JP3631246B2 - 形状的に精密な薄膜フィルムコーティングシステム - Google Patents
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Description
1.産業上の利用分野
一般的に本発明はプラズマに基づく薄膜処理に関し、特に、本発明は精密なへり取りが要求されるコンパクトディスク（"CD"）並びに相当品のコーティングを行う、直流マグネトロンスパッタリングに関する。
2.従来の技術
スパッタリングプロセスは一般的にはこの技術分野で良く知られている。これが明らかに最初に報告されたのは1852年、ウィリアム・ロバート・グローブ卿によってである。1921年ジョセフ・ジョン・トンプソンが初めてこのプロセスを”スプラッタリング（spluttering）”と命名し、後に"l"が抜け落ちてそのプロセスの名前が”スパッタリング”となった。この用語は現在、物質の原子がその表面から運動量転移によって機械的に自由になるプロセスを記述するのに使われている。次に原子が漂流しそして最終的に表面と接触してその上に薄膜を形成するかまたは表面または基板と相互作用を起こす。スパッタリングプロセスは以前から知られているが、最近のこのプロセスのアプリケーションは画期的に発展し、改良と開発を必要とされている。スパッタリングプロセスの増加と関心の集中は半導体工業の成長にほとんどを依存しており、この半導体工業は薄膜プロセスに関心を増しており、より複雑な機器でこのプロセスを実行できるようになっている。
本発明が指摘している問題の興味深い性質を理解するために、マグネトロンスパッタリングを一般的に理解することが必要である。このプロセスに関する素晴らしい説明が、テキスト本「グロー放電プロセス」ブライアン・チャップマン著、1980年ジョン・ウィリー＆サンズ社発刊に含まれており、ここでは該文献を引用して内容を盛り込むこととする。本発明に関して述べたように、マグネトロン・スパッタリングは物質の表面をコーティングするためのプロセスである。基本形態として、コーティングシステムは交流または直流電源装置を含み、これは磁場と相互作用してガスをイオン化する。このイオン化されたガスのイオンまたはプラズマは、続いて電源装置で生成された直流電位が存在するため、ターゲットに向かって加速される。ターゲットはコーティングとなる材料を含んでいる。このイオンがターゲットに衝突すると、ターゲットの原子が運動量転移によって解放される。これらの原子は次に自由に漂流し、究極的にはいつかの時点で表面に接触し、その表面のコーティングとなる。この表面はしばしば、かといって必要と言うわけではないが、電気的に電源装置から切り放されている。先に述べたように、スパッタリングプロセスはよりしっかりとしたプロセス制御を可能とするように改良されてきている。これを実現するために、種々の理由からスイッチング電源装置を使用することが望ましい。これらの電源装置は、プラズマ等の条件変化に、ナノ秒で反応出来るほど高速で動作する。これらはまた、少量のエネルギーを蓄積する電源装置であって不必要な放電が生じず、プロセスに放出されるエネルギーの量は十分に少なく、プロセスに対して重大な影響を与えない程度である。スイッチング電源装置はまた、多くの場合その他の型式の電源に比較して物理的に小さい。
マグネトロンスパッタリングは蒸着やエッチングに関して非常に多種のアプリケーションを有する。本発明はプラティックまたはポリカーボネイト基板をアルミニウムでコーティングして、コンパクトディスクを製造する過程に適用しているが本発明のアプリケーションはこれに制限されるものでない。どのコンパクトディスクを目視検査しても分かるように、アルミニウム・コーティングをプラスティック基板の縁から一定の距離の所で終端するのが望ましい。この終端部はシャープでかつ精密でなければならない。これは基板上でコーティングされない領域を覆うマスクを配置することによって実現される。残念なことに、完全には分かっていない理由により小さなでこぼこが、頻繁に発生する。これらのでこぼこは通俗的に”ネズミの噛み後（mousebites）”と呼ばれている。この特定のアプリケーションに関しては、”ネズミの噛み後”はコーティングされた品目の性能に影響は与えないが、見た目の不完全さは存在するため、当業者によってそれらの発生を防止する多くの試みがなされてきている。しかしながら、この問題は得体が知れないことが分かっており、その解決策は問題の性質の現在の理解とは一致していない様に見える。第一に、顕微鏡的な検査からこのでこぼこは局所的放電が薄いコーティグに結果として生じる損傷の結果であると分かっている。しかしながら、より高いエネルギー蓄電電源装置（例えばSCR電源装置）を使用すると、しばしばこの問題が完全に除去されることが発見されている。これは二つの理由によりパラドクスの様である。第一に、先に述べたように、多くのアプリケーションに於て基板は組み込まれている電源装置から電気的に切り離されている。スパッタリングプロセスの本来の性質から、電源装置内のエネルギー蓄電量は”ネズミの噛み後”の存在または不在になんらかの影響を有することは予想できない。第二に、たとえなんらかの接続を電源装置との間に仮定するにしても、エネルギー蓄電量が少ないほど、放電がディスクに与える損傷がより少なくなると予想するであろう。高蓄電エネルギー電源装置を使用する解決策は、残念ながらスィッチング電源装置を使用した場合に可能となる、プロセスの迅速な制御の可能性も取り除いてしまう。
従来の解決策の制約の結果、ほとんど例外なく当業者によって採用されている解決策はマスクを基板からある距離だけ離して設置する方法である。これは”ネズミの噛み後”現象の直接の原因と思われる局所的放電を取り除く。残念ながら、この解決策は結果として縁の部分の焦点がぼやけてしまうため完全に満足の行くものではない。
本発明は従来の解決策に於ける制約事項を甘受せざるを得ない状況を克服するものである。それはスィッチング電源装置を含む電気的な解決策である。明らかに本発明はこの問題の解決策を提示しているが、この問題の得体の知れない性質はそのままである。結果としてこれは明白ではない解決策を提示していると言え、何故ならば現在でもこの問題の本当の性質は当業者に完全に理解されているわけでは無いからである。本発明は比較的簡明な解決策を提示しているので、この問題が提示している困難さを克服しようとしている当業者による試みが、結果としてその問題自身を理解することをより難しくしている。確かに当業者はこの問題の性質に関する彼らの先入観を通して、本発明の採る方向から実際の所遠く離れていると言えるであろう。従って、その結果−−”ネズミの噛み後”問題の完全な除去−−は全く予想されなかった結果である。驚くほどに、”ネズミの噛み後”問題がしばらくの間存在し、また実施された技術は簡単に利用できるものにもかかわらず、本発明の解決策は非常に簡単でかつ直接的な技術によって要求を満たすものである。
3.発明の開示
本発明はプラズマをベースとした薄膜処理システムを含み、この中でスィッチング電源装置は逆電流を防止するための外見上冗長な回路素子を出力回路内に含んでいる。この回路素子は電源装置自体の内部に配置され、プラズマ自体の内部に流れようとする全ての逆電流を取り除くように動作する。完全には理解されていないいくつかの理由により、これは全ての”ネズミの噛み後”の発生を防止するように動作し、たとえ基板が電源装置の回路から電気的に切り離されている場合においてもである。これらの目的を実現するための多くの実施例が開示されているので、本発明を種々の薄膜処理システムに容易に組み込むことが可能であろう。
種々の薄膜フィルムプロセスに適用することが本発明の目標である。この発明を直流マグネトロンスパッタリングに基づくCDコーティングシステムという特定の参照例に従って説明するが、プラズマをベースとしたなんらかのシステムを使用して、形状的（topographically）に精密なコーティングが要求されるいずれかのプロセスまたは事象で実施される解決策を提供することも目標である。これを実行するために、ひとつの目的はスィッチング電源装置を、これが不完全性を回避し容易に電気的技術を通して実施できる方法で使用できるようにする事である。特定のアプリケーションに対して適合するように改良と変更とを行える設計を提供することもまたひとつの目標である。
本発明の更に別の目標は、薄膜フィルム処理に不要な影響を与える性質の過渡的な逆電流を除去する事である。従って、既存の設計上の制約を受け入れる方向でこれらの結果が実現できる、種々の技術を提供することがひとつの目的である。この目標の一部として、既存の設計に容易に組み込める簡単な回路素子の使用を可能とすることが希望である。
