JPWO2007114051A1 - 磁性流体シール装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、長期保管後でも、磁性流体の溶質の凝集による起動トルクの上昇あるいは起動不能状態を回避することができる磁性流体シール装置を提供する。本発明の磁性流体シール装置においては、シャフト１１０の内部の磁性流体シール部１４０の配置領域にヒータ１５１を埋設する。シャフト１１０の回転トルク、起動トルクをトルク計１７１で検出し、これが基準値以上であれば、シャフト１１０中のヒータ１５１を介して磁性流体シール部１４０を加熱する。これにより、磁性流体１４６，１４７の温度が上昇し、磁性流体１４６，１４７の溶質が分散して粘性が低下し、シャフト１１０の回転トルク、起動トルクは低下する。

Description

本発明は、チャンバ内やクリーンルーム等の密閉空間に外部から運動を伝達するのに好適な磁性流体シール装置に関する。

例えば半導体デバイスの製造工程において半導体ウェーハに施される酸化、拡散あるいはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等の処理は、ウェーハを真空中あるいは特定のガス雰囲気中に維持して行われる。多くの場合、ウェーハはチャンバや容器（以下、処理室と総称する。）に収容され、例えば回転等されながら処理室内部の雰囲気に曝されて処理が行われる。従って、このような処理に用いられる処理室には、気密性が高いこととともに、ウェーハを回転させる等、処理室外部から処理室内部に機械的運動を伝達できることが求められる。そのように処理室を適切にシールした状態で処理室内部に機械的運動を伝達させるのに好適な手段としては、従来より、磁性流体シールが知られている。

磁性流体は、粒径約１０ｎｍ程度の磁性超微粒子を界面活性剤を使用して溶媒や油（基油）中に分散させたもので、磁力線に沿って移動し磁場にトラップされる特性を持つ。この磁性流体を使用したシールが磁性流体シールであって、磁石と磁極とを利用してシャフト等の周囲に形成された磁場に磁性流体をトラップさせることにより、磁性流体をシール材として作用させるものである。磁性流体シールは、密封性が高く、発塵性が低く、摩擦損失トルクが低いという特徴がある。従って、シャフトに対して磁性流体シールを設置したシール装置は、真空中等の密閉空間に低トルクにて回転運動を導入可能な装置として広く使用されている。

しかしながら、そのような磁性流体シール装置においては、長期保管後や長期停止後等、長期間回転使用をしなかった場合に、界面活性剤により分散保持されていた酸化鉄等の溶質が凝集する場合がある。溶質たる磁性超微粒子が凝集してしまうと、磁性流体の粘度が高くなり、シャフトを回転させる時に過大な再起動トルク（起動トルク）が発生したり、起動できなくなる場合が生じたりする。
磁性流体の粘度を一定にする方法としては、例えば日本国特許出願公開２０００−２０５４１７号公報（特許文献１）に記載の装置が知られている。特許文献１に記載のこの装置においては、磁性流体シールにヒータ及び冷却水循環回路を設け、これにより磁性流体の温度を制御して粘度を一定にし、摩擦損失を一定にし、回転軸の回転精度の低下を防止するようにしている。
特開２０００−２０５４１７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の装置等の磁性流体の温度制御を行う従来のシール装置においては、磁性流体シールの外部にヒータ等を設置しているため、ヒータと磁性流体との距離が長く、また、ヒータと磁性流体との間には磁石や磁極部材（磁気伝達部材、組立体）等の構造部材が介在しており、ヒータの発熱が有効に磁性流体シールまで伝わらずヒータにより適切に磁性流体を加熱することができない。また、そのような構成ではヒータの発熱はほとんどが大気側に逃げる状態となる。そのため、ヒータの発熱を磁性流体シール方向に伝えようとすると、ヒータの外側に断熱材等を配置して保温する必要があり、装置構成が複雑になるという問題も生じる。その結果、前述したような長期保管後や長期停止後の起動時の過大な起動トルクの発生の防止、あるいは、起動が不可能になる状態の防止等を適切に行うことができないという問題がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、長期保管後や長期停止後の起動時においても、過大な起動トルクが発生することを防止することができ、起動が不可能になるような状態を回避することのできる磁性流体シール装置を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明の磁性流体シール装置は、所定の機械的運動を伝達するシャフトと、前記シャフトが貫通するハウジングと、前記シャフトを前記ハウジングに支持する軸受部とを有し、所定の環境に保持される処理室の開口部に当該開口部を閉塞するように設置され、当該開口部を介して前記処理室内に前記シャフトを挿入し、当該シャフトを介して前記処理室外から前記処理室内に前記機械的運動を伝達する磁性流体シール装置であって、前記ハウジングと前記シャフトとの間に配置されて前記シャフトの周囲において当該シャフトの軸方向に磁力を発生する磁力発生手段と、前記磁力発生手段の前記シャフトの軸方向両側に各々配置される磁気伝達部材と、前記磁力発生手段により発生された磁束により前記シャフトと前記磁気伝達部材との間の環状の隙間に保持され、前記ハウジングと前記シャフトとの間の前記処理室の近位側と遠位側とをシールする磁性流体とを有し、前記シャフトの内部で、少なくとも前記磁性流体近傍に加熱手段が埋設されているものである。

