(57)【要約】  単一ビームプラズマまたはイオン源装置（２１、２２１、３２１、４２１、５２１）が提供される。別の態様は、略Ｅ字状断面形状に配置された複数の磁石（９１）及び磁気シャント（９３）を含むイオン源（２５）を採用する。イオン源のさらなる態様は、プラズマ源内の空きスペース内に位置する中央のディップ（１１７）または外向き起伏を有する磁束線（１１５）を生成する磁石および／または磁気シャントを含む。別の態様では、イオン源が磁石を取り囲む陽極本体（９７）に取り付けられた取り外し可能なキャップ（７３、５７３）を含む。さらに別の態様では、単一ビームプラズマ源（２２１、５２１）が提供され、このプラズマ源はターゲットスパッタリングと同時に、かつ同じ内圧でイオンを生成する。
2021528815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）開放プラズマ領域が中空中心領域内に設けられるとともに、イオン放出軸に向かって内側に延在する少なくとも１つの磁気導体を含む陽極と、
（ｂ）前記イオン放出軸と整列されている、単一の出口開口を有するキャップを備える陰極と、
（ｃ）少なくとも１つの磁気導体の最上部と最下部との間に延びるとともに、前記少なくとも１つの磁気導体の中央部分に隣接する中央外方へのディップを含み、前記ディップが前記開放プラズマ領域にあり、前記ディップが前記ディップに隣接する電子の運動を前記陽極の内部のプラズマ内でのイオン化を増加させるように変える磁束線と、を備えるイオン源装置。
【請求項２】
スタック配置で複数の前記磁気導体の間に位置する環状の永久磁石を、さらに備え、
前記複数の磁気導体は、環状に構成されるとともに、前記永久磁石よりもさらに前記イオン放出軸に向かって内側に突出する部分に対応する金属のシャントにて構成される、請求項１に記載のイオン源装置。
【請求項３】
前記陰極は、前記永久磁石および前記シャントを同心的に取り囲む本体を、さらに備え、
前記陰極の前記キャップは、前記陽極から横方向に離間された前記本体に直接かつ取り外し可能に取り付けられ、
前記キャップは、前記永久磁石および前記シャントを内側に張り出している、請求項２に記載のイオン源装置。
【請求項４】
単一のイオンビームを、さらに備え、
前記イオンビームは、断面で見たときに、イオンが前記イオン放出軸の周りに実質的に均一に分布し、当該イオン放出軸に沿って前記出口開口を通して放出される、請求項１に記載のイオン源装置。
【請求項５】
前駆体ガスを含む真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に配置されるとともに、前記単一のイオンビームが照射されるスパッタターゲットと、をさらに備え、
前記少なくとも１つの磁気導体は、最上部が前記シャントの第１であり、最下部が前記シャントの第３であり、中央部に配置された第２のシャントである、少なくとも３つの離間されたシャントを含んでいる、請求項４に記載のイオン源装置。
【請求項６】
前記単一の出口開口は、前記イオン放出軸に実質的に垂直な方向に直線的に細長い、請求項４に記載のイオン源装置。
【請求項７】
前記単一の出口開口が、当該出口開口を取り囲む前記キャップ上の切頭円錐形のテーパ面を有する円形である、請求項４に記載のイオン源装置。
【請求項８】
デポジション源を、さらに備え、
前記少なくとも１つの磁気導体の一部が、前記デポジション源内で少なくとも部分的に同心円状に配置されている、請求項１に記載のイオン源装置。
【請求項９】
試料を、さらに備え、
前記陽極および前記陰極は、前記試料上でのデポジション材料の薄膜を堆積させるのを補助するために、前記イオン放出軸の周りに実質的に均一に分布したイオン断面を有する単一のイオンビームを放出する、請求項１に記載のイオン源装置。
【請求項１０】
試料を、さらに備え、
前記陽極および前記陰極は、炭素ベースの前駆体ガスを用いて前記試料上に炭素ベースのコーティングを堆積させるのを補助するために、前記イオン放出軸の周りに実質的に均一に分布したイオン断面を有する単一のイオンビームを放出する、請求項１に記載のイオン源装置。
【請求項１１】
前記陽極および前記陰極から放出されたイオンビームを取り囲むラジオ周波数コイルを、さらに備え、
前記コイルは、前記陽極および前記陰極から長手方向に離間している、請求項１に記載のイオン源装置。
【請求項１２】
スパッタターゲットを、さらに備え、
前記陽極および前記陰極は、同じ圧力でイオン放出およびスパッタリングを同時に引き起こすように適合されている、請求項１に記載のイオン源装置。
【請求項１３】
（ａ）複数の磁石および複数の導電性のシャントを備えるとともに、前記シャントが互いに離間している陽極と、
（ｂ）内部に張り出して、前記磁石および前記シャントと同軸上に整列して貫通する単一の放出口を規定するキャップを備えるとともに、前記磁石および前記放出口は同軸の中心線を有する陰極とを、備え、
（ｃ）前記磁石および前記シャントは、当該シャントの末梢端が前記中心線に向かって内側に指向している、実質的にＥ字状断面形状を規定する、イオン源装置。
【請求項１４】
単一のイオンビームを、さらに備え、
前記イオンビームは、断面で見たときに、イオンが前記中心線の周りに実質的に均一に分布し、陽極内のプラズマ中に生成され、前記中心線に沿って前記放出口を通って長手方向に放出される、請求項１３に記載のイオン源装置。
【請求項１５】
前記単一のイオンビームが照射されるデポジションターゲットと、
絶縁体または前記陽極の少なくとも１つのイオン源の構成要素に隣接して配置されたガス導入口と、をさらに備え、
前記磁石と前記シャントとは、各々閉ループ形状を有する、請求項１４に記載のイオン源装置。
【請求項１６】
前記シャントの最上部と最下部との間に延在する磁束線を、さらに備え、
前記磁束線は、前記放出口を通って放出されるイオン化を増加させるために、電子の移動を遅延させるか、またはトラップする、中央外向きのディップを含む、請求項１３に記載のイオン源装置。
【請求項１７】
前記磁束線の前記ディップは、前記磁石および前記シャントのうちの少なくとも１つによって横方向に囲まれたプラズマ領域内にある、請求項１６に記載のイオン源装置。
【請求項１８】
陽極領域内でプラズマに変換される反応性ガスを、さらに備え、
フィラメントを使用しない、請求項１３に記載のイオン源装置。
【請求項１９】
前記陰極は、前記磁石および前記シャントを同心円状に取り囲む構造体を、さらに備え、
前記陰極の張り出しキャップは前記構造体に直接かつ取り外し可能に取り付けられ、前記キャップおよび前記構造体は前記陽極から離間して配置される、請求項１３に記載のイオン源装置。
【請求項２０】
前記磁石は、前記シャントのうちの中央の１つによって分離された永久磁石であり、前記シャントはそれぞれ、前記磁石よりも横方向に細長い、請求項１３に記載のイオン源装置。
【請求項２１】
スパッタターゲットを、さらに備え、
前記陽極および前記陰極は、同じ圧力でイオン放出およびスパッタリングを同時に引き起こすように適合されている、請求項１３に記載のイオン源装置。
【請求項２２】
