ВАКУУМНЫЙ ЗАТВОР ДЛЯ ВАКУУМНОГО УСТРОЙСТВА
VACUUM SEAL FOR VACUUM DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к вакуумному затвору, используемому в вакуумном устройстве, в частности к вакуумному затвору для электронной пушки устройства парофазного осаждения.
Уровень техники
В вакуумном устройстве, используемом при производстве полупроводников, тонких пленок, жидких кристаллов и т.п., для открытия/закрытия каждой вакуумной камеры используется вакуумный затвор.
В уровне техники известны различные виды вакуумных затворов для вакуумных устройств. Например, при закрытии затвора используется прижимное герметизирующее устройство, что обеспечивает повышение эффективности герметизации (см., например, Патентные Документы 1 и 2). Кроме того, также известен маятниковый вакуумный затвор и т.п.
На фиг.5 и 6 приведен пример маятникового вакуумного затвора. В маятниковом вакуумном затворе 200, в уровне техники, отверстие 204b расположено в боковой стенке 202b корпуса 202 затвора, как показано на виде спереди (фиг.6). Кроме того, затвор 200 включает камеру 215 затвора, образованную двумя соединяемыми боковыми стенками 202a и 202b, маятниковую задвижку 203, расположенную в камере 215 затвора, и уплотнительное кольцо 205, как показано на виде сбоку разреза корпуса 202 затвора. В боковых стенках 202a и 202b выполнены отверстия 204a и 204b. К уплотнительному кольцу 205 прикреплены кольцевые уплотнительные элементы 206 и 207 (фиг.5).
При закрытии затвора 200, находящегося в открытом положении, пневмопривод 209, расположенный на стенке корпуса 202 затвора, приводится в действие с помощью сжатого воздуха, в результате чего вал 208 привода начинает вращаться, перемещая маятниковую задвижку 203 к передней стороне отверстия 204a, то есть в закрытое положение затвора. Затем пневмоцилиндр 211, приводимый в действие сжатым воздухом, перемещает шток 210, в результате чего уплотнительное кольцо 205 прижимается к задвижке 203. Таким образом, в корпусе 202 затвора уплотнительный элемент 207 перекрывает зазор между внутренней поверхностью вокруг отверстия 204b и уплотнительным кольцом 205, а уплотнительный элемент 206 перекрывает зазор между поверхностью задвижки 203 и уплотнительным кольцом 205. В результате проход между отверстием 204a и отверстием 204b перекрывается.
Здесь, в вакуумной камере вакуумного устройства парофазного осаждения как одного из вакуумных устройств в результате нагрева испаряется осаждаемый из паровой фазы материал, такой как металл, оксид металла или соединение металла (см. фиг.7). В указанном случае вырабатываемые испарителем пары осаждаемого из паровой фазы материала попадают в электронную пушку 252, что вызывает проблему, обусловленную сложностью непрерывной и стабильной генерации луча в течение длительного периода времени. Для решения указанной проблемы применяли различные меры, которые все же оказались неудачными.
Например, выпускное средство для выпуска газа было расположено вблизи выходного отверстия электронного луча, как, например, в вакуумном устройстве парофазного осаждения, показанном на фиг.7. В качестве альтернативы, с целью улавливания паров осаждаемого из паровой фазы материала, перед выходным отверстием электронного луча расположена ловушка (не показана) (см. Патентный Документ 3).
Однако в случае использования MgO, MgO попадает в электронную пушку в значительном количестве, таким образом необходимый эффект не может быть обеспечен. Даже если можно предотвратить попадание в электронную пушку паров осаждаемого из паровой фазы материала, необходимо периодическое обслуживание, например замена нити накаливания.
Патентный Документ 1: Опубликованная заявка на патент Японии № 2000-145980 (стр.3, фиг.1).
Патентный Документ 2: Опубликованная заявка на патент Японии № 2004-360754 (стр.4, фиг.1).
Патентный Документ 3: Опубликованная заявка на патент Японии № Hei 7-58832 (стр.4, фиг.1).
