JP5399976B2 - 真空シールおよび配管接続機構 - Google Patents

Description

本発明は、真空装置一般の技術について、特に高周波アンテナやイオン源の電源フィードスルーに適した真空シールおよび配管接続構造に関する。

従来、流体を供給する配管を真空容器内部に導入する場合には、例えば図１に示すような構造が知られている。この従来の真空シールおよび配管接続機構は、第一のパイプ（以下、パイプの用語はチューブまたはホースと呼んでもよい。）を真空容器１に気密に貫通させるのに要する真空シール部と、第一のパイプ２の大気側端部に、第一のパイプ２に流体を供給する第二のパイプ１０が接続される配管接続部とを有している。

真空シール部は、真空容器１と第一のパイプ２を支持するハウジング１１との間、および第一のパイプ２とハウジング１１との間に形成される。真空容器１とハウジング１１との間には、Ｏリング４０が配置されている。また、第一のパイプ２とハウジング１１との間には、一般的に特許文献１に示すように、Ｏリング４１による軸シール構造が用いられている。ナット部材１２が有する押し金具１３によりＯリング４１を押しつぶすことで、Ｏリング４１は第一のパイプ２と第一のパイプ２を挿入するハウジング１１との壁とに適当な力で押し付けられ、真空シールされる。

一方、配管接続部は、流体を供給するための第二のパイプ１０にシール用パッキン１５が食い込むことによりシールされた構造である。このように、食い込み構造を有するので、流体を流すことによって配管接続部に強い圧力が加わったとしても、第二のパイプ１０が引き抜けることなく安定したシールを維持することが可能となる。

特開平１１−１４５０７２号公報

しかしながら、前述したような配管接続部におけるシールは、食い込み構造によりパイプ同士の接続を強固にするものの、パイプ同士を容易に取り外すことができず、メンテナンス時に接続部を切断する等の破壊的な作業を行う必要がある。一方、真空シールと同様にＯリングを用いたシール方法で配管接続部のシールを行う構造では、流体の圧力による抜けを生じることがあるため使用が困難である。

そこで、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、その目的は、真空シール部および配管接続部が簡単な構造であって、配管接続部のシール強度が大きく、メンテナンスが容易である真空シールおよび配管接続機構を提供することにある。

本発明の真空シールおよび配管接続機構は、上記課題を解決するために、流体が流れる配管を真空容器内部に導入するための真空シールおよび配管接続機構であって、真空容器に設けられた孔または真空容器の開口部を気密に塞ぐフランジに設けられた孔に挿通される第一のパイプと、前記第一のパイプの大気側の端部に接続される第二のパイプと、前記第一のパイプを内包して支持し前記真空容器または前記フランジに固定されるハウジングと、前記第一のパイプの外周面にあって前記第二のパイプおよび前記ハウジングによりそれぞれ挟持されるＯリングとを備え、前記第二のパイプは、前記第一のパイプとの接続部近傍より延びる鍔部を有し、前記ハウジングと前記鍔部とを連結するスタッドをさらに備えるようにしたものである。

上記発明では、真空シール部および配管接続部おいて、Ｏリングが第一のパイプとハウジング、並びに第一のパイプと第二のパイプとを気密にシールする。さらに、スタッドが真空シール部におけるハウジングと配管接続部における第二のパイプに設けられた鍔部とを連結し、これらを着脱自在に固定する。

また、本発明の真空シールおよび配管接続機構は、前記第一のパイプに接続される電気接続端子をさらに備え、前記第一のパイプは前記フランジに設けられた孔に挿通されるとともに前記ハウジングは前記フランジに固定され、前記フランジは、誘電体であり、前記第一のパイプ、前記ハウジングおよび前記第二のパイプにおける前記第一のパイプとの接続部が、電気伝導体であってもよい。

