特許 6491752 薄膜製造用仮想陰極蒸着（ＶＣＤ）

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6491752

(24)【登録日】2019年3月8日

(45)【発行日】2019年3月27日

(54)【発明の名称】薄膜製造用仮想陰極蒸着（ＶＣＤ）

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/32 20060101AFI20190318BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20190318BHJP

   C01B 32/05 20170101ALI20190318BHJP

   C01G 15/00 20060101ALI20190318BHJP

【ＦＩ】

   C23C14/32 H

   H05H1/46 A

   C01B32/05

   C01G15/00 B

【請求項の数】36

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2017-535158(P2017-535158)

(86)(22)【出願日】2015年9月18日

(65)【公表番号】特表2017-534765(P2017-534765A)

(43)【公表日】2017年11月24日

(86)【国際出願番号】IB2015057205

(87)【国際公開番号】WO2016042530

(87)【国際公開日】20160324

【審査請求日】2017年7月21日

(31)【優先権主張番号】1416497.4

(32)【優先日】2014年9月18日

(33)【優先権主張国】GB

(73)【特許権者】

【識別番号】517094909

【氏名又は名称】プラズマ エーピーピー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100145241

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 康裕

(72)【発明者】

【氏名】ヤルモリッチ、ドミトリー

【審査官】 今井 淳一

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１３／１８６６９７（ＷＯ，Ａ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １４／００−１４／５８

Ｈ０５Ｈ １／００− １／５４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

中空陰極と、
基板ホルダと、
前記中空陰極を挟んで前記基板ホルダと反対側に配置されターゲットホルダと、
前記ターゲットホルダに最も近い前記中空陰極の端部においてプラズマを前記中空陰極の内部に供給するためのプラズマ供給要素と、
前記プラズマ供給要素がプラズマを前記中空陰極に供給し、高電圧パルスが前記中空陰極に印加されると仮想プラズマ陰極が形成され、前記仮想プラズマ陰極が、前記ターゲットホルダ内に保持されたターゲットに向けられた電子ビームを生成するように、前記中空陰極に接続されて前記中空陰極に高電圧パルスを供給する電源ユニットと、
を備え、
アブレーションされたターゲット材料のプルームが、前記中空陰極を通過する、
薄膜蒸着装置。

【請求項2】

前記プラズマ供給要素が、前記中空陰極に隣接し、ガス容器を画定する中空キャップ電極を備えることを特徴とする請求項１に記載の薄膜蒸着装置。

【請求項3】

前記中空キャップ電極は、絶縁リングによって前記中空陰極から隔てられ、ガス流スリットは、前記ガス容器から前記中空陰極の内部に延在していることを特徴とする請求項２に記載の薄膜蒸着装置。

【請求項4】

前記ガス流スリットは、０．１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲の幅を有することを特徴とする請求項３に記載の薄膜蒸着装置。

【請求項5】

前記中空陰極内に初期プラズマを生成するために前記中空陰極に接続された電気トリガユニットを備えることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の薄膜蒸着装置。

【請求項6】

前記電気トリガユニットは、１ｋＶ〜６０ｋＶの範囲の電圧を有する電気パルスを生成するように動作可能であることを特徴とする請求項５に記載の薄膜蒸着装置。

【請求項7】

前記電気トリガユニットは、０．０１ｋＡ〜１ｋＡの範囲の電流を有する電気パルスを生成するように動作可能であることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の薄膜蒸着装置。

【請求項8】

前記電気トリガユニットは、１μｓ未満の持続時間を有する電気パルスを生成するように動作可能であることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれかに記載の薄膜蒸着装置。

【請求項9】

前記ガス容器にガスを供給するためのガス管を備えることを特徴とする請求項２乃至請求項８のいずれかに記載の薄膜蒸着装置。

【請求項10】

前記ガス管は導電性であり、前記電気トリガユニットを前記中空陰極に接続することを特徴とする請求項５に直接的または間接的に従属する請求項９に記載の薄膜蒸着装置。

【請求項11】

前記中空陰極は、実質的に円筒形であることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の薄膜蒸着装置。

【請求項12】

前記陰極は長手方向軸を有し、前記長手方向軸は、前記ターゲットホルダ内に保持されたターゲットの表面に対して、および、前記基板ホルダ内に保持された基板の表面に対して実質的に垂直であることを特徴とする請求項１１に記載の薄膜蒸着装置。

【請求項13】

前記中空陰極の直径は、０．１ｍｍ〜１００ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の薄膜蒸着装置。

【請求項14】

前記中空陰極の直径は、２ ｍｍ〜４０ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項１３に記載の薄膜蒸着装置。

【請求項15】

前記中空陰極の直径は、０．１ｍｍ〜２ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項１３に記載の薄膜蒸着装置。

【請求項16】

前記中空陰極は、直径対長さ比が０．１〜１０の範囲であることを特徴とする請求項１１乃至請求項１５のいずれかに記載の薄膜蒸着装置。

【請求項17】

前記ターゲットホルダ内に保持されたターゲットの表面と前記中空陰極との距離と、前記中空陰極の直径との比は、０．１〜１０であり、好ましくは略１であることを特徴とする請求項１１乃至請求項１６のいずれかに記載の薄膜蒸着装置。

【請求項18】

前記電源ユニットは、−１ｋＶ〜−６０ｋＶの範囲の、好ましくは−５ｋＶ〜−２０ｋＶの範囲の電圧を有する電気パルスを生成するように動作可能であることを特徴とする請求項１乃至請求項１７のいずれかに記載の薄膜蒸着装置。

【請求項19】

前記電源ユニットは、０．１ｋＡ〜１０ｋＡの範囲の電流を有する電気パルスを生成するように動作可能であることを特徴とする請求項１乃至請求項１８のいずれかに記載の薄膜蒸着装置。

【請求項20】

前記電源ユニットは、０．１μｓ〜１００μｓの範囲の持続時間を有する電気パルスを生成するように動作可能であることを特徴とする請求項１８または請求項１９に記載の薄膜蒸着装置。

【請求項21】

前記中空陰極、前記基板ホルダ、前記ターゲットホルダ、および前記プラズマ供給要素を収容するプロセスチャンバと、前記プロセスチャンバ内の圧力を維持するためのポンプ要素とを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項２０のいずれかに記載の薄膜蒸着装置。

