TWI547660B - Vacuum control valves, vacuum control devices, and computer program products - Google Patents

Vacuum control valves, vacuum control devices, and computer program products Download PDF

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TWI547660B TW100148869A TW100148869A TWI547660B TW I547660 B TWI547660 B TW I547660B TW 100148869 A TW100148869 A TW 100148869A TW 100148869 A TW100148869 A TW 100148869A TW I547660 B TWI547660 B TW I547660B
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Masayuki Kouketsu
Hiroshi Itafuji
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Description

真空控制閥、真空控制裝置、及電腦程式產品 發明領域
本發明係有關於一種用以控制使用電漿之真空裝置所利用之真空容器內之氣流的真空控制閥。
 發明背景
半導體裝置之製造有使用例如電漿蝕刻之電漿的製程。電漿蝕刻之製程中，係透過真空控制閥使蝕刻氣體流動並且控制真空容器內之真空壓力。真空壓力之控制係藉由操作真空控制閥之氣導(conductance)來進行。氣導之操作在廣泛使用於電漿蝕刻之擺式真空控制閥中，係藉由操作擺式閥體來調整閥開度以進行之(專利文獻1)。然而，操作擺式閥體調整閥開度之方法在少流量區域(低氣導區域)之控制性不佳，因此具有無法對應於蝕刻氣體小流量化之問題。
另一方面，真空壓力之控制亦使用可對應於蝕刻氣體之小流量化之提動方式之真空控制閥。提動方式係藉由活塞的直線運動而操作閥體與閥座之距離(升舉量)來調整氣導之方式(專利文獻2)。然而，提動方式之真空控制閥由於金屬製之伸縮管不具有耐電漿性，因此無法使用於使用電漿之真空容器。金屬製之伸縮管係使用於活塞之直線運動所必須之滑動部分之封閉以維持真空度之構成零件。
【先行技術文獻】 【專利文獻】
【專利文獻1】日本專利特開2009-117444號公報
【專利文獻2】日本專利特開2010-276096號公報
【專利文獻3】日本專利特開2003-194257號公報
【專利文獻4】日本專利特開2000-130635號公報
【專利文獻5】日本專利特開平03-260072號公報
發明概要
如此，習知之技術中，要改善使用電漿之真空容器中在少量流區域(低氣導區域)之控制性，由各種真空控制閥之性質上的觀點來看是極為困難的。
本發明係為了解決上述習知之課題而創作者，其目的在於提供一種用以控制使用電漿之真空容器之氣流之提動方式的真空控制閥。
以下，因應就可有效解決上述課題的手段等顯示效果等並加以說明。
手段1.一種真空控制閥，係連接於使電漿產生之真空容器與真空泵之間，並藉由閥開度之操作，控制前述真空容器內之真空壓力者，包含有：控制閥本體，具有：連接前述真空容器與前述真空泵之閥本體流路、及形成於前述閥本體流路之閥座；致動器，具有：藉直線運動調整與前述閥座之間之距離之升舉量，進行前述閥開度之操作的閥體；產生用以使前述閥體進行直線運動之驅動力之直線驅動部；用以將前述驅動力從前述直線驅動部傳達至前述閥體之圓柱型桿；用以覆蓋前述桿之滑動範圍且呈圓筒型之圓筒型構件；及使前述圓筒型構件滑動，並且用以封閉前述閥本體流路側與前述閥本體流路之外部側之間之滑動封閉部，前述滑動範圍包含藉由前述升舉量之操作而可由前述閥本體流路側移動到前述閥本體流路之外部側的範圍，前述圓筒型構件具有外周面，該外周面相較於前述桿之外表面，每單位面積之氣體之吸附量較少。
手段1係一種真空控制閥，連接於使電漿產生之真空容器與真空泵之間，並且藉由閥開度之操作來控制真空容器內之真空壓力。本真空控制閥具有覆蓋包含藉升舉量之操作可由閥本體流路側移動到閥本體流路之外部側之範圍之滑動範圍的圓筒型構件。圓筒型構件具有每單位面積之氣體之吸附量比桿之外表面還少之外周面，因此可抑制因氣體吸附在閥本體流路之外部側而引起氣體往閥本體流路(構成真空流路之一部份)搬運。
藉此，可不使用無耐電漿性之金屬製伸縮管，實現了適用於使提動方式之真空控制閥之產生電漿之真空容器。結果，可對應於產生電漿之真空容器中之蝕刻氣體小流量化。
