JP2004522114A - 省エネ型弁 - Google Patents

Abstract

【手段】導入口と排出口の間を連通する流体管路３０を有するバルブハウジング２０と、閉位置と開位置の間で移動可能なシールプレート２２と、流体管路３０の少なくとも一部に施された輻射吸収性コーティングとを有する弁。輻射吸収性コーティングは、弁の取り付けフランジ４０，４２の内側表面に施すことができる。コーティングは例えば黒色クロムまたは黒色陽極酸化面であってよい。
【効果】加熱したプロセスガスからの熱幅射の吸収を促進し、下流側の部品への熱負荷が軽減される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願は、参照により本明細書に組み入れる、２００１年７月１３日に出願された米国特許仮出願番号第６０／３０５，０５１号の利益を主張する。
本発明は高温で作動するプロセス装置内で使用される弁に関し、より詳しくは、流体管路の少なくとも一部に施された輻射吸収性コーティングを有する弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の仕切弁の構造は、流体管路と弁座を有するバルブハウジングと、流体管路内の閉位置と開位置の間で移動可能なシールプレートと、開位置と閉位置の間でシールプレートを移動するためのアクチュエータ機構とを含む。シールプレートは弁座に係合して、流体管路内を閉位置に封止する。シールプレートは閉位置から引き出された位置に移動させ、次に開位置に直線的に移動させることができる。弁はまた、シールプレートが部分的に開いた位置にある状態で動作させることもできる。バルブハウジングは弁を他のシステム部品に接続するための取り付けフランジを含むことができる。
【０００３】
仕切弁は様々な用途に使用される。用途の違いによって液体、気体および真空を扱うことがある。ある種の用途では、高温の気体の制御が含まれる。そのような用途の一例としては、半導体ウエーハを処理する装置の分野で、エッチングおよび化学蒸着（ＣＶＤ）システムなどがある。このタイプのある種の用途では、弁の中でのプロセスガスの沈着を最小に抑えるために、外部の熱源によって弁が加熱される。従来のシステムでは、ヒータージャケットで弁を加熱して設定温度、例えば８０℃に維持する。
【０００４】
その他の用途では、仕切弁の下流側のポートに高真空ポンプが取り付けられる。高真空ポンプとしては、通常１１０Ｋ以下の低温で作動できる低温真空ポンプを使用できる。低温真空ポンプは高温のプロセスガスの圧送に使用され、クライオ冷凍機には多大な熱負荷がかかる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この様な用途では、運用コストを抑制するために、損失エネルギーを制限することが望ましい。またいくつかの国ではそのような処理システムでのエネルギーの節約を義務づけている。そのため、エネルギーの節約を達成する弁の構造と製造方法が求められている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の態様では、弁は導入口と排出口の間を連通する流体管路を有するバルブハウジングと、流体管路を閉鎖する閉位置と流体管路から引き出された開位置の間で移動可能なバルブ閉止部材と、バルブハウジング内の流体管路の少なくとも一部に施された輻射吸収性コーティングとを有する。
１つの実施態様では、バルブハウジングは取り付けフランジを含み、輻射吸収性コーティングは取り付けフランジの内側表面に施される。コーティングとしては例えば、黒色クロムまたは黒色陽極酸化面が使用できる。コーティングは熱輻射を吸収するように選ばれる。
【０００７】
本発明の別の態様によれば、弁を製造する方法が提供される。この方法は、弁が開いているときに導入口と排出口の間で流体を運ぶ流体管路を有する弁を作成する工程と、流体管路の少なくとも一部に放射吸収性コーティングを形成する工程とを有する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施態様による仕切弁を組み込んだ処理システムの、単純化したブロックダイアグラムを図１に示す。
仕切弁１０は処理チャンバ１２と真空ポンプ１４の間に、真空を維持できる気密状態で接続されている。処理チャンバ１２は半導体ウエーハまたは連続した基板のような加工物を制御された環境の中で処理するための密閉されたチャンバであってよい。典型的には、処理チャンバ１２は所定の圧力範囲内にある所定のプロセスガスを扱うことが求められる。処理チャンバ１２は高温で動作可能である。処理チャンバ１２は化学蒸着用チャンバまたはエッチングチャンバであってよいが、これは単なる例に過ぎない。処理チャンバ１２内の処理環境を制御し、特に処理チャンバ１２内のプロセスガスの圧力を制御するために、真空ポンプ１４が使用される。真空ポンプ１４としては、例えば低温真空ポンプまたはターボ分子ポンプを使用できる。仕切弁１０は処理チャンバ１２を真空ポンプ１４に制御可能に接続される。
【０００９】
