JP7038366B2 - 単一ビームプラズマ源 - Google Patents
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Description
(a)開放プラズマ領域が中空中心領域内に設けられるとともに、イオン放出軸に向かって内側に延在する少なくとも1つの磁気導体を含む陽極と、
(b)前記イオン放出軸と整列されている、単一の出口開口を有するキャップを備える陰極と、
(c)少なくとも1つの磁気導体の最上部と最下部との間に延びるとともに、前記少なくとも1つの磁気導体の中央部分に隣接する中央外方へのディップを含み、前記ディップが前記開放プラズマ領域にあり、前記ディップが前記ディップに隣接する電子の運動を前記陽極の内部のプラズマ内でのイオン化を増加させるように変える磁束線と、を備える。
スタック配置で複数の前記磁気導体の間に位置する環状の永久磁石を、さらに備え、
前記複数の磁気導体は、環状に構成されるとともに、前記永久磁石よりもさらに前記イオン放出軸に向かって内側に突出する部分に対応する金属のシャントにて構成されてもよい。
前記陰極は、前記永久磁石および前記シャントを同心的に取り囲む本体を、さらに備え、
前記陰極の前記キャップは、前記陽極から横方向に離間された前記本体に直接かつ取り外し可能に取り付けられ、
前記キャップは、前記永久磁石および前記シャントを内側に張り出してもよい。
単一のイオンビームを、さらに備え、
前記イオンビームは、断面で見たときに、イオンが前記イオン放出軸の周りに実質的に均一に分布し、当該イオン放出軸に沿って前記出口開口を通して放出されてもよい。
前駆体ガスを含む真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に配置されるとともに、前記単一のイオンビームが照射されるスパッタターゲットと、をさらに備え、
前記少なくとも1つの磁気導体は、最上部が前記シャントの第1であり、最下部が前記シャントの第3であり、中央部に配置された第2のシャントである、少なくとも3つの離間されたシャントを含んでもよい。
前記単一の出口開口は、前記イオン放出軸に実質的に垂直な方向に直線的に細長くてもよい。
前記単一の出口開口が、当該出口開口を取り囲む前記キャップ上の切頭円錐形のテーパ面を有する円形であってもよい。
デポジション源を、さらに備え、
前記少なくとも1つの磁気導体の一部が、前記デポジション源内で少なくとも部分的に同心円状に配置されてもよい。
試料を、さらに備え、
前記陽極および前記陰極は、前記試料上でのデポジション材料の薄膜を堆積させるのを補助するために、前記イオン放出軸の周りに実質的に均一に分布したイオン断面を有する単一のイオンビームを放出してもよい。
試料を、さらに備え、
前記陽極および前記陰極は、炭素ベースの前駆体ガスを用いて前記試料上に炭素ベースのコーティングを堆積させるのを補助するために、前記イオン放出軸の周りに実質的に均一に分布したイオン断面を有する単一のイオンビームを放出してもよい。
前記陽極および前記陰極から放出されたイオンビームを取り囲むラジオ周波数コイルを、さらに備え、
前記コイルは、前記陽極および前記陰極から長手方向に離間してもよい。
スパッタターゲットを、さらに備え、
前記陽極および前記陰極は、同じ圧力でイオン放出およびスパッタリングを同時に引き起こすように適合されてもよい。
(a)複数の磁石および複数の導電性のシャントを備えるとともに、前記シャントが互いに離間している陽極と、
(b)内部に張り出して、前記磁石および前記シャントと同軸上に整列して貫通する単一の放出口を規定するキャップを備えるとともに、前記磁石および前記放出口は同軸の中心線を有する陰極とを、備え、
(c)前記磁石および前記シャントは、当該シャントの末梢端が前記中心線に向かって内側に指向している、実質的にE字状断面形状を規定する。
単一のイオンビームを、さらに備え、
前記イオンビームは、断面で見たときに、イオンが前記中心線の周りに実質的に均一に分布し、陽極内のプラズマ中に生成され、前記中心線に沿って前記放出口を通って長手方向に放出されてもよい。
