JP2012057755A - ロータリージョイント、及びスパッタリング装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
本発明ロータリージョイント200は、挿通孔を有し、かつ外部から流体を導入するための導入口215を有する筐体204と、回転軸に対して筐体と相対回転可能とされるべく、筐体の挿通孔に挿通された軸体ユニット201と、軸体ユニット内に回転軸方向に沿って形成され、導入口と連通させるための第一軸体ユニット導入路及び第二軸体ユニット導入路の途中に設けられ、該流体の流量を切り替えるための切替部材208とを備える。切替部材は、第1穴209と、第1穴の径より小さく、第一軸体ユニット導入路及び第二軸体ユニット導入路の径より小さい第2穴210と有する。切替部材により、第一軸体ユニット導入路を流れる流体の流量及び第二軸体ユニット導入路を流れる流体の流量を変更可能である。
【選択図】図4
Description
例えば、特許文献1に記載には、複数のターゲットを搭載可能なカソード面を有する支持体を備えたスパッタリング装置が開示されている。このスパッタリング装置のカソードを同時に冷却するため、例えば、特許文献2のようなロータリージョイントが用いられていた。特許文献2には、複数の流路を切り替える円柱状の軸体と円筒状の筐体とで構成され、円筒状の筐体より供給された流体は、円柱状の軸体が回転すると流路の向きが変わるロータリージョイントが開示されている。
本発明のスパッタリング装置は、挿通孔を有するとともに、かつ外部から流体を導入するための導入口を有する筐体と、回転軸に対して前記筐体と相対回転可能とされるべく、前記筐体の挿通孔に挿通された軸体ユニットと、前記軸体ユニット内に前記回転軸方向に沿って形成され、前記導入口と連通させるための第一軸体ユニット導入路及び第二軸体ユニット導入路と、前記第一軸体ユニット導入路及び第二軸体ユニット導入路の途中に設けられ、該流体の流量を切り替えるための切替部材とを備え、前記切替部材は、第1穴と、前記第1穴の径より小さく、かつ、前記第一軸体ユニット導入路及び前記第二軸体ユニット導入路の径より小さい第2穴と有し、前記切替部材の第1穴を、前記第一軸体ユニット導入路又は第二軸体ユニット導入路の一方に合わせて、上流側と下流側とを連通するように切り替えるとともに、前記切替部材の第2穴を、前記第一軸体ユニット導入路又は第二軸体ユニット導入路の他方に合わせて、上流側と下流側とを連通するように切り替え可能なロータリージョイントと、複数のターゲットを支持するための回転可能な支持体と、ターゲットをスパッタするために前記支持体に設けられ、前記第一軸体ユニット導入路からの流体を流すための第一配管を備えた第一カソードと、ターゲットをスパッタするために前記支持体に設けられ、前記第二軸体ユニット導入路からの流体を流すための第二配管を備えた第二カソードと、を備えたことを特徴とする。
図1は、本発明に係るスパッタリング装置の全体構成を説明するための概略平面図である。
スパッタリング室14は、基板(ガラス基板)12を搭載するためのトレイ10と、トレイ10の両面側に同一構成の支持体を3個ずつ具えている。基板12の形状は、矩形型の平行平面板である。トレイ10は、矢印aの方向から、基板12を搭載した状態で、スパッタリング室14内へとゲートバルブ16を介して搬入されて位置決めされている。支持体50,52,54,50′,52′及び54′は、それぞれほぼ六角柱の形状をしているが、一つ置きに側面が大きく形成されていて、それら側面にカソードが設けられている。各支持体には、それぞれ中心軸C50、C52,・・・を回転軸として、矢印cで示すように、正逆方向に回転(回動)し、適当な回転位置で停止可能な回転駆動機構101を備えている。各支持体の中心軸は、被成膜面に平行かつそれぞれの中心軸と平行と成っている。なお、図5に示すように支持体を回転させるための回転駆動機構101は、制御部100によって回転動作を制御されている。
ターゲット60aを基板12側から180°回転して、C字状のシールド80に対向させて、プリスパッタを行なう。このプリスパッタとは、スパッタリング室を大気開放して酸化されたターゲット表面(被スパッタリング面)を、成膜開始時の放電安定化のため、基板成膜前にスパッタリングして除去することを言う。
