JP2021046795A

JP2021046795A - オイルフリー真空ポンプ及び真空処理装置

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Publication number: JP2021046795A
Application number: JP2019168094A
Authority: JP
Inventors: 晃平山本; Kohei Yamamoto; 僚也北沢; Ryoya KITAZAWA
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2019-09-17
Filing date: 2019-09-17
Publication date: 2021-03-25
Anticipated expiration: 2039-09-17
Also published as: JP7312066B2

Abstract

【課題】付着物を簡単に除去できる構成を持つオイルフリー真空ポンプを提供する。【解決手段】密閉容器１内の真空排気に利用されるオイルフリー真空ポンプＣｐ１，Ｃｐ２は、オイルフリー真空ポンプのハウジング４内に所定のガスを導入するガス導入手段７と、ハウジング内に導入されたガスを排出する排出手段８とを備え、ガス導入手段が、ハウジング内に、超臨界状態となったガスまたは臨界圧力以上の圧力までガスを導入するように構成される。【選択図】図２

Description

本発明は、密閉容器内の真空排気に利用されるオイルフリー真空ポンプ及びオイルフリー真空ポンプを備える真空処理装置に関する。

オイルフリー真空ポンプは、真空チャンバ内で被処理物に対する成膜処理やエッチング処理といった各種の真空処理を施す際に、コンタミネーションを防止しつつ真空チャンバ内を真空排気するために広く利用され（例えば、特許文献１参照）、クライオポンプ、ターボ分子ポンプ、ドライポンプやメカニカルブースターポンプといったものが挙げられる。オイルフリー真空ポンプにより真空チャンバ内で真空排気しながら、その内部で真空処理を施すと、例えば成膜源から飛散した成膜材料やエッチング時の反応生成物（以下、これらを「付着物」という）がオイルフリー真空ポンプのハウジング内まで到達することがある。例えばクライオポンプを例に説明すると、ハウジング内に設けられる、気体を凝縮または吸着する極低温面に付着物が付着すると、実行排気速度の低下を招来するといった不具合が生じる。

実行排気速度が低下すると、一定の真空環境で真空処理できないことから、クライオポンプのクリーニング（所謂オーバーホール）が必要となる。このような場合、真空チャンバからクライオポンプを取り外して分解し、洗浄液や薬液などを利用して付着物を除去することになる。然し、これでは、クライオポンプを取り外し、クライオポンプを再度取り付けて真空チャンバ内を所定圧力まで真空排気するまでの間、真空処理を施すことができず、生産性が著しく損なわれるという問題がある。

特開２０１７−１９３９９３号公報

本発明は、以上の点に鑑み、付着物を簡単に除去できる構成を持つオイルフリー真空ポンプ及び、生産性の低下を可及的に抑制できるようにした真空処理装置を提供することをその課題とする。

上記課題を解決するために、密閉容器内の真空排気に利用される本発明のオイルフリー真空ポンプは、オイルフリー真空ポンプのハウジング内に所定のガスを導入するガス導入手段と、ハウジング内に導入されたガスを排出する排出手段とを備え、ガス導入手段が、ハウジング内に、超臨界状態となったガスまたは臨界圧力以上の圧力までガスを導入するように構成されることを特徴とする。

また、上記課題を解決するために、真空チャンバとその内部を真空排気するオイルフリー真空ポンプとを備え、真空チャンバ内に配置される被成膜物に対して所定の真空処理を施す本発明の真空処理装置は、オイルフリー真空ポンプのハウジング内に所定のガスを導入するガス導入手段と、ハウジング内に導入されたガスを排出する排出手段とを備え、ガス導入手段が、ハウジング内に、超臨界状態となったガスまたは臨界圧力以上の圧力までガスを導入するように構成されることを特徴とする。

以上によれば、オイルフリー真空ポンプのハウジング内に導入された超臨界状態のガスまたはハウジング内で超臨界状態となったガス（超臨界流体）に、ハウジング内に付着した付着物が溶解し、超臨界流体と共に溶解した付着物が排出手段によりハウジング内から排出されることで、付着物が除去される。これにより、真空チャンバからオイルフリー真空ポンプを取り外して分解洗浄を行わなくても、オイルフリー真空ポンプのハウジング内に付着した付着物を簡単に除去することができる。また、オイルフリー真空ポンプを脱着せずに付着物を除去できるため、真空処理装置の生産性の低下を可及的に抑制することができる。

