(57)【要約】【課題】  様々な形状と寸法の基板を扱うことができる構成自在な真空システムによるコーティングあるいはメッキの方法を提供する。【解決手段】  螺子表面を有する基板１２を真空チャンバ１４内に配置し、上記真空チャンバ内にデポジタントを配置し、上記真空チャンバ内の初期圧力を所定値以下に減少させ、上記真空チャンバを通ってガスを流し、所定の電圧振幅で負の直流信号を基板に印加し、所定の電力レベルでラジオ周波数信号を基板に印加し、デポジタントを融点以上に加熱して、正に帯電されたデポジタントイオンと負に帯電された電子との混合体を含むプラズマを上記真空チャンバ内に発生させる。これにより、螺子表面を有する基板上にデポジタントイオンをメッキする。【選択図】  図１
2005344212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
螺子表面を有する基板を真空チャンバ内に配置することと、
上記真空チャンバ内の蒸発ソースの中にデポジタントを配置することと、
上記真空チャンバ内の初期圧力を４ミリトル以下に減少させることと、
上記真空チャンバ内の圧力を０．１ミリトルと４ミリトルとの間に引き上げる流量で、上記真空チャンバを通ってガスを流すことと、
上記基板に、マイナス１ボルトとマイナス５０００ボルトとの間の電圧振幅で負の直流信号を印加することと、
上記基板に、１ワットと５０ワットとの間の電力レベルでラジオ周波数信号を印加することと、
上記デポジタントの融点以上の温度に上記デポジタントを加熱することとを備え、
これによって、正に帯電されたデポジタントイオンと負に帯電された電子との混合体を含むプラズマが上記真空チャンバ内に発生し、上記デポジタントイオンは上記基板上にメッキされてメッキ基板を作り出すことを特徴とする基板をメッキするための方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
上記初期圧力は上記真空チャンバ内で１．５ミリトル以下に減少され、上記ガスは、上記真空チャンバ内の圧力を０．５ミリトルと１．５ミリトルとの間に引き上げる流量で、上記真空チャンバを通って流されることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、
上記負の直流信号は、マイナス５００ボルトとマイナス７５０ボルトの間の電圧振幅で、上記基板に印加されることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、
上記初期圧力は上記真空チャンバ内で１．５ミリトル以下に減少され、
上記ガスは、上記真空チャンバ内の圧力を０．５ミリトルと１．５ミリトルとの間に引き上げる流量で、上記真空チャンバを通って流され、
上記負の直流信号は、マイナス５００ボルトとマイナス７５０ボルトの間の電圧振幅で、上記基板に印加され、
上記電力レベルは５ワットと１５ワットとの間で印加されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、
上記真空チャンバ内に上記基板を配置することは、上記基板に導電経路を提供する導電材料を有するターンテーブル上に、上記基板を配置することを含み、
上記基板に上記負の直流信号を印加することと、上記基板にラジオ周波数信号を印加することとは、整流子を用いて、上記ターンテーブルの上記導電材料に上記負の直流信号とラジオ周波数信号とを印加することを含んでいることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、
上記真空チャンバ内に上記基板を配置することは、上記基板に導電経路を提供する導電材料を有するターンテーブル上に、上記基板を配置することを含み、
上記基板に上記負の直流信号を印加することと、上記基板にラジオ周波数信号を印加することとは、導電性ブラシを用いて、上記ターンテーブルの上記導電材料に上記負の直流信号と上記ラジオ周波数信号とを印加することを含んでいることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、
上記負の直流信号と上記ラジオ周波数信号とを混合して混合信号を生成することをさらに備え、
上記基板に上記負の直流信号を印加することと、上記基板にラジオ周波数信号を印加することとは、上記基板に上記混合信号を印加することを含んでいることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法において、
上記真空チャンバ内の初期圧力を４ミリトル以下に減少させる前に、上記真空チャンバ内の第２蒸発ソースの中に第２デポジタントを配置することと、
上記第２蒸発ソースの融点以上に上記第２デポジタントを加熱することとを更に備え、
これによって、正に帯電されたデポジタントイオンと負に帯電された電子との混合体を含む第２プラズマが上記真空チャンバ内に発生し、上記第２デポジタントイオンは上記基板上にメッキされることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法において、
上記真空チャンバ内の初期圧力を４ミリトル以下に減少させる前に、上記真空チャンバ内の第３蒸発ソースの中に第３デポジタントを配置することと、
上記第３蒸発ソースの融点以上に上記第３デポジタントを加熱することとを更に備え、
これによって、正に帯電されたデポジタントイオンと負に帯電された電子との混合体を含む第３プラズマが上記真空チャンバ内に発生し、上記第３デポジタントイオンは上記基板上にメッキされることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法において、
上記真空チャンバ内に上記基板を配置する前に、上記基板を洗浄することを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、
上記基板を洗浄することは、鋼構造物塗装審議会（ＳＳＰＣ）によって規定する規格に一致させるように上記基板を洗浄することを含んでいることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法において、
上記規格はＳＳＰＣ−５であることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の方法において、
上記規格はＳＳＰＣ−１０であることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の方法において、
上記ガスはアルゴンであり、上記デポジタントは銀とパラジウムの金属合金であり、上記フラズマは上記アルゴンのイオンと上記銀のイオンと上記パラジウムのイオンとを含んでいることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の方法において、
上記プラズマは、上記基板上に５００オングストロームと２００００オングストロームとの間の厚みの層を形成して、メッキされた螺子表面を作り出すことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法において、
上記プラズマは、上記基板上に３０００オングストロームと１００００オングストロームとの間の厚みの層を形成して、メッキされた螺子表面を形成することを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１に記載の方法において、
上記プラズマは、上記基板上に５００オングストロームの厚みに制御され得る層を形成して、メッキされた螺子表面を形成することを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１に記載の方法において、
上記デポジタントの融点以上の温度に上記デポジタントを加熱する前に、上記基板をバックスパッタリングすることを更に備えていることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１に記載の方法において、
上記基板をバックスパッタリングすることは、
上記真空チャンバ内の圧力を１００ミリトル以下に減少させることと、
上記真空チャンバ内の圧力を２０ミリトルと１００ミリトルとの間に引き上げる流量で、上記真空チャンバを通ってガスを流すことと、
１ボルトと４０００ボルトの間の電圧振幅で上記基板に直流信号を印加することと、
１ワットと５０ワットの間の電力レベルで上記基板にラジオ周波数信号を印加することとを備えていることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法において、
上記真空チャンバ内の圧力を減少させることは、上記真空チャンバ内の圧力を５０ミリトル以下に減少させることを含み、
上記真空チャンバ内の圧力を２０ミリトルと１００ミリトルとの間に引き上げる流量で、上記真空チャンバを通ってガスを流すこととは、上記真空チャンバ内の圧力を２０ミリトルと５０ミリトルとの間に引き上げる流量で、上記真空チャンバを通ってガスを流すことを含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の方法において、
１ワットと５０ワットの間の電力レベルで上記基板にラジオ周波数信号を印加することは、５ワットと１５ワットの間の電力レベルで上記基板にラジオ周波数信号を印加することを含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】
螺子表面を有する基板を真空チャンバ内に配置することと、
上記真空チャンバ内にデポジタントを配置することと、
上記真空チャンバ内の初期圧力を０．５ミリトルと１．５ミリトルとの間に減少させることと、
上記基板に、マイナス５００ボルトとマイナス７５０ボルトとの間の電圧振幅で負の直流信号を印加することと、
上記基板に、１ワットと５０ワットとの間の電力レベルでラジオ周波数信号を印加することと、
上記デポジタントの融点以上の温度に上記デポジタントを加熱することとを備え、
これによって、正に帯電されたデポジタントイオンと負に帯電された電子との混合体を含むプラズマが上記真空チャンバ内に発生し、上記デポジタントイオンは上記基板の螺子表面上にメッキされて、メッキされた螺子表面を作り、上記メッキされた螺子表面は、上記メッキされた螺子表面と係合構成部品の表面との間のかじりを減少させることを特徴とする基板をメッキするための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、ジェリー・ディー・キッドとクレイグ・ディー・ハリントンとダニエル・エヌ・ホプキンスとを共同発明者として「プラズマメッキのシステムおよび方法」と題して１９９９年１０月２６日に出願された米国特許出願番号第０９／４２７，７７５号と、ジェリー・ディー・キッドとクレイグ・ディー・ハリントンとダニエル・エヌ・ホプキンスとを共同発明者として「モバイルメッキシステムおよび方法」と題して２０００年５月２２日に出願された米国特許出願第０９／５７６，６４０号とに関するものである。
【０００２】
本発明は、一般に材料をメッキおよびコーティングするための真空システムおよび蒸着技術の分野に関し、より詳細にはコンフィギュラブル（構造可変式）真空システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
