JPH09215917A - 磁性流体シールを備えた高真空装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 クリーンでダストフリーな高真空が容易に得
られること。 【解決手段】 磁性流体真空シール部７と真空プロセス
室２との間の空間部を差動排気室８として構成し、この
差動排気室８の空気を排気する差動排気ポート９を設け
る。回転軸支持体３の周囲に磁性流体真空シール部７を
加熱するヒータ１９を設ける。差動排気室８と真空プロ
セス室２との間には小さいコンダクタンスを持つオリフ
ィスを有している。真空プロセス室２は主排気系で排気
し、差動排気室８は差動排気ポート９から補助排気系で
排気する。磁性流体真空シール部７の磁性流体はヒータ
１９により加熱され、この加熱により磁性流体は早期に
脱ガスを解放し、この脱ガスは差動排気室８から差動排
気ポート９を介して排気される。したがって真空プロセ
ス室２は脱ガスで汚染されず、クリーンでダストフリー
な高真空が容易且つ短時間に得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は磁性流体シールを
備えた高真空装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の磁性流体シールを備えた高真空
装置の構成としては、一般に真空プロセス室と、この真
空プロセス室内に先端部を挿入してモータ等の駆動手段
により回転される回転軸と、この回転軸を内部の軸受に
より軸支する回転軸支持体とからなり、上記真空プロセ
ス室と大気との気密を図るべく回転軸の外周面と上記回
転軸支持体の内周面との間に磁性流体真空シール部を介
設している。この磁性流体真空シール部は、永久磁石、
ポールピース等を有し、このポールピースの内周面と回
転軸の外周面との間に永久磁石の磁力により磁性流体を
保持し、この磁性流体により真空シールを行なってい
る。

【０００３】非接触シールとしての上記磁性流体シール
は長寿命、ダストフリー、高速回転が可能などの特徴を
有し、真空シールや防塵シールとして広く普及してい
る。特に高真空用としては、低蒸発率の磁性流体が開発
され、１×１０^−６Ｐａ程度の真空度は容易に得られ
る。ここで、かかる高真空装置においては通常、回転に
よる自己発熱、真空プロセス室からの熱量流入のための
温度上昇から磁性流体を保護するため、水冷を付属する
構造となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の磁性流体による
真空シールを施した高真空装置にあっては、１０^−７〜
１０^−８Ｐａ台の高真空がシール単体では得られないと
いう問題がある。また、磁性流体は粘度が比較的高く、
磁性流体に吸着したガス（大気、、Ｈ_２Ｏなど）が徐々
に解放されるため、必要な真空度に到達する時間が多く
かかってしまう。さらに磁性流体をベーキングと呼ばれ
る加熱を行なうと、磁性流体からの脱ガスが真空プロセ
ス室内に吸引され、この真空プロセス室内で脱ガスが再
吸着し、汚染の原因となる。

【０００５】この発明は上記従来の欠点を解決するため
になされたものであって、その目的は、クリーンでダス
トフリーな高真空が容易に得られる磁性流体シールを備
えた高真空装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこでこの発明の請求項
１記載の磁性流体シールを備えた高真空装置では、内部
の空気を排気して真空にする真空プロセス室２と、この
真空プロセス室２内に挿入される回転軸４と、この回転
軸４を内部に位置させ軸受５、６を介して回転軸４を軸
支する筒状の回転軸支持体３と、この回転軸支持体３の
内周面と上記回転軸４の外周面との間に介設された磁性
流体真空シール部７と、この磁性流体真空シール部７と
上記真空プロセス室２との間に形成される空間部８の空
気を排気する差動排気ポート９とから成ることを特徴と
している。

【０００７】請求項１記載の磁性流体シールを備えた高
真空装置によれば、磁性流体真空シール部７の磁性流体
１４からの脱ガスは、磁性流体真空シール部７と真空プ
ロセス室２との間の空間部８から差動排気ポート９から
排気される。

【０００８】また請求項２記載の磁性流体シールを備え
た高真空装置では、上記磁性流体真空シール部７を加熱
する加熱手段１８を備えていることを特徴としている。

【０００９】請求項２記載の磁性流体シールを備えた高
真空装置のように、磁性流体真空シール部７の磁性流体
１４を加熱すれば、早期に磁性流体１４から脱ガスを行
うことができる。

