KR20230128042A

KR20230128042A - 개스킷

Info

Publication number: KR20230128042A
Application number: KR1020237025145A
Authority: KR
Inventors: 고타로 다카하시; 노리히사 미노와
Original assignee: 듀폰 스페셜티 프로덕츠 유에스에이, 엘엘씨
Priority date: 2020-12-22
Filing date: 2021-12-13
Publication date: 2023-09-01
Also published as: CN117120754A; JP2024501043A; EP4267870A1; WO2022140089A1; TW202240092A

Abstract

두 부분, 즉 엘라스토머로 만들어진 제1 부분(11), 및 엘라스토머보다 가스 투과가 적고 가요성이 낮은 특성을 갖는 재료로 만들어진 제2 부분(21)으로 형성된 개스킷(100)으로서, 제2 부분이 두 부품(31, 41) 사이의 가스 투과 방향에 수직이거나 또는 실질적으로 수직인 방향으로 제1 부분에 고정된, 개스킷이 제공된다. 개스킷은 저분자 가스의 투과를 줄이거나 방지할 수 있고, 이에 따라 개스킷은 예를 들어 반도체 웨이퍼 공정 기술을 위한 장치의 밀봉에 유용하다.

Description

개스킷

본 발명은 고진공 조건에서 가스 투과를 방지하는 개스킷(특히 O-링) 및 개스킷을 형성하는 방법에 관한 것이다. 개스킷은 반도체 웨이퍼 공정 기술에 사용되는 밀봉 부품으로 유용하다.

본 발명이 속하는 기술 분야의 상태를 보다 충분히 설명하기 위해 본 명세서에서 여러 특허 및 간행물이 인용된다. 이들 특허 및 간행물 각각의 전체 내용은 본 명세서에 병합된다.

밀봉 부품(O-링, 개스킷 등)은 고온 및 일부가 부식성, 반응성 또는 공격적일 수 있는 많은 종류의 유기 용매 및 가스와 같은 가혹한 조건에 노출된다. 플루오르화 엘라스토머는 바람직한 탄성과 낮은 화학 반응성뿐만 아니라 높은 내열성을 갖기 때문에 플루오르화 엘라스토머는 다양한 산업 분야에서 부품을 밀봉하는 데 널리 사용된다. 플루오르화 엘라스토머로 형성된 밀봉 부품을 사용하는 장치는 이러한 밀봉 부품이 이러한 가혹한 조건에서 사용되더라도 효과적으로 작용할 수 있기 때문에 고진공 조건 또는 가압 조건을 달성할 수 있다.

진공 또는 증기 증착 공정 장비용 챔버 밀봉재와 같은 반도체 제조 기술에 사용되는 밀봉 부품은 특수 가스(예를 들어, 증착 공정 가스 또는 챔버 세정 가스) 및 플라즈마에 노출된다. 이러한 밀봉 부품은 또한 반도체 웨이퍼 공정이 고온에서 수행되기 때문에 높은 내열성을 요구한다. 플루오르화 엘라스토머는 위에서 언급한 우수한 특성으로 인해 가혹한 조건에서 사용하기에 좋은 후보이지만, 플루오르화 엘라스토머는 특히 고온에서 사용될 때 저분자 가스(예를 들어, O₂ 또는 N₂)가 약간(1X10^-4 Pa) 투과할 수 있기 때문에 가스 투과성이 문제가 된다. 금속이 가스 투과를 방지할 수 있기 때문에 종종 전체 금속 개스킷이 이러한 목적으로 사용된다. 그러나, 금속의 가요성이 상대적으로 낮기 때문에 전체 금속 개스킷은 최적으로 밀봉되기 위해 주의 깊게 안착하고 제 위치에서 볼트로 고정되어야 한다. 더욱이 금속 개스킷을 사용하는 경우 금속 개스킷과 접촉하는 플랜지는 경면으로 연마되어야 한다. 또 다른 종래의 기술은 두 개의 개스킷을 조합하여 사용하는 것으로, 하나는 내열성이 높은 퍼플루오로 엘라스토머 개스킷이고, 다른 하나는 가스 투과가 적은 부분적으로 플루오로화 엘라스토머 개스킷이다. 그러나 두 밀봉재 사이에는 질소 가스 퍼지가 필요하여, 이 기술을 전개하는 것은 쉬운 작업이 아니다. 따라서, 저분자 가스의 투과를 방지할 수 있는 가요성을 갖는 밀봉 부품이 절실히 필요하다.

US9,290,838B는 O-링 표면의 적어도 일부가 가단성 금속 코팅으로 코팅된 확산 방지 금속 코팅된 O-링을 개시한다.

