JP2010540766A

JP2010540766A - 蒸気運搬システム

Info

Publication number: JP2010540766A
Application number: JP2010525446A
Authority: JP
Inventors: ウッドコック，マルコム
Original assignee: ピー２アイリミテッド
Priority date: 2007-09-25
Filing date: 2008-09-25
Publication date: 2010-12-24
Also published as: GB201005210D0; GB2465932A; MX2010003143A; EP2207912A2; KR20100087128A; CN102899637A; GB2465932B; WO2009040542A2; CA2700491A1; GB0718801D0; CN101802258A; AU2008303385B2; WO2009040542A3; AU2008303385A1; ZA201002837B; NZ584696A; TW200928231A; US20100243063A1

Abstract

履物のような１またはそれ以上の大型物品に、望ましい表面特性を付与するために、処理チャンバ（１４）へ物質を運搬する運搬システム（１０）は、液体が充填される第１コンテナ（１６）と、第１コンテナ（１６）から液体を受ける第２コンテナ（１８）と、第１コンテナから第２コンテナ（１８）に流れる液体の量を制御する第１流量制御手段（２０）と、第２コンテナ内の液体を気化させる気化手段（３０）と、第２コンテナ（１８）から処理チャンバ（１４）に流れる気化した物質の流量を制御する第２流量制御手段（３８）と、を具える。
【選択図】図１

Description

本発明は物質を処理チャンバに送る運搬システム、その操作方法、およびこのような運搬システムを具え物品の表面のプラズマ処理を行う装置に関する。

真空チャンバ内で化学的または物理的な処理を行うため、高沸点液体からの蒸気を真空チャンバに供給および計測する運搬システムが知られている。このようなシステムは、液体が化学的に反応性の単量体である場合には最適ではない。

公知のバブラーシステムでは、キャリアガスが液体を通って泡立ち、蒸気を吸収しながら真空チャンバ中へ運搬する。公知の蒸発器システムでは、マスフローコントローラを介して真空チャンバ中へ蒸気を運搬するために十分に高い蒸気圧（１Ｔｏｒｒのオーダー）が発生する。蒸気運搬システムでは、液体は加熱され、通常はキャリアガスに補助されて微細オリフィスを通して流される。

バブラーおよび蒸発器の運搬システムは、キャリアガスの流れが必要であるという欠点があり、その結果、蒸気／キャリア構成の可能な範囲に制限があった。蒸発器システムは、液体が単量体である場合の重合のリスクを含む、付随する不安定性のリスクを伴って、マスフローコントローラが機能できるほど十分に高い圧力を発生させるのに必要な高温度まで液体を加熱しなければならないという欠点を有していた。蒸気運搬システムはまた、液体が単量体である場合、液体中の微粒子汚染物質または重合の傾向により、微細オリフィスが閉塞してしまう傾向がある。

〔先行技術〕
欧州特許出願公開第１２０２３２１（Ａ３）号（ＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓＩｎｃ）は、液体前駆体を気化して処理チャンバに供給する装置および方法を開示している。液体前駆体の一例として、例えば大規模集積回路の製造に利用される、いわゆるプラズマ促進化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）処理に用いられるトリメチルシラン（ＴＭＳ）がある。

現行のＰＥＣＶＤ処理をする製造工場では、反応チャンバからかなり離れた真空チャンバからＴＭＳを時々搬送せねばならないという問題があり、これにより前駆体の流入が一貫しなかった。開示された装置は、アンプルを反応チャンバに隣接配置し、そのすぐ近くの液体前駆体を気化させることによりこの問題を克服している。

欧州特許出願公開第０５４８９４４（Ａ１）号（ＣａｎｏｎＫＫ）は、操作パラメータの変動に拘わらずに安定したフィルムを形成する化学気相成長システムに用いるガス供給装置を開示している。

液体前駆体補充システムのさらなる例が、国際公開第２００６／０５９１８７（Ａ１）号（Ｌ’ＡｉｒＬｉｑｕｉｄｅＳＡ）に開示されている。液体前駆体システムは遠隔ヒーターと反応チャンバに蒸気を運ぶ供給ラインを含む。開示されたシステムは、長い運搬ラインに保管される自燃性といった大きな反応の、あるいは高価な原材料を有する問題を克服している。

