特開 2023-10480 ゴム０－リングシールとバックアップリングシールとを一体化したあり溝適合超低ガス透過率複合シール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023010480

(43)【公開日】2023-01-20

(54)【発明の名称】ゴム０－リングシールとバックアップリングシールとを一体化したあり溝適合超低ガス透過率複合シール

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/10 20060101AFI20230113BHJP

【ＦＩ】

F16J15/10 T

F16J15/10 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】書面

(21)【出願番号】P 2021132080

(22)【出願日】2021-07-07

(71)【出願人】

【識別番号】509083692

【氏名又は名称】株式会社ＥＭ応用技術研究所

(72)【発明者】

【氏名】三木 正晴

【テーマコード（参考）】

3J040

【Ｆターム（参考）】

3J040AA01

3J040CA02

3J040EA16

3J040FA05

3J040HA05

(57)【要約】      （修正有）

【課題】ゴム０－リングシールの取扱い性を損なうことなくそのシール性能を向上させるバックアップリングシールとゴム０－リングシールとを一体化した溝適合超低ガス透過率複合シールを提供する。
【解決手段】ゴム０－リングシール２０３とバックアップリングシール１０３のように、バックアップリングシール１０３の凹部をあり溝形状とし、バックアップリングシール１０３とゴム０－リングシール２０３とが構造上で一体化するようにしたあり溝適合超低ガス透過率複合シール。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

密着可能な一定幅かつ一定厚の長尺材の表面の長さ方向に一定形状の凹部を全長に施したバックアップリングシールとその凹部に密着する凸部をもつゴムＯ－リングシールとを一体化したあり溝適合超低ガス透過率複合シール

【請求項2】

密着可能な一定幅かつ一定厚の長尺材の両側の表面の長さ方向に一定形状の凹部を全長に施したバックアップリングシールとその片側の凹部に密着する凸部をもつゴムＯ－リングシールとを一体化したあり溝適合超低ガス透過率複合シール

【請求項3】

請求項１記載のゴム０－リングシールと密着するバックアップリングシールにおいてバックアップリングシールの凹部の形状があり溝形状になっているあり溝適合超低ガス透過率複合シール

【請求項4】

請求項１あるいは請求項２あるいは請求項３記載のあり溝適合超低ガス透過率複合シールを用いた成膜装置

【請求項5】

請求項１あるいは請求項２あるいは請求項３記載のあり溝適合超低ガス透過率複合シールを用いたエキシマレーザ装置

【請求項6】

請求項１あるいは請求項２あるいは請求項３記載のあり溝適合超低ガス透過率複合シールを用いた分析装置

【請求項7】

請求項１あるいは請求項２あるいは請求項３記載のあり溝適合超低ガス透過率複合シールを用いた真空チャンバー

【請求項8】

請求項１あるいは請求項２あるいは請求項３記載のあり溝適合超低ガス透過率複合シールを用いた密封チャンバー

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ゴム０－リングシールの取扱い性を損なうことなくそのシール性能を向上させるバックアップリングシールとゴム０－リングシールとを一体化したあり溝適合超低ガス透過率複合シールに関するものである。

【背景技術】

【0002】

半導体製造装置、あるいは、分析装置等の真空を利用する機器において、メタルシールと比べて、その取扱い性が容易であること、価格が安価であること、相手シール面と馴染みやすいこと、相手シール面との熱膨張率の違いによるシール面の変位に強いこと等から、ゴム０－リングシールを利用している場合が多々あるが、近年の半導体製造プロセスにおける更なる微細化、あるいは、計測や分析における更なる高精度化等のために、ゴム０－リングシールの内部を拡散透過する大気中の酸素ガスや水成分ガスあるいはゴム０－リングシール自身から放出される高分子量ガスが、真空チャンバー内環境を仕様内に維持する障害となってきている。即ち、その仕様を達成するには、ゴム０－リングシール装着部分のメタルシール化への設計変更、あるいは、真空チャンバー内へ導入するプロセスガス量や被測定ガス量または真空チャンバー内ガスを排気する真空ポンプの排気速度を増大させること等が必要になってきている。また、真空装置ではないが、チャンバー内のあるガス分子の解離と結合によりレーザ発光させるエキシマレーザにおいても、チャンバー内へ侵入する酸素ガスや水成分ガス等を如何に抑制するかがレーザ出力安定の課題になっている。

