JP4227120B2 - 処理装置用シール装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラスチック製部材に形成した第一ガス通路の端部と金属製部材に形成した第二ガス通路の端部とを両部材の対向面部において開口すると共に、両通路の開口端部を当該対向面部間に装填した非圧縮性弾性材からなるＯリングによりシールした状態で連通接続して、両ガス通路間に高圧ガスを流動させるように構成された高圧高圧流体供給装置を装備した処理装置用シール装置に関するものである。

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、特開平１１−２６５８６８号公報に開示される如く、回転テーブルとその駆動部を覆うカバー体との間にラビリンスシールを設けて、カバー体内の領域（以下「カバー内領域」という）から回転テーブルが配置された処理領域へのパーティクル侵入による基板等の汚損や処理領域で発生する処理残渣（洗浄液や有害物質等）のカバー内領域への侵入による回転テーブルの駆動系にトラブルが生じないように図っている。

しかし、このようなラビリンスシールによっては、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。

そこで、本発明者は、先に、このような回転テーブルの駆動部をプラスチック製部材である筒状のカバー体で覆ってある処理装置において、処理領域とカバー内領域との間のシール装置（以下「処理装置用シール装置」という）として、静圧形ノンコンタクトガスシール（例えば、ＷＯ９９／２７２８１（図８）参照）を採用することを提案した。すなわち、処理装置用シール装置として、回転テーブルに固定した回転密封環とカバー体内に配置したシールケースに軸線方向移動可能に保持させた静止密封環との対向端面である密封端面間を、その間に窒素等の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、両領域間を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を提案した。かかる処理装置用シール装置によれば、シールガスが密封端面間から両領域に噴出することから、両領域間が完全に遮蔽されて、処理領域が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されると共に、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することがなく、更には密封端面の接触による摩耗粉の発生もなく、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。

ところで、静圧形の非接触形メカニカルシールにあっては、シールケース及び静止密封環に、下流端を密封端面間に開口する一連のシールガス通路を形成して、このシールガス通路から被密封流体領域（処理領域）の流体圧より高圧のシールガスを密封端面間に噴出させるようになっている（例えば、ＷＯ９９／２７２８１（図８）参照）が、上記した処理装置用シール装置にあっては、シールケース及び静止密封環等の静止側部材がカバー内領域に配置されている構造上、シールガス通路の上流端へのシールガス供給ラインをカバー体に形成しておく必要がある。すなわち、シールガス通路の上流端つまりシールケースに形成されたシールガス通路部分たる第一流体通路の上流端とカバー体に形成したシールガス通路部分たる第二流体通路の下流端とを、シールケースとカバー体との対向面部において連通接続させておく必要がある。

而して、このようにシールケース等の第一部材に形成した第一流体通路からカバー体等の第二部材に形成した第二流体通路へと（又は第二流体通路から第一流体通路へと）シールガス等の高圧流体を供給させる高圧流体供給装置としては、一般に、第一及び第二ガス通路を両部材の対向面部において開口すると共に、両通路の開口端部を当該対向面部間に装填した非圧縮性弾性材（ゴム等）からなるＯリングによりシールした状態で連通接続して、両ガス通路間に高圧ガスを流動させるように構成されたものが周知である（例えば、特許文献１参照）。すなわち、図５（Ａ）に示す如く、第一及び第二部材２０１，２０２の対向面部２０１ａ，２０２ａが平面である場合にあっては、対向面部２０１ａ，２０２ａ間に一個のＯリング２０３を装填して、対向面部２０１ａ，２０２ａ間にＯリング２０３により形成されるシール空間（Ｏリング２０３の内周領域）２０５に両通路２０６，２０７を開口させることにより、両通路２０６，２０７をＯリング２０３でシールした状態で連通接続する。また、図６（Ａ）に示す如く、第一及び第二部材２０１，２０２の対向面部２０１ａ，２０２ａが同心の円柱面をなす場合にあっては、対向面部２０１ａ，２０２ａ間に二個のＯリング２０３，２０４を装填して、対向面部２０１ａ，２０２ａ間にＯリング２０３，２０４により形成される環状のシール空間（Ｏリング２０３，２０４間の領域）２０５に両通路２０６，２０７を開口させることにより、両通路２０６，２０７をＯリング２０３，２０４でシールした状態で連通接続する。
特開２００４−４７６５２公報（図２）

