JPH11335840A - 化学蒸着による精密な再現法 - Google Patents
化学蒸着による精密な再現法Info
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- JPH11335840A JPH11335840A JP11124339A JP12433999A JPH11335840A JP H11335840 A JPH11335840 A JP H11335840A JP 11124339 A JP11124339 A JP 11124339A JP 12433999 A JP12433999 A JP 12433999A JP H11335840 A JPH11335840 A JP H11335840A
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- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/01—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes on temporary substrates, e.g. substrates subsequently removed by etching
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 化学蒸着によって堆積させて硫化亜鉛等の成
形体を作成する方法において、基材の形状を精度よく再
現し、後加工が殆ど不要な方法を提供する。 【解決手段】 （ａ）材料前駆体を含有する蒸気又はガ
スを供給し、（ｂ）基材表面の付近でその材料前駆体を
反応させ、その基材表面の上にその材料を堆積させ、
（ｃ）その材料をその基材から自立性固体物品として取
り出すことを含む、化学蒸着された材料からなる自立性
物品の製造方法であって、（ｄ）その自立性物品の反対
表面をその基材表面上に提供し、（ｅ）その材料をその
基材から取り外すときにその基材表面に付着する剥離コ
ーティングを、その基材表面上に提供することを特徴と
する自立性物品の製造方法。好ましくは、その基材表面
が、ヘリウム・ネオンレーザーの１波長（λ＝６３２
３．８ｎｍ）未満の精度まで機械加工される。
形体を作成する方法において、基材の形状を精度よく再
現し、後加工が殆ど不要な方法を提供する。 【解決手段】 （ａ）材料前駆体を含有する蒸気又はガ
スを供給し、（ｂ）基材表面の付近でその材料前駆体を
反応させ、その基材表面の上にその材料を堆積させ、
（ｃ）その材料をその基材から自立性固体物品として取
り出すことを含む、化学蒸着された材料からなる自立性
物品の製造方法であって、（ｄ）その自立性物品の反対
表面をその基材表面上に提供し、（ｅ）その材料をその
基材から取り外すときにその基材表面に付着する剥離コ
ーティングを、その基材表面上に提供することを特徴と
する自立性物品の製造方法。好ましくは、その基材表面
が、ヘリウム・ネオンレーザーの１波長（λ＝６３２
３．８ｎｍ）未満の精度まで機械加工される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、化学蒸着による割
合に緻密な、寸法的に正確な物体の精密な再現(replica
tion) に関する。本製造法は、適切な基材上に物体を化
学蒸着をすること、及びその基材から本質的に最終的な
形状と仕上で再現面を有する物体を、その後に取り出す
ことを含む。本発明の特に有益な態様は、光学成分又は
光学的製品の例えば円錐体、円筒体、ドーム体、非球
面、及び小曲率を有する小さなＦナンバー光学物品の製
造に関する。このような光学成分の用途には、カメラの
レンズやミラー、像形成装置、天体望遠鏡、シンクロト
ロン、ミサイルのコンフォーマルドーム、航空機の耐熱
窓が挙げられる。本発明は、硫化亜鉛の赤外線に関係す
る物品の製造に特に適する。
合に緻密な、寸法的に正確な物体の精密な再現(replica
tion) に関する。本製造法は、適切な基材上に物体を化
学蒸着をすること、及びその基材から本質的に最終的な
形状と仕上で再現面を有する物体を、その後に取り出す
ことを含む。本発明の特に有益な態様は、光学成分又は
光学的製品の例えば円錐体、円筒体、ドーム体、非球
面、及び小曲率を有する小さなＦナンバー光学物品の製
造に関する。このような光学成分の用途には、カメラの
レンズやミラー、像形成装置、天体望遠鏡、シンクロト
ロン、ミサイルのコンフォーマルドーム、航空機の耐熱
窓が挙げられる。本発明は、硫化亜鉛の赤外線に関係す
る物品の製造に特に適する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】化学蒸
着（ＣＶＤ）は、自立性のまとまりのある（バルク）形
態として又は基材上の層状コーティングとして、種々の
材料を提供するために用いられている。硫化亜鉛の層や
物品を提供するＣＶＤ法は、本出願人の米国特許第４９
７８５７９号、同５６８６１９号、及びそれらの引用文
献に公知である。一般に、ＣＶＤプロセスによってバル
ク材料を製造する従来の方法は、充実の形状体を与え、
次いでその表面が機械加工されて、最終的な製品の形態
にされる。機械加工を最少限にする「ニアネットシェイ
プ・パーツ」を得る再現技術が提案され、いくつかの結
果が文献「Goela et al., "CVD Replication for Optic
s Applications", SPIE Proc. 1047, pages 198-210 (1
989)」に記載されている。米国特許第４９９７６７８号
に記載の炭化ケイ素物品の改良された再現方法は、炭化
ケイ素の化学蒸着を開始する前に、研磨して予備的に付
形した基材の上に炭素のコーティングをその場で施し、
基材の表面を再現する物品を製造する。
着（ＣＶＤ）は、自立性のまとまりのある（バルク）形
態として又は基材上の層状コーティングとして、種々の
材料を提供するために用いられている。硫化亜鉛の層や
物品を提供するＣＶＤ法は、本出願人の米国特許第４９
７８５７９号、同５６８６１９号、及びそれらの引用文
献に公知である。一般に、ＣＶＤプロセスによってバル
ク材料を製造する従来の方法は、充実の形状体を与え、
次いでその表面が機械加工されて、最終的な製品の形態
にされる。機械加工を最少限にする「ニアネットシェイ
プ・パーツ」を得る再現技術が提案され、いくつかの結
果が文献「Goela et al., "CVD Replication for Optic
