JP2014126183A - コンダクタンスバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】省スペースなコンダクタンスバルブを提供する。
【解決手段】コンダクタンスバルブは、真空容器１１の壁面の一部に設けられた開口の開度を調整してコンダクタンスを調整可能に構成されており、駆動部２７に回動可能に連結された揺動アーム部２５と、揺動アーム部２５に連結されて揺動アーム部２５に対して回動可能な矩形状の弁体２３とを有している。揺動アーム部２５を回動する際に矩形状の弁体２３を所定角度回動させることでコンダクタンスバルブの閉位置での弁体２３の張り出しを少なくできる。
【選択図】図６

Description

本発明は、コンダクタンスバルブに関する。

コンダクタンスバルブはチャンバと排気ポンプの間に配置されている。コンダクタンスバルブは、メンテナンス等でチャンバを大気開放するときに排気ポンプを閉鎖する機能に加えて、排気ポンプのコンダクタンスを調整する機能も有している。すなわち、バルブの開度を変化させて排気口面積(コンダクタンス)を調整してチャンバ内の圧力制御（＝排気速度制御）を行う。

コンダクタンスバルブとしてブリッジ式とペンデュラム式（振子式）が知られている。ブリッジ式バルブは、先端に弁体を固定した伸縮するシャフトにより弁体で排気口の開口量を調整するものである。ペンデュラム式バルブは先端に弁体を固定したシャフトを回転することにより弁体を揺動させて排気口の開口量を調整するものである（例えば、特許文献１−５参照）。

ペンデュラム式バルブは、弁体の揺動させることから、排気ポンプの開口範囲から弁体を退避させることが容易である。そのため、ブリッジ式バルブに比べて、最大排気速度（最大コンダクタンス）での排気が容易であるため大きな排気量の排気ポンプに取付けられることが多い。

特開２０１１−２４７４２６号公報 特開２０１０−１２７３２０号公報 特開２００８−０２５８３６号公報 特開２００７−２７１０８０号公報 特開２００７−１７０６６６号公報

ペンデュラム式バルブは、弁体を揺動で退避させるため弁体の退避スペースが必要となるためポンプ開口径の２倍以上の寸法になるものが多い。そのため、チャンバとポンプ間にバルブユニットを配置すると、弁体の格納ケースがチャンバの側方に張り出すためチャンバのメンテナンスの作業性を改善するうえで障害となる懸念があった。

本発明の目的は、上記の課題に鑑み、コンダクタンスバルブの省スペース化を図ることにより、作業性の良好な真空処理装置を提供することである。また、本発明の他の目的は、省スペースなコンダクタンスバルブを提供することである。

本発明に係るコンダクタンスバルブは、真空容器の一部に設けられた開口の開度を調整することによってコンダクタンスを調整可能なコンダクタンスバルブであって、矩形状の弁体と、前記弁体を回動可能に連結するアーム部と、前記アーム部を回動する駆動部と、を有し、前記アーム部の回動に伴って前記弁体が回動されるとともに、前記開口の開度が調整されることを特徴とする。

本発明により、コンダクタンスバルブの弁体の格納ケースの張り出し部分が小さくできるためメンテナンス性が良好な真空処理装置を提供できる。また、本発明により省スペースなコンダクタンスバルブを提供できる。

本発明の第1実施形態に係る真空処理装置の断面概略図である。 本発明の第1実施形態に係るコンダクタンスバルブの斜視図である。 本発明の第1実施形態に係るコンダクタンスバルブの分解斜視図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 図４のＢ−Ｂ断面図である。 本発明の第1実施形態に係るコンダクタンスバルブの動作説明図である。 本発明の第２実施形態の断面概略図である。 本発明の第３実施形態の断面概略図である。 本発明の第４実施形態の断面概略図である。 他の実施形態に係る真空処理装置の断面概略図である。

