JP4264475B2 - 磁気ミラープラズマ源 - Google Patents

Description

本出願は、いずれもが２００１年４月２０日付けで出願された米国特許予備出願シリアル番号第６０／２８５，３６０号と同第６０／２８５，３６１号と同第６０／２８５，３６４号の優先権を主張するものである。これら文献の記載内容は、参考のため、ここに組み込まれる。本出願は、また、本出願と同日付けにて米国に出願されたＰＣＴ出願（代理人整理番号１０６３０／１４、および、同１０６３０／１６）と関連している。これら文献の記載内容は、参考のため、ここに組み込まれる。

本発明は、磁気ミラープラズマ源に関するものである。

本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する前に、関連する従来技術について、以下説明する。関連する従来技術は、磁気閉込およびペニング型セル源と、ターゲット対向スパッタリングと、ドラム上のウェブに対してのプラズマ処理と、にグループ分けされる。他の従来技術による方法および装置についても、説明する。

［磁気閉込およびペニング型セル源］
磁気ミラー閉込に関する良好な提示は、J. Reece Roth氏による Industrial Plasma
Engineering, Volume 1: Principles, IOP Publishing, Ltd. 1995という文献の３．４．２節に与えられている。磁気ミラーを使用した電子およびイオンの閉込は、周知であり、特に、核融合の研究において周知である。

［ターゲット対向スパッタリング］
Yamazaki氏による米国特許第４，９６３，５２４号明細書には、超伝導材料を形成するための方法が開示されている。対向ターゲット構成が使用され、基板は、磁界内において、両電極間に配置されている。磁界は、両電極間において対称であり、基板は、ギャップの中央に配置される。基板がこの配置されたときには、磁界内において生成されるホール電流が、捻れたり破壊されたりする傾向がある。これが起こったときには、プラズマが消失してしまう、および／または、電圧が大きくなりすぎてしまう。

［ドラム上のウェブに対してのプラズマ処理］
Felts 氏他による米国特許第５，２２４，４４１号明細書および米国特許第５，３６４，６６５号明細書においては、フレキシブルな基板が、電圧印加されたドラムの周囲に配置されるとともに、そのドラムに対向させて、接地シールドの背面側に磁界手段が設置する、という構成が記載されている。この構成においては、ドラムに対向したシールドは、設置することも、浮遊のままとすることも、できる。基板が表面上に支持されているものの、基板から放出されるミラー磁界が存在していない。

Harting 氏他による米国特許第４，８６３，７５６号明細書においては、基板を、スパッタマグネトロン表面上にわたって連続的に移動させ、その際、表面を、カソードのダークスペース領域内に配置されたマグネトロンに対して基板表面を対向させる。これにより、マグネトロンの磁界は、表面を貫通し、基板表面上において閉塞し、プラズマを表面上に制限する。

［他の従来技術による方法および装置］
Jansen氏他による米国特許第５，６２７，４３５号明細書には、大きなダイオードプラズマプロセス圧力（０．１〜５Ｔｏｒｒ）で動作するような、中空カソードを使用したプラズマ源が開示されている。ハウジング内においてプラズマが形成され、その後、貫通孔から放出される。プラズマは、あるチャンバ内において生成され、その後、基板の下方に配置された磁石を使用して、基板に対して案内される。

Yializis氏他による米国特許第６，０６６，８２６号明細書および米国特許第６，２８７，６８７号明細書には、ウェブ材料のためのプラズマ処理デバイスが開示されている。Jansen氏他の場合と同様に、プラズマは、中空カソードアレイを使用して生成され、その後、磁界によってウェブ上へと『焦点合わせ』される。この文献に記載されているように、ＤＣが使用されたときには、ウェブが帯電し、処理が停止する。以下に明瞭となるように、この手法は、本発明による方法と相違している。本発明の好ましい実施形態においては、経時的な電荷蓄積を引き起こすことなく、絶縁性基材に対して、ＤＣを、容易に使用することができる。上記参考文献においては、磁力線が図示されていない。

Kobayashi 氏他による米国特許第６，０７７，４０３号明細書には、第２磁界と組み合わされたマグネトロンが開示されている。この文献においては、第２磁界は、基板を貫通して、補助電極へと到達する。この装置は、自立したプラズマ源ではない。すなわち、イオン化を補助して、スパッタリングされた材料を基板に対して案内することを補助するのみである。また、第１実施形態は、基板表面のところにおける磁界よりも強力な磁界を補助電極のところにおいて有しているような、ミラー磁界を備えている。

Nakazato氏他による米国特許第４，６３１，１０６号明細書においては、磁石が、ウェハの下方に配置されており、ウェハに対して平行に、マグネトロンタイプの磁界を形成している。プロセスを一様とするために、磁石を移動させる。対向プレートは、接地されており、ウェハプラテンに対して電界が印加される。

Sasaki氏他による米国特許第４，７６１，２１９号明細書には、一方の電極表面上にウェハを有した状態で、ギャップを貫通した磁界が示されている。この場合、両電極は、互いに対向している。ウェハは、圧縮度合いが小さな磁気ミラー表面上に配置されており、ウェハに対向した対向表面は、接地されている。

Tateishi氏他による米国特許第４，８５３，１０２号明細書においては、高アスペクト比を有した孔内へのスパッタ成膜を補助するために、カスプ磁界を使用している。基板からの磁力線は、負バイアス電極には入射しない。

Kawakami氏による米国特許第５，０９９，７９０号明細書には、ウェハ上へのコーティングを一様化させ得るよう、ウェハの下方において磁石を移動させているような、マイクロ波プラズマ源が開示されている。他の図面においては、基板は、静止磁石の上方を移動する。このプラズマ源においては、プラズマは、個別のプラズマ生成チャンバ内において生成され、その後、ウェハ基板の下方に配置された磁石を使用することによって、ウェハ基板へと案内される。

Hanley氏他による米国特許第５，２２５，０２４号明細書においては、Ｂ束を、基板表面上の平行経路内へと案内することによって、Ｅ×Ｂ閉込が得られている。Schuster氏他による米国特許第５，４３７，７２５号明細書においては、磁石を収容したドラム上にわたって金属ウェブを引っ張ることが開示されている。ウェブに対しては、電界が印加され、対向シールドは、接地電位とされる。

Hu氏による米国特許第５，９００，２８４号明細書において開示されたプラズマ源においては、磁石の上方の表面上において、複数のマグネトロンタイプの閉込トラップを形成する。
米国特許予備出願シリアル番号第６０／２８５，３６０号 米国特許予備出願シリアル番号第６０／２８５，３６１号 米国特許予備出願シリアル番号第６０／２８５，３６４号 米国特許第４，９６３，５２４号明細書 米国特許第５，２２４，４４１号明細書 米国特許第５，３６４，６６５号明細書 米国特許第４，８６３，７５６号明細書 米国特許第５，６２７，４３５号明細書 米国特許第６，０６６，８２６号明細書 米国特許第６，２８７，６８７号明細書 米国特許第６，０７７，４０３号明細書 米国特許第４，６３１，１０６号明細書 米国特許第４，７６１，２１９号明細書 米国特許第４，８５３，１０２号明細書 米国特許第５，０９９，７９０号明細書 米国特許第５，２２５，０２４号明細書 米国特許第５，４３７，７２５号明細書 米国特許第５，９００，２８４号明細書 J. Reece Roth 氏による Industrial Plasma Engineering, Volume 1: Principles, IOP Publishing, Ltd. 1995

本発明は、特許請求の範囲によって規定されるものであって、以下の説明が本発明を制限するものではない。

まず、以下に示す好ましい実施形態は、磁気ミラー型プラズマ源に関するものである。ある好ましい実施形態においては、プラズマ源装置であって、互いの間にギャップを有している第１表面および第２表面であるとともに、第１表面が、基材を有し、少なくとも第２表面が、電子を閉じ込め得るよう、電源に対して接続されているような、第１表面および第２表面と；電源に対して接続されている第３表面と；第１表面および第２表面の双方内へと進入するとともに第１表面と第２表面との間のギャップを通過して延在する磁界であって、この磁界のうちの、基材を通過している少なくとも一部が、第２表面のところと比較して、基材の表面のところにおいて、磁力線に沿って少なくとも２倍の磁界強度とされ、かつ、電子を磁化し得る程度に（すなわち、電子を偏向させ得る程度に。以下においても同様。）十分に強力なものとされているような、磁界と；
第２表面と第３表面との間に接続された電源によって生成された電界であって、磁界の電子閉込領域内へと進入することによって、形成された電子ホール電流を無端ループ内へと閉じ込め得るような、電界と；を具備しているプラズマ源装置が提供される。