s Applications", SPIE Proc. 1047, pages 198-210 (1
989)」に記載されている。米国特許第４９９７６７８号
に記載の炭化ケイ素物品の改良された再現方法は、炭化
ケイ素の化学蒸着を開始する前に、研磨して予備的に付
形した基材の上に炭素のコーティングをその場で施し、
基材の表面を再現する物品を製造する。
【０００３】従来技術における公知の技術は、ニアネッ
トシェイプ物品を提供するものの、光学表面の最終的機
械加工を必要とせずに光学成分のような精密付形物品を
提供することができる正確な再現技術が、依然として要
求されている。米国特許第４９９７６７８号に記載の技
術は、割合に良好な再現を提供するが、各々の堆積によ
る製造の初めに、そこで使用される炭素リッチな膜がそ
の場で施される。このことは、製造工程を開始する前に
膜の寸法を測定その他で確かめる機会を与えず、炭素リ
ッチな膜の不均一な成長を許容し、再現される物品にコ
ントロールされない変動をもたらす。しかも、炭素リッ
チな膜は、それが基材から離されるときに、再現物の表
面に接着し易い。これらの性向は、基材の仕上を再現す
るこの技術の能力を抑えることに帰結する。
トシェイプ物品を提供するものの、光学表面の最終的機
械加工を必要とせずに光学成分のような精密付形物品を
提供することができる正確な再現技術が、依然として要
求されている。米国特許第４９９７６７８号に記載の技
術は、割合に良好な再現を提供するが、各々の堆積によ
る製造の初めに、そこで使用される炭素リッチな膜がそ
の場で施される。このことは、製造工程を開始する前に
膜の寸法を測定その他で確かめる機会を与えず、炭素リ
ッチな膜の不均一な成長を許容し、再現される物品にコ
ントロールされない変動をもたらす。しかも、炭素リッ
チな膜は、それが基材から離されるときに、再現物の表
面に接着し易い。これらの性向は、基材の仕上を再現す
るこの技術の能力を抑えることに帰結する。
【０００４】基材を正確に再現すると同時に基材からの
容易な取り出しを提供する技術が特に必要とされてい
る。例えば、航空機やミサイルの航路命令、誘導、目標
指示に使用される赤外線センサーは、透過性の窓やドー
ムによって外乱から保護されることを必要とする。好ま
しくは、このような窓やドームは、航空力学的抵抗を最
少限にすると同時に透過度の不規則性を回避する形状で
提供される。ミサイルにおいて、好ましい位置は先端で
ある。この位置の球形ドームはかなりの抵抗を与え、こ
れは、伸長したほぼ円錐形のドームを使用することによ
り、かなり抑えることができる。しかしながら、ドーム
の内側表面の機械加工が必要とされるのであれば、こう
したドームの製造は困難又は不可能であり、というの
は、必要な装置の機能は、コーンの直径が小さくなるに
つれ、また、その長さが増すにつれて低下するためであ
る。こうした表面の機械加工や研磨の必要とせずに、再
利用マンドレルの上にドームの内側表面を精密に再現す
ることは、製造上の大きな利益を与えるはずである。し
かしながら、硫化亜鉛やセレン化亜鉛のようなＣＶＤに
よって得られる特定のバルク材料は、それらの熱膨張特
性とそれらにとって適切なマンドレル材料の熱膨張特性
のために、従来、曲面のある雄マンドレルの外側表面上
に作成されていなかった。その代わりに、このような材
料が曲面のある生産品を得るために使用される場合、そ
れらは曲面のある雌マンドレルの内側表面上に堆積物と
して作成され、このため、このような曲面のある物品の
内側表面は、必要な形状と仕上げを得るために、かなり
の機械加工を必要としていた。
容易な取り出しを提供する技術が特に必要とされてい
る。例えば、航空機やミサイルの航路命令、誘導、目標
指示に使用される赤外線センサーは、透過性の窓やドー
ムによって外乱から保護されることを必要とする。好ま
しくは、このような窓やドームは、航空力学的抵抗を最
少限にすると同時に透過度の不規則性を回避する形状で
提供される。ミサイルにおいて、好ましい位置は先端で
ある。この位置の球形ドームはかなりの抵抗を与え、こ
れは、伸長したほぼ円錐形のドームを使用することによ
り、かなり抑えることができる。しかしながら、ドーム
の内側表面の機械加工が必要とされるのであれば、こう
したドームの製造は困難又は不可能であり、というの
は、必要な装置の機能は、コーンの直径が小さくなるに
つれ、また、その長さが増すにつれて低下するためであ
る。こうした表面の機械加工や研磨の必要とせずに、再
利用マンドレルの上にドームの内側表面を精密に再現す
ることは、製造上の大きな利益を与えるはずである。し
かしながら、硫化亜鉛やセレン化亜鉛のようなＣＶＤに
よって得られる特定のバルク材料は、それらの熱膨張特
性とそれらにとって適切なマンドレル材料の熱膨張特性
のために、従来、曲面のある雄マンドレルの外側表面上
に作成されていなかった。その代わりに、このような材
料が曲面のある生産品を得るために使用される場合、そ
れらは曲面のある雌マンドレルの内側表面上に堆積物と
して作成され、このため、このような曲面のある物品の
内側表面は、必要な形状と仕上げを得るために、かなり
の機械加工を必要としていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、選択された基
材の上にこのような材料を化学蒸着することにより、緻
密な材料の寸法的に正確な物品の精密再現を提供する。
本技術は、再現面の光学的加工を殆ど又は全く必要とし
ない再現された物品を提供する。ＣＶＤを利用して付形
材料を製造する従来の技術は、製造用の基材から取り出
したとき、「ニアネットシェイプ」の堆積物を与える。
これらの得られた堆積物又は生産品は、一般に、最終的
な形状又は「精度（figure）」に機械加工することを必
要とし、最終的な表面の滑らかさ又は「仕上(finish)」
にまでさらに機械加工することを必要としてきた。本発
明による精密再現技術によって製造された物品は、その
最終的な形状又は「精度」にまでさらに機械加工する必
要がなく、必要な表面の滑らかさ又は「仕上」を得るの
に、最少限のバフ研磨を必要とするかしないかの程度に
過ぎない。
材の上にこのような材料を化学蒸着することにより、緻
密な材料の寸法的に正確な物品の精密再現を提供する。
本技術は、再現面の光学的加工を殆ど又は全く必要とし
ない再現された物品を提供する。ＣＶＤを利用して付形
材料を製造する従来の技術は、製造用の基材から取り出
したとき、「ニアネットシェイプ」の堆積物を与える。
