JP6104927B2

JP6104927B2 - 複合シール

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Publication number: JP6104927B2
Application number: JP2014540795A
Authority: JP
Inventors: 一平中川
Original assignee: Nippon Valqua Industries Ltd
Current assignee: Nippon Valqua Industries Ltd
Priority date: 2012-10-09
Filing date: 2013-09-25
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2033-09-25
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Description

本発明は、半導体製造装置などに用いられる複合シールの構造に関する。

たとえば、半導体製造装置などにおいては、半導体基板を真空雰囲気下に設置するため、半導体基板を載置する領域と他の領域とを気密的に分離する際に、特許文献１から特許文献６に開示されるようなシール部材（ガスケット）が用いられる。

特開平０８−１９３６５９号公報特開平１１−２０１２８８号公報特開２００３−３４３７２７号公報特開２００７−１２０７３８号公報特開２００７−１７０６３４号公報特開２００８−１６４０７９号公報

近年、半導体製造装置の製造工程において、紫外線を用いる工程が採用されるようになっている。紫外線を用いる場合には、紫外線の通過を許容するために板状の石英部材を用いて、半導体基板が載置される領域と他の領域とが気密的に分離される。この場合にも、上記シール部材が用いられる。

しかし、石英部材の内部を乱反射した紫外線が、周辺部に位置するシール部材にまで到達し、シール部材への紫外線照射により、著しくシール部材が劣化することが考えられる。

本発明は上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、紫外線が照射された場合であっても、複合シールの劣化を抑制することが可能な構造を備える複合シールを提供することである。

この発明に基づいた複合シールにおいては、基板を配置する第１装置と、上記第１装置に対向配置され紫外線を通過させる板状の第２装置とを備える半導体製造装置に用いられ、上記基板の周囲を取り囲むように配置され、上記第１装置と上記第２装置とにより挟み込まれることで弾性変形し、上記第２装置の一方面側の空間と他方面側の空間とを気密的に分離する、複合シールであって、当該複合シールは、上記第１装置側に配置され、弾性変形が可能な弾性部材と、上記弾性部材よりも上記第２装置側に配置される金属部材とを備える。

他の形態においては、上記弾性部材は、本体部と、上記本体部から外側に拡張するフランジ部とを含み、上記金属部材は、上記フランジ部を挟んで、上記本体部とは反対側の領域を覆うように設けられる。

他の形態においては、上記本体部は、断面形状が、上記第１装置側が短辺、上記第２装置側が長辺の略台形形状である。

他の形態においては、上記本体部は、断面形状が、上記第１装置側に向けて凸形状の曲面形状を有する。

他の形態においては、上記フランジ部の端面は、上記本体部側に近づくにしたがって、厚みが増加する斜面形状を有する。

他の形態においては、上記フランジ部の端面は、上記第２装置側が最も外側に位置し、上記第２装置側から上記第１装置側に向かうにしたがって、内側に傾斜する斜面である。

他の形態においては、上記フランジ部の端面は、上記第１装置側が最も外側に位置し、上記第１装置側から上記第２装置側に向かうにしたがって、内側に傾斜する斜面である。

他の形態においては、上記弾性部材は、ゴム状部材であり、上記金属部材は、薄膜のアルミ部材である。

他の形態においては、上記第１装置は、上記基板を配置する基板配置領域の周囲を取り囲むように設けられる溝部を含み、当該複合シールは、環状の形態を有し、上記溝部に収容される。

