JP5126995B2 - 複合シール材 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、超真空状態で使用される複合シール材に関し、特に、半導体製造装置や半導体製造装置に組み込まれるゲート弁などに使用されて好適な複合シール材に関する。

半導体製造装置の進歩により、半導体製造装置に使用される部材に対する要求が更に厳しくなってきており、その要求も様々なものになってきている。

例えば、ドライエッチング装置やプラズマＣＶＤ装置などの半導体製造装置に使用されるシール材は、基本的な性能として真空シール性能が必要である。そして、使用される装置やシール材の装着個所により、耐プラズマ性や耐腐食ガス性などの性能を併せ持つことが要求される。

このように真空シール性能に加えて、耐プラズマ性や耐腐食ガス性が求められるシール部では、これまで流体の影響を受けにくいフッ素ゴムが使用されてきた。

しかし、使用条件が厳しくなるにつれ、フッ素ゴムでは、耐プラズマ性や耐腐食ガス性などの性能が不十分となり新しい材料が求められるようになってきている。

このような要求に対して、真空シール性能、耐プラズマ性、耐腐食ガス性などの特性を併せ持ち、繰り返しの使用によっても真空シール性能が低下することがなく、使用時に金属パーティクルが発生することもなく、製造が容易で安価に製造でき、また半導体製造装置で一般的に用いられているいわゆる「あり溝」に適用可能であるシール材として、例えば、本出願人により特許文献１が提案されている。
特開２００５−１６４０２７号公報

ところで、特許文献１に記載されている複合シール材においては、シールを担当する部分がゴム部材であるため繰り返し使用に対しても真空シール性能が低下することはないが、耐プラズマ性や耐腐食ガス性を担当する部分が合成樹脂製部材であるため、合成樹脂製部材はゴム部材のような弾性がなく繰り返し使用時においては緩和を生じてしまうために、相手部材との密着性が繰り返しとともに低減し、十分に性能を保持できないという問題がある。

本発明は、このような実状に鑑み、真空シール性能、耐プラズマ性、ならびに耐腐食ガス性などの性能を併せ持ち、また、繰り返しの使用によっても真空シール性能が低下することがなく、使用時に金属パーティクルが発生することもなく、また、半導体製造装置で一般的に用いられているいわゆるあり溝に適用可能で、さらにゲート弁開閉部などのように、繰り返し開閉が行なわれる場所に用いられても耐プラズマ性や耐腐食ガス性などの性能が低下することのない複合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の本発明は、
あり溝状のシール溝に装着される複合シール材であって、
前記シール溝における外周側に配置され、弾性部材からなる第１のシール部材と、
前記シール溝における内周側に配置され、前記第１のシール部材よりも硬質の材料からなる第２のシール部材とを備え、
前記第１のシール部材は、環状のシール本体と、前記シール本体の内周側から径方向内側に突設された環状凸部と、前記環状凸部の内周側の軸方向中間部から、さらに前記シール本体の径方向内側に向けて突設された環状の嵌合部とを有し、
前記第２のシール部材は、前記第１のシール部材の前記嵌合部と略相補的な形状の被嵌合凹部を軸方向中間部に有するとともに、軸方向両端部に屈曲部を有し、該屈曲部は、前記シール本体と前記環状凸部との間に形成される段差部に突き当てられ、
前記屈曲部と前記シール本体との間には前記屈曲部と前記シール本体が弾性変形するのを許容する変形緩衝空間が画成されることを特徴とする。

このような構成であれば、内径側に耐腐食性や耐プラズマ性が要求されるシール環境に良好である。すなわち、複合シール材が圧接された際に、外径側の第１のシール部材のシール本体が弾性変形するのでシール性が付与される。また、内径側の第２のシール部材に、耐腐食性や耐プラズマ性の優れた材料を用いれば、内径側で腐食性や耐プラズマ性が付与される。しかも、第２のシール部材により第１のシール部材が保護されるので、シール材全体としてのシール性の低下もない。
また、複合シール材が圧接する際には、第１のシール部材のシール本体と第２のシール部材の屈曲部に形成される薄肉部が変形緩衝空間内に向けて弾性変形するのを許容するため、ゲート弁開閉部などのように、繰り返し開閉が行なわれる場所に複合シール材を適用した場合でも、第１のシール部材および第２のシール部材が破損、損傷するのを防止でき、シール性が低下するのを抑えることができる。

