(57)【要約】  プラズマ重合装置とプロセスを開示する。例示的な実施形態は、中心軸に対して実質的に対称な形状の真空チャンバを含む。回転ラックは、真空チャンバの中心軸を中心に回転するように動作可能とし得る。さらに、真空チャンバの外周から実質的に対称的に真空チャンバの外周の周囲に配置された反応性種放出機構は、反応性種を真空チャンバ内に分散させるように構成され得る。反応性種は、１つまたは複数の装置の表面上にポリマー多層コーティングを形成し得る。各層は、ポリマー多層コーティングの耐水性、耐食性、およびフィクション抵抗性を高めるために、異なる原子組成を有し得る。【選択図】図６
2021520446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ重合コーティングを生成するための重合プロセスを用いて、腐食性損傷から電気コネクタを保護するための方法であって、
選択された時間の間、反応チャンバ内で前記電気コネクタを一貫して移動させる工程、
前記選択された時間の間、
前記電気コネクタに遷移層を適用する工程であって、
第１のモノマー蒸気を前記反応チャンバ内に放出し、
第１の重合プラズマを前記反応チャンバ内に放出することにより、前記第１のモノマー蒸気から第１の反応性種を生成し、そして、
前記第１の反応性種を堆積させて、前記電気コネクタの表面上に、炭素原子に対する酸素原子の第１の比を有する前記遷移層を形成すること、を含む前記電気コネクタに前記遷移層を適用する工程、および、
前記電気コネクタに表面層を適用する工程であって、
第２のモノマー蒸気を前記反応チャンバ内に放出し、
第２の重合プラズマを前記反応チャンバ内に放出することにより、前記第２のモノマー蒸気から第２の反応性種を生成し、そして、
前記第２の反応性種を堆積させて、前記遷移層の表面上に、前記第１の比よりも小さい炭素原子に対する酸素原子の第２の比を有する前記表面層を形成すること、を含む前記電気コネクタに前記表面層を適用する工程、
を含む方法。
【請求項２】
前記第１および／または前記第２のモノマー蒸気が、
低い双極子モーメントを有する少なくとも１つの有機モノマーを含む第１の蒸気、
少なくとも１つの多官能性不飽和炭化水素および炭化水素誘導体モノマーを含む第２の蒸気、
少なくとも１つの単官能性不飽和フルオロカーボン樹脂モノマーを含む第３の蒸気、および、
Ｓｉ−Ｃｌ、Ｓｉ−Ｏ−Ｃ、または環構造中に少なくとも１つの有機ケイ素モノマーを含む第４の蒸気、のうちの１つまたは複数を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の蒸気の前記低い双極子モーメントが、前記プラズマ重合コーティング全体への電気信号に対する干渉を低減する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
分子結合エネルギー、結合長、および前記モノマー蒸気の蒸発温度の差に基づき、前記蒸気の比率を制御することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記第１および／または前記第２のモノマー蒸気が、前記遷移層および／または前記表面層の強度および耐水性を改善する架橋構造モノマーを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
分子結合エネルギー、結合長、および異なるモノマーの蒸発温度の差に基づき、前記プロセスのプロセスパラメータを変化させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１、前記第２のモノマー蒸気、および／または、キャリアガスに印加されるエネルギーを、分子結合エネルギー、結合長、および異なるモノマーの蒸発温度の差に基づき変化させ、耐水性および低い破壊電圧を付与するコンパクトな遷移層および表面層を生成することをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記モノマー蒸気が、１０−１０００μＬ／分の速度で前記反応チャンバ内に放出される、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記第１および／または前記第２の重合プラズマが、前記反応チャンバ内のキャリアガスに電荷を印加することによって形成され、そして、前記重合プラズマが、パルス電気放電または周期的交流電気放電を用いて堆積される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記表面コーティング層の適用中、前記パルス放電の持続時間は６００−３，６００秒であり、前記印加される電力は１−６００ワットであり、前記パルス放電の周波数は１−１０００Ｈｚであり、そして前記パルスのデューティサイクルは、１：１−１：５００である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記表面コーティング層の適用中、前記周期的交流電気放電の持続時間は６００−３，６００秒であり、印加される電力は１−６００ワットであり、そして前記交流周波数は１−１０００Ｈｚである、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１および／または前記第２の重合プラズマを生成するために、キャリアガスに電荷を印加することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記キャリアガスが、アルゴン（Ａｒ）原子の不活性ガスを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記遷移層および／または前記表面層が、炭素、フッ素、酸素、シリコン、および水素原子の１つまたは複数を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記遷移層の炭素原子に対する酸素原子の前記第１の比が１：３−１：２０である、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記反応性種が、エネルギーが前記第１および／または前記第２の重合プラズマから前記モノマー蒸気に伝達される際に前記モノマー蒸気から放出されるフリーラジカルである、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記フリーラジカルが、前記電気コネクタの表面上で重合され、ポリマーコーティングを形成する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記電気コネクタが、ＵＳＢＴＭタイプ−Ｃコネクタ、マイクロ−ＵＳＢＴＭコネクタ、ＡｐｐｌｅＴＭライトニングコネクタ、ＨＤＭＩＴＭコネクタ、フレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）コネクタ、ボード・ツー・ボード（ＢＴＢ）コネクタ、プローブコネクタ、または無線周波数（ＲＦ）同軸コネクタである、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
プラズマ重合コーティングを生成するための重合プロセスを用いて、腐食性損傷から電気コネクタを保護するための反応チャンバであって、
前記電気コネクタを前記反応チャンバ内に固定し、そして前記電気コネクタを前記反応チャンバ内で一貫して移動させるために回転モータによって駆動される回転ラック、
キャリアガスに放電を印加することによって重合プラズマを生成するための放電キャビティ、
モノマー蒸気を前記反応チャンバ内に放出するためのモノマー蒸気パイプ、および、
前記反応チャンバと放電キャビティとの間の金属グリッドバリアと、を含み、ここで、
第１の重合プラズマを前記反応チャンバ内に放出することにより前記モノマー蒸気から第１の反応性種を生成し、前記電気コネクタの表面上に堆積された前記第１の反応性種を生成し、そして酸素原子に対する炭素原子の第１の比を有する遷移層を生成することにより前記電気コネクタに遷移層を適用し、そして、
第２の重合プラズマを前記反応チャンバ内に放出することにより前記モノマー蒸気から第２の反応性種を生成し、前記表面層上に堆積された前記第２の反応性種を生成し、そして前記第１の比よりも大きな酸素原子に対する炭素原子の第２の比を有する前記表面層を生成することにより前記電気コネクタに表面層を適用するため、電力が前記金属グリッドバリアに印加される、
反応チャンバ。
【請求項２０】
前記回転ラックの動作が、前記金属グリッドバリアへの電力の印可と同時に行われ、前記電気コネクタ上に反応性種を堆積させつつ同時に前記電気コネクタを前記反応チャンバ全体に移動させる、請求項１９に記載の反応チャンバ。
【請求項２１】
前記反応チャンバ内の前記電気コネクタの移動が、前記反応チャンバの中心軸に対する直線往復運動または曲線運動を含む、請求項１９に記載の反応チャンバ。
【請求項２２】
前記曲線運動が、前記中心軸に沿った円運動、前記中心軸に沿った楕円運動、球面運動、および他の不規則なルートを伴う曲線運動のうちの１つまたは複数を含む、請求項２１に記載の反応チャンバ。
【請求項２３】
前記回転ラックが中心軸から遠位の遊星軸を有する遊星回転シャフトに連結され、そして前記遊星回転シャフトが遊星回転プラットフォームに連結され、ここで、
前記電気コネクタが前記遊星回転プラットホーム上に固定され、前記電気コネクタが前記遊星軸に沿って回転される、請求項１９に記載の反応チャンバ。
【請求項２４】
前記遷移層は、炭素、フッ素、酸素、シリコン、および水素元素のうちの１つまたは複数を含み、そして、
前記表面層は、炭素、フッ素、酸素、シリコン、および水素元素のうちの１つまたは複数を含む、請求項１９記載の反応チャンバ。
【請求項２５】
前記電気コネクタが、ＵＳＢＴＭタイプ−Ｃコネクタ、マイクロ−ＵＳＢＴＭコネクタ、ＡｐｐｌｅＴＭライトニングコネクタ、ＨＤＭＩＴＭコネクタ、フレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）コネクタ、ボード・ツー・ボード（ＢＴＢ）コネクタ、プローブコネクタ、または無線周波数（ＲＦ）同軸コネクタである、請求項１９記載の反応チャンバ。
【請求項２６】
水分および腐食性損傷から電気コネクタを保護するためのプラズマ重合コーティングであって、
前記電気コネクタの表面上に、炭素原子に対する酸素原子の第１の比を有する遷移層を含み、ここで、前記遷移層は、
少なくとも１つの多官能不飽和炭化水素および炭化水素誘導体モノマー、および、
Ｓｉ−Ｃｌ、Ｓｉ−Ｏ−Ｃ中の少なくとも１つの有機ケイ素モノマー、のうちの１つまたは複数の反応性種を用いて形成され、そして、
前記遷移層の表面上に、前記第１の比よりも小さい炭素原子に対する酸素原子の第２の比を有する表面層を含み、ここで、前記表面層は、
低い双極子モーメントを有する少なくとも１つの有機モノマー、および、
少なくとも１つの単官能性不飽和フルオロカーボン樹脂モノマー、のうちの１つまたは複数から生成された反応性種を用いて形成される、プラズマ重合コーティング。
【請求項２７】
前記遷移層の炭素原子に対する酸素原子の第１の比が１：３〜１：２０である、請求項２６に記載のプラズマ重合コーティング。
【請求項２８】
前記遷移層および／または前記表面層が、炭素、フッ素、酸素、シリコン、および水素原子の１つまたは複数を含む、請求項２６に記載のプラズマ重合コーティング。
【請求項２９】
電気コネクタ上にプラズマ重合コーティングを適用するための方法であって、
電気コネクタの表面に、炭素原子に対する酸素原子の第１の比を有する遷移層を適用する工程、および、
前記遷移層の表面に、前記第１の比よりも小さい炭素原子に対する酸素原子の第２の比を有する表面層を適用する工程を含み、ここで、
前記プラズマ重合コーティングは耐水性であり、前記プラズマ重合コーティングの厚さは５ｎｍ−５００ｎｍであり、そして前記プラズマ重合コーティング全体に対して１Ｖ−３０Ｖの電圧を印加した際に前記プラズマ重合コーティングは導電性である、方法。
【請求項３０】
反応チャンバ内の電気装置上に多層プラズマ化学蒸着コーティングを適用するための方法であって、
金属ゲートに周期的な電気放電を印加して、放電キャビティから反応チャンバ内に周期的にプラズマを導き、反応性種を生成する工程を含み、ここで、
前記周期的な電気放電は、反応性種を生成するようにプラズマを反応チャンバ内に導く際に金属ゲートに電気放電が印加され、そして前記反応性種がフラグメンテーション−多重再結合プロセスに供される際に前記電気装置上に第１の副層が形成される、プラズマオン期間、および、
前記金属ゲートに電気放電が印可されず、前記反応性種がラジカル連鎖伝播プロセスを受ける際に、前記電気装置上に第２の副層が形成される、プラズマオフ期間を含む、
方法。
【請求項３１】
前記周期的な電気放電が不連続なパルス波形にしたがって印加される、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記周期的な電気放電は、鋸歯状波形、正弦波形、方形波形、全波整流波形、半波整流波形、または不連続パルス波形にしたがって印加される、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記第１のコーティングと前記第２のコーティングとの間の界面を交互にして、前記第１および前記第２の層からエネルギーを消散させる、請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
前記第１および前記第２のコーティングの適用中に、前記反応チャンバの中心軸に沿って前記電気装置を回転させることをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】
前記第１および前記第２のコーティングの適用中に、前記反応チャンバの中心軸よりも遠位の遊星軸に沿って前記電気装置を回転させる工程をさらに含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記遊星軸に沿った前記回転は、前記中心軸に対する前記電気装置の配向を変化させる、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記遊星軸に沿った前記電気装置の回転速度は、前記中心軸に沿った前記電気装置の回転速度とは独立して調整される、請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
前記中心軸および前記遊星軸に沿った回転の組み合わせが、前記反応チャンバに対する直線的往復運動または曲線運動での前記電気装置の動きをもたらす、請求項３５に記載の方法。
【請求項３９】
前記曲線運動は、中心軸に沿った円運動、中心軸に沿った楕円運動、前記中心軸よりも遠位の軸を有する円運動、球面運動、および他の不規則なルートを有する曲線運動のうちの１つまたは複数を含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記第１および前記第２のコーティングを適用する前に、前記反応チャンバ内の雰囲気を排気し、そして処理プラズマを放出して前記電気装置の表面から不純物を除去することにより、前記電気装置の表面を前処理する工程をさらに含む、請求項３０記載の方法。
【請求項４１】
前記反応チャンバ内の多孔質電極に電荷を印加することにより、前記前処理プラズマを発生させることをさらに含む、請求項４０記載の方法。
【請求項４２】
前記モノマー蒸気は、一定の電荷によって生成されたプラズマからのエネルギーが前記モノマー蒸気に伝達される際に前記第１の反応性種を放出し、そして、
前記モノマー蒸気は、非一定の電荷によって生成されたプラズマからのエネルギーが前記モノマー蒸気に伝達される際に前記第２の反応性種を放出する、請求項３０記載の方法。
【請求項４３】
前記電気装置が、家電製品、モバイル装置、計算装置、ディスプレイ装置、またはウェアラブル装置である、請求項３０に記載の方法。
【請求項４４】
電気装置上に多層プラズマ化学蒸着コーティングを適用するための反応チャンバであって、
前記電気装置を、一次回転軸を介して中心軸に沿って回転させるように構成された一次回転ラックと、
前記電気装置を固定し、そして前記一次回転ラックに連結された遊星回転シャフトを介して遊星軸に沿って前記電気装置を回転させるように構成された二次回転ラックと、
