JP2007504630A - 取り替え可能なプレート熱膨張されたプラズマ装置及び方法 - Google Patents

取り替え可能なプレート熱膨張されたプラズマ装置及び方法 Download PDF

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Abstract

堆積方法は、基板上の被覆のプラズマ強化化学的気相成長のために、熱膨張プラズマ発生器（１０２、２０２）のチャンバ内のターゲットプロセス状態を決定することを含み、発生器（１０２、２０２）は、カソード（１０６、２０６）、取り替え可能なカスケードプレート、及び同心オリフィスを有する発生器（１０８、２０８）を備え、堆積方法はさらに、カスケードプレートを、識別されたターゲットプロセス状態を生じるように構成されたオリフィスを有する他のプレートと取り替えることと、プラズマ発生器（１０２、２０２）にプラズマガスを提供することによってターゲットプロセス状態でプラズマを生成し、且つ発生器（１０２、２０２）内のカソード（１０６、２０６）と発生器（１０８、２０８）との間でアーク内のプラズマガスをイオン化し、且つ堆積チャンバにおいて基板上にプラズマとしてガスを膨張することとを含む。制御可能なプラズマを生成するための堆積装置（１００）であって、大気圧下の圧力で維持されるように構成される堆積チャンバと、堆積チャンバ内の物品支持体と、カソード（１０６、２０６）、単一のカスケードプレート、発生器（１０８、２０８）、及び１ｍｍ〜２０ｍｍ未満の長さのオリフィスを有する、カスケードプレートを介する連絡オリフィスを備える熱膨張プラズマ発生器（１０２、２０２）とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プラズマ強化化学的気相成長に関する。より詳細には、本発明は、基板を被覆するための熱膨張プラズマ（以降、「ＥＴＰ」と称する）での堆積に関する。
Ｙａｎｇらの米国特許第６１１０５４４号は、プラズマ堆積によって基板の表面上に粘着被覆を堆積するためのＥＴＰ方法及び装置を開示する。プロセスは、プラズマガスを、プラズマを形成するために直流電流アークプラズマ発生器を通過させることを含む。基板は、隣接する真空チャンバ内に配置される。反応ガス及び酸化剤は、プラズマ内に注入される。プラズマは、プラズマ生成器から真空チャンバ内へ基板に向かって延在する発散ノズルインジェクタ内で膨張される。酸化剤及び反応ガスからプラズマによって生成される反応種は、粘着被覆を形成するために十分な時間、基板の表面と接触する。
米国特許第６１１０５４４号明細書 米国特許出願公開第１０／０６４，８８８号明細書 米国特許出願公開第２００３／００７２８８１号明細書 米国特許出願公開第２００２／００５０３２３号明細書 米国特許出願公開第２００１／００２２２９５号明細書 米国特許第６４２６１２５号明細書 米国特許第６３９７７７６号明細書 米国特許第６３６５０１６号明細書 米国特許第６２１３０４９号明細書 米国特許第４８７１５８０号明細書
ＥＴＰによって堆積されることができる被覆は、摩損からプラスチック基板を保護するシリコン酸化物ベースのハードコートを含む。また、ＥＴＰは、酸化亜鉛などの金属酸化物ベースの被覆を堆積するために使用されることができる。高い被覆堆積速度は、比較的低い温度でＥＴＰによって達成されることができる。したがって、ＥＴＰは、ポリカーボネート（以降「ＰＣ」）シート又はフィルムなどより低いＴｇ材料を被覆するために特に価値がある。しかしながら、現在のＥＴＰ装置及びプロセスは価値があるが、所望の製品を製造するために制御されることができ、又はより低い価格で動作されることができる、改善された堆積装置及び方法を提供することが常に望ましい。
本発明は、基板上に層を堆積するための改善された装置及び方法を提供し、カソード、取り替え可能なカスケードプレート、及び同心オリフィスを有するアノードを備える、基板上の被覆のプラズマ強化化学的気相成長のための熱膨張プラズマ発生器のチャンバ内のターゲットプロセス状態を決定することと、カスケードプレートを、識別されたターゲットプロセス状態を生じるように構成されたオリフィスを有する他のプレートと取り替えることと、プラズマ発生器にプラズマガスを提供することによってターゲットプロセス状態でプラズマを生成し、発生器内のカソードとアノードとの間でアーク内のプラズマガスをイオン化し、且つ堆積チャンバにおいて基板上にプラズマとしてガスを膨張することとを含む。
一態様において、本発明は、制御可能なプラズマを生成するための堆積装置であって、大気圧下の圧力で維持されるように構成される堆積チャンバと、堆積チャンバ内の物品支持体と、カソード、単一のカスケードプレート、及びアノードを備える熱膨張プラズマ発生器と、１ｍｍ〜２０ｍｍ未満の長さを有するカスケードプレートを通る連絡オリフィスとを備える。
他の態様において、基板上に層を堆積する方法は、カソード、取り替え可能なカスケードプレート、及び同心オリフィスを有するアノードを備える、基板上の被覆のプラズマ強化化学的気相成長のためのプラズマガス発生器におけるターゲット特性を決定することと、カスケードプレートを、ターゲット特性を生じるように構成されたオリフィスを有する他のプレートと取り替えることとを含む。
他の態様において、物品上に層を堆積する方法は、堆積チャンバと連絡するプラズマ生成チャンバ内にプラズマガスを流すことを含み、プラズマ生成チャンバは、カソードと、アノードと、第１のオリフィス構成を有する介在カスケードプレートとを備え、物品は堆積チャンバ内に配置され、方法は、さらに、堆積チャンバ内に流れ込むプラズマを作るためにプラズマ生成チャンバにアークを生成することと、プラズマ内に材料を注入し、且つ物品上に層を堆積するために材料を反応させることと、物品に関する所望の層特徴を決定することと、第１のオリフィス構成を有するカスケードプレートを、所望の層厚みを与える異なるオリフィス構成を有する他のプレートと取り替えることとを含む。
さらに他の態様において、実質的に制御可能なプラズマを生成するための方法は、１つのプラズマ源を提供することを含み、プラズマ源は、プラズマチャンバと、アノード、プラズマチャンバ内に配置されたカソード、及びアノードとカソードとの間に取り替え可能に挿入された単一のカスケードプレートと、カソードに結合された電源と、プラズマガス入口とを備え、方法は、さらに、プラズマチャンバにプラズマガス入口を通してプラズマガスを提供することと、プラズマチャンバ内にプラズマを生成することと、カスケードプレートを、所望のプラズマプロセス状態を得るためのオリフィス幾何形状を有する他のプレートに取り替えることによってプラズマを制御することとを含む。
