JP2001012649A - スロー排気バルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気量の調節に制約を受けないスロー排気バ
ルブを提供すること、また同芯精度の高いスロー排気バ
ルブを安価に提供すること。 【解決手段】 本発明のスロー排気バルブ１は、ポンプ
ポート１１とチャンバポート１２とを備えたバルブボデ
ィ１０内に、弁座１３及び常時弁座１３側へ付勢された
弁体２１とを備え、弁体２１に対して下端部が固定され
た主軸２５と、主軸２５の上下に位置し、その主軸２５
に固定された下方の主ピストン３５、及び主軸２５が摺
動可能に嵌挿して上端からの抜けが防止された上方の副
ピストン３６と、主ピストン３５及び副ピストン３６が
摺動する上下一対のピストン室３３，３４を、上下を仕
切る中間壁３０ａを備えた一つの筒状体から形成してな
るシリンダチューブ３０とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置の
真空チャンバに対して緩速排気及び急速排気を行うため
のスロー排気バルブに関し、特に安価に製造可能な構造
のスロー排気バルブに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置において真空チャンバ内
の真空排気を行う場合、急速に真空チャンバ内の気体を
排出したのでは短時間に大量の気体が流れ、真空チャン
バの内壁や流路上に付着していたパーティクル（塵埃）
が巻き上げられてしまう。その一方で、排気流量を絞り
過ぎると、排気時間が長くなって生産タクトに悪影響を
及ぼすこととなる。そこで、従来から緩速及び急速の２
段階制御によって排気を行うスロー排気バルブが提案さ
れている。そのような従来例の一つに特開平９−１３７
８７９号に記載されたものを挙げることができる。図４
は、当該公報に記載されたスロー排気バルブの第１従来
例を示した断面図である。

【０００３】このスロー排気バルブ１００は、第１ボデ
ィ部材１０１と第２ボディ部材１０２とから構成され、
第１ボディ部材１０１内には主弁機構１０３及び副弁機
構１０４とが、第２ボディ部材１０２内には主弁体駆動
部材１０５及び副弁体駆動部材１０６とが設けられてい
る。主弁機構１０３は、ポート１１１，１１２を結ぶ流
路を全開閉するものであり、主弁座１１３に対する主弁
体１１４が主軸１１５を介して主弁体駆動部材１０５と
連結されている。そして、主弁体１１４は、ベローズ１
１６に内包された復帰ばね１１７によって閉塞方向（下
方）に付勢され、主弁体駆動部材１０５下方の主圧力作
用室１３１に圧力流体が供給されることによって開放す
るようになっている。一方、副弁機構１０４は、主弁体
１１４に形成された流路１１８の副弁座１１９を開閉す
る副弁体１２０が、副軸１２１によって副弁体駆動部材
１０６に連結されている。そして、主軸１１５内に設け
られた復帰ばね１２２によって閉塞方向（下方）に付勢
され、副弁体駆動部材１０６下方の副圧力作用室１３２
に圧力流体が供給されると、副弁体駆動部材１０６が調
整ねじ１３３に当接するまで上昇し、それによって副弁
体１２０が副弁座１１９を開放するようになっている。

【０００４】そこで、スロー排気バルブ１００は、先ず
副圧力作用室１３２内に圧力流体が供給されると、副弁
体駆動部材１０６が調整ねじ１３３に当接する位置まで
上昇し、副弁座１１９が開放される。そのため、チャン
バポート１１１から気体が制限的にポンプポート１１２
へと徐々に流れ、チャンバは緩速で排気される。次い
で、チャンバ内の圧力が十分に低下し、パーティクルを
巻き上げるほどの空気の乱流が生じない程度の圧力に達
したところで主弁体１１４が引き上げられる。そして、
主弁座１１３が全開するが、このとき空気の密度は低い
ためにある程度の速度で吸引されても乱流を発生させず
に残りの排気が行われる。

【０００５】また、他の従来例の一つに特開平６−２９
４４７２号に記載されたものを挙げることができる。図
５は、当該公報に記載されたスロー排気バルブの第２従
来例を示した断面図である。このスロー排気バルブ２０
０は、流体入口通路２０１と流体出口通路２０２との間
に弁シート２０３が設けられ、メタルダイアフラム２０
４をその弁シート２０３側へ押すダイアフラムピース２
０５が、アクチュエータによって動作する弁棒２０６に
連結されている。アクチュエータは、弁全開用シリンダ
２０７とスローリーク用シリンダ２０８とからなる。弁
全開用シリンダ２０７は、弁棒２０６の中間に設けられ
たピストン２１１と、これを下方へ付勢するスプリング
２１２が内設され、スローリーク用シリンダ２０８は、
弁棒２０６上端に固定されたリーク用ピストン２１３
と、これを下方へ付勢するスプリング２１４とから構成
されている。

