(57)【要約】  １つ以上のワークピースをコーティングする化学気相成長システムが本明細書に記載される。成長システムは、成長システムのスループットを増加させるように独立に動作させ得る複数の処理チャンバを含む。各チャンバは、チャンバの内部空間において中空陰極効果を維持することを可能とする所定の配置にワークピースを維持するように構成された、モジュール式治具を含む。成長システムは、著しく高速化、高品質化された成長と、より完全なコンフォーマルカバレッジとを達成する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上のワークピース（１１９）をコーティングする化学気相成長システム（１５０）であって、
ａ．（ｉ）第１の端部（１１３）と、（ｉｉ）対向する第２の端部（１１５）と、（ｉｉｉ）前記第１の端部（１１３）と前記第２の端部（１１７）との間の内部空間（１１７）と、（ｉｖ）前記チャンバ（１０１）の前記内部空間（１１７）へのアクセスに供される可動扉（１１１）とを有する、開放可能な中空チャンバ（１０１）と、
ｂ．前記チャンバ（１０１）の内表面をライニングするモジュール式の管状シールド（１０３）であって、前記チャンバ（１０１）の前記内部空間（１１７）に内嵌するサイズであり、前記チャンバ（１０１）の前記内表面上へのコーティングの成長を防止するように作用する、管状シールド（１０３）と、
ｃ．前記チャンバ（１０１）の前記第１の端部及び前記第２の端部（１１３，１１５）に配置された１つ以上の陽極（１２５）と、
ｄ．前記チャンバ（１０１）に動作可能に結合されたＤＣ電源（１３１）であって、陰極としての、前記１つ以上のワークピース（１１９）及び前記チャンバ（１０１）をバイアスする負パルスを印加するように構成されている、ＤＣ電源（１３１）とを備え、
前記１つ以上のワークピース（１１９）は、前記可動扉（１１１）を介して前記チャンバ（１０１）に対して装填及び脱装され、前記ワークピースは、前記チャンバ（１０１）の前記内部空間（１１７）内に中空陰極効果を生じさせる所定の配置で、前記チャンバ（１０１）の前記内部空間（１１７）の内部に配置され、前記１つ以上のワークピース（１１９）を均一にコーティングするプラズマを達成するように制御された圧力で、前記チャンバ（１０１）の前記内部空間（１１７）内に反応性ガス（１２９）が導入され、前記可動扉（１１１）及び前記管状シールド（１０３）は、前記チャンバ（１０１）の前記内部空間（１１７）の容易な洗浄及び検査を可能にする、化学気相成長システム（１５０）。
【請求項２】
各ワークピース（１１９）の外表面と内表面とのうちの１つ以上がコーティングされる、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ＤＣ電源（１３１）は、前記陰極に反転パルスを印加して、成長中のコーティングを放電させるように構成された、パルス出力化されたＤＣ電源である、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記チャンバ（１０１）の幾何配置は環状の断面を含み、前記チャンバ（１０１）の長手方向軸は、前記環状の断面に垂直に延在する、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記管状シールド（１０３）は、前記長手方向軸に沿って軸心を定められている、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記管状シールド（１０３）は、前記チャンバ（１０１）の前記内表面の一部をライニングする第１のパネル（１０５）と、前記内表面の残りの部分をライニングする第２のパネル（１０７）とを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記管状シールド（１０３）は、前記チャンバ（１０１）の前記内部空間（１１７）に内嵌したフォイルを有し、前記フォイルは、前記１つ以上のワークピース（１１９）に前記コーティングが被着された後に、前記扉（１１１）を介して取り除かれて再生利用又は廃棄される、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
コーティング後に、前記管状シールド（１０３）は、前記チャンバ（１０１）の前記可動扉（１１１）を介して前記チャンバ（１０１）から取り除かれ、前記管状シールド（１０３）は、以後のコーティング処理に再生及び再利用される、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
陰極に印加される前記負パルスは、前記チャンバ（１０１）の前記内部空間（１１７）内の前記中空陰極効果を維持するように調整される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
さらに、前記チャンバ（１０１）の内部で前記ワークピース（１１９）を前記所定の配置に支持及び保持するラック治具（１３３）を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記所定の配置は、前記ワークピースと前記管状シールド（１０３）との間の間隔と、ワークピース（１１９）間の所定の間隔とを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記反応性ガス（１２９）は、前記チャンバ（１０１）に結合された１つ以上のガスライン（１４３）を介して搬送される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
１つ以上のワークピースをコーティングする化学気相成長システムであって、
ａ．複数の処理チャンバ（１３５）であって、前記複数の処理チャンバの各チャンバは、中空であり、（ｉ）第１の端部（１１３）と、（ｉｉ）第２の対向する端部（１１５）と、（ｉｉｉ）前記第１の端部（１１３）と前記第２の端部（１１５）との間の内部空間（１１７）と、（ｉｖ）前記チャンバ（１０１）の前記内部空間（１１７）へのアクセスに供される可動扉（１１１）と、（ｖ）前記チャンバ（１０１）の内側をライニングするシールド（１０３）と、（ｖｉ）前記第１の端部（１１３）と前記第２の端部（１１５）とのうちの一方又は両方に結合された１つ以上の治具（１３３）であって、モジュール式であり、前記１つ以上のワークピースの個々のワークピース間の間隔を変化させるように構成された治具（１３３）とを含む、複数の処理チャンバ（１３５）と、
ｂ．前記複数の処理チャンバ（１３５）の各々に動作可能に結合された複数の陽極（１２５）と、
ｃ．前記複数の処理チャンバ（１３５）の各々に動作可能に結合された、パルス出力化されたＤＣ電源（１３１）であって、前記ワークピース（１１９）が前記処理チャンバ（１３５）のうちの少なくとも１つの内部に配置されているときに、陰極としての、前記チャンバ及び前記１つ以上のワークピース（１１９）をバイアスする大きな負パルスを印加するように構成されている、パルス出力化されたＤＣ電源（１３１）とを備え、
前記複数の処理チャンバ（１３５）は、それぞれガスライン（１４３）に動作可能に結合されており、前記ガスライン（１４３）は、前記１つ以上のワークピース（１１９）を均一にコーティングするプラズマを達成するように制御された圧力で、前記チャンバ（１０１）の前記内部空間（１１７）に反応性ガス（１２９）を供給するように構成されており、前記ワークピースの互いに対する前記間隔及び前記チャンバに対する前記間隔と、前記陽極及び前記陰極に印加される電圧とは、前記内部空間（１１７）内の中空陰極効果を維持するように選択され、
前記複数の処理チャンバの各々は、前記ワークピースをコーティングするように個々に独立して動作可能であり、少なくとも１つのチャンバを用いて前記ワークピースをコーティングするときに、残りのチャンバはバイアスされず、これにより各チャンバの独立した動作が可能になり、前記処理チャンバは、互いに並列又は直列で動作することができる、化学気相成長システム。
【請求項１４】
各チャンバ（１０１）は真空ポンプ（１２７）に動作可能に結合されており、前記チャンバ（１０１）内で前記１つ以上のワークピース（１１９）がコーティングされるときに、前記チャンバ（１０１）の前記内部空間（１１７）を真空に維持するように前記真空ポンプ（１２７）を動作させ、任意の配置にある、前記ワークピースの内表面と外表面とのうちの一方又は両方がコーティングされる、請求項１３に記載の成長システム。
【請求項１５】
前記複数の処理チャンバの各々について、前記可動扉（１１１）を介して１つ以上のワークピースが装填及び脱装される、請求項１３に記載の成長システム。
【請求項１６】
前記シールド（１０３）は、前記チャンバ（１０１）の前記内部空間（１１７）に内嵌したフォイルであり、前記１つ以上のワークピースに前記コーティングが被着された後に、前記フォイルが、前記扉（１１１）を介して取り除かれて再生利用又は廃棄される、請求項１３に記載の成長システム。
【請求項１７】
前記シールド（１０３）は、モジュール式であって形状が管状であり、重なり組み合わさって前記チャンバ内にシールドを形成する第１のパネル（１０５）及び第２のパネル（１０７）を含み、コーティング後に、管状の前記シールドのライニングは、前記チャンバの前記可動扉（１１１）を介して前記チャンバから取り除かれ、管状の前記シールド（１０３）は、以後のコーティング処理に再生及び再利用される、請求項１３に記載の成長システム。
【請求項１８】
前記治具（１３３）の設計は前記１つ以上のワークピース（１１９）の幾何配置に基づいており、前記設計は、さらに、前記ワークピースの個々の構成要素間の閾値間隔を維持するように構成されている、請求項１３に記載の成長システム。
【請求項１９】
前記閾値間隔は、前記ワークピースの前記個々の構成要素の最小寸法、又は一定の離隔値のいずれかから、いずれのほうが低いかに関わらず選択され、前記閾値間隔は、前記内部空間（１１７）内の前記中空陰極条件を維持するように構成されている、請求項１８に記載の成長システム。
【請求項２０】
前記ガスライン（１４３）は、前記複数の処理チャンバの個々のチャンバに洗浄ガスを供給するように構成されており、前記洗浄ガスは、各成長実施前後に前記チャンバの前記内部空間を洗浄するように構成されている、請求項１３に記載の成長システム。
【請求項２１】
前記ガスラインは、さらに、前記複数の処理チャンバの各チャンバに付着作用ガスを供給するように構成されており、前記付着作用ガスは、前記１つ以上のワークピースのコーティング前に前記チャンバに供給され、前記付着作用ガスは、前記１つ以上のワークピース上への前記コーティングを促進するように構成されている、請求項１３に記載の成長システム。
