JP6085068B2 - 同時回転および振動を使用したコーティング材料分布 - Google Patents

Description

［関連出願の相互参照］
[0001] 本出願は、本明細書にその全体が参照により組み込まれる２０１３年１２月３日に出願された「ＣＯＡＴＩＮＧ ＭＡＴＥＲＩＡＬ ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＩＯＮ ＵＳＩＮＧ ＳＩＭＵＬＴＡＮＥＯＵＳ ＲＯＴＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＶＩＢＲＡＴＩＯＮ」と題された米国仮特許出願第１４／０９５，８５４の利益を３５ ＵＳＣ １１９に基づき主張する。

[技術分野]
[0002] 本開示は全体として、複雑な表面上にコーティング材料を堆積するための方法およびシステムに関連し、具体的には、コーティング材料を堆積し、同時回転および振動を使用して複雑な表面上にコーティング材料を再分布するための方法およびシステムに関連する。

[背景]
[0003] 現在、種々の薄層堆積技術が利用可能である。しかしながら、これらの技術のほとんどは、粗い表面、湾曲した表面、あるいは表面の平面から離れて延在する種々の突起またはその他のフィーチャを有する表面というよりは、むしろ平坦な表面上にコーティング材料を堆積するように設計されている。従来型の薄層堆積技術の一般的な例としては、スピンコーティングおよびロールコーティングが含まれる。これらの技術が平坦ではない表面に使用された場合には、コーティングされた層は多くの場合不均一であるか、少なくとも非共形（non-conformal）である。主要表面の平面から離れて延在する小さなフィーチャの表面などの、いくつかの表面は、堆積工程が完了した後であっても一切のコーティング材料が堆積されていないままの可能性がある。例えばプラズマ堆積法およびスパッタ法などのその他の従来型の堆積技術は、視線(line-of-sight)の要件に悩まされるものである。これらの技術が使用された場合には、コーティングされた表面は、直接露出されなければならず、また多くの場合コーティング装置に対して直角なものでなければならない。いまだ、化学蒸着などのその他の堆積技術は、これらの技術において使用される前駆体は接触直後に表面と反応することから、制御が困難である。そのため、前駆体濃度が高い領域は、その他の領域よりも高い堆積速度を有し、その結果非共形のコーティングをもたらす。全表面上にコーティング材料を均一に再分布するのは困難、あるいは不可能であり得る。

[0004] 同時振動および回転を用いてコーティング材料を分布するための方法およびシステムが提供される。振動中に生成される慣性力および回転中に生成される遠心力は、すでに表面上に堆積されたコーティング材料を再分布し、その結果均一および／または共形層（コンフォーマル層）をもたらす。コーティングされた表面は、種々の形状および粗さを有することができ、複雑な表面と称され得る。コーティング材料の初期層は、浸漬、噴射、スピンコーティングまたはその他の同様の技術を用いて部品の複雑な表面上に堆積され得る。コーティング材料は、部品に対する振動軸および回転軸の配向、回転速度ならびに振動周波数および振幅などの特に選択されたプロセス条件を用いて、部品の同時回転および振動により再分布される。いくつかの実施形態では、再分布工程は、複雑な表面の異なる部分における均一な分布を確実とするために異なるプロセス条件を用いて１回以上繰り替えされてよい。

[0005] いくつかの実施形態では、部品の複雑な表面上にコーティング材料を堆積するための方法は、複雑な表面の少なくとも一部上にコーティング材料の初期層を堆積することと、改質層を形成するために初期層に設けられたコーティング材料を再分布することと、を含む。このコーティング材料の再分布は、部品を同時に回転および振動させることを含む。

[0006] いくつかの実施形態では、初期層を堆積することは浸漬、噴射またはスピンコーティングの１つを含む。しかしながら、未硬化層の形成のためのその他の堆積技術もまた範囲内である。コーティング材料はチキソトロピック流体であってよい。より一般的には、コーティング材料は非ニュートン流体であってよい。いくつかの実施形態では、コーティング材料はゾルゲル前駆体である。いくつかの実施形態では、コーティング材料の粘度はコーティング材料の再分布中に増加する。

[0007] いくつかの実施形態では、部品はコーティング材料の再分布中に第１軸の周りまたは付近を回転する。部品は、コーティング材料の再分布中に第１軸に沿って振動されてもよい。複雑な表面は、第１軸に実質的に直角に延在する第１部分および第１軸に実質的に平行に延在する第２部分を含み得る。回転および振動の組み合わせは、コーティング材料が両方の部分（すなわち、第１部分および第２部分）に同時に沿って再分布されることを可能にする。

[0008] いくつかの実施形態では、部品はコーティング材料の再分布中に第１軸の周りまたは付近を回転する。部品は、コーティング材料の再分布中に第２軸に沿って振動され得る。第２軸は第１軸に対して直角である。これらの実施形態では、複雑な表面は第１軸に実質的に直角かつ第２軸に実質的に直角に延在する部分を含み得る。

[0009] いくつかの実施形態では、部品は、第１軸が第２軸に対して直角となるように、コーティング材料の再分布中に第１軸および第２軸に沿って同時に振動される。より一般的には第1軸は第２軸とは一致しない。

[0010] いくつかの実施形態では、部品は、第１軸が第２軸と直角になるように、コーティング材料の再分布中に第１軸の周りまたは付近および第２軸の周りまたは付近で同時に回転する。より一般的には、第１軸は第２軸とは一致しない。いくつかの実施形態では、第１軸は第２軸と平行である。異なる回転軸には異なる速度が使用されてよい。

[0011] いくつかの実施形態では、部品は、第１段階中にコーティング材料を再分布している間に第１軸の周辺または周りを回転する。部品もまた、第２段階中にコーティング材料を再分布している間に第２軸の周辺または周りを回転する。第１段階は、第２段階と時間的に重なり合わない。第１軸は、第２軸に実質的に直角であってよい。

[0012] いくつかの実施形態では、部品は、第１段階中にコーティング材料を再分布する間に第１軸に沿って振動する。部品は、第２段階中にコーティング材料を再分布する間に第２軸に沿っても振動し得る。第２段階は、第１段階とは重なり合わない可能性がある。第１軸は、第２軸に実質的に直角であってよい。

[0013] いくつかの実施形態では、改質層は初期層よりも複雑な表面の大部分を覆う。つまり、初期層は部品の複雑な表面上に広がり、改質表面層を形成する際に覆う領域を増やす。いくつかの実施形態では、方法は複雑な表面上のコーティング材料を硬化することも含む。硬化することは、部品を同時に回転および振動させながら実施される。いくつかの実施形態では、初期層を堆積させることは、部品がコーティング材料に浸されている間回転または振動することを含む。方法は、部品の表面形状、複雑な表面の表面状態およびコーティング材料の性質に基づき回転および振動プロフィールを決定することも含む。例えば、回転および振動プロフィールは部品に対する１つ以上の振動および回転軸の配向、振動および回転の持続時間ならびに振動および回転条件における変化を含んでよい。

[0014] 部品をコーティング材料内に浸漬することにより複雑な表面の少なくとも一部上にコーティング材料の初期層を堆積することを含む、部品の複雑な表面上にコーティング材料を堆積するための方法も提供される。方法は、改質層を形成するために初期層内に設けられるコーティング材料を再分布することも含む。コーティング材料の再分布は、部品を同時に回転および振動させることを含む。具体的には、部品は約１００ＲＰＭ〜６００ＲＰＭの回転速度で回転し得る。同時に、部品は約５Ｈｚ〜５０Ｈｚの周波数で振動し得る。

