(57)【要約】【課題】  超臨界処理装置等の高圧処理室内において、簡素な構成により確実に被処理材の回転または加圧媒体の攪拌を行うことができる高圧処理室内への回転運動導入機構を提供する。  【解決手段】  加圧媒体Ｂを満たした高圧処理室１１内に耐圧容器１２を設け、この耐圧容器１２内に、モータ２１と、このモータ２１の軸に取り付けられ水平に回転する円板２２と、この円板２２の円周上に設けられた複数の磁石２３とからなる動力伝達手段１３を収納する。磁石２３と対向し且つ磁気的に結合する磁石２４を備えた回転体１４を、耐圧容器１２の壁を介して動力伝達手段１３にて磁力で回転させることにより、回転体１４に固定された被処理材ホルダ１５に載置された被処理材Ａが加圧媒体Ｂ中を回転する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧媒体を満たした高圧処理室内において被処理材を回転させる機構または前記加圧媒体を攪拌する機構であって、
前記高圧処理室内に設けられた耐圧容器と、
前記高圧処理室内であって前記耐圧容器外に設けられた回転体と、
前記耐圧容器内に収容され、前記回転体を前記耐圧容器の壁を介して磁力により回転させる動力伝達手段と、
を備えたことを特徴とする高圧処理室内への回転運動導入機構。
【請求項２】
前記耐圧容器が、内部に液体を封入し、この液体の圧力を前記加圧媒体の圧力と等しくする圧力平衡手段を備えたものである請求項１に記載の高圧処理室内への回転運動導入機構。
【請求項３】
前記耐圧容器が、前記高圧処理室の外部とつながる均圧孔を備え、前記耐圧容器の内圧を前記高圧処理室の内圧と等しくするように前記均圧孔を通じて前記高圧処理室の外部から前記耐圧容器の内部に圧力を加えることができるものである請求項１に記載の高圧処理室内への回転運動導入機構。
【請求項４】
前記加圧媒体が、超臨界流体である請求項１〜３のいずれか１項に記載の高圧処理室内への回転運動導入機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧媒体を満たした高圧処理室内で被処理材の処理を行う技術に関し、詳しくは、超臨界流体を用いて、被処理材からの物質の抽出、被処理材の乾燥等を行う超臨界処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超臨界乾燥装置において、超臨界流体を満たした高圧処理室（反応槽）内部の被処理材（基板）を直接的に回転し、または超臨界流体を直接的に攪拌して流れを生成させることにより、被処理材と超臨界流体との間に相対速度を生じさせることは処理速度の向上に効果があることが知られている（例えば、特許文献１の段落［００１０］参照）。
【０００３】
しかし、同特許文献１の段落［００１８］および特許文献２の段落［００１４］で指摘するように、被処理材を直接的に回転し、または流体を直接的に攪拌するために回転軸を高圧処理室の壁を貫通させて内部に導入することは、シール材の超臨界流体による劣化を考慮すると流体種によっては得策でない。
【０００４】
そこで、このような場合に対して特許文献１では高圧処理室（反応槽）自体の回転もしくは揺動、または高圧処理室（反応槽）への超音波振動の付与、特許文献２では流体の熱対流により流体流れを生成させることが提案されている。
【０００５】
しかし、高圧処理室（反応槽）自体の回転もしくは揺動、または高圧処理室（反応槽）への超音波振動の付与による方法は、流体を満たした高圧処理室全体を動かすために過大な駆動装置等を必要とし、設備コストが高くなる問題がある。また、流体の熱対流を利用する方法も、熱対流を発生させるために加熱手段および冷却手段を必要とし、設備コストが高くなる問題がある。
【０００６】
また、容器内の液体を外部から間接的に攪拌する方法として、化学実験においてビーカー等の容器内に磁石を内蔵した攪拌物体を入れ、容器外の別の磁石で吸引して動かす手法がよく知られている。特許文献３に開示された技術は、この手法と同様の機構を高圧処理室内の流体の攪拌に適用しようとしたものである。
【０００７】
しかし、圧力容器である高圧処理室の壁の厚みは厚く、磁気の作用を及ぼすには容器の内部と外部の磁石間の距離が遠く磁石の吸引力が著しく減衰されるため、実用的には難しい。
