(57)【要約】  プラズマイオン供給源は、プラズマチャンバー本体部の内部にフィードガスを導入するための少なくとも１つの入口部を有するプラズマチャンバー本体部を含む。プラズマチャンバー本体部は、プラズマチャンバー本体部に取り付けられている真空チャンバーから電気的に隔離されている。プラズマチャンバー本体部の内部の中の誘導アンテナは、それに供給されるＲＦ電圧に応じて、電磁エネルギーの供給源を供給するように構成されている。プラズマイオン供給源は、プラズマチャンバー本体部の端部に配設されている抽出グリッドを含む。抽出グリッドとプラズマチャンバー本体部との間の電圧差は、プラズマ放電の中の荷電種を加速させ、出力準中性プラズマイオンビームを発生させる。プラズマチャンバー本体部に印加されるバイアス電圧は、パルス状のＤＣ電圧と組み合わせられた、アンテナに供給されるＲＦ電圧の一部分を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
線形化されたエネルギーのプラズマイオン供給源であって、前記プラズマイオン供給源は、
真空チャンバーから電気的に隔離されているプラズマチャンバー本体部であって、前記プラズマチャンバー本体部は、前記真空チャンバーに取り付けられており、前記プラズマチャンバー本体部は、前記プラズマイオン供給源の電極としての役割を果たし、前記プラズマチャンバー本体部に印加されるバイアス電圧を受け入れるように適合されている、プラズマチャンバー本体部と；
誘導アンテナであって、前記誘導アンテナは、前記プラズマチャンバー本体部の内部に配設されており、電磁エネルギーの供給源を前記プラズマチャンバー本体部の内部に供給するように構成されており、前記誘導アンテナは、前記誘導アンテナに供給される無線周波数（ＲＦ）電圧に応じて、前記誘導アンテナの中に閉じ込められているプラズマ放電を持続させており、前記プラズマチャンバー本体部に印加される前記バイアス電圧は、前記プラズマ放電の中の荷電種に静電電位を供給する、誘導アンテナと；
前記プラズマチャンバー本体部における前記誘導アンテナの反対側の端部に配設されている抽出グリッドであって、前記抽出グリッドは、前記真空チャンバーと同じ電位になっており、前記抽出グリッドと前記プラズマチャンバー本体部との間の電位差は、前記プラズマ放電の中の前記荷電種を前記抽出グリッドから外へ加速させ、出力準中性プラズマイオンビームを発生させるように構成されている、抽出グリッドと；
を含み、
前記プラズマチャンバー本体部に印加される前記バイアス電圧は、パルス状の直流（ＤＣ）電圧と組み合わせられた、前記誘導アンテナに供給される前記ＲＦ電圧の一部分を含む、プラズマイオン供給源。
【請求項２】
前記プラズマチャンバー本体部は、電気伝導性の材料から形成されており、実質的に中空の直方体として形状決めされている、請求項１に記載のプラズマイオン供給源。
【請求項３】
前記プラズマチャンバー本体部は、前記プラズマチャンバー本体部と前記真空チャンバーとの間に配設されている絶縁性真空フランジを使用して、前記真空チャンバーから電気的に隔離されている、請求項１に記載のプラズマイオン供給源。
【請求項４】
前記絶縁性真空フランジは、剛性を有するセラミック材料、剛性を有するポリマー材料、および、剛性を有するガラス状材料のうちの少なくとも１つを含む、請求項３に記載のプラズマイオン供給源。
【請求項５】
前記絶縁性真空フランジは、１．０メガヘルツにおいて約３．０よりも大きい誘電率を有する、１．０メガヘルツにおいて約０．００１５よりも小さいＲＦ散逸因子を有する、約１５０メガパスカルよりも大きい圧縮応力を有する、かつ、約１０１４ｏｈｍ−ｃｍよりも大きい体積抵抗率を有する、剛性材料を含む、請求項３に記載のプラズマイオン供給源。
【請求項６】
前記プラズマイオン供給源は、少なくとも１つの冷却チャネルをさらに含み、冷却流体またはガスが、前記少なくとも１つの冷却チャネルを通って流れ、前記少なくとも１つの冷却チャネルは、前記プラズマチャンバー本体部の少なくとも１つの側壁部と熱的接触して配設されており、前記冷却チャネルは、前記プラズマチャンバー本体部から離れるように熱を伝達するように適合されている、請求項１に記載のプラズマイオン供給源。
【請求項７】
前記少なくとも１つの冷却チャネルは、前記プラズマチャンバー本体部の前記少なくとも１つの側壁部の中へ一体化されていること、および、前記プラズマチャンバー本体部の前記少なくとも１つの側壁部の外部表面に取り付けられていることのうちの少なくとも１つである、請求項６に記載のプラズマイオン供給源。
【請求項８】
前記抽出グリッドは、
複数の電気伝導性のロッドと；
抽出グリッドアセンブリであって、前記抽出グリッドアセンブリは、開口部を有しており、前記複数の電気伝導性のロッドを支持するように適合されており、前記複数の電気伝導性のロッドは、前記抽出グリッドアセンブリの前記開口部を横切って分配されている、抽出グリッドアセンブリと；
を含む、請求項１に記載のプラズマイオン供給源。
【請求項９】
前記複数の電気伝導性のロッドは、前記プラズマチャンバー本体部から電気的に隔離されている、請求項８に記載のプラズマイオン供給源。
【請求項１０】
前記プラズマイオン供給源は、前記誘導アンテナを取り囲む静電シールドをさらに含み、前記静電シールドは、前記誘導アンテナと前記プラズマチャンバー本体部との間に配設されている、請求項１に記載のプラズマイオン供給源。
【請求項１１】
前記誘導アンテナは、複数の巻線を含み、前記誘導アンテナは、前記プラズマチャンバー本体部の形状に実質的に対応する形状を有している、請求項１に記載のプラズマイオン供給源。
【請求項１２】
前記誘導アンテナの前記巻線は、中空の導電性の材料から形成されており、冷却流体またはガスが、前記誘導アンテナから離れるように熱を伝達するために、前記中空の導電性の材料を通って流れる、請求項１１に記載のプラズマイオン供給源。
【請求項１３】
前記誘導アンテナの前記巻線の第１の部分は、前記プラズマチャンバー本体部の中に配設されており、前記誘導アンテナの前記巻線の第２の部分は、前記プラズマチャンバー本体部の外部に配設されており、前記プラズマ放電は、前記巻線の前記第１の部分同士の間の内部スペースの中に閉じ込められており、前記誘導アンテナは、前記プラズマ放電にさらされる前記巻線の少なくとも前記第１の部分を包む電気絶縁体を含み、前記電気絶縁体は、前記誘導アンテナの前記巻線をスパッタリングされることから保護する、請求項１１に記載のプラズマイオン供給源。
【請求項１４】
前記巻線の少なくとも前記第１の部分を包む前記電気絶縁体は、前記誘導アンテナの前記巻線の少なくとも前記第１の部分を取り囲む酸化アルミニウムチュービングを含む、請求項１３に記載のプラズマイオン供給源。
【請求項１５】
前記誘導アンテナは、前記プラズマチャンバー本体部から電気的に隔離されている、請求項１に記載のプラズマイオン供給源。
【請求項１６】
前記プラズマイオン供給源は、前記バイアスミキサーと連結されている電圧分割器をさらに含み、前記電圧分割器は、前記誘導アンテナに印加される前記ＲＦ電圧を受け入れるように構成されており、また、弱められたＲＦ電圧を発生させるように構成されており、前記弱められたＲＦ電圧は、前記パルス状のＤＣ電圧と組み合わせられるときに、前記プラズマチャンバー本体部に印加される前記バイアス電圧を形成する、請求項１に記載のプラズマイオン供給源。
【請求項１７】
前記電圧分割器は、第１のシールドされた接続部および第２のシールドされた接続部をそれぞれ使用して、前記バイアスミキサーおよび前記誘導アンテナと連結されており、前記バイアスミキサーは、第３のシールドされた接続部を使用して、前記プラズマチャンバー本体部と連結されている、請求項１６に記載のプラズマイオン供給源。
【請求項１８】
前記バイアスミキサーは、前記誘導アンテナに供給される前記ＲＦ電圧の前記一部分および前記パルス状のＤＣ電圧を組み合わせるように構成されており、前記出力準中性プラズマイオンビームのイオン電流密度およびイオンエネルギーが独立して制御されるようになっており、前記イオン電流密度は、前記誘導アンテナに供給される前記ＲＦ電圧の前記一部分に応じて制御され、前記イオンエネルギーは、前記パルス状のＤＣ電圧に応じて制御される、請求項１に記載のプラズマイオン供給源。
【請求項１９】
前記抽出グリッドは、少なくとも１つの冷却チャネルを含み、冷却流体またはガスが、前記少なくとも１つの冷却チャネルを通って流れ、前記冷却チャネルは、前記抽出グリッドから離れるように熱を伝達するように適合されている、請求項１に記載のプラズマイオン供給源。
【請求項２０】
前記プラズマイオン供給源は、前記プラズマチャンバー本体部の周りに配設されている電磁石および永久磁石アレイのうちの少なくとも１つをさらに含み、前記電磁石および前記永久磁石アレイのうちの前記少なくとも１つは、前記プラズマチャンバー本体部の内部に磁界を発生させ、前記磁界は、前記誘導アンテナによって発生させられる前記プラズマ放電のプラズマ密度を増加させる、請求項１に記載のプラズマイオン供給源。
【請求項２１】
プリカーサーガスとともに前記プラズマイオン供給源を利用するときの薄膜コーティングの堆積レートは、前記電磁石および前記永久磁石アレイのうちの前記少なくとも１つによって発生させられる前記磁界に応じて選択的に制御される、請求項２０に記載のプラズマイオン供給源。
【請求項２２】
前記プラズマチャンバー本体部は、前記プラズマチャンバー本体部の内部にフィードガスを導入するための少なくとも１つの入口部を含み、前記プラズマ放電は、前記フィードガスから発生させられる、請求項１に記載のプラズマイオン供給源。
【請求項２３】
前記プラズマイオン供給源は、前記プラズマチャンバー本体部と連結されているバイアスミキサーをさらに含み、前記バイアスミキサーは、前記誘導アンテナに供給される前記ＲＦ電圧の一部分をパルス状の直流（ＤＣ）電圧と組み合わせ、前記プラズマチャンバー本体部に印加される前記バイアス電圧を発生させる、請求項１に記載のプラズマイオン供給源。
【請求項２４】
プラズマ強化型化学的気相堆積によって大面積にわたって薄膜コーティングを堆積させるための装置であって、前記装置は、
線形化されたエネルギーのプラズマイオン供給源であって、前記プラズマイオン供給源は、
真空チャンバーから電気的に隔離されているプラズマチャンバー本体部であって、前記プラズマチャンバー本体部は、前記真空チャンバーに取り付けられており、前記プラズマチャンバー本体部は、前記プラズマイオン供給源の電極としての役割を果たし、前記プラズマチャンバー本体部に印加されるバイアス電圧を受け入れるように適合されている、プラズマチャンバー本体部；
誘導アンテナであって、前記誘導アンテナは、前記プラズマチャンバー本体部の内部に配設されており、電磁エネルギーの供給源を前記プラズマチャンバー本体部の内部に供給するように構成されており、前記誘導アンテナは、前記誘導アンテナに供給される無線周波数（ＲＦ）電圧に応じて、前記誘導アンテナの中に閉じ込められているプラズマ放電を持続させており、前記プラズマチャンバー本体部に印加される前記バイアス電圧は、前記プラズマ放電の中の荷電種に静電電位を供給する、誘導アンテナ；および、
前記プラズマチャンバー本体部における前記誘導アンテナの反対側の端部に配設されている抽出グリッドであって、前記抽出グリッドは、前記真空チャンバーと同じ電位になっており、前記抽出グリッドと前記プラズマチャンバー本体部との間の電位差は、前記プラズマ放電の中の前記荷電種を前記抽出グリッドから外へ加速させ、準中性プラズマイオンビームを発生させるように構成されている、抽出グリッド；
を含む、プラズマイオン供給源と；
前記プラズマイオン供給源と連結されているＲＦ発生器であって、前記ＲＦ発生器は、前記誘導アンテナに供給される前記ＲＦ電圧を発生させる、ＲＦ発生器と；
前記プラズマイオン供給源と連結されているバイアスミキサーであって、前記バイアスミキサーは、前記誘導アンテナに供給される前記ＲＦ電圧の一部分をパルス状の直流（ＤＣ）電圧と組み合わせ、前記プラズマチャンバー本体部に印加される前記バイアス電圧を発生させる、バイアスミキサーと；
前記バイアスミキサーと連結されているバイアスパワー供給部であって、前記バイアスパワー供給部は、前記バイアスミキサーに供給される前記パルス状のＤＣ電圧を発生させる、バイアスパワー供給部と；
前記プラズマイオン供給源とコーティングされることとなる基板表面との間に配設されているプリカーサーガスマニホールドであって、前記プリカーサーガスマニホールドは、前記装置に供給されるプリカーサーガスを受け入れるように適合されており、前記プリカーサーガスは、前記プラズマイオンビームと相互作用し、前記基板表面上に前記薄膜コーティングを堆積させる、プリカーサーガスマニホールドと；
を含む、装置。
【請求項２５】
大面積の基板表面上に薄膜コーティングを堆積させるための線形化されたエネルギーのプラズマイオンビームを発生させるための方法であって、前記方法は、
プラズマイオン供給源を提供するステップであって、前記プラズマイオン供給源は、
真空チャンバーから電気的に隔離されているプラズマチャンバー本体部であって、前記プラズマチャンバー本体部は、前記真空チャンバーに取り付けられており、前記プラズマチャンバー本体部は、前記プラズマイオン供給源の電極としての役割を果たし、前記プラズマチャンバー本体部に印加されるバイアス電圧を受け入れるように適合されている、プラズマチャンバー本体部；
誘導アンテナであって、前記誘導アンテナは、前記プラズマチャンバー本体部の内部に配設されており、電磁エネルギーの供給源を前記プラズマチャンバー本体部の内部に供給するように構成されており、前記誘導アンテナは、前記誘導アンテナの中に閉じ込められているプラズマ放電を持続させており、前記プラズマチャンバー本体部に印加される前記バイアス電圧は、前記プラズマ放電の中の荷電種に静電電位を供給する、誘導アンテナ；および、
前記プラズマチャンバー本体部における前記誘導アンテナの反対側の端部に配設されている抽出グリッドであって、前記抽出グリッドは、前記真空チャンバーと同じ電位になっており、前記抽出グリッドと前記プラズマチャンバー本体部との間の電位差は、前記プラズマ放電の中の前記荷電種を前記抽出グリッドから外へ加速させ、出力準中性プラズマイオンビームを発生させるように構成されている、抽出グリッド；
