JP4331368B2 - 半導体製造装置用シール - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置用シールに関し、さらに詳しくは、耐酸素プラズマ性に優れた半導体製造装置用シールに関する。
【０００２】
【従来技術】
半導体製造装置用シールは、半導体の基板であるシリコンウエハー等の表面にエッチング、あるいは薄膜を形成させるなどの処理をするための加工室等に用いられるシールとして適用され、このシールには、耐熱性、低ガス透過性の他、シール使用時にプラズマにより劣化し、塵となって半導体基板へ汚染しないことが要求されている。
【０００３】
従来の半導体製造装置用シールに用いられるエラストマーとしては、フッ素系エラストマー、シリコーン系エラストマーがある。フッ素エラストマーは、通常、ポリオール架橋剤やアミン架橋剤が配合され、さらに通常は架橋を効率的に行う目的で酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、酸化鉛系等の重金属を含む無機系の受酸剤が配合される。また、引張強さ、伸び率、及び圧縮永久歪み特性を向上させるために、補強剤としてカーボンブラックなどが配合される。
【０００４】
これらのシールは、シリコンウエハーへのエッチング処理時等には、酸素雰囲気下でプラズマ処理条件下にされるので、換言すると、酸素ガスが励起された状態にさらされるため、劣化しやすく脆くなり、シール劣化物が飛散してシリコンウエハーを汚染する等の問題があり、微細な異物混入を極端に嫌う半導体の製造装置用シールに適用するには十分な特性を有しているとは言えなかった。
【０００５】
このような問題を解決するシールとして、ふっ素エラストマー１００重量部に対して、シリカ１〜５０重量部を配合し、金属化合物、カーボンを低減させた組成物を有機過酸化物にて加硫したシールがある（特開平６−３０２５２７）。
【０００６】
しかしながら、この組成物を用いたシールであっても、圧縮永久歪みが大きく、またプラズマ照射条件下でのシールの重量減少も大きく、すなわちシールからの発塵により半導体製造装置内部を汚染する問題が依然あり、また半導体製造装置用シールに適用する場合には、シールとしての寿命が短いという問題もあった。
【０００７】
また、耐オゾン性フッ素ゴムとして、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体、または、及び、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン−四フッ化エチレン共重合体を有機過酸化物にて加硫したシールがある（特開平８−１５１４５０）。
しかしながら、この組成物を用いたシールであっても、半導体製造装置に適用しうるだけの圧縮永久歪み特性がないという問題が依然あった。また、プラズマ照射条件下という過酷使用条件下では、シールとしての寿命が短いという問題もあった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、耐酸素プラズマ性、ガス透過性、圧縮永久歪み特性に優れた半導体製造装置用シールを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体、または、及び、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン−四フッ化エチレン共重合体１００重量部に対して、硫酸バリウム４０〜１００重量部を配合し、かつ硫酸バリウム以外の無機物を１重量部以下にせしめた組成物を有機過酸化物にて架橋したことを特徴とする半導体製造装置用シールによって解決される。また、この組成物に対し、さらに四フッ化エチレン樹脂０．５〜３０重量部を配合してなる半導体製造装置用シールによって解決される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明では、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体、または、及びフッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン−四フッ化エチレン共重合体を用いる。これらの材料は、公知の材料を用いることができ、また単独で用いてもよく、また併用してもよいが、圧縮永久歪み、及びガス透過性の点から フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体を用いる方が好ましい。
【００１１】
硫酸バリウムは、共重合体１００重量部に対して、４０〜１５０重量部を配合する。４０重量部よりも少なければ、耐酸素プラズマ性に劣り、１５０重量部を越えるとシール性能が低下する。したがって、好ましくは、５０〜１２０重量部、より好ましくは６０〜１１０重量部である。
【００１２】
