JP2012092966A

JP2012092966A - 流路開閉装置

Info

Publication number: JP2012092966A
Application number: JP2011180134A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Hiroishi; 勉廣石; Ka Jo; 舸徐
Original assignee: Canon Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 2010-10-01
Filing date: 2011-08-22
Publication date: 2012-05-17
Also published as: US20120080630A1

Abstract

【課題】弁体が非接触であり、排気能力が高く、応答速度も速いという長所を維持しつつ、気密性を向上させて、高圧力下における高速処理に対応しうる流路開閉装置を提供する。
【解決手段】流体を流すための流路２１を有するボディ２０と、流路２１内でこの流路２１に対して垂直な回転軸を中心として回転可能な弁体２３と、を備えたバタフライバルブであって、弁体２３の縁部に沿って、弁体２３の全閉時に形成されるボディ２０と弁体２３との隙間ａにおける流路方向のシール長Ｌを拡張するシール長拡張壁６６を突設している。
【選択図】図１

Description

本発明は、流路開閉装置に関し、特に真空処理装置等において用いられるバタフライバルブに関する。

従来より、半導体製造装置等の真空処理装置においては、プロセス的な要請により、基板を加熱あるいは冷却した状態でプロセス処理が行われてきた。特に近年、記録メディアの分野においては、基板を急冷するプロセスが必要となってきている。クリーン度の高い基板を非接触で冷却する方法としては、冷却ガスを流しその熱伝導によって基板の熱を奪う方法が一般的であるが、冷却効率を考えると数百Ｐａという高い圧力が必要になる。

昨今のスループットの高い製造装置では、一つのチャンバ内で一枚の基板が冷却処理される時間は５秒程度と非常に短い。具体的には、チャンバ内の圧力を数百Ｐａまで上昇させて基板を冷却した後、チャンバ内に満たされた冷却ガスを排気し、真空にした後基板を搬出するというサイクルを５秒程度で行う必要がある。バタフライバルブは応答速度が速いのでこのような用途の圧力制御には最適である。しかし、バタフライバルブは弁体が非接触であるという構造上、弁体を全閉にしても弁体とボディとの間に隙間があり、この隙間からガスが漏れてしまうため、チャンバ内の圧力を高くすることができなかった。

このような不具合を解消する方法として、例えば、応答速度の速いバタフライバルブと、大気と真空を隔てることが可能な気密性の高いアイソレーションバルブと、を融合させた技術が提案されている（特許文献１参照）。この特許文献１に開示されたバルブには、弁体の端部にＯリングが設けられており、またボディの内側に流路と同じ方向に往複動するシートリングが設置されている。通常の圧力制御はバタフライバルブで行う。バタフライバルブで制御可能な圧力よりも高い圧力にする場合には、バタフライバルブを全閉にした後、エア制御によりシートリングを弁体側に動かし、シートリングをＯリングに押し付けてシールすることで、大気と真空を隔てることが可能となる。このように特許文献１に記載の技術は、バタフライバルブによる圧力制御機能と、シートリングによる大気封止機能との２つの機能を兼ね備えている。

特開２０１０−６０１３３号公報

しかしながら、バタフライバルブは弁体が非接触であり、排気能力が高く、応答速度も速いという長所を有しているが、バタフライバルブのみを設置したのでは非接触の構造上高圧力下での気密性に劣る。そのため、特許文献１では、チャンバ内の圧力を数百Ｐａまで上げる場合は、一旦バタフライバルブを全閉にした後、シートリングを動作させている。したがって、特許文献１の技術では２段階の動作が必要となり、高速処理の用途には不向きであった。

そこで本発明は、上記の課題に鑑み、弁体が非接触であり、排気能力が高く、応答速度も速いという長所を維持しつつ、気密性を向上させて、高圧力下における高速処理に対応しうる流路開閉装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成すべく成された本発明の構成は以下の通りである。

即ち、本発明に係る流路開閉装置は、流体を流すための流路を有するボディと、前記流路内で、該流路に対して垂直な回転軸を中心として回転可能な弁体と、を備えた流路開閉装置であって、
前記弁体の縁部に沿って、前記弁体の全閉時に形成される前記ボディと前記弁体との隙間における流路方向のシール長を拡張するシール長拡張壁を突設したことを特徴とする流路開閉装置である。

本発明によれば、弁体の縁部に沿ってシール長拡張壁を設けることにより、弁体の全閉時に形成されるボディと弁体との隙間における流路方向のシール長が長くなる。これにより気密性が高くなり、高い圧力帯域での使用が可能となる。したがって、弁体が非接触であり、排気能力が高く、応答速度も速いという長所を維持しつつ、気密性を向上させて、高圧力下における高速処理に対応しうるという優れた効果を発揮する。