上記発明では、電気接続端子が電気伝導体の第一のパイプに接続されるので、第一のパイプに電流が流れる。また、第一のパイプは、誘電体である絶縁スペーサーを介して真空容器またはフランジに挿通されるので、第一のパイプと真空容器またはフランジとは電気的に絶縁される。それゆえ、内部に流体が供給され、かつ電流が流れる第一のパイプが真空容器内部に導入される。

また、本発明の真空シールおよび配管接続機構は、前記第一のパイプに接続される電気接続端子と、前記真空容器または前記フランジと前記第一のパイプとの間に介在する絶縁スペーサーとをさらに備え、前記第一のパイプは、電気伝導体であり、前記ハウジング、前記第二のパイプにおける前記第一のパイプとの接続部は、誘電体であってもよい。

上記発明では、電気接続端子が電気伝導体の第一のパイプに接続されるので、第一のパイプに電流が流れる。また、第一のパイプは、誘電体のフランジを挿通されるので、第一のパイプと真空容器とは電気的に絶縁される。それゆえ、内部に流体が供給され、かつ電流が流れる第一のパイプが真空容器内部に導入される。

また、本発明の真空シールおよび配管接続機構を有する高周波アンテナが、プラズマ処理装置に備えられていてもよい。

また、本発明の真空シールおよび配管接続機構を有するイオン源が、イオン照射装置に備えられていてもよい。

本発明によれば、真空シール部および配管接続部が簡単な構造であって、配管接続部のシール強度が大きく、メンテナンス容易である真空シールおよび配管接続機構を提供することができる。

従来の真空シールおよび配管接続機構を示す断面図である。 本発明の真空シールおよび配管接続機構の一実施形態を示す断面図である。 本発明の真空シールおよび配管接続機構の他の実施形態を示す断面図である。 本発明の真空シールおよび配管接続機構の他の実施形態を示す断面図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

図２は、この発明の実施の形態による真空シールおよび配管接続機構の断面図である。図２を参照して、この発明の実施の形態による真空シールおよび配管接続機構は、真空容器１と、第一のパイプ２と、第二のパイプ２０と、ハウジング２１と、鍔部２４と、スタッド２６と、ナット２７と、ボルト２８と、Ｏリング５０、５１、５２とを備える。

真空容器１には、第一のパイプ２を挿通するための孔が設けられている。第一のパイプ２は、真空容器１の孔に挿通されていて、真空容器１を貫通している。また、第一のパイプ２はアルミニウム、銅、ステンレス等の金属製であることが好ましい。第一のパイプ２の大気側の端部は、真空容器１の近傍に配置されていて、第二のパイプ２０に接続されている。一方、第一のパイプ２の真空側の端部は、その内部にガスが供給される場合には真空容器１内部の適宜配置される。また、その内部に流体が供給される場合には、真空容器１内部で終端することなく、再び真空容器１に挿通されて引き出され、真空容器１外部で終端する。そして、その端部には、他のパイプが接続される。

第二のパイプ２０は、第一のパイプ２に流体を供給するためのパイプであって、第一のパイプ２の大気側にある端部に接続される。第一のパイプ２と第二のパイプ２０の接続方法は、図２に示すように第二のパイプ２０を第一のパイプ２に嵌合するよう継ぐことが好ましいが、この方法に限定されない。このように接続する場合には、第二のパイプ２０の端部に第二のパイプ２０とは別個の接続用の取り付け部材を設けるようにすることが好ましい。また、第二のパイプ２０は、ステンレス等の金属製であってもよく、樹脂製であってもよい。

第二のパイプ２０の他方の端部は、図示しない流体供給源に通じており、これらより供給される流体を第一のパイプ２に供給する。第二のパイプ２０に供給される流体は、例えば、プラズマ処理の技術分野において通常使用される各種ガスや冷媒（冷却水）等であるが特に限定されない。

