JP2008169471A5

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Publication number: JP2008169471A5
Application number: JP2007290709A
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Filing date: 2007-11-08
Publication date: 2008-11-06
Anticipated expiration: 2027-11-08

Description

本発明の改良によれば、概して、Ｐ［ｍｓ］＝６０＋０．０５×Ｖよりも短いか又はＰ［ｍｓ］＝５０＋０．０５×Ｖよりも短くさえあるパルス休止が用いられ得る。図４及び図５には、上記関係式に対応する２つの直線がプロットされている。図４及び図５から、これらの限界線は概してガラス基板（図５）及びガラスセラミック基板（図４）の双方の場合によく適しており、ガラスセラミック基板では特に、より大きな反応器容積、好ましくは１００ミリリットルよりも大きい場合に適していることが明らかである。

Claims

物品を交互層でコーティングする、コーティングシステムであって、
コーティングすべき物品を配置することができる少なくとも１つの反応室、又は、コーティングすべき物品で反応室を形成するように意図される装置、
コーティングの際に使用されるプロセスガス、特に前駆体ガス用の供給部、
前記反応器内でプラズマを発生させるためにパルスで動作することができる電磁エネルギー源、及び
パルスプラズマが前記反応器内で生成されるように、動作中に前記電磁エネルギー源が電磁エネルギーパルスを出力するように設定される、前記電磁エネルギー源を制御する制御装置
を有し、
前記制御装置は、持続時間Ｄの長さ及びパルス間の休止Ｐの長さを有するプラズマパルスを生成する、時間的に間隔の空いたパルスを前記電磁エネルギー源が出力するように前記電磁エネルギー源を制御するように設定され、該設定は、２つの時間的に隣接するパルス間の前記パルス休止Ｐ（ミリ秒）がＰ_ｍｉｎ［ｍｓ］＝２．５＋０．０５×Ｖ、好ましくはＰ_ｍｉｎ［ｍｓ］＝２．５＋０．０５５×Ｖ（式中、Ｖは前記反応室のコーティング容積（ミリリットル）を示し、Ｐ_ｍｉｎ［ｍｓ］は持続時間（ミリ秒）を示す）よりも長い前記プラズマパルスに有効であることを特徴とする、コーティングシステム。
前記制御装置は、前記プラズマパルス間の前記休止ＰがＰ_ｍｉｎ［ｍｓ］＝１０＋０．１３３×Ｖ（式中、Ｐ_ｍｉｎ［ｍｓ］は持続時間（ミリ秒）を示し、Ｖは前記反応室のコーティング容積（ミリリットル）を示す）よりも長い持続時間を有するように前記電磁エネルギー源を制御するように設定されることを特徴とする、請求項１に記載のコーティングシステム。
前記制御装置は、前記２つのプラズマパルス間の前記休止がＰ［ｍｓ］＝８０＋０．０５×Ｖ、好ましくはＰ［ｍｓ］＝６０＋０．０５×Ｖ、特に好ましくはＰ［ｍｓ］＝５０＋０．０５×Ｖ（式中、Ｐ［ｍｓ］は持続時間（ミリ秒）を示し、Ｖは前記反応室のコーティング容積（ミリリットル）を示す）よりも短くなるように設定されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のコーティングシステム。
前記制御装置は、前記隣接するプラズマパルス間の前記休止が、少なくとも下記式：
P[ms]=max(2.5 + 0.05 × V, V × [(1/6) × exp(-V/300) + (1/20)]
（式中、Ｐ［ｍｓ］は持続時間（ミリ秒）を示し、Ｖは前記反応室のコーティング容積（ミリリットル）を示す）の長さを有するように前記電磁エネルギー源を制御するように設定されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のコーティングシステム。