他の複数の好ましい実施形態も提供される。複数の好ましい実施形態の各々は、単独で使用することも、あるいは、互いに組み合わせて使用することも、できる。本発明の好ましい実施形態について、添付図面を参照しつつ、以下において説明する。

従来技術においては、多くの磁気閉込プラズマは、３次元内における磁界および静電界を使用することによって、２次元内において閉込を行っている。例えば、平面状マグネトロンは、円弧状磁力線とカソードターゲットの静電界とを有したレーストラック内に電子を閉じこめる。

従来的な磁気閉込方法は、多くの応用において理想的なものではあるけれども、いくつかのプロセスは、この構成では最良には機能しない。本明細書において説明するいくつかの好ましい実施形態は、電子を閉じ込めて低圧の稠密な比較的低電圧のプラズマを形成するための新規な技術を提供する。好ましい実施形態においては、静電界とミラー磁界とを組み合わせた構成が、具現される。その結果、独自の重要な複数の利点を有した新規なプラズマ源が得られ、ＰＥＣＶＤプロセスやエッチングプロセスやプラズマ処理プロセスにおける進歩を可能とする。

図１Ａは、ある好ましい実施形態における単純な実施態様を示している。非磁性基板（１）が、磁石（５）の上方に配置されている。例えばスチールといったような高磁性材料が、カソード（３）として機能し、カソード（３）と基板（１）との間にプラズマを形成し得るだけの十分な離間間隔でもって、基板（１）の上方に配置されている。アノード（１１）は、ワイヤリングとされ、カソード（３）の周囲に配置されている。この構成においては、磁力線（１２）は、磁石（５）とカソード（３）との間に形成される。磁界強度は、カソード（３）のところよりも、基板（１）の表面のところにおいて、より強い。これにより、基板（１）上を圧縮端部としたミラー磁界を形成している。プラズマ電圧が、カソード（３）とアノード（１１）との間に印加されると、プラズマ（１４）が、カソード（３）と基板（１）との間において発光する。この好ましい実施形態においては、基板（１）ではなく、プラズマ対向表面が、カソード電位に保持され、電子を反射する。この表面は、浮遊のままとすることができる。電子閉込は、磁気ミラー効果を使用することによって、得られる。その結果、電子は、磁界と静電界とによるローレンツ力によって、あるいは、基板上に形成された磁気ミラーによって、すべての自由度において閉じ込められる。

次に、図１Ｂを参照する。磁気ミラー効果は、十分に理解されており、粒子核融合の研究においてプラズマを閉じ込めるために既に使用されている。電子（２４）が、弱い磁界（Ｂ_０ ）という領域から強い磁界（Ｂ_ｍ ）という領域へと磁力線（２５）に沿って移動する際には、電子の軸方向速度（Ｖ_ａ ）は、磁力線（２５）回りにおける径方向ジャイロ回転速度（Ｖ_ｒ ）へと変換される。軸方向速度（Ｖ_ａ ）成分は、磁気ミラーを通過して基板（２２）へと到達する前に、ゼロとなり、電子は、より弱い磁界領域に向けて、反射される。弱い磁界に対しての強い磁界の比が大きくなるにつれて、より多くの電子が反射される。この磁気ミラー効果は、磁界を囲んでいる電界によって、好ましい実施形態においては、大いに有効である。これは、図１Ａにおいては、矢印（１７）と破線（１５）とによって示されている。この電界は、電子に対して径方向力をもたらし、径方向速度を増大させ、ミラー効果による電子閉込をより良好なものとする。これは、図１Ｂにおける内側プラズマ領域（２７）を囲んでいる輝度の大きなプラズマコーンとして、プラズマ内において観測することができる。

好ましい実施形態においては、基板の処理のために、低圧プラズマを閉じ込めるために上記特徴点を使用する。図１Ａのプラズマ源においては、希土類磁石（５）を使用することによって、強力な磁界領域を、基板（１）のプラズマ対向面のところに形成する。さらに、この磁石からの磁界は、次第に弱くなり、カソードプレート（３）に向けて広がる。およそ４００Ｖ〜８００Ｖという電圧がカソード（３）とアノード（１１）との間に印加され、かつ、チャンバ圧力がおよそ３〜１００ｍＴｏｒｒとされたときには、絶縁破壊が起こり、領域（１４）内にプラズマが維持される。カソード（３）からの二次放出によってあるいはプラズマ内における衝突によって電子が生成されることにより、電子は、プラズマ領域（１４）内に閉じこめられ、無端ホール電流をプラズマ（１４）内に生成する。この新規なプラズマ源のいくつかの特徴点や利点や制限について、以下説明する。

基板が、浮遊電位とされたときには、あるいは、電極（３）とは反対極性の電極に対して接続されたときには、基板（１）のプラズマ対向面とカソード（３）のプラズマ対向面との間に形成される磁気ミラーの少なくとも一部は、２：１という比を超えなければならない。この比は、基板（１）のプラズマ対向面上のポイントにおける磁界強度と、ギャップ内において同じ磁力線に沿った最弱ポイントにおける磁界強度と、の比として定義される。２：１よりも小さな比の場合には、磁気ミラーによって反射される電子の数が少なすぎ、低圧プラズマを維持することができなくなる。この好ましい実施形態における発想は、低圧プラズマを維持し得るだけの十分な電子を閉じ込めることである。多くの構成を試行することにより、基板上における強い磁界とギャップ内の弱い磁界との間における少なくとも２：１という比が、重要である。この比が増大すると、閉込が改良される。希土類磁石と、１２．７ｍｍ（１／２インチ）よりも薄い基板と、を使用した場合、最大１０：１という比を、あるいは１０：１を超えるような比を、比較的容易に得ることができる。静電的に電子を閉じ込め得るように基板がバイアスされるようにして、基板が、電極（３）に対して並列接続された場合あるいは個別電極に対して接続された場合、ミラー磁界は、２：１よりも小さくなることがあり得る。

この好ましい実施形態を使用して得られた閉込は、従来的な静電的（ローレンツ）閉込ほどは、効率的ではない。磁気ミラー比が２：１を超えていて、アノード配置が電子の径方向速度成分を増強していることにより、低圧プラズマの達成には十分な閉込が得られる。プラズマから飛び出して基板へと到達する実質的な電子流が存在することは明らかである。これはいくつかのデータ的観点から結論づけられる。プラズマを維持するのに必要な圧力は、典型的なマグネトロンプラズマ源よりも、大きい。マグネトロンプラズマ源は、１〜５ｍＴｏｒｒで動作するけれども、磁気ミラープラズマ源は、３ｍＴｏｒｒ以上で動作し、典型的には、１０ｍＴｏｒｒで動作する。ミラー型プラズマ源の電圧は、比較的大きい。米国特許出願シリアル番号第１０／０３６，０６７号明細書に記載された修正ペニング放電においては、４００Ｖ以下でもって、プラズマを維持することができる。この文献の記載内容は、参考のため、その全体がここに組み込まれる。ミラー型プラズマ源における低電圧動作は、５００Ｖ近辺である。プラズマ閉込効率が低減する影響が、いくつかのプロセスにおいては欠点とはなるけれども、この実施形態においては、有利である。図１Ａの構成に示すように、十分な電子閉込が得られており、稠密なホール電流閉込プラズマが形成されている。しかしながら、『良好ではない』閉込のために、プラズマから多くの電子が飛び出して、基板（１）へと向かっている。これは、多くのプラズマプロセスにとっては、理想的な構成である。基板の上方において直接的に形成された稠密プラズマ内においては、エッチング化合物や、ＰＥＣＶＤ反応体や、プラズマ処理ガスが、十分に活性化されている。同時に、大きな電子流および大きなイオン流が、活性化した粒子を基板上に向けて放出している。類似性は、カソード電極によって拘束されたプラズマであり、加圧ボトルのようなミラー磁界である。基板のところにおいては、圧縮されたミラー磁界が、ボトルのノズルを形成し、流れの抑制と、ボトルからの流出の案内と、の双方を行う。

この好ましい実施形態の他の見地は、基板に対しての粒子流れが大きいにしても、基板に対しての粒子エネルギーが、基板を通してプラズマを活性化しているプラズマ源の場合よりも、小さいことである。この好ましい実施形態においては、基板は、電気的に浮いた状態とされている。約−１０Ｖという浮遊電位は、高エネルギー粒子による衝突に基づいた基板切削やコーティング膜蒸発や基板損傷をもたらすには、十分に小さなものである。このことは、半導体ウェハや低温基板材料や大部分のＰＥＣＶＤプロセスを含有したプロセスにとっては、極めて重要である。

