(57)【要約】【課題】短時間で減圧室を大気圧に昇圧することを可能としながらも、設備コストを大きく低減することができる表面処理装置を提供する。【解決手段】減圧下で処理ガスを被処理物に接触させ、被処理物を表面処理する表面処理装置１であって、開閉自在な扉体３を備えた減圧室２と、前記減圧室２に接続された排気管１０と、排気管１０に備えた真空バルブ機構６１を介して接続され、減圧室２を所定圧力に減圧する減圧機構６０と、減圧室２に圧縮エアを供給して減圧室２を昇圧する昇圧機構１１とを備えている。昇圧機構１１は、エアコンプレッサから供給される圧縮エアを調圧する調圧機構１２と、調圧されたエアを蓄積するエアタンク１３と、エアタンク１３と排気管１０とを接続する圧縮エア供給管１４と、圧縮エア供給管１４を開閉するバルブ機構１５とを備えている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧下で処理ガスを被処理物に接触させ、被処理物を表面処理する表面処理装置であって、
開閉自在な扉体を備えた減圧室と、
前記減圧室に接続された排気管と、前記排気管に備えた真空バルブ機構を介して接続され、前記減圧室を所定圧力に減圧する減圧機構と、
前記減圧室に圧縮エアを供給して前記減圧室を昇圧する昇圧機構と、
を備えている表面処理装置。
【請求項２】
前記昇圧機構は、
エアコンプレッサから供給される圧縮エアを調圧する調圧機構と、調圧されたエアを蓄積するエアタンクと、前記エアタンクと前記減圧室とを接続する圧縮エア供給管と、前記圧縮エア供給管を開閉するバルブ機構とを備え、
前記真空バルブ機構を閉塞した後に前記バルブ機構を開放するように構成されている請求項１記載の表面処理装置。
【請求項３】
前記減圧室の壁面または前記排気管に、一端が大気開放された一本または複数本の給排気管を、給排気バルブ機構を介して接続し、前記バルブ機構を開放した後に前記給排気バルブ機構を開放するように構成されている請求項１または２記載の表面処理装置。
【請求項４】
前記減圧室が、処理ガス供給機構から供給された処理ガスにより前記被処理物を表面処理する処理室であり、前記被処理物の表面処理が終了した後に、前記昇圧機構により前記処理室が昇圧される請求項１から３の何れかに記載の表面処理装置。
【請求項５】
前記エアタンクは、少なくとも前記減圧室の圧力を大気圧に昇圧するのに必要なエア量が充填可能な容量に設定されている請求項１から４の何れかに記載の表面処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、減圧下で処理ガスを被処理物に接触させ、被処理物を表面処理する表面処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面処理装置の一例である真空プラズマ処理装置は、被処理物の表面改質、金属酸化物の除去、薄膜形成、有機物の分解や滅菌など種々の用途に使用されている。
【０００３】
特許文献１には、内部でプラズマを発生させる真空チャンバと、この真空チャンバ内に収納されプラズマ発生空間に対面して互いに平行に配置され固定された複数対の電極と、この複数対の電極間に位置するとともに前記電極を挟んで異なる極性に配置された複数の磁石と、この磁石に対して互いに同じ磁極で前記プラズマ発生空間を介して対向した他方の磁石と、前記複数対の電極間で位相をずらして放電しプラズマを発生させる電源装置を備えた多相交流プラズマ発生装置が提案されている。
【０００４】
この種の表面処理装置は、減圧室となる真空チャンバに開閉可能な扉体を備え、扉体を開放した状態で被処理物を処理室内に搬入し、扉体を閉塞した後に処理室内を真空レベルまで減圧する真空ポンプを備えている。
【０００５】
そして、真空ポンプによる減圧下で被処理物に処理ガスを供給してプラズマ放電させ、表面処理が終了した後に真空チャンバ内の圧力を大気圧に戻し、扉体を開放して被処理物を搬出する。
【０００６】
従来、表面処理が終了した後に真空チャンバ内の圧力を大気圧に戻すために、真空ポンプによる吸引を停止した後に、処理ガス供給管を介して処理室に処理ガスを導入し、或は処理室にバルブ機構を介して吸引管を接続し、吸引管を介して処理室に外気を流入させて大気圧に復帰させていた。
【０００７】
そのため、処理室内を大気圧まで昇圧し安定させるのに長い時間を要し、処理室への被処理物の搬入搬出時間が長くなるため、処理効率が低下するという問題があった。
【０００８】