デポジション源を、さらに備え、
前記磁石の少なくとも１つが、前記デポジション源内に少なくとも部分的に同心円状に配置される、請求項１３に記載のイオン源装置。
【請求項２３】
試料を、さらに備え、
前記陽極および前記陰極は、前記試料上でのデポジション材料の薄膜を堆積させるのを補助するために、断面で見たときに、前記中心線の周りに実質的に均一に分布したイオンを有する単一のイオンビームを放出する、請求項１３に記載のイオン源装置。
【請求項２４】
試料を、さらに備え、
前記陽極および前記陰極は、炭素ベースの前駆体ガスを用いて前記試料上に炭素ベースのコーティングを堆積させるのを補助するために、断面で見たときに、前記中心線の周りに実質的に均一に分布したイオンを有する単一のイオンビームを放出する、請求項１３に記載のイオン源装置。
【請求項２５】
前記陽極および前記陰極から放出されるイオンビームを取り囲むラジオ周波数コイルを、さらに備え、
前記コイルは、前記陽極および前記陰極から長手方向に離間している、請求項１３に記載のイオン源装置。
【請求項２６】
（ａ）複数の磁石および複数の導電性のシャントを備える陽極と、
（ｂ）内部に張り出してイオン放出口を有するキャップを備えた陰極と、
（ｃ）前記磁石および前記シャントを外側に囲むとともに、前記陽極から離間している構造体とを、備え、
（ｄ）前記キャップは、前記構造体に直接取り外し可能に取り付けられる、イオン源装置。
【請求項２７】
前記磁石および前記シャントは、実質的にＥ字状断面形状の向きを含む、請求項２６に記載のイオン源装置。
【請求項２８】
前記磁石、前記シャント、前記キャップ、および前記構造体は、全て、実質的に円形の周辺を有し、
前記イオン放出口は、単一の円形開口であり、当該円形開口は、プラズマから単一のイオンビームを前記陽極の内側に放出する、請求項２６に記載のイオン源装置。
【請求項２９】
前記イオン放出口は、前記キャップからのイオン放出方向に対して実質的に垂直な方向に延びる単一の直線的に細長い開口である、請求項２６に記載のイオン源装置。
【請求項３０】
前記陽極と前記陰極がその中に位置する真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に配置されたスパッタターゲットと、
前記真空チャンバ内に配置されたデポジション源と、
前記デポジション源からの前記試料上への材料の堆積と同時に、同じ真空チャンバ内圧で前記イオン放出口から放出される単一のイオンビームと、をさらに備える、請求項２６に記載のイオン源装置。
【請求項３１】
前記磁石および前記シャントを囲むように取り付けられた陽極本体と、
間隙を介して前記陽極本体を取り囲む構造体と、
前記キャップを前記構造体に固定するねじ付きファスナと、
前記イオン放出口に対向する前記陽極本体の端部に取り付けられた陽極基材と、
前記陽極基材を前記構造体に結合する絶縁体と、をさらに備える請求項２６に記載のイオン源装置。
【請求項３２】
前記キャップおよび前記構造体はそれぞれ、実質的に円形の外周を有し、
前記キャップは、前記イオン放出口に隣接して、実質的に円形であるテーパを有する、請求項２６に記載のイオン源装置。
【請求項３３】
（ａ）真空チャンバと、
（ｂ）磁石を含む陽極と、その中にイオン放出口を有する陰極とを含み、前記真空チャンバ内に配置されているイオン源と、
（ｃ）前記真空チャンバ内に配置されたスパッタターゲットと、を備え、
（ｄ）前記イオン源は、イオンビームを生成し、スパッタターゲットからのスパッタリング材料と同時に単一のイオンビームを放出することができ、イオン放出とスパッタリングとは、１ｍＴｏｒｒ〜５００ｍＴｏｒｒの任意の真空チャンバ圧力でスパッタリング被膜を形成することができる、装置。
【請求項３４】
前記陽極は、シャントをさらに備え、
前記磁石および前記シャントは、当該シャントのエッジが前記陽極の中心線に向かって前記磁石を通過して横方向に延在する、実質的にＥ字状断面形状の向きを含む、請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記シャントの最上部と最下部との間に延在する磁束線を、さらに備え、
前記磁束線は、前記イオン放出口を通って放出されるイオン化を増加させるために、電子の移動を遅延させるか、またはトラップする、中央外向きのディップを含む、請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
前記磁束線の前記ディップは、前記磁石および前記シャントのうちの少なくとも１つによって横方向に囲まれた開放プラズマ領域内にある、請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
単一のイオンビームを、さらに備え、
前記イオンビームは、断面で見たときに、放出軸の周りに実質的に均一に分布したイオンを有し、放出口を通って放出される、請求項３３に記載の装置。
【請求項３８】
前記スパッタターゲットは、前記陽極の少なくとも一部を同心円状に取り囲む、請求項３３に記載の装置。
【請求項３９】
前記陽極の基部に隣接して配置されたガス導入口を、さらに備え、
前記ガスは反応性ガスであり、
前記装置はフィラメントを使用しない、請求項３３に記載の装置。
【請求項４０】
ワークピースを、さらに備え、
前記陽極および前記陰極が、前記ワークピース上にスパッタ材料の薄膜を堆積させるのを補助するために、断面で見たときに、放出軸の周囲に実質的に均一に分布したイオンを有する単一のイオンビームを放出する、請求項３３に記載の装置。
【請求項４１】
ワークピースを、さらに備え、
前記陽極および前記陰極は、炭素ベースの前駆体ガスを用いて前記ワークピース上に炭素ベースのコーティングを堆積させるのを補助するために、実質的に横方向に均一な断面イオン中心を有する単一のイオンビームを放出する、請求項３３に記載の装置。
【請求項４２】
前記陽極および前記陰極から放出されるイオンビームを囲むラジオ周波数コイルを、さらに備え、
前記コイルが、前記イオン源から長手方向に離間する、請求項３３に記載の装置。
【請求項４３】
供給ローラーと巻取りローラーとの間にまたがる可撓性ワークピースを、さらに備え、
前記イオン源から放出された前記単一のイオンビームによって、材料が前記スパッタターゲットからスパッタされ、前記可撓性ワークピース上に形成される、請求項３３に記載の装置。
【請求項４４】
前記真空チャンバ内で移動可能なガラスシートワークピースを、さらに備え、
前記イオン源から放出された前記単一のイオンビームによって、材料が前記スパッタターゲットからスパッタされ、前記ガラスシートワークピース上に形成される、請求項３３に記載の装置。
【請求項４５】
（ａ）真空チャンバと、
（ｂ）磁石を含む陽極と、その中にイオン放出口を有する陰極とを含み、前記真空チャンバ内に配置されたイオン源と、
（ｃ）前記真空チャンバ内に配置されたデポジション源と、を備え、
（ｄ）前記イオン源は、前記デポジション源と同軸であり、かつ、当該デポジション源は、前記イオン源の少なくとも一部を取り囲む、装置。
【請求項４６】