[0015] これらの実施形態およびその他の実施形態は、図を参照して以下に詳細に説明される。

[0016] いくつかの実施形態による複雑な表面を有する部品の概略図である。 [0017] いくつかの実施形態による、部品の複雑な表面上にコーティング材料を堆積するための方法に対応するプロセスフローチャートである。 [0018] いくつかの実施形態による、部品の表面上に初期層を形成した後の部品の概略図である。 [0019] いくつかの実施形態による、コーティング材料を堆積するための方法を完了した後の図３Ａに示される部品の概略図である。 [0020] 部品のフィーチャに対する振動および回転軸の配向の一例である。 [0021] 図４Ａに示される部品のフィーチャに対する振動および回転軸の配向のさらなる一例である。 [0021] 図４Ａに示される部品のフィーチャに対する振動および回転軸の部品の配向のさらなる一例である。 [0022] いくつかの実施形態による、少なくとも１つの回転軸および１つ以上の振動軸を用いて部品の複雑な表面上にコーティング材料を堆積するための装置の概略図である。 [0023] いくつかの実施形態による、少なくとも２つの回転軸用いて部品の複雑な表面上にコーティング材料を堆積するための別の装置の概略図である。 [0024] いくつかの実施形態による、少なくとも２つの回転軸および少なくとも２つの振動軸を用いて部品の複雑な表面上にコーティング材料を堆積するためのさらなる別の装置の概略上面図である。 [0024] いくつかの実施形態による、少なくとも２つの回転軸および少なくとも２つの振動軸を用いて部品の複雑な表面上にコーティング材料を堆積するためのさらなる別の装置の概略側面図である。 [0025] 部品の振動および回転を用いてコーティングされた部品の断面の写真である。 [0025] 部品の振動および回転を用いてコーティングされた部品の断面の写真である。 [0025] 部品の振動および回転を用いてコーティングされた部品の断面の写真である。 [0025] 部品の振動および回転を用いてコーティングされた部品の断面の写真である。 [0025] 部品の振動および回転を用いてコーティングされた部品の断面の写真である。 [0025] 部品の振動および回転を用いてコーティングされた部品の断面の写真である。 [0025] 部品の振動および回転を用いてコーティングされた部品の断面の写真である。 [0025] 部品の振動および回転を用いてコーティングされた部品の断面の写真である。 [0026] 部品の振動および回転を用いてコーティングされた別の部品の断面の写真である。 [0026] 部品の振動および回転を用いてコーティングされた別の部品の断面の写真である。 [0026] 部品の振動および回転を用いてコーティングされた別の部品の断面の写真である。 [0026] 部品の振動および回転を用いてコーティングされた別の部品の断面の写真である。 [0026] 部品の振動および回転を用いてコーティングされた別の部品の断面の写真である。

[0027] 以下の記載では、提示される概念の十分な理解を提供するために、種々の具体的な詳細が示される。提示される概念は、これらの具体的な詳細の一部または全てがなくとも実行可能である。別の場合では、記述された概念を不必要にわかりにくくしないように、周知のプロセス工程は詳細に記載されていない。いくつかの概念は、具体的な実施形態とあわせて記述される一方で、これらの実施形態は限定を意図するものではないことが理解される。

[序論]
[0028] 上述のように、均一および／または共形の層を堆積することは、受け取る側の層が平坦でない場合には問題が生じ得る。本明細書の目的のため、複数の平面部分（例えば、３次元フィーチャにより形成される部分）を含む非平面表面および／または複数の非平面表面は、複雑な表面と称され得る。以下により正確な定義が記される。例えば、コーティング材料が複雑な表面上に堆積された場合には、重力が材料を高い点から低い点に移動させ、不均一な分布をもたらし得る。別の例では、表面の一部が、例えば上面から延在する小さな開口部により形成される場合には、コーティング材料はこの開口部の周りに集まることができるが、表面張力、粘度およびその他の現象によりこの開口部内に容易に入り込むことはない。さらに別の例では、開口部は、この開口部の側壁上に均一な層を形成することよりもむしろ、開口部がコーティング材料で完全に満たされ得る。従来型の堆積技術では、すでに塗布されたコーティング材料の再分布は一般的に重力、直線状のエッジでのせん断、またはその他の同様の技術に限定される。

[0029] 同時振動および回転を使用してコーティング材料を分布するための方法およびシステムが提供される。コーティング材料の初期層は、十分に均一ではない可能性があり、かつ／またはコーティングを必要とする表面の全体を覆うことができない可能性がある。初期層は、部品をコーティング材料に浸漬する、部品上に材料を噴射するまたはその他の技術などの種々の技術を用いて堆積され得る。部品はその後、この初期に形成された層を再分布し改質層を形成するために、同時振動および回転にさらされる。回転が初期に形成された層に作用する遠心力を生成する間、振動は慣性力を生成する。これらの力の方向および大きさは、部品に対する振動および回転軸の配向、回転速度、ならびに振動周波数および振幅などの種々のプロセス条件を用いて具体的に制御される。これらのプロセス条件は、表面形状および表面状態（例えば、表面粗さ）、使用されるコーティング材料（例えば、粘度、表面張力、密度、チキソトロピー性）、ならびにその他の要因に基づき選択され得る。いくつかの実施形態では、プロセス条件は複雑な表面上のコーティング材料の再分布中に変動し得る。例えば、振動および／回転軸の配向は、プロセス中に少なくとも１回変更し得る。さらには、慣性力および遠心力は重力と組み合わされてよく、いくつかの実施形態では、複雑な表面上に材料を分布するために空気力と組み合わされてよい。

[0030] 単一の工程で回転および振動を組み合わせることに加え、多軸回転および／または多軸振動が使用可能である。いくつかの実施形態では、部品の表面上への材料の再分布中に、部品は２つ以上の異なる軸の周りまたは付近を回転可能である。そのため、部品および部品の表面上にすでに堆積されたコーティング材料は、各回転により生成された遠心力の組み合わせである多方向の遠心力にさらされる。これらの多方向の遠心力は、プロセスが継続するに従って配向を変更し得る。さらには、多方向の遠心力は、振動により生成される慣性力と組み合わされる。

[0031] 同じまたは別の実施形態において、部品は、部品の表面上の材料の再分布中に２つ以上の非平行軸沿いに振動することができ、それによりコーティング材料を多方向の慣性力にさらす。これらの多方向の慣性力の方向は、例えば、異なる軸には異なる周波数を用いるか、または同じ周波数の振動周期をオフセットすることにより代わり得る。さらには多方向の慣性力は、回転により生成される遠心力と組み合わせられる。

[0032] 本明細書では、「複雑な物体」または「複雑な表面を有する物体」または文法的等価物は、少なくとも１つの複雑な表面を有するいかなる物体をいう。「複雑な表面」は、非平面表面、どの角度で交わってもよい２つ以上の平面の組み合わせ、物体の別の平面と関連する少なくとも１つの３次元的内部または外部フィーチャ（例えば、開口部、突起）、またはこれらの種々の組み合わせであってよい。複雑な表面の一例は、球体または球体の一部（例えば、シリンダ状物体の端面を形成する半球形）の表面である。シリンダ側壁は、複雑な表面の別の例である。角錐は、その平面が９０°以外の角度で交わる複雑な物体の一例であり、立方体はその平面が９０°の角度で交わる複雑な物体の一例である。それを加えることにより非複雑な表面を複雑な表面に変えることができる３次元フィーチャの例には、１つ以上の突起部、陥没、孔、オリフィス、表面チャネル、内部チャネル、プラトー、起伏、屈曲、押出し、溝、メサパターンおよびプレナム、ならびにこれらの組合せが含まれる。多くの場合、これらの特徴は高アスペクト比を有し、アスペクト比は例えば、少なくとも約２、少なくとも約５、少なくとも約１０または少なくとも約１００でさえある。この明細書の目的のため、アスペクト比は、フィーチャの深度（例えば、直径）に直角な主要寸法に対する深度の比として規定される。