本発明の別の目標は、既存のCD処理システムを改変して、望ましくない副作用を伴うことなく改良された技術が利用できるようにする事である。特に、製造者の観点から性能を改善する処理システムの設計を可能とすることはひとつの目標である。これらの目標のひとつとして、”ネズミの噛み後”の問題を回避するのみならず、プロセスの強化も行う様な本発明の実現を提供することがひとつの目的である。
当然、本発明の更に別の目的は明細書並びに請求の範囲のその他の部分に渡って開示されている。
【図面の簡単な説明】
第１図はコンパクトディスク基板をコーティングするように設計されたマグネトロン・スパッタリング・システムを表わす。
第2a図はコーティングされた基板の上面図であり、本発明以前に経験された”ネズミの噛み後”問題を図示する。
第2b図は、本発明実施後のコーティングされた基板の上面図である。
第３図はコーティング箱で使用するために本発明に基づいて変更されたスィッチング電源装置である。
第４図は、本発明の直列実施例を示す回路図である。
第５図は、本発明の並列実施例を示す回路図である。
5.発明を実施するための最良の方法
本発明の基本概念は種々の方法で実現できるであろう。先に述べたように、本発明の広範な範囲並びにアプリケーションを理解するために、スパッタリング・システムを一般的に理解するのが助けとなろう。第１図はCD基板コーティング用に設計された直流マグネトロン・スパッタリングを示す。図から明らかなように、コーティング箱（１）はその中で薄膜フィルム処理を行うための環境を制御するように設計されている。この環境は典型的には真空ポンプ（２）によって低圧に維持されている。加えて処理ガス（３）が、特定プロセスでの要求に応じて導入される。処理を実行するためにスィッチング電源装置（４）は電力をコーティング箱１内のカソード５ならびにアノード（６）に、過渡的逆電流を本質的に減少させるための装置（24）を通して供給する。スィッチング電源装置（４）により、直流電場がカソード（５）とアノード（６）との間に誘導され、これはガスをイオン化してグロー放電またはプラズマ（７）を生成し、加速電位の生成に加えてイオンをターゲットに向かわせる。マグネトロン・スパッタリング・システムに於いて、プロセスは当該技術分野で知られているように磁場装置（８）を含むことで強化される。従ってスィッチング電源装置（４）の動作を通して処理ガス３はイオン源として働き、これを通してイオンはカソード（５）上に衝突する。
システムによってはカソード（５）がコーティング箱（１）の中に供給されるターゲット材料に接続されているものもある。このターゲット材料は次にコーティング材料として働く。図示されているシステムでは、カソード（５）は個体アルミニウムの一片であり、従ってカソード（５）自体が材料ターゲット（９）として作用する。（当然その他の材料も同様に組み込むことが出来る。）従ってプラズマ（７）からのイオンが材料ターゲット（９）の上に衝突した際に、運動量転移によってアルミニウム粒子が解放される。このアルミニウムは次に散乱してそれが接触するすべての表面をコーティングする。コーティング箱（１）内の幾何学的配置のために、このアルミニウムは散乱しその一部は基板（10）に衝突してそれをコートする。この様にして、カソード（５）ならびにアノード（６）はコーティング材料を基板上に蒸着するための装置として作用する。イオン源はカソード（５）とアノード（６）との間にプラズマ（７）を生成するための電場を生成し、ここからイオンが材料ターゲット（９）向けられ、コーティング材料を遊離させる。材料ターゲット（９）から基板（10）への解放路を用意することにより、システムは遊離させられたコーティング材料が基板（10）の上に蒸着するのを可能とする装置として動作する。
コンパクト・ディスクを生成するという特定アプリケーションに於いて、コーティング箱（１）の中にはマスク用の装置が含まれている。第１図に示される断面図から理解されるように、マスク用の装置は外部マスク（11）と内部マスク（12）とを含む。断面図で図示されているが、外部マスク（11）は実際は頭を切られた中空の円錐構造であり、これはコーティング箱（１）のその他の部分を遊離されたコーティング材料から遮蔽している。図示されるように、外部マスク（11）はカソード（５）およびアノード（６）の近傍で終端している。ほとんどのアプリケーションに於いて、外部マスク11はカソード（５）およびアノード（６）の両方から電気的に絶縁されている。図示されるように、間隙（13）が外部マスク（11）を絶縁している。重要なことは、外部マスク（11）の細くなった方の端は基板（10）の近傍で終端しており、従って基板（10）の外側のへりが遊離されたコーティング材料に曝されることを防ぐ遮蔽またはマスクとして作用する。第１図に図示されるように、基板間隙（14）が外部マスク（11）と基板（10）との間に存在する場合がある。従来技術では、基板間隙（14）は”ネズミの噛み後”が基板（10）上に出現するのを防止するために十分に大きく選ばれる必要があったが、本発明によれば、この間隙は非常に小さく出来るし、実際存在しなくても良い場合もある。マスクが基板とかみ合う場合もある。CDアプリケーションに於いて基板（10）の内側を同様に遮蔽するために、マスク用の装置はまた内部マスク（12）を含み、これもまた基板（10）に対して同様に隙間が空けられていても良いし空けられていなくても良い。全く間隙が存在しない場合は、マスク用装置は実際に基板（10）とかみ合っていてもかまわない。
第2a図および第2b図に於いて、希望するコンパクトディスクを製造するためにアルミニウムが基板上にどの様にスパッタリングされるかが理解できるであろう。両図に於いて基板（10）を中央穴を有する円状ディスクの上面図として図示しており、この中央穴は単に説明の目的だけにある。基板（10）はなんらかのプラスティック・ポリカーボネート、ガラス、またはその他の電気的に非導通の材料で作られていてもかまわない。また、基板（10）を電気的に導電性のある材料で作ることも考えられている。基板（10）として選択される材料に関して、本発明が働く本当の理由は完全には理解されていないので、基板は非導電性材料として特許請求がなされているが、これは必要な制約事項と判明してはいないことを理解されたい。従ってその様な制約事項を含んでいない請求項は任意の様式の基板または選択される可能性のあるその他の事物を含むものと解釈されたい。基板（10）ならびに、実際にマスク（しばしば銅またはその他の同様の金属材料から選ばれる）は、スィッチング電源装置（４）から電気的に切り離されているので、選択された材料の性質は本発明の動作には影響しないと信じられている。しかしながら、確実に言えるのは、銅製マスクとポリカーボネート基板との組み合わせが採用される場合は、本発明は完全に”ネズミの噛み後”の問題を取り除いていると言うことである。その他の材料でも同様に全体的な解決策が存在すると信じられている。
第2a図から、”ネズミの噛み後”の問題を見ることが出来る。この特定のアプリケーションのみで図示されるように、アルミニウム・コーティングは結果として単一の環状にコーティングされた部分（29）となる。この環状表面の内側および外側へりの両方が何らかの不完全さ、すなわち”ネズミの噛み後”（15）を伴うように図示されている。現在の所はっきりとは理解されていない理由によって、典型的には内側へりは外側へりに比較して”ネズミの噛み後”は少ない。しかしながら、第2b図に示すように本発明を実施する結果、環状表面はすっきりとした、形状的に精密な方法で終端する。
第３図によって、スィッチング電源装置と本発明の詳細が更に容易に理解されよう。第３図に示されるように、スィッチング電源装置（４）は多数の部品を含む。これらの部品は全体として通常の交流電力を入力し、これを直流電力として出力し、エネルギー蓄電量は少なく、先に説明した高速反応の特徴を有する方法で変換する。スィッチング電源装置（４）はその電力を、交流電力入力部として作用する接続部17を通して一次電源（16）から引き出す。この交流電力は商用周波数である。多くのアプリケーションに於いて、この交流電力はライン電圧であり、これは多くの場合毎秒50または60サイクルの比較的低い周波数である。次に交流電力は変換装置（18）で処理される。変換装置（18）は当業技術分野では良く知られている回路であり、交流電力を直流電流に変換するように働く。この直流電流は平滑になるように調整されていても、または結果として残留する波形を更に均一にするようにしていても良いし、していなくてもかまわない。次にこの直流電流はスィッチング装置（19）により、一次電源（16）から供給される周波数よりもより高い周波数の別の交流信号を生成するように処理される。図から理解されるように、スィッチング装置（19）は高周波発振器（20）とスィッチング素子（21）とを含み、交流信号を生成する。例えば、一次電源（16）は60Hzの範囲で動作するのに対して、高周波発振器（20）は20から200kHzで動作する。この交流信号を更に均質な波形とするために調整してもかまわないし、しなくてもかまわない。しかしながら図示されるように、この信号は調整はされてなく、真にスィッチング出力の結果である。この交流信号は次に整流装置（22）そしてまたフィルタ装置（23）で処理され、再び当業技術分野で知られているように、交流信号を直流電流電力出力に変換する。従来技術の設計では、この時点で直流電流電力出力はコーティング箱（１）に供給され、そこに含まれる特定のプロセスを駆動していた。本発明ではスィッチング電源装置（４）はそのコーティング箱（１）への出力の前に、過渡的逆電流を本質的に減少させるための装置（24）を含む。