を含む、ステップと；
無線周波数（ＲＦ）電圧を前記誘導アンテナに印加するステップであって、前記プラズマ放電は、前記ＲＦ電圧のレベルに応じて発生させられる、ステップと；
前記誘導アンテナに供給される前記ＲＦ電圧の一部分をパルス状の直流（ＤＣ）電圧と組み合わせることによって、前記プラズマチャンバー本体部に印加される前記バイアス電圧を発生させるステップと；
前記プラズマイオンビームのイオン電流密度およびイオンエネルギーを独立して制御するステップであって、前記イオン電流密度は、前記誘導アンテナに印加される前記ＲＦ電圧のレベルに応じて制御され、前記イオンエネルギーは、前記パルス状のＤＣ電圧のレベルに応じて制御される、ステップと；
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願との相互参照
本出願は、２０１７年１１月１３日に出願された「Linearized Energetic Radio-Frequency Inductive Plasma Ion Source」という表題の米国仮特許出願第６２／５８５，１２６号、および、２０１８年１１月８日に出願された「Linearized Energetic Radio-Frequency Plasma Ion Source」という表題の米国特許出願第１６／１８４，１７７号の利益を主張し、それらの文献の完全な開示は、すべての目的のためにその全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれている。
【０００２】
本発明は、概して、電気的な、電子的な、およびコンピューターの技術に関し、より具体的には、ガス放電（プラズマ）の発生のための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
プラズマシステムは、他の用途の中でも、ソリッドステート材料の生産、加工、および処理に関して重要である。プラズマ反応器（プラズマ供給源としても知られる）は、それに限定されないが、薄膜の成長、分散、エッチング、およびクリーニングを含む、多くのプラズマ加工用途において使用され得る。プラズマ供給源は、一般的に、プラズマ強化型化学的気相堆積(plasma-enhanced chemical vapor deposition)（ＰＥＣＶＤ）による薄膜材料の堆積のために使用されており、一方、イオン供給源は、典型的に、他の用途の中でも、それらの湿潤性を変化させるために、汚染または残留クリーニング溶媒を除去するために、かつ、コーティング材料および薄膜材料の接着を改善するために、表面の処理に関して用いられている。
【０００４】
化学的気相堆積（ＣＶＤ）は、薄膜材料を堆積させるために使用される周知の技法である。ＣＶＤは、典型的に、ガスへと蒸発させられる液体の化学的プリカーサー(liquid chemical precursor)を用いる。ＣＶＤは、大気圧力においてまたは真空条件下において実施され得る。多くの従来のＣＶＤプロセスにおいて、熱的エネルギーは、基板表面上の堆積を結果として生じさせる化学反応を開始させることが要求される。熱的エネルギーは、たとえば、抵抗加熱器または放射ランプによって供給され得る。一般的に、プリカーサーガスが化学的に反応することおよび基板表面上に薄膜コーティングを形成することを引き起こすために、基板は、摂氏数百度から数千度の温度まで加熱されなければならない。このシナリオでは、加熱された基板は、ＣＶＤのための主要のエネルギー供給源として作用する。表面化学反応は、膜堆積の推進力である。ガス状態における気相反応は、一般的に望ましくなく、粒子の形成につながり、それは、堆積された薄膜の中の欠陥につながることが多い。
【０００５】
それとは対照的に、プラズマ放電が、ＰＥＣＶＤにおける主要のエネルギー供給源として作用する。プラズマは、プラスに荷電されたイオンおよびマイナスに荷電された電子から主に構成されるイオン化されたガスである。プラズマは、一般に、それがほぼ完全にイオン化されている場合には、「ホット」として分類され、または、ガス分子の小さい割合（たとえば、約１パーセントのオーダー）だけがイオン化されている場合には、「コールド」として分類される。一般的に、ＰＥＣＶＤのために利用されるプラズマは、「コールド」の低温プラズマである。しかし、「コールド」プラズマの中の電子は、典型的に、数十電子ボルト（ｅＶ）のオーダーのエネルギー（すなわち、プラズマ物理学の文脈において、温度）を有している。プラズマの中の自由電子は、ＣＶＤと比較してはるかに低い基板温度で基板上の堆積を結果として生じさせるガス状プリカーサーの化学反応を開始させるのに十分なエネルギーを有している。追加的に、プラズマ放電中のプラスイオンは、基板に衝突し、それらの運動量を成長中の膜に伝達する。しかし、この運動量伝達は、一般的に、基板の温度を上昇させない。そのうえ、イオンは、一般的に、典型的に数十電子ボルトのオーダーの低いエネルギーを有している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＰＥＣＶＤプロセスにおいて、堆積の間に基板に衝突するイオンのエネルギーを増加させ、それによって、薄膜コーティングの１つまたは複数の特性を調整することが望ましい可能性がある。ＰＥＣＶＤのための従来のプラズマ供給源は、電圧を基板に印加する（一般に、基板バイアシングと称される）ことなく、イオンのエネルギーを増加させる能力を欠いている。基板バイアシングは、静的な（すなわち、静止した）小面積の（たとえば、約１平方メートルよりも小さい）基板にとって効果的である可能性があるが、そのような技法は、産業用の真空コーター（たとえば、ウェブまたはインラインコーターなど）における使用においては実用的ではなく、産業用の真空コーターにおいては、大面積の基板（たとえば、フレキシブルウェブ、ディスプレイガラス、建築用ガラス、車両ガラス、光起電性パネルなど）がコーターを通って移動する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つまたは複数の実施形態は、イオンエネルギーおよびイオン電流密度（すなわち、イオンフラックス）が連続的にかつ互いに独立して変化させられ得る線形の自己中和されたエネルギーのプラズマイオン供給源を使用するプラズマ強化型化学的気相堆積（ＰＥＣＶＤ）によって、大面積にわたって薄膜コーティングを堆積させる技法に関する。１つまたは複数の実施形態によるプラズマイオン供給源は、イオンビームアシスト化学的気相堆積（ＩＢＡＣＶＤ）によく適しており、具体的には、機械的に耐久性のある引っ掻き抵抗性のコーティング（たとえば、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）薄膜およびダイヤモンドライクナノコンポジット（ＤＬＮ）薄膜など）をガラスおよびポリマーの基板上に堆積させるのによく適している。
【０００８】
本発明の実施形態による例示的な線形化されたエネルギーのプラズマイオン供給源（linearized energetic plasma ion source)は、プラズマチャンバー本体部を含み、プラズマチャンバー本体部は、真空チャンバーから電気的に隔離されており、プラズマチャンバー本体部は、真空チャンバーに取り付けられており、プラズマチャンバー本体部は、プラズマイオン供給源の電極としての役割を果たし、プラズマチャンバー本体部に印加されるバイアス電圧を受け入れるように適合されている。誘導アンテナは、プラズマチャンバー本体部の内部に配設されており、電磁エネルギーの供給源をプラズマチャンバー本体部の内部に供給するように構成されている。アンテナは、アンテナに供給される無線周波数（ＲＦ）電圧に応じて、プラズマチャンバー本体部の内部に閉じ込められているプラズマ放電を持続させるように動作し、プラズマチャンバー本体部に印加されるバイアス電圧は、プラズマ放電の中の荷電種に静電電位を供給する。プラズマイオン供給源は、プラズマチャンバー本体部における誘導アンテナの反対側の端部に配設されている抽出グリッドをさらに含む。抽出グリッドは、真空チャンバーと同じ電位になっており、抽出グリッドとプラズマチャンバー本体部との間の電位差は、プラズマ放電の中の荷電種を抽出グリッドから外へ加速させ、出力準中性プラズマイオンビームを発生させるように構成されている。バイアスミキサーは、プラズマチャンバー本体部と連結されており、バイアスミキサーは、アンテナに供給されるＲＦ電圧の一部分をパルス状の直流（ＤＣ）電圧と組み合わせ、プラズマチャンバー本体部に印加されるバイアス電圧を発生させる。
【０００９】
本明細書で使用され得るように、行為を「促進させる」ということは、行為を実施すること、行為をより容易にすること、行為を実施することを助けること、または、行為が実施されることを引き起こすことを含む。したがって、例としておよび限定ではなく、１つのプロセッサー上で実行するインストラクションは、行為が実施されることを引き起こすかまたは支援するために適当なデータまたはコマンドを送信することによって、遠隔のプロセッサー上で実行するインストラクションによって実施される行為を促進させることが可能である。誤解を避けるために、行為者が、行為を実施すること以外によって行為を促進させる場合、行為は、それにもかかわらず、何らかのエンティティーまたはエンティティーの組み合わせによって実施される。
【００１０】
さまざまなユニット、回路、モジュール、または他のコンポーネントが、１つまたは複数の特定のタスクを実施する「ように構成されている」ものとして本明細書で説明され得る。そのような文脈において、「ように構成されている」という用語は、動作の間に１つまたは複数の特定のタスクを実施する「回路またはハードウェアを有する」ということを一般的に意味する構造体の記載として、広く解釈されることが意図されている。そうであるので、ユニット、回路、モジュール、またはコンポーネントは、ユニット、回路、モジュール、またはコンポーネントが現在では電源オンになっていないときでも、１つまたは複数の主題タスクを実施するように構成され得る。一般的に、「ように構成されている」に対応する構造体を形成する回路またはハードウェアは、規定の動作を実装するために実行可能なプログラムインストラクションを記憶するハードウェア回路および／またはメモリーを含むことが可能である。同様に、説明における便宜上、さまざまなユニット、回路、モジュール、またはコンポーネントは、１つまたは複数のタスクを実施するものとして説明され得る。そのような説明は、「ように構成されている」という語句を含むものとして解釈されるべきである。１つまたは複数のタスクを実施するように構成されているユニット、回路、モジュール、またはコンポーネントを記載することは、そのユニット、回路、モジュール、またはコンポーネントに関して、米国特許法第１１２条段落（ｆ）の解釈を発動させるものではないということが明示的に意図されている。
【００１１】
本発明の実施形態による技法は、実質的に有益な技術的効果を提供する。単なる例として、および、限定ではなく、本発明の１つまたは複数の実施形態は、他の利益の中でも、以下のもののうちの１つまたは複数を実現する。
・  イオンビームのプラスの空間電荷を補償するための二次的なまたは補助的な電子供給源の必要性なしに、自己中和されたイオンビームを発生させるＲＦプラズマイオン供給源；
・  イオン電流密度（すなわち、イオンフラックス）およびイオンエネルギーの独立した制御ができるＲＦプラズマイオン供給源；
・  基板バイアシングの必要性なしに、エネルギーイオンビームを発生させるように構成されており、したがって、大面積の可動基板上に膜を堆積させるのに適切なＲＦプラズマイオン供給源；
・  たとえば、それに限定されないが、引っ掻き抵抗性、硬度、疎水性などのような、有益な特性を提供するために、膜核形成および成長の間にエネルギーイオン衝撃を必要とする膜を堆積させることができるＲＦプラズマイオン供給源；
・  メンテナンスなしに長期間の動作にわたって（たとえば、数十時間以上）電気的に絶縁性のコーティングまたは膜を堆積させるときに、安定した動作ができるＲＦプラズマイオン供給源。
【００１２】
本発明のこれらのおよび他の特徴および利点は、例示目的の実施形態の以下の詳細な説明から明らかになることとなり、以下の詳細な説明は、添付の図面に関連して読まれるべきである。
【００１３】
以下の図面は、単なる例として、かつ、限定ではなく提示されており、同様の参照符号（使用されているとき）は、いくつかの図の全体を通して対応するエレメントを示している。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態による、基板の表面を処理するために使用される線形化された無線周波数（ＲＦ）駆動型プラズマイオン供給源を含む例示目的の装置の少なくとも一部分を概念的に示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態による、図１に示されている例示的なプラズマイオン供給源を実装するのに適切な例示目的の線形化されたＲＦ駆動型プラズマイオン供給源の少なくとも一部分を示す等角図である。
【図３】本発明の実施形態による、例示目的のプラズマイオン供給源装置の少なくとも一部分を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態による、熱的管理が改善された例示目的のプラズマイオン供給源装置の少なくとも一部分を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態による、磁気的に強化された例示目的のプラズマイオン供給源装置の少なくとも一部分を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態による、線形化されたＲＦ駆動型プラズマイオン供給源を含む例示目的のインラインコーターまたはボックスコーターシステムの少なくとも一部分を概念的に示すブロック図である。
