(57)【要約】  本発明は、金属ストリップの洗浄及びコーティングのための方法及び装置であって、金属ストリップが、蒸着チャンバに接続された洗浄チャンバ内で洗浄され、洗浄チャンバ内の真空圧力が０．０１〜１００ｍｂａｒに維持され、蒸着チャンバ内の真空圧力が０．０１〜１０ｍｂａｒに維持される方法及び装置に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ストリップを洗浄及びコーティングする方法であって、
以下の工程：
コーティングを実施する前に、前記金属ストリップを洗浄する工程、
気化チャンバ内で材料を加熱することによりコーティング用蒸気を発生させる工程、
前記気化チャンバに接続された蒸気分配部により蒸着チャンバ内の前記コーティング用蒸気を前記金属ストリップに適用する工程
を含み、
前記コーティングが、加熱されたエンクロージャ内で実施され、
前記金属ストリップが、前記蒸着チャンバに接続された洗浄チャンバ内で洗浄され、
前記洗浄チャンバ内の圧力が、０．０１〜１００ｍｂａｒの範囲に維持され、
前記蒸着チャンバ内の圧力が、０．０１〜１０ｍｂａｒの範囲に維持される、前記方法。
【請求項２】
前記金属ストリップが、プラズマ洗浄技術を使用して洗浄される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記金属ストリップが前記蒸着チャンバ内に進入する前に、前記金属ストリップの洗浄から生じる残渣が除去されるようにガス流が維持される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記洗浄チャンバと前記蒸着チャンバとの間のガスベアリングロックを使用することにより前記ガス流が維持される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記洗浄チャンバと前記蒸着チャンバとの間に中間チャンバが設けられており、前記中間チャンバには、前記中間チャンバを前記洗浄チャンバ及び前記蒸着チャンバに接続するガスベアリングロックが設けられている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記金属ストリップが、前記蒸着チャンバ内に進入する前に機械的に洗浄される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記金属ストリップが、前記中間チャンバ内の加圧ガス流にさらされる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記金属ストリップが、前記コーティングの実施前に活性化される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
金属ストリップを洗浄及びコーティングする装置であって、
蒸着チャンバと、
前記装置に対する前記金属ストリップの進入及び退出のための入口部及び出口部に位置するエアロックと、
金属を加熱してコーティング用蒸気を発生させるための気化チャンバと、
前記コーティング用蒸気を前記金属ストリップに向けるための１つ以上のオリフィスを有する蒸気分配部と、
前記蒸気分配部に接続する空間を少なくとも部分的に包囲するフードであって、コーティング対象である前記金属ストリップに向けられた開いた側部を有するフードと、
前記フードを加熱するための加熱手段と、
前記気化チャンバを前記蒸着チャンバ内の前記蒸気分配部に接続するための接続手段と、
を備え、
前記装置が、前記金属ストリップを洗浄するためのプラズマ洗浄部を有する洗浄チャンバを備え、
前記洗浄チャンバが、コーティング用蒸気が前記金属ストリップに適用される前記蒸着チャンバに接続されている、前記装置。
【請求項１０】
前記洗浄チャンバには、前記洗浄チャンバを通り抜けるガス流であって、真空圧力を０．０１〜１００ｍｂａｒに維持するガス流を提供する手段が設けられている、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記洗浄チャンバと前記蒸着チャンバとの間の接続部がエアロックを有する、請求項９又は１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記洗浄チャンバと前記蒸着チャンバとの間の接続部が、対向する側にエアロックが設けられた中間チャンバを備える、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記エアロックの少なくとも１つが、少なくとも１つのガス透過可能なベアリング面を有するとともに、ガス供給手段と、ガスポンプ手段に接続された１つ以上の溝とを有するガスベアリングロックである、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
少なくとも前記洗浄チャンバの側に位置する前記ガスベアリングロックには、ガス透過可能な面よりも前に位置する１つ以上の溝が設けられている、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記溝及び前記ガス透過可能なベアリング面が、溝及びベアリング面の対向するペアで設けられている、請求項１３又は１４に記載の装置。
