(57)【要約】  【課題】  コストを抑えつつも、プロセス室内の環境を損なわない位置決め装置を提供する。  【解決手段】  差動排気シールの差圧室より大気側に配置されたＯ−リングＯＲを有するので、低コストでありながら、外部からの大気の流入を抑制することができるため、排気ポンプＰ１の性能を高める必要がなくコスト低減を図ることができる。又、排気ポンプＰ１が異常停止したときなど、外部からの大気の流入を抑制することができるので、プロセス室Ｐの気圧が上昇する前に、処理中のワークの保全などの必要な措置を講ずることができる。【選択図】  図１
2007009939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧下に曝されるプロセス室内に連通する開口を有する筐体と、
前記開口に対向した状態で、少なくとも一方向に移動可能に設けられた移動体と、
前記移動体の表面に対向し、前記プロセス室内と、前記プロセス室内よりも高圧のプロセス室外との間をシールするための差動排気シールと、
前記差動排気シールより大気側に配置された接触式シールと、を有することを特徴とする位置決め装置。
【請求項２】
前記接触式シールが接触する前記移動体の表面には、所定の潤滑処理が施されていることを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば外部環境から隔離されたプロセス室内に配される移動体をプロセス室外から駆動する位置決め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置などにおいては、高真空環境や特殊ガス雰囲気に維持したプロセス室内で、ワークを旋回、回転、あるいは移動させて加工処理することが行われている。ここで、プロセス室内におけるアウトガスや発塵や発熱を回避すべく、その発生源となりうるモータ等のアクチュエータをプロセス室外におく場合がある。例えば、ワークを回転、旋回、あるいは移動させる場合、これらの駆動のための軸体の一端はプロセス室内に配され、軸体の他端はプロセス室外でアクチュエータに連結されるため、プロセス室の環境を損なわないように、プロセス室を覆う筐体と回転軸との間をシールする構成が必要となる。
【０００３】
ここで、特許文献１には、磁性流体シールと差動排気シールとを備えた高真空装置が開示されている。かかる従来技術によれば、磁性流体シールと差動排気シールとを用いることにより、プロセス室内の高真空環境を損なわないようにできる。なお、磁性流体シールに関しては、特許文献２に詳細が記載されている。
【特許文献１】特開平９−２１５９１７号公報
【特許文献２】特許第３００６７８０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、磁性流体シールを用いた場合に、条件によってはバースト現象が生ずることが知られている。バースト現象とは、例えば磁性流体によって複数段でシールされている部位の内圧が、温度上昇などにより急激に変動したときに、磁性流体の膜が破れて飛散し、シールの機能を発揮できなくなるという現象である。バースト現象が生じると、装置を一時停止し、飛散した磁性流体で汚染された周辺を洗浄しなければならないので、取り扱いに注意を要するという問題がある。又、磁性流体は比較的高価であるという問題もある。
【０００５】
これに対し、磁性流体シールの代わりに、差動排気シールを設けることも考えられる。しかるに、差動排気シールは、非接触であることから発塵などの恐れは低いが、磁性流体シールに比べると、外部から大気が流入する量が増大することから、差動排気シールに高性能排気ポンプを用いる必要が生じ、コストが増大するという問題がある。又、差動排気シールの排気ポンプが異常停止したような場合に、外部から流入する大気によって、すぐにプロセス室内の環境が損なわれる恐れがある。
【０００６】
そこで本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み、コストを抑えつつも、プロセス室内の環境を損なわない位置決め装置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】
【０００７】
上述の目的を達成するために、本発明の位置決め装置は、
減圧下に曝されるプロセス室内に連通する開口を有する筐体と、
前記開口に対向した状態で、少なくとも一方向に移動（回転も含む）可能に設けられた移動体と、
前記移動体の表面に対向し、前記プロセス室内と、前記プロセス室内よりも高圧のプロセス室外との間をシールするための差動排気シールと、