[0033] 図１は、いくつかの実施形態による、複雑な表面を有する部品１００の概略図である。具体的に部品１００は、上面１０２ａ、側面１０２ｂ（複数部分により形成される）および底面１０２ｃ（これもまた複数部分により形成される）を有する。これらの表面１０２ａ〜１０２ｃは、上記の定義の元では複雑な表面と見なされない可能性がある。いくつかの実施形態では、部品１００は丸い物体であり、側面１０２ｂは複雑な表面と見なされ得る。さらには、表面１０２ａ〜１０２ｃは、全て外側表面であり簡単にコーティングがなされ得る。しかしながら、部品１００は簡単にコーティングされない内側表面を有するフィーチャを多く有する。本明細書の目的のため、内側表面は物体の外部境界から離れて延在する表面と規定される。特に、部品１００は上面１０２ａから離れて延在する複数の開口部１０４を有する。開口部１０４は、例えば、図１に示されるようにそれらのインレットの両側に面取りした面を有し得る。上面１０２ａ上にコーティング材料を塗布するために従来型のコーティング技術が使用された場合には、材料は十分に開口部１０４内に浸透せずこれらの開口部の側壁をコーティングしない可能性がある。従来の方法のいくつかの欠陥および提案される方法の予期されない結果は、下記の実験結果の項に示される。さらには、部品１００は外部空洞１０６を含み、その表面に直接的（例えば、視線での）コーティングは届かない可能性がある。

[0034] 複雑な表面は複雑性の計数により特徴づけられ得る。本明細書で使用されるように、「複雑性の係数」「複雑性係数」または文法的等価物は、別の平面上の表面の最も大きい２次元の突起した面積に対する全表面積の比率である。平面の複雑性の係数は１である。複雑な表面の複雑性の係数は１以上である。例えば、球形の複雑性の係数は４である（すなわち、４πＲ^２の表面積がπＲ^２の突起した面積で割られる）。同様に、半球形は、球形と同じ突起した面積を有するが表面は半分のみであることから、複雑性は２である。いくつかの実施形態では、表面の複雑性係数は少なくとも約２であるか、より具体的には、少なくとも約３、あるいは少なくとも約４、少なくとも約５または少なくとも約６でさえある。種々のコンピュータ援用製図（ＣＡＤ）ツールは、複雑な表面の計算に使用可能である。

[0035] 上記記載は、巨視的規模で複雑な表面を説明する。つまり、特に注目されない限りは、表面の複雑性の推定に関して１ミリ未満のフィーチャは一切無視されている。特に注目される場合には、複雑な表面は顕微鏡スケール（ミクロン）およびナノスケール（ナノメートル）上で特徴づけられることも可能である。一般的に、多くの表面は、典型的には顕微鏡スケールまたはナノスケールで測定される、ある程度の表面粗さ（Ｒ）を有する。この粗さは、オブジェクトの作成に使用された組成物および製造方法のため、ランダムであってよい。粗さは、表面上に顕微鏡スケールおよびナノスケールのフィーチャを意図的に形成した結果であってもよい。それぞれの場合において表面粗さは、個別に見られた際にはそれ自体が複雑な表面を有する顕微鏡スケール的またはナノスケール的な複雑な物体である表面フィーチャによりもたらされる。これらは、考慮される有効表面を増加させることから、表面の複雑性係数に寄与するものでもある。

[0036] 本明細書に記載される方法およびシステムで形成されたコーティングされた層は、約１μｍ〜１０００μｍの厚さを有し得る（例えば、約１μｍ〜５００μｍ、約１μｍ〜２５０μｍ、約１μｍ〜１００μｍまたは約１μｍ〜１０μｍ）。コーティングされた層は共形であってよく、共形層とは表面に関連するフィーチャに一致する層と規定される。例えば共形層は、粗い表面に一致しても均一な厚さを維持する。代替的には、層は部品表面の粗い表面にかかわらず、平坦な上面を形成することができる。いくつかの実施形態では、共形層は表面の粗さと比較したその厚さにより規定される。一般的には、薄層は厚さ（Ｔ）が粗さの半分未満（Ｒ／２）であれば共形である。厚さ（Ｔ）が粗さの２倍（２Ｒ）より大きい場合には、薄層は一般的には平坦な表面または平坦化した表面である。つまり、堆積された層は表面の粗さを平坦化する。共形または平坦な層を差別化するその他のパラメータは、コーティング材料の粘度、表面張力、材料の再分布および硬化に使用されるプロセス条件である。いくつかの実施形態では、初期的に平坦である層は共形層に再分布される。

[0037] いくつかの実施形態では、コーティング材料は複雑な表面の一部のみを覆う。プロセスパラメータは、コーティング材料が利用可能な表面積の全てにわたり分布されないような方法で選択され得る。例えば、一部の領域はコーティング材料が付着しないように維持される必要がある。マスキング層やその他の保護技術を使用する代わりに、プロセスパラメータ（振動および回転パラメータを含む）は、コーティング材料の特定の領域への分布を回避するような方法で選択され得る。

[0038] いくつかの実施形態では、上述される方法およびシステムを使用して多層構造が形成され得る。例えば、多層構造を形成するために同一または異なるコーティング材料を使用したプロセスが複数回繰り替えされ得る。多層構造における層の厚さおよび／または組成物は異なり得る。

[0039] 本明細書の目的のため、「均一な薄層」という用語または文法的等価物は、均一な厚さを有する薄層をいう。薄層は、層全体に対して厚さが予め選択された値（例えば、１％〜２０％、例えば５％未満）未満で変動する場合には均一な厚さを有する。基板材料、表面仕上げおよび粗さ、ならびにコーティングの種類を含むがこれらの限定されない種々の要因は、層の均一性に影響し得る。

[0040] いくつかの実施形態では、コーティングされた層は物体の表面に対して共有結合される。共有結合（covalent attachment）中に形成された共有結合（covalent bond）は、２つの材料の原子間で電子対を共有することを含む化学結合である。共有結合は、コーティング中および／またはコーティングされた表面上の材料の硬化中に確立されてよい。共有結合は、表面への材料の向上した接着をもたらす。さらには、表面に対するコーティング材料の向上した接着は、表面上の化学反応性の高い基または原子の数を増加させるためにコーティングの塗布の前に表面を処理することにより、生じさせることができる。これらの化学反応性の高い基および原子は、コーティング流体における１つ以上のコンポーネントと反応し、その結果として表面前処理が無い場合よりも、表面により多い共有結合で取り付けられる。例えば、プラズマ処理が使用され得る。多層フィルムスタックが作られる場合には、コーティング層のそれぞれは次の層を形成するコーティング溶液を加える前にプラズマにより処理されることができるか、あるいはいくつかの層はスタック組成物に基づき選択的に処理されることができる。このように、層間および多層スタックとオブジェクトの表面間の増加した接着が達成可能である。要するに、この処理は層間および多層スタックとオブジェクトの表面間のつながりの密度を増加させることによりコーティングの性能を増幅させる。

[コーティング材料の例]
[0041] 記載の方法およびシステムを使用して、種々のコーティング材料が堆積され得る。いくつかの実施形態では、コーティング材料には有機ポリマー、有機モノマーおよびゾルゲル前駆体が含まれ得る。コーティング材料は、例えば１つ以上のゾルゲル金属前駆体および／または１つ以上のゾルゲル半金属前駆体を含み得る。コーティング材料は、極性プロトン性溶媒および／または極性非プロトン性溶媒も含み得る。そのようなコーティング材料における極性プロトン性溶媒または極性非プロトン性溶媒の濃度は、１〜２５容量％であり得る。

[0042] ゾルゲル金属前駆体およびその他の金属含有前駆体における金属は、遷移金属、ランタニド、アクチニド、アルカリ土類金属、ＩＩＩＡ族〜ＶＡ族の金属のうちの１つであってよい。これらの金属の種々の組み合わせもまた、同じコーティング材料でも使用可能である。これらの金属の種々の組み合わせもまた、同じコーティング材料ないで使用され得る。具体例としては、アルミニウム（Ａｌ）、チタニウム（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、スズ（Ｓｎ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロミウム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、イットリウム（Ｙ）、カドミウム（Ｃｄ）、リチウム（Ｌｉ）、サマリウム（Ｓｍ）、エルビウム（Ｅｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、インジウム（Ｉｎ）、セリウム（Ｃｅ）、カルシウム（Ｃａ）およびマグネシウム（Ｍｇ）が含まれる。ゾルゲル半金属前駆体における半金属は、１つ以上のボロン（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、テルル（Ｔｅ）、ビスマス（Ｂｉ）およびポロニウム（Ｐｏ）あるいはこれらとその他の半金属または金属との組み合わせであってよい。いくつかの実施形態では、ゾルゲル金属前駆体は、有機金属化合物、金属有機塩類および金属無機塩類から選択される金属化合物であってよい。ゾルゲル半金属前駆体は、有機半金属化合物、半金属有機塩類および半金属無機塩類から選択される半金属化合物であってよい。１つ以上の金属または半金属が使用される場合には、一方はアルコキシドなどの有機化合物であってよく、もう一方は有機または無機塩類などであってよい。