仕切弁１０はバルブハウジング２０、シールプレート２２およびアクチュエータ２４を含む。バルブハウジング２０は、弁が開いているときに導入口３２と排出口３４の間を連通する流体管路３０を含む。バルブハウジング２０はまた、仕切弁１０を処理システムの部品に接続するための導入口取り付けフランジ４０と排出口取り付けフランジ４２を含む。図１の例では、導入口フランジ４０は処理チャンバ１２の取り付けフランジ４４に接続され、排出口フランジ４２は真空ポンプ１４の取り付けフランジ４６に接続される。周知のように、各取り付けフランジはボルトまたはその他の固定具のための複数の穴と、エラストマー製のシールリングまたは他のシール装置のための円形の溝を含むことができる。バルブハウジング２０は更に、閉位置でシールプレート２２を係合するための弁座５０を含む。
【００１０】
シールプレート２２は、図１で破線で示される閉じた位置と図１で実線で示される開いた位置の間を、アクチュエータ２４によって移動させることができる。閉じた位置では、シールプレート２２は弁座５０に係合して、流体管路３０を通る流体の流れを阻止する。開いた位置では、シールプレート２２は流体管路３０から引き出されて、流体管路３０を通る流体の流れを可能にする。仕切弁の構造と動作は一般に当業者には周知のものである。
【００１１】
動作中は、シールプレート２２が開いた位置にある時に、例えばアルゴンのようなプロセスガスが処理チャンバ１２から流体管路３０を通って真空ポンプ１４に流れる。プロセスガスは例えば５００℃のような高温の場合がある。加熱されたプロセスガスは、真空ポンプ１４、または仕切弁１０の下流側にある他の部品に悪影響を及ぼす可能性がある。例えば、真空ポンプ１４が典型的には１１０Ｋ以下の低温で作動する低温真空ポンプである場合、加熱されたプロセスガスは低温真空ポンプの冷凍機には多大な熱負荷をかける。更にある種の用途では、仕切弁１０は仕切弁の中でのプロセスガスの沈着を抑制するために、例えば８０℃のような設定温度で使用することが必要となる。従来のシステムでは、ジャケットヒーターで仕切弁を加熱して設定温度を維持していた。
【００１２】
本発明の１つの態様によれば、流体管路３０の一部または全表面が輻射吸収性のコーティングまたは層を有し、加熱したプロセスガスからの熱輻射の吸収を促進する。
再び図１を参照して、輻射吸収性コーティングまたは層６０は、導入口フランジ４０および排出口フランジ４２の内側表面に施すことができる。それに対して従来の弁では通常、熱輻射を吸収するのではなく反射するような、光る内側表面を有していた。輻射吸収性コーティングまたは層の効果は、排出口３４でのプロセスガスの温度を下げて、バルブハウジング２０の温度を上げることである。これにより下流側の部品への熱負荷が軽減される。その結果、小型のクライオ冷凍機または少ない流量の冷却水を使用することもできる。更にまた、プロセスガスの沈着を抑制するために弁を高い温度で使用することが求められる場合に、所定の温度を維持するために必要な熱が低減される。一般に流体管路３０の内面の全部または一部に輻射吸収性コーティングまたは層を持たせることができる。輻射吸収性コーティングは、これを使用しない場合に熱エネルギーを反射する表面に施したときに最も効果的である。
【００１３】
輻射吸収性コーティングは、プロセスガスからの熱輻射を吸収するように選ばれる。一般に粗い表面の黒色コーティングが、熱輻射を吸収する上で最も効果的である。輻射吸収性コーティングはまた、長い寿命にわたって耐久性を有し、また使用中に余りガスを発生しない特性を有するべきである。輻射吸収性コーティングとして適切なものには黒色クロムおよび黒色陽極酸化面が含まれるが、これらに限定されない。コーティングの厚みは典型的には約０．００１〜０．００５インチ（２５．４〜１２７μｍ）の範囲内であるが、この厚み範囲に限定されない。輻射吸収性コーティングは、無電極メッキまたは電着塗装で流体管路の望みの部分に施すことができる。
【００１４】
取り付けフランジまたは仕切弁に輻射吸収性コーティングを使用することで、輻射吸収を、光る表面の場合の約５％から輻射吸収性コーティングを使用した場合の約９５％にまで向上することができる。弁全体の吸収率は、従来の設計と比べて約４０％向上できる。
輻射吸収性コーティングの利用は仕切弁に限定されず、高温のガスを運ぶことを求められる任意の弁の流体管路に使用できることが理解されるであろう。例えばブロック弁、バタフライ弁などが含まれる。流体管路の全体または一部に輻射吸収性コーティングを施して、弁を通って流れるガスからの熱エネルギーの吸収を促進することができる。
【００１５】
以上、本発明を詳細に説明してきたが、本発明の趣旨から離れることなく本発明に数多くの改変を行えることが、当業者であれば理解できるであろう。従って本発明の範囲は上記の具体的な実施態様に限定することを意図するものではない。むしろ、本発明の範囲は添付の請求の範囲およびその均等物によって決定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の１つの実施態様による仕切弁を組み込んだ処理システムのブロックダイアグラムである。
【符号の説明】
１０ 仕切弁
１２ 処理チャンバ
１４ 真空ポンプ
２０ バルブハウジング
３０ 流体管路
３２ 導入口
３４ 排出口
４０ 導入口取り付けフランジ
４２ 排出口取り付けフランジ

