JP6125851B2 - バルブシステム - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つのバルブを有するシステムに関する。

要求される品質の半導体、ＬＥＤ、フラットスクリーンおよび太陽電池等の電子製品を製造するため、バルブによって閉塞される真空チャンバにおいてシリコンウエハ、ガラス基板または同様の対象物が処理されることが知られている。バルブのさまざまな動作制御手法も技術常識として知られている。バルブは、真空チャンバに流入するまたは真空チャンバから流出する気体等の媒体を測量するために用いられる。

その他のバルブは、シリコンウエハ、ガラス基板または同等物などの処理対象物を真空チャンバに搬入または真空チャンバから搬出するための搬入部または搬出部として用いられる。バルブの閉塞要素における汚染物質またはプロセスガスの放出を皆無にするまたは少なくとも減らすため、多くの場合、当該閉塞要素が適当な温度に維持されることが重要である。そこで、閉塞要素の加熱が注目されるが、バルブの閉塞要素の冷却も重要である。閉塞要素の適当な熱的接触により、必要なプロセス温度が準備または補助される。チャンバに運搬される熱媒体により閉塞要素が熱交換するようなシステムが技術常識として知られている（特許文献１および特許文献２参照）。

独国特許第９４２７７２号公報 独国特許第６９８１４２９６Ｔ２号公報

本発明は、熱媒体による閉塞要素との熱的接触のためのエネルギーの節約を図りうるシステムを提供することを目的とする。

本発明は、少なくとも１つのバルブまたは真空バルブを有するシステムであって、前記バルブの少なくとも１つの貫通開口部を閉塞するための前記バルブの閉塞要素と、前記閉塞要素が前記貫通開口部を閉塞している閉位置および前記閉塞要素が前記貫通開口部を少なくとも部分的に開放している開位置の間で前記閉塞要素を変位させる少なくとも１つの駆動装置と、を備え、前記バルブが、前記閉塞要素に対して熱伝達可能な状態で、前記貫通開口部に対して閉じられている少なくとも１つのチャンバを有し、前記閉塞要素との熱的接触のための熱媒体を前記チャンバに流入させるように構成されている少なくとも１つの導入管が前記チャンバに対して連通しているバルブシステムに関する。

本発明のバルブシステムにおいて、前記熱媒体との熱的接触のための少なくとも１つの熱交換器が前記導入管に設けられている。

本発明によれば、熱媒体（熱伝達流体）との熱的接触（熱交換または熱伝達）のための熱交換器が設けられているため、熱媒体の熱的接触、ひいては閉塞要素の熱的接触のために必要な熱エネルギーが、システム内部に存在する箇所またはその他の箇所で利用されずに済む。システムの導出管を通じてチャンバから流出した熱媒体と、導入管を通じてチャンバに流出する熱媒体とを熱交換させるため、熱交換器が、導出管と前記導入管との間で機能するように配置されているシステムにおいて、システム内部の余剰の熱さまたは冷たさが利用されてもよい。これに代えて、当該システム、特に導入管における熱媒体に対して別のシステムからの熱エネルギーが伝達されてもよい。

前記構成の本発明のバルブシステムにおいて、導入管を通じてチャンバに流入する熱媒体と、他の熱媒体とを熱交換させるため、前記熱交換器が、前記導入管と他の熱媒体システムとを熱的に接触させるように配置されていてもよい。

当該構成は、前記他の熱媒体システムが、前記閉塞要素および前記貫通開口部を包囲する、前記バルブのハウジングとの熱的接触のための、加熱機能および冷却機能のうち一方または両方を有する加熱／冷却装置である場合に適当である。当該熱的接触により、加熱のほか冷却も実現される。

適当な熱媒体は流動性がありかつ気体状であってもよい。たとえば、気体状の熱媒体として、空気、窒素、加熱蒸気、二酸化炭素、フィルタリングされた燃焼ガス、および一酸化二窒素等が用いられてもよい。冷却手段として、Ｒ１３４ａ（テトラフルオロエタン）、Ｒ１１、Ｒ１４およびＲ２２等のさまざまなハロゲン化された炭化水素（ＦＣＫＷ）が用いられてもよい。熱容量が大きい気体として、単なる例示であるが、水素、ヘリウム、メタン、アンモニアおよび揮発性の炭化水素が挙げられる。

バルブシステムは、特に、真空技術に採用される真空バルブに関する。真空技術は、０．００１［ｍｂａｒ］または０．１［Ｐａ］以下の圧力範囲における状態において適用される。真空バルブは、当該オーダーおよびそれより低い負圧状態で用いられる。もちろん、本発明のバルブシステムは、異なる圧力範囲において適用されてもよい。

