JP2010216549A - 回転型切換弁 - Google Patents

Abstract

【課題】主流体がクリアランス部から漏れることを防止すること。
【解決手段】プロセスガスが流れるチャンバ連通路２４と主流体が排気されるベント連通路２５が形成された弁本体２と、弁本体２に回転可能に保持され、内部に主流体が流れる主流路３１が形成された円筒弁体３とを有し、円筒弁体３を回転させることにより、主流路３１をチャンバ連通路２４とベント連通路２５とに切り換え可能な回転型切換弁１において、弁本体２と円筒弁体３との間のクリアランス部１１にパージガスを流すためのパージガス流路２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅを有し、クリアランス部１１にパージガスを流すことで、主流体が主流路３１から漏れることを防止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プロセスガス供給装置とチャンバ（反応室）とを接続する配管上に配置される主流体が流れるチャンバ連通路と主流体が排気されるベント連通路が形成された弁本体と、弁本体に回転可能に保持され、内部に主流体が流れる主流路が形成された円筒弁体とを有し、円筒弁体を回転させることにより、主流路をチャンバ連通路とベント連通路とに切り換え可能な回転型切換弁に関する。

薄膜生成を行う半導体製造装置において、液体を２５０℃以上で気化させた主流体であるプロセスガスを制御する必要がある。液体を２５０℃以上で気化させたプロセスガスを流し、２５０℃以上を維持しながら制御するためには、樹脂弁座、樹脂ダイアフラムによる樹脂弁を使用することができない。そのため、３つの流路を繋ぐため、従来は、弁シールは金属弁座と金属ダイアフラムによるメタルタッチで行われる３つのポペット弁が使用されていた。
しかし、メタルタッチで行われる３つのポペット弁は、金属部が接触するメタルタッチの繰返しにより、接触部が摩耗する問題があり、摩耗によりプロセスガスの漏れやチャンバを汚染する摩耗粉の発生が増加するため切換弁としての寿命が短いという問題があった。

一方、従来、メタルタッチではなくパージガスを利用した切換弁の技術として、下記の特許文献１に記載される回転型切換弁がある。
特許文献１の回転型切換弁は、主流体が流れる主流路が形成された弁本体と、弁本体に回転可能に保持され、内部に主流路が形成された円筒弁体とを有し、円筒弁体を回転させることにより、主流路を切り換える回転型切換弁である。特許文献１の回転型切換弁には、ポリエスチレンやポリプロピレン等を、粉粒体の形で空気輸送する場合に用いられるものである。
特許文献１の回転型切換弁において、粉粒体を空気輸送する際に弁本体と円筒弁体との間の隙間部にパージガスを流し込む。パージガスを流し込むことにより、円筒弁体内の主流路を流れる粉粒体が、弁本体と円筒弁体との間の隙間部に噛み込もうとする前に、パージガスが粉粒体を弾き飛ばすことができるため、粉粒体が弁本体と円筒弁体との間の隙間部に噛み込むことを防止することができる。

特開２００８−４５６６９号公報 特開平６−４５２５６号公報 特開平１１−８７３４１号公報

しかしながら、特許文献１の回転型切換弁を用いて、薄膜生成を行う半導体製造装置において、液体を２５０℃以上で気化させたプロセスガスを制御するような場合には、以下の問題があった。
特許文献１の回転型切換弁では、粉粒体が噛み込まないようにするため、粉粒体が噛み込まない流量のパージガスを多量に流し込めばいいが、半導体製造装置においては、プロセスガスを流すため、プロセスガスに多量のパージガスが混入する恐れがある。プロセスガスにパージガスが混入すると、プロセスガスの性質（濃度）が変化してしまうため、結果として最終製品である半導体の性能に影響を与えるため問題となる。
一方、プロセスガスにパージガスが混入しないようにするため、パージガスの流量を少なくしすぎると、今度はプロセスガスが弁本体と円筒弁体との間の隙間部に漏れ出す問題がある。
また、２５０℃以上において弁体と円筒弁体との接触による摩耗粉を防ぐための構造については述べられていない。

そこで、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、弁本体と円筒弁体の間の隙間部からプロセスガスが漏れること、及び摩耗粉発生を防止すること、弁本体と円筒弁体の間の隙間部にプロセスガスが漏れない強さで、パージガスを流す回転型切換弁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る回転型切換弁は、以下の構成を有する。
（１）主流体が流れるチャンバ連通路と主流体が排気されるベント連通路が形成された弁本体と、弁本体に回転可能に保持され、内部に主流体が流れる主流路が形成された円筒弁体とを有し、円筒弁体を回転させることにより、主流路を該チャンバ連通路とベント連通路とに切り換え可能な回転型切換弁において、弁本体と円筒弁体との間のクリアランス部にパージガスを流すためのパージガス流路を有し、クリアランス部にパージガスを流すことで、主流体が主流路から漏れることを防止すること、を特徴とすることにある。
（２）（１）に記載する回転型切換弁において、弁本体と円筒弁体との間にクリアランス部を有するため、弁本体と前記円筒弁体とが接触しないこと、を特徴とすることにある。
（３）（１）に記載する回転型切換弁において、円筒弁体に設けられた主流路の形状が扇状であること、を特徴とすることにある。
（４）（１）又は（３）に記載する回転切換弁において、円筒弁体に設けられた主流路は、切換中間位置において、チャンバ連通路とベント連通路の両方に連通すること、を特徴とすることにある。
（５）（１）に記載する回転切換弁において、パージガス連通路は、弁本体と円筒弁体との間に形成されたパージガス環状流路に連通していること、チャンバ連通路とベント連通路は、パージガス環状流路の間に形成されていること、を特徴とすることにある。

