JP5154480B2

JP5154480B2 - 電流導入構造

Info

Publication number: JP5154480B2
Application number: JP2009056450A
Authority: JP
Inventors: 逸史飯尾
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2009-03-10
Filing date: 2009-03-10
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2029-03-10
Also published as: JP2010209403A

Description

本発明は、成膜装置などの真空チャンバー内に配置されて、例えば、主ハース周りの補助陽極として機能するコイルに電流を導入するための電流導入構造に関する。

ＲＰＤ法などを利用した成膜装置では、成膜材料としてのタブレットの直上に高密度のプラズマを集束させ、その結果、タブレットを昇華拡散させて上方の基板に付着させて成膜する。この種の成膜装置（特許文献１参照）では、成膜処理が行われる真空チャンバーを備え、真空チャンバーの側壁にはプラズマビームを出射するプラズマガンが取り付けられている。また、真空チャンバーの底部には、成膜材料としてのタブレットを保持すると共に、プラズマビームを集束させる主ハースが備え付けられている。さらに、主ハースの周りには、環状に主ハースを取り囲む補助陽極（「輪ハース」ともいう）が配置されている。

図６に示されるように、補助陽極１００として、電磁石コイル１０１からなる電磁石１０２を有する態様が知られている。この態様では、電磁石１０２の発熱と、プラズマビームの輻射熱により補助陽極１００が昇温するのを防ぐ必要があり、例えば、水冷方式によって補助陽極１００を冷却保護している。水冷方式の場合、補助陽極１００には、冷却水配管から導入された冷却水Ｗａを収容する水冷ジャケット１０３が設けられている。コイル１０１及び冷却水Ｗａを収容する水冷ジャケット１０３内は大気側状態であるため、水冷ジャケット１０３の外側からコイル１０１に電流を引き込みまたは引き出す際には、構造上、真空チャンバー１０４内の真空保持に配慮する必要がある。そこで、通常は、水冷ジャケット１０３の外壁に気密に取り付けられた電流導入端子１０５を利用してコイル１０１への電流の導入を図っている。

電流導入端子１０５は導電体からなり、絶縁物を介して水冷ジャケット１０３に気密に装着されている。電流導入端子１０５の外側、すなわち真空側には外部側端子１０５ａが設けられており、真空チャンバー１０４内に配線されたリード線１０６は、外部側端子１０５ａに圧着接続されている。電流導入端子１０５の内側、すなわち、冷却水Ｗａを収容する大気圧側には内部側端子１０５ｂが設けられている。内部側端子１０５ｂには、コイル１０１に通じるリード線１０７が圧着接続されている。

特開平７−３１６７９４号公報

しかしながら、水冷ジャケット１０３内に収容されたコイル１０１に電流を導入するための従来の構造では、コイル１０１からのリード線１０７と電流導入端子１０５の内部側端子１０５ｂとの圧着接続箇所が冷却水Ｗａ内に存在するため、圧着接続箇所に電食を生じる虞があり、耐久性の向上という観点から改善の余地があった。

本発明は、以上の課題を解決することを目的としており、真空チャンバー内の真空状態を保持すると共に、冷却媒体収容部内での電食を防いで耐久性の向上を図ることができる電流導入構造を提供することを目的とする。

本発明は、絶縁膜が被覆されると共に、真空チャンバー内に配置されたコイルに電流を導入してコイルを電磁石として機能させるための電流導入構造において、コイル及び冷却媒体を収容する冷却媒体収容部と、コイルの余剰部分となる絶縁導線部と、冷却媒体収容部の外壁に設けられると共に、冷却媒体収容部の周囲の真空を保持しながら絶縁導線部が貫通して絶縁導線部の先端を真空側に露出させるシール構造部と、を備え、シール構造部は、絶縁導線部が貫通する本体部と、本体部を貫通する絶縁導線部の真空側である外側を密封する外側シール部と、本体部を貫通する絶縁導線部の内側を密封する内側シール部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、コイルの余剰部分となる絶縁導線部がシール構造部を貫通しており先端が真空側に露出している。従って、冷却媒体を収容する冷却媒体収容部内において絶縁導線部と他の導体部との間での接点を設ける必要が無くなり、冷却媒体による電食の虞を低減できる。その結果として、コイルの耐久性を向上できる。

