределены вдоль линейного размера зоны нанесения покрытия.
29. Способ по п.23, в котором катодная мишень является пластиной или стержнем, имеющими площадь, по существу равную площади области электронной эмиссии в узле катодной камеры.
30. Способ по п.29, в котором катодными пятнами дуги на поверхности катода управляют таким образом, чтобы область катодного пятна дуги была по существу равна области электронной эмиссии от катодной мишени.
31. Способ по п.23, в котором источник паров содержит компонент, выбранный из группы, состоящей из хрома, гафния, тантала, циркония, титана, титаново-циркониевых сплавов и их комбинаций.
32. Способ по п.31, дополнительно включающий введение в вакуумную камеру реагирующего газа.
33. Способ по п.32, в котором реагирующий газ содержит азот.
34. Способ по п.23, в котором в ходе процесса нанесения покрытия подложки имеют электрический потенциал смещения, причем величина такого потенциала смещения находится в диапазоне от -10 до -100 В.
35. Способ по п.23, в котором в ходе процесса нанесения покрытия подложки имеют плавающий электрический потенциал.
36. Способ по п.23, в котором в ходе нанесения покрытия подложки являются электрически заземленными.