KR20100105417A - 회전형 스위칭 밸브 - Google Patents

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츠네유키 오카베
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씨케이디 가부시키 가이샤
도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

과제: 주요 유체가 간극부에서 누출되는 것을 방지한다.
해결수단: 프로세스 가스가 흐르는 챔버 연통로(24)와 주요 유체가 배기되는 벤트 연통로(25)가 형성된 밸브 본체(2) 및 밸브 본체(2)에 회전가능하게 유지되며 내부에 주요유체가 흐르는 주요 유로(31)가 형성된 원통형 밸브 부재(3)를 포함하며, 원통형 밸브 부재(3)를 회전시켜서 주요 유로(31)와 챔버 연통로(24) 및 벤트 연통로(25) 사이의 연결을 전환 가능한 회전형 스위칭 밸브(2)에 있어서, 밸브 본체(2)와 원통형 밸브 부재(3) 사이의 간극부(11)에 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 유로(22a, 22b, 22c, 22d, 22e)를 포함하며, 간극부(11)로 퍼지 가스를 공급하여 주요 유체가 주요 유로(31)에서 누출되는 것을 방지한다.

Description

회전형 스위칭 밸브{ROTARY SWITCHING VALVE}
본 발명은 프로세스 가스 공급장치와 챔버(반응실)를 접속하는 배관 위에 배치되는 주요 유체가 흐르는 챔버 연통로와 주요 유체가 배기되는 벤트 연통로가 형성된 밸브 본체와, 밸브 본체에 회전가능하게 유지되며, 내부에 주요 유체가 흐르는 주요 유로가 형성된 원통형 밸브 부재를 가지며, 원통형 밸브 부재를 회전시켜서, 주요 유로와 챔버 연통로 및 벤트 연통로 사이의 접속이 전환되는 회전형 스위칭 밸브에 관한 것이다.
성막을 생성하는 반도체 제조장치에 있어서, 액체를 250℃ 이상으로 기화시킨 주요 유체인 프로세스 가스를 제어할 필요가 있다. 액체를 250℃ 이상으로 기화시킨 프로세스 가스가 흐르고, 250℃ 이상을 유지하면서 제어하기 때문에, 수지제의 밸브좌, 수지제의 다이어프램으로 이루어진 수지제 밸브를 사용할 수 없다. 그 때문에, 종래에는 금속제 밸브좌와 금속제 다이어프램 사이의 금속-대-금속 접촉에 의해 3개의 유로를 연결하기 위해 3개의 포핏 밸브가 사용되고 있었다.
그러나, 금속 접촉에 의해 연결되는 3개의 포핏 밸브는 반복하여 금속부가 접촉하여, 접속부가 마모되는 문제점이 있었다. 또한 마모에 의한 프로세스 가스의 누출 및 챔버를 오염시키는 마모 가루가 발생하기 때문에 스위칭 밸브의 수명이 단축되는 문제점이 있었다.
한편, 종래의 금속 접속 연결 대신에 퍼지 가스를 이용한 스위칭 밸브의 기술로서, 하기의 특허문헌 1에 기재되어 있는 회전형 스위칭 밸브가 있다.
특허문헌 1의 회전형 스위칭 밸브는, 주요 유체가 흐르는 주요 유로가 형성된 밸브 본체; 및 밸브 본체에 회전가능하게 유지되고, 내부에 주요 유로가 형성된 원통형 밸브 부재;를 포함하며, 원통형 밸브 부재를 회전시켜서, 주요 유로를 전환하는 회전형 스위칭 밸브이다. 특허문헌 1의 회전형 스위칭 밸브는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 등을, 분립체(粉粒體)의 형태로 공기 전송하는 경우에 이용되는 것이다.
특허문헌 1의 회전형 스위칭 밸브에서, 분립체를 공기 수송할 때 밸브 본체와 원통형 밸브 부재의 사이의 간극부로 퍼지 가스가 흘러들어간다. 퍼지 가스가 흘러들어가서, 원통형 밸브 부재 안의 주요 유로를 흐르는 분립체가, 밸브 본체와 원통형 밸브 부재의 사이의 간극부에 도달하기 전에, 퍼지 가스가 분립체를 튕겨 날려버릴 수 있기 때문에, 분립체가 밸브 본체와 원통형 밸브 부재와의 사이의 간극부에 도달하는 것을 방지할 수 있다.
선행기술문헌
[특허문헌 1] 일본공개특허 2008-45669호 공보
[특허문헌 2] 일본공개특허 평06-45256호 공보
[특허문헌 3] 일본공개특허 평11-87341호 공보
따라서, 특허문헌 1의 회전형 스위칭 밸브를 이용하여, 성막을 생성하는 반도체 제조방치에 있어서, 액체를 250℃ 이상으로 기화시킨 프로세스 가스를 제어하는 경우에는 하기의 문제가 있었다.
특허문헌 1의 회전형 스위칭 밸브에서는 분립체가 간극부에 도달하지 않기 때문에 충분한 양의 많은 퍼지 가스를 공급해야 한다. 그러나, 많은 양의 퍼지 가스가 공급되는 반도체 제조장치에서, 프로세스 가스가 흐르기 때문에, 프로세스 가스에 다량의 퍼지 가스가 혼입될 우려가 있다. 프로세스 가스에 퍼지 가스가 혼입되면, 프로세스 가스의 성질(농도)이 변화되기 때문에, 결과적으로 최종 제품인 반도체의 성능에 영향을 주는 문제가 있었다.
한편, 프로세스 가스에 퍼지 가스가 혼입되지 않도록 하기 위해, 퍼지 가스의 유량을 적게 하면, 프로세스 가스가 밸브 본체와 원통형 밸브 부재의 사이의 간극부로 누출되는 문제가 있다.
또한, 특허문헌 1에는 250℃ 이상에서 밸브 본체와 원통형 밸브 부재와의 접촉에 의한 마모 가루를 막기 위한 구조에 대하여 기술되어 있지 않다.
여기서, 본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 밸브 본체와 원통형 밸브 부재의 사이의 간극부로 프로세스 가스가 누출하는 것을 방지하고, 마모 가루 발생을 방지하며, 또한 밸브 본체와 원통형 밸브 부재의 사이의 간극부로 프로세스 가스가 누출되지 않도록 퍼지 가스가 흐르는 회전형 스위칭 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관한 회전형 스위칭 밸브는 하기의 구성을 가진다.
(1) 주요 유체가 흐르는 챔버 연통로와 주요 유체가 배기되는 벤트 연통로가 형성된 밸브 본체; 및 밸브 본체에 회전가능하게 유지되며, 내부에 주요 유체가 흐르는 주요 유로가 형성된 원통형 밸브 부재;를 포함하고, 원통형 밸브 부재를 회전시켜서 주요 유로와 상기 챔버 연통로와 벤트 연통로 사이의 연결을 전환하는 회전형 스위칭 밸브에 있어서, 밸브 본체와 원통형 밸브 부재 사이의 간극부에 퍼지 가스가 흐르기 위한 퍼지 가스 유로를 포함하며, 간극부로 퍼지 가스를 공급하여 주요 유체가 주요 유로에서 누출되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
(2) (1)에 기재한 회전형 스위칭 밸브에 있어서, 밸브 본체와 원통형 밸브 부재와의 사이에 간극부가 있기 때문에, 밸브 본체와 원통형 밸브 부재가 접속하지 않는 것이 바람직하다.
(3) (1)에 기재한 회전형 스위칭 밸브에 있어서, 원통형 밸브 부재에 형성된 주요 유로의 형상은 부채꼴 형상인 것이 바람직하다.
(4) (1) 또는 (3)에 기재한 회전형 스위칭 밸브에 있어서, 원통형 밸브 부재에 형성된 주요 유로는, 전환 중간 위치에 있어서, 챔버 연통로와 벤트 연통로의 양방에서 연통하는 것이 바람직하다.