このような構成の本発明に係る磁性流体シール装置においては、磁性流体が接するシャフトに埋設された加熱手段により磁性流体を加熱するので、磁性流体の加熱を効果的に行うことができる。一般に、溶質−溶媒系の二元系において溶媒中の溶質の分散は、温度上昇に伴い再分散され、溶媒の粘度も温度の上昇とともに低下する。従って、請求項１に係る本発明の磁性流体シール装置によれば、長期保管や長期停止により溶質が凝集したとしてもこれを効果的に再分散させることができ、起動時に過大な起動トルクが発生することを防止することができる。また、起動が不可能になるような状態を回避することのできる磁性流体シール装置を提供すること提供することができる。

本発明の磁性流体シール装置において、前記加熱手段は、前記シャフトの内部で、前記処理室の近傍まで延長されていてもよい。
このような構成の磁性流体シール装置によれば、処理室近傍に埋設配置された加熱手段により加熱を行うことにより磁性流体シール装置の処理室近傍を高温に維持することができるので、処理室の磁性流体シール装置付近が低温になることによりその付近に副生成物が昇華生成されることを防ぐことができる。

また、本発明の磁性流体シール装置は、前記シャフトのトルクを検出するトルク検出手段と、前記検出したトルクに基づいて前記加熱手段の発熱を制御する加熱制御手段とをさらに有するものであってもよい。
このような構成の磁性流体シール装置によれば、トルク検出手段により検出した実際のトルク値に基づいて加熱手段を制御しているので、起動トルクが過大であることを適切に検出することができ、そのような状態での加熱手段による加熱及びこれに基づく磁性流体の溶質の再分散を適切に行うことができる。また、より正確に磁性流体の粘度を一定に維持することができ、シャフトを正確に駆動することができる。

また好適な具体例としては、本発明の磁性流体シール装置において前記加熱手段は、シリコンラバーヒータ、ポリイミドヒータ、シースヒータ、マイカヒータのいずれかのヒータ、あるいは、それらの複合的ヒータである。
このような構成の磁性流体シール装置によれば、加熱手段を適切なヒータ材料で形成することができるので、適切な加熱が可能となり、磁性流体の溶質の再分散を適切に行うことができる。

図１は、本発明の一実施形態のウェーハ処理装置の構成を示す図である。 図２は、図１に示したウェーハ処理装置の磁性流体シール装置の構成を示す図である。 図３は、磁性流体シール装置のヒータの制御系の構成を示す図である。 図４Ａは、磁性流体シール部の温度とシャフトの回転トルクとの関係を示す図であり、磁性流体シール部が高温の時の起動時間とトルクの関係を示す図である。 図４Ｂは、磁性流体シール部の温度とシャフトの回転トルクとの関係を示す図であり、磁性流体シール部が低温の時の起動時間とトルクの関係を示す図である。