第１の実施形態のバタフライバルブについての説明図である。第１の実施形態のバタフライバルブにおけるシール長拡張壁の高さを変えたときの圧力変化を示す説明図である。第２の実施形態のバタフライバルブを示す概略図である。第３の実施形態のバタフライバルブを示す概略図である。第３の実施形態のバタフライバルブにおけるシール長拡張壁の高さを変えたときの圧力変化を示す説明図である。第４の実施形態のバタフライバルブを示す概略図である。比較例のバタフライバルブを示す概略図である。一般的な真空処理装置の排気系を示す概略図である。磁気記録媒体の層構成を示す断面図である。本発明に係るバタフライバルブを適用可能なインライン式製造装置を説明する概略図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されない。なお、本明細書で特に図示または記載されない部分に関しては、当該技術分野の周知または公知技術を適用する。

＜第１の実施形態＞
まず、主に図１及び図２を参照して、本発明に係る流路開閉装置の一例として、バタフライバルブの第１の実施形態について説明する。図１は、本発明に係る第１の実施形態のバタフライバルブについての説明図である。具体的には、図１（ａ）は本実施形態のバタフライバルブを示す概略図である。図１（ｂ）は、本実施形態のバタフライバルブの一部を拡大して示す概略断面図である。図１（ｃ）は、シール長拡張壁を設けることが可能な領域を説明する図である。図１（ｄ）は、本実施形態のバタフライバルブの全閉状態を弁軸の方向から見た概略図である。図１（ｅ）は、本実施形態のバタフライバルブの全開状態を弁軸の方向から見た概略図である。図２は、第１の実施形態のバタフライバルブにおけるシール長拡張壁の高さを変えたときの圧力変化を示す説明図である。

バタフライバルブ６３は、例えば真空処理装置において、処理容器（チャンバ）６１と排気ポンプ６４との間に接続される（後述する図８参照）。チャンバ６１内の圧力を調整する手法として、ガス導入管６２からのガス流量を制御する方法や、チャンバ６１と排気ポンプ６４との間にコンダクタンス可変バルブ（バタフライバルブ）６３を設置してコンダクタンスの制御を行なう手法とがある。なお、真空処理装置の排気系については、後で詳述する。

一般に、バタフライバルブには主に３つの役割がある。第１は弁体を制御して、チャンバ６１内の圧力を制御することである。第２は弁体を全開にした状態で排気を行い、チャンバ６１の到達圧力をできる限り低くすることである。第３は弁体を全閉にした状態でガスを流し、チャンバ６１内の圧力をなるべく高くすることである。本発明は、特に第３の役割である封止能力を強化するものである。

即ち、本実施形態のバタフライバルブは、図１（ａ）（ｂ）に示すように、ボディ２０、流路２１、弁体２３、弁軸２８、及び弁体の全閉時に形成されるボディ２０と弁体２３との隙間ａにおける流路方向のシール長Ｌを拡張するシール長拡張壁６６を備えている。尚、シール長拡張壁６６を、以下「拡張壁」と称する場合がある。

本実施形態のボディ２０は、例えば円筒体状を呈しており、このボディ２０を貫通するように流体の流路２１が形成されている。流路内には、この流路２１を開閉する弁体２３が回転可能に軸支されている。本実施形態の弁体２３は円板状の形状を有しており、回転軸である弁軸２８に取り付けられている。弁軸２８はボディ２０の直径に沿うように流路２１に対して垂直方向に支承され、この弁軸２８を中心として、弁体２３は回転可能となっている。即ち、弁軸２８は不図示のステッピングモータ等に接続され、ステッピングモータ等を制御することで弁体２３を任意の角度に動かすことができる。従来構造の弁体２３は単なる円板であるのに対し（図７参照）、本実施形態では、円板状の弁体２３の縁部に弁体２３と直交するように拡張壁６６が設けられている点が異なる。なお、弁体の形状はボディ２０内の流路２１の断面形状によって決定され、円板状に限定されず、例えば矩形の板状部材であってもよい。

真空処理装置の大きさなどによって、使用されるバタフライバルブの容量が変わってくる。本実施形態では、一般の半導体製造装置等で採用されている流路２１の直径が２００ｍｍのものをベースとしている。一般にボディ２０、弁体２３、弁軸２８及び拡張壁６６は真空下で使用するため、材質はステンレス鋼やアルミニウムなどの金属であることが多く、本実施形態においても金属を想定している。なお、弁体２３及び拡張壁６６については回転動作をするため、回転モーメントを小さくできる比重の小さな金属を採用することが望ましい。弁体２３と拡張壁６６の役割は気体の流れを遮ることである。そのため、気体の流れを遮ることができる所望の形状が得られるのであれば、拡張壁６６を弁体２３に固定する方法は任意に選択でき、さらに弁体２３と拡張壁６６とを一体形成したものを使用しても同様の効果が得られる。