材料をメッキ（鍍金）およびコーティング（被覆）し、処理された表面を作成するための蒸着技術には、さまざまな蒸着技術が含まれる。これらの蒸着技術には、例えば、真空蒸着、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、スパッタリング、イオンメッキなどがある。一般的に、これらすべての蒸着技術には、所望のメッキを実施するため真空チャンバ内で基板を適切に支持、位置決めするためのプラットフォームを備えた真空システムが必要となる。このプラットフォームはテーブル、ターンテーブル、台板などと呼称してもよい。メッキ処理中プラットフォーム上またはその近傍において基板を適切に支持、方向づけ、位置決めすることは、望ましく、かつ反復自在で、好結果をもたらすメッキ処理を実施するためにきわめて重要である。多くの場合、このプラットフォームは、より均一かつ望ましいコーティングまたはメッキ処理を実現するため、メッキ処理中、基板に対し回転運動を与える必要がある。
【０００４】
残念ながら、基板はあらゆる形状および寸法で提供されるので、多くの場合、メッキ処理中に基板を支持したり回転させるため真空チャンバ内で用いられるプラットフォームは、ある特定の形状ないし種類の基板に関しては良好に機能するが、別の形状ないし種類に対しては不十分にしか機能しない。さらに、多くの真空チャンバは一種類のプラットフォームないしテーブルにしか対応しておらず、形状および寸法が大きく異なる基板を想定しているプラットフォームは、たとえあったとしても少数である。このため、高価な真空チャンバおよびプラットフォームを備えた高価な蒸着・メッキシステムの効果的な利用は大幅に制限されることになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のことから、形状および寸法が大きく異なる基板を扱う能力を備えたコーティングないしメッキ用の構成自在な真空システムおよび方法の必要が生じていることが了解されるであろう。本発明によれば、上記の不利益および問題のうち１つ以上を相当程度解消するコンフィギュラブル真空システムおよび方法が提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一様態である基板のメッキ方法によれば、
螺子表面を有する基板を真空チャンバ内に配置することと、
上記真空チャンバ内の蒸発ソースの中にデポジタントを配置することと、
上記真空チャンバ内の初期圧力を４ミリトル以下に減少させることと、
上記真空チャンバ内の圧力を０．１ミリトルと４ミリトルとの間に引き上げる流量で、上記真空チャンバを通ってガスを流すことと、
上記基板に、マイナス１ボルトとマイナス５０００ボルトとの間の電圧振幅で負の直流信号を印加することと、
上記基板に、１ワットと５０ワットとの間の電力レベルでラジオ周波数信号を印加することと、
上記デポジタントの融点以上の温度に上記デポジタントを加熱することとを備え、
これによって、正に帯電されたデポジタントイオンと負に帯電された電子との混合体を含むプラズマが上記真空チャンバ内に発生し、上記デポジタントイオンは上記基板上にメッキされてメッキ基板を作り出す。
【０００７】
本発明の一実施形態では、上記初期圧力は上記真空チャンバ内で１．５ミリトル以下に減少され、上記ガスは、上記真空チャンバ内の圧力を０．５ミリトルと１．５ミリトルとの間に引き上げる流量で、上記真空チャンバを通って流される。
【０００８】
本発明の一実施形態では、上記負の直流信号は、マイナス５００ボルトとマイナス７５０ボルトの間の電圧振幅で、上記基板に印加される。
【０００９】
本発明の一実施形態では、上記初期圧力は上記真空チャンバ内で１．５ミリトル以下に減少され、上記ガスは、上記真空チャンバ内の圧力を０．５ミリトルと１．５ミリトルとの間に引き上げる流量で、上記真空チャンバを通って流され、上記負の直流信号は、マイナス５００ボルトとマイナス７５０ボルトの間の電圧振幅で、上記基板に印加され、上記電力レベルは５ワットと１５ワットとの間で印加される。
【００１０】
本発明の一実施形態では、上記真空チャンバ内に上記基板を配置することは、上記基板に導電経路を提供する導電材料を有するターンテーブル上に、上記基板を配置することを含み、上記基板に上記負の直流信号を印加することと、上記基板にラジオ周波数信号を印加することとは、整流子を用いて、上記ターンテーブルの上記導電材料に上記負の直流信号とラジオ周波数信号とを印加することを含んでいる。
【００１１】
本発明の一実施形態では、上記真空チャンバ内に上記基板を配置することは、上記基板に導電経路を提供する導電材料を有するターンテーブル上に、上記基板を配置することを含み、上記基板に上記負の直流信号を印加することと、上記基板にラジオ周波数信号を印加することとは、導電性ブラシを用いて、上記ターンテーブルの上記導電材料に上記負の直流信号と上記ラジオ周波数信号とを印加することを含んでいる。
【００１２】
本発明の一実施形態では、上記負の直流信号と上記ラジオ周波数信号とを混合して混合信号を生成することをさらに備え、上記基板に上記負の直流信号を印加することと、上記基板にラジオ周波数信号を印加することとは、上記基板に上記混合信号を印加することを含んでいる。
【００１３】
本発明の一実施形態では、上記真空チャンバ内の初期圧力を４ミリトル以下に減少させる前に、上記真空チャンバ内の第２蒸発ソースの中に第２デポジタントを配置することと、上記第２蒸発ソースの融点以上に上記第２デポジタントを加熱することとを更に備え、これによって、正に帯電されたデポジタントイオンと負に帯電された電子との混合体を含む第２プラズマが上記真空チャンバ内に発生し、上記第２デポジタントイオンは上記基板上にメッキされる。
【００１４】
本発明の一実施形態では、上記真空チャンバ内の初期圧力を４ミリトル以下に減少させる前に、上記真空チャンバ内の第３蒸発ソースの中に第３デポジタントを配置することと、上記第３蒸発ソースの融点以上に上記第３デポジタントを加熱することとを更に備え、これによって、正に帯電されたデポジタントイオンと負に帯電された電子との混合体を含む第３プラズマが上記真空チャンバ内に発生し、上記第３デポジタントイオンは上記基板上にメッキされる。
【００１５】
本発明の一実施形態では、上記真空チャンバ内に上記基板を配置する前に、上記基板を洗浄する。
【００１６】
本発明の一実施形態では、上記基板を洗浄することは、鋼構造物塗装審議会（ＳＳＰＣ）によって規定する規格に一致させるように上記基板を洗浄することを含んでいる。
【００１７】
本発明の一実施形態では、上記規格はＳＳＰＣ−５である。
【００１８】
本発明の一実施形態では、上記規格はＳＳＰＣ−１０である。
【００１９】
本発明の一実施形態では、上記ガスはアルゴンであり、上記デポジタントは銀とパラジウムの金属合金であり、上記フラズマは上記アルゴンのイオンと上記銀のイオンと上記パラジウムのイオンとを含んでいる。
【００２０】
本発明の一実施形態では、上記プラズマは、上記基板上に５００オングストロームと２００００オングストロームとの間の厚みの層を形成して、メッキされた螺子表面を作り出す。
【００２１】
本発明の一実施形態では、上記プラズマは、上記基板上に３０００オングストロームと１００００オングストロームとの間の厚みの層を形成して、メッキされた螺子表面を形成する。
【００２２】
本発明の一実施形態では、上記プラズマは、上記基板上に５００オングストロームの厚みに制御され得る層を形成して、メッキされた螺子表面を形成する。
【００２３】
本発明の一実施形態では、上記デポジタントの融点以上の温度に上記デポジタントを加熱する前に、上記基板をバックスパッタリングすることを更に備えている。
【００２４】
本発明の一実施形態では、上記基板をバックスパッタリングすることは、上記真空チャンバ内の圧力を１００ミリトル以下に減少させることと、上記真空チャンバ内の圧力を２０ミリトルと１００ミリトルとの間に引き上げる流量で、上記真空チャンバを通ってガスを流すことと、１ボルトと４０００ボルトの間の電圧振幅で上記基板に直流信号を印加することと、１ワットと５０ワットの間の電力レベルで上記基板にラジオ周波数信号を印加することとを備えている。
【００２５】
本発明の一実施形態では、上記真空チャンバ内の圧力を減少させることは、上記真空チャンバ内の圧力を５０ミリトル以下に減少させることを含み、上記真空チャンバ内の圧力を２０ミリトルと１００ミリトルとの間に引き上げる流量で、上記真空チャンバを通ってガスを流すこととは、上記真空チャンバ内の圧力を２０ミリトルと５０ミリトルとの間に引き上げる流量で、上記真空チャンバを通ってガスを流す。
【００２６】
本発明の一実施形態では、１ワットと５０ワットの間の電力レベルで上記基板にラジオ周波数信号を印加することは、５ワットと１５ワットの間の電力レベルで上記基板にラジオ周波数信号を印加する。
【００２７】
本発明の一様態である基板のメッキ方法によれば、
螺子表面を有する基板を真空チャンバ内に配置することと、
上記真空チャンバ内にデポジタントを配置することと、
上記真空チャンバ内の初期圧力を０．５ミリトルと１．５ミリトルとの間に減少させることと、
上記基板に、マイナス５００ボルトとマイナス７５０ボルトとの間の電圧振幅で負の直流信号を印加することと、
上記基板に、１ワットと５０ワットとの間の電力レベルでラジオ周波数信号を印加することと、
上記デポジタントの融点以上の温度に上記デポジタントを加熱することとを備え、
これによって、正に帯電されたデポジタントイオンと負に帯電された電子との混合体を含むプラズマが上記真空チャンバ内に発生し、上記デポジタントイオンは上記基板の螺子表面上にメッキされて、メッキされた螺子表面を作り、上記メッキされた螺子表面は、上記メッキされた螺子表面と係合構成部品の表面との間のかじりを減少させる。
【００２８】
上記本発明のメッキ方法の実施には、真空テーブルアセンブリと真空チャンバとを有するコンフィギュラブル真空システムが提供される。この真空テーブルアセンブリは、支持フレームと、絶縁面と、支持フレームに取り付けられた機械式駆動装置と、支持フレームに取り付けられた電気フィードスルーと、第１フィラメント導電体と第２フィラメント導電体との間で絶縁面上方に配置されたフィラメントと、フィラメント電力コネクタの第１フィラメント電力接点パッドを介して第１フィラメント導電体に電気的に結合されフィラメント電力コネクタの第２フィラメント電力接点パッドを介して第２フィラメント導電体に電気的に結合されたフィラメント電力コネクタと、基板を支持できるプラットフォームとを備えてもよい。前記真空チャンバは、ドア部における主開口と、容器内を画定する壁部と、フィラメント電力コネクタと、電気フィードスルーコネクタと、機械式駆動装置コネクタと、真空チャンバの容器内で真空テーブルアセンブリを受容および支持できるレールとを有する。前記真空テーブルアセンブリおよび真空チャンバのさまざまなコネクタは、相互に自動的に結合してもよい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明は、形状、大きさ、および寸法が大きく異なる基板にプラズマメッキなどのメッキを行なうための真空システムの利用可能性を含む多数の技術的利点を提供する。このため、同一のシステムを用いて多くのさまざまな種類の基板をコーティングする融通性が提供されることにより、そのような真空システムの有用性が大きく向上する。
【００３０】
本発明の別の技術的利点には、水平面での回転と垂直面での回転など、異なる平面内で基板を回転させる能力が含まれる。これにより、真空システムおよび真空テーブルアセンブリの融通性および有用性が高まる。
【００３１】
本発明の別の技術的利点には、本発明の真空システムを用いて部品の第１の配列に対し効率的にメッキまたは「射出」を行ない、その後、部品の第２の配列に対し、それら部品が類似していようと異なっていようと、または異なるメッキ用プラットフォームを必要としていようと、迅速に移行してメッキまたは「射出」を行なえることが含まれる。
【００３２】