過渡的逆電流を本質的に減少させるための装置（24）は多くの重要な特長を有する。第一に、これはスイッチング電源装置（４）内で、整流装置（22）により処理された出力に影響を与えるように配置されている。また、図示されるようにフィルタ装置（23）の後に配置する場合もある。これはカソード（５）およびアノード（６）を含む回路内の素子と見なせる。これが作り出す結果は多くの観点から驚くべきものである。先にも述べたように、基板（10）はスイッチング電源装置（４）から作用を受けるコーティング箱（１）内の素子からは電気的に切り離されているので、過渡的な逆電流が”ネズミの噛み後”問題の発生に事実上影響を与えることは予想できない。第二に、当業者には容易に理解されるように、整流装置（22）は既に交流信号を整流する中で、電流の方向を制限するように動作している。このために、本質的に減少させるための装置（24）を含むことが何らかの効果を生むことは予想できないであろう。図示されるように、本質的に減少させるための装置（24）は、信号が整流装置（22）で処理された後の位置に配置されている。本質的に減少させるための装置24を含むことが何らかの効果を生む理由は、整流装置（22）と本質的に減少させるための装置（24）との間に挿入されたフィルタ装置（23）に関係している。このフィルタ素子はエネルギーを蓄積するように動作し、従って整流装置（22）が過渡的逆電流を防止するように動作する前に、プラズマ内への過渡的逆電流の流れを可能とする。”ネズミの噛み後”を生成したり、それを強化するように動作していると思われるのが、この過渡的逆電流である。これは驚くべきことであり、何故ならば本質的に減少させるための装置（24）はカソード（５）およびアノード（６）を含む回路内の電流に影響するのであって、これらの電流は基板（10）を含む回路内の電流に影響を与えるわけではないからである。
加えて、過渡的逆電流を本質的に減少させるための装置（24）は逆電流を含む。スィッチング電源装置（４）の出力はしばしば直流電流電力であるため、過渡的逆電流を本質的に減少させるための装置（24）は典型的な希望する直流電流電力出力には大きな影響を与えない。本質的に減少されるのは逆電流（好適にその正常出力に対抗して電源装置の中に戻ってくる放電）のみである。本質的にとは、時間または電流いずれのベースに於いても、その減少の程度が”ネズミの噛み後”の発生を防止するのに十分な大きさであることを意味している。当然、必要とされる減少の程度は、適用されるアプリケーションまたはプロセスによって変化する。
最後に、過渡的逆電流を本質的に減少させるための装置（24）は過渡電流を減少させるために急速に反応する。これらの過渡的な逆電流はマイクロまたはナノ秒レベルで発生するので、本質的に減少させるための装置（24）はこれらの時間枠の中で反応するように設計されていなければならない。この点に関して、反応の遅い装置は典型的なCD処理システムの中で”ネズミの噛み後”問題を解決しないことが発見されている。従ってこのアプリケーションでは、装置は高速に反応しなければならない。別のアプリケーションではこの点に関してより広い許容範囲の余裕が持てるかも知れない。従って、要求された制約事項が本発明で認可された特許のすべての請求項を範囲として対象とする意図は無いが、本設計およびシステムでは、百ナノ秒未満で反応する部品を使用すれば十分であることが分かっている。
過渡的逆電流を本質的に減少させるための装置（24）が反応する速度は、本発明のパラドックス的性質を更に強調するひとつの様相である。高周波発振器（20）がスィッチング素子（21）にスィッチングを行わせる速度に依存するよりも、本アプリケーションの中で効果的であるためには、反応時間はスィッチング電源装置（４）内部に蓄積されるエネルギー量に関係することが分かっている。この点に関して、スィッチング電源装置（４）の中に蓄えられているエネルギー量が高ければ高いほど、過渡的逆電流を本質的に減少させるための装置（24）はより速く反応しなければならないと信じられている。”低エネルギー蓄積”を、電源装置から一次電源の一サイクルの間に取り出されるエネルギーの電源装置内に蓄積されているエネルギーに対する比率として定義されたエネルギー蓄積係数を用いて定義することにより、低エネルギー蓄積電源装置はエネルギー蓄積係数がおよそ100よりも大きな装置であると言えるであろう。議論しているCDアプリケーションでは、システムが低エネルギー電源装置ではない電源装置（蓄積係数が10未満）で設計されている場合、”ネズミの噛み後”問題は発生しないことが発見されている。これとは完全に対比をなすように、議論されているアプリケーションでは極端な低エネルギー蓄積電源装置が使用されている。このアプリケーションではエネルギー蓄積係数はおよそ300であり、”ネズミの噛み後”問題は深刻である。
エネルギー蓄積の効果から、過渡的電流を本質的に減少させるための装置（24）はスィッチング電源装置（４）内に蓄積された大量のエネルギーがコーティング箱（１）内での薄膜フィルム処理に好ましからざる影響を与えないように、ただ素早くのみ反応する必要があると信じられている。従って、エネルギー蓄積係数が低くなればなるほど、過渡的電流を本質的に減少させるための装置（24）は速く動作しなければならない。ここにパラドックスが存在し、ある人が高エネルギー蓄積電源装置（100エネルギー蓄積係数よりもかなり小さな物）を持つ場合、その人は極端に速く反応する過渡的電流を本質的に減少させるための装置（24）を必要とするように信じさせてしまうきらいがある。実際にはこのエネルギー蓄積レベルでは、その装置の必要さえもない。再び、これは本発明で発見された解決策の得体が知れず分かりにくい性質を強調している。
本発明の装置を図式的に説明してきたので、今や特定の実施例については理解されたであろう。第４図並びに第５図に於て、比較的簡単な回路素子の追加によって本発明を実現出来ることが判るであろう。第４図はスィッチング電源装置（４）内部の特定の回路設計を図示する。図示されるように、回路部品はそれぞれの機能に応じてグループ分けされている。当業者には容易に理解されるように、交流電力変換装置（18）、前記直流電流スィッチング装置（19）、整流装置（22）、ならびにフィルタ装置（23）の各々は既知の回路を含む。重要なことは、第４図および第５図の両方に図示されるように、スィッチング電源装置（４）が過渡的電流を本質的に減少させるための装置（24）を含んでいることである。第４図の実施例に図示されるように、過渡的電流を本質的に減少させるための装置（24）は非常に簡単な回路素子、ダイオード装置でかまわない。第４図に示されるように、これは第一リード線（27）に接続された高速ダイオード素子（25）を含む。この接続を通して、高速ダイオード素子（25）はカソード（５）およびアノード（６）を含む回路内での全ての逆電流を防止したりまたは本質的に減少させるように動作する。
第４図に示すように、過渡的電流を本質的に減少させるための装置（24）は整流装置（22）およびフィルタ装置（23）の後ろに、整流装置（22）で処理された後の出力に作用するように配置されていることが分かる。フィルタ装置（23）またはその他の逆電流路を可能とするように動作する素子の後ろで有っても良いし、そうでなくてもかまわない。この素子は何であってもかまわない。フィルタ装置（23）として図示されているが、これは整流装置（22）（もしも”低速”ダイオードが使用されて場合は）またはその他の素子であっても、それが開示され特許請求されている物と同様であればかまわない。図示された実施例に於いて、見かけ上は簡単な高速ダイオード素子（25）を含むことが、当たり前の修正ではないことを、この特徴は強調している。当業者には容易に理解されるように、整流装置（22）は通常逆電流を制限することによって交流信号を整流するように機能している。従って、図からも分かるように回路ならびに整流装置（22）はその他のダイオード装置（26）を含み、これらは逆電流を防止するように動作する。この性質があるため、当業者は本発明の以前はこの様な方法で単に逆電流を防止することで過渡的な逆電流が本質的に減少できるとは認識していなかった。これは装置ならびに実行するための技術が長い間利用可能であったにも関わらず、本発明に基づく解決策が今まで実施されなかったことのひとつの理由である。