基板12側から180°回転した位置にあるターゲット60aをプリスパッタするため、ターゲット60aのカソードにDCパワーラインの接点を切り替える。つまり、ターゲット60b、60cのカソードには、電力は供給させず、スパッタは行なわれない。同時に、ターゲット60aの温度が上昇しないように、後述するロータリージョイント200を切り替えることで、ターゲット60a側に対して比較的多い流量の冷却水を供給し、ターゲット60bとターゲット60cに比較的少ない流量の冷却水を供給するようにして、プリスパッタを行なう。スパッタ装置内のヒーターからの熱やプラズマからの熱などにより、使用していないカソードも加熱されてしまうので、冷却水によりカソードを冷却しなければならない。
次に、ターゲット60aを基板12に対向するように回転して、基板に対してスパッタリング成膜を行なう。基板側に回転されたターゲット60aにDCパワーラインの接点を切替えるとともに、ロータリージョイント200を切替えて、基板側に回転されたターゲット60aに対して、比較的多い流量の冷却水を供給し、ターゲット60bとターゲット60cに比較的少ない流量の冷却水を流しながら、基板に対してスパッタリング成膜を行なう。
図3は、本発明に係るロータリージョイント200内部の構成と流体量の切替部材を説明する分解斜視図である。
ロータリージョイント200は、軸体205が挿通される挿通孔が形成された略円筒形の筐体204と、略円柱形の軸体205等により構成される軸体ユニット201とから構成され、軸体ユニット201と筐体204が軸体ユニット201の回転軸217の回りに相対回転可能に構成されている。筐体204の側壁には、外部から流体を導入するための導入口215と、該流体を外部へ導出するための導出口216が形成されている。
図3に示すように、筐体204は円筒形をしており、スパッタリング室14に固定されている。一方、軸体ユニット201は支持体50と連結されているため、軸体ユニット201は支持体50とともに回転可能である。軸体ユニット201は、軸体50、シールプレート207a、切替部材208、シールプレート207b、及び配管体230とを重ね合わせて組立可能に構成されている。軸体205の内部には、導入口215と連通させるための3本の導入路213a、214a、215a、及び導出口216と連通させるための3本の導出路213b、214b、215bが回転軸217方向に沿って形成されている。具体的には、一つの導入路213aは、軸体205内に形成された流通路と、シールプレート207aに形成された穴と、切替部材208に形成された穴と、シールプレート207bに形成された穴と、配管体230に形成された配管とによって組み合わせて構成されている。同様に、導入路及び導出路213b、214a、214b、215a、215bも、軸体205内に形成された各導入路及び導出路と、シールプレート207aに形成された各穴と、切替部材208に形成された各穴と、シールプレート207bに形成された各穴と、配管体230に形成された各配管とによって組み合わせて構成されている。なお、本例では、導入路及び導出路213a、213b、214a、214b、215a、215bは、全て同じ径の大きさとしてが、これに限定されず、それぞれの径の大きさを異なっていてもよい。
この導入路及び導出路213a、213b、214a、214b、215a、215bの途中には、軸体の回転軸方向へ移動する流体の流量を切り替えるための切替部材208が設けられている。切替部材208には、導入路及び導出路213a、213b、214a、214b、215a、215bと略同一の径の大きさを有する一対の第1穴(大きい穴)209a、209bと、該第1穴(大きい穴)209a、209bより径が小さく、かつ導入路及び導出路213a、213b、214a、214b、215a、215bの径より小さい径を有する一対の第2穴(小さい穴)210a、210b及び、第2穴と同様の大きさの一対の第3穴211a、211b(小さい穴)が設けられている。なお、穴の数は、これに限定されず、一対の第1穴と、一対の第2穴だけでもよい。また、第1穴(大きい穴)209a、209bの径の大きさは、導入路及び導出路の径より大きくても、若干小さくてもよい。
