| 【発明の名称】 |
高圧容器装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】上原 一浩
【氏名】西本 武雄
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| 【要約】 |
【課題】簡便な方法により処理室への試料の取り入れ、取り出しが可能で、密閉性が確実で、且つ、蓋の開閉に伴い発生する粉塵が処理室内へ進入しないようにした高圧容器装置を提供すること。
【解決手段】少なくとも軸方向一端が開口部４とされ且つ内部に処理室５を有した筒状の高圧容器部６と、前記開口部４を開閉自在に閉塞する蓋部７と、前記容器部６と蓋部７とのシールを行うシール部８とを具備した高圧容器装置において、前記シール部８から発生する粉塵を前記処理室５へ侵入させない防塵手段９を有する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 少なくとも軸方向一端が開口部とされ且つ内部に処理室を有した筒状の高圧容器部と、前記開口部を開閉自在に閉塞する蓋部と、前記容器部と蓋部とのシールを行うシール部とを具備した高圧容器装置において、前記シール部から発生する粉塵を前記処理室へ侵入させない防塵手段を有することを特徴とする高圧容器装置。
【請求項２】 前記容器部と蓋部は、前記処理室の径外方域において軸方向に当接する当接部を有し、前記防塵手段は、前記当接部の何れか一方に前記処理室を囲むように設けられた凹部を有し、前記凹部に軸方向移動可能に移動部材が収納され、前記シール部は、前記移動部材の外周面と前記凹部の内周面との間をシールする軸シール部材と、前記移動部材の軸方向端面と前記他方の当接部との間をシールする面シール部材とからなることを特徴とする請求項１記載の高圧容器装置。
【請求項３】 前記面シール部材よりも軸シール部材の径の方が大きいことを特徴とする請求項２記載の高圧容器装置。
【請求項４】 前記凹部の底面と移動部材との間に、前記処理室に充填されるプロセス流体を透過可能とするスペーサが介在されていることを特徴とする請求項２又は３記載の高圧容器装置。
【請求項５】 前記防塵手段は、前記処理室と前記シール部とを隔離すると共に、前記処理室に充填されるプロセス流体は透過可能とするが、前記粉塵は透過不能とする隔離部を有することを特徴とする請求項１記載の高圧容器装置。
【請求項６】 前記隔離部は、前記処理室を前記シール部が存する側と反シール部側とに二分するプレートを有し、該プレートの外周面と処理室内面との間に前記プロセス流体は透過可能とするが前記粉塵は透過不能とするラビリンスシールが設けられ、前記処理室からラビリンスシールを通過してきたプロセス流体を外部に排出する排出通路が設けられていることを特徴とする請求項５記載の高圧容器装置。
【請求項７】 前記プレートは、前記蓋部の内面に当接して設けられ、前記プレートと蓋部との当接部に前記排出通路が設けられていることを特徴とする請求項６記載の高圧容器装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱間等方圧プレス処理、高圧ガス酸化（または窒化）処理、超臨界ガスまたは液化ガス抽出装置等に使用される高圧容器装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】これまでの加圧処理装置では、蓋の開閉操作を簡便にするため、例えば、特開平３−１３５４０２号公報、特開平８−１４１３０７号公報に示すような蓋開閉部のシール構造が用いられてきた。このシール構造は、所謂「軸シール構造」といわれ、内部に処理室を有する中空円筒状高圧容器の開口部を密閉する蓋に、雄円筒面を形成し、該蓋の円筒面外周にＯリング等を装着して、高圧容器処理室の密閉を図るものであった。
