JP5963948B2 - 原子層堆積カートリッジを用いた粉末粒子コーティング - Google Patents

Description

本発明は、一般に堆積反応器に関する。より詳細には、しかし限定することなく、本発明は、材料が逐次自己飽和表面反応によって表面に堆積されるこの種の堆積反応器に関する。

発明の背景

原子層エピタキシー（ＡＬＥ）法は、１９７０年代初期にトゥオモ・サントーラ（Tuomo Suntola）博士により発明された。この方法の別の一般名は原子層堆積（ＡＬＤ）であり、そしてそれが今日ではＡＬＥの代わりに用いられている。ＡＬＤは、少なくとも一つの基板への少なくとも２つの反応前駆種の逐次導入に基づく特別な化学堆積方法である。

ＡＬＤによって成長した薄膜は高密度であり、ピンホールがなく、そして均一の厚みを有する。例えば、実験で、酸化アルミニウムは、トリメチル・アルミニウム（ＣＨ_３）_３Ａｌ（ＴＭＡとも呼ばれる）、および２５０〜３００℃の水から熱ＡＬＤによって成長して、基板ウエハにわたってわずか約１％の不均一性しか生じなかった。

ＡＬＤ技術の一つの興味深いアプリケーションは、小さい粒子のコーティングである。例えば、小さい粒子のバルク特性を維持しながら粒子の表面特性を変えるために、薄いコーティングを粒子に堆積することが望ましいことがある。

本発明の第１の例示の態様によれば、クイックカップリング法によってＡＬＤ反応器の受け器に原子層堆積（ＡＬＤ）カートリッジを受け入れることであって、前記ＡＬＤカートリッジはＡＬＤ反応室として役立つように構成されることと、逐次自己飽和表面反応によって前記ＡＬＤカートリッジ内の粒状材料の表面を処理することとを含む方法が提供される。

特定の例示の実施形態において、下部から上部への流れによって粒状材料粒子は旋回して、ＡＬＤカートリッジ内に流動床を形成する。特定の他の実施形態において、流動床は、特定の要因、例えば流量および粒子の重量に応じて形成されない。粒状材料は、粉末またはより粗い材料、例えばダイヤモンドまたは類似物でありえる。

ＡＬＤカートリッジがＡＬＤ反応器本体に受け入れられるように、受け器はＡＬＤ反応器本体に配置することができる。ＡＬＤ本体は受け器を形成することができる。受け器はＡＬＤ反応器本体の一部を形成できる（それはその一体化された部分でもよい）か、もしくは、それはＡＬＤ反応器本体に、あるいはＡＬＤ反応器または処理室構造に一体化された固定受け器でありえる。一体化された受け器の場合には、受け器はＡＬＤ処理室蓋に一体化することができる。

特定の例示の実施形態において、クイックカップリング法は、ロック部材がＡＬＤカートリッジをその正しい位置にロックするまでＡＬＤカートリッジをねじることを含む。特定の例示の実施形態において、クイックカップリング法は、ＡＬＤカートリッジをその正しい位置にロックするフォームロッキングを用いることを含む。特定の例示の実施形態において、クイックカップリング法はこれらの方法の組合せである。

特定の例示の実施形態において、この方法は、前記粒状材料内での凝集物の形成を妨げるために、振動ガスをＡＬＤカートリッジの中に供給することを含む。

振動ガスはＡＬＤ処理の間に供給されることができる。振動ガスは前駆体露出期間およびパージ期間の両方の間に供給することができる。

特定の例示の実施形態において、この方法は、振動不活性ガスをＡＬＤカートリッジの中に供給するために、前駆体供給ラインから分離した流れチャネルを使用することを含む。

例示の実施形態の多くにおいて、衝撃を振動ガスに加えて、またはその代わりに用いることができる。

特定の例示の実施形態において、この方法は、反応残渣を少なくとも一つの出口導管を通して排出することを含み、前記少なくとも一つの出口導管はＡＬＤカートリッジ本体内に配置される。

一つの出口導管の代わりに、二つ以上の出口導管でもよい。

特定の例示の実施形態において、この方法は、ＡＬＤカートリッジ本体内に配置した装填チャネルを通して前記粒状材料を装填することを含む。

予め充填されたＡＬＤカートリッジの代わりに、コーティングされる粒状材料は、装填チャネルを通してＡＬＤカートリッジに装填することができる。装填チャネルはＡＬＤカートリッジの底部分に配置することができる。あるいは、ＡＬＤカートリッジは、ＡＬＤカートリッジの上部分に配置した装填チャネルを通して上部から装填することができる。あるいは、特定の例示の実施形態において、ＡＬＤカートリッジは、それらの実施形態において、ＡＬＤカートリッジの上部分を形成する着脱可能な蓋またはカバーを取り外すことにより装填される。

特定の例示の実施形態において、この方法は、上下に重なるように配置した複数の区画内で粒状材料を処理することを含み、各区画はフィルター板によって隣接する区画から分離している。フィルター板は焼結フィルターでもよい。

特定の例示の実施形態において、ガスはＡＬＤカートリッジの底部からＡＬＤカートリッジの中に供給される。

本発明の第２の例示の態様によれば、クイックカップリング法によってＡＬＤカートリッジをＡＬＤ反応室の中に受け入れるように構成される受け器であって、前記ＡＬＤカートリッジはＡＬＤ反応室として役立つように構成される受け器と、逐次自己飽和表面反応によって前記ＡＬＤカートリッジ内で粒状材料の表面を処理するために、前駆体蒸気を前記ＡＬＤカートリッジの中に供給するように構成される供給ラインとを備える原子層堆積（ＡＬＤ）反応器が提供される。

特定の例示の実施形態において、受け器は、クイックカップリングによってＡＬＤカートリッジを受け入れるように大きさを設定されて成形されるＡＬＤ反応器本体自体である。他の実施形態において、受け器は、ＡＬＤカートリッジを受け入れるように構成したＡＬＤ反応器本体に配置される特定の形または特定の部分として実装される。

クイックカップリングによって、ＡＬＤ反応器およびカートリッジ本体の内部の（流れ）導管は互いと一直線になっている。例えば、ＡＬＤカートリッジおよびＡＬＤ反応器本体に配置したそれぞれの導管が互いと一直線に設定されるように、ＡＬＤ反応器本体内の前記形または部分は大きさを設定して成形することができる。