【請求項２２】
前記チャンバのうちの少なくとも２つを互いに並列で動作させる、請求項１３に記載の成長システム。
【請求項２３】
その他のチャンバは装填中である、又はメンテナンスを受けている、請求項２２に記載の成長システム。
【請求項２４】
前記チャンバは、並列動作のシーケンスで動作するように構成されている、請求項１３に記載の成長システム。
【請求項２５】
ワークピースにコーティングを被着する成長システム（１５００）であって、
ａ．各処理モジュールがチャンバ（１０１）を有する１つ以上の処理モジュール（１５０２）であって、前記チャンバは可動扉（１１１）を含み、各処理モジュールは、１つの処理モジュールの前記チャンバが別の処理モジュールの前記チャンバとは独立しているように個々に動作するように構成されており、前記チャンバ（１０１）内に配置された第１のセットのワークピースを少なくとも１つの処理モジュールが処理及びコーティングしながら、その他の処理モジュールが、第２のセットのワークピースを装填若しくは脱装するのに、又はメンテナンスを受けるのに利用可能であり、これによって、前記成長システムのスループットを増加させる、１つ以上の処理モジュール（１５０２）と、
ｂ．１つ以上のガスを含むガスモジュール（１５０４）であって、前記処理モジュールの各々に動作可能に結合されており、ワークピースのコーティングに用いられているチャンバにのみガスを搬送するように構成されている、ガスモジュール（１５０４）と、
ｃ．前記処理モジュールの各々に動作可能に結合された圧力モジュール（１５０６）であって、ワークピースのコーティングに用いられている前記チャンバにのみ真空を適用するように構成されている、圧力モジュール（１５０６）と、
ｄ．（ｉ）前記処理モジュールの各々に動作可能に結合された陽極（１２５）と、（ｉｉ）前記処理モジュール）の各々に動作可能に結合されたＤＣ電源（１３１）とを有する電源モジュール（１５０８）であって、陰極としての、コーティングに用いられている前記チャンバとコーティングされているワークピースとにのみバイアスを印加するように構成されている、電源モジュール（１５０８）と、
ｅ．前記１つ以上の処理モジュール（１５０２）、前記ガスモジュール（１５０４）、前記圧力モジュール（１５０６）、及び前記電源モジュール（１５０８）に動作可能に結合されたコントローラモジュール（１５１０）であって、前記コントローラは、前記コントローラによって実行されると前記コントローラに、
（ｉ）前記ワークピースのコーティングにいずれの処理モジュールが用いられているかを選択させ、
（ｉｉ）選択された前記処理モジュールの前記チャンバの真空を調節させ、
（ｉｉｉ）選択された前記処理モジュールの前記チャンバへのガス流を調整させ、
（ｉｖ）陰極しての、前記１つ以上のワークピース及び前記チャンバをバイアスする負パルスを印加して中空陰極条件を確立し、これにより前記ワークピースを均一にコーティングするようにプラズマを生成させる、コンピュータ可読命令を記憶したメモリを有する、コントローラモジュール（１５１０）とを備える、成長システム（１５００）。
【請求項２６】
前記ガスモジュール（１５０４）は、第１の弁を介して前記処理モジュールの各々に動作可能に結合されており、前記第１の弁は、洗浄ガス、付着作用ガス、及びコーティングガスのうちの１つ以上を、ワークピースのコーティングに用いられている前記チャンバにのみ移送するように構成されており、前記１つ以上のガスは、コーティングされている前記ワークピースに基づいて選択されるコーティング製法に対応する、請求項２５に記載の成長システム。
【請求項２７】
前記圧力モジュール（１５０６）は、第２の弁を介して前記処理モジュールの各々に動作可能に結合された真空ポンプ（１２７）を有し、前記第２の弁は、前記真空ポンプを介して、ワークピースのコーティングに用いられている前記チャンバにのみ前記真空を適用するように構成されている、請求項２５に記載の成長システム。
【請求項２８】
前記電源モジュールは、前記陽極及び前記陰極に印加される電圧をさらに調整して、使用中の前記チャンバの内部空間（１１７）内の中空陰極条件を維持するように構成されている、請求項２５に記載の成長システム。
【請求項２９】
各処理モジュールは、さらに、モジュール式治具（１３５）を含み、前記モジュール式治具は前記ワークピースの前記複雑な幾何配置に基づいて設計されており、さらに、前記ワークピース間の閾値間隔を維持するように構成されており、前記閾値間隔は、前記ワークピースの最小寸法又は一定間隔値のいずれか低いほうから選択され、前記閾値間隔は、前記内部空間（１１７）内の前記中空陰極条件を維持するように構成されている、請求項２５に記載の成長システム。
【請求項３０】
各処理モジュールは、さらに、モジュール式ライニングシールド（１０３）を含み、前記シールドは、前記チャンバの前記内部空間（１１７）に内嵌しており、前記シールドは、重なり組み合わさって前記チャンバ内にシールドを形成する第１のパネル（１０５）及び第２のパネル（１０７）を含む、請求項２５に記載の成長システム。
【請求項３１】
前記コーティング処理が完了すると、前記第１のパネル（１０５）及び前記第２のパネル（１０７）は取り外され、洗浄され、以後の成長実施に再利用される、請求項３０に記載の成長システム。
【請求項３２】
前記モジュール式ライニングシールド（１０３）は、前記チャンバ（１０１）の前記内部空間（１１７）に内嵌するフォイルを有し、前記フォイルは、前記扉（１１１）を介して取り除かれ、前記１つ以上のワークピース（１１９）に前記コーティングが被着された後に再生利用又は廃棄される、請求項３０に記載の成長システム。
【請求項３３】
前記ＤＣ電源（１３１）はパルス出力化されたＤＣ電源を有する、請求項２５に記載の成長システム。
【請求項３４】
任意の配置にある、前記ワークピースの内表面と外表面とのうちの一方又は両方がコーティングされる、請求項２５に記載の成長システム。
【請求項３５】
１つ以上のワークピース（１１９）をコーティングする方法であって、
ａ．内部空間（１１７）及び内表面を有するチャンバ（１０１）を設けることと、
ｂ．前記チャンバの前記内表面をモジュール式シールド（１０３）でライニングすることと、
ｃ．前記１つ以上のワークピース（１１９）を前記チャンバ（１０１）の内部に配置することであって、前記モジュール式シールドと各ワークピースの近接する表面との間の間隔は軸方向に沿って可変であり、前記ワークピースの前記近接する表面は、前記モジュール式シールドに最も近い面若しくは面の一部、又は前記モジュール式シールドのほうを向く面若しくは面の一部であり、隣り合うワークピース間の間隔は、ｉ）前記ワークピースの最小寸法、又はｉｉ）所定の一定距離のうちの大きい方の一方である、配置することと、
ｄ．前記内部空間（１１７）内の中空陰極効果を維持する条件を確立することであって、これにより中空陰極効果領域を画定し、前記条件は、前記中空陰極効果領域の両端部において陽極（１２５）をバイアスすること含み、かつ陰極としての、前記内表面と前記ワークピースの各々とをバイアスすることを含み、前記条件を確立することは、さらに、前記間隔内に残留するプラズマを加圧することを含む、確立することとを含む、方法。
【請求項３６】
前記バイアスすることは、前記内部空間と前記ワークピースの各々とを共通のバイアス電圧に維持することを含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
最小寸法は、前記ワークピースの幅、奥行き、又は長さである、請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
前記一定距離は、約２分の１〜約２インチである、請求項３５に記載の方法。
【請求項３９】
前記ワークピースは、前記チャンバ（１０１）の前記内部空間（１１７）内に並列構成で配置される、請求項３５に記載の方法。
【請求項４０】
前記ワークピースは、複数の行及び複数の列に配置される、請求項３５に記載の方法。
【請求項４１】
任意の配置にある、前記ワークピースの内表面と外表面とのうちの一方又は両方がコーティングされる、請求項３５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（相互参照）
本出願は、２０１７年３月３１日に出願された米国仮特許出願第６２／４７９，８８２号の優先権を主張するものであり、その明細書（複数可）は参照によりその全体が本明細書に援用される。
（発明の分野）
本出願は、表面をコーティングするシステム及び方法に関し、より詳細には、中空陰極技術を用いて内表面及び外表面を同時にコーティングすることを含む、複雑な幾何配置を有するワークピースの表面をコーティングするシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空チャンバ内でワークピースの外表面をコーティングするプラズマ化学気相成長（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＰＥＣＶＤ）法は周知である。ＰＥＣＶＤ技術を用いて中空ワークピースの内表面をコーティングすることは、ボードマン（Ｂｏａｒｄｍａｎ）等の共有に係る特許文献１に記載されており、その明細書（複数可）は参照によりその全体が、高成長速度ＰＥＣＶＤ技術を利用する本明細書に援用される。この方法は、パイプ自体を真空チャンバとして用いることと、ガス供給源を１つの開口部に結合し、真空ポンプを別の開口部に結合することと、パイプに取り付けられた負極とパイプの端部に位置する帰路陽極（複数可）とに接続された電圧バイアスシステムを利用することとを含む。炭化水素前駆体を導入することができ、電圧バイアスシステムを用いて、高密度中空陰極プラズマを生成し、表面に炭化水素イオンを引き寄せてダイアモンド様炭素（ｄｉａｍｏｎｄ−ｌｉｋｅ  ｃａｒｂｏｎ，ＤＬＣ）膜を形成する。
【０００３】
多くの場合において、中空ワークピースの内表面と外表面との両方をコーティングする必要がある。以前は、このことには、異なる処理技術を別々に用いて各表面をコーティングすることが必要であった。ユング（Ｊｕｎｇ）等の特許文献２に記載された方法は、部品全体が真空チャンバ内に入っているため、管の外表面にいくらかの意図しないコーティングを生じ得る内表面のコーティング方法を記載している。ユング（Ｊｕｎｇ）等の方法は他の手法と比較した場合の利点を有するが、ガス流が中空体の内部を通して導かれ、これによりガスの大半が管内で消費されることとなるため、外側コーティングの厚さは、不均一になる可能性があり、内側コーティングの厚さよりも小さくなる可能性がある。また、高イオン密度中空陰極プラズマは、内側コーティングに近接する中空陰極源を出た後に急速に減衰する。
