プラズマ化学気相成長装置
プロセスチャンバと、プロセスチャンバへの前駆体ガス入口と、送出口と、プロセスチャンバ内に配置されたプラズマ源とを備える、材料を移動する基材上に蒸着するＰＥＣＶＤ装置が提供される。プラズマ源は、１つ以上の負グロー領域と、１つ以上の陽光柱とを生成する。少なくとも１つの陽光柱は、基材に向かって配置される。プラズマ源、および前駆体ガス入り口は、互いにおよび基材に対して関連して配置され、それにより前駆体ガスは基材に隣接した陽光柱内に注入される。装置は、前駆体ガスを、負グロー領域から離れて陽光柱内に導くように提供される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、２００９年９月５日に出願された米国仮特許出願番号第６１／２７５，９３０号の優先権を主張するものであり、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）装置およびプロセスに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）は、気体状態（気相）の前駆体を基材上の固体状態のコーティングへと薄膜を堆積するために使用されるプロセスである。化学反応は、堆積チャンバ内の前駆体がプラズマと反応するプロセスに含まれる。慣習的なＣＶＤでは、通常、加熱が前駆体の分解反応のために適用された。基材上へのＰＥＣＶＤ堆積は、常温、または従来の熱化学気相成長法と比較すると比較的低い温度で達成することができる。ＰＥＣＶＤは、スパッタリングとは異なり、ＰＥＣＶＤプロセスでは、プラズマ電極を形成する材料が顕著な量の堆積された膜を形成しない。
【０００４】
求められている基材上のみでなく、プラズマ源の重要な電極表面を含む他の表面上にもコーティングされるため、ＰＥＣＶＤは、より広く使用されてはいなかった。コーティングが非伝導性の場合、プラズマ源の動作特性は、動作に対して動的なものとなり、商業生産におけるコーティングの均一性を妨げる。例えば、ＳｉＯ２などのような絶縁膜により、典型的には約４から８時間の連続動作後に、電極コーティングはアーク放電または完全な電源動作の中止を生じる可能性があり、これにより、分解およびクリーニングのために生産の中断が必要となる。
【０００５】
ＰＥＣＶＤでは、前駆体ガスの分解がプラズマの存在により生じる。プラズマ発生を駆動する電極が前駆体ガスに暴露されると、電極上に相当な割合の堆積が生じる。スパッタマグネトロンタイプのプラズマ源を使用する場合、これは特に問題であり、前駆体は強烈なレーストラック負グローに暴露される。マグネトロン電極上のコーティングの集積は、厳しいプロセス上の困難を引き起こす。電気回路インピーダンスは、プロセスの安定性、ならびに堆積速度および材料使用量を含むプロセスの効率に影響を与える集積により変化し、電極コーティングの程度にまで減少される。
【０００６】
先行技術のＰＥＣＶＤ装置では、有用なコーティングが基材上に堆積される場合がある一方で、源が急速にコーティングされ、プロセスのドリフトおよびアーク放電を生じる。半導体バッチ用途では、エッチングプロセスは、暴露された電極（複数可）をクリーニングするための設定された間隔の後に実行される。ロールツーロールウェブまたはインラインコーティングシステムなどのような連続プロセスでは、ＰＥＣＶＤプロセスは、停止することなく何十時間も運転しなければならない。これらの用途では、エッチングクリーニングサイクルは、実用的でない。大量生産に適した時間スケールにわたる、連続的な性能のＰＥＣＶＤプロセスを維持する必要が存在する。
【０００７】
プラズマ源が、かかる動作を行い、かつ１メートルを超える直線的な均一性を有する幅広い基材上に堆積する能力を有する必要もまた存在する。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の実施形態において、マグネトロン上のコーティングの集積は最小化され、かつ長いＰＥＣＶＤコーティングの実行が可能になる。本発明の、大面積基材上のＰＥＣＶＤ堆積の実施形態の構成は、特に有用であり、長く、連続的なＰＥＣＶＤプロセスが可能になる。
【０００９】
本発明の原理によると、基材表面上に材料を堆積するためのプラズマ化学気相成長装置は、プロセスチャンバと、そのプロセスチャンバ内に配置された少なくとも１つのプラズマ源とを有する。プラズマ源は、負グロー領域、および陽光柱を生成する。少なくとも１つのプラズマ源は、陽光柱が基材表面に向けられるように、基材表面の近位に配置される。ＰＥＣＶＤ装置は、材料を基材上に堆積するために、陽光柱と相互作用するように前駆体ガスをプロセスチャンバ内に注入する、少なくとも１つの入口と、チャンバ内のガスのための送気出口を提供するための少なくとも１つの出口とをさらに備える。少なくとも１つの入口、少なくとも１つの出口、および少なくとも１つのプラズマ源は、少なくとも１つの入口流れからのプロセスチャンバ内に注入された実質的に全ての前駆体ガスが、基材表面に隣接する陽光柱内へ入るように、基材表面および相互と関連して位置付けられる。
【００１０】
本発明の実施形態では、前駆体ガスを陽光柱内に流れ込むように導く、または向けるるために、装置はプロセスチャンバ内に提供される。本発明のある特定の実施形態では、前駆体ガスを陽光柱内へ導くために、装置はシールドを有する。
【００１１】
本発明のいくつかの実施形態では、入口マニホールドは、少なくとも１つ以上の入口を提供する。
【００１２】
本発明のいくつかの実施形態では、前駆体ガスを基材の表面に隣接する陽光柱内へ導くために、装置は入口マニホールドに隣接して配置される。
【００１３】
本発明の様々な実施形態では、基材は移動する基材である。ある特定の実施形態では、基材は可撓性の基材である。
【００１４】
具体的な実施形態では、少なくとも１つのプラズマ源は、ロータリープラズマ、少なくとも１つのデュアルロータリーマグネトロンプラズマ源、平板マグネトロン、または少なくとも１つのデュアル平板マグネトロンプラズマ源を含む。
【００１５】
実施形態は、少なくとも１つのプラズマ源に反応性ガスを提供する、少なくとも第２の入口を含む。
【００１６】
基材の表面上への材料のプラズマ化学気相成長コーティングのためのプロセスは、少なくとも１つのプラズマがその中に配置されるプロセスチャンバの提供を含んで提供される。前記少なくとも１つのプラズマの各々は、プラズマに隣接し、基材表面に向かって発射される陽光柱内に含まれる負グロー領域を生成する。化学気相成長前駆体ガスは、実質的に前記陽光柱とのみ相互作用し、かつ基材の表面にプラズマ化学気相成長コーティングによって材料を堆積するようにプロセスチャンバ内に注入される。前記負グロー領域とのガスの相互作用は、これによりプラズマ源に汚染材料の堆積が無いように保つように抑制される。
【００１７】
実施形態によると、方法は、陽光柱内に前駆体ガスを導くための装置をチャンバ内に提供することを含む。ある特定の実施形態は、デュアルマグネトロンプラズマ源を使用することを含む。プロセスは、可撓性かつ自立の基材に対して適用可能である。堆積は、特に材料が金属酸化物のような電気的に絶縁する材料である、材料によるマグネトロンの汚染がないため、連続１００時間を越えて継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
本発明は、以下の発明を実施するための形態を読むことにより、よりよく理解されるであろう。ここで、同様の要素を識別するために同様の参照記号表示子が使用され、様々な要素の相対的な寸法および位置は例示のみであり、これらはいかなる方法でも制限することを意図しない。
【００１９】
【図１】マグネトロンプラズマ源、ならびに一般化された形状および動作中に生成される放電内の領域の相対的寸法の断面概略図である。
【図２】発明の装置内での動作のためのＰＥＣＶＤマグネトロンプラズマ源の断面概略図である。
【図３】発明のＰＥＣＶＤ装置としての動作のための、電気的に結合されたロータリーマグネトロンプラズマ源の断面概略図である。
【図４】動作中の発明のロールコーターＰＥＣＶＤ実施形態の断面概略図である。
【図５Ａ】別の発明のＰＥＣＶＤ装置の斜視図および断面図である。
【図５Ｂ】別の発明のＰＥＣＶＤ装置の斜視図および断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明は、揮発性前駆体の基材上へのプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）において有用性を有する。本発明は、負グロー領域の近位のマグネトロンのターゲット上へのコーティングの成長を制限するように、負グロー領域が限られた量の前駆体に暴露されるために、選択的に前駆体ガスを陽光柱内および堆積する基材に隣接して注入することにより、電気的に絶縁するコーティングの堆積電極上への集積の先行技術の問題を大幅に克服する。
