JP7240956B2

JP7240956B2 - 真空処理装置

Info

Publication number: JP7240956B2
Application number: JP2019101481A
Authority: JP
Inventors: 修司齋藤
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2019-05-30
Filing date: 2019-05-30
Publication date: 2023-03-16
Anticipated expiration: 2039-05-30
Also published as: JP2020193388A

Description

本発明は、真空チャンバと、この真空チャンバ内に設けられてシート状の基材を移送させる基材移送手段とを備える真空処理装置に関する。

従来から、真空雰囲気の真空チャンバ内にて、シート状の基材を所定速度で移送（走行）させ、その移送経路にて成膜処理やエッチング処理といった各種の真空処理が行われている。このような真空処理装置は例えば特許文献１で知られている。このものは、真空雰囲気の形成が可能な真空チャンバを備え、真空チャンバ内にはキャンローラが設けられ、キャンローラの周囲に配置される仕切り板で真空チャンバが上下２室に区画されている。

一方の室（真空処理室）には、各種の真空処理を施すための蒸着源などが配置され、他方の室（搬送室）には、巻き掛けられたシート状の基材を一定の速度で繰り出す繰出ローラと、真空処理済みのシート状の基材を巻き取る巻取ローラと、キャンローラを経た繰出ローラと巻取ローラとの間でのシート状の基材の移送を案内する、互いに平行に配置される複数本のガイドローラとが設けられている。そして、蒸着源に収容した蒸着材料を昇華または気化させ、この昇華または気化した蒸着材料をキャンローラに巻き掛けられたシート状の基材の部分に付着、堆積させて所定の薄膜が蒸着（成膜）される。

また、上記従来例のものでは、搬送室に、シート状の基材に対する蒸着に先立って、前処理を行う処理ユニットが設けられている。このような前処理の中には、コロナ処理、低温プラズマ処理またはイオンボンバード処理や、（アシストガスを利用した）加熱または冷却処理といった所定の処理ガスを導入して実施されるものがある。このとき、処理ガスを搬送室に直接導入しながらシート状の基材に対して前処理を実施するのでは、処理ガスが無駄に消費されるだけでなく、その内部を真空排気するポンプとして実効排気速度の高い高性能なものが必要になり、コスト高になるという問題がある。

また、上記前処理を実施すると、処理ユニット（イオンボンバード処理のための電極等）やこの処理ユニットに対してシート状の基材を案内するために設けられるガイドローラといった部品が汚染されるため、定期的なクリーニングが必要になる。このような場合、搬送チャンバには、各種の部品が存在するため、これらを取り外した後でしか、クリーニングできないのではメンテナンスの作業性が悪いという問題もある。

特開２００６－２２５７１０号公報

本発明は、以上の点に鑑み、所定の処理ガスを導入して所定の真空処理を実施するような場合に処理ガスが無駄に消費されることを抑制できるメンテナンス性の良い真空処理装置を提供することをその課題とするものである。

上記課題を解決するために、真空チャンバと、この真空チャンバ内に設けられてシート状の基材を移送させる基材移送手段とを備える本発明の真空処理装置は、真空チャンバ内に、その内部と隔絶されると共に、間隔を存して配置される一対のガイドローラを有して両ガイドローラ間を移送されるシート状の基材の部分に対する真空処理を可能とする処理空間を有し、両ガイドローラの間でシート状の基材の部分が移送される方向を上下方向、上下方向に直交する方向を左右方向、真空チャンバの壁面からその内方に向かう方向を前後方向として、処理空間は、左右方向に間隔を置いて設けられ、ガイドローラを軸支する左右一対のローラプレートと、ローラプレートの前端側に設けられる枠体と、枠体の上枠部と下枠部とに沿って夫々設けられて、ガイドローラの外筒面を部分的に囲うと共に、シート状の基材の通過を許容するスリット孔が設けられた上下一対のローラケーシングと、シート状の基材の部分に対して真空処理を施す処理ユニットが設けられるベースプレートとで画成され、枠体がこれに対向する真空チャンバの壁部に近接配置され、この壁部が開閉可能に形成されることを特徴とする。この場合、前記処理ユニットは、シート状の基材に対してボンバード処理するための電極を有する構成を採用することができる。

本発明によれば、真空チャンバ内に、処理ユニットに対してシート状の基材の部分を案内する一対のガイドローラを夫々軸支するための部材と処理ユニットが設置される部材とを利用して、真空チャンバ内部と隔絶された処理空間が画成され、枠体がこれに対向する真空チャンバの壁部に近接配置されることで、処理空間が真空チャンバ内の空間と雰囲気分離（隔絶）される構成を採用したため、処理ガスを導入しながらシート状の基材の部分に対して前処理を実施するような場合には、処理空間にのみ処理ガスを導入すればよい。その結果、処理ガスが無駄に消費されることが抑制でき、しかも、その内部を真空排気できればよいので、真空チャンバ内を真空排気する真空ポンプとして高性能なものを設ける必要もない。また、ガイドローラや処理ユニットのクリーニングといったメンテナンス時、真空チャンバの壁部を開放すれば、作業者は、真空チャンバの外側（大気側）から、枠体の内方を通して処理ユニットやガイドローラに直接アクセスでき、そのクリーニングを含むメンテンナンスを実施できるため、その作業性を著しく向上することができる。

