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KR20050113186A - Apparatus and method for depositing large area coatings on planar surfaces - Google Patents

Apparatus and method for depositing large area coatings on planar surfaces Download PDF

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KR20050113186A KR1020057015386A KR20057015386A KR20050113186A KR 20050113186 A KR20050113186 A KR 20050113186A KR 1020057015386 A KR1020057015386 A KR 1020057015386A KR 20057015386 A KR20057015386 A KR 20057015386A KR 20050113186 A KR20050113186 A KR 20050113186A
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Abstract

본 발명은, 다수의 플라즈마 소스(212) 및 공동 반응물 기체 주입기(220)로 이루어진 어레이(210)를 사용하여 큰 면적의 평면(234)에 단일 코팅재(232)를 침착시키기 위한 장치(200) 및 방법에 관한 것이다. 장치(200)는, 다수의 플라즈마 소스(212) 및 공동 반응물 기체 주입기(220)로 이루어진 하나 이상의 어레이(210)를 포함하되, 상기 각각의 다수의 플라즈마 소스(212)는 캐소드(214), 애노드(216), 및 플라즈마 챔버(202) 내에 배치된 비반응성 플라즈마 소스 기체를 위한 유입구(218)를 포함하고, 상기 주입기(220)는 기판(230)을 포함하는 침착 챔버(204) 내에 위치한다. 공동 반응물 기체 주입기(220)는 단일 전달 시스템을 통해 다수의 플라즈마가 발생된 다수의 플라즈마 소스(212)로의 하나 이상의 반응물 기체의 균일한 유동을 제공한다. 하나 이상의 반응물 기체는 다수의 플라즈마와 반응하여 기판(230)에서 균일한 코팅(232)을 형성한다.The present invention provides an apparatus 200 for depositing a single coating material 232 on a large area plane 234 using an array 210 of multiple plasma sources 212 and co-reactant gas injectors 220, and It is about a method. Apparatus 200 includes one or more arrays 210 of a plurality of plasma sources 212 and a co-reactant gas injector 220, wherein each of the plurality of plasma sources 212 comprises a cathode 214, an anode. 216, and an inlet 218 for a non-reactive plasma source gas disposed in the plasma chamber 202, wherein the injector 220 is located in a deposition chamber 204 including a substrate 230. The co-reactant gas injector 220 provides a uniform flow of one or more reactant gases to a plurality of plasma sources 212 where a plurality of plasmas are generated via a single delivery system. One or more reactant gases react with a plurality of plasmas to form a uniform coating 232 on the substrate 230.

Description

큰 면적의 코팅재를 평면에 침착시키기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DEPOSITING LARGE AREA COATINGS ON PLANAR SURFACES}FIELD AND METHOD FOR DEPOSITING LARGE AREA COATINGS ON PLANAR SURFACES

본 발명은 균일한 코팅재를 평면에 침착시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 다수의 플라즈마 소스를 사용하여 균일한 코팅재를 평면에 침착시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 더욱더 구체적으로, 본 발명은 다수의 팽창 열 플라즈마 소스에 의해 발생되는 다수의 플라즈마 내로 통상의 주입 시스템을 통해 반응물 기체를 주입시킴으로써 균일한 코팅재를 평면에 침착시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and a method for depositing a uniform coating on a plane. More specifically, the present invention relates to a method and apparatus for depositing a uniform coating on a plane using multiple plasma sources. More specifically, the present invention relates to a method and apparatus for depositing a uniform coating on a plane by injecting reactant gas through a conventional injection system into a plurality of plasmas generated by a plurality of expanded thermal plasma sources.

플라즈마 소스는 다양한 코팅재, 예컨대 투명 내마모성 코팅재, 투명 UV-여과 코팅재 및 다층 코팅 패키지를 고 침착률로 기판에 침착시킬 수 있다. 이러한 침착 공정에서, 반응물 기체는 플라즈마와 상호작용하여 기판에 침착된 종을 형성한다. 팽창 열 플라즈마(또한 이후 본원에서 "ETP"로서 언급됨) 소스와 같은 개별 플라즈마 소스가 약 10 내지 15㎝의 직경을 갖는 영역을 균일하게 코팅하는데 사용될 수 있다.The plasma source can deposit various coatings such as transparent wear resistant coatings, transparent UV-filtration coatings, and multilayer coating packages at high deposition rates on the substrate. In this deposition process, the reactant gas interacts with the plasma to form species deposited on the substrate. Individual plasma sources, such as expanded thermal plasma (also referred to herein as "ETP" sources), may be used to uniformly coat areas having a diameter of about 10-15 cm.

다수의 플라즈마 소스의 어레이(array)가 더욱 큰 기판 면적을 코팅하는데 사용될 수 있다. 이러한 큰 면적 코팅 작업은 전형적으로 거시적 평탄한 표면 또는 평면에 코팅재를 침착시킴을 취급한다. 이러한 평면에 균일한 코팅을 달성하기 위해, 선형 또는 지그재그 어레이와 같은 2차원 패턴으로 다수의 플라즈마 소스가 이격될 수 있다.Arrays of multiple plasma sources can be used to coat larger substrate areas. Such large area coating operations typically deal with depositing the coating on a macro flat surface or planar surface. To achieve a uniform coating in this plane, multiple plasma sources can be spaced in a two-dimensional pattern, such as a linear or zigzag array.

큰 면적을 코팅시키는데 다수의 플라즈마 소스가 사용되는 경우, 전형적으로 개별 전달 시스템에 의해 각각의 플라즈마 소스에 반응물 기체가 제공된다. 즉, 각각의 플라즈마 소스는 개별 유동 제어에 요구되는 개별 반응물 기체 소스를 갖는다. 그러나, 더욱 큰 치수를 갖는 표면을 코팅시키는데 스케일링 플라즈마 침착 기술이 사용되는 경우, 개별 반응물 소스 및 유동 제어제의 사용은 코팅 공정에서 큰 변화를 초래하고 코팅 균일성에서의 감소를 초래할 수 있다. 또한, 코팅 공정에 사용된 플라즈마 소스의 수가 증가함에 따라, 개별 전달 시스템 및 유동 제어로 각각의 플라즈마 소스를 구비하는데 소요되는 비용이 크게 유의적이게 된다.When multiple plasma sources are used to coat large areas, reactant gases are typically provided to each plasma source by separate delivery systems. That is, each plasma source has a separate reactant gas source required for separate flow control. However, when the scaling plasma deposition technique is used to coat surfaces with larger dimensions, the use of separate reactant sources and flow control agents can cause large changes in the coating process and result in a reduction in coating uniformity. In addition, as the number of plasma sources used in the coating process increases, the cost of having each plasma source with separate delivery systems and flow control becomes significantly significant.

각각의 플라즈마 소스가 개별 반응물 기체 주입기 시스템을 갖는 다수의 플라즈마 소스의 어레이는 큰 평면을 균일하게 코팅시킬 수 없으며 비경제적이다. 따라서, 다수의 플라즈마 소스를 사용하여 큰 면적의 평탄한 기판을 균일하게 코팅시키기 위한 방법 및 장치가 요구된다.Arrays of multiple plasma sources, where each plasma source has a separate reactant gas injector system, cannot uniformly coat large planes and are uneconomical. Accordingly, what is needed is a method and apparatus for uniformly coating a large area flat substrate using multiple plasma sources.

발명의 요약Summary of the Invention

본 발명은, 다수의 플라즈마 소스 및 통상의 전구체 - 또는 반응물 기체 - 주입기로 이루어진 어레이를 사용하여 균일한 코팅재를 큰 면적의 평면에 침착시키기 위한 방법 및 장치 모두를 제공함으로써 이들 및 기타 요건을 충족시킨다. 단일 전달 시스템을 통해 반응물 기체(들)을 다수의 플라즈마 소스에 제공함으로써, 각 다수의 플라즈마로의 반응물 기체의 균일한 유동이 용이하게 유지될 수 있다.The present invention meets these and other requirements by providing both methods and apparatus for depositing uniform coatings in large area planes using arrays of multiple plasma sources and conventional precursor- or reactant gas-injectors. . By providing reactant gas (es) to multiple plasma sources via a single delivery system, a uniform flow of reactant gas into each of the multiple plasmas can be easily maintained.

따라서, 본 발명의 제 1 양태는 기판의 평면 상에 균일한 코팅재를 침착시키는 장치를 제공한다. 이 장치는, 다수의 플라즈마를 발생시키기 위한 다수의 플라즈마 소스의 하나 이상의 어레이(이때, 다수의 플라즈마 소스 각각은 캐소드, 애노드 및 플라즈마 챔버에 배치된 비반응성 플라즈마 소스 기체용 유입구를 포함한다); 기판을 함유하는 침착 챔버(이때, 침착 챔버는 상기 플라즈마 챔버와 유체 교류하고, 상기 플라즈마 챔버는 제 1 사전 예정 압력에서 유지되고, 상기 침착 챔버는 상기 제 1 사전 예정 압력보다 작은 제 2 사전 예정 압력으로 유지된다); 및 균일한 유속의 하나 이상의 반응물 기체를 상기 다수의 플라즈마 각각으로 제공하는, 상기 침착 챔버에 배치된 하나 이상의 공동 반응물 기체 주입기를 포함한다.Accordingly, a first aspect of the invention provides an apparatus for depositing a uniform coating on the plane of a substrate. The apparatus comprises one or more arrays of a plurality of plasma sources for generating a plurality of plasmas, each of the plurality of plasma sources comprising an inlet for a non-reactive plasma source gas disposed in a cathode, an anode and a plasma chamber; A deposition chamber containing a substrate, wherein the deposition chamber is in fluid communication with the plasma chamber, the plasma chamber is maintained at a first predetermined pressure, and the deposition chamber is a second predetermined pressure less than the first predetermined pressure. Is maintained); And one or more co-reactant gas injectors disposed in the deposition chamber providing one or more reactant gases of uniform flow rate to each of the plurality of plasmas.

본 발명의 제 2 양태는 다수의 플라즈마 소스의 어레이에 의해 발생된 다수의 플라즈마로 균일한 유동의 하나 이상의 반응물 기체를 주입하는 공동 반응물 기체 주입기를 제공한다. 이 공동 반응물 기체 주입기는, 하나 이상의 반응물 기체가 반응물 기체 소스로부터 공급되는, 내부 공간을 갖는 관상-벽(tubular-walled) 구조를 포함하는 반응물 기체 유입구; 제 1 플라즈마에 인접한 다수의 제 1 오리피스(이때, 다수의 제 1 오리피스 각각은 상기 관상-벽 구조를 통해 상기 내부 공간으로부터 상기 반응물 기체 유입구의 외부 표면으로 연장되고, 다수의 제 1 오리피스는 하나 이상의 반응물 기체가 내부 공간으로부터 다수의 제 1 오리피스를 통과하여 제 1 유속으로 제 1 플라즈마로 향하도록 배향된다); 및 제 2 플라즈마에 인접한 다수의 제 2 오리피스(이때, 다수의 제 2 오리피스 각각은 상기 관상-벽 구조를 통해 상기 내부 공간으로부터 상기 반응물 기체 유입구의 외부 표면으로 연장되고, 다수의 제 2 오리피스는 하나 이상의 반응물 기체가 내부 공간으로부터 다수의 제 2 오리피스를 통과하여 실질적으로 제 1 유속과 동일한 제 2 유속으로 제 2 플라즈마로 향하도록 배향된다)를 포함한다.A second aspect of the present invention provides a co-reactant gas injector that injects one or more reactant gases of uniform flow into a plurality of plasmas generated by an array of plasma sources. The co-reactant gas injector includes a reactant gas inlet including a tubular-walled structure having an interior space from which one or more reactant gases are supplied from a reactant gas source; A plurality of first orifices adjacent to the first plasma, wherein each of the plurality of first orifices extends from the inner space through the tubular-wall structure to the outer surface of the reactant gas inlet and the plurality of first orifices Reactant gas is oriented from the interior space through the first plurality of orifices to the first plasma at a first flow rate); And a plurality of second orifices adjacent to the second plasma, wherein each of the plurality of second orifices extends from the inner space through the tubular-wall structure to the outer surface of the reactant gas inlet, the plurality of second orifices being one And the reactant gas above are oriented from the interior space through a plurality of second orifices to the second plasma at a second flow rate substantially the same as the first flow rate.