【図７】本発明の例示目的の実施形態による、図６に示されている例示的なプラズマイオン供給源からの抽出されたイオン電流密度に対する、バイアス電圧およびバイアス電圧のパルス周波数の影響を示すグラフである。
【図８】本発明の例示目的の実施形態による、図６に示されている例示的なプラズマイオン供給源からのイオンエネルギーに対するバイアス電圧の影響を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図の中のエレメントは、簡単化および明確化のために図示されているということが認識されるべきである。商業的に実行可能な実施形態において有用または必要である可能性のある、一般的だがよく理解されているエレメントは、図示されている実施形態の遮られることの少ない視界を促進させるために、示されていない可能性がある。
【００１６】
本発明の原理は、プラズマ強化型化学的気相堆積（ＰＥＣＶＤ）による薄膜コーティングを堆積させる際に使用するために、大きい被覆エリアにわたって無線周波数（ＲＦ）荷電イオンの準中性の線形化されたエネルギービームを発生させるための例示目的の装置および方法と関連して本明細書で説明されることとなる。１つまたは複数の実施形態において、有益なことには、ソース電極の役割を果たすプラズマチャンバー本体部への、組み合わせられたパルス状の直流（ＤＣ）電圧およびＲＦ電圧の新規な印加によって、イオン電流密度およびイオンエネルギーの独立した制御を可能にする方法および装置が提供される。しかし、本発明は、本明細書で例示目的に示されて説明されている特定の装置、システム、および／または方法に限定されないということが認識されるべきである。そのうえ、示されている実施形態に対して多数の修正がなされることができ、それらは、特許請求されている発明の範囲の中にあるということが本明細書で教示を与えられる当業者に明らかになることとなる。すなわち、本明細書で示されて説明されている実施形態に関する限定は、意図されておらず、または、考えられるべきではない。
【００１７】
予備的な事項として、本発明の実施形態を明確化および説明する目的のために、以下の表は、用語が本明細書で使用されるときに、特定の頭字語およびそれらの対応する定義の要約を提供する。
【表１】
2021502688.tif 000003
【００１８】
詳細な説明の全体を通して、特定の用語が使用されており、その定義が、明示的に提供され得る。用語が本明細書で明示的に定義されていない場合、その用語の通常の意味が意図されている。その理由は、その用語が、当業者によって理解されることとなるように、関連の技術領域の文脈において一般に使用されているからである。
【００１９】
たとえば、本明細書で使用されているような「プラズマ」という用語は、広く理解されることが意図されており、プラスイオンおよび自由電子を適切な割合で含む（全体的な電荷を結果としてほぼ生じさせない）イオン化されたまたは部分的にイオン化されたガスを包含することが意図されている。換言すれば、プラズマは、一般的に、等しい数のプラスの電荷およびマイナスの電荷、ならびに、異なる数のイオン化されていない中性分子から構成されている。
【００２０】
本明細書で使用されているような「基板」という用語は、広く解釈されることが意図されており、コーティングされることとなる物質または層を包含することが意図されている。基板は、剛性を有するかまたは可撓性を有することが可能であり、また、たとえば、ガラス、ポリマー、金属、半導体、または、コーティングされるかもしくはそうでなければ何らかの様式で修正され得る任意の他の材料を含むことが可能である。
【００２１】
本明細書で使用されているような「イオンビームアシスト化学的気相堆積（ＩＢＡＣＶＤ）」という用語は、広く解釈されることが意図されており、はっきりと区別されるが関連の２つのプラズマ化学プロセス：１）基板材料の付近に導入されるガス状プリカーサー蒸気のフラグメンテーション、励起、およびイオン化；ならびに、２）連続的な高密度の薄膜コーティングを形成するために基板材料の表面の上に濃縮するプリカーサー種の高密度化、修正、および化学的活性化を支援するために、エネルギー準中性イオンビームを用いる化学的気相堆積（ＣＶＤ）プロセスを包含することが意図されている。
【００２２】
本明細書で使用されているような「無線周波数（ＲＦ）」という用語は、広く解釈されることが意図されており、信号（たとえば、電圧および電流）が正弦曲線の様式で何らかの周波数で変化している無線周波数発生器からの電力の印加を包含することが意図されている。電圧変動は、一般的に、プラスからマイナスになっている。１つまたは複数の開示されている実施形態において、用いられるＲＦ信号の周波数は、約２ＭＨｚであるが、本発明の実施形態は、任意の特定の周波数に限定されない。たとえば、１つまたは複数の他の実施形態において、４ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚ、および４０ＭＨｚの周波数を有する商業的なＲＦプラズマ発生器が、同様に用いられ得る。
【００２３】
本明細書で使用されているような「誘導アンテナ」という用語は、広く解釈されることが意図されており、時間的に変化する磁界（または、誘導磁界）の形態の電磁エネルギーまたはＲＦエネルギーを別の本体部の中へ連結するパッシブコンポーネントを包含することが意図されている。１つまたは複数の実施形態において、意図される本体部は、イオン化されたガス種から構成されたプラズマ放電である。１つまたは複数の実施形態において、誘導アンテナは、長方形、正方形、または円筒の幾何学的な形状、および、好ましくは、その長さよりも小さい幅を有する長方形形状を有するマルチターンの水冷式の銅チュービングから構成されている。本明細書で教示を与えられる当業者に明らかになることとなるように、本発明の実施形態は、誘導アンテナの任意の特定の幾何学的な形状または寸法に限定されないということが理解されるべきである。
【００２４】
本明細書で使用されているような「ファラデーシールド」という用語は、広く解釈されることが意図されており、スリットまたは他の開口部（すなわち、アパーチャー）を備えた導電性のメッシュまたはエンクロージャーを包含することが意図されており、スリットまたは他の開口部は、誘導アンテナとプラズマとの間に設置されており、それによって、誘導アンテナの巻線とプラズマとの間の容量（または、電界）結合を低減させる。１つまたは複数の実施形態において、ファラデーシールドは、高い電気伝導性を有する金属、たとえば、アルミニウムまたは銅などから構成されている。そのうえ、１つまたは複数の実施形態において、ファラデーシールドは、定期的な間隔で誘導アンテナの周りに配設されている個別のエレメントから構成されている。本明細書で教示を与えられる当業者に明らかになることとなるように、ファラデーシールドの他の実施形態が、同様に用いられ得る。
【００２５】
本明細書で使用されているような「パルス状のＤＣ」という用語は、広く解釈されることが意図されており、たとえば、半波整流器または全波整流器から一般に発生させられる直流（ＤＣ）電源からの電力の印加を包含することが意図されているが、波形は、必ずしも、正弦曲線であるわけではない可能性がある（たとえば、矩形波、パルストレインなど）。パルス状のＤＣ信号は、ＤＣ信号および交流（ＡＣ）信号の両方の特質を有している。ＤＣ信号の電圧は、概して一定になっており、一方、ＡＣ信号の電圧は、正弦曲線の様式で何らかの周波数において変化する。ＡＣ信号と同様に、パルス状のＤＣ信号は、連続的に変化するが、ＤＣ信号に似ている様式で、電圧のサインは、概して一定になっている。パルス状のＤＣ信号の中の電圧変動は、一般的に、矩形波形に似ている。さまざまなパルス状のＤＣ信号が、単極性の電圧出力（プラスまたはマイナス）（一般に、ユニポーラーと称される）、および、二極性の電圧出力（プラスおよびマイナス）（一般に、バイポーラーと称される）とともに用いられ得る。バイポーラー信号のケースでは、パルス状のＤＣ発生器は、電圧出力を送達し、その電圧出力において、プラスおよびマイナスの電圧の大きさは、等しくなっているか（一般的に、対称的と称される）または等しくなっていない（一般的に、非対称的と称される）。本発明の１つまたは複数の例示目的の実施形態において、非対称的なバイポーラーパルス状のＤＣ発生器が、約５ＫＨｚから３５０ＫＨｚの周波数範囲によって用いられる。
【００２６】
本明細書で使用されているような「フィードガス」という用語は、広く解釈されることが意図されており、プラズマイオン供給源のプラズマチャンバー本体部の中へ直接的に導入され、ＲＦ誘導アンテナによって発生させられるプラズマ放電を含む、ガスを包含することが意図されている。本発明の１つまたは複数の実施形態において、フィードガスは、たとえば、それに限定されないが、アルゴン、酸素、窒素および／もしくは他のイオン化可能なガスなどのような、純ガス、または、上述のガスのうちの１つまたは複数の混合物から構成され得る。本明細書で教示を与えられる当業者に明らかになることとなるように、本発明の実施形態は、任意の特定のガスまたはガスの混合物に限定されないということが認識されるべきである。
【００２７】
本明細書で使用されているような「プリカーサーガス」という用語は、広く解釈されることが意図されており、別の化合物を作り出す１つまたは複数の化学的な元素を含む分子形態のガスを包含することが意図されている。１つまたは複数の実施形態において、化合物は、基板上で濃縮され、当業者によって１つまたは複数の薄膜層と称され得る固体コーティングを形成する。
【００２８】
すでに述べられているように、ＰＥＣＶＤプロセスにおいて、堆積の間に基板上に衝突するイオンのエネルギーを増加させ、それによって、薄膜コーティングの１つまたは複数の特性を調整するということが望ましい可能性がある。しかし、ＰＥＣＶＤのための従来のプラズマ供給源は、基板バイアシングを用いる（すなわち、電圧を基板に印加する）ことなくイオンのエネルギーを増加させる能力を欠いている。ＰＥＣＶＤのための、特に、誘電体薄膜の堆積のための、最も従来の線形プラズマ供給源は、プラズマ供給源の動作に悪影響を与えることなくイオンエネルギーを独立して増加させるのに限られた能力を有している。そのような従来の線形プラズマおよびイオン供給源は、限定なしに、アノード層供給源、エンドホール供給源、グリッド付きイオン供給源、マグネトロンプラズマ供給源、中空カソード供給源、マイクロ波供給源、ＲＦ容量性および誘導性供給源、ならびに、クローズドドリフト供給源を含む。これらの供給源のうちのいくつかが、プラズマ処理およびイオンアシスト物理的気相堆積用途に関して成功的に使用されてきたが、それらは、それらの内部コンポーネントおよび外部コンポーネントの上の絶縁性膜の堆積、ならびに、それらの長さにわたるイオンビーム空間電荷の不十分な中和から結果として生じる不安的な動作に少なくとも部分的に起因して、基板のＰＥＣＶＤプロセスに関してそれほど効果的でない。
【００２９】
たとえば、アノード層およびエンドホール供給源は、動作させることが困難であり、少なくとも上述の理由のために、限られた用途を有してきた。ＲＦ（容量性タイプおよび誘導性タイプ）供給源が、主に、小規模の基板、たとえば、半導体ウエハーに関して利用されてきた。しかし、このアプローチは、他の要因の中でも、インピーダンスマッチングの複雑さおよびコスト、非常に遅い堆積レート、ならびに、粒子の発生に少なくとも部分的に起因して、幅広い面積の基板にスケールアップする際に困難を経験してきた。マイクロ波供給源および中空カソード供給源は、それぞれ、光起電性パネルおよび建築用ガラスの処理のために利用されてきた。しかし、これらの供給源は、一般的に、低エネルギーイオン（たとえば、約１５ｅＶ〜２５ｅＶよりも小さい）を作り出し、供給源装置は、イオンの独立した加速度に関する能力を有していない。マグネトロンプラズマ供給源およびクローズドドリフトタイプ供給源は、イオンエネルギーの独立した制御に関して、限られた能力を有する。一般的に、イオンエネルギーは、供給源の放電電圧および動作圧力に関係付けられている。したがって、限られたプロセスウィンドウが、イオンエネルギーを調節するために存在している。グリッド付きイオン供給源は、一般的に、物理的気相堆積プロセス（たとえば、スパッタリングまたは蒸着）の間のプラズマ処理またはイオンアシストのために使用される。ＰＥＣＶＤプロセスのためのこれらの供給源の用途は、抽出グリッドおよび／または供給源コンポーネント（内部または外部）の上の絶縁性膜の堆積から結果として生じる供給源の不安的な動作に少なくとも部分的に起因して限られてきた。追加的に、グリッド付き供給源は、空間電荷補償のためのポイント電子供給源の使用に少なくとも部分的に起因して、幅広い面積の基板にわたって、不均一な中和を示す。
【００３０】
本発明の態様は、イオンエネルギーおよびイオン電流密度が連続的にかつ独立して変化させられ得るように構成されている幾何学的に線形の自己中和されたプラズマイオン供給源を使用して、ＰＥＣＶＤによって、大面積（たとえば、約０．４メートルよりも大きい）にわたって薄膜コーティングを堆積させるための装置および方法を提供する。より具体的には、本発明の１つまたは複数の実施形態は、イオン、電子、および中性ガス粒子の高密度および非熱的プラズマを発生させるために、誘導結合プラズマイオン供給源を用いる。１つまたは複数の実施形態において、誘導結合プラズマは、導電性の材料から構築された本体部の内部に配設されているＲＦ駆動型アンテナによって生成および持続されている。本体部は、プラズマチャンバーを形成しており、プラズマチャンバーは、機械的に剛性を有し、真空気密になっており、かつ、製造するのにコスト効率が良い。１つまたは複数の実施形態において、プラズマイオン供給源は、装着フランジまたは他の取り付け手段を介して、真空チャンバー上に外部に取り付けられており、約１０−６から１０−８Ｔｏｒｒの圧力が、好ましくは、真空チャンバーの中に維持される。
【００３１】
