JP2011038427A

JP2011038427A - 真空排気装置

Info

Publication number: JP2011038427A
Application number: JP2009184556A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Tanaka; 雅文田中
Original assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Current assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 2009-08-07
Filing date: 2009-08-07
Publication date: 2011-02-24

Abstract

【課題】真空槽内で行われる被処理物の成膜処理の状況に応じて、適切に油拡散ポンプへ電力を供給することにより、排気性能に影響を与えることなく、真空排気装置の運転コストを大幅に低減する。
【解決手段】被処理物の成膜処理が行われる真空槽２を高真空状態とする油拡散ポンプ１０と、該油拡散ポンプ１０の背圧を低減すると共に、前記真空槽２を低真空状態とする低真空用ポンプ１１と、前記真空槽２に於ける成膜処理の各工程に応じて前記油拡散ポンプ１０への電力の供給量を制御する制御装置１７とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空成膜処理が行われる真空槽を真空状態とするための真空排気装置に関する。

従来、この種の真空排気装置は、各種の真空処理がなされる真空槽を高真空状態とする油拡散ポンプと、該油拡散ポンプの背圧を低減すると共に、前記真空槽を予備的に低真空状態とするための低真空ポンプとを備えるのが一般的である。

特許文献１は、このような真空排気装置に於ける油拡散ポンプに着目し、その供給電力の削減を図るためになされたものである。即ち、この従来のものは、予め入力された制御信号に基づいて、油拡散ポンプのヒータに供給する電力を断続的に遮断するように構成されている。具体的には、予め基準となる最低油温を決定しておき、実際の油温がこれ以下とならないようなＯＮ／ＯＦＦ比で、ヒータに電力を断続供給するように構成されている。これによると、所謂フィードバック制御方式に基づいて、油拡散ポンプ自身の供給電力についての最適化を図ることができる。

特開２００７−２３７７８号公報

しかしながら、上記従来のものは、油拡散ポンプ自身の省電力化を図るに止まるものであり、真空システム全体でみると、必ずしも省電力化がなされているとは言い難いものであった。そこで、本発明者は、真空排気装置について省電力化を図るためには、真空成膜装置の存在を無視することができず、真空成膜装置の運転の特性に合わせて真空排気装置を制御すれば、更なる省力化が可能であることに思い至ったのである。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、真空槽内で行われる被処理物の成膜処理の状況に応じて、適正に油拡散ポンプへ電力を供給することにより、排気性能に影響を与えることなく、真空排気装置の運転コストを大幅に低減することにある。

本発明に係る真空排気装置は、被処理物の成膜処理が行われる真空槽を高真空状態とする油拡散ポンプと、該油拡散ポンプの背圧を低減すると共に、前記真空槽を低真空状態とする低真空用ポンプと、前記真空槽に於ける成膜処理の各工程に応じて前記油拡散ポンプへの電力の供給量を制御する制御装置とを備えたものである。

これによると、先ず低真空用ポンプにより真空槽内が低真空状態とされた後、油拡散ポンプにより高真空状態とされる。この状態で、真空槽に於いて被処理物の成膜処理が行われることになる。かかる一連の真空成膜処理では、その各工程に応じて油拡散ポンプへの電力の供給量が制御装置により適正に制御される。このため、油拡散ポンプの排気性能に影響を与えることなく、真空排気装置の運転コストを低減することができる。

また、前記油拡散ポンプの背圧を処理する補助ポンプを更に備えさせるようにしてもよい。

これによると、油拡散ポンプの背圧の低減処理は、低真空用ポンプ又は補助ポンプにより行われる。この場合も同様に、真空排気装置の運転コストを低減することができる。また、一般に補助ポンプの消費電力は低真空用ポンプのそれと比較して少ないために、この点に於いても運転コストの低減化が図れることになる。

更に、前記成膜処理の各工程は、前記真空槽が大気圧状態にある排気前工程と、前記真空槽が低真空状態とされる低真空用ポンプによる排気工程と、前記真空槽が高真空状態とされる油拡散ポンプによる排気工程と、高真空状態にある前記真空槽内で被処理物に成膜処理が施される成膜処理工程と、前記真空槽を大気圧状態に戻す復帰工程とからなるように構成することもできる。

これによると、成膜処理の全工程が各状況に応じて適切に分割されることになる。従って、このように分割された各工程の状況に応じて、油拡散ポンプへの電力の供給量を適切に制御することができる。因みに、油拡散ポンプによる消費電力は、油拡散ポンプによる排気工程に於いて最大となり、その他の工程では低下する。これに基づいて、制御装置により的確に制御された電力が油拡散ポンプに供給される。