前記単一のイオンビームが照射されるデポジションターゲットと、
絶縁体または前記陽極の少なくとも1つのイオン源の構成要素に隣接して配置されたガス導入口と、をさらに備え、
前記磁石と前記シャントとは、各々閉ループ形状を有してもよい。
前記シャントの最上部と最下部との間に延在する磁束線を、さらに備え、
前記磁束線は、前記放出口を通って放出されるイオン化を増加させるために、電子の移動を遅延させるか、またはトラップする、中央外向きのディップを含んでもよい。
前記磁束線の前記ディップは、前記磁石および前記シャントのうちの少なくとも1つによって横方向に囲まれたプラズマ領域内にあってもよい。
陽極領域内でプラズマに変換される反応性ガスを、さらに備え、
フィラメントを使用しなくてもよい。
前記陰極は、前記磁石および前記シャントを同心円状に取り囲む構造体を、さらに備え、
前記陰極の張り出しキャップは前記構造体に直接かつ取り外し可能に取り付けられ、前記キャップおよび前記構造体は前記陽極から離間して配置されてもよい。
前記磁石は、前記シャントのうちの中央の1つによって分離された永久磁石であり、前記シャントはそれぞれ、前記磁石よりも横方向に細長くてもよい。
スパッタターゲットを、さらに備え、
前記陽極および前記陰極は、同じ圧力でイオン放出およびスパッタリングを同時に引き起こすように適合されてもよい。
デポジション源を、さらに備え、
前記磁石の少なくとも1つが、前記デポジション源内に少なくとも部分的に同心円状に配置されてもよい。
試料を、さらに備え、
前記陽極および前記陰極は、前記試料上でのデポジション材料の薄膜を堆積させるのを補助するために、断面で見たときに、前記中心線の周りに実質的に均一に分布したイオンを有する単一のイオンビームを放出してもよい。
試料を、さらに備え、
前記陽極および前記陰極は、炭素ベースの前駆体ガスを用いて前記試料上に炭素ベースのコーティングを堆積させるのを補助するために、断面で見たときに、前記中心線の周りに実質的に均一に分布したイオンを有する単一のイオンビームを放出してもよい。
前記陽極および前記陰極から放出されるイオンビームを取り囲むラジオ周波数コイルを、さらに備え、
前記コイルは、前記陽極および前記陰極から長手方向に離間してもよい。
(a)複数の磁石および複数の導電性のシャントを備える陽極と、
(b)内部に張り出してイオン放出口を有するキャップを備えた陰極と、
(c)前記磁石および前記シャントを外側に囲むとともに、前記陽極から離間している構造体とを、備え、
(d)前記キャップは、前記構造体に直接取り外し可能に取り付けられる。
前記磁石および前記シャントは、実質的にE字状断面形状の向きを含んでもよい。
前記磁石、前記シャント、前記キャップ、および前記構造体は、全て、実質的に円形の周辺を有し、
前記イオン放出口は、単一の円形開口であり、当該円形開口は、プラズマから単一のイオンビームを前記陽極の内側に放出してもよい。
前記イオン放出口は、前記キャップからのイオン放出方向に対して実質的に垂直な方向に延びる単一の直線的に細長い開口であってもよい。
前記陽極と前記陰極がその中に位置する真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に配置されたスパッタターゲットと、
前記真空チャンバ内に配置されたデポジション源と、
前記デポジション源からの前記試料上への材料の堆積と同時に、同じ真空チャンバ内圧で前記イオン放出口から放出される単一のイオンビームと、をさらに備える。
前記磁石および前記シャントを囲むように取り付けられた陽極本体と、
間隙を介して前記陽極本体を取り囲む構造体と、
前記キャップを前記構造体に固定するねじ付きファスナと、
前記イオン放出口に対向する前記陽極本体の端部に取り付けられた陽極基材と、
前記陽極基材を前記構造体に結合する絶縁体と、をさらに備える。
前記キャップおよび前記構造体はそれぞれ、実質的に円形の外周を有し、
