JP4082401B2 - 真空流量調整弁 - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造装置や平面発光体製造装置（ＬＥＤ、ＬＣＤ、ＥＬ）などの真空処理装置において、ＣＶＤ（化学的気相成膜）法等により成膜用ガス（プロセスガス）を用いて基盤上に成膜する場合に、成膜処理を行う真空チャンバーと真空ポンプとの間に介在させる真空流量調整弁に関するものであり、特に、真空チャンバー内に複数の基盤を収容するバッチ式でＣＶＤを行う場合に適する真空流量調整弁に関するものである。

半導体製造装置、平面発光体製造装置などの真空処理装置において、基盤上にＣＶＤ法等により成膜する場合、成膜処理を行う真空チャンバー内を大気圧状態から真空に排気する段階では、チャンバー内壁に堆積したダストの巻き上げ防止、チャンバー内に並べられた基盤の気流による移動の防止、石英ガラスで作られているチャンバー内の急激な圧力低下による該チャンバーの破裂防止などの理由で、大気圧から徐々に排気し、一定圧力に低下後に全速排気するのが通例である。また、成膜の段階では、一定の時間内に所定の膜厚を形成するために、真空圧力を限りなく一定にすることが要求される。

これらの条件を満たすために、上記チャンバーと真空ポンプとの間には、通常、真空流量調整弁が用いられている。この真空流量調整弁は、真空チャンバー内を大気圧状態から真空に排気する初期排気の段階では、大気圧から徐々に排気を行い、一定圧力まで低下させた後には高速排気し、また、成膜の段階では、チャンバー内の真空圧力を一定にするように制御されるものである。

このように制御される真空流量調整弁としては、主流路を形成する大口径の主弁部材を正確に制御するよりも、上記初期排気の段階では絞り弁を設けた別の流通路を通して排気し、その後に主弁部材を開放して高速排気するタイプのものを用いるのが、簡単な制御で安定的な動作を行わせるために有利である。

しかしながら、これらのいずれの場合でも、初期排気及びその後の高速排気の段階ではチャンバー内に成膜用ガスが供給されていないため、該成膜用ガスが真空流量調整弁に接触することはないが、その後の成膜処理段階では、真空流量調整を主弁部材の開閉制御によって行い、そして、この段階では真空チャンバーに成膜用ガスが充填されているため、該成膜用ガスからの副生成物（基盤への成膜以外の生成物）が真空流量調整弁の各部内面に堆積し、特に、主弁部材やそれが接離する弁座、あるいは、上記初期排気のための絞り弁やその前後の流通路等の各部内面に該副生成物が堆積して、初期排気時のコンダクタンスを低下させるので、所期の排気特性が得られなくなるばかりでなく、流量調整弁のハウジング内面や、主弁部材の周囲に配設されるベローズ表面にも上記生成物が堆積するので、それが該ベローズの寿命を短くするほか、各種のトラブルの原因になり、それらの分解洗浄を頻繁に行う必要が生じて、該分解洗浄を含むメンテナンスに多大の時間と費用を要することになる。

特に、近年のＣＶＤ技術では、成膜レートを向上させるために成膜時のチャンバー内の真空圧力を高くして（大気圧に近付けて）成膜を行うようにしているため、流量調整弁の各部内面への上記生成物の堆積が激しくなり、上記分解洗浄を含むメンテナンスをより一層頻繁に行う必要が生じて、メンテナンス費用等を増大させる傾向にある。

上記流量調整弁の各部内面への上記副生成物の付着は、流量調整弁のハウジングや主弁部材、ベローズ等を加熱することにより軽減することができるが、ベローズは金属板に多重の屈曲を施すことにより形成しているので、その一端から他端までの熱伝導長が長く、そのため、一端側から加熱しても温度勾配が大きくなって全体的に十分な加熱を行うことができず、少なくともベローズに関しては、その加熱により上記生成物の堆積を抑制することは、適切な手段とは言えない。

