JP2004036897A

JP2004036897A - 真空チャンバーに用いる回転軸のシール機構

Info

Publication number: JP2004036897A
Application number: JP2003317069A
Authority: JP
Inventors: Akio Hashimoto; 橋本　明男
Original assignee: TS Corp
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 2003-09-09
Filing date: 2003-09-09
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】
　シール性能を向上することができ、シールの分解点検および再組み立てを可能にするとともに、製品歩留りを向上することができる真空チャンバーに用いる回転軸のシール機構を提供する。
【解決手段】
　内部に回転軸３２を挿通支持した中空支持部材３１が真空チャンバー１００と大気中とに跨るように設置され、回転軸３２と中空支持部材３１との間の回転軸３２の軸方向に真空シール機構２６、塵埃が真空チャンバー１００内に飛散するのを防止するダストシール２４が大気側より順次装着され、真空シール機構２６およびダストシール２４は、大気に向かって開く端を有する環状溝で形成されたシール部２４ａ、２５ａ、２６ａと、環状溝内に内装され回転軸３２に対して接圧するばね部２４ｂ、２５ｂ、２６ｂとを有してなる。
【選択図】　図１

Description

　本発明は、真空チャンバーに用いる回転軸のシール機構に関し、より詳しくは、外部と、外部から遮断された環境、特に塵埃を嫌う、たとえば半導体デバイスの製造プロセスにおいて真空引きされた真空チャンバー内とに跨って設置され、真空チャンバー内で半導体基板やＬＣＤ基板などの移送を行なうマニピュレータ装置の回転軸のシール機構に関する。

　近年、半導体デバイスの高性能化、高密度化および高集積化は目覚しいものがあるが、その一方で他の工業製品に比較して歩留りも低く、その不良の発生原因としては塵埃によるものが殆どである。

　この不良原因となる塵埃は、半導体デバイスの微細な絶縁層の幅より大きな粒径のものが殆どであるため、絶縁層の幅より大きな粒径の塵を無くすための努力が続いているが、この塵埃が相変らず最大の不良発生原因となっている。

　また、半導体デバイスの市場ニーズは高性能化、高密度化および高集積化の要求が益々高まっており、その市場ニーズに対応するために絶縁層の幅の微細化は益々高いものが要求されている。したがって、製品不良の原因となる塵の粒径もより一層微細化し、その数は増大し、不良原因に占める割合は益々増えている。このような半導体デバイスは、真空チャンバー内において真空下で公知のプロセスを経て製造されるのが一般的であり、この真空チャンバー内でマニピュレータ装置などの移送装置で保持されることにより、製造プロセス位置に搬送されてこの位置で製造作業が行なわれる。

　図４において、マニピュレータ装置１０は、真空チャンバー１００内の排気口１０１から真空引きした真空雰囲気中で半導体デバイスの製造プロセスを実行する半導体製造装置（図示略す）とともに設置されている。

　真空チャンバー１００のベース１０２には、マニピュレータ装置１０の回転軸１２を挿通し支持する中空支持部材１１が貫通固定され、中空支持部材１１内に挿通された回転軸１２の先端部には第１のアーム１３、第２のアーム1４およびハンド１５が回動自在に軸着され、半導体基板などの移載作業が行なわれるようになっている。

　また、回転軸１２の後端部には、モータや減速機からなる駆動手段（図示略す）が連結され、回転軸１２が回転駆動される。

　回転軸１２は、図５に示すように、第１の回転軸部１２ａおよび第１の回転軸部１２ａ内に挿通された第２の回転軸部１２ｂからなり、第１の回転軸部１２ａは、軸受１６ａを介して中空支持部材１１に支持されるとともに、第２の回転軸部１２ｂは、軸受１６ｂを介して第１の回転軸部１２ａに支持されている。

　真空チャンバー１００内の中空支持部材１１と第１の回転軸部１２ａとの間には、磁性流体からなる複数の磁性流体シール１８が第１の回転軸部１２ａの軸方向に一列状に装着されるとともに、第１の回転軸部１２ａと第２の回転軸部１２ｂとの間にも磁性流体からなる複数の磁性流体シール１９が第２の回転軸部１２ｂの軸方向に一列状に装着されている。

