[发明专利]等离子体系统

说明书

技术领域

本发明涉及使用等离子体的薄膜沉积的领域，并且更具体地，涉及用于等离子体增强化学沉积(PECVD)的新技术和系统，其中，可能处理管状基板(substrate，衬底)的选择表面，以用简单直接的创造性系统沉积期望物质的薄膜，其中，在该等离子体系统中使用的电极之一适应相同的基板或工件，不需要庞大的等离子体反应器。

背景技术

等离子体增强化学气相沉积(PECVD)是基于通常叫做等离子体的电离气体的使用的过程。等离子体是电离很大比例的原子或分子的任何气体。等离子体是与普通气体截然不同的物质的状态，并且其具有独特的特性。术语“电离的”指的是一个或多个自由电子的存在，它们不被束缚至原子或分子。自由电荷使得等离子体导电，从而，其对电场、磁场和电磁场产生强烈的反应。

通过加热和电离气体，从原子中剥去电子，由此使得正负电荷能够更自由地移动，可形成不同类型的等离子体。等离子体的特性允许一人执行处理(即，PECVD)，以将薄膜从气态(气相)到固态而沉积在某基板(例如，工件)上。通常在两个电极之间的RF(射频)、AC(交流电)频率或DC(直流电)放电下，执行等离子体沉积，其中电极之间的位置由反应气体填充。将基板暴露于这些反应气体，并且沉积导致薄膜化学地粘附至，或整合至基板的表面。等离子体通常比任何与其接触的物体更带正电，否则，大通量的电子将从等离子体流至物体。等离子体和与其接触的物体上的电压，通常在薄鞘区域上下降。扩散至鞘区域的边缘的电离原子或分子感受到静电力，并朝着相邻表面加速。因此，所有暴露于等离子体的表面均接收到高能离子轰击。

在本领域中已知几种类型的等离子体反应器，并且所有这些都基本上包括具有两个安装于其中的电极的庞大封闭真空室。电极通过自封闭真空室外部的相应连接而分别连接至相反电荷。反应器可能由在两个导电电极之间产生的直流电(DC)放电来操作，并且可能适于导电材料的沉积。还可能通过在电极与反应器室的导电壁之间，或在两个彼此面向的圆柱形导电电极之间施加交流电(AC)或射频(RF)信号，来激励电容性放电。反应器的类型将取决于受到处理的部件的类型。

该室具有几个端口，以在电磁场、电场或RF场下接收化学反应所必需的工艺气体和前体物质。在真空室内产生等离子体，并且基板位于真空室中，以暴露于等离子体，并用于接收作为沉积物的物质以形成期望的薄膜覆盖物或涂层。真空室可能小或大，这取决于将插入其中的部件，但是通常包含庞大的室，以具有足够容纳所有类型的部件的容量。总是将室内的整个部件暴露于等离子体，并且将在工件的所有暴露表面中完成沉积。

经常关心的是，不能处理某些庞大的部件，因为未发现可用的等离子体反应器，并且为确定类型的工件设计并制造特殊的反应器在经济上可能并不可行。另一关心的是，等离子体导致进入真空室中的工件的所有表面上进行薄膜沉积，但是，在一些情况下，仅对于基板的一些部分或表面来说，期望沉积。对于特殊的工作，可能仅在部件的选择表面中，期望沉积，例如，管子(tube)、导管(pipe)或管道(conduit)的内表面。如果将导管引入真空室中，那么其所有表面将被沉积薄膜覆盖，然而，在管子的外表面可能不需要沉积。通常，需要处理导管的内表面。一个清楚的实例是，在任何工业(尤其是在油田)中，使用过的导管的再利用或新导管的保护。考虑所包含的导管的大小，对于其维修，无法轻松地获得等离子体室。

在以上情况下，具有用于在不管是小尺寸还是大尺寸的管状部件中执行PECVD并且用于仅在所处理的部件的选择部分中获得沉积的新技术和系统，将是非常方便的，不需要庞大系统和固定设备。

发明内容

因此，本发明的一个目的是，提供一种简单、直接且经济上适宜的新设备或系统，用于可能需要大房间和/或选择性沉积的基板和工件中的等离子体沉积。

本发明的另一目的是，提供一种用于工业领域(例如，油田)中的特殊工作的新系统和技术，例如，当仅对部件的选择表面(例如，仅对导管或管道的内表面)进行沉积时，用于其再利用和/或保护。

本发明的另一目的是，提供一种用于处理具有至少一个开放端的管状部件(例如，导管、管子件(tubing)、管道、桶、鼓(drum，滚筒)、容器、罐等)的期望表面的新系统和技术，不需要庞大的室和固定设备。

本发明的另一目的是，提供一种用于石油工业中的大型管子件(例如，管道、导管和套管)的处理的新系统和技术，其中，该系统小且便携。