JP2013108179A - プラズマ化学蒸着を行うための装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アーキングへの感度が増加されないが積載量の調和（ｌｏａｄ ｍａｔｃｈｉｎｇ）が改善されているところの、プレアンブルに従う装置を提供する。
【解決手段】主に円筒状である共鳴体２を備えているプラズマ化学蒸着法を行うための装置であって、該共鳴体は、円筒軸Ｃに関して実質的に回転対称な形状を有する共鳴空洞５を取り囲む、外側円筒状壁４を備えており、該共鳴体は向き合う円筒軸方向において共鳴空洞の境界を定める複数の側壁部分をさらに備えている該装置において、該装置は、該外側円筒状壁を通って共鳴空洞へと延在している端を有するマイクロ波のガイド３をさらに備えており、かつ円筒方向における共鳴空洞の長さは円筒軸までの半径方向の距離の関数として変化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に円筒状である共鳴体を備えている、プラズマ化学蒸着法を行うための装置であって、該共鳴体は、円筒軸に関して実質的に回転対称な形状を有する共鳴空洞を取り囲む、外側円筒状壁を備えており、該共鳴体は向き合う円筒軸方向において共鳴空洞の境界を定める複数の側壁部分をさらに備えている該装置において、該装置は、該外側円筒状壁を通って共鳴空洞へと延在している端を有するマイクロ波のガイドをさらに備えている、前記装置に関する。

ドラカ コムテク Ｂ．Ｖ．の名前の欧州特許第１８６７６１０号は、光ファイバーを製造するためのそのような装置を開示している。

高出力のマイクロ波アプリケーターを長く続く工程のために適用するとき、内部反射及びアーキングへの感度のために、積載量の調和（ｌｏａｄ ｍａｔｃｈｉｎｇ）に関して問題が起き得る。もし積載量が調和しないと、全体の構成が熱つくなりすぎる可能性がある。そうすると、マイクロ波の出力の一部がプラズマに到達し得ない。さらに、他の装置、例えばオートターナー、もまた熱くなりすぎ、不具合又は破損にさえ至る。さらに、もし共鳴体（アプリケーターともまた呼ばれる）が、アーキングに敏感であるならば、該アプリケーターは適切には使用されることができない。そうすると、使用の間、破損がいくつかの点において起きるだろう。アーキング工程はたくさんのエネルギーを消費するが、このことはプラズマ自身が弱まる、又は一時的にスイッチが切れさえすることを意味し、それは該プラズマ工程により製造されるどんな製品にとってもマイナスの結果を有する。

積載量の調和の問題に関連して、半径方向における空洞の境界を定める半径方向の内側の環は、実際には薄すぎて、該環を冷却するために、そこに水冷却装置を適用することができないことに留意されたい。

アーキングへの感度が増加されないが積載量の調和が改善されているところの、プレアンブルに従う装置を提供することが本発明の目的である。これに対して、本発明に従うと、円筒方向における共鳴空洞の長さが、円筒軸までの半径方向の距離の関数として変化する。

本発明は、空洞の構造（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）が変更されて、アーキングを誘発し得る鋭いエッジの発生を避けると同時に、積載量の調和を改善することができるという洞察に、部分的に基づいている。円筒方向における共鳴空洞の長さ（空洞の幅とも呼ばれる）を円筒軸への半径方向の距離の関数として変えることにより、マイクロ波のガイドと共鳴体の間の電磁気的カップリングを可能にする構成を維持することを可能にしつつ、改善された積載量の調和が得られることができる。本発明の特徴に従うと、即ち空洞の形状は、追加の鋭いエッジを導入することなく変更されて、調和を改善し、アーキングのさらなるチャンスを除去する。

特に有利な実施態様において、共鳴空洞は、共鳴体の円筒軸と実質的に一致する長手方向の軸を有し、空洞の反対の側表面へ向けて次第に細くなっている円錐の表面により、少なくとも部分的に円筒方向において境界を定められており、調和と最小アーキングの条件の両方が満たされる。

本発明に従う、さらなる有利な実施態様は、以下の特許請求の範囲に記載されている。

例としてのみ、本発明の実施態様が添付の図面を参照して今記載される。

本発明に従う装置の第一の実施態様の模式的断面図である。 本発明に従う装置の第二の実施態様の模式的断面図である。 本発明に従う装置の第三の実施態様の模式的断面図である。 本発明に従う装置の第四の実施態様の模式的断面図である。 本発明に従う装置の第五の実施態様の模式的断面図である。 本発明に従う装置の第六の実施態様の模式的断面図である。

