JP5046334B2 - 長型ガス分配システム - Google Patents

Description

本発明は、プラズマ装置に取り付けられる長型ガス分配システムに関する。

真空スパッタリング法によって大面積基板を処理する技術が重要になっている。例えば、巨大な真空設備内での大面積窓ガラスのインライン処理は、低放射率被膜または防汚被膜を有する建築用ガラスを仕上げることができるので、ますます重要になっている。これらのスパッタリング設備内において、基板は、搬送方向と直交して配向された細長いスパッタリング源を横切って搬送される。スパッタリング源は、好ましくは、回転スパッタリングターゲットであり、この回転ターゲットの表面で、磁気閉じ込めプラズマのレーストラックが維持される。プラズマは、希ガス、特に、アルゴンのイオン化によって生じる。ターゲットに印加される負のバイアスによって、イオン化されたアルゴン原子が、ターゲット表面と衝突し、これによって、ターゲットからターゲット原子を放出させる。放出した原子が、基板の表面と衝突することで層が形成され始める。処理中、希ガスに加えて、または希ガスに代えて、酸素または窒素のような反応ガスが加えられると、これらのガスが衝突するターゲット原子と反応して複合層が形成される。

被膜の堆積に加えて、プラズマは、表面をクリーニングするのにも用いられる。この用途では、基板は、負のバイアスに維持され、アルゴンイオンの衝突作用によって、表面から汚染物を取除く。このプラズマクリーニングは、ポリマー（ＰＴＦＥ，ＰＶＤＦなど）を被覆するのが困難な場合の予備処理の分野、および、次処理の前に鋼板から汚染物を取除く分野において益々進歩している。

これら両方の用途において、処理ガスが真空機器内に送給される必要がある。設備が広大に設計されるのに伴い、ガスの分配が重要な課題になっている。例えば、プラズマガスがターゲットの片側にのみ送給されると、ターゲットの他側ではガスが欠乏する。この問題は、反応ガスが処理中に反応によって消耗する場合には一層顕著である。ガスがターゲットの片側に送給されると、そのガスは、片側から他側に拡散するので、化学量論比が基板の幅に沿って変化した複合被膜が生じる。

最先端の装置におけるガス分配システムは、チューブから作製されている。最新の文献に記載されている装置の１つは、ターゲットに沿って延在する規則正しい間隔で配列された小孔を有するチューブである（米国特許第５，０９６，５６２号明細書を参照）。米国特許第４，８４９，０８７号明細書は、予混合ガスが、ガスマニフォールドを通して分配され、次いで、平坦なターゲットの近傍におけるノズルで終端する多数のチューブに供給されるシステムを記載している。チューブの各々を通るガス流は、堆積膜からのフィードバック信号によって作動される外部バルブによって、制御される。独国特許出願第４４１２５４１号明細書は、ガス入口と平坦なターゲット表面に沿って位置する出口開口の各々との間の均等な流れ抵抗によって特徴付けられるガス入口装置を開示しているが、このようなガス装置が有していなければならない構造的な特徴については記載されていない。このような装置の利点は、真空塗膜機学会の第４４回年次技術委員会予稿集（ＩＳＳＮ，０７３７−５９２１、２０４ページ）におけるミルデ（Ｍｉｌｄｅ）らによる「大面積リニアマグネトロンスパッタリング源用のガス入口装置」によって予測されている。

既存のガス分配システムの問題は４つある。
（１）ガス流の変化がチャンバにおいて必要とされるとき、制御バルブによる流れの変化がチャンバの出口開口に達するまでに時間が掛かり、これにより信号と反応との間に遅れ時間が生じる。
（２）処理ガスごとに異なるガス分配システムを設置する必要があるので、設備のコストが高くなる。
（３）ターゲットの幅に沿った場所ごとに異なるガス送給が必要とされる場合、１つよりも多い（例えば、左、中央、右の３つの）個別のガス分配システムを設置する必要があるので、ガス分配システムのコストが高くなる。
（４）特に、プラズマクリーニング装置の場合、ガス分配システムは、アノードとして用いられるので、極めて高温になる可能性がある。従って、このようなガス分配システムでは、分配システムの変形を防ぐために、個別に冷却されなければならない。また、スパッタリング装置の場合でも、例えば、ガス分配システムがプラズマの近傍にあれば冷却が望ましい。

市販されている最先端のガス分配システムに満足できないので、本発明者らは、長尺でありながら応答性に優れ、かつ制御が容易であり、冷却用ガスをも供給可能であり、設備の幅に沿った場所ごとに異なるガス送給を可能にするガス分配システムを実現する他の方法を検討した。

本発明の目的は、プラズマ堆積装置またはプラズマクリーニング装置における最先端の長型ガス分配システムの上記の問題を解消することにある。本発明の他の目的は、異なる処理ガスを単一の装置によって分配することができる長型ガス分配システムを提供することにある。本発明の他の目的は、設備の幅の全体にわたって場所ごとに異なるガス供給をもたらすことにある。本発明の他の目的は、ガスの供給量に関して、さらには場所ごとに異なるガス送給の変化に関して迅速に応答するガス分配システムを提供することにある。本発明の他の目的は、一体の冷却システムを内蔵するガス分配システムを提供することにある。

