JPH04347096A - 石英チューブの気密シール構造及び気密シール方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は真空装置における石英チ
ューブの気密シール技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の気密シールは、図３のよう
に定位置気密シールチューブマウント方式が一般的で、
気密シール機構体のベースフランジ１、石英チューブ３
の端面フランジ３′の表裏を保護する一対の保護シート
３１、３１′、Ｏリングシール材２およびフランジ押え
６からなり、ベースフランジ１と石英チューブ３の端面
間にＯリングシール材２を設置し、シール効果を発揮さ
せるためのシール材の適正つぶし量をベースフランジ１
側の保護シート３１の厚みで決定するよう力の作用する
方向の部材精度を精密管理する方法がなされていた。

【０００３】そして、石英チューブ３のフランジ３′は
、ベースフランジ１とフランジ押え６の挟持力により挟
持固定されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような定位置気
密シールチューブマウント方式では、第１に各部材の精
度管理を疎かにすると、石英チューブ３にかかるストレ
スが局所的に大きくなり、チューブ破損の可能性が極め
て大きくなる。例えば、図３に示すように石英チューブ
端面フランジ３′の軸芯との直角精度が悪くＡの如く傾
いて取付けられている場合、この気密シール機構体でマ
ウントされた石英チューブ３には明らかに大きなストレ
スが局部的に生ずる。他の部材が精度不良の場合も同様
である。

【０００５】部材の精度不良が重なればさらに被害は大
きく、チューブの破損は避けられない。そこで、各部材
の精度管理の徹底を要することとなる。第２に、石英チ
ューブにかかわる物理的変位の吸収が困難である。地震
や人為的外力等に起因する外部変位、熱影響等に起因す
る内部変位を吸収し難い故、チューブ破損の危険を含ん
でいる。

【０００６】例えば、図３に示すように気密シール機構
体の他端に外部変位Ｈが生じた場合、又、石英チューブ
に内部変位Ｉが生じた場合、いずれも石英チューブ端面
フランジ３′が気密シール機構体のベースフランジ１に
固着されているため、この物理的変位を吸収するのは極
めて困難である。以上述べたように定位置気密シールチ
ューブマウント方式では、石英チューブに生ずるストレ
スの局所的極大、さらに機構体の物理的変位吸収が困難
であるという欠点を有していた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては図４に示す定圧気密シールチュー
ブマウント方式を提供する。石英チューブ気密シール機
構体のベースフランジ１と、気密シールのためのシール
材２、及び定圧シール力発生手段４とを備え、ベースフ
ランジ１と石英チューブ端面フランジ３′間にシール材
２を介在させ、定圧シール力発生手段４により、シール
材２に所定つぶし量を与え、気密を確保することとした
。すなわち、石英チューブ３はその端面フランジ３′に
発生した定圧シール力をもって、シール材２に圧接し、
シール材２の所定の反発弾性力とつり合って安定する。 石英とシール材の摩擦力により石英チューブ３はシール
材２に支持され、同時に気密が確保される。さらに、外
部変位Ｊや内部変位Ｋを拘束する要素は何もない。

【０００８】

【作用】上記のような定圧気密シールチューブマウント
方式を採用することにより、石英チューブの据付はもち
ろん、石英チューブの局所的ストレスの極大を解消し、
同時に本気密シール機構体における石英チューブの物理
的変位吸収も容易に可能となった。

【０００９】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図１及び図２は気密シール対象の石英チューブ
である。図１は両端フランジ付石英チューブ、図２は片
端フランジ付石英チューブで、いずれもフランジの端面
をシール材に圧接させ、気密シールを確保せしめようと
いうものである。

【００１０】図４，図１０に本実施例を示す。図４は定
圧気密シールチューブマウント方式の考え方を示す。図
５に実施例のポイントを示し、図８〜図１０に半導体基
板熱処理装置における石英チューブのマウント機構を示
す。まず、基本的な考え方を図４に基づいて説明する。 １はシール材ガイド１′を有する気密シール機構体のベ
ースフランジで本機構体の支持部材を兼ね装置本体に固
定されている。

【００１１】２はシール材ガイド１′に装着された気密
シールのためのＯリングシール材、３′はＯリングシー
ル材に圧接し、気密を確保せしめるための石英チューブ
端面フランジである。 ４は石英チューブ端面フランジ３′に気密シール力を与
えるための定圧シール力発生手段である。

【００１２】次に上記の如く構成された気密シール機構
体の動作について説明する。ベースフランジ１と石英チ
ューブ端面フランジ３′との間にＯリングシール材２を
装填した時、ベースフランジ１と石英チューブ端面フラ
ンジ３′とには、フランジ間隙Ｌが設定される。すなわ
ち、Ｏリングシール材２の太さ寸法が当初の間隙値を決
定する。ここで後述する定圧シール力発生手段４により
、定圧シール力Ｆが作用すると、石英チューブ３はその
力の方向に移動し、Ｏリングシール材２に圧接する。