特定の例示の実施形態において、前記受け器は、ねじり方法によって前記ＡＬＤカートリッジを受け入れるように構成され、そこにおいて、ロック部材がＡＬＤカートリッジをその正しい位置にロックするまで、ＡＬＤカートリッジはねじられる。

特定の例示の実施形態において、前記受け器は、ＡＬＤカートリッジをその正しい位置にロックするフォームロッキング方法によって、前記ＡＬＤカートリッジを受け入れるように構成される。

特定の例示の実施形態において、ＡＬＤは、前記粒状材料内での凝集物の形成を妨げるために、振動ガスをＡＬＤカートリッジの中に供給するように構成した流れチャネルに振動源を備える。振動ガスは不活性ガスでもよい。

特定の例示の実施形態において、ＡＬＤ反応器は、ＡＬＤカートリッジ本体内に配置した出口導管から反応残渣を受け入れるように構成したＡＬＤ反応器本体内に出口導管を備える。

特定の例示の実施形態において、ＡＬＤ反応器は、ＡＬＤカートリッジ本体内に配置した装填チャネルに粒状材料を送るように構成したＡＬＤ反応器本体内に装填チャネルを備える。

特定の例示の実施形態において、ＡＬＤ反応器は、ＡＬＤカートリッジの入口フィルターの前に（すなわち、上流に）ガス拡散空間（または容積）を備えるかまたは形成するように構成される。ガス拡散空間は入口フィルターの下にありうる。ガス拡散空間は入口フィルターの隣にありうる。

特定の例示の実施形態において、ＡＬＤ反応器は前駆体蒸気供給ラインの端にマイクロフィルター管を備える。特定の例示の実施形態において、ガス拡散空間はマイクロフィルター管周辺に配置される。

本発明の第３の例示の態様によれば、ＡＬＤ反応室として役立つように構成されて、クイックカップリング法によってＡＬＤ反応器のＡＬＤ反応器本体に取り付けるように構成したクイックカップリング機構を備えた着脱可能な原子層堆積（ＡＬＤ）カートリッジが提供され、ＡＬＤカートリッジは、クイックカップリング法によってＡＬＤ反応器本体に取り付けられるならば、逐次自己飽和表面反応によって前記ＡＬＤカートリッジ内で粒状材料の表面を処理するように構成される。

特定の例示の実施形態において、着脱可能なＡＬＤカートリッジは、反応残渣をＡＬＤ反応器本体を通して排出するように構成したＡＬＤカートリッジ本体内に出口導管を備える。

特定の例示の実施形態において、着脱可能なＡＬＤカートリッジは円筒状カートリッジである。したがって、特定の例示の実施形態において、着脱可能なＡＬＤカートリッジの基本的な形状は円筒形である。特定の例示の実施形態において、着脱可能なＡＬＤカートリッジは円錐形カートリッジである。したがって、特定の例示の実施形態において、着脱可能なＡＬＤカートリッジの基本的な形状は円錐形である。特定の例示の実施形態において、着脱可能なＡＬＤカートリッジは円筒部分および円錐部分の両方を有する。円錐部分は底部にあってもよい。

ＡＬＤカートリッジは下方へ先細であってもよい。あるいは、ＡＬＤカートリッジは一定の幅でもよい。

特定の例示の実施形態において、着脱可能なＡＬＤカートリッジは、複数の粒状材料コーティング区画をその間に形成するために、複数のフィルター板を備えるかまたは受け入れるように構成される。これら複数のフィルター板は、互いに間隔を空けて上下に重なり合うように配置される。特定の例示の実施形態において、区画の各々は、コーティングされる粒状材料を収容するための空間を有する。

本発明の第４の例示の態様によれば、第２の例示の態様のＡＬＤ反応器および第３の態様のＡＬＤカートリッジを備える装置が提供される。装置はそれによってシステムを形成する。このシステムは、着脱可能なＡＬＤ反応室カートリッジを有するＡＬＤ反応器を備える。

本発明のいろいろな拘束力のない例示の態様および実施形態は、前述に例示された。前記実施形態は、単に本発明の実施態様で利用できる選択された態様またはステップを説明するためにだけ用いられる。いくつかの実施形態は、本発明の特定の例示の態様を参照してだけ示すことができる。対応する実施形態が他の例示の態様に同様にあてはまることが理解されるべきである。実施形態のいかなる適当な組合せも形成することができる。

以下、例として添付図面を参照して本発明を説明する。
例示の実施形態に従って粒子をコーティングするための堆積反応器および方法を示す。 例示の実施形態に従った流動振動を示す。 例示の実施形態に従って流動振動を引き起こす方法を示す。 代替の実施形態に従って粒子をコーティングするための堆積反応器および方法を示す。 ガスおよび粒子をカートリッジ反応室に供給するいろいろな例示の実施形態を示す。 例示の実施形態に従って粒子をコーティングするための生産ラインを示す。 さらに別の例示の実施形態に従って粒子をコーティングするための堆積反応器および方法を示す。 例示の実施形態に従ったクイックカップリング法の概略の実施例を示す。 例示の実施形態に従った別のクイックカップリング法の概略の実施例を示す。 さらに別の例示の実施形態に従って粒子をコーティングするための堆積反応器および方法を示す。 さらに別の例示の実施形態に従って粒子をコーティングするための堆積反応器および方法を示す。 さらに別の例示の実施形態に従って粒子をコーティングするための堆積反応器および方法を示す。

詳細説明

以下の説明では、原子層堆積（ＡＬＤ）技術が実施例として用いられる。ＡＬＤ成長機構の基本は当業者に知られている。本特許出願の冒頭の部分で述べたとおり、ＡＬＤは、少なくとも一つの基板への少なくとも二つの反応前駆種の逐次導入に基づく特別な化学堆積方法である。基板は反応空間の中に位置する。反応空間は通常は加熱される。ＡＬＤの基本的な成長機構は、化学的吸着（化学吸着）と物理的吸着（物理吸着）の接合強度の差に依存する。ＡＬＤは化学吸着を利用して、堆積プロセスの間に物理吸着を除去する。化学吸着の間に、強い化学結合は、固相面の原子と気相から生じている分子の間に形成される。ファンデルワールス力だけしか関係していないので、物理吸着による結合は非常に弱い。局部温度が分子の凝結温度を越えるときに、物理吸着結合は熱エネルギーによって容易に断たれる。

