JP4187073B2 - Sealing device for a processing device using a rotary table - Google Patents
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Description
本発明は、回転テーブルを使用して基板(半導体ウエハ,電子デバイスの基板,液晶基板,フォトマスク,ガラス基板等)の洗浄処理等を行なう処理装置であって、回転テーブルが配置される処理領域に高度のコンタミネーション防止対策が必要とされる処理装置に装備されるシール装置に関するものであり、具体的には、回転テーブルとその回転軸を覆うカバーとの間に、回転テーブルが配置された処理領域とカバー内領域とを遮蔽すべく、設けられるシール装置に関するものである。 The present invention is a processing apparatus for performing cleaning processing of a substrate (semiconductor wafer, electronic device substrate, liquid crystal substrate, photomask, glass substrate, etc.) using a rotary table, and a processing region in which the rotary table is disposed. In particular, it relates to a sealing device installed in a processing apparatus that requires a high degree of contamination prevention measures. Specifically, a rotary table is arranged between the rotary table and a cover that covers the rotary shaft. The present invention relates to a sealing device provided to shield a processing area and an in-cover area.
例えば、回転テーブルを使用して半導体ウエハ等の基板を洗浄処理する場合、回転テーブルが配置される処理領域を清浄に保持しておく必要があり、回転テーブルの駆動側から処理領域へのパーティクル侵入を確実に阻止しておく必要がある。そこで、このような高度のコンタミネーション防止対策を必要とする処理装置にあっては、従来から、回転テーブルとその回転軸を含む駆動側を覆うカバーとの間に、回転テーブルが配置された処理領域とカバー内領域とを遮蔽するシール装置を設けておくことが提案されており、かかるシール装置としては、一般に、ラビリンスシールや磁性流体シールが採用されている(例えば、特許文献1参照)。而して、このようなシール装置を設けておくことにより、カバー内領域から処理領域へのパーティクル侵入が阻止されて基板等が汚損されることがなく、また処理領域で発生する処理残渣(洗浄液や有害物質等)がカバー内領域に侵入して回転軸の駆動系にトラブルが生じるといった問題も生じない。
しかし、従来の処理装置で採用されているラビリンスシール等のシール装置によっては、処理領域とカバー内領域との遮蔽を十分に行い得ず、基板洗浄装置等の処理装置におけるコンタミネーション防止対策に万全を期すことができないのが実情である。すなわち、ラビリンスシールでは、ラビリンスを構成する環状隙間が回転精度や機器精度によって不均一となり易く、かかるラビリンス隙間の不均一に起因する呼吸作用により、両領域間の遮蔽機能が十分に発揮されない。また、磁性流体シールについても、品質が不安定なため、ラビリンスシールと同様に十分なシール機能を発揮し難い。 However, depending on the sealing device such as the labyrinth seal used in the conventional processing apparatus, the processing area and the cover inner area cannot be sufficiently shielded, and it is possible to prevent contamination in the processing apparatus such as the substrate cleaning apparatus. The fact is that we cannot expect. That is, in the labyrinth seal, the annular gap constituting the labyrinth is likely to be non-uniform depending on the rotation accuracy and the equipment accuracy, and the shielding function between the two regions is not sufficiently exhibited due to the respiratory action resulting from the non-uniform labyrinth gap. In addition, since the quality of the magnetic fluid seal is unstable, it is difficult to exert a sufficient sealing function like the labyrinth seal.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、回転テーブルが配置された処理領域と回転軸を含む駆動系が配置されるカバー内領域とを確実に遮蔽することができ、高度のコンタミレスが要求される基板洗浄等の処理をシール上の問題を生じることなく良好に行なうことができる、回転テーブルを使用する処理装置用のシール装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above points, and can reliably shield a processing area in which a rotary table is arranged and an in-cover area in which a drive system including a rotating shaft is arranged, and is highly contamination-free. It is an object of the present invention to provide a sealing apparatus for a processing apparatus using a rotary table, which can perform a process such as substrate cleaning required for the above-mentioned without causing a sealing problem.