他の技術的利点は、以下の図面、説明、および特許請求の範囲から、当業者においては容易に明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明の例示的な具体例を以下に説明するが、本発明は、現在既知のものであれ既存のものであれいかなる数の技術を用いても具体化可能であることがはじめに了解されるべきである。本発明は、本明細書で説明記述する例示的な設計および具体例を含む、以下で説明する例示的な具体例、図面および技術に決して限定されるべきでない。
【００３４】
最初に、図１から６に関してプラズマメッキのためのシステムおよび方法を以下詳細に説明し、モバイル（移動式）メッキシステムおよび方法とともに利用可能な蒸着技術の方式を説明する。最後に、一例として、図１から６に関して前に記述されたプラズマメッキシステム方式の蒸着技術を具体化する前記コンフィギュラブル真空システムおよび方法の実施例を図７から１６に関して詳細に説明する。しかし、本発明のコンフィギュラブル（構造可変式）真空システムおよび方法はそのような蒸着技術に限定されないことが理解されるべきである。
【００３５】
図１は、本発明の一実施例による、さまざまな材料のいずれのメッキ処理にも使用可能なプラズマメッキ用システム１０を示す略図である。システム１０は、真空チャンバ１４内での基板１２のプラズマメッキに対応して使用されるさまざまな機器を含んでいる。適切な作動パラメータおよび条件を設定すると、フィラメント１６およびフィラメント１８に設けたデポジタントを蒸発ないし気化させてプラズマを生成することができる。このプラズマは、一般に、前記デポジタント由来の陽電荷イオンを含むものであり、基板１２に引き寄せられてそこで蒸着層を形成する。このプラズマは、基板１２を取り巻くかあるいは基板１２の近傍に位置する一群のイオンと考えてよい。このプラズマは、フィラメント１６およびフィラメント１８にもっとも近接した基板１２の表面近傍に、基板１２に対して前記陽イオンを加速させる暗領域を通常発現する。
【００３６】
フィラメント１６およびフィラメント１８はプラットフォーム２０とともに真空チャンバ１４内にあり、プラットフォーム２０は基板１２を支持している。駆動アセンブリ２２は、真空チャンバ１４内の駆動モータ２４とプラットフォーム２０のメインシャフトとの間に結合されているものとして示されている。図１に示す本実施例では、プラットフォーム２０は、真空チャンバ１４内で回転するターンテーブルとして設けられている。駆動アセンブリ２２は、駆動モータ２４の回転運動をプラットフォーム２０のメインシャフトに機械的に伝達し、プラットフォーム２０に回転を与える。プラットフォーム２０のメインシャフトの回転は、台板軸受２８およびプラットフォーム軸受３０などのさまざまな支持軸受によって高められる。
【００３７】
図示のように、真空チャンバ１４は台板３２上に存するかまたは密閉されている。真空チャンバ１４は事実上、内部の真空および大気圧などの外圧力に耐えるために適切な機械的特性をもつ任意の材料を用いて設けることが可能である。例えば、真空チャンバ１４は金属製チャンバまたはベルジャーとして設けてもよい。別の実施例では、台板３２はプラットフォーム２０として基板１２を支持する機能を果たす。台板３２は真空チャンバ１４の一部として考えてもよい。
【００３８】
台板３２は、真空チャンバ１４内でのさまざまな装置によるその底面から上面への貫通を許容しながらシステム１０を機械的に支持している。例えば、フィラメント１６およびフィラメント１８はフィラメント電力制御モジュール３４から電力を受け取る。図１には２つのフィラメント電力制御モジュール３４が示されているが、これら２つのモジュールは１つのモジュールとして使用するのが好ましいことに留意すべきである。フィラメント１６およびフィラメント１８に電力を供給するため、図１に示すように電気リード線は台板３２を貫通する必要がある。同様に、駆動モータ２４は、駆動アセンブリ２２に対し機械的に作用してプラットフォーム２０を回転させるため、台板３２を貫通する必要がある。以下でより詳細に説明する電気フィードスルー２６も台板３２を貫通しており、プラットフォーム２０とやはり以下でより詳細に説明するさまざまな信号発生器との間の導電経路となっている。プラットフォーム２０がターンテーブルとして使用されるある好適な実施例では、電気フィードスルー２６は、プラットフォーム２０の底面と接触する整流子として設けられる。電気フィードスルー２６は、整流子として使用してもよく、またプラットフォーム２０の底面と接触し、プラットフォーム２０が回転しても電気的接触を保つことが可能な金属ブラシとして使用してもよい。
【００３９】
フィラメント電力制御モジュール３４はフィラメント１６およびフィラメント１８に電流を供給する。ある実施例では、フィラメント電力制御モジュール３４は特定の期間、フィラメント１６に電流を供給し、第２の期間、フィラメント１８に電流を供給することができる。フィラメントの構成される態様に応じて、フィラメント電力制御モジュール３４はフィラメント１６とフィラメント１８とに同時に電流を供給することも、または別個の間隔で供給することも可能である。この融通性によって、１種類以上の特定のデポジタント材料を異なる時間に基板１２上にプラズマメッキすることができる。フィラメント電力制御モジュール３４は交流電流を前記フィラメントに供給することが好ましいが、任意の既知の電流発生方法を用いて電流を供給してもよい。ある好適な実施例では、フィラメント電力制御モジュール３４は、供給されたデポジタントを蒸発ないし気化させるのに十分な熱をフィラメント１６に発生させるため十分な振幅ないし大きさの電流を供給する。
【００４０】
フィラメント１６またはフィラメント１８またはその内部に供給されるデポジタントの均一な加熱を確実にするためには、フィラメント制御モジュール３４によって供給する電流は漸増的段階的に供給し、真空チャンバ１４内で溶融しつつあるデポジタントに、より均一な熱分布が生じるようにすることが好ましい。
【００４１】
ある好適な実施例では、プラットフォーム２０はターンテーブルとして使用され、上記のように機械的リンク機構によって回転する。図１に示すように、速度制御モジュール３６を設けてプラットフォーム２０の回転速度を制御してもよい。プラットフォーム２０は毎分５回転から毎分30回転の速度で回転するのが好ましい。プラズマメッキのためのプラットフォーム２０の最適な回転速度は毎分12回転から毎分15回転の間にあると考えられる。プラットフォーム２０を回転させる利点は、基板１２をより均一にメッキないしコーティングできるということである。これは、複数の基板がプラットフォーム２０の表面上に供給される場合に特に当てはまる。これにより、それら複数の基板の各々をプラズマメッキ処理の間、真空チャンバ１４内におおむね同様に配置することができる。
【００４２】
他の実施例では、プラットフォーム２０を事実上任意の所望の角度ないし傾きで設けることができる。例えば、プラットフォーム２０は、平坦面、水平面、垂直面、傾斜面、曲面、曲線で囲まれた面、螺旋状面、または真空チャンバ内に設けられた支持構造などの真空チャンバの一部分として設けてもよい。上記のように、プラットフォーム２０は固定されていてもよく、または回転してもよい。別の実施例では、プラットフォーム２０は、１枚以上の基板を回転させるため使用可能なローラを備えてもよい。
【００４３】
プラットフォーム２０は、ある好適な実施例では、電気フィードスルー２６と基板１２との間の経路となるように、導電経路となるかまたは導電経路を備えている。ある実施例では、プラットフォーム２０は、電気フィードスルー２６と基板１２との間でプラットフォーム２０上の任意の箇所に導電経路が設けられるような金属または導電材料として設けられる。そのような場合、プラットフォーム２０とプラットフォーム２０を回転させるシャフトとの間には絶縁体２１が配置されて電気的絶縁がなされることになる。別の実施例では、プラットフォーム２０は、底面の一定箇所に電気的に結合された上面の一定箇所において導電材料を備えている。このようにすると、電気フィードスルー２６をプラットフォーム２０の底部側の適切な箇所に配置する一方で、基板１２をプラットフォーム２０の上部側の適切な箇所に配置することができる。このようにして、基板１２は電気フィードスルー２６と電気的に結合される。
【００４４】
電気フィードスルー２６は、プラットフォーム２０および基板１２に直流信号およびラジオ周波数信号を供給する。これら信号の各々に関する望ましい作動パラメータは以下でより詳細に説明する。好ましくは、直流（ＤＣ）信号は直流電源装置６６により負電圧で生成され、ラジオ周波数信号はラジオ周波数送信機６４により所望の電力レベルで生成される。これら２種類の信号は好ましくは直流／ラジオ周波数ミクサ６８において混合され、ラジオ周波数平衡回路網７０を介して電気フィードスルー２６に送られ、ラジオ周波数平衡回路網７０は定常波反射電力を最小化することによって信号平衡化を行なう。ラジオ周波数平衡回路網７０は手動方式によって制御することが好ましい。
【００４５】
別の実施例では、プラットフォーム２０は、例えば駆動モータ２４、駆動アセンブリ２２などすべての支持器材、構造、装備を含めて除かれる。そのような場合、基板１２が電気フィードスルー２６と電気的に結合される。
【００４６】
図１のシステム１０における残余の装備および構成部品は、真空チャンバ１４内で所望の真空状態を創出、維持、制御するために用いられる。これは真空システムを用いることによって実現される。この真空システムは、最初に真空チャンバ１４内の圧力を下げるために用いられる荒引ポンプ４６および荒引バルブ４８を備えている。またこの真空システムは、フォアラインポンプ４０と、ファオアラインバルブ４４と、拡散ポンプ４２と、主バルブ５０とを備えている。ファオアラインバルブ４４を開くと、フォアラインポンプ４０が作用開始可能となる。拡散ポンプ４２を適切なレベルまで暖めるか加熱し、荒引バルブ４８を閉じることによって荒引ポンプ４６を止めた後、主バルブ５０が開かれる。これにより拡散ポンプ４２は、真空チャンバ１４内の圧力を所望のレベルよりもさらに低下させることができる。
【００４７】
その後、アルゴンなどのガス６０を真空チャンバ１４内に所望の速度で導入し、真空チャンバ１４内の圧力を所望の圧力またはある圧力範囲内に上昇させてもよい。ガス制御バルブにより、台板３２を通って真空チャンバ１４内に導入されるガス６０の流量が制御される。
【００４８】
本発明の教示に従い図５および６に関連して以下により詳細に説明するように、すべての作動パラメータおよび条件を設定すると、システム１０内でプラズマメッキが行なわれる。基板１２には、真空チャンバ１４内でのプラズマ形成によって、ベース層、移行層、作用層などを一層以上含む蒸着層によるプラズマメッキを行なってもよい。このプラズマは、真空チャンバ１４内に導入されたガス６０からの陽電荷イオンとともに、蒸発ないし気化したデポジタントからの陽電荷のデポジタントイオンを含むことが好ましい。前記プラズマ内、そして最終的にはデポジタント層の一部分としてアルゴンガスなどのガスイオンが存在しても、デポジタント層の特性は大きくは低下しないものと考えられる。真空チャンバ１４内への前記ガスの導入は、本発明の教示にもとづきプラズマが発生するよう真空チャンバ１４内を所望の圧力に制御する上でも有用である。別の実施例では、真空チャンバ１４内の前記圧力が真空システムによりもたらされ十分に維持されるような、ガスの存在しない環境においてプラズマメッキ処理が行われる。
【００４９】
真空チャンバ１４内でのプラズマ発生は、フィラメント１６およびフィラメント１８のようなフィラメント内でのデポジタントの加熱と、それぞれ所望の電圧および電力レベルによる直流信号およびラジオ周波数信号の印加とによる熱電子効果などさまざまな寄与因子の結果であると考えられる。
【００５０】