また、本発明の真空処理装置は、真空チャンバにオイルフリー真空ポンプが複数設けられ、各オイルフリー真空ポンプのハウジングが開閉バルブを介して取り付けられていることが好ましい。これによれば、複数設けられたオイルフリー真空ポンプのうち、ハウジング内に所定のガスが導入される真空ポンプ（即ち、付着物が除去される真空ポンプ）と真空チャンバとの間に介設された開閉バルブを閉じることで、他のオイルフリー真空ポンプにより真空チャンバ内の真空排気を継続できるため、真空処理装置での真空処理を停止させる必要がなく、有利である。

また、本発明の真空処理装置は、真空雰囲気の真空チャンバ内で成膜材料を飛散させて被成膜物に対して成膜処理を施し、前記排出手段に連通する回収容器を更に備え、回収容器が、超臨界状態となったガスの温度及び圧力の少なくとも一方を可変する可変手段を備えることが好ましい。これによれば、付着物が溶解した超臨界流体の温度及び圧力の少なくとも一方を臨界温度以下又は臨界圧力以下に変化させて、超臨界流体を気体に状態変化させることで、超臨界流体に溶解していた付着物が回収容器内で析出するため、付着物を効率よく回収することができる。

本実施形態の真空処理装置の構成を説明する模式断面図。本実施形態のオイルフリー真空ポンプの構成を説明する模式断面図。

以下、図面を参照して、被成膜物を矩形のガラス基板（以下、「基板Ｓｗ」）とし、オイルフリー真空ポンプとしてクライオポンプを備える真空蒸着装置を例に、本発明の真空処理装置の実施形態について説明する。以下においては、蒸着源３から基板Ｓｗに向かう方向を上とし、「上」、「下」といった方向を示す用語は、図１を基準とする。

図１を参照して、Ｄｍは、本実施形態の真空蒸着装置である。真空蒸着装置Ｄｍは、真空チャンバ１を備え、真空チャンバ１には、ゲートバルブＶ１，Ｖ２を介して真空排気手段Ｐが接続されている。真空排気手段Ｐは、大気圧から低真空状態に真空引きするドライポンプやロータリーポンプ等の低真空用ポンプＰ１と、低真空状態から高真空状態（１×１０^−１Ｐａ以下の圧力）に真空引きする２個のクライオポンプＣｐ１，Ｃｐ２とで構成され、真空チャンバ１内を所定圧力に真空排気できるようになっている。

真空チャンバ１の上部には、基板搬送装置２が設けられている。基板搬送装置２は、成膜面としての下面を開放した状態で基板Ｓｗを保持するキャリア２１を有し、図外の駆動装置によってキャリア２１、ひいては基板Ｓｗを真空チャンバ１内の一方向に所定速度で移動できるようになっている。基板搬送装置２としては公知ものが利用できる。

真空チャンバ１の下部には、一方向に移動される基板Ｓｗに対向させて蒸着源３が設けられている。蒸着源３は、基板Ｓｗに成膜しようとする薄膜に応じて適宜選択される蒸着物質Ｖｍを収容する収容箱３１を有し、この収容箱３１の基板Ｓｗとの対向面には、昇華させた蒸着物質Ｖｍの噴出ノズル３２が設けられている。収容箱３１には蒸着物質Ｖｍを加熱する加熱手段３３が付設され、収容箱３１を加熱してその内部の蒸着物質Ｖｍを昇華させることで、各噴出ノズル３２から昇華した蒸着物質が噴出される。

また、基板搬送装置２によって搬送される基板Ｓｗと蒸着源３との間には、箔状のマスクプレートＭｐが設けられている。本実施形態では、マスクプレートＭｐは、基板Ｓｗと一体に取り付けられ、基板Ｓｗと共に基板搬送装置２によって搬送されるようになっている。マスクプレートＭｐには、板厚方向に貫通し、矩形の輪郭を保つ複数の開口Ｍｏが形成されている。これにより、蒸着源３からの蒸着物質Ｖｍの基板Ｓｗに対する付着範囲が制限され、所定のパターンで基板Ｓｗに成膜することができる。マスクプレートＭｐとしては公知のものが利用できる。

図２も参照して、本実施形態のクライオポンプＣｐ１，Ｃｐ２は、真空チャンバ１にゲートバルブＶ１，Ｖ２を介して装着される筒型のハウジング４に内蔵される冷凍機５を備える。冷凍機５は、冷却部としての１段コールドヘッド５１と２段コールドヘッド５２とを備え、１段コールドヘッド５１にはハウジング４の内側に沿った筒型のシールド５１ａが取り付けられると共に、２段コールドヘッド５２にはクライオパネル（極低温面）５２ａが取り付けられ、シールド５１ａの開口部には１段コールドヘッド５１と同温度に冷却されるバッフル５１ｂが設けられている。なお、冷凍機５としては公知のものを利用することができる。

