JPH0989139A - 真空用開閉弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱伝達のよいボディからなる真空用開閉弁を
提供すること。 【解決手段】 本発明の真空用開閉弁１は、真空ポンプ
が真空容器内の流体を吸引する真空制御システムの配管
上にあって、弁の開閉によりその真空容器内の真空度を
制御するものであって、弁体２４を内包する円筒部と、
その弁体が当接する弁座２５を構成する平面部とが、同
一部材によって一体に成形された弁本体２１を有するこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造工程等
の真空処理装置の排気系に使用される真空用開閉弁に関
し、特に、配管内への流体付着の防止に優れた真空用開
閉弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】先ず、真空用開閉弁の一使用例として半
導体製造工程の真空圧力制御システムについて、図面を
参照して説明する。図６は、そのシステム全体の構成を
示す図である。真空容器である真空チャンバ９１の内部
には、ウエハ９２が段状に配置されている。真空チャン
バ９１は、入口９１ａと出口９１ｂが形成され、その入
口９１ａには、プロセスガスの供給源及び真空チャンバ
９１内をパージするための窒素ガスの供給源が接続され
ている。一方、出口９１ｂには、ベローズ式ポペット弁
である真空用開閉弁５１の入力ポートが接続されてい
る。そして、真空用開閉弁５１の出力ポートには、バタ
フライ式の開度調整弁である弁開度比例弁９３を介し
て、真空ポンプ９４に接続されている。

【０００３】また、圧力センサ９５によって真空チャン
バ９１内部の真空圧力を計測し、所定の真空圧力値にな
るように、弁開度比例弁９３のステップモータの停止位
置にフィードバック制御を行なっている。即ち、製造プ
ロセス中、真空チャンバ９１にはプロセスガスが供給さ
れており、この真空圧力制御システムでは、真空圧力値
が目標値より大気圧力方向に高くなった場合には、弁開
度比例弁９３の開度を大きくして、真空ポンプ９４が吸
引する真空流量を多くする。逆に、真空圧力値が目標値
より絶対真空方向に向かって低いときは、弁開度比例弁
９３の開度を小さくして真空流量を少なくする。ところ
が、バタフライ式比例弁を使用する弁開度比例弁９３で
は、構造的に完全遮断が行えない。そこで、別に真空用
開閉弁５１のような遮断弁が直列に接続され、配管内の
流体の完全遮断が行なわれる。

【０００４】そこで、従来の真空用開閉弁の構成につい
て説明する。図４、図５は、従来の真空用開閉弁を示し
た断面図であり、図４には閉弁時、図５には開弁時の状
態が示されている。この真空用開閉弁５１は、シリンダ
部５２と弁部５３とから構成されている。そこで、先ず
シリンダ部５２の構成について説明する。このシリンダ
部５２は、下方に開口したシリンダカバ−５４は、その
開口部を塞ぐようにシリンダアダプタ−５５が嵌合され
ている。そして、シリンダロッド５６が、シリンダアダ
プタ−５５の軸芯部を貫くように挿入され、その上端部
にナットで固定されたピストン５７が、ピストンスペー
サ５８に位置決めされてシリンダカバ−５４内に嵌挿さ
れている。このピストン５７は、シリンダカバ−５４を
摺動するよう内壁面に摺接され、その周縁の摺動部には
ＰＳＤパッキン５９が取り付けられている。また、ピス
トン位置をシリンダーカバー５４外部より不図示の磁気
センサーで検出する為のマグネット６０が、シリンダカ
バ−５４内壁面に面するように取り付けられている。

【０００５】そして、シリンダカバ−５４内には、更に
ピストン５７を下方に付勢するための大小のスプリング
６１Ａ，６１Ｂが嵌挿されている。ところで、シリンダ
カバ−５４には、その内部に嵌挿されたピストン５７上
方の上室６４に連通する排気ポート６２が形成され、そ
こへ排気キャップ６３が取り付けられている。一方、ピ
ストン５７下方の下室６５には、給気ポート６６が形成
されている。