(5) (1)에 기재한 회전형 스위칭 밸브에 있어서, 퍼지 가스 연통로는 밸브 본체와 원통형 밸브 부재의 사이에 형성된 퍼지 가스 환상 유로에 연통되어 있으며, 챔버 연통로와 벤트 연통로는 퍼지 가스 환상 유로의 사이에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
(6) (1)에 기재한 회전형 스위칭 밸브에 있어서, 퍼지 가스의 유량을 주요 유체의 퍼지 가스의 혼입 비율을 1000ppm 이하의 유량으로 제어하는 것이 바람직하다.
(7) (6)에 기재한 회전형 스위칭 밸브에 있어서, 퍼지 가스량을 변화시킬 때의 주요 유체의 누출량을 나타내는 그래프를 작성하는 제1 실험을 행하고, 퍼지 가스량을 변화시킬 때의 주요 유체에 혼입하는 퍼지 가스량의 혼입 가스 그래프를 작성하는 제2 실험을 행하며, 제1 실험에서 구한 누출량 그래프와 제2 실험에서 구한 혼입 가스 그래프를 기초로 퍼지 가스량을 결정하는 것이 바람직하다.
(8) (7)에 기재한 회전형 스위칭 밸브에 있어서, 제1 실험은 퍼지 가스 유로에 A 가스를 공급하고 주요 유로에 B 가스를 공급하며, 벤트 연통로에서 배출되는 B가스의 농도를 질량분석계를 이용하여 계측하는 것이 바람직하며, 제2 실험은 퍼지 가스 유로로 B가스를 공급하고 주요 유로에 A 가스를 공급하며 챔버 연통로에서 배출되는 B 가스의 농도를 질량분석계를 이용하여 계측하는 것이 바람직하다.
상기 회전형 스위칭 밸브의 작용 및 효과에 관하여 설명한다.
(1) 상기 구성을 가지는 회전형 스위칭 밸브는 예를 들면 원통형 밸브 부재의 주요 유로에 주요 유체가 흐를 때, 밸브 본체와 원통형 밸브 부재 사이의 간극부에 퍼지 가스가 흐른다. 이것에 의해, 밸브 본체와 원통형 밸브 부재 사이로, 주요 유체가 누출되는 것을 방지할 수 있다.
(2) 밸브 본체와 원통형 밸브 부재 사이에 간극부가 있기 때문에, 밸브 본체와 원통형 밸브 부재가 접촉하지 않아, 밸브 본체와 원통형 밸브 부재가 접촉에 의한 마모되지 않으며, 또한 마모 가루도 발생하지 않는다.
(3) 원통형 밸브 부재에 형성된 주요 유로의 형상이 부채꼴이므로, 주요 유로가 항상 벤트 연통로 및 챔버 연통로와 연통되어 있는 상태가 되어, 원통형 밸브 부재 안에서 주요 유체가 체류하는 것을 방지할 수 있다.
(4) 원통형 밸브 부재에 형성된 주요 유로는, 전환 중간 위치에 있어서, 밸브 본체의 챔버 연통로와 벤트 연통로의 양방에서 연통하기 때문에, 주요 유로가 항상 벤트 연통로 및 챔버 연통로와 연통되어 있는 상태가 되어, 원통형 밸브 부재 안에서 주요 유체가 체류하는 것을 방지할 수 있다.
(5) 퍼지 가스 연통로는 밸브 본체와 원통형 밸브 부재와의 사이에 형성된 퍼지 가스 환상 유로에 연통되어 있고, 퍼지 가스를 퍼지 가스 환상 유로에서 간극부로 골고루 미치게 할 수 있다. 또한, 챔버 연통로와 벤트 연통로는 퍼지 가스 환상 유로의 사이에 형성되어 있으므로, 챔버 연통로 및 벤트 연통로 주변의 간극부로 퍼지 가스가 골고루 미치고 주요 유체가 간극부로 누출되지 않는다.
(6) 퍼지 가스의 유량을 주요 유체 내로 혼입되는 혼입 비율을 1000ppm 이하의 양으로 제어하므로, 비록 퍼지 가스가 주요 유체로 혼입되어도, 퍼지 가스의 혼입 비율이 1000ppm 이하이면, 주요 유체의 성질(농도)을 변화시킬 정도의 양이 아니기 때문에, 반도체의 성능에 영향을 주지 않는다.
(7) 퍼지 가스량을 변화시킨 때의 주요 유체의 누출량 그래프를 작성하는 제1 실험을 행하고, 퍼지 가스량을 변화시킨 때의 주요 유체에 혼입되는 퍼지 가스량의 혼입 가스 그래프를 작성하는 제2 실험을 행하며, 제1 실험에서 구한 누출량 그래프와 제2 실험에서 구한 혼입 가스 그래프가 교차하는 점을 기초로 퍼지 가스량을 결정하므로, 사전에 퍼지 가스의 유량을 결정할 수 있으며, 퍼지 가스의 유량을 주요 유체 내로 혼입되는 혼입 비율이 1000ppm 이하의 양으로 제어할 수 있다.
(8) 제1 실험은 퍼지 가스 유로로 A 가스를 공급하고, 주요 유로로 B 가스를 공급하며, 벤트 연통로에서 배출되는 B 가스의 농도를 질량분석계를 이용하여 계측하며, 제2 실험은 퍼지 가스 유로로 B 가스를 공급하고, 주요 유로로 A 가스를 공급하며, 챔버 연통로에서 배출되는 B 가스의 농도를 질량분석계를 이용하여 계측하는 것에 의해, 사전에 퍼지 가스의 유량을 결정할 수 있고, 퍼지 가스의 유량을 주요 유체 안으로 혼입되는 혼입 비율을 1000ppm 이하의 양으로 제어할 수 있다.
또한, 높은 정확도의 질량분석계를 실험에서 사용하므로, 사전부터 확실한 데이터를 얻을 수 있고, 주요 유체 안으로 퍼지 가스 유량이 혼입되는 혼입 비율을 1000ppm 이하의 양으로 제어할 수 있다.
도 1은 회전형 스위칭 밸브(1)의 외관 일부 단면도를 도시한다.
도 2는 제1 실험(1)의 검토방법을 도시한다.
도 3은 제1 실험(2)의 검토방법을 도시한다.
도 4는 제2 실험(1)의 검토방법을 도시한다.
도 5는 제2 실험(2)의 검토방법을 도시한다.
도 6a는 도 1의 EE 절단면(1)을 도시한다.
도 6b는 도 1의 EE 절단면(2)을 도시한다.
도 6c는 도 1의 EE 절단면(3)을 도시한다.
도 7a는 제1 실험 및 제2 실험의 실험결과(1)를 도시한다.
도 7b는 제1 실험 및 제2 실험의 실험결과(2)를 도시한다.
도 8은 제2 실시형태의 밸브 본체와 원통형 밸브 부재의 단면도를 도시한다.
도 9는 퍼지 가스 유로가 5개 이상 형성된 회전형 스위칭 밸브의 외관 일부 단면도를 도시한다.
도 10은 종래의 반도체 제조장치에 기화기를 탑재한 시스템의 구성도를 도시한다.
도 11은 회전형 스위칭 밸브를, 반도체 제조장치에 기화기를 탑재한 시스템의 구성도를 도시한다.
도 12는 종래의 반도체 제조장치의 ALD법 프로세스의 시스템의 구성도를 도시한다.
도 13은 회전형 스위칭 밸브를 반도체 제조장치의 ALD법 프로세스에 채용한 시스템의 구성도를 도시한다.
이하, 본 발명에 관한 회전형 스위칭 밸브의 일실시의 형태에 관하여 도면을 참조하면서 설명한다.
(제1 실시형태)
<회전형 스위칭 밸브의 전체 구성>
도 1에 회전형 스위칭 밸브(1)의 외관 일부 단면도를 도시한다.
