TWI243881B - Valve for vacuum discharge system - Google Patents

Description

1243881 (1) 玫、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關用在半導體製造裝置中的流體控制裝置 等的閥’特別是有關用在經由半導體製造用處理室的排氣 系的閥。 【先前技術】

一般說來’在半導體製造設備或化學品製造設備等的 處理室供給有富於化學性反應性的氣體。因而，此處理室 的排氣系要求有安全且高效率地排出此等富於反應性的氣 體。

於是’爲了高效率進行經由處理室的排氣，必須使用 壓縮比大，即使吸入壓低仍可以高排氣速度（公升/分鐘 )排氣的泵。可是由於實際上無法獲得壓縮比之高的真空 排氣用泵，故在習知經由處理室等的排氣系爲了達成使用 壓縮比較小的泵而高效率進行氣體的排氣，並保持排氣系 的一次側及二次側的壓力差很小，避免泵的過負載的兩個 技術課題，將排氣系配管口徑作成小口徑（稱4英寸左右 的直徑），俾擴大管路的輸導，至於閥，同樣地，亦使用 具有大口徑者。 亦即，於流體的流動中，在其壓力與流路內徑的關係 上，分成粘性流領域與分子流領域。爲了進行高效率排氣 要求在粘性流領域下進行，在作爲粘性流領域，須使流路 內徑D滿足LSD(L:氣體分子等的平均自由行程、D: (2) 1243881 流路內徑）。又，於氣體分子等的平均自由行程L與壓力 P之間具有L = 4.98χ1(Γ3/Ρ的關係。 亦即，由於用來將配管內作成粘性流領域的®力@內 徑具有如上述的關係，故藉由使壓力Ρ更高’可減小平均 自由行程L，結果，可減小用來確保粘性流領域的配管內 徑D。 然而，由於在如前述習知的泵是壓縮比較小（約10 左右），故無法提_高吐出口側的壓力，例如，若室側（一 次側）的壓力爲1〇·3托的話，吐出口側即成爲1〇_2左右 的低壓，因此，爲了更確實達到粘性流領域的確保，需要 內徑5cm以上的配管。 結果，由於在習知的真空排氣系中需要大口徑的配管 系，故發生設備大型化的問題。又由於真空配管系的內徑 大，故亦有配管內的容積變大，真空排氣時間拉長的問題 。而且，爲了將真空排氣系構成更小型，高效率且短時間 進行排氣，會有需要壓縮比大且排氣速度大的高能力的高 價真空泵的問題。 另一方面’於真空排氣系中，若真空泵的停止時間延 長的話’即會引起滯留於配管內的氣體的解離（分解）， 於配管或閥等的配管零件的內部使分解生成物析出而形成 將此腐蝕的原因。特別是，因配管內的氣體的解離而產生 的生成物或水份若堆積或固著於配管或閥等的配管零件的 內壁’即不僅有前述腐蝕的問題，還容易發生堵塞或逸漏 的問題。 -6 - (3) 1243881 又，若對配管系加熱而使其溫度上昇的話，即不易引 起水份的固著，因此，腐蝕等的危險性亦減少。 可是，若配管內的溫度昇高的話，即會發生氣體的解 離（分解），並藉由使分解的成份於配管內析出並堆積， 因此衍生腐蝕或堵塞、逸漏等新問題。 【發明內容】 本發明主要目的在於提供可因應真空排氣系設備的小 型化和因此達成的成本降低以及供縮短真空排氣時間的真 空排氣系配管的小口徑化，可進一步達到氣體的解離分解 的防止，以及防止因氣體解離而產生的生成物堆積等而導 致內部腐蝕或堵塞、逸漏等發生的閥。 一般說來，在半導體製造設備或化學品製造設備等的 處理室供給有富於化學性反應性的氣體。因而，此處理室 的排氣系要求有安全且高效率地排出此等富於反應性的氣

