(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバー手段(1)と、前記処理チャンバー手段(1)と効果的に接続し、前記処理チャンバー手段(1)内部に大気圧よりも低い気圧を生成するように適合させた真空ポンプ手段(12)と、前記処理チャンバー手段(1)内部に取り付けたプラズマ溶射手段(2)を具える、基板表面を処理するためのプラズマ溶射組立体であって、
前記処理チャンバー手段(1)内部のガス流を制御するためのガス流制御組立体をさらに具え、このガス流制御組立体が、前記処理チャンバー手段(1)下に垂直に配置される収集シャフト手段(6)と、前記処理チャンバー手段(1)内部に少なくとも部分的に配置されて循環ガス流の発生を抑制する偏向手段(5)を具え、かつ、前記偏向手段(5)は、前記処理チャンバー手段(1)内のガス流に干渉するように適合させた、前記処理チャンバー手段(1)と前記収集シャフト手段(6)との間の移行領域に配置される基部要素手段(7)と、前記基部要素手段(7)内に配置されて略円錐形をなす偏向要素手段(8)と、前記処理チャンバー手段(1)の内部に配置される第二のそらせ部材手段(27)とを含むことを特徴とする、プラズマ溶射組立体。
【請求項２】
前記収集シャフト手段(6)が、前記処理チャンバー手段(1)に隣接かつ連通させて配置されることを特徴とする、請求項１記載のプラズマ溶射組立体。
【請求項３】
前記基部要素手段(7)が、第一のそらせ手段(31)および、前記処理チャンバー手段(1)と前記収集シャフト手段(6)との間のガス交換のための少なくとも一つの通路手段(4)を有することを特徴とする、請求項２記載のプラズマ溶射組立体。
【請求項４】
前記偏向要素手段(8)が、前記通路手段(4)内に少なくとも一部を突出させていることを特徴とする、請求項３記載のプラズマ溶射組立体。
【請求項５】
前記基部要素手段(7)の頂部が前記収集シャフト手段(6)上の前記処理チャンバー手段(1)内に突出していることを特徴とする、請求項２または３記載のプラズマ溶射組立体。
【請求項６】
前記基部要素手段(7)が、前記収集シャフト手段(6)に向かって先細状をなす外側皿状部材手段(30)を具え、前記皿状部材手段(30)に、前記収集シャフト手段(6)に向かって傾斜して延在する第一のそらせ部材手段(31)を多数設け、それによって前記第一のそらせ部材手段(31)の後側にせき止めチャンバー手段(32)を形成したことを特徴とする、請求項２記載のプラズマ溶射組立体。
【請求項７】
前記皿状部材手段(30)が略楕円形であることを特徴とする、請求項６記載のプラズマ溶射組立体。
【請求項８】
前記ガス流制御組立体が、循環ブロワー手段(13)をさらに具え、それによって前記収集シャフト手段(6)が、前記循環ブロワー手段(13)の吸い込み側と効果的に接続する事を特徴とする、請求項１または２記載のプラズマ溶射組立体。
【請求項９】
前記収集シャフト手段(6)が、前記真空ポンプ手段(12)と効果的に接続することを特徴とする、請求項１または２記載のプラズマ溶射組立体。
【請求項１０】
前記ガス流制御組立体が、導管手段(15,16)および前記導管手段(15,16)に効果的に挿入される少なくとも一つのフィルター手段(10,14)をさらに具え、前記導管手段(15)の一端が前記収集シャフト手段(6)と接続し、他端がそこから前記循環ブロワー手段(13)の前記吸い込み側と接続することを特徴とする、請求項８記載のプラズマ溶射組立体。
【請求項１１】
前記プラズマ溶射手段(2)を、前記基部要素手段(7)の上方に垂直に配置したことを特徴とする、請求項１または３記載のプラズマ溶射組立体。
【請求項１２】
前記プラズマ溶射手段(2)を、移動可能な支持手段(3)に固定したことを特徴とする、請求項１または３記載のプラズマ溶射組立体。
【請求項１３】
前記処理チャンバー手段(1)内部にガス流を発生させるように適合させた空気式動作型清浄手段(23)をさらに具え、それによって前記処理チャンバー手段(1)内部の堆積物が前記収集シャフト手段(6)内へ輸送されることを特徴とする、請求項１または２記載のプラズマ溶射組立体。