制御信号を送信して、電源に周期的な電気放電を金属ゲートに印加させるコントローラと、を含み、ここで、
前記周期的な電気放電は、反応性種を生成するようプラズマを反応チャンバ内に導くために金属ゲートに電気放電が印加され、そして前記反応性種がフラグメンテーション−多重再結合プロセスに供される際に前記電気装置上に第１の副層が形成される、プラズマオン期間と、そして、
前記周期的な電気放電は、前記金属ゲートに電気放電が印可されず、そして前記反応性種がラジカル連鎖伝播プロセスを受ける際には、前記電気装置上に第２の副層が形成される、プラズマオフ期間と、を含む
反応チャンバ。
【請求項４５】
前記周期的な電気放電が、不連続パルス放電または周期的な交互の放電である、請求項４４に記載の反応チャンバ。
【請求項４６】
前記コントローラが、第１の回転制御信号を送信して、前記第１および第２の層の適用中に、前記電気装置を前記反応チャンバの前記中心軸に沿って前記一次回転ラックを介して回転させるように構成されている、請求項４４記載の反応チャンバ。
【請求項４７】
前記第１の回転制御信号が、前記中心軸に沿った前記一次回転ラックおよび前記電気装置の回転速度を制御する、請求項４６に記載の反応チャンバ。
【請求項４８】
前記コントローラが、第２の回転制御信号を送信して、前記第１および前記第２のコーティングの適用中に、前記電気装置を前記反応チャンバの前記遊星軸に沿って前記二次回転ラックを介して回転させるように構成されている、請求項４４に記載の反応チャンバ。
【請求項４９】
前記第２の回転制御信号が、前記遊星軸に沿った前記第２の回転ラックおよび前記電気装置の回転速度を制御する、請求項４８に記載の反応チャンバ。
【請求項５０】
第１のモノマー蒸気を前記反応チャンバ内に放出するように構成された第１のモノマー蒸気パイプをさらに含み、
前記第１のモノマー蒸気は、前記第１のプラズマからのエネルギーが前記第１のモノマー蒸気に伝達された際に、前記第１の反応性種を放出し、
前記第２のモノマー蒸気は、前記第２のプラズマからのエネルギーが前記第２のモノマー蒸気に伝達された際に前記第２の反応性種を放出する、請求項４４記載の反応チャンバ。
【請求項５１】
電気装置上の多層プラズマ化学蒸着コーティングであって、
プラズマが反応チャンバ内に向けられる際のプラズマオン期間中のフラグメンテーション−多重再結合プロセスにより形成された第１の副層、および、
プラズマが反応チャンバ内に向けられない際のプラズマオフ期間中のラジカル連鎖伝播プロセスにより形成された第２の副層、を含む、多層プラズマ化学蒸着コーティング。
【請求項５２】
前記多層プラズマ化学蒸着コーティングが、前記プラズマオン及び前記プラズマオフの各々の期間中に形成された、各副層の厚さを変化させることにより生成された段階的な構造を有する、請求項５１に記載の多層プラズマ化学蒸着コーティング。
【請求項５３】
前記多層プラズマ化学蒸着コーティングは、前記プラズマオン期間中に形成される副層と前記プラズマオフ期間中に形成される副層とが交互に配置されている、請求項５１に記載の多層プラズマ化学蒸着コーティング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年５月４日に出願された米国特許仮出願第６２／６６７，４０８号および２０１８年５月４日に出願された米国特許仮出願第６２／６６７，４１３号に対する優先権を主張する。上記で特定された出願の内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、プラズマ重合技術に関し、より具体的には、プラズマ重合コーティング装置およびプロセスに関する。
【背景技術】
【０００３】
プラズマ重合コーティング処理は、他の従来技術よりもその利点が大きいため、重要な表面処理技術である。例えば、プラズマ重合コーティングにおいて、ポリマーは、分子鎖が成長する所望の表面に直接結合され得る。これは、処理される表面をコーティングするために必要な全体的なステップ数を減少させる。他の利点は、従来の化学重合技術と比較して、より広い選択のモノマーの利用可能性を含む。
【０００４】
しかしながら、従来のプラズマコーティング装置の既存の設計における種々の欠点のために、従来のプラズマ重合処理は、しばしば製造の制限に悩まされることとなり、その結果、小さなバッチサイズ、低効率、高コスト、およびバッチの均一性の乏しさをもたらす。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の１つまたは複数の実施形態が、添付の図面の図面に限定されるものではなく一例として例示される。同様の参照番号は同様の要素を示す。これらの図は、必ずしも縮尺通りに描かれている訳ではない。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、本開示の１つまたは複数の実施形態による、回転ラック上に配置された遊星回転軸を有する例示的なプラズマ重合コーティング装置の構造の概略正面図である。
【０００７】
【図２】図２は、本開示の１つまたは複数の実施形態による、図１に示される例示的な装置の構造の概略上面図である。
【０００８】
【図３】図３は、プラズマ重合のための例示的なプロセスを示すフロー図である。
【０００９】
【図４】図４は、本明細書に記載される少なくともいくつかの動作を実施することができる処理システムの一例を示すブロック図である。
【００１０】
【図５】図５は、本開示の１つまたは複数の実施形態による、回転ラックおよび遊星回転シャフトを回転させるための任意のシャフトおよびギアを備えた例示的なプラズマ重合コーティング装置の概略正面図である。
【００１１】
【図６】図６は、本開示の１つまたは複数の実施形態による、プラズマ重合の別の例示的なプロセスを示すフロー図である。
【００１２】
【図７】図７は、本開示の１つまたは複数の実施形態による、装置上に適用された例示的なプラズマ重合コーティングを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本開示の特定の実施形態が、関連する技術的解決策および添付の図面を参照して以下に詳細に説明される。以下の説明において、具体的な詳細は、現在開示されている技術を完全に理解するために記載されている。他の実施形態では、本明細書に記載の技術は、これら特定の詳細なしに実施することができる。他の例では、本技術を不必要に不明瞭にすることを避けるために、特定の製造技術のような周知の特徴は詳細に説明されていない。本説明において「実施形態」、「一実施形態」等の言及は、本開示の少なくとも１つの実施形態に、説明されている特定の特徴、構造、材料、または特性が含まれることを意味する。したがって、本明細書中のこのような用語の例は、必ずしも全てが同じ実施形態を参照しているわけではない。他方、そのような参照は必ずしも相互に排他的ではない。さらに、特定の特徴、構造、材料、または特性は、１つまたは複数の実施形態では、任意の適切な方法で組み合わせることができる。また、図中に示された種々の実施形態は、単なる例示的な表現であり、必ずしも縮尺通りに描かれていないことが理解されるべきである。
【００１４】
前述のように、プラズマ重合コーティングは、非常に望ましい特性を有する結果を生成し得、疎水性フィルムコーティングのような特定の用途において良好に機能し得る。しかしながら、ポリマーコーティングは非常に薄い傾向があるため、コーティングにおいて所望の均一性を達成することは困難であり得る。
【００１５】
プラズマ重合コーティングを行うために、第１に処理される装置を真空チャンバ内に配置し、次いで、キャリアガスおよびガス状有機モノマーを真空チャンバ内に分散させ得る。ガス状の有機モノマーは、電力をモノマーに放出することによってプラズマ状態に変換され、種々のタイプの反応性種を生成する。次に、反応性種とモノマーとの間、または、反応性種間でさらなる反応が起こり、そして装置の表面上にポリマーフィルムを形成する。プラズマ重合コーティングプロセスにおける種々の点において、真空チャンバの雰囲気は、キャリアガス、気体状有機モノマー、モノマーへの電力の放出から生じるプラズマ、プラズマとモノマー蒸気との組み合わせから生じる反応性種等のうちの１つまたは複数を含み得る。疎水性または疎油性フィルムコーティングのような特定の用途では、プラズマ重合コーティングは、非常に望ましい特性を有する結果を生じ得る。
【００１６】
従来のプラズマコーティング装置は、典型的には矩形の真空チャンバを備えており、その結果、コーティングプロセスの間、装置搬送プラットフォームおよびその上に配置された装置の位置は、典型的には、従来の真空チャンバ内に固定される。同一バッチ内の異なる装置は、真空チャンバ内の異なる位置にあるため、それらは、電極、モノマー／キャリアガス出口、真空ガス出口等から異なる距離にある。そのため、各装置に適用される被膜の厚さが、チャンバ内の各装置の異なる位置に基づいて変化することは避けられない。したがって、同一バッチ内の均一性の変動を低減するために現在利用可能なプラズマコーティング装置は、典型的には、容量の小さい真空チャンバを採用し、そして少量のバッチで処理される。このプロセスは、処理効率を大幅に低下させ、コストを増加させる。それでも、顧客の要求を満たす、満足のいくバッチ均一性を作り出せない可能性がある。ポリマーコーティング用途の急速な拡大に伴い、このような加工に対する需要は急速に増加している。
【００１７】
したがって、本明細書で開示されるのは、小バッチサイズ、低効率、高コスト、およびバッチの均一性の乏しさ、のような既存のプラズマコーティングプロセスにおける技術的問題に対処するプラズマコーティング装置および技術である。いくつかの実施形態では、印加されたプラズマ重合コーティングの均一性は、真空チャンバからのガスの排気を制御する等の制御機構を使用して強化される。
【００１８】
プラズマ化学蒸着（ＰＣＶＤ）は、プラズマを用いて装置の表面に保護コーティングを生成する技術である。ＰＣＶＤプロセスは、反応ガスを活性化し、保護コーティングを生成するために装置の表面またはその近傍での化学反応を促進する。
【００１９】
ＰＣＶＤは、保護コーティングの製造中に多くの利点を提供するプロセスである。例えば、ＰＣＶＤは、コーティングを受ける装置に損傷を与えない乾式プロセスである。パリレン（parylene）の蒸着法と比較すると、ＰＣＶＤ技術はより低い堆積温度を有し、コーティングを受ける装置への損傷を回避しつつ、使用されるモノマーおよび形成されるコーティング構造について、より優れた制御を提供する。さらに、コーティングは、不均一または不規則な形状の装置上に均一に適用され得る。
【００２０】
さらに、コーティング処理は、電流伝導、熱放散、およびデータ伝送のような製品の通常の機能に影響を与えないので、コーティング処理は、装置のゴールドフィンガー（gold fingers）および他の導電部材上で行うことができる。したがって、マスキング操作は、装置のどの領域がプラズマ重合コーティングを受けるかを制御するために必要ではない。したがって単純化されたコーティングプロセスは、生産スループットを改善し、そしてより高い生産歩留りとなる。最後に、ＰＣＶＤ技術では望ましくない副産物の数が減少するため、液体化学薬品を用いた３コーティング保護層を適用するよりも、より環境に優しい。
【００２１】
製造中の利点に加えて、ＰＣＶＤは、他の方法を使用して製造されたコーティングよりも著しい利点を有する保護コーティングを製造する。例えば、機械的構造（例えば、接着剤コーティング、ゴムリング、およびガスケット）を介する従来の耐水性保護に対して、プラズマポリマーフィルムによって提供される保護は、複雑な機械的設計、高コスト、低い生産歩留まり、および摩耗による劣化に対する影響され易さを回避する。さらに、耐水性を付与する機械的構造を回避することにより、ＰＣＶＤ保護コーティングは、製品の外観を改善し、そして使用者の体験（ユーザエクスペリエンス）を改善する。
【００２２】
コーティングの別の利点は、通常の摩耗を維持しながら、コーティングを装置の表面に留めることを可能にする、装置に対する強い結合力である。このコーティングはまた、安定した化学的および物理的特性を有し、溶剤、化学的腐食、熱および摩耗による損傷に対する抵抗性を付与する。さらに、ＰＣＶＤプロセスは、数ナノメートル程度の薄さのコーティングを生成することができる。したがって、他のコーティングと比較して、プラズマポリマーフィルムは、薄くて耐久性のある、耐水性および耐食性のあるコーティングを提供するための効果的な方法を提供する。以下の説明では、本開示の完全な理解を提供するために、特定の構成要素、回路、およびプロセスの例のような多数の具体的な詳細が説明される。また、以下の説明および説明の目的のために、特定の命名法が、本実施形態の完全な理解を提供するために記載されている。しかしながら、当業者には、これらの具体的な詳細は、本実施形態を実施するために必要ではないことがあり得るのは明らかであろう。他の例では、本開示を不明瞭にすることを避けるために、周知の回路および装置がブロック図の形式で示されている。
【００２３】
本明細書で使用される用語「連結された」は、直接接続されるか、又は１つまたは複数の介在する構成要素または回路を介して接続されることを意味する。本明細書に記載される種々のバス上で提供される信号のいずれも、他の信号と時間多重化され、１つまたは複数の共通のバス上で提供され得る。さらに、複数の回路素子または複数のソフトウェアブロック間の相互接続は、複数のバスまたは単一の信号線として示されてもよい。複数のバスの各々は代替的に単一の信号線であってもよく、そして単一の信号線の各々は代替的に複数のバスであってもよく、そして単一の線またはバスは、複数のコンポーネント間の通信（例えば、ネットワーク）のための無数の物理的または論理的メカニズムのうちの任意の１つまたは複数を表すことができる。本実施形態は、本明細書に記載される特定の実施形態に限定されるものと解釈されるべきではなく、添付の特許請求の範囲によって定義される全ての実施形態をそれらの範囲内に含むものである。
【００２４】
＜プラズマ重合コーティング装置＞
図１および図２に示されているのは、プラズマ重合コーティングを装置１１５に適用するための、本開示の１つまたは複数の実施形態によるプラズマ重合コーティング装置１００である。例示的な実施形態では、プラズマ重合コーティング装置は、真空チャンバ１０１、多孔質電極１０２、無線周波電源１０３、放電キャビティ１０４、金属グリッド１０５、パルス電源１０６、放電源１０７、放電電源１０８、キャリアガスパイプ１０９、モノマー蒸気パイプ１１０、テールガス回収管１１１、回転ラック１１２、遊星回転シャフト１１３、遊星回転プラットフォーム１１４、処理される装置１１５、真空ポンプ１１６、コントローラ１１７、回転モータ１１８、およびガイドスリーブ１１９を含む。
【００２５】
いくつかの実施形態では、装置１１５は、電気信号を送信するためのコネクタであり得る。コネクタは、２つ以上の装置を接続し、接続された装置間で電気信号を送信するために使用されるインタフェースであり得る。いくつかの実施形態では、コネクタは、ＵＳＢＴＭコネクタ（例えば、マイクロＵＳＢＴＭ、ＵＳＢ−ＡＴＭ、ＵＳＢＴＭタイプ−Ｃコネクタ、マイクロ−ＵＳＢＴＭコネクタ等）、ＡｐｐｌｅＴＭライトニングコネクタ、ＨＤＭＩＴＭコネクタ、フレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）コネクタ、ボード・ツー・ボード（ＢＴＢ）コネクタ、プローブコネクタ、または無線周波数（ＲＦ）同軸コネクタであり得る。他の実施形態では、装置１１５は、家電製品、モバイル装置、計算装置、ディスプレイ装置、またはウェアラブル装置であり得る。いくつかの例では、装置１１５は、携帯電話、ヘッドフォン、ワイヤレスヘッドフォン、タブレットコンピュータ、子供用腕時計、位置決めトラッカー、ラップトップコンピュータ、オーディオシステム、無人航空機、拡張現実（ＡＲ）眼鏡、または仮想現実（ＶＲ）眼鏡である。
【００２６】
装置１１５は、プラズマ重合処理に供されることによって、改良された耐久性および性能を得ることができる。装置１１５は、頻繁に差し込み（ｐｌｕｇ）、および引き抜き（ｕｎｐｌｕｇ）の事象に遭遇し、湿気および腐食による損傷の可能性を増大させる過酷な環境で動作する可能性があるため、摩耗に対する耐久性および弾性が重要である。したがって、以下に詳細に説明されるように、プラズマ重合コーティングは、装置１１５が遭遇する種々の摩耗に対する保護を提供する。例えば、プラズマ重合コーティングは、装置１１５を水および湿気（例えば、温度の変化による凝縮）に対して抵抗性を有するものにする保護層を提供し得る。さらに、プラズマ重合コーティングは、酸性溶媒、酸性雰囲気、および塩基性溶媒に対する保護を提供し得る。最後に、プラズマ重合コーティングはまた、汗、化粧品、および頻繁な温度変化に対する保護または抵抗を提供し得る。
