JP2005139911A - 真空排気装置およびその真空引き方法 - Google Patents

Abstract

【課題】真空チャンバー内でワークの加工作業を行うとき、アキュームレーターに予め蓄えておいた負圧力で真空チャンバー内の空気を吸引して仮真空（不完全真空）にし、その後に真空ポンプで真空チャンバー内を所定の負圧の真空にする時間を短くすること課題とする。
【解決手段】ワークの格納または交換時に開閉する扉１ａを有する真空チャンバー１と、真空ポンプ２と、負圧力を蓄えるアキュームレーター３とを備え、前記真空チャンバー１の排気口４と真空ポンプ２との間が第１排気管６で連結されるとともにこの第１排気管６に第１バルブ７を設け、前記排気口４とアキュームレーター３との間が第２排気管８で連結されるとともにこの第２排気管８に第２バルブ９を設け、前記アキュームレーター３と真空ポンプ２との間が第３排気管１０で連結されるとともにこの第３排気管１０に第３バルブ１１を設けて構成したことを特徴とする真空排気装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばスパッタリング装置や真空蒸着装置等に利用され、薄膜形成や蒸着加工等を行うときに使用する真空排気装置およびその真空引き方法に関するものである。

従来、例えばスパッタリング装置や真空蒸着装置等に利用される真空排気装置やその真空引き方法としては種々なものが知られている。
例えば、図３に示すように、真空予備チャンバー５１にバルブ５３を介して真空ポンプ５４が配管５５で接続されており、前記バルブ５３にはこのバルブ５３の開閉を検知するセンサー５６が設けられ、前記センサー５６の信号はシーケンサー５８を介してインバーター回路５９に印加されており、前記センサー５６の信号の印加によってインバーター回路５９から前記真空ポンプ５４の回転数を制御する信号が前記真空ポンプ５４に印加されるように構成されたことを特徴とする真空ポンプ制御システムがある。なお、図中、符号６０はポンプ電源、５７は真空予備チャンバー５１と高真空チャンバー６１との間のゲートバルブ、６２は高真空ポンプ、６３は真空ゲージコントローラ、６４は真空ゲージである。
この真空ポンプ制御システムによれば、生産物を真空予備チャンバー５１に入れるために、真空予備チャンバー５１を大気圧にし、ドア５２から生産物を真空予備チャンバー５１に入れる。この時、真空引き配管５５のバルブ５３が閉じられているため、真空ポンプ５４の回転は５０％低減されている。その後、ドア５２を閉じ、真空引き配管５５のバルブ５３を開ける。この時、バルブ開閉を検知するセンサー５６からの信号がシーケンサー５８に印加され、さらに、シーケンサー５８からの信号がインバーター回路５９に送られる。インバーター回路５９から真空ポンプ５４に印加された信号によって、真空ポンプ５４の回転数が短時間で通常回転数まで上げられる。これによって真空ポンプ５４はあらかじめ設定された真空度に到達するまで真空引きを行う。次に配管５５のバルブ５３を閉じる。この時、バルブ開閉を検知するセンサー５６からの信号が、シーケンサー５８を介してインバーター回路５９に送られる。このインバーター回路５９からの信号が真空ポンプ５４に印加されることで、真空ポンプ５４の回転数が５０％低減される。そして、高真空チャンバー６１間のバルブを開け高真空チャンバー６１に生産物を入れる。これにより、真空ポンプ５４の回転数は、必要なとき以外は、５０％低減されるため、ポンプの使用する電力が削減され、かつ、高回転で回転している時間が低減されるため長寿命化が可能となる（例えば、特許文献１参照）。

また、従来、例えば、図４に示すように、真空チャンバー２０と主ポンプ２１とを繋ぐ排気管２２に口径の大きいメインバルブ２３と圧力計２７を取り付け、前記主ポンプ２１の排気ライン２５に逆止弁２６が取り付けられており、前記逆止弁２６と並列に前記主ポンプ２１より排気容量の小さい補助ポンプ２４が取り付けられて構成された真空排気装置２８によって、前記真空チャンバー２０を大気圧またはその近傍から排気するに際しての真空排気装置の運転方法において、前記補助ポンプ２４を最初に起動し、前記真空チャンバー２０が所定の真空度に達した後に、前記主ポンプ２１を起動することを特徴とする真空排気装置の運転方法がある。
この真空排気装置の運転方法によれば、前記真空チャンバー２０の大気圧からの排気には、前記補助ポンプ２４のみを起動してスロー排気し、前記真空チャンバー２０が所定の真空度に達した後に、前記主ポンプ２１を起動する（例えば、特許文献２参照）。