また、本発明では有機過酸化物にて架橋する必要がある。一般的に加硫方法としては、有機過酸化物加硫、アミン加硫、ポリオール加硫などがある。アミン加硫、ポリオール加硫などでは受酸剤として金属酸化物が用いられる。この金属酸化物が半導体製造装置に用いられるシールに配合されているとプラズマ照射によって、当該シールの有機物が劣化し、シール材中の無機物が露出して、その微細無機物が半導体製造装置に飛散し、半導体製造装置内部を汚染するという問題が生じる場合がある。しかし、有機過酸化物加硫ではこれら受酸剤を必要としないため半導体製造装置内部を汚染するという問題を解決することができる。そのためには有機過酸化物にて架橋し、かつ硫酸バリウム以外の無機物を１重量部以下にせしめなければならない。特定のふっ素エラストマーに対して、硫酸バリウムを大量に配合し、有機過酸化物にて架橋することにより、ふっ素エラストマーをプラズマから保護する、すなわち、遮蔽効果が生じ耐プラズマ性が向上するのである。
【００１３】
有機過酸化物としては、公知のものが適用でき、例えばベンゾイルパーオキシド、１，１−ビス−ｔ−ブチルパーオキシ−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、１，１−ビス−（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロドデカン、ｎ−ブチル−４，４−ビス−ｔ−ブチルパーオキシバレレート、ジクミルパーオキサイド、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエート、ジ−（ｔ−ブチルオキシ）−ｍ−ジイソプロピルベンゼン、２，５−ジメチル−２，５−ジ−ｔ−ブチルパーオキシヘキサン、２，５−ジメチル−２，５−ｔ−ブチルパーオキシヘキシン等が用いられる。有機過酸化物は、共重合体１００重量部に対して、０．５〜１０重量部、好ましくは１〜５重量部配合すればよい。
【００１４】
また、本発明では、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体、または、及び、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン−四フッ化エチレン共重合体、四フッ化エチレン−プロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−四フッ化エチレン−パーフロロメチルビニルエーテル共重合体１００重量部に対して、さらに四フッ化エチレン樹脂０．５〜３０重量部を配合すれば、さらに耐酸素プラズマ性および耐ハロゲンプラズマ性が向上する。 用いることができる四フッ化エチレン樹脂としては、特に制限はなく公知の材料が適用できる。
四フッ化エチレン樹脂の配合量が０．５重量部未満であると、耐酸素プラズマ性および耐ハロゲンプラズマ性の改善効果が少なく、３０重量部を越えると、引張強さ、伸びなどの機械的特性が低下する傾向にある。したがって、好ましい配合量は、１〜２０重量部である。
【００１５】
本発明では、硫酸バリウム以外の無機物を１重量部以下にせしめた組成物とすることが重要である。これはプラズマ照射により当該シールからの金属酸化物の飛散を抑制し、上記したように半導体製造装置内部を汚染しないという理由からである。
【００１６】
本発明における半導体製造装置用シールは、圧縮成形、押出成形等の公知の方法によって成形し、公知の方法により加硫すればよい。
【００１７】
以下に、発明の実施例、比較例について説明する。表１に示した配合組成物をニーダー及びオープンロールにて混練し、１６５℃で１０分間プレス加硫してＯリング成形した後、さらに２００℃で４時間の２次加硫を行なった。このＯリングを下記方法での各特性試験を行い結果を表１に記した。
【００１８】
【表１】
【００１９】
また、比較例については、配合組成、及び各特性試験の結果を表２に記した。
【００２０】
【表２】
【００２１】
１）耐酸素プラズマ性
上記方法で作成したＯリングを下記のプラズマ照射条件下に暴露し、その前後の質量変化を調べた。
［プラズマ照射条件］圧力２００Pa、出力３００Ｗ、照射時間２時間、流量１００ｍｌ／ｍｉｎ。
２）耐ガス透過性
上記方法で作成したＯリングの耐ガス透過性を下記の方法にて調べた。
フード法：フランジにＯリングを組み込み、フランジにポリ袋をかぶせ、袋内にヘリウムガスを充満させ、シールを透過したヘリウムガスをヘリウムリーディテクタを用いて測定した。
３）圧縮永久歪み
上記方法で作成したＯリングを２００℃で７０時間加熱した後、ＡＳＴＭ Ｄ１４１４により圧縮永久歪みを測定した。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、耐酸素プラズマ性、耐ハロゲンプラズマ性、ガス透過性、シール性に優れた半導体製造装置用シールを提供することができる。また、四フッ化エチレン樹脂を配合すれば、さらに耐酸素プラズマ性が向上する。
【００２３】
したがって、本発明のシールを用いれば、酸素、ハロゲンプラズマに対して優れた安定性を有するため、該条件下であっても、該シールの劣化によって発生する異物が半導体基板のシリコンウエハーに付着せず、異物付着による不良半導体製品が減少する。また、シールの長寿命化が図れたため、シールのメンテナンスが軽減する。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置用シールに関し、さらに詳しくは、耐酸素プラズマ性に優れた半導体製造装置用シールに関する。
【０００２】
【従来技術】
半導体製造装置用シールは、半導体の基板であるシリコンウエハー等の表面にエッチング、あるいは薄膜を形成させるなどの処理をするための加工室等に用いられるシールとして適用され、このシールには、耐熱性、低ガス透過性の他、シール使用時にプラズマにより劣化し、塵となって半導体基板へ汚染しないことが要求されている。