如此，手段1之真空控制閥提供一種藉由抑制氣體往桿吸附以封閉之新封閉技術，藉此可對應於產生電漿之真空容器中之蝕刻氣體的小流量化。本封閉技術係與習知之基本想法中以物理性方式將閥本體流路(構成真空流路之一部份)與外部空間隔離之習知封閉技術有所區分，係基於全新之想法而做成者。
本封閉技術係基於本發明人之實驗與解析而發現新課題而創作者。本發明人之實驗中，其中一例確認了業經陽極處理(陽極氧化處理)之鋁製桿在作動時有氣體洩漏。本洩漏也被認為是起因於桿在作動時物理性隔離受到阻礙而發生，但本發明人藉由解析也發現氣體往桿吸附為主要因素之可能性。本發明人藉由裝設覆蓋桿之圓筒型構件來進行，確認洩漏顯著減少且驗證了解析是正確的。手段1之真空控制閥係根據如此之實驗與解析而新作成者。
手段2.如手段1記載之真空控制閥，其中前述圓筒型構件具有絕緣性之燒結體，且該燒結體係由具有絕緣性之非金屬材料經由熱處理而燒固者。
手段2中，由於圓筒型構件具有具絕緣性之非金屬材料藉熱處理而燒固之絕緣性燒結體，因此藉由高絕緣性可實現高漿抗性，並且可以高剛性有效地抑制封閉構造之劣化，並且寄予低表面積化。低表面積化可實現平滑之表面，並且藉抑制凹凸引起表面積之增大而實現之。具體而言，本發明人發現，例如即使鋁製桿之陽極氧化皮膜進行封孔處理凹凸仍多，因此氣體之吸附量多。根據本發明人之實驗，確認了燒結體相較於陽極氧化皮膜，凹凸較少，因此可使吸附量明顯減少。
手段3.如手段2記載之真空控制閥，前述燒結體係由氧化鋁燒固之陶瓷所構成。
手段3中，由於燒結體係由氧化鋁燒固之陶瓷所形成，因此藉由該材料特性，可實現高構造強度與絕緣性。
手段4.如手段2或3記載之真空控制閥，前述桿係由金屬材料構成。
手段5.如手段4記載之真空控制閥，其中前述桿係由鋁構成。
手段6.如手段4或5記載之真空控制閥，其中前述圓筒型構件具有每單位面積之氣體吸附量比陽極氧化皮膜所形成之前述桿之外表面還少之外周面。
根據手段6，燒結體相較於陽極氧化皮膜，凹凸較少，因此可顯著降低吸附量。
手段7.如手段1至6中任一項記載之真空控制閥，其中前述圓筒型構件具有：圓筒構件，係隔著預定之間隙覆蓋前述外表面；及2個彈性封閉構件，係在前述桿之作動方向上間隔配置，並具有封閉前述預定之間隙之彈性。
手段7中，係在設有預定間隙且覆蓋外表面之圓筒構件與桿之間，具有封閉該間隙之2個彈性封閉構件，因此即使因為環境溫度之變化造成圓筒構件與桿之熱膨脹量不同，亦可藉由彈性封閉構件吸收。藉此，圓筒構件與桿之材料選擇之設計自由度變大，因此例如桿之材料可選擇強度或靭性優異之金屬材料(例如鋁)，另一方面，圓筒構件之材料亦可選擇絕緣性優異之氧化鋁之燒結體。
手段8.如手段1至7之任一者記載之真空控制閥。其中前述滑動封閉部具有：滑動部，係具有供前述圓筒型構件滑動之滑動面；真空滑動室，係前述滑動面中被第1滑動封閉構件與第2滑動封閉構件予以封閉之空間；及真空吸引流路，係用以從前述真空滑動室進行真空吸引之流路，前述第1滑動封閉構件係封閉前述真空滑動室與前述閥本體流路之間，前述第2滑動封閉構件係封閉前述真空滑動室與前述外部之間，前述真空滑動室具有筒狀空間，該筒狀空間是從前述第1之滑動封閉構件到前述第2滑動封閉構件含括前述桿之作動方向而形成。
手段8之致動器中，可進行真空吸引之真空滑動室形成於圓筒型構件滑動之滑動面，因此藉由升舉量之操作，即使桿越過第1滑動封閉構件亦會插入真空滑動室。真空滑動室連接作為用以進行真空吸引之流路的真空吸引流路，因此可抑制氣體往桿之吸附。另一方面，真空滑動室具有由第1滑動封閉構件到第2滑動封閉構件含括桿之作動方向而形成之筒狀空間，因此可加大在真空滑動室與閥本體流路之間之作為作動狀態之升舉量的操作量。
進而，若是藉由超過為在真空滑動室與閥本體流路之間往返之作動狀態之升舉量之升舉量的操作，即使桿越過第2滑動封閉構件，亦可抑制以滑動面為中繼點之氣體的搬運。藉此，可進而抑制藉由氣體之吸附與脫離進行之氣體由外部往真空流路之搬運。
手段9.如手段8記載之真空控制閥，其中前述真空滑動室係形成於全部覆蓋藉由前述升舉量之操作從前述閥本體流路側往前述真空滑動室之外部側移動之區域的範圍。
手段9中，真空滑動室形成於全部覆蓋藉升舉量之操作由閥本體流路側往真空滑動室之外部側移動之區域的範圍，因此露出於閥本體流路內之範圍之桿可在真空滑動室與閥本體流路之間往返。藉此，露出於閥本體流路內之範圍之桿經常在被真空吸引之區域的範圍內，因此可確實地抑制氣體之吸附引起之洩漏。本構成可藉由真空滑動室之大小(桿之作動方向)之調整與升舉量之限制(例如機械方式限制)之調整之至少一者而實現。
手段10.如手段8或9記載之真空控制閥，其中前述第1滑動封閉構件具有：彈性構件，係具有分岔形成之一對端緣部；及施壓部，係朝擴展前述一對端緣部之方向施壓。
手段10中，由於具有朝分岔形成之一對端緣部擴展之方向施壓的施壓部，因此即使真空滑動區域因真空吸引而成為低壓，亦可提高端緣部之面壓而實現高封閉性能。