【０００３】しかし、前記軸シール構造では、Ｏリングを装着した嵌め合い部に、蓋の開閉に伴う軸合わせのためのガイド機能を付与するため、蓋の開閉時に、Ｏリング摺動に伴うＯリングの摩耗カスが発生し、該カスが粉塵となって処理室内へ侵入するという問題があった。前記従来の軸シール構造を有した高圧容器を、例えば、特開平９−２３２２７１号公報に記載のような半導体ウエハの洗浄装置に用いた場合、前記粉塵が極めて悪影響を及ぼすことになる。
【０００４】即ち、シリコンウエハなどの半導体処理においては、処理過程において、パーテイクルと呼称される１ミクロン以下の大きさの粉塵類の処理品への付着が、ウエハ面に形成された電子回路パターンの健全性を損なうことから、このような粉塵類が発生しない若しくは発生しにくい構造の装置が必要となる。そこで、前記軸シール構造の欠点を改良したものとして、例えば、特開平９−３０３５５７号公報や特開平１１−３０３９９８号公報に記載のものが提案されている。
【０００５】この従来のものは、シール装置に「リング（環状）部材」を用いて、所謂「面シール構造」を採用することにより、前記従来の「軸シール構造」の欠点を解消しようとするものであった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前記特開平９−３０３５５７号公報や特開平１１−３０３９９８号公報に記載のものは、「面シール構造」を採用しているが、依然として「軸シール構造」が処理室内面に当接するように設けられているため、軸シール部で発生する粉塵が処理室内へ侵入するおそれがあり、より高レベルで処理室内への粉塵侵入防止を図ることが困難であった。そこで、本発明の目的とするところは、簡便な方法により処理室への試料の取り入れ、取り出しが可能で、密閉性が確実で、且つ、蓋の開閉に伴い発生する粉塵が処理室内へ進入しないようにした高圧容器装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため、本発明は、次の手段を講じた。即ち、本発明の特徴とするところは、少なくとも軸方向一端が開口部とされ且つ内部に処理室を有した筒状の高圧容器部と、前記開口部を開閉自在に閉塞する蓋部と、前記容器部と蓋部とのシールを行うシール部とを具備した高圧容器装置において、前記シール部材から発生する粉塵を前記処理室へ侵入させない防塵手段を有する点にある。より具体的には、前記容器部と蓋部は、前記処理室の径外方域において軸方向に当接する当接部を有し、前記防塵手段は、前記当接部の何れか一方に前記処理室を囲むように設けられた凹部を有し、前記凹部に軸方向移動可能に移動部材が収納され、前記シール部は、前記移動部材の外周面と前記凹部の内周面との間をシールする軸シール部材と、前記移動部材の軸方向端面と前記他方の当接部との間をシールする面シール部材とからなるのが好ましい。
【０００８】このような構成により、軸シール部材から発生する粉塵は、凹部内に留まり、処理室内へ進入するのが防止される。前記面シール部材よりも軸シール部材の径の方を大きくすることにより、シールが確実になる。また、シールをより確実に行うために、前記凹部の底面と環状部材との間に、前記処理室に充填されるプロセス流体を透過可能とするスペーサを介在するのが好ましい。このようなスペーサを介在することにより、面シール部材の圧接をより確実にする。
【０００９】更に、前記防塵手段は、前記処理室と前記シール部とを隔離すると共に、前記処理室に充填されるプロセス流体は透過可能とするが、前記粉塵は透過不能とする隔離部を有する構成とすることができる。この構成によれば、加圧処理中に処理室にプロセス流体を流すことにより、粉塵は、処理室に侵入するのが防止される。前記隔離部は、前記処理室を前記シール部が存する側と反シール部側とに二分するプレートを有し、該プレートの外周面と処理室内面との間に前記プロセス流体は透過可能とするが前記粉塵は透過不能とするラビリンスシールが設けられ、前記処理室からラビリンスシールを通過してきたプロセス流体を外部に排出する排出通路が設けられているのが好ましい。