本発明の一実施形態について、図１〜図４Ｂを参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態のウェーハ処理装置１の構成を模式的に示す図であり、図２は、ウェーハ処理装置１に適用される磁性流体シール装置１００の構成を示す断面図であり、図３は磁性流体シール装置１００のヒータの制御系の構成を示す図であり、図４Ａ及び図４Ｂは、磁性流体シール部の温度とシャフトの回転トルクとの関係を示す図である。

まず、ウェーハ処理装置１の全体構成について、図１を参照して説明する。
図１に示すように、ウェーハ処理装置１は、処理容器２及び底蓋部５により形成される容器内部空間３に磁性流体シール装置のシャフト１１０に支持されたボート９が収容された構成であり、排気管８を介して例えば容器内部空間３を真空に引いたり、給気管４から例えば所望の反応ガスを供給する等して、ボート９に載置された被処理体たるウェーハＷに所望の処理を行うものである。

処理容器２は、半導体ウェーハＷを複数収容する容器であり、ウェーハＷを所望の反応ガス雰囲気に曝す等してウェーハＷに所望の処理を施すための容器である。処理容器２は、耐熱性及び耐腐食性を有する石英ガラス等により形成される。本実施形態の処理容器２は、図示のごとく、上部はドーム形状（逆漏斗状）に形成され、下部は開口部（炉口）となっている。処理容器２の内部空間３には、ボート９が配置されている。ボート９は、例えば２５枚程度のウエハＷを上下方向に所定の間隔で多段に保持する石英製のウェーハ保持具である。

処理容器２の下端には、開口部（炉口）を開閉する底蓋部５が、図示しない昇降機構により昇降可能に設けられている。底蓋部５は、石英製の部材である。
底蓋部５の中央部には後述する本発明に係る磁性流体シール装置１００のシャフト１１０を挿通させるための開口部６が形成されている。磁性流体シール装置１００は、この開口部６を閉塞し、またシャフト１１０が開口部６を通過して容器内部空間３に導入されるように、磁性流体シール装置１００が底蓋部５に装着される。
開口部６を通過して容器内部空間３に導入された磁性流体シール装置１００のシャフト１１０は、ボート９を支持する支柱を構成する。すなわち、ボート９は、シャフト１１０により、回転可能に支持される。

処理容器２の頭部中央には、反応ガス（処理ガス）を容器内部空間３内に導入するための給気管４が接続されており、底蓋部５の周縁部には、容器内部空間３を真空に引くため、あるいは、容器内部空間３内のガスを排出するための排気管８が接続されている。排気管８には、容器内部空間３にガスを流す時に、処理容器２の内部を例えば数十Ｐａ〜数百Ｐａ程度の圧力に減圧可能な排気系が接続される。

また、図示しないが、処理容器２の周囲には、処理容器２の内部を例えば３００〜１２００℃に加熱制御可能な円筒状のヒータが設けられており、ウェーハ処理装置１で行われる多くのデバイスプロセスにおいて、容器内部空間３の内部は高温な状態とされ、その高温雰囲気中で、ウェーハＷに対する所望の処理が行われる。

次に、磁性流体シール装置１００の構成について、図２及び図３を参照して説明する。
磁性流体シール装置１００は、容器内部空間３をシールした状態で、すなわち、容器内部空間３を真空状態や所定の処理ガス導入状態等に維持した状態で、外部から容器内部空間３に回転運動を伝達する。
図２に示すように、磁性流体シール装置１００は、シャフト１１０、ハウジング１２０、軸受部１３１，１３２、磁性流体シール部１４０、加熱部１５０、回転駆動部１６０及びトルク検出部１７０を有する。
また、図３に示すように、磁性流体シール装置１００は制御部（ＣＰＵ）２００及び温度調整器３００と接続される。これらにより、後述する磁性流体シール部１４０の磁性流体１４６，１４７の粘度が所望の低い値で一定であり、従ってシャフト１１０が低いトルクで精度よく所望の回転を行うように、制御が行われる。具体的には、制御部２００及び温度調整器３００により加熱部１５０が制御され、これによりシャフト１１０の温度及び磁性流体シール部１４０の磁性流体１４６，１４７の温度が制御される。

