(57)【要約】本発明による好ましい実施形態は、ペニング放電プラズマ源を提供する。ペニング放電と同様の磁界構成および電界構成は、２つの表面間の領域に電子ホール電流を効率的にトラップする。基材（１０）は、少なくとも１つの電極（１１，１２）の近傍に配置され、プラズマに対して移動させられる。基材（１０）は、使用されているプロセスガスやプロセス圧力に応じて、プラズマ処理される、あるいは、コーティングされる、あるいは、他の修飾を受ける。この閉込構成は、従来技術では真似できないような、劇的な結果をもたらす。この新規なプラズマ源を使用すれば、ＰＥＣＶＤやプラズマエッチングやプラズマ処理やスパッタやあるいは他のプラズマ処理といった応用が、実質的に改良されるあるいは可能となる。特に、フレキシブルウェブ（１０）を使用した応用が有利である。
2005504880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理装置であって、
互いの間にギャップを有しているとともに、電子閉込電極として接続される、少なくとも２つの表面と；
前記表面どうしの間において前記ギャップを通過して延在する少なくとも１つの磁界と；
前記少なくとも１つの磁界の近傍に配置された少なくとも１つのアノード構造であって、前記電極とアノード構造との間に十分なガス圧力と電圧とが供給されたときには、前記少なくとも１つの磁界の内部において発散性電界を形成し、これにより、前記少なくとも１つの磁界の内部に閉ループホール電流閉込領域を形成し、その閉込領域内にプラズマを形成するような、少なくとも１つのアノード構造と；
少なくとも１つの連続的に移動する基材であって、前記プラズマによって処理され得るような配置とされ、少なくとも１つのプラズマ対向面上に支持され、この少なくとも１つの連続的に移動する基材のうちの、少なくとも１つの表面が、前記プラズマと前記少なくとも１つのプラズマ対向面との間に配置されているような、少なくとも１つの連続的に移動する基材と；
を具備することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記少なくとも１つの連続的に移動する基材が、化学気相蒸着プロセスとスパッタコーティングプロセスとイオンエッチングプロセスとプラズマ表面修飾プロセスとこれらの組合せとからなるグループの中から選択された処理によって、プラズマ処理され得るように配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記磁界が、ミラー磁界を備えていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記少なくとも１つの連続的に移動する基材が、フレキシブルウェブを備えていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記少なくとも１つの連続的に移動する基材が、剛直平板状基材を備えていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記少なくとも１つの連続的に移動する基材が、ロール上に支持されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項６記載のプラズマ処理装置において、
前記ロールが、一方の電極とされていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
請求項７記載のプラズマ処理装置において、
前記少なくとも１つの連続的に移動する基材が、さらに、第２ロール上に支持され、
この第２ロールが、他方の電極とされていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項９】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記少なくとも２つの表面が、単一の電源に対して接続されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１０】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記少なくとも２つの表面が、互いに個別の電源に対して接続されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１１】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記磁界が、前記ギャップ領域の少なくとも一部において電子を励起し得るよう十分に強力なものとされていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１２】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記磁界が、イオン閉込を行い得るよう十分に強力なものとされていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１３】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記少なくとも１つの連続的に移動する基材が、前記少なくとも１つのアノード構造をプラズマコーティングから遮蔽し得るよう、前記少なくとも１つのアノード構造の周囲に配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１４】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記少なくとも２つの表面が、２つの中空電極ロールを備え、
前記少なくとも１つの磁界が、少なくとも部分的に、前記中空電極ロールの内部に配置された磁石によって形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１５】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
さらに、前記ギャップ内の磁界を増強するための戻り磁界と、浮遊磁界を収集するためのシャントと、を具備していることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１６】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記磁界と前記戻り磁界とが、中央に関して分離されており、
外側ペニング放電が、前記中央戻り磁界の周囲においてレーストラックを形成していることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１７】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
さらに、レーストラックペニングセルと、互いに対向した２つのロールマグネトロンと、を具備していることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１８】
プラズマ処理方法であって、
（ａ）互いの間にギャップを有しているとともに、電子閉込電極として接続される、少なくとも２つの表面を準備し；
（ｂ）前記表面どうしの間において前記ギャップを通過して延在する少なくとも１つの磁界を準備し；
（ｃ）前記少なくとも１つの磁界の周囲に配置された少なくとも１つのアノード構造を使用することによって、前記少なくとも１つの磁界の内部において発散性電界を形成し、この発散性電界が、前記少なくとも１つの磁界の内部に閉ループホール電流閉込領域を形成し；
（ｄ）その閉込領域内にプラズマを形成し；
（ｅ）前記磁界に対しての基材の移動あるいは基材に対しての前記磁界の移動のうちの少なくとも一方を行うことにより、前記プラズマによって前記基材を処理する；
ことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１９】
請求項１８記載のプラズマ処理方法において、
化学気相蒸着プロセスとスパッタコーティングプロセスとイオンエッチングプロセスとプラズマ表面修飾プロセスとこれらの組合せとからなるグループの中から選択された処理によって、前記基材をプラズマ処理することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２０】
