(57)【要約】【課題】【解決手段】本発明は、プラズマに粒子（２）があってなるプラズマ装置（１００）を作動させるための方法に関する。この方法により、電気的な進行波（１）を発生させ、進行波の作用の下で、プラズマ装置（１００）内の粒子（２）が、少なくとも１つの所定の収集領域（２０，２０Ａ）へ向いた方向性のある運動を実行する。本発明は、本発明に係わる方法を実施するためのプラズマ装置に関する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマに粒子（２）があってなるプラズマ装置（１００）を作動させるための方法において、
電気的な進行波（１）を発生させ、進行波の作用の下で、前記プラズマ装置（１００）内の粒子（２）が、少なくとも１つの所定の収集領域（２０，２０Ａ）へ向いた方向性の運動を実行することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記電気的な進行波（１）を発生させるために、前記プラズマ装置（１００）に設けられた複数のストリップ電極（１１）に、少なくとも１つの収集用交流電圧を印加する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数のストリップ電極（１１）の各々に、所定の位相ずれで、前記収集用交流電圧を印加する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
１つの周期内で常に２つの互いに対称的なエッジを含む対称的な電位傾度を有する収集用交流電圧を供給する、請求項２または請求項３に記載の方法。
【請求項５】
異なった峻度を持つ常に２つのエッジを１つの周期内で含む非対称的な電位傾度を有する収集用交流電圧を供給する、請求項２または請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記収集用交流電圧は、１つの周期内で、常に少なくとも１つの直流電圧部分を含む、請求項４または請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記複数のエッジの前記峻度および／または期間を、所定の最大の大きさより下の大きさを有する粒子のみが、方向性のある運動を実行するように、選択する、請求項４ないし請求項６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項８】
前記収集用交流電圧は、前記プラズマを形成するためのプラズマ放電の動作交流電圧の周波数よりも低い周波数を有する、請求項２ないし請求項７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項９】
前記収集用交流電圧は、０．０１Ｈｚから１０Ｈｚまでの範囲に選択されている周波数を有する、請求項８に記載の方法。  
【請求項１０】
前記収集用交流電圧を高周波の変調電圧と重畳する、請求項２ないし請求項９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１１】
前記複数のストリップ電極（１１）に、前記プラズマ装置の前記収集用交流電圧および動作電圧を印加する、請求項２ないし請求項９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１２】
前記高周波の変調電圧は、０．１ｋＨｚから１００ｋＨｚまでの範囲にある周波数を有する、請求項１０または請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記複数のストリップ電極（１１）に前記収集用交流電圧を印加し、別個のパワー電極（３１）に前記プラズマ装置の動作電圧を印加する、請求項２ないし請求項９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１４】
前記高周波の変調電圧は、１０ｋＨｚから１ＭＨｚまでの範囲にある周波数を有する、請求項１０または請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
複数の互いに反対の方向を有する電気的な進行波（１）の発生がなされ、粒子（２）は、２つの所定の収集領域（２０，２０Ａ）に向いた方向性のある運動を行なう、前記すべての請求項のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１６】
前記粒子を、中空カソード（２１）を有する前記収集領域（２０）に収容する、前記すべての請求項のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１７】
前記収集領域（２０）は、前記プラズマ中の前記粒子が濃縮される濃縮区域（２２）を有する、前記すべての請求項のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１８】
前記粒子は、方向性のある線運動または方向性のある円運動を行なう、前記すべての請求項のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１９】
電気的な進行波（１）を発生させるための進行波電極（１０）と、少なくとも１つの所定の収集領域（２０，２０Ａ）とを有し、前記進行波電極の作用下で、粒子（２）は、前記プラズマ装置（１００）内で、方向性のある運動を行ない、前記粒子の前記方向性のある運動が前記収集領域へ行き着くことを特徴とするプラズマを発生させるためのプラズマ装置（１００）。
【請求項２０】
前記進行波電極（１０）は、複数のストリップ電極（１１）を有し、これらのストリップ電極は、少なくとも１つの収集用交流電圧を発生させるための電圧源に接続されており、収集用交流電圧が前記複数のストリップ電極（１１）に印加されることが可能である、請求項１８に記載のプラズマ装置。
