JP2007291936A - Differential evacuation container - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は真空雰囲気内で圧力差を形成するための差動型真空排気容器に関するものであり、更に詳しくは、簡易な構成の差動型真空排気容器に関するものである。 The present invention relates to a differential evacuation vessel for forming a pressure difference in a vacuum atmosphere, and more particularly to a differential evacuation vessel having a simple configuration.
図4は従来例の差動型真空排気容器が使用されているセラミック被膜製造装置の構成を示す概略図である。同製造装置は、主真空排気装置P1によって真空排気されている真空チャンバ101内の下部に電子銃室102が配設されており、その電子銃室102は真空チャンバ10の外に設けた局所真空排気装置P2によって真空排気されている。また、真空チャンバ101内の下部には、るつぼCにターゲット材103であるジルコニウム(ZrO2 )が装着されており、ターゲット材103の上方にはシャッター104が開閉可能に設けられている。真空チャンバ101内の上部には基材105が装着されており、基材105の近傍には基材加熱装置106および熱センサ107が配設されている。また、ターゲット材103と基材105との間に酸素ガスの導入口111が設けられている。
FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of a ceramic film manufacturing apparatus in which a conventional differential type vacuum evacuation vessel is used. In the manufacturing apparatus, an
そしてセラミックであるZrO2 薄膜の形成に際しては、真空チャンバ101内を一旦10-4Pa程度の真空度に排気してから、基材105を500℃以上の温度に加熱し、電子銃室102からターゲット材103へ電子ビームを照射して溶融させ、シャッター104を開けて基材105に成膜させると同時に導入口111から酸素ガスが導入される。この時における真空チャンバ101内の真空度は0.01〜20Paの範囲内とされ、電子銃室102内の真空度は10-3Pa以下とされている(例えば特許文献1を参照)。
When forming the ZrO 2 thin film made of ceramic, the inside of the
真空チャンバ101内に電子銃室102を設け、その電子銃室102内の圧力を真空チャンバ101内の圧力よりも低くするのは、電子銃の存在する雰囲気の圧力が高いと、すなわち電子銃室102内の圧力が高いと、電子ビームが残存するガスの分子と衝突して不要なイオンを生ずるほか、高電圧の電子銃が絶縁破壊してアーク放電するなどのトラブルを生じ易いからである。
The
なお、 図4に示す主真空排気装置P1と局所真空排気装置P2は、それらの構成を省略して図示されているが、10-2Pa以上の高真空度に排気し得る高性能の真空ポンプ、例えば油拡散ポンプやターボ分子ポンプの吐出側の背圧は大気圧ではなく、当該高性能の真空ポンプの吐出側にはメカニカル・ブースタポンプおよび油回転ポンプからなる一連の補助ポンプが接続される(例えば非特許文献1を参照)。 Although the main vacuum evacuation device P1 and the local vacuum evacuation device P2 shown in FIG. 4 are shown with their configurations omitted, a high-performance vacuum pump that can evacuate to a high vacuum level of 10 −2 Pa or higher. For example, the back pressure on the discharge side of an oil diffusion pump or turbo molecular pump is not atmospheric pressure, and a series of auxiliary pumps consisting of a mechanical booster pump and an oil rotary pump are connected to the discharge side of the high performance vacuum pump (For example, refer nonpatent literature 1).
上記の従来例の場合、真空チャンバ101を主真空排気装置P1によって真空排気すると共に、真空チャンバ101内に設けた電子銃室102を真空排気するために、真空チンバ101の外の大気側に設けた局所真空排気装置P2を接続している。そのことにより、真空チャンバ101の容器壁に穴を開ける作業を要している。そのほか、上述したように、高性能の主真空排気装置P1および局所真空排気装置P2はそれぞれに補助ポンプを必要とするので、従来例の差動型真空排気容器は設備コストの増大、および真空チャンバ101の容器壁に穴を開けることによる作業工数の増大を招くものとなっている。
In the case of the above-described conventional example, the
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、第1真空容器内の圧力よりも低い圧力で作動させる機器を備えた第2真空容器を第1真空容器内に設ける差動型真空排気容器において、第2真空容器を排気する真空ポンプの接続が容易であり、かつ設備コストも低減することができる差動型真空排気容器を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and is a differential type vacuum evacuation vessel in which a second vacuum vessel provided with a device operated at a pressure lower than the pressure in the first vacuum vessel is provided in the first vacuum vessel. It is an object of the present invention to provide a differential vacuum evacuation vessel that can be easily connected to a vacuum pump that evacuates two vacuum vessels and that can reduce equipment costs.
上記の課題は請求項1の構成によって解決されるが、その解決手段を説明すれば次に示す如くである。 The above problem can be solved by the configuration of claim 1, and the solution means will be described as follows.
請求項1の差動型真空排気容器は、相対的に低い真空度とされる第1真空容器内に、前記低い真空度よりも高い真空度で作動させる機器を内部に備えた第2真空容器が収容され、前記第1真空容器の内部と前記第2真空容器の内部とが前記第2真空容器の容器壁に形成されたコンダクタンスの小さい開口部を介して連通されており、前記第1真空容器と前記第2真空容器とがそれぞれ独立して真空排気される差動型真空排気容器において、前記第2真空容器が専用の高性能の真空ポンプと共に前記第1真空容器内に収容されているものである。 The differential vacuum evacuation vessel according to claim 1 is a second vacuum vessel including a device for operating at a higher degree of vacuum than the low degree of vacuum in a first vacuum vessel having a relatively low degree of vacuum. And the inside of the first vacuum vessel and the inside of the second vacuum vessel are communicated with each other through an opening having a small conductance formed on the vessel wall of the second vacuum vessel, In the differential evacuation vessel in which the vessel and the second vacuum vessel are evacuated independently, the second vacuum vessel is housed in the first vacuum vessel together with a dedicated high performance vacuum pump. Is.