【請求項22】

前記プロセスチャンバ内の圧力は、１０^−３Ｐａ〜１Ｐａの範囲に維持されることを特徴とする請求項２１に記載の薄膜蒸着装置。

【請求項23】

複数の中空陰極を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項２２のいずれかに記載の薄膜蒸着装置。

【請求項24】

補助ガス容器をさらに備え、前記ガス容器は、複数のアパーチャによって前記ガス容器に接続されることを特徴とする請求項１乃至請求項２３のいずれかに記載の薄膜蒸着装置。

【請求項25】

前記ガス容器内に配置された補助トリガ電極をさらに備えることを特徴とする請求項２４に記載の薄膜蒸着装置。

【請求項26】

前記補助トリガ電極に接続された補助トリガ電気トリガユニットをさらに備えることを特徴とする請求項２５に記載の薄膜蒸着装置。

【請求項27】

中空陰極、基板、およびターゲットを、前記基板と前記ターゲットを前記中空陰極を挟んで反対側に配置するように提供し、
前記ターゲットに最も近い前記中空陰極の端部でプラズマを前記中空陰極の内部に供給し、
仮想プラズマ陰極が形成され、前記仮想プラズマ陰極が前記ターゲットホルダ内に保持されたターゲットに向けられた電子ビームを生成するように、前記中空陰極に高電圧パルスを供給する、
薄膜蒸着方法であって、
アブレーションされたターゲット材料のプルームは、前記中空陰極を通って前記基板に向かって通過する、
薄膜蒸着方法。

【請求項28】

前記中空陰極に隣接しガス容器を画定する中空キャップ電極にガスを供給し、電気トリガパルスを前記中空陰極に供給して前記中空キャップ電極内にプラズマを発生させることを含むことを特徴とする請求項２７に記載の方法。

【請求項29】

前記電気トリガパルスは、１ｋＶ〜６０ｋＶの範囲の電圧と、０．０１ｋＡ〜１ｋＡの範囲の電流とを有することを特徴とする請求項２８に記載の方法。

【請求項30】

前記電気トリガパルスは、１μｓ未満の持続時間を有することを特徴とする請求項２８または請求項２９に記載の方法。

【請求項31】

前記ターゲットの表面と前記中空陰極との間の距離と、前記中空陰極の直径との比が０．１〜１０の範囲に、好ましくは略１になるように前記ターゲットを配置することを含むことを特徴とする請求項２７乃至請求項３０のいずれかに記載の方法。

【請求項32】

前記高電圧パルスが、−１ｋＶ〜−６０ｋＶの範囲、好ましくは−５ｋＶ〜−２０ｋＶの範囲の電圧と、０．１ｋＡ〜１０ｋＡの範囲の電流を有することを特徴とする請求項２７乃至請求項３１のいずれかに記載の方法。

【請求項33】

前記高電圧パルスが、０．１μｓ〜１００μｓの範囲の持続時間を有することを特徴とする請求項２７乃至請求項３２のいずれかに記載の方法。

【請求項34】

請求項１乃至請求項２６のいずれかに記載の装置を用いて実行されることを特徴とする請求項２７乃至請求項３３のいずれかに記載の方法。

【請求項35】

前記ターゲットは、前記電子ビームが生成されているとき前記仮想プラズマ陰極に対して陽極として機能することを特徴とする請求項１に記載の薄膜蒸着装置。

【請求項36】

前記仮想プラズマ陰極は、前記電子ビームの形成後に消滅して、前記アブレーションされたターゲット材料のプルームが前記基板ホルダに向かって伝搬するように前記仮想プラズマ陰極があったところを通過することを可能にすることを特徴とする請求項１に記載の薄膜蒸着装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板上に薄膜を蒸着させるための装置に関する。

【背景技術】

【0002】

基板上に膜を作製するには、一般に、基板に向けられた分子、原子またはイオンの流れが必要である。この流れは、凝縮して適切な基板表面上に固体状態の膜を形成するが、一般に、このような蒸着方法は、物理的気相成長法（ＰＶＤ）と呼ばれる。例としては、パルスレーザ電子成長法（ＰＬＤ）およびパルス電子成長法（ＰＥＤ）が挙げられる。レーザーまたは電子ビームからの非常に高いエネルギー密度のパルスは、ターゲットをアブレーションすることができる（いくらかの量の固体ターゲットをプラズマに変える）。このプラズマは、ターゲット化合物を含む組成物を用いてプラズマプルームの形態でターゲットの方に外側に膨張する。

【0003】

ＰＥＤを可能にするには、ターゲット表面で１０^８ Ｗ／ｃｍ^２以上の電子ビームエネルギー密度を提供する電子ビーム源が必要である。そのような電子ビームを発生する公知の装置及び方法（ＵＳ７５５７５１１又はＷＯ２０１１ＩＴ００３０１）は、Ｃ．Ｓｃｈｕｌｔｈｅｉｓｓによる米国特許第５，５７６，５９３号で紹介されたチャネル火花放電（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｐａｒｋ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ、ＣＳＤ）に基づく。ＣＳＤ装置は、プラズマ生成をトリガするための活性化グループを有する中空陰極プラズマ源と、誘電性管状要素とを含む。その管状要素は、中空陰極プラズマから抽出された電子の束を、陽極として働く標的に向かって案内する。米国特許第７５５７５１１号に記載されているように、プロセスチャンバ内の圧力に強く依存する最適条件下では、管状要素によって方向付けられその出口から出てくる高度に集束されたビームを生成することが可能であり、ビーム誘起空間電荷中和により管状要素を越えて伝搬させることが可能である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＰＥＤ技術は、金属、半導体、および優れた品質を有する誘電体材料コーティングを含む異なるタイプのフィルムを製造するために使用されてきた。世界中の多くの研究所での蒸着実験が成功したにもかかわらず、薄膜蒸着のためのパルス電子ビームの工業的応用はまだ成功していない。ＣＳＤに基づく電子ビーム源が工業的な用途に失敗した主な理由は、誘電体管状素子の寿命が短く（一般に１０^８ ショット未満）、ショットの間のパルスの再現性が低く、広域蒸着のスケーラビリティの問題があるからである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

新しいタイプの薄膜蒸着装置および方法が提案されている。蒸着装置の動作は、パルス電源グループによって生成された仮想陰極群に対して高電圧（１〜６０ｋＶ）の高電流（０．１〜１０ｋＡ）電気パルスを適用することに基づいている。仮想陰極群装置は、ガス容器に供給されたガスから初期プラズマを発生させる。この初期プラズマは、ターゲットの前に投入され、仮想プラズマ陰極を形成する。この仮想陰極プラズマは、パルス電源によって提供され、電子ビームを発生させる負の電位バイアスを得る。電子ビームの形成は、仮想陰極として機能するプラズマの境界と陽極として機能するターゲットとの間に形成される薄いシース内で起こる。プラズマ境界とターゲットとの間の距離が短いため、空間電荷限界が高く、これにより、固体ターゲットアブレーションに十分な高エネルギーおよび高電流のパルス電子ビーム生成が可能になる。

