JPH05149443A

JPH05149443A - 磁性流体シール装置

Info

Publication number: JPH05149443A
Application number: JP3339715A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Kumagai; 浩洋熊谷
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1991-11-27
Filing date: 1991-11-27
Publication date: 1993-06-15

Abstract

(57)【要約】【目的】シール部の破壊によって生じた磁性流体の粒
体が低圧雰囲気に流入することを防止できる磁性流体シ
ール装置を提供すること。【構成】駆動軸３４は、大気圧側より低圧雰囲気側の
チャンバー１０内部に貫通して配置される。この貫通部
分のシール装置４０は、ポールピース４４およびマグネ
ット４６を駆動軸３４の周囲に交互に配列し、ポールピ
ースの両端突起部と駆動軸３４との間に、磁性流体４８
をマグネット４６の磁束により保持することで、多段の
シール部５２ａ〜５２ｆが形成される。また、隣接する
シール部の間には、空間５４ａ〜５４ｅが形成される。
低圧雰囲気側の第１段目の空間５４ａは、孔４４ａ，４
２ａ，連通路６０および貫通孔１０ａを介して、チャン
バー１０内部と連通している。連通路６０の途中には、
磁性流体４８の粒体の通過を阻止し、且つ、第１段目の
シール部５２ａの耐圧よりも小さい動作圧力のフィルタ
６８が配置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁性流体シール装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の磁性流体シール装置として、特
開昭５９−２３１２７０号公報に開示されたものがあ
る。この装置は、図４に示すように、低圧空間１と高圧
空間２との間に耐差圧を保持する目的で複数個の永久磁
石３ａ，３ｂ，３ｃおよびポールピース４ａ，４ｂ，４
ｃ，４ｄとを交互に配置している。そして、駆動軸５と
ポールピース４ａ〜４ｄとの間に複数個の空隙を確保
し、この空隙に前記永久磁石３ａ〜３ｃの磁束によっ
て、磁性流体６ａ〜６ｄを保持するように構成してい
る。保持された磁性粒体によりシール部が形成され、隣
接するシール部間に空間７ａ〜７ｃが形成される。さら
に、低圧雰囲気１側に近い第１段目の空間７ａと、低圧
雰囲気１とを連通させる狭い流通部８を前記ポールピー
ス４ａに形成している。この流通部８を形成することに
より、空間７ａと低圧雰囲気１との間の差圧が、第１段
目の磁性流体６ａにより形成されるシール部の耐圧より
も大きくなることを防止している。一方、流通部８が存
在しない場合には、空間７ａおよび低圧雰囲気１の間の
差圧力が大きくなる場合があり、第１段目の磁性流体６
ａが一旦破壊された際に、その粒体が低圧雰囲気１側に
飛散してしまう。従って、上記公報の発明においては、
第１段目の磁性流体６ａが低圧雰囲気１内に飛散してそ
の雰囲気を汚染するという弊害を防止できるとしてい
る。同様な技術が、特開昭５９−１６４４６０号公報に
も開示されている。

【０００３】一方、特公平３−９３４６号公報では、空
間７ａ内の気圧と低圧雰囲気１内の気圧とをほぼ等しく
するように、空間７ａ内を排気する排気手段を備えた装
置が開示されている。これと同種の技術として、特開昭
６１−２３６９７１号公報には、空間７ａ内の圧力を、
第１段目の磁性流体６ａのシール部の耐圧に比べて小さ
い圧力に排気する排気手段を備えた技術が開示されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】特開昭５９−２３１２
７０号公報によれば、低圧雰囲気１と高圧雰囲気２との
間の差圧が大きくなった場合には、第２段目の磁性流体
６ｂが破壊され、それが空間７ａ内に飛散することがあ
ると認めている。ところが、この空間７ａ内に飛散した
磁性流体は、狭い流通部８を通過する割合が極めて少な
いため、磁性流体による低圧雰囲気１の汚染が少ないと
言及している。