本発明は、本発明の方法によって製造された物品にも関する。
本発明は、プラズマ強化化学的気相成長に関する。一実施形態において、本発明は、基板を被覆し又は処理するためのＥＴＰシステムでの堆積に関する。
プラスチック及び他のポリマーは、広範な様々な適用に有用である物理的及び化学的特性を有する市販で利用可能な材料である。例えば、ポリカーボネートは、それらの優れた破断耐性のために、自動車ヘッドランプ、安全シールド、アイウエア、窓などの多くの製品におけるガラスに取って代わる種類のポリマーである。しかしながら、多くのポリカーボネートは、低摩損耐性及び紫外（ＵＶ）光への露光からの劣化の受けやすさなど、ある適用では欠点であり得る特性も有する。したがって、処理されていないポリカーボネートは、紫外光及び様々な源から物理的接触に晒される、自動車及び他の窓などの適用において一般に使用されない。
破損耐性材料及びＵＶ吸収材料の層は、これら適用に適する材料を提供するためにポリカーボネート基板に付けられることができる。様々な堆積技術は、これらの被覆を付けるために使用されてきた。例えば、化学的気相成長（ＣＶＤ）は、熱活性化、及びフィルムの所望の構成要素を含むガス状反応剤の表面反応によって、基板表面上に固体フィルムを生成する。反応剤を熱分解するために必要なエネルギーは、基板を加熱することによって供給される。妥当な反応速度を達成するために、基板は、約５００°Ｆ〜２０００°Ｆの範囲の比較的高い温度に加熱される。これらの温度は、ポリカーボネート（「ＰＣ」）などの熱感受性基板材料に対する、ＣＶＤプロセスの適用を妨げる。他の方法は、プラズマ強化化学的気相成長（ＰＥＣＶＤ）、物理的気相成長（ＰＶＤ）、及びワイヤアーク堆積を含む。
堆積装置は、一般にプラズマ源を含み、プラズマ源は、プラズマチャンバと、アノードと、プラズマチャンバ内に配置されたカソードと、アノードとカソードとの間に挿入された複数のカスケードプレートと、カソードに結合された電源と、プラズマガス入口とを備える。単一のカスケードプレートのオリフィスは、アーク圧力、カスケード電圧、プラズマ抵抗率、及び堆積速度などの処理状態に影響を与えるように構成されることができることが見出された。したがって実施形態において、本発明は、所望のプラズマ特性を生じる目的で取り替え可能な単一のカスケードプレートを含む装置に関する。
本明細書において、「取り替え可能」は、プレートが、取り除かれ、且つ実質的に永続する支持構造の変更なしに他のプレートと取り替えられることができることを意味する。例えばプレートは、それが、図２に示される構成によりナットを緩め且つプレートを介してロッドを引き抜くことによって、取り除かれ且つ取り替えられることができるなら、プレートは「取り替え可能」である。本明細書で使用されるとき用語「取り替え可能」は、チャンバ支持構造などの固定部分として永続的に実装されるカスケードプレートを特徴とする。
本発明の特徴は、図面、及び限定しない例によって、本発明の好ましい実施形態を記載する以下の詳細な議論から明らかになる。
図１は、本発明の実質的に制御可能なプラズマを作るためのプラズマを生成するための装置１００の概略図である。装置１００は、第１のプラズマ発生器１０２、第２のプラズマ発生器２０２、及びチャンバ１４０を備える。本発明は、図１に示される実施形態である装置１００に限定されず、単一のプラズマ発生器、又は同様に２つの以上のプラズマ発生器を備えることができる。第１のプラズマ発生器１０２の様々な特徴が、詳細に記載され且つ以下の記載全体を参照するが、以下の記載は、同様に第２のプラズマ発生器２０２に適用可能であることが理解される。
第１のプラズマ発生器１０２は、プラズマチャンバ１０４、カソード１０６、アノード１０８、及び間に取り替え可能のカスケードプレート１２２を備える。カソード１０６は、プラズマチャンバ１０４内に配置され且つプラズマチャンバ１０４に延在する。単一のカソード１０６が図１に示されるが、プラズマ発生器１０２は、複数のカソード１０６を含むことができることが理解される。アノード１０８は、プラズマチャンバ１０２の１つの端部に配置される。出口ポート１１８は、プラズマチャンバ１０４と第２のチャンバ１４０との間に流体連絡を提供する。プラズマチャンバ１０４内で生成されるプラズマは、出口ポート１１８を通ってプラズマチャンバ１０４を出て、第２のチャンバ１４０に入る。一実施形態において、出口ポート１１８は、アノード１０８を形成するオリフィスを備えることができる。他の実施形態において、出口ポートは、アノード１０８をプラズマチャンバ１０２の残りから分離する、１以上の「フローティング」（すなわち、カソード１０６及びアノード１０８の両方から電気的に絶縁される）カスケードプレート１２２を備えることができる。代わりに、出口ポート１１８は、プラズマチャンバ１０２及び第２のチャンバ１４０の一方のフローティング壁に配置されることができる。
プラズマを生成するためのガス（以降、「プラズマガス」と称される）は、メータ１２０によって計量され、１以上のプラズマガス入口１１４を介してプラズマチャンバ１０４内に注入される。プラズマガスは、限定されず、希ガス（すなわちＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ）などの１以上の不活性又は非反応ガスを含むことができる。代わりに、プラズマが表面をエッチングするために使用される実施形態において、プラズマガスは、限定はされないが、水素、窒素、酸素、フッ素、又は塩素などの反応ガスを含むことができる。プラズマガスの流れは、プラズマガス発生器（図示せず）と１以上のプラズマガス入口１１４との間に配置される、マスフローコントローラなどのフローコントローラによって制御されることができる。第１のプラズマは、１以上のプラズマガス入口１１４を通してプラズマチャンバ１０４内にプラズマガスを注入し、且つカソード１０６とアノード１０８との間にアークを当てることによって、プラズマチャンバ１０４内に生成される。カソード１０６とアノード１０８との間にアークを当てるために必要な電圧は、電源１１２によって提供される。一実施形態において、電源１１２は、約５０ボルトまでの電圧で約１００アンペアまでの電流を提供する調整可能な直流電源である。第２のチャンバ１４０は、第１のプラズマチャンバ圧力より実質的に低い第２のチャンバ圧力に維持される。一実施形態において、第２のチャンバ１４０は、約１トール（約１３３Ｐａ）より低い圧力、好ましくは約１００ミリトール（約０．１３３Ｐａ）より低い圧力に維持され、一方、プラズマチャンバ１０４は、少なくとも０．１大気（約１．０１×１０４Ｐａ）の圧力で維持される。第１のプラズマチャンバ圧力と第２のプラズマチャンバ圧力との間の差異の結果として、第１のプラズマは、出口ポート１１８を通過し、第２のチャンバ１４０内で膨張する。