【０００６】次に、弁部５３は、シリンダアダプタ−５
５下端面のベローズアダプタ７１を介して、ボディ７２
が嵌合されている。このボディ７２は、薄肉に形成され
たボディチューブ７２ａと、厚肉に形成された弁座部７
２ｂとから構成されている。そのボディチューブ７２ａ
には、横方向に突出した出力ポート７５が形成され、一
方の弁座部７２ｂには、弁座７４に形成された弁孔によ
って入力ポート７３が構成されている。上記シリンダ部
５２のシリンダロッド５６下端には、同軸上に弁ロッド
７６が連設されボディチューブ７２ａ内に嵌挿されてい
る。そして、その弁ロッド７６下端部には、弁座７４に
気密に当接するようＯリング７７を備えた弁体７８が固
定されている。

【０００７】また、ボディチューブ７２ａ内には、弁体
７８とベローズアダプタ７１とに溶接接続され掛け渡さ
れたベローズ７９が、弁ロッド７６を覆うように設けら
れている。そして、シリンダアダプタ−５５には空気抜
きのポート５５ａが形成され、ベローズ７９内部に連通
されている。ところで、この真空用開閉弁５１が使用さ
れる半導体製造工程では、配管内に流体が付着するのを
防ぐために、ボディ７２のうちボディチューブ７２ａに
ヒータ８０が断熱材８１に覆われるようにしてかぶせら
れている。具体的には、出力ポート７５側とその反対側
から、ボディチューブ７２ａのほぼ全体を囲むように設
けられている。また、出力ポート７５の反対側の位置に
は、ヒータ８０の温度を制御するためのサーモスタット
８２が取り付けられている。

【０００８】このような構成からなる真空用開閉弁５１
は、給気ポート６６から下室６５へ圧縮空気が供給され
ると、上室６４内の空気が排気ポート６２から排出さ
れ、スプリング６１Ａ，６１Ｂの下方への付勢力に抗し
てピストン５７が上昇する。ピストン５７が上昇する
と、シリンダロッド５６及び弁ロッド７６を介して、ベ
ローズ７９を縮ませながら弁体７８が上昇する。そのた
め、入力ポート７３と出力ポート７５とが連通し、弁部
５３内を流体が流れる。そして、給気ポート６６からの
圧縮空気の供給を停止すれば、スプリング６１Ａ，６１
Ｂの弾拡力によりピストン５７が下降し、それに伴って
弁体７８、特にＯリング７７が弁座７４へ気密に当接し
て入力ポート７３と出力ポート７５との間が完全に遮断
される。

【０００９】ところで、このように真空用開閉弁５１の
開閉によって流体の流れが制御される一方、ヒータ８０
によってボディ７２が加熱されている。これは、半導体
製造工程で使用されるプロセスガスの生成物が、常温で
析出してしまうためである。従って、プロセスガスが析
出してしまい弁内や配管内に付着すると、弁の気密な閉
弁を阻害したり、剥がれ落ちたパーティクルが製品に付
着するなどして不良品を発生させることになる。そこ
で、従来からの真空用開閉弁５１は、配管途中でそのプ
ロセスガスが析出して付着するのを防止するため、サー
モスタット８２で温度を監視しながらヒータ８０を加熱
し、ボディ７２をヒーティングすることによって流体の
温度を高めて析出を防止している。通常、このような半
導体製造工程での配管内の流体の付着を防止するために
は、約８０〜１００℃程度に昇温することが好ましい。
この場合、特に気密な閉弁が要求されるめに、弁座７４
のシール面を目標温度にすることを目安とする。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記したよ
うな従来の真空用開閉弁５１では、つぎのような問題点
があった。即ち、真空用開閉弁５１の弁部５３を構成す
るボディ７２が、流体の付着防止のためにヒータ８０に
よって行なわれるヒーティングの際の熱効率が非常に悪
いということである。これは、ボディ７２が、ボディチ
ューブ７２ａと弁座部７２ｂとの別部品を組み合わして
形成されたものであり、また、ヒータ８０が取り付けら
れたボディチューブ７２ａが薄肉であるのに対し弁座部
７２ｂが厚肉な部材で形成されているため、熱の伝達が
非常に悪く、熱を供給するヒータ８０の温度と弁座部７
２ｂのシール面との温度に大きな差が生じてしまうため
である。従って、弁座部７２ｂを上記目標温度にするた
めには、ボディチューブ７２ａを目標値の１．５〜２倍
程度の加熱を行なわなければならない。また、このよう
な熱伝達の悪さは、目標値までの設定時間に長時間を要
する点でもよくない。