システム１０の真空システムは、拡散ポンプ、フォアラインポンプ、荒引ポンプ、クライオポンプ、ターボ形ポンプ、本発明の教示にもとづき動作可能または真空チャンバ１４内で圧力達成可能な他のポンプなどさまざまな真空システムのうちいずれを備えてもよい。
【００５１】
上記のように、この真空システムは、荒引ポンプ４６と、フォアラインポンプ４０とともに使用される拡散ポンプ４２とを備えている。荒引ポンプ４６は、荒引バルブ４８を介して真空チャンバ１４とつながっている。荒引バルブ４８を開くと、荒引ポンプ４６を用いて最初に真空チャンバ１４内の圧力を低下させることができる。真空チャンバ１４内で所望の、より低い圧力が達成されると、荒引バルブ４８が閉じられる。荒引ポンプ４６は、台板３２を貫通する孔ないし開口を介して真空チャンバ１４とつながっている。荒引ポンプ４６は機械式ポンプとして設けることが好ましい。図１に示すシステム１０の真空システムの好適な実施例では、本実施例の真空システムは、フォアラインバルブ４４を介して拡散ポンプ４２に結合されたフォアラインポンプ４０を備えている。フォアラインポンプ４０は、拡散ポンプ４２と組み合わせて使用する機械式ポンプとして使用してもよく、それにより荒引ポンプ４６を用いて実現したよりもさらに低いレベルまで真空チャンバ１４内の圧力を低下させるようになっている。
【００５２】
荒引ポンプ４６が真空チャンバ１４内の圧力を下げた後、ヒータを用いるとともに冷却のため冷却用の水または他の物質を必要とする拡散ポンプ４２は、主バルブ５０と、図１において主バルブ５０の上方かつプラットフォーム２０の下方の破線で示すように台板３２を貫通するさまざまな孔ないし開口とを介して真空チャンバ１４と連絡する。拡散ポンプ４２が加熱され作動可能になると、主バルブ５０が開かれ、フォアラインポンプ４４と組み合わせた拡散ポンプ４２の作用により真空チャンバ１４内の圧力をさらに引き下げることができる。例えば、真空チャンバ１４内の圧力を４ミリトル未満にすることが可能である。バックスパッタリング処理中、真空チャンバ１４内の圧力は100ミリトル以下20ミリトルまでのレベルに下げることができる。好ましくは、バックスパッタリング処理中の真空チャンバ１４内の圧力は50ミリトル以下30ミリトルまでのレベルである。プラズマメッキ処理中のシステム１０の正常動作中は、前記真空システムにより真空チャンバ１４内の圧力を４ミリトル以下0.1ミリトルまでのレベルに下げることが可能である。プラズマメッキ処理中、前記真空システムを用いて真空チャンバ１４内の圧力を1.5ミリトル以下0.5ミリトルまでのレベルに下げることが好ましい。
【００５３】
図２は、ターンテーブル２０として使用されたプラットフォームの一実施例を示す、プラズマメッキ用システムの真空チャンバの平面図である。ターンテーブル２０は、基板１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、および１２ｄをターンテーブル２０の表面上に対称的に配置した状態で図示されている。ターンテーブル２０は時計回りまたは反時計回りのいずれかに回転することができる。基板１２ａから１２ｄは事実上、入手可能な任意の材料でよく、図２には、各基板の平面図が円形となるような丸い円筒形の構成部品として示されている。
【００５４】
フィラメント電力制御モジュール３４は、第１組のフィラメント９４および９６と第２組のフィラメント９０および９２とに電気的に接続されている。それらの電気的接続は図２に完全には示されていないが、フィラメント電力制御モジュール３４が第１組のフィラメント９４および９６または第２組のフィラメント９０および９２に電流を供給可能であることが理解されるべきである。このようにして、前記蒸着層はベース層および作用層など２層の副層を備えることができる。ベース層は第１組のフィラメント９４および９６に設けたデポジタントによって最初に付与されることが好ましく、一方、作用層は、第２組のフィラメント９０および９２に設けたデポジタントを用いて基板１２ａから１２ｄのベース層上に蒸着される。
【００５５】
図２における基板の配置は、ターンテーブル２０の中央に近いほうの内向きの表面とターンテーブル２０の外縁に近いほうの外向きの表面とを備えた基板の配列として説明できる。例えば、基板１２ａから１２ｄの配列の内向きの表面は、フィラメント９２およびフィラメント９６の近傍を回転するにつれて当然異なる時間にフィラメント９２およびフィラメント９６に向けられる。同様に、基板１２ａから１２ｄの外向きの表面は、フィラメント９０および９４の近傍を回転するにつれてフィラメント９０および９４に向けられる。
【００５６】
上記のように、フィラメント電力制御モジュール３４は直流や交流など事実上いかなる形態でも電流を供給することができるが、電流を交流として供給することが好ましい。
【００５７】
動作中、ターンテーブル２０は例えば時計方向に回転し、基板１２ｂが前記フィラメントの近傍ないし中を通過した後、それらフィラメントの近傍ないし中を通過する次の基板は１２ｃなどになる。ある例では、第１組のフィラメント９４および９６にはニッケル（またはチタン）などのデポジタントが装着され、第２組のフィラメントには銀・パラジウム金属合金などのデポジタントが装着される。ここでは、２回のショットによる付着および２層の蒸着層の例が示されている。
【００５８】
本明細書を通じて説明しているように、真空チャンバ内におけるすべての作動パラメータが設定された後、フィラメント電力制御モジュール３４は第１組のフィラメント９４および９６に交流電流を通電ないし供給し、それにより真空チャンバ内でニッケルが蒸発ないし気化してアルゴンガスなどのガスとともにプラズマを生成するようになっている。このプラズマ内の陽電荷のニッケルイオンと陽電荷のアルゴンイオンとは、陰電位にある基板１２ａから１２ｄに引きつけられる。一般的に、基板が回転する際に基板が第１組のフィラメント９０および９２に近いほど、より多くの材料が蒸着される。ターンテーブルは回転しているので、均一ないしより平坦な層がさまざまな基板に付着する。
【００５９】
第１のプラズマが基板１２ａから１２ｄの配列上にメッキされて基板上にデポジタント層のベース層が形成された後、フィラメント電力制御モジュール３４が通電されて第２組のフィラメント９０および９２に十分な大きさの電流が供給される。同様に、アルゴンイオンと銀／パラジウムイオンとの間にプラズマが形成され、回転している基板に作用層が形成される。
【００６０】
ベース層が付着する第１のショットの間、基板１２ａから１２ｄの外向きの表面はフィラメント９４に配置されたニッケルデポジタントによりまずコーティングされる。同様に、それら基板の内向きの表面はフィラメント９６に配置されたニッケルデポジタントによりコーティングされる。同じ関係が、銀／パラジウムが基板上にプラズマメッキされ蒸着層を形成する第２のショットにも当てはまる。
【００６１】
図３は、本発明の一実施例により基板１２をプラズマメッキするためのフィラメント１００の周囲におけるプラズマの形成および散乱を示す側面図である。フィラメント１００はタングステンワイヤバスケットなどのワイヤバスケットとして使用され、フィラメント１００内に配置されるとともにフィラメント１００に機械的に支持されたデポジタント１０２とともに図示されている。フィラメント電力制御モジュール３４がフィラメント１００に十分な電流を供給すると、デポジタント１０２は溶融または気化してプラズマ１０４が生成される。当然ながら、プラズマメッキが起こるようなプラズマ状態を実現するためには、本発明のすべての作動パラメータが存在していなければならない。
【００６２】
陰電位で供給される基板１２はプラズマ１０４の陽イオンを引きつけ蒸着層を形成する。図示のように、プラズマ１０４の散乱パターンにより、プラズマ１０４の陽イオンの大部分がフィラメント１００およびデポジタント１０２の近傍ないしもっとも近い側に引きつけられる。基板１２の最上面に接触するプラズマ１０４によって示されるように、回り込みが発生することになる。同様に、プラズマ１０４の陽イオンには、プラットフォームまたはターンテーブルに引き寄せられるものがある場合がある。図示のように、本発明は、前記デポジタントからのイオンの大部分を蒸着層の形成に用いることにより蒸着層の作成に関する問題を効率的に解決することができる。
【００６３】
図４は、ベース層１１０と、移行層１１２と、作用層１１４とを含む基板１２の蒸着層を示す断面図である。この蒸着層を形成するさまざまな層の厚さは基板１２の寸法との比例関係から大きく外れていることをはじめに留意すべきである。しかし、この蒸着層のさまざまな副層ないし層の相対的な厚さは、本発明の一実施例に従って相互に比例している。
【００６４】
一般的に、本発明の教示にかかる基板上の蒸着層全体の厚さはおおむね５００〜２０，０００オングストロームの範囲にあると考えられる。ある好適な実施例では、蒸着層の全体的な厚さは３，０００〜１０，０００オングストロームの範囲にあると考えられる。本発明は、ベース層１１０、移行層１１２、作用層１１４などすべての副層を含む蒸着層の厚さの繰返し精度および制御性をすぐれたものにすることができる。本発明は、層の厚さをおよそ５００オングストロームの精度で制御できるものと考えられる。また本発明を用いると１層ないし任意の複数層の副層を備えた蒸着層を形成可能であることに言及すべきである。
【００６５】
前記蒸着層の厚さは通常、プラズマメッキされた基板の意図された用途の性質にもとづいて決定される。これには、多くの他の変数や因子の中でも、作業環境の温度、圧力、湿度などの変数が含まれる場合がある。各層に関する望ましい金属またはデポジタントの種類の選択も、プラズマメッキされた基板の意図された用途の性質に大きく依存する。
【００６６】
例えば、本発明によれば、構成部品のかじり、かみ合いないし絡み合いが防止されるかまたは大幅に抑えられる。かじりには、螺子表面などの２つの表面がともに荷重を受けた際によく発生する係合した構成部品の焼付きが含まれる。かじりは構成部品の破砕や破損を招くことがあり、それらは多くの場合、深刻な損害をもたらす。プラズマメッキを用いると、１以上の接触面をメッキすることによって、かじりを防止ないし抑えることができる。
【００６７】
この有益な効果を実現するため、さまざまなデポジタントを使用することができる。しかし、ニッケルまたはチタンのベース層と銀／パラジウム金属合金の作用層とを１以上の接触面上に蒸着するプラズマメッキ処理によってかじりを抑えることが好ましいと考えられる。華氏６５０度を超えるような高温の用途に関しては、ニッケルまたはチタンのベース層と金の作用層とを蒸着するプラズマメッキ処理によってかじりを抑えることが好ましいと考えられる。
【００６８】
かじりを抑えるためにクロムはうまく作用しないことが実験から分かっているが、これにはクロムをベース層、移行層、作用層のいずれかとして蒸着する場合が含まれる。クロムは、プラズマメッキ処理中に制御することがより困難なデポジタントになりうると考えられる。
【００６９】
非核用途におけるバルブステムなどのバルブ部品をメッキするためプラズマメッキを利用することもでき、それらの部品は、チタンのベース層、金の移行層、およびインジウムの作用層を用いてプラズマメッキすることが好ましい。原子力プラント用などの核用途においては、インジウムは放射性同位元素を吸収しすぎると考えられるため好適なプラズマメッキデポジタントではない。それよりも、核用途におけるバルブステムは、ニッケルのベース層と銀／パラジウム金属合金の作用層とを用いてプラズマメッキすることが好ましい。
【００７０】
