JPWO2017085874A1 - 真空処理装置および質量分析装置 - Google Patents

Abstract

ロードロック室と処理室との間で対象物を移送するとともにロードロック室と処理室とを分断する動作に要する時間を短く抑える。真空処理装置（１）は、内部を真空状態にできる処理室（３）と、処理室（３）に連設された、大気状態と真空状態の間で切り替え可能なロードロック室（２）と、処理室（３）とロードロック室（２）を連通する連通部（１０）と、連通部（１０）を通して処理室（３）とロードロック室（２）の間で移動可能な、処理対象となる対象物が載置されるステージ（５）と、ステージ（５）に固定された、連通部（１０）の処理室（３）側の開口よりも大きい封止部（６）と、を備える。

Description

本発明は、真空下で対象物を処理する真空処理装置に関する。例えば、真空下で試料を質量分析する質量分析装置に関する。

真空下で対象物を処理する真空処理装置として、例えば、真空下でレーザ光を試料に照射してイオン化を行い、加速し、飛行するイオンを質量電荷比に応じて分離して検出する質量分析装置が知られている（例えば、特許文献１）。

この類の装置においては、例えば、処理室と装置外部との間の扉を開けて対象物を処理室に搬入し、扉を閉じてから処理室を真空にして、対象物を処理する。処理が終了すると、処理室の真空を破壊した後、扉を開けて対象物を処理室から搬出する。ところが、このように対象物を交換する度に処理室の真空を破り、そして真空引きを行うという態様では、対象物の交換に時間がかかり、装置のスループットが低下してしまう。

そこで、処理室と装置外部との間にロードロック室が設けられることがある（例えば、特許文献２）。特許文献２の装置においては、装置外部とロードロック室とを仕切る扉（第１の扉）を開けて、対象物をロードロック室に搬入して、ロードロック室を真空引きする。そして、ロードロック室が所期の真空度に達すると、ロードロック室と処理室（所期の真空度に維持されている処理室）とを仕切る扉（第２の扉）を開ける。この第２の扉は、具体的には、ゲートバルブにより構成されている。第２の扉が開くと、処理室に配置されている搬送ロボットが、伸縮可能なアームを伸ばしてこれをロードロック室に進入させて、ロードロック室の対象物を掴み、その後、アームを縮めてこれを処理室に戻し、対象物を処理室に移送する。アームがロードロック室から退避すると第２の扉を閉鎖し、処理室で対象物に対する処理を行う。対象物に対する処理が終了すると、第２の扉を開く。そして、搬送ロボットが、処理室にある処理済みの対象物をアームで掴み、アームをロードロック室に進入させて、対象物をロードロック室に移送し、対象物をロードロック室内の所定位置に載置する。その後、搬送ロボットのアームがロードロック室から退避するのを待って、第２の扉を閉じる。第２の扉が閉じられて、処理室とロードロック室とが分断されると、ロードロック室を大気開放し、対象物を装置から搬出する。

ロードロック室は、一般に、装置外部との間での対象物の授受を行うために必要最小限のサイズに形成される。したがって、ロードロック室の内容積は、処理に必要な機器等が配置される処理室の内容積と比べて小さい。装置にロードロック室を設けると、対象物を交換するときには内容積が比較的小さいロードロック室だけを真空引きすれば済み、内容積が比較的大きな処理室を真空引きする頻度を抑えられるという利点がある。

米国特許第8872103号明細書 特開2012-015331号公報

装置にロードロック室を設けると、上述した利点が得られる一方で、次の欠点が生じる。すなわち、ロードロック室を設けない場合は、対象物を装置外と処理室との間で搬出入する動作だけで済んでいたところを、ロードロック室を設ける場合は、対象物を装置外とロードロック室との間で搬出入する動作に加えて、ロードロック室と処理室との間で対象物を移送するとともにロードロック室と処理室とを分断する動作（以下、単に「交換動作」という）を行わなければならない。例えば、特許文献２の態様では、この交換動作は、上述したとおり、第２の扉を開き、搬送ロボットが処理済みの対象物を掴んだアームをロードロック室に進入させて対象物をロードロック室に移送し、搬送ロボットのアームがロードロック室から退避するのを待って、第２の扉を閉じる、といった一連の動作によってなされている。この場合、交換動作に要する時間は、アームの移動時間と扉の開閉時間とを加算した時間となってしまう。

本発明が解決しようとする課題は、ロードロック室を設ける装置構成において、ロードロック室と処理室との間の交換動作に要する時間を短く抑えることができる技術の提供である。

上記課題を解決するために成された本発明に係る真空処理装置は、
内部を真空状態にできる処理室と、
前記処理室に連設された、大気状態と真空状態の間で切り替え可能なロードロック室と、
前記処理室と前記ロードロック室を連通する連通部と、
前記連通部を通して前記処理室と前記ロードロック室の間で移動可能な、処理対象となる対象物が載置されるステージと、
前記ステージに固定された、前記連通部の前記処理室側の開口よりも大きい封止部と、を備える。