前記差動排気シールより大気側に配置された接触式シールと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、前記差動排気シールより大気側に配置された接触式シールを有するので、低コストでありながら、外部からの大気の流入を抑制することができるため、前記排気ポンプの性能を高める必要がなくコスト低減を図ることができる。接触シールが接触することで発塵が生じたとしても、発生した塵等は差動排気シールを介して外部へと排出されるため、プロセス室が汚染されることは抑制される。又、前記排気ポンプが異常停止したときなど、外部からの大気の流入を抑制することができるので、前記プロセス室の気圧が上昇する前に、処理中のワークの保全などの必要な措置を講ずることができる。なお「移動体」には回転する部材、平行移動する部材のいずれも含む。
【０００９】
更に、前記接触式シールが接触する前記移動体の表面には、所定の潤滑処理が施されていると好ましい。所定の処理とは、固体潤滑処理や、或いはＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）処理や低蒸発率の潤滑剤の被膜処理などがあるが、それに限られない。「低蒸発率の潤滑剤の被膜処理」としては、例えば、潤滑剤を適宜の溶媒に溶かした溶液を必要箇所に施し、溶媒を蒸発させる方法が挙げられる。この場合の潤滑剤としては、例えば、シクロペンタン、シラハイドロカーボン、フッ素油や、金属との親和性の高い官能基を有する含フッ素重合体とフッ素油との混合物、などが挙げられ、溶媒としては、例えば、ヘキサン、アセトン、イソプロピルアルコールやフッ素系の有機溶剤を適宜用いる。
【００１０】
本明細書中で用いる差動排気シールとは、例えば対向する２面間の微小な間隙にある気体を前記２面間に設けられた差圧室を介して排気することにより、非接触の状態で、対向面を挟む両側の雰囲気（例えば大気圧と高真空）を一定の状態に保つように機能するものをいう。以下に述べる実施の形態においては、差圧室とそれに隣接する間隙を差動排気シールという。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。図１は、第１の実施の形態にかかる位置決め装置の断面図である。図１において、内部が高真空状態に維持されるプロセス室Ｐを有する筐体２の下面に設けられた開口２ａに、移動体である平板３が対向している。平板３は、不図示のリニアガイドにより支持されて、図で左右方向及び／又は図１の紙面と垂直な方向に移動可能となっている。平板３の中央には、ワーク等を支持するテーブル３ａが配置されている。
【００１２】
開口２ａから水平に延在するフランジ部２ｂの下面には、開口２ａの周囲を取り巻く周溝２ｃが形成されている。差圧室を構成する周溝２ｃは、配管Ｈを介して排気ポンプＰ１に連結されている。周溝２ｃとプロセス室Ｐとの間には、平板３の上面に対してスキマΔ１が１０μｍ程度であるオリフィス部（平面）２ｄが形成されている。
【００１３】
フランジ部２ｂには、周溝２ｃの周囲を取り巻くようにして、シール溝２ｅが形成されている。シール溝２ｅ内には、接触式シールであるＯ−リングＯＲが収容されている。なお、フランジ部２ｂにおけるシール溝２ｅのプロセス室Ｐ側及び大気側の下面と、平板３の上面とのスキマΔ２は前記スキマΔ１と比べ十分大きなスキマで、例えば０．１ｍｍ程度である。又、平板３の上面（少なくともＯ−リングＯＲが接触する面）には、ＤＬＣなどの表面潤滑処理（大気圧雰囲気で吸着分子量が少ないもの）が施されていると好ましい。Ｏ−リングＯＲには真空用グリースなどの低蒸発率の潤滑剤を塗布あるいは適宜の被膜処理すると良い。それにより、シール性能の向上を図り、スベリ性を高め、Ｏ−リングＯＲのキズ付きを抑制できる。
【００１４】
次に、本実施の形態にかかる位置決め装置の動作について説明する。平板３の端部は、アクチュエータ等の駆動源（不図示）に接続されており、平板３を左右及び／又は図１の紙面と垂直な方向に駆動するようになっている。このとき、平板３は、不図示のリニアガイドにより移動自在に支持されており、またＯ−リングＯＲの変形量（付勢力）も小さくなるように設定してある（具体的には後述）ので、摩擦などの抵抗が少ない状態で、筐体２に対して移動可能となっている。
【００１５】
