JPWO2007066537A1 - 真空装置用仕切りバルブ - Google Patents

Abstract

蒸着装置に使用される真空装置用仕切りバルブが開弁位置にあるときでも、蒸着材料の蒸気から弁箱の内壁面及び弁体のシール部材を保護することにより蒸着室の真空保持の信頼性を向上させる。電子銃用仕切りバルブ（１）として、真空装置用仕切りバルブを使用し、バルブ閉時は、従来と同様に弁体（３）が電子銃部を蒸着室から切り離す。バルブ開時は、筒状の可動シ−ルド（２２）をバルブの弁室（１５）内に挿入することにより弁室（１５）を蒸着室から切り離し弁箱（２）の内壁面及び弁体（３）のシール部材が蒸着室内の蒸気に晒されないようにして、蒸着物（ＭｇＯ）の付着から保護する。

Description

本発明は真空装置に用いられる仕切りバルブに関し、詳しくは蒸着装置の電子銃用仕切りバルブに関する。

半導体、薄膜、液晶などの製造に使用される真空装置では、各真空室間を開放、閉止する仕切りバルブが用いられている。

従来、各種の真空装置用仕切りバルブが知られている。例えば、閉弁時にインフラ−トシ−ルを用いて密封性を高めるもの（例えば、特許文献１、２を参照）や、振り子式バルブ等がある。

図５、図６に振り子式バルブの一例を示す。この従来の振り子式バルブ２００は、正面から見ると弁箱２０２の側壁２０２ｂに開口２０４ｂが形成されている（図６）。
また、このバルブ２００は、弁箱２０２内部を側面から見ると、その対向する側壁２０２ａ、２０２ｂの間に形成された弁室２１５と、その内部に設けられた振り子形の弁体２０３と、シーリングリング２０５を備えている。その対向する側壁２０２ａ、２０２ｂには開口２０４ａ、２０４ｂが形成されている。シーリングリング２０５にはリング状のシール材２０６、２０７が取り付けられている（図５）。

開弁状態のバルブ２００を閉弁する際には、弁箱２０２の側方のエアアクチュエータ２０９を空気圧によって駆動して、アクチュエータシャフト２０８を回転ｒさせて振り子形の弁体２０３を閉弁位置である開口２０４ａの前まで移動させる。そして、空気圧によってエアシリンダ２１１を駆動してシャフト２１０を動かし、シーリングリング２０５を弁体２０３に押し付け、これによって弁箱２０２の内部において、開口２０４ｂの周囲の内壁面とシーリングリング２０５との間をシ−ル材２０７で封止し、弁体２０３の表面とシーリングリング２０５との間をシール材２０６で封止している。その結果開口２０４ａと開口２０４ｂ間が遮断されるようになっている。

ここで、真空装置の一つである真空蒸着装置において、装置の真空槽内で金属、金属酸化物、金属化合物等の蒸着材料を加熱蒸発させている（図７参照）。この場合、蒸発源から発生する蒸着材料の蒸気が電子銃２５２内に侵入して、長時間安定したビ−ムの発生を持続することが困難という問題があり、種々の対策が試みられてきたが解決に至らなかった。

例えば、図７の真空蒸着装置のように電子ビ−ムの出口孔近傍を排気する排気手段を備えたり、または図示しないが電子ビ−ムの出口孔の前方に蒸着材料の蒸気をとらえるトラップを設けたりした（特許文献３参照）。

しかしながら、ＭｇＯの場合は回りこみが激しく十分な効果を得られなかった。また、仮に蒸着材料の蒸気の電子銃への侵入を防げても、フィラメントの交換などの定期的なメンテナンスは必要である。
特開２０００−１４５９８０号公報（第３頁、図１） 特開２００４−３６０７５４号公報（第４頁、図１） 特開平７−５８８３２号公報（第４頁、図１）

上記真空装置の一例であるインライン式ＭｇＯ蒸着装置では、２週間以上の連続運転を実施している。また、ＭｇＯ自動供給機構を持つ装置では、１ヶ月の連続運転も可能となっている。しかし、電子銃のフィラメント、カソード等の消耗部品は約２〜３週間ごとに交換する必要がある。あるいは偶発的なトラブルの発生時、電子銃部のみを大気圧にしてメンテナンスすることがある。ここで、電子銃部と蒸着室の間に仕切りバルブを用意し、交換時はこの仕切りバルブを閉じることによって電子銃部のみを大気圧にしてメンテナンスすることができれば、蒸着室を真空状態に保つことができるため、運転再開の立上げ時間の大幅な短縮が期待できる。