図１に本発明の第１実施形態の真空処理装置の概略図を示す。本実施形態の真空処理装置１は、真空容器１１、排気装置１３、コンダクタンスバルブ２１を有している。真空容器１１は、基板Wを載置する基板ホルダ７を内部に有しており、成膜や熱処理などの基板に所定の真空処理ができるように構成されている。底部３には排気装置１３が接続される取付け部９が設けられている。真空容器１１の底部３に設けられた排気装置１３の取付け部９には排気できるように開口（開口部）５が設けられている。排気装置１３は真空排気ポンプを備えて構成されており、本実施形態においてはターボ分子ポンプ(ＴＭＰ)１６とＴＭＰ１６の背圧を減圧するドライポンプ１７を有する排気システムを備えている。真空容器１１の一部（底部３）の開口部の開度を調整できるようにコンダクタンスバルブ装置２１が設けられている。なお、後述するが、底部３に替えて他の部材に開口部を設けても本願発明を実施できるため、開口部が形成される部材を総称する際にはベース部と呼ぶものとする。

図２にコンダクタンスバルブの斜視図を、図３にコンダクタンスバルブの分解斜視図を示す。図２はコンダクタンスバルブを閉鎖した状態（閉位置）での斜視図である。本実施形態のコンダクタンスバルブは、弁体２３と揺動アーム部アーム部）２５と駆動部２７とを有している。弁体２３は真空容器１１の底部３の開口部５の開度を調整できるように構成されている。弁体２３はステンレス若しくはアルミニウム合金などの金属からなる矩形状の板部材である。ここで、弁体の形状についての矩形とは、長手方向の寸法（縦）と短手方向の寸法（横）が異なる形状を言い、弁体２３のように角を丸めた矩形状や、楕円形状も含む形状も含むものとする。弁体２３の中心位置には軸部材３１が固定されている。

なお、真空容器１１若しくはコンダクタンスバルブ２１が、弁体２３を開口部５に接近させる機能を備える場合には、弁体２３の外縁を開口部５の縁部に押し付けることにより開口部５を閉鎖することができる。この場合は、弁体２３の外周に接して気密を確保するためのＯリング５ａを開口５の周りに取り付けるとよい。もちろん、弁体２３の開口部５にＯリングなどのシール部材を取付けてもよい。

駆動部２７は、モータ２７ａとモータ２７ａに接続された駆動軸２７ｂとを有している。モータ２７ａは真空容器１１の底部の大気側に取り付けられている。モータ２７ａはサーボモータを用いているが、回転角度を検出できるモータであればよい。駆動軸２７ｂは真空容器１１内部に一端が導入されている。本実施形態ではモータ２７ａを大気側に設けており、モータ２７ａの出力軸と駆動軸２７ｂは大気側で接続されている。駆動軸２７ｂは、回転導入部２７ｃを介して真空容器１１内に一端側を、真空容器１１の気密を維持しながら導入されている。なお、モータ２７ａとしてダイレクトドライブモータ（ＤＤモータ）を用いる場合にはＤＤモータの出力軸は真空側に配置できるので回転導入部が不要となる。

揺動アーム部２５は、モータ側の駆動軸２７ｂと弁体側の軸部材３１とが両端に連結される部分である。駆動軸２７ｂの回転角度に応じて、弁体２３を回転させながら移動させることができる。すなわち、弁体２３は揺動アーム部２５に対して回転するとともに、真空容器１１の開口部５の開度を調整する動きができる。

図４にコンダクタンスバルブ周辺の断面図を、図５に図４のＡ−Ａ断面図を示す。図４，５に基づいて揺動アーム部２５について詳しく説明する。揺動アーム部２５は、ケース部３５、駆動軸側プーリ３７ａ（駆動側プーリ）、弁体側プーリ３７ｂ、ベルト３９（３９ａ，３９ｂ）を備えている。

