JP2007138972A

JP2007138972A - プロセスガス制御弁の付着物除去方法及びプロセスガス制御弁の制御装置

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Publication number: JP2007138972A
Application number: JP2005329633A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Watanabe; 雅之渡辺; Yasunori Nishimura; 康典西村
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2005-11-15
Filing date: 2005-11-15
Publication date: 2007-06-07
Anticipated expiration: 2025-11-15
Also published as: KR101197080B1; KR20070051753A; JP4686340B2

Abstract

【課題】弁座と弁体に付着した付着物を短時間で除去し、プロセスガス制御弁が発生するパーティクルを減少させるとともに、流体漏れを防止できるプロセスガス制御弁の付着物除去方法及びプロセスガス制御弁の制御装置を提供すること。
【解決手段】弁体２２を弁座６に当接又は離間させることによりプロセスガスの供給を制御するプロセスガス制御弁１にパージガスを流し、弁体２２を弁座６に繰り返し衝突させる。このとき、プロセスガス制御弁１のボディ２をヒータ３０で加熱してもよい。また、上記プロセスガス制御弁１の付着物除去方法を実行する付着物除去手段３７を有する制御装置３１をプロセスガス制御弁１に接続してもよい。
【選択図】図２

Description

本発明は、プロセスガス制御弁の流路内に付着した付着物を除去するプロセスガス制御弁の付着物除去方法及びプロセスガス制御弁の制御装置に関する。

例えば、半導体制御工程におけるプラズマＣＶＤ装置は、各種プロセスガスをチャンバに供給し、プロセスガスを反応させてウエハ上に絶縁膜を堆積させる。チャンバの上流側には、プロセスガス制御弁が配設され、チャンバに供給するプロセスガスを制御する。プロセスガス制御弁は、プロセスガスが流路内に残留物として残ると、その残留物がパーティクルになって歩留まり率を低下させる恐れがある。パージガスをプロセスガス制御弁に流して流路内の残留物を除去する場合には、パージに丸１日時間がかかる上、パージガスを大量に消費する不都合がある。また、パージガスに変えてクリーニングガスを使用して残留物除去時間を短縮しようとすると、クリーニングガスによってプロセスガス制御弁自身がダメージを受け、寿命が短くなる。
そのため、例えば、特許文献１に記載されるバルブは、ウエーブジェネレータがエネルギーを与えられて圧電アクチュエータに超音波を出し、フレキシブルプレートを超音波速度で振動させて残留物を取り除いている。

特開２０００−３１１８６４号公報（段落００２０、００２１、図２Ｂ参照）。

しかしながら、特許文献１に記載される方法では、振幅の小さい超音波振動を与えて残留物を除去しようとするが、残留物は一定の粘着力をもって弁体や弁座に付着するため、超音波振動だけでは十分に残留物を落としきれなかった。そのため、プロセスガス制御弁は、弁座や弁体に付着した残留物がプロセスガスとともに流れてパーティクルを発生したり、弁座に付着した残留物により流体漏れが発生することがあった。このような特許文献１に記載される方法で残留物を完全に除去しようとすると、結局、残留物除去に時間がかかってしまっていた。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、弁体や弁座に付着した付着物を短時間で除去し、プロセスガス制御弁のパーティクル発生量を減少させるとともに、弁座と弁体のシール面に付着する付着物による流体漏れを生じにくくできるプロセスガス制御弁の付着物除去方法及びプロセスガス制御弁の制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために次のような構成を有している。
（１）プロセスガス制御弁の付着物除去方法であって、弁体を弁座に当接又は離間させることによりプロセスガスの供給を制御するプロセスガス制御弁にパージガスを流し、前記プロセスガス制御弁を高頻度で所定時間開閉弁動作させることを特徴とする。

（２）コイルを巻回したコイルボビンに固定鉄心を装填したソレノイド部を備え、前記固定鉄心に吸着される板状の可動鉄心に板バネと弁シートとを装着し、前記板バネのバネ力により前記弁シートを弁座に当接させており、前記コイルに電圧を印加したときに前記固定鉄心が励磁されて前記可動鉄心を前記板バネのバネ力に抗して吸引し、前記弁シートを前記弁座から離間させるプロセスガス制御弁に対して、パージガスを流し、前記コイルに電圧を高周波で印加することにより、前記可動鉄心を前記ソレノイド部側に高頻度で所定時間衝突させることを特徴とする。
（３）（２）に記載の発明において、前記可動鉄心が前記ソレノイド部側に衝突する部分に樹脂部材を配設したことを特徴とする。

