JP4439156B2 - 基板上の温度制御された気相成長のための方法および装置 - Google Patents
基板上の温度制御された気相成長のための方法および装置 Download PDFInfo
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Description
本発明は、一般的には、気相成長法に関する。本発明は、更に具体的には、基板の温度が制御される気相成長法に関する。
真空気相成長法は、フォイル電極の表面積を増加するために知られた方法である。凝縮によって生じた熱の負荷は、気化物が蒸着する基板の温度を上昇させる。基板を最適成長温度に維持するため、冷却が必要である。
Ｋａｋｉｎｏｋｉらの米国特許第４，９７０，６２６号は、基板をドラムで支持し、気相成長によって電解コンデンサを製造する方法を説明する。ドラムは、伝導によって熱を放散する冷却要素としても働く。しかし、基板の伝導冷却は欠点を有する。Ｆ．Ｃａｓｅｙらによる「フリースパンウェブメタライザ内の金属化薄膜の特性」（1999 Society of Vacuum Coaters 505/856-7188, pp. 480-483）によれば、気相成長の間に、高熱の発生は基板を膨張させる。しかし、基板とドラムとの間の摩擦力が膨張を防止する。その結果、基板はしわを生じる。
フリースパン気相成長プロセスは、１９７０年代から使用されており、しわの問題を回避する。たとえば、Ｎａｋａｍｕｒａらの米国特許第５，２８８，５１５号は、フリースパン気相成長プロセスを説明している。しかし、冷却ドラムなしでは、熱の放散は問題を残している。
冷却ドラムを使用する伝導冷却は基板フォイルのしわを生じ、また対流性冷却は真空室の中で適用できないので、放射熱の放散が残された唯一の方法である。放射熱の放散は、気相成長されていない基板の側から起こることができる。しかし、放射冷却の効果は基板の熱放射率に依存する。この熱放射率は、低すぎるかも知れない。たとえば、アルミニウム基板の熱放射率は約０．０２であって、これは放射によって効果的な熱の放散を提供するには低すぎる。
本発明の目的は、制御された基板温度で気相成長する方法および装置を提供することである。
したがって、本発明の好ましい実施例によれば、気相成長プロセスの間に、低熱放射率基板の温度を制御する方法が提供される。この方法は、次のものを具備する。
（ａ）基板の第１の側で、前もって選択された物質を気相成長することによって、高熱放射率層を形成する第１のステップ、
（ｂ）基板の第２の側で気相成長することによって、前もって選択された物質の層を形成する第２のステップ。ここで前記第１の側の層は、基板から過剰の熱を放射するように働き、それによって所定の温度を超えた基板の加熱が防止される。
（ａ）基板の第１の側で、前もって選択された物質を気相成長することによって、高熱放射率層を形成する第１のステップ、
（ｂ）基板の第２の側で気相成長することによって、前もって選択された物質の層を形成する第２のステップ。ここで前記第１の側の層は、基板から過剰の熱を放射するように働き、それによって所定の温度を超えた基板の加熱が防止される。
更に、本発明の好ましい実施例によれば、前記第１のステップは、基板の第１の側で気相成長することによって、高熱放射率物質の薄い層を形成することを含む。
更に、本発明の好ましい実施例によれば、第１の側の層は、基板から熱を放射することに加えて、第２の側の層から過剰な熱を放射するように働く。
更に、本発明の好ましい実施例によれば、第２の側の物質は、前もって選択された高熱放射率物質である。
更に、本発明の好ましい実施例によれば、前記第１および第２のステップにおいて、前もって選択された物質は同じである。
更に、本発明の好ましい実施例によれば、前記方法は、基板の第１の側に形成された層の上に気相成長することによって、前もって選択された物質の更なる層を形成する第３のステップを含む。
あるいは、本発明によれば、前記方法は、更に、基板の第１の側に形成された層の上に気相成長することによって、前もって選択された物質の更なる層を形成する第１の側のステップを含む。
更に、本発明によれば、前記方法は、所望の厚さの層が第１の側に形成されるまで、第１の側のステップを反復することを含む。