手段11.一種係用以控制真空控制閥之真空控制裝置，且包含有如申請專利範圍第8至10項中任一項之真空控制閥，其中前述控制部具有氣導操作模式，該氣導操作模式係限制前述升舉量之操作，以使從前述閥本體流路側往前述真空滑動室之外部側移動之區域進入前述真空滑動室之範圍內。
手段11提供可控制真空控制閥之真空控制裝置。本真空控制裝置中，由於具有限制由閥本體流路側往真空滑動室之外部側移動之升舉量之操作的氣導操作模式，因此露出於閥本體流路之範圍可在真空滑動室與閥本體流路之間往返。藉此，可防止在閥本體流路或真空滑動室之外部的吸附，可幾乎不發生洩漏，實現高真空度。
手段12.如手段11記載之真空控制裝置，前述控制部具有脫離模式，脫離模式係在前述氣導操作模式開始前，使已從前述閥本體流路側移動到前述真空滑動室之外部側的範圍在預先設定之預定時間內配置於前述真空滑動室內。
手段12係控制部具有脫離模式，該脫離模式是在氣導操作模式開始前，使往真空滑動室之外部側移動之範圍在予先設定之預定時間配置於真空滑動室內，因此氣導操作模式在自吸附氣體之範圍之脫離結束後才開始。藉此，可防止作動模式往氣導操作模式之遷移引起之洩漏。
手段13.如手段1至10之任一者記載之真空控制閥，其中前述直線驅動部具有：壓缸，係供作動流體流通者；活塞，係於前述壓缸內形成作動室，並且因應於前述作動室之作動流體的壓力產生載重；及施壓部，係使前述活塞朝向前述升舉量變小之方向施壓，其中前述桿係前述閥體與前述活塞結合之活塞桿。
手段13中，直線驅動部係受因應於作動流體之壓力而產生載重之活塞驅動，因此適於防爆環境，並且可以小型產生大的驅動力。藉此，可實現適合半導體製造裝置之真空控制閥。
再者，本發明不僅可以真空控制閥或真空控制系統，還可以例如真空控制方法或將該方法具體化之電腦程式、程式媒體等形式而具體化。
圖式簡單說明
第1圖係顯示非通電時(閥全閉)之真空控制閥10之構成的截面圖。
第2圖係顯示非通電時之真空控制閥10具有之滑動部60之構成的放大截面圖。
第3圖係顯示閥全開時之真空控制閥10之構成的截面圖。
第4圖係顯示真空控制閥10之真空壓力之控制時之作動狀態的截面圖。
第5圖係顯示墊圈70與內周面63之間之摩擦面的放大截面圖。
第6圖係顯示真空控制閥10之作動內容之一例的流程圖。
 較佳實施例之詳細說明
(本發明之實施形態)
以下、依據圖式說明本發明具體化之第1實施形態。本實施形態係就執行使用電漿之蝕刻製程之半導體製造裝置所使用之新穎真空控制閥與該控制裝置具體化。
(真空控制閥之基本構成)
第1圖係顯示非通電時(閥全閉)之真空控制閥10之構成的截面圖。第2圖係顯示非通電時之真空控制閥10具有之滑動部60之構成的放大截面圖。第3圖係顯示閥全開時之真空控制閥10之構成的截面圖。真空控制閥10具有：控制閥本體40、缸筒部70、動作部30、及滑動部60。再者，缸筒部70、動作部30、及滑動部60也稱為致動器。
控制閥本體40具有朝動作部30之作動方向(軸線方向)延伸之圓筒狀形狀。控制閥本體40在該軸線方向上於缸筒部70側，形成有具有開口部49之略圓柱狀之凹部。控制閥本體40有裝設有封住該凹部之滑動部60而形成閥本體流路46。閥本體流路46連接一次側埠41與二次側埠44。一次側埠41連接使用電漿之真空容器。二次側埠44連接真空泵。
閥本體流路46形成有：與一次側埠41連通之一次側連通口42、與二次側埠44連通之二次側連通口45(參照第3圖)、及形成於二次側連通口45之周圍之閥座43。另一方面，在閥本體流路46於與二次側連通口45對向之位置，安裝有滑動部60。閥本體流路46之內部配置有具有動作部30之閥體33。閥體33安裝有由該一部分由閥體33突出之O環35。閥座43係例如相對於閥體33為與軸線方向相對之環狀區域，且形成為在二次側連通口45之周圍之表面粗糙度相較於其他部分較小區域(面粗操度較佳之區域)。
閥本體流路46中，可實現阻隔一次側埠41與二次側埠44之間之阻隔機能、及操作一次側埠41與二次側埠44之間之氣導之氣導調整機能。阻隔機能與氣導調整機能任一者皆可藉由以閥體33與閥座43之間之距離的升舉量La作為閥開度來操作而實現。升舉量La可藉由使圓筒型構件32之位置對閥座43進行相對的直線移動來調節。
阻隔機能係如第1圖所示，在閥本體流路46之內部中，使閥體33抵接於閥座43(升舉量La為零)，將二次側埠44與閥本體流路46隔離來進行。阻隔時之封閉係藉由使到達閥體33之O環35抵接且堵住閥座43來實現。另一方面，氣導調整機能係藉由以閥體33與閥座43之間之距離的升舉量La(參照第3圖)作為閥開度來調節而實現。氣導意指流路中之氣體之流動容易度。
動作部30具有：閥體33、連接於閥體33之活塞桿31、及連接於活塞桿31之另一端部之活塞51。閥體33經由活塞桿31而藉由活塞51來驅動。活塞桿31之外周方向之外表面被圓筒型構件32被覆。圓筒型構件32之詳細情況於後述。再者，活塞桿31亦單稱為桿。