【請求項２１】
前記電圧源は移相手段を有し、この移相手段は、前記複数のストリップ電極（１１）の各々に、所定の位相位置を有する前記収集用交流電圧を印加するために設けられている、請求項２０に記載のプラズマ装置。
【請求項２２】
前記電圧源は、複数の以下の電圧傾度、すなわち、
-１つの周期内で常に２つの互いに対称的なエッジを有する対称的な電圧傾度、
-異なった峻度の常に２つのエッジを１つの周期内で有する非対称的な電圧傾度、および
-１つの周期内で常に１つの直流電圧範囲を有する電圧傾度
のうちの少なくとも１を有する前記収集用交流電圧を発生させるために設けられている請求項２０または請求項２１に記載のプラズマ装置。
【請求項２３】
前記電圧源は、前記複数のエッジの前記峻度および／または期間を選択するために制御可能である、請求項２２に記載のプラズマ装置。
【請求項２４】
前記電圧源は、プラズマを発生させるための高周波交流電圧の周波数よりも低い周波数を有する前記収集用交流電圧を発生させるために設けられている、請求項２０ないし請求項２３のいずれか１に記載のプラズマ装置。
【請求項２５】
前記電圧源は、収集用交流電圧と重畳するための高周波の変調電圧を発生させるために設けられている、請求項２０ないし請求項２４のいずれか１に記載のプラズマ装置。
【請求項２６】
前記電圧源は、プラズマを発生させるための前記プラズマ装置の動作交流電圧を発生させるために設けられており、前記進行波電極（１０）にこの動作交流電圧が印加される、請求項２０ないし請求項２５のいずれか１に記載のプラズマ装置。
【請求項２７】
プラズマを発生させるための前記プラズマ装置の動作交流電圧が印加される別個のパワー電極（３１）を有する、請求項１９ないし請求項２６のいずれか１に記載のプラズマ装置。
【請求項２８】
前記収集領域（２０，２０Ａ）は中空カソード（２１）を有する、請求項１９ないし請求項２７のいずれか１に記載のプラズマ装置。
【請求項２９】
前記収集領域（２０，２０Ａ）は、前記粒子がプラズマ中で濃縮される濃縮区域（２２）を有する、請求項１９ないし請求項２８のいずれか１に記載のプラズマ装置。
【請求項３０】
前記進行波電極（１０）は、プレート状の電極支持体（１２）を有し、前記複数のストリップ電極（１１）は、前記プレート状の電極支持体（１２）の少なくとも１つの表面に設けられている、請求項１９ないし請求項２９のいずれか１に記載のプラズマ装置。
【請求項３１】
前記複数のストリップ電極（１１）は、前記プレート状の電極支持体（１２）の２つの表面に設けられている、請求項３０に記載のプラズマ装置。
【請求項３２】
前記複数のストリップ電極（１１）は、複数のワイヤ電極または複数の帯状電極を有する、請求項３０または請求項３１に記載のプラズマ装置。
【請求項３３】
前記進行波電極（１０）は、環状の電極支持体（１６）を有し、前記複数のストリップ電極（１１）は、前記環状の電極支持体（１６）の少なくとも１つの表面に設けられている、請求項１９ないし請求項２９のいずれか１つに記載のプラズマ装置。
【請求項３４】
複数のストリップ電極群（１５）を具備し、１つのストリップ電極群（１５）の一部をなす前記複数のストリップ電極（１１）は、夫々、互いに電気的に接続されており、その結果、これらのストリップ電極の各々に、同一の位相位置を有する収集用交流電圧が印加されることができる、請求項２０ないし請求項３３のいずれか１つに記載のプラズマ装置。
【請求項３５】
前記進行波電極（１０）を温度調節することができる加熱装置（６０）が設けられている、請求項１９ないし請求項３４のいずれか１つに記載プラズマ装置。
【請求項３６】
-粒子をプラズマ装置から運び出すため、
-粒子の大きさの所定の分布を有する粒子の雲を発生させるため、あるいは、  -複数の多形のソーラセルを製造する際に、粒子を複数のサブストレートに析出するための、前記すべての請求項のいずれか１つに記載の方法またはプラズマ装置の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ装置を作動させるための、例えば、プラズマの使用による物質の析出のための、または、表面加工のための方法、および、特に、プラズマ装置内で粒子を操作するための方法に関する。本発明は、また、このような方法を実施するために設けられているプラズマ装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
放電によってプラズマ状態が発生されてなるガス中に粒子が存在することが可能であることは周知である。粒子は、例えば、外からプラズマへ適切に導入されるか、プラズマ中で、所定の工程の実施によって発生される（例えば、『Dusty Plasmas: Physics, Chemistry and Technological Impact in Plasma Processing』（ed. A. Bouchoule）、J．Wiley & Sons, 1999を参照）。この場合、特に、プラズマ中の粒子の検査または操作が望ましい。粒子の検査の際に、（例えば、いわゆるプラズマ結晶の発生の際の）、例えば、粒子の相互作用あるいは粒子の発生または成長を特徴づけることが意図される。粒子の操作は、例えば、プラズマ中の粒子の加工（表面の除去または表面の分離）あるいは複数のサブストレートにおける粒子の析出を含めてもよい。このことは、例えば、多形の複数の層の制御された析出の場合に当てはまる（Cabarrocas et al.J.of Non-Crystalline Solids 227-230(1998) 871-875）。複数の多形の層の析出の際には、粒子の大きさの所定の分布を有する粒子をサブストレート上に析出することが重要である。しかしながら、粒子の大きさの分布を調整するための実施可能な方法は、これまで有効でない。
【０００３】
