JP2011179531A - 蓋開閉装置及び真空装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カソード等の重量物を搭載した蓋であってもシール部材に偏荷重をかけることがなく、真空装置の開閉部の気密を確実に保つことができる蓋開閉装置及びこの蓋開閉装置を備える真空装置を提供する。
【解決手段】真空チャンバ１の開口部１ｃに取付けられた蓋を開閉する蓋開閉装置は、開口部１ｃから蓋２を離間させる方向に直線運動させる蓋昇降装置と、開口部１ｃを開閉するように蓋２を回転させる蓋回転装置とを備えており、蓋昇降装置により蓋２を開口部から離間させた後に、蓋回転装置により蓋２を側方に回転させることができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、真空装置を構成する真空チャンバの開口部に取付けられる蓋開閉装置及び真空装置に係り、特に、カソード等の重量物を搭載した蓋の開閉に適した蓋開閉装置及びこの蓋開閉装置を備える真空装置に関する。

従来から成膜装置の真空チャンバの蓋開閉には、回転機構のみ備える蓋開閉装置が採用されている（例えば、特許文献１，２参照）。回転機構のみで蓋を開閉する蓋開閉装置は、省スペースであることや装置の構造が比較的簡単であることからバッチ式装置等の小型装置に適した機構として広く採用されている。

具体的には、特許文献１に開示された技術では、蓋の回転中心を開口部のシール面と同一平面上に配設することでシール部材（Ｏリング）が受ける荷重の均一化が図られている。
また、特許文献２に開示された技術によれば、真空チャンバの開口部に蓋を押圧するバネを搭載した機構とすることで、シール部材（Ｏリング）が受ける荷重を均等にして、シール性やシール部材（Ｏリング）の耐久性の向上が図られている。

米国特許第６７７６８４８号 特開２００４−２７０８５６号公報

しかしながら、特許文献１に開始された技術では、回転機構のみで蓋開閉動作を行なうため、蓋が閉まる直前の動作においてＯリングとシール面が斜めに接触するため、接触面に偏荷重がかかることが避けられない場合がある。特に、大型の蓋ではＯリングとシール面に負荷される偏荷重が増大することになり、Ｏリングのねじれや破損が生じることが予想される。

一方、特許文献２に開始された技術では、アームに取付けられた板バネによってこのようなＯリングのねじれや破損を軽減することができるものの、カソードを搭載した蓋の重量に対してはＯリングの反力に板バネが耐えることができず、蓋の押し付けが十分ではなくなることが予想される。

また、蓋の開閉装置によっては蓋の開放方向や開閉角度が制限されることになる。このため、蓋に搭載されたカソードのメンテナンスをする際に、蓋の開閉方式によってはメンテナンス作業に支障をきたすおそれがある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、カソード等の重量物を搭載した蓋であってもシール部材に偏荷重をかけることがなく、真空装置の開閉部の気密を確実に保つことができる蓋開閉装置及びこの蓋開閉装置を備える真空装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、蓋にカソードが搭載された状態であっても良好なメンテナンス性を確保できる蓋開閉装置及びこの蓋開閉装置を備える真空装置を提供することを目的とする。

本発明に係る蓋開閉装置は、真空チャンバの開口部に取付けられた蓋を開閉する蓋開閉装置であって、開口部から前記蓋を離間させる方向に直線運動させる蓋昇降装置と、開口部を開閉するように前記蓋を回転させる蓋回転装置とを備えることを特徴とする。
或いは、本発明に係る蓋開閉装置は、真空チャンバの開口部に取付けられた蓋を開閉する蓋開閉装置であって、蓋に連結されたフレーム部材と、フレーム部材を昇降させる蓋昇降装置と、蓋昇降装置を取付けたアーム部材と、アーム部材を側方に傾けるように回転させる蓋回転装置と、を備え、蓋昇降装置により蓋を開口部から離間させた後に、蓋回転装置により前記蓋を側方に回転させることを特徴とする。また、本発明に係る真空装置は、上述の蓋開閉装置を備えることを特徴とする。

チャンバ開口のシール面とOリングが水平に接触することで均一な力がかかり、Oリングの延命効果が期待できる。また、９０°や１８０°など開放角度を選択できるためカソード部のメンテナンス性も向上する。

