(57)【要約】  本発明は、基材表面（１６）をプラズマ処理するための装置（１０）を提供する。本装置は、プラズマを発生させるためのプラズマ源（１２）及びプラズマ制御電極（１４）とを含んで構成される。本装置は更に、プラズマ制御電極（１４）とプラズマ源（１２）との相対的運動、又はプラズマ制御電極（１４）とプラズマ源（１２）の基材（１６）に対する相対的運動を行わせるための駆動手段を含んで構成される。プラズマ制御電極（１４）は、基材（１６）に隣接して配置され、基材表面（１６）の制御された処理を容易にするものである。
2007523260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを発生させるためのプラズマ源、
プラズマ制御電極、及び
該プラズマ制御電極と該プラズマ源との間において相対的運動を行わせるための駆動手段
を含んで構成される、基材表面をプラズマ処理するための装置であって、操作・使用時には、該プラズマ制御電極が基材に隣接して配置され、その結果該基材表面の処理を制御された態様で容易にする、前記装置。
【請求項２】
該駆動手段が操作・使用時において、該基材と該プラズマ源との間においても相対的運動を行わせる、請求項１記載の装置。
【請求項３】
該プラズマ制御電極と該基材とが実質的に同一寸法である、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
該基材及び該プラズマ制御電極が固定・定置されており、また該プラズマ源が駆動されて該相対的運動を行う、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
該プラズマ源が固定・定置されており、また操作・使用時において該基材及び該プラズマ制御電極の双方が駆動される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
該プラズマ源が駆動され、また該基材及び該プラズマ制御電極の双方が操作・使用時に、駆動された該プラズマ源に対して駆動される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
該プラズマ制御電極及び該基材が操作・使用時に回転され、また該プラズマ源が操作・使用時に走査動作を行う、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
プラズマを発生させるためのプラズマ源、
プラズマ制御電極、及び
該基材に対して該プラズマ制御電極と該プラズマ源との相対的運動を行わせるための駆動手段、
を含んで構成される、基材表面をプラズマ処理するための装置であって、該プラズマ制御電極が操作・使用時には、該基材に隣接して配置されて、基材表面の処理を制御された態様で容易にする前記装置。
【請求項９】
該プラズマ源及び該プラズマ制御電極が固定・定置されており、また該基材が操作・使用時には駆動されて該相対的動作を行わせる、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
該基材が操作・使用時には、固定・定置されており、また該プラズマ源及び該プラズマ制御電極が駆動される、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
該プラズマ源及び該プラズマ制御電極が、同期化された態様で駆動される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
該基材が操作・使用時には駆動され、また該プラズマ制御電極及び該プラズマ源の双方が、駆動される該基材に対して駆動される、請求項８に記載の装置。
【請求項１３】
該基材が操作・使用時には回転され、また該プラズマ制御電極及び該プラズマ源の双方が操作・使用時には、走査動作を行う、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
該プラズマ制御電極が、該表面に近接したプラズマのエネルギー分布を制御することによって制御された表面処理を容易にするように配列・構成される、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
該プラズマ制御電極が、該基材に衝撃を与えるプラズマ・イオンのエネルギーを制御するように配列・構成される、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
該表面処理が容易化され、該表面が操作・使用時には、制御された、不均質な態様で処理される、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
該コーティング被膜が、不均質な厚さ、密度及び屈折率のうちの少なくとも一つを有するような方法で表面をコーティングするように配列・構成される、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