반도체 웨이퍼 공정 기술에 유용한 개스킷이 제공된다. 개스킷은 두 부품 사이에 위치되고, 개스킷은 두 부품 사이에 저분자 가스(예를 들어, O₂ 또는 N₂)가 투과하는 것을 방지하거나 줄일 수 있다. 이 기술의 개스킷은 두 부분으로 형성되고, 제1 부분은 엘라스토머(플루오로 엘라스토머, 특히 퍼플루오로 엘라스토머)로 만들어지고, 제2 부분은 가스 투과율이 낮은 강성 재료(예를 들어, 금속)로 만들어진다. 제2 부분은 제1 부분에 강하게 고정되어, 두 부품 사이의 가스 투과가 실질적으로 감소되거나 완전히 방지된다.

도 1은 밀봉될 두 부품 사이에 위치된 본 발명의 개스킷의 일 실시형태의 일부 단면도이다.
도 1a는 도 1의 단면도로서, 화살표는 개스킷으로 두 부품을 밀봉하는 데 인가된 힘을 나타낸다.
도 2는 밀봉될 두 부품 사이에 위치된 본 발명의 개스킷의 다른 실시형태의 일부 단면도이다.
도 2a는 도 2의 단면도로서, 화살표는 개스킷으로 두 부품을 밀봉하는 데 인가된 힘을 나타낸다.
도 3은 밀봉될 두 부품 사이에 위치된 본 발명의 개스킷의 또 다른 실시형태의 일부 단면도이다.
도 3a는 도 3의 단면도로서, 화살표는 개스킷으로 두 부품을 밀봉하는 데 인가된 힘을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 개스킷의 상부 평면도이다.
도 4a는 본 발명의 개스킷의 측단면도이다.
도 5는 두 부품의 밀봉재 역할을 하는 본 발명의 개스킷의 측단면도이다.
도 5a는 두 부품의 밀봉재 역할을 하는 본 발명의 개스킷의 단면 사시도이다.

본 발명의 개스킷은 두 부분, 즉 (A) 엘라스토머로 만들어진 제1 부분, 및 (B) 엘라스토머보다 가스 투과가 적고 가요성이 낮은 특성을 갖는 재료로 만들어진 제2 부분을 포함한다.

제1 부분은 엘라스토머로 만들어진다. 특히 플루오르화 엘라스토머는 바람직한 탄성, 낮은 화학적 반응성, 양호한 내용매성 및 높은 내열성과 같은 우수한 특성 때문에 바람직하다. 플루오로엘라스토머(FKM) 및 퍼플루오로엘라스토머(FFKM)가 사용될 수 있다. 종래의 플루오로엘라스토머는 테트라플루오로에틸렌, 비닐리덴 플루오라이드 또는 예를 들어 플루오로(메틸 비닐 에테르)와 같은 다른 부분적으로 플루오르화된 공단량체 및 경화 부위 단량체의 공중합 단위를 포함한다. 종래의 퍼플루오로엘라스토머는 테트라플루오로에틸렌, 퍼플루오로(메틸 비닐 에테르) 및 경화 부위 단량체의 공중합 단위를 포함한다. 적합한 플루오로엘라스토머는 미국 특허 번호 8,765,876(발명자: Bish 등)에 설명된 것을 포함하지만 이로 제한되지 않는다. 플루오로엘라스토머는 문헌(Kaiser, R.J, 등, "Synthesis of Transparent Fluorocarbon Elastomers: Effect of Crosslinker Type and Electron Beam Irradiation Level on Physical and Mechanical Behavior", Journal of Applied Polymer Science, Vol. 27, pages 957-968(1982)) 및 거기에 인용된 참고 문헌에 설명된 방법에 의해 합성될 수 있다. 적합한 퍼플루오로엘라스토머는 미국 특허 번호 6,281,296(발명자: MacLachlan 등) 및 미국 특허 번호 6,191,208(발명자: Kohtaro Takahashi)에 설명된 것을 포함하지만 이로 제한되지 않으며, 이들 참고 문헌에 제시된 방법에 의해 준비될 수 있다.

제1 부분은 바람직한 탄성 특성으로 인해 개스킷을 사용하여 가스 누출(즉, 가스 확산)을 방지하고 장치 내부에 고압 또는 고진공을 유지하는 역할을 한다. 제1 부분은 가요성을 갖는 재료(엘라스토머)로 만들어지기 때문에 개스킷이 밀봉 부품에 적용될 때 제1 부분은 밀봉 구조물에 가요성을 제공하고 밀봉 구조물의 표면을 평활화한다. 제1 부분은 개스킷이 밀봉 구조물에 사용되고 라인이 개스킷의 반경에 수직인 제1 부분의 단면의 최대 직경일 때 선형 압축비 3% 내지 40%, 바람직하게는 선형 압축비 10% 내지 30%로 압축된다. 이 라인은 예를 들어, 도 4a 및 도 5에서 a-a로 표시되고, 도 1a, 도 2a 및 도 3a에서 화살표로 표시된다. 본 명세서에 사용된 "수직"이라는 용어는 라인(a-a)에 평행한 방향을 의미한다.