ケース部３５は、ベルト３９やプーリ３７（３７ａ，３７ｂ）を囲む形状の金属部材であり、駆動軸２７ｂに固定され、駆動軸２７ｂの回転に伴って動作する。駆動軸側プーリ３７ａは、ベルト３９の一端を固定する円筒状の部材であり、真空容器１１側に固定されている。駆動軸側プーリ３７ａは、内周側で駆動軸２７ｂとベアリングＢ１を介して接しており、外周側ではベアリングＢ２を介してケース部３５に支持されている。弁体側プーリ３７ｂはベルト３９の他端を固定する円筒状の部材である。弁体側プーリ３７ｂは弁体側の軸部材３１に固定されており、外周側でベアリングＢ３を介してケース部３５に支持されている。

ベルト３９は、屈曲自在な薄板状の金属からなり、駆動軸側プーリ３７ａと弁体側プーリ３７ｂの間で回転力を伝達する部材である。ベルト３９は駆動軸側プーリ３７ａと弁体側プーリ３７ｂの間に滑らないように掛け渡されている。本実施形態では２本一組として使用されている。なお、駆動軸側プーリ３７ａと弁体側プーリ３７ｂはベルト３９が巻き付けられる外径の比率が所定の比率に設定されている。駆動軸側プーリ３７ａと弁体側プーリ３７ｂの外径の比率（プーリの外径比）を調整することで、駆動軸２７ｂが所定角度回転した際に弁体２３が一定角度回転するように調整されている。すなわち、ケース部３５の回動に伴って弁体２３を回動するように構成されている。具体的には、揺動アーム部２５が４５°回転するごとに弁体２３が９０°回転するように設定されている。駆動軸側プーリ３７ａ、弁体側プーリ３７ｂ、ベルト３９を回動伝達部とする。

図６（ａ）〜図６（ｃ）にコンダクタンスバルブの動作説明図を示す。図６（ａ）〜図６（ｃ）はコンダクタンスバルブが閉位置から開位置へ移動する際にコンダクタンスバルブを上方から見た模式図である。図６（ａ）は真空容器１１の開口部５を塞ぐ位置に弁体２３が位置している。このときコンダクタンスバルブは閉位置でありコンダクタンスは最小となる。図６（ｂ）は、弁体２３が開動作をはじめたときのコンダクタンスバルブの状態である。

図６（ｃ）は、弁体２３が開口部５を塞ぐ量が最も少ない位置になっている。このときコンダクタンスバルブの開位置でありコンダクタンスは最大となる。本実施形態のコンダクタンスバルブは、真空容器１１を基準として初期位置から揺動アーム部２５が４５度回転し、弁体が９０度回転する。全開位置での弁体２３が底面３の辺Ｓ２から張り出さない設定とされている。これは、真空容器１１の底面３が矩形状で、且つ、弁体２３は楕円形であるためであり、弁体２３の辺Ｓ１を底面３の辺Ｓ２に合わせることで底面３からの弁体２３の張り出しを防げる。

コンダクタンスバルブを上方からみる（図６（ａ）（ｂ）参照）と、揺動アーム部２５は真空容器１１に対して左回りし、弁体２３は揺動アーム部２５に対して左回りしている。すなわち、駆動軸２７ｂが左回りすると、駆動軸２７ｂと同じ角度だけ揺動アーム部２５が駆動軸２７ｂの周りに回転する。このとき、駆動軸２７ｂの回転角度に応じて弁体２３も回転する。弁体２３は略矩形の形状であり、中央位置に軸部材３１が固定されていることから、矩形の弁体２３と揺動アーム部２５の移動範囲を小さくすることができる。本実施形態では図６（ｃ）のように、弁体２３が真空容器の辺Ｓ２からはみ出さないようにコンダクタンスバルブを動作させることができる。

また、上述したように、駆動軸２７ｂ（揺動アーム部２５）の回転角度と弁体２３の回転角度の比率（駆動軸２７ｂと弁体２３の回転比率）は、プーリ３７の外径比を調整することで決定できる。すなわち、本実施形態のコンダクタンスバルブは、弁体２３が底面の辺Ｓ２からはみ出さないように、弁体２３が回転するプーリの外径比に調整されている。なお、本実施形態では弁体２３は左回りとされているが、右回りでもかまわない。また、底部３は真空容器１１の底面の任意の一部である。本実施形態では、開位置（図６（ｃ））のときに弁体２３の長手方向と開口部５の長手方向が垂直に交わる配置になっている。このような配置はコンダクタンスバルブの小型化に有利である。