該厚さ、密度及び屈折率が、該基材の長さに沿って漸減する、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
該表面処理が容易化され、使用時に該表面が制御された、均質な態様で処理される、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
該コーティング被膜が、均質な厚さ、密度及び屈折率のうちの少なくとも一つを有するような方法で該表面をコーティングするように配列・構成される、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
該プラズマ制御電極が、該プラズマ源と該プラズマ制御電極との間に該基材が配置されるように定置される、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２２】
該基材が、該プラズマ制御電極上に定置される、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２３】
該プラズマ制御電極が開口部を含んで成る、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
該プラズマ制御電極がメッシュである、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２５】
該メッシュが、該プラズマ源と該基材との間に定置される、請求項２４記載の装置。
【請求項２６】
該表面の制御された処理を、該相対的運動の速度を制御することによって容易にし、これにより基材単位面積当りの局所プラズマ処理時間が制御可能となるように配列・構成される、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２７】
該プラズマを閉じ込める防護壁を含んで構成される、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２８】
該防護壁が、該プラズマ源の周辺に定置される、請求項２７記載の装置。
【請求項２９】
該防護壁が該プラズマ源を囲繞する、請求項２７に記載の装置。
【請求項３０】
該防護壁が、ガス流を制御するように配列・構成される、請求項２７乃至２９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３１】
該防護壁が、導電性材料を含んで構成され、また操作・使用時には一定の電圧電位が、防護壁に印加されて該プラズマの諸特性を更に制御する、請求項２７乃至３０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３２】
該防護壁が操作・使用時には、該プラズマを主要プラズマ領域に閉じ込め且つ該主要プラズマ領域外でのプラズマ形成を低減させる、請求項２７乃至３１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３３】
該防護壁が操作・使用時には、該基材と該防護壁との間に間隙が形成されるように定置される、請求項２７乃至３２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３４】
該防護壁が、ガスを該プラズマ源電極に向けて該間隙を貫流してポンプ輸送するように配列・構成された、請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
反応性ガスが、操作・使用時には、該間隙を貫流したガスで汚染された排気ガスと共にプラズマ源を貫流してポンプ輸送される、請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
該プラズマ源が、間隔を置いて配置された多数のガス出口を含んで構成される、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３７】
プラズマ処理された該基材をモニターするように配列・構成されたモニターシステムを更に含んで構成される、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３８】
該モニターシステムが、光学システムであり且つ該基材を広帯域光波長スペクトルで照射するように配列・構成され、またプラズマ処理された該基材からの反射を受信するように配列・構成された、請求項３７に記載の装置。
【請求項３９】
該モニターシステム及び該相対的運動を、該表面処理の過程でプラズマ領域外でモニターし、準リアルタイムでモニタリングーを可能にするように配列・構成された、請求項３８に記載の装置。
【請求項４０】
プラズマを発生させるためのプラズマ源、
該プラズマ源に対する基材の相対的運動を行わせるための駆動手段、及び
該プラズマを閉じ込めるために該プラズマ源の周囲に定置される防護壁
を含んで構成される、基材表面をプラズマ処理するための装置であって、操作・使用時には、該相対的運動が、予め決められた態様で該基材の処理を実行し、また該防護壁が、該プラズマを閉じ込める、前記装置。