一方、特許文献２には、ロードロック装置内へのパーティクルの進入を効果的に防止でき、しかも、大気圧に復帰させた後、すぐにチャンバ内を大気開放できるロードロック装置を提供することを目的として、密閉可能なチャンバと、前記チャンバ内に基板を搬入出させる開閉自在な搬入出口と、前記チャンバ内において基板の温度を調節する温度調節部材を有し、前記チャンバ内にガスを供給するガス供給路と、前記チャンバ内を排気する排気路が接続されたロードロック装置であって、前記チャンバ内の雰囲気を、外部との圧力差で排出させるリーク路が前記チャンバに接続され、前記ガス供給路は、比較的流量の大きい大流量配管と、比較的流量の小さい小流量配管とを有し、それら大流量配管と小流量配管とを選択自在であることを特徴とするロードロック装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１９３９９６号公報
【特許文献２】特開２００８−２５１９９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献２に記載された構成では、ガス供給路から所定圧力に加圧された不活性ガスをチャンバ内に供給するために、高価な不活性ガスの供給源が必要になるばかりか、チャンバ内を大気圧に維持するためにチェックバルブを備えたリーク路を設ける必要がある等、設備コストが嵩むという問題がある。
【００１１】
さらに、前記不活性ガスの供給源は工場に備えられたガス源であるため、加圧されているとはいえ不活性ガスの供給圧力は低く、チャンバ内を大気圧まで昇圧させるのに、やはり長い時間を要してしまう。
【００１２】
また、特許文献２に記載された構成を、処理ガスにより被処理物を表面処理する処理室に適用する場合には、処理室へ多量の処理ガスが短時間で供給されるため、室内の圧力を大気圧に復帰させるのに要する時間を短縮することができるが、処理ガスをそのまま大気開放できないため、大掛かりな排ガス処理設備が必要になるという問題がある。
【００１３】
本発明の目的は、上述した問題に鑑み、短時間で減圧室を大気圧に昇圧することを可能としながらも、設備コストを大きく低減することができる表面処理装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述の目的を達成するため、本発明による表面処理装置の第一の特徴構成は、減圧下で処理ガスを被処理物に接触させ、被処理物を表面処理する表面処理装置であって、開閉自在な扉体を備えた減圧室と、前記減圧室に接続された排気管と、前記排気管に備えた真空バルブ機構を介して接続され、前記減圧室を所定圧力に減圧する減圧機構と、前記減圧室に圧縮エアを供給して前記減圧室を昇圧する昇圧機構と、を備えている点にある。
【００１５】
上述した構成によれば、昇圧機構により、圧縮エアが減圧室に供給されるため、急激に室内の圧力が昇圧され、大気圧に復帰するまでの時間を大幅に短縮することができるようになる。そのような圧縮エアとして、通常、設備内に標準的に設置されているエアコンプレッサからのクリーンなドライエアを用いることができ、また、環境上何らの問題も無くエアを大気開放できるので、特別の高価なガス供給設備や排ガス処理設備を準備する必要が無く、設備費を効果的に低減できるようになる。
【００１６】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記昇圧機構は、エアコンプレッサから供給される圧縮エアを調圧する調圧機構と、調圧されたエアを蓄積するエアタンクと、前記エアタンクと前記減圧室とを接続する圧縮エア供給管と、前記圧縮エア供給管を開閉するバルブ機構とを備え、前記真空バルブ機構を閉塞した後に前記バルブ機構を開放するように構成されている点にある。
【００１７】
エアコンプレッサから供給される圧縮エアが、調圧機構によって所定圧に調整された後にエアタンクに蓄積されるため、エアタンク内に所定量のエアを安定的に蓄積することができるようになる。そして、排気管に設けた真空バルブ機構を閉塞した後にバルブ機構を開放することによって、エアタンクから圧縮エア供給管を介して所定圧のエアが供給され、短時間で減圧室が大気圧に復帰する。
【００１８】
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二特徴構成に加えて、前記減圧室の壁面または前記排気管に、一端が大気開放された一本または複数本の給排気管を、給排気バルブ機構を介して接続し、前記バルブ機構を開放した後に前記給排気バルブ機構を開放するように構成されている点にある。
【００１９】
