(57)【要約】本発明は、室（４０）内に配置された基板（１９）面に機能層を生成する方法を提案するものであり、その場合、出射ポート（２６）を有するプラズマ発生室（２７）を画定するトーチ体（２５）を備えた誘導結合高周波プラズマビーム源（５）によってプラズマ（２１）が発生される。該プラズマ（２１）は次いで前記出射ポートを介して、プラズマビーム（２０）の形をとってプラズマビーム源（５）から、これに接続された室（４０）内へ入射し、該室内でプラズマは基板（１９）に対して機能層を生成するために作用する。しかも本発明では更に、前記室（４０）の内部とプラズマ発生室（２７）との間に、少なくとも一時的に圧力勾配が発生させられ、該圧力勾配は、前記プラズマビーム（２０）内に含まれた粒子を、基板（１９）の方に向かって加速させる。
2004518027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導結合高周波プラズマビーム源（５）によって反応性粒子を有するプラズマ（２１）を生成し、該プラズマをプラズマビーム（２０）の形でプラズマビーム源（５）から、該プラズマビーム源に接続された室（４０）内へ入射させかつ基板（１９）に作用させて、該基板（１９）面に機能層を生成又は析出する形式の、室（４０）内に配置された基板（１９）面に機能層を生成する方法において、室（４０）の内部とプラズマ発生室（２７）との間に、プラズマビーム（２０）内に含まれた粒子を基板（１９）に対して加速させる圧力勾配を、少なくとも一時的に発生させることを特徴とする、誘導結合高周波プラズマビーム源によって機能層を生成する方法。
【請求項２】
室（４０）に接続されたポンピング装置を介して、１００ｍｂａｒ以上、特に３００ｍｂａｒ以上の圧力差を、プラズマビーム源（５）内部のプラズマ発生室（２７）と室（４０）の内部との間に発生させ、かつ／又は前記プラズマ発生室（２７）内の圧力と、前記室（４０）内部の圧力との比を、１．５よりも大に、特に３．０よりも大にする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
プラズマビーム源（５）を、１ｍｂａｒ〜２ｂａｒの圧力、特に１００ｍｂａｒ〜１ｂａｒの圧力で運転し、かつ室（４０）内の圧力を５０ｍｂａｒ以下に、特に１ｍｂａｒ〜１０ｍｂａｒに保つ、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
プラズマビーム源（５）に５０００ｓｃｃｍ〜１０００００ｓｃｃｍ、特に２００００ｓｃｃｍ〜７００００ｓｃｃｍのガス流でガス、特にアルゴンを供給することによって、プラズマ（２１）をビーム状にプラズマビーム源（５）から吹き出させて室（４０）内へ導入する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
基板（１９）の部位ではプラズマビーム（２０）内に含まれた粒子を、プラズマビーム源（５）へのガス供給によって、かつ／又は前記プラズマビーム源（５）と室（４０）との間に圧力勾配によって、前記プラズマビーム（２０）における音速の１／２よりも大きな速度、特に前記プラズマビーム（２０）における音速にほぼ等しい速度か又はそれより大きな速度に、加速する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
機能層の生成を、プラズマビーム（２０）による少なくとも１つの薄膜の析出によって、かつ／又は前記プラズマビーム（２０）による基板（１９）の表面薄膜の変態によって行う、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
室（４０）内の基板（１９）を、基板電極（１８）上に配置し、かつ機能層の生成時に少なくとも一時的に電圧で負荷する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
