(57)【要約】  本発明は真空コーティング処理を行うための真空コーティングチャンバを備えるコーティング装置に関する。真空コーティングチャンバは、内側１ｂ及び冷却側１ａを有する１つ又は複数の冷却チャンバ壁１と、チャンバ内部に１つ又は複数の取り外し可能な遮蔽板２として配置される保護シールドとを備える。取り外し可能な遮蔽板２は１つ又は複数の冷却チャンバ壁１の内側１ｂの表面の少なくとも一部を覆う。少なくとも１つの取り外し可能な遮蔽板２は、取り外し可能な遮蔽板２によって覆われた冷却チャンバ壁１の内側１ｂの表面に対して間隙８を形成して配置される。熱伝導手段９は、冷却チャンバ壁１の内側１ｂの表面全体のうち取り外し可能な遮蔽板２によって覆われた少なくとも一部に対応する延長部の間隙８を埋めるように配置される。熱伝導手段９は、取り外し可能な遮蔽板２とそれぞれ覆われた冷却チャンバ壁１との間の伝導熱伝達を可能にする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空コーティング処理を行うための真空コーティングのチャンバを備えるコーティング装置であって、
前記真空コーティングのチャンバは、
内側（１ｂ）及び冷却側（１ａ）を有する１つ又は複数の冷却チャンバ壁（１）と、
前記チャンバの内部に１つ又は複数の取り外し可能な遮蔽板（２）として配置される保護シールドであって、前記取り外し可能な遮蔽板（２）が前記１つ又は複数の冷却チャンバ壁（１）の前記内側（１ｂ）の表面の少なくとも一部を覆う保護シールドと、
を備え、
少なくとも１つの前記取り外し可能な遮蔽板（２）は、前記取り外し可能な遮蔽板（２）によって覆われた前記冷却チャンバ壁（１）の前記内側（１ｂ）の前記表面に対して間隙（８）を形成して配置され、
熱伝導手段（９）が、前記冷却チャンバ壁（１）の前記内側（１ｂ）の前記表面の全体のうち前記取り外し可能な遮蔽板（２）によって覆われた少なくとも一部に対応する延長部の間隙（８）を埋めるように配置され、
前記熱伝導手段（９）は、前記取り外し可能な遮蔽板（２）とそれぞれ覆われた前記冷却チャンバ壁（１）との間の伝導熱伝達を可能にすることを特徴とする、コーティング装置。
【請求項２】
真空コーティング処理を行うための真空コーティングのチャンバを備えるコーティング装置であって、
前記真空コーティングのチャンバは、
チャンバ横壁と、
前記チャンバの内部に配置された保護シールドと、
前記チャンバ横壁の１つに配置された１つ又は複数のコーティング源と、
を備え、
前記チャンバ横壁の１つ又は複数は、内側（１ｂ）及び冷却側（１ａ）を有する冷却チャンバ壁（１）であり、
前記保護シールドの１つ又は複数は、前記１つ又は複数のコーティング源が配置された前記冷却チャンバ横壁（１）の１つの内側（１ｂ）の表面の少なくとも一部を覆う取り外し可能な遮蔽板（２）として配置され、
少なくとも１つの前記取り外し可能な遮蔽板（２）は、前記取り外し可能な遮蔽板（２）によって覆われた前記冷却チャンバ横壁（１）の前記内側（１ｂ）の前記表面に対して間隙（８）を形成して配置され、
熱伝導手段（９）は、前記冷却チャンバ横壁（１）の前記内側（１ｂ）の前記表面の全体のうち少なくとも１つの前記取り外し可能な遮蔽板（２）によって覆われた少なくとも一部に対応する延長部の間隙（８）を埋めるように配置され、前記熱伝導手段（９）は、少なくとも１つの前記取り外し可能な遮蔽板（２）と前記冷却チャンバ横壁（１）の覆われた各部分との間の伝導熱伝達を可能にすることを特徴とする、コーティング装置。
【請求項３】
少なくとも１つの前記取り外し可能な遮蔽板（２）及び前記冷却チャンバ横壁（１）の覆われた各部分の両方が、対応物として設計された熱伝導手段を備えた接触領域を含み、
前記対応物は、前記対応物を一時的に固定可能なクランプ手段を備え、
前記対応物の一時的な固定中に、前記対応物は熱的に接続されることを特徴とする、請求項２に記載のコーティング装置。
【請求項４】
前記熱伝導手段（９）は、
それぞれ覆われた前記冷却チャンバ壁（１）の前記内側（１ｂ）に面する前記遮蔽板（２）の側の遮蔽接触面（Ａ）に配置された少なくとも１つの遮蔽隆起面（９ａ）、及び／又は
それぞれ覆われた前記冷却チャンバ壁（１）の前記内側（１ｂ）の壁接触面（Ｂ）に配置された少なくとも１つの壁隆起面（９ｂ）
を備えることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のコーティング装置。
【請求項５】
前記熱伝導手段（９）は前記遮蔽接触面（Ａ）と前記壁接触面（Ｂ）の間の前記間隙（８）の残りを埋めるように配置された熱橋材料（９ｃ）を備え、
前記間隙（８）の残りは前記遮蔽隆起面（９ａ）及び／又は前記壁隆起面（９ｂ）で占有されず、
