JP2008545850A

JP2008545850A - 交換可能なバリアシールドを有する耐プラズマ性シール集成体

Info

Publication number: JP2008545850A
Application number: JP2008514749A
Authority: JP
Inventors: ジェイムズヘラーマーク; エル．フィーニーレスリー
Original assignee: DuPont Dow Elastomers LLC
Current assignee: DuPont Performance Elastomers LLC
Priority date: 2005-06-02
Filing date: 2006-05-31
Publication date: 2008-12-18
Also published as: KR20080015884A; WO2006130546A2; US20060273277A1; EP1886334A2; WO2006130546A3

Abstract

本発明のシール集成体は、第１および第２の溝と、前記第１の溝内に取り付けられたゴムシールと、前記第２の溝内に除去可能に取り付けられた交換可能なバリアストランドとを有するクロージャ集成体を含み、前記バリアが前記ゴムシールとプラズマ源との間に配置され、それによって前記バリアが前記ゴムシールをプラズマの浸蝕作用から遮蔽する。

Description

本発明は、エラストマーシールをプラズマへの直接暴露から遮蔽する交換可能なバリアを有するシール集成体に関する。

電子部品、たとえば半導体デバイスの製造装置に用いられるエラストマーシーリング部品は、非常に厳しい特性要件を満たさなければならない。特に、シールは、エラストマーの分解を引き起こす可能性がある反応性プラズマ、腐食性クリーニングガス、および高温にしばしば暴露され、結果として、物理特性が損なわれたり、作製される半導体デバイスを汚染する可能性のある残留物質を生じたりするおそれがある。

典型的には、半導体製造装置中でプラズマに暴露されるエラストマー部品は、ペルフルオロエラストマー、フルオロエラストマー、またはシリコーンエラストマーから作製されるが、その理由は、それらが反応性プラズマに対する固有の耐性を備えていることにある（耐性の高い順に列挙した）。しかしながら、ペルフルオロエラストマーでさえも、反応性プラズマに暴露されると次第に分解する。シールの寿命は、暴露環境の過酷度およびプラズマ環境への近接性に依存する。

このほかに、配合添加剤を適切に選択することにより、ペルフルオロエラストマーシールの耐プラズマ性の改良が行われてきた。たとえば、レガーレ（Ｌｅｇａｒｅ）（米国特許公報（特許文献１））は、カーボンブラックの代わりに金属充填剤を使用し、さらに二酸化チタンおよび酸受容体をエラストマーシール組成物に含有させた。カツヒコ（Ｋａｔｓｕｈｉｋｏ）ら（（特許文献２））は、エラストマーシール組成物で微粒子サイズの酸化アルミニウムを利用した。いずれの特許にも、プラズマによる攻撃に対する耐性を改良しかつ残留物生成を低減したシールが開示されている。

ゴムシールをプラズマによる攻撃から保護するための別の方法は、プラズマとゴムシールとの間に犠牲シールドを置くことである。シールドは典型的に、プラズマ攻撃に耐性である材料または材料が攻撃されるかまたは消費される時に有害な粒状物質を後に残さない材料から製造される。このような材料には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレンとペルフルオロ（プロピルビニルエーテル）とのコポリマー（ＰＦＡ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）およびポリイミドなどがある。使用時に、このようなシールドは、ゴム部品がシールを形成している本体と接触するようにゴムシールが上に取り付けられる本体から延在する。

市販されているシールおよびバリアシールド集成体は、集成体が製造される時に設けられなければならない結合ゴムシールおよび連続リングバリアを含む。結合ゴムシールもバリアシールドリングもどちらもその領域ですぐに取り換えられない場合がある。従って、バリアまたはゴムシールのどちらかが取り換えられる必要があるときにはいつでも集成体全体が取り換えられなければならない。これらの集成体は一次ゴムシールを保護して全シール寿命を伸ばすが、それらは、全シールおよびバリアシールド集成体が取り換えられることを必要とし、このため、より多く費用がかかる。シールおよびバリアシールド集成体に関するシール寿命を維持したまま消耗品のコストを最小にすることが望ましい。

米国特許公報（特許文献３）には、シールドがプラズマによって完全に浸蝕されるまでエラストマーをプラズマ攻撃から保護するシールドカラーによって少なくとも部分的に覆われるエラストマーシールが開示されている。これが起こるとき、エラストマーシールとシールドカラーとの両方が取り換えられなければならない。