【0006】

仮想プラズマ陰極は、ターゲットの前に一時的に現れ、電子ビームでそれをアブレーションした後に消滅して、ターゲットのアブレーションされた材料が基板に向かって伝搬し、凝縮して薄膜を形成する。アブレーションされた材料は、プラズマプルームの形態で仮想陰極プラズマが配置された部分を通ってターゲット表面の外側に伝搬する。このようにして、電子ビーム源の稼働時間を制限する要因、すなわち、アブレーションされた材料による陰極の汚染は、陰極がプラズマから形成された仮想のものなので回避され、従来の固体材料陰極のようには汚染されることがない。

【0007】

本発明の第１の態様によれば、中空陰極と、基板ホルダと、中空陰極を挟んで基板ホルダと反対側に配置されターゲットホルダと、ターゲットホルダに最も近い中空陰極の端部においてプラズマを中空陰極の内部に供給するためのプラズマ供給要素と、プラズマ供給要素がプラズマを中空陰極に供給し、高電圧パルスが中空陰極に印加されると仮想プラズマ陰極が形成され、仮想プラズマ陰極が、ターゲットホルダ内に保持されたターゲットに向けられた電子ビームを生成するように、中空陰極に接続されて中空陰極に高電圧パルスを供給する電源ユニットと、を備え、アブレーションされたターゲット材料のプルームが、中空陰極を通過する薄膜蒸着装置が提供される。

【0008】

プラズマ供給要素は、中空陰極に隣接し、ガス容器を画定する中空キャップ電極を備えてもよい。

【0009】

中空キャップ電極は、絶縁リングによって中空陰極から隔てられ、ガス流スリットは、ガス容器から中空陰極の内部に延在していてもよい。

【0010】

ガス流スリットは、０．１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲の幅を有していてもよい。

【0011】

薄膜蒸着装置は、中空キャップ電極内に初期プラズマを生成するために、中空キャップ電極に接続された電気トリガユニットを備えてもよい。

【0012】

電気トリガユニットは、１ｋＶ〜６０ｋＶの範囲の電圧を有する電気パルスを生成するように動作可能であってもよい。

【0013】

電気トリガユニットは、０．０１ｋＡ〜１ｋＡの範囲の電流を有する電気パルスを生成するように動作可能であってもよい。

【0014】

電気トリガユニットは、１μｓ未満の持続時間を有する電気パルスを生成するように動作可能であってもよい。

【0015】

薄膜蒸着装置は、ガス容器にガスを供給するためのガス管を備えていてもよい。

【0016】

ガス管は導電性であり、トリガユニットを中空陰極に接続してもよい。

【0017】

中空陰極は、実質的に円筒形であってもよい。

【0018】

中空陰極は、長手方向軸を有してもよく、長手方向軸は、ターゲットホルダ内に保持されたターゲットの表面および基板ホルダ内に保持された基板の表面に実質的に垂直であってもよい。

【0019】

中空陰極の直径は、０．１ｍｍ〜１００ｍｍの範囲内であってもよい。

【0020】

中空陰極の直径は、２ｍｍ〜４０ｍｍの範囲であってもよい。

【0021】

中空陰極の直径は、０．１ｍｍ〜２ｍｍの範囲であってもよい。

【0022】

中空陰極は、直径対長さの比が０．１〜１０の範囲であってもよい。

【0023】

ターゲットホルダ内に保持されたターゲットの表面と中空陰極との距離と、中空陰極の直径との比は、０．１〜１０であってもよく、好ましくは略１であってもよい。

【0024】

電源ユニットは、−１ｋＶ〜−６０ｋＶの範囲、好ましくは−５ｋＶ〜−２０ｋＶの範囲の電圧を有する電気パルスを生成するように動作可能であってもよい。

【0025】

電源ユニットは、ターゲットのアブレーションのためのエネルギーを提供するために、０．１ｋＡ〜１０ｋＡの範囲の電流で電気パルスを生成するように動作可能であってもよい。

【0026】

電源ユニットは、０．１μｓ〜１００μｓの範囲の持続時間を有する電気パルスを生成するように動作可能であってもよい。

【0027】

薄膜蒸着装置は、中空陰極、基板ホルダ、ターゲットホルダ、およびプラズマ供給要素を含むプロセスチャンバと、プロセスチャンバ内の圧力を維持するためのポンプ要素とを備えてもよい。

【0028】

プロセスチャンバ内の圧力は、１０^−５ ｍｂａｒ〜１００ ｍｂａｒの範囲に維持されてもよい。

【0029】

薄膜蒸着装置は、複数の中空陰極を備えてもよい。

【0030】

薄膜蒸着装置は、複数のアパーチャによってガス容器に接続された補助ガス容器をさらに備えてもよい。

【0031】

薄膜蒸着装置は、ガス容器内に配置された補助トリガ電極をさらに備えてもよい。

【0032】

薄膜蒸着装置は、補助トリガ電極に連結された補助トリガ電気トリガユニットをさらに備えてもよい。

【0033】

本発明の第２の態様によれば、中空陰極、基板、およびターゲットを、基板とターゲットを中空陰極を挟んで反対側に配置するように提供し、ターゲットに最も近い中空陰極の端部でプラズマを中空陰極の内部に供給し、仮想プラズマ陰極が形成され、仮想プラズマ陰極がターゲットホルダ内に保持されたターゲットに向けられた電子ビームを生成するように、中空陰極に高電圧パルスを供給する、薄膜蒸着方法であって、アブレーションされたターゲット材料のプルームは、中空陰極を通って基板に向かって通過する薄膜蒸着方法が提供される。

【0034】

この方法は、中空陰極に隣接しガス容器を画定する中空キャップ電極にガスを供給し、中空キャップ電極内にプラズマを発生させるために中空キャップ電極に電気トリガパルスを供給することを含む。

【0035】

電気トリガパルスは、１ｋＶ〜６０ｋＶの範囲の電圧と、０．０１ｋＡ〜１ｋＡの範囲の電流とを有してもよい。

【0036】

電気トリガパルスは、１μｓ未満の持続時間を有してもよい。

【0037】

この方法は、ターゲットの表面と中空陰極との間の距離の中空陰極の直径に対する比が０．１〜１０の範囲にあり、好ましくは約１になるようにターゲットを配置することを含んでもよい。

