特許 7407063 ディフューザ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-20

(45)【発行日】2023-12-28

(54)【発明の名称】ディフューザ

(51)【国際特許分類】

   B01J 3/02 20060101AFI20231221BHJP

【ＦＩ】

B01J3/02 M

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020082385

(22)【出願日】2020-05-08

(65)【公開番号】P2021007935

(43)【公開日】2021-01-28

【審査請求日】2022-12-07

(31)【優先権主張番号】P 2019123711

(32)【優先日】2019-07-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】507182807

【氏名又は名称】クアーズテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101878

【弁理士】

【氏名又は名称】木下 茂

(74)【代理人】

【識別番号】100187506

【弁理士】

【氏名又は名称】澤田 優子

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 裕樹

【審査官】小久保 勝伊

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１４０８０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１７３０６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２３４２４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１３－５２３４４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－４２７６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平７－３２３２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１３０６８０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－２０２３０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２８８３８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｊ ３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

導電性を有する炭化ケイ素からなる製ディフューザエレメントと、
前記ディフューザエレメントを保持する導電性の保持部材と、
前記ディフューザエレメントと前記保持部材との間をシールする、導電性のガスケットと、
を備え、
前記ディフューザエレメントの静電気が、ガスケット、保持部材を介して除去されることを特徴とするディフューザ。

【請求項2】

円筒状のディフューザエレメントと、
前記ディフューザエレメントの一端部を閉塞する第１の保持部材と、
前記ディフューザエレメントの他端部を閉塞する、ガス導入用パイプが挿通する貫通孔を有する第２の保持部材と、
第２の保持部材、ディフューザエレメントの内部を挿通し、第１の保持部材と一端部が固定されるガス導入用パイプと、
を備え、
第２の保持部材が、接地された装置の壁面に取り付けられることにより、前記ディフューザエレメントの静電気が、ガスケット、保持部材を介して除去されることを特徴とする請求項１記載のディフューザ。

【請求項3】

前記ディフューザエレメントが、表面抵抗値１０^５Ω／ｓｑ以下の炭化ケイ素の焼結体で形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載されたディフューザ。

【請求項4】

前記ガスケットが、ポリテトラフルオロエチレンに添加物を加えた導電性を有する材料で形成され、
前記保持部材が、金属で形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のディフューザ。

【請求項5】

前記ガスケットの表面抵抗値が１０^５Ω／ｓｑ以下あることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のディフューザ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はディフューザに関し、例えば、半導体製造装置におけるロードロック、測長ＳＥＭ、液晶基板の製造に用いられる減圧処理装置等（以下、処理装置という）におけるガス導入口に設置される、ディフューザに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、半導体製造工程においては、処理装置内部を減圧し、減圧下で熱処理が行われている。そして、この熱処理が終了すると、前記処理装置内を減圧状態から大気圧まで戻し、前記半導体ウエハの取り出しがなされる。
このような半導体処理装置にあっては、処理されるウエハを外部から搬入、または処理されたウエハを外部へ搬出する際に、その処理装置内の雰囲気を外部雰囲気に合わせることになるため、通常、ガス排気口部とガス導入口部が設けられている。

【0003】

そして、これらガス導入口部、ガス排気口部によって、処理装置内の雰囲気ガスを排出して減圧状態にし、またガスを導入して減圧状態を解除するように構成されている。
この処理装置内にガスを導入して減圧状態を解除する際、ガス導入口に設置されたディフューザを用い、圧力変動を緩和し、装置内のパーティクルの舞上がりを抑制している。
尚、このディフューザはブレイクフィルタと称されることもある。

【0004】

このディフューザについて、特許文献１に示されたディフューザを図４に示し、図４に基づいて説明する。尚、図３は、特許文献１に示された半導体処理装置の概略構成を示す。
図３に示すように、半導体処理装置２０には、ガスを導入して減圧状態を解除するディフューザ３０が設けられている。このように、前記ガス導入口に、ディフューザ３０が設けられているため、開閉弁２１を開けた瞬間の圧力変動を緩和でき、装置内のパーティクルの舞上がりを抑制できる。
また装置内の排気を行う場合には、排気用の開閉弁２２と並列に微調整弁２３が設けられているため、排気開始にあたって微調整弁２３が操作されることで、スロー排気が実現される。尚、図中、符号Ｗは処理されるウエハである。