第２のチャンバ１４０は、装置１００によって生成されたプラズマで処理されるべき物品１６０を含むように構成される。一実施形態において、物品１６０のそのようなプラズマ処理は、装置１００によって生成されたプラズマ内に１以上の反応ガスを注入することと、物品１６０の表面上に１以上の被覆を堆積することとを含む。１以上のプラズマが当たる物品１６０の表面は、平坦である又は平坦ではないことがある。プラズマ発生器１０２によって生成されたプラズマの特徴は、以降に記載されるように取り替え可能なカスケードプレート１３０、２３０の構成に従って変化する。装置１００は、１以上のプラズマが、これらに限定されず、物品１６０の１以上の表面のプラズマエッチング、物品１６０の加熱、物品１６０を照らすこと又は照明、又は物品１６０の表面上の機能化（すなわち、反応化学種の生成）など、物品１６０の表面に当たる他のプラズマ処理を提供することができる。プラズマ処理プロセスの特徴は、プラズマ発生器の動作パラメータによって強く影響される。そのような動作パラメータの中で、プラズマ発生器内の動作圧力、プラズマ抵抗率、カソード及びアノードを横切る電位、プラズマ電流、及びカソードとアノードとの間の距離がある。
一実施形態において、第１のプラズマ発生器１０２及び第２のプラズマ発生器２０２の１以上によって生成されるプラズマは、熱膨張プラズマである。ＥＴＰにおいて、プラズマは、正イオン及び電子を作るために、１以上のカソード１０６とアノード１０８との間に生成されるアーク内でプラズマソースガスをイオン化することによって生成される。例えば、アルゴンプラズマが生成されるとき、アルゴンはイオン化され、アルゴンイオン（Ａｒ＋）と電子（ｅ−）とを形成する。次に、プラズマは、低圧力で大きな体積に膨張され、それによって電子及び正イオンを冷却する。本発明において、プラズマは、プラズマチャンバ１０４において生成され、且つ出口ポート１１８を通して第２のチャンバ１４０内で膨張される。前述のように、第２のチャンバ１４０は、プラズマチャンバ１０４より実質的に低い圧力に維持される。ＥＴＰにおいて、正イオン及び電子温度は、ほぼ等しく、約０．１ｅＶ（約１０００Ｋ）の範囲内である。他のタイプのプラズマにおいて、電子は、プラズマの化学的性質に実質的に影響を与える十分に高い温度を有する。そのようなプラズマにおいて、正イオンは、一般に約０．１ｅＶの温度を有し、電子は、約１ｅＶ又は１００００Ｋ又はより高い温度を有する。したがって、ＥＴＰにおける電子は、低温過ぎ、したがってＥＴＰに導入されることができる任意のガスの直接の分離を引き起こすには不十分なエネルギーを有する。そのようなガスは、代わりに電荷交換及びＥＴＰ内の電子との分離再結合反応を受ける。
Ｊｏｈｎｓｏｎらへ共通に譲渡され、２００２年８月２７日に出願された米国特許出願第１０／０６４，８８８号は、１以上の調整可能なカソード１０６を含むプラズマ発生器１０２を開示する。この出願の開示は、参照によってその全体を本明細書に組み込む。Ｊｏｈｎｓｏｎらによれば、ギャップ１１０は、可動カソード１０６によって所定の距離に設定されることができる。Ｊｏｈｎｓｏｎらにおいて、センサ１１６によって検出され且つ監視されるプラズマチャンバ圧力又はカソード電圧における変化は、ギャップ１１０における変化を示す。カソードドリフトは、例えば、カソード電圧及びプラズマチャンバ圧力におけるシフト又は変化によって表されることができる。フィードバックとして、統計的プロセス制御の間に得られるプラズマチャンバ圧力データは、例えば、ギャップ１１０を制御するために使用されることができる。カソードドリフトの補償は、選択された距離にギャップ１１０を維持するために、１以上のセンサ１１６による入力に応答して、調整可能なカソード１０６の移動によりプラズマ発生器１０２の動作の間に達成されることができる。プラズマ発生器１０２によって生成されるプラズマ１０４のカソードドリフトによる変化は、このようにカソード１０６のそのような調整によって排除又は著しく低減される。調整可能なカソード１０６のそのような移動は、手動で又はコントローラによって実時間で実行されることができる。状態が決定するように、ギャップ１１０は、圧力プレートに対する圧力を加える又は解放することによって増大又は低減され、又はギャップ１１０は、必要なときに圧力プレートを適用することによって、調整可能なカソード１０６が、プラズマ発生器１０２の動作の間に侵食するように、一定値に維持されることができる。他の実施形態において、圧力手段は、調整可能なカソード１０６に結合された流体圧駆動装置を備えることができる。流体圧駆動装置は、状態が決定するように応じて調整可能なカソード１０６を移動することによって、選択された値にギャップ１１０を増大、低減、又は維持することができる。
反応剤は、供給ライン１１４、２１４を通してプラズマに提供されるが、より多く又はより少ない供給ライン及び関連する構造要素は、所望のプラズマの化学的性質に応じて存在することができることが理解される。例えば、基板１６０上に酸化インジウム亜鉛フィルムを形成するために、酸素ガスは、１つのラインを通して供給されることができ、亜鉛は、他のラインを通して供給されることができ、インジウムは、さらに他のラインを通して供給されることができる。酸化亜鉛フィルムが堆積されるべきなら、酸素及び亜鉛だけが供給されることができる。例示的な堆積反応剤は、酸化物、窒化物、フッ化物、炭化物、硫化物、及びポリマー被覆を作るための、酸素、酸化窒素、窒素、アンモニア、二酸化炭素、フッ素、硫黄、硫化水素、シラン、有機シラン、有機シロキサン、有機シラザン、及び炭化水素を含む。その酸化物、フッ化物、及び窒化物が、同一の方法で堆積されることができる他の金属の例は、アルミニウム、すず、チタン、タンタル、ニオブ、及びセリウムである。代わりに、酸素及びヘキサメチルジシロキサン、テトラメチルジシロキサン、又はオクタメチルサイクロテトラシロキサンは、シリカベースのハードコートを形成するために供給されることができる。ＥＴＰによって堆積されることができる他のタイプの被覆が使用されることができる。