【0038】

高電圧パルスは、最大−６０ｋＶの電圧および０．１〜１０ｋＡの電流を有してもよい。

【0039】

高電圧パルスは、０．１μｓ〜１００μｓの範囲の持続時間を有してもよい。

【0040】

本発明の第３の態様によれば、本発明の第１の態様による装置を用いて実行される、本発明の第２の態様による方法が提供される。

【0041】

本発明およびその技術的利点のより完全な説明のために、以下の説明および添付の図面を参照する。

【図面の簡単な説明】

【0042】

【図1】図１は、本発明を具体化する仮想陰極装置の断面図を示す。

【図2】図２は、図１の装置における初期プラズマおよび仮想陰極プラズマの形成を示す。

【図3】図３は、図１の装置におけるプルームプラズマ伝搬特性を示す。

【図4】図４は、広域蒸着のための代替装置を示す。

【図5】図５は、さらに別の装置を示す。

【発明を実施するための形態】

【0043】

次に図面を詳細に参照する実施例は、例としてであり、本発明の好ましい実施形態の説明のためのみであることを強調する。また、最も有用であると確信され、本発明の原理および概念的側面を容易に理解されるものを提供するものとして提示される。これに関して、本発明の基本的な理解のために必要以上の、本発明の構造的詳細を示す試みはなされていないが、明細書と図面は、当業者には明らかなように実際に発明を実施することができる。

【0044】

本発明の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明はその適用において、以下の説明または図面に示される構成要素の構成および配置に限定されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態に適用可能であるか、または様々な方法で実施または実行される。また、本明細書で使用される表現および用語は、説明のためのものであり、限定的であると見なされるべきではないことを理解されたい。

【0045】

プラズマ活性化に先立ち、仮想陰極蒸着（ＶＣＤ）装置を図１に示す。ＶＣＤ装置は、図１において参照番号１で全体が示されている。

【0046】

本発明による装置１は、プロセスチャンバ１３１を備える。プロセスチャンバ１３１は、プロセスチャンバ内部で１０^−５〜１００ｍｂａｒの範囲の圧力を提供するために、ガスの一定のポンピング（図１には図示せず）によって提供される。明らかに、プロセスチャンバ１３１は、外部環境に対して真空気密になるように構築されている。装置１はさらに、参照符号３で全体を示す仮想陰極群を備える。

【0047】

装置１はさらに、参照番号５で全体が示された供給および支持グループを備える。

【0048】

装置１はさらに、参照符号７で全体を示すパルス電源グループを備える。

【0049】

装置１はさらに、参照番号９で全体を示したターゲット群を備える。

【0050】

ターゲット群９は、適切なターゲットホルダ１１７内に保持されているターゲット１１５をさらに備える。ターゲット材料は、基板表面１２５上に薄膜の形態で蒸着されなければならない化学元素を含む。
基板１２５はまた、プロセスチャンバ１３１内に保持され、太陽電池、有機トランジスタ、ディスプレイ、光源などのような電気または電子デバイスの一部または構成要素によって、または機械的部品または構成要素によって、特に制限なく、構成される。

【0051】

ターゲットホルダ１１７は、チャンバ１３１内に少なくとも部分的に収容され、電気伝導度が１・１０^３ Ｓ／ｍを越え、溶融温度が３００℃を越える任意の既知の材料、好ましくはステンレス鋼、タングステン、銅、青銅または他の金属合金から構成される。ターゲットホルダ１１７は、プロセスチャンバ１３１とターゲット１１５との電気的接続を提供する。チャンバ１３１、ターゲット１１５、およびターゲットホルダ１１７の電位は、装置動作中に可能な限りゼロ値（接地電位）に近くなければならない。これは、ターゲットホルダ１１７の最小の電気的インダクタンスと、チャンバ、ターゲットホルダ、およびターゲットとの間の密接な電気的接触を必要としている。

【0052】

ターゲット１１５は、仮想陰極群３の対称軸に少なくとも１ｍｍ^２の表面を提供することを特徴とする、ロッド、シリンダー、ペレット、平行六面体、または任意の他の形状を有することができる。これは、図１において１１６で示されたターゲットアブレーション領域であり、仮想陰極群３の対称軸に対して法線方向の面を有し、回転中の位置や向きを変更せず、また所謂周知の方法でターゲットホルダ１１７により提供される他のターゲットの移動を変更しないことが好ましい。

【0053】

仮想陰極群３は、ターゲット１１５付近にプラズマを発生させるのに適している。プラズマは、以下でよりよく説明するように、ターゲット表面をアブレーションする電子ビームを生成するための仮想陰極として機能する。仮想陰極プラズマは、初期プラズマ供給アセンブリによって供給される初期プラズマから形成される。本発明の好ましい実施形態では、仮想陰極群３は、チャンバ１３１内に完全に収容されている。仮想陰極群３は、中空陰極１０１と、絶縁リング１０３と、中空キャップ電極１０５とを備えている。

【0054】

中空陰極は、電気伝導度が１・１０^３ Ｓ／ｍを越え、溶融温度が３００℃を越える任意の既知の材料から作製され、ステンレス鋼、タングステン、銅、青銅または他の金属合金であることが好ましい。中空陰極は、０．１〜１０の範囲の直径と長さの比を有する中空円筒の形状を有し、壁厚は０．０５ｍｍを越える。中空陰極１０１の直径は、プロセスチャンバ内のガスの圧力に依存して、０．１〜１００ｍｍの範囲にある。より具体的には、非限定的な例として、１・１０^−４ ｍｂａｒ（１・１０^−２ Ｐａ）の圧力では、直径は、２〜６０ｍｍの範囲にあり、１００ｍｂａｒ（１・１０^４ Ｐａ）の圧力に対しては直径は、０．１〜１０ｍｍの範囲である。中空陰極円筒の対称軸は、ターゲットアブレーション領域１１６に垂直であり、ターゲット表面の比すなわち中空陰極距離対中空陰極直径の比は、０．１〜１０の範囲、好ましくは１に近い。

【0055】

絶縁リング１０３は、中空陰極１０１に接続されている。絶縁リング１０３は、３００℃を超える溶融温度を有する任意の誘電材料、好ましくは酸化アルミニウムまたは他のセラミックまたはプラスチック材料から構成される。絶縁リング１０３は、中空陰極１０１に接続され固定された位置からガスが流れるのを防止するために、公知の方法で中空陰極に取り付けられる。

【0056】

中空キャップ電極１０５は、絶縁リング１０３に接続されている。中空キャップ電極１０５は、中空陰極１０１に接続され固定された位置からガスが流れるのを防止するため、絶縁リング１０３に任意の既知の方法で取り付けられる。中空キャップ電極１０５は、電気伝導度が１・１０^３ Ｓ／ｍを越え、溶融温度が３００℃を越える任意の既知の材料、好ましくはステンレス鋼、タングステン、銅、青銅または他の金属合金から構成される。