本発明の実施形態によるプラズマイオン供給源は、有利には、ＩＢＡＣＶＤプロセスにおける使用に適しており、ＩＢＡＣＶＤプロセスは、大面積のガラスおよびポリマーの基板上に、機械的に耐久性のある引っ掻き抵抗性のコーティング（たとえば、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）薄膜およびダイヤモンドライクナノコンポジット（ＤＬＮ）薄膜）を堆積させることが可能である。産業的規模のプロセスに関して、本発明の実施形態は、かなりの長さ（たとえば、０．４メートルよりも大きい）にわたって、イオンの均一な安定したエネルギー準中性ビームを生成させることが可能である。
【００３２】
図１は、本発明の実施形態による、ＩＢＡＣＶＤ用途において使用するための線形化されたＲＦ駆動型プラズマイオン供給源１０２を含む例示目的の装置１００の少なくとも一部分を概念的に示す斜視図である。ＲＦ駆動型プラズマイオン供給源１０２は、並進する（すなわち、移動するまたは静止していない）基板１０４に近接して位置決めされている。１つまたは複数の実施形態において、基板１０４は、好ましくは、たとえば、輸送メカニズム１０６などを使用して、基板１０４の上側表面に面しているプラズマイオン供給源の下側表面に対して実質的に平行な方向に、プラズマイオン供給源１０２に対して移動させられる。輸送メカニズム１０６は、それに限定されないが、コンベヤーベルト、テーブル、および、テーブルを駆動するように構成されているモーター、ロール−ツー−ロール（Ｒ２Ｒ）アセンブリなどを含むことが可能である。プラズマイオン供給源１０２に対して基板１０４を並進させるための他の適切なメカニズムおよび方法が、当業者に明らかになることとなり、それは、基板が静止した状態で移動式のプラズマイオン供給源を使用することなどを含む。本発明の実施形態とともに使用するのに適切な基板１０４は、それに限定されないが、フレキシブルウェブ、ディスプレイガラス、建築用ガラス、車両ガラス、光起電性パネルなどを含む。
【００３３】
プラズマイオン供給源１０２は、プラズマチャンバー本体部１０８を含み、プラズマチャンバー本体部１０８は、その中にプラズマ放電を発生させて持続させるように適合されている。１つまたは複数の実施形態において、プラズマチャンバー本体部１０８は、電気伝導性の材料（たとえば、金属）から形成されており、実質的に中空の直方体として形状決めされている。プラズマチャンバー本体部１０８の他の形状および寸法も同様に企図される（たとえば、円筒形状）。
【００３４】
プラズマチャンバー本体部１０８は、１つまたは複数の入口部１１０を含み、イオン化されることとなるフィードガス１１２が、１つまたは複数の入口部１１０を通して導入される。プリカーサーガス１１３が、１つまたは複数のガス入口部１１４を通して導入され、１つまたは複数のガス入口部１１４は、マニホールド１１６などを使用して分配され得、マニホールド１１６は、プラズマチャンバー本体部と基板１０４との間に介在させられている。マニホールド１１６および対応するプリカーサーガス入口部１１４は、プラズマチャンバー本体部１０８に取り付けられ得るか、または、他の手段を使用して位置決めされ得る。フィードガスイオン、電子、および中性種から構成されるプラズマイオンビーム（明示的に示されているのではなく、暗示されている）は、プリカーサーガスと相互作用し、プラズマ化学反応を開始させ、プラズマ化学反応は、基板１０４の上側表面上への薄膜コーティング１１８の堆積を結果として生じさせる。１つまたは複数の実施形態において、複数のマニホールド１１６および対応するプリカーサーガス入口部１１４が（たとえば、プラズマチャンバー本体部１０８の両側に）用いられ、それによって、より均一なコーティング１１８を提供し、または、そうでなければ、ＩＢＡＣＶＤプロセスを上回るより精密な制御を促進させる。
【００３５】
図２は、本発明の実施形態による、図１に示されているプラズマイオン供給源１０２を実装するのに適切な例示目的の線形化されたＲＦ駆動型プラズマイオン供給源２００の少なくとも一部分を示す等角図である。図２を参照すると、プラズマイオン供給源２００（それは、図１に示されているその動作の位置から反転されて示されている）は、プラズマチャンバー本体部２０２を含み、プラズマチャンバー本体部２０２は、その中にプラズマ放電を発生させて持続させるように適合されている。１つまたは複数の実施形態において、プラズマチャンバー本体部２０２は、導電性の材料（たとえば、金属）から形成されており、中空の直方体として形状決めされている。プラズマチャンバー本体部２０２の他の形状および寸法も同様に企図される。
【００３６】
１つまたは複数の実施形態において、プラズマチャンバー本体部２０２は、絶縁性真空フランジ２０４を使用して、真空チャンバー（明示的に示されていない）から電気的に隔離されており、プラズマイオン供給源は、真空チャンバーの中で動作する。１つまたは複数の実施形態において、絶縁性真空フランジ２０４は、酸化アルミニウムまたは他の剛性を有するセラミック、ＵＬＴＥＭ（登録商標）から構成されている（非晶性の熱可塑性のポリエーテルイミド（ＰＥＩ）材料、ポリマー材料、ガラス状材料、または任意の他の剛性材料であり、それらは、機械加工可能であり、また、他の特性の中でも、高い誘電強度（たとえば、ＵＬＴＥＭ（登録商標）に関して１．０ＭＨｚにおいて約３．０、または、酸化アルミニウムに関して１．０ＭＨｚにおいて約９．１）、低いＲＦ散逸因子（たとえば、ＵＬＴＥＭ（登録商標）に関して１．０ＭＨｚにおいて約０．００１５、または、酸化アルミニウムに関して１．０ＭＨｚにおいて約０．０００７）、高い機械的な強度（たとえば、ＵＬＴＥＭ（登録商標）に関して約１５０メガパスカル（ＭＰａ）よりも大きい圧縮応力、または、酸化アルミニウムに関して約２，１００ＭＰａの圧縮応力）、高い使用可能温度（たとえば、酸化アルミニウムまたはＵＬＴＥＭ（登録商標）に関して、摂氏約１，７００度よりも高い最大使用温度）、および、高い電気抵抗率（たとえば、酸化アルミニウムまたはＵＬＴＥＭ（登録商標）に関して、約１０１４ｏｈｍ−ｃｍより大きい体積抵抗率）を示す）。１つまたは複数の実施形態において、真空フランジ２０４は、非晶性の熱可塑性のポリエーテルイミド材料を含む。それに限定されないが、ポリテトラフルオロエチレンおよび酸化アルミニウムなどのような、さまざまな他の材料が、真空フランジ２０４を形成する際に利用され得るということが企図される。
【００３７】
絶縁性真空フランジ２０４は、プラズマチャンバー本体部２０２と真空チャンバー嵌合フランジ２０６との間に介在させられている。１つまたは複数の実施形態において、真空チャンバー嵌合フランジ２０６は、プラズマイオン供給源２００を真空チャンバー（明示的に示されていない）と連結するように適合されており、好ましくは、たとえば、非磁性ステンレス鋼などのような、真空適合性である機械的に剛性を有する非磁性金属から構成されている。
【００３８】
プラズマイオン供給源２００は、グリッド抽出アセンブリ２０８をさらに含む。１つまたは複数の実施形態において、グリッド抽出アセンブリ２０８は、複数の電気伝導性のロッド２１０から構成されており、電気伝導性のロッド２１０は、好ましくは、低いスパター収率を有する。プラズマチャンバー本体部２０２が接地されている本発明の実施形態では、導電性のロッド２１０は、プラズマチャンバー本体部から電気的に隔離されており、電位差がグリッド抽出アセンブリとプラズマチャンバー本体部との間に印加され得るようになっており、それによって、プラズマイオン供給源２００から外へイオンビームの形態で荷電イオンを加速させるようになっている。
【００３９】
１つまたは複数の実施形態において、導電性のロッド２１０は、金属材料（たとえば、グラファイト）から構成されている。導電性のロッド２１０は、好ましくは、定期的な間隔でグリッド抽出アセンブリ２０８の開口部に沿って配設されている。単なる例として、および、限定ではなく、導電性のロッド２１０のそれぞれの幾何学的中心同士の間の間隔は、約３ｍｍから７ｍｍの間で変化している。随意的に、１つまたは複数の実施形態において、グリッド抽出アセンブリ２０８は、たとえば、真空シールされた水冷却回路（真空嵌合フランジ２０６の中へ一体化されているか、または、真空チャンバードア（明示的に示されているのではなく、暗示されている）の中へ一体化されている）によって、または、ヒートシンクなどによって冷却され、それによって、プラズマイオン供給源２００の動作の間にグリッド抽出アセンブリ２０８の中に発生させられる熱を除去する。
【００４０】
図３は、本発明の実施形態による、薄膜コーティングの堆積において使用される例示目的のプラズマイオン供給源３００の少なくとも一部分を示す断面図である。動作の間に、プラズマイオン供給源３００は、一般的に、真空チャンバー（明示的に示されているのではなく、暗示されている）に装着されており、または、そうでなければ、真空チャンバーの中に設置されている。図２に示されているプラズマイオン供給源２００と一貫した様式で、プラズマイオン供給源３００は、プラズマチャンバー本体部３０２を含み、プラズマチャンバー本体部３０２は、その中にプラズマ放電を発生させて持続させるように適合されている。プラズマチャンバー本体部３０２は、好ましくは、導電性の材料（たとえば、金属）から形成されており、中空の直方体として形状決めされているが、本発明の実施形態は、任意の特定の形状および／または寸法に限定されない。１つまたは複数の実施形態において、プラズマチャンバー本体部３０２は、高い電気伝導率および熱伝導率の金属、好ましくは、アルミニウムから構成されており、それは、装置のための真空チャンバーとしての役割を果たしている。１つまたは複数の実施形態において、プラズマチャンバーは、真空グレードのアルミニウムから製造されており、真空シール（たとえば、エラストマーＯリング）を有している。したがって、プラズマチャンバー自身は、真空チャンバーとして機能する。
【００４１】
１つまたは複数の実施形態において、１つまたは複数の冷却チャネル３０４、または、代替的な熱除去メカニズム（たとえば、ヒートシンク）は、（たとえば、溶接または別の締結手段によって）プラズマイオン供給源３００の外部表面（すなわち、大気側）上に、プラズマイオン供給源３００と熱的接触して配設されており、プラズマチャンバー本体部３０２の過熱を防止するように構成されている。プラズマイオン供給源３００の過熱は、真空シーリングコンポーネント（たとえば、明示的に示されていないエラストマーＯリング）の熱的劣化を結果として生じさせる可能性があり、それは、真空完全性の喪失を結果として生じさせる可能性がある。本発明の開示されている実施形態において、水が、装置のための好適な冷却流体であるが、他の冷却流体（たとえば、クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）冷却剤、エチレングリコール、プロピレングリコール、アンモニアなど）が同様に用いられ得る。
【００４２】
１つまたは複数の実施形態において、供給源フランジ３０６は、それに限定されないが、フッ素ポリマーエラストマーなどのような高温Ｏリングシール、または、当業者によって知られている代替的な締結手段を利用して、プラズマチャンバー本体部３０２に固定される。１つまたは複数の実施形態において、供給源フランジ３０６は、プラズマチャンバー本体部３０２から除去可能であり、たとえば、プラズマイオン供給源コンポーネント（たとえば、誘導アンテナなど）のメンテナンスおよび／または修理などのために、プラズマチャンバー本体部の内部へのアクセスを促進させる。随意的に、冷却チャネル３０８は、供給源フランジ３０６の中に形成されている（たとえば、機械加工されている）。冷却チャネル３０８は、たとえば、冷却チャネルを通して液体（たとえば、水）またはガス（たとえば、空気）を循環させることなどによって、プラズマイオン供給源３００から熱を除去するように適合されている。供給源フランジ３０６は、１つまたは複数の入口部３１０をさらに含み、イオン化されることとなるフィードガスが、１つまたは複数の入口部３１０を通してプラズマチャンバー本体部３０２の内部の中へ導入される。
【００４３】
プラズマイオン供給源３００は、誘導アンテナ３１２をさらに含み、誘導アンテナ３１２は、ＲＦ信号がアンテナに印加されているときに、電磁エネルギーの供給源をプラズマチャンバー本体部３０２の内部に供給するように構成されている。アンテナ３１２は、好ましくは、当業者に明らかになることとなるように、ブラケットなどのような適切な装着ハードウェアを使用して、プラズマチャンバー本体部３０２の中に吊り下げられている。アンテナ３１２は、好ましくは、プラズマチャンバー本体部３０２から電気的に隔離されている。１つまたは複数の実施形態において、アンテナ３１２は、供給源フランジ３０６上に配設されており、それは、供給源フランジが除去されるときに、アンテナの容易な除去を促進させる。誘導アンテナ３１２の形状は、好ましくは、プラズマチャンバー本体部３０２の形状（すなわち、１つまたは複数の例示的な実施形態では、直方体）に対応している。しかし、本発明のその実施形態は、アンテナ３１２の任意の特定の形状または寸法に限定されないということが理解されるべきである。
【００４４】
アンテナ３１２は、好ましくは、導電性のワイヤーまたはチュービングの複数の巻線（すなわち、ターン）３１４を含む。アンテナを形成するためにより多くの巻線が使用されるほど、誘導結合がより効率的になり、したがって、プラズマチャンバー本体部３０２の内部に伝達される電磁エネルギーがより大きくなる。１つまたは複数の実施形態において、アンテナ３１２は、水冷式になっている。たとえば、アンテナ３１２の巻線３１４は、中空の銅チュービングから形成され得、冷却された水または別の液体が、中空の銅チュービングを通過させられ、それによって、アンテナから離れるように熱を伝達し、それによって、プラズマイオン供給源の１つまたは複数のコンポーネント（たとえば、真空シールなど）への熱的損傷を防止する。このように、アンテナ３１２は、高いＲＦパワーレベル（たとえば、約１０００ワットよりも大きい）での動作に適合されている。
【００４５】