ハウジング２１には、第一のパイプ２を挿通して固定するための孔が設けられている。そして、ハウジング２１は、真空容器１にボルト２８等で固定されている。また、第一のパイプ２は、ハウジング２１の孔に挿通されハウジング２１に固定されている。更に、ハウジング２１は、真空容器１に接する面と反対側の面に、スタッド２６をねじ込むためにタップ穴が設けられている。

鍔部２４は、第二のパイプ２０の端部近傍において真空容器１に対し平行に延びるように設けられていることが好ましい。また、鍔部２４には、スタッド２６を挿通するための孔が設けられている。

スタッド２６の一端は、ハウジング２１のタップ穴で締結され、その他端は、鍔部２４に設けられた孔に通されてナット２７で締結される。このようなスタッド２６によるハウジング２１と鍔部２４との固定は、複数設けられる。したがって、第二のパイプ２０は、ハウジング２１を介して真空容器１に固定されるので、第二のパイプ２０に流体を流しても、その圧力によって第一のパイプとの接続部から浮き上がることがない。それゆえ、安定したシールを実現することができる。しかも、第二のパイプ２０は、ねじ込み式で着脱自在に固定されているので、取り外しの際に配管接続部での破壊を伴わない。それゆえ、メンテナンス時の作業性が向上すると共に、一度取り外した第二のパイプ２０を再利用することが可能となる。

Ｏリング５０は、真空容器１とハウジング２１との間に配置される。それゆえ、真空容器１とハウジング２１とは気密にシールされる。

Ｏリング５１は、第一のパイプ２とハウジング２１との間に配置される。それゆえ、第一のパイプ２とハウジング２１とは気密にシールされる。

Ｏリング５２は、第一のパイプ２と第二のパイプ２０との間に配置される。それゆえ、第一のパイプ２と第二のパイプ２０とは気密にシールされる。

以下、第一のパイプ２に電流を流して、第一のパイプ２を電源フィードスルーとして用いる方法について説明する。

［実施の形態１］
図３は、第一のパイプに高周波電流または直流電流を流すことを目的とした真空シールおよび配管接続機構を示す断面図である。このような構成は、第一のパイプ２を後述する高周波アンテナまたはイオン源として用いるのに好適である。図３を参照して、当該真空シールおよび配管接続機構は、真空容器１と、第一のパイプ２と、電気接続端子３と、フランジ４と、第二のパイプ２０と、ハウジング２１と、鍔部２４と、スタッド２６と、ナット２７と、ボルト２８と、Ｏリング５０、５１、５２、５３とを備える。

真空容器１には、フランジ４を取り付けるための孔が設けられている。

電気接続端子３は、銅等の金属からなり第一のパイプ２に接続されている。当該接続方法は特に限定されないが、例えば電気接続端子３を第一のパイプ２に巻き付け、電気接続端子３同士を適当な締結部材により締結してもよい。電気接続端子３は、例えば図示しない整合回路等を介して高周波電源または直流電源に接続される。それゆえ、第一のパイプ２に高周波電流または直流電流を給電することができるので、第一のパイプ２は、第二のパイプ２０より供給される冷媒（例えば、冷却水）とともに電力を真空容器１内部に導入するための電源フィードスルーとして用いられる。

フランジ４には、第一のパイプ２を挿通するための孔が設けられている。フランジ４は誘電体であり、例えばアルミナ、セラミックス、石英、ジルコニア、ポリサルファイド（ＰＰＳ）樹脂やポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂等の通称エンジニアリングプラスティック等を含む材料からなる。その他高強度・高耐電圧性素材であり、かつ、真空中へのガス放出の少ない素材であれば、これらに限定されない。後述する他の部位における誘電体についても同様である。また、フランジ４の孔には、高周波電流が供給される第一のパイプ２が挿通されている。そして、フランジ４は、真空容器１の孔を覆うように配置され、真空容器１に対して例えばボルト２８等の締結手段により固定される。それゆえ、高周波電流が供給される第一のパイプ２は、誘電体からなるフランジ４を介して真空容器１に固定されるので、真空容器１と電気的に絶縁される。