本発明は、回転テーブルとその回転軸を覆うカバーであって非金属製のカバー本体及びこれに取り付けた金属製のシールフランジを具備するカバーとの間に、回転テーブルが配置された処理領域とカバー内領域とを遮蔽すべく、設けられるシール装置であって、回転軸と同心をなして回転テーブルに固定された回転密封環と、回転軸と同心をなして回転密封環に対向する状態で、シールフランジに軸線方向移動可能に保持された静止密封環と、カバー内に配置されて静止密封環を回転密封環へと押圧附勢するスプリング部材と、カバー本体、シールフランジ及び静止密封環を貫通して、両密封環の対向端面たる密封端面間に開口する一連のシールガス通路とを具備して、密封端面間を、これにシールガス通路からシールガスを噴出させることにより、非接触状態に保持しつつ、前記両領域間を遮蔽シールするように構成された非接触形メカニカルシールであり、静止密封環を、基体をカーボンで構成し且つ密封端面を形成する部分を除く基体の表面層をシールガス通路の内周面層を含めてガラス状炭素層又は合成樹脂層で構成した複合材構造物とすると共に、シールフランジにおけるシールガスに接触する部分及び処理領域に面する部分をフッ素樹脂コーティングして、シールガスの接触によるパーティクルの発生を防止するように構成したことを特徴とする回転テーブルを使用する処理装置用のシール装置を提案するものである。かかるシール装置にあって、シール条件によっては、一方の密封環の密封端面に動圧発生溝を形成して、密封端面間にシールガスによる静圧に加えて動圧発生溝による動圧を作用させることにより、密封端面間を非接触状態に保持するように構成しておくことが好ましい。 The present invention relates to a processing area in which a rotary table is disposed between a rotary table and a cover that covers the rotary shaft and includes a non-metallic cover main body and a metal seal flange attached thereto. in order to shield the cover region, a sealing device installed, the rotary seal ring fixed to the rotary table at an rotating shaft concentric state opposed to the rotary seal ring forms an axis of rotation concentric A stationary seal ring that is held axially movable on the seal flange , a spring member that is disposed in the cover and presses and urges the stationary seal ring to the rotary seal ring, a cover body, a seal flange, and a stationary seal ring A series of sealing gas passages that open between the sealing end faces that are the opposite end faces of both sealing rings, and cause the sealing gas to be ejected from the sealing gas passages between the sealing end faces. More, while maintaining a non-contact state, said between both areas is a non-contact type mechanical seal configured to shield seals, a stationary seal ring, the part forming the Configure substrate with carbon and sealing end faces The surface layer of the substrate to be removed is a composite structure composed of a glassy carbon layer or a synthetic resin layer including the inner peripheral surface layer of the seal gas passage, and the surface of the seal flange in contact with the seal gas and the processing region. The present invention proposes a sealing device for a processing apparatus using a rotary table, characterized in that the portion to be coated is coated with a fluororesin to prevent generation of particles due to contact with a sealing gas . In such a sealing device, depending on the sealing conditions, a dynamic pressure generating groove is formed on the sealing end face of one sealing ring, and the dynamic pressure generated by the dynamic pressure generating groove acts on the sealing end face in addition to the static pressure by the seal gas. By doing so, it is preferable that the sealing end faces are held in a non-contact state.