請求項１８記載のプラズマ処理方法において、
前記磁界を、ミラー磁界を備えたものとすることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２１】
請求項１８記載のプラズマ処理方法において、
前記基材を、フレキシブルウェブを備えたものとすることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２２】
請求項１８記載のプラズマ処理方法において、
前記基材を、剛直平板状基材を備えたものとすることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２３】
請求項１８記載のプラズマ処理方法において、
前記基材を、ロール上に支持することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２４】
請求項２３記載のプラズマ処理方法において、
前記ロールを、一方の電極とすることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２５】
請求項２４記載のプラズマ処理方法において、
前記基材を、さらに、第２ロール上に支持し、
この第２ロールを、他方の電極とすることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２６】
請求項１８記載のプラズマ処理方法において、
前記少なくとも２つの表面を、単一の電源に対して接続することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２７】
請求項１８記載のプラズマ処理方法において、
前記少なくとも２つの表面を、互いに個別の電源に対して接続することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２８】
請求項１８記載のプラズマ処理方法において、
前記磁界を、前記ギャップ領域の少なくとも一部において電子を励起し得るよう十分に強力なものとすることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２９】
請求項１８記載のプラズマ処理方法において、
前記磁界を、イオン閉込を行い得るよう十分に強力なものとすることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項３０】
請求項１８記載のプラズマ処理方法において、
前記基材を、前記少なくとも１つのアノード構造をプラズマコーティングから遮蔽し得るよう、前記少なくとも１つのアノード構造の周囲に配置することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項３１】
請求項１８記載のプラズマ処理方法において、
前記少なくとも２つの表面を、２つの中空電極ロールを備えたものとし、
前記少なくとも１つの磁界を、少なくとも部分的に、前記中空電極ロールの内部に配置された磁石によって形成することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項３２】
請求項１８記載のプラズマ処理方法において、
さらに、戻り磁界を使用して前記ギャップ内の磁界を増強するとともに、シャントを使用して浮遊磁界を収集することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項３３】
請求項１８記載のプラズマ処理方法において、
さらに、前記磁界と前記戻り磁界とを、中央に関して分離し、
前記中央戻り磁界の周囲において、外側ペニング放電を有したレーストラックを形成することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項３４】
請求項１８記載のプラズマ処理方法において、
さらに、レーストラックペニングセルと、互いに対向した２つのロールマグネトロンと、を準備することを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、いずれもが２００１年４月２０日付けで出願された米国特許予備出願シリアル番号第６０／２８５，３６０号と同第６０／２８５，３６１号と同第６０／２８５，３６４号の優先権を主張するものである。これら文献の記載内容は、参考のため、ここに組み込まれる。本出願は、また、本出願と同日付けにて米国に出願されたＰＣＴ出願（代理人整理番号１０６３０／１５、および、同１０６３０／１６）と関連している。これら文献の記載内容は、参考のため、ここに組み込まれる。
【０００２】
本発明は、ペニング放電プラズマ源に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する前に、関連する従来技術について、以下説明する。関連する従来技術は、磁気閉込およびペニング型セル源と、ターゲット対向スパッタリングと、ドラム上のウェブに対してのプラズマ処理と、にグループ分けされる。他の従来技術による方法および装置についても、説明する。
【０００４】
［磁気閉込およびペニング型セル源］
Penning 氏による米国特許第２，１４６，０２５号明細書には、スパッタリングのためにプラズマを閉じ込めて増強することに対しての、磁界の最初の使用が記載されている。Penning 氏によって提示されたデバイスは、その後の磁気的増強プラズマ源に関する研究の大部分に対しての基礎を形成している。提示されたいくつかの構成においては、磁界を使用することによって、電子がカソードからアノードへと移動する際の電子の経路長さを延長している。経路長さを延長させることで、中性原子との衝突の傾向が増大し、イオンやさらなる電子の生成量が増大する。Penning 氏は、この効果を使用することによって、カソード表面における高効率スパッタリングを達成している（Penning 氏が記載しているように、カソード腐食も増大する）。Penning 氏の文献における図５，６に示されたプラズマ源は、ペニングセルまたはペニング放電と称される。このタイプのプラズマ源を使用することによって、イオンビーム源や、ゲッタ式真空ポンプや、他のプラズマ源を形成することができる。これらの図においては、磁界は、ソレノイドタイプの磁界であって、２つのカソード表面よりも、ギャップの中央領域において、より強力なものである。
【０００５】
磁気閉込プラズマは、また、J. Reece Roth氏による Industrial Plasma Engineering,Volume 1: Principles, IOP Publishing, Ltd. 1995 という文献にも、記載されている。この文献の９．５．５節３３４〜３３７頁には、いくつかのペニング放電構成が提示されている。修正ペニング放電と称されるある構成においては、電子およびイオンの閉込をさらに向上させるために、ミラー磁界を使用している。 Roth 氏による研究においては、十分に大きな磁界強度を使用することによって、イオンと電子とが閉じ込められる。
【０００６】
［ターゲット対向スパッタリング］
以下の参考文献は、２つのカソードが互いに対向しているとともに両カソード面に対して直交して磁界が形成されているようなスパッタリング技術を具現した方法および装置を開示している。すなわち、米国特許第４，４０７，８９４号明細書、米国特許第４，５７６，７００号明細書、米国特許第４，７６７，５１６号明細書、米国特許第４，７８４，７３９号明細書、米国特許第４，８４２，７０８号明細書、米国特許第４，９６３，５２４号明細書、米国特許第５，０００，８３４号明細書、米国特許第５，１３５，８１９号明細書、米国特許第５，３２８，５８３号明細書、米国特許第６，１５６，１７２号明細書、および、Musil 氏他による Unbalanced magnetrons and new sputtering systemswith enhanced plasma ionization, American Vacuum Society, Journal of VacuumScience and Technology A 9 (3) May/June 1991という文献。これら文献の大部分においては、基板は、両カソード面間のギャップの外側に配置される。例えば、Nakatsuka 氏他による米国特許第４，７６７，５１６号明細書には、コーティングウェブに対して使用された対向ターゲットプラズマ源が開示されている。基板は、磁界軸に対して平行とされ、プラズマ領域の外部に配置されている。
