(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象物に対して所定の真空処理を行う空間を第１空間、２つの第１空間の間に介在される空間を第２空間とし、第１空間と第２空間との間に圧力差をつけ、第２空間を介して互いに連通する各第１空間の間をガス雰囲気分離し得るように構成した真空処理装置であって、
第１空間と第２空間とに夫々接続されて内部を真空引きする真空ポンプを備え、各真空ポンプは、吸気口と排気口とを備えてこれら吸気口と排気口との間で生じる圧力差で気体を圧縮して排気するものであり、第１空間と第２空間とのうち、比較的低圧にするいずれか一方を真空引きする真空ポンプの排気口を、いずれか他方に接続する接続管を更に有することを特徴とする真空処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の真空処理装置であって、真空チャンバを備え、この真空チャンバ内にシート状の基材が巻き掛けられるドラムを配置すると共に、ドラムの周方向に第１空間と第２空間とが連設されていることを特徴とする真空処理装置。
【請求項３】
前記比較的低圧にするいずれか一方を真空引きする真空ポンプの実効排気速度を調節する調整手段を更に有し、第１空間と第２空間との間で発生する圧力差を調整可能としたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の真空処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空処理装置に関し、より詳しくは、処理対象物に対して所定の真空処理を行う空間を第１空間、この第１空間に隣接する空間を第２空間とし、互いに連通する第１空間と第２空間との間に圧力差を設けて（他の空間と）ガス雰囲気分離し得るように構成したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば長尺で樹脂製のシート状の基材は可撓性を有し、加工性も良いことから、その表面に所定の金属膜や酸化物膜等の所定の薄膜を成膜したり、熱処理や施したりして電子部品や光学部品とすることが一般に知られている。従来、真空チャンバ内に回転自在に設けたドラムに長尺のシート状の基材を巻き掛け、ドラムの回転によりシート状の基材を走行させながらシート状の基材の一方の面に、真空処理としてのプラズマＣＶＤ法による成膜を行うものが例えば特許文献１で知られている。
【０００３】
上記従来例のものは、真空ポンプが接続された真空チャンバ内に、シート状の基材を繰り出す繰出手段と、処理後のシート状の基材を巻き取る巻取手段とを備え、繰出手段から繰り出されたシート状の基材が巻き掛けられているドラムの周面部分を利用してプラズマＣＶＤ法による成膜を行う放電空間（成膜室）が画成されるようにしている。そして、放電空間を臨むようにシート状の基材が巻回されているドラムの周面部分に対向配置されたシャワー電極を通して成膜室内に成膜しようとする薄膜の組成に応じて選択される原料ガスを導入し、このシャワー電極に、プラズマ発生用の高周波電力（例えば、１３．５６ＭＨｚ）を投入することで、放電空間にプラズマを形成し、原料ガスを分解して基材の一方の面に付着、堆積させて成膜される。
【０００４】
ここで、シート状の基材に所定の真空処理を施して製品とする場合、この基材に多層膜を形成したり、成膜処理を施した後にエッチングやプラズマ処理を施したりする場合がある。このような場合、真空チャンバ内に隔絶板を設けてドラムの周方向に沿って各種処理を施す複数の空間が設けられる。このように単一の真空チャンバ内で複数の隔絶された空間を設けるとき、各空間を完全に隔絶することは装置の構成上できず、しかも、真空中における各種の処理は、同じガス圧力や同じガス成分で行われるとは限られない。このため、比較的高圧となる空間から比較的低圧となる空間にガス（プロセスガス等）が混入し、所謂ガスコンタミネーションが生じて、成膜時の膜質に悪影響を及ぼす等の問題がある。
【０００５】
上記問題を解決するために、ドラムの周囲に配置される各処理空間の間に差圧室を介在させ、各処理空間をガス雰囲気分離することが知られている（例えば、上記特許文献１参照）。ところで、例えば、ＣＶＤ法やスパッタリング法による成膜処理を施すとき、例えば残留ガスの影響で膜質が変化することを防止するため、成膜を行う空間、ひいては真空チャンバ内のバックグランド圧力を低く保持（例えば、１０−５Ｐａ）することが望ましい。このことから、ドラムの周囲に配置される空間毎に、ターボ分子ポンプやクライオポンプ等の高真空用の真空ポンプを夫々接続することが好ましく、その中でも、ターボ分子ポンプは比較的使い勝手がよいことから、この種の真空処理装置には広く利用されている。