請求項1に記載する本発明のシール装置は、回転テーブル側の回転密封環とカバー側の静止密封環との間から処理領域とカバー内領域とにシールガスを噴出させる非接触形メカニカルシールに構成されているから、冒頭で述べたラビリンスシール等を使用する場合に比して、回転テーブルが配置される処理領域と回転軸の駆動手段等が配置されるカバー内領域との間を確実に遮蔽することができるものである。したがって、本発明のシール装置を使用することによって、処理領域における処理をカバー内領域からのパーティクル侵入を完全に防止した清浄雰囲気に保持することができ、基板の洗浄等の処理を良好に行なうことができ、高度のコンタミネーション防止対策を実現することができる。また、処理領域で発生する洗浄液残渣や処理領域で使用,発生する有害物質がカバー内領域へと漏洩して回転軸の駆動系に悪影響を及ぼす等の問題も排除することができる。特に、静止密封環及びカバー(カバー本体及びシールフランジ)を請求項1に記載する如く構成しておくことによって、シール装置側からのパーティクル発生をも防止し得て、処理領域のコンタミネーション防止対策をより効果的に行なうことができる。さらに、請求項2に記載する如く、密封端面間をシールガスによる静圧に加えて動圧発生溝による動圧の作用によって非接触状態に保持するように構成しておくことにより、シール機能及びコンタミレス機能を更に向上させることができる。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a non-contact type mechanical seal that ejects seal gas from between a rotary sealing ring on the rotary table side and a stationary sealing ring on the cover side to a processing region and a cover inner region. Because it is configured, it is more reliable than the processing area where the rotary table is arranged and the area inside the cover where the rotating shaft driving means is arranged, as compared with the case where the labyrinth seal described at the beginning is used. It can be shielded. Therefore, by using the sealing device of the present invention, it is possible to keep the processing in the processing region in a clean atmosphere in which the particle intrusion from the cover inner region is completely prevented, and to perform the processing such as cleaning the substrate satisfactorily. And can implement advanced anti-contamination measures. In addition, it is possible to eliminate problems such as cleaning liquid residues generated in the processing area and harmful substances used and generated in the processing area leaking into the cover area and adversely affecting the drive system of the rotating shaft. In particular, by forming the stationary sealing ring and the cover (cover body and seal flange) as described in claim 1 , it is possible to prevent the generation of particles from the sealing device side and to prevent contamination of the processing area. Can be performed more effectively. Furthermore, as described in
図1は本発明に係る回転テーブルを使用する処理装置用のシール装置の一例を示したもので、半導体ウエハ,電子デバイスの基板,液晶基板,フォトマスク,ガラス基板等の基板を回転テーブル1を使用して洗浄する基板洗浄装置において、回転テーブル1とその回転軸2を覆うカバー3との間に、回転テーブル1が配置された処理領域Aとカバー内領域Bとを遮蔽すべく、設けられたシール装置4を示している。
FIG. 1 shows an example of a sealing device for a processing apparatus using a turntable according to the present invention. A substrate such as a semiconductor wafer, a substrate of an electronic device, a liquid crystal substrate, a photomask, or a glass substrate is attached to the turntable 1. In the substrate cleaning apparatus to be used and cleaned, the substrate cleaning apparatus is provided between the rotary table 1 and the