【請求項１６】
加圧ガス供給部が設けられており、前記金属ストリップの表面に加圧ガス流を案内する手段が前記中間チャンバ内に設けられている、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
プラズマ活性化部が中間チャンバ又は蒸着チャンバ内に設けられている、請求項９〜１６のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属ストリップの洗浄及びコーティングのための装置であって、洗浄がプラズマ処理プロセスによって実施され、コーティングが真空蒸着プロセスによって実施される装置に関する。真空蒸着には、物理蒸着（ＰＶＤ）及び化学蒸着（ＣＶＤ）が含まれ、ＰＶＤという用語は、本明細書を通じて使用されるが、適用可能な場合にはＰＶＤ及びＣＶＤの両方を意味することが意図されている。
【背景技術】
【０００２】
ＰＶＤを使用して産業規模で鋼ストリップ等の金属基材にコーティングを実施する上で重要な問題は、ＰＶＤプロセスで要求される真空を維持すること及びストリップにコーティングが実施される蒸着チャンバを出来るだけコンタミネーションがない状態に維持することである。蒸着チャンバのコンタミネーションは、コーティング用蒸気が金属ストリップではなくチャンバの壁部に蒸着することにより生じ得る。コンタミネーションの別の形態は、金属ストリップの洗浄から生じる残渣である。
【０００３】
連続ＰＶＤコーティング装置には、装置に対する金属ストリップの搬入及び搬出のための、エアロックを備えた入出口部が設けられている。ＰＶＤコーティング装置を高い費用対効果で操作するために、そのプロセスは、出来るだけ連続プロセスで操作されるべきである。このための必要条件は、コンタミネーションのレベル及びそれに伴うメンテナンス停止頻度を絶対最小値に維持することである。
【０００４】
電子ビーム又はマグネトロンスパッタリング等の公知のＰＶＤコーティング技術は、６０〜９５％の蒸気収率（vapour yield）を有し、ここで、蒸気収率は、金属ストリップに蒸着された蒸気の、産生された合計蒸気に対する比である。これは、これらの技術を使用する場合、５〜４０％の蒸気が蒸着チャンバをコンタミネーションし、コーティングプロセスを度々、そして、かなりの時間、中断させるため、蒸着チャンバの定期的な洗浄が要求されることを意味する。
【０００５】
ＥＰ０９０９３４２には、亜鉛でコーティングされた鋼ストリップをほぼ１００％の蒸気収率で製造する方法が開示されている。これは、単独で既に９９％以上の蒸気収率を実現することができる蒸気分配部（a vapour distribution section）を、加熱されたチャネルと組み合わせるとともに、従来のＰＶＤコーティングプロセスで使用される圧力（１０−４ｍｂａｒオーダー以下）と比較して増加した蒸着チャンバ内の圧力を使用することにより実現される。加熱されたチャネルの壁部の温度は、材料の蒸気圧及びチャネル内の圧力と関連する。加熱されたチャネルの使用は、コーティング用材料が壁部に蒸着せずにストリップに向け直され、金属ストリップに対して蒸着される第２又は第３又は第４の機会が与えられる。
【０００６】
蒸気分配部は、ＥＰ１９０２１５２及び"Jet vapor deposition a novel vacuum coating technique with superior properties", B. Schmitz, Revue de Metallurgie, Vol. 97, Nr. 7/8, p.971-978, 2000に開示されている。
【０００７】
加熱されたチャネルの使用は、従来の圧力よりも約三桁高い、増加した圧力でのＰＶＤコーティングプロセスの操作も可能にする。そのような高い圧力の利点は、金属ストリップの入口部及び出口部に位置する従来のエアロック部の数を、多数のセクションにより減少させることができることである。多数のセクションを有するエアロックは、ＥＰ１６２７０９６に開示されている。
【０００８】
金属ストリップは、コーティング蒸着プロセスの前に洗浄及び活性化される必要がある。この洗浄は、プラズマスパッタリング技術、例えば、マグネトロンスパッタリング等の技術を使用して、非常に高い頻度で実施される。適用可能な別の洗浄方法は、ＷＯ２００８０７４３１２に開示されているような電気アーク放電装置の使用を伴う。ＷＯ２０１２０９１４０９には、先進高強度鋼（advance high strength steels）の洗浄及びコーティングが開示されており、その方法では、そのような鋼にコーティングを実施する前に、鋼の表面に存在する酸化物がプラズマ、プラズマアーク及び／又はレーザー洗浄を使用して除去される。
【０００９】
しかしながら、これら全ての洗浄方法は、スパッタリングされた層に由来する残渣が不可避的に蒸着チャンバにコンタミネーションするという主要な問題を伴う。鋼ストリップ上の酸化物層は、１〜５０ナノメートルの厚みを有し得る。幾つかの場合、特に先進高強度鋼及び超高強度鋼の場合、酸化物層は、数十〜数百ナノメートルになり得る。
【００１０】