第５図は並列実施例を図示し、ここでは高速ダイオード素子（25）が第一リード線（27）と第二リード線（28）との間に渡るように接続されている。ダイオード素子（25）の動作はカソード（５）上の電圧がアノード（６）に対して正とならないようにするものであって、この様な正電圧によって生じる逆電流を吸収することにより実現する。この実施例は第４図に関連して説明した特徴の多くを含み、これもまた”ネズミの噛み後”の問題の完全な除去を実現することが分かっている。
第４図および第５図の両方に図示されるように、過渡的電流を本質的に減少させるための装置（24）は、その目標を実現するためにダイオード装置を使用している。当然、種々のその他の技術も利用可能である。これは過渡的な逆電流を阻止したりまたは向きを変えさせるスィッチング、またはその他の、過渡的電流を本質的に減少させるための装置（24）が実現しようとしている広い目的を一度理解した当業者であれば容易に認識できる技術を含むに違いない。当業者には容易に理解されるように、電源装置の設計は変化するであろうから、本発明は特定の電源装置に依存した別の回路設計および素子によって実現されるであろうが、それは同一の目的を実現するように動作する。
先の説明ならびにこの後に続く請求項は本発明の提出された実施例を記述している。特に請求項に関しては、その本質から離れることなく変更を加え得ることを理解されたい。この点に関して、その様な変更は本発明の認可された特許の範囲に落ちるものと意図している。本発明の考えられる全ての変更を記述し特許請求するのはまったく実際的ではない。請求項内の全ての素子の交換や組み合わせもまた、種々の要求およびアプリケーションに適用できるように提出されたものを越える場合もあるであろう。これらのすべての変更が本発明の基本を使用している場合にはその観点から、その各々は同然この特許で規定されている範囲内に落ちるはずである。これは本発明の基本概念ならびに理解するところがその性質から見て基本的であって広く適用できるものであり、その教えるところが種々の処理システムに適用できる物であるから、特に本発明に関してあてはまるものである。
一般的に本発明はプラズマに基づく薄膜処理に関し、特に、本発明は精密なへり取りが要求されるコンパクトディスク（"CD"）並びに相当品のコーティングを行う、直流マグネトロンスパッタリングに関する。
2.従来の技術
スパッタリングプロセスは一般的にはこの技術分野で良く知られている。これが明らかに最初に報告されたのは1852年、ウィリアム・ロバート・グローブ卿によってである。1921年ジョセフ・ジョン・トンプソンが初めてこのプロセスを”スプラッタリング（spluttering）”と命名し、後に"l"が抜け落ちてそのプロセスの名前が”スパッタリング”となった。この用語は現在、物質の原子がその表面から運動量転移によって機械的に自由になるプロセスを記述するのに使われている。次に原子が漂流しそして最終的に表面と接触してその上に薄膜を形成するかまたは表面または基板と相互作用を起こす。スパッタリングプロセスは以前から知られているが、最近のこのプロセスのアプリケーションは画期的に発展し、改良と開発を必要とされている。スパッタリングプロセスの増加と関心の集中は半導体工業の成長にほとんどを依存しており、この半導体工業は薄膜プロセスに関心を増しており、より複雑な機器でこのプロセスを実行できるようになっている。
本発明が指摘している問題の興味深い性質を理解するために、マグネトロンスパッタリングを一般的に理解することが必要である。このプロセスに関する素晴らしい説明が、テキスト本「グロー放電プロセス」ブライアン・チャップマン著、1980年ジョン・ウィリー＆サンズ社発刊に含まれており、ここでは該文献を引用して内容を盛り込むこととする。本発明に関して述べたように、マグネトロン・スパッタリングは物質の表面をコーティングするためのプロセスである。基本形態として、コーティングシステムは交流または直流電源装置を含み、これは磁場と相互作用してガスをイオン化する。このイオン化されたガスのイオンまたはプラズマは、続いて電源装置で生成された直流電位が存在するため、ターゲットに向かって加速される。ターゲットはコーティングとなる材料を含んでいる。このイオンがターゲットに衝突すると、ターゲットの原子が運動量転移によって解放される。これらの原子は次に自由に漂流し、究極的にはいつかの時点で表面に接触し、その表面のコーティングとなる。この表面はしばしば、かといって必要と言うわけではないが、電気的に電源装置から切り放されている。先に述べたように、スパッタリングプロセスはよりしっかりとしたプロセス制御を可能とするように改良されてきている。これを実現するために、種々の理由からスイッチング電源装置を使用することが望ましい。これらの電源装置は、プラズマ等の条件変化に、ナノ秒で反応出来るほど高速で動作する。これらはまた、少量のエネルギーを蓄積する電源装置であって不必要な放電が生じず、プロセスに放出されるエネルギーの量は十分に少なく、プロセスに対して重大な影響を与えない程度である。スイッチング電源装置はまた、多くの場合その他の型式の電源に比較して物理的に小さい。
マグネトロンスパッタリングは蒸着やエッチングに関して非常に多種のアプリケーションを有する。本発明はプラティックまたはポリカーボネイト基板をアルミニウムでコーティングして、コンパクトディスクを製造する過程に適用しているが本発明のアプリケーションはこれに制限されるものでない。どのコンパクトディスクを目視検査しても分かるように、アルミニウム・コーティングをプラスティック基板の縁から一定の距離の所で終端するのが望ましい。この終端部はシャープでかつ精密でなければならない。これは基板上でコーティングされない領域を覆うマスクを配置することによって実現される。残念なことに、完全には分かっていない理由により小さなでこぼこが、頻繁に発生する。これらのでこぼこは通俗的に”ネズミの噛み後（mousebites）”と呼ばれている。この特定のアプリケーションに関しては、”ネズミの噛み後”はコーティングされた品目の性能に影響は与えないが、見た目の不完全さは存在するため、当業者によってそれらの発生を防止する多くの試みがなされてきている。しかしながら、この問題は得体が知れないことが分かっており、その解決策は問題の性質の現在の理解とは一致していない様に見える。第一に、顕微鏡的な検査からこのでこぼこは局所的放電が薄いコーティグに結果として生じる損傷の結果であると分かっている。しかしながら、より高いエネルギー蓄電電源装置（例えばSCR電源装置）を使用すると、しばしばこの問題が完全に除去されることが発見されている。これは二つの理由によりパラドクスの様である。第一に、先に述べたように、多くのアプリケーションに於て基板は組み込まれている電源装置から電気的に切り離されている。スパッタリングプロセスの本来の性質から、電源装置内のエネルギー蓄電量は”ネズミの噛み後”の存在または不在になんらかの影響を有することは予想できない。第二に、たとえなんらかの接続を電源装置との間に仮定するにしても、エネルギー蓄電量が少ないほど、放電がディスクに与える損傷がより少なくなると予想するであろう。高蓄電エネルギー電源装置を使用する解決策は、残念ながらスィッチング電源装置を使用した場合に可能となる、プロセスの迅速な制御の可能性も取り除いてしまう。
従来の解決策の制約の結果、ほとんど例外なく当業者によって採用されている解決策はマスクを基板からある距離だけ離して設置する方法である。これは”ネズミの噛み後”現象の直接の原因と思われる局所的放電を取り除く。残念ながら、この解決策は結果として縁の部分の焦点がぼやけてしまうため完全に満足の行くものではない。
本発明は従来の解決策に於ける制約事項を甘受せざるを得ない状況を克服するものである。それはスィッチング電源装置を含む電気的な解決策である。明らかに本発明はこの問題の解決策を提示しているが、この問題の得体の知れない性質はそのままである。結果としてこれは明白ではない解決策を提示していると言え、何故ならば現在でもこの問題の本当の性質は当業者に完全に理解されているわけでは無いからである。本発明は比較的簡明な解決策を提示しているので、この問題が提示している困難さを克服しようとしている当業者による試みが、結果としてその問題自身を理解することをより難しくしている。確かに当業者はこの問題の性質に関する彼らの先入観を通して、本発明の採る方向から実際の所遠く離れていると言えるであろう。従って、その結果−−”ネズミの噛み後”問題の完全な除去−−は全く予想されなかった結果である。驚くほどに、”ネズミの噛み後”問題がしばらくの間存在し、また実施された技術は簡単に利用できるものにもかかわらず、本発明の解決策は非常に簡単でかつ直接的な技術によって要求を満たすものである。
