JP2000355756A - コーティング装置のチャンバ部品の作動温度を低下させるためのコーティング - Google Patents
コーティング装置のチャンバ部品の作動温度を低下させるためのコーティングInfo
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- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
- C23C14/541—Heating or cooling of the substrates
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- C23C14/56—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
- C23C14/564—Means for minimising impurities in the coating chamber such as dust, moisture, residual gases
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＰＶＤ装置のコーティングチャンバのような
高温環境で使用する部品（１０）。 【解決手段】 部品（１０）上の反射コーティング（１
４）は、熱放射を反射することによって部品（１０）へ
の放射熱伝達に対するバリヤーとして機能する。このコ
ーティング（１４）は少なくとも一対の反射層（１６、
１８、２０、２２）を含んでおり、各層（１６、１８、
２０、２２）は、５００〜３０００ナノメートル（nm）
の電磁波長に対して本質的に透明な材料で形成されてい
る。また、この対（１６、１８、２０、２２）の最外層
（１８、２２）の材料は、この対（１６、１８、２０、
２２）の他の層（１６、２０）の材料より屈折率が高
い。
高温環境で使用する部品（１０）。 【解決手段】 部品（１０）上の反射コーティング（１
４）は、熱放射を反射することによって部品（１０）へ
の放射熱伝達に対するバリヤーとして機能する。このコ
ーティング（１４）は少なくとも一対の反射層（１６、
１８、２０、２２）を含んでおり、各層（１６、１８、
２０、２２）は、５００〜３０００ナノメートル（nm）
の電磁波長に対して本質的に透明な材料で形成されてい
る。また、この対（１６、１８、２０、２２）の最外層
（１８、２２）の材料は、この対（１６、１８、２０、
２２）の他の層（１６、２０）の材料より屈折率が高
い。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、コーティング装置
のコーティングチャンバ部品のように高温に曝される部
品用のコーティングに係る。特に、本発明は、コーティ
ング装置のコーティングチャンバ部品がコーティングプ
ロセス中に受ける最高温度を低下させるための前記部品
用の反射コーティングに関する。
のコーティングチャンバ部品のように高温に曝される部
品用のコーティングに係る。特に、本発明は、コーティ
ング装置のコーティングチャンバ部品がコーティングプ
ロセス中に受ける最高温度を低下させるための前記部品
用の反射コーティングに関する。
【０００２】
【従来の技術】物理蒸着（ＰＶＤ）は、材料が気化した
後比較的冷たい基材上に凝結するような温度にその材料
を真空中で加熱することを伴う公知の薄膜形成技術であ
る。さまざまな理由から、ガスタービンエンジン部品用
の金属およびセラミックコーティングはＰＶＤによって
析出させることが多い。たとえば、断熱皮膜（ＴＢＣ）
系のセラミックトップコート層に望ましい柱状結晶粒構
造を生成するのに電子ビーム物理蒸着（ＥＢＰＶＤ）が
用いられている。セラミック材料として好ましいことが
多いのはイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）であ
り、これは後に部品上に凝結することになるＹＳＺ蒸気
を生成するために約４０００〜約４３００Ｋに加熱しな
ければならない。
後比較的冷たい基材上に凝結するような温度にその材料
を真空中で加熱することを伴う公知の薄膜形成技術であ
る。さまざまな理由から、ガスタービンエンジン部品用
の金属およびセラミックコーティングはＰＶＤによって
析出させることが多い。たとえば、断熱皮膜（ＴＢＣ）
系のセラミックトップコート層に望ましい柱状結晶粒構
造を生成するのに電子ビーム物理蒸着（ＥＢＰＶＤ）が
用いられている。セラミック材料として好ましいことが
多いのはイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）であ
り、これは後に部品上に凝結することになるＹＳＺ蒸気
を生成するために約４０００〜約４３００Ｋに加熱しな
ければならない。
【０００３】ガスタービンエンジン部品は、通常、ＰＶ
Ｄによるコーティングの間に１７００°Ｆ（約９２７
℃）を超える温度になる。コーティングサイクル中に温
度の均一性を制御するという要件が厳格である結果とし
て、通常、プロセス要件を満たすのに充分な温度とコー
ティング蒸気均一性を維持することができる「作業ゾー
ン」をＰＶＤコーティングチャンバ内に設けている。コ
ートしようとする部品は、複雑な工具や取付具を用いて
コーティングチャンバの作業ゾーン内に維持しその中で
取り扱わなければならない。その結果、この工具・取付
具はＰＶＤコーティングを受ける部品と同じ高温に曝さ
れ、したがってこの工具・取付具をＰＶＤコーティング
チャンバの高温コーティング環境に耐え得る材料から製
造する必要が生じる。顕著な例は、柱状結晶粒構造をも
つセラミック層をＥＢＰＶＤにより析出させるために部
品を回転させるのに必要なギヤである。
Ｄによるコーティングの間に１７００°Ｆ（約９２７
℃）を超える温度になる。コーティングサイクル中に温
度の均一性を制御するという要件が厳格である結果とし
て、通常、プロセス要件を満たすのに充分な温度とコー
