JP2006071025A - シール材 - Google Patents

Abstract

【課題】 密封性（真空保持性）と耐腐食ガス性を具備し、その密封性と耐腐食ガス性を長期的に維持でき、かつ、装着未圧縮状態でも腐食ガスによる劣化が生じないシール材を提供することを目的とする。
【解決手段】 開口部11と、相互に開口部11に近付くにつれて接近する２つの側壁面12，12と、底壁面13と、を有する平面環状の蟻溝形の装着溝10内に装着される環状のシール材であって、装着溝10の底壁面13側に配設される弾性シール本体１と、開口部11に相対的に接近する相手部材20側に配設される耐腐食用リング２と、から成るものである。かつ、弾性シール本体１は、底壁面13側へ膨出する横倒弓形部３と、横倒弓形部３から相手部材20側へ伸びる首部４と、首部４に連設された膨出抜止め部５と、を有する。さらに、耐腐食用リング２は、底壁面13側へ開口し弾性シール本体１の首部４と膨出抜止め部５が嵌め込まれる嵌合凹部６を有する横断面略カップ形であり、嵌合凹部６の両開口縁部９，９に、互いに接近するように突出する係止突部７，７を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体のエッチング装置のチャンバー等で使用される耐腐食ガス性に優れたシール材に係り、特には、シール性に加え、耐酸素ラジカル性を兼ね備えたシール材に関する。

半導体製造装置等のチャンバー内を密封状態（真空状態）にするために、開閉扉等には、一般に平面環状の装着溝を形成し、その装着溝内にフッ素ゴムから成るＯリングがシール材として装着されていた。しかし、そのシール材は、特に、酸素がラジカル状態の環境下で使用する場合は、過酷な条件に曝されるため、腐食ガス（ラジカル状態にあるガス）によって劣化（腐食）し発塵して、半導体製品に不純物・異物を付着させる原因となっていた。

一方、フッ素ゴムより耐酸素ラジカル性に優れる材料として、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）、シリコンゴム、ＦＦＫＭが挙げられるが、フッ素樹脂だけでは弾性が小さいので、シール性が充分でなく接面漏れが発生し真空を保持できない。また、シリコンゴムでは、シール材が着脱する相手部材に密着し、相手部材と離れる際に剥離したり装着溝から脱落したりするといった問題があり、ＦＦＫＭはフッ素樹脂より耐酸素ラジカル性に劣りかつ高価なものであるので、高コストの割にはシール材の密封性を長期的に維持できないものであった。

そこで、上記問題を解決するため、図９に示すように、従来の装着溝に装着されるＯリングは、合成ゴムの部位40と耐腐食性材料の部位41とから成り、合成ゴムの部位40を大気22側に配設し、耐腐食性材料の部位41を腐食ガス23側に配設していた。このことにより、耐腐食性材料の部位41は、合成ゴムの部位40を腐食ガス23から保護し、合成ゴムの部位40は真空を維持していた（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−２３２８号公報

しかし、図９に示した従来のシール材は、密封状態（圧縮使用状態）では、耐腐食性材料の部位41は合成ゴムの部位40を腐食ガスから保護できるが、大気22側の合成ゴムの部位40は、耐腐食性材料の部位41に全く保護されていないので、そのシール材を取り付けた扉等を開閉する際に（装着未圧縮状態で）、腐食ガスが合成ゴムの部位40側に流れてきて劣化させる問題があった。

そこで、本発明は、密封性（真空保持性）と耐腐食ガス性を具備し、その密封性と耐腐食ガス性を長期的に維持でき、かつ、（開閉時の）装着未圧縮状態でも腐食ガスによる劣化が生じないシール材を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るシール材は、開口部と、２つの側壁面と、底壁面と、を有する平面環状の装着溝内に装着される環状のシール材であって、上記装着溝の底壁面側に配設される弾性シール本体と、上記開口部に相対的に接近する相手部材側に配設される耐腐食用リングと、から成り、該弾性シール本体は、底壁面側へ膨出する横倒弓形部と、該横倒弓形部から上記相手部材側へ伸びる首部と、該首部に連設された膨出抜止め部と、を有し、上記耐腐食用リングは、底壁面側へ開口し上記弾性シール本体の首部と膨出抜止め部が嵌め込まれる嵌合凹部を有する横断面略カップ形であり、該嵌合凹部の両開口縁部に、互いに接近するように突出する係止突部を有する。