ＡＬＤ反応器の反応空間は、薄膜またはコーティングの堆積のために使用するＡＬＤ前駆体の各々に交替に、且つ順次さらされることができるすべての典型的に加熱された表面を含む。基本的なＡＬＤ堆積サイクルは、４つの逐次ステップ、すなわちパルスＡ、パージＡ、パルスＢ、およびパージＢから成る。パルスＡは、通常は、金属前駆体蒸気から成り、そしてパルスＢは非金属前駆体蒸気、特に窒素または酸素前駆体蒸気から成る。不活性ガス（例えば窒素またはアルゴン）および真空ポンプは、パージＡおよびパージＢの間に気体反応副産物および残留反応物分子を反応空間からパージするために用いる。堆積シーケンスは少なくとも一つの堆積サイクルから成る。堆積シーケンスが所望の厚みの薄膜またはコーティングを生じるまで、堆積サイクルは繰り返される。

典型的ＡＬＤプロセスにおいて、前駆種は化学吸着によって加熱表面の反応部位に化学結合を形成する。固体材料の分子単層だけが１つの前駆体パルスの間に表面に形をなすというような方法で、条件は典型的に調整される。成長プロセスは、したがって自己終端または飽和である。例えば、第１の前駆体は、吸着された種に取り付けられたままで表面を飽和させる配位子を含むことができて、それはさらなる化学吸着を防止する。前駆分子種が基板に本質的にそのまま化学吸着するように、反応空間温度は、利用された前駆体の凝結温度より上に、且つ熱分解温度より下に維持される。本質的にそのままとは、前駆分子種が表面に化学吸着するときに、揮発性の配位子が前駆分子から離れることができることを意味する。表面は第１の型の反応場、すなわち第１の前駆分子の吸着された種で本質的に飽和する。この化学吸着ステップの後に、通常は、第１のパージステップ（パージＡ）が続き、過剰な第１の前駆体および可能な反応副産物が反応空間から除去される。第２の前駆体蒸気は、それから反応空間に導入される。第２の前駆体分子は、通常は、第１の前駆分子の吸着された種と反応し、それによって所望の薄膜材料またはコーティングを形成する。一旦吸着された第１の前駆体の全ての量が消費されて、表面が第２の型の反応場で本質的に飽和したならば、この成長は終わる。第２の前駆体蒸気および可能な反応副産物蒸気の過剰は、それから、第２のパージステップ（パージＢ）により除去される。膜またはコーティングが所望の厚みに成長するまで、サイクルはそれから繰り返される。堆積サイクルはより複雑でもありえる。例えば、サイクルは、パージステップによって分離する３つ以上の反応蒸気パルスを含むことができる。すべてのこれらの堆積サイクルは、論理ユニットまたはマイクロプロセッサにより制御される時限堆積シーケンスを形成する。

以下に説明するように、特定の例示の実施形態において、薄い絶縁保護コーティングがさまざまな粒状材料の表面に施される。粒子のサイズは、特定の材料および特定のアプリケーションに依存する。適切な粒径は、通常は、ナノメートル範囲からマイクロメートル範囲に及ぶ。多種多様な粒状材料を用いることができる。粒子の表面特性が特定のアプリケーションにとって望ましい方法で変更されるように、ベース粒子の組成およびコーティングのそれは、通常は、一緒に選択される。ベース粒子は、好ましくは、コーティングを生成するＡＬＤ反応シーケンスに関与する官能基を表面に有する。

図１は、例示の実施形態に従って粒子をコーティングするための堆積反応器および方法を示す。堆積反応器は着脱可能なカートリッジ１１０を備える。カートリッジ１１０は反応器本体１２１に取り付けられる。ある実施形態において、カートリッジ１１０は、クイックカップリングによって、例えば、それをロック位置にねじ込むことによって、反応器本体１２１に取り付けられる。カートリッジ１１０と反応器本体１２１の間に形成されるインターフェースは、カートリッジシール１１６により封止される。しかしながら、他の実施形態において、シール１１６は省略することができる。

図８および９は、カートリッジ（ここで、８１０、９１０）を反応器本体（ここで、８２１、９２１)に取り付ける際に適用できるクイックカップリング法の特定の原則を概略的に示す。

図８に示す例示の実施形態はフォームロッキング方法を示す。反応器本体８２１は、カートリッジ８１０の取付け部分８２３を受け入れるように構成される受け器８２２を備える。そこに配置される凹部８４７ｂおよび８４８ｂが、カートリッジ８１０をその正しい位置にロックする取付け部分８２３（またはその逆）に配置される対応する突起８４７ａおよび８４８ａに嵌合するように、受け器８２２は形成されて、形づくられる。その正しい位置において、ＡＬＤ処理において使用する対応する流れ導管（この実施形態における８３５ａおよび８３５ｂならびに８３６ａおよび８３６ｂ）は、互いに一直線にセットされる。受け器８２２は、ガスを下部から取付け部分８２３を通してカートリッジに送り込む際に用いることができる。

図９に示す例示の実施形態は、カートリッジ９１０を反応器本体９２１に取り付けるためのねじり方法を示す。反応器本体９２１は、カートリッジ９１０を受け入れるように構成される受け器９２２を備える。受け器９２２は円形であり、そしてカートリッジ９１０をねじ込むことができるネジ山９２４を備える。受け器９２２は、停止部分９５８ａが、カートリッジ９１０に配置した対応する停止部分９５８ａに接触する位置で（例えば、カートリッジ９１０の円形の流れチャネル９２６において）、カートリッジ９１０のねじれ運動を止める停止部分９５８ａをさらに備える。この位置では、反応器およびカートリッジ本体の部分に機械加工した対応する流れ導管９４０ａおよび９４０ｂは、互いに一直線にセットされる。本願明細書において、導管は、ガス流導管、または粒状材料をカートリッジに入れる際に使用する導管（例えば、以下の説明で図６に関連して示すように）である。

特定の例示の実施形態において、他のクイックカップリング法、例えば、フォームロッキングおよびねじりの両方を含む方法を用いることができる。前の実施形態および他の実施形態において、反応器本体またはカートリッジに取り付けたレバーまたはバネ仕掛けのレバー（図示せず）を用いる押圧係止方法が、加えて、またはその代わりに用いることができる。