【先行技術文献】

【0003】

このような問題を解決するために、特願２０１９－１４４０３４では、ゴム０－リングシール溝内に収まる形状のバックアップリングシールをゴム０－リングシールの外周側あるいは内周側に配し、チャンバー部材表面とシール表面間におけるシール性能はゴム０－リングシールで従来通りに実現し、ゴム０－リングシールの内部を拡散透過するガス量の低減は、バックアップリングシールをゴム０－リングシールの場合よりガス透過率が十分低い材質とし、しかもその表面とチャンバー部材表面間におけるシール性能をゴム０－リングシールの悪くとも１０～３０％程度はあるような表面状態にすること、更にはゴム０－リングシールとの接触面になる表面は充分にシール可能な表面状態であることにより、両シールを密着させた複合シールとし、全体でシール性能を向上させる事を提案している。また、特願２０１９－２３９７１５では安価に製造できるバックアップリングシールの形状を更には特願２０２０－１００４６９では複雑な形状のゴム０－リングシール溝に対応可能な組み合わせ形状のバックアップリングシールを提案している。

【文献】

【0004】

【出願特許文献１】

特願２０１９－１４４０３４

【出願特許文献２】

特願２０１９－２３９７１５

【出願特許文献３】

特願２０２０－１００４６９

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

出願特許文献１では、ゴム０－リングシールのガス透過率を低減するためのバックアップリングシールのキーポイントを説明しその要件を満たすバックアップリングシールの例を図示しているが、その製造方法には言及していない。また、出願特許文献２では、シート材から成形可能な長尺形状のバックアップリングシールを安価で製造できる形状として提案しているが、短い曲率の円弧形状には対応できない。出願特許文献３では、短い曲率の円弧を含む複雑なゴム０－リングシール溝形状のゴム０－リングシール用のバックアップリングシールを組み合わせ型で対応する事を安価で製造する手段として提案している。しかしながら、それらはシール溝断面形状が一般的な矩形断面形状の場合を想定したもので、半導体製造装置等でシール部の開閉時のゴム０－リングシールの粘着防止等のために用いられているあり溝断面形状の場合には適用しにくい不都合がある。本発明はこの不都合を解消するあり溝適合超低ガス透過率複合シールに関するものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、特願２０１９－１４４０３４から引用した本特許図１に示すバックアップリングシール１００、即ち、溝内に収まる形状のバックアップリングシール１００をゴム０－リングシール２００の外周側に配し、真空チャンバー表面３００とシール表面間におけるシール性能はゴム０－リングシール２００で従来通りに実現し、ゴム０－リングシール２００の内部を拡散透過するガス量の低減はバックアップリングシール１００をゴム０－リングシール２００の場合よりガス透過率が十分低い材質とし、しかもその表面と真空チャンバー表面３００間におけるシール性能をゴム０－リングシール２００の悪くとも１０～３０％程度はあるような表面状態にすること、更にはゴム０－リングシール２００との接触面になる表面は充分にシール可能な表面状態であることにより、両シールを密着させた複合シールとして、全体でシール性能を向上させるためのバックアップリングシール１００とゴム０－リングシール２００とを一体化した超低ガス透過率複合シールを矩形断面形状のシール溝向け超低ガス透過率複合シール構造とすると、図２に示すようなあり溝断面形状、あるいは図３に示すような片あり溝断面形状に適合する超低ガス透過率複合シール構造は、例えば、従来から一般的に用いられている図４のゴム０－リングシール２０１あるいは図５のゴム０－リングシール２０２とバックアップリングシールとの組み合わせでできる超低ガス透過率複合シールでなければならない。従来のゴム０－リングをそのまま利用するには、図６のバックアップリングシール１０１にゴム０－リングシール形状にあわせた逃げの凹部１１１をあるいは、図７のバックアップリングシール１０２にゴム０－リングシール形状にあわせた逃げの凹部１１２を形成しなければならない。さらに、図７の片あり溝の場合、バックアップリングシールが片あり溝に固定されるように、バックアップリングシールの外周部にも１２２のような凹部を形成することが必要になる。また、ゴム０－リングシールの断面形状を変更できるなら、図８に示すゴム０－リングシール２０３とバックアップリングシール１０３のように、バックアップリングシール１０３の凹部をあり溝形状とし、バックアップリングシール１０３とゴム０－リングシール２０３とが構造上で一体化するようにしたあり溝適合超低ガス透過率複合シールは低価格化と高性能化を両立させるには最適な構造である。

