WO2005111258A1 - 冷却手段を備えた装置及び冷却方法 - Google Patents

Abstract

　真空蒸着等の成膜に用いる真空槽の冷媒経路の構成において、冷却用チューブの使用量削減により工事期間短縮し、冷媒経路の短縮により冷媒流量低下の抑制する。 　槽壁に覆われた槽、槽内部に配置された内機構又は槽外部に配置された外機構、内機構又は外機構を冷却するための少なくとも１本以上の冷媒経路からなる装置において、冷媒経路の少なくとも一部分が槽壁の一部分を形成する構成とした。

Description

明 細 書

冷却手段を備えた装置及び冷却方法

技術分野

[0001] 本発明は冷媒経路構成、特に真空蒸着等の成膜を行なう際に用いる真空槽の冷 媒経路の構造に関するものである。

背景技術

[0002] 一般に真空蒸着等の成膜を行なう際に用いる真空槽は槽内の加熱機構や蒸発源 の温度上昇に伴い、真空槽の表面温度が 70— 80°C程度まで上昇する。この温度上 昇による周辺設備や配線などの破損を防止するために真空槽壁面に銅パイプゃス テンレス管などを銀ろう付けや溶接により直接取付け、この中に冷却水や液化ガス等 の冷媒を循環させることで真空槽壁面の冷却を行なう。また、真空槽内外の回転機 構や蒸発源機構などにおいても温度上昇による不具合が発生するため、冷却の必 要のある内外機構にはチューブなどにより冷媒を送り、これにより冷却を行なう。この 様に真空蒸着等による成膜装置には冷却の必要な部位が多数存在するので冷却用 チューブが大量に必要となり、また、これを施工するのに多大な工事時間を必要とし ていた。

[0003] 図 3は真空蒸着装置であり、以下同様による薄膜形成の概要を説明する。

真空槽本体 20には真空排気のために真空槽開口 21が設けられ、ここにメインボン プ 22、メインバルブ 24、粗引ポンプ 23、粗引バルブ 25や補助バルブ 26などで構成 される排気系が取付けられる。真空槽本体 20内の下部には蒸着材料 29を入れる坩 堝 28や蒸着材料 29を蒸発温度まで加熱する電子銃 30、蒸着完了時に閉じ、蒸着 材料 29を遮蔽するシャッター 27などが配置される。これらは真空槽本体 20の外から 坩堝機構導入部 46や電子銃導入部 47などによって真空槽内に導入される。また、 図 3では基板 32を加熱する際に昇温時間を短縮させるためのハロゲンヒーター 31が 配置されている。真空槽本体 20内の上部には基板 32を搭載する基板ドーム 33や基 板 32を加熱するための基板加熱用ヒーター 34が配置される。真空槽本体 20の外に は基板ドーム回転機構 35や基板加熱用ヒーター導入部 36などが配置される。 [0004] 同図に示す装置は、真空槽本体及び冷却の必要のある内外機構に冷媒を循環さ せ、本体及び各機構の昇温を防ぐ手段を有する。冷媒には冷却水を用い、冷却水は チラ一 37などの冷却水循環器から冷媒入側マ二ホールド 38へ流入しチューブ 42を 通り、各冷却が必要な部位へ送られる。各冷却が必要な部位で温度上昇した冷却水 はチューブ 42を通り、冷媒出側マ二ホールド 39からチラ一 37へ戻される。また、冷 却水の分岐点にはメンテナンス時に冷却水を各部ごとに停止させられるようにバルブ 40が設置され、冷却水経路の詰まりなどで冷却水流量が減少もしくは停止した際に 警報信号を取れるように冷媒出側マ二ホールド 39にはフローメーター 41などが設置 される。真空槽本体 20の冷却は真空槽本体 20に直接銀ろう付けや溶接により取付 けられた銅製やステンレス製の真空槽本体冷却管 43内を流れる冷却水によって行 なわれる。