図１に戻ると、カートリッジ１１０と反応器本体１２１の間のインターフェースは、点線１５２により示される。これは、カートリッジ１１０がＡＬＤ処理の後に反応器本体１２１から分離できるラインでもある。

カートリッジ１１０は、中空空間、すなわち、反応室１１１をカートリッジ１１０内に形成するカートリッジ本体１１２を備える。反応室１１１は、本願明細書において、粉末または粉末粒子と呼ばれる、コーティングされる粒子を含む。カートリッジ１１０は、粉末を装填したり、取り出すためのために、点線１５１でカートリッジ本体１１２から分離できる蓋１１３をさらに備える。したがって、例示の実施形態において、カートリッジ１１０は他の場所で粉末を装填され（予め充填したカートリッジ）、それから粉末粒子をコーティングするために反応器本体１２１の中に取り付けられて、それから反応器本体１２１から取り外されて離されて、そして必要なときに、どこか他の場所で使用されるかまたは取り除かれる。

カートリッジ１１０は、カートリッジ１１０の入口側の第１の粒子フィルター１１４（入口フィルター１１４）およびカートリッジ１１０の出口側の第２の粒子フィルター１１５（出口フィルター１１５）を備える。入口フィルター１１４は出口フィルター１１５より粗くてもよい（出口フィルター１１５は入口フィルター１１４より細かい）。

ＡＬＤ技術に従って、供給ライン１３１を経由する前駆体Ａおよび供給ライン１３２を経由する前駆体Ｂは、反応室１１１に交互に流れ込むために制御される。前駆体ＡおよびＢの露出期間はパージステップによって区切られる。ガスはホールウェイ１３３および入口フィルター１１４を通って反応室１１１に流れ込む。流れによって、粉末粒子は旋回して反応室１１１の中に流動床１０５を形成して、所望のコーティングが粉末粒子上に成長することを可能にする。所望の厚みのコーティングは、必要な数のＡＬＤサイクルを繰り返すことによって得られる。残留する反応物分子および反応副産物（もしあれば）ならびにキャリア／パージガスは、カートリッジ上部１１３内のチャネル１３４を経由して出口フィルター１１５を通して出口導管１３５および１３６に流れ込むために制御される。出口導管１３５および１３６は、例えば適切な方法によって、それらを機械加工することによって、カートリッジ本体１１２の中に配置された。出口導管１３５および１３６は反応装置本体部分１２１に続いて、そこではガスはチャネル１３７を通して排出ラインに流れる。

動作中に、図１に示す垂直反応室１１１の下および中央の部分は、コーティング反応が発生する流動化ゾーンを形成するために考慮することができる。出口フィルター１１５に近い反応室１１１の上部分は、粉末粒子がガスと分離して流動化ゾーンへ落ちて戻る離脱ゾーンを形成するために考慮することができる。

流動床の粉末粒子が、各々に固着してより大きな粒子ブロック、凝集物を形成する傾向があると観察された。凝集物の形成を妨げるために、振動ガス流は特定の例示の実施形態において使われる。これらの実施形態において、振動するガス流は反応室に供給される。どのガス流が振動するために選ばれるかは実施に依存する。特定の変形例は、図５Ａ〜５Ｄに関連してこの説明で後述される。

図２は、例示の実施形態に従った流動振動を示す。流れ圧力はできるだけ速く変化して、振動流れを引き起こす。図３は、例示の実施形態に従って流動振動を引き起こす方法を示す。この方法では、入って来るガス流３０１は、空洞３０２をこえて、そしてその中に圧入されて、出て行くガス流３０３に振動を引き起こす。この現象はヘルムホルツ共鳴に基づいている。出て行く振動ガス流３０３は、凝集物の形成を妨げるために反応室の中に導かれる。

図４は、代替の実施形態に従って粒子をコーティングするための堆積反応器および方法を示す。図４に示す堆積反応器は、図１に示す堆積反応器に基本的に一致する。しかしながら、以下で明らかになるいくつかの違いがある。堆積反応器は着脱可能なカートリッジ４１０を備える。カートリッジ４１０は反応器本体４２１に取り付けられる。ある実施形態において、カートリッジ４１０は、クイックカップリングによって、例えば、それをロック位置にねじ込むことによって、反応器本体４２１に取り付ける。図１に示す例示の実施形態と異なって、図４に示す実施形態において、特にカートリッジ４１０と反応器本体４２１の間のインターフェース１５２が、金属に対する金属またはセラミックに対するセラミックのインターフェースあるいは類似物である場合、カートリッジ４１０と反応器本体４２１間のカートリッジシール１１６は省略することができる。それから、別のシールを使用する必要がない非常に密接した接触面がある。また、ＡＬＤ処理が低圧において作動するときに、別のシールを使用する必要は減少する。

カートリッジ４１０は、中空空間、反応室１１１を形成するカートリッジ本体１１２をカートリッジ４１０内に備える。反応室１１１は、コーティングされる粉末粒子を含む。例示の実施形態において、粉末粒子は別の装填チャネル４４１を通って反応室１１１に装填される。粉末は、不活性ガス流によって装填チャネル４４１を通って反応室１１１に吹き込まれることができる。図４に示す実施形態において、その他端が反応室１１１の底の部分と流体連通する（または通じる）ように、装填チャネル４４１はカートリッジ本体１１２の中に配置された。装填チャネル４４１は、例えば適切な方法によって、それを機械加工することによって、カートリッジ本体１１２の中に配置された。図４に示す実施形態において、装填チャネル４４１は反応器本体部分４２１に続き、そして装填の間の粉末流の方向は、反応器本体部分４２１からカートリッジ本体１１２を通って反応室１１１に入る。装填チャネルの他端は、粉末供給源または装填カートリッジまたは類似物に連結することができる。窒素は、例えば、不活性ガスとして用いることができる。