前記遮蔽接触面（Ａ）と前記壁接触面（Ｂ）の間の伝導熱伝達のための熱界面が形成されることを特徴とする、請求項４に記載のコーティング装置。
【請求項６】
前記熱伝導手段（９）は互いに密接して配置された少なくとも１つの遮蔽隆起面（９ａ）及び少なくとも１つの壁隆起面（９ｂ）を備え、
前記取り外し可能な遮蔽板（２）とそれぞれ覆われた前記冷却チャンバ壁（１）との間の伝導熱伝達を可能にする熱界面が形成されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のコーティング装置。
【請求項７】
前記熱伝導手段（９）は密接に配置された前記少なくとも１つの遮蔽隆起面（９ａ）と前記少なくとも１つの壁隆起面（９ｂ）の間の接触面に配置されて熱界面を形成する熱橋材料（９ｃ）を備えることを特徴とする、請求項６に記載のコーティング装置。
【請求項８】
前記熱橋材料（９ｃ）は炭素箔であることを特徴とする、請求項５又は７に記載のコーティング装置。
【請求項９】
前記炭素箔は自己接着性炭素箔であることを特徴とする、請求項８に記載のコーティング装置。
【請求項１０】
遮蔽隆起面（９ａ）は前記遮蔽板（２）の一部であり、且つ／又は、
壁隆起面（９ｂ）は冷却チャンバ壁（１）の一部であること特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載のコーティング装置。
【請求項１１】
前記遮蔽隆起面（９ａ、９ｂ）は前記遮蔽板の一部として設計可能であること特徴とする、請求項４から７及び１０のいずれか一項に記載のコーティング装置。
【請求項１２】
冷却流体が前記チャンバ壁を冷却するために使用されること特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載のコーティング装置。
【請求項１３】
前記間隙（８）は約５ｍｍ〜約２０ｍｍの範囲にあること特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載のコーティング装置。
【請求項１４】
少なくとも１つの基板がコーティングされるステップを含み、
コーティング処理は、請求項１から１３のいずれか一項に記載の装置において行われること特徴とする、方法。
【請求項１５】
コーティング処理中、コーティングされる前記基板は２００℃未満の温度に維持されること特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高効率低温コーティング処理を行うことができるように、コーティングチャンバの内部から外部への熱放散を増加させることができる構成を有するコーティング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空コーティング処理を行うための真空コーティングチャンバとして使用される真空チャンバには、通常、取り外し可能な保護シールドが設けられており、保護シールドは真空コーティングチャンバの壁の内面を覆うように配置されているため、覆われた内面がコーティング処理中に意図せずコーティングされることを防ぐことができる。
【０００３】
コーティング処理中にコーティングチャンバの壁の内面がやむを得ずコーティングされると、コーティング層の蓄積が生じ、このような条件下で製造される被膜製品のコーティング品質に影響を与える可能性がある。これは、例えば、堆積されたコーティング層の制御不能な剥離によって生じるコーティング汚染により引き起こされる可能性がある。また、コーティング処理中の条件の望ましくない変更から、コーティング特性が不十分なものとなる可能性がある。これは、例えば、非導電性材料からなるコーティング層の蓄積に起因するアークにより生じる可能性がある。
【０００４】
この種の保護シールドの使用には明らかな利点がある。主な利点は、コーティングチャンバの壁の内面の代わりに保護シールドの表面がコーティングされることである。そうすることで、１つ又は複数のコーティング処理の後に、コーティングチャンバから保護シールドを取り出し、保護シールド表面に堆積したコーティング層を簡単な方法で、例えばサンドブラストなどの公知の化学的又は機械的剥離処理を用いて除去することができる。
【０００５】
図１は従来の真空チャンバ（１）を示し、真空チャンバ（１）は、このような保護シールドを備え、コーティング処理を行うために設計された真空コーティングチャンバとして使用される。
【０００６】