【０００７】
Yamazaki氏による米国特許第４，９６３，５２４号明細書には、超伝導材料を形成するための方法が開示されている。対向ターゲット構成が使用され、基板は、磁界内において、両電極間に配置されている。相違点は、この文献においては、基板がギャップの中央に配置されていることである。試験により、この構成ではうまく動作しないことが実証されている。この文献に記載された場所に基板が配置されたときには、磁界内において生成されるホール電流が、捻れたり破壊されたりする傾向がある。これが起こったときには、プラズマが消失してしまう、および／または、電圧が大きくなりすぎてしまう。
【０００８】
Musil 氏他による文献においては、いくつかのプラズマ源が提示されている。この文献における２つの図面すなわち図１ｅおよび図１ｆには、対向ターゲット構成が示されている。この文献においては、所望の衝撃レベルに応じて、基板をプラズマ領域外に配置すること、または、プラズマの近傍に配置すること、が記載されている。
【０００９】
［ドラム上のウェブに対してのプラズマ処理］
Felts 氏他による米国特許第５，２２４，４４１号明細書および米国特許第５，３６４，６６５号明細書においては、フレキシブルな基板が、電圧印加されたドラムの周囲に配置されるとともに、そのドラムに対向させて、接地シールドの背面側に磁界手段が設置する、という構成が記載されている。この構成においては、ドラムに対向したシールドは、設置することも、浮遊のままとすることも、できる。磁石と電極との構成は、また、電子ホール電流の効果的閉込には寄与しない。この文献においては、シールド面がコーティングされるにつれて、システム全体のキャパシタンスが増大し、電流インピーダンスが変化してしまうことに、注意されたい。シールドのコーティングは、また、製造操作においてメンテナンスの問題点でもある。潜在的なシールドコーティングのスケールを例示すれば、１２μｍのポリマーフィルムからなる９０ｃｍ直径のロール（約５０，０００ｍという長さのフィルム）が、３０ｎｍ厚さのコーティングによってコーティングされる場合、基板に対向したシールドが、同量のコーティングを受けると仮定すると、シールドは、操業の最後の時点では、２ｍｍ以上の厚さのポリマーコーティングを収集することとなる。
【００１０】
Countrywood 氏他による米国特許第６，１１０，５４０号明細書においては、上述した電界印加ドラムに関する技術が開示されている。この文献においては、電極のコーティングという問題点が存在する。非ドラム状電極の導電性を維持するための方法が開示されている。この手法における１つの問題点は、グロー放電が起こる場合には常に重合が起こることにより、ガス供給電極におけるグロー放電が、高効率での重合サイトとなってしまい、メンテナンス上のさらなる問題点を引き起こしてしまうことである。
【００１１】
Harting 氏他による米国特許第４，８６３，７５６号明細書においては、基板以外の表面に対するコーティングという問題点が解決されている。この文献においては、基板を、スパッタマグネトロン表面上にわたって連続的に移動させ、その際、表面を、カソードのダークスペース領域内に配置されたマグネトロンに対して基板表面を対向させる。これにより、マグネトロンの磁界は、表面を貫通し、基板表面上において閉塞し、プラズマを表面上に制限する。この方法における問題点は、マグネトロン上の基板が、効果的に、スパッタリングターゲットとなり、強力なイオン衝撃を受けることである。したがって、ＰＥＣＶＤフィルムが基板上において成膜されるけれども、強力なイオン衝撃が、同時に、フィルムを蒸発させる。他の難点は、強力なイオン衝撃によって、基板が極めて高温となり得ることである。このことは、基板材料の選択を制限し、過熱による損傷を防止し得るような十分な速度での基板移動を必要とする。このことは、このデバイスの応用範囲を制限する。
【００１２】
［他の従来技術による方法および装置］
Sasaki氏他による米国特許第４，７６１，２１９号明細書には、一方の電極表面上にウェハを有した状態で、ギャップを貫通した磁界が示されている。この場合、両電極は、互いに対向している。
【００１３】
Kawakami氏による米国特許第５，０９９，７９０号明細書には、ウェハの下方においてさらにはウェハ上のコーティング外へと磁界を移動させているような、マイクロ波プラズマ源が開示されている。他の図面においては、基板は、静止磁石の上方を移動する。このプラズマ源は、対向カソード（電極）表面を有していない。
【特許文献１】
米国特許予備出願シリアル番号第６０／２８５，３６０号
【特許文献２】
米国特許予備出願シリアル番号第６０／２８５，３６１号
【特許文献３】
米国特許予備出願シリアル番号第６０／２８５，３６４号
【特許文献４】
米国特許第２，１４６，０２５号明細書
【特許文献５】
米国特許第４，４０７，８９４号明細書
【特許文献６】
米国特許第４，５７６，７００号明細書
【特許文献７】
米国特許第４，７６７，５１６号明細書
【特許文献８】
米国特許第４，７８４，７３９号明細書
【特許文献９】
米国特許第４，８４２，７０８号明細書
【特許文献１０】
米国特許第４，９６３，５２４号明細書
【特許文献１１】
米国特許第５，０００，８３４号明細書
【特許文献１２】
米国特許第５，１３５，８１９号明細書
【特許文献１３】
米国特許第５，３２８，５８３号明細書
【特許文献１４】
米国特許第６，１５６，１７２号明細書
【特許文献１５】
米国特許第５，２２４，４４１号明細書
【特許文献１６】
米国特許第５，３６４，６６５号明細書
【特許文献１７】
米国特許第６，１１０，５４０号明細書
【特許文献１８】
米国特許第４，８６３，７５６号明細書
【特許文献１９】
米国特許第４，７６１，２１９号明細書
【特許文献２０】
米国特許第５，０９９，７９０号明細書
【非特許文献１】
J. Reece Roth 氏による Industrial Plasma Engineering, Volume 1: Principles, IOP Publishing, Ltd. 1995
【非特許文献２】
Musil 氏他による Unbalanced magnetrons and new sputteringsystems with enhanced plasma ionization, American Vacuum Society, Journal ofVacuum Science and Technology A 9 (3) May/June 1991
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、特許請求の範囲によって規定されるものであって、以下の説明が本発明を制限するものではない。
【００１５】
まず、以下に示す好ましい実施形態は、ペニング放電型プラズマ源に関するものである。ある好ましい実施形態においては、プラズマ処理装置は、互いの間にギャップを有しているとともに、電子閉込電極として接続される、少なくとも２つの表面と；表面どうしの間においてギャップを通過して延在する少なくとも１つの磁界と；少なくとも１つの磁界の近傍に配置された少なくとも１つのアノード構造であって、電極とアノード構造との間に十分なガス圧力と電圧とが供給されたときには、少なくとも１つの磁界の内部において発散性電界を形成し、これにより、少なくとも１つの磁界の内部に閉ループホール電流閉込領域を形成し、その閉込領域内にプラズマを形成するような、少なくとも１つのアノード構造と；少なくとも１つの連続的に移動する基材であって、プラズマによって処理され得るような配置とされ、少なくとも１つのプラズマ対向面上に支持され、この少なくとも１つの連続的に移動する基材のうちの、少なくとも１つの表面が、プラズマと少なくとも１つのプラズマ対向面との間に配置されているような、少なくとも１つの連続的に移動する基材と；を具備している。
【００１６】