[0043] いくつかの実施形態では、コーティング材料において使用される極性プロトン性溶媒は有機酸またはアルコールである（例えば、メタノールまたはエタノールなどの低級アルキルアルコール）。水もまたコーティング材料内に存在し得る。いくつかの実施形態では、極性非プロトン性溶媒はハロゲン化アルカン、アルキルエーテル、アルキルエステル、ケトン、アルデヒド、アルキルアミド、アルキルアミン、アルキルニトリル、またはアルキルスルホキシドであってよい。そのような極性非プロトン性溶媒の具体例は、メチルアミン、エチルアミン、およびジメチルホルムアミドを含む。いくつかの実施形態では、金属および／または半金属前駆体の重合のための触媒として使用される酸または塩基は、極性非プロトン性溶媒の添加の前または後に添加可能である。

[0044] 過剰な量の極性非プロトン溶媒は、コーティング材料のゲル化を引き起こし得る。従って、極性非プロトン性溶媒の量は各用途に対して実験的に決定され得る。極性非プロトン性溶媒の量は混合中にゲル化を引き起こす量より少ないが、コーティング材料にせん断力が加えられるとコーティング材料のゲル化が起こるのに十分な量でなくてはならない（例えば、複雑な表面上のコーティング材料の再分布中）。

[0045] いくつかの実施形態では、コーティング材料は、せん断減粘性溶液、ディラタント溶液、レオペクチック溶液またはチキソトロピック溶液であり得る、非ニュートン溶液である。本明細書で使用される、「せん断減粘性」とは溶液にせん断力が加えられるにつれ非線形に減少する動的粘度を有する溶液をいい、「ディラタント」とは溶液にせん断力が加えられるにつれ非線形に増加する動的粘度を有する溶液をいい、「レオペクチック」とは応力の持続時間と共に増加する動的粘度を有する溶液をいい、「チキソトロピック」とは応力の持続時間と共に減少する動的粘度を有する溶液をいう。

[0046] いくつかの実施形態では、コーティング材料は再分布工程を完了した後に表面上にゲル化層を形成する。本明細書で使用される「ゲル化層」という用語または文法的等価物は、コーティング材料内の金属および／または半金属ゾルゲル前駆体が十分に大きいかつ／または架橋したポリマーを形成する層を意味する。そのような層は、重力のみによる更なる層の再分布を防止する十分に高い粘度を有し得る。ゲル化層は、有機モノマーなどの重合可能な部分および架橋性オリゴマーまたはポリマーを含むことができる。例としては、メラミン（またはレゾルシノール）およびホルムアルデヒド間の塩基触媒反応に続く酸化および熱処理を含む。

[0047] いくつかの実施形態では、コーティング材料は金属または半金属に共有結合する（例えば、有機リンカーを介して）１つ以上の架橋性モノマーを含む。例は、線形または環状オルガノシランの混合物を産出するために、有機溶媒内でナトリウムまたはナトリウムカリウム合金と反応するジオルガノジクロロシランを含む。架橋性部分が使用される場合には、コーティング材料は重合開始剤をも含み得る。光誘起性開始剤の例は、チタノセン、ベンゾフェノン／アミン、チオキサントン／アミン、ベンゾインエーテル、アシルホスフィン酸化物、ベンジルケタール、アセトフェノンおよびアルキルフェノンを含む。さらには、紫外ＵＶＡ（３１５〜４００ｎｍ）およびＵＶＢ（２８０〜３１５ｎｍ）ならびに赤外ＩＲ（７００ｎｍ〜１ｍｍ）領域において対応する波長を有する放射線誘導性開始剤が使用可能である。具体例としては、熱誘導性開始剤が含まれる。

[0048] コーティング材料が堆積されると、全てまたはほとんどの溶媒が層から取り除かれ得る。溶媒は、周囲温度での蒸発、上昇した温度にさらすことによる蒸発（例えば、ＵＶ、可視またはＩＲ放射線を用いて）、または真空化により除去可能である。溶媒蒸発条件は、任意の未反応のまたは部分的に反応した金属および／または半金属前駆体の重合にも使用可能である。

[0049] コーティング材料内の金属および／または半金属前駆体の総量は、材料は表面上に堆積され表面上に分布された場合には、約５〜４０容量％であってよい。いくつかの実施形態では、量は約５〜２５容量％であり、より具体的には約５〜１５容量％である。極性プロトン性溶媒は、コーティング材料内の溶媒のほとんどを構成する。

[プロセス実施例]
[0050] 図２は、いくつかの実施形態による、部品の複雑な表面上にコーティング材料を堆積するための方法２００に対応するプロセスフローチャートを示す。一般的に、方法２００は工程２０４中に複雑な方面の少なくとも一部上にコーティング材料の初期層を堆積した後に工程２０６中に初期層内に設けられたコーティング材料を再分布して改質層を形成することを含む。これらの工程の１つまたは両方は、追加のコーティング材料の堆積および／または遠心力、慣性力、重力および求心力の異なる組み合わせを使用してコーティング材料を再分布するために繰り替えされてよい。

[0051] 方法２００は、例えば図２に示されるようなその他の工程も含み得る。例えば、複雑な表面は工程２０２中に前処理されてよく、特定のプロセス条件（工程２０４および／または工程２０６中に使用されるもの）は、工程２０３中に決定されてよく、コーティング材料は工程２１２中に硬化されてよい。しかしながら、これらの工程の一部は任意の工程であり、いくつかの実施形態では実施されない可能性がある。さらには、方法２００は図２に示されず、当業者に理解されるようなその他の工程を含み得る。記述される工程は特に記載がない限りは任意の順番で並べてもよい。例えば、図２に示される工程２０３は工程２０２の前または工程２０４の前に実施されてよい。方法２００の種々の態様が以下に詳細に説明される。

[0052] いくつかの実施形態では、方法２００は任意工程２０２中に基板の前処理を行うことにより開始し得る。例えば、プラズマ前処理はこの工程中に用いられ得る。前処理は、例えば、表面張力の変更および／または特定の材料を添加または除去することによる表面の機能化するために、表面性能を改質するように使用可能である。複雑な表面の少なくとも一部は、大気プラズマまたは酸素プラズマと接触し得る。プラズマは、プラズマ処理装置またはより具体的には、プラズマヘッドから提供され得る。プラズマヘッドは静止していてよく、プラズマに対して表面の様々な部分をさらすために、部品は１つ以上の軸の周りまたは付近を回転可能である。代替的には、６つの回転軸を有するプラズマヘッドなどの、可動プラズマヘッドが使用可能である。

[0053] 表面の前処理（例えば、プラズマを使用して）は、表面を機能化し得、それにより表面とコーティング材料との間により一層共有結合が形成されることにつながる。そのため、前処理は接着性を向上させるために使用され得る。いくつかの実施形態では、多層構造（またはスタック）が形成された場合には、堆積された層のそれぞれは別の層を堆積する前に処理され得る。例えば、第１層表面の堆積後の処理は、第１層上に堆積された第２層の接着性を増加させるために使用され得る。

[0054] いくつかの実施形態では、工程２０２は複雑な表面上に活性化溶液（例えば、酸または塩基）を堆積することを含み得る。例えば、部品は活性化溶液内に浸され得る。部品は、溶液内に浸されながらかつ／または容器から取り除かれる際に回転および／または振動され得る。

