JP5357679B2 - コンダクタンスバルブ及び真空ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、フラットディスプレイ製造装置や半導体製造装置に代表されるＣＶＤ装置等の真空成膜装置等に用いられるコンダクタンスバルブ及び真空ポンプに関する。

半導体製造工程中にはドライエッチングやＣＶＤ等のプロセスがあり、これらのプロセスはプロセスチャンバと称する真空容器内で行われるが、このようなプロセスチャンバ内のプロセス圧力をコントロールする手段として従来からコンダクタンスバルブを用いる方法がある。

この方法は、プロセスチャンバに接続されている真空ポンプのガス吸入口にコンダクタンスバルブを取り付けるとともに、このコンダクタンスバルブの開度を変化させることにより、プロセスチャンバから真空ポンプ側へのガスの流れ易さ（コンダクタンスという）を変えて、プロセスチャンバ内のプロセス圧力をコントロールするというものである。

このような従来のコンダクタンスバルブの一例を図５に示す。このコンダクタンスバルブ１００は、ケーシング２０と、円形状の弁ディスク３０Ａ及びこの弁ディスク３０Ａを支持する支持部３０Ｂからなる弁体３０と、から構成されており、弁体３０はケーシング２０内で回転軸４０により水平状態で回動可能に支持されている。ケーシング２０には円形状の開口部５０が穿設されており、弁ディスク３０Ａの回転する角度（回転角θ）により、その開口状態が調整される。具体的には、回転角θ＝０°のときは開口部５０の開口状態は閉塞状態（開度０％）となり、回転角θが増加するに従い開口部５０の開度が増加し、この開度は０％〜１００％まで変位可能である。

ところで、弁ディスク３０Ａを閉塞方向に回動させ、開度が０％近傍（図５中５０Ｂ）、すなわち、コンダクタンスが小さくなると、コンダクタンスの制御分解能が悪化する傾向があることが知られている。この状態を示したものが図６のグラフであり、図６のグラフは、開度１００％から１移動単位距離ずつ弁ディスク３０Ａを移動させて開度を変化させ、開度０％まで移動させた場合の弁ディスク開度（％）とコンダクタンス（Ｌ／ｓ）の関係を示したグラフであり、この図６にはその一部（開度７０％〜開度０％まで）が図示されている。このグラフを参照すると、弁ディスク開度が小さくなるにつれてコンダクタンスの制御分解能が悪くなっていることが分かる。コンダクタンスは有効断面積（開口部面積から弁ディスク３０Ａが遮っている面積を除いた面積）５０Ａにおおむね比例していることから、この開度が０％近傍５０Ｂにおいて有効断面積５０Ａが急に減少するのがコンダクタンスの制御分解能悪化の原因である。

そこで、この従来における弁ディスク開度が小さい領域でコンダクタンスの制御分解能が悪くなるという問題を解決すべく、特許文献１に示すような制御装置も提案されている。この特許文献１の制御装置においては、弁ディスク３０Ａに相当する制御プレート９の縁端部に内側にオフセットしているか又は外側に突出している偏寄した輪郭１４を設けることにより、この開度が０％近傍５０Ｂにおける有効断面積５０Ａの減少を緩やかにし、コンダクタンスの制御分解能悪化を防止している。

しかしながら、この特許文献１に記載の制御装置のように、制御プレート９に突起や窪みを設けた場合には、開口部の閉塞時に突起や窪みを収納するスペースが別途必要になり、その結果、ケーシング自体が通常のものよりも大きくなるという問題が生ずる。また、このように制御プレート９に突起や窪みを設けた場合には、コンダクタンスバルブのメンテナンス時にわざわざケーシングを分解し制御プレート９を取り外す必要があり、メンテナンスが面倒になるという問題も生ずる。