【００１０】請求項３の磁性流体シールを備えた高真空
装置は、上記空間部８と上記真空プロセス室２との間の
コンダクタンスを、上記空間部８から差動排気ポート９
を経由して排気系へと至る配管１７のコンダクタンスよ
りも小さくしていることを特徴としている。

【００１１】上記請求項３の磁性流体シールを備えた高
真空装置によれば、磁性流体１４からの脱ガスが、真空
プロセス室２に吸引されるのを確実に防止できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】次にこの発明の磁性流体シールを
備えた高真空装置の実施の形態について、図面を参照し
つつ詳細に説明する。図１は高真空装置の要部断面図を
示し、図１の右側の構成部材が真空チャンバー１であ
り、この真空チャンバー１の内部が真空プロセス室２で
ある。この真空プロセス室２内の空気をポンプで排気
（主排気）していって、真空プロセス室２を真空にす
る。上記真空チャンバー１の側面に円筒状の回転軸支持
体３が固定されており、この回転軸支持体３内を回転軸
４が貫通し、この回転軸４の先端部が真空プロセス室２
内に導入されている。この回転軸４は回転軸支持体３内
で一対の軸受５、６で軸支されており、図外のモータな
どの駆動手段により回転駆動される。上記軸受５、６の
間の位置において、回転軸４の外周面と回転軸支持体３
の内周面との間には磁性流体真空シール部７が介設され
ており、この磁性流体真空シール部７により大気と真空
プロセス室２との気密を図っている。

【００１３】ここで、上記磁性流体真空シール部７は一
般的に既に周知な構成となっているので、詳細は省略す
るが概略的に説明すると、図２（ａ）に示すように、永
久磁石１３と、この永久磁石１３を挟持した形で配置さ
れている一対のリング状のポールピース１１、１２と、
永久磁石１３の磁力によりポールピース１１、１２の穴
の内周面と磁性材料より成る回転軸４の段付外周面との
間に支持される磁性流体１４、１４とでシールブロック
が回転軸４の軸方向に沿って多段に形成されているもの
である。この磁性流体１４による真空シールを多段で構
成することで、高真空シールを図っている。また、この
磁性流体１４には、フッ素オイルベースなどの高温用の
磁性流体を使用し、耐高温性と低蒸気圧を両立してい
る。なお図２（ｂ）は真空シール部７の変更例を示すも
のであり、図２（ａ）と同一機能部分を同一符号で示
し、その説明を省略する。

【００１４】次に、図１において、上記磁性流体真空シ
ール部７と真空プロセス室２の間の回転軸支持体３内の
空間部を差動排気室８としている。さらに、この差動排
気室８に連通した差動排気ポート９が設けられており、
真空プロセス室２内の空気を排気するメイン排気系とは
異なる差動排気系（補助排気系）とした差動排気ポート
９により差動排気室８内の空気を排気するようにしてい
る。なお差動排気室８と真空プロセス室２との間には小
さいコンダクタンス（０．５ｌ／ｓ以下）を持つオリフ
ィスを形成している。また差動排気ポート９及びこの差
動排気ポート９に接続される配管１７の内部はできるだ
け大きなコンダクタンス（１．８ｌ／ｓ）を得るような
構成としてある。なおコンダクタンスとは、オリフィス
の両側、導管等の２つの断面における圧力差でもって流
量を除した量（ＪＩＳＺ８１２６）をいう。

【００１５】真空チャンバー１の外周面には真空運転開
始の時に真空プロセス室２を加熱するためのヒータ１８
が周設されている。また磁性流体真空シール部７の位置
に対応した回転軸支持体３の外周面には、磁性流体真空
シール部７を加熱するためのヒータ１９が周設されてい
る。このヒータ１９による加熱は１５０℃程度の加熱で
あり、この加熱により磁性流体１４に吸着したガス（大
気、Ｈ_２Ｏなど）を早期に解放させて、このガスを差動
排気室８を介して差動排気ポート９より排気するように
している。