処理前の対象物は、ステージがロードロック室側にある状態で、外部からロードロック室に搬入されてステージに載置される。このとき、連通部の処理室側の開口が、ステージに固定された封止部によって封止された状態となる。したがって、処理室が大気開放されることはない。ロードロック室が大気状態から真空状態に切り替えられた後、処理前の対象物を載せたステージがロードロック室から処理室に移動され、対象物が処理室に移送される。そして、処理室でステージ上の対象物に対して真空下で処理が行われる。処理室での処理が終了すると、処理後の対象物を載せたステージが処理室からロードロック室側に移動され、対象物がロードロック室に移送される。ステージがロードロック室側に配置されると、再び、連通部の処理室側の開口が、封止部によって封止された状態となる。この状態で、ロードロック室が大気開放されて、ステージ上の対象物が装置外部へ搬出される。
このように、この態様では、ステージの位置が連通部の閉鎖／開放と連動しており、対象物を処理室からロードロック室に移送すれば、自ずと、ロードロック室と処理室とが分断された状態となる。したがって、ロードロック室と処理室との間の交換動作に要する時間を短く抑えることができる。
また、この態様では、連通部の閉鎖／開放の動作を、対象物を移動させる動作と連動させる構成としているので、装置の構成部品点数を少なくすることができ、装置の製造コストを低く抑えることができる。
また、この態様では、連通部の閉鎖／開放のための構成をシンプルにすることができるので、ロードロック室の容積を小さく抑えることができる。これによって、ロードロック室を真空引きするための時間を短く（例えば、数秒程度に）抑えることができる。

好ましくは、真空処理装置は、
前記処理室の内壁における前記連通部の前記処理室側の開口の上部に水平に設けられた回動軸に軸支されて、前記内壁に当接する閉状態と、前記内壁から離間した開状態との間で切り替え可能に設けられた板状部材と、
前記板状部材に形成された、前記ステージを通過させるための貫通口と、
を備え、
前記板状部材が閉状態にあるときに、前記貫通口における前記内壁側の開口端が、前記連通部の前記処理室側の開口と対応する位置に形成されるとともに、前記貫通口が、前記内壁から遠ざかるにつれて斜め下方向に傾斜して形成され、
前記ステージにおける前記封止部が固定されている側の端部に、前記封止部に近づくにつれて、前記貫通口と同じ角度で斜め下方向に傾斜した傾斜部分が形成され、
前記封止部が、前記貫通口における前記内壁と逆側の開口端よりも大きく、
前記ステージが前記ロードロック室側にある状態において、前記ステージの前記傾斜部分が前記貫通口の内部に配置された状態となるとともに、前記封止部が前記板状部材に当接して前記板状部材を閉状態とする。

この態様では、ステージがロードロック室側にある状態において、連通部の処理室側の開口は、板状部材を介して、封止部に封止される。ここで、板状部材の貫通口は傾斜して形成されており、これに対応してステージの基端部に傾斜部分が形成されている。このため、この傾斜部分の傾斜分だけ、ステージの上面に対する封止部の位置を低くできる。この態様によると、処理室のレイアウト上、ステージの上面に近接した位置に何らかの部品等が配置されている場合でも、当該部品と封止部が干渉することを回避できる。

例えば、真空処理装置の一種である質量分析装置においては、ステージ上の対象物（試料）にレーザを当ててイオン化された物質を引き出す電極（いわゆる、引き出し電極）が、ステージ上の対象物とごく近接した位置（例えば、対象物との離間距離が3mm程度の位置）に設けられる。この場合、ステージに固定された封止部に、ステージ上面よりも高く突出するような部分があると、この部分が引き出し電極と干渉してしまう虞があるところ、上記の態様によると、封止部の位置を低くすることができるので、ステージ上面よりも高く突出するような部分が形成されにくくなる。

好ましくは、真空処理装置は、
前記板状部材を、前記処理室の内壁から離間させる方向に付勢する付勢部材と、
前記板状部材と前記処理室の内壁とがなす角度が、所定の角度よりも大きくならないように規制する規制部材と、
をさらに備え、
前記板状部材と前記処理室の内壁とがなす角度が前記所定の角度にあるとき、前記貫通口における前記内壁と逆側の開口端が、前記ステージと同じ高さに位置する。

この態様では、板状部材は、付勢部材によって処理室の内壁から離間する方向に付勢されているので、封止部が板状部材から離間すると（つまりは、ステージがロードロック室から処理室へ移動を開始すると）、自ずと開状態となる。ただし、板状部材は、所定の角度だけ回動した時点で、今度は、規制部材によってそれ以上回動しないように規制される。規制部材により規制された状態において、板状部材は、貫通口における内壁と逆側の開口端がステージと同じ高さに位置するような姿勢となっている。したがって、ステージは、処理室からロードロック室に移動するときに、当該開口端に引っかからずに貫通口を通過することができる。