ところで、上記した処理装置にあっては、第一部材２０１であるシールケースはその機能，構造上、高い強度が要求されるため、金属材で構成されるが、第二部材２０２であるカバー体については、処理領域に臨むものであることから、一般に、流体との接触による金属イオンの発生や腐食流体との接触による腐食を防止するために、シールケースのような強度が必要とされないこともあって、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の耐食性プラスチック材で構成される。なお、金属製のシールケースについては、金属イオンの発生防止等を考慮して、処理領域の流体やシールガスに接触する部分に耐食性プラスチック材によるコーティングが施される。

而して、第一部材２０１がシールケースのように高強度の金属材で構成されたものであり、第二部材２０２がカバー体のように強度の低いプラスチック材で構成されたものである場合、図５（Ａ）に示す如く一個のＯリング２０３を使用する高圧流体供給装置（以下「第一流体供給装置」という）及び図６（Ａ）に示す如く二個のＯリング２０３，２０４を使用する高圧流体供給装置（以下「第二流体供給装置」という）の何れにおいても、次のような問題が生じる。

すなわち、第一及び第二流体供給装置の何れにおいても、シールガスのような高圧流体２０８を両通路２０６，２０７間で流動させると、シール空間２０５に導入された高圧流体２０８により対向面部２０１ａ，２０２ａにはこれを離間させる方向の押圧力が作用することになり、図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）に示す如く、第一部材２０１に比して強度に劣る第二部材２０２が変形して、対向面部２０１ａ，２０２ａ間が開くことになる。

このため、従来の第一及び第二流体供給装置にあっては、両部材２０１，２０２の変形を考慮しておらず、各Ｏリング２０３，２０４として、通常、Ｈｓ７０以上の硬度を有するものを５〜１５％の圧縮率で使用していることから、上記した如く第二部材２０２が変形して対向面部２０１ａ，２０２ａが開いた場合、図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）に示す如く、Ｏリング２０３（第二流体供給装置にあっては、第二部材２０２の変形量がより大きくなる個所に装填されたＯリング（図６（Ｂ）に示す例ではＯリング２０３））が第二部材２０２の変形に対応して弾性変形し切れず、当該Ｏリング２０３の対向面部２０１ａ，２０２ａへの圧接力（シール力）が減少して、当該Ｏリング２０３によるシール機能が低下したり、極端な場合には喪失してしまう。

その結果、両通路２０６，２０７間の接続部分から流体２０８が漏れ、良好な流体供給を行い得ない。特に、上記した処理装置用シール装置にあっては、カバー体からシールケースへのシールガス供給が十分に行われない場合、密封端面間にこれを非接触に保持するに十分なガス圧力が供給されず、シール機能が低下，喪失して、シール装置としてラビリンスシールに代えて静圧形の非接触形メカニカルシールを使用する意義が消失することになる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、シールガス等の高圧流体を金属製の第一部材とプラスチック製の第二部材との間で第二部材が変形した場合にも漏れを生じることなく良好に流動させることができる高圧流体供給装置を装備し、この高圧流体供給装置を装備することにより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処理装置用シール装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、回転テーブルの駆動部を上端開口状の円筒形状をなすプラスチック製のカバー体で覆ってある処理装置において回転テーブルが配置された処理領域とカバー体内の領域との間を遮蔽すべく設けられる処理装置用シール装置であって、以下のように構成された高圧流体供給装置を装備する静圧形の非接触形メカニカルシールを提案する。