ＡＬＤ処理の後、コーティングされた粉末粒子は、取り出しチャネル４４２を通して反応室１１１から取り出される。粉末は、不活性ガス流によって、取り出しチャネル４４２を通して遠隔カートリッジまたは容器に吹き込まれることができる。図４に示す実施形態において、その他端が反応室１１１の底の部分と流体連通するように、取り出しチャネル４４２はカートリッジ本体１１２の中に配置された。取り出しチャネル４４２は反応器本体部分４２１に続き、そして取り出しの間の粉末流の方向は、反応室１１１からカートリッジ本体１１２を通って反応室本体部分４２１に入る。取り出しチャネルの他端は、遠隔カートリッジまたは容器に連結することができる。コーティングされた粉末粒子に吹きつける不活性ガスが取り出しチャネル４４２を通って反応室を出て、それと共にコーティングされた粉末粒子を引き出すように、それは装填チャネル４４１を通して反応室１１１の中に導かれることができる。

図４の実施形態のためのカートリッジ４１０は、単一部品カートリッジまたは２つの部品カートリッジでもよい。着脱可能なカートリッジ蓋１１３が装填および取り出しのために必要ではないが、部品１１３はカートリッジを清掃するために役立つことができる。単一部品カートリッジの実施形態において、カートリッジ４１０の蓋１１３および残りは、単一の分離できない部分を形成する。

図４に示す実施形態の動作上および構造的な特徴の残りは、図１に示す実施形態のそれらに一致する。

図５は、ガスおよび粉末粒子をカートリッジ反応室１１１の中に供給するためのいろいろな例示の実施形態を示す。図５Ａに示す例示の実施形態は、図１に示すものと類似の実施形態を示す。したがって、搬送ガスによって通常は搬送される前駆体は、下部からホールウェイ１３３および入口フィルター１１４を通って反応室１１１に供給される。粉末粒子は、前もって上部から他の場所に供給される。振動ガス流が使われる実施形態において、ＡＬＤ処理の間に振動を引き起こすガス流は、供給ライン１３１または１３２（図１）または両方ともに沿って伝わるガス流でありえる。または、振動不活性ガス流のための別のチャネルが、加えて、またはその代わりに使用することができる（以下の図５Ｂおよび５Ｄに示すように）。

図５Ｃに示す例示の実施形態は、図４に示すものと類似の実施形態を示す。したがって、搬送ガスによって通常は搬送される前駆体は、下部からホールウェイ１３３および入口フィルター１１４を通って反応室１１１に供給される。粉末粒子は、下部から装填チャネル４４１に沿って供給されて、取り出しチャネル４４２に沿って取り出される。振動ガス流が使われる実施形態において、ＡＬＤ処理の間に振動を引き起こすガス流は、供給ライン１３１または１３２（図１）または両方ともに沿って伝わるガス流でありえる。代わりに、または加えて、振動不活性ガス流は、ＡＬＤ処理の間に装填チャネル４４１に沿って反応室１１１に流入するために制御される。ＡＬＤ処理の間、問題のチャネルが振動ガス供給のために使われないときに、チャネル４４１および／または４４２において反応室１１１に向かう小さい不活性ガス流がありえる。

図５Ｂに示す例示の実施形態において、下部からの振動不活性ガスのための別の入口５７５があるのに対して、搬送ガスによって通常は搬送される前駆体ＡおよびＢは、それぞれ、入口５３１および５３２を通ってカートリッジ反応室１１１に供給される。

図５Ｄに示す例示の実施形態において、下部からの振動不活性ガスのための別の入口５７５があるが、実施形態はまた、粉末粒子を装填したり、取り出すために、装填および取り出しチャネル４４１および４４２も備える。あるいは、または入口５７５を通って流れる振動ガスに加えて、振動不活性ガス流は、ＡＬＤ処理の間に、装填チャネル４４１および／または取り出しチャネル４４２に沿って反応室１１１に流入するために制御されることができる。ＡＬＤ処理の間、問題のチャネルが振動ガス供給のために使われないときに、チャネル４４１および／または４４２において反応室１１１に向かう小さい不活性ガス流がありえる。

図６は、粉末コーティング生産ラインの例示のレイアウトを示す。生産ラインはトリプル・カートリッジ・システムを備える。第１のカートリッジ１１０ａは、第１の本体６２１ａに着脱可能に取り付けられる装填カートリッジである。コーティングされる粉末粒子は、不活性ガスによって装填チャネル６４０ａを通してＡＬＤ反応器本体６２１ｂの中に着脱可能に取り付けられたＡＬＤ処理カートリッジ１１０ｂの中に吹き込まれる。コーティングされた粉末粒子は、不活性ガスによって取り出しチャネル６４０ｂを通して第３の本体６２１ｃの中に着脱可能に取り付けられた第３のカートリッジ１１０ｃの中に吹き込まれる。第３のカートリッジ１１０ｃは、したがって、最終製品用のカートリッジである。一旦本体６２１ｃから分離すると、第３のカートリッジ１１０ｃは使用の場所へ輸送されることができる。

図７は、さらに別の例示の実施形態に従って粒子をコーティングするための堆積反応器および方法を示す。堆積反応器は、処理室７６０、および処理室の上部フランジ７７１に対して押圧されることができる蓋７７０を備える。処理室７６０は、コーティングされる粉末粒子を充填したカートリッジ反応室７１０をその反応空間７６５に収容する。

カートリッジ反応室７１０は処理室蓋７７０に連結する。図７に示す実施形態において、カートリッジ反応室７１０は供給ライン７８１および７８２によって処理室蓋７７０に連結する。カートリッジ反応室７１０は、したがって、カートリッジ反応室７１０を担持する処理室蓋７７０を下げることによって、反応室７６０に入れることができる。蓋７７０は、蓋７７０を上下できる持上げ機構７７５を備える。蓋７７０が上がるときに、カートリッジ反応室７１０ならびにそれに連結するパイプライン７８１および７８２が同時に上がるように、それは点線７５０で上がる。

カートリッジ反応室７１０は、嵌合部品７９１のクイックカップリングによって処理室構造に取り付けられる。例示の実施形態において、カートリッジ反応室７１０は、嵌合部品７９１にロックするためにねじるか、または開放するためにねじることができる。

前述の実施形態と同様に、カートリッジ反応室７１０は、その底部側の入口フィルター７１４およびその上部側の出口フィルター７１５を備える。ＡＬＤ処理の間、供給ライン１３１を通じた前駆体Ａおよび供給ライン１３２を通じた前駆体Ｂは、カートリッジ反応室７１０内に交互に流入するために制御される。図７に示す実施形態において、供給ライン７３１および７３２は、処理室蓋７７０を通じて進んで、処理室７６０内部で参照符号７８１および７８２により示された。