回転テーブル1は、図1に示す如く、処理領域Aに水平に配置された円板形状をなすものであり、その中心部に連結された回転軸2により回転駆動される。回転軸2は、図1に示す如く、上下方向に延びており、図示しない駆動手段(モータ等)により回転駆動される。
As shown in FIG. 1, the rotary table 1 has a disk shape arranged horizontally in the processing area A, and is rotationally driven by a
カバー3は、図1に示す如く、上端部を開口するカバー本体6とその上端開口部6aに取り付けられたシールフランジ7とを具備してなる。カバー本体6は、上端部(開口部6aの上端部)を回転テーブル1の下面部に近接させた状態で配置されており、回転軸2及びその駆動手段及び軸受手段等を覆っている。カバー本体6の上端開口部6aの内外周面は回転軸2と同心をなす円柱面とされている。なお、回転テーブル1の下面部には、上端開口部6aの外周面に近接して対向する円環状の突起1bが設けられている。シールフランジ7は、円筒状の密封環保持部7aと密封環保持部7aの下端部から内方に張り出す円環状のスプリング保持部7bとからなる金属製(例えば、SUS316等のステンレス鋼製)の一体構造物であり、密封環保持部7aをカバー本体6の上端開口部6aに上下方向に並列する一対のフッ素ゴム製のOリング8,8を介して嵌合させると共に、スプリング保持部7bをカバー本体6の内部仕切壁6bにボルト5に固定することにより、カバー本体6の上端開口部6aに回転軸2と同心状に取り付けられている。なお、密封環保持部7aの上端部とカバー本体6の上端部とは面一状とされている。また、密封環保持部7aの表面71は、図2に示す如く、フッ素樹脂をコーティングしてある。
As shown in FIG. 1, the
而して、シール装置4は、図1に示す如く、回転軸2と同心をなして回転テーブル1に固定された回転密封環9と、回転軸2と同心をなして回転密封環9に対向する状態で、カバー3に軸線方向移動可能に且つ相対回転不能に保持された静止密封環10と、カバー3内に配置されて静止密封環10を回転密封環9へと押圧附勢するスプリング部材11と、カバー3及び静止密封環10を貫通して、両密封環9,10の対向端面たる密封端面9a,10a間に開口する一連のシールガス通路12とを具備して、密封端面9a,10a間を、これにシールガス通路12からシールガスGを噴出させることにより、非接触状態に保持しつつ、前記両領域A,B間を遮蔽シールするように構成された静圧形の非接触形メカニカルシールつまり静圧形ノンコンタクトガスシールである。
Thus, as shown in FIG. 1, the
回転密封環9は、後述する静止密封環10の構成基材(カーボン)より硬質材製(この例では、炭化珪素製)の円環状体であり、図1及び図2に示す如く、回転テーブル1の下面部に金属製(例えば、SUIS316等のステンレス鋼製)の取付リング13及びフッ素ゴム製のOリング14を介して固定されている。取付リング13は、外周部を回転密封環9の下端内周部に係合させた状態で、回転テーブル1の下面部にボルト15により取付けられており、回転密封環9を回転テーブル1の下面部に押圧固定している。Oリング14は、回転密封環9の上端内周部と回転テーブル1との間に挟圧されており、両者1,9間を二次シールする。回転密封環9の下端面は平滑環状面に研磨されており、取付リング13が係合する部分を除く部分が密封端面(以下「回転密封端面」ともいう)9aとして機能する。
The
静止密封環10は、図1及び図2に示す如く、上端面を平滑環状面に研磨された密封端面(以下「静止密封端面」ともいう)10aとした円環状体であり、上下方向に並列する一対のフッ素ゴム製のOリング16,16を介してシールフランジ7の密封環保持部7aに軸線方向移動可能(上下方向移動可能)に嵌合保持されている。静止密封端面10aの外径は回転密封端面9aの外径より若干小さく設定されており、静止密封端面10aの内径は回転密封端面9aの内径より若干大きく設定されている。各Oリング16は、静止密封環10の外周部に形成した環状のOリング溝10bに係合保持されている。また、静止密封環10の下端部には軸線方向に延びる円形孔10cが形成されており、この円形孔10cにシールフランジ7のスプリング保持部7bに植設した金属製(例えば、SUS316等のステンレス鋼製)のドライブピン17を係合させることにより、静止密封環10を、その軸線方向移動を所定範囲で許容しつつ、カバー3(シールフランジ7)に対して相対回転不能に保持させている。なお、円形孔10c及びこれに係合するドライブピン17の数は任意であり、必要に応じて複数個設けられる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
スプリング部材11は、図1に示す如く、静止密封環10とその下位のスプリング保持部7bとの間に介装された複数個(1個のみ図示)のコイルスプリングで構成されていて、静止密封環10を回転密封環9へと押圧附勢するものであり、密封端面9a,10aを閉じる方向に作用する閉力を発生させるものである。
As shown in FIG. 1, the