ティング蒸気均一性を維持することができる「作業ゾー
ン」をＰＶＤコーティングチャンバ内に設けている。コ
ートしようとする部品は、複雑な工具や取付具を用いて
コーティングチャンバの作業ゾーン内に維持しその中で
取り扱わなければならない。その結果、この工具・取付
具はＰＶＤコーティングを受ける部品と同じ高温に曝さ
れ、したがってこの工具・取付具をＰＶＤコーティング
チャンバの高温コーティング環境に耐え得る材料から製
造する必要が生じる。顕著な例は、柱状結晶粒構造をも
つセラミック層をＥＢＰＶＤにより析出させるために部
品を回転させるのに必要なギヤである。
【０００４】この工具・取付具を形成するには高温材料
が使われているが、繰り返し高温に曝露され、それに伴
う熱サイクルにかけられる結果として、これらの部品は
物理的に劣化し、日常的に交換する必要が生じる。ＰＶ
Ｄ部品、工具および取付具の複雑さおよび高温性能に関
連したコストのため、これらの交換頻度を減らすことが
できれば望ましいであろう。
が使われているが、繰り返し高温に曝露され、それに伴
う熱サイクルにかけられる結果として、これらの部品は
物理的に劣化し、日常的に交換する必要が生じる。ＰＶ
Ｄ部品、工具および取付具の複雑さおよび高温性能に関
連したコストのため、これらの交換頻度を減らすことが
できれば望ましいであろう。
【０００５】
【発明の要約】本発明は、一般に、ＰＶＤ装置の高温コ
ーティングチャンバのようなコーティングチャンバ内で
使用する部品を提供する。特に、本発明は、ＰＶＤ装置
の作業ゾーン内で繰り返し高温に耐えなければならない
コーティングチャンバ部品用の熱反射コーティングに関
する。この反射コーティングは、コーティングチャンバ
内の熱放射、特に周囲のチャンバ環境から部品への放射
熱伝達が最大となる波長の熱放射を反射することによっ
て、その部品への放射熱伝達に対するバリヤー（障壁）
として機能する。
ーティングチャンバのようなコーティングチャンバ内で
使用する部品を提供する。特に、本発明は、ＰＶＤ装置
の作業ゾーン内で繰り返し高温に耐えなければならない
コーティングチャンバ部品用の熱反射コーティングに関
する。この反射コーティングは、コーティングチャンバ
内の熱放射、特に周囲のチャンバ環境から部品への放射
熱伝達が最大となる波長の熱放射を反射することによっ
て、その部品への放射熱伝達に対するバリヤー（障壁）
として機能する。
【０００６】本発明の熱反射コーティングは少なくとも
一対の反射層をもっており、その各々の層は５００〜３
０００ナノメートル（nm）の電磁波長に対して本質的に
透明な材料で形成されている。また、前記対の最外層の
材料はその対の第二の層の材料より屈折率が高い。本発
明のコーティングは、鋼でできたＰＶＤコーティングチ
ャンバ部品の平均反射率を約３８０〜約１５００nmの電
磁波長範囲にわたって約７０％から９０％超まで増大さ
せることが示されている。この波長範囲は、溶融セラミ
ック材料が放出する熱放射（近赤外）のスペクトル内に
あり、したがってセラミック材料の析出中の過熱の原因
となるものである。したがって、本発明の熱反射コーテ
ィングによってコーティングチャンバ部品の作動温度を
大きく低下させることができる。また、部品内の熱勾配
も低下する。この熱勾配は、特に部品の一部のみがコー
ティングチャンバの作業ゾーン内にあると起こるもので
ある。
一対の反射層をもっており、その各々の層は５００〜３
０００ナノメートル（nm）の電磁波長に対して本質的に
透明な材料で形成されている。また、前記対の最外層の
材料はその対の第二の層の材料より屈折率が高い。本発
明のコーティングは、鋼でできたＰＶＤコーティングチ
ャンバ部品の平均反射率を約３８０〜約１５００nmの電
磁波長範囲にわたって約７０％から９０％超まで増大さ
せることが示されている。この波長範囲は、溶融セラミ
ック材料が放出する熱放射（近赤外）のスペクトル内に
あり、したがってセラミック材料の析出中の過熱の原因
となるものである。したがって、本発明の熱反射コーテ
ィングによってコーティングチャンバ部品の作動温度を
大きく低下させることができる。また、部品内の熱勾配
も低下する。この熱勾配は、特に部品の一部のみがコー
ティングチャンバの作業ゾーン内にあると起こるもので
ある。
【０００７】上記のことから、本発明の利点には、ＰＶ
Ｄコーティング装置のコーティングチャンバ内で使用す
る重要な部品、工具および取付具の寿命を改善できる能
力が含まれることが分かる。その結果、コーティング装
置の作動コストが低下する。本発明の反射コーティング
は５０００nm未満の厚みで存在すればこれらの利点を達
成することができ、したがって、寸法や公差の大きな問
題を引き起こすことなく標準的な工具や取付具にこのコ
ーティングを設けることが可能になる。また、本発明の
反射コーティングは非常に硬く耐久性であり、取扱いに
起因する損傷の問題が低減することも見出されている。
最後に、ＰＶＤ金属およびセラミックコーティングは本
発明の反射コーティングにあまり強く接着しないので、
不注意に部品上に析出されたＰＶＤコーティングは容易
に除去することができる。
Ｄコーティング装置のコーティングチャンバ内で使用す
る重要な部品、工具および取付具の寿命を改善できる能
力が含まれることが分かる。その結果、コーティング装
置の作動コストが低下する。本発明の反射コーティング
は５０００nm未満の厚みで存在すればこれらの利点を達
成することができ、したがって、寸法や公差の大きな問
題を引き起こすことなく標準的な工具や取付具にこのコ
ーティングを設けることが可能になる。また、本発明の
反射コーティングは非常に硬く耐久性であり、取扱いに
起因する損傷の問題が低減することも見出されている。
最後に、ＰＶＤ金属およびセラミックコーティングは本
発明の反射コーティングにあまり強く接着しないので、
不注意に部品上に析出されたＰＶＤコーティングは容易
に除去することができる。
【０００８】本発明のその他の目的および利点は以下の