シャフト１１０は、処理容器２の外部から内部に回転運動を伝達する回転軸となる部材である。シャフト１１０は、処理容器の外部となる一方の端部において、後述する回転駆動部１６０に接続されており、これにより回転駆動される。また、容器内部空間３に配置される他方の端部は、前述したようにボート９に接続され、ボート９を回転可能に支持する。シャフト１１０は、磁性材料により形成される。

シャフト１１０の内部には、図２に示すように、処理容器の外部となる側の端部から、磁性流体シール部１４０が構成されている領域を含んで、その領域の処理容器２側の位置まで、ヒータ１５１が埋設されている。シャフト１１０は、ヒータ１５１により必要に応じて加熱される。シャフト１１０の磁性流体シール部１４０が構成されている領域がヒータ１５１により加熱されて所望の高温度とされることにより、磁性流体シール部１４０の磁性流体１４６，１４７の溶質の再分散が促進され、磁性流体１４６，１４７の粘度が低下する。加熱部１５０の構成及び作用については、後に詳述する。

ハウジング１２０は、シャフト１１０が貫通するように形成される筒状部材であり、底蓋部５に装着される側の端部にはフランジ１２１が設けられている。フランジ１２１が底蓋部５の開口部６の周囲に接合されることにより（図１参照）、底蓋部５の開口部６はハウジング１２０により覆われる。フランジ１２１には、ハウジング１２０を底蓋部５に接合する際のネジ等が通過するための開口部１２２が設けられている。また、ハウジング１２０の底蓋部５との接触面には、Ｏリング１２５が設置されており、ハウジング１２０が底蓋部５に装着された時にはこのＯリング１２５によりハウジング１２０と底蓋部５とが密着され、その隙間が封止される。

軸受部１３１，１３２は、各々、シャフト１１０を回転可能に支持するベアリングである。本実施形態の磁性流体シール装置１００は、図示のごとく２つのベアリング１３１，１３２を有し、それらは、シャフト１１０の軸方向において磁性流体シール部１４０の両側に配置されている。すなわち、一方のベアリング１３１は、磁性流体シール部１４０の処理容器２側に配置され、他方のベアリング１３２は、磁性流体シール部１４０の処理容器の外部側（大気側）に配置されている。

磁性流体シール部１４０は、磁性流体シール装置１００のハウジング１２０の内部開口部の容器側と外部側とをシールする。
磁性流体シール部１４０は、磁力発生手段としての磁石１４１、磁束伝達部材としての磁極部材１４２，１４３、シャフト側の磁極部としての凸部１４４，１４５及び封止部材としての磁性流体１４６，１４７を有する。

磁石１４１は、シャフト１１０とハウジング１２０との間に配置される円環状磁石であり、シャフト１１０の軸方向に磁界を発生する。
磁極部材１４２，１４３は、磁石１４１の軸方向両側に磁石１４１に接触するように配置される磁性材料で形成された円環状部材である。磁極部材１４２，１４３は、その外周面がハウジング１２０の内周面に密着し、内周面がシャフト１１０の周面との間にわずかな間隙を形成するように構成され、またそのようにハウジング１２０に装着される。磁極部材１４２，１４３は、上述のように磁石１４１に当接して配置されることにより、磁極として作用する。
また、シャフト１１０の周面の磁極部材１４２，１４３の内周面と対向する領域には、周方向に連続する環状の溝が複数本形成されており（溝部）、その複数の溝の間に配置される環状の凸部分が、シャフト側の磁極部１４４，１４５として構成される。

