JP2718508B2 - 真空容器の気体導入方法およびこれを実施するための真空装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、（１）「内部雰囲気を減圧した真空容器
の内部に気体を導入して、前記内部雰囲気をその減圧状
態より増圧させる方法」に関し、また（２）「真空容器
と、真空容器の内部雰囲気を排気してこれを減圧させる
ための、真空容器の排気口に連結された真空排気手段
と、前記内部雰囲気をその減圧状態から増圧させるため
に真空容器の内部に気体を導入するための、真空容器の
気体導入口に気体通路を介して連結された気体源とを有
する真空装置」に関する。

（従来の技術） 真空容器を備えた真空装置においては、一般に、真空
容器の排気口に連結された真空ポンプまたはその組合せ
のような真空排気手段によって、真空容器の内部雰囲気
が排気されて、これが減圧状態になり、或いは十分に減
圧された内部雰囲気の中に、各種の気体が希薄な状態で
送入されて、内部雰囲気が、この送入された気体で構成
される減圧状態になる。その後に、減圧状態の内部雰囲
気の中で、基体の表面処理などの処理が行なわれ、処理
が完了すると、真空容器の気体導入口に連結された気体
源（この気体源として、外気を用いることもある）から
真空容器の中に気体が導入されて、内部雰囲気が、導入
気体で構成された増圧状態になる。内部雰囲気が大気圧
またはその近くまで増圧されたのちに、真空容器の扉が
開かれて、処理ずみの基体が外部に取出され、或いは真
空容器と後処理容器の間のゲート弁が開かれて、処理ず
みの基体が、後処理のために後処理容器の中に移され
る。

かかる真空装置において、処理後には、真空容器の内
壁面（真空容器において、その内部雰囲気に露出する壁
の内面および容器内に配置される部材の表面）には微粒
子が付着していて、この微粒子が、気体の導入の際に、
気体によって加えられる力によって舞い上り、処理ずみ
の基体に付着し、これを汚染して時にはこれを無効にす
る。この欠点を除去するため、従来は、気体の導入質量
流量（単位時間当りの容積と圧力の積で示される）を小
さい実質上一定の値に維持して、気体を徐徐に真空容器
の内部に導入させるようにし、これによって微粒子に加
わる導入気体の力を低減させるような対策が取られてい
た。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら見出された処によれば、導入質量流量を
実質上一定に維持した場合には、内部雰囲気の圧力が極
めて低い導入の初期においては、内壁面に付着している
微粒子に極めて大きな力が加わり、従ってその舞い上が
りが甚だしく、基体が汚染されるおそれが大きい。この
舞い上りを阻止するためには、導入質量流量を小さく押
えることが必要になるが、導入質量流量を小さく押えた
とすると、明らかに、内部雰囲気を増圧させるに要する
時間が長くなって、作業行程における時間的損失が大き
くなるばかりでなく、微粒子の単位時間当りの舞い上り
量は小になるけれども、舞い上りが起る時間が長くなる
ので、結局は、基体への微粒子の付着を実質上完全に阻
止することはできない。

この発明は、気体の導入質量流量を小さな実質上一定
の値に維持するようにした従来の対策における上述した
ような欠点を除去することを、その主な課題とする。

（課題を解決するための手段） この課題を解決するため、この発明によれば、第１
に、前記（１）に記載した方法において「気体導入過程
において、真空容器の内壁面に付着している微粒子に対
して導入気体によって加えられる力を、ほぼ一定に維持
するように、単位時間当りの気体の容積とその圧力の積
で表わした導入気体の質量流量を調節すること」を特徴
とし、第２に、前記（２）に記載した真空装置において
「前記気体通路を通る導入気体の、単位時間当りの容積
とその圧力の積で表わした質量流量（正確には温度一定
のときの質量流量に比例する量のことであり、以下にお
いてもこの量を質量流量と呼ぶ）を調節できる、開き可
変の調節機構を、前記気体通路に配置し、前記調節機構
に、これの開きを制御するための制御手段を接続したこ
と」を特徴とし、第３に、かかる真空装置において、さ
らに「前記気体導入口から真空装置の内部に流入する導
入気体の流速を低減させ整流させる減速・整流部材を、
前記気体導入口に付設し、またはこれの近くに配置した
こと」を特徴とする。