【発明の効果】

【0007】

バックアップリングシールが、従来のゴム０－リングシール溝に収まるような形状であるので、従来のシール部構造を設計変更することなく適用でき、しかも従来のゴム０－リングシールの外側にバックアップリングシールを収めることにより、チャンバー内のガスと接している部分は従来と同様のゴム０－リングシールとなり、チャンバー内のガスとゴム０－リングシール表面との反応やその表面から発生するガスの影響等は従来と全く変わらずに、大気中の酸素ガスや水成分ガス等のチャンバー内への侵入速度を大幅に減少させる効果があり、チャンバー内の酸素ガス濃度や水成分ガス濃度の上昇を嫌う真空チャンバーまたは真空装置、例えば成膜装置用のあり溝適合超低ガス透過率複合シールとして使える。

【0008】

また、真空装置ではなく、大気中の酸素ガスや水成分ガス等のチャンバー内への侵入を嫌うエキシマレーザ装置の密封チャンバー用のあり溝適合超低ガス透過率複合シールとして使える。

【0009】

また、大気側からゴム０－リングシールに侵入するガスが減少するのに従い、ゴム０－リングシールから発生するガス放出速度も低減されるので、高分子量のガスの侵入を嫌う分析装置およびその真空ポンプ用のあり溝適合超低ガス透過率複合シールとして使える。

【0010】

また、バックアップリングシール１０１、１０２、１０３、の形状はシート材から長尺状にカットし、その表面の長尺方向に一定形状の凹部を最適に成形した工具で削り出すことで用意に製作可能なため、安価で量産可能なあり溝適合超低ガス透過率複合シール構造用のバックアップリングシールとなる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】特願２０１９－１４４０３４の超低ガス透過率複合シールの装着断面

【図2】あり溝断面形状

【図3】片あり溝断面形状

【図4】あり溝断面形状用のゴム０－リングシール装着断面

【図5】片あり溝断面形状用のゴム０－リングシール装着断面

【図6】あり溝適合超低ガス透過率複合シールの装着断面形状

【図7】片あり溝適合超低ガス透過率複合シールの装着断面形状

【図8】低価格あり溝適合超低ガス透過率複合シールの装着断面形状

【発明を実施するための形態】

【実施例0012】

図１は特願２０１９－１４４０３４のバックアップリングシールを挿入した超低ガス透過率複合シールの装着断面を示す。この図で本発明のもととなる超低ガス透過率複合シールの動作機構を説明する。実線→経路Ｅは外側に配置したバックアップリングシール１００の表面＋ゴム０－リングシール２００の表面とフランジ表面３００間を通過するガス経路である。ここで、バックアップリングシール１００の表面のシール効果がゴム０－リングシール２００のそれより劣っていても、ゴムＯ－リングシール２００で経路Ｅのシールをするため、結果的にはフランジ表面３００に対するシール性能は低下しない。一方、図１における破線→経路Ｆと一点鎖線→経路Ｇのガス透過量を低減することが肝要である。ここで、経路Ｇは、ゴム０－リングシール２００の表面にガスが侵入する前にガス拡散係数がゴム０－リングシール２００の１／１００以下のバックアップリングシール１００を透過するので、その透過経路長がゴム０－リングシール２００の１／１０しかなくてもゴム０－リングシール２００の大気側表面へのガス侵入数はそれが大気圧にさらされていた従来の場合の１／１０以下になる。また経路Ｆは、たとえバックアップリングシール１００の表面のシール性能がゴム０－リングシール２００の表面のシール性能の１０～３０％程度であってもバックアップリングシール１００の表面とフランジ表面３００の間を通過したガスのみがゴム０－リングシール２００の大気側表面に到達し、しかも、その大気側表面の大部分はバックアップリングシール１００の表面と密着しているので、ゴム０－リングシール２００の大気側表面に侵入するガス数は、それが大気圧にさらされていた従来の場合と比べるとその侵入ガス数は１／１０よりはるかに少量となる。従って、本超低ガス透過率複合シールは、ゴム０－リングシール２００のみでシールする場合の１／１０以下のガス透過率となる。