また、前記制御装置による油拡散ポンプに対する供給電力は、前記油拡散ポンプによる排気工程から成膜処理工程に移行する際に低減されるように設定してもよい。

油拡散ポンプの排気工程が完了すると、真空槽が高真空状態となるために、油拡散ポンプへの高い電力の供給は不要となる。このため、成膜処理工程への移行時に、油拡散ポンプへの供給電力を低減させることにより、運転コストの軽減が図れる。

更に、前記制御装置による油拡散ポンプに対する供給電力は、前記排気前工程及び復帰工程に於ける電力が、成膜処理工程の電力よりも低く設定されると共に、低真空用ポンプによる排気工程及び油拡散ポンプによる排気工程に於ける電力が、前記成膜処理工程の電力よりも高く設定されるようにしてもよい。

これによると、油拡散ポンプが各工程に於いて必要とする電力が適切に供給されることになる。このように、供給電力の適宜調整することにより、排気性能に影響を与えることなく、真空排気装置の運転コストを低減することができる。尚、低真空用ポンプによる排気工程に於ける供給電力を、油拡散ポンプによる排気工程と同様に高く設定しているのは、以下の理由による。即ち、油拡散ポンプに高い電力を供給することにより、その作動油の温度を高温として、油拡散ポンプの臨界背圧を一定以上に維持するためである。これにより、低真空用ポンプによる排気工程に於いては、油拡散ポンプの背圧処理は不要となり、そのために別途ポンプを用意する必要もない。

また、前記補助ポンプを備えさせた場合に於ける油拡散ポンプに対する供給電力は、前記排気前工程及び復帰工程に於ける電力が低真空用ポンプによる排気工程及び成膜処理工程の電力よりも低く設定されると共に、油拡散ポンプによる排気工程に於ける電力が前記低真空用ポンプによる排気工程及び成膜処理工程の電力よりも高く設定されるようにしてもよい。

この場合は、補助ポンプにより油拡散ポンプの背圧処理が行われるために、低真空用ポンプによる排気工程に於ける油拡散ポンプへの供給電力を油拡散ポンプによる排気工程に於けるそれよりも低く設定している。この場合に於いても、各工程に応じて油拡散ポンプに適切に電力が供給されるために、上記補助ポンプを有しない場合と同様の作用効果を得ることができる。

更に、前記補助ポンプを備えさせた場合、低真空用ポンプは、前記制御装置により前記排気前工程及び復帰工程に於いてＯＦＦ状態となるように設定される共に、低真空用ポンプによる排気工程、油拡散ポンプによる排気工程及び成膜処理工程に於いてＯＮ状態となるように設定され、前記補助ポンプは、前記排気前工程、復帰工程及び低真空用ポンプによる排気工程に於いてＯＮ状態となるように設定される共に、前記油拡散ポンプによる排気工程及び成膜処理工程に於いてＯＦＦ状態となるように設定させてもよい。

これによると、排気前工程、低真空用ポンプによる排気工程及び復帰工程に於ける油拡散ポンプの背圧は、補助ポンプにより処理される。一方、油拡散ポンプによる排気工程及び成膜処理工程に於ける油拡散ポンプの背圧は、低真空用ポンプにより処理される。

このように低真空用ポンプ及び補助ポンプについても、真空成膜装置の各処理工程に応じて適切に運転することにより、消費電力の低減化を図ることができる。その結果、真空排気装置の運転コストを低減することが可能になる。

また、本実施形態に係る真空排気装置は、非常に簡易に構成できるために、その製作も容易に且つ安価に行うことが可能になる。

以上のように、本発明によれば、油拡散ポンプの排気性能に影響を与えることなく、真空排気装置の運転コストを大幅に低減することができる。

本発明の一実施形態を示し、（ａ）は真空排気装置を示す模式図で、（ｂ）は一連の真空成膜処理を示すタイミングチャートである。本発明の他の実施形態を示し、（ａ）は真空排気装置を示す模式図で、（ｂ）は一連の真空成膜処理を示すタイミングチャートである。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の一実施形態について図面に従って説明する。図１（ａ）に示すように、真空成膜装置１は略円筒状の真空槽２を有しており、その内部に於いて被処理物に真空成膜処理が施される。真空槽２には真空排気装置３が配管接続されており、これにより真空槽２内の空気が外部に排気されて、真空状態が形成される。