好ましくは、真空処理装置は、
前記ステージを移動させる移動機構、
をさらに備え、
前記移動機構が、
前記封止部と連結されたベース部材と、
前記処理室の内部において前記ベース部材を案内する第１ガイドレールと、
一端において前記ベース部材と連結されるとともに、前記処理室の側壁に形成された孔に挿通されて、他端が前記処理室の外に配置された連結棒と、
前記連結棒の前記他端に連結された可動板と、
前記可動板を案内する第２ガイドレールと、
前記可動板と前記側壁との間に配置され、前記処理室の気密性を保持したままで、前記可動板の変位に追従するベローズと、
を備え、
ロードロック室側から処理室側に向かって見て、前記可動板が、前記連通部の処理室側の開口よりも大きい。

いま、封止部、ベース部材、連結棒、および、可動板を一つの部材と見て、この部材を「着目部材」と呼ぶこととする。ステージが大気状態のロードロック室に配置されている状態において、着目部材を板状部材を介して処理室側に押す大気の力の大きさは、連通部の処理室側の開口の面積（水平方向に沿って見た面積）に比例する。一方、着目部材をロードロック室側に押す大気の力の大きさは、可動板の面積（水平方向に沿って見た面積）に比例する。ここで、ロードロック室側から処理室側に向かって見て、可動板が、連通部の開口よりも大きい構成によると、ステージが大気状態のロードロック室に配置されている状態において、移動機構の駆動力が失われてしまったとしても、着目部材はロードロック室側に押し当てられた状態となり、ロードロック室と処理室とが分断された状態が維持される。つまり、停電などの予期せぬ事態により移動機構の駆動力が失われてしまったとしても、処理室のシールが破れないように担保される。

ステージがロードロック室にある状態において、連通部の処理室側の開口が、ステージに固定された封止部に封止されるので、対象物を処理室からロードロック室に移送すれば、自ずと、ロードロック室と処理室とが分断された状態となる。したがって、ロードロック室と処理室との間の交換動作に要する時間を短く抑えることができる。

質量分析装置の一部を示す縦断面図であり、ステージがロードロック室側にある状態を示す図である。 質量分析装置の一部を示す縦断面図であり、ステージが処理室側にある状態を示す図である。 板状部材を、図１の-X方向から見た図である。 ステージおよび封止部を、図１の-X方向から見た図である。 連通部の閉鎖に関する構成を説明するための要部拡大図である。 連通部の閉鎖に関する構成を説明するための別の要部拡大図である。 連通部の閉鎖に関する構成を説明するためのさらに別の要部拡大図である。 着目部材にかかる大気の力を説明するための図である。 他の実施形態に係る連通部の閉鎖に関する構成を説明するための要部拡大図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

＜１．実施形態に係る真空処理装置＞
図１、図２は、真空処理装置の一例である質量分析装置１の一部を示した縦断面図である。図１には、ステージ５がロードロック室２側にある状態が示されており、図２には、ステージ５が処理室３側にある状態が示されている。

質量分析装置１は、真空下でレーザ光を対象物（試料９０（図４参照））に照射してイオン化を行い、飛行しているイオンを質量電荷比に応じて分離して検出する装置である。なお、試料９０は、試料プレート９上に保持される。試料プレート９は、具体的には、板状の部材であり、その上面に複数の凹部９１が形成されている。この複数の凹部９１の各々に、試料９０が滴下されることによって、試料プレート９上に試料９０が保持される（図４参照）。

質量分析装置１は、装置外部との間および処理室３との間で試料プレート９の授受を行うためのロードロック室２と、試料プレート９に保持された試料９０に対する処理を行うための処理室３と、ロードロック室２および処理室３の各々を独立して排気する排気系統４と、を備える。ロードロック室２と処理室３とは連設されており、これらの間には、ロードロック室２と処理室３とを連通させる連通部１０が形成されている。また、質量分析装置１は、試料プレート９が載置されるステージ５と、ステージ５に固定された封止部６と、ステージ５を移動させる移動機構７と、を備える。さらに、質量分析装置１は、これが備える各部を制御して、試料プレート９に対して一連の処理を実行させる制御部８を備える。

＜ロードロック室２＞
ロードロック室２は、上述したとおり、装置外部との間および処理室３との間で試料プレート９の授受を行うためのチャンバーであり、試料プレート９の授受を行うために必要最小限のサイズに形成されている。具体的には、ロードロック室２は、その内容積が、ステージ５における試料プレート９の載置部分５１を収容可能な必要最小限の大きさとなるように、形成されている。以下において、「ステージ５がロードロック室２側にある状態」とは、試料プレート９の載置部分５１の全体がロードロック室２内に配置された状態をいう。