前記キャップは、前記イオン放出口に隣接して、実質的に円形であるテーパを有してもよい。
(a)真空チャンバと、
(b)磁石を含む陽極と、その中にイオン放出口を有する陰極とを含み、前記真空チャンバ内に配置されているイオン源と、
(c)前記真空チャンバ内に配置されたスパッタターゲットと、を備え、
(d)前記イオン源は、イオンビームを生成し、スパッタターゲットからのスパッタリング材料と同時に単一のイオンビームを放出することができ、イオン放出とスパッタリングとは、1mTorr~500mTorrの任意の真空チャンバ圧力でスパッタリング被膜を形成することができる。
前記陽極は、シャントをさらに備え、
前記磁石および前記シャントは、当該シャントのエッジが前記陽極の中心線に向かって前記磁石を通過して横方向に延在する、実質的にE字状断面形状の向きを含んでもよい。
前記シャントの最上部と最下部との間に延在する磁束線を、さらに備え、
前記磁束線は、前記イオン放出口を通って放出されるイオン化を増加させるために、電子の移動を遅延させるか、またはトラップする、中央外向きのディップを含んでもよい。
前記磁束線の前記ディップは、前記磁石および前記シャントのうちの少なくとも1つによって横方向に囲まれた開放プラズマ領域内にあってもよい。
単一のイオンビームを、さらに備え、
前記イオンビームは、断面で見たときに、放出軸の周りに実質的に均一に分布したイオンを有し、放出口を通って放出されてもよい。
前記スパッタターゲットは、前記陽極の少なくとも一部を同心円状に取り囲んでもよい。
前記陽極の基部に隣接して配置されたガス導入口を、さらに備え、
前記ガスは反応性ガスであり、
前記装置はフィラメントを使用しなくてもよい。
ワークピースを、さらに備え、
前記陽極および前記陰極が、前記ワークピース上にスパッタ材料の薄膜を堆積させるのを補助するために、断面で見たときに、放出軸の周囲に実質的に均一に分布したイオンを有する単一のイオンビームを放出してもよい。
ワークピースを、さらに備え、
前記陽極および前記陰極は、炭素ベースの前駆体ガスを用いて前記ワークピース上に炭素ベースのコーティングを堆積させるのを補助するために、実質的に横方向に均一な断面イオン中心を有する単一のイオンビームを放出してもよい。
前記陽極および前記陰極から放出されるイオンビームを囲むラジオ周波数コイルを、さらに備え、
前記コイルが、前記イオン源から長手方向に離間してもよい。
供給ローラーと巻取りローラーとの間にまたがる可撓性ワークピースを、さらに備え、
前記イオン源から放出された前記単一のイオンビームによって、材料が前記スパッタターゲットからスパッタされ、前記可撓性ワークピース上に形成されてもよい。
前記真空チャンバ内で移動可能なガラスシートワークピースを、さらに備え、
前記イオン源から放出された前記単一のイオンビームによって、材料が前記スパッタターゲットからスパッタされ、前記ガラスシートワークピース上に形成されてもよい。
(a)真空チャンバと、
(b)磁石を含む陽極と、その中にイオン放出口を有する陰極とを含み、前記真空チャンバ内に配置されたイオン源と、
(c)前記真空チャンバ内に配置されたデポジション源と、を備え、
(d)前記イオン源は、前記デポジション源と同軸であり、かつ、当該デポジション源は、前記イオン源の少なくとも一部を取り囲む。
前記デポジション源は、前記イオン放出口に隣接する前記イオン源の部分を取り囲む中空の中心を有する環状であってもよい。
前記イオン源の前記陰極から離間するとともに、前記陽極から離間して配置された第2の陰極台座、をさらに備え、
前記デポジション源は、前記第2の陰極台座の末梢端に取り付けられているスパッタターゲットを含んでもよい。
前記イオン放出口に対向する前記イオン源の端部に隣接して位置する絶縁体を、さらに備え、
前記第2の陰極台座は、環状で流体冷却され、かつ、当該第2の陰極台座は、前記イオン源の前記絶縁体の外部に結合されてもよい。
前記イオン源は、前記真空チャンバ内の同じ圧力で前記デポジション源から試料にスパッタされた材料を堆積するのと同時に、前記試料でイオンを生成し、放出してもよい。