そこで、図７に示したインライン式ＭｇＯ蒸着装置２５０の例では、従来の真空装置用仕切りバルブ２００を使用した。

図７において、インライン式ＭｇＯ蒸着装置２５０では、蒸着室２５１はその内部全体を、排気口２５３に接続された図示しない排気装置（真空ポンプ）により、真空に保持するようになっている。

図中の被蒸着物２８０に対して蒸着処理を行うため、装置本体下部で被蒸着物２８０に対向する位置に、蒸着材料（ＭｇＯ）２８１を収容する蒸発源２５４が配置されている。

また、蒸発源２５４の側方には、蒸着材料２８１に電子線を照射する加熱源である電子銃２５２が配置されている。

ここで、電子銃２５２の前には、電子銃部と蒸着室２５１との間を仕切るバルブとして、真空装置用仕切りバルブ２００が配置されている。この仕切りバルブ２００を閉じることによって、蒸着室２５１の真空を保持したままで、電子銃２５２をメンテナンスすることが可能となる。

さらに、連続運転が可能なように、蒸着材料の自動供給機構２６０を有する。自動供給機構２６０は次のユニットから構成される。ＭｇＯ供給室（ＭｇＯを真空中でストックするチャンバー）２６１、ＭｇＯフィーダー（ＭｇＯを定量連続で蒸発源に供給する機構）２６３及びＭｇＯシューター２６４である。

ＭｇＯ供給室２６１に約５〜２００Ｋｇ以上のＭｇＯ２８２をストックし、間欠的にＭｇＯフィーダー２６３に必要量のＭｇＯ約１〜１．５Ｋｇを供給する。間欠動作はエアシリンダ２６６によりＭｇＯ供給弁２６７を動かして行なう。ＭｇＯはフィーダー２６３によって移送され、ＭｇＯシューター２６４を滑り落ちて蒸発源２５４内に入る。

ところが、従来の真空装置用仕切りバルブ２００ではバルブが開弁位置にあるとき、弁箱２０２内部の弁室２１５は蒸着室２５１とつながったままになる。このときの弁箱２０２の内壁面と弁体２０３は蒸着物（ＭｇＯ）２８１の蒸気にさらされることになる。そのため弁箱２０２の内壁面及び弁体２０３とシーリングリング２０５とのシール材２０６、２０７の周囲にも蒸着物（ＭｇＯ）が付着し、真空保持の信頼性が甚だしく低かった。従って、蒸着室２５１も大気圧にしてメンテナンスしなければならなかった。

バルブ閉時は、従来と同様に弁体が電子銃部を蒸着室から切り離す。バルブ開時は、筒状の可動シ−ルドをバルブの蒸着室側開口から弁箱内に挿入することにより弁箱内を蒸着室から切り離し、弁箱の内壁面及び弁体を蒸着物（ＭｇＯ）の付着から保護する。以上の手段によって弁座面への蒸着物（ＭｇＯ）の付着を防止し、真空が保持できないという問題を解決できる。また、弁箱の内壁面及び弁体はシール、Ｏリング等のシール部材を有し、可動シ−ルドはこれら部材への蒸着物（ＭｇＯ）の付着をも防止している。

インライン式ＭｇＯ蒸着装置の連続運転においてダウンタイムの低減ができる。また、蒸着室を大気圧に開放しなければならない頻度を削減することが出来る。

図１は、本発明の電子銃用仕切りバルブの実施形態を示した説明図（弁箱内部の本体側面からの説明図）である。 図２は、本発明の電子銃用仕切りバルブの動作を示した説明図（弁箱内部の本体側面からの説明図）である。図２Ａはバルブを開いた状態を示し、図２Ｂはバルブを閉じた状態を示す。 本発明の電子銃用仕切りバルブの実施形態を示した説明図（電子銃用仕切りバルブ本体の外観を蒸着室側から見た正面図）である。 図４は、本発明の電子銃用仕切りバルブを使用したインライン式ＭｇＯ蒸着装置の一例を示す説明図である。 図５は、従来の真空装置用仕切りバルブの一例を示した説明図（弁箱内部の本体側面からの説明図）である。 図６は、従来の真空装置用仕切りバルブの一例を示した説明図（蒸着室側からの正面図）である。 図７は、従来の真空装置用仕切りバルブを使用したインライン式ＭｇＯ蒸着装置の一例を示す説明図である。

