JP7334507B2 - シール構造、真空処理装置及びシール方法 - Google Patents

Description

本開示は、シール構造、真空処理装置及びシール方法に関する。

半導体装置の製造工程においては、例えば成膜処理などにおいて真空雰囲気下にて基板を処理する真空処理装置が用いられる。このような真空処理装置においては、真空雰囲気を形成する真空チャンバや、真空チャンバに成膜用のガスを供給するガス供給管や、真空チャンバから排気を行うなどの配管が設けられる。そしてこのような真空チャンバや配管を構成する部材を接続して真空処理装置を組み上げたときに、接続部分から真空チャンバ内や配管内に大気が流れ込むことを防ぐために接続部分を封止するシール構造が用いられる。

このようなシール構造において真空チャンバの開口部を気密にシールするにあたっては、開口部の周囲のシール面に当接し、開口部内を気密に封止するＯリングが用いられ、特に耐熱性、耐食性に優れたエラストマーのＯリングが用いられる。しかしながらこのようなエラストマーのＯリングを用いたシール構造においては、Ｏリングを透過する気体、例えば大気の透過が問題となり、大気の透過を抑制したシール構造が求められている。

特許文献１には、筒状の壁部材の開口部を塞ぐ天井板との間をシールするにあたって、壁部材と天井板との当接部分に同心円状に形成した外溝及び内溝に夫々シール部材（Ｏリング）を嵌入した構成が記載されている。さらには、内外に配置されたシール部材の間の領域に不活性ガスを充填することで、開口部内に大気が進入することを抑制している。

また特許文献２には、内外に配置されるシール材（Ｏリング）が配置される各溝部のシール材の大気側を真空雰囲気にすることでシール材を透過する待機を抑制する技術が記載されている。

特開２００４－９９９２４号公報 特開平７－６８１５２号公報

本開示はこのような事情の下になされたものであり、エラストマー製の封止部材を用いてシールするにあたって、大気の透過を抑制する技術を提供することにある。

本開示のシール構造は、真空雰囲気下で基板の処理を行う処理チャンバに接続されたガス供給配管のシール構造であって、
前記ガス供給配管を構成し、処理チャンバに連通する開口部が形成された端面を有する第１の配管部材と、
前記ガス供給配管を構成し、前記第１の配管部材の端面と対向する位置に配置される対向面を有する第２の配管部材と、
前記第１の配管部材の端面と、前記第２の配管部材の対向面との間に、前記開口部を囲むように設けられたエラストマー製の封止部材と、
前記第１の配管部材の端面と、前記第２の配管部材の対向面との間に、前記封止部材の周囲を囲むように設けられたシート状の多孔質部材とを有する。

本開示によれば、エラストマー製の封止部材を用いてシールするにあたって、大気の透過を抑制することができる。

一実施の形態に係る真空処理装置の側面図である。 前記真空処理装置に設けられたガス供給配管のシール構造の一例を示す分解斜視図である。 前記シール構造の縦断面図である。 前記シール構造の正面図である。 前記シール構造に用いられる多孔質部材の拡大断面図である。 前記シール構造の作用を示す説明図である。 一実施の形態に係るシール構造の他の例を示す縦断面図である。 シール構造のさらに他の例を示す縦断面図である。

本開示に係るシール構造を適用した成膜装置について説明する。成膜装置は、図１に示すように真空雰囲気下で基板である半導体ウエハ（以下「ウエハ」と呼ぶものとする）Ｗの処理を行う処理チャンバである真空チャンバ１０と真空チャンバ１０に処理ガスを供給するためのガス供給配管４と、を備えている。そして後述するようにガス供給配管４は複数の配管部材（第１の配管部材４Ａ、第２の配管部材４Ｂ）を接続して構成され、これらの配管部材の接続部を介したガス供給配管４内への大気の進入を抑制するためのシール構造が設けられている。

真空チャンバ１０は、上面が開口した略円筒状のチャンバ本体１０Ａと、チャンバ本体１０Ａの上面を塞ぐ天板部１０Ｂとで構成されている。真空チャンバ１０の底面の中央部には下方に向けて突出する例えば円筒状の排気室１１が形成され、排気室１１の側面には、排気路１２が接続されている。この排気路１２には例えばバタフライバルブからなる圧力調整バルブなどを含む真空排気部１３が接続され、真空チャンバ１０内が所定の真空圧力まで減圧できるように構成されている。上述の構成を備える真空チャンバ１０の内部空間にてウエハＷの処理が行われる。