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение
Устройство парофазного осаждения с использованием MgO, взятое в качестве примера вышеупомянутого вакуумного устройства, работает в непрерывном режиме в течение двух недель или больше. Более того, устройство, оборудованное автоматическим механизмом подачи MgO, может работать в непрерывном режиме в течение месяца. Однако расходуемые элементы электронной пушки, такие как нить накаливания или катод, нужно заменять каждые две или три недели. В другом случае, когда происходит авария, только часть электронной пушки иногда подвергают разгерметизации при атмосферном давлении с целью проведения обслуживания. В указанном случае, когда вакуумный затвор расположен между частью электронной пушки и камерой парофазного осаждения, и только часть электронной пушки подвергается разгерметизации при атмосферном давлении при закрытом вакуумном затворе во время замены, благодаря чему можно провести обслуживание, в камере парофазного осаждения может быть сохранен вакуум. В результате можно ожидать значительного уменьшения времени запуска при возобновлении работы.
Таким образом, в примере работающего устройства 250 парофазного осаждения с использованием MgO, показанного на фиг.7, используется вакуумный затвор для вакуумного устройства 200 из уровня техники.
На фиг.7, во внутреннем пространстве камеры 251 парофазного осаждения работающего устройства 250 парофазного осаждения с использованием MgO вакуум поддерживается откачивающим устройством (вакуумным насосом) (не показан), соединенным с выпускным отверстием 253.
Для проведения процесса парофазного осаждения на мишени 280 парофазного осаждения, показанной на фигуре, в нижней части устройства, в противоположном положении к мишени 280 парофазного осаждения расположен испаритель 254, включающий осаждаемый из паровой фазы материал (MgO) 281.
Кроме того, электронная пушка 252, которая служит в качестве источника высокой температуры для облучения осаждаемого из паровой фазы материала 281 электронным лучом, расположена сбоку от испарителя 254.
Здесь, перед электронной пушкой 252, в качестве затвора для отделения части электронной пушки от камеры парофазного осаждения 251, расположен вакуумный затвор 200 для вакуумного устройства. Когда вакуумный затвор 200 закрыт, можно проводить обслуживание электронной пушки 252, тогда как в камере 251 парофазного осаждения сохраняется вакуум.
Кроме того, для обеспечения работы в непрерывном режиме устройство 250 парофазного осаждения включает автоматический механизм 260 подачи, предназначенный для автоматической подачи осаждаемого из паровой фазы материала. Автоматический механизм 260 подачи состоит из камеры 261 подачи MgO (для хранения MgO в вакууме), устройства 263 подачи MgO (для количественной и непрерывной подачи MgO в испаритель), а также выбрасывателя 264 MgO.
MgO 282 в количестве около 5-200 кг или больше хранится в камере 261 подачи MgO, а необходимое количество MgO, около 1-1,5 кг, периодически загружается в устройство 263 подачи MgO. Для осуществления работы в периодическом режиме заслонка 267 подачи MgO открывается с помощью пневмоцилиндра 266. С помощью устройства 263 подачи MgO подается в испаритель 254, скользя по выбрасывателю 264 MgO.
Однако в вакуумном затворе 200 для вакуумного устройства из уровня техники, когда затвор находится в открытом положении, камера 215 затвора в корпусе 202 затвора остается в сообщении с камерой 251 парофазного осаждения. В указанном случае поверхность внутренней стенки корпуса 202 затвора и задвижка 203 контактируют с парами осаждаемого из паровой фазы материала 281 (MgO). Таким образом, осаждаемый из паровой фазы материал (MgO) налипает на внешние поверхности уплотнительных элементов 206 и 207, расположенных между поверхностью внутренней стенки корпуса 202 затвора и уплотнительным кольцом 205 и между затвором 203 и уплотнительным кольцом 205 соответственно, что обуславливает чрезвычайно низкую степень надежности при сохранении вакуума. Следовательно, возникает необходимость обслуживания камеры парофазного осаждения 251 при атмосферном давлении.