米国特許公報（特許文献４）には、ノッチ付きの摺動可能に結合された端部を有する線状ストランドであるバリアシールドによってプラズマ攻撃から保護されるエラストマーシールが開示されている。シールドは、シールとプラズマとの間の位置にエラストマーシールと同じ溝に配置される。最終的に、プラズマがシールドを完全に浸蝕し、シールドとエラストマーシールとの両方が取り換えられる必要がある。

（特許文献５）には、エラストマーシール−バリアシールド集成体の様々な実施態様が開示されている。全ての実施態様において、シールおよびシールドは、同じ溝内で接触している。１つの実施態様は、その外面に付着されたバリアシールドを有するエラストマーシールドである。他の実施態様は、エラストマーシールに物理的に接合されていないシールドを使用する。全ての場合において、バリアが完全に浸蝕されたとき、シールとバリアシールドとの両方が取り換えられなければならない。

ダイナミックスリットバルブまたはゲートバルブドアシールの適用において、以前の２つの設計はバルブの作動中に同じ溝内にシールおよびシールドを保持することが難しいので、実用的ではない。

米国特許公報（特許文献６）には、バリアシールドによってプラズマ攻撃から保護されるエラストマーシールを有するバルブが開示されている。シールおよびシールドは、バルブクロージャではなく、バルブシート（ｖａｌｖｅｓｅａｔ）上に取り付けられ、プラズマ源の直接照準線から除かれるように方向付けられる。バリアシールドおよびエラストマーシールは、別個の溝に配置される。シールとシールドとの両方がバルブシートに物理的に結合されてもよく、またはそれらは、ノッチ、溝、または他の特徴内に配置することによって前記シートに物理的に固定されてもよい。シールおよびシールドをバルブシートに結合することは、シールまたはバリアが取り換えられる必要があるときはいつでも、バルブシートの取り換えを必要とする。

米国特許第５，６９６，１８９号明細書日本国特許第３３０３９１５Ｂ２号公報米国特許第５，７２２，６６８号明細書米国特許第６，２４５，１４９Ｂ１号明細書ＥＰ１０８７１５７Ａ２号明細書米国特許第６，７６４，２６５Ｂ２号明細書米国特許第５，４８２，２９７号明細書米国特許第６，３２８，３１６号明細書米国特許第６，２８１，２９６Ｂ１号明細書米国特許第６，１１４，４５２号明細書米国特許第５，７８９，４８９号明細書米国特許第４，２１４，０６０号明細書米国特許第３，８７６，６５４号明細書

本発明の態様は、第１および第２の溝と、前記第１の溝内に取り付けられたエラストマーシールと、前記第２の溝内に除去可能に取り付けられた交換可能なバリアストランドとを有するクロージャ集成体を含み、それによって前記バリアストランドが、前記エラストマーシールを反応性プラズマへの直接暴露から遮蔽する、シール集成体である。

本発明の別の態様は、半導体ウエハ加工装置において使用するためのスリットバルブドアであって、前記ドアには、第１の溝内のエラストマーシールと、第２の溝内に除去可能に取り付けられた交換可能なバリアストランドがその上に取り付けられており、前記バリアストランドは、ゴムシールを反応性プラズマへの直接暴露から遮蔽するためのものである。

本発明のシール集成体は、クロージャ集成体上にゴム（すなわちエラストマー）シールと、除去可能に取り付けられた（すなわち交換可能な）バリアシールドストランドとを含む。シールおよびバリアシールドストランドは、クロージャ集成体上の別個の溝内にある。エラストマーシールは、クロージャ集成体に永久的に結合されてもよく、もしくは場合により、クロージャ集成体に除去可能に取り付けられてもよい（すなわちシールは交換可能であってもよい）。使用時に、バリアはゴムシールを反応性プラズマへの直接暴露から遮蔽する。プラズマへの直接暴露は、ゴムの浸蝕を起こす場合があり、そして次に、シールの破損と、浸蝕されたシールからの粒子による近くの表面の汚染の可能性との両方をもたらす。バリアストランドは、別個の溝内にクロージャ集成体上にシールから除去可能に取り付けられるので、ストランドは、ゴムシールの有用な寿命を増加させるために、浸蝕後に新しいバリアを有するように取り換えられてもよい。最終的に、ゴムシールは破損する。その時に、シール集成体全体が取り換えられなければならず、もしくは交換可能なシールを有する実施態様において、シールだけが取り換えられる必要がある。