符号の説明

1 真空装置用仕切りバルブ
２ 弁箱
３ 弁体
４a 開口（電子銃側）
４ｂ 開口（蒸着室側）
５ シ−リングリング
６ シ−ル材
７ シ−ル材
８ アクチュエ−タシャフト
９ エアアクチュエ−タ
１０ シャフト
１１ エアシリンダ
１５ 弁室
２１ 可動シ−ルド受け止め部材
２２ 可動シ−ルド
２３ エアシリンダ
２４ シャフト
５０ インライン式ＭｇＯ蒸着装置
５１ 蒸着室
５２ 電子銃
５３ 排気口
５４ 蒸発源
５６ 防着板（可動シ−ルド受け止め部材）
６０ 自動供給機構
６１ ＭｇＯ供給室
６３ ＭｇＯフィ−ダ−
６４ ＭｇＯシュ−タ−
６６ 供給弁駆動用エアシリンダ
６７ ＭｇＯ供給弁
６８ ＭｇＯ補給口
６９ ＭｇＯ補給口の蓋
８０ 被蒸着物
８１ 蒸着材料（ＭｇＯ）
８２ ＭｇＯ
２００ 真空装置用仕切りバルブ
２０２ 弁箱
２０３ 弁体
２０４ａ、２０４ｂ 開口
２０５ シ−リングリング
２０６、２０７ シ−ル材
２０８ アクチュエ−タシャフト
２０９ エアアクチュエ−タ
２１０ シャフト
２１１ エアシリンダ
２１５ 弁室
２３１ エアシリンダ
２３２ シリンダロッド
２３３ エア通路
２５０ インライン式ＭｇＯ蒸着装置
２５１ 蒸着室
２５２ 電子銃
２５３ 排気口
２５４ 蒸発源
２６０ 自動供給機構
２６１ ＭｇＯ供給室
２６３ ＭｇＯフィ−ダ−
２６４ ＭｇＯシュ−タ−
２６６ 供給弁駆動用エアシリンダ
２６７ ＭｇＯ供給弁
２６８ ＭｇＯ補給口
２６９ ＭｇＯ補給口の蓋
２８０ 被蒸着物
２８１ 蒸着材料（ＭｇＯ：溶融状態）
２８２ ＭｇＯ

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図４に本発明の電子銃用仕切りバルブ1を使用したインライン式ＭｇＯ蒸着装置５０の例を示す。

図４において、インライン式ＭｇＯ蒸着装置５０では、蒸着室５１はその内部全体を、排気口５３に接続された図示しない排気装置（真空ポンプ）により、真空に保持するようになっている。

図中の被蒸着物８０に対して蒸着処理を行うため、装置本体下部で被蒸着物８０に対向する位置に、蒸着材料（ＭｇＯ）８１を収容する蒸発源５４が配置されている。

また、蒸発源５４の側方には、蒸着材料８１に電子線を照射する加熱源である電子銃５２が配置されている。

ここで、電子銃５２の前には、電子銃部と蒸着室５１との間を仕切るバルブとして、電子銃用仕切りバルブ1が配置されている。この仕切りバルブ１を閉じることによって、蒸着室５１の真空を保持したままで、電子銃５２をメンテナンスすることが可能となる。

さらに、連続運転が可能なように、蒸着材料８２の自動供給機構６０を有する。自動供給機構６０は次のユニットから構成される。ＭｇＯ供給室（ＭｇＯを真空中でストックするチャンバー）６１、ＭｇＯフィーダー（ＭｇＯを定量連続で蒸発源に供給する機構）６３及びＭｇＯシューター６４である。

