JP5427317B2 - 密閉チャンバ - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造装置、フラットパネルディスプレイ製造装置、太陽電池パネル製造装置等において利用することが可能な組立式の密閉チャンバに関する。

従来、例えば半導体ウエハや液晶表示基板等の被処理体に成膜処理やエッチング処理を行う際に、真空チャンバやガスを密閉するチャンバ等（以下「密閉チャンバ」と総称する）が使用されている。このような密閉チャンバは、一般に、アルミニウム合金やステンレス鋼等の大きなブロックを使用し、そのブロックの内部を切削加工で削り出すことにより製造されていた。このため、密閉チャンバの大型化を図ることが難しく、また、製造する際に大きな加工機械が必要になるとともに、削り出した内部の材料が無駄になる等の理由により、製造コストが高くなるという問題があった。

また、枠型のチャンバ本体を複数の構成部材に分割し、その分割した複数の構成部材を溶接して製造する構造の密閉チャンバも知られている。しかし、特にアルミニウム合金の溶接は溶接費が高価であるとともに溶接の難易度が高く、また、アルミニウム合金、ステンレス鋼共に溶接後に歪みや割れが生じる問題や、溶接部を平面にすることができないので２次加工を施す必要があり、コスト高を招く要因になっている。また、使用後において各構成部材を取り外すことができないことから、メンテナンス作業がしづらいといった問題や、溶接構造の場合は溶接部の疲労による割れなどもある。さらに、近年では基板等の被処理体も大型化していることから、各構成部材を取り外すことができないと持ち運びも不便であるし、チャンバ自体の大型化の要請に応えることが困難になってきている。

そこで、上記のような問題を解決するものとして、特許文献１に記載の真空用容器も知られている。この真空容器は、４枚の側面板の端面を接合して中空枠体を形成し、その中空枠体の上下開口面にそれぞれ天面板と底面板を接合することにより、箱型の容器として構成されている。また、各板材の接合面にはシール溝が設けられており、一体成形されたシール材をこのシール溝に嵌め込んでシールすることにより、容器の密閉性を確保するようにしている。

ところが、このような接合構造の真空容器において、実際にはシール材によるシールが機能し難く、大きなリークを引き起こし、容器の内部を真空に保つことができない場合がある。その原因を追究したところ、一般的な角型のシール溝と均一な線形のシール材との組み合わせでは、箱型の容器の角（頂部）において、シール材とシール溝との間に微小な隙間が発生することが判明した。より詳細には、３方向に延びたシール材の分岐部（Ｔ字型の部分）の特に角部シール面及び稜線において、シール材のシール溝に対する押し付け力が不十分であり、この分岐部の角部に微小な隙間ができてしまい、そこからリークが発生していることが分かった。

特開２００４−２８６１６５号公報

本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、従来の切削加工や溶接構造による密閉チャンバに比べて簡単かつ低コストで製造することができ、しかもシール材とシール溝とを確実に密着させてリークの発生を防止し、極めて気密性の高い密閉チャンバを安定して提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明は、複数枚の板材を接合することにより内部に密閉空間が設けられる組立式の密閉チャンバであって、隣接する板材の接合面に形成されたシール溝と、異なる方向に分岐した分岐部を有するシール材とを備え、シール溝にシール材を装着したとき、シール材の分岐部周辺がシール溝角部方向へ圧縮変形することによりシール材分岐部の角部がシール溝分岐部の角部に対して押し付けられて密着することを特徴とする。

また、本発明の密閉チャンバにおいて、シール材分岐部の充填率が１００％近傍に設定されていると良い。ここで「充填率」とは、シール溝の断面積をＳ１とし、シール材の断面積をＳ２としたときに、シール溝の断面積に対するシール材の断面積の比率（Ｓ２／Ｓ１）をいう。例えば具体的な態様として、シール材について、分岐部の断面積が線形部の断面積より大きくなるように形成されている構造を採用することができる。この構造のシール材を均一な断面積のシール溝に装着すると、シール材分岐部が伸び方向と反対方向すなわち分岐部から遠ざかる方向にしか変形せず、シール溝分岐部の角部方向への押し付け力が確保される。また、これとは逆に、シール溝について、分岐部の断面積が線形部の断面積より小さくなるように形成されている構造を採用しても良い。この構造のシール溝に均一な断面積のシール材を装着すると、同様にシール溝分岐部の角部方向への押し付け力が確保される。また、これらの構造に代えて、シール材の長さがシール溝の長さより短く設定されていても良い。

