CN1751196A - 真空排气系统用的隔膜阀 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种适用于半导体制造装置的真空排气系统用的隔膜阀，可以防止由气体的热分解所产生的生成物的堆积附着所带来的部件的腐蚀、或由生成物而带来堵塞或泄漏的发生，进而，可以实现真空排气系统的设备的小型化、随之可降低成本，而且，可以相应地进行用于缩短真空排气时间的真空排气系统的配管的小口径化。具体来说，真空排气系统用的隔膜阀(1)具有阀体(2)、隔膜(3)和驱动机构(4)，所述阀体(2)具有流入通路(6)、流出通路(7)和形成于其间的阀座(8)，所述隔膜(3)设于阀体(2)上并可接触或离开阀座(8)，所述驱动机构(4)设于阀体(2)上并可使隔膜(3)与阀座(8)接触或离开阀座(8)，在上述阀体(2)和隔膜(3)的流体接触部分(25)上涂覆规定厚度的合成树脂覆膜(5)。
Description
技术领域
本发明涉及一种隔膜阀的改良，该隔膜阀适用于例如半导体制造装置，特别适用于排出来自半导体制造用的处理腔中气体的真空排气系统。
背景技术
一般来说，向半导体制造设备或化学品制造设备等的处理腔内，供给富有化学反应性的气体。因此，对于处理腔的真空排气系统，要求其能够安全且高效地将这些富有反应性的气体排出。
对于半导体制造设备的配管系统，一般来说，由向处理腔供给气体的气体供给系统、处理腔、真空排气系统、真空泵、隔膜阀等构成。对于真空泵，可以采用紧跟着处理腔设置的一级泵(高真空型)和配置于其二级侧的二级泵(低真空型)的多个泵，采用涡轮分子泵作为高真空型泵，同时采用螺旋型的泵作为低真空型泵。
然而，为了能从处理腔高效地进行排气，必须使用压缩比大、且即使吸入压力低也能以高排气速度(1/min)进行排气的泵，但是，在现实中却往往得不到压缩比高的真空排气用泵，因此，在以往的用于从处理腔排气的真空排气系统中，为了达到用压缩比较小的泵来进行高效的排气、和保持真空排气系统的一级侧和二级侧的压力差较小而避免泵的过负荷这两个问题，使用大口径(公称直径4英寸左右)的配管，而对于隔膜阀来说，也同样地采用具有大口径的阀。
即，在流体的流动中，在其压力和流路内径的关系中，分为粘性流区域和分子流区域。为了进行高效地排气，要求在粘性流区域进行排气。若在粘性流区域中进行，则必须将流路内径D设为L≤D(L：气体分子等的平均自由行程、D：流路的内径)。另外，在气体分子等的平均自由行程L和压力P之间，存在L＝4.98×10-3/P的关系，并可由此求出用于将配管内作为粘性流区域的压力和内径之间的关系。因此，每当压力P增加时，即可减小平均自由行程L，从而可以减小用于确保粘性流区域的配管内径D。
但是，由于在上述那样现有的泵中压缩比较小(大约10左右)，所以，无法增加排出口侧的压力，例如若将腔室一侧(吸入口侧)的压力设为10-3托的话，则排出口侧的压力成为10-2左右的低压，为了更加可靠地确保粘性流区域，需要内径为5cm以上的配管。在真空排气系统中，由于需要这种大口径的配管系统，则会产生设备大型化的问题。另外，由于真空配管系统的内径大，则配管内的容积变大，从而也会存在真空排气时间变长的问题。而且，为了构成这样的真空排气系统且能够高效地在短时间内进行排气，需要压缩比大且排气速度高的高价的真空泵。
然而，近年来，由于真空泵的性能的提高，具体地说开发出压缩比为103～104左右的高压缩比的泵，因此，即使处理腔的内压为10-3托左右，一级泵的排出侧压力也可以达到30～50托左右。因此，根据处理腔和真空排气系统的压力条件的最适化的进行，配管内径也随之成为0.5cm左右的小口径，并且也能够确保粘性流区域。
但是，在压力增大的情况下，却会在真空排气系统内产生水分或气体冷凝而附着在配管内的问题。
此外，即使随着设定压力的上升而不会产生水分或气体的冷凝附着，但是，在真空泵停止运转时，滞留于配管内的气体产生分解，由气体的分解而产生的生成物堆积在配管或阀等的配管部件的内部，从而产生部件的腐蚀，或者由于该生成物的存在而成为阀产生堵塞或泄漏的原因。