また、本発明は、
あり溝状のシール溝に装着される複合シール材であって、
前記シール溝における内周側に配置され、弾性部材からなる第１のシール部材と、
前記シール溝における外周側に配置され、前記第１のシール部材よりも硬質の材料からなる第２のシール部材とを備え、
前記第１のシール部材は、環状のシール本体と、前記シール本体の外周側から径方向外側に突設された環状凸部と、前記環状凸部の外周側の軸方向中間部から、さらに前記シール本体の径方向外側に向けて突設された環状の嵌合部とを有し、
前記第２のシール部材は、前記第１のシール部材の前記嵌合部と略相補的な形状の被嵌合凹部を軸方向中間部に有するとともに、軸方向両端部に屈曲部を有し、該屈曲部は、前記シール本体と前記環状凸部との間に形成される段差部に突き当てられ、
前記屈曲部と前記シール本体との間には前記屈曲部と前記シール本体が弾性変形するのを許容する変形緩衝空間が画成されることを特徴とする。

このような構成の場合には、外径側に耐腐食性や耐プラズマ性が要求される場合に有効である。すなわち、第２のシール部材に耐腐食性や耐プラズマ性の優れた材料を用いれば、外径側で耐プラズマ性や耐腐食ガス性を発揮することができ、内径側の第１のシール部材でシール性を確保することができる。

このように、本発明によれば、シール性の他、耐プラズマ性や耐腐食ガス性を併せ持つことができる。

さらに、本発明の複合シール材は第１のシール部材の環状の嵌合部は相手方となる被嵌合凹部に嵌合したときに前記嵌合部が前記被嵌合凹部から抜けない形状に形成してもよい。

このように構成することにより、第１のシール部材と第２のシール部材が分離する虞れを確実に防止することができる。

本発明の複合シール材によれば、ゴム等の軟らかい部材およびＲＴＦＥなどの硬い合成樹脂部材を組み合せているので、真空シール性能、耐プラズマ性や、ならびに耐腐食ガス性などの性能を併せ持つことができる。また、第２のシール部材の屈曲部と、第１のシール部材のシール本体との間に変形緩衝空間が確保されている場合には、特に第２のシール部材の屈曲部に具備された薄肉部が変形緩衝空間内に向けて弾性変形するので、繰り返し開け閉めしたとしても、第２のシール部材並びに第１のシール部材が早期に劣化することを防止できる。また、真空シール性能および相手部材との密着性が低下することもない。また、第１のシール部材としてゴム、第２のシール部材としてＰＴＦＥなどの合成樹脂を用いることにより、使用時に金属パーティクルが発生することがない。しかも、製造が容易で比較的安価に製造できる。

図１は、本発明の複合シール材をシール溝であるいわゆる「あり溝」に装着した場合の断面図である。 図２は、図１中の第１のシール部材を単体で示す断面図である。 図３は、図１中の第２のシール部材を単体で示す断面図である。 図４は、第１の変形例による複合シール材を示す断面図である。 図５は、第２の変形例による複合シール材を示す断面図である。 図６は、第３の変形例による複合シール材を示す断面図である。 図７は、本発明の実施の形態に係る複合シール材の平面図である。 図８は、第４の変形例による複合シール材を示す断面図である。

符号の説明

２ シール溝
６，７１，８１ 第１のシール部材
６Ａ シール本体
６Ｂ 環状凸部
６Ｃ，４１，８１Ａ 嵌合部
８，４２，５１，６１，７２，８２ 第２のシール部材
８Ａ，４３，８３ 被嵌合凹部
８Ｂ 屈曲部
１０，１０´，４０，５０，６０，７０，８０ 複合シール材
Ｓ，Ｓ´ 変形緩衝空間
Ｈ 径方向矢印
ｈ１ 径方向内側
ｈ２ 径方向外側
Ｖ 軸方向矢印