【０００４】
均一なコーティングを達成する１つの可能な方法は、ボードマン（Ｂｏａｒｄｍａｎ）等の共有に係る特許文献３に記載されたような中空陰極効果を用いることであり、その明細書（複数可）は参照によりその全体が本明細書に援用される。この参考文献に記載されているように、少なくとも２つの陰極表面が、互いに対向配置され、離間した陽極と電気的に協働し、これによりプラズマ内のイオン化率を増加させるように電子の「振動運動」が達成されたときに、中空陰極効果が生じる。その点で、内側チャンバ壁とワークピースの外表面との間の間隔は、プラズマ強度及びプラズマ集束を制御するために一定とされる。間隔を一定にすることによって、単純な幾何配置を有するワークピースのコーティングを達成することが可能である。しかしながら、間隔を一定に保つことが常に可能である、又は望ましいとは限らない可能性がある。例として、複雑な３次元形状及び幾何配置を有するワークピースに対しては、間隔を一定に維持することが困難である場合がある。
【０００５】
それに加えて、特許文献３のボードマン（Ｂｏａｒｄｍａｎ）等は、パイプ内パイプ構成を有する成長システムを教示している。ボードマン（Ｂｏａｒｄｍａｎ）のチャンバは複数のワークピースを含むことができるが、外側パイプと内側パイプとの間の臨界の間隔を維持するために、ワークピースを直列にしなければならず、ワークピースを並列にすることができない。したがって、チャンバは、比較的長いパイプに対して適合するサイズでなければならず、経済的に実現可能でない可能性がある。パイプはより短い長さに分割されなければならず、一度に複数のパイプ断片をコーティングすることしかできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７，３００，６８４号
【特許文献２】米国特許第６，１２９，８５６号
【特許文献３】米国特許第８，３４３，５９３号
【特許文献４】米国特許公開第２００７／０２６２０５９  Ａ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、複雑な幾何配置（例えば、ねじ、ハンマ、銃トリガアセンブリ、ボルト、ボルトキャリア、スライド、レバー、マガジンなど）を有し得るワークピースを、ワークピースの内側チャンバ壁と外表面との間の間隔を変化させることによって、同時かつ均一にコーティングするシステム及び方法を開示する。したがって、間隔は、ワークピースをラック又は治具に取り付けることによって変化させ、ラックは、モジュール式であり、ワークピースの複雑な幾何配置に基づいて設計されている。間隔を変化させても、チャンバ内の中空陰極条件は、陰極電力又は陰極電圧、パルス波形、チャンバ内の圧力を調節することによって、及び／又はチャンバ負荷を調整することによって、維持されたままとなる。さらに、本発明の成長システムは、並列構成及び直列構成で配置された複雑化した幾何配置を有する複数のワークピースを含んでもよい。その上、本システムにより、複雑な幾何配置を有する単一のワークピースをコーティングすることも可能になる。さらにまた、本システムにより、円筒状パイプなどの単純な幾何配置を有するワークピースを、並列構成で配置しながら同時にコーティングすることも可能になる。したがって、本発明の成長システムは、有利なことに、チャンバの必要とされるサイズを低減し、出力の増大と処理時間の短縮とをもたらし得る。
【０００８】
本明細書に記載された任意の特徴又は特徴の組み合わせは、任意のこのような組み合わせに含まれる特徴が、文脈、本明細書、及び当業者の知識から明らかであるように相互に矛盾しなければ、本発明の範囲内に含まれる。本発明のさらなる利点及び態様は、以下の詳細な説明及び特許請求の範囲において明らかである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、１つ以上のワークピースをコーティングする化学気相成長システムを開示する。したがって、システムは、システムのスループットを増加させるように独立に動作させ得る複数のチャンバを含む。いくつかの実施形態において、複数のチャンバを順次に、並列に、又は並列構成と順次構成との組み合わせで動作させて、成長システムをさらに合理化してもよい。例えば、２つ以上のチャンバを順次に、並列に、又は順次に加えて並列で動作させてもよい。
【００１０】
いくつかの態様において、本発明は、１つ以上のワークピースをコーティングする化学気相成長システムを開示する。本明細書で開示されるように、システムは、（ｉ）第１の端部と、（ｉｉ）対向する第２の端部と、（ｉｉｉ）第１の端部と第２の端部との間の内部空間と、（ｉｖ）チャンバの内部空間へのアクセスに供される可動扉とを有する、開放可能な中空チャンバを含んでもよい。システムは、加えて、チャンバの内表面をライニングするモジュール式の管状シールドであって、チャンバの内部空間に内嵌するサイズであり、チャンバの内表面上へのコーティングの成長を防止するように作用し得る、管状シールドを含んでもよい。システムは、さらに、チャンバの第１の端部及び第２の端部に配置された１つ以上の陽極と、チャンバに動作可能に結合されたＤＣ電源であって、陰極としての、１つ以上のワークピース及びチャンバをバイアスする負パルスを印加するように構成されている、ＤＣ電源とを含んでもよい。１つ以上のワークピースは、可動扉を介してチャンバに対して装填及び脱装されてもよく、ワークピースは、チャンバの内部空間内に中空陰極効果を生じさせる所定の配置で、チャンバの内部空間の内部に配置されてもよい。
【００１１】
いくつかの実施形態において、１つ以上のワークピースを均一にコーティングするプラズマを達成するように制御された圧力で、チャンバの内部空間内に反応性ガスが導入されてもよく、可動扉及び管状シールドは、チャンバの内部空間の容易な洗浄及び検査を可能にする。任意の配置にある、ワークピースの外表面と内表面とのうちの１つ以上がコーティングされてもよい。ＤＣ電源は、さらに、陰極に反転パルスを印加して、成長中のコーティングを放電させるように構成されていてもよい。
【００１２】
いくつかの実施形態において、チャンバの幾何配置は環状の断面を含んでもよく、チャンバの長手方向軸は、環状の断面に垂直に延在する。管状シールドは、長手方向軸に沿って軸心を定められていてもよい。管状シールドは、チャンバの内表面の一部をライニングする第１のパネルと、内表面の残りの部分をライニングする第２のパネルとを含んでもよい。いくつかの実施形態において、管状シールドは、チャンバの内部空間に内嵌したフォイルを含んでもよく、フォイルは、１つ以上のワークピースにコーティングが被着された後に、扉を介して取り除かれて再生利用又は廃棄されてもよい。コーティング後に、管状シールドは、チャンバの可動扉を介してチャンバから取り除かれてもよく、管状シールドは、以後のコーティング処理に再生及び再利用されてもよい。
【００１３】
いくつかの実施形態において、陰極に印加される負パルスは、チャンバの内部空間内の中空陰極効果を維持するように調整されてもよい。システムは、さらに、チャンバの内部でワークピースを所定の配置に支持及び保持するラックを含んでもよい。所定の配置は、ワークピースと管状シールドとの間の間隔と、ワークピース間の所定の間隔とを含んでもよい。反応性ガスは、チャンバに結合された１つ以上のガスラインを介して搬送されてもよい。
【００１４】
いくつかの実施形態によれば、１つ以上のワークピースをコーティングする化学気相成長システムが提供される。システムは、複数の処理チャンバであって、複数の処理チャンバの各チャンバが、中空であり、（ｉ）第１の端部と、（ｉｉ）第２の対向する端部と、（ｉｉｉ）第１の端部と第２の端部との間の内部空間と、（ｉｖ）チャンバの内部空間へのアクセスに供される可動扉と、（ｖ）チャンバの内側をライニングするシールドと、（ｖｉ）第１の端部と第２の端部とのうちの一方又は両方に結合された１つ以上の治具とを含む、複数の処理チャンバを含んでもよい。治具は、内部空間内に１つ以上のワークピースを配置するように構成されていてもよく、治具は、モジュール式であり、さらに、１つ以上のワークピースの個々のワークピース間の間隔を変化させるように構成されていてもよい。
【００１５】
いくつかの実施形態において、システムは、複数の処理チャンバの各々に動作可能に結合された複数の陽極と、複数の処理チャンバの各々に動作可能に結合されたＤＣ電源とを含んでもよい。いくつかの実施形態において、ＤＣ電源は、ワークピースが処理チャンバのうちの少なくとも１つの内部に配置されているときに、陰極としての、上記のチャンバ及び１つ以上のワークピースをバイアスする大きな負パルスを印加するように構成されていてもよい。複数の処理チャンバは、それぞれガスラインに動作可能に結合されていてもよく、ガスラインは、１つ以上のワークピースを均一にコーティングするプラズマを達成するように制御された圧力で、チャンバの内部空間に反応性ガスを供給するように構成されていてもよい。ワークピースの互いに対する間隔及びチャンバに対する間隔と、陽極及び陰極に印加される電圧とは、内部空間における中空陰極効果を維持するように選択されてもよい。
【００１６】
いくつかの実施形態において、複数の処理チャンバは、ワークピースをコーティングするように個々に独立して動作可能であってもよく、少なくとも１つのチャンバを用いてワークピースをコーティングするときに、残りのチャンバはバイアスされず、これにより各チャンバの独立した動作が可能になり、処理チャンバは、互いに並列又は直列で動作することができる。いくつかの実施形態において、チャンバのうちの少なくとも２つを互いに並列で動作させてもよく、その他のチャンバは、装填がなされてもよい、又はメンテナンスを受けていてもよい。チャンバは、並列動作のシーケンスで動作するように構成されていてもよい。
【００１７】
いくつかの実施形態において、各チャンバは真空ポンプに動作可能に結合されていてもよく、チャンバ内で１つ以上のワークピースがコーティングされるときに、チャンバの内部空間を真空に維持するように真空ポンプを動作させてもよい。複数の処理チャンバの各チャンバについて、可動扉を介して１つ以上のワークピースが装填及び脱装されてもよい。シールドは、チャンバの内部空間に内嵌したフォイルであってもよく、１つ以上のワークピースにコーティングが被着された後に、フォイルが扉を介して取り除かれて再生利用又は廃棄されてもよい。
【００１８】