さらに、シール構造部は、絶縁導線部が貫通する本体部と、本体部を貫通する絶縁導線部の真空側である外側を密封する外側シール部と、本体部を貫通する絶縁導線部の内側を密封する内側シール部と、を有すると好適である。外側シール部と内側シール部との少なくとも二段のシール構造によって気密性を保持できるために真空の保持が一層確実の実現でき、更に、外側シール部及び内側シール部の少なくとも一方が機能していれば真空の保持が可能になるために劣化に強くなり、耐久性の向上を図りやすくなる。

また、シール構造部は、絶縁導線部が貫通する本体部と、本体部に取り付けられると共に、本体部を貫通する絶縁導線部を環状に取り囲んで密封するシール部と、を有し、本体部は、シール部が取り付けられた状態で前記冷却媒体収容部の外壁に装着可能であると好適である。本体部を冷却媒体収容部の外壁に装着する前に本体部にシール部を取り付けて確実な密封状態を形成できるために気密性の確保と取り付け作業に伴う負担の低減との両立を図りやすくなる。

さらに、冷却媒体収容部の外壁には、本体部を装着する貫通孔が形成されており、本体部は、貫通孔に嵌合すると共に、絶縁導線部が貫通する筒状部と、冷却媒体収容部の外壁に当接して気密に固定される張出し部と、を有すると好適である。この構成によれば、張出し部を冷却媒体収容部の外壁に当接させるように本体部を貫通孔に嵌合させることで気密性の確保を容易に行うことができる。

さらに、冷却媒体収容部の外壁には、本体部を装着する貫通孔が形成されており、本体部は、貫通孔に嵌合すると共に、絶縁導線部が貫通する筒状部を有し、シール部は、筒状部の一方の端部側から挿入されると共に、絶縁導線部に外嵌する環状で、且つ弾性を有するシール部材と、筒状部の一方の端部側に装着されると共に、絶縁導線部が貫通し、且つシール部材を押圧するシール圧縮部と、を有すると好適である。この構成によれば、シール部材の圧縮変形によって気密性の確保を容易に行うことができる。

本発明によれば、真空チャンバー内の真空状態を保持すると共に、冷却媒体収容部内での電食を防いで耐久性の向上を図ることができる。

成膜装置を模式的に示す断面図である。本発明の実施形態に係る電流導入構造を示す断面図である。図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。シール構造部の断面図であり、（ａ）は図３のＶａ−Ｖａ線に沿った断面図であり、（ｂ）は図３（ｂ）のＶｂ−Ｖｂ線に沿った断面図である。従来の電流導入構造を示す断面図である。

以下、本発明に係る電流導入構造の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。まず、本実施形態に係る電流導入構造が適用される成膜装置について説明する。

図１に示されるように、成膜装置１は、ＲＰＤ（反応性プラズマ蒸着）法によって基板Ｗに成膜する装置であり、通称、インラインタイプと呼ばれる搬送形態を採用している。成膜装置１は、成膜処理が行われる真空の成膜チャンバー（真空チャンバー）３を備えており、成膜チャンバー３の上方を所定の経路に沿って基板Ｗが搬送される。

成膜チャンバー３の側壁には圧力勾配型のプラズマガン５が設けられており、底部には、成膜材料であるタブレットＴを保持する主ハース７及び主ハース７を環状に取り囲む補助陽極（「輪ハース」、「ビームガイド」ともいう）９が設けられている。プラズマガン５から照射されたブラズマビームＢは主ハース７に導かれて集束し、タブレットＴを昇華拡散させる。基板Ｗは、昇華した蒸発粒子によって成膜される。

