(57)【要約】【課題】トラップ入口の目詰まりを防止してトラップのメンテナンス頻度を少なくしたトラップ装置及びこれを用いた真空蒸着装置を提供する。【解決手段】真空室からの排気経路に接続され排気ガス中に含まれる気化物質を凝縮させて捕捉するトラップ装置であって、気化物質が流入する流入口２と、排気ガスが流出する流出口４と、流入口から流出口に至るトラップ経路Ｔとを備え、トラップ経路を２個以上の分割経路Ｓ１、Ｓ２に分割したとき、各分割経路のコンダクタンスが流入口２側から次第に小さくなっている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空室からの排気経路に接続され排気ガス中に含まれる気化物質を凝縮させて捕捉するトラップ装置であって、
前記気化物質が流入する流入口と、前記排気ガスが流出する流出口と、前記流入口から前記流出口に至るトラップ経路とを備え、
前記トラップ経路を２個以上の分割経路に分割したとき、各分割経路のコンダクタンスが前記流入口側から次第に小さくなっているトラップ装置。
【請求項２】
前記トラップ経路の見掛け長さＬに対し、前記流入口側から１／２Ｌ〜２／３Ｌの長さにおける前記分割経路のコンダクタンスをほぼ一定とする請求項１記載のトラップ装置。
【請求項３】
前記トラップ経路の見掛け長さＬに対し、前記流入口側から１／２Ｌ〜２／３Ｌの長さに配置され、前記流入口近傍におけるトラップ経路の温度を前記気化物質の凝縮温度以上に加熱する加熱手段を有する請求項１又は２記載のトラップ装置。
【請求項４】
前記トラップ経路は、筒状のケーシングとこれに収容される螺旋状の邪魔板であって軸方向の螺旋ピッチが前記流入口側から次第に短くなっているもの、筒状のケーシングとこれに収容される螺旋状の邪魔板であって螺旋部の半径が前記流入口側から次第に大きくなっているもの、又は筒体とその内壁から中心に向かって延びる複数の邪魔板であって当該邪魔板の間隔が前記流入口側から次第に狭くなっているか若しくは当該邪魔板の延設長さが次第に長くなっているもの、のいずれかである請求項１ないし３のいずれかに記載のトラップ装置。
【請求項５】
真空室と、前記真空室に接続される排気経路と、請求項１ないし４のいずれかに記載のトラップ装置であってその流入口が前記排気経路に接続されるトラップ装置と、前記トラップ装置の流出口に接続される真空ポンプとを有する真空蒸着装置。
【請求項６】
前記真空室から前記トラップ装置の流入口の間のいずれかの経路上に閉塞機構が配置されている請求項５記載の真空蒸着装置。
【請求項７】
前記トラップ装置が並列に２個以上配置されている請求項５又は６記載の真空蒸着装置。
の真空蒸着装置。
【請求項８】
前記排気経路の温度を前記気化物質の凝縮温度以上に加熱する第２の加熱手段を有する請求項５ないし７のいずれかに記載の真空蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空室内からの排気経路に接続されて気化物質を捕捉するトラップ装置及びこれを用いた真空蒸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空蒸着装置は、真空室内で蒸発源から蒸発した蒸着物質（気化物質）を、被蒸着体となる基板に成膜する装置であり、真空室を真空に保つため、真空ポンプによって室内を排気している。
ところが、排気によって真空室内の気化物質が真空ポンプに流入すると、ポンプ内で気化物質が凝縮し、故障の原因となる場合がある。そこで、気化物質を捕捉するトラップを有する技術が開示されている（特許文献１、２参照）。例えば、特許文献１には、螺旋状の邪魔板を筒状のケーシングに収容し、螺旋状のトラップ経路を有するトラップが記載されている。
一方、第１及び第２のステージの間にコンダクタンス調整バルブを設け、バルブの開度によって排気能力を制御するクライオポンプが開示されている（特許文献３参照）。
【０００３】
