(57)【要約】      （修正有）【課題】ゴムＯ−リングシールの取り扱い易さ、低価格性、相手シール面との馴染み易さ、シール面の素材の熱膨張率の違いによるシール面の変位に対する許容性等の利点を損なうことなく、大気成分ガスのチャンバー内への侵入速度をメタルシールとほぼ同等まで低減可能なシールを提供する。【解決手段】バックアップリングシールをゴムＯ−リングシールに配し、真空チャンバー部材表面とシール表面間のシール性能はゴムＯ−リングシールで従来通りとし、該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該シールの場合よりガス透過率が十分低い材質とし、その表面と真空チャンバー部材表面間におけるシール性能を該シールの１０〜３０％程度の表面状態にすること、更には該シールとのシール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。【選択図】図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴムＯ−リングシール溝に挿入可能な形状のバックアップリングシールとゴムＯ−リングシールを一体にした複合シール
【請求項２】
ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニリデン、ポリアセタール、ポリアミド、あるいは、ポリエチレンテレフタレート製のバックアップリングシールと一体にした請求項１の複合シール
【請求項３】
バックアップリングシールをゴムＯ−リングシールの外周面形状に密着させた請求項１の複合シール
【請求項４】
バックアップリングシールのゴムＯ−リングシールの外周面形状に密着する表面を真空シール面になり得る表面精度に加工した請求項１の複合シール
【請求項５】
バックアップリングシール、ゴムＯ−リングシール、フランジ表面に囲まれた空間が零になるようなバックアップリングシール形状の請求項１の複合シール
【請求項６】
請求項２あるいは請求項３あるいは請求項４あるいは請求項５の複合シールを用いた成膜装置
【請求項７】
請求項２あるいは請求項３あるいは請求項４あるいは請求項５の複合シールを用いたエキシマレーザ装置
【請求項８】
バックアップリングシールをゴムＯ−リングシールの内周面形状に密着させた請求項１の複合シール
【請求項９】
請求項８の複合シールを用いた質量分析装置用の真空ポンプ
【請求項１０】
２個のバックアップリングシールをゴムＯ−リングシールの外周面形状と内周面形状にそれぞれ密着させた請求項１の複合シール
【請求項１１】
請求項２あるいは請求項３あるいは請求項４あるいは請求項５あるいは請求項８あるいは請求項１０の複合シールを用いた真空チャンバー
【請求項１２】
請求項２あるいは請求項３あるいは請求項４あるいは請求項５あるいは請求項８あるいは請求項１０の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Ｏ−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一体化した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、質量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Ｏ−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、計測における更なる高精度化等のために、ゴムＯ−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Ｏ−リングシール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それを排気する真空ポンプの排気速度を増大させること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を如何に抑制するかが課題になっている。
【先行技術文献】
【０００３】  このような問題を解決するために、特許文献１では、ゴムＯ−リングシールの周囲を、あるいは、一部をＰＴＦＥ樹脂等でカバーすることを提案している。また特許文献２ではゴムＯ−リングシールの内側（真空側）に更に別のシールを設置し、それらのシール間を真空ポンプで吸引する手段が提案されている。
【文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１０２４９６
【特許文献２】特開２０１４−２０６１６０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  特許文献１で提案している手段では、カバーしている材料表面のシール性能が、ゴムＯ−リングシールと同等以上にすることが容易でなく、更には、そのガス透過率はゴムＯ−リング素材のそれとほぼ同等あるいはそれ以上のため、カバーがゴムＯ−リングから発生するガス放出速度を多少減少させる効果はあるとしても、全体として、シール性能を向上させるには不十分である。また特許文献２で提案している手段では、シール面の設計変更が必要である。ゴムＯ−リングシールの取り扱い性、安価であること、相手シール面と馴染みやすいこと、シール面の素材の熱膨張率の違いによるシール面の変位に対する許容性等の利点を損なうことなく、大気成分ガスのチャンバー内へのガス侵入速度をメタルシールとほぼ同等まで低減可能なシールが求められている。