本発明の一実施形態に係るインライン式成膜装置の上面図である。 本発明の一実施形態に係るクラスター式成膜装置の上面図である。 本発明の一実施形態に係る蓋開閉装置を備えたチャンバユニットの側面図（蓋閉位置）である。 本発明の一実施形態に係る蓋開閉装置を備えたチャンバユニットの上面図（蓋閉位置）である。 本発明の一実施形態に係る蓋開閉装置を備えたチャンバユニットの側面図（シール面の非接触位置）である。 図３のＡ−Ａ断面図である。 本発明の一実施形態に係る蓋開閉装置を備えたチャンバユニットの側面図（蓋開度９０°位置）である。 本発明の一実施形態に係る蓋開閉装置を備えたチャンバユニットの側面図（蓋開度１８０°位置）である。

以下に、本発明の一実施形態について図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する部材、配置等は発明を具体化した一例であって本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変できることは勿論である。本実施形態では、蓋開閉装置を備えた真空装置としてインライン式成膜装置とクラスター式成膜装置を例に説明するが本発明はこの限りではない。例えば、他方式のＰＶＤ装置やエッチング装置、ＣＶＤ装置などの真空装置に設けられた蓋の開閉にも本発明に係る蓋開閉装置は好適に適用可能である。また、本実施形態の真空装置の蓋にはカソードが搭載されているが、カソード以外の構造物にも本発明が適用できることはもちろんである。

図１乃至８は本発明の一実施形態に係る真空装置及び蓋開閉装置についての図であり、図１はインライン式成膜装置の上面図、図２はクラスター式成膜装置の上面図、図３は蓋開閉装置を備えたチャンバユニットの側面図（蓋閉位置）、図４は蓋開閉装置を備えたチャンバユニットの上面図（蓋閉位置）、図５は蓋開閉装置を備えたチャンバユニットの側面図（シール面の非接触位置）、図６は図３のＡ−Ａ断面図、図７は蓋開閉装置を備えたチャンバユニットの側面図（蓋開度９０°位置）、図８は蓋開閉装置を備えたチャンバユニットの側面図（蓋開度１８０°位置）である。なお、図面の煩雑化を防ぐため一部を除いて省略している。

本発明に係る真空処理装置として、図１に示すインライン式成膜装置と図２に示すクラスター式成膜装置が上げられる。
図１に示したインライン式成膜装置Ｓ１は、ロードチャンバＬＬとアンロードチャンバＵＬと複数のプロセスチャンバ（真空チャンバ１）を直列に連結した成膜装置である。これらのプロセスチャンバ内に被成膜材を順次通過させることで、連続的に成膜処理などの所定の真空処置を施す装置である。また、図２に示したクラスター式成膜装置Ｓ２は、ロードロックチャンバＬＬに連結されたコアチャンバＣに複数のプロセスチャンバ（真空チャンバ１）を接続した成膜装置である。コアチャンバＣを経由して各プロセスチャンバ内に被成膜材を適宜搬送して真空処置を施す装置である。

これらの真空処理装置を構成するプロセスチャンバ（真空チャンバ１）には、その上面にカソード７を搭載した蓋２と蓋の開閉動作を制御する蓋開閉装置が設けられている。蓋開閉装置は、良好なカソードのメンテナンス性を得るために、蓋２を１８０°回転した状態で開放できるように構成されている。なお、図中の符号２ａは蓋が開放された際に占めるスペース（蓋開閉スペース２ａ）である。

以下にインライン式成膜装置に設けられた蓋開閉装置について説明する。
図３は蓋開閉装置を備えたチャンバユニットの側面図、図４は蓋開閉装置を備えたチャンバユニットの上面図であり、図３、４はいずれも蓋２が閉じられた状態を示している。
蓋開閉装置は、蓋２を真空チャンバ１（チャンバ本体１ｂ）の開口部１ｃに開閉可能に取付ける装置であり、蓋２の上部に接続された略Ｘ字状の部材であるフレーム４と、フレーム４と接続された略Ｌ字状の部材であるアーム３と、フレーム４を上下方向に昇降する蓋昇降装置と、アーム３を側方に回転する蓋回転装置とを有している。フレーム４は蓋昇降装置を介してアーム３と連結され、アーム３は蓋回転装置を介して真空チャンバ１側（台座１ａ）と連結されている。