米国特許出願２００３／０２１７６９７号（ＨｉｄｅａｋｉＭｉｙａｍｏｔｏｅｔａｌ）は、例えば半導体製造において使われる種類の放出タンクにガスを供給する液体蒸発器を開示している。このシステムは、断熱膨張のせいで気化した液体中の熱損失を補償するために、温度制御弁の複雑なアレイを用いている。

上述の開示は、半導体の製造および大規模集積回路（ＶＬＳＩ）のようなその他の類似デバイスに関連した周知の問題の解決策を記載している。いずれのシステムも、例えば家庭用品、および衣服または履物、紙製品または電気製品のような家庭用製品のような大型物品をコーティングする用途には適していない。

上述の文献のいずれにも、表面に特定の性質を付与するために大型物品をある材料でコーティングすることに関連した問題の解決策の言及はない。

本発明の目的は、チャンバ内またはそれを通る大型物品に特定の性質を付与することを目的として、物質をチャンバに供給する装置を提供することである。

大型物品なる用語は、例えば、スポーツ用品、布地および類似品、材料、紙製品および合成プラスチック製品、衣服、高額なファッションアイテムおよびアクセサリー、履物、電気製品、個人電子デバイス、携帯電話、ポケットベル、携帯電子端末（ＰＤＡ）およびＭＰ３デバイスのようなものを含む。

本発明によると、使用時に、表面に１またはそれ以上の性質を付与することを目的として少なくとも１つの大型物品が内部に配置される処理チャンバへ物質を運搬するための運搬システムであって、
液体が充填される第１コンテナと、
前記第１コンテナから液体を受ける第２コンテナと、
前記第１コンテナから前記第２コンテナへ流れる液体の量を制御する第１流量制御手段と、
前記第２コンテナ内で液体を気化させる気化手段と、
前記第２コンテナから処理チャンバへ流れる気化した物質の流量を制御する第２流量制御手段と、
を具えるシステムが提供される。

本発明はまた、使用時に、表面に１またはそれ以上の性質を付与することを目的として少なくとも１つの大型物品が内部に配置される処理チャンバへ物質を運搬するための運搬システムの操作方法であって、前記システムが、
液体が充填される第１コンテナと、
前記第１コンテナから液体を受ける第２コンテナと、
前記第１コンテナから前記第２コンテナへ流れる液体の量を制御する第１流量制御手段と、
前記第２コンテナ内で液体を気化させる気化手段と、
前記第２コンテナから処理チャンバへ流れる気化した物質の流量を制御する第２流量制御手段と、を具え、
前記方法が、
前記液体の量を前記第１コンテナから前記第２コンテナへ流れるようにするステップと、
前記コンテナ内の液体を気化させるステップと、
気化した物質を前記処理チャンバへ流れるようにするステップと、
を具える方法が提供される。

本発明はさらに、物品表面にプラズマ処理をする装置であって、
内部に物品を配置しうる処理チャンバと、
請求項１に記載された運搬システムであって、前記チャンバ内でプラズマを発生させるために処理チャンバへ物質を運搬するシステムと、
前記物質が供給されたときに、プラズマを発生させるために前記処理チャンバの内部で電場を発生させて、前記物品の表面が処理されるようにする手段と、
前記処理チャンバ内の圧力を選択的に制御する手段と、
を具える装置を提供する。

その他の本発明における好適および／または任意の特徴は、添付の特許請求の範囲で定義される。

本発明を、添付の図面を参照しながら例示的に説明する。

図１は、処理チャンバに物質を運搬する運搬システムを示す図である。図２は、図１の運搬システムの操作状態を示す。

図１を参照すると、運搬システム１０は処理チャンバ１４へ物質を運搬している状態を示している。システム１０は、液体１２で満たすことができる第１コンテナ１６と、第１コンテナ１６から液体を受ける第２コンテナ１８と、第１コンテナから第２コンテナへ流れる液体の量を制御する第１流量制御手段２０と、第２コンテナ内で液体を気化させる気化手段３０と、第２コンテナから処理チャンバ１４へ流れる気化した物質２６の流量を制御する第２流量制御手段３８を具える。

第１コンテナ１６はシステムオペレータにより手動で満たされ、注入口を有するホッパーまたは密封型コンテナの形状とすることができる。第２コンテナ１８は気化する液体を収容するためのフラスコかビーカーまたはその他の容器であり、コンテナへの液体の供給およびコンテナでの液体の気化を促進するため、好適には開放型である。