いくつかの実施形態において、シールドは、モジュール式であって形状が管状であってもよく、重なり組み合わさってチャンバ内にシールドを形成する第１のパネル及び第２のパネルを含んでもよく、コーティング後に、管状のシールドのライニングは、チャンバの可動扉を介してチャンバから取り除かれてもよく、管状のシールドは、以後のコーティング処理に再生及び再利用されてもよい。いくつかの実施形態において、シールドは、低コストかつ使い捨て可能であるフォイルであってもよい。本明細書で使用される「フォイル」との用語は、シムストックとも称する金属薄片を指す。フォイルを作成するために用いられる材料は、材料の剛性及び耐久性の特性に基づいて選択されてもよい。例として、フォイルがフォイルの形状を保持することが可能であり、それに加えて低コストであるように、より高い剛性及びより低い耐久性を有する材料を用いてフォイルを作成してもよい。他の実施形態において、フォイル材料は陰極に対してバイアスされ得る。
【００１９】
いくつかの実施形態において、治具の設計は、１つ以上のワークピースの幾何配置に基づいており、さらに、ワークピースの個々の構成要素間の閾値間隔を維持するように構成されていてもよい。幾何配置閾値間隔は、ワークピースの個々の構成要素の最小寸法、又は一定の離隔値のいずれかから、いずれのほうが低いかに関わらず選択されてもよく、閾値間隔は、内部空間内の中空陰極条件を維持するように構成されている。
【００２０】
いくつかの実施形態において、ガスラインは、複数の処理チャンバの各チャンバに洗浄ガスを供給するように構成されていてもよく、洗浄ガスは、各成長実施前後にチャンバの内部空間を洗浄するように構成されている。ガスラインは、さらに、複数の処理チャンバの各チャンバに付着作用ガスを供給するように構成されていてもよく、付着作用ガスは、１つ以上のワークピースのコーティング前にチャンバに供給されてもよく、付着作用ガスは、１つ以上のワークピース上へのコーティングを促進するように構成されている。
【００２１】
いくつかの実施形態によれば、ワークピースにコーティングを被着する成長システムが提供される。システムは、各処理モジュールがチャンバを含んでもよい１つ以上の処理モジュールを含んでもよく、チャンバは可動扉を含む。各処理モジュールは、１つの処理モジュールのチャンバが別の処理モジュールのチャンバとは独立しているように個々に動作するように構成されていてもよく、チャンバ内に配置された第１のセットのワークピースを処理モジュールが処理及びコーティングしながら、その他の処理モジュールが、第２のセットのワークピースを装填若しくは脱装するのに、又はメンテナンスを受けるのに利用可能であり、これにより成長システムのスループットを増加させてもよい。
【００２２】
いくつかの実施形態において、システムは、洗浄ガス（又はガス混合物）、付着作用ガス（又はガス混合物）、及びコーティングガス（又はガス混合物）のうちの１つ以上を有するガスモジュールを含んでもよく、ガスモジュールは、第１の弁を介して処理モジュールの各々に動作可能に結合されており、第１の弁は、洗浄ガス（複数可）、付着作用ガス（複数可）、及びコーティングガス（複数可）のうちの１つ以上を、ワークピースのコーティングに用いられているチャンバ（複数可）にのみ移送するように構成されていてもよい。
【００２３】
いくつかの実施形態において、システムは、真空ポンプを有する圧力モジュールを含んでもよい。真空ポンプは、第２の弁を介して処理モジュールの各々に動作可能に結合されていてもよい。一実施形態において、第２の弁は、真空ポンプを介して、ワークピースのコーティングに用いられているチャンバにのみ真空を適用するように構成されていてもよい。いくつかの実施形態において、第２の弁は、１つ以上の弁を有してもよい。例えば、真空ポンプは、直列に接続された粗引きバイパス弁及び隔離圧力制御弁を介して処理モジュールの各々に動作可能に結合されていてもよい。いくつかの実施形態において、処理モジュールの各チャンバに、共通の前部ラインが結合されていてもよい。加えて、各チャンバは、粗引き／バイパス弁及び隔離／圧力制御弁を含んでもよい。隔離／圧力制御弁は、別個の隔離弁及び制御弁を置き換える組み合わせ弁であってもよい。他の実施形態において、弁は、複動式である振り子弁を含んでもよい。例えば、振り子隔離弁は、「閉」位置にあるときに十分なシールを形成し、また、パドルの位置を移動させてチャンバに印加される圧力を制御する。
【００２４】
いくつかの実施形態において、システムは、（ｉ）処理モジュールの各々に動作可能に結合された陽極と、（ｉｉ）処理モジュールの各々に動作可能に結合されたＤＣ電源とを有する電源モジュールを含んでもよく、電源モジュールは、陰極としての、コーティングに用いられているチャンバとコーティングされているワークピースとにのみバイアスを印加するように構成されていてもよく、電源モジュールは、さらに、使用中のチャンバの内部空間内の中空陰極条件を維持するように、陽極及び陰極に印加される電圧を調整する。
【００２５】
いくつかの実施形態において、システムは、１つ以上の処理モジュール、ガスモジュール、圧力モジュール、及び電源モジュールに動作可能に結合されたコントローラモジュールを含んでもよく、コントローラは、コントローラによって実行されるとコントローラに、インタフェースを用いてコーティング工程をロード及びアンロードさせ、工程は、ワークピースの複雑な幾何配置に基づいて設計されている。
【００２６】
いくつかの実施形態において、各処理モジュールは、さらに、モジュール式治具を含んでもよく、モジュール式治具はワークピースの複雑な幾何配置に基づいて設計されており、さらに、ワークピースの個々の構成要素間の閾値間隔を維持するように構成されており、閾値間隔は、ワークピースの個々の構成要素の最小寸法又は一定離隔値のいずれかから、いずれのほうが低いかに関わらず選択され、閾値間隔は、内部空間内の中空陰極条件を維持するように構成されている。
【００２７】
いくつかの実施形態において、各処理モジュールは、さらに、モジュール式ライニングシールドを含んでもよく、シールドは、チャンバの内部空間に内嵌しており、シールドは、重なり組み合わさってチャンバ内にシールドを形成する第１のパネル及び第２のパネルを含む。コーティング処理が完了すると、第１のパネル及び第２のパネルは取り外され、洗浄され、以後の成長実施に再利用されてもよい。他の実施形態において、管状ライニングシールドは、チャンバの内部空間に内嵌したフォイルを有し、フォイルは、１つ以上のワークピースにコーティングが被着された後に、扉を介して取り除かれて再生利用又は廃棄される。
【００２８】
いくつかの実施形態によれば、１つ以上のワークピースをコーティングする方法が提供される。方法は、内部空間及び内表面を有するチャンバを設けることと、チャンバの内表面をモジュール式シールドでライニングすることと、上記のチャンバの内部に１つ以上のワークピースを配置することとを含んでもよい。モジュール式シールドと各ワークピースの近接する表面との間の間隔は軸方向に沿って可変であってもよく、ワークピースの上記の近接する表面は、モジュール式シールドに最も近い表面若しくは表面の一部、又はモジュール式シールドのほうを向く表面若しくは表面の一部であってもよい。隣り合うワークピース間の間隔は、ｉ）ワークピースの最小寸法、又はｉｉ）所定の一定距離のうちの大きい方の一方である。いくつかの実施形態において、方法は、内部空間内の中空陰極効果を維持する条件を確立し、これにより中空陰極効果領域を画定することを含んでもよい。上記の条件は、中空陰極効果領域の両端部において陽極をバイアスすることと、陰極としての、内表面とワークピースの各々とをバイアスすることとを含んでもよく、上記の条件を確立することは、さらに、上記の間隔内に残留するプラズマを加圧することを含む。
【００２９】
いくつかの実施形態において、上記のバイアスすることは、上記の内部空間と各上記のワークピースとを共通のバイアス電圧に維持することを含んでもよく、最小寸法は、ワークピースの幅、奥行き、又は長さであってもよい。いくつかの実施形態において、一定距離は、約２分の１〜約２インチであってもよい。ワークピースは、チャンバの内部空間内に並列構成で配置されてもよい。いくつかの実施形態において、ワークピースは、複数の行及び複数の列に配置されてもよい。いくつかの実施形態において、方法は、任意の配置のワークピースの内表面と外表面とのうちの一方又は両方をコーティングすることを含んでもよい。
【００３０】
本発明の固有の発明的な技術的特徴のうちの１つは、システムが複数のチャンバを含み、チャンバのうちのいくつか又は全ては、順次構成及び／又は並列構成で動作させてもよく、各チャンバは、種々の幾何配置のワークピースを保持するカスタマイズされたラックに結合されている。このように、システムは、ワークピースの高速の合理化された処理を可能にする。発明をいかなる理論又は機構に限定することも望んでおらず、本発明の技術的特徴は、有利なことに、システムのスループットを高めることと、システムの種々の構成要素を最大限に利用することとを提供すると考えられる。加えて、システムは、１つの処理チャンバ（又は処理チャンバのセット）から次の処理チャンバへの容易な切り替えを提供する。本明細書では、同じ処理チャンバを用いて、単に治具を交換することにより種々の幾何配置のワークピースをコーティングしてもよい。その上、システムは、１つのチャンバ（又はチャンバのセット）の現処理と同時に、次の成長処理に引き継ぎ及び備えるために操作者（複数可）が他のチャンバ（複数可）にアクセスし、これによりシステムの休止時間を減少させてスループットを増加させることを可能にする。現在知られている先行文献又は研究の中で、本発明の固有の発明的な技術的特徴を有するものはない。
【００３１】
特許文献３のボードマン（Ｂｏａｒｄｍａｎ）は、単純な円筒状の幾何配置を有するワークピースの表面をコーティングすることを開示していて、ボードマン（Ｂｏａｒｄｍａｎ）は複雑な幾何配置を教示しておらず、実際には、ボードマン（Ｂｏａｒｄｍａｎ）は、ワークピースとチャンバとの同軸を必要とする。加えて、ボードマン（Ｂｏａｒｄｍａｎ）は、ワークピースとチャンバとの間の一定間隔を有することはチャンバ内の中空陰極条件の生成に非常に重要であると教示している。ボードマン（Ｂｏａｒｄｍａｎ）の教示を組み合わせた現状の案は、ワークピースが、チャンバ内の不均一なプラズマを回避するために同軸でなければならないことを示唆している。このことは、複雑な幾何配置を有するワークピース、又は並列に配置された複数のワークピースの場合に均一なプラズマを得ることが可能であることの疑念をもたらした。予期せぬことに、また驚くべきことに、本発明は、非同軸配置の単純な幾何配置又は複雑な幾何配置を取るワークピースが装填されたチャンバ内に中空陰極効果を生じさせることが可能であっただけでなく、陰極電力又は陰極電圧、パルス波形、チャンバ内の圧力を調節することによって、及び／又はワークピースを所定の配置で配置することによって、均一なプラズマを達成することも可能であった。