なお、請求項の第一軸体ユニット導入路及び第二軸体ユニット導入路は、導入路213a、214a、215aのうちのいずれか2本のことである。また、請求項の第三軸体ユニット導出路及び第四軸体ユニット導出路は、第一軸体ユニット導入路及び第二軸体ユニット導入路となる2本の導入路と対になる2本の導出路のことである。つまり、切替部材208は、第1穴209と、第1穴の径より小さく、かつ、第一軸体ユニット導入路及び第二軸体ユニット導入路の径より小さい第2穴210と有し、切替部材の第1穴209を、第一軸体ユニット導入路又は第二軸体ユニット導入路の一方に合わせて、上流側と下流側とを連通するように切り替えるとともに、
切替部材の第2穴210を、第一軸体ユニット導入路又は第二軸体ユニット導入路の他方に合わせて、上流側と下流側とを連通するように切り替え可能なものである。
軸体205と筐体204の間には、オイルシールやOリングなどによるシール部材206が設けられている。軸体205の外側には、第一環状流路219aとしての溝が形成されている。筐体204に形成された導入口215は、導入口215と連通させるための第一環状流路219aと、同じ高さに形成されている。軸体205の外側に形成された第一環状流路219aの内側側面には、3つの穴が設けられており、これらの穴がそれぞれ、前述した導入路213a、214a、215aの始点となる第一貫通孔221a、222a、223aとなる。これらの第一貫通孔221a、222a、223aから、L字型の導入路213a、214a、215aが形成されている。
図4に示すように、軸体205とシールプレート207a、207b及び配管230とは連結されているため、シールプレート207a、207b及び配管230も同様に、支持体50とともに回転する。シールプレート207aと207bの間には、ステンレス製の切替部材208が設けられている。流量を切り替える切替部材208及びシールプレート207は表面粗さを6.3a以下に加工し流体の漏れを防いでいる。
切替部材208は、回転軸217を介して、回転駆動器(サーボモータ)220と固定されている。そのため、切替部材208は、支持体50が回転しても回転しないが、回転軸217を介して、3つの伝達部材(ギア)218a、伝達部材(ギア)218b、伝達部材(ギア)218cと係合されており、さらに伝達部材(ギア)218cは回転駆動器(サーボモータ)220と連結されているので、切替部材208は、回転駆動器220を駆動することで、支持体50とは別に回転させることができる。また、回転駆動器220は、制御部100によって回転動作を制御されている。
ロータリージョイント200の筐体204側面に設けられた導入口215から導入された冷却水は、軸体205内の第一環状流路219aから、第一軸体ユニット流通路213a、214a、214aに分岐され、その後、支持体50の内部を通って、カソード60a、60b、60c内に形成された配管600a、600b、600cに供給される。
第一軸体ユニット流通路213a、214a、215aの途中には、流体の流量を切り替えるための切替部材208が設けられ、この切替部材208によって第一軸体ユニット流通路213a、214a、215aにそれぞれ供給される冷却水の流量を変更可能である。第一軸体ユニット流通路213a、214a、215aからターゲット70a、70b、70cを冷却した後の、戻り方向の冷却水は、第二軸体ユニット流通路213b、214b、215bを通って、軸体205内の第二環状流路219bで、合流して、導出口216より排出される。
なお、本例では、第2穴として小さい穴210と小さい穴211の大きさを同じにしたが、これに限定されず、第1穴209、第2穴210、第3穴211として、全て異なる大きさにしてもよい。
図8はカソード60aがスパッタリング成膜できる状態にある支持体50の断面図である。三つのカソード60a、カソード60b、及びカソード60cが支持体50の各面に配置されている。カソード60a、カソード60b、及びカソード60cの内部には、それぞれターゲットを冷却するための冷却水を流す配管600a、600b、600cが設けられている。また、上述したようにスパッタリング装置の動作、支持体の回転動作、及び切替部材208の回転動作等の本発明の動作は、すべて制御部100によって制御されている。
成膜時にターゲットに発生する熱を冷却するために毎分100リットルを超える冷却水が、第1穴(大きい穴)209aを介して、配管600aに供給される。このとき、成膜処理が施されていないターゲットの冷却のため、カソード60bの配管600bとカソード60cの配管600cには、それぞれ第2穴(小さい穴)210a、211aを介して、毎分10リットルの冷却水が供給される。