[0005] 図 4に、真空槽本体 20の壁面の冷却用に取付ける真空槽本体冷却管 43及び各部 の冷却部の概略を示す。真空槽本体 20には真空槽本体冷却管 43が真空槽本体冷 却管入口側継手 44部から引廻され、真空槽側面、真空槽上面、真空槽底面、排気 系接続部を経由し真空槽本体冷却管出口側継手 45部へ戻ってくる。この冷却管内 を冷却水が流れることにより、真空槽本体 20の冷却を行なっている。冷却管の経由 順序などは装置毎に異なるが、基本構造はどのような真空装置においても同様であ る。また、その他基板ドーム回転機構 35や基板加熱用ヒーター導入部 36、坩堝機構 導入部 46及び電子銃導入部 47へはチューブ 42を用いて冷却水が流される。真空 槽本体冷却管入口側継手 44及び真空槽本体冷却管出口側継手 45へは上記の各 部機構と同様のチューブ 42によって冷却水が流される。これらのチューブ 42は冷媒 マ二ホールドへ接続される。

[0006] 図 5 (a)及び図 5 (b)は真空槽本体冷却管 43の取付け部の断面図である。図 5 (a) は真空槽壁面 48に銅パイプ 49を銀ろう付け 50にて取付けた例であり、図 5 (b)は真 空槽壁面 48にステンレス製角パイプ 51を溶接 52にて取付けた例である。このように 管を真空槽壁面 48に密着して設備することで真空槽本体 20の冷却を行なっている 。ここで挙げた管の材質や形状、取付け方法はあくまで例であり、その他さまざまな 方法によって設備することが可能であるが基本的概念は同様であるので説明は省略 する。

[0007] 図 6は真空槽本体冷却管入口部継手 44及び真空槽本体冷却管出口部継手 45の 概略図である。真空槽壁面 48にソケット 53を銀ろう付け 50もしくは溶接 52し、該ソケ ット 53と銅パイプ 49との接続部に穴を空けておく。この穴に銅パイプ 49を接続し、銀 ろう付け 50などを行なう。ソケット 53にチューブ 42の継手などを取付けることでチュー ブ 42が接続される。

[0008] 図 3乃至図 6に示す装置により蒸着を行なう場合は、まず基板ドーム 33に蒸着を行 なう基板 32を設置する。そして蒸着材料 29を坩堝 28に入れる。そして粗引ポンプ 2 3及び粗引きバルブ 25を用い真空槽内を数 Pa程度の圧力まで真空引きした後メイン ポンプ 22やメインバルブ 24及び補助バルブ 26などを用レ、、高真空まで真空排気を 行なう。真空槽内が真空状態となり次第基板ドーム回転機構 35により基板ドーム 33 を回転させながら基板用ヒーター 34やハロゲンヒーター 31を用いて基板 32を加熱す る。真空度及び基板温度が目標値に到達したら電子銃 30から電子ビームを蒸着材 料 29へ照射し、蒸着材料 29を蒸発温度まで昇温させる。シャッター 27を開くと蒸着 材料 29は真空槽内を飛散し、これが基板 32上に堆積することで薄膜を形成する。膜 厚が目標値に到達したらシャッター 27を閉じ、電子銃 30やハロゲンヒーター 31及び 基板加熱用ヒーター 34などを停止させ、冷却後真空槽内に大気を導入した後薄膜 が形成された基板 32を取り出す。

[0009] 上記のように真空蒸着を行なう上では基板加熱用ヒーター 34や電子銃 30などの蒸 発源により真空槽内外機構の温度は上昇し、これに伴い真空槽本体 20の温度も上 昇してしまう。よって図 3で示すように冷媒を用いて各機構及び真空槽本体 20を冷却 する必要がある。