【００１１】そこで、本発明は、上記問題点を解決すべ
く、熱伝達のよいボディからなる真空用開閉弁を提供す
ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の真空用開閉弁
は、真空ポンプが真空容器内の流体を吸引する真空制御
システムの配管上にあって、弁の開閉によりその真空容
器内の真空度を制御するものであって、弁体を内包する
円筒部と、その弁体が当接する弁座を構成する平面部と
が、同一部材によって一体に成形された弁本体を有する
ことを特徴とする。また、本発明の真空用開閉弁は、前
記弁本体の平面部が、円筒部を構成する中空パイプの一
端を絞り加工により成形されたものであることが望まし
い。また、本発明の真空用開閉弁は、前記弁本体が、ほ
ぼ均一の肉厚で一体に成形されたものであることが望ま
しい。また、本発明の真空用開閉弁は、前記弁本体が円
筒部に係設された加熱手段によって加熱された際、その
加熱手段によって円筒部へ供給された熱が平面部へ効率
よく伝達されることを特徴とする。また、本発明の真空
用開閉弁は、前記弁本体が、円筒部及び平面部に入力ポ
ート又は出力ポート用の円筒孔が一体に成形されたもの
であることが望ましい。

【００１３】このような構成からなる本発明の真空用開
閉弁は、真空容器と真空ポンプとを接続する配管上にあ
って、真空ポンプによって真空容器内の流体を吸引する
ときに開弁し、そうでないときには閉弁し真空容器内の
真空度を制御する。その際、真空ポンプによって吸引さ
れる流体が半導体製造工程で使用されるプロセスガス等
の場合には、常温で析出してしまい不都合が生じるた
め、弁本体をヒータ等で加熱し昇温させるが、本発明の
真空用開閉弁は、円筒部と平面部とを同一部材によって
一体に成形したものであるため熱伝達がよく、目標温度
にまで昇温するのにヒータの温度を過剰に上げることな
く、また短時間で行なうことができる。また、本発明の
真空用開閉弁は、弁本体をヒータ等で加熱し昇温させる
のに、前記弁本体の平面部が、円筒部を構成する中空パ
イプの一端を絞り加工により成形された接続部のない一
体に成形したものであるので、弁座部への熱伝達がよ
く、目標温度にまで昇温するのにヒータの温度を過剰に
上げることなく、また短時間で行なうことができる。

【００１４】また、本発明の真空用開閉弁は、弁本体を
ヒータ等で加熱し昇温させるのに、前記弁本体が、ほぼ
均一の肉厚で一体に成形されたものであるので、熱伝達
がよく、目標温度にまで昇温するのにヒータの温度を過
剰に上げることなく、また短時間で行なうことができ
る。また、本発明の真空用開閉弁は、弁本体をヒータ等
で加熱し昇温させると、前記弁本体が、円筒部及び平面
部に入力ポート又は出力ポート用の円筒孔が一体に成形
されたものであるので、この開閉弁を流れる流体は十分
に熱を吸収し、配管途中での付着を防止することができ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明にかかる真空用開閉
弁の一実施の形態について図面を参照して説明する。図
１、図２は、本実施の形態の真空用開閉弁を示した断面
図であり、図１が閉弁時、図２が開弁時を示している。
本実施の形態の真空用開閉弁１は、従来のものと同様、
真空圧力制御システムにおいて使用されるものであり、
シリンダ部２と弁部３とから構成されている。そこで、
先ずシリンダ部２の構成について説明する。シリンダ部
２は、シリンダカバ−４がシリンダアダプタ−５に嵌合
された中に、ピストン７が摺動可能に嵌挿されている。
そして、シリンダアダプタ−５を貫いてシリンダカバ−
４内に挿入されたロッド６は、ピストン７の中心に螺設
されている。また、シリンダカバ−４内は、ピストン７
によって上室８と下室９とに区切られ、そのシリンダカ
バ−４に、上室８に連通する排気ポート１０と下室９に
連通する供給ポート１１が形成されている。そして、下
室９の気密性を保つため、ロッド６との摺接部にパッキ
ン１２を設けた環状アダプタ１３が嵌合されている。