図４に示すように、作用層１４は、対応する移行層１１２およびベース層１１０よりも相当程度厚くして設けるのが普通である。また基板１２の上面のコーティングは、基板１２の中心ないし中央ないしその付近において薄くなるものとして図示されていることに留意すべきである。この効果は、プラズマメッキ処理中にフィラメントがどのように配置されるかによっている。例えば、フィラメントが図２および３に示すものと同様に配置される場合、基板１２の中央ないし中心部は蒸着層の側部よりも全体的断面が概して薄くなる。
【００７１】
本明細書ではさまざまな範囲の厚さについて論じてきたが、本発明は蒸着層の最大厚さに限定されないものであることが理解されるべきである。蒸着層の厚さ、特に作用層１１４の厚さは、通常、プラズマメッキされた基板１２が導入される作業環境に応じて事実上任意の所望の厚さとすることができる。作用層１１４の下のベース層１１０、移行層１１２および他の層は、対応する作用層１１４の厚さよりも相当薄くして設けることが好ましい。例えば、ベース層１１０および移行層１１２は５００〜７５０オングストロームの範囲の厚さで設け、作用層１１４は事実上任意の厚さ、例えば１８，０００オングストロームで設けることが可能である。
【００７２】
図５は、本発明の一実施例にかかるプラズマメッキ方法５００のフローチャートである。この方法５００は、ブロック５０２で始まり、ブロック５０４へ進む。ブロック５０４において、プラズマメッキされる材料または基板の処理準備がなされる。これには、異物、汚染物質、および油の除去のための基板洗浄が含まれる。鋼構造物塗装審議会(Steel Structures Painting Council (SSPC))によって規定されているものなどさまざまな既知の洗浄処理を任意に利用することができる。例えば、ＳＳＰＣ−５規格を用いて基板をホワイトメタル状態まで洗浄してもよい。同様に、ＳＳＰＣ−１０規格を用いてもよい。好ましくは、基板にブラストをかけるのがよい（例えば、異物や汚染物質をさらに確実に除去するためのビードブラスティングなど）。基板の表面に酸化層が存在してもよいことに留意すべきである。本発明によれば、酸化層が存在していても、基板表面上に蒸着層をプラズマメッキし、すぐれた付着性と機械的特性とを得ることができる。
【００７３】
方法５００は、次にブロック５０６へ進み、プラズマメッキシステムの前提条件が設定される。これにはプラズマメッキ用システムの構成に応じて、さまざまな項目のいずれかが含まれる。拡散ポンプを真空システムの一部分として用いる場合、冷却水の利用可能性などの項目を設定する必要がある。同様に、プラズマメッキ用システムに関係するさまざまな装備、弁、および機構を操作するための潤滑油および水の適切な利用可能性を設定する必要がある。アルゴンガスなどのガスの適切な供給は、ブロック５１０に進む前のこの時点で確認および検査すべきである。
【００７４】
拡散ポンプが真空システムの一部分として用いられると仮定すると、ブロック５１０で拡散ポンプの操作準備が行なわれる。これには、フォアラインバルブの開弁と、拡散ポンプと組み合わせて使用されるフォアライン真空ポンプの始動とが含まれてもよい。フォアラインの真空が得られると、拡散ポンプのヒータに通電がなされる。これにより拡散ポンプが作動する。
【００７５】
方法５００は、次にブロック５１２へ進み、真空チャンバが準備される。これには真空チャンバ内での基板の位置決めなどのいくつかの処理が含まれる。通常これは基板を真空チャンバ１４内のプラットフォームまたはターンテーブル上の所定の位置に位置決めないし配置することによって行なわれる。真空チャンバの内容に接近する前に、真空チャンバの密閉を解く必要があり、ベルジャーまたは外部部材をその台板から持ち上げることが好ましい。基板をプラットフォーム上に位置決めすると、フィラメントを基板の配置に対して位置決めすることができる。
【００７６】
フィラメントの位置決めにはいくつかの技術が必要であり、フィラメントに供給すべきデポジタントの量および種類、基板に対する距離だけでなく他のフィラメントに対する距離などの変数が含まれる。一般的にフィラメントは、フィラメントの中心線またはデポジタントから基板の最も近い点までで測定した距離で、基板から0.254ｃｍ（0.1インチ）ないし15.24ｃｍ(６インチ)離して配置される。しかし好ましくは、デポジタントが蒸着層のベース層または移行層となる場合、フィラメントまたはデポジタントと基板との距離は、6.985ｃｍ（2.75インチ）ないし8.255ｃｍ(3.25インチ)の間のいずれかである。同様に、デポジタントが、基板に蒸着される蒸着層の作用層となる場合、フィラメントまたはデポジタントと基板との距離は、5.08ｃｍ（２インチ）ないし6.35ｃｍ(2.5インチ)の間で与えられることが好ましい。
【００７７】
プラズマメッキ処理において複数のデポジタントまたは複数回のショットが用いられる場合、第２デポジタントを保持するフィラメントに対する第１デポジタントを保持するフィラメントの配置、そしてフィラメントの相互と基板とに対する各々の位置を考慮する必要がある。一般に、蒸着層のベース層、移行層、または作用層となるデポジタントを有する第１フィラメントから第２フィラメントの距離は、0.254ｃｍ（0.1インチ）ないし15.24ｃｍ(６インチ)の間のいずれかとすべきである。
【００７８】
ベース層となるデポジタントを有するフィラメント間の間隔は一般に、０．２５４ｃｍ(０．１インチ)乃至１５．２４ｃｍ(６インチ)の間で与えられる。この距離は、7.62ｃｍ（３インチ）ないし10.16ｃｍ(４インチ)の間にあることが好ましい。前記フィラメントの間隔に関する情報は、フィラメントに設けられたデポジタントが蒸着層の移行層となる場合にも当てはまる。同様に、蒸着層の作用層となるデポジタントを有するフィラメント間の間隔は一般に、0.254ｃｍ（0.1インチ）ないし15.24ｃｍ(６インチ)の間とすべきであるが、好ましくは、6.35ｃｍ（2.5インチ）ないし7.62ｃｍ（３インチ）の間である。
【００７９】
ブロック５１２のチャンバの準備は、プラズマメッキされるプラットフォーム上の基板の配列の配置を考慮に入れる必要がある。例えば、散乱パターンにより基板配列の内向き表面をデポジタントの到達範囲にするように真空チャンバ内で位置決めされるフィラメントは、外向き表面の配列を到達範囲とするように真空チャンバ内で位置決めされるフィラメントと比較した場合、20ないし80パーセント質量または重量が小さいデポジタントを必要とする。内向きと外向きの基準はプラットフォームまたはターンテーブルに対するものであり、内向きとはプラットフォームまたはターンテーブルの中心に近い方の表面を指す。これは、一般的にはプラズマの陽イオンを引きつける力のために、基板配列の内向き表面に対するプラズマメッキ処理の効率が、基板配列の外向き表面に対するものよりも高いためである。これにより、内向き表面および外向き表面上の蒸着層の厚さがより均一になる。このような場合、好ましくはデポジタントの重量または質量は、そのようなフィラメント位置の間で変える必要がる。一般に、これら２つの位置の間の質量または重量の変化は、20ないし80パーセント異なるものであってよい。好ましくは、内向き表面を覆うフィラメント内のデポジタントの質量または重量は、外向き表面を覆うフィラメントのデポジタントよりも40ないし50パーセント小さい。フィラメントに配置されるデポジタントの量は、蒸着層およびその副層の所望の厚さに対応するものである。これは、より詳細に説明されたものであり、図３に関連してより詳細に説明される。
【００８０】
フィラメントの種類は、プラズマ生成中のデポジタントの溶融ないし蒸発によりもたらされる散乱パターンに影響を及ぼす。本発明では、さまざまなフィラメントの種類、形状、および構成のうちいずれを用いてもよい。例えば、フィラメントは、タングステンバスケット、ボート、コイル、るつぼ、レイガン、電子ビーム銃、ヒートガン、または真空チャンバ内に設けられた支持構造のような他の構造として設けてもよい。フィラメントは一般に、フィラメントを流れる電流の印加により加熱される。しかし、本発明では、フィラメント内でデポジタントを加熱する任意の方法または手段を用いることができる。
【００８１】
真空チャンバの準備には、１個以上のフィラメント内にデポジタントを配置することも含まれる。本発明は、プラズマを生成するように本発明の条件およびパラメータの下で蒸発可能な事実上任意の材料の使用を予期している。例えば、前記デポジタントは、金属合金、金、チタン、クロム、ニッケル、銀、スズ、インジウム、鉛、銅、パラジウム、銀／パラジウム、さまざまな他の金属など事実上任意の金属を含むことが可能である。同様に、前記デポジタントは、カーボン、非金属、セラミック、金属炭化物、金属硝酸塩、さまざまな他の材料など他のいかなる材料を含んでいてもよい。これらデポジタントは一般に、ペレット、顆粒、粒子、粉体、線材、リボン、またはストリップの形状で供給される。フィラメントが適正に位置決めされ装着されると、真空チャンバが閉じられ密閉される。これには、真空チャンバのベル部分をその台板とともに密閉することが含まれてもよい。
【００８２】
方法５００は、次にブロック５１４へ進み、真空チャンバ内で真空状態を確立開始する準備が行なわれる。図１に示すシステム１０のような実施例では、荒引ポンプが始動して真空チャンバ内の真空排気を開始し、真空チャンバ内の圧力を十分なレベルまで下げることによって、別のポンプが引き継いで真空チャンバ内の圧力をさらに下げられるようにする。ある実施例では、荒引ポンプは始動可能な機械式ポンプであり、荒引バルブを開くと真空チャンバと連絡することが可能である。荒引ポンプがその所望の作用を達成して真空チャンバ内の圧力を所望ないし所期のレベルまで下げると、荒引バルブが閉じられる。この時点で、方法５００はブロック５１６に移行する。
【００８３】
ブロック５１６では、別の真空ポンプを用いて真空チャンバ内の圧力をさらに低下させる。例えば、ある実施例では、拡散ポンプ／フォアラインポンプを利用して真空チャンバ内の圧力をさらに低下させる。図１に示すような本発明の実施例では、これはメインバルブを開き、機械式フォアラインポンプに支援された拡散ポンプに真空チャンバ内の圧力をさらに下げさせることによって実施される。
【００８４】
一般に、真空チャンバ内の圧力は４ミリトル以下のレベルまで下げられる。好ましくは、真空チャンバ内の圧力は1.5ミリトル以下のレベルまで下げられる。方法５００のブロック５１８に関連して以下に説明するバックスパッタリングを行なう場合、真空チャンバ内の圧力は100ミリトル以下、一般には20ミリトルないし100ミリトルの範囲のレベルまで下げられる。バックスパッタリングを行なうある好適な実施例では、真空チャンバ内の圧力は50ミリトル以下のレベル、一般には20ミリトルないし50ミリトルのレベルに下げられる。
【００８５】
次にブロック５１８に進み、バックスパッタリング処理を行なって基板をさらに洗浄、準備してもよい。しかしそのような処理は必須ではないことを理解すべきである。バックスパッタリング処理は図６に関連して以下さらに詳細に説明する。バックスパッタリング処理には、真空チャンバ内でのプラットフォームまたはターンテーブルの回転が含まれていてもよい。そのような場合、ターンテーブルは一般に毎分５回転ないし毎分30回転の速度で回転する。好ましくは、ターンテーブルは毎分12回転ないし毎分15回転の速度で回転する。このターンテーブルの動作は、本発明の教示にもとづいて蒸着層が基板上に形成される際にも利用することが好ましい。
【００８６】