以上のように、スパッタリング処理を実施しているカソードの配管に対して、第1穴を合わせ、大流量の冷却水でカソードを冷却するとともに、スパッタリング処理を実施していないカソードの配管に対して、第2穴を合わせて、比較的少量の冷却水でカソードを冷却することができる。つまり、ロータリージョイントの導入口や導出口、第一環状流路、第二環状流路を小型化しながらも、複数のカソードを効率的に冷却することができる。
なお、前述した制御部は、スパッタリング処理を実施している第一カソードの第一配管に対して、第1穴を合わせるとともに、スパッタリング処理を実施していない第二カソードの第二配管に対して、第2穴を合わせるようにロータリージョイントを制御することができる。
図10は、本発明の第2の実施形態に係るロータリージョイントの断面図である。本実施形態におけるロータリージョイントは、図4に示した第1の実施形態に係るロータリージョイントとは異なり、導入口215及び導出口216が、筐体204の底部に設けられている。
また、筐体の導入口215と連通させるように、軸体の底部には、第一環状流路219aとしての溝が形成されている。第一環状流路219aの上側面には、3つの穴が設けられており、これらの穴がそれぞれ、導入路213a、214a、215aの始点となる第一貫通孔221a、222a、223aとなる。3本の導入路213a、214a、215aは、屈曲した流路となっている。
同様に、筐体の導出口216と連通させるように、軸体の底部で、かつ第一環状流路219aの径方向の内側には第二環状流路219bとしての溝が形成されている。軸体205の底部に形成された第二環状流路219bの上側面には、3つの穴が設けられており、これらの穴がそれぞれ、導出路213b、214b、215bの終点となる第二貫通孔221b、222b、223bとなる。導出路213b、214b、215bは、屈曲した流路となっている。
また、図4に示した第1の実施形態に係るロータリージョイントとは異なり、切替部材208と連結された回転軸217に、ギア218a、218b、218cを介さず、直接、回転駆動器220に接続されている。本実施形態におけるロータリージョイントは、第1の実施形態に係るロータリージョイントと比べて、筐体の高さ方向の厚さを薄くすることができる。
例えば、ターゲットが2つであれば、流体量の切替部材の大小孔を4つとし、ターゲットが4つであれば、流体量の切替部材の大小孔を8つとすることで、本発明は任意の流路数に対して適用が可能である。
また、本発明の流体としてははガス・エア・水・油などが挙げられる。本発明はこれらの流体の流量を切り替える必要があるロータリージョイントに応用可能である。例えば、エアのロータリージョイントを介してエアシリンダーを駆動するとき、本発明による流体量の切替部材を備えたロータリージョイントを使用することで、流量を切り替えてエアシリンダーの動作速度を可変することが可能となる。
12 基板
14 スパッタリング室
16 ゲートバルブ
50 支持体
60a、60b、60c、62a、62b、62c カソード
70a、70b、70c ターゲット
72、74 ターゲット
80、82、84 シールド
100 制御部
200 ロータリージョイント
201 軸体ユニット
204 筐体
205 軸体
206 シール部材
207 シールプレート
208 切替部材
209 第1穴
210 第2穴
211 第3穴
212 ベアリング
213a、214a、215a 導入路
213b、214b、215b 導出路
215 導入口
216 導出口
217 回転軸
218 伝達部材
219a 第一環状流路
219b 第二環状流路
220 回転駆動器
221a、222a、223a 第一貫通孔
221b、222b、223b 第二貫通孔
230 配管体
600a、600b、600c 配管
Claims (5)
- 挿通孔を有するとともに、かつ外部から流体を導入するための導入口を有する筐体と、
回転軸に対して前記筐体と相対回転可能とされるべく、前記筐体の挿通孔に挿通された軸体ユニットと、
前記軸体ユニット内に前記回転軸方向に沿って形成され、前記導入口と連通させるための第一軸体ユニット導入路及び第二軸体ユニット導入路と、