昇圧機構によって供給される圧縮エアによって減圧室は急激に大気圧に向けて昇圧されるが、エア供給量が多い場合には減圧室が大気圧以上に昇圧され、エア供給量が少ない場合には減圧室が大気圧まで昇圧されないという事態に到るが、バルブ機構を開放して、ほぼ大気圧に到った時点で給排気バルブ機構が開放されるので、減圧室が大気圧以上に昇圧される場合には給排気管を介して減圧室から余剰エアが排気されて減圧室が大気圧に維持され、減圧室が大気圧まで昇圧されない場合には給排気管を介して外気が減圧室に流入して減圧室が大気圧に維持されるようになる。そのため、特許文献２のようにチェックバルブを備えた別途のリーク路等を設ける必要が無く、設備費を低減することができるようになる。
【００２０】
同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記減圧室が、処理ガス供給機構から供給された処理ガスにより前記被処理物を表面処理する処理室であり、前記被処理物の表面処理が終了した後に、前記昇圧機構により前記処理室が昇圧される点にある。
【００２１】
特許文献２のようにロードロック装置を備えていない表面処理装置であっても、上述した圧縮エアを用いた昇圧機構を処理室に組み込むことにより、設備費を低減しながらも被処理物の処理効率を向上させることができるようになる。
【００２２】
同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、前記エアタンクは、少なくとも前記減圧室の圧力を大気圧に昇圧するのに必要なエア量が充填可能な容量に設定されている点にある。
【００２３】
少なくとも、減圧室の圧力を大気圧に昇圧するのに必要なエア量が充填可能な容量のエアタンクを準備することにより、最小の設備で被処理物の処理効率を向上させることができるようになり、被処理物に対する表面処理の実行時にエアコンプレッサからエアタンクに次の昇圧時に向けてエアを蓄積することができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明した通り、本発明によれば、短時間で減圧室を大気圧に昇圧することを可能としながらも、設備コストを大きく低減することができる表面処理装置を提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による表面処理装置の一例を示し、処理室の扉体が閉塞した状態の表面処理装置の説明図
【図２】本発明による表面処理装置の一例を示し、処理室の扉体が開放した状態の表面処理装置の説明図
【図３】昇圧機構及び給排気管の作用を説明する表面処理装置の断面図
【図４】昇圧機構及び給排気管の説明図
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に本発明の第一実施形態である表面処理装置を説明する。
図１及び図２に示すように、表面処理装置１は、開閉自在な扉体となる蓋体３と処理室本体４とからなる直方体の処理室２と、処理室２を支持し、蓋体３に対して本体４を上下に移動させる開閉支持機構５を備えている。
【００２７】
金属製の矩形形状を呈する蓋体３の四隅が四本の支柱６でそれぞれ支持され、処理室本体４の底板中央部に処理室本体４を支持する昇降シリンダ７が設けられている。
【００２８】
処理室本体４は金属製の底板４ａと、底板４ａの辺部から立ち上がるように配置された金属性の環状の側板４ｂで構成された上面開放の箱体である。側板４ｂには、円形状の観察窓４ｃが設けられている。
【００２９】
昇降シリンダ７が引退作動すると、処理室本体４が支柱６に沿って蓋体３から下方へ離隔して処理室２が開放される開放状態に移行し、昇降シリンダ７が進出作動すると、処理室本体４が支柱６に沿って上方へ移動して蓋体３と密着した閉塞状態に移行する。
【００３０】
処理室２の中央上方及び下方には処理ガス供給管８が接続され、ヘッダ部９を介して密閉状態の処理室に処理ガスが供給される。また、処理室２の縁部上方及び下方には排気管１０が接続され、排気管１０は真空バルブ機構を介して減圧機構に接続されている。
【００３１】
開放状態で処理室２に被処理物がロボットアームを介して搬入或は搬出され、閉塞状態で処理室２に処理ガスが導入され、減圧下で被処理物が表面処理される。
【００３２】
図３に示すように、処理室本体４には、被処理物５０を支持する枠状の支持部２ａが設置され、開放状態で搬入された被処理物５０が支持部２ａに載置され、昇降シリンダ７の下降によって蓋体３に支持された枠状の押さえ具３ａに押圧されることにより、被処理物５０が水平姿勢で固定され、その両面が同時に表面処理される。
【００３３】