회전형 스위칭 밸브(1)는 그 내부에 원통형 밸브 부재(3)를 포함하는 밸브 본체(2), 밸브 본체(2)에 회전 가능하게 유지되며 그 내부에 주요 유로(31)가 형성되어 있는 원통형 밸브 부재(3), 원통형 밸브 부재(3)를 회전시키는 회전도입기(4) 및 회전도입기(4)로 에너지를 공급하는 로터리 액츄에이터(5)로 구성되어 있다. 밸브 본체(2) 및 원통형 밸브 부재(3)의 구성을 용이하게 이해하도록, 도 1에 밸브 본체(2)의 단면도를 도시한다.
원통형 밸브 부재(3)는 거의 원통 형상을 이루고 있다. 원통형 밸브 부재(3)의 내부에는 주요 유체인 프로세스 가스가 흐르는 주요 유로(31)가 형성되어 있다. 주요 유로(31)는 원통형 밸브 부재(3)의 상면(3a)에서 하면(3b) 방향으로 수직으로 연장되며, 원통형 밸브 부재(3) 내부에서 직각으로 굽어져서, 가장자리 벽(3c)에 연통되어 있다. 주요 유로(31) 중, 상면(3a)에 연통되어 있는 부분은 프로세스 가스 공급구(31a)이며, 가장자리 벽(3c)에 연통되어 있는 부분은 프로세스 가스 연통구(31b)이다.
도 6a 내지 6c에, 도 1의 EE 단면도인 프로세스 가스 연통구(31b)를 도시한다. 프로세스 가스 연통구(31b)의 형상은 부채꼴 형상을 이루고 있다. 프로세스 가스 연통구(31b)의 개구부의 각도는 약 60°이다. 부채꼴 형상을 이루기 때문에, 도 6b에 도시한 것처럼, 챔버 연통로(24)에서 벤트 연통로(25)로 전환할 때의 중간위치에 있어서도, 프로세스 가스 연통구(31b)는 챔버 연통로(24)에서 벤트 연통로(25)로 연결된 상태이다. 따라서, 프로세스 가스 연통구(31b)가 부채꼴 형상을 이루는 것에 의해, 도 6a 내지 도 6c에 도시한 것처럼, 프로세스 가스 연통구(31b)는 항상 챔버 연통로(24), 벤트 연통로(25)에 연통된 상태이다.
밸브 본체(2) 내부에는, 원통형 밸브 부재(3)가 삽입되는 삽입공(21)이 형성되어 있다. 삽입공(21)은 밸브 본체(2)의 상면(2a)에서 하면(2b)까지 수직으로 관통하고 있다. 삽입공(21) 중, 퍼지 가스 유로(22a, 22d)와 연통되는 부분에는 환상의 구멍인 퍼지 가스 환상 유로(2g)가 형성되어 있다. 또한, 삽입공(21) 중, 퍼지 가스 유로(22b, 22e)와 연통되는 부분에는 환상의 구멍인 퍼지 가스 환상 유로(2h)가 형성되어 있다.
밸브 본체(2)의 우측면(2c)에는 퍼지 가스 유로(22a, 22b)가 우측면(2c)에 대하여 수직 방향으로 형성되어 있다. 밸브 본체(2)의 우측면(2c)에는 퍼지 가스 유로(22c)가 우측면(2c)에 대하여 약 60°의 각도로 형성되어 있다.
밸브 본체(2)의 좌측면(2d)에는 퍼지 가스 유로(22d, 22e)가 좌측면(2d)에 대하여 수직 방향으로 형성되어 있다.
퍼지 가스 유로(22a, 22d)는 퍼지 가스 환상 유로(2g)를 통하여, 삽입공(21)과 연통하고 있다. 퍼지 가스 유로(22b, 22e)는 퍼지 가스 환상 유로(2h)를 통하여, 삽입공(21)에 연통하고 있다.
밸브 본체(2)의 좌측면(2d)의 퍼지 가스 유로(22e)의 아래에는, 퍼지 가스 배출로(23)가 좌측면(2d)에 대하여 수직 방향으로 형성되어 있다. 퍼지 가스 배출로(23)는 삽입공(21)에 연통하고 있다.
퍼지 가스 유로(22a) 및 퍼지 가스 유로(22d)는 원통형 밸브 부재(3)의 상면(3a)의 수평선 위에서 계측하고, 150㎜ 이하의 밸브 본체(2)의 측면에 형성되어 있다. 150㎜ 이하인 이유는 후술하는 실험의 시뮬레이션에 의해 구한 것이다.
또한, 퍼지 가스 유로(22a)와 퍼지 가스 유로(22b)의 중간에 챔버 연통로(24) 및 벤트 연통로(25)가 형성되어 있다. 챔버 연통로(24) 및 벤트 연통로(25)에서 퍼지 가스 유로(22a) 및 퍼지 가스 유로(22b)까지의 길이는 각각 10㎜이다. 마찬가지로 퍼지 가스 유로(22d) 및 퍼지 가스 유로(22e)의 중간에 챔버 연통로(24) 및 벤트 연통로(25)가 형성되어 있다.
퍼지 가스 유로(22a, 22b, 22c, 22d, 22e) 및 퍼지 가스 배출로(23)가 삽입되는 산입공(21)의 내벽면(21a)과 원통형 밸브 부재(3)의 가장자리 벽(3c) 사이에는, 25~100㎛의 간극부(11)가 형성되어 있다.
도 1에서는 밸브 본체(2)는 단면도이므로 도시되지 않지만, 정면에는 챔버 연통로(24)가 정면에 대하여 수직 방향으로 형성되어 있다. 챔버 연통로(24)가 형성되어 있는 부분을 용이하게 이해할 수 있도록, 챔버 연통로(24)를 도 1에서 점선으로 나타낸다. 도시하지 않은 배면에는 벤트 연통로(25)가 배면에 대하여 수직 방향으로 형성되어 있다.
도 1에 있어서, 원통형 밸브 부재(3)의 프로세스 가스 연통구(31b)는 밸브 본체(2) 내부의 챔버 연통로(24) 및 벤트 연통로(25)에 직접 연통되어 있지 않은 상태이다.
회전도입기(4)와 로터리 액츄에이터(5)가 연결되며, 회전도입기(4)는 밸브 본체(2)와 연결되어 있다.
<제1 실시형태에 관한 회전형 스위칭 밸브의 작용 및 효과>
이어서, 회전형 스위칭 밸브(1)의 작용 및 효과에 관하여 설명한다.
주요 유체인 프로세스 가스를 챔버 안으로 공급한 경우, 도 6a에 도시한 것처럼, 원통형 밸브 부재(3)의 프로세스 가스 연통구(31b)와 밸브 본체(2)의 챔버 연통로(24)에 연통된 상태이다. 거기서, 프로세스 가스 공급원에서 프로세스 가스를 공급한다. 프로세스 가스가 공급되면, 프로세스 가스가 원통형 밸브 부재(3)의 주요 유로(31) 안을 흐르고, 프로세스 가스 연통구(31b)에서 챔버 연통로(24)로 흐른다. 이때, 밸브 본체(2)의 삽입공(21)의 내벽면(21a)과 원통형 밸브 부재(3)의 가장자리 벽(3c)의 사이에는 25~100㎛의 간극부(11)가 형성되어 있기 때문에, 프로세스 가스가 프로세스 공급구(31a) 및 프로세스 가스 연통구(31b)의 주변의 간극부(11)에서 누출된다.
하지만, 제1 실시형태에 있어서, 프로세스 가스를 공급할 때에는 퍼지 가스를 퍼지 가스 유로(22a, 22b, 22c, 22d, 22e)에서 퍼지 가스의 비율이 1000ppm 이하가 되는 비율로 유량을 제어하여 공급되며, 또한 퍼지 가스 배출로(23)에서 퍼지 가스의 비율이 1000ppm 이하가 되는 비율로 유량을 제어하여 퍼지 가스가 배출된다. 퍼지 가스가 프로세스 가스에 1000ppm 이하의 비율로 혼입되면, 프로세스 가스의 성질(농도)이 변화하지 않고, 그 결과 반도체의 성능에 영향을 주지 않는다. 퍼지 가스 유로(22a, 22b, 22c, 22d, 22e)는 프로세스 가스가 간극부(11)에서 누출되지 않도록, 퍼지 가스를 공급한다. 그에 대하여, 퍼지 가스 유로(22c)는 상방의 챔버 연통로(24) 등과 하방의 베어링 등을 분리하기 위해서, 퍼지 가스를 공급한다.