また真空チャンバ１０の側面には、図示しない搬送室との間でウエハＷの搬入出を行うための搬送口１４が形成され、この搬送口１４はゲートバルブ１５により開閉自在に構成されている。さらに真空チャンバ１０の壁部内には、真空チャンバ１０を加熱する加熱部１６が埋設されている。真空チャンバ１０内にはウエハＷを略水平に保持するための載置台２が設けられている。載置台２は、排気室１１の底部から上方へ向けて伸びる支持部２１により支持されている。載置台２には加熱部２０が埋設され、ウエハＷが設定温度に加熱されるようになっている。

次いで天板部１０Ｂについて説明する。天板部１０Ｂの下面には、ウエハＷに向けて処理ガスを供給するための扁平な円筒状のシャワーヘッド３が設けられている。シャワーヘッド３の内部には、ガスが拡散する拡散室３１が形成され、シャワーヘッド３の底面には、ウエハＷに向けてガスを吐出するための吐出孔３２が分散して設けられている。天板部１０Ｂの内部には、ガスを混合する混合部５が設けられている。混合部５は、シャワーヘッド３の拡散室３１に連通しており、混合部５において混合されたガスが拡散室３１内に供給されるように構成されている。また天板部１０Ｂの内部にも加熱部１６が埋設されている。

続いて混合部５にガスを供給するガス供給配管４について図２～図４も参照して説明する。図２は、ガス供給配管４に設けられたシール構造に係る分解斜視図であり、図４は、図２に示すＸ軸方向側からガス供給配管４の分解面を見た正面図である。また、図３は、図４中に示したＩ－Ｉ´線上におけるガス供給配管４の縦断面図である。図１に示すようにガス供給配管４は、複数の配管部材を接続して構成され、内部に３本のガス流路４１～４３が形成されている。そして各配管部材を接続したときに、当該接続部分から各ガス流路４１～４３に大気が進入することを防ぐためのシール構造が形成されている。本実施の形態のガス供給配管４では、混合部５に接続される最も下流側の配管部材を第１の配管部材４Ａと呼び、第１の配管部材４Ａに接続される配管部材を第２の配管部材４Ｂと呼ぶ。以下、第１の配管部材４Ａと第２の配管部材４Ｂとの間に形成されるシール構造について説明する。

第１の配管部材４Ａは、ガスの流れ方向と交差する面が矩形のブロック状の部材で構成され、その内部には、当該部材を貫通するように３本のガス流路４１１、４２１、４３１が形成されている。なお図２においては、図面が煩雑になることを避けるため第１の配管部材４Ａ内のガス流路４１１、４２１、４３１は記載を省略してある。図１、図２に示すように、各ガス流路４１１、４２１、４３１の下流側端部には、ガス供給配管４より供給されるガスを混合部５に導入するガス導入管５１～５３が夫々設けられている。一方、図２に示すように、第１の配管部材４Ａの上流側の端面には、３本のガス流路４１１、４２１、４３１の端部の開口部４１１Ａ、４２１Ａ、４３１Ａが形成されている。このように第１の配管部材４Ａは、ガス供給配管４を構成し、ガスの流れ方向の上流側から見ると、真空チャンバ１０に連通する開口部４１１Ａ、４２１Ａ、４３１Ａが形成された端面を有する。

これら３つの開口部４１１Ａ、４２１Ａ、４３１Ａは、端面の上方寄りに１つ、下方寄りに左右に２つ並んで形成され、これら３つの開口部４１１Ａ、４２１Ａ、４３１Ａが端面の中心を囲むように配置されている。またこの端面には、各開口部４１１Ａ、４２１Ａ、４３１Ａを囲むように、封止部材であるＯリング６２を嵌入させるための環状の溝部４４が形成されている。

図１、図２に示すように、第２の配管部材４Ｂは、ガスの流れ方向と交差する面が概略矩形のブロック状の部材で構成されている。第２の配管部材４Ｂは、第１の配管部材４Ａの端面と対向する位置に配置される対向面を有している。第２の配管部材４Ｂには、第２の配管部材４Ｂを貫通するようにガス流路４１２、４２２、４３２が形成されている。各ガス流路４１２、４２２、４３２の下流側端部は、第１の配管部材４Ｂの端面に形成された３つの開口部４１１Ａ、４２１Ａ、４３１Ａに対応するように、前記対向面に、開口部４１２Ａ、４２２Ａ、４３２Ａが形成されている。第２の配管部材４Ｂの開口部４１２Ａ、４２２Ａ、４３２Ａの周縁には、開口面を広げるテーパーが形成されている。この構成により、図３に拡大図示すように、第２の配管部材４Ｂ側の開口部４１２Ａ（４２２Ａ、４３２Ａ）の内側に、第１の配管部材４Ａ側の開口部４１１Ａ（４２１Ａ、４３１Ａ）を配置することができる。

