KR20070029682A - 제품을 플라즈마 처리하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

제품을 플라즈마 처리하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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KR20070029682A
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plasma chamber
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마르크 샙켄즈
찰스 도미닉 이아코반겔로
제임스 네일 존슨
윌리엄 아서 모리슨
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

본 발명은, 갭(110)(즉, 캐소드-애노드 거리)이 실시간에 플라즈마 챔버(104) 내의 선택된 조건들에 반응하여 목적하는 거리로 조정될 수 있는 플라즈마 소스(102)를 제공한다. 하나 이상의 센서(116)는 플라즈마 챔버(104) 내의 이러한 조건들에서의 임의의 변화를 모니터링 및 검출한다. 하나 이상의 플라즈마 소스(102)를 포함하는 장치(100)는 실시간에 안정하고 조정 가능한 하나 이상의 플라즈마를 생성시킨다. 하나의 실시양태에서, 장치(100)는 실시간에 "동조"되어 서로 유사한 플라즈마를 생성시킬 수 있거나, 또는 반대로 "비동조"되어 상이한 플라즈마를 생성시킬 수 있는 다수의 플라즈마 소스(102)를 포함한다. 장치(100)는 제품(160)을 위해 비제한적으로 코팅, 에칭 및 활성화와 같은 플라즈마 처리를 제공하는데 사용될 수 있다. 이러한 플라즈마를 제공하고 이러한 플라즈마를 사용하여 제품(160)을 처리하는 방법들이 또한 개시되고 있다.

Description

제품을 플라즈마 처리하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PLASMA TREATING AN ARTICLE}
본 발명은 실질적으로 균일한 플라즈마를 생성시키기 위한 장치에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 제품을 처리하기 위한 실질적으로 균일한 플라즈마를 생성시키기 위한 장치에 관한 것이다. 더욱더 구체적으로, 본 발명은 제품을 처리하기 위한 제어 가능하고 조정 가능한 플라즈마를 생성시킬 수 있는 장치에 관한 것이다.
플라즈마 소스는 다수의 제품을 위한 다양한 표면 처리를 제공하는데 사용된다. 이러한 표면 처리의 예로는 표면에 대한 다양한 코팅의 침적, 플라즈마 에칭 및 플라즈마 활성화가 포함된다. 플라즈마 처리 방법의 특징들은 플라즈마 소스의 작동 파라미터에 의해 크게 영향을 받는다.
약 10 내지 15㎝의 직경을 갖는 표면적을 처리하기 위해서는 팽창 열 플라즈마(expanding thermal plasma)(이하, "ETP"라 칭함)와 같은 개별 플라즈마 소스가 사용될 수 있다. 플라즈마 처리 동안, 플라즈마 소스 내의 조건들은 편류할 수 있 으며(drift), 예컨대 캐소드-애노드 거리는 캐소드의 부식으로 인해 시간 경과에 따라 변할 수 있거나, 또는 캐소드 전압 또는 작동 전압은 변할 수 있다. 이러한 편류를 중화시키기 위해, 캐소드-애노드 거리에서의 특별한 변화, 공정의 중단 및 플라즈마 소스의 해체가 통상적으로 요구된다.
더욱 큰 기판 영역을 코팅시키기 위해서는 다수의 플라즈마 소스의 어레이가 사용될 수 있다. 이상적으로, 어레이 중의 각각의 플라즈마 소스에 의해 생성된 개별 플라즈마는 동일한 특성을 가져야 한다. 그러나 실제로, 플라즈마 특징들에서의 소스-소스 편차(variation) 및 그에 따른 결과 플라즈마 처리에서의 소스-소스 편차가 보통 관찰된다. 유의적인 양의 변화성은 개별 플라즈마 소스에서의 앞서 기재된 편차와 관련된다.
단일 플라즈마 소스에서의 편류는 실시간에서 중화될 수 없으며, 이러한 교정에는 공정의 중단 및 플라즈마 소스의 해체가 요구된다. 다수의 플라즈마 소스가 사용되는 경우, 생성된 플라즈마에서 소스-소스 편차의 최소화가 종종 요구된다. 따라서, 필요한 것은 안정하고 제어 가능한 플라즈마를 생성시킬 수 있는 장치이다. 추가로 필요한 것은 안정하고 제어 가능하고 조정 가능한 플라즈마를 사용하여 제품을 플라즈마 처리하기 위한 장치이다. 추가로 더 필요한 것은 플라즈마를 생성시키며 생성된 플라즈마의 성질을 변형시키도록 조정 가능한 플라즈마 소스이다.
발명의 요약
본 발명은 실시간에 안정하고 조정 가능한 하나 이상의 플라즈마를 생성시키기 위한 장치를 제공함으로써 상기 및 기타 요건을 충족시킨다. 하나의 실시양태에서, 상기 장치는 실시간에 "동조(tune)"되어 서로 유사한 플라즈마를 생성시킬 수 있거나, 또는 반대로 "비동조(detune)"되어 상이한 플라즈마를 생성시킬 수 있는 다수의 플라즈마 소스를 포함한다. 장치는 제품을 위해 비제한적으로 코팅, 에칭, 가열, 점화 또는 조명 및 활성화와 같은 플라즈마 처리를 제공하는데 사용될 수 있다. 본 발명은 또한 작동 파라미터가 실시간에 조정할 수 있는 플라즈마 소스를 제공한다. 이러한 플라즈마를 제공하고 이러한 플라즈마를 사용하여 제품을 처리하는 방법들이 또한 개시되고 있다.
따라서, 본 발명의 하나의 양태는 실질적으로 제어 가능한 플라즈마를 생성시키기 위한 장치를 제공하는 것이다. 상기 장치는, 실질적으로 제어 가능한 플라즈마가 생성되는 플라즈마 챔버, 상기 플라즈마 챔버 내에 배치되고 조정 가능한 갭에 의해 분리되어 있는 하나 이상의 캐소드 및 애노드, 상기 애노드 및 상기 하나 이상의 캐소드에 커플링되어 상기 애노드 및 상기 하나 이상의 캐소드를 가로질러 전압을 제공하기 위한 전력원, 플라즈마를 생성시키는 가스(이후 본원에서 "플라즈마 가스"로서 지칭함)를 플라즈마 가스 유동 비율로 플라즈마 가스 소스로부터 상기 플라즈마 챔버 내로 도입시키기 위한 플라즈마 가스 유입구, 및 상기 플라즈마 챔버 내의 조건들을 모니터링하기 위한 센서를 포함하는 하나 이상의 플라즈마 소스; 및 배출 포트를 통해 상기 플라즈마 챔버와 유체 연통되고, 상기 플라즈마 챔버 내의 제 1 압력보다 낮은 제 2 압력으로 유지되는 제 2 챔버를 포함하며, 상 기 실질적으로 제어 가능한 플라즈마가 상기 플라즈마 챔버로부터 상기 배출 포트를 통해 제 2 챔버 내로 유동한다.