気化手段３０は液体がコンテナ１８内にあるときに、それを気化させるために提供されている。コンテナ内の液体は、図１に示されるように気化を促進する為に加熱され、このような加熱手段は加熱プレートまたは、コンテナが導電性である場合はコンテナ内での電磁誘導加熱器を含んでもよい。

必要な気化を得るのに必要な熱は、いくつもの異なる要因の作用による。これらの要因は上記液体の周辺領域の圧力、および領域内の物質や他の成分の濃度、液体温度、液体中の分子間力、および液体の表面領域を含む。液体中の分子間力はすべての液体において一定であり、表面領域は特定の容積と形状の選択したコンテナにおいて一定である。所定の処理ステップに必要な圧力もほぼ一定であるが、多少の変動を受ける。したがって、処理チャンバ中の必要な液体流量を得るために液体に供給する熱量は、計算または実験によって算出が可能である。このような気化手段の作動に対する液体の所定の応答特性が、複数の液体や、処理チャンバ内でされる複数の処理ステップについて測定され、気化手段を必要な気化速度を達成するために制御することができる。

第１流量制御手段２０は、第１コンテナ１６から注がれた場合に、所定の液体量を受けられる大きさの内部空間２８を有する。第１流量制御手段は内部空間２８に流れる液体の流量および内部空間から前記第２コンテナ１８に流れる液体の流量を制御できる。

より詳細には、第１流量制御手段２０は、導管３２および導管上流部に位置する第１バルブ３４および導管下流部に位置する第２バルブ３６を具える。内部空間は導管および第１、第２バルブによって画定される。内部空間２８が、導管内部の空間に加えてそれぞれのバルブ内部の自由空間の一部を占めており、このような自由空間が内部空間２８の容積を決定する時に考慮される。

第１バルブ３４は、液体が内部空間２８中に流れるようにするために開放可能である。第２バルブ３６は、液体が内部空間２８から第２コンテナ１８に流れるようにするために開放可能である。内部空間２８を液体で満たすため、第１バルブ３４を開放して第２バルブ３６を閉鎖する。内部空間が満たされたら、内部空間２８に収容されていた所定の液体量を第２コンテナ１８中に流すため、第１バルブ３４を閉鎖して第２バルブ３６を開放する。

所定の液体量は、異なる内部容積を有する複数の導管のいずれか１つを必要に応じて選択することにより容易に変えることができる。処理チャンバ１４内で実行される処理ステップが異なると、要求されるチャンバを流れる流量と気化した物質の濃度が異なる。導管３２の内部容積は、チャンバ１４内で実行される必要な処理ステップによって選択される。

第２流量制御手段３８は、図１で示すように、物質がコンテナ１８から気化する気化チャンバ４０と、気化チャンバ４０から処理チャンバ１４に向かって延びる導管４２とを具える。導管４２は、第２コンテナ１８から処理チャンバ１４へ流れる気化した物質２６の流量を制御するバルブ４４を具える。気化チャンバ４０および導管４２は、コンテナ１８から気化した物質が気化チャンバおよび導管の内面に接触した際に凝結するのを緩和するため、追加の加熱手段（図示せず）を具えてもよい。

この運搬システムは、物品の表面をプラズマ処理する装置の一部を形成してもよい。このような装置は概して内部に物品を配置する処理チャンバと、前記チャンバ内でプラズマを発生させるための物質を処理チャンバへ運搬するための本書記載の運搬システムと、前記物質が供給されたときにプラズマを発生させるために前記処理チャンバの内部で電場を発生させて、前記物品の表面が処理されるようにする手段と、前記処理チャンバ内の圧力を選択的に制御する手段と、を具える。

運搬システム１０の操作方法を図１と図２を参照しながら説明する。図２では、バルブ３４、バルブ３６およびバルブ４４の参照がなされている。表中の「開放」の語は、バルブを、液体の必要な流量が流れるのに十分にバルブが開く程度にまで開放することをいう。表中の「閉鎖」の語は、バルブを流れる液体の流量を制限または妨げるために閉鎖することをいう。

第１コンテナ１６は通常、処理チャンバに物質を供給するために、複数の処理ステップを行うのに十分な量の液体が充填される。

バルブ３４は閉鎖され、バルブ３６および４４は開放される。処理装置の圧力制御手段は、処理チャンバおよびバルブ３４の下流の運搬システムを数ｍＴｏｒｒの範囲内での一般的な圧力になるように排気する。この方法で運搬システムの排気をすると詰まりがクリアになる。