本発明の第１態様は、請求項１の特徴の組合せに関する。プラズマ堆積装置またはプラズマクリーニング装置内に取り付けられる長型ガス分配システムは、少なくとも２つの入口と、複数の出口からなる少なくとも２つの出口列であって、各出口列が前記入口の１つに対応しているような出口列とを備えることを特徴とする。出口列は、少なくとも２つ、好ましくは、さらに多くの出口を意味している。最も好ましいのは、約１００の出口である。前記出口は、ガスを装置の減圧可能なチャンバ内に流す孔である。これらの孔は、孔内に嵌合する交換可能な出口ノズルであってもよい。１つの出口列に属する全ての出口に対して、それらの出口の各々を通るガスの経路を逆に辿ると、常に同一の入口に到達する。各出口列は、基板の移動の方向と実質的に直交する細長いターゲットと実質的に平行の方向に長く延びる列をなして配置される。例えば、希ガスを送給するために、１つの出口列を設備の全幅にわたって設けることができる。または、設備の左側、中央、および右側に希ガスを供給するために、異なる出口列を１列に配置することができる。これは、反応ガスを送給する好ましい配列である。何故なら、この配列は、設備の幅方向に場所ごとに異なるガス送給を可能にし、従って、基板の全幅に亘る膜組成の制御を可能にするからである。勿論、３つよりも多い出口列を１列に配置することもできる。これらの制限は、ガス分配システムに確保しなければならない入口の数によって決定される。

本発明は、ガス分配システムを構築する方法によって特徴付けられる。このガス分配システムは、設備の幅と実質的に等しい長さを有する一組の帯片を備えている。この長さは、０．３０ｍから１０ｍの間にあればよい。帯片は、ガス分配システムに利用される空間および達成されるべき全ガス流に依存する厚みを有している。実用的には、この厚みは、概略的に１ｍｍから７０ｍｍの間にある。帯片の幅は、克服しなければならない到達時間および達成しなければならない全ガス流パターンによって決定される。通常、この幅は、１ｃｍから３０ｃｍの間にある。帯片の数は、入口の数および／または真空チャンバに送給されなければならない処理ガスの数に依存する。本発明を実施するには、少なくとも２つの帯片が必要である。

ガス分配システムは、実質的に細長く延在するので、出口開口の組は、長手方向に配置される。好ましくは、ガス出口列は、帯片の長手方向と厚さ方向とで画定される端面に配置される。他の可能性として、積層体の２つの最外帯片の１つの外面（長手方向と幅方向とで画定される面）に配置される多数の列をなすガス出口列からガスが放出されるようにしてもよい。

帯片は、気密性、重量に対する強度、耐久性、および温度抵抗の適正な組合せを有する材料から作製される。場合によって、例えば、ガス分配システムがアノードとして作用する可能性があるプラズマクリーニング作動では、良好な電気伝導度が重要となることもある。また、場合によって、例えば、アークの生成を防ぐために、絶縁性のガス分配システムをもたらすことが有益であることもある。プラズマがガス分配システムの近傍に生成される場合、磁気特性が重要となる場合もある。磁気特性に依存して、ガス分配システムを、中性材料（１に近い透磁率を有する材料）、または強磁性材料（従って、ガス分配システムに取り付けられる可能性のある磁石からの磁力線を案内する材料）から作製することができる。

アルミニウム帯片およびステンレス鋼帯片は、実用的な材料であることが見出されている。高性能ポリマー、例えば、フラメテック（Ｆｌａｍｅｔｅｃ、商標）ケイテック（Ｋｙｔｅｃ、登録商標）ＰＶＤＦ（フッ化ポリビニリデン）またはＥＣＴＦＥ（エチレンクロロトリフルオロエチレン共重合体）も、包括的ではないが、比較的強靭で電気的絶縁性を有しかつ化学的に不活性な材料であり、同じように用いられてもよい。複合材料も考えられる。

前記帯片の各々は、第１側面と第２側面とを有している。側面は、長手方向と幅方向によって画定される表面を意味する。少なくとも１つの側面が溝を有している。溝は、帯片が互いに積層された状態で通路を形成するように構成されている。前記通路の各々は、前記入口の１つを対応する出口列に接続する。溝は、いかなる種類の適切な方法によって作製されてもよい。例えば、
（１）溝を作製する最も好ましい方法として、半円状またはＵ字状のエンドミル（milling bore head）によって加工する方法が挙げられる。最も都合がよいのは、極めて複雑なパターンの溝加工を可能にする数値制御によって駆動されるフライス盤を用いて、従来の管類では達成できない通路を形成することである。
（２）上記の方法と同様の方法として、選択的なエッチングを用いる方法が挙げられるが、これは、帯片の大きさを考慮すると、それほど好ましくはない。
（３）適切な形状のロッドを油圧プレスによって帯片に押し込む連続的なエンボス加工によって溝を作製することができる。このロッドは、帯片の材料よりも著しく硬くなければならない。所望のパターンを、それと逆の凹凸パターン（型）を押し込むことによって一度に得ることもできる。この逆凹凸パターンは、勿論、帯片材料よりも硬くなければならない。
（４）溝は、帯片材料を分配通路と逆の凹凸形状を有する鋳型に鋳込むことによっても得られる。これは、そのコストが高く、融通性に欠けるので、それほど好ましい方法ではない。