【請求項４１】
該防護壁が、該プラズマの周囲に定置される、求項４０に記載の装置。
【請求項４２】
該防護壁が、該プラズマ源を囲繞する、請求項４１記載の装置。
【請求項４３】
該防護壁もまた、ガス流を閉じ込めるように配列・構成される、請求項４０乃至４２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４４】
該防護壁が、導電材料を含んで構成され、且つ操作・使用時には電圧電位が、該防護壁に印加されて、該プラズマの特性を更に制御する、請求項４０乃至４３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４５】
該防護壁が操作・使用時には、該基材と該防護壁との間において間隙が形成されるように定置される、請求項４０乃至４４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４６】
該防護壁が、ガスを該プラズマ源電極に向けて該間隙を貫流してポンプ輸送するように配列・構成される、請求項４５に記載の装置。
【請求項４７】
前記請求項のいずれか一項に記載の装置によってプラズマ処理される基材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材表面をプラズマ処理するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の表面のプラズマ処理は、様々な異なる技術分野において製作・加工を目的に使用される。例えばプラズマ処理は、マイクロエレクトロニクス、光学及びフォトニクスにおいて基材表面をコーティングするため、または種々の構造を基材中にエッチングするために使用される。プラズマ処理は、基材を薄膜でコーティングするために、または領域もしくは構造を基材中にエッチングするために使用することも可能である。一般的に言って、プラズマ処理は、厚さ、密度、屈折率、微小構造及び組成等の得られた表面の特性によって特徴づけることができる。得られた表面特性は、プラズマ処理の型式及び制御度に依存して異なる。
【０００３】
表面のコーティングは、可能な限り均質・均等であることが望まれる場合が多い。例えば、高密度波長分割多重方式（ＤＷＤＭ）フィルタ等のフォトニクス応用分野では、コーティング被覆の厚さは、コーティングされる基材に沿って０．０５％よりも変動しないことが要望されている。
【０００４】
一般的に、均質・均等な密度プロファイルを有するプラズマを発生させることは極めて困難である。プラズマの密度プロファイルは、例えばガス流量、ガス流分布、ガス比、ポンプ輸送量、プラズマエネルギー及びプラズマを生成するプラズマ源の幾何学的制約条件等の多くのパラメータに依存して変動する。生成したプラズマは通常、主要プラズマ領域を有し、この主要なプラズマ領域外のプラズマは処理品質を低下させることが多く、コーティング被膜における多孔質領域、基材面での接着不良または表面粗さを惹起する可能性がある。
【０００５】
このようなプラズマに関する理解及び制御を向上させることを可能とするプラズマ源を設計するため、多くの試みがこれまでに為されてきた。例えば、従来の「シャワーヘッド」とは異なるガス出口開口部を、電極表面上に均質・均等に分布させ且つガス流を表面全体に亘って分布させた結果、より均質・均等な表面密度プロファイルを生成することを可能とするように配列・構成された電極を多数含んで構成される、プラズマ源が設計されている。しかしながら、大型基材の処理は困難であり、大型で且つ高価な装置・システムを必要とする。
【０００６】
さらに、選択された光学用途などのいくつかの応用分野については、基材をコーティングするに際して、コーティング被膜の一つ以上の表面特性、例えば厚さ、密度、屈折率などを所定の態様で変化させることが、望まれている。例えば、このような特性は、漸変するかまたは漸減するプロファイルを含み得る。このような制御された特性を有するコーティング被膜は、さらに製造が困難である。
【発明の開示】
【０００７】
第一の局面において、本発明は
プラズマを発生させるためのプラズマ源、
プラズマ制御電極、及び
該プラズマ制御電極と該プラズマ源との間での相対的運動を行わせるための駆動手段
を含んで構成される、基材表面をプラズマ処理するための装置であって、操作・使用時には、該プラズマ制御電極が、基材表面の制御された処理を容易化するために基材に隣接して配置されることを特徴とする、前記装置を提供する。
【０００８】
該駆動手段は、典型的には、操作・使用時には基材とプラズマ源との間において相対的運動を行わせる。該プラズマ制御電極及び基材は、実質的に同一サイズであってもよい。
【０００９】
一つの具体的な実施態様においては、基材及びプラズマ制御電極は固定・定置されるが、該プラズマ源は、相対的運動を行うように駆動される。ある一つの代替実施態様においては、プラズマ源が固定・定置されており、操作・使用時には基材及びプラズマ制御電極の双方が駆動される。
【００１０】