本実施形態の真空処理装置の模式的断面図。図１の一部を拡大して示す断面図。真空チャンバのメンテナンス開口を開放した状態で図１の一部を拡大して示す、大気側からみた斜視図。処理空間の画成する部材を、処理ユニットが設置される部材としてのベースプレートを取り外した状態で示す、真空チャンバ内からみた斜視図。

以下、図面を参照して、処理空間Ｐｓで実施される前処理をイオンボンバード処理とし、また、キャンローラ４ｃに巻き掛けられたシート状の基材Ｓｗに対して所定の薄膜を蒸着（成膜）する場合を例に本発明の真空処理装置ＤＭの実施形態を説明する。以下においては、キャンローラ４ｃの軸線方向が水平方向に一致する姿勢で当該キャンローラ４ｃが真空チャンバ１内に収容されているものとし、軸線方向をＸ軸方向（真空チャンバ１の側壁１１からその内方に向かう前後方向に一致）、同一の水平面内でＸ軸に直交する方向をＹ軸方向（左右方向に一致）、Ｘ軸及びＹ軸に直交する鉛直方向をＺ軸方向（ガイドローラ５ａ，５ｂの間でシート状の基材Ｓｗの部分が移送される上下方向に一致）として説明する。

図１を参照して、本実施形態の真空処理装置ＤＭは、真空チャンバ１を備える。真空チャンバ１には、排気管２１を介してターボ分子ポンプ、ロータリーポンプ等で構成される真空ポンプユニット２が接続され、真空雰囲気（例えば、１×１０^－５Ｐａ）を形成できるようになっている。また、真空チャンバ１は、仕切り板１２で上下２室に区画され、図１中、下側に位置する一方の室（蒸着室Ｖｓ）には蒸着源３が設けられている。蒸着源３としては、蒸着材料Ｅｍを収容する坩堝３１と、坩堝３１内に収容した蒸着材料Ｅｍを加熱するシースヒータや誘導加熱コイルなどの加熱手段３２とを備えるものが利用され、加熱により坩堝３１内に収容された蒸着材料Ｅｍを昇華または気化させ、この昇華または気化した蒸着材料をキャンローラ４ｃに巻き掛けられたシート状の基材Ｓｗの部分に付着、堆積させて蒸着（成膜）される。なお、蒸着源３としては、これに限定されるものではなく、スパッタリング法やＣＶＤ法によるものを用いることができ、これは公知のものが利用できるため、これ以上の説明は省略する。

一方、図１中、上側に位置する他方の室（搬送室Ｔｓ）内には、シート状の基材Ｓｗが巻き掛けられ、モータＭ１により回転駆動されて一定の走行速度でシート状の基材Ｓｗを繰り出す繰出ローラ４ａと、モータＭ２により回転駆動されて成膜済みのシート状の基材Ｓｗを巻き取る巻取ローラ４ｂとが設けられている。仕切り板１２に形成した開口１３の内側には、蒸着源３に対峙させてシート状の基材Ｓｗが巻き掛けられるキャンローラ４ｃが配置されている。搬送室Ｔｓにはまた、繰出ローラ４ａから繰り出されたシート状の基材Ｓｗをキャンローラ４ｃに案内すると共に、キャンローラ４ｃから成膜済みのシート状の基材Ｓｗを巻取ローラ４ｂに案内するために、複数本のガイドローラ４ｄが設けられている。搬送室Ｔｓには、その内部と隔絶されると共に、Ｚ軸方向で間隔を存して配置される一対のガイドローラ５ａ，５ｂを有して両ガイドローラ５ａ，５ｂ間をＺ軸方向に移送されるシート状の基材Ｓｗの部分に対し、シート状の基材Ｓｗへの蒸着に先立って、イオンボンバードによる前処理を実施する処理ユニットＰｕを備える処理空間Ｐｓが真空チャンバ１の一側壁１１に近接させて設けられている。