【０００５】しかしながら、本発明者の実験によれば、
空間７ａと低圧雰囲気１との間の差圧を少なくでき、か
つ、圧力損失の少ない大きさで流通部８を形成した場合
には、特に低圧雰囲気１内にて半導体ウエハの処理を行
なう場合に、このウエハを汚染するのに十分な磁性流体
が低圧雰囲気１内に流入してしまうという事実を見出し
た。特に、近年半導体素子の微細化，高密度化が進むに
つれ、酸化鉄などからなる磁性流体がウエハ上にパーテ
ィクルとして付着することを低減しなければ、実用上使
用するに足るシール装置を実現することはできない。

【０００６】一方、特公平３−９３４６号公報または特
開昭６１−２３６９７１号公報等に開示されているよう
に、低圧雰囲気１の真空排気手段とは別個に、空間７ａ
内を排気する排気手段を設けることは、装置を複雑かつ
大型化することで好ましくない。さらに、昇圧と減圧が
繰り返される低圧雰囲気１内の圧力に応じて制御しなが
ら空間７ａ内を排気することは、技術上極めて困難であ
る。

【０００７】そこで、本発明の目的とするところは、低
圧雰囲気の排気手段を兼用しながら、第１段目の空間と
低圧雰囲気とをほぼ同一圧力に設定でき、しかも、磁性
流体シール部の磁性流体の流出により生ずる低圧雰囲気
の汚染を低減することができる磁性流体シール装置を提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、高圧雰囲気と
低圧雰囲気との間を、多段の磁性流体シール部によりシ
ールする磁性流体シール装置において、前記低圧雰囲気
側の第１段目及び第２段目の磁性流体シール部間の室内
と、前記低圧雰囲気とを連通させる連通路と、前記連通
路途中に配置され、磁性流体の粒体を捕捉し、かつ、前
記第１段目の磁性流体シール部の耐圧よりも低い動作圧
力のフィルタと、を有することを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明においては、低圧雰囲気側の第１段目お
よび第２段目の磁性流体シール部間の室内は、連通路を
介して低圧雰囲気と連通されている。したがって、前記
室内と低圧雰囲気とはほぼ同一圧力に設定されることに
なり、しかもその圧力設定を低圧雰囲気の排気手段を兼
用して実現できる。したがって、低圧側の第１段目のシ
ール部の破壊を防止でき、そのシール部を構成する磁性
粒体が低圧雰囲気に流入して汚染が生ずることを防止で
きる。さらに、連通路途中にはフィルタが配置されてい
る。したがって、第２段目以降のシール部を構成する磁
性流体が圧力に耐えきれず流出し、連通路を介して低圧
雰囲気側に流入しようとしても、フィルタによってその
粒体を補足することができる。しかも、このフィルタの
動作圧力は、第１段目の磁性流体シール部の耐圧よりも
低いため、換言すればフィルタ通過時の排気抵抗が小さ
いため、フィルタの存在よって第１段目の磁性流体シー
ルに過度の圧力が作用してこれが破壊されることをも防
止できる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を半導体ウエハの減圧処理装置
に適用した一実施例について、図面を参照して具体的に
説明する。

【００１１】まず、図２を参照して本実施例装置の全体
概要について説明する。同図において、減圧処理を行な
うプロセスチャンバー１２の両側には、ゲートバルブ１
６ａ，１６ｂを介してそれぞれ搬入側，搬出側のロード
ロックチャンバー１０，１４が連結されている。被処理
体である半導体ウエハは、搬入口側のゲートバルブ１６
ｃを開放してロードロックチャンバー１０内部に配置さ
れる。このロードロックチャンバー１０内部は、ゲート
バルブ１６ｃの閉鎖後に、大気圧から真空雰囲気に置換
され、チャンバ１０，１２内圧力がほぼ同一となった後
に、他方のゲートバルブ１６ａを開放することで、半導
体ウエハをプロセスチャンバー１２内に搬入している。
このプロセスチャンバー１２は、半導体ウエハを減圧処
理する各種のプロセス装置として構成され、例えばエッ
チング装置，熱処理装置，スパッタ装置，プラズマＣＶ
Ｄ装置等として構成されている。ウエハの処理終了後
は、ゲートバルブ１６ｂを開放して半導体ウエハを搬出
側のロードロックチャンバー１４内部に搬入し、ゲート
バルブ１６ｂを閉鎖する。そして、搬出側ロードロック
チャンバー１４内部の雰囲気を真空雰囲気から大気圧雰
囲気に置換した後、搬出側のゲートバルブ１６ｄを開放
してウエハの搬出が行なわれる。