処理され又は被覆された基板１６０は、金属、半導体、セラミック、ガラス、又はプラスチックを含む任意の適切な材料であることができる。好ましい実施形態において、それは、ポリカーボネート、コポリエステルカーボネート、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、又はアクリルなどのサーモプラスチックである。ポリカーボネートは特に好ましい。これに関連して用語「ポリカーボネート」は、ホモポリカーボネート、コポリカーボネート、及びコポリエステルカーボネートを含む。
基板に当たるプラズマプルームに移動を提供することは、本発明内であると考えられる。これは、手動で又はコンピュータ制御されることができる自在軸受け上でそれに関連付けられる、ＥＴＰ発生器或いはノズルを搭載することによって達成されることができる。それは、また、堆積チャンバの壁又は壁の近くに１つ以上の磁石を搭載し、それによってプラズマプルームの方向及び形状の磁気変化を可能にすることによって達成されることができる。
装置１００が１つ以上のプラズマ発生器を含むこれらの実施形態において、第２のプラズマ発生器２０２は、本明細書に記載される第１のプラズマ発生器１０２の特徴に対応する特徴を含む。例えば、プラズマ発生器２０２は、カソード２０６、アノード２０８、ギャップ２１０、１以上のプラズマガス入口２１４、１以上のセンサ２１６、出口ポート２１８、及び取り替え可能なカスケードプレート２２２を含む。
本発明は、所望のプラズマプルーム特性を提供するようにカスタマイズされることができる取り替え可能なカスケードプレート１２２、２２２を有するプラズマ発生器１０２、２０２を提供する。図２は、取り替え可能なカスケードプレート１２２、２２２を示す、発生器１０２又は２０２の概略断面図である。図２において、カソード１０６、アノード１０８、及び取り替え可能なカスケードプレート１２２を含む発生器１０２が示される。カソード１０６、アノード１０８、及びカスケードプレート１２２は、固定機能性を提供するねじ切られたロッド１２４によってともに固定され、固定機能性は、Ｊｏｈｎｓｏｎらによるギャップ１１０を変更するために調整されるか、又は、以降に記載されるように異なる特徴又は特性をプラズマプルームに提供するために、異なる構成のカスケードプレートと取り替えるためにカスケードプレート１２２を取り除くために分解されることができる。ねじ切られたロッドは、アセンブリの一部であり、アセンブリは、ファイバガラススリーブ１２６と、ギャップ１１０を変更するために調整され、又はカスケードプレート１２２の分離のために取り除かれることができる調整ナット１２８を含む。図２において、カスケードプレートは、調整ナット１２８及びねじ切りロッド１２４のねじを緩め、且つカソードハウジング１３２を取り除くことによって取り除かれる。カスケードプレート１２２は、次に取り除かれ、且つ所望なように異なるプラズマプレーム特徴を提供する異なるオリフィス構成を有するカスケードプレートと取り替えられる。
第１のプラズマ発生器１０２によって生成されたプラズマの特徴は、プラズマチャンバ１０４内のプラズマガスの圧力と、カソード１０６の電圧（又は電位）に基づく。したがって、プラズマの特徴は、プラズマチャンバ１０４内のプラズマガスの圧力と、カソード１０６の電圧との少なくとも一方を調整することによって制御されることができる。プラズマガス圧力は、１以上のセンサ１１６によって監視され、応じて調整されることができる。プラズマガス圧力を調整する１つの手段は、プラズマガス入口１１４を通してプラズマチャンバ１０４内へのプラズマガスの流れを制御することである。プラズマチャンバ１０４内へのプラズマガスの流れを制御する手段は、限定されず、ニードルバルブ及びマスフローコントローラを含む。カスケード電圧（又は電位）は、同様に１以上のセンサ１１６によって監視され、応じて電源１１２を調整することによって調整されることができる。第２のプラズマ発生器２０２を有するこれらの実施形態において、第２のプラズマ発生器２０２によって生成されたプラズマの特徴は、同様に、プラズマチャンバ２０４内のプラズマガスの圧力と、１以上のセンサ２１６によって提供される入力に応答してカソード２０６の電圧の少なくとも一方を調整することによって制御されることができる。
本発明の一実施形態によれば、プラズマガスの圧力及び電圧（又は電位）は、Ｊｏｈｎｓｏｎらによりギャップ１１０、２１０を変更することによって調整され且つ制御される。したがって、プラズマチャンバ１０４内のプラズマガスの圧力及びカソード１０６のカソード電圧の少なくとも一方は、それぞれ、プラズマチャンバ２０４内のプラズマガスの圧力及びカソード２０６のカソード電圧に関して調整可能であることができる。したがってプラズマチャンバ１０４内の状態、及びしたがって第１のプラズマ発生器１０２によって生成される第１のプラズマは、プラズマチャンバ２０４内の状態、及び第２のプラズマ発生器２０２によって生成される第２のプラズマに関して調整可能であり、又はその逆である。例えば、第１のプラズマ源によって生成される第１のプラズマは、第１のプラズマと第２のプラズマとの間の変化を排除又は最小化するために「合わせられ」、又は互いに対して相違されるように「外される」ことができる。
図２において、カスケードプレート１２２は、チャンバ１４０内に膨張するプラズマプルームを提供するために、アノード１０８の広がったオリフィス１３４と協働する直線壁を有する円筒状オリフィス１３０によって特徴付けられる。本発明によれば、プラズマプルーム特徴は、円筒状オリフィス１３０の構成を変更することによって制御される。図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃは、Ａｒ圧力（トール）又は電圧（Ｖ）などのプラズマプルーム特性を変更するために使用されることができるカスケードプレートオリフィス構成の概略図である。図３Ａは、アノードに接近する広がった構成で終端する部分的に直線の壁のオリフィスを示す。図３Ｂは、フレア構成で終端する細長いチャネルを示し、且つ図３Ｃは、フレアなしの直線壁チャネル構成を示す。プラズマプルーム特性の制御を提供するための単一のカスケードオリフィスの長さは、１ｍｍ〜２０ｍｍ未満であることができる。望ましくは、単一のカスケードオリフィスは、１．５ｍｍ〜１０ｍｍの長さを有し、好ましくは２ｍｍ〜８ｍｍの長さを有する。