【0005】

前記ディフューザ３０にあっては、図４に示すように、アルミナ製ディフューザエレメント３１の両端が、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製ガスケット３３，３４を介して，一対の金属製スペーサ（保持部材）３２ａ、３２ｂによって保持されている。
また、アルミナ製ディフューザエレメント３１の内部には、通気パイプ３５が設けられている。この通気パイプ３５は、金属製中空状で周囲に多数の通気口３４が穿設され、筒状体であり、スペーサ３２ａ及びディフューザエレメント３１を貫通している。

【0006】

そして、処理装置内の減圧状態を解除するには、開閉弁２１を開放し、ガスがスペーサ３２ａ側の通気パイプ３５から導入され、更に通気口３４及びディフューザエレメント３１を介して処理装置内に導入され、処理装置内の減圧状態が解除される。
処理装置内に導入されるガスは、ガス流通の抵抗体として機能するディフューザエレメント３１により、処理装置内へ流れ込む速度が減速され、処理装置内のパーティクルの舞上がりや結露の発生が抑制される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特許５０３２９３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ところで、前記したディフューザにおける、一対のスペーサ（保持部材）、通気パイプは、金属で形成されているため、導電性を有しているが、ディフューザエレメントはアルミナ製であるため、導電性を有していない。また、ガスケットもポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製であるため、導電性を有していない。金属製のディフューザも市販されているが、半導体製造装置内では、プラズマや腐食性ガス雰囲気が使用されることがあるため、金属製ディフューザよりも耐食性に優れるセラミックスであるアルミナ製が好まれる。
しかし、何かしらに起因して、ディフューザエレメントに静電気が帯電すると、前記静電気によって、空気中を浮遊するパーティクルがディフューザエレメント外周面に付着するという技術的課題があった。

【0009】

そして、このパーティクルが付着したディフューザを、処理装置内部に取り付けると、処理装置内部にパーティクルが持ち込まれることとなり、使用時におけるにパーティクルの舞い上がりを増大させることになる。
その結果、ディフューザによって処理装置内部の急激な気圧の変化や気流の変化を抑制しても、パーティクルの舞い上がりが多く、結果的に歩留まりを悪化させるという技術的課題があった。

【0010】

本発明者は、上記技術的課題を解決するために、十分な耐食性を有しながら静電気を帯電し難くなる、ディフューザの構成を鋭意研究し、本発明を完成するに至った。
即ち、ディフューザエレメントを、導電性を有するセラミックス製のエレメントとし、更にガスケットを、導電性を有するガスケットとし、スペーサ（保持部材）、通気パイプを、金属等導電性部材で形成することにより、帯電が抑制され、ディフューザエレメントにパーティクルが付着するのを抑制できることを知見し、本発明を完成した。

【0011】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、パーティクルの付着を抑制できるディフューザを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記目的を達成するためになされた本発明にかかるディフューザは、導電性を有するセラミックス製ディフューザエレメントと、前記ディフューザエレメントを保持する導電性の保持部材と、前記ディフューザエレメントと前記保持部材との間をシールする、導電性のガスケットと、を備え、前記ディフューザエレメントの静電気が、ガスケット、保持部材を介して除去されることを特徴としている。

【0013】

本発明にかかるディフューザは、処理装置内の大気開放における時間を短縮させながらも気圧および気流の急激な変化を緩和することができるだけでなく、パーティクル付着抑制機能が高いため、処理装置内のパーティクル量も少なく抑えることができる。
具体的には、本発明のかかるディフューザは、ディフューザを構成するセラミックス製ディフューザエレメント、保持部材、ガスケットが導電性を有する材料で形成されているため、ディフューザエレメントに帯電した静電気が、ガスケット、保持部材を介して除去される。
即ち、本発明のかかるディフューザは、帯電し難く、パーティクルが静電気によって、ディフューザに付着するのを抑制できる。

【0014】

ここで、円筒状のディフューザエレメントと、前記ディフューザエレメントの一端部を閉塞する第１の保持部材と、前記ディフューザエレメントの他端部を閉塞する、ガス導入用パイプが挿通する貫通孔を有する第２の保持部材と、第２の保持部材、ディフューザエレメントの内部を挿通し、第１の保持部材の一端部が固定されるガス導入用パイプと、を備え、第２の保持部材が、接地された装置の壁面に取り付けられることにより、前記ディフューザエレメントの静電気が、ガスケット、保持部材を介して除去されることが望ましい。
このように、本発明にかかるディフューザにあっては、第２の保持部材が、接地された処理装置の壁面に取り付けられ、ディフューザエレメントの静電気がガスケット、保持部材を介して除去されるため、処理装置に設置された状態のディフューザの帯電が抑制される。