また、開口部と、相互に該開口部に近付くにつれて接近する２つの側壁面と、底壁面と、を有する平面環状の蟻溝形の装着溝内に装着される環状のシール材であって、上記装着溝の底壁面側に配設される弾性シール本体と、上記開口部に相対的に接近する相手部材側に配設される耐腐食用リングと、から成り、該弾性シール本体は、底壁面側へ膨出する横倒弓形部と、該横倒弓形部から上記相手部材側へ伸びる首部と、該首部に連設された膨出抜止め部と、を有し、上記耐腐食用リングは、底壁面側へ開口し上記弾性シール本体の首部と膨出抜止め部が嵌め込まれる嵌合凹部を有する横断面略カップ形であり、該嵌合凹部の両開口縁部に、互いに接近するように突出する係止突部を有する。

また、耐腐食用リングに、上記相手部材側へ突出する小突隆部を備えた。
また、膨出抜止め部は、その横断面に於て、上記首部との連結部位から上記相手部材側へ向かってテーパ状に幅寸法を拡大する肩部を具備する。
また、嵌合凹部の底面部が、相手部材の当接面と平行になるように形成されている。
また、上記シール材が、半導体製造装置又は液晶板材製造装置の開閉部に使用されるものである。

本発明は、次のような著大な効果を奏する。
本発明に係るシール材によれば、耐腐食用リングは、大気が腐食ガス側（真空側）へ入り込むのを阻止でき、さらに、腐食ガスが弾性シール本体に接触するのを抑止できる。このことにより、弾性シール本体は、腐食ガスによって劣化しないので、密封性（真空保持性）を長期的に維持でき、かつ、その劣化が原因で生じる弾性シール本体の発塵化の問題も解消し、半導体等の製品に不純物が付着することがない。

以下、実施の形態を示す図面に基づき本発明を詳説する。
図１〜図５に示す第１の実施の形態に於て、本発明のシール材50は、半導体製造装置又は液晶板材製造装置の開閉部に使用されるものであり、その半導体製造装置等のシール取付部材16には平面環状の装着溝10を有し、装着溝10は、開口部11と、相互に開口部11に近付くにつれて接近する２つの側壁面12，12と、底壁面13と、を有している。つまり、装着溝10は蟻溝形に成型されている。
本発明は、その装着溝10内に装着される（全体が平面環状の）シール材50であり、20は装着溝10の開口部11に相対的に接近する相手部材である。また、シール取付部材16と相手部材20は互いに平行に配置されている。
なお、上記環状には円形状、矩形状又はその他の形状も含まれる。

図１は、シール材50が装着溝10内に装着される前の状態──自由状態──を示す。また、図４は、シール材50が装着溝10内に装着されているが、シール材50は相手部材20から圧縮荷重を受けていない状態──装着未圧縮状態──を示す。また、図５は、シール材50が装着溝10内に装着されて、相手部材20から圧縮荷重を受けている状態──圧縮使用状態──を示す。Ｚは、腐食ガス23を収納する腐食ガス収納室であり、22は大気を示す。また、腐食ガス23には、反応性ガス（具体的には、四フッ化炭素、三フッ化炭素、六フッ化硫黄）やラジカル状態にあるガス等が含まれる。

シール材50は、装着溝10の底壁面13側に配設される弾性シール本体１と、相手部材20側に配設される耐腐食用リング２と、から成り、シール材50は、全体としてその横断面が略円形となっている。
耐腐食用リング２は、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂製であり、中でも、耐腐食性の点でＰＴＦＥが好ましい。
弾性シール本体１は、公知のゴム材料であれば良く、具体的には、シリコンゴム製、フッ素ゴム製、ニトリルゴム製等が適用でき、中でも、耐プラズマ性や耐腐食ガス性が優れている点で、シリコンゴム製、フッ素ゴム製が好ましい。