제2 부분은 엘라스토머보다 가스 투과가 적고 가요성이 낮은 특성을 갖는 재료로 만들어진다. 요구 사항을 충족하는 임의의 재료를 사용할 수 있지만 금속과 금속 합금이 강성이 있고 가스 투과 특성이 낮은 것으로 인해 금속과 금속 합금이 바람직하다. 챔버 세정 가스 또는 플라즈마에 대한 반응성이 적은 금속 또는 금속 합금이 보다 바람직하다. 이런 점에서 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 사용될 수 있다. 제2 부분에 사용되는 주목할만한 금속은 스테인레스강 304, 316 및 알루미늄 A1000 유형, A5000 유형 및 A6000 유형이다. 이 금속에 대한 저분자 가스의 투과성은 본 명세서에 설명된 두께로 사용될 때 0이거나 또는 적어도 실질적으로 0인 것으로 여겨진다. 본 명세서에 사용된 "실질적으로 0"이라는 용어는 0보다 크고 1X10^-8 Pa 이하인 압력을 의미한다.

제2 부분은 두께를 가진다. 두께는 제1 부분의 크기와 제2 부분의 재료에 따라 다르다. 두께는 개스킷이 밀봉될 두 부품 사이에 위치될 때 도 1a, 도 2a 및 도 3a에서 화살표로 표시된 압축력에 의해 제2 부분이 파손되거나 비가역적인 휨 변형을 받지 않도록 하는 크기이다. 이러한 파열 또는 변형은 시각적 검사로 관찰될 수 있다. 대안적으로, 높은 가스 투과율은 제2 부분이 손상되었음을 나타낼 수 있다.

예를 들어, 제2 부분이 알루미늄으로 만들어지는 경우, 라인(a-a)을 따른 엘라스토머(제1 부분)의 단면 직경이 3.5mm±0.10mm일 때, 알루미늄의 두께는 약 0.2mm 내지 약 10mm인 것이 바람직하다. 다시, 높은 가스 투과율은 제2 부분의 두께가 불충분하다는 것을 나타낼 수 있다.

제2 부분은 보다 저분자인 가스에 대한 가스 투과 장벽 역할을 한다. 엘라스토머는 기본적으로 공기의 누출을 방지할 수 있지만 산소나 질소 가스와 같은 소량의 저분자 가스가 엘라스토머를 투과할 수 있다. 진공 챔버 내부에 1X10^-4 Torr의 질소 또는 산소 압력을 생성하는 투과성조차도 증기 증착 공정 또는 반도체 웨이퍼 공정과 같은 일부 공정을 중단시키기에 충분하다.

제2 부분은 가요성이 더 낮은 재료로 만들어지지만 제2 부분은 밀봉 구조물의 두 부품의 표면과 완전히 접촉해야 한다. 완전한 접촉을 보장하기 위해 제2 부분은 수직 방향으로, 즉 도 4a 및 도 5에서 a-a로 표시되고 도 1a, 도 2a 및 도 3a에 화살표로 표시된 라인을 따라 5% 미만의 선형 압축비로 압축될 수 있다.

개스킷의 제1 부분은 개스킷의 제2 부분에 강하게 접착되어야 한다.

제1 부분이 퍼플루오로 엘라스토머로 만들어지고 제2 부분이 금속 또는 금속 합금으로 만들어질 때, 개스킷은 다음 단계, 즉

(a) 개스킷의 금속 부분(이것은 금속 및 금속 합금을 포함하는 제2 부분을 의미함)을 준비하는 단계로서, 퍼플루오로 엘라스토머에 접합되는 금속 부분의 표면이 화학적으로 또는 기계적으로 처리된, 단계, 및

(b) 경화성 퍼플루오로 엘라스토머 조성물을 금속 부분의 표면으로 압축 몰딩하는 단계

에 의해 형성될 수 있다.