各帯片の積層は、通路がより小さい圧力差で実質的に気密であるようになされるべきである。これは、帯片を相互にボルト止めすること、クランプシステムで相互に加圧すること、あるいは接着することによってなされ、または、実質的に気密の積層体（スタック）を形成することができる他の手段によって達成される。

気密の通路を形成する別の方法として、例えば、レーザ切断機、トーチバーナ、または材料を切除するのに適する他の切断装置によって、帯片を貫通する通路を切除する方法が挙げられる（従属請求項２）。その結果、帯片は、その連続性を喪失するので、帯片を互いに積層する前に、２つの隣接する帯片間に（各切片間に隙間を残すジグソーパズルのように）位置決めされなければならない。

帯片の適切な個所に孔を形成することによって、１つの帯片から他の帯片への層の移動を伴うさらに複雑な通路を達成することができる（従属請求項３）。

ガス流制御手段を、前記帯片の積層体の内部または表面に取り付けることができる（従属請求項４）。ガス流制御手段は、ガス流を遮断するか、部分的に遮断するか、または方向転換する当技術分野において知られている各種手段を意味する。ガス流制御手段を、帯片の積層体の表面上に、例えば、最外部に位置した外側帯片の長手方向と幅方向によって画定される外面上に取り付けることができる。その場合、通路を、外側帯片に穿設した第１孔を通じて外側帯片の外面に通じさせることができる。この外側帯片の通路が、同じ帯片の第２孔を通る経路に到達する手前にガス制御手段が取り付けられる。ガス制御手段は、例えば、シャッタまたは切換バルブを帯片内に設けることによって、帯片からなる積層体の内部に設けられてもよい。

ガス流制御手段は、オフラインであれば、すなわち、装置が停止している状態であればいつでも調整可能であり、この制御手段は人為的に操作可能な範囲内にある。しかし、スパッタリング装置が機能しているときに、ガス流制御手段が遠隔で調整可能であればより好ましい。これは、以下に述べるような方法によって達成される（従属請求項５）。
（１）機械的方法、すなわち、真空領域の外側から作動されるロッド、レバー、歯車、ケーブルなどの固体の媒介物を介してガス制御手段に操作力を伝達することにより遠隔調整が達成される。
（２）電気的方法、すなわち、真空領域の外側に接続される導線を通じて電磁気変換器または圧電変換器に給電して真空中のガス制御手段に操作力を作用させることにより遠隔調整が達成される。
（３）空圧的方法、すなわち、気体からなる媒介物を介してガス制御手段に操作力を作用させることにより遠隔調整が達成される。このような気体の媒介物は、好ましくは、処理に用いられる希ガスである。何故なら、この希ガスは、例えば、使用後に真空チャンバ内に排出可能であるからである。また、希ガスは、多少のリークを生じても処理を有意に劣化させることがない。
勿論、上記各方法の組合せも考えられる。

ガス流制御手段を、２つの範疇、すなわち、バルブとベーンに分類することができる（従属請求項６）。バルブは、流れの遮断から通路を全て通過する最大流れまでガス流を段階的または連続的に調整することができる。このようなバルブは通路に沿って取り付けられなければならない。ベーンは、１つの送り側通路から２つ以上の受け側通路にガス流を方向転換することができる。従って、ベーンは、常に通路の分岐部に取り付けられる。

本発明により特に実施が容易である通路構造は、ツリー構造である（従属請求項７）。ツリー構造の要件を満たす限り、すなわち、２つ以上の枝（ブランチ）に分岐する根（ルート）を有し、各枝がさらに別の枝に分岐して、全ての枝が葉（リーフ）に終端するような構造である限り、どのようなツリー構造であっても容易に実施することができる。ガス分配システムの入口が根に対応し、通路が枝に対応し、出口列が葉に対応する。通路において、調整可能なバルブは、ガスの全流れを調節することができ、２つの枝の分岐部において、ベーンは、各接続枝に流れるガス流の配分を調整することができる。

長手方向と幅方向によって画定される両側面に溝を有する１つの中間帯片と、２つの側部帯片とを用いる場合、２種類のガスの分配を可能にするガス分配システムを設けることができる（従属請求項８）。

ガスが、ノズルから真空チャンバ内に放出されるときに、均一に放出されるようにディフューザが用いられることが好ましい。この目的のために、出口を覆う多孔板が好適に用いられる。また、出口を覆う焼結、織物、または編物構造をなす金属繊維から作製される布の帯片が、全ての方向にガス原子を散乱するのに有効であることが分かっている（従属請求項９）。このような布の金属繊維は、ステンレス鋼（好ましくは、ＡＩＳＩ３１６Ｌ）から作製され、１μｍから８０μｍの間の厚みを有する。多孔板と焼結金属繊維の帯片との組合せも可能であり、本発明の概念に含まれる。