前記デポジション源は、前記イオン放出口に隣接する前記イオン源の部分を取り囲む中空の中心を有する環状である、請求項４５に記載の装置。
【請求項４７】
前記イオン源の前記陰極から離間するとともに、前記陽極から離間して配置された第２の陰極台座、をさらに備え、
前記デポジション源は、前記第２の陰極台座の末梢端に取り付けられているスパッタターゲットを含む、請求項４６に記載の装置。
【請求項４８】
前記イオン放出口に対向する前記イオン源の端部に隣接して位置する絶縁体を、さらに備え、
前記第２の陰極台座は、環状で流体冷却され、かつ、当該第２の陰極台座は、前記イオン源の前記絶縁体の外部に結合されている、請求項４７に記載の装置。
【請求項４９】
前記イオン源は、前記真空チャンバ内の同じ圧力で前記デポジション源から試料にスパッタされた材料を堆積するのと同時に、前記試料でイオンを生成し、放出する、請求項４５に記載の装置。
【請求項５０】
前記陽極は、シャントを、さらに備え、
前記磁石および前記シャントは、前記シャントのエッジが前記陽極の中心線に向かって前記磁石を通過して延在する、実質的にＥ字状断面形状に配向される、請求項４５に記載の装置。
【請求項５１】
単一のイオンビームを、さらに備え、
前記イオンビームは、断面で見たときに、放出軸の周りに実質的に均一に分布したイオンを有し、前記イオン放出口を通って放出される、請求項４５に記載の装置。
【請求項５２】
前記陽極の基部に隣接して配置されたガス導入口を、さらに備え、
前記ガスは、反応性ガスであり、
前記装置は、フィラメントを使用しない、請求項４５に記載の装置。
【請求項５３】
（ａ）真空チャンバと、
（ｂ）磁石を含む陽極と、その中に放出口を有する陰極とを含み、前記真空チャンバ内に配置されるとともに、プラズマ内にイオンビームを生成し、前記放出口を通ってイオンビームを放出するように適合されているイオン源と、
（ｃ）前記真空チャンバ内に配置されたデポジション源と、
（ｄ）前記イオン源から長手方向に伸長したイオンビーム軸と同軸上に設けられた中空中心を有し、前記イオン源から長手方向に離れているラジオ周波数誘導コイルと、を備える装置。
【請求項５４】
前記陽極が、シャントを、さらに備え、
前記磁石および前記シャントは、前記シャントのエッジが前記陽極の中心線に向かって前記磁石を通過して延在する、実質的にＥ字状断面形状の向きを含む、請求項５３に記載の装置。
【請求項５５】
前記シャントの最上部と最下部との間に延在する磁束線を、さらに備え、
前記磁束線は、前記放出口を通って放出されるイオン化を増加させるために、電子の移動を遅延させるか、またはトラップする、中央外向きのディップを含む、請求項５４に記載の装置。
【請求項５６】
前記陰極は、前記磁石および前記シャントを同心円状に囲む構造体と、前記構造体に直接かつ取り外し可能に取り付けられる前記陰極の張り出しキャップと、をさらに備える、請求項５４に記載の装置。
【請求項５７】
単一のイオンビームを、さらに備え、
前記イオンビームは、断面で見たときに、前記イオンビーム軸の周りに実質的に均一に分布したイオンを有し、当該イオンビーム軸に沿って放出口を通って放出される、請求項５３に記載の装置。
【請求項５８】
前記デポジション源は、前記単一のイオンビームが照射されるスパッタターゲットであり、
前記陽極に前駆体ガスを放出するガス導入口を、さらに備える、請求項５７に記載の装置。
【請求項５９】
前記陽極の基部に隣接して配置されたガス導入口を、さらに備え、
前記ガスは反応性ガスであり、
前記装置はフィラメントを使用しない、請求項５３に記載の装置。
【請求項６０】
前記コイルは、イオンを生成し、前記イオン源から当該コイルを通過するイオンビームを形成する、請求項５３に記載の装置。
【請求項６１】
（ａ）真空チャンバと、
（ｂ）複数の磁石および複数の導電性のシャントを含むとともに、前記磁石および前記シャントの各々は閉ループ形状を有し、かつ、前記シャントは互いに離間している陽極と、
（ｃ）それを通る放出口を規定するキャップを含む陰極と、
（ｄ）炭素ベースの前駆体ガスを前記陽極に動作可能に供給するガス導入口と、
（ｅ）前記真空チャンバ内の前記陽極および前記陰極から離間したワークピースと、を備え、
（ｆ）前記陽極および前記陰極は、前記ワークピース上に炭素ベースのコーティングを堆積させるのを補助するために、前記放出口から作動可能に放出される単一のイオンビームを生成する、装置。
【請求項６２】
前記ワークピースが、内燃機関部品である、請求項６１に記載の装置。
【請求項６３】
前記前駆体ガスは、ＣＨ４を含む、請求項６１に記載の装置。
【請求項６４】
前記シャントの最上部と最下部との間に延在する、少なくとも１つの磁束線を、さらに備え、
前記磁束線は、単一の開口である前記放出口を通って放出されるイオン化を増加させるために、電子の移動を遅延させるか、またはトラップする、中央外向きのディップを含む、請求項６１に記載の装置。
【請求項６５】
前記磁石は、前記シャントの中央の１つによって分離された永久磁石であり、
前記シャントはそれぞれ、前記磁石よりも横方向に長い、請求項６１に記載の装置。
【請求項６６】
前記磁石および前記シャントは、実質的にＥ字状断面形状に配向される、請求項６１に記載の装置。
【請求項６７】
前記真空チャンバ内に配置されたデポジション源を、さらに備え、
前記放出口は、前記キャップ上の切頭円錐形のテーパ面によって囲まれた単一の円形状の開口である、請求項６１に記載の装置。
【請求項６８】
材料コーティングマシンにおいて、イオン源を使用する方法であって、
（ａ）前駆体ガスを前記イオン源の磁石およびシャント内の中空中央領域に流すステップと、
（ｂ）前記イオン源内の前記磁石および前記シャントから少なくとも１つの磁束経路を生成するステップと、
（ｃ）前記シャントの間に延びる前記少なくとも１つの磁束経路が、前記中空中央領域内でその中央部分に隣接する外向きのディップを有するようにさせるステップと、
（ｄ）前記前駆体ガスと相互作用する少なくとも１つの磁束経路によってイオンビームを生成するステップと、
（ｅ）前記材料コーティングマシン内の前記イオン源から前記イオンビームを放出するステップと、を含む方法。
【請求項６９】
前記少なくとも１つの磁束経路の前記ディップにおける電子の移動を遅延させるステップを、さらに含む、請求項６８に記載の方法。
【請求項７０】
前記少なくとも１つの磁束経路の前記ディップに少なくとも部分的に起因して、断面で見たときに、イオン放出軸の周りに実質的に均一に分布したイオンを有する、前記放出されたイオンビームのイオン密度を増加させるステップを、さらに含む、請求項６８に記載の方法。
【請求項７１】
単一の円形放出口を有し、内部に張り出した陰極キャップを、前記磁石および前記シャントのうちの少なくとも１つが取り付けられている陽極本体を取り囲み、当該陽極本体から横方向に離間させた構造本に直接着脱するステップを、さらに含む、請求項６８に記載の方法。
【請求項７２】
前記イオンビームを生成するのと実質的に同時に、試料上にスパッタ材料のコーティングを堆積させるステップを、さらに含む、請求項６８に記載の方法。