本発明のバルブは、媒体、特に気体の流量測定に用いられてもよい。本発明のシステムにおけるバルブは、処理対象であるワークピースをチャンバに対して搬送し、これに加えてまたは代えてチャンバから搬出するために利用されうる。本発明のシステムにおけるバルブの閉塞要素は、単なる例示にしか過ぎないが、バルブプレートであってもよく、ゲートバルブまたは楔形状のゲートバルブであってもよい。貫通開口部はバルブの開口部であり、閉塞要素によって開閉される。貫通開口部を通じて計量された気体もしくは媒体、または処理対象であるワークピースが真空チャンバに搬入される。閉塞要素を駆動するための適当な装置の選択肢は、閉塞要素の関連技術に依存している。たとえば気圧式、油圧式および電動式のうち少なくとも１つ等、標準的な技術としての種々の適当な駆動装置の置換によって、本発明のシステムの設計が変更されてもよい。熱媒体が流入するチャンバは、閉塞要素を加熱するため、好ましくは恒久的に貫通開口部に対して密着される。チャンバにおける熱媒体は、閉塞要素により貫通開口部を通じて計量または遮断される媒体とは無関係である。熱媒体は、本質的に、チャンバ内壁を通じて閉塞要素を加熱または冷却する役割を担う。熱媒体との熱的接触のための熱交換器は、前記構成のバルブハウジングの外側に設けられる。

閉塞要素の高精度での温度制御のため、あるいは、熱交換器が熱さまたは冷たさを十分に伝達することができない場合、前記バルブシステムにおいて、前記熱交換器に加えて、前記熱媒体との熱的接触のための、加熱機能および冷却機能のうち一方または両方を有する加熱／冷却装置が前記導入管に設けられていてもよい。好ましくは制御可能な加熱／冷却装置により、熱交換器により実現された熱媒体の温度が、特に当該熱媒体がチャンバに流入する前に所望温度に正確に制御される。加熱／冷却装置の制御量として、たとえばチャンバに対して流入する前の熱媒体の温度が用いられてもよい。これに代えて、熱交換器または別の箇所の温度が制御量として用いられてもよい。

熱媒体をチャンバに流入させかつ流出させるため、システムにおいて存在する圧力および機器性能のうち一方または両方が利用される。システムが、前記熱交換器に加えて、前記熱媒体を前記導入管において流動または伝搬させるための少なくとも１つのポンプまたはブロアを備えていてもよい。ポンプおよびブロアはともに制御される。当該制御は測定温度に応じて実行される。導入管またはその他の箇所における熱媒体の流動速度または流量が付加的または代替的に制御量として測定されてもよい。加熱機能および冷却機能のうち一方または両方を有する加熱／冷却装置の制御に対して、ポンプおよびブロアのうち一方または両方の制御を連動させることが好ましい。

本発明のバルブシステムにおいて、熱交換器と組み合わせられてもよい一方で熱交換器に依存しなくてもよく、前記システムの前記チャンバ、前記導入管および前記チャンバから流出した熱媒体のための導出管が、環状の熱媒体循環経路またはその一部を構成してもよい。

当該構成は、流動性のある気体および液体のうち一方または両方が熱媒体として採用される場合に有用である。環状のまたは閉じた循環経路により、当該循環経路における熱さまたは冷たさが効率的に維持かつ実現され、その結果、閉塞要素に対する熱的接触のために必要なエネルギーが著しく低減される。これとは異なる態様として、熱媒体が閉じた循環経路を流れないような開いたシステムに適用されてもよい。

前記構成のバルブシステムにおいて、前記チャンバが、前記閉塞要素と、ベローズ部材または好ましくは伸縮可能なスライドケースと、により画定されていてもよい。少なくとも１つのバルブシートを備え、前記閉塞要素において前記バルブシートの反対側に前記チャンバが設けられていてもよい。前記バルブがコーナーバルブまたはスライドバルブであってもよい。

本発明のシステムの様々な特徴および詳細は、次の図面に基づいて説明される。

本発明の第１実施例としてのバルブシステムに関する説明図。 本発明の第１実施例としてのバルブシステムに関する説明図。 本発明の第１実施例の変形例としてのバルブシステムに関する説明図。 本発明の第１実施例の変形例としてのバルブシステムに関する説明図。 本発明の第１実施例の変形例としてのバルブシステムに関する説明図。 本発明の他の実施例としてのバルブシステムに関する説明図。 本発明の他の実施例としてのバルブシステムに関する説明図。 本発明の第２態様における実施例としてのバルブシステムに関する説明図。