【００２７】
＜真空チャンバ＞
真空チャンバ１０１は、重合されたプラズマが装置１１５に適用され得る際の容器として機能する。本開示の目的のために、「真空チャンバ」という用語は、該チャンバの外側と比して低いガス圧力を有するチャンバ（例えば、真空ポンプ１１６がチャンバからガスをポンピングする結果）を意味する。この用語は、必ずしもチャンバが真空状態に排気されることを意味しない。本明細書の議論の目的のために、真空チャンバ１０１は、「反応チャンバ」とも称され得る。真空チャンバ１０１は、本明細書に記載される１つまたは複数の化学反応（例えば、開示されるプラズマコーティング技術を実施するための）が行われるチャンバであり得る。いくつかの例では、コーティングプロセスの間、真空チャンバ１０１は、まず、ベース圧力約５ｍＴｏｒｒまでガスを排出し、次いで、キャリアガスで満たし得る。真空チャンバ１０１にキャリアガスを充填した後、真空チャンバ１０１内の空気圧力は、約数十ｍＴｏｒｒに上昇し得る。真空チャンバ１０１の容積は、用途に応じて、例えば、５０−３０００リットルの間で変化し得る。チャンバ材料の例としては、アルミニウム合金またはステンレス鋼を含み得る。
【００２８】
真空チャンバ１０１は、真空チャンバ１０１の周囲に沿ってチャンバ本体の内壁を有する。真空チャンバ１０１の内壁は、他の上面断面と同じ直径を有する円形の上面断面、または他の上面断面と同じエッジ長さを有する多角形によって特徴付けられ得る。該多角形のいくつかの実施形態は、少なくとも６つのエッジを有する。
【００２９】
真空チャンバ１０１の上部カバーおよび下部カバーは、球形セグメント、規則的な多角形、または楕円形のような、平らなプレートまたはアーチ状構造であり得る。いくつかの実施形態では、該構造は、真空チャンバ１０１のチャンバ本体内壁の上面図断面と一致する。
【００３０】
＜多孔質電極＞
いくつかの実施形態では、多孔質電極１０２は、後続の工程における重合によって被覆される装置１１５の表面を前処理するためのプラズマを生成し得る。特に、高電力（例えば、６００ワット超）が、多孔質電極１０２を通して連続的に放電され、強力なプラズマを生成する。得られたプラズマは、少なくとも２つの目的に使用し得る：（１）基材表面上の、水および油のような有機不純物の汚れを洗浄すること、そして、（２）有機基材を活性化してダングリングボンドを形成することによりコーティングの堆積を容易にし、そして基材とコーティングとの間の結合力を高めること。いくつかの実施態様において、多孔質電極１０２を介するこの表面プラズマ前処理は、任意である。
【００３１】
いくつかの実施形態では、多孔質電極１０２は円筒形を形成してもよく、または少なくとも円筒形の２つの部分に分割されてもよく、そして多孔質電極１０２は、真空チャンバ１０１と同軸であってもよい。多孔質電極１０２は複数の孔で覆われ得、孔のサイズはその直径が２〜３０ｍｍの範囲であり得る。各孔の間隔は、２〜３０ｍｍの範囲であり得る。さらに、孔は均一に配置されてもよいし、または、各孔間の距離を変化させて配置されてもよい。
【００３２】
多孔質電極１０２は、真空チャンバ１０１内における、真空チャンバ１０１の内壁の近傍または傍近に設置される。多孔質電極１０２は、真空チャンバ１０１の内壁から離れたところで多孔質アーチ構造を形成し得る。いくつかの実施形態では、多孔質電極１０２から真空チャンバ１０１の内壁までの距離は、１〜６ｃｍの範囲であり得る。
【００３３】
プラズマ重合コーティング装置１００の真空チャンバ１０１は、多孔質電極１０２に連結された無線周波数電源１０３を含んでもよい。いくつかの実施形態では、無線周波数電源１０３は、１つまたは複数の基板の表面から不純物を除去するための処理プラズマを生成するために、多孔質電極１０２に電荷を提供するように構成される。無線周波数電源１０３は、多孔質電極１０２への電力出力を制御する無線周波数制御信号を受信するために、コントローラ１１７に連結され得る。
【００３４】
例えば、多孔質電極１０２は、無線周波数（例えば、高周波）電源１０３に接続され得る。無線周波数電源１０３からの電力が多孔質電極１０２に印加されると、装置１１５の表面から不純物を除去するためのプラズマが生成される。無線周波数電源１０３の電力は、１５−１５００ワットであるように構成され得る。いくつかの実施形態では、電力放電中に生成されるプラズマは、基板表面の洗浄および前処理に使用され得ることに留意されたい。いくつかの実施形態によれば、洗浄（例えば、基板の表面の前処理）のためのプラズマを生成するために使用されるガスは、酸素を含む。
【００３５】
上述のように、無線周波数電源１０３が多孔質電極１０２に印加され、装置１１５の表面から不純物を除去するためのプラズマを生成する。１つまたは複数の実施形態では、仮に多孔質電極１０２が誘電体コーティングで被覆されている場合であっても、無線周波数電源１０３は放電を駆動するために使用される。比較すると、直流（ＤＣ）電源または低周波（例えば、５０Ｈｚ未満）電源は、この利点を有しない。無線周波数電源１０３によって印加される適用可能な高周波は、数十ｋＨｚから数ＧＨｚの範囲であり得る。典型的な高周波は、４０ｋＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚなどを含む。周波数の選択は、技術的要件または仕様、既存製品の材料特性およびコストに依存し得る。誘電体コーティングに係る当業者は、特定の材料のコーティングを実施するために適切に高い周波数を選択し得ることに留意されたい。
【００３６】
さらに、無線周波数電源１０３の電極は極性が交互となるため、該電極はカソードおよびアノード電極に代えて、駆動電極および接地電極として識別される。開示された装置の１つまたは複数の実施形態では、無線周波数電源１０３の出力と接続する多孔質電極１０２は、駆動電極である。これらの実施形態の少なくともいくつかにおいて、真空チャンバ１０１の壁は、接地電極として作用し得る。さらに、または代替的に、テールガス回収管１１１も接地電極として作動し得る。
【００３７】
＜放電キャビティ＞
プラズマ重合コーティング装置１００の真空チャンバ１０１は、真空チャンバ１０１の周囲に配置された分散機構を含む。いくつかの実施形態では、真空チャンバ１０１は、実質的に均一に反応性種を真空チャンバ１０１内に分散するように構成される。分散機構は、反応性種が１つまたは複数の基板の表面上にポリマーコーティングを形成するように、真空チャンバ１０１の中心軸に向かって反応性種を分散するように構成され得る。該分散機構は、放電キャビティ１０４と、放電キャビティと真空チャンバ１０１との間に圧力差を作り出すように構成された金属グリッド１０５とを含み得る。金属グリッド１０５はまた、真空チャンバ１０１から放電キャビティへのガスの逆流を低減または防止するように構成され得る。
【００３８】
いくつかの実施態様において、放電キャビティ１０４は真空チャンバ１０１に接続される。放電キャビティ１０４は、重合のためのプラズマを生成するために放電電源１０８に連結された放電源１０７を含む。放電源１０７の一端は、放電電源１０８に接続され得る。キャリアガスパイプ１０９の他端は、キャリアガス源に隣接していてもよい。モノマー蒸気パイプ１１０は、真空チャンバ１０１に連結され得、そしてその出口は放電キャビティ１０４の前に配置され得る。モノマー蒸気パイプ１１０の他端は、モノマー蒸気源に接続され得る。
【００３９】
いくつかの実施形態では、放電キャビティ１０４は円筒形の形状を形成し得、そして例えば、アルミニウム、炭素鋼、またはステンレス鋼材料を含む材料から作製され得る。放電キャビティ１０４の直径は５〜２０ｃｍ、深さは３〜１５ｃｍ、そして隣接する２つの放電キャビティ間の距離は７〜４０ｃｍであり得る。放電キャビティ１０４の軸線は、プラズマに対して最大の開口領域を提供して真空チャンバ１０１に移動させるため、真空チャンバ１０１の軸線に直交し得る。別の実施形態では、数パスカルの圧力下でのプロセスでは、自由拡散がプラズマ伝播を支配するため、放電キャビティの方向はほとんど重要ではない。
【００４０】
放電キャビティと真空チャンバとの間の様々なサイズ比について述べる。例えば、単一の比較的大きな放電キャビティ１０４は、より大きな体積のキャリアガスベースのプラズマの分散を可能にする。しかしながら、単一の放電キャビティは、キャリアガスベースのプラズマを真空チャンバ１０１へ単一方向から提供し、そしてそのため、重合コーティングの適切な均一性を付与しない。逆に、放電キャビティの数および分布は、所望のコーティングの均一性によって決定される。均一に分散されたより小さい放電キャビティ１０４は、適用されたコーティングのより優れた均一性を付与する。しかし、小さな放電キャビティが多すぎると技術的な限界が生じ、加えてコストが増大する。最終設計は、均一性、技術的な限界、およびコストのバランスを提供するために最適化されるべきである。
【００４１】
放電キャビティ１０４には、キャリアガス源から放電キャビティ１０４へとキャリアガスを導入するキャリアガスパイプ１０９が設けられている。キャリアガスは、放電キャビティ１０４内でイオン化され、そしてプラズマ（すなわち、イオン化によって生成される陽イオンと電子との混合物）となる。キャリアガスは、モノマー蒸気を高エネルギー状態に活性化するために（すなわち、モノマー蒸気は活性化種となる）、エネルギーをモノマー蒸気に伝達する。いくつかの実施形態では、キャリアガスは、モノマーのいくつかの化学結合を切断し、フリーラジカルのような反応性粒子を形成させることさえ可能である。
【００４２】
キャリアガスが放電源１０７で放電電源１０８からの放電に遭遇すると、キャリアガスはプラズマを形成する。コーティングプロセスの間、放電キャビティ１０４は比較的低電力で放電し、弱いプラズマを生成する。弱いプラズマは、金属グリッド１０５によって間欠的に真空チャンバ１０１に放出され、モノマーの重合および基板の表面上への堆積を開始し、重合コーティングを形成する。実施形態に応じて、放電源１０７は、ランプフィラメント、電極、誘導コイル、またはマイクロ波アンテナであり得る。放電源１０７は、２〜５００Ｗの範囲の放電電力を有し得る。
【００４３】
実施形態に応じて、多孔質電極１０２と放電キャビティ１０４とは互いに独立しており、それらは、一緒に、または別々に動作可能である。いくつかの実施形態では、プラズマ重合コーティングプロセスの間、多孔質電極１０２は、（１）試料の前処理、および（２）チャンバの後洗浄、のために使用される。すなわち、これらの実施態様において、多孔質電極１０２はコーティングプロセス中に作動しない。一方、１つまたは複数の実施形態によれば、放電キャビティ１０４は主にコーティングに使用される。さらに、または代替的に、放電キャビティ１０４は、キャビティ自体の後洗浄のためにも使用され得る。
【００４４】
本開示の目的のために、「強力なプラズマ」という用語は、放電電源１０８により印加される電力に関連して、無線周波数電源１０３によって印可されるより高い電力と関連する。強力なプラズマの典型的な放電電力は数百ワットであり得、そしてそのプラズマ密度は、１０９−１０１０／ｃｍ３の間である。反対に、「弱いプラズマ」という用語は、無線周波数電源１０３により印加される電力に関連して、放電電源１０８によって印加されるより低い電力と関連している。弱いプラズマの典型的な放電電力は数ワットから数十ワットであり得、そしてそのプラズマ密度は１０７−１０８／ｃｍ３の間である。モノマーの例示的な材料は、例えばエトキシル化トリメチロールプロパントリアクリレート、またはパーフルオロシクロヘキシルメチルアクリレート等のアクリレートを含む。
【００４５】
＜金属グリッド＞
一般的な真空条件下では、仮にメッシュが存在しなくても、ガス入口から排気口までの道に沿って圧力勾配が存在し得る。これは、真空チャンバ１０１の異なる位置の真空計によって測定され得る。したがって、ここで紹介するような金属グリッド１０５の戦略的な配置は、キャリアガスの流れを妨げることによって、放電キャビティ１０４と真空チャンバ１０１との間の圧力差を増加させ得る。一般に圧力差は、層の数、メッシュ数、およびグリッドの透過率と共に増加し得る。いくつかの実施形態では、各層は異なる特徴を有し得る。例えば、１つの層はより小さい開口部を有し得、他の層はより大きな開口部を有し得る。さらに、ゲートに対する好ましい順序があり得る（例えば、キャリアガスベースのプラズマは、より小さな開口部を有するゲートを通って移動する前に、より大きな開口部を有するゲートを通って移動する）。
【００４６】
いくつかの実施形態では、金属グリッド１０５の層の数は２から６の範囲であり得る。金属グリッド１０５は、例えば、ステンレス鋼またはニッケルを含む材料で作成され得る。金属グリッド１０５は１００〜１，０００メッシュの範囲であり、そして透過率は２５％〜４０％の範囲であり得る。金属グリッド１０５は圧力差を増加させ、キャリアガスの真空チャンバ１０１から放電キャビティ１０４への逆流を減少または防止する。いくつかの実施態様では、金属グリッド１０５の少なくとも２つの層が、放電チャンバと真空チャンバ１０１の内壁との接続位置に設けられる。金属グリッド１０５は、真空チャンバ１０１の内壁から絶縁され得る。
【００４７】
特定の実施形態では、金属グリッド１０５は、放電キャビティと真空チャンバ１０１の内壁との接続位置に配置され得る。いくつかの実施態様では、少なくとも２つの放電キャビティ１０４が、密封された態様で真空チャンバ１０１の外壁に設けられる。いくつかの例では、多孔質電極１０２および放電キャビティは、特定のプロセスの必要性に応じて、共に、または別々に放電し得る
【００４８】
１つまたは複数の実施形態では、パルス電源１０６は金属グリッド１０５に連結される。パルス電源１０６は、パルスで金属格子１０５に正の電荷を与えるように構成され得、放電キャビティ内のプラズマは、パルス−オフピリオド間に真空チャンバ１０１に入ることをブロックされる。放電キャビティ内のプラズマは、パルス−オンピリオド間に真空チャンバ１０１を通過し得る。
【００４９】
その結果、電力が印加されると、放電キャビティ１０４内で生成されたプラズマは、真空チャンバ１０１内に放出される。例えば、プラズマは、パルス−オフピリオド（すなわち、金属グリッド１０５に電力が印加されない場合）の間、放電キャビティ１０４内の金属グリッド１０５によってブロックされ（少なくとも部分的に）、そしてプラズマは、パルス−オンピリオド（すなわち、電力が金属グリッド１０５に印加される場合）の間、金属グリッド１０５を通過して真空チャンバ１０１に入ることができる。いくつかの実施形態では、パルス電源１０６は、ピークが２０〜１４０Ｖであり、パルス幅が２μｓ〜１ｍｓであり、そして反復周波数が２０Ｈｚ〜１０ｋＨｚであるパラメータで、正のパルスを出力する。
【００５０】
同様に、金属グリッド１０５は、真空チャンバ１０１から放出キャビティ１０４へのモノマー蒸気の逆拡散に対して妨害効果を与え得る。さらに、放電キャビティ１０４内の圧力は真空チャンバ１０１内の圧力よりも高くなり得るため、モノマー蒸気は逆拡散によって真空チャンバ１０１から放電キャビティ１０４へ容易に移動し得ず、それによって、モノマー蒸気が放電キャビティ１０４内の連続的に放電されるプラズマによって過度に分解され、破壊されることを防止する。いくつかの実施形態では、金属グリッド１０５は、キャリアガスの逆流を低減または防止するために、圧力差を作り出すことを補助し得る。
【００５１】
＜モノマー蒸気配管＞
モノマー蒸気パイプ１１０は真空チャンバ１０１に接続され得、そして排出口は、放電キャビティ１０４に隣接して配置され得る。モノマー蒸気パイプ１１０の他端は、モノマー蒸気源に接続される。いくつかの実施態様では、モノマー蒸気パイプ１１０の出口と放電キャビティ１０４との間の距離は、１〜１０ｃｍの範囲であり得る。一実施形態では、モノマー蒸気パイプ１１０は、放電キャビティ１０４内ではなく、真空チャンバ１０１に直接接続される。これは、モノマー蒸気が放電キャビティ１０４からの強い電荷に曝されることを回避するためである。
【００５２】