ガス分配システムは、冷却システムの一体化によって、さらに完備される（従属請求項１０）。実際、ガス分配通路を作製するのと同じ方法を帯片の側面の少なくとも１つに適用することによって、冷却通路が組み込まれる。このような通路は、流体入口と対応する流体出口とを有し、流体入口から低温の流体が導入され、流体出口から昇温した流体が抽出される。通路の形状は、例えば１系統の通路の一端に入口を有するとともに他端に出口を有する蛇行形状とすることができる。あるいは、この冷却通路は、１つの出口に接続される集ガス通路で終端する互いに平行な複数の下位通路に繋がる広い送給通路とすることもできる。あるいは、冷却通路は、ネット状構造を有することもできる。また、１つの冷却通路で不充分な場合、勿論、多くの冷却通路を帯片の異なる側面に組み込んでもよい。流体は、ガスまたは液体とすることができる。

本発明の第２態様によれば、前述のガス分配システムを備えるプラズマ堆積装置またはプラズマクリーニング装置が提供される（独立請求項１１）。

好ましくは、本発明によるガス分配システムは、フィードバックシステムと連動して用いられる（従属請求項１２）。フィードバックシステムは、プラズマの特定のパラメータ（例えば、オンライン質量分光によるガス組成、光学発光分析による特定種のイオン濃度、またはプラズマ条件と共に変化するターゲット電圧）を入力として用いてガス分配システムのガス制御手段を遠隔制御する。代替的に、フィードバック信号は、基板に堆積される被膜の特性、例えば、反射率、伝導率、透明度、または他の測定可能な数値に基づいていてもよい。プラズマが基板から材料を除去するのに用いられる場合には、残存する被膜の特性、例えば、残存する被膜の量によってガス分配システムを駆動することもできる。

以下、添付の図面に基づいて、本発明をさらに詳細に説明する。

従来技術によるガス分配システムが、図１に示されている。このシステムでは、ガス１４０が、第１チューブ１２０を通じて処理室１１０に流入する。第１チューブは、最初、ガスを、そのチューブの長手方向に沿って列設された多数の孔１２２を通じて、第１チューブ１２０と同軸に固定されたより大径の第２チューブ１３０内に分配する。この第２チューブにおいて、一組のノズル１３２が、ガスを処理室１１０内にさらに分配する。両方のチューブ間の空洞は、膨張に対するバッファ容器として作用し、ガスが処理室の幅の全体にわたって中間圧力で均一に膨張することを可能にする。しかし、この空洞は、ガスをある時間にわたって留保するので、プラズマパラメータの変化に応答して送給されるガス量の迅速な変化が遅延することになる。

図２は、本発明によるガス分配システムが、好ましくは、大面積プラズマ装置２００に用いられることを示している。このような装置は、本質的に、大きい真空チャンバ２１０を備えている。この真空チャンバ２１０は、真空を維持するのに必要な補助機器（図示せず）と、大きい基板２２０を、通常はローラ２３０によって、この真空の内側に移送するのに必要な補助機器とを有している。真空チャンバの上部には、モジュール式で容易に交換可能である上部ボックス、例えば、上部ボックス２４０が取付けられている。上部ボックス２４０は、２つの管状ターゲット２５０，２５０’を、それらのターゲットを上部ボックスに接続する２対のエンドブロック（図示せず）によって支持している。上部ボックスは、ターゲット２５０，２５０’を回転可能に駆動するのに必要であると共にターゲット２５０，２５０’に冷媒と電流を送給するのに必要な全ての配管、電気的ネットワーク、および機械的駆動機器（図示せず）をさらに含んでいる。ガス分配システム２６０，２７０が、ターゲットに沿って取り付けられ、ガス供給菅２８０，２９０が、必要なガスを、ガス供給源（図示せず）から、上部ボックス２４０およびガス分配システム２６０，２７０を通じて真空チャンバ２１０内に送給する。

