(57)【要約】【課題】  耐久性を備えたシール部材、およびそれを用いたＣＶＤ装置ならびにそのＣＶＤ装置を用いた半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  シール溝の平面形状が、例えば四角い環状であった場合、そのシール溝の形状に基づいて四角い環状の平面形状と、角部が丸みを帯びた四角い断面形状を備えたシール部材１０を形成する。そして、このようなシール部材１０を、四角い環状のシール溝を備えたスロットルバルブを含むＣＶＤ装置に対して適用することで、製造効率の向上および歩留まりの向上などを図る。【選択図】  図１
2005286259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性変形可能な材質で形成され、２つの部材の一方が備えた環状のシール溝に設置され、他方の部材に接触することで前記２つの部材間を封止するシール部材であって、
前記環状のシール溝に基づいた平面形状と、角部が丸みを帯びた四角い断面形状を有することを特徴とするシール部材。
【請求項２】
請求項１記載のシール部材において、
四角い環状のシール溝に基づいた四角い環状の平面形状を有することを特徴とするシール部材。
【請求項３】
請求項２記載のシール部材において、
前記シール部材の周方向の長さは、前記シール溝の周方向の長さに対して９７．５％〜９８．５％の値を有することを特徴とするシール部材。
【請求項４】
ガスの反応室となるチャンバと、前記チャンバ内を真空排気するポンプユニットと、前記チャンバ側に接続するための第１開口部と前記ポンプユニット側に接続するための第２開口部を備え、前記チャンバ内の圧力制御を行うスロットルバルブとを有するＣＶＤ装置であって、
前記スロットルバルブの筐体内に、
前記チャンバ内の圧力を制御するための開閉動作を行うバルブ弁と、
前記バルブ弁と前記第１開口部との間および／または前記バルブ弁と前記第２開口部との間に設けられ、四角い環状のシール溝を備えた封止部材と、
前記四角い環状のシール溝に設置され、前記スロットルバルブの筐体と接触することで、前記封止部材と前記スロットルバルブの筐体との間を封止する請求項２または３記載のシール部材とを有することを特徴とするＣＶＤ装置。
【請求項５】
請求項４記載のＣＶＤ装置を用いた成膜工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シール部材、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置および半導体装置の製造方法に関し、特に劣化に対する耐久性を向上させるシール部材、およびそのシール部材を用いたＣＶＤ装置、ならびにそのＣＶＤ装置を用いた半導体装置の製造方法に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、真空システムなどにおいて、２つの部材間を連結するような場合に、その連結箇所にシール部材が用いられる。シール部材は、例えばゴムなどのように弾性変形可能な素材を備え、連結箇所を封止する（シールする）ために、２つの部材間でそれらの部材に圧着した状態で用いられる。
【０００３】
シール部材で広く知られているものとしては、円状の断面構造を有するＯ−リングが挙げられる。このＯ−リングは、通常、円状かつ環状の平面構造を有し、その内径や、線幅（断面幅）および素材などに応じて多種類のものが存在している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前記のようなシール部材の技術について、本発明者が検討した結果、以下のようなことが明らかとなった。
【０００５】
例えば、半導体ウェハ上に酸化膜などを成膜する半導体製造装置として、ＣＶＤ装置が挙げられる。ＣＶＤ装置は、例えば、チャンバ内の圧力制御を行うためのスロットルバルブなどを有しており、スロットルバルブでは、その内部の各種部材間を封止するために各種シール部材が用いられている。その中で、例えば図６に示すように、円状かつ環状の平面構造を有するＯ−リングが、四角い環状のシール面を備えた部材間をシールするために用いられることがある。
【０００６】