また、同じ電源（１６）を使用することによってあるいは他の電源を使用することによって、基板を、負にバイアスすることもできる（導電性基板の場合）ことに注意されたい。基板が負にバイアスされたときには、より多くの電子が、基板によって跳ね返され、プラズマ内に保持される。これは、基板に対して衝突するイオンエネルギーを増大させることにおいて有効である。非導電性基板の場合には、ＡＣ電源やＲＦ電源やパルス型ＤＣ電源を、使用することができる。基板を浮遊電位とすることの利点は、例えば建築用ガラスやフレキシブルポリマーウェブといったような厚くかつ大面積の非導電性基材を、背面側ＡＣ電源に基づくコストや複雑さを必要とすることなく、使用し得ることである。特に、絶縁性基材が厚すぎて、ＲＦ信号であってさえも透過できないような場合に、この好ましい実施形態を適用することができる。

基板は、また、接地することも、あるいは、図１Ａの回路においてアノードとして接続することも、できる。基板をアノードと使用した状態でも、磁気ミラーによる基本的閉込は、なおも継続して動作する。このモードにおいては、基板に対しての電子電流が増大する。一様なグローを維持しようとする場合には、電圧は、より大きく、強力な磁気ミラーが必要とされる、および／または、チャンバ圧力が、基板が浮遊電位とされているときやあるいは基板が負にバイアスされているときと比べて、大きなものでなければならない。例えば金属シートといったようなある種の基板に関しては、基板を接地することが、構成を容易なものとする。プラスチックウェブやガラスといったような他の基板に関しては、基板を浮遊電位とする構成が、容易である。

いずれの電気構成の場合においても、基板上への電子流およびイオン流は、基板から磁界を放出している磁極がなす物理的寸法内に、集中する。広幅基板のために磁極を広くしたときには、基板上方における稠密プラズマ領域は、長尺バーという形状となる。バーに対しての直交方向における一様さを得るためには、基板を、プラズマに対して移動させる必要がある。これは、他の図面に示されている。

基板からカソード（３）に向けての磁力線だけが図示されている。カソード（３）に到達しないような他の磁力線も存在するものの、それらは重要ではない。それら磁力線に捕捉された電子は、基板に集まる、あるいは、電源に戻る、あるいは、長く滞留せずプラズマの維持には寄与しない。

図１Ａは、基本的に好ましい実施形態を説明するための単純な構成を示している。他の図面においては、ウェハやフラット基板やフレキシブル基材を処理するための様々な好ましい実施形態を具現した様々なプラズマ源が図示されている。本発明の好ましい実施形態を適用し得る応用範囲の広さを示すことが試みられているけれども、当業者には、例示したもの以上の様々な応用が自明であろう。好ましい実施形態は、従来のマグネトロン／ペニング閉込手法の場合に多数の応用がなされたのと同様に、全体として、新たな種類の磁気閉込プラズマ源を提供する。

図１Ｃは、本発明の好ましい実施形態によるウェハ処理プラズマ源を示している。ウェハ（７６）は、非磁性プラテン（７５）上に配置されている。磁気シールド（７８）が、ウェハのところにおよびウェーハトリミングカバー（７２）との間のギャップのところに設けられている。カバー（７２）は、例えば４００シリーズのステンレススチールといったような高透磁性材料から形成されている。磁気回路は、カバー（７２）とスチール製シャント円環（８１）とシャント（７４）と磁石（８０）とによって、形成されている。シャント（７４）と磁石（８０）とは、静止プラテン（７５）の下方において、回転する。図１Ａに関して上述したように、ウェハの上方において強力な磁気ミラー磁界を形成することにより、プラズマが、ウェハの直接的上方において維持される。このことは、非常に有利である。それは、ウェハの直上において稠密プラズマが形成され、ウェハのエッチングやプラズマ処理やＰＥＣＶＤコーティングを行い得るからであり、これと同時に、ウェハが高電圧ではないことによって、衝突粒子のエネルギーが小さく、ウェハ構造に対してのダメージが低減されるからである。電源（７０）が、カバー（７２）とシャント（８１）との間に接続されている。電源（７０）は、ＤＣ電源や、ＡＣ電源や、あるいは、高周波電源、とすることができる。絶縁性コーティングが成膜される場合には、電源は、電極（７２，８１）のプラズマ対向面上に成膜されるコーティング膜を通して電流を通じ得るに十分なだけの周波数であるべきである。磁石（８０）は、ウェハの幅全体にわたってプラズマを延在させ得るよう十分に長いものとされる。シャント（７４）と磁石（８０）とが回転駆動されたときには、プラズマは、ウェハ表面上を掃引する。ウェハ表面上にわたってプラズマを掃引するための他の手段を使用することもできる。例えば、ロボットアームを使用することによって、プラテン（７５）の下方において磁石（８０）を所定パターンに従って移動させることができる。処理終了時点検出器を組み合わせることにより、この検出器がプロセスの完了を指示するまで、表面は、プラズマによって『処理』される。このプラズマ源においては、磁石は、希土類タイプのものとされる。ウェハと電極（７２）との間において形成される磁界は、１００Ｇ（ガウス）以上である。言い換えれば、プ
ラズマ中の電子は、ギャップ内において『磁化』される。現在の材料を使用すれば、プラズマ中のイオンをも磁化し得るように磁界強度を増強することは、比較的容易である。これには、１０００Ｇ以上といったような磁界強度を必要とする。本発明の好ましい実施形態による方法におけるプラズマは、イオン磁化に対してうまく適応する。それは、平面状マグネトロンタイプの閉込の場合のように大きなジャイロ半径を妨害してしまうカソード表面が、存在しないからである。従来技術によるプラズマ源においては、別の場所のプラズマ源からウェハに向けてプラズマを案内し得るようウェハの下方に設置された磁石を使用しているけれども、本発明による方法の好ましい実施形態においては、磁石自体が本来的に、ウェハ表面の直上に稠密プラズマを形成する。ウェハ上へと電子流およびイオン流を焦点合わせすることの利点は、本発明の好ましい実施形態における方法においては、完全に実現されている。スイッチ（８３）およびバイアス電源（８２）によって示されているように、本発明による方法においては、プラテン（７５）およびウェハ（７６）を、浮遊電位とすることも、あるいは、接地電位とすることも、あるいは、電源（８２）によって正または負にバイアスすることも、できる。

図２は、図１Ｃのウェハ処理プラズマ源を示す斜視図である。この図においては、プラズマ源は、各部材を明瞭に図示し得るよう、分解図で示されている。磁石（８０）は、プラテン（７５）およびウェハ（７６）の下方に配置されている。電極（７２）とウェハとの間における磁気ミラー磁界は、シャント（７４，８１）によって増強されている。ウェハ（７６）の両エッジにまで延在するあるいは両エッジを超えて延在する長尺磁石（８０）を使用することにより、一様なホール電流プラズマ（７７）は、シャント（７４）と磁石（８０）とを回転駆動したときには、ウェハ全体を掃引する。