図２及び図３に示されるように、補助陽極９は、主ハース７の上部近傍を環状に囲み、且つ主ハース７の軸線に対して僅かに偏芯した永久磁石１１を備え、永久磁石１１の下で、永久磁石１１と同心に配置された環状の電磁石１３を備えている。また、補助陽極９は上下二段に配置された永久磁石１１及び電磁石１３を収容する環状（ドーナツ状）の水冷ジャケット１５を備えている。水冷ジャケット１５内には、冷却水（冷却媒体）Ｗａが収容されており、電磁石１３の発熱やプラズマビームＢからの輻射熱から補助陽極９及び主ハース７を冷却保護している。補助陽極９の磁場によってプラズマビームＢはガイドされる。また、補助陽極９の電磁石１３を調整することで、蒸発粒子の飛行方向分布を制御できるようになり、その結果、膜厚分布の均一化を図ることが可能になる。

電磁石１３を構成するコイル１７は、巻回されたリード線（図５参照）１７ａによって形成されており、リード線１７ａには、全長に亘って電気的絶縁性の膜（絶縁膜）１７ｂが被膜されている。絶縁膜１７ｂが被覆されたリード線１７ａの形態としては、例えば、フッ素系熱収縮フレキチューブなどの２重以上の熱収縮チューブでリード線１７ａの外周を覆った形態が好適である。コイル１７への電流の引き込み側及びコイル１７からの電流の引き出し側には余剰部分となるリード線（以下、「絶縁導線部」という）１９が突き出しており、絶縁導線部１９を介して電流の引き込み及び引き出しが行われ、その結果、コイル１７は電磁石１３として機能する。

以下、コイル１７を電磁石１３として機能させるための電流導入構造２０について説明する。なお、本実施形態に係る電流導入構造２０は、コイル１７への電流の引き込み側及び引き出し側の両方の構造を含むが、引き込み側及び引き出し側の構造は同様であるため、引き込み側を例にして説明して引き出し側の詳細説明は省略する。

主ハース７の下部には径外方向に張り出した円形板状の連結部７ａが設けられている。連結部７ａの上面には、周縁に沿って環状の電気的絶縁部７ｂが取り付けられており、連結部７ａは電気的絶縁部７ｂを介して支持プレート２１に固定されている。支持プレート２１には、主ハース７が突き出す円形の孔２１ａが形成されている。支持プレート２１の上面には、主ハース７を囲むような環状の電気的絶縁部２１ｂが配置され、電気的絶縁部２１ｂの上面には、環状の水冷ジャケット１５が固定されている。水冷ジャケット１５内には、冷却水配管から導入された冷却水Ｗａが収容されている。

水冷ジャケット１５は、銅などの導電体からなり、支持プレート２１上に固定されたベース部１５ａと、ベース部１５ａ上に取り付けられたカバー部１５ｂと、を備えている。カバー部１５ｂは、ベース部１５ａの上面を覆うような袋状の形態からなり、Ｏリングなどのガスケット１５ｍ，１５ｎを介してベース部１５ａに気密にボルト止めされている。カバー部１５ｂとベース部１５ａとが一体になった状態で環状（ドーナツ状）の外観が形成される。

カバー部１５ｂは、断面逆Ｕ字状であり、主ハース７に対面する内側の内周壁部１５ｄと外側の外周壁部１５ｅとを有する。外周壁部１５ｅには、コイル１７から余剰部分として突き出した絶縁導線部１９が通される貫通孔１５ｆが形成されている。貫通孔１５ｆには、水冷ジャケット１５の内側と外側との間での気密性を保持するためのシール構造部２３が装着される。

シール構造部２３は、貫通孔１５ｆに装着される本体部２５を備える。本体部２５は、貫通孔１５ｆに嵌合する筒状部２５ａと、筒状部２５ａの外周の中央付近から径外方向に張り出した矩形の張出し部２５ｂと、を有する。張出し部２５ｂには、外周壁部１５ｅとの当接面にＯリングなどのシール部材２５ｋが装着され、外周壁部１５ｅには、張出し部２５ｂに当接する平坦な当り面１５ｇが形成されている。張出し部２５ｂは外周壁部１５ｅにボルト止めされ、その結果、シール部材２５ｋが貫通孔１５ｆを囲むように当り面１５ｇに当接して気密性が保持される。

