JP2002048244A - シール方法及びシール機構並びに真空処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成として、信頼性が向上でき、コス
トも低減できるシール方法及びシール機構を提供するこ
と。 【解決手段】 シールされて合わされるべき部材２０、
２１のうち少なくともどちらか一方２０に形成された環
状の空所３２に、他方２１への方向のみに膨張可能に環
状弾性体２２が嵌められ、この環状弾性体２２は、流体
圧力供給手段３８と接続される中空部２２ｃを有し、流
体圧力供給手段３８からその中空部２２ｃに流体圧力が
供給されると環状弾性体２２は膨張して他方の部材２１
に圧接され、環状弾性体２２の内周側２２ａの空間２３
と外周側２２ｂの空間２４とを遮断するシール部３３が
形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、環状弾性体（Ｏリ
ング）を用いたシール方法及びシール機構並びにこのシ
ール機構を備えた真空処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】シール機構を必要とするものとして、図
１９に例えば真空熱処理炉１の断面図を示す。断熱材１
１で囲まれて加熱室２が構成され、断熱材１１の内側に
はヒータ４が配設されている。また、加熱室２は真空排
気系８に接続され、仕切壁１０を介して搬送室１２、１
３に続いている。加熱室２と搬送室１２、１３との間に
は開閉自在の仕切弁６が設けられ、被処理物３は、仕切
弁６を開いて搬送室１２、１３と加熱室２との間を出し
入れされる。

【０００３】従来は、仕切弁６と仕切壁１０は、例えば
ゴムで成るＯリング５を介在させて合わされ、仕切弁６
が、シリンダやその他機械的押圧手段などにより仕切壁
１０に押圧されることで、Ｏリング５は仕切弁６と仕切
壁１０の双方に圧接（密着）して、この圧接面がシール
部となり、Ｏリング５の内周側の空間（加熱室２）と、
外周側の空間（搬送室１２、１３）とを気密に遮断して
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記シール機構では、
油圧または空圧シリンダによって駆動される駆動部材や
その他機械的な手段によって、仕切弁６を仕切壁１０に
向けて押圧して、Ｏリング５が、仕切弁６と仕切壁１０
に密着するようにしている。このため、機構が複雑で大
がかりとなり、大きなスペースを要する、重さが重くな
る、コストが高くなるという問題があった。

【０００５】本発明は上述の問題に鑑みてなされ、簡単
な構成として信頼性が向上でき、コストも低減できるシ
ール方法及びシール機構並びに真空処理装置を提供する
ことを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するに
あたり、本発明のシール方法では、シールされて合わさ
れるべき部材のうち少なくともどちらか一方に、他方へ
の方向のみに膨張可能に環状弾性体を取り付け、この環
状弾性体を流体圧力により膨張させ他方の部材に圧接さ
せて、環状弾性体の内周側の空間と外周側の空間とを遮
断するシール部を形成するようにしている。

【０００７】また、本発明のシール機構では、シールさ
れて合わされるべき部材のうち少なくともどちらか一方
に形成された環状の空所に、他方への方向のみに膨張可
能に環状弾性体が嵌められ、この環状弾性体は、流体圧
力供給手段と接続される中空部を有し、流体圧力供給手
段からその中空部に流体圧力が供給されると環状弾性体
は膨張して他方の部材に圧接され、環状弾性体の内周側
の空間と外周側の空間とを遮断するシール部が形成され
る。

【０００８】また、本発明の真空処理装置では、支持し
ている被処理物が真空槽内に配置されるように、真空槽
と合わされるホルダーと、真空槽のうち少なくともどち
らか一方に形成された環状の空所に、他方への方向のみ
に膨張可能に環状弾性体が嵌められ、この環状弾性体
は、流体圧力供給手段と接続される中空部を有し、流体
圧力供給手段からその中空部に流体圧力が供給されると
環状弾性体は膨張して他方の部材に圧接され、これによ
り、真空槽とホルダーと環状弾性体の内周側とで囲まれ
る処理空間と、環状弾性体の外周側の空間とを遮断する
シール部が形成される。