コーティング処理を行うために用いられる典型的な真空コーティング技術は、例えば物理蒸着（ＰＶＤ）技術（例えばマグネトロンスパッタリング（ＭＳ）、高出力インパルスマグネトロンスパッタリング（ＨｉＰＩＭＳ）（大電力パルスマグネトロンスパッタリング（ＨＰＰＭＳ）とも言う）、アーク蒸発（ＡＲＣ））及びプラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）技術（プラズマ支援化学蒸着（ＰＡＣＶＤ）技術とも言う）（最も一般的に用いられる真空コーティング技術の一部のみ）である。この種の技術は、通常、コーティングする基板に所定の熱負荷を与える。この所定の熱負荷は、基本的にプラズマ特性と堆積速度に依存する。
【０００７】
上記全ての真空コーティング技術は、通常０．１Ｐａから１０Ｐａの圧力範囲で行われるため、コーティングされる１つ又は複数の基板からチャンバ内に配置された他の面又は物体への熱放散の主なメカニズムは熱放射によって制限される。
【０００８】
図１の真空コーティングチャンバは、処理温度を調整するために水冷される外側を有するチャンバ壁１を備える。この真空コーティングチャンバは、チャンバ壁１の内側１ｂの表面を覆うために真空コーティングチャンバの内部に設けられる遮蔽板２として構成された保護シールドをさらに備える。遮蔽板２は、それらをチャンバから取り出し、コーティング処理中に遮蔽板２に堆積したコーティング層を除去するサンドブラスト処理を行うことを可能にするため、取り外し可能にチャンバ内に配置される。
【０００９】
遮蔽板２は、チャンバ壁１の内面１ｂに対して間隙８を形成するように配置される。
【００１０】
この間隙内に含まれる空間はコーティング処理中に真空下にある。これにより、圧力は、通常、非常に高い真空（＜１×１０−１０Ｐａ）から１０Ｐａの間で変化する可能性がある。したがって、熱交換はほとんど放射によって可能である。このため、この空間内の熱交換に関する主な役割は、関連する放射面の放射率特性によって果たされる。
【００１１】
図１に放射ヒーターは描かれていないが、真空コーティングチャンバは、コーティングされる基板３を加熱するためにチャンバ内に熱を導入するための熱源として使用できる１つ又は複数の放射ヒーターを備えてもよい。
【００１２】
図１のコーティングチャンバは、例えば、１つ又は複数のコーティング源４を備えてもよい。コーティング源は、例えば、アーク蒸発源、マグネトロンスパッタリング源、又はコーティングの形成に使用される他の種類の材料源であってもよい。この材料は、通常、材料のイオンを含む又は材料の少なくとも一部の成分のイオンを含むプラズマが生成されるコーティング処理を行うような方法で、蒸発、スパッタリング、又は活性化される。そうすることで、熱が生成され、コーティングチャンバに放散される。
【００１３】
このようにして生成された熱は、チャンバに配置されたコーティングされる基板だけでなく、遮蔽板２にも直接伝達できることを考慮することが重要である。
【００１４】
コーティング源４及び加熱ラジエーターによって生成される上記の熱流とは別に、バイアス電圧源５を使用することで、いわゆるバイアス電圧の印加によってさらなる熱流を生成してもよい。
【００１５】
バイアス電圧は、通常、上記のコーティング源のプラズマとコーティングされる基板との間の電位差を増大させるため、コーティングされる基板に通常印加される少なくとも主に負の電圧であり、これにより、プラズマに含まれる正に帯電したイオンのコーティングされる基板表面への加速が生じる。
【００１６】
このバイアス電圧は、例えば、電源によって提供される一定のＤＣ電圧信号、パルスＤＣ電圧信号、又はバイポーラパルスＤＣ電圧信号として基板に印加されてもよい。
【００１７】
上記の場合、コーティングチャンバの内部と外部の間の熱平衡を分析するには、基本的に少なくとも以下の側面を考慮する必要がある。
−いずれの場合においても、コーティングチャンバ内のプラズマから引き出された電流にバイアス電圧を乗じたものが、基板表面で直接熱として放散される。定常状態において、熱流の入力と熱流の出力の間の平衡が達成される。
・入力は熱平衡領域に入る熱流に対応する（この場合：熱平衡領域＝コーティングチャンバ）。例えば、
・１つ又は複数のコーティング源によって生成された１つ又は複数のプラズマによって放散される熱流
・コーティングされる１つ又は複数の基板にバイアス電圧を印加することで生成される熱流
・１つ又は複数のヒーター（例えば、放射ヒーター）によって生成される熱流
・出力は熱平衡領域から出る熱流に対応する。例えば、
・コーティングチャンバの内部から冷却水に放散される熱流
【００１８】
さらに、コーティングチャンバ内の熱平衡を分析するために、例えばコーティングチャンバの壁１に伝達される熱流を計算するため、熱交換、特にコーティングチャンバ内に配置された異なる物体間の放射熱も考慮する必要があるだろう。この場合、物体は基本的にコーティング源、放射ヒーター、コーティングされる基板、遮蔽板２及び水冷壁１である。
【００１９】