シールガス通路12は、図1に示す如く、静止密封端面10aに形成された静圧発生溝18と、静止密封環10の外周面とシールフランジ7の密封環保持部7aの内周面との間に形成される環状の連通空間19と、カバー3を貫通して連通空間19に至るカバー側シールガス通路20,21と、静止密封環10を貫通して連通空間19から静圧発生溝18に至る密封環側シールガス通路22とからなる。静圧発生溝18は、静止密封端面10aと同心状の環状をなして連続又は断続する浅い凹溝であり、この例では後者を採用している。すなわち、静圧発生溝18は、図4に示す如く、静止密封端面10aと同心環状をなして並列する複数の円弧状凹溝18a…で構成されている。連通空間19は、密封環保持部7aと静止密封環10との対向周面間に形成された環状空間であって、Oリング16,16によってシールされている。連通空間19の上下方向幅(Oリング16,16間の間隔)は、静止密封環10に必要とされる上下方向移動に伴って連通空間19と後述する第1カバー側シールガス通路20との連結が解除されることがない範囲で適宜に設定されている。カバー側シールガス通路は、シールフランジ7の密封環保持部7aを径方向に貫通して連通空間19に連通する第1カバー側シールガス通路20と、カバー本体6を貫通して第1カバー側シールガス通路20に連通する第2カバー側シールガス通路21とからなる。両カバー側シールガス通路20,21の連通部分は、前記Oリング8,8によってシールされている。密封環側シールガス通路22の上流端は連通空間19に開口されており、密封環側シールガス通路22の下流端は分岐されており、その各分岐部を、図4に示す如く、静圧発生溝18を構成する各円弧状凹溝18aに開口させてある。第2カバー側シールガス通路21の上流端部は所定のシールガス供給源(図示せず)に接続されていて、両領域A,Bより高圧で且つパーティクルを含まない清浄なシールガスGを第2カバー側シールガス通路21、第1カバー側シールガス通路20、連通空間19及び密封環側シールガス通路22から静圧発生溝18に供給するようになっている。シールガスGとしては、各領域A,Bに流出しても何らの悪影響を及ぼさない性状のものを、シール条件に応じて適宜に選定する。この例では、各種物質に対して不活性であり且つ人体に無害である清浄な窒素ガスが使用されている。なお、シールガスGは、一般に、回転テーブル1の運転中(回転軸2の駆動中)においてのみ供給され、運転停止後には供給を停止される。回転テーブルの運転は、シールガスGの供給が開始された後であって、密封端面9a,10a間が適正な非接触状態に保持された後において開始され、シールガスGの供給停止は、回転テーブルの運転停止後であって回転軸2が完全に停止した後に行なわれる。なお、必要に応じて、回転テーブル1の発停に拘らず、シールガスGの供給を継続して行なうようにすることも可能である。また、シールガス通路12の適所(例えば、密封環側シールガス通路22の上流側部分)には、必要に応じて、オリフィス等の絞り器が設けられる。
As shown in FIG. 1, the seal gas passage 12 includes a static
而して、シールガスGを静圧発生溝18に供給すると、静圧発生溝18に導入されたシールガスGにより、密封端面9a,10a間にこれを開く方向に作用する開力が発生する。この開力は、密封端面9a,10a間に導入されたシールガスGによって発生する静圧によるものである。したがって、密封端面9a,10aは、この開力と密封端面9a,10a間を閉じる方向に作用するスプリング部材11による閉力(スプリング荷重)とがバランスする非接触状態に保持される。すなわち、静圧発生溝18に導入されたシールガスGは密封端面9a,10a間に静圧の流体膜を形成し、この流体膜の存在によって、密封端面9a,10aの外周側領域(処理領域)Aとその内周側領域(カバー内領域)Bとの間が遮蔽シールされる。シールガスGの圧力及びスプリング部材11のバネ力(スプリング荷重)は、密封端面9a,10a間の隙間が適正(一般に、5〜15μmである)となるように、シール条件に応じて適宜に設定される。
Thus, when the sealing gas G is supplied to the static
ところで、静止密封環10は、相手密封環(回転密封環)9との接触による密封端面へのダメージを最小限とするために、更には加工性が要求される(静止密封環10は、シールガス通路12つまり静圧発生溝18及び密封環側シールガス通路22を形成する必要がある等、単純な円環状をなす回転密封環9に比して複雑な形状をなすものであるから、加工性に富む材料で構成しておくことが好ましい)ために、一般に、軟質で加工性に富むカーボンで構成される。しかし、カーボン製の静止密封環を使用した場合、シールガス通路12を通過するシールガスGによりカーボン表面から微細なパーティクルが発生し易く、このパーティクルがシールガスGと共に密封端面9a,10aから処理領域A(及びカバー内領域B)に侵入する虞れがある。したがって、より高度のコンタミネーション防止対策を図るためには、このようなカーボン製の静止密封環10からのパーティクル侵入をも防止しておくことが好ましい。そこで、この例では、静止密封環10を、図2及び図3に示す如く、基体101をカーボンで構成すると共に、基体101の表面層を、静止密封端面10aを形成する部分を除いて、ガラス状炭素層102で構成した複合材構造物としてある。
By the way, the
すなわち、静止密封環10は、静圧発生溝18及び密封環側シールガス通路22を形成した静止密封環形状のカーボン製基体101を製作した上、この基体101の全表面(シールガス通路18,22及び円形孔10c等の貫通孔及び凹部の内周面を含む)にガラス状炭素をコーティング又は含浸させた上、静止密封端面10aに相当する部分をカーボンが露出するように研磨する。このようなガラス状炭素層102の形成は周知手法によって行うことができる。例えば、適当な合成樹脂を有機溶媒に溶解して前駆体溶液を得た上、この前駆体溶液を基体101の表面に含浸又は/及び塗布し、乾燥後、不活性雰囲気又は真空雰囲気で加熱硬化し、更に焼成する。或いは、液状の合成樹脂をそのまま基体101に含浸又は/及び塗布して加熱硬化させた上、更に焼成してもよい。なお、使用する合成樹脂としては、焼成後にガラス状炭素質となるものであればよく、例えば、フェノール合成樹脂,フラン合成樹脂,ポリアミド合成樹脂,ポリイミド合成樹脂,ポリアミドイミド合成樹脂,ポリカルボジイミド合成樹脂,エポキシ合成樹脂,ユリア合成樹脂,メラミン合成樹脂,不飽和ポリエステル合成樹脂,キシレン合成樹脂,アルキッド合成樹脂,塩化ビニル合成樹脂等を使用することができる。また、前駆体溶液を得るための有機溶媒としては、使用する合成樹脂を溶解するものであればよく、例えば、テトラクロロエチレン,トリクロロエチレン,ジメチルアセトアミド,N−メチルピロリドン,ケトン類(アセトン,メチルエチルケトン等),アルコール類(メタノール,エタノール等)等を使用することができる。例えば、ポリカルボジイミド合成樹脂についてはテトラクロロエチレンを使用し、フェノール合成樹脂についてはメタノールを使用し、ポリアミドイミド合成樹脂についてはN−メチルピロリドンを使用する。上記した溶媒は、使用する合成樹脂に応じて、2種以上混合させたものを使用することができる。