　このように、中空支持部材１１、第１および第２の回転軸部１２ａ，１２ｂ間に磁性流体シール１８，１９を介装したことにより、真空チャンバー１００と中空支持部材１１との連通が遮断され、マニピュレータ装置１０の各構成部の機械的接触によって発生する摩耗粉などの塵埃が真空チャンバー１００内に飛散するのを防止している。

　ところで、上記提案の如きマニピュレータ装置１０における回転軸１２のシール機構では、通常、１つの磁性流体シール１８，１９の耐圧が０．２気圧であるため、複数の磁性流体シール１８，１９を直列に連結した構造となっている。

　真空チャンバー１００と大気間で圧力が変化する場合、１つの磁性流体シール１８，１９に着目すれば、圧力差が０．２気圧より小さく磁性流体が軸穴の隙間を封じている時間と、圧力差が０．２気圧より大きく軸穴の隙間に空隙の生じる時間が交互に存在する。

　しかしながら、１度軸穴間に磁性流体の途切れた部分が再度軸穴間を封止する保証がないため、シール機能が断続的に失われ、シール性能が低下するという問題点がある。

　また、磁性流体に軍手が触れると、磁性流体が毛管現象により軍手に吸い取られるため、シールギャップ部の磁性流体の量が適正でなくなり、シール性能が劣化する上、不足した磁性流体を適正量補充する方法がなく、直列に組まれた磁性流体シール１８，１９の全てが正常に軸穴を封じているか確認する有効な方法がないため、磁性流体シール１８，１９の再組み立てが不可能であるという問題点がある。

　また、エンドユーザーでの磁性流体シール１８，１９自体およびその組み込まれた機器の分解点検、再組み立てが不可能であるため、装置トラブルの原因追及に当たり、磁性流体シール１８，１９自体またはその組み込まれた機器がトラブルの原因であるか否かを、トラブルシューティングの初期に分解により判定することができない。

　従って、磁性流体シール１８，１９自体およびその組み込まれた機器がトラブルの原因であった場合、結果としてトラブルからの復帰時間が長期化するので、磁性流体シール１８，１９の組み込まれている真空装置はそうでない装置に比較して稼働率が低くなるという問題点がある。

　また、磁性流体を構成する油は低蒸気圧であるが、機械運動、温度上昇によりガスを放出する。このガスは設置された真空チャンバー１００内の圧力を上昇させるばかりでなく、有機物汚染となり、半導体製造装置においては製品歩留りを低下させるという問題点がある。

　本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、シール性能を向上することができ、シールの分解点検および再組み立てを可能にするとともに、製品歩留りを向上することができる真空チャンバーに用いる回転軸のシール機構を提供することにある。

　本発明の上記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

　上記目的を達成すべく、本発明に係る真空チャンバーに用いる回転軸のシール機構は、真空チャンバーと大気中とに跨るように配置され、内部に回転軸を挿通支持した中空支持部材と、前記回転軸と前記中空支持部材との間に設けられる真空シール機構と、前記真空シール機構と大気との間で前記回転軸を前記中空支持部材の中で回転可能に受ける軸受と、を備え、前記真空シール機構は、大気に向かって開く端を有する環状溝で形成されたシール部と、前記環状溝内に内装され前記回転軸に対して接圧するばね部と、を有するよう構成されている。

　この構成により、従来のシール機構に比較して小型でコンパクトなシール機構を提供することができるとともに、シールの分解点検および再組み立てを可能とすることができる。

　また、本発明に係る真空チャンバーに用いる回転軸のシール機構は、真空チャンバーと大気中とに跨るように配置された中空支持部材と、前記中空支持部材の内部に挿通支持された中空状の第１の回転軸部および前記第１の回転軸部内に挿通支持された第２の回転軸部からなる回転軸と、前記中空支持部材と前記第１の回転軸部との間および前記第１の回転軸部と前記第２の回転軸部との間にそれぞれ設けられる真空シール機構と、前記真空シール機構と大気との間に配置され、前記第１の回転軸部を前記中空支持部材の中でおよび前記第２の回転軸部を前記第１の回転軸部の中で回転可能にそれぞれ受ける軸受と、を備え、前記真空シール機構は、大気に向かって開く端を有する環状溝で形成されたシール部と、前記環状溝内に内装され前記回転軸に対して接圧するばね部と、を有するよう構成されている。

