JP3836602B2

JP3836602B2 - 真空チャンバーの製造方法

Info

Publication number: JP3836602B2
Application number: JP16422198A
Authority: JP
Inventors: 克己渡邊
Original assignee: Furukawa Sky Aluminum Corp
Current assignee: Furukawa Sky Aluminum Corp
Priority date: 1998-05-28
Filing date: 1998-05-28
Publication date: 2006-10-25
Anticipated expiration: 2018-05-28
Also published as: JPH11342437A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、予め製作した複数のアルミニウム又はアルミニウム合金部材で構成され、これらを組み合わせて圧縮により接合する真空チャンバー（容器）の製造方法に関し、特に半導体の製造や液晶の製造に用いられる真空チャンバー（容器）の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体の製造等の製造に用いられる真空チャンバーは、図７〜図９に示すようなものが知られている。
図７（ａ）（ｂ）に示す真空チャンバーは、予め製作した板状部材（１１）（１２）（１３）（１４）（１５）の接合部（３３）を溶接したものである。
図８（ａ）（ｂ）に示すものは、金属の塊を削り出して真空チャンバー（３４）を作るものである。
図９（ａ）（ｂ）に示す真空チャンバーでは、予め製作した板状部材（１１）（１２）（１３）（１４）（１５）の接合部（３５）は凹部（３６）にＯリング（３７）を設け、ボルト（３８）で締めたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術の図７に示す溶接によるものは、溶接時に生じるピンホールやガスの巻き込みにより、チャンバーを高真空下で使用するには、その信頼性が低下し半導体等の製作歩留まりが悪くなる問題がある。また全周を溶接するのでコスト的に割高になるという問題があった。
図８に示すように、金属の一体の塊から機械加工により削り出す場合は、機械加工による削り出し作業が多く製作費が嵩みコスト高になり、特に真空チャンバー（真空容器）が大型になると、その機械加工による削り出し作業工数が多くなり、また使用する素材の塊も大きくなって製作費が嵩みコスト高になるという問題があった。
【０００４】
図９に示すシールパッキンとボルト締めによる場合は、シールパッキン用溝（凹部）及びボルトホールを組み込むためのスペースを必要とするため、コンパクトにできない問題があり、また製作コストも高くなる。さらに半導体等の製造時の使用雰囲気が高温になる場合は使用できないという問題があった。
本発明は、締結部のシールにピンホール等の欠陥を防止でき高い気密性を保つことができ、大きな一体の塊から削り出すより低コストでの製造が可能であり、高温での使用に耐えることができ、また真空容器（真空チャンバー）を製作サイズにとらわれることなく、安価に製作し得ることを目的とする真空チャンバーの製造方法を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、予め製作した複数のアルミニウム又はアルミニウム合金部材で構成される真空チャンバーを製造する方法において、複数のアルミニウム又はアルミニウム合金部材が同一材料であり、前記アルミニウム又はアルミニウム合金部材の接合面の全周に一方に凸状突出部を設け、もう一方の部材の接合面の全周に前記凸状突出部に対向する凹溝を設け、前記凸状突出部及び前記凹溝は断面コの字状であり、凹溝の深さは凸状突出部の高さより数％〜数十％浅いもので、また前記凹溝の幅は凸状突出部を挿入できる寸法のものであり、前記接合面の表面を洗浄し、前記凹溝に前記凸状突出部を組み合わせ、挿入後鍛圧し、環状溝に環状突出部を充満密封させ、さらに鍛圧することにより両者を金属接合させることを特徴とするアルミニウム又はアルミニウム合金よりなる真空チャンバーの製造方法である。
また、本発明は、真空チャンバーを構成する予め製作したアルミニウム又はアルミニウム合金部材が、筒状部材と板状部材あるいは全て板状部材で構成することを特徴とするものである。