そのような量の残渣は、蒸着チャンバのコンタミネーションを生じ、蒸着分配ボックス及び加熱されたチャネルの組み合わせを使用して得られる全ての利点を完全に排除する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の１つの目的は、金属ストリップの洗浄及びコーティングのための方法及び装置であって、コンタミネーションが可能な限り防止される方法及び装置を提供することである。
【００１２】
本発明の別の目的は、金属ストリップの洗浄及びコーティングのための方法及び装置であって、コーティング蒸着及びコーティング特性に影響するような洗浄プロセスの残渣が蒸着チャンバに進入することが可能な限り防止される方法及び装置を提供することである。
【００１３】
本発明の別の目的は、金属ストリップの洗浄及びコーティングのための方法及び装置であって、洗浄プロセスの残渣が装置から除去される方法及び装置を提供することである。
【００１４】
本発明の別の目的は、金属ストリップの洗浄及びコーティングのための方法及び装置であって、金属ストリップの洗浄のための圧力が、従来のＰＶＤプロセスよりも高い方法及び装置を提供することである。
【００１５】
本発明の別の目的は、金属ストリップの洗浄及びコーティングのための方法及び装置であって、洗浄プロセス及びコーティングプロセスの圧力が、同一の桁数である又は１桁を超えて相違しない方法及び装置を提供することである。
【００１６】
本発明の別の目的は、金属ストリップの洗浄及びコーティングのための方法及び装置であって、金属ストリップのＰＶＤコーティングプロセスの実施を、従来のＰＶＤコーティングプロセスと比較して低減したコストで可能とする方法及び装置を提供することである。
【００１７】
本発明のさらに別の目的は、従来の蒸着チャンバ圧力で製造されたＺｎ系コーティング鋼ストリップ製品と比較して優れた接着結合特性を有するＺｎ系コーティング鋼ストリップ製品を提供することである。
【００１８】
本発明のさらに別の目的は、従来の蒸着チャンバ圧力で製造されたＺｎ−Ｍｇ系コーティング鋼ストリップ製品と比較して優れた接着結合特性を有するＺｎ−Ｍｇ系コーティング鋼ストリップ製品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の第一の態様によれば、本発明の１つ以上の目的が、金属ストリップを洗浄及びコーティングする方法であって、
以下の工程：
コーティングを実施する前に、金属ストリップを洗浄する工程、
気化チャンバ（vapour chamber）内で材料を加熱することによりコーティング用蒸気を発生させる工程、
気化チャンバに接続された蒸気分配部（vapour distribution section）により蒸着チャンバ（deposition chamber）内のコーティング用蒸気を金属ストリップに適用する工程
を含み、
コーティングが、加熱エンクロージャ内で実施され、
金属ストリップが、蒸着チャンバに接続された洗浄チャンバ内で洗浄され、
洗浄チャンバ内の圧力が、０．０１〜１００ｍｂａｒの範囲に維持され、
蒸着チャンバ内の圧力が、０．０１〜１０ｍｂａｒの範囲に維持される方法により実現される。
【００２０】
金属ストリップの洗浄及び金属ストリップのコーティングが別々のチャンバ内で実施されることの実現は、コーティングチャンバのコンタミネーションを最小限に維持することに寄与する。
【００２１】
本発明の方法のさらなる利点は、洗浄チャンバ及びコーティングチャンバに関して、低真空〜中真空を使用することにより得られ、低真空〜中真空は、典型的にはＰＶＤを使用した金属コーティングに適用される１０−４ｍｂａｒの桁数の高真空よりも容易に実現することができるとともに容易に維持することができる。さらに、洗浄チャンバ及び蒸着チャンバ内の圧力は、洗浄チャンバから蒸着チャンバへの通路に関してエアロックの必要性がない又は限定された必要性しかないという利点を有する同一の桁数のものであり得る。
【００２２】
本発明のさらなる態様によれば、金属ストリップが、プラズマ洗浄技術を使用して洗浄されることが提供される。そのようなプラズマ洗浄は、例えば、マグネトロンスパッタリング装置、電気アーク放電装置又は誘電体バリア放電装置を使用して実施することができる。後者の２種の装置は、マグネトロンスパッタリングよりも高い圧力で使用することができるため、後者の２種の装置のうちの１種が本発明の方法において使用されることが好ましい。電気アーク放電装置を使用した洗浄は、ＷＯ２００８０７４３１２に開示されている。これらの装置は、大気圧で使用することもできるが、典型的には大気圧に関連する蒸気生産性の不利益を回避するために、これらを真空で使用することが好ましい。
【００２３】
本発明によれば、金属ストリップが蒸着チャンバ内に進入する前に、金属ストリップの洗浄から生じる残渣が除去されるようにガス流が維持されることがさらに提供される。ガス流は、プラズマ洗浄に悪影響を及ぼさないように、一定の限度未満に維持される。中真空〜低真空で動作する洗浄装置を使用する場合、真空を維持することと同時に、洗浄チャンバを通り抜けるガス流を提供し、洗浄操作から生じた残渣を除去することができる。この目的のために、洗浄チャンバには、ガス供給手段に接続されたガス注入口が設けられている一方、真空ポンプ手段が、供給されたガスの除去を管理（take care）する。この点に関して、「ガス」は、例えば、乾燥空気、窒素又はアルゴン、あるいは、金属ストリップの表面に影響を及ぼさないその他の好適なガスを意味する。