この代わりに、プラズマ中のまたはサブストレート上の粒子は、望ましくない汚染を意味することがある。例えば、プラズマの析出による平面画像スクリーン技術のための複数のソーラセル、ウェハまたは構成要素の製造の際に、複数の製品の品質および損失率は、妨害的な粒子が、複数の積層されるサブストレートから如何ほど遠ざけられることができるかによって、規定される。粒子は、サブストレート上で、局所的な放電を、従ってまた、層に複数の孔を生じさせることがある。これらの孔によって、例えば、平面画像スクリーンの画質が低下される。
【０００４】
サブストレートの汚染の原因は、積層過程の後に、プラズマがプラズマ反応器でオフされるとき、プラズマに形成されておりかつｎｍからμｍの範囲にある典型的な寸法を有する粒子が、正味電荷（典型的には負の電荷）を有し、他方、サブストレートの表面が反対の電荷を有することにある。このことは、プラズマ積層が、垂直方向に向いた複数のサブストレートにおいてなされるとしても、サブストレートの表面への従来の不可避な粒子運動をもたらす（Ivlev et al.『Decharging of Complex Plasmas:First Kinetic Observations』in 『Phys. Rev.Lett.』,Band 90, p5）。前記諸問題は、特に、ｄｍからｍの範囲の典型的な直径を有する複数の大きなサブストレート上におけるプラズマの析出の際に、生じる。
【０００５】
プラズマ中の粒子の検査または操作のための使用の場合のみならず、粒子の汚染の際にも、プラズマにおける粒子の位置、分布および／または運動に、所定の方法で、作用することが一般的に重要である。この目的のために、WO 99/52125では、複数の追加電極を有するプラズマ反応器であるいは複数の部分電極を有するいわゆる適応性の電極の使用の下で、電場を静的にまたは低い周波数で調整または変更して、サブストレートの上面の粒子が、プラズマ反応器において、所定の空間的な分布を形成することが提案される。しかしながら、この技術の欠点は、プラズマ中の粒子を検査するか、操作するか、粒子の汚染をプラズマから除去しようとする前記目標が、限定的にしか解消されることができないこと、および析出が複数の電極の構造をサブストレート上に再現することである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、プラズマ中の粒子を検査または操作する従来の技術の複数の欠点を解消するために用い、かつ特に、プラズマにおける粒子の確実なおよび適切な動きを可能にする、プラズマ装置を作動させるための改善された方法を提供することである。本発明に係わる方法が、特に、拡大された適用範囲を有し、プラズマ中の粒子に影響を及ぼす新たな可能性を開くことが意図される。本発明の課題は、また、従来の複数のプラズマ反応器の複数の欠点を解消するために用いられ、プラズマ中の粒子に影響を及ぼすのに適切である改善されたプラズマ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、請求項１および請求項１９の特徴を有する方法およびプラズマ装置によって解決される。本発明の複数の好都合な実施の形態および使用が、複数の独立請求項から明らかである。
【０００８】
方法に関しては、本発明は、プラズマ装置内で電気的な進行波を発生させる一般的な技術的教示に基づいている。これらの進行波によって、プラズマ中の粒子に力が加えられ、その結果、粒子が、少なくとも１つの所定の収集領域へ向けてプラズマ装置内で動く。電気的な進行波が、粒子の全流（Nettostrom）によって、収集領域への粒子の輸送を引き起こすことは好都合である。これらの進行波は、全流なしに粒子の位置決めまたは再分布のみがなされた従来の技術とは反対に、プラズマの形成中および／または形成後に、連続的な粒子の運動を可能にする。従って、プラズマ中に例えばプラズマ析出中に連続的に再生される粒子が、常に、プラズマ室から、特に、積層されるサブストレートの付近から除去されることができることは好都合である。結果として、汚染が回避され、複数の層が、著しく改善された均質をもって製造されることが可能である。前記質の低下、および結果として生じる製品の機械的故障が減じられること、および／または、製造過程のためのプラズマ条件が最適化されることが可能である。
【０００９】
電気的な進行波が、制限なく、プラズマ室全体を通過することができることは好都合である。それ故に、粒子の輸送は、例えば半導体技術またはソーラセル技術で積層される、広い面に亘って延びている複数のサブストレートの上面で、確実になされる。
【００１０】
プラズマ装置は、一般的に、真空可能な内部空間、特に、プラズマ室を有する器械を有する。この内部空間には、プラズマ発生のために燃料ガスが充填され、プラズマ放電の点火のために電場が印加されることができる。任意の電気的な進行波は、時間経過の中で好ましくは周期的に反復して所定の方向に移動する電界分布（進行場）によって発生される。本発明により、１つの所定の方向を有する１つの進行波、あるいは、複数の異なった所定の方向を有する複数の進行波、例えば、２つの互いに反対方向に伝わる進行波を発生することができる。進行波の電場との電気的な相互作用によって、粒子は、方向性のある運動を行なう。すなわち、粒子は、進行波の伝播方向に平行な方向に移動される。「方向性のある運動」という概念は、種々の伝播方向を有する複数の進行波が発生されるときの、少なくとも、任意の或る粒子量の複数の部分の各々の、複数の方向における複数の運動を、含むことができる。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態では、電気的な進行波は、複数のストリップ電極によって発生される。これらのストリップ電極は、プラズマ装置内で並設され、該ストリップ電極には、１つまたは複数の交流電圧（収集用交流電圧）が印加される。複数のストリップ電極の使用は、進行波の発生の際の高い撓み性という利点を有する。電気的な進行波の複数のパラメータ、特に、波形、周波数および振幅を、僅かなコストで、輸送または析出されるべき粒子の諸特性に、例えば、粒子の大きさまたは誘電特性に適合させることができる。更に、プラズマ装置の機能、例えば、サブストレートの積層を損なうことなく、複数のストリップ電極を、今あるプラズマ装置に問題なく設けることができる。複数のストリップ電極によって、進行波を発生させることができることは好都合である。これらの進行波は、複数のストリップ電極の垂直方向のコースに沿って同形であり、進行波の伝播方向は、複数のストリップ電極の設置方向によって定められている。