【０００３】
従来の半導体製造装置用シールに用いられるエラストマーとしては、フッ素系エラストマー、シリコーン系エラストマーがある。フッ素エラストマーは、通常、ポリオール架橋剤やアミン架橋剤が配合され、さらに通常は架橋を効率的に行う目的で酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、酸化鉛系等の重金属を含む無機系の受酸剤が配合される。また、引張強さ、伸び率、及び圧縮永久歪み特性を向上させるために、補強剤としてカーボンブラックなどが配合される。
【０００４】
これらのシールは、シリコンウエハーへのエッチング処理時等には、酸素雰囲気下でプラズマ処理条件下にされるので、換言すると、酸素ガスが励起された状態にさらされるため、劣化しやすく脆くなり、シール劣化物が飛散してシリコンウエハーを汚染する等の問題があり、微細な異物混入を極端に嫌う半導体の製造装置用シールに適用するには十分な特性を有しているとは言えなかった。
【０００５】
このような問題を解決するシールとして、ふっ素エラストマー１００重量部に対して、シリカ１〜５０重量部を配合し、金属化合物、カーボンを低減させた組成物を有機過酸化物にて加硫したシールがある（特開平６−３０２５２７）。
【０００６】
しかしながら、この組成物を用いたシールであっても、圧縮永久歪みが大きく、またプラズマ照射条件下でのシールの重量減少も大きく、すなわちシールからの発塵により半導体製造装置内部を汚染する問題が依然あり、また半導体製造装置用シールに適用する場合には、シールとしての寿命が短いという問題もあった。
【０００７】
また、耐オゾン性フッ素ゴムとして、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体、または、及び、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン−四フッ化エチレン共重合体を有機過酸化物にて加硫したシールがある（特開平８−１５１４５０）。
しかしながら、この組成物を用いたシールであっても、半導体製造装置に適用しうるだけの圧縮永久歪み特性がないという問題が依然あった。また、プラズマ照射条件下という過酷使用条件下では、シールとしての寿命が短いという問題もあった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、耐酸素プラズマ性、ガス透過性、圧縮永久歪み特性に優れた半導体製造装置用シールを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体、または、及び、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン−四フッ化エチレン共重合体１００重量部に対して、硫酸バリウム４０〜１００重量部を配合し、かつ硫酸バリウム以外の無機物を１重量部以下にせしめた組成物を有機過酸化物にて架橋したことを特徴とする半導体製造装置用シールによって解決される。また、この組成物に対し、さらに四フッ化エチレン樹脂０．５〜３０重量部を配合してなる半導体製造装置用シールによって解決される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明では、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体、または、及びフッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン−四フッ化エチレン共重合体を用いる。これらの材料は、公知の材料を用いることができ、また単独で用いてもよく、また併用してもよいが、圧縮永久歪み、及びガス透過性の点から フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体を用いる方が好ましい。
【００１１】
硫酸バリウムは、共重合体１００重量部に対して、４０〜１５０重量部を配合する。４０重量部よりも少なければ、耐酸素プラズマ性に劣り、１５０重量部を越えるとシール性能が低下する。したがって、好ましくは、５０〜１２０重量部、より好ましくは６０〜１１０重量部である。
【００１２】
また、本発明では有機過酸化物にて架橋する必要がある。一般的に加硫方法としては、有機過酸化物加硫、アミン加硫、ポリオール加硫などがある。アミン加硫、ポリオール加硫などでは受酸剤として金属酸化物が用いられる。この金属酸化物が半導体製造装置に用いられるシールに配合されているとプラズマ照射によって、当該シールの有機物が劣化し、シール材中の無機物が露出して、その微細無機物が半導体製造装置に飛散し、半導体製造装置内部を汚染するという問題が生じる場合がある。しかし、有機過酸化物加硫ではこれら受酸剤を必要としないため半導体製造装置内部を汚染するという問題を解決することができる。そのためには有機過酸化物にて架橋し、かつ硫酸バリウム以外の無機物を１重量部以下にせしめなければならない。特定のふっ素エラストマーに対して、硫酸バリウムを大量に配合し、有機過酸化物にて架橋することにより、ふっ素エラストマーをプラズマから保護する、すなわち、遮蔽効果が生じ耐プラズマ性が向上するのである。
【００１３】