本発明によれば、紫外線照射によっても劣化を抑制することが可能な構造を備える複合シールを提供することである。

実施の形態１における複合シールの構造を示す平面図である。実施の形態１における複合シールの構造を示す側面図である。図１中ＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。実施の形態１における複合シールの使用状態を示す半導体製造装置の断面図である。実施の形態１における複合シールの変形状態（変形前）を示す第１断面図である。実施の形態１における複合シールの変形状態（変形後）を示す第２断面図である。実施の形態１における複合シールの変形状態における内部圧力の変化を示す第１断面図である。実施の形態１における複合シールの変形状態における内部圧力の変化を示す第２断面図である。実施の形態１における複合シールの変形状態における内部圧力の変化を示す第３断面図である。実施の形態１における複合シールの変形状態における内部圧力の変化を示す第４断面図である。実施の形態１における複合シールの変形状態における内部圧力の変化を示す第５断面図である。実施の形態１における複合シールの変形状態における内部圧力の変化を示す第６断面図である。実施の形態２における複合シールの構造を示す断面図である。実施の形態２における複合シールの変形状態（変形前）を示す第１断面図である。実施の形態２における複合シールの変形状態（変形後）を示す第２断面図である。実施の形態３における複合シールの構造を示す断面図である。実施の形態３における複合シールの変形状態（変形前）を示す第１断面図である。実施の形態３における複合シールの変形状態（変形後）を示す第２断面図である。

本発明に基づいた各実施の形態における複合シールについて、以下、図を参照しながら説明する。なお、以下に説明する各実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。

（実施の形態１：複合シール１００）
図１から図３を参照して、本実施の形態における複合シール１００の構造について説明する。図１は、複合シール１００の構造を示す平面図、図２は、複合シール１００の構造を示す側面図、図３は、図１中ＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。

図１から図３を参照して、本実施の形態における複合シール１００は、環状の形態を有している。複合シール１００の大きさは、用いられる半導体製造装置の大きさに応じて適宜決定されるものであるが、たとえば、内直径（φＤ１）が、約３６０ｍｍ、幅（ｗ１）が約６ｍｍ、高さ（ｈ）が約３ｍｍ程度である。

図３に示すように、複合シール１００の具体的構造としては、弾性変形が可能な弾性部材１１０と金属部材１２０とを備えている。弾性部材１１０は、ゴム状部材からなり、たとえば、フッ素系ゴム部材（フッ化ビニリデン（ＦＫＭ））が用いられる。本実施の形態では、弾性部材１１０として、日本バルカー工業株式会社製のスポックアーマー（登録商標）を用いた。また、金属部材１２０としては、厚さ約０．０５ｍｍ程度のシート状アルミを用いた。金属部材１２０は、紫外線の通過を抑制し、弾性部材１１０に紫外線が到達することを抑制する材料であることが好ましい。たとえば、アルミ以外に、アルミ合金、アルマイト等のアルミ部材を用いることもできる。

弾性部材１１０は、後述の半導体製造装置に設けられる溝部１３（図４参照）の断面視において、溝部１３の内部に収容される本体部１１１と、溝部１３の内部に収容されず、溝部１３からは露出し、本体部１１１から外側に拡張するフランジ部１１２とを含む。ここで、本体部１１１から外側に拡張するとは、複合シール１００の半径方向の内方および外方に向けて、図３に示すように、フランジ部１１２が張り出すことを意味する。以下の実施の形態においても同様である。

金属部材１２０は、フランジ部１１２を挟んで、本体部１１１とは反対側の領域を覆うように設けられる。

本体部１１１は、断面形状が、溝部１３側（図３中の下側）が短辺、金属部材１２０側が長辺の略台形形状であり、短辺部１１０ａ、傾斜側面部１１０ｂ、１１０ｂを有している。

また、フランジ部１１２の端面１１０ｃは、本体部１１１側に近づくにしたがって、厚みが増加する斜面形状を有し、具体的には、端面１１０ｃは、後述の第２装置２１側（図３中の上側）が最も外側に位置し、第２装置２１側（図３中の上側）から第１装置１１側（図３中の下側）に向かうにしたがって、内側に傾斜する斜面である。

（複合シール１００の使用状態）
次に、図４から図６を参照して、複合シール１００の使用状態について説明する。図４は、複合シール１００の使用状態を示す半導体製造装置の断面図、図５は、複合シール１００の変形状態（変形前）を示す第１断面図、図６は、複合シール１００の変形状態（変形後）を示す第２断面図である。

