JP2016035086A

JP2016035086A - 真空処理装置及びその真空排気方法

Info

Publication number: JP2016035086A
Application number: JP2014157634A
Authority: JP
Inventors: 崇文川口; Takafumi Kawaguchi
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2014-08-01
Filing date: 2014-08-01
Publication date: 2016-03-17

Abstract

【課題】リーク箇所が存在する状態でも真空チャンバ内を大気圧から真空引きすることができる真空処理装置を提供する。【解決手段】本発明の真空処理装置ＶＭは、真空チャンバ１とチャンバ内を大気圧から真空引きする真空ポンプ３とを備える。設置面に対して起立した真空チャンバの壁面部分に開口部１１が設けられ、この開口部を閉塞して真空チャンバ内を気密保持する閉塞手段２２を備える。真空チャンバと真空ポンプとを開閉弁４１が介設された所定長さの排気管５１で接続し、開閉弁を閉弁した状態で真空ポンプを作動させて開閉弁と真空ポンプとの間に位置する排気管の部分５１ａを真空引きし、開閉弁を開弁して真空チャンバを大気圧から真空引きする。【選択図】図２

Description

本発明は、真空チャンバとこの真空チャンバ内を大気圧から真空引きする真空ポンプとを備える真空処理装置及びその真空排気方法に関する。

この種の真空処理装置では、通常、真空チャンバのいずれかの壁面部分に開口部が設けられ、真空チャンバ内を開放できるようにしている。そして、真空チャンバ内でスパッタリング法、ＣＶＤ法または真空蒸着法による成膜処理、熱処理や処理対象物の移送等の各種の処理を実施するのに際しては、真空チャンバの開口部が蓋体、成膜源としてのスパッタリングカソードや開閉扉などの閉塞手段で閉塞され、その内部が真空引きされる。このような真空処理装置の中には、真空チャンバの設置面（床面）に対して起立した真空チャンバの壁面部分（即ち、真空チャンバの鉛直方向に沿う一側面）に開口部を設けると共に、真空チャンバ内に設置される繰出軸や巻取軸などの部品を支持する支持プレートで閉塞手段を兼用するものがある（例えば、特許文献１、図１及び図２参照）。

上記従来例のものでは、真空チャンバの開口部の周囲に支持プレートとのシール面をなすフランジ部が設けられると共に、支持プレートが床面上を移動自在な台車に立設されている。そして、真空チャンバ内を大気圧から真空引きして減圧する場合、先ず、台車を所定位置まで移動し、フランジ部に対峙する支持プレートの外周縁部を、Ｏリングを介してフランジに仮接合させる。このとき、閉塞手段の構成要素としてのＯリングが、支持プレートとフランジ部とのシール面にその全周に亘って夫々当接した状態となる。次に、真空ポンプを作動すると、真空チャンバ内外の圧力差により支持プレートがフランジ部に向けて押圧されてＯリングが支持プレートとフランジ部との両シール面に圧接し、真空チャンバの開口が支持プレートにより完全に閉塞されて真空チャンバが気密保持される。そして、真空ポンプの能力に応じた圧力まで真空チャンバ内が真空引きされる。

ところで、近年では、量産性の向上等のため、真空チャンバとして大容積のものが用いられようになり、それに伴い、開口部の開口面積も大きくなると共に支持プレート等の閉塞手段も大型化している。このため、例えば、閉塞手段が台車に立設されていると、その自重で真空チャンバの開口部に対して傾くことがあり、本来、閉塞手段がＯリングを介してフランジ部に仮接合する所定位置まで台車を移動させても、Ｏリングの一部がフランジに当接せず、両者間に隙間（リーク箇所）が生じる。このような状態で真空ポンプを作動させても、閉塞手段がフランジに向けて押圧される真空チャンバ内外の圧力差が発生せず、何時までも真空チャンバが真空引きされず、所定の圧力（真空度）に達しないという不具合がある。このような場合、作業者が、リーク箇所を特定し、当該リーク箇所にて支持プレートをフランジ部に押し付ければよいが、これでは作業性が著しく悪い。

特開平１１−６１４１６号公報

本発明は、以上の点に鑑み、リーク箇所が存在する状態でも真空チャンバ内を大気圧から真空引きすることができる真空処理装置及びその真空排気方法を提供することをその課題とするものである。

上記の課題を解決するために、本発明の真空処理装置は、真空チャンバとこの真空チャンバ内を大気圧から真空引きする真空ポンプとを備え、真空チャンバの設置面に対して起立した真空チャンバの壁面部分に開口部が設けられ、この開口部を閉塞して真空チャンバ内を気密保持する閉塞手段を更に備え、真空チャンバと真空ポンプとを開閉弁が介設された所定長さの排気管で接続し、開閉弁を閉弁した状態で真空ポンプを作動させて開閉弁と真空ポンプとの間に位置する排気管の部分を真空引きし、開閉弁を開弁して真空チャンバを大気圧から真空引きするように構成したことを特徴とする。

