JPH0621193A

JPH0621193A - 半導体製造設備用転がり軸受

Info

Publication number: JPH0621193A
Application number: JP17272392A
Authority: JP
Inventors: Hiromitsu Kondo; 博光近藤; Hiroshi Yamada; 博山田
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1992-06-30
Filing date: 1992-06-30
Publication date: 1994-01-28

Abstract

(57)【要約】【目的】腐食性雰囲気下で使用するのに適した半導体
製造設備用転がり軸受を提供する。【構成】内・外輪１、２および転動体３は、それぞ
れ、Ｎｉ３０〜３５％、Ｃｒ１９〜２３％、Ｆｅ残部の
鉄基合金で形成される。これら部品の母材表層１ｂ、２
ｂ、３ｂは、ＣあるいはＭｎのイオン注入によりマトリ
ックス強化されている。母材表層１ｂ、２ｂ、３ｂの上
層には、結晶性のＰＴＦＥからなる潤滑皮膜１ａ、２
ａ、３ａが形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造設備に使用
される転がり軸受に関し、耐蝕性と耐面圧性とが同時に
必要とされる環境下で使用するのに適したものに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造設備に使用される軸受は、高
い清浄度が要求される密封真空下で運転されるため、そ
の潤滑には、一般に、二硫化モリブデン等の層状物質、
金、銀、鉛等の軟質金属、ＰＴＦＥ、ポリイミド等の高
分子材料などの固体潤滑剤が用いられている。

【０００３】ところで、近年、半導体製造分野では半導
体の集積度が増すにつれて回路パターンの線幅が微細化
しており、軸受から排出される固体潤滑剤の摩耗粉がパ
ターン上に付着すると種々の弊害を引き起こす可能性が
あることから、固体潤滑剤の特性として、本来の潤滑性
・耐久性の他に、特に低発塵性を要求するようになって
きている。

【０００４】このような現状に鑑み、本出願人は、転が
り軸受を構成する部品のうち少なくとも転がり摩擦また
は滑り摩擦を生ずる表面に、低分子量のポリテトラフル
オロエチレン（以下、簡単のため、低分子量ＰＴＦＥと
略記する。）からなる潤滑皮膜を形成することにより、
潤滑性、耐久性、低発塵性等に優れた潤滑皮膜を得るこ
とができることを特願平３−１９０１５０号等において
示した。これらの効果は、低分子量ＰＴＦＥが、従来よ
り固体潤滑剤として用いられている高分子量のＰＴＦＥ
に比べて、剪断強度が著しく小く、また、転着性に優れ
ていることによるものであった。さらに、本出願人は連
続した島状分布の固体潤滑皮膜を形成した半導体製造設
備用転がり軸受について出願し（実願平３−４９９４６
号等）、この出願において、ＰＴＦＥの固体潤滑皮膜を
島状分布とすることにより、軸受の低発塵性がさらに向
上することを示した。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】半導体のエッチング工
程やＣＶＤ（化学蒸着）皮膜処理工程では、シラン系、
フッ素系、塩素系などの反応ガスを使用するため、処理
装置に組込まれた軸受がこれら腐食性を有する反応ガス
に接触する可能性がある。例えば、ＣＶＤ装置において
は、軸受は反応槽に使用されることは殆どなく主にバッ
ファ槽に使用されるので、反応ガスと直接接触すること
はないが、槽間でウェーハのやりとりを行なう際に反応
ガスが反応槽からバッファ槽に流入し、軸受に接触する
場合がある。元来、低分子量ＰＴＦＥ自体も化学的に安
定したものであるが、潤滑皮膜が剥離・転着を繰り返す
際に膜厚さが減少する時があり、このような場合、薄く
なった皮膜部分から反応性ガス等が浸透して母材を侵す
ことがある。また、潤滑皮膜を島状に分布させた場合で
は、島と島との間の皮膜部分はもともと薄く、この部分
から反応性ガス等が浸透しやすい。したがって、このよ
うな雰囲気下で使用される軸受には、まず耐蝕性の改善
が必要になる。

【０００６】ところが、これら軸受の中には、例えば槽
間でウェーハの搬送・位置決めを行なうウェーハ搬送ロ
ボットに組込まれる軸受のように、位置決め精度を確保
する必要上、予圧状態で使用されるものもある。このよ
うな場合、耐蝕性に加え更に耐面圧性の改善が必要にな
る。

【０００７】そこで、本発明の目的は、半導体製造設備
用転がり軸受において、耐蝕性と耐面圧性とを同時に改
善することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では、転がり軸受
を構成する部品のうち少なくとも内輪と外輪とをＮｉ３
０〜３５％、Ｃｒ１９〜２３％、Ｆｅ残部の鉄基合金で
形成すると共に、