【００２１】
以下に示され、かつ記述される実施形態の各々において、プロセスチャンバ、マグネトロンプラズマ源、前駆体ガス入口、およびポンプ出口は、前駆体ガスが負グロー領域を定義する小葉部と相互作用することが好ましくなく、実質的に除去されるように、注入されたＣＶＤ前駆体ガスを、基材に隣接するプラズマ源陽光柱内に選択的に導く流路（複数可）を提供するように構成される。本明細書に記述される様々な実施形態は、構成を代表するものであり、本発明が、示されかつ記述された特定の構成の範囲に制限されないことは当業者により理解されるであろう。
【００２２】
明瞭化の目的のために、プロセスチャンバ、プラズマ源、および基材搬送装置の様々な構造的特徴は示されない。さらに、様々なシールドおよびチャネルの構造装置および構成は示されていない。同様に、特定の構造および構成は、本発明の範囲を制限するものとは考えられない。
【００２３】
図１は、プラズマ源として動作する平板マグネトロン１を図示する。平板マグネトロン１は断面で示され、平板マグネトロンとして図示されるが、当業者には理解されるであろうように、本発明の原理は、説明に役立つように異なるタイプのマグネトロンカソードを含む他の既知のタイプのプラズマ源に適用される。本明細書に提供される記述がいずれかの特定のマグネトロン構成またはマグネトロン構造に限定されることは意図されていない。本発明において描写されかつ動作されるマグネトロンプラズマ源は、１メートルを越える、２メートルを越える、３メートルを越える、および４メートルを越える、断面の面に直角な線形寸法を有するためによく適合している。一方、有限長さの剛性の薄板、または細長いリボン上の薄板のいずれであっても、ほとんどの従来の基材は４メートル未満の幅を有するのに対し、４メートルを超える幅の薄板を意図することができる。発明の装置は、４メートルを超える幅の薄板にわたって制御された堆積を提供するように、線形の程度で、容易に構築することができる。
【００２４】
マグネトロンプラズマ堆積は、３つの領域により記述される場合がある。すなわち、陰極暗部（ＣＤＳ）、負グロー領域（ＮＧ）、および陽光柱（ＰＣ）である。平板マグネトロン１は、ターゲット２と呼ばれる露出した電極表面を有し、接地されたシールド３により包囲することができる。高電圧のマグネトロン１とシールド３との間は、暗部４である。暗部４は、プラズマをマグネトロン１の側面および背面の照明から妨げ、かつ望ましくないアーク放電からも妨げるために存在する。磁力線５０は、ターゲット２に隣接する負グローＮＧを収容する。これらの記号表示は、以下の図面を通して使用される。これらの広域的な記号表示は、本発明が関係する分野の当業者が理解するように、共通の意味、および物理的な属性を有することを意図されている。
【００２５】
従来のＰＥＣＶＤの配設では、プロセスチャンバに導入されたＣＶＤ前駆体ガスは、高い速度、すなわち音速で、チャンバ全体に分散する。前駆体ガスは、プラズマと相互作用して、近隣の表面上に材料を堆積する、凝縮性の構成物質を生成する。先行技術のＰＥＣＶＤシステムおよびプロセスでは、前駆体ガスは、陽光柱内には向けられない。マグネトロン負グローＮＧは、最も高密度のプラズマなので、前駆体ガスはＮＧおよびマグネトロンのターゲット上に堆積された材料と強く相互作用する。
【００２６】
図２は、概して２００で示される、基材Ｓの表面２０１上にコーティングを堆積するための、発明のＰＥＣＶＤ装置を通した横方向の断面図である。ＰＥＣＶＤ装置２００は、真空チャンバ（図示せず）の中に所在する。移動基材表面２０１は、剛性の基材、可撓性の基材、または部分的に可撓性の基材の表面であってもよく、基材Ｓは、積み重ねることができる薄板、または細長いリボン状の板材である。プラズマ源は、チャンバ内に配置されるデュアルマグネトロンカソード２２１、２２３を含んで提供される。描写されるように、各マグネトロン２２１、２２３は、図の紙面に垂直に延在する、最大５メートルの長さの平板マグネトロンである。各マグネトロン２２１、２２３は、小葉状の負グローＮＧおよび陽光柱ＰＣを生成する。陽光柱ＰＣは、各負グローＮＧから発し、２つの陽光柱は重なり合って１つのプラズマ領域として現れる。シールド２４５は、マグネトロン２２１の周りに配置され、シールド２４７は、マグネトロン２２３の周りに配置される。結露の無い不活性ガスまたは反応性ガス１５は、コンジットまたはマニホールド２６９および２６９Ａを介してマグネトロン２２１、２２３にそれぞれ供給される。例として、不活性ガスは、アルゴンまたはヘリウムであってもよい。反応性ガスは、酸素または窒素であってもよい。反応性ガスは、純粋な形態で、またはＰＥＣＶＤ反応性を触媒する反応性ガスと混合され、かつ／または、酸素および窒素含有、およびフッ素含有反応性ガスの場合、結果として得られる、それぞれ酸窒化物または酸フッ化物などのような、コーティングの中に組み込まれて使用されることが理解される。反応性ガスが、採用されるＰＥＣＶＤ条件の下で非反応性であると定義される不活性ガスにより希釈されることも、さらに理解される。マグネトロン２２１、２２３は、陽光柱ＰＣが基材表面２０１に隣接して薄板を形成するように配置される。ＣＶＤ前駆体ガス２５１、および２５１Ａは、プロセスチャンバ２００ａの中に入口２４９および２４９ａにおいて注入される。真空送出口２６１も、コーティング副産物および過剰な反応性ガスを排気するために提供される。入口２４９および２４９´は、マニホールドの全長にわたって均一な気体流れを提供するように構築される入口マニホールドにより提供される。前駆体ガス２５１および２５１Ａは、組成的には同じまたは異なり、所望する場合は、様々な量の不活性緩衝ガスを含む。
【００２７】
マグネトロン２２１、２２３は、ＡＣ電源３１９の対向する側に接続される。電源３１９は、２０ｋＨｚ〜６０００ｋＨｚの例示的な周波数範囲の交流電源である。より高い周波数、またはより低い周波数の電源も使用することができる。
【００２８】
ＰＥＣＶＤ装置２００は、前駆体入口２４９および２４９Ａからの前駆体ガス流路２９０が選択的に基材表面２０１に隣接する陽光柱ＰＣ内を通り、基材表面２０１上に材料を堆積するように、基材表面２０１に最も近くに配置される陽光柱ＰＣにより構成される。マグネトロン２２１、２２３ならびに入口２４９および２４９Ａは、前駆体ガス２５１が基材表面２０１に隣接する陽光柱ＰＣ内に確実に注入されるように、相互に関連し、かつ基材表面２０１に関連して配置される。プラズマ陽光柱ＰＣに接触すると、前駆体ガス２５１は分解され、分子成分の形態を凝縮する。これらの成分は、近隣の表面に付着し、ＰＥＣＶＤコーティングを形成する。前駆体入口１９を基材ｓの近位で、ロータリーマグネトロン３０、３１、負グローＮＧから遠位に位置付けることにより、凝縮性分子は、ロータリーマグネトロン電極表面ではなく、基材上に選択的に堆積する。装置またはシールド２４５、２４７を提供し、装置またはシールド２４５、２４７およびマグネトロン２２１、２２３に対して前駆体ガス入口２４９、２４９Ａおよび送出口２６１を選択的に位置付けることにより、負グロー領域ＮＧとの前駆体ガス相互作用が、実質的に除去できない場合には著しく減少するように、前駆体流路２９０が画定され、これにより、ＰＥＣＶＤ装置２００が１００時間を越える長期間の連続動作で、著しい劣化無しに酸化物堆積のために動作できるようにする。マグネトロン２２１および２２３の上へのコーティングの堆積を避けるために、入口２４９、２４９Ａ、２６９、２６９Ａおよび出口２６１の代替の位置が提供されることが理解される。これらの位置の図示は、図２の紙面の平面に垂直なＰＣ内の長孔状のまたは間欠的に孔が空けられたマニホールドを含む。
【００２９】
図３は、概して３００で示される、別の発明のＰＥＣＶＤ装置を通した横方向の断面図である。図３に関して使用される同様の参照番号は、本発明の前掲の図および記述に関してそれに帰する意味を有する。装置３００は、ＰＥＣＶＤコーティングを塗布するために平板状の基材Ｓがそれを通して移送される真空室（図示せず）を含む。基材は、チャンバ内を、当該技術で周知であり、概して５で示される従動ローラーを含む移送システムを介して通過する。
【００３０】