以下、本発明に係る複合シール材について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る複合シール材を示したものである。図２は、図１中の第１のシール部材を単体で示す断面図である。図３は、図１中の第２のシール部材を単体で示す断面図である。

本実施例による複合シール材１０は、閉環状に形成され、例えば、略環状のシール溝２内に装着されるもので、図１では、水平状態に配置されたシール溝２の左側の断面を示したものである。なお、図１中の矢印Ｖは軸方向を、矢印Ｈは径方向を示しており、矢印Ｈ両端部のｈ１、ｈ２は、それぞれ径方向内側および径方向外側を示している。以下、図４〜図８も同様である。

このシール溝２は、例えば、ドライエッチング装置やプラズマＣＶＤ装置などの半導体製造装置の継手部分に形成されたもので、シール溝２は、その底面２６側の幅が、シール溝２の開口部２２側の幅より広くなったいわゆる「あり溝」となっている。

そして、複合シール材１０は、シール溝２の一方の側壁２８側（外周側）に、第１のシール部材６が配置され、シール溝２の他方の側壁３０側（内周側）に、第２のシール部材８が配置されている。すなわち、この複合シール材１０は、半導体製造装置における腐食性ガス、プラズマなどの厳しい環境側に第２のシール部材８が配置され、厳しい環境側とは反対側（例えば、大気側）に、第１のシール部材６が配置される。

第１のシール部材６は、環状のシール本体６Ａと、シール本体６Ａの内周側から径方向内側に突設された環状凸部６Ｂと、環状凸部６Ｂの内周側の軸方向中間部から、さらにシール本体６Ａの径方向内側に向けて突設された断面略台形状をなす嵌合部６Ｃとを有している。

上記第１のシール部材６は、弾性部材であるゴムから構成されているのが望ましい。ゴムとしては、天然ゴム、合成ゴムのいずれも使用可能である。

このように第１のシール部材６を、弾性部材であるゴムから構成することによって、このゴム部材の弾性力によって複合シール材１０を相手部材３６との間で圧接した際に、第１のシール部材６におけるシール本体６Ａが相手部材３６により圧接されて高いシール性を付与することができる。第１のシール部材６を構成するゴムは、フッ素ゴムから構成されているのがさらに望ましい。

このようなフッ素ゴムとしては、フッ化ビニリデン／ヘキサフルオロプロピレン系共重合体、フッ化ビニリデン／トリフルオロクロロエチレン系共重合体、フッ化ビニリデン／ペンタフルオロプロピレン系共重合体等の２元系のフッ化ビニリデン系ゴム、フッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン系共重合体、フッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレン／パーフルオロアルキルビニルエーテル系共重合体、フッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレン／プロピレン系共重合体等の３元系のフッ化ビニリデンゴムやテトラフルオロエチレン／プロピレン系共重合体、テトラフルオロエチレンｌパーフルオロアルキルビニルエーテル系共重合体、熱可塑性フッ素ゴムなどが使用可能である。

このように第１のシール部材６を構成するゴムが、フッ素ゴムから構成されていれば、万一、第１のシール部材６が腐食性ガス、プラズマに接触したとしても、腐食性ガス、プラズマなどへの耐久性が良く、シール性が低下することがない。

第２のシール部材８は、第１のシール部材６の内周側に配置されるもので、第１のシール部材６とは別体で形成されている。この第２のシール部材８は、第１のシール部材６の嵌合部６Ｃと略相補的な形状を有する被嵌合凹部８Ａと、被嵌合凹部８Ａの長さ方向両側から屈曲して延び、かつ第１のシール部材６のシール本体６Ａと環状凸部６Ｂとの間に形成される段差部６Ｄに突き当てられる屈曲部８Ｂとを有し、屈曲部８Ｂの長さ方向中間部には、薄肉部８Ｃが形成されている。