すなわち、本発明の処理装置用シール装置は、
回転テーブルにその回転軸線と同心状に固定された回転密封環と、
カバー体内に配してその上端部分に接触させた状態で駆動部の支持機枠に取り付けられた円筒形状をなす金属製のシールケースと、
回転密封環と同心状をなして当該回転密封環に対向する状態で、シールケースに軸線方向移動可能に保持された静止密封環と、
シールケースと静止密封環との間に介装されて、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、
シールケースに形成した第一ガス通路の上流端部とカバー体を貫通して上方に延びる第二ガス通路の下流端部とを両部材の対向面部において開口すると共に、両通路の開口端部を、Ｈｓ６０以下の硬度を有する非圧縮性弾性材からなる一対のＯリングを５〜４０％の圧縮率で上記対向面部間に装填させることにより、シール状態で連通接続して、第二ガス通路から第一ガス通路へと処理領域より高圧のシールガスを供給させるようにし、カバー体がシールガスにより変形した場合にもＯリングの弾性変形によりその前記対向面部への接触圧が所定のシール機能を確保するに十分なものに維持されるように構成した高圧流体供給装置と、
静止密封環を貫通しており、第一ガス通路の下流端部に接続されて両密封環の対向端面である密封端面間に開口するガス噴出路と、を具備して、
密封端面間を、これにガス噴出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静圧形の非接触形メカニカルシールに構成されたものである。
なお、Ｏリングとしては、フッ素ゴム製のものを使用することが好ましい。

本発明の処理装置用シール装置は、回転テーブル側の回転密封環とカバー体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。また、シールガスの供給ラインの一部（第二ガス通路）を変形し易いカバー体に形成しているにも拘わらず、カバー体が変形した場合にも、所定圧のシールガスを密封端面間に適正に供給することができる。したがって、本発明の処理装置用シール装置を使用することによって、処理領域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。

図１は本発明に係る処理装置用シール装置を装備した処理装置の一例を示す縦断正面図であり、図２及び図３はその要部の拡大図であり、図４は後述する静止密封環の平面図である。この処理装置にあっては、回転テーブル１の駆動部２をプラスチック製の円筒状のカバー体３で覆ってあり、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を使用して適宜の処理（洗浄処理，薬剤処理等）を行う場合に、回転テーブル１が配置された処理領域Ｈとカバー体３内の領域（カバー内領域）Ｌとを本発明に係る処理装置用シール装置４により遮蔽シールして、処理領域Ｈをクリーンに保持するように工夫されている。

駆動部２は、回転テーブル２に連結されて上下方向に延びる回転軸２ａを回転自在に軸受支持するベアリング、回転軸２ａの駆動手段及びこれらをカバー内領域Ｌにおいて支持する支持機枠２ｂを具備するものであり、回転テーブル１を回転駆動するように構成されている。回転テーブル１は、その構成材又はコーティング材として耐薬品性に富むプラスチック（ＰＴＦＥ等）を使用してなるもので、処理領域Ｈに水平に配置された円板等の回転体形状をなすものである。

カバー体３は、図１に示す如く、耐薬品性プラスチック（この例ではＰＴＦＥを使用）で一体成形された上端開口状の円筒形状をなすもので、回転テーブル１の下面側に配置される駆動部２を覆っている。なお、回転テーブル１とカバー体３との間には、必要に応じて、図１に示す如く、適宜のラビリンスシール１ａを設けておくことができる。このようなラビリンスシール１ａを設けておくことにより、後述するシールガス１０のラビリンスシール１ａから処理領域Ｈへの噴出作用と相俟って、処理領域Ｈからカバー内領域Ｌへの薬液等の侵入を有効に防止することができる。

処理装置用シール装置４は、図１及び図２に示す如く、回転テーブル１にその回転軸線と同心状に固定された回転密封環５と、カバー体３内に配して駆動部２の支持機枠２ｂに取り付けられた金属製部材である円筒状のシールケース６と、回転密封環５と同心状をなして回転密封環５に直対向する状態で、シールケース６の内周部に軸線方向移動可能に保持された静止密封環７と、シールケース６と静止密封環７との間に介装されて、静止密封環７を回転密封環５へと押圧附勢するスプリング部材８と、静止密封環７を貫通して両密封環５，７の対向端面である密封端面５ａ，７ａ間に開口するシールガス噴出路９と、シールガス噴出路９にシールガス１０を供給する本発明に係る高圧流体供給装置１１とを具備して、密封端面５ａ，７ａ間を、これにシールガス噴出路９からシールガス１０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Ｈ，Ｌ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である。