図４を参照して、この複合シール１００が用いられる半導体製造装置１は、半導体基板５０を配置する基板配置領域１２の周囲を取り囲むように設けられる溝部１３を備える第１装置１１と、この第１装置１１に対向配置され紫外線を通過させる板状の第２装置２１とを備える。板状の第２装置２１には、石英基板が用いられている。この半導体製造装置１においては、溝部１３は、環状に設けられている。

図５を参照して、複合シール１００が溝部１３に載置された状態を示している。溝部１３に、複合シール１００の本体部１１１が位置し、フランジ部１１２は、溝部１３の内部に収容されず、溝部１３からは露出している。また、フランジ部１１２の第２装置２１側に、金属部材１２０が位置している。

図６を参照して、半導体製造装置１において、第１装置１１側に向かって第２装置２１が下降し、基板配置領域１２側が真空状態となるように制御された状態を示す。複合シール１００は、第１装置１１と第２装置２１とにより挟み込まれることで大きく弾性変形し、第２装置２１の一方面側（第１装置１１側）の空間と他方面側の空間とが気密的に分離される。

この際、基板配置領域１２に載置された半導体基板５０に紫外線（ＵＶ)が照射された場合、図６中の第２装置２１内の矢印Ｌ１に示すように、第２装置（石英部材）２１の内部を乱反射した紫外線が、周辺部に位置する弾性部材１１０にまで到達し、弾性部材１１０に紫外線が照射される。

しかし、本実施の形態１における複合シール１００によれば、金属部材１２０によって、弾性部材１１０への紫外線の照射が大きく抑制され、弾性部材１１０の劣化の促進を遅延させることが可能となる。

また、弾性部材１１０の圧縮時においては、図５および図６に示すように、溝部１３の内部において、弾性部材１１０が大きく変化することで、弾性部材１１０としての気密性を担保することに成功する一方で、フランジ部１１２の変形量を小さく抑制している。これにより、弾性変形に乏しい金属部材１２０への亀裂発生等の破損を防止することを可能としている。

ここで、図７から図１２を参照して、温度変化に応じた複合シール１００の圧縮時における内圧の変化について説明する。図７から図１２は、複合シール１００の変形状態における内部圧力の変化を示す第１から第６断面図である。

図７は、室温（２５℃）の状態において、複合シール１００の本体部１１１およびフランジ部１１２に加圧力が加わっていない状態を示す。領域Ａ（弾性部材１１０の全ての領域）には、圧力は加わっていない。図８は、室温（２５℃）の状態において、複合シール１００に加圧力が加わった状態（真空圧が、約５Ｔｏｒｒ時）を示す。本体部１１１の内部において、内部圧力が上昇している。内部圧力は、領域Ａ＜領域Ｂ＜領域Ｃである。一方、フランジ部１１２の内部圧力の変化は、本体部１１１に比べ小さい。

図９から図１２を参照して、さらに複合シール１００の温度が上昇した場合について説明する。図９は、温度が７０℃の場合を示す。本体部１１１の内部において、内部圧力がさらに上昇している。内部圧力は、領域Ａ＜領域Ｂ＜領域Ｃ＜領域Ｄである。一方、フランジ部１１２の内部圧力の変化は、本体部１１１に比べ小さい。

図１０は、温度が１２０℃の場合を示す。本体部１１１の内部において、領域Ｄが拡大し、内部圧力がさらに上昇している。内部圧力は、領域Ａ＜領域Ｂ＜領域Ｃ＜領域Ｄである。一方、フランジ部１１２の内部圧力の変化は、本体部１１１に比べ小さい。

図１１は、温度が１５０℃の場合を示す。本体部１１１の内部において、領域Ｄよりも内部圧力が高い領域Ｅが発生し、内部圧力がさらに上昇している。内部圧力は、領域Ａ＜領域Ｂ＜領域Ｃ＜領域Ｄ＜領域Ｅである。一方、フランジ部１１２の内部圧力の変化は、本体部１１１に比べ小さい。