図６は、本発明の前提として検討した従来技術のシール部材において、その外形の一例と使用例を示す図であり、（ａ）は外形の平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’間の断面図、（ｃ）は使用例を示す平面図、（ｄ）は（ｃ）のＤ−Ｄ’間の断面図である。図６（ａ），（ｂ）においては、円状かつ環状の平面構造と円状の断面構造を有するＯ−リング６０が示されている。そして、このＯ−リング６０が、図６（ｃ）に示すように、四角い環状のシール面６１を備えた２つの部材（１）６２，（２）６３間をシールするために用いられている。なお、このＯ−リング６０は、図６（ｄ）に示すように部材（１）６２のシール溝６４に設置され、部材（２）６３に接触するように用いられる。
【０００７】
このような場合、Ｏ−リング６０は、四角い環状のシール面６１およびシール溝６４に合わせるために、比較的周方向の長さが短い（内径が小さい）ものが用いられることになる。そうすると、Ｏ−リング６０は、不均等かつ過度に伸張した状態で設置されることになるため、例えば、図６（ｃ）に示すような亀裂６５や線幅が細くなる可塑性変形などといった劣化が起こり易くなる。このような劣化がスロットルバルブのＯ−リングにおいて発生すると、スロットルバルブ内のシール性が低下し、圧力制御が困難な状況となる。また、亀裂に伴い、スロットルバルブからパーティクルが発生することも考えられる。
【０００８】
したがって、実使用上は、スロットルバルブの保守・点検や、Ｏ−リングの交換を頻繁に行う必要がある。しかしながら、このようなメンテナンスによって、製造コストの増加や製造効率の低下が懸念される。また、Ｏ−リングの亀裂に伴うパーティクルに起因した歩留り低下といった問題も懸念される。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、耐久性を備えたシール部材、およびそれを用いたＣＶＤ装置ならびにそのＣＶＤ装置を用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１２】
本発明によるシール部材は、弾性変形可能な材質で形成され、２つの部材の一方が備えた環状のシール溝に設置され、他方の部材に接触することで前記２つの部材間を封止するシール部材であり、環状のシール溝に基づいた平面形状と、角部が丸みを帯びた四角い断面形状を有するものである。すなわち、この平面形状によって、シール溝に設置した際に適度かつ均等に伸張するシール部材を実現できる。また、この断面形状によって、シール面での接触面積が増加したシール部材を実現できる。これらによって、劣化に対する耐久性が向上する。
【００１３】
ここで、前記シール溝の形状は、例えば正方形かつ環状または長方形かつ環状といった四角い環状のものが挙げられ、この場合、シール溝の形状と同様な四角い環状の平面形状を備えたシール部材を形成するとよい。また、前記シール部材の周方向の長さは、好ましくは、シール溝の周方向の長さに対して、９７．５％〜９８．５％の値にするとよい。すなわち、シール部材をシール溝に設置した際に、シール部材を１．５％〜２．５％伸張した状態にすることで、最適なシール性および耐久性を得ることができる。
【００１４】
また、本発明によるＣＶＤ装置は、ガスの反応室となるチャンバと、チャンバ内を真空排気するポンプユニットと、チャンバ内の圧力制御を行い、チャンバ側に接続するための第１開口部とポンプユニット側に接続するための第２開口部を備えたスロットルバルブとを有するものである。そして、前記スロットルバルブの筐体内には、チャンバ内の圧力を制御するための開閉動作を行うバルブ弁と、前記バルブ弁と前記第１開口部との間および／または前記バルブ弁と前記第２開口部との間に設けられ、四角い環状のシール溝を備えた封止部材とが含まれており、この四角い環状のシール溝に、これまでに述べたようなシール部材が設置されたものとなっている。
【００１５】
すなわち、スロットルバルブによっては、一般的な円状かつ環状とは異なり、例えば四角い環状などのシール溝を備えたものが存在し、このような箇所に対して、これまでに述べたようなシール部材は、特に有益なものとなる。そして、このようなＣＶＤ装置を用いて、半導体装置の成膜工程を行うことによって、製造効率の向上や歩留まりの向上などが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１７】
