JP5084608B2

JP5084608B2 - 減圧排気弁

Info

Publication number: JP5084608B2
Application number: JP2008137402A
Authority: JP
Inventors: 紀彦齊藤; 武士岩崎; 裕橋本
Original assignee: Covalent Materials Corp
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2008-05-27
Filing date: 2008-05-27
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2028-05-27
Also published as: JP2009287582A

Description

本発明は減圧排気弁に関し、特に多孔質体部を有する開閉弁を備えた減圧排気弁に関する。

従来、半導体ウエハもしくは液晶材料の製造工程において、例えばドライエッチング装置、スパッタ装置、ＣＶＤ装置等の減圧装置が用いられている。これら装置における排気機構には、真空チャンバ内を減圧状態になす際の圧力緩衝を目的として、主排気路と並列にスロー排気路が設けられている。

従来の減圧装置を図７に基づいて説明する。図７に示すように、従来の減圧装置３１には、真空チャンバ３２内を減圧する排気機構３３が設けられている。
この排気機構３３は、一端が真空チャンバ３２に設けられた排気口３５に連通し、他端が真空ポンプ３６に連通する主排気路３７と、一端が主排気路３７を介して真空チャンバ３２に連通し、他端が主排気路３７を介して真空ポンプ３６に連通するスロー排気路３９とを備えている。
また、前記排気機構３３は、前記主排気路３７に設けた第１の開閉弁（メインバルブ）３８と、このスロー排気路３９に第１の開閉弁と並列に第２の開閉弁（スロー排気バルブ）４０とを備えている。
更に、前記排気機構３３は、前記排気口３５に設けられた、排気時の圧力を緩衝するフィルター３４を備えている。

このような従来の減圧装置３１にあっては、排気初期はスロー排気路３９で緩やかに排気し、その後、主排気路３７で一気に排気する。
しかし、前記排気口３５にフィルター３４が設置されているため、主排気路３７で一気に排気する際、フィルター３４が抵抗となり、排気速度が大幅に遅くなるという課題があった。

これを解決する減圧装置として、図８に示す減圧装置４１がある。この減圧装置４１にあっては、一端が直接真空チャンバ３２に連通し、他端が主排気路３７を介して真空ポンプ３６に連通するスロー排気路４２とを備えている。そして、スロー排気口４３にはフィルター３４が取付けられている。
このように構成された減圧装置４１にあっては、フィルター３４、スロー排気口４３、スロー排気路４２を介して緩やかに排気し、その後、第２の開閉弁４０，第１の開閉弁３８を切換えて、主排気路３７から一気に排気する。
そのため、この減圧装置４１にあっては、主排気路３７における排気速度を上げることができるが、排気口３５とは別にスロー排気口４１を設ける必要があり、多額な装置改造費がかかるという課題があった。

なお、真空チャンバと真空ポンプを連通する主排気路と、この主排気路に並列にスロー排気路を設けたウエハ取扱システム（例えば、特許文献１参照）、さらに、スロー排気路に可変コンダクタンスバルブを設けた横型処理炉が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開昭６１−２２８６４８号公報特開平７−２３５４９７号公報

ところで、本願出願人は、上記した課題を解決するために、図９に示すように、スロー排気路３９に、円筒形状のシリカ多孔体からなるフィルター５２を備える減圧装置５１を提案している（特願２００７−１９０４６２号）。
しかしながら、前記した従来の減圧装置及び本願出願人が提案した減圧装置は、主排気路とスロー排気路を前提としたものであった。
そのため、スロー排気路から主排気路に切換えた際、圧力変動が生じ、パーティクルが舞い上がることがあった。
また、一つの排気路（主排気路）のみ有する減圧装置に適用した場合、一つの排気路（主排気路）の排気口にフィルターを設けなければならず、排気速度が大幅に小さくなり、所定の真空度に到達するまでに長時間かかるという課題があった。しかも、常に排気口にフィルターが存在するため、フィルターが抵抗となり所定の真空度に到達し難いという課題があった。
このように前記したフィルターにあっては、一つの排気路（主排気路）のみ有する減圧装置には適用することは困難であった。

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、一つの排気路（主排気路）のみ有する減圧装置にも適用でき、排気速度が速くパーティクルの舞い上がりを抑制できる減圧排気弁を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するためになされた本発明にかかる減圧排気弁は、一端が真空チャンバに連通し、他端が真空ポンプに連通する排気路中に取付けられる減圧排気弁において、前記減圧排気弁が、前記排気路に接続される管部と、前記管部内に収容された、前記排気路を開閉する開閉弁と、前記開閉弁に設けられた、通気孔を有する多孔質体部とを備え、前記減圧排気弁の多孔質体部が、攪拌起泡によって形成されたセラミックス多孔質焼結体であり、平均気孔径が３０μｍ以上９０μｍ以下であって、前記気孔が１０μｍ以上２０μｍ以下の連通孔で連通する三次元網目状の骨格構造を有し、気孔率が５５％以上６５％以下であり、前記多孔質体部を製造する原料としては炭化ケイ素が用いられていることを特徴としている。