【特許文献１】特許第3238099号公報（図２）
【特許文献２】特開平5-132759号公報
【特許文献３】特開平１１−３４３９７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した特許文献１、２記載の技術の場合、トラップの入側、又はトラップの入側と排気管との接続部分の近傍に気化物質が多数凝縮してトラップ入口が目詰まりし、トラップのメンテナンス頻度が増えるという問題があった。これは、コンダクタンスが急激に低下する部分に気化物質が凝縮するためと考えられる。
又、特許文献３記載の技術の場合も、トラップを行う第１及び第２のステージの間にバルブが配置されているため、バルブ部分で気化物質が凝縮し、バルブの動作不良等が生じ、メンテナンス頻度が増える恐れがある。
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、トラップ入口の目詰まりを防止してトラップのメンテナンス頻度を少なくしたトラップ装置及びこれを用いた真空蒸着装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために、本発明のトラップ装置は、真空室からの排気経路に接続され排気ガス中に含まれる気化物質を凝縮させて捕捉するトラップ装置であって、前記気化物質が流入する流入口と、前記排気ガスが流出する流出口と、前記流入口から前記流出口に至るトラップ経路とを備え、前記トラップ経路を２個以上の分割経路に分割したとき、各分割経路のコンダクタンスが前記流入口側から次第に小さくなっている。
このような構成とすると、トラップの流入口付近に気化物質が多数凝縮してトラップ入口が目詰まりすることが少なくなる。気化物質はトラップのコンダクタンスが急激に低下する箇所に凝縮する特性を持つが、トラップ経路のコンダクタンスが流入口側から次第に小さくなると、トラップの流入口での急激なコンダクタンス低下が緩和される。
又、各分割経路それ自体の形状等を変えることによってコンダクタンスを変化させて気化物質の凝縮を制御しているため、各分割経路の間にバルブ等を必要とせず、バルブの動作不良等によるメンテナンスが生じない。
【０００６】
前記トラップ経路の見掛け長さＬに対し、前記流入口側から１／２Ｌ〜２／３Ｌの長さにおける前記分割経路のコンダクタンスをほぼ一定とすることが好ましい。
このような構成とすると、上記した気化物質の特性から、気化物質はコンダクタンスがほぼ一定のこの領域に広範囲に凝縮するので、流入口付近に気化物質が集中して凝着することがなく、目詰まりが防止される。
【０００７】
前記トラップ経路の見掛け長さＬに対し、前記流入口側から１／２Ｌ〜２／３Ｌの長さに配置され、前記流入口近傍におけるトラップ経路の温度を前記気化物質の凝縮温度以上に加熱する加熱手段を有することが好ましい。
このような構成とすると、トラップ装置の流入口側から１／２Ｌ〜２／３Ｌの部分のトラップ経路で気化物質が除々に凝縮し、この領域に広範囲に凝縮するので、流入口付近に気化物質が集中して凝着することがない。つまり、排気経路に接続されるトラップ装置の流入口で温度が低下して気化物質が流入口で凝縮することを抑制できる。
【０００８】
前記トラップ経路は、筒状のケーシングとこれに収容される螺旋状の邪魔板であって軸方向の螺旋ピッチが前記流入口側から次第に短くなっているもの、筒状のケーシングとこれに収容される螺旋状の邪魔板であって螺旋部の半径が前記流入口側から次第に大きくなっているもの、又は筒体とその内壁から中心に向かって延びる複数の邪魔板であって当該邪魔板の間隔が前記流入口側から次第に狭くなっているか若しくは当該邪魔板の延設長さが次第に長くなっているもの、のいずれかであることが好ましい。
【０００９】
本発明の真空蒸着装置は、真空室と、前記真空室に接続される排気経路と、前記トラップ装置であってその流入口が前記排気経路に接続されるトラップ装置と、前記トラップ装置の流出口に接続される真空ポンプとを有する。