ロードロック室２は、試料プレート９の挿入口２１と、挿入口２１を開閉するドア２２とを備えている。ステージ５がロードロック室２側にある状態で、ステージ５の先端が挿入口２１の付近に達し、この状態で、オペレータが、挿入口２１から試料プレート９を挿入してこれをステージ５の載置部分５１に載置できるようになっている。

ロードロック室２は、バルブ４１が介挿された配管を介して真空ポンプ４３と接続されている。ドア２２が閉じられるとともに、連通部１０が閉鎖されると、ロードロック室２は密閉空間となる。この状態で、真空ポンプ４３が駆動されるとともにバルブ４１が開放されると、ロードロック室２が真空状態となる。

＜処理室３＞
処理室３では、真空下で、ステージ５上の試料プレート９に保持されている試料９０にレーザ光源（図示省略）からのレーザ光を照射してイオン化し、イオン化された物質を引き出し電極３１で引き出す処理が行われる。ただし、上述したとおり、試料プレート９においては、その複数の凹部９１の各々に試料９０が保持されている。各凹部９１に保持されている試料９０に順にレーザ光を照射するべく、上記の処理は、移動機構７がステージ５をレーザ光源に対して処理室３内で移動させつつ行われる。引き出し電極３１で引き出された物質は、加速され、質量電荷比に応じて分離されて、検出される（分離および検出に係る構成については、図示省略）。

なお、イオン化された物質を引き出し電極３１で引き出すとき、引き出し電極３１には、これと試料プレート９との間に所期の電場勾配を形成するために、数kVのパルス状の高電圧が印加される。ここで、試料プレート９と引き出し電極３１との離間距離が大きくなるほど、引き出し電極３１にかける電圧を大きくしなければならず、引き出し電極３１に大きな電圧をかけようとすると、電源の大型化、電圧供給に関連する部品の耐圧性の向上等が必要となってしまう。このような事情があるため、引き出し電極３１は、試料プレート９とごく近接した位置（好ましくは、試料プレート９との離間距離が数mm程度の位置）にあることが好ましい。そこで、質量分析装置１においては、引き出し電極３１が、その下端が、ステージ５に載置された試料プレート９の上面が通過する水平面から十分小さい距離（例えば、3mm）だけ離間した位置にくるように、配設される。

処理室３は、バルブ４２が介挿された配管を介して真空ポンプ４３と接続されている。連通部１０が閉鎖されると、処理室３は密閉空間となる。この状態で、真空ポンプ４３が駆動されるとともにバルブ４２が開放されると、処理室３が真空状態となり、上記の処理が実行可能になる。ただし、後に明らかになるように、処理室３は、複数枚の試料プレート９が連続して処理される間中、所期の真空度に維持されており、試料プレート９の交換の度に処理室３の真空引きを行うことはない。

＜ステージ５＞
ステージ５は、試料プレート９が載置される部材である。具体的には、ステージ５の一方の端部（先端部）には、試料プレート９を載置するための平坦な領域である載置部分５１が形成されている。ステージ５の他方の端部（基端部）は封止部６を介して移動機構７に連結されており、この連結状態において、載置部分５１は水平となる。

ステージ５の基端部は封止部６に固定されており、当該基端部には、封止部６に近づくにつれて斜め下方向に傾斜した傾斜部分５２が形成されている。これは、後述する板状部材１１の貫通口１７が傾斜して形成されていることに対応したものであり、傾斜部分５２の傾斜角度は、貫通口１７の傾斜角度と同じとされる。

＜移動機構７＞
移動機構７は、ステージ５を水平面内で（具体的には、X方向（ロードロック室２と処理室３との並び方向）、および、Y方向に）移動させる機構である。この移動機構７は、ステージ５を連通部１０を通じて処理室３とロードロック室２との間で移動させるための機構であるとともに、上述したように、ステージ５を処理室３内で移動させる（すなわち、レーザ光源に対して相対移動させる）ための機構でもある。

移動機構７は、封止部６と連結されたベース部材７１を備える。ベース部材７１は、処理室３内でY方向に敷設されたYガイドレール７１２上に配設されたリニアブロック７１３上に固定されている。また、Yガイドレール７１２は、処理室３内でX方向に敷設されたXガイドレール（第１ガイドレール）７１４上に配設されたリニアブロック７１５上に、固定されている。Xガイドレール７１４およびYガイドレール７１２は水平に延在するように敷設されており、封止部６を介してベース部材７１に連結されたステージ５の載置部分５１が水平面内で移動するように担保されている。

ベース部材７１は、連結棒７２の一端と固定されている。連結棒７２は処理室３の側壁に形成された孔３１に挿通されており、連結棒７２の他端は、処理室３外に配置された可動板７３と連結されている。可動板７３は、ロードロック室２側から処理室３側に向かって見て、連通部１０の処理室３側の開口３００よりも大きいサイズとされている。

