(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学気相成長法を用い、ダイヤモンド又はシリコンで基板（１４）をコーティングするデバイスであって、
第１の電極（１）と第２の電極（８）に電気的に接続され、長手方向に延在し、水平な面に隣り合わせに配置された複数の熱伝導体（２）からなる熱伝導体アレイが提供され、
各熱伝導体（２）が、その一端上に装着された緊張ユニットによって個別にぴんと張った状態に保持され、
前記緊張ユニットが、緊張ウェイト（Ｇ）を有する旋回アーム（５）を備え、前記熱伝導体（２）が、前記旋回アーム（５）の第１の端部（Ｅ１）上に装着され、前記旋回アーム（５）の第２の端部（Ｅ２）が、水平軸（Ｈ）周りに枢動可能に装着され、
前記旋回アーム（５）の前記第２の端部（Ｅ２）が、前記第２の電極（８）上に装着又は支持されることを特徴とするデバイス。
【請求項２】
前記旋回アーム（５）の前記第２の端部（Ｅ２）が、前記第２の電極（８）上に提供された当接部（７）に対して支持される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記当接部（７）は、段又は溝である、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記緊張ウェイト（Ｇ）が、前記旋回アーム（５）から延在するレバーアーム（６）によって少なくとも部分的に形成される、請求項１乃至３の何れかの項に記載のデバイス。
【請求項５】
前記レバーアーム（６）が、前記旋回アーム（５）の前記第２の端部（Ｅ２）から延在する、請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
少なくとも前記旋回アーム（５）が、導電性金属で形成される、請求項１乃至５の何れかの項に記載のデバイス。
【請求項７】
電気的接続が、前記熱伝導体（２）と前記第２の電極（８）との間に前記旋回アーム（５）のみを介して形成される、請求項１乃至６の何れかの項に記載のデバイス。
【請求項８】
２つの隣接する熱伝導体（２）が、緊張要素（４）の前記旋回アーム（５）にその両端が保持された単一のワイヤから形成される、請求項１乃至７の何れかの項に記載のデバイス。
【請求項９】
前記熱伝導体（２）が、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｒｈ又はこれらの合金製である、請求項１乃至８の何れかの項に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記熱伝導体（２）が、５μｍ〜６００μｍの直径を有する、請求項１乃至９の何れかの項に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記第１の電極（１）及び／又は第２の電極（８）が、分散強化銅材料で構成される、請求項１乃至１０の何れかの項に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記第１の電極（１）及び／又は第２の電極（８）を冷却する冷却ユニットが提供される、請求項１乃至１１の何れかの項に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記熱伝導体アレイが、モジュールとして設計される、請求項１乃至１２の何れかの項に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記旋回アーム（５）と前記レバーアーム（６）が、２０°〜６０°の範囲の角度を形成する、請求項４乃至１３の何れかの項に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記レバーアーム（６）の前記緊張ウェイト（Ｇ）によって、前記旋回アーム（５）に作用する傾斜モーメントが現れ、前記傾斜モーメントによって熱伝導体（２）に緊張力（Ｓ）が発生すると共に、電気的接続のために当接部（７）の斜め方向に作用する接触力（Ｋ）が発生する、請求項４乃至１４の何れかの項に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記旋回アーム（５）が、前記第２の電極（８）上にヒンジによらず保持される、請求項１乃至１５の何れかの項に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学気相成長法（以下、「ＣＶＤ」という）を用い、基板をコーティングするデバイス、特にダイヤモンド又はシリコンで基板をコーティングするデバイス及び該デバイスを使用する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