（６）（１）に記載する回転型切換弁において、パージガスの流量を、主流体へのパージガスの混入割合を１０００ＰＰＭ以下となる流量に制御すること、を特徴とすることにある。
（７）（６）に記載する回転型切換弁において、パージガス量を変化させたときの主流体の漏れ量グラフを作成する第１実験を行い、パージガス量を変化させたときの主流体に混入するパージガス量の混入ガスグラフを作成する第２実験を行い、第１実験により求めた漏れ量グラフと第２実験により求めた混入ガスグラフに基づいてパージガス量を決定すること、を特徴とすることにある。
（８）（７）に記載する回転型切換弁において、第１実験は、パージガス流路にＡガスを供給し、主流路にＢガスを供給し、ベント連通路から排出されるＢガスの濃度を質量分析計を用いて計測すること、第２実験は、パージガス流路にＢガスを供給し、主流路にＡガスを供給し、チャンバ連通路から排出されるＢガスの濃度を質量分析計を用いて計測すること、を特徴とすることにある。

上記回転型切換弁の作用及び効果について説明する。
（１）上記構成を有する回転型切換弁は、例えば、円筒弁体内の主流路に主流体を流すとき、弁本体と円筒弁体との間のクリアランス部にパージガスを流す。これにより、弁本体と円筒弁体の間に、主流体が漏れ出すことを防止することができる。
（２）弁本体と円筒弁体との間にクリアランス部を有するため、弁本体と円筒弁体とが接触しないことにより、弁本体と円筒弁体が接触することがないため摩耗粉が発生することもない。
（３）円筒弁体に設けられた主流路の形状が扇状であることにより、主流路が常にベント連通路及びチャンバ連通路と連通している状態になるため、円筒弁体内に主流体が滞留することを防止することができる。
（４）円筒弁体に設けられた主流路は、切換中間位置において、弁本体のチャンバ連通路とベント連通路の両方に連通するため、主流路が常にベント連通路及びチャンバ連通路と連通している状態になるため、円筒弁体内に主流体が滞留することを防止することができる。
（５）パージガス連通路は、弁本体と円筒弁体との間に形成されたパージガス環状流路に連通しており、パージガスを環状流路からクリアランス部に行渡らせることができる。また、チャンバ連通路とベント連通路は、パージガス環状流路の間に形成されていることにより、チャンバ連通路及びベント連通路周辺のクリアランス部にパージガスが行渡り主流体がクリアランス部に漏れ出すことがない。

（６）パージガスの流量を、主流体内に混入する混入割合が１０００ＰＰＭ以下となる量に制御することで、たとえ、パージガスが主流体に混入したとしても、パージガスの混入割合が１０００ＰＰＭ以下であれば、主流体の性質（濃度）を変化させる程度の量ではないため、半導体の性能に影響を与えることはない。
（７）パージガス量を変化させたときの主流体の漏れ量グラフを作成する第１実験を行い、パージガス量を変化させたときの主流体に混入するパージガス量の混入ガスグラフを作成する第２実験を行い、第１実験により求めた漏れ量グラフと第２実験により求めた混入ガスグラフとの交差する点に基づいてパージガス量を決定することにより、事前にパージガスの流量を決定しておくことができ、パージガスの流量を、主流体内に混入する混入割合が１０００ＰＰＭ以下となる量に制御することができる。
（８）第１実験は、パージガス流路にＡガスを供給し、主流路にＢガスを供給し、ベント連通路から排出されるＢガスの濃度を質量分析計を用いて計測すること、第２実験は、パージガス流路にＢガスを供給し、主流路にＡガスを供給し、チャンバ連通路から排出されるＢガスの濃度を質量分析計を用いて計測することにより、事前にパージガスの流量を決定しておくことができ、パージガスの流量を、主流体内に混入する混入割合が１０００ＰＰＭ以下となる量に制御することができる。
また、高精度の質量分析計を実験に使用することにより、事前により確実なデータを取ることができ、主流体内にパージガス流量が混入する混入割合が１０００ＰＰＭ以下となる量に制御することが可能となった。

回転型切換弁１の外観一部断面図を示す。 第１実験（１）の検討方法を示す。 第１実験（２）の検討方法を示す。 第２実験（１）の検討方法を示す。 第２実験（２）の検討方法を示す。 図１のＥＥ断面図を示す。 第１実験及び第２実験の実験結果を示す。 第２実施形態における弁本体Ａ２と円筒弁体Ａ３の断面図を示す。 パージガス流路が５つ以上形成された回転切換弁の外観一部断面図を示す。 従来の半導体製造装置における気化器６１を搭載したシステムの構成図を示す。 回転切換弁１を、半導体製造装置における気化器６１を搭載したシステムの構成図を示す。 従来の半導体製造装置におけるＡＬＤ法プロセスのシステムの構成図を示す。 回転切換弁１Ｃ、１Ｄを、半導体製造装置におけるＡＬＤ法プロセスに採用したシステムの構成図を示す。

次に、本発明に係る回転型切換弁の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）
＜回転型切換弁の全体構成＞
図１には、回転型切換弁１の外観一部断面図を示す。
回転型切換弁１は、内部に円筒弁体３を備える弁本体２と、弁本体２に回転可能に保持され、内部に主流路３１が形成された円筒弁体３、円筒弁体３を回転させるための回転導入機４、及び、回転導入機４にエネルギーを与えるロータリＡＣＴ５から構成されている。図１においては、弁本体２及び円筒弁体３が理解しやすいように、弁本体２内を断面図として示す。
円筒弁体３は、略円筒形状をしている。円筒弁体３の内部には、主流体であるプロセスガスが流れる主流路３１が形成されている。主流路３１は、円筒弁体３の上面３ａから下面３ｂ方向へ垂直に伸び、円筒弁体３内部で直角に曲がり、周壁３ｃに連通している。主流路３１のうち、上面３ａに連通している部分が、プロセスガス供給口３１ａであり、周壁３ｃに連通している部分がプロセスガス連通口３１ｂである。
図６（ａ）乃至（ｃ）に、図１のＥＥ断面図であるプロセスガス連通口３１ｂを示す。プロセスガス連通口３１ｂの形状は、扇状をしている。プロセス連通口３１ｂの開口部の角度は約６０度である。扇状をしていることにより、図６（ｂ）に示すように、チャンバ連通路２４からベント連通路２５に切り換える際の中間位置においても、プロセスガス連通口３１ｂは、チャンバ連通路２４からベント連通路２５につながった状態にある。したがって、プロセスガス連通口３１ｂが扇状をしていることにより、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、プロセスガス連通口３１ｂは、常にチャンバ連通路２４、ベント連通路２５に連通した状態にある。

