JP2016084497A - 真空処理方法および真空処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギーが少なく、短時間で、真空ポンプの騒音を抑制して、真空室を真空引きすることができる真空処理方法の提供。【解決手段】室内に成膜手段７ａ、８ａ、６ａを有する第１、２の真空室４ａ、４ｂを設け、開閉弁１３ａ、１３ｂが介装された連通管１２で接続する。第１、２の真空室４ａ、４ｂにおいて、真空室４ａ、４ｂを開けてワーク１５を搬入する搬入工程と、真空室４ａ、４ｂを閉鎖する閉鎖工程と、真空引き工程と、スパッタリングする真空処理工程と、真空室４ａ、４ｂを開く開放工程と、ワーク搬出工程とからなる真空処理サイクルを並行して、かつ各工程が互いにずれるように実施する。このとき、一方の真空室４ａが閉鎖工程完了後でかつ他の真空室４ｂが真空処理工程完了後であるとき、開閉弁１３ａ、１３ｂを一時的に開いて第１、２の真空室４ａ、４ｂを連通する、真空処理方法。【選択図】図２

Description

本発明は、所定の真空度に維持された真空室において、真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタリング等の物理的蒸着法により成形品に金属膜を形成したり、プラズマ重合により保護膜を形成したり、あるいはイオンボンバードにより表面を洗浄する、真空処理方法に関するものであり、真空処理装置に関するものである。

樹脂成形品の表面に数十ｎｍ〜数μｍオーダの金属膜が成膜されている製品として、例えば車両に装備されているドアレバーやランプ、あるいは化粧品容器や家具の装飾部品等を挙げることがきる。このような製品は、軽量であり、金属光沢によって高級感を感じさせるので適用分野が増えている。このような製品は、ワークに所定の方法で金属膜を成膜して得られるが、金属膜を形成する方法は色々ある。例えばスパッタリングが周知であり、この方法においては、ワークを真空室に入れ、これをステンレス、アルミニウム等のターゲットに対向させるようにしてステージに載せる。真空室を所定の真空度にした後にアルゴンガスを数Ｐａ〜数十Ｐａ入れて、ターゲットに数ｋＶの負の電圧を、ステージには正の電圧を印加して、放電によってプラズマを発生させてアルゴン正イオンをターゲットにスパッタリングさせ、ターゲットから放出されたターゲット分子によって金属の薄膜を成膜する。スパッタリングの他に、真空室の中に基板と蒸発源とを収納して成膜する真空蒸着、基板に数ｋＶの負の電圧を印加し数Ｐａのアルゴンガスの圧力下で真空成膜をするイオンプレーティング等も知られており、これらはいわゆる物理的蒸着と言うことができる。物理的蒸着はいずれの方法においても真空室を備えた成膜装置において実施するようになっている。

ワークの表面に高分子の保護膜を形成する成膜方法も周知であり、具体的にはプラズマ重合によって高分子膜を形成するようにしている。プラズマ重合は、モノマーからなる原料ガスを供給し低圧下で放電を行ってモノマーを重合させ、これを被成膜品に蒸着させる方法である。プラズマ重合も、所定の低圧にすることができる真空室を備えた成膜装置によって実施されている。物理的蒸着に必要となる真空度までは必要ないが、プラズマ重合に使用される真空室も空気を吸引して所定の真空度にする必要があり、所定の真空ポンプによって真空引きされている。

ところで、成膜方法ではないがワークの表面に不活性ガスのイオンを衝突させて表面を洗浄するイオンボンバードも周知である。イオンボンバードも真空室を必要とする。物理的蒸着による成膜もプラズマ重合による成膜も、そしてイオンボンバードによる洗浄も、真空室において実施する必要があるのでこれらは総称して真空処理と言うことができる。同様に真空処理が実施される装置を真空装置と総称することができる。