　また、本発明に係る真空チャンバーに用いる回転軸のシール機構は、前記真空シール機構と前記真空チャンバーとの間で前記回転軸と前記中空支持部材との間に配置されるダストシールを備え、前記ダストシールは、大気に向かって開く端を有する環状溝で形成されたシール部と、環状溝内に内装され回転軸に対して接圧するばね部と、を有し、前記ダストシールのばね部の接圧が前記真空シール機構のばね部の接圧より小さくなるよう構成されている。

　この構成により、さらに、が真空チャンバー内に飛散するのを確実に防止できる。

　本発明の真空チャンバーに用いる回転軸のシール機構は、真空シール機構が、大気に向かって開く端を有する環状溝で形成されたシール部と、環状溝内に内装され回転軸に対して接圧するばね部と、を有するよう構成しているので、真空シール機構を従来のものと比較して小型でコンパクトにすることができるとともに、真空シール機構のシール性能が向上し、塵埃の真空チャンバー内への飛散を確実に防止することができ、製品歩留りを向上することができる。

　また、磁性流体シールを用いないので、ユーザーによる保守点検および再組み立てが容易となり、稼働率を向上することができるとともに、製品歩留りを向上することができ、装置の小型軽量化が図られる。

　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。実施の形態を説明するに当たって、従来例と同一機能を奏するものは同じ符号を付して説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る真空チャンバーに用いる回転軸のシール機構の断面図、図２（ａ）は、本発明の一実施の形態に係る真空チャンバーに用いる回転軸のシール機構におけるダストシールの部分斜視図、図２（ｂ）は、本発明の他の実施の形態に係る真空チャンバーに用いる回転軸のシール機構におけるダストシールの一部切欠き斜視図、図３（ａ）は、本発明の一実施の形態に係る真空チャンバーに用いる回転軸のシール機構における空気流防止用シールの部分斜視図、図３（ｂ）は、本発明の他の実施の形態に係る真空チャンバーに用いる回転軸のシール機構における空気流防止用シールの部分斜視図である。

　図１において、１０２は、真空雰囲気を構成する真空チャンバー１００（図４参照）と真空チャンバー１００より外部、すなわち、大気中とを区画する真空チャンバー１００のベースであり、このベース１０２には、真空チャンバー１００内と大気中とを跨るように配置されたマニピュレータ装置３０の中空支持部材３１がボルト１７により締結固定されている。

　マニピュレータ装置３０は、真空チャンバー１００内の真空引きした真空雰囲気下で半導体デバイスの製造プロセスを実行する半導体製造装置とともに設置され、半導体基板などの移載作業を行なう。

　中空支持部材３１内には、回転軸３２が挿通支持され、大気側の回転軸３２には、モータや減速機からなる駆動手段が連結され、回転軸３２が回転駆動されるようになっている。

　回転軸３２は、第１の回転軸部３２ａおよび第１の回転軸部３２ａ内に挿通された第２の回転軸部３２ｂからなり、第１の回転軸部３２ａは、軸受１６ａを介して中空支持部材３１に支持されるとともに、第２の回転軸部３２ｂは、軸受１６ｂを介して第１の回転軸部３２ａに支持されている。

　真空チャンバー１００内の中空支持部材３１と第１の回転軸部３２ａとの間には、大気側からの真空チャンバー１００内への空気流を防止するための１対の空気流防止シール２６（真空シール機構）が第１の回転軸部３２ａの軸方向に所定間隔をおいて装着されるとともに、真空チャンバー１００内の第１の回転軸部３２ａと第２の回転軸部３２ｂとの間にも１対の空気流防止シール２６が第２の回転軸部３２ｂの軸方向に所定間隔をおいて装着されている。