【０００６】そこで、スロー排気バルブ２００は、先ず
スローリーク用シリンダ２０８でリーク用ピストン２１
３がエアによってスプリング２１４に抗して押し上げら
れると、押圧力が僅かに開放されたメタルダイアフラム
２０４が、それ自身の弾性力によって僅かに上昇して弁
開し、スローリークが行われる。次いで、真空チャンバ
内が所定圧力にまで上昇したならば、弁全開用シリンダ
２０７でピストン２１１がエアによってスプリング２１
２に抗して押し上げられ、全開にされる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記第
１従来例のスロー排気バルブ１００は、主弁体１１４内
に副弁体１２０が備えられた構成をしているため、寸法
的な制約が生じる問題があった。即ち、副弁座１１９の
弁孔は主弁体１１４の寸法によって制限されるため、例
えばシリコンウェハのサイズが８インチから１２インチ
へと大きくなれば、それに伴って真空チャンバ内の容積
も大きくなる。そうした場合、前記スロー排気バルブ１
００の構造では、真空チャンバ内の容積に適合させて排
気量を大きくするのが困難であり、所定の真空圧まで到
達する緩速排気の時間が不必要に長くなる欠点があっ
た。一方、前記第２従来例のスロー排気バルブ２００
は、メタルダイアフラム２０４を弁全開用シリンダ２０
７及びスローリーク用シリンダ２０８によって開けるた
め、駆動側の構造を見れば、第１従来例のものに比べ真
空チャンバ内の容積に合わせてスローリーク時の排気量
を調整し易いものとなっている。しかし、弁を構成する
メタルダイアフラム２０４自体が弁箱２２０に挟持固定
されているため、メタルダイアフラム２０４の撓み量等
の制約を受け、排気量を大きくするのには制限が伴うも
のであった。

【０００８】また、従来のスロー排気バルブ１００，２
００では、真空チャンバ内の容積に適合させて排気量を
調節する問題の他に、シリンダ部分の構造に課題を有し
ていた。即ち、スロー排気バルブは、緩速排気と急速排
気を２段階で駆動させるために、一般的にはシリンダが
２個備えられている。具体的には、スロー排気バルブ１
００では、第２ボディ部材１０２及び主弁体駆動部材１
０５の２つのシリンダチューブから構成され、スロー排
気バルブ２００でも、弁全開用シリンダ２０７及びスロ
ーリーク用シリンダ２０８の２部材から構成されてい
る。そして従来は、こうした２個のシリンダが別部材と
してそれぞれ形成されて組み付けられていたため、組み
付け時に同芯を出すために各部品の寸法精度が高いレベ
ルで要求され、製品価格を上げる原因となっていた。

【０００９】そこで、本発明は、排気量の調節に制約を
受けないスロー排気バルブを提供すること、また同芯精
度の高いスロー排気バルブを安価に提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のスロー排気バル
ブは、ポンプポートとチャンバポートとを備えたバルブ
ボディ内に形成された弁座と、前記弁座側に常時付勢さ
れ、弁座に当接・離間すべくバルブボディ内に設けられ
た弁体と、前記弁体に対して下端部が固定された主軸
と、前記主軸の上下に位置し、その主軸に固定された下
方の主ピストン、及び主軸が摺動可能に嵌挿して上端か
らの抜けが防止された上方の副ピストンと、前記主ピス
トン及び副ピストンが摺動する上下一対のピストン室
を、上下を仕切る中間壁を備えた一つの筒状体から形成
してなるシリンダチューブとを有し、前記各ピストン室
に供給する動作流体によって前記主ピストン及び副ピス
トンを上方へ加圧して動作させ、主軸を介して前記弁座
に対する前記弁体の高さ調整を行うことを特徴とする。