詳細な説明から理解されよう。
詳細な説明から理解されよう。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明は、一般に、高温コーティ
ングチャンバ、特に超合金物品に金属やセラミックのコ
ーティングを設けるためのＰＶＤコーティングチャンバ
で使用する部品、工具および取付具などに関する。ＰＶ
Ｄコーティング装置に関して本発明の利点を説明する
が、本発明は部品が繰り返し高温に曝されることになる
装置に広く適用可能である。
ングチャンバ、特に超合金物品に金属やセラミックのコ
ーティングを設けるためのＰＶＤコーティングチャンバ
で使用する部品、工具および取付具などに関する。ＰＶ
Ｄコーティング装置に関して本発明の利点を説明する
が、本発明は部品が繰り返し高温に曝されることになる
装置に広く適用可能である。
【００１０】ＰＶＤコーティングおよびそれに必要な工
具・取付具は業界で公知である。ＰＶＤコーティング装
置の部品１０、たとえばギヤ、工具または取付具の表面
部分を図１に断面で示す。典型的なＰＶＤコーティング
チャンバの作業ゾーン内で使用するために部品１０は約
１０００°Ｆを超える温度に耐えることができる材料で
形成するのが好ましい。この目的に適した材料として
は、ハステロイ(HASTELLOY)Ｘ（登録商標）のようなＮ
ｉ基超合金を始めとするニッケル基合金がある。作業ゾ
ーン外のコーティングチャンバ部品は、ステンレス鋼や
銅およびその合金を始めとする低温材料で形成してもよ
い。図１の部品１０は、スパッタリングやイオンプラズ
マ析出のような方法で基材１２の表面上に付着させた多
層コーティング系１４を有するものとして示してある。
本発明によると、このコーティング系１４は、コーティ
ングチャンバの熱源ならびにコーティングプロセス中に
高温になる結果として赤外線を放出するチャンバ内のそ
の他の表面により放出された赤外線の反射を促進する。
顕著な例は、ＥＢＰＶＤによりＹＳＺの断熱皮膜を形成
する際に存在するジルコニアの溶融プールである。
具・取付具は業界で公知である。ＰＶＤコーティング装
置の部品１０、たとえばギヤ、工具または取付具の表面
部分を図１に断面で示す。典型的なＰＶＤコーティング
チャンバの作業ゾーン内で使用するために部品１０は約
１０００°Ｆを超える温度に耐えることができる材料で
形成するのが好ましい。この目的に適した材料として
は、ハステロイ(HASTELLOY)Ｘ（登録商標）のようなＮ
ｉ基超合金を始めとするニッケル基合金がある。作業ゾ
ーン外のコーティングチャンバ部品は、ステンレス鋼や
銅およびその合金を始めとする低温材料で形成してもよ
い。図１の部品１０は、スパッタリングやイオンプラズ
マ析出のような方法で基材１２の表面上に付着させた多
層コーティング系１４を有するものとして示してある。
本発明によると、このコーティング系１４は、コーティ
ングチャンバの熱源ならびにコーティングプロセス中に
高温になる結果として赤外線を放出するチャンバ内のそ
の他の表面により放出された赤外線の反射を促進する。
顕著な例は、ＥＢＰＶＤによりＹＳＺの断熱皮膜を形成
する際に存在するジルコニアの溶融プールである。
【００１１】図１に示したコーティング系１４（特別な
縮尺ではない）はセラミック材料の４つの層１６、１
８、２０、２２をもっているが、これらは以後対の層１
６／１８および２０／２２として論ずる。本発明の範囲
内で任意の数の対の層を用いることができる。対となっ
た層を用いることの意味は、目的とする波長に対して透
明であるが部品１０により反射される波長の相増強を達
成するのに異なる屈折率を有する２種の材料の光学的構
成干渉効果に基づいている。当業者には分かるように、
相増強には各対の層１６／１８と２０／２２が異なる屈
折率をもっている必要があり、放射源に最も近い層（た
とえば、対の層１６／１８の層１８、および対の層２０
／２２の層２２）がより高い屈折率をもつ必要がある。
また、所与の対の層は反射される波長およびそれぞれの
屈折率に基づいて次の１／４波長式に従う異なる厚みを
もつのが好ましい。 ｔ＝λ／４ｎ ここで、ｔはコーティング層に必要とされる厚み（ナノ
メートル）であり、λは目的とする波長（ナノメート
ル）であり、ｎはコーティング層材料の屈折率である。
縮尺ではない）はセラミック材料の４つの層１６、１
８、２０、２２をもっているが、これらは以後対の層１
６／１８および２０／２２として論ずる。本発明の範囲
内で任意の数の対の層を用いることができる。対となっ
た層を用いることの意味は、目的とする波長に対して透
明であるが部品１０により反射される波長の相増強を達
成するのに異なる屈折率を有する２種の材料の光学的構
成干渉効果に基づいている。当業者には分かるように、
相増強には各対の層１６／１８と２０／２２が異なる屈
折率をもっている必要があり、放射源に最も近い層（た
とえば、対の層１６／１８の層１８、および対の層２０
／２２の層２２）がより高い屈折率をもつ必要がある。
また、所与の対の層は反射される波長およびそれぞれの
屈折率に基づいて次の１／４波長式に従う異なる厚みを
もつのが好ましい。 ｔ＝λ／４ｎ ここで、ｔはコーティング層に必要とされる厚み（ナノ
メートル）であり、λは目的とする波長（ナノメート
ル）であり、ｎはコーティング層材料の屈折率である。
【００１２】図１に示した４つの層からなるコーティン
グ系１４は性能（反射率）とプロセスおよびコスト要件
とのバランスをとるという利点があるが、所望の光学的
効果は追加の対の層によって増大することができる。た
とえば、コーティング系１４に適した層の数は約１６〜
５０の範囲であると考えられ、性能の点から３２個の層
（１６個の対）が好ましい。層１６、１８、２０、２２
に適したセラミック材料としては、耐火性フッ化物、お
よびシリカ（ＳｉＯ2）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、チタ
ニア（ＴｉＯ2）、タンタラ（Ｔａ2Ｏ5）、ジルコニア