可動板７３と処理室３の外壁との間は、ベローズ７４によって密閉されている。すなわち、ベローズ７４は、一端が処理室３の外壁に着接されるとともに他端が可動板７３に着接されており、処理室３の気密性を保持したままで、可動板７３の変位に追従するようになっている。

可動板７３には、これをY方向に沿って移動させるYアクチュエータ７３１が接続されている。可動板７３およびYアクチュエータ７３１は、X方向に敷設されたXガイドレール（第２ガイドレール）７３２上に搭載されたXステージ７３３上に配置されている。Xステージ７３３には、これをX方向に沿って移動させるXアクチュエータ７３４が接続されている。Yアクチュエータ７３１、第２ガイドレール７３２、Xステージ７３３、および、Xアクチュエータ７３４は、処理室３の外に配置される。ただし、第１ガイドレール７１４と第２ガイドレール７３２とは、互いの位置精度を容易に担保するべく、共通の基台７０上に配設されることが好ましい。なお、Xアクチュエータ７３４およびYアクチュエータ７３１として、例えば、ボールねじによる駆動方式、リニアモータによる駆動方式、あるいはベルト駆動方式等を採用できる。

＜２．連通部１０の閉鎖に関する構成＞
質量分析装置１では、ステージ５がロードロック室２に配置されると、連通部１０が閉鎖されるようになっている。連通部１０の閉鎖に関する構成について、図１、図２に加え、図３〜図７を参照しながら説明する。図３は、板状部材１１を、図１の-X方向から見た図である。図４は、ステージ５および封止部６を、図１の-X方向から見た図である。図５〜図７は、連通部１０の閉鎖に関する構成を説明するための要部拡大図である。図５には、ステージ５がロードロック室２側にあって連通部１０が閉鎖されている状態が示されている。図６には、ステージ５がロードロック室２側から処理室３側に移動されている途中の状態が示されている。図７には、ステージ５が処理室３側にある状態が示されている。

＜板状部材１１＞
板状部材１１は、連通部１０の処理室３側の開口（すなわち、処理室３の内壁３０における連通部１０の開口であり、以下、単に「開口」ともいう）３００よりも大きな平板状の部材であり、その主面で開口３００の周囲の領域を処理室３側から覆うように設けられている。具体的には、処理室３の内壁３０であって、開口３００の上部に、水平に延在する回動軸１２が配設されている。この回動軸１２にはヒンジ部材１３が回動可能に配設されており、板状部材１１は、その上辺において、このヒンジ部材１３にねじ１４等で固定されている。これによって、板状部材１１は、内壁３０に当接する閉状態（図５に示す状態）と、内壁３０から離間した開状態（図６、図７に示す状態）との間で切り替え可能に設けられる。

ヒンジ部材１３は、付勢部材（具体的には、例えば、トーションバネ）１５が組み込まれた、いわゆるスプリングヒンジである。板状部材１１は、この付勢部材１５によって、常に、処理室３の内壁３０から離間する方向に（つまりは、開方向に）付勢されている（矢印ＡＲ１１）。

処理室３の内壁３０であって、開口３００よりも下側の位置には、板状部材１１と内壁３０とがなす角度が、所定の角度よりも大きくならないように規制する規制部材１６が設けられている。規制部材１６は、例えば断面がL字状の部材であり、板状部材１１と処理室３の内壁３０とがなす角度が所定の角度となったときに、当該板状部材１１の下部に引っかかって、当該角度が所定の角度よりも大きくならないように規制する（図６、図７に示す状態）。この所定の角度とは、具体的には、板状部材１１と処理室３の内壁３０とがなす角度が当該所定の角度にあるときに、後述する第２開口端１７２が、ステージ５の高さ（具体的には、ステージ５が移動される水平面の高さ）と同じ高さに位置するような角度である。

板状部材１１には、ステージ５を通過させるための貫通口１７が形成されている。貫通口１７は、処理室３の内壁３０から遠ざかるにつれて斜め下方向に傾斜して形成されていて、内壁３０と対向する面に開口した開口端（第１開口端）１７１よりも、内壁３０と逆側の面に開口した開口端（第２開口端）１７２の方が、低い位置に形成されている。ただし、第１開口端１７１は、板状部材１１が閉状態にあるときに、開口３００と対応する位置（具体的には、開口３００と重なる位置）に、形成されている。したがって、第２開口端１７２は、開口３００よりも低い位置に配置されることになる。上述したとおり、ステージ５の基端部には、貫通口１７と同じ角度で傾斜した傾斜部分５２が形成されており、ステージ５がロードロック室２側にある状態において、この貫通口１７の内部に傾斜部分５２が配置された状態となる（図５に示す状態）。