基板電極（１８）を基板ジェネレータ（３７）を介して、１０Ｖ〜５ｋＶ、特に５０Ｖ〜３００Ｖの振幅及び０Ｈｚ〜５０ＭＨｚ、特に１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの周波数を有する直流電圧又は交流電圧で負荷する、請求項７記載の方法。
【請求項９】
電圧が時間的に変化され、特に設定可能なオフセット電圧を少なくとも一時的に有し、かつ／又は選択可能なパルス−休止比でもって脈動される、請求項７又は８記載の方法。
【請求項１０】
誘導結合高周波プラズマビーム源（５）のプラズマ（２１）内にコイル（１７）を介して、５００Ｗ〜２０ｋＷ、特に０．５ｋＷ〜５０ｋＷの電力を０．５ＭＨｚ〜２０ＭＨｚの高周波数で入力結合する、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
基板（１９）に対するプラズマビーム（２０）の作用時に、前記プラズマビーム（２０）の照射強さを周期的に１Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数、特に５０Ｈｚ〜１ｋＨｚの周波数で、設定可能な照射強さ上限値と設定可能な照射強さ下限値との間で変化させ、かつ特に前記プラズマビーム（２０）を、設定可能な持続時間を介して周期的に消弧する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
プラズマビーム源（５）内のインジェクタ（１０）を介してプラズマ（２１）に、及び／又は室（４０）内の供給装置を介してプラズマビーム（２０）に、少なくとも１つの特にガス状或いはマイクロ（μ）スケール又はナノ（ｎ）スケールの前駆物質、このような前駆物質の懸濁液又は反応ガスを供給し、前記プラズマを変態させた形で、特にプラズマに化学反応又は化学的活性化を遂行させた後に、基板（１９）の面に機能層を形成し、或いは該基板面に一体的に積層する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
プラズマビーム源（５）においてプラズマ（２１）に、前駆物質のための担体ガス、特にアルゴン及び／又は前駆物質と化学反応させるための反応ガス、特に酸素、窒素、アンモニア、シラン、アセチレン、メタン又は水素を供給する、請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
前駆物質が有機化合物、珪素有機化合物又は金属有機化合物であり、前記有機化合物を気相又は液相の形で、マイクロスケール又はナノスケールの粉末粒子として、特にマイクロスケール又はナノスケールの粒子を内部に懸濁させた液状の懸濁液として、或いは気相又は液相の物質と固形物質との混合物として、プラズマ（２１）及び／又はプラズマビーム（２０）に供給する、請求項１から１３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】
プラズマビーム（２０）の照射強さの変化、特にプラズマビーム（２０）の脈動を、基板電極（１８）を負荷する電圧の変化又は脈動に対して、時間的な相関性をもって、特に逆位相でか又は時間的にずらして行う、請求項１から１４までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野：
本発明は、独立請求項に発明の上位概念として特定したように、誘導結合高周波プラズマビーム源によって反応性粒子を有するプラズマを生成し、該プラズマをプラズマビームの形でプラズマビーム源から、該プラズマビーム源に接続された室内へ入射させかつ基板に作用させて、該基板の面に機能層（機能薄膜）を生成又は析出する形式の、室内に配置された基板の面に機能層を生成する方法に関する。
【０００２】
背景技術：
基板面に機能層を生成することは、ワークもしくは構成部品の表面に所望の特性を与えるために広く普及した方法である。このような機能層を生成するために慣用されている方法は、微密度真空又は高真空内におけるプラズマ成膜法であり、この方法はコスト高な排気技術を必要とする割には、比較的低い成膜効率しか供与しない。従って当該方法は時間がかかり、経費が嵩む。