シールケース６は、図１及び図２に示す如く、円筒状の密封環保持部６１とそ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６２とからなる金属製（例えば、ＳＵＳ３１２等のステンレス鋼製）の一体構造物である。シールケース６は、密封環保持部６１をカバー体３の上端部分３１に内嵌させると共にスプリング保持部６２をカバー体３の環状段部３２に係合させた状態で、支持機枠２ｂに取り付けられている。

回転密封環５は、静止密封環７の構成材（この例ではカーボン）より硬質の材料（この例では炭化珪素）で成形された円環状体であり、図１に示す如く、回転テーブル１の下面部に固定されている。回転密封環５の下端面は、平滑環状面である密封端面（以下「回転側密封端面」ともいう）５ａとされている。

静止密封環７は、図１に示す如く、上端面を平滑環状面である密封端面（以下「静止側密封端面」ともいう）７ａ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１２，１３を介してシールケース６の内周部（密封環保持部６１の内周部）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。静止側密封端面７ａの外径は回転側密封端面５ａの外径より若干小さく設定されており、静止側密封端面７ａの内径は回転側密封端面５ａの内径より若干大きく設定されている。Ｏリング１２，１３は、静止密封環７の外周部に形成した環状のＯリング溝７１，７２に係合保持されていて、静止密封環７の軸線方向移動を許容する状態でこれとシールケース６との間を二次シールする。また、静止密封環７の下端部には軸線方向に延びる円形孔７３が形成されており、この円形孔７３にシールケース６のスプリング保持部６３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１４を係合させることにより、静止密封環７を、その軸線方向移動を所定範囲で許容しつつ、シールケース６に対して相対回転不能ならしめている。なお、円形孔７３及びこれに係合するドライブピン１４の数は任意であり、必要に応じて複数個設けられる。

スプリング部材８は、図１に示す如く、静止密封環７とその下位のスプリング保持部６２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７を回転密封環５へと押圧附勢するものであり、密封端面５ａ，７ａを閉じる方向に作用する閉力を発生させるものである。

シールガス噴出路９は、図１に示す如く、静止側密封端面７ａに形成された静圧発生溝９１と、シールケース６と静止密封環７との対向周面間に形成された環状空間であって前記Ｏリング１２，１３によってシールされた連通空間９２と、静止密封環７を貫通して連通空間９２から静圧発生溝９１に至る噴出路９３と、噴出路９３の適所に配設された絞り器９４とからなる。

静圧発生溝９１は、静止側密封端面７ａ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９１は、図４に示す如く、静止側密封端面７ａと同心環状をなして並列する複数の円弧状凹溝９１ａで構成されている。噴出路９３の一端部（上流端）は、静止密封環７の外周面におけるＯリング溝７１，７２間に開口されていて、連通空間９２に連通されている。また、噴出路９３の他端部（下流端）は分岐されていて、各分岐部９３ａを、図４に示す如く、静圧発生溝９１を構成する各円弧状凹溝９１ａに開口させてある。絞り器９４はオリフィス，多孔質部材等で構成されたもので、噴出路９３における分岐部９３ａの上流側部分に配設されている。

高圧流体供給装置１１は、図１に示す如く、金属製の第一部材であるシールケース６に形成された第一流体通路たる第一ガス通路１１１と、プラスチック製の第二部材であるカバー体３に形成された第二流体通路たる第二ガス通路１１２と、カバー体３とシールケース６との対向面部（カバー体３の上端部分３１とシールケース６の密封環保持部６１との対向周面部）３１ａ，６１ａ間に圧縮状態で装填された一対のＯリング１１３，１１４と、第二ガス通路１１２へのシールガス１０を供給，停止を行なう供給ガス制御装置（図示せず）とを具備する。