図４Ａ、図４Ｂ、及び図４Ｃは、１分当たり０．５リットル〜２リットル（Ｌｐｍ）の流量での、図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃのカスケードプレート構成に関する圧力関係を示し、図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃは、図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃのカスケードプレート構成に関する電圧関係を示す。図４Ａ、図４Ｂ、及び図４Ｃ、並びに図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃに示されるデータは、オリフィス円筒状壁の長さが増大すると、電流又はアルゴンの流れ、アーク圧力、及びカソード電圧などの所定のプロセス状態は、増大することを示す。
ＥＴＰ発生器などの単一のプラズマ発生器によって処理される領域の特徴（例えば、被覆厚み、エッチング又は活性化の程度）は、プラズマ発生器の軸に関するガウス分布を有するプロファイルを一般的に示す。物品１６０を処理するために複数のプラズマ発生器が使用されるとき、均一性は、結果として生じるガウス分布が重なるように、個々のプラズマ発生器を配置することによって促進されることができる。プロファイル、並びに分布の幅及び高さは、部分的に、基板を処理するために使用されるプラズマの特徴に応じる。各プラズマの特徴は、次に、個々のプラズマ発生器内にプラズマを生成するために使用される、カソード電圧、プラズマガス圧力、及びカソードとアノードとの距離（ギャップ１１０）などの状態に応じる。中間層がＶＴＭＳ（実施例において記載される）から堆積される追加の実験から、図６Ａ及び図６Ｂに示されるように円筒状直線壁の長さが増大するときに、堆積速度及び堆積均一性の両方は、増大する。図６Ａにおいて、Ａは、静的モードで堆積されたガウスプロファイル下の面積（ｎｍ×ｃｍ単位）に等しい。図６Ｂにおいて、ｗは、ｃｍ単位でのガウスプロファイルの幅に等しい。
以下の実施例は、例示であり、限定が特に言及されないなら請求項の範囲への限定として解釈されるべきではない。
実施例１〜１１
以下の実施例において、表１に列挙されるカスケードプレートオリフィス設計を使用する図２のデバイスは、プラズマチャンバを通してＡｒの２ｌｐｍの流れで、７０アンペアで動作される。ギャップ（１１０）は、ほぼ２ｍｍである。電流は、測定され、且つＭｉｌｌｅｒ２００アーク溶接電源によって供給される。カスケードプレート間の電圧低下は、１０〜１２メガオームより大きい入力インピーダンスを有するデジタルマルチメータで測定される。抵抗値は、電流及び電圧から計算されＶ＝ＩＲ、抵抗率は、抵抗値及び幾何形状係数Ｒ（オーム）＝抵抗率（オームｃｍ）×ｌ／Ａ（ｃｍ−１）から計算される。
表１
全ての実施例において、カスケードプレートの厚みは、４．９ｍｍで一定である。表１は、使用されるプレートの数、識別される構成で達成されるプラズマの抵抗率、及びｌをオリフィスチャネルの長さ、Ａをチャネルの面積とするときの設計の幾何係数（ｌ／Ａ）を列挙する。発散チャネルオリフィスに関して、ｌ／Ａは、チャネル全体に関する正味の値である。また表１は、抵抗値、電圧、圧力、列挙された電流及びＡｒの流れで得られるワットを示す。用語「膨張チャネル」は、図３Ａ及び図３Ｂの設計を言及する。「直線」として指定される全ての設計は、表１に列挙されるオリフィス直径を有する図３Ｃの設計を言及する。
表１の実施例１において、設計は、図３Ａに示される膨張チャネル設計を有するカスケードプレートを有する。このプレートは、０．８１ｍｍについて直線であり、次に２５度の角度で膨張される、１．３２ｍｍ直径のオリフィスを有する。「膨張チャネルａ」、「膨張チャネルｂ」、及び「直線」構成は、それぞれ図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃの構成に対応する。全ての実施例において、膨張オリフィスは、他に述べられないならアークのアノード側にある。
実施例２に関して、実施例１の図３Ａのカスケードプレートは、調整ボルト１２８を緩め且つロッド１２４を取り除くことによって取り除かれる。膨張チャネルの図３Ｂの設計を有するカスケードプレートは、カソードハウジング内に配置され、且つロッド１２４及び調整ボルト１２８が取り替えられる。この実施例のカスケードプレートは、１．６２ｍｍの長さで、次に図３Ｂに示されるような２５度の角度で膨張される、１．３２ｍｍ直径のオリフィスを有する。
実施例３において、実施例２のカスケードプレートは、図３Ｃに示されるような、４．９ｍｍ長さで１．３２ｍｍ直径のオリフィスカスケードプレートと取り替えられる。この設計は、膨張セクションを含まない。設計は、全体で４．９ｍｍ長さについての直線壁である。
表１の実施例１〜３は、より高いアーク圧力が、直径を増大することなくオリフィス直線チャネルの長さを増大することによって得られることができることを示す。図４Ａ、図４Ｂ、及び図４Ｃ、並びに図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃは、実施例１〜３のカスケードプレートに関する追加のＡｒの流れ及び電流についての圧力及び電圧を示す。これらの実施例は、アークにおけるより高い圧力は、同一の電流及びＡｒの流れに関して達成されることができることを示す。
表１のデータは、オリフィスチャネル長さを増大することが、結果としてより高い抵抗及び電力を生じることを示す。より高い電力、したがって基板上の熱負荷は、より高い温度の堆積適用に関して有利である。
実施例３〜５は、オリフィス直径を増大することは、結果としてより低い圧力及びより低い熱負荷を生じることを示す。
実施例１、４、６は、オリフィス構成が、異なる熱負荷を等しい圧力に提供するように選択されることができることを示す。