他の複数の好ましい実施形態も提供される。複数の好ましい実施形態の各々は、単独で使用することも、あるいは、互いに組み合わせて使用することも、できる。本発明の好ましい実施形態について、添付図面を参照しつつ、以下において説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、好ましい実施形態をなす連続ウェブの適用を示す斜視図である。フレキシブル材料からなるウェブ（１０）は、コンベヤロール（１１，１２）の周囲に配置されている。ウェブ（１０）は、２つの個別の材料とすることも、あるいは、図示しない従動ロールを介してロール（１１，１２）にわたって搬送される１つの連続したウェブ基材とすることも、できる。コンベヤロール（１１，１２）は、例えばカーボンスチールといったような大きな透磁率を有した材料から構成されており、磁界を保持し得るよう十分な厚さでもって形成されている。コンベヤロール（１１，１２）は、電源（１８）の一方の電極側に対して接続されており、電気回路の一方の電極を形成している。電源（１８）は、ウェブ基材が誘電体材料である場合にウェブ基材を通して電力を容量的に結合させ得るよう、パルス型のＤＣまたはＡＣ電源であるべきである。第２電極は、環状部材（１３）である。この環状部材（１３）は、ロール（１１，１２）間のギャップの中心からほぼ等距離のところに配置されている。磁界は、永久磁石（１５）と磁気シャント（１４，１６）とによって、ロール（１１，１２）間のギャップを横切って形成される。ロール（１１，１２）間の磁界強度は、ロール（１１，１２）間の磁気ミラーの少なくとも一部内において電子を磁化し得るよう十分に大きなものでなければならない。磁極片（１４）は、ロール（１１，１２）から、わずかな離間距離でもって配置されている。この離間距離は、プラズマのダークスペースシース長さよりも短いものとされている。磁極片（１４）と、永久磁石（１５）と、磁気シャント（１６）とは、電源（１８）に対しては接続されていない。アセンブリ全体は、真空チャンバ（図示せず）内に配置されている。プロセスガスが、プラズマ源の近傍内へと、公知なように約１〜１００ｍＴｏｒｒという合計圧力でもって、供給される。電源（１８）が、オンとされたときには、プラズマ（１７）が、ロール（１１，１２）間のギャップ内に形成される。マグネトロンスパッタカソードの場合と同様に、およそ３００Ｖ〜８００Ｖが必要である。プラズマは、この好ましい実施形態においては、ウェブ基材によって被覆されている２つのロール表面間の領域内へと閉じ込められる。この装置の利点は、プラズマが、連続的に変化するウェブ材料の近くに保持されることであり、そのため、ウェブが、ＰＥＣＶＤコーティングやプラズマ処理や他のプラズマプロセスの大部分を受領することである。第１電極（カソード）のキャパシタンスは、変化することがない。それは、コンベヤロール上にコーティング膜が集積しないからである。第２電極（アノード）上へのコーティングや、装置の他の部材上へのコーティングは、低減されている。それは、第２電極や他の部材が、プラズマから比較的離間しているからである。コンベヤロール（１１，１２）と電極（１３）とは、公知技術を使用して水冷することができることに、注意されたい。ロール上の基材に対してのイオン衝撃が低減されているものの、操作時間が長いといったような典型的な工業的使用においては、水冷が要求されることとなる。
【００１８】
図２は、図１のウェブコーティングプラズマ源を示す断面図である。図１に関して上述したように、連続的フレキシブルウェブ材料（１０）が、コンベヤロール（１１，１２）の周囲に配置されている。磁界（１９）は、永久磁石（１５）と磁気シャント（あるいは、磁気短絡路）（１６）と磁極片（１４）とによって、ロール（１１，１２）間のギャップを通して形成されている。上述したように、磁界は、電子集団を磁化し得るよう十分に大きなものでなければならない。このことは、磁界が最も弱くなるギャップ中央部分における最小磁界強度が、５０ガウスを超えなければならないことを、意味している。典型的には、磁界強度は、１００ガウスを超えるべきである。実用的な上限は存在しない。大きな強度の磁石を使用することによって、ギャップ中央部分において１０００ガウスを超えるような磁界強度を容易に形成することができる。このような大きな強度においては、イオンも、ある程度は、磁化される。この場合に具現されているペニング放電タイプの閉込は、表面が、プラズマ容積内に閉じ込められている電子およびイオンのジャイロ経路に対して干渉しないという利点を、有している。したがって、より大きなジャイロ半径を有したイオンを閉じ込めることができる。本発明におけるすべての図面においては、セラミックフェライト磁石が使用されており、ギャップ中央部分において３００〜８００ガウスという範囲の磁界強度が形成されている。例えば希土類磁石やソフトフェライト磁石やＡｌＮｉＣｏ磁石やあるいは電磁石といったような、必要な磁気双極子磁界を生成し得るような他の手段を使用しても、同様の結果を得ることができる。磁界が、ロール（１１，１２）のギャップ内において広がり、各ロール表面のところにおいて磁気ミラーを形成することに、注意されたい。
【００１９】
電界（２１）が、コンベヤロール（１１，１２）と環状電極（１３）との間において、電源（１８）によって形成される。電界（２１，２２）の電位線は、ロール（１１，１２）間のギャップ内に進入しており、磁力線（１９）と交差する磁界線（２１，２２）を形成している。この幾何構成は、磁界に対して直交するような閉ループホール電流トラップ（２０）を形成する。より詳細には、一方の負に帯電したロール電極表面の近傍の電子は、電界線（２１または２２）に沿って逃げようとする。電界線（２１，２２）は、ロール（１１，１２）上のウェブ表面から広がり、ロール表面どうしの間のギャップから離間する向きに湾曲し始める。ギャップ中央部分に向けては、電界（２１，２２）は、収束し始め、同時に、磁界（１９）に対して交差する。電子は、初期的にはカソード表面から離間するように移動できるものの、しだいに収束性電界内に拘束されるようになり、ギャップ中央部分においては、磁界と交差するようになる。電子は、この断面図がなす平面内においてトラップされるだけではなく、紙面に対して流入したり紙面から流出したりする第３方向においてもトラップされることに注意することは、重要である。このことは、電界（２１，２２）が、磁界（１９）の周囲全体において磁界（１９）と交差し続けていることにより、引き起こされている。ホール電流が紙面に対して流入したり紙面から流出したりするにつれて、このホール電流は、無端ループとして領域（２０）に対して閉じ込められる。これにより、効果的な電子閉込が達成され、磁界（１９）の内部において２つのロール電極ウェブ表面間において、強力なプラズマリング（２０）が得られる。
【００２０】
双極子磁界内における電子閉込に関する基本的方法を理解した後においては、いくつかの重要な有利な結果をもたらし得るような多くの様々な構成が可能である。このような利点の２つは、広い基材幅にわたって一様なプラズマが形成されること、および、Harting 氏他による米国特許第４，８６３，７５６号明細書に開示されているプラズマ源のように基板がマグネトロンスパッタ構成におけるターゲットを形成するようなプラズマ源と比較して、ウェブのイオン衝撃が低減されていること、である。イオン衝撃が少ないことは、基材加熱および基材からの蒸発を低減させる。さらなる複数の利点が、本明細書中に記載されている。
【００２１】
上述したように、ウェブ（１０）によって被覆されたロール表面（１１，１２）と電極構造（１３）との間に電界が印加されたときには、強力なプラズマリング（２０）が、生成される。必要な電圧および周波数は、使用される基材およびプロセス条件に依存する。例えば、図示の例においては、５０ｋＨｚ〜４６０ｋＨｚという周波数の電源が使用された。８：１という巻数比を有した変圧器タイプのマッチングネットワークを使用することによって、電極のところにおける電圧が増大化された。供給ロールは、様々な磁石構成に対して、約１５ｃｍ（６インチ）長さのものとされた。電源供給出力パワーは、１００〜５００ワットとされた。初期の頃の研究は、約７．５ｃｍ（３インチ）長さのロールを使用して、より小さな電源パワーで、行った。すべての例において、プラズマ源の延在範囲には、何の制限もない。平面状マグネトロンプラズマ源の場合と同様に、閉込ホール電流のレーストラックは、数メートルという基材幅を超えて延在することができる。例えば金属シートといったような導電性基材を使用した場合には、ＤＣ電源を使用することができることに注意されたい。ラジオ波周波数（１３．５６ＭＨｚ）も、１つの選択肢とすることができる。本発明の部分的な利点は、効果的な電子閉込によって、比較的低インピーダンスのプラズマが形成され、低圧（１０ｍＴｏｒｒ）において、１３．５６ＭＨｚ以下の周波数を使用することができることである。低周波数の電源は、一般に低コストであり、回路全体において生成されるノイズが少ない。真空チャンバの内部においては、低周波数は、また、見せかけの少ないプラズマを生成する。低周波数システムは、また、一般に、安全性が高い。低周波数が提案されているけれども、本発明は、このような低周波数に限定されるものではない。高周波数での動作も、また、本発明における電子閉込スキームにおいては、利点をもたらす。