（４）（１）乃至（３）の何れか１つに記載の発明において、前記弁座が設けられたボディをヒータで加熱することを特徴とする。
（５）プロセスガス制御弁の制御装置であって、（１）乃至（４）の何れか１つに記載するプロセスガス制御弁の付着物除去方法を実行する付着物除去手段を有することを特徴とする。

本発明のプロセスガス制御弁の付着物除去方法は、パージガスをプロセスガス制御弁に流した状態で、プロセスガス制御弁を高頻度で所定時間開閉弁動作させることにより、弁体や弁座に衝撃を与え、弁体や弁座に付着した付着物を剥がれ落とさせる。剥がれ落ちた付着物は、パージガスによって下流側へ流され除去される。一般的に、付着物は粘着力を持つが、弁体を弁座にぶつけた際に発生する衝撃は、超音波振動より大きく、超音波振動を弁体や弁座に与える場合より付着物を弁体や弁座から剥がれ落とさせやすい。よって、本発明のプロセスガス制御弁の付着物除去方法によれば、パージガスのみを流して付着物を除去する方法や、超音波振動を与えて付着物を除去する方法と比べて、弁体や弁座に付着した付着物を除去する時間を短くすることができ、また、プロセスガス制御弁が発生するパーティクルを低減させることができるとともに、弁座や弁体のシール面に付着する付着物による流体漏れを発生しにくい。

本発明のプロセスガス制御弁の付着物除去方法は、プロセスガス制御弁が、コイルに電圧を印加しないときには、板バネのバネ力により弁シートを弁座に当接させて流体を遮断し、コイルに電圧を印加したときに、固定鉄心が励磁されて板バネのバネ力に抗して可動鉄心を吸引し、弁シートを弁座から離間させるものであり、そのプロセスガス制御弁にパージガスを流した状態で、プロセスガス制御弁のコイルに電圧を高周波で印加し、可動鉄心をソレノイド部側へ高頻度で所定時間衝突させることにより、可動鉄心や板バネ、弁シートに付着した付着物を剥がれ落とさせる。剥がれ落ちた付着物は、パージガスによって下流側へ流され除去される。一般的に、付着物は粘着力を持つが、可動鉄心をソレノイド部側に衝突させる際に発生する衝撃は、超音波振動より大きく、超音波振動を可動鉄心や板バネ、弁シートに与える場合より付着物を可動鉄心や板バネ、弁シートから剥がれ落とさせやすい。よって、本発明のプロセスガス制御弁の付着物除去方法によれば、パージガスのみを流して付着物を除去する方法や、超音波振動を与えて付着物を除去する方法と比べて、可動鉄心や板バネ、弁シートに付着した付着物を除去する時間を短くすることができ、また、プロセスガス制御弁が発生するパーティクルを低減させることができるとともに、弁シートのシール面に付着する付着物による流体漏れを発生しにくい。
特に、可動鉄心がソレノイド部側に衝突する部分に樹脂部材を設けた場合には、可動鉄心がソレノイド部側の金属に直接衝突して摩耗する不具合を減らし、パーティクル発生量を抑制することができる。

また、本発明のプロセスガス制御弁の付着物除去方法は、ボディをヒータで加熱することにより、弁体や弁座に冷え固まった付着物を熱によって軟化、液化若しくは気化させ、弁体や弁座から剥がれ落ち易くすることができる。
また、本発明のプロセスガス制御弁の制御装置は、上記プロセスガス制御弁の付着物除去方法を実行する付着物除去手段を備えているので、モード切替などによりプロセスガス制御弁の付着物除去を簡単に行うことができる。

次に、本発明に係るプロセスガス制御弁の付着物除去方法及びプロセスガス制御弁の制御装置に関する一実施の形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、電磁弁１の側面図である。
第１実施形態では、図１に示すフラッパ式の電磁弁１をプロセスガス制御弁として使用する。電磁弁１は、例えば、半導体製造工程のプロセスガスを制御するために用いられ、ボディ２にソレノイド部１０を保持部材７を介して連結し、外観が構成されている。

図２は、図１に示す電磁弁１のＡ−Ａ断面図である。
電磁弁１のボディ２は、ＳＵＳなどの金属を直方体のブロック状に成形したものである。ボディ２は、取付孔３が図中上面から円柱状に穿設されている。また、ボディ２は、第１流路４が図中下面から取付孔３と同軸上に穿設されて取付孔３に連通しており、第１流路４が取付孔３の内壁に開口する開口部分に、弁座６が略円筒状に突設されている。また、ボディ２は、第２流路５が、弁座６より外側の取付孔３の内壁に開口するように図中下面から穿設されている。ボディ２の取付孔３には、弁座６の外側に段差が設けられ、板バネ２３の基準面を設定している。