また別の修正・改変実施態様においては、該プラズマ源が駆動され、操作・使用時には、該基材及びプラズマ制御電極の双方が、駆動された該プラズマ源に相対的に駆動される。例えば、該プラズマ制御電極及び基材は操作・使用時には回転され、該プラズマ源は操作・使用時には走査動作していてもよい。あるいは、該プラズマ制御電極及び基材は操作・使用時には走査動作しており、他方該プラズマ源は操作・使用時には回転されていてもよい。
【００１１】
本発明は、第二の局面において、
プラズマを発生させるためのプラズマ源、
プラズマ制御電極、及び
該プラズマ制御電極及び上記プラズマ源の上記基材に対する相対的運動を行うための駆動手段
を含んで構成される装置であって、操作・使用時には該プラズマ制御電極が、該基材表面の処理を制御された態様で容易化するために該基材に隣接して配置される、前記装置を提供する。
【００１２】
本発明の第二の局面の一つの具体的な実施態様においては、プラズマ源及びプラズマ制御電極は固定・定置され、基材は操作・使用時には相対的運動を行うように駆動される。また別の代替実施態様においては、基材が操作・使用時には固定・定置され、プラズマ源及びプラズマ制御電極が駆動される。この場合、プラズマ源及び該プラズマ制御電極は、典型的には同期化された態様で駆動される。
【００１３】
本発明の第二の局面の更なる一つの修正・改変実施態様においては、基材は操作・使用時には駆動され、該プラズマ制御電極及びプラズマ源の双方は、駆動された基材を基準として駆動される。例えば、基材は操作・使用時には回転され、プラズマ制御電極及びプラズマ源の双方が操作・使用時には走査動作していてもよい。あるいは、プラズマ制御電極及びプラズマ源は操作・使用時には回転され、基材は操作・使用時には走査動作していてもよい。
【００１４】
本発明の第一または第二の局面による装置は、重要な実際的な利点・長所を有する。例えば、該基材は、プラズマの直径より大きくてもよいのである。該プラズマ制御電極が運動するため、またプラズマ制御電極によって処理を容易にするため、処理された基材表面の局所的特性が、プラズマの密度プロファイルに依存する度合いが少なくなり、当該表面処理について所望される均質・均等性または非均質・非均等性が向上・改善される。従って、コーティング被覆の厚さ等の所望する均質・均等性または非均質・非均等性特性、または任意の構造的、機械的、化学的、光学的及び電気的の諸特性を有するコーティング被覆の蒸着を容易にするのである。
【００１５】
本発明のいずれかの局面による装置のプラズマ制御電極は、典型的には、表面に近接するプラズマのエネルギー分布を制御することによって制御された表面処理を容易にすることが出来るように配列・構成される。典型的には、該プラズマ制御電極は、該基材に衝撃を与えるプラズマ・イオンのエネルギーを制御するように配列・構成される。
【００１６】
例えば、当該表面処理は、操作・使用時には該表面が不均質・不均等に、制御された態様で処理されるように容易化してもよい。本装置は、コーティング被膜が不均質・不均等な厚さ、密度及び屈折率のうちの少なくとも一つを有するような態様で該表面をコーティングするように配列・構成されてもよい。このような厚さ、密度または屈折率は、基材の長さに沿って漸減させてもよい。代替として、該表面処理は、操作・使用時には該基材が制御されかつ均質・均等に処理されるように容易化してもよい。例えば本装置は、コーティング被膜が均質・均等な厚さ、密度及び屈折率のうちの少なくとも一つを有するような態様で表面をコーティングするように配列・構成してもよい。
【００１７】
本発明の第一または第二の局面による装置のプラズマ制御電極は、基材に隣接する任意の場所に定置すればよい。一つの実施態様においては、該プラズマ制御電極は、基材がプラズマ源とプラズマ制御電極との間に配置されるように定置される。このような配列・構成は、プラズマ・エネルギーを制御する上で、それによる表面処理を制御する上で特に有利である。ある一つの実施態様においては、基材は、プラズマ制御電極とプラズマ源との間で且つプラズマ制御電極上に定置される。基材が平坦である場合、プラズマ制御電極も平坦であればよい。一般的に言って、プラズマ制御電極は、どんな形状であってもよく、典型的には基材の形状に近似するように形成される。
【００１８】
第一または第二の局面による本発明の別の実施態様においては、プラズマ制御電極は、複数の開口部を含んで構成され、メッシュであってもよい。この場合、該プラズマ制御電極はプラズマ源と基材との間に定置すればよい。
【００１９】
本発明の第一または第二の局面による装置は、典型的には、制御された表面処理が該相対的運動の速度を制御し、これによって基材単位面積当たりの局所的プラズマ処理時間を制御することが出来るように配列・構成される。
【００２０】
本発明の第一または第二の局面による装置は、典型的には、プラズマを閉じ込める防護壁を含んで構成される。防護壁は、典型的にはプラズマ源の周囲に定置され、またプラズマ源を囲繞してもよい。また防護壁は、ガス流を閉じ込めるように配列・構成されてもよい。防護壁は、導電材料を含んで構成されてもよく、また、プラズマの閉じ込めなどのプラズマの諸特性をさらに制御し得る一定の電圧電位を防護壁に印加してもよい。