【０００９】すなわち、本発明では２つの部材で環状弾
性体を狭圧してシール部（密着部）を形成するのではな
く、環状弾性体自体に流体圧力を供給して膨張させて２
つの部材に密着させる。従って、大がかりな押圧手段は
不要となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００１１】図１は、第１のフランジ部材２０と第２の
フランジ部材２１が合わされた状態の断面図を示す。こ
れら第１、第２のフランジ部材２０、２１は、図１９に
おける仕切弁６、仕切壁１０の構成に対応するものであ
る。

【００１２】第１のフランジ部材２０の平面図を図２Ｂ
に、図２Ｂにおける［Ｉ］−［Ｉ］線方向の断面図を図
２Ａに示す。第１のフランジ部材２０は、ステンレスで
成る円盤であり、その最外周側には１２個の貫通孔２０
ｂが周方向に沿って形成されている。この貫通孔２０ｂ
の内周側には環状の空所（凹所）３２が形成されてい
る。空所３２は、図２Ａにおいて、第１のフランジ部材
２０の下面に開口している。また、空所３２と連通し、
第１のフランジ部材２０の上面に開口する１２個の小孔
３２ａ及び１個のエア供給用孔３２ｂが周方向に沿って
形成されている。第１のフランジ部材２０の中央には、
１個の貫通孔２０ａが形成されている。

【００１３】図３Ｂは、第２のフランジ部材２１の平面
図を、図３Ａは、図３Ｂにおける［II］−［II］線方向
の断面図を示す。第２のフランジ部材２１は、ステンレ
スで成る円盤であり、その外周側には１２個の貫通孔２
１ａが周方向に沿って形成されている。

【００１４】以上のように構成される、第１、第２のフ
ランジ部材２０、２１は、図１に示すように、リング状
のスペーサ２８を介してそれぞれの貫通孔２０ｂ、２０
ａが合わされ、ここにボルト２５が通され、このボルト
２５にナット２６が螺着されて締め付けられることによ
り組み付けられる。

【００１５】第１のフランジ部材２０の環状の空所３２
には、ステンレスで成るサポートリング３０が嵌め込ま
れ、このサポートリング３０は、空所３２に連通する小
孔３２ａより挿入されたボルト２９に螺着して、空所３
２から抜け落ちないようにされている。

【００１６】また、空所３２内には、断面が略Ｗ形状の
環状ゴム２２（材質は例えばＦＫＭ）が収容されてい
る。環状ゴム２２には、サポートリング３０と係合する
係合部３４が形成されており、この部分でサポートリン
グ３０と係合し、且つこの部分がサポートリング３０と
空所３２の内壁との間に挟まれることにより、環状ゴム
２２は抜け落ちないようにされている。サポートリング
３０は、ボルト２９の先端に螺着されており、そのボル
ト２９を回すことによりサポートリング３０をボルト２
９に対して（図において）上側に移動させて、前記係合
部３４を空所３２の内壁との間で挟み込んでいる。

【００１７】第１のフランジ部材２０に形成されたエア
供給孔３２ｂには、チューブコネクタ２７及びこれに接
続されたチューブを介してエア供給源より空気が供給さ
れる。このエア供給孔３２ｂに対応する位置のサポート
リング３０には、エア供給孔３２ｂと連通する貫通孔３
０ａが形成されており、環状ゴム２２の中空部２２ｃに
空気を供給可能となっている。

【００１８】中空部２２ｃに空気が供給されると、この
中空部２２ｃは空気の供給口である貫通孔３０ａ以外に
は閉じられた空間であるので、この空間内の圧力は上昇
していき、環状ゴム２２はこの圧力を受けて膨張して、
図１において一点鎖線で示すように、対向する第２のフ
ランジ部材２１に圧接する。この圧接によりシール部
（シール面）３３が形成され、環状ゴム２２の内周２２
ａ側の空間２３と、外周２２ｂ側の空間２４とは気密及
び液密に遮断される。