図２、図３に示すように、第２の配管部材４Ｂ側の前記対向面における各開口部４１２Ａ、４２２Ａ、４３２Ａの周囲には、Ｏリング６２に当接させる環状凸部状の当接部４５が形成されている。各当接部４５の外径は、第１の配管部材４Ａに形成された溝部４４の外径よりもごくわずかに短く設定されている。また、当接部４５の高さ寸法は、後述の多孔質部材６の厚さ寸法と、ほぼ同じ寸法となっている。

また図２、図３に示すように、第２の配管部材４Ｂにおける各ガス流路４１２、４２２、４３２に囲まれた略中心の位置には、第２の配管部材４Ｂを貫通するように不活性ガス供給路４６が形成されている。不活性ガス供給路４６からは、真空チャンバ１０内で行う処理に影響の小さい、不活性ガス（例えばアルゴン（Ａｒ）ガス）が供給される。そして第２の配管部材４Ｂの上面側から不活性ガス供給路４６に連通するように不活性ガス導入路４７が形成されている（図２）。不活性ガス導入路４７には、不活性ガス供給管４８を介して不活性ガス供給源４９が接続されている。図２中のＶ４８は、バルブであり、Ｍ４８は流量調整部である。不活性ガス供給路４６は、後述する多孔質部材６の一方側の面（第２の配管部材４Ｂ側の面）に向けて不活性ガスを供給する不活性ガス供給部に相当する。

第１の配管部材４Ａの端面と、第２の配管部材４Ｂの対向面と、の間には、開口部４１２Ａ、４２２Ａ、４３２Ａを囲むようにＯリング６２が設けられる。Ｏリング６２は、例えばパーフロロエストラマーにより構成され、環状に成型されている。Ｏリング６２は、第１の配管部材４Ａの各溝部４４に各々嵌入され、第１の配管部材４Ａと、第２の配管部材４Ｂと、を接続したときに第２の配管部材４Ｂ側の当接部４５によって押しつぶされる。この結果、溝部４４の底面（溝部４４内における第２の配管部材４Ｂの対向面と対向する面）と当接部４５と、に夫々Ｏリング６２を密着させることができる。

また第１の配管部材４Ａの端面と第２の配管部材４Ｂの対向面との間には、多孔質部材６が設けられる。多孔質部材６について図４、５も参照して説明すると、多孔質部材６は、例えばポーラス金属により構成され、例えば厚さ ０．０２ｍｍ～５ｍｍのシート状に成型されている。ポーラス金属は、例えばアルミニウム、チタン、銅、ＳＵＳ（ステンレス）などの金属材料により構成されている。図５に示すようにポーラス金属の内部には、多数の孔部である気孔１０１が形成されている。

この気孔１０１の孔径分布や気孔率は、ポーラス金属の製造工程において調節して製造することができる。気孔１０１は、例えば孔径０．０４μｍ～５００μｍの平均細孔径を有している。さらに図５に示すように、本例の多孔質部材６は、その内部に形成された多数の気孔１０１が、当該多孔質部材６の厚さ方向に向けて異方的に連通している構成のものを用いることが好ましい。なお、「異方的に連通」とは、多孔質部材６の内部に形成された全ての気孔１０１が厚さ方向にのみ連通している場合のみを意味するものではない。多孔質部材６内を面内方向に貫通する流路が形成されていなければ、例えば図５中に示すように、一部の気孔１０１が平面方向に連通していてもよい。