【0057】

また、中空キャップ電極１０５には、ガス管１０７が接続されている。ガス管１０７は、中空キャップ電極１０５に接続され固定された位置からガスが流れるのを防止するために、任意の既知の方法で中空キャップ電極１０５に取り付けられる。

【0058】

中空キャップ電極の形状は、図１に示すように、中空陰極１０１および絶縁リング１０３と一緒になって、ガス容器１２７を形成する。より詳細には、ガス管１０７によって供給されたガスはガス容器に入り、次いでスリット１２９を通ってターゲット１１５の近傍の中空陰極の内部容積に流入する。スリット１２９によって画定されるギャップは、中空キャップ電極１０５の半径と中空陰極１０１の半径との差の半分以下でなければならない。これは、絶縁リング１０３の半径方向の寸法、すなわち、その幅に等しい。スリット幅は、それを通過するガス流束を決定し、したがってガス容器１２７内およびプロセスチャンバ１３１内のガスの圧力差を決定する。スリット幅は、プロセスチャンバの一定のポンピングのために、ガス容器内の圧力がチャンバ１３１内の圧力よりも少なくとも２倍高くなるように、０．１〜１０ｍｍの範囲で調整することができる。

【0059】

ガス管１０７、ガス流量制限器１０９、真空フィードスルー１１３、および支持要素１１１が一緒になって、供給および支持グループ５を形成する。供給および支持グループ５は、仮想陰極群３のガスおよび電力の支持および供給者としての役割を果たす。
ガス管１０７は、非限定的な例として、内径１〜１０ｍｍの管である。ガス管１０７は、電気伝導度が１・１０^３ Ｓ／ｍを越え、溶融温度が３００℃を越える任意の既知の材料、好ましくはステンレス鋼、タングステン、銅、青銅または他の金属合金で構成される。

【0060】

また、ガス管１０７は、電気トリガユニット１２１と中空キャップ電極１０５との間の電気的接続を提供するための導電体として機能する。

【0061】

より詳細には、電気トリガユニットは、任意の既知の方法で、０．０１ｋＡ〜１ｋＡの範囲の電流を有する高電圧（非限定的な例として１〜６０ｋＶ）の電気パルスを生成し、その電気パルスは、電気ケーブルでプロセスチャンバの外側のガス管の端部に伝わる。ガス管１０７は、絶縁している真空フィードスルー１１３を介して中空キャップ電極１０５に電気パルスを導く。

【0062】

ガス管１０７は、中空キャップ電極１０５と真空フィードスルー１１３とを接続する。より詳細には、図１に示すように、ガス管１０７は、ガス管１０７がガス容器１２７の内部空洞と連通するように、その先端部が中空キャップ電極１０５の内部空洞の内部に部分的に挿入されている。

【0063】

真空フィードスルー１１３は、溶融温度が３００℃を越える任意の既知の誘電材料、好ましくは酸化アルミニウムまたは他の既知のセラミックまたはプラスチック材料、例えば非限定的な例としてテフロン（登録商標）から構成される。真空フィードスルー１１３は、真空チャンバの内部容積およびガス管の内部容積がプロセスチャンバ１３１の外部の大気と連通しないように、ガス管１０７に任意の既知の方法で真空密封接続を提供する。

【0064】

また、真空フィードスルー１１３は、真空密封接続（プロセスチャンバの外部からの接続を通したガス流がない）を提供する方法で支持要素１１１に接続されている。支持要素１１１は、電気伝導度が１・１０^３ Ｓ ／ ｍを越え、溶融温度が３００℃を越える任意の既知の材料、好ましくはステンレス鋼、タングステン、銅、青銅または他の金属合金から構成される。支持要素１１１は、電気パルス電源ユニット１１９と中空陰極１０１との間の電気的接続を提供するための導電体として機能する。

【0065】

より詳細には、電気パルス電源ユニット１１９は、電気ケーブルを用いてプロセスチャンバの端部の外側の支持要素１１１に供給する高電流（０．１〜１０ｋＡ）の高電圧（非限定的な例として、−６０ｋＶ〜−１ｋＶ）の電気パルスを任意の既知の方法で、生成する。支持要素１１１は、絶縁している真空フィードスルー１１３を介して中空陰極１０１に電気パルスを伝導する。

【0066】

プロセスチャンバの外側で、ガス管１０７には、ガス流量制限器１０９が設けられている。ガス流量制限器１０９は、大気圧以上のガス圧を提供するガス供給アセンブリ１２３（図示せず）に接続する。ガスは、非限定的な例として、酸素、窒素、アルゴン、ヘリウム、キセノンなどであってもよい。ガス流量制限器１０９は、ガスの圧力差を提供する。ガス管１０７の内部空洞内のガス圧力は、大気圧よりも低い（非限定的な例として、１０^−５〜１００ｍｂａｒ）。

【0067】

ＶＣＤ動作の動きは、ここで図２との関連で提示される。ＶＣＤの各パルスは、パルス電源グループの起動時に開始される。パルス電源グループ７は、全体がプロセスチャンバ１３１の外部に配置され、電気パルス電源ユニット１１９と電気トリガユニット１２１とを備える。

【0068】

パルス電源ユニット１１９は、非限定的な例として、１〜６０ｎＦの合計静電容量を有するキャパシタのバンクを備える。また、パルス電源ユニット１１９は、−１〜− ６０ｋＶの範囲の電圧でキャパシタバンクを充電することを可能にする高電圧充電器と、電気ケーブルを介して支持要素１１１の外部端部にコンデンサに蓄積された電荷の高速送電（非限定的な例として、５０マイクロ秒未満）を可能にする適切な高電圧スイッチと、を備える。パルス電源グループ７の内部部分は図示されておらず、０．１〜１００マイクロ秒の持続時間の電気パルスを、−１ｋＶ〜−６０ｋＶの電圧範囲で、２０ｋＨｚまでの繰り返し率で生成する能力を特徴とする任意の既知の装置である。実際には、ほとんどの材料に対して、−５ｋＶ〜−２０ｋＶの範囲のパルス電圧が適している。