コイル１７の余剰部分として突き出した絶縁導線部１９は、本体部２５の筒状部２５ａを貫通して延在する。筒状部２５ａは、外周壁部１５ｅの貫通孔１５ｆに差し込まれた際に、水冷ジャケット１５の外側（真空側）を向く一方の端部２５ｃと、内側、すなわち水冷ジャケット１５内側を向く他方の端部２５ｄと、を有する。筒状部２５ａの一方の端部２５ｃ側には、絶縁導線部１９の周りを密封する外側シール部２７が取り付けられ、他方の端部２５ｄ側には、絶縁導線部１９の周りを密封する内側シール部２９が取り付けられる。

筒状部２５ａ内の中央付近には、径内方向に突出した環状のシール部材当接部２５ｅが設けられており、筒状部２５ａの一方の端部２５ｃには、雄ねじ（螺合部）２５ｆが形成されている。筒状部２５ａ内には、絶縁導線部１９に通された環状のガスケット（シール部材）３１が一方の端部２５ｃ側から挿入されている。ガスケット３１は、フッ素系の弾性ゴムからなる。ガスケット３１の挿入後、筒状部２５ａには金属製の鍔付きスリーブ３３が挿入され、その後、袋ナット３５が、筒状部２５ａの雄ねじ２５ｆに螺合締結される。袋ナット３５には、絶縁導線部１９が貫通する孔３５ａが形成されている。

袋ナット３５を締め付けると、袋ナット３５の内面は鍔付きスリーブ３３の鍔に当接し、鍔付きスリーブ３３を筒状部２５ａの内側、すなわちシール部材当接部２５ｅ側に押圧する。鍔付きスリーブ３３はガスケット３１に当接し、袋ナット３５による押圧を受けてガスケット３１を圧縮変形させる。その結果として、ガスケット３１は、絶縁導線部１９の周りを密封する。鍔付きスリーブ３３及び袋ナット３５によって外側のシール圧縮部３７は構成される。また、ガスケット３１は、シール部材当接部２５ｅよりも外側（真空側）で絶縁導線部１９を環状に取り囲み、シール圧縮部３７とシール部材当接部２５ｅとの間で挟持されて絶縁導線部１９の周りを密封して外側のシール部材として機能する。

筒状部２５ａの他方の端部２５ｄには、雌ねじ（螺合部）２５ｇが形成されている。他方の端部２５ｄ側からは、絶縁導線部１９に通された環状のガスケット（シール部材）３９が挿入されている。ガスケット３９は、フッ素系の弾性ゴムからなる。ガスケット３９の挿入後、筒状部２５ａの他方の端部２５ｄには、絶縁導線部１９が通された金属製のねじ付きスリーブ４１が螺合締結される。

ねじ付きスリーブ４１を締め付けると、ねじ付きスリーブ４１の先端はガスケット３９に当接してガスケット３９を圧縮変形させる。その結果として、ガスケット３９は、絶縁導線部１９の周りを密封する。ねじ付きスリーブ４１は内側のシール圧縮部に相当する。また、ガスケット３９は、シール部材当接部２５ｅよりも内側（大気側）で絶縁導線部１９を環状に取り囲み、ねじ付きスリーブ４１とシール部材当接部２５ｅとの間で挟持されて絶縁導線部１９の周りを密封して内側のシール部材として機能する。

また、本体部２５の張出し部２５ｂの外面には、絶縁導線部１９を覆って保護するリード線保護部４３がボルト止めされている。シール構造部２３を貫通して真空側に露出した絶縁導線部１９は、リード線保護部４３の下方を抜け、絶縁導線部１９の先端は、成膜チャンバー３の底に設けられた電流導入端子４５に接続されている。電流導入端子４５は、成膜チャンバー３の外壁を気密に貫通しており、成膜チャンバー３の外側に突き出した部分には、外部リード線４７に接続される外部端子４５ａが設けられている。外部リード線４７及び電流導入端子４５を介して絶縁導線部１９への電流の引き込みが行われ、さらに、絶縁導線部１９を介してコイル１７への電流の導入が行われる。なお、コイル１７からの電流の引き出しのための絶縁導線部１９の先端も、電流導入端子４５に接続されて別の外部リード線に接続されている。

