(57)【要約】【課題】半導体や液晶の製造装置に於て用いられる石英（又はセラミック）と金属という線膨張係数が相違する２部材間の密封性（シール性）に優れ、特に、ヒートサイクルを繰り返しても高いシール性能を維持できる密封構造体を提供する。【解決手段】低線膨張係数の脆性部材１の被密封平坦面16に対して、金属シール５の密接シール部７を接触させて密封する密封構造体に於て、被密封平坦面16のうち少なくとも金属シール５と接触する部分に金属めっき層８を積層させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低線膨張係数の脆性部材（１）の被密封平坦面（16）に対して、金属シール（５）の密接シール部（７）を接触させて密封する密封構造体に於て、
上記被密封平坦面（16）のうち少なくとも上記金属シール（５）と接触する部分に金属めっき層（８）を積層させたことを特徴とする密封構造体。
【請求項２】
低線膨張係数の脆性部材（１）の被密封用外縁部（３）を、上記低線膨張係数よりも大きい線膨張係数の第１金属平坦面部（10）・第２金属平坦面部（11）にて、挟着保持すると共に、密封空間（６）を区画形成する上記第１金属平坦面部（10）と上記外縁部（３）の一面（12）の間に介設したメインシール（13）と、上記第２金属平坦面部（11）と上記外縁部（３）の他面（14）の間に介設した副シール（15）とによって、上記脆性部材（１）を上記第１金属平坦面部（10）・第２金属平坦面部（11）から弾発的遊離状態で挟着保持するように構成し、
上記外縁部（３）の一面（12）のうち少なくとも上記メインシール（13）と接触する部分に金属めっき層（８）を積層させたことを特徴とする密封構造体。
【請求項３】
石英又はセラミックから成る脆性部材（１）の被密封用外縁部（３）を、第１金属平坦面部（10）・第２金属平坦面部（11）にて、挟着保持すると共に、密封空間（６）を区画形成する上記第１金属平坦面部（10）と上記外縁部（３）の一面（12）の間に介設したメインシール（13）と、上記第２金属平坦面部（11）と上記外縁部（３）の他面（14）の間に介設した副シール（15）とによって、上記脆性部材（１）を上記第１金属平坦面部（10）・第２金属平坦面部（11）から弾発的遊離状態で挟着保持するように構成し、
上記外縁部（３）の一面（12）のうち少なくとも上記メインシール（13）と接触する部分に金属めっき層（８）を積層させたことを特徴とする密封構造体。
【請求項４】
上記金属シール（５）が弾性回復量が大きい形状・材質にて構成されている請求項１記載の密封構造体。
【請求項５】
上記メインシール（13）と副シール（15）は、弾性回復量が大きい形状・材質にて構成されている請求項２又は３記載の密封構造体。
【請求項６】
上記金属めっき層（８）の厚さ寸法（ｔ）を１μm 以上15μm 以下に設定した請求項１，２，３，４又は５記載の密封構造体。
【請求項７】
上記金属めっき層（８）を、上記金属シール（５）と上記被密封平坦面（16）との接触部（19）から内径方向・外径方向に各５mmの範囲内の帯状に形成した請求項１又は６記載の密封構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密封構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置や液晶製造装置に於て、石英やセラミックと、ステンレス鋼等の金属材とが組み合わせて用いられる箇所があり、このような箇所の密封構造には、従来からゴムシールが多く使用されている。
その理由は、石英やセラミックは割れ易い（脆い）ため、弾性変形しやすいゴム材質が好適なものとして選定されていた。
【０００３】
しかしながら、近年の半導体や液晶の製造装置に於ては、高精度化・高機能化されつつあり、従来のゴムシールでは、ガス透過性、耐熱性、耐プラズマ性、耐ラジカル性及び寿命の面で、対応不可能になってきている。
そこで、これらの特性に優れた材質として金属を用いたメタル（金属）シールが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−３１７８８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述のメタル（金属）シールを用いた密封構造体では、メタルシールはゴムシールと比べて相手面とのなじみ性が小さく、低線膨張係数の石英フランジと、それよりも線膨張係数が大きい（高い）金属製フランジの間に、メタルシールを介装して密封する場合、ヒートサイクル等の熱変形や、ボルト等の締付外力と歪及びその変動によって、石英フランジが割れるという問題がある。さらに、上記特許文献１のものでは、比較的小径の管継手の部位に適用されているが、大型の石英（又はセラミック）の板状脆性部材では、熱変形（熱歪）、部品寸法誤差による歪、ボルト締付力等による外力歪等も過大となって、割れる危険性は一層高まる。