コーティングすべき物品を配置することができる少なくとも１つの反応室、又は、コーティングすべき物品で反応室を形成するように意図される装置、
前記反応器内でパルスプラズマを発生させるためにパルスで動作することができる電磁エネルギー源、
コーティングの際に使用されるプロセスガス、特に前駆体ガス用の供給部であって、該ガスをコーティングシステムのガス変更装置によって前記反応室に導入することができ、前記ガス変更装置は、少なくとも１つのガス混合点を有し、該ガス混合点へ、弁が設けられた少なくとも２つの各種前駆体ガス用の供給管路と、異なるプロセスガス混合物を生成するために前記弁の１つを介して導入されるガスの１つと該ガス混合点において混合されるように意図される他のガス用の少なくとも１つの供給管路とが開いており、また、前記反応室への排出管路が開いており、前記他のガス用の供給管路及び前記反応室への排出管路は前記２つの弁間の接続部で接続され、各場合に、ポンプ装置に接続されるバイパス管路が前記各種前駆体ガス用の供給管路のそれぞれに対して設けられ、各場合に、他の弁が前記バイパス管路に接続される、供給部、及び
前記弁及び前記電磁エネルギー源用に設けられる制御装置であって、プロセスガス混合物を変更するために、前駆体ガスの供給管路の弁が閉じると同時に該前駆体ガス用のバイパス管路の弁が開き、逆に、他の前駆体ガスの供給管路の弁が開くと同時に該前駆体ガスのバイパス管路の弁が閉じるように前記バイパス管路の弁及び各種前駆体ガス用の前記供給管路の弁を制御し、また、前記制御装置は、前記弁の切り替え時間に応じて前記交互層系の層（ply）を堆積するパルス列の開始時点を設定し、前記パルス列間に、少なくとも０．８×│ｔ_{ａｄｖａｎｃｅ}−ｔ_{ｒｅｔｕｒｎ}│から多くとも５×│ｔ_{ａｄｖａｎｃｅ}−ｔ_{ｒｅｔｕｒｎ}│（式中、ｔ_{ａｄｖａｎｃｅ}は前記ガスが前記ガス混合点から前記反応室に達するのに要する持続時間を示し、ｔ_{ｒｅｔｕｒｎ}は前記反応室内に以前に入れられた前記プロセスガス混合物を空にするのに要される持続時間を示す）の持続時間を有する休止を設定する制御装置
を備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載のコーティングシステム。
前記制御装置は、前記交互層系の層を堆積するパルス列が各々、各プロセスガス混合物用に割り当てられた弁の切り替え時点に対して持続時間Ｔだけ遅延した時点で開始して、前記供給管路内の前記交互層系の層を堆積するように前記電磁エネルギー源を制御し、前記持続時間Ｔは少なくとも０．８×ｔ_{ａｄｖａｎｃｅ}から多くとも５０×ｔ_{ａｄｖａｎｃｅ}であることを特徴とする、請求項５に記載のコーティングシステム。
前記バイパス管路内の圧力を前記ガス混合点における圧力に適合させるために調節器が設けられていることを特徴とする、請求項４に記載のガス変更装置を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のコーティングシステム。
前記バイパス管路内の圧力を前記ガス混合点における圧力の２０％未満の圧力差に適合させるために調節器が設けられていることを特徴とする、請求項７に記載のコーティングシステム。
調節器であって、該調節器により、前記ガスが前記ガス混合点に供給される際の前記供給管路に沿った圧力低下が維持されるか又は２倍以上に設定される調節器をさらに有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のコーティングシステム。