【００１６】次に本高真空装置による真空度の測定結果
を図３により説明する。Ａが本発明の高真空装置であ
り、真空チャンバー１と連通して主排気を行なう配管２
５には磁気浮上タイプのターボ分子ポンプ２６が接続さ
れ、さらにターボ分子ポンプ２６は配管２７を介してロ
ータリポンプ２９に接続されている。一方、差動排気室
８と連通している差動排気ポート９には上記配管１７が
接続され、バルブ２１を介して配管３０に接続され、こ
の配管３０には差動排気室８を排気するグリース循環式
のターボ分子ポンプ３１が接続されている。上記配管３
０の他端は配管２５に接続されており、また配管３０に
はバルブ２２、２３が介設され、バルブ２２と２３との
間の配管３０の部分に配管１７が接続してある。さらに
ターボ分子ポンプ３１は配管３２を介してロータリポン
プ３４と接続してある。なお、２８、３３はフォアライ
ントラップである。

【００１７】以下に具体的な測定データを示す。 回転軸４を非装着とし、フタ（図示せず）にて真空
チャンバー１の回転軸導入孔を閉塞し、ヒータ１８にて
真空チャンバー１を加熱する。この時、ヒータ１８の温
度は１５０℃で、加熱時間は２４時間である。そしてタ
ーボ分子ポンプ２６及びロータリポンプ２９を駆動して
真空プロセス室２の空気を排気して真空にした時の真空
度は、３×１０^−７Ｐａであった。 次に、回転軸４を装着し、３個のバルブ２１、２
２、２３をすべて閉鎖し、真空チャンバー１のヒータ１
８を１５０℃に、磁性流体真空シール部７側のヒータ１
９を１２０℃にして、それぞれ２時間加熱する。この時
の真空プロセス室２内の真空度は、４×１０^−６Ｐａで
あった。すなわち、この場合は従来例と同様な構造とな
っており、磁性流体真空シール部７の磁性流体１４から
の脱ガスにより真空プロセス室２内が汚染され、真空度
はあまり良くない。

【００１８】 ヒータ１８、ヒータ１９の加熱条件は
上記の状態と同じであって、バルブ２１と２２とを開
とし、バルブ２３を閉とした場合の真空プロセス室２の
真空度は９×１０^−７Ｐａであった。 次に、ヒータ１８、ヒータ１９の加熱条件は上記
の状態と同じであって、バルブ２１と２３とを開とし、
バルブ２２を閉とした場合の真空プロセス室２の真空度
は４×１０^−７Ｐａであった。すなわち、真空プロセス
室２内を主排気系で排気していき、真空プロセス室２の
前に位置する差動排気室８内の空気を差動排気ポート９
から補助排気系で排気することで、上記の場合の真空
度とほとんど変わらないことが測定データから分かっ
た。

【００１９】すなわち上記のことから、図１に示すよう
に、差動排気室８と真空プロセス室２との間を極小のコ
ンダクタンスで仕切り、ヒータ１９にて磁性流体真空シ
ール部７を加熱し、磁性流体１４からの脱ガスを真空プ
ロセス室２側に流入させずに、真空プロセス室２より手
前の差動排気室８に浮遊する脱ガスを差動排気ポート９
より排気することで、真空プロセス室２を汚染すること
のないことが明らかである。そのため、クリーンでダス
トフリーな高真空（１０^−８Ｔｏｒｒ以下、実際には３
×１０^−９Ｔｏｒｒ）が容易且つ短時間で得ることがで
きる。

【００２０】なお、磁性流体真空シール部７へのヒータ
１９による加熱条件は、ターボ分子ポンプ２６、３１と
同程度であり、比較的容易に実現できる。また、必要と
する真空プロセス室２の真空度が、１０^−６Ｐａ台の真
空度であれば、差動排気系（補助排気系）を主排気系と
同一にしても良い。さらに本高真空装置は、フィードス
ルーとしては一体になっており、差動排気ポート９が付
属しているだけのシンプルな構造であり、装置全体をコ
ンパクトに設計することができる。しかも一体構造のた
め取り扱いが容易である。つまり、差動排気ポート９が
付属しているだけで、中間引きのような圧力差を考慮す
る必要がない。本高真空装置の応用範囲としては、半導
体製造に多用されるＣＶＤ装置などの反応副生成物対策
としても有効である（低真空分野の応用）。