方法５００は次にブロック５２０へ進み、作業真空が確立される。ブロック５１４およびブロック５１６に関連して前に述べたように、真空チャンバ内には真空状態がすでに確立されているが、真空チャンバ内の圧力をおおむね0.1ミリトルないし４ミリトルのレベルに上げるような流量で真空チャンバ内にガスを導入することによって、作業真空を確立することが可能である。好ましくは、このガスの導入を利用して、真空チャンバ内の圧力は0.5ミリトルないし1.5ミリトルのレベルに引き上げられる。これにより、デポジタントイオンのプラズマ内での衝突がなくなり、デポジタントの効率が向上するとともに、基板に清浄で付着性の高い蒸着層が付与される。真空チャンバ内に導入されるガスは、さまざまなガスのうちのいずれでもよいが、不活性ガス、希ガス、反応性ガスまたはアルゴン、キセノン、ラドン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、酸素、窒素、さまざまな他のガスなどのガスとして供給することが好ましい。このガスは不燃性ガスであることが望ましい。本発明はガスの導入を必要とせず、ガスの非存在下で実施可能であることを理解すべきである。
【００８７】
ブロック５２２では、前記システムのさまざまな作動パラメータおよび値が設定される。これには一般に、必要な場合、ターンテーブルの回転、直流信号の印加、およびラジオ周波数信号の印加が含まれる。前記プラットフォームがターンテーブルまたは他の回転装置を備えると仮定すると、ターンテーブルの回転はこの時点で設定することが好ましい。これは当然、ターンテーブルの回転がこれ以前に始まっていないこと、および任意のバックスパッタリングブロック５１８を仮定している。ターンテーブルの回転が設定されると、直流信号およびラジオ周波数信号が基板に印加される。基板に対する直流信号の印加は一般に、１ボルトないし5,000ボルトの電圧の大きさで（電圧振幅）行なわれる。この電圧の極性はマイナスであることが好ましいが、これは必ず必要というわけではない。ある好適な実施例では、基板に対する直流信号の印加は一般に、マイナス500ボルトないしマイナス750ボルトの電圧レベルで行なわれる。
【００８８】
基板に対するラジオ周波数信号の印加は一般に、１ワットないし50ワットの電力レベルで行なわれる。好ましくは、このラジオ周波数信号の電力レベルは、10ワットで、もしくは５ワットから15ワットの範囲で与えられる。このラジオ周波数信号の周波数は、一般に、キロヘルツレンジかメガヘルツレンジの産業用の所定の周波数で与えられる。好ましくは、このラジオ周波数信号は、13.56キロヘルツの周波数で与えられる。ラジオ周波数という用語は、本明細書を通じて、基板に対するラジオ周波数信号の生成および印加を説明するために用いてきたが、ラジオ周波数という用語は、およそ１０キロヘルツから１００，０００メガヘルツの周波数を有する信号という一般に理解されている定義に限定すべきでないことを理解すべきである。ラジオ周波数という用語には、真空チャンバ内でのプラズマの生成または励起に使用可能またはそれらを促進可能な周波数成分をもつどのような信号も含まれる。
【００８９】
ブロック５２２には、ミクサ回路を用い前記直流信号とラジオ周波数信号とを混合して混合信号を生成することも含まれるのが好ましい。これにより１つの信号のみが基板に印加される。これは一般に、前記真空チャンバの台板を貫通して延び、基板に電気的に結合されたプラットフォームの導電部と接触する電気フィードスルーを用いて行なわれる。ブロック５２２には、ラジオ周波数平衡回路網を使用して前記混合信号を平衡化することが含まれてもよい。好ましくは、この混合信号は、定常波反射電力を最小化することによって平衡化される。これは手動方式で制御することが好ましい。
【００９０】
前記ミクサ回路から見たアンテナまたは出力の出力特性または負荷特性が変化すると、ミクサまたはソースに戻る出力負荷により電気信号または波動が反射される際に問題が生じることがある。これらの問題には、ラジオ周波数送信機に対するダメージと、十分なプラズマを生成してプラズマメッキ処理に好結果をもたらすための基板および真空チャンバに対する電力伝達の減少とが含まれることがある。
【００９１】
この問題は、ある実施例ではその抵抗、インダクタンス、およびキャパシタンスを含むインピーダンスを調整して反射波の存在を調和ないし低下させることが可能なラジオ周波数平衡回路網を備えることによって軽減ないし解決することができる。前記出力負荷またはアンテナのインピーダンスおよび電気的特性は、プラズマの存在および／または欠如やプラットフォーム上の基板の形状および性質などによって影響を受ける。プラズマメッキ処理中のそのような変化のため、処理中にラジオ周波数平衡回路網を調整し、定常波反射電力を最小化、言い換えれば、定常波比のラジオ周波数送信機に対する戻りを防止ないし低下させることが必要となる場合がある。これらの調整は、プラズマメッキ処理中に操作員が手動で実施することが好ましい。他の実施例では、ラジオ周波数平衡回路網は自動的に調整される。しかしながら、この自動調整が出力負荷の変化を過度に補償したり追跡が不十分になったりしないように注意する必要がある。
【００９２】
方法５００は次にブロック５２４に進み、デポジタントを溶融ないし蒸発させてプラズマを発生させる。本発明により与えられた条件でプラズマを発生させると、プラズマメッキにより基板の表面上に蒸着層が形成される。蒸着層は平均10eVないし90eVの中位のエネルギー準位で形成されるものと考えられる。
【００９３】
デポジタントは一般に、デポジタントの周囲のフィラメントに電流を流すことにより蒸発ないし気化する。ある好適な実施例では、デポジタント内により均一な熱分布を実現するため、デポジタントは緩やかないし徐々に加熱される。これによりプラズマの生成が改善される。前記電流は、デポジタントを溶融させる熱をフィラメントに発生させるのに十分な交流電流または他の電流として供給することができる。他の実施例では、デポジタントと化学的に接触する作動物質の導入によりデポジタントを加熱してもよい。さらに他の実施例では、電磁エネルギーまたはマイクロ波エネルギーを利用してデポジタントを加熱してもよい。
【００９４】
真空チャンバ内の前記条件は、プラズマ形成にとって適切なものである。前記プラズマには一般的に、アルゴンイオンなどのガスイオンと、金、ニッケル、またはパラジウムイオンなどのデポジタントイオンとが含まれる。これらガスイオンおよびデポジタントイオンは一般的に、１個以上の電子の欠如により陽イオンとして与えられる。プラズマの生成は、ラジオ周波数信号の導入と、デポジタントの加熱による熱電子現象とにより促進されるものと考えられる。場合によっては、陰電荷イオンを含むプラズマを発生させることができると予想される。
【００９５】
前記直流信号により基板に確立された陰電位は、前記プラズマの陽イオンを引きつける。繰り返しになるが、これには第一にデポジタントイオンが含まれ、方法５００において前もって導入されたガスからのアルゴンガスイオンなどのガスイオンが含まれる。アルゴンイオンなどのガスイオンが含まれることは、蒸着層の材料または機械的特性を劣化させるものとは考えられない。
【００９６】
これまでのいくつかの文献が示唆するところでは、前記プラズマのイオンが基板に引き寄せられて蒸着層を形成する際の経路に影響を与えるため基板またはその近傍に磁石を導入することが望ましいとされていることに留意すべきである。実験的証拠が示唆するところでは、そのような磁石の導入は実際には望ましいものでなく、好ましくない効果をもたらしたということである。磁石の存在は、蒸着厚さの不均一をもたらすとともに、前記処理の制御性、繰返し精度および確実性の喪失ないし大幅な阻害をもたらす可能性がある。
【００９７】
蒸着層が複数の副層を備えるように設計する場合は必ず、ブロック５２４において複数回のショットを行なう必要がある。これは、一旦ベース層デポジタントをそれらのフィラメントの加熱により溶融させ、移行層デポジタント（または付着すべき次の層のデポジタント）をそれらのフィラメントにおける熱の導入により加熱溶融させるということを意味する。このようにして、任意の数の副層を蒸着層に加えることができる。連続するデポジタント副層を形成する前に、先行する層を完全ないしほぼ完全に形成しておくべきである。方法５００にはこのように、真空チャンバ内で真空を解除したり再確立したりする必要なしに複数の副層により蒸着層を形成できるという大きな利点がある。これにより、プラズマメッキにかかる全体的な時間と費用を大幅に削減することができる。
【００９８】
方法５００は、次にブロック５２６へ進み、処理またはシステムが停止される。図１に示すシステムの実施例では、主バルブを閉じ、真空チャンバの通気弁を開いて真空チャンバ内の圧力を均等化する。その後、真空チャンバを開放し、基板を直ちに取り出すことができる。これは、方法５００ではプラズマメッキ処理中に基板に過度の熱が発生しないからである。このことは、基板および蒸着層の素材または機械的構造が極端な温度によって悪影響を受けないので大きな利点となる。この後、プラズマメッキされた基板を必要に応じて使用することができる。これら基板の温度は一般に華氏125度以下なので、熱防護なしに即座に基板を扱うことができる。
【００９９】
方法５００には不要な副産物が発生しないという別の利点もあり、環境面の心配がない。さらに、方法５００は、金や銀などの高価ないし貴重な金属が効率的に利用され、かつ無駄にならないような、デポジタントを効率よく利用する効率的な方法である。さらに、本発明は高エネルギー蒸着技術を用いていないので、基板に冶金学的または機械的な悪影響が及ぶことがない。これは、本発明の蒸着層は基板内に深く埋め込まれることはないが、それでもこの蒸着層がすぐれた付着性、機械的特性、および材料特性を示すという事実によるものと考えられる。ブロック５２８で基板が取り出された後、方法５００はブロック５３０で終了する。
【０１００】
図６は、本発明の一実施例にかかる、本発明の前記システムおよび方法を用いたバックスパッタリングの方法６００のフローチャートである。上記のように、プラズマメッキにより基板上に蒸着層を形成する前に基板をさらに洗浄するため、バックスパッタリングを行なってもよい。バックスパッタリングは一般に、汚染物質および異物を除去するものである。これにより、さらに清浄な基板が得られ、その結果、より強固かつ均一な蒸着層が得られる。方法６００はブロック６０２から開始され、ブロック６０４へ進んで、真空チャンバ内で所望の圧力を維持または創出する流量でガスが真空チャンバ内に導入される。これは、図５に関連してブロック５２０で前に説明したものと同様である。一般に、真空チャンバ内の圧力は、１００ミリトル以下のレベル、例えば２０ミリトル〜１００ミリトルの範囲とすべきである。好ましくは、前記圧力は３０ミリトル〜５０ミリトルのレベルで与えられる。
【０１０１】
方法６００は、次にブロック６０６へ進み、適用可能な場合、プラットフォームまたはターンテーブルの回転が設定される。上記のように、ターンテーブルの回転は毎分５回転ないし毎分30回転の速度とすることができるが、毎分12回転ないし毎分15回転の速度とすることが好ましい。
【０１０２】
次にブロック６０８へ進むと、直流信号が設定され、基板に印加される。この直流信号は一般に１ボルト〜４，０００ボルトの大きさ（振幅）で与えられる。好ましくは、この直流信号はマイナス１００ボルト〜マイナス２５０ボルトの電圧で与えられる。
【０１０３】
ブロック６０８には、基板に印加されるラジオ周波数信号の発生も含まれる。このラジオ周波数信号は一般に、１ワットないし５０ワットの電力レベルで与えられる。好ましくは、このラジオ周波数信号は10ワット、もしくは５から１５ワットの電力レベルで与えられる。前記直流信号とラジオ周波数信号とは混合および平衡化し、混合信号として基板に印加するのが好ましい。その結果、ブロック６０４で導入されたガスからプラズマが生じる。このガスは一般に、アルゴンなどの不活性ガスないし希ガスである。プラズマの組成には、このガスからの陽イオンも含まれる。これらプラズマの陽イオンは、基板に対し引き寄せられるとともに加速するが、この基板は陰電位を帯びて供給されることが好ましい。この結果、基板から汚染物質が擦り取られたり取り除かれたりする。汚染物質や異物が基板から除去されると、それらは前記拡散ポンプのような真空ポンプの動作によって真空チャンバから吸い出される。