Способы решения задачи
Когда затвор закрыт, задвижка отделяет часть электронной пушки от камеры парофазного осаждения, как описано в уровне техники. Когда затвор открыт, цилиндрический подвижный щиток вводится в корпус затвора на такое расстояние через отверстие на стороне камеры парофазного осаждения, чтобы корпус затвора был отделен от камеры парофазного осаждения, в результате чего поверхность внутренней стенки корпуса затвора и задвижки защищена от налипания осаждаемого из паровой фазы материала (MgO). Вышеупомянутые меры могут предотвратить налипание на поверхности седла затвора осаждаемого из паровой фазы материала (MgO) и решить проблему, связанную с невозможностью поддержания вакуума. Кроме того, поверхность внутренней стенки корпуса затвора и поверхность задвижки включают такие уплотняющие элементы, как полоска клейкого состава и уплотнительное кольцо. Подвижный щиток также предотвращает налипание на элементах осаждаемого из паровой фазы материала (MgO).
Технический результат настоящего изобретения
Можно уменьшить время простоя при эксплуатации работающего устройства парофазного осаждения MgO в непрерывном режиме. Кроме того, камера парофазного осаждения может не так часто подвергаться разгерметизации при атмосферном давлении.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой пояснительную схему, на которой изображен вариант исполнения вакуумного затвора для электронной пушки в соответствии с настоящим изобретением (на пояснительной схеме показано внутреннее устройство корпуса затвора, вид сбоку основного корпуса).
Фиг.2 представляет собой пояснительную схему, на которой показана работа вакуумного затвора для электронной пушки в соответствии с настоящим изобретением (на пояснительной схеме показано внутреннее устройство корпуса затвора, вид сбоку основного корпуса), при этом на фиг.2A показан затвор в открытом положении, а на фиг.2B показан затвор в закрытом положении.
Фиг.3 представляет собой пояснительную схему, на которой изображен вариант исполнения вакуумного затвора для электронной пушки в соответствии с настоящим изобретением (вид спереди формы основного корпуса вакуумного затвора для электронной пушки, вид со стороны камеры парофазного осаждения).
Фиг.4 представляет собой пояснительную схему, на которой изображен пример работающего устройства парофазного осаждения MgO, в котором используется вакуумный затвор для электронной пушки настоящего изобретения.
Фиг.5 представляет собой пояснительную схему, на которой изображен пример вакуумного затвора для вакуумного устройства из уровня техники (на пояснительной схеме показано внутреннее устройство корпуса затвора, вид сбоку основного корпуса).
Фиг.6 представляет собой пояснительную схему, на которой изображен пример вакуумного затвора для вакуумного устройства из уровня техники (вид спереди со стороны камеры парофазного осаждения).
Фиг.7 представляет собой пояснительную схему, на которой изображен пример работающего устройства парофазного осаждения MgO, в котором используется вакуумный затвор для вакуумного устройства из уровня техники.
Описание обозначений
1 вакуумный затвор для вакуумного устройства
2 корпус затвора
3 задвижка
4a отверстие (на стороне электронной пушки)
4b отверстие (на стороне камеры парофазного осаждения)
5 уплотнительное кольцо
6 уплотнительный элемент
7 уплотнительный элемент
8 вал привода
9 пневмопривод
10 стержень
11 пневмоцилиндр
15 камера затвора
21 приемный элемент подвижного щитка
22 подвижной щиток
23 пневмоцилиндр
24 шток
50 работающее устройство парофазного осаждения MgO
51 камера парофазного осаждения
52 электронная пушка
53 выпускное отверстие
54 испаритель
56 щиток (приемный элемент подвижного щитка)
60 автоматический механизм подачи
61 камера подачи MgO
63 устройство подачи MgO
64 выбрасыватель MgO
66 пневмоцилиндр для управления заслонкой подачи
67 заслонка подачи MgO
68 загрузочное отверстие для MgO
69 крышка загрузочного отверстия для MgO
80 мишень парофазного осаждения
81 осаждаемый из паровой фазы материал (MgO)
82 MgO
200 вакуумный затвор для вакуумного устройства
202 корпус затвора
203 задвижка
204a, 204b отверстие
205 уплотнительное кольцо
206, 207 уплотнительный элемент
208 вал привода
209 пневмопривод
210 стержень
211 пневмоцилиндр
215 камера затвора
231 пневмоцилиндр
232 шток цилиндра
233 воздуховод
250 работающее устройство парофазного осаждения MgO
251 камера парофазного осаждения
252 электронная пушка
253 выпускное отверстие
254 испаритель
260 автоматический механизм подачи
261 камера подачи MgO
263 устройство подачи MgO
264 выбрасыватель MgO
266 пневмоцилиндр для управления заслонкой подачи
267 заслонка подачи MgO
268 загрузочное отверстие для MgO
269 крышка загрузочного отверстия для MgO
280 мишень парофазного осаждения
281 осаждаемый из паровой фазы материал (MgO в расплавленном виде)
282 MgO
Предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения
Далее будут описаны более подробно конкретные варианты осуществления настоящего изобретения посредством ссылки на чертежи.