【００１２】
進行波の発生に関する複数の他の利点が生じることが可能であるのは、すべてのストリップ電極に、共通の収集用交流電圧が印加される場合である。しかしながら、このことは、常に、所定の遅延または位相ずれをもってなされる。複数のストリップ電極の各々への特別な位相ずれをもっての電圧の印加が意味するのは、収集領域への粒子の所望の運動方向に従って連続的に隣接して設けられている複数のストリップ電極に、時間の遅れをもって収集用交流電圧が印加されるので、粒子の所望の運動方向に、前進的な進行波が発生されることである。
【００１３】
本発明に係わる方法が、収集用交流電圧の選択の際の、またはその都度の実用の諸条件への収集用交流電圧の適合の際の高い可変性を有することは好都合である。第１の変形例では、対称的な電位傾度を有する収集用交流電圧を供給することができる。収集用交流電圧の時間依存性は、この場合、１つの周期内での２つの互いに鏡面対称的なエッジを特徴とする。本発明のこの実施の形態が、収集用交流電圧を供給するために、複数の使用可能な交流電圧源を用いることができることを可能にすることは好都合である。収集用交流電圧の最大振幅の進行速度が、粒子の大きさおよび物質に従って、選択されることは好ましい。それ故に、輸送される粒子は、進行波のリーディングエッジにおいて連行される。この場合、正弦形のまたはパルス形の電位傾度を供給する複数の電圧源は特に好ましい。
【００１４】
他の変形例では、収集用交流電圧は、非対称的な電位傾度を有する。このことは、１つの周期内で、複数の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジの各々が、異なった峻度を有することを意味する。本発明のこの実施の形態では、進行波が、のこぎり歯の断面形状を有することは好都合である。この断面形状は、複数のストリップ電極の上面を移動し、この断面の作用下で、粒子が収集領域へ輸送される。リーディングエッジが少ない峻度を有することは好ましい。それ故に、粒子への力の有効な及ぼしのために比較的多くの時間が与えられており、他方、立ち下がりエッジは険しく傾斜している。立ち下がりエッジを通過する際に、比較的大きめの粒子の場合では、粒子の慣性により、後進運動がなされる。それ故に、比較的大きめの粒子のみがプラズマ中に選択的に輸送される。
【００１５】
収集用交流電圧が、１つの周期内で、台形を有することは好都合である。このことは、複数の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジの間には、夫々１つの直流電圧部分が与えられていることを意味する。本発明のこの実施の形態は、収集用交流電圧の周期（または周波数）を変更する必要なしに、複数のエッジの峻度が自由に調整可能であるという利点を有する。
【００１６】
進行波の非対称的な形状は、波形の調整によって、特に、峻度の調整によっておよび／または前記複数のエッジの期間によって、本発明に係わる輸送される粒子の大きさの選択がなされることができるという特別な利点を有する。粒子が大きければ大きいほど、粒子の有効な輸送が達成されるためには、収集用交流電圧のエッジが一層緩慢に変化しなければならない。このことによって可能となるのは、波形が、収集用交流電圧の周波数の増大、収集用交流電圧の峻度の増大および収集用交流電圧の複数のエッジの縮小を含む複数の措置のうちの少なくとも１つによって、所定の最大限の大きさを上回らない大きさを有する粒子のみが、本発明に係わる輸送に委ねられることである。
【００１７】
進行波の周波数および／または形状と、本発明に基づいて輸送可能な粒子の大きさとの間の前記関連の故に、収集用交流電圧が、プラズマがプラズマ装置で高周波の動作交流電圧によって発生されてなる本発明の実施の形態では、好ましくは、動作交流電圧の周波数よりも低い周波数で、供給されることは好ましい。収集用交流電圧の周波数を、０．０１Ｈｚから１０Ｈｚの、特に、０．１Ｈｚから１０Ｈｚの範囲に選択することは特に好ましい。しかしながら、より高い周波数（例えば、１００Ｈｚまたはそれより高い周波数）の場合でも、粒子の本発明に係わる輸送は調整可能である。
【００１８】
本発明の好ましい実施の形態で、複数のストリップ電極に、プラズマを形成するためのプラズマ装置の収集用交流電圧および動作電圧が印加されるとき、プラズマ装置の実際の作動に関する複数の他の利点が生じる。第１に、収集用交流電圧および動作電圧の重畳によって、粒子が、該粒子が最も頻繁に発生するところで、電気的な進行波に晒される。第２に、プラズマ装置の構造が簡単化される。何故ならば、プラズマの発生のためには、別個の電極が不要だからである。本発明のこの実施の形態では、すべてのストリップ電極に、プラズマ装置の、収集用交流電圧と重畳されている動作電圧が印加される。動作電圧は、プラズマ装置の動作モードに従って、直流電圧または高周波電圧であってもよい。
【００１９】
その代わりに、プラズマ装置で、複数のストリップ電極に追加して、少なくとも１つの別個のパワー電極が設けられていることが可能である。このパワー電極には、プラズマ形成のためのプラズマ装置の動作電圧が印加される。本発明のこの実施の形態は、複数のストリップ電極が、２つの機能のみを、特に、電場の進行波発生および均質化（下記を参照）を担い、他方、プラズマ工程の操作のために１つのパワー電極が設けられている、という利点を有する。