また、シール溝分岐部の角部に接触するシール材が損傷しないように、シール材分岐部の角部とシール溝分岐部の角部とのシール面を、Ｒ形状（円弧面）やＣ面形状（４５°傾斜面）等の面取り加工した形状に変更しても良い。

本発明によれば、複数枚の板材を接合することにより内部に密閉空間が設けられる組立式の密閉チャンバとしたことにより、ステンレス鋼の溶接構造やアルミニウム合金の切削加工によって製造する密閉チャンバに比べて、材料費や加工費を大幅に抑えて非常に低コストで製造することができる。また、シール溝にシール材を装着したとき、シール材の分岐部周辺が圧縮変形することによってシール材分岐部の角部がシール溝分岐部の角部に対して押し付けられて密着するように構成されているので、シール溝分岐部の角部に対するシール性が高まり、リークの発生を防ぎ、極めて気密性の高い密閉チャンバを安定して提供することができる。

本発明の密閉チャンバの構造を示す全体図。 側板の構造を示す部品図。 排気口付き側板の構造を示す部品図。 天板と底板の構造を示す部品図。 シール材の構造を示す部品図。 密閉チャンバの組立方法を示す説明図。 シール溝分岐部の形状を示す拡大図。 一般的なシール材分岐部の形状を示す拡大図。 図７のシール溝に図８のシール材を装着した時の作用を示す説明図。 本発明におけるシール材分岐部の形状を示す拡大図。 図７のシール溝に図１０のシール材を装着した時の作用を示す説明図。 シール材分岐部の一例を示す拡大図。 シール材分岐部の他の例を示す拡大図。 シール材分岐部の他の例を示す拡大図。 シール材分岐部の他の例を示す拡大図。 シール材分岐部の他の例を示す拡大図。 シール溝分岐部の一例を示す拡大図。 シール溝分岐部の他の例を示す拡大図。 シール溝分岐部の他の例を示す拡大図。 シール材分岐部とシール溝分岐部とのシール面の一例を示す拡大図。 シール材分岐部とシール溝分岐部とのシール面の他の例を示す拡大図。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、本発明の密閉チャンバＣは、複数枚の板材１，２，３，４と、シール材５と、ボルト７を用いて組み立てる組立式の容器であって、例えば半導体製造装置において、内部を真空状態にして半導体ウエハの成膜処理やエッチング処理等を行う真空チャンバとして使用することができる。

本実施形態において、この密閉チャンバＣは、互いに対向配置された２枚の側板１，１と２枚の排気口付き側板２，２とをボルト７で固定して平面四角形の型枠８を形成し、この型枠８の上部開口面に天板３を、下部開口面に底板４をそれぞれ配置してボルト７で固定することにより、内部に密閉された空間を有する直方体型の中空容器として構成されている。また、型枠８と天板３との接合面、型枠８と底板４との接合面、及び隣接する側板１と排気口付き側板２との接合面にはそれぞれシール溝６が設けられており、そのシール溝６にシール材５を装着することにより気密性が保たれている。さらに、排気口付き側板２には、それぞれ排気ポート２１が設けられており、チャンバ内の密閉空間を真空引きするための真空ポンプ（図示略）を取り付けられるようになっている。

図２に示すように、側板１は、平面長方形のアルミ合金板からなり、上側面、下側面、及び左右両側面にそれぞれ直線状の凹溝６１，６１，…が形成されており、これらの凹溝６１が一連に繋がって全側面を周回する環状凹溝６２が設けられている。また、側板１の左右両側面には、隣接する排気口付き側板２を複数のボルト７，７，…で締結するための螺子孔１１，１１，…と、排気口付き側板２を位置合わせするピン１４を挿入するためのピン孔１５が設けられている。これと同様に、側板１の上側面には天板３を締結するための螺子孔１２，１２，…が、下側面には底板４を締結するための螺子孔１３，１３，…がそれぞれ設けられている。

図３に示すように、排気口付き側板２は、平面正方形のアルミ合金板からなり、中央部に排気口２２が貫通形成されており、この排気口２２の周囲に排気ポート２１を固定するための螺子孔２３，２３，…が設けられている。また、排気口付き側板２の上側面には、両端に屈曲部６３を有する凹溝６１が形成されているとともに、天板３を締結するための螺子孔２４，２４，…が設けられている。これと同様に、下側面には、屈曲部６３を有する凹溝６１と、底板４を締結するための螺子孔２５，２５，…が設けられている。また、左右両側面には、側板１の螺子孔１１と対応する位置にボルト挿入用の挿通孔２６が設けられている。なお、排気口付き側板２の内側面の左右両側には段部２７，２７が形成されており、この段部２７に側板１の左右両端面を接合してボルト７を締結することにより型枠８が形成される。