본 발명의 제 2 양태는 실질적으로 제어 가능한 플라즈마를 생성시키는 플라즈마 소스를 제공하는 것이다. 상기 플라즈마 소스는, 실질적으로 제어 가능한 플라즈마가 생성되는 플라즈마 챔버; 상기 플라즈마 챔버로부터 배출되는 상기 실질적으로 제어 가능한 플라즈마가 통과하는 배출 포트를 갖는 상기 플라즈마 챔버의 제 1 단부에 배치된 애노드; 상기 플라즈마 챔버 내에 배치되고, 상기 애노드와의 사이에 갭을 형성하도록 이동 가능한 하나 이상의 조정 가능한 캐소드; 상기 애노드 및 상기 하나 이상의 조정 가능한 캐소드에 커플링되어 상기 애노드 및 상기 하나 이상의 조정 가능한 캐소드를 가로질러 전압을 제공하기 위한 전력원; 플라즈마 가스를 플라즈마 가스 유동 비율로 플라즈마 가스 소스로부터 상기 플라즈마 챔버 내로 도입시키기 위한 플라즈마 가스 유입구; 및 상기 플라즈마 챔버 내의 조건들을 검출하고 모니터링하기 위한 하나 이상의 센서를 포함한다.
본 발명의 제 3 양태는 실질적으로 제어 가능한 팽창 열 플라즈마를 생성시키기 위한 장치를 제공하는 것이다. 상기 장치는, 실질적으로 제어 가능한 플라즈마가 생성되는 플라즈마 챔버; 애노드; 상기 플라즈마 챔버 내에 배치되고, 상기 애노드와의 사이에 갭을 형성하도록 이동 가능한 하나 이상의 조정 가능한 캐소드; 상기 애노드 및 상기 하나 이상의 조정 가능한 캐소드에 커플링되어 상기 애노드 및 상기 하나 이상의 조정 가능한 캐소드를 가로질러 전압을 제공하기 위한 전력원; 플라즈마 가스를 플라즈마 가스 유동 비율로 플라즈마 가스 소스로부터 상기 플라즈마 챔버 내로 도입시키기 위한 플라즈마 가스 유입구; 및 상기 플라즈마 챔버 내의 조건들을 검출하고 모니터링하기 위한 하나 이상의 센서를 포함하는 하나 이상의 플라즈마 팽창 열 플라즈마 소스; 및 배출 포트를 통해 상기 플라즈마 챔버와 유체 연통되고, 상기 플라즈마 챔버 내의 제 1 압력보다 낮은 제 2 압력으로 유지되는 제 2 챔버를 포함하며, 상기 실질적으로 제어 가능한 플라즈마가 상기 플라즈마 챔버로부터 상기 배출 포트를 통해 제 2 챔버 내로 유동한다.
본 발명의 제 4 양태는 실질적으로 제어 가능한 플라즈마를 생성시키는 방법을 제공하는 것이다. 상기 방법은, 플라즈마 챔버, 애노드, 상기 플라즈마 챔버 내에 배치된 하나 이상의 조정 가능한 캐소드, 상기 애노드 및 상기 하나 이상의 조정 가능한 캐소드에 커플링된 전력원, 플라즈마 가스 유입구 및 하나 이상의 센서를 포함하는 하나 이상의 플라즈마 소스를 제공하는 단계; 상기 하나 이상의 팽창 플라즈마 소스의 각각에서 플라즈마 가스를 플라즈마 가스 유입구를 통해 플라즈마 챔버에 제공하는 단계; 플라즈마 챔버에서 플라즈마를 생성시키는 단계; 플라즈마 챔버 내의 하나 이상의 파라미터를 모니터링하는 단계; 및 하나 이상의 파라미터를 모니터링한 것에 기초하여 플라즈마 챔버 내의 조건들을 조정함으로써 플라즈마를 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제 5 양태는 실질적으로 제어 가능한 팽창 열 플라즈마를 사용하여 제품을 처리하는 방법을 제공하는 것이다. 상기 방법은, 플라즈마 챔버, 애노드, 상기 플라즈마 챔버 내에 배치된 하나 이상의 조정 가능한 캐소드, 상기 애노드 및 상기 하나 이상의 조정 가능한 캐소드에 커플링된 전력원, 플라즈마 가스 유 입구 및 하나 이상의 센서를 포함하는 하나 이상의 팽창 열 플라즈마 소스를 제공하는 단계; 상기 하나 이상의 팽창 플라즈마 소스의 각각에서 플라즈마 가스를 플라즈마 가스 유입구를 통해 플라즈마 챔버에 제공하는 단계; 플라즈마 챔버에서 플라즈마를 생성시키는 단계; 플라즈마 챔버 내의 하나 이상의 파라미터를 모니터링하는 단계; 하나 이상의 파라미터를 모니터링한 것에 기초하여 플라즈마 챔버 내의 조건들을 조정함으로써 플라즈마를 제어하는 단계; 제품을 함유하며 상기 플라즈마 챔버 내의 제 1 압력보다 낮은 제 2 압력으로 유지되고 플라즈마 챔버와 유체 연통되는 제 2 챔버 내로, 배출 포트를 통해 플라즈마를 팽창시킴으로써 팽창 열 플라즈마를 형성시키는 단계; 및 제품의 표면 상에 팽창 열 플라즈마를 충돌시켜 제품을 처리하는 단계를 포함한다.
본 발명의 상기 및 기타 양태, 이점 및 현저한 특징들은 하기 상세한 설명 및 첨부 도면 및 청구의 범위로부터 더욱 분명해질 것이다.
도 1은 실질적으로 제어 가능한 플라즈마를 생성시키기 위한 장치의 개략도이다.
도 2는, 플라즈마 챔버 내로의 일정한 아르곤 가스의 유동 비율에서 측정되는, 캐소드 길이의 함수로서 플라즈마 챔버 압력의 플롯이다.
도 3은, 플라즈마 챔버 내로의 일정한 아르곤 가스의 유동 비율에서 측정되는, 캐소드 길이의 함수로서 캐소드 전압의 플롯이다.
도 4는 시간의 함수로서 캐소드 전압 및 플라즈마 챔버의 플롯이다.
도 5는 동조 및 비동조된 상태 모두에서 다수의 플라즈마 소스를 사용하여 침적된 탄화규소 필름의 침적 프로파일의 플롯이다.
도 6은 개별 ETP 소스에 대한 기판 배치 및 위치의 함수로서 내마모성 실리콘 코팅에 대한 개별 타버 델타 흐림도(Taber delta haze) 값의 플롯이다.
하기 설명에서, 유사한 참고 부호는 도면에 제시된 일부 측면 전반에 걸쳐 유사 또는 대응 부분을 나타낸다. 또한, "상부", "하부", "바깥쪽" 및 "안쪽" 등과 같은 용어는 편의상 용어이며 제한적인 용어로 생각되지 않는다.