弁本体２の内部には、円筒弁体３が挿入される挿入孔２１が形成されている。挿入孔２１は、弁本体２の上面２ａから、下面２ｂまで垂直に貫通している。挿入孔２１のうち、パージガス流路２２ａ、２２ｄと連通する箇所には、環状の溝であるパージガス環状流路２ｇが形成されている。また、挿入孔２１のうち、パージガス流路２２ｂ、２２ｅと連通する箇所には、環状の溝であるパージガス環状流路２ｈが形成されている。
弁本体２の右側面２ｃには、パージガス流路２２ａ、２２ｂが右側面２ｃに対して垂直方向に形成されている。弁本体２の右側面２ｃには、パージガス流路２２ｃが右側面２ｃに対して約６０度の角度で形成されている。
弁本体２の左側面２ｄには、パージガス流路２２ｄ、２２ｅが左側面２ｄに対して垂直方向に形成されている。
パージガス流路２２ａ、２２ｄは、パージガス環状流路２ｇを通じて、挿入孔２１に連通している。パージガス流路２２ｂ、２２ｅは、パージガス環状流路２ｈを通じて、挿入孔２１に連通している。
弁本体２の左側面２ｄのパージガス流路２２ｅの下には、パージガス排出路２３が左側面２ｄに対して垂直方向に形成されている。パージガス排出路２３は、挿入孔２１に連通している。
パージガス流路２２ａ、及びパージガス流路２２ｄは、円筒弁体３の上面３ａの水平線上から計測して、１５０ｍｍ以下の弁本体２の側面に形成されている。１５０ｍｍ以下である理由は、後述する実験のシュミレーションにより求められたものである。
また、パージガス流路２２ａとパージガス流路２２ｂの中間には、チャンバ連通路２４及びベント連通路２５が形成されている。チャンバ連通路２４及びベント連通路２５から、パージガス流路２２ａ及びパージガス流路２２ｂまでの長さは、ともに１０ｍｍである。同様にパージガス流路２２ｄ及びパージガス流路２２ｅの中間にチャンバ連通路２４及びベント連通路２５が形成されている。

パージガス流路２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、及び、パージガス排出路２３が連通する挿入孔２１の内壁面２１ａと円筒弁体３の周壁３ｃの間には、２５〜１００μｍのクリアランス部１１が形成されている。
図１では弁本体２は断面図であるため図示されないが、正面２ｅには、チャンバ連通路２４が正面２ｅに対して垂直方向に形成されている。チャンバ連通路２４が形成されている部分が理解しやすいように、チャンバ連通路２４を図１において点線で示す。図示されない背面２ｆには、ベント連通路２５が背面２ｆに対して垂直方向に形成されている。
図１においては、円筒弁体３のプロセスガス連通口３１ｂは、弁本体２内部のチャンバ連通路２４及び排気ポート連通口２５に直接連通していない状態にある。
回転導入機４とロータリＡＣＴ５と係合しており、回転導入機４は弁本体２と係合している。

＜第１実施形態に係る回転型切換弁の作用及び効果＞
次に、回転型切換弁１の作用及び効果について説明する。
主流体であるプロセスガスをチャンバ内へ供給したい場合、図６（ａ）に示すように、円筒弁体３のプロセスガス連通口３１ｂと弁本体２のチャンバ連通路２４に連通させた状態にする。そこに、プロセスガス供給源からプロセスガスを供給する。プロセスガスが供給されると、プロセスガスが円筒弁体３の主流路３１内を流れ、プロセスガス連通口３１ｂから、チャンバ連通路２４へと流れる。このとき、弁本体２の挿入孔２１の内壁面２１ａと円筒弁体３の周壁３ｃの間には、２５〜１００μｍのクリアランス部１１が形成されているため、プロセスガスがプロセスガス供給口３１ａ及びプロセスガス連通口３１ｂの周辺のクリアランス部１１から漏れ出す。
しかし、第１実施形態においては、プロセスガスを供給する際には、パージガスをパージガス流路２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅから、パージガスの割合が１０００ＰＰＭ以下となる割合に流量を制御して供給され、また、パージガス排出路２３から、パージガスの割合が１０００ＰＰＭ以下となる割合に流量を制御してパージガスが排出される。パージガスがプロセスガスに１０００ＰＰＭ以上の割合で混入すると、プロセスガスの性質（濃度）が変化してしまい、結果として、半導体の性能に影響を与えてしまうからである。パージガス流路２２ａ、２２ｂ、２２ｄ、２２ｅは、プロセスガスがクリアランス部１１から漏れないようにするため、パージガスを供給する。それに対して、パージガス流路２２ｃは、上方のチャンバ連通路２４等と下方のベアリング等とを分けるために、パージガスを供給する。

パージガスをパージガス流路２２ａ、２２ｂ、２２ｄ、２２ｅからクリアランス部１１に供給することにより、プロセスガスを主流路３１へ押し返し、プロセスガスがクリアランス部１１から漏れ出すこと及びプロセスガスがクリアランス部１１に入って目詰まりすることを防止することができる。
弁本体２と円筒弁体３の間にクリアランス部１１を設けることにより、従来のように、金属部が接触するメタルタッチの繰返しにより、接触部が摩耗し、摩耗粉が発生することがない。したがって、弁本体２及び円筒弁体３が接触することによる摩耗が生じること、及び摩耗粉が発生することがないため、２５０℃以上でも回転型切換弁１の寿命を長くすることができる。また、摩耗粉でチャンバを汚染することもない。
また、パージガス流路２２ａとパージガス流路２２ｂの中間には、チャンバ連通路２４及びベント連通路２５が形成されていることにより、パージガス流路２２ａ及びパージガス流路２２ｂから同じ流量のパージガスを供給することにより、クリアランス部１１からプロセスガスが漏れるのを防止することができる。また、中間にあるため流量調整も容易である。パージガス流路２２ｄ及びパージガス流路２２ｅの中間にも、チャンバ連通路２４及びベント連通路２５が形成されているため同様の効果が得られる。
また、パージガス連通路２２ａ、２２ｂ、２２ｄ、２２ｅは、パージガス環状流路２ｇ、２ｈを通して挿入孔２１に連通しているため、パージガスがパージガス環状流路２ｇ、２ｈからクリアランス部１１に入り、広い範囲にパージガスを行渡らせることができる。それにより、プロセスガスがクリアランス部１１から漏れ出すことを防止することができる。