【請求項１４】
前記空気式動作型清浄手段(23)が、多数の出口開口部を設けた吹き出し管手段(24)を具えることを特徴とする、請求項１３記載のプラズマ溶射組立体。
【請求項１５】
前記吹き出し管手段(24)が、移動可能な支持手段(3)に取り付けられていることを特徴とする、請求項１４記載のプラズマ溶射組立体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、処理チャンバーと、この処理チャンバー内部に配置したプラズマ溶射機とを具えるプラズマ溶射装置における、ガス流制御組立体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
基板へのプラズマ被覆のために、多くの場合プラズマ溶射装置が使用されており、この装置は処理チャンバーを具え、その内部には特殊な被覆作業に最も適切な気圧を発生させる。それによって、プラズマジェットはプラズマトロンによって発生させる。このプラズマジェット中において、表面に施す被覆材料は溶解される。プラズマジェットは、超音速領域までの非常に高い速度に達する。しかしながら、処理チャンバー内部において、ガス流はプラズマトロンの動作中、特にプラズマジェットによって発生する。こうしたガス流は基板表面の純度ならびに基板表面に施した被覆の品質に負の影響をもたらし得ることとなる。
【０００３】
処理チャンバー内部におけるこうしたガス流の負の影響とは、ごみや被覆用粉体、溶射材料の残留物およびこれらの類似物のような遊離した堆積物が、処理チャンバーの壁から離れて旋回することである。そのため、これら堆積物が、被覆される基板表面に到達し、表面を汚染する可能性がある。さらに、旋回する堆積物は、プラズマジェット内へと変位し、それに加えてこのプラズマジェットに引っ張られることとなり得る。プラズマジェット内部において、これら不純物は加熱されて部分的に溶解し、それによって真の被覆材料と共に、基板表面に施されることとなる。一方では、基板表面の汚染は、施した被覆の接着性に負の影響をもたらし、また一方ではプラズマジェット内のこれら不純物の溶解は、基板表面に施した被覆の質を悪化させることが理解されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、基板表面を処理するためのプラズマ溶射組立体を提供することにあり、この組立体によって、基板表面に施した被覆の接着および品質が実質的に改善される。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
これらおよび他の目的のために、本発明は、処理チャンバーと、前記処理チャンバーと効果的に接続し、前記処理チャンバー内部に大気圧よりも低い気圧を生成するように適合させた真空ポンプと、前記処理チャンバー内部に取り付けたプラズマ溶射機を具える、基板表面を処理するためのプラズマ溶射組立体を提案する。
【０００６】
さらに本発明は、前記処理チャンバー内部のガス流を制御するためのガス流制御組立体を提案するものであり、このガス流制御組立体は、前記処理チャンバーの下に垂直に配置される収集シャフトと、前記処理チャンバー内部に少なくとも部分的に配置されて循環ガス流の発生を抑制する偏向器を具える。この偏向器は、前記処理チャンバー内のガス流に干渉するように適合させた、前記処理チャンバーと前記収集シャフトとの間の移行領域に配置される基部要素手段と、前記基部要素内に配置されて略円錐形をなす偏向要素と、前記処理チャンバーの内部に配置される第二のそらせ部材とを含む。
【０００７】
本発明の好適な実施形態においては、処理チャンバー内部のガス流制御組立体が、前記処理チャンバーに隣接して配置され、かつこのチャンバーと連通する収集シャフトを含み、それによって基部要素が処理チャンバーと収集シャフトとの間の移行領域に配置される。基部要素には、第一のそらせ部材および、処理チャンバーと収集シャフトとの間のガス交換のための通路が設けられる。偏向要素は略円錐形状を有し、これが少なくとも部分的に、基部要素内に設けた通路内に突き出ている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明による組立体の実施形態を、添付図面を参照してさらに詳述する。