活塞51具有朝向缸管71之內周面73朝半徑方向延伸之環狀形狀，並且形成有在缸管71之內周面73密閉之閥開度操作室36(參照第3圖)。活塞51之外周端部連接筒狀構件52，且筒狀構件52在軸線方向上朝閥開度操作室36之相反側延伸且具有圓筒狀形狀。於活塞51連接有藉由調壓閥保持器54密封閥開度操作室36之調壓閥53。調壓閥保持器54藉螺絲54a栓固於活塞51。再者，閥開度操作室36亦稱為作動室。
閥開度操作室36形成為由調壓閥53、滑動部60、圓筒型構件32、及活塞51(調壓閥保持器54)所包圍之容積可變之環狀密閉空間。調壓閥53之其外周側的端部53a夾持於缸管71與滑動部60之間。藉此，調壓閥53與滑動部60之間以及調壓閥53與缸管71之間係被密閉(封閉)的。閥開度操作室36係藉由調壓閥53將內周面73所形成之內部空間區隔而形成。閥開度操作室36可經由開閥用空氣流路21與連接流路22而供給操作空氣。
活塞51被施壓彈簧75施壓。施壓彈簧75係對動作部30之活塞51朝升舉量La與閥開度操作室36之容積皆變小之方向施加施壓力。施壓彈簧75收容於被缸管71之內周面73與具有環狀形狀之頂蓋81所包圍之空間。施壓彈簧75之一邊係相對於活塞51而在與閥開度操作室36在軸線方向為相反側(裏側)抵接。施壓彈簧75之另一邊抵接於頂蓋81。
頂蓋81具有：具有圓筒狀之外周形狀之筒部82、及具有直徑比筒部82小之圓筒狀之外周形狀之滑動凸部83。頂蓋81與筒部82及滑動凸部83共有中心軸線。滑動凸部83與筒部82之直徑差形成行程限制面84。行程限制面84係藉抵接於形成於活塞51之行程限制端部56以限制活塞51之上昇量的抵接面。藉此，活塞51之行程之上昇方向(升舉量La增大方向)會受行程限制面84所限制，另一方面，下降方向(升舉量La減少方向)會受閥座43所限制。
滑動凸部83收容於形成於活塞桿31之內部之阻隔載重產生室39。阻隔載重產生室39係相對於朝活塞桿31之動作方向延伸之中心線，形成於閥開度操作室36之內側。阻隔載重產生室39由裝設於滑動凸部83之V字狀墊圈39a、39b(參照第2圖)所封閉。阻隔載重產生室39之阻隔載重亦可利用於提高真空控制閥10之製造性。這是因為可減輕製造時之施壓彈簧75之安裝時載重(阻隔時之載重)而使製造容易。
於滑動凸部83之內側隔著線性軸承85與導桿38而裝設有可滑動之活塞桿31。線性軸承85可正確地維持垂直於動作部30、缸筒部70、及滑動部60之相互間之軸線之方向的位置關係並且使動作部30可圓滑的移動。
真空控制閥10裝設有閥體位置感測器90。閥體位置感測器90具有：隔著探針裝設構件91裝設於頂蓋81之探針92、及隔著導桿38與插入管裝設構件93裝設於活塞桿31之插入管94。閥體位置感測器90可產生因應於探針92往插入管94之插入長度之電信號。對於頂蓋81之活塞桿31之動作量可作為插入長度之變動量，因此可因應於該變動量而測量升舉量La。閥體位置感測器90可使用例如線性脈衝編碼器(登錄商標：LINEAR PULSE CODER)等。
(真空控制閥之吸附搬運之機制與封閉構造)
其次，說明本發明人新發現之作動流體之吸附搬運之機制。本實施形態中，係例示作動空氣(空氣)作為作動流體並加以說明。空氣係以氮與氧為主成分，如第3圖(閥全開狀態)所示，在閥開度操作室36之內部對動作部30進行吸附(例如物理吸附或化學吸附)。吸附於動作部30之空氣在閉閥時，如第1圖所示，可在閥本體流路46之內部脫離。
動作部30具有特定之滑動範圍Lb(參照第1圖、第3圖)。特定之滑動範圍Lb可藉由升舉量La之操作(全開與阻隔)露出於閥開度操作室36與閥本體流路46之雙方之範圍的區域。特定之滑動範圍Lb係定義為例如動作部30與滑動部60之滑動面中，超過V墊圈67與封閉構件68之間之滑動部分而露出於閥開度操作室36與閥本體流路46之雙方之範圍的區域。再者，封閉構件68亦可稱為第1滑動封閉構件。
特定之滑動範圍Lb假設若是沒有裝備圓筒型構件32，則為可藉由閥體33之全開與阻隔之往返動作，產生在閥開度操作室36之吸附與在閥本體流路46內部之脫離的區域。本發明人意外發現，當發生由此等閥開度操作室36往閥本體流路46之空氣的搬運時，真空度會降低(壓力上昇)。
以往於動作部30之滑動部使用了可防止來自滑動部之洩漏之金屬伸縮管(未圖示)，因此關於洩漏的機制並未進行充分的檢討。本發明人排除不具有耐電漿性之金屬伸縮管，並且進行有關來自滑動部之洩漏的實驗與解析。本實驗中，使用了具有圓筒型構件32之外徑並且業經陽極處理之活塞桿。本活塞桿為未裝設有圓筒型構件32之構成。
本發明人首先令真空控制閥為全開狀態，且令真空容器為已加熱之狀態，藉此真空泵進行真空吸引以脫離。本發明人在到達預先設定之目標狀態(超真空)之時間點阻隔真空控制閥。本發明人確認在真空控制閥之阻隔後，真空度降低(壓力上昇)。藉此，可確認起因於真空控制閥之作動的洩漏。
