KR102492345B1 - 시일재의 제조 방법 및 제조 장치 - Google Patents

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Abstract

[과제] 복수의 재료를 임의의 위치에 배치한 시일재를 용이하게 제조할 수 있는 시일재의 제조 방법 및 제조 장치를 제공한다.
[해결 수단] 기체를 차폐하는 시일재의 제조 방법은 시일재를 구성하는 복수의 재료를 준비하는 것과, 복수의 재료를 적층 조형에 의해 복합화하여 시일재를 형성하는 것을 갖는다.

Description

시일재의 제조 방법 및 제조 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTUARING A SEALING MATERIAL}
본 개시는 시일재의 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것이다.
예를 들어, 반도체의 제조 공정에는, 기판에 대해서 성막 처리나 에칭 처리 등의 진공 처리가 실행된다. 이러한 처리를 실행하는 처리 장치에는, 챔버 내의 처리 공간을 진공 보지하기 위해서, 링 형상의 시일재가 이용된다.
최근, 반도체의 미세화가 진행되고, 처리 장치에 요구되는 처리의 제어성에 대한 스펙이 엄격해지고 있고, 시일재에는 진공 시일의 성능뿐만 아니라, 시일재가 물이나 산소에 대한 투과성이 낮은 것도 필요하게 된다. 또한, 이러한 처리로서는 고온에서의 처리, 부식성이 높은 가스로의 처리, 플라즈마를 이용한 처리가 존재하기 때문에, 시일재에는 내열성, 내식성, 내플라즈마성도 요구된다.
그렇지만, 시일재에 복수의 성능이 요구되는 경우, 하나의 재료만으로 요구되는 성능을 모두 만족하는 것이 곤란하게 되는 일이 있다. 그래서, 복수의 성능을 만족하는 것이 가능한 시일재로서, 예를 들면, 특허문헌 1에는, 가스 투과성이 낮은 기재와, 그 표면에 형성된 기체 차폐막의 이중 구조를 갖는 것이 제안되고 있다.
또한, 이러한 이중 구조를 갖는 시일재의 제조 방법으로서는, 임계 추출 처리된 고무제 심재를 피복재와 함께 일체 성형하는 것이 제안되고 있다(특허문헌 2, 3).
일본 특허 공개 제 2001-349437 호 공보 일본 특허 공개 제 평10-323847 호 공보 일본 특허 공개 제 2000-55204 호 공보
본 개시는 복수의 재료를 임의의 위치에 배치한 시일재를 용이하게 제조할 수 있는 시일재의 제조 방법 및 제조 장치를 제공한다.
본 개시의 일 태양에 따른 시일재의 제조 방법은, 기체를 차폐하는 시일재의 제조 방법으로서, 시일재를 구성하는 복수의 재료를 준비하는 것과, 상기 복수의 재료를 적층 조형에 의해 복합화하여 시일재를 형성하는 것을 갖는다.
본 개시에 의하면, 복수의 재료를 임의로 배치한 시일재를 용이하게 제조할 수 있는 시일재의 제조 방법 및 제조 장치가 제공된다.
도 1은 일 실시형태에 따른 시일재의 제조 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 2는 일 실시형태로 제조되는 시일재의 일례를 도시하는 도면이다.
도 3은 일 실시형태로 제조되는 시일재의 다른 일례를 도시하는 도면이다.
도 4는 도 2의 시일재의 압축시의 상태를 도시하는 단면도이다.
도 5는 도 3의 시일재의 압축시의 상태를 도시하는 단면도이다.
도 6은 시일재의 제조 장치로서의 3D 프린터를 모식적으로 도시하는 개략 단면도이다.
도 7은 진공 처리를 실행하는 처리 장치에 일 실시형태의 제조 방법에 의해 제조된 시일재를 적용한 예를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 실시형태에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 1은 일 실시형태에 따른 시일재의 제조 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
본 실시형태에 있어서는, 기체를 차폐하는 시일재를 제조할 때에, 최초에, 시일재를 구성하는 복수의 재료를 준비하고(단계 1), 그 다음에, 이러한 복수의 재료를, 적층 조형에 의해 복합화하여 시일재를 형성한다(단계 2). 시일재에 있어서, 복수의 재료는 요구되는 특성에 따라 임의의 위치에 배치된다.