図４に示すように、天板３は、同じく平面正方形のアルミ合金板からなり、その周縁部に沿って、型枠８に締結するボルト挿入用の挿通孔３１，３１，…が設けられている。また、底板４にも同様に、ボルト挿入用の挿通孔４１，４１，…が設けられている。なお、本実施形態では、側板１、排気口付き側板２、天板３、及び底板４の素材としてアルミ合金板を使用したが、これに代えて、ステンレス鋼板や炭素鋼板等の金属板を使用しても良い。

図５に示すように、シール材５は、弾性体からなるスケルトンシール部材で構成されており、全体で８箇所の頂部５１を有する直方体型に骨組み成形されている。本実施形態ではフッ素樹脂を加硫成形した丸棒状のゴム材で１２本の線形部５２，５２，…を形成し、各々の頂部５１付近に拡大図に示すようなＴ字型の分岐部５３を形成し、これらを接着剤や加硫成形で結合することによって一体成形されている。なお、シール材５の素材や成形方法はこれに限らず、板材の接合部分がシールされるように構成することができれば、その素材や成形方法は何でも良い。

次に、上記のように構成された側板１、排気口付き側板２、天板３、底板４、及びシール材５を組み立てて本発明の密閉チャンバＣを製造する方法について、図６を参照しながら説明する。

組立時には、まず一体成形されたシール材５に対して側板１を装着する。このとき、側板１の全側面にわたって設けられた環状凹溝６２に対し、シール材５の線形部５２，５２，…を順番に嵌め込んでいく。シール材５に側板１を装着し終えたら、側板１のピン孔１５にピン１４を挿入する。

次に、側板１を装着したシール材５に対し排気口付き側板２を装着する。このとき、排気口付き側板２の上下側面に設けられた凹溝６１に対し、シール材５の残りの線形部５２，５２，…を嵌め込んでいく。こうしてシール材５に排気口付き側板２を嵌め込むと、段部２７に側板１の左右両端面が当接し、排気口付き側板２のピン孔２８にピン１４が挿入される。次いで、側板１と排気口付き側板２を当接させて位置決めした状態で、挿通孔２６から差し込んだボルト７を螺子孔１１に螺子止めし、側板１と排気口付き側板２とを固定する。

上記のようにして２枚の側板１，１と２枚の排気口付き側板２，２とを固定すると、四方を板材で囲まれた筒型の型枠８が形成される。そして、この型枠８の上面に天板３を配置し、天板３の挿通孔３１に差し込んだボルト７を螺子孔１２と２４にそれぞれ螺子止めする。このとき、型枠８の上面には、図６の上面図のように環状に繋がったシール材５が嵌め込まれているので、型枠８と天板３との接合面がこの環状のシール材５でシールされることによって気密性が確保される。また、底板４についても同様に、挿通孔４１にボルト７を差し込み、螺子孔１３と２５にそれぞれ螺子止めして型枠８の下面に固定することにより、型枠８と底板４の接合面が環状のシール材５によってシールされる。こうして型枠８に天板３と底板４を固定すると、密閉チャンバＣの組立が完了する。

このように本発明の密閉チャンバＣによれば、一体成形されたシール材５に板材１，２，３，４を嵌め込んでボルト７で固定するだけで組み立てられるため、溶接構造や無垢材からの切削などの従来の製造方法に比べて短時間に簡単な作業すなわち低コストで密閉チャンバＣを製造することができる。また、構成部品である側板１、排気口付き側板２、天板３、及び底板４がすべて板材で構成されているので、各板材のサイズを大きく成形すれば、密閉チャンバＣ全体のサイズを容易に拡大することができる。しかも側板１、排気口付き側板２、天板３、及び底板４を複数枚並べて連結することにより、密閉チャンバＣの全体のサイズを更に一層拡大化することも可能である。

ところで、本発明ではシール材５による板材１，２，３，４の接合面のシール性を高めるため、シール材５とシール溝６との関係を改良したことを特徴とするものであるが、以下その詳細な構造について説明する。

図７は一般的な断面角型のシール溝６Ａについて、異なる方向に分岐したシール溝分岐部６４付近を拡大して示した図であり、図８は一般的な断面丸型のシール材５Ａについて、同じくシール材分岐部５３付近を拡大して示した図である。ここで、図７のシール溝６Ａに図８のシール材５Ａを装着した状態を図９に示す。図９において、断面角型のシール溝６Ａに断面丸型のシール材５Ａを嵌め込んだ場合、図のようにシール溝底部の面Ａと面Ｂにおいては、板材による押し付け力に対して十分なシール材５Ａの反発力が得られる。