【０１０４】
次にブロック６１０へ進み、おおむね３０秒ないし１分の間、前記バックスパッタリング処理を継続する。基板の状態および清浄度によって、バックスパッタリング処理をより長時間またはより短時間継続させてもよい。一般に、バックスパッタリング処理は、バックスパッタリング処理によってもたらされるキャパシタンス放電が実質的に完了するか大幅に低下するまで継続することができる。これは、基板の汚染物質からの容量放電と同時に起こる火花または光のバーストを観察することによって視覚的に観測することが可能である。これはアーキングと呼ばれることもある。
【０１０５】
このバックスパッタリング処理中は、前記直流信号を制御しなければならない。これは、通常は直流電源装置の手動調整によって行なわれる。好ましくは、この直流信号の電圧は、直流電源装置に過負荷をかけることなく電圧を最大化することができるレベルで与えられる。バックスパッタリング処理が継続するにつれて、バックスパッタリング処理中に生じるプラズマの変化のため直流電源装置内の電流が変動する。このため、バックスパッタリング処理中に前記直流信号の電圧レベルを調整することが必要となる。
【０１０６】
方法６００は、次にブロック６１２へ進み、前記直流信号およびラジオ周波数信号が除かれガスが遮断される。方法６００は、次にブロック６１４へ進み、この方法は終了する。
【０１０７】
図７は、本発明の一実施例にかかるコンフィギュラブル真空システムで使用するための真空チャンバ７００の正面図である。真空チャンバ７００は、真空チャンバ７００の主開口に蝶番式に開閉自在に装着された真空チャンバドア７０２と、真空チャンバ７００を支持するように配置された脚部７１０および脚部７０８とを備えた円筒型真空チャンバとして図示されている。真空チャンバドア７０２と真空チャンバ７００の主開口との蝶番式に開閉自在の結合ないし接続は蝶番７１２によって示されている。真空チャンバ７００は、例えば金属、鋼、複合材料などのさまざまな材料のいずれによって作製してもよい。レール７０４およびレール７０６が、真空チャンバ７００の容器（ボリューム）内に図示され、真空チャンバ７００の内壁に装着または結合されたものとして示されている。これらのレールは、一方の側のレール７０４と他方の側のレール７０６とを用いるか、またはそれらに支持されて、真空チャンバ７００の容器内に摺動または転がりによって入り込むことが可能な真空テーブルアセンブリを支持するために用いられる。
【０１０８】
真空テーブルアセンブリのさまざまなコネクタと結合させるため、真空チャンバ７００の内側には、さまざまな種類のコネクタを設けてもよい。これらのコネクタにより、前記メッキ処理中で真空チャンバ７００内が真空状態であるときに、例えば電力（または電流）、電気信号および機械動力を真空テーブルアセンブリに与えることができる。これらの接続は、真空テーブルアセンブリが真空チャンバ７００の容器内に配置される際に自動的に実施することができる。このため、さまざまなメッキまたはコーティングの工程が効率的かつ迅速に実施可能になることにより、メッキ処理の全体的な生産性が大幅に向上することになる。
【０１０９】
例えば図１に関連してこれまでに述べたように、プラズマメッキ処理中に、デポジタントを有する真空テーブルアセンブリのさまざまなフィラメントに対し前記接続により電流を供給し、デポジタントが処理中に加熱され気化されるようにしてもよい。この電流は、図１に示すように、フィラメント電力制御モジュールに発生および供給させることができる。同様に、真空テーブルアセンブリが基板における回転運動などの機械的エネルギーを必要としている場合、接続により外部から真空チャンバ内にそのような機械動力を供給し、必要な回転をさせることができる。図１に示すような電気フィードスルー２６により供給され、これまでに説明したような電気信号を真空テーブルアセンブリが必要とする場合、接続および導体をそのような経路とすることが可能である。真空チャンバ７００が電力、電気信号、および機械動力のインタフェースまたはコネクタとなることにより、そのような力や信号の外部ソースを外部ソースから蒸着処理中の真空チャンバ７００の容器内に提供することができる。
【０１１０】
そのようなコネクタまたはカプリングの例が、真空チャンバ７００内に示されている。フィラメント電力コネクタ７１４は、真空チャンバ７００の底部寄りに示されており、図７に示すフィラメント電力接点パッド７１６など複数の接点パッドと電気的に結合する複数の導電体を供えている。フィラメント電力コネクタ７１４の複数の接点パッドの各々は、真空テーブルアセンブリが真空チャンバ７００内に挿入される際に真空テーブルアセンブリの対応する接点パッドと自動的に結合することが好ましい。それにより、さまざまなフィラメント、好ましくはそれらフィラメントを機械的に支持するとともに真空テーブルアセンブリ上の多数の装置のいずれにも配置可能なフィラメント電力導電体に電力を送ることができる。真空チャンバ７００の内部後方には、電気フィードスルーコネクタ７１８が機械駆動コネクタ７２０とともに図示されている。
【０１１１】
真空テーブルアセンブリは、真空チャンバ７００内へ摺動または嵌入する際、好ましくは対応する適合コネクタを備えたこれらのコネクタと自動的に結合する対応するコネクタを備えている。機械駆動コネクタ７２０は真空テーブルアセンブリの機械式駆動装置またはドライブシャフトに機械的な回転エネルギーを与える。電気フィードスルーコネクタ７１８は、図１に関連して示した電気フィードスルー２６と同様の電気フィードスルーとの電気的結合を行なう。最終的には、これにより、メッキ処理中に真空状態が真空チャンバ７００内に存在している間に真空テーブルアセンブリに直流／ラジオ周波数信号などの電気信号を供給できるように導電経路が形成される。例えば、この電気信号は直流／ラジオ周波数信号であってもよく、これは、実施されるコーティングまたはメッキ処理がプラズマメッキである場合に、最終的に基板に供給される。
【０１１２】
図８は、本発明の一実施例による真空テーブルアセンブリ７３２において使用可能な支持フレーム７３０の底面図である。支持フレーム７３０は、事実上任意の利用可能な構造および配置で設けることが可能である。例えば、支持フレーム７３０は水平部材および垂直部材の双方を含むユニストラット（圧縮材）を用いて構成してもよい。第１平行側部７３４には、ホイールまたはローラ７３８のような１個以上のホイールを取り付けてもよい。同様に、第２平行側部は、図８に示すように複数のホイールまたはローラを備えてもよい。これらのホイールまたはローラは、真空テーブルアセンブリ７３２の真空チャンバ７００内への配置、摺動、または転がりを補助するものである。例えば、第１平行側部７３４および第２平行側部７３６のローラまたはホイールは、真空チャンバ７００のレール７０４およびレール７０６にそれぞれ設けてもよい。これは、メッキ処理の大きな助けとなる。
【０１１３】
図９は、図８に示したような支持フレーム７３０に、支持フレーム７３０に対し結合または位置決めされたフィラメント電力コネクタ７４０を加えた底面図である。真空テーブルアセンブリ７３２が真空チャンバ７００内にホイールの回転または摺動によって進入すると、フィラメント電力コネクタ７４０が、図７に示すようなフィラメント電力コネクタ７１４と自動的に結合することが好ましい。同様に、２つのフィラメント電力制御コネクタ７４０および７１４のさまざまな接点はすべて適合形状ないし対になっている。これは、ある好適な実施例では、フィラメント電力接点パッド７４２や図７に示すフィラメント接点パッド７１６のようなばね荷重された接点パッドを用いて実現される。
【０１１４】
図１０は、本発明の一実施例にもとづき、図８に示したような支持フレーム７３０に、支持フレーム７３０に結合された機械式駆動装置７５０と、支持フレームに結合されるかまたは支持フレーム上または近傍に位置決めされた電気フィードスルー７６０とを加えた底面図である。フィラメント電力コネクタ７４０は、図９では図示したが、図１０では、真空テーブルアセンブリ７３２の説明および理解を簡略にするため図示しない。
【０１１５】
機械式駆動装置７５０に焦点を合わせると、一端に機械式駆動装置コネクタ７５２が図示されている。これは、真空テーブルアセンブリ７３２が真空チャンバ７００内に位置決めされる際に真空チャンバ７００の対応する機械式駆動装置コネクタ７２０と結合するものである。機械式駆動装置７５０は支持フレーム７３０の横材７５８および横材７８０に取り付けられたシャフトとして示されている。機械式駆動装置７５０は支持フレーム７３０のほぼ中央に配置されたものとして示されているが、他の実施例では、一方の側または他方の側にずらしてもよい。機械式駆動装置７５０は、機械式駆動装置コネクタ７５２において回転性の機械的エネルギーを受け取り、それにより機械式駆動装置７５０のシャフトが回転する。この回転エネルギーはギアボックス７５４を回転させ、ギアボックス７５４は、機械式駆動装置７５０の回転エネルギーを、図１０では図示されないプラットフォームの回転を駆動できる第２回転エネルギーに変換する。前記プラットフォームまたはターンテーブルは、支持フレーム７３０の他方側または上部に取り付けることが好ましい。メッキされるべき基板は一般にプラットフォーム上に配置される。ギアボックス７５４は、ベルト駆動や直結駆動などの駆動アセンブリを用いてプラットフォームの底部と結合してもよい。
【０１１６】
機械式駆動装置７５０には歯車７５６を設けてもよく、機械式駆動装置７５０の回転が歯車７５６を回転させるようになっている。別の実施例では、歯車７５６は、ローラとして使用されたプラットフォームをベルトを用いて駆動するプーリとして使用してもよい。これは以下においてより詳細に説明する。歯車７５６は、ギアボックス７５４と同様に、プラットフォームに回転エネルギーを与え、それにより基板が必要に応じ回転するようになっている。
【０１１７】
電気フィードスルー７６０に焦点を合わせると、横材７５８に電気フィードスルーコネクタ７６２が示されている。電気フィードスルーコネクタ７６２は、真空チャンバ７００の電気フィードスルーコネクタ７１８と自動的に結合することが好ましい。電気フィードスルー７６０は電気経路ないし導電経路となり、それにより直流／ラジオ周波数信号などの電気信号が最終的には基板に供給され、プラズマメッキが行なわれる場合などにメッキ処理が促進される。電気フィードスルー７６０の第２端部７６４はブラシやばね荷重されたローラのような整流子を備えてもよく、その結果、メッキされている基板に対する電気的経路が与えられる。この整流子は、ばね荷重されたローラが使用される場合などに、基板が回転しているときに基板と直接接触してもよく、またはターンテーブルや導電板などのプラットフォームと電気的に接触して、メッキ中の基板に対する電気的経路を形成し、電気信号を必要に応じ基板に供給できるようにしてもよい。
【０１１８】
図１１は、真空テーブルアセンブリ７３２の支持フレーム７３０と２つの支持部材８０２および８０４との間の絶縁面の配置の平面図である。支持フレーム７３０はこの図では見えていない。絶縁面８００は、マイカータなど事実上任意の既知あるいは利用可能な材料を用いて構成することができる。フィラメントロッド、棒材または導電体を絶縁面８００を貫通して取り付け、さまざまなフィラメントを必要に応じて絶縁面８００の上部に配置できるように、絶縁面８００はある程度の剛性をもつとともに機械的支持が可能であることが好ましい。絶縁面８００は、その表面を貫通して設けられた開口８０６とともに図示されている。必要に応じさまざまな開口ないし孔のうち任意のものを絶縁面８００を貫通して設けることができることに留意すべきである。これにより、機械的および電気的なフィードスルーを絶縁面８００の底から絶縁面８００の上面まで設けることができる。例えば、機械式駆動装置７５０および電気フィードスルー７６０は、最終的には絶縁面８００の開口を貫通して設けられる。