본 실시형태에서 제조되는 시일재는, 환형(링 형상)으로 형성되고, 시일면에 밀착되어서 압축 변형하는 것에 의해 기체를 차폐하는 것이며, 전형예로서는 O링을 예로 들 수 있다. 이러한 시일재는 예를 들면, 진공 처리를 실행하는 처리 장치의 처리 용기(챔버)에 있어서의 진공 시일에 이용된다.
진공 처리를 실행하는 처리 장치로서는, 반도체 장치의 제조 공정에서 이용되는 CVD, ALD, PVD 등의 성막 처리를 실행하는 성막 장치나, 드라이에칭을 실행하는 에칭 장치를 예로 들 수 있다. 성막 처리나 에칭 등의 진공 처리로서는, 가스를 이용하는 처리 및 플라즈마를 이용하는 처리를 예로 들 수 있다.
최근, 반도체 장치의 미세화가 진행되어, 처리 장치에 요구되는 처리의 제어성에 대한 스펙이 엄격해지고 있고, 시일재에는 진공 시일의 성능뿐만 아니라, 시일재가 물이나 산소에 대한 투과성이 낮은 것도 필요하게 된다. 또한, 이러한 처리로서는 고온에서의 처리, 부식성이 높은 가스로의 처리, 플라즈마를 이용한 처리가 존재하기 때문에, 시일재에는 내열성, 내식성, 내플라즈마성도 요구된다.
이러한 복수의 성능을 하나의 재료로 만족하는 것이 곤란하므로, 예를 들면, 특허문헌 1에는, 가스 투과성이 낮은 기재와, 그 표면에 형성된 기체 차폐막의 이중 구조를 갖는 것이 제안되고, 특허문헌 2, 3에는, 이중 구조를 갖는 시일재의 제조 방법으로서, 임계 추출 처리된 고무제 심재를 피복재와 함께 일체 성형하는 것이 제안되어 있다.
그러나, 특허문헌 2, 3에 나타내는 방법으로 복수의 재료를 복합화하는 경우, 사출 성형에 의한 성형과 임계 추출 처리를 실행할 필요가 있어서 제조에 수고가 드는 동시에, 복수의 재료의 배치는 이중 구조로 한정되어, 복수의 재료를 임의의 위치에 배치할 수 없다. 또한, 사출 성형할 수 있는 재료는 한정되어 있어서, 재료의 조합에도 제한이 있다.
그래서, 본 실시형태에서는, 복수의 재료를 적층 조형에 의해 복합화하여, 시일재를 제조한다.
적층 조형은, 제품의 삼차원 CAD 등의 디지털 데이터에 근거하여, 제품을 얇게 슬라이스한 원(元) 데이터를 제작하고, 원 데이터에 근거하여 소망의 재료의 박층을 순차 적층하여, 제품을 얻는 것이다. 적층 조형에 의해 제품을 제조하는 장치로서, 전형적으로는 3D 프린터가 이용된다.
적층 조형법으로서는, 광 조형법, 열용해 적층법, 분말법, 잉크젯법 등이 있고, 재료에 따라 달리 사용할 수 있다. 적층 조형하는 3D 프린터에는, 사용하는 복수의 재료에 대응하는 적층 조형 기능을 탑재하는 것에 의해 소망의 시일재를 제조할 수 있다.
시일재를 구성하는 재료로서는, 요구되는 특성에 따라, 이하와 같은 것을 예로 들 수 있다.
진공 시일성 : 기본적인 특성이며, 시일면과의 밀착성에 의해 확보되고, 재료로서, 예를 들면, 부틸 고무, 우레탄 고무 및 니트릴 고무를 들 수 있다.