【請求項７３】
前記材料コーティングマシン内の試料上に、炭素ベースのコーティングを堆積させるステップを、さらに含む、請求項６８に記載の方法。
【請求項７４】
前記イオン源から長手方向に離間したラジオ周波数コイルに通電して、前記イオンビームを変化させるステップを、さらに含む、請求項６８に記載の方法。
【請求項７５】
ローラー間にまたがる可撓性の試料をさらに含み、
前記イオン源から放出された前記イオンビームによって、材料がスパッタリングターゲットからスパッタリングされ、前記試料上に堆積される、請求項６８に記載の方法。
【請求項７６】
真空チャンバ内で移動可能なガラスシート試料をさらに含み、
前記イオン源から放出された前記イオンビームによって、材料がデポジション源から移動し、前記ガラスシート試料上に堆積される、請求項６８に記載の方法。
【請求項７７】
前記イオンビームを使用して、材料堆積中にコーティング表面に衝突させて、前記コーティング表面を形成する原子を滑らかにし、緻密化するステップを、さらに含む、請求項６８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１８年６月２０日に出願された米国仮出願第６２／６８７，３５７号に基づく優先権を主張する。上記仮出願は、参照することにより本明細書に組み込まれる。
【政府の権利】
【０００２】
本発明は、Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎにより授与された１７００７８５、１７００７８７および１７２４９４１に基づく政府支援によりなされた。米国政府は、本発明に一定の権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
本出願は一般に、イオン源に関し、特に、単一ビームプラズマ源またはイオン源装置に関する。
【０００４】
薄膜処理は、半導体デバイス、ディスプレイ、ソーラーパネル、減摩コーティング、センサー、およびマイクロ電気機械システムの製造に広く使用されている。従来の物理および化学気相デポジションは、一般に、図１に示すように、その限定された運動エネルギーのために、ワークピース２上に疎に充填された原子１を設ける。マイクロ多孔質構造は、不安定な材料特性およびデバイス性能をもたらす。それにもかかわらず、イオン源は高品質の薄膜やデバイスを製造するための必須のツールとなってきた。
【０００５】
従来のイオン源の１つは、図２および図３に示されるレーストラック設計のものである。この装置は、レーストラック状またはリング状の陽極３、一対のセンターとアウターの磁極、および磁石４から構成される。陽極は直流電源の正端子に接続されている。磁極は接地電位に接続され、陰極５として作用する。陽極に向かって引き寄せられた電子は、電子をＥ×Ｂ方向に駆動するローレンツ力を受ける（ここで、Ｅは電場ベクトル、Ｂは磁気誘導場ベクトルである）。したがって、電子は、陽極に直接到達するのではなく、電子軌道６のレーストラックに沿ってドリフトする。閉じ込められた電子はプロセスガスをイオン化し、イオン７を生成し、その後プラズマ領域から抽出される。
【０００６】
レーストラックイオン源が適切に動作するためには、２つの重要な要件がある：１）電子が閉じ込められることを確実にするために、電子は閉ループ（レーストラックまたは円形リング）内でドリフトしなければならない；２）イオンを抽出するための強い電界を生成するために、陽極と陰極との間のギャップが小さくなければならない（数ミリメートル）。したがって、レーストラック線形源は実際には直線部に２つのビームを生成し、円形源は環状のビームを生成する。従って、放出されたイオンは広い放出角の分布を持つ；研究は、関連するイオン入射角が処理表面の形態に顕著な効果を有することを示した。さらに、レーストラックイオン源は、プラズマ放電を維持するために２５０Ｖより大きい電圧を必要とする。これは、陽極と陰極との間の電磁場によって決定される。したがって、イオンエネルギーは非常に高く、堆積された膜に損傷を与え、膜表面を望ましくないほど粗くする可能性がある。
【０００７】
伝統的なレーストラックイオン源における狭い放出スリットは、望ましくない材料のデポジション及び出口スリットに隣接する陽極及び陰極の汚染のために頻繁なメンテナンスを招く。さらに、伝統的なレーストラック構造が磁性鋼の陰極を磁石上に直接取り付けるので、均一な放出スリットを維持するためにクリーニング後に陰極を再配置することには手間がかかる。例示的なレーストラック構成は２０１６年１月２８日にＭａｄｏｃｋｓに公開された「Ｃｌｏｓｅｄ  Ｄｒｉｆｔ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｆｉｅｌｄ  Ｉｏｎ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  Ｓｅｌｆ−Ｃｌｅａｎｉｎｇ  Ａｎｏｄｅ  ａｎｄ  ａ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｔｈｅｒｅｗｉｔｈ」という名称の米国特許公開第２０１６／００２７６０８号、および２０１７年２月２日にＣｈｉｓｔｙａｋｏｖに公開された「Ｈｉｇｈ  Ｐｏｗｅｒ  Ｐｕｌｓｅ  Ｉｏｎｉｚｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」という名称の米国特許公開第２０１７／００２９９３６号に開示されており、両方とも参照することにより本明細書に組み込まれる。
【０００８】
別の伝統的なイオン源は１９８４年１１月６日にカウフマン（Ｋａｕｆｍａｎ）らによって発行された「電子衝撃イオン源（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ  Ｉｏｎ  Ｓｏｕｒｃｅｓ）」という名称の米国特許第４，４８１，０６２号に開示されており、参照することにより本明細書に組み込まれる。この方法は通常、低圧（１０−４Ｔｏｒｒなど）で動作する。これは１０−３Ｔｏｒｒ以上の一般的なスパッタリングプレッシャーとは互換性がない。さらに、カウフマンのイオン源は望ましくないことに、電子を熱電子的に放出するためにフィラメントを使用し、これは、反応性ガスと共に使用するのに適していない。さらに、この設計は典型的には放出口を横切る金属グリッドを使用し、それによって、不都合なことに、汚染されやすく、頻繁な休止時間およびメンテナンスを必要とする。
【０００９】