第二のパイプ２０は、前述したように、鍔部２４を有していて第一のパイプ２に接続されている。第二のパイプ２０は、第一のパイプ２と電気的に絶縁するために、少なくとも第一のパイプ２との接続部は誘電体からなる。また、第二のパイプ２０は、流体を第一のパイプ２に供給する。

ハウジング２１と鍔部２４も、前述したように、スタッド２６によって連結され、配管接続部において、例えばスタッド２６はナット２７により締結されている。また、ハウジング２１は、ボルト２８等によって真空容器１に固定されている。

Ｏリング５０は、真空容器１とフランジ４との間に配置される。それゆえ、真空容器１とフランジ４とは気密にシールされる。

Ｏリング５１、５２は、前述したように、第一のパイプ２とハウジング２１との間、第一のパイプ２と第二のパイプ２０との間にそれぞれ配置される。

Ｏリング５３は、フランジ４とハウジング２１との間に配置される。それゆえ、フランジ４とハウジング２１とは気密にシールされる。

［実施の形態２］
図４は、第一のパイプに高周波電流または直流電流を流すことを目的とした他の真空シールおよび配管接続機構を示す断面図である。図４を参照して、当該真空シールおよび配管接続機構は、真空容器１と、第一のパイプ２と、電気接続端子３と、第二のパイプ２０と、ハウジング２１と、鍔部２４と、スタッド２６と、ナット２７と、ボルト２８と、絶縁スペーサー３０と、Ｏリング５０、５１、５２とを備える。

真空容器１には、絶縁スペーサー３０を介在させて第一のパイプ２を挿通するための孔が設けられている。

電気接続端子３は、前述したように第一のパイプ２に接続されていて、第一のパイプ２に高周波電流または直流電流を供給する。

第二のパイプ２０は、前述したように、鍔部２４を有していて第一のパイプ２に接続されている。第二のパイプは、第一のパイプ２と電気的に絶縁するために、少なくとも第一のパイプ２との接続部は誘電体からなる。また、第二のパイプ２０は、流体を第一のパイプ２に供給する。

ハウジング２１は、真空容器１にボルト２８等で固定されている。そして、第一のパイプ２は、ハウジング２１の孔に挿通されハウジング２１に固定されている。ハウジング２１は、誘電体からなり、第一のパイプ２と電気的に絶縁されている。ハウジング２１と鍔部２４は、前述したように、スタッド２６によって連結され、配管接続部において、例えばスタッド２６はナット２７により締結されている。

絶縁スペーサー３０は、真空容器１と第一のパイプ２とを電気的に絶縁するために誘電体からなり、好ましくはセラミックスである。また、絶縁スペーサー３０は、少なくとも第一のパイプ２の真空容器１に挿通される部分において、第一のパイプ２を覆う。第一のパイプ２を覆う絶縁スペーサー３０の長さは、真空容器１と第一のパイプ２との絶縁を確実にするために、真空容器１の厚みよりも長くして、一定の絶縁距離をとることが好ましい。このとき、絶縁スペーサー３０の大気側に延びる部分は、ハウジング２１と接している。

Ｏリング５０、５１、５２は、真空容器１とハウジング２１との間、第一のパイプ２とハウジング２１との間、第一のパイプ２と第二のパイプ２０との間にそれぞれ配置されている。

以上述べたような実施の形態１および２における真空シールおよび配管接続機構において、真空容器１内部に導入され、高周波電流が流れる第一のパイプ２は、ガラス基板、半導体基板等にプラズマ処理を行うための高周波アンテナとして用いることができる。