前記陽極は、シャントを、さらに備え、
前記磁石および前記シャントは、前記シャントのエッジが前記陽極の中心線に向かって前記磁石を通過して延在する、実質的にE字状断面形状に配向されてもよい。
単一のイオンビームを、さらに備え、
前記イオンビームは、断面で見たときに、放出軸の周りに実質的に均一に分布したイオンを有し、前記イオン放出口を通って放出されてもよい。
前記陽極の基部に隣接して配置されたガス導入口を、さらに備え、
前記ガスは、反応性ガスであり、
前記装置は、フィラメントを使用しなくてもよい。
(a)真空チャンバと、
(b)磁石を含む陽極と、その中に放出口を有する陰極とを含み、前記真空チャンバ内に配置されるとともに、プラズマ内にイオンビームを生成し、前記放出口を通ってイオンビームを放出するように適合されているイオン源と、
(c)前記真空チャンバ内に配置されたデポジション源と、
(d)前記イオン源から長手方向に伸長したイオンビーム軸と同軸上に設けられた中空中心を有し、前記イオン源から長手方向に離れているラジオ周波数誘導コイルと、を備える。
前記陽極が、シャントを、さらに備え、
前記磁石および前記シャントは、前記シャントのエッジが前記陽極の中心線に向かって前記磁石を通過して延在する、実質的にE字状断面形状の向きを含んでもよい。
前記シャントの最上部と最下部との間に延在する磁束線を、さらに備え、
前記磁束線は、前記放出口を通って放出されるイオン化を増加させるために、電子の移動を遅延させるか、またはトラップする、中央外向きのディップを含んでもよい。
前記陰極は、前記磁石および前記シャントを同心円状に囲む構造体と、前記構造体に直接かつ取り外し可能に取り付けられる前記陰極の張り出しキャップと、をさらに備えてもよい。
単一のイオンビームを、さらに備え、
前記イオンビームは、断面で見たときに、前記イオンビーム軸の周りに実質的に均一に分布したイオンを有し、当該イオンビーム軸に沿って放出口を通って放出されてもよい。
前記デポジション源は、前記単一のイオンビームが照射されるスパッタターゲットであり、
前記陽極に前駆体ガスを放出するガス導入口を、さらに備えてもよい。
前記陽極の基部に隣接して配置されたガス導入口を、さらに備え、
前記ガスは反応性ガスであり、
前記装置はフィラメントを使用しなくてもよい。
前記コイルは、イオンを生成し、前記イオン源から当該コイルを通過するイオンビームを形成してもよい。
(a)真空チャンバと、
(b)複数の磁石および複数の導電性のシャントを含むとともに、前記磁石および前記シャントの各々は閉ループ形状を有し、かつ、前記シャントは互いに離間している陽極と、
(c)それを通る放出口を規定するキャップを含む陰極と、
(d)炭素ベースの前駆体ガスを前記陽極に動作可能に供給するガス導入口と、
(e)前記真空チャンバ内の前記陽極および前記陰極から離間したワークピースと、を備え、
(f)前記陽極および前記陰極は、前記ワークピース上に炭素ベースのコーティングを堆積させるのを補助するために、前記放出口から作動可能に放出される単一のイオンビームを生成する。
前記ワークピースが、内燃機関部品であってもよい。
前記前駆体ガスは、CH 4 を含んでもよい。
前記シャントの最上部と最下部との間に延在する、少なくとも1つの磁束線を、さらに備え、
前記磁束線は、単一の開口である前記放出口を通って放出されるイオン化を増加させるために、電子の移動を遅延させるか、またはトラップする、中央外向きのディップを含んでもよい。
前記磁石は、前記シャントの中央の1つによって分離された永久磁石であり、
前記シャントはそれぞれ、前記磁石よりも横方向に長くてもよい。
前記磁石および前記シャントは、実質的にE字状断面形状に配向されてもよい。
前記真空チャンバ内に配置されたデポジション源を、さらに備え、
前記放出口は、前記キャップ上の切頭円錐形のテーパ面によって囲まれた単一の円形状の開口であってもよい。
材料コーティングマシンにおいて、イオン源を使用する方法であって、
(a)前駆体ガスを前記イオン源の磁石およびシャント内の中空中央領域に流すステップと、