BUM 體。 半導體製造設備的配管系是一般由供至處理室的氣體 供給系、處理室、真空排氣系、真空泵、閥等構成。真空 排氣用零是使用設於前述室的正後方的一次泵（高真空型 泵）以及設於前述一次泵的二次側的二次泵（低真空型泵 )的複數泵，使用渦輪分子泵（TMP )於此高真空型泵， 且使用渦型泵於低真空型泵。又，在排氣係的配管是使用 有如前述口徑5 cm以上的管路。 然而，近年來已可能提高泵的性能’具體而言’開發 (4) 1243881 有壓縮比可達到103〜104左右的高壓縮比的泵，結果，即 使處理室內的內壓爲1 (Γ3托左右，仍可將一次泵的吐出 側壓力提高至30〜50托左右。因此，藉由謀求處理室及真 空排氣系的壓力條件的最適化，配管內徑亦随此變小，即 便是0.5cm左右的小口徑的配管，仍可充分地確保粘性流 領域。 可是，於如此提高壓力的情形，有水份或氣體凝結於 真空排氣系內，而且有固著於配管內之虞。又，儘管不會 發生此種設定壓力上昇所造成的水份或氣體的凝結固著， 卻會在真空泵停止時，發生滯留於配管內的氣體的解離（ 分解），解離時的生成物會堆積於配管或閥等的配管零件 的內部，而構成發生、零件的腐蝕或堵塞、逸漏的原因。 因此，要求將配管系內保持在內部氣體或水份的飽和 蒸氣壓以下，一般於真空排氣系內進行加熱。（於水情形 下’ 20°C的飽和蒸氣壓爲17.53托）亦即，若加熱而溫度 上昇的話，飽和蒸氣壓即上昇，不易發生水份或氣體的凝 結周著，因此，腐蝕等的危險性亦減少。於是，可知較佳 的是考慮真空排氣系內的氣體成份的種類等，使溫度上昇 至 150°C。 可是，若配管內的溫度昇高的話，即發生如前述氣體 的解離，並因爲此解離產生的生成物附著堆積於配管內， 故衍生腐蝕等發生的新問題。 可是，上述氣體解離（分解）的現象可知係因配管內 壁的金屬成份起觸媒作用而發生。 -8- (6) 1243881 全抑制氣體的解離（分解）的鈍態’但是根據發明人等所 進行實驗的結果可知，如第3圖及第4圖所示’以氧化鉻 爲主的鈍態（鉻鈍態）、以氧化鋁（鋁鈍態）爲主的鈍態 很適合。 在其中，鉻鈍態情形下，存在即使如第3圖1 5 0 °C以 下範圍仍開始分解的氣體。雖然有時候亦可抑制此程度的 氣體分解，但是就可進一步抑制氣體在達到高溫之前分解 的鈍態而言，顯然鋁鈍態很適合。 如第4圖所示，於此鋁鈍態情形，在達到1 5 CTC左右 ，不會發生氣體分解。而且，此情形的鋁鈍態以 ai2o3( 氧化鋁）爲主體。 而且，鋁鈍態係可生成對以鋁製造的零件的表面氧化 或加熱、或者將其組合而施行的方法；同樣地，對含有鋁 合金等之適當的鋁之合金的表面氧化或加熱、或者將其組 合而施行的方法；以及對鋁和需要鈍態部份將含有鋁合金 等之適當的鋁之合金層施以電鍍或塗覆，此後氧化或加熱 、或者將此等組合，而施行鈍態處理的方法。 又’構成閥之母材的金屬材料是不侷限於鋁或以鋁爲 主體的合金，例如，經確認有可爲含有重量％達數％ ( 3〜8% )的鋁的沃斯田系不銹鋼，藉由熱處理而可於母材 外表面形成以ai2o3爲主體的鋁鈍態膜。 如此’本發明經確認有可提供藉由將鋁鈍態形成於用 在真空排氣系的閥等之配管零件的流體接觸的內表面，能 抑制烘烤之際的溫度上昇所造成的解離（分離），適於真 -10- 1243881 (8)

Al2〇3爲主體的鋁鈍態。 申請專利範圍第6項之發明是如申請專利範圍第1項 之真空排氣系用閥，其中將閥體作成以含氟樹脂皮膜塗覆 流體接觸的部份的金屬製隔膜。 申請專利範圍第7項之發明是如申請專利範圍第丨項 之真空排氣系用閥，其中閥的流路是作成該流路內的流體 變成粘性流的內徑。 申請專利範圍第8項之發明是如申請專利範圍第1項