На фиг.4 показан пример работающего устройства 50 парофазного осаждения MgO, в котором используется вакуумный затвор 1 для электронной пушки согласно настоящему изобретению.
На фиг.4 работающее устройство 50 парофазного осаждения MgO сконструировано таким образом, чтобы поддерживать вакуум во внутреннем пространстве камеры 51 парофазного осаждения с использованием откачивающего устройства (вакуумный насос) (не показан), соединенного с выпускным отверстием 53.
Для проведения парофазного осаждения на мишени 80 парофазного осаждения, показанной на фиг.4, испаритель 54, включающий осаждаемый из паровой фазы материал 81 (MgO), располагают перед мишенью 80 парофазного осаждения в нижней части основного корпуса устройства.
Кроме того, электронную пушку 52, которая служит в качестве источника высокой температуры для облучения осаждаемого из паровой фазы материала 81 электронным лучом, располагают сбоку от испарителя 54.
При этом перед электронной пушкой 52 располагают вакуумный затвор 1 для электронной пушки, предназначенный для отделения части электронной пушки от камеры 51 парофазного осаждения. Когда вакуумный затвор 1 закрыт, электронная пушка 52 может обслуживаться, при этом в камере 51 парофазного осаждения поддерживается вакуум.
Кроме того, для выполнения работы в непрерывном режиме устройство 50 парофазного осаждения включает автоматический механизм 60 подачи, предназначенный для автоматической подачи осаждаемого из паровой фазы материала 82. Автоматический механизм 60 подачи состоит из камеры 61 подачи MgO (для хранения MgO в вакууме), устройства 63 подачи MgO (для количественной и непрерывной подачи MgO в испаритель), а также выбрасывателя 64 MgO.
MgO 82 в количестве около 5-200 кг или больше хранится в камере 61 подачи MgO, при этом необходимое количество MgO около 1-1,5 кг периодически загружается в устройство 63 подачи MgO. Для работы в периодическом режиме заслонка 67 подачи MgO открывается с помощью пневмоцилиндра 66. С помощью устройства 63 подачи MgO подается в испаритель 54, скользя по выбрасывателю 64 MgO.
На фиг.1 и 3 показаны примеры вакуумного затвора 1 для электронной пушки в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. В показанном варианте осуществления, как показано на фиг.1, внутреннее устройство корпуса 2 затвора является таким же, как и у маятникового затвора вакуумного устройства из уровня техники, за исключением приемного элемента 21 цилиндрического подвижного щитка, цилиндрического подвижного щитка 22, пневмоцилиндра 23 для перемещения подвижного щитка, а также штока 24, присоединенного к подвижному щитку. Как показано на фиг.3, вакуумный затвор 1 для электронной пушки включает отверстие 4b, расположенное в боковой стенке 2b корпуса 2 затвора, на стороне камеры парофазного осаждения, вид спереди. Приемный элемент 21 подвижного щитка присоединен по окружности отверстия 4b. Цилиндрический подвижный щиток 22, присоединенный к концевой части штока 24, может свободно совершать возвратно-поступательное перемещение и, таким образом, проходить через отверстие 4b, при этом в качестве привода используется пневмоцилиндр 23. Край подвижного щитка 22, на конце со стороны отверстия 4a, расположенного в боковой стенке 2a на стороне электронной пушки, отогнут внутрь, а на другом конце край подвижного щитка 22, со стороны отверстия 4b, отогнут наружу. Указанные отогнутые края предназначены для герметизации камеры 15 затвора.