【０００９】
まず、本発明によるガス流制御組立体を含むプラズマ溶射装置の一般的なデザインを、図１を参照して説明する。プラズマ溶射装置の基本原理は、処理チャンバーと、その内部に取り付けたプラズマ溶射機を具え、これらは当業者には公知のものであり、その要素および特性の本発明にとって本質的な部分の詳細についてのみ議論する。
【００１０】
プラズマ溶射装置は、処理チャンバー１と、この処理チャンバー１内部に配置した、基板（図示せず）を被覆するのに適合させたプラズマ溶射機２を具える。処理チャンバー１の下部には収集シャフト６が設けられている。さらに、偏向器５、粗い粒子を除去するためのフィルタ部材10、微細な粒子を除去するための二つのフィルタ部材14，18、真空ポンプ12、循環用ブロワー13ならびに空気式清浄機23が図１に示されている。
【００１１】
プラズマ溶射機２は、機構３に固定されており、この機構３は異なる方向に複数の軸線に沿って移動可能であり、ほぼ円筒形の処理チャンバー１内部に配置さされている。処理チャンバー１と収集シャフト６との間の移行領域には基部要素７が配置され、基部要素７は後に詳細に説明する偏向要素を具える。基部要素７は処理チャンバー１と収集シャフト６との間に通路を設けるように設計されている。収集シャフト６内には偏向要素８が配置され、この偏向要素８は略円錐形であり、それによって円錐形の先端部が基部要素７の通路内に突き出している。
【００１２】
収集シャフト６は、第一の導管15によって粗い粒子を除去するためにフィルタ部材10と接続する。第二の導管16が、粗い粒子を循環ブロワーの吸い込み側へと除去するためにフィルタ部材10の出口11から出ており、第三の導管17が、粗い粒子を真空ポンプ12へと除去するためにフィルタ部材10の出口より出ている。二本の導管16，17には、共に、微細な粒子を除去するため、ここではフィルター14，18がそれぞれ挿入されている。もう一つの導管16aが、処理チャンバー１に向けて循環ポンプ13の吐出側と接続し、それによってもう一つの導管16aは処理チャンバー１の頂部で、その内部へと開口している。循環ポンプ13によって、ガスを収集シャフト６を通して処理チャンバー１から吸い出すことができる。これらガスは、まずフィルター部材10で粗い粒子が取り除かれ、その後フィルター部材14で微細な粒子が取り除かれる。清浄化されたガスが、もう一つの導管16aを通して処理チャンバーへと戻すことができる。
【００１３】
真空ポンプ12は、処理チャンバー１内部に大気圧よりも低い圧力を発生させ、ならびに被覆作業時における処理チャンバー１内部での大気圧よりも低い所定の圧力を維持するために設けられている。導管15の遮断または解放を可能とするために、導管15中にゲートバルブ19が挿入されている。また導管16aの遮断または解放を可能とするために、導管16a中にゲートバルブ21が挿入されている。さらに導管17の遮断または解放を可能とするために、導管17中にゲートバルブ20が挿入されている。
【００１４】
被覆用の粉体、ごみ、溶射の残留物およびこれらの類似物のような遊離した堆積物を処理チャンバー１内部から除去するため、空気式清浄機23が設けられている。必要に応じて、このような遊離した堆積物を、空気式清浄機23によって吹き払い、かつ収集シャフト6へと輸送することが可能である。空気式清浄機23は、吹き出し用管部材24内へ開口する供給導管25を具え、吹き出し用管部材24には多数の出口開口部が設けられている。吹き出し用管部材24は移動可能な機構３の頂部に配置されている。前述した、堆積物を吹き払うためのガスとしては、窒素またはアルゴンを用いることが望ましい。
【００１５】