次に、拡張壁６６の役割について説明する。バタフライバルブは、例え弁体２３を閉じたとしても、弁体２３とボディ２０との間に隙間ａが存在し、この隙間ａからガスが漏れるため、チャンバ内の圧力を高くすることができない（図７（ｂ）参照）。弁体２３は非接触で回転する可動部であるため、ボディ２０と接触しないように隙間ａが設けられている。一般にこの隙間ａの値は０．１ｍｍから０．５ｍｍ程度と非常に小さな値である。しかし、チャンバ内の圧力が数百Ｐａのときの気体分子の平均自由行程は０．０１ｍｍ以下と更に小さいため、この隙間ａを通じてガスが漏れてしまう。このような粘性流に対する隙間ａのコンダクタンス（Ｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ）は、下記式（１）に示される。

上記式（１）で示すように、コンダクタンスは隙間ａの二乗に比例して大きくなり、隙間ａの長さ（シール長）Ｌに反比例する。

図１（ｂ）に示すように、本実施形態のバタフライバルブは、全閉時におけるボディ２０と弁体２３との隙間ａが従来構造のバタフライバルブと同一の間隔で設定されている。しかし、本実施形態のバタフライバルブは、弁体２３の縁部に拡張壁６６が突設されたことにより、上記隙間ａにおける流路方向のシール長Ｌが拡張され、従来構造の０．２ｍｍ〜４．０ｍｍに比し、２０ｍｍ〜７０ｍｍ程度と長く設定されている。即ち、本実施形態のバタフライバルブは、上記隙間ａにおける流路方向のシール長Ｌを長く設定しているため、コンダクタンスが非常に小さいものとなり、バタフライバルブの全閉時において、真空チャンバの気密性を向上させることができる。

次に、拡張壁６６の最適な形状について検討する。図１（ｂ）（ｄ）から分かるように、拡張壁６６ａ、６６ｂは、弁軸２８を中心として、互いに点対称形状になるように設計されている。このように形成する理由は、仮に点対称でない場合には慣性モーメントの重心が弁軸２８から外れ、スムーズな回転を損なうためである。

具体的には、弁体２３は、弁軸２８を隔てて、弁体２３の回転方向の前方へ臨んだ第１領域２３ａと第２領域２３ｂを有している。第１領域２３ａの縁部には、弁体２３の回転方向の前方へ臨んで第１シール長拡張壁６６ａが突設されている。一方、第２領域２３ｂの縁部には、弁体２３の回転方向の前方へ臨んで第２シール長拡張壁６６ｂが突設されている。そして、第１シール長拡張壁６６ａと第２シール長拡張壁６６ｂは、弁軸２８に対して、点対称に形成されている。

拡張壁６６の高さＨには制限があり、この拡張壁６６の高さＨが弁体２３の半径Ｒより高くなると、弁体２３を９０度傾けて全開にしたときに拡張壁６６がボディ２０に干渉してしまう。したがって、本実施形態のバタフライバルブの拡張壁６６の高さＨは、弁体２３の半径Ｒより短いことを要する。このような制限を考慮すると、拡張壁６６を設けることが可能な領域は図１（ｃ）の６７のような形状になる。これは半径Ｒ、高さＲの半円柱二つ６８、６９と、半径Ｒの球を１／４に切ったもの７０を用意し、これらを重ねたときに３者が重なる部分で定義される。なお、図１（ｃ）において、６８は半径Ｒ，高さＲの半円柱（縦に立たせたもの）、６９は半径Ｒ，高さＲの半円柱（横に寝かせたもの）、７０は半径Ｒの球を１／４に切ったもの、６７は拡張壁を設けることのできる領域である。

次に、この領域内のどの部分に拡張壁６６を設けるかを検討する。上記式（１）から分かるように、拡張壁６６とボディ２０との隙間ａが少しでも大きくなると、コンダクタンスが増大してガスが漏れてしまうため、拡張壁６６を設ける意味がなくなってしまう。そのため、拡張壁６６を設けるべき領域は図１（ｃ）においてハッチ部で示される曲面である。即ち、弁体２３の縁部に沿って拡張壁６６を設けることが必要かつ十分な条件となる。

再度、拡張壁６６の高さＨについて検討する。拡張壁６６の高さＨは高ければ高いほど全閉時のコンダクタンスが小さくなり、チャンバの気密性は向上する。しかし、逆に全開にしたときにはその拡張壁６６の側面が排気の邪魔になり、排気速度の低下により排気時間が長くなったり、到達圧力の悪化を招くことになる。図２はその様子をグラフで表したものであり、横軸は拡張壁の高さ（ｍｍ）／弁体の半径Ｒ（ｍｍ）である。