본 발명의 제 3 양태는 기판의 평면 상에 균일한 코팅재를 침착시키는 장치를 제공한다. 이 장치는, 다수의 플라즈마를 발생시키기 위한 다수의 플라즈마 소스의 하나 이상의 어레이(이때, 하나 이상의 다수의 플라즈마 소스는 팽창 열 플라즈마 소스이고, 다수의 플라즈마 소스 각각은 캐소드, 애노드 및 플라즈마 챔버에 배치된 비반응성 플라즈마 소스 기체용 유입구를 포함한다); 기판을 함유하는 침착 챔버(이때, 침착 챔버는 상기 플라즈마 챔버와 유체 교류하고, 상기 플라즈마 챔버는 제 1 사전 예정 압력에서 유지되고, 상기 침착 챔버는 상기 제 1 사전 예정 압력보다 작은 제 2 사전 예정 압력에서 유지된다); 및 하나 이상의 반응물 기체의 균일한 유동을 상기 다수의 플라즈마 각각으로 주입하는, 상기 침착 챔버에 배치된 하나 이상의 공동 반응물 기체 주입기를 포함한다. 상기 공동 반응물 기체 주입기는, 반응물 기체가 하나 이상의 반응물 기체 소스로부터 공급되는, 내부 공간을 갖는 관상-벽 구조를 포함하는 반응물 기체 유입구; 제 1 플라즈마에 인접한 다수의 제 1 오리피스(이때, 다수의 제 1 오리피스 각각은 상기 관상-벽 구조를 통해 상기 내부 공간으로부터 상기 반응물 기체 유입구의 외부 표면으로 연장되고, 다수의 제 1 오리피스는 내부 공간으로부터 다수의 제 1 오리피스를 통과하여, 제 1 유속으로 제 1 플라즈마로 향하도록 배향된다); 및 제 2 플라즈마에 인접한 다수의 제 2 오리피스(이때, 다수의 제 1 오리피스 각각은 상기 관상-벽 구조를 통해 상기 내부 공간으로부터 상기 하나 이상의 반응물 기체 유입구의 외부 표면으로 연장되고, 다수의 제 2 오리피스는 반응물 기체가 내부 공간으로부터 다수의 제 2 오리피스를 통과하여, 실질적으로 제 1 유속과 동일한 제 2 유속으로 제 2 플라즈마로 향하도록 배향된다)를 포함한다.A third aspect of the invention provides an apparatus for depositing a uniform coating on the plane of a substrate. The apparatus comprises one or more arrays of multiple plasma sources for generating multiple plasmas, wherein the one or more multiple plasma sources are expanded thermal plasma sources, each of the plurality of plasma sources being disposed in a cathode, an anode and a plasma chamber. An inlet for a non-reactive plasma source gas); A deposition chamber containing a substrate, wherein the deposition chamber is in fluid communication with the plasma chamber, the plasma chamber is maintained at a first predetermined pressure, and the deposition chamber is a second predetermined pressure less than the first predetermined pressure. Is maintained at); And one or more co-reactant gas injectors disposed in the deposition chamber that inject a uniform flow of one or more reactant gases into each of the plurality of plasmas. The cavity reactant gas injector may comprise a reactant gas inlet including a tubular-wall structure having an interior space from which reactant gas is supplied from one or more reactant gas sources; A plurality of first orifices adjacent to the first plasma, wherein each of the plurality of first orifices extends from the inner space through the tubular-wall structure to the outer surface of the reactant gas inlet and the plurality of first orifices From and through a plurality of first orifices, directed to the first plasma at a first flow rate); And a plurality of second orifices adjacent to the second plasma, wherein each of the plurality of first orifices extends from the inner space through the tubular-wall structure to the outer surface of the at least one reactant gas inlet and the plurality of second orifices Reactant gas is oriented from the interior space through a plurality of second orifices and directed to the second plasma at a second flow rate substantially the same as the first flow rate.

본 발명의 제 4 양태는 기판의 평면 상에 균일한 코팅재를 침착시키는 방법을 제공한다. 이 방법은, 평면을 갖는 기판을 침착 챔버에 제공하는 단계; 사전 예정 침착 압력으로 침착 챔버를 배기시키는 단계; 다수의 플라즈마 소스의 하나 이상의 어레이로부터 다수의 플라즈마를 생성시키는 단계; 제 1 플라즈마로 향하는 하나 이상의 반응물 기체의 제 1 유속이 제 2 플라즈마로 향하는 하나 이상의 반응물 기체의 제 2 유속과 실질적으로 동일하도록, 하나 이상의 반응물 기체를 하나 이상의 공동 반응물 기체 주입기를 통해 다수의 플라즈마 각각으로 주입하는 단계; 하나 이상의 반응물 기체 및 다수의 플라즈마를, 기판을 향해 침착 챔버로 유동시키는 단계; 및 하나 이상의 반응물 기체를 다수의 플라즈마와 반응시켜 기판의 평면 상에 코팅을 형성하는 단계를 포함한다. A fourth aspect of the invention provides a method of depositing a uniform coating on the plane of a substrate. The method includes providing a substrate having a plane to the deposition chamber; Evacuating the deposition chamber at a pre-determined deposition pressure; Generating a plurality of plasmas from one or more arrays of the plurality of plasma sources; Each of the plurality of plasmas through the one or more co-reactant gas injectors, such that the first flow rate of the one or more reactant gases directed to the first plasma is substantially the same as the second flow rate of the one or more reactant gases directed to the second plasma Injecting into; Flowing one or more reactant gases and a plurality of plasmas toward the substrate into the deposition chamber; And reacting the one or more reactant gases with the plurality of plasmas to form a coating on the plane of the substrate.

본 발명의 제 5 양태는 제 1 플라즈마로 향하는 하나 이상의 반응물 기체의 제 1 유속이 제 2 플라즈마로 향하는 하나 이상의 반응물 기체의 제 2 유속과 실질적으로 동일하도록, 하나의 반응물 기체를 다수의 플라즈마 소스의 어레이에 의해 발생된 다수의 플라즈마로 주입하는 방법을 제공한다. 이 방법은, 반응물 기체 소스로부터 공동 반응물 기체 주입기로 하나 이상의 반응물 기체를 공급하는 단계; 제 1 플라즈마에 인접한 공동 반응물 기체 주입기 내의 제 1 다수의 오리피스를 통해 하나 이상의 반응물 기체를 통과시키는 단계(이때, 제 1 다수의 오리피스는 하나 이상의 반응물 기체가 제 1 사전 예정 유속에서 제 1 플라즈마로 향하도록 배향된다); 및 제 2 플라즈마에 인접한 제 2 다수의 오리피스를 통해 하나 이상의 반응물 기체를 통과시키는 단계(이때, 제 2 다수의 오리피스는 공동 반응물 기체 주입기 내의 하나 이상의 반응물 기체가 제 1 사전 예정 유속과 실질적으로 동일한 제 2 사전 예정 유속에서 제 2 플라즈마로 향하도록 배향된다)를 포함한다.A fifth aspect of the present invention provides a method for treating a single reactant gas in a plurality of plasma sources such that the first flow rate of at least one reactant gas directed to the first plasma is substantially the same as the second flow rate of at least one reactant gas directed to the second plasma. Provided is a method of implanting into a plurality of plasmas generated by an array. The method comprises supplying one or more reactant gases from a reactant gas source to a co-reactant gas injector; Passing one or more reactant gases through a first plurality of orifices in a cavity reactant gas injector adjacent to the first plasma, wherein the first plurality of orifices directs the one or more reactant gases to the first plasma at a first predetermined flow rate. Oriented to); And passing the one or more reactant gases through a second plurality of orifices adjacent to the second plasma, wherein the second plurality of orifices is provided such that the one or more reactant gases in the co-reactant gas injector is substantially equal to the first predetermined flow rate. 2 is directed to the second plasma at a predetermined predetermined flow rate.

본 발명의 제 6 양태는 평면 상에 침착된 균일한 코팅재를 갖는 기판을 제공하되, 균일한 코팅재는, 표면을 갖는 기판을 침착 챔버에 제공하는 단계(이때, 침착 챔버는 다수의 플라즈마 소스의 하나 이상의 어레이와 유체 교류하고, 하나 이상의 다수의 플라즈마 소스는 캐소드, 애노드 및 플라즈마 챔버에 배치된 비반응성 플라즈마 소스 기체용 유입구를 갖는 팽창 열 플라즈마 소스이고, 플라즈마 챔버는 침착 챔버와 유체 교류한다); 제 1 사전 예정 압력보다 작은 사전 예정 침착 압력으로 침착 챔버를 배기시키고, 플라즈마 챔버를 제 1 사전 예정 압력으로 배기시키는 단계; 다수의 플라즈마 소스에서 다수의 플라즈마를 생성시키고, 상기 침착 챔버로 다수의 플라즈마를 유동시키는 단계; 제 1 플라즈마로 향하는 하나 이상의 반응물 기체의 제 1 유속이 제 2 플라즈마로 향하는 하나 이상의 반응물 기체의 제 2 유속과 실질적으로 동일하도록, 다수의 플라즈마가 침착 챔버로 유동 시에 하나 이상의 반응물 기체를 하나 이상의 공동 반응물 기체 주입기를 통해 다수의 플라즈마 각각으로 주입하는 단계; 하나 이상의 반응물 기체 및 다수의 플라즈마를, 기판을 향해 침착 챔버로 유동시키는 단계; 및 하나 이상의 반응물 기체를 다수의 플라즈마와 반응시켜 기판의 평면 상에 코팅을 형성하는 단계를 포함하는 방법에 의해 침착된다. A sixth aspect of the invention provides a substrate having a uniform coating deposited on a planar surface, wherein the uniform coating provides a substrate having a surface to the deposition chamber, wherein the deposition chamber is one of a plurality of plasma sources. In fluid communication with the at least one array, the at least one plurality of plasma sources being an expanded thermal plasma source having an inlet for a non-reactive plasma source gas disposed in the cathode, anode and plasma chamber, the plasma chamber in fluid communication with the deposition chamber); Evacuating the deposition chamber at a predetermined deposition pressure less than the first predetermined pressure, and evacuating the plasma chamber at the first predetermined pressure; Generating a plurality of plasmas in a plurality of plasma sources and flowing the plurality of plasmas into the deposition chamber; One or more reactant gases when the plurality of plasma flows into the deposition chamber such that the first flow rate of the one or more reactant gases directed to the first plasma is substantially the same as the second flow rate of the one or more reactant gases directed to the second plasma Injecting each of the plurality of plasmas through a co-reactant gas injector; Flowing one or more reactant gases and a plurality of plasmas toward the substrate into the deposition chamber; And reacting the one or more reactant gases with the plurality of plasmas to form a coating on the plane of the substrate.

본 발명의 이런 상태 및 기타 양태, 장점 및 현저한 특징은 이후의 상세한 설명, 첨부된 도면 및 첨부된 청구범위로부터 명확해질 것이다. These and other aspects, advantages, and salient features of the present invention will become apparent from the following detailed description, the accompanying drawings, and the appended claims.

도 1은 팽창 열 플라즈마의 어레이를 사용하여 균일한 코팅재를 거시적 평면에 침착시키기 위한 장치의 개략적 대표도이며, 여기서 반응물 기체는 개별 반응물 기체 주입기에 의해 각각의 플라즈마 소스에 제공된다.1 is a schematic representation of an apparatus for depositing a uniform coating in a macroscopic plane using an array of expanded thermal plasmas, wherein reactant gas is provided to each plasma source by a separate reactant gas injector.