【００１２】各チャンバー１０〜１４はそれぞれ真空引
きが可能であり、このため各チャンバー１０〜１４には
真空ポンプ１８が接続されている。さらに、各チャンバ
ー１０〜１４は大気圧またはその前後の圧力に昇圧する
ことが可能である。このために、不活性ガス例えばＮ₂
ガスの供給管２０が設けられ、この供給管２０は３本に
分岐され、分岐管２２として各チャンバー１０〜１４に
連結されている。この各分岐管２２の途中には、直径が
例えば０．０１μｍ以上の粒子をトラップできるフィル
タ２４と、管路を断続するためのバルブ２６と、流量調
整を行なうマス・フロー・コントローラ２８とが接続さ
れている。

【００１３】ロードロックチャンバー１０，１４内部に
は、例えばフログレッグ方式の搬送アーム３０が配置さ
れる（チャンバー１４内部は図示せず）。この搬送アー
ム３０は、その先端側のウエハ載置部３２を、チャンバ
ー内部からその外部の左右両側に移動できるように構成
している。この搬送アーム３０を駆動するために、チャ
ンバー１０，１４の外部から内部に貫通して駆動軸３４
が設けられてる。一般に搬送アーム３０の駆動軸は多軸
となるが、以下の説明では説明の便宜上、駆動軸３４が
１本のみ存在する場合について説明する。この駆動軸３
４の周囲には、本実施例の特徴的構造を有する磁性流体
シール装置４０が設けられ、駆動軸３４の回転を許容し
つつその気密シールを行なっている。

【００１４】次に、前記磁性流体シール装置４０の詳細
について、図１を参照して説明する。

【００１５】同図に示すように、磁性流体シール装置４
０は、筒状の外囲器４２を有し、その先端側のフランジ
部４１がロードロックチャンバー１０または１４の外壁
に固定される。外囲器４２の筒状内壁面には、マグネッ
ト４６と、そのヨークとして機能するポールピース４４
がそれぞれ交互に配列固定されている。各ポールピース
４４の幅方向両端側は突起状に形成され、このポールピ
ース４４の両端突起部と前記駆動軸３４との間に僅かな
間隙が形成されている。そして、マグネット４６の磁束
によって、ポールピース４４の両端突起部と駆動軸３４
との間に例えば酸化鉄などから成る磁性流体４８が保持
されることになる。この結果、低圧雰囲気側となるロー
ドロックチャンバー１０内または１４内に近い側より順
に、１段目のシール部５２ａ，２段目のシール部５２ｂ
が形成され、３段目以降も同様にシール部５２ｃ，５２
ｄ，５２ｅ，５２ｆと順次形成される。この結果、駆動
軸３４の周囲には、両側のシール部とポールピース４４
またはマグネット４６に囲まれた空間が形成され、低圧
雰囲気側より順に１段目の空間５４ａ、２段目の空間５
４ｂが形成され、３段目以降も同様に空間５４ｃ，５４
ｄ，５４ｅと順次形成されことで、シール部により仕切
られた多室の空間が形成されることになる。

