JP2008051171A - 真空バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】振り子式圧力コントロールバルブにおいて摺動するＯリング等から発生する微粒子の拡散を防止する。
【解決手段】シールリング８を作動するためのシャフト１４のシャフト摺動面及び流路壁面とシールリング８との間の摺動面にそれぞれ付設されたＯ−リング１０、１１から発生する微粒子及び各摺動面に使用される真空グリースから、真空プロセスチャンバ雰囲気を遮断するために枠体壁面とシールリングとの外壁面に上記Ｏ−リングを挟む位置に２本の耐食性材料からなる環状保護バンド１２、１３を配置する構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、いわゆる振り子式圧力コントロールバルブ（Ｐｅｎｄｕｌｕｍ ｔｙｐｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｖａｌｖｅ）における欠点を改良した新規な高耐久性高性能の真空バルブに関するものである。

半導体デバイスの製造に際しては、化学蒸着（ＣＶＤ）、プラズマエッチング、スパッタリングなど真空プロセスチャンバ内での加工工程を必要とするプロセスが多い。このプロセスにおいては、それぞれの加工目的に応じ、異なったガスの雰囲気を形成しなければならないが、この際設定した真空プロセスチャンバ内の圧力を一定に保つように制御するための真空バルブを用いることが必要になる。

ところで、この真空バルブの１つの形式として、円形スライドプレートを中心部を円形状流体通過路に形成した厚肉状環状態からなる枠体の一部に軸支し、この円形スライドプレートを左右に振子運動させて、開放状態から閉塞状態を生じさせる、いわゆる振り子式圧力コントロールバルブが知られているが、その振り子式圧力コントロールバルブにおいては、円形スライドプレートの動きによりバルブのコンダクタンスを微量調整することによりプロセスチャンバの圧力を、事前に設定した一定の圧力に保つ機構が必要となる。このときのプロセスチャンバに流入する反応ガスの流量は一定である。そして、真空プロセスチャンバと真空ポンプを完全遮断する場合、上記の円形スライドプレートが閉塞状態時に円形スライドプレートに近接又は離間するシールリングを配置し、枠体のシールリングに近接する環状表面には流路軸に平行な軸を有する複数の孔部を穿設し、かつシールリングにはスライドプレートとは反対側に所定の間隔で円周方向に長さを有する複数の凹部を設け、その凹部の開口部を鍵孔状開口端部に形成し、枠体の環状表面に穿設した複数の孔部に対応させ、その孔部に上部の凹部の中で拡大させた頭部を有するシャフトで円形スライドプレートとシールリングとの間に付設されたＯ−リングを押圧し、完全遮断する構造の圧力コントロールバルブ（特許文献１参照）、流体流路とバルブシートを備えた壁体と、閉塞状態において上記バルブシートに押し付けられる弁プレートで構成され、上記の弁プレート又はバルブシートに閉塞時において押し付けられて流体流路をシールする弾性シールリングと、真空バルブの閉塞時にシールリングよりも開口部に近接して配置され、シールリングに作用する押圧力を緩和するプラスチックリングとを備えた真空バルブ（特許文献２参照）、流体流路、閉塞位置と開放位置との間を移動しうるスライドプレート及び流体流路の周囲を取り囲み、閉塞位置においてスライドプレートに作用するシールリングから構成され、シールリングには複数の孔を、また枠体の隣接面にその孔と対応させて凹部を配置し、シールリングの孔と枠体の凹部とを連結するファスナーを備え、それを回転することによって両者を係合させるようにした真空バルブ（特許文献３参照）、流路を有するバルブ本体と、第一及び第二の面を備え、流路の開放状態と閉塞状態との間を移動するバルブプレートを有し、移動経路がバルブの制御領域を形成する制御スライドバルブであって、バルブプレートが第一の面にこの面より突出させてバルブプレートにスプリングで支持した接触リングを有し、この接触リングは閉塞状態ではスプリングの付勢力に抗してバルブプレート方向に押し付けられ、周囲の面を越えてバルブ本体の接触面に接触するようになっているもの（特許文献４参照）などが提案されている。