도 2는 팽창 열 플라즈마 소스의 어레이를 사용하여 균일한 코팅재를 거시적 평면에 침착시키기 위한 본 발명의 장치의 개략적 대표도이다.2 is a schematic representation of the device of the present invention for depositing a uniform coating on the macroscopic plane using an array of expanded thermal plasma sources.

도 3은 본 발명의 공동 반응물 기체 주입기의 상면도 및 단면도를 도시하는 개략적 대표도이다.3 is a schematic representation showing a top view and a cross-sectional view of a co-reactant gas injector of the present invention.

도 4는 본 발명의 공동 반응물 기체 주입기 및 개별 기체 주입기를 사용하여 침착된 무정형 수소화 탄화규소(a-SiC:H)의 두께 프로파일을 비교하는 플롯이며, 여기서 반응물 기체는 바이닐트라이메틸실레인(VTMS)이다.FIG. 4 is a plot comparing the thickness profile of amorphous silicon hydride (a-SiC: H) deposited using the co-reactant gas injector and the individual gas injector of the present invention, wherein the reactant gas is vinyltrimethylsilane (VTMS). )to be.

도 5는 ETP 소스의 어레이와 함께 수득된 a-SiC:H 코팅재의 두께 프로파일의 플롯으로서, 여기서 옥타메틸사이클로테트라실록세인(D4) 반응물 기체는 본 발명의 공동 반응물 기체 주입기 고리에 의해 ETP 소스의 어레이에 제공된다.FIG. 5 is a plot of the thickness profile of a-SiC: H coating material obtained with an array of ETP sources, wherein the octamethylcyclotetrasiloxane (D4) reactant gas is formed by the co-reactant gas injector ring of the present invention. Provided to the array.

도 6은 본 발명의 단일한 공동 반응물 주입기 및 다수의 공동 반응물 주입기를 사용하여 D4와 산소(O2)의 혼합물로부터 폴리카보네이트 기판 상에 침착된 무정형 수소화 규소 옥시카바이드(a-SiOxCy:H)의 두께 프로파일을 비교하는 플롯이다.6 shows amorphous silicon hydride oxycarbide (a-SiO x C y :) deposited on a polycarbonate substrate from a mixture of D4 and oxygen (O 2 ) using a single co-reactant injector and multiple co-reactant injectors of the present invention. It is a plot comparing the thickness profile of H).

다음 설명에서, 유사 참조 기호는 도면 부분에 도시된 몇몇 도면 전반에 걸쳐 유사 또는 상응하는 부분을 지칭한다. 또한, "상부", "하부", "외향", "내향" 등과 같은 용어는 편의 단어이며 제한적인 용어로 생각되지 않는다.In the following description, like reference numerals refer to like or corresponding parts throughout the several views shown in the drawings. Also, terms such as "upper", "lower", "outward", "inward" and the like are convenience words and are not to be considered as limiting terms.

일반적으로 도면, 특히 도 1을 참고하면, 설명은 본 발명의 바람직한 실시양태를 설명하기 위한 목적이지만 발명이 그에 국한되고자 하는 것이 아님을 이해할 것이다. 다수의 팽창 열 플라즈마 소스(112)를 포함하는 어레이(110)를 사용하여 균일한 코팅재를 거시적 평면 - 또는 평탄한 표면 - 에 침착시키기 위한 장치(100)가 도 1에 개략적으로 도시되고 있다. 도 1에 도시된 장치(100)는 바리 리-민 양(Barry Lee-Mean Yang) 등의 미국 특허출원 제 09/681,820 호 "Apparatus and Method for Large Area Chemical Vapor Deposition Using Expanding Thermal Plasma Generators", 및 마크 셉켄즈(Marc Schaepkens)의 미국 특허출원 제 09/683,148 호 "Apparatus and Method for Depositing Large Area Coatings on Non-Planar Surfaces"에 기술되어 있으며, 이들 모두는 본원에서 참고로 전반적으로 인용한다. 다수의 ETP 소스(112) 각각은, 발생된 ETP와 반응하여 기판의 표면에 코팅을 형성하는 하나 이상의 반응물 기체와 함께 공급된다(도시되지 않음). 하나 이상의 반응물 기체는 개별 반응물 기체 주입기(120)를 통해 동일한 유속으로 다수의 ETP 소스(112) 각각에 공급된다. 하나 이상의 반응물 기체는 다수의 ETP 소스(112) 각각에 의해 발생된 플라즈마 내에서 반응하여 코팅이 형성되는 종을 수득한다.In general, with reference to the drawings, in particular FIG. 1, it will be understood that the description is for the purpose of describing preferred embodiments of the invention but is not intended to be limited thereto. An apparatus 100 for depositing a uniform coating on a macroscopic plane-or flat surface-using an array 110 comprising a plurality of expanded thermal plasma sources 112 is schematically illustrated in FIG. 1. The apparatus 100 shown in FIG. 1 is described in US Patent Application No. 09 / 681,820, "Apparatus and Method for Large Area Chemical Vapor Deposition Using Expanding Thermal Plasma Generators" by Barry Lee-Mean Yang, et al., And US Patent Application No. 09 / 683,148 to Marc Schaepkens, "Apparatus and Method for Depositing Large Area Coatings on Non-Planar Surfaces," all of which are incorporated herein by reference in their entirety. Each of the plurality of ETP sources 112 is supplied with one or more reactant gases (not shown) that react with the generated ETP to form a coating on the surface of the substrate. One or more reactant gases are supplied to each of the plurality of ETP sources 112 at the same flow rate through separate reactant gas injectors 120. One or more reactant gases react in the plasma generated by each of the plurality of ETP sources 112 to obtain species from which a coating is formed.

다수의 플라즈마 소스가 큰 면적을 코팅하는데 사용되는 경우, 반응물 기체는 별도의 전달 시스템에 의해 각각의 플라즈마 소스에 공급된다. 즉, 각각의 플라즈마 소스는 개별 유동 제어에 요구되는 개별 반응물 기체 소스를 갖는다. 개별 반응물 기체 주입기(120)는 통상적으로 도 1에 도시된 바와 같이 다수의 ETP 소스(112) 각각에 공급된다. 도 1에서 도시된 실시양태에서, 하나 이상의 반응물 기체는 도 1에서 상면도 및 단면도로 도시된 개별 고리 주입기(120)를 통해서 다수의 ETP 소스(112) 각각에 의해 발생된 각각의 플라즈마 내로 통과한다. 하나 이상의 반응물 기체 각각은 개별 반응물 기체 소스(126)로부터 개별 고리 주입기(120)에 공급되며, 개별 유동 제어기(124)는 개별 반응물 기체 소스(126) 각각으로부터 개별 고리 주입기(120) 각각으로의 하나 이상의 반응물 기체의 유동을 조절한다. 다르게는, 개별 노즐(도시되지 않음)은 개별 고리 주입기(120)를 위해 교체될 수 있다.When multiple plasma sources are used to coat large areas, the reactant gas is supplied to each plasma source by a separate delivery system. That is, each plasma source has a separate reactant gas source required for separate flow control. A separate reactant gas injector 120 is typically supplied to each of the plurality of ETP sources 112 as shown in FIG. 1. In the embodiment shown in FIG. 1, one or more reactant gases pass into each plasma generated by each of the plurality of ETP sources 112 through separate ring injectors 120, shown in top and cross-sectional views in FIG. 1. . Each of the one or more reactant gases is fed from a separate reactant gas source 126 to a separate ring injector 120, and a separate flow controller 124 is provided from each of the respective reactant gas sources 126 to each of the individual ring injectors 120. The flow of the reactant gas above is controlled. Alternatively, individual nozzles (not shown) may be replaced for individual ring injectors 120.

더욱 큰 치수를 갖는 표면을 코팅하기 위해 스케일링 플라즈마 침착 기술을 사용하는 경우, 개별 고리 주입기(120), 개별 반응성 소스(126) 및 유동 제어기(124)의 사용은 코팅 공정에서의 유의적인 변화성을 초래하며 이로 인해 코팅의 균일성이 감소될 수 있다. 또한, 코팅 공정에서 사용된 플라즈마 소스의 수가 증가함에 따라, 개별 전달 시스템 및 유동 제어로 각각의 플라즈마 소스를 구비하는데 소요되는 비용이 크게 유의적이게 된다.When using scaling plasma deposition techniques to coat surfaces with larger dimensions, the use of individual ring injectors 120, individual reactive sources 126, and flow controllers 124 may have significant variability in the coating process. This can reduce the uniformity of the coating. In addition, as the number of plasma sources used in the coating process increases, the cost of having each plasma source with separate delivery systems and flow control becomes significantly significant.

일반적으로, 전체 코팅된 표면을 가로지르는 하나 이상의 선택된 특성의 균일한 프로파일을 갖는 코팅재를 제조하는 것이 바람직하다. 이러한 특성들로는 코팅 두께, 내마모성, 방사선 흡수 및 방사선 반사가 포함되지만 이에 한정되지 않는다. ETP 소스와 같은 단일 플라즈마 소스에 의해 침착된 코팅재 내의 이러한 특성들의 프로파일 각각은 플라즈마 소스의 축에 대해 가우시안(Gaussian) 분포를 갖는다. 가우시안 분포의 크기 및 형태는 플라즈마의 온도에 따라 일부 달라질 것이며, 또한 플라즈마 내로의 하나 이상의 반응물 기체의 유속 및 플라즈마를 생성시키는데 사용되는 파워에 의존적이다. 각각의 다수의 플라즈마 내로의 하나 이상의 반응물 기체의 실질적으로 동일한 유속 및 동일한 파워에서 발생된 플라즈마에 대해, 평면을 가로지르는 소정의 코팅 특성의 균일한 프로파일은, 개별 플라즈마 소스에 의해 발생된 가우시안 분포가 중첩되도록 하는 어레이에서 다수의 플라즈마 소스를 배열시킴으로써 수득될 수 있다.In general, it is desirable to produce coatings having a uniform profile of one or more selected properties across the entire coated surface. Such properties include, but are not limited to, coating thickness, wear resistance, radiation absorption, and radiation reflection. Each profile of these properties in a coating deposited by a single plasma source, such as an ETP source, has a Gaussian distribution about the axis of the plasma source. The size and shape of the Gaussian distribution will depend in part on the temperature of the plasma and also depends on the flow rate of one or more reactant gases into the plasma and the power used to generate the plasma. For plasmas generated at substantially the same flow rate and at the same power of one or more reactant gases into each of the multiple plasmas, the uniform profile of the desired coating properties across the plane results in the Gaussian distribution generated by the individual plasma sources. It can be obtained by arranging a plurality of plasma sources in an array that are intended to overlap.

본 발명에 따라 균일한 코팅재를 평탄하지 않은 표면에 침착시키기 위한 장치(200)가 도 2에 도시되고 있다. 장치(200)는 다수의 플라즈마 소스(212)의 하나 이상의 어레이(210)를 포함한다. 장치는 평탄하지 않은 표면을 코팅시키는데 실제적이며 이에 필요한 만큼의 많은 수의 어레이를 포함할 수 있다. 유사하게는, 각각의 어레이(210)는 실제적 또는 필요에 따라 다수의 플라즈마 소스(212)를 포함할 수 있다. 한 실시양태에서, 다수의 플라즈마 소스(212)는 하나 이상의 ETP 플라즈마 소스를 포함한다. 도 2가 6개의 플라즈마 소스(212)를 갖는 단일 어레이(210), 다수의 어레이(210)를 제시하지만, 6개 초과의 플라즈마 소스(212)를 갖는 하나 이상의 어레이(210)도 또한 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 간주된다. 어레이(210)는 예컨대 약 12개 이하의 플라즈마 소스(212)를 포함할 수 있다. 어레이(210)는 선형 어레이 또는 2차원 어레이, 예컨대 비제한적으로 플라즈마 소스(212)의 엇갈림(staggered) 어레이, 지그재그 어레이, 그리드(grid) 및 다각형(예: 삼각형, 육각형, 팔각형 등)일 수 있다.An apparatus 200 for depositing a uniform coating on an uneven surface according to the present invention is shown in FIG. 2. Apparatus 200 includes one or more arrays 210 of multiple plasma sources 212. The device may include as many arrays as are practical and necessary for coating uneven surfaces. Similarly, each array 210 may include a number of plasma sources 212 as actual or desired. In an embodiment, the plurality of plasma sources 212 includes one or more ETP plasma sources. Although FIG. 2 presents a single array 210, multiple arrays 210 with six plasma sources 212, one or more arrays 210 with more than six plasma sources 212 are also described herein. It is considered to be within the scope. Array 210 may include, for example, up to about 12 plasma sources 212. Array 210 may be a linear array or a two-dimensional array, such as, but not limited to, a staggered array, a zigzag array, a grid and a polygon (eg, triangle, hexagon, octagon, etc.) of plasma source 212. .