特開２００６−７８８６４号公報

開閉扉を開いて成膜されるワークを内部に搬入したり、成膜された成形品を搬出する真空室は、開閉扉が開く度に大気圧に戻ってしまう。従って真空処理をするためには、その都度真空引きをしなければならない。このような真空引きを短時間で実施できるようにする発明が、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の成膜装置は真空タンクを備えている。この成膜装置の真空室は、所定の管路によって真空ポンプに接続されているが、開閉弁が介装された他の管路によって真空タンクにも接続されている。真空タンクは予め真空ポンプによって所定の真空度に吸引されている。従って大気に開放されて大気圧に戻ってしまった真空室は、開閉扉を閉じて気密にした後に、開閉弁を開いて真空タンクと連通させれば、真空室の空気は真空タンクに吸引されて速やかに所定の真空度に達する。つまり真空引きの時間を短縮できる。必要に応じて、開閉弁を閉じて真空ポンプで吸引して所望の真空度を得る。

真空室において真空処理を実施するときに、従来のように真空ポンプによって真空引きするようにしても、所望の真空度は得られる。しかしながら、真空室が大気圧に戻る度に最初から真空ポンプによって真空引きをするようにすると処理時間がかかるし、真空ポンプを駆動するためのエネルギーが大量に必要になる。また真空ポンプを駆動するときに必然的に発生する騒音についても、大気圧から吸引するので音が大きい。特許文献１に記載の成膜装置においては、真空タンクによって真空室の真空引きの処理時間を短縮することができ、優れてはいる。しかしながらこの成膜装置においては、真空タンクは予め真空引きする必要があり、真空ポンプを駆動しなければならない。つまり装置全体で見ると真空引きするためのエネルギーを節約することはできない。

本発明は、真空処理を実施する真空室を短時間で真空引きすることができ、かつ真空引きに要するエネルギーを節約することができ、真空引きの際に発生する真空ポンプの騒音も低減できる真空処理方法、およびそのような方法が実施される真空処理装置を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、前記目的を達成するために、真空室を開いた状態にして内部にワークを搬入する搬入工程と、真空室を気密的に閉鎖する閉鎖工程と、真空室を所定の真空度に真空引きする真空引き工程と、真空引きされた真空室で前記ワークの表面を洗浄しまたは前記ワークに成膜しあるいは洗浄と成膜とをする真空処理工程と、真空室を開く開放工程と、開かれた状態の真空室から前記ワークを搬出する搬出工程とからなる真空処理サイクルを実施するとき、２室以上の複数の真空室を設けて該複数の真空室において前記真空処理サイクルを各工程が互いにずれるように並行して実施し、所定の真空室が前記閉鎖工程完了後でかつ他の真空室が前記真空処理工程完了後であるとき、前記所定の真空室と前記他の真空室とを一時的に連通状態にした後連通状態を解除し、前記所定の真空室は前記真空引き工程を、前記他の真空室は前記開放工程を実施するようにすることを特徴とする真空処理方法として構成される。
請求項２に記載の発明は、所定の真空度の低圧状態においてワークに成膜したりワークの表面を洗浄する真空処理を実施する真空処理装置であって、該真空処理装置は、ワークを搬入・搬出するための開閉扉と、該ワークに成膜する成膜手段または該ワークの表面を洗浄する洗浄手段とを備えた真空室が、少なくとも２室以上の複数設けられ、該複数の真空室は開閉手段を備えた連通管によって互いに接続され、該開閉手段を操作すると任意の２室の真空室が連通して内圧が等しくなるようになっていることを特徴とする真空処理装置として構成される。

以上のように本発明は、真空室によって真空処理サイクルを実施する真空処理方法として構成されている。真空処理サイクルは、真空室を開いた状態にして内部にワークを搬入する搬入工程と、真空室を気密的に閉鎖する閉鎖工程と、真空室を所定の真空度に真空引きする真空引き工程と、真空引きされた真空室でワークの表面を洗浄しまたはワークに成膜しあるいは洗浄と成膜とをする真空処理工程と、真空室を開く開放工程と、開かれた状態の真空室から前記ワークを搬出する搬出工程とから構成されている。本発明は、２室以上の複数の真空室を設け、これらの複数の真空室において真空処理サイクルを各工程が互いにずれるように並行して実施する。そして所定の真空室が閉鎖工程完了後でかつ他の真空室が真空処理工程完了後であるとき、所定の真空室と他の真空室とを一時的に連通状態にした後連通状態を解除し、所定の真空室は真空引き工程を、前記他の真空室は開放工程を実施するようにしている。所定の真空室と他の真空室とを連通するとこれらの真空室は所定の真空度になる。例えば、これらの真空室の容量が等しい場合には約１／２の真空度になる。その後所定の真空室で真空引き工程を実施すると真空引きに要する時間とエネルギーとが節約できる。つまり、これから真空室を開いてワークを搬出しようとする搬出工程直前の他の真空室の真空度を利用して、所定の真空室の真空引きに要する時間とエネルギーとを節約できることになる。さらに、所定の真空室の真空引きは大気圧から開始しないで済むので、真空ポンプから発生する騒音を低減することもできる。