図２～図４に示すように多孔質部材６には、当接部４５の外径に合わせた穴部６１が形成されており、多孔質部材６は、前記溝部４４の外縁から、前記端面と前記対向面とが対向する領域の周縁に亘って設けられる。
そして第１の配管部材４Ａの端面側では、溝部４４にＯリング６２を嵌入する一方、第２の配管部材４Ｂの対向面では、各穴部６１に各当接部４５が挿入されるように、多孔質部材６を配置する。そして端面に開口する開口部４１１Ａ、４２１Ａ、４３１Ａと、対向面に開口する開口部４１２Ａ、４２２Ａ、４３２Ａとの位置が揃うように位置合わせを行い、第１の配管部材４Ａと第２の配管部材４Ｂとを接続する。この時、多孔質部材６は、図４に示すように前記第１の配管部材４Ａの端面と、前記第２の配管部材４Ｂの対向面との間に挟まれ、Ｏリング６２の周囲を囲むように配置される。またＯリング６２が嵌入される溝部４４の外径は、当接部４５の外径、即ち多孔質部材６の穴部６１の内径よりも大きいことから、図３、図４に示すように穴部６１の周囲の多孔質部材６が、溝部４４により囲まれる空間に向けて露出する。

図１に示すように各ガス流路４１～４３の上流側端部には、夫々四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）ガス供給源５４、アンモニア（ＮＨ_３）ガス供給源５５及び置換ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガス供給源５６が設けられている。なお、シリコン（Ｓｉ）系の膜を成膜する場合には、窒素（Ｎ_２）、モノシラン（ＳｉＨ_４）、ジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）などのガス供給源が設けられる。図１中の各ガス流路４１～４３に設けられているＶ４１～Ｖ４３は、バルブであり、Ｍ４１～Ｍ４３は、流量調節部である。またガス供給配管４は、例えば図示しないテープヒータにより加熱されるように構成されている。

続いて本開示に係る成膜装置の作用について説明する。例えば成膜装置により成膜処理を行うにあたって、成膜装置にウエハＷを搬入する前に、例えば載置台２が設定温度に加熱されると共に、真空チャンバ１０及びガス供給配管４が設定温度に加熱される。さらに本開示に係る成膜装置においては、不活性ガス供給路４６にＡｒガスが供給され、多孔質部材６にＡｒガスが供給されている。

多孔質部材６に供給されたＡｒガスは、Ａｒガスの供給位置から、多孔質部材６の表面に沿って周縁方向に拡がるように流れようとする。ここで図５に示すように、本例の多孔質部材６においては、厚さ方向に連通する多数の気孔１０１形成されている一方、平面方向に連通する気孔１０１は少ない。また多孔質部材６と第１の配管部材４Ａ及び第２の配管部材４Ｂとの間の隙間もごく狭くなっている。即ち、多孔質部材６が設けられている領域においては、シート状の多孔質部材６の面内に沿った方向に向かうガスの流れのコンダクタンスが低下しているといえる。

そしてこのような多孔質部材６の中心からガスを供給すると、ガスは、第２の配管部材４Ｂの対向面と、多孔質部材６の表面との間の隙間を流れながら多孔質部材６の気孔１０１内に進入する。このとき多孔質部材６の内部では、面内に沿った方向にガスが殆ど流れないので、ガスの供給位置に近い部位ではＡｒガスの濃度が高くなる。一方、ガスの供給位置から離れるに従い、多孔質部材６の内部のＡｒガスの濃度は低くなる。これを言い替えると、ガスの供給位置から離れた領域では、外部から進入する大気の濃度が比較的高くなるが、ガスの供給位置の近傍では外部から進入する大気の濃度は低くなる。これにより図６に示すように多孔質部材６の外周縁から、前記Ａｒガスの供給位置に向かって、多孔質部材６内に進入するＡｒガスの濃度が高くなる濃度勾配が形成される。なお図６は、Ａｒガスの濃度勾配のイメージを示したものであり正確な濃度勾配を示したものではない。

上述の構造と比較して、従来のシール構造においては、多孔質部材６が設けられていないため周囲の大気が第１の配管部材４Ａと第２の配管部材４Ｂとの隙間を介してＯリング６２の周囲に到達しやすい。この結果、Ｏリング６２の周囲においても大気の濃度が高くなりやすい傾向にあった。一方、Ｏリング６２は、大気の構成成分の一部を透過させてしまう場合がある。この結果、Ｏリング６２の周囲の大気の濃度が高くなると、その構成成分である酸素や窒素が、ガス供給配管４内（真空チャンバ１０内）に進入してしまうおそれがある。

また真空チャンバ１０や第１の配管部材４Ａ及び第２の配管部材４Ｂを加熱することで、加熱により分子が移動するサーマルトランスピレーション効果によって相乗的に、Ｏリング６２を大気が透過しやすくなる場合も考えられる。
これらの現象によって真空チャンバ１０内に大気が進入し、成膜用のガス中に酸素が混入すると、成膜される膜が酸化されてしまうなどの問題が生じるおそれがある。