【0015】

また、前記ディフューザエレメントが、炭化ケイ素の焼結体で形成されていることが望ましい。
炭化ケイ素の焼結体は、耐食性、耐熱性、耐薬品性を有すると共に、適度な気孔率を有する三次元網目構造を有しているため、ガス流通の抵抗体として機能するディフューザエレメントに適している。
また、導電性があり、帯電し難い性質を有している。そのため、本発明にかかるディフューザのディフューザエレメントの材質としては、炭化ケイ素の焼結体であることが好ましい。

【0016】

また、前記ガスケットが、ポリテトラフルオロエチレンに添加物を加えた導電性を有する材料で形成され、前記保持部材が、金属で形成されていることが望ましい。
ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）は耐薬品性や非汚染性に優れおり半導体産業でも一般に用いられている。
このポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）に、例えば、カーボンブラックあるいはカーボンナノチューブが含有するＰＴＦＥは、導電性を有するため、帯電し難く、本発明のガスケットとして好ましい。
また、保持部材が金属で形成されている場合には、高強度で、かつ導電性を有するため、帯電し難く、本発明の保持部材として好ましい。

【0017】

特に、前記ディフューザエレメントの表面抵抗値が１０^５Ω／ｓｑ以下であり、かつ前記ガスケットの表面抵抗値が１０^５Ω／ｓｑ以下あることが望ましい。
前記ディフューザエレメントの表面抵抗値が１０^５Ω／ｓｑ以下であり、かつ前記ガスケットの表面抵抗値が１０^５Ω／ｓｑ以下あるため、より適切に帯電を抑制できる。
尚、本発明のディフューザを処理装置に装着した際、ディフューザエレメントに帯電した静電気を、ガスケット、保持部材を介して除去することができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、パーティクルの付着を抑制できるディフューザを提供することを目的とする。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１は、本発明にかかるディフューザの一実施形態の概略構成を示す部分断面図である。

【図2】図２は、図１のディフューザを、処理装置に装着した状態を示す断面図である。

【図3】図３は、減圧装置（処理装置）の概略構成を示す図である。

【図4】図４は、従来のディフューザの概略構成を示す部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施形態に係るディフューザを、図１に基づいて説明する。尚、図１は模式的なものであり、各要素の寸法や比率などが実際と異なる場合がある。

【0021】

図１に示されるように、ディフューザ１は、ディフューザエレメント２と、ディフューザエレメント２を保持する第１、第２の保持部材３，４と、ディフューザエレメント２と第１、第２の保持部材３，４との間をシールするガスケット５，６を備えている。
また、第２の保持部材４の中心部には貫通孔４ａが形成されている。そして、ディフューザエレメント２の内部にガスを挿入するガス導入用パイプ７は、第２の保持部材４の貫通孔４ａを挿通し、前記ディフューザエレメント２の内部を挿通するように構成されている。

【0022】

このガス導入用パイプ７は、金属製中空状で周囲に多数の導入口７ｃが設けられており、ガス導入用パイプ７から導入されたガスは、前記導入口７ｃからディフューザエレメント２の内部に導入される。
そして、ガスは、ガス流通の抵抗体としてのディフューザエレメント２を通過して、処理装置内に導入される。

【0023】

このガス導入用パイプ７の一端部にはネジ部７ａが形成され、第１の保持部材３に螺合し、またこのガス導入用パイプ７の他端部にはネジ部７ｂが形成され、ナット部材８と螺合するように構成されている。
即ち、このガス導入用パイプ７の一端部を、ナット部材８、保持部材４の貫通孔４ａを挿通し、更に前記ディフューザエレメント２の内部を挿通し、第１の保持部材３に螺合、固定する。一方、ガス導入用パイプ７の他端部を、ナット部材８と螺合、固定する。

【0024】

このように、第１の保持部材３に固定されたガス導入用パイプ７を、第２の保持部材４まで橋渡し、このガス導入用パイプ７をナット部材８に螺合させることにより、ディフューザエレメント２を、ガスケット５，６を介して、第１、第２保持部材３，４によって挟持、固定する。