퍼지 가스를 퍼지 가스 유로(22a, 22b, 22d, 22e)에서 간극부(11)로 공급하는 것에 의해, 프로세스 가스를 주요 유로(31)로 되돌려 보내고, 그것에 의해 간극부(22)에서의 프로세스 가스의 누출을 방지하며 또한 프로세스 가스가 간극부(11)로 들어와 간극부(11)를 막는 것을 방지할 수 있다.
밸브 본체(2)와 원통형 밸브 부재(3) 사이의 간극부(11)를 설치하는 것에 의해, 종래와 같이 금속부의 금속 접촉이 반복하여 접촉부가 마모되어 마모 가루가 발생하지 않는다. 따라서, 밸브 본체(2) 및 원통형 밸브 부재(3)가 접촉하는 것에 의한 마모 및 그로 인한 마모 가루가 발생하지 않기 때문에, 회전형 스위칭 밸브(1)의 수명이 연장될 수 있다. 또한, 마모 가루으로 인하여 챔버가 오염되지 않는다.
또한, 퍼지 가스 유로(22a)와 퍼지 가스 유로(22b)의 사이에는, 챔버 연통로(24) 및 벤트 연통로(25)가 형성되어 있고, 퍼지 가스 유로(22a) 및 퍼지 가스 유로(22b)에서 동일한 유량의 퍼지 가스를 공급하는 것에 의해, 간극부(11)에서 프로세스 가스가 누출되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 챔버 연통로(24) 및 벤트 연통로(25)가 퍼지 가스 유로(22a)와 퍼지 가스 유로(22b)의 중간에 있기 때문에 유량조정도 용이하다. 퍼지 가스 유로(22d)와 퍼지 가스 유로(22e)의 중간에도 챔버 연통로(24) 및 벤트 연통로(25)가 형성되어 있기 때문에 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 퍼지 가스 유로(22a, 22b, 22d, 22e)는 퍼지 가스 환상 유로(2g, 2h)를 통해 삽입공(21)에 삽입되어 있기 때문에, 퍼지 가스가 퍼지 가스 환상 유로(2g, 2h)에서 간극부(11)로 들어가고, 또한 범위에서 퍼지 가스를 골고루 미치게 할 수 있다. 그 결과, 프로세스 가스가 간극(11)에서 누출되는 것을 방지할 수 있다.
프로세스 가스를 배기 포트로 배기한 경우, 프로세스 가스의 공급을 도시하지 않은 개폐밸브에 의해 닫아 프로세스 가스의 공급을 멈춘다. 이어서, 원통형 밸브 부재(3)를 180° 회전시켜 프로세스 가스 연통구(31b)와 밸브 본체(2)의 벤트 연통로(25)가 연통된 상태가 된다. 프로세스 가스가 유동성인 경우가 있기 때문에, 프로세스 가스를 배기 포트로 배기한다.
프로세스 가스 연통구(31b)의 개구부의 각도는 약 60°이다. 부채꼴 형상을 하고 있기 때문에, 도 6b에 도시한 것처럼, 챔버 연통로(24)에서 벤트 연통로(25)로 전환 시의 중간 위치에 있어서도, 유로가 연결되어, 챔버 연통로(24) 및 벤트 연통로(25)가 연결된 상태에 있다. 또한, 도 6a에 도시한 것처럼, 프로세스 가스 연통구(31b)는 챔버 연통로(24)에 연결되어, 프로세스 가스가 챔버 연통로(24)로 흐르게 된다. 도 6c에 도시한 것처럼, 프로세스 가스 연통로(31b)는 벤트 연통로(25)에 연결되어, 프로세스 가스가 벤트 연통로(25)로 흐르게 된다.
도 6a 내지 6c에 도시한 것처럼 프로세스 가스 연통구(31b)가 부채꼴 형상이기 때문에, 프로세스 가스 연통구(31b)는 항상 챔버 연통로(24), 벤트 연통로(25)에 연통된 상태이다.
만약, 프로세스 가스 연통구(31b)가 부채꼴 형상이 아니고, 프로세스 가스 연통구(31b)가 연통로와 동일한 정도의 구멍 지름을 가진 경우에는, 도 6b의 중간 위치의 경우에, 프로세스 가스 연통구(31b)가 삽입공(21)의 내주벽(21a)으로 막히게 된다. 프로세스 가스 연통구(31b)가 내주벽(21b)으로 막히면, 주요 유로(31) 내부의 프로세스 가스가 이동할 공간이 없어져, 주요 유로(31) 안에서 프로세스 가스가 체류한다. 프로세스 가스가 주요 유로(31) 내에서 체류하기 때문에, 프로세스 가스 공급구(31a)의 주변의 간극부(11)에서, 프로세스 가스가 누출된다.
그것에 대하여, 제1 실시형태의 회전형 스위칭 밸브(1)와 같이, 프로세스 가스 연통구(31b)의 개구부의 각도가 약 60°인 부채꼴 형상을 하고 있으므로, 도 6b의 중간 위치의 경우에 있어서도 프로세스 가스 연통구(31b)가 챔버 연통로(24), 벤트 연통로(25)를 연결한 상태가 되기 때문에, 주요 유로(31) 안에서 프로세스 가스가 체류하지 않고, 프로세스 가스가 주요 유로(31) 안에서 누출되지 않는다.
따라서, 프로세스 가스가 프로세스 가스 공급구(31a)의 주변의 간극부(11)에서 누출되는 것을 방지할 수 있다.
퍼지 가스가 흐를 때, 프로세스 가스에 대한 퍼지 가스의 비율이 1000ppm 이하의 비율로 유량을 제어하여 공급하는 것, 및 벤트 연통로(25)에서 퍼지 가스의 비율이 1000ppm 이하의 비율로 유량을 제어하여 퍼지 가스가 배출되는 것은 이하의 2개의 실험결과에 기초하여 결정된다.
2개의 실험에서, 모두 질량 분석계를 이용하여, B 가스 농도의 증가 및 감소를 확인하여 구하는 실험이다. 질량 분석계를 이용하는 것은 질량 분석계가 높은 정확도를 가지며 취급이 용이하기 때문이다. 본 실험에서는 ppm 대신 %로 B 가스의 농도를 표시하고 있다.
2 실험에서, 밸브 본채(2)와 원통형 밸브 부재(3) 사이의 간극부(11)의 간격이 50㎛인 회전형 스위칭 밸브를 이용하여 실험하였다.
제1 실험을 이하에서 설명한다. 제1 실험은 회전형 스위칭 밸브(1)의 프로세스 가스의 누출량을 파악하는 것을 목적으로 한다.
도 2 및 도 3에서 실험의 검토방법을 도시한다. 도 2 및 도 3에서, 회전형 스위칭 밸브(1)를 간략화하여 표시하고 있다. 구체적으로, 퍼지 가스 유로를 퍼지 가스 유로(22a, 22b)만 설치한다. 도 7a, 7b에 실험결과를 나타낸다. 도 7a에서, B 가스 농도의 표를 도시하고, 도 7b에 도 7a의 그래프를 나타낸다. 도 7b의 종축은 B 가스 농도(%)를 대수 그래프로 표시하고, 횡축은 퍼지 가스(A 가스) 유량(sccm)을 표시한다.
제1 실험의 (1) 도 2에 도시한 것처럼, 회전형 스위칭 밸브(1)에 대하여, 프로세스 가스 공급구(31a)에서 프로세스 가스 대신에 B 가스를 삽입하고, 챔버 연통로(24)에서 B 가스를 배출한다. 또한, 퍼지 가스 유로(22a, 22b)에서 퍼지 가스 대신에 A 가스를 공급하고, 퍼지 가스 배출로(23)에서 A 가스를 배출한다. 이때, 벤트 연통로(25)에서 누출되는 B 가스 농도를 계측한다. 왜냐하면, B 가스가 간극부(11)에서 누출되지 않고, 주요 유로(31)에서 챔버 연통로(24)로 흐르면, B 가스가 벤트 연통로(25)에서 누출되지 않기 때문이다.