3.発明の開示
本発明はプラズマをベースとした薄膜処理システムを含み、この中でスィッチング電源装置は逆電流を防止するための外見上冗長な回路素子を出力回路内に含んでいる。この回路素子は電源装置自体の内部に配置され、プラズマ自体の内部に流れようとする全ての逆電流を取り除くように動作する。完全には理解されていないいくつかの理由により、これは全ての”ネズミの噛み後”の発生を防止するように動作し、たとえ基板が電源装置の回路から電気的に切り離されている場合においてもである。これらの目的を実現するための多くの実施例が開示されているので、本発明を種々の薄膜処理システムに容易に組み込むことが可能であろう。
種々の薄膜フィルムプロセスに適用することが本発明の目標である。この発明を直流マグネトロンスパッタリングに基づくCDコーティングシステムという特定の参照例に従って説明するが、プラズマをベースとしたなんらかのシステムを使用して、形状的（topographically）に精密なコーティングが要求されるいずれかのプロセスまたは事象で実施される解決策を提供することも目標である。これを実行するために、ひとつの目的はスィッチング電源装置を、これが不完全性を回避し容易に電気的技術を通して実施できる方法で使用できるようにする事である。特定のアプリケーションに対して適合するように改良と変更とを行える設計を提供することもまたひとつの目標である。
本発明の更に別の目標は、薄膜フィルム処理に不要な影響を与える性質の過渡的な逆電流を除去する事である。従って、既存の設計上の制約を受け入れる方向でこれらの結果が実現できる、種々の技術を提供することがひとつの目的である。この目標の一部として、既存の設計に容易に組み込める簡単な回路素子の使用を可能とすることが希望である。
本発明の別の目標は、既存のCD処理システムを改変して、望ましくない副作用を伴うことなく改良された技術が利用できるようにする事である。特に、製造者の観点から性能を改善する処理システムの設計を可能とすることはひとつの目標である。これらの目標のひとつとして、”ネズミの噛み後”の問題を回避するのみならず、プロセスの強化も行う様な本発明の実現を提供することがひとつの目的である。
当然、本発明の更に別の目的は明細書並びに請求の範囲のその他の部分に渡って開示されている。
【図面の簡単な説明】
第１図はコンパクトディスク基板をコーティングするように設計されたマグネトロン・スパッタリング・システムを表わす。
第2a図はコーティングされた基板の上面図であり、本発明以前に経験された”ネズミの噛み後”問題を図示する。
第2b図は、本発明実施後のコーティングされた基板の上面図である。
第３図はコーティング箱で使用するために本発明に基づいて変更されたスィッチング電源装置である。
第４図は、本発明の直列実施例を示す回路図である。
第５図は、本発明の並列実施例を示す回路図である。
5.発明を実施するための最良の方法
本発明の基本概念は種々の方法で実現できるであろう。先に述べたように、本発明の広範な範囲並びにアプリケーションを理解するために、スパッタリング・システムを一般的に理解するのが助けとなろう。第１図はCD基板コーティング用に設計された直流マグネトロン・スパッタリングを示す。図から明らかなように、コーティング箱（１）はその中で薄膜フィルム処理を行うための環境を制御するように設計されている。この環境は典型的には真空ポンプ（２）によって低圧に維持されている。加えて処理ガス（３）が、特定プロセスでの要求に応じて導入される。処理を実行するためにスィッチング電源装置（４）は電力をコーティング箱１内のカソード５ならびにアノード（６）に、過渡的逆電流を本質的に減少させるための装置（24）を通して供給する。スィッチング電源装置（４）により、直流電場がカソード（５）とアノード（６）との間に誘導され、これはガスをイオン化してグロー放電またはプラズマ（７）を生成し、加速電位の生成に加えてイオンをターゲットに向かわせる。マグネトロン・スパッタリング・システムに於いて、プロセスは当該技術分野で知られているように磁場装置（８）を含むことで強化される。従ってスィッチング電源装置（４）の動作を通して処理ガス３はイオン源として働き、これを通してイオンはカソード（５）上に衝突する。
システムによってはカソード（５）がコーティング箱（１）の中に供給されるターゲット材料に接続されているものもある。このターゲット材料は次にコーティング材料として働く。図示されているシステムでは、カソード（５）は個体アルミニウムの一片であり、従ってカソード（５）自体が材料ターゲット（９）として作用する。（当然その他の材料も同様に組み込むことが出来る。）従ってプラズマ（７）からのイオンが材料ターゲット（９）の上に衝突した際に、運動量転移によってアルミニウム粒子が解放される。このアルミニウムは次に散乱してそれが接触するすべての表面をコーティングする。コーティング箱（１）内の幾何学的配置のために、このアルミニウムは散乱しその一部は基板（10）に衝突してそれをコートする。この様にして、カソード（５）ならびにアノード（６）はコーティング材料を基板上に蒸着するための装置として作用する。イオン源はカソード（５）とアノード（６）との間にプラズマ（７）を生成するための電場を生成し、ここからイオンが材料ターゲット（９）向けられ、コーティング材料を遊離させる。材料ターゲット（９）から基板（10）への解放路を用意することにより、システムは遊離させられたコーティング材料が基板（10）の上に蒸着するのを可能とする装置として動作する。
コンパクト・ディスクを生成するという特定アプリケーションに於いて、コーティング箱（１）の中にはマスク用の装置が含まれている。第１図に示される断面図から理解されるように、マスク用の装置は外部マスク（11）と内部マスク（12）とを含む。断面図で図示されているが、外部マスク（11）は実際は頭を切られた中空の円錐構造であり、これはコーティング箱（１）のその他の部分を遊離されたコーティング材料から遮蔽している。図示されるように、外部マスク（11）はカソード（５）およびアノード（６）の近傍で終端している。ほとんどのアプリケーションに於いて、外部マスク11はカソード（５）およびアノード（６）の両方から電気的に絶縁されている。図示されるように、間隙（13）が外部マスク（11）を絶縁している。重要なことは、外部マスク（11）の細くなった方の端は基板（10）の近傍で終端しており、従って基板（10）の外側のへりが遊離されたコーティング材料に曝されることを防ぐ遮蔽またはマスクとして作用する。第１図に図示されるように、基板間隙（14）が外部マスク（11）と基板（10）との間に存在する場合がある。従来技術では、基板間隙（14）は”ネズミの噛み後”が基板（10）上に出現するのを防止するために十分に大きく選ばれる必要があったが、本発明によれば、この間隙は非常に小さく出来るし、実際存在しなくても良い場合もある。マスクが基板とかみ合う場合もある。CDアプリケーションに於いて基板（10）の内側を同様に遮蔽するために、マスク用の装置はまた内部マスク（12）を含み、これもまた基板（10）に対して同様に隙間が空けられていても良いし空けられていなくても良い。全く間隙が存在しない場合は、マスク用装置は実際に基板（10）とかみ合っていてもかまわない。
第2a図および第2b図に於いて、希望するコンパクトディスクを製造するためにアルミニウムが基板上にどの様にスパッタリングされるかが理解できるであろう。両図に於いて基板（10）を中央穴を有する円状ディスクの上面図として図示しており、この中央穴は単に説明の目的だけにある。基板（10）はなんらかのプラスティック・ポリカーボネート、ガラス、またはその他の電気的に非導通の材料で作られていてもかまわない。また、基板（10）を電気的に導電性のある材料で作ることも考えられている。基板（10）として選択される材料に関して、本発明が働く本当の理由は完全には理解されていないので、基板は非導電性材料として特許請求がなされているが、これは必要な制約事項と判明してはいないことを理解されたい。従ってその様な制約事項を含んでいない請求項は任意の様式の基板または選択される可能性のあるその他の事物を含むものと解釈されたい。基板（10）ならびに、実際にマスク（しばしば銅またはその他の同様の金属材料から選ばれる）は、スィッチング電源装置（４）から電気的に切り離されているので、選択された材料の性質は本発明の動作には影響しないと信じられている。しかしながら、確実に言えるのは、銅製マスクとポリカーボネート基板との組み合わせが採用される場合は、本発明は完全に”ネズミの噛み後”の問題を取り除いていると言うことである。その他の材料でも同様に全体的な解決策が存在すると信じられている。