図１２は、温度が２００℃の場合を示す。本体部１１１の内部において、領域Ｅが拡大し、領域Ｆよりも内部圧力が高い領域Ｆが発生し、内部圧力がさらに上昇している。内部圧力は、領域Ａ＜領域Ｂ＜領域Ｃ＜領域Ｄ＜領域Ｅ＜領域Ｆである。一方、フランジ部１１２の内部圧力の変化は、本体部１１１に比べ小さい。

このように、複合シール１００の温度が上昇した場合であっても、本体部１１１の変形量は小さいことから、弾性変形に乏しい金属部材１２０への亀裂発生等の破損を防止することが可能であることを確認できた。

以上、本実施の形態における複合シール１００によれば、金属部材１２０によって弾性部材１１０への紫外線の照射が大きく抑制され、弾性部材１１０の紫外線による劣化の促進を遅延させることが可能となる。

また、複合シール１００の圧縮時においては、フランジ部１１２の変形量が小さいことから、弾性変形に乏しい金属部材１２０への亀裂発生等の破損を防止することを可能としている。

（実施の形態２：複合シール２００）
図１３を参照して、本実施の形態における複合シール２００の構造について説明する。図１３は、複合シール２００の構造を示す断面図である。

本実施の形態における複合シール２００は、基本的構成は、上記実施の形態１における複合シール１００と同じ形態であり、環状の形態を有している。複合シール２００の大きさは、用いられる半導体製造装置の大きさに応じて適宜決定されるものであるが、たとえば、内直径（φＤ１）が、約３６０ｍｍ、幅（ｗ１）が約６ｍｍ、高さ（ｈ）が約３ｍｍ程度である。

図１３に示すように、複合シール２００の具体的構造としては、弾性変形が可能な弾性部材２１０と紫外線を反射する金属部材２２０とを備えている。弾性部材２１０および金属部材２２０に用いられる材料は、上記実施の形態１における複合シール１００と同じである。

弾性部材２１０は、後述の半導体製造装置に設けられる溝部１３（図４参照）の断面視において、溝部１３の内部に収容される本体部２１１と、溝部１３の内部に収容されず、溝部１３からは露出し、本体部２１１から外側に拡張するフランジ部２１２とを含む。

金属部材２２０は、フランジ部２１２を挟んで、本体部２１１とは反対側の領域を覆うように設けられる。本体部２１１は、断面形状が、溝部１３に向けて凸形状の曲面形状２１０ａを有している。

フランジ部２１２の端面２１０ｃは、上記実施の形態１における複合シール１００の端面１１０ｃと同じ形態である。

（複合シール２００の使用状態）
次に、図１４および図１５を参照して、複合シール２００の使用状態について説明する。図１４は、複合シール２００の変形状態（変形前）を示す第１断面図、図１５は、複合シール２００の変形状態（変形後）を示す第２断面図である。

図１４を参照して、この複合シール２００が用いられる半導体製造装置１は、実施の形態１と同じである。複合シール２００が溝部１３に載置された状態を示している。溝部１３に、複合シール２００の本体部２１１が位置し、フランジ部２１２は、溝部１３の内部に収容されず、溝部２３からは露出している。また、フランジ部２１２の第２装置２１側に、金属部材２２０が位置している。

図１５を参照して、半導体製造装置１において、第１装置１１側に向かって第２装置２１が下降し、基板配置領域１２側が真空状態となるように制御された状態を示す。複合シール２００は、第１装置１１と第２装置２１とにより挟み込まれることで大きく弾性変形し、第２装置２１の一方面側（第１装置１１側）の空間と他方面側の空間とが気密的に分離される。

本実施の形態における複合シール２００によっても、上記実施の形態１における複合シール１００と同様に、金属部材２２０によって、弾性部材２１０への紫外線の照射が大きく抑制され、弾性部材２１０の紫外線による劣化の促進を遅延させることが可能となる。

また、複合シール２００の圧縮時においては、フランジ部２１２の変形量が小さいことから、弾性変形に乏しい金属部材２２０への亀裂発生等の破損を防止することを可能としている。

