JPS63254270A - 金属とセラミツクスとのシ−ル機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、反復する温度変化を伴う条件下に使用する、
金属とセラミックスとの間のシール機構の改良に関する
。　本発明は、とくに半導体製造装置のガス微少流量調
整バルブのシール機構に適用したとき、その意義が大き
い。

たとえば最近の半導体製造装置は、より高い真空下での
運転条件が選ばれるようになり、これに供給するヘリウ
ム、アルゴン、酸素、各種の有機金属化合物のガスなど
の供給量を、微細に調整することが必要になって来た。

高度の真空に保たれている半導体製造装置へ、ボンベな
どの圧力容器からかなりの圧力をもったガスを供給する
と、流量調整バルブの前後で、−次圧および二次圧の圧
力差が高い。　この高差圧に加えて、装置の運転一体止
の反復に伴う高温から低温への温度変化が大きい。　こ
のような苛酷な条件下に使用する微少流量調整バルブは
、微少な流量をコントロールする機能に加えて、閉止時
のリーク量が最少でおるとともに、それを長期間維持す
る信頼性が要求される。　従って、微少流量調整バルブ
において、シール機構は重要である。

従来は、シール材としてゴムのＯ−リングや接着剤、テ
フロンなどが用いられていたが、高真空下におけるガス
の発生や耐熱性の不足などの欠点が指摘されていた。　
それらに代るシール材としては、軟質金属製の、たとえ
ば金や銅の０−リングが使用されている。

しかし軟質金属製のシール材を用いたものは、温度変化
の反復に耐えず、次第にリーク量が増大するという欠点
がある。　この原因は、軟質金属はおおむね熱膨脹率が
大きく、高温時には膨張のためシール間隙にはみだし、
その変形が冷却後も完全に回復せずに蓄積するためであ
る。

本発明の目的ば、上記の欠点を解消し、軟質金属製のシ
ール材の熱膨脹および収縮のサイクルがひきおこす変形
を吸収し、高い差圧と大きな温度差という苛酷な条件下
に使用しても、安定したシール機能を示すような、金属
とセラミックスとの間のシール機構を提供することにあ
る。

本発明の金属とセラミックスとのシール機構は、金属部
材とセラミックス部材との間に軟質金属製のシール材を
挿入してなり、温度変化が反復する条件下に使用される
シール機構において、軟質金属の熱膨脹を相殺する熱膨
脹特性をもつ材料でつくったシール補助材をシール材に
接して設けたことを特徴とする。

本発明のシール機構は、３０’Ｃ←→１６０°Ｃの熱サ
イクルテス１〜において、金リング部のリークｉ　１０
０−９Ａｔ　ｃｃ／ｓｅｃ　　（Ｈｅ　カス）　カ得う
レ、製造過程における金リングシール部組立ての良品歩
留りはほぼ１００％に達ｔ　る。

本発明のシール機構のひとつの代表的な適用例は、前記
した半導体製造装置の真空雰囲気中に微少量のアルゴン
などのガスをコントロールされた速度で供給するための
、真空用の微少ガス流量調整バルブの弁座のシールであ
る。

以下、図面を参照してこの例について説明すれば、第１
図はバルブの縦断面図であり、第２図はその弁座のシー
ル機構を示す拡大図である。

このバルブは、ガスチェンバーＧＣに導入されたガスの
微量を、ともにセラミックス（たとえばサファイア）製
の弁体１Ａと弁座１Ｂとの間隙を通して流通させる構造
である。

接ガスケーシング５は、弁体に自由度をもたせるための
金属（たとえば　ＳＵＳ　　３０４．３１６Ｌ、モネル
メタルなど）のダイヤフラム９により仕切られた空間で
あり、この中にガスが導入される。

スタンディングベース８は、耐食性のよい金属（たとえ
ば　ＳＵＳ　　３’１６Ｌ）でできており、各種の機器
に接続される。　ガスチェンバーに導入されたガスは、
スタンディングベース中央の孔を通って流通する。

駆動系は、図示した例では空気式を用いているが、他の
方式（電磁式や電歪式〉でもよい。　駆動力を弁体ＩＡ
に伝えるために、ステム２を用いる。　弁体１Ａにはバ
ネ４で押圧力を加え、この押圧力を調製するためにゴム
製のダイヤフラム３に空気圧を加えてバネの押圧力と反
対方向の力を生じさせる。

この駆動系を用いることにより、空気圧が加えられない
ときは弁体１Ａは弁座１Ｂに押しっ（プられており、ガ
スは流通しない。　空気圧が加えられてバネの押圧力が
減少すると、ガスが流通する。

