JP2010112390A - 減圧排気弁及びこの減圧排気弁を含む減圧排気機構を用いた減圧装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一つの排気路（主排気路）のみ有する減圧装置にも適用でき、排気速度が速くパーティクルの舞い上がりを抑制できる減圧排気弁及びこの減圧排気弁を含む減圧排気機構を用いた減圧装置を提供する。
【解決手段】減圧排気弁１０は、一端が真空チャンバに連通し、他端が真空ポンプに連通する排気路中に取付けられる。この減圧排気弁１０は、バルブ本体１１と、前記バルブ本体１１内に回動可能に収容され、内部に形成された連通孔が少なくとも３つに分岐されると共に、その一つの連通孔に通気孔を有する多孔質体１３が配置されたボール弁体１２とにより構成されている。前記バルブ本体内におけるボール弁体の回動位置に応じて、前記減圧排気弁１０は、閉弁状態、前記多孔質体を介した開弁状態、前記多孔質体を介さない開弁状態が選択できるように構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は減圧排気弁及びこの減圧排気弁を含む減圧排気機構を用いた減圧装置に関し、特に多孔質部材を有する開閉弁を備えた減圧排気弁、及びこの減圧排気弁を組み込んだ減圧排気機構を備える減圧装置に関する。

従来、半導体ウエハもしくは液晶材料の製造工程において、例えばドライエッチング装置、スパッタ装置、ＣＶＤ装置等の減圧装置が用いられている。これら装置における排気機構には、真空チャンバ内を減圧状態になす際の圧力緩衝を目的として、主排気路と並列にスロー排気路が設けられている。

従来の減圧装置を図６に基づいて説明する。図６に示すように、従来の減圧装置３１には、真空チャンバ３２内を減圧する排気機構３３が設けられている。
この排気機構３３は、一端が真空チャンバ３２に設けられた排気口３５に連通し、他端が真空ポンプ３６に連通する主排気路３７と、一端が主排気路３７を介して真空チャンバ３２に連通し、他端が主排気路３７を介して真空ポンプ３６に連通するスロー排気路３９とを備えている。

また、前記排気機構３３は、前記主排気路３７に設けた第１の開閉弁（メインバルブ）３８と、このスロー排気路３９に第１の開閉弁と並列に第２の開閉弁（スロー排気バルブ）４０とを備えている。
更に、前記排気機構３３は、前記排気口３５に設けられた、排気時の圧力を緩衝するフィルター３４を備えている。

このような従来の減圧装置３１にあっては、排気初期はスロー排気路３９で緩やかに排気し、その後、主排気路３７で一気に排気する。
しかし、前記排気口３５にフィルター３４が設置されているため、主排気路３７で一気に排気する際、フィルター３４が抵抗となり、排気速度が大幅に遅くなるという課題があった。

これを解決する減圧装置として、図７に示す減圧装置４１がある。この減圧装置４１にあっては、一端が直接真空チャンバ３２に連通し、他端が主排気路３７を介して真空ポンプ３６に連通するスロー排気路４２とを備えている。そして、スロー排気口４３にはフィルター３４が取付けられている。
このように構成された減圧装置４１にあっては、フィルター３４、スロー排気口４３、スロー排気路４２を介して緩やかに排気し、その後、第２の開閉弁４０，第１の開閉弁３８を切換えて、主排気路３７から一気に排気する。
そのため、この減圧装置４１にあっては、主排気路３７における排気速度を上げることができるが、排気口３５とは別にスロー排気口４１を設ける必要があり、多額な装置改造費がかかるという課題があった。

なお、真空チャンバと真空ポンプを連通する主排気路と、この主排気路に並列にスロー排気路を設けたウエハ取扱システム（例えば、特許文献１参照）、さらに、スロー排気路に可変コンダクタンスバルブを設けた横型処理炉が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開昭６１−２２８６４８号公報 特開平７−２３５４９７号公報