そして、第１のシール部材６の嵌合部６Ｃを第２のシール部材８の被嵌合凹部８Ａに嵌合するとともに、屈曲部８Ｂを段差部６Ｄに突き当てることにより、第２のシール部材６には第２のシール部材８が強固に一体的に組み付けられる。

このような第２のシール部材８は、前記第１のシール部材６より硬質の合成樹脂から構成されているのが望ましく、好ましくは、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂、ポリエーテルケトン樹脂から選択した１種以上の合成樹脂から構成するのが望ましい。

第２のシール部材８が第１のシール部材６よりも硬質の合成樹脂から構成されているので、腐食性ガス、プラズマなどへの耐久性が良く、しかも、弾性部材から構成される第１のシール部材６の全体が、これらの腐食性ガス、プラズマなどから保護されることになり、シール性の低下が防止されている。

この場合、フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）樹脂、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）樹脂、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）樹脂、ポリビニリデンフルオライト（ＰＶＤＦ）樹脂、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）樹脂、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）樹脂、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）樹脂などを挙げることができ、この中では、耐熱性、耐腐食性ガス、耐プラズマ性などを考慮すれば、ＰＴＦＥが好ましい。

そして、第２のシール部材８を第１のシール部材６に一体に組み付けた際には、第１のシール部材６の環状凸部６Ｂと屈曲部８Ｂとの間には環状の変形緩衝空間Ｓが形成される。

このようにして構成される第１のシール部材６と第２のシール部材８からなる複合シール材１０が圧接された際には、環状凸部６Ｂと屈曲部８Ｂが変形緩衝空間Ｓ内に向けて弾性変形するのを許容するようになっている。

なお、複合シール材１０を、いわゆる「あり溝」であるシール溝２に装着する場合には、装着しやすく脱落し難くすること、及び、かみこみを防止する必要がある。このため、複合シール材１０はシール圧縮時にシール溝２の開口端部のＲ部分に接触しないことが必要である。

このため、複合シール材１０の幅は、Ｌ２×０．９＜Ｌ１＜Ｌ２×１．１（Ｌ１は断面形状における径方向の最大幅、Ｌ２はシール溝２の開口端部の幅）としている。

また、第１のシール部材６の外径側の形状はシール面から断面中央に凸形状となる。第２のシール部材８のシール面の形状（屈曲部８Ｂの外側面の形状Ａ）は、シール面への密着性を向上させるため、直線（平面）であり、また、第２のシール部材８における、このシール面Ａから軸方向中央部分へ連続する外側の部分は、直線または曲線からなる形状とする。

このように構成することによって、複合シール材１０が圧接された際に、第１のシール部材６のシール本体６Ａが弾性変形して外径側でシール性が付与される。しかも、内径側の第２のシール部材８が、第１のシール部材６よりも硬質の材料から構成されているので、第２のシール部材８側を、例えば、ドライエッチング装置やプラズマＣＶＤ装置などの半導体製造装置における腐食性ガス、プラズマなどの厳しい環境側であるチャンバー側に配置することによって、第１のシール部材６が、これらの腐食性ガス、プラズマなどから保護されることになり、シール性が低下することがない。

またさらに、内径側に、第１のシール部材６よりも硬質でかつ、耐腐食性や耐プラズマ性に優れた材料を用いた第２のシール部材８を配置したので、第２のシール部材８によって第１のシール部材６も保護され、複合シール材１０全体としてのシール性の低下を防止することができる。

また、複合シール材１０が圧接する際には、第１のシール部材６のシール本体６Ａと第２のシール部材８の屈曲部８Ｂに形成される薄肉部が変形緩衝空間Ｓ内に向けて弾性変形するのを許容するため、ゲート弁開閉部などのように、繰り返し開閉が行なわれる場所に複合シール材１０を適用した場合でも、第１のシール部材６および第２のシール部材８のシール性が劣化するのを抑えることができる。

さらに、複合シール材１０は、図１中に示す中心線Ｌを基準として対称形状に形成されているので、複合シール材１０の装着時に過って複合シール材を上下反対に誤組み付けするような事態を防止することができる。