ハウジング４には、排気管４１を介して、ドライポンプやロータリーポンプ等の低真空用ポンプＰ１が接続され、排気管４１には、コンダクタンスバルブＣｖが介設されている。また、ハウジング４の周囲には、加熱手段６が設けられ、ハウジング４内を所定の温度（例えば４０℃以上）に加熱できるようになっている。加熱手段６としては、シースヒータやランプヒータ等の公知のものが利用できる。

真空蒸着装置Ｄｍは、マイクロコンピュータやシーケンサ等を備えた図示省略の制御手段を有し、基板搬送装置２、加熱手段３３，６、コンダクタンスバルブＣｖ、ゲートバルブＶ１，Ｖ２の開閉、低真空用ポンプＰ１及びクライオポンプＣｐ１，Ｃｐ２の稼働が統括制御されている。以下に、上記真空蒸着装置Ｄｍを用いた成膜方法を具体的に説明する。

大気雰囲気中の真空チャンバ１内にて、収容箱３１に蒸着物質Ｖｍを所定の充填率で充填した後、低真空用ポンプＰ１及びクライオポンプＣｐ１，Ｃｐ２により真空チャンバ１を真空排気する。真空チャンバ１内が所定圧力（例えば１×１０^−５Ｐａ）に達すると、加熱手段３３により収容箱３１を加熱して、その内部の蒸着物質Ｖｍを昇華させる。これにより、昇華した蒸着物質Ｖｍは所定の余弦則に従い各噴出ノズル３２から真空チャンバ１内の空間に放出され、基板搬送装置２によって搬送される基板Ｓｗ表面にマスクプレートＭｐ越しに有機膜が成膜（蒸着）される。

ところで、クライオポンプＣｐ１，Ｃｐ２により真空チャンバ１内を真空排気しながら、基板Ｓｗに対する真空蒸着処理を施すと、蒸着源３から昇華した蒸着物質Ｖｍ（付着物）がクライオポンプＣｐ１，Ｃｐ２のハウジング４内に設けられるクライオパネル５２ａ等に付着すると、実行排気速度が低下する。このような場合、真空チャンバ１からクライオポンプＣｐ１，Ｃｐ２を取り外して分解洗浄することで、付着した蒸着物質Ｖｍが除去されるが、これでは、真空蒸着装置Ｄｍの生産性が著しく損なわれる。

そこで、本実施形態では、クライオポンプＣｐ１，Ｃｐ２のハウジング４内に炭酸ガスを導入するガス導入手段７と、ハウジング４内に導入された炭酸ガスを排出する排出手段としての排出管８とを設けた。ガス導入手段７は、ハウジング４内のガス導入部７１に接続されるガス管７２を有し、ガス管７２にはマスフローコントローラ７３が介設されて、ハウジング４内の圧力が臨界圧力以上（例えば７ＭＰａ）まで炭酸ガスを導入できるように構成される。そして、加熱手段６により、ハウジング４内に導入された炭酸ガスを臨界温度以上（例えば、４０℃以上）に加熱することで、導入された二酸化炭素は超臨界状態となる。なお、本実施形態では、ガス導入手段７により、ハウシング４内の圧力が二酸化炭素の臨界圧力以上となるまで、炭酸ガスを導入するものを例に説明するが、ハウジング４内に予め超臨界状態となった二酸化炭素を導入するようにガス導入手段７を構成することもできる。

以上の実施形態によれば、各クライオポンプＣｐ１，Ｃｐ２のハウジング４内の超臨界状態となった二酸化炭素（超臨界流体Ｓｆ）に、ハウジング４内に付着した蒸着物質Ｖｍが溶解し、超臨界流体Ｓｆと共に溶解した蒸着物質Ｖｍが排出管８によりハウジング４内から排出されることで、付着した蒸着物質Ｖｍが除去される。このため、真空チャンバ１からクライオポンプＣｐ１，Ｃｐ２の脱着を行わずに、クライオポンプＣｐ１，Ｃｐ２のハウジング４内に付着した蒸着物質Ｖｍを簡単に除去することができる。また、クライオポンプＣｐ１，Ｃｐ２を脱着せずに付着した蒸着物質Ｖｍを除去できるため、真空蒸着装置Ｄｍの生産性の低下を可及的に抑制することができる。