本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、その主たる技術的課題は、上記初期排気の段階では絞り弁を通して排気し、その後に主弁部材を開放して高速排気する真空流量調整弁において、成膜用ガス（プロセスガス）からの副生成物が初期排気のための絞り弁やその前後の流通路に堆積するのを可及的に抑制し、それによって、頻繁なメンテナンスを行わなくても所期の排気特性を維持できるようにした真空流量調整弁を提供することにある。
本発明の他の技術的課題は、上記絞り弁やその前後の流通路ばかりでなく、流量調整弁の各部内面、特に、ベローズに上記副生成物が堆積するのを抑制できるようにした真空流量調整弁を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明の真空流量調整弁は、成膜用ガスを供給して成膜処理を行う真空チャンバーと真空ポンプとの間に介装し、真空チャンバー内を大気圧状態から真空に排気する初期排気の段階では絞り弁を通して上記真空ポンプで徐々に排気し、一定圧力に低下後には主弁部材により開放される流路を通して高速排気するようにした真空流量調整弁において、上記絞り弁の入口側及び出口側に、少なくとも上記成膜用ガスが真空チャンバーに存在する間は開放しないようにコントローラで制御される開閉弁を設けたことを特徴とするものである。

本発明に係る真空流量調整弁の好ましい実施形態においては、上記絞り弁が、開度を調整可能なニードル弁により構成され、上記開閉弁が、流体圧駆動のピストンに連結されて該ピストンにより開弁され、復帰バネにより弁座に圧接される弁体を備えたものとして構成される。

また、本発明に係る真空流量調整弁の好ましい具体的実施形態においては、上記真空チャンバーに接続される第１ポートを一端に設けると共に、内部の流路を通して該第１ポートに連通し、上記真空ポンプに接続される第２ポートが設けられたハウジングと、上記第１ポートの内方で第２ポートとの間に設けられた弁座と、この弁座を開閉する主弁部材と、この主弁部材の背面から延びる弁シャフトと、この弁シャフトを介して上記主弁部材を開閉操作する開閉操作部と、上記ハウジング内において主弁部材及び弁シャフトの回りを気密に取り囲む伸縮自在のベローズと、上記主弁部材の背後において上記ベローズの外周を取り囲むように配設されて該主弁部材と共に変位する遮蔽筒とを有するものとして構成される。

この場合に、上記遮蔽筒は高熱伝導性の金属により形成されていて、その基端部が加熱ヒーターを備えた上記主弁部材に、該ヒーターから熱伝導を受けるように取り付けられ、該遮蔽筒の外周面は、上記主弁部材の閉弁時に、ハウジング内面との間が相互に非接触であるが、それらの間の隙間を通してベローズ外周部への流体の回り込みを防止する程度に該隙間が小さく形成される。
上記主弁部材に設けた加熱ヒーターには、必要に応じて該主弁部材の温度を検出してそれを該主弁部材の温度制御を行うコントローラに出力する温度センサーが設けられる。

上記構成を有する真空流量調整弁においては、真空チャンバー内を大気圧状態から真空に排気する初期排気の段階では、該チャンバー内に成膜用ガスがないため、該成膜用ガスが真空流量調整弁に接触することはなく、そのため、絞り弁を通して真空チャンバー内を真空ポンプで排気しても、その流路に上記成膜用ガスが流入することはない。
上記初期排気によりチャンバー内が一定圧力まで低下した後には、主弁部材により開放される流路を通して高速排気するが、この段階でも上記チャンバー内に成膜用ガスがないので、該成膜用ガスが真空流量調整弁に接触することはない。
上記絞り弁の入口側及び出口側に設けた開閉弁は、この高速排気の段階では、開放していても、あるいは閉鎖していても差し支えない。
このように、初期排気及び高速排気の２段階の排気を行うことにより、前述したチャンバー内のダストの巻き上げ等の不都合を防止することができる。

真空チャンバー内が上記高速排気により真空状態になった後には、成膜用ガスが該真空チャンバーに供給され、コントローラによる主弁部材の開閉の度合の制御により真空チャンバー内の圧力が所定の真空圧になるように制御されて成膜が行われるが、少なくともこの段階に先立って上記絞り弁の前後の開閉弁が閉じられる。そのため、成膜用ガスが上記初期排気のための絞り弁やその前後の開閉弁に至る流通路に流入することがなく、該成膜用ガスの副生成物が絞り弁やその前後の流通路に堆積するのを実質的に皆無にすることができ、初期排気時のコンダクタンスを低下させることなく、所期の排気特性を維持することができる。