【０００６】
ここで、ターボ分子ポンプのように、回転翼の前後に生じる圧力差で気体を圧縮して排気する真空ポンプは、圧力差をつくるためにその背圧側に、大気圧から真空排気し得る所謂バックポンプ（例えば、ロータリーポンプ）が接続される。然し、空間毎に、ターボ分子ポンプとその背圧側のバックポンプとを設ける構成では、真空排気すべき空間が増えるのに従い、バックポンプの数もまた増加させる必要があり、これでは、製造コストやメンテナンスコストが多大となるばかりか、装置構成も複雑になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−４２８４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、以上の点に鑑み、互いに連通する空間に圧力差を設けるという機能を損なうことなく、使用する真空ポンプの数を少なくできて低コストの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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、処理対象物に対して所定の真空処理を行う空間を第１空間、２つの第１空間の間に介在される空間を第２空間とし、第１空間と第２空間との間に圧力差をつけ、第２空間を介して互いに連通する各第１空間の間をガス雰囲気分離し得るように構成した本発明の真空処理装置は、第１空間と第２空間とに夫々接続されて内部を真空引きする真空ポンプを備え、各真空ポンプは、吸気口と排気口とを備えてこれら吸気口と排気口との間で生じる圧力差で気体を圧縮して排気するものであり、第１空間と第２空間とのうち、比較的低圧にするいずれか一方を真空引きする真空ポンプの排気口を、いずれか他方に接続する接続管を更に有することを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、接続管により比較的低圧となる空間に接続される真空ポンプの吸気側を、比較的高圧にする空間に接続する構成とし、比較的低圧となる空間に混入した（漏れ出た）ガスを比較的高圧になる空間へと汲み戻すことで、第１空間と第２空間との間に確実に圧力差を生じさせることが可能となる。この場合、真空ポンプとして、例えば、回転翼を有してこの回転翼の前後であるガスの吸気口とその排気口との間に生じる圧力差で気体を圧縮して排気するターボ分子ポンプを用いるとき、圧力差を発生させるためのバックポンプは、比較的高圧となる空間に接続される真空ポンプの背圧側となる排気口にのみに備えておけば、他の空間には、バックポンプを必要としない。このため、使用するバックポンプの数を少なくして低コスト化を図ることができ、装置の複雑化も抑制できる。このことは、圧力差を設ける空間の数が増加するときより有利となる。また、プロセス実行の圧力によっては、ターボ分子ポンプではなく、メカニカルブースターポンプ等の差圧をつくってバックポンプを必要とするポンプを用いてガスの雰囲気分離を行うことも有効である。
【００１１】
なお、本発明は、真空チャンバを備え、この真空チャンバ内にシート状の基材が巻き掛けられるドラムを配置すると共に、ドラムの周方向に沿って第１空間と第２空間とが連設されているようなものに適用することができ、ドラムの周方向に沿って、所定の真空処理を行う処理空間と、差圧室とを交互に複数連設するような場合に特に有利となる。
【００１２】
本発明においては、前記比較的低圧にするいずれか一方を真空引きする真空ポンプの実効排気速度を調節する調整手段を更に有し、第１空間と第２空間との間で発生する圧力差を調整可能とすることが好ましい。これにより、各空間で実施される真空処理時の圧力に応じて、差圧室の圧力を調整して各処理空間でのガス雰囲気分離を確実に行う構成が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態の真空処理装置の構成を説明する模式的断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、真空処理装置をプラズマＣＶＤ装置とし、樹脂製のシート状の基材Ｓの一方の面に多層膜を成膜処理するものを例として本発明の実施形態を説明する。以下においては、図１を基準に、真空チャンバ側面に設けられる電極ユニットＣＵの装着方向を左、右とし、上、下といった方向を示す用語を用いるものとする。