【0069】

高電圧スイッチの起動は、中空陰極１０１の負の電位バイアスによる初期プラズマ供給動作の誘発につながる。このとき、中空キャップ電極１０５は、中空陰極と中空キャップ電極との間に電位差が生じるゼロ電位を有する。電気トリガユニットは、任意に、初期プラズマのトリガリングに役立つことができる。すなわち、電気トリガユニットが初期プラズマ２０１の形成を促進するように活性化されると、電位差をさらに増加させることができる。電気トリガユニット１２１は、パルス電源ユニット１１９による高電圧パルス形成の初期段階の間、中空陰極１０１と中空キャップ電極１０５との間の１〜６０ｋＶの電位差を提供する役目を果たす。すなわち、中空陰極１０１は、中空キャップ電極がパルスの立上り時に電位がゼロである間、立ち上がり負電位を有する。次に、電気トリガユニットは、中空キャップ電極１０５の正のバイアスを供給して、中空陰極１０１に対する電位差を増加させるために、短い（１μｓ未満）正のパルスを生成することができる。ガス容器内のガスのより高い圧力と組み合わされた電位差は、初期プラズマ２０１の形成に有利である。電気トリガユニット１２１は、１〜１０ｎＦの出口キャパシタンスを有し、初期プラズマ２０１を通って電流パルスの流れを導き、電位差を等しくする。

【0070】

ある圧力範囲では、トリガパルスは不要であり、主パルス電圧は初期プラズマを点火するのに十分である。

【0071】

より詳細には、パルス電源ユニット１１９は、中空陰極から初期プラズマ２０１を通って中空キャップ電極に電流を供給する。この電流は、電気トリガユニット１２１に向かって流れ、入口キャパシタンスを充電する。入口キャパシタンスが充電されると、中空キャップ電極が負の高電位を得る。この電流パルスは、初期プラズマ密度を増加させる。電気トリガユニットの出口キャパシタンスが大きいほど、初期プラズマを介して伝達される電荷が高くなり、したがって初期プラズマがより密度が高くなる。初期プラズマ２０１が １０^１３ ｃｍ^−３以上の密度を得ると、中空陰極と中空キャップ電極との間の電位差は、この初期プラズマの高い導電性のために１００Ｖ未満になる。主パルスは、ターゲットのプラズマ加熱およびアブレーションに必要なエネルギーを提供する。

【0072】

この初期プラズマ２０１は、ガス容器１２７からガススリット１２９を通って中空陰極空洞内に膨張し、中空陰極プラズマ２０３を形成する。この中空陰極プラズマは、中空陰極効果のため中空陰極の電位プラス約５０ボルトの電位を有する。接地されたターゲットに関しては、このプラズマは高い負の電位、すなわちパルス電源グループによって与えられる電位プラス５０ボルト（パルス電源ユニット電圧に依存して−０．９５〜−５９．９５ｋＶ）を有する。高い負の電位を有する中空陰極プラズマは、ターゲットに向かって電子ビームを放出する仮想陰極として作用する。ＶＣＤ装置の動作のこの段階において、パルス電源グループは、負の電荷を中空陰極に送り、中空陰極は、電子を中空陰極プラズマ２０３に放出する。中空陰極プラズマは、次に、接地されたターゲット１１５に向かって電子ビームを放射する。パルス電源ユニットは、キャパシタバンクに蓄えられたエネルギーを電子ビームに供給する。

【0073】

仮想陰極プラズマの密度は、ターゲットのアブレーション、残留ガスのイオン化、およびピンチ効果によるプラズマを介して伝達される電荷の増加とともに増加する。ピンチ効果は、このプラズマを通過する電流によって生成される磁場によるプラズマの圧縮である。

【0074】

パルス電源ユニットのキャパシタバンクが放電されると、アブレーションされたターゲット材料を含むプラズマは、磁場によって補償されないプラズマ圧力のために爆発的に膨張し始める。この時点で、プラズマ密度は１０^１５ ｃｍ^−３を超えることがある。

【0075】

ＶＣＤ動作の次の段階は、図３との関連で説明される。この段階でのパルス電源グループ７は、高電圧パルスの生成を終了し、中空陰極１０１および中空キャップ電極は、プロセスチャンバ１３１の接地電位に対して絶対値で１ｋＶ未満の電位を有する。

【0076】

ターゲット物質の化学元素を含むプラズマは、仮想陰極群３の対称軸に沿って、ターゲットアブレーション領域１１６に対して垂直に、速度１０^４〜１０^７ ｃｍ／ｓで基板１２５に向かって伝搬する。伝搬速度は、ターゲット材料、電気パルスのパワー、およびプロセスチャンバ内の圧力に依存する。また、このプラズマは、温度膨張効果または両極性プラズマ拡散効果のために、対称軸に直交する方向に拡張（半径方向拡張）する。

【0077】

組み合わされた伝搬および半径方向の速度は、図３の矢印で示されたプラズマイオンの軌跡に導く。このイオン軌跡は、プラズマのプルームのような形状になり、これは仮想陰極群の対称軸に関して対称である。このプルームプラズマ３０５が基板１２５に到達すると、基板表面上に薄膜３０３として凝縮する。蒸着された薄膜３０３は、仮想陰極群の対称軸に対称な厚さプロファイルを有する。蒸着された膜は、蒸着スポットの中央でより厚くなり、縁でより薄くなる。蒸着した膜の組成物は、ターゲット材料の元素を含む。また、蒸着膜組成物は、ガス供給アセンブリ１２３によって供給されるガスの化学元素を含むことができる。

【0078】

蒸着した膜の結晶構造は、プルームプラズマ３０５の種類のイオン化状態、運動エネルギー、および磁束密度によって変えることができ、これは、プロセスチャンバ中の電気パルス電圧、持続時間、電流およびガスの圧力によって変えることができる。

【0079】

２つ以上のＶＣＤ装置の動作に基づく広域蒸着装置は、ここで図４と関連して説明される。広域蒸着装置は、複数の仮想陰極群３をさらに備える。

【0080】

広域蒸着装置は、図４には示されていない仮想陰極群の各々のための給電および支持およびパルス電源グループをさらに備える。仮想陰極群は、非限定的な例として、ｙ方向に沿って、対称軸を互いに平行に連続して配置することができる。

【0081】

広域蒸着装置は、ターゲット４１５をさらに備える。ターゲット４１５は、中空陰極１０１の直径よりも大きい直径を有し、２つの横方向の仮想陰極群の対称軸の間の距離よりも大きい長さを有する円筒形状を有することができる。また、ターゲット４１５は、対応する陰極群に対して同じ位置を有する仮想陰極群３のすべてに対してターゲットアブレーション領域１１６を提供する他の任意の既知の形状を有することができる。また、このターゲットは、ターゲット群９として先に説明した図１で示した同様の別個のターゲット群から構成することができる。

【0082】

ターゲット４０９の円筒形状の場合、既知のタイプのターゲット支持システム（図示せず）は、図４のｙ方向の変位と組み合わされた対称軸の周りの回転を与え、動作中のすべての仮想陰極群によるターゲット４０９の均一な消費を提供する。