That is, the
以上のように構成された非接触形メカニカルシール(静圧形ノンコンタクトガスシール)4を使用した処理装置たる基板洗浄装置にあっては、回転テーブル1に設けた回転密封環9とカバー3に設けた静止密封環10との対向端面である密封端面9a,10a間からシールガスGが両領域A,Bに噴出することから、処理領域Aとカバー内領域Bとの間が完全に遮断されることになる。また、両密封端面9a,10aはシールガスGによって非接触状態に保持されるから、密封端面9a,10aの接触による摩耗粉等のパーティクルを生じることがない。したがって、カバー内領域Bで発生する粉塵等が処理領域Aに侵入することがなく、処理領域Aが清浄に保持される。逆に、処理領域Aで生じる処理残渣がカバー内領域Bに侵入して、回転軸2の駆動系等がトラブルを生じることもない。
In the substrate cleaning apparatus as a processing apparatus using the non-contact type mechanical seal (static pressure type non-contact gas seal) 4 configured as described above, the
さらに、静止密封環10に形成されるシールガス通路12(静圧発生溝18及び密封環側シールガス通路22)の内周面層102aがガラス状炭素で構成されているから、基体101がカーボン製のものであるに拘らず、シールガス通路12を通過するシールガスGとの接触によりカーボン粉が発生するようなことがない。したがって、静止密封環10からのパーティクル発生がなく、処理領域Aの清浄化をより効果的に図ることができる。
Further, since the inner
また、静止密封環10の外周面層102bが、Oリング溝10bの内周面層を含めて、ガラス状炭素で構成されていることから、Oリング16,16を介しての静止密封環10の軸線方向移動が円滑に行なわれる。このため、静止密封環10の追従性が向上して、密封端面9a,10a間が適正な非接触状態に保持され、非接触形メカニカルシール4によるシール機能が良好に発揮される。また、連通空間19を通過するシールガスGに接触する部分もガラス状炭素層102bで構成されていることから、連通空間19においてカーボン粉が発生することもない。
Further, since the outer
また、円形孔10cの内周面を含む静止密封環10の下端面もガラス状炭素層102cで被覆されているから、静止密封環10とドライブピン17及びスプリング部材11との接触によってカーボン粉が発生せず、カバー内領域Bにおいても可及的にパーティクルが生じず、カーボン粉により回転軸2の駆動系等がトラブルを生じる虞れもない。また、スプリング部材11やドライブピン17との接触部分が硬質のガラス状炭素層102cで被覆されているから、スプリング部材11やドライブピン17との接触により静止密封環10が摩耗,損傷することがなく、静止密封環10の耐久性が向上する。
Further, since the lower end surface of the
なお、上記した処理装置(基板洗浄装置)にあっては、処理領域Aの流体やシールガスGに接触する部分をすべて非金属材で構成するか非金属材でコーティングしてある。すなわち、回転密封環9を炭化珪素製のものとし、各Oリング8,14,16はフッ素ゴム製のものとし、シールフランジ7の処理領域Aに面する部分及びシールガスGに接触する部分(密封環保持部7aの表面部分)はフッ素樹脂コーティング層71としてある。さらに、回転テーブル1及びカバー本体6についても、これらを非金属材で構成するか、これらの被処理領域Aに面する部分及びシールガスG3に接触する部分を非金属材でコーティングしてある。一方、金属で構成されるスプリング部材11やドライブピン17等については、これらをすべてカバー内領域Bに配置してある。したがって、被処理物が半導体ウエハ等の金属イオンを嫌うものである場合にも、その処理を良好に行なうことができる。
In the processing apparatus (substrate cleaning apparatus) described above, the part of the processing area A that contacts the fluid and the seal gas G is all made of a nonmetallic material or coated with a nonmetallic material. That is, the
なお、本発明の回転テーブルを使用する処理装置用のシール装置は上記した構成に限定されるものでなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において適宜に改良,変形することが可能である。 The sealing device for a processing apparatus using the rotary table of the present invention is not limited to the above-described configuration, and can be appropriately improved and modified without departing from the basic principle of the present invention.