【００１５】
図１を参照して、ＰＭは、２箇所の位置でプラズマＣＶＤ法による成膜処理を基材Ｓに対して夫々施すことができるようにした本実施形態のプラズマＣＶＤ装置である。プラズマＣＶＤ装置ＰＭは真空チャンバ１を備える。真空チャンバ１の上側内壁に傾斜して夫々設けた仕切板２により上下の空間に区間され、上側空間１ａには、シート状の基材Ｓが巻回され、一定の速度でこのシート状の基材Ｓを繰り出す繰出ローラ３と、成膜済みのシート状の基材Ｓを巻き取る巻取ローラ４とが収納され、その下側空間には、その上部が上側空間に位置するように、基材Ｓが巻き掛きられるドラム５が回転自在に設けられている。なお、基材Ｓを繰り出して巻き取るまでの機構は公知のものが利用できるため、ここでは詳細な説明を省略する。そして、繰出ローラ３から繰り出された基材Ｓは、ガイドローラ３１を経て仕切板２とドラム５の周面との間の隙間を通して下側空間に引き出され、ドラム５に巻き掛きられた後、仕切板２とドラム５の周面との間の他の隙間を通して、ガイドローラ４１を経て巻取ローラ４に巻き取られる。なお、ドラム５には、基材Ｓを加熱または冷却する手段を内蔵していてもよい。
【００１６】
真空チャンバ１の左側面及び右側面には、ドラム５の母線方向の長さより長い横幅（図１の前後方向）を有する矩形の透孔１１が開設され、この透孔１１の外周縁部を囲うようにして真空チャンバ１の両側面には、同一の構造を有する電極ユニットＣＵが着脱自在に夫々装着される。真空チャンバ１の左側面に取り付けられた電極ユニットＣＵを例に説明すると、この電極ユニットＣＵは、導電性板材を断面視皿状に成形してなる電極ホルダ６を備える。電極ホルダ６の右端のフランジ６１に図示省略のＯリング等の真空シールを介して真空チャンバ１の左側面に当接させ、この状態で図外のボルト等で締結されることで装着される。電極ホルダ６は、基材Ｓが巻き掛けられているドラム５の周面部分に放電空間ＣＳを存して対向配置される第１電極（カソード電極）７を保持する。
【００１７】
第１電極７は、導電性を有する底有の筒状部材７１と、右側開口面に取り付けられた、複数個のガス噴射口７２ａが開設された同一材質のシャワープレート７２とで構成され、その底部にはガス供給管７３が接続されている。この場合、ガス供給管７３は、後述のマッチングボックスの壁面までのび、ガス源からのガス管７４が着脱自在に接続できるようになっている。そして、ガス供給管７３から所定の原料ガスを供給すると、筒状部材７１内で一旦拡散され、各ガス噴射口７２ａを介して放電空間ＣＳに原料ガスが導入される。原料ガスとしては、例えば、シリコン窒化膜やシリコン酸化膜を形成するような場合、ＳｉＨ４、ＮＨ３、Ｎ２Ｏ、Ａｒ、Ｈ２やＮ２等のガスが用いられる。
【００１８】
また、電極ホルダ６内には、第１電極７の周囲に同心に接続部材８が設けられている。接続部材８は導電性を有する筒状部材で構成され、接続部材８の内周面に筒状の絶縁体Ｉを介して第１電極７を保持するようになっている。なお、第１電極７の保持方法としては、ねじによる締結や嵌合等公知の方法を用いることができる。この場合、接続部材８の左端には、径方向内方（図１中、上下方向）に向かって延出させたフランジ８１が形成され、フランジ８１を介して電極ホルダ６の内面に固定される。これにより、電極ホルダ６を真空チャンバ１の左側面に装着するだけで、シート状の基材Ｓが巻き掛けられているドラム５の周面部分に放電空間ＣＳを存して対向する位置に第１電極７、具体的にはシャワープレート７２が位置決め保持される。
【００１９】
電極ホルダ６の左側面にはマッチングボックスＭＢが固定されている。アース接地のマッチングボックスＭＢ内には、マッチング可変コンデンサ、チューニング可変コンデンサやコイル等、公知の構成を有する整合回路（図示せず）が備えられ、この整合回路からの給電線ＭＷが、電極ホルダ６及び接続部材８を通して第１電極７に接続されている。この場合、給電線ＭＷは、例えば金属ブスバーで構成され、電極ホルダ６及び接続部材８に設けた真空シール兼用の碍子ＭＧで支持されている。なお、ガス供給管７３もまた、上記碍子ＭＧで支持されるようにしている。そして、マッチングボックスＭＢは、公知の構造の高周波電源ＨＥに接続され、第１電極７に高周波電力を投入できるようになっている。