図２は、処理チャンバーの一般的なデザインを、プラズマ溶射機２および収集シャフト６内に配置した基部要素７と共に、部分的に透視して示す斜視図である。基部要素７は、一般に符号５で示す偏向器の一部である。さらに、偏向器５は、ガスの流れを妨げる追加の偏向手段を具える。この追加の偏向手段は、処理チャンバー１内側の側壁に固定したそらせ部材27の形をとって実現することができる。処理チャンバー１を気密に閉鎖することを可能とするために、回転可能に支持されるドアが設けられる。しかしながら、明瞭に図示するために、本図では示していない。
【００１６】
基部要素７の主目的は、被覆作業時に基板を通過する余分な被覆材料を拾い上げることである。また、基部要素７は、収集した粒子が処理チャンバー１内に戻るのを防ぐ。さらに、基部要素７は、偏向要素８およびそらせ部材27と共に、プラズマ溶射機２の被覆ジェットにより生じるガスの流れを遮断かつ穏やかにするという効果を有し、その結果、処理チャンバー１内部で不所望の循環ガス流が発生しなくなる。
【００１７】
図３および図４は、それぞれ処理チャンバー１の断面図および長手方向断面図である。これらの図においては、基部要素７が収集シャフト６内で、基部要素７の上側部が収集シャフト６上に突き出して処理チャンバー１内部に幾らか延在していることを認識できる。基部要素７は、ほぼ楕円形の皿状部材30を具え、この皿状部材30は、収集シャフト６に向かう方向に連続的に減少する直径を有する。皿状部材30と中央の偏向要素８との間には解放した通路４があり、この通路を通して処理チャンバー１と収集シャフト６との間でガス交換が発生し得る。偏向要素８は十字形の支持部材28によって支持され、そのため収集シャフト６の断面はほとんど減少せず、ガス流は妨げられない。
【００１８】
基部要素７の皿状部材30の内側には多数のそらせ部材31が設けられ、これらそらせ部材は皿状部材30の底部に向かって傾斜している。したがって、これらそらせ部材31の後側には、せき止めチャンバー32が形成される。さらに、シートメタル部材29が皿状部材30の外側に取り付けられ、このシートメタル部材29は、一旦処理チャンバー１のドア（図示せず）を閉じると、処理チャンバー１の内側部と皿状部材30の外側部との間の自由空間内に突き出す。繰り返すと、シートメタル部材29は、ガス流を遮断かつ滑らかにするために設けられている。処理チャンバー１内壁に設けられ、基部要素７上に配置されたそらせ部材27は、その後側でさらにせき止めチャンバーを形成する。
【００１９】
図５は基部要素７の上面図である。本図は、基部要素７の略楕円形の形状ならびにそらせ部材31の経路を明確に示している。基部要素７の後側の窪みは、処理チャンバー１内部に配置した機構３の運動の自由度を改善するものである。
【００２０】
図６は、処理チャンバー１の断面を再度示すものであるが、ここではプラズマ溶射機２により生成したプラズマ被覆ジェット34が示されている。本例では、プラズマ被覆ジェットは、基部要素７に向かって下方に向かっている。それによって、図６に見られるように、プラズマ被覆ジェット34は偏向され、かつ基部要素７内で、中央に配置された偏向要素８によって分離する。基部要素７のそらせ部材31背部のせき止めチャンバーの影響の下で、プラズマ被覆ジェット34によって運ばれた被覆粒子は基部要素７に捕らえられ、そのため被覆粒子は基部要素７から上方へ脱出することができない。もしプラズマ被覆ジェット34が図６に示すように垂直下方に向いていないとすれば、処理チャンバー１の内壁に設けたそらせ部材27は、処理チャンバー１内部でのガスの循環流を防ぐ。
【００２１】
実際には、プラズマ溶射組立体は、以下のように操作する。
【００２２】