この成膜段階では、真空チャンバーに成膜用ガスが充填されているため、上記絞り弁やその前後の流通路を除く真空流量調整弁の各部内面に該成膜用ガスから副生成物が堆積することになるが、本発明においては、次のような手段でその堆積を可及的に抑制することができる。

即ち、本発明に係る真空流量調整弁の好ましい実施形態においては、ハウジング内におけるベローズの外側空間に希釈用ガスを噴出する噴出ノズルを、ハウジングにおける開閉操作部に近接する位置に設け、該ノズルに、少なくとも、上記主弁部材の開弁時に第１のポートから第２のポートに流れる排出ガスがベローズの周囲の空間に流入しない程度に多量の希釈用ガスを噴出させる能力が付与される。この場合に、上記希釈用ガスの温度を、主弁部材に設けて温度制御される加熱ヒーターの加熱温度と同等またはそれよりも高い温度に加熱して供給する加熱手段を設けるのが有効である。

このようにして希釈用ガスを流すと、真空流量調整弁のハウジング内面や、ベローズ表面に上記副生成物が堆積するのを効果的に抑制することができ、それによって該ベローズの寿命が短くなったり、その堆積に起因して各種トラブルが生じるのを抑制し、メンテナンスのための労力と費用を節減することができる。

以上に詳述したように、本発明の真空流量調整弁によれば、初期排気の段階では絞り弁を通して排気し、その後に主弁部材を開放して高速排気する真空流量調整弁において、副生成物が初期排気のための絞り弁やその前後の流通路に堆積するのを抑制できるので、頻繁なメンテナンスを行わなくても所期の排気特性を維持することができる。また、上記絞り弁やその前後の流通路ばかりでなく、流量調整弁の各部内面、特に、ベローズに上記副生成物が堆積するのも抑制することができる。

図１は、本発明に係る真空流量調整弁の代表的な実施例を示し、図２はその要部を拡大して示している。
この真空流量調整弁は、成膜用ガス（プロセスガス）を供給して成膜処理を行うための図示しない真空チャンバー（プロセスチャンバー）と、同じく図示しない真空ポンプとの間に介装して使用するもので、この真空流量調整弁の主たる外殻を構成する実質的に円筒状のハウジング１を備え、その軸線方向の一端に、上記真空チャンバーに接続される第１ポート２を設けると共に、内部の流路を通して該第１ポート２に連通し、上記真空ポンプに接続される第２ポート３を側面に設けている。そして、上記ハウジング１における第１ポート２の内方で第２ポート３との間の流路中に、主弁部材１０により開閉される弁座４を設けている。

上記ハウジング１内に設けたポペット式の主弁部材１０は、全体として円盤状をなし、その前面の外周部に、上記弁座４に接離して流路を開閉する円環状のゴム弾性材製のシール部材１１が取り付けられている。また、上記主弁部材１０は、その背面の中央部から延びる弁シャフト１２を有し、この弁シャフト１２は、ハウジング１の内部をその中心軸線に沿って延び、その先端部は、ハウジング１における第１ポート２とは反対側の端部に設けられた、該ハウジング１の一部を構成する隔壁５を貫通させ、該弁シャフト１２を介して主弁部材１０を開閉操作する開閉操作部６の内部に延出させている。
さらに、上記主弁部材１０の背面と上記隔壁５との間に、上記主弁部材１０を閉鎖方向に弾発するコイル状の復帰ばね１３が設けられている。

上記主弁部材１０の背面側には、該主弁部材１０とその弁シャフト１２及び復帰ばね１３の回りを気密に取り囲み、主弁部材１０の開閉に伴って伸縮するベローズ１５が設けられている。このベローズ１５は、金属からなる気密性素材で形成されていて、その一端が上記主弁部材１０の背面に溶接され、また、その他端が、ハウジング１の端部と上記隔壁５との間に介装されたプレート１６に溶接され、プレート１６とハウジング１との間がそこに介装されたＯリング１６ａでシールされて、ハウジング１内における該ベローズ１５の内外間を気密に保持するものである。
また、上記主弁部材１０は、熱伝導性の良好な材料により形成されていて、その内部に加熱ヒーター１７を備え、後述する副生成物の付着防止のために該主弁部材１０自体を加熱できるようにしている。