上側の実線は、チャンバにガス１００ｓｃｃｍを流した状態で、弁体２３を全閉にして圧力を上げたときの計算データである。従来構造のバタフライバルブ（０％高さ）では６０Ｐａ程度の圧力だったものが、拡張壁６６を設けることで、チャンバ内の圧力が急激に上昇し、最大で４０００Ｐａ程度まで上昇しているのが分かる。

一方、チャンバを真空に引くという意味では、弁体２３の開度を全開にしたときにどれだけコンダクタンスを大きくできるかという点も重要である。ここでいう開度全開とは、排気コンダクタンスが最大になるという意味である。即ち、従来構造のバタフライバルブでは、弁体２３が平面から成る円板であるため、弁体２３を流路２１に対して９０度傾けたときにコンダクタンスが最大になる（図７（ｃ）参照）。しかし、本実施形態のバタフライバルブには拡張壁６６が存在し、３次元的な構造を有しているため、弁体２３を回転させたときに流路方向に沿った投影断面積が最小になる角度が開度全開の角度となる。その角度は拡張壁６６の高さＨによって異なるが、拡張壁６６が半径Ｒの２０％高さのときには８１度、７０％高さのときには６７度と、９０度よりは少ない角度になる。開度全開のときの圧力を図２の下側の実線に示した。拡張壁６６の高さＨを上げていくと、緩やかにコンダクタンスが悪くなっていき、１００％高さ付近で急激に圧力が上がっているのが分かる。つまり、拡張壁６６の高さＨを高くすると、全開のときの排気特性は悪化することになる。

このように気密特性と排気特性はトレードオフの関係になるため、バランスの良い高さを選ぶ必要がある。圧力制御バルブの特性としては、低圧から高圧まで広い範囲で調圧できることが望ましい。そのための指標として全開時の圧力と全閉時の圧力の比（これはコンダクタンスの比に相当する）を求め、これを点線で示した。即ち、この値が大きいほど、制御可能な圧力幅が大きいといえる。この点線から、拡張壁６６は半径Ｒの３０〜７０％高さのときに最も制御可能な圧力幅が大きくなることが分かる。実際には、気密特性を重視する用途であれば拡張壁６６の高さは半径Ｒの７０％程度で、排気特性を重視する場合は３０％程度が良いと思われる。

以上のように、本実施形態のバタフライバルブによれば、弁体２３が非接触であり、排気能力が高く、応答速度も速いという長所を維持しつつ、気密性を向上させて、高圧力下における高速処理に対応しうる。具体的には、本実施形態のバタフライバルブ（半径Ｒの５０％高さ）によれば、全閉時の圧力を従来構造の６０Ｐａから４０００Ｐａへと大きく引き上げることができる。また、制御可能な圧力幅も、従来構造の１４０倍から８０００倍へと大きくなり、幅広い圧力帯で使用することが可能となる。

＜第２の実施形態＞
次に図３を参照して、第２の実施形態のバタフライバルブについて説明する。図３は、第２の実施形態のバタフライバルブを示す概略図である。図７は、比較例（従来構造）のバタフライバルブを示す概略図である。

第１の実施形態のバタフライバルブ（半径Ｒの５０％高さの）では、全開時の圧力が従来構造の０．４Ｐａから０．６Ｐａに上昇しており、このことから排気時のコンダクタンスが悪化していることが判る。成膜装置など到達圧力の重要な装置では、排気時のコンダクタンスの悪化はできる限り避けたいところである。

ここで、図７を参照して、比較例（従来構造）のバタフライバルブについて概説する。図７（ａ）に示すように、ボディ２０の内側には円板状の弁体２３が設けられている。チャンバを真空に引く場合は、図７（ｃ）に示すように、排気の妨げにならないように弁体２３を流路２１と平行になるように位置させる。この状態を開度が全開（開度＝１００％）であると呼ぶ。逆に、弁体２３が流路２１と垂直に位置する場合を開度が全閉（開度＝０％）であると呼ぶ。プロセス処理を行う場合は、チャンバ内にガスを流す必要があるが、このとき弁体２３の開度が全開では、ガスが効率よく排気され、チャンバ内の圧力が低くなる。圧力を上げるには弁体２３の開度を小さくして、ガスの流れを遮蔽するようにすると、ボディ２０と弁体２３との間のコンダクタンスが小さくなり、チャンバ内の圧力を高くすることができる。

図７（ｃ）に示すように、比較例のバタフライバルブを全開して排気を行っているときには、弁体２３が流路２１と平行になるように位置し、このとき流路方向に沿った投影断面積が最小になる。このときの流路２１の断面積に対する弁体２３の占める割合は、面積比で４％程度である。