一般的想法也認為本洩漏係起因於活塞桿在作動時阻礙物理性隔離。可是，本發明人藉由解析也發現了氣體往活塞桿吸附為主要原因之可能性。接著，本發明人創作出以氣體之吸附少的材料形成之圓筒型的圓筒型構件32，並覆蓋活塞桿進行實驗。
本發明人接著使用被低吸附性之圓筒型構件32覆蓋之活塞桿31，並且令真空控制閥為全開狀態，且令真空容器為已加熱之狀態而在真空泵進行真空吸引。本實驗中，確認了在真空控制閥之阻隔後幾乎沒有發生真空度降低(壓力上昇)。藉此，可確認若使用被圓筒型構件32覆蓋之活塞桿31，即使不使用金屬伸縮管，也幾乎不會發生真空控制閥之洩漏。
圓筒型構件32係由藉熱處理將氧化鋁(礬土)燒固而成型之燒結體(陶瓷)所構成。圓筒型構件32為燒結體具有高絕緣性，因此亦具有耐電漿性。圓筒型構件32之低吸附性藉由該平滑的表面而抑制凹凸引起之表面積增加而實現。具體而言，本發明人發現了例如鋁製之桿的陽極氧化皮膜即使進行了封孔處理也很多凹凸，因此作動流體之吸附量多。
根據本發明人的實驗，確認了圓筒型構件32之燒結體相較於陽極氧化皮膜吸附量顯然較少。若圓筒型構件32之燒結體使用相對密度在95%以上之緻密性礬土之陶瓷時，則洩漏量可降低到100分之一以下。但是，若相對密度在90%以上，亦可達到一定的效果，並且可因應於要求之真空度，而為比例如96%、97%、98%、99%高之相對密度，進而亦可使用99%以上之高純度緻密質礬土，無限地減少洩漏量(氣體搬運量)。
進而，若將緻密性礬土之陶瓷的表面做0.2以下之平均表面粗糙度(0.2Ra)之鏡面拋光，可使吸附性更為降低，並且可確保高密封性，並且可降低桿與滑動封閉部之摩擦。摩擦的減少可助於真空控制閥之低滯後特性。平均表面粗糙度可因應於真空控制閥10之規格，而自由設定為0.1、0.3、0.4、0.5之值。
圓筒型構件32設置間隙Cr(參照第2圖)之空間且裝設於活塞桿31之外表面。間隙Cr被一對彈性封閉構件之O環31a、31b所封閉。O環31a、31b在活塞桿31之作動方向上配置於圓筒型構件32之兩端部附近。
藉此，即使因環境溫度之變化而圓筒型構件32與活塞桿31之熱膨脹量不同，亦可藉由O環31a、31b之彈性變形來吸收。該結果是，圓筒型構件32與活塞桿31之材料選擇之設計自由度變大，因此例如活塞桿31之材料可選擇強度或韌性優異之金屬材料(例如鋁)，另一方面，圓筒型構件32之材料可選擇絕緣性優異之氧化鋁之燒結體。
如此，本發明人創作出由強度或韌性優異之金屬材料構成之活塞桿31、低吸附性之圓筒型構件32、及O環31a、31b所構成之雙重構造的桿，藉此成功開發可利用於使用電漿之真空容器之提動式真空控制閥10。該結果是可對應使電漿產生之真空容器之蝕刻氣體之小流量化(微小流量化)。
本封閉技術與習知基本想法之由外部空間以物理方式隔離真空流路之習知之封閉技術做一區隔，係基於全新的想法者。本封閉技術係基於本發明人發現因為金屬伸縮管的排除，活塞桿31進行直線運動而露出閥本體流路46之外部所引起之新課題者。
本課題係因為不使用金屬伸縮管時則採用與熟習此技藝者之技術常識相反之構成之旋轉式(例如擺式閥)而新發現者。這是因為旋轉型閥中可實現將可動部分全部配置於真空區域內部之簡易構成。
然而，不止於此，本發明人還考慮技術之方向性、即由中真空往高真空化之要求的提高，在高真空區域中繼續實驗。
第4圖係顯示真空控制閥10之真空壓力之控制時(氣導之操作時)之作動狀態的截面圖。本實驗中，在高真空區域中，發現即使使用圓筒型構件32在氣導之操作時也會發生微量的洩漏。本發明人發現該微量的洩漏起因於滑動區域中作動流體之吸附，而創作出抑制該洩漏之構造。
本構成係如第2圖所示在真空滑動室S中有效率地進行真空吸引之構成。真空滑動室S係在例如V墊圈67與封閉構件68之間之滑動部分所封閉之區域。本構成具有：真空吸引區域形成構件62、支持構件63、V墊圈67、封閉構件68、真空吸引流路23、連接流路24、及真空滑動流路25。真空吸引區域形成構件62係配置於圓筒型構件32之周圍且具有環狀形狀之鋁製構件。真空吸引區域形成構件62於與圓筒型構件32對向之位置形成有為環狀凹部之環狀凹部62a。環狀凹部62a藉由與圓筒型構件32之外周面的抵接而形成真空滑動流路25。
真空滑動流路25經由連接流路24而連接真空吸引流路23。連接流路24係在軸線方向上為薄型之圓筒形狀的流路。連接流路24在其外周部分連通真空吸引流路23，且在其底面部分連通於真空滑動流路25。
真空滑動室S之封閉構造係如以下所構成。V墊圈67係由閥開度操作室36將真空滑動室S封閉。V墊圈67係因應於來自閥開度操作室36之作動流體的壓力施加，而其V型部分擴大且封閉能力變高之具有高封閉性能之墊圈。再者，V墊圈67亦稱為第2滑動封閉構件。
