JP2018503750A - 熱の放散を増加させるための特別な設計を有する真空チャンバ - Google Patents

Abstract

本発明は、基板を処理するための真空チャンバに関するものであり、この真空チャンバは、少なくとも１つの基板（１０）を処理することができる真空チャンバの処理領域に熱を供給する熱供給要素と；内側チャンバ壁面および外側チャンバ壁面を有するチャンバ壁（２０）であって、このチャンバ壁（２０）を通して熱を処理領域から除去することができるチャンバ壁（２０）と；チャンバ壁（２０）と処理領域の間に配置されるシールド壁（３０）であって、処理領域から離れた方を向いたシールド壁面が内側チャンバ壁側に面するように配置されるシールド壁（３０）と、を少なくとも有し、内側チャンバ壁面に面して配置されたシールド壁面が少なくとも部分的に、好ましくは大部分に、放射率ε≧０．６５を有する第１の層（３１）を備えていることを特徴とする。

Description

本発明は、熱の除去を増加させるための特別な設計を有する真空チャンバおよびコーティングシステムに関する。

従来のコーティングシステムは通常、コーティングチャンバ内部の、または受容部の、それぞれ予め決定可能なコーティング温度を実現および維持できるように設計されている。コーティングチャンバ内部の表面は、光沢のある、またはブラスト処理されたステンレス鋼またはアルミニウムで作られることが多い。コーティング処理の実行中、コーティングチャンバの内壁が望ましくなくコーティングされることがあるので、内壁上のより厚いコーティングの堆積を回避するために、通常はシールド（遮蔽）が使用される。そのようなシールドの使用はとりわけ、複数のコーティング処理が点検等なしに次々と実行され、結果として複数のコーティングが互いの上に蓄積して、コーティング中およびコーティング後に剥離が生じるような場合に非常に有益である。そのようなシールドもまた、光沢のある、またはブラスト処理されたステンレス鋼またはアルミニウムで作られることが多い。この設計は通常、受容部（ｒｅｃｉｐｉｅｎｔ）全体にわたって、または外面、上面および底面のそれぞれに沿って均一に適用される。

コーティング噴射源、加熱要素および冷却要素は通常、コーティングチャンバ内部に個々の構成要素として分布配置され、したがっていくつかの内側表面または内側チャンバ壁表面はそれぞれ、噴射源および／または要素なしに（フリーに）残る。その結果、これらの「フリー」表面は、熱除去要素として、または冷却要素と同様に作用する。

通常、例えば加熱源およびコーティング噴射源による熱供給と、コーティングチャンバの外面を通る熱除去との関係は、コーティング温度に関するシステムの動作点を調整するとき、特に上面および底面が断熱されているときに重要な役割を果たす。上面および底面の断熱は、例えば温度制御なしにヒータを操作したとしても、コーティング高さにわたって均質な温度分布をもたらす。

コーティング処理を開始するときは既に、決定された温度、すなわちコーティングする基板表面の決定された温度が実現されるべきである。加熱要素は、少なくともコーティング処理を開始するまで、熱供給のためにチャンバ壁表面に配置されることが多く、それにより、これらの温かい表面が基板に熱を放出する。

コーティング処理の開始後および動作中、コーティング噴射源を操作することによって追加の熱供給が生成され、これは、高アーク電流で多数のアーク蒸発源を操作する場合に特に高くなり得る。

もしコーティングシステム内で複数の基板が特定のコーティングでコーティングされること、しかし増加したコーティング速度を確立することが意図されている場合、これは例えば、増加した数のコーティング源を使用することによって実現することができる。しかしこの場合、熱除去がそれに応じて調整または増加されなければ、コーティングチャンバへの熱供給の対応する増加が予想でき、これは直接コーティング温度の増加につながる。この問題は、アーク蒸発源を使用する場合に特に深刻である。

本発明の目的は、熱供給の増加のためにコーティング温度が制御されずに上昇しないように、そして所望の動作点で保持されることができるように、コーティングチャンバ内の熱除去を制御することを可能にする解決策を提供することである。

この課題は本発明によって解決され、請求項１から１０に係る真空チャンバと、請求項１１から１４に係るコーティングシステムとが提供される。

本発明のより良い理解のために、図１および図２が参照される。

本発明による真空チャンバの基本要素の配置の略図である。 従来技術からの真空チャンバ内で（破線）、および本発明による真空チャンバ内で（実線）それぞれ処理された基板の温度の経過を示す図である。

本発明は基本的に、基板を処理するための真空チャンバであって、少なくとも以下の要素：
− 少なくとも１つの基板１０を処理することができる真空チャンバの処理領域への熱供給のための熱供給要素と、
− 内側および外側チャンバ壁面を有する、処理領域から熱を除去することができるチャンバ壁２０と、
− チャンバ壁２０と処理領域との間に配置されるシールド壁３０であって、処理領域に関して回避されたシールド壁面が内側チャンバ壁面に対向して配置されるシールド壁３０と
を有する真空チャンバであって、
− 内側チャンバ壁面に対向して配置されたシールド壁面は少なくとも部分的に、好ましくは大部分が第１のコーティング３１を塗布され、第１のコーティング３１は放射率ε≧０．６５を有する
ことを特徴とする真空チャンバを開示する。