前駆体ＡおよびＢ露出期間はパージステップにより区分される。ガスは、供給ライン７８１および７８２から交互に下部からホールウェイ１３３および入口フィルター７１４を通ってカートリッジ反応室７１０内に流入する。流れによって、粉末粒子は旋回して、カートリッジ反応室７１０内に流動床７０５を形成して、所望のコーティングが粉末粒子上に成長することが可能になる。所望の厚みのコーティングは、必要な数のＡＬＤサイクルを繰り返すことによって得られる。カートリッジ反応室７１０から、ガスは、出口フィルター７１５を通って上部から周りの処理室７６０の反応空間７６５内に、そしてそこから排出ライン７３７内に流れる。

カートリッジ反応室７１０は、粉末粒子の運動および衝突によって発生する静電気がカートリッジ反応室７１０に過度に蓄積することを防止するために、アース７８０に接続している。アースへの接続は前述の実施形態にも適用することができる。

カートリッジ反応室７１０内への振動ガス供給は、実施する場合、既存のパイプライン／供給ラインを通して実施することができる。

図１０は、さらに別の例示の実施形態に従って粒子をコーティングするための堆積反応器および方法を示す。堆積反応器は処理室１００３内に受け器１０１１を備える。受け器１０１１は、クイックカップリング法、例えばフォームロッキング方法または類似物によって着脱可能なカートリッジ１０２０を処理室１００３に受け入れるように構成される。

堆積反応器は、動作中処理室上部フランジ１００２の上にある処理室蓋１００１を備える。処理室蓋１００１がわきに上げられるとき、カートリッジ１０２０は処理室１００３の上部から処理室１００３に入れることができる。

この実施形態に示すカートリッジ１０２０は、複数のフィルター板１０３０をその中に備える円筒状反応室である。これら複数のフィルター板１０３０は、間に区画が形成されるように互いに間隔を空けて上下に重なり合うように配置される。各区画は、コーティングされる粒状材料を収容するために空間を有する。図１０に示す実施形態において、３つのフィルター板およびその間の２つの区画がある（ただし他の実施形態では、区画の数はより少ない場合もあればより多い場合もあり、例えば単一の区画だけであるような場合や、３つ以上の区画がある場合もある）。フィルター板１０３０は、カートリッジ１０２０の側壁に配置されるフィルター支持体１０３２の上にある。フィルター板１０３０によって、前駆体蒸気および不活性ガスはそれを通って流れることができるが、粒状材料は通過することができない。実際には、フィルター板１０３０の一つ以上は焼結フィルターでもよい。

フィルター板１０３０の最も下のものは入口フィルターとして機能する。フィルター板１０３０の最も上のものは出口フィルターとして機能する。図１０に示す実施形態において、第１の区画は、最も下のフィルター板と次（すなわち、第２）のフィルター板の間に形成される。第２の区画は、その（すなわち、第２）フィルター板と一番上の（すなわち、第３）フィルター板の間に形成される。第１の区画は、コーティングされる粒状材料１０４１の第１の量を収容する。第２の区画は、コーティングされる粒状材料１０４２の第２の量を収容する。第１の区画の粒状材料は、第２の区画の粒状材料と比較して異なる粒状材料と同じでありえる。

カートリッジ１０２０は、上部でカートリッジを閉じる蓋１０２１を備える。蓋１０２１がわきに移動するときに、フィルター板１０３０および粒状材料の一つ以上はカートリッジ１０２０の上部から装填することができる。

図１０に示す実施形態において、カートリッジ１０２０は、その最上部に排出チャネル１００８に通じるカートリッジ側壁の開口１００７をさらに含む。排出チャネル１００８はカートリッジ１０２０の外に進んで、堆積反応器の排出ガイド１００９内に至る。排出ガイド１００９に続いて、堆積反応器は排出弁１０１０を備え、それを通してガスが真空ポンプ（図示せず）に送り出される。

堆積反応器は、ＡＬＤプロセスによって必要とされるときに前駆体蒸気および／または不活性ガスを処理室に供給するために、供給ラインをさらに備える。図１０において、第１の前駆体および／または不活性ガスの前駆体蒸気を供給するように構成される第１の供給ラインは、参照符号１００５により表示され、そして第２の前駆体および／または不活性ガスの前駆体蒸気を供給するように構成される第２の供給ラインは、参照符号１０１５により表示される。前駆体蒸気および不活性ガスの供給は、第１の供給ライン１００５の第１の供給弁１００４によって、そして第２の供給ライン１０１５の第２の供給弁１０１４により制御される。

入口フィルターの下に、カートリッジ１０２０はガス拡散空間１００６を備える。特定の実施形態において、ガス拡散空間１００６は、カートリッジ１０２０内で前駆体蒸気の一様な下から上への流れを引き起こすのを助ける。代替実施形態において、ガス拡散空間１００６は適切な構造による堆積反応器により形成される。このような実施形態において、入口フィルターはカートリッジ１０２０の底部を形成することができる。

図１０の上の図面は、第２の前駆体の露出期間の間に動作中の堆積反応器を示す。不活性ガスだけが第１の供給ライン１００５を通ってガス拡散空間１００６に流入するのに対して、第２の前駆体の前駆体蒸気および不活性ガス（ここでは、窒素）の混合ガスは、第２の供給ライン１０１５を通ってガス拡散空間１００６に流入する。流れはガス拡散空間１００６から区画の中に続いて、粒状材料粒子を旋回させて、（粒子の流量および重量のような、特定の要因に応じて）区画内に流動床を形成する。ガス流はカートリッジ１０２０を出て、開口１００７を通って排出チャネル１００８に入る。振動ガス流は前に述べたと同様に使うことができる。

図１０の上の図面と共に図１０の下の図面は、カートリッジ１０２０の外側の排出チャネル１００８の経路が、排出チャネル１００８が流れ対称を得るために最初にカートリッジ１０２０の側面に沿って、それからカートリッジ１０２０の下の（円筒状）カートリッジ１０２０の中心の軸に沿って進むようなものでもよいことを示す。