アーム３は、蓋２へ直接接続せず、略Ｘ字状のフレーム４の中心に蓋昇降装置（ウォームジャッキユニット５）を介して接続された構造である。Ｘ字状のフレーム４のそれぞれの先端部は矩形状の蓋２の四隅にそれぞれ接続されるように配置されているため、フレーム４の水平面での中心位置は蓋２の中心と一致している。フレーム４の中心位置に蓋昇降装置を接続することで、昇降時の荷重が蓋２の全体により均一に作用することになる。従って、本実施形態に係る蓋開閉装置はシール面とＯリングに偏荷重が生じ難い構造である。

蓋昇降装置は、蓋昇降用モータ６と連結されたウォームジャッキユニット５を有している。ウォームジャッキユニット５は蓋昇降用モータ６と一体に構成されたハウジング５ａと蓋昇降用モータ６によって進退動作を制御できるシリンダ５ｂとを有している。そして、ハウジング５ａをアーム３側に、シリンダ５ｂをフレーム４側にそれぞれ固定することで、フレーム４をアーム３に対して上下動可能な構造としている。

より詳しくは、フレーム４とウォームジャッキユニット５とはネジにて締結され、ウォームジャッキユニット５と蓋昇降用モータ６はカップリングにて接続されている。蓋昇降用モータ６にはロータリポジショナ（位置決めリミットスイッチユニット）１１が取付けられており、蓋昇降用モータ６は所定の回転角度範囲内でのみ回転するようになっている。すなわち、アーム３に対する蓋２の昇降範囲が設定されている。また、フレーム４とウォームジャッキユニット５はネジにより締結されており、ネジの緩みによる位置ずれを防止するストッパ１４によってさらに両側から固定されている。

蓋回転装置は、回転用モータ８と連結された減速機ユニット９を有している。減速機ユニット９は回転用モータ８と一体に構成されたハウジング９ａと回転用モータ８によって回転角度を制御できる回転軸９ｂとを有している。ハウジング９ａを真空チャンバ１側（台座）に、回転軸９ｂをアーム３にそれぞれ固定することで、アーム３を真空チャンバ１に対して回転可能な構造としている。なお、カソード７を搭載した蓋２とアーム３及びフレーム４の総重量は１ ｔｏｎを超えるため、昇降用モータ６と回転用モータ８は重荷重に耐えうるものが選定されている。

図５は、蓋開閉装置を備えたチャンバユニットの側面図（シール面の非接触位置）であり、蓋昇降装置のウォームジャッキユニット５を作動させることによって蓋２を垂直に上昇させた状態を示している。図５では蓋２は高さｈだけ上昇した状態である。ウォームジャッキユニット５に接続された昇降用モータ６を動作させることで蓋２が昇降する。蓋昇降装置による蓋２を昇降動作は、蓋２のシール面が真空チャンバ１の開口部のシール面と接触しない高さまで昇降できるように構成されている。

蓋回転装置により蓋２を回転動作させる前に、蓋昇降装置によって蓋２を上昇動作させることで、シール面とＯリングに偏荷重がかかることを防ぐことができる。同様に、蓋２の閉動作においても、蓋回転装置により蓋２を回転動作させた後に、蓋昇降装置によって蓋２を降下動作させることで、シール面とＯリングに偏荷重がかかることを防ぐことができる。

なお、蓋２の昇降速度は、昇降用モータ６の駆動により簡易的に変更できるが、高速動作はシール面やＯリングへのダメージや、カソード７からのパーティクル等の問題を生じさせるため、例えば２ ｍｍ／ｓｅｃ程度の動作速度に設定されることが望ましい。

図６は図３のＡ−Ａ断面図である。
図５のように、蓋昇降装置によって蓋２を昇降動作させる際に、蓋２が水平姿勢で回転することによるシール位置のずれを抑制するために蓋ガイド装置が設けられている。
蓋ガイド装置は、フレーム４に固定されたガイドプレート１２と、アーム３に固定されたガイドベアリング１３とを有して構成されている。すなわち、蓋２の昇降動作に伴ってガイドプレート１２とガイドベアリング１３の接触位置がスライドする。蓋ガイド装置によって、常時、フレーム４側のガイドプレート１２とアーム３側のガイドベアリング１３を接触させることで蓋２の位置ずれを防ぎ、蓋昇降装置の繰り返し動作によるシール性の信頼性向上に効果がある。