【００１０】
前記真空蒸着装置において、前記真空室から前記トラップ装置の流入口の間のいずれかの経路上に閉塞機構が配置されていること、前記トラップ装置が並列に２個以上配置されていること、前記排気経路の温度を前記気化物質の凝縮温度以上に加熱する第２の加熱手段を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、真空室内の気化物質の凝縮によるトラップ入口の目詰まりを防止し、トラップのメンテナンス頻度を少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る真空蒸着装置の全体構成図である。この図において、真空蒸着装置は高真空ポンプ５０（図１では、モノマーチャンバーへの取付けフランジのみ図示）と、高真空ポンプ５０に接続される排気経路５２ａ、５２ｂと、詳しくは後述する筒状のトラップ装置２１、２２と、トラップ装置の流出口に接続される第２の真空ポンプ（ロータリーポンプ）６０とを有する。高真空ポンプとしては、高温型ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）等が適しており、このポンプは内部を高温にしてモノマーが凝縮しないようになっている。又、高真空ポンプ５０の入側には、図示しないモノマーチャンバー（真空室）が接続されている。
【００１３】
ここで、トラップ装置２１、２２は並列に配置され、各トラップ装置２１、２２の流入口は、排気経路５２ｂから二股分岐する分岐部に接続されている。同様に、各トラップ装置２１、２２の流出口には、二股分岐する第２排気経路５４が接続され、第２排気経路５４の後端が第２の真空ポンプ６０に接続されている。そして、第２の真空ポンプ６０を真空排気することにより、高真空ポンプ５０から排気経路５２ａ、５２ｂ、トラップ装置２１、２２を経由して排気が行われるようになっている。
トラップ装置２１、２２は、高真空ポンプ５０からの排気ガス中に含まれる気化物質を凝縮させて捕捉するものである。例えば、高真空ポンプ５０の入側に接続されているモノマーチャンバーを真空室に用い、有機ポリマー膜の蒸着を行う場合、このとき、未反応のモノマーや蒸着されないポリマーが気化物質となる。
【００１４】
なお、この実施形態では、真空室に高真空ポンプ５０が接続され、高真空ポンプ５０の出側に第２の真空ポンプ６０が接続され、トラップ装置２１は高真空ポンプ５０と第２の真空ポンプ６０の間に配置されている。しかしながら、このような場合であっても、真空室（高真空ポンプ５０の入側）と真空ポンプ（第２の真空ポンプ６０に相当）との間の排気経路にトラップ装置が接続されている点では変わりがない。又、例えば、高真空ポンプ５０がなく、真空室にトラップ装置が接続され、トラップ装置の出側に１個の真空ポンプが接続されていてももちろん構わない。
【００１５】
そして、この実施形態では、排気経路５２ａと排気経路５２ｂの間に閉塞機構（バルブ）７０が配置され、各排気経路５２ａ、５２ｂの前後で経路を気密に遮断する。これにより、例えば、トラップ装置２１が気化物質によって目詰まりし、メンテナンスが必要な場合、バルブ７０を閉塞して高真空ポンプ５０側を真空に保持したまま、トラップ装置２１を取り外すことができる。そして、トラップ装置２１を取り外した後の経路に蓋をすれば、もう一方のトラップ装置２２がバイパス経路となって気化物質の捕捉を継続して行うことができる。
なお、各トラップ装置の流入口及び流出口側にそれぞれバルブを設けてもよく、このようにすると、メンテナンスを行うトラップ装置のバルブを全部閉塞することにより、排気系を停止することなく、トラップ装置を真空系から容易に取外すことができ、装置の連続稼働が可能となる。
トラップ装置のメンテナンス時期は、例えば排気速度が一定値以下に低下した時にトラップのコンダクタンスが低下した（目詰まりが生じた）とみなしてメンテナンスを行えばよい。