제1 실험에서, 간극부(11)의 간격이 50㎛의 회전형 스위칭 밸브를 이용하고 있다. 또한, 퍼지 가스 유로(22a, 22b)에서 공급되는 A 가스 유량은 동일하다. 그 때문에, 도 7a의 A 가스 유량은 퍼지 가스 유로(22a, 22b)의 한쪽에서의 유량이고, 총유량은 A 가스 유량의 2배인 양이다.
도 7a의 G1에 도시한 것처럼, A 가스가 흐르지 않는 0sccm의 상태에서, B 가스 농도는 8.580%이였다.
제1 실험의 (2)차에서, A 가스의 유량을 순차로 올린다. 그때의 벤트 연통로(25)로 누출되는 B 가스 농도를 계측한다. 그것에 의해, B 가스 농도가 감소하면, B 가스의 누출량이 적어지고 있다는 것이 판명된다.
구체적으로, 도 7a에 도시한 것처럼, A 가스가 10sccm 흐르는 경우, B 가스 농도는 1.980%(G2)이다. A 가스가 50sccm 흐르는 경우, B 가스 농도는 0.0133%(G3)이다. A 가스가 100sccm 흐르는 경우, B 가스 농도는 0.0092%(G4)이다. A 가스가 125sccm 흐르는 경우, B 가스 농도는 0.0076%(G5)이다. A 가스가 250sccm 흐르는 경우, B 가스 농도는 0.0065%(G6)이다. A 가스가 500sccm 흐르는 경우, B 가스 농도는 0.0064%(G7)이다.
벤트 연통로(25)에서 누출되는 B 가스 농도는 퍼지 가스(A 가스)의 유량이 약 30sccm을 초과한 이후에, A 가스의 유량을 증가하여도, B 가스 농도가 0.1%(1000ppm) 이상이 되지 않는다. 제1 실험에서, 도 7b에 도시한 것처럼, 꺾은 선 G가 H1을 초과한 때부터 B 가스 농도 0.1% 이상이 되지 않는다는 것을 알게 되었다.
제2 실험을 이하에서 설명한다. 제2 실험은 회전형 스위칭 밸브(1)의 프로세스 가스의 퍼지 가스의 혼입 비율을 파악하는 것을 목적으로 한다.
도 4 및 도 5에 실험의 검토방법을 도시한다. 도 4 및 도 5에서, 회전형 스위칭 밸브(1)를 간략화하여 표시하고 있다. 구체적으로, 퍼지 가스 유로를 퍼지 가스 유로(22a, 22b)만 설치하고 있다. 도 7a, 7b에 실험결과를 나타낸다. 도 7a에, B 가스 농도의 표를 나타내고, 도 7b에, 도 7a의 그래프를 나타낸다. 도 7b의 종축은 B 가스 농도(%)를 대수 그래프로 표시하고, 횡축은 퍼지 가스(B 가스) 유량(sccm)을 나타낸다.
제2 실험의 (1) 도 4에 도시한 것처럼, 회전형 스위칭 밸브(1)에 대하여, 프로세스 가스 공급구(31a)에서 A 가스를 삽입하고, 챔버 연통로(24)에서 A 가스를 배출한다. 또한, 퍼지 가스 유로(22a, 22b)에서 퍼지 가스 대신에 B 가스를 공급하고, 퍼지 가스 배출로(23)에서 B 가스를 배출한다. 그때의 챔버 연통로(24)에 혼입되는 B 가스 농도를 계측한다. 왜냐하면, B 가스가 간극부(11)에서 누출되고, A 가스에 혼입되지 않으면, 챔버 연통로(24)에서 흐르는 A 가스 내의 B 가스 농도가 증가하지 않기 때문이다.
제2 실험에서, 간극부의 간격이 50㎛인 회전형 스위칭 밸브를 이용하고 있다.
도 7a의 (F1)에 도시한 것처럼, B 가스가 퍼지 가스 유로(22a, 22b)에서 흐르지 않는 0sccm의 상태에서는 B 가스 농도는 0.0026%였다.
제2 실험의 (2)차에, B 가스의 유량을 순차로 올렸다. 그때의 챔버 연통로(24)에 혼입되는 B 가스의 B 가스 농도를 계측한다. 이것에 의해, B 가스 농도가 증하면, B 가스의 혼입량이 많음을 의미한다. B 가스의 혼입량을 적게 할 수 있으면, 예를 들면 프로세스 가스에 다량의 퍼지 가스가 혼입되는 것을 방지할 수 있다. 그 때문에, 프로세스 가스에 퍼지 가스가 혼입되고 프로세스 가스의 성질(농도)이 변화하여 반도체의 성능에 영향을 주는 것을 방지할 수 있다.
구체적으로, 도 7a에 도시한 것처럼, B 가스가 10sccm 흐르는 경우, B 가스 농도는 0.0022%(F2)이다. B 가스가 50sccm 흐르는 경우, B 가스 농도는 0.0022%(F3)이다. B 가스가 100sccm 흐르는 경우, B 가스 농도는 0.0032%(F4)이다. B 가스가 125sccm 흐르는 경우, B 가스 농도는 0.0027%(F5)이다. B 가스가 250sccm 흐르는 경우, B 가스 농도는 3.826%(F6)이다. B 가스가 500sccm 흐르는 경우, B 가스 농도는 13.69%(F7)이다.
챔버 연통로(24)에서 누출되는 B 가스 농도는 퍼지 가스(B 가스)의 유량이 약 200sccm을 초과하기 전에는 B가스의 양이 감소해도, B 가스 농도가 0.1%(1000ppm) 이상이 되지 않는다. 제2 실험에서, 도 7b에 도시한 것처럼, 꺾은 선 F가 H2를 초과할 때까지는 B 가스 농도가 0.1% 이상이 되지 않는다.
상기 2 실험의 결과를 도 7a, 7b에 기초하여 검토한다.
간극부(11)의 간격이 50㎛의 경우, 제1 실험에 의한 벤트 연통로(25)에서 누출되는 B 가스 농도와 제2 실험에 의한 챔버 연통로(24)에서 누출되는 B 가스 농도를 비교한다. 질량 분석계로 계측한 B 가스 농도는 정확도가 높고, 또한 용이하게 게측할 수 있다. 이와 같은 특성을 살려, 본 출원인은 B 가스를 주요 유로 또는 퍼지 가스 유로에서 공급하는 것에 의해, 주요 유로의 누출량 및 퍼지 가스량의 혼입량을 계측하는 데에 성공하였다.
양측의 결과, B 가스 농도가 1000ppm 이하(0.1% 이하)의 비율인 퍼지 가스의 유량, 및 B 가스가 간극부(11)에서 1000ppm 이상(0.1% 이상)의 비율로 누출되어 나오지 않는 퍼지 가스의 유량을 검토하였다.
제1 실험에 의한 벤트 연통로(25)에서 누출되는 B 가스 농도는 퍼지 가스의 유량이 약 30sccm을 초과하면, 이후 어느 정도 퍼지 가스의 유량을 증가시켜도, B 가스 농도가 0.1%(1000ppm) 이상의 비율이 되지 않는다. 도 7b에서, 꺾인 선 G가 H1을 넘은 때부터 B 가스 농도가 0.1%(1000ppm) 이상의 비율이 되지 않는다.
한편, 제2 실험에 의한 챔버 연통로(24)에서 누출되는 B 가스 농도는 퍼지 가스의 유량이 약 200sccm 이전에는 B 가스 농도가 0.1%(1000ppm) 이상의 비율이 되지 않는다. 도 7b에서, 꺾인 선 F가 H3를 초과할 때까지는 B 가스 농도 0.1%(1000ppm) 이상의 비율이 되지 않는다.