図面は、本発明に従う、単に好ましい実施態様を示しているに過ぎないことに留意されたい。図面において、同じ参照番号は等価又は対応する部分を指す。

図１は、本発明に従う装置１の第一の実施態様の模式的な断面図を示す。装置１は主に円筒形の共鳴体２を備える。該装置はマイクロ波を共鳴体２までガイドするためのマイクロ波ガイド３をもまた備える。該マイクロ波ガイド３は、ガイド３と共鳴体２との間に最適なインターフェースが作られることができるように、好ましくは長方形の形状をしている。該装置はプラズマ化学蒸着法を行うために使用されることができる。

共鳴体２は、共鳴空洞５を取り囲む外側円筒状壁４が備えられている。該空洞は、円筒軸Ｃについて実質的に回転体の対称的な形状を有する。該共鳴体２は、向き合う、円筒軸方向Ｃ１、Ｃ２において共鳴空洞５の境界を定める側壁部分６ａ、ｂをさらに備えられている。

マイクロ波ガイド３は外側円筒状壁４を通って共鳴空洞５の中へと延在する端７を有する。示された実施態様において、共鳴体２は、円筒軸Ｃの方へ向かう半径方向Ｒにおいて、共鳴空洞５の境界を定める内側円筒状壁８をさらに含む。実際、即ち、空洞５は環状である。内側円筒状壁８は、円筒状軸Ｃの周りに円周方向Ｃｉに延在するスリット９を有する。スリット９を設けることにより、マイクロ波のエネルギーは共鳴空洞５から、共鳴体２により取り囲まれたチューブ状の内側空間１０の中へと入り得る。

示された実施態様において、基体チューブ１１はチューブ状の内側空間１０に挿入されている。

装置の操作の間、マイクロ波発生装置、例えばマグネトロン又はクリストロン（図示されていない）により発生されたマイクロ波Ｗがマイクロ波ガイド３（導波路ともまた呼ばれる）の第二の端（図示されていない）の中へと導入され、その後共鳴体２の方へと導波路３を通ってガイドされる。マイクロ波は他の方法においても、例えば追加の導波路のアセンブリを経て、導波路３に入り得ることに留意されたい。共鳴空洞５においてマイクロ波のエネルギーは蓄積し、プラズマ化学蒸着（ＰＣＶＤ）工程を実施する目的のためにプラズマを発生させる。共鳴空洞５において、マイクロ波ガイド３から空洞に入るマイクロ波のエネルギーは、基体チューブ１１の内部において発生されるプラズマを供給する。適切なガスフローを条件づけ、共鳴体２を基体チューブ１１の長さに亘って往復させることにより、ガラス物質が基体チューブ１１の内側の表面１１ａ上に堆積され、そうすることにより、内部に堆積された多数のガラス層を有するチューブを与える。そのようなチューブは収縮されて、固体のプレフォーム又はコアロッドを形成し、それらはガラスファイバを製造するためにさらに加工されることができる。

アーキングへの感度を下げるために、共鳴体の設計において鋭い外側エッジは回避される。第一の外側エッジは導波路３と空洞５との間のインターフェースにおいてしばしば遭遇される。示された実施態様において、空洞の幅、即ち円筒軸Ｃに沿った内側の長さは、導波路３の対応するサイズ、即ち３．４インチ、８６．３８ｍｍの標準的な寸法、とたいていは同じであり、そうすることにより、一つの外側エッジを回避している。空洞５の幅と導波路３の最も長い辺の差は、好ましくは小さく、即ち１０ｍｍより小さく、より好ましくは５ｍｍより小さく、６ｋＷ超のエネルギーレベルを使用するときは特に、好ましくは１ｍｍより小さい。インターフェースにおける他の外側エッジのアーキングの効果は、エッジを丸くすることにより最小化されることができる。

円筒状共鳴体２の出力は、典型的にはスリット９であり、スリット９自体が（放射状に）小さな放射状導波路である。原則として、スリット９は空洞５自身と同じ幅であるかより小さいことができ、数ミリメートルでさえある。共鳴体スリット９は、空洞５及び共鳴体２の内側、即ちチューブ状の内側空間１０、との間に延在する放射状の導波路を形成する。