次に、第１の実施形態のバタフライバルブ（半径Ｒの５０％高さ）で排気しているときの様子を図１（ｅ）に示す。この場合、弁体２３は全閉の位置から約７０度回転させたときに、流路方向に沿った投影断面積が最小になる。このとき流路２１に対する弁体２３の占める割合は、面積比で４０％にもなり、これが排気特性の悪化を招いているものと考えられる。

図３は、本実施形態のバタフライバルブ（半径Ｒの５０％高さ）の構成を示す。第１の形態では、弁体２３の上に拡張壁６６が直接設けられている。これに対し、本実施形態では拡張壁６６を流路方向にずらして配置している。さらに、弁体２３と拡張壁６６との間に隙間が生じないように、弁体２３も折り曲げてある。これは全開時（排気時）になるべくコンダクタンスが小さくなるように、流路方向に沿った投影断面積が最小になるようにずらしたものである。

これにより、第１の実施形態では排気時に流路２１の４０％を拡張壁６６で遮ってしまうのに対し、本実施形態では２９％に抑えられる。一方、流路方向にずらして配置したものの、各場所における拡張壁６６の流路方向の高さＬは第１の実施形態と変わらないため、全閉（気密）時のコンダクタンスも第１の実施形態と変わらない。

結果的に本実施形態は、第１の実施形態と比べると、全閉（気密）時の圧力はそのままに、全開（排気）時のコンダクタンスの悪化を最小限に抑えることができる。したがって、本実施形態によれば、第１の実施形態に比して、弁体２３の全開時におけるコンダクタンスを高めることができ、チャンバの到達圧力及び排気時間の改善を図ることができる。

＜第３の実施形態＞
次に図４及び図５を参照して、第３の実施形態のバタフライバルブについて説明する。図４は、第３の実施形態のバタフライバルブを示す概略図である。図５は、第３の実施形態のバタフライバルブにおけるシール長拡張壁の高さを変えたときの圧力変化を示す説明図である。

第１の実施形態では拡張壁６６を設けたことで全閉時の圧力が約７０倍も高くなったものの、用途によってはまだ不十分な場合も考えられる。第１の実施形態を詳細にみると、弁軸２８付近の拡張壁６６が設けられていない場所からガスが漏れる可能性がある。したがって、更に気密性を上げようとした場合、弁軸２８付近の隙間からの漏れを減らす必要がある。

弁軸２８付近に拡張壁６６を設けることができない理由は、弁軸２８付近の面が曲面になっているためである。仮にこの場所に拡張壁６６を設けると、回転時に拡張壁６６とボディ２０が干渉し、回転することができない。拡張壁６６を設けて、かつ回転可能とさせるためには、弁軸２８付近の面が曲面ではなく平面である必要がある。

今回、弁軸２８付近の面を平面にした例として、流路２１の断面形状を円ではなく、正四角形にしたものを取り上げる。図４（ａ）に示すように、流路２１の断面形状は正四角形になっており、一辺の長さは半径Ｒの２倍に設定してある。またこれに合わせ、弁体２３を流路２１方向から見た断面形状も同じ大きさの正四角形に変更してある。

流路２１の断面形状が正四角形のときには、拡張壁６６を設けることが可能な部分（範囲）は比較的シンプルになり、図４（ｂ）のようになる。この中から必要な拡張壁６６の領域を決めることになるが、簡易化のために、流路２１の断面形状が円である第１の実施形態と同様に、拡張壁６６の高さＨを変えてその傾向を確認した。

図５は、本実施形態のバタフライバルブを用いて、拡張壁６６の高さＨを０〜１００％まで変化させたときのチャンバ内の圧力の変化を示したものである。流路２１の断面形状が円のときと大きな差はない。しかし、流路２１の断面形状が円の場合、全閉時においても弁軸２８付近から気密漏れの影響が大きく、拡張壁６６の高さＨをいくら上げても４０００Ｐａ止まりであった。これに対し、流路２１の断面形状が正四角形の場合は、弁体２３の周上のすべての場所に拡張壁６６を設けることが可能なため、全閉時において最大２００００Ｐａまで上げることが可能である点が異なる。

一方、流路２１の断面形状が円のときと同様に、拡張壁６６の高さＨを高くすると、全開時（排気時）のコンダクタンスが悪化するため、最適な高さＨは半径Ｒの２０〜６０％である。例として、拡張壁が半径Ｒの２０％高さのときの本実施形態のバタフライバルブの断面図を図４（ｃ）に示した。拡張壁の高さＨそのものは半径Ｒの２０％と低いものの、第１の実施形態（半径Ｒの５０％高さ）のときと同一のコンダクタンスが得られている。また図４（ｄ）から分かるように、排気時に流路２１の断面積に対する拡張壁６６の割合は１３％と小さく、排気コンダクタンスも第１の実施形態よりも改善していることが分かった。