(b)前記イオン源内の前記磁石および前記シャントから少なくとも1つの磁束経路を生成するステップと、
(c)前記シャントの間に延びる前記少なくとも1つの磁束経路が、前記中空中央領域内でその中央部分に隣接する外向きのディップを有するようにさせるステップと、
(d)前記前駆体ガスと相互作用する少なくとも1つの磁束経路によってイオンビームを生成するステップと、
(e)前記材料コーティングマシン内の前記イオン源から前記イオンビームを放出するステップと、を含む。
前記少なくとも1つの磁束経路の前記ディップにおける電子の移動を遅延させるステップを、さらに含んでもよい。
前記少なくとも1つの磁束経路の前記ディップに少なくとも部分的に起因して、断面で見たときに、イオン放出軸の周りに実質的に均一に分布したイオンを有する、前記放出されたイオンビームのイオン密度を増加させるステップを、さらに含んでもよい。
単一の円形放出口を有し、内部に張り出した陰極キャップを、前記磁石および前記シャントのうちの少なくとも1つが取り付けられている陽極本体を取り囲み、当該陽極本体から横方向に離間させた構造本に直接着脱するステップを、さらに含んでもよい。
前記イオンビームを生成するのと実質的に同時に、試料上にスパッタ材料のコーティングを堆積させるステップを、さらに含んでもよい。
前記材料コーティングマシン内の試料上に、炭素ベースのコーティングを堆積させるステップを、さらに含んでもよい。
前記イオン源から長手方向に離間したラジオ周波数コイルに通電して、前記イオンビームを変化させるステップを、さらに含んでもよい。
ローラー間にまたがる可撓性の試料をさらに含み、
前記イオン源から放出された前記イオンビームによって、材料がスパッタリングターゲットからスパッタリングされ、前記試料上に堆積されてもよい。
真空チャンバ内で移動可能なガラスシート試料をさらに含み、
前記イオン源から放出された前記イオンビームによって、材料がデポジション源から移動し、前記ガラスシート試料上に堆積されてもよい。
前記イオンビームを使用して、材料堆積中にコーティング表面に衝突させて、前記コーティング表面を形成する原子を滑らかにし、緻密化するステップを、さらに含んでもよい。
Claims (19)
- (a)開放プラズマ領域が中空中心領域内に設けられるとともに、イオン放出軸に向かって内側に延在する磁気シャントを含む陽極と、
(b)前記イオン放出軸と整列されている、単一の出口開口を有するキャップを備える陰極と、
(c)前記磁気シャントの最上部と最下部との間に延びるとともに、前記磁気シャントの中央に隣接する中央外方へのディップを含み、前記ディップが前記開放プラズマ領域にあり、前記ディップが前記ディップに隣接する電子の運動を前記陽極の内部のプラズマ内でのイオン化を増加させるように変える磁束線と、
(d)スタック配置で前記磁気シャントの間に配置された永久磁石と、を備え、
(e)前記永久磁石と前記磁気シャントとは、各々閉ループ形状を形成し、
(f)前記磁気シャントは、前記永久磁石よりもさらに前記イオン放出軸に向かって内側に突出している、イオン源装置。 - 単一のイオンビームを、さらに備え、
前記イオンビームは、断面で見たときに、イオンが前記イオン放出軸の周りに実質的に均一に分布し、当該イオン放出軸に沿って前記出口開口を通して放出される、請求項1に記載のイオン源装置。 - 前駆体ガスを含む真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に配置されるとともに、前記単一のイオンビームが照射されるスパッタターゲットと、をさらに備え、
前記磁気シャントは、少なくとも3つの離間されたシャントを含んでいる、請求項2に記載のイオン源装置。 - 前記単一の出口開口は、前記イオン放出軸に実質的に垂直な方向に直線的に細長い、請求項2に記載のイオン源装置。
- 前記単一の出口開口が、当該出口開口を取り囲む前記キャップ上の切頭円錐形のテーパ面を有する円形である、請求項2に記載のイオン源装置。