図７に本発明の第２実施形態を示す。第１実施形態の構成要素と同一の構成要素については同一の参照番号を付して説明を省略する。本実施形態は上述の実施形態と比べて弁体４３の軸部材３１の位置に違いがある。具体的には、軸部材３１が弁体４３の中央から離間した位置Ｃに設けられている。軸部材３１が弁体４３の中心位置から一方側に偏った位置に設けられているため揺動アーム部２５と弁体４３が重なる面積を多くすることができる。揺動アーム部２５と弁体４３を重ねて配置する分、開口部５の大きさに対するコンダクタンスバルブの要する面積を小さくできる。本実施形態では、開位置（図７（ｃ））のときに弁体４３の長手方向と揺動アーム部２５の長手方向が平行になり、開口部５の長手方向と垂直に交わる配置になっている。このような配置はコンダクタンスバルブの小型化に有利である。

図８に本発明の第３実施形態を示す。第１実施形態の構成要素と同一の構成要素については同一の参照番号を付して説明を省略する。本実施形態は第１実施形態と比べて弁体５３の動作に大きな違いがある。具体的には、弁体５３が底部３に対して回転せずに、揺動アーム部５５の回転に従って横方向に移動する。このため、開口部５の大きさに対するコンダクタンスバルブの要する面積を小さくできる。本実施形態では軸部材３１は弁体５３の中央位置に設けられている。このため、図８（ｃ）のように弁体５３の開放位置で、揺動アーム部２５と開口部５とが重なる面積を小さくでき、さらに、揺動アーム部２５の回転による弁体５３のＹ方向（図８中）への移動量ｄを大きくしない。軸部材３１の取付け位置を弁体５３の駆動軸側であっても揺動アーム部２５と開口部５が重なる面積を小さくできる。

しかし、その場合は弁体５３のＹ方向の最大移動量ｄが大きくなるためコンダクタンスバルブの大きさは大きくなる。Ｙ方向への最大移動量は、揺動アーム部２５の回転時における弁体側プーリ３７ｂのＹ方向の軌跡で初期位置（図８（ａ））からの最大値であるため、駆動軸側プーリ３７ａと弁体側プーリ３７ｂの距離を長くすれば、弁体５３のＹ方向の最大移動量ｄを抑えることができる。ただし、駆動軸側プーリ３７ａと弁体側プーリ３７ｂの距離を長くすると揺動アーム部２５と開口部５が重なる面積が大きくなる。

本実施形態では、弁体５３の長手方向は開口部５の長手方向と平行に移動するように、駆動軸側プーリ３７ａと弁体側プーリ３７ｂの比を設定している。また、駆動軸２７ｂは、弁体５３が閉位置（図８（ａ））と開位置（図８（ｃ））の中間位置（図８（ｂ））のときに、揺動アーム部２５が開口部５の長手方向に平行になる位置に配置される。このような駆動軸２７ｂの配置は、閉位置（図８（ａ））と開位置（図８（ｅ））で弁体６３の配置を対称位置にできるためコンダクタンスバルブの小型化に有利である。

図９に本発明の第４実施形態を示す。第１実施形態の構成要素と同一の構成要素については同一の参照番号を付して説明を省略する。本実施形態は第１実施形態と比べて弁体６３の動作に大きな違いがある。具体的には、揺動アーム部５５の回転に従って、弁体６３は回転しながら横方向に移動する。このため、図９（ｃ）のように、弁体６３は開閉動作の中間で横向きとなるため、Ｙ方向へ弁体６３が張り出す長さ（最大移動量ｄ２）を図８の構成よりも小さくすることができる。