【０００６】
【作用】
本発明においては、予め製作したアルミニウム又はアルミニウム合金部材の一方の部材の凸状突出部を、もう一方の部材の凹溝に挿入し、圧縮して締結、接合させるもので、溝部に突出部が圧入、充満して高度な密閉度が確保された真空チャンバーを製造できるものである。
さらに環状突出部の圧入のみならず、接合されるアルミニウム又はアルミニウム合金部材を圧縮して金属接合されることにより高い密閉度を確保することができるものである。また締結部は金属接合されているため使用温度が５００℃前後の高温でも高度な密閉度が保たれるものである。
【０００７】
また本発明の真空チャンバーは、アルミニウム又はアルミニウム合金部材で構成されているので腐食ガスに対する耐食性を有する。例えば半導体の製造においてシランガスが用いられる場合、シランガスの成分に含まれるＳｉで汚染されるが、それを洗浄するためにフッ素を含有する洗浄ガスを通気させるが、アルミニウム又はアルミニウム合金部材であるのでこのような洗浄ガス（フッ素含有ガス）に対する耐食性を有しているものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明において、真空チャンバーを構成するアルミニウム又はアルミニウム合金部材は、その製法、材質については特定しないが、耐リーク性を考慮すると、内部欠陥の少ない圧延板、鍛造品を素材とすることが望ましい。
また材質は、例えば、純度９９．５％以上のＪＩＳ１０５０、ＪＩＳ１１００（ＳｉとＦｅ：１．０％、Ｃｕ：０．０５〜０．２０％、Ｍｎ：０．０５％以下、Ｚｎ：０．１０％以下、残部Ａｌ）、ＪＩＳ３００３（Ｓｉ：０．６％以下、Ｆｅ：０．７％以下、Ｃｕ：０．０５〜０．２０％、Ｍｎ：１．０〜１．５％、Ｚｎ：０．１０％以下、残部Ａｌ）、ＪＩＳ６０６３（Ｓｉ：０．２０〜０．６％、Ｆｅ：０．３５％以下、Ｃｕ：０．１０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｍｇ：０．４５〜０．９％、Ｃｒ：０．１０％以下、Ｚｎ：０．１０％以下、Ｔｉ：０．１０％以下、残部Ａｌ）、ＪＩＳ６０６１（Ｓｉ：０．４０〜０．８％、Ｆｅ：０．７％以下、Ｃｕ：０．１５〜０．４０％、Ｍｎ：０．１５％以下、Ｍｇ：０．８〜１．２％、Ｃｒ：０．０４〜０．３５％、Ｚｎ：０．２５％以下、Ｔｉ：０．１５％以下、残部Ａｌ）、ＪＩＳ３００４（Ｓｉ：０．０３％以下、Ｆｅ：０．７％以下、Ｃｕ：０．２５％以下、Ｍｎ：１．０〜１．５％、Ｍｇ：０．８〜１．３％、Ｚｎ：０．１０％以下、残部Ａｌ）等を用いることができる。
【０００９】
本発明において、真空チャンバーを構成するアルミニウム又はアルミニウム合金部材は、予め板状部材に製作して、これを組み合わせ圧縮し締結、接合するものである。
予め製作した板状部材の接合面の一方に凸状突出部を設け、もう一方の部材の接合面に前記凸状突出部に対向する凹溝を設ける。この凸状突出部と凹溝は接合面の全周に設けることが好ましい。
【００１０】
また、予め筒状部材と板状部材に製作して、これを組み合わせ圧縮し締結、接合するものである。この筒状部材は、角形筒状部材または円形筒状部材に製作し、その端部に板状部材を組み合わせ真空チャンバーとする。この場合筒状部材端面に環状凸状突出部を形成し、この凸状突出部に対向する位置に環状凹溝を板状部材に形成する。あるいは筒状部材端面に環状凹溝を形成し、この環状凹溝の対向する位置に環状凸状突出部を板状部材に形成する。
【００１１】
本発明において、接合面の凸状突出部、対向する凹溝は、１組又は２組以上設ける。これらは例えば機械加工により成形する。
また、凹溝に凸状突出部を挿入し、圧縮により締結、接合するものであるが、圧縮は鍛圧圧縮が好ましい。
また、圧縮により締結、接合する前処理として、接合面の表面を洗浄することが望ましい。例えば、▲１▼硝酸で表面の油とり、▲２▼水洗、▲３▼化性処理（アルカリ溶液によるエッチング）、▲４▼水洗、▲５▼硝酸での洗浄、▲６▼水洗、▲７▼湯洗等の適宜の工程を組みて表面を洗清浄する。
【００１２】
このように、真空チャンバーを構成する部材の接合部は、凹溝に凸状突出部を組み合わせ、挿入後鍛圧し、環状溝に環状突出部を充満密封させ、さらに鍛圧することにより両者を金属接合させることができるので、この密閉度、即ち耐リーク性は、半導体製造装置で求められる高真空に対応できるものであり、１０^−８〜１０^−１０Ｔｏｒｒの高真空にも対応できるものである。