【００３２】
本発明の成長システムは、有利なことに、高められた速度でワークピースに高品質の硬質コーティングを被着する。達成されたコーティングは、硬質さが増し、腐食及び浸食に対する耐性が向上している。コーティングは、乾式潤滑に格別の硬度を兼ね備えたものであり（例えば、最大２０００ビッカース以上）、加えて高摩耗耐性である。コーティングは、全体が参照により本明細書に援用されるボードマン（Ｂｏａｒｄｍａｎ）等の特許文献３に記載されたものなどの、炭素を主成分とする製法を用いて形成される。簡潔には、炭素を主成分とするコーティングは、天然グラファイトの潤滑性と極低摩擦係数とを提供し、このコーティングを、清浄な、乾燥した、恒久的な潤滑を必要とする用途によく適合させ、汚物を蓄積し付着物を生じ得る油又はグリースに対する必要性を解消する。より詳細には、コーティングは、付着物及び堆積物の付着を低減する低表面エネルギーを用いて達成され、これにより構成要素の洗浄を簡略化及び容易化する。小火器コーティング用途では、例えば、コーティングは、多数の異なる部品に対して効率的に用いられる。この固有のコーティングは、スケ−リング、磨損、及び多くの他の摩擦関連問題の問題を劇的に減少させ、これにより性能を向上させ、コストを大幅に低減することができる。加えて、兵器では、炭素を主成分とする製法を用いてコーティングされる構成要素は、発射速度が高まり、不具合が減少する。
【００３３】
いくつかの実施形態において、本システムの成長システムは、例えば往復運動するピストン及びポンプなどにおける部品の摺動動作に由来する摺動摩耗にさらされる用途に用いられるコーティングを提供する。コーティングは、種々の最適化された処理条件を用いて被着された、かつ格別の硬度及び頑強性を有する、炭素を主成分とするコーティングであってもよく、厚さが約３〜６μｍと、より薄くすることができ、なおかつ極めて効率的である。他の実施形態において、研磨用途には、ワークピース上のコーティングは、２０ミクロン超、例えば３５ミクロン超であってもよい。コーティングの用途は、石油・ガス産業、自動車産業、航空宇宙産業、及び広範囲の他の産業に見出せる。コーティングは、石油及び掘削泥水を含む、乾湿両方の困難な動作環境においても、非常に効率的に役立ち得る。
【００３４】
いくつかの態様において、成長システムを用いて達成されるコーティングは、コーティングが複数の層から構成される点で固有であり、このことが、基板への腐食及び他の攻撃に対するより耐性のある障壁を形成する。この層状構成は、また、個々の層の組成及び厚さを調整することによって、コーティングの性能を特定の用途にあつらえることを可能位する。例えば、コーティングは、より高い若しくはより低い疎水性であり、又は頑強であり、又は硬質であり、又は摩耗耐性を有するようにされてもよく、特定の用途に対する性能を高めるように、あらゆる方法で変更されてもよい。
【００３５】
成長処理の間、高エネルギーイオン化ガスを用いて、部品を洗浄し、硬質のコーティングを成長させる前に、最適化された付着結合を生じさせてもよい。加えて、本発明のコーティング処理は、噴霧型コーティングが有する視程制限を解消する。全ての成長は高密度プラズマ内で生じるため、内部、外部、及び複雑な３次元形状（ねじ山、ハンマ、ボルトなど）を含むすべての部品表面は、高い均一度でコーティングされ、後処理の必要性を解消する。最終結果として、システムは、著しく高速化、高品質化されたコーティングと、より完全なコンフォーマルカバレッジとを成し遂げる。
【００３６】
本明細書に記載された任意の特徴及び特徴の組み合わせは、任意のこのような組み合わせに含まれる特徴が、文脈、本明細書、及び当業者の知識から明らかであろうように相互に矛盾しなければ、本発明の範囲内に含まれる。本発明のさらなる利点及び態様は、以下の詳細な説明及び特許請求の範囲において明らかである。
【００３７】
本発明の特徴及び利点は、添付の図面と併せて提示される以下の詳細な説明を考慮することから明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一態様による、化学気相成長システムの動作可能な中空チャンバを示す。
【図２】チャンバの内表面をライニングするモジュール式の分割された管状シールドの実施形態の正面図を示す。
【図３】重なり組み合わさってチャンバ内にシールドを形成する第１のパネル及び第２のパネルを有する管状シールドの分解図を示す。
【図４】チャンバがチャンバに対するワークピースの装填及び脱装に供される可動扉を有することを示す。
【図５】システムの陰極及び陽極がチャンバの内部空間内の中空陰極条件を可能にすることの概略図を示す。
【図６】チャンバがチャンバ内のワークピースの配置に供されるモジュール式治具を有することを示す。
【図７】治具の非限定的な設計例を示す。
【図８】チャンバの長手方向軸に沿って整列したワークピースを示す。
【図９】チャンバ内に配置された異なるセットのワークピースのコーティングに供される複数のチャンバを有する成長システムの非限定的な例を示す。
【図１０】チャンバの動作条件に基づいて各チャンバに反応性ガス、付着作用ガス、及び洗浄ガスのうちの１つ以上を搬送する成長システムのガスマニホールドを示す。
【図１１】成長システムの上面図を示す。
【図１２】ワークピースの装填及び脱装に供される半開きの可動扉を有する成長システムの１つのチャンバを示す。
【図１３】システムの複数のチャンバにガスを搬送するように構成された、チャンバの第１の端部に結合されたガスチャンバを示す。
【図１４】チャンバの対向する第２の端部に結合された真空ヘッドを示す。
【図１５】成長システムの１つ以上の処理モジュールに結合されたガスモジュール、圧力モジュール、及び電源モジュールを有し、さらに、ワークピースの複雑な表面の均一なコーティングを確保するように前述のモジュールの各々を制御するコントローラモジュールを備える成長システムの概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
ここで図１〜図１５を参照すると、本発明は、システム内に配置された１つ以上のワークピース（１１９）をコーティングする化学気相成長システム（１５０）を特徴としている。成長システム（１５０）は複数の処理チャンバ（１３５）を含んでもよく、これにより、チャンバのうちの１つが処理しながら、操作者が残りのチャンバにおいてワークピースを脱装又は再装填し、これによりシステムの休止時間を減少させてスループットを増加させ得る。複数の処理チャンバの各処理チャンバ（１０１）は、第１の端部（１１３）及び対向する第２の端部（１１５）を有する動作可能な中空チャンバであってもよい。本明細書では、第１の端部（１１３）及び第２の端部（１１５）はチャンバ（１０１）内の内部空間（１１７）を閉止し、コーティングを必要とする１つ以上のワークピース（１１９）はチャンバ（１０１）の内部空間（１１７）に配置される。チャンバ（１０１）の第１の端部（１１３）には、ガス供給陽極チャンバ／ヘッド（１２１）が結合されていてもよい。ガス供給陽極チャンバ／ヘッド（１２１）は、ワークピース（１１９）をコーティングするためにチャンバ（１０１）内にガスを導くように構成されていてもよい。加えて、チャンバ（１０１）の第２の端部（１１５）には真空サイド陽極チャンバ／ヘッド（１２３）が結合されていてもよく、真空サイド陽極チャンバ／ヘッド（１２３）は、以下でさらに説明するように、チャンバを操作してワークピースをコーティングしながらチャンバ（１０１）の内部空間に真空を適用するように構成されている。ガス供給陽極チャンバ／ヘッド（１２１）は、ガスヘッド（１２１）と相互に言い換えてもよく、真空サイド陽極チャンバ／ヘッド（１２３）は、真空ヘッド（１２３）と相互に言い換えてもよい。
【００４０】
一実施形態において、第１の端部はチャンバの上部側であってもよく、第２の端部はチャンバの下部側であってもよく、ガスヘッド（１２１）は上部側に結合されていてもよく、真空ヘッドは下部側に結合されていてもよい。別の実施形態において、第１の端部はチャンバの下部側であってもよく、第２の端部はチャンバの上部側であってもよく、ガスヘッド（１２１）は下部側に結合されていてもよく、真空ヘッドは上部側に結合されていてもよい。
【００４１】
チャンバ（１０１）は、チャンバの内部空間（１１７）へのアクセスに供される可動扉（１１１）を含む。本明細書では、操作者は、コーティングのために扉（１１１）を開けてチャンバ内にワークピースを装填してもよい。ワークピースがチャンバ（１０１）内に装填されると、操作者は、例えば、コーティング処理を開始する前に扉（１１１）を閉めてもよい。加えて、操作者は、コーティング処理が完了した後に、扉（１１）を開けてチャンバからワークピースを脱装してもよい。いくつかの実施形態において、ガスチャンバ（１２１）及び真空ヘッド（１２３）は、それぞれ、例えば、検査及びトラブルシューティングのために、それぞれガスチャンバ及び真空ヘッドの内部へのアクセスを可能にする別個の扉（それぞれ１５１、１５３）を含んでもよい。いくつかの実施形態において、可動扉（１１１）を移動させてもよく、又は取り除いてもよい。扉は、チャンバ（１０１）に枢動可能に接続されていてもよい。扉（１１１）は、チャンバ（１０１）の気密シールを形成するように閉じられてもよい。
【００４２】
現状の成長システムでは、チャンバ壁又はチャンバの内表面は、コーティングされ、定期的な洗浄を必要とし、このことが成長システムの休止時間をもたらし得る。成長システムの休止時間を回避するために、本発明は、チャンバの内表面をライニングする軽量のモジュール式チャンバシールド（１０３）を含む。シールド（１０３）は、チャンバ（１０１）の内表面と面共有接触し、チャンバ（１０１）の壁部又は内表面上に被膜が生じることを阻止する。こうして、シールド（１０３）は、内表面がコーティングされないように保護する。
【００４３】
いくつかの実施形態において、シールド（１０３）は、第２の半部すなわち第２のパネル（１０７）と重なり組み合わさる第１の半部すなわち第１のパネル（１０５）を含んでもよい。コーティング後に、シールド（１０３）は、外側にあるチャンバ（１０１）の前に設けられた可動扉（１１１）を介してチャンバ（１０１）から容易に取り除かれ、洗浄又は検査を容易にするために第１のパネル（１０５）と第２のパネル（１０７）とに分割又は取り外され得る。取り外されたパネルは、スループットに影響を与えずにライン外で洗浄されてもよく、洗浄したてのパネルは、合わせて取り付けられ、以後に再利用されてもよい。