この実施形態では、デュアルロータリーマグネトロン３０、３１がプラズマ源として使用される。各ロータリーマグネトロン３０、３１は、図の紙面の平面に垂直にある長さで、図２の２２１、２２３と類似の様態で延在する。示されるように、ロータリーマグネトロン３０、３１は負グロー領域ＮＧおよび重ね合わさった陽光柱ＰＣを生成する。交流ＡＣ電源３１９が、ロータリーマグネトロン３０、３１のために提供される。ロータリーマグネトロン３０、３１は重ね合わさった陽光柱ＰＣが基材表面３０１と相互作用するように配置される。
【００３１】
前駆体ガス分配マニホールド１１は、金属薄板コンジット３４の内側に設置される。マニホールド１０および１１は、各々マグネトロン３０および３１の長さにほぼ対応する長さを有する。マニホールド１１から流れる前駆体ガス２５１は、コンジット３４シールド１３により基材Ｓに隣接するＰＣの中に導かれる。コンジットシールド１３は、ＰＣに隣接して開口１９において終了する。シールド３３は、基材Ｓに近く、前駆体ガス１７の流れをＰＣから離すように制限する。反応性ガスまたは不活性ガスマニホールド１０は、ロータリーマグネトロン３０および３１に隣接して設置される。反応性ガス流または不活性ガス流１５は、前駆体ガスとマグネトロン３０、３１との間を流れるように導かれる。シールド１３は、反応性ガスまたは不活性ガス１５の流れを導くために役立つ。マニホールド１１および１０は、基材Ｓ上の均一なＰＥＣＶＤ堆積を促進するために、マニホールドの幅にわたって理論的に均一な流れを提供するように設計される。
【００３２】
ＰＣの中への前駆体ガス２５１および反応性ガスまたは不活性ガス１５の流れは、真空送気の構成により強化される。示されるようにガスマニホールドの反対側に真空送気を構成することにより、ガス１５および２５１は、真空ポンプに達する前にＰＣの中へ、およびＰＣを通って吸引される。これは、前駆体ガス２５１、および反応性ガスまたは不活性ガス１５の利用の効率を高める。真空送気３６１は、プロセスエリアの全長にわたり理論的に均一な速度でガスを吸引して出すように構成される。ロータリーマグネトロン３０および３１の各々は、図２に関して詳細に示されるように、固定式の平板マグネトロン２３１または２３２によって独立的に置き替えられることが理解される。
【００３３】
ＰＥＣＶＤ装置３００は、材料を基材表面３０１上に堆積するために、陽光柱ＰＣと相互作用するように、前駆体ガス２５１が基材表面３０１に隣接する陽光柱ＰＣ内に注入されるように構成される。流路３９０は、陽光柱ＰＣとの最初の接触後、あらゆる未反応ＣＶＤ前駆体ガス２５１が小葉状の負グロー領域ＮＧと反応するのを阻止するように選択される。シールド１３を提供し、かつ前駆体ガス入口１９および送出口３６１をロータリーマグネトロン３０、３１に対して選択的に位置付けることにより、負グロー領域ＮＧとの前駆体ガス相互作用は、実質的に除去され、これにより、ＰＥＣＶＤ装置３００は、少なくとも２４時間、および４０時間、６０時間、８０時間、そして２００時間さえも越えて、長い期間の連続動作を、ＣＶＤの電気的に絶縁する堆積によるマグネトロンターゲットの著しい劣化無しに、動作することができるようになる。
【００３４】
ロールコーター、またはウェブコーターは、ロールの形態の可撓性材料の薄板（「ウェブ」）のコーティングを可能にする、特殊なバッチタイプのシステムである。このタイプのシステムは、一般的にポリマー、紙、および鋼の薄板材料を被覆するために使用される。これらのタイプのシステムでは、被覆される材料は、ロールから広げられ、堆積ゾーンを貫通し、そして再度ロール状に巻かれる。ロール状の形態で効率的に収容された薄板材料の長い長さのために、ロール全体を被覆するための堆積プロセスは、長い時間を要する可能性がある。
【００３５】
「ウェブコーティング」プロセスでは、可撓性の基材薄板は、１つのロールから供給され、第２のロールにより回収される。ロールは、真空中、またはウェブが複数の異なるように送気された密封を貫通した外側のいずれかに置かれてもよい。
【００３６】
図４は、ロールコーターまたはウェブコータータイプのＰＥＣＶＤシステム装置４００の堆積部分を示す。図４に関して使用される同様の参照番号は、本発明の前掲の図および記述に関してそれに帰する意味を有する。可撓性のウェブ基材Ｓは、アイドラーロール６上からドラム７へ、およびドラム７からアイドラーロール６上へ移送される。ウェブ基材Ｓは、ドラム７の周りに支持され、所望される場合はドラム７により冷却または加熱される。ウェブの移送および温度制御は、当該技術において周知であり、４１７に総体的に描写される。ＰＥＣＶＤ装置４００は、ターゲット２１がウェブ基材Ｓおよびドラム７と向き合うように位置付けられた、平板マグネトロン８を含む。電源１４は、マグネトロンターゲット２１上にプラズマを開始し維持する。電源１４は、ＤＣ、パルスＤＣ、ＡＣ，またはＲＦタイプの電源であってもよい。動作中、マグネトロン８プラズマは、負グローＮＣおよび陽光柱ＰＣ構成要素を有する。ＰＥＣＶＤ装置は、金属薄板ハウジング１２内に前駆体マニホールド１１をさらに含む。前駆体ガス２５１は、ハウジング１２から、基材ＳおよびＰＣに隣接して、開口部１９において出るように向けられる。シールド１３は、前駆体ガス２５１がＰＣに遭遇する前に、前駆体ガス２５１がマグネトロンターゲット表面２１を「目視」するのを遮る。第２のガスマニホールド１０は、結露の無い反応性ガスまたは不活性ガス１５を、前駆体ガス入口１９と平板マグネトロンターゲット２１との間に向ける。前駆体ガス２５１の残余および反応性ガスまたは不活性ガス１５の両方は、基材Ｓとマグネトロン８との間を流れ、その後真空ポンプ（図示せず）へ流れる。ポンプへの流れは、矢印２０により描写される。ＰＥＣＶＤプロセスでは、前駆体ガスは、ＰＣと接触すると相互作用し、基材Ｓ上にコーティング４が作成される。基材Ｓは、前駆体ガスとプラズマの相互作用に最も近位の表面なので、基材Ｓは、コーティングの大部分を受ける。マグネトロンターゲット２１の表面は、前駆体ガス入口１９から比較的遠位であり、ＣＶＤ堆積コーティングの最小限の量のみを受ける。十分に量が少なければ、ターゲット２１上のコーティングの集積は、ターゲット２１上のＮＧスパッタ作用により取り除かれ、これによりターゲット２１は清浄なままとなる。これにより、ＰＥＣＶＤ装置４００は、少なくとも２４時間、および４０時間、６０時間、８０時間、１００時間、そして２００時間さえも越えて、長い期間の連続動作を、ＣＶＤの電気的に絶縁するコーティングの堆積によるマグネトロンターゲットの著しい劣化無しに動作することができるようになる。
【００３７】
ここで、図５Ａおよび図５を参照すると、本発明のさらに別の実施形態が示される。ここで、ＰＥＣＶＤコーティング装置５００は、コーティングを移動する基材Ｓの上に堆積する。図４に関して使用される同様の参照番号は、本発明の前掲の図および記述に関してそれに帰する意味を有する。基材Ｓは、ガラス、もしくは金属などのような剛性の移動する基材であっても、またはポリマーなどのような可撓性の基材であってもよい。基材Ｓは、ベルト２８１上で、マグネトロン２０８および２１０から成るプラズマ源によって生成される陽光柱ＰＣを通って、搬送または移送される。
【００３８】
この実施形態では、マグネトロン２０８および２１０は、基材Ｓを横切って相互に向き合って位置付けられる。マグネトロン２０８および２１０は、図５Ａでは斜視図で示され、図５Ｂでは断面図で示される。各マグネトロン２０８、２１０は、好ましくは暗部シールド２０９、２０９Ａをそれぞれ含む。
【００３９】
マグネトロン２０８および２１０は、より大きい磁石がレーストラックの外側にあるアンバランスな磁場構成をともなう、各々独立した平板のマグネトロンである。これは、古くからタイプＩＩと呼ばれたアンバランスマグネトロンである（Window and Saavides, J. Vac. Sci. Technol., A 4 (1986)）。マグネトロン２０８および２１０は、ＡＣ電源３１９の対向する側に接続される。電源３１９は、２０ｋＨｚ〜６０００ｋＨｚの例示的な周波数範囲の交流電源である。より高い、またはより低い周波数の電源も使用することができる。各マグネトロン２０８および２１０は、負グロー領域ＮＧを生成し、かつ統合された陽光柱ＰＣを形成する。
【００４０】