ところが、このシール材５Ａは、３方向に分岐したシール材分岐部５３付近の伸びの合成力が図のＤ方向とＥ方向に作用するため、シール溝分岐部６４の角部６４ａにおいて、隙間のシールに必要なＣ方向へのシール材５Ａの反発力が十分でない。このため、シール溝分岐部６４の角部（稜線）６４ａがほぼ完全な直線をなしていない限り、シール材５Ａによって角部６４ａの隙間をシールしづらい傾向にあった。また、シールした場合でもそのシール性能（例えばガスの透過時間の減少など）が良くなく、真空チャンバとして使用するにあたって実用上問題があった。

そこで、本実施形態の密閉チャンバＣにあっては、シール溝６にシール材５を装着したとき、シール材分岐部５３の角部５３ａがシール溝分岐部６４の角部６４ａに対して所定の圧力で押し付けられるように、分岐部５３の充填率（シール溝分岐部５３の断面積に対するシール材分岐部６４の断面積の比率）が１００％近傍の高い値に設定されている。図１０はその一例として、本発明のシール材５Ｂについて分岐部５３付近を拡大して示したものである。

図１０に示すように、本実施形態のシール材５Ｂは、線形部５２の断面形状が丸型であるのに対し、分岐部５３の断面形状が半円型と角を丸めた角型とを組み合わせた複合型の形状からなる。このため、線形部５２の断面積に比べて分岐部５３の断面積の方が大きくなるように成形されている。

図１１は、図７のシール溝６Ａに図１０のシール材５Ｂを装着した状態を示したものである。図１１において、断面角型のシール溝６Ａに断面複合型のシール材５Ｂを嵌め込むと、シール材分岐部５３の充填率が１００％近傍に設定されているため、図のＤ方向とＥ方向へシール材５Ｂが逃げることができず、シール材５Ｂの伸び方向と反対方向すなわちシール溝分岐部６４から遠ざかる方向へしか変形できなくなる。このため、シール溝分岐部６４の角部６４ａにおいて、隙間のシールに必要なＣ方向に対して、シール材５Ｂの押し付け力が相殺されることなく確保される。したがって、本実施形態のシール材５Ｂによれば、シール溝分岐部６４の角部６４ａに対して十分な押し付け力が得られ、シール材５Ｂとシール溝６Ａとの密着性を高め、隙間を塞いでリークを確実に防止することができる。

また、シール材５の構造は図１０に示す形状に限られない。図１２〜１６は、シール溝分岐部６４の角部６４ａにおいて、図１１のＣ方向へのシール材５の反発力を確保するため、シール材分岐部５３の断面積を断面丸型のシール材５Ａ（図８を参照）の断面積よりも大きくした例を示したものである。

例えば、図１２に示すシール材５Ｃは、線形部５２の断面形状が円形であるのに対し、分岐部５３の断面形状はそれよりもひと回り大径の円形に成形されている。また、図１３に示すシール材５Ｄは、線形部５２の断面形状が円形であるのに対し、分岐部５３の断面形状は上半分が半円形に比べて断面積を拡大した半楕円形に成形されている。また、図１４に示すシール材５Ｅでは、分岐部５３の断面形状が円形に対し上下方向に断面積を拡大した楕円形に成形されており、図１５に示すシール材５Ｆでは、分岐部５３の断面形状が円形に対し左右方向に断面積を拡大した楕円形に成形されている。さらに、図１６に示すシール材５Ｇは、分岐部５３の断面形状が円形よりも一回り大きく、かつ、四つ角を丸めた略方形に成形されている。

このように、図１２〜１６ではいずれも、シール材５について線形部５２の断面積よりも分岐部５３の断面積の方が相対的に大きくなるように設定されている。このため、断面角型のシール溝６Ａ（図７を参照）にこれらのシール材５Ｃ〜５Ｇを装着した場合、図１１のようにシール材５が板材により圧縮され、シール材５が伸びようとしてＤ方向への合力と反対方向への反発力が増す。その結果、図１１のＣ方向への押し付け力が強くなるので、シール溝分岐部６４の角部６４ａに対する密着性が高まり、隙間を塞いでリークを確実に防止することができる。

また、上述した実施形態は、一般的な断面角型のシール溝分岐部６４に対して断面積を拡大したシール材分岐部５３を装着する例であったが、これとは逆に、断面積を縮小したシール溝分岐部６４に対して一般的な断面丸型のシール材分岐部５３を装着しても良い。