【００１１】よって、本発明のスロー排気バルブでは、
副ピストンが加圧されて上昇すると、その副ピストンに
主軸が持ち上げられて弁体が弁座から僅かに離間して緩
速排気が行われ、続いて主ピストンが加圧されて上昇す
れば、その主ピストンとともに主軸が更に上昇して弁体
が弁座から大きく離間して急速排気が行われる。従っ
て、本発明のスロー排気バルブは、弁座との離間距離の
調整をバルブ本体から独立して自由に移動する１つの弁
体によって緩速排気及び急速排気を行うので、弁開度を
自由に調節することができ、容積の異なる真空チャンバ
に適応させることができるようになった。また、本発明
のスロー排気バルブは、上下一対のピストン室を上下を
仕切る中間壁を備えた一つの筒状体から形成してなるシ
リンダチューブ、例えば中実部材を上下両方からの削り
出しによって内部の空間を形成し、その中間の所定位置
に中間壁を設けたシリンダチューブとしたことにより、
シリンダ部の製造コストを下げ、なおかつ高い同芯精度
の実現を可能とした。

【００１２】また、本発明のスロー排気バルブは、前記
弁体は、前記弁座面に直接当接・離間するシール部と、
円周状にテーパ面が形成され、前記弁座内の弁孔へ入り
込むニードル部とを有することを特徴とする。そのた
め、外形寸法やテーパ角度を変えたニードル部を使用す
ることで、内容積の異なる多種の真空チャンバに対応さ
せることができるようになった。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係るスロー排気バ
ルブの一実施の形態について図面を参照して説明する。
図１乃至図３は、スロー排気バルブの実施形態を示した
断面図であり、図１は、閉弁状態、図２は緩速排気状
態、そして図３は急速排気状態をしめした図である。ス
ロー排気バルブ１は、下方の弁部と上方のシリンダ部と
から構成されている。弁部は、側方に突設されたポンプ
ポート１１と下方に突設されたチャンバポート１２が形
成された筒形状のバルブボディ１０に構成されている。
バルブボディ１０には、チャンバポート１２側の弁孔１
４入口に平坦な面の弁座１３が形成され、その弁座１３
に当接・離間する弁体２０が設けられている。弁体２０
は、弁体ブロック２１に対して弁座１３に直接当接する
シール用の弁体ゴム２２が保持され、更に下方に突設
し、図１に示すように弁孔１４へ入り込むニードル弁体
２３が一体になって主軸２５にネジ止めされたものであ
る。

【００１４】この弁体２０を構成する弁体ブロック２１
は、金属ベローズ２６の下端に連結され、その金属ベロ
ーズ２６の上端には環状の固定盤２７が連結されてベロ
ーズ組立が構成されている。一方、上方のシリンダ部
は、筒形状のシリンダチューブ３０が底蓋３１と上蓋３
２とに塞がれている。このシリンダチューブ３０は、中
実円柱形状の材料を上下両方からの削り出しによって内
部の空間を形成し、その中間の所定位置に中間壁３０ａ
を有するものである。従って、シリンダチューブ３０
は、それ一つで上下に主ピストン室３３及び副ピストン
室３４が構成されている。

【００１５】また、シリンダチューブ３０の下端開口を
塞ぐ底蓋３１は、一方でバルブボディ１０の上端開口を
も塞ぐよう構成されている。即ち、シリンダチューブ３
０に螺合され一体になった底蓋３１は、バルブボディ１
０との間にベローズ組立の固定盤２７を挟み込むように
してはめ合わされ、更に上方からバルブボディ１０へ螺
合する締付ナット２９に保持される。こうして、バルブ
ボディ１０及びシリンダチューブ３０が一体のものとし
てスロー排気バルブ１が構成される。弁体２０に固定さ
れた主軸２５は、底蓋３１を貫通し、その貫通部にて摺
動支持されシリンダチューブ３０内へと伸びている。そ
こで、その金属ベローズ２６が主軸２５を包むように配
置され、バルブボディ１０内の流体が主軸２５の摺動す
る底蓋３１の貫通孔からシリンダ部へ漏れないように構
成されている。そして、その金属ベローズ２６内には弁
体２０と底蓋３１との間にスプリング２８が配設され、
弁体２０が常時弁座１３側へと付勢されている。

【００１６】底蓋３１を貫通してシリンダチューブ３０
内に伸びた主軸２５は、下方の主ピストン室３３と上方
の副ピストン室３４とを仕切る中間壁３０ａを貫いてい
る。そして、その主軸２５には、主ピストン室３３内を
上下に摺動する主ピストン３５が固定され、副ピストン
室３４内を上下に摺動する副ピストン３６が主軸２５に
貫かれている。副ピストン３６は、その外周部分がシリ
ンダチューブ３０に対して摺動し、内周部分が主軸２５
に対して摺動するよう構成されており、その主軸２５の
上端には係止リング３７が設けられている。