第5圖顯示實施形態之封閉構件68之構成的截面圖。封閉構件68係由真空滑動室S封閉為真空流路之閥本體流路46。封閉構件68使用Roto Variseal(登錄商標： )68f與金屬彈簧68e而構成。Roto Variseal 68f形成有具有一對密封端緣68a、68b且形成U型截面之凹部68d、傾斜凸緣68c。傾斜凸緣68c被挾持於支持構件63之內表面63a與真空吸引區域形成構件62之內表面62b之間，並且以內表面63a與真空吸引區域形成構件62之抵接面62c抵接為止之量的壓緊部份壓緊。再者，封閉構件68亦稱為第1滑動封閉構件。
封閉構件68之各部分係如以下機能。凹部68d在真空滑動室S之壓力上昇時，可擴大一對密封端緣68a、68b而加大封閉能力。但是，封閉構件68藉金屬彈簧68e而被施壓使一對密封端緣68a、68b相對地擴大，因此即使維持封閉面壓而真空滑動室S被真空吸引之狀態下，亦可實現高封閉性能。另一方面，傾斜凸緣68c與O環69可同時由真空吸引流路23側封閉為真空流路之閥本體流路46。
本封閉構造中，即使藉升舉量La之操作而活塞桿31越過封閉構件68移動，亦會插入到真空滑動室S，因此可抑制氣體往活塞桿31吸附。藉此，圓筒型構件32中，在真空滑動室S與閥本體流路46之間往返之區域在真空滑動室S不會吸附作動流體，因此會抑制作動流體之搬運現象。結果，可知若利用本封閉構造亦可對應更高真空狀態(例如高真空)。
進而，假設即使藉由升舉量之操作來進行活塞桿31越過第2滑動封閉構件之操作，亦可抑制以滑動面為中繼點之氣體的搬運。以滑動區域為中繼點之作動流體的搬運現象亦可發生作為以真空滑動室S為中繼點之2階段的搬運。
第1階段係在閥開度操作室36，吸附於圓筒型構件32之微量的空氣在真空滑動室S脫離後蓄積於真空滑動室S之階段。第1階段係藉由在真空滑動室S與閥開度操作室36之間往返之區域(閥開度操作室36側之區域)之圓筒型構件32而進行。第2階段係在V墊圈67與封閉構件68之間之真空滑動室S所吸附之空氣在閥本體流路46(真空流路)脫離之階段。第2階段係藉在真空滑動室S與閥本體流路46之間往返之區域(閥本體流路46側之區域)之圓筒型構件32而進行。
本封閉構造中，由於藉由上述第1階段的搬運，在真空滑動室S脫離之作動流體經過真空滑動流路25、連接流路24、及真空吸引流路23而被真空吸引，因此脫離之作動流體不蓄積於真空滑動室S。藉此，可抑制以滑動面為中繼點之氣體的搬運。
再者，亦可看到滑動部分形成有流路之構成，但該流路為使用於設置時之洩漏檢査埠(未圖示)之檢査流路、或者由閥本體流路46往外部之有毒氣體的洩漏防止用吸引流路。檢査流路利用於利用了氦氣之洩漏檢測。即，為設置時於洩漏檢査埠之附近放出氦氣，藉氦氣到達閥本體流路46來檢測往滑動部分之洩漏的構成。另一方面，吸引流路係用以吸引有毒氣體之埠。
因此，本構成係與上述各構成之用途本質上不同，因此真空滑動室S之形狀也與上述各構成不同。真空滑動室S具有涵括活塞桿31之作動方向而形成之筒狀空間。筒狀空間於其中央部分亦形成有真空滑動流路25。此種筒狀空間具有與上述任一構成皆不整合之形狀，因此，與申請時之熟習此技藝者的技術常識相違。
第6圖係顯示真空控制閥10之作動內容之一例的流程圖。步驟S10中，實行第1真空吸引工程。第1真空吸引工程係在真空吸引之初期階段中，操作O環35(參照第1圖、第3圖)之壓緊量慢慢地排氣的工程(慢排氣工程)。慢排氣工程係由本發明人之其中一人所提案，為用以防止真空容器內之粒子之渦流的排氣工程(日本專利特開2000-163137號公報)。
步驟S20中，實行第2真空吸引工程。第2真空吸引工程係在真空吸引之終期階段中，以全開狀態(參照第3圖)順利地進行作為隨機的流動之分子流之排氣的工程。分子流的排氣一般需要時間，因此也加大升舉量La與閥體33之外周長度之積(面積)，以期能使排氣時間縮短化。
步驟S30中，實行脫離工程。脫離工程係使特定之滑動範圍Lb配置於真空滑動室S，並停止僅預先設定之預定時間，使作動流體脫離特定之滑動範圍Lb之工程。本工程是宜在進一步要求高真空度(例如高真空)時實行的工程。停止時間根據要求之真空度等來決定。
再者，本工程是以將升舉量La之動程設定較大以產生特定之滑動範圍Lb之構成較佳的構成。又，亦可於活塞桿31之內部裝備脫離促進用之加熱器以縮短停止時間。
步驟S40中實行氣導操作工程。氣導操作工程係使蝕刻氣體流動並控制真空容器內之真空度之工程。氣導操作工程中，係根據如特定之滑動範圍Lb不露出於閥本體流路46之控制規則(氣導操作模式)來進行真空控制。藉此，由於縮短可從閥本體流路46側越過封閉構件68而移動到閥本體流路46之外部側之範圍Lc，因此可令範圍Lc為真空滑動室S之範圍內。
氣導操作亦可為視需要而進行以包含閥體33之O環35往閥座43之接觸之範圍之升舉量La之小流量的操作。藉此，可防止作動流體往作為真空流路之閥本體流路46的洩漏，並可實現從阻隔到黏性流或分子流之較廣的壓力範圍之無境界的真空控制。