これらの得られた堆積物又は生産品は、一般に、最終的
な形状又は「精度（figure）」に機械加工することを必
要とし、最終的な表面の滑らかさ又は「仕上(finish)」
にまでさらに機械加工することを必要としてきた。本発
明による精密再現技術によって製造された物品は、その
最終的な形状又は「精度」にまでさらに機械加工する必
要がなく、必要な表面の滑らかさ又は「仕上」を得るの
に、最少限のバフ研磨を必要とするかしないかの程度に
過ぎない。
【０００６】本発明の精密再現は、適切な基材材料を選
択すること、及びそれを用いて、所望とする生産品の表
面の反対表面又は「ネガ」を有する基材又はマンドレル
を作成することを必要とする。基材表面は、高度な表面
精度と仕上まで研磨される。蒸着炉に基材を配置する前
に又は炉の中のその場所で、剥離コーティングの薄層が
基材表面に施される。剥離コーティングが選択され、基
材と得られた再現品が分離されるときに基材の方に付着
する薄膜コーティングが基材上に施される。特に有益な
態様において、コーティングされた基材は再使用可能で
ある。
択すること、及びそれを用いて、所望とする生産品の表
面の反対表面又は「ネガ」を有する基材又はマンドレル
を作成することを必要とする。基材表面は、高度な表面
精度と仕上まで研磨される。蒸着炉に基材を配置する前
に又は炉の中のその場所で、剥離コーティングの薄層が
基材表面に施される。剥離コーティングが選択され、基
材と得られた再現品が分離されるときに基材の方に付着
する薄膜コーティングが基材上に施される。特に有益な
態様において、コーティングされた基材は再使用可能で
ある。
【０００７】また、本発明は、上述の精密再現技術に使
用するのに特に適する種々のマンドレルを提供する。
用するのに特に適する種々のマンドレルを提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態及び発明の効果】適切な基材の存在
下で化学的前駆体材料を反応させ、前駆体材料が反応し
て所望の物質を生じ、基材の上に堆積物を形成させるこ
とにより、モノリシックな化学蒸着された固体物体が調
製される。反応は、所望の厚さの堆積物が生成するのに
十分な時間まで継続される。所望の厚さまで堆積させた
後、反応を停止させ、基材から堆積物を取り出す。次い
で、最終的な形状又は「精度」、及び最終的な表面平滑
性(surface smoothness)又は「仕上」の所望物品を提供
するように、その固体物体の表面が機械加工される。
下で化学的前駆体材料を反応させ、前駆体材料が反応し
て所望の物質を生じ、基材の上に堆積物を形成させるこ
とにより、モノリシックな化学蒸着された固体物体が調
製される。反応は、所望の厚さの堆積物が生成するのに
十分な時間まで継続される。所望の厚さまで堆積させた
後、反応を停止させ、基材から堆積物を取り出す。次い
で、最終的な形状又は「精度」、及び最終的な表面平滑
性(surface smoothness)又は「仕上」の所望物品を提供
するように、その固体物体の表面が機械加工される。
【０００９】硫化亜鉛の固体物体を製造するための典型
的な炉を図１に示す。炉10は、垂直方向に水冷されたス
テンレス鋼真空チャンバーハウジング12の中に収容され
る。溶融亜鉛15を収めて第１加熱手段（例えば、抵抗及
び／又は放射加熱エレメント）を設けられたグラファイ
トのレトルト14が、チャンバー12の底の近くに用意され
る。角形マンドレル16が、その内部を亜鉛レトルト14と
流れを連通して、レトルト14の上に配置される。マンド
レルを加熱することができる第２加熱手段18が、その外
側に設けられる。ガスインジェクター20が、マンドレル
内部の下側部分に、硫化水素（Ｈ2 Ｓ）と不活性キャリ
ヤーガスを供給する。ハウジング12の頂部のガス出口22
は、運転上、微粒子を除去する濾過装置（図示せず）、
真空ポンプのような真空源（図示せず）、さらに、未反
応Ｈ2 Ｓ及び他の毒性生成物を除去するスクラバー（図
示せず）に接続させる。マンドレルの温度は、マンドレ
ルの外側面に接触する温度計24によって測定する。レト
ルト中の亜鉛の温度は、２つの温度計によって測定し、
１つ26はレトルト壁の上側部分（溶融亜鉛の液面付近又
はその上）に接触し、もう１つの温度計28は、レトルト
壁の下側部分まで延びる（溶融亜鉛の液面の下）。
的な炉を図１に示す。炉10は、垂直方向に水冷されたス
テンレス鋼真空チャンバーハウジング12の中に収容され
る。溶融亜鉛15を収めて第１加熱手段（例えば、抵抗及
び／又は放射加熱エレメント）を設けられたグラファイ
トのレトルト14が、チャンバー12の底の近くに用意され
る。角形マンドレル16が、その内部を亜鉛レトルト14と
流れを連通して、レトルト14の上に配置される。マンド
レルを加熱することができる第２加熱手段18が、その外
側に設けられる。ガスインジェクター20が、マンドレル
内部の下側部分に、硫化水素（Ｈ2 Ｓ）と不活性キャリ
ヤーガスを供給する。ハウジング12の頂部のガス出口22
は、運転上、微粒子を除去する濾過装置（図示せず）、
真空ポンプのような真空源（図示せず）、さらに、未反
応Ｈ2 Ｓ及び他の毒性生成物を除去するスクラバー（図
示せず）に接続させる。マンドレルの温度は、マンドレ
ルの外側面に接触する温度計24によって測定する。レト
ルト中の亜鉛の温度は、２つの温度計によって測定し、
１つ26はレトルト壁の上側部分（溶融亜鉛の液面付近又
はその上）に接触し、もう１つの温度計28は、レトルト
壁の下側部分まで延びる（溶融亜鉛の液面の下）。
【００１０】運転において、マンドレルは高温にされ、
炉内の圧力が下げられる。第１温度で亜鉛レトルト14の
中で蒸発した元素状亜鉛は、それがマンドレル16に入る
と、注入されたＨ2 Ｓ及びキャリヤーガスと混合する。
混合したガスは、マンドレルの内部を通る流れを生じ、
マンドレルの加熱された内側面に接触し、第２温度又は
基材温度まで加熱され、亜鉛とＨ2 Ｓが反応し、マンド
レル16の内側表面上にＺｎＳを生成する。キャリヤーガ
スとその他のガス又は同伴反応生成物は、ガス出口22か
らチャンバーより除去され、濾過装置とスフラバー装置
を通って処理される。スタートした後、このプロセス
は、グラファイトのマンドレルの上に所望の厚さの硫化
亜鉛が堆積するまで継続され、１５時間以上を要し、１
１００時間にも及ぶことがあるが、一般に１００〜６０
０時間である。所望の厚さが得られると、ガスインジェ
クター20を通るガスの流れを止め、第１加熱手段を切