本発明によれば、真空チャンバ内を大気圧から真空引きして減圧する場合、真空チャンバの開口部を閉塞手段で仮閉塞する。次に、開閉弁の閉弁状態にて真空ポンプを作動させて開閉弁と真空ポンプとの間に位置する排気管の部分を真空引きし、当該部分の圧力が所定圧力に達すると、開閉弁を開弁する。このとき、真空チャンバと閉塞手段との間に隙間（リーク箇所）があったとしても、開閉弁を開弁することで真空チャンバと排気管の部分との圧力差で真空チャンバ内が急激に減圧され、閉塞手段が真空チャンバに向けて押圧される真空チャンバ内外の圧力差が発生して真空チャンバの開口部が閉塞手段で完全に閉塞され、真空チャンバが気密保持される。そして、真空ポンプの能力に応じた圧力まで真空チャンバ内が真空引きされる。このように本発明では、真空チャンバと閉塞手段との間に隙間（リーク箇所）が存在する状態でも真空チャンバ内を大気圧から真空引きすることができ、作業性を向上することができる。

なお、本発明において、前記閉塞手段を真空チャンバの設置面を移動自在な台車に立設したプレートとする構成を採用できる。

また、上記課題を解決するために、真空ポンプにより真空チャンバを大気圧から真空引きする本発明の真空処理装置の真空排気方法は、真空チャンバの壁面部分に設けた開口部を閉塞手段で閉塞して真空チャンバ内を気密保持する工程と、真空チャンバと真空ポンプとを接続する排気管に開設した開閉弁を閉弁した状態で、真空ポンプを作動させて開閉弁と真空ポンプとの間に位置する排気管の部分を真空引きする工程と、真空ポンプの作動を維持したまま開閉弁を開弁して真空チャンバを大気圧から真空引きする工程とを含むことを特徴とする。

本発明の実施形態の真空処理装置の構成を説明する模式断面図。真空チャンバと真空ポンプとの接続を説明する模式図。図１中、一点鎖線で囲う部分を拡大して説明する断面図。

以下、図面を参照して、真空処理装置として、減圧下で真空チャンバ内に設置したシート状の基材Ｗを所定速度で繰り出す処理を行うものを例に本発明の真空処理装置及びその真空排気方法の実施形態を説明する。以下において、「上」、「下」、「左」、「右」といった方向を示す用語は図１を基準として説明することとする。

図１及び図２を参照して、ＶＭは、本実施形態の真空処理装置であり、真空処理装置ＶＭは、箱状の輪郭を持つ所定容積（例えば、１０ｍ^３）の真空チャンバ１を備える。真空チャンバ１は、床面Ｆに設置した架台Ｐ上に設置され、床面Ｆに対して起立した真空チャンバ１の右側壁面（即ち、真空チャンバ１の鉛直方向に沿う一側面）が開口され、この真空チャンバ１の開口部１１の周囲には、シール面をなす方形のフランジ部１２が設けられている。そして、真空チャンバ１内を真空引きした状態でシート状の基材Ｗを所定速度で繰り出す処理を行うのに際しては、開口部１１が閉塞手段２で閉塞される。

閉塞手段２は、床面Ｆを走行自在な台車２１の左側端部に立設した蓋体兼用の支持プレート２２を備える。支持プレート２２は、フランジ部１２に対峙する外周縁部を持つ板状部材で構成され、台車２１に設けたフレーム２２ａにより床面Ｆに対して起立した姿勢（鉛直方向に沿うよう）に保持されている。フランジ部１２の対応する支持プレート２２の部分には環状溝２２ｂが形成され、環状溝２２ｂにはＯリング２３が圧入されている。また、支持プレート２２には図示省略の真空シール（例えば、オイルシール）を介して繰出軸２４が挿設され、繰出軸２４にシート状の基材Ｗが巻回されている。そして、駆動モータＭにより回転駆動されてシート状の基材Ｗが所定速度で繰り出される。また、台車２１には、真空チャンバ１等に冷媒や温媒を供給する媒体供給ユニット２５などの部品が設置され、設備からの図示しないホースや配線が接続され、これらを収納したケーブルガイド２６が敷設されている。

真空チャンバ１には、その内部を真空引きして減圧する真空ポンプ３が備えられている。真空ポンプ３としては、真空チャンバ１内を大気圧から真空引きできるものであれば特に制限はなく、例えば、ロータリーポンプやダイヤフラムポンプが使用される。また、真空チャンバ１と真空ポンプ３とは、第１の開閉弁４１が介設された所定長さの第１の排気管５１で接続され、第１の開閉弁４１を閉弁した状態で真空ポンプ３を作動させて第１の開閉弁４１と真空ポンプ３との間に位置する第１の排気管５１の部分５１ａを所定圧力に真空引きできるようにしている。