いくつかの実施形態では、多孔質電極１０２が前処理期間中（例えば、工程３０６）に活性化された際には、モノマー蒸気は真空チャンバ１０１に導入されない。プラズマ重合コーティング期間中に、モノマー蒸気は、部分的に放電キャビティ１０４の内外に放出され得る。しかしながら、モノマー蒸気の放電キャビティ１０４内への放出は、モノマー分子の過剰な破壊につながり得るため、望ましくない可能性がある。そのためモノマー蒸気パイプ１１０は、モノマー蒸気が該パイプを通過する際に放電キャビティ１０４に激しく放出されることを回避するために、真空チャンバ１０１に直接接続されるように設計されてもよい。むしろ、キャリアガスベースのプラズマは、放電キャビティから断続的に放出され、その最小限の放出でモノマー蒸気を活性化する。
【００５３】
＜テールガス回収管および真空ポンプ＞
プラズマ重合コーティング装置１００の真空チャンバ１０１は、真空チャンバ１０１の中心軸に沿って垂直に配置されたテールガス回収管１１１を含み得る。いくつかの実施形態では、真空チャンバ１０１は、制御された排気速度で真空チャンバ１０１の雰囲気中の過剰な反応性種を収集するために、真空チャンバ１０１よりも低い空気圧を有するように動作可能である。
【００５４】
一つまたはそれ以上のテールガス回収管１１１の端部は中空であり得、ガス排気口で真空ポンプ１１６に接続され得る。さらに、孔が、テールガス回収管１１１の壁に沿って分布される。真空チャンバ１０１内の雰囲気は、テールガス回収管１１１上の孔を介してテールガス回収管１１１に入り、次いで真空ポンプ１１６によって真空チャンバ１０１から排出される。真空ポンプ１１６に印加される電力は、３−５０ｋＷの範囲であり得、ポンプ速度は、６００−１２００ｍ３／時の範囲であり得る。テールガス回収管１１１の内径は、２５−１００ｍｍの範囲であり得る。いくつかの実施形態では、孔は、テールガス回収管１１１の壁に均等に設けられ得る。孔の大きさは２−３０ｍｍであり得、孔の間隔は２−１００ｍｍであり得る。
【００５５】
真空ポンプ１１６は、テールガス回収管１１１を介して真空チャンバ１０１からの雰囲気を排気するように構成され得る。真空ポンプ１１６の動作は、真空チャンバ１０１の雰囲気が排気されるポンプ速度を示す制御信号をコントローラ１１７から受信することにより制御され得る。
【００５６】
真空ポンプ１１６は、真空チャンバ１０１内の雰囲気を排気するため、真空ポンプ１１６の動作を開始する制御信号を受信し得る。これは、プラズマ重合コーティングを装置１１５に施す前に望ましくないガス、プラズマ、反応性種、または汚染物質を除去するため、キャリアガスまたはモノマー蒸気の放出前に実施し得る。例えば、真空チャンバ１０１内に過度に高い濃度の反応性種が存在する際には、コントローラ１１７からの制御信号が受信され得、これは、真空ポンプ１１６が最大ポンプ速度（例えば、１２００ｍ３／時）で動作すべきであることを示す。対照的に、より低い濃度の反応性種が存在する際には、最低ポンプ速度（例えば、６００ｍ３／時）が使用され得るか、または真空ポンプ１１６の動作が停止され得る。
【００５７】
さらに、真空ポンプ１１６はプラズマ重合コーティングプロセスの間、真空チャンバ１０１内の雰囲気を排気するために使用されるポンプの速度を制御する制御信号を受信し得る。いくつかの例では、反応性種の生成は、真空チャンバ１０１内の局所領域において、反応性種の様々な濃度を生じさせ得る。
【００５８】
一例において、反応性種の濃度は、モノマー蒸気が真空チャンバ１０１に導入される量または速度に影響され得る。モノマー蒸気が急速に導入される場合、過剰量の反応性種が真空チャンバ１０１内に形成され得る。反応性種の総量に加えて、モノマー蒸気がより多く導入される領域において、反応性種の高い局所濃度が形成され得る。
【００５９】
別の例では、反応性種の発生は、キャリアガスに印加される放電の電力のレートおよび／またはレベルによって影響を受け得る。レートが大きいほど、または電力が高いほど、全体的にプラズマの生成量が大きくなる。さらに、キャリアガスに放電が印加される放電キャビティ１０４の開口部は、より大きな局所濃度のプラズマを保持し得る。プラズマがモノマー蒸気と収束するにつれ局所的なプラズマ濃度が高くなり、局所的な反応性種の濃度が高くなり得る。
【００６０】
さらに別の例では、反応性種の発生は、エネルギーがプラズマからモノマー蒸気に伝達される速度によって影響され得る。例えば、真空チャンバ１０１内における、プラズマおよびモノマー蒸気が出会う個所の局所濃度は、エネルギーがプラズマからモノマー蒸気に伝達される速度が高い場合には増加し得る。さらに、反応性種の局所濃度は、収束するプラズマおよびモノマーが理想的な量で存在する領域で増加し得る。
【００６１】
別の例として、反応性種の濃度は、装置１１５上への反応性種の堆積によって影響され得る。反応性種が装置１１５上に堆積されると、反応性の低い化学種が真空チャンバ１０１の雰囲気中に残る。したがって、反応性種が真空チャンバ１０１の外側領域から中心軸に向かって移動し、装置１１５上に堆積されるにつれて、雰囲気中の反応性種の濃度が真空チャンバ１０１の中心軸に向かって減少する勾配が形成され得る。相殺効果の例では、雰囲気中の反応性種の濃度は、反応性種が真空チャンバ１０１の中心軸に向かって収束するにつれて増加する。当業者は、種々の他の要因が真空チャンバ１０１内の反応性種の濃度に影響し得ることを認識するであろう。例えば、反応性種の濃度は、プラズマ対モノマー蒸気の比によって影響され得る。
【００６２】
上述の反応性種の発生に影響する様々な要因に基づいて、反応性種の濃度の不均一または望ましくないレベルが、真空チャンバ１０１内に形成され得る。いくつかの実施形態では、真空ポンプ１１６のポンプ速度は、反応性種の濃度の不均一または望ましくないレベルを補うように制御され得る。真空ポンプ１１６は、真空チャンバ１０１内の反応性種の全体的な量を減少させるために、ポンプ速度を増加させるための制御信号を受信し得る。さらに、真空ポンプ１１６は、プラズマおよびモノマー蒸気が収束するような局所領域における、より高い濃度の反応性種を減少させるための制御信号を受信し得る。
【００６３】
例えばポンプ速度を増加させて、プラズマおよびモノマー蒸気が収束する個所での反応性種の局所濃度の増加を抑制し得る。別の例では、ポンプ速度を低下させて、キャリアガスに印加される電力が低下する個所での反応性種の局所濃度の低下を抑制し得る。当業者であれば、真空ポンプ１１６は、真空チャンバ１０１内の反応性種の均一性を高めるために種々の方法で構成され得ることを認識するであろう。例えば、タイミング、周期的な操作、およびポンプ速度の緩やかな増減は、反応性種の濃度の変化を補うため、または反応性種の濃度が変化する局所的な領域を補うために制御され得る。
【００６４】
＜中空ガイドスリーブ＞
いくつかの実施形態では、テールガス回収管１１１の一端は、中空ガイドスリーブ１１９に接続され得る。中空ガイドスリーブ１１９は、テールガス回収管１１１が真空チャンバ１０１の中心軸に沿って回転することを可能にする支持構造として構成され得る。いくつかの例では、テールガス回収管１１１は中空ガイドスリーブに挿入され得る。これは、中空ガイドスリーブ１１９の内径を、テールガス回収管１１１の外径と同等またはそれより大きな構成とすることにより達成され得る。当業者であれば、中空ガイドスリーブ１１９が、支持構造体として機能するよう他の方法で構成され得ることを認識するであろう。例えば、中空ガイドスリーブ１１９は、テールガス回収管１１１に挿入され得るように構成することができる。これは、中空ガイドスリーブ１１９の外径を、テールガス回収管１１１の内径と同等またはそれより小さな構成とすることにより達成され得る。
【００６５】
＜回転ラック＞
プラズマ重合コーティング装置１００の真空チャンバ１０１は、遊星回転シャフト１１３に動作可能に連結され、そして中心軸に沿って回転するように構成された回転ラック１１２を含み得る。いくつかの実施形態では、一次回転ラックは、１つまたは複数のラック層を含み、各ラック層は、１つまたは複数に至る、複数の基板プラットフォームを保持する。いくつかの実施形態では、一次回転シャフトは、テールガス回収管１１１と連結されていてもよく、そうでなければテールガス回収管１１１と一体化されていてもよい。
【００６６】
いくつかの実施態様では、回転ラック１１２は、順番に回転プラットフォーム１１４に連結される１つまたは複数の遊星回転シャフト１１３と連結される。遊星回転シャフト１１３は、遊星回転シャフト１１３と同軸である二次軸に沿って回転する遊星回転プラットフォーム１１４を支持し得る。さらに、遊星回転シャフト１１３は、真空チャンバ１０１の中心軸に対して遠位にあってもよい。中心軸に沿った一次回転ラックの回転、および二次回転ラックの二次軸に沿った回転は、均一なコーティングを達成するために、コーティングプロセス中の１つまたは複数の基板の各々に同じ空間的移動速度を提供し得る。いくつかの例では、遊星回転シャフト１１３の数は２から８の間であり得、遊星回転プラットフォーム１１４の数は１から１０の間であり得る。
【００６７】
プラズマ重合コーティング装置の真空チャンバ１０１はまた、プラズマ重合コーティングを受けるべき１つまたは複数の基板を運ぶように構成された、１つまたは複数の基板プラットフォームを含む。各基板プラットフォームは、二次回転ラック上に配置され得る。基板プラットフォームは、遊星回転プラットフォーム１１４であり得る。遊星回転プラットフォーム１１４は、装置１１５が真空チャンバ１０１に沿って連続的に移動するように、処理される装置１１５の配置を可能にする。遊星回転プラットフォーム１１４は、遊星回転シャフト１１３に沿って固定され、各遊星回転プラットフォーム１１４は、遊星回転軸が真空チャンバ１０１の中心軸の周りを回転する間、それら自身の遊星回転シャフトの周りを回転する。連続的な移動は、装置１１５の表面上の均一なプラズマ重合処理を可能にする。
【００６８】
遊星回転シャフト１１３の回転対回転ラック１１２の回転に対する特定の方向性の要件はないが、全体として、回転は、均一なコーティングを達成するために、実質的に全てのサンプルがコーティングプロセスの間に同一の空間的移動を経験することができるように適切にチューンおよび調整（例えば、回転バランスおよび安定性のために）されるべきことに留意されたい。同様に、回転速度にも特に制限はない。しかしながら、過度に速い回転速度は、不必要な電力消費、部品の摩耗、およびプラットフォームの不安定性のために好ましくないことは明らかである。
【００６９】
＜重合コントローラ＞
いくつかの実施形態では、プラズマ重合コーティング装置１００は、プラズマ重合コーティング装置１００の種々の構成要素の動作を調節する制御信号を提供するように構成されたコントローラ１１７を含む。制御信号は、装置が、装置１１５に適用されるプラズマ重合プロセスを調整することを可能にする。
【００７０】
コントローラ１１７は、回転速度信号を回転モータ１１８に送信し得る。回転速度信号は、回転モータ１１８が動作すべき回転速度を示す。回転速度を調節することにより、装置１１５が真空チャンバ１０１を横断する速度を決定し得る。例えば、より速い回転速度は、基板が比較的速く真空チャンバ１０１を横断することを可能にし得る。したがって、装置１１５はプラズマ濃度勾配の両端に迅速に曝露されるため、真空チャンバ１０１内のプラズマ濃度のいかなる不均衡も打ち消される。
【００７１】
いくつかの実施形態では、分散機構は、コントローラ１１７に通信可能に連結されてコントローラから分散制御信号を受信し、１つまたは複数の基板上で実質的に均一な方法で反応性種の分散速度を制御する。分散制御信号は、分散メカニズムへの印加電力を調節すること、および／または、重合のために分散メカニズムに入るガスの速度を調節することによって、反応性種の分散速度を制御する。いくつかの実施形態では、分散速度制御信号は、１つまたは複数の基板上への反応性種の堆積に起因する真空チャンバ１０１内の反応性種の密度の減少、および、真空チャンバ１０１全体での反応性種の密度が均一になるように反応性種がチャンバの中心に向かって収束することに起因する真空チャンバ１０１内の反応性種の密度の増加、を補うように分散速度を調整する。
【００７２】
例えば、コントローラ１１７は、放電電源１０８に分散制御信号を送信し、放電源１０７に印加されるべき電力を示し得る。放電源１０７に印加される電力を調整することにより、放電キャビティ１０４でプラズマが発生する速度を制御し得る。したがって、放電源１０７への電力の変化は、プラズマの密度の変化、および真空チャンバ１０１内のプラズマの特性、ならびに最終的には装置１１５に適用されるプラズマの厚さに影響し得る。
【００７３】
いくつかの実施形態では、パルス電源は、コントローラからパルス制御信号を受信し、パルス制御信号は、正の電荷の電力および周波数を制御する。具体的には、コントローラ１１７は、パルス制御信号をパルス電源１０６に送信し得る。パルス制御信号は、パルス電源１０６によって金属グリッド１０５に印加される電力を示す。具体的には、パルス電源１０６は、金属グリッド１０５に正の電気パルスバイアスを印加し、したがって、放電キャビティ１０４内で生成されたプラズマが断続的に真空チャンバ１０１内に放出される。例えば、金属グリッド１０５はパルスオフの期間中に放電キャビティ１０４内のプラズマを遮断し得、そして金属グリッド１０５はパルスオンの期間中にプラズマを真空チャンバ１０１内に通過させ得る。このメカニズムを使用して、パルス制御信号は、プラズマが放電キャビティ１０４から真空チャンバ１０１へ入ることができる時間と周波数を制御する。
【００７４】
コントローラ１１７は、無線周波数電力制御信号を無線周波数電源１０３に送信し得る。無線周波数電力信号は、装置１１５から不純物を除去するためのプラズマを生成するために多孔質電極１０２にいつ電力を印加するかを、無線周波数電源１０３に表示する。例えば、コントローラ１１７は、装置１１５を前処理するためのプラズマ重合プロセスの開始時に、またはプラズマが装置１１５および真空チャンバ１０１の後処理のために基板に印加された後に、無線周波数電力制御信号を無線周波数電源１０３に送り得る。
【００７５】
コントローラ１１７はまた、遊星回転ラック装置へのガスの導入および排気を制御するための種々の制御信号を送信する。例えば、コントローラ１１７はキャリアガス制御信号をキャリアガスパイプ１０９に送信する。この制御信号は、キャリアガスが放電キャビティ１０４に導入されるべき速度を示す。コントローラ１１７はまた、モノマー蒸気制御信号をモノマー蒸気パイプ１１０に送信する。モノマー蒸気制御信号は、モノマー蒸気ガスが真空チャンバ１０１に導入される速度を示す。
【００７６】
いくつかの実施形態では、回収管はコントローラと通信可能に連結され、コントローラからの排気速度制御信号を受け取り、反応性種の排気速度を制御する。例えば、コントローラ１１７は、テールガス回収管１１１にテールガス制御信号を供給する。この信号は、雰囲気が真空チャンバ１０１から排気される速度を制御する。いくつかの実施形態では、コントローラは排気速度制御信号を送信し、反応性種が真空チャンバ１０１から排出される速度を調整する。排気速度は、真空チャンバ１０１内の反応性種の密度に寄与する２つの要因を説明するように制御される。（１）１つまたは複数の基板上への反応性種の堆積に起因する真空チャンバ１０１内の反応性種の密度の減少、および（２）真空チャンバ１０１全体での反応性種の密度が均一になるようにチャンバの中心に向かって収束する反応性種の結果としての、真空チャンバ１０１内の反応性種の密度の増加、（３）モノマー蒸気が反応チャンバ内に導入される速度に基づく、真空チャンバ１０１内の反応性種の増加、（４）キャリアガスに電力が印加されてプラズマが生成する速度に基づく、真空チャンバ１０１内の反応性種の増加、および（５）プラズマからのエネルギーがモノマー蒸気に伝達される速度に基づく、真空チャンバ１０１内の反応性種の増加。
【００７７】
コントローラ１１７は、マイクロコントローラ、汎用プロセッサ、または、ここに開示される技術を実施するための算術および制御機能を提供する特定用途向けの集積回路であってもよい。プロセッサは、キャッシュメモリ（単純化のために図示せず）と、他のメモリ（例えば、メインメモリ、および／または、ハードディスクドライブまたはソリッドステートドライブなどの不揮発性メモリ）とを含み得る。いくつかの例では、キャッシュメモリはＳＲＡＭを使用して実装され、メインメモリはＤＲＡＭを使用して実装され、不揮発性メモリは、フラッシュメモリまたは１つまたは複数の磁気ディスクドライブを使用して実装される。いくつかの実施形態によれば、メモリは、１つまたは複数のメモリチップまたはモジュールを含んでもよく、そしてコントローラ１１７上のプロセッサは、そのメモリに記憶された複数の命令またはプログラムコードを実行してもよい。