【００２２】
電極ロール（１１，１２）によって支持された導電性基材（１０）に対して、ＤＣ電源が使用された場合には、負電極を、両ロールに対して接続することができる、あるいは、スライドブラシや他の公知手法を介して基材に対して直接的に接続することができる。その場合、基材は、必然的にカソードとされ、正電極端子は、アノード（１３）に対して接続される。ＡＣやＲＦを使用する場合には、アノードとカソードとかという用語は、意味をなさない。両ロールと周囲『アノード』とは、ここでは、ＡＣ回路に関連したより一般的な呼称を使用し得るよう、電極と称されている。図示の例においては、周囲電極（１３）は、接地される。
【００２３】
電源のパワーが増大するにつれて、プラズマは、リング（２０）を超えて広がり、プラズマクラウド（１７）によって、両ロール表面間の領域を充填する。イオン源という観点において、ホール電流リングが見えるような低パワーモードが、平行化されたモードに関連する。ｍＴｏｒｒ範囲（１〜１００ｍＴｏｒｒ）の圧力においては、パワーが増大するにつれて、閉込プラズマ容積は、拡散モードへと移行する。拡散モードは、プラズマ源の動作モードと見なすことができる。このモードにおいては、電界が、もはや、一方の電極から対向電極への経路ではない。プラズマは、誘導的となり、典型的な異常なグロープラズマ電位が適用される。平行化モードの電界および電子移動は、単純な双極子磁界内における無端ホール電流閉込という動作原理に属するものとして説明される。例示されている複数のプラズマ源のうちの１つが、低パワーの平行化モードで動作しており、ホール電流リングを明瞭に視認できる場合には、本発明による方法は、無数の双極子によるペニングタイプの構成のための方法の延長として、容易に理解することができる。拡散モードにおいては、ホール電流閉込は、なおも継続されており、低圧かつ低インピーダンスでのプラズマ閉込を行っている。
【００２４】
電極（１３）が連続的なものでなくても、磁界を回避するような上記ホール電流閉込電界を形成することができることに注意されたい。セグメント化された電極または部分的なものとされた電極は、連続した電界を形成し得るよう磁界を十分に取り囲んで存在していることだけが必要である。その理由は、閉込磁界から自由となった後における電子の移動度が極めて大きいからである。例えば、図１および図２に示すプラズマ源においては、シャント（１６）（あるいは、電極（１３））が、ロール（１１，１２）に対向したただ１つのアノード電極として連結されていたにしても、電界は、なおも磁界全体の中へと進入する。２ｍのプラズマ源といったような長いものであってさえも、閉込磁界の外側へと出たときには、電子は、容易にシャント（１６）（あるいは、電極（１３））に向けての経路を見出す。
【００２５】
図３は、図１および図２に示すウェブコーティングプラズマ装置を示す断面図であって、真空チャンバ（２５）の内部に配置されている。概略的なウェブ経路は、巻出しロール（２２）と、複数の従動ロール（２３）と、巻取ロール（２４）と、を備えている。
【００２６】
図４は、図１および図２と同様のウェブコーティング装置を、断面図によって示している。この実施形態においては、双方の電極が、ウェブ基材によって被覆されている。複数の従動ロール（７５）（可能であれば、図示していないウェブ位置合わせ装置が併用される）と一緒に使用されているこの電極構成を採用することにより、電極上への成膜を、かなり避けることができる。放電が基材にしか接触していないことにより、メンテナンスを最小としつつ、材料使用範囲が最大化されて、パワー効率が大きくなる。アノードロール（７３，７４）をプラズマに対して接近または離間させることにより、プラズマとの接触や、コンタクトエネルギーや、プラズマの全体形状、を変更することができる。電源（７７）は、電極ロール（７１，７２）と対向電極ロール（７３，７４）との間に、接続されている。磁界（７９）は、永久磁石および磁気閉路（７８）からなるアセンブリを使用することによって、ギャップ内に形成されている。他の代替可能な接続は、電源を、ロール（７３，７４）に対して接続することに代えて、従動ロール（７５）に対して接続し、これにより、従動ロール（７５）を対向電極として機能させることである。その場合、ロール（７３，７４）は、電気的に浮いた状態とされる。ＰＥＣＶＤによって例えばＳｉＯｘ といったような電気絶縁性フィルムが成膜される場合には、いずれの構成であっても、有効である。プラズマに対して曝される表面を基材によって覆うことにより、電極上への蓄積によるプロセスパラメータ変更を引き起こすことなく、長時間運転を行うことができる。
【００２７】
図５は、ウェブコーティング装置の他の実施形態を断面図によって示している。この実施形態においては、基材支持用の電極ロール（１１，１２）は、中空とされていて、例えばステンレススチール（３００シリーズ）といったような非磁性材料から形成されている。ロール（１１，１２）の内部には、磁石（１２０）とロールシャフトシャント（１２１）とが配置されていて、これら磁石（１２０）とロールシャフトシャント（１２１）とが、磁石（１５）およびシャント（１６）からの磁界を付帯しており、ギャップ中の磁界（１９）を形成している。この構成は、透磁性材料製ローラを使用している先の各実施形態とは、相違している。複雑な構成とはなるけれども、内部磁石の利点は、ギャップ中磁界（１９）を、より強力に形成できることであり、さらに、磁界幅を、所望ウェブ幅に合わせて調整できることである。例えば、両ロールが１６２５．６ｍｍ（６４インチ）という一定幅であったとしても、１５２４．０ｍｍ（６０インチ）幅のウェブに対して、１４７３．２ｍｍ（５８インチ）長さの磁石とすることができる。その場合、プラズマは、ウェブによって被覆されたロール領域上にわたって集中し、ロール端部は、あまりコーティングを受けない。磁界シャント（磁界閉路、磁界短絡路）（１２２）は、磁石（１５）間の領域から、浮遊磁界を収集する。このことは、ミラー磁界（１９）の形成を強化することを補助するとともに、電極（１１，１２）間の領域内へのプラズマ（１７）の閉込を強化することを補助する。従動ロール（１２６，１２７）は、ロール（１１）からロール（１２）へと、ウェブを移送する。ウェブ（１０）が従動ロール（１２６，１２７）を経由する際には、ウェブ（１０）がプラズマを『見る』ことにより、付加的な処理やコーティング等が達成される。この装置においては、交流電源（１８）が、一方の電極として両ロールに対して接続され、なおかつ、他方の電極として導電性表面（１２４，１２５）に対して接続されている。ＡＣの周波数は、ウェブ（１０）を通しての容量性結合を引き起こし得るのに十分なものでなければならない。パッキングタイプのＰＥＴフレキシブルウェブに対しては、周波数は、２０ｋＨｚ以上でなければならない。１３．５６ＭＨｚまでの周波数や１３．５６ＭＨｚを超える周波数を使用してもうまく動作させることができる。しかしながら、本発明による方法の１つの利点は、効果的なホール電流による閉込に基づき、４０〜５００ｋＨｚという小さな『中間周波数』範囲を使用できることである。このような低い周波数の電源は、発散が小さいという傾向があり、単純な変圧器タイプのネットワークを使用して負荷整合を達成することができる。双方の電極（１２４，１２５）の導電性表面は、プラズマに対向していない。このことは、絶縁性コーティング膜を成膜する場合であっても、電極部分を導電性に維持することを補助する。
【００２８】