【００２０】
プラズマ装置の収集用交流電圧および動作電圧の重畳の際に、プラズマの発生中に、電気的な進行波を連続的に発生させることができることは好都合である。その代わりに、（直流電圧と重畳された）収集用交流電圧の別個の供給が可能である。収集用交流電圧によって、粒子輸送が、プラズマの発生前または発生後の所定の収集時間中にのみなされる。
【００２１】
本発明の他の好ましい実施の形態では、収集用交流電圧は高周波の変調電圧と重畳される。この重畳が、プラズマの、時間的に平均化された均質化を可能にすることは好都合である。変調電圧の作用下で、プラズマ中のイオンが動かされ、他方、著しく大きい粒子が影響を受けないままである。従って、イオンは、ほぼ同形で分布されることができる。このことは、複数のサブストレートでの、プラズマの使用による物質析出の際、特にその際に、利点である。例えば正弦形の変調電圧の複数のパラメータは、特に、複数のストリップ電極の幾何的特性（特にストリップの幅）および進行波の波形に従ってならびにプラズマ中のイオンの濃度およびエネルギーに従って選択される。イオンが、変調電圧の半周期の間に、複数のストリップ電極の間の半分の間隔に対応する区間に亘って輸送されることが可能であるように、変調電圧の振幅がこのように選択されることは好ましい。
【００２２】
変調電圧の周波数は、プラズマ装置の実際の操作条件に従って選択される。本発明の上記の実施の形態に記載の複数のストリップ電極に、収集用交流電圧ならびに動作電圧が印加されるとき、変調電圧の周波数が、ｋＨｚの範囲で、特に、０．１ｋＨｚから１００ｋＨｚの範囲に選択されることは好ましい。これに対し、分離されたストリップ電極およびパワー電極を有する変形例では、変調電圧の周波数が、ｋＨｚからＭＨｚの範囲に、特に、１０ｋＨｚから１ＭＨｚの範囲に選択されることは好ましい。
【００２３】
輸送される粒子を収集領域で確実に受け取るためには、本発明の他の変形例では、少なくとも１つの収集領域が、夫々１つの中空カソードを有することは好都合である。中空カソードは公知である（Y. Kurimoto et al. in 『Film Solid Film』, Bd.457, 2004, pp285-291およびWO 01/01467を参照）。中空カソードの使用は、粒子が、電場の作用下で、収集領域に保持されるという利点を有する。粒子を収集して、再度使用することができる。
【００２４】
その代わりにまたは追加的に、収集領域は、粒子が揺動状態でプラズマ中で濃縮されてなる濃縮区域によって、形成されることができる。プラズマ室での濃縮区域の形成は、粒子の雲の検査にとって、または複数のサブストレート上における多量の粒子の析出にとって利点である。
【００２５】
本発明の他の変形例では、種々の、特に互いに反対の方向を有する電気的な進行波を発生させることができる。それ故に、粒子は、少なくとも２つの所定の収集領域に向いた方向性の運動を行なう。従って、粒子の、物質に固有のまたは大きさに固有の収集が、種々の収集領域でなされることができる。種々の方向への運動は、同時にまたは時間的に分けて、例えば連続的に実現されることが可能である。
【００２６】
本発明の他の重要な利点は、粒子の運動方向の形成の際の可変性にある。進行波は、所定の方向で、線状に動くことが可能である。この方向は、複数の平面的に設けられたストリップ電極の延長方向に実質的に直角に延びている。その代わりに、プラズマ室の外周面に円形状に設けられている複数のストリップ電極によって、円運動を誘導することもできる。
【００２７】
装置に関して、上記課題は、一般的な技術的教示によって、すなわち、プラズマを形成するために設けられているプラズマ装置に、粒子をプラズマ装置内で方向性をもって輸送する電気的な進行波を発生させるための少なくとも１つの電極と、粒子を収容するための少なくとも１つの収集領域とを設けるという技術的教示によって、解決される。進行波を発生させるための少なくとも１つの電極（以下、進行波電極という）と少なくとも１つの収集領域との、本発明に係わる組合せが、粒子を、プラズマからおよび特に、プラズマ装置内のサブストレートの上方にある層状の空間領域から、適切に取り除くことができることは好都合である。
【００２８】
進行波電極が、収集用交流電圧を発生させるための電圧源に接続されている複数のストリップ電極の各々を有することは好ましい。これらのストリップ電極が同一の平面に設けられていることは好ましい。それ故に、進行波電極を、サブストレートの直ぐ隣に、サブストレートの、プラズマに対し反対の側に、設けることが可能である。
【００２９】
進行波電極の複数のストリップ電極が、線格子であることは好ましい。これらのストリップ電極は、全体として、同一の大きさおよび形状、例えば、真っ直ぐな形状または湾曲状の線形、および一定の間隔（複数の隣り合ったストリップ電極の中央から中央への一定の互いの間隔）を有する。複数の真っ直ぐなストリップ電極の使用は、粒子の輸送のための進行波の均質にとって、利点を有する。
【００３０】
一般的には、各々のストリップ電極が一体的に形成されていてもよい。その代わりに、１つのストリップ電極の形成が、一連の互いに電気的に接続されている例えば正方形の電極セグメントによって、可能である。これらの電極セグメントは、従来の適応性の電極として知られている。
【００３１】
本発明に係わるプラズマ装置の好ましい実施の形態では、進行波電極はプレート状の電極支持体を有する。複数のストリップ電極は、電極支持体の少なくとも１つの表面に設けられている。電極支持体の使用は、複数のストリップ電極を所定に設けることによってコンパクトな構造が作られるという利点を有する。