【００１９】なお、このとき環状ゴム２２は、第２のフ
ランジ部材２１に向かう方向以外の膨張は、空所３２の
内壁によって規制されているので、シール部３３におけ
る圧接力が弱められることなく十分なシール作用が得ら
れる。また、上述したように、環状ゴム２２は、その係
合部３４がサポートリング３０に係合し、且つ空所３２
の内壁との間で挟み込まれているので、膨張によって空
所３２から抜け出してしまうことがない。

【００２０】環状ゴム２２が第２のフランジ部材２１に
圧接してシール部３３が形成された後は、エア供給孔３
２ｂに栓をすることによりシール状態を維持する、ある
いは、中空部２２ｃが常に一定の圧力となるように空気
を供給し続ければより確実にシール作用は得られる。

【００２１】次に、上記シール機構のシール性能及び作
動時間の試験を行った結果について説明する。

【００２２】図４はこの試験を行った装置の構成を示す
概略図である。試験は先ず、エアー源３８より、減圧弁
３９、チューブコネクタ２７、小孔３２ｂ、３０ａを介
して中空部２２ｃに空気を供給する。そして、中空部２
２ｃ内の圧力（封入圧力）が高まり、環状ゴム２２が膨
張して第２のフランジ部材２１に圧接してシール部３３
が形成されると、環状ゴム２２の内周２２ａ側の空間２
３を、第１のフランジ部材２０の貫通孔２０ａを介して
真空引きする。その後、環状ゴム２２の外周２２ｂ側の
空間（大気）２４より、空間２３に向けてヘリウムガス
を吹き付け、貫通孔２０ａを介して空間２３に接続され
たヘリウムリークディテクタ３７を用いて空間２３内の
ヘリウム量を測定する。

【００２３】この結果を、表１のシール試験結果の項目
に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】封入圧力０．１ＭＰａと０．５ＭＰａの場
合について行ったが、どちらの場合も空間２３内にヘリ
ウムは検出されなかった。よって、シール部３３におけ
る空間２４（大気）側からのヘリウムガスの侵入は認め
られず、シール性は良好である。またゴムは弾性率が大
きく、０．１ＭＰａの低圧であっても第２のフランジ部
材２１とのなじみが良く（密着性が良く）、シール部３
３における隙間（リークパス）がなく良好なシール作用
が得られた。

【００２６】次に、環状ゴム２２の膨張及び収縮時の作
動時間試験について説明する。

【００２７】図４において、エアー源３８より中空部２
２ｃに空気を供給すると、環状ゴム２２は膨張して第２
のフランジ部材２１に圧接してシール部３３を形成し、
空気の供給を停止すると、中空部２２ｃは大気圧となり
環状ゴム２２は収縮して元に戻る。このときの中空部２
２ｃへの封入圧力を圧力センサー４１により検出してア
ンプ４２で増幅し記録計４３で記録する。これにより得
られる圧力のタイムチャートより作動時間、ストローク
速度を算出する。

【００２８】ここで、図５、図６を参照して試験結果の
まとめ方について説明する。図５に示す圧力のタイムチ
ャートにおいて、封入圧力が大気圧から上昇して、環状
ゴム２２が第２のフランジ部材２１に接触するまでの時
間をストローク時間とし、この接触後、封入圧力が一定
（Ｙ）になるまでの時間を膨張時間、これらストローク
時間と膨張時間の和を膨張時の作動時間とする。そし
て、封入圧力が一定圧力Ｙから大気圧になり、環状ゴム
２２が収縮して元の形状に戻るまでの時間を収縮時の作
動時間とする。

【００２９】ストローク時間の求め方について、図６を
参照して説明する。膨張時はストロークしている時と第
２のフランジ部材２１に接触した後ではゴムの伸びの自
由度が変わり、圧力の伝わり方も変動する。その変曲点
ｂに到達するための時間ｃをストローク時間とする。本
実施の形態では、封入圧力が約０．０５ＭＰａで第２の
フランジ部材２１に接触するので、圧力チャート上で
０．０４〜０．０５ＭＰａの傾きを延長したａ線を作図
し変曲点ｂを求める。収縮時は封入圧力が大気圧に戻る
までストロークすると仮定し、作動時間＝ストローク時
間とする。