本発明の第１の実施の形態に係る真空処理装置を示す正面断面図である。 本発明の実施の形態に係る真空処理方法を模式的に示す図で、その（ア）〜（カ）は真空処理方法の各工程を示す真空処理装置の正面断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る真空処理装置を示す正面断面図である。

以下本発明の実施の形態を説明する。本発明の第１の実施の形態に係る真空処理装置１は、第１、２の真空室４ａ、４ｂから構成されている。第１、２の真空室４ａ、４ｂはいずれもスパッタリングによりワークに金属膜を成膜する真空室になっており内部には、ワークを載置するテーブル６ａ、６ｂ、マグネトロン電極７ａ、７ｂ、このマグネトロン電極７ａ、７ｂに設けられているターゲット８ａ、８ｂ、等が設けられている。第１、２の真空室４ａ、４ｂには開閉扉１０ａ、１０ｂが設けられ、これを開いて室内にワークを搬入したり室外に搬出できるようになっている。また、図には示されていないが、第１、２の真空室４ａ、４ｂには、真空ポンプ等からなる真空手段が接続されて真空引きされるようになっていると共に、アルゴンガスからなる不活性ガスが供給される不活性ガス供給手段も接続され、さらにマグネトロン電極７ａ、７ｂに電圧を供給する電力装置も設けられている。従って、ワークを真空室４ａ、４ｂに搬入し、開閉扉１０ａ、１０ｂを閉じて真空引きし、アルゴンガスを供給してマグネトロン電極７ａ、７ｂが陰極になるように所定の電圧を印加してグロー放電を発生させるとイオン化したアルゴンガスがターゲット８ａ、８ｂをスパッタリングして金属原子が放出されてワークに達し、ワークは成膜されることになる。

本実施の形態に係る真空処理装置１は、第１、２の真空室４ａ、４ｂが共通の真空ポンプ１７によって真空引きされるようになっている。真空ポンプ１７に接続されている真空引き管１２は真空ポンプ側開閉弁１４が介装され、その先で第１、２の真空室４ａ、４ｂで分岐している。これらの分岐には第１、２の開閉弁１３ａ、１３ｂが介装されている。後で説明するように、真空ポンプ側開閉弁１７を閉じた状態で、第１、２の開閉弁１３ａ、１３ｂを開くと第１、２の真空室４ａ、４ｂは連通させることができる。すなわち、この分岐した管路は連通管ということができる。

本実施の形態に係る真空処理装置１において、ワークに施す真空処理を並行して実施する方法を説明する。具体的には、本実施の形態においては真空処理装置１はスパッタリングを実施する装置になっているので、真空処理はワークにスパッタリングにより成膜する処理であり、この成膜処理を並行して実施する方法を説明する。