[0055] いくつかの実施形態では、方法２００は任意工程２０３中にプロセル条件（後の工程で使用されるもの）を含み得る。例えば、工程２０４および／または工程２０６中に使用されるプロセス条件は、工程２０３中に決定され得る。表面形状、表面状態（材料、仕上がりなど）、コーティング材料特性（例えば、表面張力、粘度、比重）、コーティング装置の性能、およびその他の類似の要因などの種々の要因は、適切なプロセス条件を決定するために考慮され得る。プロセス条件は、コーティング装置を作動させるための命令を含み得、命令は各工程のタイミング、各行程中の各回転および振動軸に対する部品の配向、回転および振動プロセス条件（例えば、回転速度、方向、振動周波数、振幅など）、コーティング材料条件（例えば、粘度、密度）などである。上述のように、工程２０３の出力は工程２０４および／または工程２０６を実施するためのレシピであってよい。いくつかの実施形態では、工程２０３の出力は、工程２０６が異なるプロセス条件を使用して１回以上繰り返されるべきであることを示し得る。例えば、部品は上面および上面から離れて延在する開口部を含み得る。（１）開口部内へのコーティング材料の導入、（２）コーティング材料の開口部の深度に沿った分布および（３）開口部の周辺の周りへのコーティング材料の分布のために、工程２０６は複数回実施され得る。これらの工程のそれぞれは、異なるセットのプロセス条件を使用することができ、それにより異なる時にコーティング材料上に作用する遠心力および慣性力の異なる組み合わせを作り出す。１００〜１０００ＲＰＭでの円形回転、またはより具体的には２００〜５００ＲＰＭでの円形回転であり、ステップ関数変化または回転軸の傾斜角の連続的な変化のいずれかを有する円形回転は、シリンダ状部品の表面上にコーティング材料を分布するために使用され得る。

[0056] 工程２０３は、コンピュータシステムを使用して実施可能である。部品、コーティング装置および／またはコーティング溶液に関する情報は、このコンピュータシステムによって受信可能であり、コーティング装置を作動させるための命令のセットの開発に使用される。いくつかの実施形態では、部品のＣＡＤは工程２０３の実行中にコンピュータシステムにより使用可能である。

[0057] 方法２０４は、工程２０４中に複雑な表面の少なくとも一部の上にコーティング材料の初期層を堆積することを始めることができる。コーティング材料は、浸漬、噴射、スピンコーティングまたはその他の同様の技術を用いて最初に堆積することができる。いくつかの実施形態では、部品の外側表面のほとんどはコーティング材料を受容する一方で、外側表面に一部は工程２０４の終わりでコーティング材料により覆われていないままであり得る。複雑な表面のこれらのコーティングされていない部分は、工程２０６中にコーティングを受容し得る。そのため、工程２０４中に堆積されたコーティング材料はその後工程２０６中に新しい領域に分布され得る。さらには、工程２０４中に堆積されたコーティング材料の層は十分に均一ではない可能性がある。例えば、複雑な表面のいくつかの部分はより厚い層を有する一方で、その他の部分はより薄い層を有し得る。工程２０６中、これらのより厚い層の部分からのコーティング材料は、より薄い層の部分に移動され得る。

[0058] 図３Ａは、いくつかの実施形態による、その外側表面の一部の上に初期コーティング層３１２が堆積された初期にコーティングされた部品３００の概略図である。参照番号３０２は、その上に一切のコーティング材料を有さない部分（例えば、コーティング材料に浸漬する前の部分）を示す。そのため、初期にコーティングされた部品３００は、部品３０２と部品３００の外側表面上に堆積された初期コーティング層３１２の組み合わせとして見なされ得る。初期コーティング層３１２では、内側表面のほとんどはコーティング材料の一切を有さないままであり得る。部品３０２は、上面３０４に対して直角に延在する２つ開口部３０２ａおよび３０２ｂを有し、底面３０８に直角に延在する１つの開口部３０６を有する。さらには図３Ａに示されるように、部品３０２は開口部３０２ａ、３０２ｂおよび３０６を相互に連結させる内側空洞３１０を含み得る。この部品３０２は、プロセス中のウェハを支持するための静電チャックまたは、パッシブまたは電極のいずれであれ、プロセスガスを運ぶためのシャワーヘッド（ガス分布板）を概念的に示し得る。

[0059] 部品３０２をコーティング材料内に浸漬した後は、上面３０４、底面３０８、およびその他の外側表面は初期コーティング層３１２により覆われる。しかしながら、全体のプロセス中の本段階においては、開口部３０２ａ、３０２ｂおよび３０６の内側表面および内側空洞３１０は、コーティング材料の一切を有さないままである。いくらかの材料が開口部３０２ａ、３０２ｂおよび３０６内および／または内側空洞３１０に入ったとしても、例えば、図３Ｃに示され以下にさらに説明されるように、材料の分布は均一ではない可能性がある。

[0060] 本段階におけるコーティング材料の不均一な分布は、コーティング材料特性、表面特性およびプロセス条件などの種々の要因が原因であり得る。例えば、部品３０２がコーティング材料内に浸漬された場合には、コーティング材料に作用する２つの主要な力は一般的には表面張力および重力であり、これらはコーティング材料の均一な分布を提供するのに十分ではない可能性がある。いくつかの実施形態では、部品３０２は工程２０４中に回転および振動され得るが、遠心力および／または慣性力はいまだ十分ではない可能性がある。例えば、部品がコーティング材料内に浸されたままである場合には回転速度および振動周波数は限定的であり得る。

[0061] 再び図２を参照するに、方法３００は工程２０６中に、部品の複雑表面上の初期層内に設けられたコーティング材料の再分布を開始し得る。このコーティング材料の再分布は改質層をつくる。改質層は、初期層によりこれまで覆われていなかった部品のさらなる表面を覆い得る。そのため、改質層の平均的な厚さは、初期層の平均的な厚さよりも薄くあり得る。さらには、改質層の厚さは、初期層の厚さよりもより著しく均一であり得る。

[0062] 図３Ｂは、いくつかの実施形態による、１度以上工程２０６を実施した後の完全にプロセスされた部品３２０の概略図である。ここで部品３２０は、外側表面３０４および３０８ならびに内側表面を均一に覆う改質層３２２を有する（すなわち、開口部３０２ａ、３０２ｂおよび３０６ならびに内側空洞３１０の表面）。図３Ａと図３Ｂを比較するに、初期層３１２内のコーティング材料は再配置され（例えば、材料の一部を内側表面上に移動することにより）かつ外側表面３０４および３０８上の初期層を薄くさせることにより、改質層３２２を形成する。

[0063] 工程２０６中にコーティング材料を再分布することは、コーティング材料に作用し、コーティング材料が複雑な表面上に再分布されることを引き起こす力の組み合わせのセットを作るための部品の同時回転おおび振動を含む。上述のように、部品の回転はコーティング材料に作用する遠心力を作り出す。これらの遠心力は、１つ以上の回転軸に対して直角に向けられる。物体の振動は、おなじくコーティング材料に作用する慣性力を作り出す。これらの力は、１つ以上の振動軸に平行に向けられる。遠心力および振動力に加えて、重力はコーティング材料に対して連続的に作用する。最後に、オブジェクトが非真空環境において回転され振動された場合には、空気抵抗力が作られ、それによりコーティング材料の再分布をさらに引き起こす。全体として、コーティング材料による部品のより共形で均一な被覆を作り出すために、工程２０６中に力の複雑なセットが同時にコーティング材料に付与されてよい。振動および回転パラメータは、所望の結果を達成するために特に制御可能である。そのような制御の種々の例が以下に説明される。

[0064] 任意の軸の周りでの回転に使用される回転速度は、約１ｒｐｍ〜５０００ｒｐｍであってよい。いくつかの実施形態では、回転速度の下限は約２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２５、５０、７５、１００、１２５、１５０、２００、２５０、５００、７５０、１，０００、１，５００または２，０００ｒｐｍであってよく、一方で回転速度の上限は４５００、４０００、３５００、３０００、２５００、２０００、１５００、１０００、５００、２５０または１００ｒｐｍであってよい。回転速度範囲はこれらの上限および下限の任意の組み合わせであってよい。いくつかの例示的な範囲は、約３〜１０００ｒｐｍの回転速度、約３〜５００ｒｐｍの回転速度、約４〜１０００ｒｐｍの回転速度、約４〜５００ｒｐｍの回転速度、約５〜１０００ｒｐｍの回転速度、約５〜５００ｒｐｍの回転速度、約１０〜１０００ｒｐｍの回転速度、約１０〜５００ｒｐｍの回転速度、約２５〜１０００ｒｐｍの回転速度、約２５〜５００ｒｐｍの回転速度、約５０〜１０００ｒｐｍの回転速度、約５０〜５００ｒｐｍの回転速度、約１００〜１０００ｒｐｍの回転速度、約１００〜５００ｒｐｍの回転速度、約１５０〜１０００ｒｐｍの回転速度、または約１５０〜５００ｒｐｍの回転速度である。