本発明による方法の他の特徴点は、基材支持ロール（１１，１２）間におけるミラー磁界（１９）の使用である。ミラー磁界は、基材（１０）の表面のところにおける磁界強度がギャップの中央における磁界よりも大きいときに、形成される。電子に対してのミラー磁界の影響は、電子を、強力磁界領域から離間させて、ギャップの中央へと押し出すことである。その後、電子は、磁界によって３次元的に閉じ込められる。電子は、磁力線を横切って移動することができず、ロール表面に向かって移動することができない。その結果、プラズマ（１７）は、ギャップの中央に集中する傾向がある。このことは、いくつかの利点を有している。電子のさらなる拘束は、これら電子にイオンが追従してイオンが静電的にプラズマ中央領域に集中することにより、プラズマ中央領域におけるプラズマ『圧力』を大きくする。基材表面のところにおけるイオンが少なくなることによって、基材に対するイオン衝撃が小さくなる。このことは、基材温度を低下させ、基材表面からの蒸発を低減させる。与えられた入力パワーに対して、プラズマプロセスの温度が低減することは、多数の利点を有している。これら利点については、詳細に後述する。
【００２９】
また、コンベヤロール（１１，１２）を、互いに接近または離間する向きに移動させ得ることが、様々な効果をもたらすことに、注意されたい。ロールどうしが互いに接近する向きに移動した場合には、ギャップの中央へと進入するのに要する時間が短くなる。ホール電流リング（２０）は、より大きなパワーにおいても可視のままであり、ギャップの中央において生成される実質的なカソードは、ギャップ中央に向けてのイオン流入をもたらす。ロールどうしをさらに接近移動させると、ギャップの中央においては、プラズマのすべての兆候が実質的に消失する。ロールどうしが接近しすぎると、ホール電流が、一方のロールから他方のロールへと移動できなくなり、プラズマが消失する。このことは、ロールの外方端部をプラズマによって包み込み得るように磁石を構成することにより、解決することができる。あるいは、ロールを、ギャップ側の端部においてギャップが広がるような傾斜を有したロールとすることができる。これら変形例は、本発明による方法に属するものではあるけれども、それら変形例が、より高価なものであって複雑さを増大させるものであることにより、推奨はできない。ロールどうしの間の最良のギャップは、セラミック８タイプの磁石が使用されて図５に示す構成とされたときには、およそ３１．７５〜５０．８ｍｍ（およそ１．２５〜２インチ）である。このギャップは、ロールどうしの間に強力な磁界を維持できる程度に十分に小さなものであるとともに、ロールどうしの間にホール電流を通過させ得る程度に十分に大きなものである。より多くの磁石を使用したより大きなロールを使用すれば、あるいは、希土類磁石を使用すれば、ギャップを５０．８ｍｍ（２インチ）よりも大きなものとすることができる。
【００３０】
図６は、図５の連続ウェブ装置を示す斜視図である。大きな透磁率のシャント（１２２）が、主要磁界経路（１５，１６）に対して配置されていることに、注意されたい。プラズマは、ロール（１１，１２）間に見ることができる。電極（１２５，１２４）が、ロール（１１，１２）の端部の周囲に延在していないけれども、閉込磁界の外部における電子の移動度が大きいことのために、電界は、なおも、磁界内へと進入し、ロール端部において、閉じたホール電流閉込領域を形成する。
【００３１】
図７は、他のフレキシブルウェブプラズマ源を示す断面図である。このプラズマ源においては、Ａ電極（１３０，１３４）は、ウェブ（７６）の背面側に隠されており、これにより、これら電極が受けるコーティング量が低減されている。電極（１３０）は、また、磁界シャントとしても機能しており、ロール（７１）および磁石（１３１）からの磁界を、ロール（７２）および磁石（１３２）へと、案内している。電極（１３０）とシャント（１３２）とは、透磁率の大きな材料から形成される。電極（１３４）も、また、透磁率の大きな材料から形成され、動作に影響を及ぼさないものとされる。
【００３２】
図８は、代替可能な実施形態を使用したデバイスを示す断面図である。この実施形態においては、電極表面（１，２）は、中空コンベヤロールとされ、ギャップを介して互いに対向している。磁界（１３）は、複数組をなす磁石（６，９）により、閉ループレーストラックの形状として、ロールの外部に形成されている。外部を通して磁界を戻すことに代えて、戻り磁界（１４）が、磁石（７，１０）による磁界（１３）の内側に、形成されている。磁界シャント（４，５）が、磁気回路を完了させている。磁界アセンブリは、コンベヤロールと一緒に回転するのではなく、互いに対向しつつ固定状態に維持されている。フレキシブルウェブ基材（３）が、コンベヤロール（１，２）の周囲に配置されている。電気回路は、コンベヤロール（１，２）が、電源（１８）と電極（１２）とに対して並列接続されていることにより、形成されており、プラズマ（１６）が、電気回路を完成させている。電極（１２）は、実質的に磁界（１３）の外部に位置しており、これにより、コンベヤロール（１，２）からアノード（１２）に向けて、電界（１５，１９）を形成している。交流電圧またはＤＣパルス電圧が、電源（１８）によって生成されており、ウェブ基材（３）を通して印加されている。電界（１５，１９）は、基材（３）の表面のところにおいては磁界と平行であり、ロール（１，２）の間の中央平面に向けて、磁界（１３）に対して次第に直交するようになる。このような発散性の電界と、磁界（１３）と、が協働することにより、磁界（１３）内に、閉ループホール電流トラップ（１６）が形成されている。ホール電流トラップ（１６）内においては、強力なプラズマが形成されている。電界（１５，１９）が、ロール（１，２）の間のギャップ内の全体にわたって、ギャップを貫通していないことに注意されたい。これにより、ギャップ内に仮想的なカソードが形成されている。トラップ内において形成されたいくらかのイオンは、この仮想カソードを『見る』こととなり、ロール（１，２）間のギャップの中央内における磁界（１４）を通る磁気レーストラックの中央内に向けて加速される。ギャップ内部へと加速されることにより、イオンは、惰性で進行し、他の粒子と衝突するか、あるいは、レーストラックループの反対側の減速電界に遭遇する。このイオン電流は、図８においては、破線によって示されている。
【００３３】
動作時には、プロセスガスや複数のガスの組合せが、合計圧力が１〜１００ｍＴｏｒｒとなるようにして、公知技術を使用して、コンベヤロールの近傍へと供給される。そして、電源（１８）が起動され、プラズマ（１６）が発光する。
【００３４】
磁界（１３）の外部に位置したホール電流閉込磁界（１５，１９）を形成するに際し、電極（１２）が、必ずしも、連続的である必要がないことに注意されたい。重要なことは、磁界の周囲の十分な領域にわたって電極（１２）が存在していて、連続的な閉込電界（１５，１９）を形成していることである。
【００３５】
さらに、電極（１２）に関しては、電極（１２）を省略して、チャンバ壁を電極として使用することができる。図示の電極（１２）は、説明したように動作するけれども、これは付加的な部分であって、ＰＥＣＶＤ操作時にコーティングされ得る。好ましい実施形態のすべての利点は、ロール（１，２）間のギャップ内へとイオン電流を案内する能力を除いては、チャンバ壁を電極（１２）として使用することによって維持される。上述したように、電界（１５，１９）が磁界（１３）の外部に位置する限りにおいては、電極（１２）は、様々な態様のものとすることができる。
【００３６】
この実施形態は、外部磁石やシャントを使用しないという利点を有しているけれども、両ロールを、図示のような磁界を得るためには、互いに対して注意深く配置する必要がある。ロールどうしが離間しすぎていると、磁界が変化し、２つのマグネトロンプラズマ源を互いに接近させることとなる（Harting 氏他による米国特許第４，８６３，７５６号明細書における２つのプラズマ源と同様となる）。ロールどうしが互いに接近しすぎていると、両ロール端部の周縁部において、ホール電流が両ロール間のギャップを通過することができない。上述したように、例えばホール電流を両ロール端部およびギャップ外周縁部を超えて通過させ得る手法や、周縁部のところにおいてギャップを広げ得るように両ロール端部をテーパー状とする手法、といったような、代替可能な手法が利用可能である。いずれにしても、このタイプのプラズマ源を形成するに際してのこのような制限を認識しておくべきである。
【００３７】