前記ガス混合点は混合点弁ユニットの一要素であり、該混合点弁ユニットは２つの弁から成り、該２つの弁は、プロセスガス混合物の各種前駆体ガス用の２つの供給管路、及び、前記弁の一方を介して導入される前記ガスの１つと前記ガス混合点において混合されるように意図される他のガス用の少なくとも１つの供給管路、並びに、前記反応室への排出管路に接続され、前記他のガス用の供給管路及び前記反応室への排出管路は、前記２つの弁間の接続部で接続されることを特徴とする、請求項４に記載のガス変更装置を有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載のコーティングシステム。
前記２つの弁の弁座は、共通の弁ブロックにおいて組み合わされることを特徴とする、請求項１０に記載のコーティングシステム。
前記２つの弁の前記弁座間から前記ガス混合点の中間への接続は各々、該ガス混合点から前記反応室までの前記排出管路の長さの１／１０よりも小さいことを特徴とする、請求項１０又は１１に記載のコーティングシステム。
コーティングすべき物品を配置することができる少なくとも１つの反応室、又は、コーティングすべき物品で反応室を形成するように意図される装置、
コーティングの際に使用されるプロセスガス、特に前駆体ガス用の供給部、
前記供給部は、前記ガスをガス変更装置によって前記反応室に導入することができ、該ガス変更装置は、少なくとも１つのガス混合点を有し、該ガス混合点へ、各種前駆体ガス用の２つの供給管路と、異なるプロセスガス混合物を生成するためにそれぞれ前記供給管路の一方を介して導入されるガスの１つと前記ガス混合点において混合されるように意図される他のガス用の少なくとも１つの供給管路とが開いており、また、前記ガス混合点から前記反応室へ出る排出管路が開いており、
前記反応室への排出管路は、前記反応室への複数の迂回路を有して延びる迂回管路を有し、及び/又は前記排出管路内に障害物を有し、該障害物によりガス流中に渦をもたらし、それにより、前記ガス混合点内で互いに接触状態となる前記ガスを混合する乱流が生じることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のコーティングシステム。
コーティングすべき物品を配置することができる複数の反応室、又は、コーティングすべき物品で反応室を形成するように意図される装置、
前記反応室への排出管路を有するガス供給装置、及び
前記反応室内の、前記プロセスガスが充填された領域内でプラズマを発生させるために、電磁エネルギーを放射する装置
を有し、
前記排出管路は複数の分岐に分かれ、該分岐はそれぞれ反応室に接続され、各々正確に２つの分岐が、前記ガス供給装置の排出管路を有する前記管路システムの１つの管路及び管路の分岐から派生していることで、前記排出管路は２^ｎ（ここで、ｎ＝２、３、．．．である）の分岐管路に分かれ、多くの場合、各室用の供給管路も等しく分かれることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のコーティングシステム。
前記分岐管路は平面内で前記排出管路から分岐することを特徴とする、請求項１３又は１４に記載のコーティングシステム。
前記分岐管路がある平面に対して横断方向に沿って配置される複数のガス混合点を有することを特徴とする、請求項１５に記載のコーティングシステム。
前記反応室の内部でのコーティング中に生成される輝線及び／又はスペクトルの時間分解測定のための分光器構成を有することを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一項に記載のコーティングシステム。
前駆体ガスのパルス列の形を求める、特に前駆体ガスの時間密度プロファイル及び速度を測定する装置を有することを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のコーティングシステム。
前記前駆体ガスのパルス列の形を求める装置は、蛍光線及び／又は吸収線を測定する光学的分光器構成を含むことを特徴とする、請求項１８に記載のコーティングシステム。