[0010] 真空槽本体の大きさはさまざまであるが、生産性を向上させるためには基板を一度 に多く入れることが必要となるため真空槽本体は大きくなつてレ、く傾向にある。真空 槽本体が大きくなると各部に配置させる機構と冷媒マニホールドとの距離は長くなつ ていくのでチューブの使用量は増え、配管作業時間も長くなつてしまう。また、一般に 冷媒用のチューブは各部のメンテナンス時に邪魔にならないように極力束ねられて 配管されるためさらにチューブの使用量は増えてしまう。 [0011] 現在、真空装置はより一層のメンテナンス性の向上及び冷却効率の向上が求めら れている。また、コストダウンのために工事時間の削減が追及され、資源保護の観点 力らもチューブの大量な使用は好ましくない。このような問題に対処するため、二次 元配管を用いるものが提案されている（例えば、特許文献 1又は 2)。特許文献 1及び 特許文献 2は、冷蔵庫や空気清浄機等の冷凍サイクルに組み込まれる配管ユニット におレ、て、凹部を有する成形板をプレス加工して構成される集積配管を二次元配管 の例として開示している。

特許文献 1 :特開昭 60 - 141365号公報

特許文献 2：特開平 11 - 759号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0012] し力、しながら上記のような二次元配管は、装置自体の形状が複雑であり、冷却が必 要な部位が多岐に渡る真空装置には適せず、活用しょうとすると装置を取り囲むよう に該二次元配管パネルを配置しなければならないため使用する数量も増えコストダ ゥンには繋がらない。

[0013] 上記で説明した通り、真空槽本体及び冷却が必要となる各部位で用いる冷媒はチ ユーブを大量に用いて配管されるため、多大な作業時間がかかる上、チューブを束 ねて配管するために冷媒の経路が長くなつてしまう。これにより冷媒の流量低下にも 繋がってしまう。流量の低下は冷媒に含まれる不純物が冷媒経路内で堆積すること を促進してしまう。不純物が堆積するとさらに流量は低下し、経路の詰まりに至る。ま た、性能面以外においても、チューブが大量に引廻されるので外観を損ねてしまうと レ、う問題があった。

課題を解決するための手段

[0014] 本発明は、従来のチューブを大量に使用した冷媒の引廻しによる、メンテナンス性 の低下、配管工事時間の増大化、冷媒経路が長くなることによる冷媒流量低下、さら には外観の悪化という問題を槽壁に設けた冷却管を応用利用することにより解決す るものである。

[0015] 本発明の第 1の側面は、槽壁に覆われた槽、槽内部に配置された内機構又は槽外 部に配置された外機構、内機構又は外機構を冷却するための少なくとも 1本以上の 冷媒経路からなる装置において、冷媒経路の少なくとも一部分が槽壁の一部分を形 成する構成とした。さらに、槽壁のみを冷却する少なくとも 1本以上の冷媒経路を設け る構成とした。また、各冷媒経路に独立して冷媒を循環させる冷媒循環器を設けるよ うにした。またさらに、冷媒循環器から各冷媒経路へ冷媒を導入する冷媒入側マニホ 一ルド、及び、各冷媒経路から該冷媒循環器へ冷媒を導入する冷媒出側マ二ホー ルドを設けるようにした。

[0016] 上記本発明の第 1の側面にぉレ、て、各冷媒経路の個別の始端をなし、冷媒入側マ 二ホールドからチューブを介して各冷媒経路へ冷媒を導入する冷媒導入部、及び、 各冷媒経路の終端をなし、各冷媒経路からチューブを介して冷媒出側マ二ホールド へ冷媒を導出する冷媒導出部を槽壁の一部に設ける構成とした。また、冷媒導入部 において、各冷媒経路が独立した状態で、かつ、総括して配置され、冷媒導出部に おいて、各冷媒経路が独立した状態で、かつ、総括して配置されるように構成した。 さらに、冷媒導入部及び冷媒導出部が槽壁の同一側面に配置される構成とした。

[0017] 上記本発明の第 1の側面において、内機構又は外機構を冷却するための冷媒経 路は、槽壁の一部を形成する配管、及び、配管と内機構又は外機構とを接続するチ ユーブからなる構成とした。また、冷媒経路の少なくとも一部分が槽壁の表面又は内 面に配置される構成とした。さらに、冷媒を冷却水とした。

