JP4617701B2 - Ｏリング取り外し用窪み構造を有する容器部材 - Google Patents

Description

本発明は、Ｏリング取り外し用窪み構造を有する容器部材に係り、詳しくは、処理容器（チャンバ）等の部材間の接合部の絶縁シール材であるＯリングの劣化を防止し、その寿命期間を増大させることができるＯリング取り外し用窪み構造を有する容器部材に関する。

被処理基板である、半導体ウエハ、液晶表示パネル（ＬＣＤパネル）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）などにエッチング加工を施したり、それら被処理基板上に各種の材料膜を成膜したりあるいは不純物導入する場合には、エッチング、化学気相成長（ＣＶＤ）、クリーニング処理等を行うプラズマ処理装置、スパッタリング装置、イオン注入装置等の処理装置が用いられる。ここで、上記処理装置には高真空等の減圧に保持できるチャンバが備えられ、このチャンバ内において上記被処理基板に上述したような種々の処理がなされる。

図４は、上記チャンバ部を概念的に示した模式的な略断面図である。図４に示すように、チャンバ１０は、例えば内面がアルマイト処理されたアルミニウムからなる円筒形状に成形された第１の容器部材１１と同様の第２の容器部材１２とを備え、第１の容器部材１１の上面（通常、フランジに相当する）に設けた溝部１３に絶縁シール材であるＯリング１４が嵌合され、このＯリング１４を介して上記第１の容器部材１１の上面と第２の容器部材１２の下面とが接着してチャンバの密封性を確保する構造になっている。ここで、Ｏリング１４の内周縁は上記溝部１３の内周側壁に接着し、Ｏリング１４の外周縁は溝部１３の外周側壁に接着する。そして、このチャンバ１０の第１の容器部材１１の底部に取り付けられる基板支持ステージ１５上に上記被処理基板１６が載置され、密封にされたチャンバ１０内が真空排気され、その処理空間１７に必要な反応ガス等の処理ガスが導入されて被処理基板１６表面のエッチング加工、成膜等がなされる。

図５は、上記チャンバ１０を図４に記すＡ−Ａで輪切りにしたところの平面図である。図５に示すように、第１の容器部材１１上面の所定の領域を円弧状に掘り込んだ（斜線で示す）溝部１３が形成されている。この溝部１３に上述したようにＯリング１４が嵌合される。更に、図５に示すように、通常、溝部１３の所定箇所に、Ｏリングを上記溝部１３から取り外すことが簡便にできるように、Ｏリング取り外し用窪み１８が設けられる構造になっている。ここで、このＯリング取り外し用窪み１８は溝部１３を横断する姿態に第１の容器部材１１上面が彫られて形成され、溝部１３の外周側壁をはみ出した第１の窪み１８ａ、処理空間１７に向かい溝部１３の内周側壁をはみ出すように形成された第２の窪み１８ｂで構成される。そして、チャンバ１０内の洗浄あるいは調節などのメンテナンス作業などの場合に、このＯリング取り外し用窪み１８の箇所でＯリング１４が溝部１３から取り出される。
特開平１１−８７３２０号公報

近年の半導体装置、特にシリコン基板上に形成する超ＬＳＩの量産製造において、半導体装置に用いられる新材料が、上記チャンバ内における新しい処理を通して被処理基板１６上に形成されるようになってきた。例えば、チタン（Ｔｉ）などの高融点金属あるいはその窒化物等が、熱ＣＶＤ法あるいはプラズマＣＶＤ法で成膜されようになってきたり、あるいは、高密度プラズマ（ＨＤＰ）生成手段でハロゲンを含む原料ガスをプラズマ励起する処理方法が頻繁に使用されるようになっている。このような以前になかった新しい処理方法では、高真空にされるチャンバでの処理温度がこれまでになく高温（７００〜８００℃）になり、また、酸素、ハロゲン化合物等を励起した処理ガスの腐食性が高くなってきている。このために、上述したＯリング１４が、上述したＯリング取り外し用窪み１８の箇所で、特に、処理空間１７に向かって溝部１３の内周側壁をはみ出した第２の窪み１８ｂの空隙において、Ｏリング表面の劣化が生じ易くなり、Ｏリングの寿命がこれまでになく短くなるという問題があった。