【００１６】次に弁部３は、シリンダアダプタ−５に嵌
合されたボディ２１内に設けられた弁構造により構成さ
れている。この弁部３を構成するボディ２１は、一本の
金属チューブから絞り加工によって、弁座２５を構成し
そのチューブの軸方向に入力ポート２２と垂直方向に出
力ポート２３が形成されている（詳細は後述する）。ま
た、ロッド６下端には、ディスク２６によってＯリング
２７を挟持した弁体２４が固定されている。この弁体２
４及びディスク２６は、ボルト２８によってロッド６の
先端に螺設され取り外しが可能なよう構成されている。
そして、入力ポート２２が形成されたボディ２１の内側
平面部が、閉弁時に弁体２４が当接する弁座２５を構成
している。

【００１７】また、弁体２４上部と環状アダプタ１３下
部にはスプリング押え２９，３０が配設され、そこへ弁
体２４を弁座２５に付勢するスプリング３１が、ロッド
６を取り巻くようにして嵌設されている。更に、シリン
ダアダプタ−５とボディ２１との間にベローズアダプタ
３２が嵌合され、そのベローズアダプタ３２と弁体２４
とに溶接接続されたベローズ３３が、スプリング３１を
覆うように設けられている。そして、このベローズ３３
内の空気抜きのために、シリンダアダプタ−５に形成さ
れたポート５ａが連通されている。更に、従来のものと
同様、ボディ２１の周りにヒータ３５及び断熱材３６が
かぶせられ、それにサーモスタット３７が取り付けられ
ている。

【００１８】ところで、本実施例のボディ２１は、例え
ば次のような管端拡管加工法を利用して成形される。素
材鋼管の拡管加工する部分は、加工性を向上させるため
の前処理として焼鈍又は焼準熱処理を施す。鋼管を高周
波加熱で焼入れして強度を高める場合には、焼入れ前に
焼鈍又は焼準を施しておき、拡管加工部の加工性を確保
する。拡管加工には、パンチを用いたプレス加工法を適
用するのが一般的であるが、液圧バルジ加工法やゴムバ
ルジ加工法によっても構わない。そして、素材の強度や
拡管量に応じて冷間加工、温間加工あるいは熱間加工が
選択される。このようにして鋼管の拡管された部分がボ
ディ２１として構成され、もとの径の部分が入力ポート
２２として構成される。そして、入力ポート２２からボ
ディ２１へ拡径された段差部分にパンチによって平面を
形成し、更に表面仕上げをして弁座２５を形成する（平
面度０．０５ｍｍ、表面粗さ０．８μｍ）。また、拡管
されたボディ２１に形成された穴に、絞り加工によって
出力ポート２３が形成される。

【００１９】このような構成による本実施の形態の真空
用開閉弁１は、次のように作用する。開弁時には、供給
ポート１１から圧縮空気が下室９内へ供給され、ピスト
ン７に対して上方への圧力が働く。そのためピストン７
は、空気圧力によってスプリング３１の付勢力に抗し
て、シリンダカバ−４の内周面を上方へ摺動する。する
と、ロッド６によって連結された弁体２４もスプリング
３１を圧縮しながら上昇するため、弁座２５から離れて
入力ポート２２と出力ポート２３とが連通する。一方閉
弁時には、供給ポート１１への圧縮空気の供給を停止す
れば、下室９内の圧力は低下し、スプリング３１の弾拡
力によってピストン７とともに弁体２４が下降する。そ
して、Ｏリング２７が弁座２５に圧接され入力ポート２
２と出力ポート２３との連通が遮断される。

【００２０】また、本実施の形態の真空用開閉弁１も、
配管途中でそのプロセスガスが析出して付着するのを防
止するため、サーモスタット３７によって制御しながら
断熱材３６で覆われたヒータ３５を加熱し、ボディ２１
をヒーティングする。ところで、本実施の形態の真空用
開閉弁１は、上記したようにボディ２１がほぼ均一の厚
さで成形されたものであるため、熱伝達が非常によくな
った。そこで、この結果を従来のものと比較して説明す
る。図３は、ヒータ３５とボディ２１の温度変化を示し
たグラフであり、図（ａ）が従来の真空用開閉弁で、図
（ｂ）が本実施の形態のものである。そして、特にボデ
ィの温度は、最も昇温させたい弁座のシール面を測定し
た。