[0018] 本発明の第 2の側面は、上記第 1の側面のいずれ力を有し、槽内部に成膜基板及 び蒸発源を備え、蒸発源から蒸発する蒸発物質を成膜基板に堆積させる薄膜形成 用真空槽である。

[0019] 本発明の第 3の側面は、内機構又は外機構を有する槽からなる装置の冷却方法に おいて、少なくとも 1本以上の冷媒経路を用いて内機構又は外機構を冷却し、該冷 媒経路を用いて槽壁を冷却する方法である。さらに、槽壁のみを冷却する少なくとも 1本以上の冷媒経路を用いて槽壁を冷却する方法である。

発明の効果

[0020] 本発明により真空装置の各部冷媒用配管の作業時間は短縮され、チューブの使用 量も大幅に削減される。また、経路を最短距離にすることが可能となるため冷媒の流 量低下をも防止することが可能となる。さらに真空装置の外観を向上させ、作業者毎 の個人差をも防止することが可能となる。

図面の簡単な説明

[図 1]本発明の冷媒経路用冷却管の概略図

[図 2]本発明の冷媒経路用冷却管の応用利用を説明する図

[図 3]真空装置の概略図

[図 4]従来の冷媒配管の経路の概略図

[図 5]真空槽本体冷却管の取付け方法の概略図

[図 6]真空槽本体冷却管の継手部の概略図

符号の説明

1 本発明の冷媒経路用冷却管

2 集中接続部

20 真空槽本体

21 真空槽開口

22 メインポンプ

23 粗引きポンプ

24 メインノ ノレブ

25 粗引きバルブ

26 補助バルブ

27 シャッター

28 坩堝

29 蒸着材料

30 電子銃

31 ノヽロゲンヒーター

32 基板

33 基板ドーム

34 基板加熱用ヒーター

35 基板ドーム回転機構 36 基板加熱用ヒーター導入部

37 チラ一

38 冷媒入側マ二ホールド

39 冷媒出側マ二ホールド

40 バルブ

41 フローメーター

42 チューブ

43 真空槽本体冷却管

44 真空槽本体冷却管入口側継手

45 真空槽本体冷却管出口側継手

46 坩堝機構導入部

47 電子銃導入部

48 真空槽壁面

49 銅パイプ

50 銀ろう付け

51 ステンレス製角パイプ

52 溶接

53 ソケット

54 熱伝導率の低い材料

発明を実施するための最良の形態

[0023] 図 1に本発明実施例を説明する概略図を示す。以下、本発明に係る冷却手段は、 図 3及び図 4に示される装置と同様の真空装置に搭載されるものとするが、本発明を 実施可能な装置はこれに限られるものではない。

[0024] 図中 1は冷媒経路用冷却管であり、冷却すべき内部機構及び冷却すべき外部機 構に冷媒を循環させるための経路となる。 2は集中接続部であり、冷媒入側マ二ホー ルド 38から導出する複数のチューブ 42に接続する冷媒導入部と、冷媒出側マニホ 一ルド 39から導出する複数のチューブ 42に接続する冷媒導出部により構成される。 冷媒導入部及び冷媒導出部においては、各々の冷媒経路を独立に保ったまま冷媒 が流入及び流出されるものとし、冷媒入側マ二ホールド 38及び冷媒出側マ二ホール ド 39へは集中接続部 2のみを用いて配管されるものとする。なお、図 1において、集 中接続部 2の冷媒導入部及び冷媒導出部は一箇所にまとめられているものを示した が、冷媒導入部と冷媒導出部を別個に配置するようにしてもよいし、必要に応じて一 部の冷媒経路の始点又は終点を集中接続部 2から別個に配置するようにしてもよい