【０００３】
亜大気圧領域及び大気圧領域において基板に成膜を施すためには、ｍｍ／ｈオーダー範囲の高い成膜効率が得られる熱的プラズマが特に適している。このためには例えばＲ．Ｈｅｎｎｅ著：”Ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｔｏ Ｐｌａｓｍａ Ｐｈｙｓｉｃｓ”，３９（１９９９），ｐｐ．３８５〜３９７を参照されたい。熱的プラズマ源の中で格別有望視されているのは、１９９８年 Ｔｕ Ｉｌｌｍｅｎａｕ で開催された第６回プラズマ技術研究会議事録に収録されたＥ．ＰｆｅｎｄｅｒとＣ．Ｈ．Ｃｈａｎｇとによる共同研究：”Ｐｌａｓｍａ  Ｓｐｒａｙ Ｊｅｔｓ ａｎｄ Ｐｌａｓｍａ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ：Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ ａｎｄ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ”に基づいて公知になっているような、誘導結合高周波プラズマビーム源（ＨＦ−ＩＣＰ−ビーム源）である。更にまた本発明と同一出願人によるドイツ連邦共和国特許出願第１９９ ５８ ４７４．５号明細書においても、このようなプラズマビーム源による機能層の生成法が提案されている。
【０００４】
ＨＦ−ＩＣＰ−ビーム源の利点は、ビーム源における作業圧領域が通常５０ｍｂａｒから１ｂａｒ以上に達する一方、このようなプラズマビーム源によって析出可能な使用材料が多種多様である点にある。著しく高熱のプラズマビーム内へ素材を軸方向に装入することによって特に、著しく高い溶融温度を有する硬質材料も使用可能になる。それのみならず誘導結合高周波プラズマビーム源は電極無しに作業する。すなわち、生成すべき膜の、電極材料による汚染はビーム源から閉め出されている。
【０００５】
発明の開示：
基板面に機能層を生成するための本発明の方法は従来技術に対比して、プラズマ源と室との間の圧力勾配によって、加速されかつ伸張されたプラズマビームが発生し、これによって該プラズマビーム内に含まれた粒子が、少なくとも部分的には、音速又は超音速のオーダー範囲の速度をもってプラズマビーム源から出射して基板に対して作用し、従ってこのようなプラズマビームが、基板の深い空隙にも到達することができ、かつ／又は基板の複雑な幾何学形状も加工できるという顕著な利点を有している。
【０００６】
プラズマビーム源と室との間の圧力差を介して容易に左右できるプラズマビームの高速度によって、基板表面とプラズマビームとの間に絶えず存在している拡散境界層の拡張も縮小されるので、基板表面に対する反応性プラズマ成分の拡散が容易になる。これに基づいて加工時間は短縮され、かつ基板の加工進捗度が強化される。
【０００７】
出射時のプラズマビームの膨張によって（出射ポートを出射したのちプラズマビームは原則として漏斗状の拡張形態をとることによって）プラズマビームの突発的な冷却作用も得られるので、一面において、加工される基板の温度負荷が低減し、また他面において特にプラズマの反応特性に関して、プラズマビームにおいてプラズマ化学的な変化が惹起され、これによって成膜率の向上及び、製作された機能層の質的改善が得られる。更に温度負荷の低減化によって、使用可能な基板の選択範囲も拡がるので、特殊鋼、燒結金属、セラミックス又はポリマーのような技術的に重要な全ての基板材料を使用することが可能になる。
【０００８】
更にまた、基板にプラズマ加工を施す室を、プラズマビーム源の内部、つまりプラズマ発生室から、それぞれ支配する圧力の点で減結合することが達成されることによって、プラズマビーム源内のプラズマモードもしくは圧力を著しく変化することなしに、室内では、１ｍｂａｒ以下の微密度真空においてもプラズマビームを使用することが可能になる。これに伴って誘導結合高周波プラズマビーム源の使用分野が著しく拡張される。
【０００９】
本発明の有利な構成は、従属請求項において列挙した構成手段に基づいて明らかである。