また、従来、図５に示すように、真空チャンバー３１の排気口にメインバルブ３２を通して真空ポンプ３４の吸込口を接続し、前記真空ポンプ３４を起動運転することにより、前記真空チャンバー３１を真空状態にする真空ポンプの運転制御方式において、前記真空ポンプ３４の吸込口に接続された配管３８に開閉バルブ３３を設けるとともに、前記開閉バルブ３３をバイパスする絞り機構３５を設け、前記メインバルブ３２の開閉状態と開閉バルブ３３の直前の配管３８の内圧または真空ポンプ３４の吸込圧と吐出圧の差圧または前記真空ポンプ３４の吸込圧と中間圧の差圧の状態から、前記開閉バルブ３３の開度を制御することを特徴とする真空ポンプの運転制御方式がある。
この真空ポンプの運転制御方式によれば、前記メインバルブ３２の開閉状態と開閉バルブ３３の直前の配管内圧状態とから、開閉バルブ３３の開閉弁の開度を制御するから、大気引き時に真空ポンプ３４が過負荷状態にならないように運転制御することができる。なお、圧力センサ３６は前記開閉バルブ３３の直前の配管３８の内部圧力を検出する。この圧力センサ３６の出力信号は制御装置３７に入力される。前記開閉バルブ３３およびメインバルブ３２の開閉および開度は前記制御装置３７の制御信号で制御できるようになっている（例えば、特許文献３参照）。

さらに、従来、図６に示すように、ガスを導入する真空チャンバー４０と、この真空チャンバー４０の中に導入したガスを排気し、かつ、所望の圧力に減圧する主真空ポンプ４３を有する排気ラインＬ１と、この排気ラインＬ１の主真空ポンプ４３の吸気側に設けられ、前記真空チャンバー４０の中を所望の圧力に調圧するアダプティブプレッシャーコントロールバルブ４１（ＡＰＣバルブ）と、前記排気ラインＬ１を開閉するゲートバルブ４２，４４と、前記ゲートバルブ４４の後流側に配置された補助ポンプ（ドライ真空ポンプ）４７と、前記主真空ポンプ４３の後流側に設けたアダプティブプレッシャーコントロールバルブ４５（ＡＰＣバルブ）とを設け、前記主真空ポンプ４３の後流側に設けたアダプティブプレッシャーコントロールバルブ４５（ＡＰＣバルブ）で前記真空チャンバー４０を所望の圧力に調整することを特徴とする真空排気システムがある。
この真空排気システムによれば、前記真空チャンバー４０の中を不完全な真空にするときは、主排気ラインＬ１のゲートバルブ４２，４４を閉じ、粗引きラインＬ２のゲートバルブ４６を開いて、前記補助ポンプ４７により、前記真空チャンバー４０の中を不完全な真空にする。この時、前記主真空ポンプ４３は運転状態または停止状態にある。前記真空チャンバー４０の中が減圧され、所定の圧力に減圧されたら、前記粗引きラインＬ２のゲートバルブ４６を閉じ、前記主真空ポンプ４３を有する前記排気ラインＬ１のゲートバルブ４２，４４を開いて、通常のプロセス運転に移る。なお、コントローラ４８は前記主真空ポンプ４３の回転数を制御する。符号４９，５０は真空計である（例えば、特許文献４参照）。
特開平７−３５０７２号公報（特許請求の範囲、段落００１３および図１） 特開２００３−１３９０８０号公報（特許請求の範囲、および図１） 特開平５−２３１３６８号公報（特許請求の範囲、要約、段落０００８および図１） 特開２００１２９５７６１号公報（特許請求の範囲、段落００１５および図２）

前記各特許文献に開示された技術とも、真空チャンバーを排気中およびワークの加工中に、負圧力を蓄える補助真空チャンバーとしてのアキュームレーターの排気を行っておき、真空チャンバーに次の加工を行うワークをセットして扉を閉じた後に、真空チャンバーとアキュームレーターとを繋ぐ配管に設けたバルブを開くと、真空チャンバー内の大気がアキュームレーターに引き込まれて前記真空チャンバーが仮真空になり、その後に真空ポンプを作動させて真空チャンバー内を所定の負圧の真空にする時間が短くなるという作用が行われない、といった問題がある。