更に、本発明によれば、前記方法は、基板の第２の側に形成された層の上に気相成長することによって、前もって選択された物質の更なる層を形成する第２の側のステップを含む。
更に、本発明によれば、前記方法は、所望の厚さの層が第２の側に形成されるまで、第２の側のステップを反復することを含む。
更に、本発明によれば、前記方法は、次の少なくとも１つを変化させるステップを含む。
第１の側の層の厚さ、
第２の側の層の厚さ、
第１の側の気相成長レート、および
第２の側の気相成長レート。
第１の側の層の厚さ、
第２の側の層の厚さ、
第１の側の気相成長レート、および
第２の側の気相成長レート。
更に、本発明の好ましい実施例によれば、前記方法は、基板と冷却要素との間の放射によって基板を冷却することを含む。
更に、本発明の好ましい実施例によれば、前記方法は、気相成長用のフリースパン装置の上で基板を移動することを含む。
更に、本発明の好ましい実施例によれば、前記方法は、基板の速度を変化させて基板の温度を制御することを含む。
更に、本発明の好ましい実施例によれば、前記方法は、フリースパン装置の冷却要素への伝導によって基板を冷却することを含む。
あるいは、本発明によれば、前記方法は、気相成長用の固定装置の上に基板を支持することを含む。
更に、本発明によれば、前記方法は、固定装置の冷却要素への伝導によって基板を冷却することを含む。
更に、本発明によれば、気相成長は反応性気相成長を含む。
したがって、更に、本発明の好ましい実施例によれば、多段フリースパン気相成長装置が提供される。この装置は、次のものを含む。
（ａ）気相成長の前に基板が巻かれる第１のスプール。このスプールは、気相成長のために基板を解き放つ。
（ｂ）気相成長に続いて基板を受け取り、基板を巻き取る第２のスプール。
（ｃ）第１のスプールおよび第２のスプールの間の経路に置かれ、基板を導く複数のガイドローラ。
（ｄ）少なくとも２つの前方側、気相成長ステーション、これらは経路に沿って置かれ、基板の前方側に気相成長するために配列される。
（ｅ）少なくとも１つの第２の側、気相成長ステーション、これは少なくとも２つの第１の側の気相成長ステーションの間で経路に沿って置かれ、基板の第２の側で気相成長するために配列される。
（ｆ）前記のコンポーネントを格納し、気相成長を行なうための真空槽。
（ａ）気相成長の前に基板が巻かれる第１のスプール。このスプールは、気相成長のために基板を解き放つ。
（ｂ）気相成長に続いて基板を受け取り、基板を巻き取る第２のスプール。
（ｃ）第１のスプールおよび第２のスプールの間の経路に置かれ、基板を導く複数のガイドローラ。
（ｄ）少なくとも２つの前方側、気相成長ステーション、これらは経路に沿って置かれ、基板の前方側に気相成長するために配列される。
（ｅ）少なくとも１つの第２の側、気相成長ステーション、これは少なくとも２つの第１の側の気相成長ステーションの間で経路に沿って置かれ、基板の第２の側で気相成長するために配列される。
（ｆ）前記のコンポーネントを格納し、気相成長を行なうための真空槽。
更に、本発明の好ましい実施例によれば、前記装置は次のものを含む。
（ａ）第１の複数の第１の側の気相成長ステーション、これらは経路に沿って置かれ、第１の側で気相成長するために配列される。および、
（ｂ）第２の複数の第２の側の気相成長ステーション、これらは経路に沿って置かれ、第２の側で気相成長するために配列される。
ここで、ステーションの順序は、第１の側の気相成長ステーションと第２の側の気相成長ステーションとの間で交替し、第１の複数は第２の複数と等しくてよく、および第１の複数は第２の複数よりも１だけ大きくてもよい。
（ａ）第１の複数の第１の側の気相成長ステーション、これらは経路に沿って置かれ、第１の側で気相成長するために配列される。および、
（ｂ）第２の複数の第２の側の気相成長ステーション、これらは経路に沿って置かれ、第２の側で気相成長するために配列される。
ここで、ステーションの順序は、第１の側の気相成長ステーションと第２の側の気相成長ステーションとの間で交替し、第１の複数は第２の複数と等しくてよく、および第１の複数は第２の複数よりも１だけ大きくてもよい。