【００１０】
本発明の利点として挙げられることは一面において、析出時に室内に支配する圧力を、通常の１００ｍｂａｒ〜１ｂａｒから５０ｍｂａｒ以下に、特に１０ｍｂａｒに低下させることによって、プラズマ中に内在するイオンに、平均自由行程を供与することが達成されることであり、この平均自由行程とは、基板電極に、ひいては基板に少なくとも一時的に入力結合された電圧を介して、プラズマビーム中のイオンを基板に向かって効果的に加速させるのに充分な自由行程のことであり、しかもこの加速電圧の作用は、衝撃によって再び失われることはない。この低圧は又、基板の温度負荷も低減させることになる。
【００１１】
本発明では他面において、本発明のプラズマ装置が、基板の位置している室内においても、所期の成膜プロセスもしくは表面変態にとって充分なイオンエネルギーを保証するためには５０ｍｂａｒ以下の粗密度真空しか必要としないことが利点として挙げられる。プラズマ装置の室における粗密度真空の発生はその場合、慣用のポンピング装置によって確実かつ迅速に達成することができ、かつ、ＣＶＤ法（化学気相成長法）において必要とするような微密度真空又は高真空に対比して、所要の時間経費もしくは装置経費が著しく削減される。因みにプラズマ装置の室の内圧が例えばＣＶＤ法に対比して比較的高いことによって、例えば強く排気する焼結材料から成るワークも加工可能になる。従って全体として見て、粗密度真空においても僅かなプロセス時間もしくは排気時間で使用できる高能率析出法が供与される。
【００１２】
高周波プラズマビーム源と、基板を配置した室とが、プラズマビーム源の出射ポートのみを介して互いに接続されていることによって、前記室に連通している適当なポンピング装置を介して所期の圧力勾配を維持することが単純な形式で可能になる。
【００１３】
更にまた電圧による基板電極の負荷を、プラズマビーム源によって発生されるプラズマビームの照射強さの周期的な変化に時間的に相関させるのが有利である。このようにすれば、基板の温度負荷が更に低減される一方、殊に周期的に消弧されるプラズマビームの照射強さのばらつき（変動）によって、プラズマ内には高度のプラズマ不均衡状態が発生し、このプラズマ不均衡状態は、新種の成膜層を基板面に析出するために活用することができる。基板面に機能層を生成するために、プラズマビーム源もしくは発生プラズマビームに供給される材料の選択に関しては多数の可能性が在り、これに関しては例えばドイツ連邦共和国特許出願第１９９ ５８ ４７４．５号明細書に記載された提案を参照されたい。
【００１４】
基板を冷却するために、本発明の有利な実施形態によれば、冷却装置及び／又は可動のホルダー、殊にあらゆる空間方向に可動又は回動可能なホルダーが設けられているので、基板は、プラズマビームに対して相対的に容易に方位づけ可能であり、かつプラズマ析出時には所望に応じて冷却可能である。
【００１５】
それ以外に、基板電極を負荷する電圧は、時間的に可変の電圧、特に脈動電圧であるのが有利である。更に該脈動電圧は、設定可能な正又は負のオフセット電圧を有することもでき、かつ／又は選択自在なパルス−休止比で脈動することもできる。上記以外に、簡単に変化でき、かつ個別事例の要件に適合可能な別のパラメータとして、時間的に可変の電圧の包絡線の形態が挙げられ、該電圧包絡線は例えば鋸歯状、三角形状又は正弦曲線状の波形をとることができる。その他の点に関しては、使用電圧は直流電圧であってもよい。使用電圧の具体的な信号形態に関して、その他の、容易に可変のパラメータは、該電圧の立上がり勾配、その振幅及び周波数である。なお念のために付記しておくが、基板電極に入力結合される電圧の時間的変化は、必ずしも周期的である必要はない。
【００１６】
発明を実施するための最良の形態：
次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説する。
【００１７】