【００２０】
真空チャンバ１内には、放電空間ＣＳの周方向両側（図１中、上下方向）でドラム５の周面部分を、隙間を存して夫々覆う上下一対の第２電極９（アノード電極）が設けられている。第２電極９は、ドラム５の母線方向の長さより長い横幅を有する導電性の板材で構成され、ドラム５の周面に対応して湾曲され、特に図示して説明しないが、真空チャンバ１の内壁面に絶縁体を介在させて固定されている。この場合、第２電極９の面積は、投入電力の周波数等を考慮してリターン電流を多く回収し得るように設定される。また、上記隙間は、ドラム５の周面と第２電極９とで画成される空間が、放電空間にプラズマを形成したときにプラズマが回り込まない非放電空間ＵＳとなるように設定されている。この場合、第２電極９とドラム５との間に、ドラム５の径方向に所定の長さでのびる非放電空間ＵＳたる隙間が形成されるため、放電空間ＣＳからの排気コンダクタンスが高くなってガス雰囲気分離にも有効となる。そして、電極ホルダ６を真空チャンバ１の左側壁に装着した状態では、第２電極９が接続部材８に直結される。
【００２１】
第２電極９の放電空間ＣＳ側の端部には、左方向に向けてのびる複数本のピン部材９１が立設されている。この場合、ピン部材９１は、バナナプラグのように、接触抵抗が低い所謂他面接触式の接点を持つものとして構成されている。他方、接続部材８の右側面には、周方向外側（図２中、上下方向）に向かって延出する、第２電極９の放電空間ＣＳ側の端部に対応させて湾曲させた延出部８２が設けられている。この延出部８２には、ピン部材９１の位置に対応させてこのピン部材９１が嵌着される受入れ凹部８３が形成されている。この場合、特に図示して説明しないが、接続部材８の延出部８２には、この延出部８２と第２電極９との当接面に、弾性を有する無端状の接触子（図示せず）が設けられている。このような接触子としては、例えば、ゴム製のＯリングの表面をメッシュ金属で被覆したようなものを用いることができる。
【００２２】
ところで、上記プラズマＣＶＤ装置ＰＭにおいて、基材Ｓに多層膜を形成するとき、例えば組成の異なる膜を成膜する場合がある。このため、真空チャンバ１内の下方空間には、空間を仕切る複数の隔絶板１０ａ〜１０ｄが設けられ、上側空間１ａから反時計周りに、互いに隔絶される、放電空間ＣＳを含む、処理空間としての第１の成膜室１１ａと、第１〜第３の各差圧室１１ｂ〜１１ｄと、他の放電空間ＣＳを含む、処理空間としての第２の成膜室１１ｅが連設されるようにしている。ここで、真空チャンバ１の上側空間１ａと、第１の成膜室１１ａと、第１〜第３の各差圧室１１ｂ〜１１ｄと、第２の成膜室１１ｅとを完全に隔絶する（即ち、各室を夫々気密空間にする）ことは装置の構成上できず、しかも、両成膜室１１ａ、１１ｅで実施される成膜処理時、同じガス圧力や同じガス成分で行われるとは限られない。このため、比較的高圧となる空間から比較的低圧となる空間にガス（プロセスガス等）が混入し、所謂ガスコンタミネーションが生じて、成膜時の膜質に悪影響を及ぼさないようにする必要がある。
【００２３】
本実施形態では、第１の成膜室１１ａと、第１〜第３の各差圧室１１ｂ〜１１ｄと、第２の成膜室１１ｅとに夫々通じる真空チャンバ１の壁面に排気口１２ａ〜１２ｅを開設すると共に、上側空間１ａに通じる真空チャンバ１の壁面に排気口１２ｆ，１２ｇを開設した。そして、成膜時に所定の原料ガスを導入することで比較的高圧になる、第１空間としての第１成膜室１１ａ及び第２成膜室１１ｅに排気管ＥＰ１を介して、回転翼を有してこの回転翼の前後たる吸気口Ｐ１と排気口Ｐ２とに生じる圧力差で気体を圧縮して排気する真空ポンプとしてのターボ分子ポンプＴＭＰ１とその背圧側のバックポンプたるロータリーポンプＲＰとを接続した。それに加えて、両成膜室１１ａ，１１ｅに隣接して連通している第２空間としての上側空間１ａ、第１差圧室１１ｂ及び第３差圧室１１ｄに排気管ＥＰ２を介して、上記同様、吸気口Ｐ１と排気口Ｐ２とに生じる圧力差で気体を圧縮して排気する真空ポンプとしてのターボ分子ポンプＴＭＰ２を夫々接続した。なお、第２差圧室１１ｃには、ターボ分子ポンプＴＭＰ３とその背圧側のロータリーポンプＲＰとを接続してもよい。
【００２４】