共鳴体２は、円筒方向Ｃ１における空洞５の側表面を少なくとも部分的に画定する環状要素１２を備える。示された実施態様において、円錐の表面１２ａが共鳴体２の円筒軸Ｃと実質的に一致する長手方向の軸を有し、反対の円筒方向Ｃ２における、空洞５の反対の側表面に向かって先細りになっているような（上部を切られた）円錐として環状要素１２は、形作られている。言い換えると、円錐１２はスリット９に向かって先細りになっており、その結果空洞５の内側の側表面は少なくとも部分的に円錐表面として形づけられている。明らかに、環状要素１２は空洞５の反対側の側表面にもまたあることができる。

環状要素１２を装備することにより、円筒方向Ｃ１における共鳴空洞５の長さｌは、円筒軸Ｃまでの半径方向の距離ｒの関数として変化する。特に、半径方向の距離ｒのある範囲において、空洞５の円筒方向の長さｌは、円筒軸Ｃに関して増加する半径方向の距離ｒの関数として増加する。環状要素の物理的効果は、空洞５において鋭いエッジを避け、そうすることによりアーキングのチャンスを下げつつ、共鳴体がプラズマとより適切に調和されることができることである。従って、空洞５に面する、環状要素１２の表面１２ａは、好ましくは滑らかであり、表面の端が、空洞５のさらなる内側の表面になめらかに嵌合する。さらに、共鳴体の冷却性が増大する。

示された実施態様において、空洞５は、断面図においては基本的に長方形であり、半径方向Ｒにおいて高さＨ及び円筒方向Ｃ１における側壁表面の間の長さを有する。先端を切られた円錐１２は、長方形の角に嵌り、空洞の内側の表面１３の直角１３ａは２つの鈍角１３ｂ、ｃにより置き換えられる。さらに、円錐の表面１２ａは好ましくは平らであるが、あるいは滑らかな屈曲、例えば波形の領域及び／又は曲線状の部分、を含み得る。

環状要素１２は、共鳴体２に存在する別の要素として形成され得る。環状要素１２は共鳴体に固定的に接続されることができる。さらに、該環状要素１２は共鳴体２のさらなる部品、例えば側壁部分６及び／又は内側の円筒状壁８、と統合的に形成されて、空洞５を形成することができる。

チューブ状の内側の空間１０への空洞５からのプラズマの導入を妨げないために、スリット９は環状要素１２によって覆われていない。即ち、チューブ状の内側空間１０及び基体チューブ１１へのマイクロ波の導入への障害物は無効にされている。特に、スリット９に直接隣接する内側の円筒状壁８は空洞の内側表面１３の一部を形成する。示された実施態様において、空洞の半径方向の内側表面は、ある距離までは、スリット９に隣接する領域２６における円筒軸Ｃと実質的に平行である。しかし、環状要素１２の内側に面する表面１２ａは、スリット９のエッジ２５まで延在していてもよい。

好ましくは、環状要素１２は、内側の円筒状壁８と外側の円筒状壁４との間の半径方向Ｒ及び側壁部分６ｂとスリットのエッジ２５との間の円筒方向Ｃ１において境界を定められた体積の一部を満たし、ここで、環状要素１２により満たされる体積の部分は、約１０％〜約９５％の範囲にある。示された実施態様において、環状要素１２は、スリット９の右側におけるスリットのエッジ２５の右側にある。大きさは、断面図において、円筒方向Ｃ１において長さＬ及び半径方向Ｒにおいて高さＨを有する。環状要素１２は内側円筒状壁８及び右側の側壁部分６ｂに配置されている。

もし環状要素１２がスリットの右又は左において、該体積の９５％超を覆うように設計されているならば、入射するマイクロ波Ｗは妨害されるかもしれない。さもなければ、もし環状要素１２が体積の１０％未満を覆うように設計されていると、環状要素１２の効果は最小になる。

有利には、空洞の側表面１３は、空洞５の長手方向の端Ｅにおいては、好ましくは少なくとも約１ｍｍの距離ｄに沿って、好ましくは外側の円筒状壁４のそばで、円筒軸Ｃに関して実質的に垂直に延在し、その結果、環状要素１２は共鳴体２によく嵌合し、共鳴体２の製造工程の間の構造の問題は無効にされる。

共鳴体は上記の成分を収容するモジュールをさらに備えていてもよい。さらに、空洞の内側表面は、少なくとも部分的に電気的に導電性である。従って、壁は好ましくは金属材料、例えばスチール、からできている。