図１０の下の図面はまた、処理室１００３内のカートリッジ１０２０周辺の処理室ヒーター１０５１および熱反射器１０５３を示す。さらにまた、図１０の下の図面は、処理室フィードスルー１０５２を通って進むヒーター１０５１だけでなく供給ライン１００５および１０１５も示す。フィードスルー１０５２を垂直方向に通過した後に、供給ライン１００５および１０１５は曲がって、水平方向にとどまってガス拡散空間１００６に入る。

図１１は、さらに別の例示の実施形態に従って粒子をコーティングするための堆積反応器および方法を示す。この実施形態には、図７および図１０の説明でなされる参照に関して図７および図１０に示す実施形態との特定の類似点がある。

図１１の左側の図面は組立図である。右側の図面は、第２の前駆体の露出期間の間に動作中の堆積反応器を示す。堆積反応器は処理室１１１０を備える。処理室１１１０は上部から処理室蓋１１０１によって閉じる。処理室蓋１１０１は、動作中、処理室の上部フランジ１１０２の上にある。

堆積反応器は第１の前駆体源および第２の前駆体源を備える。堆積反応器は、ＡＬＤプロセスによる必要に応じて前駆体蒸気および／または不活性ガスを処理室に供給するために供給ラインをさらに備える。図１１において、第１の前駆体の前駆体蒸気および／または不活性ガスを供給するように構成される第１の供給ラインは参照符号１１０５により表示され、そして第２の前駆体の前駆体蒸気および／または不活性ガスを供給するように構成される第２の供給ラインは参照符号１１１５により表示される。前駆体蒸気および不活性ガスの供給は、第１の供給ライン１１０５の第１の供給弁１１０４によって、そして第２の供給ライン１１１５の第２の供給弁１１１４により制御される。

受け器１１３１は、フォームロッキング方法または類似物のような、クイックカップリング法によって着脱可能なカートリッジ１１２０を処理室１１１０に受け入れるように構成される。

受け器１１３１は処理室蓋１１０１と一体化される。第１の供給ライン１１０５は、処理室上部フランジ１１０２を通過し、処理室蓋１１０１で曲がって、処理室蓋１１０１の中を進む（なお、いくつかの他の実施形態において、第１の供給ラインは処理室蓋の中を進むだけである）。同様に、第２の供給ライン１１１５は、反対側で処理室上部フランジ１１０２を通過し、処理室蓋１１０１で曲がって、処理室蓋１１０１の中を進む（なお、いくつかの他の実施形態において、第２の供給ラインは処理室蓋の中を進むだけである）。第１および第２の供給ライン１１０５および１１１５は下に曲がって、受け器１１３１内へ進んで受け器１１３１に付着し、それによって処理室蓋１１０１に入る。換言すれば、供給ライン１１０５および１１１５は受け器１１３１を担持する。

受け器１１３１は、受け器１１３１の側壁に配置される支持体１１３２を備える。カートリッジ１１２０は、受け器１１３１のその位置に装填されるときに支持体１１３２で支えられる。

この実施形態に示すカートリッジ１１２０は、円筒形本体（または円筒形壁）、下部の入口フィルター１１２１、および上部の出口フィルター１１２２を備える円筒形反応室である。入口フィルター１１２１および／または出口フィルター１１２２は焼結フィルターでありえる。あるいは、カートリッジ１１２０は、図１０の実施形態のようにカートリッジ１１２０内に区画を形成するために、間に一つ以上のフィルター板を備えることができる。少なくとも、出口フィルター１１２２は、コーティングされる粒状材料１１４０のカートリッジ１１２０への装填を可能にするために着脱可能でありえる。

堆積反応器は排出ガイド１１０７を備える。排出ガイド１１０７に続いて、堆積反応器は排出弁１１０８を備え、それを通してガスが真空ポンプ１１０９に送り出される。

第１の供給ライン１１０５は、受け器１１３１に配置されるか、またはそれに連結するマイクロフィルター管１１６１で終わる。同様に、第２の供給ライン１１１５は、同じマイクロフィルター管１１６１でありえるマイクロフィルター管、または別のマイクロフィルター管、例えばマイクロフィルター管１１６１と平行なマイクロフィルターで終わる。カートリッジ１１２０を受け器１１３１のその位置に装填すると、マイクロフィルター管１１６１のまわりの限られた容積１１５１が形成される。この限られた容積はカートリッジ１１２０の真下に（またはその入口フィルター１１２１の下に）位置し、そしてそれは動作の間にガス拡散空間１１５１として機能する。特定の実施形態において、ガス拡散空間１１５１は、カートリッジ１１２０内で前駆体蒸気の一様な下から上への流れを引き起こすのを助ける。

述べたように、図１１の右側の図面は、第２の前駆体の露出期間の間に動作中の堆積反応器を示す。不活性ガスだけが第１の供給ライン１１０５を通ってガス拡散空間１１５１に流入するのに対して、第２の前駆体の前駆体蒸気および不活性ガス（ここでは、窒素）の混合ガスは、第２の供給ライン１１１５に沿ってマイクロフィルター管１１６１を通ってガス拡散空間１１５１に流入する。流れはガス拡散空間１１５１からカートリッジ反応室の中に続いて、粒状材料粒子を旋回させて、（粒子の流量および重量のような、特定の要因に応じて）区画内に流動床を形成する。ガス流は出口フィルター１１２２を経由してカートリッジ１１２０の上部を通ってカートリッジ１１２０を出て、処理室容積１１１０に入る。処理室１１１０から、ガスは下部で排出ガイド１１０７に流入して、排出弁１１０８を通って真空ポンプ１１０９に流入する。

振動ガス流は、粒状材料１１４０内の凝集物の形成を妨げるために前に示したと同様に使用することができる。

図１２は、さらに別の例示の実施形態に従って粒子をコーティングするための堆積反応器および方法を示す。第１および第２の供給ライン１２０５および１２１５が処理室蓋１２０１内を進まず、処理室上部フランジ１２０２内だけ進み、そして受け器１２３１が処理室蓋１１０１にではなくて処理室上部フランジ１２０２に一体化されることを除いて、図１２の実施形態は基本的に図１１に示されるものと一致する。