ところで、本願出願人は、前記した課題を解決するために、図８に示すように、スロー排気路３９に、円筒形状のシリカ多孔体からなるフィルター５２を備える減圧装置５１を提案している（特願２００７−１９０４６２号）。
しかしながら、前記した従来の減圧装置及び本願出願人が提案した減圧装置は、主排気路とスロー排気路を前提としたものであった。
そのため、スロー排気路から主排気路に切換えた際、圧力変動が生じ、パーティクルが舞い上がることがあった。

また、一つの排気路（主排気路）のみ有する減圧装置に適用した場合、一つの排気路（主排気路）の排気口にフィルターを設けなければならず、排気速度が大幅に小さくなり、所定の真空度に到達するまでに長時間かかるという課題があった。しかも、常に排気口にフィルターが存在するため、フィルターが抵抗となり所定の真空度に到達し難いという課題があった。
このように前記したフィルターにあっては、一つの排気路（主排気路）のみ有する減圧装置には適用することは困難であった。

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、一つの排気路（主排気路）のみ有する減圧装置にも適用でき、排気速度が速くパーティクルの舞い上がりを抑制できる減圧排気弁及びこの減圧排気弁を含む減圧排気機構を用いた減圧装置を提供することを目的とする。

前記した目的を達成するためになされた本発明にかかる減圧排気弁は、一端が真空チャンバに連通し、他端が真空ポンプに連通する排気路中に取付けられる減圧排気弁において、前記減圧排気弁が、前記排気路中に接続されるバルブ本体と、前記バルブ本体内に回動可能に収容され、内部に形成された連通孔が少なくとも３つに分岐されると共に、その一つの連通孔に通気孔を有する多孔質体が配置されたボール弁体とにより構成され、前記バルブ本体内におけるボール弁体の回動位置に応じて、前記減圧排気弁の閉弁状態、前記多孔質体を介した開弁状態、前記多孔質体を介さない開弁状態が選択できるように構成されていることを特徴とする。

このように、減圧排気弁を構成するボール弁体内に、少なくとも３つに分岐された連通孔を形成し、その一つの連通孔に通気孔を有する多孔質体が配置された構成にされているので、前記減圧排気弁は閉弁状態、前記多孔質体を介した開弁状態、前記多孔質体を介さない開弁状態を選択することができる。
したがって、前記減圧排気弁を前記多孔質体を介した開弁状態にすることで、圧力を緩衝しつつ、緩やかに排気し、その後、前記多孔質体を介さない開弁状態にすることで、一気に排気することができる。これにより、排気速度を上げることが可能となる。

したがって、この減圧排気弁を用いることで、一つの排気路で圧力を緩衝しつつ緩やかに排気でき、しかも多孔質体を介さない開弁状態とすることで排気速度を上げた排気を行うことができる。
尚、この減圧排気弁を用いた排気機構は、一つの排気路（主排気路）のみ有する減圧装置だけに適用できるものではなく、スロー排気路、主排気路を備える減圧装置にも適用することができる。

一方、前記ボール弁体内の一つの連通孔に配置された多孔質体は、攪拌起泡によって形成されたセラミックス多孔質焼結体であることが望ましい。
また、前記減圧排気弁は、前記多孔質体を介した開弁状態になされた時の排気流量が、１．３（ＫＰａ／ｓ）〜２．６（ＫＰａ／ｓ）であることが望ましい。
前記排気流量が１．３（ＫＰａ／ｓ）未満の場合には、排気効率的に好ましくなく、一方、排気流量が２．６（ＫＰａ／ｓ）を超える場合には、パーティクルの舞い上がりを抑制する効果が少なく、好ましくないためである。

また、前記した目的を達成するためになされた本発明にかかる減圧装置は、真空チャンバと、この真空チャンバ内を減圧する排気機構を備えた減圧装置において、前記排気機構は、一端が前記真空チャンバに連通し、他端が真空ポンプに連通する排気路と、前記排気路中に取付けられた減圧排気弁とを有し、前記減圧排気弁は、前記排気路中に接続されるバルブ本体と、前記バルブ本体内に回動可能に収容され、内部に形成された連通孔が少なくとも３つに分岐されると共に、その一つの連通孔に通気孔を有する多孔質体が配置されたボール弁体とにより構成され、前記バルブ本体内におけるボール弁体の回動位置に応じて、前記減圧排気弁の閉弁状態、前記多孔質体を介した開弁状態、前記多孔質体を介さない開弁状態が選択できるように構成されていることを特徴とする。

