JP6998214B2 - 真空アシストコーティングプロセスを行うためのコーティングチャンバ、熱シールド、およびコーティングプロセス - Google Patents
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Description
NTBと略記される低温コーティングの場合、通常、部品の最高温度Tmaxが、実際上、150℃~250℃の範囲内である。しかしながら、基板材料としてとして亜鉛メッキプラスチックが採用された場合には、温度は、更に低いことが要請される。これは例外的なケースであるので、ここでは詳細な説明を行わず、これに関連する文献を参照されたい。
HTBと略記される高温コーティングの場合、通常、部品の最低温度Tminは、400℃~600℃の範囲内である。基板開始温度Tsuは、維持されるべきコーティング基板システム特性のために、部品の最小要求温度よりも下回らず、下回ったとしてもわずかな時間の間だけである。例えば鋼(例えば二次硬化鋼、HSS)においては、通常、部品の最低温度Tminは、400℃であって、高くても500℃までが想定されている。超硬合金の場合、最高700℃までの温度が実現される。
εk=εBlech:0.1+/-0.05、従って有効総交換係数
εges=0.053
εk=εBlech:0.2+/-0.1、従って有効総交換係数は、
εges=0.111
チャンバ壁および直接隣接する放射金属シートは、ステンレス鋼で作製されており、粗くブラストされている。
εk=εBlech:0.4+/-、従って有効総交換係数は、
εges=0.25
εk=0.4+/-0.1
εBlech=0.85+/-0.15、従って有効総交換係数は、
εges=0.374
εk=0.85+/-0.1
εBlech=0.85+/-0.15、従って有効総交換係数は、
εges=0.74
εk=εBlech:1、従って有効総交換係数は、
εges=1
図4は、本発明に係る真空チャンバを構成する基本的要素の配置状況を模式的に示す図であり、
図5は、処理する基板の温度の経過であり、各基板は、従来技術に係る真空チャンバ内で(破線)、および本発明に係る真空チャンバ内で(実線)それぞれ処理されている。
少なくとも1つの基板100を処理することができる真空チャンバの処理領域への熱供給のための熱供給要素と、
内部チャンバ壁側と外部チャンバ壁側とを有するチャンバ壁200であって、該チャンバ壁200を通して熱が前記処理領域から除去可能であるチャンバ壁200と、
前記チャンバ壁200と前記処理領域との間に配置されたシールド壁300であって、前記処理領域に背いたシールド壁側が前記内部チャンバ壁側に対向して位置するように配置されたシールド壁300と
を少なくとも有する真空チャンバにおいて、
前記内側チャンバ壁側に対向して位置する前記シールド壁側は、少なくとも部分的に、好ましくは大部分に第1のコーティング310を施されており、前記第1のコーティング3が、放出係数ε≧0.65を有することを特徴とする、真空チャンバ
を開示する。
- コーティング厚さが50μmを超えない。
- 緻密なコーティング構造であり、したがってコーティングを通してガス抜けがない。
- キャリア材料に対する良好な接着性を持ち、良好な熱伝達を確実にする。
- 高温において安定性を持ち、好ましくは少なくとも600℃までの高温でのコーティングプロセスを可能にする。
- 良好な耐摩耗性を有し、それによりコーティングが「苛酷な製造環境」においても急速に消失しない。
Claims (29)
- 真空アシストコーティングプロセスを行うためのコーティングチャンバであって、
前記コーティングチャンバの温度制御可能チャンバ壁(2)上に配置された一連の熱シールド(3、31、32、33)を有し、前記一連の熱シールド(3、31、32、33)は、前記熱シールド(3、31、32、33)と前記温度制御可能チャンバ壁(2)との間の事前決定可能な熱放射量の交換を調整するために配置されている、コーティングチャンバにおいて、