以上詳述之本實施形態具有以下優點。
(1)本實施形態之真空控制閥10具有阻隔機能，可以單一的真空控制閥10實現使用電漿之真空容器從真空吸引之初期階段到高真空區域之真空控制。
(2)真空控制閥10為提動方式之真空控制閥，因此可活用該該特性，而對應於蝕刻氣體之小流量化(微小域)。
(其他實施形態)
本發明不限定於上述實施形態，亦可如下來實施。
(1)上述實施形態中，係例示使用電漿之蝕刻用真空容器所使用之真空控制閥來說明本發明，但不限定於此，亦可廣泛利用於一般使用電漿之真空容器之真空控制閥。
(2)上述實施形態中，真空控制閥係以作動空氣來產生驅動力，但亦可為如使用電動馬達以驅動之構成。本發明可廣泛適用於具有可使提動式閥體直線移動之直線驅動部之發明。真空控制閥之控制裝置可安裝用以實行往電動馬達之電力供給或往閥開度操作室36之作動流體的控制(電-氣動控制閥之控制)之控制部(CPU、記憶體、及電腦程式)。
再者，作動流體不限定於作動空氣，亦可使用例如氮氣等其他種類之氣體(氣體或者液體)。
(3)上述實施形態中，頂蓋81側之行程限制面84與動作部30側之行程限制端部56形成於如產生特定之滑動範圍Lb之相對的位置。可是，亦可構成為例如使行程限制面84與行程限制端部56相互接近而不產生特定之滑動範圍Lb。即使如此，由於從閥本體流路46側越過封閉構件68而可移動到閥本體流路46之外部側的範圍Lc變短，因此可令範圍Lc在真空滑動室S之範圍內。
但是，前者具有可使分子區域之真空吸引順利化之優點，後者具有可以機械式確實地防止作動流體之洩漏之具有故障自動防護性(fail-safe)的優點。
進而，亦可準備行程限制面之位置互異之複數種類的頂蓋，藉由頂蓋的選擇而自由設定升舉量之限制範圍，或者亦可構成為行程限制面可手動或電動調整。
(4)上述實施形態中，圓筒型構件32使用氧化鋁燒固而成之陶瓷作為具有絕緣性之非金屬材料之燒結體。可是，亦可使用如氮化鋁或鈦酸鋁、或者氮化硼或氧化鋯。但是，若使用氧化鋁(礬土)，可簡單地實現高剛性與絕緣性。
(5)上述實施形態中，圓筒型構件32覆蓋涵括活塞桿31之作動方向之幾乎全體，但只要構成為至少覆蓋藉由升舉量La之操作由閥本體流路46側越過封閉構件68而可移動到閥本體流路46之外部側的範圍Lc(參照第3圖)即可。如此，可抑制氣體由閥本體流路46之外部(包含滑動面)往閥本體流路46搬運。
10‧‧‧真空控制閥
21‧‧‧開閥用空氣流路
22‧‧‧連接流路
23‧‧‧真空吸引流路
24‧‧‧連接流路
25‧‧‧真空滑動流路
30‧‧‧動作部
31‧‧‧活塞桿
31a,31b‧‧‧O環
32‧‧‧圓筒型構件
33‧‧‧閥體
34‧‧‧調壓閥
35‧‧‧O環
36‧‧‧閥開度操作室
38‧‧‧導桿
39‧‧‧阻隔載重產生室
39a,39b‧‧‧V字狀墊圈
40‧‧‧控制閥本體
41‧‧‧一次側埠
42‧‧‧一次側連通口
43‧‧‧閥座
44‧‧‧二次側埠
45‧‧‧二次側連通口
46‧‧‧閥本體流路
49‧‧‧開口部
51‧‧‧活塞
52‧‧‧筒狀構件
53‧‧‧調壓閥
53a‧‧‧端部
54‧‧‧保持器
54a‧‧‧螺絲
56‧‧‧行程限制端部
60‧‧‧滑動部
62‧‧‧真空吸引區域形成構件
62a‧‧‧環狀凹部
62b‧‧‧內表面
62c．．．抵接面
63．．．內周面
67．．．V墊圈
68．．．封閉構件
68a,68b．．．密封端緣
68c．．．傾斜凸緣
68d．．．凹部
68e．．．金屬彈簧
68f．．．Roto Variseal
69．．．O環
70．．．缸筒部
71．．．缸管
73．．．內周面
75．．．施壓彈簧
81．．．頂蓋
82．．．筒部
83．．．滑動凸部
84．．．行程限制面
85．．．線性軸承
90．．．閥體位置感測器
91．．．探針裝設構件
92．．．探針
93．．．插入管裝設構件
94．．．插入管
Cr．．．間隙
La．．．升舉量
Lb．．．滑動範圍
Lc．．．範圍
S．．．真空滑動室
第1圖係顯示非通電時(閥全閉)之真空控制閥10之構成的截面圖。
第2圖係顯示非通電時之真空控制閥10具有之滑動部60之構成的放大截面圖。
第3圖係顯示閥全開時之真空控制閥10之構成的截面圖。
第4圖係顯示真空控制閥10之真空壓力之控制時之作動狀態的截面圖。
第5圖係顯示墊圈70與內周面63之間之摩擦面的放大截面圖。
第6圖係顯示真空控制閥10之作動內容之一例的流程圖。
10‧‧‧真空控制閥
21‧‧‧開閥用空氣流路
22‧‧‧連接流路
23‧‧‧真空吸引流路
24‧‧‧連接流路
30‧‧‧動作部
31‧‧‧活塞桿
31a,31b‧‧‧O環
32‧‧‧圓筒型構件
33‧‧‧閥體
38‧‧‧導桿
39‧‧‧阻隔載重產生室
40‧‧‧控制閥本體
41‧‧‧一次側埠
42‧‧‧一次側連通口
44‧‧‧二次側埠