以上、本発明の好ましい実施の態様を説明してきたが、本発明はこれに限定されることはない。

例えば、図４に示す第１の変形例のように、複合シール材４０の第１のシール部材６を構成する嵌合部４１を断面略長方形に形成し、この嵌合部４１を第２のシール部材４２を構成する断面略長方形状に形成された被嵌合凹部４３内に圧入する構成としてもよい。

また、図５に示す第２の変形例のように、複合シール材６０の第２のシール部材６１に前記実施の形態で述べた薄肉部８Ｃに替えて、厚肉部６２を設けてもよい。

さらに、図６に示す第３の変形例のように、複合シール材７０の第１のシール部材７１と第２のシール部材７２のうち第１のシール部材７１の一部を凹ませてそこに変形緩衝空間Ｓ´を設ける構成としてもよい。

さらに、前記実施の形態では、図７に示すように複合シール材１０全体を円形リング状に形成したが、これに替えて、例えば図８に示す第４の変形例のように複合シール材１０´全体を矩形状に形成してもよい。

また、例えば、上記実施例では、第１のシール部材をシール溝における外周側に配置し、第２のシール部材をシール溝における内周側に配置した場合について、説明したが、本発明の複合シール材は、シール溝の外径側が耐腐食性や耐プラズマ性が要求される環境となる場合は、第１のシール部材をシール溝における内周側に配置し、第２のシール部材をシール溝における外周側に配置してもよい。

また、例えば、上記実施例では、ドライエッチング装置やプラズマＣＶＤ装置などの半導体装置に適用した場合について説明したが、本願発明の複合シール材は、その他の環境の厳しい条件で使用するその他の装置のシール部分にも用いることも可能である。また、あり溝以外のシール溝にも適用可能である。

Claims (3)

1. あり溝状のシール溝に装着される複合シール材であって、
   前記シール溝における外周側に配置され、弾性部材からなる第１のシール部材と、
   前記シール溝における内周側に配置され、前記第１のシール部材よりも硬質の材料からなる第２のシール部材とを備え、
   前記第１のシール部材は、環状のシール本体と、前記シール本体の内周側から径方向内側に突設された環状凸部と、前記環状凸部の内周側の軸方向中間部から、さらに前記シール本体の径方向内側に向けて突設された環状の嵌合部とを有し、
   前記第２のシール部材は、前記第１のシール部材の前記嵌合部と略相補的な形状の被嵌合凹部を軸方向中間部に有するとともに、軸方向両端部に屈曲部を有し、該屈曲部は、前記シール本体と前記環状凸部との間に形成される段差部に突き当てられ、
   前記屈曲部と前記シール本体との間には前記屈曲部と前記シール本体が弾性変形するのを許容する変形緩衝空間が画成されることを特徴とする複合シール材。
2. あり溝状のシール溝に装着される複合シール材であって、
   前記シール溝における内周側に配置され、弾性部材からなる第１のシール部材と、
   前記シール溝における外周側に配置され、前記第１のシール部材よりも硬質の材料からなる第２のシール部材とを備え、
   前記第１のシール部材は、環状のシール本体と、前記シール本体の外周側から径方向外側に突設された環状凸部と、前記環状凸部の外周側の軸方向中間部から、さらに前記シール本体の径方向外側に向けて突設された環状の嵌合部とを有し、
   前記第２のシール部材は、前記第１のシール部材の前記嵌合部と略相補的な形状の被嵌合凹部を軸方向中間部に有するとともに、軸方向両端部に屈曲部を有し、該屈曲部は、前記シール本体と前記環状凸部との間に形成される段差部に突き当てられ、
   前記屈曲部と前記シール本体との間には前記屈曲部と前記シール本体が弾性変形するのを許容する変形緩衝空間が画成されることを特徴とする複合シール材。
3. 前記第１のシール部材の前記環状の嵌合部は前記相手方となる被嵌合凹部に嵌合したときに前記嵌合部が前記被嵌合凹部から抜けない形状に形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の複合シール材。

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