更に、本発明の好ましい実施例によれば、前記装置は、制御された冷却レートの冷却要素を含む。この冷却要素は、任意の気相成長ステーションで、気相成長ステーションとは反対の基板側に基板と非常に接近して置かれ、気相成長の間に２つのボデーの間の放射によって基板を冷却する。
更に、本発明の好ましい実施例によれば、前記冷却要素は複数の冷却要素を含む。各々の冷却要素は、任意の気相成長ステーションで、気相成長ステーションとは反対の基板側に基板と非常に接近して置かれる。
更に、本発明の好ましい実施例によれば、前記装置は、制御された冷却レートの少なくとも１つの冷却要素を含む。この冷却要素は、任意のスプールの中に置かれ、伝導によって基板を冷却して気相成長の間に基板の温度を低減する。
更に、本発明の好ましい実施例によれば、前記少なくとも１つの冷却要素は２つの冷却要素を含み、各々の冷却要素はスプールの１つの中に置かれる。
更に、本発明の好ましい実施例によれば、前記装置は、制御された冷却レートの少なくとも１つの冷却要素を含む。この冷却要素は、ガイドローラの少なくとも１つの中に置かれ、伝導によって基板を冷却して気相成長の間に基板の温度を低減する。
更に、本発明の好ましい実施例によれば、前記少なくとも１つの冷却要素は複数の冷却要素を含み、各々の冷却要素はガイドローラの１つの中に置かれる。
更に、本発明の好ましい実施例によれば、前記基板はフォイルである。
更に、本発明の好ましい実施例によれば、前記基板は金属フォイルである。
更に、本発明の好ましい実施例によれば、前記基板はアルミニウムフォイルである。
更に、本発明によれば、少なくとも２つの第１の側の気相成長ステーションは、次のいずれかのために配列される。
アルミニウム反応性気相成長、
酸化アルミニウム気相成長、
タンタル反応性気相成長、
酸化タンタル気相成長、
チタン反応性気相成長、および
酸化チタン気相成長。
アルミニウム反応性気相成長、
酸化アルミニウム気相成長、
タンタル反応性気相成長、
酸化タンタル気相成長、
チタン反応性気相成長、および
酸化チタン気相成長。
更に、本発明によれば、少なくとも１つの第２の側の気相成長ステーションは、次のいずれかのために配列される。
アルミニウム反応性気相成長、
酸化アルミニウム気相成長、
タンタル反応性気相成長、
酸化タンタル気相成長、
チタン反応性気相成長、および
酸化チタン気相成長。
アルミニウム反応性気相成長、
酸化アルミニウム気相成長、
タンタル反応性気相成長、
酸化タンタル気相成長、
チタン反応性気相成長、および
酸化チタン気相成長。
本発明は、添付の詳細な説明および図面から、より明瞭に理解されるであろう。図面において、類似の要素については同じ番号表示が図を通して維持される。
用語の定義
本発明は、添付の定義から、より明瞭に理解されるであろう。
１．高熱放射率物質または層： 基板の放射率よりも大きい放射率を有する物質または層。ここで、物質の用語「高熱放射率」が説明されるとき、高熱放射率は物質の固有の放射率の結果であるか、物質の表面状態の結果であってよいことを理解されたい。物質の放射率は、典型的には、基板、および／または基板の上に蒸着した１または複数の層の所望の特性の低下を防ぐようなものでなければならない。
２．薄層： 既定の基板および既定のプロセスについて、前もって選択された最大許容温度を超えて基板の温度を上昇させない層の厚さ。
本発明は、添付の定義から、より明瞭に理解されるであろう。
１．高熱放射率物質または層： 基板の放射率よりも大きい放射率を有する物質または層。ここで、物質の用語「高熱放射率」が説明されるとき、高熱放射率は物質の固有の放射率の結果であるか、物質の表面状態の結果であってよいことを理解されたい。物質の放射率は、典型的には、基板、および／または基板の上に蒸着した１または複数の層の所望の特性の低下を防ぐようなものでなければならない。
２．薄層： 既定の基板および既定のプロセスについて、前もって選択された最大許容温度を超えて基板の温度を上昇させない層の厚さ。
ここで図１を参照する。図１は、本発明の好ましい実施例に従った多段フリースパン気相成長装置１０の概略図である。好ましくは、装置１０は次のコンポーネントを含む。
第１のスプール１２。その上に基板１８が気相成長の前に巻かれるが、それは気相成長のために基板１８を解き放つためである。