（ＺｒＯ2）、トリア（ＴｈＯ2 ）および酸化ニオブ
（Ｎｂ2Ｏ5）のような金属酸化物があるが、他の酸化物
も使用できる。これらの材料は本発明の目的にとって高
屈折率材料または低屈折率材料に分類することができ
る。たとえば、スパッタリングした耐火性フッ化物、シ
リカおよびアルミナは屈折率が比較的に低く、通常約
１．２５〜約１．７の範囲であるが、チタニア、タンタ
ラ、ジルコニアおよび酸化ニオブは屈折率がそれより高
く、通常約２〜約２．３の範囲である。コーティング系
１４の層１６、１８、２０、２２として好ましい材料は
高温性能の点から酸化物であるが、他の材料も部品１０
の最高使用温度での熱安定性、目的とする波長に対する
透明性の要件を満たし、コーティング系１４に望まれる
反射率と適合する屈折率を与えるものであれば使用する
ことができる。
グ系１４は性能（反射率）とプロセスおよびコスト要件
とのバランスをとるという利点があるが、所望の光学的
効果は追加の対の層によって増大することができる。た
とえば、コーティング系１４に適した層の数は約１６〜
５０の範囲であると考えられ、性能の点から３２個の層
（１６個の対）が好ましい。層１６、１８、２０、２２
に適したセラミック材料としては、耐火性フッ化物、お
よびシリカ（ＳｉＯ2）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、チタ
ニア（ＴｉＯ2）、タンタラ（Ｔａ2Ｏ5）、ジルコニア
（ＺｒＯ2）、トリア（ＴｈＯ2 ）および酸化ニオブ
（Ｎｂ2Ｏ5）のような金属酸化物があるが、他の酸化物
も使用できる。これらの材料は本発明の目的にとって高
屈折率材料または低屈折率材料に分類することができ
る。たとえば、スパッタリングした耐火性フッ化物、シ
リカおよびアルミナは屈折率が比較的に低く、通常約
１．２５〜約１．７の範囲であるが、チタニア、タンタ
ラ、ジルコニアおよび酸化ニオブは屈折率がそれより高
く、通常約２〜約２．３の範囲である。コーティング系
１４の層１６、１８、２０、２２として好ましい材料は
高温性能の点から酸化物であるが、他の材料も部品１０
の最高使用温度での熱安定性、目的とする波長に対する
透明性の要件を満たし、コーティング系１４に望まれる
反射率と適合する屈折率を与えるものであれば使用する
ことができる。
【００１３】上記１／４波長式に基づき、コーティング
系１４に適した厚みは使用する材料とコーティング系１
４を形成する層の数に依存する。また、上記式から、屈
折率の低いコーティング層（たとえば１６と２０）は、
屈折率の高いコーティング層（たとえば１８と２２）よ
り厚くなければならない。特に、目的とする所定の波長
を反射しようとする対の層の場合、低屈折率層（たとえ
ば１６と２０）は、その対の高屈折率層より、それらの
屈折率に反比例する係数だけ厚いのが好ましい。ひとつ
の例では、層１６と２０がシリカであり、層１８と２２
がチタニアである。シリカとチタニアの屈折率がそれぞ
れ約１．５と２．２であることより、約７００〜１３０
０nmの波長の放射線を反射しようとする場合には、シリ
カ層１６と２０に適した厚みは約１１７〜２１７nmであ
り、チタニア層１８と２２に適した厚みは約８０〜１４
８nmである。したがって、このコーティング系１４の全
体の厚みは約３９４〜７３４nmの範囲となる。より一般
的にいうと、本発明の多層反射コーティング系はコーテ
ィングの全体の厚みが５０００nm未満で本発明の利点を
達成することができ、適切な厚み範囲は約１００〜約４
０００nmである。
系１４に適した厚みは使用する材料とコーティング系１
４を形成する層の数に依存する。また、上記式から、屈
折率の低いコーティング層（たとえば１６と２０）は、
屈折率の高いコーティング層（たとえば１８と２２）よ
り厚くなければならない。特に、目的とする所定の波長
を反射しようとする対の層の場合、低屈折率層（たとえ
ば１６と２０）は、その対の高屈折率層より、それらの
屈折率に反比例する係数だけ厚いのが好ましい。ひとつ
の例では、層１６と２０がシリカであり、層１８と２２
がチタニアである。シリカとチタニアの屈折率がそれぞ
れ約１．５と２．２であることより、約７００〜１３０
０nmの波長の放射線を反射しようとする場合には、シリ
カ層１６と２０に適した厚みは約１１７〜２１７nmであ
り、チタニア層１８と２２に適した厚みは約８０〜１４
８nmである。したがって、このコーティング系１４の全
体の厚みは約３９４〜７３４nmの範囲となる。より一般
的にいうと、本発明の多層反射コーティング系はコーテ
ィングの全体の厚みが５０００nm未満で本発明の利点を
達成することができ、適切な厚み範囲は約１００〜約４
０００nmである。
【００１４】本発明の特に適切な具体例として、シリカ
層とチタニア層が交互に対になった３２個の層のコーテ
ィング系を開発した。このコーティング系を、ＰＶＤコ
ーティング作業の代表的な条件下でＨＳ１８８コバルト
基合金試片の熱放射特性を測定する試験中に評価した。
図４に、ＥＢＰＶＤによるＹＳＺの析出中の典型的な電
磁放射線スペクトルを示す。この析出中ジルコニアイン
ゴットは約４０００〜約４３００Ｋの温度に加熱した。
図４から明らかなように、放射は主として０．２〜２マ
イクロメートル（２００〜２０００nm）の範囲である。
層とチタニア層が交互に対になった３２個の層のコーテ
ィング系を開発した。このコーティング系を、ＰＶＤコ
ーティング作業の代表的な条件下でＨＳ１８８コバルト
基合金試片の熱放射特性を測定する試験中に評価した。
図４に、ＥＢＰＶＤによるＹＳＺの析出中の典型的な電
磁放射線スペクトルを示す。この析出中ジルコニアイン
ゴットは約４０００〜約４３００Ｋの温度に加熱した。
図４から明らかなように、放射は主として０．２〜２マ
イクロメートル（２００〜２０００nm）の範囲である。
【００１５】３２層のコーティング系と比較するため、
コートしてない研磨したＨＳ１８８試片も評価した。図
３のデータによると、コートしてない試片の反射率は最