これらの課題に対し、本開示に係る成膜装置においては、Ｏリング６２の周囲に多孔質部材６を配置することで、第１の配管部材４Ａ及び第２の配管部材４Ｂの間を流れるガスのコンダクタンスを低下させている。この結果、周囲の大気が、第１の配管部材４Ａと第２の配管部材４Ｂとの隙間に進入したとしても、Ｏリング６２が設けられている多孔質部材６の中心側の領域に到達しにくくなる。このようにＯリング６２周囲の大気の濃度を低下させることで、Ｏリング６２を透過して真空チャンバ１０への大気の進入を抑制することができる。なお、公知のガスケットとは異なり、多孔質部材６自体が第１の第１の配管部材４Ａの端面や第２の配管部材４Ｂの対向面に密着してガスの流れの形成を阻害する機能を有する必要はない。

さらに本開示に係る成膜装置においては、多孔質部材６に向けてＡｒガスを供給することにより、多孔質部材６の外周縁から、前記Ａｒガスの供給位置に向かって、Ａｒガスの濃度が高くなる濃度勾配を形成している。これによりＡｒガスの供給位置に近いガスの中心側の領域ほど大気はさらに進入しにくくなる。従ってさらに大気がＯリング６２まで到達しにくくなり、ガス供給配管４内への大気の進入をより効果的に抑制することができる。

そしてこのように載置台２、真空チャンバ１０、ガス供給配管４の加熱、多孔質部材６へのＡｒガスの供給が行われている成膜装置において、ゲートバルブ１５を開き、真空チャンバ１０内にウエハＷを搬入し載置台２に載置して加熱する。その後、ゲートバルブ１５を閉じ、真空チャンバ１０内を所定の圧力に調節した後、ＴｉＣｌ_４ガス供給源５４及びＡｒガス供給源５６から夫々ＴｉＣｌ_４ガス及びＡｒガスを供給する。ＴｉＣｌ_４ガス及びＡｒガスは、ガス供給配管４を介して混合部５に供給されて混合され、シャワーヘッド３を介して真空チャンバ１０内に供給される。これによりウエハＷの表面にＴｉＣｌ_４が吸着する。

さらに続いてＡｒガスを供給した状態で、ＴｉＣｌ_４ガスの供給を停止し、真空チャンバ１０内の雰囲気を置換する。その後ＮＨ_３ガス及びＡｒガスを供給する。これによりウエハＷの表面に吸着したＴｉＣｌ_４と、ＮＨ_３と、が反応して窒化チタン（ＴｉＮ）の分子層が形成される。このようにして、ＴｉＣｌ_４ガス→Ａｒガス→ＮＨ_３ガス→Ａｒガスの順番で反応ガス（ＴｉＣｌ_４ガス、ＮＨ_３ガス）と置換用のガス（Ａｒガス）とを供給する。この結果、ウエハＷの表面に形成されたＴｉＮの分子層が積層されＴｉＮ膜が成膜される。
一方で本例の成膜装置は、３本のガス流路４１１（４１２）、４２１（４２２）、４３１（４３２）が貫通し、比較的大きな接続面（端面及び対向面）を有する複数の部材（第１の配管部材４Ａ、第２の配管部材４Ｂ）を接続して構成したガス供給配管４を介して各ガスを真空チャンバ１０に供給する。このような構成のガス供給配管４を利用しているにも係らず、上述のシール構造を用いて大気の進入が抑制されているため、真空チャンバ１０内への大気の進入が少なく、ＴｉＮ膜の酸化等の膜質の低下を抑制することができる。

上述の実施の形態によれば、真空チャンバ１０に連通するガス流路４１１、４２１、４３１の端部の開口部４１１Ａ、４２１Ａ、４３１Ａが形成された第１の配管部材４Ａの端面と、ガス流路４１２、４２２、４３２の端部の開口部４１２Ａ、４２２Ａ、４３２Ａが形成された第２の配管部材４Ｂの対向面と、の間に開口部を囲むようにエラストマー（弾性を持った高分子）製のＯリング６２を設けている。エラストマーの原料としては、例えばパーフルオロエラストマーやフッ素ゴムなどを例示することができる。さらに第１の配管部材４Ａの端面と、第２の配管部材４Ｂの対向面との間に、Ｏリング６２の周囲を囲むように多孔質部材６を設けている。これにより第１の配管部材４Ａの端面と、第２の配管部材４Ｂの対向面との間を流れるガスのコンダクタンスが低くなり、ガス供給配管４の外部の大気雰囲気がＯリング６２の周囲まで到達しにくくなる。これによりＯリング６２を介して真空チャンバ１０内大気が進入することを抑制できる。