請求項１〜１９のいずれか一項に記載のコーティングシステムにおいて、プラズマ誘導化学気相堆積により物品をコーティングする方法であって、
コーティングすべき物品をコーティング反応器内に配置するか、又は、反応室がコーティングすべき物品で形成され、少なくとも該反応室のコーティング領域が真空排気され、プロセスガスが該コーティング領域に導かれ、堆積用のプラズマを電磁エネルギーを導入することにより発生させ、該電磁エネルギーは、時間的に間隔の空いたプラズマパルスが生成されるようにパルスの形態で導入され、パルスで動作することができる電磁エネルギー源が、前記電磁エネルギーを生成するのに用いられると共に制御装置により制御され、
前記制御装置は、前記電磁エネルギーの放射パルスが前記反応器内で持続時間Ｄの長さ及びパルス間の休止Ｐの長さを有するプラズマパルス生成するように前記電磁エネルギー源を制御し、前記制御装置は、２つの時間的に隣接するパルス間の前記パルス休止Ｐ（ミリ秒）がＰ_ｍｉｎ［ｍｓ］＝２．５＋０．０５×Ｖ、好ましくはＰ_ｍｉｎ［ｍｓ］＝２．５＋０．０５５×Ｖ（式中、Ｖは前記反応室のコーティング容積（ミリリットル）を示し、Ｐ_ｍｉｎ［ｍｓ］は持続時間（ミリ秒）を示す）よりも長い前記プラズマパルスに有効であることを特徴とする方法。
前記休止Ｐは、
Ｐ[ｍｓ]＝１０＋０．１３３×Ｖ
（式中、Ｐ［ｍｓ］は持続時間（ミリ秒）を示し、Ｖは前記反応室のコーティング容積（ミリリットル）を示す）
よりも長くなるように設定されることを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
前記時間的に隣接するパルス間の前記休止Ｐは、
P[ms]=max(2.5 + 0.05 × V, V × [(1/6) × exp(-V/300) + (1/20)]
（式中、Ｐ［ｍｓ］は持続時間（ミリ秒）を示し、Ｖは前記反応室のコーティング容積（ミリリットル）を示す）
よりも長くなるように設定されることを特徴とする、請求項２０又は２１に記載の方法。
前記休止は、
Ｐ［ｍｓ］＝８０＋０．０５×Ｖ、好ましくはＰ［ｍｓ］＝６０＋０．０５×Ｖ、特に好ましくはＰ［ｍｓ］＝５０＋０．０５×Ｖ
（式中、Ｐ［ｍｓ］は持続時間（ミリ秒）を示し、Ｖは前記反応室のコーティング容積（ミリリットル）を示す）よりも短くなるように設定されることを特徴とする、請求項２０〜２２のいずれか一項に記載の方法。
請求項１〜１９のいずれか一項に記載のコーティングシステムにおいて、物品を交互層でコーティングする方法であって、
コーティングすべき物品を少なくとも１つの反応室内に配置するか、又は、反応室がコーティングすべき物品で形成され、少なくとも該反応室のコーティング領域が真空排気され、各種プロセスガスが該コーティング領域に連続的に導かれ、パルスプラズマをパルスで動作する電磁エネルギー源により堆積のために発生させ、その結果、異なる組成の層を有する層系が前記物品に堆積され、前記反応室への前記プロセスガスの導入がガス変更装置により行われ、該ガス変更装置は少なくとも１つのガス混合点を有し、該ガス混合点へ、弁が設けられた少なくとも２つの各種前駆体ガス用の供給管路と、他のガス用の少なくとも１つの供給管路とが開いており、前記他のガスは、前記弁の１つを介して導入されるガスの１つとそれぞれガス混合点において混合されると共に排出管路により前記反応室に運び去られ、前記他のガス用の供給管路及び前記反応室への排出管路は前記２つの弁間の接続部で接続され、各場合に、ポンプ装置に接続されるバイパス管路が前記各種前駆体ガス用の供給管路のそれぞれに対して設けられ、各場合に、他の弁が前記バイパス管路に接続され、前記プロセスガス混合物は、前記バイパス管路の前記弁及び前記各種前駆体ガス用の供給管路の弁を切り替えることによって変更され、それにより、前記前駆体ガスの供給管路内の弁が閉じると同時に該前駆体ガス用の前記バイパス管路の弁が開き、逆に、前記他の前駆体ガスの供給管路の弁が開くと同時に該前駆体ガスのバイパス管路の弁が閉じるようになっており、前記交互層の層は各々、プラズマパルスのパルス列により堆積され、前記弁の切り替え時間に応じて前記交互層系の層を堆積するパルス列の開始時点が設定され、連続層を堆積する前記パルス列間に、少なくとも０．