温度感受性材料を含む又は温度感受性材料からなる基板は、特に低い処理温度でコーティングする必要がある。このような場合、処理中の基板温度を限界温度未満に維持する必要があり、限界温度を超えると基板材料特性が損なわれる可能性がある。
【００２０】
同様に、所望のコーティング材料特性及び必要なコーティング品質を得るために、コーティングされる基板表面で特に低い処理温度で合成される必要があるコーティング材料がある。また、このような場合、処理中の基板温度を限界温度未満に維持する必要があり、限界温度を超えると、必要な特性又は必要な品質を示すコーティング材料を合成することができない。
【００２１】
上記のように、本発明の文脈における低温コーティング処理という用語は、温度感受性基板又は温度感受性コーティングが損なわれることを回避するためにコーティング処理中に超えてはならない温度に関連する。
【００２２】
本発明の文脈において、そのような低温コーティング処理は、例えば、以下のステップのうちの１つ又は複数を含むコーティング処理であることが理解されるべきである。
・１つ又は複数のプラスチック材料（例えばＰＥＥＫ、ＰＣ、ＡＢＳ、ＰＣ／ＡＢＳ）を含むプラスチック基板上の膜堆積
・１８０℃の温度を超えてはならない１つ又は複数の鋼材料（例えば１００Ｃｒ６）を含む鋼基板上の膜堆積
・ＤＬＣ膜（例えばタイプａ−Ｃ:Ｈ又はＴＡ−Ｃの膜）、特に２００℃以下又は１８０Ｃ以下のコーティング処理温度で堆積される必要があるようなＤＬＣ膜の堆積
【００２３】
これに関して、上記のステップの２つに関連する１つの典型的な低温コーティング処理は、例えば、低再結晶温度を有する鋼材料からなるコンポーネント上に２００℃未満のコーティング処理温度を必要とするＤＬＣ膜の堆積であろう。
【００２４】
Ｋｒａｓｓｎｉｔｚｅｒらは国際公開ＷＯ２０１６１１６６３８４Ａ１公報及び国際公開ＷＯ２０１６１６３８３Ａ１公報において、コーティングチャンバの内部から外部への熱放散を増加できるように保護シールドを提供することを提案している。上記文献における提案の保護シールドの配置をそれぞれ図２及び図３に概略的に示す。
【００２５】
国際公開ＷＯ２０１６１１６３８４Ａ１公報では、真空チャンバを使用することでチャンバの内部から外部への熱放散を調整することが提案されている。真空チャンバ内において、チャンバ壁２０とコーティングされる基板を配置するためのコーティングチャンバの領域（以下、この領域をコーティング領域とも言う）との間に遮蔽板３０が配置されている。遮蔽板３０は、第１及び第２の面を備え、第１の面がこの領域から離れて内側チャンバ壁側に面するように配置される。遮蔽板のこの第１の面には、コーティング処理中にε≧０．６５に相当する放射率を有する第１の層３１が少なくとも部分的に、好ましくは大きく提供される（図２参照）。
【００２６】
国際公開ＷＯ２０１６１１６３８３Ａ１公報では、コーティングチャンバの内部に熱シールド３０’を設けることで処理温度を制御することが提案されている。熱シールド３０’は温度制御可能なチャンバ壁２０’に配置され、熱シールド３０’はチャンバ壁２０’の内側に直接隣接する少なくとも１つの交換可能な放熱シールド３１’を備える。チャンバ壁２０’に向けられた放熱シールド３１’の第１の放射面３１１’は所定の第１の熱交換係数εＤ１を有し、チャンバ壁２０’から離れる方向に向けられた放熱シールド３１’の第２の放射面３１２’は所定の第２の熱交換係数εＤ２を有し、第１の交換係数εＤ１は第２の熱交換係数εＤ２よりも大きい（図３参照）。
【００２７】
上記２つの提案は、コーティングチャンバの内部から外部への熱放散の増加を調整するのに役立ち、このような方法で低温コーティング処理の実施を可能にする。しかし、低温コーティング処理では特に膜堆積速度の点でより高い効率が依然として要求されている。
【００２８】
これに関して、Ｈｅらは国際公開ＷＯ２００００５６１２７Ａ１公報において、低温コーティング処理を行う方法、詳細には、低い基板温度を維持することでＤＬＣを製造する方法を提案している。ここでは、高周波誘導結合プラズマ源が膜堆積に使用され、基板温度は水冷基板ホルダを使用することで調整される。水冷基板ホルダでは、負のパルス電圧信号を使用してバイアス電圧が印加される。しかし、ほとんどの場合、Ｈｅらによって提案される冷却基板ホルダの使用は、大きな回転カルーセルが基板ホルダとして使用されるバッチコーティングシステムに適した解決方法ではない。
【発明の概要】
【００２９】
本発明の主な目的は、冷却された基板ホルダを使用する必要なく低温コーティング処理を行うことができるコーティング装置を提供することである。
【００３０】