プロセスガスを排気ポートへ排気したい場合、プロセスガスの供給を図示しない開閉弁により、閉弁し、プロセスガスの供給を止める。つぎに、円筒弁体３を１８０度回転させてプロセスガス連通口３１ｂと弁本体２のベント連通路２５に連通させた状態にする。プロセスガスには、有毒性がある場合もあるため、プロセスガスを排気ポートへ排気するためである。
プロセス連通口３１ｂの開口部の角度は約６０度である。扇状をしていることにより、図６（ｂ）に示すように、チャンバ連通路２４からベント連通路２５を切り換える際の中間位置においても、流路がつながり、チャンバ連通路２４及びベント連通路２５が連通した状態にある。また、図６（ａ）に示すように、プロセスガス連通口３１ｂは、チャンバ連通路２４につながり、プロセスガスがチャンバ連通路２４に流れる状態にある。図６（ｃ）に示すように、プロセスガス連通口３１ｂは、ベント連通路２５につながり、プロセスガスがベント連通路２５に流れる状態にある。

図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すようにプロセスガス連通口３１ｂが扇状をしていることにより、プロセスガス連通口３１ｂは、常にチャンバ連通路２４、ベント連通路２５に連通した状態となる。
仮に、プロセスガス連通口３１ｂが扇状をしておらず、プロセスガス連通口３１ｂが連通路と同程度の孔径である場合には、図６（ｂ）の中間位置の場合に、プロセスガス連通口３１ｂが挿入孔２１の内周壁２１ａでふさがれてしまうことになる。プロセスガス連通口３１ｂが内周壁２１ａにふさがれる場合には、主流路３１内部のプロセスガスが行き場を失い、主流路３１内にプロセスガスが滞留する。プロセスガスが主流路３１内に滞留することにより、プロセスガス供給口３１ａの周辺のクリアランス部１１から、プロセスガスが漏れ出すことになる。
それに対して、第１実施形態における回転型円筒弁１のように、プロセス連通口３１ｂの開口部の角度が約６０度である扇状をしていることにより、図６（ｂ）の中間位置の場合においても、プロセスガス連通口３１ｂがチャンバ連通路２４、ベント連通路２５と連通している状態にあるため、主流路３１内にプロセスガスが滞留することはなく、プロセスガスが主流路３１内から漏れ出すことがない。
よって、プロセスガスがプロセスガス供給口３１ａの周辺のクリアランス部１１から漏れ出すことを防止することができる。

パージガスを流し込む際、プロセスガスに対するパージガスの割合が１０００ＰＰＭ以下となる割合に流量を制御して供給すること、及び、ベント連通路２５から、パージガスの割合が１０００ＰＰＭ以下となる割合に流量を制御してパージガスが排出することは、以下の２つの実験結果に基づいて決定する。
２つの実験とは、ともに質量分析計を用いて、Ｂガス濃度の増加及び減少を確認することにより、求める実験である。質量分析計を用いるのは、高精度であり、簡単だからである。本実験においては、ＰＰＭではなく、％によってＢガス濃度を表している。
２つの実験では、弁本体２と円筒弁体３との間のクリアランス部１１の間隔が５０μｍの場合の回転型切換弁を用いて実験を行った。

第１実験を以下で説明する。第１実験は、回転型切換弁１におけるプロセスガスの漏れ量を把握することを目的とする。
図２及び図３に実験の検討方法を示す。図２及び図３においては、回転型切換弁１を簡略化して表している。具体的には、パージガス流路をパージガス流路２２ａ、２２ｂしか設けていない。図７に実験結果を示す。図７（ａ）に、Ｂガス濃度の表を示し、図７（ｂ）に、図７（ａ）のグラフを示す。図７（ｂ）の縦軸は、Ｂガス濃度（％）を対数グラフで表し、横軸はパージガス（Ａガス）流量（ｓｃｃｍ）を示す。
（１）図２に示すように、回転型切換弁１に対して、プロセスガス供給口３１ａからプロセスガスの代わりにＢガスを挿入し、チャンバ連通路２４からＢガスを排出する。また、パージガス流路２２ａ、２２ｂから、パージガスの代わりにＡガスを供給し、パージガス排出路２３から、Ａガスを排出する。そのとき、ベント連通路２５から漏れてくるＢガス濃度を計測する。なぜならば、Ｂガスがクリアランス部１１から漏れることなく、主流路３１からチャンバ連通路２４へと流れていれば、Ｂガスがベント連通路２５から漏れることはないからである。
第１実験においては、クリアランス部１１の間隔が５０μｍの回転型切換弁を使用している。また、パージガス流路２２ａ、２２ｂから供給されるＡガス流量は同じである。そのため、図７（ａ）のＡガス流量は、パージガス流路２２ａと２２ｂの一方からの流量であり、総流量は、Ａガス流量を２倍にした量である。
図７（ａ）の（Ｇ１）に示すように、Ａガスを流していない０ｓｃｃｍの状態においては、Ｂガス濃度は８．５８０％であった。

（２）次に、Ａガスの流量を順次上げていく。そのときのベント連通路２５へ漏れてくるＢガス濃度を計測する。それにより、Ｂガス濃度が減少していけば、Ｂガスの漏れ量が少なくなっていることが判明する。
具体的には、図７（ａ）に示すように、Ａガスを１０ｓｃｃｍ流す場合、Ｂガス濃度は１．９８０％（Ｇ２）である。Ａガスを５０ｓｃｃｍ流す場合、Ｂガス濃度は０.０１３３％（Ｇ３）である。Ａガスを１００ｓｃｃｍ流す場合、Ｂガス濃度は０.００９２％（Ｇ４）である。Ａガスを１２５ｓｃｃｍ流す場合、Ｂガス濃度は０．００７６％（Ｇ５）である。Ａガスを２５０ｓｃｃｍ流す場合、Ｂガス濃度は０．００６５％（Ｇ６）である。Ａガスを５００ｓｃｃｍ流す場合、Ｂガス濃度は０．００６４％（Ｇ７）である。
ベント連通路２５から漏れてくるＢガス濃度は、パージガス（Ａガス）の流量が約３０ｓｃｃｍを越えて以降は、Ａガスの流量を増やしても、Ｂガス濃度が０．１％（１０００ＰＰＭ）以上になることはない。第１実験において、図７（ｂ）に示すように、折れ線ＧがＨ１を超えたところからＢガス濃度０．１％以上となることはないことが分かった。