このように、減圧排気弁が、管部と、前記管部内に収容された、排気路を開閉する開閉弁と、前記開閉弁に設けられた通気孔を有する多孔質体部とを備えるため、開閉弁を閉じた状態で、圧力を緩衝しつつ、緩やかに排気し、その後、開閉弁を開くことで一気に排気し、排気速度を上げることができる。
この減圧排気弁を用いることで、一つの排気路で、圧力を緩衝しつつ緩やかに排気でき、しかも開閉弁を開くことで排気速度を上げた排気を行うことができる。尚、この減圧排気機構は、一つの排気路（主排気路）のみ有する減圧装置だけに適用できるものではなく、スロー排気路、主排気路を備える減圧装置にも適用することができる。

ここで、前記減圧排気弁の開閉弁が閉じた状態における排気流量が、１．３（ＫＰａ／ｓ）〜２．６（ＫＰａ／ｓ）であることが望ましい。
前記排気流量が１．３（ＫＰａ／ｓ）未満の場合には、排気効率的に好ましくなく、一方、排気流量が２．６（ＫＰａ／ｓ）を超える場合には、パーティクルの舞い上がりを抑制する効果が少なく、好ましくないためである。

本発明によれば、一つの排気路（主排気路）のみ有する減圧装置にも適用でき、排気速度が速くパーティクルの舞い上がりを抑制できる減圧排気弁を得ることができる。

本発明の実施形態にかかる減圧排気弁及びこの減圧排気弁を含む減圧排気機構を用いた減圧装置について、図１乃至図３に基づいて説明する。
尚、図１は本発明にかかる減圧排気弁を含む減圧排気機構を用いた減圧装置の概略構成図、図２は本発明にかかる減圧排気弁を示す正面図であって、開閉体が閉じた状態を示す図、図３は本発明にかかる減圧排気弁を示す正面図であって、開閉弁が開いた状態を示す図である。

図１に示すように、本発明にかかる減圧排気弁を含む減圧排気機構を用いた減圧装置１は、真空に減圧され処理室となる真空チャンバ２を備え、更にこの真空チャンバ２を真空に減圧する排気機構３を備えている。尚、図示しないが、前記減圧排気弁１０の前段（上流側）あるいは後段（下流側）に従来技術で用いられバルブ３８が配置されている。

前記排気機構３は、一端が真空チャンバ２の底部に設けられた排気口２ａを介して真空チャンバ２に連通し、他端が真空ポンプ４に連通する排気路５と、前記排気路５中に取付けられる減圧排気弁１０とを備えている。

この減圧排気機構１０は、図２、図３に示すように、排気路５に接続される管部１１と、前記管部１１の内部に回動可能に収容され、前記排気路５を開閉する円板状の開閉弁１２と、前記開閉弁１２に設けられた、円板状の通気孔を有する多孔質体部１３とを備えている。即ち、前記多孔質体部１３の外周部を、輪状のリング部１２ａの内周部が把持することによって、開閉弁１２が構成されている。

また、前記リング部１２ａの背面には、回動軸１４が取付けられている。この回動軸１４は、排気路５（管部１１）の軸線に対して垂直に、かつ管部１１に対して回動可能に取付けられている。
この回動軸１４の端部にはギヤ部１４ａが形成され、管部１１の外部において、駆動軸１５の端部に形成されたギヤ部１５ａと噛合している。即ち、前記駆動軸１５をモータ等の駆動手段（図示せず）によって、回転させることにより、前記回動軸２４を回動させ、開閉弁１２を回動させ、排気路５（管部１１）の開閉を行うように構成されている。
尚、前記回動軸１４のギヤ部１４ａ及び駆動軸１５のギヤ部１５ａは、ケーシング１６内に収容されている。

更に、多孔質体部１３について説明する。
この多孔質体部１３は、攪拌起泡によって形成されたセラミックス多孔質焼結体であることが望ましい。このようなセラミックス多孔質体の製造は、本出願人が先に出願した特開２０００−２６４７５３号公報、特開２００３−２３８２６７号公報に記載した方法により製造することができる。
ここで、前記多孔質体部を製造する原料としては、アルミナ、ジルコニア、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ムライト、コーディエライト、シリカ、水酸化アパタイトなどの他、金属製多孔体などの種々の材料を採用することができるが、これらの内、特に耐食性および機械的特性に優れている炭化ケイ素が好ましい。