前記一連の熱シールド(3、31、32、33)が、前記チャンバ壁(2)の内部側(2)に直接隣接して配置された少なくとも1つの交換可能放射シールド(31)を有し、前記チャンバ壁(2)の方向を向いた前記放射シールド(31)の第1放射面(311)が第1事前決定可能熱交換係数(εD1)を有し、前記チャンバ壁(2)から離れる方向を向いた前記放射シールド(31)の第2放射面(312)が第2事前決定可能熱交換係数(εD2)を有し、前記第1事前決定可能熱交換係数(εD1)が前記第2事前決定可能熱交換係数(εD2)よりも大きく、また前記交換可能放射シールド(31)が、前記チャンバ壁(2)のところでシールドホルダ(4)の保持デバイス(41)に交換可能に固定可能とされるための組付領域を有することを特徴とする、コーティングチャンバ。 - 前記コーティングチャンバが、PVDまたはCVDまたはアークコーティングチャンバ、あるいはハイブリッドコーティングチャンバである、請求項1に記載のコーティングチャンバ。
- 前記一連の熱シールド(3、31、32、33)が、少なくとも1つの保護シールド(32)を有し、前記チャンバ壁(2)の方向を向いた前記保護シールドの第1保護表面(321)および前記チャンバ壁(2)から離れる方向を向いた前記保護シールド(32)の第2保護表面(322)の各々が、少なくとも規格DIN EN10088の2Dの処理状態の光沢反射面を有している、請求項1または2に記載のコーティングチャンバ。
- 前記第1保護表面(321)および前記第2保護表面(322)の各々が、少なくとも規格DIN EN10088の2Rの処理状態の光沢反射面を有している、請求項3に記載のコーティングチャンバ。
- 前記放射シールド(31)の前記第1事前決定可能熱交換係数(εD1)および/または前記第2事前決定可能熱交換係数(εD2)を調整するための前記第1放射面(311)および/または前記第2放射面(312)が粗く形成されている、請求項1に記載のコーティングチャンバ。
- 前記第1放射面(311)または前記第2放射面(312)が、Ra=1μm±0.2μm~10μm±2μmおよびRz=10μm±2μm~100μm±20μmの粗さを有している、請求項5に記載のコーティングチャンバ。
- 前記第1放射面(311)が、εSch=1.0である黒色放射体の黒色熱交換係数(εSch)と比較して、高い第1熱交換係数(εD1)を有する黒色表面または表面コーティング(30)を有し、前記第1熱交換係数(εD1)は0.1~1.0の範囲内である、請求項1に記載のコーティングチャンバ。
- 前記第1熱交換係数(εD1)は0.85の近傍範囲内である、請求項7に記載のコーティングチャンバ。
- 前記第1放射面(311)または前記第2放射面(312)が表面コーティング(30)を有し、前記表面コーティング(30)が、PVDにより堆積されたAL x Ti y NまたはAlCrNコーティングを有し、またはDLCコーティングを有し、また前記コーティングは、100nmから数1000nmのコーティング厚さを有している、請求項1に記載のコーティングチャンバ。
- 前記表面コーティング(30)の前記PVDにより堆積されたAL x Ti y NまたはAlCrNコーティングが、Al66Ti33NまたはAl66Cr33Nコーティングである、請求項9に記載のコーティングチャンバ。
- 前記表面コーティング(30)は、300nmと800nmの間のコーティング厚さを有している、請求項9に記載のコーティングチャンバ。
- 前記表面コーティング(30)は、少なくとも500nmのコーティング厚さを有している、請求項11に記載のコーティングチャンバ。
- 前記熱シールド(3、31、32、33)が、前記第1放射面(311)上のみに被覆されたただひとつの放射シールド(31)を有している、請求項9から12までのいずれか一項に記載のコーティングチャンバ。
- 前記ただひとつの放射シールド(31)は、部品の最大温度が250℃までの範囲である低温コーティングに適用するために設けられる、請求項13に記載のコーティングチャンバ。
- 1つの追加輻射シールド(33)が、前記チャンバ壁(2)に直接隣接する前記放射シールド(31)と、前記保護シールド(32)との間に設けられる、請求項3に記載のコーティングチャンバ。