本発明は、１９９８年 Ｔｕ Ｉｌｌｍｅｎａｕ で開催された第６回プラズマ技術研究会議事録に収録されたＥ．ＰｆｅｎｄｅｒとＣ．Ｈ．Ｃｈａｎｇとによる共同研究：”Ｐｌａｓｍａ  Ｓｐｒａｙ Ｊｅｔｓ ａｎｄ Ｐｌａｓｍａ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ：Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ ａｎｄ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ”に基づいて公知になっているのと類似の形式の、誘導結合高周波プラズマビーム源を出発点とする。更にこれと相俟って、ドイツ連邦共和国特許出願第１９９ ５８ ４７４．５号明細書において提案されているような類似の形式の成膜法が実施される。
【００１８】
図１には、ポット形のトーチ体２５を備えた誘導結合高周波プラズマビーム源５が図示されており、前記トーチ体２５は一側に、有利に可変調整可能な、もしくは成形されたオリフィス絞り２２を備えた出射ポート２６を有し、該出射ポートは例えば１ｃｍ〜１０ｃｍの直径を有する円形に形成されている。更に前記プラズマビーム源５は、出射ポート２６の領域においてトーチ体２５内に組込まれたコイル１７、例えば水冷式の銅コイルを有しているが、該コイルは択一的にトーチ体２５をめぐって巻成することもできる。
【００１９】
更にトーチ体２５の、前記出射ポート２６から離反した方の側には、インジェクタガス１１を供給するための慣用のインジェクタ１０、円筒形の第１スリーブ１４及び円筒形の第２スリーブ１５が設けられている。第１スリーブ１４及び第２スリーブ１５は夫々、トーチ体２５の側壁に対して同心的に形成されており、しかも第２スリーブ１５は先ず第１に、トーチ体２５内のプラズマ発生室２７において発生されたプラズマ２１を、トーチ体２５の周壁から離隔するために役立てられる。
【００２０】
この離隔のために、適当なガス供給手段を介して、第１スリーブ１４と第２スリーブ１５との間で包絡ガス１３がトーチ体２５内へ導入され、前記包絡ガスは更にまた、発生したプラズマ２１を、出射ポート２６を介してプラズマビーム源５からビーム状に吹き出させて、プラズマビーム２０を発生させる役目を有しててる。こうして該プラズマビーム２０は先ずほぼ集束されて、室４０内で基板支持体１８上に位置する基板１９に作用して、該基板面に機能層を生成かつ／又は析出することができる。なお前記基板支持体１８は、具体例では同時に基板電極１８として役立てられる。
【００２１】
包絡ガス１３は具体例ではアルゴンであり、該アルゴンは、５０００ｓｃｃｍ〜１０００００ｓｃｃｍ、特に２００００ｓｃｃｍ〜７００００ｓｃｃｍのガス流束でプラズマビーム源５に供給される。
【００２２】
図１では又、コイル１７は高周波ジェネレータ１６に導電接続されており、該高周波ジェネレータによって、５００Ｗ〜５０ｋＷ、特に１ｋＷ〜１０ｋＷの電力が０．５ＭＨｚ〜２０ＭＨｚの高周波数でコイル１７に入力結合され、ひいては又、プラズマ発生室２７内で点弧されて維持されたプラズマ２１にも入力結合される。
【００２３】
高周波発生器１６は有利な実施形態では、それ自体公知の電気構成素子２８を備え、基板１９に対するプラズマビーム２０の作用時に、前記電気構成素子２８によってプラズマビーム２０の照射強さを周期的に１Ｈｚ〜１０ｋＨｚ、特に５０Ｈｚ〜１ｋＨｚの周波数で、設定可能な照射強さ上限値と設定可能な照射強さ下限値との間で変化させることが可能である。プラズマビーム２０はその場合、設定可能な持続時間を介して、すなわち選択可能なパルス−休止比を介して周期的に消弧されるのが有利である。
【００２４】
図１では又、第１スリーブ１４を介して該第１スリーブ１４とインジェクタ１０との間の領域にセンターガス１２を供給できることが示されている。該センターガスは例えば不活性ガス又は、インジェクタガス１１に反応するガス、特に反応ガスの添加された不活性ガスである。
【００２５】