また、平均気孔径が５〜９０μｍ、気孔率は３０〜６５％であるのが好ましい。
特に、炭化ケイ素の場合、平均気孔径３０〜９０μｍ、気孔率５５〜６５％が好ましい。具体的には、水銀ポロシメーターを用いて測定（ＪＩＳＲ１６３４１９９８に基づく）した気孔の平均気孔径が３０μｍ以上９０μｍ以下であって、前記気孔が１０μｍ以上２０μｍ以下（ＳＥＭ観察に基づく）の連通孔で連通する三次元網目状の骨格構造を有しているのが好ましい。
また、この気孔率（サンプルを特定体積に機械加工し、この重量を測定することで、前記体積、重量及びＳｉＣ密度：３．２１ｇ／ｃｍ³より算出）は５５％以上、６５％以下に形成されているのが好ましい。
尚、前記平均気孔径、気孔率は、製造工程における原料粉、攪拌起泡条件を調整することによって可変することができ、所望の平均気孔径、気孔率を有するセラミックス多孔質焼結体を得ることができる。

次に減圧装置の作用について説明する。図１、図２に示すように、処理室となる真空チャンバ２を減圧する場合、減圧開始時は、排気路５に設けた減圧排気機構１０の開閉弁１２を閉じた状態になし、真空ポンプ４を運転する。真空チャンバ２中のガスは、排気口２ａ、排気路５、減圧排気弁１０の多孔質体部１３を介して真空ポンプ４に流れ、真空チャンバ２内は減圧される。

このとき、減圧排気弁１０の多孔質体部１３の外径が２５ｍｍ、平均気孔径が５〜９０μｍ、気孔率は３０〜６５％と適度なガス通気抵抗に設定されているので、真空チャンバ２内の急激な減圧が避けられて、パーティクルの舞い上がりが抑制され、緩やかに減圧を行うことができる。

そして、この緩やかな減圧工程の後、駆動軸１５を回転させ、前記回動軸１４を回動させることにより、開閉弁１２を回動させて、開閉弁１２を開く。
そして、この開閉弁１２の開放により、減圧排気弁１０の多孔質体部１３の緩衝作用が弱められ、排気速度の速い状態での排気が行なわれる。

次に本発明にかかる減圧排気弁の減圧装置への適用例を図４及び図５に基づいて説明する。
図４に示す適用例は、前記減圧排気弁１０が、排気路５中に複数段設けられているものである。このように、複数の減圧排気弁１０が排気路５中に設けられている場合には、排気速度を細かく調整することができる。

また、図５に示す適用例は、前記減圧排気弁１０の前段に開閉バルブ２０を配置したものである。このバルブ２０としてはバタフライバルブを挙げることができる。

尚、上記実施形態にあっては、減圧排気弁を、排気路を一つしか有しない減圧装置に搭載した場合を例にとって説明したが、従来のように二つの排気路を備える減圧装置にも、当然に搭載することができる。

平均粒径０．５μｍのＳｉＣ粉末１００重量部、液体媒質としてイオン交換水４５重量部、気泡剤としてラウリル硫酸トリエタノールアミン１重量部、焼結助剤としてカーボンブラック１重量部及び平均粒径１．４μｍのＢ₄Ｃ粉末０．２重量部並びにゲル化主剤としてポリエチレンイミン５重量部を攪拌機で混合攪拌しながら空気を導入して泡立て、泡状のスラリーを調整した。

次に、泡状のスラリーを攪拌しながら、これにゲル化副剤としてエポキシ樹脂１重量部を添加し、型に鋳込み、３時間経過すると、ゲル化が十分に進行し、ゲル化体となった。
次いで、ゲル化体を型から取り出し、６０℃の温度で数日間乾燥して成形体（乾燥体）を得た。得られた成形体は、ほぼ球形状の多数の気孔の隣接するもの同士が連通孔を介して互いに連通する三次元網目状の骨格構造を有していた。

次に、成形体をＡｒガス雰囲気において１７８０℃の温度で１時間加熱（仮焼成）して仮焼成体とし、これをダイヤモンド砥石を用いて加工し直径３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円盤形状の仮焼成を得た。

次に、仮焼成体をＡｒガス雰囲気において２１００℃の温度で１時間焼成して焼成体とした。
この炭化ケイ素多孔質焼結体（セラミックス多孔質焼結体）の平均気孔径は、８０μｍ、気孔率は６０％であった。

