JP2007327515A - スロットルバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】排ガスから生じる付着物を飛散させることなく、全閉時のコンダクタンスを十分に小さくすることにより、真空度の制御範囲を拡大して真空プロセスの生産性を向上させる。
【解決手段】スロットルバルブは、流体通路５を形成するフランジ部１と、流体通路５の軸に直交した駆動軸３によってフランジ部１に回動自在に装着されている弁体２と、駆動軸３を回動駆動する弁体駆動手段とを備えている。そしてスロットバルブには、流体通路５を形成するフランジ部１の内壁面に突設され、流体通路５の周方向に延設された制流板４が備えられる。この制流板４は、弁体２が閉じたときに、流体通路５の軸方向で弁体２に近接するように配置される。また制流板４の先端部には、閉じた状態の弁体２に向かって突設された凸部が、流体通路５の周方向に延設される。また弁体２は、制流板４の凸部に対向する位置に凹部が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、スロットルバルブに関し、より詳細には、真空装置のプロセスチャンバーの真空圧を制御するために使用するスロットルバルブに関する。

真空装置におけるプロセスチャンバーの圧力制御を行う手段の一つとして、一般にスロットルバルブが用いられる。スロットルバルブは、プロセスチャンバーの排気側に設けられ、弁体の開度に応じて排気速度を調整し、流入するガス量に影響されることなくプロセスチャンバーの全圧を制御することができる。

例えば半導体のエッチングプロセスに適用するスロットルバルブの例を図４に示す。半導体のエッチングプロセスでは、ＣＦ_４（四フッ化炭素）などのエッチングガス供給系Ｇに接続されたプロセスチャンバーＣ内にシリコンウエハーＳｉを配置し、そのプロセスチャンバーＣ内にエッチングガスを供給するとともに、エッチングガスをスロットルバルブＶを介して真空ポンプＰにて吸引することによりエッチングを行っている。エッチングガスの流量は、スロットルバルブＶの開度により所定の反応処理速度となるよう制御される。

このようなスロットルバルブの技術に関し、例えば、特許文献１では、スロットルバルブのバルブ弁に封止部材を設け、さらにその封止部材とスロットルバルブの筐体との間を封止するシール部材とを備えたスロットルバルブが開示されている。
特開２００５−２８６２５９号公報

上記のような真空プロセスにおいては、製造技術の改善が進み、例えば半導体プロセスなどでは、従来よりも比較的低レベルの真空度（高い圧力の真空度）であっても、所望の品質の製品を得ることができるようになってきている。低レベルの真空度で製造する場合は、常圧から所望の真空度に到達するまでの時間が速くなるため、生産性を向上させることができる。

しかしながら、低レベルの真空度を維持・安定させるためには、スロットルバルブの全閉時のコンダクタンスを十分に小さくする必要がある。
従来の通常のスロットルバルブには、バルブが全閉時であっても流体通路が完全に閉塞せず、バルブ（弁体）の周囲と流体通路壁面との間に若干の開口が生じる。これはバルブの製造加工精度の制限もあって、流体通路内壁面と弁体とが擦れ合わないように若干の開口が設けられている。
すなわち従来のスロットルバルブは、バルブを全閉にした場合でも一定レベルのコンダクタンスが生じ、特にバタフライバルブを使用した一般的なスロットルバルブでは、その口径が大きくなるに従って全閉時の開口面積が大きくなり、排気性能が同じであれば、コンダクタンスも口径に応じて大きくなる。

従来の半導体プロセスでは、比較的高レベルの真空度（低い圧力の真空度）で製造を行っていたため、スロットルスバルブの全閉時のコンダクタンスがある程度生じていても、大きな弊害は生じなかった。
しかしながら、低レベルの真空度で製造を行う場合、スロットルバルブの全閉時のコンダクタンスが十分に小さくないと、真空度が安定せずに徐々に圧力が低下していってしまい、製造安定性が得られないという問題が生じる。

スロットルバルブの全閉時のコンダクタンスを小さくするためには、排気系の配管径を小さくし、バルブの口径を小さくすることが考えられるが、この場合、目標の真空度に到達するまでの時間が長くなって、生産性を阻害してしまう。

また全閉時のコンダクタンスを小さくして制御範囲を広げるために、バルブと筐体との間にパッキン等のシール部材を付与する構成のものがあるが、例えば半導体プロセスなどでは、排ガスに含まれる揮発分や飛散微粒子などがバルブに付着し、バルブがパッキンに接触するときにこれらの付着物が剥がれて飛散し、チャンバー内の製品を汚染する、というような不具合が生じる。

またパッキンを使用しない場合でも、例えば筐体とバルブとの接触部にテフロン（登録商標）コーティングなどを施して、筐体とバルブとを完全に接触させて低コンダクタンスを実現することができるが、この場合にも、筐体とバルブの接触部に付着物が生成され、これらが接触部で圧縮されて固形化し、その後剥がれ落ちてチャンバー内に飛散するという、不具合が生じる。また圧縮された付着物が圧縮部で成長し、バルブの開閉に支障が生じることもある。