第２のスプール１４。これは気相成長に続いて基板１８を受け取り、基板１８を巻き取る。
複数のガイドローラ１６。これは、基板１８を導くため、第１のスプール１２と第２のスプール１４との間の経路１５に置かれる。
２つの第１の側の気相成長ステーション２２および２６。これらは、経路１５に沿って置かれ、基板１８の第１の側で気化物２０の気相成長のために配列される。
第２の側の気相成長ステーション２４。これは、第１の側の気相成長ステーション２２と２６の間で、経路１５に沿って置かれ、基板１８の第２の側で気化物２０を気相成長するために配列される。
真空槽１１。これは、前述したコンポーネントを格納し、装置１０のプロセスのために真空を提供する。
第１のスプール１２。その上に基板１８が気相成長の前に巻かれるが、それは気相成長のために基板１８を解き放つためである。
第２のスプール１４。これは気相成長に続いて基板１８を受け取り、基板１８を巻き取る。
複数のガイドローラ１６。これは、基板１８を導くため、第１のスプール１２と第２のスプール１４との間の経路１５に置かれる。
２つの第１の側の気相成長ステーション２２および２６。これらは、経路１５に沿って置かれ、基板１８の第１の側で気化物２０の気相成長のために配列される。
第２の側の気相成長ステーション２４。これは、第１の側の気相成長ステーション２２と２６の間で、経路１５に沿って置かれ、基板１８の第２の側で気化物２０を気相成長するために配列される。
真空槽１１。これは、前述したコンポーネントを格納し、装置１０のプロセスのために真空を提供する。
ここで図２を参照する。図２は、本発明の好ましい実施例に従って、前もって選択された高熱放射率物質を、低熱放射率基板上に気相成長するプロセスの間に、基板の温度を制御する方法の概略図である。好ましくは、気相成長は幾つかの段階で実行される。
第１の段階として、ステーション２２で、前もって選択された高熱放射率物質の薄い第１の層４０が、気相成長によって基板１８の第１の側へ貼り付けられる。第１の層４０は厚さｄ１を有し、ｄ１は、たとえば０．５〜１．５ミクロンであってよい。層は薄いので、気相成長に起因する熱放出量は低い。したがって、基板１８は第１の所定の温度Ｔ１を超えて加熱される。Ｔ１は、好ましくは、薄い第１の層の厚さによって制御される。代替的に、第１の所定の温度は、他のパラメータ、たとえば気相成長レートによって制御されてよい。
第２の段階として、ステーション２４で、前もって選択された高熱放射率物質の比較的厚い第２の層４２が、気相成長によって基板１８の第２の側へ貼り付けられる。第２の層４２は厚さｄ２を有する。ｄ２は、たとえば３．５〜４ミクロンであってよい。第１の層４０は、基板１８および第２の層４２から過剰の熱を放射するように働き、それによって第２の所定の温度Ｔ２を超えて基板１８を加熱しない。本発明の好ましい実施例によれば、Ｔ１の値は、後の表２と関連して分かるように、Ｔ２の値に近い。
好ましくは、第３の段階として、ステーション２６で、前もって選択された高熱放射率物質の比較的厚い第３の層４４が、気相成長によって基板１８の第１の側の第１の層４０の上へ貼り付けられる。第３の層４４は厚さｄ３を有する。ｄ３は、たとえば２．５〜３．５ミクロンであってよい。好ましくは、ｄ２＝ｄ１＋ｄ３であり、したがって第１の側の総計の層の厚さは、第２の層とほぼ同じである。この段階では、第２の層４２は、基板１８および第３の層４４から過剰の熱を放射するように働き、それによって第３の所定の温度Ｔ３を超えて基板１８を加熱しない。本発明の好ましい実施例によれば、Ｔ１、Ｔ２、およびＴ３は、後の表２と関連して分かるように、一般的に近い値である。また、基板１８の１つの側のみのコーティングが望まれる場合、第３の段階は実行されない。
ここで表１および２を参照する。これらの表は、共に、基板１８が、３０ミクロンの厚さを有し、０．３８ｍ／分の速度で移動し、気化物が１１２０Å／秒で蒸着している場合の、本発明の利点を示す。
表１は、従来技術の方法に従った実験を示し、その場合、３．５ミクロンの厚さの層が、気相成長によって基板１８の両側へ貼り付けられる。第１の層を基板１８の第１の側へ貼り付ける間、基板の温度は４１５℃へ上昇する。しかし、第２の層を基板１８の第２の側へ貼り付ける間、第１の層を利用することができ、第１の層は基板１８および第２の層４２から過剰な熱を放射するように働き、それによって２９５℃を超えて基板１８を加熱しない。