第2a図から、”ネズミの噛み後”の問題を見ることが出来る。この特定のアプリケーションのみで図示されるように、アルミニウム・コーティングは結果として単一の環状にコーティングされた部分（29）となる。この環状表面の内側および外側へりの両方が何らかの不完全さ、すなわち”ネズミの噛み後”（15）を伴うように図示されている。現在の所はっきりとは理解されていない理由によって、典型的には内側へりは外側へりに比較して”ネズミの噛み後”は少ない。しかしながら、第2b図に示すように本発明を実施する結果、環状表面はすっきりとした、形状的に精密な方法で終端する。
第３図によって、スィッチング電源装置と本発明の詳細が更に容易に理解されよう。第３図に示されるように、スィッチング電源装置（４）は多数の部品を含む。これらの部品は全体として通常の交流電力を入力し、これを直流電力として出力し、エネルギー蓄電量は少なく、先に説明した高速反応の特徴を有する方法で変換する。スィッチング電源装置（４）はその電力を、交流電力入力部として作用する接続部17を通して一次電源（16）から引き出す。この交流電力は商用周波数である。多くのアプリケーションに於いて、この交流電力はライン電圧であり、これは多くの場合毎秒50または60サイクルの比較的低い周波数である。次に交流電力は変換装置（18）で処理される。変換装置（18）は当業技術分野では良く知られている回路であり、交流電力を直流電流に変換するように働く。この直流電流は平滑になるように調整されていても、または結果として残留する波形を更に均一にするようにしていても良いし、していなくてもかまわない。次にこの直流電流はスィッチング装置（19）により、一次電源（16）から供給される周波数よりもより高い周波数の別の交流信号を生成するように処理される。図から理解されるように、スィッチング装置（19）は高周波発振器（20）とスィッチング素子（21）とを含み、交流信号を生成する。例えば、一次電源（16）は60Hzの範囲で動作するのに対して、高周波発振器（20）は20から200kHzで動作する。この交流信号を更に均質な波形とするために調整してもかまわないし、しなくてもかまわない。しかしながら図示されるように、この信号は調整はされてなく、真にスィッチング出力の結果である。この交流信号は次に整流装置（22）そしてまたフィルタ装置（23）で処理され、再び当業技術分野で知られているように、交流信号を直流電流電力出力に変換する。従来技術の設計では、この時点で直流電流電力出力はコーティング箱（１）に供給され、そこに含まれる特定のプロセスを駆動していた。本発明ではスィッチング電源装置（４）はそのコーティング箱（１）への出力の前に、過渡的逆電流を本質的に減少させるための装置（24）を含む。
過渡的逆電流を本質的に減少させるための装置（24）は多くの重要な特長を有する。第一に、これはスイッチング電源装置（４）内で、整流装置（22）により処理された出力に影響を与えるように配置されている。また、図示されるようにフィルタ装置（23）の後に配置する場合もある。これはカソード（５）およびアノード（６）を含む回路内の素子と見なせる。これが作り出す結果は多くの観点から驚くべきものである。先にも述べたように、基板（10）はスイッチング電源装置（４）から作用を受けるコーティング箱（１）内の素子からは電気的に切り離されているので、過渡的な逆電流が”ネズミの噛み後”問題の発生に事実上影響を与えることは予想できない。第二に、当業者には容易に理解されるように、整流装置（22）は既に交流信号を整流する中で、電流の方向を制限するように動作している。このために、本質的に減少させるための装置（24）を含むことが何らかの効果を生むことは予想できないであろう。図示されるように、本質的に減少させるための装置（24）は、信号が整流装置（22）で処理された後の位置に配置されている。本質的に減少させるための装置24を含むことが何らかの効果を生む理由は、整流装置（22）と本質的に減少させるための装置（24）との間に挿入されたフィルタ装置（23）に関係している。このフィルタ素子はエネルギーを蓄積するように動作し、従って整流装置（22）が過渡的逆電流を防止するように動作する前に、プラズマ内への過渡的逆電流の流れを可能とする。”ネズミの噛み後”を生成したり、それを強化するように動作していると思われるのが、この過渡的逆電流である。これは驚くべきことであり、何故ならば本質的に減少させるための装置（24）はカソード（５）およびアノード（６）を含む回路内の電流に影響するのであって、これらの電流は基板（10）を含む回路内の電流に影響を与えるわけではないからである。
加えて、過渡的逆電流を本質的に減少させるための装置（24）は逆電流を含む。スィッチング電源装置（４）の出力はしばしば直流電流電力であるため、過渡的逆電流を本質的に減少させるための装置（24）は典型的な希望する直流電流電力出力には大きな影響を与えない。本質的に減少されるのは逆電流（好適にその正常出力に対抗して電源装置の中に戻ってくる放電）のみである。本質的にとは、時間または電流いずれのベースに於いても、その減少の程度が”ネズミの噛み後”の発生を防止するのに十分な大きさであることを意味している。当然、必要とされる減少の程度は、適用されるアプリケーションまたはプロセスによって変化する。
最後に、過渡的逆電流を本質的に減少させるための装置（24）は過渡電流を減少させるために急速に反応する。これらの過渡的な逆電流はマイクロまたはナノ秒レベルで発生するので、本質的に減少させるための装置（24）はこれらの時間枠の中で反応するように設計されていなければならない。この点に関して、反応の遅い装置は典型的なCD処理システムの中で”ネズミの噛み後”問題を解決しないことが発見されている。従ってこのアプリケーションでは、装置は高速に反応しなければならない。別のアプリケーションではこの点に関してより広い許容範囲の余裕が持てるかも知れない。従って、要求された制約事項が本発明で認可された特許のすべての請求項を範囲として対象とする意図は無いが、本設計およびシステムでは、百ナノ秒未満で反応する部品を使用すれば十分であることが分かっている。
過渡的逆電流を本質的に減少させるための装置（24）が反応する速度は、本発明のパラドックス的性質を更に強調するひとつの様相である。高周波発振器（20）がスィッチング素子（21）にスィッチングを行わせる速度に依存するよりも、本アプリケーションの中で効果的であるためには、反応時間はスィッチング電源装置（４）内部に蓄積されるエネルギー量に関係することが分かっている。この点に関して、スィッチング電源装置（４）の中に蓄えられているエネルギー量が高ければ高いほど、過渡的逆電流を本質的に減少させるための装置（24）はより速く反応しなければならないと信じられている。”低エネルギー蓄積”を、電源装置から一次電源の一サイクルの間に取り出されるエネルギーの電源装置内に蓄積されているエネルギーに対する比率として定義されたエネルギー蓄積係数を用いて定義することにより、低エネルギー蓄積電源装置はエネルギー蓄積係数がおよそ100よりも大きな装置であると言えるであろう。議論しているCDアプリケーションでは、システムが低エネルギー電源装置ではない電源装置（蓄積係数が10未満）で設計されている場合、”ネズミの噛み後”問題は発生しないことが発見されている。これとは完全に対比をなすように、議論されているアプリケーションでは極端な低エネルギー蓄積電源装置が使用されている。このアプリケーションではエネルギー蓄積係数はおよそ300であり、”ネズミの噛み後”問題は深刻である。
エネルギー蓄積の効果から、過渡的電流を本質的に減少させるための装置（24）はスィッチング電源装置（４）内に蓄積された大量のエネルギーがコーティング箱（１）内での薄膜フィルム処理に好ましからざる影響を与えないように、ただ素早くのみ反応する必要があると信じられている。従って、エネルギー蓄積係数が低くなればなるほど、過渡的電流を本質的に減少させるための装置（24）は速く動作しなければならない。ここにパラドックスが存在し、ある人が高エネルギー蓄積電源装置（100エネルギー蓄積係数よりもかなり小さな物）を持つ場合、その人は極端に速く反応する過渡的電流を本質的に減少させるための装置（24）を必要とするように信じさせてしまうきらいがある。実際にはこのエネルギー蓄積レベルでは、その装置の必要さえもない。再び、これは本発明で発見された解決策の得体が知れず分かりにくい性質を強調している。