일반적으로 도면을 참고하면, 하기 설명은 본 발명의 실시양태를 묘사하는 목적이며, 본 발명을 그에 제한하고자 하는 것이 아님을 이해할 것이다.
도 1은, 제 1 플라즈마 소스(102), 제 2 플라즈마 소스(202) 및 제 2 챔버(140)를 포함하는, 본 발명의 실질적으로 제어 가능한 플라즈마를 제조하기 위한 장치(100)의 개략도를 제시한다. 본 발명은 도 1에 도시한 실시양태에 국한되지 않는다. 즉, 장치(100)는 단일 플라즈마 소스 또는 2개 이상의 플라즈마 소스를 포함할 수도 있다. 제 1 플라즈마 소스(102)의 각종 특징부들이 상세하게 기술되고 하기의 상세한 설명 전반에 걸쳐 언급되고 있지만, 하기 설명은 제 2 플라즈마 소스(202)에도 적용가능하다는 것이 이해된다.
제 1 플라즈마 소스(102)는 플라즈마 챔버(104), 캐소드(106) 및 애노드(108)를 포함한다. 캐소드(106)는 플라즈마 챔버(104) 내에 배치되어 그 내로 연장된다. 단일 캐소드(106)가 도 1에 도시되어 있지만, 플라즈마 소스(102)는 다수의 캐소드(106)를 포함할 수 있는 것으로 이해된다. 애노드(108)는 플라즈마 챔버(102)의 하나의 단부에 위치된다. 배출 포트(118)는 플라즈마 챔버(104)와 제 2 챔버(140) 사이의 유체 연통을 제공한다. 플라즈마 챔버(104) 내에 생성된 실질적으로 제어 가능한 플라즈마는 배출 포트(118)를 통해 플라즈마 챔버(104)를 나와 제 2 챔버(140)로 들어간다. 하나의 실시양태에 있어서, 배출 포트(118)는 애노드(108) 내에 형성된 오리피스를 포함할 수 있다. 다른 실시양태에 있어서, 배출 포트는 애노드(108)를 플라즈마 챔버(102)의 나머지 부분으로부터 분리하는 하나 이상의 "플로팅(floating)"[즉, 캐소드(106)와 애노드(108) 모두로부터 전기적으로 절연된] 캐스케이드 플레이트(122)를 포함할 수 있다. 다르게는, 배출 포트(118)는 플라즈마 챔버(102)와 제 2 챔버(140) 중 하나 내의 플로팅 벽에 위치할 수 있다.
플라즈마를 생성시키기 위한 가스(이하 본원에서 "플라즈마 가스"라고 지칭됨)는 하나 이상의 플라즈마 가스 유입구(114)를 통해 플라즈마 챔버(104) 내로 주입된다. 플라즈마 가스는 비제한적으로 희귀 가스(즉, He, Ne, Ar, Xe, Kr)와 같은 하나 이상의 불활성 또는 비반응성 가스를 포함할 수 있다. 다르게는, 표면을 에칭하는데 플라즈마가 사용되는 실시양태에 있어서, 플라즈마 가스는 비제한적으로 수소, 질소, 산소, 불소 또는 염소와 같은 반응성 가스를 포함할 수 있다. 플라즈마 가스의 유동은, 플라즈마 가스 소스(도시되지 않음)와 하나 이상의 플라즈마 가스 유입구(114) 사이에 위치하는 유동 제어기(예컨대, 매스플로우(mass flow) 제어기)에 의해 제어될 수 있다. 제 1 플라즈마는, 플라즈마 가스를 하나 이상의 플라즈마 가스 유입구(114)를 통해 플라즈마 챔버(104) 내로 주입하고, 캐소드(106)와 애노드(108) 사이에 아크를 스트라이킹시킴으로써 플라즈마 챔버(104) 내에서 생성된다. 캐소드(106)와 애노드(108) 사이에 아크를 스트라이킹시키는데 필요한 전압은 전력원(112)에 의해 제공된다. 하나의 실시양태에 있어서, 전력원(112)은 약 50V 이하의 전압에서 약 100A 이하의 전류를 제공하는 조정 가능한 DC 전력원이다. 제 2 챔버(140)는 진공 시스템(도시되지 않음)에 의해 제 1 플라즈마 챔버 압력보다 실질적으로 낮은 제 2 챔버 압력으로 유지된다. 하나의 실시양태에 있어서, 제 2 챔버(140)는 약 1토르(약 133Pa) 미만의 압력, 바람직하게는 약 100밀리토르(약 0.133Pa) 미만의 압력으로 유지되는 한편, 플라즈마 챔버(104)는 약 0.1기압(약 1.01×104Pa) 이상의 압력으로 유지된다. 제 1 플라즈마 챔버 압력과 제 2 챔버 압력의 차이의 결과로서, 제 1 플라즈마는 배출 포트(118)를 통과하고 제 2 챔버(140) 내로 팽창된다.
제 2 챔버(140)는 장치(100)에 의해 제조된 플라즈마로 처리되는 제품(160)을 수용하기에 적합하다. 하나의 실시양태에 있어서, 제품(160)에 대한 이러한 플라즈마 처리는 하나 이상의 반응성 가스를 장치(100)에 의해 제조된 플라즈마 내에 주입하는 단계, 및 제품(160)의 표면 상에 하나 이상의 코팅을 침적시키는 단계를 포함한다. 하나 이상의 플라즈마가 충돌하는 제품(160)의 표면은 평탄하거나 또는 평탄하지 않을 수 있다. 장치(100)는 하나 이상의 플라즈마가 제품(160)의 표면 상에 충돌하는 다른 플라즈마 처리, 예컨대 이에 국한되지는 않지만, 제품(160)의 하나 이상의 표면을 에칭하고, 제품(160)을 가열하고, 제품(160)을 점화시키거나 또는 조명하고, 또는 제품(160)의 표면을 작용화하는(즉, 반응성 화학 종을 제조하는) 플라즈마를 제공할 수 있다. 플라즈마 처리 공정의 특성은 플라즈마 소스의 작동 파라미터에 의해 크게 영향을 받는다. 이러한 작동 파라미터 중에는 플라즈마 소스 내의 작동 압력, 플라즈마 내성, 캐소드와 애노드를 가로지르는 전위, 플라즈마 전류, 및 캐소드-애노드 거리가 있다.
