JP2013144838A

JP2013144838A - 真空処理装置用の排気システム

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Publication number: JP2013144838A
Application number: JP2012006199A
Authority: JP
Inventors: Itsushin Yo; 一新楊; Takahiro Hirono; 貴啓廣野; Hiroyuki Hirano; 裕之平野
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2012-01-16
Filing date: 2012-01-16
Publication date: 2013-07-25

Abstract

【課題】真空チャンバの大型化を招来することがなく、真空チャンバの容積に応じて簡単な構成で真空チャンバから偏りなく均等に排気することができる真空成膜装置用の排気システムを提供する。
【解決手段】真空処理装置Ｍ用の排気システム６_１，６_２は、真空ポンプＰと、多段に設けられる排気通路６１，１６とを備える。真空ポンプに設けた単一の吸気口６０を最下段の排気通路の接続孔とし、各段における排気通路の接続孔６０，６２，１５の数を２^ｎ―１乗（ｎは自然数）の等比数列で設定する。最上段の排気通路の接続孔１５が真空チャンバ壁面に開設される排気口を夫々兼用する。下段の接続孔の孔軸に対して直上の排気通路の接続孔を対称に設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定のガスを導入するガス導入手段を有する真空チャンバから内部のガスを排気する真空処理装置用の排気システムに関する。

例えば、長尺で樹脂製のシート状基材は可撓性を有し、加工性も良いことから、その表面に所定の金属膜や酸化物膜等の所定の薄膜を成膜したり、熱処理やプラズマ処理を施したりして電子部品や光学部品とすることが一般に知られている。このようなシート状基材に所定処理を施す真空処理装置として、繰出しローラと、巻取りローラと、シート状基材を巻き出して搬送する搬送手段とを備えた搬送室内に、繰出しローラからのシート状基材が巻回される冷却ドラムと、スパッタカソードや坩堝等の成膜源とを備えた真空処理室を連設したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、上記種の真空成膜装置において成膜するような場合、スパッタガスや反応性ガスが導入され、処理室内を画成する真空チャンバの壁面に設けた、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプで排気される。このとき、処理室内の排気の流れは排気口の近傍に集中し，排気の均一性に偏りが生じ、基材シートの幅方向でエッチングレートや成膜レートに偏りが生じるという問題がある。

このような問題を解決するために、特許文献２には、処理室内のプラズマ生成領域と処理室内を排気する排気経路を隔てるバッフル部を設け、このバッフル部を、互いに離間して配置した上流側バッフル板と下流側バッフル板とで構成し、各バッフル板にプラズマ生成領域と排気経路とに夫々連通する複数の開口を形成すると共に、下流側バッフル板の開口を各排気口から遠ざかるほど幅が大きくなるようなスリット状開口とすることが知られている。

然しながら、上記従来例のものでは、バッフル部を設けるため真空チャンバ（処理室）の容積を大きくする必要があり、しかも、真空チャンバの容積に応じて、偏りなく排気するためにスリット状開口の幅を管理することが必要となり汎用性に欠けるという問題がある。

特開２００９−１３４７３号公報特開２０１０−１６０２１号公報

本発明は、以上の点に鑑み、真空チャンバの大型化を招来することがなく、真空チャンバの容積に応じて簡単な構成で真空チャンバから偏りなく均等に排気することができる真空成膜装置用の排気システムを提供することをその課題とするものである。