本発明によれば、単一ビームプラズマ源またはイオン源装置が提供される。イオン源のさらなる態様は、プラズマが生成される空きスペースに設けられた中央のくぼみまたは外側の起伏を有し、磁束密度を生成する磁石および／または磁気シャントを含む。別の態様では、複数の磁石と、略Ｅ字状断面形状に配置された少なくとも３つの磁気シャントとを含むイオン源を採用する。別の態様ではイオン源が磁石を取り囲む陽極本体に取り付けられた取り外し可能な非磁性陰極、キャップ、またはカバーを含み、その結果、キャップは容易な洗浄のために磁界と相互作用することなく、または磁界に直接取り付けることなく、容易に取り外すことができる。さらに別の態様は、同じプロセス圧力で他のデポジション源（スパッタリングマグネトロンおよびプラズマ強化化学気相デポジション装置など）と同時にイオンを生成する単一ビームプラズマ源を提供する。別の態様は、イオンビームをターゲットに向けてスパッタリングするか、またはイオン源のプラズマによって引き続いて解離される前駆体ガスを導入することによって、直接、薄膜のデポジションのために単一ビームイオン源を使用する。さらなる態様はビームプラズマを強化するために、イオン源と試料との間にラジオ周波数電磁場を導入する。さらに、イオン源は、本装置のさらなる態様において、周囲のスパッタターゲット内に中央に配置される。
【００１０】
本発明のプラズマ源装置は、従来の装置よりも有利である。例えば、本発明の装置は有利には単一のイオンビームを放出し、その断面直径または幅は約３ｍｍから少なくとも３０ｍｍまで変調することができ、単一のビーム線形構成で任意の長さにすることができる。さらに、本装置のビームは同時スパッタリングに適合する広範囲の動作圧力（例えば、１ｍＴｏｒｒから＞５００ｍＴｏｒｒ）で発生させることができる。本装置は、フィラメントを使用しないので、不活性ガスおよび反応性ガスを含む多くの異なるガスで有利に動作する。さらに、本イオン源は、最適なイオン−表面相互作用のための調整可能なイオンエネルギーをもたらす、３０〜５００Ｖより大きい放電電圧の広い範囲にわたって動作することができる。
【００１１】
また、本装置は１）被覆フラックスが活性表面に直接到達できないため、陽極が汚染されにくい、２）陰極は浮遊電位に設定でき、自動的にバイアスをかけられるため、被覆によって傷つき難い、３）非磁性キャップまたはカバーは従来の装置と比較して、メンテナンスのために容易に分解および再組立ができる、ことから、長期安定動作にも有利である。本装置は、同時に作動する他のプラズマ源と干渉することなく安定なイオンビームを放出することが注目に値する。もう１つの利点は、単一ビームイオン源がスパッタリング源の放電電圧の著しい低下をもたらし、更に、スパッタリング膜の品質を改善することである。さらなる特徴および利点は、添付の図面と併せて以下の説明および添付の特許請求の範囲から明らかになるのであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】イオン源の補助なしでワークピース上の従来技術の被覆原子を示す概略断面図である。
【図２】従来技術のイオン源を示す概略断面図である。
【図３】図２の従来技術のイオン源を示す概略上面図である。
【図４】本発明のイオン源を示す斜視図である。
【図５】図４の５−５線に沿った断面図であり、陰極がグランドから絶縁されている、本発明のイオン源を示している。
【図６】本発明のイオン源を示す部分破断斜視図である。
【図７】図５と同様に、陰極が接地電位に接続されている場合での本発明のイオン源からの磁束線およびイオン放出を示す断面図である。
【図８】本発明のイオン源で使用される磁石アセンブリの一例を示す概略断面図である。
【図９】図８の矢印９の方向から見た本発明のイオン源を示す概略図である。
【図１０】真空チャンバ内のデポジション源と同時に動作する本発明のプラズマ源またはイオン源装置を示す概略図である。
【図１１】本発明のイオン源を使用するワークピース上の被覆原子の相互作用を示す概略断面図である。
【図１２】本発明のイオン源の別の実施形態を示す斜視図である。
【図１３】図１２の別の実施形態のイオン源を示す斜視図である。
【図１４】マグネトロン源から堆積された薄膜を処理するために使用される本発明のプラズマ源またはイオン源装置の別の実施形態を示す概略図である。
【図１５】本発明のイオン源を異なる放電電圧またはイオンエネルギーで用いて、スパッタリングすることによって生成されたインジウム−スズ−酸化物（「ＩＴＯ」）膜のシート抵抗のグラフである。
【図１６】本発明のイオン源を用いずに、スパッタリングによって堆積させたＩＴＯ膜の原子間力顕微鏡による相画像である。
【図１７】本発明のイオン源を用いて、スパッタリングによって堆積させたＩＴＯ膜の原子間力顕微鏡による相画像である。
【図１８】薄膜の直接デポジションを行うための本発明のプラズマ源またはイオン源装置の別の実施形態を示す概略図である。
【図１９】本発明のプラズマ源またはイオン源装置の別の実施形態を示す概略図である。
【図２０】本発明のプラズマ源またはイオン源装置の別の実施形態を示す概略断面図である。
【図２１】図２０の矢印２１の方向から見た端面図であり、図２０の別の実施形態のプラズマ源またはイオン源装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
単一ビームプラズマ源またはイオン源装置２１の好ましい実施形態は、図４〜図７および図１０に見ることができる。イオン源装置２１は、真空チャンバ２３、イオン源２５、デポジション源２７、及び試料又はワークピース２９を含む。イオン源２５及びデポジション源２７は、真空封止されたポートを介して真空チャンバ２３に取り付けられている。この装置は、真空ポンプ３１に接続されたポンピングポート、プロセスガス源に接続された入力ガスポート、圧力計、及び任意選択のヒータも含む。真空チャンバの種々の構成は、システムの所望の特定の機能に応じて存在する。
【００１４】
例示的なイオン源２５は、陽極５１および陰極５３を含む。陽極は絶縁体５５上に取り付けられている。陰極は金属製の閉鎖板６１上に取り付けられ、この閉鎖板は次に真空チャンバ２３上のフランジ５９に取り付けられる。この場合、陰極５３は、電気的接地電位に設定される。陰極５３は、外部の構造体７１と、スクリュー７５を介してそれに取り外し可能に固定された端部のキャップ７３とを含む、単一部品または２つの部品とすることができる。陰極５３のキャップ７３はその中心に単一の貫通開口７７を有する陽極５１を内側に張り出し、イオン放出口を規定する。現在図示されている実施形態では、陰極５３の構造体７１およびキャップ７３が円形の周囲を有し、開口７７は円形である。さらに、現在図示されているキャップ７３は、貫通開口７７に隣接する切頭円錐形のテーパ面７９を採用している。
【００１５】
代わりに、これらの注目された構成要素には、楕円形、他の単一の開口、あるいは細長い穴形状のような他の弓形形状が採用され得る。また、別の実施形態として、図１２および図１３に示されるように、陰極６５３のキャップ６７３内のテーパ付き単一貫通開口６７７がイオン６１９の放出中心面または方向に略垂直な横方向に直線的に細長い構成でもよい。また、陽極の内部の構成要素は、開口６７７の下方のプラズマ領域を囲む横方向に細長い。
【００１６】