次に、電流導入構造２０の組み付け手順について説明する。永久磁石１１及び電磁石１３を収容するように水冷ジャケット１５を所定位置に固定するのに合わせて、コイル１７の余剰部分となる絶縁導線部１９をカバー部１５ｂの貫通孔１５ｆから引き出す。次に、貫通孔１５ｆから外側に引き出された絶縁導線部１９にシール構造部２３を通した後にシール構造部２３を貫通孔１５ｆに装着する。ここで、絶縁導線部１９は、ねじ付きスリーブ４１、ガスケット３９、本体部２５、ガスケット３１、鍔付きスリーブ３３及び袋ナット３５の順番に通される。

次に、本体部２５の筒状部２５ａの両端からそれぞれガスケット３１，３９を挿入する。その後、一方の端部２５ｃ側から鍔付きスリーブ３３を挿入し、さらに、袋ナット３５を螺合して締め付ける。また、筒状部２５ａの他方の端部２５ｄ側からねじ付きスリーブ４１を螺合して締め付ける。その結果として外側のガスケット３１が圧縮されて外寄りの絶縁導線部１９の周りを簡単に密封でき、さらに、内側のガスケット３９が圧縮されて内寄りの絶縁導線部１９の周りを簡単に密封できる。

外側シール部２７及び内側シール部２９を本体部２５に取り付けて確実な密封状態を形成した後、本体部２５を貫通孔１５ｆに差し込み、張出し部２５ｂを外周壁部１５ｅにボルト止めして装着する。このように、本実施形態に係る電流導入構造２０では、シール構造部２３の本体部２５を水冷ジャケット１５の貫通孔１５ｆに気密に装着する前に、本体部２５に外側シール部２７及び内側シール部２９を取り付けて確実な密封状態を形成できるため、気密性の確保と取り付け作業に伴う負担の低減との両立を図りやすくなる。

以上、本実施の形態に係る電流導入構造２０によれば、コイル１７の余剰部分となる絶縁導線部１９がシール構造部２３を貫通しており、先端が真空側に露出している。従って、冷却水Ｗａを収容する水冷ジャケット１５内において絶縁導線部１９と他の導体部との間での接点を設ける必要が無くなり、冷却水Ｗａによる電食の虞を低減でき、コイル１７の耐久性を向上できる。なお、絶縁導線部１９の先端は電流導入端子４５に接続されているが、この接続箇所は、真空内であるため、腐蝕等の影響を受けない。

また、従来の電流導入構造（図６参照）では、水冷ジャケット１０３内でのリード線１０７の圧着接続が必要であったため、圧着接続箇所をコーキング処理することが必須であり、さらに、コーキング処理後の乾燥処理も必要であった。一方で、本実施形態では、真空側で絶縁導線部１９の端子接続を行っているので、接続箇所のコーキング作業と乾燥時間が省略され、さらに、組み立てにスキルを要することもなくなり、組み立て作業の効率化が可能になる。

さらに、本実施形態では、外側シール部２７と内側シール部２９との少なくとも二段のシール構造によって気密性を保持できるために真空の保持が一層確実に実現でき、更に、外側シール部２７及び内側シール部２９の少なくとも一方が機能していれば真空の保持が可能になるために劣化に強くなり、耐久性の向上を図りやすくなる。

さらに、水冷ジャケット１５の外周壁部１５ｅには、本体部２５を装着する貫通孔１５ｆが形成されており、本体部２５は、貫通孔１５ｆに嵌合すると共に、絶縁導線部１９が貫通する筒状部２５ａと、水冷ジャケット１５の外周壁部１５ｅに当接して気密に固定される張出し部２５ｂと、を有する。この構成によれば、張出し部２５ｂを外周壁部１５ｅに当接させるように本体部２５を貫通孔１５ｆに嵌合させることで気密性の確保を容易に行うことができる。