第２実験を以下で説明する。第２実験は、回転型切換弁１におけるプロセスガスへのパージガスの混入割合を把握することを目的とする。
図４及び図５に実験の検討方法を示す。図４及び図５においては、回転型切換弁１を簡略化して表している。具体的には、パージガス流路をパージガス流路２２ａ、２２ｂしか設けていない。図７に実験結果を示す。図７（ａ）に、Ｂガス濃度の表を示し、図７（ｂ）に、図７（ａ）のグラフを示す。図７（ｂ）の縦軸は、Ｂガス濃度（％）を対数グラフで表し、横軸はパージガス（Ｂガス）流量（ｓｃｃｍ）を示す。
（１）図４に示すように、回転型切換弁１に対して、プロセスガス供給口３１ａからＡガスを挿入し、チャンバ連通路２４からＡガスを排出する。また、パージガス流路２２ａ、２２ｂから、パージガスの代わりにＢガスを供給し、パージガス排出路２３からＢガスを排出する。そのときのチャンバ連通路２４に混入してくるＢガス濃度を計測する。なぜならば、Ｂガスがクリアランス部１１から漏れ、Ａガスに混入していなければ、チャンバ連通路２４から流れるＡガス内のＢガス濃度が増えないからである。
第２実験においては、クリアランス部１１の間隔が５０μｍの回転型切換弁を使用している。
図７（ａ）の（Ｆ１）に示すように、Ｂガスをパージガス流路２２ａ、２２ｂから流していない０ｓｃｃｍの状態においては、Ｂガス濃度は０．００２６％であった。

（２）次に、Ｂガスの流量を順次上げていく。そのときのチャンバ連通路２４に混入してくるＢガスのＢガス濃度を計測する。それにより、Ｂガス濃度が増加していけば、Ｂガスの混入量が多いことを表す。Ｂガスの混入量が少なくすることができれば、例えば、プロセスガスに多量のパージガスが混入することを防止することができる。そのため、プロセスガスにパージガスが混入しプロセスガスの性質（濃度）が変化してしまい半導体の性能に影響を与えることを防止することができる。
具体的には、図７（ａ）に示すように、Ｂガスを１０ｓｃｃｍ流す場合、Ｂガス濃度は０．００２２％（Ｆ２）である。Ｂガスを５０ｓｃｃｍ流す場合、Ｂガス濃度は０．００２２％（Ｆ３）である。Ｂガスを１００ｓｃｃｍ流す場合、Ｂガス濃度は０．００３２％（Ｆ４）である。Ｂガスを１２５ｓｃｃｍ流す場合、Ｂガス濃度は０．００２７％（Ｆ５）である。Ｂガスを２５０ｓｃｃｍ流す場合、Ｂガス濃度は３．８２６％（Ｆ６）である。Ｂガスを５００ｓｃｃｍ流す場合、Ｂガス濃度は１３．６９％（Ｆ７）である。
チャンバ連通路２４から漏れてくるＢガス濃度は、パージガス（Ｂガス）の流量が約２００ｓｃｃｍを超える以前は、Ｂガスの量が減っても、Ｂガス濃度が０．１％（１０００ＰＰＭ）以上になることはない。第２実験において、図７（ｂ）に示すように、折れ線ＦがＨ２を超えるまではＢガス濃度０．１％以上となることはない。

上記２つの実験の結果を図７（ａ）、（ｂ）に基づいて検討する。
クリアランス部１１の間隔が５０μｍの場合、第１実験によるベント連通路２５から漏れてくるＢガス濃度と、第２実験によるチャンバ連通路２４から漏れてくるＢガス濃度とを比較する。質量分析計から計測されるＢガス濃度は高精度であり、また、容易に計測することができる。このような特性を生かし、本出願人は、Ｂガスを 主流路またはパージガス流路から供給することにより、主流体の漏れ量及びパージガス量の混入量を計測することに成功した。
両方の結果、Ｂガス濃度が１０００ＰＰＭ以下（０．１％以下）の割合となるパージガスの流量、及び、Ｂガスがクリアランス部１１から１０００ＰＰＭ以上（０．１％以上）の割合で漏れてこないパージガスの流量を検討した。
第１実験によるベント連通路２５から漏れてくるＢガス濃度は、パージガスの流量が約３０ｓｃｃｍを越えると、以降どれだけパージガスの流量を増やしても、Ｂガス濃度が０．１％（１０００ＰＰＭ）以上の割合になることはない。図７（ｂ）においては、折れ線ＧがＨ１を超えたところからＢガス濃度０．１％（１０００ＰＰＭ）以上の割合となることはない。

一方、第２実験によるチャンバ連通路２４から漏れてくるＢガス濃度は、パージガスの流量が約２００ｓｃｃｍ以前は、Ｂガス濃度が０．１％（１０００ＰＰＭ）以上の割合となることはない。図７（ｂ）においては、折れ線ＦがＨ２を超えるまではＢガス濃度０．１％（１０００ＰＰＭ）以上の割合となることはない。
よって、両方の実験結果をもとにクリアランス部１１の間隔が５０μｍの場合、パージガスの流量が図７（ｂ）におけるＨ１からＨ２までの範囲内にあれば、Ｂガス濃度が１０００ＰＰＭ以下（０．１％以下）の割合となる。また、折れ線Ｇと折れ線Ｆが交わる点Ｐは、最もバランスが良いシールドガス流量となる。
パージガスの流量が図７（ｂ）におけるＨ１からＨ２までの範囲内にあれば、プロセスガスがクリアランス部１１から漏れるのを防止することができる。また、たとえ、パージガスがプロセスガスに混入したとしても、プロセスガスの性質（濃度）を変化させる程度の量ではないため、最終機械製品である半導体の性能に影響を与えることはない。