前記第一軸体ユニット導入路及び第二軸体ユニット導入路の途中に設けられ、該流体の流量を切り替えるための切替部材とを備え、
前記切替部材は、第1穴と、前記第1穴の径より小さく、かつ、前記第一軸体ユニット導入路及び前記第二軸体ユニット導入路の径より小さい第2穴と有し、
前記切替部材の第1穴を、前記第一軸体ユニット導入路又は第二軸体ユニット導入路の一方に合わせて、上流側と下流側とを連通するように切り替えるとともに、
前記切替部材の第2穴を、前記第一軸体ユニット導入路又は第二軸体ユニット導入路の他方に合わせて、上流側と下流側とを連通するように切り替え可能なことを特徴とするロータリージョイント。 - 前記軸体ユニットの外側に形成され、前記筐体の前記導入口と連通させるための第一環状流路と、
前記第一軸体ユニット導入路と前記第二軸体ユニット導入路は、前記第一環状流路と連通することを特徴とする請求項1に記載のロータリージョイント。 - 前記筐体は、外部へ流体を導出する導出口を有し、
前記軸体ユニットの外側に形成され、前記筐体の前記導出口と連通させるための第二環状流路と、
前記軸体ユニット内に前記回転軸方向に形成され、前記第一軸体ユニット導入路と第一配管を通じて連通するとともに、前記第二環状流路と連通した第三軸体ユニット導出路と、
前記軸体ユニット内に前記回転軸方向に形成され、前記第二軸体ユニット導入路と第二配管を通じて連通するとともに、前記第二環状流路と連通した第四軸体ユニット導出路と、を備え
前記切替部材は、前記第一軸体ユニット導入路、前記第二軸体ユニット導入路、前記第三軸体ユニット導出路、及び第四軸体ユニット導出路の途中に設けられ、
前記切替部材は、一対の第1穴と、前記第1穴の径より小さく、かつ、前記第一軸体ユニット導入路及び前記第二軸体ユニット導入路の径より小さい一対の第2穴と有し、
前記切替部材の一対の第1穴を、前記第一軸体ユニット導入路及び前記第三軸体ユニット導出路、又は前記第二軸体ユニット導入路及び前記第四軸体ユニット導出路のいずれか一方に合わせて、上流側と下流側とを連通するように切り替えるとともに、
前記切替部材の一対の第2穴を、前記第一軸体ユニット導入路及び前記第三軸体ユニット導出路、又は前記第二軸体ユニット導入路及び前記第四軸体ユニット導出路のいずれか他方に合わせて、上流側と下流側とを連通するように切り替え可能なことを特徴とする請求項2に記載のロータリージョイント。 - 挿通孔を有するとともに、かつ外部から流体を導入するための導入口を有する筐体と、
回転軸に対して前記筐体と相対回転可能とされるべく、前記筐体の挿通孔に挿通された軸体ユニットと、
前記軸体ユニット内に前記回転軸方向に沿って形成され、前記導入口と連通させるための第一軸体ユニット導入路及び第二軸体ユニット導入路と、
前記第一軸体ユニット導入路及び第二軸体ユニット導入路の途中に設けられ、該流体の流量を切り替えるための切替部材とを備え、
前記切替部材は、第1穴と、前記第1穴の径より小さく、かつ、前記第一軸体ユニット導入路及び前記第二軸体ユニット導入路の径より小さい第2穴と有し、
前記切替部材の第1穴を、前記第一軸体ユニット導入路又は第二軸体ユニット導入路の一方に合わせて、上流側と下流側とを連通するように切り替えるとともに、
前記切替部材の第2穴を、前記第一軸体ユニット導入路又は第二軸体ユニット導入路の他方に合わせて、上流側と下流側とを連通するように切り替え可能なロータリージョイントと、
複数のターゲットを支持するための回転可能な支持体と、
ターゲットをスパッタするために前記支持体に設けられ、前記第一軸体ユニット導入路からの流体を流すための第一配管を備えた第一カソードと、
ターゲットをスパッタするために前記支持体に設けられ、前記第二軸体ユニット導入路からの流体を流すための第二配管を備えた第二カソードと、
を備えたことを特徴とするスパッタリング装置。 - スパッタリング処理を実施している前記第一カソードの第一配管に対して、前記第1穴を合わせるとともに
スパッタリング処理を実施していない前記第二カソードの第二配管に対して、前記第2穴を合わせるように前記ロータリージョイントを制御する制御部とを備えることを特徴とする請求項4に記載のスパッタリング装置。
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