- 3つまでの追加輻射シールド(33)が、前記放射シールド(31)と前記保護シールド(32)との間に設けられる、請求項15に記載のコーティングチャンバ。
- 前記放射シールド(31)および前記保護シールド(32)および前記輻射シールド(33)の各々が、1つの同じ前記シールドホルダ(4)によって、前記組付領域において前記チャンバ壁(2)のところで前記シールドホルダ(4)の前記保持デバイス(41)に固定されている、請求項15に記載のコーティングチャンバ。
- 前記放射シールド(31)および前記保護シールド(32)および前記追加輻射シールド(33)は、前記シールドホルダ(4)の各保持デバイス(41)に交換可能に適用されることができるように、少なくとも前記組付領域では同じような形状に設計されており、それにより、前記チャンバ壁(2)と前記熱シールド(3、31、32、33)との間で異なる熱交換特性が自在に調整可能であること、および前記放射シールド(31)および前記保護シールド(32)および前記輻射シールド(33)が、前記チャンバ壁(2)と電気的に絶縁した状態で連結されること、を特徴とする請求項15に記載のコーティングチャンバ。
- 前記コーティングチャンバが二重壁設計チャンバ壁(2)を有し、それにより温度調節流体(5)が、温度調節のために前記二重壁チャンバ壁(2)の内部を循環可能である、請求項1に記載のコーティングチャンバ。
- 前記チャンバ壁(2)の内部側(21)が、Ra=1μm±0.2μm~10μm±2μmおよびRz=10μm±2μm~100μm±20μmの範囲の粗さを有すること、および前記内部側(21)が、εSch=1.0である黒色ラジエータの黒色熱交換係数と比較して、0.1~1.0の範囲の高いチャンバ熱交換係数(εK)のコーティングを有することを特徴とする、請求項1に記載のコーティングチャンバ。
- 前記内部側(21)が、0.2と0.8の間の前記チャンバ熱交換係数(εK)のコーティングを有する、請求項20に記載のコーティングチャンバ。
- 前記内部側(21)が、0.3と0.6の間の前記チャンバ熱交換係数(εK)のコーティングを有する、請求項21に記載のコーティングチャンバ。
- 前記内部側(21)が、0.4の近傍範囲の前記チャンバ熱交換係数(εK)のコーティングを有する、請求項22に記載のコーティングチャンバ。
- 前記チャンバ壁(2)の前記内部側(21)がチャンバコーティングを有し、前記チャンバコーティング(20)が、PVDにより堆積されたAL x Ti y NまたはAlCrNコーティングを有し、またはDLCコーティングを有し、また前記チャンバコーティング(20)が、100nmから数1000nmのコーティング厚さを有している、請求項1に記載のコーティングチャンバ。
- 前記チャンバコーティング(20)が、300nmから800nmの間のコーティング厚さを有している、請求項24に記載のコーティングチャンバ。
- 前記チャンバコーティング(20)が、少なくとも500nmのコーティング厚さを有している、請求項25に記載のコーティングチャンバ。
- 請求項1から26までのいずれか一項に記載のコーティングチャンバ(1)を用いたコーティングプロセスであって、
前記コーティングプロセスが、PVDプロセス、またはマグネトロンスパッタリングまたはHIPIMSを含むPVDプロセス、またはプラズマアシストCVDプロセス、または陰極もしくは陽極真空アーク蒸着プロセス、またはこれらのプロセスの組み合わせ、または他の真空アシストコーティングプロセスである、コーティングプロセス。 - 前記コーティングプロセスが低温コーティングであり、前記コーティングチャンバ(2)が、10℃~30℃の範囲の温度から、温度制御流体(5)によって温度制御されること、または、前記コーティングプロセスが高温プロセスであり、前記コーティングチャンバ(2)が、40℃~60℃の範囲の温度の温度制御流体によって温度制御されることを特徴とする、請求項27に記載のコーティングプロセス。
- 前記温度制御流体が、水または油であることを特徴とする、請求項28に記載のコーティングプロセス。
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