また、本実施形態では、真空チャンバ１に２個のクライオポンプＣｐ１，Ｃｐ２が設けられ、各クライオポンプＣｐ１，Ｃｐ２のハウジング４がゲートバルブＶ１，Ｖ２を介して取り付けられている。このため、例えば、一方のクライオポンプＣｐ１と真空チャンバ１との間に介設されたゲートバルブＶ１を閉じることで、一方のクライオポンプＣｐ１のハウジング４内に炭酸ガスを導入して、付着した蒸着物質Ｖｍを除去している間も、他方のクライオポンプＣｐ２により真空チャンバ１内の真空排気を継続できるため、真空蒸着装置Ｄｍでの真空蒸着処理を停止させる必要がない。

また、本実施形態では、排出管８の他端８ａは、開閉弁Ｖ３を介して回収容器としての分離チャンバ９に接続されている。分離チャンバ９には、可変手段としての低真空用ポンプＰ１からの排気管９１が接続され、大気圧より低い所定圧力までその内部を排気できるようにしている。また、分離チャンバ９内には、上面を開放した容器９２が設けられている。この場合、排出管８の他端８ａは、分離チャンバ９の内部まで突出させ、この突出した先端部８ａが容器９２に向けて蒸着物質Ｖｍが溶解した超臨界流体Ｓｆを噴射できるようになっている。そして、蒸着物質Ｖｍが溶解した超臨界流体Ｓｆの圧力を臨界圧力以下まで減圧することで、超臨界流体Ｓｆは気化し、超臨界流体に溶解していた蒸着物質Ｖｍは容器９２内に析出して残るため、蒸着物質Ｖｍを効率よく回収することができる。なお、本実施形態では、可変手段として低真空用ポンプＰ１を用いるものを例に説明するが、圧力を臨界圧力以下に減圧できる減圧装置や温度を臨界温度以下まで冷却できる冷却装置を分離チャンバ９自体に設けて、可変手段を構成することもできる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術思想の範囲を逸脱しない限り、種々の変形が可能である。上記実施形態では、オイルフリー真空ポンプとしてクライオポンプＣｐ１，Ｃｐ２を用いるものを例に説明したが、メカニカルブースターポンプ、ターボ分子ポンプやドライポンプ等の接ガス部に油を用いない真空ポンプであれば本発明を適用することができる。また、上記実施形態では、所定のガスとして炭酸ガスを用いるものを例に説明したがエタンガスやエチレンガス等のガスを用いてもよい。

Ｄｍ…真空蒸着装置（真空処理装置）、Ｃｐ１，Ｃｐ２…クライオポンプ（オイルフリー真空ポンプ）、１…真空チャンバ（密閉容器）、４…ハウジング、７…ガス導入手段、８…排出管（排出手段）、Ｓｗ…基板（被成膜物）、Ｖ１，Ｖ２…ゲートバルブ（開閉バルブ）、９…分離チャンバ（回収容器）、Ｐ１…低真空用ポンプ（可変手段）。

Claims

密閉容器内の真空排気に利用されるオイルフリー真空ポンプにおいて、
オイルフリー真空ポンプのハウジング内に所定のガスを導入するガス導入手段と、ハウジング内に導入されたガスを排出する排出手段とを備え、
ガス導入手段が、ハウジング内に、超臨界状態となったガスまたは臨界圧力以上の圧力までガスを導入するように構成されることを特徴とするオイルフリー真空ポンプ。
真空チャンバとその内部を真空排気するオイルフリー真空ポンプとを備え、真空チャンバ内に配置される被成膜物に対して所定の真空処理を施す真空処理装置において、
オイルフリー真空ポンプのハウジング内に所定のガスを導入するガス導入手段と、ハウジング内に導入されたガスを排出する排出手段とを備え、
ガス導入手段が、ハウジング内に、超臨界状態となったガスまたは臨界圧力以上の圧力までガスを導入するように構成されることを特徴とする真空処理装置。
請求項２記載の真空処理装置であって、真空チャンバにオイルフリー真空ポンプが複数設けられているものにおいて、
各オイルフリー真空ポンプのハウジングが開閉バルブを介して取り付けられていることを特徴とする真空処理装置。
請求項２記載の真空処理装置であって、真空雰囲気の真空チャンバ内で成膜材料を飛散させて被成膜物に対して成膜処理を施すものにおいて、
前記排出手段に連通する回収容器を更に備え、回収容器が、超臨界状態となったガスの温度及び圧力の少なくとも一方を可変する可変手段を備えることを特徴とする真空処理装置。