さらに、実施例１〜３のカスケードプレートを有するデバイスは、ビニルトリメチルシラン（ＶＴＭＳ）反応剤を使用するＰＣ上の中間層被覆を堆積するために使用される。これらの実施例において、ＶＴＭＳの０．３ｓｌｐｍが、膨張プラズマ内にリングを通して注入される。リングは、アノードから約５ｃｍである。状態は、１．６５ｌｐｍのＡｒ及び４０アンペアで一定である。カスケードプレート設計だけが変更される。堆積は、４インチ×４インチ基板上に１０秒間行われた。基板は、その中央ラインが、アークの中央ラインと一致するように配置される。被覆の厚みは、被覆厚みプロファイルを提供するために、１ｃｍステップで基板を横切って測定される。
結果として生じるガウスプロファイルは、堆積される全体の被覆を表すプロファイル下で面積（Ａ）に関して、及び被覆ビーム膨張の測定である幅（ｗ）に関して比較される。図６Ａ及び図６Ｂの横座標は、図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃのオリフィス構成（それぞれ、図６Ａ及び図６Ｂの形状１、２、及び３）である。したがって、図６Ａ及び図６Ｂは、増大された圧力（図６Ａ）、及びオリフィス直線部分がより延長されるとより速い堆積速度（図６Ｂ）を示す。増大された圧力及び堆積速度は、低価格で大面積の堆積を達成する際の重要な要因である。
実施例１〜５は、多くの単一カスケードプレート設計が、全てプラズマの低抵抗率を示して達成されることができることを示す。対照的に、従来技術設計は、一般的に２個〜８個のプレートを有する。比較実施例１１は、一般に２個〜８個のプレートの４ｍｍの直線チャネル設計である。示されるように、この設計は、結果として一般的に０．０３２オームｃｍのプラズマのはるかに高い抵抗率、及び各プレート間の高いワット量を生じる。ワットは、２個〜８個のプレートのちょうど１つに関するものであり、したがって８プレート設計は、４９３６ワットのプレートにわたる電力を必要とする。これは、結果として非常により高い動作価格及びより多くの高価な電力供給を生じる。
実施例６は、実施例１のカスケードプレート設計であるが、カソードに隣接するコーンセクション及びアノードに隣接する直線セクションを有する反転されたオリフィスを有する。驚くべきことにこのプレートのプラズマの抵抗率は、ダブルプレート設計に等価である。実施例６は、単一カスケードプレート設計が、プラズマの特性を制御し且つ変更することができる他の方法を示す。
実施例７は、０．５ｍｍ幅の約５ｍｍ長さである非対称オリフィスを有するカスケードプレートである。この設計は、単一プレート設計に関する非常により高い抵抗率、電力、及び圧力を提供する。このアークは、高い圧力のために３０Ａでのみ動作される。
実施例４及び７との対比は、同じｌ／Ａであるが、異なるアスペクト比を有する効果を示し、したがって壁表面積の差異を示す。より高い壁相互作用を有する実施例７は、結果として非常により高い抵抗率及び圧力を生じる。
実施例７〜９は、実施例１、５及び２．５ｍｍの直線オリフィス構成を有するダブルカスケード設計も、結果としてより高い抵抗率を生じることを示す。したがって、１つ〜２つのカスケードプレートへの増大は、プラズマの抵抗率における２〜３倍の増大を引き起こす。これらの実施例は、より低い抵抗率が、単一のカスケードプレート設計の主要な利点であることを示す。
実施例は、カスケードプレート設計が、ある範囲の性能特徴を達成するために、プラズマ特性を合わせるために使用されることができることを示す。
実施例１２〜１５
カスケードプレート設計は、摩損層性能への作用を確かめるために試験された。これらの実施例において、被覆は、ＭＲ１０（ＧＥ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓからの市販されているシリコンハードコートされたポリカーボネートシート）上に堆積される。シートは、摩損抵抗被覆の２つの層で被覆された。各層は、Ｄ４の０．１９ｓｌｐｍ、１．６５ｌｐｍのＡｒ、及び７０アンペアを使用して８秒間堆積された。第１の被覆は、０．３ｓｌｐｍの酸素流量で付けられ、且つ第２の層は、０．８ｓｌｐｍの酸素流量で付けられる。
結果としてのサンプルは、ＡＳＴＭ Ｄ１０４４ テーバー試験を使用して摩損に関して試験された。サンプルは、３日間６５℃の水に浸漬され、接着は、クロスハッチテーパ試験で試験された。接着は、ＡＳＴＭ Ｄ３３５９−９２Ａ規格に従って１から５Ｂで見積もられ、５Ｂは分離されない。堆積の間の最大温度は、ＩＲセンサを用いて測定される。表２は、堆積温度、ミクロン単位の堆積厚み、ＣＳ１０Ｆホイールでの１０００サイクルの後のヘイズにおける変化、及び水浸漬後の接着の列挙である。
表２に示されるように、図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃ設計は、同様のテーバー摩損を有する被覆を与える。しかしながら、より高いワット数は、基板への熱負荷を増大し、結果としてより高い堆積温度及びより不十分な水浸漬安定性を生じる。これは、より高い温度からの増大した応力のためであり得る。より高いワット数の場合、最適なオリフィス設計は、より低い電力で等しい圧力を提供するために選択されることができる。この選択は、より低い動作価格及び改善された被覆性能を提供する。
Figure 2007504630
 実施例１６
単一のカスケードプレートＥＴＰ発生器におけるオリフィスの設計が、下流側反応器における前駆体分離の程度への統計的に有意な作用を有することを示すために、設計された実験（ＤｏＥ）は、異なるオリフィスを有する２つのカスケードプレート、アルゴンの流れ、前駆体（ＶＴＭＳ）流れ、及び制御パラメータとしてのプラズマ電流を使用して実行される。様々な条件でプラズマを維持するために必要な電圧は、測定され、且つプラズマになる電力を計算するために使用される。分離の程度は、プラズマがオンされる前（すなわち、分離されない前駆体の分圧）と、プラズマがオンされた後（すなわち分離される前駆体の分圧）との前駆体の分圧を測定することによって評価される。分圧の比は、前駆体分離の程度に比例する。図３Ａに示されるように、初期の円筒状部分及び最終の円錐状部分で構成されたプレートは、制御パラメータを提供するために使用される。円筒状部分の長さは、制御設計に関する標準的な０．０８ｍｍの長さから標準的な長さの２倍まで変化した。これらの設計は、それぞれ実施例１及び２で使用される設計と同一である。設計された実験及びその統計解析は、以下の通りである。
Figure 2007504630
Figure 2007504630
Figure 2007504630
 「分離されていないＶＴＭＳ分圧に対する分離されたＶＴＭＳ分圧の比」応答に関する解析は、以下の通りである。
Figure 2007504630