たとえば、外部ＲＦ発生器（明示的に示されていない）などから、ＲＦ信号がアンテナ３１２に適用されるときには、プラズマチャンバー本体部３０２の中へ誘導結合されているＲＦエネルギーが、フィードガスをイオン化し、高密度プラズマ放電３１６を形成する。プラズマ放電３１６は、主に、アンテナ３１２の巻線３１４同士の間の内部スペースの中に含有されている。１つまたは複数の実施形態において、アンテナ３１２は、中空の酸化アルミニウム（アルミナ）チュービング３１８、または、代替的な電気絶縁体から形成されたチュービングを含み、それは、銅巻線３１４を包んでいる。代替的な実施形態では、導電性の巻線３１４の少なくとも一部分は、電気的に絶縁性の材料の層によってコーティングされている。電気絶縁体である酸化アルミニウムチュービング３１８は、プラズマ放電３１６に露出される銅巻線３１４の部分を、基板（たとえば、図１の符号１０４）の表面上にスパッタリングされることから保護する役割を果たしている。保護的な酸化アルミニウムチュービング３１８がない場合には、銅巻線３１４は、プラズマ放電３１６の中のイオンによってスパッタリングされることとなり、それは、プラズマチャンバー本体部３０２および真空チャンバー（明示的に示されていない）の中への真空漏れおよび水漏れを結果として生じさせることとなる。
【００４６】
アンテナ巻線３１４の一部分は、プラズマチャンバー本体部３０２の外部に配置されており、ＲＦ発生器への電気的な接続、および、冷却液体供給源（明確化のために明示的に示されていない）への接続を提供する。たとえば、１つまたは複数の実施形態において、アンテナ３１２の銅巻線３１４は、真空フィードスルー（明示的に示されているのではなく、暗示されている）を利用して、プラズマチャンバー本体部３０２の中へ配置されている。真空フィードスルーは、絶縁性の材料（たとえば、セラミック）から形成されており、銅巻線３１４が、好ましくは導電性であるプラズマチャンバー本体部３０２との電気的な接続を行わないようになっている（それによって、アンテナ３１２とプラズマチャンバー本体部３０２との間の電気的短絡を防止する）。
【００４７】
引き続き図３を参照すると、１つまたは複数の実施形態において、真空嵌合フランジ３２０（随意的な冷却チャネル３２２を備える）が、プラズマチャンバー本体部３０２上に配設されており（たとえば、溶接されているかまたはその他の方法で締結されている）、誘電体真空遮断部(dielectric vacuum break)３２４に対する真空嵌合表面を提供している。供給源フランジ３０６の中に形成された冷却チャネル３０８の形成と一貫した様式で、冷却チャネル３２２が、真空嵌合フランジ３２０の中へ機械加工され得、または、その外部に取り付けられ得、冷却チャネル３２２は、たとえば、冷却チャネルを通して液体（たとえば、水）またはガス（たとえば、空気）を循環させることなどによって、プラズマイオン供給源３００から熱を除去するように適合されている。
【００４８】
誘電体真空遮断部３２４は、電気的に絶縁性の材料、たとえば、それに限定されないが、ポリマー、セラミック、ガラス、または他の誘電材料（それは、好ましくは、真空気密であり、機械加工可能であり、かつ、機械的に剛性を有する）などから構成されている。１つまたは複数の実施形態において、誘電体真空遮断部３２４は、高温熱可塑性材料を含む。１つまたは複数の実施形態において、誘電体真空遮断部３２４は、プラズマチャンバー本体部３０２と真空チャンバードア３２６との間に配設されている。随意的に、真空チャンバードア３２６は、冷却チャネル３２８を有して形成されている。供給源フランジ３０６および真空フランジ３２０の中にそれぞれ形成されている冷却チャネル３０８および３２２の形成と一貫した様式で、冷却チャネル３２８は、真空チャンバードア３２６の中へ機械加工され得、または、その外部に取り付けられ得、冷却チャネル３２８は、たとえば、冷却チャネルを通して液体（たとえば、水）またはガス（たとえば、空気）を循環させることなどによって、真空チャンバーから熱を除去するように適合されている。真空チャンバードア３２６を用いることの１つの利点は、プラズマイオン供給源３００のクリーニングのために、かつ、真空チャンバーの固定具（明示的に示されていない）上に基板（たとえば、図１の中に示されている１０４）を設置するために、アクセスのしやすさを提供するということである。
【００４９】
図３に示されている例示目的の実施形態において、プラズマチャンバー本体部３０２は、誘電体真空遮断部３２４を使用して、真空チャンバードア３２６および真空チャンバー（明示的に示されているのではなく、暗示されている）から電気的に隔離されている。（好ましくは、アースグランドに）電気的に接地されている、真空チャンバードア３２６および真空チャンバー（図示せず）からプラズマチャンバー本体部３０２を電気的に隔離することによって、プラズマチャンバー本体部３０２は、基板バイアシングの必要性なしに、または、プラズマチャンバー本体部３０２の内側に配設されている内部ソース電極（図示せず）を提供する必要性なしに、所定の電圧レベルにバイアスされ得る。したがって、プラズマチャンバー本体部３０２自身が、外部バイアス電圧供給部（明示的に示されていない）を使用して直接的にバイアスされており、プラズマチャンバー本体部３０２自身が、すでに述べられているように、ソース電極としての役割を果たす。当業者に明らかになることとなるように、真空チャンバーからプラズマチャンバー本体部３０２を電気的に隔離するための他のメカニズムが同様に企図される。
【００５０】
プラズマイオン供給源３００は、静電シールド３３０（本明細書でファラデーシールドと称される）の構成体を含み、静電シールド３３０は、誘導アンテナ３１２とアンテナを取り囲むプラズマチャンバー本体部３０２との間に配設されている。１つまたは複数の実施形態において、ファラデーシールド３３０は、スロットまたはアパーチャーを有して形成されており、形状が長方形になっており、または、そうでなければ、好ましくは、プラズマチャンバー本体部３０２の形状に対応させられている。ファラデーシールド３３０は、少なくとも部分的に、アンテナ３１２の巻線３１４同士の間で発達する容量性電圧を低減させるように、かつ、プラズマ放電３１６が形成されているプラズマチャンバー本体部３０２の内部に誘導磁界および電圧だけが進入することを許容するように機能する。加えて、ファラデーシールド３３０は、アンテナ３１２とプラズマ放電３１６との間に比較的に一定の電気インピーダンスを提供し、それは、プラズマチャンバー本体部３０２の内側に導入される作業（フィード）ガスの速くて繰り返し可能な点火を促進させる。また、ファラデーシールド３３０は、材料堆積のより良好な制御のためにイオンエネルギーを低減させる。１つまたは複数の実施形態において、誘導アンテナ３１２、プラズマチャンバー本体部３０２、およびファラデーシールド３３０は、プラズマ発生ユニットを形成しており、プラズマ発生ユニットは、プラズマイオン供給源３００によって発生させられる準中性プラズマイオンビームを形成するために使用される高密度プラズマ放電３１６を生成させて持続させるように構成されている。１つまたは複数の実施形態において、ファラデーシールド３３０は、高い電気伝導率および熱伝導率を有する金属（たとえば、アルミニウムまたは銅）から構成されている。
【００５１】
高密度プラズマ放電３１６は、誘導アンテナ３１２によって発生させられ、アンテナに比較的に近接して存在する。アフターグロープラズマ３３２が、誘導アンテナ３１２と抽出グリッド３３４との間に配設されている。アフターグロープラズマ３３２は、誘導アンテナ３１２によって発生させられる高密度プラズマ放電３１６からのより低い濃度の電子およびイオンから構成されている。１つまたは複数の実施形態において、抽出グリッド３３４は、準中性プラズマビームの抽出を可能にするように構成されている、アパーチャーまたは開口部（たとえば、孔部、スリットなど）を有する導電性材料、単一のグリッドまたはメッシュを含む。たとえば、タングステン、モリブデン、グラファイト、チタン、およびそれらの合金を含む、さまざまな導電性（たとえば、金属）材料が、本発明の実施形態によって企図される。複数の抽出グリッドとは対照的に、単一の抽出グリッド３３４の使用は、有益であることには、従来から必要とされているような、抽出グリッド同士の互いに対する精密なアライメントの必要性を排除する。
【００５２】
好適な実施形態では、抽出グリッド３３４は、図２に示されているグリッド抽出アセンブリ２０８と一貫した様式で形成されている。具体的には、１つまたは複数の実施形態において、抽出グリッド３３４は、複数の電気伝導性のロッド（たとえば、図２の符号２１０）を含み、電気伝導性のロッドは、好ましくは、低いスパター収率を有する。抽出グリッド３３４とプラズマチャンバー本体部３０２との間に印加される電位差は、プラズマイオン供給源２００から外へのイオンビーム３３８の形態の荷電イオンの加速度を（少なくとも部分的に）制御する。１つまたは複数の実施形態において、抽出グリッド３３４を形成する導電性のロッドは、たとえば、グラファイトなどのような金属材料から構成されている。図２に関連して説明されているように、導電性のロッドは、好ましくは、定期的な間隔で、たとえば、約３ｍｍから７ｍｍの隣接するロッドの幾何学的中心同士の間の間隔などを伴って、抽出グリッド３３４の開口部に沿って配設されている。しかし、本発明の実施形態は、抽出グリッド３３４の任意の特定の導電性の材料または構成に限定されないということが認識されるべきである。
【００５３】
抽出グリッド３３４は、グリッドアセンブリ３３６によって適切な場所に固定されている。１つまたは複数の実施形態において、グリッドアセンブリ３３６は、抽出グリッド３３４がフレームの内部に配設された状態で「ピクチャーフレーム」として構成されており、また、たとえば、標準的な取り付け手段などを使用して、真空チャンバードア３２６上に取り付けられている。アフターグロープラズマ３３２の中に含まれるイオンおよび電子は、抽出グリッド３３４を通して加速され、抽出グリッド３３４は、真空チャンバー（図示せず）に電気的に接続されており、（好ましくは、アースグランドに）接地されている。イオンおよび電子は、すでに述べられているように、「バイアスされている」プラズマチャンバー本体部３０２と電気的に接地されている抽出グリッド３３４との間の所定の電位差でバイアスされており、それによって、ＩＢＡＣＶＤ用途において使用するためのプラズマイオン供給源３００の出力として、準中性プラズマイオンビーム３３８を発生させる。
【００５４】
すでに説明されているように、プラズマチャンバー本体部３０２は、真空チャンバーから電気的に隔離されており、真空チャンバーは、好ましくは、アースグランド電位に電気的に接地されている。プラズマチャンバー本体部３０２の内部は、抽出グリッド３３４の表面積に対してより大きい表面積を有して構成されており、抽出グリッド３３４は、真空チャンバー本体部へのその機械的な取り付けを介して電気的に接地されている。１つまたは複数の実施形態において、プラズマチャンバー本体部３０２の内部表面積の表面積比は、抽出グリッド３３４の表面積の約１．５倍から５倍になっており、好ましくは、少なくとも３倍から５倍になっている。この表面積比が満たされるときには、プラスの極性の自己バイアスが、ＲＦ電圧がプラズマチャンバー本体部３０２に印加されているときに、プラズマチャンバー本体部３０２上で発達する。
【００５５】
さらに詳細に本明細書で説明されることとなるように、１つまたは複数の実施形態において、誘導アンテナ３１２に印加されるＲＦ電圧の一部分は、好ましくは、約５ｐＦ〜１０００ｐＦの間の範囲にある静電容量を有する可変キャパシターを介して、プラズマチャンバー本体部３０２に容量結合されている。この配置は、コスト効率の良い方法を提供し、ＲＦ電圧をプラズマチャンバー本体部３０２に印加し、単一のＲＦパワー供給部または発生器によって、接地されている抽出グリッド３３４に対するプラズマ電位の選択的な制御を提供する。プラスの極性の自己バイアスは、有益であることには、ＲＦ誘導放電３１６によって発生させられるプラスイオンを、プラズマチャンバー本体部３０２の内部表面をスパッタリングすることから遠ざける。加えて、誘導放電３１６の中の電子は、一般的に、プラズマチャンバー本体部３０２に向けて加速される。しかし、これらの電子の所定の割合は、プラズマチャンバー本体部３０２から離れる方に、かつ、抽出グリッド３３４へ加速される。
【００５６】
本発明の態様によれば、グリッド３３４に向けて加速された十分な割合の電子が抽出され、抽出グリッドアセンブリの長さ全体に沿って、抽出されたプラスイオンによって発生させられるプラスの空間電荷を補償または中和する。したがって、高電流密度の、準中性の、線形の、および大面積のイオンのビームが、プラズマイオン供給源３００の出力として発生させられる。本発明の態様は、バランスのとれた電荷密度の電子およびプラスイオンの同時のおよび付随して起こる抽出を提供し、グランド表面、固定具、および基板上の空間電荷関連のアーキングを防止する。
【００５７】
従来から、ポイント電子ニュートラライザー（たとえば、熱イオンフィラメント、中空カソード、またはプラズマブリッジニュートラライザー）は、空間電荷を中性化することが必要とされ、ポイント−電子ニュートラライザーは、典型的に、プラズマまたはイオン供給源に隣接して配設されている。このアプローチは、小面積の基板には十分である可能性があるが、大面積の基板にわたって、この従来の方法を使用して均一な空間電荷中和を実現することは困難であった。したがって、結果として生じるイオンビームは、望ましくないことには、不均一なイオン電流密度を示す可能性があり、それは、基板を横切って不均一な表面処理および不十分な膜品質につながる可能性がある。加えて、基板、真空ハードウェア、およびプラズマイオン供給源に損傷を与える可能性のある局所化された空間電荷アーキング(localized space charge arching)が起こる可能性がある。
【００５８】