図１〜図５に示されている本発明の第１態様にしたがった実施例は、プロセスガス等、気体状または液体状の媒体の流量のためのコーナーバルブに関する。図１および図２に示されている本発明の第１実施例において、図１は閉塞要素２がその閉位置にあって当該閉塞要素２が貫通開口部３を閉塞している状態を示している。図２は閉塞要素２がその最大開位置にあって当該閉塞要素２が貫通開口部３を開放しておりかつ気体または流体がバルブ入口２１に流入して閉塞要素２の周囲を通過してバルブ出口２２から流出するまたは循環する状態を示している。

閉位置と開位置または複数の異なる開位置との間の変位のため、第１実施例においてはバルブプレートとして構成されている閉塞要素２がバルブロッド２４により駆動装置４（ここでは構成についての詳細な説明を省略する。）に対して連結されている。駆動装置４は、閉塞要素２とともにバルブロッド２４を昇降させる。油圧式、電動式または気圧式等のさまざまな既存技術が駆動装置４に対して適用されてもよい。

図１〜図５に記載されている本発明の第１態様にしたがった実施例によれば、閉塞要素２において環状に構成されている凸部２３を有するいわゆる調整プレートが、閉位置では、バルブシート１５において当該凸部２３に相応して構成されている環状溝に対して挿入されている。バルブ１の閉塞要素２の当該構成により、閉位置から始まる開放動作により全部の流通がただちに確保されるのではなく、当該開放動作において初期に存在する最大差圧によって一度に微かな流通のみが可能となる。

図１に示されている閉位置から閉塞要素２がバルブシート１５から離間するように上方に動かされ、続いて相対的に小さい開口面積を有するリーク開口状態になり、バルブ入口２１に流入して計量された媒体がバルブシート１５の溝状の流出口を通じて、かつ、バルブプレートの凸部２３の周囲を流れ、これにより開放動作の初期における流量が非常に微少になる。

本実施形態では閉塞要素２において（溝状の流出部に）相応して構成されている凸部２３およびバルブシート１５における流出口が、バルブシート１５と閉塞要素２との間の流体経路の開放初期において、流体の流量を絞ることに寄与する。閉塞要素２における凸部２３およびバルブシート１５における流出口とは別の形態および変形例によってもこの基本的思想は実現されうる。閉塞要素２の開方向および閉方向のうち一方または両方に対して０°および９０°ならびにその倍数とは異なる角度で傾斜した壁部材により実現されることが特に好ましい。

本発明のシステムは、制動プレートの手法が適用されずに、閉塞要素２およびバルブシート１５が標準的な技術により変形された態様によっても実現される。

閉塞要素２の加熱および冷却のうち一方または両方のため、閉塞要素２およびベローズ部材１３により画定されているチャンバ５に熱媒体が流入する。導入管６を通じてチャンバ５に対して熱媒体が流入する。熱媒体は導出管１０を通じて流出する。導入管６に熱媒体を適当な温度で流すため、かつ、加熱または冷却するため、導入管６に熱交換器７が設けられている。すなわち、導入管６において熱媒体が熱交換器７を通過し、熱交換する。これにより熱媒体が冷却または加熱される。

本実施形態では、導入管６における熱交換器７に対して、加熱機能および冷却機能のうち一方または両方を有する加熱／冷却装置８が接続されている。加熱／冷却装置８は、導入管６を通ってチャンバ５に流入する熱媒体の温度を高精度で制御する。加熱／冷却装置８は公知の制御装置を備え、当該制御装置は、導入管６における熱媒体の温度等の適当なパラメータにしたがって加熱／冷却装置８を制御する。

図１および図２に示されている第１実施例において導入管６および導出管１０は熱媒体の大きい循環路に対して連結されている。導管における熱伝達媒体のための運搬のためのシステム圧力または技術手法は、ここでは詳細には説明されないが他の技術手法によっても実現されうる。

特に流体状の熱媒体により、全体が図示されているように、閉塞要素２の開閉制御チャンバ５の可変的な内部容積を調節するための流量調節装置１６が設けられてもよい。その他の既存の回路が流量変化を調節することができない場合、流量調節装置１６が設けられてもよい。開放回路および圧縮性の気体状熱媒体のうち一方または両方により、当該流量調節装置１６が完全に省略されてもよい。