プランジャ組立２０は、プランジャ（可動鉄心）２１、弁シート（弁体）２２、板バネ２３、押圧板２４とを積層して一体に組み立てたものであり、取付孔３の段差に板バネ２３を載置して、ボディ２の取付孔３に保持部材７を嵌め込むことにより、ボディ２の段差と保持部材７との間で板バネ２３の外縁部を強固に挟み込んで固定される。

プランジャ組立２０は、プランジャ２１の中央凹部に弁シート２２を装着し、弁シート２２を押さえるように板バネ２３と押圧板２４をプランジャ２１に重ね合わせ、押圧板２４と板バネ２３とプランジャ２１をスポット溶接接合したものである。弁シート２２は、ゴム、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＴＥＥ（四フッ化エチレン樹脂）などの熱可塑性を有する弾性体を、弁座６の外径より大きい円形状に成形したものであり、弁座６に当接するシール面に鏡面加工を施してシール性能を向上させている。板バネ２３と押圧板２４は、中央部に孔が形成されており、弁シート２２を露出させている。このようなプランジャ組立２０は、弁シート２２がプランジャ２１の自重と板バネ２３のバネ力との合成力によって弁シート２２を弁座６にシールさせる。尚、板バネ２３のバネ力は、基準面高さにより変化し、板バネ２３の上下面にスペーサ２５を挿入することにより調整できる。

保持部材７は、磁性材料を略円筒状に形成したものであり、内周面に段差が設けられている。保持部材７の段差には、樹脂部材１９が嵌め合わされている。樹脂部材１９は、保持部材７にきっちり嵌め込まれるように、ＰＴＦＥなどの硬めの樹脂を円筒状に成形したものであり、一端外周面にフランジが設けられ、そのフランジを保持部材７の段差に突き合わせて係合させることにより、樹脂部材１９を保持部材７に対して位置決めするようになっている。

中間部材８は、非磁性材料を円筒状に形成したものであり、樹脂部材１９に突き当たるように保持部材７に嵌め込まれている。ソレノイド部１０は、中間部材８に固定鉄心１３を圧入固定することにより、保持部材７に保持されている。ソレノイド部１０は、胴部にコイル１１を巻回された中空円筒状のコイルボビン１２に、固定鉄心１３が装填されている。固定鉄心１３は、強磁性材料を円柱状に成形したものであり、第１固定鉄心１３Ａと第２固定鉄心１３Ｂとに分割されている。第１固定鉄心１３Ａは、コイルボビン１２の図中上方開口部から圧入され、下端面が図中下方開口部より少し入り込んだ位置に配置されるようにコイルボビン１２に位置決め固定されている。また、第２固定鉄心１３Ｂは、中間部材８の中空孔に圧入されて嵌め込まれ、保持部材７及び中間部材８とともにボディ２の取付孔３の開口部を気密に塞いで弁室９を形成している。第２固定鉄心１３Ｂの図中上端部は、中間部材８から突き出し、第１固定鉄心１３Ａに突き当たるようにコイルボビン１２の図中下方開口部に嵌め込まれている。第１固定鉄心１３Ａと第２固定鉄心１３Ｂとの当接面には、凹凸が設けられ、第１固定鉄心１３Ａと第２固定鉄心１３Ｂを同軸上に位置決めしている。

ボンネット１４は、磁性材料を一方に開口する円筒状に成形したものであり、開口部内周面が保持部材７の外周面に重なり合うようにコイルボビン１２に被せられ、固定ネジ１５を用いて固定鉄心１３に固定されている。固定ネジ１５は、第１，第２固定鉄心１３Ａ，１３Ｂにねじ込まれ、第１，第２固定鉄心１３Ａ，１３Ｂを一体化させている。このようなソレノイド部１０は、コイル１１の周りがコイルボビン１２とボンネット１４により覆われて磁気回路を形成され、コイル１１に電圧を印加されたときに、第１，第２固定鉄心１３Ａ，１３Ｂが励磁されてプランジャ２１を吸引する。