図２～図４も参照して、処理空間Ｐｓは、Ｙ軸方向に間隔を置いて設けられた、ガイドローラ５ａ，５ｂを図外の軸受を介して夫々軸支する一対のローラプレート６１ａ，６１ｂと、ローラプレート６１ａ，６１ｂのＸ軸方向の前端側（真空チャンバ１の側壁１１側）に設けられる枠体６２と、Ｘ軸方向の後端側で枠体６２の上枠部６２ａと下枠部６２ｂとに沿って夫々設けられて、ガイドローラ５ａ，５ｂの外筒面を夫々部分的に囲う上下一対のローラケーシング６３ａ，６３ｂと、シート状の基材Ｓｗの部分に対して処理ユニットＰｕが設けられるベースプレート６４とで画成される。ローラプレート６１ａ，６１ｂの前端は、真空チャンバ１の側壁１１内面に夫々固定されている。また、ローラケーシング６３ａ，６３ｂは、ガイドローラ５ａ，５ｂの略上半分または略下半分を所定の隙間Ｇｐ１を介して囲う第１部分６３１と、ガイドローラ５ａ，５ｂの搬送室Ｔｓ側の約１／４部分を所定の隙間Ｇｐ２を介して囲う第２部分６３２とを備え、各第１部分６３１には、シート状の基材Ｓｗの通過を許容するスリット孔６３３が設けられている。この場合、処理空間Ｐｓは、スリット孔６３３と、各隙間Ｇｐ１，Ｇｐ２とを介して搬送室Ｔｓと連通するが、例えば、処理時の処理空間Ｐｓ及び搬送室Ｔｓ内の圧力を考慮して、所定のコンダクタンス値となるように各隙間Ｇｐ１，Ｇｐ２の大きさが設定されている（即ち、各隙間Ｇｐ１，Ｇｐ２およびスリット孔６３３にて結ばれる処理空間Ｐｓと搬送室Ｔｓとの連通路が、支配的なコンダクタンスとなる）。なお、ガイドローラ５ａ，５ｂ自体は公知のものが利用されるため、ここでは説明を省略する。

枠体６２に対向する真空チャンバ１の側壁１１部分には、枠体６２より一回り大きい面積でメンテナンス開口１１ａが開設され、メンテナンス開口１１ａには、真空チャンバ１外側から蓋体７が真空シール７１を介して着脱自在に取り付けられるようになっている。これにより、上記同様、蓋体７と枠体６２との間の隙間Ｇｐ３の大きさを適宜設定して、搬送室Ｔｓから処理空間Ｐｓに至る経路のコンダクタンスを所定値にすれば、処理空間Ｐｓと搬送室Ｔｓとが確実に雰囲気分離される（即ち、処理空間Ｐｓが搬送室Ｔｓから隔絶される）。なお、特に図示して説明しないが、処理空間Ｐｓには、その内部を独立して真空排気する真空ポンプからの排気管が接続されている。また、隙間Ｇｐ３は極小の隙間とするのが望ましいが、Ｏリングシール等を用いて密封しても良い。

ベースプレート６４のＸ軸方向の前面には、シート状の基材Ｓｗの幅と同等以上の長さを持つ絶縁プレート８１がＺ軸方向に間隔を置いて立設されている。そして、処理空間Ｐｓ内で一対のガイドローラ５ａ，５ｂ間をＺ軸方向に移送されるシート状の基材Ｓｗの部分に正対するように、互いに隣接する２個の絶縁プレート８１で支持させて電極板８２が設けられている。電極板８２には、真空チャンバ１外に設置される電源（図示せず）からの出力ケーブルＰｋが接続され、電極板８２に所定電力を投入できるようにしている。ベースプレート６４の所定位置には、ガス導入口８３が設けられ、ガス導入口８３には、ガス導入管８４が接続されて、その他端が真空チャンバ１の壁面を通って真空チャンバ１外のガス源（図示せず）に連通している。そして、ガス導入管８４に介設した流量制御弁（図示せず）により所定の流量で所定の処理ガス（例えば、アルゴンなどの希ガス）を処理空間Ｐｓに導入できる。これにより、両ガイドローラ５ａ，５ｂ間をＺ軸方向に移送されるシート状の基材Ｓｗの部分に対し、シート状の基材Ｓｗへの蒸着（成膜）に先立って、イオンボンバードによる前処理を実施できる。

上記実施形態によれば、搬送室Ｔｓ内に、処理ユニットＰｕに対してシート状の基材Ｓｗの部分を案内する一対のガイドローラ５ａ，５ｂを軸支するための部材（ローラプレート６１ａ，６１ｂ）と、処理ユニットＰｕが設置される部材（ベースプレート６４）とを利用して、搬送室Ｔｓと隔絶された処理空間Ｐｓが画成され、ローラプレート６１ａ，６１ｂに設けた枠体６３がこれに対向する真空チャンバ１の側壁１１部分に近接配置され、処理空間Ｐｓと搬送室Ｔｓとが確実に雰囲気分離される構成を採用したため、前処理の際、処理空間Ｐｓにのみ処理ガスを導入すればよいので、処理ガスが無駄に消費されることが抑制でき、しかも、その内部を真空排気できればよいので、搬送室Ｔｓに高性能なポンプを別途設ける必要もない。また、ガイドローラ５ａ，５ｂや処理ユニットＰｕのクリーニングといったメンテナンス時、蓋体７を真空チャンバ１の側壁１１から取り外せば、作業者は、真空チャンバ１の外側（大気側）から、枠体６２の内方を通して処理ユニットＰｕやガイドローラ５ａ，５ｂに直接アクセスでき、そのクリーニングを含むメンテンナンスを実施できるため、その作業性を著しく向上することができる。しかも、シート状の基材Ｓｗへの成膜開始に先立って、繰出ローラ４ａと巻取ローラ４ｂとの間でシート状の基材Ｓｗを通紙するときの作業性もよい。