【００１６】
さらに、この実施形態では、排気経路５２ａ、５２ｂの温度を気化物質の凝縮温度以上にそれぞれ加熱する第２の加熱手段（ジャケットヒーター）８０ａ、８０ｂを有する。例えば、蒸発温度が２００℃程度のモノマーであれば、若干の圧力変動を考慮しても５０〜９０℃で凝縮するため、第２の加熱手段８０ａの温度を１１０℃程度とし、第２の加熱手段８０ｂの温度を１２０℃程度とすることにより、排気経路５２ａ、５２ｂへのモノマーの付着を防止できる。
【００１７】
図２は、本発明の第１の実施形態に係るトラップ装置の軸方向の断面図である。この図において、トラップ装置２０は、流入口２と、流出口４と、円筒状のケーシング６と、螺旋状の邪魔板８と、流入口２から流出口４に至るトラップ経路Ｔとを備えている。
流入口２は真空室からの排気経路に接続され、気化物質が流入する。流出口４は真空ポンプ側に接続され、排気ガスがポンプへ流出する。邪魔板８は軸７の周りに取付けられ、邪魔板８の直径はケーシング６の内径とほぼ同一になっている。従って、邪魔板８をケーシング６に収容すると、流入口２から邪魔板８を通って流出口４に至る螺旋状のトラップ経路Ｔが形成される。なお、ケーシング６の後端はフランジ６ａになっていて、フランジ６ａ部分の蓋を脱着することにより、邪魔板８の取外し及びメンテナンスが可能である。
【００１８】
第１の実施形態において、邪魔板８の軸方向の螺旋ピッチは流入口２側から次第に短くなっている。つまり、流入口２側から軸方向の距離Ｓ１へ至る領域での螺旋ピッチＰ１は、距離Ｓ１の地点から流出口４へ至る領域（Ｓ２）での螺旋ピッチＰ２より長い。
この場合、図３に示すように、トラップ経路Ｔを２個以上の分割経路（領域）Ｓ１、Ｓ２に分割したとき、領域Ｓ１では螺旋ピッチＰ１が長いために排気が流れ易く、コンダクタンスＣ１も大きい。一方、領域Ｓ２では螺旋ピッチＰ２が短いために排気が流れ難く、コンダクタンスＣ２も小さくなる。つまり、各分割経路Ｓ１，Ｓ２のコンダクタンスはＣ１>Ｃ２となり、コンダクタンスが流入口２側から次第に小さくなる。
【００１９】
このようにすると、トラップの流入口付近に気化物質が多数凝縮してトラップ入口が目詰まりすることが少なくなる。この理由は、気化物質はトラップのコンダクタンスが急激に低下する箇所に凝縮する特性を持つが、本発明においてはトラップ経路のコンダクタンスが流入口側から次第に小さくなるため、トラップの流入口での急激なコンダクタンス低下が緩和されるためと考えられる。
又、この実施形態では、各分割経路それ自体の形状（螺旋ピッチ）を変えることによって各分割経路のコンダクタンスを変化させている。そのため、各分割経路の間にバルブ等を必要とせず、バルブの動作不良等によるメンテナンスが生じない。
【００２０】
なお、コンダクタンスＣ１は、流入口２と仮想出口３ｘとの間で求めることができ、コンダクタンスＣ２は、仮想入口３ｙと流出口４との間で求めることができる。仮想出口３ｘ、仮想入口３ｙは、トラップ経路Ｔを分割経路に分割した時の各経路の切断部分の経路である。本実施の形態において、仮想出口３ｘ及び仮想入口３ｙは連続しており、１つのトラップ経路Ｔを便宜上分割したものに過ぎない。又、各仮想出口は、螺旋状の邪魔板の高さ又は螺旋ピッチが変わる点として認定することができる。
【００２１】
上記実施形態及び後述する各実施形態において、好ましくは、トラップの中心近傍のコンダクタンスを１、流入口近傍のコンダクタンスを２〜５に規定する。このようにすると、トラップの流入口での急激なコンダクタンス低下の緩和効果が大きい。なお、トラップの流入口近傍のコンダクタンスは、例えば上記した方法で仮想出口を認定した場合に、最も入側の分割経路のコンダクタンスを示す。同様に中心近傍のコンダクタンスは、上記方法で認定した各分割経路のうち、中心部分のコンダクタンス（例えば３個の分割経路の場合は、真中の分割経路のコンダクタンスであり、４個の分割経路の場合は、真中の２個の分割経路のコンダクタンスの平均）を示す。