表２は、本発明に従った実験を示し、その場合、３．５ミクロンの厚さの層が、複数の段階で、気相成長によって基板１８の両側へ貼り付けられる。第１の段階では、１．２５ミクロンの厚さの薄い層４０が、基板１８の第１の側へ貼り付けられ、基板の温度は３１２℃にしか上昇しない。なぜなら、層４０はどちらかといえば薄いからである。第２の段階では、層４２が基板１８の第２の側へ貼り付けられ、基板の温度は３０９℃にしか上昇しない
。なぜなら、層４０は基板１８および第２の層４２から過剰な熱を放射するように働くからである。第３の段階では、層４４は基板１８の第１の側で層４０の上に貼り付けられ、基板の温度は２５８℃にしか上昇しない。なぜなら、層４２は基板１８および層４４から過剰な熱を放射するように働くからである。
表１
従来技術の気相成長
表２
本発明に従った気相成長
。なぜなら、層４０は基板１８および第２の層４２から過剰な熱を放射するように働くからである。第３の段階では、層４４は基板１８の第１の側で層４０の上に貼り付けられ、基板の温度は２５８℃にしか上昇しない。なぜなら、層４２は基板１８および層４４から過剰な熱を放射するように働くからである。
表１
従来技術の気相成長
表２
本発明に従った気相成長
したがって、同じ物質、層の厚さ、および基板の速度について、本発明の実験例では、３段階気相成長プロセスを通して、基板のピーク温度は３１２℃を超えて上昇しなかったが、従来技術の実験では、基板のピーク温度は４１５℃へ上昇した。
ここで表３を参照する。表３は、基板の速度が０．１２ｍ／分であり、気化物が３５０Å／秒のレートで蒸着し、他の条件が表１のままである場合の従来技術の実験を示す。表３から分かるように、従来技術のテクノロジを使用して本発明（表２）と同様の基板のピーク温度を達成するためには、基板の速度を著しく低減しなければならない。この発明の実施例では、０．３８ｍ／分から０．１２ｍ／分へ、３分の１を超えて低減され、したがってプロセスがスローダウンする。
表３
従来技術の気相成長
表３
従来技術の気相成長
ここで表４を参照する。表４は、デーブル２と同じ気相成長レート（１１２０Å／秒）について、本発明に従った実験を示す。基板の実行速度が０．９６ｍ／分で付着した層は薄く、表２の基板速度０．３８ｍ／分よりも約２．５倍早い。全ての他の条件は同じままである。表４で分かるように、本発明のテクノロジを使用すると、基板のピーク温度は、基板の速度が早くなっても、比較的低いままである。
表４
本発明に従った気相成長
表４
本発明に従った気相成長
上記実施例では、基板１８はアルミニウムフォイルである。アルミニウムフォイルは厚さが約３０ミクロンで、気相成長による層の厚さは約３〜５ミクロンである。
本発明に従って、気相成長ステーション２２、２４、２６（図１および図３）は、アルミニウム反応性気相成長のために配列される。上記実施例の場合、気化物は金属アルミニウムおよび酸素の混合物である。
ここで図３を参照する。図３は、本発明の代替の実施形態に従った多段フリースパン気相成長装置５０の概略図である。装置５０は、基板１８から伝導によって熱を除去するため、制御された冷却レートの少なくとも１つの冷却要素３０を、好ましくはスプール１２の中に置かれる。代替または追加として、冷却要素３０はスプール１４の中に置かれてよい。代替または追加として、制御された冷却レートの冷却要素３１は基板１８から伝導によって熱を除去するため、気相成長ステーションでガイドロール１６の中に置かれてよい。代替または追加として、冷却要素３１は他のガイドロール１６の中に置かれてよい。代替または追加として、制御された冷却レートの少なくとも１つの冷却要素２８は、気相成長の間に基板を冷却するため、気相成長ステーションで、気相成長ステーションとは反対の基板側に基板と非常に接近して置かれてよい。
本発明によれば、制御された冷却レートの冷却要素２８、３０、３１は、通常のランキンのような冷凍サイクルによって冷却されてよい。また、それらは電子冷却によって冷却されてもよい。
基板１８から冷却要素２８への放射による熱の放散は、次の式によって表される。