そこで、本発明の課題は、前記のような問題を解決し、真空チャンバーに次の加工を行うワークをセットして扉を閉じた後に、真空チャンバーとアキュームレーターとを繋ぐ配管に設けたバルブを開くと、真空チャンバー内の大気が、予め所定の負圧力を蓄えておいたアキュームレーターに引き込まれることにより仮真空になり、その後に真空ポンプで吸引することにより、真空チャンバー内を所定の負圧の真空状態にする時間を短縮し、また、真空チャンバー内を真空にするための高出力機能の真空ポンプが低出力機能の真空ポンプで代用可能となり、また、最初から真空チャンバー内の大気引きを行うときのように、真空ポンプが負荷の増大とならないようにした、真空排気装置およびその真空引き方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に係る発明のような手段とした。これを請求項１に対応する図１を参照して説明すると、ワークの格納または交換時に開閉する扉（１ａ）を有する真空チャンバー（１）と、真空ポンプ（２）と、負圧力を蓄えるアキュームレーター（３）とを備え、前記真空チャンバー（１）の排気口（４）と真空ポンプ（２）との間が第１排気管（６）で連結されるとともにこの第１排気管（６）に第１バルブ（７）を設ける。また、前記排気口（４）とアキュームレーター（３）との間が第２排気管（８）で連結されるとともにこの第２排気管（８）に第２バルブ（９）を設ける。また、前記アキュームレーター（３）と真空ポンプ（２）との間が第３排気管（１０）で連結されるとともにこの第３排気管（１０）に第３バルブ（１１）を設ける。以上のように構成した真空排気装置としたものである。

また、前記課題を解決するため、請求項２に係る発明のような、請求項１に係る発明の真空排気装置を使用した真空引き方法とした。これを図１を参照して説明すると、前記のように構成した真空排気装置を使用し、
第１工程は、前記真空チャンバー（１）の中にワークをセットした後で、前記第１バルブ（７）を開き、前記第３バルブ（１１）と前記第２バルブ（９）とを閉じて、前記真空ポンプ（２）の運転を行い、前記真空チャンバー（１）の中を真空にする。
第２工程は、前記真空チャンバー（１）の中が設定した真空度に到達したら第１バルブ（７）を閉じて真空チャンバー（１）の中のワークを加工するとともに、第３バルブ１１を開き、このワークの加工中に前記アキュームレーター（３）の中を負圧にする。
第３工程は、前記ワークの加工が完了したら、前記真空ポンプ（２）の運転を前記アキュームレーター（３）が所定の負圧力になるまで行いながらワークの交換を行う。
第４工程は、前記真空チャンバー（１）の中のワークを加工中および交換中に前記アキュームレーター（３）の負圧力を高めておき、次のワークをセットした後に、真空チャンバー（１）の扉（１ａ）を閉じるとともに、前記第２バルブ（９）を開き、前記真空チャンバー（１）の中の大気を前記アキュームレーター（３）の中に引き込み、真空チャンバー（１）の中を仮真空にする。
その後に第１工程に戻ってワークの加工作業を繰り返し行うことができるようにしたことを特徴とする真空排気装置の真空引き方法としたものである。

請求項１および請求項２に係る発明によれば、真空チャンバーに次の加工を行うワークをセットして扉を閉じた後に、真空チャンバーとアキュームレーターとを繋ぐ配管に設けたバルブを開くと、真空チャンバー内の大気が予め負圧力を蓄えておいたアキュームレーターに引き込まれて、真空チャンバー内が仮真空（不完全な真空）になり、その後に前記真空ポンプを作動させて真空チャンバー内を所定の負圧の真空状態にする時間を短縮し、また、真空チャンバー内を真空にするための真空ポンプが、低出力機能の真空ポンプで代用可能となり、また、最初から真空チャンバー内の大気引きを行うときのように、真空ポンプが負荷の増大にならないようにすることができる。

図２は請求項１および請求項２に係る発明を実施するための最良の形態を示す図面であ
り、図１に示す構成部材と同一部材には、図１に付した符号（番号）と同一符号を付けて説明する。請求項１に係る本発明の真空排気装置の最良の実施の形態は、ワークの格納または交換時に開閉する扉１ａを有する真空チャンバー１と、真空ポンプ２と、負圧力を蓄えるアキュームレーター３とを備える。前記真空チャンバー１には、第１排気口４と第２排気口５とが設けられている。この第１排気口４と真空ポンプ２との間が第１排気管６で連結され、この第１排気管６に第１バルブ７が設けられている。一方、第２排気口５と負圧力を蓄える補助真空チャンバーとしてのアキュームレーター３との間が第２排気管８で連結され、この第２排気管８に第２バルブ９，９′を設け、この第２排気管８の第２バルブ９，９′の間と前記真空ポンプ２との間が第３排気管１０，１０′で連結されるとともに、この第３排気管１０′に第３バルブ１１が設けられて、真空排気装置が構成されている。なお、図１に示すように、前記第２排気口５を無くし、前記第１排気口４と前記アキュームレーター３との間が第２排気管８で連結されるようにすることもできる。