例えば、図１７に示すシール溝６Ｂは、断面角型の溝において分岐部６４の内壁面に突出した隆起部６６を設けることにより、分岐部６４の断面積が線形部６５の断面積よりも小さくなるように設定したものである。また、図１８に示すシール溝６Ｃは、断面角型の溝において分岐部６４の角部付近の溝深さｄを浅くすることにより、同じく分岐部６４の断面積が線形部６５の断面積よりも小さくなるように設定したものである。さらに、図１９に示すシール溝６Ｄは、断面角型の溝において分岐部６４の角部付近の溝幅ｗを狭くすることにより、同じく分岐部６４の断面積が線形部６５の断面積よりも小さくなるように設定されている。

このように、図１７〜１９ではいずれも、シール溝６について線形部６５の断面積よりも分岐部６４の断面積の方が相対的に小さくなるように設定されている。このため、断面積を縮小したシール溝６Ｂ（図１７）、６Ｃ（図１８）、６Ｄ（図１９）に対して断面丸型のシール材５Ａ（図８）を装着した場合、図１１で説明したときと同様に、シール材５Ａが板材により圧縮されてＤ方向への合力と反対方向への反発力が増大する。したがって、これらの例によってもシール溝分岐部６４の角部６４ａに対する密着性が高まり、隙間を塞いでリークを確実に防止することができる。

以上説明した実施形態では、シール材分岐部５３の充填率を１００％近傍に設定してある。充填率を１００％近傍としたのは、１００％未満、例えば９０％程度であっても、シール材５が弾性体である場合、シール面に密着している部分では、シール材５が押し付け圧力に関して液体に近い性質を示すためである。また、充填率は１００％を超えていても良い。充填率が１００％を超えたシール材５は、シール溝６に嵌め込んだときそれぞれ分岐部５３から遠ざかる方向に変形し、シール材が溝内部に完全に収納されるので、シール溝分岐部６４の角部６４ａに当接したシール材５が損傷することもない。

また、シール材５が損傷を受けないように、シール材分岐部５３の角部５３ａとシール溝分岐部６４の角部６４ａとのシール面を面取り加工した形状に変更することも可能である。例えば、図２０に示すようにシール面をＲ形状（円弧面）に形成した構成や、図２１に示すようにシール面をＣ面形状（４５°傾斜面）に形成した構成を採用することができる。なお、図示しないが、シール材５の長さをシール溝６の長さに比べて短く設定しても良い。この場合にも、シール溝６にシール材５を嵌め込んだときにシール材５が伸びようとしてＤ方向への合力と反対方向への反発力が増すので、上述した実施形態と同様の効果が得られる。

本発明の密閉チャンバは、半導体製造装置に限らず、フラットパネルディスプレイ製造装置、太陽電池パネル製造装置、有機ＥＬパネル製造装置など、幅広い用途に利用することができる。

Ｃ…密閉チャンバ
１…側板
１１…螺子孔（排気口付き側板用）
１２…螺子孔（天板用）
１３…螺子孔（底板用）
１４…ピン
１５…ピン孔
２…排気口付き側板
２１…排気ポート
２２…排気口
２３…螺子孔（排気ポート用）
２４…螺子孔（天板用）
２５…螺子孔（底板用）
２６…挿通孔
２７…段部
２８…ピン孔
３…天板
３１…挿通孔
４…底板
４１…挿通孔
５…シール材
５１…頂部
５２…線形部
５３…分岐部
５３ａ…角部
６…シール溝
６１…凹溝
６２…環状凹溝
６３…屈曲部
６４…分岐部
６４ａ…角部
６５…線形部
６６…隆起部
７…ボルト
８…型枠

Claims (2)

1. 複数枚の板材を接合することにより内部に密閉空間が設けられる組立式の密閉チャンバであって、隣接する板材の接合面に形成されたシール溝と、異なる方向に分岐した分岐部を有するシール材とを備え、
   シール材について、分岐部の断面積が線形部の断面積より大きくなるように形成されており、
   シール溝にシール材を装着したとき、シール材の分岐部周辺がシール溝角部方向へ圧縮変形することによりシール材分岐部の角部がシール溝分岐部の角部に対して押し付けられて密着することを特徴とする密閉チャンバ。
2. 複数枚の板材を接合することにより内部に密閉空間が設けられる組立式の密閉チャンバであって、隣接する板材の接合面に形成されたシール溝と、異なる方向に分岐した分岐部を有するシール材とを備え、
   シール溝について、分岐部の断面積が線形部の断面積より小さくなるように形成されており、
   シール溝にシール材を装着したとき、シール材の分岐部周辺がシール溝角部方向へ圧縮変形することによりシール材分岐部の角部がシール溝分岐部の角部に対して押し付けられて密着することを特徴とする密閉チャンバ。