プロセスの動作時間をより長くするために、ＰＥＣＶＤ装置５００のために、前駆体ガス２５１の流れを向かわせ、かつそれにより各マグネトロン２０８および２１０を望ましくない堆積から保護するように、遮蔽２１３が提供される。遮蔽の配設は、好ましくは、前駆体ガス２５１が選択的に負グロー領域ＮＧと相互作用して材料をマグネトロン２０８および２１０の上に堆積しないように、マグネトロン２０８および２１０を包囲または分離するシールド２１３を有する。シールド２１３は、マグネトロン２０８および２１０から発せられた陽光柱ＰＣが細長いまたはスリット様の開口部２１９を貫通して、基材Ｓに向かうように位置付けられた細長い開口部２１９を含む。シールド２１３は、基材Ｓから離間されるように堆積される。
【００４１】
前駆体ガス２５１のための分配マニホールド２１１は、前駆体ガス２４０が基材ＳにわたるＰＣの長さに沿ってＰＣの中に注入されるように、位置付けられる。真空ポンプ（図示せず）は、９６１において示されるように、ＰＥＣＶＤプロセス残余を堆積エリアから除去するために提供される。シールド２１３および真空ポンプ構成は、好ましくは、ＰＥＣＶＤプロセスの使用効率を向上させるために、排気装置９６１に達する前に、ＰＣを通るプロセスガスの流れを促進するように設計される。
【００４２】
シールド２１３の異なる構成が提供されてもよいことは、当業者には明らかであろう。単一のシールドボックス２１３が示されているが、各々のプラズマ源２０８および２１０は、代替的に分離したシールド部分の中に包囲されることも、当業者には明らかであろう。全ての示された実施形態および記述された実施形態において、様々なシールドは、アルミニウムまたは類似のプラズマチャンバ構築材料から成っていてもよい。
【００４３】
本発明は、以下の非限定的な実施例に関してさらに詳述される。実施例は、本発明の動作の例示に過ぎず、添付の特許請求の範囲の範囲をいかなる方法でも制限することは意図されない。
【００４４】
本明細書で言及した特許書類および出版物は、本発明が関係する当業者のレベルを示すものである。これらの書類および出版物は、あたかも各々の個々の書類または出版物が具体的に、かつ個別に参照により組み込まれているのと同じ程度まで、参照により本明細書に組み込まれる。
【００４５】
本発明は、いくつかの実施形態に関して記載されてきた。実施形態に対して、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更および修正を行うことができることが、当業者には明らかであろう。本発明は、示され実施形態および記述された実施形態によって制限されることは意図されない。本発明の範囲は、本明細書に添付された特許請求の範囲のみによる範囲に制限されることが意図される。
【符号の説明】
【００４６】
２００、３００、４００、５００・・・ＰＥＣＶＤ装置
２０１、３０１・・・基材表面
６・・・アイドラーロール
７・・・ドラム
８、３０、３１、２０８、２１０、２２１、２２３・・・マグネトロン
１１、２１１、２６９、２６９Ａ・・・マニホールド
１３、３３、２１３、２４５、２４７・・・シールド１４、３１９・・・電源
１９・・・前駆体入口
３４・・・金属薄板コンジット
２００ａ・・・プロセスチャンバ
２４９、２４９ａ、２４９´、２４９Ａ、２６９、２６９Ａ・・・入口
２５１、２５１Ａ・・・前駆体ガス
２６１・・・出口
２９０・・・前駆体流路
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、２００９年９月５日に出願された米国仮特許出願番号第６１／２７５，９３０号の優先権を主張するものであり、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）装置およびプロセスに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）は、気体状態（気相）の前駆体を基材上の固体状態のコーティングへと薄膜を堆積するために使用されるプロセスである。化学反応は、堆積チャンバ内の前駆体がプラズマと反応するプロセスに含まれる。慣習的なＣＶＤでは、通常、加熱が前駆体の分解反応のために適用された。基材上へのＰＥＣＶＤ堆積は、常温、または従来の熱化学気相成長法と比較すると比較的低い温度で達成することができる。ＰＥＣＶＤは、スパッタリングとは異なり、ＰＥＣＶＤプロセスでは、プラズマ電極を形成する材料が顕著な量の堆積された膜を形成しない。
【０００４】
求められている基材上のみでなく、プラズマ源の重要な電極表面を含む他の表面上にもコーティングされるため、ＰＥＣＶＤは、より広く使用されてはいなかった。コーティングが非伝導性の場合、プラズマ源の動作特性は、動作に対して動的なものとなり、商業生産におけるコーティングの均一性を妨げる。例えば、ＳｉＯ２などのような絶縁膜により、典型的には約４から８時間の連続動作後に、電極コーティングはアーク放電または完全な電源動作の中止を生じる可能性があり、これにより、分解およびクリーニングのために生産の中断が必要となる。
【０００５】
ＰＥＣＶＤでは、前駆体ガスの分解がプラズマの存在により生じる。プラズマ発生を駆動する電極が前駆体ガスに暴露されると、電極上に相当な割合の堆積が生じる。スパッタマグネトロンタイプのプラズマ源を使用する場合、これは特に問題であり、前駆体は強烈なレーストラック負グローに暴露される。マグネトロン電極上のコーティングの集積は、厳しいプロセス上の困難を引き起こす。電気回路インピーダンスは、プロセスの安定性、ならびに堆積速度および材料使用量を含むプロセスの効率に影響を与える集積により変化し、電極コーティングの程度にまで減少される。
【０００６】
先行技術のＰＥＣＶＤ装置では、有用なコーティングが基材上に堆積される場合がある一方で、源が急速にコーティングされ、プロセスのドリフトおよびアーク放電を生じる。半導体バッチ用途では、エッチングプロセスは、暴露された電極（複数可）をクリーニングするための設定された間隔の後に実行される。ロールツーロールウェブまたはインラインコーティングシステムなどのような連続プロセスでは、ＰＥＣＶＤプロセスは、停止することなく何十時間も運転しなければならない。これらの用途では、エッチングクリーニングサイクルは、実用的でない。大量生産に適した時間スケールにわたる、連続的な性能のＰＥＣＶＤプロセスを維持する必要が存在する。
【０００７】
プラズマ源が、かかる動作を行い、かつ１メートルを超える直線的な均一性を有する幅広い基材上に堆積する能力を有する必要もまた存在する。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の実施形態において、マグネトロン上のコーティングの集積は最小化され、かつ長いＰＥＣＶＤコーティングの実行が可能になる。本発明の、大面積基材上のＰＥＣＶＤ堆積の実施形態の構成は、特に有用であり、長く、連続的なＰＥＣＶＤプロセスが可能になる。
【０００９】
本発明の原理によると、基材表面上に材料を堆積するためのプラズマ化学気相成長装置は、プロセスチャンバと、そのプロセスチャンバ内に配置された少なくとも１つのプラズマ源とを有する。プラズマ源は、負グロー領域、および陽光柱を生成する。少なくとも１つのプラズマ源は、陽光柱が基材表面に向けられるように、基材表面の近位に配置される。ＰＥＣＶＤ装置は、材料を基材上に堆積するために、陽光柱と相互作用するように前駆体ガスをプロセスチャンバ内に注入する、少なくとも１つの入口と、チャンバ内のガスのための送気出口を提供するための少なくとも１つの出口とをさらに備える。少なくとも１つの入口、少なくとも１つの出口、および少なくとも１つのプラズマ源は、少なくとも１つの入口流れからのプロセスチャンバ内に注入された実質的に全ての前駆体ガスが、基材表面に隣接する陽光柱内へ入るように、基材表面および相互と関連して位置付けられる。
【００１０】
本発明の実施形態では、前駆体ガスを陽光柱内に流れ込むように導く、または向けるるために、装置はプロセスチャンバ内に提供される。本発明のある特定の実施形態では、前駆体ガスを陽光柱内へ導くために、装置はシールドを有する。
【００１１】
本発明のいくつかの実施形態では、入口マニホールドは、少なくとも１つ以上の入口を提供する。
【００１２】
本発明のいくつかの実施形態では、前駆体ガスを基材の表面に隣接する陽光柱内へ導くために、装置は入口マニホールドに隣接して配置される。
【００１３】
本発明の様々な実施形態では、基材は移動する基材である。ある特定の実施形態では、基材は可撓性の基材である。
【００１４】
具体的な実施形態では、少なくとも１つのプラズマ源は、ロータリープラズマ、少なくとも１つのデュアルロータリーマグネトロンプラズマ源、平板マグネトロン、または少なくとも１つのデュアル平板マグネトロンプラズマ源を含む。
【００１５】
実施形態は、少なくとも１つのプラズマ源に反応性ガスを提供する、少なくとも第２の入口を含む。
【００１６】