하나의 실시양태에 있어서, 제 1 플라즈마 소스(102)와 제 2 플라즈마 소스(202) 중 적어도 하나에 의해 생성된 플라즈마는 팽창 열 플라즈마(이는 또한 이후 본원에서 "ETP"로서 언급된다)이다. ETP에서, 플라즈마는 양이온 및 전자를 생성하도록 하나 이상의 캐소드(106)와 애노드(108) 사이에서 생성된 아크 내에서 플라즈마 소스 가스를 이온화함으로써 생성된다. 예컨대, 아르곤 플라즈마가 생성되는 경우, 아르곤은 이온화되어, 아르곤 이온(Ar+) 및 전자(e-1)를 형성한다. 그 후, 플라즈마는 저압에서 높은 체적으로 팽창되며, 이로 인해 전자 및 양이온이 냉각된다. 본 발명에 있어서, 플라즈마는 플라즈마 챔버(104) 내에서 생성되고, 배출 포트(118)를 통해 제 2 챔버(140) 내로 팽창된다. 전술한 바와 같이, 제 2 챔버(140)는 플라즈마 챔버(104)보다 실질적으로 낮은 압력으로 유지된다. ETP에서, 양이온과 전자의 온도는 대략 동일하며, 약 0.1eV(약 1000K)의 범위에 있다. 다른 유형의 플라즈마에서, 전자들은 플라즈마의 화학적 성질을 실질적으로 영향을 미치기에 충분하게 높은 온도를 갖는다. 이러한 플라즈마에서, 양이온은 일반적으로 약 0.1eV의 온도를 갖고, 전자는 약 1eV, 또는 10,000K, 또는 그 이상의 온도를 갖는다. 결과적으로, ETP 내의 전자는 너무 차갑고, 그에 따라 ETP 내로 도입될 수 있는 임의의 가스를 직접적으로 해리시키기에는 불충분한 에너지를 갖게 된다. 그 대신에, 이러한 가스에서는 ETP 내의 전자와 전하 교환 및 해리적 재결합 반응을 겪게 될 수 있다.
플라즈마 소스(102)에 의해 생성된 플라즈마의 특성은, 본원에서 캐소드(106)와 애노드(108) 사이의 공간으로서 정의되는 갭(110)에 대해 부분적으로 의존한다. 도 2 및 3은 각각 캐소드 길이의 함수로서 플라즈마 챔버 압력 및 캐소드 전압의 플롯이다. 본 발명의 이 특정 실시양태에서, 갭(110)은 캐소드 길이가 증가함에 따라 감소한다. 각각의 플롯에서, 캐소드-애노드 거리는 규칙적으로 변하였고, 데이터는 플라즈마 챔버 내로의 일정 유량의 아르곤 가스를 사용하여 수집되었다. 도 2에서 보는 바와 같이, 캐소드-애노드 거리가 감소함에 따라 플라즈마의 압력은 감소한다. 유사하게, 도 3에 예시된 바와 같이, 캐소드-애노드 거리가 감소함에 따라 플라즈마를 지속시키는데 필요한 전압은 감소한다.
캐소드-애노드 내의 변화 또는 "편류"는 플라즈마 소스의 작동 도중 일어날 수 있다. 편류는 캐소드 또는 애노드의 부식, 캐소드 또는 애노드 상의 물질의 침적, 플라즈마 소스 성분의 기계적 침강 또는 시팅(seating), 및 플라즈마 소스 성분의 열 팽창에 의해 초래될 수 있다. 시간의 함수로서 캐소드 전압 및 플라즈마 압력의 편차(동일 조건 하의 실험의 실시 수로서 도 4에 표현된다)가 도 4에 제시된다. 캐소드 또는 애노드 상의 물질의 침적과 같은 일부 요인들은 도 4에 제시된 반대 방향으로의 편류를 초래할 수 있다. 시간 경과에 따라 편류가 발생함에 따라, 플라즈마를 지속시키는데 필요한 캐소드 전압 및 플라즈마 전압도 모두 변경된다(shift)(즉, 증가하거나 감소한다). 이들 경향은 도 2 및 3에 제시된 것과 일치하는 것이다. 전형적으로, 캐소드-애노드 거리는 실시간 동안 조정될 수 없고; 조정하기 위해서는 통상적으로 플라즈마 소스의 완전한 해체가 요구된다.
본 발명은, 갭(110)(즉, 캐소드-애노드 거리)이 실시간에 플라즈마 챔버(104) 내의 선택된 조건들, 예컨대 비제한적으로 플라즈마 압력, 캐소드 전압, 플라즈마 전류 및 플라즈마 가스 유량에 반응하여 목적하는 거리로 조정될 수 있는 플라즈마 소스(102)를 제공한다. 하나 이상의 센서(116)는 플라즈마 챔버(104) 내의 이러한 조건들에서의 임의의 변화를 모니터링 및 검출한다. 플라즈마 소스(102)에 사용하기 위해 선택된 센서(들)는 모니터링될 성질에 따라 달라진다. 플라즈마 챔버(104) 내의 조건들을 모니터링하는데 사용될 수 있는 하나 이상의 센서(116)의 비제한적인 예로는, 플라즈마 챔버(104)와 유체 연통하는 압력 센서(예: 트랜스듀서(transducer); 캐소드 전압을 측정 및 검출하기 위한 전압계(또는 임의의 유사 전압 측정 장치); 및 플라즈마 전류를 측정 및 검출하기 위한 전류계가 포함된다. 하나 이상의 센서(116)에 의해 검출된 임의의 변화는 제어기에 공급되며, 이는 목적하는 범위로 유지시키기 위해 캐소드(106)와 애노드(108) 중 하나의 위치를 변화시킴으로써 갭(110)을 조정한다.
하나의 실시양태에서, 플라즈마 소스(102)는 하나 이상의 조정 가능한 캐소드(106)를 포함한다. 갭(110)은 캐소드(106)를 이동시킴으로써 미리 결정된 거리로 설정될 수 있다. 도 2 및 3에서 보는 바와 같이, 센서(116)에 의해 검출하고 모니터링된 바와 같이, 플라즈마 챔버 압력 또는 캐소드 전압을 변화시키는 것은 각각 갭(110)에서의 변화를 나타낸다. 캐소드 편류는 예컨대 캐소드 전압 및 플라즈마 챔버 압력을 변경 또는 변화시킴으로써 나타날 수 있다. 피드백과 같은 통계적인 프로세스 제어 도중에 얻어진 플라즈마 챔버 압력 데이터는 예컨대 갭(110)을 제어하는데 사용될 수 있다. 캐소드 편류의 보상은 플라즈마 소스(102)의 작동 도중 갭(110)을 선택된 거리로 유지하도록 하나 이상의 센서(116)에 의한 입력에 대해 반응하여 조정 가능한 캐소드(106)의 운동에 의해 달성될 수 있다. 플라즈마 소스(102)에 의해 생성된 플라즈마의 캐소드 편류로 인한 편차는, 캐소드(106)의 이러한 조정에 의해 제거되거나 또는 상당히 감소된다. 조정 가능한 캐소드(106)의 이러한 운동은 수동으로 또는 제어기에 의해 실시간으로 수행될 수 있다.