【０００５】
そこで、本発明は、半導体や液晶の製造装置に於て用いられる石英（又はセラミック）と金属という線膨張係数が相違する２部材間の密封性（シール性）に優れ、特に、ヒートサイクルを繰り返しても高いシール性能を発揮できる密封構造体を提供することを目的とする。これにより、半導体や液晶の製造方法の高性能化や高機能化を図ることを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明に係る密封構造体は、低線膨張係数の脆性部材の被密封平坦面に対して、金属シールの密接シール部を接触させて密封する密封構造体に於て、
上記被密封平坦面のうち少なくとも上記金属シールと接触する部分に金属めっき層を積層させたものである。
【０００７】
また、低線膨張係数の脆性部材の被密封用外縁部を、上記低線膨張係数よりも大きい線膨張係数の第１金属平坦面部・第２金属平坦面部にて、挟着保持すると共に、密封空間を区画形成する上記第１金属平坦面部と上記外縁部の一面の間に介設したメインシールと、上記第２金属平坦面部と上記外縁部の他面の間に介設した副シールとによって、上記脆性部材を上記第１金属平坦面部・第２金属平坦面部から弾発的遊離状態で挟着保持するように構成し、
上記外縁部の一面のうち少なくとも上記メインシールと接触する部分に金属めっき層を積層させたものである。
【０００８】
また、石英又はセラミックから成る脆性部材の被密封用外縁部を、第１金属平坦面部・第２金属平坦面部にて、挟着保持すると共に、密封空間を区画形成する上記第１金属平坦面部と上記外縁部の一面の間に介設したメインシールと、上記第２金属平坦面部と上記外縁部の他面の間に介設した副シールとによって、上記脆性部材を上記第１金属平坦面部・第２金属平坦面部から弾発的遊離状態で挟着保持するように構成し、
上記外縁部の一面のうち少なくとも上記メインシールと接触する部分に金属めっき層を積層させたものである。
【０００９】
また、上記金属シールが弾性回復量が大きい形状・材質にて構成されているものである。あるいは、上記メインシールと副シールは、弾性回復量が大きい形状・材質にて構成されている。
また、上記金属めっき層の厚さ寸法を１μm 以上15μm 以下に設定したものである。
また、上記金属めっき層を、上記金属シールと上記被密封平坦面との接触部から内径方向・外径方向に各５mmの範囲内の帯状に形成したものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の密封構造体によれば、半導体や液晶の製造装置に於て用いられる石英（又はセラミック）と金属という線膨張係数が相違する２部材間の密封性（シール性）に優れ、特に、ヒートサイクルを繰り返しても高いシール性能を維持できる。これにより、半導体や液晶の製造装置の高性能化や高機能化の実現に貢献できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１・図２は、本発明の実施の一形態を示す。平板状の脆性部材１と、下方の（容器型の）金属部材２と、脆性部材１の外縁部３の下面４と金属部材２との間に介設される（後述の）金属シール５により密封空間６を形成している。
【００１２】
すなわち、この密封構造体は、低線膨張係数の（例えば、石英又はセラミックから成る）脆性部材１の被密封平坦面16に対して、金属シール５の密接シール部７を接触させて密封する密封構造体に於て、被密封平坦面16のうち少なくとも金属シール５と接触する部分に金属めっき層８が積層されている。言い換えると、低線膨張係数の脆性部材１の表面１ａの一部に、金属シール５（の密接シール部７）が接触して密封する金属めっき層８が積層されている。本発明に於て、低線膨張係数とは、 0.5×10-6〜 9.2×10-6と定義する。なお、石英の線膨張係数は 0.5×10-6である。
【００１３】
具体的には、低線膨張係数の脆性部材１の被密封用外縁部３を、低線膨張係数よりも大きい線膨張係数の第１金属平坦面部10・第２金属平坦面部11にて、挟着保持すると共に、密封空間６を区画形成する第１金属平坦面部10と外縁部３の一面12の間に介設したメインシール13と、第２金属平坦面部11と外縁部３の他面14の間に介設した副シール15とによって、脆性部材１を第１金属平坦面部10・第２金属平坦面部11から弾発的遊離状態で挟着保持するように構成されている。そして、外縁部３の一面12のうち少なくともメインシール13と接触する部分に金属めっき層８が積層されている。
【００１４】
金属シール５（メインシール13、副シール15）は弾性回復量が大きい形状・材質にて構成されている。金属シール５は、例えば、耐熱合金（ステンレス鋼等）に、銀、金、ニッケル、インジウム等のめっきを施したものから成る。
【００１５】