之真空排氣系用閥，其中閥的流路內徑是定在12 mm以卞 〇 申請專利範圍第9項之發明是如申請專利範圍第丨填 之真空排氣系用閥，其中可將閥的流路部加熱至150°C。 申請專利範圍第1 〇項之發明是如申請專利範圍第6 項之真空排氣系用閥，其中以四氟乙烯樹脂（PTFE) _ 四氟乙烯六氟丙烯共聚物（FEP )或四氟乙烯全氟烷基$ 烯醚共聚物（PFA )作爲含氟樹脂皮膜。 【實施方式】 以下根據圖面說明本發明的實施形態。 第5圖是顯示本發明的閥的縱剖側視圖。此閥是稱胃 金屬隔膜閥的形式的閥。 金屬隔膜閥1由本體2、金屬隔膜3、驅動手段4犧 成其主要部。 本體2於連通流入通路5與流出通路6的閥室7的底 •12- (9) 1243881 面設置閥座8，以鋁或鋁合金等製成，具備上方敞開的凹 狀閥室7、下方開口並連通閥室7的流入通路5、下方開 口並連通閥室7的流出通路6、嵌裝於閥室7的底面中央 的合成樹脂等製成的閥座8以及形成於閥室7的底面外周 的段部9。流入通路5及流出通路6的截面呈圓形。 金屬隔膜3爲了保持閥室7的氣密，設於本體2，中 央部向上膨出，以不銹鋼等可彈性變形的金屬製薄板形成 中央部向上膨出的盤狀，其周緣部載置於本體2的段部9 上’以插入閥室7內的閥蓋1〇的下端部及螺裝於本體2 的閥蓋螺釘1 1朝段部9側推迫，成氣密狀態挾持固定。 並且，採用金屬隔膜3的中央部抵接、離開閥座8， 進行閥的啓閉的方式。 閥蓋10形成筒狀’插入本體2的閥室7內，藉由螺 入閥蓋螺釘11，推迫固定於本體2側。 驅動手段4是使金屬隔膜3抵接於閥座8，同時自行 恢復成原來形狀，離開閥座8的手段，且爲空壓式。 流入通路5及流出通路6的內徑爲8 m m，連接於外 徑9.52mm的配管。 且在隔膜的接液部亦爲鋁鈍態情形下，可使用鋁或鋁 合金製隔膜。 又’亦可藉由於不銹鋼或其他特殊金屬的表面電鍍或 塗覆，設置鋁或鋁合金層，並將其鈍態化。 更且，驅動手段4於前面例子中固然爲空壓式，可是 ，不限於此，例如可爲手動式、電磁式、電動式、油壓式 -13- (11) 1243881 充分耐1 5 0 °c的高溫。 本實施形態的前述隔膜閥使用於處理室與一次泵之間 、一次泵與二次泵之間等的真空排氣系。 第6圖是連結4個前述隔膜閥的形態，稱爲4連閥 12。具有各閥的入口流路13、14、15、16，各閥連結於 出口流路1 7。 上述4連閥集合4台處理室的真空排氣系，使用於排 氣場合。連結的閥數可任意選擇，連結必要數目的閥來使 用0 〔發明效果〕 爲了因應真空排氣系的小型化、達到成本降低的小口 徑化，必須防止真空排氣系內氣體的解離分解或解離分解 所產生生成物的堆積附著導致的配管內腐蝕或因此造成的 堵塞、逸漏等的發生。因此’旨在防止水份或氣體析出· 附著於配管內壁的烘烤不可或缺。 而此烘烤引起的溫度上昇發生顯現真空排氣系內金屬 部的觸媒效果，促進氣體分解的問題。 根據本發明’由於使用能較簡單且低廉形成的鋁鈍態 ，即使在約1 5 0 °C的溫度下，仍可抑制促進各種半導體製 造用氣體解離（分解）的觸媒效果顯現，故可低廉提供適 於真空排氣系的小口徑化的零件，特別是不會發生氣體解 離所產生分解生成物的堆積造成的腐蝕或堵塞、逸漏等的 閥’可因應真空排氣系的小型化、達到成本降低的小口徑 -15- (12) 1243881 化。 更且，藉由將鋁鈍態的厚度定在2〇ηΐΏ以下，可發揮 對底層金屬更優異的隔離效果，可適當選擇含有數％鋁的 沃斯田系不銹鋼或鋁、鋁合金等，藉此’可更爲降低閥的 製造成本。 又，藉由閥的流路具有使該流路內的流體變成粘性流 的內徑，進一步高效率進行排氣，無需使用尺寸過大的閥 〇 更可將閥的內徑定在12 mm以下，提供小型的閥。 此外，由於可將閥的流路部加熱至1 5 0 °C，故可提供 因應真空排氣系的烘烤的閥，同時，藉由於金屬隔膜閥中 ，以含氟樹脂皮膜僅塗覆構成閥體的隔膜，可大幅提高隔 膜的耐熱性及耐久性，結果，可達到閥壽命的延長。 本發明奏得如上述優異的實用效果。 【圖式簡單說明】 第1圖是顯示在Ni情形下，溫度與半導體製造用各 種氣體的分解的關係的圖表。 第2圖是顯示在SUS 31 6L情形下，溫度與半導體製 造用各種氣體的分解的關係的圖表。 第3圖是顯示在鉻鈍態情形下，溫度與半導體製造用 各種氣體的分解的關係的圖表。 第4圖是顯示在鋁鈍態情形下，溫度與半導體製造用 各種氣體的分解的關係的圖表。 -16- (13) 1243881 第5圖是本發明的閥的縱剖側視圖。 第6圖是顯示本發明另一閥（4連閥）的圖面 )是其平面圖，（b)是其正面圖。 主要元件對照表 1 :閥 2 :本體 3 :隔膜 4 :驅動手段 5 :流入通路 6 :流出通路 7 :閥室 8 :閥座 9 :段部 10 :閥蓋 1 1 :閥蓋螺釘 12 : 4連閥 1 3 :流入通路 1 4 :流入通路 1 5 :流入通路 1 6 :流入通路 1 7 :流出通路 -17-