【００２２】
トラップの流入口での急激なコンダクタンス低下をより一層緩和するため、トラップ経路Ｔの見掛け長さＬに対し、流入口２側から１／２Ｌ〜２／３Ｌの長さにおける分割経路のコンダクタンスをほぼ一定とすることが好ましい。このようにすると、上記した気化物質の特性から、気化物質はコンダクタンスがほぼ一定のこの領域に広範囲に凝縮するので、流入口付近に気化物質が集中して凝着することがない。
ここで、トラップ経路Ｔの見掛け長さＬとは、トラップ装置の流入口２から流出口４に至る最短距離をいうものとする。例えば、図１の場合、Ｌはケーシングの軸方向長さにほぼ等しい。又、流入口側から１／２Ｌ〜２／３Ｌの長さにおける分割経路のコンダクタンスがほぼ一定であるか否かは、この長さにおいてトラップ経路Ｔをさらに２以上の分割経路に分割し、各分割経路におけるコンダクタンスを比較し、ほぼ同様のコンダクタンスを有するか否かで判定する。
【００２３】
又、この実施形態のトラップ装置では、トラップ経路の見掛け長さＬに対し、流入口２側から１／２Ｌ〜２／３Ｌの長さに加熱手段１０が配置されている。加熱手段１０は、例えばケーシング６の外周に巻回するジャケットヒーターとすることができ、流入口２近傍におけるトラップ経路Ｔの温度を気化物質の凝縮温度以上に加熱する。
気化物質はトラップ経路内の低温部に凝縮する特性を持つ。従って、気化物質の凝縮を防止するため真空室からの排気経路を加熱すると、排気経路に接続されるトラップ装置の流入口で気化物質が凝縮し、トラップ入口が目詰まりする。そこで、トラップ装置の流入口２側から１／２Ｌ〜２／３Ｌの長さを加熱することにより、この部分のトラップ経路で気化物質が除々に凝縮し、この領域に広範囲に凝縮するので、流入口付近に気化物質が集中して凝着することがない。
なお、トラップ装置の流入口２側から１／２Ｌ〜２／３Ｌの長さより流出口４側には加熱手段を設けず、この部分のトラップ経路を室温に保持するのが好ましい。このようにすると、加熱手段１０を設けた部分ではトラップ経路が気化物質の凝縮温度以上に加熱され、この部分から流出口４側（室温）に向かって温度が低下するので、トラップ経路で気化物質が除々に凝縮し、トラップ装置に広範囲に凝縮し易くなり、目詰まりし難くメンテナンス上も有利である。又、トラップの流入口２側から流出口４側に向かって温度が低くなればよく、上記加熱手段による加熱温度を流入口２側から流出口４側に向かって均等にしてもよく、加熱温度に分布を設けてもよい。
【００２４】
特に、トラップ経路Ｔの見掛け長さＬに対し、流入口２側から１／２Ｌ〜２／３Ｌの長さにおける分割経路のコンダクタンスをほぼ一定とし、かつトラップ装置の流入口２側から１／２Ｌ〜２／３Ｌの長さを加熱することにより、この領域に広範囲に気化物質が凝縮する効果が大きくなり、流入口付近に気化物質が集中して凝着することをより一層防止できる。
【００２５】
図４は、本発明の第２の実施形態に係るトラップ装置の軸方向の断面図である。この図において、邪魔板８ａの形状が第１の実施形態の邪魔板と異なること以外は、第１の実施形態と変わることがないので、同一の符号を付して説明を省略する。
第２の実施形態においては、邪魔板８ａの螺旋部の半径が流入口２側から次第に大きくなっている。つまり、流入口２側から軸方向の距離Ｓ３へ至る領域での螺旋羽根の直径ｒ１は、距離Ｓ３の地点から流出口４へ至る領域（Ｓ４）での螺旋羽根の直径ｒ２より小さい。この場合、トラップ経路Ｔを２個以上の分割経路（領域）Ｓ３、Ｓ４に分割したとき、領域Ｓ３では螺旋羽根の直径ｒ１がケーシング６の内径より小さく、その間を通って排気が流れ易く、コンダクタンスも大きい。一方、領域Ｓ４では螺旋羽根の直径ｒ２が大きく、ケーシング６の内径とほぼ同一であるために排気が流れ難く、コンダクタンスも小さくなる。つまり、各分割経路Ｓ３，Ｓ４のコンダクタンスは流入口２側から次第に小さくなる。