【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、ゴムＯ−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Ｏ−リングシールの外周あるいは内周側に配し、真空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Ｏ−リングシールで従来通りに実現し、ゴムＯ−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Ｏ−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、しかもその表面と真空チャンバー部材表面間におけるシール性能をゴムＯ−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Ｏ−リングシールとのシール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。
【発明の効果】
【０００７】  バックアップリングシールが、従来のゴムＯ−リングシール溝に収まるような形状であるため、従来のシール部構造を設計変更する必要がなく、例えば、中古の真空チャンバーのアップグレイド用シールとして使える。【０００８】  従来のゴムＯ−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、真空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Ｏ−リングシールのため、真空チャンバー内のガスとシール表面との反応やシール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真空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装置、例えば成膜装置のシールとして使える。【０００９】  また、真空チャンバーではないが、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シールとして使える。【００１０】  また、従来のゴムＯ−リングシールの内側にバックアップリングシールを収めることにより、ゴムＯ−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超高精度質量分析装置用の真空ポンプのシールとして使える。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来のゴムＯ−リングシール
【図２】特許文献１の実施例におけるシール
【図３】本発明の第一の実施例の複合シール
【図４】従来のゴムＯ−リングシールのガス透過率図
【図５】特許文献１の実施例におけるシールのガス透過率図
【図６】本発明の実施例の複合シールのガス透過率図
【図７】本発明の第二の実施例の複合シール
【図８】本発明の第三の実施例の複合シール
【図９】本発明の第一の実施例の複合シールを用いた成膜装置
【図１０】本発明の第一の実施例の複合シールを用いたエキシマレーザ装置
【図１１】本発明の第二の実施例の複合シールを用いた質量分析装置用の真空ポンプ
【図１２】本発明の複合シールのガス透過率低減機構の説明図
【図１３】従来のゴムＯ−リングシールと本発明の複合シールのＨ２Ｏガスの透過量の相対比較
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１２】  以下、本発明の実施例を各図に基づき説明する。図１と図４により、従来のゴムＯ−リングによるシール機構について説明する。図１において、ゴムＯ−リングシールを上下対称として、破線Ｘの上部のみで説明する。実線→経路Ａはフランジ表面１００とゴムＯ−リング表面２００間を通過するガス経路である。また、破線→経路ＢはゴムＯ−リング３００の大気側表面からその内部へ拡散透過するガス経路である。図４はあるゴムＯ−リングシールのある時刻から大気側に例えばヘリウムガスが存在するようになった場合の真空側へのガス透過率の時間変化の例である。この図のように、一般的に、ゴムＯ−リング３００の大気側表面からその内部へ拡散透過するガス経路Ｂの方が、フランジ表面１００とゴムＯ−リング表面２００間を通過するガス経路Ａよりガス透過率が高く、その倍率は１０〜１００倍程度ある。【００１３】  一方、図２における特許文献１の実施例であるカバー４００付きゴムＯ−リング３００ａでは、実線→経路Ｃのカバー４００の表面とフランジ表面１００ａ間を通過するガス経路は、カバー４００の材質がＰＴＦＥである場合は、その表面シール性能をゴムＯ−リングシール並みにするのは容易ではない。また、破線→経路ＤはゴムＯ−リング３００ａの大気側表面からその内部へ拡散透過し、その後、カバー４００内部をも拡散透過するガス経路である。しかしながら、ＰＴＦＥ製のカバー４００のガス拡散係数はゴムＯ−リング３００ａのそれより高く、図５に示すように、経路Ｄのガス透過率を低くする効果はない。【００１４】  従って、図３に示すような本発明の第一の実施例、即ち、ゴムＯ−リング３００ｂよりガス拡散係数が十分低い（例えば約１／１００）ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニリデン、ポリアセタール、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂を用い、ゴムＯ−リング３００ｂの外側に、しかもゴムＯ−リング溝内に収められる形状の外側バックアップリングシール５００とゴムＯ−リング３００ｂとを一体にした複合シールとする。【００１５】  図３と図６で本発明の実施例の機構を説明する。実線→経路Ｅは外側バックアップリングシール５００の表面＋ゴムＯ−リング３００ｂの表面とフランジ表面１００ｂ間を通過するガス経路である。ここで、外側バックアップリングシール５００の表面のシール効果がゴムＯ−リング３００ｂより劣っていても、ゴムＯ−リング３００ｂで経路Ｅのシールをするため、結果的にはフランジ表面１００ａに対するシーツ性能は低下しない。一方、図１と図４で説明したように、ゴムＯ−リング３００ｂの大気側表面からその内部へ拡散透過するガス経路Ｂの方が、フランジ表面１００とゴムＯ−リング表面２００間を通過するガス経路Ａよりガス透過率が高く、その値は１０〜１００倍程度あるので、図３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。