Ｏリング１１３，１１４は、図１及び図２に示す如く、シールケース６の外周部（密封環保持部６１の外周部）６１ａに軸線方向に所定間隔を隔てて並列状に形成された環状のＯリング溝６３，６４に係合保持されている。Ｏリング１１３，１１４は、硬度をＨｓ６０（ＪＩＳスプリング式）以下とした非圧縮性弾性材製のもので、カバー体３とシールケース６との対向面部３１ａ，６１ａ間（正確にはカバー体３の上端部分３１の内周面部３１ａとシールケース６に形成したＯリング溝６３，６４の底面部６３ａ，６４ａとの間）に、圧縮率を５〜４０％とした圧縮状態で装填されていて、カバー体３とシールケース６との対向面部３１ａ，６１ａをシールすると共に、当該対向面部３１ａ，６１ａ間に環状の密閉空間たるシール空間１１５を形成する。この例では、各Ｏリング１１３，１１４の構成材として、耐薬品性等に優れるフッ素ゴムを使用している。

第一ガス通路１１１は、図１及び図２に示す如く、シールケース６の密封環保持部６１を径方向に貫通する貫通孔であり、一端部（上流端）がシール空間１１５に開口されると共に他端部（下流端）がガス噴出路９の連通空間９２に開口されている。第二ガス通路１１２は、図１及び図２に示す如く、カバー体３内を上方向へと延びて上端部分３１の内周面部３１ａに開口する貫通孔であり、一端部（上流端）が供給ガス制御装置のガス供給源（図示せず）に接続されると共に他端部（下流端）がシール空間１１５に開口されている。すなわち、第一及び第二ガス通路１１１，１１２は、Ｏリング１１３，１１４によりシールされたシール空間１１５を介して連通接続された一連の通路を構成しており、この通路１１１，１１２，１１５は連通空間９２を介してガス噴出路９に連通接続されている。

なお、処理領域Ｈの流体及びシールガス１０と接触するシールケース部分、つまり密封環保持部６１の外表面及び第一ガス通路１１１の内表面には、ＰＦＡ，ＰＴＦＥ等の耐薬品性プラスチックによるコーティング層６５が形成されている。

而して、高圧流体供給装置１１によれば、両領域Ｈ，Ｌ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１０が第二ガス通路１１２からシール空間１１５を経て第一ガス通路１１１へと供給され、更に、ガス噴出路９から密封端面５ａ，７ａ間に噴出される。シールガス１０としては、領域Ｈ，Ｌ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。高圧流体供給装置１１によるシールガス１０の供給は、一般に、回転テーブル１の運転中（回転軸２ａの駆動中）において行われ、運転停止後には停止される。回転テーブル１の運転は、シールガス１０の供給が開始された後であって、密封端面５ａ，７ａ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１０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２ａが完全に停止した後に行なわれる。なお、シール条件等によっては、回転テーブル１の発停に拘らず、シールガス１０の供給を継続して行なうこともある。

以上のように構成されたシール装置４によれば、シールガス１０を高圧流体供給装置１１により静圧発生溝９１に供給すると、静圧発生溝９１に導入されたシールガス１０により、密封端面５ａ，７ａ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５ａ，７ａ間に導入されたシールガス１０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５ａ，７ａは、この開力と密封端面５ａ，７ａ間を閉じる方向に作用するスプリング部材８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９１に導入されたシールガス１０は密封端面５ａ，７ａ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５ａ，７ａの外周側領域（処理領域）Ｈとその内周側領域（カバー内領域）Ｌとの間が遮蔽シールされる。なお、シールガス１０の圧力及びスプリング部材８のバネ力（スプリング荷重）は、密封端面５ａ，７ａ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。