저 가스 투과성 : 가스 투과성이 낮은 재료로서는, 칼레즈(Kalrez)(등록상표)와 같은 퍼플루오로엘라스토머나, Al, Cu 등의 신장성을 갖는 금속을 예로 들 수 있다.
내열성 : 내열성을 갖는 재료로서는, 내열 온도가 200℃인 바이턴(Viton)(등록상표) 등의 CF계 고무나, 부틸계 고무, Al, Cu 등의 신장성을 갖는 금속을 예로 들 수 있다.
내식성 : 부식성 가스에 대한 내식성이 높은 재료로서, 실리콘 고무, 불소 고무 및 테플론(Teflon)(등록상표)을 예로 들 수 있다.
내플라즈마성 : 내플라즈마성이 높은 재료로서, 불소 고무 및 테플론(등록상표)을 예로 들 수 있다.
다음에, 본 실시예에서 제조되는 시일재의 예에 대해서, 도 2, 도 3을 참조하여 설명한다. 도 2의 예에서는, 시일재(10)는 단면이 원형 형상인 심재(11)와, 그 외주에 마련된 단면이 링 형상의 외주재(12)로 구성되고, 전체가 링 형상을 이루고 있다. 도 3의 예에서는, 시일재(10′)는 중앙부에 단면이 직사각형상을 이루고, 일방의 시일면으로부터 타방의 시일면에 이르는 심재(13)와, 심재(13)의 내측에 마련되고, 단면이 반원 형상을 이루는 내측재(14)와, 심재(13)의 외측에 마련되고, 단면이 내측재(14)와는 역방향의 반원 형상을 이루는 외측재(15)로 구성되고, 전체가 링 형상을 이루고 있다. 즉, 중앙의 심재(13)의 주위에 외주재를 구성하는 내측재(14)와 외측재(15)가 마련되어 있다.
도 2의 예에서는, 기재(11)로서 상대적으로 가스 투과성이 낮은 재료(저 가스 투과성 재료)를 이용하고, 외주재(12)로서 내열성 재료를 이용하는 것에 의해, 시일재(10)는 저투과성과 내열성을 양립시킬 수 있다. 또한, 외주재(12)로서 내식성 재료 또는 내플라즈마성 재료를 이용하는 것에 의해, 시일재(10)는 저투과성과 내식성 또는 내플라즈마성을 양립시킬 수 있다. 외주재(12)는 내열성, 내식성 및 내플라즈마성의 2개 이상을 갖는 것이 보다 바람직하다. 도 2의 예의 경우는, 압축시에는 도 4와 같이 찌그러지고, 진공 시일성은 외주재(12)로 확보하고 있으므로, 외주재(12)는 시일성이 높은 것도 요구된다. 본 예의 경우, 심재(11)로서는, 우레탄 고무가 예시되고, 외주재(12)로서는, 테플론(등록상표)이 예시된다.
도 3의 예에 있어서도, 심재(13)로서 상대적으로 가스 투과성이 낮은 재료를 이용하고, 내측재(14) 및 외측재(15)로서 내열성이 높은 재료를 이용하는 것에 의해, 시일재(10′)는 저투과성과 내열성을 양립시킬 수 있다. 또한, 내측재(14) 및 외측재(15)로서 내식성 재료 또는 내플라즈마성 재료를 이용하는 것에 의해, 시일재(10′)는 저투과성과 내식성 또는 내플라즈마성을 양립시킬 수 있다. 내측재(14) 및 외측재(15)는 내열성, 내식성 및 내플라즈마성의 2개 이상을 갖는 것이 보다 바람직하다. 내측재(14)와 외측재(15)를 요구되는 특성에 따라 상이한 재료로 구성해도 좋다. 도 3의 예의 경우는, 압축시에는 도 5와 같이 찌그러지고, 진공 시일성은 심재(13)로 확보하고 있으므로, 심재(13)는 시일성이 높은 것도 요구된다. 또한, 저 가스 투과성 재료로 구성된 심재(13)가 일방의 시일면으로부터 타방의 시일면에 이르고 있으므로, 시일재(10′)는 가스 투과성을 낮게 하는 효과를 보다 높일 수 있다. 본 예의 경우, 심재(13)로서는, 부틸 고무가 예시되고, 내측재(14) 및 외측재(15)로서는, 테플론(등록상표) 및 칼레즈(등록상표)가 예시된다.