保持部材７と第２固定鉄心１３Ｂは、下端面が樹脂部材１９より弁室９側に突出しており、保持部材７の内周面と第２固定鉄心１３Ｂの外周面との間に磁気漏洩空間９ａを形成している。プランジャ２１は、突縁部２１ａが弁シート２２を装着する面と反対側の面（図中上面）に設けられている。突縁部２１ａは、保持部材７及び第２固定鉄心１３Ｂの下端面と、樹脂部材１９の下端面との間に設けられた段差の高さより大きく突出し、プランジャ２１は、固定鉄心１３に吸引されると、突縁部２１ａにより磁気漏洩空間９ａを埋めるように非接触で上昇し、更に上昇すると、樹脂部材１９にぶつかって係止される。

図１に示すように、電磁弁１のボディ２には、棒状ヒータ３０（図２参照）を挿入するためのヒータ挿入孔２７が形成され、弁座６付近を中心にボディ２を加熱できるようになっている。また、電磁弁１のボディ２には、温度センサ２９（図３参照）を挿入するための温度センサ挿入孔２８が形成されている。

電磁弁１は、コイル１１が図３に示す制御装置３１に接続され、印加電圧を制御される。図３は、制御装置３１の電気ブロック図である。
制御装置３１は、中央演算装置（以下「ＣＰＵ」という。）ＣＰＵ３２、入出力インターフェース３３、ＲＯＭ３４、ＲＡＭ３５を備える周知の汎用コンピュータであるため、詳細な説明を省略する。ＲＯＭ３４には、付着物除去プログラム３７が格納されている。付着物除去プログラム（付着物除去手段）３７は、電磁弁１にパージガスを供給しながら電磁弁１を高頻度で所定時間開閉弁動作させることにより、プランジャ組立２０や弁座６に付着した付着物を除去するものである。

次に、電磁弁１の付着物除去方法について説明する。
電磁弁１は、プロセスガスの制御を行っていると、流路内に付着物が生成され、パーティクルの発生要因となったり、シール部分に付着した付着物により流体漏れを発生する恐れがある。そのため、電磁弁１は、制御装置３１を流量制御モードから付着物除去モードに切り替えて付着物除去プログラム３７を実行し、付着物の除去を行う。

具体的には、制御装置３１が付着物除去モードにされると、電磁弁１にパージガスが供給され、制御装置３１が電磁弁１に制御装置３１自身の最大周波数（本実施形態では１０Ｈｚとする。）で電圧を印加して、電磁弁１を高頻度で所定時間開閉弁動作させる。このとき、制御装置３１は、図４に示すように電磁弁１に供給する印加電圧を制御する。図４は、図１に示す電磁弁１の付着物除去方法を実施する際に図１に示す電磁弁１のコイルの印加する電圧波形を示す図である。

制御装置３１は、最初に電磁弁１のコイル１１に定格電圧を超える過電圧を印加した後、定格電圧を所定時間印加し、その後に印加電圧を遮断する。コイル１１は誘導負荷であるため、定格電圧を印加しても電流はすぐに上昇せず、ゆっくり上昇する。このため、初期的に過電圧を印加し、電流の上昇を早めている。このように過電圧を最初に印加することにより、弁が開きだす応答時間を早めることが可能になる。また、過電圧を印加した後に定格電圧に低下させるのは、弁が開いた後は、弁を動きださせる力より小さい力で弁を開位置で保持することができ、電力消費量を節減するためである。

電磁弁１は、弁シート２２が弁座６に衝突する際の衝撃で、プランジャ２１、弁シート２２のシール面、板バネ２３、弁座６に付着した付着物が剥がれ落ちたり、ヒビが入る。特に、プランジャ２１、弁シート２２、板バネ２３に付着する付着物には、プランジャ組立２０の移動によって生じる運動エネルギーが作用しており、弁シート２２が弁座６に衝突してプランジャ組立２０の運動を急激に停止されると、付着物が慣性力によって弁シート２１のシール面から剥がれ落ちやすい。そして、電磁弁１は、開閉弁動作を高頻度で繰り返すことにより、ヒビが入った付着物がそのヒビを大きくして剥がれ落ちやすくなる。剥がれ落ちた付着物は、パージガスに巻き込まれて第２流路５から外部へ排出される。付着物除去を開始した後所定時間（例えば３０分〜１時間）が経過すると、制御装置３１は、電磁弁１のコイル１１へ電圧を印加しなくなり、付着物除去を完了する。