さらに、前記第３排気管１０と第３バルブ１１を設けた第３排気管１０′とに連通して低出力機能の真空ポンプ１２が接続されている。また、前記真空チャンバー１には扉１ａを開けるときに扉１ａが開き易いように真空チャンバー１に大気を入れるためのバルブ１ｂが設けられている。前記各バルブは電磁バルブであり、これらの電磁バルブはその開閉が制御装置１３からの制御信号によって行われ、また、真空ポンプ２と低出力機能の真空ポンプ１２の駆動制御も制御装置１３からの制御信号によって行われるようになっている。また、前記第２バルブ９は、制御装置１３からの制御信号の印加によって数秒間で全開するようになっている。

次に、この真空排気装置を使用した真空引き方法について詳細に説明する。
先ず、前記制御装置１３に備えた電源スイッチＳＷが押されると、真空排気装置が始動する。そして、制御装置１３からの制御信号の印加によって、真空ポンプ２および低出力機能の真空ポンプ１２が運転されるとともに、前記第２バルブ９′が開き、予め前記アキュームレーター３の負圧力が高められる。
そして、第１工程として、前記扉１ａを開けて真空チャンバー１の中にワークをセットし、扉１ａを閉じた後で、前記制御装置１３に備えた作業開始ボタン１３ａを押す。そうすると、前記制御装置１３からの信号の印加により、第１バルブ７が開き、第３バルブ１１と前記第２バルブ９とが閉じられて、前記真空ポンプ２と低出力機能の真空ポンプ１２の運転を行い、前記真空チャンバー１の中が所定の真空度になる。

第２工程として、この真空チャンバー１の中が所定の真空度になると、高真空の圧力センサ１４からの所定の高真空度になった信号が制御装置１３に入力され、この制御装置１３からの信号の印加によって、前記第１バルブ７が閉じられ、また、前記制御装置１３からの信号の印加によって、前記真空ポンプ２の運転が停止されるか、運転能力が半減されて運転を続け、前記真空チャンバー１の中でワークの加工が行われる。例えばスパッタリング装置や真空蒸着装置等で、薄膜形成や蒸着加工等が行われる。

第３工程として、ワークの加工が完了したら、前記制御装置１３に備えた作業終了ボタン１３ｂが押されると、前記第１バルブ７が閉じたまま、制御装置１３からの信号の印加によって、前記真空チャンバー１に設けたバルブ１ｂが開き、真空チャンバー１の中に大気を導入して扉が開き易いようになる。また、前記第２バルブ９′は前記のように開いたままで、前記低出力機能の真空ポンプ１２は、アキュームレーター３が所定の負圧力になるまで運転したままにしておく。そして、前記扉１ａを開けて真空チャンバー１の中のワークの交換を行う。

第４工程として、前記真空チャンバー１の中のワークを加工中および交換中に、前記アキュームレーター３は、前記第２バルブ９′が開いているので、前記低出力機能の真空ポンプ１２の運転でその真空度が高められており、次のワークをセットした後に、真空チャンバー１の扉１ａを閉じるとともに、前記制御装置１３の作業開始ボタン１３ａが押されると、制御装置１３からの信号の印加によって、前記第２バルブ９が徐々に開き、前記真空チャンバー１の中の大気が前記アキュームレーター３の中に徐々に引き込まれ、真空チャンバー１の中が仮真空（不完全な真空）になる。
前記のように、第２バルブ９が徐々に開くことにより、前記真空チャンバー１の中の大気がアキュームレーター３の中に一気に引き込まれて、真空チャンバー１に振動が生じることを防止している。

真空チャンバー１の中が仮真空になると、前記仮真空の圧力センサ１５から仮真空になった信号が制御装置１３に入力し、制御装置１３からの信号の印加により、前記第２バルブ９が閉じ、前記第１バルブ７および第３バルブ１１が開いて、前記真空ポンプ２の運転が開始し、この運転と前記低出力機能の真空ポンプ１２の運転とによって、前記真空チャンバー１の中が速やかに真空になり、再度、真空チャンバー１の中でワークの加工が繰り返し行われる。この加工中には、前記のように第２バルブ９′が開いて、前記低出力機能の真空ポンプ１２の運転によって、アキュームレーター３の負圧力が蓄えられる。このアキュームレーター３の負圧力が所定の値になると、アキュームレーター３に設けた圧力センサ３ａからの信号が制御装置１３に入力し、この制御装置１３からの信号の印加によって、低出力機能の真空ポンプ１２の運転が停止されるか、運転能力が半減されて運転を続ける。