また、上記第１実験及び第２実験のシュミレーションにより、パージガス流路２２ａ、及びパージガス流路２２ｄは、円筒弁体３の上面３ａの水平線上から測って、１５０ｍｍ以下の弁本体２の側面に形成することが最適であることが確認できた。
パージガス流路２２ａ、及びパージガス流路２２ｄが、円筒弁体３の上面３ａの水平線上から測って１５０ｍｍ以上である場合には、プロセスガスがプロセスガス供給口３１ａの周辺のクリアランス部１１から入ってくる場合に、パージガスがプロセスガス供給口３１ａに行き着きプロセスガスを押し返すまでに時間が掛かるため、クリアランス部１１に入ってこないように押し返すためにはパージガスを多量に必要とする。そのため、パージガスがプロセスガスに多量に混入し、プロセスガスの性質（濃度）が変化してしまい、結果として、半導体の性能に影響を与えてしまうことが判明した。
さらに、パージガス流路２２ａ、及びパージガス流路２２ｄが、円筒弁体３の上面３ａの水平線上から測って１５０ｍｍ以上である場合には、回転型切換弁１が大きくなってしまうため問題である。回転型切換弁１は、製造ラインで用いられるため、省スペース化が課題となるため問題となる。
以上の理由により、パージガス流路２２ａ、及びパージガス流路２２ｄは、円筒弁体３の上面３ａの水平線上から測って、１５０ｍｍ以下の弁本体２の側面に形成することが最適であることが判明した。

以上詳細に説明したように、第１実施形態のように回転型切換弁１によれば、
（１）プロセスガスが流れるチャンバ連通路２４と主流体が排気されるベント連通路２５が形成された弁本体２と、弁本体２に回転可能に保持され、内部に主流体が流れる主流路３１が形成された円筒弁体３とを有し、円筒弁体３を回転させることにより、主流路３１をチャンバ連通路２４とベント連通路２５とに切り換え可能な回転型切換弁１において、弁本体２と円筒弁体３との間のクリアランス部１１にパージガスを流すためのパージガス流路２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅを有し、クリアランス部１１にパージガスを流すことで、主流体が主流路３１から漏れることを防止すること、を特徴とするものであるため、例えば、円筒弁体３内の主流路３１にプロセスガスを流すとき、弁本体２と円筒弁体３との間のクリアランス部１１にパージガスを流す。これにより、弁本体２と円筒弁体３の間に、プロセスガスが漏れ出すことを防止することができる。
（２）弁本体２と円筒弁体３との間にクリアランス部１１を有するため、弁本体２と円筒弁体３とが接触しないこと、を特徴とするものであるため、弁本体２と円筒弁体３とが接触しないことにより、メタルタッチの繰返しによる接触部の摩耗がなく、回転型切換弁１の寿命を長くすることができる。さらに、摩耗粉が発生することもない。
（３）円筒弁体３に設けられた主流路３１の形状が扇状であること、を特徴とするものであるため、主流路３１が常にベント連通路２５及びチャンバ連通路２４と連通している状態になるため、円筒弁体３内に主流体が滞留することを防止することができる。
（４）円筒弁体３に設けられた主流路３１は、切換中間位置において、弁本体２のチャンバ連通路２４とベント連通路２５の両方に連通するため、主流路３１が常にベント連通路２４及びチャンバ連通路２５と連通している状態になるため、円筒弁体３内にプロセスガスが滞留することを防止することができる。
（５）パージガスが供給されるとパージガスは、パージガス環状流路２ｇ、２ｈからクリアランス部１１に入り広い範囲に行渡らせることができ、プロセスガスがクリアランス部１１から漏れ出すことを防止することができる。

（６）パージガスの流量を、主流体へのパージガスの混入割合を１０００ＰＰＭ以下となる流量に制御すること、を特徴とするものであるため、たとえ、パージガスがプロセスガスに混入したとしても、プロセスガスの性質（濃度）を変化させる程度の量ではないため、半導体の性能に影響を与えることはない。
（７）主流体の漏れ量グラフを作成する第１実験を行い、パージガス量を変化させたときの主流体に混入するパージガス量の混入ガスグラフを作成する第２実験を行い、第１実験により求めた漏れ量グラフと第２実験により求めた混入ガスグラフとの交差する点に基づいてパージガス量を決定することにより、パージガスの流量を、主流体内に混入する混入割合が１０００ＰＰＭ以下となる量に制御することができる。
（８）パージガスの変わりにＡガスを供給し、主流体の変わりにＢガスを供給し、チャンバ連通路から排出されるＢガスのＢガス濃度を質量分析計を用いて計測する第１実験であること、パージガスの変わりにＢガスを供給し、主流体の変わりにＡガスを供給し、チャンバ連通路から排出されるＢガスのＢガス濃度を質量分析計を用いて計測する第２実験であることにより、パージガスの流量を、主流体内に混入する混入割合が１０００ＰＰＭ以下となる量に制御することができる。
また、高精度の質量分析計を実験に使用することにより、事前により確実なデータを取ることができ、主流体内にパージガス流量が混入する混入割合が１０００ＰＰＭ以下となる量に制御することが可能となった。