図７，８は蓋開閉装置を備えたチャンバユニットの側面図であり、図７は蓋を９０°回転させた位置を、図８は蓋を１８０°回転させた位置をそれぞれ示している。
上述のように、減速機ユニット９の回転軸９ｂには、アーム３が固定されているため、回転用モータ８を回転させることで、アーム３が回転軸９ｂを中心に回転し、蓋２が開閉動作をすることができる。

回転用モータ８の回転角度（回転数）を制御することで、蓋２の回転位置を９０°、１８０°などの所定角度で保持することができる。
蓋を９０°回転させた位置で保持する場合は、真空チャンバ１の内部の確認やメンテナンス等に適している。

蓋を１８０°回転させた位置で保持する場合は、蓋内部側に配置された構造物（カソード７など）のメンテナンスに適している。また、蓋を１８０°回転させたときの床から蓋までの高さは回転軸９ｂの位置により任意に決定づけられ、この回転軸９ｂの回転中心と真空チャンバ１の開口面（シール面）の高さを一致させる必要性はない。もちろん、回転動作は回転用モータ８の駆動により、任意の位置にて停止させることができる。また、蓋２の回転速度は回転用モータ８の駆動速度を変更することで簡易的に変更が可能であるが、安全性等や作業性を考慮して決定される。

なお、蓋２の開動作は上述とは逆順にて行なう。すなわち、蓋回転機構を動作させることによって蓋２を真空チャンバ１の開口部の直上まで回転させ、その後、蓋昇降機構によって蓋２を真空チャンバ１の開口部に接触させる位置に降下させることで蓋２を閉じればよい。

チャンバ開口のシール面とOリングが水平に接触することで均一な力がかかり、Oリングの延命効果が期待できる。また、９０°や１８０°など開放角度を選択できるためカソード部のメンテナンス性も向上する。

１ 真空チャンバ
１ａ 台座
１ｂ チャンバ本体
１ｃ 開口部
２ 蓋
２ａ 蓋開閉スペース
３ アーム
４ フレーム
５ ウォームジャッキユニット
５ａ ハウジング
５ｂ シリンダ
６ 昇降用モータ
７ カソード
８ 回転用モータ
９ 回転用減速機
９ａ ハウジング
９ｂ 回転軸
１１ ロータリポジショナ
１２ ガイドプレート
１３ ガイドベアリング
１４ ストッパ

Claims (7)

1. 真空チャンバの開口部に取付けられた蓋を開閉する蓋開閉装置であって、
   前記開口部から前記蓋を離間させる方向に直線運動させる蓋昇降装置と、
   前記開口部を開閉するように前記蓋を回転させる蓋回転装置と、を備えることを特徴とする蓋開閉装置。
2. 真空チャンバの開口部に取付けられた蓋を開閉する蓋開閉装置であって、
   蓋に連結されたフレーム部材と、
   前記フレーム部材を昇降させる蓋昇降装置と、
   前記蓋昇降装置を取付けたアーム部材と、
   前記アーム部材を側方に傾けるように回転させる蓋回転装置と、を備え、
   前記蓋昇降装置により前記蓋を前記開口部から離間させた後に、前記蓋回転装置により前記蓋を側方に回転させることを特徴とする蓋開閉装置。
3. 前記蓋昇降装置による前記フレーム部材の昇降動作の際に、
   前記アーム部材側と前記フレーム部材側とをベアリングを介して常時接触させる蓋ガイド装置を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓋開閉装置。
4. 前記蓋にはカソードが搭載されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の蓋開閉装置。
5. 前記フレーム部材はＸ字状であり、
   前記蓋は矩形状であり、
   Ｘ字状に形成された前記フレーム部材のそれぞれの端部が、前記蓋の四隅側に連結されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の蓋開閉装置。
6. 前記蓋回転装置は、前記蓋を１８０°まで回転可能に構成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の蓋開閉装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の蓋開閉装置を備えることを特徴とする真空装置。