また、真空チャンバ１には、第２の開閉弁４２が介設された第２の排気管５２を介して他の真空ポンプ６が接続され、真空ポンプ３により真空チャンバ１内を所定圧力（例えば、数Ｐａ程度）に減圧した後、他の真空ポンプ６により真空チャンバ１内を上記圧力より低い所定圧力（例えば、１０^−３Ｐａ程度）に更に真空引きできるようにしている。このような他の真空ポンプ６としては、ターボ分子ポンプや油拡散ポンプが使用され、ターボ分子ポンプを使用するような場合、図２に示すようにその背圧側が第３の開閉弁４３が介設された第３の排気管５３を介して真空ポンプ３に接続され、所謂バックポンプの役割を果たすようになっている。駆動モータＭ、真空ポンプ３，６及び各開閉弁４１〜４３の作動といった真空処理装置ＶＭの作動は、図外の制御ユニットにより統括制御されるようになっている。

ところで、真空ポンプ３，６により真空チャンバ１内を大気圧から所定圧力に真空引きする場合、先ず、台車２１を所定位置まで移動し、フランジ部１２に対峙する支持プレート２２の外周縁部を、Ｏリング２３を介してフランジ部１２に仮接合させる。このとき、本来、Ｏリング２３がフランジ１２にその全周に亘って当接した状態になるが、支持プレート２２がその自重で真空チャンバ１の開口部１１に対して傾いていたり、または、ケーブルガイド２６内のホースや配線の引張力が台車２１に作用したりして、図３に示すように、Ｏリング２３の一部がフランジ部１２に当接せず、Ｏリング２３とフランジ部１２との間に隙間（リーク箇所）が生じることがある。このような状態でも真空チャンバ１内が真空引きされるように構成しておけば、作業性が向上する等、有利である。

本実施の形態では、真空チャンバ１の真空排気方法として、台車２１を所定位置まで移動した後、先ず、第１〜第３の各開閉弁４１，４２，４３を閉弁した状態で真空ポンプ３を作動させ、第１の排気管５１の部分５１ａを所定圧力に真空引きする。この場合、第１の排気管５１の部分５１ａを真空引きする圧力は、例えば、当該部分５１ａの容積や真空チャンバ１の容積を考慮して適宜設定される。また、第１の排気管５１の部分５１ａが所定圧力に達した否かは真空ポンプ３の作動開始からの経過時間で判別することができ、また、当該部分５１ａに図示省略の真空計を設け、その検出値で判断するようにしてもよい。次に、第１排気管５１の部分５１ａが所定圧力に達すると、第１の開閉弁４１のみを開弁して真空チャンバ１の真空引きを開始する。

以上の実施形態によれば、真空チャンバ１と支持プレート２２との間に隙間（リーク箇所）があったとしても、第１の開閉弁４１を開弁することで真空チャンバ１と第１の排気管５１の部分５１ａとの圧力差で真空チャンバ１内が急激に減圧され、支持プレート２２が真空チャンバ１のフランジ部１２に向けて押圧される真空チャンバ１内外の圧力差が発生して真空チャンバ１の開口部１１が支持プレート２２により完全に閉塞され、真空チャンバ１が気密保持される。そして、真空ポンプ３，６の能力に応じた圧力まで真空チャンバ１内が真空引きされる。その結果、リーク箇所が存在する状態でも真空チャンバ１内を大気圧から真空引きすることができ、作業性を向上することができる。しかも、隙間を生じたＯリング２３やフランジ部１２の部分に粉塵などが付着していても、この粉塵が、第１の開閉弁４１を開弁することで真空チャンバ１内に吸い込まれる周辺空気と共に真空チャンバ１内に吸い込まれるので、微細なリークの発生を防止でき、有利である。

次に、本発明の効果を確認するため、図１に示す真空処理装置ＶＭを用いて以下の実験を行った。真空チャンバ１内を大気圧から真空引きする真空ポンプ３としては、油回転ポンプを用い（排気速度は約７０００Ｌ／ｍｉｎ）、また、真空チャンバ１として、その内部の容積が５ｍ^３のものを用いた（開口部１１の面積が約１９００ｍｍ×１９００ｍｍ、Ｏリング２３が当接するフランジ部１２のシール部分の周長は約７ｍ）。そして、台車２１を所定位置まで移動し、フランジ部１２に対峙する支持プレート２２の外周縁部を、Ｏリング２３を介してフランジ部１２に仮接合させ、上述した方法で真空チャンバ１内を大気圧から真空引きする操作を行った。この場合、第１の排気管５１の部分５１ａを約６０秒間排気し、その後に、第１の開閉弁４１を開弁することとした。その結果、真空チャンバ１を真空引きする際に、真空チャンバ１が真空引きされず何時までも所定の圧力に達しない、という不具合は発生しなかった。