【００２１】
さらに本装置は、例えば防護壁内においてプラズマの制御を容易にする追加の磁場を生成させるような配列・構成としてもよい。
【００２２】
防護壁は典型的には、プラズマを主要プラズマ領域に閉じ込め、かくして主要プラズマ領域外でのプラズマ形成を低減または回避する。このことは、主要プラズマ領域外のプラズマに起因する表面処理品質への悪影響を低減するかまたは回避することが出来るという特別な利点・長所を持つ。
【００２３】
防護壁は典型的には、操作・使用時には基材と防護壁との間に一つの間隙が形成されるように定置される。防護壁は典型的には、ガスがこの間隙を貫流してプラズマ源電極に向けてポンプ輸送され、これによりプラズマの閉じ込めを容易にするように配列・構成される。例えば、反応性ガスは操作・使用時には、プラズマ源を貫流してポンプ輸送されたガスによって汚染された排気ガスと共に、該プラズマ源を貫流してポンプ輸送してもよい。
【００２４】
本発明の第一または第二の局面による装置のプラズマ源は典型的には、内部で入力ガスが化学反応生成物を形成する反応プラズマを発生させるように配列・構成される。ある一つの具体的な実施態様においては、プラズマ源は、基材上にコーティング被膜を蒸着する、プラズマ強化反応性化学蒸着を起こすように配列・構成される。
【００２５】
例えば、プラズマ源は、マグネトロンプラズマ源、陰極アークプラズマ源、絶縁性中空円筒を囲繞するアンテナを備えたへリコンプラズマ源又は円筒形若しくはその他の中空導体を含む中空陰極電源を含んで構成されていてもよい。ある一つの具体的な実施態様においては、プラズマ源の少なくとも一つのプラズマ源電極はカップ形状であり、ｒｆ電圧信号を受信するように配列・構成される。該プラズマ源電極または各プラズマ源電極は、ガス入口を一つ有しており、操作・使用時にはカップ形状電極内においてプラズマが発生して、基材に向けて方向づけられるように配列・構成すればよい。
【００２６】
また別の代替実施態様においては、該プラズマ源電極または各プラズマ源電極は、例えば二つのプラズマ源電極の一方であってもよく、間隔を置いて配置された多数のガス出口を備える。この場合、ガスは各ガス出口から供給されてもよく、これによってプラズマプロファイルの均質・均等性が向上・改善される。
【００２７】
本発明の第一または第二の局面による装置は、更に、プラズマ処理される基材をモニターするように配列・構成されるモニターシステムを含んで構成されてもよい。例えば、基材がプラズマ直径より大きい場合、基材のプラズマ処理の向上及び／または制御するために使用され得るプラズマ処理に関する情報を取得するために、プラズマ領域外の処理基材を準現場で（ｑｕａｓｉ  ｉｎ  ｓｉｔｕ）モニターすることが可能である。
【００２８】
防護壁がプラズマを更に閉じ込めるのに応じて、該モニターシステムがプラズマによって受ける影響は少なくなり、より正確なモニタリングが可能となる。
【００２９】
ある一つの具体的な実施態様においては、該モニターシステムは、広帯域光波長スペクトルで基材を照射するように配列・構成される光学システムである。この実施態様においては、モニターシステムは、プラズマ処理基材からの反射を受信するように配列・構成され、これらの反射は、解析されて、基材コーティング被膜の厚さ等のプラズマ処理基材の諸特性または光学的、化学的または構造的特性に関する情報を取得することが出来る。例えば、モニターシステム及び相対的運動は、処理の過程でプラズマ領域外で表面をモニター出来るように配列・構成してもよい。これにより、準リアルタイムでのモニタリングが可能となる。
【００３０】
本発明は、第三の局面において
プラズマを発生させるためのプラズマ源、
基材の該プラズマ源に対する相対的運動を行わせるための駆動手段、及び、
プラズマを閉じ込めるためにプラズマ源周囲に定置される防護壁
を含んで構成される、基材表面をプラズマ処理するための装置であって、操作・使用時には、該相対的運動によって該基材の処理を予め決められた態様で実行し且つ該防護壁が該プラズマを閉じ込める、前記装置を提供する。
【００３１】
該防護壁は、プラズマを直接閉じ込めるように、またはガス流を閉じ込めるように配列・構成すればよく且つプラズマ源を囲繞してもよい。該防護壁は、導電材料を含んで構成されてもよく、電圧電位を防護壁に印加して、電界を発生させてもよい。電界は、プラズマを更に閉じ込めるために及び/又はプラズマの諸特性を制御するために使用することができる。
【００３２】
防護壁は典型的には、操作・使用時には一つの間隙が基材と防護壁との間において形成されるように定置される。防護壁は典型的には、ガスをプラズマ源電極に向けてこの間隙を貫流してポンプ輸送するように配列・構成される。例えば、反応性ガスは操作・使用時には、差動ポンプ輸送により該プラズマ源及び間隙を貫流してポンプ輸送してもよい。
【００３３】