基材の表面上への材料のプラズマ化学気相成長コーティングのためのプロセスは、少なくとも１つのプラズマがその中に配置されるプロセスチャンバの提供を含んで提供される。前記少なくとも１つのプラズマの各々は、プラズマに隣接し、基材表面に向かって発射される陽光柱内に含まれる負グロー領域を生成する。化学気相成長前駆体ガスは、実質的に前記陽光柱とのみ相互作用し、かつ基材の表面にプラズマ化学気相成長コーティングによって材料を堆積するようにプロセスチャンバ内に注入される。前記負グロー領域とのガスの相互作用は、これによりプラズマ源に汚染材料の堆積が無いように保つように抑制される。
【００１７】
実施形態によると、方法は、陽光柱内に前駆体ガスを導くための装置をチャンバ内に提供することを含む。ある特定の実施形態は、デュアルマグネトロンプラズマ源を使用することを含む。プロセスは、可撓性かつ自立の基材に対して適用可能である。堆積は、特に材料が金属酸化物のような電気的に絶縁する材料である、材料によるマグネトロンの汚染がないため、連続１００時間を越えて継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
本発明は、以下の発明を実施するための形態を読むことにより、よりよく理解されるであろう。ここで、同様の要素を識別するために同様の参照記号表示子が使用され、様々な要素の相対的な寸法および位置は例示のみであり、これらはいかなる方法でも制限することを意図しない。
【００１９】
【図１】マグネトロンプラズマ源、ならびに一般化された形状および動作中に生成される放電内の領域の相対的寸法の断面概略図である。
【図２】発明の装置内での動作のためのＰＥＣＶＤマグネトロンプラズマ源の断面概略図である。
【図３】発明のＰＥＣＶＤ装置としての動作のための、電気的に結合されたロータリーマグネトロンプラズマ源の断面概略図である。
【図４】動作中の発明のロールコーターＰＥＣＶＤ実施形態の断面概略図である。
【図５Ａ】別の発明のＰＥＣＶＤ装置の斜視図および断面図である。
【図５Ｂ】別の発明のＰＥＣＶＤ装置の斜視図および断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明は、揮発性前駆体の基材上へのプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）において有用性を有する。本発明は、負グロー領域の近位のマグネトロンのターゲット上へのコーティングの成長を制限するように、負グロー領域が限られた量の前駆体に暴露されるために、選択的に前駆体ガスを陽光柱内および堆積する基材に隣接して注入することにより、電気的に絶縁するコーティングの堆積電極上への集積の先行技術の問題を大幅に克服する。
【００２１】
以下に示され、かつ記述される実施形態の各々において、プロセスチャンバ、マグネトロンプラズマ源、前駆体ガス入口、およびポンプ出口は、前駆体ガスが負グロー領域を定義する小葉部と相互作用することが好ましくなく、実質的に除去されるように、注入されたＣＶＤ前駆体ガスを、基材に隣接するプラズマ源陽光柱内に選択的に導く流路（複数可）を提供するように構成される。本明細書に記述される様々な実施形態は、構成を代表するものであり、本発明が、示されかつ記述された特定の構成の範囲に制限されないことは当業者により理解されるであろう。
【００２２】
明瞭化の目的のために、プロセスチャンバ、プラズマ源、および基材搬送装置の様々な構造的特徴は示されない。さらに、様々なシールドおよびチャネルの構造装置および構成は示されていない。同様に、特定の構造および構成は、本発明の範囲を制限するものとは考えられない。
【００２３】
図１は、プラズマ源として動作する平板マグネトロン１を図示する。平板マグネトロン１は断面で示され、平板マグネトロンとして図示されるが、当業者には理解されるであろうように、本発明の原理は、説明に役立つように異なるタイプのマグネトロンカソードを含む他の既知のタイプのプラズマ源に適用される。本明細書に提供される記述がいずれかの特定のマグネトロン構成またはマグネトロン構造に限定されることは意図されていない。本発明において描写されかつ動作されるマグネトロンプラズマ源は、１メートルを越える、２メートルを越える、３メートルを越える、および４メートルを越える、断面の面に直角な線形寸法を有するためによく適合している。一方、有限長さの剛性の薄板、または細長いリボン上の薄板のいずれであっても、ほとんどの従来の基材は４メートル未満の幅を有するのに対し、４メートルを超える幅の薄板を意図することができる。発明の装置は、４メートルを超える幅の薄板にわたって制御された堆積を提供するように、線形の程度で、容易に構築することができる。
【００２４】
マグネトロンプラズマ堆積は、３つの領域により記述される場合がある。すなわち、陰極暗部（ＣＤＳ）、負グロー領域（ＮＧ）、および陽光柱（ＰＣ）である。平板マグネトロン１は、ターゲット２と呼ばれる露出した電極表面を有し、接地されたシールド３により包囲することができる。高電圧のマグネトロン１とシールド３との間は、暗部４である。暗部４は、プラズマをマグネトロン１の側面および背面の照明から妨げ、かつ望ましくないアーク放電からも妨げるために存在する。磁力線５０は、ターゲット２に隣接する負グローＮＧを収容する。これらの記号表示は、以下の図面を通して使用される。これらの広域的な記号表示は、本発明が関係する分野の当業者が理解するように、共通の意味、および物理的な属性を有することを意図されている。
【００２５】
従来のＰＥＣＶＤの配設では、プロセスチャンバに導入されたＣＶＤ前駆体ガスは、高い速度、すなわち音速で、チャンバ全体に分散する。前駆体ガスは、プラズマと相互作用して、近隣の表面上に材料を堆積する、凝縮性の構成物質を生成する。先行技術のＰＥＣＶＤシステムおよびプロセスでは、前駆体ガスは、陽光柱内には向けられない。マグネトロン負グローＮＧは、最も高密度のプラズマなので、前駆体ガスはＮＧおよびマグネトロンのターゲット上に堆積された材料と強く相互作用する。
【００２６】
図２は、概して２００で示される、基材Ｓの表面２０１上にコーティングを堆積するための、発明のＰＥＣＶＤ装置を通した横方向の断面図である。ＰＥＣＶＤ装置２００は、真空チャンバ（図示せず）の中に所在する。移動基材表面２０１は、剛性の基材、可撓性の基材、または部分的に可撓性の基材の表面であってもよく、基材Ｓは、積み重ねることができる薄板、または細長いリボン状の板材である。プラズマ源は、チャンバ内に配置されるデュアルマグネトロンカソード２２１、２２３を含んで提供される。描写されるように、各マグネトロン２２１、２２３は、図の紙面に垂直に延在する、最大５メートルの長さの平板マグネトロンである。各マグネトロン２２１、２２３は、小葉状の負グローＮＧおよび陽光柱ＰＣを生成する。陽光柱ＰＣは、各負グローＮＧから発し、２つの陽光柱は重なり合って１つのプラズマ領域として現れる。シールド２４５は、マグネトロン２２１の周りに配置され、シールド２４７は、マグネトロン２２３の周りに配置される。結露の無い不活性ガスまたは反応性ガス１５は、コンジットまたはマニホールド２６９および２６９Ａを介してマグネトロン２２１、２２３にそれぞれ供給される。例として、不活性ガスは、アルゴンまたはヘリウムであってもよい。反応性ガスは、酸素または窒素であってもよい。反応性ガスは、純粋な形態で、またはＰＥＣＶＤ反応性を触媒する反応性ガスと混合され、かつ／または、酸素および窒素含有、およびフッ素含有反応性ガスの場合、結果として得られる、それぞれ酸窒化物または酸フッ化物などのような、コーティングの中に組み込まれて使用されることが理解される。反応性ガスが、採用されるＰＥＣＶＤ条件の下で非反応性であると定義される不活性ガスにより希釈されることも、さらに理解される。マグネトロン２２１、２２３は、陽光柱ＰＣが基材表面２０１に隣接して薄板を形成するように配置される。ＣＶＤ前駆体ガス２５１、および２５１Ａは、プロセスチャンバ２００ａの中に入口２４９および２４９ａにおいて注入される。真空送出口２６１も、コーティング副産物および過剰な反応性ガスを排気するために提供される。入口２４９および２４９´は、マニホールドの全長にわたって均一な気体流れを提供するように構築される入口マニホールドにより提供される。前駆体ガス２５１および２５１Ａは、組成的には同じまたは異なり、所望する場合は、様々な量の不活性緩衝ガスを含む。
【００２７】
マグネトロン２２１、２２３は、ＡＣ電源３１９の対向する側に接続される。電源３１９は、２０ｋＨｚ〜６０００ｋＨｚの例示的な周波数範囲の交流電源である。より高い周波数、またはより低い周波数の電源も使用することができる。