적층 조형에서는, 삼차원 데이터에 근거하여 소망의 재료를 적절하게 배치한 박층(薄層)을 형성하고, 이와 같은 박층을 적층하는 것에 의해 제품이 얻어지므로, 종래보다 간단하고 쉽게 복수의 재료를 복합화할 수 있다. 또한, 적층 조형법에서는, 삼차원 데이터에 근거하여 재료를 배치하므로, 복수의 재료를 임의의 위치에 배치할 수 있는 동시에, 재료의 조합에 제한이 없다.
또한, 이와 같이 본 실시형태에서는 시일재를 임의의 재료의 조합이 생길 수 있으므로, 예를 들면, 메탈 시일을 사용하지 않을 수 없었던 부분에 본 실시형태의 시일재를 이용하는 것이 가능하게 된다. 즉, PVD 성막과 같은 요구되는 스펙이 엄격하고, 챔버 내의 산소량을 지극히 줄일 필요가 있는 경우, 종래는 시일재로부터 투과하는 산소를 줄이기 위해서 메탈 시일을 이용하고 있었다. 메탈 시일의 경우, 고무를 이용한 시일재보다 시일성이 뒤떨어지기 때문에, 체결을 위한 볼트의 개수를 늘리고, 체결 압력도 증가할 필요가 있어서, 그 대응을 위해서 고비용이 된다. 이에 대해서, 본 실시형태에서는, 예를 들면, 도 2와 같이, 심재(11)를 메탈로 하고, 외주재(12)를 고무로 한 시일재를 제조할 수 있고, 메탈 시일을 이와 같은 시일재로 치환하는 것에 의해, 상기와 같은 문제를 해소할 수 있다.
다음에, 시일재의 제조 장치에 대해서 설명한다.
도 6은 시일재의 제조 장치로서의 3D 프린터를 모식적으로 도시하는 개략 단면도이다. 도 6의 제조 장치는 도 2에 도시한 시일재를 제조하는 경우를 예로 하고 있는 상태를 도시하고 있다.
시일재의 제조 장치로서의 3D 프린터(100)는 케이스(1)를 갖고, 케이스(1) 안에 기대(2)가 마련되어 있다. 기대(2) 상에는 시일재를 형성하기 위한 시일재 형성부를 구성하는 금형(3)이 배치된다. 기대(2)의 상방에는, 금형(3) 안에 재료를 토출하는 재료 토출부(4)가 수평 방향 및 수직 방향으로 이동 가능하게 마련되어 있다.
재료 토출부(4)는 구동부(5)에 의해 수평 방향 및 수직 방향으로 구동된다. 재료 토출부(4)에는, 제 1 재료 공급원(6)으로부터 도 2의 외주재(12)를 구성하는 재료(A)가 공급되고, 제 2 재료 공급원(7)으로부터 도 2의 심재(11)를 구성하는 재료(B)가 공급되고, 재료 토출부(4)로부터는 재료(A) 및 재료(B) 중 어느 하나가 선택적으로 토출된다.
또한, 도시는 하고 있지 않지만, 금형(3) 내에 공급되는 재료에 따라서는, 재료를 가열하는 기능, 재료를 용융하는 기능 등의 다른 기능이 부가된다.
제어부(8)는 구동부(5)에 의한 재료 토출부(4)의 구동, 및 재료 토출부(4)로부터의 복수의 재료의 토출을 제어한다. 제어부(8)에는, 제품인 시일재의 삼차원 CAD 데이터 등의 디지털 데이터에 근거하여 얻어진, 제품을 얇게 슬라이스한 원 데이터가 기억되어 있다. 그리고, 원 데이터에 대응하여, 구동부(5)에 의한 재료 토출부(4)의 구동 제어, 및 재료 토출부(4)로부터 토출하는 재료(A), 재료(B)의 전환 제어를 실행한다. 이에 의해, 원 데이터에 근거하여, 소망의 위치에 재료(A) 또는 재료(B)가 배치된 박층이 순차 적층되도록 제어한다.