このようなデバイスは、特開平０１−０７２９９２号公報から知られている。それにより、熱伝導体はコーティングする基板の上方に水平状に位置する。好適な緊張力を生成するために、熱伝導体は再誘導ユニット上を案内され、その一端にウェイトを備える。従来技術のデバイスは、１〜２回のコーティング工程ですでに破壊され、もはや使用できないという欠点を有する。実際には、コーティング工程のたびに熱伝導体を交換する必要がある。これには多大な時間と費用がかかる。
【０００３】
上記の欠点を解消するために直径が約２ｍｍの比較的厚い熱伝導体を使用することが考えられるが、そのような比較的厚い熱伝導体の使用にも欠点がある。薄い熱伝導体と違って、厚い熱伝導体は基板に悪影響を与える比較的大量の熱放射を発生する。これとは別に、より厚い配線を加熱するにははるかに大量の電力が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０１−０７２９９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、従来技術の欠点を解消することである。特に、熱伝導体を交換する必要なしに基板のマルチコーティングを可能にするデバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
したがって、本発明の別の目標によれば、使用する電力量はできるだけ低くしなければならない。本発明の別の目的は、ＣＶＤを用いて基板をコーティングする可能な限り効率的な方法を提供することである。
【０００７】
本発明の提供によれば、緊張ユニットは緊張ウェイトを有する旋回アームを備え、熱伝導体は旋回アームの一端上に装着され、旋回アームの他端は本質的に水平軸周りに枢動可能に装着される。驚くべきことに、より薄い熱伝導体を使用した場合であっても、これは大幅にその寿命を延ばす。本発明によって提供される緊張ウェイトを旋回アームを介して熱伝導体に加えることで、これによって発生する緊張力は本質的に熱伝導体の長手延長方向に作用する。加熱又は冷却中の熱状態による熱伝導体の全長の変化は、旋回アームの旋回によって補償される。提案されたデバイスは、堅牢、超寿命で信頼性が高い。本発明によって提供されるデバイスによって、熱伝導体は確実にぴんと張って正確に保たれ、特に正確に互いに平行に保たれる。動作周期を複数回実行した後でも、熱伝導体は垂れ下がることがない。熱伝導体とコーティングする基板との距離は、複数のコーティング工程にわたって再現可能に一定に保たれている。
【０００８】
緊張ウェイトは、旋回アーム自体の重量によって提供できる。特に簡単な例では、旋回アームは、緊張の方向に傾斜した平坦な金属片であってもよい。
【０００９】
本発明の有利な実施形態によれば、緊張ウェイトは、旋回アームから延在するレバーアームによって少なくとも部分的に形成されてもよい。適切に配置されたレバーアームの重量は、十分な緊張力を発生する能力がある。当然ながら、レバーアームに追加のウェイトを装着してもよい。
【００１０】
レバーアームは、有利には旋回アームの第２の端部から延在する。この場合、緊張ユニットの重心は、旋回アームの第２の端部の近傍、したがって、水平軸の近傍にある。これによって、緊張ユニットを好適に設計された土台に載せるだけで緊張ユニットを安定して配置する簡単な方法が提供される。
【００１１】
旋回アームは、有利には導電性金属から構成される。旋回アームの第２の端部は、第２の電極上に装着又は支持できる。熱伝導体と第２の電極との間の電気的接続は、有利には旋回アームのみを介して確立される。提案された実施形態によって、有利なことに、熱伝導体と第２の電極との間の別の電気的接続はもはや不要である。
【００１２】
本発明の特に簡単な実施形態によれば、旋回アームの第２の端部は、第２の電極上に提供された当接部に対して旋回支持される。当接部は、段、溝、といなどであってもよい。この特に簡単な実施形態では、例えば、旋回アームを土台、特に第２の電極に接続するヒンジの提供は不要である。
【００１３】
別の実施形態によれば、２つの隣接する熱伝導体は、旋回アーム又は第１の電極上に提供された別の旋回アーム上にその両端が保持された単一のワイヤから形成される。これにより、ワイヤの両端は、別の旋回アームの旋回軸の両側に装着される。これによって、２つの隣接する加熱ワイヤをぴんと張った状態に保つことができる。
【００１４】