上記主弁部材１０の背面側には、上記ベローズ１５の外周を取り囲むように配設された円筒形の遮蔽筒１８を設けている。この遮蔽筒１８は、アルミニウム合金等の高熱伝導性の金属により形成されていて、その基端部が上記加熱ヒーター１７を備えた主弁部材１０の周面に、該ヒーター１７からの熱伝導を受けるように、つまり熱伝導を阻害することがないように取り付けられている。

このように、主弁部材１０からの熱を多重の屈曲により展開長が長いベローズ１５に主として伝達させて副生成物の堆積を抑制するのではなく、直線的で長さが短い遮蔽筒１８でベローズ１５を覆って該遮蔽筒１８に主弁部材の熱を伝達するようにしているので、該遮蔽筒１８を容易に主弁部材１０加熱温度近くまで加熱し、副生成物の付着を防止することができ、また、ベローズ１５への副生成物の付着を抑制してベローズ１５の寿命を伸ばすことができる。しかも、遮蔽筒１８はベローズ１５の材質と異なり、強度が弱くとも熱伝導の良い材料を使用できるので、遮蔽筒１８の温度を限りなく主弁部材１０温度に近いところまで昇温させることが容易になる。

この遮蔽筒１８は、主弁部材１０の開閉動作時には該主弁部材１０と共に移動するものであるが、その軸方向長さは、上記主弁部材１０の閉弁時に、該遮蔽筒１８の先端１８ａがハウジング１内の前記第２ポート３に通じる開口の全体を覆う高さに達する程度の長さとし、上記先端１８ａは自由端となっている。そして、該遮蔽筒１８の先端１８ａの外周面は、上記主弁部材１０の閉弁時に、ハウジング１の内面との間が相互に非接触でありながら、それらの間の隙間ｄを通してベローズ１５の外周部への流体の回り込みを防止する程度に該隙間ｄを小さく形成している。

一方、上記開閉操作部６は、流体圧直動機構として構成されたもので、上記ハウジング１の端部の隔壁５に結合されたボンネット２０を有し、このボンネット２０内に上記流体圧直動機構を収容している。即ち、上記ボンネット２０は、上記ハウジング１と略同様の円筒状に形成された部分を有し、その内部に、隔壁５を気密に貫通した弁シャフト１２の端部に固定され、ダイヤフラム２２を挟持することにより支持されたピストン２１を収容している。上記ダイヤフラム２２は、その周辺を隔壁５とボンネット２０との間に挟持させたものであり、それによって、該ダイヤフラム２２、ピストン２１及び隔壁５で囲まれる気密な圧力室２３を区画形成し、該隔壁５に該圧力室２３に対して制御された流体圧力を給排する制御ポート２４を開設している。また、上記ピストン２１の他面側には、ボンネット２０で覆われた呼吸室２５が形成され、この呼吸室２５は外部に開放している。

したがって、上記制御ポート２４から圧力室２３に制御された圧力流体を供給すると、その圧力に応じて、ピストン２１が復帰ばね１３の付勢力に抗して駆動され、弁シャフト１２を介して上記主弁部材１０が開弁方向に駆動されるため、該主弁部材１０のシール部材１１が弁座４から離れてこの弁座４を開放する。この主弁部材１０の開度は、上記圧力室２３に供給する流体圧力により調整することができる。
また、上記制御ポート２４を通じて圧力室２３を外部に開放すると、復帰ばね１３の付勢力で上記主弁部材１０が閉弁方向に駆動され、シール部材１１が弁座４に当接して該弁座４が閉鎖される。この状態においては、上記第１及び第２ポート２，３と接続された真空チャンバー及び真空ポンプ間は遮断される。

なお、上記開閉操作部６における流体圧直動機構は、実施例として示す上述した構造である必要はなく、単にボンネット２０内にその内面との間をシールされたピストン２１を摺動自在に嵌挿した構造にするなど、任意の流体圧直動機構とすることができ、また、流体圧直動機構に限らず、直線的運動を出力する電動機構を採用することもできる。