８×│ｔ_{ａｄｖａｎｃｅ}−ｔ_{ｒｅｔｕｒｎ}│から多くとも５×│ｔ_{ａｄｖａｎｃｅ}−ｔ_{ｒｅｔｕｒｎ}│（式中、ｔ_{ａｄｖａｎｃｅ}は前記ガスが前記ガス混合点から前記反応室に達するのに要する持続時間を示し、ｔ_{ｒｅｔｕｒｎ}は前記反応室内に以前に入れられた前記プロセスガス混合物を空にするのに要される持続時間を示す）の持続時間を有する休止が設定される方法。
前記電磁エネルギー源は、前記交互層系の層を堆積するパルス列が各々、各プロセスガス混合物用に割り当てられた弁の切り替え時点に対して持続時間Ｔだけ遅延した時点で開始して、前記供給管路の前記交互層系の層を堆積するように制御され、前記持続時間Ｔは少なくとも０．８×ｔ_{ａｄｖａｎｃｅ}から多くとも５０×ｔ_{ａｄｖａｎｃｅ}であることを特徴とする、請求項２４に記載の方法。
前記バイパス管路内の圧力が、調節器により前記ガス混合点における圧力に合わされることを特徴とする、請求項２４又は２５に記載の方法。
前記バイパス管路内の圧力が、前記ガス混合点における圧力の２０％未満の圧力差に合わされることを特徴とする、請求項２６に記載の方法。
前記ガスは、前記２つの弁の弁座が共通の弁ブロックにおいて組み合わされる混合点弁ユニットにおいて混合されることを特徴とする、請求項２４〜２７のいずれか一項に記載の方法。
酸素が前記混合点において少なくとも１つの前駆体と混合されることを特徴とする、請求項２４〜２８のいずれか一項に記載の方法。
請求項１〜１９のいずれか一項に記載のコーティングシステムにおいて物品を交互層でコーティングする方法であって、
コーティングすべき物品を少なくとも１つの反応室に配置するか、又は、該少なくとも１つの反応室が少なくとも１つのコーティングすべき物品で形成され、少なくとも該反応室のコーティング領域が真空排気され、各種プロセスガスが前記コーティング領域に順に導かれ、堆積用のプラズマを発生させ、その結果、異なる組成の層を有する層系が前記物品に堆積され、前記反応室への前記プロセスガスの導入がガス変更装置により行われ、該ガス変更装置は少なくとも１つの混合点を有し、前記反応室への排出管路が前記ガス混合点から出ており、
前記反応室への排出管路は、前記反応室への複数の迂回路を有して延びる迂回管路を有し、及び/又は前記排出管路内に障害物を有し、前記ガス混合点内で互いに接触状態となる前記ガスのガス流が渦を巻き、前記迂回管路の迂回路及び／又は前記障害物にて乱流混合され、該障害物によりガス流中に渦をもたらし、それにより、前記ガス混合点内で互いと接触状態となる前記ガスを混合する乱流が生じる、方法。
請求項１〜１９のいずれか一項に記載のコーティングシステムにおいて、物品を交互層でコーティングする方法であって、
コーティングすべき複数の物品を複数の反応室内に配置するか、又は、該反応室がコーティングすべき物品で形成され、少なくとも該反応室のコーティング領域が真空排気され、プロセスガスが前記コーティング領域に導かれ、堆積用のプラズマを発生させ、それにより、コーティングが堆積され、前記反応室への前記プロセスガスの導入は、ガス混合点から派生する排出管路により行われ、
前記プロセスガスの各種ガスは前記混合点において混合され、前記排出管路を介して前記ガス流が２^ｎ（ここで、ｎ＝２、３、．．．）の分岐に分かれて対応する複数の細流となり、これらの細流は各々、前記反応室へ導かれ、各細流は多くの場合、前記ガス流から等しく分かれ、該ガス流の各分岐（division）にて正確に２つの細流に分かれることを特徴とする、方法。
前記細流は前記排出管路の１つから分岐することを特徴とする、請求項３１に記載の方法。