Claims (20)

1. 導入口と排出口の間を連通する流体管路を有するバルブハウジングと、
   流体管路を閉鎖する閉位置と、流体管路を通る流体の流れを許容する開位置の間で移動可能なバルブ閉止部材と、
   前記バルブハウジング内の流体管路の少なくとも一部に施された輻射吸収性コーティングとを有してなることを特徴とする、弁。
2. 前記バルブハウジングが他のシステム部品への取り付けのための取り付けフランジを含み、前記輻射吸収性コーティングが前記取り付けフランジの内側表面に施されている、請求項１記載の弁。
3. 前記輻射吸収性コーティングが黒色クロムである、請求項１記載の弁。
4. 前記輻射吸収性コーティングが黒色陽極酸化面である、請求項１記載の弁。
5. 前記輻射吸収性コーティングが黒色コーティングである、請求項１記載の弁。
6. 前記輻射吸収性コーティングの厚みが約２５．４〜１２７μｍの範囲内である、請求項１記載の弁。
7. 前記輻射吸収性コーティングが、熱輻射を吸収するように選ばれる、請求項１記載の弁。
8. 前記輻射吸収性コーティングが高い吸収率を有するコーティングである、請求項１記載の弁。
9. 前記弁が仕切弁からなり、前記弁の閉止部材がシールプレートである、請求項１記載の弁。
10. 弁が開いているときに導入口と排出口の間で流体を運ぶ流体管路を有するバルブを作成し、
    流体管路の少なくとも一部に輻射吸収性コーティングを形成する各工程を有してなることを特徴とする、弁の製造方法。
11. 弁を作成する工程がバルブハウジング上に取り付けフランジを作成することを含み、輻射吸収性コーティングを形成する工程が取り付けフランジの内側表面に輻射吸収性のコーティングを施すことを含む、請求項１０記載の弁の製造方法。
12. 輻射吸収性コーティングを形成する工程が、流体管路の少なくとも一部を黒色クロムでコーティングすることを含む、請求項１０記載の弁の製造方法。
13. 輻射吸収性コーティングを形成する工程が、黒色陽極酸化面を形成することを含む、請求項１０記載の弁の製造方法。
14. 輻射吸収性コーティングを形成する工程が、流体管路の少なくとも一部に２５．４〜１２７μｍの範囲内の厚みを有する輻射吸収性コーティングを形成することを含む、請求項１０記載の弁の製造方法。
15. 導入口と排出口の間を連通する流体管路を有するバルブハウジングで、導入口フランジと排出口フランジを有するバルブハウジングと、
    前記流体管路を閉鎖する閉位置と、前記流体管路から引き出された開位置の間で移動可能なシールプレートと、
    前記導入口フランジと前記排出口フランジの内側表面上に施された輻射吸収コーティングとを有してなることを特徴とする、仕切弁。
16. 前記輻射吸収性コーティングが黒色クロムである、請求項１５記載の仕切弁。
17. 前記輻射吸収性コーティングが黒色陽極酸化面である、請求項１５記載の仕切弁。
18. 前記輻射吸収性コーティングが黒色コーティングである、請求項１５記載の仕切弁。
19. 前記輻射吸収性コーティングの厚みが約２５．４〜１２７μｍの範囲内である、請求項１５記載の仕切弁。
20. 前記輻射吸収性コーティングが熱輻射を高率で吸収するように選ばれる、請求項１５記載の仕切弁。

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