このように、減圧排気機構を構成する減圧排気弁は、閉弁状態、多孔質体を介した開弁状態、多孔質体を介さない開弁状態が選択できるように構成されているので、多孔質体を介した開弁状態を選択することで、圧力を緩衝しつつ、緩やかに排気することができる。そして、多孔質体を介さない開弁状態を選択することで一気に排気することができ、これにより、排気速度を上げることができる。
したがって、この減圧排気機構を用いることで、一つの排気路で、圧力を緩衝しつつ緩やかに排気する工程と、排気速度を上げて排気する工程とを実現することができる。

本発明によれば、一つの排気路（主排気路）のみ有する減圧装置にも適用でき、排気速度が速くパーティクルの舞い上がりを抑制できる減圧排気弁及びこの減圧排気弁を含む減圧排気機構を用いた減圧装置を得ることができる。

本発明の実施形態にかかる減圧排気弁及びこの減圧排気弁を含む減圧排気機構を用いた減圧装置について、図１乃至図５に基づいて説明する。
尚、図１は本発明にかかる減圧装置の概略構成図であり、図２〜図５は本発明にかかる減圧排気弁を示す断面図あって、ボール弁体が軸回りに順に回動した場合のそれぞれの状態を示している。

図１に示すように、本発明にかかる減圧装置１は、真空に減圧され処理室となる真空チャンバ２を備え、更にこの真空チャンバ２を真空に減圧する減圧排気機構３を備えている。前記排気機構３は、前記真空チャンバ２の底部に設けられた排気口２ａと真空ポンプ４との間に配置され、一端が前記排気口２ａに連通し、他端が真空ポンプ４に連通する排気路５ａ，５ｂと、前記排気路５ａ，５ｂ間に配置された減圧排気弁１０より構成されている。

この減圧排気弁１０は、図２〜図５に断面図で示すように、バルブ本体１１と、前記バルブ本体１１内に回動可能に収容されたボール弁体１２より構成されている。前記バルブ本体１１には、前記真空チャンバ２に連通する排気路５ａに接続される接続開口（以下、第１接続開口とも称呼する。）１１ａが備えられると共に、前記真空ポンプ４に連通する排気路５ｂに接続される接続開口（以下、第２接続開口とも称呼する。）１１ｂが備えられている。
すなわち、前記バルブ本体１１の第１接続開口１１ａの軸線と、第２接続開口１１ｂの軸線は、互いに直交する方向に形成されてＬ字型バルブを構成している。

また、前記バルブ本体１１内に収容されたボール弁体１２は、その中心部を通る仮想的に示した支持軸１４を軸芯として、前記バルブ本体１１内において軸心回りに回動されるように構成されている。
すなわち、前記ボール弁体１２は、例えばモータ等を備えた駆動手段（図示せず。）により、回動される。

また、前記ボール弁体１２内には、３つに分岐された連通孔が形成されている。すなわち、ボール弁体１２の中心部を介して、互いに直線状に連通する第１連通孔１２ａと第２連通孔１２ｂ、および前記第１連通孔１２ａと第２連通孔１２ｂに直交する方向に、ボール弁体１２の中心部に至るように第３連通孔１２ｃが形成されている。

そして、この実施の形態においては、前記第１連通孔１２ａ内に、連通孔１２ａを閉塞するようにして多数の通気孔を有する多孔質体が配置されている。
前記多孔質体としては、金属多孔質体、ガラス多孔質体、石英製多孔質体、通常の粉末焼結による多孔質焼結体、セラミックス繊維を焼結した多孔質焼結体、攪拌起泡によって形成され焼結した多孔質焼結体などを用いることができる。
特に攪拌起泡によって形成されたセラミックス多孔質焼結体であることが望ましい。このようなセラミックス多孔質体の製造は、本出願人が先に出願した特開２０００−２６４７５３号公報、特開２００３−２３８２６７号公報に記載した方法により製造することができる。