【００４４】
いくつかの実施形態において、シールド（１０３）は、各パネルがおよそ半円筒状の形状をなす２つのパネルを含んでもよい。他の実施形態において、シールド（１０３）は、各パネルがおよそ半円筒形状を含んでもよい４つのパネルを含んでもよい。シールド（１０３）は、４つより多いパネルを含んでもよく、本発明の範囲から逸脱することなく、弧、ドームなどの他の形状を含んでもよい。シールド（１０３）のパネルは、チャンバの内部空間に内嵌するサイズであってもよい。より詳細には、パネルの外表面は、チャンバの内壁又は内表面と面共有接触し（又はタッチし）、したがってチャンバ壁上に保護被覆を形成してもよい。他の実施形態において、チャンバの内表面又はチャンバ壁は、成長実施後に処分又は再生利用されてもよいフォイルで被覆されていてもよい。
【００４５】
補足実施形態において、外側にあるチャンバ（１０１）の内表面は環状の断面を含んでもよく、外側にあるチャンバ（１０１）の長手方向軸は、環状の断面に垂直に延在してもよい。加えて、シールド（１０３）は、長手方向軸に沿って軸心を定められていてもよい。さらなる実施形態において、外側にあるチャンバ（１０１）の内表面の幾何配置は、シールド（１０３）の内表面の幾何配置と、長手方向軸に関して相補的である。非限定的な例として、いくつかの実施形態は、チャンバ（１０１）の内表面と同軸の円筒形状を画定する、シールド（１０３）の外表面を特徴とする。
【００４６】
成長システム（１５０）は、高速及び効率的に、導電性基板の内側及び外側に、高品質の硬質コーティングを被着する先進の成長システムである。システム（１５０）は、図５に示すように、チャンバ（１０１）の内部空間（１１７）内の中空陰極条件を維持することによって、表面上の均一なコーティングを達成する。中空陰極条件は、少なくとも２つの陰極表面が互いに対向配置され、かつ離間した陽極と電気的に協働するときに生じ、これにより、電子の「振動運動」が達成されてプラズマ内のイオン化率を増加させる。
【００４７】
ここで図５に移ると、成長システム（１５０）のチャンバ（１０１）は、チャンバ（１０１）の第１の端部及び第２の端部（１１３，１１５）に配置された１つ以上の陽極（１２５）を含む。チャンバにはガスライン（１４３）を介してガス供給源（１２９）が接続されており、反応物ガス、付着作用ガス、及び洗浄ガスのうちの１つ以上のフローをチャンバ（１０１）に供給する。ガスライン（１４３）は、チャンバ（１０１）の第１の端部に結合されていてもよい。チャンバ（１０１）に供給されるガスの種類は、チャンバ（１０１）の動作の状態に依存してもよい。例として、ワークピース表面をコーティングするために、反応性ガスをチャンバに供給してもよい。別の例として、コーティングの実際の成長の前に、洗浄ガスを供給して、チャンバの内部を洗浄し、及び／又はワークピース表面を洗浄してもよい。さらに別の例として、ワークピースをコーティングする前に、付着作用ガスをチャンバに供給して、表面に対するコーティングの付着を高めてもよい。いくつかの実施形態において、コーティング処理中に、高エネルギーイオン化ガスを用いて部品を洗浄し、硬質コーティングを成長させる前に、最適化された付着結合を生じさせてもよい。チャンバに供給されるガスの種類のいくつかの非限定的な例として、シラン、窒素、アルゴン、ヘリウム、水素、メタン、アセチレンなどが挙げられる。
【００４８】
ワークピースの表面にコーティングを被着するときに、弁（１５７）を介してチャンバに反応性ガスを供給する。反応性ガスを用いて、チャンバ（１０１）の内部空間（１１７）内にプラズマを生成する。システム（１５０）は、チャンバ（１０１）に動作可能に結合された、パルス出力化されたＤＣ電源（１３１）を含む。ＤＣ電源（１３１）は、ワークピース（１１９）及びチャンバ（１０１）に大きな負バイアスを印加するように構成されている。いくつかの実施形態において、ＤＣ電源は、パルス出力化されたＤＣ電源であってもよい。それゆえ、ワークピース及びチャンバは陰極として機能する。いくつかの実施形態において、負バイアスは、加えて、シールド（１０３）に印加される。本明細書では、シールドは、導電性であり、したがってバイアスされ、中空陰極システムの一部である。システム（１５０）は、加えて、チャンバ（１０１）の両端部に配置された陽極（１２５）を含む。いくつかの実施形態において、陽極（１２５）は、特許文献４（参照によりその全体が本明細書に援用される）のボードマン（Ｂｏａｒｄｍａｎ）等によって開示されているように、ガスパージされた電極であり、チャンバ（１０１）の第１の端部（１１３）及び第２の端部（１１５）に配置されていてもよい。いくつかの実施形態において、陽極は、閉じ込め磁界を生じさせる金属コイルを含んでもよい。したがって、ＤＣ電源（１３１）は、ワークピース（１１９）及びチャンバ（１０１）に負バイアスを印加し、これによりチャンバ（１０１）内に中空陰極条件を生成してもよい。
【００４９】
発明をある機構に限定することは望んでおらず、ＤＣ電源（１３１）によってワークピース（１１９）及びチャンバ（１０１）に印加されたバイアスは、チャンバ（１０１）の内部空間（１１７）内にプラズマを生じさせ、このことが、チャンバ（陰極）の側部間に高エネルギー電子の振動（１３６）をもたらし、さらに、ガスの高レベルのイオン化（１３２）を引き起こし、内部空間（１１７）内に形成される非常に高密度のプラズマをもたらす。この効果は、古典的に中空陰極放電として知られているものである。プラズマは、比較的限られた電力レベルで高効率の電流の流れを可能にする、非常に低いインピーダンスに特徴がある。低プラズマインピーダンスは、また、電極の低電圧に特徴がある。
【００５０】
したがって、チャンバ（１０１）の内部空間（１１７）内に生じる中空陰極領域は、チャンバ（陰極）の側部間に高エネルギー電子が振動する領域（図５の１３６）を生成し、チャンバの２つの端部は陽極として作用する。中空陰極領域は、内部空間（１１７）に配置されたワークピースに、全ワークピース幾何配置を外側及び内側の両方で効率的かつコンフォーマルに覆う超高密度プラズマ（例えば、標準のプラズマの２００倍超大きい）を照射し、さらに、ワークピースを今までにない高成長速度でコーティングすることを可能にする。１時間当たり何ミクロンか（例えば、１〜２μｍ／時間）の成長速度である現在利用可能なシステムと比較して、本発明の成長システムは、１分間当たり何ミクロンか上昇した（例えば、０．２５〜１＋μｍ）成長速度を達成することができる。いくつかの実施形態において、電源（１３１）は、加えて、表面上に成長させたコーティングを放電させるためにカソードに反転パルスを印加するように構成されていてもよい。
【００５１】
複雑な３Ｄ形状及び幾何配置を有するワークピースをコーティングするために、成長システム（１５０）は、チャンバ（１０１）の内部空間（１１７）内にワークピースを設置するように構成された治具又はラック（１３３）を含む。本明細書では、治具（１３３）は、モジュール式であり、ワークピースの形状及び幾何配置に基づいてカスタム設計されている。複雑な幾何配置を有するワークピースのいくつかの非限定的な例として、ハンマ、トリガアセンブリ、ボルト、ボルトキャリア、スライド、レバー、マガジンなどの、ハンドガン、ショットガン、及びライフルの様々な部品が挙げられる。治具（１３３）の非限定的な例を図７に示す。本明細書では、治具（１３３）は、チャンバ（１０１）の内部空間（１１７）内で中空陰極効果を維持することを可能にする所定の配置にワークピースを保持するように構成されている。したがって、所定の配置は、個々のワークピース間の第１の間隔ｄ１を含み、さらに、ワークピースとシールド（１０３）との間の第２の間隔ｄ２を含む。本明細書では、第１の間隔ｄ１は、ワークピースの個々の構成要素間の最小寸法又は一定の離隔値のいずれかから、いずれのほうが低いかに関わらず選択された閾値間隔であってもよい。いくつかの実施形態において、最小寸法は、ワークピースの幅、高さ、又は長さであってもよい。いくつかの実施形態において、第１の間隔及び第２の間隔は、さらに、チャンバ（１０１）の充填密度を増加させ、これにより成長チャンバのコーティング実施中にコーティングされるワークピースを最大限にするように調整されてもよい。例として、一定の離隔値は、約２分の１インチ〜約３インチであってもよい。一定の離隔値は、約２分の１インチ〜１インチ、又は約１インチ〜１と２分の１インチ、又は１と２分の１インチ〜２インチ、又は約２インチ〜約３インチの範囲にあってもよい。本発明は、前述した離隔距離に限定されない。当業者であれば、ワークピースの理想的な離隔距離を決定することが可能である。
【００５２】
治具（１３３）の長さは、例えば、ワークピースの長さに依存してもよい。いくつかの実施形態において、治具（１３３）の長さは、図６に示すように、チャンバ（１０１）の長さより小さくてもよい。このような実施形態において、治具（１３３）は、チャンバの一方の端部に結合されていてもよく、また対向する端部に結合されていなくてもよい。図７において、治具（１３３）は、第２の端部（１１５）に結合されており、かつ第１の端部（１１３）には結合されていない。他の実施形態において、治具（１３３）は、第１の端部（１１３）に結合されており、かつ第２の端部（１１５）に結合されていなくてもよい。いくつかの実施形態において、治具（１３３）は、別の治具の上に積み重ねられてチャンバ（１０１）の全長を覆ってもよい。いくつかの実施形態において、治具（１３３）は、図８に示すように、長いワークピース（１１９）を設置するためにチャンバ（１０１）の全長にわたって延在してもよい。このような実施形態において、治具（１３３）は、チャンバ（１０１）の第１の端部（１１３）と第２の端部（１１５）との両方に結合されている、したがってチャンバの全長に及んでもよい。
【００５３】
いくつかの実施形態において、ワークピースは、チャンバの内部空間内に並列構成で配置されてもよい。並列構成とは、ワークピースが、同じ平面上であって、上記の平面がチャンバと交差してチャンバの側壁に垂直である断面を形成する、同じ平面上にあるように配置されることを指す。いくつかの実施形態において、ワークピースは、複数の行及び複数の列に配置されてもよい。
【００５４】