다수의 플라즈마 소스(212) 각각은 캐소드(214), 애노드(216) 및 플라즈마 챔버(202) 내에 배치된 플라즈마 소스 기체 유입구(218)를 포함한다. 플라즈마 소스 기체는 비활성 기체, 예컨대 희귀 기체, 즉 아르곤, 헬륨, 네온, 크립톤 또는 제논이다. 다르게는, 다른 화학적으로 비반응성인 기체, 예컨대 비제한적으로 질소 및 수소가 플라즈마 소스 기체로서 사용될 수 있다. 바람직하게는, 아르곤이 플라즈마 소스 기체로서 사용된다. 플라즈마는, 플라즈마 소스 기체 유입구(218)를 통해 플라즈마 소스 기체를 아크 내에 도입시키면서 캐소드(214)와 애노드(216) 사이에 아크를 생성시킴으로써 다수의 플라즈마 소스(212) 각각에서 발생된다.Each of the plurality of plasma sources 212 includes a cathode 214, an anode 216 and a plasma source gas inlet 218 disposed within the plasma chamber 202. The plasma source gas is an inert gas such as rare gas, ie argon, helium, neon, krypton or xenon. Alternatively, other chemically non-reactive gases such as but not limited to nitrogen and hydrogen may be used as the plasma source gas. Preferably, argon is used as the plasma source gas. Plasma is generated at each of the plurality of plasma sources 212 by creating an arc between the cathode 214 and the anode 216 while introducing the plasma source gas into the arc through the plasma source gas inlet 218.

한 실시양태에서, 하나 이상의 다수의 플라즈마 소스(212)는 팽창 열 플라즈마(또한 이후 본원에서 "ETP"로서 언급됨)이다. ETP에서, 플라즈마는 하나 이상의 캐소드와 애노드 사이에서 발생된 아크 내에서 플라즈마 소스 기체를 이온화시켜 양이온 및 전자를 생성시킴으로써 발생된다. 하기 반응은 예컨대 아르곤 플라즈마가 생성되는 경우에 발생된다.In one embodiment, the one or more plurality of plasma sources 212 is an expanding thermal plasma (also referred to herein as "ETP" later). In ETP, plasma is generated by ionizing the plasma source gas in an arc generated between one or more cathodes and anodes to generate cations and electrons. The following reaction takes place, for example, when an argon plasma is produced.

Ar → Ar+ + e- Ar → Ar + + e -

그 다음, 플라즈마는 저압에서 고용량으로 팽창되며, 이로 인해 전자 및 양이온이 냉각된다. 본 발명에서, 플라즈마는 플라즈마 챔버(202) 내에서 생성되며, 개구부(206)를 통해 침착 챔버(204) 내로 팽창된다. 이전에 기술된 바와 같이, 침착 챔버(204)는 플라즈마 챔버(202)보다 크게 낮은 압력에서 유지된다. 결과적으로, ETP 내의 전자는 너무 차가우며, 이로 인해 ETP 내 하나 이상의 반응물 기체의 직접적인 해리를 초래할 정도 충분한 에너지를 갖지 못하게 된다. 대신에, 플라즈마 내로 도입된 하나 이상의 반응물 기체는 ETP 내에서 전자들과 전하 교환 및 해리 재조합 반응을 겪을 수 있다. ETP에서, 양이온 및 전자 온도는 거의 동일하며 약 0.1eV(약 1000K)이다. 다른 유형의 플라즈마에서, 전자는 플라즈마의 화학적 특성에 실질적인 영향을 미치기에 충분하게 높은 온도를 갖는다. 이러한 플라즈마에서, 양이온은 전형적으로는 약 0.1eV의 온도를 갖고, 전자는 약 1eV 또는 10,000K의 온도를 갖는다.The plasma then expands to high capacity at low pressure, thereby cooling the electrons and cations. In the present invention, plasma is generated in the plasma chamber 202 and is expanded into the deposition chamber 204 through the opening 206. As previously described, the deposition chamber 204 is maintained at a pressure significantly lower than the plasma chamber 202. As a result, the electrons in the ETP are so cold that they do not have enough energy to cause direct dissociation of one or more reactant gases in the ETP. Instead, one or more reactant gases introduced into the plasma may undergo charge exchange and dissociation recombination reactions with electrons in the ETP. In ETP, the cation and electron temperatures are about the same and are about 0.1 eV (about 1000 K). In other types of plasmas, the electrons have a temperature high enough to have a substantial effect on the chemical properties of the plasma. In such plasmas, the cations typically have a temperature of about 0.1 eV and the electrons have a temperature of about 1 eV or 10,000K.

플라즈마 챔버(202)는 개구부(206)를 통해 침착 챔버(204)와 유체 교류한다. 침착 챔버(204)는 진공 시스템(도시되지 않음)과 유체 교류하며, 이는 플라즈마 챔버(202)보다 낮은 압력에서 침착 챔버(204)를 유지시킬 수 있다. 한 실시양태에서, 침착 챔버(204)는 약 1토르(약 133Pa) 미만의 압력, 바람직하게는 약 100밀리토르(약 0.133Pa) 미만의 압력에서 유지되는 한편, 플라즈마 챔버(202)는 약 0.1기압(약 1.01×104Pa) 이상의 압력에서 유지된다. 플라즈마 챔버(202)는 약 1기압(약 1.01×105Pa)의 압력에서 유지되는 것이 바람직하다.The plasma chamber 202 is in fluid communication with the deposition chamber 204 through the opening 206. Deposition chamber 204 is in fluid communication with a vacuum system (not shown), which may maintain deposition chamber 204 at a lower pressure than plasma chamber 202. In one embodiment, the deposition chamber 204 is maintained at a pressure less than about 1 Torr (about 133 Pa), preferably less than about 100 millitorr (about 0.133 Pa), while the plasma chamber 202 is about 0.1 It is maintained at a pressure above atmospheric pressure (about 1.01 × 10 4 Pa). The plasma chamber 202 is preferably maintained at a pressure of about 1 atmosphere (about 1.01 x 10 5 Pa).

하나 이상의 공동 반응물 기체 주입기(220)는, 하나 이상의 반응물 기체를 소정의 유속에서 어레이(210) 내의 다수의 플라즈마 소스(212)에 의해 발생된 각각의 다수의 플라즈마 내로 제공하기 위한 침착 챔버(204) 내에 위치시킨다. 공동 반응물 기체 주입기(220)는 도 3에서 단면도 및 상면도로 도시되고 있다. 반응물 기체 소스(226)로부터 공동 반응물 기체 주입기(220)로의 하나 이상의 반응물 기체의 유동을 조절하기 위해 유동 제어기(224)(도 3)가 포함된 반응물 기체 주입기 시스템(222)(도 3)에 의해, 하나 이상의 반응물 기체 소스(226)(도 3)로부터 공동 반응물 기체 주입기(220)에 하나 이상의 반응물 기체가 제공된다. 하나 이상의 반응물 기체 소스(224)는 단일 반응물 기체 소스(이 경우, 단일 유동 제어기(222)가 사용될 수 있다) 또는 매니폴드(manifold)(이는 다수의 플라즈마 내로 주입하기 전에 다양한 반응물 기체 또는 전구체가 혼합된다)일 수 있다.One or more co-reactant gas injectors 220 provide deposition chamber 204 for providing one or more reactant gases into each of the plurality of plasmas generated by the plurality of plasma sources 212 in the array 210 at a predetermined flow rate. Place it inside. Co-reactant gas injector 220 is shown in cross-section and top view in FIG. 3. By the reactant gas injector system 222 (FIG. 3) that includes a flow controller 224 (FIG. 3) to regulate the flow of one or more reactant gases from the reactant gas source 226 to the co-reactant gas injector 220. One or more reactant gases are provided to the co-reactant gas injector 220 from one or more reactant gas sources 226 (FIG. 3). One or more reactant gas sources 224 may be a single reactant gas source (in this case, a single flow controller 222 may be used) or a manifold (which may be mixed with various reactant gases or precursors before injection into multiple plasmas). It can be).

플라즈마가 개구부(206)를 통해 침착 챔버(204) 내로 유입됨에 따라, 어레이(210) 내의 다수의 플라즈마 소스(212)에 의해 발생된 각각의 다수의 플라즈마에 공동 반응물 기체 주입기(220)를 통해 하나 이상의 반응물 기체가 제공된다. 하나 이상의 반응물 기체는 공동 반응물 기체 주입기(220)로부터 실질적으로 동일한 유속으로 각각의 플라즈마 내로 유동한다. 하나 이상의 반응물 기체는 반응물 기체의 혼합물 또는 단일 반응물 기체를 포함할 수 있으며, 별도의 반응물 기체 주입기 시스템(222)에 의해 단일한 반응물 기체 소스 또는 별도의 다수의 반응물 기체 소스(226)로부터 단일한 공동 반응물 기체 주입기(220) 또는 별도의 공동 반응물 기체 주입기(220)에 제공될 수 있다.As the plasma enters the deposition chamber 204 through the opening 206, one through the co-reactant gas injector 220 into each of the plurality of plasmas generated by the plurality of plasma sources 212 in the array 210. The above reactant gas is provided. One or more reactant gases flow from each co-reactant gas injector 220 into each plasma at substantially the same flow rate. One or more reactant gases may comprise a mixture of reactant gases or a single reactant gas, and may be a single cavity from a single reactant gas source or separate multiple reactant gas sources 226 by separate reactant gas injector systems 222. Reactant gas injector 220 or a separate co-reactant gas injector 220.