また、部材接合部の凹溝に凸状突出部を組み合わせ、挿入する場合、挿入が可能な範囲であれば、凹溝の幅より凸状突出部の幅が少し大きく、いわゆる圧入状態となってもよい。
また、凹溝に凸状突出部を組み合わせ、挿入後、鍛圧圧縮し締結部を密封充満させ締結し、さらに金属接合するアルミニウム又はアルミニウム合金部材が同一材料であると、鍛圧圧縮時のメタルフローにより複数部材同志が圧着し物理的に金属接合し易い。
【００１３】
アルミニウム又はアルミニウム合金部材の接合面に形成する凹溝として、凹溝への鍛圧時の空気の巻き込み等を考慮すると、断面コの字状（長形）が好ましい。凹溝に組み合わせられる凸状突出部は断面コの字状（長形）が用いられる。また、凹溝に凸状突出部を組み合わせを容易にするために、断面コの字状突出部の先端を面取りした形状にしてもよい。
【００１４】
【実施例１】
本発明の実施例１について、図１〜図４を参照して説明する。
図１（ａ）は真空容器（真空チャンバー）の概略図（真空容器として必要な排気口、取出し口、および器具は省略した図）であり、図１（ｂ）は接合部を示す図である。図２（ａ）（ｂ）は接合部を説明する図である。
図１（ａ）に示す真空容器（１）は、予め製作したアルミニウム部材（１１）（１２）（１３）（１４）（１５）で構成されるものである。なお蓋部材は省略している。アルミニウム部材の接合部の１つは、図１（ｂ）に示すようにアルミニウム部材（１２）の接合面に凸状突出部（５）を設け、またアルミニウム部材（１１）の接合面の対向する位置に凹溝を設ける。
【００１５】
図２（ａ）（ｂ）で、部材（１１）（１２）の接合部を説明する。
図２（ａ）に示すように、アルミニウム部材（１２）の接合面に高さ（Ａ）、幅（Ｂ）の凸状突出部（５）を形成し、アルミニウム部材（１１）の接合面に深さ（Ｃ）、幅（Ｄ）の凹溝（４）を形成する。そしてアルミニウム部材（１２）の凸状突出部（５）をアルミニウム部材（１１）の凹溝（４）に挿入する。
凹溝（４）の深（Ｃ）は、凸状突出部（５）の高さ（Ａ）より数％〜数十％浅く製作する。また凹溝（４）の幅（Ｄ）は、凸状突出部（５）の幅（Ｂ）を挿入できる寸法に公差に設定する。
【００１６】
次いで、図２（ｂ）に示すように、アルミニウム部材（１２）の凸状突出部（５）をアルミニウム部材（１１）の凹溝（４）に挿入し、各部材を組み合わせた後に、挿入し組み合わせた接合部に、矢印に示す方向から圧縮を加え、凸状突出部（５）の高さ（Ａ）寸法が部分的に圧縮され、体積変形を生じて、凹溝（４）の深さ（Ｃ）の寸法とさせることで、幅（Ｄ）の凹溝（４）に強固に圧着を生じさせ、強固なシール性を持たせるものである。
例えば、アルミニウム部材として材質１０５０を用い、凹溝（４）の深（Ｃ）は５ｍｍ、凸状突出部（５）の高さ（Ａ）は７ｍｍ、凹溝（４）の幅（Ｄ）は５ｍｍ、凸状突出部（５）の幅（Ｂ）４．８ｍｍとし、これを鍛圧・圧縮により締結、接合した真空チャンバーの真空度は、１０^−８〜１０^−１０Ｔｏｒｒであり、強固なシール性を持った真空チャンバーを製造することができた。
【００１７】
図３（ａ）（ｂ）は、アルミニウム部材（１１）の接合面に凸状突出部（５）を形成し、アルミニウム部材（１２）の接合面に凹溝（４）を形成し、アルミニウム部材（１１）の凸状突出部（５）をアルミニウム部材（１２）の凹溝（４）に挿入し、各部材を組み合わせた後に、挿入し組み合わせた接合部に、矢印に示す方向から圧縮を加え、部材（１１）凸状突出部（５）が圧縮され、体積変形を生じさせ部材（１２）の凹溝（４）に強固に圧着を生じさせ、強固なシール性を持たせるものである。
【００１８】
また、図４（ａ）（ｂ）は、接合面の凸状突出部、対向する凹溝を２組設けたものである。
アルミニウム部材（１２）の接合面に２列の凸状突出部（９）を形成し、アルミニウム部材（１２）の接合面の対向する位置に２列の凹溝（８）を形成し、アルミニウム部材（１２）の２列の凸状突出部（９）をアルミニウム部材（１１）の２列の凹溝（８）に挿入し、凸状突出部（９）と凹溝（８）を２組としたものである。２組と凸状突出部（９）と凹溝（８）で各部材を組み合わせた後に接合部に、矢印に示す方向から圧縮を加え、部材（１２）の凸状突出部（９）が圧縮され、体積変形を生じさせ部材（１１）の凹溝（８）に強固に圧着を生じさせ、強固で高いシール性を持たせるものである。
【００１９】
【実施例２】
本発明の実施例２について、図５を参照して説明する。
図５（ａ）は真空容器（真空チャンバー）の概略図（真空容器として必要な排気口、取出し口、および器具は省略した図）であり、図５（ｂ）は接合部を示す図である。