因此，要求将配管系统内部保持在内部的气体或水分的饱和蒸汽压力以下，一般来说，在真空排气系统中，可以进行加热(烘焙)(在为水的情况下，20℃的饱和蒸汽压力为17.53托)。即，若进行加热而使温度上升，则饱和蒸汽压力上升，难于产生水分或气体的冷凝附着，因此，可以减小腐蚀等的危险性。因此，考虑到真空排气系统内的气体成分的种类等，认为温度上升到150℃左右为宜。
但是，若配管内的温度上升，则会产生气体的分解(离解)，由气体的该分解而生成的物质就会堆积固着在配管内，从而会产生腐蚀等的新问题。
气体的该分解现象是由于配管内壁的金属成分起到了催化剂作用而产生的。作为一个例子，图3表示スプロン情况下的温度和各种气体的分解的关系。参照图3可以明确地得知：在室温下100ppm的各种气体在温度上升的同时，逐渐分解而减少。
但是，在从处理腔进行排气的真空排气系统中，大多采用例如专利文献1中记载的直接接触式的金属隔膜阀。
该隔膜阀，基本上来说，具有阀体、隔膜和驱动机构。上述阀体具有流入通路、流出通路和形成于其间的阀座。上述隔膜设置于阀体上，并且可以接触或离开上述阀座。上述驱动机构设置于阀体上，并且可使隔膜接触或离开上述阀座。
[专利文献1]特许第3343313号公报
但是，对于这种阀，其阀体或隔膜等的主要构成部件不仅由金属制成，而且相比于配管还存在弯曲部和气体的停滞部分，所以存在压力和温度局部地变化的部分，并且，由于其内容积较大，所以滞留的气体量较大、内表面积也较大，所以，容易产生下述问题。即，由气体的热分解而产生的生成物的堆积附着所引起的部件的腐蚀和堵塞、泄露等的问题。
发明内容
本发明正是鉴于上述问题点，为了解决这些问题而提出的。其目的在于提供一种真空排气系统用的隔膜阀。该真空排气系统用的隔膜阀可以防止由气体的热分解所产生的生成物的堆积附着所带来的部件的腐蚀、或由生成物而带来堵塞或泄漏的发生，进而，可以实现真空排气系统的设备的小型化、并能由此降低成本，而且，可以相应地进行用于缩短真空排气时间的真空排气系统的配管的小口径化。
对于本发明的真空排气系统用的隔膜阀，基本上来说，具有：阀体，具有流入通路、流出通路和形成于流入通路和流出通路之间的阀座；隔膜，设于阀体上并可接触或离开阀座；驱动机构，设于阀体上并可使隔膜与阀座接触或离开阀座；其特征在于，在上述阀体和隔膜的流体接触部分上涂覆规定厚度的合成树脂覆膜。
若驱动机构进行关闭阀门的动作，则隔膜弹性变形而与阀座接触，从而隔断流体从流入通路向流出通路的流通。
反之，当驱动机构进行开启阀门的动作时，隔膜由其自身的弹性而回复到原来的形状，从阀座离开，从而可以允许流体从流入通路向流出通路的流通。
由于在阀体和隔膜的流体接触部分上涂覆有规定厚度(例如50～100μm厚度)的合成树脂覆膜，所以不会产生由气体的热分解所产生的生成物直接附着在流体接触部分的问题。由此，流体接触部分不会产生腐蚀。
由于在阀体和隔膜的流体接触部分上涂覆有规定厚度的合成树脂覆膜，所以，阀座和隔膜的接触或离开均是通过合成树脂覆膜而进行的，从而使金属之间能够平稳地接触或离开。因此，可以防止阀座或隔膜的损伤或磨耗。
作为合成树脂覆膜最好采用氟树脂覆膜。其中，最好为四氟乙烯树脂(PTFE)或四氟乙烯六氟丙烯共聚物(FEP)或四氟乙烯全氟烃基乙烯醚共聚物(PFA)。这样，可以采用通用品，所以容易制造，并可以降低成本。
涂覆合成树脂覆膜的部分最好为流体所接触的、阀体的流入通路和流出通路和阀座的各形成面、以及隔膜的下表面。这样，可以仅限定充分必要的部位，可以进一步地降低成本。
附图说明
图1是表示本发明的隔膜阀的纵截侧视图。
图2是放大表示图1的要部的纵截侧视图。
图3是表示在スプロン上涂覆有特氟龙的情况下、各种气体的分解和温度之间的关系的图表。
图4是表示在スプロン的情况下的各种气体的分解和温度之间的关系的图表。
符号说明