特に本発明では、インジェクタ１０を介して、もしくは第１スリーブ１４とインジェクタ１０との間に位置する別の供給装置を介してプラズマ２１には、ガス状のマイクロ（μ）スケール又はナノ（ｎ）スケールの前駆物質、このような前駆物質の懸濁液又は反応ガスが供給され、前記プラズマは、変態して、特に化学反応又は化学的活性化を遂行した後に、基板１９の面に所期の機能層（機能薄膜）を形成し、或いは其処で該基板面に一体的に積層される。
【００２６】
しかし前記とは択一的にプラズマ２１は、基板１９の表面を単に化学的に変態させ、これによって基板１９の表面に所期の機能層を生成させるために使用することも可能である。
【００２７】
前駆物質がプラズマ２１もしくはプラズマビーム２０に供給される限り、この前駆物質のための担体ガス、特にアルゴン及び／又は前駆物質と化学反応させるための反応ガス、特に酸素、窒素、アンモニア、シラン、アセチレン、メタン又は水素が、同時に供給されるのが有利である。これらのガスを供給するためには、インジェクタ１０、センターガス１２を供給するための供給装置が適し、或いは包絡ガス１３を供給するための供給装置も適している。択一的にか或いは付加的に、すでにプラズマビーム源５から出射したプラズマビーム２０内へ反応ガス及び／又は前駆物質を供給するために、別の供給装置、例えばインジェクタ又はガスシャワーを設けておくことも可能である。
【００２８】
使用される前駆物質は有機化合物、珪素有機化合物又は金属有機化合物であるのが有利であり、従って前記有機化合物は気相又は液相の形で、マイクロスケール又はナノスケールの粉末粒子として、特にマイクロスケール又はナノスケールの粒子を内部に懸濁させた液状の懸濁液として、或いは気相又は液相の物質と固体物質との混合物として、プラズマ２１及び／又はプラズマビーム２０に供給することができる。個々のガス、すなわち供給される反応ガスもしくはセンターガス１２及びインジェクタガス１１の適当な選択並びに前駆物質の適当な選択（これはドイツ連邦共和国特許出願第１９９ ５８ ４７４．５号明細書において詳説されている）によって基板１９の面に、例えば金属珪化物、金属炭化物、炭化珪素、金属酸化物、酸化珪素、金属窒化物、窒化珪素、金属硼化物、金属硫化物、無定形炭素、ダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）、或いは前記物質の混合物を１層の形で、或いは継続層の形で生成もしくは析出することが可能である。また本発明の提案した方法は、基板１９の表面を清浄化又は炭化又は窒化するためにも適している。
【００２９】
更にまた図１では、冷却水供給路３１を介して基板電極１８を冷却水３９によって冷却可能であること、かつ基板電極１８を、ひいては基板１９も、適当なホルダー３２を介して室４０内を可動であることが示されている。その場合、前記ホルダー３２も冷却水供給路３１も共に絶縁体３４を介して、電圧で負荷される基板電極１８から電気的に絶縁されている。基板１９は基板電極１８と共に、可動のホルダー３２に、特に全ての空間方向に可動及び／又は回動可能なホルダー３２に配置されているので、機能層の生成中に基板１９を少なくとも一時的に冷却することも、運動もしくは回動させることも可能である。
【００３０】
更にまた本発明では、基板電極１８は、基板ジェネレータ３７と導電接続されており、該基板ジェネレータによって電圧は基板電極１８に、ひいては基板１９にも入力結合される。このためにジェネレータ給電線３６が基板ジェネレータ３７と基板電極１８との間に設けられている。
【００３１】
細部に関しては基板電極１８は基板ジェネレータ３７によって、１０Ｖ〜５ｋＶ、特に５０Ｖ〜３００Ｖの振幅及び０Ｈｚ〜５０ＭＨｚ、特に１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの周波数の、直流電圧又は交流電圧で負荷される。この直流電圧もしくは交流電圧は付加的に一時的にもしくは持続的に正又は負のオフセット電圧を有することもできる。
【００３２】
入力結合される電圧は、時間的に可変の電圧であり、特に個別事例毎に簡単な事前実験に基づいて選定され得るパルス−休止比並びに、場合によっては例えば±符号に関して同じく時間的に変化するオフセット電圧を有するパルス電圧である。