また多孔質部材６にＡｒガスを供給し、多孔質部材６の外周縁から、前記Ａｒガスの供給位置に向かって、Ａｒガスの濃度が高くなる濃度勾配を形成している。そのためＡｒガスの供給位置に近いガスの中心側の領域ほど大気雰囲気が進入しにくくなる。これによりさらに大気雰囲気がＯリング６２まで到達しにくくなり、ガス供給配管４内への大気の進入をより抑制することができる。

ここで従来のシール構造としては、例えば開口部４１１Ａ、４２１Ａ、４３１Ａの周囲に、内外二重にＯリング６２を配置する技術が知られている。この場合には２本のＯリング６２の間にガスを供給したり、Ｏリング６２の間の雰囲気を除去したりして大気の進入を抑制する試みもなされている。しかしながら例えばガス流路が密集する場所などにおいては、２本のＯリング６２を配置することが難しい場合がある。この結果、２本のＯリング６２を設けるスペースを確保するために装置を大型化しなければならない事態も生じ得る。
本開示に係るシール構造においては、各開口部４１１Ａ、４２１Ａ、４３１Ａの周囲に設けるＯリング６２は１本であり、装置の大型化を避けつつ、配管などが密集した箇所にも設けることができる。

また多孔質部材６は、金属材料、脆性材料、あるいは、樹脂材料であってもよい。例えば金属材料としては、ポーラス金属、焼結金属又は繊維状金属を用いることができる。さらに脆性材料としては、多孔質の石英やセラミックス、あるいはマイカの集積体、繊維質の鉱物を用いてもよい。さらに樹脂材料としては、エラストマー、フッ素系樹脂などの発泡体や線材の集積体などのフィルター状の材料でも良い。樹脂材料は、ポーラス樹脂、あるいは多孔質フィルムを適用してもよい。
さらに多孔質部材６の平面方向におけるガスのコンダクタンスをより確実に低下させるためには、既述のように気孔１０１が多孔質部材の厚さ方向に異方的に連通していることが好ましい。

またＯリング６２への大気雰囲気の到達をより効果的に抑制するため、多孔質部材６は、溝部４４の外縁から、前記端面と前記対向面とが対向する領域の周縁に亘って設けることが好ましい。また多孔質部材６における不活性ガスが供給される位置に、不活性ガスを多孔質部材６の内部に導入するための開口を形成してもよい。さらに不活性ガスを導入するための開口にガスを多孔質部材６の周縁方向に広げるためのガスを拡散する隙間を形成してもよい。
また溝部４４は第１の配管部材４Ａの端面、第２の配管部材４Ｂの対向面のいずれに形成されていてもよい。正確な位置合わせができ、Ｏリング６２を確実に押しつぶすことができれば、第１の配管部材４Ａの端面、第２の配管部材４Ｂの対向面の両面に溝部４４を形成してもよい。

また第１の配管部材４Ａと第２の配管部材４Ｂとを接続したときに溝部４４に大気のたまりが形成されることがある。そしてその後当該大気の溜まりに残る大気がＯリング６２を介してガス供給配管４に進入することがある。そこで図３に示すようにＯリング６２が嵌入する溝部４４の空間に向けて多孔質部材６を露出させるように配置してもよい。この構成により、多孔質部材６に不活性ガスを供給することで、当該多孔質部材６を介して溝部４４内に不活性ガスを供給し、大気の溜まりと置換することができる。また、不活性ガスの供給を行わない場合であっても、溝部４４内の大気を多孔質部材６に進入させ、外部へ向けて拡散させることができる。

この他、図７に示すように、溝部４４の外周壁の少なくとも一部を多孔質部材６とした構成してもよい。このような構成の場合にも多孔質部材６が溝部４４に向けて露出するので、上述の各作用により、大気の溜まりを排出する効果がある。

また以上に説明した本開示に係るシール構造は、プラズマ処理装置に適用してもよい。さらに成膜処理に限らずエッチング装置であってもよい。またその他真空雰囲気にて基板の処理を行う各種の装置に適用することができる。
このとき既述のように、Ｏリング６２は、温度が上がるとガスを透過しやすくなる傾向があることから、真空チャンバ１０やガス供給配管４を加熱して使用する装置に適用することで大きな効果を得ることができる。