【００３０】ストローク速度［ｍ／ｓ］は、環状ゴム２
２のストローク距離［ｍ］／ストローク時間［ｓ］とし
て求める。本実施の形態では、ストローク距離は、図１
に示すように、５．３［ｍｍ］（５．３×１０
^-3［ｍ］）である。なお、空間２３の高さは約１ｍｍ、
直径は約２００ｍｍとなっている。

【００３１】図７、８は封入圧力を０．１ＭＰａで一定
としたときの圧力チャートを、図９、１０は封入圧力を
０．２ＭＰａで一定としたときの圧力チャートを、図１
１、１２は封入圧力を０．３ＭＰａで一定としたときの
圧力チャートを、図１３、１４は封入圧力を０．４ＭＰ
ａで一定としたときの圧力チャートを、図１５、１６は
封入圧力を０．５ＭＰａで一定としたときの圧力チャー
トを示す。図８、１０、１２、１４、１６は、それぞれ
図７、９、１１、１３、１５より時間軸を拡大したグラ
フである。

【００３２】これら圧力チャートより、ストローク時
間、膨張時間、作動時間を読みとり、更にストローク時
間を算出し、表１の作動時間試験の項目にまとめた。

【００３３】膨張時は、作動時間は封入圧力に反比例
し、封入圧力が高くなるほど、作動は短時間となってい
る。ただし、最大圧力０．５ＭＰａでは、作動時間と封
入圧力の関係は０．４ＭＰａまでの傾向とは異なり、急
に作動時間が長くなっている。これは、封入圧力が高く
ゴムがシール部以外の隙間にはみ出し、封入圧力が安定
するために時間を要したと思われる。収縮時は、作動時
間は封入圧力に比例し、封入圧力が高いほど、作動が長
時間となっている。これは、封入圧力が高いほど圧力を
解放したときに大気圧まで戻る時間を要するためと思わ
れる。いずれにしても、作動時間は、膨張時には０．１
〜０．３ｓ、収縮時には０．１ｓ以下というように短時
間で作動した。

【００３４】次に、本実施の形態によるシール機構を真
空処理装置に適用した例を、図１７、１８を参照して説
明する。

【００３５】図１８に示す回転円盤５４上には、周方向
に沿って例えば９０度間隔で４カ所にホルダー５３が取
り付けられている。各ホルダー５３上には被処理物とし
てウェーハ５２が支持される。また、各ホルダー５３に
はウェーハ５２の外周側に、上述した環状ゴム２２が設
けられている。すなわち、ホルダー５３は上述した第１
のフランジ部材２０に対応するものであり、これと同様
に、ホルダー５３には環状の空所が形成され、この空所
に環状ゴム２２が、サポートリングにより抜け落ちない
ように保持されて嵌め込まれている。

【００３６】回転円盤５４の上方には、図１７に示すよ
うに真空槽５０が配設されている。真空槽５０は静止部
に対して固定され、回転円盤５４と対向する下方は開口
されている。また、図示しない真空排気系と接続されて
いる。

【００３７】回転円盤５４は軸５５を回転軸として回転
され、各ホルダー５３が順次、ウェーハ５２を真空槽５
０の開口に対向させて位置決めされて合わされる。そし
て、環状ゴム２２の中空部２２ｃに連通するエア供給孔
（ホルダー５３に形成されている）を介してエア供給源
より空気が供給されると、中空部２２ｃ内の圧力が上昇
して環状ゴム２２が膨張し、図１７に示すように対向す
る真空槽５０の下端に圧接してシール部３３を形成す
る。