以下、本発明のガス分配システムの第１実施形態について、図３を用いて、さらに詳細に説明する。ここでは、３つの帯片３１０，３２０，３３０の積層体によってガス分配システム３００が構築されている。これらの帯片は、７ｍｍの厚み、１００ｍｍの幅、および９００ｍｍの長さを有する（重量％で、Ｓｉ（０．７〜１．３）、Ｍｇ（０．４〜０．８）、Ｆｅ（最大０．５）、Ｃｕ（最大０．１）、Ｍｎ（０．４〜０．８）、Ｚｎ（最大０．２）、Ｔｉ（最大０．２）、残部Ａｌの組成を有する）ＡｌＭｇＳｉ１として一般的に知られるアルミニウム合金から作製される。しかし、長さは、今日使用されている最大のターゲット長さである３８６０ｍｍ（１５２インチ）またはそれ以上まで容易に拡大することができる。第１帯片３１０では、２分木（ｂｉｎａｒｙ ｔｒｅｅ）パターンが、ミル加工によって形成されている。溝３１６は、８mmの幅のU字形状断面を有している。入口３１２は出口列に接続され、これらの出口列のうち、２つの出口が３１４，３１４’で示されている。U溝の深さは８mmから０．５ｍｍの間にある。この深さは、通路の分岐レベルに依存する。各分岐点において、分割された枝の深さは、送給する側の枝の深さの半分である。これにより、ガス流が各分岐点において実質的に均等に分流し、圧力差が分岐レベル間で均等に維持される。従って、入口溝３１２が８ｍｍの深さを有する場合、出口３１４は、０．５ｍｍの深さを有し、出口３１４’は、２mmの深さを有する。しかし、ガス分配システムの幅全体にわたって、ガスを横方向に均一に送給するのを確実にするには、個々の出口間の距離も調整されなければならない。このような横方向の均一性を達成する最も好ましい方法は、２^ｎ個の出口を有する均衡の取れた２分木パターンを用いることであることが上記の説明から明らかであろう。ただし、ｎは、分岐レベルの数である（好ましくは、ｎは、４よりも大きい）。

帯片３２０では、２つの緩衝空間３２２，３２８がミリング加工によって形成されている。これらの空間は、入口３２１から帯片の中央に向かう帯片の幅方向において拡大している。ガスが真空チャンバ内に膨張することを可能にするために、出口３２７を有する２つの通路３２６に分割される溝、例えば、溝３２４がミリング加工によって形成されている。

帯片３３０は、帯片３２０に取り付けられたときに、帯片３２０に掘り込まれた通路を形成する。帯片３３０は、どのような特定のエンボス加工も施されていない。帯片３２０の底側は、同様に、帯片３１０に掘り込まれた通路を形成する。３つの帯片は、ボルト／ナット対３４０，３５０，３４０’，３５０’，および３４０”，３５０”のような締付け手段によって、互いに緊密に接合される。帯片３１０の通路は、希ガスを送給するのに用いられ、帯片３２０のパターンは、反応ガスを送給するのに用いられる。帯片３２０における二重構造によって、ガス分配システムの左側と右側との間で異なるガス送給をもたらすことができる。ガス分配システムは、幅方向を垂直にして取り付けられ、これによって、管状ターゲット近傍の設置面積を節約することができる。加えて、この方向に取り付けられることで、帯片の積層体が、ガス分配システムの弛みを防止するのに充分な剛性を有することになる。

図４は、ステンレス鋼（ＡＩＳＩ３１６）によって作製された３つの帯片４１０，４２０，４４０の積層体を有する本発明の第２実施形態を示している。帯片４１０，４４０は、未加工材で、どのようなエンボス加工または溝加工も施されていない。帯片４２０は、複数の片に切断されている。この切断は、一定幅でなされているので、異なる分岐レベル間のガス圧の差は、出口に向かって減少している。切断の後、帯片４２０は、数片、例えば、片４２２，４２４，４２６，４２８，４３０，４３２に分離される。これらの片は、例えば、接着によって、取付け帯片４１０上において、元の場所に戻されなければならない。帯片４４０をこれらの帯片上に接着することによって入口４３４およびいくつかの出口、例えば、出口４３６を有する通路構造が形成される。長型ガス分配システムは、ガスを装置内に拡散させる長孔４５０を有するＵ字状多孔板４５２を取り付けることによって完備される。多孔板４５２を、例えば、ネジ（図示せず）によって組み立てられた積層体に留め、かつ固定することができる。図示されていないが、多孔板４５２の代わりに、焼結金属繊維布の帯片を用いることも同様に考えられる。または、金属繊維布の帯片を、多孔板によって適所に保持することもできる。

図５の実施形態は、帯片に形成された孔およびガス制御手段の使用によるレベル変換の概念を取り入れている。このガス分配システムは、互いに積層された３つの帯片５１０，５２０，５４０を備えている。ガスは、帯片５２０に掘り込まれた入口５２２内に流入する。帯片５２０に形成された孔５２４は、供給されたガスの一部を、隣接する帯片５１０に掘り込まれたツリー構造５１２内に送給する。ガスの他の部分は、溝５２６を通って、帯片５４０に組み込まれたガス制御手段５５０に送給される。ガス制御手段は、ガス流を溝５２８，５３２に分流させる。このガス制御手段５５０については、図６の説明図で、さらに説明する。溝５２８，５３２の端において、ガスは、貫流孔５３０，５３４によって、次の帯片５１０に移送される。帯片５１０は、３つの掘込み溝５１６，５１２，５１４を有し、これらの溝の各々は、１つの出口列に通じている。ここで、ツリー５１２に通じる中央の出口列は、ガス分配システムの中央部にガスを絶えず供給し、左のツリー５１６と右のツリー５１４との間のガス流の配分は、ガス制御手段５５０によって自在に変更可能である。貫流孔を用いることによって、異なるガス通路の交差を可能にするので、ガス分配システムの設計の柔軟性を著しく高めることができる。