したがって、シール装置として上記の如く機能する静圧形の非接触形メカニカルシール４を使用した処理装置（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５とカバー体３内に設けた静止密封環７との対向端面である密封端面５ａ，７ａ間からシールガス１０が両領域Ｈ，Ｌに噴出することから、処理領域Ｈとカバー内領域Ｌとの間が完全に遮断されることになる。また、両密封端面５ａ，７ａはシールガス１０によって非接触状態に保持されるから、密封端面５ａ，７ａ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Ｌで発生する粉塵等が処理領域Ｈに侵入することがなく、処理領域Ｈが清浄に保持される。逆に、処理領域Ｈで生じる処理残渣がカバー内領域Ｌに侵入して、回転軸２ａの駆動系等がトラブルを生じることもない。しかも、処理領域Ｈの流体及びシールガス１０が接触する部分（回転テーブル１、カバー体３、シールケース６、密封環５，７及びＯリング１２，１３，１１３，１１４等）を、すべて、ＰＴＦＥ，炭化珪素，カーボン，フッ素ゴム等の金属イオンを発生しない耐薬品等に優れた材料で構成するか、かかる材料のコーティング層６５で被覆してあるから、金属イオンの発生等を生じず、極めて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。

ところで、シールガス１０として両領域Ｈ，Ｌより高圧の流体（窒素）が使用されることから、カバー体３に形成された第二ガス通路１１２とシールケース６に形成された第一ガス通路１１１との接続部分（シール空間１１５）には、シールガス１０の圧力によって、カバー体３とシールケース６との対向面部３１ａ，６１ａ間を押し広げようとする力が作用し、その結果、図３に示す如く、金属製のシールケース６に比して強度的に劣るプラスチック製のカバー体３が変形して、Ｏリング１１３，１１４を挟圧しているカバー体３の上端部分３１とシールケース６の密封環保持部６１との対向面部３１ａ，６１ａ間が開いてしまうことになる。

しかし、Ｏリング１１３，１１４として、硬度及び圧縮率を上記した如く設定したものを使用することによって、カバー体３が変形した場合にも、図３に示す如く、カバー体３の変形による開き量δに応じてＯリング１１３，１１４がその変形方向（カバー体３の外径方向）に膨出すべく弾性変形して、Ｏリング１１３，１１４の前記対向面部３１ａ，６１ａへの接触圧（正確には、Ｏリング１１３については対向面部３１ａ，６３ａへの接触圧であり、Ｏリング１１４については対向面部３１ａ，６４ａへの接触圧である）が所定のシール機能を確保するに十分なものに維持される。

したがって、カバー体３が変形した場合にも、第二ガス通路１１２から第一ガス通路１１１へのシールガス１０の供給が漏れを生じることなく良好に行われ、適正圧のシールガス１０が静圧発生溝９１に導入されることになる。その結果、密封端面５ａ，７ａ間が適正な非接触状態に保持されることになり、シール装置４によるシール機能が良好に発揮されて、これによるコンタミネーション防止対策に万全を期することができる。

ところで、Ｏリング１１３，１１４の硬度及び圧縮率は、シールガス１０の圧力つまりカバー体３の変形量に応じて、上記範囲において適宜に設定されるが、カバー体３の変軽量（カバー体３とシールケース６との対向面部の開き量）は、図３に示す如く、下側のＯリング１１４が装填されている個所において小さく、上側のＯリング１１３が装填されている個所において大きいことから、Ｏリングの硬度，圧縮率は、上側のＯリング１１３が装填されている個所における変形量（開き量）δを基準として設定する。この変形量δ（ｍｍ）とガス通路１１１，１１２に供給されるシール流体圧力（シールガス１０の圧力）との関係を実験により確認したところ、図５に示す通りであったが、流体圧力による変形量δの多少に拘わらず、上記した硬度，圧縮率のＯリング１１３，１１４によれば、両ガス通路１１１，１１２間からガス漏れは全く生じなかった。この実験は、Ｏリング１１３，１１４としてフッ素ゴム製のものを使用すると共に、カバー体３として、上端部分３１の厚みＭが１４ｍｍ，長さＮが５５ｍｍのＰＴＦＥ製のものを使用して、このカバー体３の上端部分３１にシールケース６の密封環保持部６１を０．１ｍｍの間隙を有して嵌合させた形態で行ったものである。

なお、本発明に係る処理装置用シール装置４及び高圧流体供給装置１１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。