例えば、図1〜図3に示した例では、シール装置を、シールガスGによる静圧のみによって密封端面9a,10a間を非接触状態に保持する静圧形ノンコンタクトガスシール4に構成したが、図5及び図6に示す如く、密封端面9a,10aをこの間に静圧に加えて動圧を発生させることにより非接触状態に保持する非接触形メカニカルシールたる複合形ノンコンタクトガスシール41に構成しておいてもよい。
For example, in the example shown in FIGS. 1 to 3, the sealing device is configured as a static pressure type
すなわち、図5及び図6に示す複合形ノンコンタクトガスシール41にあっては、一方の密封端面である回転密封環9の密封端面(回転密封端面)9aに動圧発生溝91を形成して、この動圧発生溝91により密封端面9a,10a間に動圧を発生させるように構成してある。動圧発生溝91の形状は、シール条件等に応じて適宜に設定することができるが、この例では、動圧発生溝91を、図7又は図8に示す如く、回転密封端面9aにおける静圧発生溝18に対向する部位から外径方向であって且つ回転密封環9の回転方向(イ方向)と逆方向に傾斜状に延びる第1グルーブ部分92aと内径方向且つ回転密封環9の回転方向(イ方向)と逆方向に傾斜状に延びる第2グルーブ部分92とからなる複数のグルーブ92が密封端面9aの周方向に並列してなる形状に構成してある。各グルーブ92は1〜10μmの浅い深さ一定の溝であり、その最外径側端部(第1グルーブ部分92aの外径側端部)及び最内径側端部(第2グルーブ部分9bの内径側端部)は、図6に示す如く、両密封端面9a,10aの重合領域内に位置されている。すなわち、動圧発生溝91の内外径E,Fは、静止密封環10の密封端面(静止密封端面)10aの外径(≦回転密封端面9aの外径)A及びその内径(≧回転密封端面9aの内径)D並びに静圧発生溝18(円弧状凹溝18a)の外径B及びその内径Cに対して、B<F<A,D<E<Cの関係を有する範囲で適宜に設定されている。この例では、0.5≦(F−B)/(A−B)≦0.9又は0.5≦(C−E)/(C−BD)≦0.9の条件を満足するように設定されている。各グルーブ92は、図7に示す如く、第1グルーブ部分92aと第2グルーブ部分92bとが基端部で一致する略く字状をなすものとするか、図8に示す如く、第1グルーブ部分92aと第2グルーブ部分92bとの基端部が周方向に齟齬する千鳥形状をなすものとされる。
That is, in the composite
このような複合形ノンコンタクトガスシール41によれば、密封端面9a,10a間にシールガスGによる静圧に加えて動圧発生溝91による動圧が発生し、これらの静圧及び動圧により密封端面9a,10a間を非接触状態に保持する。したがって、シールガスGによる静圧によっては密封端面9a,10aを適正な非接触状態に保持し得ない事態が発生したときにも、動圧によって適正な非接触状態を維持することができる。また、静圧のみで非接触状態に保持する静圧形ノンコンタクトガスシール4に比して、シールガスGによる静圧によってシールガスGの必要供給量を少なくすることができる。また、動圧発生溝91を密封端面9a,10aの重複領域外に開放されていないため、各グルーブ92の最内径側端部及び最外径側端部が、密封端面9a,10a間に導入されたシールガスGに対する堰として機能することになると共に、密封端面9a,10a間に形成される漏れ間隙を狭めるように作用することになる。その結果、密封端面9a,10a間に導入されたシールガスGの処理領域(被密封ガス領域)A側への漏れ量が抑えられて動圧発生溝91によるシールガスGの捕捉特性が極めて良好なものになる。したがって、シールガスGの消費量を低減でき、万一シールガスGに同伴されるパーティクルがある場合にも、その侵入を極力抑制することができる。
According to such a composite
なお、図5に示されたシール装置41及び処理装置の構成は、上記した構成(動圧発生溝91を設けた点)を除いて、図1に示されたシール装置4及び基板洗浄装置と同一である。
5 is the same as that of the
ところで、図5に示されたシール装置たる複合形ノンコンタクトガスシール41を装備する処理装置の構成,使用条件等によっては、回転テーブル1ないし回転軸2が一方向でなく両方向に回転される場合があるが、かかる場合には、上記動圧発生溝91を回転密封環9が正転方向及び逆転方向の何れの方向に回転しても動圧を発生しうるような形状としておけばよい。このような動圧発生溝91の形状については、シール条件等に応じて任意に設定することができ、従来からも種々の形状が提案されている。例えば、回転密封端面9aに、径方向に縦列し且つ直径線に対して対称形状をなす第1動圧発生溝と第2動圧発生溝とからなる動圧発生溝ユニットを周方向に所定間隔を隔てて複数組並列状に形成して、回転密封環9が正転方向に回転するときには第1動圧発生溝により動圧が発生せしめられ、また回転密封環9が逆転方向に回転するときには第2動圧発生溝により動圧が発生せしめられるように構成しておくのである。各第1及び第2動圧発生溝としては、例えば、溝深さ及び溝幅を一定とするL字形溝等を採用することができる。
By the way, depending on the configuration and use conditions of the processing apparatus equipped with the composite
また、上記したシール装置4,41の静止密封環10の構成においては、ガラス状炭素層102に代えて、基体101の表面層を適当な合成樹脂をコーティング又は含浸させてなる合成樹脂層としておくことも可能である。また、ガラス状炭素層102(又は合成樹脂層)は、少なくとも静圧発生溝18及び静止密封環側シールガス通路22の内周面に形成されるが、必要に応じて、図9に示す如く、静止密封端面10aを含む全表面に形成しておくことも可能である。但し、図2及び図3に示す如く、静止密封端面10aをガラス状炭素層102(又は合成樹脂層)で被覆せずカーボンを露出させておくと、シールガスGの供給停止や軸振れ等によって回転密封端面9aと接触して損傷した場合にも、静止密封端面10aの修復を容易に行い得る利点がある。さらに、図10に示す如く、ガラス状炭素(又は合成樹脂)を静止密封環10の内部にまで含浸させておくようにしてもよい。この場合、ガラス状炭素層102(又は合成樹脂層)は必要以上に厚くしておく必要はない。
Further, in the structure of the
また、回転密封環9は、回転軸2以外の回転軸側部分(例えば、回転テーブル1)に設ける他、回転軸2又はそのスリーブに固定するようにしてもよい。また、シール条件によっては、静止密封環10をシールケース7に固定し、回転密封環9を回転軸側に軸線方向移動可能に且つ相対回転不能に保持するようにすることができる。
Further, the