단계 (a)에서 금속 부분의 표면은 강한 금속-퍼플루오로 엘라스토머 접합을 형성하기 위해 화학적으로 또는 기계적으로 처리된다. 퍼플루오로 엘라스토머의 화학적 불활성 때문에 금속 표면을 퍼플루오로 엘라스토머에 접합시키는 것은 어렵다. 금속 표면의 화학적 전처리의 전형적인 예는 접착성 프라이머 또는 접합제이다. 이러한 화학 물질은 퍼플루오로 엘라스토머와 금속 부분 사이의 접합 강도를 향상시키기 위해 금속 부분의 표면에 코팅될 수 있다. 금속과 퍼플루오로 엘라스토머 사이의 강한 접합의 또 다른 예는 예를 들어 긁힘이나 기공을 생성하기 위해 금속 표면을 거칠게 하는 것에 의해 앵커링 효과(anchoring effect)를 사용하는 것이다. 산 에칭, 아연 도금 크로메이트 처리, 샌드 블라스팅, 레이저 에칭 및 양극 산화 처리를 사용할 수 있다. 금속이 알루미늄 또는 알루미늄 합금인 경우, EP1,855,864B(발명자: Minowa 등)에 개시된 방법을 사용하여 알루미늄(합금)의 표면을 양극 산화 처리하여 다공성 표면을 형성할 수 있다.

단계 (b)에서, 경화성 퍼플루오로 엘라스토머 조성물을 사용하여 금속 부분 상에 퍼플루오로 엘라스토머 부분(즉, 제1 부분)을 형성한다. 일반적으로, 퍼플루오로 엘라스토머는 적어도 2개의 주요 퍼플루오르화 단량체의 공중합 단위를 갖는 비정질 중합체 조성물이다. 일반적으로 주요 공단량체 중 하나는 퍼플루오로올레핀인 반면, 다른 하나는 퍼플루오로비닐 에테르이다. 대표적인 퍼플루오르화 올레핀은 테트라플루오로에틸렌 및 헥사플루오로프로필렌을 포함한다. 적합한 퍼플루오르화 비닐 에테르는 다음 화학식 I의 것을 포함한다:

[화학식 I]

CF2=CFO(RfO)_n(Rf'O)_mRf"

여기서 Rf 및 Rf'는 2 내지 6개의 탄소 원자의 서로 다른 선형 또는 분지형 퍼플루오로알킬렌기이고, m 및 n은 독립적으로 0 내지 10이고, Rf"는 1 내지 6개의 탄소 원자의 퍼플루오로알킬기이다.

다른 적합한 플루오로엘라스토머 및 퍼플루오로엘라스토머는 위에서 인용된 참고 문헌(발명자: Bish, Kaiser, MacLachlan 및 Takahashi)에 설명되어 있다.

경화성 퍼플루오로 엘라스토머 조성물은 금속 부분의 다공성 표면으로 압축 몰딩된다. 몰드는 개스킷의 형상이다. 금속 부분은 경화성 퍼플루오로엘라스토머 조성물이 몰드에 위치되기 전에 몰드에 위치된다. 몰딩은 퍼플루오로엘라스토머를 적어도 부분적으로 경화(즉, 가황 또는 가교)하고 이를 금속 표면에 접합하기에 충분한 시간 동안 압력 및 상승된 온도에서 수행된다. 접합은 가교 전에 금속의 다공성 표면 구조물로 압력에 따라 흐르는 퍼플루오로엘라스토머 조성물에 의해 강화된다. 선택적으로, 생성된 퍼플루오로 엘라스토머-금속 부분은 엘라스토머의 물리적 특성 및 금속 표면에 대한 경화된 엘라스토머의 접합 강도를 개선하기에 충분한 시간 동안 상승된 온도에서 후경화될 수 있다. 후경화는 공기 오븐 또는 불활성 분위기에서 발생할 수 있다. 일반적인 압축 몰딩 조건은 180℃ 내지 220℃의 온도에서 4분 내지 8분이다. 일반적인 후경화 조건은 250℃ 내지 315℃의 온도에서 5시간 내지 48시간이다. 위에서 인용된 문헌(발명자: MacLachlan 및 Takahashi)에는 유사한 몰딩 공정이 설명되어 있다.

예를 들어 진공 챔버 또는 가압 용기에 밀봉을 형성하기 위해 사용할 때 개스킷은 두 부품의 갭(개구)을 밀봉하기 위해 두 부품 사이에 위치된다. 바람직하게는, 제1 및 제2 부분은, 개스킷이 두 부품 사이에 밀봉재로 안착될 때, 두 부품 사이의 가스 투과가 감소되거나 방지되도록, 제1 부분이 두 부품의 진공 측에 근접하고, 제2 부분이 두 부품의 외부 대기 측에 근접하도록 위치된다.