【００３８】これにより、真空槽５０の内壁とホルダー
５３と環状ゴム２２の内周側２２ａとにより囲まれて処
理空間５１が形成され、この処理空間５１は、外部（環
状ゴム２２の外周側２２ｂの空間）から気密に遮断され
る。この状態で処理空間５１内を真空排気し、この処理
空間５１内に配置された被処理物５２の各種処理を行
う。この処理のために、真空槽５０には、加熱機構や処
理ガス導入系などが備えられている。従来は、ホルダー
５３をシリンダなどで持ち上げて、環状ゴムを真空槽５
０とホルダー５３との間で狭圧してシール作用を得るよ
うにしていたが、本実施の形態ではそのような複雑で大
がかりな押しつけ機構は不要である。単に環状ゴムを空
気圧で膨張させるという簡単な構成で済む。

【００３９】なお、真空槽５０に対するホルダー５３及
びウェーハ５２の移動手段として回転盤５４を用いず
に、真空槽５０に対して移動するベルトコンベアなどに
より、各ホルダー５３及びウェーハ５２を順次、真空槽
５０に対して位置合わせするようにしても良い。

【００４０】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発
明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

【００４１】上記実施の形態では、空気圧によって環状
弾性体２２を膨張させたが、他のガスあるいは、油圧な
どの液体圧力によって膨張させてもよい。

【００４２】また、環状弾性体２２をゴムとしたが、こ
れに限らず、例えば弾性を有する樹脂でもよい。ただ
し、ゴムは弾性率が大きく、中空部に供給する圧力が低
圧であっても、シール面に密着性良く圧接するので、良
好なシール性が得られる。

【００４３】また、上記実施の形態では、第１のフラン
ジ部材２０、ホルダー５３に環状弾性体２２を取り付け
たが、第２のフランジ部材２１、真空槽５０に取り付け
て、第１のフランジ部材２０、ホルダー５３に向けて環
状弾性体２２を膨張させて圧接させるようにしてもよ
い。また、環状弾性体２２を２重、３重、・・・と多重
に設けるようにしてもよい。この多重とする場合には、
環状弾性体２２をどちらか一方ではなく、第１のフラン
ジ部材２０と第２のフランジ部材２１の両方に、あるい
はホルダー５３と真空槽５０の両方に設けても良い。

【００４４】なお、第１のフランジ部材２０及び第２の
フランジ部材２１は、シール性能とシール動作の作動時
間をテストするために用意されたものであり、例えばス
テンレス製の円盤形状で、１個のエア供給孔を有するも
のとして作られ、相互にボルトとナットで組み付けられ
ているが、本発明のシール機構を実際の装置に適用する
場合には、上述した材質や形状、エア供給孔の数に限る
ことはない。もちろん、第１のフランジ部材２０及び第
２のフランジ部材２１をボルトとナットで組み付ける必
要はなく、ヘリウムリークディテクター３７と接続する
ための貫通孔２０ａも設ける必要はない。

【００４５】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、従来
に比べ大幅に簡略化された機構にて、２つの空間、例え
ば真空側と大気側とを気密に遮断でき、信頼性が向上
し、コストの低減が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態によるシール機構を示す断
面図である。