Кроме того, как показано на виде сбоку внутренней части корпуса 2 затвора, вакуумный затвор 1 для электронной пушки включает камеру 15 затвора, маятниковую задвижку 3 и уплотнительное кольцо 5. Камера 15 затвора образована между соединенными боковыми стенками 2a и 2b. Маятниковая задвижка 3 и уплотнительное кольцо 5 расположены в корпусе 2 клапана. Отверстия 4a и 4b соответственно расположены в боковых стенках 2a и 2b, обращенных друг к другу. Кольцевые уплотнительные элементы 6 и 7 присоединены к уплотнительному кольцу 5 (фиг.1).
При закрытии затвора 1, находящегося в открытом положении, пневмопривод 9, расположенный непосредственно на стенке корпуса 2 затвора, приводится в действие с помощью сжатого воздуха, в результате чего вал 8 привода начинает вращаться, перемещая маятниковую задвижку 3 к передней стороне отверстия 4a, то есть в закрытое положение затвора. Затем пневмоцилиндр 11, приводимый в действие сжатым воздухом, перемещает шток 10, в результате чего уплотнительное кольцо 5 прижимается к задвижке 3. Таким образом, в корпусе 2 затвора уплотнительный элемент 7 перекрывает зазор между внутренней поверхностью вокруг отверстия 4b и уплотнительным кольцом 5, а уплотнительный элемент 6 перекрывает зазор между поверхностью задвижки 3 и уплотнительным кольцом 5. В результате пространство между отверстием 4a и отверстием 4b перекрывается.
Функция подвижного щитка в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения будет описана посредством ссылки на фиг.2. На фиг.2A и 2B показан вакуумный затвор для электронной пушки в соответствии с показанным вариантом осуществления в открытом положении и закрытом положении соответственно.
На фиг.2A показан затвор в открытом положении. Когда затвор открыт, цилиндрический подвижный щиток 22 защищает камеру 15 затвора. В частности, когда затвор открыт, подвижный щиток 22 вводится через отверстие 4b на стороне камеры парофазного осаждения так, чтобы он проходил через камеру 15 затвора и упирался в щиток 56, который также выступает в качестве приемного элемента подвижного щитка в отверстии 4a на стороне электронной пушки. Край подвижного щитка 22 на конце со стороны отверстия 4a отогнут внутрь. Отогнутый край находится в тесном контакте с отогнутым краем щитка 56 (изготовленным из нержавеющей стали марки SUS304). В результате камера 15 затвора герметично разделена на внутреннюю сторону подвижного щитка 22 и его внешнюю сторону.
Кроме того, край подвижного щитка 22 на конце со стороны отверстия 4b отогнут наружу и находится в тесном контакте с поверхностью на конце и внутри приемного элемента 21 щитка со стороны отверстия 4b. В результате камера 15 затвора полностью герметизирована. Таким образом, камера 15 затвора, за исключением внутренней стороны подвижного щитка 22, полностью отделена от камеры парофазного осаждения, в результате чего поверхность внутренней стенки корпуса 2 затвора, задвижка 3, а также уплотнительные элементы 6 и 7 уплотнительного кольца 5 надежно защищены от налипания посторонних веществ.
На фиг.2B показан затвор в закрытом положении. В показанном случае задвижка 3 и уплотнительное кольцо 5 герметизируют затвор так же, как вакуумный затвор из уровня техники. Задвижка 3 перемещается в закрытое положение, а уплотнительное кольцо 5 прижимается к задвижке 3, в результате чего затвор закрывается.
Следует отметить, что устройство, в котором задвижка 3 перемещается, а уплотнительное кольцо 5 прижимается к задвижке, в результате чего затвор закрывается, такое же, как и устройство из уровня техники, показанное на фиг.5 и 6.