本発明の好ましい実施形態によれば、内側チャンバ壁面もまた少なくとも部分的に、好ましくは少なくとも大部分が第２のコーティング２１を塗布され、第２のコーティング２１はε≧０．６５を有する。

本発明のさらに好ましい実施形態によれば、チャンバ壁２０は一体型冷却システム１５を有する。

第１のコーティング３１の放射率（ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）は好ましくは０．８０以上であり、より好ましくは０．９０以上である。

第２のコーティング２１の放射率もまた好ましくは０．８０以上であり、より好ましくは０．９０以上である。

一般に、本発明者らは、ε≧０．８からの熱除去、特にε≧０．９。さらに好ましくは、εは１に近い。

本発明の他の好ましい実施形態によれば、第１のコーティング３１および／または第２のコーティング２１は、ＰＶＤ処理および／またはＰＡＣＶＤ処理（ＰＶＤ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ； ＰＡＣＶＤ：Ｐｌａｓｍａ ａｓｓｉｓｔｅｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって少なくとも部分的に堆積（蒸着）される。

本発明の他の好ましい実施形態によれば、第１のコーティング３１および／または第２のコーティング２１は、アルミニウムおよび／またはチタンを含む。

また、第１のコーティング３１および／または第２のコーティング２１は、窒素および／または酸素を含むことが好ましい。

本発明者らはまた、本発明の文脈において、第１のコーティング３１および／または第２のコーティング２１として、窒化チタンアルミニウムまたは窒化アルミチタニウムを有するコーティング、あるいは窒化チタンアルミニウムまたは窒化アルミチタニウムからなるコーティングが非常に適していることを見出した。

また本発明の文脈において、酸化アルミニウムを含むコーティングまたは酸化アルミニウムからなるコーティングが、第１のコーティング３１および／または第２のコーティング２１としてよく適している。

本発明はまた、上述したように、コーティングチャンバとして本発明による真空チャンバを備えたコーティングシステムを開示する。

本発明によるコーティングシステムの好ましい実施形態によれば、コーティングチャンバは、ＰＶＤコーティングチャンバとして確立される。

シールド壁（３０）は、好ましくは、ＰＶＤコーティングチャンバ内でＰＶＤ処理を実行する間、内側チャンバ壁面のコーティングを低減または回避するために設けられる。

ＰＶＤコーティングチャンバの上面および底面の両方が、コーティングの高さにわたって（それぞれ処理領域の全高にわたって）より均一な温度分布を実現するために断熱されることが好ましい。

単一のチャンバ壁２０、または複数のチャンバ壁２０が、それぞれ、コーティング要素、プラズマ処理要素または加熱要素のような機能要素を備えていないことが好ましい。

必要に応じて、好ましくはそのような機能要素が配置されていない全てのチャンバ壁２０が、内側チャンバ壁面に第２のコーティング２１を備えることができ、また本発明による第１のコーティング３１を有するシールド壁３０を備えることができる。

これらのチャンバ壁２０の全てが、より高い熱除去を実現するために一体型冷却システム１５を備えていることも有利である。

既に上で言及したように、図２は、同じ真空チャンバ内での基板温度の経過の比較を示しており、本発明による実施形態の場合、上述したようにシールド壁３０およびチャンバ壁２０は本発明による対応する第１のコーティング３１および第２のコーティング２１を備え（実線）、また従来技術の例の他のものでは、同じ真空チャンバ装置が、しかしコーティング３１および２１なしで使用された（破線）。両方の実施例は、コーティングチャンバへの等しい熱供給で行われた。

本発明による上記の実施形態では、約０．９からの放射率εを有するＰＶＤ蒸着窒化チタンアルミニウムコーティングが、第１のコーティング３１および第２のコーティング２１として使用された。

本発明の好ましい実施形態によれば、シールドされた全てのチャンバ壁の内側が、少なくとも大部分を、対応する第２のコーティング２１でコーティングされることができ、またこのチャンバ壁に対向する全てのシールド壁の側面が、少なくとも大部分を、対応する第１のコーティング３１でコーティングされることができる。

本発明によれば、コーティング２１およびコーティング３１の両方が、真空に適切な材料で作られるべきである。コーティング中の誤動作を避けるために、これらの材料が磁性でないことも重要である。