【００２４】
好ましくは、ガスベアリングロック（gas bearing lock）は、洗浄チャンバと蒸着チャンバとの間で使用される。ガスベアリングロックを設けることの利点は、ガスベアリングロックと金属ストリップとの間に直接的な接触がないことである。さらに、ガスベアリングロックの要求圧力及び動作原理は、洗浄操作から生じた残渣の除去を向上させるガス流を生成する。ガスベアリングロックは、当業界で公知であり、例えば、ＷＯ２００７／０１６６８８を参照のこと。そのようなガスベアリングロックは、必要であれば、洗浄チャンバと蒸着チャンバとの真空圧力の差を容易に維持できることをさらに実現する。
【００２５】
本発明のさらなる態様によれば、洗浄チャンバと蒸着チャンバとの間に中間チャンバが設けられており、中間チャンバには、中間チャンバを洗浄チャンバ及び蒸着チャンバに接続するガスベアリングロックが設けられている。両側にガスベアリングロックを有する中間チャンバを使用することにより、洗浄操作から生じる残渣を除去するために使用されるとともに、これらの残渣のいずれかが蒸着チャンバに進入することを防止する、独立したチャンバが得られる。さらに、中間チャンバ内の圧力は、洗浄チャンバとコーティングチャンバとの間における任意の圧力差に調節することができる。中間チャンバのサイズは、洗浄チャンバ及び／又は蒸着チャンバのサイズよりも遥かに小さくすることができ、これにより、中間チャンバ内の一定の圧力を容易に維持することが可能となる。さらに、残渣の除去が、比較的小さな中間チャンバを使用して容易に実現することができる。
【００２６】
本発明のさらなる態様によれば、本発明の方法は、金属ストリップが、蒸着チャンバ内に進入する前に機械的に洗浄されることを含む。機械的洗浄は、金属ストリップの表面をスクレイパー手段、ブラシ手段又はその他の機械的手段で処理することが意図される。機械的洗浄は、プラズマ洗浄工程の後に実施され、依然として金属ストリップの表面上に存在する又は金属ストリップの表面に付着する残渣を除去することを目的とする。
【００２７】
本発明のさらなる態様によれば、本発明の方法は、金属ストリップ上に依然として残留する残渣を、中間チャンバ内において金属ストリップを加圧ガス流にさらすことにより除去することを含む。そのような加圧ガス流は、金属ストリップ上に依然として存在する残渣を除去するのに効果的であるだけでなく、金属ストリップを効果的に冷却するために使用することもできる。これは、酸化物の厚い層がストリップから除去され、その結果としてストリップの温度がかなり増加した場合に、特に必要である。
【００２８】
機械的洗浄は、洗浄チャンバ内又は中間チャンバ内のいずれかで実施される。好ましくは、金属ストリップは、中間チャンバ内で機械的に洗浄され、これにより、ガスベアリングロックの真空ポンプシステムを使用して残渣を容易に除去することが可能となる。
【００２９】
本発明の方法は、金属ストリップが、コーティングの実施前に活性化されることをさらに提供する。金属ストリップの活性化は、実際には、金属ストリップの低強度のクリーニングである。そのような処理は、Ｚｎ−Ｍｇコーティング等の幾つかのＺｎ系コーティングに関して十分な結合特性を有する表面を提供するために必要である。金属ストリップの表面の活性化は、中間チャンバ内又は蒸着チャンバ内で実施することができる。活性化はほとんど残渣を生じさせない低強度の洗浄工程であるため、後者が許容される。活性化は、コーティングが金属ストリップに対して実施される位置の近くで実施されることが重要である。したがって、それは、活性化ステップが中間チャンバ内又は蒸着チャンバ内で実施される場合、中間チャンバ及び蒸着チャンバのディメンションに依存する。
【００３０】
本発明は、金属ストリップを洗浄及びコーティングする装置であって、
蒸着チャンバ（a deposition chamber）と、
装置に対する金属ストリップの進入及び退出のための入口部及び出口部（entry and exit sections）に位置するエアロック（air locks）と、
金属を加熱してコーティング用蒸気を発生させるための気化チャンバ（a vapour chamber）と、
コーティング用蒸気を金属ストリップに向けるための１つ以上のオリフィスを有する蒸気分配部（a vapour distribution section）と、
蒸気分配部に接続する空間を少なくとも部分的に包囲するフードであって、コーティング対象である金属ストリップに向けられた開いた側部（an open side directed at the metal strip）を有するフードと、
フードを加熱するための加熱手段と、
気化チャンバを蒸着チャンバ内の蒸気分配部に接続するための接続手段と、
を備え、
装置が、金属ストリップを洗浄するためのプラズマ洗浄部を有する洗浄チャンバを備え、
洗浄チャンバが、コーティング用蒸気が金属ストリップに適用される蒸着チャンバに接続されている装置をさらに提供する。
【００３１】