【００２１】ここで、図１の構成では、回転軸４を一対
の軸受５、６で軸支した所謂両持ち構造としたが、シー
ル部の片側に軸受５、６を配置した片持ち構造でも良
い。また、磁性流体真空シール部７加熱用のヒータ１９
と真空プロセス室２加熱用のヒータ１８とを別の構造の
ヒータでも良いが、同じヒータを兼用しても良い。

【００２２】また、真空プロセス室２が一定の真空度に
達した場合には、両ヒータ１９、１８の加熱を停止し、
磁性流体真空シール部７の保護のために従来と同様に水
冷により冷却するようにしても良い。

【００２３】なお、図１の場合では、磁性流体真空シー
ル部７をヒータ１９にて加熱し、磁性流体１４からの脱
ガスを早期に解放させて、所望の真空度に達する時間を
短縮していたが、磁性流体真空シール部７を加熱せず、
単に運転中の温度上昇等による脱ガスを差動排気室８か
ら差動排気ポート９を介して排気させるようにしても良
い。この場合には、所望の真空度に達する時間がヒータ
１９が無い場合より遅くなるが、所望の真空度は得るこ
とができる。

【００２４】

【発明の効果】この発明の請求項１記載の磁性流体シー
ルを備えた高真空装置によれば、磁性流体真空シール部
の磁性流体からの脱ガスは、磁性流体真空シール部と真
空プロセス室との間の空間部から差動排気ポートから排
気されるので、真空プロセス室を汚染することがなく、
真空プロセス室をクリーンでダストフリーな高真空に容
易にすることができる。

【００２５】また請求項２記載の磁性流体シールを備え
た高真空装置によれば、磁性流体真空シール部の磁性流
体を加熱しているので、磁性流体からの脱ガスが促進さ
れ、真空プロセス室を汚染することがなく、真空プロセ
ス室を高真空に短時間ですることができる。

【００２６】さらに請求項３の磁性流体シールを備えた
高真空装置によれば、磁性流体からの脱ガスが真空プロ
セス室に吸引されて汚染するのを確実に防止できるの
で、真空プロセス室を高真空に短時間ですることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態の高真空装置の要部断面
図である。

【図２】（ａ）は上記実施形態において用いる磁性流体
真空シール部の一形態の概略断面図であり、（ｂ）はそ
の変更形態の概略縦断面図である。

【図３】上記実施形態の高真空装置において真空度を測
定する状態を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ 真空チャンバー ２ 真空プロセス室 ３ 回転軸支持体 ４ 回転軸（磁性材料） ５ 軸受 ６ 軸受 ７ 磁性流体真空シール部 ８ 差動排気室（空間部） ９ 差動排気ポート １１ ポールピース １２ ポールピース １３ 永久磁石 １４ 磁性流体 １８ ヒータ（加熱手段）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部の空気を排気して真空にする真空プ
   ロセス室（２）と、この真空プロセス室（２）内に挿入
   される回転軸（４）と、この回転軸（４）を内部に位置
   させ軸受（５）（６）を介して回転軸（４）を軸支する
   筒状の回転軸支持体（３）と、この回転軸支持体（３）
   の内周面と上記回転軸（４）の外周面との間に介設され
   た磁性流体真空シール部（７）と、この磁性流体真空シ
   ール部（７）と上記真空プロセス室（２）との間に形成
   される空間部（８）の空気を排気する差動排気ポート
   （９）とから成ることを特徴とする磁性流体シールを備
   えた高真空装置。
2. 【請求項２】 上記磁性流体真空シール部（７）を加熱
   する加熱手段（１８）を備えていることを特徴とする請
   求項１記載の磁性流体シールを備えた高真空装置。
3. 【請求項３】 上記空間部（８）と上記真空プロセス室
   （２）との間のコンダクタンスを、上記空間部（８）か
   ら差動排気ポート（９）を経由して排気系へと至る配管
   （１７）のコンダクタンスよりも小さくしていることを
   特徴とする請求項１又は請求項２の磁性流体シールを備
   えた高真空装置。