【００１３】定圧シール力ＦとＯリングシール材２の反
発弾性力がつり合ったところで停止し、所定つぶし量Ｂ
、フランジ間隙Ｃを得て、所定の気密シールを完了する
。本実施例の定圧シール力発生手段について図５に基づ
き以下に説明する。定圧シール力は定圧気密シール機構
体を構成するチューブの直径差２Ｓの円周断面にかかる
大気圧Ｆで設定される。すなわち、石英チューブの容器
内圧力を低下させ、真空容器とした時に大気圧が定圧シ
ール力Ｆとして作用するよう構成したものである。真空
時はＯリングシール材２に常にこの力が働き、Ｏリング
シール材２の反発弾性力とつり合い、所定フランジ間隙
Ｃを得て、気密シールを確保できる。

【００１４】この定圧シール力発生手段の特徴は石英チ
ューブ内の真空排気に伴って定圧シール力が発生するこ
とである。然るに排気開始を容易ならしめるため、Ｏリ
ングシール材に所定の初期つぶし量を物理的に与えてお
くことが肝要である。図５では石英保護シール５の固着
されたフランジ押え６によって石英チューブ端面フラン
ジ３′を保持した時、Ｏリングシール材２に所定の初期
つぶし量が与えられる。

【００１５】この状態から排気を開始すれば、真空排気
に伴いベローズ１９が固着された可動フランジ１８は図
に示すＥ点からＧ点に移動し、所定フランジ間隙Ｃが瞬
時に確保できる。ＤはＯリングシール材２のつぶし量０
の位置、Ｅは所定の初期つぶし量が与えられた位置、Ｇ
は気密シールが完了した位置である。図６、図７は、定
圧シール力発生手段の他の例を示すもので、図６では石
英チューブ３を異なる断面積を有するように形成し、図
５と同様に直径差２Ｓ′の円周断面にかかる大気圧を定
圧シール力Ｆとして作用させる例であり、また図７では
フランジ押え６と石英チューブフランジ３′との間にバ
ネ材６ａを設置し、定圧シール力Ｆとして作用させる例
である。

【００１６】これらの例では、いずれも石英チューブ３
のフランジ３′は、相手フランジ１と挟持固定されず、
石英チューブ３の軸方向に押圧され、シール材２を所定
量つぶした状態で押圧固定されるようにしている。図８
〜図１０は、実際の半導体基板熱処理装置に適用された
両端フランジ付の石英チューブのマウント機構である。 上記図５に示した実施例のポイントが充分反映され、か
つ、実際に即した配慮が盛り込まれている。すなわち、
熱処理装置へ適用する場合の重点施策、熱に対する配慮
を積極的に取り込んでいる。石英チューブ３の中央部は
、基台２２上に設置された加熱炉７で支持され、運転時
に石英チューブ内は高温となる。その輻射熱や熱伝導に
よりチャンバーに設けられ固定されたベースフランジ１
や石英チューブ端面フランジ３′はＯリングシール材２
の耐熱温度をはるかに超えてしまう。結果的にＯリング
シール材２の劣化を招き、気密シールを破壊してしまう
。この熱課題の対策として、ベースフランジ１と石英チ
ューブ端面フランジ３′の表裏を水冷し、石英チューブ
両端の内外に円筒リフレクタ８、円盤リフレクタ９を設
け、石英チューブ端面フランジ３′への熱の影響を小さ
くしてＯリングシール材２の昇温を防止している。従っ
て、気密シール機構体は、そのベースフランジ１にウォ
ータージャケット１１が設置され、ベースフランジ１の
Ｏリングシール面を冷却するとともに、熱伝導用緩衝材
１２を介して、石英チューブ端面フランジ３′のＯリン
グシール面を冷却している。又、フランジ押え６には、
ウォータージャケットリングガイド１６に支持され、か
つ、スプリング１７で所定圧に押圧されたウォータージ
ャケットリング１３が設置され、ウォータージャケット
１４の冷却水によって、熱伝導用緩衝材１５を介し石英
チューブ端面フランジ３′の裏面を冷却し、Ｏリングシ
ール材２への熱影響を小さくする等の構造的配慮がなさ
れている。

【００１７】このように設置された石英チューブ３は、
図５で示したように真空排気動作によって軸芯方向に必
要最小限の定圧シール力、大気圧Ｆがかかり、石英チュ
ーブ端面フランジ３′の気密シール面がＯリングシール
材２を介して、機構体のベースフランジ１の気密シール
面に倣い、自然体でマウントされる。この時、石英チュ
ーブ３の他端は上下左右および軸芯方向に微少変位する
ため可動フランジ１８の支持機構８０はこれを吸収可能
ならしめる構造となっている。