本発明のコーティング装置は、低温コーティング処理が行われるとき、堆積速度の増加の点で高効率を達成できることが好ましい可能性がある。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の目的は、高効率低温コーティング処理を行うことができるように、コーティングチャンバの内部から外部への熱放散を増加させることが可能な本発明の構成を備える本発明のコーティング装置を提供することで達成されてもよい。
【００３２】
本発明のコーティング装置は、真空コーティング処理を行うための真空コーティングチャンバを備え、真空コーティングチャンバは図４に概略的に示される。真空コーティングチャンバは以下を備える。
・内側１ｂ及び冷却側１ａを有する１つ又は複数の冷却チャンバ壁１
・チャンバの内部に１つ又は複数の取り外し可能な遮蔽板２として配置される保護シールドであって、遮蔽板２が１つ又は複数の冷却チャンバ壁１の内側１ｂの表面の少なくとも一部を覆うもの
ここで、少なくとも１つの取り外し可能な遮蔽板２は、取り外し可能な遮蔽板２によって覆われた冷却チャンバ壁１の内側１ｂの表面に対して間隙８を形成して配置され、
熱伝導手段９は、冷却チャンバ壁１の内側１ｂの表面全体のうち取り外し可能な遮蔽板２によって覆われた少なくとも一部に対応する延長部の間隙８を埋めるように配置され、
熱伝導手段９は、取り外し可能な遮蔽板２とそれぞれ覆われた冷却チャンバ壁１との間の伝導熱伝達を可能にする。
【００３３】
間隙は、例えば約５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲にあってもよいが、この範囲に限定されない。
【００３４】
本発明の好適な一実施形態によれば、熱伝導手段９は以下を備える。
・それぞれ覆われた冷却チャンバ壁１ａの内側１ｂに面する遮蔽板２の側の遮蔽接触面Ａに配置された少なくとも１つの遮蔽隆起面９ａ及び／又はそれぞれ覆われた冷却チャンバ壁１の内側１ｂの壁接触面Ｂに配置された少なくとも１つの壁隆起面９ｂ
・遮蔽接触面Ａと壁接触面Ｂの間の間隙８の残りを埋めるように配置された熱橋材料９ｃであって、間隙８の残りは遮蔽隆起面９ａ及び／又は壁隆起面９ｂで占有されず、遮蔽接触面Ａと壁接触面Ｂの間の伝導熱伝達のため熱界面を形成するもの
【００３５】
本発明の別の好適な一実施形態によれば、熱伝導手段９は以下を備える。
・それぞれ覆われた冷却室壁１ａの内側１ｂに面する遮蔽板２の側の遮蔽接触面Ａに配置された少なくとも１つの遮蔽隆起面９ａ及びそれぞれ覆われた冷却チャンバ壁１の内側１ｂの壁接触面Ｂに配置された少なくとも１つの壁隆起面９ｂ
【００３６】
すぐ上で説明したこの実施形態では、熱橋材料９ｃの使用は任意であってもよく、少なくとも１つの遮蔽隆起面９ａと少なくとも１つの壁隆起面９ｂが互いに密接して配置される場合、遮蔽接触面Ａと壁接触面Ｂとの間の伝導熱伝達のため熱界面が形成され、このようにして熱橋材料９ｃの有無に関わらず伝導熱伝達が可能になる。
【００３７】
本発明の別の好適な一実施形態によれば、熱橋材料９ｃは炭素箔として設けられる。
【００３８】
好ましくは、炭素箔は自己接着性炭素箔である。
【００３９】
遮蔽板表面、詳細には熱伝導手段９（遮蔽隆起面９ａ又は熱橋材料）と直接接触する遮蔽接触面Ａを通る高伝導熱伝達を可能にするため、遮蔽板の材料と厚さを慎重に選択することが非常に重要である。
【００４０】
これに関して、発明者らは、遮蔽板２及び隆起面９ａ、９ｂが、良好な交差熱伝導性を有するため、高熱伝導材料からなり、適切な厚さを有することを提案する。
【００４１】
本発明の好適な一実施形態によれば、遮蔽板２及び隆起面９ａ、９ｂは１００Ｗ/ｍＫを越える熱伝導率を有する熱伝導材料からなる。
【００４２】
本発明の文脈において、熱伝達としての非常に良好な伝導は、遮蔽板２とアルミニウム合金からなる隆起面９ａ、９ｂを使用することで達成される。
【００４３】
本発明の文脈において、遮蔽板及び隆起面９ａ、９ｂを製造するのに非常に適した高熱伝導材料である別の１つの材料はアルミニウムである。
【００４４】
遮蔽板２の厚さ及び遮蔽隆起面９ａ、９ｂの厚さは、例えば３ｍｍ〜１２ｍｍ、より好ましくは６ｍｍ〜１０ｍｍであってもよい。
【００４５】
しかし、上記厚さ範囲は提案する範囲であり、本発明を限定するものではない。
【００４６】
遮蔽隆起面は遮蔽板の一部として設計されてもよい。そのような場合、遮蔽板の厚さは、例えば約９ｍｍになるように選択されてもよく、遮蔽板の接触領域は、３ｍｍのさらなる厚さを有する遮蔽隆起面として設計されてもよい。
【００４７】
壁隆起面は冷却真空チャンバ壁の一部として設計されてもよい。
【００４８】
遮蔽隆起面９ａを備えた遮蔽板はセグメントとして設けられてもよく、各セグメントが冷却チャンバ壁の表面を覆うように設けられてもよい。