공동 반응물 기체 주입기(220)는 공동 주입기 고리(226)를 포함하고, 이는 도 4에서 단면도 및 상면도로 도시된다. 별도의 공동 주입 고리(220)는 각각의 반응물 기체를 위해 제공될 수 있고, 또는 하나의 공동 주입 고리(220)는 반응물 기체의 혼합물의 주입을 위해 사용될 수 있다. 공동 주입기 고리(220)는 내부 공간을 가진 관상-벽 구조로부터 형성되고, 상기 내부 공간을 통해 하나 이상의 반응물 기체가 반응물 기체 소스(226)로부터 어레이(210)에서 다수의 플라즈마 소스(212)에 의해 생성되는 각각의 다수의 플라즈마로 공급된다. 공동 반응기 고리(220)는 약 5/8인치(약 15.9mm) 두께를 갖는 스테인리스 강철 연관으로 형성될 수 있다. 상기 공동 주입기 고리(220)는 각각의 다수의 플라즈마에 인접하게 위치한 다수의 오리피스(도시되지 않음)를 포함한다. 각각의 다수의 오리피스는 관상-벽 구조를 통해 관상-벽 구조의 내부 공간으로부터 공동 주입기 고리(220)의 외부 공간으로 연장된다. 다수의 오리피스는 하나 이상의 반응물 기체가 내부 공간으로부터 다수의 오리피스를 통해 통과하도록 배향되고, 각각의 다수의 플라즈마로 향하게 된다. 세트 스크류를 통해 기계화된 오리피스를 갖는 세트 스크류의 삽입을 허용하기 위해, 공동 주입기 고리(220)는 약 0.5인치(약 12.7mm) 떨어져 위치한 스레드된 구멍을 포함한다. 상기 오리피스는 약 0.040인치(약 1.02mm)의 직경을 가질 수 있다. The co-reactant gas injector 220 includes a co-injector ring 226, which is shown in cross-section and top view in FIG. 4. A separate cavity injection ring 220 may be provided for each reactant gas, or one cavity injection ring 220 may be used for injection of a mixture of reactant gases. The co-injector ring 220 is formed from a tubular-walled structure having an interior space through which one or more reactant gases are generated by a plurality of plasma sources 212 in the array 210 from the reactant gas source 226. Supplied to each of the plurality of plasmas generated. Co-reactor ring 220 may be formed from a stainless steel plumbing having a thickness of about 5/8 inch (about 15.9 mm). The cavity injector ring 220 includes a plurality of orifices (not shown) located adjacent to each of the plurality of plasmas. Each of the plurality of orifices extends through the tubular-wall structure from the inner space of the tubular-wall structure to the outer space of the cavity injector ring 220. The plurality of orifices are oriented such that one or more reactant gases pass from the interior space through the plurality of orifices and are directed to each of the plurality of plasmas. To allow insertion of the set screw with the mechanized orifice through the set screw, the cavity injector ring 220 includes threaded holes located about 0.5 inches (about 12.7 mm) apart. The orifice may have a diameter of about 0.040 inch (about 1.02 mm).

공동 반응물 기체 주입기(220)는 고리의 배열과는 다른 배열을 가질 수 있다. 예를 들어, 공동 반응물 기체 주입기(220)는 상술한 바와 같이 다수의 오리피스를 갖는 관상-벽 구조로부터 단일한 바 또는 다른 지형적인 형태, 예를 들어, 삼각형, 직사각형 및 구불거리는 모양(이에 한정되지는 않음)으로 형성될 수 있다. Co-reactant gas injector 220 may have a different arrangement than the arrangement of the rings. For example, the co-reactant gas injector 220 may be a single bar or other topographical form, such as, but not limited to, triangular, rectangular and wavy shapes from a tubular-walled structure having multiple orifices as described above. May be formed).

일반적으로, 오리피스, 또는 다수의 오리피스를 통한 유속은 오리피스의 컨덕턴스(conductance)에 대한 오리피스를 가로지르는 압력 낙차 ΔP(즉, 공동 반응물 기체 주입기 내부에서 압력 및 침착 챔버(204)의 압력의 차이)의 비에 비례한다.In general, the flow rate through an orifice, or multiple orifices, is determined by the pressure drop ΔP across the orifice relative to the conductance of the orifice (ie, the difference in pressure inside the co-reactant gas injector and pressure in the deposition chamber 204). Proportional to the ratio.

공동 반응물 기체 주입기(220)의 전체적인 압력 및 침착 챔버(204)의 압력이 비교적 변하지 않는 경우, ΔP는 상수이다. 이어, 각각의 다수의 플라즈마에 대한 실질적으로 균등한 반응물 기체의 속도는, 각각의 다수의 플라즈마로 하나 이상의 반응물 기체를 보내는 동일한 직경의 같은 수의 오리피스를 갖는 공동 반응물 기체 주입기(220)를 제공함으로써 달성될 수 있다. 따라서, 동일한 크기의 오리피를 위해, 제 1 플라즈마에 인접한 오리피스의 선형 밀도는 제 2 플라즈마에 인접한 오리피스의 선형 밀도와 실질적으로 균등할 것이다. ΔP가 상수인 경우 실질적으로 균등한 유속을 달성하는 것은 또한 각각의 다수의 플라즈마에 인접한 다수의 오리피스의 컨덕턴스를 일치시킴으로써 달성될 수 있다. 컨덕턴스는 또한 오피리스의 선형 밀도, 오리피스 직경, 또는 오리피스 길이 중의 어느 하나를 조정함으로써 일치시킬 수 있다. ΔP is a constant if the overall pressure of the co-reactant gas injector 220 and the pressure of the deposition chamber 204 are relatively unchanged. The velocity of the substantially even reactant gas for each of the plurality of plasmas is then provided by providing a co-reactant gas injector 220 having the same number of orifices of the same diameter that directs one or more reactant gases into each of the plurality of plasmas. Can be achieved. Thus, for an orifice of the same size, the linear density of the orifice adjacent to the first plasma will be substantially equal to the linear density of the orifice adjacent to the second plasma. Achieving a substantially uniform flow rate when ΔP is a constant can also be achieved by matching the conductance of a plurality of orifices adjacent to each of a plurality of plasmas. Conductance can also be matched by adjusting any of the linear density, orifice diameter, or orifice length of the opiris.

몇몇 예에서, 압력은 공동 반응물 기체 주입기(220)에서 전체적으로 상수가 아닐 수 있다. 이 조건은, 다수의 플라즈마 소스(212)에 의해 발생된 다수의 플라즈마로 반응물 기체의 불균등한 유동을 초래할 수 있다. 예를 들어, 소량의 반응물 기체는, 반응물 기체 소스(226)에 보다 인접하게 위치한 플라즈마 소스(도 3에서 'B')보다 반응물 기체 소스(226)으로부터 보다 먼 거리에 위치한 플라즈마 소스(도 3에서 'A'로 표시됨)에 의해 발생된 플라즈마로 보내질 수 있다. 이러한 조건 하에서, 각각의 다수의 플라즈마에 대한 반응물 기체의 유속은 공동 반응물 기체 주입기(220)에서 오리피스 직경, 오리피스의 선형 밀도, 및 다수의 오리피스의 컨덕턴스 중의 하나 이상을 개질함으로써 균등화시킬 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 소스 A 및 B에 의해 발생된 플라즈마로의 반응물 기체의 유속는, 플라즈마 소스 B 부근에 위치한 오리피스의 수보다 많은 수의 오리피스를 가진 플라즈마 소스 A 부근의 공동 반응물 기체 주입기(220)를 제공함으로써 균등화될 수 있다. 다르게는, 상기 유속은 플라스마 소스 B 부근의 오리피스의 선형 밀도보다 플라즈마 소스 A 부근의 오리피스가 보다 큰 선형 밀도를 가지는 공동 반응물 기체 주입기(220)를 제공함으로써 균등화될 수 있다. 반응물 기체의 유속은 플라즈마 소스 B 부근에 위치한 오리피스의 직경보다 큰 직경을 갖는 플라스마 소스 A 부근의 오리피스를 가진 공동 반응물 기체 주입기(220)를 제공함으로써 균등화될 수 있다. 마지막으로, 플라즈마 소스 A 부근에 보다 낮은 컨덕턴스를 가진 오리피스를 가진 공동 반응물 기체 주입기(220)를 제공하는 것은 플라즈마 소스 A 및 B에 의해 발생하는 플라즈마에 대한 유속을 균등하게 하는데 사용될 수 있다. In some examples, the pressure may not be globally constant at the co-reactant gas injector 220. This condition can result in an uneven flow of reactant gas into the plurality of plasmas generated by the plurality of plasma sources 212. For example, a small amount of reactant gas may be located farther from the reactant gas source 226 than the plasma source ('B' in FIG. 3) located closer to the reactant gas source 226 (in FIG. 3). May be sent to the plasma generated by " A ". Under these conditions, the flow rate of reactant gas for each of the plurality of plasmas can be equalized by modifying one or more of the orifice diameter, the linear density of the orifices, and the conductances of the plurality of orifices in the co-reactant gas injector 220. For example, the flow rate of reactant gas into the plasma generated by the plasma sources A and B may cause the co-reactant gas injector 220 near the plasma source A having a larger number of orifices than the number of orifices located near the plasma source B. It can be equalized by providing. Alternatively, the flow rate can be equalized by providing a co-reactant gas injector 220 in which the orifice near plasma source A has a higher linear density than the linear density of the orifice near plasma source B. The flow rate of the reactant gas may be equalized by providing a co-reactant gas injector 220 having an orifice near plasma source A having a diameter greater than the diameter of the orifice located near plasma source B. Finally, providing a co-reactant gas injector 220 having an orifice with lower conductance near plasma source A may be used to equalize the flow rate for the plasma generated by plasma sources A and B.

예를 들어, 본 발명에서 공동 반응물 기체 주입기 고리(220)에 따르는 선형 오리피스 밀도는 변화되어, 통상의 세트 스크류로 오리피스를 가진 세트 스크류의 일부를 기계화되지 않은 오리피스로 대체함으로써 속도를 균등화할 수 있다. 오리피스 컨덕턴스는 또한 세트 스크류를 통해 기계화된 오리피스로 연장된 세트-스크류를 사용함으로서 변화될 수 있다. For example, in the present invention, the linear orifice density along the co-reactant gas injector ring 220 can be changed to equalize the speed by replacing a portion of the set screw with the orifice with an unmechanized orifice with a conventional set screw. . The orifice conductance can also be varied by using a set-screw extending through the set screw to the mechanized orifice.

각각의 다수의 플라즈마에 주입된 후, 하나 이상의 반응물 기체는 각각의 다수의 플라즈마 내에서 하나 이상의 반응을 겪는다. 이러한 반응은 전하 교환 반응, 분리적 재조합 반응, 및 분열 반응을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 이어, 다수의 플라즈마 내에서 발생하는 반응의 산물은 결합되어 기판(230)의 표면(234) 상에 코팅재(232)을 침착시키고, 이는 침착 챔버(204)에 함유된다. 기판(230)은 기판 홀더(도시되지 않음)에 움직이지 않게 탑재되거나, 운동 작동기(도시되지 않음)에 결합되고, 상기 운동 작동기는 어레이(210)에 대하여 기판(230)을 움직인다(또는 '스캔한다'). After being injected into each of the plurality of plasmas, one or more reactant gases undergo one or more reactions within each of the plurality of plasmas. Such reactions include, but are not limited to, charge exchange reactions, separate recombination reactions, and cleavage reactions. The products of the reactions occurring in the multiple plasmas then combine to deposit the coating material 232 on the surface 234 of the substrate 230, which is contained in the deposition chamber 204. The substrate 230 is mounted stationarily on a substrate holder (not shown) or coupled to an exercise actuator (not shown), which moves the substrate 230 relative to the array 210 (or 'scans'). do').

하기의 실시예는 본 발명에 의해 제공되는 특징 및 장점을 예시하고, 본 발명을 제한하기 위해 의도되지 않는다. The following examples illustrate the features and advantages provided by the present invention and are not intended to limit the present invention.