ＭｇＯ供給室６１に約５〜２００Ｋｇ以上のＭｇＯ８２をストックし、間欠的にＭｇＯフィーダー６３に必要量のＭｇＯ約１〜１．５Ｋｇを供給する。間欠供給動作はエアシリンダ６６によりＭｇＯ供給弁６７を動かして行なう。ＭｇＯはフィーダー６３によって移送され、ＭｇＯシューター６４を滑り落ちてハース５４内に入る。

本発明の実施の形態における電子銃用仕切りバルブ１の実施例を図１及び３に示す。
本実施の形態では、図１に示すように弁箱２の内部は、従来の真空装置用仕切りバルブの振り子式バルブと同じである。筒状の可動シ−ルド受け止め部材２１と、筒状の可動シ−ルド２２と、可動シ−ルド駆動用のエアシリンダ２３と、可動シ−ルドを取り付けるシャフト２４とが従来の振り子式バルブと異なっている。
図３に示すように電子銃用仕切りバルブ１は、弁箱２を正面から見ると弁箱２の蒸着室側の側壁２ｂに開口４ｂが形成されている。開口４ｂの周囲には可動シ−ルド受け止め部材２１が取り付けられている。筒状の可動シ−ルド２２は、シャフト２４の先端に取り付けられ、開口４ｂを貫通するように往復動自在になっており、駆動手段としてのエアシリンダ２３で駆動されるようになっている。可動シ−ルド２２の電子銃側の側壁２ａに形成された開口４ａ側の先端部には内方側にフランジが形成されており、開口４ｂ側の先端部には外方側にフランジが形成されており、いずれも弁室１５の封止に使用される。

また、この電子銃用仕切りバルブ１は、弁箱２内部を側面から見ると、その対向する側壁２ａ、２ｂの間に形成された弁室１５と、弁箱２の内部に設けられた振り子形の弁体３と、弁箱２の内部に設けられたシーリングリング５を備えている。弁箱２には、その対向する側壁２ａ、２ｂに開口４ａ、４ｂが形成されている。シーリングリング５にはリング状のシール材６、７が取り付けられている（図１）。

開弁状態のバルブ１を閉弁する際には、弁箱２の側方のエアアクチュエータ９を空気圧によって駆動して、アクチュエータシャフト８を回転ｒさせて振り子形の弁体３を閉弁位置である開口４ａの前まで移動させる。そして、空気圧によってエアシリンダ１１を駆動してシャフト１０を動かし、シーリングリング５を弁体３に押し付ける。これによって弁箱２の内部において、開口４ｂの周囲の内壁面とシーリングリング５との間をシ−ル材７で封止し、弁体３の表面とシーリングリング５との間をシール材６で封止する。その結果、開口４ａと開口４ｂ間が遮断されるようになっている。

本発明の実施の形態における可動シ−ルドの機能を図２を用いて説明する。
図２Ａ、図２Ｂに本実施例の電子銃用仕切りバルブの開及び閉状態を示す。

図２Ａはバルブの開時を示す。バルブ開時は筒状の可動シールド２２で弁室１５を保護する。すなわち、バルブ開時は可動シールド２２が蒸着室側の開口部４ｂから挿入され、弁室１５を貫通し、電子銃側の開口４ａを通して可動シールド受け止め部材を兼ねた防着板５６に突き当てられる。可動シールド２２の開口４ａ側の先端部は内方側にフランジとなっており、防着板５６（ＳＵＳ３０４製）のフランジに密着する。その結果、弁室１５の可動シ−ルド２２の内方側と可動シ−ルド２２の外方側の弁室１５とが雰囲気分離されることになる。

また、同時に可動シールド２２の開口４ｂ側の先端は外方側にフランジになっており、シールド受け止め部材２１の開口４ｂ側端面及び内方側面に密着する。以上により弁室１５を完全に封止する。従って、可動シ−ルド２２の内方側を除く弁室１５は蒸着室から完全に分離されるので、弁箱２の内壁面と弁体３、及びシーリングリング５のシール材６、７が確実に保護されているため異物の付着を防止できる。

図２Ｂはバルブ閉時を示す。バルブ閉時は従来の仕切りバルブと同様に弁体３及びシーリングリング５をもってシ−ルする。弁体３を閉弁位置に移動させ、シーリングリング５を弁体３に押し付けることにより閉弁する。
尚、弁体３を移動し、シーリングリング５を弁体３に押し付けることにより閉弁する機構は図５、６の従来例と同じものを用いた。