【００１７】また、シリンダチューブ３０の側部には主
ピストン操作ポート３８及び副ピストン操作ポート３９
が形成され、それぞれ主ピストン３５又は副ピストン３
６の下方へ動作流体である圧縮エアを供給できるよう
に、主ピストン室３３又は副ピストン室３４へ連通路３
８ａ，３９ａを介して連通されている。ところで、シリ
ンダチューブ３０の上蓋３２には、副ピストン３６の移
動量を制限する調整ネジ４１が設けられている。上蓋３
２は、主軸２５が突き出るように中心に孔３２ａが明け
られ、そこにフランジ部を有する筒状の調整ネジ４１が
螺合されている。調整ネジ４１は、上蓋３２上に貼設さ
れた目盛板４２に合わせて回転することで高さを調節す
るものであって、その所定高さにて位置決めすための固
定ネジ４３が設けられている。

【００１８】そこで、このような構成からなるスロー排
気バルブ１では、以下のような作用によって真空排気が
行われる。閉弁時、スロー排気バルブ１は図１に示すよ
うに弁体２１の弁体ゴム２２が弁座１３に当接し、弁孔
１４が遮断された状態にある。これは、弁体２０がスプ
リング２８の弾性力のみによって下方へと付勢されてい
るからである。そして、チャンバポート１２に接続され
た不図示の真空チャンバの真空排気を行う場合には、次
のような緩速排気及び急速排気のための２段階による動
作が行われる。

【００１９】先ず、緩速排気を行うため、副ピストン操
作ポート３９から圧縮エアが副ピストン室３４の副ピス
トン３６下方室へ供給される。そのため、副ピストン３
６は下方から加圧され、副ピストン室３４内を上昇す
る。副ピストン３６は、最初主軸２５に対して独立して
上昇するが、一定量上昇したところで係止リング３７に
当たり、その係止リング３７を押し上げるようにして上
昇する。そのため、主軸２５は、スプリング２８の下方
への付勢力に抗して副ピストン３６に持ち上げられ、弁
体２０の弁体ゴム２２が弁座１３から離間して遮断が解
除される。一方、副ピストン３６は、主軸２５を持ち上
げた後、更に一定量上昇したところで調整ネジ４１の下
端に当たり、その移動が制限される。そのため、主軸２
５及び弁体２０の上昇も停止し、図２に示す位置、即ち
緩速排気を行うのに適した弁開度の状態が維持される。

【００２０】スロー排気バルブ１は、図２に示す緩速排
気の状態では弁開度が小さく、ポンプポート１１とチャ
ンバポート１２との間を流れる流体は、弁座１３とニー
ドル弁体２３との隙間を通って流れ、その流量が制限さ
れている。そのため、真空チャンバ内のガスは急激に流
れることはなく、パーティクルを巻き上げることのない
スロー排気が行われる。そして、真空チャンバ内の圧力
が十分に低い状態になったところで、続く急速排気が行
われる。急速排気を行う場合、スロー排気バルブ１に
は、主ピストン操作ポート３８から圧縮エアが主ピスト
ン室３３の主ピストン３５下方室へ供給される。そのた
め、主ピストン３５は下方から加圧され主ピストン室３
３内を上昇する。このとき、主軸２５は主ピストン３３
に対して固定されているため、主ピストン３３の上昇に
伴って上昇することとなる。従って、その主軸２５に固
定された弁体２０は、スプリング２８の付勢力に抗して
上昇し、図３に示すように弁開度を大きくした状態で弁
が開けられる。

【００２１】スロー排気バルブ１が図３に示す急速排気
状態の場合には、弁開度が大きく、ポンプポート１１と
チャンバポート１２との間を流れる流量が増し、真空チ
ャンバ内に残るガスが急速に排気される。そして、真空
チャンバ内のガスの排気が終了すれば、主ピストン操作
ポート３８及び副ピストン操作ポート３９から圧縮エア
が抜かれ、主ピストン３５及び副ピストン３６が、下方
から押し上げられていた圧縮エアによる加圧力から解除
される。そのため、弁体２０、主軸２５及び主ピストン
３５並びに副ピストン３６は、スプリング２８によって
下方へ付勢され図１に示す状態へと戻される。即ち、下
降した弁体２０の弁体ゴム２２が弁座１３に当接し、ポ
ンプポート１１とチャンバポート１２とが遮断される。