실시예 1Example 1

본 발명의 공동 반응물 기체 주입기 고리를 제공하는 ETP 소스의 어레이를 사용하여 평평한(즉, 평면의) 폴리카보네이트 기판 상에 침착된 코팅재를 개별 반응물 기체 주입기를 제공하는 ETP 소스의 어레이를 사용하여 침착된 코팅재와 비교함으로써 본 발명이 실험적으로 뒷받침된다. 바이닐트라이메틸실레인(VTMS) 전구물질이 개별 ETP 소스의 노즐로 전달되는 ETP 소스의 어레이로 수득된 무정형 수소화된 탄화규소(이후 본원에서 "a-SiC:H"로 지칭됨) 코팅재의 두께 프로파일은 본 발명의 공동 반응물 기체 주입기 고리를 제공하는 ETP 소스의 어레이를 사용하여 VTMS로 수득된 a-SiC:H 코팅재의 두께 프로파일과 비교되었다. 상기 코팅재의 두께 프로파일은 도 4에 도시되어 있다. 본 발명의 공동 주입기 고리를 사용하여 수득된 코팅재에 대한 ETP 소스 사이에 위치한 평균 두께(시그마/평균)에 대한 두께의 표준편차의 비(3%)는 각각의 ETP 소스에 대한 개별 반응물 기체 주입기를 사용하여 수득한 필름의 표준편차의 비(13%)보다 낮았다. 따라서, 본 발명의 공동 주입기 가스 고리를 사용하여 수득된 코팅재는 개별 반응물 기체 주입기를 사용하여 수득된 코팅재보다 고도의 균일성을 보였다. Coatings deposited on a flat (ie, planar) polycarbonate substrate using an array of ETP sources providing a co-reactant gas injector ring of the present invention were deposited using an array of ETP sources providing individual reactant gas injectors. The present invention is experimentally supported by comparison with coating materials. Thickness profile of amorphous hydrogenated silicon carbide (hereinafter referred to herein as "a-SiC: H") coating obtained with an array of ETP sources where vinyltrimethylsilane (VTMS) precursors are delivered to nozzles of individual ETP sources Was compared to the thickness profile of the a-SiC: H coating obtained with VTMS using an array of ETP sources providing the co-reactant gas injector ring of the present invention. The thickness profile of the coating material is shown in FIG. 4. The ratio (3%) of the standard deviation of thickness to average thickness (sigma / average) located between the ETP sources for the coatings obtained using the cavity injector rings of the present invention is determined by the respective reactant gas injector for each ETP source. It was lower than the ratio (13%) of the standard deviation of the film obtained using. Thus, coatings obtained using the co-injector gas rings of the present invention showed a higher degree of uniformity than coatings obtained using individual reactant gas injectors.

실시예 2Example 2

a-SiC:H 코팅재의 두께 프로파일은 ETP 소스의 어레이에 의해 발생된 플라즈마에 대한 옥타메틸사이클로테트라실록세인(D4) 반응물 기체가 본 발명의 공동 반응물 기체 주입기에 의해 제공되는 ETP 소스의 어레이로 수득되었다. 침착된 코팅재의 두께 프로파일이 도 5에 개시되어 있다. 그 결과, D4로 침착이 5%(시그마/평균) 내부-ETP 소스 두께인 코팅재를 산출한다는 것을 증명되었다. 따라서, 본 발명의 공동 주입기 가스 고리를 통해 ETP-발생된 플라즈마에 대한 반응물 기체 D4를 제공함으로써 수득되는 코팅재는 고도의 균일성을 보였다. The thickness profile of the a-SiC: H coating was obtained with an array of ETP sources in which the octamethylcyclotetrasiloxane (D4) reactant gas for the plasma generated by the array of ETP sources was provided by the co-reactant gas injector of the present invention. It became. The thickness profile of the deposited coating is disclosed in FIG. 5. As a result, it was demonstrated that with D4, the deposition yields a coating that is 5% (sigma / average) internal-ETP source thickness. Thus, the coating obtained by providing reactant gas D4 to the ETP-generated plasma through the co-injector gas ring of the present invention showed a high degree of uniformity.

실시예 3Example 3

부식 방지 코팅재로서 역할하는 무정형 수소화된 규소 옥시카바이드(이후 본원에서 "a-SiOxCy:H"로 지칭됨)의 코팅재는 폴리카보네이트 기판 상에 D4 및 산소(O2)의 혼합물로부터 침착되었다. 하나의 실험에서, 상기 코팅재는 단일한 공동 반응물 기체 주입기 고리를 통해 D4 및 O2를 둘 다 주입시킴으로써 침착되었다. 또다른 실험에서, 상기 코팅재는 별도의 공동 반응물 기체 주입기 고리를 통해 O2 및 D4를 주입시킴으로써 침착되었다. 침착된 코팅재의 코팅재 두께 프로파일이 도 6에서 비교된다. 도 6에서 두께 프로파일은 통계적으로 상이하고, 따라서 고도의 균일성을 갖는 코팅재를 수득하기 위해 개별 반응물 기체가 단일한 공동 반응물 기체 주입기 또는 별도의 공동 반응물 기체 주입기 중의 하나로 다수의 ETP 플라즈마에 의해 생성되는 플라즈마에 제공될 수 있다는 것이 증명되었다.A coating of amorphous hydrogenated silicon oxycarbide (hereinafter referred to herein as "a-SiO x C y : H"), which serves as an anti-corrosion coating, was deposited from a mixture of D4 and oxygen (O 2 ) on a polycarbonate substrate. . In one experiment, the coating was deposited by injecting both D4 and O 2 through a single co-reactant gas injector ring. In another experiment, the coating was deposited by injecting O 2 and D 4 through separate co-reactant gas injector rings. Coating thickness profiles of the deposited coatings are compared in FIG. 6. In FIG. 6 the thickness profiles are statistically different, so that individual reactant gases are produced by multiple ETP plasmas in either a single co-reactant gas injector or a separate co-reactant gas injector to obtain a coating with high uniformity. It has been demonstrated that it can be provided to a plasma.

본 발명을 예시하기 위한 목적으로 전형적인 실시양태가 개시되었지만, 전술한 설명은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 따라서, 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어남 없이, 당분야의 숙련자들은 다양한 개질, 조정, 및 대안을 생각할 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 다수의 ETP 소스의 어레이의 사용으로 반드시 제한되는 것이 아니라, 대신에 본 발명은 넓은 면적의 기판을 코팅하기 위해 사용될 수 있는 다수의 플라즈마 소스의 어레이에서 사용될 수 있다. While typical embodiments have been disclosed for the purpose of illustrating the invention, the foregoing description is not intended to limit the scope of the invention. Accordingly, those skilled in the art may contemplate various modifications, adjustments, and alternatives without departing from the spirit and scope of the present invention. For example, the invention is not necessarily limited to the use of an array of multiple ETP sources, but instead the invention can be used in an array of multiple plasma sources that can be used to coat large area substrates.

Claims (44)