り、第２加熱手段18を切り、炉内圧を外界まで戻し、チ
ャンバーのハウジング12を開け、そしてグラファイトマ
ンドレル16を取り出す。マンドレルの内壁に堆積した硫
化亜鉛のシートを取り外し、必要により、所望のサイズ
のシートに切断する。
炉内の圧力が下げられる。第１温度で亜鉛レトルト14の
中で蒸発した元素状亜鉛は、それがマンドレル16に入る
と、注入されたＨ2 Ｓ及びキャリヤーガスと混合する。
混合したガスは、マンドレルの内部を通る流れを生じ、
マンドレルの加熱された内側面に接触し、第２温度又は
基材温度まで加熱され、亜鉛とＨ2 Ｓが反応し、マンド
レル16の内側表面上にＺｎＳを生成する。キャリヤーガ
スとその他のガス又は同伴反応生成物は、ガス出口22か
らチャンバーより除去され、濾過装置とスフラバー装置
を通って処理される。スタートした後、このプロセス
は、グラファイトのマンドレルの上に所望の厚さの硫化
亜鉛が堆積するまで継続され、１５時間以上を要し、１
１００時間にも及ぶことがあるが、一般に１００〜６０
０時間である。所望の厚さが得られると、ガスインジェ
クター20を通るガスの流れを止め、第１加熱手段を切
り、第２加熱手段18を切り、炉内圧を外界まで戻し、チ
ャンバーのハウジング12を開け、そしてグラファイトマ
ンドレル16を取り出す。マンドレルの内壁に堆積した硫
化亜鉛のシートを取り外し、必要により、所望のサイズ
のシートに切断する。
【００１１】基材又はマンドレルの作成は、本発明の精
密再現法にとって重要である。ＣＶＤプロセスにおける
高温と腐食性条件に耐えることができ、堆積される材料
に不活性であり、適当な熱膨張率（ＣＴＥ）を有する材
料からなり、必要なサイズ、形状、仕上の程度で作成可
能なことが必要である。理想的には、マンドレル材料が
堆積物と同じ熱膨張率を有するならば、マンドレル形状
に熱膨張率の修正を与える必要はない。曲がり形状の物
品が再現されるべき場合、大きいアスペクト比を有する
パーツについては、「雌」型マンドレルが好ましい。こ
の目的において、アスペクト比は、パーツの直径と高さ
（又は長さ）の比と定義する。アスペクト比が２未満の
場合、「雄」型マンドレルが好ましい。再現物からマン
ドレルを分離することは、堆積物の熱膨張率よりも若干
小さい熱膨張率を有する雌型マンドレルを提供し、冷え
るときに堆積物が縮んで雌型マンドレルから外れること
で助長される。堆積物よりも若干大きい熱膨張率を有す
る雄型マンドレルは、冷えるときに縮んで堆積物から外
れることができる。
密再現法にとって重要である。ＣＶＤプロセスにおける
高温と腐食性条件に耐えることができ、堆積される材料
に不活性であり、適当な熱膨張率（ＣＴＥ）を有する材
料からなり、必要なサイズ、形状、仕上の程度で作成可
能なことが必要である。理想的には、マンドレル材料が
堆積物と同じ熱膨張率を有するならば、マンドレル形状
に熱膨張率の修正を与える必要はない。曲がり形状の物
品が再現されるべき場合、大きいアスペクト比を有する
パーツについては、「雌」型マンドレルが好ましい。こ
の目的において、アスペクト比は、パーツの直径と高さ
（又は長さ）の比と定義する。アスペクト比が２未満の
場合、「雄」型マンドレルが好ましい。再現物からマン
ドレルを分離することは、堆積物の熱膨張率よりも若干
小さい熱膨張率を有する雌型マンドレルを提供し、冷え
るときに堆積物が縮んで雌型マンドレルから外れること
で助長される。堆積物よりも若干大きい熱膨張率を有す
る雄型マンドレルは、冷えるときに縮んで堆積物から外
れることができる。
【００１２】殆どの実施において好ましいマンドレル材
料は、再現される堆積物と同じ材料である。このこと
は、再現物と同じ熱膨張率を有するマンドレルを提供
し、意図する堆積温度と無関係に室温その他の温度で、
再現される物品の正確なネガ像としてマンドレルが作成
されることを可能にし、熱膨張率の修正を行う必要性を
回避する。しかしながら、こうした同じ材料のマンドレ
ルの上に堆積させることは、一般に、マンドレルから分
離させることが困難又は不可能である。本技術の好まし
い態様は、堆積されるものと同じ材料のマンドレルを使
用し、このマンドレルは、マンドレルからより容易に堆
積物を剥離させる又は分離させる別な硬質材料の薄い剥
離コーティングを有する。
料は、再現される堆積物と同じ材料である。このこと
は、再現物と同じ熱膨張率を有するマンドレルを提供
し、意図する堆積温度と無関係に室温その他の温度で、
再現される物品の正確なネガ像としてマンドレルが作成
されることを可能にし、熱膨張率の修正を行う必要性を
回避する。しかしながら、こうした同じ材料のマンドレ
ルの上に堆積させることは、一般に、マンドレルから分
離させることが困難又は不可能である。本技術の好まし
い態様は、堆積されるものと同じ材料のマンドレルを使
用し、このマンドレルは、マンドレルからより容易に堆
積物を剥離させる又は分離させる別な硬質材料の薄い剥
離コーティングを有する。
【００１３】剥離コーティング材料は、（ａ）ＣＶＤプ
ロセスの高温と腐食性条件に耐え、（ｂ）マンドレルの
精度と仕上げを変化させ得る応力が少なく、（ｃ）再現
されるマンドレル表面を完全に被覆しかつピンホールが
なく、（ｄ）下地マンドレル表面の形状と仕上を実質的
に保持することができ、及び（ｅ）再現される物品より
も強くマンドレルに結合する、ことが必要である。一般
に、これらの特性の最適な組み合わせは、マンドレルと
堆積材料と異なる周期律表の群から選択された少なくと
も１つの元素から形成されたコーティング材料に見出せ
る。例えば、マンドレルと再現物品が、硫化亜鉛と周期
律表の２族・６族の元素の化合物から作成される場合、
コーティング特性とりわけ剥離特性の最適な組み合わせ
は、周期律表の２族と６族以外から選択された少なくと
も１つの元素を有する材料に見出すことができる。金属
と酸化物が、剥離コーティング材料として使用するのに
特に適切であると考えられる。
ロセスの高温と腐食性条件に耐え、（ｂ）マンドレルの
精度と仕上げを変化させ得る応力が少なく、（ｃ）再現
されるマンドレル表面を完全に被覆しかつピンホールが
なく、（ｄ）下地マンドレル表面の形状と仕上を実質的
に保持することができ、及び（ｅ）再現される物品より
も強くマンドレルに結合する、ことが必要である。一般
に、これらの特性の最適な組み合わせは、マンドレルと
堆積材料と異なる周期律表の群から選択された少なくと
も１つの元素から形成されたコーティング材料に見出せ
る。例えば、マンドレルと再現物品が、硫化亜鉛と周期