便宜上、開始時において第２の真空室４ｂは開閉扉１０ｂが気密的に閉鎖されて所定の真空度に維持されており、真空ポンプ側開閉弁１３、第１、２の開閉弁１３ａ、１３ｂは閉じられているものとして説明する。図２の（ア）に示されているように、第１の真空室４ａの開閉扉１０ａを開いてワーク１５を搬入しテーブル６ａに載置する搬入工程を実施する。搬入工程後、第１の真空室４ａの開閉扉１０ａを気密的に閉鎖する閉鎖工程を実施する。このとき第１の真空室４ａは室内が大気圧になっており、第２の真空室４ｂは所定の真空度になっている。第１の真空室４ａにおいて閉鎖工程が完了後、第１、２の開閉弁１３ａ、１３ｂを開いて連通管、つまり真空引き管１２により第１、２の真空室４ａ、４ｂを一時的に連通状態にする。そうすると第１の真空室４ａから第２の真空室４ｂに空気が流れて、第１、２の真空室４ａ、４ｂは内圧が等しくなる。この状態が図２の（イ）に示されている。第１、２の開閉弁１３ａ、１３ｂを閉じて連通状態を解除する。次いで、第１の真空室４ａを真空引きをする真空引き工程を実施する。すなわち図２の（ウ）に示されているように、真空ポンプ側開閉弁１３と第１の開閉弁１３ａを開いて、真空ポンプ１７を駆動する。事前に第１、２の真空室４ａ、４ｂを連通したことによって第１の真空室４ａは所定の低圧になっているので、真空引き工程は短時間で実施でき、真空引きに要するエネルギーもわずかで済む。また所定の真空度から真空引きするので真空ポンプ１７の騒音も比較的小さい。真空引き工程完了後、真空ポンプ側開閉弁１３と第１の開閉弁１３ａを閉じる。第２の真空室４ｂにおいては図に示されていない所定の弁を開いて大気圧にし、開閉扉１０ｂを開いてワーク１５’を搬入しテーブル６ｂに載置する搬入工程を実施する。図２の（エ）に示されているように、第１の真空室４ａにおいて真空処理工程つまりスパッタリングによる成膜処理を実施する。第２の真空室４ｂは開閉扉１０ｂを気密的に閉鎖する閉鎖工程を実施する。第１の真空室４ａにおいて真空処理工程が完了したら、図２の（オ）に示されているように、第１、２の開閉弁１３ａ、１３ｂを開いて第１、２の真空室４ａ、４ｂを連通状態にする。そうすると第２の真空室４ｂの空気が真空引き管１２を介して第１の真空室４ａに流れ、第１、２の真空室４ａ、４ｂは内圧が等しくなる。これによって第２の真空室４ｂは所定の低圧になる。第１、２の開閉弁１３ａ、１３ｂを閉じて第１、２の真空室４ａ、４ｂの連通状態を解除した後に、第１の真空室４ａにおいて図に示されていない所定の弁を開いて大気圧にし、開閉扉１０ａを開く開放工程を実施する。図２の（カ）に示されているように、第１の真空室４ａにおいてワーク１５を搬出する搬出工程を実施する。第２の真空室４ｂにおいては、並行して真空引きをする真空引き工程を実施する。すなわち真空ポンプ側開閉弁１３と第２の開閉弁１３ｂを開いて、真空ポンプ１７を駆動する。第２の真空室４ｂは既に所定の低圧になっているので真空引き工程は短時間でかつ少ないエネルギーで完了する。また真空ポンプ１７の騒音も小さい。

図には示されていないが、以下同様にして各真空室１０ａ、１０ｂにおいて搬入工程と閉鎖工程と真空引き工程と真空処理工程と開放工程と搬出工程とからなる真空処理サイクルを並行して実施する。ただし、第１、２の真空室１０ａ、１０ｂで真空処理サイクルの各工程がずれるように実施する。そして、真空室１０ａ、１０ｂの一方が閉鎖工程完了後でかつ他方が真空処理工程完了後のときには第１、２の開閉弁１３ａ、１３ｂを開いて第１、２の真空室１０ａ、１０ｂを連通状態にし、その後第１、２の開閉弁１３ａ、１３ｂを閉じて連通状態を解除し、一方の真空室１０ａ、１０ｂでは真空引き工程を、他方の真空室１０ａ、１０ｂでは開放工程を実施するようにする。