本実施形態では、流量調節装置１６は、メンブレン部材１７によって気体１９が密封されているシリンダ２０として構成されている。密封された気体１９が圧縮されてシリンダ２０のメンブレン部材１７の下方の体積が増大することによってチャンバ５の容積を減少させることができ、かつ、これとは逆にチャンバ５の容積を増大させることができるように、メンブレン部材１７において気体１９の反対側は導出管１０の熱媒体に接触している。ここで説明された流量調節装置１６は一例にしかすぎず、様々な標準的な技術的手法によって実現されてもよく、完全に省略されてもよい。

図３に示されている第２実施例は、図１および図２に示されている第１実施例に変更が加えられているが基本的に類似している。すべての変更は図１および図２に開示構成に対応して実現可能または変更可能である。

図３に示されている変形例は、本発明のシステムの一実施形態に関するものであり、チャンバ５、導入管６および導出管１０が閉じられた熱媒体循環経路を構成している。熱交換器７は、導出管１０における熱媒体に熱を与えまたは当該熱媒体から熱を奪い、当該熱交換器７においてバルブ１の反対側の導管が非常に長く熱損失が大きい場合には有意義である。導入管６、チャンバ５および導出管１０を通じて熱媒体を流すため、図３に示されている実施形態においてはブロア（送風機）９が設けられている。当該変形例においてブロア９は気体状の熱媒体に適用されるために設けられている。液体状の熱媒体に関しては、ブロア９がこれに相当するポンプに置換されうる。

本発明の第２態様にしたがった変形実施例を示す図８において、熱交換器７は存在せず、閉じられた熱媒体循環経路が設けられている。そのほか、この実施例は、図３に示されている実施例と同様に構成され、これ以上の説明は不要である。当該実施例は、熱媒体循環経路が比較的短く構成されている場合、エネルギー節約の観点から有意義である。もちろん、ここで具体的に説明された本発明の第２態様にしたがった、閉じられた熱媒体循環経路の変形例において熱交換器７が省略されてもよい。

図４に示されている実施例は、本質的な作用において前述の説明が適用されるような図３の実施例の変形例である。図３に対する相違点は、チャンバ５の画定態様にある。図３のベローズ部材１３に代えて、この実施例では伸縮可能であり、かつ、閉塞要素２とともにチャンバ５を外側から画定しかつ密閉するスライドケース１４が設けられている。シール部材１８は、熱媒体が流出できないようにスライドケース１４において相互に変位可能な領域を密閉する。

図５に示されている変形例によれば、導入管６を通じてチャンバ５に流入する熱媒体と、導入管６および他の熱媒体システムの間における他の熱媒体とを熱交換させるために機能する熱交換器７が設けられている。図５に示されている実施例において当該他の熱媒体システムは、閉塞要素２および貫通開口部３を包囲するバルブ１のハウジング１２との熱的接触のための加熱／冷却システム１１により構成されている。

本実施例ではジャケット２５によって閉塞要素２および貫通開口部３が包囲されている。ジャケット２５とバルブ１のハウジング１２との間の空間に対して加熱／冷却システム１１を経て熱媒体が流入可能であり、これによりバルブ１のハウジング１２が外側から冷却または加熱されうる。本実施例では加熱／冷却システム１１は加熱／冷却装置２６と熱交換器２７とを備えている。加熱／冷却装置２６は好ましくは制御され、この際、実施例として制御パラメータとして加熱／冷却システム１１の適当な箇所における温度が測定されうる。加熱／冷却装置２６は、加熱／冷却システム１１の導管２８を通じて熱交換器７に対して連通している。

導入管６における熱媒体を加熱または冷却するため、加熱／冷却装置２６から流出するまたは加熱／冷却装置２６に流入する熱媒体が加熱または冷却される。本実施例において熱交換器７に対して接続される加熱／冷却装置８およびブロア９が組み合わせられた装置が設けられ、導入管６における熱媒体の流量によって当該熱媒体の温度が高精度で制御されうる。

本発明の前記実施例のすべてはコーナーバルブに関するものである。図６および図７は
閉塞要素２がゲートバルブとして構成され、スライドバルブを備えている本発明のシステムの全体を示している。図６には、閉塞要素２がシール部材１８を介して相応するバルブシート１５に対して当接している閉位置における当該閉塞要素２としての楔形状のゲートバルブが示されている。

ここでは図示されないが、閉塞要素２は開位置において貫通開口部３を開放または少なくとも部分的に開放するために上方に駆動される。処理対象となる対象物を真空チャンバまたはプロセスチャンバに搬送または真空チャンバまたはプロセスチャンバから搬出するための、プロセスチャンバまたは真空チャンバの開閉可能な開口部を遮断する場合、当該構成のスライドバルブが採用されうる。チャンバ５における熱媒体による閉塞要素２の熱的接触、および、特に熱交換器７による熱媒体の熱的接触が、第１実施例と同様に実現されるので、ここでは説明を省略する。