排気管ＥＰ１，ＥＰ２には、調整手段としての閉止機能付きのコンダクタンスバルブＣＶが夫々設けられ、ターボ分子ポンプＴＭＰ１，ＴＭＰ２の実効排気速度を変えることができるようにしている。また、ターボ分子ポンプＴＭＰ１，ＴＭＰ２，ＴＭＰ３としては、真空チャンバ１や空間の容積に応じて同一の排気能力を有するものを用いることができる。そして、上側空間１ａ、第１差圧室１１ｂ及び第３差圧室１１ｄを夫々排気するターボ分子ポンプＴＭＰ２の背圧側が、接続管ＣＰを介して第１及び第２の両成膜室１１ａ，１１ｅに夫々接続されている。
【００２５】
上記実施形態によれば、第１及び第２の両成膜室１１ａ，１１ｅに原料ガスを夫々導入してプラズマＣＶＤ法により成膜する場合、両成膜室１１ａ，１１ｅから漏れ出たガスは、比較的圧力となる上側空間１ａ、第１差圧室１１ｂ及び第３差圧室１１ｄに混入し、ターボ分子ポンプＴＭＰ２へと排気された後、第１の成膜室１１ａ及び第２の成膜室１１ｅへと汲み戻される。これにより、両成膜室１１ａ，１１ｅと、上側空間１ａ、第１差圧室１１ｂ及び第３差圧室１１ｄとの間に確実に圧力差を生じさせることが可能となり、両成膜室１１ａ，１１ｅ間でガス雰囲気分離することができる。この場合、第１及び第２の両成膜室１１ａ，１１ｅに接続されターボ分子ポンプＴＭＰ１の背圧側である排気口のみにロータリーポンプＲＰを接続しておけばよいため、使用するロータリーポンプＲＰの数を少なくして低コスト化を図ることができ、装置の複雑化も抑制できる。また、コンダクタンスバルブＣＶを設けたことで、ターボ分子ポンプＴＭＰ１，ＴＭＰ２の実効排気速度を夫々調整し、第１及び第２の両成膜室１１ａ，１１ｅと、上側空間１ａ、第１差圧室１１ｂ及び第３差圧室１１ｄとの間に発生させる圧力差を変化させることができてよい。
【００２６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記に限定されるものではない。上記実施形態では、ドラム５の周囲にシート状の基材Ｓを巻き掛け、このシート状の基材Ｓを走行させながら多層膜を成膜するものを例に説明したが、特に図示して説明しないが、コンベア等の搬送手段によりシリコンウエハ等の処理基板を順次（間欠）搬送し、コンベアの搬送経路に設けた成膜源により真空雰囲気下で成膜処理を行う所謂インライン式成膜装置に本発明を適用してガス雰囲気分離することもできる。
【００２７】
また、上記実施形態では、ドラム５の周囲に第１空間と第２空間とが交互に連設されるものを例に説明したが、相互に連通する少なくとも２つの空間があり、両空間で圧力差をつけたいような場合であれば、本発明は広く適用でき、空間の数も限定されるものではない。更に、上記実施形態では、成膜室１１ａ，１１ｅが比較的高圧になるため、これに隣接する上側空間１ａや差圧室１１ｂ，１１ｄのターボ分子ポンプＴＭＰ２の背圧側を接続管ＣＰにより成膜室１１ａ，１１ｅに接続するものを例にしたが、成膜室１１ａ，１１ｅを比較的低圧にしたい場合には、この成膜室１１ａ，１１ｅのターボ分子ポンプＴＭＰ１の背圧側を接続管ＣＰにより差圧室等に接続すればよい。
【００２８】
また、上記実施形態では、排気管ＥＰ１，ＥＰ２に設けたコンダクタンスバルブＣＶで調整手段を構成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、例えば、真空ポンプとして排気能力の異なるものを選定して、その能力差のあるポンプ自体で調整手段を構成してもよい。更に、上記実施形態では、真空ポンプとしてターボ分子ポンプを備えたものを例に説明したが、吸気口と排気口とを備えてこれら吸気口と排気口との間で生じる圧力差で気体を圧縮して排気するものであればよく、例えば、揺動ピストンを備えた真空ポンプが挙げられる。
【００２９】
更に、上記実施形態では、真空処理としてプラズマＣＶＤ法による成膜を例に説明したが、真空処理は上記に限定されるものではなく、例えば、スパッタリング法による成膜、反応性イオンエッチングや真空加熱／冷却処理としてもよく、また、第１の成膜室をプラズマＣＶＤ法による成膜、第２の成膜室をスパッタリング法により成膜としてもよい。
【符号の説明】
【００３０】
ＰＭ…プラズマＣＶＤ装置（真空処理装置）、１…真空チャンバ、１ａ…上側空間、１０ａ〜１０ｄ…隔絶板、１１ａ，１１ｅ…成膜室（第１空間）、１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ…差圧室（第２空間）、ＴＭＰ１，ＴＭＰ２…ターボ分子ポンプ（真空ポンプ）、ＲＰ…ロータリーポンプ（バックポンプ）、ＣＰ…接続管、ＥＰ…排気管、ＣＶ…コンダクタンスバルブ（調整手段）、５…ドラム、Ｓ…シート状の基材。
【図１】
0005867204.tif 000002