図４は、本発明の実施形態による、熱的管理が強化された例示目的のプラズマイオン供給源４００の少なくとも一部分を示す断面図である。具体的には、プラズマイオン供給源４００は、１つまたは複数の冷却チャネル４０４を含むプラズマチャンバー本体部４０２を含み、１つまたは複数の冷却チャネル４０４は、プラズマチャンバー本体部の１つまたは複数のそれぞれの側壁部の中へ一体化されている。冷却チャネル４０４は、たとえば、冷却チャネルを通して液体（たとえば、水）またはガス（たとえば、空気）を循環させることなどによって、プラズマイオン供給源４００から熱を除去するように適合されている。プラズマチャンバー本体部４０２の中へ冷却チャネルを一体化することは、プラズマチャンバー本体部上で外部に配設されている冷却チャネル（たとえば、図３の符号３０４）の必要性を排除する。プラズマチャンバー本体部４０２と一体的に形成された冷却チャネル４０４を有することは、図３に示されている配置と比較して、プラズマイオン供給源４００が優れた熱的管理および冷却効率を実現することを可能にする。１つまたは複数の実施形態において、水が、冷却チャネル４０４によって搬送される冷却流体として用いられるが、当業者によって知られることとなるように、他の冷却流体も同様に企図される。
【００５９】
プラズマイオン供給源４００は、抽出グリッド４０６をさらに含み、抽出グリッド４０６は、図３に示されている抽出グリッド３３４と一貫した様式で形成され得る。抽出グリッド４０６の熱的冷却を改善するために、抽出グリッドアセンブリ４０８（それは、図３に関連して説明されているグリッドアセンブリ３３６と一貫した様式で形成され得る）は、一体化された冷却チャネル３２２を備えたプラズマチャンバー真空嵌合フランジ３２０と真空チャンバー（好ましくは、一体化された冷却チャネル３２８を備えた真空チャンバードア３２６）との間に配設されており、装置のメンテナンスを促進させる。
【００６０】
プラズマイオン供給源４００において、抽出グリッドアセンブリ４０８の修正された配置に少なくとも部分的に起因して、図３に示されている例示的なプラズマイオン供給源３００と比較して、抽出グリッド４０６からの熱の熱的伝導が改善される。具体的には、グリッドアセンブリ４０８が、２つの冷却されるエレメントの間に配設されており、２つの冷却されるエレメントは、すなわち、真空嵌合フランジ３２０および真空チャンバードア３２６であり、両方とも、一体化された冷却チャネル３２２および３２８をそれぞれ有している。図３に示されているプラズマイオン供給源３００と同様に、図４に示されているプラズマイオン供給源４００は、誘電体真空遮断部３２４を含み、誘電体真空遮断部３２４は、真空チャンバードア３２６および真空チャンバー（明示的に示されているのではなく、暗示されている）からプラズマチャンバー本体部４０２を電気的に隔離するために、真空嵌合フランジ３２０とグリッドアセンブリ４０８との間に配設されている。
【００６１】
抽出グリッド（たとえば、図４の符号４０６、および、図３の符号３３４）は、プラズマイオンビーム（たとえば、図３の符号３３８）の抽出の間に抵抗加熱される。抽出グリッド４０６、３３４を加熱することは、熱的劣化および機械的な反りを結果として生じさせる可能性があり、それは、プラズマイオン供給源の耐用年数を減少させる可能性がある。したがって、抽出グリッド４０６の改善された冷却は、有益であることには、増加されたＲＦパワーレベルにおいてプラズマイオン供給源４００が動作させられることを可能にし、他の重要な利益の中でも、より高いコーティング堆積レートを実現する。本発明の１つまたは複数の実施形態において、真空シーリングが、グリッドアセンブリ４０８に提供されている。開示されている実施形態の利点は、グリッドアセンブリ４０８および抽出グリッド４０６を含むプラズマイオン供給源４００が、一体的なアセンブリになっており、真空チャンバードア３２６への装着のしやすさを促進させるということである。
【００６２】
図５は、本発明の実施形態による、磁気的に強化された例示目的のプラズマイオン供給源５００の少なくとも一部分を示す断面図である。プラズマイオン供給源５００は、図４に示されている例示的なプラズマイオン供給源４００と一貫した様式で構成されているが、磁気的な強化特徴を含み、磁気的な強化特徴は、プラズマイオン供給源５００が堆積プロセスにわたって優れた制御を実現することを可能にし、したがって、プラズマイオン供給源４００を上回る改善を表す。具体的には、１つまたは複数の実施形態において、プラズマイオン供給源５００は、電磁石５０２を含み、電磁石５０２は、プラズマチャンバー本体部４０２の周りに配設され、プラズマイオン供給源５００の内部に磁界を作り出す。磁力線５０４は、プラズマチャンバー本体部４０２から外へ延在し、抽出グリッド４０６を通って退出する。また、磁界５０６のエンベロープも示されている。他の実施形態では、永久磁石アレイ、または、電磁石および／もしくは永久磁石の組み合わせが用いられ得る。
【００６３】
電磁石／永久磁石アレイ５０２によって発生させられる磁界は、誘導アンテナ３１２によって発生させられるプラズマ放電３１６のプラズマ密度の増加を提供する。プラズマ放電３１６の中に作り出される電子は、磁力線５０４を越えてわたることができず、その代わりに、電子は、磁力線５０４の周りにおよび磁力線５０４に沿って旋回する。電子は、プラズマ放電３１６からアフターグロープラズマ３３２へ、磁力線５０４に沿ってサイクロイド軌跡で移動し、次いで、抽出グリッド４０６を通過し、プラズマイオン供給源５００によって発生させられるプラズマイオンビーム３３８を形成する。電子のサイクロイド運動の１つの結果は、１つまたは複数のフィードガス入口部３１０を通してプラズマチャンバー本体部４０２の中へ注入されたフィードガスと電子が相互作用するための、より長い経路長さである。電子のためのより長い経路長さは、電子がフィードガス分子と衝突し、それらをイオン化および／または励起する確率の増加を提供する。これらの衝突は、誘導プラズマ放電３１６、アフターグロープラズマ３３２、およびプラズマイオンビーム３３８に、より高いプラズマ密度をもたらす。したがって、プラズマイオン供給源５００は、有利には、本発明のすでに開示されている実施形態と比較して、より低いＲＦパワーレベルを使用して、より高いイオン電流密度を作り出すように適合されている。より高いイオン電流密度は、より高い堆積レートを提供することが可能である。低減されたＲＦパワー消費に加えて、磁気的に強化されたプラズマイオン供給源５００は、他の利益の中でも、低減されたバイアスパワー、低減されたフィードガスおよびプリカーサーガス消費を実現することができる。
【００６４】
ここで図６を参照すると、ブロック図は、本発明の実施形態による、線形化されたＲＦ駆動型プラズマイオン供給源６０２を含む例示目的のインラインコーターまたはボックスコーターシステム６００の少なくとも一部分を概念的に示している。プラズマイオン供給源６０２は、図３、図４、または図５にそれぞれ示されている例示的なプラズマイオン供給源３００、４００、または５００のうちのいずれかと一貫した様式で形成され得る。プラズマイオン供給源６０２は、プラズマチャンバー本体部６０４を含み、プラズマチャンバー本体部６０４は、誘電体真空遮断嵌合フランジ６０８または代替的な隔離手段を利用して、真空チャンバー６０６から電気的に隔離されている。１つまたは複数の実施形態において、誘電体真空遮断嵌合フランジ６０８は、電気的に絶縁性の材料、たとえば、それに限定されないが、ポリマー、セラミック、ガラス、または他の誘電材料（それは、好ましくは真空気密であり、機械加工可能であり、かつ機械的に剛性を有する）などから構成されている。１つまたは複数の実施形態において、誘電体真空遮断嵌合フランジ６０８は、高温熱可塑性材料を含む。誘電体真空遮断嵌合フランジ６０８は、図３および図４に示されている誘電体真空遮断部３２４と一貫した様式で形成され得る。
【００６５】
プラズマイオン供給源６０２は、誘導アンテナ６１０をさらに含み、誘導アンテナ６１０は、ＲＦ信号がアンテナに印加されているときに、電磁エネルギーの供給源をプラズマチャンバー本体部６０４の内部に供給するように構成されている。アンテナ６１０は、好ましくは、適切な装着手段を使用して、プラズマチャンバー本体部６０４の中に吊り下げられており、図３に関連して説明されている誘導アンテナ３１２と一貫した様式で形成されている。具体的には、アンテナ６１０は、好ましくは、導電性のワイヤーまたはチュービングの複数の巻線（すなわち、ターン）を含む。１つまたは複数の実施形態において、誘導アンテナ６１０の巻線は、中空の銅チュービングから形成されており、冷却された液体（たとえば、水）が、中空の銅チュービングを通過させられ、それによって、アンテナから離れるように熱を伝達する。１つまたは複数の実施形態において、誘導アンテナ６１０は、プラズマチャンバー本体部６０４から電気的に隔離されている。
【００６６】
１つまたは複数の実施形態において、誘導アンテナ６１０からの銅チュービングリード６１２が、高温フッ素ポリマーＯリング（明示的に示されているのではなく、暗示されている）などを備えた対応する真空シール６１４を利用して、プラズマチャンバー本体部６０４を通して外へ延在させられている。誘導アンテナ６１０からのプラズマチャンバー本体部６０４の電気的な隔離を維持するために絶縁性のポリマーチュービング（明示的に示されているのではなく、暗示されている）を使用して、冷却液体接続部が、好ましくは、アンテナチュービングリード６１２に対して形成されている。アンテナチュービングリード６１２と外部ＲＦ発生器６１８との間の電気的な接続部６１６は、たとえば、銅ストラップ、同軸のケーブル、または他の接続手段から構成されている。マッチングネットワーク（明示的に示されていない）が、随意的に、ＲＦ発生器６１８と連結されており、また、容量性エレメントから構成されており、容量性エレメントは、ＲＦ発生器から誘導アンテナ６１０へのおよびプラズマチャンバー本体部６０４の中に発生させられるプラズマ放電へのＲＦパワーの伝達を改善するように構成されている。
【００６７】
１つまたは複数の実施形態において、ＲＦ発生器６１８によってアンテナ６１０に送達されるパワーの一部分は、プラズマイオン供給源６０２をバイアスするために使用される（たとえば、活用される）。プラズマイオン供給源６０２は、この実施形態では、バイアス電圧をプラズマチャンバー本体部６０４に直接的に印加することによってバイアスされる。これを達成するために、ＲＦ電圧分割器６２０が、好ましくは、バイアスミキサー６２２を介して、ＲＦ発生器６１８とプラズマチャンバー本体部６０４との間に接続されており、バイアスミキサー６２２は、ＲＦ電圧分割器とプラズマチャンバー本体部との間に連結されている。ＲＦ電圧分割器６２０は、好ましくは、シールドされた同軸の接続部６２４または同様の接続構成体を使用して、ＲＦ発生器６１８に電気的に接続されており、ＲＦ電圧分割器６２０は、シールドされた同軸のケーブル６２６または代替的な接続構成体を使用して、バイアスミキサー６２２に電気的に接続されており、バイアスミキサー６２２は、好ましくは、シールドされた同軸のケーブル６２８などを使用して、プラズマチャンバー本体部６０４に電気的に接続されている。本発明の実施形態は、さまざまなＲＦコンポーネント同士の間でシールドされていない接続部（たとえば、銅ストラップ）の使用を企図するが、シールドされた接続部を使用することが、シールドされていない接続部から生じるＲＦ放射によって引き起こされる電磁障害を低減させるために好ましい。１つまたは複数の実施形態において、ＲＦ電圧分割器６２０は、高電圧容量性エレメントを含み、好ましくは、高電圧容量性エレメントは、約３ｋＶ〜５ｋＶの電圧範囲で動作し、その範囲の中では、静電容量が約１０ｐＦ〜１０００ｐＦで可変である。当業者に明らかになることとなるように、代替的な電圧分割器アーキテクチャーが同様に企図される。
【００６８】
１つまたは複数の実施形態において、バイアスミキサー６２２は、フィルタリングおよび減衰低インダクタンスＲＦ回路を含み、フィルタリングおよび減衰低インダクタンスＲＦ回路は、ＲＦ電圧分割器６２０からのＲＦ電圧出力の一部分を、バイアスミキサーと連結されているバイアスパワー供給部６３０によって送達されるバイアス電圧と組み合わせるように構成されている。バイアスパワー供給部６３０は、シールドされた同軸のケーブル６３２または代替的な接続構成体を使用して、バイアスミキサー６２２に電気的に接続されている。バイアスミキサー６２２から出力される混合されたバイアス電圧は、誘導アンテナ６１０によって発生させられるフィードガスプラズマ放電からのイオンおよび電子の加速度を提供する。フィードガスは、ガスマニホールド６３４または構成体（たとえば、１つまたは複数のガス入口部）を介して、プラズマチャンバー本体部６０４の中へ導入される。１つまたは複数の実施形態において、バイアス電圧は、０Ｖ〜６００Ｖに調節され得るが、本発明の実施形態は、任意の特定のバイアス電圧に限定されないということが認識されるべきである。バイアスパワー供給部６３０によって作り出される電圧信号は、１つまたは複数の実施形態において、一定のＤＣ電圧を含むか、または、変化するＤＣ電圧（パルス状のＤＣ信号としてすでに本明細書で説明されている）を含むかのいずれかであることが可能である。
【００６９】
１つまたは複数の本発明の態様によれば、結果として生じるプラズマイオンビームのイオンフラックス（すなわち、イオン電流密度）およびイオンエネルギーは、はっきりと異なっており、独立して制御される。たとえば、イオンフラックスは、電圧分割器６２０によって誘導アンテナ６１０から連結されているＲＦ電圧に主に依存しており、一方、イオンエネルギーは、バイアスパワー供給部６３０によって発生させられるバイアス電圧に主に依存している。これらの２つの電圧成分は、バイアスミキサー６２２を使用して独自に組み合わせられ、プラズマチャンバー本体部６０４に供給される。
【００７０】
プラズマイオン供給源６０２によって発生させられる準中性イオンビーム６３６は、エネルギーのプラスイオン、励起された中性ガス粒子、および、誘導アンテナ６１０によって発生させられるフィードガスプラズマ放電からの電子から構成されている。プラスイオンは、抽出グリッドアセンブリ６３８によって加速され、抽出グリッドアセンブリ６３８は、好ましくは、図３に示されている抽出グリッド３３４、または、図４および図５に示されている符号４０６と一貫した様式で、プラズマイオン供給源６００と高密度の薄膜によってコーティングされることとなる基板６４０との間の領域の中へ形成されている。１つまたは複数の実施形態において、プラズマイオンビーム６３６は、プリカーサーガス６４２と相互作用し、プリカーサーガス６４２は、別個のプリカーサーガスマニホールド６４４を通して導入され、プリカーサーガスマニホールド６４４は、コーティングされることとなる基板６４０の表面に隣接してその前に配設されている。プラズマイオンビーム６３６は、プリカーサーガス６４２において非熱的プラズマ化学反応を開始および促進させ、それは、基板６４０の表面上の薄膜コーティングの形成を結果として生じさせる。