[0025] 本実施例においては、基板加熱用ヒーター 34、基板ドーム回転機構 35、坩堝 28、 電子銃 30などの機構に冷媒を循環させるため、冷媒経路用冷却管 1は基板加熱用 ヒーター導入部 36、基板ドーム回転機構 35、坩堝機構導入部 46、電子銃導入部 4 7に接続される。冷媒経路用冷却管 1には冷却水を循環させるものとするが、冷媒は 液体、気体を問わず冷却可能な物質であればよい。真空槽上部に配置される基板ド ーム回転機構 35及び基板加熱用ヒーター 34などへの冷却水は集中接続部 2から上 部まで設置された冷媒経路用冷却管 1を通る。真空槽上部から基板ドーム回転機構 35及び基板加熱用ヒーター導入部 36へは短いチューブ 42を用いて接続される。同 様に坩堝 28、電子銃 30など真空槽下部の機構にも冷媒経路用冷却管 1は設置され 、図示しない短いチューブ 42を用いて坩堝機構導入部 46、電子銃導入部 47に接 される。

[0026] 冷媒経路用冷却管 1は真空槽壁外部の表面にとりつけられたものを図示したが、そ の設置は、真空槽壁内部の表面であっても壁の内面に坦め込まれるものでも構わな レ、。また、冷媒経路用冷却管 1は、その他真空槽本体冷却管 43と材質や構造が同じ であっても異なっていても構わない。本実施例により冷媒経路用冷却管 1に冷媒を循 環させることにより、内外機構を冷却すると同時に真空槽壁の冷却効率を向上させる ことが可能となる。

[0027] 図 1のように本発明の冷媒経路用冷却管 1を使用した場合、図 4のような従来の配 管方法と比較してチューブ 42の使用量の大幅削減が可能となる。また、冷媒の経路 長が最短距離となるため、冷媒流量の減少を抑えることができる。更に、二次元配管 のような特別な設備を取付ける必要がないため、装置構成の複雑化といった問題や 装置占有面積の拡大といった問題も発生しない。 [0028] 図 4のような従来の方法と比較すると図 1の冷媒経路用冷却管 1を取付ける分は真 空槽の製作のみで考えると若干のコストアップとなってしまう。し力しながら真空装置 は通常、組立後に動作確認や性能試験を行なってから解体し、納入場所に搬送され 、そこで再度組立が行なわれるため、前述のコストアップはチューブの引廻しの工事 時間に比してごく僅かである。すなわち図 4に示すような従来方法では、組立 '解体- 据付時組立というような場面においてその都度長いチューブの引廻しを行なわなけ ればならないということになる。これに比べて図 1の本発明の冷媒経路用冷却管 1を 使用する場合、各部への冷却用配管は僅か数センチ一十数センチ程度であるため 工事が容易である上解体 '据付時のチューブの引廻し作業は集中接続部 2の脱着の みでよぐ著しく作業時間を短縮することができる。図 4のような従来の方法において も解体 *据付用にチューブの集中中継部を設置すれば解体 *据付の作業時間は短 縮することができるが、真空槽本体 20の周辺には多数の測定器や制御器が配置さ れるので配置場所が少なぐまたこれらの機器のメンテナンスの妨げにならないように これらを避けるようにチューブをレイアウトしなければならなレ、。よって各部から集中中 継部までのチューブの配管作業は作業時間がかかる上、チューブの使用量の削減 や最短距離での接続は不可能である。また、チューブの長さが長くなると工事作業者 毎の個人差などが生じやすいという問題もある。

[0029] 本発明の冷媒経路用冷却管 1は真空槽本体 20に図 5 (a)または図 5 (b)のように取 付けた際、各機構部へ冷媒が到達する前に、この冷媒は若干の温度上昇をしてしま う。真空槽本体 20の壁面温度 70— 80°Cに対してその他機構部の温度は非常に高 いため、若干の温度上昇は問題にならず、むしろ真空槽壁の冷却効率向上による効 果の方がはるかに大きいが、万が一この数 °Cの温度上昇が問題になる場合は、本発 明の冷媒経路用冷却管 1の材質を熱伝導率の低い材料を用レ、るか、図 2 (a)の真空 槽本体冷却管 49のように長い距離を銀ろう付けもしくは溶接 (50)するのではなぐ図 2 (b)のように銀ろう付けもしくは溶接の箇所を減らしてもよい。または、図 2 (c)のよう に真空槽本体 20と本発明の冷媒経路用冷却管 1との間に熱伝導率の低い材料 (54 )を挟んで取付けるなどの方法を用いてもょレ、。