【００２２】従って、本実施の形態のスロー排気バルブ
１は、主ピストン３５及び副ピストン３６の操作によっ
て緩速排気と急速排気の２段階排気を行うことができる
ものであって、弁座１３との離間距離の調整をバルブ本
体から独立して自由に移動する１つの弁体２０によって
行うものであるため、緩速排気時の弁開度調節によって
真空チャンバ内の容積に適合させて排気量を大きくする
ことができるようになった。その調節も調節ネジ４１に
よって正確、かつ簡易に行うことができる。よって、例
えばこのスロー排気バルブ１を容積の異なる２つの真空
チャンバに接続し、１つで両者の真空排気に対応させる
こともできる。また、スロー排気バルブ１は、弁体２０
がニードル弁体２３を備えているため、外形寸法やテー
パ角度を変えたニードル弁体２３を使用することで内容
積の異なる多種の真空チャンバに対応させることができ
るようになった。

【００２３】更に、本実施の形態のスロー排気バルブ１
は、主ピストン室３３及び副ピストン室３４を構成する
シリンダチューブ３０を、上下両方からの削り出しによ
る一体ものとした。また、切削加工技術の進歩した今日
においては両室の同芯を出すことは容易である。その結
果、従来のように同芯を出すためにシリンダチューブを
構成する部品毎の寸法精度が要求されないため、シリン
ダ部の製造コストを下げることができ、なおかつ高い同
芯精度の実現を可能とした。また、削り出しによる一体
もののシリンダチューブ３０は軸方向寸法が長いため、
そのシリンダチューブ３０に穿設される連通路３８ａを
軸方向に長くすることができる。そのため、主ピストン
操作ポート３８の高さ位置の選定について自由度が増
し、このスロー排気バルブ１の設置環境に応じた適切な
ポート位置とすることができる。

【００２４】なお、本発明は、前記実施の形態のスロー
排気バルブに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱
しない範囲で様々な変更が可能である。

【００２５】

【発明の効果】本発明は、弁座に当接・離間すべくバル
ブボディ内に弁体が設けられ、その弁体と一体の主軸に
設けられた主ピストン及び副ピストンが摺動する上下一
対のピストン室を、上下を仕切る中間壁を備えた一つの
筒状体から形成してなるシリンダチューブとを有する構
成としたので、排気量の調節に制約を受けないスロー排
気バルブを提供すること、また同芯精度の高いスロー排
気バルブを安価に提供することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るスロー排気バルブの一実施形態を
示した閉弁状態の断面図である。

【図２】本発明に係るスロー排気バルブの一実施形態を
示した緩速排気状態の断面図である。

【図３】本発明に係るスロー排気バルブの一実施形態を
示した急速排気状態の断面図である。

【図４】スロー排気バルブの第１従来例を示した断面図
である。

【図５】スロー排気バルブの第２従来例を示した断面図
である。

【符号の説明】

１ スロー排気バルブ １０ バルブボディ １１ ポンプポート １２ チャンバポート １３ 弁座 ２１ 弁体 ２３ ニードル弁体 ２５ 主軸 ３０ シリンダチューブ ３３ 主ピストン室 ３４ 副ピストン室 ３５ 主ピストン ３６ 副ピストン ４１ 調整ネジ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポンプポートとチャンバポートとを備え
   たバルブボディ内に形成された弁座と、 前記弁座側に常時付勢され、弁座に当接・離間すべくバ
   ルブボディ内に設けられた弁体と、 前記弁体に対して下端部が固定された主軸と、 前記主軸の上下に位置し、その主軸に固定された下方の
   主ピストン、及び主軸が摺動可能に嵌挿して上端からの
   抜けが防止された上方の副ピストンと、 前記主ピストン及び副ピストンが摺動する上下一対のピ
   ストン室を、上下を仕切る中間壁を備えた一つの筒状体
   から形成してなるシリンダチューブとを有し、 前記各ピストン室に供給する動作流体によって前記主ピ
   ストン及び副ピストンを上方へ加圧して動作させ、主軸
   を介して前記弁座に対する前記弁体の高さ調整を行うこ
   とを特徴とするスロー排気バルブ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のスロー排気バルブにお
   いて、 前記シリンダチューブは、中実部材を上下両方からの削
   り出しによって内部の空間を形成し、その中間の所定位
   置に中間壁を設けたものであることを特徴とするスロー
   排気バルブ。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のスロー排気バルブにお
   いて、 前記弁体は、前記弁座面に直接当接・離間するシール部
   と、円周状にテーパ面が形成され、前記弁座内の弁孔へ
   入り込むニードル部とを有することを特徴とするスロー
   排気バルブ。