일부 예에서, 시간 경과에 따라 플라즈마 소스(102)에 의해 생성된 플라즈마의 성질을 변화시키는 것이 바람직할 수 있다. 플라즈마 성질들이 작동 도중 변경될 수 있는 상황의 비제한적인 예로는 단일 기판 상의 다수 층의 침적, 또는 단일 제품에 다수의 플라즈마 처리를 실시하는 경우가 포함된다. 실시간 동안 갭(110)을 조정하려는 능력은 플라즈마 소스(102)에 의해 생성된 플라즈마의 성질이 플라즈마 소스(102)의 해체 없이 제어 가능한 방식으로 개질되도록 허용한다.
조정 가능한 캐소드(106)의 이동은 이동 가능한 캐소드(106)에 커플링된 압력 수단에 의해 성취될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 압력 수단은 세트 스크류(set screw) 또는 스크류 드라이브(screw drive)에 의해 조정 가능한 캐소드(106)의 후방부에 커플링된 압력 플레이트를 포함한다. 조건들을 지령함에 따라, 갭(110)은 압력 플레이트로 압력을 적용 또는 해제함으로써 증가 또는 감소되거나, 또는 갭(110)은 조정 가능한 캐소드(106)가 필요한 만큼 압력 플레이트에 적용함으로써 플라즈마 소스(102)의 작동 도중 부식함에 따라 일정한 값으로 유지될 수 있다. 다른 실시양태에 있어서, 압력 수단은 조정 가능한 캐소드(106)에 커플링된 공기 구동부(pneumatic drive)를 포함할 수 있다. 공기 구동부는, 조건들이 지령함에 따라 조정 가능한 캐소드(106)를 이동시킴으로써, 선택된 값에서 갭(110)을 증가, 감소 또는 유지할 수 있다.
다른 실시양태에 있어서, 플라즈마 소스(102)는 조정 가능한 캐소드(106)를 이동시키고 이로 인해 갭(110)을 조정하기 위한 스크류 또는 웜 드라이브(worm drive)를 추가로 포함한다. 또 다른 실시양태에서, 조정 가능한 캐소드(106)는 와이어를 포함하며, 선택된 값에서 갭(110)을 증가, 감소 또는 유지하도록 하는 조정 가능한 캐소드(106)의 이동은 와이어 공급물을 조정 가능한 캐소드(106)에 커플링시킴으로써 달성된다.
하나의 실시양태에서, 조정 가능한 캐소드(106)는 캐스케이드 플레이트(122)에 수직인 방향으로 이동할 수 있다. 여기서, 조정 가능한 캐소드(106)의 종방향 축은 배출 포트(118)와 동일한 중심을 갖는다. 다르게는, 조정 가능한 캐소드(106)는 캐스케이드 플레이트(122)와 직선 평행하게 이동할 수 있다.
하나의 실시양태에서, 플라즈마 소스(102)의 작동 도중, 캐소드(106)는 이동 가능하고, 애노드(108)는 고정되어 있다. 그러나 다른 실시양태에서, 갭(110)은 이동 가능한 애노드(108)와 함께 제 1 플라즈마 소스(102)를 제공함으로써 조정될 수 있다. 애노드(108)의 이동은 조정 가능한 캐소드(106)의 이동을 제공하기 위해 앞서 기재된 바와 유사한 메커니즘에 의해 달성될 수 있다. 제 1 플라즈마 소스(102)는 또한 이동 가능한 캐소드(106) 및 이동 가능한 애노드(108) 모두를 포함할 수 있다.
장치(100)가 하나 이상의 플라즈마 소스를 포함하는 실시양태에 있어서, 제 2 플라즈마 소스(202)는 본원에 기술되어 있는 제 1 플라즈마 소스(102)의 특성에 대응하는 특성을 포함한다. 예컨대, 플라즈마 소스(202)는 캐소드(206), 애노드(208), 갭(210), 하나 이상의 플라즈마 가스 유입구(214), 하나 이상의 센서(216), 배출 포트(218) 및 캐스케이드 플레이트(222)를 포함한다. 캐소드(206)와 애노드(208) 사이에 아크를 스트라이킹시키는데 필요한 전압은 전력원(112) 또는 별도의 전력원에 의해 제공된다.
일부의 경우, 제품(160)을 플라즈마로 균일하게 처리하는 것이 바람직하다. ETP 소스와 같은 단일 플라즈마 소스에 의해 처리된 영역의 특성(예컨대, 코팅 두께, 에칭 또는 활성화 정도)은 일반적으로 플라즈마 소스의 축에 대한 가우스 분포(Gaussian distribution)를 갖는 프로파일을 나타낸다. 다수의 플라즈마 소스가 제품(160)을 처리하는데 사용되는 경우, 최종 가우스 분포들이 중첩되도록 개별적인 플라즈마 소스의 위치를 조정함으로써 균일성이 촉진될 수 있다. 이 분포의 폭 및 높이뿐만 아니라 프로파일은 기판을 처리하는데 사용되는 플라즈마의 특성에 따라 부분적으로 다르다. 또한 각각의 플라즈마의 특성은, 개별적인 플라즈마 소스 내에 플라즈마를 생성시키는데 이용되는 조건, 즉 캐소드 전압, 플라즈마 가스 압력 및 캐소드-애노드 거리(갭(110))에 따라 다르다.
하나의 실시양태에서, 제 1 플라즈마 챔버(104) 내의 조건 및 그 결과로서 제 1 플라즈마 소스(102)에 의해 제조된 제 1 플라즈마는, 플라즈마 챔버(204) 내의 조건, 및 제 2 플라즈마에 대하여 조정 가능하고, 그 반대로도 조정할 수 있다. 예컨대, 제 1 플라즈마 소스(102) 및 제 2 플라즈마 소스(202)는, 제 1 플라즈마와 제 2 플라즈마 사이의 편차를 제거 또는 최소화하도록, 제 1 플라즈마 소스(102) 및 제 2 플라즈마 소스(202)의 플라즈마 압력, 캐소드 전압 및 갭(110,210) 중 하나 이상을 서로 동일하게 설정함으로써 "동조"될 수 있다. 이동 가능한 캐소드(106,206), 갭(110) 및 갭(210)을 조정하기 위해 전술된 임의의 수단은, 센서(116,216)로부터의 입력에 반응하여 조정 가능한 캐소드(106,206)(또는 일부 실시양태에서는 조정 가능한 애노드(108,208))에 의해 작동 도중 동일한 값으로 유지될 수 있다. 제 1 플라즈마 소스(102) 및 제 2 플라즈마 소스(202)의 이러한 동조는 예컨대 평탄한 기판의 넓은 표면적 상에 하나 이상의 선택된 성질의 실질적으로 균일한 프로파일을 갖는 코팅을 침적하는데 유리할 수 있다.