本明細書を通じて、「ｒｆ電圧」なる用語は、超高周波数または超低周波数を含む任意の周波数を有する電圧に対して使用される。更にはその代わりとしてプラズマ源がｄｃ電圧により作動するように配列・構成されてもよいと理解すべきである。
【００３４】
本発明は第四の局面において、本発明の第一及び第二の局面による装置によってプラズマ処理される基材を提供する。
【００３５】
本発明は、具体的な実施態様に関する以下の記載から更に完全に理解されるであろう。その記載は、添付図面を参照してされている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
まず図１を参照して、第一の具体的な実施態様に従った、基材表面をプラズマ処理するための装置について説明する。装置１０は、図１には示されていない真空室内に定置される。装置１０は、中空陰極１２を含むプラズマ源を含んで構成される。本装置はさらに、プラズマ制御電極１４を含んで構成される。この実施態様のいくつかの修正・改変例においては、該真空室の壁は、第二のプラズマ源電極として動作することができる。基材１６は、中空陰極１２及びプラズマ制御電極１４とを基準として駆動装置１８により移動可能である。作動時には、プラズマ強化反応性化学物質蒸気が、中空陰極１２によって発生される結果、基材１６が被膜（図示されていない）でコーティングされるのである。
【００３７】
作動中では、駆動装置１８は、基材１６をプラズマに対して移動させる。駆動装置１８は、ＸＹ座標系において基材を中空陰極１２及びプラズマ制御電極１４に対して走査するように配列・構成される。駆動装置１８はまた、基材１６を回転させるようにも設定することが出来る。この実施態様の幾つかの修正・改変例では、プラズマ源はまた更なる一つ以上の駆動装置（図示されていない）によって移動させて、その結果基材を駆動装置１８によって移動させながらプラズマ源を移動出来るようにしてもよい。例えばプラズマ源１２は、駆動装置１８が基材１６を回転させながら、直線動作で走査することが出来る。
【００３８】
また、プラズマ源１２及びプラズマ制御電極１４の運動は、基材１６に関するこれらの相対的運動が同期的となるように配列・構成することも出来る。
【００３９】
下記で論じる他の実施態様においては、プラズマ制御電極１４は、プラズマ源１２及び／または基材１６が運動・移動する間は、基材１６に対しては静止位置に留まったままである。例えば、プラズマ制御電極１４は、基材１６とは同一寸法のものとして、表面特性の制御を向上させることを可能にするようにしてもよい。その代替として又は追加的に、プラズマ制御電極１４が、プラズマ源１２と基材１６との間に定置されるメッシュとすることも出来る。相対的運動については、このメッシュ制御電極をプラズマ源１２又は基材１６と同期化させてもよい。このようなメッシュによって、肉厚の基材の背後に設置されたプラズマ制御電極の効果的な運動を実現することに関連した潜在的な幾つかの課題が克服されるのである。
【００４０】
プラズマ源１２、基材１６及びプラズマ制御電極１４間におけるこのような相対的配列・構成の柔軟性は、典型的には基材１６の寸法より小さくしたプラズマを制御し且つ局在化させることによって実現可能となったものである。
【００４１】
様々な駆動システムまたは駆動手段の組合わせを使用して、異なる型式の相対的運動を実行することが出来る。
【００４２】
この実施態様においては、駆動装置１８によって実行される基材１６の走査または回転の速度は、制御することが可能である。このようにして、基材１６は、例えば厚さのプロファイルなどの予め決められた諸特性を有するコーティング被膜でコーティングすることが出来る。基材１６は、プラズマ源１２及びプラズマ制御電極１４に対して運動するため、所望されるコーティング被膜特性はプラズマの均質・均等性に依存する度合いは少なくなる。従って、例えばプロファイルされた厚さや実質的に均質・均等な厚さなど予め定められた特性を有するコーティング被膜で、相対的に広い表面をコーティングすることが可能となるのである。
【００４３】
この実施態様においては、プラズマ源は、カップ形状の電極２０、電気接続部２２及びガス入口２４を有する中空陰極１２から構成される。  操作・使用時には、数十ｋＨｚの周波数を有するｒｆ電圧が、電気接続部２２に印加され、またガスが、ガス入口２４を貫流してカップ形状の電極２０内に導かれる。
【００４４】
プラズマ制御電極１４は、ｒｆ電圧を受信するように配列・構成された電気接続部２６を有する。操作・使用時には、プラズマは、プラズマ制御電極１４によって制御され且つ同時に支持された中空陰極１２によって発生させる。例えば、基材１６上を覆うプラズマ粒子のエネルギーは、プラズマ制御電極１４及び中空陰極１２に互いに対して印加されたｒｆ電圧を調節することにより制御することが出来る。かかるｒｆ電圧は、異なる位相、振幅または周波数を有するように調節することが出来る。
【００４５】
基材１６は、プラズマ制御電極１４と中空陰極１２との間に定置される。この実施態様においては、基材１６は、プラズマ制御電極１４に隣接して定置される。基材１６及びプラズマ制御電極１４は、プラズマ制御電極１４が、基材１６に接触するように配列・構成することが出来る。