図５〜図１０に図示される例示的な実施形態に戻って、好ましくは２つの永久磁石９１、および好ましくは３つの複数の磁気シャント９３が、陽極５１内に設けられる。導電性内部カバー９４は、本質的に開口７７と整列した開放プラズマ領域または領域９６を定義する。磁石９１及びシャント９３はそれぞれ、同軸的に整列した円形の内部エッジ及び円形の外部エッジを有し、ここで、これらのエッジは、各々、中空の中心を有するリング状である。磁石９１は中央のシャントによって磁石が互いに離間されるように、シャント９３の間にサンドイッチ状に挟まれるか又は積み重ねられる。上下のマグネットは直列に配置される。例えば、Ｎ−Ｓ／Ｎ−ＳまたはＳ−Ｎ／Ｓ−Ｎである。さらに、磁石およびシャントアセンブリの各側面の断面は、イオン源２５の中心線軸９５に向かって延在するシャント９３の細長いエッジおよび内部エッジを有する略Ｅ字状形状を有する。磁石９１及びシャント９３は、ねじ又は他のねじを切った締結具を介して陽極ベース９９に結合されている陽極本体９７内に内部的に固定されている。任意の流入ガス又は冷却流体の導入口１０１及び関連する通路が、陽極ベース９９、絶縁体５５及びプレート６１を介して配置される。磁石９１及びシャント９３を含む陽極５１の全ては、ギャップ又は絶縁体によって陰極５３の全てから内部的に離間されていることに注目すべきである。
【００１７】
図５の構成では、陰極が電気的にフローティングまたはバイアスされた電位で接地から絶縁されている。しかしながら、図７のバージョンでは、陰極はフランジ５９を介して接地電位に接続されている。
【００１８】
図７〜図１０は、動作中のイオン源装置２１を示す。電圧が加えられると、陽極５１の内部の開放プラズマ領域９６内の前駆体ガスは関連する電磁場によって作用されるように、磁石およびシャント構造体の部分の間を移動する高エネルギーな電子１１３によってプラズマに変換される。磁束線１１５は１つの頂部のシャント９３から下部外向きのシャント９３に、またはその逆に流れる。更に、磁束線１１５の少なくとも幾つかのディップ１１７又は外向きに押し下げられたうねりが、磁気アセンブリによって引き起こされる。このディップ１１７は、隣接する電子１１３が磁束線１１５に沿って流れて陽極に到達するときに、それらを遅延および／またはトラップするのに効果的に役立つ。したがって、このディップは、イオン化を効果的に増加させ、縦方向の中心線軸９５と同軸に整列した陰極のキャップ７３の放出口の開口７７を通して放出されるイオン１１９のフラックス密度を大きくする。特定の構成では、中央のシャント９３は任意である。あるいは、開放プラズマ領域９６内の磁界１１５の始端と終端との間に複数のディップ１１７を設けてもよい。
【００１９】
イオン源２５の現在好ましい構造は、直径または横幅において３ｍｍから少なくとも３０ｍｍまでのイオンビーム１１９の調整可能性を許容する。これは、出口７７、磁石９１、およびシャント９３の異なるサイズ化を介して達成することができる。更に、レーストラックイオン源から発生する従来の環状及び中空中心のイオンビームとは対照的に、断面で見た場合、中心軸の周りにほぼ均一に分布したイオンを有するイオン源２５から単一のイオンビーム１１９が放出される。更に、本実施形態では、好ましい磁石９１及びシャント９３は円形の単一ビームイオン源において中心線９５と同軸に整列された中空の環状リングであるが、好ましい利点の幾つかは実現されないかもしれないが、中心線１１９を中心に円形又は弓形パターンで配置された複数の中実ロッド又はバー状磁石から構成されてもよい。線形単一ビームイオン源では端部が上述の円形構成の半分を含み、直線部分は複数の中固体ロッドまたはバー状磁石から成ることができる。また、２つ以上の積み重ねられた磁石または電磁石が使用されてもよく、さらに、３つ以上の内向きに延在する歯または突出するエッジを有する、概Ｅ字状断面の構成を延在するように、追加の関連するシャントが設けられてもよい。
【００２０】
図１０に示す一実施形態では、イオンビーム１１９がイオン源２５から試料２９に伝達され、そこで、ターゲット材料１３１はソース２７から試料２９の表面上に継続して堆積される。１つの構造構成では、試料２９が電磁アクチュエータ１３５、例えば電気モータ又はソレノイドに結合される。同様の電磁アクチュエータ１３９がソース２７に結合されている。これらの任意の電磁アクチュエータ１３５および１３９は、試料２９およびソース２７に回転および／または直線運動を付与することができる。本発明のイオン源支援デポジションは従来の緩い原子充填問題を効果的に克服し、図１１に示すように、原子１２０の密な充填のために、優れた安定性、滑らかな膜表面、高い電気伝導性、および強いコーティング接着性を有する密な膜を効果的に生成する。
【００２１】
図１４は、本発明の単一ビームプラズマ源またはイオン源装置２２１の別の実施形態を示す。この例示的な構成では、陽極５１および陰極７３を含むイオン源２５が図５〜７の先の実施形態と本質的に同様である。しかしながら、スパッタリング源２０１が、イオン源２５と同時に動作するために採用される。スパッタリング源２０１はマグネトロンスパッタガンまたは他の種類のスパッタリング装置であり、これは、一般に、ターゲット２２７と、ターゲット表面の前に適切な磁場を生成する磁石およびシャントの集合体とを含む。この実施形態では、ターゲット材料２３１がターゲット２２７から同時にスパッタリングされ、コーティング２３３を形成するために試料２２９上に堆積される間に、単一のイオンビーム２１９が試料またはワークピース２２９に向かって直接放出される。このイオン処理は同じ真空チャンバ圧力でスパッタリングデポジションと同時に起こる。
【００２２】
生産設定では、装置コンポーネントを垂直または水平に設定することができる。さらに、試料は、剛性または可撓性であり得る。また、コンベヤまたはローラシステムが、本出願に開示される実施形態のいずれかと共に使用されてもよいことにも注目すべきである。
【００２３】
イオンビーム２１９は、密度、電気伝導率および障壁特性などのフィルムの特性を直接改善することが期待される堆積された薄膜２３３と相互作用する。このイオンビーム支援薄膜成長は超平滑薄膜を達成するのに理想的であり、室温のような低温で多結晶薄膜を作製するのにも適している。
【００２４】
本発明のイオン源装置は有利には１ｍＴｏｒｒ〜５００ｍＴｏｒｒのような広範囲の動作圧力を可能にし、これは、イオンの生成および放出がスパッタリングと完全に適合することを可能にする。さらに、本発明のイオン源装置はフィラメントが使用されないので、動作ガスとは無関係にイオンの生成および放出を有利に可能にし、したがって、アルゴン、酸素、ならびに他の不活性ガスおよび反応性ガスを使用することができる。また、本イオン源は電圧制御モードまたは電流制御モードでも機能し、放電電圧は、３０ボルトまで低くすることができる。さらに、狭い集束イオンビームは、アーク放電なしに安定した放電を有利に提供する。
【００２５】
一例では、プロセスガスが０．６％の酸素と混合されたアルゴンからなり、圧力は３．３ｍＴｏｒｒに維持される。スパッタリングマグネトロン２０１に印加される電力は、３０ワットに固定される。イオン源２５の電源が入っていない場合、５分間のスパッタリングによって、約３６ｎｍの厚さ、すなわち毎分７．２ｎｍのＩＴＯのコーティング１３３が生成される。一方、同じマグネトロンには３０Ｗの電力が供給され、イオン源は約９６Ｖの電圧でオンになる。５分間のデポジションにより、厚さ５２ｎｍ、すなわち毎分１０．０ｎｍのＩＴＯ膜が生成される。したがって、イオン源は、デポジション速度の約３９％の増加をもたらす。デポジション速度と同じデポジションパラメータとに基づいて、イオン源の電源を入れた場合とイオン源の電源を入れない場合とで、約１００ｎｍ厚さのＩＴＯ膜を室温でガラス基板上に堆積した。そのＩＴＯ膜のシート抵抗は図１５に示すように１／５に減少した。