律表の２族・６族の元素の化合物から作成される場合、
コーティング特性とりわけ剥離特性の最適な組み合わせ
は、周期律表の２族と６族以外から選択された少なくと
も１つの元素を有する材料に見出すことができる。金属
と酸化物が、剥離コーティング材料として使用するのに
特に適切であると考えられる。
【００１４】剥離コーティングは、再現される表面を覆
う薄いコーティングとして施される。このコーティング
は、２０μｍもの厚さに及ぶことができるが、好ましく
は１５００〜３５００Åの厚さである。コーティングを
貫くピンホールを避けるように注意する必要がある。コ
ーティングを２層に施すことは、コーティングを貫くピ
ンホールの可能性を減らす。複数のコーティングの機能
性は、特に金属コーティングの場合、コーティングされ
たマンドレルをアニールすることによって改良すること
ができる。
う薄いコーティングとして施される。このコーティング
は、２０μｍもの厚さに及ぶことができるが、好ましく
は１５００〜３５００Åの厚さである。コーティングを
貫くピンホールを避けるように注意する必要がある。コ
ーティングを２層に施すことは、コーティングを貫くピ
ンホールの可能性を減らす。複数のコーティングの機能
性は、特に金属コーティングの場合、コーティングされ
たマンドレルをアニールすることによって改良すること
ができる。
【００１５】一般的な従来技術は、グラファイトのマン
ドレルを使用してきた。これらのプロセスにおいて、マ
ンドレルからシートを除去した後、グラファイトの汚れ
を除去しかつ生産品の必要な精度と仕上を提供するよう
に、シートの表面が機械加工される。グラファイトは、
ニアネットシェイプ物品の生産に適切な基材材料である
が、割合に多孔質であり、高度に良好な形態と仕上に研
磨することができない。この特性、及び再現物表面に汚
れを残し易いことは、グラファイトを、ニアネットシェ
イプや割合に粗い物品を製造する用途に限定する。本発
明に使用されるマンドレルは、高度な仕上にまで研磨す
ることができ、精密な再現物を製造するために再使用で
き、必要な形態と仕上の物品を提供するのに必要な機械
加工を大きく減らすことができる。本発明の技術におけ
る平坦なマンドレルは、一般に、６３２．８ｎｍの波長
を有するＨｅ−Ｎｅレーザーによって特定される１波長
を下回る平滑度まで仕上げられ、好ましくは、その平坦
なマンドレルは０．４波長を下回る平滑度を有する。ま
た、この平坦なマンドレルは、５００Å未満の表面粗さ
（自乗平均平方根（ＲＭＳ））まで仕上げられ、好まし
くは１００Å未満のＲＭＳ、より好ましくは３０Å未満
のＲＭＳである。
ドレルを使用してきた。これらのプロセスにおいて、マ
ンドレルからシートを除去した後、グラファイトの汚れ
を除去しかつ生産品の必要な精度と仕上を提供するよう
に、シートの表面が機械加工される。グラファイトは、
ニアネットシェイプ物品の生産に適切な基材材料である
が、割合に多孔質であり、高度に良好な形態と仕上に研
磨することができない。この特性、及び再現物表面に汚
れを残し易いことは、グラファイトを、ニアネットシェ
イプや割合に粗い物品を製造する用途に限定する。本発
明に使用されるマンドレルは、高度な仕上にまで研磨す
ることができ、精密な再現物を製造するために再使用で
き、必要な形態と仕上の物品を提供するのに必要な機械
加工を大きく減らすことができる。本発明の技術におけ
る平坦なマンドレルは、一般に、６３２．８ｎｍの波長
を有するＨｅ−Ｎｅレーザーによって特定される１波長
を下回る平滑度まで仕上げられ、好ましくは、その平坦
なマンドレルは０．４波長を下回る平滑度を有する。ま
た、この平坦なマンドレルは、５００Å未満の表面粗さ
（自乗平均平方根（ＲＭＳ））まで仕上げられ、好まし
くは１００Å未満のＲＭＳ、より好ましくは３０Å未満
のＲＭＳである。
【００１６】また、このマンドレルは、任意の規格のマ
ンドレル構造で提供されることができる。これは、角形
や円形、あるいは図１に示したものと似た非対称側面の
中空ボックスの雌型マンドレルとして提供されることが
できる。また、柱状、円錐、球形又は非対称、中実又は
中空の雄型マンドレルとして提供することもできる。ま
た、平らな表面を有して提供されることもできる。好ま
しくは、堆積が、再現される形状を有する表面上に基本
的に生じ、マンドレルの別な面や炉内のマンドレルから
延びる別な面には堆積が殆ど又は全く生じないことを保
証する仕方で、マンドレルが炉の中に装着される。この
ように、再現される堆積物を区分することができる装置
と技術は、米国特許第４９６３３９３号、同４９９０３
７４号、及び継続出願第０９／０７２９２７号（１９９
８年５月５日出願）に記載されており、これらは本願で
も参考にして取り入れられている。
ンドレル構造で提供されることができる。これは、角形
や円形、あるいは図１に示したものと似た非対称側面の
中空ボックスの雌型マンドレルとして提供されることが
できる。また、柱状、円錐、球形又は非対称、中実又は
中空の雄型マンドレルとして提供することもできる。ま
た、平らな表面を有して提供されることもできる。好ま
しくは、堆積が、再現される形状を有する表面上に基本
的に生じ、マンドレルの別な面や炉内のマンドレルから
延びる別な面には堆積が殆ど又は全く生じないことを保
証する仕方で、マンドレルが炉の中に装着される。この
ように、再現される堆積物を区分することができる装置
と技術は、米国特許第４９６３３９３号、同４９９０３
７４号、及び継続出願第０９／０７２９２７号（１９９
８年５月５日出願）に記載されており、これらは本願で
も参考にして取り入れられている。
【００１７】硫化亜鉛物品は、図１に示したような炉の
内で製造することができ、ここで、四角形マンドレル16
の内側表面の一部又は全部は、Ｈｅ−Ｎｅレーザによる
波長（λ＝６３２．８nm）の半分未満のＲＭＳ表面粗さ
まで機械加工された表面を有する硫化亜鉛シートからな
り、厚さ約２０００〜３０００Åのアルミナ層でコーテ
ィングされる。アルミナコーティングは、スパッタリン
グ、蒸発のような物理的蒸着技術、又はプラズマを利用
したプロセスによって施される。コーティングされたマ
ンドレルの精度と仕上を測定する。その精度と仕上が規
定の範囲内にない場合、そのコーティングを剥ぎ取り、
必要によりその裸のマンドレルを再研磨し、コーティン
グを再度施す。レトルト14の中の溶融亜鉛を６００〜６
５０℃の温度に加熱し、炉内圧を３０〜６０トルまで下
げ、マンドレル表面の温度を６７０〜７４０℃に維持す