【０００８】
すなわち、圧力容器の肉厚の設計方法は種々あるが、機械設計便覧などによれば圧力、材質が同じ場合、必要な肉厚は容器の大きさ（円筒形であればその内径）に比例する。したがって、スケールアップ効果により被処理材の処理効率の向上および処理コストの低減を図るために容器を拡大すると、必然的に容器肉厚も増大させる必要がある。このため、容器の外部から内部に磁気的結合により動力を伝達することはますます困難となる。
【０００９】
ここで、容器肉厚の計算法としてJIS B826（圧力容器の構造−一般事項）に従った場合、圧力容器の容器肉厚の設計は以下のように行われる。
【数１】
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【００１０】
例えば、容器材質にSUS304を使用するとして、処理圧力15MPa（約153kgf/mm2）、処理温度100℃とすると許容引張応力はJIS  B8265の付表によるとσa=114 N/mm2である。容器内径を実用的な大きさである300mmとすると、継ぎ目なし胴の条件η=1として式(1)により計算すると胴の肉厚はt=21.4mmとなる。
【００１１】
平蓋の肉厚は(2)式で計算するが、容器端部のフランジに蓋をボルト締めする場合はC=0.25、またボルト締め位置の半径がdとなるので、ボルトが胴部壁より外側にくることを考慮しd=350mmとして式(2)により計算すると蓋の肉厚はt=63.5mmとなる。
【００１２】
以上のように容器肉厚は相当厚いものとなる。特に底部にあたる蓋は非常に厚いものとなり、磁気的結合により容器内部の物体を駆動するのはかなり困難である。
【特許文献１】特開平１１−８７３０６号公報
【特許文献２】特開２００１−２０３１８０号公報
【特許文献３】特開平５−４９４５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで、本発明は、超臨界処理装置等の高圧処理室内において、簡素な構成により確実に被処理材の回転または加圧媒体の攪拌を行うことができる高圧処理室内への回転運動導入機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１に記載の発明は、加圧媒体を満たした高圧処理室内において被処理材を回転させる機構または前記加圧媒体を攪拌する機構であって、前記高圧処理室内に設けられた耐圧容器と、前記高圧処理室内であって前記耐圧容器外に設けられた回転体と、前記耐圧容器内に収容され、前記回転体を前記耐圧容器の壁を介して磁力により回転させる動力伝達手段と、を備えたことを特徴とする高圧処理室内への回転運動導入機構である。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、前記耐圧容器が、内部に液体を封入し、この液体の圧力を前記加圧媒体の圧力と等しくする圧力平衡手段を備えたものである請求項１に記載の高圧処理室内への回転運動導入機構である。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、前記耐圧容器が、前記高圧処理室の外部とつながる均圧孔を備え、当該耐圧容器の内圧が前記高圧処理室の内圧と等しくなるように前記均圧孔を通じて前記高圧処理室の外部から前記耐圧容器の内部に圧力を加えることができるものである請求項１に記載の高圧処理室内への回転運動導入機構である。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、前記加圧媒体が、超臨界流体である請求項１〜３のいずれか１項に記載の高圧処理室内への回転運動導入機構である。
【発明の効果】
【００１８】
上記本発明によれば、動力伝達手段を内部に収納した耐圧容器を高圧処理室内に設けたことから、当該耐圧容器の大きさは高圧処理室に比べ小さく、上記式(1)より当該耐圧容器の肉厚を薄くでき、当該耐圧容器の壁を介して回転体を磁気的に回転させることが容易に行える。したがって、簡素な構成により確実に被処理材の回転または加圧媒体の攪拌を行うことが実現でき、低コストで高い処理効率が達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、加圧媒体として超臨界流体を用いる場合を例にとって説明を行うが、本発明はこれに限定されるものではなく、加圧媒体として亜臨界流体、通常の液体を用いる場合にも適用できるものである。