上記真空流量調整弁は、真空チャンバー内を大気圧状態から真空に排気する初期排気の段階では絞り弁を含む初期排気弁部８を通して第２ポート３に接続した真空ポンプで徐々に排気し、一定圧力に低下後には、主弁部材１０により開放される流路を通して高速排気するものであり、そのため、図２に詳細に示すような初期排気弁部８の排気弁ボディ３０をハウジング１に付設している。

この初期排気弁部８は、その入口３１がハウジング１における弁座４よりも第１ポート２側に開設され、一方、その出口３２は上記弁座４よりも第２ポート３側に開設され、それらの入口３１及び出口３２を繋ぐ流通路３３ａ，３３ｂ中に、開度を調整可能なニードル弁によって構成した絞り弁３４を設け、この絞り弁３４の入口３１側及び出口３２側に、それぞれ流体圧駆動の開閉弁３５，３６を設けることにより構成したものである。

上記絞り弁３４は、排気弁ボディ３０におけるニードル弁座３４ａに対向配置したニードル３４ｂを備え、外部に露出した操作部３４ｃの回動操作により、ニードル弁孔内面の雌ネジ部３４ｅに螺挿した調整ネジ部３４ｄを螺動できるようにして、上記操作部３４ｃの操作で、ニードル弁座３４ａに対するニードル３４ｂの位置調整を行うことにより、流通路３３ａ，３３ｂを流れる流体の流量調整を可能にしたものである。

また、上記開閉弁３５，３６は、入力口と出力口の位置を異にするだけであって、実質的に同一の構成を有し、それらは、排気弁ボディ３０内に上記流通路３３ａ，３３ｂに連通するように穿設した弁孔３５ａ，３６ａにおける流通路３３ａ，３３ｂとの連通部分において、上記入口３１及び出口３２に通じる開口の周囲に弁座３５ｂ，３６ｂを設け、該弁座にシール材３５ｄ，３６ｄを備えた弁体３５ｃ，３６ｃを対向配置している。

上記弁体３５ｃ，３６ｃは、それを駆動するピストン３５ｇ，３６ｇのシャフト３５ｈ，３６ｈにネジ固定されたものであるが、該ピストン３５ｇ，３６ｇは、上記弁孔３５ａ，３６ａに嵌着した弁支持部材３５ｅ，３６ｅ内のシリンダ孔３５ｆ，３６ｆに気密に摺動自在とし、そのシャフト３５ｈ，３６ｈの先端を弁体３５ｃ，３６ｃの固定のために該弁体側に気密に導出させたものである。そして、上記弁支持部材３５ｅ，３６ｅとピストン３５ｇ，３６ｇとの間に形成した圧力室３５ｊ，３６ｊに、弁制御ポート３５ｋ，３６ｋを開口させ、この弁制御ポート３５ｋ，３６ｋを通して図示しないコントローラで制御された圧力流体を圧力室３５ｊ，３６ｊに供給することにより、上記弁体３５ｃ，３６ｃを開弁方向に駆動できるようにしている。なお、これらの開閉弁３５，３６は、少なくとも真空チャンバーに成膜用ガスが存在する間は開放しないように、上記コントローラで制御されるものである。
また、上記弁支持部材３５ｅ，３６ｅと弁体３５ｃ，３６ｃとの間に復帰バネ３５ｉ，３６ｉ介装し、該復帰バネ３５ｉ，３６ｉによりシール材３５ｄ，３６ｄが弁座３５ｂ，３６ｂに圧接する方向に付勢している。

更に、上記主弁部材１０に設けた加熱ヒーター１７の第１ポート２側の中心部には、該主弁部材１０の温度を検出してそれを該主弁部材１０の温度制御を行う前記コントローラに送る温度センサー４１を設け、それを弁シャフト１２内に挿通した信号線４２により上記コントローラに接続している。これにより、主弁部材１０の温度をより正確に、且つ高信頼性をもって制御することが可能になる。