このような差動型真空排気容器では、第1真空容器内の圧力が第2真空容器専用の高性能真空ポンプの背圧になるので、第2真空容器とその専用の真空ポンプとのみを第1真空容器の内部に収容するだけでよく、従来のように第2真空容器を専用の高性能真空ポンプと補助ポンプとによって真空排気することを必要としない。また第1真空容器の容器壁に穴を開けて、第1真空容器内の第2真空容器と、大気側に設置した第2真空容器用の高性能真空ポンプとを接続する作業を要しない。 In such a differential type vacuum evacuation vessel, since the pressure in the first vacuum vessel becomes the back pressure of the high-performance vacuum pump dedicated to the second vacuum vessel, only the second vacuum vessel and the vacuum pump dedicated thereto are used in the first vacuum vessel. It is only necessary to accommodate the inside of one vacuum vessel, and it is not necessary to evacuate the second vacuum vessel with a dedicated high-performance vacuum pump and an auxiliary pump as in the prior art. Further, it is not necessary to make a hole in the container wall of the first vacuum container and connect the second vacuum container in the first vacuum container and the high performance vacuum pump for the second vacuum container installed on the atmosphere side.
請求項2の差動型真空排気容器は、前記第2真空容器の前記専用の高性能真空ポンプが磁気軸受型ターボ分子ポンプとされているものである。 According to a second aspect of the present invention, the dedicated high performance vacuum pump of the second vacuum container is a magnetic bearing type turbo molecular pump.
このような差動型真空排気容器は、磁気軸受型ターボ分子ポンプを比較的小型のものとしても10-7Pa程度の到達真空度を有しており、第1真空容器内に収容する第2真空容器専用の高性能真空ポンプとして充分な排気性能を有しているほか、磁気軸受によるものであるから、油脂類を含むボールベヤリングを軸受とするターボ分子ポンプを使用する場合のように、第1真空容器内が油脂類によって汚染されることはない。 Such a differential vacuum evacuation vessel has an ultimate vacuum level of about 10 −7 Pa even if the magnetic bearing type turbo molecular pump is relatively small, and the second vacuum vacuum vessel is accommodated in the first vacuum vessel. In addition to having sufficient exhaust performance as a high-performance vacuum pump dedicated to vacuum vessels, and because it is based on magnetic bearings, as in the case of using turbo molecular pumps with ball bearings containing oils and fats as bearings 1 The inside of a vacuum vessel is not contaminated by fats and oils.
請求項3の差動型真空排気容器は、前記第2真空容器が内部に電子銃を備えた電子銃室とされているものである。 According to a third aspect of the present invention, the second vacuum container is an electron gun chamber having an electron gun inside.
このような差動型真空排気容器は、電子銃からの電子ビームが高真空度の空間内へ放射されるので、真空度が劣る空間内へ放射される場合に生起し易い事象、例えば電子ビームが残存するガスの分子に衝突して不要なイオンを生ずる、ないしは高電圧の電子銃が絶縁破壊を起こしアーク放電するなどの事象を招かない。 In such a differential evacuation vessel, an electron beam from an electron gun is radiated into a space with a high degree of vacuum, so that an event that easily occurs when radiated into a space with a low degree of vacuum, for example, an electron beam Does not collide with the remaining gas molecules to generate unnecessary ions, or the high voltage electron gun causes dielectric breakdown and arc discharge.
請求項4の差動型真空排気容器は、前記差動型真空排気容器がプラスチックフィルムに金属被膜を形成させる巻取式真空蒸着装置を構成する容器であって、前記第1真空容器内に前記プラスチックフィルムが巻き付けられて走行する回転冷却ドラムが設けられ、前記第1真空容器内が前記回転冷却ドラムを中央にし隙間を介して設けられた仕切板によって上部空間と下部空間とに仕切られて、前記上部空間に前記プラスチックフィルムの巻出ロールと巻取ロールが配置され、前記下部空間に金属を蒸発させる蒸発源が配置されており、前記第2真空容器としての前記電子銃室が専用の高性能の真空ポンプと共に前記上部空間内に設置され、前記回転冷却ドラムと共に走行する前記プラスチックフィルムの未だ蒸着されていない部分へ前記電子銃室内の電子銃から電子ビームを照射するように設定されているものである。 The differential vacuum evacuation container according to claim 4 is a container constituting a take-up vacuum deposition apparatus in which the differential vacuum evacuation container forms a metal film on a plastic film, and the first vacuum container includes the A rotary cooling drum that travels with a plastic film wound thereon is provided, and the inside of the first vacuum vessel is partitioned into an upper space and a lower space by a partition plate that is provided through a gap with the rotary cooling drum at the center, An unwinding roll and a winding roll for the plastic film are disposed in the upper space, an evaporation source for evaporating metal is disposed in the lower space, and the electron gun chamber as the second vacuum container has a dedicated height. The electron is installed in the upper space together with a vacuum pump of performance and travels with the rotary cooling drum to the undeposited portion of the plastic film. Are those set from the room of the electron gun to illuminate an electron beam.
このような差動型真空排気容器は、その容器を構成要素とする巻取式真空蒸着装置において、回転冷却ドラムに巻き付けられて走行するプラスチックフィルムの未だ蒸着されない部分を負に帯電させて別途正電位を与えられる回転冷却ドラムの周面に密着させることができるほか、仕切板によって電子銃室は高温の蒸発源からの輻射熱を受けず、かつ蒸発源からの金属蒸気が付着して堆積することを防ぎ得る。 Such a differential type vacuum evacuation container is a wind-up type vacuum vapor deposition apparatus having the container as a constituent element, and a positively charged portion is separately charged by negatively charging a portion of a plastic film that is wound around a rotating cooling drum and is not yet deposited. In addition to being able to adhere to the peripheral surface of the rotating cooling drum to which an electric potential is applied, the electron gun chamber is not subject to radiant heat from the high-temperature evaporation source by the partition plate, and metal vapor from the evaporation source adheres and accumulates. Can prevent.