【００４６】
プラズマ制御電極１４が基材１６の背後にあり且つ隣接するという位置関係は、基材１６上のプラズマ処理特性を制御する上で特に有利である。この実施態様においては、プラズマ制御電極１４は、基材１６のそれに近似する形状を有している；またプラズマ制御電極１４及び基材１６は、双方共に実質的に平坦な接触表面を有する。
【００４７】
また別の代替実施態様においては、基材１６は、円弧状の断面または他の任意の断面形状を有していてもよく、プラズマ制御電極１４は典型的には、その基材１６の形状に近似するように形成される。他の実施態様においては、プラズマ制御電極１４は、表面処理制御を容易にすることをを可能とする適切な形状ならば如何なる形状を有してもよい。さらに、本装置は一つ以上のプラズマ制御電極を備えてもよく、プラズマ制御電極の形状及び数は共に、所望する制御された表面処理を達成するように選択すればよい。
【００４８】
プラズマ制御電極１４は、中空陰極１２と同一のｒｆ電圧源に接続してもよい（ｒｆ電圧源は図示していない）。また、その代わりに、プラズマ制御電極１４及び中空陰極１２のｒｆ電圧は、別々のｒｆ電圧源によって供給されてもよい。更なる別の実施態様においては、例えば可聴波、マイクロ波またはパルス伝送操作などの可変周波数励起手段を使用することが出来る。
【００４９】
この実施態様においては、装置１０は、作動中に反応性ガスが少なくとも部分的にプラズマ領域を貫流するように配列・構成される。この具体的な実施態様においては、ガスはガス入口２４を経由して導入される。追加的に又はその代替として、ガスは他の任意のポートを経由して供給されてもよい。例えば、酸化珪素／窒化珪素被膜の蒸着をする場合には、シランガス及び窒素ガスは、入口２４を経由して誘導してもよく、また酸素は、中空陰極１２から遠隔にある追加のポートを経由して真空室内に注入してもよい。
【００５０】
この実施態様においては、装置１０は、また、防護壁２８を含んで構成される。防護壁２８は、中空陰極１２を囲繞し、これによりプラズマを更に閉じ込める。例えば、防護壁２８には一定の電圧を印加してもよく、また付加した電圧電位を使用してプラズマを更に閉じ込め及び／または制御することが出来る。更に、本装置は、例えば防護壁内に追加の磁場を発生させて、これによってプラズマの閉じ込め及び/又は制御を支援するように配列・構成されてもよい。
【００５１】
防護壁２８は、ガス流を制御し及び/又は閉じ込めることによりプラズマを制御し及び/又は閉じ込めるために使用することが出来る。特に、防護壁の形状寸法は、真空室とプラズマ源領域との差動ポンプ輸送を可能にするように配列・構成させることが出来る。例えば、このような圧力差によって、プラズマ源領域においてはより低い圧力が生成し及び/又は有利なガス流勾配が得られる。
【００５２】
この実施態様においては、防護壁２８は、プラズマ制御電極１４の延長部より小さい直径を有する開口部２９を有する。さらに、基材１６と防護壁２８との距離は典型的には１乃至１０ｍｍであり、通常は基材１６と中空陰極１２との距離よりも短い。この実施態様においては、防護壁２８の位置、従って防護壁のプラズマ制御特性及び／または閉じ込め特性は、異なる作動条件を可能とし、また面特性を制御するために調節可能とすることが出来る。
【００５３】
防護壁２８は、ガス供給手段またはポンプ（図示されていない）により生成される圧力差を利用して、ポート３１を貫流するガス流専用のために配列・構成される。この実施態様においては、反応性ガスは、ガス入口２４経由して供給され、またループを経由して、未反応及び／または未蒸着のガスは、ポート３１を介して排気することが出来る。
【００５４】
この実施態様の一つの修正・改変例では、反応物と排気ガスの流れの方向を逆にして、即ち、反応性ガスは、ポート３１を経由して流入し、排気ガスは、ポート２４を経由して排気される。何れの修正・改変例においても、防護壁２８はガス流を制約する。
【００５５】
この防護壁２８の持つ更なる利点は、この実施態様においては間隙が、基材１６と防護壁２８との間に形成されることである。プラズマを更に閉じ込めるために、操作・使用時には、不活性ガス（窒素またはアルゴン等）または単独で反応しない別のガスなどのガスは、防護壁２８と基材１６との間に形成されるこの間隙を貫流し、プラズマ源電極へ向けて流れる結果、反応物ガスが、防護壁２８外では有意に拡散せず、従って防護壁２８外では有意に反応しなくなる。
【００５６】
この実施態様の更なる一つの修正・改変例においては、プラズマ形成用の反応性ガスは、ガス入口２４又はポート３１を経由して反応性ガスを導入する代わりに又はこれに追加して、間隙を経由してポンプ輸送してもよい。
【００５７】
何れの修正・改変例においても、防護壁２８がガス流を制約する。
【００５８】