本発明の治具（１３３）のいくつかの利点がある。例えば、現在利用可能な成長システムは、通常、操作者が、重くて扱いにくい大型のカルーセルを用いて部品を装填及び脱装することを必要とする。一方、本発明の治具（１３３）は、軽量で、扱いやすく、カスタム設計されており、これにより、操作者がワークピースを容易に治具に対して係止及び係脱することを可能にするだけでなく、例えば、ワークピースをより効率的にチャンバに対して装填及び脱装することを可能にする。
【００５５】
図５に戻り、チャンバ（１０１）の第２の端部（１１５）に真空ポンプ（１２７）を結合し、真空ポンプ（１２７）を用いて、弁（１５５）を介してチャンバ（１０１）の内部の圧力を調整してもよい。いくつかの実施形態において、チャンバ（１０１）にさらなるターボポンプが結合されていてもよい。本明細書では、チャンバの内部の圧力は、チャンバ内で中空陰極条件が維持されるように、ワークピースの個々の部品間の第１の間隔ｄ１と、ワークピースとチャンバの内表面との間の間隔ｄ２とのうちの１つ以上に基づいて調整されてもよい。例として、大きな間隔の場合ほどチャンバに低い圧力を印加してもよい一方、小さい間隔の場合ほどチャンバに高い圧力を印加してもよい。圧力設定は、チャンバ内の圧力が、電子の平均自由行程が個々のワークピース間の間隔と関連を有する条件を確立するように調整されてもよい。いくつかの実施形態において、パイプ内の圧力を監視及び制御し得るように、各取り付けヘッドに圧力センサ（１２８）が位置していてもよい。圧力が減少するにつれて電子の平均自由行程が増加するため、チャンバに印加される圧力は、間隔ｄ１及び／又はｄ２が増加するにつれて減少し得る。例として、約１インチの間隔の場合に、チャンバに１００〜３００ｍＴｏｒｒの範囲の圧力を印加してもよい。別の例として、約４インチの間隔の場合に、５５〜１２０ｍＴｏｒｒの範囲の圧力を印加してもよい。上述した値は、例示目的のためのみであり、本発明において限定することを意図していない。このように、チャンバ内の圧力を調整することによって、チャンバ内で中空陰極条件を維持することが可能であり、このことにより、複雑な幾何配置及び変えられる間隔を有するワークピースを本発明の成長システム（１５０）によってコーティングすることが可能になる。成長システム（１５０）を用いて達成されるコーティング処理が、噴霧型コーティングが有する視程制限を解消することは理解され得る。全ての成長が高密度プラズマ内で生じるため、内側、外側、及び複雑な３Ｄ形状を含む全ての部品表面が高い均一度でコーティングされ、これにより、後処理の必要性が解消される。このように、成長システム（１５０）は、著しく高速化、高品質化された成長と、より完全なコンフォーマルカバレッジとを達成する。
【００５６】
本発明の成長システム（１５０）は、高速の、合理化された、高効率成長用途に対して設計されている。スループットを最大にするために、成長システム（１５０）は、各チャンバが独立して処理される複数の処理チャンバを含んでもよい。複数のチャンバを、並列構成又は順次構成で動作させてもよい。複数のチャンバの他の実施形態において、複数のチャンバのうちのチャンバのいくつかを並列で動作させてもよく、成長システムで並列動作のシーケンスが生じるように同時に他のものに装填する。
【００５７】
ここで図９〜図１２に移り、複数のチャンバ（１３５）を有する成長システム（１５０）を示す。非限定的な例において、複数のチャンバは、第１のチャンバすなわち左のチャンバ（１３７）と第２のチャンバすなわち右のチャンバ（１３９）との、２つのチャンバを含む。第１のチャンバ及び第２のチャンバの各々は、前述したチャンバ（１０１）の非限定的な例であり得る。簡潔には、第１のチャンバ及び第２のチャンバの各々は可動扉（１１１）を含み、ワークピースは、可動扉（１１１）を介して装填及び脱装されてもよい。加えて、ワークピースは、前述したように、ワークピースの複雑な形状及び幾何配置に基づいて設計されたモジュール式治具（１３３）を用いて、第１のチャンバ及び第２のチャンバ内に設置されてもよい。第１のチャンバ及び第２のチャンバは、ガスチャンバ（１２１）及び真空ヘッド（１２３）に動作可能に結合されていてもよい。
【００５８】
いくつかの実施形態において、第１のチャンバ及び第２のチャンバを、互いに独立に、並列で動作させてもよい。例として、第１のチャンバ（１３７）が第１のチャンバ（１３７）内に配置された第１のセットのワークピースを処理及びコーティングしながら、第２のチャンバ（１３９）が、同じく、第２のチャンバ（１３９）内に配置された第２のセットのワークピースをコーティングし、これによりシステムを合理化してもよい。例として、システムにおいて利用可能なポンプ作動又は電力が過剰であるときに、１つ以上のチャンバを並列で動作させてシステムのスループットを増加させてもよい。いくつかの実施形態において、第１のチャンバ及び第２のチャンバを順次に動作させてもよい。例として、第１のチャンバ（１３７）が第１のチャンバ（１３７）内に配置された第１のセットのワークピースを処理及びコーティングしながら、第２のセットのワークピースを装填又は脱装するために、又は第２のチャンバ（１３９）に対するメンテナンスを実施するために、第２のチャンバ（１３９）を開放し、これによりシステムのスループットを最大にしてもよい。
【００５９】
図１０に示すガスマニホールドを介して、第１のチャンバ及び第２のチャンバにガスを導いてもよい。本明細書では、ガスマニホールド又はガスライン（１４３）は、第１のチャンバ（１３７）及び第２のチャンバ（１３９）の各々に、反応性ガス、付着作用ガス、及び洗浄ガスのうちの１つ以上を搬送する。第１のチャンバ及び第２のチャンバ内に選択的にガス流を導くために、マニホールド（１４３）に１つ以上の弁（１６３）が結合されていてもよい。第１のチャンバを第１のセットのワークピースのコーティングに用い、第２のチャンバを第２のセットのワークピースの脱装に用いる状況例において、反応性ガスを第１のチャンバにのみ選択的に搬送し、かつ第２のチャンバには搬送しないように、１つ以上の弁（１６３）を動作させてもよい。本明細書では、図１３に示すガス取入れ口（１６１）を介してチャンバ内にガスを搬送してもよい。
【００６０】
いくつかの実施形態において、成長チャンバは、鉛直方向を向き、約４０インチ×直径１０インチであってもよい。ただし、成長チャンバは、特定ユーザのカスタムチャンバ構成要求に基づいて設計され、向きが定められてもよい。
【００６１】
ここで図１５に移ると、ワークピースにコーティングを被着する成長システム（１５００）の概略図が示されている。成長システム（１５００）は、前述した成長システム（１５０）の非限定的な例であり得る。成長システム（１５００）は、各処理モジュールがチャンバ（１０１）を含んでもよい１つ以上の処理モジュール（１，２，．．ｎ）を含んでもよく、チャンバは可動扉（１１１）を含む。本明細書では、各処理モジュールは、１つの処理モジュールのチャンバが別の処理モジュールのチャンバとは独立しているように個々に動作するように構成されており、チャンバ（１０１）内に配置された第１のセットのワークピースを処理モジュールが処理及びコーティングしながら、その他のモジュールが、第２のセットのワークピースを装填若しくは脱装するのに、又はメンテナンスを受けるのに利用可能であり、これにより成長システムのスループットを増加させる。
【００６２】
いくつかの実施形態において、成長システムは複数の処理モジュールを含んでもよい。例えば、処理モジュールの数は、約２〜１０の範囲にあってもよい。ただし、本発明は、一定の数の処理モジュールに限定されず、所望する任意の数の処理モジュールを含むことができる。
【００６３】
各処理モジュールは、さらに、モジュール式治具（１３３）を含み、モジュール式治具は、ワークピースの複雑な幾何配置に基づいてカスタム設計されている。モジュール式治具によって、異なる幾何配置のワークピースをチャンバ内に装填することが可能になる。各処理モジュールは、加えて、モジュール式ライニングシールド（１０３）を含んでもよく、シールドは、チャンバの前記内部空間に内嵌しており、シールドは、重なり組み合わさってチャンバ内にシールドを形成する第１のパネル（１０５）及び第２のパネル（１０７）を含む。本明細書では、シールドは、例えば、チャンバ洗浄休止時間を最小にするクイック交換シールドである。
【００６４】
成長システム（１５００）は、処理モジュール（１５０２）の各々に動作可能に結合されたガスモジュール（１５０４）を含んでもよい。本明細書では、ガスモジュール（１５０４）は、洗浄ガス、付着作用ガス、及び反応性ガスのうちの１つ以上を含んでもよい。ガスモジュール（１５０４）は第１の弁（図５の弁（１５７）など）を含んでもよく、第１の弁は、洗浄ガス、付着作用ガス、及び反応性ガスのうちの１つ以上を、ワークピースのコーティングに用いられているチャンバにのみ移送するように構成されている。例として、複数の処理モジュールの複数のチャンバがワークピースのコーティングに用いられる場合に、第１の弁は、ワークピースをコーティングするために反応性ガスが複数のチャンバの全てに供給され、かつコーティングに用いられない残りのチャンバには供給されないように調整されてもよい。別の例として、第１の弁は、実行されている動作に基づいて、チャンバに適切な種類のガスを供給するように適応的に調整されてもよい。例えば、処理モジュールの第１のセットのチャンバが洗浄段階にあり、第２のセットのチャンバが付着段階にあり、第３のセットのチャンバがコーティング段階にある場合に、弁は、それに応じて、第１のセットのチャンバに洗浄ガスを供給し、第２のセットのチャンバに付着作用ガスを供給し、第３のセットのチャンバに反応性ガスを供給するように調整されてもよい。このように、ガスモジュールは、実行されている動作に基づいて、処理チャンバへのガス供給を適応的に調整してもよい。結果として、成長システム（１５００）における処理フローは影響を受けず、異なるセットのワークピースが合理的に同時にコーティングされ得る。
【００６５】