なお、邪魔板８ａにおいて螺旋部のピッチＰ３は一定である。
【００２６】
図５は、本発明の第３の実施形態に係るトラップ装置の軸方向の断面図である。この図において、邪魔板１８ａ、１８ｂの形状が第１の実施形態の邪魔板と異なること以外は、第１の実施形態と変わることがないので、同一の符号を付して説明を省略する。又、第３の実施形態における筒体は、ケーシング６と同一構造である。
第３の実施形態においては、邪魔板１８ａ、１８ｂは筒体６の内壁から中心に向かって延び、邪魔板の間隔が流入口２側から次第に狭くなっている。つまり、流入口２側から軸方向の距離Ｓ５へ至る領域での邪魔板１８ａの間隔Ｐ５は、距離Ｓ５の地点から流出口４へ至る領域（Ｓ６）での邪魔板１８ｂの間隔Ｐ６より大きい。この場合、トラップ経路Ｔを２個以上の分割経路（領域）Ｓ５、Ｓ６に分割したとき、領域Ｓ５では排気が流れ易く、コンダクタンスも大きい。一方、領域Ｓ６では排気が流れ難く、コンダクタンスも小さくなる。つまり、各分割経路Ｓ５，Ｓ６のコンダクタンスは流入口２側から次第に小さくなる。
【００２７】
又、第３の実施形態においては、邪魔板の延設長さ（筒体６の内壁から中心に向かう長さ）が流入口２側から流出側へ向かって長くなっている。つまり、Ｓ５での邪魔板１８ａの延設長さｈ１は、Ｓ６での邪魔板１８ｂの延設長さｈ２より短い。従って、このことによっても、領域Ｓ５では排気が流れ易く、コンダクタンスも大きくなり、一方で領域Ｓ６では排気が流れ難く、コンダクタンスも小さくなる。なお、１個の分割経路内において、さらにコンダクタンスが流入口２側から小さくなるよう、流入口２側から順次、邪魔板の間隔を小さくし、又は邪魔板の延設長さを長くしても良い。
なお、この実施形態においては、邪魔板１８ａの内部にヒーターを内蔵し、流入口２側から１／２Ｌ〜２／３Ｌの長さにおけるトラップ経路の加熱を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態に係る真空蒸着装置の全体構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るトラップ装置の軸方向の断面図である。
【図３】分割経路を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るトラップ装置の軸方向の断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係るトラップ装置の軸方向の断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
２                          流入口
４                          流出口
６                          ケーシング
８、８ａ、１８ａ、１８ｂ    邪魔板
１０                        加熱手段
２０、２１、２２            トラップ装置
５０                        高真空ポンプ
５２ａ、５２ｂ              排気経路
６０                        第２の真空ポンプ
７０                        閉塞機構（バルブ）
８０ａ、８０ｂ              第２の加熱手段
Ｔ                          トラップ経路
Ｌ                          トラップ経路の見掛け長さ
Ｓ１〜Ｓ６                  分割経路
【図１】
2008207114.tif 000003
【図２】
2008207114.tif 000004
【図３】
2008207114.tif 000005
【図４】
2008207114.tif 000006
【図５】
2008207114.tif 000007