Claims (1)

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(1) 拾、申請專利範圍 第93 102547號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國94年6月15日修正 1. 一種真空排氣系用閥，是具有：在與流入通路與流 出通路連通的閥室的底面，設置有閥座的本體、抵接或離 開於前述閥座的閥體、以及可使前述閥體抵接於閥座並且 使前述閥體從閥座離開的驅動手段；藉由前述閥體抵接或 離開於閥座，來切斷或導通流路，控制流體流動的閥，其 特徵爲： 至少本體的與流體接觸之面，施以鋁鈍態。 2. 如申請專利範圍第1項之真空排氣系用閥，其中製 作成以鋁或鋁合金或含有數重量％鋁的沃斯田系不_鋼， 來形成施以鋁鈍態的零件的材料。 3 ·如申請專利範圍第1項之真空排氣系用閥，其中將 閥的本體的與流體相接之面全部作成鋁鈍態。 4·如申請專利範圍第1項之真空排氣系用閥，其中將 鋁鈍態的厚度定爲20nm (奈米）以上。 5 .如申請專利範圍第1至第4項中任一項之真空排氣 系用閥，其中將鋁鈍態作爲以Ah〇3爲主體的鋁鈍態。 6.如申請專利範圍第1項之真空排氣系用閥，其中將 閥體作成：以含氟樹脂皮膜塗覆流體接觸的部份的金屬製

1243881 7.如申請專利範圍第1項之真空排氣系用閥，其中閥 的流路是作成讓該流路內的流體變成粘性流的內徑。 8 .如申請專利範圍第1項之真空排氣系用閥，其中閥 的流路內徑是定在1 2 mm以下。 9.如申請專利範圍第1項之真空排氣系用閥，其中可 將閥的流路部加熱至150°C。 1 0 .如申請專利範圍第6項之真空排氣系用閥，其中 以四氟乙烯樹脂（PTFE )或四氟乙烯六氟丙烯共聚物（ FEP )或四氟乙烯全氟烷基乙烯醚共聚物（PFA)，作爲 含氟樹脂皮膜。