このように付着物除去を行うときに、制御装置３１は、棒状ヒータ３０でボディ２を加熱する。この加熱温度は、温度センサ２９が検出した温度に基づいてフィードバック制御され、一定温度に維持される。付着物は、プロセスガスの凝結などによって生成されているため、ボディ２を加熱することにより弁座６などに付着した付着物が軟化、液化若しくは気化し、弁座６から剥がれ落ちやすくなる。

ここで、上記付着物除去方法は、プロセスガスを制御する場面以外で電磁弁１に開閉弁動作を行わせるため、電磁弁１の耐久性についても検討しておく。例えば、周波数１０Ｈｚで電圧を３０分間印加して付着物除去を行うと、電磁弁１は、１回の付着物除去につき１８００回開閉弁動作する。電磁弁１は、ボディ２と弁座６が剛性の高い金属で形成され、３０００万〜６０００万回の開閉弁動作を行い得る耐久性を有する。そのため、付着物除去時の開閉弁動作回数は、電磁弁１の耐久回数に対して僅か０．０１％程度であり、耐久性に殆ど影響しない。また、付着物除去をこまめに実施すれば、１回当たりの付着物除去時間を短縮して電磁弁１の開閉弁動作を少なくし、トータル的に付着物除去時に電磁弁１を開閉弁動作させる回数を減らすことが可能である。

ところで、出願人は、電磁弁１の流体漏れを調べる試験と、パーティクル発生量を調べる試験を実施し、上記プロセスガス制御弁の付着物除去方法の効果を裏付けた。

そこで、先ず、流体漏れを調べる試験について説明する。図５は、電磁弁１の流体漏れを調べるための試験回路５０を示す図である。
試験回路５０は、圧力レギュレータ５１、フィルタ５２、入口開閉弁５３、圧力計５４、電磁弁１を直列に接続して構成した。試験では、電磁弁１を使用して、電磁弁１に付着物を生成させて内部リークを生じさせるようにし、その電磁弁１を試験回路５０に組み付けた。そして、その電磁弁１に１０Ｈｚの電圧を印加して開閉弁動作させる動作時間、電磁弁１の第１流路４に供給するパージガスの流量、棒状ヒータ３０によるヒーティングの有無などの試験条件を変えて電磁弁１の付着物除去を行った。そして、付着物除去作業終了後に、電磁弁１を全閉して試験回路に窒素ガスを１７０ｋＰａまで加圧封入してから入口開閉弁５３を全閉し、入口開閉弁５３と電磁弁１との間の圧力変動量を圧力計５４で計測した。

図６は、電磁弁１の付着物除去方法の試験結果を示す図である。
図中短い点線で示す初期条件（図中「初期」参照）では、動作時間が０ｍｉｎで、パージガスの供給及び棒状ヒータ３０による加熱を行っていない。すなわち、初期条件では、付着物除去を行っていない。
また、図中二点鎖線で示す条件１では、棒状ヒータ３０による加熱を行わない状態で、電磁弁１の第１流路４にパージガスを１ＳＬＭずつ供給し、電磁弁１を３０分間開閉弁動作させた。
また、図中長い点線で示す条件２では、棒状ヒータ３０による加熱を行わない状態で、電磁弁１の第１流路４にパージガスを５ＳＬＭずつ供給し、電磁弁１を３０分間開閉弁動作させた。
また、図中実線で示す条件３では、棒状ヒータ３０で電磁弁１のボディ２を１５０℃に加熱した状態で、電磁弁１の第１流路４にパージガスを１ＳＬＭずつ供給し、電磁弁１を３０分間開閉弁動作させた。
また、図中一点鎖線で示す条件４では、棒状ヒータ３０で電磁弁１のボディ２を１５０℃に加熱した状態で、電磁弁１の第１流路４にパージガスを５ＳＬＭずつ供給し、電磁弁１を３０分間開閉弁動作させた。
また、図中太線で示す条件５では、棒状ヒータ３０で電磁弁１のボディ２を１５０℃に加熱した状態で、電磁弁１の第１流路４にパージガスを５ＳＬＭずつ供給し、付着物除去モードの下で電磁弁１を６０分間開閉弁動作させた。

上記試験の結果、以下のことが判明した。
図６に示すように、初期条件の電磁弁１は、圧力が急降下し、約３時間後には圧力が０ｋＰａになってしまった。これに対して、パージガスを流しながら電磁弁１を高頻度で開閉弁動作させた条件１〜５は、付着物除去を実施しない初期と比べると、圧力降下率が小さく、約６時間経過しても圧力が０ｋＰａになっていない。これらの試験結果より、パージガスを流しながら電磁弁１を高頻度で開閉弁動作させれば、弁部の付着物が除去され、流体漏れを生じにくくできることが判明した。これは、電磁弁１の開閉弁動作時に、弁部に衝撃が加えられ、付着物が弁部から剥がれ落ちるためと考えられる。