【００３３】
電圧の時間的なバリエーションは、電圧の包絡線が単極又は双極の鋸歯状、三角形状、方形状又は正弦曲線状の波形を示すように設定されるのが有利である。その他のパラメータはその場合、オフセット電圧の振幅と極性、入力結合された電圧の個々のパルスの立上がり勾配、該電圧の周波数（搬送周波数）並びにその振幅である。
【００３４】
本発明の方法の特に有利な構成によれば、プラズマビーム２０の照射強さの変化は、高周波ジェネレータ１６とその内部に組込まれた電気構成素子２８を介して（該電気構成素子は別個の電気的構成部品として構成することもでき、その場合はコイル１７と高周波ジェネレータ１６との間に接続される）、特にプラズマビーム２０の脈動を介して、基板電極１８へ入力結合された電圧の変化又は脈動に対して時間的な相関関係をもって行われる。
【００３５】
この時間的な相関関係は、電圧の変化又は脈動に対して、プラズマビーム２０の照射強さの逆位相脈動又は時間的に移相された脈動であるのが有利である。
【００３６】
図１において最終的に示唆したように、プラズマビーム源１０の内部には第１圧力領域３０が在り、該第１圧力領域内では、１ｍｂａｒ〜２ｂａｒの圧力、特に１００ｍｂａｒ〜１ｂａｒの圧力が支配する。室４０の内部にはその場合、５０ｍｂａｒ以下の圧力、特に１ｍｂａｒ〜１０ｍｂａｒの圧力を有する第２圧力領域３３が存在する。第１圧力領域３０内の圧力はこの場合、第２圧力領域３３内の圧力に対比して常に著しく大であるので、操業時にプラズマビーム源５には、すでに説明したように持続的にガスが供給され、かつプラズマビーム源５と室４０が出射ポート２６を介して相互に開接続されているにも拘わらず、室４０の内部へ向かう圧力勾配が生じる。
【００３７】
前記圧力は、第１圧力領域３０における圧力と第２圧力領域３３における圧力との圧力比が１．５よりも大、特に３よりも大であるように選ばれているのが有利である。
【００３８】
第１圧力領域３０と第２圧力領域３３との間の前記圧力差を維持し、特に室４０内の圧力を５０ｍｂａｒ以下に保つために、それ自体公知の、充分な出力に設計されたポンピング装置が室４０に接続されている。該ポンピング装置は、例えばプラズマビーム源５の内部のプラズマ発生室２７と室４０の内部との間に、例えば１００ｍｂａｒ以上の圧力差を発生させるように働く。
【００３９】
前記の圧力差によって、プラズマビーム２０は高速度でプラズマビーム源５から出射し、もしくは該プラズマビーム源から吹き出されるので、プラズマ２１内に含まれた反応成分は、相応の高速度で基板１９に衝突する。その場合、図１の概略図とは異なって通例のように、出射ポート２６を通過した後にプラズマビームの漏斗形の拡開もしくは膨張が生じる。
【００４０】
基板１９用の素材としては、本発明の方法を実施する場合、導電性材料が適し、また基板電極において時間的に変化する電圧を適当に選択する場合には電気絶縁性材料も適している。それと相俟って、冷却装置によって、かつ特にプラズマビーム２０の脈動によって得られる基板１９の温度負荷の低減化によって、例えばポリマーのような温度に敏感な基板も使用することが可能になる。
【００４１】
図２は、プラズマビーム２０の照射強さが、高周波ジェネレータ１６と電気構成素子２８との協働によりコイル１７に供給される電圧の時間的変化によって、この電圧の変化に相応して変化される態様を表している。特に図２に図示したプロセスから判るようにコイル１７の電圧が一時的に０であることもあるので、プラズマビーム２０はこの時点では消弧する。
【００４２】
図３ａ〜図３ｈは、出射ポート２６からオリフィス絞り２２を介して室４０内へ出射するプラズマビーム２０を直接表示している。出射ポート２６と基板１９との間の典型的な間隔は５ｃｍ〜５０ｃｍである。
【００４３】