上記課題を解決するために、所定のガスを導入するガス導入手段を有する真空チャンバから内部のガスを排気する本発明の真空処理装置用の排気システムは、真空ポンプと、多段に設けられる排気通路とを備え、この真空ポンプに設けた単一の吸気口を最下段の排気通路の接続孔とし、各段における排気通路の接続孔の数を２^ｎ―１乗（ｎは自然数）の等比数列で設定し、最上段の排気通路の接続孔が真空チャンバの壁面に開設される排気口を夫々兼用し、下段の接続孔の孔軸に対して直上の排気通路の接続孔が対称に設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、上側の排気通路の各接続孔から夫々吸引されたガスが合流して直下の排気通路のいずれかの接続孔に到達するとき、上側の接続孔の孔径が一致していれば、直下の排気通路の接続孔との孔径が一致していなくても、コンダクタンスが互いに一致しているため、均等にガスが流れて排気されていく。このため、真空チャンバの容積（排気口を開設する真空チャンバ壁面の面積）を考慮して最上段の接続孔（排気口）の数を決定し、これに応じて排気通路の段数を決定すれば、確実に真空チャンバから偏りなく均等に内部のガスを排気することができる。この場合、上記従来例のように真空チャンバ内に特段の部品を設ける必要がないので、真空チャンバを大型化する必要はない。なお、本発明において、真空ポンプとは、ターボ分子ポンプやロータリーポンプ等を単体で用いる場合やこれを組み合わせて用いる場合を含み、この場合には上流側の真空ポンプの吸気口を基準とする。

なお、本発明において、真空チャンバ内に余剰空間があるような場合には、排気通路の一部を、真空チャンバ内に設けられ、接続孔が開設された仕切板で構成されるようにしてもよい。また、真空チャンバの互いに対向する一対の壁面に設ける構成を採用することもできる。

本発明の排気システムを適用した真空巻取成膜装置の構成を模式的示す断面図。図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図。排気システムの一部の拡大図。本発明の排気システムを適用した真空成膜装置の構成を模式的に示す断面図。

以下、図面を参照して、成膜対象を長尺のシート状基材Ｓとし、この基材Ｓの表面に２つの成膜ユニットを用いて薄膜を成膜する真空巻取成膜装置Ｍに対して本発明の排気システムを適用した場合を例に説明する。尚、シート状基材Ｓとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥＮ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等からなり、その厚さが１〜１０μｍであるものを用いることができる。

図１及び図２を参照して、真空巻取成膜装置Ｍは、真空チャンバ１を備える。真空チャンバ１は、図示省略の真空ポンプに接続される排気口１ａを有し、真空引きされる。以下、真空チャンバ１の排気口１ａが設けられている側を上として説明する。真空チャンバ１内には、第１と第２の一対の巻出巻取ローラ２_１，２_２と、両巻出巻取ローラ２_１，２_２間に位置する冷却ドラム３と、冷却ドラム３と各巻出巻取ローラとの間に位置する複数のガイドローラ４_１〜４_６とが収納されている。そして、シート状基材Ｓを、冷却ドラム３の周面に所定の抱き角で巻回させた状態で、第１と第２の両巻出巻取ローラ２_１，２_２の一方から他方に搬送するようにしている。尚、冷却ドラム３は、その内部に流す冷却媒体により周面が冷却されるようになっている。以下、冷却ドラム３から巻出巻取ローラ２_１，２_２に向かう方向を「上」として説明する。

真空チャンバ１内には、シート状基材Ｓを巻回する冷却ドラム３の周面部分に対向し、かつ、相互に対向するように２つの成膜ユニット５_１，５_２が配置されている。成膜ユニット５_１，５_２としては、スパッタリング（以下「スパッタ」という。）法で成膜する場合に用いられるターゲットを有するスパッタカソード、ＣＶＤ（化学気相成長）法で成膜する場合に用いられるシャワープレート等のガス導入手段を有するカソード、又は蒸着法で成膜する場合に用いられる金属材料を収納した坩堝が用いられる。成膜ユニットト５_１，５_２は、例えば真空チャンバ１の下壁１３に固定された図示省略の支持部材により支持される。これらの成膜ユニット５_１，５_２の構造やその支持機構等は公知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。また、真空チャンバ１内には、冷却ドラム３を挟んで上部空間１０ａと下部空間１０ｂとを仕切る仕切り板１１ａと、下部空間１０ｂを複数の成膜室に仕切る仕切り板１１ｂとが設けられている。上部空間１０ａには上記巻出巻取ローラ２_１，２_２及びガイドローラ４_１〜４_６が配置され、下部空間１０ｂには上記成膜ユニット５_１，５_２が配置されている。