小が５００nm未満の波長であり、次第に増大し、２００
０nmで約７７％、３０００nmで約８０％であり、これを
３８０〜１５００nmの範囲で計算して平均すると約７０
％の反射率であった。この３８０〜１５００nmの範囲
は、図４から明らかなように、ＥＢＰＶＤによるＹＳＺ
の析出中にかなりの量の黒体電磁放射エネルギーが放出
される一般的な範囲である。熱放射は一般に約７８０〜
約１×１０6nm（１mm）の赤外範囲であるので、コート
してない試片の反射率はＥＢＰＶＤによるＹＳＺの析出
中に優勢な熱放射（７８０〜約２０００nm）に対して比
較的低かった。コートしてない部品のこの範囲での低い
反射率は、ＰＶＤコーティング作業中に起こる部品の放
射加熱の量を促進するであろう。実際、ＨＳ１８８部品
の表面は酸化され、その結果反射率が４０％に近くな
り、したがって部品の作動温度はさらに高くなるであろ
う。
コートしてない研磨したＨＳ１８８試片も評価した。図
３のデータによると、コートしてない試片の反射率は最
小が５００nm未満の波長であり、次第に増大し、２００
０nmで約７７％、３０００nmで約８０％であり、これを
３８０〜１５００nmの範囲で計算して平均すると約７０
％の反射率であった。この３８０〜１５００nmの範囲
は、図４から明らかなように、ＥＢＰＶＤによるＹＳＺ
の析出中にかなりの量の黒体電磁放射エネルギーが放出
される一般的な範囲である。熱放射は一般に約７８０〜
約１×１０6nm（１mm）の赤外範囲であるので、コート
してない試片の反射率はＥＢＰＶＤによるＹＳＺの析出
中に優勢な熱放射（７８０〜約２０００nm）に対して比
較的低かった。コートしてない部品のこの範囲での低い
反射率は、ＰＶＤコーティング作業中に起こる部品の放
射加熱の量を促進するであろう。実際、ＨＳ１８８部品
の表面は酸化され、その結果反射率が４０％に近くな
り、したがって部品の作動温度はさらに高くなるであろ
う。
【００１６】本発明の教示に従ってコートした３２層の
試片では、奇数番号の層（たとえば図１の層１６と１
８）がシリカであり、偶数番号の層（たとえば図１の層
２０と２２）がチタニアであった。この試片の個々の層
の厚みを次に示す。層番号 材 料 厚 み （nm） １ ＳｉＯ2 １８７．２７ ２ ＴｉＯ2 １３８．００ ３ ＳｉＯ2 ３４４．１０ ４ ＴｉＯ2 １１９．８１ ５ ＳｉＯ2 １９７．９１ ６ ＴｉＯ2 １２０．２５ ７ ＳｉＯ2 １６６．０５ ８ ＴｉＯ2 ９１．１６ ９ ＳｉＯ2 １５３．７４ １０ ＴｉＯ2 ７３．０３ １１ ＳｉＯ2 ８５．１０ １２ ＴｉＯ2 ７１．１０ １３ ＳｉＯ2 １３１．１５ １４ ＴｉＯ2 １２１．４０ １５ ＳｉＯ2 １３４．２７ １６ ＴｉＯ2 １８４．６５ １７ ＳｉＯ2 ２６．２２ １８ ＴｉＯ2 １３６．３９ １９ ＳｉＯ2 ２２．３７ ２０ ＴｉＯ2 ７９．２７ ２１ ＳｉＯ2 １１１．９９ ２２ ＴｉＯ2 ６８．０３ ２３ ＳｉＯ2 ４７．７７ ２４ ＴｉＯ2 ５８．３６ ２５ ＳｉＯ2 １４７．８５ ２６ ＴｉＯ2 １０７．９１ ２７ ＳｉＯ2 ９５．２９ ２８ ＴｉＯ2 ５１．６４ ２９ ＳｉＯ2 ９１．９１ ３０ ＴｉＯ2 ３９．２２ ３１ ＳｉＯ2 ３２３．０８ ３２ ＴｉＯ2 ６１．５７ 上記のことから、シリカ層の厚みは約２２．３７〜約３
４４．１０nmの範囲であり、合計の厚みは約２２６６nm
であったことが分かる。チタニア層の厚みは約３９．２
２〜約１８４．６５nmの範囲であり、合計の厚みは約１
５２２nmであった。コーティングの全体の厚みは約３７
８８ｎｍであり、シリカとチタニアに起因し得るコーテ
ィングの全体の厚みはそれらのそれぞれの屈折率に反比
例していた。１／４波長式に基づいて、個々の層の異な
る厚みは反射させたい波長の範囲を網羅しようとしたも
のであり、各対のシリカ層は通常それと対のチタニア層
より厚いことが理解できる。個々の対の層に対するシリ
カ／チタニアの厚み比はシリカとチタニアの屈折率
（１．５／２．２）の逆数に限定されなかった。代わり
に、厚みの比は約０．１９〜約５．２５までの範囲であ
ることが分かる。この違いの原因は、複雑な反射コーテ
ィングの場合、高調波を抑制するために極めて薄い層
（たとえば層１７と１９）を含ませ、その結果広い周波
数範囲にわたって全体性能を高めたためである。ここで
使用した「複雑な」という用語は、コーティング層に対
する異なる屈折率、層の異なる材料特性、およびコーテ
ィングに対して意図された要求用途に関連していうもの
とする。
試片では、奇数番号の層（たとえば図１の層１６と１
８）がシリカであり、偶数番号の層（たとえば図１の層
２０と２２）がチタニアであった。この試片の個々の層
の厚みを次に示す。層番号 材 料 厚 み （nm） １ ＳｉＯ2 １８７．２７ ２ ＴｉＯ2 １３８．００ ３ ＳｉＯ2 ３４４．１０ ４ ＴｉＯ2 １１９．８１ ５ ＳｉＯ2 １９７．９１ ６ ＴｉＯ2 １２０．２５ ７ ＳｉＯ2 １６６．０５ ８ ＴｉＯ2 ９１．１６ ９ ＳｉＯ2 １５３．７４ １０ ＴｉＯ2 ７３．０３ １１ ＳｉＯ2 ８５．１０ １２ ＴｉＯ2 ７１．１０ １３ ＳｉＯ2 １３１．１５ １４ ＴｉＯ2 １２１．４０ １５ ＳｉＯ2 １３４．２７ １６ ＴｉＯ2 １８４．６５ １７ ＳｉＯ2 ２６．２２ １８ ＴｉＯ2 １３６．３９ １９ ＳｉＯ2 ２２．３７ ２０ ＴｉＯ2 ７９．２７ ２１ ＳｉＯ2 １１１．９９ ２２ ＴｉＯ2 ６８．０３ ２３ ＳｉＯ2 ４７．７７ ２４ ＴｉＯ2 ５８．３６ ２５ ＳｉＯ2 １４７．８５ ２６ ＴｉＯ2 １０７．９１ ２７ ＳｉＯ2 ９５．２９ ２８ ＴｉＯ2 ５１．６４ ２９ ＳｉＯ2 ９１．９１ ３０ ＴｉＯ2 ３９．２２ ３１ ＳｉＯ2 ３２３．０８ ３２ ＴｉＯ2 ６１．５７ 上記のことから、シリカ層の厚みは約２２．３７〜約３
４４．１０nmの範囲であり、合計の厚みは約２２６６nm
であったことが分かる。チタニア層の厚みは約３９．２