別の実施形態によれば、熱伝導体は、耐熱金属製、好ましくはＷ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｒｈ又はそれらの合金製である。例示の材料は、一方では、特に薄いワイヤを製造するのに適しており、他方では、高い熱応力にさらすことができる。
【００１５】
熱伝導体は、有利には、直径が５μｍ〜６００μｍの範囲、好ましくは１００μｍ〜４００μｍの範囲を有するワイヤである。特に、直径が小さい熱伝導体を使用する場合、基板をコーティングするのに必要な電力を大幅に低減することができる。同時に、原子状水素の生成を助ける熱伝導体の高温状態を達成できる。
【００１６】
熱伝導体は、必ずしもワイヤの形態で設計しなければならないということはない。熱伝導体は、帯、棒又はシートの形態で設計してもよい。熱伝導体の直径又は断面積は、長手延長方向にわたって同じである必要はない。
【００１７】
別の実施形態によれば、第１の電極上に熱伝導体の他端を装着するホルダユニットが提供される。これは有利にはクランプによって熱伝導体を装着するユニットであってもよい。ホルダユニットは特に、熱伝導体を装着することにより本質的に熱伝導体を曲げることなく可能であるように設計できる。
【００１８】
本発明の別の実施形態によれば、第１及び／又は第２の電極は分散強化銅材料から構成される。また、提案された分散強化銅材料は、高温時にも極めて安定した形状を維持する。これとは別に、被加工物、特にプロファイル又は中空のプロファイルをそのような材料から簡単にかつ安価に押し出すことができる。
【００１９】
第１及び／又は第２の電極を冷却する冷却ユニットが有利には提供される。このために、第１及び／又は第２の電極は、例えば、冷却流体が流れる中空のプロファイルの形状を有してもよい。冷却流体は有利には水である。
【００２０】
別の実施形態によれば、熱伝導体アレイがモジュールとして設計される。言い換えれば、第１及び第２の電極が例えばプレートによって相互に永久的に接続され、構造的ユニットを形成する。このような構造的ユニットは、有利には、ＣＶＤコーティングデバイスの従来のハウジング内に位置するように設計される。
【００２１】
本発明の別の形態によれば、ＣＶＤを用いて基板をコーティングする方法、特にダイヤモンド又はシリコンでコーティングする方法であって、本発明によって提供されるデバイスを用いて、ハウジングを真空引きするステップと、ハウジング内に水素とガス状のカーボン担体とを含有する反応性ガス雰囲気を生成するステップと、熱伝導体を１〜１００時間の保持時間にわたって周囲温度から１５００℃〜２８００℃の範囲の温度まで加熱するステップと、ハウジングを真空引きするステップと、熱伝導体を周囲温度まで冷却するステップと、が実行される方法が提供される。
【００２２】
ハウジングの真空引き中に、約０．１〜４００ミリバールの範囲の圧力が内部に設定される。反応性ガス雰囲気を生成する時の圧力は、１〜４００ミリバール、好ましくは３〜２０ミリバールである。反応性ガス雰囲気は、有利には９０〜９９．５重量パーセントの水素を含有する。ダイヤモンドの層を製造するために、カーボン担体として例えば濃度が０．５〜１０重量パーセントのメタンを使用できる。シリコン層を製造するために、反応性ガス雰囲気は、ガス状のカーボン担体の代わりにガス状のシリコン担体を含有してもよい。また任意選択として、反応性ガス雰囲気は窒素、酸素、リン、又はホウ素を含有するガスを含有してもよい。
【００２３】
熱伝導体は、有利には１８００℃〜２５００℃の範囲の温度、好ましくは１９００℃〜２３００℃の範囲の温度まで加熱される。特に指定された高温では、気相から熱伝導体への黒鉛析出が回避される。これによって、特に気相内のカーボン担体の濃度が高くても熱伝導体上の原子状水素の生成が確実に維持される。熱伝導体の周囲温度までの冷却は、有利には真空内で、言い換えれば反応性ガス雰囲気外で実行される。熱伝導体の周囲温度までの冷却後に、ハウジングは空気に当てられる。次に、コーティングされた基板が取り外される。
【００２４】
上記方法の別の実施形態の特徴のために、上記方法にその特徴が適用可能なデバイスの特徴について説明する。
【００２５】
本発明によって提供される方法を用いて、熱伝導体を交換する必要なしに、最大５０のコーティング工程を順次実行することができる。有利には、熱伝導体はそれによって常にぴんと張った状態を保つ。
【００２６】
図面に基づいて幾つかの例を用いて本発明を詳述する。図は以下の通りである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１のデバイスの概略図である。
【図２】第２のデバイスの概略図である。