【0083】

広域蒸着装置は、基板１２５をさらに備える。その基板は、非限定的な例として、ｙ方向に長いシートまたはリボンの形態を有することができる。その基板は図示しない移動システムに設けることができる。移動システムは、基板１２５をｙ方向に変位させることができる。

【0084】

ｙ方向に並んだ仮想プラズマ群、ｙ方向の回転と変位を有する円筒形のターゲット、およびｙｚ平面に平行な基板の相互の位置決めは、蒸着された膜の均一性を画定する。より詳細には、仮想陰極群の各々によって提供されるプルームプラズマは、基板に達する前に均一なプラズマ内で合体し、結合することができる。このプラズマの蒸着膜は、基板とターゲット間の距離が仮想陰極群の対称軸間の距離以上であれば、基板におけるｙ方向の均一な厚さプロファイルを有する。プラズマプルームの半径方向の膨張速度は、ｘ方向の伝搬速度にほぼ等しいかそれ以下である。プルームプラズマ種類の軌跡を図４に示す。

【0085】

基板をｚ方向に一定速度で移動させることにより、パルス電源グループによって各仮想陰極群に供給されるパルスの一定の繰り返し率と組み合わせて、ｚ方向の基板上に均質な膜プロファイルが得られる。

【0086】

仮想陰極装置のさらなる実施形態を図５に示す。いくつかの適用例、特にダイヤモンド状炭素（「ＤＬＣ」）膜の基材への蒸着では、ターゲット表面をアブレーションするためにはるかに高い電子ビームエネルギー密度が必要とされる。ＤＬＣ蒸着の例では、これは黒鉛ターゲットである。

【0087】

ここで図５を参照すると、さらなる実施形態が１'で示されている。図１の装置と同様の方法で、装置１'は、中空陰極１０１と中空キャップ電極１０５を備える。ガス管１０７は、ガスをチャンバ１２７に供給する。装置１'は、補助ガスチャンバ５０６を画定する絶縁体１０３'をさらに備える。補助ガスチャンバは、流量制限器５０４を介して付加ガス供給源５０３に接続され、補助ガスチャンバ５０６へのガスの供給速度を制御可能にする。補助ガスチャンバ５０６は、チャンバ１２７内の均一なガス密度を促進するために、複数のアパーチャ５０７、好ましくは少なくとも３つのアパーチャ５０７によってガスチャンバ１２７に接続される。付加的な電極５０１は、チャンバ１２７内に配置されており、この例では、ほぼ円筒形のステンレス鋼グリッドを備えている。この例では、追加のトリガパルス電源５０２によって、５μｓ未満の立ち上がり時間および０．１Ｊより大きい総エネルギーを有する３〜３０ｋＶのトリガパルス電圧が生成される。これらの変更により、電子ビームは、グラファイトターゲット表面で直径１ｍｍ未満のスポットに集束することが可能になる。チャンバ内のガス、好ましくはアルゴンの圧力は１０ ^−２ ｍｂ（１Ｐａ）未満であるべきである。パルス電源ユニット１１９は、グラファイトターゲットをアブレーションし、基板上にＤＬＣ膜を蒸着させるために、２Ｊを超える総パルスエネルギーで１０〜２０ｋＶのパルスを発生する。基板は、非限定的な例として、プラスチック、金属、セラミックス、電子および光学デバイス、または３Ｄ印刷部品を含む、４０℃を超える溶融温度を有する任意の固体状態のいかなる材料またはデバイスであり得る。

【0088】

例示的な方法では、装置１'は、グラファイトターゲット１１７'（純度９９％）と、ガラス、ステンレス鋼、ゴルフボール、３Ｄ印刷部品、または任意の他の適切な材料とすることができる基板１２５に提供される。チャンバ１２７は、１０ ^−５ ｍｂａｒ（１０^−３ Ｐａ）の初期圧力まで排気される。次いで、アルゴンガスを供給源１２３、５０３から導入して、ガス流の８０％〜１００％を供給する供給源５０３からのガス供給で、チャンバ内の圧力を３・１０^−４〜１・１０^−２ ｍｂａｒ（３・１０^−２〜１０ Ｐａ）まで上昇させる。パルス電源１１９は、２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの繰り返し率で１０〜３０ｋＶの電圧のパルスを生成するように動作する。パルスがその最大電圧に達すると、トリガパルスはトリガパルス発生器１２１、５０２によって供給される。トリガパルス電圧は、＋５〜＋１５ｋＶの範囲内であり、１００ｎｓ〜１ｕｓの範囲、好ましくは１００ｎｓの持続時間を有する。第１のトリガパルスは、トリガパルス発生器５０２によって生成され、第２のパルスは、トリガパルス発生器１２１によって生成され、第１のパルスと第２のパルスとの間の遅延は、１００〜５００ｎｓの範囲である。電気パルスは、図１の例のように仮想プラズマ陰極の形成を引き起こし、次いでターゲットをアブレーションする電子ビームを生成する。次いで、プルームプラズマは、ターゲットから１０〜５０ｃｍの距離に配置された基板上に凝縮する。ＤＬＣ膜は、パルス繰り返し率（線形依存）および距離（逆二乗依存）に依存して、１０〜１０００ｎｍ／分の速度で基板上に形成される。２００Ｈｚのパルス繰り返し率およびターゲットから１５ｃｍの距離では、基板温度は４０℃を超えなかった。得られたＤＬＣ膜は、厚さ２００ｎｍの膜に対して平滑な表面（〜１００ｎｍ ｒｍｓ）を有するコンパクトで部分的に非晶質の部分結晶構造を有する。ターゲット１１７は、動作中にターゲット表面のより大きな部分を利用するために回転させることができる。これにより、ターゲット材料のより均一な消費が可能になる。

【0089】

これらのパラメータで蒸着されたＤＬＣ膜は、ターゲット表面における電子ビーム出力密度に依存して、可変ｓｐ３／ｓｐ２比を有する。ＤＬＣ膜の硬度は２０ＧＰａ以上であり、表面はナノ結晶であり、摩擦係数が低く滑らかである。また、柔軟性があり、プラスチック（ＰＥＴなど）基板上の曲げ（最大半径２ｍｍまで）でははがれない。