【０００９】この鉄基合金で形成した部品の少なくとも
転がり摩擦または滑り摩擦を生ずる母材表層をＣにより
マトリックス強化し、

【００１０】さらに、この転がり軸受を構成する部品の
うち少なくとも転がり摩擦または滑り摩擦を生ずる表面
に、結晶性のポリテトラフルオロエチレンからなる潤滑
皮膜を形成した。

【００１１】また、この鉄基合金で形成した部品の少な
くとも転がり摩擦または滑り摩擦を生ずる母材表層をＣ
に代えてＭｎによりマトリックス強化した。

【００１２】また、上記構成において、転動体をセラミ
ックで形成した。

【００１３】

【作用】Ｎｉを３０〜３５％含有する鉄基合金は良好な
耐蝕性を有する。したがって、腐食性雰囲気下において
も、母材に腐食が生じにくい。

【００１４】母材表層をＣあるいはＭｎでマトリックス
強化することにより、表面が硬化するので、耐面圧性が
向上する。

【００１５】転動体をセラミックで形成することによ
り、耐面圧性は一層向上する。

【００１６】ここで、マトリックス強化とは、母材表層
のマトリックス組織にＣあるいはＭｎ元素が入り込んだ
状態を言う。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００１８】図１に示す実施例は、本発明を深溝玉軸受
に適用したものである。このころ転がり軸受は、内輪
１、外輪２、内・外輪１、２間に介在する複数の転動体
３、転動体３を円周等間隔に保持する保持器４といった
軸受部品で構成される。内・外輪１、２および転動体３
は、それぞれ、Ｎｉ３０〜３５％、Ｃｒ１９〜２３％、
Ｆｅ残部の鉄基合金で形成される。これら部品の母材表
層１ｂ、２ｂ、３ｂは、ＣあるいはＭｎのイオン注入に
よりマトリックス強化され、母材元素とＣあるいはＭｎ
元素との混合層状をなしている。ただ、マトリックス強
化された母材表層と母材とは、同図に示すような明確な
界面をもっているわけではない。イオン注入法は、公知
なように、注入したい元素をイオン化することによって
一定のエネルギーに加速して母材表面に打ち込む方法で
あるが、ＣＶＤ法等と違って本質的に非熱平衡プロセス
であり低温処理が可能なこと、打ち込まれたイオンが母
材のマトリックス組織に入り込み強固な密着性が得られ
るといった特徴がある。ＣあるいはＭｎのイオン注入に
よりマトリックス強化された母材表層１ｂ、２ｂ、３ｂ
は、表面硬化により高い耐面圧性を有する。Ｃあるいは
Ｍｎをイオン注入し、深さ０．３μｍまで改質した場合
では、イオン注入しない場合に比べて、耐面圧性が共に
２倍以上向上することが実験により確認されている。
尚、マトリックス強化する手段はイオン注入法に限定さ
れず、例えば、母材の製鋼時に、ＣあるいはＭｎを含有
させるようにしても良い。

【００１９】また、母材表層１ｂ、２ｂ、３ｂの上層に
は、結晶性のＰＴＦＥからなる潤滑皮膜１ａ、２ａ、３
ａが形成されている。これらの潤滑皮膜１ａ、２ａ、３
ａは、例えば、低分子量ＰＴＦＥ（日本アチソン製ＡＲ
Ｃ７等）を２５ｃｍ離れた位置から被膜形成面にスプレ
ーして付着させたもので、その平均被膜暑さは０．６μ
ｍ程度である。結晶性のＰＴＦＥからなる潤滑被膜は、
いわゆるスパッタリング処理皮膜のようにＰＴＦＥ分子
が必要以上に細分化されていないので、ＰＴＦＥ本来の
潤滑特性などが維持されている。結晶性のＰＴＦＥ被膜
をコーティングする方法としては上記スプレー法の他、
浸漬法等がある。

【００２０】この転がり軸受は、内・外輪１、２および
転動体３がＮｉ３０〜３５％、Ｃｒ１９〜２３％、Ｆｅ
残部の鉄基合金で形成されているため、良好な耐蝕性を
有し、シラン等の反応性ガスを用いる雰囲気下でも腐食
が生じにくい。また、母材表層１ｂ、２ｂ、３ｂが、Ｃ
あるいはＭｎのイオン注入によりマトリックス強化され
高い耐面圧性を付与されているため、母材の摩耗、潤滑
被膜の剪断、局部的剥離・離脱といった現象が抑制さ
れ、耐久性、低発塵性等といった本来の特性を長期にわ
たって発揮する。尚、ＰＴＦＥとして、バイダックスＡ
Ｒ（デュポン社製）、ＭＰ１２００、ＭＰ１３００（い
ずれも三井フロロケミカル社製）を用いても同様の効果
が得られる。