【００７８】
＜回転モータ＞
いくつかの実施形態では、プラズマ重合コーティング装置１００は、真空チャンバ１０１内で装置１１５を回転させるために回転モータ１１８を含む。装置１１５の回転は、装置１１５上に印加されたプラズマ重合コーティングの均一性を高める。いくつかの実施形態では、回転モータ１１８は、遊星回転プラットフォーム１１４が真空チャンバ１０１の中心軸に対して同心の経路に沿って回転するように、テールガス回収管１１１に連結された回転ラック１１２の回転を作動させる。さらに、回転モータ１１８は、遊星回転シャフト１１３に沿った遊星回転軸に沿った基板プラットフォームの回転を作動させ得る。上述のように、コントローラ１１７からの制御信号は、回転ラック１１２および／または遊星回転シャフト１１３を回転させるよう、回転モータ１１８が動作する速度を制御するために使用され得る。いくつかの例では、回転周波数は、１０Ｈｚ〜５０Ｈｚの範囲であり得る。さらに、いくつかの実施形態では、回転周波数は、プラズマ重合コーティングプロセス（例えば、プロセス３００）中に動的に調節され得る。
【００７９】
回転モータ１１８は、真空チャンバ１０１に対して種々の位置に配置され得る。例えば、回転モータ１１８は、真空チャンバ１０１の下に配置され、そしてテールガス回収管１１１の下端に連結され得る。他の例では、回転モータ１１８は、真空チャンバ１０１の中心に配置され、そしてテールガス回収管１１１の中央に連結され得る。さらに他の例では、回転モータ１１８は、真空チャンバ１０１の上方に配置され、そしてテールガス回収管１１１の上端に連結され得る。さらに、回転モータ１１８は、真空チャンバ１０１の内側または真空チャンバ１０１の外側に配置され得る。
【００８０】
図２は、本開示の１つまたは複数の実施形態による、図１に示されるプラズマ重合コーティング装置１００の構造の概略上面図である。
【００８１】
全体として、本開示は、様々な有益な効果を有する。第１に、装置は、空間重合反応性材料密度の均一性を維持するために、中心軸対称の真空チャンバ１０１構造を採用する。真空チャンバ１０１は、ガスが側壁を介して供給され、半径方向に搬送され、そして中心軸方向に沿って排出される機構を採用する。
【００８２】
１つまたは複数の実施形態では、キャリアガスパイプ１０９は、各放電キャビティ１０４内に出口を備えて設けられる。キャリアガスは、キャリアガスパイプ１０９を介して放電キャビティに入り、次いで、多層の金属グリッド１０５を介して真空チャンバ１０１に拡散され得る。モノマー蒸気パイプ１１０は、真空チャンバ１０１内の放電キャビティ１０４の前に出口を備える。モノマー蒸気ガスは、モノマー蒸気パイプ１１０を介して真空チャンバ１０１に入る。さらに、テールガス回収管１１１は、真空チャンバ１０１の軸に沿って真空チャンバ１０１に同軸的に提供される。テールガス回収管は、真空チャンバ１０１を垂直に貫通する。テールガス回収管１１１の一端は、真空ポンプ１１６に接続されており、そして管の壁には孔が均等に配置されている。テールガスは、テールガス回収管の孔を介してテールガス回収管に入り、そして真空ポンプ１１６によって真空チャンバ１０１から排出される。
【００８３】
上述のアプローチでは、ガスが側壁を介して供給され、半径方向に輸送され、そして中心軸の方向に沿って放出され、ガス輸送プロセスは収束的に行われる。これにより、空間重合反応における反応性種濃度の安定性の増加、および反応性種のより均一な分布が促進され得る。一実施形態では、プロセスは、モノマー蒸気が放電キャビティ１０４の近傍でキャリアガスベースのプラズマと接触した際に、重合反応性種を生成することにより開始する。キャリアガスによって活性化されると、生成された重合反応性種は、真空チャンバ１０１の軸に向かって半径方向に分散される。装置１１５が真空チャンバ１０１内で回転されているため、重合反応性種の量は、連続的な消費のために徐々に減少する。同時に、重合反応性種もまた徐々に収束し、上述の重合反応性種の量の減少を埋め合わせ得る。このようにして、重合反応性種の濃度は安定なままであり得る。真空チャンバ１０１内の反応性種のかさ密度は変化しないままであり得、したがって、バッチ処理は良好な均一性を享受し得る。
【００８４】
換言すれば、反応性種の放出メカニズムおよび回収管は、反応性種の消費による反応性種の密度減少が、反応性種が回収管に向かって収束することによる反応性種の密度増加と実質的に等しくなり得るように、集合的に構成することができる。したがって、反応性種の放電機構とテールガス回収管１１１の協調動作は、真空チャンバ１０１全体および装置１１５上に均一な密度の反応性種を提供し得る。具体的には、いくつかの実施態様では、放電機構の放電速度は、真空チャンバ１０１全体において反応性種の実質的に均一な密度が達成されるように、回収管の排気速度（例えば、真空ポンプの出力を制御することによって）と共に調整（例えば、印加された電力および／またはガスの量を制御することによって）され得る。多くの実施形態では、放電機構および回収管の前述の集合的調整は、所与の真空チャンバ１０１の内側壁の断面の形状に対応する。すなわち、これらの実施形態では、放電機構の放電速度と回収管の排気速度との組み合わせは、好ましくは、反応性種の実質的に均一な密度を達成するために、所与の真空チャンバ１０１の特定の形状（例えば、円または多角形）に適合するように調整される。
【００８５】
従来のコーティング装置および技術と比較して、従来のコーティング装置における同一バッチ処理の基板コーティング厚さの差は３０％を超え得るが、開示された装置を使用する同一バッチ処理の基板コーティング厚さの差は、１０％未満であり得る。
【００８６】
第２に、装置はまた、回転ラック１１２を使用して、各基板コーティングの均一性を著しく改善する。１つまたは複数の実施形態では、真空チャンバ１０１は、回転ラック１１２を備える。回転ラック１１２上の遊星回転プラットフォーム１１４は、真空チャンバ１０１内で遊星回転運動を実行し得る。特に、開示されたメカニズムは、各遊星回転プラットフォーム１１４が、遊星回転の軸に沿って（例えば、遊星回転シャフト１１３に沿って）回転する一方で、真空チャンバ１０１の中心軸に対して同心円状に（例えば、テールガス回収管１１１に連結された回転ラック１１２の回転に沿って）移動することを可能にする。
【００８７】
処理されるべき装置１１５は、遊星回転プラットフォーム１１４上に配置され得る。導入された遊星回転運動は、処理された各基板の空間的位置および配向を、処理のプロセスの間に連続的に変化させることを可能にし、その結果、コーティング処理のプロセスにおける異なる基板の空間的位置の全てが実質的に同じであり得るようにし、それによって、既存の技術における異なる基板の異なる空間的位置によるコーティングの差を除去する。したがって、導入された技術は、同一バッチ内の異なる位置の基板に対して、同一のコーティング効果およびより良好な均一性を達成し得る。
【００８８】
第３に、装置は、真空チャンバ１０１の容積を大幅に増加させ得、そして処理効率を大幅に向上させ得る。真空チャンバ１０１および回転ラック１１２の構造の改良により、コーティング膜厚の均一性は、同一バッチでの処理において大幅に改善され得る。さらに、真空チャンバ１０１の容積は、５〜６倍拡大され得る。したがって、バッチ処理量および処理効率は大幅に増加する。いくつかの実施形態では、本開示による装置は、高品質のポリマーコーティングを得るために、モノマー蒸気を、分解および破壊されることから効果的に保護し得る。
【００８９】
＜プラズマ重合コーティングプロセス＞
本明細書に開示される技術の一態様は、反応性種放電プロセスを含む。一実施形態では、プロセスは、真空チャンバ内に配置された基板プラットフォーム上に基板を配置することによって開始する。真空チャンバ１０１の雰囲気は、真空チャンバ１０１の中心軸に沿って配置された回収チューブの空気排気口を介して真空ポンプによって排気される。プロセスは、回転モータによって、一次回転軸に連結された一次回転ラックを回転することによって進行する。いくつかの実施形態では、一次回転ラックは、中心軸に沿って回転するように構成される。次に、キャリアガスが入口弁を介して放電キャビティに放出される。キャリアガスは、基板と反応性種との間の反応を容易にし得る。該プロセスは、供給口を使用して、モノマー蒸気を真空チャンバ１０１内に放出することによって続行される。該プロセスは、キャリアガスを用いて真空チャンバ１０１内でモノマー蒸気を重合させることによって、反応性種を生成する。次いで該プロセスは、反応性種を基板の表面に堆積させて、ポリマーコーティングを形成する。
【００９０】
図３は、例示的な反応性種放電プロセス３００を示すフローチャートである。いくつかの実施態様では、プロセス３００は、プラズマ重合コーティング装置１００の種々の構成要素を制御し、調整する。
【００９１】
ステップ３０１において、装置１１５は、真空チャンバ１０１内に配置される。いくつかの実施形態では、装置１１５は、図１および図２に示すように、遊星回転プラットフォーム１１４上に配置される。遊星回転プラットフォーム１１４上の装置１１５の配置は、プラズマ重合コーティングプロセスの間、真空チャンバ１０１全体への装置１１５の移動を容易にする。真空チャンバ１０１の異なる領域のを移動することによって、プラズマ密度変動の負の効果は低減または除去され、基板上のより均一なプラズマコーティングが可能となる。
【００９２】
ステップ３０２において、真空ポンプ１１６は、真空チャンバ１０１内の雰囲気を排気し得る。いくつかの実施形態では、コントローラ１１７は、真空チャンバ１０１内の雰囲気の排気を制御するために、制御信号を真空ポンプ１１６に送信する。このプロセスは、雰囲気がプラズマ重合プロセスを妨害せず、そして真空を必要とするプラズマ重合プロセスを促進することを確実にする。いくつかの例では、真空ポンプ１１６は、テールガス回収管１１１に連結され、真空チャンバ１０１の雰囲気圧に対してテールガス回収管１１１内に負の雰囲気圧を作り出す。負の雰囲気圧は、真空チャンバ１０１からのガスの流れを生成する。コントローラ１１７は、制御信号を真空ポンプ１１６に送信して、雰囲気を排気するために使用されるタイミング、電力、および他の動作パラメータを制御し得る。
【００９３】
ステップ３０３において、回転ラック１１２は、真空チャンバ１０１内で装置１１５を回転させる。いくつかの実施形態では、コントローラは、制御信号を回転モータ１１８に送信して回転ラック１１２の回転速度を制御し、コーティングプロセス中の１つまたは複数の基板の各々に対して同じ空間移動速度を提供し、均一なコーティングを達成し得る。具体的には、コントローラ１１７は、プラズマ重合コーティングのための装置１１５を含む回転ラック１１２に制御信号を送信する。制御信号を受信すると、回転ラック１１２は本発明の様々な実施形態にしたがって、真空チャンバ１０１内で装置１１５を回転させるため、回転し得る。いくつかの実施形態では、回転ラック１１２は、プラズマ重合プロセスを受ける装置１１５を保持するための遊星回転転シャフト１１３および遊星回転プラットフォーム１１４を含む。回転モータ１１８は、回転ラック１１２の回転運動を生成する。コントローラ１１７は、回転のタイミング、持続時間、および速度を制御する回転モータ１１８に制御信号を送信し得る。
【００９４】
ステップ３０４において、遊星回転シャフト１１３および遊星回転プラットフォーム１１４は、真空チャンバ１０１内で装置１１５を回転させる。いくつかの実施態様では、二次回転ラックは中心軸とは異なる二次軸上で回転する。具体的には、コントローラ１１７は、制御信号を遊星回転シャフト１１３に送信する。制御信号は、遊星回転シャフト１１３を、本発明の様々な実施形態にしたがって、二次軸に沿って独立して回転させる。追加の回転は、真空チャンバ１０１内での装置１１５のより広い範囲の移動を提供する。これは、処理されるべき各装置１１５の位置および配向をさらに変化させることによって、プラズマ密度変動によって引き起こされる負の効果のさらなる緩和を可能にする。
【００９５】
ステップ３０５では、キャリアガスが放電キャビティ１０４に導入される。いくつかの実施形態では、コントローラ１１７は、キャリアガスパイプ１０９に制御信号を送信し、キャリアガスを放電キャビティ１０４に導入させ、モノマー蒸気を活性化させる。キャリアガスが放電キャビティ１０４に導入されると、放電電源１０８によって放電源１０７に電荷が印加される。電荷により、キャリアガスは放電キャビティ１０４内でイオン化され、プラズマ（すなわち、陽イオンとイオン化によって生成される電子の混合物）となる。いくつかの実施態様では、キャリアガスは、放電キャビティ１０４に連続的に導入され、そしてステップ３０９までの重合プロセス全体を通してプラズマとなる。コントローラ１１７は、放電キャビティ１０４に導入されるキャリアガスのタイミングおよび量、ならびに放電電源１０８によって放電源１０７に印加されるタイミングおよび電力を制御する制御信号を送信し得る。
【００９６】
ステップ３０６において、プロセス３００は、１つまたは複数の装置１１５の表面から不純物を除去するために、任意で処理プラズマを生成する。特定の実施形態では、反応性種を真空チャンバ１０１に放出する前に、処理プラズマを真空チャンバ１０１に導入し得る。他の実施形態では、処理プラズマはまた、反応性種が基板の表面上に堆積された後に生成され得る。
【００９７】
いくつかの実施形態では、処理プラズマは、無線周波数電源に連結された電極によって生成される。具体的には、コントローラ１１７は、制御信号を無線周波数電源１０３に送信し、真空チャンバ１０１内でプラズマを生成する電荷を生成する。プラズマは、プラズマ重合を受けている装置１１５から不純物を除去するために生成される。さらに、プラズマは、装置１１５の表面を活性化し、装置１１５の表面とプラズマとの間の結合を可能にし、プラズマ重合コーティングを形成し得る。いくつかの実施形態では、キャリアガスは、キャリアガスパイプ１０９から導入されて、プラズマを真空チャンバ１０１全体に伝播させ得る。コントローラ１１７は、タイミング、電力、および他の動作パラメータを制御する制御信号を、無線周波数電源１０３そして多孔質電極１０２へと送信し得る。いくつかの例では、キャリアガスの連続的な流れが、このステップ中に生じ得る。
【００９８】
工程３０７において、プラズマ重合を受ける装置１１５の表面への適用のために、反応性種が生成される。モノマー蒸気にプラズマを導入すると、反応性種が生成される。プラズマからのエネルギーは、プラズマからモノマー蒸気に伝達され、モノマー蒸気を活性化する。いくつかの実施形態では、コントローラ１１７は、モノマー蒸気パイプ１１０に制御信号を送信し、真空チャンバ１０１内にモノマー蒸気を導入する。コントローラ１１７はまた、制御信号を放電電源１０８に送信し、放電源１０７に印加する電力のタイミングおよび量を調整する。放電電源１０８から放電源１０７に電力が供給されると、放電キャビティ１０４内のキャリアガスはプラズマとなる。これは、放電キャビティ１０４がいつプラズマを生成するかを制御するメカニズムを提供する。
【００９９】
さらに、コントローラ１１７は、金属グリッド１０５に印加される電力を調整するために、パルス電源１０６に制御信号を供給し得る。金属グリッド１０５は、パルス電源１０６に連結され、放電キャビティと真空チャンバ１０１の内壁との接続位置に配置される。金属グリッド１０５は、ステップ３０５で生成され真空チャンバ１０１に入るプラズマの流れ、および、キャリアガスの放電キャビティ１０４への逆流を規制する。いくつかの実施形態では、コントローラ１１７は、放電キャビティ１０４に導入されるキャリアガスのタイミングおよび量を制御する制御信号を提供し得る。
【０１００】
具体的には、電力が金属グリッド１０５に印加された際にはプラズマは金属グリッド１０５を通過することができ、電力が金属グリッド１０５に印加されない際にはプラズマは金属グリッド１０５を通過することができない。プラズマが金属グリッド１０５を通って真空チャンバ１０１内に移動すると、プラズマはエネルギーをモノマー蒸気に伝達し、モノマー蒸気を高エネルギー状態に活性化する（すなわち、モノマー蒸気は活性化種となる）。いくつかの態様では、キャリア蒸気は、モノマーのいくつかの化学結合を切断し、フリーラジカルのような反応性粒子を形成し得る。また、いくつかの例では、キャリアガスの連続的な流れが、このステップ中に生じ得る。