請求項1の差動型真空排気容器によれば、第2真空容器専用の高性能真空ンプに補助ポンプを必要としないので、その分だけ設備コストが軽減されるほか、従来のように第1真空容器の容器壁に穴を開けて大気側に設けた第2真空容器専用の高性能真空ポンプを第1真空容器内の第2真空容器に接続する作業を必要としないので、作業工数を低減することができる。 According to the differential vacuum evacuation vessel of claim 1, since the auxiliary pump is not required for the high performance vacuum pump dedicated to the second vacuum vessel, the equipment cost is reduced correspondingly, and the first as in the prior art. No need to connect the high-performance vacuum pump dedicated to the second vacuum vessel provided on the atmosphere side by making a hole in the vessel wall of the vacuum vessel to the second vacuum vessel in the first vacuum vessel, thus reducing the work man-hours can do.
請求項2の差動型真空排気容器によれば、第2真空容器専用の高性能真空ポンプに磁気軸受型ターボ分子ポンプを使用し、第1真空容器内を油脂類で汚染しないので、汚染油脂類による影響に煩わされることはなく第1真空容器内でのプロセスを清浄な状態で遂行することができる。
According to the differential vacuum evacuation vessel of
請求項3の差動型真空排気容器によれば、電子銃が高真空度の第2真空容器内に配設されるので、電子ビームが残存するガスの分子と衝突して不要なイオンを生じないほか、高電圧の電子銃が絶縁破壊しアーク放電することもないので、第1真空容器内でのプロセスを円滑に遂行することができる。 According to the differential type vacuum evacuation container of claim 3, since the electron gun is disposed in the second vacuum container having a high degree of vacuum, the electron beam collides with the remaining gas molecules to generate unnecessary ions. In addition, since the high voltage electron gun does not break down and cause arc discharge, the process in the first vacuum vessel can be performed smoothly.
請求項4の差動型真空排気容器によれば、この容器を構成要素とする巻取式真空蒸着装置において、回転冷却ドラムに巻き付けられているプラスチックフィルムの未だ蒸着されない部分に電子銃室から電子ビームを照射して負に帯電させるので、別途正電位を与えられる回転冷却ドラムの周面に密着させてプラスチックフィルムを充分に冷却することができるほか、仕切板によって電子銃室が高温度の蒸発源から隔離されているので、蒸発源からの輻射熱を受けず温度上昇しないことから設定通りに正確に作動し、かつ蒸発源からの金属蒸気が付着、堆積せず、電子銃室が第1真空容器の下部空間内に設けられて金属蒸気が付着し堆積する場合と比較し、電子銃室のメンテナンス作業が極めて容易である。 According to the differential type vacuum evacuation vessel of claim 4, in the take-up type vacuum vapor deposition apparatus having the vessel as a constituent element, an electron gun chamber can be used to apply an electron to a portion of the plastic film wound around the rotary cooling drum that has not yet been vapor deposited. Because it is negatively charged by irradiating the beam, the plastic film can be sufficiently cooled by being in close contact with the peripheral surface of a rotating cooling drum to which a positive potential is separately applied, and the electron gun chamber is evaporated at a high temperature by a partition plate. Because it is isolated from the source, it does not receive radiant heat from the evaporation source and does not rise in temperature, so it operates exactly as set, and metal vapor from the evaporation source does not adhere or deposit, and the electron gun chamber is in the first vacuum Compared with the case where the metal vapor is deposited and deposited in the lower space of the container, the maintenance work of the electron gun chamber is extremely easy.
第1真空容器内の圧力よりも低い圧力、例えば(1/10)程度の圧力で作動させる機器を、第1真空容器内に設置する場合には、次の何れかを採用することが考えられる。
(1) 排気速度が通常の真空ポンプよりも10倍程度大きい真空ポンプを使用する。
(2) 従来例として挙げて説明した特許文献1におけるように、第1真空容器内の圧力よりも低い圧力で作動させる機器の周囲を壁で覆って第2真空容器とし、第2真空容器は、第1真空容器を排気している真空ポンプとは異なる他の真空ポンプによって第1真空容器の(1/10)程度の圧力となるように真空排気する。すなわち、第1真空容器と第2真空容器とを差動真空排気する。
When a device that operates at a pressure lower than the pressure in the first vacuum vessel, for example, a pressure of about (1/10), is installed in the first vacuum vessel, one of the following may be adopted. .
(1) Use a vacuum pump whose exhaust speed is about 10 times larger than that of a normal vacuum pump.
(2) As in Patent Document 1 described as a conventional example, the periphery of a device that is operated at a pressure lower than the pressure in the first vacuum vessel is covered with a wall to form a second vacuum vessel, and the second vacuum vessel is Then, the vacuum pump is evacuated to a pressure of about (1/10) of the first vacuum container by another vacuum pump different from the vacuum pump that exhausts the first vacuum container. That is, differential vacuum evacuation is performed between the first vacuum container and the second vacuum container.
しかし、(1)の手段は、排気速度が10倍のような真空ポンプがあれば、真空容器全体を高い真空度にすることが可能であり、そのことにより差動真空排気する要もないが、排気速度が10倍あるような真空ポンプを見付けることはコスト面から困難である。また通常の排気速度の真空ポンプを10台同時に使用することもコストを極めて増大させる。従って(1)の手段は現実的ではなく、通常的には(2)の差動型真空排気容器が採用される。 However, with the means (1), if there is a vacuum pump whose exhaust speed is 10 times, it is possible to make the entire vacuum vessel have a high degree of vacuum, so that there is no need to perform differential vacuum exhaust. It is difficult from the viewpoint of cost to find a vacuum pump whose exhaust speed is 10 times. Also, the simultaneous use of 10 vacuum pumps having a normal exhaust speed greatly increases the cost. Accordingly, the means (1) is not practical, and the differential vacuum evacuation container (2) is usually employed.