実施の形態１のように複合シールの弾性部材の断面形状が略台形形状の場合には、複合シールを溝に装着した際に複合シールの姿勢が傾いた場合には、短辺部が部分的に溝に当接する。その結果、弾性部材にねじれが生じ、複合シールを圧縮した際の接触面圧が不均一になることが考えられる。本実施の形態のように弾性部材の断面形状を凸形状の曲面形状とすることで、複合シールの姿勢が傾いた場合でも、圧縮した際の接触面圧を均一にすることができ、シール性をより高めることが可能となる。

（実施の形態３：複合シール３００）
図１６を参照して、本実施の形態における複合シール３００の構造について説明する。図１６は、複合シール３００の構造を示す断面図である。

本実施の形態における複合シール３００は、基本的構成は、上記実施の形態１における複合シール１００と同じ形態であり、環状の形態を有している。複合シール３００の大きさは、用いられる半導体製造装置の大きさに応じて適宜決定されるものであるが、たとえば、内直径（φＤ１）が、約３６０ｍｍ、幅（ｗ１）が約６ｍｍ、高さ（ｈ）が約３ｍｍ程度である。

図１６に示すように、複合シール３００の具体的構造としては、弾性変形が可能な弾性部材３１０と紫外線を反射する金属部材３２０とを備えている。弾性部材２１０および金属部材２２０に用いられる材料は、上記実施の形態１における複合シール１００と同じである。

弾性部材３１０は、後述の半導体製造装置に設けられる溝部１３（図４参照）の断面視において、溝部１３の内部に収容される本体部３１１と、溝部１３の内部に収容されず、溝部１３からは露出し、本体部３１１から外側に拡張するフランジ部２１２とを含む。

金属部材３２０は、フランジ部３１２を挟んで、本体部２１１とは反対側の領域を覆うように設けられる。本体部３１１の断面形状は、実施の形態１における本体部１１１と同一の形状である。フランジ部３１２の端面３１０ｃは、上記実施の形態１における複合シール１００の端面１１０ｃとは逆の形態であり、第１装置１１側が最も外側に位置し、第１装置１１側から第２装置２１側に向かうにしたがって、内側に傾斜する斜面である。

（複合シール３００の使用状態）
次に、図１７および図１８を参照して、複合シール３００の使用状態について説明する。図１７は、複合シール３００の変形状態（変形前）を示す第１断面図、図１８は、複合シール３００の変形状態（変形後）を示す第２断面図である。

図１７を参照して、この複合シール３００が用いられる半導体製造装置１は、実施の形態１と同じである。複合シール３００が溝部１３に載置された状態を示している。溝部１３に、複合シール３００の本体部３１１が位置し、フランジ部３１２は、溝部１３の内部に収容されず、溝部２３からは露出している。また、フランジ部３１２の第２装置２１側に、金属部材３２０が位置している。

図１８を参照して、半導体製造装置１において、第１装置１１側に向かって第２装置２１が下降し、基板配置領域１２側が真空状態となるように制御された状態を示す。複合シール２００は、第１装置１１と第２装置２１とにより挟み込まれることで大きく弾性変形し、第２装置２１の一方面側（第１装置１１側）の空間と他方面側の空間とが気密的に分離される。

本実施の形態における複合シール３００によっても、上記実施の形態１における複合シール１００と同様に、金属部材３２０によって、弾性部材３１０への紫外線の照射が大きく抑制され、弾性部材３１０の紫外線による劣化の促進を遅延させることが可能となる。

また、複合シール３００の圧縮時においては、フランジ部３１２の変形量が小さいことから、弾性変形に乏しい金属部材３２０への亀裂発生等の破損を防止することを可能としている。

また、紫外線が第２装置(石英部材)２１の内部だけでなく、第１装置１１と第２装置２１との間にも浸入する環境の場合、本実施の形態のように端面３１０ｃまで金属部材３２０が設けられていると、図１８に示すように、第２装置２１と第１装置１１との間から浸入する紫外線を遮ることが可能となる。