本発明のさらなる態様によれば、洗浄チャンバには、洗浄チャンバを通り抜けるガス流であって、圧力を０．０１〜１００ｍｂａｒの範囲、好ましくは０．１〜５０ｍｂａｒの範囲に維持するガス流を提供する手段が設けられている。この圧力範囲内での洗浄により、ガス流は、洗浄チャンバを通り抜けて、金属ストリップが蒸着チャンバに進入する前に金属ストリップの洗浄から生じた残渣を除去するように維持されることができる。同時に、高真空の目的のために特に設計されたポンプの必要性なしに、むしろ簡単に、所望の圧力を、特に、圧力範囲のうち高い部分内に維持することができる。この実施形態によれば、洗浄チャンバは、蒸着チャンバに直接接続され得る。両方のチャンバがほぼ同一の圧力で操作される場合、接続は、単純なスリット状の開口部であり得る。圧力の差がある場合、エアロック又はガスベアリングロックは、チャンバ間の圧力の平衡化を防止するために使用することができる。
【００３２】
本発明のさらなる実施形態は、洗浄チャンバと蒸着チャンバとの間の接続部が、対向する側（on opposite sides）にエアロックが設けられた中間チャンバを備えることを提供する。そのような中間チャンバを使用することにより、洗浄チャンバと蒸着チャンバとの間の圧力差を困難性なしに維持することができる。さらに、そのような中間チャンバを使用することにより、洗浄チャンバからのコンタミネーション（例えば、洗浄操作から生じた残渣等）のほとんどが蒸着チャンバに達することを防止することができる。
【００３３】
本発明のさらなる実施形態は、エアロックの少なくとも１つが、少なくとも１つのガス透過可能なベアリング面を有するとともに、ガス供給手段と、ガスポンプ手段に接続された１つ以上の溝とを有するガスベアリングロックであることを提供する。溝及びポンプ手段は、ベアリング部分からのガスが除去されること及び一定の圧力が維持されることを実現する。
【００３４】
中間チャンバの構成において、少なくとも洗浄チャンバの側に位置するガスベアリングロックには、ガス透過可能な面よりも前に位置する１つ以上の溝（one or more grooves preceding a gas permeable surface）が設けられている。ベアリング部分よりも前に位置する溝を使用することにより、洗浄操作から生じる残渣の少なくとも一部を、それが中間チャンバに進入する前に除去することができる。
【００３５】
さらなる態様によれば、溝及びガス透過可能なベアリング面が、溝及びベアリング面の対向するペア（opposite pairs of grooves and bearing surfaces）で設けられていることが提供される。そのようなガスベアリングロックの対向するベアリング部分（opposite bearing parts）からのガスを使用することにより、金属ストップは、両方のベアリング部分の表面からの距離に維持され、金属ストリップは、金属ストリップのいずれかの側がガスベアリングロックに接触することなく、ガスベアリングロックを通過する。
【００３６】
溝及びガス透過可能な面の対向するペアを有するガスベアリングの代わりに、ストリップの一方の側に位置するロールと、ストリップの他方の側に位置する多数の溝又は多数の溝及びガス透過可能な面とを有する構成を使用することも可能である。そのような構成は、中間チャンバと蒸着チャンバとの間において好適であり得、中間チャンバと蒸着チャンバとの間のいずれかの位置で可能性のあるいずれの残渣も既にストリップから除去されている。
【００３７】
本発明によれば、依然として金属ストリップ上に存在する又は金属ストリップに付着する残渣を機械的に除去するために、ブラシが、対向するガス透過可能な表面の連続する組（successive pairs）の間の、対向する溝の１つ以上のペアの位置に設けられている。
【００３８】
本発明のさらなる態様によれば、加圧ガス供給部が設けられており、金属ストリップの表面に加圧ガス流を案内する手段が中間チャンバ内に設けられている。そのような加圧ガス流は、金属ストリップ上に依然として存在する残渣を除去するのに効果的であるだけでなく、金属ストリップを効果的に冷却するために使用することもできる。これは、酸化物の厚い層がストリップから除去され、その結果としてストリップの温度がかなり増加した場合に、特に必要である。
【００３９】
加圧ガス流の供給部に続き、供給された加圧ガスを除去、又は、供給された加圧ガスを残渣とともに除去するために、少なくとも１つの排気チャネルが設けられている。
【００４０】
中間チャンバと蒸着チャンバとの間のガスベアリングロックは、中間チャンバ及び蒸着チャンバ内の圧力からの移行部（transition）である。同時に、洗浄操作からの残渣のいずれかが依然としてこの段階に達する場合には、蒸着チャンバに進入する前に除去される。この点において、標準的なエアロックを使用することもでき、中間チャンバと蒸着チャンバとの間に小さな圧力差しかない場合には、そうすることがより好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は、蒸着チャンバのコンタミネーションを蒸気収率及びコーティング厚みの関数として示す図である。
【図２】図２は、蒸着チャンバのコンタミネーションを酸化物層厚みの関数として示す図である。
【図３ａ】図３ａは、洗浄チャンバ及び蒸着チャンバの構成を模式的に示す図である。