（作 用） 上記の第１の特徴を有する真空容器の気体導入方法お
よびこの方法を実施するための上記の第２の特徴を有す
る真空装置によれば、真空容器の内部雰囲気の圧力に拘
わらず、微粒子に対して導入気体によって加えられる力
が、微粒子の舞い上りを阻止できる実質上一定の値に維
持でき、しかもこのような維持によれば、内部雰囲気の
増圧初期段階では、導入質量流量を小さく押えることに
なるが、質量流量の割には微粒子に加わる力が小さくな
る増圧中期後期段階では、導入質量流量が従来と比べて
著しく大きくできる。かくして、増圧に必要な全時間が
短かくなり、作業行程における時間的損失が著しく低減
できる。

上記の第３の特徴を第２の特徴に付加すれば、同一の
導入質量流量の場合に流速を低減させると、微粒子に加
わる力も低減するという点から見て、上述したような作
用がさらに有効に達成される。

（実施例） 以下、図面を参照しながら、この発明の実施例につい
て説明する。

第１図に示される、この発明による真空装置の実施例
において、真空容器10は、その内部雰囲気11を気密的に
包囲できるように構成され、処理すべき品物例えば基体
12を真空容器10の中に搬入し、または処理された品物12
を真空容器11の中から搬出するための、扉またはゲート
弁13を有する。

品物12を真空容器10の中に搬入し、これを例えば、真
空容器10の内部に設置された支台14の上に載せ、次いで
扉またはゲート弁13を閉じたのちに、内部雰囲気11は、
真空容器10の排気口15a,15bに連結された真空排気手段1
6によって排気されて、減圧される。真空排気手段16
は、例えば、排気口15aに調節弁17を介して連結された
吸気口18を有する回転真空ポンプ19と、排気口15bに開
閉弁20を介して連結された吸入口21を有し、吐出口22に
おいて回転真空ポンプ19の吸気口18に連結されるターボ
分子ポンプ23とを有す。かかる構成の真空排気手段16に
よる排気方法は周知であり、この排気方法によって内部
雰囲気11が高度の真空にできること、すなわち高度に減
圧できることも周知である。減圧状態の内部雰囲気11の
圧力（絶対圧力）は、真空容器10に取付けた真空計24に
よって検知測定できる。

真空排気手段16によって内部雰囲気11が十分に減圧さ
れた状態になったとき、或いは、この十分に減圧された
内部雰囲気11に適当な気体が希薄状態で送入されて、こ
の内部雰囲気11が、送入気体で構成された減圧状態にな
ったときに（送入気体源としては、図示を省略するが、
後述するように導入気体源26を採用することもでき
る）、例えば支台14に載置された品物12に真空容器10の
内部で対向するように真空容器10に取付けられた処理機
構25が作動されて、品物12の処理例えば表面処理が遂行
される。この処理の際にまたはその前後において、真空
容器10の内壁面（内部雰囲気11に露出する壁の内面、こ
れには、内部雰囲気11に露出する部材例えば支台14、処
理機構25の表面も含まれる）に、例えば処理の副産物と
して、微粒子が付着することが多い。かかる微粒子は、
これが付着している内壁面から舞い上がったとすると、
処理ずみの品物12の表面に付着して、これの性能を低下
させ、時にはこれを全く使用できないものにする。

処理機構25による品物12の処理が完了したのちに、内
部雰囲気11は、減圧状態から増圧されなければならな
い。そのため、従来から知られているものでは、気体源
26が、開閉弁27、絞り弁28およびフィルタ29の直列連結
を含む気体通路30を介して、真空容器10に設けられた気
体導入口31に連結され、気体源26から、気体が、気体通
路30を通って、絞り弁26によって絞られた実質上一定の
小さな質量流量で、真空容器10の内部雰囲気11に導入さ
れる。なお、窒素などの空気以外の気体が使用される場
合には、図示のように気体源26としてボンベなどが用い
られるが、空気を導入用気体として採用する場合には、
真空容器10の外部雰囲気それ自身が気体源26として使用
される。しかしながら、このような周知のものでは、前
述したように、内部雰囲気11の圧力が極めて低い導入の
初期において、真空装置10の内壁面に付着した微粒子に
対して、導入気体によって極めて大きな力が加わり、従
ってその舞い上りが甚だしく、処理ずみの品物12が汚染
されるおそれがある、という欠点が伴なう。