さらに、弾性シール本体１は、特に酸素ラジカル性の環境下で用いる場合、以下に示す耐酸素ラジカル性に優れた（ア）又は（イ）の素材から成型されることが好ましい。
（ア）は、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体、又は、及び、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン−四フッ化エチレン共重合体 100重量部に対して、硫酸バリウム20〜100 重量部を配合して成る組成物をポリオール加硫した素材である。
（イ）は、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体、又は、及び、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン−四フッ化エチレン共重合体 100重量部に対して、さらに四フッ化エチレン樹脂 0.5〜30重量部を配合して成る素材である。

自由状態を示す図１と、分解した自由状態を示す図２及び図３に於て、弾性シール本体１は、装着溝10の底壁面13側へ膨出する横倒弓形部３と、横倒弓形部３から相手部材20側へ同一の幅寸法Ａで伸びる首部４と、首部４に連設された膨出抜止め部５と、を有している。また、横倒弓形部３の横断面形状に於て、その底壁面13側の端縁は、シール材50全体をＯリングとした場合に最も密封性（真空保持性）を発揮できるＯリングと同径の円弧状に形成され、また、横倒弓形部３の開口部11側の端縁は、底壁面13に平行状に形成されている。そして、首部４の幅寸法Ａは、横倒弓形部３の開口部11側の端縁の幅寸法Ｂより小さくなるように設定されている。
さらに、膨出抜止め部５は、その横断面に於て、首部４との連結部位から相手部材20側へ向かってテーパ状に幅寸法を拡大する肩部14を具備している。

耐腐食用リング２は、装着溝10の底壁面13側へ開口し弾性シール本体１の首部４と膨出抜止め部５が嵌め込まれる嵌合凹部６を有する横断面略カップ形に形成されている。また、耐腐食用リング２の外周縁は、上記横倒弓形部３の底壁面13側の端縁と同形の略円弧状に形成されている。嵌合凹部６の両開口縁部９，９には、互いに接近するように突出する係止突部７，７を設け、嵌合凹部６の底面部15は、相手部材20の当接面21と平行になるように形成されている。さらに、係止突部７，７は、首部４及び肩部14と当接し、詳しくは、係止突部７，７には、首部４と当接しかつ嵌合凹部６の底面部15と直交するストレート面17，17と、肩部14と当接する勾配面18，18と、が形成されている。そして、嵌合凹部６は、底面部15と勾配面18，18とを、連続状に繋ぐ円弧状の凹曲面19，19を有している。
なお、膨出抜止め部５は、嵌合凹部６の底面部15に当接すると共に相手部材20の当接面21と平行状の端面24と、凹曲面19，19に当接する円弧状の凸曲面25，25と、を有している。

さらに、耐腐食用リング２は、相手部材20側へ円弧状に突出する小突隆部８を備えている。この小突隆部８に弾性シール本体１からの弾発力を充分に付与するために、耐腐食用リング２の底壁面13側の（係止突部７が配設されている）端縁と横倒弓形部３の開口部11側の端縁との間には、隙間26，26が形成されている。つまり、シール材50が、装着未圧縮状態で圧縮荷重を受けた場合、隙間26，26があるため、弾性シール本体１は圧縮荷重が働く方向に圧縮弾性変形し易く、その弾性シール本体１が嵌合凹部６の底面部15に及ぼす弾発力は強くなる。また、小突隆部８の横断面形状は円弧状に限らず、例えば、先端が丸い三角山状、四角状としてもよい。また、小突隆部８の個数を２個以上としてもよい。

図４に示す装着未圧縮状態に於て、弾性シール本体１は装着溝10の底壁面13と接触し、耐腐食用リング２は開口部11近傍の側壁面12，12に接触している。また、隙間26，26も有している。

次に、図６〜図８に示す第２の実施の形態に於て、図６は自由状態を示し、図７は装着未圧縮状態を示す。また、図８は、圧縮使用状態を示す。シール取付部材16に形成された平面環状の装着溝10は、その２つの側壁面12，12が底壁面13に直交して設けられた角溝である。そして、図７に於て、装着溝10内には、弾性シール本体１と耐腐食用リング２から成るシール材50が装着されている。また、弾性シール本体１は装着溝10の底壁面13と接触し、耐腐食用リング２は側壁面12，12と接触している。なお、図６〜図８に於て、図１〜図５と同一の符号は図１〜図５と同様の構成であるので、説明を省略する。