ところで、流体流路を有する枠体と、この流体流路の流れを阻止する閉塞位置と流れを許容する開放位置との間を流路軸に対し垂直方向に回動するスライドプレートと、上記閉塞位置とした際に、スライドプレートと接触して完全閉止状態を形成し、あるいは離間して部分閉止状態を形成するシールリングから構成された振り子式圧力コントロールバルブにおいては、真空プロセスチャンバと真空ポンプの間を完全な閉止状態にすることを目的としてシールリングのスライドプレートとの対向面とは反対側に形成された流路壁面とシールリングとの間及びシールリングを作動するためのシャフト外周壁と枠体に穿設された該シャフトの嵌入孔の内壁面との間に弾性材料からなるＯ−リングが付設されている（例えば特許文献５参照）。

しかしながら、これらのＯ−リングは、プロセスガスにさらされる状態で挿入されているためプロセスガスとの接触により発生する微粒子がプロセスチャンバ内に混合し、製品を汚染したり、またＯ−リングに損傷を与えるという不具合を生じる。この不具合に関して高価な特殊Ｏ−リングを使用して寿命を延ばすという方法はあるが、それでも発生する微粒子は減少するが無くなるわけではなく、製品の汚染は発生する。また、これらのＯ−リングは摺動部に使用されているため、Ｏ−リング表面と摺動面に微量の真空グリースを塗布する必要がある。実際の現状では、生産コストを抑えるために高価な特殊Ｏ−リングを使用せず、安価なＯ−リングの表面に必要以上の多量の真空グリースを塗布し、プロセスガスとの接触を少なくすることにより寿命を延ばすということが行われている。しかしながら、この真空グリースもまたプロセスガスとの接触により微粒子が発生し、プロセスチャンバ内の製品を汚染する大きな要因になっている。これらの不具合を完全に防ぐ方法はまだ見出されていない。

特開平９−１７８０００号公報（特許請求の範囲その他） 特開２００２−２２８０４３号公報（特許請求の範囲その他） 米国特許第６，８６３，２５６号明細書（特許請求の範囲その他） 特開２００５−９６７８号公報（特許請求の範囲その他） 米国特許第５，５７７，７０７号明細書（特許請求の範囲その他）

本発明は、振り子式圧力コントロールバルブにおいて、プロセスガスを使用する際、シールリングを作動させるためのシャフトに使用されるＯ−リングと、流路壁面とシールリングの間に付設されたＯ−リング及びそれぞれのＯ−リング表面及び摺動面に使用される真空グリースとを真空プロセスチャンバ雰囲気と遮断することによりプロセスガスとの接触を防ぎ、それらのＯ−リングを保護すると共にＯ−リング及び真空グリースから発生する微粒子による真空プロセスチャンバ内の汚染を防ぎそれらに起因する製品への悪影響を抑制することを目的としてなされたものである。

本発明者は、振り子式圧力コントロールバルブにおけるＯ−リング及び真空グリースに起因する真空プロセスチャンバ内でのトラブルを防止するために鋭意研究を重ねた結果、摺動部のＯ−リング及び真空グリースが塗布されたＯ−リング表面及び摺動面と真空プロセスチャンバとの間に、流体の出入を防ぐ耐食性材料からなる、環状保護バンドを配置することにより、その目的を達成しうることを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。