【００２８】
ＰＥＣＶＤ装置２００は、前駆体入口２４９および２４９Ａからの前駆体ガス流路２９０が選択的に基材表面２０１に隣接する陽光柱ＰＣ内を通り、基材表面２０１上に材料を堆積するように、基材表面２０１に最も近くに配置される陽光柱ＰＣにより構成される。マグネトロン２２１、２２３ならびに入口２４９および２４９Ａは、前駆体ガス２５１が基材表面２０１に隣接する陽光柱ＰＣ内に確実に注入されるように、相互に関連し、かつ基材表面２０１に関連して配置される。プラズマ陽光柱ＰＣに接触すると、前駆体ガス２５１は分解され、分子成分の形態を凝縮する。これらの成分は、近隣の表面に付着し、ＰＥＣＶＤコーティングを形成する。前駆体入口１９を基材ｓの近位で、ロータリーマグネトロン３０、３１、負グローＮＧから遠位に位置付けることにより、凝縮性分子は、ロータリーマグネトロン電極表面ではなく、基材上に選択的に堆積する。装置またはシールド２４５、２４７を提供し、装置またはシールド２４５、２４７およびマグネトロン２２１、２２３に対して前駆体ガス入口２４９、２４９Ａおよび送出口２６１を選択的に位置付けることにより、負グロー領域ＮＧとの前駆体ガス相互作用が、実質的に除去できない場合には著しく減少するように、前駆体流路２９０が画定され、これにより、ＰＥＣＶＤ装置２００が１００時間を越える長期間の連続動作で、著しい劣化無しに酸化物堆積のために動作できるようにする。マグネトロン２２１および２２３の上へのコーティングの堆積を避けるために、入口２４９、２４９Ａ、２６９、２６９Ａおよび出口２６１の代替の位置が提供されることが理解される。これらの位置の図示は、図２の紙面の平面に垂直なＰＣ内の長孔状のまたは間欠的に孔が空けられたマニホールドを含む。
【００２９】
図３は、概して３００で示される、別の発明のＰＥＣＶＤ装置を通した横方向の断面図である。図３に関して使用される同様の参照番号は、本発明の前掲の図および記述に関してそれに帰する意味を有する。装置３００は、ＰＥＣＶＤコーティングを塗布するために平板状の基材Ｓがそれを通して移送される真空室（図示せず）を含む。基材は、チャンバ内を、当該技術で周知であり、概して５で示される従動ローラーを含む移送システムを介して通過する。
【００３０】
この実施形態では、デュアルロータリーマグネトロン３０、３１がプラズマ源として使用される。各ロータリーマグネトロン３０、３１は、図の紙面の平面に垂直にある長さで、図２の２２１、２２３と類似の様態で延在する。示されるように、ロータリーマグネトロン３０、３１は負グロー領域ＮＧおよび重ね合わさった陽光柱ＰＣを生成する。交流ＡＣ電源３１９が、ロータリーマグネトロン３０、３１のために提供される。ロータリーマグネトロン３０、３１は重ね合わさった陽光柱ＰＣが基材表面３０１と相互作用するように配置される。
【００３１】
前駆体ガス分配マニホールド１１は、金属薄板コンジット３４の内側に設置される。マニホールド１０および１１は、各々マグネトロン３０および３１の長さにほぼ対応する長さを有する。マニホールド１１から流れる前駆体ガス２５１は、コンジット３４シールド１３により基材Ｓに隣接するＰＣの中に導かれる。コンジットシールド１３は、ＰＣに隣接して開口１９において終了する。シールド３３は、基材Ｓに近く、前駆体ガス１７の流れをＰＣから離すように制限する。反応性ガスまたは不活性ガスマニホールド１０は、ロータリーマグネトロン３０および３１に隣接して設置される。反応性ガス流または不活性ガス流１５は、前駆体ガスとマグネトロン３０、３１との間を流れるように導かれる。シールド１３は、反応性ガスまたは不活性ガス１５の流れを導くために役立つ。マニホールド１１および１０は、基材Ｓ上の均一なＰＥＣＶＤ堆積を促進するために、マニホールドの幅にわたって理論的に均一な流れを提供するように設計される。
【００３２】
ＰＣの中への前駆体ガス２５１および反応性ガスまたは不活性ガス１５の流れは、真空送気の構成により強化される。示されるようにガスマニホールドの反対側に真空送気を構成することにより、ガス１５および２５１は、真空ポンプに達する前にＰＣの中へ、およびＰＣを通って吸引される。これは、前駆体ガス２５１、および反応性ガスまたは不活性ガス１５の利用の効率を高める。真空送気３６１は、プロセスエリアの全長にわたり理論的に均一な速度でガスを吸引して出すように構成される。ロータリーマグネトロン３０および３１の各々は、図２に関して詳細に示されるように、固定式の平板マグネトロン２３１または２３２によって独立的に置き替えられることが理解される。
【００３３】
ＰＥＣＶＤ装置３００は、材料を基材表面３０１上に堆積するために、陽光柱ＰＣと相互作用するように、前駆体ガス２５１が基材表面３０１に隣接する陽光柱ＰＣ内に注入されるように構成される。流路３９０は、陽光柱ＰＣとの最初の接触後、あらゆる未反応ＣＶＤ前駆体ガス２５１が小葉状の負グロー領域ＮＧと反応するのを阻止するように選択される。シールド１３を提供し、かつ前駆体ガス入口１９および送出口３６１をロータリーマグネトロン３０、３１に対して選択的に位置付けることにより、負グロー領域ＮＧとの前駆体ガス相互作用は、実質的に除去され、これにより、ＰＥＣＶＤ装置３００は、少なくとも２４時間、および４０時間、６０時間、８０時間、そして２００時間さえも越えて、長い期間の連続動作を、ＣＶＤの電気的に絶縁する堆積によるマグネトロンターゲットの著しい劣化無しに、動作することができるようになる。
【００３４】
ロールコーター、またはウェブコーターは、ロールの形態の可撓性材料の薄板（「ウェブ」）のコーティングを可能にする、特殊なバッチタイプのシステムである。このタイプのシステムは、一般的にポリマー、紙、および鋼の薄板材料を被覆するために使用される。これらのタイプのシステムでは、被覆される材料は、ロールから広げられ、堆積ゾーンを貫通し、そして再度ロール状に巻かれる。ロール状の形態で効率的に収容された薄板材料の長い長さのために、ロール全体を被覆するための堆積プロセスは、長い時間を要する可能性がある。
【００３５】
「ウェブコーティング」プロセスでは、可撓性の基材薄板は、１つのロールから供給され、第２のロールにより回収される。ロールは、真空中、またはウェブが複数の異なるように送気された密封を貫通した外側のいずれかに置かれてもよい。
【００３６】
図４は、ロールコーターまたはウェブコータータイプのＰＥＣＶＤシステム装置４００の堆積部分を示す。図４に関して使用される同様の参照番号は、本発明の前掲の図および記述に関してそれに帰する意味を有する。可撓性のウェブ基材Ｓは、アイドラーロール６上からドラム７へ、およびドラム７からアイドラーロール６上へ移送される。ウェブ基材Ｓは、ドラム７の周りに支持され、所望される場合はドラム７により冷却または加熱される。ウェブの移送および温度制御は、当該技術において周知であり、４１７に総体的に描写される。ＰＥＣＶＤ装置４００は、ターゲット２１がウェブ基材Ｓおよびドラム７と向き合うように位置付けられた、平板マグネトロン８を含む。電源１４は、マグネトロンターゲット２１上にプラズマを開始し維持する。電源１４は、ＤＣ、パルスＤＣ、ＡＣ，またはＲＦタイプの電源であってもよい。動作中、マグネトロン８プラズマは、負グローＮＣおよび陽光柱ＰＣ構成要素を有する。ＰＥＣＶＤ装置は、金属薄板ハウジング１２内に前駆体マニホールド１１をさらに含む。前駆体ガス２５１は、ハウジング１２から、基材ＳおよびＰＣに隣接して、開口部１９において出るように向けられる。シールド１３は、前駆体ガス２５１がＰＣに遭遇する前に、前駆体ガス２５１がマグネトロンターゲット表面２１を「目視」するのを遮る。第２のガスマニホールド１０は、結露の無い反応性ガスまたは不活性ガス１５を、前駆体ガス入口１９と平板マグネトロンターゲット２１との間に向ける。前駆体ガス２５１の残余および反応性ガスまたは不活性ガス１５の両方は、基材Ｓとマグネトロン８との間を流れ、その後真空ポンプ（図示せず）へ流れる。ポンプへの流れは、矢印２０により描写される。ＰＥＣＶＤプロセスでは、前駆体ガスは、ＰＣと接触すると相互作用し、基材Ｓ上にコーティング４が作成される。基材Ｓは、前駆体ガスとプラズマの相互作用に最も近位の表面なので、基材Ｓは、コーティングの大部分を受ける。マグネトロンターゲット２１の表面は、前駆体ガス入口１９から比較的遠位であり、ＣＶＤ堆積コーティングの最小限の量のみを受ける。十分に量が少なければ、ターゲット２１上のコーティングの集積は、ターゲット２１上のＮＧスパッタ作用により取り除かれ、これによりターゲット２１は清浄なままとなる。これにより、ＰＥＣＶＤ装置４００は、少なくとも２４時間、および４０時間、６０時間、８０時間、１００時間、そして２００時間さえも越えて、長い期間の連続動作を、ＣＶＤの電気的に絶縁するコーティングの堆積によるマグネトロンターゲットの著しい劣化無しに動作することができるようになる。