【００２０】
〔実施形態１〕
図１に本発明の一実施形態を示す。高圧処理室１１内に圧力容器としての動力伝達手段収納容器１２が設けられ、この動力伝達手段収納容器１２内に動力伝達手段１３が収容され、この動力伝達手段１３と磁気的に結合した回転体としての被駆動部１４が水平に回転する。被駆動部１４は被処理材ホルダ１５に結合されており、被駆動部１４の回転とともに被処理材ホルダ１５が回転する。そうすると、被処理材ホルダ１５に載置された被処理材（例えば、ウエハ）Ａは高圧処理室１１内に満たされた加圧流体としての超臨界流体Ｂ中を回転移動して、被処理材Ａの表面に超臨界流体Ｂの流れが生じ、処理（例えば、乾燥処理）が促進される。
【００２１】
図２に、動力伝達手段収納容器１２、動力伝達手段１３および被駆動部１４の詳細を示す。動力伝達手段１３は、モータ２１と、このモータ２１の軸に取り付けられ水平に回転する円板２２と、この円板２２の円周上に設けられた複数の磁石２３とからなる。被駆動部１４は、動力伝達手段収納容器１２の上蓋中央部に設けられた軸受２５により回転自在に支持されるとともに、磁石２３と対向し且つ磁気的に結合する磁石２４を備えている。モータ２１を駆動して円板２２を回転させることにより、磁気的に結合した磁石２３および磁石２４を介して被駆動部１４が回転する。
【００２２】
上記においては、磁石どうしの磁気的結合により駆動力を伝達する場合を例示したがこれに限られるものではなく、例えば、誘導モータの回転磁界発生のコイルに類するもの（以下、「駆動コイル」と呼ぶ。）を動力伝達手段収納容器１２内に収納してもよい。
【００２３】
動力伝達手段収納容器１２は、高圧処理室１１内に設けられているので、後述の圧力平衡手段を用いない場合は、その要求耐圧は高圧処理室１１と同じになる。しかしながら、動力伝達手段収納容器１２の内部にモータ２１、回転板２２、磁石２３等からなる動力伝達手段１３を収納するために必要な内容積は、高圧処理室１１の全内容積に比べれば遙かに小さく、上記式(1)からすれば耐圧に必要な肉厚は高圧処理室１１に比べ格段に薄くできる。したがって、磁気的に結合する磁石どうしの距離を近づけられるので磁力による結合力が十分に得られる。また、磁石どうしの距離が近づくことにより磁石２３自体も小さくでき、さらに動力伝達手段収納容器１２を薄肉化できることになる。
【００２４】
なお、高圧処理室１１内に、動力伝達手段収納容器１２に収納されたモータ２１などの駆動手段を設けるためには、この駆動手段に電力を供給する電線を高圧処理室１１および動力伝達手段収納容器１２の壁を貫通させて接続することが必要であるが、電線の圧力容器壁貫通に関しては既存の確立した技術が適用できるため問題はない。
【００２５】
〔実施形態２〜４〕
また、圧力容器の壁に十分な厚さが必要なのは、圧力容器の内外で圧力差があり、この圧力差に起因する荷重に耐えなければならないためである。したがって、動力伝達手段収納容器１２の内圧を高圧処理室１１の内圧と常に平衡させるように圧力平衡手段を設ければ動力伝達手段収納容器１２の壁には圧力差に起因する荷重が掛かからなくなるので、さらに壁を薄くすることができる。
【００２６】
圧力平衡手段としては、図３に示すような、動力伝達手段収納容器１２の壁に可撓性の隔壁３１を設け、動力伝達手段収納容器１２の内部に液体Ｃを封入したもの（実施形態２）、図４に示すような、可撓性の隔壁３１に代えてフリーピストン４１を設けたもの（実施形態３）等が例示できる。
【００２７】
すなわち、動力伝達手段収納容器１２の内部に充填される液体Ｃは完全な非圧縮性流体ではないので、外部からの加圧（高圧処理室１１の内圧）による液体Ｃの体積減少分を補償するように可撓性の隔壁３１やフリーピストン４１等が移動して自動的に内外の圧力差を解消するようにしたものである。
【００２８】