　また、中空支持部材３１と第１の回転軸部３２ａとの間および第１の回転軸部３２ａと第２の回転軸部３２ｂとの間の空気流防止シール２６より真空チャンバー１００側には、マニピュレータ装置３０の各構成部の機械的接触によって発生する摩耗粉などの塵埃が真空チャンバー１００内に飛散するのを防止するためのダストシール２４が、空気流防止シール２６と所定間隔をおいて装着されている。

　この結果、中空支持部材３１、第１および第２の回転軸部３２ａ，３２ｂおよび空気流防止シール２６により密閉される第１の空間ａが形成され、中空支持部材３１、第１および第２の回転軸部３２ａ，３２ｂ、空気流防止シール２６およびダストシール２４により密閉される第２の空間ｂが形成される。

　中空支持部材３１および第１の回転軸部３２ａには、第１の空間ａに連通するとともに、大気中に開口して、第１の空間ａ内の空気を中間真空引きするための第１の通路２３が形成されている。

　また、中空支持部材３１および第１の回転軸部３２ａには、真空チャンバー１００内に開口され、第２の空間ｂと真空チャンバー１００内とを連通する第２の通路２０が形成されている。

　第２の通路２０の開口端には、フィルタ２２が覆設され、このフィルタ２２は、フィルタケース２１により中空支持部材３１の外壁に固着されている。

　ダストシール２４は、図２に示すように、全体がリング状に成形され、断面が略Ｕ字状を呈しており、高分子ポリエチレンを主成分とするシール部２４ａ内にステンレスばね２４ｂが内装され、外力に対して外側へ反力が作用するようになっている（図２（ａ）参照）。

　また、ダストシール２５は、ダストシール２４に比べ、断面がコ字状に成形されている点で異なっており、高分子ポリエチレンを主成分とするシール部２５ａ内にステンレスばね２５ｂが内装され、軸穴の大きさによって使い分けられる（図２（ｂ）参照）。

　空気流防止シール２６は、図３に示すように、全体がリング状に成形され、断面が略円形状を呈しており、高分子ポリエチレンを主成分とするシール部２６ａ内に螺旋状に巻回されたステンレスばね２６ｂが内装され、ダストシール２４，２５より外力に対する外側への反力を強くし、回転軸３２に対する接圧（シール圧力）が高くなるように設定されている（図３（ａ）参照）。

　また、空気流防止シール２７は、螺旋状に巻回されたステンレスばね２７ｂをＶ字状に屈曲成形し、高分子ポリエチレンを主成分とするシール部２７ａ内に内装したものである（図３（ｂ）参照）。

　なお、ダストシール２４，２５および空気流防止シール２６，２７によりシールされる回転軸３２の外周面には、テフロン（登録商標）コーティングが施され、ダストシール２４，２５および空気流防止シール２６，２７と回転軸３２との摩擦を最小限に抑えている。

　回転軸３２のシール機構は、以上の如く構成されているので、大気側からの真空チャンバー１００内への空気流は、まず、大気側に最も近い位置に設置された空気流防止シール２６により遮断される。

　この空気流防止シール２６より漏れた空気は、第１の空間ａより第１の通路２３を介して中間真空引きされ、大気側に戻される。

　このとき、空気流防止シール２６と回転軸３２（第１の回転軸部３２ａおよび第２の回転軸部３２ｂ）との摩耗粉を含む塵埃も空気とともに多少排出される。

　また、第１の空間ａの気圧が低下するため、第１の空間ａと第２の空間ｂとの圧力差が小さくなり、中間位置に設置された空気流防止シール２６に掛かる空気流が減少し、空気流防止の効果が向上する。

　さらに、中間位置の空気流防止シール２６より漏れた空気は、第２の空間ｂより第２の通路２０を通過して真空チャンバー１００内に流出することにより、第２の空間ｂの気圧と真空チャンバー１００内の気圧とが等しくなる。このとき、空気流防止シール２６と回転軸３２との摩耗粉を含む塵埃は、フィルタ２２に捕らえられ、真空チャンバー１００内に飛散することはない。

　第２の空間ｂの気圧と真空チャンバー１００内の気圧とが等しくなることにより、ダストシール２４に掛かる空気流がなくなるので、ダストシール２４により真空チャンバー１００内への塵埃の飛散が確実に防止される。なお、この場合、ダストシール２４の回転軸３２に対する接圧が低いので、摩耗粉は発生しない。