本実施形態の駆動軸２７ｂは、弁体６３が閉位置（図９（ａ））と開位置（図９（ｅ））の中間位置（図９（ｃ））のときに、揺動アーム部２５が開口部５の長手方向に平行になる位置に配置される。このような駆動軸２７ｂの配置は、閉位置（図９（ａ））と開位置（図９（ｅ））で弁体６３の配置を対称位置にできるためコンダクタンスバルブの小型化に有利である。

図１０に本発明のコンダクタンスバルブの取り付け構造についての他の実施形態を示す。第１実施形態の構成要素と同一の構成要素については同一の参照番号を付して説明を省略する。本実施形態のコンダクタンスバルブは、図１に示すように真空容器１１内で弁体２３（４３，５３）と揺動アーム部２５が動作するように構成されている。本実施形態ではハウジング４５に弁体２３を収納してハウジング４５を気密に真空容器１１に取付けるように構成した。

この場合、真空容器１１と排気装置の間にハウジング４５を介装する。ハウジング４５に真空容器の開口に連通する開口部が設けられており、弁体２３の動作によってハウジング４５の開口部の開度（コンダクタンス）を調整する。開口部が設けられたハウジング４５の部材がベース板に対応する。図８中４５ａは収納された状態のようどうアーム部２５の位置である。また、ハウジング４５に弁体２３、揺動アーム部、駆動部２７が取り付けられるコンダクタンスバルブを構成している。そのため、一般的な真空容器に本発明のコンダクタンスバルブを取り付けることができる。

なお、上述の実施形態においては、駆動軸側プーリ３７ａと弁体側プーリ３７ｂの間をベルトによって連動させているが、歯車機構を用いて同様の動作を実現することができる。例えば、駆動軸側プーリ３７ａと弁体側プーリ３７ｂを歯車で作成し、それらの歯車を他の歯車を介して連動させるように構成すればよい。このとき、駆動軸側の歯車と弁体側の歯車の最終的な回転比率が狙いの比率になるように歯車の寸法を決めるとよい。

Ｗ 基板
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３ ベアリング
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ 辺
１ 真空処理装置
３ 底部
５ 開口
７ 基板ホルダ
９ 取付け部
１１ 真空容器
１３ 排気装置
１６ ＴＭＰ
１７ ドライポンプ
２１ コンダクタンスバルブ装置
２３，４３，５３ 弁体
２５ 揺動アーム部
２７ 駆動部
２７ａ モータ
２７ｂ 駆動軸
２７ｃ 回転導入部
３１，３２ 軸部材
３５ ケース部
３７ａ 駆動軸側プーリ
３７ｂ 弁体側プーリ
３９ ベルト

Claims (5)

1. 真空容器の一部に設けられた開口の開度を調整することによってコンダクタンスを調整可能なコンダクタンスバルブであって、
   矩形状の弁体と、
   前記弁体を回動可能に連結するアーム部と、
   前記アーム部を回動する駆動部と、を有し、
   前記アーム部の回動に伴って前記弁体が回動されるとともに、前記開口の開度が調整されることを特徴とするコンダクタンスバルブ。
2. 前記アーム部は、
   前記駆動部の駆動軸に固定されたケース部と、
   前記ケース部の回動に伴って前記弁体を回動させる回動伝達部と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載のコンダクタンスバルブ。
3. 前記回動伝達部は、
   前記真空容器の一部に固定され、前記ケース部にベアリングを介して設けられた駆動側プーリと、
   前記ケース部にベアリングを介して設けられ、前記弁体に固定された弁体側プーリと、
   前記駆動側プーリ及び前記弁体側プーリの間で回転力を伝達するベルトと、を備えていることを特徴とする請求項２に記載のコンダクタンスバルブ。
4. 前記弁体側プーリは、前記弁体の中央位置で連結されることを特徴とする請求項３に記載のコンダクタンスバルブ。
5. 前記弁体側プーリは、前記弁体の中央から離間した位置で連結されることを特徴とする請求項３に記載のコンダクタンスバルブ。