【００３７】
ここで、図５Ａおよび図５を参照すると、本発明のさらに別の実施形態が示される。ここで、ＰＥＣＶＤコーティング装置５００は、コーティングを移動する基材Ｓの上に堆積する。図４に関して使用される同様の参照番号は、本発明の前掲の図および記述に関してそれに帰する意味を有する。基材Ｓは、ガラス、もしくは金属などのような剛性の移動する基材であっても、またはポリマーなどのような可撓性の基材であってもよい。基材Ｓは、ベルト２８１上で、マグネトロン２０８および２１０から成るプラズマ源によって生成される陽光柱ＰＣを通って、搬送または移送される。
【００３８】
この実施形態では、マグネトロン２０８および２１０は、基材Ｓを横切って相互に向き合って位置付けられる。マグネトロン２０８および２１０は、図５Ａでは斜視図で示され、図５Ｂでは断面図で示される。各マグネトロン２０８、２１０は、好ましくは暗部シールド２０９、２０９Ａをそれぞれ含む。
【００３９】
マグネトロン２０８および２１０は、より大きい磁石がレーストラックの外側にあるアンバランスな磁場構成をともなう、各々独立した平板のマグネトロンである。これは、古くからタイプＩＩと呼ばれたアンバランスマグネトロンである（Window and Saavides, J. Vac. Sci. Technol., A 4 (1986)）。マグネトロン２０８および２１０は、ＡＣ電源３１９の対向する側に接続される。電源３１９は、２０ｋＨｚ〜６０００ｋＨｚの例示的な周波数範囲の交流電源である。より高い、またはより低い周波数の電源も使用することができる。各マグネトロン２０８および２１０は、負グロー領域ＮＧを生成し、かつ統合された陽光柱ＰＣを形成する。
【００４０】
プロセスの動作時間をより長くするために、ＰＥＣＶＤ装置５００のために、前駆体ガス２５１の流れを向かわせ、かつそれにより各マグネトロン２０８および２１０を望ましくない堆積から保護するように、遮蔽２１３が提供される。遮蔽の配設は、好ましくは、前駆体ガス２５１が選択的に負グロー領域ＮＧと相互作用して材料をマグネトロン２０８および２１０の上に堆積しないように、マグネトロン２０８および２１０を包囲または分離するシールド２１３を有する。シールド２１３は、マグネトロン２０８および２１０から発せられた陽光柱ＰＣが細長いまたはスリット様の開口部２１９を貫通して、基材Ｓに向かうように位置付けられた細長い開口部２１９を含む。シールド２１３は、基材Ｓから離間されるように堆積される。
【００４１】
前駆体ガス２５１のための分配マニホールド２１１は、前駆体ガス２４０が基材ＳにわたるＰＣの長さに沿ってＰＣの中に注入されるように、位置付けられる。真空ポンプ（図示せず）は、９６１において示されるように、ＰＥＣＶＤプロセス残余を堆積エリアから除去するために提供される。シールド２１３および真空ポンプ構成は、好ましくは、ＰＥＣＶＤプロセスの使用効率を向上させるために、排気装置９６１に達する前に、ＰＣを通るプロセスガスの流れを促進するように設計される。
【００４２】
シールド２１３の異なる構成が提供されてもよいことは、当業者には明らかであろう。単一のシールドボックス２１３が示されているが、各々のプラズマ源２０８および２１０は、代替的に分離したシールド部分の中に包囲されることも、当業者には明らかであろう。全ての示された実施形態および記述された実施形態において、様々なシールドは、アルミニウムまたは類似のプラズマチャンバ構築材料から成っていてもよい。
【００４３】
本発明は、以下の非限定的な実施例に関してさらに詳述される。実施例は、本発明の動作の例示に過ぎず、添付の特許請求の範囲の範囲をいかなる方法でも制限することは意図されない。
【００４４】
本明細書で言及した特許書類および出版物は、本発明が関係する当業者のレベルを示すものである。これらの書類および出版物は、あたかも各々の個々の書類または出版物が具体的に、かつ個別に参照により組み込まれているのと同じ程度まで、参照により本明細書に組み込まれる。
【００４５】
本発明は、いくつかの実施形態に関して記載されてきた。実施形態に対して、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更および修正を行うことができることが、当業者には明らかであろう。本発明は、示され実施形態および記述された実施形態によって制限されることは意図されない。本発明の範囲は、本明細書に添付された特許請求の範囲のみによる範囲に制限されることが意図される。
【符号の説明】
【００４６】
２００、３００、４００、５００・・・ＰＥＣＶＤ装置
２０１、３０１・・・基材表面
６・・・アイドラーロール
７・・・ドラム
８、３０、３１、２０８、２１０、２２１、２２３・・・マグネトロン
１１、２１１、２６９、２６９Ａ・・・マニホールド
１３、３３、２１３、２４５、２４７・・・シールド１４、３１９・・・電源
１９・・・前駆体入口
３４・・・金属薄板コンジット
２００ａ・・・プロセスチャンバ
２４９、２４９ａ、２４９´、２４９Ａ、２６９、２６９Ａ・・・入口
２５１、２５１Ａ・・・前駆体ガス
２６１・・・出口
２９０・・・前駆体流路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料をプロセスチャンバ内の基材の表面上にコーティングするためのプラズマ化学気相成長法の装置であって、
前記プロセスチャンバ内に配置されたプラズマ源であって、１つ以上の負グロー領域および１つ以上の陽光柱を生成し、少なくとも１つの陽光柱は前記基材表面の近位にある、プラズマ源と、
前記基材表面上に材料を堆積するように前記陽光柱と相互作用するための、化学気相成長法の前駆体ガスを前記プロセスチャンバ内に注入するための少なくとも１つの入口と、
ガスのための送気出口を前記プロセスチャンバに提供する、少なくとも１つの出口と、
前記プロセスチャンバに注入された実質的にすべての前記前駆体ガスが、前記プラズマ源に優先して、材料を前記基材表面の上にコーティングする条件の下で、前記基材表面に隣接する前記陽光柱内に流れ込むように、前記基材の表面および相互に関連して位置付けられた、前記少なくとも１つの入口および前記プラズマ源と、を備える装置。
【請求項２】
前記前駆体ガスが前記陽光柱の中に流れ込むように導くマニホールドをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記前駆体ガスを前記陽光柱内に導き、かつ前記負グロー領域から離れるように導くシールドをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記マニホールドは、前記プラズマ源の長さに沿って複数の入口を有する、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記前駆体ガスを基材表面に隣接する前記陽光柱内に導く前記マニホールドに隣接して配置された開口をさらに備える、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記基材を移送するためのシステムをさらに備える、請求項１〜５に記載の装置。
【請求項７】
前記基材は可撓性である、請求項１〜５に記載の装置。
【請求項８】
前記プラズマ源は、単一のロータリーマグネトロンである、請求項１〜５に記載の装置。
【請求項９】
前記プラズマ源は、デュアルロータリーマグネトロンである、請求項１〜５に記載の装置。
【請求項１０】
前記プラズマ源は、単一の平板マグネトロンである、請求項１〜５に記載の装置。
【請求項１１】
前記プラズマ源は、デュアル平板マグネトロンである、請求項１〜５に記載の装置。
【請求項１２】
不活性ガスまたは反応性ガスを前記プラズマ源に提供する第２の入口をさらに備える、請求項１〜５に記載の装置。
【請求項１３】
前記基材表面に対して実質的に垂直に前記陽光柱が前記基材上に作用するように、前記プラズマ源が配置される、請求項１〜５に記載の装置。
【請求項１４】
前記基材表面に対して実質的に平行に前記陽光柱が前記基材上に作用するように、前記プラズマ源が配置される、請求項１〜５に記載の装置。
【請求項１５】
前記プラズマ源は、デュアルマグネトロンであり、前記前駆体ガスが前記陽光柱内に流れ込むように導くための少なくとも１つのシールドまたはマニホールドと、