이와 반대로, 제 1 플라즈마 소스(102) 및 제 2 플라즈마 소스(202)는 상이한 크기의 갭(110,210)을 제공하도록 조정 가능한 캐소드(106,206)를 이동시킴으로써 "비동조"될 수 있으며, 이로 인해 서로에 대해 다른 제 1 플라즈마 및 제 2 플라즈마가 생성된다. 예컨대 비평탄한 기판을 플라즈마 처리하기 위해서는 비동조가 바람직할 수 있다. 이러한 경우, 제 1 플라즈마 소스(102)를 위한 작업 거리(즉, 플라즈마 소스와 기판 표면 사이의 거리)는 제 2 플라즈마 소스(202)를 위한 작업 거리와 상이할 수 있다. 결과적으로, 이들이 제품(160)의 표면에 충돌하는 지점에서, (제 1 플라즈마 소스(102)에 의해 발생되는) 제 1 플라즈마의 성질은 (제 2 플라즈마 소스(202)에 의해 발생되는) 제 2 플라즈마의 성질과 상이하게 된다. 개별 플라즈마 소스에 대한 작업 거리에서의 차이는, 제품(160)의 표면에 대한 충돌의 그들의 각 지점에서 동일한 성질을 본질적으로 갖는 제 1 및 제 2 플라즈마를 생성하도록, 조정 가능한 캐소드(106,206)(또는 일부 실시양태에서는 조정 가능한 애노드(108,208))에 의해 보상되어 상이한 크기의 갭(110,210)을 제공할 수 있다.
또한, 제 1 플라즈마 소스(102)에 의해 생성된 플라즈마의 특성은 플라즈마 챔버(104) 내의 플라즈마 가스의 압력, 및 캐소드(106)의 전압(또는 전위)에 따라 다르다. 따라서, 플라즈마의 특성은 또한 플라즈마 챔버(104) 내의 플라즈마 가스의 압력, 및 캐소드(106)의 전압 중 적어도 하나를 조정함으로써 제어될 수 있다. 플라즈마 가스 압력은 하나 이상의 센서(116)에 의해 모니터링될 수 있으며 따라서 조정될 수 있다. 플라즈마 가스 압력을 조정하는 하나의 수단은 플라즈마 가스 유입구(114)를 통해 플라즈마 챔버(104) 내로의 플라즈마 가스의 유동을 제어하는 것이다. 플라즈마 챔버(104) 내로의 플라즈마 가스의 유동을 제어하는 수단으로는, 니들 밸브 및 매스 플로우 제어기(mass flow controller)가 포함되지만 이에 국한되지 않는다. 캐소드 전압(또는 전위)은 하나 이상의 센서(116)에 의해 유사하게 모니터링될 수 있으며, 따라서 전력 공급원(112)을 조정함으로써 조정될 수 있다. 제 2 플라즈마 소스(202)를 갖는 실시양태에 있어서, 제 2 플라즈마 소스(202)에 의해 생성된 플라즈마의 특성은, 하나 이상의 센서(216)에 의해 제공된 입력에 반응하여 플라즈마 챔버(204) 내의 플라즈마 가스 압력, 및 캐소드(206)의 전압 중 적어도 하나를 조정함으로써 유사하게 제어될 수 있다.
하나의 실시양태에서, 본 발명은, 플라즈마 챔버(104) 내의 플라즈마 가스의 압력, 및 캐소드(106)의 전압 중 적어도 하나가 플라즈마 챔버(204) 내의 플라즈마 가스 압력 및 캐소드(206)의 캐소드 전압 각각에 대해 조정 가능하게 할 수 있다. 따라서, 플라즈마 챔버(104) 내의 조건, 및 그에 따른 제 1 플라즈마 소스(102)에 의해 제조된 제 1 플라즈마는, 플라즈마 챔버(204) 내의 조건, 및 제 2 플라즈마 소스(202)에 의해 제조된 제 2 플라즈마에 대하여 조정 가능하고, 그 반대로도 조정할 수 있다. 예컨대, 제 1 플라즈마 소스에 의해 생성된 제 1 플라즈마는 제 1 플라즈마와 제 2 플라즈마 사이의 편차를 제거 또는 최소화하도록 "동조"되거나, 또는 서로에 대해 상이하도록 "비동조"될 수 있다.
제 1 플라즈마 및 제 2 플라즈마의 동조는, 제 1 플라즈마 소스(102) 및 제 2 플라즈마 소스(202)의 플라즈마 압력과 캐소드 전압 중 하나 이상을 서로 동일하게 조정함으로써 달성될 수 있다. 이와 반대로, 제 1 및 제 2 플라즈마는 제 1 플라즈마 소스(102) 및 제 2 플라즈마 소스(202)의 플라즈마 압력과 캐소드 전압 중 하나 이상을 서로에 대해 상이하게 조정함으로써 비동조될 수 있다. 플라즈마 챔버(104,204) 내의 플라즈마 압력은 각각 하나 이상의 센서(116,216)에 의해 모니터링될 수 있다. 전술된 플라즈마 가스 유입구(114,214)를 통한 각각의 플라즈마 챔버(104,204) 내로의 플라즈마 가스의 유동을 제어하기 위한 수단을 사용하면, 각각의 플라즈마 챔버(104) 내의 플라즈마 압력은 하나 이상의 센서(116,216)에 의해 제공된 입력에 반응하여 조정될 수 있다. 유사하게, 캐소드(106,206)의 캐소드 전압은 하나 이상의 센서(116,216)에 의해 모니터링될 수 있으며, 따라서 전력 공급원(112)에 의해 서로에 대해 조정될 수 있다.
다수의 플라즈마 소스에 의해 제조된 플라즈마의 이러한 동조 및 비동조의 예가 도 4에 제시된다. 다수의 ETP 소스에 의해 생성된 플라즈마 내로 바이닐트라이메틸실레인(VTMS)을 주입함으로써 기판 상에 침적된 a-SixCy:H 필름의 프로파일이 기판 상의 측방향 위치의 함수로서 플로팅된다. 필름 프로파일은 상기 필름의 침적시키는데 사용되는 플라즈마의 성질, 예컨대 비제한적으로 온도, 밀도, 횡단면적 및 반응물 농도에 상응하는 것이다. 도 4에서의 정사각형은 2개의 소스가 비동조되는 경우, 즉 상이한 플라즈마 압력 및 캐소드 전압에서 작동되는 경우 수득된 필름 프로파일을 나타낸다. 상이한 플라즈마는 침적물의 두께가 유의한 편차를 나타내는 프로파일을 생성시킨다. 도 4에서의 다이아몬드형은 2개의 소스의 압력 및 전압이 동일하게 동조되는 경우 수득된 필름 프로파일을 나타낸다. 생성된 프로파일은 비동조된 플라즈마 소스를 사용하여 수득된 것보다 적은 편차를 나타낸다.