図1、図2は差動型真空排気容器の構成を本発明の場合と従来例の場合とを比較してモデル的に示す図であり、図1は本発明の差動型真空排気容器を示し、図2は上記(2)による従来例の差動型真空排気容器を示す。従来例を示す図2では、第1真空容器1の内部2は排気管1hを介して第1真空容器の真空ポンプ3とその補助ポンプ4とによって真空排気されている。その内部2に、第1真空容器1内の圧力よりも低い圧力(高真空度)で作動させる機器Aを備えた第2真空容器5を収容したものであり、第2真空容器5は第1真空容器1の容器壁に穴を開けて取り付けた排気管2hを介して第1真空容器1の外側に設けた真空ポンプ7とその補助ポンプ8とによって真空排気される。そして、第1真空容器1の内部2と第2真空容器5の内部6とは第2真空容器5の容器壁に形成された開口部9を介して連通されている。なお開口部9の開口面積は可及的に小さくしてコンダクタンスを小さくする。これは、第1真空容器1の内部2に存在するガスが開口部から第2真空容器5の内部6へ過度に入り込むことを抑制して、第1真空容器1内の真空度と第2真空容器5内の真空度との差圧を維持するためである。
FIG. 1 and FIG. 2 are diagrams schematically showing the structure of a differential type vacuum evacuation vessel in the case of the present invention and the case of the conventional example, and FIG. 1 shows the differential evacuation vessel of the present invention. FIG. 2 shows a conventional differential evacuation vessel according to the above (2). In FIG. 2 showing the conventional example, the
これに対して、本発明を示す図1では、図2におけると同様な第2真空容器5を作製し、その第2真空容器5の排気管2h’に専用の高性能な真空ポンプ7のみ取り付けたものを第1真空容器1の内部2に収容したものである。第1真空容器1の内部2と第2真空容器5の内部6とがコンダクタンスの小さい開口部9を介して連通されていることは従来例の場合と同様である。この本発明の場合、真空ポンプ7は第2真空容器5の内部6を真空排気するが、その排気を吐出する空間は第1真空容器1の内部2であり、その圧力は大気圧ではないので、図2におけるような補助ポンプ8を必要としないのである。また第2真空容器5と真空ポンプ7とのセットを第1真空容器1の内部2に収容するので、第1真空容器1の容器壁に穴を開けて図1に示した排気管1hを設けることを必要としない。
On the other hand, in FIG. 1 showing the present invention, a second vacuum vessel 5 similar to that in FIG. 2 is produced, and only a dedicated high-performance vacuum pump 7 is attached to the
本発明の差動型真空排気容器における第2真空容器5の真空ポンプ7には磁気軸受型のターボ分子ポンプ(TMP)が使用される。ボールベアリングを軸受とするターボ分子ポンプでは、ボールベアリングに使用されている油脂類がガス放出源となって第1真空容器1の内部2を汚染し、また劣化した油脂類がターボ分子ポンプの動翼の円滑な回転の支障となる怖れがあるからである。そして、磁気軸受型ターボ分子ポンプは小型のものであっても1×10-7Pa程度の到達真空度を有しているので真空排気性能としては充分であり、小型である方が取り付け易いことは論を待たない。
A magnetic bearing type turbo molecular pump (TMP) is used for the vacuum pump 7 of the second vacuum vessel 5 in the differential vacuum exhaust vessel of the present invention. In a turbo molecular pump using a ball bearing as a bearing, the oils and fats used in the ball bearing become a gas release source to contaminate the
以下、実施の形態例によって差動型真空排気容器を構成要素とする巻取式真空蒸着装置を説明する。真空容器内において、巻出ローラから繰り出す長尺のプラスチックフィルムを回転冷却ドラムに所定の抱き角度(中心角)で巻き付けて走行させながら、回転冷却ドラムの下方に配置した蒸発源から金属蒸気を蒸発させ、フィルム面に析出させて金属被膜を形成させ、巻取ローラに巻き取る巻取式の真空蒸着は従来から広く行われているが、このような真空蒸着においては、フィルムが回転冷却ドラムへ充分に密着していないと、金属蒸気が付着し凝固する時に発生する熱によって蒸着後のプラスチックフィルムに収縮皺や水泡状の脹れ等の熱変形、いわゆる熱負けを生ずる。この熱負けを防ぐには、プラスチックフィルムを回転冷却ドラムの周面に充分に密着させることを要する。 Hereinafter, a winding type vacuum vapor deposition apparatus having a differential type vacuum evacuation vessel as a constituent element according to an embodiment will be described. Inside the vacuum vessel, the metal vapor evaporates from the evaporation source placed below the rotating cooling drum while the long plastic film fed from the unwinding roller is wound around the rotating cooling drum at a predetermined holding angle (center angle). The film is deposited on the film surface to form a metal film and is wound up on a winding roller. Winding-type vacuum deposition is widely performed in the past, but in such vacuum deposition, the film is transferred to a rotating cooling drum. If not sufficiently adhered, heat generated when metal vapor adheres and solidifies causes thermal deformation such as shrinkage and blistering of the plastic film after deposition, so-called heat loss. In order to prevent this heat loss, it is necessary to sufficiently adhere the plastic film to the peripheral surface of the rotary cooling drum.