図６を参照して、上記問題をもう少し詳細に説明する。図６は、第１の容器部材１１と第２の容器部材１２がＯリング１４を介して接着する領域のうち、Ｏリング取り外し用窪み１８の領域を拡大した、図５の矢視Ｂ−Ｂにおける断面図である。接合した両容器部材の内側の処理空間１７（一の空間）とその外側（他の空間）は、溝部に嵌合されたＯリング１４により隔絶される。このために、Ｏリング１４には、弾力性を有し且つガス気密性に優れる（ガス透過性が小さい）フッ素ゴム等のゴム系高分子材料である例えばバイトン（登録商標）、あるいは人工合成で形成したカルレッツ（登録商標）のような合成高分子材料が用いられる。しかし、このような高分子材料は、一般的に他の無機系材料に比べて耐熱性が小さく、上記処理でのガスの高温化と腐食性の高い処理ガスとにより劣化が生じ易い。特に、図６に示すように、処理ガス１９は、第１の容器部材１１面と第２の容器部材１２面の接するところに不可避的に存在するミクロな間隙を通り、Ｏリング取り外し用窪み１８の第２の窪み１８ｂに生じる空隙においてＯリング１４表面に接触する。このために、この領域でのＯリング１４の劣化が生じ易く、特に上記高温処理での腐食性の高い処理ガスにより、上記Ｏリングの劣化が顕著になってきている。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、チャンバ等の部材の一部に取り付けられるＯリングの劣化を防止し、その寿命期間を増大させることができるＯリング取り外し用窪み構造を有する容器部材を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、Ｏリング取り外し用窪み構造を有する容器部材にかかる発明では、一の空間を他の空間から隔絶するための絶縁シール材であるＯリングが嵌合される溝部を有する部材において、前記溝部から前記Ｏリングを取り出すための窪みが、前記Ｏリングの内周縁側および外周縁側となる前記溝部の両側壁のうちの前記外周縁側の側壁に設けられているＯリング取り外し用窪み構造を有し、前記Ｏリング取り外し用窪みは、前記溝部より深く形成されている。

上記発明において、前記Ｏリングを腐食する処理ガスが前記一の空間に導入される。この処理ガスはプラズマ励起により生成される。あるいは、前記処理ガスは前記Ｏリングを熱変形させる高温ガスである。

そして、前記一の空間において被処理基板上のエッチング処理がなされる。あるいは、前記一の空間において被処理基板上の成膜処理がなされる。

本発明の容器部材のＯリング取り外し用窪み構造により、簡便な手法でもって、チャンバ等を構成する部材の一部に取り付けられるＯリングの劣化を防止し、その寿命期間を増大させることができるようになる。

以下に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、図４のチャンバ部を概念的に示した模式的断面図において、矢視Ａ−Ａで輪切りにしたところの、本発明の実施の形態にかかる平面図である。図2は、この実施の形態にかかるＯリング取り外し用窪み構造の領域を拡大した、図１の矢視Ｘ−Ｘにおける断面図である。ここで、本発明であるＯリング取り外し用窪み構造の適用されるチャンバ等の部材箇所は従来の技術の場合のそれと全く同一にできることから、以下の説明においては従来の技術において説明したのと同様なものは同一符号で記しておこなう。

本実施の形態におけるチャンバの構造は、図４で説明したように例えば内面がアルマイト処理されたアルミニウム、あるいはステンレスから成る円筒形状に成形された第１の容器部材１１と第２の容器部材１２とを備えており、第２の容器部材１２の上面（通常、フランジに相当する）に設けた溝部１３にＯリング１４が嵌合され、このＯリング１４を介して上記第１の容器部材１１の上面と第２の容器部材１２の下面とが接着してチャンバの密封を確保するようになっている。そして、従来の技術で説明したのと同様に、このチャンバ１０内の処理空間１７（一の空間）に必要な反応ガス等が導入され、例えば半導体装置を製造するための被処理基板のエッチング加工、成膜等がなされる。