特開平０９−２１０２２２号公報

本発明の目的とするところは、弁ディスクを収納しているケーシングの大きさを大きくすることなく、弁ディスク開度が小さい領域でコンダクタンスを高精度に制御可能であり、しかもメンテナンスも容易なコンダクタンスバルブ及び真空ポンプを提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明に係るコンダクタンスバルブは、流体の流路を形成する円形状開口部を有するハウジングと、前記ハウジング内に移動可能に設けられるとともに移動することにより前記円形状開口部の開口状態を調整可能な円形状弁ディスクと、を有するコンダクタンスバルブであって、前記円形状開口部には内側方向に突出する突起部が、前記円形状弁ディスクにより該円形状開口部を閉塞する方向側に設けられており、該突起部には半径方向に延びるスリットが設けられていることを特徴とする。

また、突起部は円形状開口部に取り付ける円環状のフランジに設けられるように構成してもよい。

また、本発明に係る真空ポンプは、上記記載のうちのいずれか１つのコンダクタンスバルブを有することを特徴とする。

本発明によれば、流体の流路を形成する円形状開口部を有するハウジングと、前記ハウジング内に移動可能に設けられるとともに移動することにより前記円形状開口部の開口状態を調整可能な円形状弁ディスクと、を有するコンダクタンスバルブであって、前記円形状開口部には内側方向に突出する突起部が、前記円形状弁ディスクにより該円形状開口部を閉塞する方向側に設けられており、該突起部には半径方向に延びるスリットが設けられているように構成した。これにより、弁ディスクを収納しているケーシングの大きさを大きくすることなく、弁ディスク開度が小さい領域でコンダクタンスを高精度に制御可能であり、メンテナンスも容易なコンダクタンスバルブ及び真空ポンプを提供することができる。

本発明に係るコンダクタンスバルブを説明するための図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図であって閉塞状態を示す図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図であって開閉状態を示す図。 本発明に係るコンダクタンスバルブ及び真空ポンプの使用状態を模式的に示す断面斜視図であって、（ａ）は閉塞状態を示す断面斜視図、（ｂ）は開閉状態を示す断面斜視図。 （ａ）はフランジの斜視図、（ｂ）はフランジを取り付けた他の実施形態のコンダクタンスバルブの正面図。 円形状弁ディスクの開度とコンダクタンス特性との関係を示すグラフ。 従来のコンダクタンスバルブを説明するための正面図。 従来のコンダクタンスバルブにおける円形状弁ディスクの開度とコンダクタンスと構成との関係を示すグラフ。

以下、本発明を実施するための形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明に係るコンダクタンスバルブを説明するための図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図であって閉塞状態を示す図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図であって開閉状態を示す図、図２は本発明に係るコンダクタンスバルブ及び真空ポンプの使用状態を模式的に示す断面斜視図であって、（ａ）は閉塞状態を示す断面斜視図、（ｂ）は開閉状態を示す断面斜視図である。

図１に示すように本発明のコンダクタンスバルブ１は、ハウジング２と、弁体３と、からなる。ハウジング２は、第１のハウジング２Ａと第２のハウジング２Ｂとからなり、図１中の分割線Ｌで第１のハウジング２Ａと第２のハウジング２Ｂとがボルトなどにより結合されている。このようにハウジング２を第１のハウジング２Ａと第２のハウジング２Ｂとに分割可能に構成したのでメンテナンスがし易い。

第１のハウジング２Ａには、円形状開口部５及びこれに対向する位置に真空ポンプのガス吸入口５００が穿設されており、円形状開口部５の内周縁の一部には内側に突設する突起部５１が設けられている。突起部５１は、第１の突起部５１Ａと第２の突起部５１Ｂとからなり、第１の突起部５１Ａと第２の突起部５１Ｂとの間にはスリット５２が形成されている。第１の突起部５１Ａも第２の突起部５１Ｂもともに、円形状開口部５の円弧に沿って円弧状に形成されている。第１の突起部５１Ａ及び第２の突起部５１Ｂは、図１（ａ）に示すように、円形状弁ディスク３Ａにより円形状開口部５を閉塞する方向側に設けられており、この突起部５１によりコンダクタンスが急激に減少するのを防止し、コンダクタンスを緩やかに減少させるようにしている。また、図１（ａ）に示すように、第１のハウジング２Ａの内側部分であって円形状開口部５の周縁部には突起部５１Ａ及び５１Ｂを取り付けるための円環状の部品６が取り付けられている。