ここで、前記多孔質部材を製造する原料としては、アルミナ、ジルコニア、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ムライト、コーディエライト、シリカ、水酸化アパタイトなどの他、金属製多孔体などの種々の材料を採用することができるが、これらの内、特に耐食性および機械的特性に優れている炭化ケイ素が好ましい。

また、平均気孔径が５〜９０μｍ、気孔率は３０〜６５％であるのが好ましい。
特に、炭化ケイ素の場合、平均気孔径３０〜９０μｍ、気孔率５５〜６５％が好ましい。具体的には、水銀ポロシメーターを用いて測定（ＪＩＳ Ｒ１６３４ １９９８に基づく）した気孔の平均気孔径が３０μｍ以上９０μｍ以下であって、前記気孔が１０μｍ以上２０μｍ以下（ＳＥＭ観察に基づく）の連通孔で連通する三次元網目状の骨格構造を有しているのが好ましい。

また、この気孔率（サンプルを特定体積に機械加工し、この重量を測定することで、前記体積、重量及びＳｉＣ密度：３．２１ｇ／ｃｍ³ より算出）は５５％以上、６５％未満に形成されているのが好ましい。
尚、前記平均気孔径、気孔率は、製造工程における原料粉、攪拌起泡条件を調整することによって可変することができ、所望の平均気孔径、気孔率を有するセラミックス多孔質焼結体を得ることができる。

斯くして、図２〜図５に示すように構成された減圧排気弁１０は、図２に示す状態において、バルブ本体１１の第１接続開口１１ａと、第２接続開口１１ｂとの間を、ボール弁体１２が閉塞する閉弁状態になされる。
また、ボール弁体１２が図２に示す状態から、９０度左回転して図３に示す状態になされることにより、減圧排気弁１０は、前記多孔質体１３を介した開弁状態になされる。

さらに、ボール弁体１２が図３に示す状態から、約４５度左回転して図４に示す状態になされることにより、バルブ本体１１の第１接続開口１１ａと、第２接続開口１１ｂとの間において、ボール弁体１２の第１連通孔１２ａ、すなわち多孔質体１３、第３連通孔１２ｃの一部、および第２連通孔１２ｂの一部を介して一部開弁状態になされる。
また、ボール弁体１２が図４に示す状態から、さらに約４５度左回転して図５に示す状態になされることにより、減圧排気弁１０は、ボール弁体１２の第３連通孔１２ｃから第２連通孔１２ｂに連通する開弁状態になされる。

すなわち、図３に示す状態から図５に示す状態に至る前記ボール弁体１２の９０度の回動範囲において、減圧排気弁１０は、ボール弁体１２に備えられた前記多孔質体１３を介した開弁状態から、前記多孔質体を介さない開弁状態となるように除々に変化させることができる。

したがって、図２〜図５に示した減圧排気弁１０を備えた図１に示す減圧装置において、処理室となる真空チャンバ２を減圧する場合、減圧開始時は、排気路５に設けた減圧排気弁１０を図２に示す閉弁状態から、図３に示すように多孔質体１３を介した開弁状態に制御する。
これにより、真空チャンバ２内のガスは、排気口２ａ、排気路５ａ、減圧排気弁１０、排気路５ｂを介して真空ポンプ４に流れ、真空チャンバ２内は除々に減圧される。

この時、前記ボール弁体１２に配置された多孔質体１３を介したガスの排気流量が、１．３（ＫＰａ／ｓ）〜２．６（ＫＰａ／ｓ）になされる。そして、前記多孔質体１３の平均気孔径が５〜９０μｍ、気孔率が３０〜６５％と適度なガス通気抵抗に設定されているので、真空チャンバ２内の急激な減圧が避けられ、パーティクルの舞い上がりが抑制されて、穏やかに減圧を行うことができる。

この穏やかな減圧の実行後に、減圧排気弁１０のボール弁体１２を、図４から図５に示すように除々に回動することにより、多孔質体１３を介した減圧動作から多孔質体１３を介さない減圧動作に転換させることができ、排気速度が早い状態による排気を行うことができる。