（第２実施形態）
図８を用いて第２実施形態について説明をする。図８は、第２実施形態における回転型切換弁１Ａの、円筒弁体Ａ３及び弁本体Ａ２の断面図を示したものである。
図８に示すように、円筒弁体Ａ３を中心に、弁本体Ａ２に８つの連通路が形成されている。弁本体Ａ２の８つの連通路は、チャンバ連通路Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、及びベント連通路Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４である。その他の部分については、第１実施形態と大きな違いはないため説明を割愛する。
第２実施形態においては、高速モータを使用することで、３６０度回転を可能にしたことにより、円筒弁体Ａ３の主流路Ａ３１が８つの連通路に連通できるようになった。
円筒弁体Ａ３が３６０度回転でき、主流路Ａ３１を８つの連通路に連通させることができることにより、連通路の高速・多分岐切換が可能になる。
現行技術は円筒弁体が１８０度回転し、チャンバ連通路とベント連通路とを連通する技術である。現行技術と第２実施形態の回転型切換弁１Ａを比較すると、現行技術では円筒弁体Ａ３をチャンバ連通路からベント連通路へと連通し、その後、ベント連通路からチャンバ連通路へと連通させなければならず、１８０度の半回転を２度行うことになるため、３６０度の回転運動が必要となる。
それに対して、第２実施形態では、チャンバ連通路Ｖ１からチャンバ連通路Ｖ２へと連通させるためには、円筒弁体Ａ３が９０度回転するだけで、主流路Ａ３１を分岐することができる。したがって、第２実施形態の回転型切換弁１Ａによれば、現行技術と比較して、４分の１の時間で連通路を分岐することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態において、回転切換弁１を、半導体製造装置における気化器６１を搭載したシステムに採用する。気化器６１を搭載したシステムでは、気化器６１により液体材料を気化させてウエハ表面に成膜処理を行う。液体材料を気化させるため、システム内は、２５０℃以上を保たなければ、液体材料が固化してしまうため、常に気体を２５０℃以上に保つ必要がある。
従来では、図１０に示すように、プロセスガスライン６２Ａにダイアフラム式バルブ６３及びベントガスライン６４Ａにダイアフラム式バルブ６５がそれぞれ１つずつ設置して供給ガスの切換を行い、プロセスチャンバー６６Ａ及びポンプ６７Ａに供給していた。なお、図１０では１台のポンプで排気する場合を例に説明しているが、ベントガスライン６４Ａに専用ポンプを設ける場合もある。
図１０の装置においては、プロセスガスライン６２Ａ及びベントガスライン６４Ａに設置されたダイアフラム式バルブ６３及び６５のダイアフラムやシール部では温度が低下し易く、ダイアフラム式バルブの外部若しくはバルブボディ部分を加熱しても、温度リカバリし難いため、ダイアフラムやシール部に液体材料が固化した生成物が付着し易かった。また、ダイアフラムにガスが衝突したり、狭所におけるガスの滞留や圧力上昇によっても、生成物が付着し易いという問題があった。

図１１に、回転切換弁１を、半導体製造装置における気化器６１を搭載したシステムを示す。図１１のシステムでは、プロセスガスライン６２Ｂとベントガスライン６４Ｂの分岐箇所に回転切換弁１Ｂを設置する。回転切換弁１Ｂの構成は、実施例１の回転切換弁１と同様であるため、説明を割愛する。回転切換弁１Ｂが設置されたプロセスガスライン６２Ｂ上には、ガス封止バルブ６８が設置されている。
図１１の装置によれば、ダイアフラム式バルブ６３、６５を回転切換弁１Ｂにしたことにより、クリアランス部１１に高温のＮ２パージガスを供給するので、液体材料が２５０℃以下になることがなく、シール部において固化することがない。また、クリアランス部１１を有するため、機械的な接触がなくなるため、パーティクルの発生がなくなる。また、耐久性が向上する。また、高速切換が可能となるので処理時間を短縮でき生産性を向上させることができる。また、ダイアフラム式バルブのように狭所がないので流量特性が良い。
なお、プロセスガスの供給を止めるために、ガス封止バルブ６８が必要となるが、成膜処理を実行している間は、常に開状態で使用し、プロセス前やプロセス終了後の必要な時だけ閉弁状態にすればよく、動作回数は少なく済むため、図１０のダイアフラム式バルブのような問題は生じない。なお、ガスの封止バルブとしては、ダイアフラム式バルブに限らず、流路特性のよいベローズ式バルブやボールバルブ等でもよい。

（第４実施形態）
第４実施形態において、回転切換弁１Ｂ、１Ｃを、半導体装置におけるＡＬＤ法プロセス（特許文献２，３）を採用したシステムで採用する。ＡＬＤ法プロセスとは、ＡガスとＢガスを交互に連続してプロセスチャンバーに供給する方法である。
従来のＡＬＤ法プロセスを採用したシステムを図１２に示す。図１２に示すように、Ａガス７１Ａは、プロセスガスライン７２Ａとベントガスライン７４Ａとに分岐し、プロセスガスライン７２Ａには、ダイアフラム式バルブ７３Ａが設置され、ベントガスライン７４Ａには、ダイアフラム式バルブ７５Ａが設置されている。また、Ｂガス７１Ｂは、プロセスガスライン７２Ｂとベントガスライン７４Ｂとに分岐し、プロセスガスライン７２Ｂには、ダイアフラム式バルブ７３Ｂが設置され、ベントガスライン７４Ｂにはダイアフラム式バルブ７５Ｂが設置されている。プロセスガスライン７２Ａ、７２Ｂはプロセスチャンバー７６Ａに接続し、ポンプ７７へＡガス７１Ａ、Ｂガス７１Ｂを供給する。ベントガスライン７４Ａ、７４Ｂは直接ポンプ７７Ａへ７１Ａ、Ｂガス７１Ｂを供給する。なお、図１２では、ポンプ１台の場合を例にしているが、ベントガスライン７４に専用ポンプを設けてもよい。
しかし、ＡＬＤ法プロセスにおいては、所望の膜厚が得られるまでの数分間に、数十回〜数百回のバルブ開閉動作が必要である。そのため、図１２に示すシステムにおいては、ダイアフラム式バルブ７３Ａ、７３Ｂ、７５Ａ、７５Ｂが数分間に、数十回〜数百回のバルブ開閉動作を行う。ダイアフラム式バルブにおいては、シール部とダイアフラムの機械的な接触が必要とされるため、接触が原因で、シール部とダイアフラムが傷付きやすく動作の耐久性が低くなる問題、及び、シール部とダイアフラムが接触しパーティクルを発生させる問題があった。