弁体３は、円形状弁ディスク３Ａと、この円形状弁ディスク３Ａを支持する支持部３Ｂとからなる。支持部３Ｂには回転軸４が取り付けられており、この回転軸４により弁体３は、ケーシング２内で水平状態で回動可能に支持されている。回転軸４は、図１（ｂ）に示すように第２のケーシング２Ｂの下部に取り付けられたモータ７により回転駆動する。また、モータ７は回転軸４を上下動可能に支持しており、回転軸４を上下動させるとこれに連動して円形状弁ディスク３Ａも上下動する。

円形状弁ディスク３Ａは、回転軸４を回転駆動させることにより円形状開口部５を第１のケーシング２Ａの内側から閉塞可能に構成されており、円形状弁ディスク３Ａの円周は円形状開口部５の円周より大きく形成されている。なお、本実施形態においては、円形状弁ディスク３Ａにより円形状開口部５を閉塞した状態を回転角θ＝０°としており、円形状開口部５が開口する方向に向けて回転角θは増加し、他方、閉口する方向に向けて回転角θは減少する。

このように構成されたコンダクタンスバルブ１をＣＶＤ装置に適用した状態を模式的に示したのが図２であり、コンダクタンスバルブ１は、真空ポンプＰとプロセスチャンバＳとの間に取り付けられる。このコンダクタンスバルブ１は、円形状弁ディスク３Ａを回動させ円形状開口部５の開口状態を調整することにより、プロセスチャンバＳから真空ポンプＰ側へのガスの流れ易さを変えて、プロセスチャンバＳ内のプロセス圧力をコントロールしている。

図２には円形状弁ディスク３Ａの回転状態が示されており、（ａ）は円形状弁ディスク３Ａの回転角θ＝０°であり、円形状開口部５が円形状弁ディスク３Ａにより閉塞された状態である。但し、図２（ａ）においては円環状の部品６と円形状弁ディスク３Ａとの間には間隙があるため、完全に閉塞するためにはこの図２（ａ）の状態からモータ７により回転軸４を上昇させて円形状弁ディスク３ＡをＣ方向またはＣ方向の逆方向に移動させ、円形状弁ディスク３Ａを円環状の部品６に密着させる必要がある。

また、円環状の部品６は図示された上方だけではなく、下方又は両方にも敷設可能であり、下方に移動する場合には円形状弁ディスク３Ａを下方に移動させ、円形状弁ディスク３Ａを円環状の部品６に密着させる。

一方、図２（ｂ）には円形状弁ディスク３Ａが開口方向に回転し、円形状開口部５が一部開口してプロセスチャンバＳ内のガスの流路Ｒが形成され、真空ポンプＰの負圧によりプロセスチャンバＳ内からガスが矢印Ｄ方向に排出された状態が図示されている。

なお、本発明の真空ポンプは、本発明のコンダクタンスバルブを備えた真空ポンプを意味するものであり、この図２（ａ）、（ｂ）に示す真空ポンプＰは一般的な真空ポンプであって本発明の真空ポンプを意味するものではない。

上記実施形態においては、突起部５１を円形状開口部５に直接設ける構成を示したが、突起部５１を有する別部材を円形状開口部５に取り付けるような形態であってもよい。具体的には、例えば、図３（ａ）に示すような、上記と同様の形状の突起部５１が形成された円環状のフランジ８を、図３（ｂ）に示すように、円形状開口部５の周縁部分にケーシング２の表面側からネジ止め固定するという形態のコンダクタンスバルブ１Ａであってもよい。