次に、運搬システムが大気中に排気しているときにバルブ３４、３６が閉鎖され、バルブ４４が開放または閉鎖される。

次に、バルブ３４が開放されバルブ３６が閉鎖される。バルブ４４が開放または閉鎖されるかは、この処理ステップにおいては重要ではない。液体は重力下（または流れを促進する他の手段）で第１コンテナ１６からバルブ３４を通って導管３２に流れる。閉鎖したバルブ３６は、第２コンテナ１８に液体が更に流れるのを制限し、これにより第一流量制御手段２０の内部空間２８を満たすことができる。

内部空間２８が満たされると、バルブ３４は閉鎖され、その結果、所定の液体量が内部空間２８内に封入される。バルブ３６が開放され、所定の液体量が第２コンテナ１８へ流される。バルブ４４はこの段階中に開放または閉鎖される。好適なことに、バルブ４４は、バルブ４４が開放されたときに液体が処理チャンバへ送られるよう、処理チャンバから運搬システムを遮断するために閉鎖される。バルブ４４が第２コンテナ１８を満たしている間に開放されると、処理のために必要とされるより前に、液体の一部が気化して処理チャンバ１４に進入する場合がある。

第２コンテナ１８が所定の液体量を受けるとき、第２コンテナ１８内の気化手段３０が液体を気化するために作動される。バルブ４４は閉鎖され、バルブ３６もまた、気化した液体が第１流量制御手段２０へ移動しないように閉鎖される。

気化した物質２６がプラズマ処理に必要な場合、バルブ４４は開放され、蒸気はプラズマ処理装置の圧力制御手段によって発生した圧力勾配によって、処理チャンバ１４内へ流される。

第２コンテナ１８に供給される液体の量は、上述のように、処理チャンバ内で行われる特定の処理ステップの必要に応じて予め決められる。処理が実行されたら、上述の第１ステップで記載したように、バルブ３６は開放され圧力制御手段はシステム１０を排気する。

ここで記載したこのような方法は、バルブ３４、３６および４４、および気化手段３０に機能的に接続する制御手段によって制御されてもよい。このような制御手段は、バルブおよび気化手段、および例えば図２内の表が保存されるメモリの動作を制御するプロセッサユニットを具えてもよい。

上記および図１に示す特徴に加えて、システム１０は、処理チャンバ１４に流れる気化した物質の流量がモニタできるように、第２コンテナ１８からの液体の気化速度を計測するモニタリング手段（図示せず）を適宜具える。このモニタリング手段は、時間による前記コンテナ内の液体の重量（または体積）の変化を計測する手段を具えてもよい。重量変化とは、コンテナ１８から気化し処理チャンバへ送られた液体の重量または体積の測定値である。適した秤量手段はロードセル、バランスまたはストレインゲージを含む。液体の例としては「ＰＦＡＣ８」またはアクティブエンドか側鎖を有する様々な過フッ素化合物があり、これを織布のような物質面上に蒸着させると、物質に撥水特性が付与される。これは撥水加工した衣服または履物用品を製造したいときは非常に望ましい。

代替または追加で、モニタリング手段は、超音波、光学式または容量性センサのようなコンテナ中の液体量を検知するレベルセンサ含んでもよい。

運搬サイクル中の液体の重量変化は、気化した物質が処理チャンバへ流れている事を示す。したがって、このような重量変化を計測することにより、気化した物質の流れが処理チャンバへ正常に入ったか否かを判定することができる。流れが正常に処理チャンバへ入ったと判定された場合は、処理が正常に実行されたと判断することができる。流れが不適当に処理チャンバへ入ったと判断された場合は、処理は失敗したか、または所定の基準ではないと判断される。

正常な処理か失敗した処理かの判定は、運搬による予想重量変化とリアルタイムでモニタされた重量変化との比較によってなされる。モニタリング手段が重量を示すディスプレイを有している場合は、このような判定はモニタされた重量変化と参照表を手作業で比較することによって簡単に行われてもよい。

本発明は改良例および代替例を有する３つの実施形態として記載されているが、当業者がさらなる実施例および改良をすることは明らかであると解される。すべてのこのような実施形態および改良例は、添付された特許請求の範囲内で定義された本発明の範囲内に収まると解される。