【００４９】
このようにして、複数の熱伝導界面を介して、冷却チャンバ壁の選択された接触表面領域を介した伝導による熱伝達を増加させ最適化することができる。
【００５０】
本発明のチャンバ壁を冷却するために使用することができる好ましい冷却流体は、例えば冷水であり、例えば周囲空気の露点よりも高い温度を有するべきである。
【００５１】
本発明の好適な実施形態によれば、１つ又は複数の熱伝導界面は、熱架橋材料９ｃとは別に、遮蔽隆起面９ａと壁隆起面９ｂの両方を含む。
【００５２】
保守を容易にするため、遮蔽隆起面９ａ及び遮蔽隆起面９ｂは、クランプ機構によって共に密接して保持することができる対応物として設計されてもよく、各対応物が対応する対応物に固定されてもよい。熱伝導率を向上させるため、熱橋材料９ｃが２つの対応物の間に設けられる必要がある。この場合において、また他の場合においても、熱橋材料９ｃは自己接着性炭素箔であってもよい。この自己接着性炭素箔は、例えば、Ｋｕｎｚｅ社によって製造されたＫＵ−ＣＢ１２０５−ＡＶタイプの自己接着性炭素箔であってもよい。
【００５３】
クランプ機構は、例えば１つ又は複数のリリーススクリューを備えたファーストロックからなるものであってもよい。このようにして、隆起面９ａ、９ｂはクランプ解除可能であり、定期的なサンドブラスト及び洗浄を可能にするため、遮蔽板が非常に簡単な方法で取り外し可能であってもよい。
【００５４】
図５は、本発明の真空コーティングチャンバで使用可能な遮蔽板の２つの例を示す。図５ａ及び図５ｂに概略的に示す遮蔽板は、例えば、コーティング源又は加熱素子が配置されていない冷却チャンバ壁を覆うために使用されてもよい。図５ａは保守を受けることが必要な遮蔽板の後ろ側２ａを示し、図５ｂは該遮蔽板の前側２ｃを示す。
【００５５】
一方、図５ｃに概略的に示す遮蔽板は、例えば、３つの円形部品が配置される冷却チャンバ壁を覆うために使用されてもよい。図５ｃは遮蔽板の後ろ側２ａを示す。
【００５６】
上記のとおり、遮蔽隆起面９ａは、チャンバ壁の内側１ｂに面する遮蔽板の後ろ側２ａに設けられるべきである。
【００５７】
例示として、遮蔽板の接触面Ａを図５に示す。この例では、このような接触面Ａは遮蔽隆起面９ａとして設計され、遮蔽板の一部である。
【００５８】
しかし、接触面Ａに隆起面９ａを別個に設けることも可能である。
【００５９】
本発明のコーティング装置は、コーティングされる基板の間接冷却を可能にし、このようにして、温度感受性基板材料のコーティング中に低い処理温度、つまり、低い基板温度を維持することができる。
【００６０】
本発明により、温度感受性コーティングを高い堆積速度で合成可能なコーティング処理を行うことがさらに可能になる。
【００６１】
これは、本発明によれば、ヒートシンクとして機能するように保護シールドを遮蔽板として設けることで、コーティングされる基板から保護シールドへの正味放射熱流束を増加させることにより達成される。
【００６２】
発明者らは、熱伝導手段が遮蔽板と冷却チャンバ壁との間の効率的な伝導熱交換を可能にするように、遮蔽板と冷却チャンバ壁との間に熱伝導手段９を設けることにより、遮蔽板がヒートシンクとして機能することを実現した。
【００６３】
遮蔽板と冷却チャンバ壁との間の伝導熱交換を可能にする一つの好適な方法は、保護シールドと冷却チャンバ壁との間に接触領域を設けることを含む。好ましくは、熱伝導手段は、上記のような接触領域を備えるように設計され、冷却チャンバ壁に対する保護シールドの取り外し可能な固定を可能にする。
【００６４】
本発明の文脈における用語「取り外し可能な固定」とは、詳細には、第１の対応物とみなされる保護シールドの領域及び第２の対応物とみなされるチャンバ壁の領域に、各チャンバ壁に保護シールドを一時的に固定可能なクランプ手段が設けられることを意味する。固定中、第１及び第２の対応物が共に密接して保持され、第１及び第２の対応物を熱的に接続することができる。熱橋材料の使用は必須ではないが、詳細には熱橋材料として自己接着性炭素箔を使用することにより、伝導熱伝達の向上に役立つ。
【００６５】
本発明のコーティングされる基板から保護シールドへの放射熱流束の適切な増加を実現するため、ヒートシンクとして機能する保護シールドは、冷却チャンバ壁１の内側１ｂの表面の５０％超を覆うことがさらに推奨される。
【００６６】
発明者らは、本発明のコーティング装置を使用して幾つかの実験を実施し、本発明のコーティング装置が、基板温度を５０℃〜２５０℃の範囲に維持する必要がある低温コーティング処理を行うのに最適であると判断した。
【００６７】
詳細には、発明者らは低温コーティング処理を行い、ＤＬＣ膜及びｔａ−Ｃ膜が基板上に堆積され、基板の温度は８０℃〜１８０℃の温度範囲に維持された。