本発明の第一の実施例では、経路Ｇの場合、ゴムＯ−リング３００ｂの大気側表面にガスが侵入する前にガス拡散係数が約１／１００の外側バックアップリングシール５００を透過するので、その透過経路長がゴムＯ−リング３００ｂの１／１０でもゴムＯ−リング３００ｂの大気側表面へのガス侵���数は１／１０程度になる。また経路Ｆの場合、たとえ外側バックアップリングシール５００の表面のシール性能がゴムＯ−リング３００ｂの表面のシール性能の１０〜３０％程度であっても外側バックアップリングシール５００の表面とフランジ表面１００ｂの間を通過したガスのみがゴムＯ−リング３００ｂ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外側バックアップリングシール５００の表面と密着しているので、ゴムＯ−リング３００ｂ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、複合シールとしては、図６に示すように、従来の図１に示すゴムＯ−リング３００のみでシールする場合に比べて約１／１０のガス透過率となる。【００１６】  ここでは、図３に示すように、外側バックアップリングシール５００がゴムＯ−リング３００ｂの外側に挿入する例を示したが、外側バックアップリングシール５００が真空チャンバー内に剥き出しになっていても問題のないような場合は、図７に示す第二の実施例のように、内側バックアップリングシール６００をゴムＯ−リング３００ｃの内側に挿入してもよい。この場合はゴムＯ−リング３００ｃから発生するガスの真空チャンバーへの侵入速度も減少する利点も加わる。【００１７】  また、図８に示す第三の実施例のように、外側バックアップリングシール５００ｄをゴムＯ−リング３００ｄの外側に、内側バックアップリングシール６００ｄをその内側にと、両側に挿入してもよい。【００１８】  本複合シールの具体的な設計ポイントを図１２に示す本発明の複合シールのガス透過率低減機構の説明図を用いて詳述する。前述したように、外側バックアップリングシール５００ｅの材質はゴムＯ−リングシールの１／１００〜１／１，０００のガス透過率のため、一般的に硬い材質が多く、この部材５００ｅでフランジ表面１００ｅ間距離あるいは本複合シール締め付け力が決まる。そこで、複合シールの装着仕様（面間距離あるいはシール締め付け力）で決まる外側バックアップリングシール５００ｅのゴムＯ−リング３００ｅ側のシール面にゴムＯ−リングが隙間なく密着し、更にそのシール効果が十分になるような外側バックアップリングシール５００ｅの表面の表面加工精度（具体的には算術平均粗さＲａ；０．５〜３．５，最大高さ粗さＲｚ；１．５〜１２．５）、およびｎｕｍｂｅｒ、結果的に外側バックアップリングシール５００ｅ、ゴムＯ−リング３００ｅ、フランジ表面１００ｅに囲まれた空間が零になることの３点が設計のキーポイントである。【００１９】  図１３は前述の図３に示すような本発明の複合シールが、図１に示す従来のゴムＯ−リングシールに比べて、例えば、Ｈ２Ｏガスの真空チャンバー内への侵入量が１／１０以下になっていることを示す実験結果である。それぞれのシールを大気側から真空チャンバーへ通過するガスの通り道にバルブを設け、各々のシールのみを通過するガスのガス分析結果である。真空チャンバー壁から放出されるガスも含まれるため、大気にほとんど含まれていないＨ２ガスをＨ２Ｏガスの真空チャンバー壁から放出されるガス量と仮定し、Ｈ２ガスとＨ２Ｏガスの検出出力差を正味のシール通過Ｈ２Ｏガス量として相対比較した。
【産業上の利用可能性】
【００２０】  中古の図９に示すような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３に示した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Ｏ−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。【００２１】  図１０に示すように、図３に示した複合シールを利用することにより、ゴムＯ−リングシール仕様で設計されたエキシマガスレーザ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。【００２２】  図７に示す複合シールを図１１に示すような真空ポンプに利用することにより、真空ポンプのゴムＯ−リングから放出される高分子量ガスの真空チャンバー内への侵入量が低減でき、例えば、超高精度質量分析装置の精度を維持するのが容易になる。【００２３】  また、酸素ガスや水成分ガス等の大気成分ガスの侵入を嫌う密封チャンバー、例えば、絶縁トランスや内視鏡のレンズ装着部等のシールに本複合シールを利用すると、絶縁トランス内のガス交換頻度の低減、内視鏡のレンズの半永久的曇り防止等の効果が期待できる。
【符号の説明】
【００２４】１００、１００ａ、１００ｂ            １００ｅ    フランジ表面
２００                                            ゴムＯ−リング表面
３００、３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ  ３００ｅ    ゴムＯ−リング
４００                                            カバー
５００、                    ５００ｄ  ５００ｅ    外側バックアップリングシール
６００、                    ６００ｄ              内側バックアップリングシール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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