1是隔膜阀 2是阀体 3是隔膜 4是驱动机构 5是合成树脂覆膜 6是流入通路 7是流出通路 8是阀座 9是阀室 10是阀座体 11是保持体 12是阀座体收容部 13是保持体收容部 14是卡止台阶部 15是卡止台阶部 16是连通孔 17是垫圈 18是阀帽 19是阀帽螺母 20是阀杆 21是隔膜按压件 22是供给口 23是气缸 24是螺旋弹簧 25是流体接触部分。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的实施方式。
图1是表示本发明的隔膜阀的纵截侧视图。图2是放大表示图1的要部的纵截侧视图。图3是表示在スプロン上涂覆有特氟龙的情况下、各种气体的分解和温度之间的关系的图表。
隔膜阀1由阀体2、隔膜3、驱动机构4、合成树脂覆膜5构成其主要部分。隔膜阀1为常开型的直接接触式阀，应用于处理腔和一级泵之间或一级泵和二级泵之间等的真空排气系统。
阀体2具有流入通路6、流出通路7和形成于流入流出通路之间的阀座8。在本实施例中，阀体是由不锈钢(例如SUS316L等)制成的，其具有流入通路6、流出通路7、连通流入流出通路并在其上方开放地形成的阀室9、在阀室9内部并形成于流入通路6和流出通路7之间的向上的阀座8。流入通路6的朝向阀室9的开口位于阀体2的中心部。
阀座8形成于不同于阀体2的阀座体10上。阀座体10是由不锈钢或合成树脂(例如四氟乙烯树脂等)制成的，包括由相同材料制成的保持体11，并由此固定于阀体2内。
并且，阀体2具有：收容有阀座体10的阀座体收容部12、收容有保持体11且比阀座体收容部12更深的保持体收容部13。即，在阀体2的阀室9的下部，以流入通路6为中心呈同心圆状地形成有阀座体收容部12和保持体收容部13。
阀座体10呈圆环状，在外周上部通过削去而形成卡止台阶部14。
保持体11呈圆环状，在内周下部通过削去而形成与卡止台阶部14相配合的卡止台阶部15，并且，穿设有与阀体2的流出通路7连通的多个(四个)连通孔16。
而且，保持体11，外嵌于阀座体10上，并内嵌于阀体2的阀室9内且收容于阀体2的保持体收容部13内。
对于隔膜3，其设置于阀体2内并可以接触或离开阀座8，在本实施例中，是由スプロン(不锈钢)制成的，并且是由呈倒碟形的一片很薄的金属板构成的，其保持阀室9的气密性，并且以可上下弹性变形地接触或离开阀座8的方式配置于阀室9内。
隔膜3的外周缘，借助垫圈17，夹持于载置于其上的不锈钢制的阀帽18和阀体2之间。阀帽18通过螺合在阀体2上的不锈钢制的阀帽螺母19而被按压固定于阀体2一侧。
对于驱动机构4，其设置于阀体2，用于使隔膜3接触或离开阀座8。在本实施例中，驱动机构4为气压式，包括可升降地贯通于阀帽19的不锈钢制的阀杆20、和嵌合于该阀杆的下部并按压隔膜3的中央部的合成树脂制(例如四氟乙烯树脂等)或合成橡胶制的隔膜按压件21，并且，具有：围绕阀杆20的上部地设于阀帽19上并具有工作空气的供给口的气缸23，设置于阀杆20的上部并可滑动地在气缸23内升降的活塞(未图示)，嵌合于活塞的外周、用于进行其与气缸23之间的密封的O型环(未图示)，对阀杆20向下方施力的螺旋弹簧24等。
合成树脂覆膜5是在阀体2、隔膜3和阀座体10的流体接触部分25上涂覆规定厚度的材料而成的，在本实施例中，为特氟龙(注册商标)，其涂覆的厚度为50～100μm。当涂覆厚度小于50μm时，难于防止金属部的催化效果的出现。当涂覆厚度大于100μm时，则会给流体的流通、或隔膜3接触或离开阀座8的动作带来阻碍。因此，涂覆厚度最好为50～100μm。流体接触部分25包括阀体2的流入通路6、流出通路7和阀座8(阀座体10和保持体11)的各形成面、以及隔膜3的下表面。
对于合成树脂覆膜5的涂覆方法，可以采用任何方法，在本实施方式中，是由涂敷烧结法来形成覆膜的。此外，当上述阀座体10(包括保持体11)的材质为氟树脂等时，当然不需要向上述部件上形成上述合成树脂覆膜5。
下面根据上述结构，对其作用进行阐述。