金属めっき層８の厚さ寸法ｔが１μm 以上15μm 以下に設定されている。厚さ寸法ｔが１μm より小さい場合、金属シール５の接触部19の食い込みが余りにも僅小となり、それによって良好なシール性が得られない虞れがある。厚さ寸法ｔが15μm より大きい場合、めっきするのが困難であるとともに、無駄に多くの材料がかかる。なお、本発明に於て、金属めっき（層）とは、本来の金属めっきのみに限定されず、下地（層）（例えば蒸着）とその上に積層された本来の金属めっき（層）とを合わせたもの、さらには、下地（層）のみの場合をも、包含するものと、定義する。そして、金属めっき層８としては、その材質は、銅や銀や金等が選定できるが、金属シール５の接触部19の硬度（めっきが施されている場合はそのめっきの硬度）よりも柔らかく設定するのが望ましい。
【００１６】
金属めっき層８が、金属シール５と被密封平坦面16との接触部19から内径方向・外径方向に各５mmの範囲内の帯状に形成されている。正規の締付（圧縮）使用状態に於て、接触部19に幅がある場合には、幅の中央から計測する（後述の図３・図４等の他の形状の金属シールの場合も同様とする）。このようにすれば、各構成部品（部材）の寸法誤差が存在していても、また、金属シール５の弾性変形に伴って接触部19の径方向位置が内外変化する場合にあっても、確実に金属めっき層８に接触することになる。すなわち、シール性能を良くすることができる。
【００１７】
図２の（Ｂ）は、図２の（Ａ）の要部拡大図である。従来のように脆性部材の被密封平坦面が剥き出しになっている（すなわち金属めっき層が積層されていない）場合、金属シールを脆性部材の被密封平坦面に接触させて締め込んでも、金属シールの接触部分が被密封平坦面に沿って潰れ、この状態で（熱を加えた際に線膨張係数の差によって）水平方向に力がはたらくと、脆性部材と金属シールとの間で相対的なすべりが生じるが、本発明のように脆性部材１の被密封平坦面16に金属めっき層８が積層されていると、図２（Ｂ）のように、金属シール５の密接シール部７が金属めっき層８に食い込んで、この状態で水平方向に力がはたらいても、脆性部材１と金属シール５との間で相対的なすべりが抑制されて止まっているので、シール性能を良好に維持できる。
【００１８】
図３は、金属シール５の横断面形状が弯曲Ｓ字（Ｚ字）型の場合を示す。
図４は、金属シール５の横断面形状が矩形状の基本部９から半円山型突部17，17が突出した形状をしている場合を示す。
本発明の金属シール５としては、図２、図３、又は、図４に示すものの他、各種の断面形状とするも自由である。
【００１９】
図５は、第２の実施の形態を示す。脆性部材１は容器型（椀型）や浅皿型であり、被密封用外縁部３（フランジ部）は、外鍔状に突出形成される。図５では、上方の（平板状の）金属部材２と、脆性部材１の外縁部３の上面18との間に、（前述の）メインシール13としての金属シール５が介設され、これら金属部材２と脆性部材１の外縁部３とメインシール13により密封空間６を形成している。その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。
【実施例】
【００２０】
石英フランジ（脆性部材１）の金属シール５との接触面（被密封平坦面16）に銅めっき層を厚さ寸法ｔを10μm として積層し、金属シール５として図２に示すメタルレジリエントシール（ＳＵＳ630 、銀めっき30〜50μm ）を用い、銅めっきを施した石英フランジの両側にセッティングしてＨｅ加圧リーク試験を実施した。試験結果を図６に示す。図７は、石英フランジに銅めっきを施さない場合の比較例を示す（なお他の条件は、上記実施例と同一とした）。なお、図６及び図７において、点線はＨｅガスを注入する前のＨｅリーク量を示し、実線はＨｅガスを 0.3ＭPaの圧力で注入した場合のＨｅリーク量を示す。試験結果より、本発明は、リーク量が少なく、密封性能が優れていることがわかる。
【００２１】
なお、本発明は、設計変更可能であって、例えば、脆性部材１の被密封用外縁部３の一面12のうち少なくともメインシール13と接触する部分に金属めっき層８を積層させるとともに、脆性部材１の被密封用外縁部３の他面14のうち少なくとも副シール15と接触する部分に金属めっき層８を積層させたものとするも良い。
また、副シール15を具備しない（金属シール５としてメインシール13のみを具備する）密封構造体であるも良い。
【００２２】
以上のように、本発明は、低線膨張係数の脆性部材１の被密封平坦面16に対して、金属シール５の密接シール部７を接触させて密封する密封構造体に於て、被密封平坦面16のうち少なくとも金属シール５と接触する部分に金属めっき層８を積層させたので、半導体や液晶の製造装置に於て用いられる石英（又はセラミック）と金属という線膨張係数が相違する２部材間の密封性（シール性）に優れ、特に、ヒートサイクルを繰り返しても高いシール性能を維持できる。図２（Ｂ）に示すように、金属シール５の接触部19が、脆性部材１の金属めっき層８へ僅かに食い込み状となって、矢印Ｒ方向への滑りが抑制されて、この滑りに伴う内部密封ガス（Ｈｅ等）の外部漏洩を防止して、ヒートサイクルを繰り返しても高いシール性を発揮する。