本発明の装置を図式的に説明してきたので、今や特定の実施例については理解されたであろう。第４図並びに第５図に於て、比較的簡単な回路素子の追加によって本発明を実現出来ることが判るであろう。第４図はスィッチング電源装置（４）内部の特定の回路設計を図示する。図示されるように、回路部品はそれぞれの機能に応じてグループ分けされている。当業者には容易に理解されるように、交流電力変換装置（18）、前記直流電流スィッチング装置（19）、整流装置（22）、ならびにフィルタ装置（23）の各々は既知の回路を含む。重要なことは、第４図および第５図の両方に図示されるように、スィッチング電源装置（４）が過渡的電流を本質的に減少させるための装置（24）を含んでいることである。第４図の実施例に図示されるように、過渡的電流を本質的に減少させるための装置（24）は非常に簡単な回路素子、ダイオード装置でかまわない。第４図に示されるように、これは第一リード線（27）に接続された高速ダイオード素子（25）を含む。この接続を通して、高速ダイオード素子（25）はカソード（５）およびアノード（６）を含む回路内での全ての逆電流を防止したりまたは本質的に減少させるように動作する。
第４図に示すように、過渡的電流を本質的に減少させるための装置（24）は整流装置（22）およびフィルタ装置（23）の後ろに、整流装置（22）で処理された後の出力に作用するように配置されていることが分かる。フィルタ装置（23）またはその他の逆電流路を可能とするように動作する素子の後ろで有っても良いし、そうでなくてもかまわない。この素子は何であってもかまわない。フィルタ装置（23）として図示されているが、これは整流装置（22）（もしも”低速”ダイオードが使用されて場合は）またはその他の素子であっても、それが開示され特許請求されている物と同様であればかまわない。図示された実施例に於いて、見かけ上は簡単な高速ダイオード素子（25）を含むことが、当たり前の修正ではないことを、この特徴は強調している。当業者には容易に理解されるように、整流装置（22）は通常逆電流を制限することによって交流信号を整流するように機能している。従って、図からも分かるように回路ならびに整流装置（22）はその他のダイオード装置（26）を含み、これらは逆電流を防止するように動作する。この性質があるため、当業者は本発明の以前はこの様な方法で単に逆電流を防止することで過渡的な逆電流が本質的に減少できるとは認識していなかった。これは装置ならびに実行するための技術が長い間利用可能であったにも関わらず、本発明に基づく解決策が今まで実施されなかったことのひとつの理由である。
第５図は並列実施例を図示し、ここでは高速ダイオード素子（25）が第一リード線（27）と第二リード線（28）との間に渡るように接続されている。ダイオード素子（25）の動作はカソード（５）上の電圧がアノード（６）に対して正とならないようにするものであって、この様な正電圧によって生じる逆電流を吸収することにより実現する。この実施例は第４図に関連して説明した特徴の多くを含み、これもまた”ネズミの噛み後”の問題の完全な除去を実現することが分かっている。
第４図および第５図の両方に図示されるように、過渡的電流を本質的に減少させるための装置（24）は、その目標を実現するためにダイオード装置を使用している。当然、種々のその他の技術も利用可能である。これは過渡的な逆電流を阻止したりまたは向きを変えさせるスィッチング、またはその他の、過渡的電流を本質的に減少させるための装置（24）が実現しようとしている広い目的を一度理解した当業者であれば容易に認識できる技術を含むに違いない。当業者には容易に理解されるように、電源装置の設計は変化するであろうから、本発明は特定の電源装置に依存した別の回路設計および素子によって実現されるであろうが、それは同一の目的を実現するように動作する。
先の説明ならびにこの後に続く請求項は本発明の提出された実施例を記述している。特に請求項に関しては、その本質から離れることなく変更を加え得ることを理解されたい。この点に関して、その様な変更は本発明の認可された特許の範囲に落ちるものと意図している。本発明の考えられる全ての変更を記述し特許請求するのはまったく実際的ではない。請求項内の全ての素子の交換や組み合わせもまた、種々の要求およびアプリケーションに適用できるように提出されたものを越える場合もあるであろう。これらのすべての変更が本発明の基本を使用している場合にはその観点から、その各々は同然この特許で規定されている範囲内に落ちるはずである。これは本発明の基本概念ならびに理解するところがその性質から見て基本的であって広く適用できるものであり、その教えるところが種々の処理システムに適用できる物であるから、特に本発明に関してあてはまるものである。
Claims (24)
- 形状的に精密な薄膜フィルム・コーティング・システムであって：
a.コーティング箱と；
b.前記箱内のコーティング材料に曝されるように配置されている材料ターゲットと；
c.前記コーティング材料を基板上に蒸着させるための装置で、アノードとカソードとを含む前記蒸着させるための装置と；
d.前記アノードと前記カソードとの間に回路を構成するように接続され、スィッチング電源装置を含む直流電源装置と；
e.前記回路内の過渡的な逆電流を本質的に減少させるための装置とを含む、前記システム。 - 請求項第１項記載の形状的に精密な薄膜フィルム・コーティング・システムに於いて、前記蒸着させるための装置が：
a.イオン源と；
b.前記イオンを前記材料ターゲットに導き、コーティング材料を遊離させるための装置と；
c.前記遊離されたコーティング材料が前記基板上に蒸着出来るようにするための装置とを含む、前記システム。 - 請求項第１項記載の形状的に精密な薄膜フィルム・コーティング・システムに於いて、さらに前記基板の一部をコーティングから保護するためのマスク用の装置を含み、前記直流電源装置がスィッチング電源装置を含む、前記システム。
- 請求項第３項記載の形状的に精密な薄膜フィルム・コーティング・システムに於いて、前記マスク用の装置が前記基板とかみ合わされており、前記基板が、ポリカーボネート、ガラス、または電気的に非導通材料である物質を含み、前記直流電源装置がスィッチング電源装置を含む、前記システム。
- 請求項第１項記載の形状的に精密な薄膜フィルム・コーティング・システムに於いて、前記スィッチング電源装置が：
a.予め定められた周波数の交流電力を受け入れるための装置と；
b.前記交流電力を直流電流に変換するための装置と；
c.前記直流電流をスィッチングしてより高い周波数の交流信号を生成するための装置と；
d.前記交流信号を整流して直流電力出力を生成するための装置と；そして
e.前記整流装置の作用を受けた後の前記出力に影響を与えるように配置されているダイオード装置とを含む、前記システム。 - 請求項第３項記載の形状的に精密な薄膜フィルム・コーティング・システムに於いて、前記スィッチング電源装置が：
a.予め定められた周波数の交流電力を受け入れるための装置と；
b.前記交流電力を直流電流に変換するための装置と；
c.前記直流電流をスィッチングしてより高い周波数の交流信号を生成するための装置と；
d.前記交流信号を整流して直流電力出力を生成するための装置と；そして
e.前記整流装置の作用を受けた後の前記出力に影響を与えるように配置されているダイオード装置とを含む、前記システム。 - 請求項第４項記載の形状的に精密な薄膜フィルム・コーティング・システムに於いて、前記スィッチング電源装置が：
a.予め定められた周波数の交流電力を受け入れるための装置と；
b.前記交流電力を直流電流に変換するための装置と；
c.前記直流電流をスィッチングしてより高い周波数の交流信号を生成するための装置と；
d.前記交流信号を整流して直流電力出力を生成するための装置と；そして
e.前記整流装置の作用を受けた後の前記出力に影響を与えるように配置されているダイオード装置とを含む、前記システム。 - 形状的に精密な薄膜フィルム・コーティング・システムであって：
a.コーティング箱と；
b.前記箱内のコーティング材料に曝されるように配置されている材料ターゲットと；
c.前記コーティング材料を基板上に蒸着させるための装置で、アノードとカソードとを含む前記蒸着させるための装置と；
d.前記アノードと前記カソードとの間に回路を構成するように接続され、スィッチング電源装置を含む直流電源装置と；
e.前記回路内の過渡的な逆電流を本質的に減少させるための装置とを含み、
前記直流電源装置が直流電力出力を生成し、前記過渡的な逆電流を減少させるための装置が前記回路内で前記直流電源装置が前記直流電力出力を生成した後の点に接続された素子を含み、前記回路内の前記素子が急速に逆電流を減少させるように反応し、前記直流電源装置が第一リード配線と第二リード配線とを含み、前記回路内の前記素子が前記第一および第二リード線にまたがるように接続されている、前記システム。 - 基板上に形状的に精密なやり方で薄膜フィルムをコーティングするための方法であって：
a.コーティング箱内にターゲット材料を供給し；
b.直流電力を前記コーティング箱内に、アノードとカソードとを有する回路を通して供給し；そして