上述したチャンバ１０において、本実施の形態のＯリング取り外し用窪み構造では、従来の技術の場合と異なり、図１に示すようなＯリング取り外し用窪み１が溝部１３の外周側壁にのみに設けられる。すなわち、図１に示すように、Ｏリング１４が嵌合される溝部１３は、第１の容器部材１１上面の所定の領域を円弧状に掘り込んで形成され、このＯリング１４を上記溝部１３から簡便に取り外すことできるＯリング取り外し用窪み１は、上記溝部１３の外周側壁にのみに彫られて形成されている。すなわち、Ｏリング１４の外周縁側の溝側壁に接して設けられることになる。

従来の技術の場合には、Ｏリング取り外し用窪み１８が溝部１３の外周側壁をはみ出すように形成された第１の溝部１８ａ、処理空間１７に向かい溝部１３の内周側壁をはみ出した第２の窪み１８ｂとで構成されていたのに対して、本実施の形態のＯリング取り外し用窪み１の構造は大きく異なる。このような構造で、チャンバ１０内の洗浄あるいは調節などのメンテナンス作業などの場合、Ｏリング１４を溝部１３から取り外すことになる。

上記実施の形態における具体的な実施例の２例について、図２を参照して説明する。ここで、図２は第１の容器部材１１の溝部１３にＯリング１４を取り付けた状態を示している。第１の例では、図２（ａ）に示すように、Ｏリング取り外し用窪み２の深さと溝部１３の深さが共に同一になるように第１の容器部材１１の表面に形成してある。そして、第２の例では、図２（ｂ）に示しているように、Ｏリング取り外し用窪み３は溝部１３よりも深くなるように第１の容器部材１１の表面に形成してある。

Ｏリング１４を溝部１３から取り外す場合には、通常、Ｏリング１４よりも柔らかな材質で成るピンセットのような治具を用いて行う。ここで、図２（ｂ）のようにＯリング取り外し用窪み３が深くなるように形成することで、この治具はＯリング１４の底部位置よりも深い位置に挿入することができるようになり、Ｏリング１４の取り外しが極めて容易になる。特に、チャンバ１０を用いて高真空で高温の処理を行った後のメンテナンス作業では、Ｏリング１４が第１の容器部材１１の溝部１３に硬く固着するようになるために、図２（ｂ）のようなＯリング取り外し用窪み３の構造は非常に効果的になる。これに対して、図５で説明した従来の技術の場合では、Ｏリング取り外し用窪み１８は、溝部１３の内周側壁から外周側壁にわたり横断して刳りぬかれる構造であるために、Ｏリング取り外し用窪み１８の深さは溝部１３のそれより深くすることができない。ここで、Ｏリング取り外し用窪み１８を溝部１３よりも深く形成すると、Ｏリング１４がその深くなった横断箇所で第１の容器部材１１に充分に密着することができなくなり、Ｏリング１４の密封機能が損なわれるようになるからである。

次に、上記実施の形態で生じる本質的な効果について図３を参照して説明する。図３は、第１の容器部材１１と第２の容器部材１２がＯリング１４を介して接着している場合の、Ｏリング取り外し用窪み２の領域を拡大した、図１の矢視Ｘ−Ｘでの断面図である。

接合した両容器部材の内側の処理空間１７とその外側は、溝部に嵌合されたＯリング１４により隔絶している。この状態で例えば半導体装置を製造するために、チャンバ内でのエッチング処理あるいは成膜処理を行うと、従来の技術でも説明したように、処理ガス１９は、第１の容器部材１１面と第２の容器部材１２面の接するところに不可避的に存在するミクロな間隙を通り溝部１３に侵入する。しかし、この実施の形態のＯリング取り外し用窪み２，３の構造であると、従来の技術のＯリング取り外し用窪み１８の第１の窪み１８ｂのような空隙構造が全く存在しないために、Ｏリングの内周縁が溝部１３の内周側壁面に密着するようになり、上記処理ガス１９によるＯリング１４表面の劣化は大幅に低減するようになる。なお、Ｏリング取り外し用窪み１，２，３領域以外のところでは、Ｏリング１４の内周縁は上記溝部１３の内周側壁に接着し、Ｏリング１４の外周縁は溝部１３の外周側壁に接着している。

上記実施の形態において、Ｏリング取り外し用窪み１は、溝部１３の外周側壁の一箇所に設けていたが、上記外周側壁の数箇所に取り付けてもよい。また、Ｏリング取り外し用窪み１の平面形状は、円弧に限らず矩形でも三角形でもいずれの形状でもよい。また、Ｏリング取り外し用窪み１の深さが溝部１３のそれより浅くなる場合でもよい。