図１を参照して、本発明の１つの実施態様は、ゴムシール１０が上に取り付けられるクロージャ集成体２０と、使用時に、当たってシール１０を圧縮してシールを形成する面３５を有するシールシート３０とを含むシール集成体である。シール１０は、クロージャ集成体２０の表面５５上に直接に結合されてもよく（図示せず）、もしくは、好ましくは、それは図１に示されるように側壁４０および基部５０を有する第１の溝またはノッチ内に結合されてもよい。結合は、化学結合剤（ｃｈｅｍｉｃａｌｂｏｎｄｉｎｇａｇｅｎｔ）、機械的結合、エラストマーシールを圧力および温度下でクロージャ集成体上に加硫することによって達成されてもよく、またはこれらの公知の技術の２つまたは３つの組合せによって達成されてもよい。「機械的結合」とは、シール、クロージャ集成体の表面、または両方を粗くしてシールのクロージャ集成体に対する接着力を高めることを意味する。シール１０は、使用時にシールシート３０の面３５に接触するためのシーリング表面６０を有する。シール１０は、略放物線状断面を有してもよく、またはそれは円形、蟻継ぎ状、三葉状（ｔｒｉｌｏｂｅ）、ドーム状などの公知の断面のいずれを有してもよい。矢印の付いた「Ａ」は、プラズマがシール集成体に入る方向を示す。

バリアストランド７０は、プラズマの大部分がシール１０への直接経路を有さないようにシールドを形成する。バリアストランド７０は、図１に示されるように側壁８０および基部９０を有する第２の溝またはノッチ内に除去可能に取り付けられる。溝またはノッチは、示されるような略矩形形状を有してもよく、あるいは代わりに、溝の側壁は、ストランド７０が位置されると溝内のシールドの保持を改良するようにノッチ付き、のこ歯状、または有刺であってもよい。バリアストランドの断面構造に応じて、溝はまた、蟻継ぎ形状を有してもよい。バリアストランド７０は、使用時にシールシート３０の面３５に接触するための合わせ面１００を有する。バリアストランド７０のための好ましい断面は、図６ａに示されるように略Ｔ形であり、１つまたは複数の横ひれ状部またはリブ７１を有する。ひれ状部またはリブ７１は、「Ｔ」断面の基部に垂直であってもよく、示されるように矩形の形状であってもよく、またはそれらは背びれの形状に似た有刺形状を有してもよい（図６ｂ）。いずれの場合も、リブまたはひれ状部７１は、特別な用具を使用せずにバリアストランドを溝内に設けることを容易にするのに役立つ。また、リブまたはひれ状部７１は、１つまたは複数の溝壁８０と係合することによって溝内にストランド７０を保持するのを助ける。バリアストランド構造のために一般に使用される材料は、鷹揚でなく弾性性質がないエンジニアリングプラスチックであるので、可撓性をバリアストランドの設計に導入して据付けを容易にすることが必要である。あるいは、バリアストランドは、図６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆおよび６ｇにそれぞれ示されるようにひれ状部のない「Ｔ」状、円形、蟻継ぎ状、３つに分かれた形、歯状などの他の断面形状を有してもよく、示されるような標準溝構造においてまたは蟻継ぎ状溝において用いられてもよい。しかしながら、第２の溝内のバリアストランド７０の保持は締り嵌めに依存し、これらの代替の断面形状は、設計に組み込まれた可撓性を有さない場合、特別な用具を使用せずに溝内に設けるのがさらに難しい場合がある。蟻継ぎ状シールおよび三葉状シールは、それぞれ、米国特許公報（特許文献７）および米国特許公報（特許文献８）に記載されている。バリアストランド７０は特定の長さにされ、それによってシール１０の長さになり、従ってこれを直接プラズマ攻撃から遮蔽する。ストランドは、連続バリアリングを取り付けおよび除去することよりも、クロージャ集成体２０の第２の溝に取り付けおよびそれから除去することが容易であるので好ましい。バリアストランド７０の端部は突合せ接合において出会い、すなわち端部は溝においてオーバーラップせず、摺動可能に結合されない。