【0025】

前記ディフューザエレメント２の外形は特に限定するものではないが、例えば、図１に示されるように、ディフューザエレメント２を円筒形状とした場合には、このディフューザエレメント２の一端部を保持する小径の略円板形状の第１の保持部材３と、このディフューザエレメント２の他端部を保持する大径の円板形状の第２の保持部材４によって、ディフューザエレメント２が保持される。
この構成では、ガスケット５，６は、ディフューザエレメント２とほぼ同一径のリング形状とすることが好ましく、ディフューザエレメント２と第１、第２の保持部材５，６との間の各々に挿入される。

【0026】

前記第２の保持部材４には、処理装置に設置する際に用いられる設置用貫通孔４ａが設けられている。
また、前記第２の保持部材４が第１の保持部材３と比べて、大径に形成されているのは、処理装置との設置面積を大きくすることにより、処理装置に安定した設置状態になすと共に、前記ディフューザエレメント２の静電気を、第２の保持部材４を介して、より確実に除去するためである。

【0027】

前記第１、第２の保持部材３，４、ガス導入用パイプ７は、耐食性に優れたステンレスで形成される。尚、前記第１、第２の保持部材３，４、ガス導入用パイプ７の材質は、前記ステンレスに限定されるものではなく、ニッケル、銅の金属を用いても良い。ガス導入用パイプ７と保持部材３，４のいずれかとは一体的に製造されていても良い。なお、本発明のディフューザは、従来技術として記されている図４の形状であっても良いし、他の形状であっても良い。

【0028】

前記ディフューザエレメント２の材質としては、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）の焼結体が用いられる。炭化ケイ素の焼結体は、適度な気孔率を有する三次元網目構造を有しているとともに、導電性を備えているため、好ましい。例えば、特願２０１８－０４６６０４号に記された炭化ケイ素を適用することができる。

【0029】

このように炭化ケイ素の焼結体は、適度な気孔率を有する三次元網目構造により、抵抗体として機能し、大気開放時に気圧および気流の急激な変化を緩和することができる。
またこの炭化ケイ素の焼結体は導電性を備えているため、帯電が抑制され、静電気によるパーティクルの付着を抑制することができる。
尚、この炭化ケイ素の焼結体は、気孔率は３５．０～５５．０％、気孔径は３．０～９．０μｍが好ましい。気孔率が３５．０％未満、気孔径が３．０μｍ未満の場合には、圧力損失が大きく、ガス供給量が小さくなり、大気圧に達する時間が大幅に長くなるため、好ましくなく、気孔率が５５．０％を越え、気孔径が９．０μｍ越える場合には、パーティクル舞上り防止性能が低下するため、好ましくない。

【0030】

前記ディフューザエレメントの導電性は、その表面抵抗値が１０^５Ω／ｓｑ以下であり、好ましくは、前記ディフューザエレメントの表面抵抗値が１０^５Ω／ｓｑ以下であることが好ましい。
この表面抵抗値は、例えば、炭化ケイ素成形体を２３００℃近くの高温で焼成することで実現することができる。表面抵抗値が１０^５Ω／ｓｑを超える場合には、ディフューザが帯電しやすくなりパーティクルが付着してしまい、好ましくない。

【0031】

前記ガスケット５，６の材質は、例えば導電性ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）が好ましい。
ＰＴＦＥは耐薬品性や非汚染性に優れおり、半導体産業でも一般に用いられているとともに、導電性ＰＴＦＥは導電性を有するからである。
なお、導電性ＰＴＦＥは、ＰＴＦＥに対しカーボンブラックやカーボンナノチューブを添加することによって得ることができる。

【0032】

前記ガスケットの導電性は、その表面抵抗値が１０^５Ω／ｓｑ以下あることが好ましく、前記ガスケットの表面抵抗値が１０^５Ω／ｓｑ以下であることが好ましい。この表面抵抗値は、カーボンブラック量、あるいはカーボンナノチューブ量を変えることにより、調整することができる。
前記ガスケットの前記表面抵抗値が１０^５Ω／ｓｑを超える場合には、ディフューザが帯電しやすくなりパーティクルが付着してしまい、好ましくない。