磁石１４１、磁極部材１４２，１４３、磁極部１４４，１４５及び磁性流体１４６，１４７がこのような構成で配置されることにより、磁石１４１、磁極部材１４２，１４３、シャフト側の磁極部１４４，１４５及びシャフト１１０を磁束が通過する磁気回路が形成される。そして、磁極部材１４２，１４３と対向するシャフト側の磁極部１４４，１４５に磁気回路の磁束が収束することとなり、この部分に磁性流体１４６，１４７が保持される。すなわち、シャフト１１０の周に沿って、Ｏリングを装着しているのと同様の形態で磁性流体１４６，１４７によるシール部が形成される。その結果、この磁性流体１４６，１４７の配置部分によって、ハウジング１２０の内部の容器側と外部側とがシールされる。

加熱部１５０は、シャフト１１０を加熱し所望の高温度に維持する手段である。
加熱部１５０は、ヒータ１５１、スリップリング（ロータリコネクタ）１５３及びヒータ電力供給端子１５４を有する。
ヒータ１５１は、シャフト１１０の軸方向の少なくとも磁性流体シール部１４０が配置されている領域のシャフト１１０の内部に埋設される。本実施形態においてヒータ１５１は、シャフト１１０の処理容器２の外部側の端部から、磁性流体シール部１４０が構成されている領域を含み、その処理容器２側の位置まで、連続的に、シャフト１１０の内部に埋設される。

ヒータ１５１は、シャフト１１０の処理容器２の外部側の端部においてリード線と接続され、さらにスリップリング１５３を介してヒータ電力供給端子１５４に接続される。ヒータ電力供給端子１５４は、例えば図３に示すように、加熱部１５０の駆動部たる温度調整器３００に接続される。これにより、加熱部１５０においては、温度調整器３００から供給される電力に応じてヒータ１５１が発熱し、シャフト１１０を加熱する。本実施形態において、加熱部１５０は、シャフト１１０を約２５０℃まで加熱可能である。
なお、ヒータ１５１は、シリコンラバーヒータ、ポリイミドヒータ、シースヒータ、マイカヒータあるいはそれらの複合ヒータで形成される。

回転駆動部１６０は、シャフト１１０を回転駆動させる機構であり、駆動モータ１６１、駆動側プーリ１６２、タイミングベルト１６３及び従動側プーリ１６４を有する。
駆動モータ１６１は、例えばウェーハ処理装置１のウェーハ処理全体を制御する図示せぬ制御部からの制御信号に基づいて所望の回転数で回転駆動される。この駆動モータ１６１の回転運動が、駆動側プーリ１６２、タイミングベルト１６３及び従動側プーリ１６４を介してシャフト１１０に伝えられ、シャフト１１０が所望の回転数で回転される。なお、シャフト１１０が回転されることにより、シャフト１１０の容器内部空間３の端部に接続されたボート９も回転する。その結果、容器内部空間３に収容されボート９に載置された処理対象のウェーハＷは、所望の回転数で回転されながら、容器内部空間３の雰囲気中に曝される。

トルク検出部１７０は、シャフト１１０の回転トルクを検出し、例えば図３に示す制御部（ＣＰＵ）２００に出力する。
トルク検出部１７０は、トルク計１７１及びトルク計出力端子１７２を有する。
トルク計１７１は、シャフト１１０の回転トルクを検出し、検出結果の信号を、リード線及びスリップリング１５３を介してトルク計出力端子１７２から出力する。

図３に示す制御部２００は、トルク検出部１７０で検出されたシャフト１１０の回転トルクに基づいて、磁性流体シール部１４０の磁性流体１４６，１４７の状態を検出し、磁性流体シール部１４０の磁性流体１４６，１４７の状態が所望の状態となるように、温度調整器３００を介して加熱部１５０を制御する。
具体的には、制御部２００は、トルク検出部１７０から入力されるシャフト１１０の回転トルクに基づいて、磁性流体１４６，１４７の粘度や、磁性流体１４６，１４７の溶質が凝集しているか否か等の状態を検出する。そして、仮に磁性流体１４６，１４７の溶質の凝集が発生していたり、磁性流体１４６，１４７の粘度が高くなっていると判断した場合は、磁性流体１４６，１４７の状態を所望の状態とするべく、温度調整器３００及び加熱部１５０を介してシャフト１１０を加熱し、シャフト１１０の温度を高くし、シャフト１１０の表面に接触して配置されている磁性流体１４６，１４７の温度を高くし、凝集した溶質を再分散させ、磁性流体１４６，１４７の粘度を所望の状態とする。