る。亜鉛蒸気がマンドレル表面付近の反応ゾーンに移動
するのを助けるため、アルゴンをキャリヤーガスとして
使用して、硫化水素を中央インジェクターから導入す
る。堆積物がその所望の厚さとなるまで堆積反応を続け
るが、１１００時間にも及ぶことがある。所望の厚さが
得られた後、アルゴンと硫化水素の流れを止め、炉の圧
力とマンドレルの温度を外界条件に戻し、炉を開放し、
マンドレルをオーブンから取り出し、堆積物を炉から取
り出す。
内で製造することができ、ここで、四角形マンドレル16
の内側表面の一部又は全部は、Ｈｅ−Ｎｅレーザによる
波長（λ＝６３２．８nm）の半分未満のＲＭＳ表面粗さ
まで機械加工された表面を有する硫化亜鉛シートからな
り、厚さ約２０００〜３０００Åのアルミナ層でコーテ
ィングされる。アルミナコーティングは、スパッタリン
グ、蒸発のような物理的蒸着技術、又はプラズマを利用
したプロセスによって施される。コーティングされたマ
ンドレルの精度と仕上を測定する。その精度と仕上が規
定の範囲内にない場合、そのコーティングを剥ぎ取り、
必要によりその裸のマンドレルを再研磨し、コーティン
グを再度施す。レトルト14の中の溶融亜鉛を６００〜６
５０℃の温度に加熱し、炉内圧を３０〜６０トルまで下
げ、マンドレル表面の温度を６７０〜７４０℃に維持す
る。亜鉛蒸気がマンドレル表面付近の反応ゾーンに移動
するのを助けるため、アルゴンをキャリヤーガスとして
使用して、硫化水素を中央インジェクターから導入す
る。堆積物がその所望の厚さとなるまで堆積反応を続け
るが、１１００時間にも及ぶことがある。所望の厚さが
得られた後、アルゴンと硫化水素の流れを止め、炉の圧
力とマンドレルの温度を外界条件に戻し、炉を開放し、
マンドレルをオーブンから取り出し、堆積物を炉から取
り出す。
【００１８】テーパー付きコーンの製造に使用するのに
適切な雄型マンドレルを図２に示す。このマンドレル50
は、取付用プレート52（又は基部）から、その基部にお
けるその幅の２倍の長さで延び、その基部から延びるに
つれて先細となっている。設計的機能に付加したテーパ
ーは、堆積物をマンドレルから取り出すのに役立つ。同
様なアルミナでコーティングされた硫化亜鉛の雄型マン
ドレルの優れた再現が、約０．４５インチの厚さを有す
る硫化亜鉛の堆積で実証されている。堆積物は、マンド
レルから困難性を伴わずに剥離した。
適切な雄型マンドレルを図２に示す。このマンドレル50
は、取付用プレート52（又は基部）から、その基部にお
けるその幅の２倍の長さで延び、その基部から延びるに
つれて先細となっている。設計的機能に付加したテーパ
ーは、堆積物をマンドレルから取り出すのに役立つ。同
様なアルミナでコーティングされた硫化亜鉛の雄型マン
ドレルの優れた再現が、約０．４５インチの厚さを有す
る硫化亜鉛の堆積で実証されている。堆積物は、マンド
レルから困難性を伴わずに剥離した。
【００１９】硫化亜鉛の堆積に使用するのに適切な別な
材料には、タンタル、チタン、酸化アルミニウム（アル
ミナとサファイアの双方を含む）、及びセレン化亜鉛が
挙げられる。タンタルは、硫化亜鉛の堆積に使用される
もう１つの剥離コーティング材料である。また、硫化亜
鉛に有用であることが見出された種々のマンドレルとコ
ーティングの材料は、セレン化亜鉛堆積物の精密再現に
も機能するはずである。また、記載した精密再現技術
は、その他のＣＶＤ材料の例えば窒化アルミニウム、窒
化ホウ素、ダイヤモンド、シリコン、炭化ケイ素などか
らなる物品を提供するのにも適用可能である。
材料には、タンタル、チタン、酸化アルミニウム（アル
ミナとサファイアの双方を含む）、及びセレン化亜鉛が
挙げられる。タンタルは、硫化亜鉛の堆積に使用される
もう１つの剥離コーティング材料である。また、硫化亜
鉛に有用であることが見出された種々のマンドレルとコ
ーティングの材料は、セレン化亜鉛堆積物の精密再現に
も機能するはずである。また、記載した精密再現技術
は、その他のＣＶＤ材料の例えば窒化アルミニウム、窒
化ホウ素、ダイヤモンド、シリコン、炭化ケイ素などか
らなる物品を提供するのにも適用可能である。
【００２０】以上の説明は、当業者が本発明を実施でき
るように、本発明のベストモードの実施と考えられるも
のを記載している。本発明の範囲は、特許請求の範囲に
よって限定されるものである。
るように、本発明のベストモードの実施と考えられるも
のを記載している。本発明の範囲は、特許請求の範囲に
よって限定されるものである。
【図１】硫化亜鉛の化学蒸着に使用される炉の部分的に
断面で示した大要の図である。
断面で示した大要の図である。
【図２】代表的な雄型マンドレルの横断面図である。
１０…炉 １２…ハウジング １４…レトルト １５…溶融亜鉛 ５０…マンドレル
Claims (24)
- 【請求項１】 （ａ）材料前駆体を含有する蒸気又はガ
スを供給し、 （ｂ）基材表面の付近でその材料前駆体を反応させ、そ
の基材表面の上にその材料を堆積させ、 （ｃ）その材料をその基材から自立性固体物品として取
り出す、 ことを含む、化学蒸着された材料からなる自立性物品の
製造方法であって、 （ｄ）その自立性物品の反対表面をその基材表面上に提
供し、 （ｅ）その材料をその基材から取り外すときにその基材
表面に付着する剥離コーティングを、その基材表面上に
提供する、 ことを特徴とする、自立性物品の製造方法。 - 【請求項２】 その基材表面が、ヘリウム・ネオンレー
ザーによって特定される１波長（λ＝６３２３．８ｎ
ｍ）未満の精度まで機械加工される請求項１に記載の方
法。 - 【請求項３】 その基材表面が、５００Å自乗平均平方
根（ＲＭＳ）を下回るの表面平滑度まで研磨される請求
項１に記載の方法。 - 【請求項４】 基材が、その物品を作成するために堆積
される材料と同じ材料で作成される請求項１に記載の方
法。 - 【請求項５】 その基材表面が、雄型マンドレルの外側
表面を有する請求項１に記載の方法。 - 【請求項６】 そのマンドレルが、その堆積される材料
の熱膨張率を上回る熱膨張率を有する材料から作成され
る請求項５に記載の方法。 - 【請求項７】 その基材表面が、雌型マンドレルの内側
表面を有する請求項１に記載の方法。 - 【請求項８】 そのマンドレルが、その堆積される材料
の熱膨張率を下回る熱膨張率を有する材料から作成され
る請求項７に記載の方法。 - 【請求項９】 その材料が、硫化亜鉛又はセレン化亜鉛
を含んでなる請求項１に記載の方法。 - 【請求項１０】 その基材表面が、硫化亜鉛又はチタン