【0090】

このタイプのＤＬＣフィルムの用途には、光学、医療目的、またはスポーツ用具のための保護または硬質または生体適合性のコーティングが含まれ得る。低摩擦係数はまた、表面上の空気摩擦を減少させることができ、非限定的な例として、航空機、自動車、またはゴルフボールの空気摩擦損失を低減する。ＶＣＤ法でゴルフボールをＤＬＣ膜で被覆した場合、ゴルフボールの平均飛距離の１０〜２０％の増加が観察された。このようなＤＬＣ膜の用途の別の例は、ＤＬＣが赤外光に対して透明であり、ほとんどの化学的に活性な溶媒に対して耐性である一方、ＺｎＳｅまたは他の赤外線光学系の耐引掻性を改善する、ＺｎＳｅなどの化学的保護層を提供することである。３Ｄ印刷部品上のＤＬＣコーティングは、部品の耐摩耗性を改善し、それらを生体適合性にする。したがって、ＤＬＣ被覆プラスチック部品は、非限定的な例として、インプラント、針、カテーテル、または外科器具のような医療用途に使用することができる。

【0091】

ＤＬＣ膜を蒸着するためにＶＣＤ技術を使用するさらなる利点は、１００ｎｍ／分を超える高速蒸着速度、６０℃未満の低い蒸着温度、低コスト、可変硬度柔軟性、蒸着膜の滑らかな表面、および蒸着中の熱負荷によって基板またはデバイスの損傷を受けることなく、それらの広い領域に蒸着するための適合性である。

【0092】

本明細書に示される装置および方法の他の用途には、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＩＴＯなどの透明導電性酸化物（「ＴＣＯ」）膜および任意の他の適切な透明ドープ半導体の蒸着が含まれる。一例では、図１の装置を用いてＩｎ_２Ｏ_３膜を蒸着させることができる。この装置には、Ｉｎ_２Ｏ_３ターゲット（純度９９．９９％）およびターゲットから１０〜５０ｃｍの距離に配置された基板（ガラス、ＰＥＴなど）が設けられた。チャンバ１３７内の圧力は、１０^−５ ｍｂ（１０^−３ Ｐａ）に低減される。次に酸素ガスをガス源から導入して、チャンバ内の圧力を３・１０^−４〜８・１０^−３ ｍｂ（３・１０^−２〜０．８ Ｐａ）まで増加させる。パルス電源は、２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの繰り返し率で１０〜３０ｋＶの電圧のパルスを生成するように動作する。パルスがその最大電圧に達すると、トリガパルスがトリガパルス発生器によって供給される。電気パルスは、仮想プラズマ陰極の形成を引き起こし、仮想プラズマ陰極は、次いでターゲットをアブレーションする電子ビームを発生させる。次いで、プルームプラズマが基板上に凝縮する。透明導電性酸化物であるＴＣＯ膜は、パルス繰り返し率（線形依存性）および距離（逆二乗依存性）に依存して、１０〜１０００ｎｍ／分の速度で基板上に形成される。テストでは、２００Ｈｚのパルス繰返し率およびターゲットから１５ｃｍの距離（ＰＥＴ基板がプルームで損傷しなかった）の場合、基板温度は６０℃を超えなかった。得られたＴＣＯ膜は、厚さ１００ｎｍの膜に対して平滑な表面（〜１０ｎｍ ｒｍｓ）を有するコンパクトな柱状結晶構造を有する。１００ｎｍの厚さの膜は、２００Ｈｚのパルス繰り返し率で１分以内に蒸着することができる。このフィルムは、電磁スペクトルの可視領域において８０％以上の透明性を有し、そのシート抵抗は１００μＳ／ｓｑ未満である。ターゲット材料が操作中にターゲット表面のより広い領域にわたって均一に露出されるように、ターゲットを回転させることができる。

【0093】

Ｉｎ_２Ｏ_３フィルムは、可視領域で９０％を超える透明度を有し、１００オングストロームの厚さで２０オームの抵抗率を有する。１００ｎｍ／分より高い蒸着速度が達成された。ＶＣＤ装置を使用するＴＣＯ蒸着は、基板温度が低く、蒸着速度が速く、ポストアニールを必要とせずにＴＣＯ膜が高品質であり、低コストの工業プロセスに拡張可能であるため有利である。

【0094】

半導体膜製造のためのＶＣＤの更なる潜在的な付加的な利点は、例えばドーピング材料をターゲットに添加することにより、又は、パルスモードでベース材料の蒸着中に別のターゲットからのドーピング材料を同じ基板上に堆積させる第２のＶＣＤソースを導入することにより、ドーピング分布及び量の正確な制御を用いて基本ＴＣＯ材料をドーピングすることができることである。このようにして、基本材料内のドーピング材料分布、到着するドーピング種のエネルギー、ドーピングフラックスの密度、およびドーピングの相対量は、第２のＶＣＤソース周波数、パルスのエネルギー、電圧、電子ビームの集束、およびＶＣＤパルスを蓄積する基本材料に対する遅延を含む。この技術は、非限定的な例として、ＬｉまたはＮを有するｐドープＺｎＯのような新規な材料組成物の開発を可能にする。従来の蒸着技術の主な問題は、基材におけるドーピングの低い溶解度であり、その基材は、第２のＶＣＤ源によって基材に高エネルギーでドーピング種を浸漬させることにより溶解することが可能である。

【0095】

さらなる可能な用途は、固体リチウム電池用の固体電解質を形成するためにリチウムリン酸窒化物（ＬｉＰＯＮ）を蒸着させることである。ＬｉＰＯＮの固体電池は優れた性能を示すが、ＲＦスパッタリングで製造されたＬｉＰＯＮの工業蒸着プロセスは、数ｎｍ／分の非常に低い蒸着速度を有し、高価で商業的に持続不可能である。本明細書に記載のＶＣＤ技術および装置を用いた低コストの蒸着は、工業的スケーラビリティと組み合わされて、ＬｉＰＯＮ製造を商業的に持続可能にすることができる。ＬｉＰＯＮ蒸着のためのＶＣＤの利点は、１０ ^−８ Ｓ／ｃｍを超える高いイオン伝導度およびより低い電子伝導性を有する高品質のＬｉＰＯＮ膜を得るために必要な膜にターゲットの複合組成物を転写する能力である。

【0096】

上記の説明では、実施形態は、本発明の一例または実施形態である。「一実施形態」、「実施形態」または「いくつかの実施形態」の様々な外観は、必ずしもすべてが同じ実施形態を指すとは限らない。

【0097】

本発明の様々な特徴を単一の実施形態の文脈で説明することができるが、特徴を別々にまたは任意の適切な組み合わせで提供することもできる。逆に、明瞭化のために別個の実施形態の文脈で本発明を説明することができるが、本発明は単一の実施形態でも実施することができる。

【0098】

さらに、本発明は様々な方法で実施または実施することができ、本発明は上記の説明に概説したもの以外の実施形態で実施できることを理解されたい。

【0099】

本明細書中で使用される技術用語および科学用語の意味は、他に定義されない限り、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】