なお、この実施形態では、連通部１０の開口３００、および、貫通口１７の各開口端（第１開口端１７１および第２開口端１７２）は、全て、略同一の形状および略同一のサイズとされる。

板状部材１１には、これと内壁３０との間をシールするシール部（第１シール部）１８が形成されている。第１シール部１８は、具体的には、第１開口端１７１を取り囲む土手状の突起であり、板状部材１１が閉状態にあるときに、第１シール部１８の全周が、開口３００および第１開口端１７１を一括して取り囲んで、密着状態で内壁３０に突き当たる。

なお、この実施の形態では、内壁３０にも、これと板状部材１１との間をシールするシール部（第２シール部）３３が形成されている。第２シール部３３は、具体的には、開口３００を取り囲む土手状の突起であり、板状部材１１が閉状態にあるときに、第２シール部３３の全周が、開口３００および第１開口端１７１を一括して取り囲んで、密着状態で板状部材１１に突き当たる。当然のことながら、第１シール部１８と第２シール部３３とは、互いに干渉しない位置に形成されるとともに、互いに同じ高さとされる。もっとも、第１シール部１８と第２シール部３３とのうちの一方を省略してもよい。

＜封止部６＞
封止部６は、上述したとおり、ステージ５の一方の端部（基端部）に固定されている。封止部６における、ステージ５の基端部が取り付けられている面（以下「封止面」ともいう）６０は、板状部材１１に形成されている貫通口１７の第２開口端１７２よりも大きなサイズとされており、封止部６は貫通口１７内に進入しない。したがって、ステージ５がロードロック室２側に移動されていくと、ある時点で封止部６が板状部材１１に当接し、ステージ５がさらに移動されると、封止部６が付勢部材１５の付勢力（具体的には、スプリングヒンジのスプリング力）に逆らって板状部材１１を回動させて最終的に板状部材１１を処理室３の内壁３０に押し当てる（つまり、板状部材１１を閉状態とする）。

封止面６０には、これと板状部材１１との間をシールするシール部（第３シール部）６１が形成されている。第３シール部６１は、具体的には、第２開口端１７２を取り囲むことができる土手状の突起であり、ステージ５がロードロック室２側に配置されたときに、第３シール部６１の全周が、第２開口端１７２を取り囲んで、密着状態で板状部材１１に突き当たる。

上述したとおり、ステージ５の基端部には、板状部材１１の貫通口１７と同じ角度で傾斜した傾斜部分５２が形成されており、傾斜部分５２の傾斜分だけ、ステージ５の上面に対する封止部６の位置が低くなっている。これによって、封止部６が、引き出し電極３１と干渉しないように担保されている。

＜３．質量分析装置１の動作＞
次に、質量分析装置１の動作について、図１〜図７を参照しながら説明する。なお、以下に説明する一連の動作は、制御部８の制御下で行われる。

質量分析装置１が新たな試料プレート９を受け付け可能な状態においては、ステージ５がロードロック室２側に配置されるとともに、ドア２２が開かれている（図１に示す状態）。ステージ５がロードロック室２に配置されているとき、ステージ５の傾斜部分５２が貫通口１７の内部に配置された状態となり、封止部６が板状部材１１に当接して板状部材１１を閉状態としている。そしてこのとき、板状部材１１と処理室３の内壁３０との間が第１シール部１８および第２シール部３３によってシールされとともに、板状部材１１と封止面６０との間が第３シール部６１によってシールされる。これによって、連通部１０の開口３００が閉鎖される。したがって、ドア２２が開いていても、処理室３の真空が破壊されることはない。

ドア２２が開かれると、オペレータが、試料９０を保持した試料プレート９を挿入口２１から挿入して試料プレート９をステージ５の載置部分５１に載置する。ステージ５上に新たな試料プレート９が載置されたことが図示しないセンサ等で検知されると、ドア２２が閉じられて挿入口２１が閉鎖され、ロードロック室２が密閉空間とされる。その後、真空ポンプ４３が駆動されるとともにバルブ４１が開放される。これによって、ロードロック室２が減圧される。

ロードロック室２が所期の真空状態となると、移動機構７が、試料プレート９が載置されたステージ５を、ロードロック室２側から処理室３側に移動開始する。ステージ５が移動を開始すると、封止部６が当接することによって閉状態となっていた板状部材１１が、付勢部材１５の付勢力によって回動して処理室３の内壁３０から離間していく。そして、板状部材１１と内壁３０とがなす角度が所定の角度となったときに、板状部材１１が規制部材１６に引っかかって、板状部材１１の回動が停止する。その後、さらにステージ５が処理室３側に移動されて、試料プレート９が処理室３内の所期の位置にくると、試料プレート９に対する処理が開始される。処理室３で行われる処理の内容は上述したとおりである。