【０１１９】
さまざまなプラットフォームのうち任意のものを真空テーブルアセンブリ７３２の上部に装着できるように、支持部材８０２および支持部材８０４を用いて支持構造が形成される。ある実施例では、支持部材８０２および８０４は、絶縁面８００の底部側の支持フレーム７３０に結合された金属ユニストラット部材として使用される。このユニストラットは有益な融通性を備えており、ターンテーブル、ローラ、導電プレートなどさまざまなプラットフォームを真空テーブルアセンブリ７３２に結合することができる。
【０１２０】
絶縁面８００の底部側はさまざまな導電経路ないし導線のいずれかを備えることが好ましく、それによりフィラメント電力コネクタ７１４のフィラメント電力接点パッドがそのような導線ないし経路を介して絶縁面８００上の所望の箇所と結合される。さらに絶縁面８００には孔ないし開口が設けられ、フィラメント導電体がフィラメント電力コネクタ７１４に電気的に結合されたまま、そのような孔を貫通して設けられるようになっている。これにより、フィラメントを絶縁面８００の上面上に必要に応じて事実上どこにでも配置することができる。
【０１２１】
図１２Ａおよび図１２Ｂはフィラメント８２０を示す真空テーブルアセンブリ７３２の平面図および側面図であり、フィラメント８２０は第１フィラメント導電体８２２と第２フィラメント導電体８２４とによって機械的に支持されている。第１フィラメント導電体８２２および第２フィラメント導電体８２４は、上記のようにフィラメント電力コネクタ７４０の所望のパッドに戻る電気的経路となる。
【０１２２】
プラットフォーム８３０は、支持部材８０４および８０２と、テーブルまたはプラットフォーム８３０の下の基部に結合されたベルト８３２を用い絶縁面８００の開口を通して機械式駆動装置７５０のギアボックス７５４により駆動されるベルトとを用いて取り付けられるものとして示されている。プラットフォーム８３０の上面には、基板をコーティングのため配置することができる。電気フィードスルー７６０の第２端部７６４には、絶縁面８００を貫通して図１２Ａでは示されていない整流子が設けられ、この整流子がプラットフォーム８３０の底部と接触して、プラットフォーム８３０の上面への、したがってコーティングすべき基板への電気的経路を形成するようになっている。
【０１２３】
図１２Ｂは、図１２Ａにおいて真空チャンバ７００の容器内に真空テーブルアセンブリ７３２を設けた側面図を概略的に示す。整流子８４０は、電気フィードスルー７６０と結合され、かつプラットフォーム８３０の底面と電気的に結合されて示されている。また図示のように、真空チャンバ７００の容器内に真空テーブルアセンブリ７３２が設けられているので、さまざまな機械的および電気的接続は相互に関連するように図示されている。
【０１２４】
図１３は、プラットフォーム８３０を複式ローラアセンブリとして使用した真空テーブルアセンブリ７３２の平面図である。この構成により、２個の長円筒形の基板を同時に回転させ、メッキすることができる。歯車７５６は、歯車８５４に結合されたベルト８５０を介して中央部ローラ８５２を駆動する。この回転により、例えば、２つの原子炉容器ヘッドスタッドを並べて配置し回転させることができる。ばね荷重されたローラ、整流子などの整流子８８０は、原子炉容器ヘッドスタッドなどの基板の各々と接触し、それにより電気信号を必要に応じ基板に供給できるようになっている。このことは、さまざまな、種類の異なるプラットフォームが使用可能であることを示しており、それにより支持部材８０４および８０２の融通性が例証される。
【０１２５】
図１４Ａおよび図１４Ｂは、プラットフォーム８３０を単一ローラアセンブリとして使用した真空テーブルアセンブリ７３２の平面図および側面図である。これは図１３とは異なり、所定の時間に円筒状の基板を１つだけ供給可能なので単一ローラアセンブリと呼称される。図１４Ａは、基板が回転している際にその各端部にローラが２個だけ配置されることを除いて図１３と同様である。
【０１２６】
図１４Ｂは、プラットフォーム８３０が基板９００のいずれかの端部における前記ローラとともに設けられることを除いて図１２Ｂと同様の側面図である。基板９００は原子炉容器ヘッドスタッドとして設け、回転とともにコーティングすることができる。デポジタントはフィラメント８２０内に設けられ、メッキ処理中に気化する。
【０１２７】
図１５Ａおよび図１５Ｂは、プラットフォームを導電プレート９０２として使用した真空テーブルアセンブリ７３２の平面図および側面図である。図１５Ａでは、図１３に関連して図示し、これまでに説明したように、導電プレート９０２が複式ローラアセンブリの上に設けられる。ある好適な実施例では、山形鉄部材９２０および山形鉄部材９２２が図示のようにローラを横切って配置される。これにより、プレート９０２に関する機械的な安定性および支持が付加される。
【０１２８】
図１５Ｂは、基板９００が導電プレート９０２の表面上に示されていることを除いて図１５Ａに示したものの側面図を示している。導電プレート９０２は、整流子または直接結線８８０によって電気フィードスルー７６０と電気的に結合される。
【０１２９】
図１６は、運搬車９６０上に載置され、この運搬車により真空チャンバ７００まで搬送されるものとして示される真空テーブルアセンブリ７３２を備えたコンフィギュラブル真空システム１０００の側面図であり、真空テーブルアセンブリ７３２が真空チャンバ７００内に摺動または転がりによって進入すると、真空テーブルアセンブリ７３２のさまざまな接続部が自動的に接続されるようになっている。メッキ処理またはデポジタント処理を制御し、真空チャンバ７００に対する機械的および電気的入力を制御するための制御キャビネット９６２が図示されている。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
このように、本発明により、上記で述べた利点のうち一つ以上を満たすコンフィギュラブル真空システムおよび方法が提供されたことは明らかである。上記好適な実施例を詳細に説明してきたが、上記で明らかにした利点のすべて、一つ、または幾つかが存していないとしても、本発明の範囲から外れることなく種々の変更、代用、および修正をなしうることを理解すべきである。例えば、特定の蒸着技術用途においては、機械式駆動装置、電気フィードスルー、フィラメント電力コネクタのうち１つ以上を必要としなくてもよい。別の例として、機械式駆動装置およびフィラメント電力コネクタは例えば、相互に真空テーブルアセンブリの支持体と直接、もしくは中間継手または取付け台を介して結合可能である。本発明は、さまざまな材料および構成のいずれかを用いて実施することができる。例えば、本発明ではさまざまな真空ポンプシステム、設備、および技術のいずれを用いることも可能である。これらは、本発明において企図されかつその範囲に含まれるコンフィギュラブル真空システムおよび方法の他の配置または構成の例のうちの少数に過ぎない。
【０１３１】
本発明において離散的または別個のものとして説明および図示したさまざまな構成部品、設備、物質、要素、および処理は、本発明の範囲から外れることなく他の要素および処理と組み合わせるか、または一体化してもよい。例えば、機械式駆動装置と電気フィードスルーとは１つの構造により構成可能であると考えられる。変更、代用、および修正の他の例は当業者により容易に確かめられるものであり、それらは本発明の精神および範囲から外れることなく実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】材料をメッキするために使用できる本発明の一実施例によるプラズマメッキ用システムを示す概略図である。
【図２】プラズマメッキ用システムの真空チャンバの平面図であり、ターンテーブルとして用いられたプラットフォームの一実施例を示している。
【図３】本発明の一実施例により基板をプラズマメッキするためのフィラメントの周囲におけるプラズマの形成および散乱を示す側面図である。
【図４】ベース層と、移行層と、作用層とを含む蒸着層を示す断面図である。
【図５】本発明の一実施例よるプラズマメッキ方法を示すフローチャートである。
【図６】本発明の一実施例よる本発明の前記システムを用いたバックスパッタリングの方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明の一実施例よるコンフギュラブル真空システムで使用するための真空チャンバの正面図である。
【図８】本発明の一実施例による真空テーブルアセンブリの支持フレームの底面図である。
【図９】前記支持フレームに結合されたフィラメント電力コネクタを加えた図８に示した前記支持フレームの底面図である。
【図１０】本発明の一実施例による前記支持フレームに結合された機械式駆動装置と前記支持フレームに結合された電気フィードスルーとを加えた図８に示した前記支持フレームの底面図である。
【図１１】図示されているように、本発明の一実施例による前記真空テーブルアセンブリの前記支持フレームと２つの支持部材との間に配置された絶縁面の平面図である。
【図１２Ａ】プラットフォームがターンテーブルとして使用されると共にフィラメントが所望の位置に配置された前記真空テーブルアセンブリの平面図と側面図である。
【図１２Ｂ】プラットフォームがターンテーブルとして使用されると共にフィラメントが所望の位置に配置された前記真空テーブルアセンブリの平面図と側面図である。
【図１３】プラットフォームを複式ローラアセンブリとして使用した前記真空テーブルアセンブリの平面図および側面図である。
【図１４Ａ】プラットフォームを単一ローラアセンブリとして使用した前記真空テーブルアセンブリの平面図および側面図である。
【図１４Ｂ】プラットフォームを単一ローラアセンブリとして使用した前記真空テーブルアセンブリの平面図および側面図である。
【図１５Ａ】プラットフォームを導電プレートとして使用した前記真空テーブルアセンブリの平面図および側面図である。
【図１５Ｂ】プラットフォームを導電プレートとして使用した前記真空テーブルアセンブリの平面図および側面図である。
【図１６】運搬車を用いて前記真空テーブルアセンブリが前記真空チャンバ内に装入されつつある前記コンフィギュラブル真空システムの側面図である。
【符号の説明】
【０１３３】
１２  基板
１４  真空チャンバ
２０  ターンテーブル
８４０  整流子
【図１】
2005344212.tif 000003
【図２】
2005344212.tif 000004
【図３】
2005344212.tif 000005
【図４】
2005344212.tif 000006
【図５】
2005344212.tif 000007
【図６】
2005344212.tif 000008
【図７】
2005344212.tif 000009
【図８】
2005344212.tif 000010
【図９】
2005344212.tif 000011
【図１０】
2005344212.tif 000012
【図１１】
2005344212.tif 000013
【図１２Ａ】
2005344212.tif 000014
【図１２Ｂ】
2005344212.tif 000015
【図１３】
2005344212.tif 000016
【図１４Ａ】
2005344212.tif 000017
【図１４Ｂ】
2005344212.tif 000018
【図１５Ａ】
2005344212.tif 000019
【図１５Ｂ】
2005344212.tif 000020
【図１６】
2005344212.tif 000021