まず、被覆作業を開始する前に、真空ポンプ12によって処理チャンバー１を排気する（図１参照）。被覆作業の間、大気圧よりも低い所定の圧力が処理チャンバー１内部で維持される。この目的のために、真空ポンプ12の前のゲートバルブ20が解放され、プラズマ溶射機の動作中に処理チャンバー１内に入り込んだガスが、真空ポンプ12によって連続的に吸い出される。吸い出されたガスと共に、余分の被覆粒子ならびにガス流によって旋回し、かつ運ばれた他の粒子は、処理チャンバー１内部から除去される。より粗い粒子はフィルター10によってガスより除去され、より微細な粒子はフィルター18によってガスより除去される。被覆作業が終了した後、処理チャンバー１内の圧力を大気圧と等しくなるまで増加させ、それによってドア（図示せず）を開くことが可能となり、また被覆した基板を処理チャンバー１内部から取り出すことができる。
【００２３】
基板を被覆するための処理チャンバー１には、非反応性、望ましくは不活性ガスを導入可能であることが理解される。
【００２４】
処理チャンバー１内部から堆積物を取り除くために、空気式清浄機23が設けられている。被覆作業を行っていない時には、処理チャンバー１内部の遊離した堆積物を、空気式清浄機23によって吹き出させ、また収集シャフト６へ輸送することができる。清浄機の操作は、その間循環ブロワー13によって補助されることが望ましく、それによって処理チャンバー１内部のガスの、導管15、フィルター10、導管16、フィルター14および導管16aを経て処理チャンバー１へ戻る連続的な循環が行われる。それゆえ、ガス流によって運ばれる粗い粒子はフィルター10で除去され、ガス流によって運ばれる微細な粒子はフィルター14で除去される。このガスの循環は、ガスが所望の純度になるまで維持される。
【００２５】
機構３によって、吹き出し管部材24は、異なる方向に旋回することができ、その結果ガス流を、清浄化作業の最適化のために処理チャンバー１の選択した領域に向けることが可能となる。
【００２６】
要約すると、偏向器５は、ごみや粉末粒子、被覆の残留物およびこれらの類似物のような遊離した粒子が、プラズマ溶射機２の作動によって発生するガス流によって旋回し、かつ運ばれることを防ぐ。このような遊離した堆積物は収集シャフト６内に押しとどめられ、および／またはフィルター10，14および16によってガス流から除去される。処理チャンバー１から残留する可能性のある堆積物を取り除くことを可能とするために、空気式清浄機23が設けられ、これによって処理チャンバー１の壁に付着した堆積物を吹き払い、収集シャフト６内へ輸送することができる。
【００２７】
上述した組立体により、被覆作業中のみならず、例えば基板をプラズマ溶射機２によって清浄化する場合、または作業が休止状態にある場合にも堆積物が旋回することが避けられる。当業者には「スパッタリング」として知られている清浄化作業中は、電気アークがプラズマトロンと基板との間に発生する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるガス流制御組立体を含むプラズマ溶射装置を模式的に示す図である。
【図２】  処理チャンバーの実施形態を、一部を透視して見た斜視図である。
【図３】  処理チャンバーの断面図である。
【図４】  処理チャンバーの長手方向断面図である。
【図５】  ガス流制御組立体の基本部分の上面図である。
【図６】  処理チャンバー内でのプラズマ被覆ジェットを模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１  処理チャンバー
２  プラズマ溶射機
３  機構
５  偏向器
６  収集シャフト
７  基部要素
８  偏向要素
10，14，18  フィルタ
12  真空ポンプ
13  循環用ブロワー
15，16，16a，17  導管
19，20，21  ゲートバルブ
23  空気式清浄機
24  吹き出し用管部材
27，31  そらせ部材
28  支持部材
30  皿状部材
32  せき止めチャンバー
34  プラズマ被覆ジェット
【図１】
0004637309.tif 000002
【図２】
0004637309.tif 000003
【図３】
0004637309.tif 000004
【図４】
0004637309.tif 000005
【図５】
0004637309.tif 000006
【図６】
0004637309.tif 000007