試料プレート９に対する処理が終了すると、移動機構７が、試料プレート９が載置されたステージ５を、処理室３側からロードロック室２側に移動開始する。ステージ５の先端は、板状部材１１の貫通口１７および連通部１０を順に通って、ロードロック室２に進入していく。なお、上述したとおり、板状部材１１は、規制部材１６によって、第２開口端１７２がステージ５が移動する高さにくるように、その姿勢が規制されている。したがって、ステージ５は第２開口端１７２に引っかかることなく、貫通口１７を通過することができる。

ステージ５がある距離だけ移動したときに、封止部６が板状部材１１に当接する。ステージ５がさらに移動すると、板状部材１１が、封止部６に押されることにより付勢部材１５の付勢力に逆らって回動する。そして、ステージ５が完全にロードロック室２側に配置されたとき、板状部材１１は処理室３の内壁３０に突き当たって閉状態となる。上述したとおり、このとき、開口３００が閉鎖される。

ステージ５がロードロック室２側に配置された後、ロードロック室２の真空が破壊され、ドア２２が開かれる。上述したとおり、ステージ５がロードロック室２側にあるとき、開口３００は閉鎖されているため、ドア２２が開いていても処理室３の真空が破壊されることはない。オペレータが挿入口２１を介して試料プレート９を取り出すと、質量分析装置１は、新たな試料プレート９を受け付け可能な状態に戻る。

＜４．動力喪失時＞
質量分析装置１において、ステージ５が、大気状態のロードロック室２に配置されているときに、停電などの予期せぬ事態により移動機構７の駆動力が失われてしまった場合について、図１、図８を参照しながら説明する。以下の説明において、封止部６、ベース部材７１、連結棒７２、および、可動板７３を一つの部材と見て、この部材を以下「着目部材８０」と呼ぶこととする。図８は、着目部材８０にかかる大気の力を説明するための図である。

いま、ロードロック室２が大気状態であり、処理室３が真空状態であり、ステージ５がロードロック室２側に配置されているとする（図１に示す状態）。このとき、着目部材８０を板状部材１１を介して処理室３側に押す大気の力Ｆ１の大きさは、連通部１０の処理室３側の開口３００面積（ロードロック室２側から処理室３側に向かって見た面積）Ａ１に比例する。一方、着目部材８０をロードロック室２側に押す大気の力Ｆ２の大きさは、可動板７３の面積（ロードロック室２側から処理室３側に向かって見た面積）Ａ２に比例する。

ここで、可動板７３は、その面積Ａ２が、開口３００の面積Ａ１よりも大きくなるように形成されている。したがって、着目部材８０を処理室３側に押す大気の力Ｆ１よりも、着目部材８０をロードロック室２側に押す大気の力Ｆ２の大きさの方が大きくなる。このため、移動機構７の駆動力が失われてしまったとしても、着目部材８０は、大気の力によって、ロードロック室２側に押し当てられた状態に維持される。つまり、ロードロック室２と処理室３とが分断された状態が維持される。このように、質量分析装置１においては、ロードロック室２が大気状態の時に、停電などの予期せぬ事態により移動機構７の駆動力が失われてしまったとしても、処理室３のシールが破れないように担保されている。

＜５．他の実施形態＞
上記の実施形態において、板状部材１１における封止部６側の面に、板状部材１１と封止部６との間をシールするシール部を設けてもよい。このようなシール部は、具体的には、第２開口端１７２を取り囲む土手状の突起であり、封止部６が板状部材１１に当接したときに、このシール部の全周が、第２開口端１７２を取り囲んで、密着状態で封止面６０に突き当たる。このようなシール部を設ける場合、第３シール部６１を省略してもよい。

上記の実施形態において、板状部材１１は必ずしも設けなくともよい。図９には、板状部材１１を設けない場合の構成例が示されている。この場合、ステージ５ａは全体として平板状の部材により形成され、傾斜した部分は形成されない。また、封止部６ａの封止面６０ａは、連通部１０の開口３００よりも大きなサイズとされており、封止部６ａは連通部１０内に進入しない。そして、封止面６０ａに、これと処理室３の内壁３０との間をシールするシール部（第４シール部）６１ａが形成される。第４シール部６１ａは、具体的には、開口３００を取り囲むことができる土手状の突起であり、ステージ５ａがロードロック室２側に配置されたときに、第４シール部６１ａの全周が、開口３００を取り囲んで、密着状態で内壁３０に突き当たる。
なお、好ましくは、内壁３０にも、これと封止部６ａとの間をシールするシール部（第５シール部）３３ａが形成される。第５シール部３３ａは、具体的には、開口３００を取り囲む土手状の突起であり、ステージ５ａがロードロック室２に配置されたときに、第５シール部３３ａの全周が、開口３００を取り囲んで、密着状態で封止面６０ａに突き当たる。なお、当然のことながら、第４シール部６１ａと第５シール部３３ａとは、互いに干渉しない位置に形成されるとともに、互いに同じ高さとされる。もっとも、第４シール部６１ａと第５シール部３３ａとのうちの一方を省略してもよい。