【図２】Ａは、図２Ｂにおける［Ｉ］−［Ｉ］線方向の
断面図を、Ｂは、図１における第１のフランジ部材２０
の平面図である。

【図３】Ａは、図３Ｂにおける［II］−［II］線方向の
断面図を、Ｂは、図１における第２のフランジ部材２１
の平面図である。

【図４】本発明の実施の形態によるシール機構のシール
性及び作動時間をテストする装置の構成を示す概略図で
ある。

【図５】各種時間を説明するための封入圧力のタイムチ
ャートモデルである。

【図６】ストローク時間の算出方法を説明するための封
入圧力のタイムチャートモデルである。

【図７】封入圧力０．１ＭＰａで一定としたときの圧力
チャートである。

【図８】図７の時間軸を拡大した図である。

【図９】封入圧力０．２ＭＰａで一定としたときの圧力
チャートである。

【図１０】図９の時間軸を拡大した図である。

【図１１】封入圧力０．３ＭＰａで一定としたときの圧
力チャートである。

【図１２】図１１の時間軸を拡大した図である。

【図１３】封入圧力０．４ＭＰａで一定としたときの圧
力チャートである。

【図１４】図１３の時間軸を拡大した図である。

【図１５】封入圧力０．５ＭＰａで一定としたときの圧
力チャートである。

【図１６】図１５の時間軸を拡大した図である。

【図１７】本発明の実施の形態によるシール機構を備え
た真空処理装置の要部の縦断面図である。

【図１８】図１７において、真空槽を除いた平面図であ
る。

【図１９】環状弾性体（Ｏリング）によるシール機構が
適用される真空熱処理炉の断面図である。

【符号の説明】

２０ 第１のフランジ部材 ２１ 第２のフランジ部材 ２２ 環状弾性体 ２２ｃ 中空部 ２３ 環状弾性体の内周側空間 ２４ 環状弾性体の外周側空間 ３０ サポートリング ３０ａ 貫通孔 ３２ 空所 ３２ｂ エア供給孔 ３３ シール部 ３４ 係合部 ５０ 真空槽 ５１ 処理空間 ５２ 被処理物 ５３ ホルダー ５４ 回転円盤

フロントページの続き (72)発明者 土城 稔 神奈川県茅ヶ崎市萩園2500 日本真空技術 株式会社内 (72)発明者 長沢 照治 神奈川県茅ヶ崎市萩園2500 日本真空技術 株式会社内 (72)発明者 島田 鉄也 神奈川県茅ヶ崎市萩園2500 日本真空技術 株式会社内 Ｆターム(参考） 4K029 CA01 DA02 DA12 KA05 4K063 AA05 AA16 BA12 DA22

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 環状弾性体を介在させて２つの部材を合
   わせ、前記環状弾性体の内周側の空間と外周側の空間と
   を遮断するシール部を形成するシール方法において、 前記部材のうち少なくともどちらか一方に、他方への方
   向のみに膨張可能に前記環状弾性体を取り付け、この環
   状弾性体を流体圧力により膨張させ前記他方に圧接させ
   て前記シール部を形成するようにしたことを特徴とする
   シール方法。
2. 【請求項２】 前記環状弾性体はゴムであること特徴と
   する請求項１に記載のシール方法。
3. 【請求項３】 環状弾性体を介在させて２つの部材が合
   わされ、前記環状弾性体の内周側の空間と外周側の空間
   とを遮断するシール部が形成されるシール機構におい
   て、 前記部材のうち少なくともどちらか一方に環状の空所が
   形成され、この空所に、他方への方向のみに膨張可能に
   前記環状弾性体が嵌められ、 前記環状弾性体は、流体圧力供給手段と接続される中空
   部を有し、 前記流体圧力供給手段から前記中空部に流体圧力が供給
   されると前記環状弾性体は膨張して前記他方に圧接して
   前記シール部を形成することを特徴とするシール機構。
4. 【請求項４】 前記環状弾性体はゴムであることを特徴
   とする請求項３に記載のシール機構。
5. 【請求項５】 真空槽と、被処理物を支持するホルダー
   とが、前記被処理物が前記真空槽内に配置されるよう
   に、環状弾性体を介在させて合わされ、 前記真空槽と前記ホルダーと前記環状弾性体の内周側と
   により囲まれる処理空間と、前記環状弾性体の外周側の
   空間とを遮断するシール部が形成される真空処理装置に
   おいて、 前記真空槽と前記ホルダーのうち少なくともどちらか一
   方に環状の空所が形成され、この空所に、他方への方向
   のみに膨張可能に前記環状弾性体が嵌められ、 前記環状弾性体は、流体圧力供給手段と接続される中空
   部を有し、 前記流体圧力供給手段から前記中空部に流体圧力が供給
   されると前記環状弾性体は膨張して前記他方に圧接して
   前記シール部が形成されることを特徴とする真空処理装
   置。
6. 【請求項６】 前記ホルダーは、前記真空槽に対して移
   動する移動手段に複数配設され、各ホルダーは前記移動
   手段の移動により、順次、前記真空槽に位置合わせされ
   ることを特徴とする請求項５に記載の真空処理装置。