【００３２】
特に、プラズマの使用による物質の析出のための適用にとって、電極支持体の両面に複数のストリップ電極が設けられていることは、好都合であり得る。このことによって、２つの垂直に設けられたサブストレートを有する層装置が可能である。これらのサブストレートの間には、２つの電極面に亘って粒子を輸送するための進行波電極が設けられている。
【００３３】
本発明の複数の好ましい実施の形態では、複数のストリップ電極は、互いに絶縁状態で電極支持体に挿入されておりあるいは電極支持体の面に設けられている複数のワイヤ電極を有する。これらのワイヤ電極は、該ワイヤ電極が、特に僅かな間隔をあけて設けられてもよいという利点を有する。このことは、進行波の実質的に滑らかかつ無段の波形の調整に好影響を与える。更に、複数のワイヤ電極は、電極装置の形成の際の自由に関して利点を有する。その代わりに、複数のストリップ電極は、層状に、電極支持体の表面に形成されている。層状の形成は、複数の隣り合ったストリップ電極の間で容量結合がこの場合に減じられている故に、利点である。
【００３４】
粒子の上記円形運動を実現化するために、進行波電極は、環状の電極支持体を有し、複数のストリップ電極は、電極支持体の表面に設けられている。環状のストリップ電極が、進行波による本発明に係わる粒子輸送の他の使用を可能にすることは好都合である。プラズマ中の粒子の加速度は、例えば、ストリップ電極の１つまたは複数の並設されたリングにおける進行波の進行速度の増大によって、なされる。
【００３５】
本発明の他の変形例では、進行波電極は、夫々複数のストリップ電極を有する複数のストリップ電極群を具備する。１つのストリップ電極群の一部をなす複数のストリップ電極は、互いに電気的に接続されている。複数のストリップ電極は、これらのストリップ電極が、夫々、連続的に、他のストリップ電極群の一部をなすように、設けられている。複数のストリップ電極を設けることによって、周期的なパタンが提供される。各々の周期は、同一のシーケンスで、各々のストリップ電極群の１つのストリップ電極を有する。複数のストリップ電極を纏めて群を形成することによって、１つのストリップ電極群の一部をなすすべてのストリップ電極に、同じ位相位置の収集用交流電圧を印加することができることは好都合である。前記周期によって、まさしく、電気的な進行波の周期の延長が定められる。
【００３６】
本発明の他の変形例に記載の進行波電極が、加熱装置を有するとき、このことは、例えば、Ｓｉをベースにしたソーラセル用の、複数の多形の層を製造する際におよび／または析出に対して複数のストリップ電極を保護するために、利点を有することができる。本発明では、比較的小さめの粒子がプラズマから運び出されることができるのに対し、比較的大きめの粒子はサブストレートに析出される。次に、これらの比較的大きめの粒子は、加熱装置によるサブストレートの加熱によって、更なる結晶的成長へ促され、あるいは焼戻し工程へ晒されることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、添付した複数の図面を参照して、他の詳細および利点を記述する。以下、本発明に係わる方法の詳細を、図１に示したプラズマ装置１００を参照して説明する。プラズマ装置の知られた詳細およびプラズマ装置の操作、特に、プラズマを発生させるための操作条件を、ここでは、記載しない。
【００３８】
図１は、進行波電極１０と、収集領域２０と、対電極３０と、サブストレート４０と、制御装置５０とを有するプラズマ装置１００を略示する。前記複数の構成要素１０から４０は、真空可能なプラズマ室１０１（破線で図解）に設けられている。プラズマ室１０１では、燃料ガス（Betriebsgas）中に、プラズマ状態を点火することができる。プラズマ中に、粒子が形成されることができる。あるいは、粒子を外からプラズマ中へ供給することができる。粒子は、例えば１０ｎｍから２０μｍの範囲の大きさを有する。
【００３９】
進行波電極１０は、複数のストリップ電極１１を有する。これらのストリップ電極は、プレート状の電極支持体１２に設けられており、夫々、電極接続部１４を介して、制御装置５０に接続されている。図１では、図解のために、複数のストリップ電極１１は、実物大には描かれていない。出来る限り段のない進行波、および複数の隣接のストリップ電極の間の出来る限り少ない容量結合を達成するために、これらのストリップ電極は、出来る限り少ない厚みおよび出来る限り僅かな間隔をもって設けられる。断面図で示されておりかつ図面の面に対し垂直方向に延びている複数の真直ぐなストリップ電極１１は、例えば、４ｍｍの幅および１０ｍｍの、垂直方向の、中心と中心の間隔を有する。
【００４０】
複数の電極接続部１４は、例えば、電極支持体１２の縁部で、個々のストリップ電極１１に接続されている。これらのストリップ電極１１を介して、例えばＳｉＯ２（ガラス）からなる電気絶縁の保護層１３があり、この保護層の上には、サブストレート４０が設けられている。サブストレート４０は、保護層１３に直接載置されており、あるいは、図示のように、複数のスペーサを用いて、電極支持体１２から間隔をあけて設けられていることが可能である。
【００４１】
収集領域２０は、サブストレート４０の縁部に平行に延びている中空カソード２１を有する。この中空カソードは、同様に、制御装置５０に接続されている。中空カソード２１は、例えば、WO 01/01467に記載された構造を有する。
【００４２】
進行波電極１０は、図１に示した実施の形態では、同時に、プラズマ装置１００中でプラズマを形成するための対電極３０と協働するパワー電極として用いられる。対電極３０は、環状の、ディスク状のまたは棒状の電極として、プラズマ室１０１に設けられていており、あるいは、その代わりに、プラズマ室１０１の壁によって形成されてもよい。サブストレート４０は、プラズマ装置１００の使用に従って選択されており、例えば、半導体ウェハまたはガラスからなる。