上記の実施形態においては、板状部材１１にこれを開方向に付勢する付勢部材１５が設けられるとともに、板状部材１１の姿勢を規制する規制部材１６が設けられていたが、これらの構成は必須ではない。例えば、板状部材１１を開閉する開閉スイッチなどを設け、制御部８がこの開閉スイッチを制御する態様でもよい。

上記の実施形態においては、本発明が、質量分析装置に適用された場合を示したが、本発明は、質量分析装置以外の各種の真空処理装置に適用することができる。

１ 質量分析装置
２ ロードロック室
３ 処理室
４ 排気系統
５ ステージ
６ 封止部
７ 移動機構
８ 制御部
９ 試料プレート
１０ 連通部
１１ 板状部材
１２ 回動軸
１３ ヒンジ部材
１５ 付勢部材
１６ 規制部材
１７ 貫通口
１８ 第１シール部
３３ 第２シール部
５１ 載置部分
５２ 傾斜部分
６０ 封止面
６１ 第３シール部
７１ ベース部材
７２ 連結棒
７３ 可動板
７４ ベローズ
１７１ 板状部材の第１開口端
１７２ 板状部材の第２開口端
３００ 連通部の開口

Claims (5)

1. 内部を真空状態にできる処理室と、
   前記処理室に連設された、大気状態と真空状態の間で切り替え可能なロードロック室と、
   前記処理室と前記ロードロック室を連通する連通部と、
   前記連通部を通して前記処理室と前記ロードロック室の間で移動可能な、処理対象となる対象物が載置されるステージと、
   前記ステージに固定された、前記連通部の前記処理室側の開口よりも大きい封止部と、を備える真空処理装置。
2. 請求項１に記載の真空処理装置であって、
   前記処理室の内壁における前記連通部の前記処理室側の開口の上部に水平に設けられた回動軸に軸支されて、前記内壁に当接する閉状態と、前記内壁から離間した開状態との間で切り替え可能に設けられた板状部材と、
   前記板状部材に形成された、前記ステージを通過させるための貫通口と、
   を備え、
   前記板状部材が閉状態にあるときに、前記貫通口における前記内壁側の開口端が、前記連通部の前記処理室側の開口と対応する位置に形成されるとともに、前記貫通口が、前記内壁から遠ざかるにつれて斜め下方向に傾斜して形成され、
   前記ステージにおける前記封止部が固定されている側の端部に、前記封止部に近づくにつれて、前記貫通口と同じ角度で斜め下方向に傾斜した傾斜部分が形成され、
   前記封止部が、前記貫通口における前記内壁と逆側の開口端よりも大きく、
   前記ステージが前記ロードロック室側にある状態において、前記ステージの前記傾斜部分が前記貫通口の内部に配置された状態となるとともに、前記封止部が前記板状部材に当接して前記板状部材を閉状態とする、
   真空処理装置。
3. 請求項２に記載の真空処理装置であって、
   前記板状部材を、前記処理室の内壁から離間させる方向に付勢する付勢部材と、
   前記板状部材と前記処理室の内壁とがなす角度が、所定の角度よりも大きくならないように規制する規制部材と、
   をさらに備え、
   前記板状部材と前記処理室の内壁とがなす角度が前記所定の角度にあるとき、前記貫通口における前記内壁と逆側の開口端が、前記ステージと同じ高さに位置する、
   真空処理装置。
4. 請求項２または３に記載の真空処理装置であって、
   前記ステージを移動させる移動機構、
   をさらに備え、
   前記移動機構が、
   前記封止部と連結されたベース部材と、
   前記処理室の内部において前記ベース部材を案内する第１ガイドレールと、
   一端において前記ベース部材と連結されるとともに、前記処理室の側壁に形成された孔を挿通されて、他端が前記処理室の外に配置された連結棒と、
   前記連結棒の前記他端に連結された可動板と、
   前記可動板を案内する第２ガイドレールと、
   前記可動板と前記側壁との間に配置され、前記処理室の気密性を保持したままで、前記可動板の変位に追従するベローズと、
   を備え、
   前記ロードロック室側から前記処理室側に向かって見て、前記可動板が、前記連通部の処理室側の開口よりも大きい、
   真空処理装置。
5. 質量分析装置であって、
   内部を真空状態にできる処理室と、
   前記処理室に連設された、大気状態と真空状態の間で切り替え可能なロードロック室と、
   前記処理室と前記ロードロック室を連通する連通部と、
   前記連通部を通して前記処理室と前記ロードロック室の間で移動可能な、処理対象となる対象物が載置されるステージと、
   前記ステージに固定された、前記連通部の前記処理室側の開口よりも大きい封止部と、を備える質量分析装置。

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