そのために、例えば特開平02−239428号公報に開示されている連続式真空蒸着装置においては、回転冷却ドラムに巻き付けられているプラスチックフィルムの金属蒸気が未だ付着していない部分へ装置内に設けた電子銃から電子ビームを照射してプラスチックフィルムを負に帯電させ、回転冷却ドラムには正電位を与えて、静電引力によりプラスチックフィルムと回転冷却ドラムとの密着を高めることが行われている。 For this purpose, for example, in a continuous vacuum vapor deposition apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 02-239428, a plastic film wound around a rotary cooling drum is provided in a portion where the metal vapor has not yet adhered. An electron beam is irradiated from an electron gun to negatively charge the plastic film, a positive potential is applied to the rotating cooling drum, and adhesion between the plastic film and the rotating cooling drum is enhanced by electrostatic attraction.
上記の真空蒸着装置と同様に電子銃を有するプラスチックフィルムへの真空蒸着装置であるが、電子銃を内部に備え蒸着のための第1真空容器よりも高真空度とされる第2真空容器としての電子銃室を専用の高性能の真空ポンプと共に第1真空容器内に収容した真空蒸着装置を実施の形態例として説明する。図3は本実施の形態例の差動型真空排気容器を備えた巻取式真空蒸着装置10の構成を示す概略図である。巻取式真空蒸着装置10は第1真空容器11の内部空間が、回転冷却ドラム14を中央にし隙間を介して設けられた仕切板12によって、上部空間11aと下部空間11bとに仕切られており、第2真空容器である電子銃室31とその専用の真空ポンプである磁気軸受型ターボ分子ポンプ41は上部空間11a内に配置されている。そのほか上部空間11aには巻出ローラ13と巻取ローラ15が配置されており、下部空間11bには蒸発源16が設けられている。そして第1真空容器11内は下部空間11bに設けられた排気管21を介して油拡散ポンプ(DP)22と、その補助ポンプであるメカニカル・ブースタポンプ(MB)23およびロータリポンプ(RP)24とからなる真空排気系によって真空排気されている。
A vacuum deposition apparatus for a plastic film having an electron gun similar to the above-described vacuum deposition apparatus, but the second vacuum container having an electron gun inside and having a higher degree of vacuum than the first vacuum container for deposition. A vacuum deposition apparatus in which the electron gun chamber is housed in a first vacuum container together with a dedicated high-performance vacuum pump will be described as an embodiment. FIG. 3 is a schematic view showing a configuration of a winding type vacuum vapor deposition apparatus 10 provided with a differential type vacuum evacuation vessel according to the present embodiment. In the take-up vacuum deposition apparatus 10, the internal space of the
蒸着されるべきフィルムFは、所定幅に裁断された長尺の絶縁性プラスチックフィルムであり、例えばPET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム、PPS(ポリフェニレンサルファイド)フィルム、OPP(延伸ポリプロピレン)フィルム等が使用される。フィルムFは巻出ローラ13から繰り出され、複数のガイドローラ17、回転冷却ドラム14、電圧印加ローラ18、複数のガイドローラ19を経て巻取ローラ15に巻き取られる。巻出ローラ13および巻取ローラ15には、図示せずとも、それぞれに回転駆動機構が設けられている。
The film F to be deposited is a long insulating plastic film cut to a predetermined width. For example, a PET (polyethylene terephthalate) film, a PPS (polyphenylene sulfide) film, an OPP (stretched polypropylene) film, or the like is used. . The film F is unwound from the unwinding roller 13, and is wound on the winding
回転冷却ドラム14は筒状でステンレス等の金属製とされ、内部には冷却水を循環させる冷却機構、回転冷却ドラム14の駆動機構等が設けられている。回転冷却ドラム14の周面には所定の抱き角でフィルムFが巻き付けられ、フィルムFは後述する電子ビームの照射および金属蒸気による蒸着被膜の形成の間を回転冷却ドラム14によって冷却される。
The
電子銃室31は上述した専用の磁気軸受型のターボ分子ポンプ(TMP)41によって真空排気され、その吐出ガスは第1真空容器11の上部空間11a内へ排出される。そして電子銃室31の内部には電子銃33が配置されており、電子銃33から放射される電子ビーム34は、矢印で示すように、電子銃室31の容器壁に形成された開口部に相当する小孔32を通過し、回転冷却ドラム14と共に走行するフィルムFの未だ蒸着されていない部分へ照射されてフィルムFを負に帯電させる。回転冷却ドラム14に密着しているフィルムFに電子ビームを照射するので、フィルムFを冷却しながら電子ビームを照射することになる。
The electron gun chamber 31 is evacuated by the above-described dedicated magnetic bearing type turbo molecular pump (TMP) 41, and the discharge gas is discharged into the
なお、電子銃を仕切板より下側の下方空間に配置した事例があるが、そのような配置では、電子銃が高温度の蒸発源からの輻射熱を受けて温度上昇し正常に作動し難くなるほか、蒸発した金属蒸気が電子銃に付着して堆積し易く、堆積物の除去は極めて困難であるという問題がある。 There are cases where the electron gun is arranged in a lower space below the partition plate. However, in such an arrangement, the electron gun receives a radiant heat from a high-temperature evaporation source and rises in temperature, making it difficult to operate normally. In addition, there is a problem that the evaporated metal vapor adheres to the electron gun and easily deposits, and it is extremely difficult to remove the deposit.