すなわち、本発明は、真空プロセスチャンバと真空ポンプとを連通させるための円形状流路を中央部に有する枠体１と、流路軸に対し垂直方向に回動して流路を閉じるとともに、後記シールリングに接近することにより上記流路を通過する流体の流れを阻止する閉塞状態と、回動して流路を開けるとともにシールリング８から離間することにより流体の流れを許容する開放状態を形成するスライドプレート７と、該流路周壁面とシールリング８外周面との間で摺動しながら、上記スライドプレート７を押圧し又は除圧してスライドプレート７面との間に間隙を生じさせ、あるいは密着させるシールリング８から構成された振り子式圧力コントロールバルブにおいて、プロセスガスを使用する際、シールリング８を作動するためのシャフト１４のシャフト摺動面及び流路壁面とシールリング８との間の摺動面にそれぞれ付設されたＯ−リング１０、１１から発生する微粒子及び各摺動面に使用される真空グリースから、真空プロセスチャンバ雰囲気を遮断するために枠体壁面とシールリングとの外壁面に上記Ｏ−リングを挟む位置に２本の耐食性材料からなる環状保護バンド１２、１３を配置したことを特徴とする真空バルブを提供するものである。

本発明によれば、これまでの真空バルブが、シールリング摺動部分に塗布されたグリースが真空プロセスチャンバに侵入し、加工中の製品を汚染するという欠点を有していたのを、摺動部Ｏ−リング部分と真空プロセスチャンバとを遮断することにより、改善することができる。
また、それらの摺動部Ｏ−リングは、真空プロセスチャンバ内のプロセスガスと接触しないため、Ｏ−リングがプロセスガスにより損傷を受けることもなく、そのときＯ−リングから発生するパーティクルが真空プロセスチャンバに侵入し、加工中の製品を汚染することもない。

次に添付図面に従って、本発明を詳細に説明する。
図３は、従来のＯ−リングを備えた振り子式圧力コントロールバルブの１例の下方からみた斜面図であり、図４はその一部を切欠断面とした部分断面図である。

これらの図において、枠体１は真空プロセスチャンバに接続する入口３と真空ポンプに接続する出口４とにわたる流体流路２を有している。そして、真空プロセスチャンバ側接続フランジ５及び真空ポンプ側接続フランジ６すなわち環状表面が枠体１の流路の入口３及び出口４の縁の周囲に備えられている。このバルブには、枠体１の内部にスライドプレート７が流体流路２の開放位置と閉塞位置の間で回転可能に配置されている。

このスライドプレート７は、開放位置より閉塞位置に移動する際に、流体流路２を通過する流体の流量を減少させ、かつ補助的に出口４の真空ポンプ側接続フランジ６に向って微小調節可能な位置に移動し、出口４を通過する流体の流れを阻止する役割を果している。この振り子型バルブの入口３は、真空プロセスチャンバに連結し、また出口４は真空ポンプに連結して真空プロセスチャンバに接続された供給部から導入された高純度ガスを排気する。このときスライドプレート７の動きによってコンダクタンスを制御することにより真空プロセスチャンバ内の圧力を設定した一定の圧力に制御し、半導体デバイスの製造や被覆加工を行う。

図３において、バルブは、さらにシールリング８を有し、このシールリング８は流体流路２を共軸的に取り囲むように枠体１の入口３のフランジ面５とスライドプレート７の間に配置されている。

このシールリング８には、弾性材料からなる２本のＯ−リング９、１１が嵌入溝に埋め込まれた状態で配置されている。一方のＯ−リング９はシールリング８とスライドプレート７との間に配置され、もう一方のＯ−リング１１はシールリング８と入口３の内壁面との間に配置されている。

次に図１は、本発明の真空バルブの１例を示す縦断面図であり、図２はその要部を示す部分断面図である。
これらの図において、本発明の真空バルブは、上部を真空プロセスチャンバに連結する入口３、下部を真空ポンプに連結する出口４に形成した円形状流路２を中央部に有する枠体１と、スライドプレート７とシールリング８とから構成されている。そして、上記のスライドプレート７は流路軸に対し、垂直方向に回動し、上記流路の流れを阻止する閉塞位置と流れを許容する開放位置とを形成するように作用する。

また、シールリング８は、スライドプレート７が閉塞位置にもたらされ完全な閉止状態にするとき、シールリング８はそれを作動するためのシャフト１４により押圧され、シールリング８の嵌入溝に埋め込まれた状態で配置されているＯ−リング９により流体流路２の入口３から出口４に向って流体の流れを完全に止めた状態となる。