【００２６】
ターゲット材料の基板２９上へのスパッタリングと同時にイオン源２５からのイオンビーム１１９の生成および放出は、効果的に、基板２９上のコーティング１３３のより滑らかでより密な外部表面を形成する。これは、原子が先に堆積されたターゲット材料に堆積または付着されているときにターゲット材料の原子に衝突するイオン１１９によって達成され、それによって、コーティング成長および堆積における各先行層の空隙に新しい原子を押し込む（図１１参照）。これは、理想的にはコーティング１３３を堆積させ、デポジション速度の増加および結晶化度の向上を含むその品質を改善するのに適している。本装置に基づくこれらの改善は、コーティングがＩＴＯフィルムである場合、および／またはコーティングが改善された硬度を示す場合、コーティング１３３を通してより大きな光透過率を得る。図１６および図１７は、それぞれ、イオン源２５の有無にかかわらず装置２２１を用いて同時動作で堆積されたインジウム−スズ−酸化物（「ＩＴＯ」）膜の原子間力顕微鏡位相画像を示す。結果は、イオン源支援デポジションが緻密で平滑なＩＴＯ膜をもたらすことを示している。
【００２７】
ここで図１８を参照する。単一ビームプラズマ源またはイオン源装置３２１の別の実施形態は、本質的に先の実施形態のものと同様の陽極５１および陰極７３を有するイオン源２５を含む。この装置は導入口１０１から、またはイオン源２５への別の遠方の導入口から化学的な前駆体ガスを放出し、その結果、電磁場によってその中に生成されたプラズマは所望の化学種を生成し、この化学種は、その後、試料またはワークピース３２９上にコーティング３３３として堆積する。そのような前駆体ガスの１つがＣＨ４である。この化学気相デポジションプロセスは、炭素コーティングを堆積させ、成長させる。あるいは、本明細書に開示される他の実施形態のいずれかと同様に、炭素ベースのスパッタターゲットを使用して、試料コーティングとして炭素原子を生成することができる。
【００２８】
本例示的構成では、コンベアシステム上の試料３２９がイオン源を横切って移動し、被覆される。ロール・ツー・ロール被覆配列３０１はまた、可撓性ＰＥＴフィルム、可撓性かつ薄いステンレス鋼シート等を被覆することができる。そのようなフィルムおよびローラー構成は、本明細書に開示される実施形態のいずれかと共に使用することができる。
【００２９】
図１９は、異なる実施形態の単一ビームプラズマ源またはイオン源装置４２１を示す。イオン源２５の陽極５１および陰極５３は、先の実施形態と本質的に同様である。加えて、ラジオ周波数（「ＲＦ」）誘導コイル４０１が、イオン源２５と試料４２９との間に取り付けられ、離間されている。ラジオ周波数誘導コイル４０１は単一のソースイオンビーム４１９が出口孔７７からコイル４０１の中空中心４０３を通り、基板４２９のコーティング４３３上を通過するように、イオン源２５の動作中に電磁場を生成する。ＲＦ周波数は、好ましくは約１ＭＨｚ〜６０ＭＨｚ、より好ましくは１３．５６ＭＨｚの範囲である。
【００３０】
ラジオ周波数誘導コイル４０１は好ましくはイオン源２５および試料４２９とともに真空チャンバの内側に配置されるが、あるいはラジオ周波数誘導コイル４０１がイオン源２５から試料４２９の反対側にあり得るように、構成されてもよい。ラジオ周波数誘導コイル４０１は付加的なイオンを効果的に生成し、イオンビーム４１９内のイオンを高密度化する。また、ラジオ周波数誘導コイルは試料４２９上にコーティングまたは膜４３３を堆積させるときに、より良好な制御および集束のためにイオンビーム４１９を成形するのを補助することができる。
【００３１】
次に、図２０および図２１を参照すると、単一ビームまたはイオンプラズマ源装置５２１の別の実施形態は、イオン源５２５およびスパッタリングターゲット５２７を含む。イオン源５２５は、本明細書に開示された先の実施形態のものと同様である。さらに、イオン源５２５は、単一および中央の出口孔５７７を有する陰極のキャップ５７３を含むことが好ましく、この出口孔を通して単一のイオンビーム５１９が放出され、真空チャンバ内の試料またはワークピース５２９上にコーティング５３３を生成するのを補助する。
【００３２】
導電性金属材料の環状台座５０１は、絶縁体５５５上に取り付けられ、環状のスパッタターゲット５２７をその上に取り付けるように機能する。イオン源５２５は、ターゲット５２７および台座５０１の中空中心内に同心的かつ同軸的に配置される。これは、同じ内部真空チャンバ圧力で効果的に動作する、統合され、同時に作用するスパッタリングおよびイオン放出源を提供する。本発明の一体化された同心状のソースは、僅かにオフセットされたイオン源およびターゲット源で達成されるものよりも、堆積された原子とのスパッタ材料のデポジション及びイオン放出相互作用の両方に対して、より短い時間でより大きな試料面積をより迅速にカバーすることができる点で有益である。更に、本発明の一体化された同心状のソースは、従来のデバイスと比較して、より完全なイオン活性化スパッタリングおよびより均一な方法を提供し得る。より具体的には、本発明の一体化された同軸状のソースがより効果的には試料と位置合わせされ、それによって、オフセット角度付きスパッタリングターゲット位置に対してより均一なコーティングを達成することができる。同様の原理を、スパッタリングマグネトロンまたは他のデポジション源と一体化した直線的に細長い形状の単一ビームイオン源に拡張することができる。
【００３３】
様々な実施形態が開示されてきたが、他のバリエーションが採用され得ることが理解されるべきである。例えば、所望の利益のいくつかは実現されないかもしれないが、特定の磁石およびシャントの量および形状は変化され得る。加えて、外部本体、絶縁体およびベースの形状およびサイズは、一定の利点が達成されない場合があるが、様々であってもよい。さらに、例示的なターゲット材料および試料材料が特定されているが、他の材料を使用することもできる。さらに、特徴のそれぞれは開示された実施形態のいずれかおよびすべての間で置き換えたり、混合されたりしてもよく、特許請求の範囲のいずれかは他のいずれかにマルチに従属してもよい。単一ビームプラズマ源またはイオン源の様々な用途が開示されているが、直接スパッタリングまたはターゲット表面のエッチングなどの他の用途のための源を使用することは本発明の精神または範囲から逸脱するものと見なされるべきではない。追加の変更および修正は、本発明の精神または範囲からの逸脱と見なされるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年12月17日(2020.12.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）開放プラズマ領域が中空中心領域内に設けられるとともに、イオン放出軸に向かって内側に延在する磁気シャントを含む陽極と、