（１）環状のシール溝に基づいた平面形状と、角部が丸みを帯びた四角い断面形状を備えたシール部材を用いることによって、シール部材の耐久性を向上させることが可能になる。また、シール性を向上させることが可能になる。
【００１８】
（２）（１）のような高い耐久性を備えたシール部材をＣＶＤ装置に適用することによって、装置メンテナンスの低減などによる製造効率の向上と、半導体装置の歩留まり向上などが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施の形態によるシール部材において、その構成の一例を示す外形図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’間の断面図である。図１に示すシール部材１０は、例えば、図１（ａ）に示すように正方形かつ環状または長方形かつ環状といった四角い環状の平面形状と、図１（ｂ）に示すように正方形の角部が丸みを帯びたような四角い断面形状を有するものとなっている。そして、図１に示すシール部材１０は、弾性変形可能な素材を備え、例えば、Ｃｈｅｍｒａｚ（登録商標）およびＫｅｍｒａｚ（登録商標）といった化学耐性材料で作られている。
【００２１】
このような、シール部材１０は、例えば、図２，図３に示すようなＣＶＤ装置のスロットルバルブにおいて用いられる。図２は、本発明の一実施の形態によるＣＶＤ装置において、その構成の一例を示す概略図である。図３は、本発明の一実施の形態によるＣＶＤ装置において、図２に示したスロットルバルブの構成の一例を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’間の断面図である。
【００２２】
図２に示すＣＶＤ装置は、例えば、バルブ２０ａを介してガスが流入され、そのガスの反応によって半導体ウェハ上に成膜を行うチャンバ２０と、チャンバ２０内の真空排気を行うポンプユニット２１と、チャンバ２０とポンプユニット２１間の配管２２に設けられた開閉バルブ２３と、チャンバ２０とポンプユニット２１間の配管２２に設けられ、チャンバ２０内の圧力制御を行うスロットルバルブ２４と、チャンバ２０より排出される排ガス中の有害物質を処理する排ガス処理装置２５などから構成される。
【００２３】
このようなＣＶＤ装置を用いて、例えば、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）酸化膜の成膜工程を行う場合は、次のような処理となる。まず、開閉バルブ２３とスロットルバルブ２４を完全に開けた状態で、チャンバ２０内をポンプユニットによって真空排気する。つぎに、スロットルバルブ２４を閉じて、チャンバ２０内にＴＥＯＳガスおよびオゾンガスを流入する。そして、スロットルバルブ２４によってチャンバ２０内のガス圧を準常圧（例えば６００Ｔｏｒｒ程度）に設定し、またチャンバ２０内を所定の温度に設定した状態でＴＥＯＳ酸化膜の成膜を行う。ここで、仮にスロットルバルブ２４にリークが存在した場合、チャンバ２０内の圧力が上がらず、準常圧に設定できなくなるといった問題が発生する。
【００２４】
スロットルバルブ２４は、例えば、図３に示すような構成となっている。図３（ａ）に示すスロットルバルブ２４は、例えば、バルブ筐体３１内に、Σプラグシャフト（バルブ弁）３２と、バルブ筐体３１のポンプユニット２１側の開口部（第２開口部）３３ａとΣプラグシャフト３２との間に設けられたテフロン（登録商標）シール（封止部材）３４と、テフロンシール３４とΣプラグシャフト３２とを密着させるワッシャ３５およびスプリング３６などを有し、テフロンシール３４とバルブ筐体３１との間をシールするために図１で示したようなシール部材３０が用いられている。
【００２５】
そして、このバルブ筐体３１のポンプユニット２１側の開口部３３ａは、フランジ３７を介してポンプユニット２１側の配管に接続され、チャンバ２０側の開口部（第１開口部）３３ｂは、チャンバ２０側の配管２２に接続される。なお、図３（ａ）において、テフロンシール３４は、Σプラグシャフト３２とポンプユニット２１側の開口部３３ａとの間に設けているが、加えて、Σプラグシャフト３２とチャンバ２０側の開口部３３ｂとの間に設ける場合もある。
【００２６】
Σプラグシャフト３２は、Σ状の縊れを備えた円筒形の形状を有しており、図３（ａ）に示すように、円筒形の中心軸３２ａの周りを回転することによって、チャンバ２０内の圧力を調整する。なお、図３（ａ）でのΣプラグシャフト３２の位置は、スロットルバルブ２４を完全に閉じた状態を示している。