【０１０１】
ステップ３０８では、ステップ３０７で生成された反応性種が、プラズマ重合を行っている装置１１５の表面に堆積され得る。具体的には、重合反応性種は、モノマー蒸気が放電キャビティ１０４からステップ３０７で放出されるプラズマと接触する際に、モノマー蒸気から生成される。キャリアガスプラズマによって活性化されると、生成された重合反応性種は、真空チャンバ１０１の軸に向かって放射状に分散され、そして装置１１５上に分散される。いくつかの実施形態では、反応性種が真空チャンバ１０１に導入された後、真空チャンバ１０１は、イオン化された種、自由電子、フリーラジカル、励起された分子または原子、および未変化のガスの組み合わせを有する。
【０１０２】
ステップ３０９では、反応性種放出プロセス３００は、回収管の空気圧を真空チャンバ１０１の空気圧よりも低くすることにより、真空チャンバ１０１の雰囲気中の過剰な反応性種を回収する。真空ポンプの排気速度は、（１）基板上への反応性種の堆積の結果としての、真空チャンバ１０１内の反応性種の密度の減少、（２）真空チャンバ１０１全体の反応性種の密度が均一になるよう、チャンバの中心に向かって収束する反応性種による、真空チャンバ１０１内の反応性種の密度の増加、（３）モノマー蒸気が反応チャンバ内に導入される速度に基づく、真空チャンバ１０１内の反応性種の増加、（４）電力がキャリアガスに印加されてプラズマを生成する速度に基づく、真空チャンバ１０１内の反応性種の増加、および、（５）プラズマからのエネルギーがモノマー蒸気に伝達される速度に基づく、真空チャンバ１０１内の反応性種の増加、を補うように構成される。
【０１０３】
具体的には、コントローラ１１７は、制御信号を真空ポンプ１１６に送信し、真空チャンバ１０１の雰囲気から過剰なガス、プラズマ、および反応性種を排気する。真空ポンプ１１６は、テールガス回収管１１１に連結され、真空チャンバ１０１の雰囲気圧に対してテールガス回収管１１１の負の雰囲気圧を作り出す。負の雰囲気圧は、真空チャンバ１０１からのガスの流れを生成する。
【０１０４】
いくつかの実施形態では、ステップ３０６（すなわち、前処理ステップ）は１つの遊星回転サイクルよりも長くあるべきであり、その結果全ての基板サンプルはプラズマを受け入れるために、多孔質電極に最も近い点に移動する。例えば、ステップ３０６は、１−３０分の間を必要とし得る。対して、ステップ３０８は、必要とされる膜厚によって決定される。一般に、ステップ３０８は、他のステップよりも長い時間を要する。例えば、ステップ３０６は、２０−３００分の間を要し得る。最後に、ステップ３０９は、過剰なモノマーがチャンバから排出されるまで実行されるべきである。例えば、ステップ３０９は、１−１０分の間を要し得る。
【０１０５】
＜処理システム＞
図４は、本明細書に記載される少なくともいくつかの動作を実施することができる処理システム４００の一例を示すブロック図である。例えば、処理システム４００のいくつかの構成要素は、制御装置（例えば、図１および図２のコントローラ１１７）に実装されてもよい。
【０１０６】
処理システム４００は、１つまたは複数の中央処理装置（「プロセッサ」）４０２、メインメモリ４０６、不揮発性メモリ４１０、ネットワークアダプタ４１２（例えば、ネットワークインターフェース）、ビデオディスプレイ４１８、入出力装置４２０、制御装置４２２（例えば、キーボードおよびポインティング装置）、記憶媒体４２６を含む駆動装置４２４、およびバス４１６に通信接続される信号発生装置４３０を含み得る。バス４１６は、適切なブリッジ、アダプタ、またはコントローラによって接続された１つまたは複数の物理的なバスおよび／またはポイントツーポイント接続を表す抽象概念として示されている。したがって、バス４１６は、システムバス、ペリフェラルコンポーネントインターコネクト（ＰＣＩ）バス、またはＰＣＩ−Ｅｘｐｒｅｓｓバス、ハイパートランスポートまたは工業標準アーキテクチャ（ＩＳＡ）バス、小型コンピュータシステムインターフェース（ＳＣＳＩ）バス、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）、ＩＩＣ（Ｉ２Ｃ）バス、またはIｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ （ＩＥＥＥ）ｓｔａｎｄａｒｄ １３９４ バス (「ファイアワイヤ」とも称される)を含み得る。
【０１０７】
処理システム４００は、デスクトップ・コンピュータ、タブレット・コンピュータ、パーソナル・デジタル・アシスタント（ＰＤＡ）、携帯電話、ゲーム・コンソール、ミュージック・プレーヤー、ウェアラブル電子デバイス（例えば、時計またはフィットネス・トラッカー）、ネットワーク接続（「スマート」）デバイス（例えば、テレビまたはホーム・アシスタント・デバイス）、仮想／拡張リアリティ・システム（例えば、ヘッド・マウント・ディスプレイ）、または処理システム４００が取るべき動作を指定する一連の命令（シーケンシャルまたはその他）を実行することができる別の電子デバイス、と同様のコンピュータ・プロセッサ・アーキテクチャを共有し得る。
【０１０８】
メインメモリ４０６、不揮発性メモリ４１０、および記憶媒体４２６（「機械可読媒体」とも呼ばれる）は単一の媒体であることが示されているが、「機械可読媒体」および「記憶媒体」という用語は、１つまたは複数の命令セット４２８を記憶する単一の媒体または複数の媒体（例えば、集中／分散データベース、および／または、関連するキャッシュおよびサーバー）を含むと解釈されるべきである。「機械可読媒体」および「記憶媒体」という用語もまた、処理システム４００による実行のための命令セットを記憶、符号化、または搬送することができる任意の媒体を含むと解釈されるべきである。
【０１０９】
一般に、本開示の実施形態を実施するために実行されるルーチンは、オペレーティング・システムの一部として、または命令の特定のアプリケーション、コンポーネント、プログラム、オブジェクト、モジュール、またはシーケンス（「コンピュータ・プログラム」と総称する）の一部として実施され得る。コンピュータプログラムは、典型的には、コンピュータ装置内の種々のメモリおよび記憶装置内の種々の時間に設定された、１つまたは複数の命令（例えば、命令４０４、４０８、４２８）を含む。１つまたは複数のプロセッサ４０２によって読取られ実行されると、命令は、処理システム４００に、本開示の様々な態様を含む要素を実行するための動作を実行させる。
【０１１０】
さらに、実施形態は、完全に機能するコンピューティング・デバイスに関連して説明されたが、当業者であれば、様々な実施形態は、様々な形態でプログラム・プロダクトとして配布され得ることが理解されるであろう。本開示は、実際に頒布を行うために使用される特定の種類の機械またはコンピュータ読取可能媒体に関わらず適用される。
【０１１１】
機械可読な記憶媒体、機械可読媒体、またはコンピュータ可読媒体のさらなる例としては、揮発性および不揮発性メモリデバイス４１０のような記録可能なタイプの媒体、フロッピーおよび他のリムーバブルディスク、ハードディスクドライブ、光ディスク（例えば、コンパクトディスク読取専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭＳ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤｓ））、および、デジタルおよびアナログ通信リンクのような伝送型媒体を含む。
【０１１２】
ネットワークアダプタ４１２は、処理システム４００が、処理システム４００および外部エンティティによってサポートされる任意の通信プロトコルを介し、処理システム４００の外部にあるエンティティを用いてネットワーク４１４内のデータを仲介することを可能にする。ネットワークアダプタ４１２は、ネットワークアダプタカード、無線ネットワークインタフェースカード、ルータ、アクセスポイント、無線ルータ、スイッチ、マルチレイヤスイッチ、プロトコルコンバータ、ゲートウェイ、ブリッジ、ブリッジルータ、ハブ、デジタルメディア受信機、および／またはリピータを含み得る。
【０１１３】
ネットワークアダプタ４１２は、コンピュータ・ネットワーク内のデータへのアクセス／プロキシへの許可を支配および／または管理し、そして異なるマシンおよび／またはアプリケーション間の様々なレベルの信頼を追跡するファイアウォールを含み得る。ファイアウォールは、特定のセットのマシンとアプリケーション、マシンとマシン、および／またはアプリケーションとアプリケーションとの間の所定のセットのアクセス権を強制する（例えば、これらのエンティティ間のトラフィックとリソースの共有の流れを制御する）ことができる、ハードウェアおよび／またはソフトウェアコンポーネントの任意の組み合わせを有する任意の数のモジュールであり得る。ファイアウォールはさらに、個人、マシン、および／または、アプリケーションによるオブジェクトのアクセス権および操作権、ならびに、許可権が存在する状況を含む、許可を詳述するアクセス制御リストを管理および／またはアクセスし得る。
【０１１４】
図５は、回転ラック１１２および／または遊星回転シャフト１１３を回転させるための任意のシャフトおよびギアを備えたプラズマ重合コーティング装置１００の概略正面図である。いくつかの実施形態では、重合コーティング装置１００は、回転モータ１１８、モータシャフト１２０、モータシャフトギア１２１、テールガス回収管１次ギア１２２、テールガス回収管２次ギア１２３、回転ラックシャフト１２５、回転ラックシャフト１次ギア１２６、回転ラックシャフト２次ギア１２７、および遊星回転シャフトギア１２８を含み得る。
【０１１５】
いくつかの実施形態では、回転モータ１１８は、回転モータ１１８のハウジングから突出し得るモータシャフト１２０に連結されている。さらに、モータシャフト１２０は、モータシャフトギア１２１に連結され得る。さらに、テールガス回収管１１１は、テールガス回収管１次ギア１２２および、テールガス回収管２次ギア１２３に連結され得る。同様に、回転ラックシャフト１２５は、回転ラックシャフト１次ギア１２６および回転ラックシャフト２次ギア１２７に連結され得る。
【０１１６】
特定の実施形態では、回転モータ１１８の動作は、テールガス回収管１１１を回転させる。具体的には、モータシャフトギア１２１は、テールガス回収管の１次ギア１２２と係合され得る。回転モータ１１８がモータシャフト１２０を回転させると、モータギア１２１は、テールガス回収管１次ギア１２２を駆動する。上述したように、テールガス回収管１１１は、テールガス回収管１次ギア１２２に連結され、したがって、テールガス回収管１次ギア１２２と共に回転する。事実上、回転モータ１１８によって生成された回転運動は、モータシャフト１２０からモータギア１２１およびテールガス回収管１次ギア１２２を介してテールガス回収管１１１に伝達される。
【０１１７】
いくつかの実施態様では、テールガス回収管１１１の回転運動は、回転ラックシャフト１２５に伝達される。上述したように、テールガス回収管２次ギア１２３はテールガス回収管１１１に連結され、したがって、テールガス回収管１１１と共に回転する。さらに、テールガス回収管２次ギア１２３は、回転ラックシャフト１次ギア１２６と係合する。したがって、テールガス回収管１１１が回転すると、テールガス回収管２次ギア１２３も回転ラックシャフト１次ギア１２６の回転を駆動する。回転ラックシャフト１次ギア１２６は、回転ラック１２５に連結されているので、回転ラックシャフト１次ギア１２６の回転は、回転ラック１２５の回転を駆動する。いくつかの例では、回転ラックシャフト１２５は、回転ラック１１２内に封入されてもよく、回転ラック１１２を封入するスリーブとして実装されてもよく、あるいは、回転運動をテールガス回収管１１１から遊星回転シャフト１１３に伝達する任意の方法で実装されてもよい。
【０１１８】
様々な実施形態では、回転ラックシャフト１２５の回転運動は、遊星回転シャフト１１３に伝達される。上述したように、回転ラックシャフト２次ギア１２７は、回転ラック１２５に連結され、したがって、回転ラック１２５と共に回転する。さらに、回転ラックシャフト２次ギア１２７は遊星回転シャフトギア１２８と係合する。したがって、回転ラック１２５が回転すると、回転ラックシャフト２次ギア１２７も遊星回転シャフトギア１２８の回転を駆動する。遊星回転シャフトギア１２８は遊星回転シャフト１１３に連結されているので、遊星回転シャフトギア１２８の回転は遊星回転シャフト１１３の回転を駆動する。
【０１１９】
オプションのシャフトおよびギアの１つの効果は、回転モータ１１８によって生成された回転運動が、種々の制御された回転速度で、テールガス回収管１１１および／または遊星回転シャフト１１３に伝達されることである。例えば、種々の直径の一連のギアを使用して、所望のトルクまたは回転速度を達成するためのギア比を実施し得る。さらに、種々のギアは、ギア間の回転運動を伝達するために係合されてもよく、または、ギア間の回転運動の伝達を停止するために係合解除されてもよい。さらに、種々の直径の一連のギアをギアボックス内に収容し得る。別の例では、一連のギアは、グループに分割することができ（例えば、モータシャフトギア１２１および１つのグループにおけるテールガス回収管１次ギア１２２）、そして各グループのギアは、ギアボックスハウジング内に収容され得る。さらに、１つまたは複数のギアボックスは、制御信号を受信するためにコントローラ１１７に通信的に連結され得る。例えば、制御信号は、選択するギアのサイズ、および係合または係合解除するギアのサイズを示し得る。
【０１２０】
例えば、テールガス回収管１１１および／または遊星回転シャフト１１３は、種々のギアの特定のサイズ比を選択することにより、制御された速度で回転し得る。具体的には、モータシャフトギア１２１とテールガス回収管１次ギア１２２とのサイズ比は、テールガス回転ラック１１２、ひいては回転プラットホーム１１４が、制御された速度で真空チャンバ１０１の中心軸に沿って回転することを確実にするように選択され得る。同様に、テールガス回収管２次ギア１２３と回転ラックシャフト１２５とのサイズ比を選択して、回転ラックシャフト１２５がさらに別の制御された速度で回転することを確実にし得る。最後に、回転ラックシャフト２次ギア１２７と遊星回転シャフトギア１２８とのサイズ比を選択して、遊星回転シャフト１１３が特定の制御された速度で回転することを確実にし得る。したがって、テールガス回収管２次ギア１２３、回転ラックシャフト１２５、回転ラックシャフト２次ギア１２７、および遊星回転シャフトギア１２８のサイズ比は、遊星回転シャフト１１３、ひいては回転プラットホーム１１４が、制御された速度で真空チャンバ１０１の遊星軸に沿って回転することを確実にするように選択され得る。
【０１２１】
制御された速度は、プラズマ重合コーティングが１つまたは複数の装置１１５に均一に適用されることを保証し得る。制御される速度は、１つまたは複数の装置１１５の各々が、モノマー蒸気、キャリアガス、プラズマ、反応性種などの密度が変化する真空チャンバ１０１の様々な領域を横切ることができるような十分に速い速度であり得る。１つまたは複数の装置１１５の各々が、種々の領域を通過することを確実にすることによって、１つまたは複数の基板の各々は、同じ雰囲気変動を経験し、そして各基板にわたって同じ均一なプラズマ重合コーティングを受ける。さらに、制御された速度は、１つまたは複数の装置１１５の各々の配向がシフトされ、均一なプラズマ重合コーティングが各個々の基板の表面全体にわたって均一であることを確実にし得る。
【０１２２】
図６は、例示的な反応性種排出プロセス６００を示すフローチャートである。いくつかの実施形態では、プロセス６００は、プラズマ重合コーティング装置１００の種々の構成要素によって実施され得る。さらに、プロセス６００は、プラズマ重合コーティングを装置１１５に適用するために使用され得る。
【０１２３】
ステップ６０１において、プロセス６００は、装置１１５に対して例示的な反応性種放電プロセス６００を実施するために真空チャンバ１０１を準備する。初期化操作は、プラズマ重合コーティングが適用される前に、適切な条件が満たされることを確実にするために行われる。特定の実施形態では、工程６０１は、図３の工程３０１−３０５と一致する方法で実施され得る。