[0065] 工程２０６中の回転数は、適用により約１〜５０００またはそれ以上の回転数であってよい。回転速度の下限が２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２５、５０、７５、１００、１２５、１５０、２００、２５０、５００、７５０、１，０００、１，５００または２，０００回転数であっていい一方で、回転速度の上限は４５００、４０００、３５００、３０００、２５００、２０００、１５００、１０００、５００、２５０または１００回転数であってよい。いくつかの実施形態では、部品は完全に１周はしないが、軸の周りで前後に転向する。転向角は、約５°〜３５５°であってよく、より具体的には約１０°〜３５０°であってよい（例えば９０°〜２７０°など）。転向の周波数は約１Ｈｚ〜１００Ｈｚであってよい（より具体的には約５Ｈｚ〜５０Ｈｚ）。

[0066] 振動周波数は、約１Ｈｚ〜１００Ｈｚであってよい（より具体的には約５Ｈｚ〜５０Ｈｚ）。振動の振幅は、孔の深度より大きくてよく、半導体プロセス装置をコーティングする場合には、振幅は約１〜５０ミリメートルであってよい。

[0067] いくつかの実施形態では、工程２０６中にコーティング材料を再分布する間、部品は第１軸の周りまたは付近を回転する。さらには、部品は同じ第１軸沿いに振動され得る。上述のように、振動が第１軸沿いに向けられる慣性力を生成する一方で、部品の回転は第１軸に対して直角にかつ第１軸から離れるように向けられる遠心力を生成する。そのため、遠心力と慣性力の両方がコーティング材料上に作用する場合には、コーティング材料は２つの異なる方向に強制され、それは平面および非平面上にコーティングを分布するのに有益であり得る。例えば、これらの力の一方は、開口部のインレットにコーティング材料を運び得る一方で、もう一方の力がコーティング材料を開口部内に誘導し得る。この回転および振動の組み合わせを用いた部品の異なる表面上のコーティング材料の分布は、図４Ａ〜４Ｃを参照して以下により詳細に説明される。

[0068] 図４Ａは、いくつかの実施形態による、部品４００の上面４０２に直角に延在する開口部４０４を有する部品４００の概略図である。Ｘ、Ｙ、Ｚ方向は基準を設けるために示されている。これらの軸は部品に対して固定されているが、図４Ｂ〜４Ｃを参照して以下にさらに記載されるように装置に対して移動し得る。図４Ａに示される例では、部品４００はＺ軸の周りまたは付近を回転し、Ｚ軸沿いに振動する。回転は、Ｚ軸から材料を分布する。具体的には、図示された例では、回転は上面４０２上のコーティング材料をＺ軸から離れるよう（例えば、開口部４０４へ）誘導し得る遠心力を作り出す。同時に、振動はＺ軸沿いの材料をその現在の位置から離れるように分布する。そのため、いくらかのコーティング材料が開口部４０４のインレット付近に集められた場合には、振動はこの材料が開口部４０４内に入ることを支援することができる。上述のように、慣性力および遠心力は重力と組み合わせられ得る。図４Ａに示される例は、重力はＺ軸沿いに誘導され得、それによりコーティング材料が開口部内に入ることをさらに支援する。

[0069] いくつかの実施形態では、コーティング材料を再分布しながら、部品は第１軸の周りまたは付近で回転する。しかしながら部品は、第１軸に対して直角または第１軸に対して少なくとも平行ではない第２軸沿いに振動する。回転軸および振動軸が平行ではない場合には、部品の回転は部品に対する振動軸の配向を変更するが、このことは図４Ｂおよび４Ｃを参照して以下にさらに説明される。この特徴は、複雑な表面上でのコーティング材料の分布の制御のために使用され得る。

[0070] 特に、図４Ｂは図４Ａに示される部品４００と類似する部品４１０の概略図である。部品４１０もまた上面４１２に対して直角に延在する開口部４１４を有する。しかしながら、部品４１０はＸ軸の周りを回転する。上述のように、Ｘ、ＹおよびＺ軸は部品に対して固定されているが、部品を回転および振動させるために使用される装置に関連して変更可能である。図４Ａに示される場合においては、振動軸はＺ軸に平行である。しかしながら、部品４１０はＸ軸に対して９０°に転向されていることから（回転の一部として）、振動軸は図４Ｃに示されるようにＹ軸に平行となる。全体として、部品４１０はＸ軸の周りまたは付近で回転していることから、その振動軸もまたＸ軸の周りまたは付近で回転する（すなわち、Ｙ−Ｚ平面内で）。いくつかの実施形態では、遠心力を提供することに加えてまたは遠心力を提供する代わりに、回転／傾転は振動により作られた慣性力の制御に使用可能である。

[0071] いくつかの実施形態では、振動は互いに平行ではない２つ以上の軸沿いに実施され得る。例えば、これらの軸の１つは別の１つの軸に足して直交し得る。この多軸振動は、１つ以上の多数の振動軸に対して平行および／または直交し得る回転軸の周りまたは付近の部品を回転しながら実行され得る。同様に、回転は２つ以上の異なる軸沿いに実施され得る。多数の回転軸は互いに平行または平行でなくてよい。例えば、これらの軸の１つは、別の１つの軸に対して直交し得る。この多軸回転は、１つ以上の多数の回転軸に対して平行および／または直交し得る振動軸の周りまたは付近の部品を振動しながら実行され得る。さらには、部品は同時に、複数の非平行振動軸沿いに振動されまた複数の回転軸の付近またはまわりで回転され得る。このような多軸回転は、種々のジンバル型装置を用いて達成可能である。

[0072] 図２を再び参照するに、工程２０６は決定ブロック２０８に示されるように1回以上繰り返されてよい。各新しい工程２０６は、異なるプロセスパラメータを使用して実施されてよい。例えば、1回の工程２０６から別の回の工程２０６にわたり、回転速度、回転軸配向、振動周波数、振幅、振動軸配向およびその他の同様のプロセスパラメータが変更し得る。要するに、表面全体にわたるコーティング材料の均一な分布を確実にするために工程２０６の一連の流れが具体的に構成され得る。例えば、部品が図３Ａにおける部品３００に類似した１つ以上の開口部を有する場合は、最初の工程２０６は開口部内にコーティング材料を導入するように設計され得る一方で、後続の1回以上の工程２０６はこれらの開口部内に導入されたコーティング材料を分布するように設計され得る。工程２０３中に導き出されたレシピは、複数回にわたる再分布工程２０６中におけるプロセスパラメータの変更に使用され得る。

[0073] さらには、工程２０６および２０８は、決定ブロック２１０に示されるように１回以上繰り替えされてよい。例えば、コーティング材料の最初の再分布の後、工程２０６中に部品の外側表面上に追加のコーティング材料が追加されてよく、その後別の再分布工程２０８が続く。これらの繰り返しの回数は、部品の内側表面に対する内側表面の比率に依存する。比率が大きいほど、適正な量の材料で全ての表面を覆うためにより多い回数の繰り返しが使用されてよい。

[0074] いくつかの実施形態では、コーティング材料の粘度は工程２０６中（すなわち、コーティング材料の再分布中）に増加する。この粘度の増加は、溶媒の喪失、部分的な硬化および／またはその他の現象に起因し得る。さらには、遠心力および／または慣性力がコーティング材料に対してもはや作用していない場合には、工程２０６の完了直後にコーティング材料の粘度は増加し得る。この増加は、コーティング材料のチキソトロピー性に起因し得る。