このように本実施形態によれば、ボディ２０の内部に画される流路２１の断面形状は四角形であり、弁軸２８の付近に該弁軸２８と垂直な直線成分を有する。したがって、弁軸２８の付近にも拡張壁６６を設けることが可能となり、より気密性を向上させることができる。

＜第４の実施形態＞
次に図６を参照して、第４の実施形態のバタフライバルブについて説明する。図６は、第４の実施形態のバタフライバルブを示す概略図である。

第３の実施形態では、弁軸２８の付近に該弁軸２８と垂直な直線成分を有する例として、流路２１の断面形状が正四角形のものを取り上げた。このように断面形状が正四角形であるもの以外に、正多角形、長方形と楕円の組み合わせなど任意の形状でも上記の概念は成り立つ。ただし、その際に断面形状に求められる条件として、弁体２３を回転させたときに弁体２３がボディ２０に干渉しないように、流路２１の断面における直線成分の部分の長さが、弁体２３とシール長拡張壁６６とを合わせた長さより長いことが要求される。一方、流路２１の断面における直線成分の部分の長さが長くなると、全閉時に漏れるガスの量も増加してしまう。

この２つの点を考慮すると、流路２１の断面形状における直線部分の長さは、弁体２３と拡張壁６６とを合わせた長さに等しくすれば良いことが分かる。実際の例として円形開口を持つターボ分子ポンプと組み合わせた例を図６に示した。この例における流路２１の断面形状は弁軸２８付近に弁体２３と拡張壁６６とを合わせた長さと同等の長さの直線成分の部分を持ち、それ以外の部分は直線成分の端部から半径Ｒの円（円成分）より外側の領域内を最短経路で円成分に繋いでいる。この形状では断面が正四角形のものに比べ弁体２３とボディ２０間の隙間の総長が２１％減るため、全閉時の余分なガス漏れが減り、気密性が向上する。なお、拡張壁はどちらも半径Ｒの２０％高さとした。

このように本実施形態によれば、弁体２３とボディ２０との隙間ａの周方向の総長を最低限に抑えることができるため、弁体２３の全閉時における余分なガス漏れが減り、より気密性が向上する。

＜第５の実施形態＞
次に、第１から第４の実施形態のバタフライバルブの適用例について説明する。

［真空処理装置］
まず図８を参照して、第１から第４の実施形態のバタフライバルブを適用する真空処理装置について説明する。図８は、一般的な真空処理装置の排気系を示す概略図である。

図８に示すように、チャンバ６１の端面には排気口が設けられており、排気ポンプ６４によってチャンバ６１内が真空に引かれる。プロセス処理を行うときには、ガス導入管６２からチャンバ６１の内部にガスが導入された後、ガスは排気ポンプ６４によってチャンバ６１の外へと排気される。排気口と排気ポンプ６４の間には、上述したバタフライバルブ（コンダクタンス可変バルブ）６３が備えられており、これによってガスの流れやすさ（＝コンダクタンス）を変化させることで、チャンバ６１内の圧力を調節する。

本発明に係るバタフライバルブ（コンダクタンス可変バルブ）６３を適用することで、主に圧力調整機能、軽量かつ応答速度が速いという特長を有するだけでなく、バタフライバルブ６３の全閉時における気密性も向上させることができる。また、本発明に係るバタフライバルブはフットプリントが小さく、慣性モーメントが小さいために応答速度が速く、また非接触であるため粉塵を出さないという長所があり、真空処理装置には好適である。

［磁気記録媒体］
次に、上記真空処理装置や後述するインライン式薄膜形成装置で処理する基板の例として、磁気記録媒体を例示する。図９は、磁気記録媒体の層構成を示す断面図である。

図９に示すように、磁気記録媒体は、例えば、基板１００と、基板１００の両面あるいは片面上に順次積層された第１軟磁性層１０１ａを備える。さらに、スペーサー層１０２、第２軟磁性層１０１ｂ、シード層１０３、磁性層１０４、交換結合制御層１０５、第３軟磁性層１０６及び保護層１０７を備えている。

基板１００の材料としては、磁気記録媒体用基板として一般的に用いられているガラス、ＮｉＰメッキ膜が形成されたＡｌ合金、セラミックス、可曉性樹脂、及びＳｉ等の非磁性材料を用いることができる。本実施形態における基板１００は、中心に孔を有する円板状部材であるが、これに限定されるものではなく、例えば、矩形部材であってもよい。

基板１００上に形成される第１軟磁性層１０１ａは、磁気記録に用いる磁気ヘッドからの磁束を制御して記録・再生特性を向上するために形成することが好ましい層であるが、省略することもできる。この第１軟磁性層１０１ａの構成材料としては、例えば、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＴａ、ＦｅＣｏＢＣｒを直上の膜に合わせて使用することができる。