따라서, 양측의 실험결과를 기초로 간극부(11)의 간격이 50㎛인 경우, 퍼지 가스의 유량이 도 7b의 H1에서 H2까지의 범위 내에 있으면, B 가스 농도가 1000ppm 이하(0.1% 이하)의 비율이 된다. 또한, 꺾인 선 G와 꺾인 선 F가 교차하는 점 P는 가장 밸런스가 좋은 실드 가스 유량이 된다.
퍼지 가스의 유량이 도 7b의 H1에서 H2까지의 범위 내에 있으면, 프로세스 가스가 간극부(11)에서 누출되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 만약 퍼지 가스가 프로세스 가스로 혼입되어도, 프로세스 가스의 성질(농도)이 변화되는 정도의 양이 아니기 때문에, 최종 기계제품인 반도체의 성능에 영향을 주지 않는다.
또한, 상기 제1 실험 및 제2 실험의 시뮬레이션에 의해, 퍼지 가스 유로(22a) 및 퍼지 가스 유로(22d)는 원통형 밸브 부재(3)의 상면(3a)의 수평선에서 측정하여, 150㎜ 이하의 밸브 본체(2)의 측면에 형성된 것이 최적임을 확인할 수 있다.
퍼지 가스 유로(22a) 및 퍼지 가스 유로(22d)가 원통형 밸브 부재(3)의 상면(3a)의 수평선에서 측정하여 150㎜ 이상인 경우에는, 프로세스 가스가 프로세스 가스 공급구(31a)의 주변의 간극부(11)에서 들어오는 경우, 퍼지 가스가 프로세스 가스 공급구(31a)에 도착해 프로세스 가스를 되돌려 보낼 때까지 시간이 걸리기 때문에, 간극부(11)에 들어오지 않게 되돌아가기 위해 퍼지 가스를 다량으로 할 필요가 있다. 그 때문에, 퍼지 가스가 프로세스 가스로 다량으로 혼입되어, 프로세스 가스의 성질(농도)이 변화하고, 그 결과 반도체의 성능에 영향을 주는 것이 판명되었다.
게다가, 퍼지 가스 유로(22a), 및 퍼지 가스 유로(22d)가 원통형 밸브 부재(3)의 상면(3a)의 수평선에서 측정하여 150㎜ 이상인 경우에, 회전형 스위칭 밸브(1)가 커지는 문제가 있다. 회전형 스위칭 밸브(1)는 제조 라인에서 이용되기 때문에, 공간 절약이라는 측면에서 문제가 된다.
이상의 이유에 의해, 퍼지 가스 유로(22a) 및 퍼지 가스 유로(22d)는 원통형 밸브 부재(3)의 상면(3a)의 수평선에서 측정하여 150㎜ 이하의 밸브 본체(2)의 측면에 형성하는 것이 최적이라고 판명되었다.
이상 상세히 설명한 것처럼, 제1 실시형태와 같은 회전형 스위칭 밸브(1)에 의하면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
(1) 프로세스 가스가 흐르는 챔버 연통로(24)와 주요 유로가 배기되는 벤트 연통로(25)가 형성된 밸브 본체(2)와 밸브 본체(2)에 회전가능하게 유지되고 내부에 주요 유체가 흐르는 주요 유로(31)가 형성된 원통형 밸브 부재(3)를 포함하고, 원통형 밸브 부재(3)를 회전시켜, 주요 유로(31)를 챔버 연통로(24)와 벤트 연통로(25)로 전환 가능한 회전형 스위칭 밸브(1)에서 있어서, 밸브 본체(2)와 원통형 밸브 부재(3)의 사이의 간극부(11)에 퍼지 가스가 흐르기 위한 퍼지 가스 유로(22a, 22b, 22c, 22d, 22e)를 포함하고, 간극부(11)에 퍼지 가스가 흘려서, 주요 유체가 주요 유로(31)에서 누출되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하기 때문에, 예를 들면, 원통형 밸브 부재(3) 안의 주요 유로(31)에 프로세스 가스가 흐를 때, 밸브 본체(2)와 원통형 밸브 부재(3)의 사이의 간극부(11)로 퍼지 가스가 흐른다. 이것에 의해 밸브 본체(2)와 원통형 밸브 부재(3)의 사이에 프로세스 가스가 누출되는 것을 방지할 수 있다.
(2) 밸브 본체(2)와 원통형 밸브 부재(3)의 사이에 간극부(11)를 포함하기 때문에, 밸브 본체(2)와 원통형 밸브 부재(3)가 접촉하지 않는 것을 특징으로 하기 때문에, 밸브 본체(2)와 원통형 밸브 부재(3)가 접촉하지 않는 것에 의해, 금속 접촉이 반복되어 접속부가 마모되지 않고, 회전형 스위칭 밸브(1)의 수명을 연장할 수 있다. 게다가 마모 가루가 발생하지 않는다.
(3) 원통형 밸브 부재(3)에 형성된 주요 유로(31)의 형상이 부채꼴인 것을 특징으로 하기 때문에, 주요 유로(31)가 항상 벤트 연통로(25) 및 챔버 연통로(24)와 연통하고 있는 상태가 되므로, 원통형 밸브 부재(3) 내에서 주요 유체가 체류하는 것을 방지할 수 있다.
(4) 원통형 밸브 부재(3)에 형성된 주요 유로(31)는 전환 중간 위치에 있어서, 밸브 본체(2)의 챔버 연통로(24)와 벤트 연통로(25)의 양방에서 연통하기 때문에, 주요 유로(31)가 항상 벤트 연통로(25) 및 챔버 연통로(24)와 연통하고 있는 상태가 되므로, 원통형 밸브 부재(3) 내에서 주요 유체가 체류하는 것을 방지할 수 있다.
(5) 퍼지 가스가 공급되면 퍼지 가스는 퍼지 가스 환상 유로(2g, 2h)에서 간극부(11)로 들어가 넓은 범위로 골고루 미칠 수 있어서, 프로세스 가스가 간극부(11)에서 누출되는 것을 방지할 수 있다.
(6) 퍼지 가스의 유량을 주요 유로의 퍼지 가스의 혼입 비율을 1000ppm 이하의 유량으로 제어하는 것을 특징으로 하기 때문에, 만약 퍼지 가스가 프로세스 가스에 혼입되어도 프로세스 가스의 성질(농도)을 변화시킬 정도의 양이 아니므로, 반도체의 성능에 영향을 주지 않는다.
(7) 반도체의 누출량 그래프를 작성하는 제1 실험을 행하고, 퍼지 가스량을 변화시킬 때의 주요 유체에 혼입되는 퍼지 가스량의 혼입 가스 그래프를 작성하는 제2 실험을 행하며, 제1 실험에서 구한 누출량 그래프와 제2 실험에서 구한 혼입 가스 그래프의 교차점을 기초로 하여 퍼지 가스량을 결정하는 것에 의해, 퍼지 가스의 유량을, 주요 유체 내로 혼입되는 혼입 비율이 1000ppm 이하인 양으로 제어할 수 있다.
(8) 퍼지 가스 대신에 A 가스를 공급하고, 주요 유체 대신에 B 가스를 공급하며, 챔버 연통로에서 배출되는 B 가스의 B 가스 농도를 질량 분석계를 이용하여 계측하는 제1 실험 및 퍼지 가스 대신에 B 가스를 공급하고 주요 유체 대신에 A 가스를 공급하며 챔버 연통로에서 배출되는 B 가스의 B 가스 농도를 질량 분석계를 이용하여 계측하는 제2 실험에 의해, 퍼지 가스의 유량을, 주요 유체 내로 혼입되는 혼입 비율이 1000ppm 이하인 양으로 제어할 수 있다.
또한, 높은 정확도의 질량 분석계를 실험에서 이용하여, 사전에 보다 확실한 데이터를 얻을 수 있고, 주요 유체 내에서 퍼지 가스 유량이 혼입되는 혼입 비율이 1000ppm 이하의 양으로 제어할 수 있었다.