図１３に、回転切換弁１を、ＡＬＤ法プロセスに用いたシステムを示す。図１３のシステムでは、プロセスガスライン７２Ｃとベントガスライン７４Ｃの分岐箇所に回転切換弁１Ｃを設置し、プロセスガスライン７２Ｄとベントガスライン７４Ｄの分岐箇所に回転切換弁１Ｄを設置する。回転切換弁１Ｃ、１Ｄの構成は、実施例１の回転切換弁１と同様であるため、説明を割愛する。回転切換弁１Ｃが設置されたプロセスガスライン７２Ｃ上には、ガス封止バルブ７８Ｃが設置され、回転切換弁１Ｄが設置されたプロセスガスライン７２Ｄ上には、ガス封止バルブ７８Ｄが設置されている。
図１３のシステムによれば、ダイアフラム式バルブ７３Ａ、７３Ｂ、７５Ａ、７５Ｂを回転切換弁１Ｃ、１Ｄにしたことにより、クリアランス部１１が形成されているため、分岐の際にも機械的な接触がなくなり、傷が付きにくくなり耐久性が向上した。また、クリアランス部１１が形成されているため、シール部とダイアフラムの接触がなくなり、パーティクルが発生することがない。また、クリアランス部１１が形成されているため、クリアランス部１１を高温Ｎ２パージするので、液体が固化しない。また、ダイアフラム式バルブのように狭所がないので流量特性が良い。
なお、プロセスガスの供給を止めるために、ガス封止バルブ７８Ｃ、７８Ｄが必要となるが、成膜処理を実行している間は、常に開状態で使用し、プロセス前やプロセス終了後の必要な時だけ閉弁状態にすればよく、動作回数は少なく済むため、図１２のダイアフラム式バルブのような問題は生じない。

以上詳細に説明したように、第２実施形態のように回転型切換弁１Ａによれば、
円筒弁体Ａ３を３６０度回転可能にしたことにより、円筒弁体Ａ３の主流路Ａ３１が８つの連通路に連通できるようになった。それにより、主流路Ａ３１を８つの連通路に連通させることができ、連通路の高速切換が可能となった。また、８つの連通路に連通させることができるため、多分岐切換が可能になった。
また、第２実施形態の回転型切換弁１Ａによれば、円筒弁体３Ａが、１８０度の半回転を２度行う必要がないため、現行技術と比較して、４分の１の時間で連通路を分岐することができる。

また、第１実施形態において、例えば、Ａガスは、窒素ガス、アルゴン等、を用いることができる。また、Ｂガスは、酸素ガス、水素ガス、プロパンガス等を用いることができる。
また、第１実施形態において、パージガス環状流路２ｇ、２ｈは、弁本体２に環状の溝として形成しているが、円筒弁体３に環状の溝として形成したとしても、同様の効果を得ることができる。
また、第２実施形態において、プロセスガス連通口３１ｂの形状は、図８においては、扇形状ではなく、従来と同様に、チャンバ連通口及び弁と連通口に対応した形状をしている。しかし、第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、プロセスガス連通口３１ｂを扇形状とすることもできる。プロセスガス連通口３１ｂを扇形状としたときの、開口部の角度は開口部が常にふさがれた状態になければよいため、例えば６０度未満の４５度又は３０度等でもよい。
また、第２実施形態における回転型切換弁は、３６０度回転が可能であるため、弁本体Ａ２に設ける連通路は、８つの連通路でなくとも、例えば４つの連通路、６つの連通路等であってもよい。

１ 回転型切換弁
１１ クリアランス部
２ 弁本体
２１ 挿入孔
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ パージガス流路
２３ パージガス排出路
２４ チャンバ連通路
２５ ベント連通路
３ 円筒弁体
３１ 主流路
３１ａ プロセスガス供給口
３１ｂ プロセスガス連通口
４ 回転導入機
５ ロータリＡＣＴ

Claims (8)

1. 主流体が流れるチャンバ連通路と該主流体が排気されるベント連通路が形成された弁本体と、該弁本体に回転可能に保持され、内部に主流体が流れる主流路が形成された円筒弁体とを有し、該円筒弁体を回転させることにより、該主流路を該チャンバ連通路と該ベント連通路とに切り換え可能な回転型切換弁において、
   前記弁本体と前記円筒弁体との間のクリアランス部にパージガスを流すためのパージガス流路を有し、
   前記クリアランス部にパージガスを流すことで、前記主流体が前記主流路から漏れることを防止すること、
   を特徴とする回転型切換弁。
2. 請求項１に記載する回転型切換弁において、
   前記弁本体と前記円筒弁体との間に前記クリアランス部を有するため、前記弁本体と前記円筒弁体とが接触しないこと、
   を特徴とする回転型切換弁。
3. 請求項１に記載する回転型切換弁において、
   前記円筒弁体に設けられた前記主流路の形状が扇状であること、
   を特徴とする回転型切換弁。
4. 請求項１又は請求項３に記載する回転切換弁において、
   前記円筒弁体に設けられた前記主流路は、切換中間位置において、前記チャンバ連通路と前記ベント連通路の両方に連通すること、
   を特徴とする回転切換弁。
5. 請求項１に記載する回転切換弁において、
   前記パージガス連通路は、前記弁本体と前記円筒弁体との間に形成されたパージガス環状流路に連通していること、
   前記チャンバ連通路と前記ベント連通路は、前記パージガス環状流路の間に形成されていること、
   を特徴とする回転切換弁。
6. 請求項１に記載する回転型切換弁において、
   前記パージガスの流量を、前記主流体への前記パージガスの混入割合を１０００ＰＰＭ以下となる流量に制御すること、
   を特徴とする回転型切換弁。
7. 請求項６に記載する回転型切換弁において、
   前記パージガス量を変化させたときの前記主流体の漏れ量グラフを作成する第１実験を行い、前記パージガス量を変化させたときの前記主流体に混入する前記パージガス量の混入ガスグラフを作成する第２実験を行い、
   前記第１実験により求めた前記漏れ量グラフと前記第２実験により求めた前記混入ガスグラフに基づいて前記パージガス量を決定すること、
   を特徴とする回転型切換弁。
8. 請求項７に記載する回転型切換弁において、
   前記第１実験は、前記パージガス流路にＡガスを供給し、前記主流路にＢガスを供給し、前記ベント連通路から排出される前記Ｂガスの濃度を質量分析計を用いて計測すること、
   前記第２実験は、前記パージガス流路にＢガスを供給し、前記主流路にＡガスを供給し、前記チャンバ連通路から排出される前記Ｂガスの濃度を前記質量分析計を用いて計測すること、
   を特徴とする回転型切換弁。

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