また、仕切り板１１ａ，１１ｂの間には、真空チャンバ１の側壁１２と平行な仕切り板１４が設けられ、この仕切り板１４には開口１５が開設されている。そして、壁１２と仕切り板１１ａ，１１ｂ，１４とで区画された空間１６が後述する排気通路の役割を果たし、開口１５はこの排気通路１６に接続される接続孔の役割を果たす。尚、真空チャンバ１の壁面には、図示省略のガス管（ガス導入手段）が接続され、下部空間１０ｂの各成膜室にスパッタガスや反応性ガス等の処理ガスが導入できるようになっている。スパッタガスとしては、アルゴンガス等の希ガスが用いられる。反応性ガスとしては、成膜しようとする薄膜の組成に応じて、酸素、窒素、炭素、水素を含むガス、オゾン、水（水蒸気）若しくは過酸化水素またはこれらの混合ガスなどが用いられる。

真空チャンバ１の対向する一対の側壁１２には、排気システム６_１，６_２が夫々設けられ、下部空間１０ｂの成膜ユニット５_１，５_２背面側から処理ガスを排気できるようになっている。一の排気システム６_１を例に説明すると、排気システム６_１は、真空ポンプＰと、多段（本実施形態では２段）に設けられた排気通路６１，１６とを備える。この真空ポンプＰには単一の吸気口６０が接続され、この吸気口６０は最下段の排気通路６１の接続孔である。排気通路６１の両端部は接続孔６２が接続されている。２つの接続孔６２は、下段の吸気口６０の孔軸（図中一点鎖線で示す）に対して対称に設けられている。そして、接続孔６２は最上段の排気通路１６に接続され、この排気通路１６には４つの接続孔（上記排出口）１５が設けられている。これらの接続孔１５は、下段の接続孔６２の孔軸に対して対称に設けられている。このように、接続孔６０、６２、１５の数は２^ｎ―１乗（ｎは自然数）の等比数列で設定されている。最上段の排気通路１６に接続された接続孔１５は、排気口を兼用する。接続孔１５の数は、真空チャンバ１の容積、具体的には、接続孔１５が開設される仕切り板１４の面積に応じて、適宜設定できる。真空巻取成膜装置Ｍは、図示省略のコンピュータ、シーケンサーやドライバー等を備えた制御手段たる制御ユニットを備え、真空巻取成膜装置Ｍを構成する各種の作動部品や手段の動作が統括制御されるようになっている。以下、上記真空巻取成膜装置Ｍにおけるシート状基材Ｓへの成膜処理について、排気システム６_１の動作を含めて説明する。

第１の巻出巻取ローラ２_１から第２の巻出巻取ローラ２_２に冷却ドラム３を介してシート状基材Ｓを搬送しつつ、この冷却ドラム３に巻回されたシート状基材Ｓ表面に第１の成膜ユニット５_１により第１の薄膜を成膜し、次いで、この成膜された第１の薄膜の表面に第２の成膜ユニット５_２により第２の薄膜を積層して成膜する。これらの成膜ユニット５_１，５_２による成膜中、図示省略のガス導入手段から所定のガスが導入され、排気システム６_１，６_２によりガスが排出される。例えば、成膜ユニット５_１によりＩＴＯ膜を成膜する場合、アルゴンガスと水蒸気ガスとが導入され、これらのガスが排気システム６_１により排出される。

図３も参照して、排気システム６_１によるガスの排出を例に説明すると、上側の排気通路１６の各接続孔１５から夫々吸引されたガスが合流して直下の排気通路６１の接続孔６２に到達する。このとき、上側の接続孔１５の孔径Ｄ２が一致していれば、直下の排気通路の接続孔６２の孔径Ｄ１と一致していなくても、各接続孔１５のコンダクタンスが一致する。同様に、各接続孔６２からのガスが合流して接続孔６０に到達する。このとき、接続孔６２の孔径Ｄ１が一致していれば、直下の接続孔６０の孔径と一致していなくても、各接続孔６２のコンダクタンスが一致する。