【００６８】
しかし、本発明のコーティング装置の使用は、２５０℃の基板温度を超えてはならないコーティング処理に限定されない。
【００６９】
本発明のコーティング装置は、次のようなコーティング処理を行うのに特に適している。
・基板温度が３００℃を超えない
・ＰＥＣＶＤ技術を用いてＤＬＣ膜を堆積させるため
・ＰＶＤ  ＡＲＣ技術を用いてｔａ−Ｃ膜を堆積させるため
・ＰＶＤ  ＡＲＣ技術を用いてＭｏＮ膜を堆積させるため
・マグネトロンスパッタリング、ＨｉＰＩＭＳ又は同様の技術を用いて硬質炭素膜を堆積するため
【００７０】
本発明のコーティング装置を使用する技術的利点を、図１に示すような従来技術のコーティング装置を使用することで得られる結果と、図２に示すような本発明のコーティング装置を使用することで得られる結果とを比較することにより、より詳細に説明する。コーティング装置は両方とも直径６５０ｍｍ×７００ｍｍの真空チャンバサイズを有する。
【００７１】
例１
この例では、発明者らは、本発明の熱伝導手段を使用した場合と熱伝導手段を使用しない場合とで実施したコーティング処理の熱伝達シミュレーションを比較する。
【００７２】
シミュレーションは、様々な冷却条件の関数として、どのような種類の入力電力により１５０℃の基板温度が与えられるかを予測する。
【００７３】
膜堆積速度の増加は、コーティング源の電力の増加に対応する。 比較結果を以下の表１に示す。
【００７４】
【表１】
2020529514.tif 000003
【００７５】
例２
この例では、第１の実験は、本発明の熱伝導手段を備えない従来技術のコーティング装置で実施された。第２の実験は、本発明の熱伝導手段を備えるコーティング装置で実施された。両方の場合において、ＤＬＣ膜は同じＨｉＰＩＭＳ技術を用いることで堆積された。
【００７６】
２つの実験において、冷却水の温度は４０℃に維持され、冷却水の流量は一定に保たれた。第２の実験を実施するため、コーティング源とバイアス電圧によって真空チャンバに入力される電力が増加された。他の全てのコーティングのパラメータは一定に保たれた。
【００７７】
驚くべきことに、発明者らは、以下の表２に示すように、本発明のコーティング装置を使用することで、従来技術を用いる場合と比較して、基板温度の低下だけでなく堆積速度の大幅な上昇も達成されることを発見した。
【００７８】
【表２】
2020529514.tif 000004
【００７９】
例３
この例でも、第１の実験は、本発明の熱伝導手段を備えない従来技術のコーティング装置で実施された。第２の実験は、本発明の熱伝導手段を備えるコーティング装置で実施された。
【００８０】
両方の場合において、ＣｒＮ膜は同じＨｉＰＩＭＳ技術を用いることで堆積された。
【００８１】
２つの実験において、冷却水の温度は４０℃に維持され、冷却水の流量は一定に保たれた。他の全てのコーティングのパラメータは一定に保たれた。
【００８２】
この例において、驚くべきことに、発明者らは、以下の表３に示すように、本発明のコーティング装置を使用することで、堆積速度に影響を与えることなく基板温度の大幅な低下が達成されることを発見した。
【００８３】
【表３】
2020529514.tif 000005
【００８４】
本発明のさらなる可能な変形例を以下の段落で説明する。
【００８５】
コーティング装置は、好ましくは、真空コーティング処理を行うための真空コーティングチャンバを備え、真空コーティングチャンバは以下を備える。
・内側１ｂ及び冷却側１ａを有する１つ又は複数の冷却チャンバ壁１
・チャンバの内部に１つ又は複数の取り外し可能な遮蔽板２として配置される保護シールドであって、遮蔽板２が１つ又は複数の冷却チャンバ壁１の内側１ｂの表面の少なくとも一部を覆うもの
ここで、少なくとも１つの取り外し可能な遮蔽板２は、取り外し可能な遮蔽板２によって覆われた冷却チャンバ壁１の内側１ｂの表面に対して間隙８を形成して配置され、
熱伝導手段９は、冷却チャンバ壁１の内側１ｂの表面全体のうち取り外し可能な遮蔽板２によって覆われた少なくとも一部に対応する延長部の間隙８を埋めるように配置され、熱伝導手段９は、取り外し可能な遮蔽板２とそれぞれ覆われた冷却チャンバ壁１との間の伝導熱伝達を可能にする。
【００８６】
コーティング装置は、好ましくは、真空コーティング処理を行うための真空コーティングチャンバを備え、真空コーティングチャンバは、チャンバ横壁、チャンバの内部に配置された保護シールド及びチャンバ横壁の１つに配置された１つ又は複数のコーティング源を備える。
・横壁の１つ又は複数は内側１ｂ及び冷却側１ａを有する冷却チャンバ壁１であり、保護シールドの１つ又は複数は、１つ又は複数のコーティング源が配置された冷却チャンバ横壁１の１つの内側１ｂの表面の少なくとも一部を覆う取り外し可能な遮蔽板２として配置される。