（ｂ）前記イオン放出軸と整列されている、単一の出口開口を有するキャップを備える陰極と、
（ｃ）前記磁気シャントの最上部と最下部との間に延びるとともに、前記磁気シャントの中央に隣接する中央外方へのディップを含み、前記ディップが前記開放プラズマ領域にあり、前記ディップが前記ディップに隣接する電子の運動を前記陽極の内部のプラズマ内でのイオン化を増加させるように変える磁束線と、
（ｄ）スタック配置で前記磁気シャントの間に配置された永久磁石と、を備え、
（ｅ）前記永久磁石と前記磁気シャントとは、各々閉ループ形状を形成し、
（ｆ）前記磁気シャントは、前記永久磁石よりもさらに前記イオン放出軸に向かって内側に突出している、イオン源装置。
【請求項２】
単一のイオンビームを、さらに備え、
前記イオンビームは、断面で見たときに、イオンが前記イオン放出軸の周りに実質的に均一に分布し、当該イオン放出軸に沿って前記出口開口を通して放出される、請求項１に記載のイオン源装置。
【請求項３】
前駆体ガスを含む真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に配置されるとともに、前記単一のイオンビームが照射されるスパッタターゲットと、をさらに備え、
前記磁気シャントは、少なくとも３つの離間されたシャントを含んでいる、請求項２に記載のイオン源装置。
【請求項４】
前記単一の出口開口は、前記イオン放出軸に実質的に垂直な方向に直線的に細長い、請求項２に記載のイオン源装置。
【請求項５】
前記単一の出口開口が、当該出口開口を取り囲む前記キャップ上の切頭円錐形のテーパ面を有する円形である、請求項２に記載のイオン源装置。
【請求項６】
デポジション源を、さらに備え、
前記磁気シャントの一部が、前記デポジション源内で少なくとも部分的に同心円状に配置されている、請求項１に記載のイオン源装置。
【請求項７】
試料を、さらに備え、
前記陽極および前記陰極は、前記試料上でのデポジション材料の薄膜を堆積させるのを補助するために、前記イオン放出軸の周りに実質的に均一に分布したイオン断面を有する単一のイオンビームを放出する、請求項１に記載のイオン源装置。
【請求項８】
試料を、さらに備え、
前記陽極および前記陰極は、炭素ベースの前駆体ガスを用いて前記試料上に炭素ベースのコーティングを堆積させるのを補助するために、前記イオン放出軸の周りに実質的に均一に分布したイオン断面を有する単一のイオンビームを放出する、請求項１に記載のイオン源装置。
【請求項９】
前記陽極および前記陰極から放出されたイオンビームを取り囲むラジオ周波数コイルを、さらに備え、
前記コイルは、前記陽極および前記陰極から長手方向に離間している、請求項１に記載のイオン源装置。
【請求項１０】
スパッタターゲットを、さらに備え、
前記陽極および前記陰極は、同じ圧力でイオン放出およびスパッタリングを同時に引き起こすように適合されている、請求項１に記載のイオン源装置。
【請求項１１】
（ａ）複数の磁石および複数の導電性のシャントを備えるとともに、前記シャントが互いに離間している陽極と、
（ｂ）内部に張り出して、前記磁石および前記シャントと同軸上に整列して貫通する単一の放出口を規定するキャップを備えるとともに、前記磁石および前記放出口は同軸の中心線を有する陰極とを、備え、
（ｃ）前記磁石および前記シャントは、当該シャントの末梢端が前記中心線に向かって内側に指向している、実質的にＥ字状断面形状を規定する、イオン源装置。
【請求項１２】
（ａ）真空チャンバと、
（ｂ）磁石を含む陽極と、その中に放出口を有する陰極とを含み、前記真空チャンバ内に配置されるとともに、プラズマ内にイオンビームを生成し、前記放出口を通ってイオンビームを放出するように適合されているイオン源と、
（ｃ）前記真空チャンバ内に配置されたデポジション源と、
（ｄ）前記イオン源から長手方向に伸長したイオンビーム軸と同軸上に設けられた中空中心を有し、前記イオン源から長手方向に離れているラジオ周波数誘導コイルと、を備える装置。
【請求項１３】
材料コーティングマシンにおいて、イオン源を使用する方法であって、
（ａ）シャントのエッジをイオン放出軸に対向した状態で前駆体ガスを前記イオン源の磁石および前記シャント内の中空領域に流すステップと、
（ｂ）前記イオン源内の前記磁石および前記シャントから少なくとも１つの磁束経路を生成するステップと、
（ｃ）前記シャントの間に延びる前記少なくとも１つの磁束経路が、前記中空中央領域内でその中央部分に隣接する外向きのディップを有するようにさせるステップと、
（ｄ）前記前駆体ガスと相互作用する少なくとも１つの磁束経路によってイオンビームを生成するステップと、
（ｅ）前記材料コーティングマシン内の前記イオン源から前記イオンビームを前記イオン放出軸に沿って放出するステップと、を含む方法。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの磁束経路の前記ディップに少なくとも部分的に起因して、断面で見たときに、イオン放出軸の周りに実質的に均一に分布したイオンを有する、前記放出されたイオンビームのイオン密度を増加させるステップを、さらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記イオンビームを生成するのと実質的に同時に、試料上にスパッタ材料のコーティングを堆積させるステップを、さらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記材料コーティングマシン内の試料上に、炭素ベースのコーティングを堆積させるステップを、さらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記イオン源から長手方向に離間したラジオ周波数コイルに通電して、前記イオンビームを変化させるステップを、さらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
ローラー間にまたがる可撓性の試料をさらに含み、
前記イオン源から放出された前記イオンビームによって、材料がスパッタリングターゲットからスパッタリングされ、前記試料上に堆積される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
真空チャンバ内で移動可能なガラスシート試料をさらに含み、
前記イオン源から放出された前記イオンビームによって、材料がデポジション源から移動し、前記ガラスシート試料上に堆積される、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記イオンビームを使用して、材料堆積中にコーティング表面に衝突させて、前記コーティング表面を形成する原子を滑らかにし、緻密化するステップを、さらに含む、請求項１３に記載の方法。
【国際調査報告】
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