(제2 실시형태)
도 8을 이용하여 제2 실시형태에 관하여 설명한다. 도 8은 제2 실시형태의 회전형 스위칭 밸브(1A)의 원통형 밸브 부재(A3) 및 밸브 본체(A2)의 단면도를 도시한 것이다.
도 8에 도시한 것처럼, 원통형 밸브 부재(A3)를 중심으로, 밸브 본체(A2)에 8개의 연통로가 형성되어 있다. 밸브 본체(A2)의 8개의 연통로는 챔버 연통로(V1, V2, V3, V4) 및 벤트 연통로(T1, T2, T3, T4)이다. 그 밖의 부분에 관하여는, 제1 실시형태와 크게 다르지 않으므로 설명을 생략한다.
제2 실시형태에 있어서, 고속 모터를 사용하는 것으로, 360° 회전을 가능하게 한 것에 의해, 원통형 밸브 부재(A3)의 주요 유로(A31)가 8개의 연통로에 연통될 수 있다.
원통형 밸브 부재(A3)가 360° 회전할 수 있고, 주요 유로(A31)를 8개의 연통로에 연통시킬 수 있는 것에 의해, 연통로의 고속·다분기 전환이 가능하게 된다.
제1 실시형태는 원통형 밸브 부재가 180°회전하여, 챔버 연통로와 벤트 연통로를 연통하는 기술이다. 제1 실시형태의 회전형 스위칭 밸브(1)와 제2 실시형태의 회전형 스위칭 밸브(1A)를 비교하면, 제1 실시형태에서는 원통형 밸브 부재(3)를 챔버 연통로에서 벤트 연통로로 연통하고, 그 후 벤트 연통로에서 챔버 연통로로 연통시키기 위해, 180°의 반회전을 2번 행하게 되기 때문에, 360°의 회전 운동이 필요하다.
그에 대하여, 제2 실시형태에서는 챔버 연통로(V1)에서 챔버 연통로(V2)로 연통되기 위하여, 원통형 밸브 부재(A3)가 90°회전하는 것만으로, 주요 유로(A31)를 분기할 수 있다.
(제3 실시형태)
제3 실시형태에 있어서, 반도체 제조장치에 회전형 스위칭 밸브(1) 및 기화기(61)를 제공하는 시스템에 채용한다. 기화기(61)를 탑재한 시스템에서, 기화기(61)에 의해 액체재료를 기화시켜 웨이퍼 표면에 성막처리를 한다. 액체재료를 기화시키기 때문에, 시스템 안은 250℃ 이상을 유지하지 않으면, 액체재료가 고화되므로, 항상 기체를 250℃ 이상으로 유지할 필요가 있다.
종래에는 도 10에 도시한 것처럼, 프로세스 가스 라인(62A)에 다이어프램식의 밸브(63) 및 벤트 가스 라인(64A)에 다이어프램식 밸브(65)가 각각 1개씩 설치되어 공급가스를 전환하고, 프로세스 챔버(66A) 및 펌프(67A)에 공급하고 있었다. 또한, 도 10에서 1개의 펌프로 배기하는 경우를 예로 설명하고 있지만 벤트 가스 라인(64A)에 전용 펌프를 형성하는 경우도 있다.
도 10의 장치에서, 프로세스 가스 라인(62A) 및 벤트 가스 라인(64A)에 설치된 다이어프램식 밸브(63, 65)의 다이어프램이나 실링부에서는 온도가 저하되기 쉽고, 다이어프램식 밸브의 외부 또는 밸브 바디 부분을 가열하여도 온도가 거의 올라가지 않으며, 다이어프램이나 실링부에 액체재료가 고화된 생성물이 부착되기 쉬웠다. 또한, 다이어프램에 가스가 충돌하거나, 제한된 공간에서 가스가 체류하거나 압력이 상승하여, 생성물이 쉽게 부착되는 문제점이 있었다.
도 11에 반도체 제조장치에 회전식 스위칭 밸브(1) 및 기화기(61B)가 제공된 시스템을 도시한다. 도 11의 시스템에서, 프로세스 가스 라인(62B)과 벤트 가스 라인(64B)의 분기점에 회전형 스위칭 밸브(1B)를 설치한다. 회전형 스위칭 밸브(1B)의 구성은 실시예 1의 회전형 스위칭 밸브(1)와 동일하므로, 설명을 생략한다. 회전형 스위칭 밸브(1B)가 설치된 프로세스 가스 라인(62B) 위에는 가스 블로킹 밸브(68)가 설치되어 있다.
도 11의 장치에 의하면, 다이어프램식 밸브(63, 65)를 회전형 스위칭 밸브(1B)로 한 것에 의해, 간극부(11)에 고온의 N2 퍼지 가스를 공급할 수 있고, 액체 재료가 250℃ 이하가 되지 않아, 실링부에서 고화되지 않는다. 또한, 간극부(11)를 포함하기 때문에, 기계적인 접촉이 없어, 파티클이 발생하지 않는다. 또한, 내구성이 향상된다. 또한, 고속으로 전환할 수 있기 때문에 처리 시간을 단축하여 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 다이어프램식 밸브와 같이 제한된 공간이 아니므로 유량특성이 좋다.
또한, 프로세스 가스의 공급을 중지하기 위해서, 가스 블로킹 밸브(68)가 필요하지만, 성막 처리를 하는 사이에 항상 열린 상태로 사용하고, 프로세스 전이나 프로세스 종료 후의 필요한 때만 밸브를 닫으면 되고, 동작회수가 적기 때문에, 도 10의 다이어프램식 밸브와 같은 문제가 발생하지 않는다. 또한, 가스 블록킹 밸브로서는 다이어프램식 밸브에 한정되지 않고, 유로특성에 좋은 밸로우즈식 밸브나 볼 밸브 등도 사용할 수 있다.
(제4 실시형태)
제4 실시형태에 있어서, 회전형 스위칭 밸브(1C, 1D)를 반도체 제조장치의 ALD법 프로세스(특허문헌 2, 3)를 채용한 시스템에 채용한다. ALD법 프로세스는 A 가스와 B 가스를 교대로 연속하여 프로세스 챔버로 공급하는 방법이다.
종래의 ALD법 프로세스를 채용한 시스템을 도 12에 도시한다. 도 12에 도시한 것처럼, A 가스(71A)는 프로세스 가스 라인(72A)과 벤트 가스 라인(74A)으로 분기하며, 프로세스 가스 라인(72A)에는, 다이어프램식 밸브(73A)가 설치되고, 벤트 가스 라인(74A)에는 다이어프램식 밸브(75A)가 설치되어 있다. 또한, B 가스(71B)는 프로세스 가스 라인(72B)과 벤트 가스 라인(74B)으로 분기하며, 프로세스 가스 라인(72B)에는, 다이어프램식 밸브(73B)가 설치되고, 벤트 가스 라인(74B)에는 다이어프램식 밸브(75B)가 설치되어 있다. 프로세스 가스 라인(74A, 74B)은 프로세스 챔버(76A)에 접속하고, 펌프(77A)로 A 가스(71A), B 가스(71B)를 공급한다. 또한, 도 12에서는, 펌프 1대의 경우를 예로 하고 있지만, 벤트 가스 라인(74)에 전용 펌프를 형성하여도 된다.
그러나, ALD법 프로세스에 있어서는, 원하는 막 두께가 얻어질 때까지의 수분 동안에, 수십회~수백회의 밸브 개폐동작이 필요하다. 그 때문에, 도 12에 도시하는 시스템에 있어서는, 다이어프램식 밸브(73A, 73B, 75A, 75B)가 수분 동안, 수십회~수백회의 밸브 개폐동작을 행한다. 다이어프램식 밸브에 있어서는, 실링부와 다이어프램의 기계적인 접촉이 필요하기 때문에, 접촉이 원인으로, 실링부와 다이어프램이 손상되기 쉬운 동작의 내구성이 저하되는 문제, 및 실링부와 다이어프램이 접촉하여 파티클을 발생시키는 문제가 있었다.