ここで、少なくとも１つの取り外し可能な遮蔽板２は、取り外し可能な遮蔽板２によって覆われた冷却チャンバ横壁１の内側１ｂの表面に対して間隙８を形成して配置され、
熱伝導手段９は、冷却チャンバ横壁１の内側１ｂの表面全体のうち少なくとも１つの取り外し可能な遮蔽板２によって覆われた少なくとも一部に対応する延長部の間隙８を埋めるように配置され、熱伝導手段９は、少なくとも１つの取り外し可能な遮蔽板２と冷却チャンバ横壁１の覆われた各部分との間の伝導熱伝達を可能にする。
【００８７】
好ましくは、１つ又は複数のコーティング源４がチャンバ横壁１に取り付けられる。好ましくは、コーティングされる基板３はチャンバ壁１に平行に配置される。チャンバ横壁１に加えて、コーティングチャンバは好ましくは、上部及び下部にチャンバ壁１を備える。本発明の意味において、一般的に設置されたコーティングチャンバでは、横方向は垂直方向として理解されてもよい。この意味で、これに応じて横壁は水平方向に直交する。
【００８８】
好ましくは、少なくとも１つの取り外し可能な遮蔽板２及び冷却チャンバ横壁１の覆われた各部分の両方が、対応物として設計された熱伝導手段を備えた接触領域を含み、対応物は、対応物を一時的に固定可能なクランプ手段を備え、対応物の一時的な固定中に、対応物は熱的に接続される。
【００８９】
好ましくは、熱伝導手段９は以下を備える。
・それぞれ覆われた冷却チャンバ壁１ａの内側１ｂに面する遮蔽板２の側の遮蔽接触面Ａに配置された少なくとも１つの遮蔽隆起面９ａ及び／又はそれぞれ覆われた冷却チャンバ壁１の内側１ｂの壁接触面Ｂに配置された少なくとも１つの壁隆起面９ｂ
【００９０】
好ましくは、熱伝導手段９は以下を備える。
・遮蔽接触面Ａと壁接触面Ｂの間の間隙８の残りを埋めるように配置された熱橋材料９ｃであって、間隙８の残りは遮蔽隆起面９ａ及び／又は壁隆起面９ｂで占有されず、遮蔽接触面Ａと壁接触面Ｂの間の伝導熱伝達のための熱界面を形成するもの
【００９１】
好ましくは、熱伝導手段９は以下を備える。
・互いに密接して配置された少なくとも１つの遮蔽隆起面９ａ及び少なくとも１つの壁隆起面９ｂであって、取り外し可能な遮蔽板２とそれぞれ覆われた冷却チャンバ壁１との間の伝導熱伝達を可能にする熱界面を形成するもの
【００９２】
好ましくは、熱伝導手段９は以下を備える。
・密接に配置された少なくとも１つの遮蔽隆起面９ａと少なくとも１つの壁隆起面９ｂの間の接触面に配置された熱橋材料９ｃであって、熱界面を形成するもの
【００９３】
好ましくは、熱橋材料９ｃは炭素箔である。
【００９４】
好ましくは、炭素箔は自己接着性炭素箔である。
【００９５】
好ましくは、遮蔽隆起面９ａは遮蔽板２の一部であり、且つ／又は、壁隆起面９ｂは冷却チャンバ壁１の一部である。
【００９６】
好ましくは、間隙８は約５ｍｍ〜約２０ｍｍの範囲にある。
【００９７】
好ましくは、遮蔽板２の厚さ及び遮蔽隆起面９ａ、９ｂの厚さは、約３ｍｍ〜約１２ｍｍ、好ましくは６ｍｍ〜１０ｍｍである。
【００９８】
好ましくは、遮蔽隆起面９ａ、９ｂは遮蔽板の一部として設計されてもよい。
【００９９】
好ましくは、遮蔽板の厚さは約９ｍｍである。好ましくは、遮蔽板２の接触領域は、３ｍｍのさらなる厚さを有する遮蔽隆起面９ａ、９ｂとして設計される。
【０１００】
好ましくは、遮蔽隆起面９ａを備えた遮蔽板はセグメントとして設けられてもよく、各セグメントが冷却チャンバ壁の表面を覆うように設けられてもよい。
【０１０１】
好ましくは、冷却流体がチャンバ壁を冷却するために使用される。好ましくは、冷却流体は水である。好ましくは、水の温度は周囲空気の露点よりも高い。
【０１０２】
好ましくは、遮蔽隆起面は冷却真空チャンバ壁１の一部である。
【０１０３】
好ましくは、遮蔽隆起面９ａ、９ｂは遮蔽板２の端部の近くに配置される。この場合、熱冷却が非常に向上する。さらに、熱応力に起因して遮蔽板２が折れ曲がることが少なくなる。
【０１０４】
好ましくは、少なくとも１つの取り外し可能な遮蔽板２は各冷却チャンバ壁１に配置される。
【０１０５】
好ましくは、各チャンバ壁１は冷却される。
【０１０６】
好ましくは、方法は、少なくとも１つの基板がコーティングされるステップを含み、コーティングステップは、前段落のいずれかの装置において行われることを特徴とする。
【０１０７】
好ましくは、コーティング処理中、コーティングされる基板は２００℃未満の温度に維持される。
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【国際調査報告】
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