본 발명의 다른 양태는 본원에 기재된 방법에 의해 장치(100)를 사용하여 침적된 하나 이상의 코팅이 표면에 배치된 제품을 제공한다. 상기 하나 이상의 코팅은 실질적으로 균일하며, 제품의 표면을 가로질러 약 10% 미만의 편차를 나타내는 선택된 성질을 갖는다. 하나 이상의 코팅의 선택된 성질은 코팅 두께, 내마모성, 자외선 흡수율, 적외선 반사율, 모듈러스, 경도, 산소 투과율, 수분 투과율, 접착률, 표면 에너지, 열 전도성 및 전기 전도성 중 하나일 수 있다. 하나 이상의 코팅은 내마모성 코팅, 자외선 여과 코팅, 적외선 반사 코팅, 산소- 또는 수분-장벽 코팅, 반사-방지 코팅, 전도성 코팅, 내부 층, 접착 층 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 코팅 및 침적 방법은, 본원에 전체적으로 참고하여 인용하고 있는, "금속 산화물 UV 필터를 위한 접착 층(Adhesion Layer for Metal Oxide UV Filter)"이라는 제목으로 찰스 도미닉 이아코반젤로(Charles Dominic Iacovangelo) 등에게 허여된 미국 특허 제 6,420,032 호; "아크 플라즈마 침적에 의해 제조된 다층 제품 및 그 제조방법(Multilayer Article and Method of Making by Arc Plasma Deposition)"이라는 제목으로 베리 리-민 양(Barry Lee-Mean Yang) 등에게 허여된 미국 특허 제 6,426,125 호; "적외선 반사 코팅(Infrared Reflecting Coatings)"이라는 제목으로 찰스 도미닉 이아코반젤로에게 허여된 미국 특허 제 6,261,694 호; "미세균열 내성이 개선된 적층 제품 및 그의 제조방법(Layered Article with Improved Microcrack Resistance and Method of Making)"이라는 제목으로 스티븐 마크 가스워스(Steven Marc Gasworth) 등에게 허여된 미국 특허 제 6,376,064 호에 기재되어 있다.
본 발명의 이점 및 현저한 특징들은 하기 실시예에 의해 설명된다.
팽창 열 플라즈마(ETP) 소스의 어레이를 사용하여 폴리카보네이트 렉산(LEXAN)(등록상표) 기판 상에 내마모성 실리콘(SiOxCy) 코팅을 침적시켰다. 각각의 ETP 소스는 본 발명의 조정 가능한 캐소드를 포함하였다. 각각의 플라즈마 챔버 내의 압력들을 평형화시킴으로써 ETP 플라즈마 소스를 동조시켰다. 산소(O2) 및 옥타메틸테트라사이클로실록세인(D4)을 각각의 ETP 내에 주입시킴으로써 코팅을 형성하였다. 생성된 코팅은 약 2마이크론의 두께를 가졌다. 1000 사이클 타버 마모 시험(1000 cycle Taber abrasion test)에 의해 코팅의 내마모성을 측정하였다. 개별 ETP 소스에 대한 기판 배치 및 위치의 함수로서 개별 타버 델타 흐림 값의 플롯을 도 6에 제시한다. 코팅에서는 큰 면적의 기판을 가로질러 0.6%의 표준편차를 갖는 흐림도에서의 균일한 2% 증가를 나타냈다.
전형적인 실시양태가 예시적인 목적으로 개시되었지만, 상기 설명은 발명의 범위에 대한 제한으로 간주해서는 안된다. 따라서, 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고서, 당해 분야에 숙련자에게는 다양한 변경, 개조 및 대안의 형태를 취할 수 있다.

Claims (10)

  1. a) 실질적으로 제어 가능한 플라즈마가 생성되는 플라즈마 챔버(104), 상기 플라즈마 챔버(104) 내에 배치되고 조정 가능한 갭(110)에 의해 분리되어 있는 하나 이상의 캐소드(106) 및 애노드(108), 상기 애노드 및 상기 하나 이상의 캐소드(106)에 커플링되어 상기 애노드 및 상기 하나 이상의 캐소드(106)를 가로질러 전압을 제공하기 위한 전력원(112), 플라즈마 가스를 플라즈마 가스 유동 비율로 플라즈마 가스 소스로부터 상기 플라즈마 챔버(104) 내로 도입시키기 위한 플라즈마 가스 유입구, 및 상기 플라즈마 챔버(104) 내의 조건들을 모니터링하기 위한 센서(116)를 포함하는 하나 이상의 플라즈마 소스(102); 및
    b) 배출 포트(118)를 통해 상기 플라즈마 챔버(104)와 유체 연통되고, 상기 플라즈마 챔버(104) 내의 제 1 압력보다 낮은 제 2 압력으로 유지되는 제 2 챔버(140)를 포함하며,
    상기 실질적으로 제어 가능한 플라즈마가 상기 플라즈마 챔버(104)로부터 상기 배출 포트(118)를 통해 제 2 챔버(140) 내로 유동하는,
    실질적으로 제어 가능한 플라즈마를 생성시키기 위한 장치(100).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 소스(102)가 팽창 열 플라즈마(expanding thermal plasma) 소스(102)인 장치(100).
  3. a) 실질적으로 제어 가능한 플라즈마가 생성되는 플라즈마 챔버(104);
    b) 상기 플라즈마 챔버(104)로부터 배출되는 상기 실질적으로 제어 가능한 플라즈마가 통과하는 배출 포트(118)를 갖는 상기 플라즈마 챔버(104)의 제 1 단부에 배치된 애노드(108);
    c) 상기 플라즈마 챔버(104) 내에 배치되고 상기 애노드(108)와의 사이에 갭(110)을 형성하도록 이동 가능한 하나 이상의 조정 가능한 캐소드(106);
    d) 상기 애노드(108) 및 상기 하나 이상의 조정 가능한 캐소드(106)에 커플링되어 상기 애노드(108) 및 상기 하나 이상의 조정 가능한 캐소드(106)를 가로질러 전압을 제공하기 위한 전력원(112);
    e) 플라즈마 가스를 플라즈마 가스 유동 비율로 플라즈마 가스 소스로부터 상기 플라즈마 챔버(104) 내로 도입시키기 위한 플라즈마 가스 유입구; 및
    f) 상기 플라즈마 챔버(104) 내의 조건들을 검출하고 모니터링하기 위한 하나 이상의 센서(116)를 포함하는,
    실질적으로 제어 가능한 플라즈마를 생성시키기 위한 플라즈마 소스(102).
  4. a) 실질적으로 제어 가능한 플라즈마가 생성되는 플라즈마 챔버(104); 애노드(108); 상기 플라즈마 챔버(104) 내에 배치되고 상기 애노드(108)와의 사이에 갭(110)을 형성하도록 이동 가능한 하나 이상의 조정 가능한 캐소드(106); 상기 애노드(108) 및 상기 하나 이상의 조정 가능한 캐소드(106)에 커플링되어 상기 애노 드(108) 및 상기 하나 이상의 조정 가능한 캐소드(106)를 가로질러 전압을 제공하기 위한 전력원(112); 플라즈마 가스를 플라즈마 가스 유동 비율로 플라즈마 가스 소스로부터 상기 플라즈마 챔버(104) 내로 도입시키기 위한 플라즈마 가스 유입구; 및 상기 플라즈마 챔버(104) 내의 조건들을 검출하고 모니터링하기 위한 하나 이상의 센서(116)를 포함하는 하나 이상의 플라즈마 팽창 열 플라즈마 소스(102); 및
    b) 배출 포트(118)를 통해 상기 플라즈마 챔버(104)와 유체 연통되고, 상기 플라즈마 챔버(104) 내의 제 1 압력보다 낮은 제 2 압력으로 유지되는 제 2 챔버(140)를 포함하며,
    상기 실질적으로 제어 가능한 플라즈마가 상기 플라즈마 챔버(104)로부터 상기 배출 포트(118)를 통해 제 2 챔버(140) 내로 유동하는,
    실질적으로 제어 가능한 팽창 열 플라즈마를 생성시키기 위한 장치(100).