温度調整器３００は、制御部２００から入力される制御信号に基づいて、加熱部１５０のヒータ１５１を所望の発熱量で発熱させるための信号を生成し、ヒータ電力供給端子１５４を介してヒータ１５１に供給する。

このような構成のウェーハ処理装置１において半導体ウェーハに対して何らかの処理を施す場合は、図示せぬ昇降手段により底蓋部５を処理容器２から分離下降させ、その状態でボート９に処理対象のウェーハＷを搭載する。
ボート９にウェーハＷを搭載したら、底蓋部５を処理容器２の下部開口部を塞ぐ位置まで上昇させて、密閉された容器内部空間３を形成する。
その状態で、例えば、排気管８を介して容器内部空間３を真空に引き、その後所望の反応ガスを給気管４を介して容器内部空間３に導入する等して、容器内部空間３のウェーハＷに対して所望の処理を施す。
この際、必要に応じて磁性流体シール装置１００のシャフト１１０を回転駆動し、容器内部空間３のボート９を回転させ、ウェーハＷ表面での処理、反応を均一にする等の処理を行う。
これにより、ウェーハＷに対して所望の処理を行うことができる。

本実施形態においては、このような処理を行う際に、シャフト１１０の回転トルクをトルク計１７１で検出し、これに基づいて制御部２００において磁性流体シール部１４０の状態を推定している。すなわち、シャフト１１０の回転トルク、起動トルクに応じて、磁性流体シール部１４０の磁性流体１４６，１４７の粘度が所望の値より高くなっている状態や、あるいは、例えば磁性流体シール装置１００を長期保管あるいは長期停止した後等の磁性流体シール部１４０の磁性流体１４６，１４７の溶質が凝集している状態等を検出している。

そして制御部２００は、その検出結果に基づいて温度調整器３００を介して加熱部１５０を制御し、シャフト１１０の温度、すなわち磁性流体シール部１４０の磁性流体１４６，１４７の温度を制御し、磁性流体１４６，１４７の状態を所望の状態とし、シャフト１１０の回転トルク、起動トルクを所望の状態としている。
すなわち、磁性流体１４６，１４７の粘度が高くなったり、溶質が凝集していることが検出された場合は、その程度に応じた発熱量でヒータ１５１を発熱させ、シャフト１１０の磁性流体シール部１４０近傍の温度を上昇させ、磁性流体１４６，１４７の温度を上昇させ、磁性流体１４６，１４７の粘度を下げたり、溶質の分散を促進したりしている。

その結果、長期保管後あるいは長期停止後で磁性流体１４６，１４７の溶質が凝集すること等によりシャフト１１０の起動トルクが高くなっている場合においても、溶質の再分散を迅速に促進することができ、シャフト１１０の起動トルクを効率よく所望の値に下げることができる。従って、起動トルクが高い状態、すなわち負荷の大きい状態でシャフト１１０の回転を行わなければならない状態や、あるいは、負荷が高すぎてシャフト１１０を駆動できないというような状態が生じるのを防ぐことができる。

磁性流体シール部１４０の温度を高くすることによりシャフト１１０の起動トルクが低減することについて、図４Ａ及び図４Ｂに示す具体例を参照して説明する。
図４Ａ及び図４Ｂは磁性流体シール部１４０の温度ごとの起動トルク、長期停止後の起動トルク及び定常トルクを示す図であり、図４Ａは磁性流体シール部１４０が８０度という高温の時の起動時間とトルクの関係を示す図であり、図４Ｂは磁性流体シール部１４０が２３度という低温時（室温）の起動時間とトルクの関係を示す図である。