1…回転テーブル、2…回転軸、3…カバー、4…シール装置(静圧形ノンコンタクトガスシール)、6…カバー本体、7…シールフランジ、7a…密封環保持部、7b…スプリング保持部、9…回転密封環、9a…回転密封端面、10…静止密封環、10a…静止密封端面、11…スプリング部材、12…シールガス通路、41…シール装置(複合形ノンコンタクトガスシール)、91…動圧発生溝、92…グルーブ、92a…第1グルーブ部分、92b…第2グルーブ部分、101…基体、102,102a,102b,102c…ガラス状炭素層、A…処理領域、B…カバー内領域、G…シールガス。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rotary table, 2 ... Rotating shaft, 3 ... Cover, 4 ... Sealing device (static pressure type non-contact gas seal), 6 ... Cover main body, 7 ... Seal flange, 7a ... Seal ring holding part, 7b ... Spring holding part , 9: Rotating sealing ring, 9a: Rotating sealing end face, 10 ... Stationary sealing ring, 10a ... Stationary sealing end face, 11 ... Spring member, 12 ... Seal gas passage, 41 ... Sealing device (composite non-contact gas seal), 91 ... Dynamic pressure generating groove, 92 ... groove, 92a ... first groove portion, 92b ... second groove portion, 101 ... substrate, 102,102a, 102b, 102c ... glassy carbon layer, A ... treatment region, B ... in cover Area, G ... seal gas.
Claims (2)
回転軸と同心をなして回転テーブルに固定された回転密封環と、回転軸と同心をなして回転密封環に対向する状態で、シールフランジに軸線方向移動可能に保持された静止密封環と、カバー内に配置されて静止密封環を回転密封環へと押圧附勢するスプリング部材と、カバー本体、シールフランジ及び静止密封環を貫通して、両密封環の対向端面たる密封端面間に開口する一連のシールガス通路とを具備して、密封端面間を、これにシールガス通路からシールガスを噴出させることにより、非接触状態に保持しつつ、前記両領域間を遮蔽シールするように構成された非接触形メカニカルシールであり、
静止密封環を、基体をカーボンで構成し且つ密封端面を形成する部分を除く基体の表面層をシールガス通路の内周面層を含めてガラス状炭素層又は合成樹脂層で構成した複合材構造物とすると共に、シールフランジにおけるシールガスに接触する部分及び処理領域に面する部分をフッ素樹脂コーティングして、シールガスとの接触によるパーティクルの発生を防止するように構成したことを特徴とする回転テーブルを使用する処理装置用のシール装置。 A processing area in which the rotary table is disposed and a cover inner area between the rotary table and a cover that covers the rotary shaft and includes a non-metallic cover main body and a metal seal flange attached thereto. A sealing device provided to shield
A rotary seal ring concentric with the rotary shaft and fixed to the rotary table; a stationary seal ring held concentrically with the rotary shaft and opposed to the rotary seal ring in an axially movable manner on the seal flange ; A spring member that is disposed in the cover and presses and urges the stationary sealing ring to the rotating sealing ring, and penetrates through the cover body, the seal flange, and the stationary sealing ring, and opens between the sealing end faces that are the opposite end faces of both sealing rings. A series of sealing gas passages, and a sealing gas is ejected from the sealing gas passages between the sealing end faces so that the two regions are shielded and sealed while being kept in a non-contact state. was Ri Oh in a non-contact type mechanical seal,
A composite structure in which the stationary sealing ring is composed of a glassy carbon layer or a synthetic resin layer, including the inner peripheral surface layer of the sealing gas passage, in which the surface layer of the substrate is made of carbon and excluding the portion forming the sealed end face. Rotation characterized in that the part that contacts the seal gas and the part that faces the processing area in the seal flange is coated with fluororesin to prevent generation of particles due to contact with the seal gas. Sealing device for processing equipment that uses a table.
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