【００２３】
また、低線膨張係数の脆性部材１の被密封用外縁部３を、低線膨張係数よりも大きい線膨張係数の第１金属平坦面部10・第２金属平坦面部11にて、挟着保持すると共に、密封空間６を区画形成する第１金属平坦面部10と外縁部３の一面12の間に介設したメインシール13と、第２金属平坦面部11と外縁部３の他面14の間に介設した副シール15とによって、脆性部材１を第１金属平坦面部10・第２金属平坦面部11から弾発的遊離状態で挟着保持するように構成し、外縁部３の一面12のうち少なくともメインシール13と接触する部分に金属めっき層８を積層させたので、半導体や液晶の製造装置に於て用いられる石英（又はセラミック）と金属という線膨張係数が相違する２部材間の密封性（シール性）に優れ、特に、図２（Ｂ）に示すように、金属シール５の接触部19が、脆性部材１の金属めっき層８へ僅かに食い込み状となって、矢印Ｒ方向への滑りが抑制されて、この滑りに伴う内部密封ガス（Ｈｅ等）の外部漏洩を防止して、ヒートサイクルを繰り返しても高いシール性能を維持できる。また、脆性部材１の仕上げ精度（平行度、平面度）、ヒートサイクルによるボルトの伸び縮みや脆性部材１と金属シール５の熱膨張係数の差による伸び縮みを吸収することができる。つまり、比較的容易な方法で、これまで困難とされていた石英やセラミックなどのフランジに対する金属シール５の使用を可能にし、かつ、高いシール性能を発揮することができる。
【００２４】
また、石英又はセラミックから成る脆性部材１の被密封用外縁部３を、第１金属平坦面部10・第２金属平坦面部11にて、挟着保持すると共に、密封空間６を区画形成する第１金属平坦面部10と外縁部３の一面12の間に介設したメインシール13と、第２金属平坦面部11と外縁部３の他面14の間に介設した副シール15とによって、脆性部材１を第１金属平坦面部10・第２金属平坦面部11から弾発的遊離状態で挟着保持するように構成し、外縁部３の一面12のうち少なくともメインシール13と接触する部分に金属めっき層８を積層させたので、半導体や液晶の製造装置に於て用いられる石英又はセラミックと、金属という線膨張係数が相違する２部材間の密封性（シール性）に優れ、特に、図２（Ｂ）に示すように、金属シール５の接触部19が、脆性部材１の金属めっき層８へ僅かに食い込み状となって、矢印Ｒ方向への滑りが抑制されて、この滑りに伴う内部密封ガス（Ｈｅ等）の外部漏洩を防止して、ヒートサイクルを繰り返しても高いシール性能を維持できる。また、脆性部材１の仕上げ精度（平行度、平面度）、ヒートサイクルによるボルトの伸び縮みや脆性部材１と金属シール５の熱膨張係数の差による伸び縮みを吸収することができる。つまり、比較的容易な方法で、これまで困難とされていた石英やセラミックなどのフランジに対する金属シール５の使用を可能にし、高いシール性能を発揮することができる。
【００２５】
また、金属シール５（又は、メインシール13と副シール15）が弾性回復量が大きい形状・材質にて構成されているので、シール性能がより優れる。
また、金属めっき層８の厚さ寸法ｔを１μm 以上15μm 以下に設定したので、効率良く良好なシール性を得ることができる。
また、金属めっき層８を、金属シール５と被密封平坦面16との接触部19から内径方向・外径方向に各５mmの範囲内の帯状に形成したので、金属シール５の密接シール部７が金属めっき層８から外れてしまうことがない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す断面正面図である。
【図２】要部拡大断面図である。図２（Ｂ）は図２（Ａ）のさらに要部拡大断面図である。
【図３】金属シールの他例を示す断面図である。
【図４】金属シールのさらに他例を示す断面図である。
【図５】第２の実施の形態を示す断面正面図である。
【図６】本発明の実施例の測定結果を示すグラフ図である。
【図７】比較例の測定結果を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  脆性部材
３  （被密封用）外縁部
５  金属シール
６  密封空間
７  密接シール部
８  金属めっき層
10  第１金属平坦面部
11  第２金属平坦面部
12  一面
13  メインシール
14  他面
15  副シール
16  被密封平坦面
19  接触部
【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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