有機過酸化物としては、公知のものが適用でき、例えばベンゾイルパーオキシド、１，１−ビス−ｔ−ブチルパーオキシ−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、１，１−ビス−（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロドデカン、ｎ−ブチル−４，４−ビス−ｔ−ブチルパーオキシバレレート、ジクミルパーオキサイド、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエート、ジ−（ｔ−ブチルオキシ）−ｍ−ジイソプロピルベンゼン、２，５−ジメチル−２，５−ジ−ｔ−ブチルパーオキシヘキサン、２，５−ジメチル−２，５−ｔ−ブチルパーオキシヘキシン等が用いられる。有機過酸化物は、共重合体１００重量部に対して、０．５〜１０重量部、好ましくは１〜５重量部配合すればよい。
【００１４】
また、本発明では、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体、または、及び、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン−四フッ化エチレン共重合体、四フッ化エチレン−プロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−四フッ化エチレン−パーフロロメチルビニルエーテル共重合体１００重量部に対して、さらに四フッ化エチレン樹脂０．５〜３０重量部を配合すれば、さらに耐酸素プラズマ性および耐ハロゲンプラズマ性が向上する。 用いることができる四フッ化エチレン樹脂としては、特に制限はなく公知の材料が適用できる。
四フッ化エチレン樹脂の配合量が０．５重量部未満であると、耐酸素プラズマ性および耐ハロゲンプラズマ性の改善効果が少なく、３０重量部を越えると、引張強さ、伸びなどの機械的特性が低下する傾向にある。したがって、好ましい配合量は、１〜２０重量部である。
【００１５】
本発明では、硫酸バリウム以外の無機物を１重量部以下にせしめた組成物とすることが重要である。これはプラズマ照射により当該シールからの金属酸化物の飛散を抑制し、上記したように半導体製造装置内部を汚染しないという理由からである。
【００１６】
本発明における半導体製造装置用シールは、圧縮成形、押出成形等の公知の方法によって成形し、公知の方法により加硫すればよい。
【００１７】
以下に、発明の実施例、比較例について説明する。表１に示した配合組成物をニーダー及びオープンロールにて混練し、１６５℃で１０分間プレス加硫してＯリング成形した後、さらに２００℃で４時間の２次加硫を行なった。このＯリングを下記方法での各特性試験を行い結果を表１に記した。
【００１８】
【表１】
また、比較例については、配合組成、及び各特性試験の結果を表２に記した。
【００２０】
【表２】
１）耐酸素プラズマ性
上記方法で作成したＯリングを下記のプラズマ照射条件下に暴露し、その前後の質量変化を調べた。
［プラズマ照射条件］圧力２００Pa、出力３００Ｗ、照射時間２時間、流量１００ｍｌ／ｍｉｎ。
２）耐ガス透過性
上記方法で作成したＯリングの耐ガス透過性を下記の方法にて調べた。
フード法：フランジにＯリングを組み込み、フランジにポリ袋をかぶせ、袋内にヘリウムガスを充満させ、シールを透過したヘリウムガスをヘリウムリーディテクタを用いて測定した。
３）圧縮永久歪み
上記方法で作成したＯリングを２００℃で７０時間加熱した後、ＡＳＴＭ Ｄ１４１４により圧縮永久歪みを測定した。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、耐酸素プラズマ性、耐ハロゲンプラズマ性、ガス透過性、シール性に優れた半導体製造装置用シールを提供することができる。また、四フッ化エチレン樹脂を配合すれば、さらに耐酸素プラズマ性が向上する。
【００２３】
したがって、本発明のシールを用いれば、酸素、ハロゲンプラズマに対して優れた安定性を有するため、該条件下であっても、該シールの劣化によって発生する異物が半導体基板のシリコンウエハーに付着せず、異物付着による不良半導体製品が減少する。また、シールの長寿命化が図れたため、シールのメンテナンスが軽減する。
Claims (2)
- フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体、または、及び、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン−四フッ化エチレン共重合体１００重量部に対して、硫酸バリウム４０〜１５０重量部を配合し、かつ硫酸バリウム以外の無機物を１重量部以下にせしめた組成物を有機過酸化物にて架橋したことを特徴とする半導体製造装置用シール。
- フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体、または、及び、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン−四フッ化エチレン共重合体１００重量部に対して、さらに四フッ化エチレン樹脂０．５〜３０重量部を配合してなる特許請求の範囲第１項記載の半導体製造装置用シール。
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