処理室２が閉塞状態に移行すると、減圧機構６０を構成するブースタポンプ及び真空ポンプにより処理室２が減圧され、真空バルブ機構６１に備えた調圧機構によって、処理室２が所定圧力に減圧される。同時に処理ガス供給装置７０から流量調整バルブ７０ａを介して所定流量の処理ガスが、処理ガス供給管８を介してヘッダ部９に供給される。
【００３４】
処理室２の蓋体３及び処理室本体４の底板４ｂには、セラミック等の絶縁部材を介して複数の円筒状の電極３０が長手方向に沿って所定間隔で配設され、電極３０の間のそれぞれに板状の磁石４０がその極性が交互に異なるように配設されている。
【００３５】
処理室２の蓋体３及び処理室本体４の底板４ｂには、各電極３０に対向して処理ガス供給孔２ｂが形成され、ヘッダ部９に供給された処理ガスが各電極３０に向けて供給される。
【００３６】
隣接する電極３０間で位相をずらした高圧の交流電圧またはパルス状の電圧が電源から各電極３０に印加され、電極３０間で発生する放電により処理ガスのプラズマを生成して被処理物を表面処理する。
【００３７】
本実施形態による表面処理装置では、例えば、処理ガスとして酸素ガスが採用され、表面に銅等の金属膜やレジスト等の樹脂膜が形成された矩形の積層回路基板でなる被処理物の表面が親水化処理されるものであるが、本発明による表面処理装置はこのような種類の処理ガスや被処理物に制限されるものではない。各種表面改質、エッチング、ＣＶＤなどプラズマ処理の目的や用途に応じて適宜処理ガスや被処理物は選択される。
【００３８】
供給された処理ガスは被処理物５０の上下にそれぞれ配置され、被処理物５０の周囲を覆うように複数の吸引口が形成された環状の吸引経路を介して排気管１０に流出し、真空ポンプにより処理室２の外部に排気される。
【００３９】
排気管１０のうち、真空バルブ機構６１より上流側には、処理室２に圧縮エアを供給して処理室内を大気圧に向けて昇圧する昇圧機構１１に備えた圧縮エア供給管１４が接続されている。
【００４０】
昇圧機構１１は、設備内に設置されたクリーンドライエアを生成するエアコンプレッサから供給される圧縮エアを０．５〜０．７ＭＰａの所定の圧力に調圧する調圧機構１２と、調圧されたエアを蓄積するエアタンク１３と、エアタンク１３と排気管１０とを接続する圧縮エア供給管１４と、圧縮エア供給管１４を開閉するバルブ機構１５とを備えている。
【００４１】
また、処理室の側壁面及び排気管１０に、一端がフィルタ１８を介して大気開放された複数本の給排気管１６を、給排気バルブ機構１７を介して接続している。
【００４２】
被処理物５０に対する表面処理が終了すると、流量調整バルブ７０ａが閉じられて処理室２内への処理ガスの供給が停止され、真空バルブ機構６１が閉塞される。
【００４３】
その後に、昇圧機構１１のバルブ機構１５を開放し、エアタンク１３に蓄積された圧縮エアを圧縮エア供給管１４及び排気管１０を介して処理室２に流入させることにより、急激に処理室２内の圧力を昇圧して大気圧に復帰させる。
【００４４】
蓋体３に備えた排気管１０と減圧機構６０との間にはチェックバルブが設けられ、蓋体３側から処理室内２への圧縮エアの流入が阻止される。
【００４５】
処理室２の下方に接続された排気管１０を介して処理室２に供給されるエアが処理室２の下方から上方に向けて流入するため、表面処理等で発生したパーティクル等が処理室２の底面に堆積していても、処理室２内に舞い上がり飛散して被処理物５０の表面に堆積するような事態も回避される。
【００４６】
バルブ機構１５を開放して所定時間が経過すると、給排気バルブ機構１７を開放して給排気管１６を介して処理室２を大気と通流可能な状態に移行する。所定時間とは、圧縮エアの供給により処理室２内がほぼ大気圧に到るまでの時間で、例えば１〜２秒である。尚、処理室２内の圧力を計測する圧力計を備え、圧力計で計測された圧力が略大気圧に到ったときに給排気バルブ機構１７を開放するように構成してもよい。
【００４７】
昇圧機構１１によって供給される圧縮エアによって処理室２は急激に大気圧に向けて昇圧されるが、圧縮エアの供給量が多い場合には処理室２が大気圧以上に昇圧され、エア供給量が少ない場合には処理室２が大気圧まで昇圧されないという事態に到る。
【００４８】
しかし、バルブ機構１５を開放して、処理室２内がほぼ大気圧に到った時点で給排気バルブ機構１７を開放することにより、処理室２が圧縮エアによって大気圧以上に昇圧される場合には、給排気管１６を介して処理室２から余剰エアが排気されるので、処理室２を大気圧に維持することができる。
【００４９】
また、処理室２が圧縮エアによって大気圧まで昇圧されない場合には、給排気バルブ機構１７を開放することにより、給排気管１６を介して外気が処理室２に流入するので、処理室２を大気圧に維持することができる。