[0075] いくつかの実施形態では、決定ブロック２１０に示されるように、追加のコーティング材料はいくつかの初期分布を実施した後に部品に追加され得る。つまり、工程２０４は、工程２０６を少なくとも１回完了させた後に、１回以上実施されてよい。例えば、部品はコーティング材料内に浸漬されてよく、またほとんどの材料が開口部内に入るような方法で再分布され得る。同一または別の実施例において、材料の一部は再分布中に部品から失われ得る（例えば、液だれにより）。部品は、追加のコーティング材料を設けるためにコーティング材料内に二回目の浸漬をされてよい。いくつかの実施形態では、異なる工程２０４間でプロセスパラメータが変動し得る。例えば、最初の工程２０４中により粘度の低いコーティング材料が使用可能であり、後続の工程中でより粘度の高いコーティングが使用可能である。

[0076] 方法２００は、工程２１２中に複雑な表面上のコーティング材料を硬化させることも含む。硬化は、加熱、放射および／または空気流による蒸発を含み得る。いくつかの実施形態では、硬化は、硬化中に表面上のコーティング材料の分布を維持することを確実とするために、部品を同時に回転および／または振動させながら実施され得る。いくつかの実施形態では、工程２１２は反応ガスが導入可能なオーブンまたはチャンバ内で実施されてよい。いくつかの実施形態では、ユニットは、例えばＵＶ照射サブユニット、可視照射サブユニット、およびＩＲ照射サブユニットなどの少なくとも１つのサブユニットを含み得る。放射の波長、強度、持続時間の少なくとも１つは工程２１２中に変更し得る。レーザベースの硬化も使用可能である。

[装置例]
[0077] 図５Ａはいくつかの実施形態による、部品５０２を１つの軸５０４ａの周りを回転させ、部品５０２を２つの他の軸５０４ｂおよび５０４ｃに沿って振動させるように構成されるプロセス装置５００の概略図である。示された実施例では、回転軸５０４ａは、振動軸の１つ（例えば、軸５０４ｃ）に対して平行である。しかしながら、当業者であれば範囲内にはその他の実施例もあることを理解する。部品５０２は丸い物体（例えば、ウェハ、ウェハチャック、ウェハをプロセスするためのシャワーヘッド）として示される。一般的に、部品５０２は任意の形状または形態を有してよい。部品５０２は、サポート５０６内に強固に保持されている。サポート５０６は、コーティング材料の初期層を堆積した後に係合され得る。代替的には、サポート５０６は初期層を堆積させる前に係合され得る。サポート５０６は、軸５０４ａの周りまたは付近の本体５０８に対して回転するように構成される。本体５０４は、この工程を実施するためのモータを含み得る。本体５０４は、軸５０４ｂおよび５０４ｃに沿って本体を振動するように構成される振動テーブル上に配置される。いくつかの実施形態では、プロセス装置は部品および１つ以上の振動装置（例えば、振動テーブル）の回転のために使用される１つ以上のモータの動作を制御するためのコントローラも含む。

[0078] 図５Ｂは、いくつかの実施形態による、別のプロセス装置５２０の概略図である。装置５２０は部品５２２が軸５２４ｂの周りを回転するように歯車５２６および５２８を含む。この回転の軌道は、点線による円で示される。装置５２０は、部品５２２が軸５２４ｂの周りを回転している最中に、部品５２２が軸５２４ａの周りでもまた回転し得る。例えば、軸５２４ｂの周りの歯車５２８の回転が軸５２４ｂの周りでの部品５２２の回転を引き起こすような方法で、部品５２２は歯車５２８に結合した別の歯車（図示されず）上に位置決めされてよい。装置５２０の全体は、図５Ａに図示されるものと類似した振動テーブル上に位置決め可能である。

[0079] 図５Ｃおよび５Ｄは、いくつかの実施形態による、別のプロセス装置５３０の概略上面図および概略側面図である。部品５３２は、部品５３２を軸５３６の周りまたは付近で回転させるように構成されるプラットホーム５３４上で支持される。プラットホーム５３４自体は、基部５４０に対する軸５３４の周りまたは付近で回転するように構成されている。基部５４０は、図５Ａに示されたものと類似した振動テーブル上に位置決めされてよい。

[実験結果]
[0080] 複雑な表面上にコーティング材料を分布するために振動と回転を組み合わせることの影響を判定するために一連の実験が実施された。1つの実験では、ガス供給開口部を有するシャワーヘッドのコーティング材料分布に関する検査が行われた。図６Ａは、コーティング材料分布を示すシャワーヘッドの断面図の写真である。より具体的には、図６Ａは、シャワーヘッドの基板に面する表面から延在する１つの開口部を示すシャワーヘッドのごく一部の写真である。開口部は、直径約０．５ミリメートルであり、深度は約２ミリメートルである。開口部は、基板に面する表面をシャワーヘッドの内側空洞と接続する。シャワーヘッドは、アルミニウム製であり陽極酸化表面を有する。酸化イットリウム層は、陽極酸化表面にわたりプラズマ堆積を用いて、陽極酸化表面上の基板に面する表面にわたり、かつある程度は、開口部内において形成される。しかしながら、プラズマ堆積は視線技術（line-of-sight technique）であり、複雑な表面に良好な被覆率を提供するものではない。さらには、酸化イットリウム層は典型的には気孔が多く不均一でありデブリを収集しやすくまたガス抜けも起こりやすい。また、陽極酸化アルミニウム層は、シャワーヘッドの動作中に漏れ出し得る汚染を多く含む。

[0081] コーティング材料分布は、基板に面する表面上の硬化された材料の厚さ、開口部に入る２つの先細りになったインレット、開口部の側壁、内部空洞の一部から分析される。コーティングは、酸化アルミニウムおよび酸化シリコン（すなわち、ＡｌＯｘ−ＳｉＯｙナノコンポジット材料）の組み合わせを含んだ。コーティング工程は、１００ｍｍ／分の液浸および引き出し線速度を用いて水平なフェースダウンの液浸を用いた浸漬コーティングを含む。浸漬コーティングの後は、部品は同時に１６Ｈｚで振動され９００ＲＯＭで約６０秒間回転された。部品はその後約２０分間オーブンで乾燥された。

[0082] 検査対象の全ての領域においてコーティング材料は均一で共形な層を形成したと決定され、それらの層は図６Ａにおいて参照番号６００ａ〜６００ｃで特定され、図６Ｂ〜６Ｈで拡大図として示される。異なる点の厚さの値は、以下の表で示される。

[0083] 具体的には、領域６００ａは上面に隣接する開口部内に入るインレットに対応する。この領域が最初にコーティング材料を受容した（すなわち、コーティング材料の再分布前）可能性のある領域であることに留意されたい。図６Ｂは領域６００ａの拡大図を示す。図６Ｂではより小さい領域６０２が特定され、図６Ｃにおいて拡大図として示されている。参照番号６０４はシャワーヘッドのアルミニウム基部に対応する。参照番号６０８は、アルミニウム基部上に堆積された酸化イットリウム層に対応する。図６Ａ〜６Ｃに示された全ての層の中で、酸化イットリウム層は色が最も薄い。酸化イットリウム層は、図６に示される部分の中で最も共形であるように見えるが、例えば、図６Ａおよび６Ｂで示されるように、この層は開口部の側壁上からすぐに消えることが理解される。陽極酸化層は、参照番号６０６で特定され、アルミニウム基部層（参照番号６０４）または酸化イットリウム層（参照番号６０８）よりも濃い色を有する。陽極酸化層は、アルミニウム基部（参照番号６０４）と酸化イットリウム層（参照番号６０８）との間に堆積される。しかしながら、図６Ｃから分かるように、陽極酸化層はアルミニウム基部を一貫して被覆することはない。最後に、参照番号６１０はコーティング材料を特定する。コーティング材料は、図６Ｃから明らかに分かるように、酸化イットリウム層上に共形層を形成するものである。