【０１２４】
開始操作の一部として、装置１１５は、プラズマ重合コーティングを受け入れるために真空チャンバ１０１内に適切に配置され得る。例えば、装置１１５は、図１および図２に示されるように、遊星回転プラットフォーム１１４上に配置され得る。遊星回転プラットフォーム１１４上の装置１１５の配置は、プラズマ重合コーティングプロセス中の真空チャンバ１０１全体への装置１１５の移動を容易にし、プラズマ密度変動の負の効果を低減し、そして装置１１５上のより均一なプラズマコーティングを可能にする。
【０１２５】
いくつかの実施形態では、真空チャンバ１０１の雰囲気条件は、雰囲気がプラズマ重合プロセスに適していることを確実にするために適切に設定される。例えば、真空チャンバ１０１は、真空ポンプ１１６が、雰囲気が１０〜３００ｍＴｏｒｒの間に到達するまで真空チャンバ１０１内の雰囲気を排気できるよう、閉じられ得る。圧力に加えて、真空チャンバ１０１の温度は、プラズマ重合プロセスを容易にするために調節され得る。いくつかの例では、真空チャンバ１０１の温度は、３０〜６０℃の間にとなるように制御され得る。
【０１２６】
装置は、プロセス６００内の任意の期間中、一貫した方法で移動され得る。例えば、プラズマ重合コーティング装置１００は、回転ラック１１２の回転を開始して、制御された回転速度で真空チャンバ１０１の中心軸に沿って装置１１５を回転させ得る。例えば、回転ラック１１２は、１分間に１．５〜２．５回転の速度で、中心軸に沿って装置１１５を回転させ得る。さらに、プラズマ重合コーティング装置１００は、遊星回転シャフト１１３および遊星回転プラットホーム１１４の回転を開始し、制御された回転で二次軸に沿って真空チャンバ１０１内の装置１１５を回転させ得る。いくつかの実施形態では、二次回転ラックは、真空チャンバ１０１の中心軸から遠位の二次軸上で回転する。
【０１２７】
コントローラ１１７は、回転モータ１１６および装置１１５へのプラズマ重合コーティングの他の構成要素に制御信号を送信し、回転ラック１１２および／または遊星回転シャフト１１３のタイミングおよび回転速度を制御し得る。さらに、回転ラック１１２および／または遊星回転シャフト１１３の動作は、金属グリッドバリヤ１０５への電力の印可と同時に行われ、それによって、装置１１５の表面に反応性種を堆積させつつ同時に電気コネクタを真空チャンバ１０１全体に移動させる。
【０１２８】
いくつかの実施形態では、回転ラック１１２および／または遊星回転シャフト１１３の回転は、真空チャンバ１０１内での装置１１５の移動をもたらす。この運動は、反応チャンバの中心軸に対する直線往復運動または曲線運動を含み得る。さらに、曲線運動は、中心軸に沿った円運動、中心軸に沿った楕円運動、球面運動、および他の不規則なルートを伴う曲線運動のうちの１つまたは複数を含み得る。さらに、いくつかの実施形態では、回転ラック１１２および／または遊星回転シャフト１１３の動作は、反応性種の装置１１５上への堆積中に、真空チャンバ１０１の中心軸に対する装置１１５の配向を変化させる。さらに、回転ラック１１２および遊星回転シャフト１１３の回転速度は、独立して構成され得る。
【０１２９】
特定の実施形態では、処理プラズマが真空チャンバ１０１に導入され、装置１１５の表面から不純物を除去し、そしてプラズマ重合コーティングの欠陥を防止し得る。さらに、処理プラズマは装置１１５の表面を活性化し、装置１１５の表面とプラズマ重合コーティングを形成するために使用される反応性種との間の結合を可能にし得る。処理プラズマは、無線周波電源１０３からの電荷を多孔質電極１０２に印加することによって発生させ得る。いくつかの実施形態では、コントローラ１１７は、タイミング、電力、および他の動作パラメータを制御する制御信号を無線周波数電源１０３に送信し得る。例えば、反応性種を真空チャンバ１０１に放出する前に、および／または、反応性種が基板の表面に堆積された後に、処理プラズマを適用し得る。いくつかの例では、無線周波数電源１０３によって印加される電荷の電力は、連続放電、パルス放電、または周期的交番放電であり得る。さらに、電荷の電力および電荷の持続時間は、所望のプラズマ重合コーティングに応じて変化させ得る。いくつかの例では、無線周波数電源１０３によって印加される電力は、１２０−４００ワットの間であり得、そして電荷の持続時間は、６０−４５０秒の間であり得る。
【０１３０】
ステップ６０２では、キャリアガスパイプ１０９から放電キャビティ１０４内に導入されたキャリアガスから、プラズマが生成される。プラズマは、放電電源１０８からの放電を放電源１０７に印加することによって生成される。いくつかの実施形態では、ステップ６０２は、図３のステップ３０５と一致する方法で実行され得る。キャリアガスが放電キャビティ１０４に導入された後、放電電源１０８によって放電源１０７に電荷が印加される。電荷はキャリアガスをイオン化し、そしてキャリアガスをプラズマにする。コントローラ１１７は、放電キャビティ１０４に導入されるキャリアガスのタイミングおよび量、ならびに放電電源１０８によって放電源１０７に印加されるタイミングおよび電力を制御する、制御信号を送信することができる。いくつかの実施形態では、キャリアガスは、ヘリウム、ネオン、クリプトン、およびアルゴンのうちの１つまたは複数を含み得る。しかしながら、当業者は、例えば、エネルギーをモノマー蒸気に伝達させる能力に基づいて、他の要素をキャリアガスとして使用することができることを認識し得る。
【０１３１】
特定の実施形態では、放電は、無線周波放電、マイクロ波放電、中間周波数放電、正弦波または双極パルス波形、高周波放電、および電気スパーク放電のうちの１つまたは複数を使用して発生させ得る。さらに、高周波放電および中間周波数放電は、正弦波または双極パルス波形を有し得る。いくつかの例では、無線周波放電は、高周波電磁場放電を介してプラズマを発生させる。他の例では、高周波放電および中間周波数放電は、正弦波または双極パルス波形を有する。
【０１３２】
さらに別の例では、マイクロ波放電は、マイクロ波エネルギーを用いてプラズマを励起する。マイクロ波法はエネルギー利用効率が高いという利点がある。さらに、マイクロ波放電は電極を使用せず、そして得られるプラズマは純粋である。したがって、マイクロ波放電は、プラズマ重合コーティングに高品質、高速、および大面積の適用を提供する。
【０１３３】
いくつかの実施形態では、プロセス６００の特定の期間中にパルス放電または周期的交流放電が放電電源１０８によって印加され、真空チャンバ１０１へと放出されるプラズマを生成し得る。一例では、パルス放電は、６００〜３，６００秒の間、５０〜２００ワットの間の電力を使用する。さらに、パルス放電の周波数は１〜１，０００ＨＺの間であり得、そしてパルスのデューティサイクルは１：１〜１：５００の間であり得る。さらに別の例では、周期的交流放電は、６００〜３，６００秒の間、５０〜２００ワットの間の電力を使用する。さらに、放電の交番周波数は、１〜１，０００ＨＺであり得る。いくつかの実施形態では、周期的交番電気放電は、鋸歯状波形、正弦波形、方形波形、全波整流波形、または半波整流波形であり得る。
【０１３４】
工程６０３において、モノマー蒸気が真空チャンバ１０１に導入され得る。いくつかの実施形態では、工程６０３は、図３の工程３０７と一致する方法で実施され得る。モノマー蒸気は、プラズマ重合コーティングを形成するために装置１１５上に堆積される反応性種を生成するために使用される。反応性種は、エネルギーがプラズマからモノマー蒸気に伝達される際に、モノマー蒸気から放出され得る。いくつかの実施形態では、モノマー蒸気は、部分的に放電キャビティ１０４に放出され、真空チャンバ１０１に放出され得る。他の実施形態では、モノマー蒸気は、モノマー蒸気パイプ１１０を介して直接真空チャンバ１０１に放出されて、モノマー蒸気が放電キャビティ１０４に放出されるのを回避し得る。さらに他の実施形態では、コントローラ１１７は、制御信号をモノマー蒸気テールパイプ１１０に送信して、放出するモノマー蒸気の種類、放出するモノマー蒸気の速度、および放出するモノマー蒸気のタイミングを選択し得る。いくつかの実施形態では、モノマー蒸気は、雰囲気が１０〜３００ｍＴｏｒｒの間に達するような速度で真空チャンバ１０１に導入される。
【０１３５】
種々のモノマー蒸気を選択して、良好な電気絶縁特性および低い破壊電圧を有する、コンパクトで均一なプラズマ重合コーティングを達成し得る。いくつかの実施形態では、モノマー蒸気は、低い双極子モーメントを有する少なくとも１つの有機モノマーを含む第１の蒸気、少なくとも１つの多官能性不飽和炭化水素および炭化水素誘導体モノマーを含む第２の蒸気、少なくとも１つの単官能性不飽和フルオロカーボン樹脂モノマーを含む第３の蒸気、およびＳｉ−Ｃｌ、Ｓｉ−Ｏ−Ｃ、または環構造中に少なくとも１つの有機ケイ素モノマーを含む第４の蒸気、のうちの１つまたは複数を含み得る。
【０１３６】
モノマー蒸気は、低い双極子モーメントを有する少なくとも１つの有機モノマーを含む第１の蒸気を含み得る。低い双極子モーメントを有する低双極子ポリマーは、プラズマ重合コーティング全体への電気信号への干渉を低減し得る。特定の実施形態では、第１の蒸気は、ｐ−キシレン、ベンゼン、トルエン、四フッ化炭素、α−メチルスチレン、ポリ−ｐ−ジクロロトルエン、ジメチルシロキサン、アリルベンゼン、デカフルオロビフェニル、デカフルオロベンゾフェノン、パーフルオロ（アリルベンゼン）、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、１Ｈ，１Ｈ−パーフルオロオクチルアミン、パーフルオロデシルヨージド、パーフルオロトリブチルアミン、１，８−ジヨードパーフルオロオクタン、パーフルオロヘキシルヨージド、パーフルオロブチルヨージド、パーフルオロデシルヨージド、パーフルオロオクチルヨージド、１，４−ビス（２’，３’−エポキシプロピル）パーフルオロブタン、ドデカフルオロ−２−メチル−２−ペンテン、２−（パーフルオロブチル）エチルメチルアクリレート、２−（パーフルオロオクチル）エチルメチルアクリレート、２−（パーフルオロオクチル）ヨードエタン、パーフルオロデシルエチルヨージド、１，１，２，２−テトラヒドロパーフルオロヘキシルヨージド、パーフルオロブチルエチレン、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ−パーフルオロ−１−デセン、２，４，６−トリス（パーフルオロヘプチル）−１，３，５−トリアジン、パーフルオロヘキシルエチレン、３−（パーフルオロオクチル）−１，２−エポキシプロパン、パーフルオロシクロエーテル、パーフルオロデシルエチレン、パーフルオロデシルエチルヨージド、ジブロモ−ｐ−キシレン、１，１，４，４−テトラフェニル−１，３−ブタジエン、およびポリジメチルシロキサン（分子量５００−５０，０００）の１つまたは複数を含み得る。
【０１３７】
モノマー蒸気はまた、少なくとも１つの多官能性不飽和炭化水素および炭化水素誘導体モノマーを含む第２の蒸気を含み得る。多官能性不飽和炭化水素および炭化水素誘導体モノマーは、架橋ポリマーコーティングの形成を可能にするために、少なくとも２つの反応基を有する。いくつかの態様において第２の蒸気は、１，３−ブタジエン、イソプレン、１，４−ペンタジエン、トリメチロールプロパンエトキシレートトリアクリレート、トリ（プロピレングリコール）ジアクリレート、ポリ（エチレングリコール）ジアクリレート、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジビニルエーテル、およびネオペンチルグリコールジアクリレートの１つまたは複数を含み得る。
【０１３８】
モノマー蒸気は、少なくとも１つの単官能性不飽和フルオロカーボン樹脂モノマーを含む第３の蒸気をさらに含み得る。単官能性不飽和フルオロカーボン樹脂モノマーは、防水性ポリマーコーティングの形成を可能にするので有利である。第３の蒸気は、単官能性不飽和フルオロカーボン樹脂として、３−（パーフルオロ−５−メチルヘキシル）−２−ヒドロキシプロピルメチルアクリレート、２−（パーフルオロデシル）エチルメチルアクリレート、２−（パーフルオロヘキシル）エチルメチルアクリレート、２−（パーフルオロドデシル）エチルアクリレート、２−パーフルオロオクチルエチルアクリレート、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロオクチルアクリレート、２−（パーフルオロブチル）エチルアクリレート、（２Ｈ−パーフルオロプロピル）−２−アクリレート、（パーフルオロシクロヘキシル）メチルアクリレート、３，３，３−トリフルオロ−１−プロピン、１−アセテニル−３，５−ジフルオロベンゼン、および４−アセテニルベンゾトリフルオリドの１つまたは複数を含み得る。
【０１３９】
最後に、モノマー蒸気は、Ｓｉ−Ｃｌ、Ｓｉ−Ｏ−Ｃ、または環構造中に少なくとも１つの有機ケイ素モノマーを含み、耐摩耗性コーティングの形成を可能にする第４の蒸気を含み得る。いくつかの実施形態では、第４の蒸気は、テトラメトキシシラン、トリメトキシ水素シロキサン、トリエトキシオクチルシラン、フェニルトリエトキシシラン、ビニルトリス（２−メトキシエトキシ）シラン、トリエチルビニルシラン、ヘキサエチルシクロトリシロキサン、３−（メタクリロイルオキシ）プロピルトリメトキシシラン、フェニルトリス（トリメチルシロキシ）シラン、ジフェニルジエトキシシラン、ドデシルトリメトキシシラン、トリエトキシオクチルシラン、ジメトキシシラン、および３−クロロプロピルトリメトキシシランの１つまたは複数を含み得る。
【０１４０】
ステップ６０３で使用される蒸気は、形成されるコーティングに依存する。例えば、架橋構造モノマーは、プラズマ重合コーティングの強度および耐水性を改善する反応性種を生成する。いくつかの実施形態では、ステップ６０３−６０５は、装置１１５の表面に遷移層を適用するために実施される。遷移層は、装置１１５の表面とプラズマ重合コーティングの表面層との間に形成される中間層である。いくつかの実施形態において遷移層は、少なくとも１つの多官能性不飽和炭化水素および炭化水素誘導体モノマーを含む第２の蒸気、および／または、Ｓｉ−Ｃｌ、Ｓｉ−Ｏ−Ｃ中に少なくとも１つの有機ケイ素モノマーを含む第４の蒸気を含み得る。上述のように、２つの蒸気は、架橋ポリマーコーティングおよび耐水性を提供する構造の形成を可能とする。
【０１４１】
プロセス６００で使用されるプロセスパラメータは、モノマー蒸気およびキャリアガスの種々の特性に基づいて変化され得る。例えば、ステップ６０３で導入される蒸気のタイプまたは異なる蒸気の比率は、分子結合エネルギー、結合長、および異なるモノマー蒸気の蒸発温度の差に基づいて選択され得る。さらに、蒸発温度が高いほど、モノマー蒸気に適用される温度は高くなる必要がある。さらに他の実施形態では、モノマー蒸気が放出される速度は、真空チャンバ１０１内での反応性種が生成される速度、および結果として生じる反応性種の密度に影響するように変化され得る。いくつかの例では、モノマー蒸気は、１０から、１０−１０００μＬ／分の速度で真空チャンバに放出され得る。
【０１４２】
さらに、第１、第２のモノマー蒸気、および／または、キャリアガスに印加されるエネルギーは、分子結合エネルギー、結合長、および異なるモノマーの蒸発温度の差にしたがって選択されて、耐水性および低い破壊電圧を提供するコンパクトな遷移層および表面層を生成し得る。上述のように、プラズマからのエネルギーは、モノマー蒸気に伝達され、装置１１５上に堆積される反応性種を放出する。必要とされるエネルギーは、使用するモノマー蒸気に依存する。例えば、モノマー蒸気の分子結合を切断し、反応性種を放出するためには、十分なエネルギーが必要である。試薬の結合エネルギーが大きい場合には、モノマーに加えるエネルギーは大きくなければならない。同様に、モノマーの結合距離が短ければ短いほど、必要なエネルギーは大きくなる。
【０１４３】
ステップ６０４において、装置１１５の表面への適用のために、反応性種が生成される。ステップ６０２で生成されたプラズマが放電キャビティ１０４から真空チャンバ１０１内に放出され、プラズマからのエネルギーがステップ６０３で放出されたモノマー蒸気に伝達される際、反応性種が生成される。いくつかの実施形態では、ステップ６０４は、図３のステップ３０７と一致する方法で実施され得る。
【０１４４】