【００２１】これによれば、従来のものでは、目標温度
の８０℃にまで達するのにヒータの温度を１６０℃にま
で高める必要があるのに対し、本実施の形態のもので
は、ヒータの温度は９０℃で足りた。また、従来のもの
では、０．５時間程度でヒータの温度を１６０℃にまで
高めてもなおシール面が８０℃にまで達するのに約１時
間もの時間を要するのに対し、本実施の形態のもので
は、０．３時間程度でヒータの温度を９０℃にまで高
め、従来のものの約半分の０．５時間で昇温することが
できた。

【００２２】従って、上記した構成からなる本実施の形
態の真空用開閉弁では、ボディを昇温するのにヒータを
目標温度とほぼ同じ温度でヒーティングすれば足りるの
で、消費電力の低下を図ることができた。また、昇温の
対象物であるボディを従来のものの約半分という極めて
短い時間で目標温度にまで昇温することができ、立ち上
げに要する時間を短縮することができた。特に、ヒータ
の温度上昇とボディの温度上昇との間にの時間のズレが
すくなく、この点で熱効率の良いものであるといえる。

【００２３】なお、本発明の真空用開閉弁は、上記実施
の形態のものに限定されるものではなく、その趣旨を変
更しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、上記
実施例では、弁の開閉のための駆動源に空気圧シリンダ
を用いたが、ソレノイドを用いるものであってもよい。

【００２４】

【発明の効果】本発明の真空用開閉弁は、真空ポンプが
真空容器内の流体を吸引するその真空容器と真空ポンプ
とを接続する配管上にあって、弁の開閉により真空容器
内の真空度を制御するものであって、弁体を内包する円
筒部と、その弁体が当接する弁座を構成する平面部と
が、同一部材によって一体に成形された弁本体を有すこ
とを特徴とするものなので、弁本体内や配管内に流体が
付着するのを防止すべくヒータ等でその弁本体を昇温す
るのに、熱伝達のよいボディからなる真空用開閉弁を提
供することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる真空用開閉弁の一実施の形態の
断面を示した図である。

【図２】本発明にかかる真空用開閉弁の一実施の形態の
断面を示した図である。

【図３】本実施の形態の真空用開閉弁のヒータによる昇
温状態を従来のものと比較したグラフを示した図であ
る。

【図４】従来の真空用開閉弁の断面を示した図である。

【図５】従来の真空用開閉弁の断面を示した図である。

【図６】半導体製造工程の真空圧力制御システム全体の
構成を示す図である。

【符号の説明】

２ シリンダ部 ３ 弁部 ２１ ボディ ２２ 入力ポート ２３ 出力ポート ２４ 弁体 ２５ 弁座 ３５ ヒータ ３６ 断熱材

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空ポンプが真空容器内の流体を吸引す
   る真空制御システムの配管上にあって、弁の開閉により
   その真空容器内の真空度を制御する真空用開閉弁におい
   て、 弁体を内包する円筒部と、その弁体が当接する弁座を構
   成する平面部とが、同一部材によって一体に成形された
   弁本体を有することを特徴とする真空用開閉弁。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の真空用開閉弁におい
   て、 前記弁本体の平面部が、円筒部を構成する中空パイプの
   一端を絞り加工により成形されたものであることを特徴
   とする真空用開閉弁。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載の真空用開
   閉弁において、 前記弁本体が、ほぼ均一の肉厚で一体に成形されたもの
   であることを特徴とする真空用開閉弁。
4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３に記載の真空用開
   閉弁のいずれかにおいて、 前記弁本体が円筒部に係設された加熱手段によって加熱
   された際、その加熱手段によって円筒部へ供給された熱
   が平面部へ効率よく伝達されることを特徴とする真空用
   開閉弁。
5. 【請求項５】 請求項１又は請求項２に記載の真空用開
   閉弁において、 前記弁本体が、円筒部及び平面部に入力ポート又は出力
   ポート用の円筒孔が一体に成形されたものであることを
   特徴とする真空用開閉弁。