図３Ａは、本発明の好ましい実施形態による方法を使用したプラズマ源を示す断面図である。基材（１）は、剛直な平面状基板とすることも、また、２つの連続回転ロール間にわたって平面状に張られたウェブとすることも、できる。基材（１）は、シールド（８）の近傍に配置されている。しかしながら、基材（１）は、シールド（８）に対して接触することなく搬送され得る程度にはシールド（８）から離間している。磁界（１２）が、永久磁石（５，６，７）と磁気シャント（２，４）とカソード電極（３）とによって、基材とプレート（３）との間において、形成されている。磁界（１２）は、基材（１）が圧縮端のところに配置されているようにして、シャワーヘッドミラー磁界のような形状とされている。電界（１５）は、電源（１６）によって、カソード電極プレート（３）とチャンバ接地部分との間において、形成されている。シールド（９，１０，１１）が、接地電位に対して接続されている。磁気シャント（４）とシールド（８）とは、電気的には、浮遊電位とされている。電源（１６）は、シールド（８）に対しての電流流通が存在しないことにより、誘電性基材の場合であってさえも、ＤＣとすることができる。これに代えて、誘電性コーティング膜を成膜する場合には、パルス型ＤＣ電源やＡＣ電源を使用することができる。これは、電極（３）上のコーティング膜と接地表面上のコーティング膜とがＤＣ電流流通を妨害するためである。プラズマ（１３）は、磁界（１２）と電極（３）と磁気ミラーとによって、基材（１）のところに閉じ込められる。電子は、磁界（１２）の全周囲にわたって連続的に磁界（１２）の外部に位置している電界ライン（１５）によって、紙面に垂直な寸法内において拘束される。その結果、電子閉込によって形成されたホール電流（１４）が、磁界（１２）内において連続ループの内部に拘束される。低パワーにおいては、この閉込リングは、容易に視認することができる。大きなパワーにおいては、プラズマが、基材と電極（３）との間の領域（１３）を充填するようにして広がる。アノードが、チャンバ壁であって、接地されたシールドであることに注意されたい。これは、カソードプレート（３）と基材（１）との間のギャップ内への十分な電界侵入をもたらし、プラズマ閉込効果に寄与する。カソードプレート（３）と基材との間のギャップは、プ
ラズマの形成のために十分なサイズでなければならない。ギャップのサイズは、また、表面（３，１）どうしの間に強力なミラー磁界を形成するという必要性や、少なくとも電子を磁化し得るような十分に強力な磁界を形成するという必要性や、ビューポートからプラズマを観測するという必要性、に基づいたものとされる。典型的なギャップは、５０．８ｍｍ（２インチ）である。図３Ａに示すようなプラズマ源は、１０１．６ｍｍ（４インチ）長さ（紙面に対して垂直な方向における長さ）の磁石（７）と、２０３．２ｍｍ（８インチ）長さのカソード電極（３）と、を備えて構成された。チャンバ圧力を２０ｍＴｏｒｒとし、さらに、カソード電極（３）と接地との間に印加する電圧を約５００Ｖとすることにより、図示のように、基材（１）上において明るいプラズマが維持された。放電を開始するに際しては、圧力は、電源の点火電圧に応じてスパイクすることがあり得る。ここでは特定の値を例示したけれども、プロセス（ＰＥＣＶＤ、処理、エッチング）やプロセスガス種や基材サイズや材料や磁界や他の変数に応じて、様々な圧力や様々な電圧値や様々な周波数や様々なパワーレベルを、使用することができる。例示した数値は、好ましい実施形態を模擬するに際しての開始値を技術者に対して提示することを意図したものである。従来的なマグネトロン閉込と同様に、本発明による方法による好ましい実施形態における利点を発揮しつつも、動作値は、様々に変更することができる。

図３Ｂは、図３Ａのプラズマ源を示す斜視図である。この図においては、プラズマホール電流が、磁石（５，６，７）とシャント（２，４）と電極（３）とによって形成された双極子磁界の内部に閉じ込められていることがわかる。この双極子構成においては、磁極（７）が、基材のエッジ近傍において単に終端していることに注意されたい。ギャップ内の磁界（１２）は、永久磁石（７）からカソードプレート（３）へと延在し、延長されたシャワーヘッド型ミラー磁界を形成する。この磁界内において、ホール電流が、レーストラック（１４）内に閉じこめられ、このループリング内に強力なプラズマが形成される。基材（１）は、磁極（６，８）およびシールド（８）の上方を搬送される。シールド（８，９）の間のギャップは、基材に対して干渉することなく基材を搬送し得るようにしつつ偽のプラズマ生成を最小化し得るよう、小さなものとされている。シールド（１０，１１）は、十分な熱を受領することができ、必要であれば水冷される。水冷の必要性は、プロセスのタイプやパワーレベルや材質やプラズマ接触面の構成に関連した様々な要因や磁界等に依存する。長い操業時間と高パワーとを使用した大部分の工業プロセスにおいては、すべての電極を、公知手法を使用して水冷する必要がある。

図４は、本発明の好ましい実施形態を具現した他の平板状プラズマ源を示す断面図である。このプラズマ源は、２つの同一構成のプラズマ源（１０，１１）を備えて構成されており、これらプラズマ源は、中程度の周波数（５０〜４５０ｋＨｚ）の電源（１６）によって接続されている。この構成は、ＡＣ電源によって接続された２つの平面状マグネトロンと同様である。平面状マグネトロンの場合の構成と同様に、この構成は、絶縁性コーティング膜を形成する場合に有効である。それは、各プラズマ源を、アノードおよびカソードとして交互に使用できるからである。カソードモードにおいては、イオン衝撃は、電極を蒸発させてクリーニングする傾向がある。そのため、電極の導電性が、複数回にわたっての製造操業にわたって維持される。プラズマ源（１０）は、マグネトロン磁石アレイを備えて構成されており、中央磁石（７）と外側リング磁石（６）と磁気シャント（２）とを有している。非磁性カバー（８）が、磁石をＵＶ光から保護している。平面状基材（１）は、図示していない複数のロールによって支持されており、カバー（８）の上方を、接触することなく通過している。基材（１）の上方においては、電極（３）が、磁石（６）の外形を追従するボックスとされている。電極（３）は、例えばマイルドスチールといったような高透磁性材料から構成されており、図示のようにして磁界を導通させている。ギャップ磁力線（１２）は、磁石（７）から発生し、基材（１）を通過し、その後、電極（３）において終端するものとして、図示されている。好ましい実施形態においては、この構成において、電子を、磁界（１２）とカソード電極（３）と圧縮性磁気ミラーとによって、基材の上方に閉じ込めている。この場合、双極子磁界ではなく、マグネトロンに似た磁界が形成されていて、ホール電流を、ボックス（３）内のプラズマ（１４）の両『ウィング』の中に閉じ込めている。双極子磁界の両サイド内へと侵入する電界に代えて、電界が、概略的な電界ライン（１５）によって示しているように、磁界の上部内に侵入していることに、注意されたい。結果は同じであって、電子は、磁界（１２）内において無端ホール電流領域内に閉じ込められている。プラズマ源（１１）は、同一構成を有している。電源（１６）が起動され、プロセスガスが、およそ５〜１００ｍＴｏｒｒでもってプラズ
マ源のチャンバ内に供給されたときには、プラズマ（１４，３４）が発光する。電源（１６）は、幅広い周波数範囲に設定することができる。典型的には、電極（３，２３）上に成膜される薄膜は、導電性であり、２０ｋＨｚ以上の周波数が使用される。このプラズマ源は、例えばプラズマ処理やＰＥＣＶＤやプラズマエッチングといったようなプラズマ処理において、優れている。例えば建築用ガラスといったような厚くかつ大面積の基材を処理する必要がある場合に、特に有効である。ガラスが電気的に浮遊電位とされることにより、厚いガラスを通して電流を流すという困難性が排除され、稠密プラズマが、基材の上方に案内される。加えて、カソードプレートを鉛直方向に配置することにより、カソードのスパッタリングが、基材から離間される。このことは、スパッタされた材料による基材の汚染を低減し、基材に対しての熱負荷を低減する。したがって、ＰＥＣＶＤコーティング膜が基材上に成膜される際には、カソード表面は、スパッタリングによってクリーニングされるとともに、スパッタリングによって発生した材料は、基材から離間して案内される。カソードの鉛直方向配置は、いくつかの応用においては、かなりの利点をもたらす。製造時には、カソード電極（３，２３）が、水冷されなければならない（図示せず）こと、および、プロセス条件によっては、他の表面もまた水冷を必要とすることがあり得ることに、注意されたい。

プラズマ源（１０，１１）は、マグネトロンスパッタカソードが拡張可能であるのと同様に、所望とされた任意の幅にまで拡張することができる。この場合、マグネトロン磁石構成を、基材の下方において伸ばすことができ、基材上方の透磁性ボックスも、同様に伸ばすことができる。マグネトロンカソードの場合と同様に、『レーストラック』の周囲を移動する閉込ホール電流は、プラズマ源の長手方向を横断しての本来的一様性をもたらす。プラズマの下方において直交的に基材を移動させることにより、基材に対しての極めて一様なプラズマ処理が得られる。