回転冷却ドラム14の下方に配置された蒸発源16は、蒸着させるべき金属を収容すると共に、当該金属を抵抗加熱、誘導加熱、電子ビーム加熱等の公知の加熱手段で加熱して蒸発させる機構を備えている。この蒸発源16からは金属蒸気が回転冷却ドラム14と共に走行するフィルムFの面に付着し、冷却、凝固されて被膜を形成する。蒸着金属としては、Al、Co、Cu、Ni、Ti等の金属元素単体のほか、Fe−Co、Al−Zn、Cu−Zn等の二種の金属合金あるいは多元系合金が適用される。使用する金属元素の数に応じて蒸発源を複数設けてもよい。
The evaporation source 16 disposed below the
更には、蒸着されたフィルムFの金属被膜面に接触する電圧印加ローラ18と回転冷却ドラム14との間に適切な直流電圧を印加するために直流電源20が設けられており、回転冷却ドラム14は直流電源20の正極に接続され、電圧印加ローラ18は負極に接続される。従って、蒸着される前に電子ビーム34が照射されて負に帯電したフィルムFは正電位が印加された回転冷却ドラム14の周面に静電引力によって吸着され密着される。また、蒸着された金属被膜には電圧印加ローラ18によって負の電位が与えられるので、金属被膜が形成されたフィルムFの内部では、金属被膜の形成されている側が正に、回転冷却ドラム14に接している側が負に分極する。従って、負に分極した側の面は正電位が印加されている回転冷却ドラム14に対し静電引力によって吸着されて密着する。すなわち蒸着による金属被膜の形成の前後において、フィルムFは回転冷却ドラム14に対する密着が保証され確実に冷却される。
Further, a
次に、上記巻取式真空蒸着装置10の作用を説明する。巻取式真空蒸着装置10によるフィルムFへの金属被膜の形成に際しては、第1真空容器11内において、巻出ローラ13からフィルムFを繰り出し、回転冷却ドラム14に巻き付け、巻取ロール15に巻き取るようにフィルムFをセットし、蒸発源16は加熱して金属を溶解させると共に、図示を省略したシャッターで覆って蒸着開始に備える。他方、第1真空容器11に属するロータリポンプ24、メカニカル・ブースタポンプ23、油拡散ポンプ22の順に起動して第1真空容器11内を真空排気し、第1真空容器11の油拡散ポンプ22の起動に合わせて、第1真空容器11内に収容されている磁気軸受型ターボ分子ポンプ41を起動して第2真空容器である電子銃室31内を真空排気することにより、第1真空容器11および電子銃室31を一旦、10-4Pa程度の真空度まで排気する。
Next, the operation of the take-up vacuum deposition apparatus 10 will be described. When the metal film is formed on the film F by the winding type vacuum vapor deposition apparatus 10, the film F is unwound from the unwinding roller 13 in the
その後、第1真空容器11の油拡散ポンプ22、および電子銃室31の磁気軸受型ターボ分子ポンプ41の排気速度を調整することにより、フィルムFから放出される水蒸気等によって第1真空容器11内および電子銃室31内の圧力は上昇するが、第1真空容器11内の圧力を例えば2×10-2Pa程度とし、第2真空容器である電子銃室31内の圧力を例えば2×10-3Pa程度として、第1真空容器11内の圧力と電子銃室31内の圧力との間に差圧を形成させる。
Thereafter, by adjusting the exhaust speed of the
上記差圧の形成に合わせて、巻出ローラ13からフィルムFを繰り出し、別途既に冷却されている回転冷却ドラム14を経由させ、巻取ロール15に巻き取るフィルムFの走行を開始すると共に、電子銃室31の電子銃33から電子銃室31の小孔32を経て電子ビーム34をフィルムFに照射し、かつ直流電源20によって電圧印加ロール18と回転冷却ドラム14との間に所定の直流電圧を印加する。この場合において、第2真空容器である電子銃室31の真空度を第1真空容器11の真空度よりも一桁高くしているので、電子ビーム34の照射に際し、電子ビーム34が残留ガスの分子に衝突して不要なイオンを生ずることや、高電圧の電子銃33が絶縁破壊してアーク放電することもなく、電子ビームは極めて安定した状態で照射される。そして、蒸発源16のシャッターを開けて金属蒸気を蒸発させて蒸着を開始する。
In accordance with the formation of the differential pressure, the film F is unwound from the unwinding roller 13, passes through the
蒸着の開始後において、回転冷却ドラム14に巻き付けられて走行するフィルムFは、回転冷却ドラム14との接触開始の直後、金属蒸気による金属被膜の形成前の部分に、電子銃室31内の電子銃33からの電子ビーム34が照射されて負に帯電される。この時、フィルムFは回転冷却ドラム14と接触しているので、電子ビーム34の照射はフィルムFが冷却された状態で行われることになる。
After the start of vapor deposition, the film F that is wound around the
電子ビームが照射されて負に帯電したフィルムFは、直流電源20によって正電位が印加されている回転冷却ドラム14に対し静電引力により密着される。そして冷却された状態にあるフィルムFの面に蒸発源16から蒸発した金属蒸気が付着し、冷却され凝固することによって金属被膜が形成される。
The negatively charged film F irradiated with the electron beam is brought into close contact with the
フィルムFに形成された金属被膜は、電圧印加ローラ18を介して直流電源20の負電位が印加される。その故に、金属被膜の形成されたフィルムFの内部では、金属被膜の形成されている側が正に、回転冷却ドラム14に接触している側が負に分極する。従って、負に分極している側のフィルムFの面と正電位が与えられている回転冷却ドラム14との間に静電的な吸着力を生じて、フィルムFは回転冷却ドラム14の周面に密着し、金属被膜の形成の間、フィルムFは熱負けを生ずることなく巻取ロール15に巻き取られる。
A negative potential of the
上述したように、金属被膜の形成前は、電子ビーム34の照射によってフィルムFを負に帯電させて回転冷却ドラム14へ密着させ、金属被膜の形成後は、当該金属被膜に接触する電圧印加ローラ18と回転冷却ドラム14との間に印加した直流電源電圧によってフィルムFの負に分極した側の面を回転冷却ドラム14へ密着させているので、金属被膜の形成前にフィルムFを負に帯電させた電荷が、その後に形成される金属被膜へ放出され消失しても、電圧印加ローラ18から金属被膜への負電位の印加によって消失された電荷が補償される。すなわち、金属被膜の形成後においても、フィルムFと回転冷却ドラム14との密着が維持されて、回転冷却ドラム14によるフィルムFの冷却が確保されることになる。
As described above, before the metal coating is formed, the film F is negatively charged by the irradiation of the electron beam 34 and is brought into close contact with the
実施例として、図3に示した巻取式真空蒸着装置10を使用し、Coを電子銃で加熱して溶解した蒸発源16からCo蒸気を蒸発させ、厚さ6μm、幅127mm、 長さ5,000mのPETフィルムの巻取速度を30m/minとして、同PETフィルムの片面にCo被膜を形成させる蒸着を行った。この蒸着において、第1真空容器11内の真空度は1〜3×10-2Paとし、電子銃室31内の真空度は1×10-3Paとした。そして、電子銃33には定格15kV、0〜20mAのものを使用した。