若驱动机构4动作而使得活塞和阀杆20下降，则由阀杆20向下方按压隔膜3的中央部，使其接触阀座8，从而流入通路6和流出通路7之间成为封闭状态(关阀状态)。
反之，若驱动机构4动作而使得活塞和阀杆20上升，则随之隔膜3由其自身的弹力和阀体2内的流体压力而回复到原来的形状，离开阀座8，从而流入通路6和流出通路7之间成为连通状态(开放状态)。
由于在阀体2和隔膜3的流体接触部分25上涂覆有规定厚度的合成树脂覆膜5，所以，由气体的热分解所产生的生成物不会直接地附着在流体接触部分25上。因此，流体接触部分25不会产生腐蚀。此外，由此，可以实现真空排气系统设备的小型化，随之可降低成本，而且，可以相应地进行用于缩短真空排气时间的真空排气系统的配管的小口径化。当然，也可以延长隔膜阀1的寿命。
由于在阀体2和隔膜3的流体接触部分25上涂覆有规定厚度的合成树脂覆膜5，所以，阀座8和隔膜3的接触或离开可以通过合成树脂覆膜5来进行，从而可使金属部件之间平稳地进行接触或离开。由此，可以防止阀座8和隔膜3的损伤和磨耗。
对于作为合成树脂覆膜5的特氟龙的耐热性，若在150℃，则对于使用与半导体相关的各种气体例如SiH4(甲硅烷)、B2H6(乙硼烷)、PH3(磷化氢)、AsH3(砷化氢)来说不会存在问题。
图3是表示用特氟龙涂覆スプロン的外表面的情况下、与半导体相关地使用的各种气体的分解(浓度)和温度之间的关系的图表，即使温度超过150℃，可以看出不会产生气体的分解、即气体浓度降低的问题。
对于阀体2和隔膜3，在上述实施例中，是由不锈钢或スプロン(spron)制成的，但是并不限于此，例如也可以由其他的金属材料制成。
对于隔膜3，在上述实施例中，由一片很薄的金属板构成，但是并不限于此，例如也可以通过组合多张很薄的金属板构成。
对于隔膜3，在上述实施例中，是直接地接触或离开阀座8的，但是并不限于此，例如也可以在隔膜3的下方配置盘状件(省略图示)而使其与阀座8接触或离开。在此情况下，必须通过弹簧(省略图示)对盘状件向上方施力。此外，也可以在隔膜3的中央部插通盘状件(省略图示)，并气密地固定隔膜3的内周缘部和盘状件，使上述盘状件接触或离开阀座8。
驱动机构4在上述实施例中为气压式，但是并不限于此，也可以是例如手动式、电磁式、电动式或液压式等。
合成树脂覆膜5在上述实施例中是由特氟龙制成的，但是并不限于此，也可以是由其他的合成树脂材料制成的。
阀座8在上述实施例中是形成在不同于阀体2的阀座体10上的，但是并不限于此，例如也可以与阀体2一体形成。
如上所述，根据本发明，可以起到下述的良好效果。
(1)由于由阀体、隔膜、驱动机构、合成树脂覆膜所构成，特别是在阀体和隔膜的流体接触部分上涂覆有规定厚度的合成树脂覆膜，所以，可以完全地防止气体的离解(分解)。因此，可以防止由气体的热分解所产生的生成物的堆积附着所带来的部件的腐蚀、或由生成物而带来堵塞或泄漏等问题的发生。
(2)由于可以防止气体的热分解，所以可以实现真空排气系统的设备的小型化、并能由此降低成本，并且，可以相应地进行用于缩短真空排气时间的真空排气系统的配管的小口径化。
Claims (4)
1.一种真空排气系统用的隔膜阀，具有：
阀体，具有流入通路、流出通路和形成于流入通路和流出通路之间的阀座；
隔膜，设于阀体上并可接触或离开阀座；
驱动机构，设于阀体上并可使隔膜与阀座接触或离开阀座，
其特征在于：在上述阀体和隔膜的流体接触部分上涂覆规定厚度的合成树脂覆膜。
2.如权利要求1所述的真空排气系统用的隔膜阀，其特征在于：合成树脂覆膜为氟树脂覆膜。
3.如权利要求1所述的真空排气系统用的隔膜阀，其特征在于：流体接触部分为阀体的流入通路和流出通路和阀座的各形成面以及隔膜的下表面。
4.如权利要求2所述的真空排气系统用的隔膜阀，其特征在于：氟树脂覆膜为四氟乙烯树脂(PTFE)或四氟乙烯六氟丙烯共聚物(FEP)或四氟乙烯全氟烃基乙烯醚共聚物(PFA)。
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