以下、図６によって、図５のガス制御手段５５０をさらに詳細に説明する。ここではベーンであるガス制御手段を実現するのに、少なくとも２つの帯片６３０，６４０が必要である。第１帯片６３０に、互いに１２０°の角度で離間した３つの溝がミリング加工によって形成されている。ガスが、溝６１０に供給され、通路６１４，６１２に送給される（これらの通路は、図６ｂでは側面図で示され、図６ｃでは上面図で示されている）。第２帯片６４０に、段付きの円形孔が機械加工によって形成されている。この円形孔内で、円形キャップ６０６と１２０°弓形の仕切片６０２とを備える密嵌合仕切板６００が回転可能である。仕切片６０２は、ＰＴＦＥまたはデュポンダウエラストマー社から市販されているハイパロン（Ｈｙｐａｌｏｎ、登録商標）のような圧縮性のある摺動材料から作製される。仕切片は、１２０°の角度配置に依存して、通路６１２，６１４への入口を部分的または完全に遮断する。この場合、ガスが流れる通路の全面積が一定に維持され、送給する側の通路６１０の面積と等しい。従って、この装置によれば、流入するガス流を、流出ガスの全量を変えることなく、２つの別のガス流に分割することができる。仕切板は、ネジによって帯片６４０に固定される保持リング６０４によって、または帯片６４０の孔内にねじ込まれる保持リングによって適所に保持される。Ｏリング６０５により構造の全体の気密性が確保される。仕切板６００を回動させることによって流出するガス流の配分を容易に調整することができる。このような調整を、人為的な操作によりオフラインで行うことができ、または遠隔制御される電動ステッピング・モータまたは遠隔作動される機械的ギア／歯付きラス（toothed lath）装置によってオンラインで行なうことができる。

図８ａ、８ｂは、簡単ではあるが、極めて実用的な２つのオンラインバルブの実施形態を示している。図８ａは、互いに取り付けられた第１帯片８２０および第２帯片８１０を示している。帯片８２０は、ある溝幅で掘り込まれた通路８２２を有している。ボルト８０２が帯片８１０に螺合され、受入れ孔８１２に向けて下方に回動される。ボルトがこのねじ付き孔に螺合されると、ガスの経路は、部分的にまたは完全に遮断される。勿論、ボルトの直径は、通路の幅よりも大きいことが必要である。図８ｂも、２つの帯片８５４と８５３との間に形成された通路８５２を示している。この通路８５２は、帯片８５３を通って帯片８５４内に部分的に延在する孔に緊密に嵌合する回転可能なボルト８５６によって遮断可能である。ボルト８５６は、直径方向に貫通する孔８５８を有している。このボルトは、帯片８５２に固定されると共にボルト８５６の周方向溝８６６と係合するＵ字状のクリップ８６４によって適所に保持される。Ｏリング８６２は、バルブが気密性を保つのを確実にする。長孔８６０に通したスクリュードライバによってボルト８５６を回動させて、孔８５８の方位を通路８５２に対して調整することによって、通路８５２を通るガス流を調整することができる。

図７は、電気作動バルブがガス分配システムの２つの帯片７１０と７２０との間に配置された好適な実施例を示している。図７ａは、図７ｂの面ＡＡ’に沿ったバルブの断面図である。図７ｂは、キャップ７３０を取り外したバルブの上面図である。流入側通路７２２および流出側通路７１２が、帯片７１０，７２０の対向面にミリング加工によって形成されている。流入側通路７２２は、帯片７２０の孔７２３で終端している。流出側通路７１２は半円で終端している。この半円と同心で、リング７２５が帯片７１０に留められ、リング７２５の上にＯリング７２４が固定されている。このＯリングは、デュポンダウエラストマー社から市販されているバイトン（Ｖｉｔｏｎ、登録商標）のような気密性のある弾性材料から作製される。中立状態では、外側リムにリング状の波形を有する（好ましくは、極めて薄いステンレス鋼から作製される）円板状薄膜７４０が、Ｏリング７２４を閉鎖する。Ｏリング７２４の反対側の薄膜７４０の領域において、磁気アンカー７３６が薄膜７４０に取り付けられている。磁気アンカーは、わずかな量のガス、好ましくは、希ガスが流入側通路７２２内に加えられるガスの作動圧よりも高い圧力下で保たれる空洞７３７内において自在に移動することができる。キャップ７３０の一部としての電磁石７３２は、電流をリード線７３４に印加することによって遠隔的に作動可能である。キャップ７３０は、Ｏリング７３８によって気密性が保持される。薄膜７４０は、溶接またはロウ付けによって、または目的に適する他の手段によって、キャップ７３０に気密に取り付けられる。電流がリード線７３４に印加されると、電磁石７３２が、磁気アンカー７３６およびそこに取り付けられた薄膜をそれらが着座しているＯリング７２４から持上げる。その結果、ガスが流入側通路７２２から流出側通路７１２に流れることができる。電流を遮断すると、空洞７３７内に維持される圧力下のガスによって、薄膜が再び適所に着座してガス流を遮断する。本発明者らは、図示されない代替案として、螺旋バネ（図示せず）を用いて、薄膜７４０をＯリング７２４に押し付けることによって、高圧の気密性空洞７３７を設ける必要性をなくすことができることを見出している。また、キャップ７３０を帯片７２０の上の他の帯片に一体化させることもできる。