通常の起動時のトルクａ及び長期停止後の起動時のトルクｂともに、図４Ｂに示す磁性流体シール部１４０が低温（室温）の時と比べて、図４Ａに示す磁性流体シール部１４０が高温の時の方が、約１０分の１にその値が小さくなっていることがわかる。
＾また、磁性流体シール部１４０の温度が高温の場合及び低温（室温）の場合いずれの場合も、長期停止後の起動時のトルクは通常の起動時のトルクと比較して高くなっており、特に起動開始直後においては、通常起動時の約１０倍近くトルクが高くなっていることがわかる。

これらの図より、例えば磁性流体シール装置１００を起動した時が、図４Ｂに長期停止起動トルクｂとして示すような過大な起動トルクが必要であった時においても、磁性流体シール部１４０の温度を高温にすることによりそのトルク特性は図４Ａのようになり、同じ長期停止起動トルクｂでもその値は約１０分の１になっている。そしてその値は、図４Ｂに示す低温時（室温時）の通常の起動トルクに近い値となっている。従って、長期停止後であっても、磁性流体シール部１４０の温度を高温にすることにより、シャフト１１０の起動トルクは磁性流体シール部１４０が低温時（室温時）の通常の起動トルクと同等となり、シャフト１１０の起動が可能となる。

また、本実施形態の磁性流体シール装置１００は、上述したような特殊な状態でなくとも、常にシャフト１１０の回転トルクを検出して磁性流体１４６，１４７の状態を調整しているので、回転駆動部１６０は常に一定のトルクでシャフト１１０を駆動することができ、その結果、シャフト１１０の回転（回転数や回転角度等）を高精度に制御することができる。

また、本実施形態のウェーハ処理装置１においては、ヒータ１５１を、磁性流体１４６，１４７が接触するシャフト１１０の内部に設置しているため、ヒータ１５１により効率よく磁性流体１４６，１４７を加熱し、その温度を制御することができる。従って、例えば磁性流体１４６，１４７の溶質の凝集が起きている場合においても、直ちにこれを分散させ、すなわちシャフト１１０の起動トルクが高い状態を解消し、シャフト１１０を回転させることができる。従って、例えば磁性流体シール装置１００の外部から磁性流体シール部１４０を加熱する従来の構成と比べて、発熱量を少なくすることができるとともに、応答時間も大幅に早くすることができる。

以上説明したように、本実施形態のウェーハ処理装置１の磁性流体シール装置１００によれば、長期保管後や長期停止後の磁性流体１４６，１４７の溶質凝集に起因する、過大なトルク発生やシャフト１１０の回転不能等の事態を回避することができる。
また、シャフト１１０のトルクを常に監視することができるので、加熱部１５０への通電を適宜調整することにより、シャフト１１０の回転トルクを一定の値に維持することができ、より信頼性の高い磁性流体シール装置１００を実現することができる。

なお、前述した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって本発明を何ら限定するものではない。本実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含み、また任意好適な種々の改変が可能である。

例えば、前述した実施形態においては、ヒータ１５１は、シャフト１１０の処理容器２の外部側の端部から、磁性流体シール部１４０の近傍領域まで埋設するものとした。しかしながら、ヒータ１５１を、さらに、シャフト１１０がフランジ１２１を通過する領域、すなわち、図２に破線で示す領域１５２にまで埋設するような構成としてもよい。このような構成とすれば、フランジ１２１付近の温度をもシャフト１１０を介して所望の温度に制御することができて好適である。
一般的に、ウェーハ処理装置１において、磁性流体シール装置１００が装着されている開口部６付近、あるいは、排気口７付近の領域は、処理容器２の他の部分よりも温度が低くなる場合が多い。そのような場合は、例えば容器内部空間３の反応ガス等に基づく副生成物がそのような低温箇所に昇華生成される可能性が高く、そのような副生成物は、容器内部空間３内のウェーハ処理に悪影響を与えたり、あるいは、排気口７を塞いだり、シャフト１１０とハウジング１２０との隙間に生成固着し、最悪の場合、シャフトの回転が停止したりする可能性があり好ましくない。