また、ヒーティングを行っていない初期、条件１，２は、下向きの放物線を描いて急激に圧力降下し、圧力変動率が大きく、試験開始後２時間経過すると、内部圧力が初期時の半分未満（８５ｋＰａ未満）に低下してしまった。これに対して、ヒーティングを行った条件３，４，５は、リニアに圧力降下し、圧力変動率が小さく、試験開始後６時間が経過しても、内部圧力が初期時の圧力の半分を超える１１０ｋＰａ以上である。この試験結果より、付着物除去時にヒーティングを行えば、弁部の付着物が大量に除去され、流体漏れが生じにくくなることが判明した、これは、電磁弁１のボディを加熱することにより、弁座６やプランジャ２１、弁シート２２、板バネ２３に付着した付着物が軟化、液化若しくは気化し、剥がれ落ちやすくなるためと考えられる。

また、図６に示すように、ヒーティングを行っていない条件下において、パージ流量が５ＳＬＭの条件２は、パージ流量が１ＳＬＭの条件１より圧力降下率が小さい。また、ヒーティングを行う条件下において、パージ流量が５ＳＬＭの条件４，５は、パージ流量が１ＳＬＭの条件３より圧力低下率が小さい。これらの試験結果より、パージガスの流量が多いほど、付着物を除去して、流体漏れを防止できるようになることが判明した。これは、弁シート２２が弁座６に衝突する際の衝撃に加え、パージガスの流体圧で付着物を吹きとばしやすいためと考えられる。

また、図６に示すように、付着物除去を６０分間行った条件５は、付着物除去を３０分間行った条件４より圧力低下率が小さい。この試験結果より、付着物除去時間が長いほど、付着物を除去して流体漏れを防止できることが判明した。

以上より、パージガスを流しながら電磁弁１を高頻度で所定時間開閉弁動作させることにより、付着物を除去して流体漏れを防止できるようになることが明らかになった。もっとも、上記試験では劣悪な電磁弁１を用いているが、実際に半導体製造工程で電磁弁１を使用する場合には、定期的或いは一定条件下で電磁弁１の付着物を除去すると考えられ、電磁弁１が本試験ほど劣悪な環境にさらされるとは考えにくい。これを考慮すれば、パージガスの流量を１ＳＬＭとし、３０分程度の付着物除去時間でも十分に付着物を除去しうると考えられる。

次に、パーティクル発生量を調べる試験について説明する。
この試験では、付着物を生成させた電磁弁１について、１５０℃にヒーティングし、パージガスを１ＳＬＭずつ流しながら１０Ｈｚの電圧を印加し、電磁弁１を高頻度で開閉弁動作させる付着物除去を行った後、作用ガスを流した場合におけるパーティクル発生量と、付着物除去を行わずに作用ガスを流した場合のパーティクル発生量を測定した。

この結果、付着物除去を行わない電磁弁１は、０．１μｍ以上のパーティクルが約２００００個発生し、特に１．０μｍ以上の大きなパーティクルが４００個発生した。これに対して、付着物除去を行った電磁弁１は、０．１μｍ以上のパーティクルが３０００個発生し、そのうち１．０μｍ以上の大きなパーティクルが２個発生した。
従って、電磁弁１の付着物除去を行うことにより、パーティクル発生量を２００００個から３０００個に減少させ、約８５％の削減に成功した。また、１．０μｍ以上の大きなパーティクルに至っては、４００個から２個に発生量を減らし、殆ど発生させないようにすることができた。

従って、本実施形態の電磁弁１の付着物除去方法は、パージガスを電磁弁１に流した状態で、弁シート２２を弁座６に繰り返し衝突させて弁シート２２や弁座６に衝撃を与え、弁シート２２や弁座６に付着した付着物を剥がれ落とさせる。剥がれ落ちた付着物は、パージガスによって下流側へ流され除去される。一般的に、付着物は粘着力を持つが、弁シート２２を弁座６に繰り返し衝突させて、超音波振動より大きい振動を弁シート２２や弁座６に与えるため、従来技術のように超音波振動を弁シート２２や弁座６に与える場合より付着物を弁シート２２や弁座６から剥がれ落とさせやすい。