図５は、本発明の好ましい実施形態を使用したウェブコーティング装置を示す断面図である。この実施形態においては、双方のロール（１０１，１０２）が、ウェブ（１００）を支持しており、ウェブ（１００）は、回転支持体（１０１，１０２）上にわたって連続的に駆動されている。ロール（１０２）は、永久磁石と磁気シャントとからなるアセンブリ（１１１）を収容している。ロール（１０１）は、磁界（１０８）を付帯し得るに十分な厚さのスチール製ローラとされている。磁界（１０８）が、磁気アセンブリ（１１１）とスチール製ロール（１０１）と磁気シャント（１０６，１０７）と永久磁石（１０４，１０５）と磁気シャント（１０３）とによって、ロール（１０１，０１２）間のギャップ内に形成されている。相異なる磁極構造のために、磁界（１０８）は、対称的ミラー磁界ではなく、シャワーヘッドという外見を示している。ロール（１０１）は、カソード電極として電源（１１０）に対して接続されている。ロール（１０２）は、浮遊電位とすることも、あるいは、電気回路内におけるアノード電極として接続することも、あるいは、カソード電極としてロール（１０１）と並列に接続することも、できる。構成によって結果が相違し、プロセス要求に応じて様々な利点がもたらされる。ロール（１０２）を浮遊電位としたときには、好ましい実施形態における電子トラップが、ロール（１０２）の表面のところにおける圧縮磁界（１０８）に対して電子が近づく際の磁気ミラー効果によって、および、ロール（１０２）上におけるウェブ（１００）の物理的存在によって、維持される。磁界（１０８）は、電界（１１８）によって囲まれており、これにより、磁界（１０８）内にホール電流が閉じ込められ、強力なプラズマ（１０９）が形成されている。ロール（１０２）を浮遊電位としたときにはあるいはアノードとして接続したときには、プラズマ（１０９）は、ロール（１０２）の周縁においてウェブに向けて増強する傾向がある。この実施形態においては、磁極（１０６，１０７）が電気的に浮遊電位とされ、永久磁石がセラミックタイプのものとされて、導電性電極はなくなり、磁気シャント（１０３）がチャンバ接地電位に対して接続される。本発明による方法においては、ロール（１０１）は、カソードとして接続されていなければならない。強力な磁界を備えたロール（１
０２）は、アノードとして接続することも、カソードとして接続することも、また、浮遊電位とすることも、できる。

図６は、他のタイプの磁界を有したさらなるフレキシブルウェブ装置を示している。先の実施形態においては、ロールどうしの間のギャップ内の磁力線は、中央に向けて内方に湾曲していた。この装置においては、磁界（１０８）は、中央から離間する向きに湾曲している。いずれの場合においても、少なくとも１つのカソード表面と少なくとも１つの基材表面とを通過する磁力線が形成されることにより、好ましい実施形態における利点が維持される。この装置においては、ロール（１０２）は、永久磁石（１１４，１１６）とシャント（１１５）とを備えており、ロール（１０２）と強磁性プレート（１０１，１１２，１１３）との間に、磁界（１０８）を形成している。プレート（１０１，１１２，１１３）は、ロール（１０２）の曲率に対して全体的に追従するようにして、湾曲している。プレート（１０１）は、電源（１１０）に対して接続されていて、カソードとして機能している。プレート（１１２，１１３）は、電源のアノードとして機能している。この構成においては、電界（１１８）が、カソード面とアノード面との間に、形成される。誘電体ウェブが、プレート面（１０１，１１２，１１３）上に配置されていないことにより、ＤＣ電源を使用し得ることに、注意されたい。これに代えて、誘電性のＰＥＣＶＤコーティング膜が成膜されて、プレート（１０１，１１２，１１３）上に絶縁性コーティング膜が形成される場合には、パルス型ＤＣ電源やＡＣ電源を使用することができる。カソードプレート（１０１）とアノードプレート（１１２，１１３）との間のギャップは、ダークスペース長さよりも狭いものとされ、これにより、これらギャップ内におけるプラズマ形成が防止されている。ロール（１０２）は、ウェブ（１００）を支持しているとともに、ウェブを連続的に移動させることによって、新たなウェブ面をプラズマに対向させるようにする。磁石（１１４，１１６）とシャント（１１５）とは、ロール（１０２）と一緒に回転することはない。動作時には、プラズマ（１０９）が、カソードプレート（１０１）を通ってロール（１０２）へと進入する磁力線からなる拡張コーン内に、形成される。プラズマ源の端部には、レーストラック磁界転換点が存在していないことに、注意されたい。アノードプレート（１１２，１１３）は、カソードプレート（１０１）の周囲において接
近して配置されており、磁界（１０８）の周囲において、所望の連続的な電界（１１８）を形成している。図７は、プラズマ源の端部を、より詳細に示している。ホール電流の端部閉込が所定位置で行われていることにより、連続的なホール電流閉込領域が、磁界（１０８）内に形成されていて、一様で強力なプラズマ（１０９）が、ロール（１０２）の長さ全体に沿って形成されている。

図７は、図６のプラズマ源を示す平面図である。この図においては、ホール電流の端部閉込を理解することができる。端部閉込は、ロール（１０１）がなすカソード表面（上流側という観点）から、磁界（１０８）を経由して、アノードへと向かうような、連続的な電界を形成することによって、達成されている。これにより、一次電子に対してＶ×Ｂ力がもたらされ、これにより、これら電子が、アノードプレート（１１２，１１３）に到達することが防止されている。電子がカソードプレート（１０１）から離間するにつれて、それら電子は、ロール（１０２）へと接近するよう移動し、発散性電界と圧縮性磁界とロール（１０２）上のウェブ（１００）の物理的表面とによって停止される。この構成の利点は、ウェブ（１００）がロール（１０２）につれて移動する際にウェブ（１００）がプラズマ（１０９）に対して近接した時に、ウェブ（１００）が、カソード電位にはなく、そのため、強力なイオン衝撃を受けないことである。磁界や電界やカソード位置やアノードや基材表面や例えばプロセスガスといったようなプロセス依存変数を調節することによって、多様なプロセスや応用をうまく達成することができる。

図８は、他のウェブ装置の断面図を示している。この実施形態においては、ロール（１）は、磁石（６，７）とシャント（８）とを有して構成されたマグネトロン磁石アレイを収容している。このマグネトロンアレイは、ロール（１）がウェブ（３）を支持しつつ回転する際にも、ロール（１）と一緒には回転しない。ロール（２）は、中空のスチール製コンベヤロールであって、ロール（１）からの磁界を付帯し得るよう十分な厚さを有している。磁界（１３）は、中央磁界（１４）の周囲に位置したレーストラック磁界であって、永久磁石（６）からスチール製ロール（２）へと向かう非対称磁気ミラーである。ロール（２）は、カソード電極であって、電源（１８）に対して接続されている。一方、ロール（１）は、用途に応じて切換選択可能とされている。スイッチ（２４）がカソード電極に対して接続されたときには、ロール対は、本出願と同日付けにて米国に出願されたＰＣＴ出願（代理人整理番号１０６３０／１４）に記載されているマグネトロン閉込ペニング放電と同様に振る舞う。スイッチ（２４）が中央位置とされて、ロール（１）が浮遊電位とされたときには、電界は、ロール（２）とチャンバ壁との間に形成される。電子は、ロール（１）のところにおける磁気ミラー内に拘束され、カソードロール（２）に向けて移動しようとする。プラズマが、ロール（１）の近くに形成され、レーストラック磁界（１３）内に閉じ込められる。プラズマがロール（１）に向けて存在しているけれども、その結果、ウェブ（３）に向けて存在しているけれども、ウェブは、バイアスされておらず、比較的小さなエネルギーのイオン衝撃しか受けない。この構成においては、プラズマ（１６）が近接した位置に形成されていることにより、ＰＥＣＶＤフィルムを、ウェブ（３）上に形成することができる。カソード電極に関しては、ロール（２）上のウェブ（３）は、イオン衝撃を受け、いくらかのＰＥＣＶＤコーティングを受ける。第３のスイッチング設定においては、ロール（１）を、電源（１８）のアノード電極に対して接続する。これにより、ロール（１）上のウェブ（３）内に付加的な電流が形成され、用途によっては望ましいものとなる。ロール（１）および／またはロール（２）は、公知技術を使用して水冷することができる。

図９は、図８と同様の平面状ミラーマグネトロンデバイスを断面図によって示している。この実施形態においては、平面状基材（１０１）が、表面（１１２）に対して近接しつつ、表面（１１２，１０２）間に配置されている。基材（１０１）は、表面（１１２）に対して接触することなく、表面（１１２）上にわたって搬送され得るものとされている。表面（１１２，１０２）間のギャップを横切って、２つの磁界（１０８，１１０）が形成されている。磁界（１０８）は、磁気シャントプレート（１０３，１０２）の周縁上におけるレーストラックという形状とされている。磁界（１１０）は、磁界（１０８）の内部に、かつ、２つのシャントプレート（１０２，１０３）の間に、形成されている。シャントプレート（１０２）は、電源（１０７）のカソード側に対して接続されている。表面（１１２）は、カソード電極に対して接続することも、また、アノード電極に対して接続することも、また、浮遊電位とすることも、できる。表面（１１２）が浮遊電位とされたときには、基材が誘電体である場合でさえも、ＤＣ電源を使用することができる。表面（１１２）がカソードとして接続された場合には、あるいは、基材（１０１）に対して誘電性ＰＥＣＶＤコーティング膜が成膜される場合には、電源（１０７）は、パルス型ＤＣ電源やＡＣ電源とすることができる。表面（１１２）が浮遊電位とされたときには、プラズマは、レーストラック形状の磁界（１０８）に関連して、表面（１０２）によって生成される。プラズマは、レーストラック磁界（１０８）内に形成される傾向があり、基材（１０１）に向けて増強する傾向がある。プラズマが基材に対して直接的に接触していないことにより、基材を、ＰＥＣＶＤコーティングによって効率的にコーティングしたり、あるいは、エッチングしたり、あるいは、プラズマ処理したり、することができる。