スペーサー層１０２の材料としては、例えばＲｕ、及びＣｒを使用することができる。スペーサー層１０２上に形成される第２軟磁性層１０１ｂは、第１軟磁性層１０１ａと同様である。第１軟磁性層１０１ａ、スペーサー層１０２、及び第２軟磁性層１０１ｂにより、軟磁性下地膜（Ｓｏｆｔｕｎｄｅｒｌａｙｅｒ）が構成される。

この軟磁性下地膜の上に形成されているシード層１０３は、磁性層１０４の結晶配向性、結晶粒径、粒径分布、粒界偏析を好適に制御するために磁性層１０４の直下に形成されることが好ましい層である。シード層１０３の材料としては、例えば、ＭｇＯ、Ｃｒ、Ｒｕ、ＰｔおよびＰｄを採用することができる。

磁気記録層５は、Ｋｕ値の大きな磁性層１０４と、交換結合制御層１０５と、及びＫｕ値の小さな第３軟磁性層１０６とを含む。

シード層１０３の上に形成されているＫｕ値の大きな磁性層１０４は、磁気記録層全体のＫｕ値を担う層であり、Ｋｕ値ができるだけ大きい材料であることが好ましい。磁化容易軸が基板面に対して垂直な材料で、このような性能を示す材料として、強磁性粒子が酸化物の非磁性粒界成分によって分離された構造であるものを使用することができる。例えば、ＣｏＰｔＣｒ−ＳｉＯ₂、ＣｏＰｔ−ＳｉＯ₂など、少なくともＣｏＰｔを含む強磁性材料に、酸化物を添加したものを使用することができる。また、他の材料としては、Ｃｏ₅₀Ｐｔ₅₀、Ｆｅ₅₀Ｐｔ₅₀、及びＣｏ_50-yＦｅ_yＰｔ₅₀を使用してもよい。

磁性層１０４の上に形成されている交換結合制御層１０５は、結晶質の金属若しくは合金と、酸化物とを含む。そして、結晶質となる金属或いは合金の材料としては、例えば、Ｐｔ若しくはＰｄ、或いはそれらの合金を用いることができる。結晶質の合金としては、例えば、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅから選ばれた元素と非磁性の金属との合金も用いることができる。

磁性層１０４と第３軟磁性層１０６との交換結合力の強さは、交換結合制御層１０５の膜厚を変化させることにより、最も簡単に制御することができる。膜厚としては、例えば、０．５〜２．０ｎｍとすることが望ましい。

交換結合制御層１０５の上に形成されている第３軟磁性層１０６は、磁化反転磁界を低減させる役割を主に担うため、Ｋｕ値ができるだけ小さい材料が好ましい。この材料としては、例えば、Ｃｏ、ＮｉＦｅ、及びＣｏＮｉＦｅを使用することができる。

第３軟磁性層１０６の上に形成されている保護層１０７は、ヘッドと媒体表面の接触による損傷を防ぐために形成されるものである。保護層１０７としては、例えば、Ｃ、ＳｉＯ₂、ＺｒＯ₂等の単一成分またはそれぞれを主成分とし、これに添加元素を含有させた膜を使用することができる。

［インライン式製造装置］
次に、第１から第４の実施形態のバタフライバルブを適用可能なインライン式製造装置（以下、「磁気記録媒体製造装置」ともいう）の一例について説明する。図１０は、本発明に係るバタフライバルブを適用可能なインライン式製造装置を説明する概略図である。

図１０に示すように、磁気記録媒体製造装置には、キャリア２に基板１００（図９）の搭載を行うロードロックチャンバ８１、キャリア２から基板１００の回収を行うアンロードロックチャンバ８２が備えられている。さらに、複数のチャンバ２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６、２０８、２０９、２１０、２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６、２１７及び２１８が方形の輪郭に沿って配置されている。ロードロックチャンバ８１、チャンバ２０１〜２１８、アンロードロックチャンバ８２に沿って搬送路が形成されている。搬送路には、基板１００を搭載可能な、複数のキャリア２が設けられている。各チャンバにおいて処理に要する処理時間（タクトタイム）は、予め決められており、この処理時間（タクトタイム）が経過すると、キャリア２は、順次、次のチャンバに搬送されるように構成されている。

磁気記録媒体製造装置が１時間あたり約１０００枚の基板を処理するためには、１つのチャンバにおけるタクトタイムは、約５秒以下、望ましくは約３．６秒以下となる。

ロードロックチャンバ８１、アンロードロックチャンバ８２、及びチャンバ２０１〜２１８の各々は、専用又は兼用の排気系によって排気可能なチャンバである。ロードロックチャンバ８１、アンロードロックチャンバ８２、及びチャンバ２０１〜２１８の各々の境界部分には、ゲートバルブ（不図示）が設けられている。