【図３ｂ】図３ｂは、洗浄チャンバ、中間チャンバ及び蒸着チャンバの構成であって、中間チャンバの対向する側に異なるエアロックを有する構成を模式的に示す図である。
【図３ｃ】図３ｃは、洗浄チャンバ、中間チャンバ及び蒸着チャンバの構成であって、中間チャンバの対向する側にガスベアリングロックを有する構成を模式的に示す図である。
【図４】図４ａは、洗浄チャンバと蒸着チャンバとの間のガスベアリングロックを通る断面を模式的に示す図であり、図４ｂは、中間チャンバの対向するガスベアリングロックを通る断面を模式的に示す図であり、図４ｃは、中間チャンバ内のブラシを備えるガスベアリングロックを通る断面を模式的に示す図である。
【図５】図５は、洗浄チャンバ、中間チャンバ及び蒸着チャンバの構成であって、蒸着チャンバ内に金属ストリップを活性化する手段を有する構成を模式的に示す図である。
【図６】図６は、洗浄チャンバ、中間チャンバ及び蒸着チャンバの構成であって、ガスベアリングロック及び二重コーティングシステム（double coating system）を有する構成を模式的に示す図である。
【図７】図７は、洗浄チャンバ、中間チャンバ及び蒸着チャンバの構成であって、金属ストリップに対するコーティングが実施される空間を加熱する加熱手段が、蒸着チャンバの壁部に一体化されている構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
この実施例には、活性化され、洗浄されたストリップに対するエアベアリングの影響を調べるために実施された試験が記載される。この目的を達成するために、ストリップは最初に、２００ｋＪ／ｍ２の出力密度で作動するマグネトロンスパッタリングユニットを使用して、５・１０−４の作動圧力で、ロール・ツー・ロールバッチチャンバ（a roll to roll batch chamber）内で洗浄された。マグネトロンスパッタリングユニットは、ストリップを洗浄／活性化するために及び加熱するために使用された。洗浄及び活性化の観点から、＞４０ｋＪ／ｍ２の洗浄密度で十分である。洗浄の後、金属ストリップはコイル状に巻き取られ、チャンバ内の圧力は、アルゴン、窒素又は乾燥空気のいずれかを使用して、０．１〜５ｍｂａｒの範囲の圧力に増加される。ブースター及びルーツポンプは依然としてオンの状態で蒸着チャンバを通り抜けるガス流を最大化する。これは、コイルが解かれ、ストリップで跳ね返るガス原子を生じるこの増加した雰囲気中で一定期間移動しながら実施され、活性化されたストリップがガスベアリングロックを通過するとき、同じことが起こる。最後に、同じ雰囲気中で、３ミクロンの亜鉛及び亜鉛−マグネシウムコーティングがストリップに蒸着される。これらのサンプルの付着が、クラッシュ付着テスト（crash adhesion test）（ＢＭＷ  ＡＡ−Ｍ２２３）を使用してテストされる。結果は、洗浄／活性化された鋼ストリップを、５・１０−４ｍｂａｒでスパッタリングし、この圧力で直接コーティングした後に製造されたサンプルの付着テストと比較される。結果は、マグネシウムを含有するコーティングに関しては、付着が悪化し、許容可能な付着が実現できないことを示す。亜鉛を含有するコーティングに関しては、全てのテストサンプルにおいて、付着が問題なく、ガス原子との接触は、亜鉛コーティングの付着挙動を変化させない。
【００４３】
【表１】
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【００４４】
図１において、蒸着チャンバのコンタミネーションが、蒸気収率及びコーティング厚の関数として示される。コーティングのコンタミネーションは、生成した蒸気の質量流量、キャンペーン長（campaign length）及び蒸気収率に比例する。図１の等高線図は、０〜２．５ミクロンの範囲で変化する亜鉛コーティングにより両側がコーティングされている１．０ｍ幅のストリップが１２０ｍ／分で走行すると仮定して計算されている。さらに、蒸気収率が９９〜１００％の範囲のどこかに位置すると仮定されている。蒸着チャンバのコンタミネーションは、リットル／週で示される。等高線図は、設備を連続操作又は半連続操作に適するものとする低いコンタミネーション値を得るために、蒸気収率が非常に高くなければならないことを明確に示す。
【００４５】
本発明の方法の１つの利点は、蒸気分配ボックス（vapour distribution box）の適用であり、それにより９９％以上の蒸気収率を実現することができ、それを加熱チャネルの使用によりさらに向上させている。そのようなチャネルにより、最初はストリップから跳ね返った金属コーティング原子に、金属ストリップ上に凝結する第二のチャンスが与えられる。用語「加熱チャネル（heat channel）」は、用語「フード（hood）」、「加熱フード（heated hood）」及び「加熱ボックス（heat box）」と互換可能に使用され、これらは全て、蒸気分配部と、コーティング対象である金属ストリップとを接続する空間を形成するエンベロープ（envelop）を意味する。そのようなエンベロープにより、蒸気分配部からの蒸気流は、ストリップ表面に直接向く流れ方向に高度に制限される。金属ストリップの両側がコーティングされる場合、金属ストリップの片側の「フード」は、金属ストリップのための入出口スリットを備えるボックスを形成するように接続されることが好ましい。