이제 동일한 참조 부호가 도면 전체에 걸쳐 대응하는 구조부를 지시하는 도면을 참조하면, 특히 도 1을 참조하면, 본 발명의 개스킷(100)의 일 실시형태의 단면도가 도시되어 있다. 개스킷(100)은 서로 강하게 연결된 엘라스토머(11)와 금속(21), 바람직하게는 알루미늄으로 형성된다. 개스킷(100)은 두 부품(31, 41) 사이의 갭을 밀봉하기 위해 두 부품(31, 41) 사이에 위치된다. 개스킷이 반도체 제조 기술에 사용될 때, 개스킷(100)의 내부 엘라스토머 측(11)은 밀봉된 부품의 내부(50)에 존재하는 특수 가스(예를 들어, 증착 공정 가스 또는 챔버 세정 가스) 및 플라즈마에 또는 진공에 노출된다. 제2 부분인 금속 또는 금속 합금(21)은 가스 투과를 방지하기 위해 개스킷(100)의 외부 측에 위치된다. 금속 또는 금속 합금 부분(21)은 두 부품(31, 41)의 표면에 수직인 수직 방향으로 위치된다.

다시 말해, 제2 부분(21)은 제1 부분(11)에 고정되고, 제1 및 제2 부분은, 개스킷(100)이 두 부품(31, 41) 사이에 밀봉재로 안착될 때, 두 부품(31, 41)에 의해 형성된 공간(50)으로 가스의 투과가 감소되거나 방지되도록, 제1 부분(11)이 두 부품(31, 41)의 진공 또는 처리 측(50)에 근접하고, 제2 부분(21)이 두 부품(31, 41)의 외부 대기 측에 근접하도록 위치된다.

도 2는 금속 부분(21)과 엘라스토머 부분(11)으로 형성된 개스킷(100)의 다른 실시형태의 단면도를 도시한다. 도 1에서와 같이 금속 부분은 외측에 위치되고, 엘라스토머 부분은 개스킷의 내측(50)에 위치된다. 더욱이, 개스킷의 단면도는 대략 원형 형상이다. 유리하게는, 도 2에 도시된 개스킷의 전체 형상은 플루오르화 엘라스토머로 형성된 종래의 개스킷의 형상, 예를 들어, 토러스 또는 O-링과 유사하다. 따라서, 도 2에 도시된 개스킷은 현재 장치의 밀봉 부품(31, 41)의 구조를 변경하기 위한 정교하고 값비싼 리툴링(re-tooling) 없이 종래의 용도에 적용되어 전술한 바와 같이 개선된 밀봉을 제공할 수 있다.

특히 도 1 및 도 2에서, 엘라스토머(11)와 금속(21)의 계면은 직경이 일정한 원형 단면과 수직 축, 즉 개스킷의 평면과 두 부품(31, 41)의 표면에 수직인 축을 가진 원통형이다.

이제 도 3을 참조하면, 개스킷(100)이 밀봉될 두 부품(31, 41) 사이에 위치된 본 발명의 다른 실시형태의 단면도가 도시되어 있다. 도 1 및 도 2에서와 같이, 엘라스토머 부분(11)은 밀봉된 챔버의 내부(50)에 근접한 개스킷의 내측에 위치된다. 또한 도 2에서와 같이 개스킷(100)의 전체적인 그림은 종래의 개스킷의 것과 유사하다. 그러나, 도 1 및 도 2의 실시형태는 엘라스토머(11)와 금속(21)의 계면 형상에 의해 도 3의 실시형태와 구별된다. 도 3의 엘라스토머와 금속의 계면은 직경이 일정한 원형 단면과 수직 축, 즉 두 부품(31, 41)의 표면에 수직인 축을 가진 원통형으로 정확히 설명되지는 않는다. 오히려, 계면은 곡선 형상이다. 그 단면은 원형이지만, 그 직경은 밀봉 부품(31, 41) 사이의 거리에 대해 일정하지 않다. 엘라스토머(11)와 금속(21) 사이의 완전한 접촉 및 적절한 접합이 본 명세서에 설명된 방법에 의해 달성될 수 있다면, 임의의 계면 형상이 제시된 방향으로 적합하게 사용된다.

이제 도 1a, 도 2a 및 도 3a를 참조하면, 도 1, 도 2 및 도 3의 실시형태가 각각 밀봉 부품(31, 41)에 수직 방향으로 가해지는 밀봉력을 나타내는 화살표가 추가된 것으로 재현된다. 모두 3개의 도시된 실시형태에서, 제2 부분(21)은 두 부품 사이의 가스 투과 방향에 대해 수직 방향으로 위치된다. 밀봉된 챔버의 외부에서 내부(50)로 이동하는 가스는 화살표로 표시된 수직 방향에 수직인 부품을 갖는 벡터로 설명되는 방향으로 이동해야 한다.