第２図にシール機構の一例を示す。　このシール機構は
、セラミックスの弁座１Ｂを、接ガスケーシング５とス
タンディングベース８との間に、軟質金属たとえば金の
リング６を挿入し、このリングの後方にたとえばアンバ
ー（ＦＢ−Ｎｉ低膨脹合金）でつくった円筒状のシール
補助材７を設けてなる。

シール材として使用される代表的な軟質金属は、金であ
る。　インジウム、銅、銀、アルミニウムなども使用で
きる。

金属部材としてステンレス鋼を使用する場合、シール補
助材としてはＦｅ−Ｎｉ系低膨脹合金が適当である。　
低膨脹合金には、合金組成によって種々の熱膨脹係数を
もったものがあるから、使用場面に応じて適切なものを
えらぶとよい。

本発明に従うシール機構においては、常温では第３図の
ようにシールが行なわれており、温度が上昇した場合は
第４図のようになる。　ここで各部分の熱膨脹は起り、
拡大したシール間隙に膨張したシール材が出てきてシー
ルを保つが、シール補助材７の熱膨脹が小さく、そのた
めに生じた空隙にもシール材は出て行くため、セラミッ
クス弁座１Ｂと金属製の部材５，８との間にはみ出ず度
合は少ない。　従って、シール材が受ける変形の程度は
、第６図の場合にくらべて緩和されており、温度変化の
反復によって蓄積する変形量は、はるかに小さくなる。

このようにして、セラミックス弁座のシールは長期にわ
たって完全に保たれる。

本発明で用いるシール補助材を用いず金リングだけを用
いた場合、常温では第５図のようにシールが行なわれて
いるが、温度の上昇に伴って第６図のように変化する。

　すなわちシール機構の構成部分すべてが熱膨脹するが
、線膨張率を、金属部材がα　、シール部材がα２、セ
ラミックスがα３とすると、 α２〉α１〉α３ の関係にあるから、セラミックス弁座１Ｂと部材５およ
び８とのシール間隙は温度の上昇につれて拡大し、最も
よく膨張するシール材がそこへはみ出してくることで、
シールが保たれる。　しかし従来の構造では、シール材
は、温度の低下につれてほぼ元の形状をとりもどすが、
軟質で変形しやすいから、度量なる温度変化に伴って少
しずつ変形が蓄積され、遂にはシールの完全さが損なわ
れるに至る。

上記の欠点は、本発明により解消した。　すなわち、本
発明のシール機構は、常用の金属とセラミックスとの間
のシールにおいて、温度変化の反復があってもシールの
完全さがよく保たれる。

従って、このシール機構は、例に挙げて説明した、真空
下に運転する半導体製造装置に供給する雰囲気ガスの微
少流量を調整するバルブのシールに使用したとき、とく
に有用である。　そのほか、同様な条件の下に置かれる
他の機器にも適用できることは、容易に理解されるであ
ろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のシール機構を適用した微少、　　ガ
ス流量調整バルブの構造を示す縦断面図である。 第２図は、第１図の要部を示す拡大図である。 第３図ないし第６図は、本発明のシール機構の作用を説
明するための、第２図に対応する模式的な断面図であっ
て、第３図は本発明に従って補助シール材を設けた場合
における常温の状態を示し、第４図はその高温の状態を
示す。　第５図は単に軟質金属のリングを用いた場合に
おける常温の状態を示し、第６図はその高温の状態を示
す。 １Ａ・・・弁　体　　　　１Ｂ・・・弁　座５・・・接
ガスケーシング ６・・・シール材（軟質金属製のリング）７・・・シー
ル補助材（低膨脹合金の円筒）８・・・スタンディング
ベース 特許出願人　　　　日揮株式会社 代理人　　弁理士　　須　賀　総　夫 第１図 第２図 １４開口ＵＧ３−２５４２７（１（４）第３図　　　　
　　第４図 第５図　　　　　　第６図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属部材とセラミックス部材との間に軟質金属製
   のシール材を挿入してなり、温度変化が反復する条件下
   に使用されるシール機構において、軟質金属の熱膨脹を
   相殺する熱膨脹特性をもつ材料でつくったシール補助材
   をシール材に接して設けたことを特徴とする金属とセラ
   ミックスとのシール機構。
2. （２）シール補助材を、シール間隙に対してシール材よ
   り後方に設けた特許請求の範囲第１項のシール機構。
3. （３）金属部材がステンレス鋼であり、シール材として
   金を、シール補助材としてＦｅ−Ｎｉ低膨脹合金を使用
   した特許請求の範囲第１項のシール機構。