以上説明したように、本実施形態によれば、各段における排気通路の接続孔６０、６２、１５の数を２^ｎ―１乗（ｎは自然数）の等比数列で設定するという簡単な構成を採用することで、コンダクタンスを互いに一致させることができる。このため、真空チャンバ１の容積に応じて最上段の接続孔１５の数を決定し、これに応じて排気通路の段数を決定すれば、確実に真空チャンバ１から偏りなく均等に内部のガスを排気することができる。この場合、従来例の如く上流側及び下流側バッフル板で構成されるバッフル部を真空チャンバ１内に設ける必要がないので、真空チャンバ１の大型化を招来せず、しかも、スリット状開口の幅を管理することも必要としない。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではない。上記実施形態では、２つの排気システム６_１，６_２を適用したものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、１つ又は３以上の排気システムを適用することができる。また、上記実施形態では、真空処理装置たる真空巻取成膜装置Ｍに対して適用したが、板状の基材の表面に薄膜を成膜する真空成膜装置に対しても適用することができる。以下、図４を参照して、成膜対象を液晶用の矩形でガラス製の基板Ｗとし、この基板Ｗの表面に成膜ユニット５０を用いて薄膜を成膜する真空成膜装置Ｍ１に対して適用する場合を例に、本発明の変形例の排気システム６Ａについて説明する。

真空成膜装置Ｍ１は、真空チャンバ１０内には、上記成膜ユニット５_１，５_２と同様の成膜ユニット５０と、この成膜ユニット５０と対向配置されるステージ７とを備える。以下、ステージ７に保持される基板Ｗの成膜面を「下」とする。真空チャンバ１０の一の側壁には、ガス導入手段８が設けられている。ガス導入手段８は、マスフローコントローラ８１を介設したガス管８２を通して図外のガス源に連通し、真空チャンバ１０内に所定のガスを一定流量で導入できるようになっている。

真空チャンバ１０の下壁１３には、本変形例の排気システム６Ａが設けられ、真空チャンバ１内部のガスを排出できるようになっている。排気システム６Ａは、真空ポンプＰと、多段（本変形例では３段）に設けられた排気通路６１，６３，６５とを備える。そして、各段における排気通路６１，６３，６５の接続孔６２，６４，６６の数は２^ｎ―１乗（ｎは自然数）の等比数列で設定されている。ここで、本変形例では、液晶用の大型の基板Ｗに成膜できるように、上記実施形態よりも真空チャンバ１０の容積が大きいため（即ち、接続孔６６が開設される下壁１３の面積が大きいため）、最上段の排気通路６５に８つの接続孔（排気口）６６が設けられている。そして、各接続孔６２，６４，６６は、夫々下段の接続孔の孔軸に対して対称に設けられている。本変形例によれば、上記実施形態と同様に、上側の接続孔の孔径が一致していれば、直下の排気通路の接続孔との孔径が一致していなくても、コンダクタンスを互いに一致させることができ、確実に真空チャンバ１０から偏りなく均等に内部のガスを排気することができる。

Ｍ，Ｍ１…成膜装置（真空処理装置）、Ｐ…真空ポンプ、１，１０…真空チャンバ、６_１，６_２、６Ａ…排気システム、８…ガス導入手段、１５…排気口（接続孔）、１６…排気通路、６０…吸気口（接続孔）、６１，６３，６５…排気通路、６２，６４，６６…接続孔。

Claims

所定のガスを導入するガス導入手段を有する真空チャンバから内部のガスを排気する真空処理装置用の排気システムにおいて、
真空ポンプと、多段に設けられる排気通路とを備え、この真空ポンプに設けた単一の吸気口を最下段の排気通路の接続孔とし、各段における排気通路の接続孔の数を２^ｎ―１乗（ｎは自然数）の等比数列で設定し、最上段の排気通路の接続孔が真空チャンバの壁面に開設される排気口を夫々兼用し、下段の接続孔の孔軸に対して直上の排気通路の接続孔が対称に設けられていることを特徴とする真空処理装置用の排気システム。
前記排気通路の一部を、真空チャンバ内に設けられ、接続孔が等間隔で開設された仕切板で構成したことを特徴とする請求項１記載の真空処理装置用の排気システム。
前記真空チャンバの互いに対向する一対の壁面に設けてなることを特徴とする請求項１または請求項２の真空処理装置用の排気システム。