당업자라면 미리 결정된 선형 압축을 통해 지정된 크기와 방향을 갖는 힘을 가하는 것에 맞게 금속 부분(21)을 설계할 수 있다. 설계 선택에는 금속과 금속 부분(21)의 단면을 선택하는 것이 포함된다. 예를 들어, 도 1 및 도 1a의 개스킷(100)에 비해 도 2 및 도 2a에 도시된 것과 같은 개스킷(100)은 수직 방향으로 일반적인 힘보다 큰 힘을 가해야 하는 밀봉에서 사용될 수 있고, 도 3 및 도 3a에 도시된 것과 같은 개스킷(100)은 수직 방향으로 일반적인 힘보다 적은 힘을 가해야 하는 밀봉에서 사용될 수 있다.

이제 도 4를 참조하면, 개스킷(100)의 평면도는 개스킷(100)의 평면에서 라인(b-b 및 c-c)을 도시한다. 또한, 엘라스토머 부분(11)은 밀봉된 부품(31, 41)의 내부(50)에 근접하고, 밀봉된 부품은 도 4에 도시되어 있지 않다.

이제 도 4a를 참조하면, 개스킷(100)의 이 단면은 개스킷의 평면에서 라인(b-b 및 c-c)에 수직인 수직 축(a-a)을 도시한다. 라인(b-b 및 c-c)은 도 4a에 도시되어 있지 않다.

이제 도 5를 참조하면, 밀봉 구조물은 두 밀봉 부품(31, 41)과 개스킷(100)을 포함한다. 각각의 부품(31, 41)은 다른 부품의 표면과 평행한 표면을 갖고, 개스킷(100)은 부품(31, 41)을 밀봉하고 내부(50)로 가스의 누출을 방지하기 위해 두 개의 평행한 표면 사이에 배치된다. 제2 부분(21)은 부품(31, 41)의 평행한 표면의 방향에 수직인 방향으로 제1 부분(11)에 고정된다. 다시 말해, 제2 부분(21)은 라인(a-a)에 평행한 방향으로 제1 부분(11)에 고정된다.

이제 도 5a를 참조하면, 두 부품(31, 41)의 밀봉재 역할을 하는 개스킷(100)의 단면 사시도는 각각의 부품(31, 41)의 표면과 연속 접촉을 형성하는 제2 부분(21)을 묘사한다.

토러스 또는 O-링과 같은 원형의 개스킷이 도 4 및 도 5a에 도시되어 있지만, 본 발명의 개스킷은 개스킷에 대해 알려져 있거나 밀봉될 장비의 설계에 의해 요구되는 임의의 형상을 가질 수 있다. 개스킷에 대한 다른 종래의 형상은 타원형 및 직사각형, 예를 들어, 코너가 둥근 정사각형을 포함한다.

도면에는 도시되어 있지 않지만, 밀봉 부품(31, 41) 중 하나 또는 둘 다에 본 발명의 개스킷에 의해 밀봉되는 구멍에 더하여 하나 이상의 구멍이 제공될 수 있다. 이 구멍(들)은 본 발명의 개스킷 또는 다른 수단에 의해 가스 투과를 방지하기 위해 밀봉될 수 있다. 예를 들어, 밀봉 부품(31, 41)에는 가스 입구 밸브용 구멍, 진공 포트가 제공되거나, 또는 히터, 압력 게이지, 전극 및 프로브, 예를 들어, 온도 프로브, 랭뮤어(Langmuir) 프로브 또는 QMS 프로브를 포함하지만 이로 제한되지 않는 기구를 삽입할 수 있는 개구가 제공될 수 있다.

하기 실시예는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공된다. 본 발명을 수행하기 위해 현재 고려되는 바람직한 모드를 제시하는 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위해 의도된 것일 뿐, 본 발명을 제한하기 위해 의도된 것이 아니다.

실시예

테스트 샘플

테스트 샘플 1: 도 1에 도시된 새로 개발된 개스킷

테스트 샘플 2: 도 2에 도시된 새로 개발된 개스킷

테스트 샘플 3: 퍼플루오로 엘라스토머로 형성된 종래의 O-링(FFKM의 AS568 228 O-링)

테스트 샘플 4: 플루오르화 엘라스토머로 형성된 종래의 O-링(FKM의 AS568 228 O-링)

테스트 샘플 1 및 2는 동시 경화 몰딩 공정에 의해 준비된 FFKM(11)과 알루미늄(21)의 접합 부분이었다. 경화성 퍼플루오로엘라스토머는 미국 특허 번호 6,281,296 및 6,191,208 및 유럽 특허 번호 EP1,855,864B(위에서 인용됨)에 설명된 방법에 따라 준비되었다. 접합 방법은 EP1,855,864B에도 개시되어 있다. 테스트 샘플 3 및 4는 상업적 공급원으로부터 입수되었다.