本発明の重要な見地であって、従来技術とは相違している重要な見地は、ホール電流を、２つのロール電極（１，２）の間に保持することである。例えば、Harting 氏他による従来技術においては、基材が、マグネトロンスパッタ構成におけるターゲットを形成する。このため、基材に対するイオン衝撃が強力であり、付随的な温度負荷が大きく、イオンが蒸発を引き起こす。このような従来技術とは違って、本発明による方法においては、強力なホール電流は、基材表面から離間している。輝度の大きなプラズマが形成されるけれども、基材に対してのイオン衝撃は、低減される。このため、基材温度が低く、より広範囲な基材材料を使用することができるとともに、コンベヤ速度を遅くすることができる。プロセス速度を遅いものとし得ることにより、成膜するコーティング膜を、より厚いものとすることができる。また、基材の蒸発が低減される。
【００３８】
図９においては、図８のウェブ実施形態が斜視図で示されており、チャンバ壁と従動ロール（２０，２１）とが、接地電極として作用している。コンベヤロール（１，２）は、ウェブ（３）がロール周囲に配置された状態で、図示されている。ウェブ（３）は、連続ウェブであって、従動ロール（２０，２１）は、ロール（１，２）間においてウェブを搬送し得るよう機能する。プラズマリング（１６）は、本発明による方法においては、ロール（１，２）間に形成される。プラズマが、連続的に移動するウェブ（３）に対して極めて接近しているとともに、他のすべての表面が、実質的にプラズマから十分に離間していること、に注意されたい。このことは、ウェブ基材に対してのコーティングやエッチングや他のプラズマ処理における主要な利点である。従来技術においては、電極は、多くの場合、厚くコーティングされてしまう。図８，９のシステムは、この状況を劇的に改良する。図８，９において明瞭な他の利点は、装置および方法が、任意の所望幅に適合し得ることである。また、プラズマの一様性は、マグネトロンスパッタリングにおいて得られるものと同じである。このような一様性は、広幅基材に関して非磁気増強のＲＦダイオード放電の場合に得られる一様性よりも、格段に優れている。連続動作の場合には、ロール（１，２）は、公知技術によって水冷される。
【００３９】
図１０は、本発明による方法の他の実施形態を示している。この装置においては、ロール（１，２）は、ロール（１，２）上にわたって閉塞磁気トンネル（２５，２６）と交差磁界（１３，１４）との双方を形成し得るようにして、離間されている。磁気トンネル（２５，２６）は、マグネトロンカソードの磁界構成と同様のものである。プロセスガスが供給され、電源（１８）が励起されたときには、閉込リング（１６，２７，２８）内においてプラズマが発光する。この効果は、磁界強度やロール間離間距離や磁界構成やプロセスガスや電源設定によって、調節することができる。多くの変形例が可能である。例えば、２つのロールに代えて、１つのカソードを、平面状マグネトロンとすることができる。この場合、フレキシブルウェブは、スパッタコーティングを受けるとともに、閉込リング（１６，２７）に由来するプラズマ種によって衝撃される。
【００４０】
図１１は、他の好ましい実施形態を示している。この実施形態においては、ロールの外側において磁気閉込が行われている。従動ロール（１６０，１６１，１６２）が、双方の磁極片（１４）の面どうしの間を横切る経路に沿って、ウェブ基材（１０）を移送する。ウェブが磁極片（１４）に対して接触しておらず、磁極片の近傍を移動していることに注意されたい。着眼点は、磁極片（１４）に対して十分に近い位置にウェブを維持することである。このため、磁極片（１４）とウェブとの間に、プラズマが形成されることはない。いくつかの請求項においては、基材の少なくとも１つの表面が、プラズマと、基材を支持しているプラズマ対向面と、の間に位置していることが規定されている。例えば、上述した実施形態においては、ウェブの背面は、プラズマと電極表面との間に位置している。電極の近傍には、『ダークスペース』と称されるような、プラズマが存在していない領域が、本来的に存在している。これは、この図においては、ドット模様付きプラズマ領域（１７）とは明らかに異なる領域として示されている。ダークスペースは、周知の現象である。磁石（１５）は、磁極片（１４）どうしの間のギャップ内に、磁界（１９）を形成する。電源（図示せず）は、一方の電極としての磁極片（１４）に対して、および、電極（１３）に対して、接続される。これにより、磁界内に所望の電界が形成され、閉込プラズマ領域（１７）が形成される。この図でさらに注目すべき点は、磁気回路に関して、磁石や透磁性材料による戻り経路が存在していないことである。戻り経路は、ギャップ内の磁界強度をより強力なものとすることができ偽の閉塞プラズマ領域を低減し得ることにより、有用なものである。有用なものではあるけれども、この図は、戻り経路が本発明による方法において必須でないことを示している。プロセスガスを分散させることによって、ガス利用を向上させることができ、プロセスの一様性を増強することができる。ガス分散チューブ（１６３）が、電極（１３）に対して取り付けられたものとして、図示されている。この配置においては、プロセスガスは、プラズマを通って流通し、その後、下方に位置した電極（１３）どうしの間のギャップを通って、真空ポンプによって吸引される。プラズマ源の両端からのガスの散逸を防止するための端部遮蔽プレートは、図示されていない。プロセスのタイプに応じて、端部遮蔽プレートは、プロセスガスのさらなる有効利用をもたらすことができる。
【００４１】
図示のすべてのプラズマ源は、フレキシブルウェブタイプの基材に対して適用されている。これは、ウェブ式コーティング源が商業的に価値があることによるものであり、また、ウェブが電気回路内の電極となることが要求されていることによるものである。絶縁性基材の場合に、基材が電極となるためには、基材は、電流を容量的に通過させ得るよう十分に薄いものでなければならない。ウェブ基材は、典型的には、１０ｋＨｚ台のＡＣ電流であってさえも、容易に通過させ得るよう十分に薄いものとされる。厚めの基材が使用される場合には、ＡＣ周波数を増大させる必要があり、場合によっては、１３．５６ＭＨｚというＲＦ周波数にまで増大させる必要がある。上述したように、１３．５６ＭＨｚというＲＦ周波数は、付加的な構成を必要とするものではあるけれども、提案されたすべてのプラズマ源において使用することができる。図１２は、本発明による方法を具現している剛直基材タイプのプラズマ源を示している。シリコンウェハ（１７０）が、プラテン（１７１）上に配置されている。バー型の磁石（１８０）が、プラテン（１７１）の下方に配置されており、ウェハの下方に延在している。磁界（１７９）が、ウェハ表面と表面（１７７）との間において形成されている。ここで、表面（１７７）は、第２バー型磁石（１８２）、シャント（１７２）、および、磁石（１７４）、に関連している。電極（１７７）は、例えば銅やチタンといったような非磁性材料とされている。電極（１７７）には、プロセスを増強したりあるいはプロセスにとって無害であるような、プラズマ対向面を付設することができる。これは、表面（１７７）のスパッタリングが起こる場合には、重要である。電極（１７３）は、浮遊磁界を捕捉し得るよう、高透磁性材料から構成されている。電源（１７８）は、図示のように、プラテン（１７１）および電極（１７２）に対して、また、電極（１７３）に対して、接続されている。符号（１８１）は、ウェハ表面のところにおける電流または電圧を制御するためのデバイスを示しており、このデバイスは、必要であれば挿入することができる。得られる磁界および電界は、本発明による方法に基づき閉込ホール電流を形成し、ウェハ（１７０）と電極（１７７）との間のギャップ内に、稠密なプラズマを形成する。シャント（１７６，１７２）および磁石（１８０，１８２）は、ウェハを一様にプラズマ処理し得るよう、回転駆動される。これに代えて、磁石（１８０，１８２）を、より小さなものとすることができ、必要に応じて、ウェハ表面全体にわたってプラズマを移動させ得るよう、所定パターンで移動させることができる。プロセスステップの終了を検出するための手段を、使用することによって、ウェハの表面全体が適切な処理を受けた時点を決定することができる。
【００４２】
図１２においては、基材が、一方の電極上のにみ配置されていることに注意されたい。これと同じアプローチは、上述のウェハベースの装置においても実施することができる。例えば、一方のロールがウェブ基材を支持し、なおかつ、他方の電極を平板状スパッタターゲットとすることができる。多くの実施態様が、当業者には自明であろう。本発明による方法は、基材を連続的に移動させつつ（プラズマに対して基材を移動させる）、修正ペニング放電を使用することによる基本的に新規なプラズマ源を提案するものである。極めて効率的な電子閉込という重要な特徴点と、プラズマ源の閉塞ドリフト閉込特性という重要な特徴点と、が理解されれば、基本的プラズマ源の多くの実施態様が自明であろう。