２〜約１８４．６５nmの範囲であり、合計の厚みは約１
５２２nmであった。コーティングの全体の厚みは約３７
８８ｎｍであり、シリカとチタニアに起因し得るコーテ
ィングの全体の厚みはそれらのそれぞれの屈折率に反比
例していた。１／４波長式に基づいて、個々の層の異な
る厚みは反射させたい波長の範囲を網羅しようとしたも
のであり、各対のシリカ層は通常それと対のチタニア層
より厚いことが理解できる。個々の対の層に対するシリ
カ／チタニアの厚み比はシリカとチタニアの屈折率
（１．５／２．２）の逆数に限定されなかった。代わり
に、厚みの比は約０．１９〜約５．２５までの範囲であ
ることが分かる。この違いの原因は、複雑な反射コーテ
ィングの場合、高調波を抑制するために極めて薄い層
（たとえば層１７と１９）を含ませ、その結果広い周波
数範囲にわたって全体性能を高めたためである。ここで
使用した「複雑な」という用語は、コーティング層に対
する異なる屈折率、層の異なる材料特性、およびコーテ
ィングに対して意図された要求用途に関連していうもの
とする。
【００１７】図２から分かるように、本発明に従ってコ
ートされたＨＳ１８８試片の反射率は、熱放射スペクト
ルの下端で、図３のコートされてない部品と比較してか
なり高く、計算した３８０〜１５００nmの平均反射率は
約９０％であった。この範囲におけるコートされた試片
の反射率は高いので、ＰＶＤコーティング作業中のＨＳ
１８８部品で起こる放射加熱の量が大きく低減するであ
ろう。上記の結果に基づいて、本発明のコーティング系
はまた約１５００nm未満の波長で鋼の比較的低い反射率
を補償することが理解される。
ートされたＨＳ１８８試片の反射率は、熱放射スペクト
ルの下端で、図３のコートされてない部品と比較してか
なり高く、計算した３８０〜１５００nmの平均反射率は
約９０％であった。この範囲におけるコートされた試片
の反射率は高いので、ＰＶＤコーティング作業中のＨＳ
１８８部品で起こる放射加熱の量が大きく低減するであ
ろう。上記の結果に基づいて、本発明のコーティング系
はまた約１５００nm未満の波長で鋼の比較的低い反射率
を補償することが理解される。
【００１８】好ましい態様に関して本発明を説明して来
たが、他の適切なコーティングおよび基材材料を代わり
に使用したり、またはコーティング層を析出するのに各
種方法を利用したりすることによって、他の形態も当業
者ならば適用できることは明らかである。したがって、
本発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ定められ
る。
たが、他の適切なコーティングおよび基材材料を代わり
に使用したり、またはコーティング層を析出するのに各
種方法を利用したりすることによって、他の形態も当業
者ならば適用できることは明らかである。したがって、
本発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ定められ
る。
【図１】本発明の反射コーティングを有するコーティン
グチャンバ部品の一部の断面図。
グチャンバ部品の一部の断面図。
【図２】図１の反射コーティングを有する鋼試片の反射
率を波長に対してプロットしたグラフ。
率を波長に対してプロットしたグラフ。
【図３】従来のコートしてない鋼試片の反射率を波長に
対してプロットしたグラフ。
対してプロットしたグラフ。
【図４】ＰＶＤによるイットリア安定化ジルコニアの析
出中の典型的な黒体放射を示すグラフ。
出中の典型的な黒体放射を示すグラフ。
１０ 部品 １２ 基材 １４ コーティング系 １６ 低屈折率セラミック層 １８ 高屈折率セラミック層 ２０ 低屈折率セラミック層 ２２ 高屈折率セラミック層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン・フレデリック・アッカーマン アメリカ合衆国、ワイオミング州、ララミ ー、パロミノ・ドライブ、1514番 (72)発明者 ジェフリー・アレン・コナー アメリカ合衆国、オハイオ州、ハミルト ン、ジューンベリー・コート、6206番 (72)発明者 ジョン・ダグラス・エバンス，セニア アメリカ合衆国、オハイオ州、スプリング フィールド、ジョンソン・ロード、3970番 (72)発明者 アントニオ・フランク・マリコッチ アメリカ合衆国、オハイオ州、ラブラン ド、サイテイション・コート、101番
Claims (20)
- 【請求項１】 コーティング装置のコーティングチャン
バ部品（１０）であって、該部品（１０）はその表面上
に熱反射コーティング（１４）をもっており、該コーテ
ィング（１４）は、所定波長の赤外線に対して実質的に
透明な材料で形成された少なくとも一対の隣接する層
（１６、１８）を含んでおり、この対の層（１６、１
８）の最外層（１８）は同じ対の層（１６、１８）の最
内層（１６）より屈折率が高い材料で形成されており、
該対の層（１６、１８）の最内層（１６）は同じ対の層
（１６、１８）の最外層（１８）より厚い、前記コーテ
ィングチャンバ部品（１０）。 - 【請求項２】 コーティング（１４）を有する部品（１
０）が約３８０〜約１５００ナノメートルの電磁波長に
対して少なくとも９０％の平均反射率をもっている、請
求項１記載のコーティングチャンバ部品（１０）。 - 【請求項３】 前記対の層（１６、１８）の最外層（１
８）がチタニア、タンタラ、ジルコニアおよび酸化ニオ
ブより成る群の中から選択される材料で形成されてお
り、前記対の層（１６、１８）の最内層（１６）が耐火
性フッ化物、シリカおよびアルミナより成る群の中から
選択される材料で形成されている、請求項１記載のコー
ティングチャンバ部品（１０）。 - 【請求項４】 前記対の層（１６、１８）の最内層（１
６）が前記対の層（１６、１８）の最外層（１８）より
それらの屈折率に反比例する係数だけ厚い、請求項１記
載のコーティングチャンバ部品（１０）。 - 【請求項５】 コーティング（１４）が約１００〜約４
０００ナノメートルの厚みをもっている、請求項１記載