なお、本発明は、前記実施の形態に限定されることはなく、例えば、アキュームレーター３の負圧力が蓄えられるように、アキュームレーター３に低出力機能の真空ポンプ１２が接続されているが、前記真空ポンプ２を高出力機能の真空ポンプとして、この高出力機能の真空ポンプによって、前記真空チャンバー１およびアキュームレーター３が吸引されて、負圧力を高めることができる。したがって、請求項１に係る発明の説明を行う図１においては、低出力機能の真空ポンプ１２を無くしている。

本発明の請求項１に対応する構成図である。 本発明を実施するための最良の実施の形態を示す構成図である。 従来の真空ポンプ制御システムの説明図である。 従来の真空排気装置の運転方法の説明図である。 従来の真空ポンプの運転制御方式の説明図である。 従来の真空排気システムの説明図である。

符号の説明

１ 真空チャンバー
１ａ 扉
１ｂ バルブ
２ 真空ポンプ
３ アキュームレーター
３ａ 圧力センサ
４ 第１排気口
５ 第２排気口
６ 第１排気管
７ 第１バルブ
８ 第２排気管
９，９′ 第２バルブ
１０，１０′第３排気管
１１ 第３バルブ
１２ 低出力機能の真空ポンプ
１３ 制御装置
１３ａ 作業開始ボタン
１３ｂ 作業終了ボタン
１４ 高真空の圧力センサ
１５ 仮真空の圧力センサ
ＳＷ 電源スイッチ

Claims (2)

1. ワークの格納または交換時に開閉する扉（１ａ）を有する真空チャンバー（１）と、真空ポンプ（２）と、負圧力を蓄えるアキュームレーター（３）とを備え、
   前記真空チャンバー（１）の排気口（４）と真空ポンプ（２）との間が第１排気管（６）で連結されるとともにこの第１排気管（６）に第１バルブ（７）を設け、
   前記排気口（４）とアキュームレーター（３）との間が第２排気管（８）で連結されるとともにこの第２排気管（８）に第２バルブ（９）を設け、
   前記アキュームレーター（３）と真空ポンプ（２）との間が第３排気管（１０）で連結されるとともにこの第３排気管（１０）に第３バルブ（１１）を設けて構成したことを特徴とする真空排気装置。
2. ワークの格納または交換時に開閉する扉（１ａ）を有する真空チャンバー（１）と、真空ポンプ（２）と、負圧力を蓄えるアキュームレーター（３）とを備え、
   前記真空チャンバー（１）の排気口（４）と真空ポンプ（２）との間が第１排気管（６）で連結されるとともにこの第１排気管（６）に第１バルブ（７）を設け、
   前記排気口（４）とアキュームレーター（３）との間が第２排気管（８）で連結されるとともにこの第２排気管（８）に第２バルブ（９）を設け、
   前記アキュームレーター（３）と真空ポンプ（２）との間が第３排気管（１０）で連結されるとともにこの第３排気管（１０）に第３バルブ（１１）を設けて構成した真空排気装置を使用し、
   前記真空チャンバー（１）の中にワークをセットした後で、前記第１バルブ（７）を開き、前記第３バルブ（１１）と前記第２バルブ（９）とを閉じて、前記真空ポンプ（２）の運転を行い、前記真空チャンバー（１）の中を真空にする第１工程と、
   前記真空チャンバー（１）の中が設定した真空度に到達したら第１バルブ７を閉じて真空チャンバー（１）の中のワークを加工するとともに、第３バルブ１１を開き、このワークの加工中に前記アキュームレーター（３）の中を負圧にする第２工程と、
   前記ワークの加工が完了したら、前記真空ポンプ（２）の運転を前記アキュームレーター（３）が所定の負圧力になるまで行いながらワークの交換を行う第３工程と、
   前記真空チャンバー（１）の中のワークを加工中および交換中に前記アキュームレーター（３）の負圧力を高めておき、次のワークをセットした後に、真空チャンバー（１）の扉（１ａ）を閉じるとともに、前記第２バルブ（９）を開き、前記真空チャンバー（１）の中の大気を前記アキュームレーター（３）の中に引き込み、真空チャンバー（１）の中を仮真空にする第４工程と、
   その後に第１工程に戻ってワークの加工作業を繰り返し行うことができるようにしたことを特徴とする真空排気装置の真空引き方法。
   

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