上述した本発明であるシート材50の使用方法（作用）について説明する。
図１に於て、弾性シール本体１の首部４と膨出抜止め部５を、耐腐食用リング２の嵌合凹部６内に挿嵌することで、弾性シール本体１と耐腐食用リング２を組み合わせて、自由状態にあるシール材50を形成する。
次に、図４に示すように、シール材50を装着溝10内に装着して、装着未圧縮状態とし、この時、弾性シール本体１は装着溝10の底壁面13と接触し、耐腐食用リング２は開口部11近傍の側壁面12，12に接触している。

まず、装着未圧縮状態から圧縮使用状態にする（シール材50を装着した扉等を閉める）場合について説明する。
図５に於て、シール取付部材16と相手部材20とを相対的に接近させると、耐腐食用リング２の小突隆部８は相手部材20に接触し、さらに、シート材50全体は、相手部材20から圧縮荷重を受け圧縮使用状態となる。この時、弾性シール本体１は、圧縮荷重を受けて圧縮弾性変形し、その横倒弓形部３が装着溝10の底壁面13に密着し、さらに、耐腐食用リング２の底壁面13側の（係止突部７が配設されている）端縁と横倒弓形部３の開口部11側の端縁は、接触して密着し、隙間26，26はなくなる。また、弾性シール本体１は、嵌合凹部６内から耐腐食用リング２を弾発する。そして、耐腐食用リング２は、装着溝10の両側壁面12，12側へ押し広げられ、開口部11近傍にて両側壁面12，12を押圧すると共に密着する。また、小突隆部８は、その先端部にて相手部材20の当接面21を押圧し密着する。

また、圧縮使用状態から装着未圧縮状態にする（シール材50を装着した扉等を開ける）場合について説明する。
シール取付部材16を相手部材20から相対的に離す。そして、弾性シール本体１に働いていた圧縮荷重はなくなり、その圧縮荷重により生じていた耐腐食用リング２への弾発付勢もなくなって図４に示す装着未圧縮状態に戻る。なお、この状態で、弾性シール本体１は装着溝10の底壁面13と接触し、耐腐食用リング２は開口部11近傍の側壁面12，12に接触している。

以上のように、本発明であるシール材は、開口部11と、２つの側壁面12，12と、底壁面13と、を有する平面環状の装着溝10内に装着される環状のシール材であって、装着溝10の底壁面13側に配設される弾性シール本体１と、開口部11に相対的に接近する相手部材20側に配設される耐腐食用リング２と、から成り、弾性シール本体１は、底壁面13側へ膨出する横倒弓形部３と、横倒弓形部３から相手部材20側へ伸びる首部４と、首部４に連設された膨出抜止め部５と、を有し、耐腐食用リング２は、底壁面13側へ開口し弾性シール本体１の首部４と膨出抜止め部５が嵌め込まれる嵌合凹部６を有する横断面略カップ形であり、嵌合凹部６の両開口縁部９，９に、互いに接近するように突出する係止突部７，７を有するので、耐腐食用リング２は、大気22が腐食ガス23側（真空側）へ入り込むのを阻止でき、さらに、腐食ガス23が弾性シール本体１に接触するのを抑止できる。このことにより、弾性シール本体１は、腐食ガス23によって劣化しないので、密封性（真空保持性）を長期的に維持でき、かつ、その劣化が原因で生じる弾性シール本体１の発塵化の問題も解消し、半導体等の製品に不純物が付着することがない。