のコーティングチャンバ部品（１０）。 - 【請求項６】 前記対の層（１６、１８）の最内層（１
６）が約１．２５〜約１．７の屈折率をもっており、前
記対の層（１６、１８）の最外層（１８）が約２．０〜
約２．３の屈折率をもっている、請求項１記載のコーテ
ィングチャンバ部品（１０）。 - 【請求項７】 前記対の層（１６、１８）の材料が５０
０〜３０００ナノメートルの電磁波長に対して実質的に
透明である、請求項１記載のコーティングチャンバ部品
（１０）。 - 【請求項８】 コーティング（１４）が５００〜３００
０ナノメートルの波長の赤外線に対して実質的に透明な
２種の材料からなる１６〜５０個の交互層（１６、１
８、２０、２２）を含んでいる、請求項１記載のコーテ
ィングチャンバ部品（１０）。 - 【請求項９】 コーティング（１４）が前記材料で形成
された第二の対の隣接する層（２０、２２）を含んでお
り、この第二の対の隣接する層（２０、２２）の最外層
（２２）が第二の対の隣接する層（２０、２２）の最内
層（２０）より屈折率が高い材料で形成されており、該
第二の対の隣接する層（２０、２２）の最内層（２０）
が第二の対の隣接する層（２０、２２）の最外層（２
２）より薄くなっていてコーティング（１４）内の光学
的高調波を抑制している、請求項１記載のコーティング
チャンバ部品（１０）。 - 【請求項１０】 コーティング（１４）が１６個のシリ
カの層（１６、２０）と１６個のチタニアの層（１８、
２２）を交互に含んでおり、コーティング（１４）の最
内層（１６）がシリカであり、コーティング（１４）の
最外層（２２）がチタニアであり、シリカの層（１６、
２０）の厚みがコーティング（１４）の最内層（１６）
からコーティング（１４）の最外層（２２）に隣接する
シリカ層（２０）に向かってそれぞれ約１８７．２７n
m、３４４．１０nm、１９７．９１nm、１６６．０５n
m、１５３．７４nm、８５．１０nm、１３１．１５nm、
１３４．２７nm、２６．２２nm、２２．３７nm、１１
１．９９nm、４７．７７nm、１４７．８５nm、９５．２
９nm、９１．９１nm、および３２３．０８nmであり、チ
タニアの層（１８、２２）の厚みがコーティング（１
４）の最内層（１６）に隣接するチタニア層（１８）か
らコーティング（１４）の最外層（２２）に向かってそ
れぞれ約１３８．００nm、１１９．８１nm、１２０．２
５nm、９１．１６nm、７３．０３nm、７１．１０nm、１
２１．４０nm、１８４．６５nm、１３６．３９nm、７
９．２７nm、６８．０３nm、５８．３６nm、１０７．９
１nm、５１．６４nm、３９．２２nm、および６１．５７
nmである、請求項１記載のコーティングチャンバ部品
（１０）。 - 【請求項１１】 部品（１０）がコーティング装置内で
コートされる物品を取り扱うよう構成されている、請求
項１記載のコーティングチャンバ部品（１０）。 - 【請求項１２】 さらに、部品（１０）を装着するコー
ティングチャンバを有する物理蒸着装置を含んでいる、
請求項１記載のコーティングチャンバ部品（１０）。 - 【請求項１３】 コーティング装置のコーティングチャ
ンバ部品（１０）であって、該部品（１０）はその表面
上に熱反射コーティング（１４）をもっており、該コー
ティング（１４）は複数の層（１６、１８、２０、２
２）を含んでおり、第一の材料の層（１６、２０）が第
二の材料の層（１８、２２）と交互になっていて第一と
第二の材料の層の隣接する対（１６と１８、２０と２
２）を規定しており、第一と第二の材料は所定波長の赤
外線に対して実質的に透明であり、第二の材料は第一の
材料より屈折率が高く、前記対の層（１６、１８、２
０、２２）の各対の最内層（１６、２０）は第一の材料
で形成され、前記対の層（１６、１８、２０、２２）の
各対の最外層（１８、２２）は第二の材料で形成され、
前記対の層（１６、１８、２０、２２）のほとんどの対
の最内層（１６、２０）は、前記対の層（１６、１８、
２０、２２）の最外層（１８、２２）より、それぞれの
材料の屈折率にほぼ反比例する係数だけ厚くなってお
り、前記対の層（１６、１８、２０、２２）の少なくと
も１つの対の最内層（１６、２０）は前記対の層（１
６、１８、２０、２２）の前記少なくとも１つの対の最
外層（１８、２２）より薄くなっていてコーティング
（１４）内の光学的高調波を抑制している、前記コーテ
ィングチャンバ部品（１０）。 - 【請求項１４】 物理蒸着装置であって、 該装置でコートされる物品を取り扱うよう構成されてい
る部品（１０）と、 該部品（１０）の表面上の熱反射コーティング（１４）
であり、該コーティング（１４）は５００〜３０００ナ
ノメートルの電磁波長に対して実質的に透明な金属酸化
物で形成された少なくとも一対の隣接する層（１６、１
８）を含んでおり、この対の層（１６、１８）の最外層
（１８）は同じ対の層（１６、１８）の最内層（１６）
より屈折率が高く、前記対の層（１６、１８）の最内層
（１６）が同じ対の層（１６、１８）の最外層（１８）
よりそれらの屈折率に反比例する係数だけ厚くなってい
る、前記熱反射コーティング（１４）とを含んでなる前
記物理蒸着装置。 - 【請求項１５】 コーティング（１４）を有する部品
（１０）が約３８０〜約１５００ナノメートルの電磁波
長に対して少なくとも９０％の反射率をもっている、請
求項１４記載の物理蒸着装置。 - 【請求項１６】 コーティング（１４）が約１００〜約
４０００nmの厚みをもっている、請求項１４記載の物理
蒸着装置。 - 【請求項１７】 コーティング（１４）が部品（１０）
の表面に隣接して第一の層（１６）を、この第一の層
（１６）の上に第二の層（１８）を、この第二の層（１
８）の上に第三の層（２０）を、そして第三の層（２
０）の上に第四の層（２２）をもっており、第一と第三
の層（１６、２０）がシリカで形成され、第二と第四の
層（１８、２２）がチタニアで形成されている、請求項
１４記載の物理蒸着装置。 - 【請求項１８】 コーティング（１４）が５００〜３０