図１０は、図９のプラズマ源の側面図を示している。この図は、マグネトロンスパッタリングカソードの場合と同様に、本発明の好ましい実施形態による磁気的に増強されたプラズマを、大面積基材に対して、一様なまま拡張し得ることを示している。これは、まさしく、マグネトロンスパッタリングの主要な利点であり、本発明の好ましい実施形態における主要な利点でもある。この観点において、磁気シャントプレート（１０２）と、磁気アセンブリ（１０３，１０４，１１２）とは、ギャップを介して隔離されている。磁界（１０８）が、ギャップを通して形成されており、磁石（１０４）のレーストラック形状を追従している。動作時には、プラズマ（１０９）が、基材（１０）に対して形成される。

図１１は、図９のプラズマ源を示す斜視図である。この図においては、永久磁石（１０５）の周囲における永久磁石（１０４）のレーストラック形状を理解することができる。

図１２は、他の好ましい実施形態によるプラズマ源を示している。このプラズマ源においては、２つの磁石がギャップを介して配置されている。カソード電極（４５）が、ギャップの中央あたりに配置されている。カソード電極（４５）は、例えば銅やステンレススチールやチタンといったような非磁性材料から構成されている。図示のように、ミラー磁界が、基材（４１）を通過する圧縮磁界と、カソード電極（４５）を通過する圧縮度の小さな磁界と、を有して形成されている。カソード電極（４５）とリング状アノード（４３）との間に電圧が印加され、電界が磁界内に十分に進入したときには、電子ホール電流が、磁界内に閉じ込められる。電圧が十分なものでありかつプロセスガス圧力が十分なものであれば、プラズマ（４４）が、カソードと基材との間に形成される。この図における着想は、高透磁性カソード以外の磁界構成が実現可能であることを示すことである。本発明のすべての実施形態は、圧縮度が小さいような磁界のカソード電極端のところに、高透磁性部材または永久磁石を示している。これは、基材の下側の磁石から、ギャップを経由して、カソード電極内へと、磁界を形成するに際して、有効であるからである。これは実際そうであるけれども、代替例は、基材の上方に非磁性電極だけを配置することである。例えば、図１２においては、磁石（４０）は、省略することができる。磁界は、主に、磁石（４７）のＮ極からＳ極に向けて循環することとなる。しかしながら、実際に、磁界のわずかの部分が、磁界（４７）のＮ極から出て、カソード電極（４５）を通過した後に、Ｓ極へと到達する。この磁界が、電子を磁化させ得る程度に十分に強力なものであれば、本発明の方法によるプラズマが形成される。この場合にも、カソード『アセンブリ』（４５）内における磁性材料の使用が比較的単純であることにより、また、カソード内における磁力線を増大させ得ることにより、磁性材料が好ましい。

カソード表面（４５）を、磁石（４０）に対して接近する向きに移動させ得ることに、注意されたい。この構成においては、基材へと向かう電子は、磁界が弱い領域から、磁界が強い領域（１：２を超えるミラー比）へと、移動する。これは、確かに閉込プラズマを形成するけれども、図面には示されていない。それは、広がっていて磁界が弱い領域にカソード電極（４５）が配置されたときの方が、プラズマ源が、ずっと良好に動作するからである。より広い電子収集領域は、より輝度の大きなグローを有しかつ低圧力および低電圧で動作するプラズマ源を作製することに、寄与する。

図１３は、本発明の好ましい実施形態のさらなる変形例を示している。このプラズマ源においては、カソードプレート（５２）は、基材（５１）に対して平行とされている。マグネトロン磁石アレイ（６０）が、基材（５１）の下方に配置されている。このアレイ（６０）は、磁石（５６，５７，５９）と磁気シャント（５０）とから構成されている。磁石（５９）は、中央磁石（５７）から発生する磁力線を、基材（５１）よりも上方へと持ち上げるよう機能する。これにより、それら磁力線は、図示のように、カソードプレート（５２）よりも上方へと到達する。電源（５５）は、カソード電極（５２）と、ガス供給機能付きのアノード電極（５３）と、の間に接続されている。結果は、先の装置と同じである。つまり、磁界（６１）とカソード電極（５２）と圧縮磁気ミラー領域（６２）とによって閉じ込められた領域内に、磁気閉込プラズマ（５４）が形成される。この図は、好ましい実施形態における磁界が、様々な形態をとり得ることを示している。また、この図においては、基材を貫通するミラー効果を増強するための手法（磁石５９）が示されている。この構成は、カソード（５２）からスパッタされた材料が基材（５１）上に堆積することを低減させるという目的に対して、有効である。

図１４は、マグネトロンスパッタ源を使用した好ましい実施形態を示している。磁石（２０６，２０７）とシャント（２００）とから構成された磁気アセンブリ（２１２）が、平面状基材（２０１）の下方に配置されている。シャントバー（２０９，２０２）が、基材の上方においてボックスを形成しており、好ましい実施形態における磁界を形成している。マグネトロン（２０８）が、ミラー磁界の上方に配置されている。プラズマ（２１０）は、スパッタリングレーストラックプラズマである。ミラー型プラズマ源の上方にスパッタマグネトロンを追加することは、コーティング構造に対して金属原子が追加されたＰＥＣＶＤフィルムを形成するに際して、有効である。また、本発明の好ましい実施形態におけるプラズマ源を使用することによって、反応性スパッタリングを補助することができる。この図においては、ＡＣ電源が使用されていて、ミラー磁界と平面状マグネトロンとの間に接続されている。これに代えて、ミラー磁界と、平面状マグネトロンと、の各々は、個別の電源を有することができる。他の実施形態として、図４に示すように、２つのマグネトロンを、１つのＡＣ電源に対して接続することができ、さらに、それぞれ対応する２つのミラー源が、個別のＡＣ電源を有することができる。

この実施形態においては、２つのプラズマ源が同時に動作することに、注意されたい。すなわち、マグネトロンスパッタカソードと、本発明の方法によるミラー型プラズマ源と、が同時に動作することに、注意されたい。従来技術においては、基材の下側の磁石は、別の場所のプラズマ源から基材に向けてプラズマを焦点合わせするために、使用されていた。本発明においては、磁界とカソード表面とが、他のプラズマ源と一緒に動作し得るような自立型のプラズマ源を、形成する。

図１５は、上述した本発明の好ましい実施形態によって補助されたような、活性化された反応性蒸着源を示している。この実施形態においては、フレキシブルウェブ（３０１）が、回転ドラム（３０２）の周囲に配置されている。マグネトロン磁石アレイ（３００）が、ドラムの内部に配置されており、回転はしない。外部には、高透磁性プレート（３０４）が、上述と同様にして、電源（３１０）に対して接続されている。電源（３１０）は、シールド（３０７）（プレート（３０４）からは離間している）と接地電位とに接続されている。熱蒸着源（３０３）は、ウェブ（３０１）に向けて、凝集物（３０８）を放出する。典型的な蒸着プロセスにおいては、凝集物が基板に到達し得るような平均自由行程を確保するために、１ｍＴｏｒｒ以下での動作が要求される。この圧力は、自立型のミラーマグネトロン動作に対しては、小さすぎる。そこで、この装置においては、ミラーマグネトロンプラズマは、プラズマの点火に十分であるような局所的高圧を形成するための蒸発源の存在を必要とする。ミラーマグネトロンは、ウェブ上において稠密プラズマを形成して、凝集材料の反応を大いに補助する。反応性ガスが、供給チューブ（３０５）を通して導入される。ガス流は、シールド（３０６）によって、ウェブと電極（３０４）との間を、大部分が流れるものとされる。その後、ガスは、磁界（３１１）とプラズマ（３１２）とによって、凝集物熱源から分離される。反応成膜プロセスは、また、上述した磁気ミラーノズル効果により基材に向けて流入する電子流およびイオン流によっても、補助される。熱蒸着源に代えて、電子ビーム源やレーザー源を使用し得ることに、注意されたい。