その後、図１に示すような一つの排気路のみを有する減圧装置を用いて、真空チャンバの排気口に前記炭化ケイ素多孔質焼結体（セラミックス多孔質焼結体）からなるフィルターを配置した場合（比較例１）と、前記排気路中に、前記炭化ケイ素多孔質焼結体（セラミックス多孔質焼結体）を用いた本発明にかかる減圧排気弁を配置した場合（実施例１）における到達真空度及び所要時間を計測した。

また、比較例１における炭化ケイ素多孔質焼結体（フィルター）は、外径、２５ｍｍ、厚さ５ｍｍとし、この多孔質焼結体を枠体に嵌め込み、内径４０ｍｍの排気口に取付けた。

一方、実施例１における減圧排気弁の多孔質部は、前記比較例１と同様に、外径、２５ｍｍ、厚さ５ｍｍとし、この多孔質部をリング部に嵌め込み、内径４０ｍｍの管路内に取付けた。
更に、排気路（排気管）の内径は４０ｍｍであり、真空ポンプは、７０００リットル／分の性能を有しているものを用いた。

また、実施例１にあっては、真空度が５００Ｔｏｒｒに達した際、開閉弁を６度回転した状態まで弁を開き、真空度が２００Ｔｏｒｒに達した際、開閉弁を８度回転した状態まで弁を開く。更に、真空度が５０Ｔｏｒｒに達した際、開閉弁を１２度回転した状態まで弁を開き、真空度が１０Ｔｏｒｒに達した際、開閉弁を全開（９０度回転した状態）することとした。
その結果を図６に示す。

比較例１の場合、排気ガスは常時フィルターを通過するため、パーティクルの舞い上がりはないものの排気時間が非常にかかり、更には、真空チャンバ内の真空度も数十Ｔｏｒｒまでしか到達しないため、排気路を一つしか有しない減圧装置への搭載は困難であることが確認された。

これに対して、実施例１の場合には、真空度が５００Ｔｏｒｒに達するまで、パーティクルの舞い上がりはなかった。開閉弁を６度回転した際、パーティクルの舞い上がりが多少認められたが、開閉弁全開した際のパーティクルの舞い上がりに比べて、パーティクルの舞い上がりが抑制されているのが確認された。
このように、パーティクルが舞わない程度に開閉弁の開閉度を随時調節することができ、また開閉弁の開閉時期を調節することもができる。しかも、比較例１に比べて排気時間を短縮することができることが確認された。また、到達真空度に関しても比較例１に比べて高真空度が得られることが確認された。
このように、実施例１の場合には、排気路を一つしか有しない減圧装置への搭載に適していることが確認された。

図１は本発明にかかる減圧排気弁を用いた減圧装置の概略構成図である。図２は本発明にかかる減圧排気弁を示す正面図であって、弁体が閉じた状態を示す図である。図３は本発明にかかる減圧排気弁を示す正面図であって、弁体が開いた状態を示す図である。図４は本発明にかかる減圧排気弁の適用例を示す側面図である。図５は本発明にかかる減圧排気弁の他の適用例を示す側面図である。図６は実施例１と比較例１との実験結果を示す真空度及び到達時間を表した図である。図７は、従来の減圧装置を示す概略構成図である。図８は、他の従来の減圧装置を示す概略構成図である。図９は、本願出願人が先に提案した減圧装置を示す概略構成図である。

符号の説明

１減圧装置
２真空チャンバ
２ａ排気口
３排気機構
４真空ポンプ
５排気路
１０減圧排気弁
１１管部
１２開閉弁
１２ａリング部
１３多孔質体部
１４回動軸
１４ａギヤ部
１５駆動軸
１５ａギヤ部
１６ケーシング
２０開閉バルブ

Claims

一端が真空チャンバに連通し、他端が真空ポンプに連通する排気路中に取付けられる減圧排気弁において、
前記減圧排気弁が、前記排気路に接続される管部と、前記管部内に収容された、前記排気路を開閉する開閉弁と、前記開閉弁に設けられた、通気孔を有する多孔質体部とを備え、
前記減圧排気弁の多孔質体部が、攪拌起泡によって形成されたセラミックス多孔質焼結体であり、
平均気孔径が３０μｍ以上９０μｍ以下であって、前記気孔が１０μｍ以上２０μｍ以下の連通孔で連通する三次元網目状の骨格構造を有し、気孔率が５５％以上６５％以下であり、
前記多孔質体部を製造する原料としては炭化ケイ素が用いられていることを特徴とする減圧排気弁。
前記減圧排気弁の開閉弁が閉じた状態における排気流量が、１．３（ＫＰａ／ｓ）〜２．６（ＫＰａ／ｓ）であることを特徴とする請求項１に記載の減圧排気弁。