図３には本発明の第２の実施の形態に係る真空処理装置１’が示されている。第２の実施の形態に係る真空処理装置１’は第１〜３の真空室４ａ、４ｂ、４ｃからなり、これらの真空室４ａ、４ｂ、４ｃにも、第１の実施の形態に係る真空処理装置１と同様に、テーブル６ａ、６ｂ、６ｃと、マグネトロン電極７ａ、７ｂ、７ｃと、ターゲット８ａ、８ｂ、８ｃと、スパッタリングを実施するのに必要な他の装置が設けられている。第２の実施の形態に係る真空処理装置１’においては、第１〜３の真空室４ａ、４ｂ、４ｃは３本の分岐がある真空引き管１２’によって互いに接続されており、真空引き管１２’の各分岐には第１〜３の開閉弁１３ａ、１３ｂ、１３ｃが介装されている。当業者であれば容易に理解できるように、第１〜３の開閉弁１３ａ、１３ｂ、１３ｃを組合わせて開閉するようにすれば、任意の２部屋の真空室４ａ、４ｂ、４ｃを連通状態にさせたり、全ての真空室４ａ、４ｂ、４ｃについて連通状態を解除できる。つまり真空引き管１２’の分岐は連通管になっていると言える。従って、第２の実施の形態に係る真空処理装置１’においても各真空室４ａ、４ｂ、４ｃにおいて、真空処理サイクルを並行に、かつ各工程をずれすようにして実施するようにする。そして所定の真空室４ａ、４ｂ、４ｃが閉鎖工程完了後でかつ他の真空室４ａ、４ｂ、４ｃが真空処理工程完了後であるとき、これらを連通状態にして内圧を等しくするようにすれば、その後に実施する真空引き工程において時間とエネルギーとを節約することができる。

本実施の形態に係る真空処理装置１、１’は色々な変形が可能である。例えば、本実施の形態においては、真空引き管１２は真空引きに使用する管であると共に２室の真空室４ａ、４ｂ、４ｃを連通する連通管にもなっている。つまり２つの作用を奏するようになっている。これを、真空引き管１２は真空引きに使用する専用の管とし、この専用の管とは別に、連通に使用するためだけの連通管を別途設けるようにしてもよい。他の変形も可能である。例えば、上でした説明では、真空室４ａ、４ｂにおいてはスパッタリングが実施されるように説明したが、真空蒸着やイオンプレーティングが実施されてもいいし、プラズマ重合により保護膜が形成されるようになっていてもよい。さらには真空室４ａ、４ｂにおいてイオンボンバードによりワークの表面を洗浄する、洗浄処理が実施されるようになっていてもよく、これらはいずれも真空室４ａ、４ｂにおいて実施される真空処理である。また第１の真空室４ａにおいて洗浄処理が、第２の真空室４ｂにおいて成膜処理が実施されるようになっていてもよい。

１ 真空処理装置
４ａ、４ｂ、４ｃ 第１〜３の真空室
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 開閉扉
１２ 真空引き管
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ 第１〜３の開閉弁
１７ 真空ポンプ

Claims (2)

1. 真空室を開いた状態にして内部にワークを搬入する搬入工程と、真空室を気密的に閉鎖する閉鎖工程と、真空室を所定の真空度に真空引きする真空引き工程と、真空引きされた真空室で前記ワークの表面を洗浄しまたは前記ワークに成膜しあるいは洗浄と成膜とをする真空処理工程と、真空室を開く開放工程と、開かれた状態の真空室から前記ワークを搬出する搬出工程とからなる真空処理サイクルを実施するとき、
   ２室以上の複数の真空室を設けて該複数の真空室において前記真空処理サイクルを各工程が互いにずれるように並行して実施し、所定の真空室が前記閉鎖工程完了後でかつ他の真空室が前記真空処理工程完了後であるとき、前記所定の真空室と前記他の真空室とを一時的に連通状態にした後連通状態を解除し、前記所定の真空室は前記真空引き工程を、前記他の真空室は前記開放工程を実施するようにすることを特徴とする真空処理方法。
2. 所定の真空度の低圧状態においてワークに成膜したりワークの表面を洗浄する真空処理を実施する真空処理装置であって、
   該真空処理装置は、ワークを搬入・搬出するための開閉扉と、該ワークに成膜する成膜手段または該ワークの表面を洗浄する洗浄手段とを備えた真空室が、少なくとも２室以上の複数設けられ、該複数の真空室は開閉手段を備えた連通管によって互いに接続され、該開閉手段を操作すると任意の２室の真空室が連通して内圧が等しくなるようになっていることを特徴とする真空処理装置。

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