【００７１】
１つまたは複数の本発明の態様において、標準的なプラズマイオン供給源に対する１つの改善は、追加的なバイアス電圧を基板６４０に印加する必要性なしに、高密度の固体薄膜材料、たとえば、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）およびダイヤモンドライクナノコンポジット（ＤＬＮ）などを堆積させる能力である。本発明の実施形態を大面積の基板に適用することは、多くの利益および用途を有しており、それは、本明細書で教示を与えられる当業者に明らかになることとなる。低い溶融温度を有するポリマーを含む、多種多様な基板材料が使用され得る。その理由は、本発明の態様によるＩＢＡＣＶＤ方法が、有益であることには、補助的な加熱の必要性なしに実施されるからである。
【００７２】
本発明の態様にしたがって形成されるプラズマイオン供給源は、多くの利益および用途を有している。たとえば、本発明の実施形態によるプラズマイオン供給源から生じるプラズマイオンビームは、その抽出グリッド（たとえば、図６の符号６３８）の長さに沿って自己中和され、それは、それによって、別個の供給源（たとえば、熱イオンフィラメント、中空カソード、またはプラズマブリッジニュートラライザー）からの電子中和の必要性を排除する。ＲＦ駆動型誘導放電の使用に起因して、高いイオン密度（たとえば、約１０１１ｃｍ−３よりも大きい）を有する高密度のプラズマが発生させられ、それは、プラズマイオン供給源の長さにわたって均一になっている傾向がある。この特徴は、堆積の均一性、表面処理、または他の使用が必要とされるすべての用途に関して重要である。０．５メートル以上の基板幅は、均一にコーティングされるかまたは処理され得る。
【００７３】
動作の間に、イオン電流密度およびイオンエネルギーは、基板の幅を横切って均一になっており、すでに述べられているように、互いに独立して制御され得る。したがって、本発明の実施形態によるプラズマイオン供給源は、有利には、幅の広いプロセスウィンドウを示す傾向がある。プラズマイオン供給源は、好ましくは、それに限定されないが、約５ｍＴｏｒｒから３０ｍＴｏｒｒの幅の広いプロセス圧力ウィンドウにわたってさらに動作する。この圧力範囲は、供給源をスパッタリングするのと同様であり、それは、複数のプロセスを備えた生産インライン、バッチ、およびウェブコーティング真空システムと本発明プラズマイオン供給源との一体化を促進させる。
【００７４】
ＤＬＣまたはＤＬＮなどのような、電気的に絶縁性のＩＢＡＣＶＤ膜の連続的な堆積は、時間の経過とともに、プロセスドリフト、動作不安定性、アーク放電、または、プラズマイオン供給源の停止を引き起こす可能性がある。本発明の態様によれば、抽出グリッドアセンブリ（たとえば、図４および図５の符号４０６）は、制限的なコンダクタンスをプリカーサーガス分子に与えることによってプラズマイオン供給源の中へ絶縁性膜を堆積させる、凝縮性のプリカーサーのフローを低減させる。追加的に、プラズマイオン供給源に印加されるＲＦバイアスは、堆積の間に変化させられ、プラズマイオン供給源の内側の絶縁性膜の堆積に（少なくとも部分的に）起因する、プラズマイオン供給源の動作の有害な変化を制御することが可能である。この制御特徴は、プラズマイオン供給源の繰り返し可能な一貫した動作を維持するために、かつ、スケジュールされたおよびスケジュールされていないメンテナンス活動を延長するために、有益な方式を提供する。基板バイアシングに対する要件なしに、優秀な光学的な性能、機械的なロバストネス、および環境的耐久性を有する高密度の固体誘電膜を提供するＩＢＡＣＶＤプロセスの推進のために、イオンエネルギーを独立して制御する有益で有用な能力は、他の有用な用途の中でも、たとえば、タッチスクリーンディスプレイを備えたデバイスの中で用いられるカバーガラスのための硬質の反射防止膜などのような、さまざまな産業用途の大量製造に有利である。
【００７５】
実施例１
単なる例として、および、限定ではなく、図３に示されている例示目的のプラズマイオン供給源３００を使用してガラス基板の上部表面上に形成されたＤＬＣコーティングが、さらに詳細に下記に示されている。この例に関して、プラズマイオン供給源３００は、約６３５ｍｍの合計長さおよび約１７８ｍｍの幅を有するということが仮定される。抽出グリッド３３４とガラス基板の上部表面との間の距離は、約１７２ｍｍに固定された。アルゴンフィードガスは、約８０毎分標準立法センチメートル（ｓｃｃｍ）のレートで、セラミックマルチボア酸化アルミニウムフィードチューブ３１０を介して、プラズマイオン供給源３００に供給された。プリカーサーガスは、約４３１ｍｍの長さおよび約３０５ｍｍの幅を有する静止した非磁性ステンレス鋼基板ホルダーに隣接して配設されている、約４８３ｍｍの長さを有するプリカーサーガスフィードチューブを介して、真空チャンバーに供給された。プリカーサーガスフィードチューブは、基板ホルダーの上部表面の前に約８３ｍｍの距離に配置され、プラズマイオン供給源３００の抽出グリッド３３４の前に約１７１ｍｍの距離に配設された。プリカーサーガスは、１００％ブタンであった。
【００７６】
プラズマイオン供給源の抽出グリッドは、約３ｍｍの直径および約２２８ｍｍの長さを有するグラファイトロッド（たとえば、図２の符号２１０）から構成された。抽出グリッドアレイは、約５０６ｍｍの全体的な長さを有している。ＤＬＣコーティングがその上に形成された基板は、光学的なホウケイ酸クラウンガラス（ＢＫ−７ガラス）から構成された顕微鏡スライドであった。基板は、ポリイミドテープによって基板ホルダーに固定された。基板ホルダーは、電気的に接地された。使用されるＲＦ発生器（たとえば、図６の符号６１８）は、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｅｎｅｒｇｙ  ｏｆ  Ｆｏｒｔ  Ｃｏｌｌｉｎｓ，  ＣＯによって製造された遠隔のプラズマ供給源（ＲＰＳ）２ＭＨｚ  ＲＦ発生器（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｌｉｔｍａｓ（登録商標）  ＲＰＳ  １５０１）であった。使用されるバイアスパワー供給部（たとえば、図６の符号６３０）は、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｅｎｅｒｇｙによって製造されたパルス状のＤＣ電源（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｐｉｎｎａｃｌｅ（登録商標）  Ｐｌｕｓ＋）であり、それは、プラスの極性の出力を備えて構成されており、約５ｋＨｚ〜３５０ｋＨｚの出力周波数範囲を有していた。例示的なコーティングプロセスの結果は、下記の表１に示されている。
【表２】
2021502688.tif 000004
【００７７】
上記の表１から分かるように、ＤＬＣの薄膜コーティングが、６０分にわたって静止したガラス基板上に堆積され、２，８９６オングストローム厚さになっているＤＬＣ薄膜を作り出した。ＤＬＣ薄膜の引っ掻き抵抗性が、上部表面の上方に新品のカミソリの刃を通すことによって、および、光学的な顕微鏡によって表面を検査することによって、定性的に判断された。膜表面は、検査の間に引っ掻き傷を示さなかった。また、ＤＬＣ薄膜の接着が、ガラス基板の表面にマスキングテープを適用することによって、マスキングテープを引き剥がすことによって、および、光学的な顕微鏡において検査することによって、定性的に評価された。マスキングテープが適用された表面の検査において、膜は除去されなかった。
【００７８】
この例示的な実施形態は、上記に述べられている特定の動作パラメーターおよび詳細を参照して説明されてきたが、本発明の実施形態は、記載されている特定のパラメーターおよび詳細に制限されるのではなく、本明細書で教示を与えられる当業者に明らかになる可能性のあるさまざまな変形例および修正例を含むということが認識されるべきである。
【００７９】
実施例２
図７は、本発明の例示目的の実施形態による、図６に示されている例示的なプラズマイオン供給源６０２からの抽出されたイオン電流密度に対する、バイアス電圧およびバイアス電圧のパルス周波数の影響を示すグラフ７００である。図７に示されているグラフ７００によって表されている結果は、基板（図６の符号６４０）の前におおよそ４インチの距離において、抽出グリッドアセンブリ（図６の符号６３８）の下流に配設されているファラデーカッププローブを使用して取得された。ファラデーカップは、プラズマイオン供給源（図６の符号６０２）から抽出されたイオン電流密度（μΑ／ｃｍ２）を測定する。測定されたイオン電流密度は、図７のグラフ７００に図示されているように、バイアスパワー供給部（図６の符号６３０）の複数の異なるパルス周波数（ＫＨｚ）、すなわち、３００ＫＨｚ、２００ＫＨｚ、１００ＫＨｚ、５０ＫＨｚ、および０ＫＨｚ（すなわち、ＤＣ）に関して、バイアス電圧レベル（ボルト）に対してプロットされた。この例では、プラズマイオン供給源６０２は、フィードガスとしてアルゴンによって動作させられ、フィードガスは、ガスフィードチューブ６３４（図６）を通して送達された。ＲＦ発生器６１８（たとえば、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｌｉｔｍａｓ（登録商標）  ＲＰＳ  １５０１）は、誘導アンテナ６１０（図６）に１，０００ワットを送達した。ファラデーカッププローブによって収集されたイオン電流密度が、真空チャンバーの外側に配設されている電流計によって記録された。
【００８０】
図７に示されている例示的な結果は、イオン電流密度が、バイアス電圧の印加によって変化させられ得、約０ＫＨｚ（すなわち、ＤＣ）から３００ＫＨｚの周波数範囲にわたって、約１００ボルトから３００ボルトの範囲においてほぼ線形になっているということを図示している。当業者にとって、これらの発見は、基板上の二次的なバイアシングの要件なしに膜特性を調整するために、本発明の実施形態によるプラズマイオン供給源によって作り出されるイオンエネルギーを調節するための能力の証拠になる。
【００８１】
実施例３
図８は、本発明の例示目的の実施形態による、図６に示されている例示的なプラズマイオン供給源６０２からのイオンエネルギーに対するバイアス電圧の影響を示すグラフ８００である。図８に示されているグラフ８００によって表されているイオンエネルギー分布（ｄｌ／ｄＥ）結果は、基板（図６の符号６４０）の前に抽出グリッドアセンブリ（図６の符号６３８）の下流に配設されている、たとえば、Ｄｕｂｌｉｎ、ＩｒｅｌａｎｄのＩｍｐｅｄａｎｓ  Ｌｔｄ．によって製造されるリターディングフィールドエネルギーアナライザー（ＲＦＥＡ）を使用して、イオンエネルギー（ｅＶ）を測定することによって取得された。プラズマイオン供給源６０２（図６）は、誘導アンテナ６１０（図６）に印加された５００ワットのＲＦパワーによって、１５ｍＴｏｒｒの動作圧力における８０ｓｃｃｍのアルゴンフィードガス流量によって動作させられた。
【００８２】
バイアス電圧がプラズマチャンバー本体部６０４（図６）に印加されていないときには、約４５ｅＶの平均イオンエネルギーが測定され、イオンエネルギー分布は、図８に示されているような波形８０２によって表されている。バイアスパワー供給部６３０（図６）からの１００ボルトのバイアス電圧の印加の後に、ＲＦＥＡによって測定された平均イオンエネルギーは、図８に示されているイオンエネルギー分布波形８０４によって示されているように、約１５３ｅＶであった。バイアスパワー供給部６３０（図６）は、１５０ボルトのバイアス電圧まで増加させられ、平均イオンエネルギーは、図８に示されているイオンエネルギー分布波形８０６によって表されているように、約２１６ｅＶになることが測定された。
【００８３】
図８に示されている情報は、この本開示の中で説明されている方法によってイオンのエネルギーを選択的に制御するという本発明の能力を立証している。具体的には、バイアス電圧の印加がない場合には（図８の中で「バイアスなし」として示されている）、平均イオンエネルギーは、イオンエネルギー分布波形８０２に示されているように、約４５ｅＶであることが測定された。１００Ｖのバイアス電圧の印加のときには、平均イオンエネルギーは、イオンエネルギー波形８０４に示されているように、約４５ｅＶから１５３ｅＶへ増加させられている。１００Ｖのバイアスとバイアスなし（０Ｖ）の平均イオンエネルギーとの間の正味の差は、約１０８ｅＶであり、それは、１００Ｖの印加されたバイアス電圧に本質的に等しい。１５０Ｖのバイアス電圧のケースに関して、平均イオンエネルギーは、イオンエネルギー分布波形８０６に示されているように、約２１６ｅＶになることが測定される。１５０Ｖのバイアスとバイアスなし（０Ｖ）との間の正味の差は、１７１ｅＶであり、それは、１５０ｅＶにおおよそ等しい。従来のイオン供給源を上回る本発明の実施形態の利点は、補助ニュートラライザーまたはより複雑で高価なマルチグリッド抽出システムに関する要件なしで、抽出されたイオンの平均イオンエネルギーを制御可能に調節する能力である。
【００８４】