図１６は、平面状基材を処理するに際して有効な他のプラズマ源を示している。このプラズマ源も、また、本発明による方法が採用し得る多様な態様とすることができる。このプラズマ源においては、閉ループ電子ホール電流は、単純なレーストラック形状を超えて拡張されている。ミラー磁界（３０８）が、基材の下方に配置された磁石（３０６，３０７）および磁気シャント（３０５）を使用して形成されており、基材の上方には、プレート（３０１，３０２）が配置されている。プレート（３０１，３０２）は、カソードとして接続されている。この場合、チャンバ壁が、対向電極となる。プラズマ（３０４）は、本発明による方法に基づき、ミラー磁界（３０８）の内部に形成され、稠密なプラズマ（３０４）が、磁極の外形をトレースする。外見における相違により、本発明による方法の基本的基準は、以下の事項を満たす。１）ミラー磁界が、基材よりも上方に放出され、プラズマ閉込ギャップを経由して、電子閉込電極表面内へと進入すること。２）電界が、無端ループ内にホール電流を閉じ込め得るよう十分に磁界を貫通すること。３）基材が、プラズマに対して移動し、一様に処理されること。複雑な構成とはなるけれども、この構成の可能な進展は、ミラーによって焦点合わせされた複数のプラズマ『ノズル』からなるより多数のバンドを、基材（３００）に対して接触させることである。

図１７は、平面状基板またはフレキシブルウェブのためのさらなるプラズマ源を示す断面図である。この実施形態においては、磁界（５０）の一部が、磁石（４０）によってもたらされ、基材（４１）と磁極（４５）との間のギャップ内において、ミラータイプの磁界を形成している。シャント（４６）が、磁極（４５）に対して、および、磁石（４７）に対して、磁界を案内している。このようにして、２つのプラズマ『コーン』が、１つの電源（４２）を使用して形成されている。磁極（４５）が、磁石（４０，４７）よりも短いことに、注意されたい。そのため、磁界は、磁極（４５）の端部の周囲において広がっており、閉込ホール電流が磁極（４５）の端部周辺に流通することを可能としている。動作時には、プラズマ（４４）が、２つのコーンとして発生し、磁極（４５）は、コーンの基部にまで進入している。浮遊磁界（４９）は、『発光』することはない。それは、磁力線がカソード面を通過していないからである。磁極（４５）は、ネジ（４８）によって、シャント（４６）に対してネジ止めされている。このアセンブリは、基材（４１）の上方の所定位置に保持され、ブラケットやファスナー付きの磁石アセンブリは、図示されていない。このプラズマ源においては、基材は、磁石（４０，４７）および磁気シャント（４３）と同様に、浮遊電位とされている。基材は、磁石（４０，４７）の近くを通過しており、これにより、基材（４１）上におけるミラー磁界が最大化されている。基材（４１）と磁石（４０，４７）とが浮遊電位とされていることにより、動作時に基板の背面側においてプラズマが点灯しないことに、注意されたい。

上述したように、ローレンツ力と磁気ミラー電子閉込構成との組合せが、基材の直上位置において、レーストラック軌道内にホール電流をトラップする。１９３０年代におけるPenning 氏の功績と同様に、閉込態様は、様々なプロセスや技術に対して応用することができ、従来技術では真似できないような結果をもたらす。ＰＥＣＶＤやプラズマエッチングやプラズマ処理といった多くの応用が、実質的に改良されるあるいは可能となる。また、上述したように、新規なプラズマ源は、他のプラズマ源と組み合わせることができ、これにより、プラズマ源を改良することができる、あるいは、さらなる新規なプラズマ源を形成することができる。この新規な技術は、多様な利点をもたらす。そのような利点のいくつかは、以下のようである。

−基材の直上における閉込領域内に、稠密プラズマが形成され、大きな電子電流および／またはイオン電流が、磁気ミラーの『ノズル』を通して基材上へと案内される。その結果、基材上におけるＰＥＣＶＤや他のプラズマ活性を増大させる。

−磁界構成形状および電界構成形状が、平面状マグネトロンスパッタリングデバイスやグリッド無しイオン源の場合と同様の、対称的な無端レーストラック閉込領域を形成する。それら技術において公知であるように、閉込領域の長さは、プラズマの一様性を維持しつつ、広幅基材に適応し得るように、拡張することができる。これは、大面積基材に関して実質的に低コストで対応し得るという点において、現在のＲＦ放電やマイクロ波放電に対しての主要な改良点である。

−磁気的に増強されたプラズマ源の場合と同様に、効率的なプラズマ閉込は、低圧かつ低電圧での動作を可能とする。これによって、多くのプロセス的利点が得られる。すなわち、プラズマは、チャンバの他の領域では発光しない、つまり、閉込領域の外側に位置した電極表面上においては発光しない。プラズマは、極めて安定でありかつ一様である。低電圧であるために、より安全でかつより低コストであるような電源を使用することができる。

−低圧ＰＥＣＶＤ動作に関する意義深い利点は、平均自由行程を伸ばすことができて、これにより、高パワーでの無粉末動作が可能とされることである。また、低圧において多くのフィルムに関してフィルムのモルフォロジーが向上する。

−様々なプロセス基材エネルギー要求に対して、適合できることである。図面に示すように、基材は、浮遊電位とすることも、負にバイアスすることも、あるいは、正にバイアスすることも、できる。これにより、様々な結果をもたらすことができる。

最後に、上述した様々な実施形態は、単独で使用することもまた組み合わせて使用することもできることに、注意されたい。それら様々な実施形態は以下のものを含んでいる。
−スパッタされる場合には、カソード電極の表面を、プロセスにとって有効であるようなあるいは無害であるような『ターゲット』材料によって、被覆し得ること。
−カソード電極の表面を、基材に対して、基材上への電極からのスパッタ材料の到達を最小化させ得るような位置に、配置すること。
−基材を、正にバイアスすることも、接地することも、浮遊電位とすることも、負にバイアスすることも、できること。
−基材のバイアスに際して、ＡＣ電圧またはＲＦ電圧を使用し得ること。
−カソード電極に対しての電力供給として、ＤＣ、あるいは、ＡＣ、あるいは、ＲＦを使用し得ること。
−磁界に対して基材を移動させることに代えて、基材に対して磁界を移動させること。
−図４，１７に示すように、カソード表面と基材表面とを非平行とし得ること。
−マグネトロンタイプのアレイを使用して磁界を形成し得ること。
−複数の双極子磁界を形成することができ、これらを１つの電源に対して接続すること。
−基材の上下双方に配置されたあるいは基材の直下に配置された高透磁性材料および磁石を使用して、磁界を形成し得ること。
−基材を、コンベヤロールによって支持されたフレキシブルウェブとし得ること。
−基材の両面を、被覆し得ること。圧縮されたミラー面が、大いに好ましい。圧縮度の小さな面は、付加的である。
−磁界を、尖鋭な凹形状や凸形状とし得ること。
−ミラー磁界を、レーストラック形状とすることができ、レーストラックの中央を通過する戻り磁界を有することができる。
−磁界を、永久磁石または電磁石によって形成し得ること。
−ミラー磁界を、スパッタマグネトロンと組み合わせることができ、これにより、プラズマ反応や基材処理を補助し得ること。
−プラズマ源を使用することによって、熱蒸着や電子ビーム成膜プロセス（あるいは、レーザー蒸着）に関連した反応プロセスを補助し得ること。

上記詳細な説明は、本発明が採用し得るいくつかの選択された態様を例示するためのものであって、本発明を何ら限定するものではないことは、理解されるであろう。本発明の範囲を規定するものは、均等例も含んでいるような特許請求の範囲だけである。

本発明の好ましい実施形態による単純なプラズマ源を示す断面図である。 ミラー磁界内における電子の移動を簡略化して示す図である。 本発明の好ましい実施形態によるウェハプラズマ処理装置を示す断面図である。 図１Ｃの装置を示す斜視図である。 平面状基材プラズマ処理装置を示す断面図である。 図３Ａの装置を示す斜視図である。 本発明の好ましい実施形態によるデュアルプラズマ源を示す断面図である。 フレキシブルウェブ基材をプラズマ処理するための装置を示す断面図である。 フレキシブルウェブ基材をプラズマ処理するための他の装置を示す断面図である。 フレキシブルウェブ基材をプラズマ処理するための図６の装置における７−７線矢視断面図である。 フレキシブル基材をプラズマ処理するためのデバイスを示す断面図である。 平面状基材を処理するための装置を示す断面図である。 図９のプラズマ源を示す側面図である。 図９のプラズマ源を示す斜視図である。 本発明の他の好ましい実施形態を示す断面図である。 本発明の他の好ましい実施形態を示す断面図である。 スパッタマグネトロンと組み合わされたプラズマ源を示す断面図である。 活性化された反応性蒸着源における反応性成膜を補助するために使用されているプラズマ源を示す断面図である。 平面状基材を処理するためのプラズマ源を示す平面図および断面図である。 平面状基材用のまたはフレキシブルウェブ用の他のプラズマ源を示す断面図である。