コーティング２１および／または３１は、以下の特性：
− ５０μｍ以下のコーティング厚さ、
− できる限りコーティングによるアウトガスが全くないような高密度コーティング構造、
− 良好な熱伝達を保証するためのキャリア材料に対する良好な接着性、
− 高い温度で、好ましくは少なくとも６００℃までの温度でコーティング処理を実施することを可能にする高い温度安定性、および
− コーティングが「過酷な製造環境」で急速に消耗しないような良好な耐磨耗性
のうちの少なくとも１つを有することが好ましい。

コーティング２１および／または３１は、好ましくはＰＶＤ技術によって蒸着（堆積）され、それにより、例えば同じコーティングチャンバ内の対応するチャンバ壁面およびシールド壁面に塗布（適用）することができる。この場合、例えば内側チャンバ壁が、コーティング処理においてシールド壁なしで最初にコーティング２１でコーティングされ得る。しかし、その後シールド壁が、コーティングチャンバ内で反対方向に配置されることができ、それにより、後で内側チャンバ壁面に対向する所望のシールド壁面がコーティング３１でコーティングされ得る。本発明により提供されるコーティングチャンバでコーティングシステムを複数回にわたって動作させるために、コーティング２１および３１の単一の塗布で十分である。

本発明によるコーティングチャンバ内で基板をコーティングするＰＶＤコーティング処理を実施するために、内側チャンバ壁またはチャンバ壁の内側がそれぞれ保護されるように複数のシールド壁がコーティングシステム内に配置され、それにより、これらの壁の望ましくないコーティングが最小化または回避される。このようにして、基本的にはコーティング３１のないシールド壁面のみが基板のコーティング中にコーティングされる。したがって、塗布されたコーティング３１および塗布されたコーティング２１の両方が、各コーティング処理の後にそのまま残る。

Claims (14)

1. 物質の処理のための真空チャンバであって、少なくとも以下の要素：
   少なくとも１つの基板（１０）を処理可能な前記真空チャンバの処理領域へ熱を供給する熱供給要素と、
   内側チャンバ壁面および外側チャンバ壁面を有するチャンバ壁（２０）であって、該チャンバ壁（２０）を通して前記処理領域から熱が除去可能なチャンバ壁（２０）と、
   前記チャンバ壁（２０）と前記処理領域の間に配置されるシールド壁（３０）であって、前記処理領域に対して反対側のシールド壁面が、前記内側チャンバ壁面に対向して配置されるシールド壁（３０）と
   を有する真空チャンバにおいて、
   前記内側チャンバ壁面に対向して配置された前記シールド壁面が、少なくとも部分的に、好適には大部分を第１のコーティング（３１）で塗布されており、前記第１のコーティング（３１）が放射率ε≧０．６５を有することを特徴とする、真空チャンバ。
2. 前記内側チャンバ壁面が、少なくとも部分的に、好適には少なくとも大部分を第２のコーティング（２１）で塗布されており、前記第２のコーティング（２１）が放射率ε≧０．６５を有することを特徴とする、請求項１に記載の真空チャンバ。
3. 前記チャンバ壁（２０）が一体型冷却システム（１５）を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の真空チャンバ。
4. 前記第１のコーティング（３１）の放射率が０．８０以上であること、好適には０．９０以上であることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項に記載の真空チャンバ。
5. 前記第１のコーティング（２１）の放射率が０．８０以上であること、好適には０．９０以上であることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一項に記載の真空チャンバ。
6. 前記第１のコーティング（３１）および／または前記第２のコーティング（２１）が、ＰＶＤ処理および／またはＰＡ−ＣＶＤ処理によって少なくとも部分的に堆積されたものであることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一項に記載の真空チャンバ。
7. 前記第１のコーティング（３１）および／または前記第２のコーティング（２１）が、アルミニウムおよび／またはチタンを含むことを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一項に記載の真空チャンバ。
8. 前記第１のコーティング（３１）および／または前記第２のコーティング（２１）が、窒素および／または酸素を含むことを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一項に記載の真空チャンバ。
9. 前記第１のコーティング（３１）および／または前記第２のコーティング（２１）が、窒化チタンアルミニウムまたは窒化アルミチタニウムを含むことを特徴とする、請求項７に記載の真空チャンバ。
10. 前記第１のコーティング（３１）および／または前記第２のコーティング（２１）が、酸化アルミニウムを含むことを特徴とする、請求項８または９に記載の真空チャンバ。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の真空チャンバをコーティングチャンバとして備えるコーティングシステム。
12. 前記コーティングチャンバがＰＶＤコーティングチャンバとして確立されていることを特徴とする、請求項１１に記載のコーティングシステム。
13. 前記シールド壁（３０）が、前記ＰＶＤコーティングチャンバ内でＰＶＤ処理を行う間の前記内側チャンバ壁面のコーティングを低減または回避するために設けられていることを特徴とする、請求項１２に記載のコーティングシステム。
14. 前記ＰＶＤコーティングチャンバの上面および底面が熱的に絶縁されていることを特徴とする、請求項１２または１３に記載のコーティングシステム。