【００１０】前記プレートは、前記蓋部の内面に当接して設けられ、前記プレートと蓋部との当接部に前記排出通路が設けられているのが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。図１に示すものは、熱間等方圧プレス処理（以下、「ＨＩＰ処理」という）に用いられる装置であり、このＨＩＰ装置は、高圧容器装置１と、この高圧容器装置１の内圧を担持するための窓枠状フレーム装置２とを有する。この窓枠状フレーム装置２の開口３内に、前記高圧容器装置１が出入り自在とされている。前記高圧容器装置１は、少なくとも軸方向一端が開口部４とされ且つ内部に処理室５を有した筒状の高圧容器部６と、前記開口部４を開閉自在に閉塞する蓋部７と、前記容器部６と蓋部７とのシールを行うシール部８と、該シール部８から発生する粉塵を前記処理室５へ侵入させない防塵手段９とを有する。
【００１２】この実施の形態では、前記高圧容器部６は、軸方向の両端が開口部４とされ、円筒断面に形成されている。即ち、開口部４は、上開口部４ａと下開口部４ｂとからなる。そして高圧容器部６の両端面は、軸心に直角な平坦面に形成されている。前記蓋部７は、前記上開口部４ａを開閉自在に施蓋する上蓋部７ａと、下開口部４ｂを開閉自在に施蓋する下蓋部７ｂとからなる。上蓋部７ａの上面と下蓋部７ｂの下面が、前記窓枠状フレーム装置２の開口３の上下内面に当接可能とされている。
【００１３】前記上蓋部７ａの下面には、上開口部４ａの内面に嵌合する突出部１０が段状に形成され、該突出部１０と上開口部４ａ内面との間に軸シール構造のＯリング等からなるシール部材１１が介在されている。この上蓋部７ａは、上開口部４ａを常時閉じており、通常は開閉操作されることはないので、前記シール部材１１から摩耗カスが発生することはない。この上蓋部７ａには、処理室５内へプロセス流体を供給するためのガス通路１２が形成されている。前記下蓋部７ｂの上面には、被処理物載置台１３が設けられ、該載置台１３上に被処理物１４が載置される。そして、処理室５内には、前記被処理物１４を囲うように加熱装置１５と断熱装置１６が設けられている。
【００１４】前記高圧容器装置１を窓枠状フレーム装置２の開口３から取り出して、高圧容器部６と下蓋部７ｂとを軸方向（上下方向）に相対移動させることにより、被処理物１４を取り出し可能としている。図２に示すように、前記下蓋部７ｂは、上下面が平行な平坦面とされた円盤状に形成され、該上面が高圧容器部６の下端面に面当接している。即ち、高圧容器部６と下蓋部７ｂは、処理室５の径外方域において軸方向に当接する当接部１７を有する。
【００１５】前記下蓋部７ｂの当接部１７に、前記処理室５を囲むように環状の凹部１８が設けられている。この凹部１８は、前記高圧容器部６の軸心と同心のリング状に形成され、上方に向かって開口している。前記凹部１８に軸方向移動可能に移動部材１９が収納されている。この移動部材１９は円環状に形成され、移動部材１９に前記シール部８が設けられている。このシール部８は、移動部材１９の外周面と環状凹部１８の内周面間をシールする軸シール部材２０と、移動部材１９の上面と高圧容器部６の下端面の当接部１７間をシールする面シール部材２１とから成る。
【００１６】即ち、移動部材１９の外周面にシール部材嵌合溝２２が凹設され、該嵌合溝２２にＯリングなどからなる軸シール部材２０が嵌合されている。また、移動部材１９の上面にシール部材嵌合用溝２３が凹設され、該嵌合溝２３にＯリング等からなる面シール部材２１が嵌合されている。そして前記面シール部材２１の直径Ｄｆよりも、軸シール部材２０の直径Ｄｓの方が大きくされている。前記構成の本発明の実施の実施の形態によれば、被処理物１４を収納した高圧容器装置１をフレーム装置２の開口３内にセットし、ガス通路１２からプロセス流体を供給して加圧処理するとき、高圧容器部６の処理室５内の圧力が高くなるにつれて上蓋部７ａと下蓋部７ｂに作用する容器軸方向荷重が増大し、結果として窓枠状フレーム装置２は上下方向に伸びる。