また、弾性シール本体１が相手部材20と密着しないので、シール取付部材16と相手部材20が相対的に離れる際に、シール材50が剥離したり装着溝10内から脱落したりすることがない。
また、耐腐食用リング２の嵌合凹部６内に、弾性シール本体１の首部４と膨出抜止め部５が嵌め込まれているので、耐腐食用リング２に弾性シール本体１の弾発力を充分に付与することができると共に、耐腐食用リング２の無理な変形を抑制して、クリープを防止することができる。
さらに、耐腐食用リング２の横断面形状が略カップ形に形成されているので、弾性シール本体１から弾発力が付与された耐腐食用リング２は、装着溝10の側壁面12，12の方へ広がり易い。このことにより、耐腐食用リング２は、相手部材20及び装着溝10の側壁面12との当接部位で、腐食ガス23が装着溝10内へ入るのを防止し、腐食ガス23が弾性シール本体１に接触するのを抑止できる。

また、開口部11と、相互に開口部11に近付くにつれて接近する２つの側壁面12，12と、底壁面13と、を有する平面環状の蟻溝形の装着溝10内に装着される環状のシール材であって、装着溝10の底壁面13側に配設される弾性シール本体１と、開口部11に相対的に接近する相手部材20側に配設される耐腐食用リング２と、から成り、弾性シール本体１は、底壁面13側へ膨出する横倒弓形部３と、横倒弓形部３から相手部材20側へ伸びる首部４と、首部４に連設された膨出抜止め部５と、を有し、耐腐食用リング２は、底壁面13側へ開口し弾性シール本体１の首部４と膨出抜止め部５が嵌め込まれる嵌合凹部６を有する横断面略カップ形であり、嵌合凹部６の両開口縁部９，９に、互いに接近するように突出する係止突部７，７を有するので、耐腐食用リング２は、大気22が腐食ガス23側（真空側）へ入り込むのを阻止でき、さらに、腐食ガス23が弾性シール本体１に接触するのを抑止できる。このことにより、弾性シール本体１は、腐食ガス23によって劣化しないので、密封性（真空保持性）を長期的に維持でき、かつ、その劣化が原因で生じる弾性シール本体１の発塵化の問題も解消し、半導体等の製品に不純物が付着することがない。

また、弾性シール本体１が相手部材20と密着しないので、シール取付部材16と相手部材20が相対的に離れる際に、シール材50が剥離したり装着溝10内から脱落したりすることがない。
また、耐腐食用リング２の嵌合凹部６内に、弾性シール本体１の首部４と膨出抜止め部５が嵌め込まれているので、耐腐食用リング２に弾性シール本体１の弾発力を充分に付与することができると共に、耐腐食用リング２の無理な変形を抑制して、クリープを防止することができる。また、シール材50を蟻溝形の装着溝10に容易に装着することができる。 さらに、耐腐食用リング２の横断面形状が略カップ形に形成されているので、弾性シール本体１から弾発力が付与された耐腐食用リング２は、装着溝10の側壁面12，12の方へ広がり易い。このことにより、耐腐食用リング２は、相手部材20及び装着溝10の側壁面12との当接部位で、腐食ガス23が装着溝10内へ入るのを防止し、腐食ガス23が弾性シール本体１に接触するのを抑止できる。

また、耐腐食用リング２に、相手部材20側へ突出する小突隆部８を備えたので、真空保持性（密着性）を一層向上させることができる。このことによって、耐腐食用リング２の小突隆部８が相手部材20に高い面圧にて密着でき、その密着部位で接面漏れを生じず、大気22が腐食ガス23側（真空側）へ入り込むのを阻止できる。

また、膨出抜止め部５は、その横断面に於て、首部４との連結部位から相手部材20側へ向かってテーパ状に幅寸法を拡大する肩部14を具備するので、膨出抜止め部５は、嵌合凹部６内に強固に保持され、弾性シール本体１は耐腐食用リング２から外れることがない。

また、嵌合凹部６の底面部15が、相手部材20の当接面21と平行になるように形成されているので、真空保持性（密着性）を向上させることができる。つまり、底面部15が凹曲面状に形成されている場合は、圧縮使用状態で、弾性シール本体１は、その凹曲面に直交して弾発するので、耐腐食用リング２は、小突隆部８近傍で押し広げられ、当接面21と接触する小突隆部８の面積も大きくなる。このことにより、小突隆部８の面圧は弱くなり密封性も低下する。しかし、底面部15が、相手部材20の当接面21と平行になるように形成されていれば、小突隆部８近傍では、当接面21と平行の底面部15と直交する方向にしか弾発力を受けないので、押し広げられることはなく、小突隆部８の面圧は弱まることはない。