この発明は、上述したような従来の欠点を除去するこ
とを意図するものであって、そのため、総括的に符号32
で示した調節機構が採用される。この調節機構32は、気
体源26とフィルタ29の間に接続される。この際に、従来
からの開閉弁27、絞り弁28および気体通路30からなる組
立体は、省略されてもよく、残置されてもよい。残置さ
れる場合には、この組立体は、例えば処理以前に内部雰
囲気11を送入気体の減圧状態にするために、内部雰囲気
11に気体を送入するに使用できる。

調節機構32は、第１空圧作動弁33aと第１の絞り部材3
4aとを気体源26とフィルタ29の間に直列に連結させる第
１気体通路35aと、第２空圧作動弁33bと第２の絞り部材
34bとを気体源26とフィルタ29との間に直列に連結させ
る第２気体通路35bとを有する。

絞り部材34aおよび34bはいずれも、開き可変に構成さ
れていて、その開きの程度に従って、これら絞り部材34
a,34bを流過する気体の質量流量（単位時間当りの流過
気体の容積とその圧力の積）が変化する。これら絞り部
材34aと34bはさらに、絞り部材34aの最小質量流量が絞
り部材34bの最大質量流量とほぼ等しくなるように、選
択される。なお、図示の例では絞り部材と空圧作動弁を
備えた気体通路35a,35bが、気体源26とフィルタ29との
間に２個並列に配置されているが、かかる気体通路は、
１個でも良く、３個以上並列に配置されてもよい。３個
以上の場合にも、絞り部材34a,34b…は、それらの最大
質量流量が互いに異なるように選択される。

上述した調節機構32において、これの開きは、明らか
に、空圧作動弁33a,33bが開かれている気体通路35a,35b
における絞り部材34a,34bの開きの合計に一致し、従っ
て、空圧作動弁33a,33bの開閉作動と絞り部材34b,34bの
開き調節とを組合せれば、調節機構32の開きが広範囲に
変化でき、これに伴って、これを流過する気体の質量流
量が広範囲で調節できる。

この発明によれば、気体源26から調節機構32およびフ
ィルタ29（これは明らかに、気体に含まれるかも知れな
い微粒子を除去するに役立つ）を介して、内部雰囲気11
に気体を導入して、内部雰囲気11を増圧させる際に、内
部雰囲気11の増圧の程度に従って、すなわち内部雰囲気
11の圧力に従って、導入気体の質量流量を変化させるよ
うに、調節機構32の開きが調節される。この調節は、内
部雰囲気11の圧力に拘わらず、真空容器10の内壁面に付
着している微粒子に対して導入気体によって加えられる
力で、この微粒子がこの内壁面から実質上舞い上がるこ
とがないような質量流量の実質上最大の値で、気体を内
部雰囲気11に導入するようにして遂行される。内部雰囲
気11の圧力に従って、或いは気体導入時間に従って、調
節機構32の開きをどのように変化させるかは、理論的に
または実験的に若しくはその組合わせによって容易に決
定でき、その詳細は当業者によって明らかであるから、
説明を省略する。

調節機構32の上記したような調整を達成するため、調
節機構32は、調節機構制御手段36に接続される。例え
ば、制御手段36は、絞り部材34a,34bの開き度を変化さ
せるための電動部材に電気的に接続され、また空圧作動
弁33a,33bの空圧回路に設けられた電磁開閉弁にも電気
的に接続される。制御手段36はさらに、真空計24に例え
ば電気的に接続され、或いは、タイマを内蔵して、内部
雰囲気の圧力に従って、或いは気体の導入時間に従っ
て、調節機構32の開き調節を制御する。