【００４３】
上述したように、ペニング放電と同様の磁界構成および電界構成が、２つの表面間の領域内に、電子ホール電流を効率的にトラップする。基材を少なくとも一方の電極の近傍に配置し、そして、プラズマに対して基材を移動させたときには、基材は、プラズマ処理される、あるいは、コーティングされる、あるいは、使用されているプロセスガスおよびプロセス圧力に応じた処理を受ける。この閉込構成は、従来技術では真似できないような、劇的な結果をもたらす。この新規なプラズマ源を使用すれば、ＰＥＣＶＤやプラズマエッチングやプラズマ処理やスパッタやあるいは他のプラズマ処理といった応用が、実質的に改良されるあるいは可能となる。特に、フレキシブルウェブを使用した応用が有利である。ウェブ応用に関する利点を要約すれば、以下のようである。
【００４４】
−高効率プラズマが、２つのウェブ付帯コンベヤロールの間の閉込領域内に、形成される。ＰＥＣＶＤや他のプラズマプロセスにおいては、コーティングや処理を受ける表面が、プラズマに対して接触している表面、あるいは、プラズマに対して最も接近している表面、である。ウェブが、プラズマに対して最も接近した表面であることにより、ウェブが、コーティング膜や処理等を受ける。これにより、エネルギー効率と材料利用効率とが向上するとともに、電極上やシールド上への無駄なコーティング量が低減される。
【００４５】
−磁界構成形状および電界構成形状が、平面状マグネトロンスパッタリングデバイスや閉塞ドリフトイオン源の場合と同様の、対称的な無端レーストラック閉込領域を形成する。それら技術において公知であるように、閉込領域の長さは、プラズマの一様性を維持しつつ、広幅基材に適応し得るように、拡張することができる。これは、大面積基材に関して実質的に低コストで対応し得るという点において、現在のＲＦ放電やマイクロ波放電に対しての主要な改良点である。
【００４６】
−磁界をレーストラックの形状とする必要はない。これは、機械的および電気的なアセンブリの全体を単純化し、プロセスガスの必要量を低減し、様々な基材形状に対してのプラズマ源の適用を容易なものとし、場合によっては可能なものとする。これは、互いに交差的な供給を行う２つの平行な供給源を必要とすることもなく、あるいは、例えばホール電流の閉込のための反転電磁石といったような複雑な手段を必要とすることもなく、行われる。
【００４７】
−マグネトロンスパッタリングの場合と同様に、効率的なプラズマ閉込は、低圧かつ低電圧での動作を可能とする。これによって、多くのプロセス的利点が得られる。すなわち、プラズマは、チャンバの他の領域では発光しない、つまり、閉込領域の外側に位置した電極表面上においては発光しない。プラズマは、極めて安定でありかつ一様である。低電圧であるために、より安全でかつより低コストであるような電源を使用することができる。低圧であることにより、平均自由行程が長くなり、ＰＥＣＶＤプロセスにおける粉末形成量が減少する。
【００４８】
−基材付帯表面どうしの間のギャップを、増減させることによって磁界および電界を変更することができ、対向表面どうしの間の中央を貫通するプラズマ強度を増減させることができる。
【００４９】
−強力なプラズマがウェブ基材の近傍に形成されるけれども、基材に対しての高エネルギーイオン衝撃は、例えばHarting 氏他による米国特許第４，８６３，７５６号明細書に開示されているプラズマ源といったような、マグネトロンタイプのプラズマ源よりも小さい。その結果、本発明による方法による処理プロセスやコーティングプロセスにおいては、多数の活性粒子を生成するものの、基材加熱が小さく、基材からの蒸発が少ない。いくつかの意義深い利点が、プラズマプロセスの低温動作という特徴点によって、得られる。すなわち、低温でしか使用できない基材であっても使用することができ、過熱を起こすことなくプラズマに対しての接触時間を延長することができ、また、いくつかの用途においては、水冷に要するコストや複雑さを排除することができる。
【００５０】
−このような好ましい実施形態は、プラズマ閉込をかなり改良することができ、低圧力かつ低電圧での動作を可能とし、いくつかの従来技術と比較して、非基材表面に対してのコーティング量を低減させる。
【００５１】
上述したように、本発明は、いくつもの有意の利点をもたらす。本発明による方法を使用したいくつかの実施形態が説明されているけれども、当業者には、多くの他の実施態様が自明である。最後に、上述した様々な実施形態は、単独で使用することもまた組み合わせて使用することもできることに、注意されたい。それら様々な実施形態は以下のものを含んでいる。
−圧縮の小さな端部に対してイオン流を収束させるための非対称磁界の使用。
−ウェブ基材を支持している一方または双方のロールを電極として構成すること。
−ギャップ内における磁界を増強するための戻り磁界の使用、および、浮遊磁界を収集するためのシャントの使用。
−対向電極（アノード）に対するコーティングを遮蔽し得るよう、基材の背後への対向電極（アノード）の配置。
−外側の『ペニング放電』が中央戻り磁界の近傍においてレーストラックを形成し得るよう、中心に関して、磁界と戻り磁界とを分離すること。
−レーストラックペニングセルと、互いに対向配置された２つのロールマグネトロンと、を組み合わせること。
−少なくとも一方の電極が電子閉込を行うことを補助し得るよう、ミラー磁界の使用。
−複数のパルス電極が同一の電源を共有しているようなプラズマ源の使用。
−イオン流を案内し得るよう、共有された磁界の使用。
−磁界に対して基材を移動させることに代えて、基材に対して磁界を移動させること。
【００５２】
上記詳細な説明は、本発明が採用し得るいくつかの選択された態様を例示するためのものであって、本発明を何ら限定するものではないことは、理解されるであろう。本発明の範囲を規定するものは、均等例も含んでいるような特許請求の範囲だけである。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の好ましい実施形態によるフレキシブルウェブ装置を示す斜視図である。
【図２】図１のウェブ装置を示す断面図であって、電界線と磁力線とが示されている。
【図３】図１のウェブ装置を示す図であって、真空チャンバの内部に配置されている。
【図４】ウェブ装置を示す断面図であって、カソード電極とアノード電極との双方が、基板によって被覆されている。
【図５】フレキシブルウェブ装置を示す断面図であって、浮遊磁界を収集するための薄い金属シート製シャントを使用している。
【図６】図５のプラズマ源を示す斜視図である。
【図７】対向電極によって被覆されたフレキシブルウェブを使用した他の好ましい実施形態を示す断面図である。
【図８】回転ロール式プラズマ源を示す断面図であって、戻り磁界が、分流や磁石によって外部へと案内することに代えて、ロールの中心を通るものとされている。
【図９】図８のプラズマ源を示す斜視図である。
【図１０】図８のプラズマ源に対する変形例を示す断面図である。
【図１１】他のフレキシブルウェブプラズマ源を示す断面図である。
【図１２】好ましい実施形態における剛直基板（ウェブ）型プラズマ源を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  電極表面、ロール
２  電極表面、ロール
３  フレキシブルウェブ基材
１０  フレキシブルウェブ（基材）
１１  ロール
１２  ロール
１３  第２電極、環状電極（アノード構造）
１４  磁極片
１５  永久磁石
１６  磁気シャント
１７  プラズマ
１８  電源
１９  磁界
２０  閉ループホール電流トラップ
２１  電界
２２  電界
７１  電極ロール
７２  電極ロール
７３  ロール
７４  ロール
７８  永久磁石および磁気閉路からなるアセンブリ
７９  磁界
８６  ウェブ（基材）
１２０  磁石
１２１  シャント
１２２  シャント
１２４  電極
１２５  電極
１３０  電極
１３４  電極
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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