Ｑ放散∝ε１８ｘε２８（Ｔ１８ ４−Ｔ２８ ４）
ここで、Ｑ放散は基板１８と冷却要素２８との間の放射による熱伝達量を表し、ε１８およびε２８は、それぞれ、基板１８および冷却要素２８の熱放散率を表し、Ｔ１８およびＴ２８は、それぞれ、基板１８および冷却要素２８の絶対温度を表す。有効な熱の放散のために、ε１８およびε２８は高くなければならず、したがって要素２８は黒く塗られ、差分Ｔ１８ ４−Ｔ２８ ４は高くなければならず、したがってＴ２８はできるだけ低くなければならない。冷却要素２８で熱を放散する方法は、ε１８が比較的低い気相成長ステーション２２よりも、ε１８が比較的高い気相成長ステーション２４が効果的であろう。
Ｑ放散∝ε１８ｘε２８（Ｔ１８ ４−Ｔ２８ ４）
ここで、Ｑ放散は基板１８と冷却要素２８との間の放射による熱伝達量を表し、ε１８およびε２８は、それぞれ、基板１８および冷却要素２８の熱放散率を表し、Ｔ１８およびＴ２８は、それぞれ、基板１８および冷却要素２８の絶対温度を表す。有効な熱の放散のために、ε１８およびε２８は高くなければならず、したがって要素２８は黒く塗られ、差分Ｔ１８ ４−Ｔ２８ ４は高くなければならず、したがってＴ２８はできるだけ低くなければならない。冷却要素２８で熱を放散する方法は、ε１８が比較的低い気相成長ステーション２２よりも、ε１８が比較的高い気相成長ステーション２４が効果的であろう。
本発明によれば、前記装置は、片側だけの気相成長が必要であるときにも使用されてもよい。基板１８の熱放射率を増進するため、薄い第１の層が気相成長ステーション２２（図１および図３）で貼り付けられ、次に、所望の厚さの第２の層が第２の側へ貼り付けられる。この場合、薄い第１の層は基板１８および第２の層から過剰な熱を放射するように働く。
本発明によれば、３つを超える気相ステーションおよび３つを超える気相成長段階が用いられてもよい。こうして、各々の段階で放散されなければならない熱負荷が低減され、各々の段階で、熱放散のための熱放散率が徐々に増進する。
また、第１の側および第２の側の気相成長のために、２つだけの気相成長ステーションを有するフリースパン気相成長装置が用いられてもよい。気相成長は、装置を通して基板１８の２つ以上の経路で適用される。たとえば、基板１８は、双方の側で第１の部分気相成長のために装置を通して実行されてよく、次に再び、第１の実行の直後、または第１の実行の後の任意の時点で、双方の側で最終気相成長のために装置を通して実行されてよい。
ここで図４Ａを参照する。図４Ａは、本発明の代替の実施例に従って気相成長の効率を増進するフリースパン多段気相成長装置７０の概略図である。気相成長の効率は、通常、基板上に蒸着した気化物質量と、既定の装置に関して気化したトータルの気化物質量との比として定義される。金属源からの気化物分配は、図４Ａの気化物２０によって示されるように、放射線源のランベルト法則の改善を使用してシミュレートすることができる。エッジまたは接線損失を最小にして、気相成長の効率を増進するため、装置７０のガイドローラ１６は、１８０°に近づく広角αで気化物２０の粒子線を受ける経路７２を通して基板１８を導くように配列される。
ここで図４Ｂを参照する。図４Ｂは、本発明の代替の実施例に従って気相成長の効率を増進する気相成長装置８０の概略図である。図４Ｂでは、基板１８は、ドラム８２および８４、並びにガイドローラ１６によって支持される。気相成長の効率を増進するため、装置８０のガイドローラ１６は、１８０°に近づく広角βで気化物２０の粒子線を受ける経路８６を通して基板１８を導くように配列される。
ここで図４Ｃを参照する。図４Ｃは、本発明の代替の実施例に従って気相成長の効率を増進する気相成長装置９０の概略図である。図４Ｃでは、基板１８は、ドラム９２および９４、並びにガイドローラ１６によって支持される。気相成長の効率を増進するため、装置９０のガイドローラ１６は、広角γで気化物２０の粒子線を受ける経路９６を通して基板１８を導くように配列される。
本発明の範囲は、フォイル形式の基板に限定されないことが、当業者に理解されよう。本発明の気相成長法および反応性気相成長法は、フリースパン装置以外の装置によって支持される基板へ適用されてよい。たとえば、気相成長または反応性気相成長は、たとえば窓枠のような装置に保持されたチップの形式をした静止基板へ適用されてよい。窓枠のような装置は、第１および第２の側の気相成長のためにヒンジ上で回転してよい。