差動排気シールの作用について説明すると、オリフィス部２ｄにおいて、開口２ａと平板３とのクリアランスを極力小さくして気体の流れを制限すると、大気側から流入する気体（一般的にはエア）の量が少なくなる。流入するガスのほとんどの量を周溝２ｃから排気すると、プロセス室Ｐ側への気体の流入は極めて微量となる。したがって、平板３が直動自在に開口２ａに対向しているにもかかわらず、プロセス室Ｐは気密的に隔離された状態を得ることができる。即ち、非接触状態で平板３と筐体２との間を気密できるため、シールからの発塵・アウトガスがなく、長寿命で、さらに温度に寿命が依存しないという特長を有する。又、Ｏ−リングＯＲから発塵が生じた場合でも、これを周溝２ｃから排気ポンプＰ１側に吸引することによって、プロセス室Ｐ側への侵入を回避できるという利点もある。
【００１６】
本実施の形態によれば、差動排気シールの差圧室より大気側に配置されたＯ−リングＯＲを有するので、低コストでありながら、外部からの大気の流入を抑制することができるため、排気ポンプＰ１の性能を高める必要がなくコスト低減を図ることができる。又、排気ポンプＰ１が異常停止したときなど、外部からの大気の流入を抑制することができるので、プロセス室Ｐの気圧が上昇する前に、処理中のワークの保全などの必要な措置を講ずることができる。
【００１７】
図２は、第２の実施の形態にかかる位置決め装置の断面図である。図２において、内部が高真空状態に維持されるプロセス室Ｐを有する筐体１２に設けられた開口１２ａに、移動体である回転軸１３が対向している。回転軸１３は、不図示の軸受により支持されて、回転可能となっている。回転軸１３のプロセス室Ｐ側先端に、ワーク等を取り付けたり、プロセス室Ｐ内に配されるボールねじに連結してボールねじ等を介してワークを往復移動させたりすることができる。
【００１８】
差動排気シールは、筐体１２に取り付けられた円筒状の本体１４と、周溝１４ｃと、配管Ｈと、排気ポンプＰ１とからなる。本体１４の内周には、周溝１４ｃとシール溝１４ｅとが、この順序でプロセス室Ｐ側より形成されている。差圧室を構成する周溝１４ｃは、配管Ｈを介して排気ポンプＰ１に連結されている。周溝１４ｃとプロセス室Ｐとの間には、回転軸１３に対してスキマΔ１が１０μｍ程度であるオリフィス部（円筒面）１４ｄが形成されている。
【００１９】
シール溝１４ｅ内には、接触式シールであるＯ−リングＯＲが収容されている。なお、本体１４におけるシール溝１４ｅのプロセス室Ｐ側及び大気側の内周面と、回転軸１３とのスキマΔ２は０．１ｍｍ程度である。なお、回転軸１３の表面（少なくともＯ−リングＯＲが接触する面）には、ＤＬＣなどの表面潤滑処理（大気圧雰囲気で吸着分子量が少ないもの）が施されていると好ましい。Ｏ−リングＯＲには真空用グリースなどの低蒸発率の潤滑剤を塗布あるいは適宜の被膜処理すると良い。それにより、シール性能の向上を図り、スベリ性を高め、Ｏ−リングＯＲのキズ付きを抑制できる。
【００２０】
次に、本実施の形態にかかる位置決め装置の動作について説明する。回転軸１３の大気側端部は、モータ等の駆動源（不図示）に接続されており、回転軸１３を回転駆動するようになっている。このとき、回転軸１３は、不図示の軸受により回転自在に支持されており、またＯ−リングＯＲの変形量（付勢力）も小さくなるように設定してある（具体的には後述）ので、摩擦などの抵抗が少ない状態で、筐体１２に対して回転可能となっている。
【００２１】
差動排気シールの作用について説明すると、オリフィス部１４ｄにおいて、回転軸１３とのクリアランスを極力小さくして気体の流れを制限すると、大気側から流入する気体（一般的にはエア）の量が少なくなる。流入するガスのほとんどの量を周溝１４ｃから排気すると、プロセス室Ｐ側への気体の流入は極めて微量となる。したがって、回転軸１３が回転自在に開口１２ａに挿通されているにもかかわらず、プロセス室Ｐは気密的に隔離された状態を得ることができる。即ち、非接触状態で回転軸１３と筐体１２との間を気密できるため、シールからの発塵・アウトガスがなく、長寿命で、さらに温度に寿命が依存しないという特長を有する。又、Ｏ−リングＯＲから発塵が生じた場合でも、これを周溝１４ｃから排気ポンプＰ１側に吸引することによって、プロセス室Ｐ側への侵入を回避できるという利点もある。
【００２２】
本発明者らの検討によれば、プロセス室Ｐを１０-5Ｐａ以下の高真空環境にする場合でも、回転軸１３の外径をφ５ｍｍとしたときは、Ｏ−リングＯＲと回転軸１３との間の空気の洩れ量を０．５３ＰａＬ／ｍｉｎ以下とし、回転軸１３の外径をφ１０ｍｍとしたときは、Ｏ−リングＯＲと回転軸１３との間の空気の洩れ量を１．９２ＰａＬ／ｍｉｎ以下とし、回転軸１３の外径をφ５０ｍｍとしたときは、Ｏ−リングＯＲと回転軸１３との間の空気の洩れ量を４２ＰａＬ／ｍｉｎ以下とすれば、Ｏ−リングＯＲに代えて、スキマを１０μｍ程度とした差動排気シールを用いた場合以上の効果が排気ポンプを増設することなく得られることがわかった。これらのレベルの洩れ量を許容するようなＯ−リングＯＲと回転軸１３との接触状態であれば、両者間の相対的な摺動もスムーズで、かつ、摺動による発塵も抑制される。さらにＯ−リングＯＲに真空用グリースなどの低蒸発率の潤滑剤を塗布、又は適宜の被膜処理することにより、摺動性能はさらに高められている。