装置１０は更に、光学モニターシステム３０を含んで構成される。かかる光学モニターシステム３０は、光放射源３２と検出器３４とを含んで構成される。広帯域放射線が、光源３２によって生成されて、基材１６に向けて誘導され、次いで反射が検出器３４によって測定される。次に検出された光学信号が分析され、処理された基材のコーティング被膜の厚さ、組成及び光学特性に関する情報など、プラズマ処理される基材１６に関する情報を取得する。
【００５９】
この実施態様においては、光学モニターは、プラズマ領域外で実行される。防護壁２８によってプラズマが閉じ込められるため、改善された精度で光学測定を実行することが可能である。特に、広帯域波長スペクトルモニターは、プラズマからの影響が低減された状態で実行することが出来る。単一または複数の波長によるモニターが可能であるが、広帯域モニターは、処理される基材１６の特性を測定する際の精度を上げることが出来る、という優位点を有する。光学モニターシステムの更なる利点は、本質的に基材全体をリアルタイムでモニター出来る、ということである。
【００６０】
プラズマ源、基材及びプラズマ制御電極の相対的運動の配列・構成に依存して異なるが、かかる光学モニターシステムは、防護壁２８に取り付けることが出来る。
【００６１】
図２は、第二の具体的実施態様による、基材表面をプラズマ処理するための装置の断面図である。この場合、装置４０は、「シャワーヘッド」型陰極４２を含むプラズマ源を含んで構成されるが、この陰極４２は、ガス入口４４に接続され且つガスが陰極４２と基材１６との間のプラズマ領域内に流れ込むように配列・構成された多数の開口を有する。この配列・構成により、ガス流は、プラズマのプロファイルを通じてより均質・均等になる。
【００６２】
シャワーヘッドのガス駆動圧力又は形状、キャピラリの穴径または長さなどの作動パラメータを調節することによって、ガス流及びプラズマ特性を制御する上でより大きい柔軟性が得られる。
【００６３】
陰極４２は、ｒｆ電圧を受信するように配列・構成された電気接続部４６を有する。プラズマの閉込めを向上させるために、この陰極４２は、陰極４２の頭頂に定置されたリング様部分４８を有する。
【００６４】
防護壁２８は、プラズマの閉込めを更に向上させ且つ寄生放電を抑制出来る延長部５０を有する。装置４０の他の構成要素は全て、図１に示した該装置１０の構成要素に類似している。この実施態様においては、延長部５０は、基材１６の光学モニターを可能にする複数の開口を有する。
【００６５】
具体的な実施例に言及して本発明を説明してきたが、本発明が他の多くの形態で具体化し得ることが、当業者に理解されるであろう。例えば、プラズマ処理は、基材表面のコーティング被膜に限定されず、基材の食刻に使用され得ることが、理解されるであろう。このような食刻は、その強度を制御して、表面の制御されたプロファイルを変化させることが可能である。
【００６６】
如何なる型式のプラズマ生成電極または陰極でも使用可能であることが、理解されるべきである。例えば、本装置は、ヘリコン型プラズマ源またはマグネトロンまたは陰極アーク・プラズマ源を含んで構成されてもよい。更に、磁場を用いて、プラズマの閉じ込めをさらに向上させてもよい。
【００６７】
そのほか、プラズマ制御電極は、基材に対して相対運動可能であるプラズマ源及び防護壁を備えた固定した大型の基材で置き換えてもよく、該防護壁はプラズマを閉じ込めてこれを制御する。
【００６８】
更には、本発明の実施態様による装置は、様々な異なる分野において使用することが出来ることが、理解されるべきである。例えば、本装置は、建築・住宅産業及び自動車用の窓ガラスの処理に使用され得る。また本装置は、スマート・ウィンドウの製造（エレクトロクロミック被膜）、エネルギー・フローの受動制御（低い放射率、太陽光着色）、窓の強化、反射防止コーティング被膜、「防塵・防汚」コーティング被膜または種々のコーティング処理及び撥水コーティング被膜などの各分野において使用されてもよい。さらに、本装置は、例えばプラスチック及び紙の金属被覆を含む連続ウェブ・プロセスを目的とする、包装材料のための薄膜蒸着及び表面処理に使用することが可能である。本発明の実施態様による装置が持つ特別な長所・利点としては、材料処理量やプラズマ源材料の利用率が極めて高いこと、ピンホールのない層及び透明な層などが挙げられる。さらに、本発明の一つの実施態様による装置は、製造／建築用資材の製造過程において薄膜蒸着及び表面処理のために使用することが可能である。例としては、スチール表面の腐食防止コーティング被膜蒸着及びスチールや他の基本的材料の表面の摩耗防止被膜蒸着ための連続ウェブ・プロセスが挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第一の具体的な実施態様による、基材表面をプラズマ処理するための装置の断面図である。
【図２】本発明の第二の具体的な実施態様による、基材表面をプラズマ処理するための装置の断面図である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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