【００１８】この支持機構８０は、ボールジョイント８
１の一方側８１ａが可動フランジ１８に固定され、他方
側８１ｂが上下方向（Ｚ方向）移動自在に支持された上
下軸８２に固定され、さらに上下軸８２がＸ，Ｙ方向に
移動自在なＸＹ移動部材８３，８４に支持された構造と
なっている。そして可動フランジ１８にはベローズ１９
を介してフランジ２０が接続され、フランジ２０は排気
側接続チャンバーに設けられ固定されたフランジ２１に
固定される。

【００１９】このことは設置後に地震や外力によって石
英チューブ３のマウント状態に物理的微少変位Ｘが生じ
ても充分吸収可能であり、さらに加熱炉７により加熱さ
れた時の石英チューブ３の軸芯方向、円周方向の微少変
位も吸収可能であることを意味している。

【００２０】

【発明の効果】石英チューブが自然体でマウントされる
定圧気密シールチューブマウント方式を実現することに
より以下に示す３つの効果が期待される。第１に石英チ
ューブには、局所的ストレスがなくなり、気密シールを
確保する必要最小限の均一ストレスのみとなることから
、破損の可能性を極めて小さく出来る。

【００２１】第２に石英チューブにかかわる物理的変位
、すなわち石英チューブに生ずる内部変位や外的要因に
起因する設置位置等の外部変位を吸収出来ることから熱
や地震に極めて強い。第３に力の作用方向にかかわる部
材の精度について、定位置気密シールチューブマウント
方式で示した精密管理を必要としないことから、比較的
短時間に製造出来る利点を合わせ持つ。以上の３点は信
頼性の向上、安全性の向上、ローコストの実現に極めて
効果大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】両端フランジ付石英チューブである。

【図２】片端フランジ付石英チューブである。

【図３】従来技術として示す定位置気密シールチューブ
マウント方式説明図である。

【図４】本発明の定圧気密シールチューブマウント方式
説明図である。

【図５】両側フランジ付石英チューブを使用し、定圧シ
ール力発生手段に大気圧を用いた本発明の実施例の主要
部構成図である。

【図６】片側フランジ付石英チューブを使用し、定圧シ
ール力発生手段に大気圧を用いた応用例の主要部構成図
である。

【図７】定圧シール力発生手段に板バネ等のスプリング
を用いた応用例の主要部構成図である。

【図８】本発明を適用した実施例の真空装置の主要構成
図である。

【図９】図８におけるＭＭ断面図である。

【図１０】図９におけるＰ矢視図である。

【符号の説明】

１　　定圧気密シール機構体のベースフランジ２　　Ｏ
リングシール材 ３　　石英チューブ ３′　　石英チューブ端面フランジ ４　　定圧シール力発生手段 ５　　石英保護シート ６　　フランジ押え ７　　加熱炉

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　内部が真空排気される石英チューブの
   一端に形成されたフランジが、石英チューブの軸方向に
   押圧力を発生する定圧シール力発生手段により、シール
   材を介して相手フランジにシール材に所定つぶし量を与
   えて押圧され、これにより石英チューブの表裏を締付固
   定することなしに固定することを特徴とする石英チュー
   ブの気密シール構造。
2. 【請求項２】　　相手フランジが固定側に対し少なくと
   も２次元で移動自在な支持機構に支持され、ベローズを
   介して固定側に接続されている請求項１記載の石英チュ
   ーブの気密シール構造。
3. 【請求項３】　　フランジが形成された石英チューブを
   有する真空装置において、石英チューブの軸方向に押圧
   力を発生する定圧シール力発生手段により、石英チュー
   ブの一方のフランジは、シール材を介して固定側フラン
   ジに押圧され、他方のフランジは少なくとも２次元で移
   動自在な支持機構で基台上に支持され、かつベローズを
   介して固定側と接続する可動フランジに押圧され、上記
   石英チューブの両フランジが相手フランジと挟持固定さ
   れることなく相手フランジに押圧固定されていることを
   特徴とする石英チューブを有する真空装置。
4. 【請求項４】　　定圧シール力発生手段の押圧力は、石
   英チューブの径方向の断面積差により石英チューブ内外
   の圧力差によって発生させられる押圧力である請求項１
   記載の石英チューブの気密シール構造又は請求項３記載
   の石英チューブを有する真空装置。
5. 【請求項５】　　定圧シール力発生手段の押圧力は、石
   英チューブのフランジと相手フランジに固定されるフラ
   ンジ押えとの間に設置され、石英チューブの軸方向に付
   勢力を発生する弾性材による押圧力である請求項１記載
   の石英チューブの気密シール構造又は請求項３記載の石
   英チューブを有する真空装置。
6. 【請求項６】　　内部が真空排気される石英チューブの
   少なくとも一端にフランジを形成し、このフランジを径
   方向は拘束せず、軸方向の所定圧力により、シール材を
   介して相手フランジに押圧することにより、シール材に
   所定つぶし量を与えて石英チューブを相手フランジに気
   密に接続することを特徴とする石英チューブの気密シー
   ル方法。