【００２７】
テフロンシール３４は、図３（ｂ）に示すように、ポンプユニット２１への排気経路となる円状の開口部３４ａを有し、この開口部３４ａの面積を、Σプラグシャフト３２の回転によって調整することで圧力制御が行われる。また、テフロンシール３４は、図３（ａ）に示すようにシール溝３４ｂを備えている。そして、このシール溝３４ｂにシール部材３０を設置し、シール部材３０をバルブ筐体３１に圧着することで、テフロンシール３４とバルブ筐体３１とが封止される。これによって、チャンバ２０とポンプユニット２１間の排気経路は、テフロンシール３４とバルブ筐体３１とがシールされているため、テフロンシール３４の開口部３４ａ以外に存在しないことになる。
【００２８】
シール部材３０は、図３（ｂ）に示すように、シール溝３４ｂの形状が例えば正方形の環状となっているのに伴い、バルブ筐体３１およびシール溝３４ｂとシール部材３０との接触面からなるシール面３８も正方形の環状であるため、これらに基づいて正方形の環状の平面形状を有している。すなわち、シール部材３０は、図１（ａ）に示すような平面構造となっている。また、このシール部材３０の内周の長さは、好ましくは、シール溝３４ｂの内周の長さの９７．５％〜９８．５％の値にするとよい。この場合、シール部材３０は、シール溝３４ｂに設置した際に、１．５％〜２．５％程度伸張した状態となる。
【００２９】
スロットルバルブによっては、例えばテフロンシールの回転を防止するためなどで、四角い環状のシール面およびシール溝を備えたテフロンシールおよびバルブ筐体が用いられることがある。従来技術においては、図６で述べたように、このようなシール面およびシール溝に対して円状かつ環状の平面構造を有するシール部材（Ｏ−リング）が用いられていた。しかしながら、このようなシール部材は劣化に対する耐久性が低く、図３（ａ）の破線矢印で示すように、シール部材の劣化に起因したリークなどが問題となっていた。
【００３０】
一方、シール部材３０として、図１（ａ）に示したような、四角い環状のシール面およびシール溝に基づいた四角い環状の平面形状を備えたものを用いると、シール部材３０が均等に伸張することになるため、耐久性を向上させることが可能になる。また、このシール部材を、１．５％〜２．５％程度伸張した状態で用いると、適度な伸張となるため耐久性を十分保つことができ、また最適なシール性を得ることができる。そして更に、このシール部材３０は、図１（ｂ）で示したように角部が丸みを帯びた四角い断面形状を有したものとなっている。これによって、耐久性を更に向上させ、また、シール性を向上させることが可能となる。
【００３１】
すなわち、バルブ筐体３１およびシール溝３４ｂとシール部材３０との接触部分は、図４に示すようなものとなっている。図４は、本発明の一実施の形態によるＣＶＤ装置において、図３（ａ）のバルブ筐体およびシール溝とシール部材との接触部分を詳細に示す説明図であり、（ａ）は、シール部材が四角い断面を有する場合、（ｂ）は、シール部材が円状の断面を有する場合を示すものである。
【００３２】
図４（ｂ）は、従来技術の場合を示すものであり、シール部材６０がバルブ筐体３１およびシール溝３４ｂと接触しているが、その接触面積が小さいため、例えば可塑性変形などといった劣化に対するマージンが小さい。さらに、テフロンシール３４が、例えば、図３（ａ）のΣプラグシャフト３２の動作に伴い、図４（ｂ）の矢印方向に上下運動を繰り返した場合、シール部材６０にねじれ等が発生する可能性が考えられる。これによって、シール性およびシール部材の耐久性が低下することが懸念される。
【００３３】
一方、図４（ａ）では、角部が丸みを帯びた正方形の断面を有しているため、バルブ筐体３１およびシール溝３４ｂとシール部材３０との接触面積が大きく、図４（ｂ）と比較して劣化に対するマージンが大きくなっている。さらに、テフロンシール３４が、図４（ａ）の矢印方向に上下運動を繰り返した場合でも、バルブ筐体３１との接触部分が安定しているため、シール部材３０にねじれ等が発生する可能性が低く、図４（ｂ）と比較してシール性およびシール部材の耐久性が向上すると考えられる。
【００３４】