よって、本実施形態の電磁弁１の付着物除去方法によれば、パージガスのみを流して付着物を除去する方法や、超音波振動を与えて付着物を除去する方法と比べて、弁シート２２や弁座６に付着した付着物を除去する時間を短くすることができる。具体的には、パージガスのみで付着物を除去する場合には、付着物除去に丸一日を要したが、本実施形態の付着物除去方法を使用することにより、付着物除去時間を３０分程度まで大幅に短縮することができる。特に、電磁弁１は、エアオペレイト弁などと比べて高速動作可能であり、付着物を効率よく除去することができる。

また、本実施形態の電磁弁１の付着物除去方法によれば、プロセスガス制御弁が発生するパーティクルを、付着物除去方法を実施しない場合と比べて約８５％も低減させることができる。しかも、１．０μｍ以上の大きなパーティクルが殆ど発生しなくなるので、例えば、半導体製造装置に電磁弁１を組み付けたときに、上記付着物除去方法を電磁弁１に実施すれば、歩留まりを向上させることができる。尚、電磁弁１は、弁シート２２をプランジャ２１と板バネ２３に一体に組み付けたものであるので、開閉弁動作時の衝撃によりプランジャ２１や板バネ２３に付着した付着物も除去して、パーティクル発生量を減らすことができる。
また、本実施形態の電磁弁１の付着物除去方法によれば、弁座６や弁シート２２のシール面に付着する付着物を除去して、流体漏れを発生しにくくすることができる（図６の条件２〜５参照）。
上記電磁弁１を組み付けた半導体製造装置では、電磁弁１のパーティクル発生量が減少するため、歩留まりが向上するとともに、パーティクルを除去するためにガスラインのパージを行う際のパージガス消費量が減少し、また、電磁弁１の漏れ量が減少するため、プロセスガス消費量が減少し、この結果、ランニングコストを安価にすることができる。

また、本実施形態の電磁弁１の付着物除去方法は、ボディ２を棒状ヒータ３０で加熱することにより、弁シート２２や弁座６に冷え固まって付着した付着物が熱によって軟化、液化又は気化し、弁シート２２や弁座６から剥がれ落ち易くなるので、効率よく付着物を除去することができる（図６の条件３、条件４、条件６参照）。
また、本実施形態の電磁弁１の制御装置３１は、上記電磁弁１の付着物除去方法を実行する付着物除去プログラム３７を備えているので、電磁弁１の付着物除去を制御装置３１に設けたモード切替スイッチの切り替え等により簡単に行うことができる。

（第２実施形態）
次に、本発明のプロセスガス制御弁の付着物除去方法に係る第２実施形態について説明する。
本実施形態のプロセスガス制御弁の付着物除去方法も、図２に示す電磁弁１をプロセスガス制御弁として用いるが、電磁弁１のプランジャ２１を樹脂部材１９に衝突させて付着物を除去する点で第１実施形態と相違する。そこで、ここでは、第１実施形態と相違する点について説明し、その他の説明は割愛する。

電磁弁１の付着物を除去するときには、電磁弁１にパージガスを供給し、プランジャ２１の突縁部２１ａを樹脂部材１９に衝突させるようにコイル１１へ過電圧を印加し、その後電圧を定格電圧に落とし、その後、コイル１１への印加を停止する。電磁弁１は、この一連の動作を高頻度で所定時間繰り返すと、プランジャ２１が樹脂部材１９に衝突する際の衝撃で、プランジャ２１、弁シート２２、板バネ２３に付着した付着物が剥がれ落ちる。このとき、第１実施形態と異なり、プランジャ２１や弁シート２２、板バネ２３に付着する付着物を剥がれ落とさせる方向に、慣性力が作用しない。しかし、プランジャ２１が樹脂部材１９に衝突する際の衝撃で付着物にヒビが入り、衝突を繰り返すうちにヒビが大きくなるため、付着物が剥がれ落ちやすくなる。

ところで、金属同士が衝突すると、金属の摩耗によってパーティクルが発生する。しかし、電磁弁１は、金属製のプランジャ２１をＰＴＦＥなどの樹脂を材質とする樹脂部材１９に衝突させ、他の金属に衝突させないため、パーティクルの発生を抑制しながら付着物を除去できる。また、流量制御中に固定鉄心１３がプランジャ２１を吸引しすぎた場合でも、プランジャ２１が突縁部２１ａを樹脂部材１９に係止されて移動を制限されるため、保持部材７や第２固定鉄心１３Ｂにぶつかってパーティクルを発生する恐れもない。