真空排気装置３は、３種類のポンプ１０〜１２と、４種類のバルブ１３〜１６と、これらの各動作を制御する制御装置１７とを備えている。油拡散ポンプ１０は、前記真空槽２を真空状態とするために、メインバルブ１３を備えた主配管２０を介して真空槽２の吸気口(図示せず)に配管接続されている。この油拡散ポンプ１０は、従来より存在する一般的なものであり、ポンプ本体３０に油加熱用のヒータ３１と、油温測定用の温度センサ３２と、作動油３３を下方に噴射するノズル３４とが内装されている。前記ヒータ３１により加熱された作動油３３は、蒸気となってノズル３４から下方に噴射され、その際に発生する吸引力により、前記吸気口を介して真空槽２内の空気が排気される。前記ヒータ３１による作動油３３の温度を加熱調整することにより、真空槽２に於いて所望の真空度を得ることができる。

低真空用ポンプ１１は、一般的な油回転ポンプ等からなるものであり、ラフバルブ１４を備えた粗引き用配管４０及び主配管２０を介して前記真空槽２の吸気口に配管接続されている。また、低真空用ポンプ１１は、粗引き用配管４０、フォアラインバルブ１５を備えた背圧用配管４１を介して前記油拡散ポンプ１０の排気口(図示せず)に配管接続されている。補助ポンプ１２は、補助バルブ１６を備えた補助配管４２、及び背圧用配管４１を介して油拡散ポンプ１０の排気口(図示せず)に配管接続されている。背圧用配管４１は油拡散ポンプ１０の背圧を低減するための配管であり、その際には低真空用ポンプ１１又は補助ポンプ１２が使用される。尚、通常、低真空用ポンプ１１の排気容量は、補助ポンプ１２のそれよりも大きく設定されるが、本発明はこれに限定されず、各ポンプ１１、１２の排気容量やその大小は任意に変更が可能である。

制御装置１７は、真空成膜装置１、真空排気装置３のポンプ１０〜１２及びバルブ１３〜１６の動作を制御するために、これら各構成部材に配線接続されている。具体的には、これら真空排気装置３の構成部材は、制御装置１７により真空成膜装置１の各処理工程に応じて制御されるように構成されている。制御装置１７は、所謂フィードフォワードと称される制御方式を採用しており、作動油３３の温度が前記各処理工程について予め設定されて値となるように制御される。

真空成膜装置１による処理工程は、図１（ｂ）に示すように、真空槽２内が大気圧状態にある「排気前工程」と、低真空用ポンプ１１により真空槽２内を低真空状態とする「低真空用ポンプによる排気工程」と、油拡散ポンプ１０により真空槽２内を高真空状態とする「油拡散ポンプによる排気工程」と、被処理物に成膜処理が行われる「成膜処理工程」と、真空槽２内を元の大気圧状態に復帰させる「復帰工程」とからなっており、これらの各工程が所謂バッチ方式により、繰返して行われるように設定されている。尚、各工程に於ける前記作動油３３の具体的な温度は、例えば事前の真空排気装置３の試験運用等に於いて得られたデータに基づいて設定される。以下の説明に於ける作動油３３の温度は、その一例を示すものである。

同図に示すように、「排気前工程」に於いて、油拡散ポンプ１０の作動油３３は予め低い電力が供給されたヒータ３１により加熱されており、所定の温度（例えば、約２３５°Ｃ）に保温されている。これは、油拡散ポンプ１０の臨界背圧を一定レベル以上に維持すると共に、作動油３３が更に加熱される次の「油拡散ポンプによる排気工程」への移行を効率良く行うためである。また、前記臨界背圧を一定レベル以上に維持するには、油拡散ポンプ１０の排気口側に発生する背圧を低減させておく必要がある。このため、メインバルブ１３を閉塞する一方で、補助バルブ１６を開放させており、ＯＮ状態にある補助ポンプ１２の吸気により油拡散ポンプ１０の背圧は低減される。

次工程である「低真空用ポンプによる排気工程」では、基本的には前記「排気前工程」に於ける状態がそのまま維持されるが、ヒータ３１には「排気前工程」よりも高い電力が供給されて、作動油３３の温度は上昇する（例えば、約２４０°Ｃ）。この工程で、ラフバルブ１４が開放されると共に、低真空用ポンプ１１がＯＮ状態とされて、真空槽２が所定の低真空状態となるまで排気される。尚、補助ポンプのＯＮ状態は維持されており、油拡散ポンプ１０の背圧処理を継続して行っている。