Конструкция, описанная выше, позволяет сократить время простоя при эксплуатации устройства парофазного осаждения MgO в непрерывном режиме.
Период времени для обслуживания электронной пушки, когда затвор работает в нормальном режиме, составляет в общей сложности 55 минут, а именно 30 минут на охлаждение, 5 минут на вентиляцию, 10 минут на обслуживание электронной пушки и 10 минут на вакуумирование.
Кроме того, период времени для обслуживания электронной пушки, когда затвор не работает, составляет в общей сложности 410 минут, а именно 30 минут на охлаждение, 10 минут на вентиляцию камеры электронной пушки и камеры парофазного осаждения, 10 минут на обслуживание электронной пушки и 360 минут на вакуумирование.
Таким образом, время простоя длительностью 355 минут может быть сокращено.
Выше были описаны варианты осуществления настоящего изобретения. Конечно, настоящее изобретение не ограничено указанными вариантами осуществления, и на основе технической идеи настоящего изобретения могут быть сделаны модификации.
В примерах вакуумного затвора для электронной пушки настоящего изобретения конструкция корпуса 2 затвора и задвижки 3 такая же, как и в случае вакуумного затвора для вакуумного устройства из уровня техники, показанного на фиг.5 и 6, в котором используется маятниковая задвижка. В качестве альтернативы может использоваться вакуумный затвор для вакуумного устройства, имеющий другую конструкцию. Например, может использоваться прижимной герметизирующий вакуумный затвор, вакуумный затвор, включающий задвижку секторной формы, или шаровой затвор. Можно использовать любой вакуумный затвор для вакуумного устройства, включающий корпус затвора, отверстия в котором расположены напротив друг друга, и камеру затвора, в которой задвижка в открытом положении может быть полностью отведена от отверстия. В примере, описанном выше, отверстие затвора является круглым, однако отверстие, конечно же, может иметь другую форму. Например, если отверстие затвора квадратное, то поперечное сечение цилиндрического корпуса может быть квадратным.
Кроме того, когда затвор открыт, подвижный щиток 22 упирается в щиток 56, который выступает в качестве приемного элемента подвижного щитка, но это не всегда необходимо. В качестве альтернативы подвижный щиток 22 может быть остановлен вблизи от щитка 56, который выступает в качестве приемного элемента подвижного щитка, на таком расстоянии, которое позволит разделить детали в атмосфере при сохранении вакуума в камере, например, 5 мм или меньше.
Кроме того, в качестве альтернативы настоящее изобретение может включать механизм для охлаждения подвижного щитка 22. Когда вакуумный затвор для электронной пушки находится в открытом положении, подвижный щиток 22, закрывающий камеру 15 затвора, охлаждается, что позволяет таким образом охладить внутреннюю часть корпуса 2 затвора. В результате можно предотвратить разрушение уплотнительных элементов 6 и 7, вызванное нагревом. Например, когда затвор находится в открытом положении, подвижный щиток 22 прижат к приемному элементу 21, таким образом разрушение можно предотвратить, разместив на поверхности приемного элемента 21, контактирующей с подвижным щитком 22, металлическую трубку, в которой циркулирует охлаждающая жидкость.
Кроме того, в примерах настоящего изобретения щиток 56, который выступает в качестве приемного элемента подвижного щитка, выполнен из нержавеющей стали. В качестве альтернативы щиток 56 может быть выполнен из мягкого металла для повышения адгезионной способности.
Примеры мягкого металла включают сверхмягкую сталь, мягкую сталь, чистое железо, медь, алюминий, цинк, свинец и олово.
Кроме того, в качестве другого варианта настоящего изобретения на поверхности приемного элемента 21 и 56 подвижного щитка, контактирующей с отогнутыми краями на обоих концах подвижного щитка 22 или с подвижными щитками, можно разместить уплотнительные элементы, выполненные, например, из сверхмягкой стали, мягкой стали, чистого железа, меди, алюминия, цинка, свинца или олова.
Любой упомянутый выше материал может повышать адгезионную способность в месте контакта подвижного щитка 22 с приемными элементами 21 и 56, в результате чего может быть увеличен защитный эффект.