さらに、外側シール部２７は、筒状部２５ａの端部２５ｃ側から挿入されると共に、絶縁導線部１９に外嵌する環状で、且つ弾性を有するガスケット３１と、筒状部２５ａの端部２５ｃ側に装着されると共に、絶縁導線部１９が貫通し、且つガスケット３１を押圧するシール圧縮部３７と、を有する。また、内側シール部２９は、筒状部２５ａの端部２５ｄ側から挿入されると共に、絶縁導線部１９に外嵌する環状で、且つ弾性を有するガスケット３９と、筒状部２５の端部２５ｄ側に装着されると共に、絶縁導線部１９が貫通し、且つガスケット３９を押圧するねじ付きスリーブ（シール圧縮部）４１と、を有する。この構成によれば、シール部材に相当するガスケット３１，３９の圧縮変形によって気密性の確保を容易に行うことができる。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、冷却媒体収容部として水冷ジャケットを示し、水冷ジャケットに装着されるシール構造体を例にして説明したが、水冷ジャケットの外壁を絶縁導線部が貫通し、絶縁導線部が貫通する外壁に直接にシール部材などを組み付けてシール構造体を設けた態様であってもよい。

３…成膜チャンバー（真空チャンバー）、１３…電磁石、１５…水冷ジャケット（冷却媒体収容部）、１５ｅ…水冷ジャケットの外周壁部（冷却媒体収容部の外壁）、１５ｆ…貫通孔、１７…コイル、１７ｂ…絶縁膜、１９…絶縁導線部、２０…電流導入構造、２３…シール構造部、２５…本体部、２５ａ…筒状部、２５ｂ…張出し部、２５ｃ，２５ｄ…筒状部の端部、２７…外側シール部（シール部）、２９…内側シール部（シール部）、３１…ガスケット（シール部材）、３７…シール圧縮部、３９…ガスケット（シール部材）、４１…ねじ付きスリーブ（シール圧縮部）、Ｗａ…冷却水（冷却媒体）。

Claims

絶縁膜が被覆されると共に、真空チャンバー内に配置されたコイルに電流を導入して前記コイルを電磁石として機能させるための電流導入構造において、
前記コイル及び冷却媒体を収容する冷却媒体収容部と、
前記コイルの余剰部分となる絶縁導線部と、
前記冷却媒体収容部の外壁に設けられると共に、前記冷却媒体収容部の周囲の真空を保持しながら前記絶縁導線部が貫通して前記絶縁導線部の先端を真空側に露出させるシール構造部と、を備え、
前記シール構造部は、
前記絶縁導線部が貫通する本体部と、前記本体部を貫通する前記絶縁導線部の真空側である外側を密封する外側シール部と、前記本体部を貫通する前記絶縁導線部の内側を密封する内側シール部と、を有することを特徴とする電流導入構造。
前記シール構造部は、
前記本体部に取り付けられると共に、前記本体部を貫通する前記絶縁導線部を環状に取り囲んで密封するシール部を更に有し、
前記本体部は、前記シール部が取り付けられた状態で前記冷却媒体収容部の外壁に装着可能であることを特徴とする請求項１記載の電流導入構造。
前記冷却媒体収容部の外壁には、前記本体部を装着する貫通孔が形成されており、
前記本体部は、前記貫通孔に嵌合すると共に、前記絶縁導線部が貫通する筒状部と、前記冷却媒体収容部の外壁に当接して気密に固定される張出し部と、を有することを特徴とする請求項２記載の電流導入構造。
前記冷却媒体収容部の外壁には、前記本体部を装着する貫通孔が形成されており、
前記本体部は、前記貫通孔に嵌合すると共に、前記絶縁導線部が貫通する筒状部を有し、
前記シール部は、前記筒状部の一方の端部側から挿入されると共に、前記絶縁導線部に外嵌する環状で、且つ弾性を有するシール部材と、前記筒状部の一方の端部側に装着されると共に、前記絶縁導線部が貫通し、且つ前記シール部材を押圧するシール圧縮部と、を有することを特徴とする請求項２記載の電流導入構造。