【００５０】
尚、給排気管１６はフィルタ１８を介して大気開放されるので、外気が給排気管１６を介して処理室２内に流入しても、塵埃等、表面処理を阻害する粒子が処理室２内に流入することは無い。
【００５１】
エアコンプレッサから供給される約０．３ＭＰａの圧縮空気が、調圧機構１２を介して０．５〜０．７ＭＰａに昇圧されて、エアタンク１３に充填される。工場などでの一般的なガス供給圧力は０．２〜０．３ＭＰａであり、エアタンク１３内の圧力はこれより高く設定する。エアタンク１３は、少なくとも処理室２の圧力を大気圧に昇圧するのに必要なエア量が充填可能な容量に設定されている。例えば、処理室２の容量が４０〜５０Ｌに設定されている場合、エアタンク１３の容量は２０Ｌ程度に設定される。エアタンク１３の容量は、その圧力や処理室の容量に応じて設定されるが、処理室２の容積の３０〜７０％程度が好ましい。あまり、エアタンクの圧力を高めて容量を小さくすると、小型化できるものの、大気圧に昇圧する際、パーティクル等が相当舞い上がってしまうおそれがある。
【００５２】
このような昇圧機構１１を備えることにより、表面処理後に処理室２を大気圧に復帰させるまでの時間が大幅に短縮する。上述の例では約１分程度短縮できるようになった。
【００５３】
尚、処理室２への給排気管１６の接続位置は、上述の例に限るものではなく任意である。また、給排気管１６の本数も任意であり、少なくとも１本備えていればよい。
【００５４】
処理室２０が大気圧に復帰すると、昇降シリンダ７を引退作動させて、処理室本体４を支柱６に沿って蓋体３から下方へ離隔させた開放状態で、ロボットアームを介して処理室２から被処理物５０を搬出し、さらに次の被処理物５０を搬入し、以後、同様の処理を繰り返す。
【００５５】
上述の一連の処理は、表面処理装置１に備えた制御盤から昇降シリンダ７、減圧機構６０、処理ガス供給機構７０、電源、昇圧機構１１、各種のバルブ等に出力される制御信号に基づいてシーケンシャルに制御される。
【００５６】
上述の実施形態では、単一の処理室を備えた表面処理装置について説明したが、複数の処理室を備えた表面処理装置についても同様に適用できる。この場合、各処理室に減圧機構６０、処理ガス供給機構７０、昇圧機構１１のそれぞれを共用できる。
【００５７】
上述した実施形態では、表面処理装置の処理室を減圧室の例として本発明を適用した例を説明したが、本発明は処理室以外にも適用可能である。例えば、処理室とは別にロードロック装置を備えた表面処理装置では、ロードロック装置を減圧室として昇圧機構１１及び給排気管１６を備えることも可能である。
【００５８】
つまり、図４に示すように、本発明による表面処理装置１は、開閉自在な扉体３を備えた減圧室２と、減圧室２下方に接続された排気管１０と、排気管１０に備えた真空バルブ機構６１を介して接続され、減圧室２を所定圧力に減圧する減圧機構６０と、排気管１０を介して減圧室２に圧縮エアを供給して昇圧する昇圧機構１１とを備え、減圧室２の壁面または排気管１０に、一端がフィルタ１８を介して大気開放された一本または複数本の給排気管１６を、給排気バルブ機構１７を介して接続し、バルブ機構１５を開放した後に給排気バルブ機構１７を開放するように構成されていればよく、昇圧機構１１は、エアコンプレッサから供給される圧縮エアを調圧する調圧機構１２と、調圧されたエアを蓄積するエアタンク１３と、エアタンク１３と排気管１０とを接続する圧縮エア供給管１４と、圧縮エア供給管１４を開閉するバルブ機構１５とを備えていればよい。
【００５９】
尚、昇圧機構により減圧室を確実に大気圧に復帰できる場合には、給排気管を備えなくともよい。
【００６０】
上述した各実施形態は本発明の一例に過ぎず、本発明による作用効果を奏する範囲において各機構を構成する部材の材質、大きさ等の具体的構成は適宜変更設計できることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６１】
１：表面処理装置
２：減圧室（処理室）
３：扉体（蓋体）
４：処理室本体
５：開閉支持機構
６：支柱
７：昇降シリンダ
８：処理ガス供給管
９：ヘッダ
１０：排気管
１１：昇圧機構
１２：調圧機構
１３：エアタンク
１４：圧縮エア供給管
１５：バルブ機構
１６：給排気管
１７：給排気バルブ機構
５０：被処理物
６０：減圧機構
７０：処理ガス供給装置
【図１】
2011202241.tif 000003
【図２】
2011202241.tif 000004
【図３】
2011202241.tif 000005
【図４】
2011202241.tif 000006