Figure 2007504630
 以下の２つのグラフは、様々な要因に対する応答の主効果のプロットである。
Figure 2007504630
 前述の統計解析は、ＥＴＰ源になる電力及び分離程度の両方に関して、カスケードプレート制御パラメータのｐ値は、０．０５未満であることを示す。したがって、カスケードプレートオリフィス設計は、２つの応答に対して統計的に有意な効果を有することが示された。要するに、カスケードプレートオリフィス設計を変更することによって、熱膨張プラズマ内に注入される前駆体の分離程度を制御することができる。
本発明の好ましい実施形態が記載されたが、本発明は、変化及び修正でき、したがって実施例の正確な詳細に制限されるべきでない。本発明は、添付の請求項の範囲に入る変化及び代替を含む。
プラズマを生成するための装置の概略図である。 本発明で有用なＥＴＰ発生器の概略断面図である。 カスケードプレート構成の概略図である。 カスケードプレート構成の概略図である。 カスケードプレート構成の概略図である。 図３Ａのカスケードプレート構成に関する圧力関係を示す図である。 図３Ｂのカスケードプレート構成に関する圧力関係を示す図である。 図３Ｃのカスケードプレート構成に関する圧力関係を示す図である。 図３Ａのカスケードプレート構成に関する電圧関係を示す図である。 図３Ｂのカスケードプレート構成に関する電圧関係を示す図である。 図３Ｃのカスケードプレート構成に関する電圧関係を示す図である。 図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃのカスケードプレート構成に関する堆積速度を示す図である。 図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃのカスケードプレート構成に関する均一性関係を示す図である。

Claims (41)

  1. 基板上に層を堆積する方法であって、
    基板上の被覆のプラズマ強化化学的気相成長のために、カソード（１０６、２０６）、取り替え可能なカスケードプレート、及び同心オリフィスを有する発生器（１０８、２０８）を備える熱膨張プラズマ発生器（１０２、２０２）のチャンバ内のターゲットプロセス状態を決定することと、
    前記カスケードプレートを、識別されたターゲットプロセス状態を生じるように構成されたオリフィスを有する他のプレートと取り替えることと、
    前記プラズマ発生器（１０２、２０２）にプラズマガスを提供することによって前記ターゲットプロセス状態でプラズマを生成し、且つ前記発生器（１０２、２０２）内のカソード（１０６、２０６）と発生器（１０８、２０８）との間でアーク内のプラズマガスをイオン化し、且つ堆積チャンバにおいて基板上にプラズマとして前記ガスを膨張することとを含む方法。
  2. 前記プロセス状態は、電流、プラズマガスフロー、アーク圧力、カソード（１０６、２０６）電圧、プラズマ抵抗率、及び堆積速度からなるグループから選択される請求項１記載の方法。
  3. 前記発生器（１０２、２０２）内の前記プラズマガスに加えられるターゲットイオン化電圧を決定することと、前記カスケードプレートを、前記ターゲットイオン化電圧を生じるように構成されたオリフィスを有する他のプレートと取り替えることとを含む請求項１記載の方法。
  4. 前記発生器（１０２、２０２）内の前記プラズマガスに加えられるターゲットイオン化電圧を決定することと、前記カスケードプレートを、前記ターゲットイオン化電圧を生じるための直線壁長さで構成されたオリフィスを有する他のプレートと取り替えることとを含む請求項１記載の方法。
  5. 前記発生器（１０２、２０２）内の前記プラズマガスのターゲット圧力を決定することと、前記カスケードプレートを、前記ターゲット圧力を生じるように構成されたオリフィスを有する他のプレートと取り替えることとを含む請求項１記載の方法。
  6. 前記発生器（１０２、２０２）内の前記プラズマガスのターゲット圧力を決定することと、前記カスケードプレートを、前記ターゲット圧力を生じるための直線壁長さで構成されたオリフィスを有する他のプレートと取り替えることとを含む請求項１記載の方法。
  7. 前記発生器（１０２、２０２）内の前記プラズマ内に反応ガスを注入することをさらに含む請求項１記載の方法。
  8. 前記発生器（１０２、２０２）内の前記プラズマ内に反応ガスを注入することと、前記プラズマに関するターゲット抵抗率を決定することと、前記カスケードプレートを、前記ターゲット抵抗率を生じるように構成されたオリフィスを有する他のプレートと取り替えることとを含む請求項１記載の方法。
  9. 前記発生器（１０２、２０２）内の前記プラズマ内に反応ガスを注入することと、前記プラズマに関するターゲット抵抗率を決定することと、前記カスケードプレートを、前記ターゲットプラズマ抵抗率を生じるための直線壁長さで構成されたオリフィスを有する他のプレートと取り替えることとを含む請求項１記載の方法。
  10. 前記他のカスケードプレートオリフィスは、１ｍｍ〜２０ｍｍ未満の長さを有する請求項１記載の方法。
  11. 前記他のカスケードプレートオリフィスは、１．５ｍｍ〜１０ｍｍの長さを有する請求項１記載の方法。
  12. 前記他のカスケードプレートオリフィスは、２ｍｍ〜８ｍｍの長さを有する請求項１記載の方法。
  13. 前記基板は、サーモプラスチック基板である請求項１記載の方法。
  14. 前記サーモプラスチックは、ポリカーボネートである請求項１記載の方法。
  15. 前記プラズマは、アルゴン又はアルゴン−酸素−有機シロキサンプラズマである請求項１記載の方法。
  16. 前記プラズマは、前記基板上に連続した被覆を堆積するように生成される請求項１記載の方法。
  17. 前記基板は平坦である請求項１記載の方法。
  18. 前記基板は湾曲している請求項１記載の方法。
  19. 制御可能なプラズマを生成するための堆積装置（１００）であって、
    大気圧下の圧力で維持されるように構成される堆積チャンバと、
    前記堆積チャンバ内の物品支持体と、
    カソード（１０６、２０６）、単一のカスケードプレート、発生器（１０８、２０８）、及び１ｍｍ〜２０ｍｍ未満の長さのオリフィスを有する、前記カスケードプレートを介する連絡オリフィスを備える熱膨張プラズマ発生器（１０２、２０２）とを備える堆積装置（１００）。