成長システム（１５００）は、加えて、複数の処理チャンバに動作可能に結合された圧力モジュール（１５０６）を含む。本明細書では、圧力モジュールは真空ポンプ（図５の真空ポンプ（１２７）など）を含む。本明細書では、真空ポンプ（１２７）は、第２の弁を介して処理モジュールの各チャンバに動作可能に結合されていてもよく、第２の弁は、真空ポンプを介して、ワークピースのコーティングに用いられているチャンバにのみ真空を適用するように構成されていてもよい。例として、チャンバのいくつかがワークピースのコーティングに用いられており、残りのチャンバがメンテナンス中である場合に、第２の弁は、コーティングに用いられるチャンバにのみ選択的に真空を適用し、保守中である残りのチャンバには適用しなくてもよい。いくつかの実施形態において、第２の弁は、１つ以上の弁、例えば約１〜４個の弁を備える弁システムであってもよい。弁は、粗引きバイパス弁、隔離圧力制御弁、振り子隔離弁、又はそれらの任意の組み合わせであってもよい。例えば、真空ポンプは、直列に接続された粗引きバイパス弁及び隔離圧力制御弁を介して処理モジュールの各々に動作可能に結合されていてもよい。いくつかの実施形態において、処理モジュールの各チャンバに共通の前部ラインが結合されていてもよい。加えて、各チャンバは、粗引き／バイパス弁及び隔離／圧力制御弁を含んでもよい。隔離／圧力制御弁は、別個の隔離弁及び制御弁を置き換える組み合わせ弁であってもよい。他の実施形態において、弁は、複動式である振り子隔離弁を含んでもよい。いくつかの実施形態において、チャンバに印加される圧力は、チャンバ内で中空陰極条件が維持されるように、チャンバ内に配置された構成要素の間隔に基づいて調整されてもよい。例として、圧力モジュールは、近接して離間したワークピースを有するチャンバにはより高い圧力を印加し、さらに、広く離間したワークピースを有するチャンバにはより低い圧力を印加してもよい。このように、圧力モジュールは、処理チャンバの各々において中空陰極条件を維持するように印加される圧力を調整するように構成されていてもよい。
【００６６】
成長システム（１５００）は、加えて、電源モジュール（１５０８）は、１つ以上の処理モジュールに動作可能に結合されたアノード（図５のアノード（１２５）など）を含む。電源モジュールは、さらに、処理モジュールの各チャンバに動作可能に結合されたＤＣ電源（図５のＤＣ電源（１３１）など）を含む。電源モジュール（１５０８）は、例えば、陰極としての、コーティングに用いられているチャンバとコーティングされているワークピースとにのみバイアスを印加するように構成されていてもよい。加えて、電源モジュールは、陽極及び陰極に印加される電圧をさらに調整して、各チャンバの内部空間（１１７）内の中空陰極条件を維持してもよい。いくつかの実施形態において、電源モジュール（１５０８）は、チャンバ内の個々のワークピース間の間隔に基づいて、印加される電圧を調整してもよい。例として、異なる治具を用いて、処理モジュールの異なるチャンバに異なる種類のワークピースが設置されてもよい。したがって、ワークピースの構成要素間の間隔は、異なるチャンバにおいて異なってもよい。このような場合に、電源モジュールは、そのチャンバ内のワークピースの間隔に基づいて、チャンバの各々に印加されるＤＣ電圧を適応的に調整してもよい。より詳細には、電源モジュールは、近接して離間したワークピースを有するチャンバにはより低い電圧を印加し、さらに、広く離間したワークピースを有するチャンバにはより高い電圧を印加してもよい。このように、電源モジュールは、処理チャンバの各々における中空陰極条件を維持するように電圧を調整するように構成されていてもよい。
【００６７】
成長システム（１５００）は、加えて、１つ以上の処理モジュール（１５０２）、ガスモジュール（１５０４）、圧力モジュール（１５０６）、及び電源モジュール（１５０８）に動作可能に結合されたコントローラモジュール（１５１０）を含んでもよい。コントローラは、コントローラによって実行されるとコントローラに、ユーザインタフェースを用いてコーティング製法をロード及びアンロードさせるコンピュータ可読命令を記憶したメモリを有することができる。製法は、コーティングされるワークピースの種類、及び／又はワークピースの複雑な幾何配置に基づいて設計されてもよい。コントローラは、加えて、複数の処理モジュールのうちのいずれの処理モジュールがワークピースのコーティングに用いられているかを判定し、それに従って、第１の弁を介したガス搬送を調節し、用いられている処理モジュールのチャンバの圧力を調節し、さらに、陰極及び陽極に供給される電力を調節する。より詳細には、いずれの処理モジュールがワークピースのコーティングに用いられているかをコントローラが判定すると、コントローラは、最初に安全確認を実行してもよく、安全条件が満たされると、コントローラは、処理モジュールの適切なチャンバ（複数可）をアクティブ化してもよい。チャンバ（複数可）をアクティブ化することは、選択されたチャンバ（複数可）に電源を電気的に接続することを含み、加えて、残りのチャンバが接地されることを確保することを含んでもよい。コントローラは、加えて、選択されたチャンバ（複数可）の全ての適切なアクセス扉がロックされることを確保してもよい。さらに、コントローラは、ガス搬送と、選択されたチャンバ（複数可）への真空の適用とに用いられる全ての弁を特定してもよい。
【００６８】
例として、コントローラは、バイパス弁（複数可）を用いて、選択されたチャンバ（複数可）をポンプで引いて、さらに、第２の弁（複数可）を開放することによって、選択されたチャンバ（複数可）を真空引きしてもよい。本明細書では、第２の弁は、振り子隔離弁を含んでもよい。コントローラは、弁を閉鎖することによって、選択されたチャンバ（複数可）の内部に確立された真空を試験してもよく、選択されたチャンバ（複数可）の内部の圧力の監視を開始してもよい。いくつかの実施形態において、コントローラは、作業者がワークピースを並列に装填してシステムのスループットを増加させることが可能であり得るように、用いられていないその他のチャンバをリークすることを確保してもよい。いくつかの実施形態において、コントローラは、加えて、用いられていないその他のチャンバが接地されることを確保してもよい。
【００６９】
コントローラは、選択されたチャンバ（複数可）内で洗浄及びコーティングのシーケンスを開始してもよい。したがって、洗浄及びコーティングのシーケンスは、（ｉ）ワークピースの表面を洗浄することと、（ｉｉ）付着作用層（複数可）を形成することと、（ｉｉｉ）ワークピース上に層（複数可）をコーティングすることと、（ｉｖ）チャンバ（複数可）をパージすることとの各ステップ（複数可）についての、ガス流、圧力制御、電圧／電力及びパルス条件、時間を調整及び制御することを含んでもよい。したがって、チャンバ（複数可）に供給されるガスの種類は、例えば、ロードされるコーティング製法に基づいてもよい。コントローラは、ガス流、圧力、電圧／電力、及びパルス条件を調整して、用いられている処理モジュールのチャンバ内の中空陰極条件を確立し、したがって、用いられている処理モジュールのワークピースを均一にコーティングするようにプラズマを生成してもよい。このように、システムは、チャンバ内に任意の配意で配置されたワークピースの内表面及び外表面をコーティングする。コーティング処理が完了すると、コントローラは、選択されたチャンバ（複数可）を電気的に接地し、リークし、チャンバ（複数可）の内部のワークピースにアクセスするために、選択されたチャンバ（複数可）の適切なアクセス扉をロック解除してもよい。
【００７０】
このように、成長システムを用いて、異なる種類のワークピースを有する複数の処理チャンバを同時に動作させてもよい。したがって、本発明の成長システムは、コーティング処理及び最終生成物の、製造サイクルを合理化すること、及び完全な制御を維持することを可能にする。
【００７１】
本明細書で使用される、「約（ａｂｏｕｔ）」との用語は、基準とされる数字のプラスマイナス１０％のことを指す。
【００７２】
米国特許である、特許文献１、特許文献３、及び特許文献４の開示は、参照によりそれらの全体が本明細書に援用される。
【００７３】
本明細書に記載されたものに加えて、発明の様々な変更が、以上の説明から当業者には明らかであろう。このような変更も、添付の特許請求の範囲の範囲内に入ることが図られている。本出願における各引用文献は、その全体が参照により本明細書に援用される。
【００７４】
本発明の好ましい実施形態が図示及び記載されているが、添付の特許請求の範囲を越えない変更がそれに対してなされ得ることは当業者に直ちに明らかであろう。したがって、発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。いくつかの実施形態において、本特許出願に提示された図面は、角度、寸法比率などを含め、縮尺して描かれている。いくつかの実施形態において、図面は表象的であるにすぎず、特許請求の範囲は、図面の寸法によって限定されない。いくつかの実施形態において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」との語句を用いて本明細書に記載された発明の説明は、「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」として記載され得る実施形態を含み、したがって、「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」との語句を用いて本発明の１つ以上の実施形態を特許請求するための記載要件は満たされている。
【００７５】
以下の特許請求の範囲に引用された参照番号は、単に本出願の審査を容易にするためのものであって、例示的であり、特許請求の範囲を、図面中の対応する参照番号を有する特定の特徴に限定することは決して図られていない。
【符号の説明】
【００７６】
以下は、本明細書で参照される特定の要素に対応する要素のリストである。
１０１  チャンバ
１０３  モジュール式チャンバシールド
１０５  第１のパネル
１０７  第２のパネル
１０９  可動チャンバ扉
１１１  可動チャンバ扉
１１３  第１の端部
１１５  第２の端部
１１７  内部空間
１１９  ワークピース
１２１  ガス供給陽極チャンバ／ヘッド
１２３  真空サイド陽極チャンバ／ヘッド
１２５  陽極
１２７  真空ポンプ
１２８  圧力センサ
１２９  ガス
１３１  本明細書で使用される際には、パルス出力するＤＣ電源又はパルス出力化されたＤＣ電源を含む、ＤＣ電源
１３３  モジュール式治具
１３５  複数の処理チャンバ
１３７  第１のチャンバ
１３９  第２のチャンバ
１４１  エンクロージャ
１４３  ガスマニホールド又はガスライン
１５０  成長システム
１５１  扉
１５３  扉
１５５  第１の弁
１５７  第２の弁
１６１  ガス取入れ口
１６３  （ポンプで引く）真空前部ライン
１５００  成長システム
１５０２  処理モジュール
１５０４  ガスモジュール
１５０６  圧力モジュール
１５０８  電源モジュール
１５１０  コントローラ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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