このシールリング８には、流路側面の摺動面Ｏ−リング１１が、かつシールリング８を作動するためのシャフト１４の摺動部をシールするＯ−リング１０が備えられ、これらのＯ−リング１０、１１及びそれぞれの摺動面に塗布されているグリースを、入口３に連結する真空プロセスチャンバの雰囲気から完全に遮断するための、耐食性材料からなる、成形ベローズ状に加工することにより弾力性を持たせた環状保護バンド１２、１３が配置されている。
この環状保護バンドは、シールリング表面に固定してもよいし、流路壁面に固定してもよい。すなわち、この環状保護バンド１２、１３は、シールリング８の表面に嵌合溝を設けてこれに嵌合してもよいし、また流路壁面に嵌合溝を設け、これに嵌合してもよい。

この環状保護バンド１２、１３は、耐食性材料により形成されていることが必要であり、このような材料としては、例えばプラスチックが用いられ、特に好ましいのはＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＰＦＥＰ、ＥＴＦＥ、ＰＣＴＦＥ、ＥＣＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＰＶＦなどのフッ素樹脂である。

本発明の真空バルブにおいては、摺動部分に配置されているＯ−リング１０、１１と、真空プロセスチャンバとが環状保護バンド１２、１３により遮断されているので、プロセスガスと接触することによるＯ−リングの損傷を防ぐとともに、そのときＯ−リングから発生するパーティクルが真空プロセスチャンバ内に侵入して、加工品の表面に付着し、ディフェクトを生じることはないし、また摺動部に塗布されたグリースが真空プロセスチャンバ内の製品に悪影響を与えることもない。

半導体デバイスの製造の際、化学蒸着（ＣＶＤ）、プラズマエッチング、スパッタリングなどの真空プロセスチャンバ内の圧力制御用真空バルブとして好適である。

本発明の１例を示す真空バルブの縦断面図。 図１の要部を示す部分断面図。 従来例の斜面図。 図３の一部を切欠断面とした部分断面図。

符号の説明

１ 枠体
２ 流体流路
３ 入口（真空プロセスチャンバ接続口）
４ 出口（真空ポンプ接続口）
５ 真空プロセスチャンバ側接続フランジ
６ 真空ポンプ側接続フランジ
７ スライドプレート
８ シールリング
９、１０、１１ Ｏ−リング
１２、１３ 環状保護バンド
１４ シャフト

Claims (5)

1. 真空プロセスチャンバと真空ポンプとを連通させるための円形状流路を中央部に有する枠体と、流路軸に対し垂直方向に回動して流路を閉じるとともに、後記シールリングに接近することにより上記流路を通過する流体の流れを阻止する閉塞状態と、回動して流路を開けるとともにシールリングから離間することにより流体の流れを許容する開放状態を形成するスライドプレートと、該流路周壁面とシールリング外周面との間で摺動しながら、上記スライドプレートを押圧し又は除圧してスライドプレート面との間に間隙を生じさせ、あるいは密着させるシールリングから構成された振り子式圧力コントロールバルブにおいて、プロセスガスを使用する際、シールリングを作動するためのシャフトの摺動面及び流路壁面とシールリングとの間の摺動面にそれぞれ付設されたＯ−リングから発生する微粒子及び各摺動面に使用される真空グリースから、真空プロセスチャンバ雰囲気を遮断するために枠体壁面とシールリングとの外壁面に上記Ｏ−リングを挟む位置に２本の耐食性材料からなる環状保護バンドを配置したことを特徴とする真空バルブ。
2. 環状保護バンドをシールリング表面に固定し配置する請求項１記載の真空バルブ。
3. 環状保護バンドを流路壁面に固定し配置する請求項１記載の真空バルブ。
4. 環状保護バンドがプラスチックからなる請求項１、２又は３記載の真空バルブ。
5. プラスチックがフッ素樹脂である請求項４記載の真空バルブ。
   

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