最後の２つの実施形態に記載された帯片の積層体の表面または内部へのガス制御手段の一体化によって、システムの全体の時間応答性が著しく改良される。実際、ガスの制御をガスが用いられる個所の近傍で行なうので、入力側に対する出力側の遅れが著しく減少し、良好なプロセス制御をもたらす。勿論、このような利点は、ガス制御手段を真空チャンバの外側から遠隔制御する場合に充分な意味を持つことになる。このような制御は、プラズマパラメータおよび／またはプラズマによって基板に堆積される被膜またはプラズマによって基板から除去される被膜の特性に基づいてなされる。

本発明のさらに他の実施形態は、これまでに記載されたガス分配システムに取り付けるのに好適なアドオン方式の冷却システムを備えている。例えば、図９は、単一の通路９１４がミリング加工によって形成された帯片９１０を示している。この通路は、冷却液とガス分配システム９３０との大きい接触面が確実に得られる蛇行形状を有している。冷却液は、入口９１２を通じて送給され、出口９１６から抽出される。この場合、例えば、入口９１２および出口９１６は、帯片９１０の長手方向と幅方向によって画定される側面に取り付けられる。真空領域内への液体のリークを防ぐために耐熱性のガスケット９２０（さらに良好には、二重の安全のために平行な２つのガスケット）も含まれる。一組のネジ９２２が、冷却帯片９００をガス分配システム９３０に固着し、これによって、単一体を形成する。

他の有利な実施形態が図１０ａに示されている。長型ガス分配システム１０７０は、２つの回転可能なターゲット１０５０，１０５０’の上方に取り付けられている。この長型ガス分配システムは、大面積塗膜機のモジュール１０１０の上に取付け可能である上部ボックス１０４０によって支持されている。不活性ガス１０６０および反応ガス１０６０’用の異なる供給管が設けられている。通路の完全なレイアウトは、図１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅに示されている。全ての通路が、アルミニウム合金（ＡｌＭｇＳｉ１）の単一の矩形帯片にミリング加工によって形成されている。総計で５つの入口開口１０８０，１０９０，１１００，１１１０，１１２０が帯片の一端に設けられている。長型ガス分配システムのいずれの側の閉鎖帯片も示されていない。出口孔が、帯片の長手方向と厚さ方向によって画定される両端面に設けられている。特別の方位に制限されるべきではないが、便宜上、「上面」と呼ぶ１つの長手方向と幅方向によって画定される面が、図１０ｂに示されるように、不活性ガスの分配ツリー１０８２を示している。このツリー１０８２は、ガス分配システムの片側に２つの主枝を有する２分木パターンである。総計で、３２の出口開口がある。これらの出口開口は、全て、不活性ガス供給菅１０６０に繋がっている単一のガス入口１０８０と通じている。「下面」では、反応ガス用の分配通路が、ミリング加工によって形成されている。供給菅１０６０を通して、反応ガスが、異なる対応する２分木１０９２，１１０２，１１１２，１１２２に接続される４つの入口１０９０，１１００，１１１０，１１２０に送給される。ツリーの各々は、長型ガス分配システムに沿った異なる区域のいずれかの側および内部において、ガスを放出する。個々の入口の各々へのガス流を、上部ボックス１０４０に取り付けられたスロットルバルブによって制御することができる。これらの通路の交差は、ガスを帯片の他の側に導くループ孔を通して可能になる。例えば、ツリー１０９２は、入口１０９０に通じている。最初、ガスは、通路１０９８内に導かれる。帯片の他の側のループ孔１０９６は、不活性ガスの供給ツリー１０８２を横切るのに必要である。次いで、この通路は、通路１０９４に続き、最終的にツリー１０９２で終端する。

この実施形態をさらに詳細に述べると、図６，７，８で説明したような形態のガス流制御手段１０９３，１１０３，１１１３，１１２３を、長型ガス分配システムに容易に組み込むことができる。これらのガス流制御手段は、ガスの出口ツリーの近傍に位置しているので、必要とされるガス流の変化に迅速に応答することができる。この実施形態では、ガス流制御手段を、上部ボックス１０４０内の連動可能な機械的手段１０６２，１０６２’，１０６２”，１０６２”’によってオンラインで制御することができる（１０６２”，１０６２”’は、１０６２、１０６２’によって隠れているので見えない）。これらの手段は、真空気密軸受内で回転すると共にガス流制御手段１０９３，１１０３，１１１３，１１２３と係合する回転ピンの形態を取ることができる。