46‧‧‧閥本體流路
49‧‧‧開口部
51‧‧‧活塞
52‧‧‧筒狀構件
53‧‧‧調壓閥
53a‧‧‧端部
56‧‧‧行程限制端部
60‧‧‧滑動部
70‧‧‧缸筒部
71‧‧‧缸管
73‧‧‧內周面
75‧‧‧施壓彈簧
81‧‧‧頂蓋
82‧‧‧筒部
83‧‧‧滑動凸部
84‧‧‧行程限制面
85‧‧‧線性軸承
90‧‧‧閥體位置感測器
91‧‧‧探針裝設構件
92‧‧‧探針
93‧‧‧插入管裝設構件
94‧‧‧插入管
Lb‧‧‧滑動範圍

Claims (15)

  1. 一種真空控制閥，係連接於使電漿產生之真空容器與真空泵之間，並藉由閥開度之操作，控制前述真空容器內之真空壓力者，包含有：控制閥本體，具有：連接前述真空容器與前述真空泵之閥本體流路、及形成於前述閥本體流路之閥座；致動器，具有：藉直線運動調整與前述閥座之間之距離之升舉量，進行前述閥開度之操作的閥體；產生用以使前述閥體進行直線運動之驅動力之直線驅動部；用以將前述驅動力從前述直線驅動部傳達至前述閥體之圓柱型桿；用以覆蓋前述桿之滑動範圍且呈圓筒型之圓筒型構件；及使前述圓筒型構件滑動，並且用以封閉前述閥本體流路側與前述閥本體流路之外部側之間之滑動封閉部，前述滑動範圍包含藉由前述升舉量之操作而可由前述閥本體流路側移動到前述閥本體流路之外部側的範圍，前述圓筒型構件具有每單位面積之氣體之吸附量比前述桿之外表面還少之外周面。
  2. 如申請專利範圍第1項之真空控制閥，其中前述圓筒型構件具有絕緣性之燒結體，且該燒結體係由具有絕緣性之非金屬材料經熱處理而燒固者。
  3. 如申請專利範圍第2項之真空控制閥，其中前述燒結體係由氧化鋁燒固之陶瓷所構成。
  4. 如申請專利範圍第2項之真空控制閥，其中前述桿係由金屬材料構成。
  5. 如申請專利範圍第4項之真空控制閥，其中前述桿係由鋁構成。
  6. 如申請專利範圍第4項之真空控制閥，其中前述圓筒型構件具有每單位面積之氣體之吸附量比陽極氧化皮膜所形成之前述桿之外表面還少之外周面。
  7. 如申請專利範圍第1~6項中任一項之真空控制閥，其中前述圓筒型構件具有：圓筒構件，係隔著預定之間隙覆蓋前述外表面；及2個彈性封閉構件，係在前述桿之作動方向上間隔配置，並具有封閉前述預定之間隙之彈性。
  8. 如申請專利範圍第1~6項中任一項之真空控制閥，其中前述滑動封閉部具有：滑動部，係具有供前述圓筒型構件滑動之滑動面；真空滑動室，係前述滑動面中被第1滑動封閉構件與第2滑動封閉構件予以封閉之空間；及真空吸引流路，係用以從前述真空滑動室進行真空吸引之流路，前述第1滑動封閉構件係封閉前述真空滑動室與前述閥本體流路之間，前述第2滑動封閉構件係封閉前述真空滑動室與前述外部之間，前述真空滑動室具有筒狀空間，該筒狀空間是從前 述第1之滑動封閉構件到前述第2滑動封閉構件含括前述桿之作動方向而形成。
  9. 如申請專利範圍第8項之真空控制閥，其中前述真空滑動室係形成於全部覆蓋藉由前述升舉量之操作從前述閥本體流路側往前述真空滑動室之外部側移動之區域的範圍。
  10. 如申請專利範圍第8項之真空控制閥，其中前述第1滑動封閉構件具有：彈性構件，係具有分岔形成之一對端緣部；及施壓部，係朝擴展前述一對端緣部之方向施壓。
  11. 如申請專利範圍第1~6項中任一項之真空控制閥，其中前述直線驅動部具有：壓缸，係供作動流體流通者；活塞，係於前述壓缸內形成作動室，並且因應於前述作動室之作動流體的壓力產生載重；及施壓部，係使前述活塞朝前述升舉量變小之方向的施壓，其中，前述桿係結合前述閥體與前述活塞之活塞桿。
  12. 一種真空控制裝置，係用以控制真空控制閥者，且包含有如申請專利範圍第8項之真空控制閥，其中，前述控制部具有氣導操作模式，該氣導操作模式係限制前述升舉量之操作，以使從前述閥本體流路側往前述真空滑動室之外部側移動之區域進入前述真空滑動室之範圍內。
  13. 如申請專利範圍第12項之真空控制裝置，前述控制部具有脫離模式，該脫離模式係將在前述氣導操作模式開始前已從前述閥本體流路側移動到前述真空滑動室之外部側的範圍，配置於前述真空滑動室內且僅配置一預先設定之預定時間。
  14. 一種電腦程式產品，係使控制裝置實現真空控制閥之控制者，其係載入使前述控制裝置實現如申請專利範圍第12項所記載之真空控制閥之控制機能的電腦程式，且使前述控制裝置實現由前述閥本體流路側往前述真空滑動室之外部側移動之升舉量之操作受限制之氣導操作機能。
  15. 一種電腦程式產品，係用以使控制裝置實現真空控制閥之控制者，其係載入使前述控制裝置實現如申請專利範圍第13項之真空控制閥之控制機能的電腦程式，且使前述控制裝置實現由前述閥本體流路側往前述真空滑動室之外部側移動之升舉量之操作受限制的氣導操作機能。
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