【0033】

次に、図１に示したディフューザ１を、処理装置に装着した状態を図２に示す。
この処理装置１０は、例えば、ロードロック、測長ＳＥＭ、液晶基板の製造に用いられる減圧処理装置等の処理装置であり、ディフューザ１は、ネジ等の固定手段１２により、そのガス導入口１０ａに設置される。
このとき、ディフューザ１の第２の保持部材４が、アース線１１によって接地された処理装置１０の壁面に取り付けられることにより、前記ディフューザエレメント２の静電気は、ガスケット、保持部材を介して除去される。
また、接地された処理装置１０の壁面に取り付けられたディフューザ１は、常に静電気が除去される状態にあるため、ディフューザの帯電が抑制され、パーティクルの付着が抑制される。

【0034】

上記のように、本発明にかかるディフューザ１は、導電性のディフューザエレメント２と、ディフューザエレメント２を保持する導電性の第１、第２の保持部材３，４と、ディフューザエレメント２と第１、第２の保持部材３，４との間をシールする導電性のガスケット５，６を備えるため、ディフューザ１の帯電が抑制され、パーティクルの付着が抑制される。

【0035】

一方、ガスは、ガス導入用パイプ７の導入口７ｃからディフューザエレメント２の内部に導入され、ガス流通の抵抗体としてのディフューザエレメント２を介して、処理装置内に導入される。その結果、処理装置内部の気圧および気流の急激な変化を緩和しつつ、減圧状態を解除でき、パーティクルの舞い上がりを抑制することができる。

【0036】

（実施例）
まず、平均粒径０．７μｍの炭化ケイ素を用意する。この炭化ケイ素の１００重量部に対し、バインダーとしてポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を１重量部加え、水とともに混合する。
その後、乾燥させたものを解砕し、ＣＩＰ（Ｃｏｌｄ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）成形によって、円筒形状に成形する。この成形体を摂氏２３００度で２時間加熱し、焼結させる。得られた焼結体を外径１９ｍｍ、内径１５ｍｍ、長さ３７ｍｍに加工し、ディフューザエレメントを形成した。このディフューザエレメント１１の表面抵抗値を表１に示す。
表面抵抗は、日置電機株式会社製の抵抗計ＲＭ３５４８を用い、被測定物を２つの電極で挟むことで行った。ディフューザエレメントについては、両端部に銅箔を接触させ、電極はそれぞれ銅箔に接続した。

【0037】

ガスケットは、ＭＣ山三ポリマーズ株式会社製の導電性ＰＴＦＥを用い、これを外径２０．６ｍｍ、内径１４ｍｍ、厚さ１．５ｍｍに加工して用いた。このガスケットの表面抵抗値を表１に示す。また、ガス導入装置（ディフューザ）１０の抵抗値も表１に示す。
ガスケットの表面抵抗は、前記装置でリング状のガスケットの遠い２ヶ所を電極で挟んで行った。
ディフューザの表面抵抗は、前記装置でディフューザの表面とガス導入パイプをそれぞれ電極で挟むことで行った。

【0038】

（比較例）
比較例として、ディフューザエレメントの素材は、Ｐａｌｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製の円筒形状のアルミナを用いた。寸法は、実施例と同じく、外径１９ｍｍ、内径１５ｍｍ、長さ３７ｍｍとした。得られた比較例のディフューザエレメントの表面抵抗値を表１に示す。

【0039】

ガスケットは、株式会社ワールドクリーンテック性のＰＴＦＥを用意し、これを外径２０．６ｍｍ、内径１４ｍｍ、厚さ１．５ｍｍに加工して用いた。この比較例のガスケットの表面抵抗値を表１に示す。また、ディフューザの抵抗値も表１に示す。

【0040】

【表1】

【0041】

上記のように、実施例では、ディフューザエレメント１１の抵抗値は１０^５Ω／ｓｑ以下であり、ガスケットの抵抗値は１０^５Ω／ｓｑ以下であり、ディフューザ１の抵抗値も１０^５Ω／ｓｑ以下である。

【0042】

以上のように本発明の実施形態に係るディフューザは、パーティクル付着抑制機能が向上するため、ディフューザに付着するパーティクルを抑制でき、処理装置内部に持ち込まれるパーティクルを抑制することができる。
なお、上記実施形態の説明では、ディフューザエレメントとして、円筒形状のものを用いているが、ディフューザエレメントの形状は、例えば円板形状などにすることも可能である。

【符号の説明】

【0043】

１ ディフューザ
２ ディフューザエレメント
３ 第１の保持部材
４ 第２の保持部材
５ ガスケット
６ ガスケット
７ ガス導入用パイプ
８ ナット部材
１０ 処理装置
１０ａ ガス導入口
１１ アース線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】