　このように、本実施の形態によれば、回転軸３２と中空支持部材３１との間の１対の空気流防止シール２６およびダストシール２４が装着され、第１の空間ａの中間真空引きを行なうとともに、第２の空間ｂと真空チャンバー１００とがフィルタ２２を介して連通されたので、マニピュレータ装置３０の各構成部の機械的接触により発生する塵埃が真空チャンバー１００内に飛散するのを確実に防止することができ、従来のように磁性流体シールを用いないので、ユーザーによるシールの分解点検および再組み立てが可能となり、製品歩留りを向上することができるとともに、装置を小型軽量化することができる。

本発明の一実施の形態である真空チャンバーに用いる回転軸のシール機構の断面図。（ａ）は、本発明の一実施の形態である真空チャンバーに用いる回転軸のシール機構におけるダストシールの部分斜視図、（ｂ）は、本発明の他の実施の形態である真空チャンバーに用いる回転軸のシール機構におけるダストシールの一部切欠き斜視図。（ａ）は、本発明の一実施の形態である真空チャンバーに用いる回転軸のシール機構における空気流防止用シールの部分斜視図、（ｂ）は、本発明の他の実施の形態である真空チャンバーに用いる回転軸のシール機構における空気流防止用シールの部分斜視図。従来の真空チャンバー内に設置されたマニピュレータ装置の要部断面図。従来の真空チャンバーに用いる回転軸のシール機構の断面図。

符号の説明

１０，３０　マニピュレータ装置
１１，３１　中空支持部材
１２，３２　回転軸
１２ａ，３２ａ　第１の回転軸部
１２ｂ，３２ｂ　第２の回転軸部
１３　第１のアーム
１４　第２のアーム
１５　ハンド
１６ａ，１６ｂ　軸受　
１７　ボルト
１８，１９　磁性流体シール
２０　第２の通路
２１　フィルタケース
２２　フィルタ
２３　第１の通路
２４　ダストシール
２６　空気流防止シール（真空シール機構）
１００　真空チャンバー
１０１　排気口
１０２　ベース
ａ　第１の空間
ｂ　第２の空間

Claims

真空チャンバーと大気中とに跨るように配置され、内部に回転軸を挿通支持した中空支持部材と、前記回転軸と前記中空支持部材との間に設けられる真空シール機構と、前記真空シール機構と大気との間で前記回転軸を前記中空支持部材の中で回転可能に受ける軸受と、を備え、前記真空シール機構は、大気に向かって開く端を有する環状溝で形成されたシール部と、前記環状溝内に内装され前記回転軸に対して接圧するばね部と、を有することを特徴とする真空チャンバーに用いる回転軸のシール機構。
真空チャンバーと大気中とに跨るように配置された中空支持部材と、前記中空支持部材の内部に挿通支持された中空状の第１の回転軸部および前記第１の回転軸部内に挿通支持された第２の回転軸部からなる回転軸と、前記中空支持部材と前記第１の回転軸部との間および前記第１の回転軸部と前記第２の回転軸部との間にそれぞれ設けられる真空シール機構と、前記真空シール機構と大気との間に配置され、前記第１の回転軸部を前記中空支持部材の中でおよび前記第２の回転軸部を前記第１の回転軸部の中で回転可能にそれぞれ受ける軸受と、を備え、前記真空シール機構は、大気に向かって開く端を有する環状溝で形成されたシール部と、前記環状溝内に内装され前記回転軸に対して接圧するばね部と、を有することを特徴とする真空チャンバーに用いる回転軸のシール機構。
前記真空シール機構と前記真空チャンバーとの間で前記回転軸と前記中空支持部材との間に配置されるダストシールを備え、前記ダストシールは、大気に向かって開く端を有する環状溝で形成されたシール部と、環状溝内に内装され回転軸に対して接圧するばね部と、を有し、前記ダストシールのばね部の接圧が前記真空シール機構のばね部の接圧より小さいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空チャンバーに用いる回転軸のシール機構。