また、真空チャンバーに導入するプロセスガスはきわめて毒性または起爆性の高いものであり、このプロセスガスを排気するに際してはそれを希釈用ガス（不活性ガス）で希釈するため、ハウジング１内における上記隔壁５の外面に設けた希釈用ガス入口４５を、該隔壁５内を通して、ハウジング１における開閉操作部６に近接する位置に設けた希釈用ガスの噴出ノズル４７に連通させ、具体的には、ハウジング１内におけるベローズ１５の外側空間に対面する位置に環状ガス流路４６設けて、該流路４６に連通させ、該環状ガス流路４６の開放面を、ハウジング１の端部と上記隔壁５との間に介装された前記ベローズ支持用のプレート１６で閉鎖し、該プレート１６に離散的に噴出ノズル４７を設けている。

上記噴出ノズル４７は、少なくとも、上記主弁部材１０の開弁時に第１のポート２から第２のポート３に流れる排出ガスが前記遮蔽筒１８とハウジング１の間の隙間ｄを通してベローズ１５の周囲の空間への流入を抑制する程度に希釈用ガスを流すよう構成される。これにより、排気ガスの希釈が行われると同時にベローズ１５の表面への副生成物の付着が防止される。

また、上記希釈用ガスは、ベローズ１５や遮蔽筒１８等の温度を低下させることがないように、その温度を、主弁部材１０に設けて温度制御される加熱ヒーター１７の加熱温度と同等またはそれよりも若干高い温度に加熱して供給するのが望ましく、そのための希釈用ガスの加熱手段が、上記隔壁５の希釈用ガス入口４５に希釈用ガスを供給する流路に設けられる。

上記構成を有する真空流量調整弁により真空チャンバーの排気を行う場合、先ず、初期排気を開始する段階では、主弁部材１０が弁座４を閉じていて、真空チャンバー内に成膜用ガス（プロセスガス）がなく、そのため、該真空チャンバーに接続した第１ポート２が大気圧の状態にあり、第２ポート３が真空ポンプの駆動の開始によって真空状態になっている。そして、初期排気弁部８においては、絞り弁３４の入口３１側及び出口３２側に設けた開閉弁３５，３６が閉鎖されているので、流通路３３ａ，３３ｂを通じた流体の流れはない。

初期排気を行うためには、初期排気弁部８の絞り弁３４において、ニードル３４ｂの操作部３４ｃの回動操作により調整ネジ部３４ｄを螺動させ、ニードル弁座３４ａに対するニードル３４ｂの位置調整を行うことにより、該絞り弁３４を流れる流体の流量調整を行ったうえで開閉弁３５，３６を開放し、具体的には、復帰バネ３５ｉ，３６ｉにより弁座３５ｂ，３６ｂに圧接されている開閉弁３５，３６の弁体３５ｃ，３６ｃを、弁制御ポート３５ｋ，３６ｋを通して圧力室３５ｊ，３６ｊに圧力流体を供給することにより、上記復帰バネ３５ｉ，３６ｉの付勢力に抗して開弁させる。
その結果、主弁部材１０の第１ポート２側の入口３１と、第２ポート３側の出口３２とが、開弁された開閉弁３５，３６、流通路３３ａ，３３ｂ及びそれらの間に位置する絞り弁３４を通して連通し、真空チャンバーが一定圧力に低下するまで、第１ポート２から第２ポート３へ徐々に排気される。

上記初期排気により真空チャンバー内が一定圧力まで低下したことは、その真空チャンバー内に設けた圧力センサによって検出され、その検出出力に基づくコントローラの制御で、前記開閉操作部６における圧力室２３に制御ポート２４から圧力流体が供給され、それを受圧したダイヤフラム２２によりピストン２１が復帰ばね１３の付勢力に抗して駆動され、それにより弁シャフト１２を介して上記主弁部材１０が開弁方向に移動し、該主弁部材１０のシール部材１１を弁座４から離間させて弁座４を全開させて高速排気され、または制御ポート２４への加圧力を制御して所定の開口度で排気される。その結果、真空チャンバー内圧力が真空ポンプの排気能力近くまで減圧される。