これに対して、シャフト１１０の内部のヒータ１５１をシャフト１１０がフランジ１２１を通過する領域１５２にまで延伸することにより、磁性流体シール装置１００が装着あれている開口６付近の温度が低下することを防ぐことができる。その結果、この領域の容器内部空間３に副生成物が昇華生成される状態を防ぐことができる。

また、前述した実施の形態においては、シャフト１１０内部にヒータ１５１を埋設し、ヒータ１５１からの発熱によりシャフト１１０、ハウジング１２０あるいは磁性流体シール部１４０等の温度を制御した。しかし、温度制御の方法はこれに限られるものではない。シャフト１１０にヒータ１５１を埋設するのに加えて、さらに、磁性流体シール装置１００の所望の部位、領域に冷却水が流れる水路等を形成し、これに冷却水等を流すことによりその部位、領域の冷却を行うようにしてもよい。そのような構成とすることにより、温度を下げる方向についても能動的に温度制御を行うことができ、より細かく適切な温度制御が可能であり、ひいては磁性流体１４６，１４７の粘性、これに関連するシャフト１１０の回転トルクや起動トルク等をも、より細かく適切に所望の状態に制御することが可能となる。

また、前述した実施形態の磁性流体シール装置１００は、磁性流体シール部１４０のシャフトの軸方向両側に、ベアリング１３１及びベアリング１３２を配置した、いわゆる両持ちタイプの磁性流体シール装置であった。しかしながら、軸受部の配置はこれに限られるものではなく、例えば、磁性流体シール部１４０の処理容器２から遠い側にのみベアリングを配置するような、いわゆる片持ちタイプの磁性流体シール装置であってもよい。

また、前述した実施形態は磁性流体シール部１４０を１つのみ有する構成であった。しかしながら、磁性流体シール部１４０を複数具備した多段の磁性流体部分を有する構成でもよい。そのような構成であれば、シール耐圧が高くなり好適である。

産業上の利用分野

本発明は、磁性流体シール装置においてシャフトにヒータを埋設することにより磁性流体シール部の温度を容易かつ効率よく制御することができるようにし、例えば磁性流体シール装置の長期保管後や長期停止後に磁性流体の溶質が凝集した場合も直ちにこれを再分散させることができ、シャフトの起動トルクが過大になったり、シャフトが起動できなくなったりする状態を回避することができる有用な磁性流体シール装置に関するものである。

Claims (4)

1. 所定の機械的運動を伝達するシャフトと、前記シャフトが貫通するハウジングと、前記シャフトを前記ハウジングに支持する軸受部とを有し、所定の環境に保持される処理室の開口部に当該開口部を閉塞するように設置され、当該開口部を介して前記処理室内に前記シャフトを挿入し、当該シャフトを介して前記処理室外から前記処理室内に前記機械的運動を伝達する磁性流体シール装置であって、
   前記ハウジングと前記シャフトとの間に配置されて前記シャフトの周囲において当該シャフトの軸方向に磁力を発生する磁力発生手段と、
   前記磁力発生手段の前記シャフトの軸方向両側に各々配置される磁気伝達部材と、
   前記磁力発生手段により発生された磁束により前記シャフトと前記磁気伝達部材との間の環状の隙間に保持され、前記ハウジングと前記シャフトとの間の前記処理室の近位側と遠位側とをシールする磁性流体とを有し、
   前記シャフトの内部で、少なくとも前記磁性流体近傍に加熱手段が埋設されていることを特徴とする磁性流体シール装置。
2. 前記加熱手段は、前記シャフトの内部で、前記処理室の近傍まで延長されていることを特徴とする請求項１に記載の磁性流体シール装置。
3. 前記シャフトのトルクを検出するトルク検出手段と、
   前記検出したトルクに基づいて前記加熱手段の発熱を制御する加熱制御手段とをさらに有することを特徴とする請求項１又は２に記載の磁性流体シール装置。
4. 前記加熱手段は、シリコンラバーヒータ、ポリイミドヒータ、シースヒータ、マイカヒータのいずれかのヒータ、あるいは、それらの複合的ヒータであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の磁性流体シール装置。

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