以上のとおり、本発明にかかる減圧装置によると、真空チャンバ２からの排気の初期段階においては、多孔質体１３を介した排気処理により、圧力を緩衝しつつ緩やかに排気し、その後に弁体１２を完全に開弁させることで一気に排気することができるので、排気速度を向上させることができる。

なお、前記した実施形態にあっては、減圧排気弁を排気路を一つしか有しない減圧装置に搭載した場合を例にとって説明したが、従来のように二つの排気路を備える減圧装置にも、当然に搭載することができる。

本発明にかかる減圧装置の概略構成図である。 本発明にかかる減圧排気弁がボール弁体により閉弁された状態を示す断面図である。 同じく減圧排気弁のボール弁体が図２に示す状態から９０度左回転した状態を示す断面図である。 同じく減圧排気弁のボール弁体が図３に示す状態から４５度左回転した状態を示す断面図である。 同じく減圧排気弁のボール弁体が図４に示す状態から４５度左回転した状態を示す断面図である。 従来の減圧装置を示す概略構成図である。 他の従来の減圧装置を示す概略構成図である。 本願出願人が先に提案した減圧装置を示す概略構成図である。

符号の説明

１ 減圧装置
２ 真空チャンバ
２ａ 排気口
３ 減圧排気機構
４ 真空ポンプ
５ａ，５ｂ 排気路
１０ 減圧排気弁
１１ バルブ本体
１１ａ 第１接続開口
１１ｂ 第２接続開口
１２ ボール弁体
１２ａ 第１連通孔
１２ｂ 第２連通孔
１２ｃ 第３連通孔
１３ 多孔質体
１４ 支持軸

Claims (6)

1. 一端が真空チャンバに連通し、他端が真空ポンプに連通する排気路中に取付けられる減圧排気弁において、
   前記減圧排気弁が、前記排気路中に接続されるバルブ本体と、前記バルブ本体内に回動可能に収容され、内部に形成された連通孔が少なくとも３つに分岐されると共に、その一つの連通孔に通気孔を有する多孔質体が配置されたボール弁体とにより構成され、
   前記バルブ本体内におけるボール弁体の回動位置に応じて、前記減圧排気弁の閉弁状態、前記多孔質体を介した開弁状態、前記多孔質体を介さない開弁状態が選択できるように構成されていることを特徴とする減圧排気弁。
2. 前記ボール弁体内の一つの連通孔に配置された多孔質体が、攪拌起泡によって形成されたセラミックス多孔質焼結体であることを特徴とする請求項１に記載の減圧排気弁。
3. 前記減圧排気弁が、前記多孔質体を介した開弁状態になされた時の排気流量が、１．３（ＫＰａ／ｓ）〜２．６（ＫＰａ／ｓ）であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の減圧排気弁。
4. 真空チャンバと、この真空チャンバ内を減圧する排気機構を備えた減圧装置において、
   前記排気機構は、一端が前記真空チャンバに連通し、他端が真空ポンプに連通する排気路と、前記排気路中に取付けられた減圧排気弁とを有し、
   前記減圧排気弁は、前記排気路中に接続されるバルブ本体と、前記バルブ本体内に回動可能に収容され、内部に形成された連通孔が少なくとも３つに分岐されると共に、その一つの連通孔に通気孔を有する多孔質体が配置されたボール弁体とにより構成され、
   前記バルブ本体内におけるボール弁体の回動位置に応じて、前記減圧排気弁の閉弁状態、前記多孔質体を介した開弁状態、前記多孔質体を介さない開弁状態が選択できるように構成されていることを特徴とする減圧装置。
5. 前記減圧排気弁を構成するボール弁体内に配置された多孔質体が、攪拌起泡によって形成されたセラミックス多孔質焼結体であることを特徴とする請求項４に記載の減圧装置。
6. 前記減圧排気弁が、前記多孔質体を介した開弁状態になされた時の排気流量が、１．３（ＫＰａ／ｓ）〜２．６（ＫＰａ／ｓ）であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の減圧装置。

Images