００ナノメートルの波長の赤外線に対して実質的に透明
な材料からなる１６〜５０個の層（１６、１８、２０、
２２）を含んでいる、請求項１４記載の物理蒸着装置。 - 【請求項１９】 コーティング（１４）が前記材料で形
成された第二の対の隣接する層（２０、２２）を含んで
おり、この第二の対の隣接する層（２０、２２）の最外
層（２２）が第二の対の隣接する層（２０、２２）の最
内層（２０）より屈折率が高い材料で形成されており、
該第二の対の隣接する層（２０、２２）の最内層（２
０）が第二の対の隣接する層（２０、２２）の最外層
（２２）より薄くなっており、該第二の対の隣接する層
（２０、２２）の最内層（２０）がコーティング（１
４）内の光学的高調波を抑制する機能を果たす、請求項
１４記載の物理蒸着装置。 - 【請求項２０】 コーティング（１４）が１６個のシリ
カの層（１６、２０）と１６個のチタニアの層（１８、
２２）を交互に含んでおり、コーティング（１４）の最
内層（１６）がシリカであり、コーティング（１４）の
最外層（２２）がチタニアであり、シリカの層（１６、
２０）の厚みがコーティング（１４）の最内層（１６）
からコーティング（１４）の最外層（２２）に隣接する
シリカ層（２０）に向かってそれぞれ約１８７．２７n
m、３４４．１０nm、１９７．９１nm、１６６．０５n
m、１５３．７４nm、８５．１０nm、１３１．１５nm、
１３４．２７nm、２６．２２nm、２２．３７nm、１１
１．９９nm、４７．７７nm、１４７．８５nm、９５．２
９nm、９１．９１nm、および３２３．０８nmであり、チ
タニアの層（１８、２２）の厚みがコーティング（１
４）の最内層（１６）に隣接するチタニア層（１８）か
らコーティング（１４）の最外層（２２）に向かってそ
れぞれ約１３８．００nm、１１９．８１nm、１２０．２
５nm、９１．１６nm、７３．０３nm、７１．１０nm、１
２１．４０nm、１８４．６５nm、１３６．３９nm、７
９．２７nm、６８．０３nm、５８．３６nm、１０７．９
１nm、５１．６４nm、３９．２２nm、および６１．５７
nmである、請求項１４記載の物理蒸着装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/293,965 US6181727B1 (en) | 1999-04-19 | 1999-04-19 | Coating for reducing operating temperatures of chamber components of a coating apparatus |
| US09/293965 | 1999-04-19 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000355756A true JP2000355756A (ja) | 2000-12-26 |
| JP2000355756A5 JP2000355756A5 (ja) | 2007-06-07 |
| JP4896287B2 JP4896287B2 (ja) | 2012-03-14 |
Family
ID=23131315
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000115974A Expired - Fee Related JP4896287B2 (ja) | 1999-04-19 | 2000-04-18 | コーティング装置のチャンバ部品の作動温度を低下させるためのコーティング |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6181727B1 (ja) |
| EP (1) | EP1091017B1 (ja) |
| JP (1) | JP4896287B2 (ja) |
| BR (1) | BR0001637A (ja) |
| DE (1) | DE60041527D1 (ja) |
| SG (1) | SG84588A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101337508B1 (ko) * | 2005-12-13 | 2013-12-06 | 센스어레이 코포레이션 | 프로세싱 상태들 감지 시스템 및 프로세스 상태 측정 디바이스 형성 방법 |
| US8604361B2 (en) | 2005-12-13 | 2013-12-10 | Kla-Tencor Corporation | Component package for maintaining safe operating temperature of components |
| US9165846B2 (en) | 2002-01-24 | 2015-10-20 | Kla-Tencor Corporation | Process condition sensing wafer and data analysis system |
Families Citing this family (7)
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|---|---|---|---|---|
| WO2002103092A1 (fr) * | 2001-06-14 | 2002-12-27 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Dispositif permettant la production d'un monocristal semi-conducteur et procede permettant de produire un monocristal semi-conducteur au moyen de ce dispositif |
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