すなわち、排ガスに起因する付着物が不具合となるプロセスでは、バルブ全閉時の低コンダクタンスを実現するためにパッキンを用いたり、バルブと筐体とを接触させるような構成を採用することはできない。また特許文献１のスロットルバルブは、基本的にパッキンを使用しているため、上記のような用途に適用することはできない。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、排ガスから生じる付着物を飛散させることなく、全閉時のコンダクタンスを十分に小さくすることにより、真空度の制御範囲を拡大して、真空プロセスの生産性を向上させることができるようにしたスロットルバルブを提供することを目的とするものである。

本発明によるスロットルバルブは、流体通路を形成するフランジ部と、その流体通路の軸に直交した回動軸によってフランジ部に回動自在に装着されている弁体と、回動軸を回動駆動する弁体駆動手段とを備えたスロットルバルブであって、流体通路を形成するフランジ部の内壁面に突設され、流体通路の周方向に延設された制流板を有している。そして制流板は、弁体が閉じたときに、流体通路の軸方向で弁体に近接するように配置され、また制流板の先端部には、閉じたときの弁体に向かって突設された凸部が、流体通路の周方向に延設されている。そして弁体は、制流板の凸部に対向する位置に凹部が形成されている。

さらに本発明によるスロットルバルブは、制流板は、弁体駆動手段が備える駆動軸の左右で流体通路の周方向に延設する第１の制流板，及び第２の制流板により構成され、第１及び第２の制流板は、弁体が閉じたときに、流体通路の軸方向で弁体の前側と後側でそれぞれが近接するように配置されている。そしてフランジ部の内壁面のうち、駆動軸の軸上の２カ所の所定領域には制流板を設けることなく、該２カ所の領域は、回転する弁体が制流板に接触しないように、流体通路の周方向に弁体の厚さ以上の長さを有している。

さらに本発明によるスロットルバルブは、弁体と流体通路を形成するフランジ部の内壁面とは、弁体が回転駆動しても常に接触しないようにしている。

本発明のスロットルバルブによれば、排ガスから生じる付着物を飛散させることなく、全閉時のコンダクタンスを十分に小さくすることにより、真空度の制御範囲を拡大して、真空プロセスの生産性を向上させることができるようにしたスロットルバルブを提供することができる。

特に本発明によれば、弁体の周囲の開口には駆動軸の軸上の２カ所の領域を除いて制流板が設けられているため、その部分で開口を通過しようとするガスは制流板と弁体との間の間隙を通過しなくてはならず、弁体の全閉時に開口を通過するガス量が大幅に抑えられ、全閉時のコンダクタンスを十分に小さくすることができる。
これにより、比較的低レベル（高い圧力）の真空度で製造を行う半導体プロセス用途などにおいて、目標圧力に迅速に到達しかつ目標圧力を安定して維持することができるようになり、生産性の向上に寄与することができるようになる。

さらに本発明によれば、弁体と流体通路を形成するフランジ部の内壁面とが、弁体が回転駆動しても常に接触しないようにしているため、排ガスに起因する付着物の剥離・飛散を防止することができ、適用プロセスの製品の品質を維持することができる。

図１は、本発明によるスロットルバルブの一実施例を説明するための図である。図１において、１は流体通路５を形成するフランジ部、２は流体通路５の径とほぼ等しい直径を有する円板状の弁体で、弁体２はフランジ部１の流体通路５の部分に回動自在に装着されている。また３は、弁体２とバルブ駆動部６とを連結する駆動軸で、駆動軸３は弁体２に一体的に固定されており、バルブ駆動部６内の駆動手段によって駆動軸３を回動することにより、弁体２を回動させ、流体通路５の開口面積（開度）を変えるようにしている。図１は、弁体２が全開の位置にあるときの状態を示している。

さらに図１において、４は制流板で、フランジ部１の内壁面から流体通路５側に突設された凸条体であり、流体通路５の周方向に延設されている。この制流板４は、フランジ部１と一体的に形成されている。
そして制流板４は、駆動軸３の左右でそれぞれ第１の制流板４ａ，及び第２の制流板４ｂを構成している。それぞれの制流板４ａ，４ｂは、流体通路５の周方向に延設される。この場合、フランジ部１の内壁面のうち、駆動軸３の軸上の２カ所の領域Ｈには、弁体２を回転させるときに邪魔にならないように、制流板４は設けないようにする。この領域Ｈは、全開時の弁体２が制流板４に接触しないように、流体通路５の周方向に弁体２の厚さ以上の長さを有する必要がある。

そして制流板４ａ，４ｂは、弁体２が閉じたときに、流体通路５の軸方向でそれぞれ弁体２の前後位置で、弁体２に近接するように配置されている。
図２は、図１のスロットルバルブのフランジ部の側断面を示す図で、バルブの開閉に応じた弁体２の位置を説明するものである。図２において、位置（Ａ）は、弁体２が全開時の位置を示し、位置（Ｃ）は弁体２が全閉時の位置を示し、位置（Ｂ）は、弁体２が全閉（Ｃ）の位置から１０°開いた状態を示す図である。