本発明の範囲は、真空蒸着システム内の熱放散の改善に限定されないことが、当業者に理解されるであろう。これまで説明した気相成長法および反応性気相成長法は、第１の薄い層の上に付着した任意の第２および追加的層の形態を制御することに加えて、蒸着した物質の所望の表面粗さを達成するように適用されてよい。
更に、本発明の範囲は、単なる例として、これまで具体的に図示および説明したものによって限定されないことが、当業者に理解されるであろう。むしろ、本発明の範囲は、後述の特許請求の範囲によってのみ限定される。
Claims (19)
- フリースパン気相成長（１０）装置の処理の間に金属フォイル基板（１８）の温度を、基板（１８）の第１の側に基板（１８）の熱放射率よりも大きい熱放射率を有する第１の物質の層（４０）を形成し、かつ、基板の第２の側に基板（１８）の熱放射率よりも大きい熱放射率を有する第２の物質の層（４２）を形成することによって、制御する方法であって
ａ）前記基板（１８）の第１の側に前もって選択された第１物質の層（４０）を気相成長させることによって、薄い高熱放射率層を形成し、該第一物質の層（４０）を厚さが０．５〜１．５μｍの薄さにすることで、基板温度が前もって定められた温度以上に上昇することを防止することを特徴とする第１ステップ、
ｂ）前記基板（１８）の第２の側に気相成長させることによって、前もって選択された第２の物質の層（４２）を形成する第２のステップにおいて、前記第１の側の層が前記基板（１８）から過剰な熱を放射するように動作し、これにより前記基板（１８）を前もって定められた温度以上に加熱することを防止する第２ステップ、
ｃ）前記基板（１８）の第１の側に形成された層の上に気相成長させることによって前記第１の側に望ましい厚さの層が形成されるまで、少なくとももう１つの前もって選択された物質の層をその上に形成する第３ステップにおいて、第２の側の前記の層（４２）が基板から過剰な熱を放射する動作をして基板温度が前もって定められた温度以上に上昇することを防止することを特徴とする第３ステップ
を具備する方法であって、
前記第１のステップａ）の気相成長は、
前記気相が金属アルミニウム及び酸素の混合物である、アルミニウム反応性気相成長、
酸化アルミニウム気相成長、
前記気相が金属タンタル及び酸素の混合物である、タンタル反応性気相成長、
酸化タンタル気相成長、
前記気相が金属チタン及び酸素の混合物である、チタン反応性気相成長、
及び、酸化チタン気相成長
から選択されることを特徴とする方法。 - 前記第１ステップで形成された第１の側の層が、更に、前記基板から熱を放射することに加えて、前記第２の側の層から過剰の熱を放射するように働く、請求項１に記載の方法。
- 前記第２の前もって選択された物質が、前記基板より大きい熱放射を有する物質である、請求項１に記載の方法。
- 前記第１および第２の前もって選択された物質が同じである、請求項３に記載の方法。
- 前記第３ステップにおいて、前記少なくとももう１つの層が少なくとも前もって選択された前記第１の物質の更なる層を含む、請求項１に記載の方法。
- 更に、前記基板の第２の側に形成された前記層の上に気相成長によって、前記前もって選択された物質の更なる層をその上に形成する第２の側のステップを含む、請求項１に記載の方法。
- 更に、所望の厚さの層が前記第２の側に形成されるまで、前記第２の側のステップを断続的に反復することを含む、請求項６に記載の方法。
- 更に、前記第１の側の層の厚さ、
前記第２の側の層の厚さ、
前記第１の側の気相成長速度、および
前記第２の側の気相成長速度
の少なくとも１つを変化させることを特徴とする、請求項１に記載の方法。 - 前記第１ステップ、前記第２ステップ、前記第３ステップの少なくともいずれか１のステップにおいて、冷却要素が基板の気相成長される側とは反対側に近接して置かれ、前記基板から前記冷却要素への熱放射によって前記基板を冷却することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