【００４６】
図２において、蒸着チャンバのコンタミネーションが、適当な金属コーティング付着のためにエッチング除去される必要がある酸化物層厚みの関数として示される。金属ストリップ上の酸化物層は、低合金鋼に関して１〜５０ｎｍの範囲の厚みを有し得る。先進高強度鋼及び超高強度鋼の場合、これは数十〜数百ナノメートルであり得る。図２のチャンバコンタミネーションは、１０ｎｍの酸化物層の場合、プラズマ洗浄によるコンタミネーションが、既に２０〜３０リットル／週のオーダーであることを示す。このことから、金属ストリップの洗浄から生じる残渣が十分にコントロールされない場合、加熱ボックス及びより高い真空圧力を使用して蒸着チャンバのコンタミネーションをコントロールすることが限定された効果しか有しないことが明らかである。
【００４７】
図３ａには、洗浄チャンバ２及び蒸着チャンバ４を備える装置１の構成が模式的に示される。洗浄チャンバ２の入口及び蒸着チャンバ４の出口には、エアロック５，６が設けられており、洗浄チャンバ２と蒸着チャンバ４との間には、ガスベアリングロック７が設けられている。
【００４８】
洗浄チャンバ２には、プラズマ洗浄手段９，１０、例えば、電気アーク放電手段又は誘電体バリア放電手段が設けられている。マグネトロンスパッタリングによる洗浄も可能であるが、マグネトロンスパッタリングよりも非常に高い真空圧力で実施可能であることから、その他の洗浄技術を使用することが好ましい。これらの技術は、０．０１〜１００ｍｂａｒの範囲の圧力でも、さらに高い圧力でも使用することができる。
【００４９】
洗浄チャンバ２には、ガスを洗浄チャンバ２に供給するためのガス注入口１５と、ガスを洗浄チャンバ２から除去するためのポンプ手段とが設けられており、それにより、洗浄チャンバ２を通り抜ける十分なガス流が実現され、洗浄操作から生じる残渣を洗浄チャンバ２から除去することができる。ガスの供給は、洗浄チャンバ２内で一定の圧力が維持されるように制限される。使用されるガスは、例えば、乾燥空気、窒素又はアルゴンであり得る。図３ａの構成において、洗浄残渣とともにガスを除去するためのポンプ手段は、ガスベアリングロック７と関連付けられた（associated with gas bearing lock 7）ポンプ手段である。
【００５０】
蒸着チャンバ４内には、金属ストリップ１１（例えば、鋼帯）の両側に、蒸気分配部１２が設けられている。蒸気分配部１２には、金属ストリップ１１の全幅に及ぶように、ノズル及び／又はスリットが設けられている。フード１３は、蒸気分配部１２に接続されており、加熱手段１４はフードを加熱するように設けられている。金属ストリップ１１の両側がコーティング対象である場合、金属ストリップのための入出口スリットを備えるボックスを形成するように、両側のフード１３が互いに接続されていることが好ましい。
【００５１】
金属が加熱されてコーティング用蒸気を生成する気化チャンバ（図示しない）は、蒸気分配部１２に接続されている。蒸気分配部１２は、蒸気がノズルを通じて蒸気分配部１２から音速で流出するように操作される。フード又は加熱ボックスは、加熱ボックスへの蒸気の蒸着が減少するように加熱される。コンタミネーションが生じないことを保証するために、フード又は加熱ボックスは、加熱ボックス又はフードにおける蒸気の圧力に対応する蒸着材料の飽和蒸気温度と等しく又はこれよりも高い温度まで加熱される。Ｚｎコーティングに関しては、フード又は加熱ボックスは、３３０〜５８０℃の温度間隔で加熱される。これは、およそ、０．０１〜１０ｍｂａｒの蒸気圧力と一致するＺｎ温度範囲である。加熱ボックスの正確な温度は、最大許容可能ストリップ温度により決定することもできる。
【００５２】
図３ｂには、洗浄チャンバ２、中間チャンバ３及び蒸着チャンバ４を備える装置１の構成が模式的に示される。中間チャンバ３の入口及び出口には、それぞれ、ガスベアリングロック７及びエアロック８が設けられている。中間チャンバ３を設けることにより、洗浄操作から生じる残渣の除去を向上させることができ、何らかの残渣が蒸着チャンバ４に進入する機会を制限することができる。ストリップが中間チャンバ３の出口に到達する前に残渣が全てではないとしてもほとんど除去されるので、従来のエアロック８を出口に使用してもよい。
【００５３】
従来のエアロックを使用する場合、ストリップ１１は、ロールを有する１つ以上のセクションを通過する必要があるが、ストリップ上に依然として残渣が存在する又はストリップに付着している場合、残渣がロールされて、最終製品にある種の表面欠陥を生じさせる可能性があるストリップとなる。図３ｃに従う構成では、ガスベアリングロック７，８が、中間チャンバ２の入口及び出口に設けられており、これを回避することができる。
【００５４】
図４ａは、洗浄チャンバ２と蒸着チャンバ４との間のガスベアリングロック７を通る断面を示す。この図には、単純化のために、ガスベアリングの上半分のみが示されている。ガスベアリングロック７には、中央のガスベアリング部１７の両側に、多数の対向するペア（opposite pairs）の溝１６，２１が設けられている。溝１６を通じて、洗浄チャンバ２からのガスが、洗浄チャンバ内の圧力を維持するように除去され、同時に、ガスベアリング部１７を通り抜けるガスの一部が除去される。ガスベアリング部１７の他方側に位置する溝２１も、ガスベアリング部１７を通り抜けるガスの一部を除去するために、及び、蒸着チャンバ４内の一定の真空圧力を維持するために使用される。