図２に示すように、二つの制流板４ａ，４ｂは、流体通路５の軸方向で弁体２の前後に位置するように配設されている。そして弁体２は、全閉の位置（Ｃ）から全開の位置（Ａ）に向かって回転するときに、その弁体２の外周部がそれぞれ制流板４側とは反対方向に回転するようになっている。

図３は、制流板４（４ａ，４ｂ）と弁体２との位置関係を説明するための要部拡大図で、図中、１１はフランジ部の内壁面、２１は弁体２に設けられた凹部、４１は制流板４に設けられた凸部である。
上述のように、制流板４は、弁体２が全閉の位置にあるときに、弁体２に近接するように配置されている。そして制流板４の先端部には、弁体２に向かって突設された凸部４１が形成されている。一方、弁体２には、制流板４の凸部４１に合わせた形状で凹部２１が形成されている。
これら制流板４の凸部４１は、流体通路５の周方向で制流板４の非配設部分を除く全周に亘って設けられている。また弁体２の凹部２１は、流体通路５の周方向で、少なくとも制流板４の凹部２１に対向する全領域に亘って設けられるが、制流板４の非配設部分を含めた弁体周囲全周に亘って設けてもよい。

また図３に示すように、全閉位置にある弁体２は、フランジ部１の内壁面１１及び制流板４に対して接触することなく、所定の間隙α，βを持つように構成されている。制流板４の凸部４１の領域においても、その形状に合わせて形成された弁体２の凹部２１によって所定の間隙が形成される。間隙α，βは例えば０.５ｍｍ程度に設定される。また、弁体２の外周面Ｒは、弁体２の直径をもつ球の表面形状に合致している。
弁体２の開閉動作と、その停止位置はバルブ駆動部６により電気的に制御され、フランジ部１の壁面等に当接して停止することはない。
このような構成により、弁体２とフランジ部１が接触することなく、上述したような排ガスに起因する付着物の剥離・飛散を防止することができる。

上記のような構造の制流板４と弁体２とによる構成によって、弁体２とフランジ部１との間の間隙を通過するガスの流路が多段階に曲折し、ガスの流通が制限されて、バルブ全閉時のコンダクタンスを低下させることができる。

すなわち、弁体２が全閉になったとき、弁体２とフランジ部１との間の間隙により開口が形成され、これによるコンダクタンスが生じるが、弁体２の周囲の開口には、駆動軸３の軸上の２カ所の領域Ｈを除いて制流板４が設けられているため、その部分で開口を通過しようとするガスは、制流板４と弁体２との間の間隙を通過しなくてはならず、制流板がない構成に比較して、開口を通過するガス量が大幅に抑えられる。また領域Ｈには、駆動軸３が存在するため、この領域における開口も充分に小さくなっている。

そしてこれにより、全閉時のコンダクタンスを十分に小さくすることができ、比較的低レベル（高い圧力）の真空度で製造を行う半導体プロセス用途などにおいて、目標圧力に迅速に到達しかつ目標圧力を安定して維持することができるようになり、生産性の向上に資することができるようになる。

本発明によるスロットルバルブの一実施例を説明するための図である。 図１のスロットルバルブのフランジ部の側断面を示す図である。 制流板と弁体との位置関係を説明するための要部拡大図である。 半導体のエッチングプロセスに適用する従来のスロットルバルブの一例を示す図である。

符号の説明

１…フランジ部、２…弁体、３…駆動軸、４…制流板、５…流体通路、６…バルブ駆動部、４ａ，４ｂ…制流板、１１…内壁面、２１…凹部、４１…凸部。

Claims (3)

1. 流体通路を形成するフランジ部と、該流体通路の軸に直交した回動軸によって前記フランジ部に回動自在に装着されている弁体と、該回動軸を回動駆動する弁体駆動手段とを備えたスロットルバルブにおいて、
   該スロットルバルブは、前記流体通路を形成する前記フランジ部の内壁面に突設され、該流体通路の周方向に延設された制流板を有し、該制流板は、前記弁体が閉じたときに、流体通路の軸方向で該弁体に近接するように配置され、
   前記制流板の先端部には、閉じたときの前記弁体に向かって突設された凸部が、前記流体通路の周方向に延設され、前記弁体は、前記制流板の凸部に対向する位置に凹部が形成されていることを特徴とするスロットルバルブ。
2. 請求項１に記載のスロットルバルブにおいて、前記制流板は、前記弁体駆動手段が備える駆動軸の左右で前記流体通路の周方向に延設する第１の制流板，及び第２の制流板により構成され、前記第１及び第２の制流板は、前記弁体が閉じたときに、前記流体通路の軸方向で前記弁体の前側と後側でそれぞれが近接するように配置され、
   前記フランジ部の内壁面のうち、前記駆動軸の軸上の２カ所の所定領域には前記制流板を設けることなく、該２カ所の領域は、回転する弁体が前記制流板に接触しないように、前記流体通路の周方向に前記弁体の厚さ以上の長さを有することを特徴とするスロットルバルブ。
3. 請求項１または２に記載のスロットルバルブにおいて、前記弁体と前記流体通路を形成する前記フランジ部の内壁面とは、前記弁体が回転駆動しても常に接触しないことを特徴とするスロットルバルブ。

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