c.コーティング材料の薄膜を前記基板上への蒸着を；
d.前記回路内の全ての過渡的な逆電流を本質的に減少させるようにして実施する、以上の手順で構成され、直流電力を供給するための前記手順が、スィッチング電源装置を使用する手順を含む、前記方法。 - 請求項第９項記載の基板上に形状的に精密なやり方で薄膜フィルムをコーティングするための方法に於いて、コーティング材料の薄膜フィルムを前記基板上に蒸着させるための手順が：
a.前記コーティング箱内にイオンを生成し；
b.前記イオンを前記ターゲット材料に導いてコーティング材料を遊離させ；
c.前記遊離されたコーティング材料が前記基板上に蒸着出来るようにする手順を含む、前記方法。 - 基板上に形状的に精密なやり方で薄膜フィルムをコーティングするための方法であって：
a.コーティング箱内にターゲット材料を供給し；
b.直流電力を前記コーティング箱内に、アノードとカソードとを有する回路を通して供給し；そして
c.コーティング材料の薄膜を前記基板上への蒸着を；
d.前記回路内の全ての過渡的な逆電流を本質的に減少させるようにして実施する、以上の手順で構成され、
更に、前記基板の一部をマスキングする手順を含むと共に、直流電力を供給するための前記手順がスィッチング電源装置を使用する手順を含む、前記方法。 - 基板上に形状的に精密なやり方で薄膜フィルムをコーティングするための方法であって：
a.コーティング箱内にターゲット材料を供給し；
b.直流電力を前記コーティング箱内に、アノードとカソードとを有する回路を通して供給し；そして
c.コーティング材料の薄膜を前記基板上への蒸着を；
d.前記回路内の全ての過渡的な逆電流を本質的に減少させるようにして実施する、以上の手順で構成され、
更に、前記基板を前記マスクでかみ合わせてふさぐことにより前記基板の一部をマスキングする手順を含み、
前記直流電力を供給するための前記手順が、スィッチング電源装置を使用する手順を含み、前記基板が、ポリカーボネート、ガラス、または電気的に非導電性材料の物質を含む、前記方法。 - 基板上に形状的に精密なやり方で薄膜フィルムをコーティングするための方法であって：
a.コーティング箱内にターゲット材料を供給し；
b.直流電力を前記コーティング箱内に、アノードとカソードとを有する回路を通して供給し；そして
c.コーティング材料の薄膜を前記基板上への蒸着を；
d.前記回路内の全ての過渡的な逆電流を本質的に減少させるようにして実施する、以上の手順で構成され、
前記回路内の全ての過渡的な逆電流を本質的に減少させるための前記手順が、前記回路内に素子を具備する手順を含み、前記回路内の前記素子が前記逆電流に急速に反応し、直流電力を供給するための前記手順が、第一リード配線ならびに第二リード配線を使用する手順を含み、前記回路内に素子を具備するための前記手順が前記素子を前記リード配線の一方に沿って接続する手順を含む、前記方法。 - 基板上に形状的に精密なやり方で薄膜フィルムをコーティングするための方法であって：
a.コーティング箱内にターゲット材料を供給し；
b.直流電力を前記コーティング箱内に、アノードとカソードとを有する回路を通して供給し；そして
c.コーティング材料の薄膜を前記基板上への蒸着を；
d.前記回路内の全ての過渡的な逆電流を本質的に減少させるようにして実施する、以上の手順で構成され、
直流電力を供給するための前記手順が直流電力出力を生成する手順を含み、前記逆電流を減少させる手順が高速ダイオードを前記回路内の前記直流電力出力が生成された後の点に用意する手順を含み、前記回路が前記アノードと前記カソードとに接続されたリード配線を有し、高速ダイオードを前記回路内に用意するための前記手順が前記ダイオードを前記リード線のひとつに沿って接続する手順を含む、前記方法。 - 基板上に形状的に精密なやり方で薄膜フィルムをコーティングするための方法であって：
a.コーティング箱内にターゲット材料を供給し；
b.直流電力を前記コーティング箱内に、アノードとカソードとを有する回路を通して供給し；そして
c.コーティング材料の薄膜を前記基板上への蒸着を；
d.前記回路内の全ての過渡的な逆電流を本質的に減少させるようにして実施する、以上の手順で構成され、
更に、前記基板の一部をマスキングする手順を含み、直流電力を供給するための前記手順が直流電力出力を生成する手順を含み、前記逆電流を減少させる手順が高速ダイオードを前記回路内の前記直流電力出力が生成された後の点に用意する手順を含み、前記回路が前記アノードと前記カソードとに接続されたリード配線を有し、高速ダイオードを前記回路内に用意するための前記手順が前記ダイオードを前記リード線のひとつに沿って接続する手順を含む、前記方法。 - 基板上に形状的に精密なやり方で薄膜フィルムをコーティングするための方法であって：
a.コーティング箱内にターゲット材料を供給し；
b.直流電力を前記コーティング箱内に、アノードとカソードとを有する回路を通して供給し；そして
c.コーティング材料の薄膜を前記基板上への蒸着を；
d.前記回路内の全ての過渡的な逆電流を本質的に減少させるようにして実施する、以上の手順で構成され、
更に、前記基板の一部をマスキングする手順を含み、前記基板の一部をマスキングするための前記手順が、前記基板を前記マスクでかみ合わせてふさぐ手順を含み、前記基板が、ポリカーボネート、ガラス、または電気的に非導電性材料の物質を含み、直流電力を供給するための前記手順が直流電力出力を生成する手順を含み、前記逆電流を減少させる手順が高速ダイオードを前記回路内の前記直流電力出力が生成された後の点に用意する手順を含み、前記回路が前記アノードと前記カソードとに接続されたリード配線を有し、高速ダイオードを前記回路内に用意するための前記手順が前記ダイオードを前記リード線のひとつに沿って接続する手順を含む、前記方法。 - フィルム・コーティング・システム用の直流電源装置であって：
a.予め定められた周波数の交流電力を受け入れるための装置と；
b.前記交流電力を直流電流に変換するための装置と；
c.前記直流電流をスィッチングしてより高い周波数の交流信号を生成するための装置と；
d.前記交流信号を整流して、前記フィルム・コーティング・システムに与えられる直流電力出力を生成するための装置と；そして
e.前記整流装置の作用を受けた後の前記出力に影響を与えるように配置されている高速ダイオードとを含む、前記電源装置。 - 請求項第17項記載の直流電源装置に於いて、前記直流電源出力が第一リード配線ならびに第二リード配線を通して供給され、前記高速ダイオードが前記第一および第二リード配線にまたがるように接続されている前記電源装置。
- 請求項第17項記載の直流電源装置に於いて、前記直流電源出力が第一リード配線ならびに第二リード配線を通して供給され、前記高速ダイオードが前記リード配線のひとつに沿って接続されている前記電源装置。
- フィルム・コーティング・システム用の直流電力を供給するための方法であって：
a.予め定められた周波数の交流電力を受け入れ；
b.前記交流電力を直流電流に変換し；
c.前記直流電流をスィッチングしてより高い周波数の交流信号を生成し；
d.前記交流信号を整流して、前記フィルム・コーティング・システムに与えられる直流電力出力を生成し；そして
e.全ての逆電流を本質的に減少させるために高速ダイオードを利用する手順を含む、前記方法。 - 請求項第20項記載の直流電力を供給するための方法に於いて、前記直流電力出力が第一リード線および第二リード線を通して供給され、前記高速ダイオードが前記リード配線にまたがって接続されている、前記方法。
- 請求項第20項記載の直流電力を供給するための方法に於いて、前記直流電力出力が第一リード線および第二リード線を通して供給され、前記高速ダイオードが前記リード配線の一つに沿って接続されている、前記方法。
- 請求項第３項から第８項までのいずれかに記載の形状的に精密な薄膜フィルム・コーティング・システムにおいて、前記直流電源装置は前記アノードと前記カソードと共に負荷回路ループを構成するフィルタ素子を含み、前記回路内の過渡的な逆電流を本質的に減少させるための装置は前記負荷回路ループ内の過渡的逆電流素子を含む、前記システム。
- 請求項第11項から第13項、第14項から第16項までのいずれかに記載の基板上に形状的に精密なやり方で薄膜フィルムをコーティングするための方法において更に、前記アノードと前記カソードと共に負荷回路ループを構成するフィルタ素子により前記直流電力をフィルタリングする手順を含み、前記回路内の全ての過渡的な逆電流を本質的に減少させるための手順は前記負荷回路ループ内の全ての過渡的な逆電流を本質的に減少させる手順を含む、前記方法。
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