具体的には、磁気記録媒体製造装置のチャンバ２０１は、基板１００に第１軟磁性層１０１ａを形成する。方向転換チャンバ２０２は、キャリア２の搬送方向を転換する。チャンバ２０３は、第１軟磁性層１０１ａ上にスペーサー層１０２を形成する。チャンバ２０４は、スペーサー層１０２上に第２軟磁性層１０１ｂを形成する。チャンバ２０５は、第２軟磁性層１０１ｂ上にシード層１０３を形成する。方向転換チャンバ２０６は、キャリア２の搬送方向を転換する。また、磁気記録媒体製造装置は基板１００を予め加熱するためのプレヒート用のチャンバ２０７（第１加熱チャンバ）と、チャンバ２０８（第２加熱チャンバ）と、を有する。更に、チャンバ２０９はシード層１０３を形成することが可能である。

チャンバ２１０は、シード層１０３上に磁性層１０４を形成するためのスパッタ装置として機能することが可能である。冷却チャンバ２１１は、磁性層１０４が形成された基板１００を冷却する。高速で冷却するため、冷却チャンバ２１１には、冷却ガス（水素）が導入されるが、冷却効率の観点から、数百Ｐａという高圧力が必要となる。そのため、この冷却チャンバ２１１において、本発明に係るバタフライバルブ６３を採用している。方向転換チャンバ２１２はキャリア２の方向を転換する。冷却チャンバ２１３は、基板１００を冷却する。チャンバ２１４は、磁性層１０４上に交換結合制御層１０５を形成（ｄｅｐｏｓｉｔ）する。チャンバ２１５は交換結合制御層１０５上に第３軟磁性層１０６を形成する。方向転換チャンバ２１６は、キャリア２の方向を転換する。チャンバ２１７、及び２１８は、保護層１０７を形成する。

第１から第４の実施形態のバタフライバルブは、このように数百Ｐａという高圧力が必要な冷却チャンバ２１１の圧力制御手段として具備される。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これは本発明の説明のための例示であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態とは異なる種々の態様で実施することができる。また、本発明のバタフライバルブは、各実施形態で述べられたいかなる特徴をも組み合わせることによって構成することができる。

例えば、上記実施形態では、拡張壁６６は、弁体２３の周りに流路方向に沿って起立させるように突設している。これは流体力学の点からみれば、凹凸が多く、乱流、共振などが発生し動作不良の原因になる虞がある。この点については、拡張壁６６の上に平板を掛け渡したり、弁軸２８に向かって閉じる形にすることで回避できると考えられる。

２０ボディ、２１流路、２３弁体、２８弁軸、６３バタフライバルブ、６６シール長拡張壁

Claims

流体を流すための流路を有するボディと、
前記流路内で、該流路に対して垂直な回転軸を中心として回転可能な弁体と、
を備えた流路開閉装置であって、
前記弁体の縁部に沿って、前記弁体の全閉時に形成される前記ボディと前記弁体との隙間における流路方向のシール長を拡張するシール長拡張壁を突設したことを特徴とする流路開閉装置。
前記弁体は、前記回転軸を隔てて、前記弁体の回転方向の前方へ臨んだ第１領域と第２領域を有し、
前記第１領域の縁部には、前記弁体の回転方向の前方へ臨んで第１シール長拡張壁が突設され、
前記第２領域の縁部には、前記弁体の回転方向の前方へ臨んで第２シール長拡張壁が突設されていることを特徴とする請求項１に記載の流路開閉装置。
前記第１シール長拡張壁及び第２シール長拡張壁の高さは、前記弁体の半径の３０〜７０％であることを特徴とする請求項２に記載の流路開閉装置。
前記第１シール長拡張壁と前記第２シール長拡張壁は、前記回転軸に対して対称に形成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の流路開閉装置。
前記弁体において、前記流路に対するコンダクタンスが最大になるように前記弁体を傾けたときに、流路方向に沿った前記弁体の投影断面積が最小になるように前記シール長拡張壁の位置を流路方向にずらして形成したことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の流路開閉装置。
前記ボディの内部に画される前記流路の断面形状は、前記回転軸の付近に該回転軸と垂直な直線成分を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の流路開閉装置。
前記流路の断面形状において、前記回転軸の付近に該回転軸と垂直な直線成分を有すると共に、円成分を有し、
前記直線成分の部分の長さは、前記弁体と前記シール長拡張壁とを合わせた長さと同等であり、
それ以外の部分は、前記直線成分の端部から前記円成分より外側の領域内を最短経路で前記円成分に繋いで形成していることを特徴とする請求項６に記載の流路開閉装置。
請求項１から７のいずれか１項に記載の流路開閉装置をチャンバと排気ポンプとの間に備えることを特徴とする真空処理装置。
請求項１から７のいずれか１項に記載の流路開閉装置を具備する冷却チャンバを有することを特徴とするインライン式製造装置。