- 前記第1ステップ、前記第２ステップ、前記第３ステップの少なくともいずれか１のステップにおいて、気相成長用の前記フリースパン装置上で前記基板を移動させることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
- 前記基板を移動させる速度を変化させて前記基板温度を制御することを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
- 気相成長が反応性気相成長を含む、請求項１に記載の方法。
- 前記金属フォイルがアルミニウムフォイルである、請求項１に記載の方法。
- 前記気相成長が、前記第１ステップ、前記第２ステップ、前記第３ステップの全てのステップでアルミニウム反応性気相成長、酸化アルミニウム気相成長、タンタル反応性気相成長、酸化タンタル気相成長、チタン反応性気相成長、酸化チタン気相成長から選択された、請求項１に記載の方法。
- 前記気相成長が、前記第１ステップ、前記第２ステップ、前記第３ステップの全てのステップでアルミニウム反応性気相成長、酸化アルミニウム気相成長、タンタル反応性気相成長、酸化タンタル気相成長、チタン反応性気相成長、酸化チタン気相成長から選択された、請求項１３に記載の方法。
- 基板（１８）の第１の側に基板（１８）の熱放射率よりも大きい熱放射率を有する第１の物質の層（４０）を形成し、かつ、基板の第２の側に基板（１８）の熱放射率よりも大きい熱放射率を有する第２の物質の層（４２）を形成する、多段フリースパン気相成長装置（１０）であって、
前記少なくとも２つの第１の側の気相成長ステーション（２２,２６）、または前記少なくとも１つの第２の側の気相成長ステーション（２４）、またはその両方が、アルミニウム反応性気相成長から選択された気相成長に適し、
前記気相はアルミニウム金属と酸素の混合物、酸化アルミニウム気相成長、タンタル反応性気相成長、タンタル金属と酸素の混合物、タンタル酸化物気相成長、チタン反応性気相成長、チタン金属と酸素の混合物、およびチタン酸化物気相成長、であると仮定して、
ａ）気相成長のため、前記基板（１８）を巻き、または解き放つための、気相成長の前に前記金属フォイル基板（１８）が巻かれる第１のスプール（１２）と、
ｂ）気相成長に続いて前記基板を受け取り、その上に前記基板を巻き取るための第２のスプール（１４）と、
ｃ）前記基板を導くため、前記第１のスプール（１２）と前記第２のスプール（１４）との間の経路に置かれる、複数のガイドローラ（１６）と、
ｄ）前記経路（１５）に沿って置かれ、前記基板（１８）の第１の側の気相（２０）の気相成長のために配列された少なくとも2つの第１の側の気相成長ステーション（２２,２６）であって、初めに形成される第一の側の薄い層（４０）を厚さ０．５〜１．５μｍで形成することで基板温度が前もって定められた温度以上に上昇することを防止する気相成長ステーションと、
ｅ）前記少なくとも２つの第１の側の気相成長ステーション（２２，２６）の間で、前記経路（１５）に沿って置かれ、前記基板の第２の側の気相（２０）の気相成長のために配列された少なくとも１つの第２の側の気相成長ステーション（２４）であって、第二の側の気相成長の際に第一の側に最初に形成された層（４０）が熱の放射の動作をして基板温度が前もって定められた温度以上に上昇することを防止する気相成長ステーションと、
ｆ）前記コンポーネントを格納するための、そして気相成長のための真空槽（１）と、を含む装置。 - 前記基板がアルミニウムフォイルである、請求項１６に記載の装置。
- 前記少なくとも２つの第１の側の気相成長ステーションが、
アルミニウム反応性気相成長、
酸化アルミニウム気相成長、
タンタル反応性気相成長、
酸化タンタル気相成長、
チタン反応性気相成長、および
酸化チタン気相成長
のいずれかのために配列される、請求項１６に記載の装置。 - 前記少なくとも１つの第２の側の気相成長ステーションが、
アルミニウム反応性気相成長、
酸化アルミニウム気相成長、
タンタル反応性気相成長、
酸化タンタル気相成長、
チタン反応性気相成長、および
酸化チタン気相成長
のいずれかのために配列される、請求項１７に記載の装置。
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