【００５５】
図４ｂには、中間チャンバ３の入口及び出口に位置するガスベアリングロック７，８を通る断面が示されている。ガスベアリングロック７は、多数の対向するペアの溝１６を有しており、溝１６を通じて、洗浄チャンバ２からのガスが、ガスベアリング部１７を通り抜けるガスの一部とともに除去される。溝１６を通じたガスの除去により、洗浄操作から生じる残渣の少なくとも一部が除去されるとともに、洗浄チャンバ内の一定の圧力が維持される。中間チャンバ３の出口に位置するガスベアリングロック８は、対向するガスベアリング部２０及び多数の対向する溝２１を有する同様の設計のものである。これらの溝２１は、ガスベアリング部２０を通り抜けるガスの一部を除去するとともに、蒸着チャンバ４内の圧力を調整する。最後の溝２１を通った後、金属ストリップは、蒸着チャンバ４に進入する。
【００５６】
中間チャンバ内には、加圧ガス供給部１９が設けられており、ストリップ１１の表面に依然として存在する残渣を除去するために使用される。ガス供給部は、ストリップの幅にわたって延在する長いスリット、又は、多数のノズルを備えてもよい。このようにしてストリップから残渣を除去することにより、多量のガスが中間チャンバ内に導入され、そのガスを除去するために、出口チャネル１８，１８’が加圧ガス供給部１９の両側に設けられている。必要な限りにおいて、使用される加圧ガス供給の除去を向上させるためにポンプ手段が設けられていてもよい。使用されるガスとともに、ストリップから吹き飛ばされる残渣が除去される。これらの出口チャネル１８，１８’を通じて、ガスベアリング部１７，２０を通り抜けるガスの一部も除去される。洗浄チャンバ２に対する位置に起因して、出口チャネル１８を通じて除去される残渣の量が、出口チャネル１８’を通じて除去される残渣の量よりも大きい可能性がある。
【００５７】
溝１６，２１、出口チャネル１８，１８’及びガスベアリング部１７，２０は、金属ストリップ１１の幅にわたって続いている。
【００５８】
加圧ガス供給部１９を通じて供給されるガスは、ストリップを冷却するために使用することもできる。洗浄操作の結果としてストリップの温度が、ストリップに対してコーティングを実施する上で許容可能である値よりも上昇した場合、又は、ストリップの特性が変化する程度に温度が上昇した場合、ストリップの冷却は必要となる。
【００５９】
図４ｃは、ブラシが、対向するガス透過可能な面１７に続く、対向する出口チャネル１８のペアに設けられている実施形態において、図４ｂのガスベアリングロック７の上部を示す。ブラシ２２により、金属ストリップ１１の表面に依然として存在する又は付着している残渣を除去することができる。溝１８の側部２３は、ブラシ２２から残渣を除去してブラシをきれいに維持するスクレイパーとして使用することができる。
【００６０】
図５は、蒸着チャンバ４内に、金属ストリップの表面を活性化するための活性化手段２４が設けられている別の実施形態を示す。これは、幾つかの金属コーティング、例えば、Ｚｎ−Ｍｇコーティングを、金属ストリップに対するコーティングの十分な付着を得るために必要である。ストリップの活性化のために、マグネトロンスパッタリング、グロー放電又は誘電体バリア放電を使用することができる。電気アーク放電も使用することができるが、提供されるエネルギーレベルが目的のために必要なレベルよりも遙かに大きい。
【００６１】
図６は、全ての入口部及び出口部が、ガスベアリングロック５’、７，８，６’を備える構成を示す。さらに、２つの蒸気分配部１２，１２’が設けられており、これにより複数のコーティング層、例えば、Ｚｎコーティング層、次いでＺｎ−Ｍｇコーティング層を互いに適用することができる。中間チャンバ３において、活性化手段２４が設けられており、この構成では、第１の蒸気分配部１２の十分近くに位置する。
【００６２】
図７は、蒸着チャンバ４の壁部がフード又は加熱ボックス１３を形成し、加熱手段１４が蒸着チャンバ４の壁部に組み込まれている構成を模式的に示す。この組み込まれた構成は、コンパクトな蒸着チャンバ４／加熱ボックス１３を可能とする。このような蒸着チャンバ４／加熱ボックス１３の組み合わせでは、活性化手段２４は、必要であれば、中間チャンバ３内に設けられており、蒸気分配ボックス１２の十分近くに位置する。
【００６３】
完全な蒸着チャンバが加熱ボックスとして形成されることを実現する代わりに、金属ストリップの一方の側に対向する蒸着チャンバの一部のみが加熱フードとして形成されることを実現することも可能である。これは、一方の側がコーティング対象である金属ストリップに関して好ましい実施形態である。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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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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