【図３】図１及び図２の緊張ユニットの力の配分の図である。
【図４】ＣＶＤコーティングデバイスの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、第１のデバイスの概略図を示す。第１の電極１上には、１列に連続して、好ましくは互いに等間隔に、複数の熱伝導体２が装着されている。熱伝導体２は、第１の電極１上に提供されたホルダユニット３内にクランプすることで保持できる。熱伝導体２は、その端部に提供された緊張要素４によって個別にぴんと張った状態に保たれる。緊張要素４の各々は、水平軸Ｈ周りに旋回可能な旋回アーム５を有する。熱伝導体２の一端は、各緊張要素４の第１の端部Ｅ１に装着される。レバーアーム６は、第１の電極１から遠ざかる方向に第２の端部Ｅ２から延在する。旋回アーム５と、例えば溶接によってそれに堅固に接続されたレバーアーム６とは、好ましくは、２０°〜６０°の範囲の鋭角を形成する。
【００２９】
レバーアーム６のウェイトフォースは、旋回アーム５に傾斜モーメントを作用させ、それによって、旋回アーム５は第１の電極１から遠ざかる方向に移動する。その結果、熱伝導体２上には緊張力が働く。熱伝導体２は、第１の電極１と緊張要素４の第１の端部Ｅ１との間に直線状にぴんと張られている。これによって、有利には、熱伝導体２との摺動接触又は特別の電源ケーブルの接続を省略できる。図１に示す第１のデバイスを用いて、熱伝導体２は互いに本質的に水平な面に配置される。
【００３０】
参照符号７は、その内部に緊張要素４が枢動可能に保持された当接部を示す。当接部７は、簡単な例では、緊張要素４の第２の端部Ｅ２が支持される段であってもよい。当接部７は、例えば、第２の電極の一部であってもよい。緊張要素４は導電形成されているため、熱伝導体２と第２の電極との間の電気的接続は簡単になされる。この場合、緊張ユニットは、熱伝導体２の緊張を保つために第１の電極１側に移動できる第２の電極８の一部である。言い換えれば、この例では、熱伝導体２は、互いに移動することができる電極１、８によって直線状にぴんと張った状態に保たれる。したがって、電極１、８又は再誘導ユニット上の摺動接触によって引き起こされることがある熱伝導体２の不要な屈曲を回避できる。
【００３１】
図２に示すデバイスでは、第１の電極１がほぼ鉛直に配置されている。次に、熱伝導体２を緊張させるために、この例では鉛直方向に並んで配置された緊張要素４が提供される。
【００３２】
図３は、緊張要素４上の力の配分を概略的に示す。緊張要素４によって緊張状態にある熱伝導体２は、第１の電極１（ここでは図示せず）と緊張要素４の第１の端部Ｅ１との間に延在する。今後は、熱伝導体２の方向を「長手方向」と呼ぶ。レバーアーム６によって引き起こされる鉛直方向のベクトルを有するウェイトフォースＧの効果によって、傾斜モーメントが旋回アーム５上に作用し、それによって、緊張力Ｓが発生する。緊張力Ｓのベクトルは、熱伝導体２の長手延長方向に平行に走っている。参照符号Ｋは、当接部７の斜め方向に作用する接触力を示す。
【００３３】
図４は、ＣＶＤコーティングデバイスの概略断面図を示す。これにより、当接部７は、水平板の形態に設計された第２の電極８上に装着されている。第１の電極１は、電気絶縁体９と相互接続された第２の電極８に接続されている。これは、全体としてモジュールとして設計された小型の熱伝導体アレイを提供する。参照符号１０は、熱伝導体アレイを取り囲む気密ハウジングを示す。特に第１の電極１及び第２の電極８はハウジング１０の内部に位置するため、電源を有利には電極１、８に簡単に給電するように設計できる。電源は、特にハウジング１０の壁に対して移動可能であってはならない。
【００３４】
ハウジング１０の真空引きのためのポンプ１１が提供されている。参照符号１２は、反応性ガスを所望に応じてハウジング内に導くためのパイプを示す。第１の電極１及び第２の電極８は、熱伝導体２を加熱するための電源１３に接続されている。参照符号１４は、コーティングのために第２の電極８上に支持された基板を示す。
【符号の説明】
【００３５】
１  第１の電極
２  熱伝導体
３  ホルダユニット
４  緊張要素
５  旋回アーム
６  レバーアーム
７  当接部
８  第２の電極
９  電気絶縁体
１０  ハウジング
１１  ポンプ
１２  パイプ
１３  電源
１４  基板
Ｇ  ウェイトフォース
Ｈ  水平軸
Ｋ  接触力
Ｓ  緊張力
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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