【0013】

図２はあり溝形状の断面図、図３は片あり溝形状の断面図である。また図４の２０１はあり溝形状用のゴム０－リングシールの断面形状の例で、図５の２０２は片あり溝形状用のゴム０－リングシールの断面形状の例である。

【0014】

図６は本発明のあり溝適合超低ガス透過率複合シールの一つの実施例の装着断面形状図である。バックアップリングシール１０１にゴム０－リングシール２０１の形状に合わせた凹部１１１をバックアップリングシール１０１のゴム０－リングシール側の表面に形成し、ゴム０－リングシールとバックアップリングシールとを密着・一体化することにより、あり溝適合超低ガス透過率複合シールとなる。

【0015】

図７は本発明の片あり溝断面形状に適合するあり溝適合超低ガス透過率複合シールの一つの実施例の装着断面形状図である。バックアップリングシール１０２にゴム０－リングシール２０２の形状に合わせた凹部１１２をバックアップリングシール１０２のゴム０－リングシール側の表面に形成し、ゴム０－リングシールとバックアップリングシールとを密着・一体化し、さらにあり溝にバックアップリングシール１０２が固定されるように、バックアップリングシール１０２のゴム０－リングシール２０２と反対側の表面に凹部１２２を形成することにより、あり溝適合超低ガス透過率複合シールが片あり溝から外れないようにしたあり溝適合超低ガス透過率複合シールである。

【0016】

図８は本発明の低価格あり溝適合超低ガス透過率複合シールの一つの実施例の装着断面形状図である。バックアップリングシール１０３にゴム０－リングシール２０３の形状に合わせたあり溝様の凹部をバックアップリングシール１０３のゴム０－リングシール２０３側の表面に形成し、ゴム０－リングシール２０３とバックアップリングシール１０３とを密着・一体化し、バックアップリングシール１０３もあり溝から外れないようにしたあり溝適合超低ガス透過率複合シールである。

【産業上の利用可能性】

【0017】

中古の成膜装置の性能向上を目的とするアップグレイド整備の際に、図６、図７，図８に示したあり溝適合超低ガス透過率複合シールを利用することにより、排気速度の大きな真空ポンプに変更することなく、真空チャンバー内に微量ながら侵入する酸素ガス、水成分ガス等の大気成分ガスの濃度を低くすることが可能になる。また、メタルシールを使用したくても使用できなかった箇所、例えばセラミック電極とアルミ製部材間のゴム０－リングシールのシール性能をメタルシールとほぼ同等まで向上させることが可能になる。

【0018】

図６、図７，図８に示したあり溝適合超低ガス透過率複合シールを利用することにより、チャンバー内のガスと接している部分は従来と同様のゴム０－リングシールとなり、チャンバー内のガスとゴム０－リングシール表面との反応やその表面から発生するガスの影響等は従来と全く変わらずに、大気中の酸素ガスや水成分ガス等のチャンバー内への侵入を大幅に減少させる効果があり、チャンバー内の酸素ガス濃度や水成分ガス濃度の上昇を嫌う真空チャンバー、例えば成膜装置用のあり溝適合超低ガス透過率複合シールとして使える。

【0019】

図６、図７，図８に示したあり溝適合超低ガス透過率複合シールを利用することにより、ゴム０－リングシール仕様で設計されたエキシマレーザ装置の密封チャンバーにおけるそのシール部からチャンバー内に侵入する酸素ガス、水成分ガス等のガス侵入速度を低減できるため、チャンバー内のガス交換頻度を低減したエキシマレーザ装置を実現できる。

【0020】

また、ゴム０－リングシールから発生するガス放出速度も低減されるので、高分子量のガスの侵入を嫌う分析装置およびその真空ポンプ用のあり溝適合超低ガス透過率複合シールとして使える。

【符号の説明】

【0021】

１００、１０１、１０２、１０３ バックアップリングシール
１１１、１１２、１１３ ゴム０－リングシールの形状に合わせたバックアップリングシールの凹部
２００、２０１、２０２、２０３ ゴムＯ－リングシール
３００ フランジ表面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】