使用時にバリア７０はシールシート３０の面３５に接触し、シール１０はシールシート３０の面３５に当たって圧縮される（図２）。

本発明の別の実施態様、図４において、エラストマーシール２１０は、側壁２４０および基部２５０を有する第１の溝内に除去可能に取り付けられる。溝形状は、略矩形、蟻継ぎ、半蟻継ぎなど、当該産業において公知の形状のいずれであってもよい。ゴムシール２１０の断面は示されるように略円形であってもよく、あるいはそれは、３つに分かれた形、楕円、蟻継ぎ状など、ゴムシール産業において公知のいずれの形状であってもよい。

使用時に、バリア２７０はシールシート３３０の面２３５に接触し、シール２１０はシールシート３３０の面２３５に当たって圧縮される（図５）。

本発明の別の実施態様はスリットバルブドアである。図３を参照して、ドア２００は、第１および第２の溝またはゴムシール１００を受容するためのノッチ（場合により交換可能であることがある）および交換可能なバリアストランド７００を有するクロージャ集成体である。バリアストランド７００は、突合わせ接合７５０において出会うオーバーラップしない端部を有する。使用時に、プラズマは「Ａ」を出る矢印によって示されるようにドア２００の中心からドアの外面に向かって外へ流れる。

本発明のシール１０、１００および２１０において使用するために適したエラストマーには、ペルフルオロエラストマー、フルオロエラストマー、シリコーン、ニトリルゴムおよびエチレンエラストマー、例えば塩素化ポリエチレン、ＥＰＤＭ、エチレン／オレフィンコポリマーなどがあるがそれらに限定されない。ペルフルオロエラストマー、フルオロエラストマーおよびシリコーンゴムが好ましい。ペルフルオロエラストマーが特に好ましい。典型的なペルフルオロエラストマー、フルオロエラストマーおよび適した硬化剤系は本技術分野に十分に記載されている。例えば、米国特許公報（特許文献９）、米国特許公報（特許文献１０）、米国特許公報（特許文献１１）、米国特許公報（特許文献１２）、および米国特許公報（特許文献１３）を参照のこと。

エラストマーの配合において典型的に利用される充填剤、安定剤、可塑剤、潤滑剤、および加工助剤などの添加剤が、所期の使用条件のために十分な安定性を有するならば、本発明のエラストマー部品に導入されてもよい。

カーボンブラック、フルオロポリマー、ポリイミド、および無機充填剤（例えば二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、ケイ酸アルミニウム、および硫酸バリウム）などの充填剤が、組成物の弾性率、引張強さ、伸び、硬度、耐磨耗性、耐プラズマ性、および加工性のバランスをとる手段として本発明において使用されるエラストマー組成物において用いられる。（フィブリル化または非フィブリル化）フルオロポリマー充填剤は、エラストマー組成物の製造および硬化において利用される最高温度において好ましくは固体であるいずれかの微細な、容易に分散されるプラスチックフルオロポリマーであってもよい。固体とは、フッ素プラスチックが、部分的に結晶性である場合、エラストマーの加工温度より高い結晶融解温度を有することを意味する。このような微細な、容易に分散されるフッ素プラスチックは、一般に極小粉末またはフッ素系添加剤と呼ばれる。本発明の組成物において使用されるとき、１００重量部のゴム（すなわちエラストマー）当たり（ｐｈｒ）１〜７０重量部の充填剤が一般に十分である。

また、二酸化チタンなどの白色体質顔料が、本発明において使用されるエラストマー組成物中に存在してもよい。

クロージャ集成体２０、２２０、ドア２００およびシールシート３０および３３０は、ステンレス鋼またはアルミニウム、例えば６０６１−Ｔ６アルミニウムなどの金属から製造されてもよい。好ましくは、クロージャ集成体２０およびシールシート３０は同じ材料から製造される。

バリアストランド７０、２７０および７００は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）またはテトラフルオロエチレンとペルフルオロ（アルキルビニルエーテル）とのコポリマー（ＰＦＡ）などの非弾性フルオロポリマーから製造されてもよい。他のバリア材料には、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）およびポリイミドなどが挙げられるがそれらに限定されない。ＰＴＦＥが好ましい。