図５（ａ）に示す真空容器（２）は、予め製作した筒状部材（１６）と板状部材（１１）とからなるもので、図５（ｂ）に示すように、筒状部材（１６）の端面に環状の突出部（７）を形成し、また板状部材（１１）の対向する位置に環状凹溝（６）を形成し、筒状部材（１６）の環状突出部（７）を板状部材（１１）の環状凹溝（６）に挿入し、組み合わせた接合部に、矢印に示す方向から圧縮を加え、環状突出部（７）を圧縮して体積変形を生じさせ環状凹溝（６）に強固に圧着を生じさせ、強固なシール性を持たせたものである。
【００２０】
【実施例３】
図６（ａ）〜（ｄ）は、真空容器を構成する部材（１１）（１２）の接合面の凸状突出部、対向する凹溝の実施例を示したものである。
図６（ａ）は、凸状突出部（２１）に面取り部を設けて断面コの字の凹溝（２２）に凸状突出部を挿入し易くしたものである。
図６（ｂ）は、断面コの字の凹溝（２４）の口を面取して凸状突出部（２３）が凹溝（２４）に挿入し易くしたものである。
図６（ｃ）は、断面コの字の凹溝（２６）の底を角取りしたものであり、また凸状突出部（２５）が山型のものである。これは凹溝（２６）に凸状突出部（２５）を組み合わせ易くしたものである。
【００２１】
図６（ｄ）は、断面コの字の凹溝（２６）の底に空気溜まりを設けて、凸状突出部（２５）が圧縮され、体積変形を生じたときに空気の巻き込みが起こらないようにしたものである。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、アルミニウム又はアルミニウム合金部材の接合面の凸状突出部を凹溝に挿入し、圧縮して締結、接合させるもので、溝部に突出部が充満して高度な密閉度が確保された真空チャンバーを得ることができるという効果を有する。接合部が物理的に圧着することで、ピンホール等の欠陥を防止でき、高真空度で使用しても高い気密性を保つことができる。また両者が金属的に接合しているため使用温度が５００℃前後の高温でも高度な密閉度が保たれる。また機械加工により凹溝、凸状突出部を形成し鍛圧することで、締結部が金属的に接合した接合部が得られるので、低コストでの製造が可能となる。さらに、従来技術のようなピンホール等の欠陥を防止できるので高い気密性を保つことができる。また組み合わせ前の各部材の組み合わせ部周囲に、機械加工による鍛圧締結用の凹溝と凸状突出部を付け鍛圧する方法をとるため、大きな一体の塊から削り出すより遙かに低コストでの製造が可能となる。またボルトナット締結によるスペースを必要とせず、Ｏリングを使用しなくてすむため高精度加工のＯリング溝を必要としないので、安価な製造が可能であるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の真空容器を示す図
【図２】本発明の実施例１の真空容器の接合部を説明する図
【図３】本発明の実施例１の真空容器の接合部を説明する図
【図４】本発明の実施例１の真空容器の接合部を説明する図
【図５】本発明の実施例２の真空容器を示す図
【図６】本発明の実施例３の真空容器の接合部を説明する図
【図７】従来例を示す図
【図８】従来例を示す図
【図９】従来例を示す図
【符号の説明】
１，２真空容器
４，凹溝
５凸状突出部
１１，１２，１３，１４，１５，１６予め製作したアルミニウム部材

Claims

予め製作した複数のアルミニウム又はアルミニウム合金部材で構成される真空チャンバーを製造する方法において、複数のアルミニウム又はアルミニウム合金部材が同一材料であり、前記アルミニウム又はアルミニウム合金部材の接合面の全周に一方に凸状突出部を設け、もう一方の部材の接合面の全周に前記凸状突出部に対向する凹溝を設け、前記凸状突出部及び前記凹溝は断面コの字状であり、凹溝の深さは凸状突出部の高さより数％〜数十％浅いもので、また前記凹溝の幅は凸状突出部を挿入できる寸法のものであり、前記接合面の表面を洗浄し、前記凹溝に前記凸状突出部を組み合わせ、挿入後鍛圧し、環状溝に環状突出部を充満密封させ、さらに鍛圧することにより両者を金属接合させることを特徴とするアルミニウム又はアルミニウム合金よりなる真空チャンバーの製造方法。
真空チャンバーを構成する予め製作したアルミニウム又はアルミニウム合金部材が、筒状部材と板状部材であることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム又はアルミニウム合金よりなる真空チャンバーの製造方法。