また本開示に係るシール構造の他の例について説明する。例えば図１に示す成膜装置において、ガス供給配管４の上流側にガス供給源から供給されるガスを混合するガスのプリミックスを行う混合部が設けられることがある。図８はこのようなガスの混合部７の一例を示す。以下の例は、プラズマ処理装置において、ＮＨ_３ガスとＨ_２ガスとを予め混合し、ガス供給配管４に供給する場合について説明する。本例にしめす混合部７もガス供給配管に相当する。

混合部７は、例えばブロック状の第１の配管部材７０Ａを備える。第１の配管部材７０Ａの内部には、その上面（端面）に開口部が形成されるように、ＮＨ_３ガス流路７１、Ｈ_２ガス流路７２及びガス供給路７４が形成されている。また第１の配管部材７０Ａの内部には、ＮＨ_３ガス流路７１及びＨ_２ガス流路７２に流れ込んだガスを夫々ガス供給路７４に導入するための導入路７５、７６が穿設されている。そして第１の配管部材７０Ａの上面には、これらガス供給路７４、ＮＨ_３ガス流路７１及びＨ_２ガス流路７２の開口部を囲むように、Ｏリング６２を嵌入させるための環状の溝部４４が形成されている。

さらに混合部７は、第１の配管部材７０Ａの上面（端面）に対向するように配置される対向面を有した第２の配管部材７０Ｂを備える。第２の配管部材７０Ｂには、ガス流路８１、８２、８４が形成されている。各ガス流路８１、８２、８４の下端部には、前記対向面に向けて開口する開口部が形成されている。これら、各ガス流路８１、８２、８４の開口部は、第１の配管部材７０Ａの端面に形成された３つの開口部に対応して設けられている。また第２の配管部材７０Ｂの上流側には、前記ガス流路８１、８２に夫々ＮＨ_３ガス及びＨ_２ガスを供給するＮＨ_３ガス供給源５５及びＨ_２ガス供給源５７が接続されている。図８中のＶ８１及びＶ８２は、バルブである。
この混合部７においては、ＮＨ_３ガス供給源５５及びＨ_２ガス供給源５７から供給されるＮＨ_３ガス及びＨ_２ガスがガス供給路７４にて混合されてガス供給配管４側に供給される。

上述の混合部７においては、既述の各Ｏリング６２の周囲を囲むようにシート状の多孔質部材６が配置され、多孔質部材６を挟んで第１の配管部材７０Ａと第２の配管部材７０Ｂとが接続される。
本例の混合部７のように、ガス流路が多く形成された第１の配管部材７０Ａの上面においては、開口部の密集度が高い構成になることが多く、一枚のシート状の多孔質部材６を配置することが難しい場合もある。その場合には、図８に示すように、Ｏリング６２の配置される溝部４４毎に、当該空間の外周壁を構成するように環状の多孔質部材６を設けてもよい。

本例の混合部７では、各多孔質部材６に不活性ガスを供給するための不活性ガス供給路７８が、第１の配管部材７０Ａを上下方向に貫通するように、複数設けられている。不活性ガス供給路７８は、各多孔質部材６に対して各々１つでも良く、２つ以上であっても良い。

さらに第１の配管部材７０Ａには、その上面側から導入された不活性ガスが流れる不活性ガス導入路７７が、当該第１の配管部材７０Ａを上下方向に貫通するように設けられている。不活性ガス導入路７７には、不活性ガス供給源４９から供給される不活性ガスを供給する不活性ガス供給管４８が接続され、不活性ガス分配空間に向けて不活性ガスを供給できるように構成されている。なお図８中のＶ４８はバルブであり、Ｍ４８は流量調節部である。

一方で、第１の配管部材７０Ａの下面側には、不活性ガス導入路７７と各不活性ガス供給路７８とを連通させる不活性ガス分配空間を形成するための分配空間形成部材７００が設けられている。分配空間形成部材７００には、上面に向けて開口する凹部７３が形成され、この凹部７３に向けて不活性ガス導入路７７及び各不活性ガス供給路７８の下端部が開口するように、第１の配管部材７０Ａと分配空間形成部材７００とを接続する。