を含んでなる請求項９に記載の方法。 - 【請求項１１】 その剥離コーティングが、アルミナ又
はタンタルを含んでなる請求項１０に記載の方法。 - 【請求項１２】 その剥離コーティングが、アルミナ又
はタンタルを含んでなる請求項９に記載の方法。 - 【請求項１３】 その基材表面が、雄型マンドレルの外
側表面を有する請求項９に記載の方法。 - 【請求項１４】 工程（ｂ）によってその基材上に化学
蒸着材料を堆積させる前に、工程（ｅ）において提供さ
れた剥離コーティングを備えた基材表面の精度と仕上を
測定すること（ｆ）、をさらに含む請求項１に記載の方
法。 - 【請求項１５】 その剥離コーティングが２０μｍの厚
さを下回る請求項９に記載の方法。 - 【請求項１６】 その基材表面が、３０Å自乗平均平方
根の表面平滑度まで研磨される請求項１に記載の方法。 - 【請求項１７】 少なくとも一部の表面上にアルミナ又
はタンタルのコーティングを備えた硫化亜鉛物体を有す
るマンドレル。 - 【請求項１８】 その表面の少なくとも一部が、ヘリウ
ム・ネオンレーザーによって特定される１波長（λ＝６
３２３．８ｎｍ）未満の精度まで成形される請求項１７
に記載のマンドレル。 - 【請求項１９】 その表面の少なくとも一部が、５００
Å自乗平均平方根未満の表面平滑度まで研磨される請求
項１８に記載のマンドレル。 - 【請求項２０】 そのコーティングが２０μｍの厚さを
下回る請求項１７に記載のマンドレル。 - 【請求項２１】 そのコーティングが３５００Åの厚さ
を下回る請求項１７に記載のマンドレル。 - 【請求項２２】 雄型マンドレルとして装着手段から延
び、そのマンドレルのコーティング部分が、その装着手
段におけるそのマンドレルの最大幅の少なくとも３倍の
距離まで延びた請求項１７に記載のマンドレル。 - 【請求項２３】 そのマンドレルが、その装着手段から
延びるにつれて先細である請求項２２に記載のマンドレ
ル。 - 【請求項２４】 その表面の少なくとも一部が、３０Å
自乗平均平方根未満の平滑度まで仕上られた請求項１７
に記載のマンドレル。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/072957 | 1998-05-05 | ||
| US09/072,957 US6042758A (en) | 1998-05-05 | 1998-05-05 | Precision replication by chemical vapor deposition |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11335840A true JPH11335840A (ja) | 1999-12-07 |
| JP4615644B2 JP4615644B2 (ja) | 2011-01-19 |
Family
ID=22110809
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12433999A Expired - Lifetime JP4615644B2 (ja) | 1998-05-05 | 1999-04-30 | 化学蒸着による精密な再現法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6042758A (ja) |
| EP (1) | EP0955392B1 (ja) |
| JP (1) | JP4615644B2 (ja) |
| DE (1) | DE69902967T2 (ja) |
| IL (1) | IL129750A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6641767B2 (en) * | 2000-03-10 | 2003-11-04 | 3M Innovative Properties Company | Methods for replication, replicated articles, and replication tools |
| US6616870B1 (en) | 2000-08-07 | 2003-09-09 | Shipley Company, L.L.C. | Method of producing high aspect ratio domes by vapor deposition |
| US20050123713A1 (en) * | 2003-12-05 | 2005-06-09 | Forrest David T. | Articles formed by chemical vapor deposition and methods for their manufacture |
| US20100297350A1 (en) * | 2003-12-05 | 2010-11-25 | David Thomas Forrest | Free-standing silicon carbide articles formed by chemical vapor deposition and methods for their manufacture |
| US20060250672A1 (en) * | 2005-05-06 | 2006-11-09 | Ealey Mark A | Agile mandrel apparatus and method |
| IL220677A (en) | 2011-06-30 | 2017-02-28 | Rohm & Haas Elect Mat | Transparent conductive items |
Citations (4)
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| JPS54113610A (en) * | 1978-02-25 | 1979-09-05 | Nippon Carbon Co Ltd | Production of heat decomposed metal carbide formed body |
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| JPH04295017A (ja) * | 1990-11-23 | 1992-10-20 | Gec Marconi Ltd | 自立形ペロブスカイト型タンタル酸鉛スカンジウム薄膜の製造方法 |