本発明のシール集成体は、乾燥プロセス半導体ウエハ製造プロセスにおいて使用するために特に適しており、そこでそれらは反応性プラズマ環境にさらされる。具体的な適用には、ドアシール、ペンジュラムバルブシールおよび蓋シールなどがあるがそれらに限定されない。本発明のエラストマー部品のための１つの好ましい最終用途の適用は、スリットバルブドアシールとしてである。

圧縮されていない状態の本発明のシール集成体の実施態様の断面図を示し、そこでエラストマーシールは第１の溝内でクロージャ集成体に結合または成形され、バリアストランドは第２の溝内に除去可能に取り付けられる。圧縮された状態の本発明のシール集成体の実施態様の断面図を示し、そこでエラストマーシールは第１の溝内でクロージャ集成体に結合または成形され、バリアストランドは第２の溝内に除去可能に取り付けられる。本発明のスリットバルブドアの平面図を示す。圧縮されていない状態の本発明の別の実施態様のシール集成体の断面図を示し、そこでエラストマーシールは、クロージャ集成体上の第１の溝内に除去可能に取り付けられ、バリアストランドは第２の溝内に除去可能に取り付けられる。圧縮された状態の本発明の別の実施態様のシール集成体の断面図を示し、そこでエラストマーシールは、クロージャ集成体上の第１の溝内に除去可能に取り付けられ、バリアストランドは第２の溝内に除去可能に取り付けられる。バリアストランドのいくつかの実施態様の断面図を示す。

Claims

第１および第２の溝と、前記第１の溝内に取り付けられたエラストマーシールと、前記第２の溝内に除去可能に取り付けられた交換可能なバリアストランドとを有するクロージャ集成体を含み、それによって前記バリアストランドが、前記エラストマーシールを反応性プラズマへの直接暴露から遮蔽することを特徴とするシール集成体。
前記エラストマーシールが前記第１の溝内に結合されることを特徴とする請求項１に記載のシール集成体。
前記エラストマーシールが前記第１の溝内に除去可能に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載のシール集成体。
前記エラストマーシールがペルフルオロエラストマーシールであることを特徴とする請求項１に記載のシール集成体。
前記エラストマーシールが放物線状断面を有することを特徴とする請求項１に記載のシール集成体。
前記バリアストランドが、ポリテトラフルオロエチレン、ＰＦＡ、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィドおよびポリイミドからなる群から選択されたポリマーを含むことを特徴とする請求項１に記載のシール集成体。
前記バリアストランドがポリテトラフルオロエチレンを含むことを特徴とする請求項６に記載のシール集成体。
前記バリアストランドが、前記第２の溝の少なくとも１つの壁に係合するための少なくとも１つのリブを有することを特徴とする請求項１に記載のシール集成体。
前記バリアストランドがＴ形断面を有することを特徴とする請求項８に記載のシール集成体。
半導体ウエハ加工装置において使用するためのスリットバルブドアであって、前記ドアには、第１の溝内のエラストマーシールと、第２の溝内に除去可能に取り付けられた交換可能なバリアストランドがその上に取り付けられており、前記バリアストランドは、ゴムシールを反応性プラズマへの直接暴露から遮蔽するためのものであることを特徴とするスリットバルブドア。
前記エラストマーシールが前記第１の溝内に結合されることを特徴とする請求項１０に記載のスリットバルブドア。
前記エラストマーシールが前記第１の溝内に除去可能に取り付けられることを特徴とする請求項１０に記載のスリットバルブドア。
前記エラストマーシールがペルフルオロエラストマーシールであることを特徴とする請求項１０に記載のスリットバルブドア。
前記エラストマーシールが放物線状断面を有することを特徴とする請求項１０に記載のスリットバルブドア。
前記バリアストランドが、ポリテトラフルオロエチレン、ＰＦＡ、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィドおよびポリイミドからなる群から選択されたポリマーを含むことを特徴とする請求項１０に記載のスリットバルブドア。
前記バリアストランドがポリテトラフルオロエチレンを含むことを特徴とする請求項１５に記載のスリットバルブドア。
前記バリアストランドが、前記第２の溝の少なくとも１つの壁に係合するための少なくとも１つのリブを有することを特徴とする請求項１０に記載のスリットバルブドア。
前記バリアストランドがＴ形断面を有することを特徴とする請求項１７に記載のスリットバルブドア。