以上に説明した構成により、不活性ガス導入路７７から供給された不活性ガスが、各不活性ガス供給路７８に分配された後、各多孔質部材６へと供給される。
そして本例のＯリング６２の周囲においても、多孔質部材６の外周縁から、前記Ａｒガスの供給位置に向かって、多孔質部材６内に進入するＡｒガスの濃度が高くなる濃度勾配を形成することができる。この結果、外部からＯリング６２の周囲に進入する大気の濃度を低減し、本開示の効果を得ることができる。

一方で図８に示すように、第１の配管部材７０Ａの下面には、分配空間形成部材７００に形成された凹部７３を囲むように溝部７９が形成されると共に、溝部７９内にＯリング６２０が設けられる。ここで不活性ガス分配空間は、真空排気経路ではなく微加圧状態であるため、第１の配管部材７０Ａの下面と分配空間形成部材７００との接合面には、多孔質部材６を設けなくてもよい。

以上に説明した構成を備える混合部７においても第１の配管部材７０Ａと、第２の配管部材７０Ｂとの間のシール構造に対して、本開示に係るシール構造を適用することで、混合部７内への大気の進入を抑制することができる。この結果、図２～７を用いて説明したガス供給配管４のシール構造と同様の効果が得られる。

以上に検討したように、今回開示された実施形態はすべ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。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

４ ガス供給配管
４Ａ 第１の配管部材
４Ｂ 第２の配管部材
６ 多孔質部材
１１ 真空チャンバ
６２ Ｏリング
４１１Ａ，４２１Ａ，４３１Ａ
開口部
Ｗ ウエハ

Claims (11)

1. 真空雰囲気下で基板の処理を行う処理チャンバに接続されたガス供給配管のシール構造であって、
   前記ガス供給配管を構成し、処理チャンバに連通する開口部が形成された端面を有する第１の配管部材と、
   前記ガス供給配管を構成し、前記第１の配管部材の端面と対向する位置に配置される対向面を有する第２の配管部材と、
   前記第１の配管部材の端面と、前記第２の配管部材の対向面との間に、前記開口部を囲むように設けられたエラストマー製の封止部材と、
   前記第１の配管部材の端面と、前記第２の配管部材の対向面との間に、前記封止部材の周囲を囲むように設けられたシート状の多孔質部材とを有する、シール構造。
2. 前記多孔質部材の一方側の面に向けて不活性ガスを供給する不活性ガス供給部を有し、
   前記多孔質部材の外周縁から、前記不活性ガスの供給位置に向かって、前記多孔質部材内に進入する不活性ガスの濃度が高くなる濃度勾配を形成する、請求項１に記載のシール構造。
3. 前記封止部材は、前記端面側、あるいは前記対向面側のいずれか一方に形成された溝部内に配置され、
   前記多孔質部材は、前記溝部の外縁から、前記端面と前記対向面とが対向する領域の周縁に亘って設けられている、請求項１または２に記載のシール構造。
4. 前記多孔質部材は、前記溝部により囲まれる空間に露出する請求項３に記載のシール構造。
5. 前記多孔質部材の内部に形成される多数の孔部が、当該多孔質部材の厚さ方向に向けて異方的に連通している、請求項１ないし４のいずれか一つに記載のシール構造。
6. 前記多孔質部材は、ポーラス金属、又は繊維状金属である、請求項１ないし５のいずれか一項に記載のシール構造。
7. 前記多孔質部材は、ポーラス樹脂である、請求項１ないし５のいずれか一項に記載のシール構造。
8. 請求項１ないし７のいずれか一項に記載のシール構造を有するガス供給配管と、前記処理チャンバとを有する、真空処理装置。
9. 前記処理チャンバを加熱する加熱部を有する、請求項８に記載の真空処理装置。
10. 真空雰囲気下で基板の処理を行う処理チャンバへの外部からの気体の進入を抑えるためのシール方法であって、
    前記処理チャンバに連通する開口部が形成された端面を有する第１の配管部材と、前記第１の配管部材の端面と対向する位置に配置される対向面を有する第２の配管部材との間に、前記開口部を囲むように設けたエラストマー製の封止部材と、前記封止部材の周囲を囲むように設けたシート状の多孔質部材とを有するシール構造を用い、前記多孔質部材の外周縁から、前記封止部材へ向けた気体の流れのコンダクタンスを低下させる工程を有する、シール方法。
11. 前記多孔質部材の一方側の面へ向けて不活性ガスを供給し、前記多孔質部材の外周縁から、前記不活性ガスの供給位置に向かって、前記多孔質部材内に進入する不活性ガスの濃度が高くなる濃度勾配を形成する工程を有する、請求項１０に記載のシール方法。

Images