【００４３】
制御装置５０には、所定の電位傾度を有する収集用交流電圧を供給する電圧源が設けられている。この収集用交流電圧は、所定の位相ずれで複数のストリップ電極１１に印加される。電圧源は、プラズマ室１０１中でプラズマを発生するための動作電圧を供給するためにも用いられる。例えば、すべてのストリップ電極には、適切な周波数フィルタを用いて、共に、高周波動作電圧が加えられる。
【００４４】
図１には、２つの異なった時点におけるのこぎり歯状の電位傾度１が例として略示されている。収集用交流電圧が、遅延または位相ずれの増大に伴って、複数のストリップ電極１１に連続的に供給されるので、のこぎり歯状の電界分布の図が生じる。この電界分布は、時間の経過の中で、収集領域２０へ向かって波状に移動する（上の矢印を参照）。電極支持体の表面に対し平行に延びている電界勾配が生じる。例えばプラズマの結晶核の成長によってサブストレート４０の上方に形成されかつ成長する粒子は、進行波によって、サブストレート４０の縁部への力の作用を受ける。縁部では、粒子は、中空カソード２１によってピックアップされ、あるいは「吸収」される。
【００４５】
図２は、収集用交流電圧の対称的なまたは非対称的な電位傾度の種々の変形例を示す。ストリップ電極１１に印加される交流電圧成分の各々の振幅が示されている。図２ａは、収集用交流電圧の正弦状のカーブを示す。このカーブは、同一の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジを有する進行波を発生させる。図２ｂから２ｅにおける複数の他のカーブは、緩やかな立ち上がりエッジ１Ａと、場合によっては直流電圧領域１Ｂと、急激な立ち下がりエッジ１Ｃとを有する非対称的な形状を示す。図２ｂにおける複数のエッジ１Ａ，１Ｃは、例えば、１０：１の時間比を有する。収集用交流電圧の周期が同じときに、この時間比を直流電圧領域１Ｂの挿入によって変化することができる（図２ｃ，ｄ）。図２ｅは、電位傾度１が、リニアな曲線部分から構成されている必要は必ずしもなくて、各々の他の時間依存性をも有してもよいことを示す。
【００４６】
収集用交流電圧の振幅、周波数、曲線形状（特に、エッジの峻度）および位相従ってまた、特に、進行波の伝搬速度が、制御装置５０の電圧源によって事前設定される。これらの量（Groessen）の少なくとも１つが、電圧源によって選択可能である。例えば、立ち下がりエッジ１Ｃの峻度の選択によって、粒子の大きさを確定することができる。立ち下がりエッジの上方で、実質的に全然粒子の輸送がなされない。当業者は、特に、粒子の材料と、粒子の大きさと、場の強さとに従って、具体的な、定量的な量を選択する。
【００４７】
図３は、電極支持体１２に複数のストリップ電極１１を有する進行波電極１０の、典型的には本発明の複数の他の特徴を有する、異なった各々の変形例を示す。図３ａに示すように、複数のワイヤ電極が、電極支持体１２の表面中に埋設されている。図３ａは、本発明に係わる進行波電極１０と、加熱装置６０との組合せをも示す。この加熱装置は、電極支持体１２と熱的に接続されており、例えば、電極支持体の下側に設けられている。図３ｂは、真っ直ぐな帯状電極（断面図）の形態をとる複数のストリップ電極１１を有する変形例を示す。図３ｂの左部分には、収集用交流電圧に重畳している高周波の変調電圧の作用が示されている。進行波の実行中に、プラズマ中のイオンが、変調電圧の作用下で、２つの隣接したストリップ電極に亘って延びている領域に分配される。従って、サブストレート４０のコーティングが均質化される。図３ｃに示すように、複数のストリップ電極１１は、夫々、絶縁されたワイヤか、非導電性の材料、例えば樹脂に埋設されたワイヤによって形成されている。これらのワイヤは、電極支持体１２の表面に設けられている。図３ｃに例示されている、複数のストリップ電極のコーティングが、望ましくない析出に対する複数のストリップ電極の保護のためにも、好都合であり得る。図３ｃは、更に、２つの収集領域２０，２０Ａが電極支持体の異なった側に設けられていることを例示する。
【００４８】
図３ｄは、図３ｂに類似して、コーティングされるべきサブストレート４０を有する構造体を示す。しかしながら、この場合、進行波電極１０に追加して、別個のパワー電極３１が設けられている。このパワー電極には、プラズマ装置中でプラズマ状態を形成するために、動作電圧が印加される。この目的のために、複数のストリップ電極１１および複数のパワー電極３１は、制御装置５０に接続するための分離された接続ワイヤ（図示せず）を有する。
【００４９】
図４は、複数のストリップ電極群１５の形成物を略示する。これらのストリップ電極群では、複数のストリップ電極１１が、周期的に、連続的に互いに接続されている。図示した実施の形態では、第１の、第１６の、第３２等のストリップ電極１１が電気的に互いに接続されており、これらのストリップ電極に、同一の位相位置の収集用交流電圧が印加される。他方、夫々連なる第２の、第１７のおよび第３３のストリップ電極に、同様に、第１の位相位置に対してずれた共通の位相の電圧が加えられる。これに対応して、制御装置５０によって、１５の異なった位相位置のみを有する所望の収集用交流電圧の電位傾度が供給されればよい。その目的は、サブストレート全体に亘って移動する進行波を発生させるためである。
【００５０】
図５ａおよび５ｂは、サブストレート４０上にプラズマの使用により材料を析出する際の、本発明の利用を示す。図５ａに示すように、進行波電極１０が、垂直方向に向いたサブストレート４０の、プラズマ２から離隔した側にある。進行波は、サブストレートの表面に平行に、サブストレートの下縁へ、垂直方向下方に進む状態で発生される。図５ｂは、進行波電極１０の、実用にとって重要な両面の使用を示す。この進行波電極は、ここでは、２つのサブストレート４１，４２の間に設けられている。