도시의 예에서는, 금형(3) 안에, 원 데이터에 근거하여, 재료(A), 재료(B)가 미리 정해진 위치에 배치되도록, 박층(21 내지 26)이 순차 형성되어, 적층된 상태를 도시하고 있다. 본 예에서는, 재료(A)를 백색으로 하고, 재료(B)를 해칭으로 나타내고 있고, 박층(21 내지 26)을 순차 적층함으로써, 도 2의 시일재의 도중까지 형성되어 있는 것을 도시하고 있다. 또한, 박층을 적층한 채의 상태에서는 재료(A)와 재료(B) 사이에 단차가 형성되지만, 그 후에 성형 처리 등을 실행하는 것에 의해, 매끄러운 상태로 할 수 있다.
다음에, 본 실시형태에 의해 제조된 시일재의 적용 예에 대해서 설명한다.
도 7은 진공 처리를 실행하는 처리 장치에 일 실시형태의 제조 방법에 의해 제조된 시일재를 적용한 예를 설명하기 위한 도면이다.
처리 장치(200)는 챔버(101)와, 챔버(101) 내에서 기판을 탑재하는 탑재대(102)와, 챔버(101)의 상부에 마련되는 가스 도입부(103)와, 챔버(101)의 바닥부에 마련되는 배기 배관(104)을 갖는다. 또한, 챔버(101)의 측벽에는, 진공 게이지 등에 접속되는 배관(105)이 마련되어 있다. 챔버(101) 내는, 배기 배관(104)에 접속된 진공 펌프(도시되지 않음)에 의해 진공 배기되고, 소정의 진공 압력에 보지된다. 또한, 가스 도입부(103)는 예를 들면, 샤워 헤드를 갖고, 처리 가스를 챔버(101) 내에 도입한다. 플라즈마 처리를 실행하는 경우에는, 가스 도입부(103)가 플라즈마원을 갖는 것이어도 좋고, 가스 도입부(103) 대신에 플라즈마원이 배치되어도 좋다. 탑재대(102)에는 기판(S)을 가열하는 히터가 마련되어 있어도 좋다.
챔버(101)와, 챔버(101)에 접속되는 가스 도입부(103), 배기 배관(104), 배관(105) 사이에는, 진공 시일하기 위한 본 실시형태에 의해 제조된 시일재(110)가 개재되어 있다.
처리 장치(200)로서는, CVD, ALD, PVD 등의 성막 처리를 실행하는 성막 장치나, 드라이에칭을 실행하는 에칭 장치가 이용된다. 시일재(110)는 상술한 바와 같이, 복수의 재료를 적층 조형에 의해 복합화하여 제조된 것이기 때문에, 진공 시일성뿐만 아니라, 가스 투과성이나 내열성 등의 다른 복수의 성능을 만족할 수 있다.
이상, 실시형태에 대해서 설명하였지만, 금회 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 상기의 실시형태는, 첨부의 특허청구범위 및 그 주지를 일탈하는 일 없이, 여러 가지 형태로 생략, 치환, 변경되어도 좋다.
예를 들어, 상기 실시형태에서는 시일재의 구조로서 도 2, 도 3을 예로 들어서 설명하였지만, 도 2, 도 3의 예는 어디까지나 예시이며, 이외의 여러 가지의 재료의 배치여도 좋다. 예를 들어, 시일시의 압축에 의해서 찌그러졌을 때에, 가장 응력이 가해지는 부분을 강도가 높은 재료로 하는 것이나, 부식성의 가스나 플라즈마가 접하는 부분만 내식성이나 내플라즈마성이 높은 재료로 하는 것이어도 좋다. 또한, 얻으려고 하는 특성에 따라서는, 상이한 재료의 계면에 재료의 농도 구배를 갖게 해도 좋다. 게다가, 시일재의 단면의 형상은 원형에 한정되지 않고, 압축시의 변형을 고려하여, 타원형이나 다각형 등의 여러 가지의 형상을 채용할 수 있다. 게다가, 상기 도 2, 도 3에서는, 2종의 재료를 복합화한 예를 도시하였지만, 3종 이상의 재료를 복합화해도 좋다.