また、「油拡散ポンプによる排気工程」への移行前には、作動油３３の温度が高温（例えば、約２４５°Ｃ）となるように、更に高い電力が供給されたヒータ３１により加熱されて保温される。この状態になった時点で「油拡散ポンプによる排気工程」が開始される。即ち、メインバルブ１３が開放されて、油拡散ポンプ１０により真空槽２内が所定の高真空状態となるまで排気される。また、これと同時にラフバルブ１４は閉塞されて、低真空用ポンプ１１による真空槽２の排気が停止される一方で、フォアラインバルブ１５が開放されて、低真空用ポンプ１１は油拡散ポンプ１０の排気口と連通し、その背圧処理に使用される。これに伴い、補助バルブ１６が閉塞されると共に、補助ポンプ１２がＯＦＦ状態とされて停止する。このように、「油拡散ポンプによる排気工程」に於ける背圧の処理を、補助ポンプ１２よりも排気容量のある低真空用ポンプ１１に切替えることにより、適切に背圧処理を行うことができる。その結果、油拡散ポンプ１０の臨界背圧の低下を良好に阻止することが可能となる。

そして、真空槽２に於いて所定の高真空度が得られれば、メインバルブ１３が閉塞される。これにより、油拡散ポンプ１０による排気が完了するために、高い電力を供給する必要はなくなり、油拡散ポンプ１０への供給電力は低減される。但し、上述したように、この場合も油拡散ポンプ１０の臨界背圧を一定レベル以上に維持しておくために、その作動油３３の温度は前記「低真空用ポンプによる排気工程」に於ける温度よりも高く設定されている。この状態で、真空成膜装置１による「成膜処理工程」へと移行し、真空槽２内で被処理物に対して成膜処理が行われることになる。尚、真空槽２内の真空度を圧力センサ等(図示せず)により常時測定しておき、真空度が一定以上低下した場合は、制御装置１７により適宜油拡散ポンプ１０等を前記「油拡散ポンプによる排気工程」に準じて動作させることも可能である。このように、制御装置１７については、所謂フィードバック式の制御方式も行えるようにしても構わない。

「成膜処理工程」が終了すると、次の「復帰工程」へと移行する。本工程では、真空槽２が大気開放状態にされて、成膜処理が施された製品が搬出される。また、油拡散ポンプ１０の作動油３３の温度を前記「排気前工程」の状態に戻すため、油拡散ポンプ１０への供給電力が低減される。更に、低真空用ポンプ１１がＯＦＦ状態にされる一方で、補助ポンプ１２がＯＮ状態とされて、油拡散ポンプ１０の背圧処理が再度開始される。同様の操作が繰返し行われて、一連の真空成膜処理が完了することになる。

このように、本実施形態では、真空成膜装置１を含む真空システム全体を考慮しつつ、図１（ｂ）に示すように、真空成膜装置１の処理工程を複数に分割すると共に、この各処理工程に対応させて油拡散ポンプ１０が適正に運転されるようにしている。これにより、真空成膜装置１の各処理工程に於いて、油拡散ポンプ１０が必要とする電力を適正に供給されるために、その排気性能を低下せしめることなく、消費電力を削減することができる。また、低真空用ポンプ１１及び補助ポンプ１２についても、真空成膜装置１の各処理工程に応じて適切に運転することにより、消費電力の低減化を図ることができる。その結果、真空排気装置３の運転コストを低減することが可能になる。

また、本実施形態に係る真空排気装置３は、非常に簡易に構成できるために、その製作も容易に且つ安価に行うことが可能になる。

＜第２実施形態＞
尚、上記実施形態に於ける真空排気装置３は補助ポンプ１２を備えているが、例えば図２（ａ）に示すように、補助ポンプ１２は省略してもよい。これによれば、補助バルブ１６や補助配管４２も不要となるために、全体的な構成を簡略化することができる結果、コストの削減が図れることになる。

この場合も、基本的な構成は上記第１実施形態と同様である。但し、同図（ｂ）に示すように「低真空用ポンプによる排気工程」に於いて、油拡散ポンプ１０の作動油３３の温度が高く設定されている点で相違している。このように作動油３３の温度を高く設定すると、油拡散ポンプ１０の臨界背圧が一定以上に維持されることになる。このため、本工程では油拡散ポンプ１０の背圧を処理する必要がなくなり、補助ポンプ１２の省略による不都合を適切に回避することができる。また、低真空用ポンプ１１を全工程に於いて作動させておく点も、第１実施形態とは相違している。これは、低真空用ポンプ１１を補助ポンプ１２の代用としたためである。本実施形態に於いても、上記第１実施形態と同様の作用効果を得ることができるために、真空排気装置３の運転コストを大幅に低減することが可能である。