よって、本実施形態の電磁弁１の付着物除去方法によれば、電磁弁１にパージガスを流した状態で、電磁弁１のコイル１１に電圧を高周波で印加し、プランジャ２１をソレノイド部１０側に設けた樹脂部材１９に高頻度で所定時間衝突させることにより、プランジャ２１や板バネ２３、弁シート２２に付着した付着物を剥がれ落とさせるので、パージガスのみを流して付着物を除去する方法や、超音波振動を与えて付着物を除去する方法と比べて、プランジャ２１や板バネ２３、弁シート２２に付着した付着物を除去する時間を短くすることができ、また、電磁弁１が発生するパーティクルを低減させることができるとともに、弁シート２２のシール面に付着する付着物による流体漏れを発生しにくい。
特に、プランジャ２１がソレノイド部１０側に衝突する部分に樹脂部材１９を設けているので、プランジャ２１がソレノイド部１０側の金属に直接衝突して摩耗する不具合を減らし、パーティクル発生量を抑制することができる。

尚、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。
例えば、上記実施の形態では、可動鉄心を非接触で移動させるフラッパ構造を備える電磁弁１をプロセスガス制御弁の一例として挙げたが、プロセスガス制御弁としてポペット構造を備える電磁弁、エアオペレイトバルブ、ダイアフラム弁、開閉弁などを使用してもよい。
例えば、上記実施形態では、棒状ヒータ３０をヒータ挿入孔２７に挿入してボディ２を加熱するようにしたが、テープ状ヒータをボディ２に巻き付けてもよいし、ヒータをボディ２の外側面に取り付けてもよい。
例えば、上記実施形態では、第１流路４から第２流路５へプロセスガス及びパージガスを流す場合を例に挙げて説明したが、第２流路５から第１流路４へプロセスガス及びパージガスを流す場合でも同様の効果が得られる。
例えば、上記実施形態では、付着物除去時に１０Ｈｚで電圧を印加したが、１５Ｈｚなど制御装置３１が供給しうる、或いは、プロセスガス制御弁１が供給されうる最大周波数であれば、高周波数は１０Ｈｚに限定されない。

本実施形態に係る電磁弁の側面図である。図１に示す電磁弁のＡ−Ａ断面図である。図１に示す電磁弁に接続される制御装置の電気ブロック図である。図１に示す電磁弁の付着物除去方法を実施する際に図１に示す電磁弁のコイルの印加する電圧波形を示す図である。図１に示す電磁弁の流体漏れを調べるための試験回路を示す図である。図１に示す電磁弁の付着物除去方法の試験結果を示す図である。

符号の説明

１電磁弁（プロセスガス制御弁）
２ボディ
６弁座
１０ソレノイド部
１１コイル
１２コイルボビン
１３固定鉄心
１９樹脂部材
２１プランジャ（可動鉄心）
２２弁シート（弁体）
２３板バネ
３０棒状ヒータ（ヒータ）
３１制御装置
３７付着物除去プログラム（付着物除去手段）

Claims

弁体を弁座に当接又は離間させることによりプロセスガスの供給を制御するプロセスガス制御弁にパージガスを流し、前記プロセスガス制御弁を高頻度で所定時間開閉弁動作させることを特徴とするプロセスガス制御弁の付着物除去方法。
コイルを巻回したコイルボビンに固定鉄心を装填したソレノイド部を備え、前記固定鉄心に吸着される板状の可動鉄心に板バネと弁シートとを装着し、前記板バネのバネ力により前記弁シートを弁座に当接させており、前記コイルに電圧を印加したときに前記固定鉄心が励磁されて前記可動鉄心を前記板バネのバネ力に抗して吸引し、前記弁シートを前記弁座から離間させるプロセスガス制御弁に対して、パージガスを流し、前記コイルに電圧を高周波で印加することにより、前記可動鉄心を前記ソレノイド部側に高頻度で所定時間衝突させることを特徴とするプロセスガス制御弁の付着物除去方法。
請求項２に記載するプロセスガス制御弁の付着物除去方法において、
前記可動鉄心が前記ソレノイド部側に衝突する部分に樹脂部材を配設したことを特徴とするプロセスガス制御弁の付着物除去方法。
請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載するプロセスガス制御弁の付着物除去方法において、
前記弁座が設けられたボディをヒータで加熱することを特徴とするプロセスガス制御弁の付着物除去方法。
請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載するプロセスガス制御弁の付着物除去方法を実行する付着物除去手段を有することを特徴とするプロセスガス制御弁の制御装置。