例えば、当該高周波アンテナを備えたプラズマ処理装置では、真空容器１内部にプラズマを生成させるためのガス、例えば水素（Ｈ_２）ガスやシラン（ＳｉＨ_４）ガス等が供給され、これらのガスが、高周波アンテナとしての第一のパイプ２に流れる高周波電流によって励起されることにより、誘導結合型のプラズマが生成する。このとき、第一のパイプ２は、プラズマの生成に伴い発熱する。そこで、第一のパイプ２を冷却するための冷媒（例えば、冷却水）を第一のパイプ２に供給するために、第二のパイプ２０の他端は、図示しない冷媒循環装置に接続される。また、図示しないが、高周波アンテナとしての第一のパイプ２の他端は、本発明の真空シールおよび配管接続機構により真空容器１内部から外部に引き出されていて、真空容器１を介して接地されている。

真空容器１に出入りする高周波アンテナとしての第一のパイプ２の形状は、略Ｕ字型或いは略コの字型であることが好ましい。また、第一のパイプ２は、その真空容器１内部に延びる部分全体がセラミックスからなる筒で被覆されていることが好ましい。当該セラミックスは、アルミナ、石英、ジルコニア等の高抵抗、高絶縁性、低誘電率を同時に満たすことが可能な誘電体であることが好ましい。

その他、実施の形態１および２における第一のパイプ２は、イオンビーム照射装置において、イオン源の電極または電子源のフィラメントに冷媒（例えば、冷却水）および直流電力を供給するための電源フィードスルーとして用いることができる。この場合には、第一のパイプ２は、イオン源の電極または電子源のフィラメントに直接的または間接的に接続される。また、電気接続端子３は、整合回路等を介して直流電源に接続される。イオン源から照射されるイオンビームは、ガラス基板、半導体基板等に注入される。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記の実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ … 真空容器
２ … 第一のパイプ
３ … 電気接続端子
４ … フランジ
１０，２０ … 第二のパイプ
１１，２１ … ハウジング
１２，１４ … ナット部材
１３ … 押し金具
１５ … シール用パッキン
２４ … 鍔部
２６ … スタッド
２７ … ナット
２８ … ボルト
３０ … 絶縁スペーサー
４０，４１，５０，５１，５２，５３ … Ｏリング

Claims (5)

1. 流体が流れる配管を真空容器内部に導入するための真空シールおよび配管接続機構であって、
   真空容器に設けられた孔または真空容器の開口部を気密に塞ぐフランジに設けられた孔に挿通される第一のパイプと、
   前記第一のパイプの大気側の端部に接続される第二のパイプと、
   前記第一のパイプを内包して支持し前記真空容器または前記フランジに固定されるハウジングと、
   前記第一のパイプの外周面にあって前記第二のパイプおよび前記ハウジングによりそれぞれ挟持されるＯリングとを備え、
   前記第二のパイプは、前記第一のパイプとの接続部近傍より延びる鍔部を有し、
   前記ハウジングと前記鍔部とを連結するスタッドをさらに備えた、真空シールおよび配管接続機構。
2. 前記第一のパイプに接続される電気接続端子をさらに備え、
   前記第一のパイプは前記フランジに設けられた孔に挿通されるとともに前記ハウジングは前記フランジに固定され、
   前記第一のパイプは、電気伝導体であり、
   少なくとも前記フランジおよび前記第二のパイプにおける前記第一のパイプとの接続部は、誘電体である、請求項１に記載の真空シールおよび配管接続機構。
3. 前記第一のパイプに接続される電気接続端子と、
   前記真空容器と前記第一のパイプとの間に介在する絶縁スペーサーとをさらに備え、
   前記第一のパイプは、電気伝導体であり、
   少なくとも前記ハウジングおよび前記第二のパイプにおける前記第一のパイプとの接続部は、誘電体である、請求項１に記載の真空シールおよび配管接続機構。
4. 請求項２または３に記載の真空シールおよび配管接続機構を有する高周波アンテナを備えた、プラズマ処理装置。
5. 請求項２または３に記載の真空シールおよび流体接続機構を有するイオン源を備えた、イオンビーム照射装置。
   

Images