また、支持プレート２２の外周縁部を、Ｏリング２３を介してフランジ部１２に仮接合するように台車２１を所定位置まで移動したとき、支持プレート２２の下辺においてフランジ部１２との間に約５ミリの隙間を作り、上述した方法で真空チャンバ１内を大気圧から真空引きしたところ、真空チャンバ１が真空引きされることが確認された。なお、真空チャンバ１内を真空引きし得る隙間の範囲は、排気対象である真空チャンバ内部の容積、排気管５１に接続する真空ポンプ３の排気能力、排気管５１自体の内容積等により決まる。また、他の実験として、真空チャンバ１内の容積が３ｍ^３、部分５１ａの排気時間を３０秒に設定して同様の実験を行ったが、上記同様、真空チャンバ１が真空引きされず何時までも所定の圧力に達しない、という不具合は発生しなかった。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。上記実施形態では、真空処理装置として、シート状の基材Ｗを所定速度で繰り出す処理を行うものを例に説明したが、これに限定されものではなく、真空チャンバ１内でスパッタリング法、ＣＶＤ法または真空蒸着法による成膜処理、熱処理や処理対象物の移送等の各種の処理を実施するものにも適用できる。また、上記実施形態では、真空チャンバ１内に設置される部品（繰出軸２４）を支持するものを兼用する支持プレート２２で閉塞手段を構成したものを例に説明したが、閉塞手段が蓋体、開閉扉やスパッタリングカソードである場合にも本発明を適用することができ、特に、真空引き開始に先立って真空チャンバに閉塞手段を仮閉塞させるためのフック等の部品を備えていない場合に有利である。更に、本発明の真空処理装置の排気方法は、真空チャンバのいずれかの壁面部分に開口部が設けられ、この開口部を閉塞手段で閉塞してその真空チャンバ内を真空引きする際、真空チャンバと閉塞手段との間に隙間が生じ易い場合に広く適用できる。

また、上記実施形態では、第１の開閉弁４１を設け、第１の排気管５１の部分５１ａを所定圧力に真空引きできるようにしたものを例に説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではない。例えば、第１の排気管５１にアキュムレータ等を接続し、第１の排気管５１の部分５１ａにおいて減圧できる容積を大きくし、開閉弁４１を開く前の真空チャンバ１と第１の排気管５１の部分５１ａに蓄えられる真空エネルギーをより大きくすることができる（言い換えると、部分５１ａの容積を可変として蓄えられる真空エネルギーを可変とする）。これにより、真空チャンバ１と閉塞手段２２との間に生じ得る隙間（リーク箇所）に応じて、装置自体の構成（排気管５１の容積等）に変更を加えることなく、真空チャンバ１内を確実に真空引きすることが実現できる。他方で、第１の排気管５１の配管径や長さを変えて部分５１ａの容積を可変として蓄えられる真空エネルギーを可変とすることもできる。

ＶＭ…真空処理装置、１…真空チャンバ、１１…開口部、３，６…真空ポンプ、２２…支持プレート（閉塞手段）、４１…第１の開閉弁（開閉弁）、５１…第１の排気管（排気管）、５１ａ…排気管の部分。

Claims

真空チャンバとこの真空チャンバ内を大気圧から真空引きする真空ポンプとを備え、真空チャンバの設置面に対して起立した真空チャンバの壁面部分に開口部が設けられ、この開口部を閉塞して真空チャンバ内を気密保持する閉塞手段を更に備える真空処理装置において、
真空チャンバと真空ポンプとを開閉弁が介設された所定長さの排気管で接続し、開閉弁を閉弁した状態で真空ポンプを作動させて開閉弁と真空ポンプとの間に位置する排気管の部分を真空引きし、開閉弁を開弁して真空チャンバを大気圧から真空引きするように構成したことを特徴とする真空処理装置。
前記閉塞手段は、真空チャンバの設置面を移動自在な台車に立設したプレートであることを特徴とする請求項１記載の真空処理装置。
真空ポンプにより真空チャンバを大気圧から真空引きする真空処理装置の真空排気方法において、
真空チャンバの壁面部分に設けた開口部を閉塞手段で閉塞して真空チャンバ内を気密保持する工程と、
真空チャンバと真空ポンプとを接続する排気管に開設した開閉弁を閉弁した状態で、真空ポンプを作動させて開閉弁と真空ポンプとの間に位置する排気管の部分を真空引きする工程と、
真空ポンプの作動を維持したまま開閉弁を開弁して真空チャンバを大気圧から真空引きする工程とを含むことを特徴とする真空処理装置の真空排気方法。