【００１６】このように軸３４の軸方向に沿って多段の
シール部を形成している理由は、シール部が１段だけで
は０．２kg／cm²〜０．３kg／cm²程度の耐圧力が限界
であるため、シール部を多段にして耐圧力の向上を図っ
ている。このような多段の磁性流体シール部を有するシ
ール装置においては一般に、ロードロックチャンバー１
０または１４を排気したとき、まず低圧側の第１段目の
シール部５２ａが破れ、第１断面の空間５４ａ内の圧力
が第１段目のシール部５２ａの耐圧値とほぼ等しい値に
なったとき、この第１段目のシール部５２ａが形成され
る。その他の第２段目以降のシール部についても、チャ
ンバー１０または１０内の排気時に一旦シール部が破れ
た後、各段の耐圧値に従って一定の圧力で安定的に保持
される。

【００１７】しかしながら、上記の作用は理想的なシー
ル作用であり、例えば１０^-8〜１０^-9Ｔｏｒｒ程度の高
真空度に真空引きする際には、まず最初に過度の差圧が
作用する１段目のシール部５２ａが破壊されてしまうこ
とがある。このために、本実施例では第１段目および第
２段目のシール部５２ａ，５２ｂ間の空間５４ａを、チ
ャンバー１０または１４内部の圧力とほぼ同一となるよ
うにして、上述した高真空度までの排気を可能としてい
る。

【００１８】本実施例では、低圧側の第１段目のポール
ピース４４には、例えばその半径方向に沿って貫通する
孔４４ａが設けられ、それと対向する外囲器４２の領域
に孔４２ａを設けている。一方、チャンバー１０の壁部
には貫通孔１０ａが形成され、前記孔４２ａおよび環通
孔１０ａを連通させるための連通路６０を設けるととも
に、その途中にフィルタボックス６６を配置している。
連通路６０は、前記外囲器４２の孔４２ａと連通する第
１連通管６２と、貫通孔１０ａに連通する第２連通管６
４とから構成され、両連通管６２，６４間に前記フィル
タボックス６６が配置されている。この構成により、空
間５４ａとチャンバー１０内部とが連通するようになっ
ている。フィルタボックス６６は、連通路６０の横断面
積（本実施例では連通路６０の口径は１／４インチ）よ
りも数倍以上広い横断面積を有するよう形成され、その
途中に磁性流体４８の粒体の通過を阻止するためのフィ
ルタ６８が設けられてる。

【００１９】このフィルタ６８の求められる特性として
は、第１に、磁性流体４８の粒体を所定の捕集率でトラ
ップできることであり、これによりチャンバー１０，１
４内の汚染を防止している。第２の特性は、フィルタ６
８の動作圧力が第１段目のシール部５２ａの耐圧よりも
小さいことである。フィルタ６８の動作圧力が高い場
合、換言すればそこでの排気抵抗が大きい場合には、か
えって第１段目のシール部５２ａに過度の圧力が作用し
てしまうからである。このような両特性を満足できるフ
ィルタ６８としては、例えばＡｌ₂Ｏ₃などのセラミッ
クにて形成され、焼結体が持つ多数の孔を利用したセラ
ミックフィルタが公的に採用できる。あるいは、例えば
ステンレス繊維等でメッシュ状に加工形成したフィルタ
などであってもよい。例えば、フィルタ６８の孔径とし
ては、０．０１μｍ程度のものが好適に用いられる。本
実施例でのフィルタ６８にて確保されるべき特性として
は、半導体ウエハ上にて許容される酸化鉄の付着量例え
ば１０×１０¹⁰原子／ｃｍ²以内に、磁性流体の通過量
を十分低く抑えることである。