10, 10′, 110 : 시일재 11, 13 : 심재
12 : 외주재 14 : 내측재
15 : 외측재
100 : 3D 프린터(시일재의 제조 장치) 200 : 처리 장치

Claims (13)

  1. 기체를 차폐하는 시일재의 제조 방법에 있어서,
    시일재를 구성하는 복수의 재료 및 상기 시일재를 형성하는 시일재 형성부를 준비하는 것과,
    상기 시일재 형성부 안에, 상기 복수의 재료를, 미리 결정된 재료의 박층을 순차 적층 형성하는 적층 조형에 의해 복합화하여 시일재를 형성하는 것을 갖는
    시일재의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 재료는 요구되는 특성에 따라 임의의 위치에 배치되는
    시일재의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 시일재는 환상으로 형성되고, 시일면에 밀착되어서 압축 변형하는 것에 의해 기체를 차폐하는
    시일재의 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 시일재는 진공 처리를 실행하는 처리 장치의 처리 용기에 있어서의 진공 시일에 이용되는
    시일재의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 시일재를 구성하는 복수의 재료는 저 가스 투과성, 내열성, 내식성, 내플라즈마성 중 적어도 1종의 특성을 갖는
    시일재의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 저 가스 투과성을 갖는 재료는 퍼플루오로엘라스토머, 신장성을 갖는 금속으로부터 선택된 것인
    시일재의 제조 방법.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 내열성을 갖는 재료는 CF계 고무, 부틸계 고무, 신장성을 갖는 금속으로부터 선택된 것인
    시일재의 제조 방법.
  8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 내식성을 갖는 재료는 실리콘 고무, 불소 고무 및 테플론(등록상표)으로부터 선택된 것인
    시일재의 제조 방법.
  9. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 내플라즈마성을 갖는 재료는 불소 고무 및 테플론(등록상표)으로부터 선택된 것인
    시일재의 제조 방법.
  10. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시일재는 저 가스 투과성의 제 1 재료로 구성된 심재와, 상기 심재의 주위에 마련된 내열성, 내식성 및 내플라즈마성 중 적어도 하나를 갖는 제 2 재료로 구성된 외주재를 갖는
    시일재의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 외주재는 상기 심재의 외주에 단면이 환상을 이루도록 마련되고, 상기 외주재가 상기 시일면에 밀착되는
    시일재의 제조 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 심재는 일방의 시일면으로부터 타방의 시일면에 이르도록 마련되고, 상기 외주재는 상기 심재의 내측에 마련된 내측재와, 상기 심재의 외측에 마련된 외측재를 갖고, 상기 심재가 상기 시일면에 밀착되는
    시일재의 제조 방법.
  13. 기체를 차폐하는 시일재의 제조 장치에 있어서,
    시일재를 형성하는 시일재 형성부와,
    시일재를 구성하는 복수의 재료를 각각 공급하는 복수의 재료 공급원과,
    상기 복수의 재료 공급원으로부터의 복수의 재료를 상기 시일재 형성부에 토출하는 재료 토출부와,
    상기 재료 토출부를 수평 방향 및 수직 방향으로 구동하는 구동부와,
    제어부를 갖고,
    상기 제어부는 상기 시일재 형성부에 상기 복수의 재료가, 미리 결정된 재료의 박층을 순차 적층 형성하는 적층 조형에 의해 복합화되어서 시일재가 형성되도록, 상기 구동부에 의한 상기 재료 토출부의 구동, 및 상기 재료 토출부로부터의 상기 복수의 재료의 토출을 제어하는
    시일재의 제조 장치.
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