第１の供給ライン１２０５は処理室上部フランジ１２０２に入り込み、曲がって、処理室上部フランジ１２０２の中を進む。同様に、第２の供給ライン１２１５は処理室上部フランジ１２０２に入り込み、曲がって、処理室上部フランジ１２０２の中を進む。第１および第２の供給ライン１２０５および１２１５は下に曲がって、受け器１２３１内へ進んで受け器１２３１に付着し、それによって処理室上部フランジ１２０２に入る。換言すれば、供給ライン１２０５および１２１５は受け器１２３１を担持する。

ガス拡散空間１２５１は、図１１の実施形態のガス拡散空間１１５１と同様に形をなす。振動ガス流は、粒状材料１１４０内の凝集物の形成を妨げるために前に示したと同様に使用することができる。

受け器１２３１は、この実施形態において、さらに特定の他の実施形態において、処理室構造に一体化した固定受け器であるのに対して、図１１の実施形態において、受け器１１３１は、固定受け器でもあって、処理室構造に一体化もされたにもかかわらず、処理室蓋１１０１と共に動く可動受け器であった。

前述の説明は、本発明の特定の実施態様および実施形態の非限定的な実施例として提供された。最良の形態の完全で有益な説明は、やがて、本発明を実施するために発明者により考察される。しかしながら、本発明が上で示された実施形態の詳細に制限されないことが、しかしそれは本発明の特性から逸脱することなしに等価手段を使用して他の実施形態において、実施できることが当業者に明らかである。

さらにまた、本発明の上に開示された実施形態の特徴のいくつかは、他の特徴の対応する使用なしに利益を得るために使うことができる。このように、前述の説明は単に本発明の原理の例示に過ぎず、その限定でないと考えられるべきである。それ故、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によってだけ制限される。

Claims (17)

1. クイックカップリング法によって原子層堆積（ＡＬＤ）カートリッジをＡＬＤ反応器の受け器に受け入れることであって、前記ＡＬＤカートリッジはＡＬＤ反応室として役立つように構成されることと、
   逐次自己飽和表面反応によって前記ＡＬＤカートリッジ内の粒状材料の表面を処理することと、
   を含む方法であって、更に、上下に重なるように配された複数の区画内で粒状材料を処理することを含み、各区画はフィルター板によって隣接する区画から分離している、方法。
2. 前記クイックカップリング法が、ロック部材が前記ＡＬＤカートリッジをその正しい位置にロックするまで前記ＡＬＤカートリッジはねじられるねじり方法、および前記ＡＬＤカートリッジをその正しい位置にロックするフォームロッキング方法から成る群から選択される請求項１に記載の方法。
3. 前記粒状材料内での凝集物の形成を妨げるために、振動ガスを前記ＡＬＤカートリッジの中に供給することを含む請求項１または２に記載の方法。
4. 振動不活性ガスを前記ＡＬＤカートリッジの中に供給するために、前駆体供給ラインから分離した流れチャネルを使用することを含む請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 反応残渣を少なくとも一つの出口導管を通して排出することを含み、前記少なくとも一つの出口導管は前記ＡＬＤカートリッジ本体内に配置される請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記ＡＬＤカートリッジ本体内に配置した装填チャネルを通して前記粒状材料を装填することを含む請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. ＡＬＤ反応室として役立つように構成されて、クイックカップリング法によって、ＡＬＤ反応器のＡＬＤ反応器本体に取り付けるように構成したクイックカップリング機構を備えた着脱可能な原子層堆積（ＡＬＤ）カートリッジであって、前記クイックカップリング法によって前記ＡＬＤ反応器本体に取り付けられるならば、逐次自己飽和表面反応によって該ＡＬＤカートリッジ内で粒状材料の表面を処理するように構成されるＡＬＤカートリッジであって、更に、複数の粒状材料コーティング区画をその間に形成するように、互いに間隔を空けて上下に重なり合うように配置される複数のフィルター板を備える、ＡＬＤカートリッジ。
8. 反応残渣を前記ＡＬＤ反応器本体を通して排出するように構成した前記ＡＬＤカートリッジ本体内に出口導管を備える請求項７に記載の着脱可能なＡＬＤカートリッジ。
9. ガス拡散空間を入口フィルターの下に備える請求項７または８に記載の着脱可能なＡＬＤカートリッジ。
10. クイックカップリング法によって原子層堆積（ＡＬＤ）カートリッジをＡＬＤ反応室の中に受け入れるように構成される受け器と、
    逐次自己飽和表面反応によって前記ＡＬＤカートリッジ内で粒状材料の表面を処理するために、前駆体蒸気を前記ＡＬＤカートリッジの中に供給するように構成される供給ラインと、
    を備えるＡＬＤ反応器であって、ここで前記ＡＬＤカートリッジは、請求項７から９のいずれか一項に記載のＡＬＤカートリッジである、ＡＬＤ反応器。
11. 前記受け器が、ねじり方法によって前記ＡＬＤカートリッジを受け入れるように構成され、そこにおいて、ロック部材が前記ＡＬＤカートリッジをその正しい位置にロックするまで、前記ＡＬＤカートリッジはねじられる請求項１０に記載のＡＬＤ反応器。
12. 前記受け器が、前記ＡＬＤカートリッジをその正しい位置にロックするフォームロッキング方法によって前記ＡＬＤカートリッジを受け入れるように構成される請求項１０に記載のＡＬＤ反応器。
13. 前記ＡＬＤが、前記粒状材料内での凝集物の形成を妨げるために、振動ガスを前記ＡＬＤカートリッジの中に供給するように構成した流れチャネルに振動源を備える請求項１０から１２のいずれか一項に記載のＡＬＤ反応器。
14. 前記ＡＬＤカートリッジ本体内に配置した出口導管から反応残渣を受け入れるように構成したＡＬＤ反応器本体内に出口導管を備える請求項１０から１３のいずれか一項に記載のＡＬＤ反応器。
15. 前記ＡＬＤカートリッジ本体内に配置した装填チャネルに粒状材料を送るように構成した前記ＡＬＤ反応器本体内に装填チャネルを備える請求項１０から１４のいずれか一項に記載のＡＬＤ反応器。
16. 前記ＡＬＤカートリッジの入口フィルターの前にガス拡散空間を形成するように構成される請求項１０から１５のいずれか一項に記載のＡＬＤ反応器。
17. 請求項１０から１６のいずれか一項に記載のＡＬＤ反応器および請求項７から９のいずれか一項に記載のＡＬＤカートリッジを備えた装置。

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