なお、上記各実施の形態においては、溝部１３を有する半導体製造装置に複合シールを配置する場合について説明したが、溝部１３を有さない半導体製造装置に対しても、同様に本発明を適用することができる。

また、上記各実施の形態においては、複合シールの弾性部材の形状として、溝部１３の内部に収容される本体部と、溝部１３の内部に収容されず、溝部１３からは露出し、本体部から外側に拡張するフランジ部とを含む構造を採用した場合について説明しているが、この構造に限定されるものではなく、フランジ部を設けない構造を採用することも可能である。溝部１３側に配置され、弾性変形が可能な弾性部材１１０と、第２装置２１側に配置され、紫外線を反射する金属部材１２０とを備える複合シールであれば、紫外線が照射された場合であっても、複合シールの劣化を抑制することを可能とする。

また、金属部材により紫外線を反射させることで、弾性部材への紫外線の照射を抑制して、弾性部材の紫外線による劣化の促進を遅延させることを可能とした場合について説明しているが、１００％紫外線を反射させる場合に限定されず、弾性部材への紫外線の照射を抑制することができる部材であれば、どのような金属部材であってもかまわない。

また、上記各実施の形態においては、複合シールの形状として、円環状の形態を採用した場合について説明したが、環状については、円形状に限定されず、楕円形状、四角形状の環状形態を採用することも可能である。

また、本発明に基づく上記各実施の形態において示す複合シールが用いられる半導体製造装置においても用いられる半導体とは、素子が組み込まれる半導体基板、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）を構成する半導体基板等、半導体製造プロセスを採用することが可能な半導体を意味する。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１１第１装置、１３溝部、２１第２装置、１００，２００，３００複合シール、１１０，２１０，３１０弾性部材、１１０ａ短辺部、１１０ｂ傾斜側面部、１１０ｃ，２１０ｃ，３１０ｃ端面、１１１，２１１，３１１本体部、１１２，２１２，３１２フランジ部、１２０，２２０，３２０金属部材、２１０ａ曲面形状。

Claims

基板を配置する第１装置と、前記第１装置に対向配置され紫外線を通過させる板状の第２装置とを備える半導体製造装置に用いられ、前記基板の周囲を取り囲むように配置され、前記第１装置と前記第２装置とにより挟み込まれることで弾性変形し、前記第２装置の一方面側の空間と他方面側の空間とを気密的に分離する、複合シールであって、
当該複合シールは、
前記第１装置側に配置され、弾性変形が可能な弾性部材と、
前記弾性部材よりも前記第２装置側に配置される金属部材と、
を備え、
前記弾性部材は、
本体部と、
前記本体部から外側に拡張するフランジ部と、を含み、
前記金属部材は、前記フランジ部を挟んで、前記本体部とは反対側の領域を覆うように設けられる、複合シール。
前記本体部は、断面形状が、前記第１装置側が短辺、前記第２装置側が長辺の略台形形状である、請求項１に記載の複合シール。
前記本体部は、断面形状が、前記第１装置側に向けて凸形状の曲面形状を有する、請求項１に記載の複合シール。
前記フランジ部の端面は、前記本体部側に近づくにしたがって、厚みが増加する斜面形状を有する、請求項１から３のいずれかに記載の複合シール。
前記フランジ部の端面は、前記第２装置側が最も外側に位置し、前記第２装置側から前記第１装置側に向かうにしたがって、内側に傾斜する斜面である、請求項４に記載の複合シール。
前記フランジ部の端面は、前記第１装置側が最も外側に位置し、前記第１装置側から前記第２装置側に向かうにしたがって、内側に傾斜する斜面である、請求項４に記載の複合シール。
前記弾性部材は、ゴム状部材であり、
前記金属部材は、薄膜のアルミ部材である、請求項１から６のいずれかに記載の複合シール。
前記第１装置は、前記基板を配置する基板配置領域の周囲を取り囲むように設けられる溝部を含み、
当該複合シールは、環状の形態を有し、前記溝部に収容される、請求項１から７のいずれかに記載の複合シール。