[0030] 図 4のような従来の方法ではチューブ 42が大量に、かつ、至るところに配置される ため外観を損ねてしまっていたが、本発明の冷媒経路用冷却管 1を用いた場合、装 置の外観が著しく向上する。

上記実施例では蒸着法を用いた成膜について説明したが、本発明装置および方 法を実施可能な成膜方法は蒸着法に限られるものではなぐスパッタリング法、イオン プレーティング法等多数あげられる。

Claims

請求の範囲

[1] 槽壁に覆われた槽、前記槽内部に配置された内機構又は前記槽外部に配置され た外機構、前記内機構又は前記外機構を冷却するための少なくとも 1本以上の冷媒 経路からなる装置であって、

前記冷媒経路の少なくとも一部分が前記槽壁の一部分を形成することを特徴とす る装置。

[2] 請求項 1記載の装置であって、

さらに、前記槽壁のみを冷却する少なくとも 1本以上の冷媒経路からなることを特徴 とする装置。

[3] 請求項 1又は 2記載の装置であって、

前記冷媒経路の各々に独立して冷媒を循環させる冷媒循環器を設けたことを特徴 とする装置。

[4] 請求項 3記載の装置であって、

該冷媒循環器から前記各冷媒経路へ冷媒を導入する冷媒入側マ二ホールド、及 び、前記各冷媒経路から該冷媒循環器へ冷媒を導入する冷媒出側マ二ホールドを 設けたことを特徴とする装置。

[5] 請求項 4記載の装置であって、

前記各冷媒経路の個別の始端をなし、該冷媒入側マ二ホールドからチューブを介 して前記各冷媒経路へ冷媒を導入する冷媒導入部、及び、前記各冷媒経路の終端 をなし、前記各冷媒経路からチューブを介して該冷媒出側マ二ホールドへ冷媒を導 出する冷媒導出部を前記槽壁の一部に設けたことを特徴とする装置。

[6] 請求項 5記載の装置であって、

該冷媒導入部において、前記各冷媒経路が独立した状態で、かつ、総括して配置 され、

該冷媒導出部において、前記各冷媒経路が独立した状態で、かつ、総括して配置 されるように構成されたことを特徴とする装置。

[7] 請求項 5又は請求項 6記載の装置であって、

該冷媒導入部及び該冷媒導出部が前記槽壁の同一側面に配置されたことを特徴 とする装置。

[8] 請求項 1から請求項 7いずれか一項に記載の装置であって、

前記内機構又は前記外機構を冷却するための前記冷媒経路は、前記槽壁の一部 を形成する配管、及び、該配管と前記内機構又は前記外機構とを接続するチューブ 力 なることを特徴とする装置。

[9] 請求項 1から請求項 8いずれか一項に記載の装置であって、

前記冷媒経路の少なくとも一部分が前記槽壁の表面又は内面に配置されたことを 特徴とする装置。

[10] 請求項 1から請求項 9いずれか一項に記載の装置であって、

前記冷媒は冷却水からなることを特徴とする装置。

[11] 請求項 1から請求項 10いずれか一項に記載の装置であって、

該装置は前記槽内部に成膜基板及び蒸発源を備え、該蒸発源から蒸発する蒸発 物質を該成膜基板に堆積させる薄膜形成用真空槽であることを特徴とする装置。

[12] 内機構又は外機構を有する槽カ なる装置の冷却方法であって、

少なくとも 1本以上の冷媒経路を用いて前記内機構又は前記外機構を冷却し、 前記冷媒経路を用いて前記槽の槽壁を冷却することを特徴とする方法。

[13] 請求項 12記載の冷却方法であって、

さらに、前記槽壁のみを冷却する少なくとも 1本以上の冷媒経路を用いて前記槽壁 を冷却することを特徴とする方法。