なお、蓋体７を真空チャンバ１の側壁１１から取り外した時の開口であるメンテナンス開口１１ａや処理ユニットＰｕの設置および各部品の寸法については、作業者の上肢にて真空チャンバ１の外側（大気側）から直接アクセスできなければ、メンテナンス性を減ずるため、その設計においては日本工業規格ＪＩＳＢ９７１８（機械類の安全性－危険区域に上肢及び下肢が到達することを防止するための安全距離、ＩＳＯ１３８５７）が示すような、上肢が到達可能な距離とすることが好ましい。つまり、メンテナンス開口１１ａに対して、作業員の上肢が到達できるように図示しないステップや脚立等を設ける構成も、本発明の技術思想に含まれる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態のものに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の変形が可能である。上記実施形態では、処理空間Ｐｓで実施される前処理をイオンボンバード処理としたものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、コロナ処理、低温プラズマ処理や、アシストガスを利用した加熱または冷却処理にも本発明が適用でき、その際には、各種処理に必要な部材、要素がベースプレート６４に設けられることになる。また、上記実施形態では、前処理を例に説明しているが、成膜後のシート状の基材Ｓｗの部分に対して所定の後処理を実施するような場合にも本発明を適用することができる。

また、上記実施形態では、ガイドローラ５ａ，５ｂの回転を妨げないための不可避な隙間がローラプレート６１ａ，６１ｂとの間に存在するが、これは汎用の回転シールによって処理空間Ｐｓと搬送室Ｔｓとの連通路になりえないこととしてもよく、一方で、隙間が存在する場合でも、搬送室Ｔｓから処理空間Ｐｓに至る経路のコンダクタンスを所定値となるよう、ラビリンス構造を取る等とすれば、確実に雰囲気分離される。なお、一般に、隙間Ｇｐ１，Ｇｐ２およびスリット孔６３３にて構成される連通路はシート状の基材Ｓｗが通過すること、及び、シート状の基材Ｓｗのシワや振動（ばたつき）による位置変動を吸収するためにその隙間の大きさは他の部位より大きく保持する必要がある。このような場合、シート状の基材が通過しない隙間Ｇｐ１の部分や隙間Ｇｐ２については、シート状の基材が通過する隙間Ｇｐ１の部分より小さく設定する構成を採用することもできる。

ＤＭ…真空処理装置、Ｐｓ…処理空間、Ｐｕ…処理ユニット、Ｓｗ…シート状の基材、１…真空チャンバ、１１…真空チャンバ１の側壁（壁部）、５ａ，５ｂ…ガイドローラ、６１ａ，６１ｂ…ローラプレート、６２…枠体、６２ａ…上枠部、６２ｂ…下枠部、６３ａ，６３ｂ…ローラケーシング、６３３…スリット孔、６４…ベースプレート、８２…電極板（電極）。

Claims

真空チャンバと、この真空チャンバ内に設けられてシート状の基材を移送させる基材移送手段とを備える真空処理装置において、
真空チャンバ内に、その内部と隔絶されると共に、間隔を存して配置される一対のガイドローラを有して両ガイドローラ間を移送されるシート状の基材の部分に対する真空処理を可能とする処理空間を有し、
両ガイドローラの間でシート状の基材の部分が移送される方向を上下方向、上下方向に直交する方向を左右方向、真空チャンバの壁面からその内方に向かう方向を前後方向として、
処理空間は、左右方向に間隔を置いて設けられ、ガイドローラを軸支する左右一対のローラプレートと、ローラプレートの前端側に設けられる枠体と、枠体の上枠部と下枠部とに沿って夫々設けられて、ガイドローラの外筒面を部分的に囲うと共に、シート状の基材の通過を許容するスリット孔が設けられた上下一対のローラケーシングと、シート状の基材の部分に対して真空処理を施す処理ユニットが設けられるベースプレートとで画成され、
枠体がこれに対向する真空チャンバの壁部に近接配置され、この壁部が開閉可能に形成されることを特徴とする真空処理装置。
前記処理ユニットは、シート状の基材に対してボンバード処理するための電極を有することを特徴とする請求項１記載の真空処理装置。