実施形態の多くの修正および変形が、前述の説明および関連する図面に現われる示唆に基づいて当業者に思い浮かぶだろう。例えば、これらの実施形態を、下向き方向の代わりに上向きの方向のスパッタリングを可能とし、水平方向に配向されたターゲットの代わりに垂直方向に配向されたターゲットを用いるスパッタリングを可能とするように、あるいは異なる配向のスパッタリングを可能とするように、容易に設計することができる。従って、本発明は、開示された具体的な実施形態に制限されるものではなく、修正または代替的な実施形態が特許請求の範囲内に包含されることが意図されていると理解されるべきである。

「チューブ・イン・チューブ」システムの従来例の実施形態を示す図である。 大面積塗膜機に一般的に見られるガス分配システムの概略図である。 ガス分配システムが２つの処理ガスを分配することができる本発明の第１実施形態の分解図である。 本発明を実施する他の方法を示す図である。 ガス流をベーンによって制御することができるシステムを示す図である。 調整可能なベーンをさらに詳細に示す図である。 電磁制御される薄膜バルブがいかに本発明によって実施され得るかを示す図である。 オフラインで調整され得る極めて簡単であるが、使い易い形式のバルブを示す図である。 ガス分配システムを冷却するのに用いられる付加的な帯片を示す図である。 ターゲットの側方に使用できる空間がないときに、長型ガス分配システムを実施する他の方法を示す図である。 上面（長さ×幅の面）から見た長型ガス分配システムのレイアウトを示す図である。 片面（長さ×厚みの面）から見た長型ガス分配システムのレイアウトを示す図である。 底面（長さ×幅の面）から見た長型ガス分配システムのレイアウトを示す図である。 他の面（長さ×厚みの面）から見た長型ガス分配システムのレイアウトを示す図である。

Claims (12)

1. プラズマ堆積装置またはプラズマクリーニング装置に取り付けるための長型ガス分配システムであって、
   複数の入口と、
   それぞれが複数の出口からなる複数の出口列であって、各出口列が前記入口の１つに対応しているような複数の出口列と、
   を備えた長型ガス分配システムにおいて、
   第１側面と第２側面とを有する複数の帯片の積層体を備え、
   前記第１側面および前記第２側面の少なくとも１つが、前記帯片が互いに積層された状態で通路を形成するような溝を有し、前記通路によって、前記複数の入口のそれぞれが、対応する前記出口列に接続され、かつ、前記複数の出口列が、前記帯片の長手方向に１列に配列されていることを特徴とする長型ガス分配システム。
2. 前記溝が、前記帯片を貫通して切り込まれていることを特徴とする請求項１に記載の長型ガス分配システム。
3. 前記帯片の少なくとも１つは、該帯片の一方の側面の溝を別の帯片の他方の側面の溝に接続する孔を有することを特徴とする請求項１または２に記載の長型ガス分配システム。
4. 前記通路の少なくとも１つを通るガス流を制御するガス流制御手段をさらに備え、該ガス流制御手段は、前記帯片の積層体の内部に取り付けられることを特徴とする請求項１または３のいずれか１項に記載の長型ガス分配システム。
5. 前記ガス流制御手段は、電気的、機械的、または空圧的に遠隔制御で作動するシステムによって調整可能であることを特徴とする請求項４に記載の長型ガス分配システム。
6. 前記ガス流制御手段は、バルブまたはベーンを含むことを特徴とする請求項４または５のいずれか１項に記載の長型ガス分配システム。
7. 前記入口、前記出口列、および前記通路がバイナリーツリー構造をなし、前記入口が前記ツリー構造の根に対応し、前記通路が前記ツリー構造の枝に対応し、前記出口列が前記ツリー構造の葉に対応していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の長型ガス分配システム。
8. 前記積層体が、中間帯片と２つの側部帯片とを含み、前記中間帯片は、前記第１側面および前記第２側面に溝を有し、該溝は、前記第１側面と前記第２側面のそれぞれに通路を画成しており、前記２つの側部帯片が、前記第１側面および前記第２側面に積層されることで前記通路が形成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の長型ガス分配システム。
9. 前記出口は、焼結、織物、または編物構造をなす金属繊維布から作製されたガス拡散帯片で覆われていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の長型ガス分配システム。
10. 前記積層体が、第１側面と第２側面とを有する一体型の冷却用帯片をさらに備え、前記側面の少なくとも一方に冷却用通路が構成され、該通路は、前記少なくとも一方の側面の溝によって画成され、流体入口と流体出口とを有しており、前記流体出口が、前記通路によって前記流体入口に接続されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の長型ガス分配システム。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載された長型ガス分配システムを備え、処理対象となる基板の移動方向と実質的に直交する方向に、前記複数の出口列が１列に配列されていることを特徴とするプラズマ堆積装置またはプラズマクリーニング装置。
12. 前記ガス流制御手段が、設備の幅方向の全体にわたって場所ごとに異なるガス供給をもたらし、かつ、プラズマからのフィードバック信号、またはプラズマによって堆積された被膜またはプラズマによって除去された被膜の特性からのフィードバック信号によって遠隔制御で駆動されることを特徴とする請求項５を引用する請求項１１に記載のプラズマ堆積装置またはプラズマクリーニング装置。

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