以上により、インライン式ＭｇＯ蒸着装置の連続運転においてダウンタイムの低減ができる。
バルブが正常に動作した場合の電子銃のメンテナンス時間は、冷却３０分、ベント５分、電子銃メンテナンス１０分、真空排気１０分の合計５５分である。
バルブが正常に動作しない場合は、冷却３０分、電子銃室及び蒸着室ベント１０分、電子銃メンテナンス１０分、真空排気３６０分の合計４１０分であった。
従って、３５５分のダウンタイム低減ができた。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

本発明の電子銃用仕切りバルブの実施例では、弁箱２と弁体３の構造は図５、６に示した従来の振り子式弁体を用いた真空装置用仕切りバルブと同じ構造を用いたが、他の構造の真空装置用仕切りバルブでもよい。例えば、インフラートシール式ゲートバルブ、扇型弁体式ゲートバルブ、ボールバルブでも良い。対向する壁面を貫通する開口が形成された弁箱を有し、開弁位置にある弁体が前記開口より完全に退避できる弁室を備えた真空装置用仕切りバルブの構造であれば使用可能である。実施例では、バルブの開口は円形であったが、勿論他の形状でも対応可能である。例えば、バルブの開口が正方形であれば、筒体の横断面形状を正方形にすれば良い。

また、バルブ開時に可動シ−ルド２２が可動シ−ルド受け止め部材を兼ねた防着板５６に突き当てられているが、必ずしも突き当てる必要はなく、真空的に雰囲気分離可能なコンダクタンスを有する隙間、例えば５ｍｍ以下の隙間をもって可動シ−ルド２２を可動シールド受け止め部材を兼ねた防着板５６に接近して停止させるようにしても良い。

また、本発明の変形例として、可動シールド２２を冷却する機構を設けても良い。電子銃用仕切りバルブが開弁位置にあるとき、弁室１５を封止している可動シールド２２を冷却することによって弁箱２内を冷却し、シ−ル材６、７の熱による劣化を防止することが可能である。例えば、可動シールド２２は開弁位置にあるときは、受け止め部材２１と密接するので、受け止め部材２１の可動シールド２２と接する面に冷却水を循環した金属パイプを設けることにより可能である。

また、本発明の実施例では、可動シ−ルド受け止め部材を兼ねた防着板５６にステンレス材を使用したが、密着性を高めるために軟質金属にしてもよい。
例えば、極軟鋼、軟鋼、純鉄、銅、アルミ二ウム、亜鉛、鉛、錫である。
さらに、本発明の変形例として、可動シ−ルド２２の両端部のフランジまたは可動シ−ルド受け止め部材２１、５６の可動シ−ルドと当接する面に、例えば極軟鋼、軟鋼、純鉄、銅、アルミ二ウム、亜鉛、鉛、錫のシ−ル材を取り付けても良い。
いずれも、可動シ−ルド２２と可動シ−ド受け止め部材２１、５６が当接する部分の密着性を高め遮蔽効果の向上を可能とする。

Claims (3)

1. 真空装置の処理室と電子銃部との間を仕切るバルブであって、相対向する側壁部にそれぞれ開口を備えた弁箱と、前記開口を開閉する弁体と、開弁時に前記開口の処理室側から前記弁箱内へ挿入される往復動自在な筒状の可動シールドと、前記可動シ−ルドの先端部と当接可能で、前記開口の電子銃部側に設けられた受け止め部材と、前記可動シールドを往復動させる駆動手段とから成り、前記可動シ−ルドの先端部と前記受け止め部材とを前記駆動手段により近接させることにより、前記可動シ−ルドの内方側と前記弁箱内とが雰囲気分離されることを特徴とする真空装置用仕切りバルブ。
2. 前記可動シ−ルドは、冷却する機構を有すことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の真空装置用仕切りバルブ。
3. 前記可動シ−ルドと前記受け止め部材とが当接する箇所にシ−ル材が使用され、そのシ−ル材が極軟鋼、軟鋼、純鉄、銅、アルミ二ウム、亜鉛、鉛、錫、であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の真空装置用仕切りバルブ。

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