a) 다수의 플라즈마를 발생시키기 위한 다수의 플라즈마 소스(212)의 하나 이상의 어레이(210)(이때, 다수의 플라즈마 소스(212) 각각은 캐소드(214), 애노드(216) 및 플라즈마 챔버(202)에 배치된 비반응성 플라즈마 소스 기체용 유입구(218)를 포함한다);a) one or more arrays 210 of multiple plasma sources 212 for generating multiple plasmas, wherein each of the plurality of plasma sources 212 is a cathode 214, an anode 216 and a plasma chamber 202. An inlet 218 for a non-reactive plasma source gas disposed therein); b) 기판(230)을 함유하는 침착 챔버(204)(이때, 침착 챔버(204)는 상기 플라즈마 챔버(202)와 유체 교류하고, 상기 플라즈마 챔버(202)는 제 1 사전 예정 압력에서 유지되고, 상기 침착 챔버(204)는 상기 제 1 사전 예정 압력보다 작은 제 2 사전 예정 압력으로 유지된다); 및 b) the deposition chamber 204 containing the substrate 230, wherein the deposition chamber 204 is in fluid communication with the plasma chamber 202, and the plasma chamber 202 is maintained at a first predetermined pressure, The deposition chamber 204 is maintained at a second predetermined pressure less than the first predetermined pressure); And c) 균일한 유속의 하나 이상의 반응물 기체를 상기 다수의 플라즈마 각각으로 제공하는, 상기 침착 챔버(204)에 배치된 하나 이상의 공동 반응물 기체 주입기(220)를 포함하는c) one or more co-reactant gas injectors 220 disposed in the deposition chamber 204 for providing one or more reactant gases of uniform flow rate to each of the plurality of plasmas. 기판(230)의 평면(234) 상에 균일한 코팅(232)을 침착시키는 장치(200).An apparatus 200 for depositing a uniform coating 232 on a plane 234 of a substrate 230. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 다수의 플라즈마 소스(212) 중 하나 이상이 팽창 열 플라즈마 소스인 장치(200).At least one of the plurality of plasma sources 212 is an expanded thermal plasma source. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 하나 이상의 어레이(210)가 상기 다수의 플라즈마 소스(212)의 하나 이상의 선형 어레이를 포함하는 장치(200).Apparatus (200) wherein one or more arrays (210) comprise one or more linear arrays of the plurality of plasma sources (212). 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 하나 이상의 어레이(210)가 상기 다수의 플라즈마 소스(212)의 하나 이상의 2차원 어레이를 포함하는 장치(200).Apparatus (200) wherein one or more arrays (210) comprise one or more two-dimensional arrays of the plurality of plasma sources (212). 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 제 1 사전 예정 압력이 약 0.1 대기압 이상인 장치(200).The apparatus 200, wherein the first predetermined pressure is at least about 0.1 atmosphere. 제 5 항에 있어서, The method of claim 5, 제 1 사전 예정 압력이 약 1 대기압인 장치(200).The apparatus 200, wherein the first predetermined pressure is about 1 atmospheric pressure. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 제 2 사전 예정 압력이 약 1 토르(torr) 미만인 장치(200).The apparatus 200, wherein the second predetermined pressure is less than about 1 torr. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 제 2 사전 예정 압력이 약 100 밀리토르 미만인 장치(200).Apparatus 200 having a second predetermined pressure less than about 100 millitorr. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 플라즈마 소스 기체가 아르곤, 질소, 수소, 헬륨, 네온, 크립톤 및 제논 중 하나 이상을 포함하는 장치(200).The apparatus 200, wherein the plasma source gas comprises one or more of argon, nitrogen, hydrogen, helium, neon, krypton, and xenon. a) 하나 이상의 반응물 기체가 반응물 기체 소스로부터 공급되는, 내부 공간을 갖는 관상-벽(tubular-walled) 구조를 포함하는 반응물 기체 유입구;a) a reactant gas inlet comprising a tubular-walled structure with an interior space from which at least one reactant gas is supplied from a reactant gas source; b) 제 1 플라즈마에 인접한 다수의 제 1 오리피스(240)(이때, 다수의 제 1 오리피스(240) 각각은 상기 관상-벽 구조를 통해 상기 내부 공간으로부터 상기 반응물 기체 유입구의 외부 표면으로 연장되고, 다수의 제 1 오리피스(240)는 내부 공간으로부터 다수의 제 1 오리피스를 통과하여, 제 1 유속으로 제 1 플라즈마로 향하도록 배향된다); 및b) a plurality of first orifices 240 adjacent to the first plasma, wherein each of the plurality of first orifices 240 extends from the inner space through the tubular-wall structure to the outer surface of the reactant gas inlet, The plurality of first orifices 240 are oriented from the interior space through the plurality of first orifices and towards the first plasma at a first flow rate); And c) 제 2 플라즈마에 인접한 다수의 제 2 오리피스(242)(이때, 다수의 제 2 오리피스(242) 각각은 상기 관상-벽 구조를 통해 상기 내부 공간으로부터 상기 반응물 기체 유입구의 외부 표면으로 연장되고, 다수의 제 2 오리피스(242)는 하나 이상의 반응물 기체가 내부 공간으로부터 다수의 제 2 오리피스를 통과하여, 실질적으로 제 1 유속과 동일한 제 2 유속으로 제 2 플라즈마로 향하도록 배향된다)를 포함하는 c) a plurality of second orifices 242 adjacent to the second plasma, wherein each of the plurality of second orifices 242 extends from the inner space through the tubular-wall structure to the outer surface of the reactant gas inlet, The plurality of second orifices 242 are oriented such that one or more reactant gases are passed from the interior space through the plurality of second orifices and directed to the second plasma at a second flow rate substantially the same as the first flow rate. 다수의 플라즈마 소스(212)의 어레이(210)에 의해 발생된 다수의 플라즈마로 하나 이상의 반응물 기체의 균일한 유동을 주입하는 공동 반응물 기체 주입기(220).Co-reactant gas injector 220 for injecting a uniform flow of one or more reactant gases into the plurality of plasmas generated by the array 210 of multiple plasma sources 212. 제 10 항에 있어서, The method of claim 10, 다수의 제 1 오리피스(240)가 제 1 선형 밀도를 갖는 제 1 사전 예정 수의 오리피스를 포함하고, 다수의 제 2 오리피스(242)가 제 1 선형 밀도를 갖는 제 2 사전 예정 수의 오리피스를 포함하는 반응물 주입기.The plurality of first orifices 240 includes a first predetermined number of orifices having a first linear density, and the plurality of second orifices 242 include a second predetermined number of orifices having a first linear density. Reactant injector. 제 11 항에 있어서, The method of claim 11, 제 1 사전 예정 수가 제 2 사전 예정 수와 동일한 반응물 주입기.A reactant injector with a first predetermined number equal to the second predetermined number. 제 11 항에 있어서, The method of claim 11, 제 1 선형 밀도가 제 2 선형 밀도와 동일한 반응물 주입기.A reactant injector with a first linear density equal to a second linear density. 제 11 항에 있어서, The method of claim 11, 다수의 제 1 오리피스(240) 각각이 제 1 컨덕턴스를 갖고, 다수의 제 2 오리피스(242) 각각이 상기 제 1 컨덕턴스와 동일한 제 2 컨덕턴스를 갖는 반응물 주입기.A reactant injector each of the plurality of first orifices 240 has a first conductance and each of the plurality of second orifices 242 has a second conductance equal to the first conductance. 제 11 항에 있어서, The method of claim 11, 제 1 사전 예정 수가 제 2 사전 예정 수와 상이한 반응물 주입기.A reactant injector with a first predetermined number different from the second predetermined number. 제 11 항에 있어서, The method of claim 11, 다수의 제 1 오리피스(240) 각각이 제 1 컨덕턴스를 갖고, 다수의 제 2 오리피스(242) 각각이 상기 제 1 컨덕턴스와 상이한 제 2 컨덕턴스를 갖는 반응물 주입기.The reactant injector of each of the plurality of first orifices (240) has a first conductance, and each of the plurality of second orifices (242) has a second conductance different from the first conductance. 제 11 항에 있어서, The method of claim 11, 반응물 주입기가 상기 어레이(210)를 포함하는 주입기 고리를 포함하는 반응물 주입기.Reactant injector comprises a injector ring comprising the array (210). a) 다수의 플라즈마를 발생시키기 위한 다수의 플라즈마 소스(212)의 하나 이상의 어레이(210)(이때, 하나 이상의 다수의 플라즈마 소스(212)은 팽창 열 플라즈마 소스이고, 다수의 플라즈마 소스(212) 각각은 캐소드(214), 애노드(216) 및 플라즈마 챔버(202)에 침착되는 비반응성 플라즈마 소스 기체용 유입구(218)를 포함한다);a) one or more arrays 210 of multiple plasma sources 212 for generating multiple plasmas, wherein the one or more multiple plasma sources 212 are expanded thermal plasma sources, each of the plurality of plasma sources 212 A cathode 214, an anode 216 and an inlet 218 for a non-reactive plasma source gas deposited in the plasma chamber 202); b) 기판(230)을 함유하는 침착 챔버(204)(이때, 침착 챔버(204)는 상기 플라즈마 챔버(202)와 유체 교류하고, 상기 플라즈마 챔버(202)는 제 1 사전 예정 압력에서 유지되고, 상기 침착 챔버(204)는 상기 제 1 사전 예정 압력보다 작은 제 2 사전 예정 압력에서 유지된다); 및 b) the deposition chamber 204 containing the substrate 230, wherein the deposition chamber 204 is in fluid communication with the plasma chamber 202, and the plasma chamber 202 is maintained at a first predetermined pressure, The deposition chamber 204 is maintained at a second predetermined pressure less than the first predetermined pressure); And c) 하나 이상의 반응물 기체의 균일한 유동을 상기 다수의 플라즈마 각각으로 주입하는, 상기 침착 챔버(204)에 배치된 하나 이상의 공동 반응물 기체 주입기(220)[이때, 상기 공동 반응물 기체 주입기(220)는, i) 반응물 기체가 하나 이상의 반응물 기체 소스로부터 공급되는, 내부 공간을 갖는 관상-벽 구조를 포함하는 반응물 기체 유입구;c) one or more co-reactant gas injectors 220 disposed in the deposition chamber 204, injecting a uniform flow of one or more reactant gases into each of the plurality of plasmas, wherein the co-reactant gas injector 220 i) a reactant gas inlet comprising a tubular-wall structure having an internal space from which the reactant gas is supplied from at least one reactant gas source; ii) 제 1 플라즈마에 인접한 다수의 제 1 오리피스(240)(이때, 다수의 제 1 오리피스(240) 각각은 상기 관상-벽 구조를 통해 상기 내부 공간으로부터 상기 반응물 기체 유입구의 외부 표면으로 연장되고, 다수의 제 1 오리피스(240)는 내부 공간으로부터 다수의 제 1 오리피스를 통과하여, 제 1 유속으로 제 1 플라즈마로 향하도록 배향된다); 및ii) a plurality of first orifices 240 adjacent to the first plasma, wherein each of the plurality of first orifices 240 extends from the inner space through the tubular-wall structure to the outer surface of the reactant gas inlet, The plurality of first orifices 240 are oriented from the interior space through the plurality of first orifices and towards the first plasma at a first flow rate); And iii) 제 2 플라즈마에 인접한 다수의 제 2 오리피스(242)(이때, 다수의 제 1 오리피스(242) 각각은 상기 관상-벽 구조를 통해 상기 내부 공간으로부터 상기 하나 이상의 반응물 기체 유입구의 외부 표면으로 연장되고, 다수의 제 2 오리피스(242)는 반응물 기체가 내부 공간으로부터 다수의 제 2 오리피스를 통과하여, 실질적으로 제 1 유속과 동일한 제 2 유속으로 제 2 플라즈마로 향하도록 배향된다)를 포함한다]를 포함하는iii) a plurality of second orifices 242 adjacent to the second plasma, wherein each of the plurality of first orifices 242 extends from the inner space through the tubular-wall structure to the outer surface of the one or more reactant gas inlets And the plurality of second orifices 242 are oriented such that the reactant gas passes from the interior space through the plurality of second orifices and directed to the second plasma at a second flow rate substantially the same as the first flow rate. Containing 기판(230)의 평면(234) 상에 균일한 코팅(232)을 침착시키는 장치(200).An apparatus 200 for depositing a uniform coating 232 on a plane 234 of a substrate 230. 제 18 항에 있어서, The method of claim 18, 다수의 제 1 오리피스(240)가 제 1 선형 밀도를 갖는 제 1 사전 예정 수의 오리피스를 포함하고, 다수의 제 2 오리피스(242)가 제 2 선형 밀도를 갖는 제 2 사전 예정 수의 오리피스를 포함하는 장치(200).The plurality of first orifices 240 comprises a first predetermined number of orifices having a first linear density, and the plurality of second orifices 242 include a second predetermined number of orifices having a second linear density. Device 200. 제 19 항에 있어서, The method of claim 19, 제 1 사전 예정 수가 제 2 사전 예정 수와 동일한 장치(200).The apparatus 200, wherein the first predetermined number is the same as the second prescheduled number. 제 19 항에 있어서, The method of claim 19, 제 1 사전 예정 수가 제 2 사전 예정 수와 상이한 장치(200).The apparatus 200, wherein the first predetermined number is different from the second predetermined number. 제 19 항에 있어서, The method of claim 19, 다수의 제 1 오리피스(240) 각각이 제 1 컨덕턴스를 갖고, 다수의 제 2 오리피스(242) 각각이 상기 제 1 컨덕턴스와 동일한 제 2 컨덕턴스를 갖는 장치(200).Wherein each of the plurality of first orifices (240) has a first conductance and each of the plurality of second orifices (242) has a second conductance equal to the first conductance. 제 19 항에 있어서, The method of claim 19, 다수의 제 1 오리피스(240) 각각이 제 1 컨덕턴스를 갖고, 다수의 제 2 오리피스(242) 각각이 상기 제 1 컨덕턴스와 상이한 제 2 컨덕턴스를 갖는 장치(200).Wherein each of the plurality of first orifices (240) has a first conductance and each of the plurality of second orifices (242) has a second conductance different from the first conductance. 제 18 항에 있어서, The method of claim 18, 하나 이상의 공동 반응물 기체 주입기(220)가 상기 어레이(210)를 포함하는 주입기 고리를 포함하는 장치(200).At least one co-reactant gas injector (220) comprises an injector ring comprising the array (210). 