| JPH075304A (ja) * | 1993-04-29 | 1995-01-10 | Norton Co | ダイヤモンドをコーティングした構造体の製造方法 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4332751A (en) * | 1980-03-13 | 1982-06-01 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Method for fabricating thin films of pyrolytic carbon |
| US4978577A (en) * | 1989-04-12 | 1990-12-18 | Cvd Incorporated | Method for preparing laminates of ZnSe and ZnS |
| US4963393A (en) * | 1989-09-07 | 1990-10-16 | Cvd Incorporated | Method to prevent backside growth on substrates in a vapor deposition system |
| US4997678A (en) * | 1989-10-23 | 1991-03-05 | Cvd Incorporated | Chemical vapor deposition process to replicate the finish and figure of preshaped structures |
| US5071596A (en) * | 1989-10-23 | 1991-12-10 | Cvd Incorporated | Fabrication of lightweight ceramic mirrors by means of a chemical vapor deposition process |
| US4990374A (en) * | 1989-11-28 | 1991-02-05 | Cvd Incorporated | Selective area chemical vapor deposition |
| US5183689A (en) * | 1991-07-15 | 1993-02-02 | Cvd, Inc. | Process for an improved laminated of znse and zns |
| US5175929A (en) * | 1992-03-04 | 1993-01-05 | General Electric Company | Method for producing articles by chemical vapor deposition |
| US5314652A (en) * | 1992-11-10 | 1994-05-24 | Norton Company | Method for making free-standing diamond film |
| US5453233A (en) * | 1993-04-05 | 1995-09-26 | Cvd, Inc. | Method of producing domes of ZNS and ZNSE via a chemical vapor deposition technique |
| JPH10503146A (ja) * | 1995-10-05 | 1998-03-24 | エイチイー・ホールディングス・インコーポレーテッド・ドゥーイング・ビジネス・アズ・ヒューズ・エレクトロニクス | 可視光線、レーザおよび中波赤外線を透過するための耐久性のある複合窓 |
-
1998
- 1998-05-05 US US09/072,957 patent/US6042758A/en not_active Expired - Lifetime
-
1999
- 1999-04-29 EP EP99303378A patent/EP0955392B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-04-29 DE DE69902967T patent/DE69902967T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1999-04-30 JP JP12433999A patent/JP4615644B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1999-05-03 IL IL12975099A patent/IL129750A/xx not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54113610A (en) * | 1978-02-25 | 1979-09-05 | Nippon Carbon Co Ltd | Production of heat decomposed metal carbide formed body |
| JPH04228497A (ja) * | 1990-06-13 | 1992-08-18 | General Electric Co <Ge> | 基体のないダイヤモンド薄板並びにそれを製造するための方法および装置 |
| JPH04295017A (ja) * | 1990-11-23 | 1992-10-20 | Gec Marconi Ltd | 自立形ペロブスカイト型タンタル酸鉛スカンジウム薄膜の製造方法 |
| JPH075304A (ja) * | 1993-04-29 | 1995-01-10 | Norton Co | ダイヤモンドをコーティングした構造体の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| IL129750A (en) | 2003-06-24 |
| IL129750A0 (en) | 2000-02-29 |
| EP0955392B1 (en) | 2002-09-18 |
| DE69902967T2 (de) | 2003-05-28 |
| US6042758A (en) | 2000-03-28 |
| JP4615644B2 (ja) | 2011-01-19 |
| EP0955392A1 (en) | 1999-11-10 |
| DE69902967D1 (de) | 2002-10-24 |
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