【００２０】このような構成を有するシール装置によれ
ば、チャンバー１０内部を真空引きしたとき、第１段目
および第２段目のシール部５２ａ，５２ｂ間の空間５４
ａは、連通路６０及びフィルタ６８を介してチャンバー
１０内部の圧力とほぼ等しくなるため、第１段目のシー
ル部５２ａに耐圧以上の過度の圧力が作用することを確
実に防止できる。従って、第１段目のシール部５２ａが
破壊して、それが直接チャンバー１０内部に飛散し、半
導体ウエハ上にパーティクルとして付着することを防止
できる。本実施例において最も破壊の生じ易いシール部
は、第２段目のシール部５２ｂである。この第２段目の
シール部５２ｂがその耐圧以上の圧力を受けて破壊した
ときは、これが第１段目の空間５４ａに飛散することに
なる。また、この空間５４ａは連通路６０を介してチャ
ンバー１０に連通している。しかし、この連通路途中に
はフィルタ６８が配置され、半導体ウエハの汚染を防止
できる程度の捕集率にて、磁性流体４８の粒体をトラッ
プすることができるので、チャンバー１０内部での半導
体ウエハの汚染を確実に防止できる。特に、近年では、
半導体チップの微細化が進み、僅かな酸化鉄の付着をも
半導体ウエハの歩留りの低下に大きく影響するため、本
実施例のシール装置を特に半導体製造装置に用いること
で、半導体の歩留りの向上を大いに期待できる。

【００２１】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可
能である。

【００２２】図３は、本発明の他の実施例を示す断面図
である。

【００２３】図１と同じ部品は、同一の番号を付けて説
明を省略する。

【００２４】本例では、マグネット４６に孔４６ａを形
成し、この孔４６ａと連通路６０とを連結する構成であ
る。従って、上述例と同様の効果がある。

【００２５】上記実施例ではその説明の便宜上、駆動軸
３４が１本存在するものと仮定して説明したが、本発明
を複数本の駆動軸のシール装置に適用することも可能で
ある。この場合、各シール装置のでの１段目の空間５４
ａとチャンバー１０内部とを連通させる連通路６０及び
フィルタ６８を共用させてもよい。

【００２６】磁性粒体の粒体を所定の捕集率にて補足
し、かつ、それをフィルタ６８に保持させるために、積
層肩のフィルタを用いるか、あるいはフィルタ６８また
はその近傍に磁場を形成することが好ましい。磁場形成
手段としては、永久磁石の他電磁石であっても良い。あ
るいはフィルタ６８自体が着磁されたものでも良い。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、低
圧雰囲気側の第１段目および第２段目の間に形成される
空間と低圧雰囲気とを連通させることで、第１段目のシ
ール部の破壊を防止でき、且つ、その連通路途中にフィ
ルタを形成することで、第２段目以降のシール部から磁
性流体が流出してその粒体が連通路に流入したとして
も、フィルタによって低圧雰囲気側にその粒体が流入す
ることを防止できるので、低圧雰囲気の汚染を防止で
き、特に半導体製造装置に適用した場合には、処理の歩
留りを大幅に向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である多段型の磁性流体シー
ル装置の概略断面図である。

【図２】本発明を半導体ウエハの減圧処理装置に適用し
た実施例の全体概要を説明するための概略説明図であ
る。

【図３】本発明の他の実施例である多段型の磁性流体シ
ール装置の概略断面図である。

【図４】従来の磁性流体シール装置の概略断面図であ
る。

【符号の説明】

１０，１４ロードロックチャンバー（低圧雰囲気）３４駆動軸４０磁性流体シール装置４２外囲器４４ポールピース４６マグネット４８磁性流体５２ａ〜５２ｆシール部５４ａ〜５４ｅ空間６０連通路６８フィルタ
ＴＥ０３９３０１

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高圧雰囲気と低圧雰囲気との間を、多段
の磁性流体シール部によりシールする磁性流体シール装
置において、前記低圧雰囲気側の第１段目及び第２段目の磁性流体シ
ール部間の室内と、前記低圧雰囲気とを連通させる連通
路と、前記連通路途中に配置され、磁性流体の粒体を捕捉し、
かつ、前記第１段目の磁性流体シール部の耐圧よりも低
い動作圧力のフィルタと、を有することを特徴とする磁性流体シール装置。
【請求項２】請求項１において、前記フィルタ又はその近傍には、前記磁性流体の粒体を
保持する磁場が形成されていることを特徴とする磁性流
体シール装置。