As an example, the winding vapor deposition apparatus 10 shown in FIG. 3 is used to evaporate Co vapor from an evaporation source 16 in which Co is heated by an electron gun and melted, and has a thickness of 6 μm, a width of 127 mm, and a length of 5 Vapor deposition for forming a Co film on one side of the PET film was carried out at a winding speed of 30 m / min for a PET film of 1,000 m. In this vapor deposition, the degree of vacuum in the
上記の蒸着において、電子銃室31内の真空度を第1真空容器11内の真空度よりも一桁高くしているので、電子銃33から放射される電子ビーム34が残留ガスの分子に衝突して不要なイオンを生することや、高電圧の電子銃33が絶縁破壊してアーク放電することのないことが確認された。またPETフィルムに電子ビーム34を照射していることにより、Co被膜の形成されたPETフィルムには、収縮皺や脹れなどの熱変形は全く認められなかった。
In the above vapor deposition, the degree of vacuum in the electron gun chamber 31 is made an order of magnitude higher than the degree of vacuum in the
上述した実施例においては、第1真空容器11内は油拡散ポンプ22と、補助ポンプであるメカニカル・ブースタポンプ23およびロータリポンプ24とによって真空排気しているが、電子銃室31専用の磁気軸受型ターボ分子ポンプ41は電子銃室31と共に第1真空容器11内に収容されており、磁気軸受型ターボ分子ポンプ41は適正な背圧がおのずから確保されることから、メカニカル・ブースタポンプおよびロータリポンプを必要としない。
In the embodiment described above, the
これに対し、第1真空容器11内に電子銃室31のみを配置し、第1真空容器11の容器壁に穴を開けて排気管を設け、第1真空容器11の外の大気側に設置した磁気軸受型ターボ分子ポンプ41を接続して電子銃室31内を真空排気する場合を考えると、その場合には磁気軸受型ターボ分子ポンプ41の吐出側にメカニカル・ブースタポンプおよびロータリポンプからなる補助ポンプを設けることが必要である。本願発明の差動型真空排気容器による巻取式真空蒸着装置10によれば、第1真空容器11と電子銃室31との間に所定の差圧を確保しながら、磁気軸受型ターボ分子ポンプ41について補助ポンプを省略することができ、そのことによって設備コストを低減し、設置面積を低減し得る本発明の効果は極めて大きい。
On the other hand, only the electron gun chamber 31 is disposed in the
以上、本発明の差動型真空排気容器を実施の形態例によって説明したが、勿論、本発明はこれに限られることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。 As described above, the differential evacuation vessel of the present invention has been described by way of an embodiment. Of course, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention.
例えば実施例においては、第1真空容器11内の真空度を1〜3×10-2Paとし、第2真空容器である電子銃室31内の真空度を1×10-3Paとしたが、場合に応じて、第1真空容器11内の真空度を10-1Paのレベル、電子銃室31内の真空度を10-2Paのレベルとすることは差し支えない。また実施例においては第1真空容器11と第2真空容器31との間に一桁の差圧を形成させたが、二桁またはそれ以上の差圧を設けてもよいことは言うまでもない。
For example, in the embodiment, the degree of vacuum in the
また従来例として挙げた図4のセラミック被膜の製造装置は、主真空排気装置P1によって真空排気される真空チャンバ101内に設けた電子銃室102を大気側に設置した局所真空排気装置P2によって、真空チャンバ101内の真空度よりも高い真空度に真空排気するものであるが、このセラミック被膜の製造装置に本発明の差動型真空排気容器を適用して、電子銃室102を局所真空排気装置P2と共に真空チャンバ101内に収容することにより、局所真空排気装置P2における補助ポンプ類を省略することができる。
Also, the ceramic film manufacturing apparatus of FIG. 4 cited as a conventional example is based on a local vacuum exhaust device P2 in which an
また特開平08−203457号公報には、コラム真空排気系によって10-6 Torr台の真空度とされるコラム(電子銃室)と、チャンバ真空排気系によって10-2 Torr台の真空度とされ電子ビームによる被加工体のワークが載置されるチャンバ(ワーク加工室)とからなる電子ビーム加工機が開示されているが、この電子ビーム加工機に本発明の差動型真空排気容器を適用し、コラム(電子銃室)をコラム真空排気系と共にチャンバ(ワーク加工室)内に収容して、コラム真空排気系における補助ポンプ類を省略することができる。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-203457 discloses a column (electron gun chamber) whose degree of vacuum is 10 −6 Torr by a column vacuum exhaust system, and a vacuum degree of 10 −2 Torr by a chamber vacuum exhaust system. An electron beam processing machine including a chamber (work processing chamber) on which a workpiece of an object to be processed by an electron beam is placed is disclosed. The differential vacuum exhaust container of the present invention is applied to the electron beam processing machine. The column (electron gun chamber) can be accommodated in the chamber (work processing chamber) together with the column vacuum exhaust system, and auxiliary pumps in the column vacuum exhaust system can be omitted.