  5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 장치(100)가 상기 실질적으로 조정 가능한 플라즈마로 제품(160)의 표면을 플라즈마 처리하기 위한 장치(100)이고,
    상기 제품(160)이 상기 제 2 챔버(140) 내에 배치되어, 상기 하나 이상의 팽창 열 플라즈마 소스(102)에 의해 생성된 상기 실질적으로 조정 가능한 플라즈마가 상기 배출을 통해 상기 플라즈마 챔버(104)로부터 배출되고 상기 표면에 충돌하는 장치(100).
  6. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 팽창 열 플라즈마 소스(102) 각각의 상기 배출 포트(118)에 근접하여 상기 제 2 챔버(140) 내에 배치된 하나 이상의 반응물 가스 주입기를 추가로 포함하며, 상기 반응물 가스 주입기가 반응물 가스를 상기 실질적으로 제어 가능한 플라즈마 내로 보내고, 상기 반응물 가스는 상기 실질적으로 제어 가능한 플라즈마와 반응하여 상기 제품(160)의 상기 표면에 코팅을 형성하는 장치(100).
  7. a) 플라즈마 챔버(104), 애노드(108), 상기 플라즈마 챔버(104) 내에 배치된 하나 이상의 조정 가능한 캐소드(106), 상기 애노드(108) 및 상기 하나 이상의 조정 가능한 캐소드(106)에 커플링된 전력원(112), 플라즈마 가스 유입구 및 하나 이상의 센서(116)를 포함하는 하나 이상의 플라즈마 소스(102)를 제공하는 단계;
    b) 상기 하나 이상의 팽창 플라즈마 소스(102)의 각각에서 플라즈마 가스를 플라즈마 가스 유입구를 통해 플라즈마 챔버(104)에 제공하는 단계;
    c) 플라즈마 챔버(104)에서 플라즈마를 생성시키는 단계;
    d) 플라즈마 챔버(104) 내의 하나 이상의 파라미터를 모니터링하는 단계; 및
    e) 하나 이상의 파라미터를 모니터링한 것에 기초하여 플라즈마 챔버(104) 내의 조건들을 조정함으로써 플라즈마를 제어하는 단계를 포함하는,
    실질적으로 제어 가능한 플라즈마를 생성시키는 방법.
  8. 실질적으로 제어 가능한 팽창 열 플라즈마를 사용하여 제품(160)을 처리하는 방법 으로서,
    a) 플라즈마 챔버(104), 애노드(108), 상기 플라즈마 챔버(104) 내에 배치된 하나 이상의 조정 가능한 캐소드(106), 상기 애노드(108) 및 상기 하나 이상의 조정 가능한 캐소드(106)에 커플링된 전력원(112), 플라즈마 가스 유입구 및 하나 이상의 센서(116)를 포함하는 하나 이상의 팽창 열 플라즈마 소스(102)를 제공하는 단계;
    b) 하나 이상의 팽창 플라즈마 소스(102)의 각각에서 플라즈마 가스를 플라즈마 가스 유입구를 통해 플라즈마 챔버(104)에 제공하는 단계;
    c) 플라즈마 챔버(104)에서 플라즈마를 생성시키는 단계;
    d) 플라즈마 챔버(104) 내의 하나 이상의 파라미터를 모니터링하는 단계;
    e) 하나 이상의 파라미터를 모니터링한 것에 기초하여 플라즈마 챔버(104) 내의 조건들을 조정함으로써 플라즈마를 제어하는 단계;
    f) 제품(160)을 함유하며 상기 플라즈마 챔버(104) 내의 제 1 압력보다 낮은 제 2 압력으로 유지되고 플라즈마 챔버(104)와 유체 연통되는 제 2 챔버(140) 내로, 배출 포트(118)를 통해 플라즈마를 팽창시킴으로써 팽창 열 플라즈마를 형성시키는 단계; 및
    g) 제품(160)의 표면 상에 팽창 열 플라즈마를 충돌시켜 제품(160)을 처리하는 단계를 포함하는 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 플라즈마를 제어하는 단계가, 하나 이상의 조정 가능한 캐소드(106) 및 애노 드(108)를 이동시켜 애노드(108)와 하나 이상의 조정 가능한 캐소드(106) 사이에 갭(110)을 형성하는 것을 포함하는 방법.
  10. 제품(160)의 표면을 가로질러 약 10% 미만의 편차를 나타내는 선택된 성질을 나타내고 실질적으로 균일한 하나 이상의 코팅이 표면에 배치된 제품(160)으로서,
    상기 표면 상의 코팅이,
    a) 플라즈마 챔버(104), 애노드(108), 상기 플라즈마 챔버(104) 내에 배치된 하나 이상의 조정 가능한 캐소드(106), 상기 애노드(108) 및 상기 하나 이상의 조정 가능한 캐소드(106)에 커플링된 전력원(112), 플라즈마 가스 유입구 및 하나 이상의 센서(116)를 포함하는 하나 이상의 팽창 열 플라즈마 소스(102)를 제공하는 단계;
    b) 하나 이상의 팽창 플라즈마 소스(102)의 각각에서 플라즈마 가스를 플라즈마 가스 유입구를 통해 플라즈마 챔버(104)에 제공하는 단계;
    c) 플라즈마 챔버(104)에서 플라즈마를 생성시키는 단계;
    d) 플라즈마 챔버(104) 내의 하나 이상의 파라미터를 모니터링하는 단계;
    e) 하나 이상의 파라미터를 모니터링한 것에 기초하여 플라즈마 챔버(104) 내의 조건들을 조정함으로써 플라즈마를 제어하는 단계;
    f) 제품(160)을 함유하며 상기 플라즈마 챔버(104) 내의 제 1 압력보다 낮은 제 2 압력으로 유지되고 플라즈마 챔버(104)와 유체 연통하는 제 2 챔버(140) 내로, 배출 포트를 통해 플라즈마를 팽창시킴으로써 팽창 열 플라즈마를 형성시키는 단계;
    g) 하나 이상의 반응물 가스를 팽창 열 플라즈마 내에 주입하는 단계; 및
    h) 제품(160)의 표면에 코팅을 침적시키는 단계에 의해 침적된 제품.
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