上述したように、この実施の形態の特徴は、部材間を接着させる絶縁シール材であるＯリングの取り外し用窪み構造において、Ｏリングが嵌合される部材に設けられた溝部に接して、Ｏリングを挟んで処理空間側とは反対側の溝部外周側壁側にのみ、Ｏリング取り外し用窪みを設けるところにある。このようにすることで、上述したように、Ｏリング表面の局所的な劣化は大幅に低減しその寿命が延長するようになる。また、Ｏリングの寿命が延びＯリングの交換頻度は大幅に低減することから、処理装置のメンテナンス作業が簡略化できるようになる。このような効果は、特に被処理基板の高温での処理あるいは腐食性の高い処理ガスにおける処理において益々顕著になってくる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を限定するものでない。当業者においては、上記実施の形態に様々な変形・変更を施せることや、上記と同様の効果を達成するために様々な構成を採用できることが理解されよう。そこで、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれることに言及しておく。例えば、上記の実施の形態では、チャンバの処理空間を減圧にする場合について説明したが、その処理空間を高圧にする場合でも本発明は全く同様にして適用できるものである。また、処理装置が多数のチャンバで構成されるいわゆるマルチチャンバの場合でも同様である。更には、本発明は、チャンバを構成する部材に設けた溝部へのＯリングの嵌合に限らず、その他の同様に隔絶するための部材の場合、例えば配管でのシール部分にも同様に適用できるものである。

本発明の実施の形態にかかるＯリング取り外し用窪み構造を示すチャンバの容器部材の平面図である。 図１の矢視Ｘ−Ｘの拡大した断面図である。 チャンバを密封した状態の図１の矢視Ｘ−Ｘの拡大した断面図である。 Ｏリング取り外し用窪み構造を具備するチャンバを概念的に示した模式的な略断面図である。 従来の技術におけるＯリング取り外し用窪み構造を示すチャンバの容器部材の平面図である。 図５の矢視Ｂ−Ｂの拡大した断面図である。

符号の説明

１，２，３，１８ Ｏリング取り外し用窪み
１０ チャンバ
１１ 第１の容器部材
１２ 第２の容器部材
１３ 溝部
１４ Ｏリング
１５ 基板支持ステージ
１６ 被処理基板
１７ 処理空間
１８ａ 第１の窪み
１８ｂ 第２の窪み
１９ 処理ガス

Claims (6)

1. 一の空間を他の空間から隔絶するための絶縁シール材であるＯリングが嵌合される溝部を有する部材において、
   前記溝部から前記Ｏリングを取り出すための窪みが、前記Ｏリングの内周縁側および外周縁側となる前記溝部の両側壁のうちの前記外周縁側の側壁に設けられているＯリング取り外し用窪み構造を有し、
   前記Ｏリング取り外し用窪みは、前記溝部より深く形成されている
   容器部材。
2. 前記Ｏリング取り外し用窪みは、
   前記溝部に前記Ｏリングが挿入された状態において前記溝部の底面位置より深い位置に治具を挿入可能に形成されている
   請求項１記載のＯリング取り外し用窪み構造を有する容器部材。
3. 前記溝部に挿入された前記Ｏリングは、
   前記一の空間を前記他の空間から隔絶する際に、前記Ｏリングの内周縁側の前記溝部の側壁、前記Ｏリングの外周縁側の前記溝部の側壁、および前記溝部の底面に接する
   請求項１または２記載のＯリング取り外し用窪み構造を有する容器部材。
4. 前記一の空間において、高真空かつ高温の環境下での被処理基板のエッチング処理または成膜処理がなされる
   請求項１から３のいずれか一項記載のＯリング取り外し用窪み構造を有する容器部材。
5. 前記一の空間に、前記Ｏリングを腐食する処理ガスが導入される
   請求項１から４のいずれか一項記載のＯリング取り外し用窪み構造を有する容器部材。
6. 前記処理ガスは、プラズマ励起により生成されるガス、または、前記Ｏリングを熱変形させる高温ガスである
   請求項５記載のＯリング取り外し用窪み構造を有する容器部材。

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