진공 밀봉재를 통한 가스 투과 테스트 장비 및 방법.

테스트-1

테스트 장비는 진공 밀봉재용 스테인리스강에 AS568 228 O-링 크기 플랜지를 갖는 진공 챔버이다. 챔버에는 진공 펌프와 사중극자 질량 분석기(QMS: Quadrupole Mass Spectrometer)가 장착되어 있다. 장비를 200℃를 초과하여 가열하기 위해 리본 히터가 챔버 주변에 배치되었고 온도 조절 장치가 있는 맨틀 히터가 플랜지 주변에 배치되었다.

테스트 샘플(테스트 샘플 1, 3 및 4)의 두 부분으로 된 개스킷을 진공 밀봉용 장비의 플랜지에 놓았다. 챔버는 100℃로 설정된 챔버 주변의 리본 히터를 사용하여 1X10^-7 Pa의 초진공 수준으로 펌핑되었다. 리본 히터는 챔버를 항상 100℃로 가열을 유지한다. 플랜지 주변의 맨틀 히터가 꺼졌을 때, 플랜지 온도는 챔버 주변의 리본 히터의 가열로 인해 52℃였다. 진공 펌프를 계속 가동하여 진공을 유지했다. 플랜지 주변 히터의 온도는 플랜지 주변 맨틀 히터에 의해 2.5℃/min의 속도로 200℃까지 증가한 반면, 챔버 주변 히터는 100℃로 유지되었다.

밀봉재를 통한 투과로 인한 진공 챔버의 공기압은 플랜지 주변 히터의 온도가 100℃, 150℃ 및 200℃를 기록할 때 QMS로 측정되었다. N₂와 O₂의 분압도 이 온도에서 측정되었다.

테스트-2

알루미늄으로 만들어진 플랜지가 또한 테스트 샘플 2를 실행하기 위해 준비되었다. 측정을 시작하는 온도는 스테인레스강과 알루미늄의 열 전도율의 차이로 인해 66℃였다. 온도 열 사이클에 대한 반복성을 확인하기 위해 투과율 측정을 10회 실행하였다. 플랜지는 알루미늄으로 만들어졌기 때문에, 테스트 후 플랜지가 반복 사용에 부적합하게 만드는 물리적 손상이 없음을 확인하기 위해 테스트 샘플 2의 표면을 일리노이주 이타스카(Itasca) 소재 키엔스사(KEYENCE Corp.)의 3D 이미지 측정 기구 유형 VHX-7000으로 검사하였다. 표면 긁힘은 관찰되지 않았다.

가스 투과율(공기, N ₂ 및 O ₂ ) 테스트 결과.

테스트-1

공기 투과율 결과는 표 1에 표시된 반면, N₂ 투과율 결과는 표 2에 표시되고, O₂ 결과는 표 3에 나타내었다. 여기에 보고된 모든 가스 투과율은 파스칼(Pa) 단위이다.

진공 챔버로의 공기의 투과율

플랜지 온도, ℃	샘플-3 AS-228/FFKM	샘플-4 AS-228/FKM	샘플-1
52	4.15E-05	1.82E-05	4.10E-05
100	1.64E-04	1.08E-04	1.32E-04
150	5.00E-04	3.57E-04	1.70E-04
200	9.98E-04	7.02E-04	1.54E-04

진공 챔버로의 질소의 투과율

플랜지 온도, ℃	샘플-3 AS-228/FFKM	샘플-4 AS-228/FKM	샘플-1
52	2.05E-05	4.09E-06	2.21E-05
100	9.88E-05	3.66E-05	8.93E-05
150	3.26E-04	1.74E-04	1.18E-04
200	6.85E-04	3.82E-04	1.06E-04

진공 챔버로의 산소의 투과율

플랜지 온도, ℃	샘플-3 AS-228/FFKM	샘플-4 AS-228/FKM	샘플-1
52	1.34E-05	3.66E-06	1.12E-05
100	5.14E-05	1.92E-05	2.98E-05
150	1.50E-04	7.82E-05	3.35E-05
200	2.58E-04	9.72E-05	2.12E-05

테스트-2

공기 투과율 결과는 표 4에 표시된 반면, N₂ 투과율 결과는 표 5에 표시되고, O₂ 결과는 표 6에 나타내었다.