＜その他の実施形態＞
尚、上記実施形態に於いては、成膜処理の各工程を、真空槽２が大気圧状態にある排気前工程と、前記真空槽２が低真空状態とされる低真空用ポンプ１１による排気工程と、真空槽２が高真空状態とされる油拡散ポンプ１０による排気工程と、高真空状態にある真空槽２内で被処理物に成膜処理が施される成膜処理工程と、真空槽２を大気圧状態に戻す復帰工程とに分割しているが、本発明は決してこれに限定されるものではない。成膜処理の各工程は、それ以上に分割してもよく、それ以下に分割して構成しても構わない。

また、低真空用ポンプ１１としては、上記実施形態の油回転ポンプの他に、例えばドライポンプやメカニカルブースターポンプ等を使用することも可能である。

更に、本発明に係る真空排気装置３は、上記各実施形態とは異なり、１基の真空成膜装置１に対して複数の真空排気装置３を設けて構成してもよい。また、複数の真空成膜装置１に対して１又は複数の真空排気装置３を設けて構成することも可能である。

その他、油拡散ポンプ１０や補助ポンプ１２等の具体的な構成も、本発明の意図する範囲内に於いて任意に設計変更自在である。

２真空槽
１０油拡散ポンプ
１１低真空用ポンプ
１２補助ポンプ
１７制御装置

Claims

被処理物の成膜処理が行われる真空槽を高真空状態とする油拡散ポンプと、
該油拡散ポンプの背圧を低減すると共に、前記真空槽を低真空状態とする低真空用ポンプと、
前記真空槽に於ける成膜処理の各工程に応じて前記油拡散ポンプへの電力の供給量を制御する制御装置と、を備えてなることを特徴とする真空排気装置。
請求項１記載の真空排気装置に於いて、前記油拡散ポンプの背圧を低減する補助ポンプを更に備えた真空排気装置。
前記成膜処理の各工程が、前記真空槽が大気圧状態にある排気前工程と、前記真空槽が低真空状態とされる低真空用ポンプによる排気工程と、前記真空槽が高真空状態とされる油拡散ポンプによる排気工程と、高真空状態にある前記真空槽内で被処理物に成膜処理が施される成膜処理工程と、前記真空槽を大気圧状態に戻す復帰工程と、からなる請求項１記載の真空排気装置。
前記成膜処理の各工程が、前記真空槽が大気圧状態にある排気前工程と、前記真空槽が低真空状態とされる低真空用ポンプによる排気工程と、前記真空槽が高真空状態とされる油拡散ポンプによる排気工程と、高真空状態にある前記真空槽内で被処理物に成膜処理が施される成膜処理工程と、前記真空槽を大気圧状態に戻す復帰工程と、からなる請求項２記載の真空排気装置。
前記制御装置による油拡散ポンプに対する供給電力は、前記油拡散ポンプによる排気工程から成膜処理工程に移行する際に低減されるように設定されている請求項３又は４記載の真空排気装置。
前記制御装置による油拡散ポンプに対する供給電力は、前記排気前工程及び復帰工程に於ける電力が、成膜処理工程の電力よりも低く設定されると共に、低真空用ポンプによる排気工程及び油拡散ポンプによる排気工程に於ける電力が、前記成膜処理工程の電力よりも高く設定されている請求項３記載の真空排気装置。
前記制御装置による油拡散ポンプに対する供給電力は、前記排気前工程及び復帰工程に於ける電力が、低真空用ポンプによる排気工程及び成膜処理工程の電力よりも低く設定されると共に、油拡散ポンプによる排気工程に於ける電力が、前記低真空用ポンプによる排気工程及び成膜処理工程の電力よりも高く設定されている請求項４記載の真空排気装置。
前記低真空用ポンプは、前記制御装置により前記排気前工程及び復帰工程に於いてＯＦＦ状態となるように設定される共に、低真空用ポンプによる排気工程、油拡散ポンプによる排気工程及び成膜処理工程に於いてＯＮ状態となるように設定され、前記補助ポンプは、前記排気前工程、復帰工程及び低真空用ポンプによる排気工程に於いてＯＮ状態となるように設定される共に、前記油拡散ポンプによる排気工程及び成膜処理工程に於いてＯＦＦ状態となるように設定されている請求項７記載の真空排気装置。