この高速排気または制御排気に入る段階では、上記コントローラによる制御で、上記初期排気弁部８における弁制御ポート３５ｋ，３６ｋを通して圧力室３５ｊ，３６ｊ内の圧力流体が排出され、復帰バネ３５ｉ，３６ｉの付勢力により開閉弁３５，３６を閉弁させる。この段階では、開閉弁３５，３６が開放していても差し支えないが、少なくとも、次の成膜の段階に先立って閉じる必要がある。
このように、初期排気及び高速または制御排気の２段階の排気を行うことにより、前述したチャンバー内のダストの巻き上げ等の不都合を防止することができる。

真空チャンバー内が上記高速または制御排気により真空状態になった後には、成膜用ガス（プロセスガス）が、そのガス供給路を通して真空チャンバーに供給され、その後は、上記コントローラによる制御ポート２４への供給圧力の制御により主弁部材１０の開度を調整し、真空チャンバー内の圧力センサで検出される該チャンバー内の圧力が所定の真空圧になるように制御されて、成膜が行われる。
この成膜段階では、成膜用ガスを一定流量で流し、その成膜用ガスを分解反応させて基盤に成膜していくが、基盤に成膜される膜成分はわずかであり、多くの膜成分は開度を制御された真空流量調整弁を通して排出され、排気途中で該調整弁内やその配管に接触して付着し、または、トラップで吸着される。

膜質・膜厚などについて所期の成膜を行うには、真空チャンバー内を所定の圧力に精度よく保つ必要があり、ポンプの能力変化、配管への副生成物の付着、トラップへの副生成物の付着状態等により排気系の特性が変化するために、真空流量調節弁では、上記コントローラによる主弁部材１０の開閉の制御により、圧力センサで検出される真空チャンバー内の圧力が所定の真空圧になるように高精度に制御し、そのコンダクタンスを調整する必要がある。

上記絞り弁３４の前後の開閉弁３５，３６は、少なくともこの成膜段階に先立って閉じられるため、成膜用ガスが、上記初期排気のための絞り弁３４やその前後の開閉弁３５，３６が接続されている流通路３３ａ，３３ｂに流入することがなく、それらが成膜用ガス雰囲気から完全に隔離されることになり、該成膜用ガスからの副生成物が、該絞り弁３４やその前後の流通路３３ａ，３３ｂに堆積するのを実質的に皆無にすることができ、そのため、初期排気時のコンダクタンスを低下させることがなく、所期の排気特性を長期にわたって維持することができる。

上記真空流量調整弁においては、そのハウジング１の内面に副生成物が付着するのを防止するために、ハウジング１自体をその外側に設けた図示しない加熱ヒーターで加熱するが、主弁部材１０にも前記加熱ヒーター１７を設け、該主弁部材１０を加熱すると同時に、遮蔽筒１８を加熱し、不充分ながらベローズ１５も加熱している。上記遮蔽筒１８は、熱伝導性の良い材料によって形成するので、限りなく主弁部材１０の温度に近づいて、遮蔽筒１８には副生成物が付着しにくくなり、ガスと共に第２ポート３へ排出されやすくなる。

一方、ハウジング１内におけるベローズ１５の外側空間に、前記環状ガス流路４６を通してベローズ支持用のプレート１６にほぼ等間隔に希釈用ガスの噴出ノズル４７を設け、該ノズル４７から必要量の希釈用ガスを噴出させるようにしているので、第１ポート２から第２ポート３に流出する排出ガスが、前記遮蔽筒１８とハウジング１の間の隙間ｄを通してベローズ１５の周囲の空間へ流入することはなく、その排出ガスは希釈用ガスによって第２ポート３の方へ押し流され、そのため、ベローズ１５の表面に成膜用ガスからの副生成物が堆積することがなく、成膜用ガスの毒性も低減させることができる。

また、希釈用ガスの温度を、図示しない加熱手段により、ハウジング１の加熱温度や、主弁部材１０に設けた加熱ヒーター１７による加熱温度と同等またはそれよりも若干高い温度に加熱して供給すると、ハウジング１内の各部が冷却されるのを抑制できるばかりでなく、その運動エネルギーが排出ガスよりも大きくなり、排出ガスを第２ポート３側へ押出す効果を向上させることができる。