符号の説明

１ 非磁性基板（基材）
３ カソード
５ 磁石、永久磁石
６ 永久磁石
７ 永久磁石
１１ アノード
１２ 磁界
１４ プラズマ
１５ 電界
１６ 電源
２２ 基板（基材）
２４ 電子
２５ 磁力線
４０ 磁石
４１ 基材
４３ リング状アノード
４４ プラズマ
４５ カソード電極
４７ 磁石
５０ 磁界
５１ 基材
５２ カソードプレート
５３ アノード電極
５４ 磁気閉込プラズマ
５５ 電源
５６ 磁石
５７ 磁石
５９ 磁石
６０ マグネトロン磁石アレイ
６１ 磁界
６２ 圧縮磁気ミラー領域
７０ 電源
７２ カバー（電極）
７６ ウェハ（基材）
８０ 磁石
８１ シャント（電極）
１００ ウェブ（基材）
１０１ ロール
１０２ ロール
１０４ 永久磁石
１０５ 永久磁石
１０８ 磁界
１０９ プラズマ
１１０ 電源
１１２ プレート
１１３ プレート
１１４ 永久磁石
１１６ 永久磁石
１１８ 電界
２０１ 平面状基材
２０６ 磁石
２０７ 磁石
２０８ マグネトロン
２１０ プラズマ
３００ マグネトロン磁石アレイ
３０１ フレキシブルウェブ（基材）
３０２ 回転ドラム
３０３ 熱蒸着源
３０４ 高透磁性プレート
３０８ ミラー磁界
３１０ 電源
３１１ 磁界
３１２ プラズマ

Claims (22)

1. プラズマ源装置であって、
   互いの間にギャップを有している第１表面および第２表面であるとともに、前記第１表面が、基材を有し、少なくとも前記第２表面が、電子を閉じ込め得るよう、電源に対して接続されているような、第１表面および第２表面と；
   前記電源に対して接続されている第３表面と；
   前記第１表面および前記第２表面の双方内へと進入するとともに前記第１表面と前記第２表面との間の前記ギャップを通過して延在する磁界であって、この磁界のうちの、前記基材を通過している少なくとも一部が、前記第２表面と比較して、前記基材の表面において、磁力線に沿って少なくとも２倍の磁界強度とされ、かつ、電子を偏向させ得る程度に十分に強力なものとされているような、磁界と；
   前記第２表面と前記第３表面との間に接続された前記電源によって生成された電界であって、前記磁界の電子閉込領域内へと進入することによって、形成された電子ホール電流を無端ループ内へと閉じ込め得るような、電界と；
   を具備することを特徴とするプラズマ源装置。
2. 請求項１記載のプラズマ源装置において、
   前記第３表面が、リング状アノードを備えていることを特徴とするプラズマ源装置。
3. 請求項１記載のプラズマ源装置において、
   前記第３表面が、基材であることを特徴とするプラズマ源装置。
4. 請求項１記載のプラズマ源装置において、
   前記第１表面と前記第２表面とが、チャンバ内に収容され、
   このチャンバが、接地された壁を備え、
   前記第３表面が、前記接地されたチャンバ壁であることを特徴とするプラズマ源装置。
5. 請求項１記載のプラズマ源装置において、
   前記基材と前記磁界との一方が、他方に対して移動していることを特徴とするプラズマ源装置。
6. 請求項１記載のプラズマ源装置において、
   前記磁界のうちの、前記基材を通過している前記少なくとも一部が、前記第２表面と比較して、前記基材の表面において、磁力線に沿って少なくとも４倍の磁界強度とされていることを特徴とするプラズマ源装置。
7. 請求項１記載のプラズマ源装置において、
   前記磁界のうちの、前記基材を通過している前記少なくとも一部が、磁力線に沿った最強ポイントにおいては、１００ガウスより大きいことを特徴とするプラズマ源装置。
8. 請求項１記載のプラズマ源装置において、
   前記第１表面および前記第２表面の双方が、前記基材によって被覆されていることを特徴とするプラズマ源装置。
9. 請求項１記載のプラズマ源装置において、
   前記基材が、正にバイアスされていることを特徴とするプラズマ源装置。
10. 請求項１記載のプラズマ源装置において、
    前記基材が、コンベヤロールによって支持されたフレキシブルウェブを備えていることを特徴とするプラズマ源装置。
11. 請求項１記載のプラズマ源装置において、
    前記磁界の磁力線が、レーストラック形状とされ、このレーストラックの中央を通過する戻り磁界を有していることを特徴とするプラズマ源装置。
12. 請求項１記載のプラズマ源装置において、
    前記プラズマ源装置が、プラズマ反応または基材処理を補助し得るよう、スパッタマグネトロンと組み合わされていることを特徴とするプラズマ源装置。
13. 請求項１記載のプラズマ源装置において、
    前記プラズマ源装置が、熱蒸着または電子ビーム成膜プロセスまたはレーザー蒸発に関連した反応プロセスを補助するために、使用されていることを特徴とするプラズマ源装置。
14. プラズマ源装置であって、
    互いの間にギャップを有している第１表面および第２表面であるとともに、前記第１表面が、基材を有し、少なくとも前記第２表面が、電子を閉じ込め得るよう、電源に対して接続されているような、第１表面および第２表面と；
    前記電源に対して接続されている第３表面と；
    前記第１表面および前記第２表面の双方内へと進入するとともに前記第１表面と前記第２表面との間の前記ギャップを通過して延在する磁界であって、この磁界のうちの、前記基材を通過している少なくとも一部が、電子を偏向させ得る程度に十分に強力なものとされているような、磁界と；
    前記第２表面と前記第３表面との間に接続された前記電源によって生成された電界であって、前記磁界の電子閉込領域内へと進入することによって、形成された電子ホール電流を無端ループ内へと閉じ込め得るような、電界と；
    を具備し、
    前記基材の表面が、ミラー磁界構成に対して静電的電子閉込を追加し得るよう、負にバイアスされていることを特徴とするプラズマ源装置。
15. 請求項１４記載のプラズマ源装置において、
    前記磁界のうちの、前記基材を通過している前記少なくとも一部が、前記ギャップ内の磁力線に沿った最弱ポイントと比較して、前記基材の表面において、少なくとも２倍の磁界強度とされていることを特徴とするプラズマ源装置。
16. 請求項１４記載のプラズマ源装置において、
    前記磁界のうちの、前記基材を通過している前記少なくとも一部が、磁力線に沿った最強ポイントにおいては、１００ガウスより大きいことを特徴とするプラズマ源装置。
17. 請求項１４記載のプラズマ源装置において、
    前記基材と前記磁界との一方が、他方に対して移動していることを特徴とするプラズマ源装置。
18. プラズマ源装置であって、
    互いの間にギャップを有している少なくとも２つの表面であるとともに、これら表面の一方が、基材とされ、少なくとも他方が、カソード電極として接続されているような、少なくとも２つの表面と；
    前記表面どうしの間において前記ギャップを通過して延在するミラー磁界であって、この磁界のうちの、前記基材の表面に進入している少なくとも一部が、前記カソード電極に対して進入している磁力線と比較して、少なくとも２倍は強力な磁力線を含有しているような、ミラー磁界と；
    前記ミラー磁界の内部の閉ループ電子ホール電流閉込領域を形成するようにして前記ミラー磁界と関連づけて配置された少なくとも１つのアノード構造であって、前記電極とアノード構造との間に十分なガス圧力と電圧とが供給されたときには、前記閉込領域内にプラズマを形成するような、少なくとも１つのアノード構造と；
    を具備し、
    前記基材が、前記プラズマによって処理され得るよう前記ミラー磁界の圧縮端のところに配置され、
    前記基材と前記プラズマとの一方が、他方に対して移動していることを特徴とするプラズマ源装置。
19. 請求項１８記載のプラズマ源装置において、
    前記基材が、コンベヤロールによって支持されたフレキシブルウェブを備えていることを特徴とするプラズマ源装置。
20. 請求項１８記載のプラズマ源装置において、
    前記基材が、化学気相蒸着プロセスとスパッタコーティングプロセスとイオンエッチングプロセスとこれらの組合せとからなるグループの中から選択された処理によって、前記プラズマにより処理され得るように配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
21. 請求項１８記載のプラズマ源装置において、
    表面を有した前記基材が、浮遊電位とされていることを特徴とするプラズマ源装置。
22. 請求項１８記載のプラズマ源装置において、
    表面を有した前記基材が、アノードとされていることを特徴とするプラズマ源装置。

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