もちろん、本発明の他の実施形態のスライドバルブにおいて、前述の他の実施例と同様にまたはここでは説明されていない本発明の変形例にしたがって閉塞要素２の加熱が実現されてもよい。

図７において、閉塞要素２が楔形状とは異なる形状に構成され、シール部材１８およびバルブシート１５が相互に当接している。本実施例の変形例として、閉塞要素２が開放動作および閉塞動作のうち一方または両方に際してＬ字形状に駆動されてもよい。当該構成の閉塞要素２は技術常識の範囲であるので、詳細な説明を省略する。

１‥バルブ、２‥閉塞要素、３‥貫通開口部、４‥駆動装置、５‥チャンバ、６‥導入管、７‥熱交換器、８‥加熱／冷却装置、９‥ブロア、１０‥導出管、１１‥加熱／冷却システム、１２‥ハウジング、１３‥ベローズ部材、１４‥スライドケース、１５‥バルブシート、１６‥流量調節装置、１７‥メンブレン部材、１８‥シール部材、１９‥ガス流量、２０‥シリンダ、２１‥バルブ入口、２２‥バルブ出口、２３‥凸部、２４‥バルブロッド、２５‥ジャケット、２６‥加熱／冷却装置、２７‥熱交換器、２８‥導管。

Claims (7)

1. 少なくとも１つのバルブ（１）または真空バルブを有するシステムであって、前記バルブ（１）の少なくとも１つの貫通開口部（３）を閉塞するための前記バルブ（１）の閉塞要素（２）と、前記閉塞要素（２）が前記貫通開口部（３）を閉塞している閉位置および前記閉塞要素（２）が前記貫通開口部（３）を少なくとも部分的に開放している開位置の間で前記閉塞要素（２）を変位させる少なくとも１つの駆動装置（４）と、を備え、
   前記バルブ（１）が、前記閉塞要素（２）に対して熱伝達可能な状態で、前記貫通開口部（３）に対して閉じられている少なくとも１つのチャンバ（５）を有し、
   前記閉塞要素（２）との熱的接触のための熱媒体を前記チャンバ（５）に流入させるように構成されている少なくとも１つの導入管（６）が前記チャンバ（５）に対して連通し、
   前記熱媒体との熱的接触のための少なくとも１つの熱交換器（７）が前記導入管（６）に設けられ、
   前記熱交換器（７）が、導出管（１０）と前記導入管（６）とを熱的接触させるように配置され、前記熱交換器（７）が、前記導出管（１０）における前記熱媒体に熱を与えまたは前記熱媒体から熱を奪うことを特徴とするバルブシステム。
2. 請求項１記載のバルブシステムにおいて、
   前記熱交換器（７）に加えて、前記熱媒体との熱的接触のための、加熱機能および冷却機能のうち一方または両方を有する加熱／冷却装置（８）が前記導入管（６）に設けられていることを特徴とするバルブシステム。
3. 請求項１または２記載のバルブシステムにおいて、
   前記熱交換器（７）に加えて、前記熱媒体を前記導入管（３）において流動させるための少なくとも１つのポンプまたはブロア（９）が設けられていることを特徴とするバルブシステム。
4. 請求項１〜３のうちいずれか１つに記載のバルブシステムにおいて、
   前記システムの前記チャンバ（５）、前記導入管（６）および前記チャンバ（５）から流出した熱媒体のための導出管（１０）が、環状のまたは閉じた熱媒体循環経路の少なくとも一部を構成することを特徴とするバルブシステム。
5. 請求項１〜４のうちいずれか１つに記載のバルブシステムにおいて、
   前記チャンバ（５）が、前記閉塞要素（２）と、ベローズ部材（１３）またはスライドケース（１４）と、により画定されていることを特徴とするバルブシステム。
6. 請求項１〜５のうちいずれか１つに記載のバルブシステムにおいて、
   前記バルブ（１）が、前記閉塞要素（２）が前記閉位置において当接する少なくとも１つのバルブシート（１５）を備え、前記閉塞要素（２）において前記バルブシート（１５）の反対側に前記チャンバ（５）が設けられていることを特徴とするバルブシステム。
7. 請求項１〜６のうちいずれか１つに記載のバルブシステムにおいて、
   前記バルブ（１）がコーナーバルブまたはスライドバルブであることを特徴とするバルブシステム。