上記希釈用ガスは、成膜用ガス（プロセスガス）を無害化して排出する際に必然的に用いられるものであるが、それを上述したようにベローズ１５の周囲へのガス流れの阻止のために使用することにより、ベローズ１５への排出ガスの接触、更には、ハウジング１の内面や該ハウジングから無害化装置までの配管の内面への排出ガスの接触が激減し、副生成物の付着を抑制して、それらのメンテナンスを簡単化し、あるいは次期メンテナンス時点を延長することができる。

本発明に係る真空流量調整弁の実施例を示す縦断面図である。 上記真空流量調整弁における初期排気弁部の拡大断面図である。

符号の説明

１ ハウジング
２ 第１ポート
３ 第２ポート
４ 弁座
６ 操作部
１０ 主弁部材
１２ 弁シャフト
１５ ベローズ
１７ 加熱ヒーター
１８ 遮蔽筒
３１ 入口
３２ 出口
３４ 絞り弁
３５，３６ 開閉弁
３５ｂ，３６ｂ 弁座
３５ｃ，３６ｃ 弁体
３５ｇ，３６ｇ ピストン
３５ｉ，３６ｉ 復帰バネ
４１ 温度センサー
４７ 噴出ノズル

Claims (6)

1. 成膜用ガスを供給して成膜処理を行う真空チャンバーと真空ポンプとの間に介装し、真空チャンバー内を大気圧状態から真空に排気する初期排気の段階では絞り弁を通して上記真空ポンプで徐々に排気し、一定圧力に低下後には主弁部材により開放される流路を通して高速排気するようにした真空流量調整弁において、
   上記絞り弁の入口側及び出口側に、少なくとも上記成膜用ガスが真空チャンバーに存在する間は開放しないようにコントローラで制御される開閉弁を設けた、
   ことを特徴とする真空流量調整弁。
2. 上記絞り弁が、開度を調整可能なニードル弁により構成され、上記開閉弁が、流体圧駆動のピストンに連結されて該ピストンにより開弁され、復帰バネにより弁座に圧接される弁体を備えたものとして構成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の真空流量調整弁。
3. 上記真空チャンバーに接続される第１ポートを一端に設けると共に、内部の流路を通して該第１ポートに連通し、上記真空ポンプに接続される第２ポートが設けられたハウジングと、上記第１ポートの内方で第２ポートとの間に設けられた弁座と、この弁座を開閉する主弁部材と、この主弁部材の背面から延びる弁シャフトと、この弁シャフトを介して上記主弁部材を開閉操作する開閉操作部と、上記ハウジング内において主弁部材及び弁シャフトの回りを気密に取り囲む伸縮自在のベローズと、上記主弁部材の背後において上記ベローズの外周を取り囲むように配設されて該主弁部材と共に変位する遮蔽筒とを有し、
   上記遮蔽筒が高熱伝導性の金属により形成されていて、その基端部が加熱ヒーターを備えた上記主弁部材に、該ヒーターから熱伝導を受けるように取り付けられ、該遮蔽筒の外周面は、上記主弁部材の閉弁時に、ハウジング内面との間が相互に非接触であるが、それらの間の隙間を通してベローズ外周部への流体の回り込みを防止する程度に該隙間を小さく形成している、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の真空流量調整弁。
4. 上記主弁部材に設けた加熱ヒーターに、該主弁部材の温度を検出してそれを該主弁部材の温度制御を行うコントローラに出力する温度センサーを設けた、
   ことを特徴とする請求項３に記載の真空流量調整弁。
5. ハウジング内におけるベローズの外側空間に希釈用ガスを噴出する噴出ノズルを、ハウジングにおける開閉操作部に近接する位置に設け、該ノズルに、少なくとも、上記主弁部材の開弁時に第１のポートから第２のポートに流れる排出ガスがベローズの周囲の空間に流入しない程度に多量の希釈用ガスを噴出させる能力を持たせた、
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の真空流量調整弁。
6. 上記希釈用ガスの温度を、主弁部材に設けて温度制御される加熱ヒーターの加熱温度と同等またはそれよりも高い温度に加熱して供給する加熱手段を設けた、
   ことを特徴とする請求項５に記載の真空流量調整弁。
   

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