また、シール部材が劣化し、亀裂などが発生すると、それに伴うパーティクルによってチャンバ内が汚染されることが懸念される。このような問題に対しても、これまでに述べたようなシール部材およびそれを備えたＣＶＤ装置を用いることで、図５に示すように、ある程度改善することが可能になる。図５は、本発明の一実施の形態によるＣＶＤ装置において、その効果の一例を示す実験データである。
【００３５】
図５においては、図３のスロットルバルブ２４のシール部材３０に、従来技術である円状かつ環状の平面形状と円状の断面形状を有するＯ−リングを用いた場合と、図１に示したようなシール部材（ここでは成型リングと呼ぶ）を用いた場合とで、チャンバ内の異物数の時間的推移をプロットしたものである。図５の縦軸は、異物数の相対値を示し、横軸は、１週間／１目盛の時間を示している。
【００３６】
この図から判るように、Ｏ−リングを用いた場合（成型リング適用前）に比べて、成型リングを用いた場合は、異物数が平均値で５割〜６割程度に低減している。すなわち、この異物数の低減によって、歩留まりを向上させることが可能になる。また、この図によって、シール部材の耐久性が向上したと言うこともでき、これによって、ＣＶＤ装置の保守・点検や、シール部材の交換といったメンテナンスの頻度を低減することができるため、製造コストの低減および製造効率の向上が可能となる。
【００３７】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明のシール部材、ＣＶＤ装置および半導体装置の製造方法は、特に半導体分野において、製造効率の向上および製品歩留まりの向上などを図る技術として有益なものであり、さらに半導体分野に限らず、ガスや液体燃料の配管系などのようにシール技術が用いられる分野において、シール部材の耐久性およびシール性の向上を図る技術として広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施の形態によるシール部材において、その構成の一例を示す外形図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’間の断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態によるＣＶＤ装置において、その構成の一例を示す概略図である。
【図３】本発明の一実施の形態によるＣＶＤ装置において、図２に示したスロットルバルブの構成の一例を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’間の断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態によるＣＶＤ装置において、図３（ａ）のバルブ筐体およびシール溝とシール部材との接触部分を詳細に示す説明図であり、（ａ）は、シール部材が四角い断面を有する場合、（ｂ）は、シール部材が円状の断面を有する場合を示すものである。
【図５】本発明の一実施の形態によるＣＶＤ装置において、その効果の一例を示す実験データである。
【図６】本発明の前提として検討した従来技術のシール部材において、その外形の一例と使用例を示す図であり、（ａ）は外形の平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’間の断面図、（ｃ）は使用例を示す平面図、（ｄ）は（ｃ）のＤ−Ｄ’間の断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０，３０  シール部材
２０  チャンバ
２０ａ  バルブ
２１  ポンプユニット
２２  配管
２３  開閉バルブ
２４  スロットルバルブ
２５  排ガス処理装置
３１  バルブ筐体
３２  Σプラグシャフト
３２ａ  中心軸
３３ａ，３３ｂ，３４ａ  開口部
３４  テフロンシール
３４ｂ，６４  シール溝
３５  ワッシャ
３６  スプリング
３７  フランジ
３８，６１  シール面
６０  Ｏ−リング
６２，６３  部材
【図１】
2005286259.tif 000003
【図２】
2005286259.tif 000004
【図３】
2005286259.tif 000005
【図４】
2005286259.tif 000006
【図５】
2005286259.tif 000007
【図６】
2005286259.tif 000008