例えば、上記した例では、シール装置を、シールガス１０による静圧のみによって密封端面５ａ，７ａ間を非接触状態に保持する静圧形の非接触形メカニカルシール４に構成したが、図６に示す如く、密封端面５ａ，７ａ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複合形の非接触形メカニカルシール１０４に構成しておいてもよい。

すなわち、図６に示す処理装置用シール装置たる複合形の非接触形メカニカルシール１０４にあっては、一方の密封端面である回転密封環５の密封端面（回転側密封端面）５ａに動圧発生溝１９を形成して、この動圧発生溝１９により密封端面５ａ，７ａ間に動圧を発生させるように構成してある。動圧発生溝１９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１９を、図７及び図８に示す如く、回転側密封端面５ａにおける静圧発生溝９１に対向する部位から外径方向であって且つ回転密封環５の回転方向（イ方向）と逆方向に傾斜状に延びる第一グルーブ部分２０ａと内径方向且つ回転密封環５の回転方向（イ方向）と逆方向に傾斜状に延びる第二グルーブ部分２０ｂとからなる複数のグルーブ２０が密封端面５ａ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２０は１〜１０μｍの浅い深さ一定の溝であり、その最外径側端部（第一グルーブ部分２０ａの外径側端部）及び最内径側端部（第二グルーブ部分２０ｂの内径側端部）は、両密封端面５ａ，７ａの重合領域内に位置されている。すなわち、図７に示す如く、動圧発生溝１９の内外径Ｅ，Ｆは、静止密封環７の密封端面（静止側密封端面）７ａの外径（≦回転側密封端面５ａの外径）Ａ及びその内径（≧回転側密封端面５ａの内径）Ｄ並びに静圧発生溝９１（円弧状凹溝９１ａ）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−Ｄ）≦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２０は、図８（Ａ）に示す如く、第一グルーブ部分２０ａと第二グルーブ部分２０ｂとが基端部で一致する略く字状をなすものとするか、同図（Ｂ）に示す如く、第一グルーブ部分２０ａと第二グルーブ部分２０ｂ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。

このような複合形の非接触形メカニカルシール１０４によれば、密封端面５ａ，７ａ間にシールガス１０による静圧に加えて動圧発生溝１９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５ａ，７ａ間を非接触状態に保持する。したがって、シールガス１０による静圧によっては密封端面５ａ，７ａ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に比して、シールガス１０による静圧によってシールガス１０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１９を密封端面５ａ，７ａの重複領域外に開放されていないため、各グルーブ２０の最内径側端部及び最外径側端部が、密封端面５ａ，７ａ間に導入されたシールガス１０に対する堰として機能することになると共に、密封端面５ａ，７ａ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５ａ，７ａ間に導入されたシールガス１０の処理領域（被密封ガス領域）Ｈ側への漏れ量が抑制されて動圧発生溝１９によるシールガス１０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１０の消費量を低減でき、万一、シールガス１０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。

なお、図６に示されたシール装置１０４の構成は、上記した構成（動圧発生溝１９を設けた点）を除いて、図１に示されたシール装置４と同一である。

ところで、図６に示されたシール装置１０４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２ａ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１９を回転密封環５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１９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、回転側密封端面５ａ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一動圧発生溝と第二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５が正転方向に回転するときには第一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５が逆転方向に回転するときには第二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。各第一及び第二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。

また、回転密封環５は、回転軸２ａ以外の回転側部材（例えば、回転テーブル１）に設ける他、回転軸２ａ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７をシールケース６に固定し、回転密封環５を回転側部材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も可能である。

また、本発明に係る高圧流体供給装置１１は、上記した処理装置用シール装置４，１０４におけるシールガス１０の供給手段として適用される他、金属製部材（第一部材）とプラスチック製部材（第二部材）との間でガス等の高圧流体を流動させる場合において、プラスチック製部材が変形してＯリングによるシール機能が低下，喪失する虞れがある場合に、例外なく好適に適用することができる。また、上記した高圧流体装置１１は図１０に示す第二流体供給装置のように二個のＯリング１１３，１１４を使用するものであるが、第一及び第二部材の形状によっては、図９に示す第一流体供給装置のように、一個のＯリングを使用するものに構成することができる。