【００２１】図２、図３、図４は、図１に示す構成の軸
受について行なった発塵試験の結果を示す。図２はＡＲ
Ｃ７（平均分子量３０００）、図３はバイダックスＡＲ
（平均分子量５０００）、図４はＭＰ１２００（平均分
子量２０万）を用いて潤滑被膜を形成した場合の結果で
ある。試験条件は、回転数：５０ｒｐｍ、スラスト荷
重：１ｋｇｆ、真空度１０^-7Ｔｏｒｒである。いずれも
良好な低発塵性を示している。ＭＰ１３００（平均分子
量３０万）を用いて潤滑被膜を形成した場合は、図４に
示すＭＰ１２００の場合とほぼ同程度の低発塵性を示し
た。

【００２２】尚、図１では、内・外輪１、２の転走面お
よび転動体３の表面に潤滑皮膜が形成されているが、潤
滑皮膜は少なくとも転動体３の表面に形成すれば良い。
また、図１ａでは内・外輪１、２の外表面全体に潤滑皮
膜１ａ、２ａが形成されているが、図１ｂに示すよう
に、嵌合面等の潤滑皮膜が本来不要な部分については、
マスキングによって皮膜処理を施さない、あるいは、最
終製品となる前に除去するようにすると良い。また、母
材表層のマトリックス強化は、少なくとも内・外輪１、
２の転走面について行なえば良い。また、転動体３をセ
ラミックで形成すると、耐面圧性は一層向上する。さら
に、軸受の形式は、図１に示すような深溝玉軸受に限ら
ず、広く転がり軸受一般に適用することができる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の転がり軸
受は、軸受を構成する部品のうち少なくとも内輪と外輪
とがＮｉ３０〜３５％、Ｃｒ１９〜２３％、Ｆｅ残部の
鉄基合金で形成されているので、良好な耐蝕性を有し、
腐食性雰囲気下でも性能劣化をきたすことなく使用する
ことができる。しかも、この鉄基合金で形成した部品の
少なくとも転がり摩擦または滑り摩擦を生ずる母材表層
をＣまたはＭｎによりマトリックス強化し、さらに、こ
の転がり軸受を構成する部品のうち少なくとも転がり摩
擦または滑り摩擦を生ずる表面に、結晶性のポリテトラ
フルオロエチレンからなる潤滑皮膜を形成したので、母
材表層の耐面圧性が改善され、母材の摩耗、潤滑被膜の
剪断、局部的剥離・離脱といった現象が抑制されること
により、その優れた低発塵性、大気・真空両用性、低ト
ルク性（二硫化モリブデンのスパッタリング皮膜と同程
度）、耐熱性（潤滑皮膜の軟化点は３２０℃以上）等を
長期にわたって発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係わる深溝玉軸受を示す断面
図（ａ）、嵌合面等の潤滑皮膜を除去等した状態を示す
断面図（図ｂ）である。

【図２】発塵試験の結果を示す図である。

【図３】発塵試験の結果を示す図である。

【図４】発塵試験の結果を示す図である。

【符号の説明】

１内輪１ａ潤滑皮膜１ｂ母材表層２外輪２ａ潤滑皮膜２ｂ母材表層３転動体３ａ潤滑皮膜３ｂ母材表層４保持器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 // Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０１Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】転がり軸受を構成する部品のうち少なく
とも内輪と外輪とをＮｉ３０〜３５％、Ｃｒ１９〜２３
％、Ｆｅ残部の鉄基合金で形成すると共に、この鉄基合
金で形成した部品の少なくとも転がり摩擦または滑り摩
擦を生ずる母材表層をＣによりマトリックス強化し、さ
らに、この転がり軸受を構成する部品のうち少なくとも
転がり摩擦または滑り摩擦を生ずる表面に、結晶性のポ
リテトラフルオロエチレンからなる潤滑皮膜を形成した
ことを特徴とする半導体製造設備用転がり軸受。
【請求項２】転がり軸受を構成する部品のうち少なく
とも内輪と外輪とをＮｉ３０〜３５％、Ｃｒ１９〜２３
％、Ｆｅ残部の鉄基合金で形成すると共に、この鉄基合
金で形成した部品の少なくとも転がり摩擦または滑り摩
擦を生ずる母材表層をＭｎによりマトリックス強化し、
さらに、この転がり軸受を構成する部品のうち少なくと
も転がり摩擦または滑り摩擦を生ずる表面に、結晶性の
ポリテトラフルオロエチレンからなる潤滑皮膜を形成し
たことを特徴とする半導体製造設備用転がり軸受。
【請求項３】転動体をセラミックで形成した請求項１
または２の半導体製造設備用転がり軸受。