  20. 前記カスケードプレートオリフィスは、１．５ｍｍ〜１０ｍｍの長さを有する請求項１９記載の堆積装置（１００）。
  21. 前記カスケードプレートオリフィスは、２ｍｍ〜８ｍｍの長さを有する請求項１９記載の堆積装置（１００）。
  22. 前記カスケードプレートオリフィスの直径は、流れ方向に径方向に対称的に変化する請求項１９記載の堆積装置（１００）。
  23. 前記カスケードプレートオリフィスの直径は、流れ方向に径方向に非対称的に変化する請求項１９記載の堆積装置（１００）。
  24. 前記カスケードプレート出口オリフィスの直径と前記発生器（１０８、２０８）入口オリフィスとが一致する請求項１９記載の堆積装置（１００）。
  25. 前記プラズマ内に反応剤を導入するためのポートをさらに備える請求項１９記載の堆積装置（１００）。
  26. 前記反応剤は、リング、ノズル、フラッシュ蒸発器、噴霧器、蒸発器を介して導入される請求項２１記載の堆積装置（１００）。
  27. 前記カスケードプレートは、カソード（１０６、２０６）、調整リング、カソード（１０６、２０６）ハウジング、カスケードプレート、及び発生器（１０８、２０８）を横切る、ねじ切りロッド及びナットの組み合わせによって所定位置に保持される請求項１９記載の堆積装置（１００）。
  28. 拡張された面積にわたって配置された複数の熱膨張プラズマ発生器（１０２、２０２）を備える請求項１９記載の堆積装置（１００）。
  29. 基板上に均一な特性を生じるように異なるカスケードプレートを有して構成される複数の熱膨張プラズマ発生器（１０２、２０２）を備える請求項１９記載の堆積装置（１００）。
  30. 複数の熱膨張プラズマ発生器（１０２、２０２）は、平坦な基板上に異なる特性を生じるように異なるカスケードプレートを有して構成される請求項１９記載の堆積装置（１００）。
  31. 基板上に層を堆積する方法であって、
    カソード（１０６、２０６）、取り替え可能なカスケードプレート、及び同心オリフィスを有する発生器（１０８、２０８）を備える、基板上の被覆のプラズマ強化化学的気相成長のためのプラズマガス発生器（１０２、２０２）におけるターゲット特性を決定することと、
    前記カスケードプレートを、前記ターゲット特性を生じるように構成されたオリフィスを有する他のプレートと取り替えることとを含む方法。
  32. 前記プラズマ発生器（１０２、２０２）にプラズマガスを提供することによって前記ターゲットプラズマガス流れでプラズマを生成することと、前記発生器（１０２、２０２）内のカソード（１０６、２０６）と発生器（１０８、２０８）との間のアークにおける前記プラズマガスをイオン化することと、前記プラズマ発生器（１０２、２０２）より低い圧力で堆積チャンバ内でプラズマとして前記ガスを膨張することとを含む請求項３１記載の方法。
  33. 前記発生器（１０２、２０２）内の前記プラズマガスに加えられるターゲットイオン化電圧を決定することと、前記カスケードプレートを、前記ターゲットイオン化電圧を生じるように構成されたオリフィスを有する他のプレートと取り替えることとを含む請求項３１記載の方法。
  34. 前記発生器（１０２、２０２）内の前記プラズマガスのターゲット圧力を決定することと、前記カスケードプレートを、前記ターゲット圧力を生じるように選択されたオリフィスを有する他のプレートと取り替えることとを含む請求項３１記載の方法。
  35. 前記発生器（１０２、２０２）内の前記プラズマガスのターゲット抵抗率を決定することと、前記カスケードプレートを、前記ターゲットプラズマ抵抗率を生じるように構成されたオリフィスを有する他のプレートと取り替えることとを含む請求項３１記載の方法。
  36. 物品上に層を堆積する方法であって、
    堆積チャンバと連絡するプラズマ生成チャンバ内にプラズマガスを流すことを含み、前記プラズマ生成チャンバは、カソード（１０６、２０６）と、発生器（１０８、２０８）と、第１のオリフィス構成を有する介在カスケードプレートとを備え、前記物品は、前記堆積チャンバ内に配置され、方法は、さらに、
    前記堆積チャンバ内に流れ込むプラズマを作るために前記プラズマ生成チャンバにアークを生成することと、
    前記プラズマ内に材料を注入し、且つ前記物品上に層を堆積するために材料を反応させることと、
    前記物品に関する所望の層特徴を決定することと、
    第１のオリフィス構成を有する前記カスケードプレートを、前記所望の層厚みを与える異なるオリフィス構成を有する他のプレートと取り替えることとを含む方法。
  37. 前記異なるオリフィス構成は、プロセス状態における変更なしに前記所望の層厚みを与える請求項３６記載の方法。
  38. 前記プラズマを作るために所望のガス圧力を決定することと、第１のオリフィス構成を有する前記カスケードプレートを、イオン化電圧を変更することなしに前記所望のガス圧力を許容する他のプレートと取り替えることとを含む請求項３６記載の方法。
  39. 前記プラズマを作るために所望のガス流れを決定することと、第１のオリフィス構成を有する前記カスケードプレートを、生成チャンバ圧力を変更することなしに前記所望のガス流れを許容する他のプレートと取り替えることとを含む請求項３６記載の方法。
  40. 実質的に制御可能なプラズマを生成するための方法であって、
    １つのプラズマ源を提供することを含み、前記プラズマ源は、プラズマチャンバ（１０４、２０４）（１０４、２０４）と、発生器（１０８、２０８）、前記プラズマチャンバ（１０４、２０４）内に配置されたカソード（１０６、２０６）、前記発生器（１０８、２０８）と前記カソード（１０６、２０６）との間に取り替え可能に挿入された単一のカスケードプレート、前記カソード（１０６、２０６）に結合された電源（１１２、２１２）、及びプラズマガス入口とを備え、方法は、さらに、
    前記プラズマチャンバ（１０４、２０４）にプラズマガス入口を通してプラズマガスを提供することと、
    前記プラズマチャンバ（１０４、２０４）内にプラズマを生成することと、
    前記カスケードプレートを、所望のプラズマプロセス状態を得るためのオリフィス幾何形状を有する他のプレートに取り替えることによって前記プラズマを制御することとを含む方法。
  41. 請求項４０記載の方法により製造される物品。
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