気体導入口31に付設されまたはこれの近くに配置され
て、真空容器10の中に位置する導入部材37は、導入口31
の正面に位置する一枚板の減速部材38と、導入口31から
見て減速部材38の背後に位置する多孔状一枚板の整流部
材39と、さらに最後部のもう一枚の整流部材40とを有す
る。減速部材38は、導入口31から導入される気体の流速
を低減させて、（同じ質量流量に対して）真空容器10の
内壁面に付着した微粒子に作用する気体の力を低減させ
るに役立つ。また整流部材39,40は、減速部材38で流速
が低減した気体の、真空容器10の内部における一様分布
を達成するに役立ち、これらによって、真空容器10の内
壁面に付着した微粒子に作用する気体の力の、局所的増
大が防止できる。

上述したような気体の導入によって、内部雰囲気11が
例えば大気圧またはその近くまで増圧した時点で、気体
の導入が中止され、その後に、扉またはゲートバルブ13
が開かれて、支台14に載っている処理ずみの品物12が、
真空容器10から搬出される。

第２図は、前述したような気体の導入において、全導
入所要時間を一定にした場合の、真空容器10の内壁面に
付着している直径３μｍの微粒子に対して導入気体によ
って加えられる、微粒子を押す力（Ｆ）と内部雰囲気11
の圧力（P,単位Torr）との関係を、理論的に計算した結
果を表わす。この図において、実線Ａは、従来のように
質量流量を一定した場合を示し、破線Ｂは、この発明に
従って微粒子を押す力が一定になるように質量流量を調
節した場合を示す。ここで力Ｆは、圧力Ｐが760（Tor
r）ときにＦ＝１になるような単位で示される。この第
２図から明らかになるように、全導入所要時間を一定に
したときには、Ｐ＝760Torrすなわち大気圧の付近で
は、すなわち気体導入の末期では、従来の実線Ａで示さ
れる力Ｆが、この発明による破線Ｂで示される力Ｆより
も或る程度小さいけれども、圧力Ｐが小さい導入の初期
では、従来の実線Ａで示される力Ｆが、この発明による
破線Ｂで示される力よりも極めて大きい。従って微粒子
の舞い上りは、従来の場合Ａと比べて、この発明による
場合Ｂの方が全体として極めて小さくなる。

（発明の効果） この発明によれば、内部雰囲気を減圧した真空容器の
内部に気体を導入して、前記内部雰囲気をその減圧状態
より増大させる際に、真空容器の内壁面に付着している
微粒子に対して導入気体によって加えられる力を、増圧
の全期間に渉って、ほぼ一定の小さな値に維持して、こ
れによって、微粒子の舞い上りによる、真空容器の中で
処理された品物の汚染を防止できるという、すぐれた効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明による真空装置の実施例を表わす線
図である。第２図は、真空容器の内部雰囲気の圧力と真
空容器の内壁面に付着した微粒子に対して導入気体によ
って加えられる力との関係を示す、グラフである。 図面において、10は真空容器、11は内部雰囲気、15a,15
bは排気口、16は真空排気手段、26は気体源、31は気体
導入口、32は調節機構、36は制御手段、37は減速・整流
部材を示す。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部雰囲気を減圧した真空容器の内部に気
   体を導入して、前記内部雰囲気をその減圧状態より増圧
   させる方法において、 気体導入過程において、真空容器の内壁面に付着してい
   る微粒子に対して導入気体によって加えられる力を、ほ
   ぼ一定に維持するように、単位時間当りの気体の容積と
   その圧力の積で表わした導入気体の質量流量を調節する
   ことを特徴とする真空容器の気体導入方法。
2. 【請求項２】真空容器と、真空容器の内部雰囲気を排気
   してこれを減圧させるための、真空容器の排気口に連結
   された真空排気手段と、前記内部雰囲気をその減圧状態
   から増圧させるために真空容器の内部に気体を導入する
   ための、真空容器の気体導入口に気体通路を介して連結
   された気体源とを有する真空装置において、 前記気体通路を通る導入気体の、単位時間当りの容積と
   その圧力の積で表わした質量流量を調節できる、開き可
   変の調節機構を、前記気体通路に配置し、前記調節機構
   に、これの開きを制御するための制御手段を接続したこ
   とを特徴とする請求項１に記載の真空容器の気体導入方
   法を実施するための真空装置。
3. 【請求項３】前記気体導入口から真空装置の内部に流入
   する導入気体の流速を低減させ整流させる減速・整流部
   材を、前記気体導入口に付設し、またはこれの近くに配
   置した請求項２に記載の真空装置。