【００５１】
図６は、進行波電極１０と収集領域２０の、本発明に係わる組合せを、更に詳細に、略斜視図で示す。複数のストリップ電極１１は、電極支持体１２に埋設されている。電気的接続は、電極支持体１２の縁部に設けられた複数の電極接続部１４を介してなされる。収集領域２０の中空カソード２１は、電極支持体１２の縁部にある複数のストリップ電極１１の全長に亘って延びている。
【００５２】
円形の粒子運動が発生されてなる、本発明の他の変形例は、図７および８に略示されている。図７に示すように、真空可能なプラズマ室１０１を有するプラズマ装置１００には、平面に略示されたパワー電極３１が設けられている。このパワー電極の円周縁部には、環状の電極支持体１６に複数のストリップ電極１１を有する進行波電極１０が延びている。パワー電極３１は切欠き３２を有し、この切欠きには、収集領域２０が形成されている。図８は、対応の構造体を斜視断面図で示す。各々のストリップ電極１１は、収集用交流電圧および変調電圧を発生させるための電圧源を有する制御装置５０に接続されている。よく分かるように、図７には、個々のストリップ電極１１のすべての電極接続部１４が示されている訳ではなく、図８には、すべてのストリップ電極が示されている訳ではない。
【００５３】
図７および８に示した実施の形態では、粒子３をプラズマ内でパワー電極３１を介して円軌道上を移動させる、円形に進行する進行波が発生される。この移動は、切欠き３２までなされる。この切欠きでは、例えば、中空カソード（図示せず）によって、粒子がプラズマ室から吸引される。
【００５４】
図７は濃縮区域２２を略示する。この濃縮区域は、プラズマ室における空間領域を有し、空間領域には、複数の隣接した電極の適切な起動によって、または電極がないことによって、粒子３がこの空間領域で収集されるための条件が与えられている。
【００５５】
パワー電極３１の、径方向外側の縁部で、粒子の輸送が、より高い効率をもってなされるので、粒子の円運動が、粒子の、径方向外側に向いた拡散運動と重畳されている。
【００５６】
図７および８に示した実施の形態の重要な利点は、環状の電極支持体１６によって複数の現存のプラズマ反応器を容易に追加的に設けることができることである。プラズマ装置の作動中に複数のストリップ電極１１を析出に対し保護するために、複数のストリップ電極１１を加熱するための加熱装置および／またはこれらのストリップ電極１１に例えばガラスを被覆するための装置が設けられていてもよい。
【００５７】
図示した実施の形態の他の利点は、いわゆる流体状のまたは結晶状の状態を形成する複数の粒子の間の相互作用を調べるために、粒子の連続的な流れを、一定のまたは可変の速度でプラズマ装置内で発生させる可能性にある。
【００５８】
本発明の前記記述、複数の図面および複数の請求項に開示された複数の特徴は、単独でおよび組合せで、種々の実施の形態での本発明の実現のために重要である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に係わるプラズマ装置の第１の実施の形態の略図を示す。
【図２ａ】本発明に基づいて用いられる収集用交流電圧の例を有する曲線図を示す。
【図２ｂ】本発明に基づいて用いられる収集用交流電圧の例を有する他の曲線図を示す。
【図２ｃ】本発明に基づいて用いられる収集用交流電圧の例を有する更に他の曲線図を示す。
【図２ｄ】本発明に基づいて用いられる収集用交流電圧の例を有する更に他の曲線図を示す。
【図２ｅ】本発明に基づいて用いられる収集用交流電圧の例を有する更に他の曲線図を示す。
【図３ａ】本発明に基づいて用いられるストリップ電極の実施の形態を示す。
【図３ｂ】本発明に基づいて用いられるストリップ電極の他の実施の形態を示す。
【図３ｃ】本発明に基づいて用いられるストリップ電極の更に他の実施の形態を示す。
【図３ｄ】本発明に基づいて用いられるストリップ電極の更に他の実施の形態を示す。
【図４】複数のストリップ電極群の形成物を示す。
【図５ａ】垂直方向に整列された主電極を有する本発明に係わるプラズマ装置の実施の形態の詳細を示す。
【図５ｂ】垂直方向に整列された主電極を有する本発明に係わるプラズマ装置の他の実施の形態の詳細を示す。
【図６】垂直方向に整列された主電極を有する本発明に係わるプラズマ装置の更に他の実施の形態の詳細を示す。
【図７】環状に設けられた複数のストリップ電極を有する本発明に係わるプラズマ装置の他の実施の形態の平面略図を示す。
【図８】図７に示す実施の形態における、ストリップ電極装置の断面略図を示す。
【図１】
2008524782.tif 000003
【図２ａ】
2008524782.tif 000004
【図２ｂ】
2008524782.tif 000005
【図２ｃ】
2008524782.tif 000006
【図２ｄ】
2008524782.tif 000007
【図２ｅ】
2008524782.tif 000008
【図３ａ】
2008524782.tif 000009
【図３ｂ】
2008524782.tif 000010
【図３ｃ】
2008524782.tif 000011
【図３ｄ】
2008524782.tif 000012
【図４】
2008524782.tif 000013
【図５ａ】
2008524782.tif 000014
【図５ｂ】
2008524782.tif 000015
【図６】
2008524782.tif 000016
【図７】
2008524782.tif 000017
【図８】
2008524782.tif 000018
【国際調査報告】
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2008524782.tif 000020
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