【００２３】
本実施の形態によれば、差動排気シールの差圧室より大気側に配置されたＯ−リングＯＲを有するので、低コストでありながら、外部からの大気の流入を抑制することができるため、排気ポンプＰ１の性能を高める必要がなくコスト低減を図ることができる。又、排気ポンプＰ１が異常停止したときなど、外部からの大気の流入を抑制することができるので、プロセス室Ｐの気圧が上昇する前に、処理中のワークの保全などの必要な措置を講ずることができる。なお、本実施形態では、回転軸１３を筐体１２に対し回転可能に支持した場合について述べたが、これに代え、軸体を筐体１２に対し、往復移動可能に支持する場合にも適用できる。あるいは回転に及び往復移動可能に支持する場合にも適用できる。
【００２４】
図３は、第３の実施の形態にかかる位置決め装置の断面図である。本実施の形態については、図１に示す実施の形態に対して異なる点のみを説明し、共通する構成については同じ符号を付すことで説明を省略する。
【００２５】
図３において、筐体２’のフランジ部２ｂ’には、差圧室となる第１の周溝２ｃと第２の周溝２ｃ’とが並んで設けられている。第１の周溝２ｃは、配管Ｈ１を介して排気ポンプＰ１に連結されており、第２の周溝２ｃ’は、配管Ｈ２を介して排気ポンプＰ２に連結されている。第１の周溝２ｃとプロセス室Ｐとの間には、平板３の上面に対してスキマが１０μｍ程度である第１のオリフィス部２ｄが形成されており、第２の周溝２ｃ’と第１の周溝２ｃとの間には、平板３の上面に対してスキマが１０μｍ程度である第２のオリフィス部２ｄ’が形成されている。なお、それらより大気側に配置されたＯ−リングＯＲは、環状の凹部２ｅ’に組み付けられている。
【００２６】
本実施の形態によれば、差動排気シールを２段（２つの差圧室）とすることで、プロセス室Ｐ内をより低い気圧に維持することができる。
【００２７】
図４は、第４の実施の形態にかかる位置決め装置の断面図である。本実施の形態については、図２に示す実施の形態に対して異なる点のみを説明し、共通する構成については同じ符号を付すことで説明を省略する。
【００２８】
図４において、筐体１２に取り付けられた本体１４’には、差圧室となる第１の周溝１４ｃと第２の周溝１４ｃ’とが並んで設けられている。第１の周溝１４ｃは、配管Ｈ１を介して排気ポンプＰ１に連結されており、第２の周溝１４ｃ’は、配管Ｈ２を介して排気ポンプＰ２に連結されている。第１の周溝１４ｃとプロセス室Ｐとの間には、回転軸３に対してスキマが１０μｍ程度である第１のオリフィス部１４ｄが形成されており、第２の周溝１４ｃ’と第１の周溝１４ｃの間には、回転軸１３の外周に対してスキマが１０μｍ程度である第２のオリフィス部１４ｄ’が形成されている。なお、それらより大気側に配置されたＯ−リングＯＲは、環状の凹部１４ｅ’に組み付けられている。
【００２９】
本実施の形態によれば、差動排気シールを２段（２つの差圧室）とすることで、プロセス室Ｐ内をより低い気圧に維持することができる。
【００３０】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。プロセス室Ｐ内は、真空に限らず、それ以外の大気と異なる環境に維持されていても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１の実施の形態にかかる位置決め装置の断面図である。
【図２】第２の実施の形態にかかる位置決め装置の断面図である。
【図３】第３の実施の形態にかかる位置決め装置の断面図である。
【図４】第４の実施の形態にかかる位置決め装置の断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
２ 筐体
２ａ 開口
２ｂ フランジ部
２ｃ 周溝
２ｄ オリフィス部
２ｅ シール溝
２ｅ’ 凹部
３ 平板
３ａ テーブル
１２ 筐体
１２ａ 開口
１３ 回転軸
１４ 本体
１４ｃ、１４ｃ’ 周溝
１４ｄ、１４ｄ’ オリフィス部
１４ｅ シール溝
１４ｅ’ 凹部
Ｈ 配管
Ｈ１ 配管
Ｈ２ 配管
ＯＲ Ｏ−リング
Ｐ プロセス室
Ｐ１ 排気ポンプ
Ｐ２ 排気ポンプ
【図１】
2007009939.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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