これまでの議論を前提として、本発明の実施形態による例示的なプラズマイオン供給源は、真空チャンバーから電気的に隔離されているプラズマチャンバー本体部を含み、プラズマチャンバー本体部は、真空チャンバーに取り付けられているということが認識されることとなる。プラズマチャンバー本体部は、プラズマイオン供給源の電極としての役割を果たし、プラズマチャンバー本体部に印加されるバイアス電圧を受け入れるように適合されている。誘導アンテナは、プラズマチャンバー本体部の内部に配設されており、電磁エネルギーの供給源をプラズマチャンバー本体部の内部に供給するように構成されている。アンテナは、アンテナに供給されるＲＦ電圧に応じて、アンテナの中に閉じ込められているプラズマ放電を持続させている。プラズマチャンバー本体部に印加されるバイアス電圧は、プラズマ放電の中の荷電種に静電電位を供給する。プラズマイオン供給源は、プラズマチャンバー本体部における誘導アンテナの反対側の端部に配設されている抽出グリッドをさらに含む。抽出グリッドは、真空チャンバーと同じ電位になっている。抽出グリッドとプラズマチャンバー本体部との間の電位差は、プラズマ放電の中の荷電種を抽出グリッドから外へ加速させ、それによって、出力準中性プラズマイオンビームを発生させるように構成されている。プラズマチャンバー本体部に印加されるバイアス電圧は、パルス状のＤＣ電圧と組み合わせられた、アンテナに供給されるＲＦ電圧の一部分を含む。
【００８５】
これまでの議論を前提として、本発明の実施形態によれば、大面積の基板表面上に薄膜コーティングを堆積させるための線形化されたエネルギーのプラズマイオンビームを発生させるための方法が提供されるということも認識されることとなる。方法は、プラズマイオン供給源を提供するステップを含み、プラズマイオン供給源は、真空チャンバーから電気的に隔離されているプラズマチャンバー本体部であって、プラズマチャンバー本体部は、真空チャンバーに取り付けられており、プラズマチャンバー本体部は、プラズマイオン供給源の電極としての役割を果たし、プラズマチャンバー本体部に印加されるバイアス電圧を受け入れるように適合されている、プラズマチャンバー本体部と；誘導アンテナであって、誘導アンテナは、プラズマチャンバー本体部の内部に配設されており、電磁エネルギーの供給源をプラズマチャンバー本体部の内部に供給するように構成されており、アンテナは、アンテナ中に閉じ込められているプラズマ放電を持続させており、プラズマチャンバー本体部に印加されるバイアス電圧は、プラズマ放電の中の荷電種に静電電位を供給する、誘導アンテナと；プラズマチャンバー本体部における誘導アンテナの反対側の端部に配設されている抽出グリッドであって、抽出グリッドは、真空チャンバーと同じ電位になっており、抽出グリッドとプラズマチャンバー本体部との間の電位差は、プラズマ放電の中の荷電種を抽出グリッドから外へ加速させ、出力準中性プラズマイオンビームを発生させるように構成されている、抽出グリッドと、を含む。方法は、ＲＦ電圧を誘導アンテナに印加するステップであって、プラズマ放電は、ＲＦ電圧のレベルに応じて発生させられる、ステップと、誘導アンテナに供給されるＲＦ電圧の一部分をパルス状のＤＣ電圧と組み合わせることによって、プラズマチャンバー本体部に印加されるバイアス電圧を発生させるステップと、プラズマイオンビームのイオン電流密度およびイオンエネルギーを独立して制御するステップと、をさらに含む。イオン電流密度は、誘導アンテナに印加されるＲＦ電圧のレベルに応じて制御され、イオンエネルギーは、パルス状のＤＣ電圧のレベルに応じて制御される。
【００８６】
これまでの議論を前提として、本発明の実施形態による、ＰＥＣＶＤによって大面積にわたって薄膜コーティングを堆積させるための装置は、線形化されたエネルギーのプラズマイオン供給源と、プラズマイオン供給源と連結されているＲＦ発生器と、プラズマイオン供給源と連結されているバイアスミキサーと、バイアスミキサーと連結されているバイアスパワー供給部と、プラズマイオン供給源とコーティングされることとなる基板表面との間に配設されているプリカーサーガスマニホールドと、を含むということがさらに認識されることとなる。
【００８７】
プラズマイオン供給源は、真空チャンバーから電気的に隔離されているプラズマチャンバー本体部を含み、プラズマチャンバー本体部は、真空チャンバーに取り付けられており、プラズマチャンバー本体部は、プラズマイオン供給源の電極としての役割を果たし、プラズマチャンバー本体部に印加されるバイアス電圧を受け入れるように適合されている。誘導アンテナは、プラズマチャンバー本体部の内部に配設されており、電磁エネルギーの供給源をプラズマチャンバー本体部の内部に供給するように構成されており、アンテナは、アンテナに供給されるＲＦ電圧に応じて、アンテナの中に閉じ込められているプラズマ放電を持続させている。プラズマチャンバー本体部に印加されるバイアス電圧は、プラズマ放電の中の荷電種に静電電位を供給する。プラズマイオン供給源は、プラズマチャンバー本体部における誘導アンテナの反対側の端部に配設されている抽出グリッドをさらに含み、抽出グリッドは、真空チャンバーと同じ電位になっている。抽出グリッドとプラズマチャンバー本体部との間の電位差は、プラズマ放電の中の荷電種を抽出グリッドから外へ加速させ、それによって、出力準中性プラズマイオンビームを発生させるように構成されている。
【００８８】
装置の中のＲＦ発生器は、誘導アンテナに供給されるＲＦ電圧を発生させるように構成されている。装置の中のバイアスミキサーは、誘導アンテナに供給されるＲＦ電圧の一部分をパルス状のＤＣ電圧と組み合わせ、プラズマチャンバー本体部に印加されるバイアス電圧を発生させるように構成されている。装置の中のバイアスパワー供給部は、バイアスミキサーに供給されるパルス状のＤＣ電圧を発生させるように構成されている。装置の中のプリカーサーガスマニホールドは、装置に供給されるプリカーサーガスを受け入れるように適合されており、プリカーサーガスは、プラズマイオンビームと相互作用し、基板表面上に薄膜コーティングを堆積させる。
【００８９】
本明細書で説明されている本発明の実施形態の図示は、さまざまな実施形態の一般的な理解を提供することが意図されており、それらは、本明細書で説明されている技法を利用し得る装置、方法、およびシステムのすべてのエレメントおよび特徴の完全な説明としての役割を果たすことを意図していない。多くの他の実施形態が、本明細書で教示を与えられる当業者に明らかになることとなる。他の実施形態が、そこから利用および導出され、構造的なおよび論理的な置換例および変形例が、本開示の範囲および精神から逸脱することなくなされ得るようになっている。また、図面は、単に表現的なものに過ぎず、正しい縮尺で描かれていない。したがって、明細書および図面は、制限的な意味というよりもむしろ、例示目的の意味で考えられるべきである。
【００９０】
本発明の実施形態は、単に便宜上のために、かつ、２つ以上のものが実際に示されている場合に、本出願の範囲を任意の単一の実施形態または発明概念に限定することを意図することなく、個別におよび／または集合的に、「実施形態」という用語によって本明細書で表されている。したがって、特定の実施形態が本明細書で図示されて説明されているが、同じ目的を実現する配置が、示されている特定の実施形態と置換され得る。すなわち、本開示は、さまざまな実施形態の任意のおよびすべての適合例または変形例をカバーすることが意図されているということが理解されるべきである。上記の実施形態の組み合わせ、および、具体的には本明細書で説明されていない他の実施形態が、本明細書で教示を与えられる当業者に明らかになることとなる。
【００９１】
本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態を説明する目的のためだけのものであり、本発明を限定することは意図していない。本明細書で使用されているように、単数形の「ａ」「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈がそうでないことを明確に示していない限り、複数形も同様に含むことが意図されている。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／または「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用されているときには、述べられている特徴、ステップ、動作、エレメント、および／またはコンポーネントの存在を特定しているが、１つまたは複数の他の特徴、ステップ、動作、エレメント、コンポーネント、および／またはそれらのグループの存在または追加を除外していないということがさらに理解されることとなる。「上側」、「上部」、「下側」、「底部」、「前面」、および「後面」などのような用語は、使用されている場合に、エレメントの絶対的な位置を定義することとは対照的に、そのようなエレメントが特定の様式で配向されているときに、互いに対するエレメントまたは構造体の相対的な位置決めを示すことが意図されている。
【００９２】
使用される可能性がある、下記の請求項の中のすべての手段またはステップ−プラス−ファンクションエレメントの対応する構造体、材料、作用、および均等物は、具体的に特許請求されているように、他の特許請求されているエレメントとの組み合わせで機能を果たすための任意の構造体、材料、または作用を含むことが意図されている。さまざまな実施形態の説明は、図示および説明の目的のために提示されてきたが、包括的であること、または、開示されている形態に限定されることは意図されていない。多くの修正例および変形例が、本発明の範囲および精神から逸脱することなく当業者に明らかになることとなる。本発明の原理および実践的な用途を最良に説明するために、かつ、さまざまな修正例を備えたさまざまな実施形態を、企図される特定の使用に適したものであるとして当業者が理解することを可能にするために、実施形態が選ばれて説明された。
【００９３】
要約書は、米国特許規則１．７２（ｂ）に準拠するために提供されており、米国特許規則１．７２（ｂ）は、読者が技術的な開示の性質を迅速に確認することを可能にすることとなる要約書を要求する。それは、それが特許請求の範囲または意味を解釈または限定するために使用されることとはならないという理解とともに提出されている。加えて、先述の詳細な説明において、本開示を合理化する目的のために、さまざまな特徴が単一の実施形態の中に一緒にグループ化されているということが分かり得る。この開示の方法は、特許請求されている実施形態が、それぞれの請求項の中に明示的に記載されているものよりも多い特徴を必要とするという意図を反映しているものとして解釈されるべきではない。むしろ、添付の特許請求の範囲が反映しているように、本発明の主題は、単一の実施形態のすべての特徴よりも少ない中に存在する。したがって、以下の特許請求の範囲は、これによって、詳細な説明の中へ組み込まれており、それぞれの請求項は、別個に特許請求されている主題として自立した状態になっている。
【００９４】
本明細書で提供されている本発明の実施形態の教示を所与として、当業者は、本発明の実施形態の技法の他の実装形態および用途を企図することができることとなる。本発明の例示目的の実施形態が、添付の図面を参照して本明細書で説明されてきたが、本発明の実施形態は、本明細書で示されて説明されているそれらの精密な実施形態に限定されないということ、ならびに、さまざまな他の変形例および修正例が、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく当業者によってその中で作製されるということが理解されるべきである。
【符号の説明】
【００９５】
１００  装置
１０２  プラズマイオン供給源
１０４  基板
１０６  輸送メカニズム
１０８  プラズマチャンバー本体部
１１０  入口部
１１２  フィードガス
１１３  プリカーサーガス
１１４  プリカーサーガス入口部
１１６  マニホールド
１１８  薄膜コーティング
２００  プラズマイオン供給源
２０２  プラズマチャンバー本体部
２０４  絶縁性真空フランジ
２０６  真空チャンバー嵌合フランジ
２０８  グリッド抽出アセンブリ
２１０  導電性のロッド
３００  プラズマイオン供給源
３０２  プラズマチャンバー本体部
３０４  冷却チャネル
３０６  供給源フランジ
３０８  冷却チャネル
３１０  入口部
３１２  誘導アンテナ
３１４  巻線
３１６  プラズマ放電
３１８  酸化アルミニウムチュービング
３２０  真空嵌合フランジ
３２２  冷却チャネル
３２４  誘電体真空遮断部
３２６  真空チャンバードア
３２８  冷却チャネル
３３０  静電シールド
３３２  アフターグロープラズマ
３３４  抽出グリッド
３３６  グリッドアセンブリ
３３８  プラズマイオンビーム
４００  プラズマイオン供給源
４０２  プラズマチャンバー本体部
４０４  冷却チャネル
４０６  抽出グリッド
４０８  抽出グリッドアセンブリ
５００  プラズマイオン供給源
５０２  電磁石
５０４  磁力線
５０６  磁界
６００  インラインコーターまたはボックスコーターシステム
６０２  プラズマイオン供給源
６０４  プラズマチャンバー本体部
６０６  真空チャンバー
６０８  誘電体真空遮断嵌合フランジ
６１０  誘導アンテナ
６１２  銅チュービングリード
６１４  真空シール
６１６  電気的な接続部
６１８  ＲＦ発生器
６２０  ＲＦ電圧分割器
６２２  バイアスミキサー
６２４  同軸の接続部
６２６  同軸のケーブル
６２８  同軸のケーブル
６３０  バイアスパワー供給部
６３２  同軸のケーブル
６３４  ガスマニホールド
６３６  プラズマイオンビーム
６３８  抽出グリッドアセンブリ
６４０  基板
６４２  プリカーサーガス
６４４  プリカーサーガスマニホールド
８０２  イオンエネルギー分布波形
８０４  イオンエネルギー分布波形
８０６  イオンエネルギー分布波形
【図１】
2021502688.tif 000005
【図２】
2021502688.tif 000006
【図３】
2021502688.tif 000007
【図４】
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【図５】
2021502688.tif 000009
【図６】
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【図７】
2021502688.tif 000011
【図８】
2021502688.tif 000012
【国際調査報告】
2021502688.tif 000013