진공 챔버로의 공기의 투과율

플랜지 온도, ℃	샘플-2 1차	10차
66	7.52E-05	6.95E-05
100	9.52E-05	8.83E-05
150	1.05E-04	9.90E-05
200	1.12E-04	1.05E-04

진공 챔버로의 질소의 투과율

플랜지 온도, ℃	샘플-2 1차	10차
66	3.78E-05	3.41E-05
100	5.48E-05	4.92E-05
150	6.00E-05	5.44E-05
200	6.40E-05	5.85E-05

진공 챔버로의 산소의 투과율

플랜지 온도, ℃	샘플-2 1차	10차
66	1.61E-05	1.47E-05
100	1.89E-05	1.81E-05
150	2.02E-05	1.96E-05
200	1.70E-05	1.71E-05

테스트 2의 완료 후 플랜지 손상이 관찰되지 않았다.

본 발명의 특정 바람직한 실시형태가 위에서 설명되고 구체적으로 예시되었지만, 본 발명은 이러한 실시형태로 제한되지 않는 것으로 의도된다. 오히려, 본 발명의 많은 특징과 이점이 본 발명의 구조 및 기능의 세부 사항과 함께 전술한 설명에서 제시되었지만, 본 개시 내용은 단지 예시를 위한 것일 뿐, 첨부된 청구범위에서 표현된 용어의 넓은 일반적인 의미로 지시되는 완전한 범위까지 본 발명의 원리 내에서 특히 부분의 형상, 크기 및 배열에 있어 세부적으로 변경이 이루어질 수 있는 것으로 이해된다.

Claims

가스 투과로부터 두 부품을 밀봉하기 위한 개스킷으로서,
(A) 엘라스토머를 포함하는 제1 부분, 및
(B) 상기 엘라스토머보다 가스 투과가 적고 가요성이 낮은 재료를 포함하는 제2 부분
을 포함하고,
상기 제2 부분은 상기 제1 부분에 고정되고, 상기 제1 및 제2 부분은, 상기 개스킷이 상기 두 부품 사이에 밀봉재로 안착될 때, 상기 두 부품 사이의 가스 투과가 감소되거나 방지되도록, 상기 제1 부분이 상기 두 부품의 진공 측에 근접하고, 상기 제2 부분이 상기 두 부품의 외부 대기 측에 근접하도록 위치되는, 개스킷.
제1항에 있어서, 상기 제2 부분은 상기 두 부품 사이의 가스 투과 방향에 수직인 방향으로 위치되는, 개스킷.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분의 계면의 형상은 원통형인, 개스킷.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 부분은 플루오르화 엘라스토머를 포함하는, 개스킷.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 부분은 퍼플루오로 엘라스토머를 포함하는, 개스킷.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 부분은 금속 또는 금속 합금을 포함하는, 개스킷.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 부분은 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하는, 개스킷.
제7항에 있어서, 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 계면 표면은 기공을 갖고, 상기 엘라스토머의 적어도 일부는 압축 몰딩에 의해 상기 기공으로 삽입되는, 개스킷.
가스의 투과로부터 두 부품을 밀봉하기 위한 개스킷을 제조하는 방법으로서, 상기 개스킷은 (A) 엘라스토머로 만들어진 제1 부분, 및 (B) 금속 또는 금속 합금으로 만들어진 제2 부분을 포함하고,
(a) 금속 또는 금속 합금으로 이루어진 금속 부분을 준비하는 단계로서, 퍼플루오로 엘라스토머와 접합될 상기 금속 부분의 표면이 화학적으로 또는 기계적으로 처리되는, 단계; 및
(b) 경화성 퍼플루오로 엘라스토머 조성물을 상기 금속 부분의 표면으로 압축 몰딩하는 단계
를 포함하는, 방법.
두 부품과 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 개스킷을 포함하는 밀봉 구조물로서, 각각의 부품은 서로에 대해 평행하게 대향하는 표면을 갖고,
상기 개스킷은 가스 누출로부터 상기 부품을 밀봉하기 위해 2개의 표면 사이에 배치되고,
상기 제2 부분은 상기 두 부품 사이의 가스 투과 방향에 수직인 방향으로 상기 제1 부분에 고정되는, 밀봉 구조물.
제10항에 있어서, 상기 제1 부분은 선형 압축비 3% 내지 40%로 압축되는, 밀봉 구조물.
제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 제2 부분은 각각의 부품의 표면과 연속 접촉을 형성하는, 밀봉 구조물.
제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 반도체 제조 공정 또는 평면 패널 디스플레이 제조 공정에 사용되는 장치의 고진공 밀봉에 사용되는, 밀봉 구조물.