제 18 항에 있어서, The method of claim 18, 하나 이상의 어레이(210)가 상기 다수의 플라즈마 소스(212)의 하나 이상의 선형 어레이를 포함하는 장치(200).Apparatus (200) wherein one or more arrays (210) comprise one or more linear arrays of the plurality of plasma sources (212). 제 18 항에 있어서, The method of claim 18, 하나 이상의 어레이(210)가 상기 다수의 플라즈마 소스(212)의 하나 이상의 2차원 어레이를 포함하는 장치(200).Apparatus (200) wherein one or more arrays (210) comprise one or more two-dimensional arrays of the plurality of plasma sources (212). 제 18 항에 있어서, The method of claim 18, 제 1 사전 예정 압력이 약 0.1 대기압 이상인 장치(200).The apparatus 200, wherein the first predetermined pressure is at least about 0.1 atmosphere. 제 27 항에 있어서, The method of claim 27, 제 1 사전 예정 압력이 약 1 대기압인 장치(200).The apparatus 200, wherein the first predetermined pressure is about 1 atmospheric pressure. 제 18 항에 있어서, The method of claim 18, 제 2 사전 예정 압력이 약 1 토르 미만인 장치(200).The apparatus 200, wherein the second predetermined pressure is less than about 1 Torr. 제 29 항에 있어서, The method of claim 29, 제 2 사전 예정 압력이 약 100 밀리토르 미만인 장치(200).Apparatus 200 having a second predetermined pressure less than about 100 millitorr. 제 18 항에 있어서, The method of claim 18, 플라즈마 소스 기체가 아르곤, 질소, 수소, 헬륨, 네온, 크립톤 및 제논 중 하나 이상을 포함하는 장치(200).The apparatus 200, wherein the plasma source gas comprises one or more of argon, nitrogen, hydrogen, helium, neon, krypton, and xenon. a) 평면(234)을 갖는 기판(230)을 침착 챔버(204)에 제공하는 단계;a) providing a substrate 230 having a plane 234 to the deposition chamber 204; b) 사전 예정 침착 압력으로 침착 챔버(204)를 배기시키는 단계;b) evacuating deposition chamber 204 at a predetermined deposition pressure; c) 다수의 플라즈마 소스(212)의 하나 이상의 어레이(210)로부터 다수의 플라즈마를 생성시키는 단계;c) generating a plurality of plasmas from one or more arrays 210 of the plurality of plasma sources 212; d) 제 1 플라즈마로 향하는 하나 이상의 반응물 기체의 제 1 유속이 제 2 플라즈마로 향하는 하나 이상의 반응물 기체의 제 2 유속과 실질적으로 동일하도록, 하나 이상의 반응물 기체를 하나 이상의 공동 반응물 기체 주입기(220)를 통해 다수의 플라즈마 각각으로 주입하는 단계;d) subjecting the one or more reactant gases to the one or more co-reactant gas injectors 220 such that the first flow rate of the one or more reactant gases directed to the first plasma is substantially the same as the second flow rate of the one or more reactant gases directed to the second plasma. Injecting each of the plurality of plasmas through; e) 하나 이상의 반응물 기체 및 다수의 플라즈마를, 기판(230)을 향해 침착 챔버(204)로 유동시키는 단계; 및e) flowing one or more reactant gases and a plurality of plasmas into the deposition chamber 204 toward the substrate 230; And f) 하나 이상의 반응물 기체를 다수의 플라즈마와 반응시켜 기판(230)의 평면(234) 상에 코팅(232)을 형성하는 단계를 포함하는f) reacting the one or more reactant gases with the plurality of plasmas to form a coating 232 on the plane 234 of the substrate 230. 기판(230)의 평면(234) 상에 균일한 코팅(232)을 침착시키는 방법.A method of depositing a uniform coating (232) on a plane (234) of a substrate (230). 제 32 항에 있어서, The method of claim 32, 하나 이상의 다수의 플라즈마 소스(212)이 캐소드(214), 애노드(216) 및 플라즈마 챔버(202)에 침착되는 비반응성 플라즈마 소스 기체용 유입구(218)를 갖는 팽창 열 플라즈마 소스인 방법.At least one of the plurality of plasma sources (212) is an expanded thermal plasma source having an inlet (218) for a non-reactive plasma source gas deposited in a cathode (214), an anode (216) and a plasma chamber (202). 제 33 항에 있어서, The method of claim 33, wherein 하나 이상의 반응물 기체 및 다수의 플라즈마를, 기판을 향해 침착 챔버(204)로 유동시키는 단계가 Flowing the one or more reactant gases and the plurality of plasmas toward the substrate into the deposition chamber 204 a) 플라즈마 챔버(202) 내의 제 1 압력 보다 작은 제 2 사전 예정 압력에서 침착 챔버(204)를 유지시키는 단계; 및a) maintaining the deposition chamber 204 at a second predetermined pressure less than the first pressure in the plasma chamber 202; And b) 플라즈마 챔버(202)로부터 기판(230)을 향해 침착 챔버(204)로 다수의 플라즈마를 팽창시키는 단계를 포함하는 방법.b) expanding a plurality of plasmas from the plasma chamber (202) towards the substrate (230). 제 32 항에 있어서, The method of claim 32, 반응물 기체를 다수의 플라즈마로 주입하는 단계가 Injecting the reactant gas into the plurality of plasmas a) 반응물 기체 소스로부터 하나 이상의 공동 반응물 기체 주입기(220)로 하나 이상의 반응물 기체를 공급하는 단계;a) feeding one or more reactant gases from the reactant gas source to one or more co-reactant gas injectors 220; b) 제 1 플라즈마에 인접한 공동 반응물 기체 주입기(220) 내의 제 1 다수의 오리피스 및 제 2 플라즈마에 인접한 제 2 다수의 오리피스를 통해 하나 이상의 반응물 기체를 통과시키는 단계;b) passing one or more reactant gases through the first plurality of orifices in the cavity reactant gas injector 220 adjacent to the first plasma and the second plurality of orifices adjacent to the second plasma; c) 제 1 다수의 오리피스(240)를 통해 제 1 유속에서 제 1 플라즈마로 하나 이상의 반응물 기체를 향하게 하는 단계;c) directing one or more reactant gases into the first plasma at a first flow rate through the first plurality of orifices 240; d) 제 2 다수의 오리피스(242)를 통해 제 1 유속과 실질적으로 동일한 제 2 유속에서 제 2 플라즈마로 하나 이상의 반응물 기체를 향하게 하는 단계d) directing the one or more reactant gases through the second plurality of orifices 242 into the second plasma at a second flow rate substantially the same as the first flow rate. 를 포함하는 방법.How to include. 제 35 항에 있어서, 36. The method of claim 35 wherein 제 1 다수의 오리피스(240)가 제 1 사전 예정 수의 오리피스를 포함하고, 제 2 다수의 오리피스(242)가 제 1 사전 예정 수와 동일한 제 2 사전 예정 수의 오리피스를 포함하는 방법.The first plurality of orifices (240) comprises a first predetermined number of orifices and the second plurality of orifices (242) comprises a second predetermined number of orifices equal to the first predetermined number. 제 35 항에 있어서, 36. The method of claim 35 wherein 제 1 다수의 오리피스(240)가 제 1 사전 예정 수의 오리피스를 포함하고, 제 2 다수의 오리피스(242)가 제 1 사전 예정 수와 상이한 제 2 사전 예정 수의 오리피스를 포함하는 방법.The first plurality of orifices (240) comprises a first predetermined number of orifices, and the second plurality of orifices (242) comprises a second predetermined number of orifices different from the first predetermined number of orifices. 제 35 항에 있어서, 36. The method of claim 35 wherein 제 1 다수의 오리피스(240) 각각이 제 1 컨덕턴스를 갖고, 제 2 다수의 오리피스(242) 각각이 제 1 컨덕턴스와 동일한 제 2 컨덕턴스를 갖는 방법.Wherein each of the first plurality of orifices (240) has a first conductance and each of the second plurality of orifices (242) has a second conductance equal to the first conductance. 제 35 항에 있어서, 36. The method of claim 35 wherein 제 1 다수의 오리피스(240) 각각이 제 1 컨덕턴스를 갖고, 제 2 다수의 오리피스(242) 각각이 제 1 컨덕턴스와 상이한 제 2 컨덕턴스를 갖는 방법.Wherein each of the first plurality of orifices (240) has a first conductance and each of the second plurality of orifices (242) has a second conductance different from the first conductance. a) 반응물 기체 소스로부터 공동 반응물 기체 주입기(220)로 하나 이상의 반응물 기체를 공급하는 단계;a) feeding one or more reactant gases from the reactant gas source to the co-reactant gas injector 220; b) 제 1 플라즈마에 인접한 공동 반응물 기체 주입기(220) 내의 제 1 다수의 오리피스(240)를 통해 하나 이상의 반응물 기체를 통과시키는 단계(이때, 제 1 다수의 오리피스(240)는 하나 이상의 반응물 기체가 제 1 사전 예정 유속에서 제 1 플라즈마로 향하도록 배향된다); 및b) passing the one or more reactant gases through the first plurality of orifices 240 in the cavity reactant gas injector 220 adjacent to the first plasma, wherein the first plurality of orifices 240 may be Oriented to direct the first plasma at a first predetermined flow rate); And c) 제 2 플라즈마에 인접한 공동 반응물 기체 주입기(220) 내의 제 2 다수의 오리피스(242)를 통해 하나 이상의 반응물 기체를 통과시키는 단계(이때, 제 2 다수의 오리피스(242)는 하나 이상의 반응물 기체가 제 1 사전 예정 유속과 실질적으로 동일한 제 2 사전 예정 유속에서 제 2 플라즈마로 향하도록 배향된다)를 포함하는,c) passing one or more reactant gases through the second plurality of orifices 242 in the cavity reactant gas injector 220 adjacent to the second plasma, wherein the second plurality of orifices 242 Oriented to direct the second plasma at a second predetermined flow rate that is substantially the same as the first predetermined flow rate), 제 1 플라즈마로 향하는 하나 이상의 반응물 기체의 제 1 유속이 제 2 플라즈마로 향하는 하나 이상의 반응물 기체의 제 2 유속과 실질적으로 동일하도록, 하나 이상의 반응물 기체를 다수의 플라즈마 소스(212)의 어레이(210)에 의해 발생된 다수의 플라즈마로 주입하는 방법.Array 210 of multiple plasma sources 212 so that the first flow rate of the one or more reactant gases directed to the first plasma is substantially the same as the second flow rate of the one or more reactant gases directed to the second plasma. Injection into a plurality of plasmas generated by the method. 제 40 항에 있어서, The method of claim 40, 공동 반응물 기체 주입기(220) 내의 제 1 다수의 오리피스(240)를 통해 하나 이상의 반응물 기체를 통과시키는 단계가 제 1 사전 예정 수의 오리피스를 통해 하나 이상의 반응물 기체를 통과시키는 것을 포함하고, 제 2 다수의 오리피스(242)를 통해 하나 이상의 반응물 기체를 통과시키는 단계가 제 2 사전 예정 수의 오리피스를 통해 하나 이상의 반응물 기체를 통과시키는 것을 포함하는 방법.Passing one or more reactant gases through the first plurality of orifices 240 in the co-reactant gas injector 220 includes passing one or more reactant gases through the first predetermined number of orifices, Passing the one or more reactant gases through an orifice (242) of the method comprises passing the one or more reactant gases through a second predetermined number of orifices. 제 40 항에 있어서, The method of claim 40, 제 1 사전 예정 수가 제 2 사전 예정 수와 상이한 방법.The first predetermined number differs from the second predetermined number. 제 40 항에 있어서, The method of claim 40, 제 1 다수의 오리피스(240) 각각이 제 1 컨덕턴스를 갖고, 제 2 다수의 오리피스(242) 각각이 제 1 컨덕턴스와 상이한 제 2 컨덕턴스를 갖는 방법.Wherein each of the first plurality of orifices (240) has a first conductance and each of the second plurality of orifices (242) has a second conductance different from the first conductance. 평면(234) 상에 침착된 균일한 코팅재(232)을 갖는 기판(230)으로서,A substrate 230 having a uniform coating 232 deposited on a plane 234, 상기 균일한 코팅재는 The uniform coating material a) 표면(234)을 갖는 기판(230)을 침착 챔버(204)에 제공하는 단계(이때, 침착 챔버(204)는 다수의 플라즈마 소스(212)의 하나 이상의 어레이(210)와 유체 교류하고, 하나 이상의 다수의 플라즈마 소스(212)은 캐소드(214), 애노드(216) 및 플라즈마 챔버(202)에 침착되는 비반응성 플라즈마 소스 기체용 유입구(218)를 갖는 팽창 열 플라즈마 소스이고, 플라즈마 챔버(202)는 침착 챔버(204)와 유체 교류한다);a) providing a substrate 230 having a surface 234 to the deposition chamber 204, wherein the deposition chamber 204 is in fluid communication with one or more arrays 210 of multiple plasma sources 212, One or more of the plurality of plasma sources 212 is an expanded thermal plasma source having an inlet 218 for a cathode 214, an anode 216, and a non-reactive plasma source gas deposited in the plasma chamber 202, and the plasma chamber 202 ) Is in fluid communication with the deposition chamber 204; b) 제 1 사전 예정 압력보다 작은 사전 예정 침착 압력으로 침착 챔버(204)를 배기시키고, 플라즈마 챔버(202)를 제 1 사전 예정 압력으로 배기시키는 단계;b) evacuating the deposition chamber 204 at a predetermined deposition pressure less than the first predetermined pressure, and evacuating the plasma chamber 202 at the first predetermined pressure; c) 다수의 플라즈마 소스(212)에서 다수의 플라즈마를 생성시키고, 상기 침착 챔버(204)로 다수의 플라즈마를 유동시키는 단계;c) generating a plurality of plasmas in a plurality of plasma sources 212 and flowing the plurality of plasmas into the deposition chamber 204; d) 제 1 플라즈마로 향하는 하나 이상의 반응물 기체의 제 1 유속이 제 2 플라즈마로 향하는 하나 이상의 반응물 기체의 제 2 유속과 실질적으로 동일하도록, 다수의 플라즈마가 침착 챔버(204)로 유동 시에 하나 이상의 반응물 기체를 하나 이상의 공동 반응물 기체 주입기를 통해 다수의 플라즈마 각각으로 주입하는 단계;d) one or more plasmas upon flow into deposition chamber 204 such that the first flow rate of one or more reactant gases directed to the first plasma is substantially the same as the second flow rate of one or more reactant gases directed to the second plasma Injecting reactant gas into each of the plurality of plasmas through one or more co-reactant gas injectors; e) 하나 이상의 반응물 기체 및 다수의 플라즈마를, 기판(230)을 향해 침착 챔버(204)로 유동시키는 단계; 및e) flowing one or more reactant gases and a plurality of plasmas into the deposition chamber 204 toward the substrate 230; And f) 하나 이상의 반응물 기체를 다수의 플라즈마와 반응시켜 기판(230)의 평면(234) 상에 코팅(232)을 형성하는 단계를 포함하는 방법에 의해 침착되는 기판(230).f) A substrate 230 deposited by a method comprising reacting one or more reactant gases with a plurality of plasmas to form a coating 232 on a plane 234 of a substrate 230.
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