【００１７】その結果、高圧容器装置１から見ると、窓枠状フレーム装置２の伸びに相当する分だけ、上蓋部７ａは上方へ、下蓋部７ｂは下方へ移動することになる。このとき、図３に示すように、高圧容器部６の下端面の当接部１７と、下蓋部７ｂの上面の当接部１７との間に隙間が生じるが、本発明によれば、移動部材１９が軸方向に移動可能であるので、処理室５内の圧力が移動部材１９の下端面に作用し、移動部材１９を上方に移動させ、上面の面シール部材２１は常に高圧容器部６下端面の当接部１７に圧接することになり、シールが確保される。
【００１８】即ち、高圧容器部６の内部に高圧力が発生した場合、軸シール部材２０には、その外径Ｄｓに応じた上向きの押し上げ力が作用する。一方、面シール部材２１については、その外径Ｄｆに応じた下向きの押し付け力が作用することになるが、Ｄｓ＞Ｄｆの関係にあるため、常に上向きの押し上げ力が大きくなる。具体的には、移動部材１９には、高圧容器部６の内部の圧力が外部よりＰ（ＭＰａ）だけ高くなっていると仮定すると、軸シール部材２０の外径Ｄｓと面シール部材２３の外径Ｄｆとに相当する受圧断面積の差、即ち、Ｐ×π（Ｄｓ2−Ｄｆ2）／４の荷重が常に上向きに作用することになり、この上向きの力が移動部材１９を押し上げ、面シール部材２１を常に高圧容器部６の当接部１７に密着させることになる。
【００１９】而して、下蓋部７ｂの開閉操作時及び加圧処理中において、軸シール部材２０は上下方向の動きで若干の摩耗カスを発生させるが、この軸シール部材２０は、処理室５の径外方域に形成された環状の凹部１８内に設けられているため、摩耗カスが、処理室内へ侵入するおそれは極めて少なくなる。なお面シール部材２１は、下蓋部７ｂの開閉操作時及び加圧処理中において、摺動することがないので、摩耗カスの発生は生じない。従って、前記環状の凹部１８が本発明の防塵手段９を構成していることになる。
【００２０】なお、上蓋部７ａは通常開閉操作しないので、摩耗カスの発生は殆ど生じないが、加圧処理中に相対移動しないように高圧容器部６に固定してもよく、または、下蓋部７ｂと同じシール構造を採用することも可能である。また、シール部材１１，２０，２１はＯリングに限定されものではない。図４に示すものは、本発明の他の実施の形態であり、前記凹部１８の底面と移動部材１９の下面との間に、前記処理室５に充填されるプロセス流体を透過可能とするスペーサ２４を介在させたものである。このスペーサ２４は具体的には、弾性体から構成されている。このスペーサ２４により、処理室５内の内圧が移動部材１９の下面に作用し易くなり、押し上げ力が確実に作用することになる。
【００２１】また、このスペーサ１９を弾性部材から構成すれば、移動部材１９が移動しても、凹部１８底面と移動部材１９下面の間を塞いでいるので、軸シール部材２２の摩耗カスの凹部１８からの漏れ出しが防止され、防塵効果を高めることになる。図５に示すものは、本発明の他の実施の形態であり、環状の凹部１８の内周側壁部が取り除かれたものである。このような単なる凹部であっても防塵手段９として機能する。
【００２２】この場合、移動部材１９は、円環状に限らず円盤状であってもよい。しかし、円盤状の場合は、移動部材１９の下面側に内圧が作用するように、該移動部材１９に上下方向に貫通する連通孔を設ける必要がある。図６に示すものは、本発明の他の実施の形態であり、高圧容器部６の下面の当接部１７に環状の凹部１８が形成され、該凹部１８に移動部材１９が上下方向移動可能に収納されている。この移動部材１９の下方への抜け出しを防止するストッパー２５が設けられている。
【００２３】図７に示すものは、本発明の他の実施の形態であり、上蓋部７ａと下蓋部７ｂのシール部８が共に軸シール構造とされ、そして、前記防塵手段９が、前記処理室５と下蓋部７ｂのシール部８とを隔離すると共に、前記処理室５に充填されるプロセス流体は透過可能とするが、前記粉塵は透過不能とする隔離部２６により構成されている。即ち、下蓋部７ｂの上面に、処理室５内面に嵌合する突出部２７が段状に形成され、該突出部２７にＯリング等からなる軸シール部８が嵌合されている。この下蓋部７ｂに、処理室５内のプロセス流体を外部に排出する排出孔２８が形成されている。排出孔２８の一端は、前記突出部２７の上面で軸心部に開口している。の図８，９に示すように、前記隔離部２６は、前記処理室５を前記シール部８が存する側と反シール部側とに二分する円盤状のプレート２９により構成されている。該プレート２９は、下蓋部７ｂの上面に当接して設けられている。図示省略しているが、このプレート２９の上面に被処理物が載置される。