図３ａ〜図３ｈに基づいて認識できるように、プラズマビーム２０は先ず、図３ａの時点ｔ＝０では高い照射強さで出射ポート２６から出射し、この照射強さは次いで図３ｂでは著しく低減するので、プラズマビーム２０はその直後に完全に消弧し、次いでプラズマビームは、図３ｃ〜図３ｅから判るように改めて点弧され、その場合図３ｆ〜図３ｈのように連続的に拡張する前に、短くスイング・バックするので、１３．３ｍｓ後には、再び図３ａに示した起点状態がほぼ得られる。図３ａ〜図３ｈに示したプラズマビーム２０のこの脈動は、コイル１７に入力結合された高周波電力の変化によって生じる。
【００４４】
図４は、ある所与の時点にプラズマビーム２０が、プラズマビーム源５の内部と室４０の内部との間の相応の高い圧力差によって、つまり室４０の方への前記圧力勾配によって高速度で出射ポート２６から出射して、相応の高い速度で基板１９に作用する様を表している。特に図４から判るように圧縮節２３（マッハの節）は、プラズマビーム２０内の粒子速度が音速に等しいオーダー範囲にあることを裏付けている。しかし又、例えば、より大きな圧力差によって惹起される、より高い速度、特に超音速を得ることも可能である。更にまた図４は、プラズマビーム２０が、出射ポート２６を出射した後に室４０内で拡径する様を表している。
【００４５】
発生される圧力勾配の強さは因みに、プラズマビーム２０内に含まれた粒子が基板の部位では、プラズマビーム２０における音速の１／２よりも大きな速度に実質的に加速されているような大きさになるのが有利である。
【００４６】
図５は図１の部分図であるが、この場合はプラズマビーム源５は更に拡大して図示されている。この図５では、特にインジェクタ１０の配置、第１スリーブ１４及び第２スリーブ１５の構成を一層明確に認識することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
ＩＣＰプラズマビーム源を備えた本発明のプラズマ装置の第１実施例の概略断面図である。
【図２】
発生したプラズマビームの照射強さの時間的なバリエーションを示す例示図である。
【図３ａ】
時間を関数とした、プラズマビーム源から出射するプラズマビームの撮像図である。
【図３ｂ】
時間を関数とした、プラズマビーム源から出射するプラズマビームの撮像図である。
【図３ｃ】
時間を関数とした、プラズマビーム源から出射するプラズマビームの撮像図である。
【図３ｄ】
時間を関数とした、プラズマビーム源から出射するプラズマビームの撮像図である。
【図３ｅ】
時間を関数とした、プラズマビーム源から出射するプラズマビームの撮像図である。
【図３ｆ】
時間を関数とした、プラズマビーム源から出射するプラズマビームの撮像図である。
【図３ｇ】
時間を関数とした、プラズマビーム源から出射するプラズマビームの撮像図である。
【図３ｈ】
時間を関数とした、プラズマビーム源から出射するプラズマビームの撮像図である。
【図４】
高速度でプラズマビーム源から出射するプラズマビームの撮像図である。
【図５】
図１に示したプラズマビーム源の部分的な拡大詳細図である。
【符号の説明】
５    誘導結合高周波プラズマビーム源、  １０    インジェクタ、  １１    インジェクタガス、  １２    センターガス、  １３    包絡ガス、  １４    第１スリーブ、  １５    第２スリーブ、  １６    高周波ジェネレータ、  １７    コイル、  １８    基板支持体又は基板電極、  １９    基板、  ２０    プラズマビーム、  ２１    プラズマ、  ２２    オリフィス絞り、  ２３    圧縮節（マッハの節）、  ２５    ポット形のトーチ体、  ２６    出射ポート、  ２７    プラズマ発生室、  ２８    電気構成素子、  ３０    第１圧力領域、  ３１    冷却水供給路、  ３２    ホルダー、  ３３    第２圧力領域、  ３４    絶縁体、  ３６    ジェネレータ給電線、  ３７    基板ジェネレータ、  ３９    冷却水、  ４０    室
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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