また、シール材50が、半導体製造装置又は液晶板材製造装置の開閉部に使用されるので、特に、耐酸素ラジカル性が要求される開閉部で、耐腐食用リング２は、大気22が（プラズマ状態にある酸素ガスを含む）腐食ガス23側（真空側）へ入り込むのを阻止でき、さらに、腐食ガス23が弾性シール本体１に接触するのを抑止できる。

本発明の第１の実施の形態を示す自由状態の要部拡大断面図である。 説明用の要部拡大断面図である。 説明用の要部拡大断面図である。 装着未圧縮状態の要部拡大断面図である。 圧縮使用状態の要部拡大断面図である。 第２の実施の形態を示す自由状態の要部拡大断面図である。 装着未圧縮状態の要部拡大断面図である。 圧縮使用状態の要部拡大断面図である。 従来のシール材を示す断面図である。

符号の説明

１ 弾性シール本体
２ 耐腐食用リング
３ 横倒弓形部
４ 首部
５ 膨出抜止め部
６ 嵌合凹部
７ 係止突部
８ 小突隆部
９ 開口縁部
10 装着溝
11 開口部
12 側壁面
13 底壁面
14 肩部
15 底面部
20 相手部材
21 当接面

Claims (6)

1. 開口部（11）と、２つの側壁面（12)(12）と、底壁面（13）と、を有する平面環状の装着溝（10）内に装着される環状のシール材であって、上記装着溝（10）の底壁面（13）側に配設される弾性シール本体（１）と、上記開口部（11）に相対的に接近する相手部材（20）側に配設される耐腐食用リング（２）と、から成り、
   該弾性シール本体（１）は、底壁面（13）側へ膨出する横倒弓形部（３）と、該横倒弓形部（３）から上記相手部材（20）側へ伸びる首部（４）と、該首部（４）に連設された膨出抜止め部（５）と、を有し、
   上記耐腐食用リング（２）は、底壁面（13）側へ開口し上記弾性シール本体（１）の首部（４）と膨出抜止め部（５）が嵌め込まれる嵌合凹部（６）を有する横断面略カップ形であり、該嵌合凹部（６）の両開口縁部（９)(９）に、互いに接近するように突出する係止突部（７)(７）を有することを特徴とするシール材。
2. 開口部（11）と、相互に該開口部（11）に近付くにつれて接近する２つの側壁面（12)(12）と、底壁面（13）と、を有する平面環状の蟻溝形の装着溝（10）内に装着される環状のシール材であって、上記装着溝（10）の底壁面（13）側に配設される弾性シール本体（１）と、上記開口部（11）に相対的に接近する相手部材（20）側に配設される耐腐食用リング（２）と、から成り、
   該弾性シール本体（１）は、底壁面（13）側へ膨出する横倒弓形部（３）と、該横倒弓形部（３）から上記相手部材（20）側へ伸びる首部（４）と、該首部（４）に連設された膨出抜止め部（５）と、を有し、
   上記耐腐食用リング（２）は、底壁面（13）側へ開口し上記弾性シール本体（１）の首部（４）と膨出抜止め部（５）が嵌め込まれる嵌合凹部（６）を有する横断面略カップ形であり、該嵌合凹部（６）の両開口縁部（９)(９）に、互いに接近するように突出する係止突部（７)(７）を有することを特徴とするシール材。
3. 耐腐食用リング（２）に、上記相手部材（20）側へ突出する小突隆部（８）を備えた請求項１又は２記載のシール材。
4. 膨出抜止め部（５）は、その横断面に於て、上記首部（４）との連結部位から上記相手部材（20）側へ向かってテーパ状に幅寸法を拡大する肩部（14）を具備する請求項１，２又は３記載のシール材。
5. 嵌合凹部（６）の底面部（15）が、相手部材（20）の当接面（21）と平行になるように形成されている請求項１，２，３又は４記載のシール材。
6. 上記シール材が、半導体製造装置又は液晶板材製造装置の開閉部に使用される請求項１，２，３，４又は５記載のシール材。
   

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