いくつかの実施形態では、放電キャビティ１０４から真空チャンバ１０１へのプラズマの放出は、金属グリッド１０５によって調節され得る。具体的には、コントローラ１１７は、金属グリッド１０５に印加される電力を調整するために、パルス電源１０６に制御信号を供給し得る。電力が金属グリッド１０５に印加される場合、プラズマは金属グリッド１０５を通過することができ、電力が金属グリッド１０５に印加されない場合、プラズマは、金属グリッド１０５を通過することをブロックされる。ある態様では、プラズマは、モノマーの化学結合を破壊し、フリーラジカルのような反応性粒子を形成し得る。
【０１４５】
いくつかの実施形態では、プラズマの放出は、金属ゲート１０５への一定の電気的放電または周期的な電気的放電を使用することによって制御され得る。例えば、一定の放電を金属ゲート１０５に印加することにより、プラズマが絶えず真空チャンバ１０１に流れ込むことができる。別の例では、金属ゲート１０５に周期的な放電を印加することにより、プラズマが周期的に真空チャンバ１０１に流れ込むことができる。周期的な電気放電は、連続的な電気放電、または、パルス電気放電のような不連続的な電気放電であり得る。波形は、波形がドメイン（例えば、時間ドメイン）に沿って途切れのない曲線を形成する場合、連続的である。対照的に、波形は、その領域に沿った曲線にブレークがある場合、不連続である。
【０１４６】
いくつかの態様において、プラズマの放出は、複数の段階を用いて行い得る。例えば、プラズマの放出は、一定の放電を金属ゲート１０５に印加するステージを用いて行い得る。一定の放電によって、プラズマが放電キャビティ１０４から真空チャンバ１０１へ絶えず放出されることが可能になる。別のステージは、周期的な電気放電を金属ゲート１０５に印加することによって実施され得る。周期的な放電は、連続的または不連続的な放電であり得る。例えば、連続的な放電は、正弦波形の形態をとり得る。別の例では、不連続電気放電は、鋸歯状波形、方形波形、全波整流波形、半波整流波形、またはパルス放電の形態ををとり得る。当業者であれば、１つまたは複数のステージを、定数波形および周期的波形の任意の組み合わせを用いて実施し得ることを認識するであろう。
【０１４７】
周期的な波形は、金属ゲート１０５に印加される周期的な放電に影響を与えるために、種々の技術を用いて生成され得る。一実施形態では、波形の振幅および周波数が調整され得る。例えば、波形の振幅を増加させることによって、より大量の放電が金属ゲート１０５に周期的に印加され、放電キャビティ１０４から真空チャンバ１０１へのプラズマのより大きな流れを可能にする。別の例では、波形の周波数を増加させると、金属ゲート１０５に加えられる放電がより速く交互になる。これは、金属ゲート１０５を通って真空チャンバ１０１へのプラズマの流れをもたらし、より急速な変化（例えば、高プラズマ流と低プラズマ流との間で交互に、またはプラズマオン期間とプラズマオフ期間との間で交互に）を得る。
【０１４８】
さらに別の技術では、複合波形は、多数の他の波形を組み合わせることによって形成され得る。一実施形態では、方形波形と正弦波形とが組み合わされ得る。方形波形は、最小値と最大値との間で交互に変化する周期的な波形であり得る。例えば、金属ゲート１０５に放電が印加されない場合、「オフ」状態を提供るために、最小値はゼロであり得る。正弦波は、方形波よりも周波数が高い正弦波であり得る。方形波の最小値が負の値で振幅が正弦波の振幅よりも大きい場合、方形波の最小値の間における複合波の値はゼロ未満のままであるため、２つの波の組み合わせは周期的な「オフ」状態となる。方形波が最大値となった際には、複合波形は正弦波となる。事実上、複合波形は、方形波が最大値または最小値のどちらにあるかに基づいて、それぞれ交互に「オン」または「オフ」状態となる。「オン」状態の間、波形は正弦波形に基づいて交互となる出力値を提供する。
【０１４９】
他の実施形態では、ＤＣバイアス波形が周期的波形と組み合わされ得る。ＤＣバイアス波形は、得られた複合波形の平均振幅を構成するために使用され得る。例えば、正のＤＣバイアス波形は、方形波形の値を増加させる。ＤＣバイアス波形が、方形波の最小値をゼロより大きくするのに十分高い場合、方形波の値はゼロ未満とはならない。実際には、これは、放電が常に金属ゲート１０５に印加され、そこで放電はより高い放電とより低い放電との間で交互となることを意味する。
【０１５０】
波形を生成するためのさらに別の技術は、既存の波形をクリッピングすることを含む。クリッピングは、波形が特定の値を超えた際に、波形を制限するために実行される。例えば、最小トグル閾値は、波形の最小値を指定し得る。波形がその最小トグル閾値を下回ると、波形はその閾値の値でクリップされる。例えば、最小トグル閾値はゼロであり得、その結果、波形がゼロ未満に下がった場合、波形は単にゼロのままとなる。ゼロの最小トグル閾値によってクリップされた波形は、金属ゲート１０５に放電を印加せず、プラズマオフ期間をもたらす。同様に、最大トグル閾値は、波形の最大値を指定し得る。波形がその最大トグル閾値を上回った際、波形はその閾値の値でクリップされる。当業者は、様々な技術を組み合わせて波形が生成され得ることを認識するであろう。例えば、上述の複合波形は、波形の振幅を制限するためにトグル閾値によって調整され得る。
【０１５１】
ハイブリッドプラズマ重合プロセスは、真空チャンバ１０１に流入するプラズマのパルスを正確に制御するために、金属グリッド１０５を利用することによって実行され得る。例えば、上記のような周期的な放電が、ハイブリッドプラズマ重合プロセスを実施するために用いられ得る。周期的な放電の間、放電は、金属ゲート１０５に周期的に印加される。プラズマオン期間は、放電が金属ゲート１０５に印加される際に生じる。対照的に、プラズマオフ期間は、金属ゲート１０５に放電が印加されない際に生じる。
【０１５２】
いくつかの実施形態では、このハイブリッドプロセスは、プラズマオン期間（すなわち、電荷が金属ゲート１０５に印加される際）から開始する。プラズマが真空チャンバ１０１に流入し、そしてプラズマがプラズマオン期間中に装置１１５の表面上に堆積されると、プラズマポリマー形成の一部は、ビニルまたはアクリルモノマーのような化学的に重合可能なモノマーのプラズマ−化学的活性化によるフラグメンテーション−多重再結合プロセスによって生じる。その後、プラズマオフ期間中（すなわち、金属ゲート１０５に電荷が印加されない場合）、プラズマは真空チャンバ１０１に流入しない。この期間中に、ラジカル連鎖伝播が装置１１５の表面に生じる。いくつかの例では、プラズマポリマー形成のより大きな部分は、プラズマオン期間のフラグメンテーション−多重再結合プロセスと比較して、プラズマオフ期間のラジカル鎖伝播に起因する。いくつかの実施形態では、プラズマオン期間（すなわち、フラグメンテーション−多重再結合プロセス）とプラズマオフ期間（すなわち、ラジカル連鎖伝播プロセス）とを交互に行うと、層からエネルギーを放散する層の交互の微細構造が生じる。
【０１５３】
金属グリッド１０５によって提供されるプラズマ放出の正確な制御を用いて、プラズマオン副層およびプラズマオフ副層の厚さが変化する、プラズマ重合コーティングを製造し得る。具体的には、プラズマオンまたはプラズマオフ期間中に形成された各層の厚さを変化させることによって、段階的な構造が生成され得る。例えば、各層の厚さは、装置１１５上に適用される各新しい層とともに減少し得る。
【０１５４】
ステップ６０５では、ステップ６０４で生成された反応性種が、プラズマ重合を受けている装置１１５の表面に堆積される。いくつかの実施形態では、ステップ６０５は、図３のステップ３０８と一致する方法で実行され得る。ステップ６０４の生成された反応性種は、真空チャンバ１０１の軸に向かって半径方向に分散され、そして装置１１５上に分散され得る。いくつかの実施形態では、反応性種が真空チャンバ１０１に導入された後、真空チャンバ１０１は、イオン化された種、自由電子、フリーラジカル、励起された分子または原子、および未変化のガスの組み合わせを有する。いくつかの実施形態では、フリーラジカルは、装置１１５の表面上で重合され、ポリマーコーティングを形成する。
【０１５５】
反応性種は、装置１１５の表面上に堆積され、良好な電気絶縁特性およびブレークダウン効果に関連する低いブレークダウン電圧を有する、コンパクトで均一なプラズマ重合コーティングを生成する。具体的には、ブレークダウン効果は、コーティングを通して電気伝導を可能にするメカニズムである。ポリマーフィルムは非常に薄く、多数のナノメートルサイズの孔がテクスチャされているため、低電圧がコーティング全体に印加された際、低電圧によって導電性チャネルを提供し得る。
【０１５６】
本明細書に開示される様々な実施形態と一致して、装置１１５の移動（例えば、ステップ６０１で開始される移動）は、プロセス６００を通して動作して、装置１１５が雰囲気の異なる領域を通って真空チャンバ１０１を通過することを確実し、プラズマ重合コーティングの均一な適用を確実にする。さらに、ステップ６０１の処理プラズマは、装置１１５の有機基板を活性化して、コーティング堆積を促進し、そして装置１１５の表面とプラズマ重合コーティングとの間の結合力を高めるダングリングボンドを形成し得る。ステップ６０５から生じるプラズマ重合コーティングは、遷移層であり得る。いくつかの実施態様では、遷移層は、装置１１５の表面に直接堆積される。表面層は、その後遷移層の表面上に堆積され得る。
【０１５７】
工程６０６において、モノマー蒸気が真空チャンバ１０１に導入される。いくつかの実施形態では、ステップ６０６は、ステップ６０３と一致する方法で実施され得る。モノマー蒸気は、プラズマ重合コーティング形成のために装置１１５上に堆積される反応性種を生成するため、使用される。エネルギーがプラズマからモノマー蒸気に伝達される際、反応性種はモノマー蒸気から放出され得る。
【０１５８】
ステップ６０６において真空チャンバ１０１に導入される蒸気は、形成されるコーティングに依存する。例えば、架橋構造モノマーは、プラズマ重合コーティングの強度および耐水性を改善する反応性種を生成する。いくつかの実施形態では、ステップ６０６−６０８は、装置１１５の表面に表面層を適用するために実施される。いくつかの実施態様において、プラズマ重合コーティングの表面層は、ステップ６０３−６０５において適用される遷移層の表面に適用される。表面層は、低い双極子モーメントを有する少なくとも１つの有機モノマーを含む第１の蒸気、および／または、少なくとも１つの単官能性不飽和フルオロカーボン樹脂モノマーを含む第３の蒸気、を含み得る。上述のように、第１および第３の蒸気は、低誘電率コーティングの形成および耐水性ポリマーコーティングの形成を可能にする。
【０１５９】
ステップ６０７では、反応性種が真空チャンバ１０１内で生成される。いくつかの実施形態では、ステップ６０７は、ステップ６０４と一致する方法で実施され得る。ステップ６０２で生成されたプラズマが放電キャビティ１０４から真空チャンバ１０１内に放出され、そしてプラズマからのエネルギーがステップ６０３で放出されたモノマー蒸気に伝達されると、反応性種が生成される。
【０１６０】
ステップ６０８では、ステップ６０４で生成された反応性種が、プラズマ重合を受けている装置１１５の表面に堆積される。いくつかの実施形態では、ステップ６０８は、ステップ６０５と一致する方法で実施され得る。ステップ６０８から得られるプラズマ重合コーティングは、表面層であり得る。いくつかの実施形態では、表面層は、遷移層（例えば、ステップ６０３−６０５で適用される遷移層）の表面上に堆積され得る。
【０１６１】
図７は、装置１１５に適用される例示的なプラズマ重合コーティング７００を示す図である。プラズマ重合コーティングは、遷移層７０１および表面層７０２を含み得る。プラズマ重合コーティングはまた、遷移層７０３、表面層７０４、遷移層７０５、および／または、表面層７０６を含み得る。遷移層７０１、７０３、および７０５は、図６のステップ６０３−６０５と一致する方法で生成され得る。同様に、表面層７０２、７０４、および７０６は、図６のステップ６０６−６０８と一致する方法で生成され得る。
【０１６２】
いくつかの実施形態では、遷移層７０１は、装置１１５の表面上に直接堆積され得る。続いて、表面層７０２が遷移層７０１の表面上にその後堆積され得る。同様に、遷移層７０３は表面層７０２の表面上に堆積され得、表面層７０４は遷移層７０３の表面上に堆積され得、遷移層７０５は表面層７０４の表面上に堆積され得、そして表面層７０６は遷移層７０５の表面上に堆積され得る。
【０１６３】
いくつかの実施形態では、遷移層７０１、７０３、７０５、および／または、表面層７０２、７０４、７０６はそれぞれ、炭素、フッ素、酸素、シリコン、および水素原子の１つまたは複数を含み得る。いくつかの例において、プラズマ重合コーティングは、１：３〜１：２０の間の酸素原子対炭素原子の比を有し得る。酸素原子はある程度親水性であり、炭素原子は疎水性である。したがって、炭素原子に対する酸素原子の比が高すぎると、コーティングの耐水性が低下する。
【０１６４】
いくつかの実施形態では、遷移層７０１、７０３、７０５、および表面層７０２、７０４、７０６は、それぞれ、図６の工程６０４に記載されているプロセスなどのハイブリッドプラズマ重合プロセスを使用して形成され得る。ハイブリッドプロセスは、プラズマオン期間中（すなわち、金属ゲート１０５に電荷が印加される場合）にビニルまたはアクリルモノマーなどの化学的に重合可能なモノマーのプラズマ化学的活性化から始まり、フラグメンテーション−多重再結合プロセスを行う。続いて、プラズマオフ期間中（すなわち、金属ゲート１０５に電荷が印加されない場合）にラジカル連鎖伝播が装置１１５の表面上で生じる。いくつかの例では、プラズマポリマーコーティング形成の大部分は、プラズマオン期間のフラグメンテーション−多重再結合プロセスと比較して、プラズマオフ期間のラジカル連鎖伝播に起因する。例えば、プラズマ重合コーティングのごく一部のみが、プラズマオン期間のフラグメンテーション−多重再結合プロセスを用いて製造され得る。いくつかの実施形態では、ラジカル連鎖伝播とフラグメンテーション−多重再結合プロセスとを交互に行う結果として、プラズマ重合コーティングからエネルギーを消散させる、層の交互の配置が生じる。
【０１６５】
クレームされた主題の種々の実施形態の前述の説明は、描写および説明のために提供された。これは、網羅的であることを意図せず、また、クレームされた主題事項を開示された正確な形式に限定するものでもない。当業者には、多くの修正およびバリエーションが明らかであろう。実施形態は、本発明の原理およびその実際の用途を最もよく説明するために選択され、説明され、それによって、当業者は、クレームされた主題、種々の実施形態、および意図される特定の用途に適した種々の修正を理解することができる。
【０１６６】
詳細な説明には、特定の実施形態および考えられる最良のモードが記載されているが、当該技術は、詳細な説明がどれだけ詳細であっても、多くの方法で実施することができる。実施形態は、依然として本明細書に包含されているが、実施形態の詳細においてかなり変化し得る。種々の実施形態の特定の特徴または態様を記述する際に使用される特定の専門用語は、その専門用語が関連する技術の任意の特定の特性、特徴または態様に限定されるように、本明細書で再定義されることを意味するように解釈されるべきではない。一般に、以下の特許請求の範囲で使用される用語は、明細書で開示されている特定の実施形態に技術を限定するものと解釈されるべきではない。ただし、これらの用語が本明細書で明示的に定義されている場合はこの限りではない。したがって、技術の実際の範囲は、開示された実施形態のみならず、実施形態を実施する、または、実装するためのすべての同等の方法を含む。
【０１６７】
明細書で使用されている言語は、主として、読みやすさおよび教育目的のために選択されている。これは、主題事項を区別または限定するように選択されていない可能性がある。したがって、技術の範囲は、本詳細な説明によってではなく、むしろ、本明細書に基づく出願に基づいて発行される請求項によって限定されることが意図される。したがって、様々な実施形態の開示は、以下の特許請求の範囲に記載される技術の範囲を例示することを意図しているが、これに限定されるものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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