本発明に係る処理装置用シール装置を装備した処理装置の一例を示す縦断正面図である。 図１の要部の拡大図である。 カバー体が変形した状態を示す図２相当の縦断正面図である。 当該シール装置における要部（静止密封環）を示す平面図である。 当該シール装置におけるシールガス圧力とカバー体の変形量（開き量）との関係を示すグラフである。 本発明に係る処理装置用シール装置の変形例を示す図２相当の縦断側面図である。 図６の要部の拡大図である。 当該シールにおける要部（回転密封環）を示す半截平面図である。 第一流体供給装置を示す要部の縦断正面図である。 第二流体供給装置を示す要部の縦断正面図である。

符号の説明

３ カバー体（第二部材）
４ 処理装置用シール装置（静圧形の非接触形メカニカルシール）
５ 回転密封環
５ａ 回転側密封端面
６ シールケース（第一部材）
７ 静止密封環
７ａ 静止側密封端面
８ スプリング部材
９ シールガス噴出路
１０ シールガス（高圧流体）
３１ａ 対向面部
６１ａ 対向面部
６３ａ 対向面部
６４ａ 対向面部
１０４ 処理装置用シール装置（複合形の非接触形メカニカルシール）
１１１ 第一ガス通路（第一流体通路）
１１２ 第二ガス通路（第二流体通路）
１１３ Ｏリング
１１４ Ｏリング
Ｌ カバー内領域
Ｈ 処理領域

Claims (2)

1. 回転テーブル（１）の駆動部（２）を上端開口状の円筒形状をなすプラスチック製のカバー体（３）で覆ってある処理装置において回転テーブル（１）が配置された処理領域（Ｈ）とカバー体（３）内の領域（Ｌ）との間を遮蔽すべく設けられるシール装置であって、
   回転テーブル（１）にその回転軸線と同心状に固定された回転密封環（５）と、
   カバー体（３）内に配してその上端部分（３１）に接触させた状態で駆動部（２）の支持機枠（２ｂ）に取り付けられた円筒形状をなす金属製のシールケース（６）と、
   回転密封環（５）と同心状をなして当該回転密封環（５）に対向する状態で、シールケース（６）に軸線方向移動可能に保持された静止密封環（７）と、
   シールケース（６）と静止密封環（７）との間に介装されて、静止密封環（７）を回転密封環（５）へと押圧附勢するスプリング部材（８）と、
   シールケース（６）に形成した第一ガス通路（１１１）の上流端部とカバー体（３）を貫通して上方に延びる第二ガス通路（１１２）の下流端部とを両部材（３，６）の対向面部（３１ａ，６１ａ）において開口すると共に、両通路（１１１，１１２）の開口端部を、Ｈ６０以下の硬度を有する非圧縮性弾性材からなる一対のＯリング（１１３，１１４）を５〜４０％の圧縮率で上記対向面部（３１ａ，６１ａ）間に装填させることにより、シール状態で連通接続して、第二ガス通路（１１２）から第一ガス通路（１１１）へと処理領域（Ｈ）より高圧のシールガス（１０）を供給させるようにし、カバー体（３）がシールガス（１０）により変形した場合にもＯリング（１１３，１１４）の弾性変形によりその前記対向面部（３１ａ，６１ａ）への接触圧が所定のシール機能を確保するに十分なものに維持されるように構成した高圧流体供給装置と、
   静止密封環（７）を貫通しており、第一ガス通路（１１１）の下流端部に接続されて両密封環（５，７）の対向端面である密封端面（５ａ，７ａ）間に開口するガス噴出路（９）と、を具備して、
   密封端面（５ａ，７ａ）間を、これにガス噴出路（９）からシールガス（１０）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（Ｈ，Ｌ）間を遮蔽シールする非接触形メカニカルシールに構成されていることを特徴とする処理装置用シール装置。
2. 前記Ｏリング（１１３，１１４）がフッ素ゴム製のものであることを特徴とする、請求項１に記載する処理装置用シール装置。