Claims

使用時に、表面に１またはそれ以上の性質を付与することを目的として少なくとも１つの大型物品が内部に配置される処理チャンバへ物質を運搬するための運搬システムであって、
液体が充填される第１コンテナと、
前記第１コンテナから液体を受ける第２コンテナと、
前記第１コンテナから前記第２コンテナへ流れる液体の量を制御する第１流量制御手段と、
前記第２コンテナ内で液体を気化させる気化手段と、
前記第２コンテナから処理チャンバへ流れる気化した物質の流量を制御する第２流量制御手段と、
を具えることを特徴とするシステム。
請求項１に記載の運搬システムにおいて、前記第１流量制御手段が、前記第１コンテナから供給された場合に、液体の所定の量を収容しうる大きさの内部空間を有し、前記第１流量制御手段が、前記内部空間に流れる液体の流量と、前記内部空間から第２コンテナへ流れる液体の流量とを制御しうることを特徴とするシステム。
請求項１または２に記載の運搬システムにおいて、第１流量制御手段が、導管と、前記導管の上流部に位置した第１バルブと、前記導管の下流部に位置した第２バルブとを具え、前記内部空間が前記導管と前記第１および第２バルブによって画定されることを特徴とするシステム。
請求項３に記載の運搬システムにおいて、前記第１バルブは、液体を前記内部空間に流すために開放可能であることを特徴とするシステム。
請求項３または４に記載の運搬システムにおいて、前記第２バルブは、液体を前記内部空間から前記第２コンテナへ流すために開放可能であることを特徴とするシステム。
請求項３に従属する請求項４に記載の運搬システムにおいて、前記内部空間に液体を注ぐために、前記第１バルブを開放するとともに前記第２バルブは閉鎖可能であることを特徴とするシステム。
請求項６に記載の運搬システムにおいて、前記内部空間が満たされた時、前記液体の所定量が前記第２コンテナ内部へ流れるようにするために、前記第１バルブを閉鎖するとともに、前記第２バルブが開放可能であることを特徴とするシステム。
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の運搬システムにおいて、前記第２流量制御手段が、気化した物質を処理チャンバへ流すために開放され、前記処理チャンバへの流れを制限するために閉鎖可能なバルブを具えることを特徴とするシステム。
物質を処理チャンバへ運搬する為の運搬システムの操作方法であって、前記システムが、
液体が充填される第１コンテナと、
前記第１コンテナから液体を受ける第２コンテナと、
前記第１コンテナから前記第２コンテナへ流れる液体の量を制御する第１流量制御手段と、
前記第２コンテナ内で液体を気化させる気化手段と、
前記第２コンテナから処理チャンバへ流れる気化した物質の流量を制御する第２流量制御手段と、を具え、
前記方法が、
前記液体の量を前記第１コンテナから前記第２コンテナへ流れるようにするステップと、
前記コンテナ内の液体を気化させるステップと、
前記気化した物質を前記処理チャンバへ流れるようにするステップと、
を具えることを特徴とする方法。
請求項９に記載の方法において、第１流量制御手段が、導管と、前記導管上流の第１バルブと、前記導管下流の第２バルブとを具え、前記導管と前記第１および前記第２バルブによって所定の大きさの内部空間が画定され、前記内部空間に液体が流れるようにするために前記第１バルブが開放され前記第２バルブが閉鎖され、前記液体の所定の量が前記第２コンテナ内へ流れるようにするために前記第１バルブが閉鎖され前記第２バルブが開放されることを特徴とする方法。
請求項１０に記載の方法において、前記第２流量制御手段が、気化した物質を処理チャンバへ流すために開放され、前記処理チャンバへの流れを制限するために閉鎖可能なバルブを具えることを特徴とする方法。
請求項１乃至８のいずれか一項に記載のシステム、または請求項９または１０に記載の方法において、前記物質はプラズマ処理に用いる単量体であることを特徴とするシステムまたは方法。
物品表面にプラズマ処理をする装置であって、
内部に物品を配置しうる処理チャンバと、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載された運搬システムであって、前記チャンバ内でプラズマを発生させるために処理チャンバへ物質を運搬するシステムと、
前記物質が供給されたときに、プラズマを発生させるために前記処理チャンバの内部で電場を発生させて、前記物品の表面が処理されるようにする手段と、
前記処理チャンバ内の圧力を選択的に制御する手段と、
を具えることを特徴とする装置。