- デポジション源を、さらに備え、
前記磁気シャントの一部が、前記デポジション源内で少なくとも部分的に同心円状に配置されている、請求項1に記載のイオン源装置。 - 試料を、さらに備え、
前記陽極および前記陰極は、前記試料上でのデポジション材料の薄膜を堆積させるのを補助するために、前記イオン放出軸の周りに実質的に均一に分布したイオン断面を有する単一のイオンビームを放出する、請求項1に記載のイオン源装置。 - 試料を、さらに備え、
前記陽極および前記陰極は、炭素ベースの前駆体ガスを用いて前記試料上に炭素ベースのコーティングを堆積させるのを補助するために、前記イオン放出軸の周りに実質的に均一に分布したイオン断面を有する単一のイオンビームを放出する、請求項1に記載のイオン源装置。 - 前記陽極および前記陰極から放出されたイオンビームを取り囲むラジオ周波数コイルを、さらに備え、
前記コイルは、前記陽極および前記陰極から長手方向に離間している、請求項1に記載のイオン源装置。 - スパッタターゲットを、さらに備え、
前記陽極および前記陰極は、同じ圧力でイオン放出およびスパッタリングを同時に引き起こすように適合されている、請求項1に記載のイオン源装置。 - (a)複数の磁石および複数の導電性のシャントを備えるとともに、前記シャントが互いに離間している陽極と、
(b)内部に張り出して、前記磁石および前記シャントと同軸上に整列して貫通する単一の放出口を規定するキャップを備えるとともに、前記磁石および前記放出口は同軸の中心線を有する陰極とを、備え、
(c)前記磁石および前記シャントは、当該シャントの末梢端が前記中心線に向かって内側に指向している、実質的にE字状断面形状を規定する、イオン源装置。 - 材料コーティングマシンにおいて、イオン源を使用する方法であって、
(a)シャントのエッジをイオン放出軸に対向した状態で前駆体ガスを前記イオン源の磁石および前記シャント内の中空領域に流すステップと、
(b)前記イオン源内の前記磁石および前記シャントから少なくとも1つの磁束経路を生成するステップと、
(c)前記シャントの間に延びる前記少なくとも1つの磁束経路が、前記中空中央領域内でその中央部分に隣接する外向きのディップを有するようにさせるステップと、
(d)前記前駆体ガスと相互作用する少なくとも1つの磁束経路によってイオンビームを生成するステップと、
(e)前記材料コーティングマシン内の前記イオン源から前記イオンビームを前記イオン放出軸に沿って放出するステップと、を含む方法。 - 前記少なくとも1つの磁束経路の前記ディップに少なくとも部分的に起因して、断面で見たときに、イオン放出軸の周りに実質的に均一に分布したイオンを有する、前記放出されたイオンビームのイオン密度を増加させるステップを、さらに含む、請求項12に記載の方法。
- 前記イオンビームを生成するのと実質的に同時に、試料上にスパッタ材料のコーティングを堆積させるステップを、さらに含む、請求項12に記載の方法。
- 前記材料コーティングマシン内の試料上に、炭素ベースのコーティングを堆積させるステップを、さらに含む、請求項12に記載の方法。
- 前記イオン源から長手方向に離間したラジオ周波数コイルに通電して、前記イオンビームを変化させるステップを、さらに含む、請求項12に記載の方法。
- ローラー間にまたがる可撓性の試料をさらに含み、
前記イオン源から放出された前記イオンビームによって、材料がスパッタリングターゲットからスパッタリングされ、前記試料上に堆積される、請求項12に記載の方法。 - 真空チャンバ内で移動可能なガラスシート試料をさらに含み、
前記イオン源から放出された前記イオンビームによって、材料がデポジション源から移動し、前記ガラスシート試料上に堆積される、請求項12に記載の方法。 - 前記イオンビームを使用して、材料堆積中にコーティング表面に衝突させて、前記コーティング表面を形成する原子を滑らかにし、緻密化するステップを、さらに含む、請求項12に記載の方法。
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