このように構成されたコンダクタンスバルブ１あるいはコンダクタンスバルブ１Ａを用いてコンダクタンスの制御の比較実験を行った結果を図４に示す。図４のグラフは、開度１００％から１移動単位距離ずつ弁ディスク（円形状弁ディスク３Ａ）を移動させて開度を変化させ、開度０％まで移動させた場合の弁ディスク開度（％）とコンダクタンス（Ｌ／ｓ）の関係を示したグラフであり、この図４にはその一部（開度７０％〜開度０％まで）が図示されている。図４中、コンダクタンス１あるいはコンダクタンス１Ａを使用した本発明のコンダクタンスの制御分解能を示したものが「突起物あり」と図示したグラフであり、一方、「突起物なし」と図示したグラフが図５に示す従来のコンダクタンスバルブ１００のものである。

この図４を参照すると、本発明のコンダクタンスバルブにおいては、弁ディスク開度が小さくなるに連れてもコンダクタンスの変化割合は略一定である。一方、従来のコンダクタンスバルブにおいては、弁ディスク開度が小さくなるに連れてコンダクタンスの変化割合が急激に大きくなっている。この結果から、本発明においては、弁ディスク開度が０％に近づくに連れてもコンダクタンスの急激な変化が起こらず高精度なコンダクタンスの制御が可能であることが分かる。

以上説明したとおり、本発明においては、円形状開口部に内側方向に突出するとともに、円形状弁ディスクにより円形状開口部を閉塞する方向側に設けられる突起部を備えたことにより、開度０％近傍における有効断面積の減少の割合を少なくすることができる。これにより、弁ディスク開度が０％に近づくに連れても開口面積の急激な変化が起こらず高精度なコンダクタンスの制御が可能である。そして、このような突起部を円形状弁ディスクに設けるのではなく、円形状開口部に直接あるいはこの円形状開口部に取り付けるフランジに設けることにより、突起部を収納するためのスペースを設ける必要がなくなるので、コンダクタンスバルブあるいは真空ポンプ自体の小型化も図ることができる。更に、円形状弁ディスクの移動時間すなわちスループットの短縮化も図れるとともに、メンテナンスも容易となる。

なお、上記実施形態においては、突起部を２つの円弧状の第１の突起部５１Ａと第２の突起部５１Ｂとにより形成したが、突起部の形状はこれに限定されない。上述したように、本発明において円形状開口部５に突起部を設けたのは、開度が０％に近づくに連れて有効断面積の減少の割合が急激に増加するからであるので、このような急激な増加を防止するような突起部であればその形状は種々の形状が適用可能である。なお、上記実施形態において突起部にスリットを設けたのは、実験の結果、スリットを設けた方が設けない場合よりもコンダクタンスの制御分解能が良かったからである。

また、上記実施形態においては、円形状弁ディスクは回動するように構成しているが、円形状弁ディスクは円形状開口部を閉塞及び開口することができればよいので、必ずしも回動することを必要とせず、例えば、直線的に移動する形態であってもよい。

１ コンダクタンスバルブ
２ ハウジング
２Ａ 第１のハウジング部
２Ｂ 第２のハウジング部
３ 弁体
３Ａ 円形状弁ディスク
３Ｂ 支持部
４ 回転軸
５ 円形状開口部
５１ 突起部
５１Ａ 第１の突起部
５１Ｂ 第２の突起部
５２ スリット
５００ ガス吸入口
６ 円環状の部品
７ モータ
８ フランジ
Ｌ 分割線
Ｐ 真空ポンプ
Ｒ 流路
Ｓ プロセスチャンバ
θ 回転角

Claims (3)

1. 流体の流路を形成する円形状開口部を有するハウジングと、前記ハウジング内に移動可能に設けられるとともに移動することにより前記円形状開口部の開口状態を調整可能な円形状弁ディスクと、を有するコンダクタンスバルブであって、
   前記円形状開口部には内側方向に突出する突起部が、前記円形状弁ディスクにより該円形状開口部を閉塞する方向側に設けられており、該突起部には半径方向に延びるスリットが設けられていること
   を特徴とするコンダクタンスバルブ。
2. 前記突起部は前記円形状開口部に取り付ける円環状のフランジに設けられ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. 請求項１あるいは２に記載のコンダクタンスバルブを有することを特徴とする真空ポンプ。
   

Images