前記基材を移送するシステムと、をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
基材の基材表面上への材料のプラズマ化学気相成長コーティングのためのプロセスであって、
プロセスチャンバを提供することと、
前記プロセスチャンバ内にプラズマ源を配置することであって、前記プラズマ源が、１つ以上の負グロー領域および前記基材表面に向かって発射される１つ以上の陽光柱を生成する、プラズマ源を配置することと、
化学気相成長前駆体ガスを、実質的に少なくとも１つの陽光柱とのみ相互作用するように、前記プロセスチャンバ内に注入することと、
前記基材の前記基材表面上にプラズマ化学気相成長コーティングにより前記材料を堆積し、かつ前記ガスの前記負グロー領域との相互作用を抑制することと、を含むプロセス。
【請求項１７】
前記化学気相成長前駆体ガスは、前記基材表面に隣接して注入される、請求項１６に記載のプロセス。
【請求項１８】
前記化学気相成長前駆体ガスは、前記基材表面に隣接し、かつ前記陽光柱の境界となる反対側から注入される、請求項１６に記載のプロセス。
【請求項１９】
前記材料は、堆積される材料は金属酸化物である、請求項１６に記載のプロセス。
【請求項２０】
前記基材を前記堆積の間に移動させることをさらに備える、請求項１６に記載のプロセス。
【請求項２１】
前記基材が、可撓性の巻かれた基材のための移送システムにより移動される、請求項２０に記載のプロセス。
【請求項２２】
前記基材が、自立の平板状の基材のための移送システムにより移動される、請求項２０に記載のプロセス。
【請求項２３】
前記材料を堆積することが、１００時間以上の間連続的である、請求項１６〜２２に記載のプロセス。
【請求項２４】
実質的に、添付の図を参照して、および／または添付の図に図示されたように、本明細書に記載されたような、請求項１に記載の装置。
【請求項１】
材料をプロセスチャンバ内の基材の表面上にコーティングするためのプラズマ化学気相成長法の装置であって、
前記プロセスチャンバ内に配置されたプラズマ源であって、１つ以上の負グロー領域および１つ以上の陽光柱を生成し、少なくとも１つの陽光柱は前記基材表面の近位にある、プラズマ源と、
前記基材表面上に材料を堆積するように前記陽光柱と相互作用するための、化学気相成長法の前駆体ガスを前記プロセスチャンバ内に注入するための少なくとも１つの入口と、
ガスのための送気出口を前記プロセスチャンバに提供する、少なくとも１つの出口と、
前記プロセスチャンバに注入された実質的にすべての前記前駆体ガスが、前記プラズマ源に優先して、材料を前記基材表面の上にコーティングする条件の下で、前記基材表面に隣接する前記陽光柱内に流れ込むように、前記基材の表面および相互に関連して位置付けられた、前記少なくとも１つの入口および前記プラズマ源と、を備える装置。
【請求項２】
前記前駆体ガスが前記陽光柱の中に流れ込むように導くマニホールドをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記前駆体ガスを前記陽光柱内に導き、かつ前記負グロー領域から離れるように導くシールドをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記マニホールドは、前記プラズマ源の長さに沿って複数の入口を有する、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記前駆体ガスを基材表面に隣接する前記陽光柱内に導く前記マニホールドに隣接して配置された開口をさらに備える、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記基材を移送するためのシステムをさらに備える、請求項１〜５に記載の装置。
【請求項７】
前記基材は可撓性である、請求項１〜５に記載の装置。
【請求項８】
前記プラズマ源は、単一のロータリーマグネトロンである、請求項１〜５に記載の装置。
【請求項９】
前記プラズマ源は、デュアルロータリーマグネトロンである、請求項１〜５に記載の装置。
【請求項１０】
前記プラズマ源は、単一の平板マグネトロンである、請求項１〜５に記載の装置。
【請求項１１】
前記プラズマ源は、デュアル平板マグネトロンである、請求項１〜５に記載の装置。
【請求項１２】
不活性ガスまたは反応性ガスを前記プラズマ源に提供する第２の入口をさらに備える、請求項１〜５に記載の装置。
【請求項１３】
前記基材表面に対して実質的に垂直に前記陽光柱が前記基材上に作用するように、前記プラズマ源が配置される、請求項１〜５に記載の装置。
【請求項１４】
前記基材表面に対して実質的に平行に前記陽光柱が前記基材上に作用するように、前記プラズマ源が配置される、請求項１〜５に記載の装置。
【請求項１５】
前記プラズマ源は、デュアルマグネトロンであり、前記前駆体ガスが前記陽光柱内に流れ込むように導くための少なくとも１つのシールドまたはマニホールドと、
前記基材を移送するシステムと、をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
基材の基材表面上への材料のプラズマ化学気相成長コーティングのためのプロセスであって、
プロセスチャンバを提供することと、
前記プロセスチャンバ内にプラズマ源を配置することであって、前記プラズマ源が、１つ以上の負グロー領域および前記基材表面に向かって発射される１つ以上の陽光柱を生成する、プラズマ源を配置することと、
化学気相成長前駆体ガスを、実質的に少なくとも１つの陽光柱とのみ相互作用するように、前記プロセスチャンバ内に注入することと、
前記基材の前記基材表面上にプラズマ化学気相成長コーティングにより前記材料を堆積し、かつ前記ガスの前記負グロー領域との相互作用を抑制することと、を含むプロセス。
【請求項１７】
前記化学気相成長前駆体ガスは、前記基材表面に隣接して注入される、請求項１６に記載のプロセス。
【請求項１８】
前記化学気相成長前駆体ガスは、前記基材表面に隣接し、かつ前記陽光柱の境界となる反対側から注入される、請求項１６に記載のプロセス。
【請求項１９】
前記材料は、堆積される材料は金属酸化物である、請求項１６に記載のプロセス。
【請求項２０】
前記基材を前記堆積の間に移動させることをさらに備える、請求項１６に記載のプロセス。
【請求項２１】
前記基材が、可撓性の巻かれた基材のための移送システムにより移動される、請求項２０に記載のプロセス。
【請求項２２】
前記基材が、自立の平板状の基材のための移送システムにより移動される、請求項２０に記載のプロセス。
【請求項２３】
前記材料を堆積することが、１００時間以上の間連続的である、請求項１６〜２２に記載のプロセス。
【請求項２４】
実質的に、添付の図を参照して、および／または添付の図に図示されたように、本明細書に記載されたような、請求項１に記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【公表番号】特表２０１３−５０３９７４（Ｐ２０１３−５０３９７４Ａ）
【公表日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５２８１１７（Ｐ２０１２−５２８１１７）
【出願日】平成２２年９月７日（２０１０．９．７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４７９９４
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０２９０９６
【国際公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【出願人】（５０８３７１０２４）ジェネラル・プラズマ・インコーポレーテッド (6)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月７日（２０１０．９．７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４７９９４
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０２９０９６
【国際公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【出願人】（５０８３７１０２４）ジェネラル・プラズマ・インコーポレーテッド (6)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]