[0084] 図６Ａの領域６００ｂは開口部の側壁に対応する。図６Ｄでは領域６００ｂの拡大図が示される。図は、酸化イットリウム層（参照番号６０８）の厚さは開口部の奥底で素早く消えることを示す。さらには、酸化イットリウム層は極めて粗い表面を有する。酸化イットリウム層の不均一な厚さおよび表面粗さにも関わらず、コーティング層（参照番号６１０）は共形な被覆を提供し続ける。共形の被覆は図６Ｅに示される領域６２０の拡大図においてよりよく見ることができる。

[0085] 図６Ａにおける領域６００ｃ〜６００ｅは、内側空洞側からの開口部に入るインレットに対応する。これらの領域は隠れており、視線堆積技術では一般的にはアクセスできない。図６Ｆでは領域６００ｃの拡大図が示され、図６Ｇでは領域６００ｄの拡大図が示され、最後に図６Ｈでは領域６００ｅの拡大図が示される。予想の如く、これらの領域ではほんのわずかの酸化イットリウム層が存在するか、または全く存在しない。しかしながら、コーティング材料はこれらの隠れた領域においてでもアルミニウムの陽極酸化に対する共形の保護を提供し続ける。アルミニウム基部、陽極酸化層およびプラズマ堆積された酸化イットリウム層を有する静電チャックにより同様の試験結果が達成された。

[0086] 別の実験では、コーティング材料はむきだしのアルミニウム表面、より具体的には、ビードブラスト処理が施されたアルミニウム表面上に付与された。異なる設計の開口部（すなわち２段階開口部）を有するシャワーヘッドが本実験で検証された。コーティング材料は、検査された複雑な表面の全てにわたり均一および共形な層を再び形成したということが特定された。コーティングは、ＡｌＯｘ−ＳｉＯｙナノコンポジット材料を含む。コーティングはまず１００ｍｍ／分の液浸および引き出し線速度をおいて垂直な浸漬コーティングいて付与された。後続のステップは、１０Ｈｚにおける振動およびフェースアップでの３００ＲＰＭにおける第１回転と、それに続くフェースダウンでの５００ＲＰＭにおける第２回転を含む。硬化は対流式オーブンで３０分間実施された。

[0087] 図７Ａにおいて参照番号７００ｂ〜７００ｃで特定されたその表面のいくらかの領域は、図７Ｂ〜７Ｅにおいて拡大図として示され、これらの図を参照してより詳細に説明される。具体的には、領域７００ｂ〜７００ｄは上面に隣接する開口部に入るインレットに対応する。図７Ｂは領域７００ｂの拡大図を示し、図７ｃは領域７００ｃの拡大図を示し、また図７Ｄは領域７００ｄの拡大図を示す。表面粗さがあるに関わらず、これらの領域のそれぞれにコーティング材料の共形層が形成される。さらには、領域７００ｅは開口部の側壁に対応し、図７Ｅはその拡大図を示す。領域７００ｃは視線内には無いが、狭い開口部内の比較的深いところにあり、コーティング材料の共形層としても受容される。

[結論]
[0088] 明確な理解を目的として、上述の概念をいくらか詳細に説明したが、添付の請求項の範囲内である一定の変更および改変が行われ得ることは明らかである。プロセス、システムおよび装置の実行には多くの代替的な方法があることを理解されたい。従って、本実施形態は例示的であり、限定的ではないと見なされたい。

Claims (19)

1. コーティング材料を堆積するための方法であって、前記方法は、
   部品の表面の少なくとも一部上にコーティング材料の初期層を堆積することと、
   前記部品を同時に回転および振動させることを含む第１のプロセス条件セットを使用して改質層を形成するために前記初期層に前記コーティング材料を再分布することと、
   前記部品を同時に回転および振動させることを含む第２のプロセス条件セットを使用して前記改質層における前記コーティング材料を再分布することであって、前記第１プロセス条件のセットを使用して前記コーティング材料を再分布することは、前記第２プロセス条件のセットを使用して前記コーティング材料を再分布することよりも前記コーティング材料に作用する遠心力および慣性力の異なる組み合わせを作り出す、再分布することと、
   前記第１プロセス条件のセットおよび前記第２プロセス条件のセットを決定することであって、前記第１プロセス条件のセットにおける回転軸に対する前記部品の配向は前記第２プロセス条件のセットにおける回転軸に対する前記部品の配向と異なる、決定することと、
   を含む方法。
2. 前記初期層の堆積の前に前記部品の前記表面上に活性化溶液を堆積することをさらに含む、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記表面上に前記活性化溶液を堆積することは、前記部品の前記表面が前記活性溶液内に浸されながら前記部品が振動および回転することを含む、
   請求項２に記載の方法。
4. 前記第１プロセス条件のセットおよび前記第２プロセス条件のセットを決定することは、前記部品のコンピュータ援用製図（ＣＡＤ）に基づき実施される、
   請求項１に記載の方法。
5. 前記初期層を堆積した後および前記初期層内で前記コーティング材料を再分布する前に、前記表面の少なくともいくらかが前記コーティング材料により覆われていないままである、
   請求項１に記載の方法。
6. 前記コーティング材料はチキソトロピックである、
   請求項１に記載の方法。
7. 前記初期層内での前記コーティング材料の再分布中に、前記コーティング材料により覆われた前記表面の前記一部が増加する、
   請求項１に記載の方法。
8. 前記改質層の厚さは、前記初期層の厚さよりもより均一である、
   請求項１に記載の方法。
9. 前記第１プロセス条件のセットは、前記初期層内での前記コーティング材料の再分布中に前記コーティング材料上で作用可能な１つ以上の重力または空気力の主要因である、
   請求項１に記載の方法。
10. 前記第１プロセス条件のセットにおける振動周波数は、前記第２プロセス条件のセットにおける振動周波数とは異なる、
    請求項１に記載の方法。
11. 前記初期層における前記コーティング材料の再分布後および前記改質層における前記コーティング材料の再分布前に、前記部品の前記表面の少なくとも前記一部に追加のコーティング材料を堆積することをさらに含む、
    請求項１に記載の方法。
12. 前記追加のコーティング材料は、前記コーティング材料よりもより粘度が高い、
    請求項１１に記載の方法。
13. 前記表面上の前記コーティング材料を硬化することをさらに含む、
    請求項１に記載の方法。
14. 硬化することは、前記部品を同時に回転および振動しながら実施される、
    請求項１３に記載の方法。
15. 波長または強度の少なくとも１つは、前記コーティング材料の硬化中に変更される、請求項１３に記載の方法。
16. コーティング材料を堆積するための方法であって、前記方法は、
    部品の表面の少なくとも一部上にコーティング材料の初期層を堆積することと、
    前記部品を同時に回転および振動させることを含む第１のプロセス条件セットを使用して改質層を形成するために前記初期層に前記コーティング材料を再分布することと、
    前記部品を同時に回転および振動させることを含む第２のプロセス条件セットを使用して前記改質層における前記コーティング材料を再分布することを含み、
    前記第１プロセス条件のセットを使用して前記コーティング材料を再分布することは、前記第２プロセス条件のセットを使用して前記コーティング材料を再分布することよりも前記コーティング材料に作用する遠心力および慣性力の異なる組み合わせを作り出し、
    前記第１のプロセス条件セットを使用して前記コーティング材料を再分布する一方で、前記部品は第１軸沿いおよび第２軸沿いに同時に振動され、前記第１軸は前記第２軸と平行ではない、
    方法。
17. 前記第１軸は前記第２軸に対して直角である、
    請求項１６に記載の方法。
18. 前記部品は第１周波数を使用して前記第１軸沿いに振動され、前記部品は第２周波数を使用して前記第２軸沿いに振動され、前記第１周波数は前記第２周波数とは異なる、
    請求項１６に記載の方法。
19. 前記部品は第１周波数を使用して前記第１軸沿いに振動され、前記部品は第２周波数を使用して前記第２軸沿いに振動され、前記第１周波数は前記第２周波数と同一であり、前記第１軸沿いの振動の振動サイクルは第２軸沿いの振動の振動サイクルに対してオフセットである、
    請求項１６に記載の方法。

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