図２ａ〜ｅは、本発明に従う装置のそれぞれ第二、第三、第四、及び第五の模式的な断面図を示す。

図２ａは、より単純化された形で、図１に示された装置にほとんど類似している空洞の構成を示す。環状形の空洞５は、断面図において見られたとき、外側円筒状壁４、側壁の２つの部分６ａ、ｂ及びスリット９を備えられた内側円筒状壁８により囲まれている。図１に示された構成と比較すると、環状要素１２は、今、反対側の側壁部分６ａに置かれている。

図２ｂにおいて、環状要素１２は、内側の円筒状壁８、外側の円筒状壁４、側壁の部分６ａ及びスリット９の間で境界を定められた体積のより小さい方の部分を占める。

図２ｃは、スリットに関して反対側に配置された一対の環状要素１２ａ、ｂを含む空洞の構成を示す。

図２ｄ及び２ｅにおいて、共鳴体は内側の円筒状壁８なしで与えられている。ここで、環状要素１２は、反対側の側壁部分６ａ、ｂの隣に配置された一対の丸くされた輪１５ａ、ｂとして形成されている（図２ｄを参照のこと）か、又は側壁部分６ａの隣に配置された一つの丸くされた輪１５ｃとして形成されている（図２ｅを参照のこと）。

本発明は、本明細書に記載された実施態様に制限されない。多くの変形が可能であることが理解される。

環状要素は、共鳴体２の円筒軸Ｃに関して好ましくは対称である。しかし、原則として、構成は例えばチューブ状の内側空間１０を完全には取り巻かずに、単にその周辺部分を取り巻く環状部分を備えることにより、逸脱し得る。

環状要素の特定の形状は、内側円筒状壁が適用されるか否かの特徴に関連しないことにもまた留意されたい。

共鳴体において配置された環状要素は、特定の用途のために最適化されることができることにさらに留意されたい。あるいは、共鳴体はモジュールに基づいて形成されて、ある範囲の環状要素から、該共鳴体の特定の用途に適する特定の環状要素が選択されることができ、そうすることによって該装置を、広い範囲の用途に適合可能にすることができる。

他のそのような変形は当業者に明らかであり、以下の請求項によって定義される本発明の範囲内であると考えられる。

Claims (9)

1. 主に円筒状である共鳴体を備えている、プラズマ化学蒸着法を行うための装置であって、該共鳴体は、円筒軸に関して実質的に回転対称な形状を有する共鳴空洞を取り囲む外側円筒状壁を備えており、該共鳴体は、向き合う複数の円筒軸方向において共鳴空洞の境界を定める複数の側壁部分をさらに備えている該装置において、該装置は、該外側円筒状壁を通って共鳴空洞内へと延在している端を有するマイクロ波のガイドをさらに備えており、かつ円筒方向における共鳴空洞の長さは円筒軸までの半径方向の距離の関数として変化する、前記装置。
2. 該共鳴体が、円筒方向における空洞の側表面を少なくとも部分的に画定する環状要素を含んでいる、請求項１に記載の装置。
3. 該共鳴体の円筒軸と実質的に一致する長手方向の軸を有しかつ該空洞の反対方向の側表面に向かって先細りになっている円錐の表面により、該共鳴空洞が円筒方向において少なくとも部分的に境界を定められている、請求項１又は２に記載の装置。
4. ある範囲において、円筒軸に関して増加する半径方向の距離の関数として、空洞の円筒長さが増加する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
5. アプリケーターが、円筒軸に向かう半径方向において共鳴空洞の境界を定める内側円筒状壁をさらに備えており、かつ該内側円筒状壁が円筒軸の周りにおける円周方向に延在するスリットを有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
6. 該環状要素が、該共鳴体の側壁部分及び／又は内側円筒状壁と一体化されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
7. 該空洞の長手方向の端において、該空洞の側表面が円筒軸に関して実質的に垂直に、好ましくは少なくとも約１ｍｍの長さに沿って延在している、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
8. 該環状要素が、該内側円筒状壁と該外側円筒状壁との間の半径方向及び側壁部分とスリットのエッジとの間の円筒方向において境界を定められた体積の一部を満たし、該環状要素により満たされた体積部分が約１０％〜約９５％の範囲である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
9. 該マイクロ波ガイドの第二の端へのマイクロ波発生装置のコネクターをさらに備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
   

Images