【００２４】該プレート２９の外周面と処理室５内面との間に前記プロセス流体は透過可能とするが前記粉塵は透過不能とするラビリンスシール３０が設けられている。即ち、円盤状プレート２９の外周面に周溝が軸方向に複数個設けられ、ラビリンスシール３０を構成している。前記プレート２９の下面と下蓋部７ｂ上面の間に、前記処理室５からラビリンスシール３０を通過してきたプロセス流体を外部に排出する排出通路３１が設けられている。この実施の形態では、プレート２９下面に形成された放射状の溝によって排出通路３１が形成され、該排出通路３１と、前記下蓋部７ｂに形成された排出孔２８とが連通している。
【００２５】図１０〜１２に基づき、前記実施の形態の作用を説明する。プレートの上面に被処理物を載置し（図示省略）、下蓋部７ｂを上昇させて高圧容器部６の下開口部４ｂに嵌合する。下蓋部７ｂが嵌合されるとき、軸シール部８が高圧容器部６の下開口部４ｂ内面を摺動するため、摺動に伴うシール部８の摩耗カスが粉塵（パーテイクル）３２となる。この粉塵３２は、プレート２９のラビリンスシール３０やプレート２９下面の排出通路３１にトラップされる（図１１参照）。
【００２６】下蓋部７ｂが完全に高圧容器部６に嵌合された後、高圧容器装置１は窓枠状フレーム装置２の開口３内に収納され、ガス通路１２から処理室５内にプロセス流体（高温高圧の流体、例えば、超臨界状態の二酸化炭素）が供給される。高圧容器部６の処理室５内がほぼプロセス流体で満たされた後、ガス通路１２からプロセス流体が流入し続けるのと同時に、下蓋部７ｂの排出孔２８からプロセス流体が排出され、超臨界処理が進行する。前記処理において、下蓋部７ｂの装着の際に発生し、プレート２９のラビリンスシール３０やプレート２９下面の排出通路３１にトラップした粉塵３２は、プロセス流体の排出に伴って、高圧容器部６の外部に排出され、処理室５内へ侵入するおそれがない（図１２参照）。
【００２７】尚、本発明は、前記実施の形態に示すものに限定されるものではなく、例えば、軸シール部材は孔側に設けてもよく、面シール部材は当接部側に設けてもよく、また、排出通路は下蓋部の上面に形成してもよい。また、本発明は、ＣＩＰ装置等にも適用できるものである。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、簡便な方法により処理室への試料の取り入れ、取り出しが可能で、密閉性が確実で、且つ、蓋の開閉に伴い発生する粉塵が処理室内へ進入しないようにすることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１１９９
【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所
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| 【出願日】 |
平成１３年６月１日（２００１．６．１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６１７４５
【弁理士】
【氏名又は名称】安田 敏雄
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| 【公開番号】 |
特開２００２−３６１０６７（Ｐ２００２−３６１０６７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年１２月１７日（２００２．１２．１７） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−１６７３４７（Ｐ２００１−１６７３４７） |
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