また特開2000−258369号公報には、第1の真空ポンプによって1×10-3mmHgの真空度に真空排気され、2次元走査されるステージ上の試料に集光X線を照射する試料室と、その試料室に接続されて第3の真空ポンプによって差動排気され、試料から発生する光電子を集束するためのレンズ系を備えた筐筒と、筐筒に接続され、第2の真空ポンプによって1×10-4 mmHgの真空度に排気され、試料から発生し集束された光電子を受けて所定のエネルギーを有する光電子のみを選択する電子エネルギー分光器と選択された光電子の検出器とを備えた分光器室とからなる走査X線電子顕微鏡が開示されているが、この走査X線電子顕微鏡に本発明の差動真空排気容器を適用して、分光器室と筐筒をそれぞれの真空ポンプと共に試料室内へ収容し、収容した真空ポンプの補助ポンプ類を省略することができる。 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-258369 discloses a sample chamber in which a first vacuum pump is evacuated to a vacuum degree of 1 × 10 −3 mmHg and a sample on a stage to be two-dimensionally scanned is irradiated with condensed X-rays. A casing connected to the sample chamber, differentially evacuated by a third vacuum pump, and provided with a lens system for focusing photoelectrons generated from the sample; and a second vacuum pump connected to the casing And an electron energy spectrometer that selects only photoelectrons having a predetermined energy upon receiving the focused photoelectrons generated from the sample and focused to a vacuum degree of 1 × 10 −4 mmHg, and a selected photoelectron detector. A scanning X-ray electron microscope comprising a spectroscopic chamber is disclosed. The differential vacuum evacuation container of the present invention is applied to the scanning X-ray electron microscope, and the spectroscopic chamber and the casing are connected to respective vacuum pumps. With Charge accommodated into the room, the auxiliary pumps of accommodating the vacuum pump can be omitted.
上述した装置以外にも極紫外線による露光装置、質量分析装置等において差動真空排気が行われているが、これらの装置にも本発明の差動真空排気容器を適用し得ることは言うまでもない。 In addition to the apparatus described above, differential evacuation is performed in an exposure apparatus, a mass spectrometer, and the like using extreme ultraviolet rays. Needless to say, the differential evacuation container of the present invention can also be applied to these apparatuses.
1・・・第1真空容器、 2・・・ 第1真空容器の内部、
3・・・第1真空容器の真空ポンプ、
4・・・第1真空容器の真空ポンプの補助ポンプ、
5・・・第2真空容器、 6・・・第2真空容器の内部、
7・・・第2真空容器の真空ポンプ、
8・・・第2真空容器の真空ポンプの補助ポンプ、
9・・・第2真空容器の開口部、 10・・・巻取式真空蒸着装置、
11・・・巻取式真空蒸着装置の第1真空容器、 12・・・仕切板、
13・・・巻出ローラ、 14・・・回転冷却ドラム、 15・・・巻取ローラ、
16・・・蒸発源、 18・・・ 電圧印加ローラ、 20・・・直流電源、
22・・・油拡散ポンプ、 23・・・メカニカル・ブースタポンプ、
24・・・ロータリポンプ、 31・・・第2真空容器(電子銃室)、
32・・・第2真空容器(電子銃室)の小孔、 33・・・電子銃、
34・・・ 電子ビーム、 41・・・磁気軸受型ターボ分子ポンプ、 F・・・フィルム
1 ... 1st vacuum vessel, 2 ... Inside of 1st vacuum vessel,
3 ... vacuum pump of the first vacuum vessel,
4 ... Auxiliary pump of the vacuum pump of the first vacuum vessel,
5 ... the second vacuum vessel, 6 ... the inside of the second vacuum vessel,
7 ... the vacuum pump of the second vacuum vessel,
8 ... Auxiliary pump of the vacuum pump of the second vacuum vessel,
9 ... Opening of the second vacuum vessel, 10 ... Winding type vacuum deposition apparatus,
11 ... 1st vacuum container of a winding-type vacuum deposition apparatus, 12 ... Partition plate,
13 ... unwinding roller, 14 ... rotating cooling drum, 15 ... winding roller,
16 ... evaporation source, 18 ... voltage application roller, 20 ... DC power supply,
22 ... Oil diffusion pump, 23 ... Mechanical booster pump,
24 ... Rotary pump, 31 ... Second vacuum container (electron gun chamber),
32 ... a small hole in the second vacuum container (electron gun chamber), 33 ... an electron gun,
34 ... Electron beam, 41 ... Magnetic bearing type turbo molecular pump, F ... Film
Claims (4)
前記第2真空容器が専用の高性能の真空ポンプと共に前記第1真空容器内に収容されていることを特徴とする差動型真空排気容器。 In the first vacuum container having a relatively low vacuum degree, a second vacuum container having an apparatus that operates at a vacuum degree higher than the low vacuum degree is accommodated, and the inside of the first vacuum container The inside of the second vacuum vessel communicates with an opening having a small conductance formed in the vessel wall of the second vacuum vessel, and the first vacuum vessel and the second vacuum vessel are independent of each other. In the differential type vacuum evacuation vessel to be evacuated,
The differential vacuum exhaust container, wherein the second vacuum container is accommodated in the first vacuum container together with a dedicated high performance vacuum pump.
The differential vacuum evacuation container is a container that constitutes a take-up vacuum deposition apparatus in which a metal film is formed on a plastic film, and a rotary cooling drum that travels with the plastic film wound around the first vacuum container. The first vacuum vessel is partitioned into an upper space and a lower space by a partition plate provided with a center of the rotary cooling drum and a gap, and an unwinding roll for the plastic film in the upper space. A winding roll is disposed, an evaporation source for evaporating metal is disposed in the lower space, and the electron gun chamber as the second vacuum container is installed in the upper space together with a dedicated high-performance vacuum pump. Irradiating an electron beam from the electron gun in the electron gun chamber to an undeposited portion of the plastic film traveling with the rotary cooling drum. Differential evacuation container according to claim 3, characterized in that it is set to.
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