また、図５に示すように、動力伝達手段収納容器１２の壁に高圧処理室１１の外部に通じる均圧孔５１を設け、動力伝達手段収納容器１２の内圧が高圧処理室１１の内圧と常に平衡するように液体Ｃを均圧媒体として高圧処理室１１の外部から前記耐圧容器の内部を加圧できるようにしてもよい（実施形態４）。
【００２９】
なお、図３〜５においては動力伝達手段１３として駆動コイルを例示したが、高圧処理室内に導入する回転速度はさほど高速とする必要がなく（100rpm程度）、液体Ｃ中でモータを回転させることは困難ではないので、前記実施形態１（図２）のモータ２１、回転板２２および磁石２３の組合せを用いることもできる。
【００３０】
〔実施形態５〕
上記においては、被処理材Ａ（被処理材ホルダ１５）を回転させる場合について説明したが、図６に示すように、被処理材Ａ（被処理材ホルダ１５）は静止させておき、回転体１４だけを回転させて超臨界流体Ｂを攪拌するようにしてもよい。
【００３１】
上記実施形態１〜５においては、回転体１４（被処理材ホルダ１５）は水平に回転させるようにしたがこれに限られるものではなく、縦に回転させるようにしてもよい。
【００３２】
また、上記実施形態１〜５においては、動力伝達手段１３を収容した動力伝達手段収納容器１２および回転体１４の組合せを加圧処理室１１内に１組のみ設けた例を示したがこれに限られるものではなく、この組合せを加圧処理室１１内に複数組設け、例えば、その一組で被処理材Ａ（被処理材ホルダ１５）を回転させつつ、残りの組で回転体１４だけを回転させて超臨界流体Ｂを攪拌するようにしてもよい。
【００３３】
動力伝達手段収納容器の材質は、磁気的結合により駆動力の伝達を行うため非磁性体であることが必要である。表面の清浄性、加工性などを考慮して非磁性ステンレス等が好適である。他の金属材料に防錆メッキ等の表面処理を施したものも適用可能である。また、容器壁を磁力線が貫通しかつ磁力線が移動するため容器壁が導電体であると容器壁内に渦電流が生じる。この渦電流による作用（容器壁の発熱、渦電流の反作用によるブレーキ効果等）を嫌う場合はセラミック等の非磁性の絶縁体を用いることができる。なお、同じく非磁性の絶縁体であるプラスチック等樹脂類を用いることは、許容応力が低いため、図３〜５の均圧システムを使用する場合に限られる。
【実施例】
【００３４】
〔比較例〕：従来のように、超臨界乾燥装置の高圧処理室内に満たした超臨界二酸化炭素（加圧媒体）中で、直径約200mmのウエハ（被処理材）を静止した状態で且つ超臨界二酸化炭素（加圧媒体）を攪拌することなく乾燥処理を行うと乾燥時間は60分以上要した。
【００３５】
〔実施例〕：これに対し、上記図１〜２の回転運動導入機構を用いた超臨界乾燥装置により、上記と同寸法のウエハ（被処理材）を毎分100回転ほどで回転させつつ超臨界二酸化炭素（加圧媒体）中で乾燥処理を行ったところ、乾燥時間は１分強に短縮され、処理効率が大幅に向上することが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施形態１に係る回転運動導入機構の概要説明図であり、（ａ）は縦断面、（ｂ）は（ａ）におけるＸ−Ｘ線断面を示す。
【図２】実施形態１に係る動力伝達手段収納容器、動力伝達手段および被駆動部の概要を示す部分縦断面図である。
【図３】実施形態２に係る動力伝達手段収納容器の概要を示す部分縦断面図である。
【図４】実施形態３に係る動力伝達手段収納容器の概要を示す部分縦断面図である。
【図５】実施形態４に係る動力伝達手段収納容器の概要を示す部分縦断面図である。
【図６】実施形態５に係る回転運動導入機構の概要を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１１…高圧処理室
１２…耐圧容器（動力伝達手段収納容器）
１３…動力伝達手段
１４…回転体（被駆動部）
３１…圧力平衡手段（可撓性の隔壁）
４１…圧力平衡手段（フリーピストン）
５１…均圧孔
Ａ…被処理材（ウエハ）
Ｂ…加圧媒体（超臨界流体）
Ｃ…液体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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