도 13에, 회전형 스위칭 밸브(1)를 ALD법 프로세스에 이용한 시스템을 도시한다. 도 13의 시스템에서는 프로세스 가스 라인(72C)과 벤트 가스 라인(74C)의 분기점에 회전형 스위칭 밸브(1C)를 설치하고, 프로세스 가스 라인(72D)과 벤트 가스 라인(74D)의 분기점에 회전형 스위칭 밸브(1D)를 설치한다. 회전형 스위칭 밸브(1C, 1D)의 구성은 실시예 1이 회전형 스위칭 밸브(1)와 동일하므로, 설명을 생략한다. 회전형 스위칭 밸브(1C)가 설치된 프로세스 가스 라인(72C) 위에는, 가스 블록킹 밸브(78C)가 설치되며, 회전형 스위칭 밸브(1D)가 설치된 프로세스 가스 라인(72D) 위에는, 가스 블로킹 밸브(78D)가 설치되어 있다.
도 13의 시스템에 의하면, 다이어프램식 밸브(73A, 73B, 75A, 75B)를 회전형 스위칭 밸브(1C, 1D)로 하는 것에 의해, 간극부(11)가 형성되어 있기 때문에, 분기시에도 기계적인 접촉이 일어나지 않으며, 손상이 어려운 내구성이 향상되었다. 또한, 간극부(11)가 형성되어 있기 때문에, 실링부와 다이어프램이 접촉하지 않아, 파티클이 발생하지 않는다. 또한, 간극부(11)가 형성되어 있기 때문에, 간극부(11)를 고온 N2로 퍼지하기 때문에, 액체가 고화되지 않는다. 또한, 다이어프램식 밸브와 같이 좁은 공간이 아니므로 유량 특성이 좋다.
또한, 프로세스 가스의 공급을 멈추기 위해, 가스 블로킹 밸브(78C, 78D)가 필요하지만, 성막처리를 행하고 있는 사이에, 항상 밸브 개방상태로 사용하고, 프로세스 전이나 프로세스 종료 후의 필요한 때에만 밸브 폐쇄상태에 있어서, 동작횟수가 적어, 도 12의 다이러프램식 밸브와 같은 문제가 발생하지 않는다.
이상 상세히 설명한 것처럼, 제2 실시형태와 같은 회전형 스위칭 밸브(1A)에 의하면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
원통형 밸브 부재(A3)를 360° 회전가능하게 한 것에 의해, 원통형 밸브 부재(A3)의 주요 유로(A31)가 8개의 연통로에 연통될 수 있다. 이것에 의해, 주요 유로(A31)를 8개의 연통로에 연통할 수 있어, 연통로의 고속 전환이 가능해졌다. 또한, 8개의 연통로에 연통될 수 있기 때문에, 다분기 전환이 가능해졌다.
또한, 제2 실시형태의 회전형 스위칭 밸브(1A)에 의하면, 원통형 밸브 부재(3A)가 180°의 반회전을 2번 행할 필요가 없기 때문에, 현행기술과 비교하여 4분의 1의 시간으로 연통로를 분기할 수 있다.
또한, 제1 실시형태에 있어서, 예를 들면 A 가스는 가스, 아르곤 가스 등을 이용할 수 있다. 또한, B 가스는 산소 가스, 수소 가스, 프로판 가스 등을 이용할 수 있다.
또한, 제1 실시형태에 있어서, 퍼지 가스 환상 유로(2g, 2h)는 밸브 본체(2)에 환상의 구성으로서 형성되어 있지만, 원통형 밸브 부재(3)에 환상의 구멍으로서 형성되어 있어도, 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 제2 실시형태에 있어서, 프로세스 가스 연통구의 형상은 도 8에 의하면, 부채꼴 형상을 이루고, 종래와 동일하게, 챔버 연통구 및 밸브와 연통구에 대응한 형상을 하고 있다. 그러나, 제2 실시형태에 있어서도, 제1 실시형태와 동일하게, 프로세스 가스 연통구(31b)를 부채꼴 형상으로 할 수 있다. 프로세스 가스 연통구(31b)를 부채꼴 형상으로 할 때의 개구부의 각도는 개구부가 항상 막힌 상태가 아니면 좋기 때문에, 예를 들면 60° 미만의 45° 또는 30° 등이어도 좋다.
또한, 제2 실시형태의 회전형 스위칭 밸브는 360° 회전할 수 있기 때문에, 밸브 본체(A2)에 형성된 연통로는 8개의 연통로가 없어도, 예를 들면 4개의 연통로, 6개의 연통로 등으로 있어도 좋다.
1 회전형 스위칭 밸브
11 간극부
2 밸브 본체
21 삽입공
22a, 22b, 22c, 22d, 22e 퍼지 가스 유로
23 퍼지 가스 배출로
24 챔버 연통로
25 벤트 연통로
3 원통형 밸브 부재
31 주요 유로
31a 프로세스 가스 공급구
31b 프로세스 가스 연통구
4 회전도입기
5 로터리 액츄에이터

Claims (8)

  1. 회전형 스위칭 밸브로서,
    주요 유체가 흐르는 챔버 연통로와 상기 주요 유체가 배기되는 벤트 연통로가 형성된 밸브 본체; 및
    상기 밸브 본체에 회전가능하게 유지되고 내부에 주요 유체가 흐르는 주요 유로가 형성된 원통형 밸브 부재;를 포함하며,
    상기 원통형 밸브 부재를 회전시켜서, 상기 주요 유로와 상기 챔버 연통로 및 상기 벤트 연통로 사이의 연결을 전환하고,
    상기 밸브 본체와 상기 원통형 밸브 부재의 사이의 간극부에 퍼지 가스가 흐르는 퍼지 가스 유로를 포함하며,
    상기 주요 유체가 상기 주요 유로에서 누출되는 것을 막기 위해 퍼지 가스가 상기 간극부로 공급되는, 회전형 스위칭 밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 밸브 본체와 상기 원통형 밸브 부재 사이의 상기 간극부에 의해 상기 밸브 본체 및 상기 원통형 밸브 부재가 서로 접촉하지 않는 회전형 스위칭 밸브.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 원통형 밸브 부재에 형성된 상기 주요 유로의 형상은 부채꼴 형상인 회전형 스위칭 밸브.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 원통형 밸브 부재에 형성된 상기 주요 유로는 전환 중간 위치에서, 상기 챔버 연통로와 상기 벤트 연통로의 양쪽을 연통하는 회전형 스위칭 밸브.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 퍼지 가스 연통로는 상기 밸브 본체와 상기 원통형 밸브와의 사이에 형성된 퍼지 가스 환상 유로에 연통되어 있고,
    상기 챔버 연통로와 상기 벤트 연통로는 상기 퍼지 가스 환상 유로의 사이에 형성되어 있는 회전형 스위칭 밸브.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 퍼지 가스의 유량을 상기 주요 유체로의 상기 퍼지 가스의 혼입 비율이 1000ppm 이하인 유량으로 제어하는 회전형 스위칭 밸브.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 퍼지 가스량을 변화시킬 때의 상기 주요 유체의 누출량 그래프를 작성하는 제1 실험을 행하고,
    상기 퍼지 가스량을 변화시킬 대의 상기 주요 유체에 혼입되는 상기 퍼지 가스량의 혼입 가스 그래프를 작성하는 제2 실험을 행하며,
    상기 제1 실험에서 구한 상기 누출량 그래프와 상기 제2 실험에서 구한 상기 혼입 가스 그래프에 기초하여 상기 퍼지 가스량을 결정하는 회전형 스위칭 밸브.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 실험은 상기 퍼지 가스 유로에 A 가스를 공급하고, 상기 주요 유로에 B 가스를 공급하며, 상기 벤트 연통로에서 배출되는 상기 B 가스의 농도를 질량분석계를 이용하여 계측하며,
    상기 제2 실험은 상기 퍼지 가스 유로에 B가스를 공급하고, 상기 주요 유로에 A 가스를 공급하며, 상기 챔버 연통로에서 배출되는 상기 B 가스의 농도를 상기 질량분석계를 이용하여 계측하는 회전형 스위칭 밸브.

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